JP2007155868A - 撮像レンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高画素数の撮像素子に対応した良好な光学性能を有し、かつ常用域での温度変化に対する光学特性の変動が少ない、極めて小型の撮像レンズを提供することを課題とする。
【課題を解決する手段】物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズＧ１と、開口絞りＳと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズＧ２と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズＧ３とが配列されて構成され、ｆをレンズ全系の焦点距離、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て、条件式（１）ｆ２／ｆ＜−３．５、（２）ｆ３／ｆ＞３．５を満足する撮像レンズ１。
【選択図】図１

Description

本発明は新規な撮像レンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子を用いた小型撮像装置に好適で、かつ温度変化に対する光学特性の変動が少ない撮像レンズ及び上記撮像レンズを用いた撮像装置に関する。

従来から、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いたカメラ付携帯電話やデジタルスチルカメラが知られている。このような撮像装置においては、より一層の小型化が要求されており、搭載される撮影用のレンズにおいても小型で全長の短いものが要求されている。

また、近年ではカメラ付携帯電話のような小型撮像機器においても小型化と共に撮像素子の高画素数化が進んでおり、メガピクセル以上の高画素数撮像素子を搭載したモデルが普及機となっている。そのため、搭載される撮像レンズとしてもこうした高画素数の固体撮像装置に対応する高いレンズ性能が要求されている。

こうした小型かつ高性能の撮像レンズとしては、３枚構成の撮像レンズが一般的であり、たとえば特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。

特開２００４−４５６６号公報 特開２００４−２１９８０７号公報

上記した特許文献１及び特許文献２に示された撮像レンズは、現在の高画素数撮像素子に対応した３枚構成の撮像レンズであり、構成レンズのほとんどが樹脂製のレンズである。このような光学系では、設計値における光学性能は比較的良好だが、撮像レンズを使用する際の周囲温度が変化した場合、その光学特性は著しく劣化する。例えば、マクロ位置を有するパンフォーカスのカメラにおいては、周囲温度の変化に伴うバックフォーカスの変動が非常に大きな量となり、高画素数撮像素子を搭載したカメラにとって許容できる性能劣化レベルを超えてしまう。また、ＡＦ（Auto Focus）機能を有するカメラにおいてもフォーカシングレンズの移動ストロークが大きくなることによるレンズ系全長の大型化や、画面の中心と周辺でのフォーカス位置の差（像面湾曲）が増大することによる光学性能の劣化が生じる惧れがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高画素数の撮像素子に対応した良好な光学性能を有し、かつ常用域での温度変化に対する光学特性の変動が少ない、極めて小型の撮像レンズを提供することを課題とする。

本発明撮像レンズは、上記した課題を解決するために、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、ｆをレンズ全系の焦点距離、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て、以下の条件式（１）ｆ２／ｆ＜−３．５、（２）ｆ３／ｆ＞３．５を満足する。

また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、撮像レンズと、上記撮像レンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子を備え、上記撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、ｆをレンズ全系の焦点距離、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て、以下の条件式（１）ｆ２／ｆ＜−３．５、（２）ｆ３／ｆ＞３．５を満足する。

従って、本発明にあっては、高画素数の撮像素子に対応した良好な光学性能を有し、かつ温度変化に対する光学特性の変動が少なく、さらに小型に構成することができる。

本発明撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
（１）ｆ２／ｆ＜−３．５
（２）ｆ３／ｆ＞３．５
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
とする。

従って、本発明撮像レンズにあっては、高画素数の撮像素子に対応した良好な光学性能を有し、かつ、周囲温度の変化に対するレンズ光学特性の変動が少なく、さらに、極めて小型に構成することができる。

また、本発明撮像装置は、撮像レンズと、上記撮像レンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、上記撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
（１）ｆ２／ｆ＜−３．５
（２）ｆ３／ｆ＞３．５
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
とする。

従って、本発明撮像装置にあっては、極めて小型に構成できると共に、高画素数の撮像素子を使用して品質レベルの高い画像の取得が可能であり、さらに、周囲温度の変化による画質の劣化が少なく、高品質レベルの画像を安定して取得することができる。

請求項２に記載した発明にあっては、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズの全ての面が、非球面形状で構成されているので、各種収差、特に、球面収差、コマ収差及び歪曲収差の補正を良好に行うことができる。

請求項３に記載した発明にあっては、Ｆｎｏを撮像レンズのＦナンバー、ｆをレンズ全系の焦点距離、ｄを第１レンズの像側の面から第２レンズの物体側の面までの光軸上での距離として、 条件式（３）Ｆｎｏ＜３．５、（４）０．１９≦ｄ／ｆ≦０．２５を満足するので、高画素数の撮像素子に必要な感度を維持することができると共に、レンズの全長を短くすることができ、さらに、軸外収差の補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことができる。

以下に、本発明撮像レンズ及び撮像素子を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

本発明ズームレンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
（１）ｆ２／ｆ＜−３．５
（２）ｆ３／ｆ＞３．５
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
とする。

以上のように構成することによって、高画素数の撮像素子に対応した良好な光学性能を有し、かつ、温度変化に対する光学特性の変動が少ない極めて小型の撮像レンズを達成することができる。

上記条件式（１）はレンズ全系の焦点距離と第２レンズの焦点距離の比を規定するものであり、第２レンズの屈折力を制限している。この条件式（１）の指定値を外れると、軸外収差の補正、特に非点収差と像面湾曲の補正が困難となる。

上記条件式（２）はレンズ全系の焦点距離と第３レンズの焦点距離の比を規定するものであり、第３レンズの屈折力を制限している。第３レンズは主に像面位置を補正する役割を担っているが、この条件式（２）の指定値を外れると第３レンズの屈折力が増大し、レンズ全系の屈折力に寄与する割合が大きくなる。樹脂製のレンズで構成される第３レンズの屈折力が増大すると、温度変化に対する光学性能の変動が大きくなり、温度変化時に必要な光学特性を維持することが困難となる。

本発明撮像レンズにあっては、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズの全ての面が、非球面形状で構成されていることが望ましい。これにより、球面収差、コマ収差、そして歪曲収差を良好に補正することが可能となる。

本発明撮像レンズは、Ｆｎｏを撮像レンズのＦナンバー、ｆをレンズ全系の焦点距離、ｄを第１レンズの像側の面から第２レンズの物体側の面までの光軸上での距離として、以下の条件式（３）、（４）を満足することが望ましい。
（３）Ｆｎｏ＜３．５
（４）０．１９≦ｄ／ｆ≦０．２５
上記条件式（３）はレンズのＦナンバーを規定している。現在主流の小型かつ高画素数の撮像素子ではその画素ピッチが非常に小さくなっており、必要な感度を維持するためには撮像レンズが条件式（３）を満足することが望ましい。

また、上記条件式（４）はレンズ全系の焦点距離と第１レンズの像側の面から第２レンズの物体側の面までの光軸上での距離の比を規定するものであり、開口絞りが挿入される第１レンズと第２レンズとの間の間隔を規定している。条件式（４）の下限値を外れると第１レンズと第２レンズとの間の間隔が狭くなり開口絞りの肉厚を薄くせざるを得ない。こうした用途の開口絞りには主に樹脂製のものが使用されるが、開口絞りの肉厚が薄くなると開口部分の成形が不完全となり、シャワーゴーストなどの発生を招く。一方、条件式（４）の上限値を外れると第１レンズと第２レンズとの間の間隔が広くなり、レンズの全長が増大する。さらに、軸外収差の補正、特に像面湾曲の補正が困難となる。

次に、本発明撮像レンズの３つの実施の形態及び各実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。

なお、本発明撮像レンズには非球面が採用されており、非球面形状は数１式によって規定される。

なお、Ｚは非球面の深さ、Ｙは光軸からの高さ、Ｒは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、及びＨはそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、及び１８次の非球面係数である。

図１は第１の実施の形態にかかる撮像レンズ１のレンズ構成を示す図、図３は第２の実施の形態に係る撮像レンズ２のレンズ構成を示す図、図５は第３の実施の形態に係る撮像レンズ３のレンズ構成を示す図であり、先ず、これら３つの実施の形態に共通の事項について説明する。

図１、図３及び図５において、各撮像レンズ１、２及び３は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズＧ１、開口絞りＳ、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズＧ２、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズＧ３とが配列されて構成されている。なお、図中ＩＭＧは結像面、ＳＧは固体撮像素子が収容されたパッケージの前面を覆うシールガラスを示す。

上記撮像レンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１の光学系のデータを表１に示す。なお、表１を含む各表において、FNoはＦナンバー、ｆはレンズ系全体の焦点距離、2ωは対角の全画角、Ｓｉは物体側から数えてｉ番目の面、Ｒｉは上記面Ｓｉの曲率半径、ｄｉは物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔、ｎｉは物体側にＳｉ面を有するレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率、νｉは物体側にＳｉ面を有するレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）におけるアッベ数である。また、曲率半径Ｒｉの∞はＳｉ面が平面であることを示し、ＡＳＰはＳｉ面が非球面であることを示す。

撮像レンズ１においては、全レンズの両面が非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における各面の４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次及び１８次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨを円錐定数Ｋと共に表２に示す。なお、表２及びその他の非球面係数を示す表において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.26029E-05」は「0.26029×10⁻⁵」を表している。

図２は数値実施例１の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図であり、球面収差図において、実線はｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ）での、破線はＣ線（波長＝６５６．２８ｎｍ）での、１点鎖線がｇ線（波長＝４３５．８４ｎｍ）での球面収差を表わす。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。

図２から、数値実施例１は、各収差とも良好に補正されていることが分かる。

上記撮像レンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２の光学系のデータを表３に示す。

撮像レンズ２においては、全レンズの両面が非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における各面の４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次及び１８次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨを円錐定数Ｋと共に表４に示す。

図４は数値実施例２の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図であり、球面収差図において、実線はｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ）での、破線はＣ線（波長＝６５６．２８ｎｍ）での、１点鎖線がｇ線（波長＝４３５．８４ｎｍ）での球面収差を表わす。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。

図４から、数値実施例２は、各収差とも良好に補正されていることが分かる。

上記撮像レンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３の光学系のデータを表５に示す。

撮像レンズ３においては、全レンズの両面が非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における各面の４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次及び１８次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨを円錐定数Ｋと共に表６に示す。

図６は数値実施例３の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図であり、球面収差図において、実線はｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ）での、破線はＣ線（波長＝６５６．２８ｎｍ）での、１点鎖線がｇ線（波長＝４３５．８４ｎｍ）での球面収差を表わす。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。

図６から、数値実施例３は、各収差とも良好に補正されていることが分かる。

上記各数値実施例１〜３の条件式（１）〜（４）対応値を表７に示す。

上記各数値実施例１〜３共、条件式（１）〜（４）を満足していることが分かる。

次に、図７乃至図９に本発明撮像装置をデジタルカメラ部を備えた携帯電話に適用した実施の形態を示す。

図７及び図８は携帯電話１０の外観を示すものである。

携帯電話１０は、表示部２０と本体部３０とが中央のヒンジ部で折り畳み可能に連結されて構成され、携行時には図７に示すように折り畳んだ状態とし、通話時等の使用時には図８に示すように表示部２０と本体部３０とを開いた状態とする。

表示部２０の背面側の一側部に寄った位置には基地局との間で電波の送受信を行うためのアンテナ２１が出し入れ自在に設けられ、また、表示部２０の内側面には該内側面のほぼ全体を占める大きさの液晶表示パネル２２が配置され、該液晶表示パネル２２の上方にはスピーカ２３が配置されている。さらに、この表示部２０にはデジタルカメラ部の撮像ユニット１Ａが配置されており、該撮像ユニット１Ａの撮像レンズ１（又は撮像レンズ２、３）が表示部２０の背面に形成された臨ませ孔２４を介して外方に臨んでいる。なお、ここで撮像ユニットの用語は、撮像レンズ１と撮像素子４とによって構成されるものとして使用している。すなわち、撮像レンズ１と撮像素子４とは同時に表示部２０内に設けられる必要があるが、デジタルカメラ部を構成するその他の部分、例えば、カメラ制御部や記録媒体等は本体部３０に配置されても良いことを明確にするために用いたのが撮像ユニットなる概念である。なお、上記撮像素子４としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。

さらにまた、表示部２０の先端部には赤外通信部２５が配置され、該赤外通信部には、図示しないが、赤外線発光素子と赤外線受光素子を備えている。

本体部３０の内側面には「０」乃至「９」の数字キー、発呼キー、電源キー等の操作キー３１、３１、・・・が設けられており、操作キー３１、３１、・・・が配置された部分の下方にはマイクロフォン３２が配置されている。また、本体部３０の側面にはメモリカードスロット３３が設けられ、該メモリカードスロット３３を介してメモリカード４０を本体部３０に挿脱することができるようになっている。

図９は携帯電話１０の構成を示すブロック図である。

携帯電話１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）５０を備え、該ＣＰＵ５０が携帯電話１０の全体の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ５０はＲＯＭ（Read Only Memory）５１に記憶されている制御プログラムをＲＡＭ５２（Random Access Memory）に展開し、バス５３を介して携帯電話１０の動作を制御する。

カメラ制御部６０は撮像レンズ１と撮像素子４から成る撮像ユニット１Ａを制御して静止画及び動画等の画像の撮影を行うもので、得られた画像情報に関してＪＰＥＧ、ＭＰＥＧ等への圧縮加工等を行った後、バス５３に載せる。バス５３に乗せられた画像情報は、上記ＲＡＭ５２に一時的に保存され、必要に応じてメモリカードインターフェース４１に出力され、メモリカードインターフェース４１によってメモリカード４０に保存されたり、或いは、表示制御部５４を介して液晶表示パネル２２に表示される。また、撮影時に同時にマイクロフォン３２を通じて収録された音声情報も音声コーデック７０を介して画像情報と共にＲＡＭ５２へ一時的に保存されたり、メモリカード４０へ保存され、また、液晶表示パネル２２への画像表示と同時に音声コーデック７０を介してスピーカ２３から出力される。さらに、上記画像情報や音声情報は、必要に応じて、赤外線インターフェース５５に出力され、該赤外線インターフェース５５によって赤外線通信部２５を介して外部に出力され、同じような赤外線通信部を備えた機器、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の外部の情報機器へ伝達される。なお、ＲＡＭ５２やメモリカード４０に保存されている画像情報に基づいて液晶表示パネル２２に動画あるいは静止画を表示するときには、カメラ制御部６０において、ＲＡＭ５２やメモリカード４０に保存されているファイルのデコードや解凍を行った後の画像データがバス５３を介して表示制御部５４に送られる。

通信制御部８０はアンテナ２１を介して基地局との間で電波の送受信を行い、音声通話モードにおいては、受信した音声情報を処理した後音声コーデック７０を介してスピーカ２３に出力し、また、マイクロフォン３２が集音した音声を音声コーデック７０を介して受領して所定の処理を施した後送信する。

上記した撮像レンズ１（又は撮像レンズ２、３）は奥行を短く構成することが出来るので、携帯電話１０のように厚さに制約のある機器にも容易に搭載することが出来る。また、周囲温度の影響を受けにくいので、広範な地域での使用が可能である。なお、上記実施の形態では、本発明撮像装置を携帯電話に適用した例を示したが、本発明撮像装置は、その他の情報機器、例えば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ等にも適用することができることは勿論であり、また、これら情報機器に適用して大きな利点を有する。

なお、上記した実施の形態及び数値実施例において示した具体的な構造及び形状並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

本発明撮像レンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 撮像レンズの第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 本発明撮像レンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 撮像レンズの第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 本発明撮像レンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 撮像レンズの第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図８及び図９と共に本発明撮像装置を携帯電話に適用した実施の形態を示すものであり、本図は携帯電話の非使用時を示す概略斜視図である。 携帯電話の使用状態を示す概略斜視図である。 携帯電話のブロック図である。

符号の説明

１…撮像レンズ、２…撮像レンズ、３…撮像レンズ、Ｇ１…第１レンズ、Ｇ２…第２レンズ、Ｇ３…第３レンズ、Ｓ…開口絞り、４…撮像素子、１０…携帯電話（撮像装置）

Claims (4)

1. 物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   （１）ｆ２／ｆ＜−３．５
   （２）ｆ３／ｆ＞３．５
   但し、
   ｆ：レンズ全系の焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆ３：第３レンズの焦点距離
   とする。
2. 第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズの全ての面が、非球面形状で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
3. 以下の条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像レンズ。
   （３）Ｆｎｏ＜３．５
   （４）０．１９≦ｄ／ｆ≦０．２５
   但し、
   Ｆｎｏ：撮像レンズのＦナンバー
   ｆ：レンズ全系の焦点距離
   ｄ：第１レンズの像側の面から第２レンズの物体側の面までの光軸上での距離
   とする。
4. 撮像レンズと、上記撮像レンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
   上記撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するガラス製の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有するガラス製の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する樹脂製の第３レンズとが配列されて構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
   （１）ｆ２／ｆ＜−３．５
   （２）ｆ３／ｆ＞３．５
   但し、
   ｆ：レンズ全系の焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆ３：第３レンズの焦点距離
   とする。

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