JP2005316208A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】１００万画素以上の高密度の固体撮像素子を用いるデジタルスチルカメラに適した、安価で高性能の撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、物体側に凸面を向け負の屈折力をもつ第１レンズ１からなる第１レンズ群Ｉと、所定の口径をなす開口絞り７と、正の屈折力をもつ第２レンズ２，正の屈折力をもつ第３レンズ３，及び負の屈折力をもつ第４レンズ４からなり全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群ＩＩとを備え、第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれにおいて、樹脂材料により形成された少なくとも一つの樹脂レンズ１，２を含む。これにより、コストを低減しつつ、適切なバックフォーカスを確保でき、射出角度を小さく抑えた、高密度の固体撮像素子にも対応できる、広画角で明るい光学性能の高い撮像レンズが得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いた電子撮像装置に適用される撮像レンズに関し、特に、デジタルスチルカメラ等に好適な撮像レンズに関する。

近年においては、デジタルスチルカメラの普及に伴い、固体撮像素子及び撮像レンズの高性能化、低コスト化、コンパクト化等が要求されている。
また、撮像レンズと固体撮像素子との間には、色モアレ防止用のローパスフィルタ、固体撮像素子の分光感度を補正するための赤外線カットフィルタ等を配置する必要があるため、バックフォーカスを十分確保して、射出角度を抑えたものとして、レトロフォーカスタイプの撮像レンズが知られている。この撮像レンズとしては、高性能、低コストの要求に対応するために、５〜６枚のレンズにより構成されたものが採用され、製品化されている。しかしながら、近年急速に普及してきた小型のデジタルスチルカメラにおいては、さらに、小型、薄型、安価であることが強く要望されており、上記５〜６枚のレンズ構成では、これらの要求を満足するものではなかった。

一方、４枚のレンズにより構成された撮像レンズも知られている（例えば、特許文献１参照）。しなしながら、この撮像レンズでは、ガラスレンズに非球面を形成し、高屈折率のガラス材料を使用しており、コスト高になっていた。
また、４枚のレンズにより構成された他の撮像レンズが知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。しかしながら、これらの撮像レンズでは、樹脂材料（プラスチック）により形成された接合レンズを採用しているため、その接合レンズの加工が困難であり、又、Ｆナンバーが５．６程度であり、明るさが不十分である、等の問題があった。

特開２００３−１９５１６３号公報 特開平０９−１１３７９９号公報 特開２００３−２４１０８２号公報

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、２群４枚という構成にも拘わらず、レンズのタイプ、非球面を施す位置等を適切に設定することにより、広画角で、明るく、しかも安価で、１００万画素以上の高密度の固体撮像素子にも対応でき、特にデジタルスチルカメラ等に適した光学性能の高い撮像レンズを提供することにある。

本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、物体側に凸面を向け負の屈折力をもつ第１レンズからなる第１レンズ群と、所定の口径をなす開口絞りと、正の屈折力をもつ第２レンズ，正の屈折力をもつ第３レンズ，及び負の屈折力をもつ第４レンズからなり全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群と、を備え、上記第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれにおいて、樹脂材料により形成された少なくとも一つの樹脂レンズを含む、ことを特徴としている。

この構成によれば、第１レンズと第４レンズとが負の屈折力を有し、第２レンズと第３レンズとが正の屈折力を有するレンズ構成とすることで、コストを低減しつつ、適切なバックフォーカスを確保でき、射出角度を小さく抑えた、高密度の固体撮像素子にも対応できる、広画角で明るい光学性能の高い撮像レンズが得られる。
また、第１レンズ群及び第２レンズ群にそれぞれ樹脂レンズを採用したことにより、ガラス材料を用いる場合に比べて、軽量化、低コスト化を達成することができ、又、射出成型により形成されるが故に複雑な形状も比較的容易に加工することができる。

上記構成において、第２レンズ群は、正の屈折力をもつ第３レンズ及び負の屈折力をもつ第４レンズを接合した接合レンズを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、接合レンズを採用したことにより、単一レンズで同様の光学性能を得る場合に比べて、加工が容易になり、コストを低減でき、色収差を良好に補正することができる。

上記構成において、樹脂レンズは、物体側の面及び像面側の面の少なくとも一方の面が非球面に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、諸収差を良好に補正することができる。特に、第１レンズに非球面を設けることで、第１レンズ群（第１レンズ）が開口絞りから離れた位置にある場合に生じ易い非点収差、歪曲収差等の軸外収差を良好に補正することができ、高密度の固体撮像素子に好適な光学性能の高い撮像レンズが得られる。

上記構成において、レンズ全系の焦点距離をｆ、第１レンズの前面から像面までのレンズ系の全長をＴＬ（空気換算距離）とするとき、次式（１）
（１）２＜ＴＬ／ｆ＜５
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、レンズ系の全長と焦点距離との比が上記の条件を満たすことにより、諸収差、特に非点収差、歪曲収差等の軸外収差を良好に補正できると共に、広画角化、薄型化を達成することができる。

上記構成において、接合レンズにつき、正の屈折力をもつ第３レンズのアッベ数をν３、負の屈折力をもつ第４レンズのアッベ数をν４とするとき、次式（２）
（２）│ν３−ν４│＞２０
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、高解像化に大きな影響を及ぼす色収差を良好に補正することができ、高密度の固体撮像素子に好適な光学性能の高い撮像レンズが得られる。

上記のように、本発明の撮像レンズによれば、２群４枚という簡単なレンズ構成にも拘わらず、レンズのタイプ、非球面を施す位置等を適切に設定することにより、広画角で、明るく、しかも安価で、１００万画素以上の高密度の固体撮像素子にも対応でき、特にデジタルスチルカメラ等に適した光学性能の高い撮像レンズを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る撮像レンズの一実施形態を示す基本構成図である。
この撮像レンズにおいては、図１に示すように、光軸方向Ｌおいて、物体側から像面側に向けて、負の屈折力をもつ第１レンズ１からなる第１レンズ群（Ｉ）、所定の口径をなす開口絞り７、正の屈折力をもつ第２レンズ２、正の屈折力をもつ第３レンズ３、及び負の屈折力をもつ第４レンズ４の３つのレンズからなる第２レンズ群（ＩＩ）と、が順次に配列されている。

そして、第１レンズ群（Ｉ）及び第２レンズ群（ＩＩ）は、負の屈折力をもつ２つのレンズ（第１レンズ１、第４レンズ４）及び正の屈折力をもつ２つのレンズ（第２レンズ２、第３レンズ３）により全体が形成され、又、第１レンズ群（Ｉ）及び第２レンズ群（ＩＩ）は、それぞれにおいて樹脂材料により形成された樹脂レンズ（第１レンズ１、第２レンズ２）を含む構成となっている。ここでは、第２レンズ群（ＩＩ）に含まれる第３レンズ３と第４レンズ４とは、接合レンズとして形成されている。

上記の配列構成において、第４レンズ４の後方には、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等のガラスフィルタ５及びガラスフィルタ６が配置され、その後方にＣＣＤ等の像面Ｐが配置されることになる。また、開口絞り７は、第１レンズ１と第２レンズ２との間において、第２レンズ２側寄りに配置されている。
すなわち、第１レンズ１により形成される第１レンズ群（Ｉ）と、第２レンズ２、第３レンズ３、及び第４レンズ４により形成される第２レンズ群（ＩＩ）とを備えた、２群４枚構成の撮像レンズである。

ここで、第１レンズ１、開口絞り７、第２レンズ２、第３レンズ３、第４レンズ４、ガラスフィルタ５、及びガラスフィルタ６においては、図１に示すように、それぞれの面をＳｉ（ｉ＝１〜１２）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１２）、第１レンズ１〜第４レンズ４、ガラスフィルタ５，６のｄ線に対する屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。さらに、第１レンズ１〜ガラスフィルタ８までのそれぞれの光軸方向Ｌにおける間隔（肉厚、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１１）、ガラスフィルタ６〜像面ＰまでのバックフォーカスをＢＦで表す。また、上記構成をなすレンズ全系の焦点距離をｆ、第１レンズ１の前面（物体側の面Ｓ１）から像面Ｐまでのレンズ系の光軸方向Ｌにおける全長をＴＬ（空気換算距離）で表す。

第１レンズ１は、樹脂材料（プラスチック）により形成されており、負の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ１が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ２が凹面に形成されたメニスカス形状の樹脂レンズである。そして、物体側の面Ｓ１及び像面側の面Ｓ２は、少なくとも一方の面が非球面に形成されている。
このように、第１レンズ１の物体側の面Ｓ１及び像面側の面Ｓ２の少なくとも一方の面を非球面とすることにより、第１レンズ群（Ｉ）（第１レンズ１）が開口絞り７から離れた位置にある場合に生じ易い非点収差、歪曲収差等の軸外収差を良好に補正することができ、高密度の固体撮像素子に好適な光学性能が得られる。
また、第１レンズ１を樹脂材料により形成することにより、ガラス材料を用いる場合に比べて、軽量化、低コスト化を達成することができ、又、射出成型により形成されるが故に、非球面等の複雑な形状も容易に形成することができる。

第２レンズ２は、樹脂材料（プラスチック）により形成されており、正の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ４が凹面又は凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ５が凸面に形成されたメニスカス形状又は両凸形状の樹脂レンズである。そして、物体側の面Ｓ４及び像面側の面Ｓ５は、少なくとも一方の面が非球面に形成されている。
このように、非球面を採用することで、諸収差、特に球面収差を良好に補正することができる。すなわち、開口絞り７の近傍では、一般に球面収差等の軸上収差を生じ易いため、開口絞り７の近くに位置する第２レンズ２に非球面を設けることで、球面収差を良好に補正することができる。また、第２レンズ２を樹脂材料により形成することにより、ガラス材料を用いる場合に比べて、軽量化、低コスト化を達成することができ、又、射出成型により形成されるが故に、非球面等の複雑な形状も容易に形成することができる。

第３レンズ３は、ガラス材料により形成されており、正の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ６が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ７が凸面に形成された両凸形状のガラスレンズである。
第４レンズ４は、ガラス材料により形成されており、負の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ７が凹面に形成されかつ像面側の面Ｓ８が凹面に形成された両凹形状のガラスレンズである。
そして、第３レンズ３と第４レンズ４とは、第３レンズ３の像面側の面Ｓ７と第４レンズ４の物体側の面Ｓ７とが接合されて（貼り合わせられて）、全体として正の屈折力をもつ接合レンズとして形成されている。
仮に、これら２つのレンズを単一のレンズで代用した場合、色収差を補正するにはアッベ数を非常に大きくする必要があり、又、レンズ両面の曲率が非常に近い値となって加工が著しく困難になり、さらには、偏芯感度が増大し、組立て精度が厳しく要求されることになるが、このように接合レンズを採用することにより、加工が容易になり、色収差を良好に補正することができる。

上記のように、第１レンズ群（Ｉ）及び第２レンズ群（ＩＩ）からなる構成において、第１レンズ１と第４レンズ４とが負の屈折力を有し、第２レンズ２と第３レンズ３とが正の屈折力を有するように設定されているため、適切なバックフォーカスを確保することができ、射出角度を小さく抑えることができる。

ここで、第１レンズ１及び第２レンズ２すなわち樹脂レンズに設ける非球面を表す式は、次式で規定される。
Ｚ＝Ｃｙ^２／［１＋（１−εＣ^２ｙ^２）^１／２］＋Ｄｙ^４＋Ｅｙ^６＋Ｆｙ^８＋Ｇｙ^１０
ただし、Ｚ：非球面の頂点における接平面から，光軸Ｌからの高さがｙの非球面上の点までの距離、ｙ：光軸からの高さ、Ｃ：非球面の頂点における曲率（１／Ｒ）、ε：円錐定数、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：非球面係数である。

また、上記構成においては、レンズ全系の焦点距離ｆとレンズ系の全長ＴＬ（空気換算距離）とが、次式（１）
（１）２＜ＴＬ／ｆ＜５
を満足するように形成されている。
この式は、レンズ系の光軸方向Ｌにおける寸法とレンズ系全体の適切な焦点距離との比を定めたものであり、レンズ系の薄型化及び画角に関するものである。ＴＬ／ｆの値が５以上の場合は、レンズ系の全長が長くなるか又は焦点距離が小さくなり、その結果、薄型化の要求を満たさなくなるか又は画角が大きくなり過ぎて好ましくない。一方、ＴＬ／ｆの値が２以下の場合は、諸収差、特に非点収差、歪曲収差等の軸外収差の補正が困難になり好ましくない。すなわち、ＴＬ／ｆの値が（１）の条件を満たすことにより、諸収差を良好に補正しつつ、広画角化、薄型化等を達成することができる。

また、上記構成においては、第２レンズ群（ＩＩ）に含まれる接合レンズに関して、正の屈折力をもつ第３レンズ３のアッベ数ν３と負の屈折力をもつ第４レンズ４のアッベ数ν４とが、次式（２）
（２）│ν３−ν４│＞２０
を満足するように形成されている。
この式は、接合レンズを形成する第３レンズ３及び第４レンズ４の適切なアッベ数の範囲を定めたものであり、この条件を満たすことにより、高解像度に影響を及ぼす色収差を良好に補正することができ、高密度の固体撮像素子に好適な光学性能が得られる。

上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１、実施例２、実施例３として以下に示す。また、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、実施例１の結果を図２に、実施例２の結果を図４に、実施例３の結果を図６にそれぞれ示す。尚、図２、図４、及び図６の収差線図において、ｄはｄ線による収差、ｇはｇ線による収差、ｃはｃ線による収差をそれぞれ示し、又、Ｓはサジタル平面での収差、Ｔはメリジオナル平面での収差を示す。
また、図３及び図５は、実施例２及び実施例３に係るそれぞれの基本構成図であり、実施例に応じた数値データ（設定値）等が異なるのみで基本的な構成は図１に示すものと同一であるため、ここでの説明は省略する。

実施例１におけるレンズ系の基本構成は図１に示され、主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に、非球面に関する数値データは表３にそれぞれ示される。
この実施例においては、各条件式の数値データは、（１）ＴＬ／ｆ＝３６．５４／１０．０＝３．６５４、（２）│ν３−ν４│＝│６０．３−２９．２│＝３１．１、となる。

以上の実施例１においては、Ｆナンバーが２．８、画角（２ω）が５８°となり、広画角で、明るく、諸収差が良好に補正されて、高解像度の固体撮像素子に適した光学性能の高い撮像レンズが得られる。

実施例２におけるレンズ系の基本構成は図３に示され、主な仕様諸元は表４に、種々の数値データ（設定値）は表５に、非球面に関する数値データは表６にそれぞれ示される。
この実施例においては、各条件式の数値データは、（１）ＴＬ／ｆ＝１８．６４／５．０＝３．７２８、（２）│ν３−ν４│＝│６０．３−２９．２│＝３１．１、となる。

以上の実施例２においては、Ｆナンバーが２．８５、画角（２ω）が５７．３°となり、広画角で、明るく、諸収差が良好に補正されて、高解像度の固体撮像素子に適した光学性能の高い撮像レンズが得られる。

実施例３におけるレンズ系の基本構成は図５に示され、主な仕様諸元は表７に、種々の数値データ（設定値）は表８に、非球面に関する数値データは表９にそれぞれ示される。
この実施例においては、各条件式の数値データは、（１）ＴＬ／ｆ＝２２．２２／６．４＝３．４７２、（２）│ν３−ν４│＝│６５．５−２９．２│＝３６．３、となる。

以上の実施例３においては、Ｆナンバーが３．２、画角（２ω）が５３．９°となり、広画角で、明るく、諸収差が良好に補正されて、高解像度の固体撮像素子に適した光学性能の高い撮像レンズが得られる。

以上述べたように、本発明の撮像レンズは、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いた電子撮像装置に適用され、特に、１００万画素以上の高密度な固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ等に好適に利用される。

本発明に係る撮像レンズの一実施形態（実施例１）を示す構成図である。 実施例１に係る撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。 本発明に係る撮像レンズの他の実施形態（実施例２）を示す構成図である。 実施例２に係る撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。 本発明に係る撮像レンズの他の実施形態（実施例３）を示す構成図である。 実施例３に係る撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。

符号の説明

Ｉ 第１レンズ群
ＩＩ 第２レンズ群
１ 第１レンズ（樹脂レンズ、第１レンズ群）
２ 第２レンズ（樹脂レンズ、第２レンズ群）
３ 第３レンズ（接合レンズ、第２レンズ群）
４ 第４レンズ（接合レンズ、第２レンズ群）
５，６ ガラスフィルタ
７ 開口絞り
Ｄ１〜Ｄ１１ 光軸上の面間隔
Ｐ 撮像面
Ｒ１〜Ｒ１２ 曲率半径
Ｓ１〜Ｓ１２ 面
Ｎ１〜Ｎ６ 屈折率
ν１〜ν６ アッベ数
ｆ レンズ全系の焦点距離
ＴＬ レンズ系の全長（空気換算距離）
ν３ 接合レンズにおいて正の屈折力をもつ第３レンズのアッベ数
ν４ 接合レンズにおいて負の屈折力をもつ第４レンズのアッベ数
ＢＦ バックフォーカス

Claims (5)

1. 物体側から像面側に向けて順に、
   物体側に凸面を向け負の屈折力をもつ第１レンズからなる第１レンズ群と、
   所定の口径をなす開口絞りと、
   正の屈折力をもつ第２レンズ，正の屈折力をもつ第３レンズ，及び負の屈折力をもつ第４レンズからなり全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群と、を備え、
   前記第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれにおいて、樹脂材料により形成された少なくとも一つの樹脂レンズを含む、
   ことを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第２レンズ群は、前記第３レンズ及び第４レンズを接合した接合レンズを含む、
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記樹脂レンズは、物体側の面及び像面側の面の少なくとも一方が非球面に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
4. レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの前面から像面までのレンズ系の全長をＴＬ（空気換算距離）とするとき、下記条件式（１）を満足する、ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の撮像レンズ。
   （１）２＜ＴＬ／ｆ＜５
5. 前記接合レンズにおいて、正の屈折力をもつ前記第３レンズのアッベ数をν３、負の屈折力をもつ前記第４レンズのアッベ数をν４とするとき、下記条件式（２）を満足する、ことを特徴とする請求項２ないし４いずれかに記載の撮像レンズ。
   （２）│ν３−ν４│＞２０
   
   

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