JP2004361440A

JP2004361440A - 撮影レンズおよびそれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JP2004361440A
Application number: JP2003156080A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nio; 順一仁尾
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-24
Also published as: TWI235845B; TW200426390A; WO2004107008A1

Abstract

【課題】本発明は、十分なバックフォーカスと短いレンズ光学長を有し、コンパクトで高性能な撮影レンズを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る撮影レンズは、両凸形状の正のパワーをもち、両凸面が非球面である第１レンズ（Ｌ１）と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負のパワーをもち、両面が非球面である第２レンズ（Ｌ２）とを有している。第１、第２レンズは、物体側から順に配置され、レンズのバックフォーカス（ｂｆ）とレンズ全系の焦点距離（ｆ）との比が０．６から０．８の範囲内に規制されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてＣＣＤやＣＭＯＳタイプの固体撮像素子を備えた携帯電話やモバイル用モジュールカメラ等に適用される極めてコンパクトで高性能な撮影レンズ及び撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤなどの固体撮像素子を備えたモジュールカメラには、撮影レンズ（あるいは撮像レンズ）と撮像素子との間には、ローパスフィルタやカバーガラスなどの光学部材を配置するスペースを確保するために、一定のバックフォーカス（レンズ最終面と結像面との間隔）が要求される。
【０００３】
また、携帯電話などに内蔵されるカメラモジュールは、撮影レンズの光学長を極めて短くし、コンパクトに設計する必要がある。さらに、固体撮像素子の高画素化に伴い、撮影レンズの高解像度も要求されている。
【０００４】
このような要求を満足させるためには、複数枚のレンズにより撮影レンズを構成し、コンパクトでありながら諸収差を補正した高解像度のレンズが開発されている。例えば、特許文献１にこの種の撮影レンズが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−７５７１９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示される撮影レンズには、以下の課題がある。特許文献１の撮影レンズは、非球面の両凸形状の正レンズと、像面側に凸面を向け両面が非球面の正メニスカスレンズとを、物体側から順に配置させるものであるが、この構成ではバックフォーカス（正メニスカスレンズの像側の面から結像面までの距離）が短すぎ、かつレンズ光学長（開口絞りの面から正メニスカスレンズの像側の面までの距離＋バックフォーカス）が長すぎ、携帯電話等の薄型の製品に内蔵するには適していない。つまり、バックフォーカスが短いと、レンズ最終面と結像面との間に光学フィルタ等の光学部材を介在させることが難しく、レンズ光学長が長いと小型化することが困難なためである。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来の撮影レンズの課題を解決し、十分なバックフォーカスと短いレンズ光学長を有し、コンパクトで高性能な撮影レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
さらに本発明は、そのような撮影レンズを備えた小型化可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮影レンズは、両凸形状の正のパワーをもち両凸面が非球面である第１レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負のパワーをもち両面が非球面である第２レンズとを有し、第１、第２レンズが物体側から順に配置され、以下に記載の条件式（１）および（２）を満足するものである。
【００１０】
【数５】

【００１１】
【数６】

但し、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｂｆはバックフォーカス（第２レンズの像側の面から結像面までの距離）、ｒ_３は第２レンズの物体側の面の近軸の曲率半径、ｒ_４は第２レンズの像側の面の近軸の曲率半径、ｄ_３は光軸上の第２レンズの芯厚、ｎ_３は第２レンズのｄ線の屈折率を示す。
【００１２】
条件式（１）は、第２レンズが凹レンズ（負のレンズ）であることを規定する。また、条件式（２）は、バックフォーカス（ｂｆ）とレンズ全系の焦点距離（ｆ）との比を０．６から０．８の範囲内とし、これにより十分なバックフォーカスを得ると同時に、レンズ光学長を短くしている。つまり、その比が０．６よりも小さくなると、バックフォーカスが小さくなりすぎ、第２レンズと結像面との間に光学フィルタ等を介在させることが困難となる。他方、比が０．８より大きくなると、レンズ光学長が大きくなりすぎ、携帯電話等の小型カメラあるいは薄型カメラに適用することが困難となる。
【００１３】
本発明の撮影レンズは、好ましくは、第１レンズの物体側に開口絞りを配し、以下の条件式（３）および（４）を満足するものである。
【００１４】
【数７】

【００１５】
【数８】

但し、Φはレンズ全系の合成屈折力、Φｒ_２は第１レンズの像側の面の屈折力、Ｔは開口絞りの物体側の面から第２レンズの像側の面までの距離を示す。
【００１６】
条件式（３）は、レンズ全系の合成屈折力Φと、第１レンズの像側の面の屈折力Φｒ_２との比を、１．９から２．５の範囲内とする。その比が、１．９以下となると、第１レンズの像側の面の屈折力が弱くなりすぎ、その結果、焦点距離が長くなり、小型化には適さない。他方、比が２．５以上となると、第１レンズの像側の面の曲率がきつくなりすぎ、レンズの成型をすることが難しくなってしまう。
【００１７】
条件式（４）は、レンズ光学長（Ｔ＋ｂｆ）とレンズ全系の焦点距離（ｆ）との比を、１．２から１．８の範囲とする。その比が、１．２以下となると、第１レンズのパワーが小さくなりすぎ、収差の補正が困難になる。他方、比が１．８以上となると、全長が長くなり、小型化には不向きとなってしまう。このように、レンズ光学長（Ｔ＋ｂｆ）を、レンズ全系の焦点距離（ｆ）の１．２〜１．８の大きさとすることで、コンパクトで、かつ、撮像素子の高画素化に対応する高性能の撮影レンズを得ることができる。
【００１８】
本発明に係る撮像装置は、上記した特徴を備えた撮影レンズと、その撮影レンズによって形成された像を撮像する撮像素子とを有する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ等の固体撮像素子が用いられる。このような撮像装置は、コンパクトな構成であるため、小型化カメラや薄型カメラに用いることができる。好ましくは、撮影レンズと撮像素子との間に、ＩＲ（赤外線）カット用のフィルタやローパスフィルタ等の光学フィルタを配置させることで撮像性能の向上を図るようにする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る撮影レンズ１は、図１に示されるように、図の左側を物体側とするとき、物体側から順に光軸Ｏに沿って、開口絞りＳと、両凸形状の正のパワーをもつ第１レンズＬ１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負のパワーをもつ第２レンズＬ２とが配列される。第１および第２レンズＬ１、Ｌ２のレンズ面はすべて非球面である。このように本実施の形態の撮影レンズ１は、２群２枚から構成されるレンズである。
【００２０】
図中において、ｒ_１は第１レンズの物体側の面の光軸付近の曲率半径、ｒ_２は第１レンズの像側の面の光軸付近の曲率半径、ｒ_３は第２レンズの物体側の面の光軸付近の曲率半径、ｒ_４は第２レンズの像側の面の光軸付近の曲率半径を示す。ｄ０は開口絞りと第１レンズＬ１との間隔、ｄ１は第１レンズの光軸上の芯厚、ｄ２は第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔、ｄ３は第２レンズの光軸上の芯厚、ｄ４は第２レンズと平行平面ガラス（光学フィルタ）１０との間隔、ｄ５は平行平面ガラスの厚さ、ｄ６は平行平面ガラス１０とカバーガラス２０との間隔を示す。なお、これらの距離は光軸Ｏ上に沿った長さである。ｆはレンズ全系の焦点距離、ｂｆはバックフォーカス（第２レンズの像側の面から結像面Ｍまでの距離）、Ｔは開口絞りＳの物体側の面から第２レンズの像側の面までの光軸上の距離を示す。
【００２１】
第２レンズＬ２と像側の結像面Ｍとの間に配置される平行平面ガラス１０は、好ましくは固体撮像素子に必要となるローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等の光学フィルタである。さらに平行平面ガラス１０と結像面Ｍとの間にカバーガラス２０の平面板が配置されている。カバーガラス２０は、ＣＣＤ等の固体撮像素子の表面を保護するために用いられる。
【００２２】
また、撮影レンズ１は、撮像素子への入射光線の入射角をより小さくさせること、および組み立てを容易にするために、開口絞りＳを第１レンズＬ１の物体側に配置させている。このような構成で、以下の条件式（１）および（２）を満足させることで、極めてコンパクトであり、かつ十分なバックフォーカスをもつ、優れた結像性能の撮影レンズを提供することができる。
【００２３】
【数９】

【００２４】
【数１０】

【００２５】
条件式（１）は、第２レンズＬ２の合成屈折力を規定するもので、近軸合成屈折力は負の屈折力を有する。第２レンズＬ２の曲率半径ｒ_３、ｒ_４と、第２レンズの芯厚ｄ２とその屈折率ｎ３との相関が条件式（１）を満足することにより、第１レンズＬ１の正の屈折力のバランスを適正に保ち、全長を短くすることができる。
【００２６】
条件式（２）は、レンズバックフォーカス（ｂｆ）の全系焦点距離ｆに対する範囲を規定し、下限値を下回ると、バックフォーカスが短すぎ、平行平面ガラス１０との干渉やレンズバック調整が困難になるとともに、周辺光のシェーディングが悪くなる。上限値を上回ると、全長が長くなり、所望のコンパクトで薄型の撮影レンズを得ることができなくなる。
【００２７】
撮影レンズ１は、さらに条件式（３）および（４）を満足するものであることが好ましい。
【００２８】
【数１１】

【００２９】
【数１２】

但し、Φはレンズ全系の合成屈折力、Φｒ_２は第１レンズの像側の面の屈折力である。
【００３０】
さらに条件式（３）は、第１レンズＬ１の像側の面ｒ_２の屈折力を規定するもので、その下限値を下回ると全長が長くなり、その上限値を上回ると第２レンズＬ２の曲率半径が小さくなり、レンズ成形が困難になるとともに像面湾曲の補正が困難になる。
【００３１】
条件式（４）は、条件式（３）を満足する構成において、レンズ光学長（Ｔ＋ｂｆ）の全系焦点距離ｆとの相対比を規定するものである。下限値を下回ると、第１レンズＬ１の屈折力が必要以上に強くなり、第２レンズＬ２とのバランスが取れなくなり、良好な画像性能を得ることができなくなる。上限値を上回ると、レトロフォーカス型に近くなり、全長が長くなってコンパクトな撮影レンズを得ることができない。
【００３２】
次に本発明の実施例について説明する。各実施例において、ＦＮｏ．はＦナンバー、ωは半画角、ｄはレンズ面間隔、ｎ_ｄは各レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。また、レンズ各面（ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４）は非球面で構成されており、非球面の形状は、光軸（Ｏ）方向にＺ軸、光軸と垂直方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、円錐定数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとした時、式（５）で表す。
【００３３】
【数１３】

【００３４】
（実施例１）
実施例１による撮影レンズ１は、図１に示す断面構成を有する。撮影レンズ１のレンズデータは図６に示す通りであり、表１の面番号は、光軸Ｏに沿って物体側からの面に順に付されている。面番号０（ＳＴＯ）は、開口絞りＳに相当する。面番号１、２は、第１レンズＬ１のｒ_１、ｒ_２に相当し、面番号３、４は第２レンズＬ２のｒ_３、ｒ_４に相当する。面番号５は平行平面ガラス１０の物体側の面ｒ_５、面番号６は平行平面ガラス１０の像側の面ｒ_６に相当する。間隔ｄは、上記した面と面との光軸上の間隔（ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６）を示している。表２の数値は、べき数を示し、例えば「１．０４９８９Ｅ−０１」は、「１．０４２８９×１０^−１」である。カバーガラス２０の厚さは０．４ｍｍである。
【００３５】
図７ないし図９は、実施例１による諸収差を示し、図７は球面収差、図８は非点収差、図９は歪曲収差を示す。図７において、一点鎖線はｄ線、実線はＦ線、破線はＣ線に対する球面収差である。図８において、実線はタンジェンシャル像面の収差、破線はサジタル像面の収差である。図９の歪曲収差はｄ線に対するものである。なお、これらの図で用いた収差の記号は以下の実施例２−５においても同様である。
【００３６】
（実施例２−５）
実施例２ないし５の撮影レンズの断面構成を図２ないし図５に示す。また、実施例２−５のレンズデータをそれぞれ図１０、図１４、図１８および図２２に示し、実施例２−５による球面収差をそれぞれ図１１、図１５、図１９および図２３に示し、実施例２−５による非点収差をそれぞれ図１２、図１６、図２０および図２４に示し、実施例２−５による歪曲収差をそれぞれ図１３、図１７、図２１および図２５に示す。
【００３７】
図２６の表１は、本発明による実施例１−５のレンズデータに基づき、上述した条件式（１）ないし（４）の数値を算出したものである。表２は、特許文献１に開示される各実施例のレンズデータに基づき、条件式（１）ないし（４）の数値を算出したものである。これらの表から明らかなように、本発明の各実施例１−５の撮影レンズは、特許文献１に比べて、十分なバックフォーカス（ｂｆ）を有しているにもかかわらず、そのレンズ光学長（Ｔ＋ｂｆ）を十分に短くしている。このため、第２レンズＬ２と像面Ｍとの間に平行平面ガラス（光学フィルタ）１０を介在させて高解像度の撮像を可能にするとともに撮影レンズおよびそのような撮影レンズを含む撮像装置を小型化することができ、小型カメラや薄型カメラに適用することが可能となる。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の撮影レンズ及び撮像装置によれば、第１の両凸レンズと第２のメニスカスレンズとが条件式（１）および（２）を満足するように構成したので、十分なバックフォーカスと光学長の短い極めてコンパクトな高性能な結像性能を有すると共に、コストパフォーマンスの高い撮影レンズ及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮影レンズの構成を示し、かつ実施例１の撮影レンズの構成を示す図である。
【図２】実施例２の撮影レンズの構成を示す図である。
【図３】実施例３の撮影レンズの構成を示す図である。
【図４】実施例４の撮影レンズの構成を示す図である。
【図５】実施例５の撮影レンズの構成を示す図である。
【図６】実施例１のレンズデータを示す図である。
【図７】実施例１による球面収差を示す図である。
【図８】実施例１による非点収差を示す図である。
【図９】実施例１による歪曲収差を示す図である。
【図１０】実施例２のレンズデータを示す図である。
【図１１】実施例２による球面収差を示す図である。
【図１２】実施例２による非点収差を示す図である。
【図１３】実施例２による歪曲収差を示す図である。
【図１４】実施例３のレンズデータを示す図である。
【図１５】実施例３による球面収差を示す図である。
【図１６】実施例３による非点収差を示す図である。
【図１７】実施例３による歪曲収差を示す図である。
【図１８】実施例４のレンズデータを示す図である。
【図１９】実施例４による球面収差を示す図である。
【図２０】実施例４による非点収差を示す図である。
【図２１】実施例４による歪曲収差を示す図である。
【図２２】実施例５のレンズデータを示す図である。
【図２３】実施例５による球面収差を示す図である。
【図２４】実施例５による非点収差を示す図である。
【図２５】実施例５による歪曲収差を示す図である。
【図２６】本発明による各実施例の撮影レンズと特許文献１の各実施例の撮影レンズとのレンズ性能を対比する図である。
【符号の説明】
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
ｒ_１第１レンズの物体側の面の光軸付近の曲率半径
ｒ_２第１レンズの像側の面の光軸付近の曲率半径
ｒ_３第２レンズの物体側の面の光軸付近の曲率半径
ｒ_４第２レンズの像側の面の光軸付近の曲率半径
ｄ１第１レンズの光軸上の芯厚
ｄ２第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔
ｄ３第２レンズの光軸上の芯厚
ｄ４光学フィルタの厚さ
ｄ５カバーガラスの厚さ
ｆレンズ全系の焦点距離
ｂｆバックフォーカス
Ｓ開口絞り
Ｔ開口絞りＳの物体側の面から第２レンズの像側の面までの光軸上の距離
Ｍ結像面
１撮影レンズ
１０平行平面ガラス（光学フィルタ）
２０カバーガラス

Claims

両凸形状の正のパワーをもち、両凸面が非球面である第１レンズと、
物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負のパワーをもち、両面が非球面である第２レンズとを有し、
前記第１、第２レンズが物体側から順に配置され、かつ以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする撮影レンズ。

但し、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｂｆはバックフォーカス（第２レンズの像側の面から結像面までの距離）、ｒ_３は第２レンズの物体側の面の近軸の曲率半径、ｒ_４は第２レンズの像側の面の近軸の曲率半径、ｄ_３は第２レンズの光軸上の芯厚、ｎ_３は第２レンズのｄ線の屈折率を示す。
前記第１レンズの物体側に開口絞りを配し、かつ以下の条件式（３）および（４）を満足することを特徴とする撮影レンズ。

但し、Φはレンズ全系の合成屈折力、Φｒ_２は第１レンズの像側の面の屈折力、Ｔは開口絞りの物体側の面から第２レンズの像側の面までの距離を示す。
請求項１または２に記載の撮影レンズと、前記撮像レンズにより形成された像を撮像する撮像素子とを有する、撮像装置。
前記撮影レンズと前記撮像素子との間に光学フィルタが配される、請求項３に記載の撮像装置。