JP2007121820A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】極めて全長の短い構成としながらも、固体撮像素子に好適かつ良好な光学特性を確保することのできる撮像レンズを提供することを目的とする。
【解決手段】撮像レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第１レンズＬ１と、物体側に凹面を向けた負のパワーを有する第２レンズＬ２と、正のパワーまたは負のパワーを有する第３レンズＬ３と、が配置されている。第１レンズＬ１は当該第１レンズＬ１の物体側の面頂点１が開口絞りＳより物体側に位置するように配置されている。第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３のそれぞれに形成されている面のうち少なくとも４以上の面が非球面形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、３枚のレンズを用いた３枚構成のレンズ系の撮像レンズに関し、固体撮像素子を用いた携帯端末搭載カメラ、パソコンカメラ、監視カメラなど撮像装置の画像取込用に好適な撮像レンズに関するものである。

近年、携帯電話等における画像入力用のモジュールカメラやデジタルスチルカメラなどは、小型化が著しい。

また、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子に関しては、１画素あたりの大きさが縮小され、高解像度となり小型の固体撮像素子が急速に普及しつつある。これに対応する光学系としては、小型、低コスト、良好な光学特性といった条件を満たす光学系が要求される。

固体撮像素子の特性により、撮像レンズには像側のテレセントリック性が求められる。すなわち、固体撮像素子の各受光素子に大きな角度で入射光が入射した場合にはシェーディングが大きくなるために、周辺照度の低下が起こる。そのため像面上の各点について入射光の入射角を小さく抑える必要がある。

小型でありながらも像側のテレセントリック性を良好に維持した撮像レンズとしては、３枚のレンズを用いた３枚構成のレンズ系の撮像レンズが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００４−４５６６号公報 特開２００５−２０２０１９号公報

上記特許文献１および特許文献２に記載の撮像レンズにおいては、広角であり、諸収差が良好に補正された、高解像が得られる光学特性を実現している。

しかしながら、撮像レンズにおける光学系の全長は、最も短いものでも焦点距離の１．４倍程度となっているため、携帯端末などのより薄型が求められる光学系としては全長の短縮化が不十分である。

そのため、前述した光学特性はそのままで光学系の全長のみ短縮化されることが望まれている。

一般的に、光学系の全長の短縮化を図るためには３枚のレンズのパワーを大きくすると達成することが可能である。しかし、前記各レンズのパワーを大きくしたことに起因して、発生する収差が大きくなり、全体の収差を良好に補正することが困難になるという問題がある。

そこで、本発明は、極めて全長の短い構成としながらも、固体撮像素子に好適かつ良好な光学特性を確保することのできる撮像レンズを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第１のレンズと、物体側に凹面を向けた負のパワーを有する第２のレンズと、正のパワーまたは負のパワーを有する第３のレンズと、が配置され、前記第１のレンズは当該第１のレンズの物体側の面頂点が開口絞りより物体側に位置するように配置され、かつ前記第１のレンズ、前記第２のレンズおよび前記第３のレンズのそれぞれに形成されている面のうち４以上の面が非球面形状であることを特徴とする。

このように、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第１のレンズと、物体側に凹面を向けた負のパワーを有する第２のレンズと、正のパワーまたは負のパワーを有する第３のレンズと、が配置され、第１のレンズは当該第１のレンズの物体側の面頂点が開口絞りより物体側に位置するように配置され、かつ第１のレンズ、第２のレンズおよび第３のレンズのそれぞれに形成されている面のうち４以上の面が非球面形状であるので、光学系の全長の短縮化を図りつつ、固体撮像素子に好適な高い光学特性を確保することができる。また、第１のレンズの物体側の面頂点が開口絞りより物体側、つまり開口絞りが第１のレンズの物体側の面頂点より像側に位置するように配置されるので、軸外の収差の悪化を抑制することができる。さらに、第１のレンズ、第２のレンズおよび第３のレンズのそれぞれに形成されている面のうち４以上の面が非球面形状になっているので、各面で発生する収差を良好に補正することができる。

請求項２に記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記第１のレンズのパワーをΦ１、前記第２のレンズのパワーをΦ２、前記第３のレンズのパワーをΦ３とした場合に、｜Φ３｜<｜Φ２｜<Φ１の関係式を満足することを特徴とする。

このように、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズの順に、徐々にパワー（パワーの絶対値）が弱くなっていくように設定されているので、光学系の全長の短縮化を図ることができる。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、レンズ全系の焦点距離をｆ（単位＝ｍｍ）、前記第１のレンズの物体側の近軸曲率半径をｒ１（単位＝ｍｍ）とした場合に、０．２５<ｒ１／ｆ<０．５の関係式を満足することを特徴とする。

このように、開口絞りの近傍にある第１のレンズの物体側の近軸曲率半径ｒ１とレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値が０．２５<ｒ１／ｆ<０．５を満足するよう設定されているので、固体撮像素子の受光素子への入射光の入射角が大きくなるのを抑制しつつ光学系の全長の短縮化を図ることができる。

本発明によれば、光学系の全長の短縮化を図りつつ、固体撮像素子に好適かつ良好な光学特性を確保することができるという有効な効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

本発明に係る撮像レンズの構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第１のレンズ（以下、「第１レンズ」という。）Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負のパワーを有する第２のレンズ（以下、「第２レンズ」という。）Ｌ２と、正のパワーまたは負のパワーを有する第３のレンズ（以下、「第３レンズ」という。）Ｌ３と、が配置されている。

第１レンズＬ１は当該第１レンズＬ１の物体側の面頂点１が開口絞りＳより物体側に位置するように配置されている。つまり、開口絞りＳは、面頂点１（つまり面ｒ１）から距離ｒｓだけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。

第１レンズＬ１に形成されている面ｒ１，ｒ２、第２レンズＬ２に形成されている面ｒ３，ｒ４、および第３レンズＬ３に形成されている面ｒ５，ｒ６の６面のうち少なくとも４以上の面が非球面形状である。ここでは、６面全てが非球面形状になっている。

ここで、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向をＺ軸として直交座標系において、光軸からの高さをＹ、近軸曲率半径をｒ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ４〜Ａ１６とした場合に、次の数１の数式で表される。ただし、非球面係数はＡ１６までに限定されるものではない。つまり、非球面係数は必要な次数だけ用いることができる。

第３レンズＬ３の像面ＩＭＧ側にカバーガラスＣＧが配設されており、このカバーガラスＣＧには面ｒ７，ｒ８が形成されている。

上述したように、第１レンズＬ１の物体側の面ｒ１は近軸曲率半径の小さな面に設定されている。これにより固体撮像素子の受光素子への入射光の入射角が大きくなるのを抑制しつつ光学系の全長の短縮化を図ることができる。

第１レンズＬ１はその物体側の面頂点１が開口絞りＳより物体側に位置するように配置されているので、軸外の収差の悪化を抑制することができる。

第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３に形成されている複数の面（この例では６面）のうち少なくとも４面以上が非球面形状に形成されているので、各面において発生する収差を良好に補正することができる。

第１レンズＬ１のパワーをΦ１、第２レンズＬ２のパワーをΦ２、第３レンズＬ３のパワーをΦ３とした場合に、｜Φ３｜<｜Φ２｜<Φ１の関係式が満足するように設定されている。

このように、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の順に、徐々にパワー（パワーの絶対値）が弱くなっていくように設定されているので、光学系の全長の短縮化を図ることができる。この条件を満たせない場合は、光学系の全長の短縮化が困難となる不都合が発生する。

レンズ全系の焦点距離をｆ（単位＝ｍｍ）、第１レンズＬ１の物体側の近軸曲率半径をｒ１（単位＝ｍｍ）とした場合に、０．２５<ｒ１／ｆ<０．５の関係式が満足するように設定されている。

このように、開口絞りＳの近傍にある第１レンズの物体側の近軸曲率半径ｒ１とレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値が０．２５<ｒ１／ｆ<０．５を満足するように設定されているので、固体撮像素子の各受光素子への入射光の入射角が大きくなるのを抑制しつつ光学系の全長の短縮化を図ることができる。

以上説明したように本実施の形態に係る撮像レンズによれば、図１において第１レンズＬ１の面頂点１と像面ＩＭＧの点２との間の光軸上の距離、すなわち光学系の全長（以下、「光学系全長」という。）の短縮化を図りつつ、固体撮像素子に好適な広角かつ高画素数に対応した良好な光学特性を得ることができる。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明の撮像レンズについて詳細に説明する。

ここで、物体側から像面側に向かって順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、が配置されている。これを、条件１とする。

開口絞りＳは、面頂点１（つまり面ｒ１）から距離ｒｓだけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。これを、条件２とする。

第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３のそれぞれに形成されている面のうち少なくとも４以上の面が非球面形状である。これを、条件３とする。

第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３のそれぞれのパワーΦ１、Φ２、Φ３とした場合に、｜Φ３｜<｜Φ２｜<Φ１の関係式を満足する。これを、条件４とする。

レンズ全系の焦点距離をｆ（単位＝ｍｍ）、第１レンズＬ１の物体側の近軸曲率半径をｒ１（単位＝ｍｍ）とした場合に、０．２５<ｒ１／ｆ<０．５の関係式を満足する。これを、条件５とする。

図２は実施例１の撮像レンズの構成図を示している。この撮像レンズ１０において、第１レンズ１１、第２レンズ１２および第３レンズ１３は、それぞれ図１に示した第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３に対応する。

開口絞りＳは、第１レンズ１１の物体側の面頂点（つまり面ｒ１）から０．１５ｍｍ（＝距離ｒｓ）だけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。非球面は、第１レンズ１１の面ｒ１、面ｒ２、第２レンズ１２の面ｒ３、面ｒ４、および第３レンズ１３の面ｒ５、面ｒ６である。

図３（ａ）は球面収差（ｍｍ）を示し、図３（ｂ）は非点収差（ｍｍ）を示し、図３（ｃ）は歪曲収差（％）を示している。なお、図３（ａ）の球面収差においては、６５６．３ｎｍ、５８７．６ｎｍ、５４６．１ｎｍ、４８６．１ｎｍ、４３５．８ｎｍの各波長の光がそれぞれ入射した場合についての特性を示している（後述する実施例での球面収差についても同様である。）。

本実施例１の撮像レンズの数値例を、次の表１〜表４に示す。

なお、表１中、焦点距離ｆ（ｍｍ）はレンズ全系の焦点距離を示し、最大像高（ｍｍ）は光軸からの高さを示し、全長（ｍｍ）は光学系全長を示し上述した第１レンズＬ１の面頂点１と像面ＩＭＧの点２との間の距離に相当する。

また、表２において面番号ｒ１〜ｒ８、および表３において面番号ｒ１〜ｒ６は、図２に示した撮像レンズ１０のｒ１〜ｒ８の各面に対応する。また、表２において、曲率半径ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径（ｍｍ）を意味する。

さらに、表３中のＡ４〜Ａ１６の表記において、「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表し、その数値が直前の数値にかけられる。たとえば、面番号ｒ１に対応するＡ４の欄で「−１．６０５６６８７Ｅ−０２」は（−１．６０５６６８７）×１０^−０２を表す。

さらに、表４において、Φ１、Φ２、Φ３はそれぞれ第１レンズ１１、第２レンズ１２および第３レンズ１３のパワーを示す。また、ｒ１は第１レンズ１１の物体側の近軸曲率半径（ｍｍ）を示し、具体的には表２の面番号ｒ１に対応する曲率半径（ｍｍ）の欄の値である。さらに、ｆはレンズ全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）を示し、具体的には、表１の焦点距離の値である。

上述した「なお書き」の内容は、後述する実施例における表についても適用される。

ところで、図２に示した例からは、上記条件１および上記条件２を満足することが分かる。表３からは、非球面数は６面であり上記条件３を満足することが分かる。表４からは、上記条件４および上記条件５を満足することが分かる。また、表１より、光学系全長の焦点距離ｆに対する割合は、４．７８／４．２≒１．１４である。

本実施例１においては、上述した表１〜表４の諸値、図３の収差図より、焦点距離ｆの約１．１４倍という極めて光学系全長の短い構成でありながら、広角かつ良好な光学特性を得ることができる撮像レンズであることは明白である。

図４は実施例２の撮像レンズの構成図を示している。この撮像レンズ２０において、第１レンズ２１、第２レンズ２２および第３レンズ２３は、それぞれ図１に示した第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３に対応する。

開口絞りＳは、第１レンズ２１の物体側の面頂点（つまり面ｒ１）から０．１７５ｍｍ（＝距離ｒｓ）だけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。非球面は、第１レンズ２１の面ｒ１、面ｒ２、第２レンズ２２の面ｒ３、面ｒ４、および第３レンズ２３の面ｒ５、面ｒ６である。

図５（ａ）は球面収差（ｍｍ）を示し、図５（ｂ）は非点収差（ｍｍ）を示し、図５（ｃ）は歪曲収差（％）を示している。

本実施例２の撮像レンズの数値例を、次の表５〜表８に示す。

ところで、図４に示した例からは、上記条件１および上記条件２を満足することが分かる。表７からは、非球面数は６面であり上記条件３を満足することが分かる。表８からは、上記条件４および上記条件５を満足することが分かる。また、表５より、光学系全長の焦点距離ｆに対する割合は、５．２５／４．６≒１．１４である。

本実施例２においては、上述した表５〜表８の諸値、図５の収差図より、焦点距離ｆの約１．１４倍という極めて光学系全長の短い構成でありながら、広角かつ良好な光学特性を得ることができる撮像レンズであることは明白である。

図６は実施例３の撮像レンズの構成図を示している。この撮像レンズ３０において、第１レンズ３１、第２レンズ３２および第３レンズ３３は、それぞれ図１に示した第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３に対応する。

開口絞りＳは、第１レンズ３１の物体側の面頂点（つまり面ｒ１）から０．１２ｍｍ（＝距離ｒｓ）だけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。非球面は、第２レンズ３２の面ｒ３、面ｒ４、第３レンズ３３の面ｒ５、面ｒ６である。

図７（ａ）は球面収差（ｍｍ）を示し、図７（ｂ）は非点収差（ｍｍ）を示し、図７（ｃ）は歪曲収差（％）を示している。

本実施例３の撮像レンズの数値例を、次の表９〜表１２に示す。

ところで、図６に示した例からは、上記条件１および上記条件２を満足することが分かる。表１１からは、非球面数は４面であり上記条件３を満足することが分かる。表１２からは、上記条件４および上記条件５を満足することが分かる。また、表９より、光学系全長の焦点距離ｆに対する割合は、５．５／４．６≒１．２０である。

本実施例３においては、上述した表９〜表１２の諸値、図７の収差図より、焦点距離ｆの約１．２０倍という極めて光学系全長の短い構成でありながら、広角かつ良好な光学特性を得ることができる撮像レンズであることは明白である。

図８は実施例４の撮像レンズの構成図を示している。この撮像レンズ４０において、第１レンズ４１、第２レンズ４２および第３レンズ４３は、それぞれ図１に示した第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３に対応する。なお、実施例４では、球面よりなる第１レンズ４１の物体側に非球面レプリカ層が形成されている。

開口絞りＳは、第１レンズ４１の物体側の面頂点（つまり面ｒ１）から０．１４ｍｍ（＝距離ｒｓ）だけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。非球面は、第１レンズ４１に形成された非球面レプリカ層である面ｒ１、第２レンズ４２の面ｒ４、面ｒ５、および第３レンズ４３の面ｒ６、面ｒ７である。

図９（ａ）は球面収差（ｍｍ）を示し、図９（ｂ）は非点収差（ｍｍ）を示し、図９（ｃ）は歪曲収差（％）を示している。

本実施例４の撮像レンズの数値例を、次の表１３〜表１６に示す。

ところで、図８に示した例からは、上記条件１および上記条件２を満足することが分かる。表１５からは、非球面数は５面であり上記条件３を満足することが分かる。表１６からは、上記条件４および上記条件５を満足することが分かる。また、表１３より、光学系全長の焦点距離ｆに対する割合は、５．５／４．６≒１．２０である。

本実施例４においては、上述した表１３〜表１６の諸値、図９の収差図より、焦点距離ｆの約１．２０倍という極めて光学系全長の短い構成でありながら、広角かつ良好な光学特性を得ることができる撮像レンズであることは明白である。

図１０は実施例５の撮像レンズの構成図を示している。この撮像レンズ５０において、第１レンズ５１、第２レンズ５２および第３レンズ５３は、それぞれ図１に示した第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３に対応する。なお、実施例５では、球面よりなる第１レンズ５１の像側（像面ＩＭＧ側）に非球面レプリカ層が形成されている。

開口絞りＳは、第１レンズ５１の物体側の面頂点（つまり面ｒ１）から０．１２ｍｍ（＝距離ｒｓ）だけ像面ＩＭＧ側に離間した位置に配置されている。非球面は、第１レンズ５１に形成された非球面レプリカ層である面ｒ３、第２レンズ５２の面ｒ４、面ｒ５、および第３レンズ５３の面ｒ６、面ｒ７である。

図１１（ａ）は球面収差（ｍｍ）を示し、図１１（ｂ）は非点収差（ｍｍ）を示し、図１１（ｃ）は歪曲収差（％）を示している。

本実施例５の撮像レンズの数値例を、次の表１７〜表２０に示す。

ところで、図１０に示した例からは、上記条件１および上記条件２を満足することが分かる。表１９からは、非球面数は５面であり上記条件３を満足することが分かる。表２０からは、上記条件４および上記条件５を満足することが分かる。また、表１７より、光学系全長の焦点距離ｆに対する割合は、５．４／４．５５≒１．１９である。

本実施例５においては、上述した表１７〜表２０の諸値、図１１の収差図より、焦点距離ｆの約１．１９倍という極めて光学系全長の短い構成でありながら、広角かつ良好な光学特性を得ることができる撮像レンズであることは明白である。

本発明は、極めて光学系の全長の短い構成であり、固体撮像素子に好適な広角かつ高画素数に対応した良好な光学特性を得ることができる撮像レンズ、例えば携帯端末搭載カメラ、パソコンカメラ、監視カメラなど撮像装置の画像取込用の撮像レンズに適用することができる。

本発明の撮像レンズの構成を説明する図である。 実施例１の撮像レンズの構成を示す構成図である。 実施例１における球面収差、非点収差および歪曲収差の特性を示す図である。 実施例２の撮像レンズの構成を示す構成図である。 実施例２における球面収差、非点収差および歪曲収差の特性を示す図である。 実施例３の撮像レンズの構成を示す構成図である。 実施例３における球面収差、非点収差および歪曲収差の特性を示す図である。 実施例４の撮像レンズの構成を示す構成図である。 実施例４における球面収差、非点収差および歪曲収差の特性を示す図である。 実施例５の撮像レンズの構成を示す構成図である。 実施例５における球面収差、非点収差および歪曲収差の特性を示す図である。

符号の説明

１ 第１のレンズの物体側の面頂点
２ 像面の中心点
１０，２０，３０，４０，５０ 撮像レンズ
Ｌ１，１１，２１，３１，４１，５１ 第１のレンズ
Ｌ２，１２，２２，３２，４２，５２ 第２のレンズ
Ｌ３，１３，２３，３３，４３，５３ 第３のレンズ
Ｓ 開口絞り
ｒｓ 第１のレンズの物体側の面頂点と開口絞りとの間の距離
ＣＧ カバーガラス
ＩＭＧ 像面

Claims (3)

1. 物体側から像面側に向かって順に、
   物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第１のレンズと、
   物体側に凹面を向けた負のパワーを有する第２のレンズと、
   正のパワーまたは負のパワーを有する第３のレンズと、が配置され、
   前記第１のレンズは当該第１のレンズの物体側の面頂点が開口絞りより物体側に位置するように配置され、かつ前記第１のレンズ、前記第２のレンズおよび前記第３のレンズのそれぞれに形成されている面のうち４以上の面が非球面形状である
   ことを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第１のレンズのパワーをΦ１、前記第２のレンズのパワーをΦ２、前記第３のレンズのパワーをΦ３とした場合に、
   ｜Φ３｜<｜Φ２｜<Φ１
   の関係式を満足する
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
3. レンズ全系の焦点距離をｆ（単位＝ｍｍ）、前記第１のレンズの物体側の近軸曲率半径をｒ１（単位＝ｍｍ）とした場合に、
   ０．２５<ｒ１／ｆ<０．５
   の関係式を満足する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の撮像レンズ。
   

Images