JP2006106321A - 撮影レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 各レンズのパワーを小さく抑えて偏芯敏感度を軽減し、諸収差を良好に補正した３枚構成の撮影レンズを提供すること。
【解決手段】物体側から開口絞り１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の順に配置された撮影レンズであって、第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた平凸レンズもしくは正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、物体側から開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズに関するものである。

近年における携帯電話は、撮影機能を備えたものが一般的になってきており、携帯電話の中にＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子と撮影レンズとが組み込まれている。固体撮像素子の小型化及び高性能化に伴い、撮影レンズに対しても更なる小型化の要求が高まっている。また、携帯電話の普及に伴って多種多様の撮像素子が開発され、夫々の撮像素子の大きさに対する全長の制限や製造条件を含めた難度の高い光学設計が求められている。

例えば、下記特許文献１に開示される撮影レンズは、３枚構成のレンズにより小型化を達成している。すなわち、物体側から順に、開口絞り、正の屈折力を有する両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凹面を向けた第２レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズを配置している。

しかしながら、かかるレンズ配置の場合、次のような問題がある。第１レンズが両凸形状であるため、パワーが強く、同時に負レンズである第２レンズのパワーも収差補正のために強くする必要がある。このように各レンズのパワーが強くなると、レンズ全体として偏芯敏感度が高くなってしまう。
特開２００４−４５６６号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、各レンズのパワーを小さく抑えて偏芯敏感度を軽減し、諸収差を良好に補正した３枚構成の撮影レンズを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る撮影レンズは、
物体側から開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた平凸レンズもしくは正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、
第３レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とするものである。

かかる撮影レンズの作用・効果を説明する。この撮影レンズの光学系は第１〜第３レンズの３枚構成である。同じ３枚構成の特許文献１の撮影レンズと比較すると、特許文献１では第１レンズが両凸レンズであるのに対して、本発明の第１レンズは、物体側に凸面を向けた平凸レンズもしくは正メニスカスレンズを配置する。これにより、第１レンズのパワーの増大を抑制すると共に、第２レンズのパワーも抑制することができる。また、第２レンズと第３レンズについては、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とすることで、パワーを抑制しつつ諸収差を補正することができる。以上のように、各レンズのパワーを小さく抑えて偏芯敏感度を軽減し、諸収差を良好に補正した３枚構成の撮影レンズを提供することができる。

本発明において、第１レンズの焦点距離をｆ₁とし、第３レンズの焦点距離をｆ₃とした時、
０．９＜ｆ₃／ｆ₁＜２．７
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ₃／ｆ₁≦０．９では、第１レンズと第３レンズのパワー配分が不適切となり、収差補正が困難となる。また、ｆ₃／ｆ₁≧２．７では、第１レンズのパワーが大きくなりすぎ、偏芯敏感度が高くなる。

本発明において、レンズ全系の合成焦点距離をｆとし、第２レンズの厚みをｄ₂とした時、
５．０＜ｆ／ｄ₂＜１１．０
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／ｄ₂≦５．０では、撮像素子が大きくなると、レンズが厚くなりすぎ全長が長くなる。ｆ／ｄ₂≧１１．０では、撮像素子が小さくなると、レンズが薄くなりすぎ製造が困難となる。従って、本発明の構成によれば、幅広い撮像素子の大きさに適応可能である。

本発明に係る第２レンズ及び第３レンズがプラスチックレンズであることが好ましい。これにより、非球面形状を有するレンズの製造を容易に行うことができる。

本発明において、第３レンズの物体側の曲率半径をＲ₃₁とし、第３レンズの像側の曲率半径をＲ₃₂とした時、
１．０＜Ｒ₃₂／Ｒ₃₁＜７．０
の条件式を満足することが好ましい。

Ｒ₃₂／Ｒ₃₁≦１．０では、周辺部のサグ量が大きくなり結像面までのフランジバックが短くなる。Ｒ₃₂／Ｒ₃₁≧７．０では、中心部と周辺部でレンズ厚みの差が大きくなり、プラスチックレンズの場合、温度変化や成形誤差などの製造バラツキが大きくなる。

本発明において、第２レンズと第３レンズの合成焦点距離をｆ₂₃とし、レンズ全系の合成焦点距離をｆとした時、
ｆ／｜ｆ₂₃｜＜０．４
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／｜ｆ₂₃｜≧０．４では、第２・第３レンズをプラスチックで形成した場合、温度変化時の焦点位置の移動が大きくなる。

本発明に係る撮影レンズの好適な実施例を図面を用いて説明する。図１〜図５に、実施例１から実施例７までのレンズ構成図（図１Ａ〜図１２Ａ）と、光学系特性データ及び収差図（図１Ｂ〜図１２Ｂ）を示す。図１３〜図１７は、各実施例の非球面データを示す図である。本発明に係る３枚構成の撮影レンズは、携帯機器、特に携帯電話に内蔵される光学系として特に好適な構成を備えているものである。

＜レンズ構成図について＞
図１Ａ〜図７Ａには、各実施例における光学系の配置を示す。第１実施例に係る２焦点レンズ系は、広角側にセットした場合、光軸に沿って物体側から順に、開口絞り１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、平行平面ガラス２、結像面３が配置されている。すなわち、３枚のレンズにより光学系が構成される。

第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた平凸レンズもしくは正メニスカスレンズである。実施例７と１２が平凸レンズを用いた実施例である。他の実施例は正メニスカスレンズである。本発明における第１レンズＬ１は、両凸レンズに比べてパワーの増大を抑制することができる。第２レンズＬ２は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた負レンズである。実施例１〜１２では、両面が非球面形状を有する実施例を示している。第３レンズＬ３は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。実施例１〜１２では、両面が非球面形状を有する実施例を示している。

平行平面ガラス２は、赤外カットフィルターとしての機能を有する。結像面３には、ＣＣＤ等の固体撮像素子が配置される。なお、実施例７，８，９，１１は、平行平面ガラス２が２枚設けられており、赤外カットフィルターとＣＣＤのカバーガラスとしての機能を有する。固体撮像素子としてＣＭＯＳセンサーをチップオンボードで構成する場合、薄い樹脂の膜でセンサーを保護できるので、カバーガラスは不要となる。

＜レンズ諸元・収差図について＞
図１Ｂ〜図１２Ｂについて説明する。図の一番上にレンズ諸元として、焦点距離ｆ・ＦナンバーＦ・画角２ωが示されている。その下の表に、１，２・・・８（９，１０）とあるのは、物体側から順に面の番号を示している。ｒは近軸上における曲率半径（ｍｍ）を示している。例えば、第１実施例において第７面と第８面は、平行平面ガラス２なので、いずれも∞となっている。ｄは、面間隔（ｍｍ）を示す数値である。ｎｄは各レンズＬ１〜Ｌ３及び平行平面ガラス２の屈折率を示し、ｖｄは各レンズＬ１〜Ｌ３及び平行平面ガラス２のアッベ数を示す。

また、ｆ₁は第１レンズＬ１の焦点距離、ｆ₃は第３レンズＬ３の焦点距離。ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ₂₃は第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の合成焦点距離、ｄ₂は第２レンズＬ２の厚み、Ｒ₃₁は第３レンズＬ３の物体側の曲率半径、Ｒ₃₂は第３レンズＬ３の像側の曲率半径を示している。

図１Ｂ〜図１２Ｂには、各実施例について、球面収差、非点収差、歪曲収差の図を示している。いずれの図もｄ線についてのデータであり、非点収差についてはサジタル像面（Ｓ）に関するデータと、メリジオナル像面（Ｍ）に関するデータの両方を示している。これらの収差図からも分かるとおり、実用的に問題のないレベルまで収差が補正されていることが分かる。

図１３〜図１７の非球面形状を説明する。非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを非球面係数として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘを、面頂点を基準として表わすと
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｈ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２＋ＦＨ^１４＋ＧＨ^１６
となる。Ｒは近軸曲率半径、Ｋはコニカル係数である。非球面係数のＥ−０３などの表記は１０^−３を意味する。

本発明においてｆ₁、ｆ₃、ｄ₂、Ｒ₃₁、Ｒ₃₂、ｆ₂₃に関する数値範囲を次のように設定することが好ましい。

（１）０．９＜ｆ₃／ｆ₁＜２．７
ｆ₃／ｆ₁≦０．９では、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３のパワー配分が不適切となり、収差補正が困難となる。また、ｆ₃／ｆ₁≧２．７では、第１レンズＬ１のパワーが大きくなりすぎ、偏芯敏感度が高くなる。

（２）５．０＜ｆ／ｄ₂＜１１．０
ｆ／ｄ₂≦５．０では、撮像素子が大きくなると、レンズが厚くなりすぎ全長が長くなる。ｆ／ｄ₂≧１１．０では、撮像素子が小さくなると、レンズが薄くなりすぎ製造が困難となる。

（３）１．０＜Ｒ₃₂／Ｒ₃₁＜７．０
Ｒ₃₂／Ｒ₃₁≦１．０では、周辺部のサグ量が大きくなり結像面までのフランジバックが短くなる。Ｒ₃₂／Ｒ₃₁≧７．０では、中心部と周辺部でレンズ厚みの差が大きくなり、プラスチックレンズの場合、温度変化や成形誤差などの製造バラツキが大きくなる。

（４）ｆ／｜ｆ₂₃｜＜０．４
ｆ／｜ｆ₂₃｜≧０．４では、第２・第３レンズをプラスチックで形成した場合、温度変化時の焦点位置の移動が大きくなる。

なお、実施例１〜１２の実際のデータは、表１のようになっている。

また、実施例１〜１２について、ｄ（面間隔）のデータの総和を光学全長（ただし、平行平面ガラスの部分は空気換算距離に直して求めた。）として考えると、表２のようになる。

この表２からも分かるように、携帯電話に内蔵するのに好適な大きさになっていることが理解される。

本発明に係る撮影レンズは携帯電話等の携帯機器に特に好適であるが、デジタルカメラなどに用いることも可能である。

本発明において各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３はプラスチックで成形することが好ましい。特に非球面形状を有する場合は、プラスチックで成形することが好ましい。

実施例１のレンズ構成を示す図 実施例１の収差図・光学系特性データを示す図 実施例２のレンズ構成を示す図 実施例２の収差図・光学系特性データを示す図 実施例３のレンズ構成を示す図 実施例３の収差図・光学系特性データを示す図 実施例４のレンズ構成を示す図 実施例４の収差図・光学系特性データを示す図 実施例５のレンズ構成を示す図 実施例５の収差図・光学系特性データを示す図 実施例６のレンズ構成を示す図 実施例６の収差図・光学系特性データを示す図 実施例７のレンズ構成を示す図 実施例７の収差図・光学系特性データを示す図 実施例８のレンズ構成を示す図 実施例８の収差図・光学系特性データを示す図 実施例９のレンズ構成を示す図 実施例９の収差図・光学系特性データを示す図 実施例１０のレンズ構成を示す図 実施例１０の収差図・光学系特性データを示す図 実施例１１のレンズ構成を示す図 実施例１１の収差図・光学系特性データを示す図 実施例１２のレンズ構成を示す図 実施例１２の収差図・光学系特性データを示す図 実施例１〜実施例３の非球面係数を示す図 実施例４〜実施例６の非球面係数を示す図 実施例７〜実施例９の非球面係数を示す図 実施例１０、実施例１１の非球面係数を示す図 実施例１２の非球面係数を示す図

符号の説明

１ 開口絞り
２ 平行平面ガラス
３ 結像面
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ

Claims (6)

1. 物体側から開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであって、
   第１レンズは、物体側に凸面を向けた平凸レンズもしくは正メニスカスレンズであり、
   第２レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、
   第３レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする撮影レンズ。
2. 第１レンズの焦点距離をｆ₁とし、第３レンズの焦点距離をｆ₃とした時、
   ０．９＜ｆ₃／ｆ₁＜２．７
   の条件式を満足する請求項１に記載の撮影レンズ。
3. レンズ全系の合成焦点距離をｆとし、第２レンズの厚みをｄ₂とした時、
   ５．０＜ｆ／ｄ₂＜１１．０
   の条件式を満足する請求項１又は２に記載の撮影レンズ。
4. 第２レンズ及び第３レンズがプラスチックレンズである請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
5. 第３レンズの物体側の曲率半径をＲ₃₁とし、第３レンズの像側の曲率半径をＲ₃₂とした時、
   １．０＜Ｒ₃₂／Ｒ₃₁＜７．０
   の条件式を満足する請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
6. 第２レンズと第３レンズの合成焦点距離をｆ₂₃とし、レンズ全系の合成焦点距離をｆとした時、
   ｆ／｜ｆ₂₃｜＜０．４
   の条件式を満足する請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮影レンズ。

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