JP4256443B1

JP4256443B1 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP4256443B1
Application number: JP2007289328A
Authority: JP
Inventors: 弘之寺岡; 淳二北村; 昌男西山
Original assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP2009116062A

Abstract

【課題】小型で、良好な光学特性を有する３枚のレンズで構成される撮像レンズの提供。
【解決手段】物体から順に、絞りＳ１、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズＬ１、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズＬ２、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第３レンズＬ３を配置し、以下の条件式（１）〜（３）を満足する撮像レンズ。０．０７＜Ｒ１／Ｒ２＜０．４０（１）５．３０＜ｆ１／ｄ１＜６．５０（２）−４０．００＜ｆ２／ｄ３＜−６．００（３）但し、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ｆ１：第１レンズの焦点距離ｆ２：第２レンズの焦点距離ｄ１：第１レンズの中心厚みｄ３：第２レンズの中心厚みである。
【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、小型で良好な光学特性を有する３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。これら撮像素子の小型化、高性能化に伴い、撮像装置に使用される撮像レンズにも小型化や良好な光学特性が求められる。

撮像レンズの小型化及び軽量化に関し、従来から１枚構成のレンズ系や２枚構成のレンズ系の撮像レンズが提案されている。しかしながら、これらのレンズ系は、小型化及び軽量化には有利であるが、撮像レンズに要求される高画質、高解像度等の高性能化に関しては不十分である。

そのため、３枚のレンズ構成により、高画質、高解像度に対応する撮像レンズの技術開発が進められ、種々構成の撮像レンズ系が提案されている。例えば、物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズを配置した撮像レンズが開示されている。

特許文献１には、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第1レンズ、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第2レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第3レンズで構成され、特定条件を満たす撮像レンズが提案されている。この撮像レンズは、第1レンズが、両凸形状であるか、または、像側面の曲率半径が大きく、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズで形成されているため、第1レンズの前方主面位置が像面側へ近づき、撮像レンズの光学長が長くなり、小型化には不十分であった。なお、本発明でのパワーは焦点距離の逆数であらわされる量である。

特開２００７−２７９６９７号公報

本発明は、従来の課題を解決する為に成されたものであり、小型で、かつ諸収差が好適に補正された良好な光学特性を有する３枚のレンズで構成される撮像レンズの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、第１レンズのメニスカス度合及び第１レンズ、第２レンズのそれぞれの焦点距離と中心厚みの関係を特定化することにより、目的と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。

請求項１の発明の撮像レンズは、物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第３レンズを配置し、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。
０．０７＜Ｒ１／Ｒ２≦０．３３９（１）
５．３０＜ｆ１／ｄ１＜６．５０（２）
−４０．００＜ｆ２／ｄ３＜−６．００（３）
但し、
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
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｄ１：第１レンズの中心厚み
ｄ３：第２レンズの中心厚み
である。

請求項２の発明の撮像レンズは、以下の条件式（４）及び（５）を満足する請求項１に記載の撮像レンズである。
０．９０＜ｆ１／ｆ＜１．１０（４）
２６．０＜ν１−ν２＜３５．０（５）
但し、
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
である。

請求項１の発明の撮像レンズは、従来技術の課題が改善され、小型で、良好な光学特性を有する。本発明で得られる撮像レンズは、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、これらの機器の小型化、高性能化に寄与する。

請求項２の発明の撮像レンズは、より容易に小型化や良好な光学特性を達成できる。

本発明にかかる撮像レンズＬＡの実施形態について、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ＬＡの構成図を図１に示す。この撮像レンズＬＡは、物体（図示せず）側から像面に向かって、絞りＳ１、第1レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３が配置された３枚構成のレンズ系である。第３レンズＬ３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、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よりも物体側へ挿入することにより、入射瞳位置を像面から遠い位置に設定することができる。これにより、高いテレセントリック性を確保することが容易となり、像面に対する入射角を好適化することができる。

第１レンズＬ１は物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーのレンズであり、第２レンズＬ２は像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーのレンズであり、第３レンズＬ３は物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーのレンズである。これら３枚のレンズの表面は、諸収差をより好適に補正するため、１面以上を非球面形状とすることが好ましく、２面とも非球面形状とすることはより好ましい。

物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズＬ１、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズＬ２、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第３レンズＬ３を配置し、以下の条件式（１）〜（３）を満足することにより、小型で、かつ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。
０．０７＜Ｒ１／Ｒ２≦０．３３９（１）
５．３０＜ｆ１／ｄ１＜６．５０（２）
−４０．００＜ｆ２／ｄ３＜−６．００（３）

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２が過度のパワーとなることを抑えるため、共に、メニスカス形状であることが好ましい。

条件式（１）は、第１レンズＬ１のメニスカス度合を規定する式である。条件式（１）の下限以下では、メニスカス度合がゆるくなるため、第１レンズＬ１の前方主点位置が像面側へ近づき、撮像レンズＬＡの光学長が長くなることがあり好ましくない。また、上限以上では、歪曲収差の補正が困難となり好ましくない。

条件式（２）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１と中心厚さｄ１を規定する式である。条件式（２）の下限以下では、球面収差、非点収差の補正が困難となり易い。また、上限以上では、撮像レンズＬＡの小型化が困難となることがある。

条件式（３）は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２と中心厚さｄ３を規定する式である。条件式（３）の下限以下では、軸上及び軸外の色収差補正が困難となり好ましくない。また、上限以上では、軸上、軸外の色収差補正は容易となるが、歪曲収差の補正が困難となることがある。

更に、撮像レンズＬＡは条件式（４）を満足することにより、小型で良好な光学特性を得ることができる。条件式（４）は、第１レンズＬ１のパワーを規定する関係式である。条件式（４）の下限以下では、第１レンズＬ１の正のパワーが大きくなり過ぎて、第２レンズＬ２以降の誤差感度がきつくなり易くなる。また、上限以上では、正のパワーが小さくなり、撮像レンズＬＡの光学長が長くなり好ましくない。
０．９０＜ｆ１／ｆ＜１．１０（４）

更に、撮像レンズＬＡの第１レンズＬ１のアッベ数ν１と第２レンズＬ２のアッベ数ν２との関係は条件式（５）、より好ましくは、（５−ａ）を満足する。条件式（５）の範囲外では、収差の補正、特に、軸上、軸外の色収差の補正が難しくなる。
２６．０＜ν１−ν２＜３５．０（５）
２９．０＜ν１−ν２＜３２．０（５−ａ）

本発明の撮像レンズＬＡを構成する第１〜第３の３枚のレンズは、ガラスあるいは樹脂材料で形成可能である。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。

レンズ材料には、ＡＳＴＭＤ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．４５０〜１．６００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％以上の光線透過率を有する材料が使用される。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レンズ材料である。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。

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結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、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系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、ポリカーボネート系樹脂などが好ましく使用される。樹脂材料でのレンズ製造は、射出成形法、圧縮成形法、注型成形法、トランスファー成形法などの公知の成形加工法を利用して製造される。

なお、樹脂材料は温度変化により屈折率や寸法が変動することは良く知られている。これら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。

レンズが樹脂材料で製造される場合、撮像レンズＬＡを構成する３枚のレンズは、それぞれ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遮光マスクを設ければよい。

本発明の撮像レンズＬＡは、撮像モジュールなどに利用される前に、撮像レンズＬＡを構成する３枚のレンズは、それぞれの物体側、像面側のレンズ表面に反射防止膜、ＩＲカット膜、表面硬化など公知の表面処理を施しても良い。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。なお、厚さ、距離の単位は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
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：ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
Ｒ８：ガラス平板GFの像面側面の曲率半径
ｄ：レンズの厚さ又はレンズ間距離
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚さ
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面と第2レンズL2の物体側面との間の距離
ｄ３：第２レンズＬ２の中心厚さ
ｄ４：第２レンズＬ２の像面側面と第3レンズL3の物体側面との間の距離
ｄ５：第３レンズＬ３の中心厚さ
ｄ６：第3レンズＬ２の像面側面とガラス平板GFの物体側面との間の距離
ｄ７：ガラス平板GFの中心厚さ
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
ｎ３：第３レンズＬ３の屈折率
ｎ４：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：第３レンズＬ３のアッベ数
ν４：ガラス平板GFのアッベ数
ＴＴＬ：光学長

撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズL３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、以下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＋Ａ１２ｘ^１２＋Ａ１４ｘ^１４＋Ａ１６ｘ^１６
（６）

ただし、Ｒは光軸上の曲率半径、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、式（６）の非球面多項式に限定されるものではない。

（参考例１）
図２は、参考例１の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。参考例１の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３のそれぞれの物体側面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表２に示す。

参考例１の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図３に、非点収差及び歪曲収差を図４に、倍率色収差を図５に示す。以上の結果より、参考例１の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差での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１）
図６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３レンズＬ３のそれぞれの物体側面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表３に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表４に示す。

実施例１の条件では、表９に示すように条件式（１）〜（５）を満足し、光学長ＴＴＬは短く撮像レンズＬＡは小型である。

実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図７に、非点収差及び歪曲収差を図８に、倍率色収差を図９に示す。以上の結果より、実施例１の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差での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１０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３レンズＬ３のそれぞれの物体側面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表５に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表６に示す。

実施例２の条件では、表９に示すように条件式（１）〜（５）を満足し、光学長ＴＴＬは短く撮像レンズＬＡは小型である。

実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図１１に、非点収差及び歪曲収差を図１２に、倍率色収差を図１３に示す。以上の結果より、実施例２の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差での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３）
図１４は、実施例３の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例３の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３のそれぞれの物体側面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表７に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表８に示す。

実施例３の条件では、表９に示すように条件式（１）〜（５）を満足し、光学長ＴＴＬは短く撮像レンズＬＡは小型である。

実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図１５に、非点収差及び歪曲収差を図１６に、倍率色収差を図１７に示す。以上の結果より、実施例３の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差での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。

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参考例１を示す概略構成図参考例１の撮像レンズの球面収差図参考例１の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図参考例１の撮像レンズの倍率色収差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実施例１の撮像レンズの倍率色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実施例２の撮像レンズの倍率色収差図本発明の撮像レンズの実施例３を示す概略構成図実施例３の撮像レンズの球面収差図実施例３の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図実施例３の撮像レンズの倍率色収差図

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
Ｌ３：第３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：ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
Ｒ８：ガラス平板GFの像面側面の曲率半径
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚み
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面と第２レンズＬ２の物体側面との間の距離
ｄ３：第２レンズＬ２の中心厚み
ｄ４：第２レンズＬ２の像面側面と第３レンズＬ３の物体側面との間の距離
ｄ５：第３レンズＬ３の中心厚み
ｄ６：第3レンズＬ２の像面側面とガラス平板GFの物体側面との間の距離
ｄ７：ガラス平板GFの中心厚み

Claims

物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第３レンズを配置し、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。
０．０７＜Ｒ１／Ｒ２≦０．３３９（１）
５．３０＜ｆ１／ｄ１＜６．５０（２）
−４０．００＜ｆ２／ｄ３＜−６．００（３）
但し、
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
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｄ１：第１レンズの中心厚み
ｄ３：第２レンズの中心厚み
である。
以下の条件式（４）及び（５）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。
０．９０＜ｆ１／ｆ＜１．１０（４）
２６．０＜ν１−ν２＜３５．０（５）
但し、
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
である。