JP2009139681A - 撮像レンズおよび撮像モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】３枚レンズ構成のレンズ系により、低コストでかつ小型の高解像性能を有する撮像レンズおよび撮像モジュールを提供する。
【解決手段】正のパワーの第１レンズＬ１と、負のパワーの第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３が物体側から撮像側に向かって順に配置されたレンズ系を備える。以下の式の条件を満たす。

ただし、ｆ：レンズ系のｄ線における焦点距離 [ｍｍ] ν_１,ν_２：第１,第２レンズのｄ線におけるアッベ数 Ｌ：レンズ系の全長[ｍｍ] Ｌ’：レンズ系の換算全長[ｍｍ] ｄ_１’：第１,第２レンズ間の換算距離[ｍｍ]
【選択図】なし

Description

この発明は、撮像レンズおよび撮像モジュールに関し、詳しくは、カメラ用の撮像レンズおよびその撮像レンズと固体撮像素子を用いた撮像モジュールであり、特に携帯電話機等への搭載を目的とした、小型でかつ高い光学性能を有する撮像レンズおよび撮像モジュールに関するものである。

近年、撮像素子にＣＣＤ(Charge Coupled Device：電荷結合素子)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor：コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)などの固体撮像素子を用いたコンパクトなデジタルカメラやデジタルビデオユニットを内蔵したものが種々開発されている。特に、情報携帯端末や携帯電話が普及し、それらに搭載される撮像モジュールには、高解像性能はもちろんのこと、携帯性の観点から小型・低背の撮像レンズが望まれている。

このような要求を実現可能な撮像レンズのタイプとして、物体側から撮像側へ順に、正のパワーの第１レンズ、負のパワーの第２レンズ、正または負のパワーの第３レンズの３枚構成のレンズ系のものがある(特許文献１(特開２００７−１５６２７７号公報)参照)。このような正レンズ−負レンズという構成の撮像レンズは、一般に望遠タイプと呼ばれ、焦点距離に比してレンズ全長を短くでき、低背化に有利である。また、コマ収差、非点収差、像面湾曲といった諸収差の補正を３枚のレンズで分担して行なうため、撮像面全域にわたって解像性能を向上できる。さらに、第３レンズにより軸外光線の受光素子への入射角を調整し、固体撮像素子を用いる場合でもシェーディングによる光量低下を抑制することが可能である。

一般に、レンズの材料は、分散現象により短波長の光が長波長の光に比べ強く屈折され、また、撮像レンズでは、レンズ系全体が正のパワーを持っているため、短波長の光の結像位置が長波長の光の結像位置よりも手前にずれる場合が多い(軸上色収差；以後単に色収差と呼ぶ)。

ところが、上記特許文献１の撮像レンズのレンズ系では、色収差の補正が十分ではなく、他の収差を完全に補正したとしても解像性能の向上に限界がある。特に、Ｆナンバー３以下の明るいレンズ系では色収差の影響が大きくなる。また、画素ピッチ２.５μｍ以下の高解像の撮像素子を用いる場合、必要とされる解像度を実現できない可能性がある。
特開２００７−１５６２７７号公報

そこで、この発明の課題は、３枚レンズ構成のレンズ系により、低コストでかつ小型の高解像性能を有する撮像レンズおよび撮像モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の撮像レンズは、
物体側から撮像側に向かって順に、正のパワーの第１レンズと、負のパワーの第２レンズと、正または負のパワーの第３レンズが配置されたレンズ系を備え、
以下の数１に示される式および数２に示される式の条件を満たすことを特徴とする。

〔ただし、
ｆ：レンズ系のｄ線における焦点距離 [ｍｍ]
ｎ_１：第１レンズのｄ線における屈折率
ｎ_２：第２レンズのｄ線における屈折率
ｎ_３：第３レンズのｄ線における屈折率
ν_１：第１レンズのｄ線におけるアッベ数
ν_２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
ｔ_１：第１レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｔ_２：第２レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｔ_３：第３レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｄ_１：第１レンズと第２レンズの間隔[ｍｍ]
ｄ_２：第２レンズと第３レンズの間隔[ｍｍ]
ｄ_３：第３レンズと受光面の間隔[ｍｍ]
Ｌ：レンズ系の全長(＝ｔ_１＋ｄ_１＋ｔ_２＋ｄ_２＋ｔ_３＋ｄ_３) [ｍｍ]
Ｌ’：レンズ系の換算全長(＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１＋ｔ_２／ｎ_２＋ｄ_２＋ｔ_３／ｎ_３＋ｄ_３) [ｍｍ]
ｄ_１’：第１レンズと第２レンズ間の換算距離(＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１) [ｍｍ] 〕

上記構成によれば、[数１]に示す式の第１の条件により、全長が短く、撮像モジュールの小型化に適した撮像レンズを得ることができると共に、[数２]に示す式の第２の条件により、色収差を適切に補正した撮像レンズを得ることができる。これにより、３枚レンズ構成のレンズ系により、低コストでかつ小型の高解像性能を有する撮像レンズを実現できる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、
上記第３レンズの撮像側に配置された透光板を備え、
上記透光板のｄ線における屈折率をｎ_Ｃとし、上記透光板の中心厚み[ｍｍ]をｔ_Ｃとし、上記第３レンズと上記透光板の間隔[ｍｍ]をｄ_３Ｃとし、上記透光板と上記受光面の間隔[ｍｍ]をｄ_Ｃとすると、
上記第３レンズと上記受光面の間隔ｄ_３は、
ｄ_３＝ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ＋ｄ_Ｃ
で表され、上記レンズ系の全長Ｌ[ｍｍ]と上記レンズ系の換算全長Ｌ’[ｍｍ]は、
Ｌ＝ｔ_１＋ｄ_１＋ｔ_２＋ｄ_２＋ｔ_３＋ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ＋ｄ_Ｃ)
Ｌ’＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１＋ｔ_２／ｎ_２＋ｄ_２＋ｔ_３／ｎ_３＋ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ／ｎ_Ｃ＋ｄ_Ｃ)
で表される。

上記実施形態によれば、上記第３レンズの撮像側に透光板を配置することによって、撮像側に配置される撮像素子の受光面を保護することができる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、
上記第３レンズのｄ線における焦点距離をｆ_３とすると、上記レンズ系のｄ線における焦点距離ｆと上記第３レンズのｄ線における焦点距離をｆ_３とが、

の条件を満たす。

上記実施形態によれば、上記レンズ系のｄ線における焦点距離ｆと上記第３レンズのｄ線における焦点距離をｆ_３とが、上記条件を満たすようにして、第３レンズのパワーの絶対値を小さくするほうがより好適である。すなわち、第３レンズのパワーが正で大きい場合、レンズ系の全長を短縮するためには、第１レンズと第２レンズのパワーを大きくする必要があり、製造公差が厳しくなる。逆に、第３レンズのパワーが負で大きい場合、色収差が大きくなる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、上記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。

上記実施形態によれば、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズを第１レンズに用いることによって、レンズ系の全長を撮像レンズの全長に近づけて長く取ることができ、光学設計上有利となる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、上記第２レンズが物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである。

上記実施形態によれば、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを第２レンズに用いることによって、レンズのパワーを保ったままペッツバール和を小さくすることができ、非点収差・像面湾曲を低減できると共に、コマ収差を低減できる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、
上記第１レンズのｄ線におけるアッベ数ν_１と、上記第２レンズのｄ線におけるアッベ数ν_２は、
ν_１＞４５
ν_２＜３０
の条件を満たすことを特徴とする。

上記実施形態によれば、上記第１レンズのｄ線におけるアッベ数ν_１と、第２レンズのｄ線におけるアッベ数ν_２の上記条件を満たすようにして、第１レンズのアッベ数を大きく(分散を小さく)する一方、第２レンズのアッベ数を小さく(分散を大きく)することにより、同一のレンズパワー、レンズ配置であっても、より有効に色収差を補正できる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、上記第１,第２,第３レンズのうち少なくとも１面以上を非球面とした。

上記実施形態によれば、上記第１,第２,第３レンズのうちの例えば第１レンズを非球面とすることにより、特に球面収差を有効に補正できる。また、第２レンズを非球面とすることにより、特に非点収差・像面湾曲を有効に補正できる。さらに、第３レンズを非球面とすることにより、特に非点収差・像面湾曲・歪曲を有効に補正し、また、テレセントリック性を向上できる。

また、一実施形態の撮像レンズでは、上記レンズ系のＦナンバーが３以下である。

上記実施形態によれば、上記レンズ系のＦナンバーを３以下と小さくすることによって、受光光量を増大しつつ、色収差を０.０５５ｍｍ以内に補正して、高い解像性能を実現できる。

また、この発明の撮像モジュールでは、
上記のいずれか１つの撮像レンズと、
上記撮像レンズにより投影された光学像を撮像する固体撮像素子と
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、低コストでかつ小型の高解像性能を有する撮像レンズを用いることによって、小型で高性能な撮像モジュールを低コストで実現できる。

また、一実施形態の撮像モジュールでは、上記固体撮像素子の画素ピッチが２.５μｍ以下である。

上記実施形態によれば、上記固体撮像素子の画素ピッチを２.５μｍ以下とすることによって、高画素の固体撮像素子の性能を十分活かした撮像モジュールを実現できる。

以上より明らかなように、この発明の撮像レンズによれば、３枚レンズ構成のレンズ系により、低コストでかつ小型の高解像性能を有する撮像レンズを実現することができる。

また、この発明の撮像モジュールによれば、低コスト化と小型化を図ることができる高性能な撮像モジュールを実現することができる。

以下、この発明の撮像レンズおよび撮像モジュールを図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１Ａはこの発明の撮像レンズの構成を示す図であり、この撮像レンズは、図１Ａに示すように、物体側(図１Ａの左側)から撮像側(図１Ａの右側)に向かって順に、正のパワーの第１レンズＬ１と、負のパワーの第２レンズＬ２と、正または負のパワーの第３レンズＬ３が配置されたレンズ系を備えている。また、上記撮像レンズは、第３レンズＬ３の撮像側の受光面Ｉｍとの間に配置された透光板ＣＧを備えている。

この発明の撮像レンズおよび撮像モジュールの実施の形態を説明する前に、色収差をどの程度まで抑えればよいかについて以下に説明する。

まず、色収差補正のターゲットとして、色収差以外の収差がない場合の解像性能を考え、
軸上２００[ｌｐ／ｍｍ]でのＭＴＦ値 ≧ ３０％ …… (＊)
の条件を満たすことを目標とする。この２００[ｌｐ／ｍｍ]は、撮像素子の画素ピッチが２.５μｍのときのナイキスト周波数である。また、３０％というＭＴＦ(Modulation Transfer Function)値は、回折限界および色収差のみの影響による低下したコントラストの目標値であり、他の収差、製造公差などによって解像性能が劣化することを考慮すると、実際の撮像モジュールでの解像性能を確保する上で妥当な目標値である。

図２に色収差と解像性能(ＭＴＦ)の関係を示す。図２において、横軸は色収差(Ｃ線とＦ線の結像位置の差：Ｃ線が手前で結像する場合が正)であり、縦軸は軸上２００[ｌｐ／ｍｍ]でのＭＴＦ値である。ここで、レンズ系のＦナンバーは２.０、２.８、４.０の３通りとしている。

図２より、色収差(絶対値)を０.０５５ｍｍ以内に抑えることにより、上記条件(＊)の目標値を達成できることが分かる。特に、Ｆナンバーが３より小さい場合、色収差の補正がより重要となる。なお、ＭＴＦ値のピークが色収差０からずれているのは、高次の球面収差などの影響である。

次に、レンズの配置により色収差がどのように変化するかを計算する。

図１Ｂに示すような、正のパワーの第１レンズＬ１、負のパワーの第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、受光面Ｉｍからなる薄肉レンズ系の色収差を、次のパラメータに基づいて計算する。
Ｃ線：６５６ｎｍ(赤)
ｄ線：５８８ｎｍ(黄)
Ｆ線：４８６ｎｍ(青)
ｄ_１：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間隔
ｄ_２：第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間隔
ｄ_３：第３レンズＬ３と受光面Ｉｍの間隔
ｔ_１：第１レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｔ_２：第２レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｔ_３：第３レンズの中心厚み[ｍｍ]
Ｌ：レンズ系の全長(＝ｔ_１＋ｄ_１＋ｔ_２＋ｄ_２＋ｔ_３＋ｄ_３)
ν_１：第１レンズＬ１のｄ線におけるアッベ数
ν_２：第２レンズＬ２のｄ線におけるアッベ数
ν_３：第３レンズＬ３のｄ線におけるアッベ数
ｐ_１：第１レンズＬ１のｄ線におけるパワー
ｐ_２：第２レンズＬ２のｄ線におけるパワー
ｐ_３：第３レンズＬ３のｄ線におけるパワー
ｆ：レンズ系全体のｄ線における焦点距離
ｐ：レンズ系全体のｄ線におけるパワー(＝１／ｆ)
ここで、各文字にＣ、Ｆの添字をつけた場合、ｄ線のかわりにＣ線、Ｆ線に対する値とする。

第１レンズＬ１に入射した平行光束の、第３レンズＬ３を通過後の近軸結像距離は、

で表され、レンズ系全体の焦点距離ｆとパワーｐは、

で表される。また、Ｃ線、Ｆ線での結像位置の差(軸上色収差)は、

と計算される。各レンズパワーの差Δｐ_１, Δｐ_２, Δｐ_３はそれぞれ、アッベ数を用いて、

と表せる。

後に述べるが、本発明によるレンズ系では、第３レンズＬ３のパワーの絶対値が小さいほうが望ましい。この場合、式(３)において、第３レンズＬ３の影響(第３レンズＬ３のｄ線におけるパワーｐ_３、Δｐ_３を含む項)を無視でき、次のように関係式をより簡略化できる。

また、第１レンズＬ１のｄ線におけるパワーｐ_１、第２レンズＬ２のｄ線におけるパワーｐ_２は、レンズ系全体の焦点距離ｆ、レンズ系の全長Ｌ、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間隔ｄ_１が決まると一意に決まり、

と表せる。よって色収差Δｓは、

となる。色収差の許容範囲をＴｓとすると、｜Δｓ｜≦Ｔｓとなる範囲は、

となる(色収差は通常、負であるため)。

実際のレンズ系では、レンズは有限の厚みを持つが、レンズ部分の厚みを、その部分の屈折率で割った厚みに換算してレンズ間距離を求め、近似的に薄肉レンズ系と考え設計する。具体的には、式(６)において、レンズ系の全長Ｌと第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間隔ｄ_１の代わりに、次式で定義されるレンズ全長の換算距離Ｌ’とレンズ間距離の換算距離ｄ_１’を用いることにより、色収差補正条件を適用できる。
Ｌ’＝ ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１＋ｔ_２／ｎ_２＋ｄ_２＋ｔ_３／ｎ_３＋ｄ_３
ｄ_１’＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１
〔ただし、
ｎ_１：第１レンズのｄ線における屈折率
ｎ_２：第２レンズのｄ線における屈折率
ｎ_３：第３レンズのｄ線における屈折率
ｔ_１：第１レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｔ_２：第２レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｔ_３：第３レンズの中心厚み[ｍｍ]
ｄ_１：第１レンズと第２レンズの間隔[ｍｍ]
ｄ_２：第２レンズと第３レンズの間隔[ｍｍ]
ｄ_３：第３レンズと受光面の間隔[ｍｍ]
〕

図３に、レンズ間の換算距離ｄ_１’と色収差Δｓの関係を示す。図３において、横軸はレンズ間の換算距離ｄ_１’[ｍｍ]を表し、縦軸は色収差[ｍｍ]を表している。図３では、レンズ系のＦナンバーを２.８とし、焦点距離を４.２ｍｍとし、レンズ全長を３.８ｍｍとする３枚レンズ構成とし、その他のレンズデータを表１の通りとする。第３レンズＬ３の物体面側の曲率半径Ｒ３は、−６ｍｍ(凹面)、∞(平面)、＋６ｍｍ(凸面)の３通りとした。また、図３には、式(５)から計算される色収差の近似計算値も示している。

図３より、式(５)の計算式は、実際の色収差の良い近似となっており、従って、レンズ間距離に対する式(６)の規制は、色収差を許容範囲内に抑えるために有効である。小型の撮像レンズにおいて、色収差を０.０５５ｍｍ以内に抑えるため、次の条件が導かれる。

なお、この撮像レンズにおいて、第３レンズＬ３は、近軸領域での結像性能にはあまり影響がない一方で、軸外領域において、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２で生じた非点収差・像面湾曲・歪曲等を補正し、また、シェーディング対策のため、テレセントリック性を向上させる働きを有する。

上記構成の撮像レンズによれば、上記[数１]に示す式の条件により、全長が短く、撮像モジュールの小型化に適した撮像レンズを得ることができ、かつ、上記[数２]に示す式の条件により、色収差を適切に補正した撮像レンズを得ることができる。これにより、３枚レンズ構成のレンズ系により、低コストでかつ小型の高解像性能を有する撮像レンズを実現することができる。

なお、図１Ｂに示す撮像レンズの説明では、透光板のない撮像レンズについて説明したが、透光板ＣＧを備えた撮像レンズにこの発明を適用してもよい。その場合、第３レンズＬ３と受光面の間隔ｄ_３[ｍｍ]、レンズ系の全長Ｌ[ｍｍ]、およびレンズ系の換算全長Ｌ’[ｍｍ]は、
ｄ_３＝ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ＋ｄ_Ｃ
Ｌ＝ｔ_１＋ｄ_１＋ｔ_２＋ｄ_２＋ｔ_３＋ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ＋ｄ_Ｃ)
Ｌ’＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１＋ｔ_２／ｎ_２＋ｄ_２＋ｔ_３／ｎ_３＋ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ／ｎ_Ｃ＋ｄ_Ｃ
〔ただし、
ｄ_３Ｃ：第３レンズＬ３と透光板ＣＧの間隔[ｍｍ]
ｎ_Ｃ：透光板ＣＧのｄ線における屈折率
ｔ_Ｃ：透光板ＣＧの中心厚み[ｍｍ]
ｄ_Ｃ：透光板ＣＧと受光面Ｉｍの間隔[ｍｍ]
〕
となる。

上記第３レンズＬ３の撮像側に配置した透光板ＣＧはカバーガラスとも呼ばれ、これにより撮像側に配置される撮像素子の受光面を保護することができる。なお、透光板の具体例としてはこの他にＩＲフィルタ等のフィルタ類が挙げられ、透光板の材質としてはガラスの他に樹脂材料等の透光性を示すものを用いることができる。また、透光板にフィルタ機能を付与すれば、光学特性の改善を図ることができる。

また、この発明の撮像レンズでは、レンズ系のｄ線における焦点距離ｆと第３レンズＬ３のｄ線における焦点距離をｆ_３とが、

の条件を満たして、第３レンズＬ３のパワーの絶対値を小さくするほうがより好適である。すなわち、第３レンズＬ３のパワーが正で大きい場合、レンズ系の全長を短縮するためには、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワーを大きくする必要があり、製造公差が厳しくなる。逆に、第３レンズＬ３のパワーが負で大きい場合、色収差が上記の式(５)の計算値より大きくなる。

また、この発明の撮像レンズの組み立てでは、図４に示すように、レンズ鏡筒１０内に第１〜第３レンズ１１,１２,１３を組み込んで一体化することがよく行なわれている。このため、撮像レンズの全長Ａは、レンズ鏡筒１０前面の位置決め部１０aの厚みＢを含んだものになる。第１レンズＬ１を物体側が凸面のメニスカスレンズとすることにより、レンズ系の全長Ｌを撮像レンズの全長Ａに近づけて長く取ることができ、光学設計上有利となる。

さらに、第１レンズ１１の撮像側の面を、撮像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることにより、レンズのパワーを保ったままペッツバール和を小さくでき、非点収差・像面湾曲の低減に有効である。

また、上記第２レンズＬ２を、物体側に凹面を向けたメニスカス形状とすることにより、レンズのパワーを保ったままペッツバール和を小さくすることができ、非点収差・像面湾曲の低減に有効である。同時に、コマ収差の低減にも有効である。

また、上記第１レンズＬ１のｄ線におけるアッベ数ν_１と、第２レンズＬ２のｄ線におけるアッベ数ν_２について、
ν_１＞４５
ν_２＜３０
の条件を満たして、第１レンズＬ１のアッベ数ν_１を大きく(分散を小さく)し、第２レンズＬ２のアッベ数ν_２を小さく(分散を大きく)することにより、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２が同一のレンズパワー、レンズ配置であっても、より有効に色収差を補正できる。

また、上記第１レンズＬ１を非球面とすることにより、特に球面収差を有効に補正できる。また、上記第２レンズＬ２を非球面とすることにより、特に非点収差・像面湾曲を有効に補正できる。さらに、上記第３レンズＬ３を非球面とすることにより、特に非点収差・像面湾曲・歪曲を有効に補正し、また、テレセントリック性を向上できる。

また、上記撮像レンズのレンズ系のＦナンバーを３以下と小さくすることにより、上記受光光量を増大しつつ、色収差を０.０５５ｍｍ以内に補正して、高い解像性能を実現することができる。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子とを用いた撮像モジュールでは、軸外の光線の撮像素子への入射角が大きくなると、シェーディングによる受光光量の低下が生じる。これを抑制するため、この発明による３枚レンズ構成の撮像レンズが有効である。

また、この発明の撮像レンズと、画素ピッチ２.５μｍ以下の固体撮像素子により撮像モジュールを構成することにより、高画素の撮像素子の性能を十分活かした撮像モジュールを実現することができる。

以下、具体的なレンズ設計例を用いて本発明の効果を説明する。各レンズ光学面の形状は、光軸と直交する方向の座標ｘと、その位置での光軸方向の座標ｚの関係式として、次式で表せる。

Ｒ：曲率半径
Ｋ：コーニック係数
Ａ_ｉ：ｉ次の非球面係数

〔第１実施形態〕
図５はこの発明の第１実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図であり、この撮像レンズは、図５に示すように、物体側(図５の左側)から撮像側(図５の右側)に向かって順に、正のパワーの第１レンズＬ１１と、負のパワーの第２レンズＬ１２と、第３レンズＬ１３が配置されたレンズ系を備えている。また、上記撮像レンズは、第３レンズＬ１３の撮像側の受光面Ｉｍ１との間に配置された透光板１４と、第１レンズＬ１１の物体側に近接して配置された開口絞り１５を備えている。

次の表２に、第１実施形態の撮像レンズのレンズ系の設計式を示す。

この第１実施形態の撮像レンズのレンズ系は、焦点距離ｆ＝３.５２ｍｍ、Ｆナンバー２.８、全長Ｌ＝４.００ｍｍで設計している。色収差補正のためには、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２間の換算距離ｄ_１’は１.０５４ｍｍ以下、すなわち、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２の間隔ｄ_１は０.７２７ｍｍ以下とすればよい。

図６Ａ〜図６Ｃに上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差、像面湾曲・非点収差、歪曲)を示す。図６Ａにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は入射高[％]を表し、細い実線がＦ線の結像位置、太い実線がＣ線の結像位置である。図６Ｂにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は像高[ｍｍ]を表し、細い実線がサジタル像面Ｓ、太い実線がタンジェンシャル像面Ｔである。また、図６Ｃにおいて、横軸は歪曲[％]を表し、縦軸は入射高[ｍｍ]を表している。

図６Ａ〜図６Ｃにおいて、色収差は−０.０３０ｍｍであり、縦収差、像面湾曲・非点収差、歪曲の各収差もよく補正されている。

〔第２実施形態〕
図７はこの発明の第２実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図であり、この撮像レンズは、図７に示すように、物体側(図７の左側)から撮像側(図７の右側)に向かって順に、正のパワーの第１レンズＬ２１と、負のパワーの第２レンズＬ２２と、第３レンズＬ２３が配置されたレンズ系を備えている。また、上記撮像レンズは、第３レンズＬ２３の撮像側の受光面Ｉｍ２との間に配置された透光板２４と、第１レンズＬ２１の物体側に近接して配置された開口絞り２５を備えている。

次の表３に、第２実施形態の撮像レンズのレンズ系の設計式を示す。

この第２実施形態の撮像レンズのレンズ系は第１実施形態と同じく、焦点距離ｆ＝３.５２ｍｍ、Ｆナンバー２.８、全長Ｌ＝４.００ｍｍで設計しており、第１レンズＬ２１と第２レンズＬ２２の間隔ｄ_１は０.７２７ｍｍ以下とすればよい。

図８Ａ〜図８Ｃに上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差、像面湾曲・非点収差、歪曲)を示す。図８Ａにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は入射高[％]を表し、細い実線がＦ線の結像位置、太い実線がＣ線の結像位置である。図８Ｂにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は像高[ｍｍ]を表し、細い実線がサジタル像面Ｓ、太い実線がタンジェンシャル像面Ｔである。また、図８Ｃにおいて、横軸は歪曲[％]を表し、縦軸は入射高[ｍｍ]を表している。

図８Ａ〜図８Ｃにおいて、色収差は−０.０４０ｍｍであり、縦収差、像面湾曲・非点収差、歪曲の各収差もよく補正されている。

〔第３実施形態〕
図９はこの発明の第３実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図であり、この撮像レンズは、図９に示すように、物体側(図９の左側)から撮像側(図９の右側)に向かって順に、正のパワーの第１レンズＬ３１と、負のパワーの第２レンズＬ３２と、第３レンズＬ３３が配置されたレンズ系を備えている。また、上記撮像レンズは、第３レンズＬ３３の撮像側の受光面Ｉｍ３との間に配置された透光板３４と、第１レンズＬ３１の物体側に近接して配置された開口絞り３５を備えている。

次の表４に、第３実施形態の撮像レンズのレンズ系の設計式を示す。

この第３実施形態の撮像レンズのレンズ系は、焦点距離ｆ＝４.７２ｍｍ、Ｆナンバー３.２、全長Ｌ＝５.００ｍｍで設計している。第１レンズＬ３１と第２レンズＬ３２間の換算距離ｄ_１’は０.８６３ｍｍ以下、すなわち、第１レンズＬ３１と第２レンズＬ３２の間隔ｄ_１は０.５３７ｍｍ以下とすればよい。

図１０Ａ〜図１０Ｃに上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差、像面湾曲・非点収差、歪曲)を示す。図１０Ａにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は入射高[％]を表し、細い実線がＦ線の結像位置、太い実線がＣ線の結像位置である。図１０Ｂにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は像高[ｍｍ]を表し、細い実線がサジタル像面Ｓ、太い実線がタンジェンシャル像面Ｔである。また、図１０Ｃにおいて、横軸は歪曲[％]を表し、縦軸は入射高[ｍｍ]を表している。

図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、色収差は−０.０３６ｍｍと小さいが、非点収差がやや大きい。

また、第１レンズＬ３１の像側面が凸面であることにより、第２レンズＬ３２と第１レンズＬ３１の距離が近くても部材間で干渉しない設計が可能である。

〔第４実施形態〕
図１１はこの発明の第４実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図であり、この撮像レンズは、図１１に示すように、物体側(図１１の左側)から撮像側(図１１の右側)に向かって順に、正のパワーの第１レンズＬ４１と、負のパワーの第２レンズＬ４２と、第３レンズＬ４３が配置されたレンズ系を備えている。また、上記撮像レンズは、第３レンズＬ４３の撮像側の受光面Ｉｍ４との間に配置された透光板４４と、第１レンズＬ４１の物体側に近接して配置された開口絞り４５を備えている。

次の表５に、この第４実施形態の撮像レンズのレンズ系の設計式を示す。

この第４実施形態の撮像レンズのレンズ系は、第３実施形態と同じく、焦点距離ｆ＝４.７２ｍｍ、Ｆナンバー３.２、全長Ｌ＝５.００ｍｍで設計している。第１レンズＬ４１と第２レンズＬ４２間の換算距離ｄ_１’は０.８２６ｍｍ以下、すなわち、第１レンズＬ４１と第２レンズＬ４２の間隔ｄ_１は０.５００ｍｍ以下とすればよい。

図１２Ａ〜図１２Ｃに上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差、像面湾曲・非点収差、歪曲)を示す。図１２Ａにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は入射高[％]を表し、細い実線がＦ線の結像位置、太い実線がＣ線の結像位置である。図１２Ｂにおいて、横軸は結像位置[ｍｍ]を表し、縦軸は像高[ｍｍ]を表し、細い実線がサジタル像面Ｓ、太い実線がタンジェンシャル像面Ｔである。また、図１２Ｃにおいて、横軸は歪曲[％]を表し、縦軸は入射高[ｍｍ]を表している。

図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、第１レンズＬ４１と第２レンズＬ４２の間隔ｄ_１を上限の０.５００ｍｍとしているため、色収差も−０.０５２ｍｍとやや大きいが、像面湾曲・非点収差は、非常に小さく抑えられている。

上記第１〜第４実施形態では、開口絞り１５,２５,３５,４５は、第１レンズの物体側に近接して配置したが、第１レンズから物体側に離間した位置に配置されていてもよいし、第１レンズと第２レンズとの間にあってもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

図１Ａはこの発明の撮像レンズの構成を示す図である。 図１Ｂは色収差計算に用いる薄肉レンズ系の構成を示す図である。 図２は上記撮像レンズの色収差と解像特性の関係を示す図である。 図３は上記撮像レンズのレンズ配置と色収差の関係を示す図である。 図４は第１レンズの物体側の面を凸面にすることの効果を示す図である。 図５はこの発明の第１実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図である。 図６Ａは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差)を示す図である。 図６Ｂは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(像面湾曲)を示す図である。 図６Ｃは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(歪曲)を示す図である。 図７はこの発明の第２実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図である。 図８Ａは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差)を示す図である。 図８Ｂは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(像面湾曲)を示す図である。 図８Ｃは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(歪曲)を示す図である。 図９はこの発明の第３実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図である。 図１０Ａは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差)を示す図である。 図１０Ｂは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(像面湾曲)を示す図である。 図１０Ｃは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(歪曲)を示す図である。 図１１はこの発明の第４実施形態の撮像レンズのレンズ系の断面図である。 図１２Ａは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(縦収差)を示す図である。 図１２Ｂは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(像面湾曲)を示す図である。 図１２Ｃは上記撮像レンズのレンズ系の収差特性(歪曲)を示す図である。

符号の説明

Ｌ１,Ｌ１１,Ｌ２１,Ｌ３１,Ｌ４１…第１レンズ
Ｌ２,Ｌ１２,Ｌ２２,Ｌ３２,Ｌ４２…第２レンズ
Ｌ３,Ｌ１３,Ｌ２３,Ｌ３３,Ｌ４３…第３レンズ
ＣＧ,１４,２４,３４,４４…透光板
Ｉｍ，Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｉｍ３，Ｉｍ４…受光面
１５,２５,３５,４５…開口絞り
１０…鏡筒
１０a…位置決め部
１１…第１レンズ
１２…第２レンズ
１３…第３レンズ

Claims (10)

1. 物体側から撮像側に向かって順に、正のパワーの第１レンズと、負のパワーの第２レンズと、正または負のパワーの第３レンズが配置されたレンズ系を備え、
   以下の数１に示される式および数２に示される式の条件を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
   

   

   

   〔ただし、
   ｆ：レンズ系のｄ線における焦点距離 [ｍｍ]
   ｎ_１：第１レンズのｄ線における屈折率
   ｎ_２：第２レンズのｄ線における屈折率
   ｎ_３：第３レンズのｄ線における屈折率
   ν_１：第１レンズのｄ線におけるアッベ数
   ν_２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
   ｔ_１：第１レンズの中心厚み[ｍｍ]
   ｔ_２：第２レンズの中心厚み[ｍｍ]
   ｔ_３：第３レンズの中心厚み[ｍｍ]
   ｄ_１：第１レンズと第２レンズの間隔[ｍｍ]
   ｄ_２：第２レンズと第３レンズの間隔[ｍｍ]
   ｄ_３：第３レンズと受光面の間隔[ｍｍ]
   Ｌ：レンズ系の全長(＝ｔ_１＋ｄ_１＋ｔ_２＋ｄ_２＋ｔ_３＋ｄ_３) [ｍｍ]
   Ｌ’：レンズ系の換算全長(＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１＋ｔ_２／ｎ_２＋ｄ_２＋ｔ_３／ｎ_３＋ｄ_３) [ｍｍ]
   ｄ_１’：第１レンズと第２レンズ間の換算距離(＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１) [ｍｍ] 〕
2. 請求項１に記載の撮像レンズにおいて、
   上記第３レンズの撮像側に配置された透光板を備え、
   上記透光板のｄ線における屈折率をｎ_Ｃとし、上記透光板の中心厚み[ｍｍ]をｔ_Ｃとし、上記第３レンズと上記透光板の間隔[ｍｍ]をｄ_３Ｃとし、上記透光板と上記受光面の間隔[ｍｍ]をｄ_Ｃとすると、
   上記第３レンズと上記受光面の間隔ｄ_３は、
   ｄ_３＝ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ＋ｄ_Ｃ
   で表され、上記レンズ系の全長Ｌ[ｍｍ]と上記レンズ系の換算全長Ｌ’[ｍｍ]は、
   Ｌ＝ｔ_１＋ｄ_１＋ｔ_２＋ｄ_２＋ｔ_３＋ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ＋ｄ_Ｃ)
   Ｌ’＝ｔ_１／ｎ_１＋ｄ_１＋ｔ_２／ｎ_２＋ｄ_２＋ｔ_３／ｎ_３＋ｄ_３Ｃ＋ｔ_Ｃ／ｎ_Ｃ＋ｄ_Ｃ)
   で表されることを特徴とする撮像レンズ。
3. 請求項１または２に記載の撮像レンズにおいて、
   上記第３レンズのｄ線における焦点距離をｆ_３とすると、上記レンズ系のｄ線における焦点距離ｆと上記第３レンズのｄ線における焦点距離をｆ_３とが、
   

   

   の条件を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
4. 請求項１から３までのいずれか１つに記載の撮像レンズにおいて、
   上記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする撮像レンズ。
5. 請求項１から４までのいずれか１つに記載の撮像レンズにおいて、
   上記第２レンズが物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする撮像レンズ。
6. 請求項１から５までのいずれか１つに記載の撮像レンズにおいて、
   上記第１レンズのｄ線におけるアッベ数ν_１と、上記第２レンズのｄ線におけるアッベ数ν_２は、
   ν_１＞４５
   ν_２＜３０
   の条件を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
7. 請求項１から６までのいずれか１つに記載の撮像レンズにおいて、
   上記第１,第２,第３レンズのうち少なくとも１面以上を非球面としたことを特徴とする撮像レンズ。
8. 請求項１から７までのいずれか１つに記載の撮像レンズにおいて、
   上記レンズ系のＦナンバーが３以下であることを特徴とする撮像レンズ。
9. 請求項１から８までのいずれか１つに記載の撮像レンズと、
   上記撮像レンズにより投影された光学像を撮像する固体撮像素子と
   を備えたことを特徴とする撮像モジュール。
10. 請求項９に記載の撮像レンズを備え、
    上記固体撮像素子の画素ピッチが２.５μｍ以下であることを特徴とする撮像モジュール。

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