JP2015111174A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】金型の嵌合精度等による製造誤差がある場合でも撮影した画像の画質の劣化を抑制する。【解決手段】撮像レンズは、光軸Ｌａ近傍に凹部１１ａがあり、その周辺部分に、光軸Ｌａ近傍の凹部１１ａと凹凸が逆の凸部１１ｂがある概形の光学面Ｓ９を有する光学レンズＬ４を備える。光学面Ｓ９は、光軸Ｌａ近傍の凹部１１ａの頂点を原点Ｏとし、光軸Ｌａ方向をｚ軸、ｚ軸に垂直な方向をｈ軸とするときに、周辺部分の凸部１１ｂ頂点Ｔの座標（Ｚｔ，Ｈｔ）が ６．８≰｜Ｈｔ／Ｚｔ｜≰１０．０ の条件を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、結像面側の光学面の中央が凹状であり、その周辺部分が凸状に形成された光学レンズを、最も結像面側に配置した撮像レンズに関する。

近年、携帯電話機やスマートフォン、ＰＤＡ、ノート型パソコン等（以下、携帯電話機等という）には、デジタルカメラがほぼ標準的に搭載されるようになってきている。携帯電話機等のデジタルカメラは、例えば安価かつ小型薄型に形成されるが、その撮影対象は多岐にわたっており、単製品のデジタルカメラの撮影対象と大差ない。携帯電話機等のデジタルカメラは、例えば、風景や人物の撮影に使用されることはもちろんのことであるが、さらに、動植物等の接写や、文書や２次元バーコードの撮影にも利用される。

携帯電話機等のデジタルカメラに用いる撮像レンズは、設置スペース等のために小型薄型にしなければならないことから、単製品のデジタルカメラの撮像レンズを単純に流用することは難しい。このため、携帯電話機等のデジタルカメラに用いる撮像レンズ（以下、単に撮像レンズという）は、ほぼ専用に開発されており、例えば、４枚程度の光学レンズを用いて構成されたものが知られている（特許文献１，２）。

携帯電話機等用の撮像レンズにも様々なものがあるが、例えば、特許文献１，２の撮像レンズは、結像面側の面が中央において凹状（被写体側に凸）であり、その周辺部分が凸状（結像面側に凸）に形成された光学レンズを最も結像面側に配置しているという共通性がある。

米国特許出願公開第２０１１／０１１５９６２号明細書 特開２０１１−２０３７２３号公報

撮像レンズを構成する各光学レンズは、一方の光学面と他方の光学面を形成する上下一組の金型を用いて製造される。具体的には、金型を嵌合させて形成される空間にプラスチック材料を流し込んだり、あるいは、金型でガラス材料をプレスしたりして、前後に所望の形状の光学面を有する光学レンズを製造する。このため、金型の嵌合精度に応じて、光学レンズの前後２つの光学面には中心のずれが製造誤差として生じることがある。近年では、金型の精度が向上し、光学レンズの前後面間のずれが発生したとしてもその量は小さくなってきてはいるものの、発生するズレ量は、例えば数μｍ〜１０μｍ程度である。また、各々形成した光学レンズを所定位置に配置して撮像レンズを形成する場合にも、配置誤差という製造誤差が発生する。したがって、撮像レンズは、上述のような製造誤差があっても、撮影画像の画質劣化が小さいように形成されていることが望ましい。

特に携帯電話機等に用いる撮像レンズの場合、小型化の要求が強く、必然的に光学全長を短くしなければならない。その結果、最も結像面に近い光学レンズの光学面は、凹凸を組み合わせた複雑な形状にし、同一光学面内に正負のパワーを持つ領域が混在するようにせざるを得ない。このため、最も結像面側の光学レンズ（特に、その結像面側の光学面）に製造誤差があると、これによる画質の劣化は、他の光学レンズに製造誤差がある場合と比較して顕著になりやすいという特徴がある。

特許文献１，２に記載の撮像レンズは、上述の光学面の起伏が比較的大きいので、この光学面に製造誤差が発生すると、画質の劣化は特に顕著である。具体的には、特許文献１，２に記載の撮像レンズでは、最も結像面側の光学面に１０μｍ程度の製造誤差が発生しただけでも、製造誤差がない場合の撮影画像と比較して、画質の劣化は極めて顕著である。すなわち、光学面が凹凸を組み合わせた複雑な形状の光学面を有する光学レンズは、許容可能な製造誤差が特に小さく、製造が難しい。

また、こうした製造誤差による画質の劣化は、撮影画像の全体（あるいは大部分）に一定の傾向を持って発生するようなものではなく、撮影画像内に局所的にランダムに発生し、劣化程度も場所によって異なるので、品質検査も難しい。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、光学面が凹凸を組み合わせた複雑な形状を有する光学レンズを用いる撮像レンズにおいて、金型の嵌合精度程度の製造誤差を許容可能にした撮像レンズを提供することを目的とする。

本発明の撮像レンズは、光軸近傍に凹部または凸部があり、その周辺部分に、光軸近傍の凹部または凸部と凹凸が逆の凸部または凹部がある概形の光学面を有する光学レンズを備え、光軸近傍の凹部または凸部の頂点を原点とし、光軸方向をｚ軸、ｚ軸に垂直な方向をｈ軸とするときに、周辺部分の凸部または凹部の頂点Ｔの座標（Ｚ_ｔ，Ｈ_ｔ）が ６．８≦｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≦１０．０ の条件を満たすことを特徴とする。

最も結像面側に配置されている光学レンズが、上述の光学面を備える場合に、上述の条件を満たすことが好ましい。

上述の条件を満たす光学面が、最も結像面側にあることが好ましい。

頂点Ｔのｚ座標Ｚ_ｔ（ｍｍ）が、０＜Ｚ_ｔ≦０．１２を満たすことが好ましい。

焦点距離ｆが３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

Ｆ値が２．４以下であることが好ましい。

上述の概形の光学面を複数有し、これらのうち少なくとも１つにおいて上述の条件を満たすことが好ましい。

実質的に４枚の光学レンズを備えることが好ましい。

４枚の光学レンズを使用する場合、被写体側から順に、それぞれ正、負、正、負のパワーを有することが好ましい。

携帯電話機またはスマートフォンに搭載されるデジタルカメラに用いられる撮像レンズに特に好適である。

本発明は、光軸近傍の凹部または凸部の頂点を原点とし、光軸方向をｚ軸、前記ｚ軸に垂直な方向をｈ軸とするときに、周辺部分の凸部または凹部の頂点Ｔの座標（Ｚ_ｔ，Ｈ_ｔ）が ６．８≦｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≦１０．０ の条件を満たすようにしたので、金型の嵌合精度等による製造誤差が発生しても、撮影画像の画質劣化が抑えられる。また、これにより、撮像レンズの製造歩留まりを向上させることができる。

撮像レンズの構成を示す図である。 光学面Ｓ９の形状を示す説明図である。 製造誤差がない場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 光学面Ｓ９に製造誤差がある撮像レンズを示す図である。 光学面Ｓ９に製造誤差がある場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 光学面Ｓ９に製造誤差がある場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値及び最小値を示すグラフである。 製造誤差がある撮像レンズで撮影した画像中のＭＴＦの分布例を示す説明図である。 ＭＴＦが異なる部分での文字の見え方を示すシミュレーション画像である。 実施例１の撮像レンズにおいて、光学面Ｓ９に製造誤差がある場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 実施例２の撮像レンズにおいて、光学面Ｓ９に製造誤差がある場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 実施例３の撮像レンズにおいて、光学面Ｓ９に製造誤差がある場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 実施例４の撮像レンズにおいて、光学面Ｓ９に製造誤差がある場合のデフォーカスに対するＭＴＦのグラフである。 デフォーカスに対するＭＴＦがＦ値によって変化する態様を示すグラフである。 光学面Ｓ９の製造誤差が画質に与える影響が大きいことを示す説明図である。

図１に示すように、撮像レンズ１１は、開口絞りＡＰと、第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４を備える。

第１光学レンズＬ１は正のパワーを有し、第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４の中で最も被写体側に配置される。第１光学レンズＬ１の２つの光学面Ｓ２，Ｓ３はどちらも非球面であり、被写体側の光学面Ｓ２は被写体側に凸であり、結像面ＩＰ側の光学面Ｓ３は結像面ＩＰ側に凸である。また、開口絞りＡＰは第１光学レンズＬ１の前方（被写体側）に配置されるが、第１光学レンズＬ１の被写体側の光学面Ｓ２が開口絞りＡＰから突出している。

第２光学レンズＬ２は負のパワーを有し、第１光学レンズＬ１と第３光学レンズＬ３の間に配置される。第２光学レンズＬ２の２つの光学面Ｓ４，Ｓ５はどちらも非球面であり、被写体側の光学面Ｓ４は凹状（結像面ＩＰ側に凸）であり、結像面ＩＰ側の光学面Ｓ５も凹状（被写体側に凸）である。

第３光学レンズＬ３は正のパワーを有し、第２光学レンズＬ２と第４光学レンズＬ４の間に配置される。第３光学レンズＬ３の光学面Ｓ６，Ｓ７はどちらも非球面であり、ともに結像面ＩＰ側に凸状である。

第４光学レンズＬ４は負のパワーを有し、第１〜第４光学レンズＬ４の中で最も結像面ＩＰ側に配置される。第４光学レンズＬ４の２つの光学面Ｓ８，Ｓ９はどちらも非球面である。これらの光学面Ｓ８，Ｓ９の概形は、単純な凹凸形状ではなく、凹凸の組み合わせにより波打った形状をしている。具体的には、第４光学レンズＬ４の被写体側の光学面Ｓ８は、全体として結像面ＩＰ側に凸傾向の形状に形成されているが、光軸Ｌａの近傍では被写体側に凸であり、その周辺部分では凹状（結像面ＩＰ側に凸）になっている。また、第４光学レンズＬ４の結像面側の光学面Ｓ９は、光軸Ｌａの近傍では結像面ＩＰ側に凸であり、その周辺部分では凹状（被写体側に凸）になっている。

第４光学レンズＬ４の後方には、ＣＣＤ型イメージセンサ等の撮像装置が配置される。このため、撮像レンズ１１では、撮像装置のカバーガラスＣＧをも考慮して第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４の各光学面の形状等を定めている。カバーガラスＣＧは平行平板であるため、被写体側の面Ｓ１０及び結像面ＩＰ側の面Ｓ１１はいずれも平面である。また、結像面ＩＰには、撮像装置の撮像面が配置され、入射光を画素毎に光電変換することにより、撮像レンズ１１が結像面ＩＰ（撮像面）に結像させた被写体の像を撮像し、画像データを出力する。

また、図１に示すとおり、結像面ＩＰ（撮像面）は第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４の径よりも大きい。このため、撮像レンズ１１は、開口絞りＡＰから入射する被写体からの光を第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４の全体によって結像面ＩＰに結像させるものの、主として第４光学レンズＬ４のパワーによって結像範囲を結像面ＩＰにまで広げる。すなわち、第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４のパワーの大きさを比較すると、少なくとも第４光学レンズＬ４のパワーが最も大きい。さらに、第４光学レンズＬ４の結像面ＩＰ側の光学面Ｓ９の起伏は、被写体側の光学面Ｓ８の起伏よりも大きいので、被写体側の光学面Ｓ８と結像面ＩＰ側の光学面Ｓ９とを比較すれば、結像面ＩＰ側の光学面Ｓ９のパワーが大きい。

さらに、撮像レンズ１１では、第４光学レンズＬ４が結像面ＩＰ側の光学面Ｓ９の凹凸形状について次に説明する所定条件を満たすように形成されている。図２に示すように、光学面Ｓ９の光学軸Ｌａ近傍にある凹部１１ａの頂点を原点Ｏ、この原点Ｏから光軸Ｌａに沿って結像面ＩＰ側を正とする方向をｚ軸、ｚ軸（光軸Ｌａ）に垂直な方向をｈ軸、光学面Ｓ９の凸部１１ｂの頂点Ｔの座標（Ｈ_ｔ，Ｚ_ｔ）とする。このとき、光学面Ｓ９は、ｚ座標Ｚ_ｔに対するｈ座標Ｈ_ｔの比の大きさ｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜が約６．８以上になるように形成されている（｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≧６．８）。この条件は、光学面Ｓ９の起伏を抑えていることを表しており、この条件を満たすことにより、撮像レンズ１１は、光学面Ｓ９の製造誤差によって生じる撮影画像の画質の低下を抑制する。

なお、下限の６．８という値は、後述する実施例と比較例等の比較に基づいて決定した値である。また、上述の条件において、｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜の上限は基本的にはない。これは、凸部１１ｂがあり、その頂点Ｔの座標（Ｈ_ｔ，Ｚ_ｔ）を定めることさえできれば、光学面Ｓ９の概形が凹部１１ａと凸部１１ｂがある上述の形状であるからである。但し、｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜が極端に大きい場合は、凹部１１ａと凸部１１ｂがあるとはいえ、これらによる起伏が小さく、光学面Ｓ９の概形は単なる凸形状または凹形状に近くなるので、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての上述の条件を満たさなくても、製造誤差による影響はそもそも小さい。したがって、単なる凸形状や凹形状ではなく、概形として凹部１１ａと凸部１１ｂがあると言え、製造誤差による画質低下を抑制するために起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての上述の条件を満たす意義がある範囲は、概ね｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≦１０．０である。すなわち、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜は、６．８≦｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≦１０．０を満たすことが好ましい。

なお、座標Ｚ_ｔは、凹部１１ａの頂点（原点Ｏ）から見た凸部１１ｂの最大突出量を表し、座標Ｈ_ｔは、頂点Ｔの光軸Ｌａから距離を表す。したがって、凸部１１ｂの最大突出量（Ｚ_ｔ）を小さくすれば、光学面Ｓ９の起伏は当然小さくなり、座標Ｈ_ｔが大きく凸部１１ｂの頂点Ｔが光軸Ｌａから離れるほど、光学面Ｓ９の起伏は緩やかになる。しかし、例えば、最大突出量Ｚ_ｔを所定量低減する場合でも、第４光学レンズＬ４の径が大きい程、最大突出量Ｚ_ｔを低減したことによる光学的作用は相対的に小さい。また、頂点Ｔの光軸Ｌａからの距離Ｈ_ｔを所定量低減する場合、第４光学レンズＬ４の径が大きい程、距離Ｈ_ｔを低減したことによる起伏の激しさは相対的に小さくなる。したがって、単に最大突出量Ｚ_ｔや光軸Ｌａからの頂点Ｔの距離Ｈ_ｔを互いに独立に制限することは意味を成さない。一方、比の大きさ｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜は、第４光学レンズＬ４の大きさに依らず、その値が大きければ起伏が小さく、その値が小さければ起伏が大きいことを表す。このため、撮像レンズ１１では、第４光学レンズＬ４のサイズによって満たすべき条件が変化しないように、比の大きさ｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜によって光学面Ｓ９の起伏の大きさを規定している。以下、比の大きさ｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜を起伏量という。

以下、撮像レンズ１１の作用を説明する。但し、デフォーカスに対するＭＴＦの評価は、全て９０本／ｍｍ（ナイキスト周波数の約１／４）での評価である。

図３に示すように、光学面Ｓ９を含め、撮像レンズ１１に前後面間の中心の位置ずれや配置誤差等の製造誤差が全くない理想的な場合、ＭＴＦはデフォーカスによって減少するが、このデフォーカスに対するＭＴＦの変化はほぼ像高によらず同様である。図３では、像高０％（画像中心）と、像高±３０％の位置におけるＭＴＦを例示しているが、その他の像高でも同様である。また、デフォーカス０ｍｍ（ベストピント）で撮影した場合を考えると、各像高のＭＴＦのグラフとデフォーカス０ｍｍの縦軸との交点が各像高におけるＭＴＦを表す。このため、詳細に見れば、画像の中心位置（像高０％）でＭＴＦは最大値Ｍになり、像高−３０％の位置でＭＴＦは最小値ｍになるものの、これらの差は極めて小さいので、デフォーカス０ｍｍで撮影をした場合、画像全体でほぼ均一のＭＴＦになる。

一方、図４に示すように、第４光学レンズＬ４の製造時に、金型の嵌合精度によって結像面ＩＰ側の光学面Ｓ９に１０μｍのずれが生じたとする。簡単のため、その他の光学面Ｓ１〜Ｓ８のずれや、第１〜第４光学レンズＬ４や開口絞りＡＰ，撮像装置の配置誤差は無いとする。さらに、光学面Ｓ９が前述の起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜の条件を満たしていない場合、光学面Ｓ９のずれはわずか１０μｍであるが、デフォーカスに対するＭＴＦは像高に応じて大きく変化する。

例えば、図５に示すように、ＭＴＦグラフのピーク位置は、像高０％から像高３０％にかけてデフォーカスのプラス側に徐々にシフトし、像高３０％を境に、像高４０％〜像高６０％にかけてデフォーカス０ｍｍに徐々に近づく。また、ＭＴＦグラフのピーク位置がシフトすると、デフォーカス０ｍｍの軸との交点はグラフの裾野側にシフトし、ピーク位置のシフト量が大きいほどデフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦは減少する。このため、例えばデフォーカス０ｍｍで撮影した場合に得られる画像を考えると、画像の中心付近（像高０％）から像高３０％の位置にかけて徐々にＭＴＦが減少し、像高３０％からさらに画像の周辺部分（〜像高６０％）にかけては徐々にＭＴＦが向上する。なお、光学面Ｓ９が正規位置からシフトした方向（図４においては図面上方向）を像高の正方向である。

一方、図６に示すように、像高の負方向においては、ＭＴＦのピーク位置は、像高０％〜像高２０％にかけてデフォーカスのマイナス側に徐々にシフトし、像高２０％を境に、像高３０％〜像高６０％にかけてデフォーカス０ｍｍに徐々に近づく。このため、前述と同様にデフォーカス０ｍｍで撮影した場合に得られる画像を考えると、画像の中心付近から像高−２０％の位置にかけて徐々にＭＴＦが減少し、像高−２０％からさらに画像の周辺部分（〜像高−６０％）にかけては徐々にＭＴＦが向上する。像高の正方向と負方向とで各像高のＭＴＦグラフの様子が異なるのは、光軸Ｌａに対してこの方向に非対称になるからである。

さらに、図７に示すように、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦが概ね最大になる像高０％と、ＭＴＦが概ね最小になる像高±２０％及び像高±３０％を抜き出すと、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍは約０．８であり、最小値ｍは約０．３であり、その差は０．５にもなる。また、最小値ｍに対する最大値Ｍの比Ｍ／ｍは約２．７である。このため、光学面Ｓ９にわずか１０μｍのずれがあるだけで、撮影した画像には、ＭＴＦが高い場所と低い場所の分布が生し、ＭＴＦが高い場所とＭＴＦが低い場所の差も大きい。

ここでは、ベストピントで被写体を撮影できることを前提とし、光学面Ｓ９のずれの方向に沿って像高毎のＭＴＦの違いが大きいことを説明したが、完全な平面を正面から撮影することは極めて稀であり、撮影画像の全体がベストピントになる場合は少ない。このため、図８に示すように、光学面Ｓ９にずれがある撮像レンズ１１で撮影した画像全体では、ＭＴＦの分布はより複雑になる。また、×印で示すベストピントの箇所から周辺部分にかけて単調にＭＴＦが低下するのではなく、Ｘ１−Ｘ２方向に示すように、光学面Ｓ９のずれによってＭＴＦが高い箇所や低い箇所が混在する。

視覚は、視野の中心から周辺にかけて解像度が低下しているので、視覚と同様に一点からその周辺にかけて単調にＭＴＦが減少する画像には違和感を覚えにくいが、前述のようにＭＴＦが高い箇所と低い箇所が混在する画像は視覚との違いから強い違和感を与える。特に、文書等を撮影した画像において、ＭＴＦが高い箇所と低い箇所が混在していると、文字を読む場合にストレスを特に感じやすい。

例えば、図９はＭＴＦを変えた場合に得られる文字「image」のシミュレーション画像である。なお、図９の各画像は、文字「image」を撮像素子上で４ピクセルの文字幅に結像し、９０本／ｍｍ（１／４ナイキスト）におけるＭＴＦを０．０〜０．８の間で０．１ずつ変化させて得た画像である。撮像素子上での４ピクセルは９０本／ｍｍ（１／４ナイキスト）の周波数に相当する。

当然ながら、ＭＴＦの減少によって文字はぼやけ、可読性は低下するが、いずれも文字の認識自体は一応可能である。例えば、ＭＴＦが０．３程度の文字でも画像全体が同じようにぼけていているのならば、文の読解におけるストレスは少ない。また、ＭＴＦが０．６の文字とＭＴＦが０．５の文字が交互に現れる場合等、画像中でＭＴＦが変化するとしても、その差が小さい場合にはほぼ同様なぼけ方なので、文の読解におけるストレスは少ない。しかし、図９の各シミュレーション画像を見比べれば分かるように、例えば、ＭＴＦが０．８の文字と、ＭＴＦが０．３の文字が一文の中で交互に現れたり、単語の途中からＭＴＦが低下したりする等、ＭＴＦの変化が大きい場合には、ストレスや疲労が大きい。

ＭＴＦの変化量とストレス等の関係は人それぞれではあるが、低ＭＴＦの部分と高ＭＴＦの部分に、概ね２倍よりも大きいＭＴＦ値の格差があるときに、ストレスや疲労が特に大きい。また、低ＭＴＦの部分と高ＭＴＦの部分に、概ね２倍よりも大きいＭＴＦ値の格差がある場合、風景や人物を撮影しても、少なくとも画像中にＭＴＦに分布があることに気がつかないというケースは少ない。したがって、製造誤差によって光学面Ｓ９にずれがあったとしても、ＭＴＦの最大値ＭとＭＴＦの最小値ｍの比Ｍ／ｍが少なくとも２．０以下であることが好ましい。

前述の起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜に関する条件は、製造誤差によって光学面Ｓ９に１０μｍ程度のずれがあったとしても、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍが２．０以下にするための条件である。このため、光学面Ｓ９が起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たす撮像レンズ１１は、光学レンズを製造するための金型や光学レンズの配置誤差等、現実的な製造誤差があっても撮影した画像に、極端に大きなＭＴＦの分布が発生することを防ぎ、違和感やストレスを与えるような画質の劣化を抑えることができる。また、現実的に発生することが避けられないある程度の製造誤差が許容されるようになるので、撮像レンズの製造歩留まりを向上する。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。但し、実施例及び比較例の撮像レンズは、光学面Ｓ２〜Ｓ９の詳細な形状は各々異なるが、使用する光学レンズの枚数や配置、各光学面Ｓ２〜Ｓ９の概形、開口絞りＡＰの配置等は、ほぼ図１に示す撮像レンズ１１と同じである。このため、実施例及び比較例の構成を示す図は省略する。

下記表１〜表１６に実施例１〜４及び比較例１〜４のレンズデータを示す。レンズデータにおいて、Ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径であり、Ｎ_ｄ及びν_ｄはそれぞれｄ線の屈折率及びアッベ数である。また、＊を付した光学面は非球面であり、下記数１の式で表される。数１において、ｈ（ｍｍ）は光軸からの距離、Ａｉは非球面係数、Ｋは円錐定数である。なお、レンズデータに示さない非球面係数は０である。

なお、比較例１は特許文献１の実施例２の撮像レンズであり、比較例２は比較例１の撮像レンズにおいて開口絞りＡＰの開口面積を縮小し、Ｆ値を低減させた撮像レンズであり、光学面の形状等は比較例１と同じである。また、比較例３は特許文献２の実施例１の撮像レンズであり、比較例４は特許文献２の実施例３の撮像レンズである。

さらに、下記表１７に、実施例１〜４及び比較例１〜４の光学面Ｓ９についてＨ_ｔ，Ｚ_ｔ，起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜と、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍ、最小値ｍ、Ｍ／ｍの比較を示す。但し、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍ、最小値ｍ、Ｍ／ｍについては、光学面Ｓ９に１０μｍの製造誤差（光学面Ｓ８に対する中心位置のずれ）があり、その他の製造誤差がない場合に、９０本／ｍｍの空間周波数に対して評価した値である。

実施例１の撮像レンズは、表１７に示すように、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≒８．１６９であり、約６．８よりも大きく、約１０よりも小さい範囲に収まっている。このため、実施例１の撮像レンズは、光学面Ｓ９の形状が凹部１１ａ及び凸部１１ｂの起伏が比較的大きい第４光学レンズＬ４を用いるにもかかわらず、光学面Ｓ９に１０μｍの製造誤差がある場合でも、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍは１．８０（≦２．０）に抑えられている。なお、図１０に示すように、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦは、像高０％近傍で最大値Ｍ（約０．７９）になり、像高±２０％〜±３０％の位置で最小値ｍ（約０．４４）になる。

同様に、実施例２の撮像レンズは、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≒７．６９１であり、約６．８よりも大きく、約１０よりも小さい範囲に収まっている。このため、実施例２の撮像レンズは、光学面Ｓ９の形状が凹部１１ａ及び凸部１１ｂの起伏が比較的大きい第４光学レンズＬ４を用いるにもかかわらず、光学面Ｓ９に１０μｍの製造誤差がある場合でも、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍは１．７１（≦２．０）に抑えられている。なお、図１１に示すように、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦは、像高０％近傍で最大値Ｍ（約０．７７）になり、像高±２０％〜±３０％の位置で最小値ｍ（約０．４５）になる。

また、実施例３の撮像レンズは、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≒７．３２２であり、約６．８よりも大きく、約１０よりも小さい範囲に収まっている。このため、実施例２の撮像レンズは、光学面Ｓ９の形状が凹部１１ａ及び凸部１１ｂの起伏が比較的大きい第４光学レンズＬ４を用いるにもかかわらず、光学面Ｓ９に１０μｍの製造誤差がある場合でも、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍは１．７４（≦２．０）に抑えられている。なお、図１２に示すように、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦは、像高０％近傍で最大値Ｍ（約０．７５）になり、像高±２０％〜±３０％の位置で最小値ｍ（約０．４３）になる。

実施例４の撮像レンズは、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≒７．６１３であり、約６．８よりも大きく、約１０よりも小さい範囲に収まっている。このため、実施例４の撮像レンズは、光学面Ｓ９の形状が凹部１１ａ及び凸部１１ｂの起伏が比較的大きい第４光学レンズＬ４を用いるにもかかわらず、光学面Ｓ９に１０μｍの製造誤差がある場合でも、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍは２．００（≦２．０）に抑えられている。なお、図１３に示すように、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦは、像高５０％近傍で最大値Ｍ（約０．８０）になり、像高±２０％〜±３０％の位置で最小値ｍ（約０．４０）になる。

一方、比較例１は、実施例１〜４と概形が似た撮像レンズであるにもかかわらず、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≒６．６０９であり、約６．８よりも小さい。このため、光学面Ｓ９に１０μｍの製造誤差があると、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍは２．６３（＞２．０）になってしまう。

なお、比較例２は、比較例１と光学面は全く同じ形状であるが、開口絞りＡＰの面積を縮小し、Ｆ値を大きくした例である。この比較例２は、前述の比較例１と同様に起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たさないが、Ｆ値を大きくしたことにより、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍが１．８６（≦２．０）に低減されている。このことから分かるように、光学面Ｓ９のような凹凸の起伏が大きい概形を有する光学レンズを用いる場合でも、Ｆ値（Ｆ）を大きくすることによって、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍが２．０以下にすることが可能である。これは、Ｆ値を大きくすると、デフォーカスに対するＭＴＦのグラフがブロードになるためである。

例えば、図１４に示すように、Ｆ２．４の撮像レンズ１１の開口絞りＡＰの開口の大きさを小さくし、Ｆ２．８にする場合、Ｆ２．４の像高０％におけるＭＴＦグラフ「Ｆ２．４（０）」と、Ｆ２．８の像高０％におけるＭＴＦグラフ「Ｆ２．８（０）」を比較すると、ピークの位置は概ね変化しないが、「Ｆ２．８（０）」では、ピーク幅が広がる。Ｆ２．４の像高３０％のＭＴＦグラフ「Ｆ２．４（３０）」とＦ２．８の像高３０％のＭＴＦグラフ「Ｆ２．８（３０）」、Ｆ２．４の像高−３０％のＭＴＦグラフ「Ｆ２．４（−３０）」とＦ２．８の像高−３０％のＭＴＦグラフ「Ｆ２．８（−３０）」についても同様である。このため、Ｆ値を大きくすると、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍは概ね変化がないが、ＭＴＦの最小値ｍはＦ２．４の場合の最小値ｍ（Ｆ２．４）よりも、Ｆ２．８の場合の最小値ｍ（Ｆ２．８）の方が大きくなる。そして、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍだけを見れば、２．０以下にすることも容易になる。

しかしながら、Ｆ値を大きくすることだけによって、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍを小さくする場合、撮像レンズ１１に求める明るさが得られなくなることもある。この点、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たしておけば、撮像レンズ１１の明るさを犠牲にせずに、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍを小さくすることができる。したがって、Ｆ値が小さく明るい撮像レンズ１１を求める場合に、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにしておくことが好ましい。具体的には、Ｆ２．４以下の明るい撮像レンズでは、デフォーカスに対するＭＴＦグラフのピークの幅が狭く、製造誤差によってデフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍと最小値ｍの比Ｍ／ｍが大きくなりやすいので、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにしておくと効果的である。Ｆ２．０以下の撮像レンズにおいて起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにしておけばさらに効果的である。

比較例３及び比較例４は、光学面Ｓ９の形状が同じだが、その他の光学面の構成が違う撮像レンズである。比較例３，４の撮像レンズは、表１７に示すとおり、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜が約１０．７であり、６．８以上の値になっている。また、Ｆ値は、それぞれ２．８３，２，９６であり、実施例１〜４よりも暗い。このため、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍ及び最小値ｍの比Ｍ／ｍはそれぞれ１．４６，１．３５であり、２．０以下である。

しかしながら、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜が約１０より大きいので、６．８≦｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≦１０．０の条件は満たしていない。比較例３，４の光学面Ｓ９は、凹部１１ａと凸部１１ｂがあるとはいえ、その起伏は小さく、光学面Ｓ９は殆ど単なる凸形状のレンズに近い性質のものである。このため、そもそも製造誤差の影響を受け難く、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜を考慮して製造誤差の影響を低減する意義が殆どない撮像レンズである。したがって、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値Ｍ及び最小値ｍの比Ｍ／ｍが２．０以下になっているのは、Ｆ値が大きく、暗いレンズであることによる。

なお、比較例３，４の撮像レンズを開示した特許文献２は、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜を制限することにより、製造誤差を許容し得るようにする技術にはなんら言及していない。

なお、光学面Ｓ９に製造誤差によるずれがある場合について説明したが、これは製造誤差がある場合に、光学面Ｓ９が撮影した画像の画質劣化に最も寄与するからである。光学面Ｓ９の製造誤差が画質の劣化に最も寄与する理由は、第１に、第４光学レンズＬ４が第１〜第３光学レンズＬ１〜Ｌ３と比べて比較的強いパワーを有することである。そして、第２に、光学面Ｓ９の概形が、単純な凹または凸ではなく、他の光学面Ｓ１〜Ｓ７と比べて、凹と凸が混在していることによる。第２の理由は、図１５（Ａ）に示すように、製造誤差がない正規位置に光学面Ｓ９がある場合と、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）に示すように、製造誤差によって光学面Ｓ９の位置がシフトした場合を比較すれば分かる。例えば、本来、凹部１１ａがあるべき光軸Ｌａ近傍では、光学面Ｓ９のずれによって凸傾向になってしまう。同様に、凹部１１ｂがあるべき箇所は、凹傾向になる。凹部１１ａは局所的な凹レンズとして機能し、凸部１１ｂは局所的には凸レンズとして機能する箇所なので、上述のように製造誤差によって設計上で意図した形状とは真逆の凹凸傾向にシフトすると、単に凹部１１ａの凹傾向が弱まったり、凸部１１ｂの凸傾向が弱まったりする場合と比較して、光学的性能の変化が大きい。したがって、凹と凸の起伏が大きい概形を有する光学面Ｓ９の製造誤差が画質劣化への寄与が大きい。そして、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜を大きく（概形としての起伏を小さく）しておけば、製造誤差による画質劣化が抑えられる。

もちろん、光学面Ｓ９と同様な概形の光学面を他にも使用する場合には、その光学面についても起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにすることが好ましい。例えば、上述の実施形態では光学面Ｓ８が光学面Ｓ９と同様の起伏を有している。このため、光学面Ｓ８も起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにしておくことが好ましい。なお、光学面Ｓ８は、光学面Ｓ９と凹凸の関係が逆転しているので、光軸近傍の凸部の頂点が原点になる等の違いはあるが、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜の算出には影響しない。このように、２以上の光学面が上述の光学面Ｓ９と同類の概形を有している場合、全ての光学面において起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにすることが困難な場合もあるが、このような場合には、パワーが大きい光学レンズ、及びパワーが大きい光学面の少なくとも１つにおいて、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにすれば良い。

なお、上述の実施形態では、凸部１１ｂの突出量Ｚ_ｔを単独で規定することは無意味であることを説明したが、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにした上で、さらに突出量Ｚ_ｔを小さくしておくことは好ましいことである。具体的には、突出量Ｚ_ｔが０ｍｍより大きく０．１２ｍｍ以下にしておくことが好ましい（０＜Ｚ_ｔ≦０．１２）。Ｚ_ｔ＝０を除くのは、光学面Ｓ９で前提としている概形から外れた平坦な概形を有する光学面を除くためである。上限のＺ_ｔ＝０．１２は、携帯電話機等のデジタルカメラに使用するサイズの撮像レンズにおいて、光学面Ｓ９で前提としている凹凸を有する概形（図１の光学面Ｓ９とほぼ同様な頂点Ｔの位置）を保ったまま、デフォーカス０ｍｍにおけるＭＴＦの最大値と最小値の比Ｍ／ｍを小さくするための値である。

なお、焦点距離ｆが概ね３．０ｍｍ前後かそれ以下の撮像レンズについて、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにすることが特に好ましい。焦点距離ｆが短い場合、撮像レンズ全体（撮像レンズを構成する全ての光学レンズ）が小さくなるが、製造誤差は金型の嵌合精度等によるものであって、撮像レンズ全体が小さい場合でも発生する製造誤差の大きさほとんど変わらない。このため、焦点距離ｆが短く、光学レンズが小さい方が相対的に製造誤差が大きいので、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすようにしておくことにより、画質の劣化を防止する効果が特に大きいからである。

なお、上述の実施形態では、第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４の４枚の光学レンズを用いた実質的に４枚の光学レンズからなる撮像レンズを例にしたが、上述の実施形態の第４光学レンズＬ４の光学面Ｓ９のような概形の光学面を有する光学レンズを使用した撮像レンズならば本発明は好適であるので、使用する光学レンズの枚数は任意である。例えば、３枚の光学レンズを使用して撮像レンズを構成しても良いし、５枚の光学レンズを使用して撮像レンズを構成しても良い。

また、上述の実施形態では、第１光学レンズＬ１のパワーが正、第２光学レンズＬ２のパワーが負、第３光学レンズＬ３のパワーが正、第４光学レンズＬ４のパワーが負であるが、このように４枚の光学レンズを用いる場合でも、各光学レンズのパワーの正負は任意である。本発明は、光学面Ｓ９のような概形の光学面を有する光学レンズを使用した撮像レンズならば好適だからである。

なお、本発明の撮像レンズは、単製品のデジタルカメラに搭載する撮像レンズとしても好適であるが、携帯電話機等に搭載するデジタルカメラの撮像レンズに特に好適である。携帯電話機等に搭載するデジタルカメラの撮像レンズは、光学面Ｓ９のような概形を有する光学レンズを使用せざるを得ず、求められる焦点距離ｆやＦ値等からしても、起伏量｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜についての前述の条件を満たすことによって得られる画質低下の防止効果が特に顕著である。

なお、上述の実施形態等では、開口絞りＡＰ、第１〜第４光学レンズＬ１〜Ｌ４を備えるが、撮像レンズ１１はその他の部材を適宜含むことができる。例えば、実質的にパワーを有さない光学レンズを含んでも良い。また、カバーガラスＣＧを含めて撮像レンズ１１としても良い。さらに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像装置、手ブレ補正機構等を備えても良い。当然、ズーム機能やフォーカシング機能を備えるようにしても良い。また、開口絞りＡＰの開口面積は可変でも良い。実質的にｎ枚の光学レンズからなる撮像レンズとは、ｎ枚の光学レンズを有する撮像レンズに、上述の部材等を含む。

１１ 撮像レンズ
１１ａ 凹部
１１ｂ 凸部

Claims (10)

1. 光軸近傍に凹部または凸部があり、その周辺部分に、前記光軸近傍の凹部または凸部と凹凸が逆の凸部または凹部がある概形の光学面を有する光学レンズを備え、
   前記光軸近傍の前記凹部または前記凸部の頂点を原点とし、光軸方向をｚ軸、前記ｚ軸に垂直な方向をｈ軸とするときに、前記周辺部分の前記凸部または前記凹部の頂点Ｔの座標（Ｚ_ｔ，Ｈ_ｔ）が ６．８≦｜Ｈ_ｔ／Ｚ_ｔ｜≦１０．０ の条件を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
2. 最も結像面側に配置されている光学レンズが、前記光学面を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記条件を満たす前記光学面が、最も結像面側にあることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
4. 前記頂点Ｔのｚ座標Ｚ_ｔ（ｍｍ）が、０＜Ｚ_ｔ≦０．１２を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
5. 焦点距離ｆが３．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
6. Ｆ値が２．４以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
7. 前記概形の光学面を複数有し、これらのうち少なくとも１つにおいて前記条件を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
8. 前記光学レンズを含め、実質的に４枚の光学レンズを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
9. 前記４枚の光学レンズは、被写体側から順に、それぞれ正、負、正、負のパワーを有することを特徴とする請求項８記載の撮像レンズ。
10. 携帯電話機またはスマートフォンに搭載されるデジタルカメラに用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像レンズ。