(57)【要約】      （修正有）【課題】歪曲を補正することができる単レンズ光学系を提供する。【解決手段】単レンズ光学系であって、物体側から順に配された絞りＳＴとレンズ１０とを含み、前記レンズ１０及び前記絞りＳＴが適切に設定された条件を満足する。前記レンズ１０は、近軸像面にデフォーカスして結像させるように構成されている。また、前記レンズは、ＥＦＬを前記単レンズ１０の有効焦点距離とすると、前記近軸像面に１／２０ＥＦＬ以上の距離でデフォーカスして結像させるように構成されている。【選択図】図１
2011034059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単レンズ光学系であって、
物体側から順に配された絞りとレンズとを含み、
前記レンズ及び前記絞りが下記の数式１及び数式２を満たすことを特徴とする単レンズ光学系。
（数１）
０．１ＥＦＬ≦Ｌ≦０．３ＥＦＬ
（数２）
｜Ｋ｜≧１００
ただし、Ｌは前記絞りと前記レンズとの間の距離を、ＥＦＬは前記単レンズ光学系の有効焦点距離を、Ｋは前記レンズの像側面の円錐定数を表す。
【請求項２】
前記レンズが、近軸像面にデフォーカスして結像させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の単レンズ光学系。
【請求項３】
前記レンズが、前記近軸像面に１／２０ＥＦＬ以上の距離でデフォーカスして結像させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の単レンズ光学系。
【請求項４】
前記レンズが、両面が非球面で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【請求項５】
前記レンズが、５５以上のアッベ数を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【請求項６】
前記レンズが、両凸型レンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【請求項７】
前記単レンズ光学系が、レンズの物体側面の上側からビネット効果を与えるように構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【請求項８】
前記レンズが、ガラスによって形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【請求項９】
前記レンズが、正の屈折力を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【請求項１０】
前記レンズと像面との間に、赤外線フィルタがさらに設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の単レンズ光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪曲を減少させることができる小型の単レンズ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＣＣＤ（charge coupled device）やＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）などの固体撮像素子を有するデジタルカメラやビデオカメラが広く普及している。特に、メガピクセルの高解像度を有するカメラモジュールの需要が高まっており、普及型デジタルカメラでも、５００万以上の画素と高画質の性能とを有するカメラが登場している。ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの撮像素子を利用したデジタルカメラや携帯電話カメラなどの撮像光学機器は、小型化、軽量化、低費用化が求められている。さらに、モバイル用小型カメラ、コンピュータ、自動車のブラックボックス、自動車の後方カメラなどに使われるカメラの場合は、小型化が必須である。このような小型、軽量化を達成するために、レンズ光学系は１枚または２枚のレンズから構成される。
【０００３】
このようなレンズ光学系には、球面収差、非点収差、歪曲、像面湾曲、コマ収差などの様々な収差問題が存在する。これらの収差の中でも歪曲補正が重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、歪曲を補正することができる単レンズ光学系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施例による単レンズ光学系は、物体側から順に配された絞りとレンズとを含み、前記レンズ及び前記絞りが下記の数式１及び数式２を満たすことを特徴とする。
【０００６】
（数１）
０．１ＥＦＬ≦Ｌ≦０．３ＥＦＬ
【０００７】
（数２）
｜Ｋ｜≧１００
【０００８】
ただし、Ｌは前記絞りと前記レンズとの間の距離を、ＥＦＬは前記単レンズ光学系の有効焦点距離を、Ｋは前記レンズの像側面の円錐定数を表す。
【０００９】
前記レンズは、近軸像面にデフォーカスして結像させるように構成されている。
【００１０】
前記レンズは、像を近軸像面に１／２０ＥＦＬ以上の距離でデフォーカスして結像させるように構成されている。
【００１１】
前記レンズの両面は非球面によって形成されうる。
【００１２】
前記レンズのアッベ数は５５以上でありうる。
【００１３】
前記レンズは両凸型レンズでありうる。
【００１４】
前記単レンズ光学系は、レンズの物体側面の上側からビネット効果を与えるように構成されうる。
【００１５】
前記レンズは、正の屈折力を有することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学系を単レンズで構成することにより小型化を具現し、絞りとレンズとの間の距離を調節することにより歪曲を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例による単レンズ光学系を図示した図面である。
【図２】図１に図示された単レンズ光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示したグラフである。
【図３】図１に図示された単レンズ光学系のＴＶ歪曲を示した図面である。
【図４】本発明の第２実施例による単レンズ光学系を図示した図面である。
【図５】図４に図示された単レンズ光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示したグラフである。
【図６】図４に図示された単レンズ光学系のＴＶ歪曲を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施例による単レンズ光学系について、添付された図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施例による単レンズ光学系を図示したものである。本発明の実施例による単レンズ光学系は、物体側Ｏから順に配された絞りＳＴとレンズ１０とを含む。
【００２０】
レンズ１０は、正の屈折力を有し、両面が非球面によって構成されうる。また、レンズ１０は、物体側Ｏの面（第１の面Ｓ２）及び像側Ｉの面（第２の面Ｓ３）の両方が凸面でありうる。すなわち、レンズ１０は、第１の面Ｓ２が物体側Ｏに向かって凸状に形成され、第２の面Ｓ３が像側Ｉに向かって凸状に形成された両凸型レンズでありうる。レンズ１０を両凸型レンズで形成することによって、歪曲を減少させることができる。レンズ１０の像側Ｉには、赤外線フィルタ２０が設けられうる。
【００２１】
レンズ１０は、プラスチックまたはガラスから形成されうる。レンズ１０をガラスから形成した場合、印刷回路基板（ＰＣＢ）の表面にコーティングしたクリームはんだを高温で溶融させて、ＰＣＢ上にカメラモジュールを結合させるリフロー方式が用いられる。カメラモジュール適用製品に、リフロー方式を採用することによって、ＰＣＢにカメラモジュールを結合させる工程が簡単になり、それによって、量産性が大きく向上されうる。
【００２２】
本発明の実施例による単レンズ光学系は、次の式を満たすように構成される。
【００２３】
（数１）
０．１ＥＦＬ≦Ｌ≦０．３ＥＦＬ
【００２４】
ここで、Ｌは、絞りレンズＳＴとレンズ１０との間の距離を示し、ＥＦＬは、この単レンズ光学系の焦点距離を示す。絞りＳＴとレンズ１０との間の距離Ｌは、絞りレンズＳＴからレンズ１０の物体側Ｏの面（第１の面Ｓ２）までの距離を示す。絞りＳＴとレンズ１０との間の距離Ｌが、数式１を満たす場合に、歪曲を減少させることができる。
【００２５】
また、レンズ１０は、次の数式２を満たすように構成されうる。
【００２６】
（数２）
｜Ｋ｜≧１００
【００２７】
Ｋは、レンズ１０の像側Ｉの面（第２の面Ｓ３）の円錐定数（コーニック定数）を示す。このように、コーニック定数の絶対値を１００以上にすることによって、光学性能を向上させられる。例えば、光学性能には、鮮明度や解像度が含まれる。
【００２８】
レンズ１０は、近軸像面にデフォーカスして結像させる。一般的な光学系では、球面収差を減少させるために、近軸像面に結像させる。しかし、単レンズ光学系では、歪曲の補正は難い。本発明では、近軸像面に結像させずに、その代わりに、近軸像面にデフォーカスして結像させることにより歪曲を補正する。レンズ１０は、例えば、近軸像面に１／２０ＥＦＬ以上の距離でデフォーカスして結像させるように構成されうる。近軸像面にデフォーカスして結像させるようにレンズ１０を構成すれば、球面収差が発生しうるが、球面収差の代わりに、歪曲が改善されうる。よって、単レンズ光学系で、球面収差と歪曲との両方が適切に制御される。
【００２９】
レンズ１０を５５以上のアッベ数（Abbe number）を有する材質から形成することによって、色収差を補正することができる。レンズ１０の物体側面の上側からビネット効果（vignette effect）を与えることにより、光学性能を向上させることができる。
【００３０】
例示的な実施形態では、ズームレンズの非球面は、次のように定義される。
【００３１】
ズームレンズの非球面の形状は、光軸方向をｘ軸とし、光軸方向に対して垂直な方向をｙ軸とすると、光線の進行方向を正として、次の数式３で表すことができる。ここで、ｘは、レンズの頂点から光軸側への距離を、ｙは、光軸に対して垂直な方向への距離を、Ｋは、円錐定数を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、非球面係数を、ｃは、レンズの頂点における曲率半径の逆数（１／Ｒ）をそれぞれ示す。
【００３２】
【数３】
2011034059.tif 000003
【００３３】
本発明では、後述する多様な設計による実施例により、単レンズ光学系の小型化及び光学性能の改善を具現する。
【００３４】
以下、ＴＴＬは、レンズ光学系の全長を、ＥＦＬは、レンズ光学系の焦点距離を、Ｆｎｏは、Ｆナンバ（焦点比）を、Ｒは、曲率半径を、Ｄｎは、絞りとレンズとの間の距離、またはレンズの中心厚を、ｎｄは、屈折率を、ｖｄは、アッベ数をそれぞれ示す。また、ＳＴは絞りを示し、ＯＢＪは物体面を、ＩＭＧは像面を、ＡＳＰは非球面を示す。
【００３５】
＜第１実施例＞
【００３６】
図１は、第１実施例による単レンズ光学系を図示したものである。
ＥＦＬ＝１．３５ｍｍ
ＴＴＬ＝２．２ｍｍ
Ｆｎｏ＝３．２
絞りとレンズとの間の距離（Ｌ）＝０．２７ｍｍ（ＥＦＬ（１．３５ｍｍ）の２０％）
デフォーカス＝０．１８ｍｍ（ＥＦＬ（１．３５ｍｍ）の１３％）
【００３７】
レンズ表面  Ｒ                Ｄｎ                ｎｄ          ｖｄ
ＯＢＪ    無限大            無限大    
ＳＴ：    無限大            ０．２７００００
Ｓ２：    ０．９６１０６    ０．５０００００    １．５１４    ６３．８
Ｓ３：  −２．０９２０２    ０．３０００００
Ｓ４：    無限大            ０．４０００００
Ｓ５：    無限大            ０．５４７２３８
ＩＭＧ：    無限大            ０．１８００００
【００３８】
Ｓ２のＡＳＰ：
Ｋ：    ２．８８２４２６
Ａ：  −０．３１５３７７Ｅ＋００
Ｂ：    ０．１１２４５７Ｅ＋０３
Ｃ：  −０．４７５７３２Ｅ＋０４
Ｄ：    ０．９３５５２４Ｅ＋０５
Ｅ：  −０．９５０１５６Ｅ＋０６
Ｆ：    ０．４７０８５３Ｅ＋０７
Ｇ：  −０．８６８１２４Ｅ＋０７
Ｈ：    ０．００００００Ｅ＋００
Ｊ：    ０．００００００Ｅ＋００
【００３９】
Ｓ３のＡＳＰ：
Ｋ：  −９９９９．００００００
Ａ：  −０．１４７８８８Ｅ＋００
Ｂ：    ０．１６３０３０Ｅ＋０２
Ｃ：    ０．５８９６２１Ｅ＋０２
Ｄ：  −０．３６８８９０Ｅ＋０４
Ｅ：    ０．４０５９４９Ｅ＋０５
Ｆ：  −０．１９２８５１Ｅ＋０６
Ｇ：    ０．３４９６８２Ｅ＋０６
Ｈ：    ０．００００００Ｅ＋００
Ｊ：    ０．００００００Ｅ＋００
【００４０】
図２は、本発明の第１実施例による単レンズ光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示したものである。球面収差は、ｃ＿ｌｉｎｅ、ｅ−ｌｉｎｅ、ｆ−ｌｉｎｅについて示したものであり、Ｃ＿ｌｉｎｅは６５６．３ｎｍ、ｅ−ｌｉｎｅは５４６ｎｍ、Ｆ−ｌｉｎｅは４８６．１ｎｍである。非点収差としては、子午像面（Ｔ：tangential field）での非点収差と、球欠像面（Ｓ：sagittal field）での非点収差を示している。歪曲収差グラフの縦軸は、像高（ＩＭＧ ＨＴ）を示している。図３は、ＴＶ（televison）歪曲が補正されたところを示している。
【００４１】
＜第２実施例＞
【００４２】
図４は、第２実施例の単レンズ光学系を示し、以下、第２実施例による設計データを記述する。
ＥＦＬ＝１．２１ｍｍ
ＴＴＬ＝１．９９ｍｍ
Ｆｎｏ＝３．１５
絞りとレンズとの間の距離（Ｌ）＝０．２０ｍｍ（ＥＦＬ（１．２１ｍｍ）の１６％）
デフォーカス＝０．１８ｍｍ（ＥＦＬ（１．２１ｍｍ）の１４．８％）
【００４３】
レンズ表面  Ｒ                Ｄｎ                ｎｄ          ｖｄ
ＯＢＪ    無限大            無限大    
ＳＴ：    無限大            ０．２０００００
Ｓ２：    ０．８６６２４    ０．５０００００    １．５１４    ６３．８
Ｓ３：  −１．８０４８２    ０．３０００００
Ｓ５：    無限大            ０．４０００００
Ｓ６：    無限大            ０．４０８６９３
ＩＭＧ：    無限大            ０．１８００００
【００４４】
Ｓ２のＡＳＰ：
Ｋ：    ２．１０４８４６
Ａ：    ０．３８５０６８Ｅ−０１
Ｂ：    ０．９５７８１２Ｅ＋０２
Ｃ：  −０．４４５６４８Ｅ＋０４
Ｄ：    ０．９６１５９６Ｅ＋０５
Ｅ：  −０．１１０５２８Ｅ＋０７
Ｆ：    ０．６４８２４３Ｅ＋０７
Ｇ：  −０．１５２１１８Ｅ＋０８
Ｈ：    ０．００００００Ｅ＋００
Ｊ：    ０．００００００Ｅ＋００
【００４５】
Ｓ３のＡＳＰ：
Ｋ：  −９９９９．００００００
Ａ：  −０．８８２４４３Ｅ−０１
Ｂ：    ０．２６４３２８Ｅ＋０２
Ｃ：  −０．１１５４８７Ｅ＋０３
Ｄ：  −０．２５５１６３Ｅ＋０４
Ｅ：    ０．４３５４２９Ｅ＋０５
Ｆ：  −０．２６０１１４Ｅ＋０６
Ｇ：    ０．５６３３０２Ｅ＋０６
Ｈ：    ０．００００００Ｅ＋００
Ｊ：    ０．００００００Ｅ＋００
【００４６】
図５は、本発明の第２実施例による単レンズ光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示したものである。図６は、ＴＶ歪曲が補正されたところを示している。
【００４７】
前記の実施例は、例示的なものに過ぎず、当技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他実施例が可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によってのみ決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の実施例による単レンズ光学系は、超小型光学機器が必要な映像通信用に適している。例えば、本発明の実施例による単レンズ光学系は、カメラ付き携帯電話（camera phone）、コンピュータ、自動車のブラックボックス、自動車の後方カメラ、ＣＣＴＶ（closed circuit television）などに適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    レンズ
２０    赤外線フィルタ
Ｓ２    第１の面
Ｓ３    第２の面
ＳＴ    絞り
【図１】
2011034059.tif 000004
【図２】
2011034059.tif 000005
【図３】
2011034059.tif 000006
【図４】
2011034059.tif 000007
【図５】
2011034059.tif 000008
【図６】
2011034059.tif 000009