JP4548861B1

JP4548861B1 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP4548861B1
Application number: JP2010010282A
Authority: JP
Inventors: 弘之寺岡
Original assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP2011150085A

Abstract

【課題】１群１枚で構成され、撮像画角を広角とし、小型で良好な光学特性有した撮像レンズの提供。
【解決手段】物体から像面側へ向かって順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズＬ１を配置し、下記の条件式（１）、（２）を満足する１枚構成の撮像レンズ。−０．３５≦（（ｎ−１）／Ｒ１）／ｆ≦−０．０５（１）、０．０５≦（（１−ｎ）／Ｒ２）／ｆ≦１．００（２）但し、ｆ：撮像レンズの焦点距離Ｒ１：レンズＬ１の物体側面の曲率半径Ｒ２：レンズＬ１の像面側面の曲率半径ｎ：レンズＬ１のｄ線での屈折率である。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像レンズに関する。特に、高画素用ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を使用した小型撮像装置、光センサー、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラなどに好適な、撮像画角がを広角とし、小型で良好な光学特性を有する１群１枚で構成される撮像レンズに関する。

近年、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。これら撮像素子の高性能化、小型化にともない、従来以上に、小型、軽量で、良好な光学特性を有する撮像レンズが求められている。

従来、小型化と良好な光学特性をともに満足させる撮像レンズに関し、多くの研究開発が行われている。ＣＣＤなどの固体撮像素子の高性能化により、撮像レンズに求められる小型化や光学特性のレベルは高くなっている。撮像レンズを小型化するには、構成するレンズ枚数が少ないほど有利となる。一方、光学特性に関しては、レンズ枚数が多くなるほど、諸収差の補正が好適に行え、良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることが容易となる。これらを考慮して、小型化と良好な光学特性とをバランスさせた１群１枚で構成される撮像レンズが提案されている。

特許文献１には、物体側より順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズを配置した撮像レンズが開示されている。しかしながら、開示された撮像レンズは、物体側の第１面と像面側面の第２面のパワー配分が十分でない為に、焦点距離が、４．６０ｍｍ以上と長く、撮像画角が、５５．１°以下と狭角となり、本発明の目的である、撮像範囲が広角で、小型の撮像レンズという点では、不十分であった。

特開２０００−３２１４９１

本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、撮像画角を広角とし、小型で良好な光学特性有する１群１枚で構成された撮像レンズの提供を目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、１群１枚構成での物体側面の第１面と像面側面の第２面のパワー配分を特定化することにより、本発明の目的の撮像レンズが得られることを見出し、本発明に到達した。

請求項１の発明の撮像レンズは、物体から像面側へ向かって順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズＬ１を配置し、下記の条件式（１）、（２）を満足することを特徴する１枚構成の撮像レンズ。
−０．３５≦（（ｎ−１）／Ｒ１）／ｆ≦−０．０８１（１）
０．６９１≦（（１−ｎ）／Ｒ２）／ｆ≦１．００（２）
但し、
ｆ：撮像レンズの焦点距離
Ｒ１：レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：レンズＬ１の像面側面の曲率半径
ｎ：レンズＬ１のｄ線での屈折率
である。

請求項２の発明の撮像レンズは、下記の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
０．３０≦ｄ２／ｆ≦０．４０（３）
但し、
ｆ：撮像レンズの焦点距離
ｄ２：レンズＬ１の中心厚
である。

請求項３の発明の撮像レンズは、下記の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１又は、請求項２記載の撮像レンズ。
１．５０≦ｎ≦１．５５（４）
但し、
ｎ：レンズＬ１の屈折率
である。

請求項１の発明によれば、物体から像面側へ向かって順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズを配置し、下記の条件式（１）、（２）を満足することにより、本発明の目的の撮像画角を広角とし、小型で良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることができる。得られた撮像レンズは、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラ、パソコン、デジタルカメラ、自動車や各種産業機器の光センサー、モニターなどに使用され、これらの機器の小型、軽量化や高性能化に寄与する。
−０．３５≦（（ｎ−１）／Ｒ１）／ｆ≦−０．０８１（１）
０．６９１≦（（１−ｎ）／Ｒ２）／ｆ≦１．００（２）

請求項２の発明によれば、下記の条件式（３）を満足することにより、本発明の目的の撮像画角を広角とし、小型で良好な光学特性を有する撮像レンズをより容易に得ることができる。
０．３０≦ｄ２／ｆ≦０．４０（３）

請求項３の発明によれば、下記の条件式（４）を満足することにより、本発明の目的の撮像画角を広角とし、小型で良好な光学特性を有する撮像レンズをより容易に得ることができる。
１．５０≦ｎ≦１．５５（４）

本発明の撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図本発明の撮像レンズＬＡの実施例１を示す概略構成図実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差図実施例１の撮像レンズＬＡの像面湾曲及び歪曲収差図本発明の撮像レンズＬＡの実施例２を示す概略構成図実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差図実施例２の撮像レンズＬＡの像面湾曲及び歪曲収差図本発明の撮像レンズＬＡの実施例３を示す概略構成図実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差図実施例３の撮像レンズＬＡの像面湾曲及び歪曲収差図本発明の撮像レンズＬＡの実施例４を示す概略構成図実施例４の撮像レンズＬＡの球面収差図実施例４の撮像レンズＬＡの像面湾曲及び歪曲収差図

本発明に係る撮像レンズＬＡの一実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。本発明の一実施形態にかかる撮像レンズの構成図を図１に示す。この撮像レンズＬＡは、物体側（図示せず）から像面に向かって順に、開口絞りＳＴＯ、レンズＬ１が配列された１群１枚で構成されるレンズ系である。レンズＬ１と像面との間に、ガラス平板ＧＦを配置しても良い。ガラス平板ＧＦが配置される場合は、このガラス平板ＧＦは、カバーガラス、ＩＲカットフィルタ、又は、ローパスフィルター等の機能を有するものを使用することができる。又、ガラス平板ＧＦが配置されない場合は、ＩＲカットフィルタ等の機能をレンズＬ１に有することもできる。

開口絞りＳＴＯをレンズＬ１より物体側（図示せず）へ配置することにより、入射瞳位置を像面から遠い位置にとることができる。これにより、高いテレセントリック性を確保することが可能となり、像面に対する入射角を好適にすることが可能となる

レンズＬ１は１面以上が非球面、好ましくは両面が非球面の像面側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズである。

本発明では、撮影画角を広角とし、小型で良好な光学特性有する撮像レンズＬＡを得るため、レンズＬ１は、次の（１）及び（２）に示す条件式を満足するようにする。
−０．３５≦（（ｎ−１）／Ｒ１）／ｆ≦−０．０８１（１）
０．６９１≦（（１−ｎ）／Ｒ２）／ｆ≦１．００（２）

条件式（１）は、レンズＬ１物体側面の第１面の負のパワー配分を規定し、条件式（２）は、レンズＬ１像面側面の第２面の正のパワー配分を規定する。条件式（１）、（２）の範囲外では、該第１面と該第２面の負、正のパワー配分が最適化されないために、撮像画角を広角とし、小型で光学特性が良好な撮像レンズＬＡを得ることが困難となり、好ましくない。

更に、撮像レンズＬＡは、次の（３）に示す条件式を満足することにより、小型で良好な光学特性を満足する撮像レンズＬＡを得ることができる。
０．３０≦ｄ２／ｆ≦０．４０（３）

条件式（３）は、レンズＬ１の中心厚と撮像レンズＬＡの焦点距離との関係を規定する式で、条件式（３）の下限以下では、ペッツバール和が大きくなってしまい好ましくなく、一方で、上限以上では、光学長ＴＴＬが長くなってしまう為に、小型化の点で好ましくない。

更に、撮像レンズＬＡは、次の（４）に示す条件式を満足することにより、小型で良好な光学特性を満足する撮像レンズＬＡを得ることができる。
１．５０≦ｎ≦１．５５（４）

条件式（４）は、レンズＬ１の屈折率を規定する。条件式（４）の下限以下では、屈折率が弱くなるために、光学長が長くなるために好ましくない。一方、上限以上では、歪曲収差の高次収差の補正が困難となる場合があるために好ましくない。

レンズＬ１は、ガラスあるいは樹脂材料で形成可能である。レンズ材料としてガラスを使用する場合、ガラス転移温度が、４００℃以下のガラス材料を使用することが好ましい。これにより、金型の耐久性を向上させることが可能となる。

樹脂材料は複雑な面形状のレンズを効率よく製造することが可能であり、生産性の面から、ガラス材料より好ましいレンズ材料である。レンズ材料として樹脂材料が使用される場合、ＡＳＴＭＤ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．４９〜１．５５の範囲にありかつ、波長４５０〜６００ｎｍの範囲での光線透過率が８０％以上、より好ましくは８５％以上の樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であっても良い。

樹脂材料の具体例としては、シクロ環や、その他の環状構造を有する非結晶性のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、透明性のポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂などが挙げられる。これらの中ではシクロオレフィン系を含有するポリオレフィンや環状オレフィンを含有するポリオレフィンなどが好ましく使用される。樹脂材料でのレンズ製造は、射出成形法、圧縮成形法、注型成形法、トランスファー成形法などの公知の成形加工法を利用することができる。

なお、樹脂材料は、温度変化により屈折率が変動することは良く知られている。この変動を抑えるため、平均粒子径１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下のシリカ、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化アルミなどの微粒子が分散混合された前記の透明性を有する樹脂材料をレンズ材料として使用することができる。

レンズが樹脂材料で製造される場合、レンズＬ１はレンズ外周部にコバを設けることができる。コバ形状は、レンズの性能を損なわなければ、特に制約は無い。レンズの成形加工性の面から、コバの厚さはレンズ外周部の厚さの７０〜１３０％の範囲にあることが好ましい。レンズ外周部にコバを設けた場合、コバ部に光が入射すると、ゴーストやフレアの原因となることがある。その場合は、必要に応じて、レンズ間に入射光を制限する遮光マスクを設ければよい。

本発明の撮像レンズＬＡは、撮像モジュールなどに利用される前に、レンズＬ１の物体側、像面側のレンズ表面に反射防止膜、ＩＲカット膜、表面硬化など公知の表面処理を施しても良い。撮像レンズＬＡを使用した撮像モジュールは、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラ、パソコン、デジタルカメラ、自動車や各種産業機器の光センサー、モニターなどに使用される。

以下、本発明の撮像レンズＬＡの具体的実施例について説明する。各実施例に記載されている記号は以下のことを示す。なお、中心厚、距離の単位はｍｍである。
ｆ：撮像レンズＬＡの焦点距離
Ｆｎｏ：Ｆナンバー
ＳＴＯ：開口絞り
２ω ：全画角
Ｒ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
Ｒ１：レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：レンズＬ１の像面側面の曲率半径
ｄ：レンズの中心厚又は物体、開口絞り、レンズ若しくは像面の間の各距離
ｄ０：物体から開口絞りＳＴＯとの間の距離
ｄ１：開口絞りＳＴＯからレンズＬ１物体側面の間の距離
ｄ２：レンズＬ１の中心厚
ＴＴＬ：開口絞りＳＴＯから像面までの距離
ＢＦ：レンズＬ１の像面側面から像面までの距離
ｎ：レンズＬ１のｄ線での屈折率
ν ：レンズＬ１のアッベ数

レンズＬ１のレンズ面の非球面形状は、ｙを光の進行方向を正とした光軸に、ｘを光軸と直交する方向とした軸として、下記の非球面多項式で表される。

ｙ＝（ｘ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｘ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋Ａ４ｘ^４＋Ａ６ｘ^６＋Ａ８ｘ^８＋Ａ１０ｘ^１０＋Ａ１２ｘ^１２＋Ａ１４ｘ^１４＋Ａ１６ｘ^１６（５）

ただし、Ｒは光軸上の曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６は非球面係数である。

各レンズ面の非球面は、便宜上、式（５）で表される非球面を使用している。しかしながら、特に、式（５）の非球面多項式に限定するものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例１の撮像レンズＬＡを構成するレンズＬ１の物体側面及び像面側面の各曲率半径Ｒ、レンズの中心厚又は物体、開口絞り、レンズ若しくは像面の間の各距離ｄ、屈折率ｎ、アッベ数νを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表２に示す。

実施例１は、表９に示すように、条件式（１）〜（４）の範囲内で、全画角２ω＝７８．０°光学長ＴＴＬ＝１．８００ｍｍと撮像画角が広角で且つ小型である。

実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差を図３に、非点収差及び歪曲収差を図４に示す。以上の結果より、実施例１の撮像レンズＬＡは、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

（実施例２）
図５は、実施例２の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例２の撮像レンズＬＡを構成するレンズＬ１の物体側面及び像面側面の各曲率半径Ｒ、レンズの中心厚又は物体、開口絞り、レンズ若しくは像面の間の各距離ｄ、屈折率ｎ、アッベ数νを表３に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表４に示す。

実施例２は、表９に示すように、条件式（１）〜（４）の範囲内で、全画角２ω＝７８．０°光学長ＴＴＬ＝１．８２５ｍｍと撮像画角が広角で且つ小型である。

実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差を図６に、非点収差及び歪曲収差を図７に示す。以上の結果より、実施例２の撮像レンズＬＡは、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

（実施例３）
図８は、実施例３の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例３の撮像レンズＬＡを構成するレンズＬ１の物体側面及び像面側面の各曲率半径Ｒ、レンズの中心厚又は物体、開口絞り、レンズ若しくは像面の間の各距離ｄ、屈折率ｎ、アッベ数νを表５に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表６に示す。

実施例３は、表９に示すように、条件式（１）〜（４）の範囲内で、全画角２ω＝７５．７°光学長ＴＴＬ＝１．８９ｍｍと撮像画角が広角で且つ小型である。

実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差を図９に、非点収差及び歪曲収差を図１０に示す。以上の結果より、実施例３の撮像レンズＬＡは、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

（実施例４）
図１１は、実施例３の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例３の撮像レンズＬＡを構成するレンズＬ１の物体側面及び像面側面の各曲率半径Ｒ、レンズの中心厚又は物体、開口絞り、レンズ若しくは像面の間の各距離ｄ、屈折率ｎ、アッベ数νを表７に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表８に示す。

実施例４は、表９に示すように、条件式（１）〜（４）の範囲内で、全画角２ω＝７７．９°光学長ＴＴＬ＝１．７５５ｍｍと撮像画角が広角で且つ小型である。

実施例４の撮像レンズＬＡの球面収差を図１２に、非点収差及び歪曲収差を図１３に示す。以上の結果より、実施例４の撮像レンズＬＡは、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

表９に各数値実施例の諸値及び条件式（１）〜（４）で規定したパラメーターに対応する値を示す。尚、表９に示す諸値単位は、ＴＴＬ（ｍｍ）、２ω（°）、ＩＨ（ｍｍ）、ｆ（ｍｍ）、Ｒ１（ｍｍ）、Ｒ２（ｍｍ）である。

ＬＡ：撮像レンズ
ＳＴＯ：開口絞り
Ｌ１：レンズ
ＧＦ：ガラス平板
Ｒ１：レンズＬ１物体側面の第１面（曲率半径Ｒ１）
Ｒ２：レンズＬ１像面側面の第２面（曲率半径Ｒ２）
ｄ１：開口絞りＳＴＯからレンズＬ１物体側面の間の距離
ｄ２：レンズＬ１の中心厚
ＴＴＬ：開口絞りＳＴＯから像面までの距離
ＢＦ：レンズＬ１の像面側面から像面までの距離

Claims

物体から像面側へ向かって順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズＬ１を配置し、下記の条件式（１）、（２）を満足することを特徴する１枚構成の撮像レンズ。
−０．３５≦（（ｎ−１）／Ｒ１）／ｆ≦−０．０８１（１）
０．６９１≦（（１−ｎ）／Ｒ２）／ｆ≦１．００（２）
但し、
ｆ：撮像レンズの焦点距離
Ｒ１：レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：レンズＬ１の像面側面の曲率半径
ｎ：レンズＬ１のｄ線での屈折率
である。
下記の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
０．３０≦ｄ２／ｆ≦０．４０（３）
但し、
ｆ：撮像レンズの焦点距離
ｄ２：レンズＬ１の中心厚
である。
下記の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１又は、請求項２記載の撮像レンズ。
１．５０≦ｎ≦１．５５（４）
但し、
ｎ：レンズＬ１の屈折率
である。