JP3749130B2

JP3749130B2 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP3749130B2
Application number: JP2001038324A
Authority: JP
Inventors: 共啓齊藤
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP2002244030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像レンズに係り、特に携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用した撮像装置（例えば、画像取込み用のＣＣＤカメラ）に用いられ、広い画角を確保するとともに、小型軽量化を図ることを可能とした３枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を利用したカメラ、例えば、ＣＣＤカメラの需要が著しく高まっている。このようなＣＣＤカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。そのため、このようなＣＣＤカメラに用いられる撮像レンズも、同様に、小型軽量であることが要求されている。
【０００３】
このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系や２枚のレンズを用いた２枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
しかしながら、これらのものは、レンズ系の小型軽量化には極めて有利であるものの、近年、撮像レンズに要求される高画質、高解像度化には適していないという問題がある。
【０００５】
そのため、従来から、３枚のレンズを用いた３枚構成のレンズ系を用い、これにより、高画質、高解像度化に対応することが行なわれている。
【０００６】
このような３枚構成のレンズ系は、銀塩写真カメラの分野においては長い歴史があり、種々の構成の光学系レンズが開発されてきている。
【０００７】
しかしながら、銀塩写真カメラにおけるレンズ系は、レンズ径が大きく、しかも、焦点距離が長いことから、これをそのままの形状で縮小して固体撮像素子用の撮像レンズとして適用したとしても、レンズの中心厚やフランジ部分が極端に薄くなってしまったり、射出瞳が像面に近くなりすぎたり、バックフォーカス距離が適切でなくなってしまう等の多くの不具合が生じ、そのまま適用することは不可能であった。
【０００８】
そのため、従来から、固体撮像素子専用の３枚構成の撮像レンズが開発されており、このような撮像レンズとして、例えば、物体側から、この物体側の第１面を凸面に形成してなる負のパワーを持つレンズ、負のパワーを持つレンズ、正のパワーを持つレンズを順次配列したものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の撮像レンズにおいては、第１レンズの第１面を凸面に形成しているので、バックフォーカス距離を大きく確保することができず、また各収差を適正に補正することができず、さらに、像面から射出瞳までの距離を大きく確保することが困難であり、高いテレセントリック性を確保することができないという問題を有している。
【００１０】
そのため、本出願人は、物体側から光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つレンズ、絞り、負のパワーを持つレンズ、正のパワーを持つレンズを順次配列し、これにより、広い画角を確保し、所望の光学性能を維持しつつ、バックフォーカス距離を十分に確保することができるとともに、高いテレセントリック性を確保することができ、しかも、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することのできる撮像レンズを開発した。
【００１１】
しかしながら、近年、従来より一般的に使用されてきたＩＲ（赤外光）カットフィルタの代わりに撮像素子のカバーガラス上に直接ＩＲカットコーティングを施したり、光の回折を利用した薄型のローパスフィルタを用いたりする方式が開発されたことにより、従来のような厚さ寸法の大きいカバーガラスやフィルタを複数配置する必要がなくなり、バックフォーカス距離の確保が、それほど重視されない状況となりつつある。
【００１２】
一方、撮像素子は、近年小型化の傾向にあるため、小型の撮像素子に用いた場合でも、広画角を維持しつつ、短焦点距離化を実現できるものが望まれている。
【００１３】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、広い画角を確保し、所望の光学性能を維持しつつ、短焦点化を図ることができ、しかも、各収差を良好に補正することができ、かつ容易に製造することのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つ第１レンズと、絞りと、負のパワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列し、前記第１レンズの物体側の第１面の中心曲率半径Ｒ₁の絶対値を光学系全体の焦点距離ｆｌ以上にするとともに、前記第２レンズの焦点距離ｆ₂を光学系全体の焦点距離ｆｌの０．６倍以下にしたことを特徴とするものである。
【００１５】
この請求項１に記載の発明によれば、前記式（１）のように、第１レンズの第１面の中心曲率半径を規定することにより、第１レンズの製造性と組立性を著しく向上させることができる。また、前記式（１）を満足させると、バックフォーカス距離の確保は若干困難となるが、同時に式（２）を満足させることにより、必要なバックフォーカス距離を確保することができ、さらに、式（２）により各収差、特に像面湾曲を効果的に補正することができる。そして、前記各式を満足するように第１レンズおよび第２レンズを形成することにより、撮像素子が小さくなった場合でも、所望の光学性能を維持しながら、広画角化を図ることができるとともに、短焦点化を図ることができ、しかも、光学系全体の小型化を図ることができ、容易に製造することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第２レンズおよび第３レンズは、第２レンズの物体側の第１面から第３レンズの像面側の第２面までの間隔Ｐｄ₂₃が、光学系全体の焦点距離ｆｌの０．９倍以下、０．５倍以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
この請求項２に記載の発明によれば、第２レンズと第３レンズとを１つのレンズ群と考えた場合に、これら第２レンズおよび第３レンズを大きなメニスカス正レンズと考えることができるので、前記式（３）を満足するように、第２レンズの物体側の第１面から第３レンズの像面側の第２面までの間隔を規定することにより、光学系全体の小型化を図りつつ、効果的に収差を補正することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記各レンズのうち少なくとも１つのレンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成したことを特徴とするものである。
【００１９】
この請求項３に記載の発明によれば、各レンズ面のうち少なくとも１つの面を非球面形状に形成するようにしているので、この非球面形状とされた面を有するレンズにより効果的に各収差の補正を行なうことができる。なお、各レンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成するようにすれば、より一層好ましいものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図５を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る撮像レンズの基本構造を示したもので、本実施形態の撮像レンズは、物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つ第１レンズ１と、負のパワーを持つ第２レンズ２と、正のパワーを持つ第３レンズ３とを順次配列してなり、これら各第１レンズ１、第２レンズ２および第３レンズ３の各第１面および第２面のうち、少なくとも一面が非球面形状に形成されている。
【００２２】
また、第１レンズ１の物体側の第１面側には、光量制限板４が、また、第１レンズ１と第２レンズ２との間には、それぞれ絞り５が配設されており、第３レンズ３の第２面側には、撮像素子としてのＣＣＤが実装されている。なお、符号６は、ＣＣＤの撮像面を示している。
【００２３】
また、本実施形態においては、前記第１レンズ１の第１面の中心曲率半径Ｒ₁、光学系全体の焦点距離ｆｌ、第２レンズ２の焦点距離ｆ２は、次の条件を満たすようになっている。
（１）｜Ｒ₁｜≧ｆｌ
（２）｜ｆ₂｜≦０．６・ｆｌ
ただし、Ｒ₁は第１レンズ１の第１面（物体側の面）の中心曲率半径、ｆｌは光学系全体の焦点距離、ｆ₂は第２レンズ２の焦点距離である。
【００２４】
一般に、小型の固体撮像素子に用いる非常に小型で焦点距離の短い光学系においては、レンズの製造性および組立性を維持しながら、光学性能を向上させることは極めて困難である。絞りに対して強い凸面を向けたレンズを用いる光学系においては、その構造上、レンズの面精度が光学性能に敏感に影響を与える。本実施形態における第１レンズ１は、光軸近傍において物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズであるため、その第２面は絞りに対して強い凸面を向けたものとなっており、高い製造精度、組立精度が要求される。また、所望の焦点距離（ｆ₁）を維持しつつ第１レンズ１の第１面の曲率半径を小さくしようとすると、この第２面の曲率半径をさらに小さくしなければならず、面精度に対する要求がさらに厳しくなる。そのため、組立時のずれが光学性能に敏感に影響を与えることとなる。本実施形態においては、前記式（１）のように、第１レンズ１の第１面の中心曲率半径を規定することにより、第１レンズ１の組立性を著しく向上させることができる。
【００２５】
また、前記式（１）を満足させると、バックフォーカス距離の確保は若干困難となるが、同時に式（２）を満足させることにより、必要なバックフォーカス距離を確保することができる。また、式（２）により各収差、特に像面湾曲を効果的に補正することができる。
【００２６】
この式（１）を満足するように第１レンズ１および第２レンズ２を形成することにより、例えば、１／７”程度の小型の撮像素子を用いる場合でも、短焦点化を図り、広画角化を図ることができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、光学系全体の焦点距離ｆｌと第２レンズ２の物体側の第１面から第３レンズ３の像面側の第２面までの間隔Ｐｄ₂₃とは、次の条件を満たすようになっている。
（３）０．９・ｆｌ≧Ｐｄ₂₃≧０．５・ｆｌ
ただし、ｆｌは光学系全体の焦点距離、Ｐｄ₂₃は第２レンズ２の物体側の第１面から第３レンズ３の像面側の第２面までの間隔である。
【００２８】
ここで、第２レンズ２と第３レンズ３とを１つのレンズ群と考えた場合に、これら第２レンズ２および第３レンズ３を大きなメニスカス正レンズと考えることができるので、この式（３）を満足するように、第２レンズ２の物体側の第１面から第３レンズ３の像面側の第２面までの間隔を規定することにより、効果的に収差を補正することができる。
【００２９】
Ｐｄ₂₃が０．９ｆｌより大きいと、光学系全体が大型化し、特に第３レンズ３が大型化して製造が困難となる。また、Ｐｄ₂₃が０．５ｆｌより小さいと、効果的な収差の補正が困難となり、バックフォーカス距離を確保することが困難となってしまう。
【００３０】
そして、このような効果を得るためには、第２レンズ２の像面側の第２面と第３レンズ３の物体側の第１面との間隔ｄａ₂₃は、次の条件を満たすことが望ましい。
（４）０＜ｄａ₂₃≦０．１５・Ｐｄ２３
また、本実施形態においては、第１レンズ１の物体側に光量制限板４を配置するようにしているので、フレア等の原因となる軸外光束の不要光を効果的に補正、除去することができる。また、前記絞り５を第１レンズ１と第２レンズ２との間に配置するようにしているので、撮像面６から射出瞳までの距離を十分に確保することができるとともに、各レンズ、特に第３レンズ３の大型化を防止することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態においては、前記各レンズ１，２，３の第１面または第２面のうちいずれか少なくとも１つの面が非球面形状に形成されており、これにより、各収差を効果的に補正することができる。
【００３２】
したがって、本実施形態においては、前記各レンズ１，２，３を上述したように構成することにより、撮像素子が小さくなった場合でも、所望の光学性能を維持しながら、広画角化を図ることができるともとに、短焦点化を図ることができ、しかも、光学系全体の小型化を図ることができ、かつ容易に製造することができる。
【００３３】
なお、本実施形態における光学系は、撮像素子における撮像面の対角長を１０ｍｍ以下とした小型の固体撮像素子に用いる広角光学系に極めて好適である。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図２から図５を参照して説明する。
【００３５】
ここで、本実施例において、ｆｌは光学系全体の焦点距離、ｆ₁ は第１レンズ１の焦点距離、ｆ₂ は第２レンズ２の焦点距離、ｆ₃は第３レンズ３の焦点距離、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ厚または空気間隔、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００３６】
また、レンズの非球面の形状は、光軸方向にＺ軸、光軸からの高さをｘとし、光の進行方向を正とし、ｋ、ａ、ｂ、ｃを非球面係数としたとき次式で表している。
【００３７】
【数式１】

【００３８】
＜実施例１＞
図２は本発明の第１実施例を示したもので、この第１実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズであり、この第１実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００３９】

このような条件の下で、｜Ｒ₁｜／ｆｌ＝１．２８となり、前記（１）式を満足するものであり、｜ｆ₂｜／ｆｌ＝０．５０となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４０】
また、Ｐｄ₂₃／ｆｌ＝０．７０となり、前記（３）式を満足するものであり、ｄａ₂₃／Ｐｄ₂₃＝０．０３４となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００４１】
この第１実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図３に示す。
【００４２】
この収差図によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例２＞
図４は本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズであり、本実施例においては、第１レンズ１と第２レンズ２との間の絞り５の位置を第１レンズ１の第２面からの距離が０となるように配置するようにしたものである。この第２実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００４３】

このような条件の下で、｜Ｒ₁｜／ｆｌ＝１．１７となり、前記（１）式を満足するものであり、｜ｆ₂｜／ｆｌ＝０．４７となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４４】
また、Ｐｄ₂₃／ｆｌ＝０．７５となり、前記（３）式を満足するものであり、ｄａ₂₃／Ｐｄ₂₃＝０．０３６となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００４５】
この第２実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図５に示す。
【００４６】
この収差図によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
【００４７】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、式（１）および式（２）を満足することにより、撮像素子が小さくなった場合でも、所望の光学性能を維持しながら、広画角化を図ることができるともとに、短焦点化を図ることができ、しかも、バックフォーカス距離を確保しつつ、光学系全体の小型化を図ることができ、容易に製造することができる。
【００４９】
また、請求項２に記載の発明は、第２レンズと第３レンズとを１つのレンズ群と考えた場合に、これら第２レンズおよび第３レンズを大きなメニスカス正レンズと考えることができるので、式（３）を満足するように、第２レンズの物体側の第１面から第３レンズの像面側の第２面までの間隔を規定することにより、光学系全体の小型化を図りつつ、効果的に収差を補正することができる。
【００５０】
請求項３に記載の発明は、各レンズのうち少なくとも１つのレンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成するようにしているので、この非球面形状とされた面を有するレンズにより効果的に各収差の補正を行なうことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】本発明の撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】図２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図４】本発明の撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図５】図４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【符号の説明】
１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４光量制限板
５絞り
６ＣＣＤの撮像面

Claims

物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つ第１レンズと、絞りと、負のパワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列し、前記第１レンズおよび第２レンズは、
（１）｜Ｒ₁｜≧ｆｌ
（２）｜ｆ₂｜≦０．６・ｆｌ
ただし、
Ｒ₁：第１レンズの第１面（物体側の面）の中心曲率半径
ｆｌ：光学系全体の焦点距離
ｆ₂：第２レンズの焦点距離
の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。
前記第２レンズおよび第３レンズは、
（３）０．９・ｆｌ≧Ｐｄ₂₃≧０．５・ｆｌ
ただし、
ｆｌ：光学系全体の焦点距離
Ｐｄ₂₃：第２レンズの物体側の第１面から第３レンズの像面側の第２面までの間隔
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
前記各レンズのうち少なくとも１つのレンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像レンズ。