JP2007010773A - 撮影レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 最も物体側に開口絞りを配置したトリプレットレンズにおいて、従来よりも更に小型化を実現しながらもテレセントリック性が良好に補正された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正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、これら第１・第２・第３レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を両面が非球面のプラスチックレンズで形成し、ｆを全系の焦点距離、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時、
−０．２０＜ｆ／ｆ₂＜０．１５
−０．２５＜ｆ／ｆ₃＜０．２０
の条件式を満足する。
【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。

デジタルカメラや携帯端末（携帯電話等）などの小型化に伴い、これらに使用される撮影光学系についても更なる小型化が要求されている。撮影光学系に使用される撮像素子としては、一般的にＣＣＤが用いられており、その撮像素子の特性上、テレセントリック性を確保した撮影光学系の設計が要求されている。しかしながら一般的に、撮影光学系の小型化を実現するため、光学全長を短くすると、テレセントリック性が悪くなるという問題がある。

そこで、従来から上記テレセントリック性を改善した小型の撮影レンズとして、最も物体側に開口絞りを配置することで射出瞳位置を像面から遠ざけ、テレセントリック性を良好に確保したトリプレットレンズ（３枚構成のレンズ）が知られている。特に、プラスチック材料を用いて変曲点を有する非球面形状とすることで、光学性能とテレセントリック性を確保しつつ、光学全長の短縮化を図った従来技術として、下記特許文献１〜３に開示される撮影レンズが知られている。

特許文献１に係る撮影レンズは、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レンズにより構成されている。各レンズは、少なくとも一方の面が非球面形状に形成される。特許文献２に係る撮影レンズは、物体側に凸の正の第１レンズ、第１レンズの物体側又は像側に設けられる開口絞り、物体側に凹のメニスカス第２レンズ、物体側に凸のメニスカス第３レンズにより構成されている。第１・第２レンズは、少なくとも一方が非球面を含み、第３レンズは両面が非球面である。特許文献３に係る撮影レンズは、開口絞り、物体側と像側が凸の正の第１レンズ、物体側が凹で像側が凸の負の第２レンズ、像側の面が近軸近傍では像側に凹で、周辺に向かうに従い像側に凸になる非球面形状の正の第３レンズにより構成される。

特開２００４−４５６６号公報 特開２００４−２２６４８７号公報 特開２００４−２４００６３号公報

しかしながら、上記従来技術に係る撮影レンズは、次のような問題点を有している。すなわち、特許文献１では望遠比が１．３〜１．５５と大きく、望遠比が１．３の実施例はＦナンバーが４．１５と暗くなっている。特許文献２では、望遠比が１．４４〜１．８８と大きくなっている。特許文献３も、望遠比が１．４２〜１．５６と大きくなっている。ちなみに、望遠比（Ｔ／ｆ）とは、全系の焦点距離（ｆ）に対する光学全長（Ｔ）の比であり、光学全長（Ｔ）は、第１レンズの物体側面から像面までの距離（ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離）を示している。

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、最も物体側に開口絞りを配置したトリプレットレンズにおいて、従来よりも更に小型化を実現しながらもテレセントリック性が良好に補正された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正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、
第３レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、
これら第１・第２・第３レンズを両面が非球面のプラスチックレンズで形成し、ｆを全系の焦点距離、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時、
−０．２０＜ｆ／ｆ₂＜０．１５
−０．２５＜ｆ／ｆ₃＜０．２０
の条件式を満足す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。この撮影レンズの撮影光学系は、第１・第２・第３レンズの３枚構成（トリプレットレンズ）である。３枚のレンズは、全てプラスチックで形成すると共に、すべて両面を非球面形状としている。また、ｆ／ｆ₂とｆ／ｆ₃に関して、上記条件式を満足することで、後述の実施例からも分かるように、望遠比を抑制し小型化を実現すると共にテレセントリック性を良好に確保することができた。

ｆ／ｆ₂が−０．２０以下の場合、収差を改善するために第３レンズの正のパワーを強くしなければならなくなり、バックフォーカスが長くなってしまう。ｆ／ｆ₂が０．１５以上の場合、第１レンズのパワーが弱くなるため、光学全長が長くなる。ｆ／ｆ₃が−０．２５以下の場合、テレセントリック性が悪くなり、バックフォーカスも短くなるため、ＩＲカットフィルターやカバーガラスを配置するスペースを確保できなくなる。ｆ／ｆ₃が０．２０以上の場合、バックフォーカスが必要以上に長くなってしまう。以上のような条件式を採用することで、従来よりも更に小型化を実現しながらもテレセントリック性が良好に補正された撮影レンズを提供することができる。

本発明において、Ｒ₃₁を第３レンズの物体側曲率半径、Ｒ₃₂を第３レンズの像側曲率半径とした時、
０．５＜Ｒ₃₁／Ｒ₃₂＜３．０
の条件式を満足することが好ましい。

Ｒ₃₁／Ｒ₃₂が０．５以下では、第３レンズの正のパワーが強くなるため、第１レンズの正のパワーが弱くなり光学全長が長くなる。また、バックフォーカスも長くなる。Ｒ₃₁／Ｒ₃₂が３．０以上では、テレセントリック性が悪くなり、これを改善するためには第３レンズの像側非球面の周辺部分の傾斜角（面の法線と光軸が交わる角度）を大きくするしかなく、レンズ金型の加工が困難になる。

本発明において、ｄ₁を第１レンズの厚み、ｄ₃を第３レンズの厚みとした時、
１．５＜ｄ₃／ｄ₁＜２．１
の条件式を満足することが好ましい。

ｄ₃／ｄ₁が１．５以下では、第１レンズが厚くなりすぎ、光学全長が長くなる。ｄ₃／ｄ₁が２．１以上では、第１レンズが薄くなりすぎ、レンズを成型するのに必要なコバ厚を確保するために、Ｆナンバーを大きくしなければならず、暗いレンズになってしまう。

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１０に、実施例１から実施例１０までのレンズ構成図（図１Ａ〜図１０Ａ）と、光学系特性データ及び収差図（図１Ｂ〜図１０Ｂ）を示す。図１１〜図１４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、デジタルカメラあるいは携帯機器（例えば、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１０Ａ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，平行平面ガラス２、結像面３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正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。すなわち、３枚構成の光学系であり、いずれのレンズもメニスカスレンズである。なお、第２レンズＬ２は、正又は負のメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３も正又は負のメニスカスレンズである。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３共に、非常にパワーの弱いメニスカスレンズで構成されている。第３レンズＬ３の面には変曲点が形成されるが、近軸での形状とパワーに基づいて、正もしくは負のメニスカスレンズの範疇に属するものと定められる。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、結像面３には、ＣＣＤ等の固体撮像素子が配置される。

第１レンズＬ１は、両凸の正レンズではなく、正メニスカスレンズであり、同じパワーのレンズを両凸レンズで構成する場合に比較して、鏡筒も含めた全長の短縮化に寄与することができる。

各レンズＬ１〜Ｌ３は、プラスチック材料により成型されるため、ガラスレンズを使用する場合に比べて、材料コストを削減でき、材料の管理コストも低減できる。また、プラスチックを使用することで、各レンズのすべての面は、非球面により形成することができ、３枚という少ないレンズ枚数で所望の光学性能を達成することができる。なお、プラスチック材料については、特定の材料に限定されるものではない。

＜レンズ諸元・収差図について＞
図１Ｂ〜図１０Ｂ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・・・８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に相当する。面番号７，８は、平行平面ガラス２なので曲率半径ｒは∞となっている。なお、曲率半径ｒ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両面が非球面形状を有している。非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ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。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(全系の焦点距離)，ｆ₂（第２レンズＬ２の焦点距離），ｆ₃（第３レンズＬ３の焦点距離）について、次のような条件を満足することが好ましい。

（１）−０．２０＜ｆ／ｆ₂＜０．１５
（２）−０．２５＜ｆ／ｆ₃＜０．２０
ｆ／ｆ₂が−０．２０以下の場合、収差を改善するために第３レンズＬ３の正のパワーを強くしなければならなくなり、バックフォーカスが長くなってしまう。ｆ／ｆ₂が０．１５以上の場合、第１レンズＬ１のパワーが弱くなるため、光学全長が長くなる。ｆ／ｆ₃が−０．２５以下の場合、テレセントリック性が悪くなり、バックフォーカスも短くなるため、平行平面ガラス２を配置するスペースを確保できなくなる。ｆ／ｆ₃が０．２０以上の場合、バックフォーカスが必要以上に長くなってしまう。

また、Ｒ₃₁を第３レンズの物体側曲率半径、Ｒ₃₂を第３レンズの像側曲率半径とした時、
（３）０．５＜Ｒ₃₁／Ｒ₃₂＜３．０
の条件式を満足することが好ましい。

Ｒ₃₁／Ｒ₃₂が０．５以下では、第３レンズＬ３の正のパワーが強くなるため、第１レンズＬ１の正のパワーが弱くなり光学全長が長くなる。また、バックフォーカスも長くなる。Ｒ₃₁／Ｒ₃₂が３．０以上では、テレセントリック性が悪くなり、これを改善するためには第３レンズＬ３の像側非球面の周辺部分の傾斜角（面の法線と光軸が交わる角度）を大きくするしかなく、レンズ金型の加工が困難になる。

また、ｄ₁を第１レンズの厚み、ｄ₃を第３レンズの厚みとした時、
（４）１．５＜ｄ₃／ｄ₁＜２．１
の条件式を満足することが好ましい。

ｄ₃／ｄ₁が１．５以下では、第１レンズＬ１が厚くなりすぎ、光学全長が長くなる。ｄ₃／ｄ₁が２．１以上では、第１レンズＬ１が薄くなりすぎ、レンズを成型するのに必要なコバ厚を確保するために、Ｆナンバーを大きくしなければならず、暗いレンズになってしまう。

本発明に係る撮影レンズ系によれば、望遠比Ｔ／ｆ（Ｔは、第１レンズＬ１の物体側面（面番号１）から結像面までの長さ）を１．２０以下にすることができ、従来技術に比べて小型化を図ることができた。また、テレセントリック性についても、α（撮像素子への最大入射角）を２４．５゜以下にすることができ、良好に確保することができた。以上の点を、各実施例について、条件式にかかるパラメータと共に表１に示す。

ちなみに、テレセントリシティの面では、従来の小型ＣＣＤでは、主光線傾角が１５゜以内でレンズ系を射出させて撮像素子に入射させる必要があったが、現在では撮像素子分野での技術的な進歩（マイクロレンズの形状変更）に伴い、２５゜以下であれば許容されるようになってきている。

以上のように、本発明によれば望遠比を小さくすることができ、デジタルカメラや携帯機器に搭載するのに好適な大きさになっていることが理解される。

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 (3)

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正メニスカスレンズであり、
   第２レンズは、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、
   第３レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、
   これら第１・第２・第３レンズを両面が非球面のプラスチックレンズで形成し、ｆを全系の焦点距離、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時、
   −０．２０＜ｆ／ｆ₂＜０．１５
   −０．２５＜ｆ／ｆ₃＜０．２０
   の条件式を満足する撮影レンズ。
2. Ｒ₃₁を第３レンズの物体側曲率半径、Ｒ₃₂を第３レンズの像側曲率半径とした時、
   ０．５＜Ｒ₃₁／Ｒ₃₂＜３．０
   の条件式を満足する請求項１に記載の撮影レンズ。
3. ｄ₁を第１レンズの厚み、ｄ₃を第３レンズの厚みとした時、
   １．５＜ｄ₃／ｄ₁＜２．１
   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。
   

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