JP2006267570A

JP2006267570A - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP2006267570A
Application number: JP2005085791A
Authority: JP
Inventors: Sayuri Noda; さゆり野田
Original assignee: Largan Precision Co Ltd
Current assignee: Largan Precision Co Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】適切なパワー配置により各レンズの性能を確保しつつ、製造誤差を少なくして量産性の向上を図ると共に、固体撮像素子を使用した撮影光学系の画質として好適な周辺性能の極端な劣化が少ない撮影レンズを提供すること。
【解決手段】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、第４レンズＬ４により構成された撮影レンズであって、第１レンズＬ１が、物体側に凸面を向けた平凸もしくは正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２が、物体側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３が、像側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する正メニスカスレンズであり、第４レンズＬ４が、物体側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する正メニスカスレンズである。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、物体側から順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズにより構成された４枚レンズ構成の撮影レンズに関する。

本発明に係る撮影レンズは、ＣＣＤやＭＯＳなどの固体撮像素子を用いた撮像装置、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影光学系や、携帯電話等の携帯端末に組み込まれる高画素カメラの撮影光学系に用いられている。

デジタルカメラの低価格化や携帯電話への高画素カメラの搭載が進み、このような撮像装置に用いられる撮影光学系は、高性能に対応するため、製造誤差が厳しいものが多く、そのため、安定した製品供給が難しい傾向がある。

小型、低コスト、かつ、高画素対応の高性能な撮影レンズとしては、レンズを４枚で構成する光学系が広く用いられており、例えば、下記特許文献１〜６に開示される撮影レンズが提案されている。

特許文献１では、第１レンズと第２レンズが共にガラスレンズであり、これらレンズを接合して構成しているが、外径の小さなガラスレンズを接合するのは技術的に難しく、大量生産には向かない高価な撮影レンズとなる。また、第１レンズは両凸レンズ、第２レンズは両凹レンズとなっており、大きなパワーを有している。

特許文献２〜６は、プラスチックレンズを多用し、低コスト化と小型化を図っているが、４枚のレンズ構成が物体側から順に、正、負、正、正の構成であり、最も強いパワーを有する第１レンズが両凸形状であるため、第１レンズに負荷がかかりやすくなっている。
特開２００２−２２８９２２号公報特開２００４−３４１０１３号公報特開２００５−４０２７号公報特開２００５−４０２８号公報特開２００５−２４５８１号公報特開２００５−２４８８９号公報

以上のように、これら従来技術に係る撮影レンズでは、第１レンズと第２レンズのパワーが強いため、製造誤差が大きく量産性の面で問題があった。また、レンズの広角化と小型化を同時に達成しようとすると、第１レンズと第２レンズのパワーは更に強くなり、ペッツバール和の過剰補正で周辺性能の劣化が大きくなるという問題が生じる。これを解決するためには、第３レンズのパワーを大きくしなければならないが、その結果、各レンズのパワーが大きくなってしまう。従って、製造誤差も更に増大し、非常に量産性の悪い光学系になるという悪循環を生じてしまう。

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、適切なパワー配置により各レンズの性能を確保しつつ、製造誤差を少なくして量産性の向上を図ると共に、固体撮像素子を使用した撮影光学系の画質として好適な周辺性能の極端な劣化が少ない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、
物体側から順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズにより構成された撮影レンズであって、
第１レンズが、物体側に凸面を向けた平凸もしくは正メニスカスレンズであり、
第２レンズが、物体側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する負メニスカスレンズであり、
第３レンズが、像側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する正メニスカスレンズであり、
第４レンズが、物体側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する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。

かかる構成を有する撮影レンズの作用・効果を説明する。この撮影レンズは、４枚のレンズにより構成され、物体側から順に、開口絞り、物体側に凸面を向けた平凸もしくは正メニスカスレンズ（第１レンズ）、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（第２レンズ）、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ（第３レンズ）、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ（第４レンズ）により構成される。第１レンズと第２レンズは、メニスカスレンズにより構成されており、従来技術に比べると、パワーを抑制した構成となっている。また、４枚のレンズのうち、少なくとも第２・第３・第４レンズは、両面が非球面形状により構成され、所望のレンズ性能を達成できるようにしている。レンズ性能については、後述する各実施例を見てもわかるように、収差を程よく抑制したレンズ構成が実現できている。その結果、適切なパワー配置により各レンズの性能を確保しつつ、製造誤差を少なくして量産性の向上を図ると共に、固体撮像素子を使用した撮影光学系の画質として好適な周辺性能の極端な劣化が少ない撮影レンズを提供することができる。

本発明において、ｆを撮影レンズ全系の合成焦点距離、ｆ₁を第１レンズの焦点距離とした場合、
０．７５＜ｆ₁／ｆ＜１．２５
の関係を満足することが好ましい。

ｆ₁／ｆ≦０．７５では、第１レンズのパワーが強くなりすぎ、球面収差、コマ収差が悪化して、誤差感度が高くなる。ｆ₁／ｆ≧１．２５では、第１レンズのパワーが弱くなり、光学全長が長くなるため小型化の達成が困難になる。

本発明において、ｆ₂を第２レンズの焦点距離、ｆ₃を第３レンズの焦点距離とした場合、
０．５＜｜ｆ₂｜／ｆ₃＜１．１
の関係を満足することが好ましい。

｜ｆ₂｜／ｆ₃≦０．５では、第３レンズ（正）のパワーが弱くなり、第１レンズ（正）のパワーが増大する。そのため、第２レンズ（負）のみではコマ収差が補正不足となり、周辺性能が劣化する。｜ｆ₂｜／ｆ₃≧１．１では、第２レンズ（負）に対して第３レンズ（正）のパワーが強くなるため、色収差のバランスが崩れ、画面中心部での性能が劣化する。また、小型化の面でも不利となる。

本発明において、ｒ₇を第４レンズの物体側面の曲率半径、ｒ₈を第４レンズの像側面の曲率半径とした場合、
８．５＜｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜＜１６．０
の関係を満足することが好ましい。

｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜≦８．５では、第４レンズ（正）のパワーが弱くなるので、周辺光量が確保できず、画角が小さくなると共に全長が長くなる。また、ＣＣＤ（固体撮像素子）への入射角も大きくなる。｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜≧１６．０では、第４レンズ（正）のパワーが強くなり、周辺光量を確保し、ＣＣＤへの入射角を小さくするためには、レンズ周辺部の形状を大きく湾曲させる必要があり、レンズの成型が困難な形状となる。

本発明において、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがいずれもプラスチックレンズであり、かつ、第２レンズと第３レンズと第４レンズの合成焦点距離をｆ₂₃₄とした場合、
｜ｆ₂₃₄｜／ｆ＞３．０
の関係を満足することが好ましい。

プラスチックを採用することで、これらレンズの両面を容易に非球面形状とすることができる。また、｜ｆ₂₃₄｜／ｆ≦３．０では、第２・第３・第４レンズをプラスチックで形成した場合、温度変化時の焦点移動が大きくなる。

本発明に係る４枚構成の撮影レンズ系の好適な実施例を図面を用いて説明する。図１〜図９に、実施例１から実施例９までのレンズ構成図（図１Ａ〜図９Ａ）と、光学系特性データ（図１Ｂ〜図９Ｂ）を示す。本発明に係る撮影レンズ系は、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９Ａは、各実施例における光学系の配置を示す。各実施例において、撮影レンズ系は、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、第４レンズＬ４、平行平面ガラス２、３、結像面４が配置されている。

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り、第２レンズＬ２は、物体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、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第４レンズＬ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。すなわち、４枚レンズ構成の光学系である。平行平面ガラス２は、ＩＲ（赤外）カットフィルターとしての機能を有し、平行平面ガラス３は、固体撮像素子のカバーガラスとして機能する。結像面４には、ＣＣＤ、ＭＯＳ等の固体撮像素子が配置される。

実施例１〜４，６〜８は、第１レンズＬ１が平凸レンズで形成され、実施例５，９は、第１レンズが正メニスカスレンズで形成される。第２レンズＬ２，第３レンズＬ３，第４レンズＬ４は、いずれも両面が非球面形状を有し、プラスチックで形成することが好ましい。実施例６〜８は、第１レンズＬ１の第１面が非球面形状を有しており、プラスチックで形成することができる。

第２レンズＬ２、第３レンズＬ３，第４レンズＬ４について、面形状に変曲点を有するレンズもあるが、近軸での形状とパワーに基づいて、正メニスカスレンズあるいは負メニスカスレンズの範疇に属するものと定められる。

＜レンズ諸元・収差図について＞
図１Ｂ〜図９Ｂ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。焦点距離ｆは、全系の焦点距離（ｍｍ）である。その下に、１，２・・・１２とあるのは、物体側から順に面の番号を示している。面番号１，２は第１レンズＬ１、面番号３，４は第２レンズＬ２，面番号５，６は第３レンズＬ３、面番号７，８は第４レンズＬ４に相当する。面番号９，１０，１１，１２は、平行平面ガラス２，３なので曲率半径は∞となっている。なお、曲率半径は近軸上における曲率半径（ｍｍ）を示している。ｄは、面間隔（ｍｍ）を示す数値である。

また収差図として、球面収差、非点収差、歪曲収差が夫々示されている。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。実用的に問題ないレベルまで収差が補正されていることがわかる。

各レンズはいずれも非球面形状を有している。非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ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）Ｈ²／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋ＡＨ⁴＋ＢＨ⁶＋ＣＨ⁸＋ＤＨ¹⁰＋ＥＨ¹²
となる。各実施例の非球面係数は図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに示される。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、ｆを撮影レンズ全系の合成焦点距離、ｆ₁を第１レンズＬ１の焦点距離とした場合、
０．７５＜ｆ₁／ｆ＜１．２５
の関係を満足することが好ましい。

ｆ₁／ｆ≦０．７５では、第１レンズＬ１（正）のパワーが強くなりすぎ、球面収差、コマ収差が悪化して、誤差感度が高くなる。ｆ₁／ｆ≧１．２５では、第１レンズＬ１（正）のパワーが弱くなり、光学全長が長くなるため小型化の達成が困難になる。

本発明において、ｆ₂を第２レンズＬ２（負）の焦点距離、ｆ₃を第３レンズＬ３の焦点距離とした場合、
０．５＜｜ｆ₂｜／ｆ₃＜１．１
の関係を満足することが好ましい。

｜ｆ₂｜／ｆ₃≦０．５では、第３レンズＬ３（正）のパワーが弱くなり、第１レンズＬ１（正）のパワーが増大する。そのため、第２レンズＬ２（負）のみではコマ収差が補正不足となり、周辺性能が劣化する。｜ｆ₂｜／ｆ₃≧１．１では、第２レンズＬ２（負）に対して第３レンズＬ３（正）のパワーが強くなるため、色収差のバランスが崩れ、画面中心部での性能が劣化する。また、小型化の面でも不利となる。

本発明において、ｒ₇を第４レンズＬ４の物体側面の曲率半径、ｒ₈を第４レンズＬ４の像側面の曲率半径とした場合、
８．５＜｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜＜１６．０
の関係を満足することが好ましい。

｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜≦８．５では、第４レンズＬ４（正）のパワーが弱くなるので、周辺光量が確保できず、画角が小さくなると共に全長が長くなる。また、ＣＣＤ（固体撮像素子）への入射角も大きくなる。｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜≧１６．０では、第４レンズＬ４（正）のパワーが強くなり、周辺光量を確保し、ＣＣＤへの入射角を小さくするためには、レンズ周辺部の形状を大きく湾曲させる必要があり、レンズの成型が困難な形状となる。

本発明において、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４がいずれもプラスチックレンズであり、かつ、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離をｆ₂₃₄とした場合、
｜ｆ₂₃₄｜／ｆ＞３．０
あるいは（０＜ｆ／｜ｆ₂₃₄｜＜１／３）
の関係を満足することが好ましい。

プラスチックを採用することで、これらレンズの両面を容易に非球面形状とすることができる。また、｜ｆ₂₃₄｜／ｆ≦３．０では、第２・第３・第４レンズＬ２〜Ｌ４をプラスチックで形成した場合、温度変化時の焦点移動が大きくなる。

以上のパラメータについて、各実施例の数値をまとめたものを表１に示す。

本発明に係る撮影レンズは、正メニスカスレンズや負メニスカスレンズを使用することで適切なパワー配置とすると共に、各レンズの性能を確保している。また、レンズのパワーを抑制して製造誤差を少なくして量産性の向上を図ると共に、固体撮像素子を使用した撮影光学系の画質として好適な周辺性能の極端な劣化が少ない撮影レンズを提供できている。また、プラスチックレンズを使用しているため、変曲点を有する非球面を容易に成型することができる。また、最も像側に近い第４レンズＬ４が正メニスカスレンズであるため、ＣＣＤ（結像面）への入射角を小さくすることができる。

本発明に係る撮影レンズ系は、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できる。

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１，２，３の非球面係数を示す図実施例４，５，６の非球面係数を示す図実施例７，８，９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（ＩＲカットフィルター）
３平行平面ガラス（カバーガラス）
４結像面
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ
Ｌ４第４レンズ

Claims

物体側から順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズにより構成された撮影レンズであって、
第１レンズが、物体側に凸面を向けた平凸もしくは正メニスカスレンズであり、
第２レンズが、物体側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する負メニスカスレンズであり、
第３レンズが、像側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する正メニスカスレンズであり、
第４レンズが、物体側に凸面を向け、両面が非球面形状を有する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。
ｆを撮影レンズ全系の合成焦点距離、ｆ₁を第１レンズの焦点距離とした場合、
０．７５＜ｆ₁／ｆ＜１．２５
の関係を満足することを特徴とする請求項1に記載の撮影レンズ。
ｆ₂を第２レンズの焦点距離、ｆ₃を第３レンズの焦点距離とした場合、
０．５＜｜ｆ₂｜／ｆ₃＜１．１
の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影レンズ。
ｒ₇を第４レンズの物体側面の曲率半径、ｒ₈を第４レンズの像側面の曲率半径とした場合、
８．５＜｜ｒ₇＋ｒ₈｜／｜ｒ₇―ｒ₈｜＜１６．０
の関係を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがいずれもプラスチックレンズであり、かつ、第２レンズと第３レンズと第４レンズの合成焦点距離をｆ₂₃₄とした場合、
｜ｆ₂₃₄｜／ｆ＞３．０
の関係を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮影レンズ。