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JP2003329921A - 撮像レンズ - Google Patents

撮像レンズ

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Publication number
JP2003329921A
JP2003329921A JP2002136254A JP2002136254A JP2003329921A JP 2003329921 A JP2003329921 A JP 2003329921A JP 2002136254 A JP2002136254 A JP 2002136254A JP 2002136254 A JP2002136254 A JP 2002136254A JP 2003329921 A JP2003329921 A JP 2003329921A
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JP
Japan
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lens
image
object side
meniscus
positive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002136254A
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English (en)
Inventor
Noboru Ninomiya
登 二宮
Naohisa Yamaguchi
尚久 山口
Eiki Matsuo
栄樹 松尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Priority to US10/435,509 priority patent/US7038861B2/en
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/003Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having two lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • GPHYSICS
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    • G02B13/001Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 30°を越える画角も可能で,撮像素子への
入射角が小さくできるとともに,全長が短く,諸収差が
良好に補正された明るく小型で安価な撮像レンズ系を提
供する。 【解決手段】 撮像レンズを物体側より,開口絞り,両
凸の正レンズ,物体側が凹面のメニスカスレンズとから
構成し,各レンズが少なくとも1つの非球面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、被写体を受像面上
に結像させる撮像レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】近年,撮影用カメラモジュールが携帯電
話を初めとする携帯用端末にも搭載されるようになって
きた。これらの機器においては,その携帯性を高めるた
め,カメラモジュールの小型化が必須条件である。一方
CCDやCMOS等の撮像素子に関しては,1画素が数
μm程度の大きさが可能となり,高解像でしかも小型の
撮像素子が実現できる迄になってきた。それと組み合わ
せるべき撮像光学系は,小型化と同時にコストに関する
要求も高く,小型・低コスト・高解像・優れた光学性能
といった相反する全ての条件を満たす光学系が要求され
ている。
【0003】このような光学系に求められる具体的要件
としては,大きく分けて次のような項目があげられる。 ・低コスト(できるだけ枚数が少ないこと・樹脂で構成
できる,組立て易さ等) ・明るさ(小さなFno) ・小型(特にレンズ先端から撮像素子までの長さが短
い) ・大きな画角(30°以上が望ましい) ・均一な像面照度(ケラレが少ない/撮像素子への入射
角度を小さくする) ・高い解像度 (球面収差,コマ収差,像面湾曲,非点
収差,歪曲,色収差等の基本的な収差が良好に補正され
ている) 上記全ての条件を満足する光学系を少ないレンズ枚数で
構成できれば,その適用範囲は大きく広がる。これまで
も多くのレンズが提案されてきたが,2枚程度の簡単な
構成で,全てを満足することは困難な課題であった。
【0004】2枚構成に関し,物体側から「負・正」の
構成は,収差補正的には有利であるがその小型化には限
界がある。2枚構成レンズで全長を短くするには「正・
正」,あるいは「正・負」の構成が望ましい。また撮像
素子への入射角度を小さくするためには,最も物体側に
開口絞りを有する「前置絞り」のタイプが望ましい。こ
れまで提案された中で,このような構成要件を満たすも
のとして,特開平01−245211,特開平04−2
11214がある。
【0005】図22は特開平01−245211の断面
図であるが,両凸の正の第1レンズと像側が凹面の負メ
ニスカスの第2レンズとから構成されている。この例の
場合,第2レンズのパワーが相対的に強く,かつ像面側
が凹面のため,撮像素子への入射角度が大きくなりやす
い。そのため,画角を大きくするのが困難となり,実施
例においても,画角20°程度と比較的小さな値に留ま
っている。
【0006】図23は特開平04−211214の断面
図であるが,物体側に設けられた撮像レンズ10と,そ
の像側に設けられた補正レンズ20とから構成される。
この例では,全系のパワーの殆どを物体側の撮像レンズ
10が受け持ち,像側に置かれた補正レンズ20を両面
非球面とすることで,像高収差を補正し,画角を大きく
する際の各収差のバランスを図るものである。この構成
では,物体側レンズ10が基本的な結像作用を担当する
ため,物体側レンズを単レンズで構成する場合,撮像素
子への入射角度を小さくしながら,補正レンズ20だけ
で像高収差のバランスを取ることに限界がある。更に,
色収差の効果的な補正も難しいため,広角化には限界が
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】30°を越える画角も
可能で,撮像素子への入射角が小さくできるとともに,
全長が短く,諸収差が良好に補正された明るく小型で安
価な撮像レンズ系を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明において,上記の
目的を達成するため以下の構成をとる。まず,請求項1
によれ ば,本発明の撮像レンズは,物体側より,開
口絞りと,両凸の正レンズ,物体側が凹面のメニスカス
レンズとから構成される。更に,各レンズが少なくとも
1つの非球面を有するとともに,全系の焦点距離をf,
正レンズの焦点距離をf1,開口絞りから結像面までの
長さをTとするとき,下記の各条件を満足する。 0.3<f1/f<0.9 T/f<2.4
【0009】請求項2によれば,本発明の撮像レンズ
は,正レンズまたはメニスカスレンズの少なくとも一方
が両面非球面レンズであるとともに,各レンズの曲率半
径に関し,正レンズの物体側をR1,像側をR2,メニ
スカスレンズの物体側をR3とするとき,下記の各条件
を満足する。 0<R2/R1<0.5 0.4<R3/R2<1.0
【0010】請求項3によれば,本発明の撮像レンズ
は,正レンズの分散をν1,及びメニスカスレンズの分
散をν2とする時,それぞれ下記の条件を満足する。 ν1>50 ν2<40
【0011】請求項4によれば,本発明の撮像レンズ
は,正レンズ及びメニスカスレンズの少なくとも一方が
樹脂材料より形成される。
【0012】請求項5によれば,本発明の撮像レンズ
は,正レンズ及びメニスカスレンズとが,少なくとも一
方の外形部に一体に設けられた嵌合部により連接され
る。
【0013】請求項6によれば,本発明の撮像レンズ
は,メニスカスレンズが,その像側に設けられた撮像素
子のカバーの役割を兼ねる。
【0014】以上の構成を採ることにより,目的の撮像
レンズ系が提供できる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に具体的な構成例を基にして,
本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の
撮像レンズの断面図である。物体側から入射する光束
は,最も物体側に設けられた開口絞り1,両凸の正レン
ズ2,物体側が凹のメニスカスレンズ3を順次通過し
て,撮像素子5の受光面に集光される。通常メニスカス
レンズ3と撮像素子5の間に,カバー硝子4が設けられ
る。
【0016】まず,開口絞り1を最も物体側に置くこと
は,撮像素子5への入射角度を小さくするための条件で
ある。また,物体側の両凸レンズ2に関し,条件 0.3<f1/f<0.9 を満足することは,レンズ全長を短くするための構成要
件である。各レンズ面には,適宜非球面が使用されてお
り,少ない枚数で,要求される多くの条件を満足するた
めの必須条件である。
【0017】更に,物体側の両凸レンズ2に関しては,
次の条件を満たすことが望ましい。 0<R2/R1<0.5 これは,前置絞りの条件と併せて,撮像素子5への入射
角度を小さくするための条件である。下限を超えると相
対的にR2が小さくなり,この面で発生する各収差が大
きくなりすぎ,その補正が困難となる。一方,上限を超
えると,R2が大きくなり,両凸レンズ2の像面側のパ
ワーが小さくなる。そのため,撮像素子5への入射角を
小さくするためには,開口絞り1を遠ざけることが必要
になる。これにより,両凸レンズ2による像高収差が大
きくなり,収差補正が困難となる。また,開口絞り1を
含む全長Tも長くなる。
【0018】像側の物体側が凹面のメニスカスレンズ3
に関して,その近軸焦点距離は負,正のいずれでも良い
が,次の条件を満足することが望ましい。 0.4<R3/R2<1.0 この条件は,上記のR1とR2に関する条件と併せ,収
差を良好に保つための条件である。上下限いずれを超え
ても,相対的に強いパワーを有するR2とのバランスが
崩れ,像高収差を良好に保つことが困難となる。
【0019】なお,色収差を良好に補正するためには両
凸レンズ1の分散ν1,メニスカスレンズの分散ν2に
関し,下記の条件が成り立つことが好ましい。 ν1>50 ν2<40
【0020】以上が本発明の基本的構成要件の説明であ
るが,次に小型で安価な撮像レンズを提供できるための
付帯条件に関する説明を行う。まず,コスト的,及び部
材をできるだけ少なくしながら組立て性を向上するため
には,レンズ材料として樹脂の利用が望ましい。特に撮
像素子5と光学系の一体化に関して,これまでも幾つか
の提案がなされているが,レンズの構成を含めて具体的
に提案されている例は少なく,実現が困難である場合が
多い。
【0021】本発明の場合,基本構成が「正・正」また
は「正・負」であるため,メニスカスレンズ3と撮像素
子5が近くに位置し,一体化し易い構成である。また,
物体側に凹面を有するメニスカスレンズ3は,その外径
部に物体側の凸レンズを嵌合するための,構造を付加す
る際も,レンズ形状の自然な延長として勘合構造を形成
できるため,性能に影響を及ぼすことが少ない。また,
レンズ同士を直接勘合させることは,偏心や心ずれ・間
隔等の取付精度を保つことができる等,その利点は大き
い。
【0022】また,撮像素子5に近いメニスカスレンズ
3を撮像素子5のカバー硝子とすることは,コスト的に
も有利である。この場合,初めから撮像レンズを上記の
ような一体構造とするのではなく,メニスカスレンズ3
のみをカバー硝子4の代わりに取付け,後工程で両凸レ
ンズ1を勘合することも可能である。
【0023】
【実施例】次に,本発明の実施例を,具体的な数値例と
共に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1は,実施例1〜5の構成を示す一覧表
である。表の左端の番号は各レンズ面に対応する番号で
ある。1は両凸レンズ2の第1面,2は第2面,3はメ
ニスカスレンズ3の第1面,4は第2面に対応する。
5,6がある場合は,カバー硝子4に対応する。また,
Rは曲率半径,dは間隔,nは屈折率,υは分散をそれ
ぞれ表している。
【0026】表2は同じ実施例1〜5の非球面係数を表
す一覧表である。本発明の非球面は,便宜的に式1で表
される非球面を使用しているが,特にこのタイプに限定
される訳ではない。
【0027】
【式1】
【0028】なお,式1のzは,非球面の頂点を通る基
準平面からの光軸方向の深さである。また,cは面の曲
率半径Rの逆数,hは面の光軸からの高さを表してい
る。kは円錐定数,A〜A26は非球面補正係数であ
る。
【0029】
【表2】
【0030】同様に表3は,本発明の実施例6〜10の
構成パラメータを示す一覧表である。
【0031】
【表3】
【0032】表4は,表3の実施例6〜10に対応する
非球面係数を示す一覧表である。
【0033】
【表4】
【0034】以上の実施例の中で,第2,7,8の各実
施例では,撮像レンズの像面側にカバー硝子4を含んで
いる。
【0035】表5に,実施例1〜10に関する,焦点距
離や各パラメータの関係等を一覧表として示す。表の中
で,主光線高さH2は,正レンズ2の像側の面における
最大画角に対応する主光線の通過する高さである。同じ
くH3はメニスカスレンズ3の物体側面での高さを示
す。また,面角度とは上記主光線が通過する点におけ
る,面の接線角である。
【0036】
【表5】
【0037】
【発明の効果】本発明により,30°を越える画角を有
しながら,撮像素子への入射角が小さく全長が短い,小
型で安価な撮像レンズ系が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 撮像レンズの実施形態を表す断面図である。
【図2】 実施例1の光学断面図である。
【図3】 実施例1の像高収差図である。
【図4】 実施例2の光学断面図である。
【図5】 実施例2の像高収差図である。
【図6】 実施例3の光学断面図である。
【図7】 実施例3の像高収差図である。
【図8】 実施例4の光学断面図である。
【図9】 実施例4の像高収差図である。
【図10】 実施例5の光学断面図である。
【図11】 実施例5の像高収差図である。
【図12】 実施例6の光学断面図である。
【図13】 実施例6の像高収差図である。
【図14】 実施例7の光学断面図である。
【図15】 実施例7の像高収差図である。
【図16】 実施例8の光学断面図である。
【図17】 実施例8の像高収差図である。
【図18】 実施例9の光学断面図である。
【図19】 実施例9の像高収差図である。
【図20】 実施例10の光学断面図である。
【図21】 実施例10の像高収差図である。
【図22】 特開平01−245211の断面図であ
る。
【図23】 特開平04−211214の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 開口絞り 2 両凸レンズ 3 メニスカスレンズ 4 カバー硝子 5 撮像素子 R1,R2・・・ 両凸レンズの第1面の曲率半径等 d0,d1・・・ 絞りと両凸レンズの間隔等 n1,n2・・・ 両凸レンズの屈折率等 ν1,ν1・・・ 両凸レンズの分散等 f 撮像レンズの焦点距離 f1 両凸レンズの焦点距離 f2 メニスカスレンズの焦点距離 T 開口絞りから撮像素子までの長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 栄樹 長野県諏訪市大字上諏訪6666−235 Fターム(参考) 2H087 KA01 PA02 PA17 PB02 QA02 QA07 QA14 QA22 QA37 QA41 RA05 RA12 RA13 RA34 RA42

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側より,開口絞りと,両凸の正レン
    ズ,物体側が凹面のメニスカスレンズとから構成される
    撮像レンズにおいて,前記各レンズが少なくとも1つの
    非球面を有するとともに,全系の焦点距離をf,前記正
    レンズの焦点距離をf1,前記開口絞りから結像面まで
    の長さをTとするとき,下記の各条件を満足することを
    特徴とする撮像レンズ。 0.3<f1/f<0.9 T/f<2.4
  2. 【請求項2】 前記正レンズまたは前記メニスカスレン
    ズの少なくとも一方が両面非球面レンズであるととも
    に,各レンズの曲率半径に関し,前記正レンズの物体側
    をR1,像側をR2,前記メニスカスレンズの物体側を
    R3とするとき,下記の各条件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<R2/R1<0.5 0.4<R3/R2<1.0
  3. 【請求項3】 前記正レンズの分散をν1,及び前記メ
    ニスカスレンズの分散をν2とする時,それぞれ下記の
    条件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。 ν1>50 ν2<40
  4. 【請求項4】 前記正レンズ及び前記メニスカスレンズ
    の少なくとも一方が樹脂材料より形成されることを特徴
    とする請求項1記載の撮像レンズ。
  5. 【請求項5】 前記正レンズ及び前記メニスカスレンズ
    とが,少なくとも一方の外形部に一体に設けられた嵌合
    部により連接されること特徴とする請求項4記載の撮像
    レンズ。
  6. 【請求項6】 前記メニスカスレンズが,その像側に設
    けられた撮像素子のカバーの役割を兼ねることを特徴と
    する請求項1記載の撮像レンズ。
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