JP5953450B1

JP5953450B1 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP5953450B1
Application number: JP2016077896A
Authority: JP
Inventors: 弘之寺岡; シ、ロンバオ
Original assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Current assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2036-04-08
Also published as: CN105892019A; US20170293109A1; CN105892019B; JP2017187704A; US10371926B2

Abstract

【課題】良好な光学特性を有し、広角、小型で、且つ、明るいＦ値を有する４枚のレンズで構成される撮像レンズを提供する。【解決手段】物体側から順に、正パワーの第１レンズ、負パワーの第２レンズ、正パワーの第３レンズ、負パワーの第４レンズが配置され、且つ、所定の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。【選択図】図１

Description

本発明は撮像レンズに関する発明である。特に、高画素用ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの個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、諸収差が好適に補正された良好な光学特性を有し、小型で、全画角（以下、２ωとする）が、８０°以上の広角で、且つ、２．０以下の明るいＦ値（以下、Ｆｎｏとする）を有する４枚のレンズで構成される撮像レンズに関する発明である。

近年、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。これらの撮像素子の小型化、高性能化に伴い、良好な光学特性を有し、広角、小型で、且つ、明るいＦｎｏを有する撮像レンズが求められている。

良好な光学特性を有し、広角、小型で、且つ、明るいＦｎｏを有する４枚のレンズで構成される撮像レンズに関する技術開発が進められている。この４枚構成の撮像レンズとして、物体側から順に、正パワーの第１レンズ、負パワーの第２レンズ、正パワーの第３レンズ、負パワーの第４レンズで構成されたものが提案されている。

特許文献１の実施例に開示された撮像レンズは、上記、４枚で構成された撮像レンズであるが、第１レンズ及び、第４レンズのパワー配分、第１レンズの形状が不十分なために、Ｆｎｏ≧２．３０と明るさが不十分であった。

特許文献２の実施例に開示された撮像レンズは、上記、４枚で構成された撮像レンズであるが、第１レンズ及び、第４レンズのパワー配分、第１レンズの形状が不十分なために、Ｆｎｏ≧２．１０と明るさが不十分であった。

特開２０１６−０１１９８５号公報特許第５８１５９０７号

本発明の目的は、良好な光学特性を有し、広角、小型で、且つ、明るいＦｎｏを有する４枚のレンズで構成される撮像レンズを提供することである。

上記目的を達成するために、第１レンズ、第４レンズのパワー配分、第１レンズの形状を鋭意検討した結果、従来技術の課題が改善された撮像レンズを得ることを見出し、本発明に到達した。

請求項１記載の撮像レンズは、物体側から順に、正パワーの第１レンズ、負パワーの第２レンズ、正パワーの第３レンズ、負パワーの第４レンズが配置され、且つ、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
１．２５≦ｆ１／ｆ≦１．５０（１）
−２．００≦ｆ４／ｆ≦−０．９０（２）
−２．５０≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦−１．２５（３）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
Ｒ１：第１レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像面側面の曲率半径
である。

請求項２記載の撮像レンズは、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
−４．００≦ｆ２／ｆ≦−２．００（４）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
である。

請求項３記載の撮像レンズは、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
０．４０≦ｆ３／ｆ≦１．００（５）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
である。

本発明によれば、特に、高画素用ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子を使用した携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラなどに好適な、良好な光学特性を有し、広角、小型で、且つ、明るいＦｎｏを有する４枚のレンズで構成される撮像レンズを提供できる。

本発明の一実施形態に係る撮像レンズＬＡの構成を示す図である。上記撮像レンズＬＡの具体的実施例１の構成を示す図である。実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差図である。実施例１の撮像レンズＬＡの倍率色収差図である。実施例１の撮像レンズＬＡの像面湾曲及び歪曲収差図である。上記撮像レンズＬＡの具体的実施例２の構成を示す図である。実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差図である。実施例２の撮像レンズＬＡの倍率色収差図である。実施例２の撮像レンズＬＡの像面湾曲及び歪曲収差図である。

本発明に係る撮像レンズの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の一実施形態に係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、物体側から像面側へ向かって、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４が配置された４枚構成のレンズ系を備えている。第４レンズＬ４と像面の間に、ガラス平板ＧＦが配置される。このガラス平板ＧＦとしては、カバーガラス、又は、ＩＲカットフィルターなど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は、第４レンズＬ４と像面の間に配置しなくともよい。

第１レンズＬ１は、正パワーを有するレンズであり、第２レンズＬ２は、負パワーを有するレンズであり、第３レンズＬ３は、正パワーを有するレンズであり、第４レンズＬ４は負パワーを有するレンズである。これらの４枚のレンズ表面は、諸収差を良好に補正するため、全面を非球面形状とすることが望ましい。

この撮像レンズＬＡは、以下の条件式（１）〜（３）を満足する撮像レンズである。
１．２５≦ｆ１／ｆ≦１．５０（１）
−２．００≦ｆ４／ｆ≦−０．９０（２）
−２．５０≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦−１．２５（３）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
Ｒ１：第１レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像面側面の曲率半径
である。

条件式（１）は、第１レンズの正パワーを規定するものである。条件式（１）の下限を超えると、第１レンズの正パワーが強くなり過ぎ、諸収差等の補正が困難となると共に広角化が困難となり、好ましくなく、逆に上限を超えると、第１レンズの正パワーが弱くなり過ぎ、小型化が困難となり、好ましくない。
なお、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
１．３０≦ｆ１／ｆ≦１．４０（１−Ａ）

条件式（２）は、第４レンズＬ４の負パワーを規定するものである。条件式（２）の下限を超えると、軸外の色収差の補正が困難となり、好ましくなく、上限を超えると、高次収差による第４レンズの軸上偏芯等による像面の変動が大きくなり、好ましくない。
なお、条件式（２）の数値範囲を、以下の条件式（２−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
−１．３０≦ｆ４／ｆ≦−１．００（２−Ａ）

条件式（３）は、第１レンズＬ１の形状を規定するものである。条件式（３）の範囲外では、Ｆｎｏ≦２．０での広角、小型化が困難となり、好ましくない。
なお、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
−２．００≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦−１．５０（３−Ａ）

第２レンズＬ２は、負パワーを有するレンズであり、以下の条件式（４）を満足している。
−４．００≦ｆ２／ｆ≦−２．００（４）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
である。

条件式（４）は、第２レンズの負パワーを規定するものである。条件式（４）の下限を超えると、第２レンズの負パワーが弱くなり過ぎ、軸上、軸外の色収差の補正が困難となり、好ましくなく、逆に上限を超えると、第２レンズの負パワーが強くなり過ぎ、諸収差の補正が困難になると共に、高次収差による第２レンズの軸上偏芯等による像面の変動が大きくなり、好ましくない。
なお、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
−３．２０≦ｆ２／ｆ≦−２．５０（４−Ａ）

第３レンズＬ３は、正パワーを有するレンズであり、以下の条件式（５）を満足している。
０．４０≦ｆ３／ｆ≦１．００（５）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
である。

条件式（５）は、第３レンズＬ３の正パワーを規定するものである。条件式（５）の下限を超えると、第３レンズの正パワーが強くなり過ぎ、高次収差による第３レンズの軸上偏芯等による像面の変動が大きくなり、好ましくなく、逆に上限を超えると、第３レンズの正パワーが弱くなり過ぎ、低背化が困難となり、好ましくない。
なお、条件式（５）の数値範囲を、以下の条件式（５−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
０．６５≦ｆ３／ｆ≦０．７５（５−Ａ）

撮像レンズＬＡを構成する４枚レンズが、それぞれ前記の構成及び、条件式を満たすことにより、良好な光学特性を有し、小型で、２ω≧８０°の広角で、且つ、Ｆｎｏ≦２．０の明るいＦｎｏを有する撮像レンズを得ることが可能となる。

以下に、本発明の撮像レンズＬＡについて、実施例を用いて説明する。
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、距離、半径及び中心厚の単位は、ｍｍである。
ｆ：撮像レンズＬＡ全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
ｆ３：第３レンズＬ３の焦点距離
ｆ４：第４レンズＬ４の焦点距離
Ｆｎｏ：Ｆ値
２ω ：全画角
Ｓ１：開口絞り
Ｒ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像面側面の曲率半径
Ｒ３：第２レンズＬ２の物体側面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズＬ２の像面側面の曲率半径
Ｒ５：第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径
Ｒ６：第３レンズＬ３の像面側面の曲率半径
Ｒ７：第４レンズＬ４の物体側面の曲率半径
Ｒ８：第４レンズＬ４の像面側面の曲率半径
Ｒ９：ガラス平板ＧＦの物体側面の曲率半径
Ｒ１０：ガラス平板ＧＦの像面側面の曲率半径
ｄ：レンズの中心厚、又は、レンズ間距離
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面から開口絞りＳ１までの軸上距離
ｄ３：開口絞りＳ１から第２レンズＬ２の物体側面までの軸上距離
ｄ４：第２レンズＬ２の中心厚
ｄ５：第２レンズＬ２の像面側面から第３レンズＬ３の物体側面までの軸上距離
ｄ６：第３レンズＬ３の中心厚
ｄ７：第３レンズＬ３の像面側面から第４レンズＬ４の物体側面までの軸上距離
ｄ８：第４レンズＬ４の中心厚
ｄ９：第４レンズＬ４の像面側面からガラス平板ＧＦの物体側面までの軸上距離
ｄ１０：ガラス平板ＧＦの中心厚
ｄ１１：ガラス平板ＧＦの像面側面から像面までの軸上距離
ｎｄ：ｄ線の屈折率
ｎ１：第１レンズＬ１のｄ線の屈折率
ｎ２：第２レンズＬ２のｄ線の屈折率
ｎ３：第３レンズＬ３のｄ線の屈折率
ｎ４：第４レンズＬ４のｄ線の屈折率
ｎ５：ガラス平板ＧＦのｄ線の屈折率
νｄ：アッベ数
ν１：第１レンズＬ１のアッベ数
ν２：第２レンズＬ２のアッベ数
ν３：第３レンズＬ３のアッベ数
ν４：第４レンズＬ４のアッベ数
ν５：ガラス平板ＧＦのアッベ数
ＴＴＬ：光学長（第１レンズＬ１の物体側面から像面までの軸上距離）
ＬＢ：第４レンズＬ４の像面側面から像面までの軸上距離（ガラス平板ＧＦの厚みを含む）
ＩＨ：像高

ｙ＝（ｘ²／Ｒ）／[１＋｛１−（ｋ＋１）（ｘ²／Ｒ²）｝^1/2]
＋Ａ４ｘ⁴＋Ａ６ｘ⁶＋Ａ８ｘ⁸＋Ａ１０ｘ¹⁰＋Ａ１２ｘ¹²＋Ａ１４ｘ¹⁴＋Ａ１６ｘ¹⁶ （６）

但し、Ｒは軸上の曲率半径、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（６）で表される非球面を使用している。しかしながら、特に、この式（６）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を構成する第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径Ｒ、レンズ中心厚又はレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数を表２に示す。

後に登場する表５は、実施例１、２の諸値及び条件式（１）〜（５）で規定したパラメータに対応する値を示す。

実施例１は、表５に示すように、条件式（１）〜（５）を満足する。

実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差を図３に、倍率色収差を図４に、像面湾曲及び歪曲収差を図５に示す。なお、図５の像面湾曲のＳはサジタル像面に対する像面湾曲、Ｔはタンジェンシャル像面に対する像面湾曲であり、実施例２においても同様である。実施例１の撮像レンズＬＡは、２ω＝８３．５°、ＴＴＬ＝２．９５６ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．９４と広角、小型で、且つ、Ｆｎｏが明るく、図３〜５に示すように、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例２）
図６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を構成する第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径Ｒ、レンズ中心厚又はレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表３に、円錐係数ｋ、非球面係数を表４に示す。

実施例２は、表５に示すように、条件式（１）〜（５）を満足する。

実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差を図７に、倍率色収差を図８に、像面湾曲及び歪曲収差を図９に示す。実施例２の撮像レンズＬＡは、２ω＝８３．５°、ＴＴＬ＝２．９５２ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．９６と広角、小型で、且つ、Ｆｎｏが明るく、図７〜９に示すように、良好な光学特性を有していることがわかる。

表５に各数値実施例の諸値及び、条件式（１）〜（５）で規定したパラメータに対応する値を示す。なお、表５に示す諸値単位は、２ω（°）、ｆ（ｍｍ）、ｆ１（ｍｍ）、ｆ２（ｍｍ）、ｆ３（ｍｍ）、ｆ４（ｍｍ）、ＴＴＬ（ｍｍ）、ＬＢ（ｍｍ）、ＩＨ（ｍｍ）である。

ＬＡ：撮像レンズ
Ｓ１：開口絞り
Ｌ１：第１レンズ
Ｌ２：第２レンズ
Ｌ３：第３レンズ
Ｌ４：第４レンズ
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像面側面の曲率半径
Ｒ３：第２レンズＬ２の物体側面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズＬ２の像面側面の曲率半径
Ｒ５：第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径
Ｒ６：第３レンズＬ３の像面側面の曲率半径
Ｒ７：第４レンズＬ４の物体側面の曲率半径
Ｒ８：第４レンズＬ４の像面側面の曲率半径
Ｒ９：ガラス平板ＧＦの物体側面の曲率半径
Ｒ１０：ガラス平板ＧＦの像面側面の曲率半径
ｄ：レンズの中心厚、又は、レンズ間距離
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面から開口絞りＳ１までの軸上距離
ｄ３：開口絞りＳ１から第２レンズＬ２の物体側面までの軸上距離
ｄ４：第２レンズＬ２の中心厚
ｄ５：第２レンズＬ２の像面側面から第３レンズＬ３の物体側面までの軸上距離
ｄ６：第３レンズＬ３の中心厚
ｄ７：第３レンズＬ３の像面側面から第４レンズＬ４の物体側面までの軸上距離
ｄ８：第４レンズＬ４の中心厚
ｄ９：第４レンズＬ４の像面側面からガラス平板ＧＦの物体側面までの軸上距離
ｄ１０：ガラス平板ＧＦの中心厚
ｄ１１：ガラス平板ＧＦの像面側面から像面までの軸上距離

Claims

物体側から順に、正パワーの第１レンズ、負パワーの第２レンズ、正パワーの第３レンズ、負パワーの第４レンズが配置され、且つ、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
１．２５≦ｆ１／ｆ≦１．５０（１）
−２．００≦ｆ４／ｆ≦−０．９０（２）
−２．５０≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦−１．２５（３）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
Ｒ１：第１レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像面側面の曲率半径
である。
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
−４．００≦ｆ２／ｆ≦−２．００（４）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
である。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
０．４０≦ｆ３／ｆ≦１．００（５）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
である。