JP4248956B2

JP4248956B2 - ３群４枚構成の撮像レンズ

Info

Publication number: JP4248956B2
Application number: JP2003191850A
Authority: JP
Inventors: 洋治久保田
Original assignee: 株式会社長野光学研究所
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP2005025023A

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車載用カメラ、監視用カメラ、デジタルカメラ、携帯電話搭載カメラ等に使用される高画質で、小型・軽量な撮像レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた監視用カメラやデジタルカメラ等に組み込まれている撮像レンズは、忠実な被写体の再現性を備えていることが望ましい。また、最近では、ＣＣＤ自体はもとよりＣＣＤカメラが小型化されてきており、これに伴って、これらに組み込まれる撮像レンズも必然的に小型化、コンパクト化の要求が高まってきている。さらに、ＣＣＤ等の受光素子は、ＣＣＤの小型化とは裏腹にメガオーダーの高画素化となってきている。このような高画素の受光素子を用いたカメラに使用される撮像レンズも必然的に高い光学性能を発揮できるものでなければならなくなってきている。従来においては、高い光学性能を発揮させるために、多数枚のレンズを用いて収差補正を行っている。
【０００３】
また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子の特徴として、各画素に取り込まれる光線角度に制約がある。これを無視するような光学系が組み込まれたカメラでは周辺光量が減少し、所謂、周辺部の暗いカメラとなってしまう。従来では、周辺光量の減少に対応するために、電気的補正回路を設けたり、受光素子と対をなすマイクロレンズを配置するなどして素子面への受光角を拡大するなどの方策が採られている。
【０００４】
なお、本出願人は先に、特願２００１−３８２４６０号において、２群２枚のレンズ構成により、忠実な画像が得られるように収差補正を行うことができ、しかも小型でコンパクトな撮影レンズを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、受光素子の素子面に対する最大射出角を画角よりも小さくしてシェーディングを防止し、かつ、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正を施すことのできる小型でコンパクトな撮像レンズを提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の撮像レンズは、３群４枚構成のレンズであり、物体側より結像面に向かって、第１レンズおよび第２レンズからなる前群レンズと、第３レンズおよび第４レンズからなる第３レンズ群とがこの順序に配列され、
前記第１レンズは物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、
前記第２レンズは物体側に凹面を向けた負または正のパワーを有するメニスカスレンズであり、
前記第３レンズ群は、分散の異なる凸レンズと凹レンズによる２枚のレンズの接合によって構成され、
前記第１および第２レンズのレンズ面のうち、少なくとも１面が非球面であることを特徴としている。
【０００７】
本発明の撮像レンズでは、第１レンズを物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとしてあるので、その全長を短くすることが可能である。また、第１レンズ、第２レンズのレンズ面において、少なくとも１面に非球面を施すことにより、球面収差、コマ収差、像面湾曲を良好にし、第３レンズ群の第３レンズおよび第４レンズの収差補正が有利となり、ガラスレンズの負担を軽減でき、ガラスレンズを加工し易い形状とすることができる。さらには、結像面がＣＣＤやＣＭＯＳである場合の特徴として、各画素に取り込まれる光線角度に制約があり、一般に、画面の周辺部に向かって光線角度が大きくなる。本発明では、この現象を緩和するために、第２レンズの形状を物体側に凹を向けたメニスカスレンズとし、非球面形状を活用することにより、主光線の最大射出角が３０度以下になるようにすることが可能である。
【０００８】
また、本発明の撮像レンズは、以下の条件式（１）〜（４）を満たしている。
０．５＜ｆ１／Ｆ＜２．０（１）
１．０＜ｆ３４／Ｆ＜２．５（２）
０．９Ｆ≦｜ｆ２｜（３）
１．６＜νｄＰ／νｄＭ＜２．３（４）
但し、ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３４：第３レンズ群の合成焦点距離
Ｆ：全レンズ系の焦点距離
νｄＭ：第３レンズ群の凹レンズのアッベ数
νｄＰ：第３レンズ群の凸レンズのアッベ数
【０００９】
条件式（１）は、主に光軸上付近での球面収差とコマ収差を補正し、レンズ系全体をコンパクトに保つための条件であり、その下限を下回るとレンズ系はコンパクトにできるが球面収差やコマ収差の補正が困難になり、また、レンズ面の曲率半径が小さくなるのでレンズ面の加工が困難になってしまう。上限を超えると、逆に、収差補正は容易になるが、レンズ系全体をコンパクトに纏めることができなくなる。よって、条件式（１）を満足することにより、球面収差、コマ収差を良好な状態に保ちながら、レンズ系全体をコンパクトにすることができる。
【００１０】
本発明の撮像レンズでは、第１レンズを物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとしてあると共に条件式（１）を満足しているので、その全長を一層短くすることが可能である。
【００１１】
条件式（２）は、色収差および歪曲収差に関する条件であり、主に色収差においては、光軸上および光軸外の色消しを行うための条件である。この条件の下限を下回ると色収差は少なくなるが負の歪曲収差が増加する。逆に、上限を上回ると色収差が補正困難になると共にレンズ系全体が大きくなるので好ましくない。
【００１２】
条件式（３）は、射出瞳位置に関するものであり、当該条件の範囲を外れると射出瞳位置については有利であるが、色収差の発生が大となり、軸外の性能も劣化してしまう。
【００１３】
条件式（４）は、色収差に係わる第３レンズ群の色消し条件であり、この条件の範囲を外れると正のパワーを有するレンズのレンズ面の曲率半径が小さくなり、レンズ面の加工が困難になる。
【００１４】
次に、本発明において、第３レンズ群に非球面形状を活用することにより、より良好な収差補正が可能であり、第４レンズ群の第２レンズ面を凸面とすることにより、主光線の最大射出角を小さくすることが可能であり、この最大射出角を３０度以下にすることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した撮像レンズの各実施の形態を説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る撮像レンズを示す構成図である。撮像レンズ１００は、物体側より結像面７に向かって、第１レンズ１および第２レンズ２からなる前群レンズ１０と、第３レンズ３および第４レンズ４からなる第３レンズ群２０とがこの順序に配列され、第１レンズ１と第２レンズ２の間に絞り５が配置された構成とされている。第１レンズ１は物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、第２レンズ２は物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズである。
【００１７】
第３レンズ３は負のパワーを有する光学ガラスからなるレンズ（凹レンズ）であり、第４レンズ４は正のパワーを有する光学ガラスからなるレンズ（凸レンズ）である。これらのレンズ３、４は接合されて、補正レンズとして機能する第３レンズ群２０を構成している。
【００１８】
本実施の形態に係る撮像レンズ１００では、第１レンズ１の第１面（物体側のレンズ面）と第２レンズ２の両面が非球面とされている。なお、第４レンズ４の第２面（結像面側のレンズ面）と結像面７の間に、カバーガラス６が配置されている。
【００１９】
撮像レンズ１００の全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離：ｆ＝３．７ｍｍ
全長：Σｄ＝６．６５５ｍｍ
【００２０】
表１には撮像レンズ１００の各レンズ面のレンズデータを示し、表２には非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。表１において、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Ｒはレンズ面の曲率半径を表し、ｄはレンズ面間の距離を表し、Ｎｄは各レンズ面の屈折率を表し、νｄは各レンズのアッベ数を表す。また、番号ｉに星印が付いているレンズ面が非球面である。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＸ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、次式により表すことができる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
なお、各記号の意味および非球面形状を表す式は、後述の実施の形態２、３においても同様である。
【００２６】
本実施の形態に係る撮像レンズ１００は、次の条件式（１）〜（４）を満足している。
０．５＜ｆ１／Ｆ＜２．０（１）
１．０＜ｆ３４／Ｆ＜２．５（２）
０．９Ｆ≦｜ｆ２｜（３）
１．６＜νｄＰ／νｄＭ＜２．３（４）
但し、ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３４：第３レンズ群の合成焦点距離
Ｆ：全レンズ系の焦点距離
νｄＭ：第３レンズ群の凹レンズのアッベ数
νｄＰ：第３レンズ群の凸レンズのアッベ数
【００２７】
すなわち、ｆ１／Ｆ＝１．１、ｆ３４／Ｆ＝１．４、｜ｆ２｜＝２６．１３、νｄＰ／νｄＭ＝２．１であり、条件式（１）〜（４）を満足している。
【００２８】
また、本実施の形態に係る撮像レンズ１００では、その主光線の最大射出角が１９．０度である。表７には、本実施の形態におけるこれらの値と、後述の実施の形態２、３における値を纏めて表示してある。
【００２９】
図２は、実施の形態１に係る撮像レンズ１００における諸収差を示す収差図である。図２（ａ）は球面収差ＳＡを表し、ＯＳＣは正弦条件である。図２（ｂ）は非点収差ＡＳを表し、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルの像面を表している。図２（ｃ）はディストーションＤＩＳＴを表す。また、図２（ｄ）〜（ｍ）は横収差を表し、ＤＹはＹ瞳座標に関する横方向のＹ収差であり、ＤＸはＸ瞳座標に関する横方向のＸ収差である。これらの記号の意味は、後述の実施の形態２、３の諸収差を表す収差図においても同様である。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る撮像レンズを示す構成図である。撮像レンズ１１０は、物体側より結像面１７に向かって、第１レンズ１１および第２レンズ１２からなる前群レンズ３０と、第３レンズ１３および第４レンズ１４からなる第３レンズ群４０とがこの順序に配列され、第１レンズ１１と第２レンズ１２の間に絞り１５が配置された構成とされている。第１レンズ１１は物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、第２レンズ１２は物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズである。
【００３１】
ここで、本実施の形態に係る撮像レンズ１１０では、第３レンズ１３が正のパワーを有するメニスカスレンズであり、第４レンズ１４が負のパワーを有するメニスカスレンズであり、これらのレンズ１３、１４が接合されて第３レンズ群４０を構成している。また、第１レンズ１１の第１面（物体側のレンズ面）と、第２レンズ１２の両面が非球面とされている。なお、第４レンズ１４の第２面（結像面側のレンズ面）と結像面１７の間に、カバーガラス１６が配置されている。
【００３２】
撮像レンズ１１０の全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離：ｆ＝３．６ｍｍ
全長：Σｄ＝６．０３ｍｍ
【００３３】
表３には撮像レンズ１１０の各レンズ面のレンズデータを示し、表４には非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。また、ｆ１／Ｆ＝１．０、ｆ３４／Ｆ＝１．１、｜ｆ２｜＝８．１３、νｄＰ／νｄＭ＝２．０８であり、条件式（１）〜（４）を満足している。さらに、主光線の最大射出角は１５．４度である。図４には、撮像レンズ１１０における諸収差を示してある。
【００３４】
【表３】

【００３５】
【表４】

【００３６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る撮像レンズとして、実施の形態２に係る撮像レンズ１１０と基本的に同一構成のものを採用し、第２レンズ１２として物体側の凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズを用いた。実施の形態３に係る撮像レンズの全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離：ｆ＝３．５９８ｍｍ
全長：Σｄ＝６．６１ｍｍ
【００３７】
表５には撮像レンズの各レンズ面のレンズデータを示し、表６には非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。また、ｆ１／Ｆ＝１．７、ｆ３４／Ｆ＝１．６、｜ｆ２｜＝１４．９９、νｄＰ／νｄＭ＝２．０８であり、条件式（１）〜（４）を満足している。さらに、主光線の最大射出角は１７．０度である。図５には、撮像レンズにおける諸収差を示してある。
【００３８】
【表５】

【００３９】
【表６】

【００４０】
【表７】

【００４１】
（その他の実施の形態）
なお、上記の各実施の形態に係る撮像レンズでは、第３レンズ群をガラスレンズから構成しているが、プラスチックレンズを用いても良いことは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像レンズは３群４枚構成のレンズであり、物体の側に配置されている第１レンズを物体側に凸面を向けてメニスカスレンズとしてあるので、レンズ系の全長を短くできる。また、第３レンズおよび第４レンズの２枚構成の第３レンズ群は補正レンズとして機能し、良好な収差補正を行うことができる。よって、本発明によれば、シェーディングを防止でき、メガオーダーの高画素に対応した小型でコンパクトな撮像レンズを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像レンズの構成図である。
【図２】図１の撮像レンズの収差図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る撮像レンズの構成図である。
【図４】図３の撮像レンズの収差図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る撮像レンズの収差図である。
【符号の説明】
１、１１第１レンズ
２、１２第２レンズ
３、１３第３レンズ
４、１４第４レンズ
５、１５開口絞り
６、１６カバーガラス
７、１７結像面
１０、３０前群レンズ
２０、４０第３レンズ群
１００、１１０撮像レンズ

Claims

物体側より結像面に向かって、第１レンズおよび第２レンズからなる前群レンズと、第３レンズおよび第４レンズからなる第３レンズ群とがこの順序に配列され、
前記第１レンズは物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、
前記第２レンズは物体側に凹面を向けた負または正のパワーを有するメニスカスレンズであり、
前記第３レンズ群は、分散の異なる凸レンズと凹レンズによる２枚のレンズの接合によって構成され、
前記第１および第２レンズのレンズ面のうち、少なくとも１面が非球面であり、
以下の条件式を満たす撮像レンズ。
０．５＜ｆ１／Ｆ＜２．０（１）
１．０＜ｆ３４／Ｆ＜２．５（２）
０．９Ｆ≦｜ｆ２｜（３）
１．６＜νｄＰ／νｄＭ＜２．３（４）
但し、ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３４：第３レンズ群の合成焦点距離
Ｆ：全レンズ系の焦点距離
νｄＭ：第３レンズ群の凹レンズのアッベ数
νｄＰ：第３レンズ群の凸レンズのアッベ数
請求項１において、
主光線の最大射出角が３０度以下である撮像レンズ。