JP2005292235A

JP2005292235A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2005292235A
Application number: JP2004103646A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ono; 賢治小野
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】小型サイズでありながらも、３枚レンズ構成により、諸収差を良好に補正した撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から開口絞り１１と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズ１２と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズ１３と、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズ１４とを配置する。第１レンズ１２，第２レンズ１３および第３レンズ１４は、いずれもが、少なくともいずれか一方の面に非球面を有するように構成する。撮像レンズ１全系の焦点距離をｆ、第２レンズ１３の焦点距離をｆ２、第３レンズ１４の焦点距離をｆ３、第１レンズ１２と第２レンズ１３との間の空気間隔をＤ２として、０．５＜｜ｆ２／ｆ｜＜１．０、０．８＜｜ｆ３／ｆ｜＜１．２、０．０５＜Ｄ２／ｆ＜０．４の条件式を満足させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子等、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device:電荷結合素子)型イメージセンサ、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサの光学系に適した撮像レンズに関する。

近年、撮像素子として、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤ等の固体撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。

ＣＣＤ製造技術の発展によって、１画素の大きさが小さくなるとともに画素数が１００万から２００万のオーダに達する高密度なＣＣＤが利用されるようになっている。これに従い、ＣＣＤカメラ用の撮影レンズには、高解像度で高性能なものが要望されている。

また、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤを用いた撮像装置には、携帯電話やパーソナルコンピュータ等にも搭載されるようになってきている。これらの携帯電話やパーソナルコンピュータ等の小型化あるいは機能の増加による高密度化に伴い、撮像装置の小型化、ひいては、撮像装置に搭載される撮像レンズへのさらなる小型化の要求が高まっている。

これらの要望に対応し得る可能性がある撮像レンズとして、例えば、３群３枚構成で、絞りが第１レンズの物体側に配置されたフロントシャッタタイプのレンズが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１４９５４５号公報

特許文献１に開示された撮像レンズにおいては、広い画角が確保されて、かつ、球面収差、非点収差が良好に補正されているが、その一方では、歪曲収差が大きく、また、撮像レンズの全長（撮像レンズ全系の最も物体側の面から像側焦点までの距離のこと。但し、最も物体側に開口絞りが配置されている撮像レンズにおいては、開口絞りから像側焦点までの距離をいう。）の小型化には向いていなかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、小型サイズでありながらも、３枚レンズ構成により、諸収差を良好に補正した撮像レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の撮像レンズは、
物体側から順に、開口絞りと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第１レンズと、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズとを配置したことを特徴とする。

また、前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズのいずれもが、少なくとも一方の面に非球面を有するようにしてもよい。

また、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第１レンズと前記第２レンズとの間隔をＤ２とするとき、次の条件式（１）乃至（３）を満足するようにしてもよい。
０．５＜｜ｆ２／ｆ｜＜１．０・・・・・（１）
０．８＜｜ｆ３／ｆ｜＜１．２・・・・・（２）
０．０５＜Ｄ２／ｆ＜０．４・・・・・（３）

また、前記第２レンズのアッベ数をν２、前記第３レンズのアッベ数をν３とするとき、次の条件式（４）を満足するようにしてもよい。
ν２−ν３＞２５・・・・・（４）

また、前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズのいずれもが、プラスチック材料から構成されるようにしてもよい。

また、前記第１レンズおよび前記第２レンズはプラスチック材料から構成され、前記第３レンズはガラス材料から構成されるようにしてもよい。

また、前記第１レンズおよび前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとするとき、次の条件式（５）を満たすようにしてもよい。
｜ｆ１２｜／ｆ＞２・・・・・（５）

本発明によれば、小型サイズでありながらも、３枚レンズ構成により、諸収差を良好に補正した撮像レンズを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る撮像レンズについて、以下図面を参照して説明する。

撮像レンズ１は、図１に示すように、物体側から開口絞り１１と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズ１２と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズ１３と、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズ１４とが配置された構成を採っている。また、結像面２０と第３レンズ１４との間には、ＩＲカットフィルタやローパスフィルタ等を構成するガラスブロック２１が配置されている。図１中、Ｒｉ（ｉ＝１〜８）は、物体側より順に第ｉ番目のレンズの近軸曲率半径を表し、Ｄｋ（ｋ＝１〜８）は、物体側より順に第ｉ番目の光軸上のレンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔を表している。なお、第３レンズ１４は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることが望ましいが、負の屈折力を有するレンズであればよい。

撮像レンズ１では、最も物体側に開口絞り１１を配置しているため、結像面２０から射出瞳位置までの距離を長くとることができる。射出瞳が結像面２０から遠くなると、レンズ最終面を射出した光束の主光線が固体撮像素子に垂直に近い角度で入射するようになり、即ち、テレセントリック特性を良好に確保でき、画面周辺部におけるシェーディング現象を軽減することができる。

また、撮像レンズ１では、第１レンズ１２に正屈折力を有し物体側が凸面であるメニスカス形状のレンズを配置し、第２レンズ１３に負の屈折力を有し物体側が凹面であるメニスカス形状のレンズを配置することで、テレフォトタイプに近い構成をとっている。このような構成をとることにより、撮像レンズ１の全長の短縮化を図っている。

第１レンズ１２，第２レンズ１３および第３レンズ１４は、いずれもが、少なくともいずれか一方の面に非球面を有することが望ましい。正の第１レンズ１２に非球面を用いた場合、球面収差、コマ収差の補正が行われる。負の第２レンズ１３に非球面を用いた場合、コマ収差、非点収差及び歪曲収差の補正が行われる。また、負の第３レンズ１４は、３つのレンズのうち最も像面に近接した位置に配置されていることから、軸上光線と周辺光線で通過高さに差が生じることを利用し、非球面を用いることにより光軸から離れた画面周辺部の諸収差（コマ収差、非点収差および歪曲収差）の補正を行うことができる。

撮像レンズ１は、全系の焦点距離をｆとし、第２レンズ１３の焦点距離をｆ２、第３レンズ１４の焦点距離をｆ３、第１レンズ１２と第２レンズ１３との間の空気間隔をＤ２とすると、下記の条件式（１）〜（３）を満足する構成を採ることが望ましい。

０．５＜｜ｆ２／ｆ｜＜１．０・・・・・（１）
０．８＜｜ｆ３／ｆ｜＜１．２・・・・・（２）
０．０５＜Ｄ２／ｆ＜０．４・・・・・（３）

条件式（１）は、負の第２レンズ１３の屈折力を規定するものである。条件式（１）において、｜ｆ２／ｆ｜が下限値を下回ると、第２レンズ１３の負の屈折力の過度の増大を招くことになるので、極端に小さな曲率半径になり、収差を良好に補正することが困難となる。一方、条件式（１）において、｜ｆ２／ｆ｜が上限値を上回ると、第２レンズ１３の負の屈折力が弱くなるため、撮像レンズ１の全長の小型化が困難になる。

条件式（２）は、負の第３レンズ１４の屈折力を規定するものである。条件式（２）において、｜ｆ３／ｆ｜が下限値を下回ると、第３レンズ１４の負の屈折力が増大するために、第２レンズ１３との負の屈折力配分が不適切となる。一方、条件式（２）において、｜ｆ３／ｆ｜が上限値を上回ると、第３レンズ１４の負の屈折力が弱くなり、第１レンズ１２と第２レンズ１３の屈折力のバランスが悪くなり、かつ、周辺像の諸収差を良好に補正できなくなる。

条件式（３）は、撮像レンズ１全系の焦点距離と、第１レンズ１２と第２レンズ１３の間隔との比を規定するものである。条件式（３）において、Ｄ２／ｆが下限値を下回ると、正の第１レンズ１２と負の第２レンズ１３の間隔が狭くなり、第１レンズ１２と第２レンズ１３の屈折力のバランスが悪くなる。その結果、軸上の球面収差を良好に補正できなくなり、かつ、周辺像の諸収差を良好に補正できなくなる。特に、歪曲収差を補正することが難しくなる。一方、条件式（３）において、Ｄ２／ｆが上限値を上回ると、正の第１レンズ１２と負の第２レンズ１３の間隔が広くなり、周辺像の諸収差を良好に補正できなくなる。特に軸外光束のコマフレアの発生を抑えることができなくなる。また、倍率色収差及び像面湾曲を良好に補正することが困難となる。

撮像レンズ１は、第２レンズ１３のアッベ数をν２、第３レンズ１４のアッベ数をν３としたときに、下記の条件式（４）の関係を満足する構成を採ることが望ましい。

ν２−ν３＞２５・・・・・（４）

条件式（４）は、負の第２レンズ１３と負の第３レンズ１４との色収差補正の条件である。条件式（４）において、ν２−ν３が下限値を下回ると、軸上色収差、倍率色収差の補正および周辺像での色コマ収差を補正することが難しくなる。

第１レンズ１２、第２レンズ１３および第３レンズ１４は、いずれもプラスチック材料から構成することが望ましい。また、プラスチック材料の表面に反射防止や表面硬度向上を目的としたコーティング処理を施すことがさらに望ましい。
微小レンズの生産に際しては、ガラスに比して、プラスチックのほうが射出成形等の製造方法を用いることにより、製造コストを抑えた大量生産に向いている。また、プラスチックレンズによれば小型軽量化が実現できる。

また、第１レンズ１２および第２レンズ１３をプラスチック材料から構成し、第３レンズ１４はガラス材料からなる構成を採るようにしてもよい。負の屈折力の少ない第３レンズ１４をガラスレンズとすることで、第３レンズ１４の温度変化時の屈折率変化を無視でき、撮像レンズ１全系での温度変化時の画像周辺部における収差を小さく抑えることが可能になる。また、プラスチックレンズは結像に寄与しないフランジ部を外周部に有する形状とした場合に、このフランジ部に光が入射すると、ゴーストやフレアの原因となることがあるが、第３レンズ１４をプラスチックレンズではなくガラスレンズとすることで、プラスチックレンズのようなフランジ部を有する形状とすることはなくなり、ゴーストやフレアを低減することができる。

撮像レンズ１は、第１レンズ１２と第２レンズ１３の合成焦点距離ｆ１２とすると、下記の条件式（５）を満足する構成を採ることが望ましい。

｜ｆ１２｜／ｆ＞２・・・・・（５）

条件式（５）は、プラスチックから形成された第１、第２レンズ１２，１３の合成焦点距離を規定するものである。条件式（５）を満たすように合成焦点距離を大きくすることにより、温度変化時のプラスチックレンズの画像周辺部での諸収差の変動を、正の第１レンズ１２と負の第２レンズ１３とで相殺させることが可能となり、温度変化時の画像周辺部での諸収差の変動を小さく抑えることができる。

このように本実施の形態の撮像レンズでは、開口絞り１１を第１レンズ１２の物体側に配置したり、第１レンズ１２、第２レンズ１３および第３レンズ１４の面形状、パワー（屈折力）配分、焦点距離、材料、相互の間隔、構造等を適切に設定することにより、少ない枚数で簡易なレンズ構成でありながら、高性能を達成し、かつ、レンズ系自体をコンパクトに構成することができる。

また、本実施の形態の撮像レンズは、開口絞り１１から撮像素子までの距離（高さ）を１０ｍｍ以下に抑えて搭載されることにより、小型化、軽量化、および、高画質の撮像が可能な撮像装置、撮像ユニット及び携帯機器を実現することができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、撮像レンズ１において、第１レンズ１２と第２レンズ１３の間、および、第２レンズ１３と第３レンズ１４との間のうち、少なくとも一方の間に、周辺光束を規制する遮蔽マスクを配置するようにしてもよい。このような遮蔽マスクを配置すれば、周辺光束を規制して結像に必要な光束のみを通過させることができるので、プラスチック材料で形成された第１レンズ１２、第２レンズ１３にフランジ部を設けても、フランジ部への光の入射を最小限に抑えることができる。結果として、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。

以下に、本発明を実施した撮像レンズの構成について、コンストラクションデータ、収差図を挙げて更に具体的に説明する。なお、撮像レンズの構成、仕様等は本実施例に限定されるものではない。ここで、各実施例に用いられる記号は、下記の通りである。
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
Ｆｎo：Ｆナンバー
ＴＬ：全長
Ｒ：曲率半径（ｍｍ）
Ｄ：レンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔（ｍｍ）
Ｎｄ：各レンズのｄ線に対する屈折率
νｄ：各レンズのｄ線に対するアッベ数

また、各実施例において、非球面の形状は、以下の非球面式（６）で表される。
Ｚ＝Ｃ×ｈ^２／［１＋（１−Ｋ×Ｃ^２×ｈ^２）^１／２］＋Ａ_４ｈ^４＋Ａ_６ｈ^６＋Ａ_８ｈ^８＋Ａ_１０ｈ^１０・・・・・（６）
ここで、
ｈ：光軸からの垂直方向の高さ
Ｚ：光軸からの垂直方向の高さｈの非球面上の点より非球面頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ
Ｃ：非球面の近軸曲率半径Ｒの逆数
Ｋ：離心率
Ａ：ｎ次の非球面係数

（実施例１）
実施例１は、前記実施の形態に対応した実施例である。前記実施の形態を表すレンズ構成図である図１は、実施例１のレンズ構成図でもある。表１および表２は、実施例１のコンストラクションデータを示している。表１は実施例１のレンズデータ、表２は実施例１の非球面データを示している。

図２は、表１および表２に示した実施例１に係る撮像レンズの収差性能（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。

図２より、実施例１に係る撮像レンズが良好な光学性能を有していることがわかる。

また、後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（５）を満足する。

（実施例２）
実施例２に係るレンズ構成図を図３に示す。表３および表４は、実施例２のコンストラクションデータを示している。表３は実施例２のレンズデータ、表４は実施例２の非球面データを示している。

図４は、表３および表４に示した実施例２に係る撮像レンズの収差性能（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。

図４より、実施例２に係る撮像レンズが良好な光学性能を有していることがわかる。

（実施例３）
実施例３に係るレンズ構成図を図５に示す。表５および表６は、実施例３のコンストラクションデータを示している。表５は実施例３のレンズデータ、表６は実施例３の非球面データを示している。

図６は、表５および表６に示した実施例３に係る撮像レンズの収差性能（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。

図６より、実施例３に係る撮像レンズが良好な光学性能を有していることがわかる。

（実施例４）
実施例４に係る撮像レンズ構成図を図７に示す。表７および表８は、実施例４のコンストラクションデータを示している。表７は実施例４のレンズデータ、表８は実施例４の非球面データを示している。

図８は、表７および表８に示した実施例４に係る撮像レンズの収差性能（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。

図８より、実施例４に係る撮像レンズが良好な光学性能を有していることがわかる。

また、後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（５）を満足する。
（実施例５）
実施例５に係る撮像レンズ構成図を図９に示す。表９および表１０は、実施例５のコンストラクションデータを示している。表９は実施例５のレンズデータ、表１０は実施例５の非球面データを示している。

図１０は、表９および表１０に示した実施例５に係る撮像レンズの収差性能（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。

図１０より、実施例５に係る撮像レンズが良好な光学性能を有していることがわかる。

表１１は、上記各実施例１〜５の撮像レンズにおける上記条件式（１）〜（５）に対応する値を示したものである。

各実施例１〜５は、上記条件式（１）〜（５）について、すべて満足している。

本発明の実施形態および実施例１に係る撮像レンズの構成図である。実施例１に係る撮像レンズの収差図である。実施例２に係る撮像レンズの構成図である。実施例２に係る撮像レンズの収差図である。実施例３に係る撮像レンズの構成図である。実施例３に係る撮像レンズの収差図である。実施例４に係る撮像レンズの構成図である。実施例４に係る撮像レンズの収差図である。実施例５に係る撮像レンズの構成図である。実施例５に係る撮像レンズの収差図である。

符号の説明

１撮像レンズ
１１開口絞り
１２第１レンズ
１３第２レンズ
１４第３レンズ
２０結像面
２１ガラスブロック

Claims

物体側から順に、開口絞りと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第１レンズと、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズとを配置したことを特徴とする撮像レンズ。
前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズのいずれもが、少なくとも一方の面に非球面を有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第１レンズと前記第２レンズとの間隔をＤ２とするとき、次の条件式（１）乃至（３）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ。
０．５＜｜ｆ２／ｆ｜＜１．０・・・・・（１）
０．８＜｜ｆ３／ｆ｜＜１．２・・・・・（２）
０．０５＜Ｄ２／ｆ＜０．４・・・・・（３）
前記第２レンズのアッベ数をν２、前記第３レンズのアッベ数をν３とするとき、次の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
ν２−ν３＞２５・・・・・（４）
前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズのいずれもが、プラスチック材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
前記第１レンズおよび前記第２レンズはプラスチック材料から構成され、前記第３レンズはガラス材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
前記第１レンズおよび前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとするとき、次の条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の撮像レンズ。
｜ｆ１２｜／ｆ＞２・・・・・（５）