(57)【要約】【課題】陽の屈折力を有する２枚のレンズを具備する超小型撮像光学系が提供される。【解決手段】上記光学系は、開口しぼりと、物体側面が凸のメニスカス形状からなり、両面が非球面で陽の屈折力を有する第１レンズと、像側面が凸のメニスカス形状からなり、両面が非球面で陽の屈折力を有する第２レンズと、を含み、上記第１レンズと第２レンズとの間の間隔に対して次の条件式１を満足する。［条件式１］０．１＜Ｄ／ＴＬ＜０．２（但し、Ｄ：第１レンズと第２レンズとの間の間隔、ＴＬ：開口しぼりから像面までの距離）このような本発明によると、各種収差が改善されＭＴＦ特性に優れた高解像度の超小型撮像光学系が得られる。【選択図】図１
2007148407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口しぼりと、
物体側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第１レンズと、
像側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第２レンズと、
を含む超小型撮像光学系。
【請求項２】
前記第１レンズと第２レンズとの間の間隔に対して次の条件式１を満足することを特徴とする請求項１に記載の超小型撮像光学系。
［条件式１］０．１＜Ｄ／ＴＬ＜０．２
ここで、Ｄ：第１レンズと第２レンズとの間の間隔
ＴＬ：開口しぼりから像面までの距離
【請求項３】
前記第２レンズの形状に対して次の条件式２を満足することを特徴とする請求項１に記載の超小型撮像光学系。
［条件式２］１．０＜Ｒ２ｏ／Ｒ２ｉ＜１０
ここで、Ｒ２ｏ：第２レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２ｉ：第２レンズの像側面の曲率半径
【請求項４】
前記第１レンズ及び第２レンズの屈折力に対して次の条件式３を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の超小型撮像光学系。
［条件式３］０＜ｆ１／ｆ２＜０．２５
ここで、ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
【請求項５】
前記第１レンズの形状に対して次の条件式４をさらに満足することを特徴とする請求項４に記載の超小型撮像光学系。
［条件式４］０．２５＜Ｒ１ｏ／ｅｆｌ＜０．５
ここで、Ｒ１ｏ：第１レンズの物体側面の曲率半径
ｅｆｌ：全体光学系の有効焦点距離
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像光学系に関することであって、より詳細には陽の屈折力を有する２枚のメニスカスレンズを用いて超小型ながらも高解像度が得られる超小型撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モバイルフォーンは初期には通信手段だけを有していた。しかし、その使用が増大されるにつれ、写真撮影或いは画像転送ないし通信などサービスの要求が幅広くなっており、これによってその機能とサービスが進化を重ねている。最近は、デジタルカメラ技術とモバイルフォーン技術を融合した新概念のモバイルフォーン、いわゆるカメラフォーン（ｃａｍｅｒａ  ｐｈｏｎｅ或いはｃａｍｅｒａ  ｍｏｂｉｌｅ  ｐｈｏｎｅ）が注目されている。さらに、デジタルキャムコーダー技術をモバイルフォーン技術に融合して数十分以上の動画像マルチメディアを保存、転送できる、いわゆるキャムコーダーモバイルフォーン（ｃａｍｃｏｒｄｅｒ  ｍｏｂｉｌｅ  ｐｈｏｎｅ或いはｃａｍｃｏｒｄｅｒ  ｐｈｏｎｅ）も開発されている。
【０００３】
最近は、モバイルフォーンに装着されるカメラの性能が電子スチールカメラの性能を要求しながらも撮影レンズに対しては小型／軽量化／低コスト化を強く要求している。最近使用されているＣＣＤやＣＭＯＳはｐｉｘｅｌ  ｓｉｚｅが段々小型されるにつれ、このような撮像素子を用いる撮像光学系は高い解像力が要されている。
【０００４】
また、携帯電話に装着される撮影レンズは、小型化／低コスト化を満足するため出来るだけレンズの枚数を減らすべきであるが、設計に対する自由度が少なくなり光学性能を満足するのが困難である。
【０００５】
従って、高解像度が具現できながらも小型軽量で、製造コストが安価で製造が容易な超小型撮像光学系が要される。また、歪曲など各種収差に対する性能が優秀で周辺光量比を充分確保できる超小型撮像光学系が要される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、陽の屈折力を有する２枚のメニスカスレンズを用いて高解像ながらレンズの構成枚数が少ないため、コンパクトで全長が短い超小型撮像光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は歪曲、球面収差、非点収差など各種収差特性に優れ、周辺光量比を充分確保出来る超小型撮像光学系を提供することを目的とする。
【０００８】
そして、本発明は軽量化を図ることが出来るだけでなく製作が容易で大量生産ができ、製造費用が安価な超小型撮像光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成すべく、本発明は、開口しぼりと、物体側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第１レンズと、像側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第２レンズと、を含む超小型結像光学系を提供する。
【００１０】
好ましくは、上記第１レンズと第２レンズとの間の間隔に対して次の条件式１を満足することが出来る。
【００１１】
「条件式１」
【数１】
2007148407.tif 000003
【００１２】
ここで、Ｄ：第１レンズと第２レンズとの間の間隔。ＴＬ：開口しぼりから像面までの距離。好ましくは、本発明による光学系は上記第２レンズの形状に対して次の条件式２をさらに満足することが出来る。
【００１３】
「条件式２」
【数２】
2007148407.tif 000004
【００１４】
ここで、Ｒ２ｏ：第２レンズの物体側面の曲率半径。Ｒ２ｉ：第２レンズの像側面の曲率半径。また好ましくは、本発明による光学系は上記第１レンズ及び第２レンズの屈折力に対して次の条件式３をさらに満足することが出来る。
【００１５】
「条件式３」
【数３】
2007148407.tif 000005
【００１６】
ここで、ｆ１：第１レンズの焦点距離。ｆ２：第２レンズの焦点距離。さらに好ましくは、本発明による光学系は上記第１レンズの形状に対して次の条件式４をさらに満足することが出来る。
【００１７】
「条件式４」
【数４】
2007148407.tif 000006
【００１８】
ここで、Ｒ１ｏ：第１レンズの物体側面の曲率半径。ｅｆｌ：全体光学系の有効焦点距離。一方、上記第１レンズ及び第２レンズはプラスチックから成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、陽の屈折力を有する両面非球面の２枚のメニスカスレンズのみを用いて高解像ながらレンズの構成枚数が少なく、コンパクトで全長の短い超小型撮像光学系を具現することが可能となる。
【００２０】
また、本発明は歪曲、球面収差、非点収差など各種収差特性に優れ周辺光量比が充分確保出来る超小型撮像光学系が得られる。
【００２１】
そして、プラスチック材質のレンズを２枚以上使用することで、軽量化を図ることが出来るだけでなく、製作が容易なため大量生産が可能で、製造コストの安い光学系を具現することが出来るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面により詳細に説明する。図１は、本発明による超小型撮像光学系の第１実施例を図示したレンズ構成図である。以下のレンズ構成図において、レンズの厚さ、大きさ、形状は説明のため多少誇張して図示され、特にレンズ構成図から提示された球面または非球面の形状は一例として提示されただけで、この形状に限定されない。
【００２３】
図１に図示された通り、本発明による超小型撮像光学系は、物体側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第１レンズＬ１と、像側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第２レンズＬ２とを含み、物体側に最も近い開口しぼりＡＳが具備される。
【００２４】
一方、上記第２レンズＬ２と像面ＩＰとの間には赤外線フィルタ、光学的フィルタ等に対応するカバーグラスＣＧが具備される。
【００２５】
また、像面ＩＰはＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサーに該当し、本発明による光学系は特に１／６インチの超小型のイメージセンサーに適しているが、これに限定はされない。
【００２６】
本発明による超小型撮像光学系では、第１レンズＬ１のパワーを大きくし、第２レンズＬ２のパワーを小さくすることで光学系の小型化を図り、特に両面が非球面レンズの第１レンズＬ１と第２レンズＬ２を通じて高解像度など優れた光学的特性を具現する。
【００２７】
即ち、相対的に大きい陽の屈折力を有する第１レンズＬ１と、相対的に小さい陽の屈折力を有する第２レンズＬ２を通じて、各種収差を補正し高解像度を具現することが可能となり、特に非球面レンズを使用することでレンズの解像力を向上させると同時に歪曲収差、球面収差を減少させることができ、コンパクトで光学的特性に優れた光学系を具現することが可能となる。
【００２８】
そして、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間の空気間隔を減らすことで、歪曲収差及び周辺光量比の低下を防ぐこととなる。
【００２９】
また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２をプラスチック材質で形成することで、非球面レンズを安価で容易に製作することが可能となる。
【００３０】
一方、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２が何れも陽の屈折力を有し、それぞれのレンズにメニスカス形状と非球面を適切に形成することにより、レンズ縁の入射角度を減らしイメージセンサーの中央部と周辺部の光量を均一にし、周辺光量を出来るだけ確保して周辺が暗くなる現象と歪曲を防ぐことが可能と成る。
【００３１】
このような全体的な構成下で次の条件式１乃至４の作用効果を説明する。
【００３２】
「条件式１」
【数１】
2007148407.tif 000007
【００３３】
ここで、Ｄ：第１レンズと第２レンズとの間の間隔。ＴＬ：開口しぼりから像面までの距離。条件式１は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間の間隔に関する条件で、条件式１の上限を外れると第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間の空気間隔が広くなり、歪曲収差及び周辺光量比が低下され量産性が落ちる。一方、条件式１の下限を外れるとレンズ間隔が狭くなりフレアが発生し製作性が悪化される。
【００３４】
「条件式２」
【数２】
2007148407.tif 000008
【００３５】
ここで、Ｒ２ｏ：第２レンズの物体側面の曲率半径。Ｒ２ｉ：第２レンズの像側面の曲率半径。条件式２は、第２レンズＬ２の形状に関する条件で、上限と下限を外れると球面収差及び歪曲収差特性が低下される。
【００３６】
「条件式３」
【数３】
2007148407.tif 000009
【００３７】
ここで、ｆ１：第１レンズの焦点距離。ｆ２：第２レンズの焦点距離。条件式３は、光学系のパワー配置に関するもので、条件式３の上限を外れると第２レンズＬ２のパワーが大きくなり公差特性が悪化される。即ち、上記条件式３の上限を超えてｆ１が大きくなると、第１レンズＬ１のパワーが小さくなり小型化を低下することができ、各種収差の補正が困難となる。
【００３８】
逆に、下限を外れると第１レンズＬ１のパワーが過大になり球面収差及びコマ収差が大きくなり、第２レンズＬ２の像側面の外郭部の角度が大きくなり製作性が低下される。
【００３９】
「条件式４」
【数４】
2007148407.tif 000010
【００４０】
ここで、Ｒ１ｏ：第１レンズの物体側面の曲率半径。ｅｆｌ：全体光学系の有効焦点距離。条件式４は、第１レンズＬ１の形状を規定する。上記条件式４の上限を超えてＲ１ｏが大きくなると、第１レンズＬ１のパワーが小さくなり小型化に反することとなる。逆に、下限を外れＲ１ｏが小さくなると加工が困難となりレンズ製作時価格が上昇する。また、条件式４の上限と下限を外れると球面収差及び非点収差特性が悪化される。
【００４１】
以下、具体的な数値実施例を通じて本発明を説明する。以下の実施例１乃至３は何れも前述の通り、物体側から順番に、開口しぼりＡＳと、物体側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第１レンズＬ１と、像側面が凸のメニスカス形状からなり両面が非球面で陽の屈折力を有する第２レンズＬ２とを含む。
【００４２】
一方、上記第２レンズＬ２と像面ＩＰとの間には、赤外線フィルタ、光学的フィルタ等に対応するカバーグラスＣＧが具備される。
【００４３】
以下の各実施例において第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、ゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）系列のＥ４８Ｒのプラスチック材質を使用した。但し、第３実施例の第１レンズＬ１はＡＰＥＬ０５を使用した。しかし、このようなレンズの材質は、条件式１乃至４を満足すれば他の材質のレンズを使用することも出来る。
【００４４】
また、以下の実施例は１／６インチイメージセンサーに適した光学系に対することであるが、本発明の思想を外れることなくピクセルサイズや画素数、或いは撮像素子の種類に適した光学系を設定することが出来る。
【００４５】
一方、以下の各実施例から使用される非球面は、公知の数学式１から得られ、円錐（Ｃｏｎｉｃ）定数Ｋ及び非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに使用される‘Ｅ及びこれに繋がる数字’は１０の累乗を表す。例えば、Ｅ＋０１は１０１を、Ｅ−０２は１０−２を表す。
【００４６】
「数学式１」
【数５】
2007148407.tif 000011
【００４７】
Ｚ：レンズの頂点から光軸方向への距離。Ｙ：光軸に垂直な方向への距離。ｃ：レンズの頂点での曲率半径（ｒ）の逆数。Ｋ：円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ：非球面係数
【００４８】
実施例１
【００４９】
下記の表１は、本発明の第１実施例による数値例を示している。また、図１は本発明の第１実施例による非球面レンズを用いた超小型光学系のレンズ配置を表すレンズ構成図で、図２ａ乃至２ｃは表１及び図１に図示された光学系の諸収差度を表し、図３は第１実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００５０】
また、以下の非点収差度面の"Ｓ"はサジタル（ｓａｇｉｔｔａｌ）、"Ｔ"はタンジェンシャル（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）を表す。
【００５１】
ここで、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、ミリメータ当たりサイクルの空間周波数に依存し、光の最大強度（Ｍａｘ）と最少強度（Ｍｉｎ）との間に次の数学式２で定義される値である。
【００５２】
「数学式２」
【数６】
2007148407.tif 000012
【００５３】
即ち、ＭＴＦが１の場合最も理想的でＭＴＦ値が減少すると解像度が落ちる。
【００５４】
第１実施例の場合、Ｆナンバー（ＦＮｏ）は２．８１５で、画角は６０．８９度、開口しぼりから像面までの距離ＴＬは３．３５ｍｍ、光学系の有効焦点距離ｅｆｌは２．７２０９ｍｍ、第１レンズの焦点距離ｆ１は２．９３２７ｍｍ、第２レンズの焦点距離ｆ２は１２．１２０３ｍｍである。
【００５５】
【表１】
2007148407.tif 000013
【００５６】
表１において＊は非球面を表し、第１実施例の場合全てのレンズの屈折面が非球面である。
【００５７】
数学式１による第１実施例の非球面係数の値は次の表２の通りである。
【００５８】
【表２】
2007148407.tif 000014
【００５９】
実施例２
下記の表３は、本発明の第２実施例による数値例を示している。また、図４は本発明の第２実施例による非球面レンズを用いた超小型光学系のレンズ配置を表すレンズ構成図で、図５ａ乃至５ｃは表３及び図４に図示された光学系の 諸収差度を表し、図６は第２実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００６０】
第２実施例の場合、Ｆナンバー（ＦＮｏ）は２．９で、画角は６０度、開口しぼりから像面までの距離ＴＬは３．２９ｍｍ、光学系の有効焦点距離ｅｆｌは２．７７３９ｍｍ、第１レンズの焦点距離ｆ１は２．８０５７ｍｍ、第２レンズの焦点距離ｆ２は８０．５３９０ｍｍである。
【００６１】
【表３】
2007148407.tif 000015
【００６２】
表３において＊は非球面を表し、第２実施例の場合全てのレンズの屈折面が非球面である。
【００６３】
数学式１による第２実施例の非球面係数の値は次の表４の通りである。
【００６４】
【表４】
2007148407.tif 000016
【００６５】
実施例３
【００６６】
下記の表５は本発明の第３実施例による数値例を示している。また、図７は本発明の第３実施例による非球面レンズを用いた超小型光学系のレンズ配置を表すレンズ構成図で、図８ａ乃至８ｃは表５及び図７に図示された光学系の 諸収差度を表し、図９は第３実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００６７】
第３実施例の場合、Ｆナンバー（ＦＮｏ）は２．８８９で、画角６０度、開口しぼりから像面までの距離ＴＬは３．３１ｍｍ、光学系の有効焦点距離ｅｆｌは２．８０２１ｍｍ、第１レンズの焦点距離ｆ１は２．７５４０ｍｍ、第２レンズの焦点距離ｆ２は９１．８３３２ｍｍである。
【００６８】
【表５】
2007148407.tif 000017
【００６９】
表５において＊は非球面を表し、第３実施例の場合全てのレンズの屈折面が非球面である。
【００７０】
数学式１による第３実施例の非球面係数の値は次の表６の通りである。
【００７１】
【表６】
2007148407.tif 000018
【００７２】
以上の実施例を通して図２、図５及び図８に図示された通り、諸収差の特性に優れた光学系を得ることができ、図３、図６及び図９に図示された通りＭＴＦ特性が優秀で、高解像度が具現できる超小型光学系を具現できるという利点があるということが確認出来る。
【００７３】
一方、上記の実施例１乃至４に対する条件式１乃至７の値は次の表７の通りである。
【００７４】
【表７】
2007148407.tif 000019
【００７５】
上記の表７のように本発明の実施例１乃至３は条件式１乃至４を満足していることが確認出来る。
【００７６】
本発明は特定の実施例について図示し説明したが、当業界で通常の知識を有している者であれば、添付の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることを明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施例による超小型撮像光学系のレンズ構成図である。
【図２】図１に図示された第１実施例の諸収差度を図示したもので、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲である。
【図３】図１に図示された第１実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施例による超小型光学系のレンズ構成図である。
【図５】図４に図示された第２実施例の諸収差度を図示したもので、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲である。
【図６】図４に図示された第２実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図７】本発明の第３実施例による超小型光学系のレンズ構成図である。
【図８】図７に図示された第３実施例の諸収差度を図示したもので、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲である。
【図９】図７に図示された第３実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
ＡＳ  開口しぼり
ＣＧ  カバーグラス
ＩＰ  像面
１、２、３、４、５、６、７、８  面番号
【図１】
2007148407.tif 000020
【図２】
2007148407.tif 000021
【図３】
2007148407.tif 000022
【図４】
2007148407.tif 000023
【図５】
2007148407.tif 000024
【図６】
2007148407.tif 000025
【図７】
2007148407.tif 000026
【図８】
2007148407.tif 000027
【図９】
2007148407.tif 000028