JP4235007B2 - 撮像レンズ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCDやCMOS等の受光素子を用いた携帯電話搭載カメラ、PCカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ等に用いられるコンパクトで、かつ高解像な3枚構成からなる撮像レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の小型カメラモジュールに用いられる撮像レンズとして、ガラス枚数を少なくし、またプラスチックレンズを使用し、コスト低減とコンパクト化を図ったレンズ系が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特願2002−215745号公報
【0004】
【特許文献2】
特開1998−170819号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、今後ますますCCD、CMOSが小型化し、携帯電話、モバイル等の小型機用に使用されるレンズ系は、従来のこの種のレンズよりも外径、全長ともに、極端に小さくまた、短くしなければ使用することができない。さらに、CCD、CMOSの高画素化、精細画素ピッチへの対応を考えると、できるだけ少ない枚数のレンズで構成しながら、かつ高い解像力を維持することが要求される。しかし、2枚構成からなる非球面の撮像レンズでは、非球面特有の中心ズレのために、レンズを組み込むことによって像性能の安定性に問題が生じる。また、3枚構成からなる撮像レンズでも高い解像力を維持しつつコンパクト化を図ることは十分に達成しているとはいえない。さらに、4枚以上のレンズ構成では小型化およびローコスト化を図ることが困難になる。したがって、上記公報記載の従来技術では高解像力を維持しつつも小型化、ローコスト化を達成するという要求を必ずしも満足することができず、解像力も十分でない。
【0006】
本発明は上記事情を鑑みなされたものであり、3枚のレンズ構成とし、ローコスト化、組み立て精度を意識しつつも高解像、かつコンパクトなCCD用、CMOS用のカメラ、モニター、TV用等に利用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。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像レンズは、物体側から像面側へと順に絞りと正の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス状の正の屈折力を有する第2レンズと、少なくとも1つの屈面を非球面形状とした負の屈折力を有する第3レンズからなり、下記条件(1)と(2)を満足しており、且つ第2レンズの物体側及び像側の面形状に関して下記条件(3)を満足していることを特徴とする。
【0008】
(1)0.7<f/f<1.3
(2)1.1<TL/f< 1.6
(3)0.2<r/r<0.8
但し、f:全レンズ系の合成焦点距離
:第1レンズの焦点距離
TL:絞りから像面までの距離
:第2レンズの物体側の曲率半径
:第2レンズの像側の曲率半径
(ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離)
ここで、上記条件式(1)はレンズ全系の合成焦点距離に対する第1レンズのパワーに関する条件式であり、この条件式(1)の下限を越えて第1レンズのパワーが強くなると、球面収差、コマ収差の補正が困難になり画面全体のコントラストが低下する。また第1レンズを構成しているレンズの球面の曲率半径が小さくなり、加工が困難となる。一方上限を越えて第1レンズのパワーが弱くなると、バックフォーカスが長くなり、撮像レンズの全長を小さくすることが困難となる。
上記条件式(2)はレンズ全長を規定するもので、この条件式(2)を越えると、コンパクト性を維持できなくなり、収差補正とのバランスがとれなくなる。
ここで、条件式(3)は、第2レンズの物体側と像側の面形状に関する条件式であり、上下限を超えるといずれもコンセントリック形状、効果が崩れ、特に非点収差、歪曲収差及びテレセントリック性が急速に劣化してしまう。
【0009】
また、本発明の撮像レンズは第1レンズの物体側の面形状に関して下記条件(4)を満足していることが好ましい。
【0010】
(4)0.6<r /f<1.0
但し、r:第1レンズの物体側の曲率半径
ここで、条件式(4)は、第1レンズの物体側の面形状に関する条件式であり、下限を越えて曲率半径が小さくなると、負の球面収差の発生が過大となり、以降の面で補正が困難となる。また、上限を超えて曲率半径が大きくなると、像面湾曲が補正不足となる共に、レンズ全長が長くなってしまい望ましくない。
【0011】
また、本発明の撮像レンズは第3レンズのパワーに関して下記条件(5)を満足しており、また第3レンズの物体側及び像側の面形状に関して下記条件(6)を満足していることを特徴とする。
【0012】
(5) 5<f /f<− 0.7
(6)0.25<r/f<0.8
但し、f:第3レンズの焦点距離
:第3レンズの像側の曲率半径
ここで、条件式(5)は、第3レンズのパワーに関する条件式であり、下限を超えて第3レンズのパワーが大きくなると、小型化には有利であるが、周辺部のテレセントリック性、歪曲収差を補正することが困難となる。また、上限を超えて第3レンズのパワーが小さくなると、レンズ全系のバックフォーカスが長くなってしまいコンパクト性を維持することができなくなる。条件式(6)は、第3レンズの像側の面形状に関する条件式であり、下限を超えると、テレセントリック性を補正するために周辺部が極端な形状の非球面となり望ましくない。また、上限を超えると、像側の面のパワーが小さくなり、小型化に不利となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図1において、各実施例とも、第1レンズ2の物体側の直前に絞り1が配備されている。物体側から像面側へと順に、絞り1と、負の屈折力を有する第1レンズ2と、物体側に凹面を向けたメニスカス状の弱い正の屈折力を有する第2レンズ3と、少なくとも1つの屈折面を非球面形状とした負の屈折力を有する第3レンズ4からなり、その後方にローパスフィルタ5、像面6が配置される。
ここで、物体側から数えて第i番目の面(絞り面を含む)の曲率半径をri、 第i番目と第i+1番目の面の光軸上の面間隔をdi、物体側から数えて第j番目のレンズの屈折率およびアッベ数をそれぞれni、νiで表す。*の面は非球面を表し、それら各非球面は下記に示す非球面式により表される。またF/NOは明るさ、ωは画角を表す。
【0016】
非球面式 Z = CY / ( 1 + ( 1−(1+K)C1/2) + a+ a + a + a1010
C:非球面頂点の曲率
K:円錐定数
aI:非球面定数
Y:光軸からの高さ
Z:非球面上の点のレンズ面頂点における接平面からの距離
ここで、各実施例が満足している条件式について説明する。
本発明のうち請求項1記載の撮像レンズは、物体側から像面側へと順に絞りと正の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス状の正の屈折力を有する第2レンズと、少なくとも1つの屈折面を非球面形状とした負の屈折力を有する第3レンズからなり、下記条件(1)〜(6)を満足していることを特徴とする。
【0017】
(1)0.6 <f1 / f < 2.5
(2)TL / f < 1.9
但し、f:全レンズ系の合成焦点距離
1:第1レンズの焦点距離
TL:絞りから像面までの距離
(ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離)
ここで、上記条件式(1)はレンズ全系の合成焦点距離に対する第1レンズのパワーに関する条件式であり、この条件式(1)の下限を越えて第1レンズのパワーが強くなると、球面収差、コマ収差の補正が困難になり画面全体のコントラストが低下する。また第1レンズを構成しているレンズの球面の曲率半径が小さくなり、加工が困難となる。一方上限を越えて第1レンズのパワーが弱くなると、バックフォーカスが長くなり、撮像レンズの全長を小さくすることが困難となる。
上記条件式(2)はレンズ全長を規定するもので、この条件式(2)を越えると、コンパクト性を維持できなくなり、収差補正とのバランスがとれなくなる。
【0018】
た、第1レンズの物体側の面形状に関して下記条件()を満足していることが好ましい。
【0019】
)0.4 < r / f < 1.3
但し、r:第1レンズの物体側の曲率半径
ここで、条件式()は、第1レンズの物体側の面形状に関する条件式であり、下限を越えて曲率半径が小さくなると、負の球面収差の発生が過大となり、以降の面で補正が困難となる。また、上限を超えて曲率半径が大きくなると、像面湾曲が補正不足となる共に、レンズ全長が長くなってしまい望ましくない。
【0020】
た、第2レンズの物体側及び像側の面形状に関して下記条件()を満足していることが望ましい。
【0021】
)0.2 <r /r < 0.8
但し、r:第2レンズの物体側の曲率半径
:第2レンズの像側の曲率半径
ここで、条件式()は、第2レンズの物体側と像側の面形状に関する条件式であり、上下限を超えるといずれもコンセントリック形状、効果が崩れ、特に非点収差、歪曲収差及びテレセントリック性が急速に劣化してしまう。
【0022】
た、第3レンズのパワーに関して下記条件(5)を満足しており、また第3レンズの物体側及び像側の面形状に関して下記条件(6)を満足していることを特徴とする。
【0023】
(5)- 75 <f3 / f < - 0.6
(6)0.25 <r7 / f < 0.8
但し、f3:第3レンズの焦点距離
7:第3レンズの像側の曲率半径
ここで、条件式(5)は、第3レンズのパワーに関する条件式であり、下限を超えて第3レンズのパワーが大きくなると、小型化には有利であるが、周辺部のテレセントリック性、歪曲収差を補正することが困難となる。また、上限を超えて第3レンズのパワーが小さくなると、レンズ全系のバックフォーカスが長くなってしまいコンパクト性を維持することができなくなる。条件式(6)は、第3レンズの像側の面形状に関する条件式であり、下限を超えると、テレセントリック性を補正するために周辺部が極端な形状の非球面となり望ましくない。また、上限を超えると、像側の面のパワーが小さくなり、小型化に不利となる。
【0024】
なお、さらに好ましくは条件式(1)〜(5)の数値範囲を次のごとく設定するのがよい。
(1a) 0.7 < f / f < 1.3
(2a) 1.1 < TL / f < 1.6
a) 0.6 < r / f < 1.0
(5a) − 5 < f/ f < − 0.7
ここで、上記条件式(1a)の下限を越えると、第1レンズのパワーが強くなり、バックフォーカスが短くなるため、撮像素子とレンズの間にローパスフィルタ等を配置することが困難になる。一方、上限を越えて第1レンズのパワーが弱くなると、バックフォーカスが長くなり、撮像レンズの全長を小さくすることが困難になる。
【0025】
上記条件式(2a)の下限を超えると、各レンズ群のパワーが強くなるため、非球面を用いてもテレセントリック性を維持することが困難になる。一方、上限を超えるとテレセントリック性は良好になるが、全長が大きくなってしまう。
【0026】
上記条件式(a)の下限を超えて曲率半径が小さくなると、製造が困難になる。一方、上限を超えて曲率半径が大きくなると、コマ収差が補正不足なり、高い解像力を得るためには望ましくない。
【0027】
上記条件式(5a)の下限を超えると、第3レンズのパワーが強くなる。そこで、テレセントリック性を維持するために、第3レンズの像側の非球面を周辺にいくに従いパワーの強い形状、つまり像側に凸の形状になっていく。そのため、レンズは変曲点を持つ形状となり製造が困難になる。一方、上限を超えると、像面湾曲が補正不足となり、十分な解像力を持つレンズとすることができない。
さらに、第2レンズ及び第3レンズが樹脂材により製作されていることが好ましい。
【0028】
以下に、実施例を5例上げて、各実施例について数値例を示す。
【0029】
【表1】
Figure 0004235007
【0030】
実施例1の球面収差、非点収差及び歪曲収差を図2に示す。
【0031】
【表2】
Figure 0004235007
【0032】
実施例2の球面収差、非点収差及び歪曲収差を図3に示す。
【0033】
【表3】
Figure 0004235007
【0034】
実施例3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を図4に示す。
【0035】
【表4】
Figure 0004235007
【0036】
実施例4の球面収差、非点収差及び歪曲収差を図5に示す。
【0037】
【表5】
Figure 0004235007
【0038】
実施例5の球面収差、非点収差及び歪曲収差を図6に示す。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く撮像レンズの各レンズ群のレンズ構成を適切に設定すると共に各条件式を満足させることにより、小型化を図ることができると共に各収差を良好に抑え、高解像な撮像レンズを達成できる。さらに、量産する際もローコスト化を図ることができるので各種の小型カメラモジュールに用いられる撮像レンズとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズの構成図
【図2】本発明の数値実施例1の諸収差図
【図3】本発明の数値実施例2の諸収差図
【図4】本発明の数値実施例3の諸収差図
【図5】本発明の数値実施例4の諸収差図
【図6】本発明の数値実施例5の諸収差図
【符号の説明】
1 絞り
2 第1レンズ
3 第2レンズ
4 第3レンズ
5 ローパスフィルタ
6 像面

Claims (1)

  1. 物体側から像面側へと順に絞りと正の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス状の正の屈力を有する第2レンズと、少なくとも1つの屈面を非球面形状とした負の屈折力を有する第3レンズからなり、
    下記条件(1)と(2)を満足しており、
    且つ第2レンズの物体側及び像側の面形状に関して下記条件(3)を満足し
    且つ第1レンズの物体側の面形状に関して下記条件(4)を満足し、
    且つ第3レンズのパワーに関して下記条件(5)を満足し、
    且つ第3レンズの像側の面形状に関して下記条件(6)を満足していることを特徴とする撮像レンズ。
    (1)0.7<f/f<1.3
    (2)1.1<TL/f< 1.6
    (3)0.2<r/r<0.8
    (4)0.6<r /f<1.0
    (5) 5<f /f<− 0.7
    (6)0.25<r /f<0.8
    但し、f:全レンズ系の合成焦点距離
    :第1レンズの焦点距離
    :第3レンズの焦点距離
    TL:絞りから像面までの距離
    :第1レンズの物体側の曲率半径
    :第2レンズの物体側の曲率半径
    :第2レンズの像側の曲率半径
    :第3レンズの像側の曲率半径
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