JP2003005031A - 撮像用レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 従来の１枚構成の撮影レンズは、低画素用
のモニターレンズ、アミューズメントカメラを用途とし
て設計されているため、ＰＣ用や、モバイル用、ＰＤＡ
用のモニターレンズの画像を入力するための撮影レンズ
としては、小型化及び低コスト化に不十分であった。 【解決手段】 物体側から像側に向かって順に、開口絞
りＳ１と、物体側に平面を向けると共に像側に凸面を向
けた正のパワーを持つ平凸レンズＬと、絞りＳ２とが配
列されて構成され、平凸レンズＬの像面側が、非球面で
あることを特徴とする撮像用レンズ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像用レンズに係
り、特に小型ＣＣＤ、ＣＭＯＳを撮像素子として用い、
１群１枚と少ないレンズ構成で良好な性能が得られる撮
像用レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子撮影機器は、極端な小型化、
軽量化、低コスト化の要求が高いため、撮像用レンズに
も極端に小型で低コストのレンズが望まれている。

【０００３】特に、携帯電話用やモバイル用のモニター
レンズに関しては、撮像面からレンズの第１面まで非常
に短い光学長が要求されるとともに、撮像素子の小型化
にともなって、イメージセンサーのサイズが小さくなる
傾向にあり、レンズも極端な縮小化を要求されている。

【０００４】固体撮像素子を利用した、電子撮影機器用
の構成枚数の少ない撮像用レンズは、２群２枚のレンズ
で比較的解像力の良いレンズ系が提案されているが、光
学長がまだ８ｍｍ前後と長くなっており、小型化の要求
を満たしていない。

【０００５】１群１枚で提案されているレンズもある
が、小型化はされているものの、部品数が多く、低コス
ト化の要求を満たしていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】今後、電子撮影機器が
小型化し、これに使用されるレンズ系は、極端に小さ
く、また、短光学長化、低コスト化しなければ使用する
には不十分である。

【０００７】本発明は、Ｆ値2.8程度の明るさを持ちな
がら、１群１枚構成と少ないレンズ枚数で構成され、レ
ンズにプラスチックの使用も可能であり、レンズＬの物
体側面（ｒ1）に印刷等をして開口絞りＳ１とすること
も可能であり、安価で小型軽量かつ高性能な、電子撮影
機器用撮像用レンズを提供することを目的としたもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する為
に、本発明では次のようなレンズ系の構成（図１参照）
とする。

【０００９】すなわち、請求項１の本発明による撮像用
レンズは、物体側から像側に向かって順に、開口絞りＳ
１と、物体側に平面を向けると共に像側に凸面を向けた
正のパワーを持つ平凸レンズＬと、絞りＳ２とが配列さ
れて構成され、前記平凸レンズＬの像面側が、非球面で
あることを特徴とする撮像用レンズ、からなる。

【００１０】請求項２の本発明による撮像用レンズは、
次の（１）〜（３）の各条件式を満たすように構成され
たことを特徴とする請求項１記載の撮像用レンズ、から
なる。 ｆ ＝ ｆｂ ・・・・・・・・・・・・ （１） 0.2ｆ ＜ ｄ2 ＜ 1.2ｆ ・・・・・ （２） ν ＞30 ， Ｎ ＞ 1.49 ・・・ （３） ただし、 ｆ ： 焦 点 距 離 ｆｂ ： 後 側 焦 点 距 離 ｄ2 ： レ ン ズ の 肉 厚 ν ： レ ン ズ の ア ッ べ 数 Ｎ ： レ ン ズ の 屈 折 率（587.56ｎｍ）

【００１１】また、請求項３の本発明による撮像用レン
ズは、前記平凸レンズＬの物体側平面（ｒ1）を、開口
絞りＳ1として用いた請求項２記載の撮像用レンズ、か
らなる。

【００１２】請求項１の前記平凸レンズＬは、通常の硝
材又は樹脂レンズであり、近赤外線カットフィルター用
の樹脂も含むが、シリコン(Ｓｉ)等の特別な硝材ではな
い。

【００１３】また、請求項１の本発明は、可視光線波長
を前提としたものであり、赤外線、レーザー波長等に関
しては、当てはまらない。

【００１４】請求項１の本発明は、小型電子撮影機器用
のレンズを１群１枚構成と少ないレンズ枚数で構成し、
なおかつ、小型で低コスト化を実現するために、前記レ
ンズＬの物体側を平面とし、像側面に非球面を採用し、
各収差を補正するとともに、後方に絞りＳ２を配置して
有害光線をカットしている。

【００１５】請求項２の本発明において、前記平凸レン
ズＬの物体側面ｒ１を平面とすることによって、印刷や
スミヌリを施したり、また、マイラーやソマブラックフ
ィルム等を貼り付けたりすることにより、レンズの物体
側平面部ｒ１を、開口絞りＳ１とすることが可能であ
る。これによって部品数が減り、低コスト化につなが
る。

【００１６】前記平凸レンズＬは、物体側面ｒ１が平面
であるために、レンズＬの肉厚が極端に変化しても、焦
点距離ｆと後側焦点距離ｆｂは、まったく変化しないば
かりか、収差や解像力も、レンズＬの肉厚が多少変化し
ても劣化しないため、金型製造コスト、成形コスト、検
査工程コスト、組立てコストが減少し、低コスト化が実
現できる。

【００１７】請求項２において、前記の条件（１）は、
物体側面ｒ１を平面とすることによって起きる現象であ
り、焦点距離ｆ＝後側焦点距離ｆｂとなることで、コリ
メータ等による後側焦点距離ｆｂの測定のみで、焦点距
離ｆも同時に測定可能なため、通常の焦点距離ｆ、後側
焦点距離ｆｂと２度測定していた検査が、１度で測定が
終了する。

【００１８】また、後側焦点距離ｆｂの測定は、焦点距
離ｆの測定よりも非常に短い時間で終了するために、後
側焦点距離ｆｂの測定のみで、通常の検査時間の1/4程
度の時間で、焦点距離ｆと後側焦点距離ｆｂの両方を測
定する事が可能となる。

【００１９】条件（２）については、レンズ肉厚（ｄ
２）が、条件式（２）の下限を越えて、レンズ厚が小さ
くなると、コマ収差が増大するとともに、射出瞳位置も
短かくなってしまい好ましくなく、また焦点距離ｆの短
いレンズでは、レンズのエッジ寸法が少なくなり過ぎ
て、射出成形時に樹脂が入らない現象が発生する。条件
式（２）の上限を越えて、レンズ厚が大きくなると、レ
ンズ全長と外径が大きくなり、コンパクト性を失う。

【００２０】次にこのような構成を実現するためのレン
ズ材料について述べる。

【００２１】本発明は、赤外線のみ使用しているレンズ
や、レーザー波長のみ使用しているレンズや、その他単
波長のみを使用する光学系のレンズとは異なり、可視光
線波長を使用するため、色収差の補正が必要となる。

【００２２】複数のレンズを採用すれば、低屈折率低分
散の材料や高屈折率高分散の材料のレンズを組合せて色
収差を補正することが可能であるが、１群１枚のレンズ
仕様の場合、１つの材料を選択することしかできないの
で、レンズ材料としては高屈折率低分散の材料を選択し
なければならない。高屈折率低分散の材料を使用しない
と色収差の補正が難しい。

【００２３】条件（３）は、この範囲の硝材を使用する
ことにより、コントラスト、軸上色収差、倍率色収差を
良好に保つためのものである。

【００２４】本発明は、レンズ（Ｌ）の物体側に、開口
絞りＳ１を、像側に絞りＳ２を配置しているが、像側絞
りＳ２の効果について述べる。

【００２５】電子撮影機器に使用されるＣＣＤ，ＣＭＯ
Ｓを撮像素子として用いる場合、必ずカバーガラス、ロ
ーパスフィルター等の平面性のすぐれた部品を撮像素子
とレンズ系との間に配置する。

【００２６】平面性の優れた部品は、ゴーストやフレア
ーの原因となる。それは物体から出た光は、レンズを通
過し、ローパスフィルター、カバーガラスを通り撮像素
子に入るが、レンズの外径部や、鏡胴部に反射して撮像
素子に入る光線、またローパスフィルター、カバーガラ
スに反射し、レンズ有効径外のレンズ外径に反射して撮
像素子に入る光線も出現する。これがゴーストやフレア
ーの原因になるが、この撮像絞りＳ２を配置することに
より、有害光線を遮断しまた、反射も防ぎ、ゴーストや
フレアーを除去することが出来る。

【００２７】上記の条件及び構成により、小型で低コス
ト、特性の優れた撮像用レンズが実現した。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００２９】図１は、本発明による撮像用レンズの構成
図である。本発明の撮像用レンズは、物体側から像側に
向かって順に、開口絞りＳ１と、物体側に平面を向ける
と共に像側に凸面を向けた正のパワーを持つ平凸レンズ
Ｌと、絞りＳ２とが配列されて構成され、平凸レンズＬ
の像面側は非球面になっている。

【００３０】表１から表３に第１〜第３に実施例の構成
データを示す。

【表１】

【表２】

【表３】

【００３１】図２〜図４は、表１〜表３のデータにより
構成されたレンズの縦断面図である。各実施例の撮像用
レンズ共、基本構成は前述の図１の撮像用レンズの場合
と同じであり、データ面で異なっている。

【００３２】図５〜図７は、第１〜第３の実施例の収差
図である。

【００３３】各実施例において面番号は物体側から順に
数えられた各レンズ等の対応する面番号を示す。この面
番号をｉとすると各図及び表において、 ｒｉ はｉ面の曲率半径 （非球面においては軸上曲率
半径） ； ｄｉ はｉ面からｉ＋１面までの距離 ； Ｎ はレンズに存在する媒質の屈折率 ； ν はレンズに存在する媒質の分散 ； をそれぞれ示す。非球面データは、表１〜表３の一番下
の欄に面番号とともに示した。開口絞りＳ１及びレンズ
Ｌの物体側面ｒ１、また、絞りＳ２の曲率半径０は、曲
率半径が無限大であることを示している。屈折率はＤ線
（587.56ｎｍ）における屈折率を、アッベ数は分散を示
す。

【００３４】図５の非点収差と歪曲収差を示す曲線の先
端は中心から1.85ｍｍである。

【００３５】図６の非点収差と歪曲収差を示す曲線の先
端は中心から2.30ｍｍである。

【００３６】図７の非点収差と歪曲収差を示す曲線の先
端は中心から1.27ｍｍである。

【００３７】なお、図５〜図７の収差図において、１は
587.56ｎｍ、２は435.84ｎｍ、３は656.27ｎｍの波長の
場合である。

【００３８】本発明で使用される非球面は次の式で与え
られる。

【式 １】Ｚ ＝ ｃｈ^２／[１＋{１−（１＋ｋ）ｃ^２ｈ
^２}^＋1/2]＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ¹⁰ ただし、 Ｚ ： 面頂点に対する接平面からの深さ ｃ ： 面の近軸的曲率 ｈ ： 光軸からの高さ ｋ ： 円錐定数 Ａ ： ４次の非球面係数 Ｂ ： ６次の非球面係数 Ｃ ： ８次の非球面係数 Ｄ ： 10次の非球面係数

【００３９】この明細書中の各表において、非球面係数
を示す数値の表示において[例えば、ｅ−１]の表示は10
の−１乗を示すものである。

【００４０】以下に、各実施例の特徴を示す。

【００４１】表１に示す構成データを持ち、図２に示す
第１の実施例レンズは、材料が耐熱樹脂であるゼオネッ
クス（登録商標）を採用している。レンズ（Ｌ）の物体
側面は平面、像側面は非球面である。 レンズ（Ｌ）の焦点距離 ｆ＝2.698ｍｍ レンズ（Ｌ）の後側焦点距離 ｆｂ＝2.698ｍｍ レンズの肉厚 ｄ2＝1.60ｍｍ レンズの屈折率 Ｎ＝1.53 レンズのアッベ数 ν＝56.0 ｆ＝ｆｂ ・・・・・・・・・ 2.698＝2.698 0.2ｆ ＜ ｄ2 ＜ 1.2ｆ ・・・ 0.5396＜1.6＜3.
2376 ν ＞ 30 、Ｎ ＞ 1.49 ・・・ 56.0 ＞30，1.5
3 ＞ 1.49

【００４２】表２に示す構成デ−タを持ち、図３に示す
第２の実施例レンズは、材料が耐熱樹脂であるゼオネッ
クス（登録商標）を採用している。レンズ（Ｌ）の物体
側面は平面、像側面は非球面である。 レンズ（Ｌ）の焦点距離 ｆ＝3.075ｍｍ レンズ（Ｌ）の後側焦点距離 ｆｂ＝3.075ｍｍ レンズの肉厚 ｄ2＝1.60ｍｍ レンズの屈折率 Ｎ＝1.53 レンズのアッベ数 ν＝56.0 ｆ＝ｆｂ ・・・・・・・・・ 3.075＝3.075 0.2ｆ ＜ ｄ2 ＜ 1.2ｆ ・・・ 0.615＜1.6＜3.6
9 ν ＞ 30 、Ｎ ＞ 1.49 ・・・ 56.0 ＞30，1.5
3 ＞ 1.49

【００４３】表３に示す構成データを持ち、図４に示す
第３の実施例レンズは、材料が耐熱樹脂であるゼオネッ
クス（登録商標）を採用している。第３実施例では、レ
ンズＬの物体側平面（ｒ１）を、開口絞りＳ１として用
いている。レンズ（Ｌ）の物体側面は平面、像側面は非
球面である。 レンズ（Ｌ）の焦点距離 ｆ＝1.509ｍｍ レンズ（Ｌ）の後側焦点距離 ｆｂ＝1.509ｍｍ レンズの肉厚 ｄ2＝0.90ｍｍ レンズの屈折率 Ｎ＝1.53 レンズのアッベ数 ν＝56.0 ｆ＝ｆｂ ・・・・・・・・・ 1.509＝1.509 0.2ｆ ＜ ｄ2 ＜ 1.2ｆ ・・・ 0.3018＜0.9＜1.
8108 ν ＞ 30 、Ｎ ＞ 1.49 ・・・ 56.0 ＞30，1.5
3 ＞ 1.49

【００４４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は１群１枚
と少ない構成ながら、プラスチックレンズの積極的な使
用を可能にし、小型で高性能かつ安価・軽量な電子撮影
機器用撮像用レンズを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による撮像用レンズの構成図である。

【図２】 実施例１のときのレンズ系の縦断面図であ
る。

【図３】 実施例２のときのレンズ系の縦断面図であ
る。

【図４】 実施例３のときのレンズ系の縦断面図であ
る。

【図５】 実施例１のときのレンズの収差図である。

【図６】 実施例２のときのレンズの収差図である。

【図７】 実施例３のときのレンズの収差図である。

【符号の説明】

Ｌ レンズ ｒｉ ｉ面曲率半径 ｄｉ ｉ面間隔 Ｎ 屈折率 ν 分散（アッベ数）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA03 LA01 NA18 PA01 PA17 PB01 QA01 QA07 QA13 QA33 RA05 RA13 RA31 RA34 RA42 RA43 UA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から像側に向かって順に、開口絞
   りＳ１と、物体側に平面を向けると共に像側に凸面を向
   けた正のパワーを持つ平凸レンズＬと、絞りＳ２とが配
   列されて構成され、前記平凸レンズＬの像面側が、非球
   面であることを特徴とする撮像用レンズ。
2. 【請求項２】 次の（１）〜（３）の各条件式を満たす
   ように構成されたことを特徴とする請求項１記載の撮像
   用レンズ。 ｆ ＝ ｆｂ ・・・・・・・・・・・・ （１） 0.2ｆ ＜ ｄ2 ＜ 1.2ｆ ・・・・・ （２） ν ＞ 30 ， Ｎ ＞ 1.49 ・・・ （３） ただし、 ｆ ： 焦 点 距 離 ｆｂ ： 後 側 焦 点 距 離 ｄ2 ： レ ン ズ の 肉 厚 ν ： レ ン ズ の ア ッ べ 数 Ｎ ： レ ン ズ の 屈 折 率（587.56ｎｍ）
3. 【請求項３】 前記平凸レンズＬの物体側平面（ｒ1）
   を、開口絞りＳ1として用いた請求項２記載の撮像用レ
   ンズ。