JP2009042489A

JP2009042489A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2009042489A
Application number: JP2007207316A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Teraoka; 弘之寺岡; Junji Kitamura; 淳二北村; Masao Nishiyama; 昌男西山
Original assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: JP4121546B1

Abstract

【課題】小型で、良好な光学特性を有する２枚レンズ構成の撮像レンズの提供。
【解決手段】物体側から像側に向かって順に、絞りＳ１、両凸の正のパワーを有する第1レンズＬ１、像側面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Ｌ２を配設し、撮像レンズ全体の焦点距離をｆ、第１レンズの焦点距離をｆ１、第２レンズの焦点距離をｆ２、第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径をＲ１、第１レンズＬ１の像側面の曲率半径Ｒ２、第１レンズＬ１の中心厚をｄ１、第２レンズＬ２の中心厚をｄ３としたとき、以下の条件式（１）〜（３）を満足する撮像レンズ。
−０．７＜ｆ１／ｆ２＜−０．３（１）
−４．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜−２．０（２）
０．３０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５（３）
【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、小型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、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、構成するレンズの枚数は少ないほど有利となる。一方、光学特性はレンズ枚数が多くなるほど、諸収差の補正が容易となり、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。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に示された撮像レンズは、第１レンズが両凸の正のパワーを有するレンズ、第２レンズが物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである。開示されている撮像レンズは、第１レンズおよび第２レンズの厚さが厚く、小型化という点で不十分であった。なお、本発明でいうパワーは焦点距離の逆数で表される値である。

特許文献２に示された撮像レンズは、第１レンズが像側に凸面を向けた正のパワーを有するレンズ、第２レンズが像側に凸面を向けた負のパワーのメニスカスレンズである。開示されている撮像レンズは、第１レンズは正のパワーを大きく設定して、小型化を図っているが、第２レンズの負のパワーは比較的弱く設定されている。そのため、球面収差などの補正が不十分となることがある。

特許文献３に示された撮像レンズは、第１レンズが像側に凸面を向けた正のパワーを有するレンズ、第２レンズが像側に凸面を向けた負のパワーのレンズである。第１レンズの物体側面と像側面の曲率半径の比が大きく設定されており、また、第１レンズと第２レンズの屈折率の差が大きいため、収差の補正が不十分となることがある。

特開２００３−３２９９２１号公報特開２００５−７７５５６号公報特開２００５−２８４００３号公報

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、２枚のレンズで構成される、小型で、光学特性が良好な撮像レンズの提供を目的とする。

上記目的を解決するため、第１レンズと第２レンズとのパワー配分およびレンズ形状を、鋭意検討した結果、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、物体側から像側に向かって順に、絞り、両凸の正のパワーを有する第1レンズ、像側面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レンズを配設し、
−０．７＜ｆ１／ｆ２＜−０．３（１）
−４．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜−２．０（２）
０．３０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５（３）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２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レンズの像側面の曲率半径、
ｄ１：第１レンズの芯厚、
ｄ３：第２レンズの芯厚
の条件を満足することを特徴とする。

請求項２の発明の撮像レンズは、請求項１記載の撮像レンズにおいて、第１レンズの屈折率をｎ１、第２レンズの屈折率をｎ２として、
０．０４０＜ｎ２−ｎ１＜０．０９０（４）
の条件を満足することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、物体側から像側に向かって順に、絞り、両凸の正のパワーを有する第1レンズ、像側面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レンズを配設し、上記条件式（１）〜（３）を満足することにより、２枚レンズ構成の小型で、光学特性の良好な撮像レンズを得ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の撮像レンズにおいて、第１レンズの屈折率と第２レンズの屈折率との関係が、０．０４０＜ｎ２−ｎ１＜０．０９０の条件を満足することで、第１レンズと第２レンズのパワーの調整が容易となり、小型で、かつ収差が良好に補正された撮像レンズを得ることができる。

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、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、ローパスフィルタ等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（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。

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り、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Ｌ１の正のパワーを大きくすると、主点が物体側となるため、撮像レンズＬＡの小型化には有利である。しかし、第１レンズＬ１の正のパワーが大きくなりすぎると、高次収差が発生しやすくなり、また、第２レンズＬ２とのパワーバランスを調整することが難しくなり、収差の補正、特に、球面収差（軸上色収差）の補正が不十分となりやすい。本発明では、第１レンズＬ１をレンズ両面で収斂作用を有する両凸レンズとし、かつ、レンズ両面の曲率半径Ｒ１、Ｒ２およびレンズの中心厚ｄ１を特定範囲の値とすることにより、第１レンズＬ１に比較的大きなパワーを持たせ、かつ、収差を好適に補正することを可能とした。

第２レンズＬ２は、撮像レンズＬＡの諸収差の補正を好適化するため、第１レンズＬ１の正のパワーを制御して、パワーバランスを図っている。さらに、第２レンズＬ２の形状を、一方の面に収斂作用、他方の面に発散作用を有するメニスカス形状とするとともに、第２レンズＬ２の中心厚ｄ３を特定範囲の値とすることにより、第１レンズＬ１とのパワー調整を容易とし、諸収差の補正の好適化が図られている。

本発明の撮像レンズＬＡは、物体側から像側に向かって順に、絞り、両凸の正のパワーを有する第1レンズＬ１、像側面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Ｌ２を配設し、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径をＲ１、第１レンズＬ１の像側面の曲率半径Ｒ２、第１レンズＬ１の中心厚をｄ１、第２レンズＬ２の中心厚をｄ３としたとき、条件式（１）、（２）および（３）、より好ましくは、条件式（１−Ａ）、（２−Ａ）および（３−Ａ）を満足させることにより、小型で、かつ、光学特性の良好な２枚レンズ構成の撮像レンズを得ることが出来る。
−０．７＜ｆ１／ｆ２＜−０．３（１）
−０．６＜ｆ１／ｆ２＜−０．３（１−Ａ）
−４．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜−２．０（２）
−３．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜−２．５０（２−Ａ）
０．３０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５（３）
０．５０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５（３−Ａ）

条件式（１）および（１−Ａ）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワーバランスを規定する条件式である。第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１に対する第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２の割合、すなわちｆ１／ｆ２の値が条件式（１）の下限を下回ると、小型化は容易となるが、諸収差、特に、球面収差および倍率色収差の補正が困難となることがある。一方、ｆ１／ｆ２の値が、条件式（１）の上限を上回ると、諸収差の補正は比較的容易となるが、第１レンズの前方主点位置が像面に近づき、撮像レンズＬＡの光学長が長くなることがあり、小型化が困難となる。

条件式（２）及び（２−Ａ）は、第１レンズＬ１のメニスカス度合いに関する条件式である。Ｒ１／Ｒ２の値が、条件式（２）の上限を上回ると歪曲収差の補正が困難になることがある。一方、下限を下回るとメニスカス度合いがゆるくなるため、第１レンズの前方主点位置が像面に近づき、撮像レンズＬＡの光学長が長くなることがあり、小型化が困難となる。

条件式（３）及び（３−Ａ）は、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第２レンズＬ２の中心厚ｄ３を規定する条件式である。（ｄ１＋ｄ３）／ｆの値が条件式（３）の上限値より大きくなると、撮像レンズＬＡの小型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（３）の下限値より小さくなると、レンズの厚さが薄くなり、レンズの製作が困難となることがあり、また、収差の補正が不十分となることがある。

第1レンズＬ１の屈折率ｎ１は、１．５００〜１．５５０の範囲にあるものが、第２レンズＬ２の屈折率ｎ２は、１．５３０〜１．６５０の範囲にあるものが、好ましく使用される。第２レンズＬ２の屈折率ｎ２は、第１レンズＬ１の屈折率ｎ１より大きく、条件式（４）、より好ましくは、条件式（４−Ａ）の範囲にあることが好ましい。
０．０４０＜ｎ２−ｎ１＜０．０９０（４）
０．０５５＜ｎ２−ｎ１＜０．０９０（４−Ａ）
第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の屈折率が条件式（４）の範囲以外では、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワーの調整が不十分となることがあり、小型で良好な光学特性を有する撮像レンズＬＡを得ることが難しくなることがある。

第1レンズＬ１および第２レンズＬ２はガラスあるいは樹脂のいずれかの材料で形成される。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材料である。本発明の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１．５００〜１．６５０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使用可能である。樹脂材料によるレンズの製造は、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により、行うことができる。

第1レンズL1に使用される樹脂材料としては、ASTM542法に準じて測定されたd線の屈折率ｎ１が１．５００〜１．５５０の範囲の樹脂材料が使用される。第１レンズL１で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結晶性のポリオレフィン系樹脂、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が好ましい。

第２レンズＬ２に使用される樹脂材料としては、ＡＳＴＭ５４２法に準じて測定されたd線の屈折率ｎ２が１．５３０〜１．６５０の範囲の樹脂材料が使用される。第２レンズＬ２で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結晶性のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、9，9−ビス（４−ヒドロキシンフェニル）フルオレンなどの構造を含む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。これらの中ではシクロオレフィン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とポリカーボネート系樹脂が好ましい。

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。

レンズ材料が樹脂材料の場合、第1レンズＬ１および第２レンズＬ２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射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および第２レンズＬ２の物体側及び像面側のレンズ表面に、それぞれ反射防止膜、ＩＲカット膜あるいは表面硬化など公知の表面処理を施してもよい。本発明の撮像レンズ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、これら機器の小型化、高性能化に寄与する。

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、厚さ、距離、半径の単位は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
Ｆｎｏ：Fナンバー
Ｓ１：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の像側面の曲率半径
Ｒ５：ガラス平板ＧＦの物体側面の曲率半径
Ｒ６：ガラス平板ＧＦの像側面の曲率半径
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の像面側と第２レンズＬ２の物体側面との距離
ｄ３：第２レンズＬ２の中心厚
ｄ４：第２レンズＬ２の像面側とガラス平板ＧＦの物体側面との距離
ｄ５：ガラス平板ＧＦの中心厚
ｎｄ：d線の屈折率
ｎ１：第１レンズＬ１の屈折率
ｎ２：第２レンズＬ２の屈折率
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
ν4 ：ガラス平板ＧＦのアッベ数

撮像レンズＬＡの第1レンズＬ１および第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（５）

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、条件式（５）で表される非球面式を使用して計算されている。しかしながら、特に条件式（５）の非球面多項式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および第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、レンズの中心厚又はレンズ間の距離d、屈折率nd、アッベ数νdの値を表１に、円錐係数k、非球面係数を表２に示す。

この条件では、ｆは２．０９ｍｍ、ｆ１は１．１６ｍｍ、ｆ２は−２．５８ｍｍ、ｄ１は１．１７ｍｍ、ｄ２は０．３７ｍｍ、ｄ３は０．３７ｍｍ及び、Ｆｎｏは２．８である。これらの値から、ｆ１／ｆ２＝−０．４５、Ｒ１／Ｒ２＝−２．９６、（ｄ１＋ｄ２）／ｆ＝０．７４、ｎ２−ｎ１＝０．０７６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の撮像レンズを構成する第１レンズ及び第２レンズのそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径Ｒ、レンズの中心厚あるいはレンズ間の距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄの値を表３に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を、表４に示した。

この条件では、ｆは２．４２ｍｍ、ｆ１は１．５０ｍｍ、ｆ２は−４．０７ｍｍ、ｄ１は１．２４ｍｍ、ｄ２は０．６９ｍｍ、ｄ３は０．４１ｍｍ及び、Ｆｎｏは２．８である。これらの値から、ｆ１／ｆ２＝−０．３７、Ｒ１／Ｒ２＝−３．２１、（ｄ１＋ｄ２）／ｆ＝０．６８、ｎ２−ｎ１＝０．０７６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の実施例１を示す概略構成図実施例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本発明の撮像レンズの実施例２を示す概略構成図実施例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の物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像側面の曲率半径
Ｒ３：第２レンズＬ２の物体側面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズＬ２の像側面の曲率半径
Ｒ５：ガラス平板ＧＬの物体側面の曲率半径
Ｒ６：ガラス平板ＧＬの像側面の曲率半径
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
ｄ２：第１レンズＬ１の像側面と第２レンズＬ２の物体側面との光軸上の面間隔
ｄ３：第２レンズＬ２の中心厚
ｄ４：第２レンズＬ２の像側面とガラス平板ＧＦの物体側面との光軸上の面間隔
ｄ５：ガラス平板ＧＦの厚さ

Claims

物体側から像面側に向かって順に、絞り、両凸の正のパワーを有する第1レンズ、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レンズを配設し、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
−０．７＜ｆ１／ｆ２＜−０．３（１）
−４．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜−２．０（２）
０．３０＜（ｄ１＋ｄ３）／ｆ＜０．７５（３）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２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レンズの像側面の曲率半径、
ｄ１：第１レンズの中心厚、
ｄ３：第２レンズの中心厚
である。
請求項１記載の撮像レンズにおいて、第１レンズおよび第２レンズの屈折率が以下の条件式（４）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．０４０＜ｎ２−ｎ１＜０．０９０（４）
ただし、
ｎ１：第１レンズの屈折率、
ｎ２：第２レンズの屈折率
である。