JP2008275832A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】焦点深度が深く、誤差感度が低い撮像レンズを提供する。
【解決手段】本撮像レンズは、条件式「０．０１６＜Δ／ｆ＜０．０１８」を満たし、物体側から像側へ順に配置された第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、及び、第３のレンズＬ３を備えている。ただし、Δは、Ｆ線とＣ線の軸上色収差の絶対量であり、ｆは、レンズ全系の合成焦点距離である。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を持ち、正の屈折力を有する。第２のレンズＬ２は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状を持つ。第３のレンズＬ３は、物体側に凸面形状を持ち、像側に凹面の非球面形状を持つレンズであって、像側面の中心部において負の屈折力を有し、像側面の周辺部において正の屈折力を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、３枚のレンズを用いた撮像レンズに関する。

近年、携帯電話などに搭載されるモバイルカメラ用固体撮像素子の小型化が進み、画素サイズが３μｍ以下の固体撮像素子が利用されるようになっている。このように非常に小さい画素サイズの固体撮像素子に見合う性能の撮像レンズを、実用化するためにはレンズ枚数を３枚以上とし、諸収差を十分補正する必要がある。

３枚のレンズを用いた撮像レンズとしては、次の特許文献１に示されたものが知られている。
特開２００６−３０８７８９号公報

しかし、上述の特許文献１に記載された撮像レンズは、焦点深度が浅く、焦点を合わせることが困難である。また、誤差感度が高い。

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、小型でありながらも焦点深度が深く、誤差感度が低い３枚構成の撮像レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像レンズは、
物体側から像側へ順に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、及び、第３のレンズを備え、
前記第１のレンズは、前記物体側に凸面を向けたメニスカス形状を持ち、正の屈折力を有し、
前記第２のレンズは、前記物体側に凹面を向けたメニスカス形状を持ち、
前記第３のレンズは、前記物体側に凸面形状を持ち、前記像側に凹面の非球面形状を持つレンズであって、前記像側面の中心部において負の屈折力を有し、前記像側面の周辺部において正の屈折力を有し、
下記条件式（１）を満たすことを特徴とする。
０．０１６＜Δ／ｆ＜０．０１８・・・（１）
ただし
Δ ：Ｆ線とＣ線の軸上色収差の絶対量
ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離

例えば、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に、開口絞りが配置されていてもよい。

本発明によれば、小型でありながら焦点深度が深く、誤差感度が低い撮像レンズを実現できる。

本実施形態の撮像レンズは、以下に示す実施例１〜４に示すように、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、及び、第３のレンズＬ３を備え、これらのレンズＬ１〜Ｌ３が物体側から順に配置されている。

第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を持ち、正の屈折力を有する。第２のレンズＬ２は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状を持つ。第３のレンズＬ３は、物体側に凸面形状を持ち、像側に凹面の非球面形状を持つレンズであり、像側面の中心部において負の屈折力を有し、像側面の周辺部において正の屈折力を有する。

レンズＬ１とレンズＬ２との間に開口絞りＳが配置され、レンズＬ３と像面Ｂとの間には、フィルタやカバーガラスに相当する平行平板ガラスＧが配置されている。

そして、下記条件式（１）を満たしている。
０．０１６＜Δ／ｆ＜０．０１８・・・（１）
ただし
Δ ：Ｆ線とＣ線の軸上色収差の絶対量
ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
である。

条件式（１）を満たす撮像レンズは、色収差の補正において画像の劣化が許容できる範囲内である程度の色収差を残したレンズである。あえてある程度の色収差を残すことによって、撮像レンズの焦点深度が深くなる。

ここで、図１，２を参照しながら、条件式（１）を満たす撮像レンズ、つまり、色収差の補正において画像の劣化が許容できる範囲内であえて、ある程度の色収差を残した撮像レンズの焦点深度が深くなる原理を説明する。

図２に示すグラフは、Δ／ｆ＝０．０１４１の従来技術による撮像レンズ、つまり、条件式（１）の範囲外のレンズの空間周波数１００［ｌｐ／ｍｍ］のデフォーカスＭＴＦ（Modulation Transfer Function）グラフである。さらに詳しく述べると、図２（ａ）は、Ｆ線のみの単波長の場合のグラフであり、図２（ｂ）は、ｅ線のみの単波長の場合のグラフであり、図２（ｃ）は、Ｃ線のみの単波長の場合のグラフであり、図２（ｄ）は、Ｆ線：ｅ線：Ｃ線＝１：２：１の波長ウェイトの複数波長（白色光）の場合のグラフである。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、Ｆ線のＭＴＦピークは、ｅ線のＭＴＦピークより約１０μｍマイナス側にあり、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、Ｃ線のＭＴＦピークは、ｅ線のＭＴＦピークより約１５μｍプラス側にあり、波長によるピークのずれが少なく、よく色収差が補正されている。

図２（ｄ）に示すように、Ｆ線：ｅ線：Ｃ線＝１：２：１の波長ウェイトの複数波長（白色光）によるデフォーカスＭＴＦは、Ｆ線、ｅ線、Ｃ線の単波長のそれぞれのデフォーカスＭＴＦの重ね合わせとなるが、もともとのピークのずれが少ない（色収差が少ない）ために重ね合わせた後もピークの劣化が少なく画質特性がよい。しかしながら、鋭いピーク特性となっていて、焦点深度が浅いことを表している。

図１に示すグラフは、Δ／ｆ＝０．０１６７の本実施形態に係る撮像レンズ、つまり、条件式（１）の範囲内のレンズの空間周波数１００［ｌｐ／ｍｍ］のデフォーカスＭＴＦである。さらに詳しく述べると、図１（ａ）は、Ｆ線のみの単波長の場合のグラフであり、図１（ｂ）は、ｅ線のみの単波長の場合のグラフであり、図１（ｃ）は、Ｃ線のみの単波長の場合のグラフであり、図１（ｄ）は、Ｆ線：ｅ線：Ｃ線＝１：２：１の波長ウェイトの複数波長（白色光）の場合のグラフである。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、Ｆ線のＭＴＦピークは、ｅ線のＭＴＦピークより約３０μｍマイナス側にあり、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、Ｃ線のＭＴＦピークは、ｅ線のＭＴＦピークより約４０μｍプラス側にあり、波長によるピークのずれが大きく、大きく色収差が残存している。

図１（ｄ）に示すように、Ｆ線：ｅ線：Ｃ線＝１：２：１の波長ウェイトの複数波長（白色光）によるデフォーカスＭＴＦは、Ｆ線、ｅ線、Ｃ線の単波長のそれぞれのデフォーカスＭＴＦの重ね合わせとなるが、もともとのピークのずれが大きい（色収差が大きい）ために重ね合わせた前よりデフォーカスＭＴＦのピークの絶対値が若干低くなっていて、色収差により画質が若干劣化している。しかしながら、ピーク前後の裾野が広いピーク特性となっていて、焦点深度が深いことを表している。具体的に述べると、焦点を合わせられる範囲である、ＭＴＦが２０％以上の値を取る範囲が、図２（ｄ）のグラフと較べて図１（ｄ）のグラフは４〜１０μｍ広く、焦点を合わせやすい。

このように、画質の劣化が許容できる範囲内で、色収差をあえてある程度残存させることにより焦点深度を深くすることができる。

条件式（１）は、色収差の絶対量を規定するものであり、（１）式の下限を下回ると色収差が補正されすぎるために、焦点深度が浅くなると共に誤差感度が高くなる。また、（１）式の上限を上回ると、色収差が大きくなりすぎるために画像の劣化が許容できなくなる。

このようにして、焦点深度を深くすることにより製造時の焦点合わせや、オートフォーカスによる焦点合わせの許容誤差を大きくすることができる。また、焦点深度を大きくすることで、レンズ組み付け誤差や部品寸法のばらつきにより発生する像面の倒れによる画質の劣化を少なくすることができるため製造誤差感度が緩くなる。

以下、図及び表に基づき、本実施形態の実施例１〜４について詳細に説明する。実施例１〜４の撮像レンズは、条件式（１）を満たす。

（実施例１）
図３は、実施例１の撮像レンズのレンズ構成図である。
表１（ａ）は、実施例１の撮像レンズの構成データを示す表である。
表１（ｂ）は、実施例１の撮像レンズの非球面係数を示す表である。

この実施例の撮像レンズのレンズ全系の焦点距離ｆは、３．０６７ｍｍであると共に、Ｆ値がＦ／３．５であり、画角２ωが６１．３°である。
レンズＬ１とレンズＬ２との間に開口絞りＳが配置されている。

各レンズＬ１〜Ｌ３が２つのレンズ面を構成し、開口絞りＳが１つの面を構成し、平行平板ガラスＧが２つの面を構成するとし、各レンズ面の曲率半径ｒ、間隔ｄ、ｄ線に対する屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表すと、表１（ａ）のようになる。表１（ａ）中のＮｏ．はレンズ面番号であり、物体側から順に番号を付けたものである。レンズ面番号のs３は、開口絞りＳである。間隔ｄは、当該レンズ面から次のレンズ面までの距離を示している。

各レンズ面の非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、曲率半径の逆数をｃ、円錐係数をｋ、非球面係数をα_４，α_６，α_８，α_１０，α_１２，α_１４，α_１６としたとき、次の式（２）で表される。

・・・・・・・（２）

この実施例１の各レンズ面の円錐係数ｋ及び非球面係数α_４，α_６，α_８，α_１０，α_１２，α_１４，α_１６を表すと、表１（ｂ）のようになる。なお、表１（ｂ）中のＮｏ．は、表１（ａ）のレンズ面番号と等しいレンズ面番号を示している。

（実施例２）
図４は、実施例２の撮像レンズのレンズ構成図である。
表２（ａ）は、実施例２の撮像レンズの構成データを示す表である。
表２（ｂ）は、実施例２の撮像レンズの非球面係数を示す表である。

この実施例の撮像レンズのレンズ全系の焦点距離ｆは、２．９２２ｍｍであると共に、Ｆ値がＦ／２．８であり、画角２ωが５８．７°である。

レンズＬ１とレンズＬ２との間に開口絞りＳが配置されている。
各レンズＬ１〜Ｌ３が２つのレンズ面を構成し、開口絞りＳが１つの面を構成し、平行平板ガラスＧが２つの面を構成するとし、各レンズ面の曲率半径ｒ、間隔ｄ、ｄ線に対する屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表すと、表２（ａ）のようになる。表２（ａ）中のＮｏ．はレンズ面番号であり、物体側から順に番号を付けたものである。レンズ面番号のs３は、開口絞りＳである。間隔ｄは、当該レンズ面から次のレンズ面までの距離を示している。

この実施例２の各レンズ面の円錐係数ｋ及び非球面係数α_４，α_６，α_８，α_１０，α_１２，α_１４，α_１６を表すと、表２（ｂ）のようになる。なお、表２（ｂ）中のＮｏ．は、表２（ａ）のレンズ面番号と等しいレンズ面番号を示している。

（実施例３）
図５は、実施例３の撮像レンズのレンズ構成図である。
表３（ａ）は、実施例３の撮像レンズの構成データを示す表である。
表３（ｂ）は、実施例３の撮像レンズの非球面係数を示す表である。

この実施例の撮像レンズのレンズ全系の焦点距離ｆは、３．０１６ｍｍであると共に、Ｆ値がＦ／２．８であり、画角２ωが６１．９°である。

レンズＬ１とレンズＬ２との間に開口絞りＳが配置されている。
各レンズＬ１〜Ｌ３が２つのレンズ面を構成し、開口絞りＳが１つの面を構成し、平行平板ガラスＧが２つの面を構成するとし、各レンズ面の曲率半径ｒ、間隔ｄ、ｄ線に対する屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表すと、表３（ａ）のようになる。表３（ａ）中のＮｏ．はレンズ面番号であり、物体側から順に番号を付けたものである。レンズ面番号のs３は、開口絞りＳである。間隔ｄは、当該レンズ面から次のレンズ面までの距離を示している。

この実施例３の各レンズ面の円錐係数ｋ及び非球面係数α_４，α_６，α_８，α_１０，α_１２，α_１４，α_１６を表すと、表３（ｂ）のようになる。なお、表３（ｂ）中のＮｏ．は、表３（ａ）のレンズ面番号と等しいレンズ面番号を示している。

（実施例４）
図６は、実施例４の撮像レンズのレンズ構成図である。
表４（ａ）は、実施例４の撮像レンズの構成データを示す表である。
表４（ｂ）は、実施例４の撮像レンズの非球面係数を示す表である。

この実施例の撮像レンズのレンズ全系の焦点距離ｆは、３．７５１ｍｍであると共に、Ｆ値がＦ／３．６であり、画角２ωが６６．３°である。

レンズＬ１とレンズＬ２との間に開口絞りＳが配置されている。
各レンズＬ１〜Ｌ３が２つのレンズ面を構成し、開口絞りＳが１つの面を構成し、平行平板ガラスＧが２つの面を構成するとし、各レンズ面の曲率半径ｒ、間隔ｄ、ｄ線に対する屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表すと、表４（ａ）のようになる。表４（ａ）中のＮｏ．はレンズ面番号であり、物体側から順に番号を付けたものである。レンズ面番号のs３は、開口絞りＳである。間隔ｄは、当該レンズ面から次のレンズ面までの距離を示している。

この実施例４の各レンズ面の円錐係数ｋ及び非球面係数α_４，α_６，α_８，α_１０，α_１２，α_１４，α_１６を表すと、表４（ｂ）のようになる。なお、表４（ｂ）中のＮｏ．は、表４（ａ）のレンズ面番号と等しいレンズ面番号を示している。

以上の実施例１〜４における前述の条件式（１）の値を表５に示す。

以上、実施例１〜４の撮像レンズでは、画像の劣化が許容できる範囲内であえてある程度の色収差を残すことによって、焦点深度を深くすることができる。
又、上記各実施例であげたデータは例示にすぎず、本発明の要件を満たすものであれば他の値をとりうる。

なお、参考のため、図７〜１０に実施例１〜４の非点収差、歪曲収差、球面収差、軸上色収差のグラフを記載する。

又、参考のため、図１１に前記条件式（１）の範囲内、範囲外におけるデフォーカスとＭＴＦの関係（１００ｌｐ／ｍｍ）を記載する。

具体的に述べると、図１１は、「Δ／ｆ＝０．０１２，０．０１４，０．０１６，０．０１８，０．０２，０．０２２」のレンズのデフォーカスＭＴＦのグラフである。Δ／ｆが０．０１２〜０．０１４の範囲内の値であると、ＭＴＦ２０％以上の範囲が、Δ／ｆ＝０．０１６のグラフに較べ、５〜１０μｍ程度狭くなる。また、Δ／ｆが０．０２〜０．０２２の範囲内の値であると、ＭＴＦピークの値が、Δ／ｆ＝０．０１８のグラフに較べ、５〜１０％程度低くなる。

前記条件式（１）は、色収差の絶対量を規定するものであり、（１）式の下限を下回ると色収差が補正されすぎるために、焦点深度が浅くなると共に誤差感度が高くなる。また、また、（１）式の上限を上回ると、色収差が大きくなりすぎるために画像の劣化が許容できなくなる。

より具体的には、デフォーカスとＭＴＦの関係（１００ｌｐ／ｍｍ）において、以下の２条件を満足させることが望ましい。
・ ＭＴＦピーク値：４５％以上
・ ＭＴＦ２０％以上におけるデフォーカス範囲：９０μｍ以上
図１１により、前記条件式（１）を満足する事によって、前記２条件の実現が可能である。

本発明の実施形態に係る撮像レンズのデフォーカスＭＴＦのグラフである。 従来技術による撮像レンズのデフォーカスＭＴＦのグラフである。 実施例１の撮像レンズのレンズ構成を示す図である。 実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す図である。 実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す図である。 実施例４の撮像レンズのレンズ構成を示す図である。 実施例１の撮像レンズの諸収差を示す図である。 実施例２の撮像レンズの諸収差を示す図である。 実施例３の撮像レンズの諸収差を示す図である。 実施例４の撮像レンズの諸収差を示す図である。 Δ／ｆの値が異なるレンズにおけるデフォーカスとＭＴＦの関係を示す図である。

符号の説明

Ｌ１〜Ｌ３ 第１〜第３のレンズ
Ｓ 開口絞り
Ｂ 像面

Claims (2)

1. 物体側から像側へ順に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、及び、第３のレンズを備え、
   前記第１のレンズは、前記物体側に凸面を向けたメニスカス形状を持ち、正の屈折力を有し、
   前記第２のレンズは、前記物体側に凹面を向けたメニスカス形状を持ち、
   前記第３のレンズは、前記物体側に凸面形状を持ち、前記像側に凹面の非球面形状を持つレンズであって、前記像側面の中心部において負の屈折力を有し、前記像側面の周辺部において正の屈折力を有し、
   下記条件式（１）を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
   ０．０１６＜Δ／ｆ＜０．０１８・・・（１）
   ただし
   Δ ：Ｆ線とＣ線の軸上色収差の絶対量
   ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
2. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に、開口絞りが配置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。

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