JP7051940B2

JP7051940B2 - 反射屈折光学系の撮像レンズ

Info

Publication number: JP7051940B2
Application number: JP2020108122A
Authority: JP
Inventors: 耕二新田; 山崎郁
Original assignee: エーエーシーオプティックスソリューションズピーティーイーリミテッド
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2040-06-23
Also published as: WO2021258611A1; US20210396979A1; US11372220B2; CN111722366A; JP2022003377A; CN111722366B

Description

本発明は、光学レンズの分野に関し、特に小型の反射屈折光学系の狭角レンズに関する撮像レンズの発明に係る。

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、低背、狭角で、且つ、良好な光学特性を有する反射屈折光学系の撮像レンズが求められている。

低背、狭角で、且つ、良好な光学特性を有する反射屈折光学系の撮像レンズに関する技術開発が進められている。この反射屈折光学系の撮像レンズとしては、物体側から、空気間隔を設けて配置された第１レンズと、第２レンズとを有し、第１レンズの物体側面には、周辺領域に第１屈折面が形成され、中心領域に第２反射面が形成され、第２レンズの像側面には、周辺領域に第１反射面が形成され、中心領域に第２屈折面が形成されたものが、特許文献１に提案されている。

特許文献１の実施例１～５に記載された反射屈折光学系の撮像レンズは、第１および第２レンズ周辺領域の屈折率とアッベ数の比、第１及び第２レンズ周辺領域の屈折率と第２レンズ中心領域の焦点距離の比が不十分なために、画角が２１．４°以上と狭角化が不十分であった。

特開２０１８－１０９６７３号公報

本発明の目的は、低背、狭角で、且つ、良好な光学特性を有する２枚のレンズユニットと１組のレンズ群で構成される反射屈折光学系の撮像レンズを提供することにある。

上記目標を達成するために、第１レンズユニット及び第２レンズユニットの屈折率とアッベ数の比と、第１レンズユニット及び第２レンズユニットの屈折率と第３レンズ群の合成焦点距離の比を鋭意検討した結果、従来技術の課題が改善された反射屈折光学系の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、反射力及び屈折力を有する第１レンズユニット、反射力及び屈折力を有する第２レンズユニット、屈折力を有する第３レンズ群が配置され、前記第１レンズユニットの物体側面は、周辺領域が第１屈折面、中心領域に第２反射面を有し、前記第１レンズユニットの像側面は、周辺領域から中心領域へ順に、第２屈折面、第５屈折面、第６屈折面を有し、前記第２レンズユニットの物体側面は、周辺領域から中心領域へ順に、第３屈折面、第４屈折面を有し、前記第２レンズユニットの像側面に第１反射面を有し、且つ、以下の条件式（１）～（２）を満足する。
０．０３５≦（ｎｄ１／ν１）＋（ｎｄ２／ν２）≦０．０８５（１）
－０．４０≦（ｎｄ１＋ｎｄ２）／ｆ３ｇ≦－０．１０（２）
但し、
ｎｄ１：第１レンズのｄ線の屈折率
ｎｄ２：第２レンズのｄ線の屈折率
ν１：第１レンズユニットのアッベ数
ν２：第２レンズユニットのアッベ数
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項２記載の撮像レンズは、請求項１記載の反射屈折光学系の撮像レンズにおいて、以下の条件式（３）を満足する。
－０．２０≦ｄ９／ｆ３ｇ≦０．００（３）
但し、
ｄ９：第６屈折面Ｓ８から第７屈折面Ｓ９の軸上距離
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項３記載の撮像レンズは、請求項１記載の反射屈折光学系の撮像レンズにおいて、以下の条件式（４）を満足する。
０．２５≦ＴＴＬ／ｆ≦０．３５（４）
但し、
ＴＴＬ：光学長（第２反射面から像面までの軸上距離）
ｆ：反射屈折光学系の撮像レンズ全体の焦点距離
である。

請求項４記載の撮像レンズは、請求項１記載の反射屈折光学系の撮像レンズにおいて、以下の条件式（５）を満足する。
－０．８５≦ＴＴＬ／ｆ３ｇ≦－０．２０（５）
但し、
ＴＴＬ：光学長（第２反射面から像面までの軸上距離）
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項５記載の撮像レンズは、請求項１記載の反射屈折光学系の撮像レンズにおいて、以下の条件式（６）を満足する。
３．０５≦ＴＴＬ／ＩＨ≦３．４０（６）
但し、
ＴＴＬ：光学長（第２反射面から像面までの軸上距離）
ＩＨ：最大像高
である。

本発明によれば、特に、従来技術と比較して、第１レンズユニット、第２レンズユニット及び第３レンズ群からなる共軸２回反射屈折光学系の光路を配置することにより、レンズの回折限界が改善され、長焦点化が実現されるという利点があり、小型狭角レンズは、構造がコンパクトで小型であるという利点がある。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、低背、狭角で、且つ、良好な光学特性を有する２枚のレンズユニットと１組のレンズ群で構成される反射屈折光学系の撮像レンズを提供することができる。

本発明の実施例１の撮像レンズＬＡの概略構成を示す図。本発明の実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図。本発明の実施例２の撮像レンズＬＡの概略構成を示す図。本発明の実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図。本発明の実施例３の撮像レンズＬＡの概略構成を示す図。本発明の実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図。本発明の実施例４の撮像レンズＬＡの概略構成を示す図。本発明の実施例４の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図。

本発明に係る反射屈折光学系の撮像レンズの実施形態について説明する。この反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、物体側から像面側へ向かって、第１レンズユニットＬ１、第２レンズユニットＬ２、第３レンズ群Ｇｒ３が配置された２枚のレンズユニットと１組のレンズ群で構成されたレンズ系を備えている。第３レンズ群Ｇｒ３と像面との間に、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、及び、各種フィルターなどを想定したものである。本発明において、ガラス平板ＧＦは、異なる位置に配置されてもよく、省略した構成も可能である。

反射力及び屈折力を有する第１レンズユニットＬ１、反射力及び屈折力を有する第２レンズユニットＬ２、屈折力を有する第３レンズ群Ｇｒ３が配置され、前記第１レンズユニットＬ１の物体側面は、周辺領域が第１屈折面Ｓ１、中心領域に第２反射面Ｓ７を有し、前記第１レンズユニットＬ１の像側面は、周辺領域から中心領域へ順に、第２屈折面Ｓ２、第５屈折面Ｓ６、第６屈折面Ｓ８を有し、前記第２レンズユニットＬ２の物体側面は、周辺領域から中心領域へ順に、第３屈折面Ｓ３、第４屈折面Ｓ５を有し、前記第２レンズユニットＬ２の像側面に第１反射面Ｓ４を有するレンズユニットである。これらの２枚のレンズユニットと１組のレンズ群のレンズ表面は、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。
ここで、中心領域とは、レンズの光軸と中心としたときのレンズ面の中心付近を指し、周辺領域とは、レンズ面から中心領域を除いた領域であって、レンズ面の外周付近を指す。
第１屈折面Ｓ１に入射した光線が、順に、第２屈折面Ｓ２と第３屈折面Ｓ３を経過した後に第１反射面Ｓ４により反射された後、第４屈折面Ｓ５と第５屈折面Ｓ６を経過して第２反射面Ｓ７に入射し、更に第２反射面Ｓ７で反射された後、第６屈折面Ｓ８を経過した後に第３レンズ群Ｇｒ３に入射する。
本実施形態において、第１レンズユニットＬ１は一体構造であり、第２レンズユニットＬ２は一体構造である。他の実施形態では、第１レンズユニット及び第２レンズユニットの少なくとも一方が、貼り合わせレンズであってもよい。

この反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、以下の条件式（１）～（２）を満足する。
０．０３５≦（ｎｄ１／ν１）＋（ｎｄ２／ν２）≦０．０８５（１）
－０．４０≦（ｎｄ１＋ｎｄ２）／ｆ３ｇ≦－０．１０（２）
但し、
ｎｄ１：第１レンズのｄ線の屈折率
ｎｄ２：第２レンズのｄ線の屈折率
ν１：第１レンズユニットのアッベ数
ν２：第２レンズユニットのアッベ数
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。

条件式（１）は、第１および第２レンズ周辺領域の屈折率とアッベ数の比を規定するものである。条件式（１）の範囲外では、良好な光学特性を有しての狭角、低背化が困難となり、好ましくない。

条件式（２）は、第１レンズユニット及び第２レンズユニットの屈折率と第３レンズ群の合成焦点距離の比を規定するものである。条件式（２）の範囲外では、色収差の補正が困難となり、好ましくない。

反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、下記の条件式（３）を満足する。
－０．２０≦ｄ９／ｆ３ｇ≦０．００（３）
但し、
ｄ９：第６屈折面Ｓ８から第７屈折面Ｓ９の軸上距離
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。

条件式（３）は、第１レンズユニットＬ１と第３レンズ群Ｇｒ３との軸上の空気間隔と第３レンズ群の合成焦点距離の比を規定するものである。条件式（３）の範囲内では、良好な光学特性を有しての狭角、低背化が容易となり、好ましい。

反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、以下の条件式（４）を満足する。
０．２５≦ＴＴＬ／ｆ≦０．３５（４）
但し、
ＴＴＬ：光学長（第２反射面から像面までの軸上距離）
ｆ：反射屈折光学系の撮像レンズ全体の焦点距離
である。

条件式（４）は、光学長と焦点距離との比を規定するものである。条件式（４）の上限値以下であれば、狭角化が容易になり、下限値以上であれば、球面収差及びコマ収差の補正が容易となり、好ましい。

反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、以下の条件式（５）を満足する。
－０．８５≦ＴＴＬ／ｆ３ｇ≦－０．２０（５）
但し、
ＴＴＬ：光学長（第２反射面から像面までの軸上距離）
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。

条件式（５）は、光学長と第３レンズ群Ｇｒ３の合成焦点距離との比を規定するものである。条件式（５）の上限値以下であれば、狭角化が容易になり、下限値以上であれば、球面収差及びコマ収差の補正が容易となり、好ましい。

反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、以下の条件式（６）を満足する。
３．０５≦ＴＴＬ／ＩＨ≦３．４０（６）
但し、
ＴＴＬ：光学長（第２反射面から像面までの軸上距離）
ＩＨ：最大像高
である。

条件式（６）は、光学全長と最大像高との比を規定するものである。条件式（６）の上限値以下であれば、像高に対して光学全長が大きく低背化が容易になる。下限値以上であれば、球面収差及びコマ収差の補正が容易となり、好ましい。

撮像レンズＬＡを構成する２枚のレンズユニットと１組のレンズ群が、それぞれ前記の構成及び、条件式を満足することにより、低背、狭角で、且つ、良好な光学特性を有する２枚のレンズユニットと１組のレンズ群で構成される反射屈折光学系の撮像レンズを得ることが可能となる。

以下に、本発明の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡについて、実施例を用いて説明する。実施例１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：反射屈折光学系の撮像レンズＬＡ全体の焦点距離
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
Ｆｎｏ：Ｆ値
２ω ：全画角
ＳＴＯＰ：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屈折面Ｓ１の曲率半径
Ｒ２：第２屈折面Ｓ２の曲率半径
Ｒ３：第３屈折面Ｓ３の曲率半径
Ｒ４：第１反射面Ｓ４の曲率半径
Ｒ５：第４屈折面Ｓ５の曲率半径
Ｒ６：第５屈折面Ｓ６の曲率半径
Ｒ７：第２反射面Ｓ７の曲率半径
Ｒ８：第６屈折面Ｓ８の曲率半径
Ｒ９：第７屈折面Ｓ９の曲率半径
Ｒ１０：第８屈折面Ｓ１０の曲率半径
Ｒ１１：第９屈折面Ｓ１１の曲率半径
Ｒ１２：第１０屈折面Ｓ１２の曲率半径
Ｒ１３：ガラス平板ＧＦの物体側面の曲率半径
Ｒ１４：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屈折面Ｓ１から第２屈折面Ｓ２の軸上中心厚
ｄ２：第２屈折面Ｓ２から開口絞りＳＴＯＰまでの軸上距離
ｄ３：開口絞りＳＴＯＰから第３屈折面Ｓ３までの軸上距離
ｄ４：第３屈折面Ｓ３から第１反射面Ｓ４の軸上中心厚
ｄ５：第１反射面Ｓ４から第４屈折面Ｓ５の軸上中心厚
ｄ６：第４屈折面Ｓ５から第５屈折面Ｓ６までの軸上距離
ｄ７：第５屈折面Ｓ６から第２反射面Ｓ７の軸上中心厚
ｄ８：第２反射面Ｓ７から第６屈折面Ｓ８の軸上中心厚
ｄ９：第６屈折面Ｓ８から第７屈折面Ｓ９までの軸上距離
ｄ１０：第７屈折面Ｓ９から第８屈折面Ｓ１０の軸上中心厚
ｄ１１：第８屈折面Ｓ１０から第９屈折面Ｓ１１までの軸上距離
ｄ１２：第９屈折面Ｓ１１から第１０屈折面Ｓ１２の軸上中心厚
ｄ１３：第１０屈折面Ｓ１２からガラス平板ＧＦの物体側面Ｓ１３までの軸上距離
ｄ１４：ガラス平板ＧＦの中心厚
ｄ１５：ガラス平板ＧＦの像面側面Ｓ１２から像面までの軸上距離
ＴＴＬ：光学長（第２反射面Ｓ７から像面までの軸上距離）
ＬＢ：第３レンズ群Ｇｒ３の像面側面から像面までの軸上距離（ガラス平板ＧＦの厚み含む）
ＩＨ：最大像高

ｙ＝（ｘ^２／Ｒ）／［１＋｛１－（ｋ＋１）（ｘ^２／Ｒ^２）｝^１／２］
＋Ａ４ｘ^４＋Ａ６ｘ^６＋Ａ８ｘ^８＋Ａ１０ｘ^１０＋Ａ１２ｘ^１２＋Ａ１４ｘ^１４
＋Ａ１６ｘ^１６＋Ａ１８ｘ^１８＋Ａ２０ｘ^２０（７）

各レンズ面の非球面は、便宜上、式（７）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（７）の非球面多項式に限定するものではない。

（実施例１）
図１は、実施例１の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例１の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズユニットＬ１～ガラス平板ＧＦのそれぞれの反射面及び屈折面の曲率半径Ｒ、レンズ中心厚又はレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数を表２に、２ω、Ｆｎｏ、ｆ、ｆ３ｇ、ＴＴＬ、ＬＢ、ＩＨを表３に示す。

後に登場する表１３は、各実施例１～４の条件式（１）～（６）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１３に示すように、条件式（１）～（６）を満足する。

実施例１の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を図２に示す。なお、図の像面湾曲の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２～４においても同様である。実施例１の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、２ω＝９．５２°、ＴＴＬ／ｆ＝０．２５８と低背、狭角で図２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３は、実施例２の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例２の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズユニットＬ１～ガラス平板ＧＦ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νを表４に、円錐係数ｋ、非球面係数を表５に、２ω、Ｆｎｏ、ｆ、ｆ３ｇ、ＴＴＬ、ＬＢ、ＩＨを表６に示す。

実施例２は、表１３に示すように、条件式（１）～（６）を満足する。

実施例２の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を図４に示す。実施例２の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、２ω＝１１．２７°、ＴＴＬ／ｆ＝０．３４５と低背、狭角で図４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３）
図５は、実施例３の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例３の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズユニットＬ１～ガラス平板ＧＦ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νを表７に、円錐係数ｋ、非球面係数を表８に、２ω、Ｆｎｏ、ｆ、ｆ３ｇ、ＴＴＬ、ＬＢ、ＩＨを表９に示す。

実施例３は、表１３に示すように、条件式（１）～（６）を満足する。

実施例３の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を図６に示す。実施例３の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、２ω＝１０．７９°、ＴＴＬ／ｆ＝０．３１と低背、狭角で図６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４）
図７は、実施例４の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例４の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１～ガラス平板ＧＦ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νを表１０に、円錐係数ｋ、非球面係数を表１１に、２ω、Ｆｎｏ、ｆ、ｆ３ｇ、ＴＴＬ、ＬＢ、ＩＨを表１２に示す。

実施例４は、表１３に示すように、条件式（１）～（６）を満足する。

実施例４の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を図８に示す。実施例４の反射屈折光学系の撮像レンズＬＡは、２ω＝１０．５８°、ＴＴＬ／ｆ＝０．３１と低背、狭角で図８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１３に、実施例１～４の条件式（１）～（６）で規定したパラメータに対応する値を示す。

Claims

撮像光学レンズであって、
物体側から順に、反射力及び屈折力を有する第１レンズユニット、反射力及び屈折力を有する第２レンズユニット、屈折力を有する第３レンズ群が配置され、前記第１レンズユニット及び前記第２レンズユニットは、何れも一体構造であり、前記第１レンズユニットの物体側面は、周辺領域が第１屈折面、中心領域に第２反射面を有し、前記第１レンズユニットの像側面は、周辺領域から中心領域へ順に、第２屈折面、第５屈折面、第６屈折面を有し、前記第２レンズユニットの物体側面は、周辺領域から中心領域へ順に、第３屈折面、第４屈折面を有し、前記第２レンズユニットの像側面に第１反射面を有し、且つ、以下の条件式（１）～（２）を満足することを特徴とする反射屈折光学系の撮像レンズ。
０．０３５≦（ｎｄ１／ν１）＋（ｎｄ２／ν２）≦０．０８５（１）
－０．４０≦（ｎｄ１＋ｎｄ２）／ｆ３ｇ≦－０．１０（２）
但し、
ｎｄ１：第１レンズユニットのｄ線の屈折率
ｎｄ２：第２レンズユニットのｄ線の屈折率
ν１：第１レンズユニットのアッベ数
ν２：第２レンズユニットのアッベ数
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。
前記第３レンズ群は、物体側面に第７屈折面を有し、
前記反射屈折光学系の撮像レンズは、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の反射屈折光学系の撮像レンズ。
－０．２０≦ｄ９／ｆ３ｇ≦０．００（３）
但し、
ｄ９：第６屈折面から第７屈折面の軸上距離
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
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に記載の反射屈折光学系の撮像レンズ。
０．２５≦ＴＴＬ／ｆ≦０．３５（４）
但し、
ＴＴＬ：光学長、即ち、第２反射面から像面までの軸上距離
ｆ：反射屈折光学系の撮像レンズ全体の焦点距離
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に記載の反射屈折光学系の撮像レンズ。
－０．８５≦ＴＴＬ／ｆ３ｇ≦－０．２０（５）
但し、
ＴＴＬ：光学長、即ち、第２反射面から像面までの軸上距離
ｆ３ｇ：第３レンズ群の合成焦点距離
である。
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１に記載の反射屈折光学系の撮像レンズ。
３．０５≦ＴＴＬ／ＩＨ≦３．４０（６）
但し、
ＴＴＬ：光学長、即ち、第２反射面から像面までの軸上距離
ＩＨ：最大像高
である。