JP2005352317A - 撮像レンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 環境温度の変化による焦点位置のずれを抑制し、解像度の劣化を防止できるとともに、小型化、低コスト化を達成する撮像レンズを提供する。
【解決手段】 物体側から順に、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のレンズL1と、開口絞りSと、像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2のレンズL2と、正の屈折力を有する第3のレンズL3とを有し、第2のレンズL2の物体側及び像側の曲率半径と開口絞りSまでの距離が略等しくされる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、撮像に用いる撮像レンズ、この撮像レンズを用いた撮像装置に関する。
携帯型の無線電話装置やPDA(Personal Digital Assistant)等の薄型で小型の機器には、撮像装置が備えられたものがある。この薄型で小型の機器には、撮像装置が備えられたものがある。この薄型で小型の機器に取り付けられる撮像装置は、小型の撮像レンズと小型のCCD(Charge−Coupled Device)やCMOS(Complementary Mental−Oxide Semiconductor device)等の撮像素子とを有することで小型化されており、機器全体の小型化が図られている。
上述した撮像装置に用いられる撮像レンズは、小型化、低コスト化の要求があり、例えば、特開平11−52227号公報で開示されているように、3枚構成の撮像レンズ等がある(特許文献1参照)。
しかしながら、特開平11−52227号公報で開示されている撮像レンズは、少ない構成枚数で小型化、低コスト化を図るため、全系の距離を短くするため、各レンズの曲率が大きくなり、環境温度の変化により、焦点位置のズレが発生し、この焦点位置のズレに起因して解像度が劣化することが問題となっていた。
また、環境温度の変化を考慮した撮像レンズは、4枚以上のレンズから構成されており、構成が大型となったり、高価な撮像レンズとなっていた。
特開平11−52227号公報
本発明の目的は、環境温度の変化による焦点位置のずれを抑制し、解像度の劣化を防止できるとともに、小型化、低コスト化を達成する撮像レンズ及び撮像装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明に係る撮像レンズは、物体側から順に、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のレンズと、開口絞りと、像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2のレンズと、正の屈折力を有する第3のレンズとを有し、第1乃至第3のレンズは、レンズ面が非球面に形成され、以下の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする。
1.2<T/f<1.7 ・・・(1)
0.9×Ts<|R|<1.2×Ts ・・・(2)
0.65×(Ts+T)<|R|<1.1×(Ts+T) ・・・(3)
ただし、
f:レンズ系全体の焦点距離、
T:第1のレンズの物体側頂点から像面までの距離、
Ts:開口絞りから第2のレンズの入射側軸上頂点までの距離、
:第2のレンズの軸上厚み、
:第2のレンズの入射側の面の曲率半径、
:第2のレンズの像側の面の曲率半径
である。
また、上述したような目的を達成する本発明に係る撮像装置は、物体側から順に、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のレンズと、開口絞りと、像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2のレンズと、正の屈折力を有する第3のレンズとを有する撮像レンズと、撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、第1乃至第3のレンズは、レンズ面が非球面に形成され、以下の条件式(4)〜(6)を満足することを特徴とする。
1.2<T/f<1.7 ・・・(4)
0.9×Ts<|R|<1.2×Ts ・・・(5)
0.65×(Ts+T)<|R|<1.1×(Ts+T) ・・・(6)
ただし、
f:レンズ系全体の焦点距離、
T:第1のレンズの物体側頂点から像面までの距離、
Ts:開口絞りから第2のレンズの入射側軸上頂点までの距離、
:第2のレンズの軸上厚み、
:第2のレンズの入射側の面の曲率半径、
:第2のレンズの像側の面の曲率半径
である。
本発明の撮像レンズでは、環境温度の変化による焦点位置のズレを低減し、焦点位置のズレに伴う解像度の劣化を防止するとともに、小型化、低コスト化を達成することができる。また、本発明は、非点収差、歪曲収差、球面収差を良好に補正することができ、広角で結像性能の高い撮像レンズを提供できる。
また、本発明の撮像レンズは、プラスティックレンズを用いた場合においても、環境温度の変化による焦点位置のズレを防止できるので、プラスティックレンズを用いることによる高生産性を可能とする。
本発明の撮像装置は、簡単な構成で、環境温度の変化による焦点位置のズレを低減し、焦点位置のズレに伴う解像度の劣化を防止できるので、品質を向上させるとともに、コンパクト化、薄型化及び低コスト化を実現できる。
以下、本発明が適用された撮像装置について説明する。
本発明が適用された撮像装置は、例えば、携帯型の無線電話装置やPDA等の内部に備えられる。この撮像装置は、撮像レンズと、この撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えている。
撮像素子は、例えば、対角線の長さが1/6インチ程度の略方形状の受光面を有するCCDやCMOS等の光電変換素子であり、受光面に略格子状に画素が配設され、それぞれの画素ごとの受光量に基づく電気信号を出力する。この撮像素子は、例えば、縦横に352×288個の画素が配設されたCIF(Common Intermediate Format)規格や、640×480個の画素が配設されたVGA(Video Graphics Array)規格に対応する解像度とされている。
撮像素子は、対向する撮像レンズの光軸方向の適切な位置に受光面が合うように調整されている。そして、撮像素子は、撮像レンズが集光する光を受光することで、物体像を撮像する。撮像素子は、各画素の受光量に基づく電気信号を制御回路に出力する。尚、制御回路に出力された電気信号は、この制御回路内においてデジタル信号に変換され、画像データとして各種記憶媒体に記録される。
以上のように構成された撮像装置は、撮像レンズにより物体像を撮像素子の受光面に結像することで、物体を撮像する。
次に、本発明の撮像レンズの実施の形態について説明する。尚、本実施の形態において、使用する記号は下記の通りである。
:第1のレンズLの入射側の面の曲率半径(但し、物体側軸上に頂点を持つ場合を正の符号とする。R以下はこの符号と同様とする。単位[mm])
:第1のレンズLの像側の面の曲率半径
:第2のレンズLの入射側の面の曲率半径
:第2のレンズLの像側の面の曲率半径
:第3のレンズLの入射側の面の曲率半径
:第3のレンズLの像側の面の曲率半径
T:第1のレンズLの物体側頂点から像面までの距離
Ts:開口絞りSから第2のレンズLの入射側軸上頂点までの距離
:第2のレンズLの軸上厚み
f:レンズ系全体の焦点距離
:第1のレンズLの焦点距離
:第2のレンズLの焦点距離
:第3のレンズLの焦点距離
νd:第2のレンズLのアッべ数
νd:第3のレンズLのアッべ数
本実施の形態の撮像レンズは、例えば、図1に示すように、物体側から順に、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非球面ガラスの第1のレンズLと、開口絞りSと、像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2のレンズLと、正の屈折力を有する第3のレンズLとが順に配列して構成される3群3枚構成とされている。
第3のレンズLの像側には、撮像光学系として用いる場合に、撮像レンズと固体撮像素子との間に挿入される赤外カットフィルター、ローパスフィルター、カバーガラス等の平行平面板Pと、固体撮像素子の撮像面Iとが設けられる。
このとき、以下の条件式(7)〜(9)を満たすようにされている。
1.2<T/f<1.7 ・・・(7)
0.9×Ts<|R|<1.2×Ts ・・・(8)
0.65×(Ts+T)<|R|<1.1×(Ts+T) ・・・(9)
第1のレンズLと第2のレンズLは、開口絞りSを挟んで凹面を相対向させて配置されており、また、開口絞りSを挟んで略対称なメニスカス形状に形成されており、十分なバックフォーカスと良好な結像性能を得ることができるとともに、収差を良好に補正することができる。
また、条件式(8)、(9)に示すように、第2のレンズLの物体側及び像側の曲率半径と開口絞りSまでの距離が略等しいので、収差を抑えるよう作用する。
第3のレンズLは、正の屈折力を有するので、像高を下げるように作用するとともに、CCD又はCMOS等のイメージセンサー(撮像素子)への入射角を小さくするように作用する。
また、負の屈折力を有する第2のレンズLの焦点距離fと、正の屈折力を有する第3のレンズLの焦点距離fとは、その絶対値が略等しくされている。例えば、第2のレンズLの焦点距離fは、約−8.1mmとされており、第3のレンズLの焦点距離fは、約6.5mmとされているので、それぞれのレンズの温度特性による焦点距離の変化をキャンセルするように作用する、すなわち、環境温度変化による全系の焦点距離にズレを生じさせない。
第1乃至第3のレンズL、L、Lは、全体として、正・負・正の構成及び条件式(7)〜(9)を満たすことにより、球面収差、色収差、非点収差、歪曲収差を良好に補正することができる。また、第3のレンズLが正の屈折力を有するので、像高を下げることができ、撮像素子への入射角を小さくすることができるとともに、全系の距離を短くすることができる。
また、第1のレンズLは、ガラスにより形成されており、温度依存性を持たないので、環境温度変化により、影響を受けにくい。
第2のレンズLと第3のレンズLとは、プラスティックレンズで構成することが可能である。プラスティックレンズは、環境温度の変化に対する形状、屈折率の変化がガラス材料に比較して大きいため、これらの環境変化による全系の性能変化を小さくするために、各レンズのパワー(屈折力)成分を適切に配分し、あるいは、複数のプラスティックレンズにより互いの変化を相殺するような補正効果を持たせることが望ましい。第2のレンズLと第3のレンズLとをプラスティックレンズとする場合、環境変化による性能の変化を抑え、諸収差を良好に補正するため、以下の条件式(10)、(11)を満たすことが望ましい。
25<νd<35 ・・・(10)
45<νd ・・・(11)
条件式(10)、(11)を満たすことにより、第2のレンズL及び第3のレンズLをプラスティックレンズとした場合において、環境温度変化による特性をうち消すことができるので、環境温度変化による焦点位置ズレ等の発生を防止でき、解像度の劣化を防止することができる。第2のレンズL及び第3のレンズLにプラスティックレンズを用いた場合の環境温度変化による焦点位置ズレの発生を防止できるので、高品質を保ちながら生産性を向上させることが可能となる。
さらに、以下の条件式(12)〜(14)を満たすことが望ましい。
0.8<f/f<1.2 ・・・(12)
1.2<|f/f|<1.7 ・・・(13)
0.6<f/f<1.6 ・・・(14)
条件式(12)は、第1のレンズL1の焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。条件式(12)の上限を越えて第1のレンズLの正のパワー(屈折力)が小さくなると、全系のパワー(屈折力)を保つために第3のレンズLの正のパワー(屈折力)を大きくせざるを得ず、非点隔差が大きくなると共に、バックフォーカスを十分に確保することが困難となる。上限式(12)の下限を下回って第1のレンズLの正のパワー(屈折力)が大きくなると、像面湾曲の補正が困難となり、環境変化に対する性能変化が大きくなる。
条件式(13)は、第2のレンズLの焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。
条件式(13)の上限を越えて第2のレンズLの負のパワー(屈折力)が小さくなると、収差補正量が足りなくなり、各収差量が大きくなってしまう。条件式(13)の下限を下回って第2のレンズLの負のパワー(屈折力)が大きくなると、全系のパワー(屈折力)を保つために第3のレンズLの正のパワー(屈折力)を大きくせざるを得ず、非点隔差が大きくなると共に、バックフォーカスを十分に確保することが困難となる。
条件式(14)は、第3のレンズLの焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。条件式(14)の上限を越えて第3のレンズLの正のパワー(屈折力)が小さくなると、像高が大きくなるとともに、撮像素子への入射角が大きくなってしまう。条件式(14)の下限を下回って第3のレンズLの正のパワー(屈折力)が大きくなると、非点隔差が大きくなると共に、バックフォーカスを十分に確保することが困難となる。
この条件式(12)〜(14)を満たすことにより、球面収差、色収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差を良好に補正することができる。
さらに、以下の条件式(15)〜(20)を満たすことが好ましい。
>1.0 ・・・(15)
>1.5 ・・・(16)
<−0.3 ・・・(17)
<−0.5 ・・・(18)
>3.0 ・・・(19)
<−5.0 ・・・(20)
条件式(15)〜(20)を満たすことにより、第2及び第3のレンズの焦点距離f,fの絶対値が略等しくなり環境温度変化による性能の変化を抑えることができるとともに、像面湾曲の補正、結像性能が良好となり、コマ収差、歪曲収差の補正も良好となる。
以上のように構成された本実施の形態の撮像レンズは、全系の距離を短縮し広角な撮像レンズを実現でき、球面収差、色収差、非点収差、歪曲収差等の各収差を良好に補正することが可能となる。さらに、本実施の形態の撮像レンズは、プラスティックレンズを使っても環境温度が変化しても焦点位置ずれが起こらず、解像度の劣化を防止することができ、3群3枚のうち、量産性に優れたプラスティックレンズを2枚使うことにより、高生産性、低コストを実現できる。この撮像レンズでは、具体的には、第2のレンズLの焦点距離fは、約−8.1mmとされており、第3のレンズLの焦点距離fは、約6.5mmとされているので、環境温度が30℃変化したときに、焦点距離変化を30μm以下に抑えることができる。
以下に、本発明を適用した撮像レンズの構成を、数値データ、収差図を挙げて、更に具体的に説明する。
図1は、実施例1のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は以下に示すとおりのものとする。
また、図2は、実施例2のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は以下に示すとおりのものとする。実施例2のレンズ構成は、具体的な数値構成を除き、実施例1のレンズ構成と同様であり、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
各数値データにおいて、fは焦点距離(単位:mm)を示し、FnoはFナンバーを示し、ωは半画角(単位:degree)を示し、Tはレンズ全長(単位:mm)を示し、Tsは開口絞りSから第2のレンズLの入射側軸上頂点までの距離(単位:mm)を示すものである。
各実施例の数値データにおいて、R(i=1,2,・・・)は、物体側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、d(i=1,2,・・・)は、物体側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、n(i=1,2,・・・)は、物体側から数えてi番目の光学要素のd線(588nm)に対する屈折率、νd(i=1,2,・・・)は、物体側から数えてi番目のレンズのd線に対するアッベ数を示している。
また、第1〜第3のレンズの第1面〜第6面は、非球面で構成されている。この非球面の形状は次式で表される形状である。但し、光軸からの高さがyとなる非球面上の座標点の非球面頂点の接平面からの距離をxとし、非球面頂点の曲率(1/R)をcとする。また、Kは円錐係数を表し、A,B,C及びDは、それぞれ、4次、6次、8次及び10次の非球面係数を表すものである。
Figure 2005352317
図3、図4は、実施例1、2の諸収差(左から順に、球面収差及び色収差、非点収差、歪曲収差)を示すものである。球面収差及び色収差では、破線(d)が587.56nm(d線)での球面収差による色収差、実線(e)が546.07nm(e線)での球面収差による色収差、一点鎖線(F)が486.13nm(F線)での球面収差による色収差を示すものである。非点収差では、実線(S)がサジタルの像面、破線(M)がメリジオナルの像面を表すものである。歪曲収差では、横軸は歪曲%で表わすものである。
実施例1,2の撮像レンズは、図3、図4の各収差図に示すように、各収差ともバランス良く補正されている。
《実施例1構成データ》
= 2.068 d= 1.152 n= 1.58 νd= 59.3
= 4.240 d= 1.486
= -0.862 d= 0.711 n= 1.58 νd= 29.0
= -1.300 d= 0.100
= 4.561 d= 1.550 n= 1.53 νd= 55.8
= -14.355
《実施例1非球面データ》
第1面: K= -0.475 , A= 0.913×10−2 , B= 0.164×10−2 , C= -0.519×10−4 , D= 0.484×10−4
第2面: K= -2.846 , A= 0.707×10−2 , B= -0.820×10−2, C= 0.314×10−2 , D= -0.471×10−3
第3面: K= -0.206 , A= 0.613×10−1 , B= 0.314×10−1 , C= 0.389×10−1 , D= 0.697×10−1
第4面: K= -0.315 , A= -0.130×10−1, B= 0.926×10−2 , C= 0.223×10−2 , D= 0.217×10−2
第5面: K= -33.90 , A= -0.293×10−2, B= 0.0 , C= 0.0 , D= 0.0
第6面: K= 23.85 , A= -0.102×10−1, B= 0.0 , C= 0.0 , D= 0.0
《実施例1構成データ》
f(焦点距離) = 5.6
Fno(開口数) = 4.0
ω(半画角)= 31.8
T(レンズ全長)= 7.88
Ts= 0.81
《実施例2構成データ》
= 2.360 d= 1.018 n= 1.58 νd= 59.3
= 5.119 d= 1.7857
= -0.890 d= 0.650 n= 1.58 νd= 29.0
= -1.425 d= 0.080
= 3.129 d= 1.550 n= 1.53 νd= 55.8
= -14.479
《実施例2非球面データ》
第1面: K= -1.148 , A= 0.137×10−1 , B= 0.190×10−2 , C= -0.223×10−3 , D= 0.8356×10−4
第2面: K= -0.0176 , A= 0.536×10−2 , B= -0.316×10−2, C= 0.743×10−3 , D= -0.778×10−4
第3面: K= -1.071 , A= 0.228×10−1 , B= -0.147×10 , C= 0.760×10−1 , D= 0.239×10−4
第4面: K= -0.637 , A= -0.228×10−1 , B= 0.447×10−2 , C= -0.754×10−2 , D= 0.496×10−2
第5面: K= -19.45 , A= -0.513×10−2 , B= 0.131×10−3 , C= 0.0 , D= 0.0
第6面: K= 23.95 , A= -0.710×10−2 , B= -0.273×10−3, C= 0.0 , D= 0.0
《実施例2構成データ》
f(焦点距離) = 5.6
Fno(開口数) = 2.9
ω(半画角)= 31.6
T(レンズ全長)= 7.99
Ts= 0.84
本発明を適用した撮像レンズは、PDAや携帯電話等に内蔵又は外付けされるカメラに用いられるのみならず、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、パソコン等に内蔵又は外付けされるカメラに用いることができる。
本発明を適用した撮像レンズの第1の実施の形態のレンズ構成図である。 本発明を適用した撮像レンズの第2の実施の形態のレンズ構成図である。 本発明を適用した撮像レンズの実施例1の諸収差図である。 本発明を適用した撮像レンズの実施例2の諸収差図である。
符号の説明
L1 第1のレンズ、L2 第2のレンズ、L3 第3のレンズ、S 開口絞り

Claims (4)

  1. 物体側から順に、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のレンズと、開口絞りと、像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2のレンズと、正の屈折力を有する第3のレンズとを有し、
    上記第1乃至第3のレンズは、レンズ面が非球面に形成され、
    以下の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    1.2<T/f<1.7 ・・・(1)
    0.9×Ts<|R|<1.2×Ts ・・・(2)
    0.65×(Ts+T)<|R|<1.1×(Ts+T) ・・・(3)
    ただし、
    f:レンズ系全体の焦点距離、
    T:第1のレンズの物体側頂点から像面までの距離、
    Ts:開口絞りから第2のレンズの入射側軸上頂点までの距離、
    :第2のレンズの軸上厚み、
    :第2のレンズの入射側の面の曲率半径、
    :第2のレンズの像側の面の曲率半径
    である。
  2. 上記第2のレンズ及び上記第3のレンズは、プラスティックレンズからなり、以下の条件式(4)、(5)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。
    25<νd<35 ・・・(4)
    45<νd ・・・(5)
    ただし、
    νd:第2のレンズのアッベ数、
    νd:第3のレンズのアッベ数
    である。
  3. さらに、以下の条件式(6)〜(8)を満足することを特徴とする請求項2記載の撮像レンズ。
    0.8<f/f<1.2 ・・・(6)
    1.2<|f/f|<1.7 ・・・(7)
    0.6<f/f<1.6 ・・・(8)
    ただし、
    :第1のレンズの焦点距離、
    :第2のレンズの焦点距離、
    :第3のレンズの焦点距離
    である。
  4. 物体側から順に、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のレンズと、開口絞りと、像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2のレンズと、正の屈折力を有する第3のレンズとを有する撮像レンズと、
    上記撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
    上記第1乃至第3のレンズは、レンズ面が非球面に形成され、
    以下の条件式(9)〜(11)を満足することを特徴とする撮像装置。
    1.2<T/f<1.7 ・・・(9)
    0.9×Ts<|R|<1.2×Ts ・・・(10)
    0.65×(Ts+T)<|R|<1.1×(Ts+T) ・・・(11)
    ただし、
    f:レンズ系全体の焦点距離、
    T:第1のレンズの物体側頂点から像面までの距離、
    Ts:開口絞りから第2のレンズの入射側軸上頂点までの距離、
    :第2のレンズの軸上厚み、
    :第2のレンズの入射側の面の曲率半径、
    :第2のレンズの像側の面の曲率半径
    である。
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