JP4980590B2

JP4980590B2 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP4980590B2
Application number: JP2005195545A
Authority: JP
Inventors: 義和篠原
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: US20070014033A1; TWI314997B; JP2007011237A; KR20070004425A; DE602006009021D1; US7443611B2; TW200710427A; KR100754340B1; EP1742094B1; CN100422785C; ATE442602T1; EP1742094A1; CN1892278A

Description

本発明は、比較的少ないレンズ枚数で構成されたコンパクトな撮像レンズに関し、特に、ＰＣや携帯端末などの画像取込用のレンズに好適な撮像レンズに関するものである。

従来より、比較的薄型のPC用Webカメラ、携帯端末等に使用されている画像取り込み用レンズモジュールとして、３枚のプラスチックレンズを配列した構成のものが知られている。

例えば、下記特許文献１に開示されている撮像レンズにおいては、３枚のレンズ構成でありながらレンズ系の全長は短く構成され、さらに最も像側に所定形状の両面非球面レンズを配することによって撮像面全面に対する主光線の入射角を小さくし、撮像素子の適用を可能とするように構成されている。なお、従前はこの種の分野において単レンズ構成の撮像レンズが用いられていたが、特許文献１記載の技術によって撮像素子の高解像化、拡大化といった要請に応えることが可能となった。

特開２００３−３２２７９２号公報

しかし、３枚のレンズ全てをプラスチックレンズにした場合、使用時の温度変化に伴いピント位置にばらつきが出ていた。このような問題を克服するためにオートフォーカスの機能を採用することが考えられるが、上記薄型の機器（携帯端末等）にオートフォーカスの機能を採用することは困難である。これは、レンズモジュールのスペース増大、構造的強度の低下、カメラとしての機動性の低下、製造コストの増大といった問題が生じるためである。また、温度変化によるピント位置のばらつきは、３枚のレンズ全てをガラスにすることで解決されるが、コストが増大し好ましくない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、色収差を始めとする諸収差の補正を良好なものとしつつ、温度変化に伴うピント位置の変動を抑制し、かつレンズ全長をコンパクトなものとし得るパンフォーカスに着目した撮像レンズを提供することを目的とするものである。

本発明の第１の撮像レンズは、物体側より順に正レンズからなる第１レンズ、像側に凹面を向けた負レンズからなる第２レンズ、物体側に凹面を向けた両面非球面の正レンズからなる第３レンズ、両面非球面の光軸近傍で物体側に凸のメニスカスレンズからなる第４レンズを配列してなり、以下の条件式（１）〜（６）を満足することを特徴とするものである。

0.3＜｜f_１/ f_２｜＜0.8 （１）
ν_dG1−ν_dG2＞25 （２）
｜A1｜＜1.5×10^-5 （３）
｜A2｜＜1.5×10^-5 （４）
｜A3｜＞1.5×10^-5 （５）
｜A4｜＞1.5×10^-5 （６）
f_１：前記第１レンズの焦点距離
f_２：前記第２レンズの焦点距離
ν_dG1：前記第１レンズのアッベ数
ν_dG2：前記第２レンズのアッベ数
A１：前記第１レンズの線膨張係数
A２：前記第２レンズの線膨張係数
A３：前記第３レンズの線膨張係数
A４：前記第４レンズの線膨張係数

また、本発明の第２の撮像レンズは、物体側より順に、ガラス材料により形成された正レンズからなる第１レンズ、像側に凹面を向けたガラス材料により形成された負レンズからなる第２レンズ、物体側に凹面を向けた両面非球面のプラスチック材料により形成された正レンズからなる第３レンズ、両面非球面のプラスチック材料により形成された光軸近傍で物体側に凸のメニスカスレンズからなる第４レンズを配列してなり、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とするものである。

0.3＜｜f_１/ f_２｜＜0.8 （１）
ν_dG1−ν_dG2＞25 （２）
f_１：前記第１レンズの焦点距離
f_２：前記第２レンズの焦点距離
ν_dG1：前記第１レンズのアッベ数
ν_dG2：前記第２レンズのアッベ数

また、上記第１レンズおよび上記第２レンズの両面は各々球面とされていることが好ましい。ただし、ここでいう「球面」は平面をも含むものとする。

また、上記非球面レンズにおける正、負は光軸付近での屈折力を表すものとする。

本発明の第１の撮像レンズにおいては、第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比を条件式（１）の範囲内に収めることにより、レンズ系の全長を短くできるようになっている。また、第１レンズと第２レンズのアッベ数の差は、条件式（２）において２５を上回るようになっており、この条件を満足することにより良好な色収差補正を行うことができる。また、物体側の２枚のレンズを条件式（３）、（４）で示されるような比較的線膨張係数の小さい材料によって形成することにより、温度変化に対応し得るピント移動の少ないレンズ系とすることが可能となる。つまり、レンズ系全長は短いままでありながら、良好な温度特性を備えたパンフォーカスレンズとして構成することが可能となる。

一方、本発明の第２の撮像レンズにおいては、ガラスにより形成された第１レンズと第２レンズを用い、プラスチックにより形成された第３レンズと第４レンズを用いるとともに、条件式（１）、（２）を満足することにより、上記第１の撮像レンズと同等の効果を奏することができるようになっている。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示す実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の撮像レンズは、物体側より順に、正レンズからなる第１レンズＬ_１、像側に凹面を向けた負レンズからなる第２レンズＬ_２、物体側に凹面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズからなる第３レンズＬ_３、両面非球面の負レンズからなる第４レンズＬ_４を配列してなり、光軸Ｘに沿って入射する光束を撮像素子（撮像面）３の結像位置Ｐに効率良く収束させるようにした撮像レンズである。また、第１レンズＬ_１の像側には絞り２が配され、第４レンズＬ_４と撮像素子３との間にはカバーガラス１が配されている。

なお、各レンズ面の非球面形状は、下記非球面式で表される。

また、本実施形態の撮像レンズは、以下の条件式（１）〜（６）を満足している。
0.3＜｜f_１/ f_２｜＜0.8 （１）
ν_dG1−ν_dG2＞25 （２）
｜A1｜＜1.5×10^-5 （３）
｜A2｜＜1.5×10^-5 （４）
｜A3｜＞1.5×10^-5 （５）
｜A4｜＞1.5×10^-5 （６）
ただし、
f_１：前記第１レンズの焦点距離
f_２：前記第２レンズの焦点距離
ν_dG1：前記第１レンズのアッベ数
ν_dG2：前記第２レンズのアッベ数
A１：前記第１レンズの線膨張係数
A２：前記第２レンズの線膨張係数
A３：前記第３レンズの線膨張係数
A４：前記第４レンズの線膨張係数

次に本実施形態による作用効果を説明する。
本実施形態の撮像レンズによれば、主に第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２が光収束機能と色収差の補正機能を有し、第３レンズＬ_３および第４レンズＬ_４が球面収差等の他の収差補正機能を有したものとなっている。

本実施形態の撮像レンズにおいては、第１レンズＬ_１の焦点距離ｆ_１と第２レンズＬ_２の焦点距離ｆ_２の比を条件式（１）の範囲内に収めることにより、レンズ系の全長を短くできるようになっている。また、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２のアッベ数の差は、条件式（２）から２５を上回るようになっており、この条件を満足することにより良好な色収差補正を行うことができる。また、上記特許文献１に示すような３枚のプラスチックレンズにおいて、物体側の第１レンズＬ_１のみを条件式（３）、（４）で示されるような比較的線膨張係数の小さい材料よりなる２枚のレンズに変えることにより、温度変化に対応し得るピント移動の少ないレンズ系とすることが可能となる。すなわち、本実施形態の撮像レンズでは、レンズ系全長は短いままでありながら、良好な温度特性を備えたパンフォーカスレンズとして構成することが可能となる。

一方、本実施形態の撮像レンズにおいては、ガラスにより形成された第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２を用い、プラスチックにより形成された第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４を用いることにより、物体側の２つのレンズを線膨張係数の低いものとしつつ、全てのレンズをガラスレンズで作成することの弊害を排除することができる。すなわち、温度変化に対してピント位置の変動に大きな影響を与えるレンズ材料の特性としては屈折率と線膨張係数があるが、レンズ材料としてプラスチックを用いると、一般にプラスチック材料では温度の上昇に応じて屈折率が大幅に低下するとともに、線膨張係数（体膨張係数）は大幅に増加するため、いずれもピント位置までの距離を大きくするように作用する。そこで、物体側に位置するとともに光収束機能を主に担っている、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２を、屈折率および線膨張係数の温度変化が小さいガラス材料により形成することにより、ピント位置の変動を大幅に低減するようにしている。

このことに加え、条件式（１）、（２）を満足することにより、レンズ系の全長と色収差補正に関し、上記第１の撮像レンズと同等の効果を奏することができるようになっている。

以下、上述した各条件式（１）〜（６）についての技術的意義を説明する。
上記条件式（１）は、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２の焦点距離の比を0.3〜0.8に収めることを規定したものであり、これによりレンズ系の全長を短くすることが可能となる。すなわち、この上限を上回ると第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２の合成パワーが小さくなり、レンズ系の全長は長くなる。一方、下限を下回ると十分な色収差補正が困難となる。

上記条件式（２）は、第１レンズＬ_１のアッベ数と第２レンズＬ_２のアッベ数の差が２５を上回ることを規定したものであり、第１レンズＬ_１を低分散、第２レンズＬ_２を高分散なレンズとすることにより、色収差補正を良好なものとすることができる。つまり、下限を下回ると、緑色域光に対して赤色域光が過度にオーバーになるとともに、緑色域光に対して青色域光が過度にアンダーになり、十分な色収差補正が困難となる。

上記条件式（３）〜（６）は、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２の線膨張係数の上限（該条件式（３）、（４））および、第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４の線膨張係数の下限（該条件式（５）、（６））を規定したものである。特に、上式（３）、（４）の上限を上回るとピント移動が大きくなり、レンズ系として十分に機能しなくなる。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の撮像レンズをさらに説明する。
なお、以下の各実施例に示す数値は、全系の焦点距離を１．０ｍｍとして規格化された値となっている。

＜実施例１＞
実施例１に係る撮像レンズの概略構成を図１に示す。この撮像レンズは、物体側より順に、物体側に強い曲率の面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ_１、絞り２、物体側に弱い曲率の面を向けた負のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ_２、物体側に凹面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズからなる第３レンズＬ_３および両面非球面の負レンズからなる第４レンズＬ_４を配列している。なお、第４レンズＬ_４は物体側の面において、光軸近傍で正、周辺で負の曲率を有するように構成されており、また像側の面においても曲率が変化する割合は違うものの、略同様の曲率符号の変化となるように構成されている。また、本実施例および下述する実施例２の撮像レンズのように絞り２を第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２の間に配した中絞りの構成とすることにより、像面湾曲をより良好に補正することができる。

この撮像レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表１に示す。なお表中の数字は、物体側からの順番を表すものである（第３面は絞り面、第１２面は撮像面）。また、表２には、各非球面について、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６、Ｂ_７、Ｂ_８、Ｂ_９、Ｂ_１０の値を示す。

また、実施例１の撮像レンズによれば、表７に示すように、条件式（１）〜（６）は全て満足されている。また、レンズ系の全長は１．２８ｍｍとされている。

図２は実施例１の撮像レンズの温度変化に対応するピント位置のずれを示すものである。従前のプラスチックレンズ（例えば上述した特許文献１に示すレンズ；以下同じ）では−２０〜６０℃の温度変化に対して略±０．０５ｍｍのピント位置のずれであったものが、本実施例では該温度変化において±０．０１ｍｍ以内と良好なものとなっている。

図３は実施例１の撮像レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例１の撮像レンズによれば、各収差を良好に補正することができる。

＜実施例２＞
実施例２に係る撮像レンズの概略構成を図４に示す。この撮像レンズの構成も実施例１のものと略同様であり、対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。ただし、この撮像レンズは、実施例１に比べ第２レンズＬ_２が第１レンズＬ_１に接近し、第３レンズＬ_３が第２レンズＬ_２に接近した構成となっている。

この撮像レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表３に示す。なお表中の数字は、物体側からの順番を表すものである（第３面は絞り面、第１２面は撮像面）。また、表４には、各非球面について、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６、Ｂ_７、Ｂ_８、Ｂ_９、Ｂ_１０の値を示す。

また、実施例２の撮像レンズによれば、表７に示すように、条件式（１）〜（６）は全て満足されている。また、レンズ系の全長は１．３１ｍｍとされている。

図５は実施例２の撮像レンズの温度変化に対応するピント位置のずれを示すものである。実施例１と同様に、従前のプラスチックレンズでは−２０〜６０℃の温度変化に対して略±０．０５ｍｍのピント位置のずれであったものが、本実施例では該温度変化において±０．０１ｍｍ以内と良好なものとなっている。

図６は実施例２の撮像レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例２の撮像レンズによれば、各収差を良好に補正することができる。

＜実施例３＞
実施例３に係る撮像レンズの概略構成を図７に示す。この撮像レンズの構成も実施例１のものと略同様であり、対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。ただし、この撮像レンズにおいては、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２は接合され、絞り２は第１レンズＬ_１の物体側の面に当接するようにして配設されている。すなわち、前絞りの構成とされている。

この撮像レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表５に示す。なお表中の数字は、物体側からの順番を表すものである（第１面は絞り面および第１レンズＬ_１の物体側の面、第１０面は撮像面）。また、表６には、各非球面について、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６、Ｂ_７、Ｂ_８、Ｂ_９、Ｂ_１０の値を示す。

また、実施例３の撮像レンズによれば、表７に示すように、条件式（１）〜（６）は全て満足されている。また、レンズ系の全長は１．３２ｍｍとされている。

図８は実施例３の撮像レンズの温度変化に対応するピント位置のずれを示すものである。従前のプラスチックレンズでは−２０〜６０℃の温度変化に対して略±０．０５ｍｍのピント位置のずれであったものが、本実施例では該温度変化において±０．００５ｍｍ以内と全実施例の中で最も良好なものとなっている。

図９は実施例３の撮像レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例３の撮像レンズによれば、各収差を良好に補正することができる。

本発明の実施例１に係る撮像レンズの構成を示す概略図実施例１に係る撮像レンズの温度変化に対応するピント位置のずれを示すグラフ実施例１の撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、およびディストーション）を示す収差図本発明の実施例２に係る撮像レンズの構成を示す概略図実施例２に係る撮像レンズの温度変化に対応するピント位置のずれを示すグラフ実施例２の撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、およびディストーション）を示す収差図本発明の実施例３に係る撮像レンズの構成を示す概略図実施例３に係る撮像レンズの温度変化に対応するピント位置のずれを示すグラフ実施例３の撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、およびディストーション）を示す収差図

符号の説明

Ｌ_１〜Ｌ_４レンズ
Ｘ光軸
Ｐ結像位置
１カバーガラス
２絞り
３撮像素子（撮像面）

Claims

物体側より順に、正レンズからなる第１レンズ、像側に凹面を向けた負レンズからなる第２レンズ、物体側に凹面を向けた両面非球面の正レンズからなる第３レンズ、両面非球面の光軸近傍で物体側に凸のメニスカスレンズからなる第４レンズを配列してなり、
前記第１レンズおよび前記第２レンズの両面が各々球面とされており、
以下の条件式（１′）〜（６）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
0.3＜｜f_１/ f_２｜≦0.6323478 （１′）
ν_dG1−ν_dG2＞25 （２）
｜A1｜＜1.5×10^-5 （３）
｜A2｜＜1.5×10^-5 （４）
｜A3｜＞1.5×10^-5 （５）
｜A4｜＞1.5×10^-5 （６）
f_１：前記第１レンズの焦点距離
f_２：前記第２レンズの焦点距離
ν_dG1：前記第１レンズのアッベ数
ν_dG2：前記第２レンズのアッベ数
A１：前記第１レンズの線膨張係数
A２：前記第２レンズの線膨張係数
A３：前記第３レンズの線膨張係数
A４：前記第４レンズの線膨張係数
物体側より順に、ガラス材料により形成された正レンズからなる第１レンズ、像側に凹面を向けたガラス材料により形成された負レンズからなる第２レンズ、物体側に凹面を向けた両面非球面のプラスチック材料により形成された正レンズからなる第３レンズ、両面非球面のプラスチック材料により形成された光軸近傍で物体側に凸のメニスカスレンズからなる第４レンズを配列してなり、
前記第１レンズおよび前記第２レンズの両面が各々球面とされており、
以下の条件式（１′）および（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
0.3＜｜f_１/ f_２｜≦0.6323478 （１′）
ν_dG1−ν_dG2＞25 （２）
f_１：前記第１レンズの焦点距離
f_２：前記第２レンズの焦点距離
ν_dG1：前記第１レンズのアッベ数
ν_dG2：前記第２レンズのアッベ数