JP2006126792A - 小型撮像レンズ系 - Google Patents

Abstract

【課題】 より一層小型で低コスト且つ量産を実現しつつ、大きな画角での画質を高めることができ、特に、回折・屈折レンズを用いる三枚レンズ構成の小型撮像レンズ系を提供する。
【解決手段】 物体側から順に、開口絞りと、両凸の第１レンズと、物体側に凹面を向けた第２レンズと、結像面に凹面を向けた第３レンズから構成され、該第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズはすべてプラスチックレンズであり、少なくともいずれかのレンズの１面が格子構造を持つ回折光学面である。
【選択図】 図１

Description

本発明は小型撮像レンズ系に係り、特に携帯電話やＰＣカメラなどの小型撮像素子に好適な小型撮像レンズ系に関する。

近年、マルチメディアの進展に伴い、ノートパソコンやテレビ電話や携帯電話などに搭載されるＣＣＤ(Charged Coupled Device)又はＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの固体結像デバイスの撮像素子に対する需要が多くなってきている。それによって、レンズ系の小型化及び軽量化ももっと厳しく要求されている。

一方、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの生産技術の進歩に伴い、各画素が数ミクロンになる結像デバイスがすでに生産されて、レンズ系の小型化と高解像度が要求される。こうした理由から、小型軽量化、低コスト化、優れた光学性能、且つ高画質を有する小型撮像レンズ系の開発が、現在の小型撮像素子の発展方針として、次第に進められている。

なお、ここでレンズ系の小型化とは、レンズの第1面から結像面までの距離（レンズ系の全長）が短いということである。
また、軽量化及び低コストとは、全体に含まれているレンズの枚数が少なく、且つレンズの量産加工と組立しやすいということである。
また、レンズ系の優れた性能及び高画質とは、以下の項目に該当する場合である。
１．明るさ（小さなＦナンバー、一般的には２.８以下）
２．大きな画角（半画角が３０°以上）
３．均一な像面照度（ケラレを少なくして、像面周辺の照度を高める）
４．高解像度（各種の単色の収差が適切に補正され、色収差が少ない）

単純に、軽量化及び低コストのためには、プラスチックレンズを一枚だけ用いることが好ましい。しかし、普通の単レンズは以下二つの不足がある。第一は色収差の補正ができず、第二は大きい画角での画質が低いということである。非特許文献１には回折レンズの色収差を補正する用途が開示されている。一枚構成レンズ系の色収差を補正するため、レンズ表面に回折格子をエッチングして、屈折・回折レンズを形成し、回折光学原理に基づいてレンズ材料による光の分散を補正する。このような設計のレンズ系は、例えば、特許文献１，２，３に開示されている。しかし、一枚の屈折・回折レンズの大きな画角での画質はやはり低く、歪曲収差、像面湾曲、非点収差の補正が不可能なことがある。

また、特許文献４、５、６に開示されているように、二枚構成のレンズ系の設計において、色収差を補正するため、二つのレンズとしてはアッベ数の差が大きな光学材料を選ばなければならない。

そして、一枚構成のレンズ系や二枚構成のレンズ系において、ガラス（若しくはプラスチック）レンズの枚数が少ないので、レンズ系の軸外視野の収差を補正する能力が低くなりすぎ、像面湾曲、非点収差及び歪曲収差が良好に補正されず、高画質を確保することができなくなる。従って、これらの構成のレンズ系は低解像度（例えば１１万画素、若しくは３０万画素）の製品には適用されるが、高解像度（例えば１３０万画素）の製品については応用できなくなる。

以上述べてきた問題点を解決して、視野が大きくても良好な結像性能を高め、高解像度製品に応用できるようにするため、三枚レンズを用いた三枚構成を選び、これにより、大きい画角を確保し、諸収差を良好に補正することができる。特許文献７と８に開示されているように、記載されている三枚構成のレンズ系は、いずれも物体側から順に、開口絞り、正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有するに第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズを配列して、レンズ系の全長（開口絞りから結像面までの距離）が短縮できる構造になっているが、結像面に入射する主光線（Chief Ray）の入射角を小さくするため、物体側と第１レンズの間に開口絞りを設置し、また、色収差の発生抑えるため、正、負パワーを有するレンズに対して、それぞれアッベ数の差が大きい光学材料を採用している。

単純に、低コストのためには、プラスチックレンズを三枚用いることが好ましい。しかし、すでに多種の光学プラスチックが生産されてはいるが、優れた光学性能（例えば屈折率、アッベ数、光透過率など）を持っている光学用のプラスチックの種類が少なく、大部分は携帯電話のデジタルカメラなどに用いられている。更に、プラスッチクの吸水率（Water Absorbency）という問題を考えてみれば、非結晶のポリオレフィン材料Ｚｅｏｎｅｘ（Polyolefin又はCyclo-olefin Polymers）だけの吸湿性は非常に低い（＜０.０１％）が、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）の吸湿性は約１.５％、ポリカーボネート（ＰＣ）の吸湿性は約０.４％になって、もし二つのプラスチックレンズを異なる材料で製造すると、全系は、レンズの吸湿による変形によって、光学性能を低減する可能性がある。従って、優れた光学性能や環境安定性を有する光学用プラスチックの種類が有限であるため、三枚ともプラスチックレンズを採用して色収差の発生を抑える三枚構成のレンズ系は、その実現が難しくなっている。

これらの問題点に鑑みて、低コスト且つ良好な結像性能を有する小型撮像レンズ系を提供することが必要になる。
欧州特許出願公開０８１９９５２号明細書 米国特許第６０５５１０５号明細書 米国特許出願公開２００３−０１１７７０９号明細書 米国特許出願公開２００３−０１１７７２３号明細書 米国特許出願公開２００４−００３６９８３号明細書 欧州特許出願公開１３５７４１４号明細書 特開２００１−０７５００６号公報 米国特許出願公開２００３−０１９３６０５号明細書 玲木等、高田聡、「雲光技術」、回折レンズ系の光学設計

本発明は、上記小型撮像レンズ系のコストが高い問題と、大きな視野での画質が低い問題を克服して、低コスト化ないし大きな視野での良好な画質が実現できる小型撮像レンズ系を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る小型撮像レンズ系は、物体側から順に、開口絞りと、両凸の第１レンズと、物体側に凹面を向けた第２レンズと、結像面に凹面を向けた第３レンズから構成され、該第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズはすべてプラスチックレンズであり、諸レンズ面のうち、少なくともいずれかのレンズの１面が格子構造（回折格子）を持つ回折光学面であるように構成されている。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第２レンズはメニスカスレンズであることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第３レンズはメニスカスレンズであることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズと第２レンズは正のパワーを有し、上記第３レンズは負のパワーを有することが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズのうち、少なくともいずれかのレンズの１面が非球面とされることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズは、別々に少なくとも１面が非球面とされることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第２レンズの両面が共に非球面であることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第３レンズの両面は共に非球面であることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズは同じ光学用プラスチックで製造されることと、レンズの吸湿による変形が原因で光学性能が低減されることを防止するため、前記光学用プラスチックは非結晶のポリオレフィン材料であることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、全系の小型化を実現するため、開口絞りから像面までの距離をＴ、全系の焦点距離をｆとした時、条件式
１.４＜Ｔ／ｆ＜１.８ ．．．（１）
を満足することが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、単色収差の発生を抑え、全長を小さくする要求を満たすため、第１レンズの焦点距離をｆ１とした時、条件式
０.７＜ｆ１／ｆ＜１.２ ．．．（２）
を満足することが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、軸外収差をより一層補正するため、第３レンズの焦点距離をｆ３とした時、条件式
−９＜ｆ３／ｆ＜−１.７ ．．．（３）
を満足することが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、像面湾曲を補正するため、第２レンズの物体側に近い表面の表面曲率半径の絶対値をＲ４、レンズ材料の屈折率をｎとした時、条件式
−０.６＜Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕＜−０.３ ．．．（４）
を満足することが好ましい。
ここで、Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕は第２レンズの物体側に近い表面からの前側焦点距離と全系の焦点距離との比率と定義される。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、全系の色収差を補正し、且つ加工し易くするため、第１レンズの結像面に近い表面の表面回折位相関数のうち第２層目位相係数をＣ_２、回折光学面の高さを標準化するパラメータをＲ_ｎとした時、条件式
−４７０＜Ｃ_２×ｆ１／Ｒ_ｎ ^２＜−２８０ ．．．（５）
を満足することが好ましい。

従来技術と比べ、本発明の小型撮像レンズ系は、非球面金型を用いて、金型鋳造（Glass Moulded Optics lens technology；GMO）の方法で量産を実現し、且つ同じ種類のプラスチック材を採用して、製造工程の複雑性とコストをより低減することができ、回折光学面の採用によって、色収差が補正され、レンズ系の光学性能を改善し、また、より一層小型化の要求が満足できる。

図１は本発明の小型撮像レンズ系の構成模式図である。光は物体側から入射し、物体側に置いた開口絞り１０、両凸の第１レンズ２０、物体側に凹面を向けた第２レンズ３０、結像面に凹面を向けた第３レンズ４０、及び赤外線フィルター５０を透過して、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの結像面６０に到達する。該第１レンズ２０、第２レンズ３０及び第３レンズ４０は全部プラスチックレンズであり、諸レンズ面のうち、少なくともいずれかの一枚のレンズの１面が格子構造（回折格子）を持つ回折光学面である。

前記回折格子構造を持つ回折光学面の拡大模式図は図２に示すようになる。

本発明に係る小型撮像レンズ系では、第２レンズはメニスカスレンズであることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第３レンズはメニスカスレンズであることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズ２０及び第２レンズ３０は正のパワーを有し、第３レンズ４０は負のパワーを有することが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第２レンズ２０の結像面６０側の凸面は回折格子構造を持つ回折光学面であることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズ２０、第２レンズ３０及び第３レンズ４０のうち、少なくともいずれかのレンズの１面が非球面を有することすることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第１レンズ２０、第２レンズ３０及び第３レンズ４０は、別々に少なくとも１面が非球面を有することが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第２レンズ３０の両面は共に非球面であることが好ましい。

また、本発明に係る小型撮像レンズ系では、第３レンズ４０の両面は共に非球面であることが好ましい。

その他、本発明に係る小型撮像レンズ系では、三枚のレンズを同じ光学用プラスチックで製造するのが最適で、これにより、製造工程の複雑性を低減させ、共にコストを一層下げることができる。

さらに、本発明に係る小型撮像レンズ系では、前記光学用プラスチックは非結晶のポリオレフィン材料を選ぶことが最適で、該材料の低吸水性（吸水率＜０.０１％）に基づいて、レンズの吸湿による変形に起因する全系の光学性能の低下を防止する。

まず、物体側から結像面６０に向かって、第１レンズ２０と第２レンズ３０は正のパワーを有し、第３レンズ４０は負のパワーを有する構造が選ばれるが、このような正正負の構造は、物体側から結像面６０に向かって、第１レンズ２０が正のパワーを有し、第２レンズ３０が負のパワーを有し、第３レンズ４０が正のパワーを有する正負正の構造と比べて、全長を短縮するのに一層効果がある。

全系の小型化を実現するため、該小型撮像レンズ系は以下の条件式（１）を満足する。該条件式（１）は全体の長さを制限している。レンズ系の全長は、焦点距離比、画質と直接な関係があり、特に、主光線射出角を制御すべき場合、小型化を図りつつ画質を高めることができる。
１.４＜Ｔ／ｆ＜１.８ ．．．（１）
但し、
Ｔ：開口絞りから像面までの距離
ｆ：全系の焦点距離

また、第１レンズ２０は以下の条件式（２）を満足する。該条件式（２）は、単色収差の発生を抑えると共に、レンズ系の全長を小さくする要求、即ち条件式（１）を満たすため求められた第１レンズ２０の光学パワーの割り当てを規定している。ｆ１／ｆ値が下限である０.７より大きければ、第１レンズ２０の各面の曲率半径が小さすぎないので、高次球面収差、コマ収差、倍率色収差が所定範囲に制限される。逆にｆ１／ｆ値が上限である１.２より小さければ、光学パワーが第１レンズ２０によって、適当に割り当てられるようになって、全長が有効に短縮される。
０.７＜ｆ１／ｆ＜１.２ ．．．（２）
但し、
ｆ１：第１レンズの焦点距離

また、第３レンズ４０は以下の条件式（３）を満足する。該条件式（３）は第３レンズ４０の光学パワーの割り当てを規定している。ｆ３／ｆ値が下限である−９より大きければ、負光学パワーが第３レンズ４０により適当に割り当てられるようになって、軸外収差の補正に効果がある。逆にｆ３／ｆ値が上限である−１.７より小さければ、第３レンズ４０により割り当てられた負光学パワーが大きくなりすぎなくなり、第１レンズ２０の大きすぎる正のパワーによる収差補正の難しい現象を回避する。
−９＜ｆ３／ｆ＜−１.７ ．．．（３）
但し、
ｆ３：第３レンズの焦点距離

また、第２レンズ３０の物体側に近い表面からの前側焦点距離と全系の総焦点距離との比は、以下の条件式（４）を満足する。ここで、Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕は第２レンズ３０の物体側に近い表面からの前側焦点距離と全系の焦点距離との比率である。該条件式（４）は像面湾曲を補正して求められるフラットフィールドにおける規定である。Ｒ４に関して、Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕値が上限である０.３より小さければ、第３レンズの物体側の光学パワーが大きくなりすぎなくなり、更に、前レンズによる正のコマ収差を良好に補正するようになり、また、Ｒ４値が小さすぎないので全系の高次収差を減少させる。逆にＲ４に関して、Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕値が下限である−０.６より大きければ、第２レンズ３０の物体側の表面による負ペッツバール（Petzval）像面湾曲に関して、他の面によるペッツバール像面湾曲和を補償することができて、像面湾曲の補正がし易くなる。該表面は全系における最小曲率半径の湾曲面であり、全系において像面湾曲を補正すると共に高次収差を制限するためには、曲率半径の小さい面の曲率半径が開口絞りの位置と同じになるよう、第２レンズ３０は開口絞り側に凹に曲がっていなければならない。
−０.６＜Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕＜−０.３ ．．．（４）
但し、
Ｒ４：第２レンズの物体側の面の表面曲率半径の絶対値
ｎ：レンズ材料の屈折率

また、第１レンズ２０は以下の条件式（５）を満足する。該条件式（５）は第１レンズ２０の結像面６０に近い表面にある格子構造（回折格子）に対する光学パワーの割り当てを制限してある。回折光学面の位相係数Ｃ_２によりＣ_２×ｆ１／Ｒ_ｎ ^２値が下限である−４７０より大きければ、格子構造の大きい格子間隔が確保できて、加工しやすくなる。逆に回折光学面の位相係数Ｃ_２によるＣ_２×ｆ１／Ｒ_ｎ ^２値が上限である−２８０より小さければ、格子構造の適当な光学パワーが確保できて、良好的に全系の色収差を補正できるようになる。
−４７０＜Ｃ_２×ｆ１／Ｒ_ｎ ^２＜−２８０ ．．．（５）
但し、
Ｃ_２：第１レンズの結像面に近い面の表面回折位相関数のうち第２層目位相係数
Ｒ_ｎ：回折光学面の高さを標準化するパラメータ

次に、具体な実施例によって本発明の撮像レンズ系を、図３Ａ乃至図２６を参照しつつ説明する。

以下の各実施例において、非球面形状の計算式は

を参照する。
但し、ｘ：表面の一点から該表面頂点のタンジェンシャル(Tangential)平面までの距離、ｒ：光軸から表面までの高さ、ｋ：二次元曲面係数、ｃ：非球面頂点の曲率、Ａ_２ｉ：第２ｉ階の非球面形状の係数である。

そして、第１レンズ２０の結像面６０側の表面には格子構造を備えているが、該格子構造表面は以下の位相変調表示式

により示す。
但し、Φ(r)：回折格子表面が回折格子表面に入射する光波に対する位相変調、ｒ：光軸から回折格子表面までの高さ、Ｒ_ｎ：回折光学面の高さを標準化するパラメータ、Ｃ_２ｉ：第２ｉ階の位相係数である。

また、Ｔ：開口絞りから像面までの距離、ｆ：全系の焦点距離、ＦＮｏ：Ｆナンバー、ω：半画角、２ω：画角、ψ：最大主光線の射出角、Ｒ：レンズ表面の曲率半径、ｄ：レンズ表面から光軸までの距離、Ｎｄ：材料の屈折率、υ：材料のアッベ数、とする。そして、表面番号１から７は、それぞれ開口絞り、第１レンズ２０の物体側に近い表面、第１レンズ２０の結像面６０側に近い表面、第２レンズ３０の物体側に近い表面、第２レンズ３０の結像面６０側に近い表面、第３レンズ４０の物体側に近い表面、第３レンズ４０の結像面６０側に近い表面を表すものとする。

更に、第１実施例から第８実施例において、三枚のレンズは全て日本ゼオン株式会社製の非結晶のポリオレフィン材料Ｚｅｏｎｅｘ Ｅ４８Ｒ（ｎ=1.53116017、υ=56.0）から製造されたものである。

［第１実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表１、表２及び表３の条件を満足する。

図３Ａ乃至図５は、この第１実施例の表１、表２及び表３を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図３Ａ）、歪曲収差（図３Ｂ）、軸上点の球面収差（図４）及び倍率色収差（図５）を示す。ここで、図３Ａと図３Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２５.８μｍで、共に２３個の環状帯がある。

［第２実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表４、表５及び表６の条件を満足する。

図６Ａ乃至図８は、この第２実施例の表４、表５及び表６を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図６Ａ）、歪曲収差（図６Ｂ）、軸上点の球面収差（図７）及び倍率色収差（図８）を示す。ここで、図６Ａと図６Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２８.６μｍで、共に２２個の環状帯がある。

［第３実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表７、表８及び表９の条件を満足する。

図９Ａ乃至図１１は、この第３実施例の表７、表８及び表９を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図９Ａ）、歪曲収差（図９Ｂ）、軸上点の球面収差（図１０）及び倍率色収差（図１１）を示す。ここで、図９Ａと図９Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２１.８μｍで、共に２３個の環状帯がある。

［第４実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表１０、表１１及び表１２の条件を満足する。

図１２Ａ乃至図１４は、この第４実施例の表１０、表１１及び表１２を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図１２Ａ）、歪曲収差（図１２Ｂ）、軸上点の球面収差（図１３）及び倍率色収差（図１４）を示す。ここで、図１２Ａと図１２Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２６.４μｍで、共に２３個の環状帯がある。

［第５実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表１３、表１４及び表１５の条件を満足する。

図１５Ａ乃至図１７は、この第５実施例の表１３、表１４及び表１５を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図１５Ａ）、歪曲収差（図１５Ｂ）、軸上点の球面収差（図１６）及び倍率色収差（図１７）を示す。ここで、図１５Ａと図１５Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２７.４μｍで、共に２６個の環状帯がある。

［第６実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表１６、表１７及び表１８の条件を満足する。

図１８Ａ乃至図２０は、この第６実施例の表１６、表１７及び表１８を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図１８Ａ）、歪曲収差（図１８Ｂ）、軸上点の球面収差（図１９）及び倍率色収差（図２０）を示す。ここで、図１８Ａと図１８Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２１.４μｍで、共に２３個の環状帯がある。

［第７実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表１９、表２０及び表２１の条件を満足する。

図２１Ａ乃至図２３は、この第７実施例の表１９、表２０及び表２１を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図２１Ａ）、歪曲収差（図２１Ｂ）、軸上点の球面収差（図２２）及び倍率色収差（図２３）を示す。ここで、図２１Ａと図２１Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２１.４μｍで、共に２３個の環状帯がある。

［第８実施例］
本発明の小型撮像レンズ系は以下の表２２、表２３及び表２４の条件を満足する。

図２４Ａ乃至図２６は、この第８実施例の表２２、表２３及び表２４を満足する小型撮像レンズ系における像面湾曲（図２４Ａ）、歪曲収差（図２４Ｂ）、軸上点の球面収差（図２５）及び倍率色収差（図２６）を示す。ここで、図２４Ａと図２４Ｂはそれぞれ像面湾曲曲線と歪曲収差曲線を示す。これらの図に示すように、前記像面湾曲、歪曲収差、軸上点の球面収差及び倍率色収差等は良好に補正することができる。該例において、回折格子の高さは１.１０６μｍ、最小格子間隔は２２.５μｍで、共に２３個の環状帯がある。

表２５は上記八つの各実施例に対応する、例えば、Ｆナンバー（ＦＮｏ）、画角（２ω）、主光線の射出角（ψ）、全系の焦点距離（ｆ）、第１レンズの焦点距離（ｆ１）、第２レンズの焦点距離（ｆ２）及び第３レンズの焦点距離（ｆ３）等を含む光学特性と、及び前記の各条件式に対応する数値を示す。

以上見てきたように、本発明の小型撮像レンズ系は以下の利点を持っている。第一は、非球面金型を用いて、金型鋳造（Glass Moulded Optics lens technology；GMO）の方法で量産を実現し、光学プラスチックを採用するにより製造工程の複雑性を減少する。異なる材料に対して金型鋳造の工程要求も違っているため、同じ種類のプラスチック材を採用して、製造工程の複雑性とコストをより一層低減することができる。第二は、回折光学面の採用によって、同じ種類のプラスチック材を採用したレンズ系に対しても、回折光学原理に基づいて、レンズ材料の屈折による分散を補正することができて、色収差が補正され、共に格子構造に高次非球面が形成されているので、レンズ系の光学性能が非常に良好に改善される。これ以外に、本発明に係る小型撮像レンズ系は、物体側から結像面に向かって、第１レンズと第２レンズは正のパワー、第３レンズは負のパワーを有する構造が選ばれるが、このような正正負の構造は、物体側から結像面６０に向かって、第１レンズ２０が正のパワーを有し、第２レンズ３０が負のパワーを有し、第３レンズ４０が正のパワーを有する正負正の構造と比べ、全長を短縮するのに一層効果があって、より一層小型化することができる。

なお、該レンズ系は、大きい視野（画角が６０°以上）での画質が非常によく、像面湾曲、非点収差及び歪曲収差が良好に補正され、且つ倍率色収差も少なくなる。

本発明の小型撮像レンズ系の構成模式図。 回折格子構造を持つ回折光学面輪郭の拡大模式図。 本発明の小型撮像レンズ系の第１実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第１実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第１実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第１実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第２実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第２実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第２実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第２実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第３実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第３実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第３実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第３実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第４実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第４実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第４実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第４実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第５実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第５実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第５実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第５実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第６実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第６実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第６実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第６実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第７実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第７実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第７実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第７実施例の倍率色収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第８実施例の像面湾曲を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第８実施例の歪曲収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第８実施例の軸上点の球面収差を示す図。 本発明の小型撮像レンズ系の第８実施例の倍率色収差を示す図。

符号の説明

１０ 開口絞り
２０ 第１レンズ
３０ 第２レンズ
４０ 第３レンズ
５０ 赤外線フィルター
６０ 結像面

Claims (12)

1. 物体側から順に、開口絞りと、両凸の第１レンズと、物体側に凹面を向けた第２レンズと、結像面に凹面を向けた第３レンズから構成され、該第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズはすべてプラスチックレンズであり、それらのレンズ面のうち、少なくともいずれかのレンズの１面が格子構造（回折格子）を持つ回折光学面であることを特徴とする小型撮像レンズ系。
2. 上記第２レンズはメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１に記載の小型撮像レンズ系。
3. 上記第３レンズはメニスカスレンズであることを特徴とする請求項２に記載の小型撮像レンズ系。
4. 上記第１レンズと第２レンズは正のパワーを有し、上記第３レンズは負のパワーを有することを特徴とする請求項３に記載の小型撮像レンズ系。
5. 上記第１レンズの結像面に近い凸面が格子構造を持つ回折光学面であることを特徴とする請求項４に記載の小型撮像レンズ系。
6. 開口絞りから像面までの距離をＴ、全系の焦点距離をｆとした時、条件式
   １.４＜Ｔ／ｆ＜１.８ ．．．（１）
   を満足することを特徴とする請求項５に記載の小型撮像レンズ系。
7. 第１レンズの焦点距離をｆ１とした時、条件式
   ０.７＜ｆ１／ｆ＜１.２ ．．．（２）
   を満足することを特徴とする請求項６に記載の小型撮像レンズ系。
8. 第３レンズの焦点距離をｆ３とした時、条件式
   −９＜ｆ３／ｆ＜−１.７ ．．．（３）
   を満足することを特徴とする請求項７に記載の小型撮像レンズ系。
9. 第２レンズの物体側の面の表面曲率半径の絶対値をＲ４、レンズ材料の屈折率をｎとした時、条件式
   −０.６＜Ｒ４／〔ｆ×（ｎ−１）〕＜−０.３ ．．．（４）
   を満足することを特徴とする請求項８に記載の小型撮像レンズ系。
10. 第１レンズの結像面に近い面の表面回折位相関数のうち第２層目位相係数をＣ_２、回折光学面の高さを標準化するパラメータをＲ_ｎとした時、条件式
    −４７０＜Ｃ_２×ｆ１／Ｒ_ｎ ^２＜−２８０ ．．．（５）
    を満足することを特徴とする請求項９に記載の小型撮像レンズ系。
11. 上記第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズのうち、少なくともいずれかのレンズの１面が非球面を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかの一項に記載の小型撮像レンズ系。
12. 上記第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズは、別々に少なくとも１面が非球面を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかの一項に記載の小型撮像レンズ系。
    

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