JP2004226487A - 撮像レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】３０°を越える画角も可能で，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，物体側に凸の正の第１レンズ，前記第１レンズの物体側又は像側に設けられた開口絞り，物体側凹のメニスカス第２レンズ，物体側凸のメニスカス第３レンズより構成し，更に第１レンズあるいは第２レンズの少なくとも一方に非球面を含むとともに，第３レンズを両面非球面とする。また，第２レンズと第３レンズとが異なる符号の近軸焦点距離を有し，各レンズ中で最大のアッベ数をｖｍａｘ，最小のアッベ数をｖｍｉｎとする時，１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎを満足する。
【選択図】 図１
【解決手段】撮像レンズを物体側より，物体側に凸の正の第１レンズ，前記第１レンズの物体側又は像側に設けられた開口絞り，物体側凹のメニスカス第２レンズ，物体側凸のメニスカス第３レンズより構成し，更に第１レンズあるいは第２レンズの少なくとも一方に非球面を含むとともに，第３レンズを両面非球面とする。また，第２レンズと第３レンズとが異なる符号の近軸焦点距離を有し，各レンズ中で最大のアッベ数をｖｍａｘ，最小のアッベ数をｖｍｉｎとする時，１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎを満足する。
【選択図】 図１
Description
【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，光学系・撮像素子・画像処理装置を含むカメラモジュール全体の小型化が必須条件である。ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子に関しては，１画素の大きさが縮小され，高解像でしかも小型の撮像素子が急速に普及しつつある。これに対応する光学系には，小型・安価・高解像・優れた光学性能といった全ての条件を満たす光学系が要求される。
【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。
・安価（枚数が少ない・樹脂を利用できる・成形しやすい・組立て易い等）
・明るい（小さなＦｎｏ）
・小さい（特にレンズ先端から撮像素子までの長さが短い）
・比較的大きな画角
・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い）
・高い解像度 （球面収差，コマ収差，像面湾曲，非点収差，色収差等の基本的な収差が良好に補正されている）
・優れた描写力（歪曲が無い・フレアが少ない等）
上記全ての条件を満足する光学系が，少ない構成枚数で実現できれば，その適用範囲は大きく広がる。一方，携帯用端末等に使用する撮像素子は，近年急速にその高密度化が進んでおり，初期の段階で使用された１〜２枚で構成されるレンズ系では設計の自由度が不足し，要求される仕様を満足できない状況となってきた。
【０００４】
２枚構成に関しては，物体側から「負・正」の構成が収差補正的には有利であるが，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比較的小さく保つためには，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２枚構成のレンズの例としては，特開平０１−２４５２１１，特開平０４−２１１２１４，及び本発明者の提案による正レンズと物体側凹メニスカスレンズを組み合わせた例等がある。
【０００５】
図１６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１７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】
図１８は，本発明者提案による正レンズと物体側凹メニスカスレンズを組み合わせたものであるが，２枚構成にしては収差のバランスが取れ，小型化も可能である。しかし，更なる高解像化に対応するためには，設計の自由度が不足している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
３０°を越える画角にも対応可能で，高い解像力の要求に答えるとともに，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。
【０００９】
【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採る。
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，物体側に凸の正の第１レンズ，前記第１レンズの物体側又は像側に設けられた開口絞り，物体側に凹のメニスカス第２レンズ，物体側に凸のメニスカス第３レンズから構成される。また，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面，第３レンズが両面非球面レンズで構成され，第２レンズと第３レンズとが異なる符号の近軸焦点距離を有する。更に，各レンズの中で最大のアッベ数をｖｍａｘ，最小のアッベ数をｖｍｉｎとする時，１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎを満足する。
【００１０】
請求項２によれば，本発明の撮像レンズは，第１レンズまたは第２レンズの少なくとも一方が両面非球面より構成される。
【００１１】
請求項３によれば，本発明の撮像レンズは，両面非球面を有するレンズの少なくとも１つのレンズに関し，光線が通過する有効径内で光軸に平行に測った厚さの最も薄い部分をｔｍｉｎ，最も厚い部分をｔｍａｘとするとき，１．０＜ｔｍａｘ／ｔｍｉｎ＜１．４を満足する。
【００１２】
請求項４によれば，本発明の撮像レンズは，両面非球面を有するレンズのいずれかの非球面に関し，光線が通過する有効径内で複数の変曲点を有する。
【００１３】
請求項５によれば，開口絞りが第１レンズより物体側に設けられている。
【００１４】
請求項６によれば，本発明の撮像レンズは，少なくとも１枚の樹脂レンズを含む。
【００１５】
請求項７によれば，本発明の撮像レンズは，全長をＬ，全系の焦点距離をｆとする時，Ｌ／ｆ＜２．０を満足する。
【００１６】
請求項８によれば，本発明の撮像レンズは，物体側より，開口絞り，両凸で正の第１レンズ，物体側に凹の負メニスカス第２レンズ，物体側に凸の正メニスカス第３レンズとから構成される。また，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズより構成される。更に，各レンズのアッベ数をｖ１，ｖ２，ｖ３とする時，２．５＜（ｖ１＋ｖ３）／ｖ２を満足する。
【００１７】
請求項９によれば，本発明の撮像レンズは，物体側より，開口絞り，物体側凸で正の第１レンズ，物体側に凹の正メニスカス第２レンズ，物体側に凸の負メニスカス第３レンズとから構成される。また，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズより構成される。更に，第３レンズのアッベ数をｖ３とする時，ｖ３＜４５を満足する。
【００１８】
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。
【００１９】
【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は本発明による撮像レンズの代表的構成例を示す断面図である。物体側より入射する光束は，最も物体側に設けられた開口絞り１，両凸で正の第１レンズ２，物体側に凹で負のメニスカス第２レンズ３，物体側に凸で正のメニスカス第３レンズ４を順次通過して，撮像素子５の受光面に集光される。第３レンズ４と撮像素子５との間には，必要に応じてカバー硝子またはローパスフィルタ等が設けられる。
【００２０】
まず，開口絞り１を最も物体側あるいは第１レンズ２の直後に置くことは，全長を短く保ちながら撮像素子５への入射角度を比較的小さくするための条件である（但し，入射角を小さく保つ条件は，周辺光量低下を小さくする上での好ましい条件ではあるが，撮像素子や処理装置側での対応も可能であるため，必須条件ではない）。本発明は，上記のように３枚のレンズから構成されるが，便宜的に前後群に分けた時，前群が正の群，後群が負もしくは正の群であることが全長を短く保つための条件となる。このため，第１レンズ２は必然的に正レンズとなるが，第２，第３レンズには組合せの自由度が残る。全ての組合せを列挙すると，第１レンズ２から順に，正負正，正正負，正負負，正正正の４つの組合せが残る。この中の最後の組合せは，通常の硝子の組合せでは色消しが出来ないため対象外となる。また，正負負とした場合，相対的に後群の負のパワーが強まり，全長は短くできるが撮像素子５への入射角が大きくなる。また，第１レンズ２のパワーも相対的に強くなり，収差補正にとって不利となる。以上から，正負正，または正正負の構成が望ましい構成であることが分かる。
【００２１】
以上で基本となる構成が決定されるが，更に各レンズの形状と配置に関する要件の考察を行う。正負正の構成に関しては，その設計の考え方の出発点として，本発明者が提案した正の第１レンズと物体側凹のメニスカス第２レンズの２枚構成レンズに加え，自由度を付加するため像側に正の第３レンズを設ける構成が自然な拡張として考えられる。このような自由度付加の考え方としては，特開平０４−２１１２１４に開示されるように，基本となる単レンズに補正レンズを付加するやり方がある。本発明では，自由度確保のために導入した第３レンズ４をこのような補正レンズとしてではなく，レンズ系を構成する大きなパワーを負担する構成要素として積極的に利用する。これにより，最小限の枚数の増加で，高解像度化に対応できる自由度の確保が可能となる。
【００２２】
次に各レンズの形状の基本について説明する。まず，第１レンズ２は比較的強い正のパワーを有するため，基本的には両凸形状となる。但し，正正負の構成の場合は，第１レンズ２の正のパワーが弱まるため，メニスカス形状を取ることも可能である。次に，第２レンズ３について考える。第２レンズ３より物体側に開口絞り１があり，しかも大きな入射角を有するため，第２レンズ３の像側に凹面を配置した場合，全反射が起こりやすく，設計の自由度が狭められる。そのため，第２レンズ３の正，負に関わらず，像側に凸面を向けた形状とするのが好ましい。更に，第３レンズ４について，その自由度を最大限活用するためには，物体側凸形状とすることが望ましい。これは，物体側に開口絞り１があり，第３レンズ４では各光束が比較的小さく絞られ，また各像高に向かう光束が第３レンズ４の面上で分離する。従って，物体側に凸とすることで，その面上での分離効果が大きくなり，第３レンズ４の両面を非球面とすることと併せて，各光束の像高収差を効果的に補正することが可能となる。
【００２３】
以上により基本的な形状・配置の骨組みができるが，次に高解像化に不可欠な色消しについて考える。これについては，定石どおり，負レンズにアッベ数の小さな硝子を配置することで可能となる。正負正の場合第２レンズ３に，正正負の場合第３レンズ４にその様な硝子を採用する。その際，負レンズのアッベ数と，正レンズの最大アッベ数とに関し
１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎ
を満たすことが色消しを効果的に行う上で望ましい。
【００２４】
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するための付帯条件に関する説明を行う。
上記の様に第３レンズ４を両面非球面とすることが収差補正を効率よく行うためには必須事項であるが，更に仕様をバランス良く満たすためには，他の非球面を効果的に配置することが必須事項となる。そのような非球面の配置としては，第１レンズまたは第２レンズに少なくとも１面の非球面を配置する／第１レンズまたは第２レンズの少なくとも一方を両面非球面とする等の組合せが考えられる。
【００２５】
更に，少なくとも１枚の両面非球面のレンズ形状に関し，最も薄い部分ｔｍｉｎと，最も厚い部分ｔｍａｘについて，１．０＜ｔｍａｘ／ｔｍｉｎ＜１．４を満たすことで，像高収差を効果的に補正するとともに，成形しやすいレンズ形状とすることができる。これに加えて，光線が通過する有効径内で複数の変曲点を有する形状とすることで，その効果が補強できる。このような形状は，レーザプリンタ等の走査光学系の走査断面形状において，良く採用される形状である。Ｆｎｏは小さいが，役割的に類似する部分もある。
【００２６】
レンズ系に少なくとも１枚の樹脂レンズを含むことは，安価な撮像レンズを提供する上で重要な要件であるが，上記のような肉厚差の少ない形状は，成形上も好ましい形状である。
【００２７】
次に，正正負の構成の場合も，各レンズの基本的な形状に関する要件は大きく変わらない。但し，第３レンズ４が負レンズの場合，そのパワーが強くなるに従って，アッベ数の小さな硝子を選択する必要がある。それに対し，正のパワーを有する第２レンズ３には相対的に大きなアッベ数を有する硝子を使用するのが望ましい。
【００２８】
【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。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１は，本発明の実施例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。番号の１，２は第１レンズ２の第１と第２面，３，４が第２レンズ３の第１と第２面，５，６が第３レンズ４の第１面と第２面にそれぞれ対応する。７，８は，カバー硝子や水晶フィルタに対応するが，基本的な要件ではない。更に，Ｒが曲率半径，ｄが間隔，ｎが屈折率，υが分散にそれぞれ対応する。ｄ０は前置絞りの場合，開口絞りと第１レンズの第１面までの間隔を示す。また，撮像素子５は表には示していないが，８面の後に空気間隔ｄ８を持って設けられる。
【００３１】
表２は同じ実施例１〜５の各面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く，面の自由度増加が肝要である。
【００３２】
【式１】
【００３３】
なお，式１のｚは，非球面の頂点と接す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２次曲面を表す円錐定数，Ａ４〜Ａ２６は非球面補正係数である。
【００３４】
【表２】
【００３５】
以上５つの実施例全てが前置絞りで，正負正の構成を持ち，レンズ全てが両面非球面である。実施例のうち，第１・第２実施例では第１，３レンズが樹脂，第３・第４実施例では全てのレンズが樹脂，第５実施例は全て硝子で構成されている。第２実施例は像面の前にローパスフィルタを有している。
【００３６】
次に，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。
【００３７】
【表３】
【００３８】
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。
【００３９】
【表４】
【００４０】
第６−第１０実施例のうち，第６実施例は第２レンズ，第７，８実施例では第１レンズが球面で構成される。また，全ての実施例が樹脂を含む。更に第９実施例では，開口絞りは第２レンズの直後にあり，第９実施例のｄ０は絞りではなくダミー面との距離である。
【００４１】
次の表５は本発明の実施例１１〜１５の構成パラメータを示す一覧表である。
【表５】
【００４２】
表６は，表５の実施例１１〜１５に対応する非球面係数を示す一覧表である。
【００４３】
【表６】
【００４４】
第１４実施例と第１５実施例は，正正負の構成の例である。両方の例とも，第３レンズが小さなアッベ数を有する硝子から構成される。
【００４５】
最後に，表７に実施例１〜１５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。表中で，入射角は最大画角の光線の主光線がレンズ系に入射する角度，射出角は同じ光線がレンズ系から射出する角度を示す。ｆは焦点距離，ｆ１，ｆ２，ｆ３は第１，第２，第３レンズの各焦点距離，ｖ１，ｖ２，ｖ３は同レンズのアッベ数，Ｌはレンズの先端（前置絞りの場合は開口絞り）から撮像面までの全長，ｔｍｘ／ｔｍｎ＃２は第２レンズの肉厚比，ｔｍｘ／ｔｍｎ＃３は第３レンズの肉厚比を示している。
【００４６】
【表７】
【００４７】
【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２の光学断面図である。
【図３】実施例２の像高収差図である。
【図４】実施例４の光学断面図である。
【図５】実施例４の像高収差図である。
【図６】実施例６の光学断面図である。
【図７】実施例６の像高収差図である。
【図８】実施例９の光学断面図である。
【図９】実施例９の像高収差図である。
【図１０】実施例１２の光学断面図である。
【図１１】実施例１２の像高収差図である。
【図１２】実施例１４の光学断面図である。
【図１３】実施例１４の像高収差図である。
【図１４】実施例１５の光学断面図である。
【図１５】実施例１５の像高収差図である。
【図１６】特開平０１−２４５２１１の断面図である。
【図１７】特開平０４−２１１２１４の断面図である。
【図１８】正レンズと物体側凹メニスカスレンズから構成される２枚構成の断面図である。
【符号の説明】
１ 開口絞り
２ 第１レンズ
３ 第２レンズ
４ 第３レンズ
５ 撮像素子
Ｒ１，Ｒ２ 各レンズの曲率半径
ｄ０，ｄ１ 各レンズの間隔（ｄ０は前置絞りの場合，開口絞りと第１レンズの間隔）
ｎ１，ｎ２ 各レンズの屈折率
ν１，ν２ 各レンズの分散
ｆ 撮像レンズの焦点距離
ｆ１ 第１レンズの焦点距離
ｆ２ 第２レンズの焦点距離
ｆ３ 第３レンズの焦点距離
Ｌ レンズ先端から撮像素子までの全長
【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，光学系・撮像素子・画像処理装置を含むカメラモジュール全体の小型化が必須条件である。ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子に関しては，１画素の大きさが縮小され，高解像でしかも小型の撮像素子が急速に普及しつつある。これに対応する光学系には，小型・安価・高解像・優れた光学性能といった全ての条件を満たす光学系が要求される。
【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。
・安価（枚数が少ない・樹脂を利用できる・成形しやすい・組立て易い等）
・明るい（小さなＦｎｏ）
・小さい（特にレンズ先端から撮像素子までの長さが短い）
・比較的大きな画角
・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い）
・高い解像度 （球面収差，コマ収差，像面湾曲，非点収差，色収差等の基本的な収差が良好に補正されている）
・優れた描写力（歪曲が無い・フレアが少ない等）
上記全ての条件を満足する光学系が，少ない構成枚数で実現できれば，その適用範囲は大きく広がる。一方，携帯用端末等に使用する撮像素子は，近年急速にその高密度化が進んでおり，初期の段階で使用された１〜２枚で構成されるレンズ系では設計の自由度が不足し，要求される仕様を満足できない状況となってきた。
【０００４】
２枚構成に関しては，物体側から「負・正」の構成が収差補正的には有利であるが，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比較的小さく保つためには，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２枚構成のレンズの例としては，特開平０１−２４５２１１，特開平０４−２１１２１４，及び本発明者の提案による正レンズと物体側凹メニスカスレンズを組み合わせた例等がある。
【０００５】
図１６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１７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】
図１８は，本発明者提案による正レンズと物体側凹メニスカスレンズを組み合わせたものであるが，２枚構成にしては収差のバランスが取れ，小型化も可能である。しかし，更なる高解像化に対応するためには，設計の自由度が不足している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
３０°を越える画角にも対応可能で，高い解像力の要求に答えるとともに，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。
【０００９】
【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採る。
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，物体側に凸の正の第１レンズ，前記第１レンズの物体側又は像側に設けられた開口絞り，物体側に凹のメニスカス第２レンズ，物体側に凸のメニスカス第３レンズから構成される。また，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面，第３レンズが両面非球面レンズで構成され，第２レンズと第３レンズとが異なる符号の近軸焦点距離を有する。更に，各レンズの中で最大のアッベ数をｖｍａｘ，最小のアッベ数をｖｍｉｎとする時，１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎを満足する。
【００１０】
請求項２によれば，本発明の撮像レンズは，第１レンズまたは第２レンズの少なくとも一方が両面非球面より構成される。
【００１１】
請求項３によれば，本発明の撮像レンズは，両面非球面を有するレンズの少なくとも１つのレンズに関し，光線が通過する有効径内で光軸に平行に測った厚さの最も薄い部分をｔｍｉｎ，最も厚い部分をｔｍａｘとするとき，１．０＜ｔｍａｘ／ｔｍｉｎ＜１．４を満足する。
【００１２】
請求項４によれば，本発明の撮像レンズは，両面非球面を有するレンズのいずれかの非球面に関し，光線が通過する有効径内で複数の変曲点を有する。
【００１３】
請求項５によれば，開口絞りが第１レンズより物体側に設けられている。
【００１４】
請求項６によれば，本発明の撮像レンズは，少なくとも１枚の樹脂レンズを含む。
【００１５】
請求項７によれば，本発明の撮像レンズは，全長をＬ，全系の焦点距離をｆとする時，Ｌ／ｆ＜２．０を満足する。
【００１６】
請求項８によれば，本発明の撮像レンズは，物体側より，開口絞り，両凸で正の第１レンズ，物体側に凹の負メニスカス第２レンズ，物体側に凸の正メニスカス第３レンズとから構成される。また，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズより構成される。更に，各レンズのアッベ数をｖ１，ｖ２，ｖ３とする時，２．５＜（ｖ１＋ｖ３）／ｖ２を満足する。
【００１７】
請求項９によれば，本発明の撮像レンズは，物体側より，開口絞り，物体側凸で正の第１レンズ，物体側に凹の正メニスカス第２レンズ，物体側に凸の負メニスカス第３レンズとから構成される。また，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズより構成される。更に，第３レンズのアッベ数をｖ３とする時，ｖ３＜４５を満足する。
【００１８】
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。
【００１９】
【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は本発明による撮像レンズの代表的構成例を示す断面図である。物体側より入射する光束は，最も物体側に設けられた開口絞り１，両凸で正の第１レンズ２，物体側に凹で負のメニスカス第２レンズ３，物体側に凸で正のメニスカス第３レンズ４を順次通過して，撮像素子５の受光面に集光される。第３レンズ４と撮像素子５との間には，必要に応じてカバー硝子またはローパスフィルタ等が設けられる。
【００２０】
まず，開口絞り１を最も物体側あるいは第１レンズ２の直後に置くことは，全長を短く保ちながら撮像素子５への入射角度を比較的小さくするための条件である（但し，入射角を小さく保つ条件は，周辺光量低下を小さくする上での好ましい条件ではあるが，撮像素子や処理装置側での対応も可能であるため，必須条件ではない）。本発明は，上記のように３枚のレンズから構成されるが，便宜的に前後群に分けた時，前群が正の群，後群が負もしくは正の群であることが全長を短く保つための条件となる。このため，第１レンズ２は必然的に正レンズとなるが，第２，第３レンズには組合せの自由度が残る。全ての組合せを列挙すると，第１レンズ２から順に，正負正，正正負，正負負，正正正の４つの組合せが残る。この中の最後の組合せは，通常の硝子の組合せでは色消しが出来ないため対象外となる。また，正負負とした場合，相対的に後群の負のパワーが強まり，全長は短くできるが撮像素子５への入射角が大きくなる。また，第１レンズ２のパワーも相対的に強くなり，収差補正にとって不利となる。以上から，正負正，または正正負の構成が望ましい構成であることが分かる。
【００２１】
以上で基本となる構成が決定されるが，更に各レンズの形状と配置に関する要件の考察を行う。正負正の構成に関しては，その設計の考え方の出発点として，本発明者が提案した正の第１レンズと物体側凹のメニスカス第２レンズの２枚構成レンズに加え，自由度を付加するため像側に正の第３レンズを設ける構成が自然な拡張として考えられる。このような自由度付加の考え方としては，特開平０４−２１１２１４に開示されるように，基本となる単レンズに補正レンズを付加するやり方がある。本発明では，自由度確保のために導入した第３レンズ４をこのような補正レンズとしてではなく，レンズ系を構成する大きなパワーを負担する構成要素として積極的に利用する。これにより，最小限の枚数の増加で，高解像度化に対応できる自由度の確保が可能となる。
【００２２】
次に各レンズの形状の基本について説明する。まず，第１レンズ２は比較的強い正のパワーを有するため，基本的には両凸形状となる。但し，正正負の構成の場合は，第１レンズ２の正のパワーが弱まるため，メニスカス形状を取ることも可能である。次に，第２レンズ３について考える。第２レンズ３より物体側に開口絞り１があり，しかも大きな入射角を有するため，第２レンズ３の像側に凹面を配置した場合，全反射が起こりやすく，設計の自由度が狭められる。そのため，第２レンズ３の正，負に関わらず，像側に凸面を向けた形状とするのが好ましい。更に，第３レンズ４について，その自由度を最大限活用するためには，物体側凸形状とすることが望ましい。これは，物体側に開口絞り１があり，第３レンズ４では各光束が比較的小さく絞られ，また各像高に向かう光束が第３レンズ４の面上で分離する。従って，物体側に凸とすることで，その面上での分離効果が大きくなり，第３レンズ４の両面を非球面とすることと併せて，各光束の像高収差を効果的に補正することが可能となる。
【００２３】
以上により基本的な形状・配置の骨組みができるが，次に高解像化に不可欠な色消しについて考える。これについては，定石どおり，負レンズにアッベ数の小さな硝子を配置することで可能となる。正負正の場合第２レンズ３に，正正負の場合第３レンズ４にその様な硝子を採用する。その際，負レンズのアッベ数と，正レンズの最大アッベ数とに関し
１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎ
を満たすことが色消しを効果的に行う上で望ましい。
【００２４】
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するための付帯条件に関する説明を行う。
上記の様に第３レンズ４を両面非球面とすることが収差補正を効率よく行うためには必須事項であるが，更に仕様をバランス良く満たすためには，他の非球面を効果的に配置することが必須事項となる。そのような非球面の配置としては，第１レンズまたは第２レンズに少なくとも１面の非球面を配置する／第１レンズまたは第２レンズの少なくとも一方を両面非球面とする等の組合せが考えられる。
【００２５】
更に，少なくとも１枚の両面非球面のレンズ形状に関し，最も薄い部分ｔｍｉｎと，最も厚い部分ｔｍａｘについて，１．０＜ｔｍａｘ／ｔｍｉｎ＜１．４を満たすことで，像高収差を効果的に補正するとともに，成形しやすいレンズ形状とすることができる。これに加えて，光線が通過する有効径内で複数の変曲点を有する形状とすることで，その効果が補強できる。このような形状は，レーザプリンタ等の走査光学系の走査断面形状において，良く採用される形状である。Ｆｎｏは小さいが，役割的に類似する部分もある。
【００２６】
レンズ系に少なくとも１枚の樹脂レンズを含むことは，安価な撮像レンズを提供する上で重要な要件であるが，上記のような肉厚差の少ない形状は，成形上も好ましい形状である。
【００２７】
次に，正正負の構成の場合も，各レンズの基本的な形状に関する要件は大きく変わらない。但し，第３レンズ４が負レンズの場合，そのパワーが強くなるに従って，アッベ数の小さな硝子を選択する必要がある。それに対し，正のパワーを有する第２レンズ３には相対的に大きなアッベ数を有する硝子を使用するのが望ましい。
【００２８】
【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。
【００２９】
【表１】
表１は，本発明の実施例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。番号の１，２は第１レンズ２の第１と第２面，３，４が第２レンズ３の第１と第２面，５，６が第３レンズ４の第１面と第２面にそれぞれ対応する。７，８は，カバー硝子や水晶フィルタに対応するが，基本的な要件ではない。更に，Ｒが曲率半径，ｄが間隔，ｎが屈折率，υが分散にそれぞれ対応する。ｄ０は前置絞りの場合，開口絞りと第１レンズの第１面までの間隔を示す。また，撮像素子５は表には示していないが，８面の後に空気間隔ｄ８を持って設けられる。
【００３１】
表２は同じ実施例１〜５の各面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く，面の自由度増加が肝要である。
【００３２】
【式１】
なお，式１のｚは，非球面の頂点と接す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２次曲面を表す円錐定数，Ａ４〜Ａ２６は非球面補正係数である。
【００３４】
【表２】
以上５つの実施例全てが前置絞りで，正負正の構成を持ち，レンズ全てが両面非球面である。実施例のうち，第１・第２実施例では第１，３レンズが樹脂，第３・第４実施例では全てのレンズが樹脂，第５実施例は全て硝子で構成されている。第２実施例は像面の前にローパスフィルタを有している。
【００３６】
次に，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。
【００３７】
【表３】
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。
【００３９】
【表４】
第６−第１０実施例のうち，第６実施例は第２レンズ，第７，８実施例では第１レンズが球面で構成される。また，全ての実施例が樹脂を含む。更に第９実施例では，開口絞りは第２レンズの直後にあり，第９実施例のｄ０は絞りではなくダミー面との距離である。
【００４１】
次の表５は本発明の実施例１１〜１５の構成パラメータを示す一覧表である。
【表５】
表６は，表５の実施例１１〜１５に対応する非球面係数を示す一覧表である。
【００４３】
【表６】
第１４実施例と第１５実施例は，正正負の構成の例である。両方の例とも，第３レンズが小さなアッベ数を有する硝子から構成される。
【００４５】
最後に，表７に実施例１〜１５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。表中で，入射角は最大画角の光線の主光線がレンズ系に入射する角度，射出角は同じ光線がレンズ系から射出する角度を示す。ｆは焦点距離，ｆ１，ｆ２，ｆ３は第１，第２，第３レンズの各焦点距離，ｖ１，ｖ２，ｖ３は同レンズのアッベ数，Ｌはレンズの先端（前置絞りの場合は開口絞り）から撮像面までの全長，ｔｍｘ／ｔｍｎ＃２は第２レンズの肉厚比，ｔｍｘ／ｔｍｎ＃３は第３レンズの肉厚比を示している。
【００４６】
【表７】
【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２の光学断面図である。
【図３】実施例２の像高収差図である。
【図４】実施例４の光学断面図である。
【図５】実施例４の像高収差図である。
【図６】実施例６の光学断面図である。
【図７】実施例６の像高収差図である。
【図８】実施例９の光学断面図である。
【図９】実施例９の像高収差図である。
【図１０】実施例１２の光学断面図である。
【図１１】実施例１２の像高収差図である。
【図１２】実施例１４の光学断面図である。
【図１３】実施例１４の像高収差図である。
【図１４】実施例１５の光学断面図である。
【図１５】実施例１５の像高収差図である。
【図１６】特開平０１−２４５２１１の断面図である。
【図１７】特開平０４−２１１２１４の断面図である。
【図１８】正レンズと物体側凹メニスカスレンズから構成される２枚構成の断面図である。
【符号の説明】
１ 開口絞り
２ 第１レンズ
３ 第２レンズ
４ 第３レンズ
５ 撮像素子
Ｒ１，Ｒ２ 各レンズの曲率半径
ｄ０，ｄ１ 各レンズの間隔（ｄ０は前置絞りの場合，開口絞りと第１レンズの間隔）
ｎ１，ｎ２ 各レンズの屈折率
ν１，ν２ 各レンズの分散
ｆ 撮像レンズの焦点距離
ｆ１ 第１レンズの焦点距離
ｆ２ 第２レンズの焦点距離
ｆ３ 第３レンズの焦点距離
Ｌ レンズ先端から撮像素子までの全長
Claims (9)
- 物体側より，物体側に凸の正の第１レンズ，前記第１レンズの物体側又は像側に設けられた開口絞り，物体側に凹のメニスカス第２レンズ，物体側に凸のメニスカス第３レンズから構成されるレンズ゛系において，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズ，第２レンズと第３レンズとが異なる符号の近軸焦点距離を有するとともに，各レンズの中で最大のアッベ数をｖｍａｘ，最小のアッベ数をｖｍｉｎとする時，次の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。
１．２５＜ｖｍａｘ／ｖｍｉｎ - 前記レンズ系の第１レンズまたは第２レンズの少なくとも一方が両面非球面であることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 前記レンズ系の両面非球面レンズの少なくとも１つのレンズに関し，光線が通過する有効径内で光軸に平行に測った厚さの最も薄い部分をｔｍｉｎ，最も厚い部分をｔｍａｘとするとき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。
１．０＜ｔｍａｘ／ｔｍｉｎ＜１．４ - 前記レンズ系の両面非球面を有するレンズのいずれかの非球面に関し，光線が通過する有効径内で複数の変曲点を有することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 前記レンズ系の開口絞りが第１レンズより物体側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 前記レンズ系が少なくとも１枚の樹脂レンズを含むことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 前記レンズ系の全長をＬ，全系の焦点距離をｆとする時，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。
Ｌ／ｆ＜２．０ - 物体側より，開口絞り，両凸で正の第１レンズ，物体側に凹の負メニスカス第２レンズ，物体側に凸の正メニスカス第３レンズとから構成され，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズより構成されるとともに，各レンズのアッベ数をｖ１，ｖ２，ｖ３とする時，次の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。
２．５＜（ｖ１＋ｖ３）／ｖ２ - 物体側より，開口絞り，物体側凸で正の第１レンズ，物体側に凹の正メニスカス第２レンズ，物体側に凸の負メニスカス第３レンズとから構成され，第１，第２レンズの少なくとも一方が非球面を含み，第３レンズが両面非球面レンズより構成されるとともに，第３レンズのアッベ数をｖ３とする時，次の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。
ｖ３＜４５
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