JP4667295B2

JP4667295B2 - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP4667295B2
Application number: JP2006113440A
Authority: JP
Inventors: さゆり野田
Original assignee: 大立光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: JP2007286345A

Description

本発明は、物体側から、第１レンズ、開口絞り、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズに関するものである。

デジタルカメラや携帯端末（携帯電話等）などの小型化に伴い、これらに使用される撮影光学系についても更なる小型化が要求されている。撮影光学系に使用される撮像素子としては、一般的にＣＣＤやＭＯＳが用いられており、その撮像素子の特性上、テレセントリック性を確保した撮影光学系の設計が要求されている。しかしながら一般的に、撮影光学系の小型化を実現するため、光学全長を短くすると、テレセントリック性が悪くなるという問題がある。

そこで、従来から上記テレセントリック性を改善した小型の撮影レンズとして、３枚構成のトリプレットレンズが知られている。特に、プラスチック材料を用いて変曲点を有する非球面形状とすることで、光学性能とテレセントリック性を確保しつつ、光学全長の短縮化を図った従来技術として、下記特許文献１〜３に開示される撮影レンズが知られている。

特許文献１に係る撮影レンズは、物体側から、第１レンズ、開口絞り、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであり、第１レンズは物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、第２レンズは像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、第３レンズは負の屈折率を有するレンズ（実施例は物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ）により構成される。

特許文献２に係る撮影レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の屈折率を有する第１レンズ（実施例では正メニスカスレンズもしくは両凸レンズ）、開口絞り、像側に凸面を向けた正の屈折率を有する第２レンズ（実施例では正メニスカスレンズ）、像側に凹面を向けた負の屈折率を有する第３レンズ（実施例では負メニスカスレンズ）により構成される。

特許文献３に係る撮影レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の屈折率を有する第１レンズ、開口絞り、物体側に凹面を向けたメニスカス状の第２レンズ、補正レンズとして機能する第３レンズにより構成される。具体的な実施例として、第１レンズは正メニスカスレンズもしくは両凸レンズ、第２レンズは正または負のメニスカスレンズ、第３レンズは負メニスカスレンズもしくは両凹レンズで構成される。

特開２００５−１７３２９８号公報（請求項１、表１〜４等）特開２００５−２４２２８６号公報（請求項１、表１〜４等）特開２００５−３０９２１０号公報（請求項１、発明の詳細な説明におけるレンズデータの記載等）

しかしながら、上記従来技術にかかる撮影レンズは、次のような問題点を有している。すなわち、特許文献１は望遠比が１．３５〜１．４３と大きく、特許文献２も望遠比が１．３５〜１．４８と大きくなっている。特許文献３は、望遠比が１．１８〜１．２０と小さいが、画角が６２゜程度しかないという別の問題点を有している。ちなみに、望遠比（Ｔ／ｆ）とは、全系の焦点距離（ｆ）に対する光学全長（Ｔ）の比であり、光学全長（Ｔ）は、第１レンズの物体側面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）を示している。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、冒頭に記した３枚構成の撮影レンズにおいて、広画角でありながらテレセントリック特性が良好に補正された小型かつ高性能な撮影レンズを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る撮影レンズは、
物体側から、第１レンズ、開口絞り、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第３レンズは、物体側が像側に比べて強い曲率を有する両凹レンズであり、
これら３枚のレンズを両面が非球面のプラスチックレンズにより形成したことを特徴とするものである。

かかる構成を有する撮影レンズの作用・効果を説明する。この撮影レンズの撮影光学系は、第１・第２・第３レンズの３枚構成（トリプレットレンズ）である。３枚のレンズは、全てプラスチックで形成すると共に、全て両面を非球面形状としている。また、第1・第２・第３レンズを上記のような正メニスカスレンズ・正メニスカスレンズ・両凹レンズとすることで、後述の実施例からも分かるように、望遠比を抑制し小型化を実現し、テレセントリック特性も良好に補正することができる。特に、第３レンズを両凹レンズで形成する場合に、物体側の曲率が像側に比べて強くなるようにしている。この構成を採用することで、画角が広いレンズとすることができ、例えば、特許文献３の実施例に開示される撮影レンズの画角が６２゜であるのに対し、本発明のレンズ構成によれば画角７０゜のレンズを実現することができる。その結果、広画角でありながらテレセントリック特性が良好に補正された小型かつ高性能な撮影レンズを提供することができる。

本発明において、ｆ₁を第１レンズの焦点距離、ｆ₂を第２レンズの焦点距離とした時、
５．０＜ｆ₂／ｆ₁ ＜１８．０
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ₂／ｆ₁が５．０以下の場合は、第２レンズの正のパワーが強くなるため、収差補正のため第３レンズの負のパワーを強くする必要がある。しかし、第３レンズの負のパワーが強くなりすぎると、テレセントリック特性が悪くなるという問題がある。また、ｆ₂／ｆ₁が１８．０以上の場合は、第２レンズの正のパワーが弱くなるため、レンズ全系のパワーを保つために第１レンズのパワーを強くする必要がある。第１レンズの正のパワーが強くなりすぎると、コマ収差が悪くなり周辺の性能が劣化する。従って、上記の数式を満足させることで、所望の性能を確保することができる。

本発明において、Ｒ₃₁を第３レンズの物体側曲率半径、Ｒ₃₂を第３レンズの像側曲率半径とした時、
−３．９＜（Ｒ₃₁−Ｒ₃₂）／（Ｒ₃₁＋Ｒ₃₂）＜ −０．９
の条件式を満足することが好ましい。

このパラメータが−３．９以下の場合は、Ｒ₃₂が小さくなりすぎ第３レンズのパワーが強くなるため、テレセントリック特性が悪くなる。これを改善するためには、第３レンズの像側周辺部分の傾斜角（面の法線と光軸が交わる角度）が大きくなってしまい、レンズ金型の加工が困難になる。上記パラメータが−０．９以上では、第３レンズの負のパワーが小さくなり、これを補うために第３レンズの厚みが厚くなりすぎてしまう。従って、上記の数式を満足させることで、所望の性能を確保することができる。

本発明において、ｆをレンズ系全体の焦点距離、ｄ₁を第１レンズの厚みとした時、
５．０＜ｆ／ｄ₁ ＜６．０
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／ｄ₁が５．０以下の場合は、第１レンズの厚みが必要以上に大きくなるため、小型化に不利となる。ｆ／ｄ₁が６．０以上の場合は、第１レンズの厚みが薄くなりすぎ、十分なコバ厚が確保できなくなり製造が困難となる。

本発明において、ｆをレンズ系全体の焦点距離、ｄ₂を第２レンズの厚みとした時、
７．０＜ｆ／ｄ₂ ＜９．５
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／ｄ₂が７．０以下の場合は、第２レンズの厚みが必要以上に大きくなるため、小型化に不利となる。ｆ／ｄ₂が９．５以上の場合、第２レンズの厚みが薄くなりすぎ製造が困難になる。

本発明において、νｄ₁を第１レンズのアッベ数、νｄ₂を第２レンズのアッベ数、νｄ₃を第３レンズのアッベ数とした時、
５０≦νｄ₁≦６０
２５≦νｄ₂≦３５
５０≦νｄ₃≦６０
の条件式を全て満足することが好ましい。

これらの条件式を満足することで、色収差を良好に補正することができる。

本発明において、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの屈折率Ｎｄがいずれも１．６よりも小さな材料を使用することが好ましい。

特許文献３による撮影レンズは、第２レンズに屈折率１．６０７の高価なプラスチック材料を使用しているが、第１・第２・第３レンズの屈折率が１．６よりも小さくなる材料（例えば、ポリカーボネート）を使用することで、安価な撮影レンズを提供することができる。

本発明に係る撮影レンズの好適な実施例を図面を用いて説明する。図１〜図７に、実施例１から実施例７までのレンズ構成図（図１Ａ〜図７Ａ）と、光学系特性データ及び収差図（図１Ｂ〜図７Ｂ）を示す。図８Ａ〜図８Ｃは、各実施例の非球面データを示す図である。本発明に係る３枚構成の撮影レンズは、デジタルカメラあるいは携帯機器（例えば、携帯電話）に内蔵される光学系として特に好適な構成を備えているものである。

＜レンズ構成図について＞
図１Ａ〜図７Ａは、各実施例における光学系の配置を示す。各実施例において、撮影レンズ系は、光軸に沿って物体側から順に、第１レンズＬ１、開口絞り１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３，平行平面ガラス２、結像面３が配置されている。

第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、両凹レンズであり、物体側の曲率が像側に比べて強くなっている。第３レンズＬ３の面には変曲点が形成されるが、近軸での形状とパワーに基づいて、両凹レンズの範疇に属するものと定められる。平行平面ガラス２は、ＩＲ（赤外）カットフィルターとしての機能を有し、結像面３には、ＣＣＤ等の固体撮像素子が配置される。

第１レンズＬ１は、正メニスカスレンズであり、同じパワーのレンズを両凸レンズで構成する場合に比較して、鏡筒も含めた全長の短縮化に寄与することができる。

各レンズＬ１〜Ｌ３は、プラスチック材料により成型されるため、ガラスレンズを使用する場合に比べて、材料コストを削減でき、材料の管理コストも低減できる。また、プラスチックを使用することで、各レンズのすべての面は、非球面により形成することができ、３枚という少ないレンズ枚数で所望の光学性能を達成することができる。なお、プラスチック材料については、ポリカーボネート等の安価な材料を採用することが好ましく、屈折率は各レンズＬ１〜Ｌ３について１．６よりも小さな材料を選択することが好ましい。

＜レンズ諸元・収差図について＞
図１Ｂ〜図７Ｂについて説明する。図の一番上にレンズ諸元として、焦点距離ｆ・ＦナンバーＦ・画角２ωが示されている。焦点距離ｆは、全系の焦点距離（ｍｍ）である。その下に、１，２・・・９とあるのは、物体側から順に面の番号を示している。面番号１，２は第１レンズＬ１、面番号３は開口絞り、面番号４，５は第２レンズＬ２，面番号６，７は第３レンズＬ３に相当する。面番号８，９は、平行平面ガラス２なので曲率半径ｒは∞となっている。また、面番号３は開口絞りのため曲率半径ｒは∞となっている。なお、曲率半径ｒは近軸上における曲率半径（ｍｍ）を示している。ｄは、面間隔（ｍｍ）を示す数値である。ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数である。

また収差図として、球面収差、非点収差、歪曲収差が夫々示されている。いずれの図もｄ線についてのデータであり、非点収差についてはサジタル像面（Ｓ）に関するデータと、メリジオナル像面（Ｍ）に関するデータの両方を示している。これらの収差図からも分かるとおり。実用的に問題ないレベルまで収差が補正されていることがわかる。

第３レンズＬ３は、物体側の曲率（第６面のｒ）の方が像側の曲率（第７面のｒ）よりも強くなるような両凹レンズである。かかる形状とすることで、画角７０゜程度の広い画角の撮影レンズとすることができる。

各レンズはいずれも両面が非球面形状を有している。非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを非球面係数として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘを、面頂点を基準として表わすと
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｈ²／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋ＡＨ⁴＋ＢＨ⁶＋ＣＨ⁸＋ＤＨ¹⁰＋ＥＨ¹²
となる。Ｒは近軸曲率半径、Ｋはコニカル係数である。非球面係数のＥ−０３などの表記は１０^-3を意味する。

ｆ₂／ｆ₁が５．０以下の場合は、第２レンズＬ２の正のパワーが強くなるため、収差補正のため第３レンズＬ３の負のパワーを強くする必要がある。しかし、第３レンズＬ３の負のパワーが強くなりすぎると、テレセントリック特性が悪くなるという問題がある。また、ｆ₂／ｆ₁が１８．０以上の場合は、第２レンズＬ２の正のパワーが弱くなるため、レンズ全系のパワーを保つために第１レンズＬ１のパワーを強くする必要がある。第１レンズＬ１の正のパワーが強くなりすぎると、コマ収差が悪くなり周辺の性能が劣化する。

また、Ｒ₃₁を第３レンズの物体側曲率半径、Ｒ₃₂を第３レンズの像側曲率半径とした時、
−３．９＜（Ｒ₃₁−Ｒ₃₂）／（Ｒ₃₁＋Ｒ₃₂）＜ −０．９
の条件式を満足することが好ましい。このパラメータが−３．９以下の場合は、Ｒ₃₂が小さくなりすぎ第３レンズＬ３のパワーが強くなるため、テレセントリック特性が悪くなる。これを改善するためには、第３レンズＬ３の像側周辺部分の傾斜角（面の法線と光軸が交わる角度）が大きくなってしまい、レンズ金型の加工が困難になる。上記パラメータが−０．９以上では、第３レンズＬ３の負のパワーが小さくなり、これを補うために第３レンズＬ３の厚みが厚くなりすぎてしまう。

また、ｆをレンズ系全体の焦点距離、ｄ₁を第１レンズの厚みとした時、
５．０＜ｆ／ｄ₁ ＜６．０
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／ｄ₁が５．０以下の場合は、第１レンズＬ１の厚みが必要以上に大きくなるため、小型化に不利となる。ｆ／ｄ₁が６．０以上の場合は、第１レンズＬ１の厚みが薄くなりすぎ、十分なコバ厚が確保できなくなり製造が困難となる。

また、ｆをレンズ系全体の焦点距離、ｄ₂を第２レンズの厚みとした時、
７．０＜ｆ／ｄ₂ ＜９．５
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／ｄ₂が７．０以下の場合は、第２レンズＬ２の厚みが必要以上に大きくなるため、小型化に不利となる。ｆ／ｄ₂が９．５以上の場合、第２レンズＬ２の厚みが薄くなりすぎ製造が困難になる。

また、νｄ₁を第１レンズＬ１のアッベ数、νｄ₂を第２レンズＬ２のアッベ数、νｄ₃を第３レンズＬ３のアッベ数とした時、
５０≦νｄ₁≦６０
２５≦νｄ₂≦３５
５０≦νｄ₃≦６０
の条件式を全て満足することが好ましい。これらの条件式を満足することで、色収差を良好に補正することができる。

以上の点を、各実施例について、条件式にかかるパラメータと共に表１に示す。

本発明に係る撮影レンズ系によれば、望遠比Ｔ／ｆ（Ｔは、第１レンズＬ１の物体側面（面番号１）から結像面までの長さ）を１．２０以下にすることができ、従来技術に比べて小型化を図ることができた。また、テレセントリック特性についても、α（撮像素子への最大入射角）を２５．０゜以下にすることができ、良好に確保することができた。ちなみに、テレセントリック特性については、主光線傾角が１５゜以内でレンズ系を射出させて撮像素子に入射させる必要があったが、現在では撮像素子分野での技術的な進歩（マイクロレンズの形状変更）に伴い、２５゜以下であれば許容されるようになってきている。

以上のように、本発明によれば望遠比を小さくすることができ、デジタルカメラや携帯機器に搭載するのに好適な大きさになっていることが理解される。

実施例１のレンズ構成を示す図実施例１の収差図・光学系特性データを示す図実施例２のレンズ構成を示す図実施例２の収差図・光学系特性データを示す図実施例３のレンズ構成を示す図実施例３の収差図・光学系特性データを示す図実施例４のレンズ構成を示す図実施例４の収差図・光学系特性データを示す図実施例５のレンズ構成を示す図実施例５の収差図・光学系特性データを示す図実施例６のレンズ構成を示す図実施例６の収差図・光学系特性データを示す図実施例７のレンズ構成を示す図実施例７の収差図・光学系特性データを示す図実施例１〜実施例３の非球面係数を示す図実施例４〜実施例６の非球面係数を示す図実施例７の非球面係数を示す図

符号の説明

１開口絞り
２平行平面ガラス
３結像面
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ

Claims

物体側から、第１レンズ、開口絞り、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第３レンズは、物体側が像側に比べて強い曲率を有する両凹レンズであり、
これら３枚のレンズを両面が非球面のプラスチックレンズにより形成し、
ｆ ₁ を第１レンズの焦点距離、ｆ ₂ を第２レンズの焦点距離とした時、
５．０＜ｆ ₂ ／ｆ ₁ ＜１８．０
の条件式を満足する撮影レンズ。
物体側から、第１レンズ、開口絞り、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第３レンズは、物体側が像側に比べて強い曲率を有する両凹レンズであり、
これら３枚のレンズを両面が非球面のプラスチックレンズにより形成し、
ｆをレンズ系全体の焦点距離、ｄ ₁ を第１レンズの厚みとした時、
５．０＜ｆ／ｄ ₁ ＜６．０
の条件式を満足する撮影レンズ。
物体側から、第１レンズ、開口絞り、第２レンズ、第３レンズの順に配置された撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第３レンズは、物体側が像側に比べて強い曲率を有する両凹レンズであり、
これら３枚のレンズを両面が非球面のプラスチックレンズにより形成し、
νｄ ₁ を第１レンズのアッベ数、νｄ ₂ を第２レンズのアッベ数、νｄ ₃ を第３レンズのアッベ数とした時、
５０≦νｄ ₁ ≦６０
２５≦νｄ ₂ ≦３５
５０≦νｄ ₃ ≦６０
の条件式を全て満足する撮影レンズ。
Ｒ₃₁を第３レンズの物体側曲率半径、Ｒ₃₂を第３レンズの像側曲率半径とした時、
−３．９＜（Ｒ₃₁−Ｒ₃₂）／（Ｒ₃₁＋Ｒ₃₂）＜ −０．９
の条件式を満足する請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
ｆをレンズ系全体の焦点距離、ｄ₂を第２レンズの厚みとした時、
７．０＜ｆ／ｄ₂ ＜９．５
の条件式を満足する請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの屈折率Ｎｄがいずれも１．６よりも小さな材料を使用した請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮影レンズ。