JP2008033376A - 撮像レンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で、より高い結像性能を得ることができ、広角化に適していて、尚且つ良好な像側テレセントリック特性を有する、4群4枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供する。
【解決手段】物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、及び少なくとも1面が非球面形状であるレンズから構成され、所定の条件式を満足するように設計することで、小型で、より高い結像性能の、広角化に適した、良好な像側テレセントリック特性を有する、撮像レンズを得る。
【選択図】図1

Description

本発明は、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサやCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置に関する。
CCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置を搭載したデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等が開発されている。さらに、これらの固体撮像素子を用いた撮像装置は小型化に適している為、近年では、携帯電話を始めとする小型の情報端末にも搭載されるようになってきている。固体撮像素子のさらなる小型化、高画素化に伴い、これらの撮像装置に搭載される撮像レンズにおいても、小型化、高性能化の要求は高まっている。
このような用途の撮像レンズとして、2枚あるいは3枚構成のレンズに比べ、より高い性能を得られることから、物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズ、負の屈折力を有する第2レンズ、正の屈折力を有する第3レンズ、及び正又は負の屈折力を有する第4レンズからなる4群4枚構成のレンズが知られている。これらの中でも特にレンズ全長(開口絞りから像側焦点までの光軸上の距離)が短いものが、例えば特許文献1に開示されている。
特開2002−365529号公報
ところで、特許文献1に記載されているタイプの撮像レンズは、第1レンズが正レンズ、第2レンズが負レンズ、第3レンズが正レンズ、第4レンズが負レンズである、いわゆるテレフォトタイプのパワー配置を有し、それにより撮像レンズの小型化を試みるタイプである。しかしながら、一方で、特許文献1の撮像レンズは、固体撮像素子の高画素化への対応、あるいは撮影画角の広角化には収差補正が不十分であるという欠点がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、小型で、より高い結像性能を得ることができ、広角化に適していて、尚且つ良好な像側テレセントリック特性を有する、4群4枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
本発明に係る撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ(以下正レンズ)、負の屈折力を有するレンズ(以下負レンズ)、正レンズ、及び少なくとも1面が非球面形状であるレンズから構成される。この構成は、いわゆるトリプレットと呼ばれるパワー配置であり、所定の条件を満たすように設計することで、これらのレンズにおいて、球面収差、コマ収差、色収差を適切に補正することができる。さらに非球面形状の第4レンズを配置することにより、歪曲収差を始めとする軸外の収差を補正し、また良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
項1に記載の撮像レンズは、物体側から順に、正レンズである第1レンズ、負レンズである第2レンズ、正レンズである第3レンズ、及び少なくとも1面が非球面形状である第4レンズから構成され、以下の条件式を満たす。
−3.0<(r3+r4)/(r3−r4)<−0.7 (1)
ν1−ν2>15.0 (2)
ν3−ν2>15.0 (3)
r3:第2レンズの物体側面の曲率半径
r4:第2レンズの像側面の曲率半径
ν1:第1レンズのアッベ数
ν2:第2レンズのアッベ数
ν3:第3レンズのアッベ数
小型で収差の良好に補正された撮像レンズを得るための本発明の基本構成は、物体側より順に、正レンズである第1レンズ、負レンズである第2レンズ、正レンズである第3レンズ、及び第4レンズからなり、上記条件式(1)〜(3)を満たすものである。
物体側より順に正レンズ、負レンズ、正レンズとする構成は、いわゆるトリプレット型と呼ばれるパワー配置であり、前記第1レンズから前記第3レンズまでにおいて、球面収差、コマ収差、色収差を適切に補正することができる。さらに非球面形状の前記第4レンズにより、歪曲収差を初めとする軸外の収差を補正し、また、良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。
条件式(1)は、前記第2レンズの形状を適切に設定する条件である。条件式の範囲内で、前記第2レンズは物体側面が強い負の屈折力を有する形状となる。条件式(1)に示す値が式の上限値を下回ることで、前記第2レンズ物体側面の負の屈折力を強くすることができ、球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差、色収差の補正に効果がある。一方、前記第2レンズの像側面の曲率は緩くなり、この面の周縁付近を通過する軸外光束の収差を抑えることができる。また、前記第2レンズの主点位置が物体側ヘと近づくため、これにより撮像レンズの射出瞳位置を結像面からより遠くに位置させることができ、従って良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。これに対し、条件式(1)に示す値が式の下限値を上回ることで、前記第2レンズの物体側面の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズの加工上問題のない形状となる。
条件式(2)及び条件式(3)は、前記第1レンズ乃至前記第3レンズのアッベ数を適切に設定する条件である。ここに示す条件を満たすことにより、正の屈折力を持つ前記第1レンズ及び前記第3レンズで発生する色収差を、負の屈折力を持つ前記第2レンズによって適切に補正することができる。
項2に記載の撮像レンズは、項1に記載の構成において、前記撮像レンズは、最も物体側に開口絞りを有する。最も物体側に前記開口絞りを有することで、結像面から撮像レンズの射出瞳位置までの距離を長くすることができ、良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。
項3に記載の撮像レンズは、項2に記載の構成において、以下の条件式を満たす。
−1.5<(r3+r4)/(r3−r4)<−0.7 (4)
r3:第2レンズの物体側面の曲率半径
r4:第2レンズの像側面の曲率半径
条件式(4)は、前記第2レンズの形状を適切に設定する条件である。条件式(4)に示す値が式の上限値を下回ることにより、前記第2レンズは物体側に凹面を向けたメニスカス形状、又は平凹形状となり、軸上光束においては球面収差、色収差を補正することができ、また、一方で軸外光束においてはコマ収差の発生を抑制することができる。さらに、前記第2レンズの像側面と前記第3レンズの物体側面を比較的近い曲率とし、両面を近接して配置すると、軸上及び軸外の色収差を効果的に補正することが出来好ましい。また、前記第2レンズの主点位置がより物体側へと近づくため、これにより撮像レンズの射出瞳位置を結像面からより遠くに位置させることができ、従ってより良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。また、撮像レンズ全体における、負のパワーが比較的物体側に配置されるため、広い撮影画角を確保しやすくなる他、十分なバックフォーカスを確保しやすい構成となる。これに対し、条件式(4)に示す値が式の下限値を上回ることで、前記第2レンズの物体側面の曲率半径が小さくなりすぎず、それに伴って第1レンズ像側面の曲率も小さくなりすぎる事を抑えることができ、第1レンズ像側面の製造誤差による性能劣化を小さく抑えることが可能となる。
項4に記載の撮像レンズは、項2又は3に記載の構成において、以下の条件式を満たす。
−1.5<(r3+r4)/(r3−r4)<−1.0 (5)
r3:第2レンズの物体側面の曲率半径
r4:第2レンズの像側面の曲率半径
条件式(5)は、前記第2レンズの形状をより適切に設定する条件である。条件式(5)に示す値が式の上限値を下回ることにより、前記第2レンズは物体側に凹面を向けたメニスカス形状、又は平凹形状となり、軸上光束においては球面収差、色収差をより効果的に補正することができ、また、一方で軸外光束においてはコマ収差の発生をより効果的に抑制することができる。さらに、前記第2レンズの像側面と前記第3レンズの物体側面を比較的近い曲率とし、両面を近接して配置すると、軸上及び軸外の色収差をより効果的に補正することが出来好ましい。また、前記第2レンズの主点位置がより物体側へと近づくため、これにより撮像レンズの射出瞳位置を結像面からより遠くに位置させることができ、従って更に良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。また、撮像レンズ全体における、負のパワーが比較的物体側に配置されるため、広い撮影画角をより効果的に確保しやすくなる他、十分なバックフォーカスをより確保しやすい構成となる。これに対し、条件式(5)に示す値が式の下限値を上回ることで、前記第2レンズの物体側面の曲率半径が小さくなりすぎず、それに伴って前記第1レンズも像側面の曲率も小さくなりすぎる事をより効果的に抑えることができ、前記第1レンズの像側面の製造誤差による性能劣化を小さく抑えることが可能となる。
項5に記載の撮像レンズは、項2〜4のいずれかに記載の構成において、以下の条件式を満たす。
0.1<(r1+r2)/(r1−r2)<1.0 (6)
r1:第1レンズの物体側面の曲率半径
r2:第1レンズの像側面の曲率半径
条件式(6)は、前記第1レンズの形状を適切に設定する条件である。条件式(6)に示す範囲において、前記第1レンズの像側面は物体側面よりも強い屈折力を有する。条件式(6)を満たすことで、前記第1レンズの物体側面に強い屈折力を与え過ぎず、この面でのコマ収差の発生を抑えることができる。また、前記第1レンズの主点位置は像側へと近づく。これにより撮影レンズの射出瞳位置を結像面からより遠くに位置させることができ、従って良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。また、最も前記開口絞りに近接している前記第1レンズの物体側面を非球面形状とすると、撮像レンズ全体での球面収差、及びコマ収差をバランスよく補正するのに効果的である。
項6に記載の撮像レンズは、項2〜5のいずれかに記載の構成において、前記第4レンズは正レンズからなる。
前記第4レンズを正レンズとすると、撮像レンズの前側主点位置から開口絞りまでの距離が大きくなる。これにより撮影レンズの射出瞳位置を結像面からより遠くに位置させることができ、従って良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。また、CCDのカバーガラスや赤外吸収フィルタ、あるいはオプティカルローパスフィルタを設置する為のバックフォーカスを十分に確保することができるので望ましい。
項7に記載の撮像レンズは、項2〜5のいずれかに記載の構成において、前記第4レンズは負レンズからなる。
前記第4レンズを負レンズとすると、撮像レンズの全長を短く抑えることができる。また、このとき前記第4レンズの像側面を非球面形状とすることが、高画角における像側テレセントリック特性を良好に保つ上で望ましい。
項8に記載の撮像レンズは、項1に記載の構成において、前記撮像レンズは、前記第1レンズと前記第2レンズとの間に開口絞りを有する。前記第1レンズと前記第2レンズの間に開口絞りを有することで、機械式シャッターやNDフィルターなどの光透過率変更部材等の、開口絞りに付随する部材を搭載する場合でも、それら部材を前記第1レンズと前記第2レンズの間に配置することが可能なので、かかる撮像レンズを用いた撮像装置全体の全長(光軸方向長)を短縮することが可能となる。
項9に記載の撮像レンズは、項8に記載の構成において、前記第1レンズは物体側に凸面を向けた形状である。
第17(a)図および第17(b)図は、撮像装置の遮光部材に取り付けた第1レンズを遮光部材と共に示す例の断面図であり、第17(a)図においては、第1レンズL1が物体側に凸面を向けた形状を有し、第17(b)図においては、第1レンズL1’が物体側に凹面を向けた形状を有している。ここで、第1レンズL1.L1’の最も像側に近い部位から、遮光部材Cの最も像側に近い部位までの距離を、それぞれΔ、Δ’とすると、図17において明らかなように、Δ<Δ’である。これは、第17(a)図に示すように、第1レンズL1が物体側に凸面を向けることで、第1レンズL1の一部が遮光部材Cの階段状の開口Ca内のスペースに入り込み、それによりスペースの有効活用を図れるためである。このような構成とすることにより、かかる撮像レンズを組み込んだ撮像装置の光軸方向長を抑え、コンパクトな構成を実現できる。
項10に記載の撮像レンズは、項8又は9に記載の構成において、以下の条件式を満たす。
−1.5<f2/f<−0.7 (7)
f2:第2レンズの焦点距離
f:撮像レンズ全系の焦点距離
条件式(7)は、前述の条件式(1)、(2)および(3)の条件の下で前記第2レンズの焦点距離を最適化するためのものである。条件式(7)の値が上限を下回ることで、前記第2レンズの負の屈折力が強くなりすぎることがなくなり、良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。また、下限を上回ることで、第2レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、軸上色収差を良好に補正できるようになる。
項11に記載の撮像レンズは、項8〜10のいずれかに記載の構成において、前記撮像レンズにおける前記第1レンズおよび前記第2レンズは、前記開口絞りを挟んでそれぞれ、前記開口絞り側に凹面を向けたメニスカス形状を有する。このような構成とすることで、倍率色収差や歪曲収差といった軸外の諸収差を補正しやすい構成となっている。
項12に記載の撮像レンズは、項8〜11のいずれかに記載の構成において、以下の条件式を満たす。
−2.5<(r3+r4)/(r3−r4)<−1.2 (8)
条件式(8)は、前記第2レンズの形状を適切に設定する条件である。条件式(8)に示す値が式の上限値を下回ることにより、前記第2レンズは物体側に凹面を向けたメニスカス形状となり、軸上光束においては球面収差、色収差を補正することができ、また、一方で軸外光束においてはコマ収差の発生を抑制することができる。さらに、前記第2レンズの像側面と前記第3レンズの物体側面を比較的近い曲率とし、両面を近接して配置すると、軸上及び軸外の色収差を効果的に補正することが出来好ましい。また、前記第2レンズの主点位置がより物体側へと近づくため、これにより撮像レンズの射出瞳位置を結像面からより遠くに位置させることができ、従ってより良好な像側テレセントリック特性を得ることができる。また、撮像レンズ全体における、負のパワーが比較的物体側に配置されるため、広い撮影画角を確保しやすくなる他、十分なバックフォーカスを確保しやすい構成となる。これに対し、条件式(8)に示す値が式の下限値を上回ることで、前記第2レンズの物体側面の曲率半径が小さくなりすぎず、倍率色収差や歪曲収差をより補正しやすい構成にすることができる。尚、前記第1レンズと前記第2レンズが前記開口絞りを挟んで対称的な形状であるため、前記第2レンズの物体側面に入射する軸外光線を面の法線に近い角度で入射させることが可能となり、最も物体側に開口絞りを有する撮像レンズに比べ、前記第2レンズが強いメニスカス形状であっても、良好に収差補正を行うことができる。
項13に記載の撮像レンズは、項8〜12のいずれかに記載の構成において、前記第4レンズは負レンズである。
前記第4レンズを負レンズとすると、撮像レンズの全長を短く抑えることができる。また、このとき前記第4レンズの像側面を非球面形状とすることが、高画角における像側テレセントリック特性を良好に保つ上で望ましい。
項14に記載の撮像レンズは、項1〜13のいずれかに記載の構成において、前記撮像レンズにおける前記第3レンズの像側面と前記第4レンズの物体側面とにより形成される空気レンズは、両凹形状である。前記第3レンズと前記第4レンズの間の空気レンズを両凹形状とすることで、その正の屈折力により、かかる撮像レンズを撮像装置に用いた場合に、その固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
項15に記載の撮像レンズは、項1〜14のいずれかに記載の構成において、以下の条件式を満たす。
0.30<fa/f<0.60 (9)
0.30<r7/f<2.0 (10)
f:撮像レンズ全系の焦点距離
fa:第3レンズの像側面と第4レンズの物体側面とにより形成される空気レンズの焦点距離であり、以下の式で算出される値
fa=R6・R7/{R7・(1−N3)+R6・(N4−1)−D6・(1−N3)・(N4−1)}
ただし、
N3:第3レンズのd線に対する屈折率
N4:第4レンズのd線に対する屈折率
R6:第3レンズの像側面の曲率半径
R7:第4レンズの物体側面の曲率半径
D6:第3レンズと第4レンズの軸上の空気間隔
r7:第4レンズの物体側面の曲率半径
条件式(9)は、前記第3レンズ像側面と前記第4レンズ物体側面の間に形成される空気レンズの正の屈折力を適切に設定するためのものである。条件式(9)を満たすことで、像面湾曲や歪曲収差の補正と、良好な像側テレセントリック特性を確保することができる。さらに、条件式(10)は、前記第4レンズの物体側面の屈折力を適切に設定するためのものである。条件式(10)を満たすことで、条件式(9)で規定した空気レンズの屈折力を二つの屈折面で適度に分担することができ、ここでの収差の発生を抑えることができる。
項16に記載の撮像レンズは、項15に記載の構成において、以下の条件式を満たす。
0.30<r7/f<1.0 (11)
条件式(11)は、前記第4レンズの物体側面の屈折力を適切に設定するためのものである。条件式(11)を満たすことで、条件式(9)で規定した空気レンズの屈折力を二つの屈折面で更に適切に分担することができ、ここでの収差の発生を抑えることができる。
項17に記載の撮像レンズは、項1〜16に記載の構造において、前記第1レンズがガラス材料から形成され、前記第2レンズ、第3レンズ、および第4レンズが、プラスチック材料から形成され、以下の条件式を満たす。
|f/f234|<0.5 (12)
ただし、
f:レンズ全系の焦点距離
f234:プラスチック材料から形成された第2レンズ、第3レンズ、第4レンズの合成焦点距離
撮像レンズを構成する全てのレンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成すると、撮像レンズの小型軽量化と低コスト化には有利である。しかしながら、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、全てのレンズをプラスチックレンズで構成すると、温度によりレンズ全体の像点位置が変動してしまうという欠点を抱えている。
そこで、正の第1レンズを、温度変化時の屈折率変化がほとんど無いガラス材料から形成し、その他の第2レンズ、第3レンズ、第4レンズをプラスチック材料で形成することによって、プラスチックレンズを多用しながら、レンズ全系での温度変化時の像点位置変動を補償することができる。第2、第3、第4レンズの屈折力の配分を最適化することによって、温度変化時の像点位置変動への寄与が相殺され、レンズ全系での温度変化時の像点位置の変動を小さく抑えることができる。
また、第1レンズをガラスレンズとすることで、傷つきやすいプラスチックレンズを露出させる必要がなく好ましい構成にすることができる。
条件式(12)は、プラスチックから形成された第2レンズ、第3レンズ、第4レンズの合成焦点距離を規定するものである。条件式を満たすように、合成屈折力を小さく(合成焦点距離を大きく)することで、温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることができる。なお、望ましくは下式の範囲がよい。
|f/f234|<0.35 (12′)
項18に記載の撮像装置は、項1乃至17のいずれかに記載の撮像レンズと、固体撮像素子とを備えたので、本発明の撮像レンズを用いることで、小型かつ高性能な撮像装置を得ることができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態及び実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態及び実施例に限定されるものではない。なお、本発明において「プラスチックレンズ」とは、プラスチック材料を母材とし、プラスチック材料中に小径の粒子を分散させた素材から成形され、かつプラスチックの体積比が半分以上のレンズを含むものとし、さらにその表面に反射防止や表面硬度向上を目的としてコーティング処理を行った場合も含むものとする。
又、携帯電話機や小型の情報端末に搭載される撮像装置には撮影画角の広い撮像レンズが望まれる場合が多い。例えば、撮影者が腕を伸ばして撮像装置、又は撮像装置の搭載された情報機器を持ち、自分自身を被写体として撮影するという使い方がある。この様な撮影の場合に適した画角は凡そ60°以上である。又、撮影したデジタル画像の一部を拡大表示することで見かけの撮影範囲を変更する、所請デジタルズーム機能を有する場合には、その撮像レンズが有する撮影画角はなるべく広い方が望ましい。そこで、本明細書中で、広角な撮像レンズというときは、35ミリフィルム対応の撮像レンズの焦点距離に換算して38mm以下、望ましくは35mm程度の焦点距離を有し、画角にして凡そ60°以上を有するものをいうものとする。
さらに、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる撮像レンズには、画面全域において良好な受光感度を得るために像側テレセントリックであることが要求される。像側テレセントリックとは、各像高において主光線が光軸と平行な角度で固体撮像素子の撮像面に入射することを言う。近年では、固体撮像素子の結像面上にマイクロレンズアレイを適当に配置することによって、像側テレセントリックの不満足量を補正することが可能になってきた。具体的には、撮像面の各画素の画素ピッチに対し、マイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定することにより、画面周辺部にいくほど各画素に対しマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側へシフトして配置されるため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。このとき、画面全域で良好な受光感度、及び画質を得るためには、撮像面への主光線入射角度が像高に対してできるだけ線形性を持つような特性であることが望ましい。本明細書中で、良好なテレセントリック特性というときは、撮像面最周辺部での主光線の入射角度が25°以下程度であることをいうものとする。
第1図は、実施例1の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第1図において、撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、たとえば水晶を用いた光学的ローパスフィルタ(物体側面に赤外線カットコートが施されている)LPF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで、撮像装置が構成される。撮像レンズ及び光学的ローパスフィルタLPF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
ここで、本実施の形態に好適な実施例について説明する。なお、以下に述べる実施例に使用する記号は下記の通りである。
f:撮像レンズ全系の焦点距離
F:Fナンバー
2Y:固体撮像素子の撮像面の矩形実効画素領域の対角線長
2ω:画角
R(又はr):曲率半径
D(又はd):軸上面間隔
Nd(又はnd):レンズ材料のd線に対する屈折率
νd:レンズ材料のアッベ数
各実施例において、非球面の形状は、面の頂点を原点とし光軸方向をX軸とした直交座標系において、頂点曲率をC、円錐定数をΚ、非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12として、以下の「数1」で表す。
Figure 2008033376
ただし、
Ai:i次の非球面係数
C:曲率
K:円錐定数
(実施例1)
第1図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例1)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.65mm
F:4.12
2ω:63.2°
さらに、実施例1のレンズデータを表1に示す。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば2.5×10-03)を、E(例えば2.5E―03)を用いて表すものとする。
Figure 2008033376
第2(a)図〜第2(d)図は、実施例1の収差図であり、それぞれ、球面収差(第2(a)図)、非点収差(第2(b)図)、歪曲収差(第2(c)図)、メリディオナルコマ収差(第2(d)図)である。実施例1では、第1レンズ、第3レンズ、及び第4レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
(実施例2)
第3図は、実施例2の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第3図において、撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、たとえば水晶を用いた光学的ローパスフィルタ(物体側面に赤外線カットコートが施されている)LPF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで、撮像装置が構成される。撮像レンズ及び光学的ローパスフィルタLPF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第3図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例2)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.65mm
F:4.12
2ω:63.2°
さらに、実施例2のレンズデータを表2に示す。第4(a)図〜第4(d)図は、実施例2の収差図であり、それぞれ、球面収差(第4(a)図)、非点収差(第4(b)図)、歪曲収差(第4(c)図)、メリディオナルコマ収差(第4(d)図)である。
実施例2では、第1レンズ、第3レンズ、及び第4レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
Figure 2008033376
(実施例3)
第5図は、実施例3の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第5図において、撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、たとえば水晶を用いた光学的ローパスフィルタ(物体側面に赤外線カットコートが施されている)LPF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで、撮像装置が構成される。撮像レンズ及び光学的ローパスフィルタLPF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第5図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例3)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.62mm
F:4.00
2ω:62.7°
さらに、実施例3のレンズデータを表3に示す。第6(a)図〜第6(d)図は、実施例3の収差図であり、それぞれ、球面収差(第6(a)図)、非点収差(第6(b)図)、歪曲収差(第6(c)図)、メリディオナルコマ収差(第6(d)図)である。
実施例3では、第1レンズ、及び第3レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズ、及び第4レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
Figure 2008033376
(実施例4)
第7図は、実施例4の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第7図において、撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、たとえば水晶を用いた光学的ローパスフィルタ(物体側面に赤外線カットコートが施されている)LPF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで、撮像装置が構成される。撮像レンズ及び光学的ローパスフィルタLPF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第7図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例4)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.65mm
F:2.88
2ω:62.3°
さらに、実施例4のレンズデータを表4に示す。第8(a)図〜第8(d)図は、実施例4の収差図であり、それぞれ、球面収差(第8(a)図)、非点収差(第8(b)図)、歪曲収差(第8(c)図)、メリディオナルコマ収差(第8(d)図)である。
実施例4では、第1レンズ、及び第3レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズ、及び第4レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
Figure 2008033376
(実施例5)
第9図は、実施例5の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第9図において、撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、物体側面に赤外線カットコートが施されている赤外線カットフィルタIRCF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで、撮像装置が構成される。撮像レンズ及び赤外線カットフィルタIRCF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第9図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例5)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.62mm
F:4.00
2ω:63.3°
さらに、実施例5のレンズデータを表5に示す。第10(a)図〜第10(d)図は、実施例5の収差図であり、それぞれ、球面収差(第10(a)図)、非点収差(第10(b)図)、歪曲収差(第10(c)図)、メリディオナルコマ収差(第10(d)図)である。
実施例5では、第2レンズの像側面と第3レンズの物体側面の曲率半径が等しく、さらに互いの空気間隔を介さずに隣接、又は接着されている。また、第1レンズ、及び第3レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズ、及び第4レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
Figure 2008033376
(実施例6)
第11図は、実施例6の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第11図において、撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、たとえば水晶を用いた光学的ローパスフィルタ(物体側面に赤外線カットコートが施されている)LPF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで撮像装置が構成されている。撮像レンズ及び光学的ローパスフィルタLPF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、さらに所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第11図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例6)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.65mm
F:4.12
2ω:62.7°
実施例6のレンズデータを表6に示す。第12(a)図〜第12(d)図は、実施例6の収差図であり、それぞれ、球面収差(第12(a)図)、非点収差(第12(b)図)、歪曲収差(第12(c)図)、メリディオナルコマ収差(第12(d)図)である。
実施例6では、第1レンズ、第3レンズ、および第4レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
Figure 2008033376
(実施例7)
第13図は、実施例7の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第13図において、撮像レンズは、物体側から順に、第1レンズL1、開口絞りS、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、物体側面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタIRCF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CG、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで撮像装置が構成されている。撮像レンズ及び赤外線カットフィルタIRCF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、さらに所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第13図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例7)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:5.50mm
F:2.88
2ω:64.0°
実施例7のレンズデータを表7に示す。第14(a)図〜第14(d)図は、実施例7の収差図であり、それぞれ、球面収差(第14(a)図)、非点収差(第14(b)図)、歪曲収差(第14(c)図)、メリディオナルコマ収差(第14(d)図)である。
実施例7では、第1レンズ、第3レンズ、および第4レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。また、第2レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。
Figure 2008033376
(実施例8)
第15図は、実施例8の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。第15図において、撮像レンズは、物体側から順に、第1レンズL1、開口絞りS、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、物体側面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタIRCF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CG、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで撮像装置が構成されている。撮像レンズ及び赤外線カットフィルタIRCF、固体撮像素子ISのカバーガラス(平行平板)CGを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、さらに所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第15図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例8)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:5.53mm
F:2.88
2ω:63.5°
実施例8のレンズデータを表8に示す。第16(a)図〜第16(d)図は、実施例8の収差図であり、それぞれ、球面収差(第16(a)図)、非点収差(第16(b)図)、歪曲収差(第16(c)図)、メリディオナルコマ収差(第16(d)図)である。実施例8では、第1レンズは、ガラスモールドレンズ、第2レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。また、第3レンズ、および第4レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。
Figure 2008033376
(実施例9)
図18は、実施例9の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。図18において、撮像レンズは、物体側から順に、第1レンズL1、開口絞りS、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4を含み、この撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置された、物体側面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタIRCF、CMOSまたはCCD等の固体撮像素子ISとで撮像装置が構成されている。撮像レンズ及び赤外線カットフィルタIRCFを通過し、撮像面Iに結像された光学像は、固体撮像素子ISで光電変換され、さらに所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。
第18図に示す撮像装置に好適な撮像レンズ(実施例9)において、焦点距離(f)、Fナンバー(F)、画角(2ω)の値は以下の通りである。
f:4.66mm
F:3.60
2ω:63.3°
実施例9のレンズデータを表9に示す。第19(a)図〜第19(d)図は、実施例9の収差図であり、それぞれ、球面収差(第19(a)図)、非点収差(第19(b)図)、歪曲収差(第19(c)図)、メリディオナルコマ収差(第19(d)図)である。実施例9では、第1レンズは、ガラスモールドレンズ、第2レンズ、および第4レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4%以下である。また、第3レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01%以下である。
Figure 2008033376
各実施例について、条件式(1)〜(12)の値を表10にまとめて示す。
Figure 2008033376
尚、撮像レンズを構成する全てのレンズを射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成すると、大量生産が可能となり、また非球面の付加が容易なためレンズ性能を向上させることが可能となる。一方では、外気温の変化によりプラスチック材料に屈折率変化が生ずることに起因し、像点位置が変動してしまうという問題があるが、近年では、オートフォーカス(AF)機構を搭載する撮像装置も開発されており、このような撮像装置においては像点位置の変動はそれほど問題にはならない。厳密には、AF機構を搭載していても可焦点距離や無限遠方にピントを固定するモード等の機能を有する撮像装置においては、像点位置の変動を補正するための別手段が必要となる。このような場合は、別途温度センサを搭載し、温度センサからの温度情報から撮像レンズと固体撮像素子の撮像面との距離を微調整する等の補正を行えばよい。
AF機構を搭載しない撮像装置においては、外気温の変化による像点位置の変動は問題になりやすい。そのような場合は、撮像レンズの中で屈折力の強い正レンズ(例えば、本発明では第1レンズ)をガラス材料から形成されるガラスモールドレンズとし、残りのプラスチックレンズの屈折力の総和を小さな値に抑えることで、温度変化時の像点位置の変動を軽減することが可能となる。
また最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の屈折率の温度変化を小さく抑えることができることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が20ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ(Nb25)の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。このような、無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズ全系の温度変化時の像点位置の変動を小さく抑えることが可能となる。
本発明によれば、小型で諸収差が良好に補正され、かつ良好な像側テレセントリック特性を有する、4群4枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。
実施例1の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例1の収差図であり、それぞれ、球面収差(第2(a)図)、非点収差(第2(b)図)、歪曲収差(第2(c)図)、メリディオナルコマ収差(第2(d)図)である。 実施例2の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例2の収差図であり、それぞれ、球面収差(第4(a)図)、非点収差(第4(b)図)、歪曲収差(第4(c)図)、メリディオナルコマ収差(第4(d)図)である。 実施例3の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例3の収差図であり、それぞれ、球面収差(第6(a)図)、非点収差(第6(b)図)、歪曲収差(第6(c)図)、メリディオナルコマ収差(第6(d)図)である。 実施例4の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例4の収差図であり、それぞれ、球面収差(第8(a)図)、非点収差(第8(b)図)、歪曲収差(第8(c)図)、メリディオナルコマ収差(第8(d)図)である。 実施例5の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例5の収差図であり、それぞれ、球面収差(第10(a)図)、非点収差(第10(b)図)、歪曲収差(第10(c)図)、メリディオナルコマ収差(第10(d)図)である。 実施例6の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例6の収差図であり、それぞれ、球面収差(第12(a)図)、非点収差(第12(b)図)、歪曲収差(第12(c)図)、メリディオナルコマ収差(第12(d)図)である。 実施例7の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例7の収差図であり、それぞれ、球面収差(第14(a)図)、非点収差(第14(b)図)、歪曲収差(第14(c)図)、メリディオナルコマ収差(第14(d)図)である。 実施例8の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例8の収差図であり、それぞれ、球面収差(第16(a)図)、非点収差(第16(b)図)、歪曲収差(第16(c)図)、メリディオナルコマ収差(第16(d)図)である。 撮像装置の遮光部材に取り付けた第1レンズを遮光部材と共に示す例の断面図である。 実施例9の撮像レンズを含む撮像装置の光軸方向断面図である。 実施例9の収差図であり、それぞれ、球面収差(第19(a)図)、非点収差(第19(b)図)、歪曲収差(第19(c)図)、メリディオナルコマ収差(第19(d)図)である。

Claims (18)

  1. 物体側から順に、正の屈折力を有する(以下正レンズ)第1レンズ、負の屈折力を有する(以下負レンズ)第2レンズ、正レンズである第3レンズ、及び少なくとも1面が非球面形状である第4レンズから構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
    −3.0<(r3+r4)/(r3−r4)<−0.7 (1)
    ν1−ν2>15.0 (2)
    ν3−ν2>15.0 (3)
    r3:第2レンズの物体側面の曲率半径
    r4:第2レンズの像側面の曲率半径
    ν1:第1レンズのアッベ数
    ν2:第2レンズのアッベ数
    ν3:第3レンズのアッベ数
  2. 前記撮像レンズは、最も物体側に開口絞りを有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像レンズ。
  3. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の撮像レンズ。
    −1.5<(r3+r4)/(r3−r4)<−0.7 (4)
    r3:第2レンズの物体側面の曲率半径
    r4:第2レンズの像側面の曲率半径
  4. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の撮像レンズ。
    −1.5<(r3+r4)/(r3−r4)<−1.0 (5)
    r3:第2レンズの物体側面の曲率半径
    r4:第2レンズの像側面の曲率半径
  5. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の撮像レンズ。
    0.1<(r1+r2)/(r1−r2)<1.0 (6)
    r1:第1レンズの物体側面の曲率半径
    r2:第1レンズの像側面の曲率半径
  6. 前記第4レンズは正レンズからなることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の撮像レンズ。
  7. 前記第4レンズは負レンズからなることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の撮像レンズ。
  8. 前記撮像レンズは、前記第1レンズと前記第2レンズとの間に開口絞りを有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像レンズ。
  9. 前記第1レンズは物体側に凸面を向けた形状であることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の撮像レンズ。
  10. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第8項に記載の撮像レンズ。
    −1.5<f2/f<−0.7 (7)
    f2:第2レンズの焦点距離
    f:撮像レンズ全系の焦点距離
  11. 前記撮像レンズにおける前記第1レンズおよび前記第2レンズは、前記開口絞りを挟んでそれぞれ、前記開口絞り側に凹面を向けたメニスカス形状を有することを特徴とする請求の範囲第8項に記載の撮像レンズ。
  12. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第8項に記載の撮像レンズ。
    −2.5<(r3+r4)/(r3−r4)<−1.2 (8)
  13. 前記第4レンズは負レンズであることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の撮像レンズ。
  14. 前記撮像レンズにおける前記第3レンズの像側面と前記第4レンズの物体側面とにより形成される空気レンズは、両凹形状であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像レンズ。
  15. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像レンズ。
    0.30<fa/f<0.60 (9)
    0.30<r7/f<2.0 (10)
    f:撮像レンズ全系の焦点距離
    fa:第3レンズの像側面と第4レンズの物体側面とにより形成される空気レンズの焦点距離であり、以下の式で算出される値
    fa=R6・R7/{R7・(1−N3)+R6・(N4−1)−D6・(1−N3)・(N4−1)}
    ただし、
    N3:第3レンズのd線に対する屈折率
    N4:第4レンズのd線に対する屈折率
    R6:第3レンズの像側面の曲率半径
    R7:第4レンズの物体側面の曲率半径
    D6:第3レンズと第4レンズの軸上の空気間隔
    r7:第4レンズの物体側面の曲率半径
  16. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第15項に記載の撮像レンズ。
    0.30<r7/f<1.0 (11)
  17. 前記第1レンズがガラス材料から形成され、
    前記第2レンズ、第3レンズ、および第4レンズが、プラスチック材料から形成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像レンズ。
    |f/f234| < 0.5 (12)
    ただし、
    f:レンズ全系の焦点距離
    f234:プラスチック材料から形成された第2レンズ、第3レンズ、第4レンズの合成焦点距離
  18. 請求の範囲第1項のいずれかに記載の撮像レンズと、固体撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
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