JP2008158122A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】正パワーの第１レンズと負パワーの第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、コンパクトで、良好な光学特性を有する撮像レンズの提供。
【解決手段】物体側から像面側に向かって順に、絞り、１面以上が非球面で、両凸の正パワーを有する第１レンズと、１面以上が非球面で、像面側に凸面を向けた負パワーを有するメニスカス形状の第2レンズとを含む撮像レンズであって、第１レンズの芯厚ｄ１、第２レンズの芯厚ｄ３及び撮像レンズ全体の焦点距離ｆが下記条件式（１）及び（２）を満足する。
０．５０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５ （１）
０．１０＜ｄ３／ｆ＜０．２９ （２）
【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など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、コンパクトで良好な光学特性を有する２枚のレンズ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、撮像装置に使用される撮像レンズも、従来以上にコンパクトで良好な光学特性が求められている。

従来、コンパクト化と良好な光学特性と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、求められるコンパクト化や光学特性のレベルは高くなっている。撮像レンズをコンパクト化するには、撮像レンズを構成するレンズの枚数が少ないほど有利である。一方、光学特性はレンズ枚数が多くなるほど、容易に良好な特性を達成することができる。これらを考慮して、コンパクト化と良好な光学特性とをバランスさせた２枚のレンズ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、物体側から順に、絞り、両凸の正のパワーを有する第１レンズと、物体側に凹面のメニスカス形状の正のパワーを有する第２レンズで構成された撮像レンズが提案されている。しかし、この構成でも、撮像レンズのコンパクト化は十分といえず、更なるコンパクト化が要望されている。

特許文献２には、物体側から順に、絞り、両凸の正のパワーを有する第１レンズと、物体側に凹面のメニスカス形状の第２レンズとで構成される撮像レンズが提案されている。この撮像レンズとして、第１レンズ及び第２レンズのパワー構成として「正・正」又は「正・負」を組み合わせたレンズ系が開示されている。これらの構成は「負・正」の組み合わせに比べ、コンパクト化には有利といわれている。しかしながら、この提案でも、撮像レンズのコンパクト化はまだ十分といえず、更なるコンパクト化が要望されている。

２枚のレンズで構成される撮像レンズのコンパクト化に関し、第１レンズと第２レンズのパワー構成を考慮した提案は多いが、撮像レンズコンパクト化の要因の一つであるレンズの厚さに焦点をあてた提案は見当たらない。

特開２００３−７５７１９号公報 特開２００３−３２９９２１号公報

本発明は、上記従来例の問題点を解決するために成されたものであり、正パワーの第１レンズと負パワーの第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、さらにコンパクトで、良好な光学特性を有する撮像レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、物体側から像面側に向かって順に、絞り、１面以上が非球面で、両凸の正のパワーを有する第１レンズと、１面以上が非球面で、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、下記条件式（１）及び（２）を満足する撮像レンズである。
０．５０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５ （１）
０．１０＜ｄ３／ｆ＜０．２９ （２）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離、
ｄ１：第１レンズの芯厚、
ｄ３：第２レンズの芯厚
である。なお、レンズの芯厚とは光軸上でのレンズの厚さである。

請求項２の発明は、請求項１の撮像レンズにおいて、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．２＜ｄ２／ｄ１＜１．０ （３）
ただし、
ｄ１：第１レンズの芯厚、
ｄ２：第１レンズの像面側の面と第２レンズの物体側の面との光軸上での面間隔
である。

請求項３の発明は、請求項１又は２の撮像レンズにおいて、第１レンズが屈折率１．５０〜１．５５の範囲にある樹脂材料で形成されていることを特徴とする。

本発明者らは、正パワーの第１レンズと負パワーの第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、構成するレンズの厚さと光学特性の関係を鋭意検討した結果、構成するレンズの厚さと撮像レンズの焦点距離が特定の関係にあるとき、コンパクトで、良好な光学特性を有する撮像レンズが得られることを見出し、本発明に到達した。すなわち、物体側から像面側に向かって順に、絞り、１面以上が非球面で、両凸の正のパワーを有する第１レンズと、１面以上が非球面で、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、第１及び第２レンズの芯厚の和と撮像レンズ全体の焦点距離との比、第２レンズの芯厚と撮像レンズ全体の焦点距離との比を請求項１に示す条件を満足させることにより、コンパクトで良好な光学特性を有する２枚レンズ構成の撮像レンズが得られる。それにより、本発明に係る撮像レンズが搭載される携帯電話など各種のデジタル入力機器の高機能化、高性能化、コンパクト化に寄与することができる。

さらに、請求項２に示す条件を満足させることにより、撮像レンズが大きくなることを規制するとともに、コンパクト化と光学特性とを好適にバランスさせることが可能である。

さらに、請求項３に示す条件を満足させることにより、第１レンズの芯厚を薄くすることができ、第１レンズ及び第２レンズの芯厚の和を小さく抑え、撮像レンズのコンパクト化を容易にする。

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、絞りＳ１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２が、配列された２枚構成のレンズ系である。第２レンズＬ２と像面との間に、ガラス平板ＧＦが置かれる。このガラス平板ＧＦとしては、カバーガラス、ＩＲカットフィルタ、又は、ローパスフィルタなどの機能を有するものを使用することができる。

絞りＳ１を第１レンズＬ１より物体側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。

第１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両凸の正のパワーを有するレンズである。第２レンズＬ２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負のパワーを有するメニスカス形状のレンズである。第１レンズとして非球面を有する正パワーのレンズを、第２レンズとして非球面を有する負パワーのレンズを組み合わせることにより、撮像レンズＬＡをコンパクト化すると共に良好な光学特性が得られる。しかしながら、単に正パワーの第１レンズと負パワーの第２レンズとを組み合わせるだけでは、コンパクト化は不十分である。なお、前記のパワーは、焦点距離の逆数で定義される量のことである。

そこで、正パワーの第１レンズと負パワーの第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、構成するレンズの厚さと光学特性の関係を鋭意検討した結果、光学特性を出来るだけ損なわない範囲で構成レンズの薄肉化を図るために、第１の条件として、第１レンズＬ１の芯厚ｄ１と第２レンズＬ２の芯厚ｄ３との和と撮像レンズ全体の焦点距離ｆとの比を以下の条件式（１）、より好ましくは条件式（１−Ａ）を満足させる必要があることがわかった。
０．５０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．８０ （１）
０．５５＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７４ （１−Ａ）

（ｄ１＋ｄ３）／ｆの値が条件式（１）の上限値より大きくなると、コンパクト化の達成が困難になることがある。また、（ｄ１＋ｄ３）／ｆの値が条件式（１）の下限値より小さくなると、収差の補正が困難となることがある。そのため、条件式の範囲外では、コンパクト化と良好な光学特性をともに達成する撮像レンズを得ることが難しくなる。従って、上記条件式（１）、より好ましくは条件式（１−Ａ）に示す条件を満足させることにより、コンパクトで良好な光学特性を有する２枚レンズ構成の撮像レンズが得られる。それにより、この撮像レンズＬＡが搭載される携帯電話など各種のデジタル入力機器の高機能化、高性能化、コンパクト化に寄与することができる。

さらに、第２の条件として、第２レンズの芯厚ｄ３と撮像レンズ全体の焦点距離ｆとの比を以下の条件式（２）、より好ましくは条件式（２−Ａ）をさらに満足させることにより、撮像レンズＬＡが大きくなることを規制するとともに、コンパクト化と光学特性とを好適にバランスさせることが可能である。
０．１０＜ｄ３／ｆ＜０．３０ （２）
０．１５＜ｄ３／ｆ＜０．２７ （２−Ａ）

ｄ３／ｆの値が条件式（２）の上限値より大きくなると、コンパクト化の達成が困難となることがある。また、ｄ３／ｆの値が条件式（２）の下限値より小さくなると、第２レンズの芯厚が薄くなりすぎて、レンズの製造が困難となることがあったり、収差の補正が困難となることがあったりする。従って、撮像レンズＬＡが条件式（１）及び（２）を同時に満足することにより、コンパクト化と良好な光学特性を有することが可能となる。

また、第１レンズＬ１の芯厚ｄ１と第１レンズＬ１の像面側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との光軸上での面間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１を、以下の条件式（３）、好ましくは条件式（３−Ａ）、より好ましくは条件式（３−Ｂ）を満足させることにより、良好な光学特性を維持しつつ、撮像レンズＬＡをさらにコンパクト化することができる。
０．２＜ｄ２／ｄ１＜１．０ （３）
０．３＜ｄ２／ｄ１＜０．８ （３−Ａ）
０．５≦ｄ２／ｄ１＜０．７ （３−Ｂ）

ｄ２／ｄ１の値が条件式（３）の上限値より大きくなるとコンパクト化が不十分となり、下限値より小さくなると良好な光学特性が得られないことがある。

撮像レンズＬＡの第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワーバランスは、それぞれのレンズの焦点距離ｆ１及びｆ２と撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆとの関係が下記条件式（４）及び（５）を満足することが好ましい。条件式（４）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１と撮像レンズ全体の焦点距離ｆの比ｆ１／ｆの関係を示す。また、条件式（５）は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２と撮像レンズ全体の焦点距離ｆの比ｆ２／ｆの関係を示す。
０．４＜ｆ１／ｆ＜０．８ （４）
０．８＜｜ｆ２｜／ｆ＜２．０ （５）

ｆ１／ｆの値が、条件式（４）の上限値より大きくなると光学長が長くなり、コンパクト化が難しくなることがある。又、下限値より小さくなると歪曲収差の補正が不十分となることがある。また、｜ｆ２｜／ｆの値が条件式（５）の範囲外では、球面収差などの補正が不十分となることがある。従って、条件式（４）及び（５）の範囲外では、コンパクトで光学特性の良好な撮像レンズを得ることが難しくなる。

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、それぞれ樹脂材料で形成されている。第１レンズＬ１に使用される樹脂材料は、ＡＳＴＭ Ｄ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．５０〜１．５５、好ましくは、１．５０〜１．５３の範囲にあり、波長４５０〜６００ｎｍの範囲での光線透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上の樹脂材料であればよく、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。第１レンズＬ１の好まし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晶性のポリオレフィン系樹脂が挙げられる。

第２レンズＬ２に使用される樹脂材料は、ＡＳＴＭ Ｄ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．５０〜１．６５、好ましくは、１．５５〜１．６４の範囲にあり、波長４５０〜６００ｎｍの範囲での光線透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上の樹脂材料であればよく、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。

第２レンズＬ２に使用される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、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンなどを構成成分とする透明性の高い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、ポリカーボネート系樹脂、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンなどを構成成分とする透明性の高いポリエステル系樹脂などが好ましい。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は前記の樹脂材料を使用し、射出成形、圧縮成形、注型成形、トランスファー成形など公知の成形加工法を利用して製造することができる。

レンズを樹脂材料で製造する場合、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のレンズ外周部にコバを設けることができる。コバの形状は、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。

撮像レンズＬＡは、撮像モジュールなどに利用される前に、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２はそれぞれの物体側、像面側のレンズ表面に反射防止や表面硬化など公知の表面処理を施してもよい。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。
ｆ ：撮像レンズ全体の焦点距離（単位ｍｍ）
ｆ１ ：第１レンズＬ１の焦点距離（単位ｍｍ）
ｆ２ ：第２レンズＬ２の焦点距離（単位ｍｍ）
Ｆｎｏ ：Ｆナンバー
ｒ ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径（単位ｍｍ）
ｄ ：レンズの芯厚あるいはレンズ間の面間隔（単位ｍｍ）
ｄ１ ：第１レンズＬ１の芯厚（単位ｍｍ）
ｄ２ ：第１レンズＬ１の像面側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との光軸上での面間隔（単位ｍｍ）
ｄ３ ：第２レンズＬ２の芯厚（単位ｍｍ）
ｄ４ ：第２レンズＬ２の像面側とガラス平板ＧＦの物体側との光軸上での面間隔（単位ｍｍ）
ｄ５ ：ガラス平板ＧＦの厚さ（単位ｍｍ）
ｎｄ ：ｄ線での屈折率
Ｎ１ ：第１レンズＬ１の屈折率
Ｎ２ ：第２レンズＬ２の屈折率
Ｎ３ ：ガラス平板ＧＦの屈折率
νｄ ：ｄ線でのアッベ数
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 ：ガラス平板ＧＦのアッベ数

撮像レンズＬＡの第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれ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（６）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 （６）

ただし、ｒは光軸上の曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０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、特にこの非球面多項式（６）に限定されるものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１の撮像レンズ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及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズの芯厚又はレンズ間の面間隔ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表１に示す。

この条件では、ｆ＝２．０９ｍｍ、ｆ１＝１．１６ｍｍ、ｆ２＝−２．５８ｍｍ、ｄ１＝１．１７ｍｍ、ｄ２＝０．３７ｍｍ、ｄ３＝０．３７ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．８となる。これらの値から、（ｄ１＋ｄ２）／ｆ＝０．７４、ｄ３／ｆ＝０．１８、ｄ２／ｄ１＝０．３２であった。

実施例１の撮像レンズの球面収差を図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の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、球面収差及び非点収差は波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長に対する収差の結果であり、図では左から順に、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍにおける収差である。歪曲収差は波長５８８ｎｍにおける収差である。又、非点収差の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の撮像レンズの配置を示す構成図である。この実施例２の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズの芯厚又はレンズ間の面間隔ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表２に示す。

この条件では、ｆ＝２．４２ｍｍ、ｆ１＝１．５０ｍｍ、ｆ２＝−４．０７ｍｍ、ｄ１＝１．２４ｍｍ、ｄ２＝０．６９ｍｍ、ｄ３＝０．４１ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．８となる。これらの値から、（ｄ１＋ｄ２）／ｆ＝０．６８、ｄ３／ｆ＝０．１７、ｄ２／ｄ１＝０．５６であった。

実施例２の撮像レンズの球面収差を図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の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。

本発明の一実施形態に係る撮像レンズの構成を示す図。 上記撮像レンズの具体的実施例１の構成を示す図。 実施例１の撮像レンズの球面収差図。 実施例１の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの実施例２の構成を示す図。 実施例２の撮像レンズの球面収差図。 実施例２の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。

符号の説明

ＬＡ ：撮像レンズ
Ｓ１ ：絞り
Ｌ１ ：第１レンズ
Ｌ２ ：第２レンズ
ＧＦ ：ガラス平板
Ｒ１ ：第１レンズＬ１の物体側面
Ｒ２ ：第１レンズＬ１の像面側面
Ｒ３ ：第２レンズＬ２の物体側面
Ｒ４ ：第２レンズＬ２の像面側面
Ｒ５ ：ガラス平板ＧＬの物体側面
Ｒ６ ：ガラス平板ＧＬの像面側面
ｄ１ ：第１レンズＬ１の芯厚
ｄ２ ：第１レンズＬ１の像面側と第２レンズＬ２の物体側との光軸上の面間隔
ｄ３ ：第２レンズＬ２の芯厚
ｄ４ ：第２レンズＬ２の像面側とガラス平板ＧＦの物体側との光軸上の面間隔
ｄ５ ：ガラス平板ＧＦの厚さ

Claims (3)

1. 物体側から像面側に向かって順に、絞り、１面以上が非球面で、両凸の正のパワーを有する第１レンズと、１面以上が非球面で、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズとを含む撮像レンズにおいて、下記条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   ０．５０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５ （１）
   ０．１０＜ｄ３／ｆ＜０．２９ （２）
   ただし、
   ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離、
   ｄ１：第１レンズの芯厚、
   ｄ３：第２レンズの芯厚
   である。なお、レンズの芯厚とは光軸上でのレンズの厚さをいう。
2. 以下の条件式（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。
   ０．２＜ｄ２／ｄ１＜１．０ （３）
   ただし、
   ｄ１：第１レンズの芯厚、
   ｄ２：第１レンズの像面側の面と第２レンズの物体側の面との光軸上での面間隔
   である。
3. 第１レンズが屈折率１．５０〜１．５５の範囲にある樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像レンズ。

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