JP5560699B2 - 光学ユニットおよび撮像装置 - Google Patents
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Description
ところが、近年の高画素化によりこの構成でも性能不十分になってきている。そこで5群5枚構成の検討が必要になる。
上記第3レンズのアッベ数νL3が、下記条件式を満足し、
10 ≦ νL3 ≦ 23
上記第2レンズの焦点距離f2と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
0.3 ≦ f2/f ≦ 10
上記第3レンズの焦点距離f3と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−10 ≦ f3/f ≦ −0.4
上記第4レンズの第4レンズの第2面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL4S2/f ≦ −0.08
上記第5レンズの第5レンズの第1面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL5S1/f ≦ −0.05
光学全長TTと全体の焦点距離fは下記の条件式を満足する。
0.8 ≦ TT/f ≦ 1.41
上記第3レンズのアッベ数νL3が、下記条件式を満足し、
10 ≦ νL3 ≦ 23
上記第2レンズの焦点距離f2と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
0.3 ≦ f2/f ≦ 10
上記第3レンズの焦点距離f3と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−10 ≦ f3/f ≦ −0.4
上記第4レンズの第4レンズの第2面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL4S2/f ≦ −0.08
上記第5レンズの第5レンズの第1面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL5S1/f ≦ −0.05
光学全長TTと全体の焦点距離fは下記の条件式を満足する。
0.8 ≦ TT/f ≦ 1.41
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態(光学ユニットを採用した撮像レンズの第1の構成例)
2.第2の実施形態(光学ユニットを採用した撮像レンズの第2の構成例)
3.第3の実施形態(撮像装置の構成例)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学ユニットを採用した撮像レンズの構成例を示す図である。
撮像レンズ100は、さらに、物体側OBJSから像面側に向かって順番に配置された、カバーガラス120、および像面130を有する。
この撮像レンズ100は、単焦点レンズとして形成されている。
カバーガラス120は、第5レンズ116の像面側面と像面130との間に配置されている。第5レンズ116の像面側面と像面130との間には、樹脂またはガラスで形成されるカバーガラス120や赤外カットフィルタやローパスフィルタなどの他、光学部材が配置されていてもよい。
また、絞り近傍には、位相マスク(phase mask)やコーディッドアパーチャー(Coded aperture)や液晶シャッタや可変絞り等の光学部品が配置されてもよい。
なお、本実施形態では、図1において、左側が物体側(前方)であり、右側が像面側(後方)である。
そして、物体側から入射した光束は像面130上に結像される。
第1レンズ111は、物体側に凸形状を向けた正のメニスカスレンズのより形成されている。
第2レンズ113は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第3レンズ114は、負のパワーのレンズにより形成されている。
第4レンズ115は、正のパワーレンズにより形成されている。
第5レンズ116は、負のパワーのレンズにより形成されている。
次に、絞り112が来ることにより、瞳位置を前に持ってくるのに最適な構成をとる。正のパワーでアッベ数大の第2レンズ113と負のパワーでアッベ数小の第3レンズ114で色収差を取り、かつ有効径を広げながら、第4レンズ115および第5レンズ116の光学上の位置を絞りに近づける作用をする。
また、第4レンズ115の第2面L4S2と第5レンズ116の第1面L5S1の曲率半径が光学上絞りに近づき、軸外のコマ収差と非点収差を減らす。
これらの作用で全体として大きな収差の補正能力を持ち、Fno2.0という明るいレンズを実現する。
上記で述べたように、第1レンズ111は、凸形状側を物体側に向けた正のメニスカスレンズにより形成され、その第1面L1S1、第2面L1S2の曲率半径の中心が絞り112側に来るようになる。
これにより、軸外のコマ収差と非点収差をより打ち消す。
条件式(1)の下限を超えるとベンディングしなくなり軸外のコマ収差と非点収差が劣化する。上限を超えると、凸のパワーが弱くなり、レトロフォーカスの形に近くなり特性は良くなるが、光学長が長くなるという問題がでる。
1 ≦ qL1 ≦ 100 (1)
qL1 : 第1レンズのベンディングファクター
qL1=(RL1S2+RL1S1)/(RL1S2−RL1S1)
RL1S1 : 第1レンズ111の第1面L1S1の曲率半径
RL1S2 : 第1レンズ111の第2面L1S2の曲率半径
0.3 ≦ f2/f ≦ 10 (2)
f : 全体の焦点距離
f2: 第2レンズの焦点距離
−10 ≦ f3/f ≦ −0.4 (3)
f : 全体の焦点距離
f3: 第3レンズの焦点距離
条件式(4)の下限を超えるとパワーが強くなりすぎて製造トレランスが狭くなり生産性が悪くなり、上限を超えると軸外のコマ収差と非点収差が悪くなり高解像度撮像素子に向かなくなる。
−3 ≦ RL4S2/f ≦ −0.08 (4)
f : 全体の焦点距離
RL4S2 : 第4レンズの第2面の曲率半径
条件式(5)の下限を超えるとパワーが強くなりすぎて製造トレランスが狭くなり生産性が悪くなり、上限を超えると軸外のコマ収差と非点収差が悪くなり高解像度撮像素子に向かなくなる。
−3 ≦ RL5S1/f ≦ −0.05 (5)
f : 全体の焦点距離
RL5S1 : 第5レンズ116の第1面L5S1の曲率半径
40 ≦ νL1 ≦ 70 (6)
40 ≦ νL2 ≦ 70 (7)
10 ≦ νL3 ≦ 40 (8)
0.8 ≦ TT/f ≦ 5 (9)
f : 全体の焦点距離
ただし、Xは非球面頂点に対する接平面からの距離を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
なお、ここでは絞り112については考慮されていない。
第2レンズ113の物体側面に第3番、第2レンズ113の像面側面に第4番の面番号が付与されている。
第3レンズ114の物体側面に第5番、第3レンズ114の像面側面に第6番の面番号が付与されている。
第4レンズ115の物体側面に第7番、第4レンズ115の像面側面に第8番の面番号が付与されている。
第5レンズ116の物体側面に第9番、第5レンズ116の像面側面に第10番の面番号が付与されている。
カバーガラス120の物体側面に第11番、像面130に第12番の面番号が付与されている。
第2レンズ113の物体側面の中心曲率半径はR3に設定され、第2レンズ113の像面側面の曲率半径はR4に設定される。
第3レンズ114の物体側面の中心曲率半径はR5に設定され、第3レンズ114の像面側面の曲率半径はR6に設定される。
第4レンズ115の物体側面の中心曲率半径はR7に設定され、第4レンズ115の像面側面の曲率半径はR8に設定される。
第5レンズ116の物体側面の中心曲率半径はR9に設定され、第5レンズ116の像面側面の曲率半径はR10に設定される。
カバーガラス120の物体側面11の中心曲率半径はR11に設定される。
像面130の面12の中心曲率半径はR12に設定される。
なお、面11および面12の中心曲率半径R11およびR12は無限(INFINITY)である。
第2レンズ113の厚さとなる面3と面4間の光軸OX上の距離がd3に、第2レンズ113の像面側面4と第3レンズ114の物体側面5間の光軸OX上の距離がd4に設定される。
第3レンズ114の厚さとなる面5と面6間の光軸OX上の距離がd5に、第3レンズ114の像面側面6と第4レンズ115の物体側面7間の光軸OX上の距離がd6に設定される。
第4レンズ115の厚さとなる面7と面8間の光軸OX上の距離がd7に、第4レンズ115の像面側面8と第5レンズ116の物体側面9間の光軸OX上の距離がd8に設定される。
第5レンズ116の厚さとなる面9と面10間の光軸OX上の距離がd9に、第5レンズ116の像面側面10とカバーガラス120の物体側面11間の光軸OX上の距離がd10に設定される。
カバーガラス120の厚さとなる物体側面11と像面側面間の光軸OX上の距離がd11に設定される。
カバーガラス120の図面側面と像面130の面12間の光軸OX上の距離がd12に設定される。
この設計例では、第4レンズ115以外のレンズはプラスチックレンズで構成可能で、安価に製造できる。また、凸形状の第4レンズ115をガラスにすることにより、その他のレンズのパワーのバランスが良く、全体の焦点距離の温度依存性が少なく温度特性も優れている。
表1、表2、表3、および表4に実施例1の各数値が示されている。実施例1の各数値は図1の撮像レンズ100に対応している。
表2において、Kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
ここで、焦点距離fは3.89[mm]に、開口数Fは2.0に、半画角ωは30.5degに、レンズ長Hは5.5[mm]に設定されている。
第2レンズ113のパワーf2/fが0.84に設定され、条件式(2)で規定される条件を満足している。
第3レンズ114のパワーf3/fが−0.88に設定され、条件式(3)で規定される条件を満足している。
第4レンズ115の第2面L4S2の曲率半径RL4S2が−0.43に設定され、条件式(4)で規定される条件を満足している。
第5レンズ116の第1面L5S1の曲率半径RL5S1が−0.27に設定され、条件式(5)で規定される条件を満足している。
第1レンズ111のアッベ数νL1が56.0に設定され、条件式(6)で規定される条件を満足している。
第2レンズ113のアッベ数νL2が56.0に設定され、条件式(7)で規定される条件を満足している。
第3レンズ114のアッベ数νL3が23.0に設定され、条件式(8)で規定される条件を満足している。
光学全長TTに対する制約条件TT/fが1.41に設定され、条件式(9)で規定される条件を満足している。
図3からわかるように、実施例1によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた光学ユニットを含む撮像レンズが得られる。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る撮像レンズの構成例を示す図である。
したがって、ここでは、撮像レンズ100Aの詳細な説明は省略する。
表5、表6、表7、および表8に実施例2の各数値が示されている。実施例2の各数値は図5の撮像レンズ100Aに対応している。
表6において、Kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
ここで、焦点距離fは3.92[mm]に、開口数Fは2.0に、半画角ωは30.4degに、レンズ長Hは5.5[mm]に設定されている。
第2レンズ113のパワーf2/fが0.87に設定され、条件式(2)で規定される条件を満足している。
第3レンズ114のパワーf3/fが−1.15に設定され、条件式(3)で規定される条件を満足している。
第4レンズ115の第2面L4S2の曲率半径RL4S2が−0.28に設定され、条件式(4)で規定される条件を満足している。
第5レンズ116の第1面L5S1の曲率半径RL5S1が−0.22に設定され、条件式(5)で規定される条件を満足している。
第1レンズ111のアッベ数νL1が56.0に設定され、条件式(6)で規定される条件を満足している。
第2レンズ113のアッベ数νL2が56.0に設定され、条件式(7)で規定される条件を満足している。
第3レンズ114のアッベ数νL3が23.0に設定され、条件式(8)で規定される条件を満足している。
光学全長TTに対する制約条件TT/fが1.40に設定され、条件式(9)で規定される条件を満足している。
図5からわかるように、実施例2によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた光学ユニットを含む撮像レンズが得られる。
5群5枚で構成され、第1レンズ111は物体側に凸形状を向けた正のメニスカスレンズにより形成され、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正することができる。
また、第1レンズ111は、アッベ数が大きいものが用いられ、色収差を抑えることができる。
第2レンズ113は、正のパワーでアッベ数が大、第3レンズ114は負のパワーでアッベ数が小という構成がとられ、色収差を小さくして有効径を広げて、大きなイメージャに対応するように構成することが可能となる。
正のパワーの第4レンズ115の第2面L5S2と負のパワーの第5レンズ116の第1面L5S1の曲率半径が光学上絞り近辺に来ることによって軸外のコマ収差と非点収差をよく補正することができる。
これらの作用で全体として大きな収差の補正能力を持ち、非常に明るいレンズを実現することができる。
これら5個のレンズはすべてプラスチックモールドのレンズで構成可能である。
これらによって、明るく、かつ広角、かつ光路長の短くコンパクトで安価で生産性の高い非常に高性能な光学ユニットを実現することができる。
図6は、本実施形態に係る光学ユニットを含む撮像レンズが採用される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
光学系210は、撮像デバイス220の画素領域を含む撮像面に入射光を導き、被写体像を結像する。
撮像装置200は、さらに、撮像デバイス220を駆動する駆動回路(DRV)230、および撮像デバイス220の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)240を有する。
信号処理回路240で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路240で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
Claims (6)
- 物体側から像面側に向かって順番に配置された、
物体側に凸形状を向けた正のメニスカスレンズの第1レンズと、
絞りと、
正のパワーの第2レンズと、
負のパワーの第3レンズと、
正のパワーの第4レンズと、
負のパワーの第5レンズと、からなり、
上記第3レンズのアッベ数νL3が、下記条件式を満足し、
10 ≦ νL3 ≦ 23
上記第2レンズの焦点距離f2と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
0.3 ≦ f2/f ≦ 10
上記第3レンズの焦点距離f3と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−10 ≦ f3/f ≦ −0.4
上記第4レンズの第4レンズの第2面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL4S2/f ≦ −0.08
上記第5レンズの第5レンズの第1面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL5S1/f ≦ −0.05
光学全長TTと全体の焦点距離fは下記の条件式を満足する
0.8 ≦ TT/f ≦ 1.41
光学ユニット。 - 上記第1レンズのベンディングファクター qL1=(RL1S2+RL1S1)/(RL1S2-RL1S1)が下記条件式を満足する
請求項1記載の光学ユニット。
1 ≦ qL1 ≦ 100
qL1 : 第1レンズのベンディングファクター
RL1S1 : 第1レンズ111の第1面L1S1の曲率半径
RL1S2 : 第1レンズ111の第2面L1S2の曲率半径 - 上記第1レンズのアッベ数νL1、上記第2レンズのアッベ数νL2が、下記条件式を満足する
請求項1または2記載の光学ユニット。
40 ≦ νL1 ≦ 70
40 ≦ νL2 ≦ 70 - 撮像素子と、
撮像素子に被写体像を結像する光学ユニットと、を有し、
上記光学ユニットは、
物体側から像面側に向かって順番に配置された、
物体側に凸形状を向けた正のメニスカスレンズの第1レンズと、
絞りと、
正のパワーの第2レンズと、
負のパワーの第3レンズと、
正のパワーの第4レンズと、
負のパワーの第5レンズと、からなり、
上記第3レンズのアッベ数νL3が、下記条件式を満足し、
10 ≦ νL3 ≦ 23
上記第2レンズの焦点距離f2と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
0.3 ≦ f2/f ≦ 10
上記第3レンズの焦点距離f3と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−10 ≦ f3/f ≦ −0.4
上記第4レンズの第4レンズの第2面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL4S2/f ≦ −0.08
上記第5レンズの第5レンズの第1面の曲率半径と全体の焦点距離fは下記の条件式を満足し、
−3 ≦ RL5S1/f ≦ −0.05
光学全長TTと全体の焦点距離fは下記の条件式を満足する
0.8 ≦ TT/f ≦ 1.41
撮像装置。 - 上記第1レンズのベンディングファクター qL1=(RL1S2+RL1S1)/(RL1S2-RL1S1)が下記条件式を満足する
請求項4記載の撮像装置。
1 ≦ qL1 ≦ 100
qL1 : 第1レンズのベンディングファクター
RL1S1 : 第1レンズ111の第1面L1S1の曲率半径
RL1S2 : 第1レンズ111の第2面L1S2の曲率半径 - 上記第1レンズのアッベ数νL1、上記第2レンズのアッベ数νL2が、下記条件式を満足する
請求項4または5記載の撮像装置。
40 ≦ νL1 ≦ 70
40 ≦ νL2 ≦ 70
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