JP4847172B2 - 撮像レンズ - Google Patents

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Description

本発明は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いた撮像機器に搭載される撮像レンズに関する。
CCDやCMOSなどの撮像素子は近年、非常に小型化および高画素化が進んでいる。そのため、撮像機器本体、ならびにそれに搭載されるレンズにも、小型で高性能なものが求められている。また、高画素の撮像素子に対応するためにテレセン性(テレセントリック性)、すなわち、撮像素子への主光線の入射角度が光軸に対して平行に近く(撮像面における入射角度が撮像面の法線に対してゼロに近く)なるようにすることも求められている。従来、例えばカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像レンズは、3枚のレンズで構成されるものが多かったが、高画素化に対応するために、レンズ枚数がさらに増える傾向にある。特許文献1には、4枚構成の撮像レンズが記載されている。特許文献1に記載の撮像レンズにおいて、物体側から2番目に配置された第2レンズは、物体側の面が凹面形状の負レンズとなっている。
特開2005−208236号公報
しかしながら、特許文献1に記載の撮像レンズは、色収差の点などでまだ改善の余地がある。また、撮像レンズでは、テレセン性を確保するために開口絞りをなるべく物体側に配置することが考えられるが、その場合、特許文献1に記載の撮像レンズのように第2レンズの物体側の面が凹面形状であると、製造感度が高くなり、例えば製造時にレンズの位置ずれがあると像面変動が生じやすい。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高画素化に対応した高性能のレンズ系を実現できるようにした撮像レンズを提供することにある。
本発明による撮像レンズは、物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第1レンズと、像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状の第2レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第3レンズと、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の負の第4レンズと、両面が非球面形状の正または負の第5レンズとを備え、下記条件式を満足するものである。
νd1>50 ……(1)
νd2<30 ……(2)
νd4<30 ……(3)
ただし、νd1は第1レンズのアッベ数、νd2は第2レンズのアッベ数、νd4は第4レンズのアッベ数とする。
本発明による撮像レンズでは、全体として5枚のレンズ構成とし、従来の3枚または4枚構成の撮像レンズに比べてレンズ枚数を増やし、かつレンズ材料、およびレンズの面形状を最適化したことで、高画素化に対応した高性能のレンズ系が得られる。特に条件式(1),(2),(3)を満足することで、軸上色収差および倍率色収差の補正効果が得られる。また、第2レンズを像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状にしたことで、製造時の位置ずれにより生ずる像面変動が低減され、製造適性の優れたレンズ系が得られる。
本発明による撮像レンズにおいて、第4レンズと第5レンズに関し、さらに下記条件式を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、特に、倍率色収差の補正とテレセン性の確保とに有利となる。
G4D(0.0)<G4D(0.7)<G4D(1.0) ……(4)
G45D(1.0)<G45D(0.0) ……(5)
G5MaxH<G4MaxH ……(6)
ただし、G4D(0.0)は第4レンズの光軸上での厚み、G4D(0.7)は第4レンズの後面有効径7割の位置での厚み、G4D(1.0)は第4レンズの後面有効径10割の位置での厚みを示す。G45D(0.0)は第4レンズと第5レンズとの光軸上での空気間隔、G45D(1.0)は第5レンズの前面の有効径10割の位置での第4レンズとの空気間隔を示す。G4MaxHは第4レンズにおいてレンズ厚が最も厚くなる位置の光軸からの高さ、G5MaxHは第5レンズにおいてレンズ厚が最も厚くなる位置の光軸からの高さを示す。
また、本発明による撮像レンズにおいて、第5レンズの像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。これにより、特に、像面湾曲の補正とテレセン性の確保とに有利となる。
また、本発明による撮像レンズにおいて、さらに下記条件式を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、各レンズのパワー配分が最適化され、テレセン性の確保と倍率および軸上色収差の補正とを行いつつ、レンズ系全体の小型化に有利となる。
|f2/f1|>1 ……(7)
1.0<|f3*(1/f4+1/f5)|<1.5 ……(8)
ただし、f1は第1レンズの焦点距離、f2は第2レンズの焦点距離、f3は第3レンズの焦点距離、f4は第4レンズの焦点距離、f5は第5レンズの焦点距離を示す。
本発明による撮像レンズにおいて、第1レンズの像側の面よりも物体側に開口絞りを備えていても良い。または、第1レンズと第2レンズとの間に開口絞りを備えていても良い。開口絞りを比較的前側に持ってくることで、テレセン性の確保に有利となる。
本発明の撮像レンズによれば、全体として5枚のレンズ構成とし、従来の3枚または4枚構成の撮像レンズに比べてレンズ枚数を増やし、かつレンズ材料、およびレンズの面形状の最適化を図るようにしたので、高画素化に対応した高性能のレンズ系を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第1の構成例を示している。この構成例は、後述の第1の数値実施例(図5(A),図5(B))のレンズ構成に対応している。図2は、第2の構成例を示している。この構成例は、後述の第2の数値実施例(図6(A),図6(B))のレンズ構成に対応している。図3は、第3の構成例を示している。この構成例は、後述の第3の数値実施例(図7(A),図7(B))のレンズ構成に対応している。図4は、第4の構成例を示している。この構成例は、後述の第4の数値実施例(図8(A),図8(B))のレンズ構成に対応している。図1ないし図4において、符号Riは、最も物体側の構成要素の面を1番目として、像側(結像側)に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目の面の曲率半径を示す。符号Diは、i番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図1に示した第1の構成例を基本にして説明する。
この撮像レンズは、CCDやCMOS等の撮像素子を用いた各種撮像機器、例えば携帯電話機や、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラ等に用いて好適なものである。この撮像レンズは、光軸Z1に沿って物体側から順に、第1レンズG1と、第2レンズG2と、第3レンズG3と、第4レンズG4と、第5レンズG5とを備えている。光学的な開口絞りStは、第1レンズG1の前側、より詳しくは、光軸Z1上において第1レンズG1の像側の面よりも物体側に配置されている。なお、図4の第4の構成例のように、光軸Z1上において第1レンズG1と第2レンズG2との間に開口絞りStを配置しても良い。
この撮像レンズの結像面Simgには、CCD等の撮像素子が配置される。第5レンズG5と撮像素子との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材GCが配置されている。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置される。
第1レンズG1は、物体側の面が凸形状の正レンズ、例えば両凸レンズとなっている。第2レンズG2は、像面側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。第3レンズG3は、像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。第4レンズG4は、両面が非球面形状の負レンズとなっている。第5レンズG5は、両面が非球面形状の負レンズまたは正レンズとなっている。
第4レンズG4の物体側の面は光軸近傍において凸形状で周辺部では凹形状であることが好ましい。また、第4レンズG4の像面側の面は光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。第5レンズG5の物体側の面は光軸近傍において凸形状で周辺部で凹形状、または中間部で一旦凹形状になってから再び凸形状となるような非球面形状であることが好ましい。また第5レンズG5の像面側の面は光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。
この撮像レンズは、以下の条件を満足している。ただし、νd1は第1レンズG1のアッベ数、νd2は第2レンズG2のアッベ数、νd4は第4レンズG4のアッベ数とする。
νd1>50 ……(1)
νd2<30 ……(2)
νd4<30 ……(3)
この撮像レンズはまた、以下の条件を満足していることが好ましい。
G4D(0.0)<G4D(0.7)<G4D(1.0) ……(4)
G45D(1.0)<G45D(0.0) ……(5)
G5MaxH<G4MaxH ……(6)
ここで、図14を参照して条件式(4)〜(6)のパラメータについて説明すると、G4D(0.0)は第4レンズG4の光軸Z1上での厚み、G4D(0.7)は第4レンズG4の後面の有効径7割の位置G4H(0.7)での厚み、G4D(1.0)は第4レンズG4の後面の有効径10割の位置G4H(1.0)での厚みを示す。G45D(0.0)は第4レンズG4と第5レンズG5との光軸Z1上での空気間隔、G45D(1.0)は第5レンズG5の前面の有効径10割の位置G5H(1.0)での第4レンズG5との空気間隔を示す。G4MaxHは第4レンズG4においてレンズ厚が最も厚くなる位置G4MaxDの光軸Z1からの高さ、G5MaxHは第5レンズG5においてレンズ厚が最も厚くなる位置G4MaxDの光軸Z1からの高さを示す。
この撮像レンズはさらに、以下の条件を満足していることが好ましい。ただし、f1は第1レンズG1の焦点距離、f2は第2レンズG2の焦点距離、f3は第3レンズG3の焦点距離、f4は第4レンズG4の焦点距離、f5は第5レンズG5の焦点距離を示す。
|f2/f1|>1 ……(7)
1.0<|f3*(1/f4+1/f5)|<1.5 ……(8)
次に、以上のように構成された撮像レンズの作用および効果を説明する。
この撮像レンズでは、全体として5枚のレンズ構成とし、従来の3枚または4枚構成の撮像レンズに比べてレンズ枚数を増やし、かつレンズ材料、各レンズのパワー配分、およびレンズの面形状を最適化したことで、高画素化に対応した高性能のレンズ系が得られる。この撮像レンズでは、光学的な開口絞りStを比較的前側(物体側)に持ってくることで、テレセン性を確保している。開口絞りStを前側に持ってきた場合、製造感度が高くなり、例えば製造時にレンズの位置ずれがあると像面変動が生じやすくなるが、この撮像レンズでは、第2レンズG2を像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状にしたことで、その像面変動を低減し、製造適性の優れたレンズ系を得ている。
この撮像レンズでは、正レンズである第1レンズG1を条件式(1)を満足するような低分散のレンズ材料とし、負レンズである第2レンズG2および第4レンズG4を条件式(2),(3)を満足するような高分散のレンズ材料とすることで、軸上色収差および倍率色収差の補正効果を得ている。条件式(1)の下限を下回ると、主に軸上色収差が大きくなってしまい、性能が劣化するので好ましくない。条件式(2)の上限を上回ると、軸上色収差および倍率色収差が大きくなってしまい、性能が劣化するので好ましくない。条件式(3)の上限を上回ると、主に倍率色収差が大きくなってしまい、性能が劣化するので好ましくない。より良好に色収差を補正するために、条件式(2),(3)の上限は以下の値であることが好ましい。
νd2<29 ……(2A)
νd4<29 ……(3A)
また、この撮像レンズでは、像側に配置されている第4レンズG4および第5レンズG5における非球面形状を中心部と周辺部とで異なる形状に変化させていることで、像面の中心部から周辺部にわたって像面湾曲を良好に補正している。また、テレセン性の確保に有利となり、像面の中心部から周辺部にわたって撮像素子面に対する光線の入射角度が垂直に近くなるようにしている。この場合において、第4レンズG4および第5レンズG5に関し条件式(4),(5),(6)を満足することで、撮像面における主光線の光軸Z1に対する入射角度を小さくしてテレセン性の確保に有利になると共に、倍率色収差の補正に有利となる。
また、条件式(7),(8)を満足することで、テレセン性の確保と倍率および軸上色収差の補正とを行いつつ、レンズ系全体の小型化を実現している。条件式(7)は、物体側の2つのレンズ(第1レンズG1および第2レンズG2)のパワーの適切な関係を規定している。条件式(7)の下限を下回ると、色収差の低減には有利となるが、全長の長いレンズ系になってしまうので好ましくない。条件式(8)は、像面側の3つのレンズ(第3レンズG3、第4レンズG4および第5レンズG5)のパワーの適切な関係を規定している。条件式(8)の上限を超えると、撮像面における主光線の光軸Z1に対する入射角度が大きくなりテレセン性が悪化するので好ましくない。逆に下限を下回ると全長短縮とテレセン性の確保には有利になるが、倍率および軸上色収差が大きくなり性能が劣化するので好ましくない。
以上説明したように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、従来の3枚または4枚構成の撮像レンズに比べてレンズ枚数を増やし、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分の最適化を図るようにしたので、高画素化に対応した高性能のレンズ系を実現できる。
次に、本実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第1〜第4の数値実施例をまとめて説明する。
図5(A),図5(B)は、実施例1に係る撮像レンズの数値データを示している。特に図5(A)にはその基本的なレンズデータを示し、図5(B)には非球面に関するデータを示す。図5(A)に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、最も物体側の構成要素の面を1番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目(i=1〜13)の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1において付した符号Riに対応させて、物体側からi番目の面の曲率半径の値(mm)を示す。面間隔Diの欄についても、同様に物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔(mm)を示す。Ndiは、隣り合うレンズ面間のd線(波長587.6nm)に対する屈折率の値を示す。νdjの欄には、物体側からj番目(j=1〜6)の光学要素のd線に対するアッベ数の値を示す。
実施例1に係る撮像レンズは、第2レンズG2を除く、第1レンズG1、第3レンズG3、第4レンズG4、および第5レンズG5の両面がすべて非球面形状となっている。図5(A)の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。図5(B)に非球面データとして示した数値において、記号“E”は、その次に続く数値が10を底とした“べき指数”であることを示し、その10を底とした指数関数で表される数値が“E”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「1.0E−02」であれば、「1.0×10-2」であることを示す。
非球面データとしては、以下の式(A)によって表される非球面形状の式における各係数Bi,KAの値を記す。Zは、より詳しくは、光軸Z1から高さhの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面(光軸Z1に垂直な平面)に下ろした垂線の長さ(mm)を示す。実施例1に係る撮像レンズは、各非球面が非球面係数Biとして第4次〜第10次の係数B4〜B10を有効に用いて表されている。
Z=C・h2/{1+(1−KA・C2・h21/2}+ΣBi・hi ……(A)
(i=4〜10)
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
KA:離心率(第2次の非球面係数)
C:近軸曲率=1/R
(R:近軸曲率半径)
i:第i次の非球面係数
以上の実施例1に係る撮像レンズと同様にして、実施例2〜実施例4に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを図6(A),図7(A),図8(A)に示す。また同様に、実施例2〜実施例4に係る撮像レンズの非球面に関するデータを、図6(B),図7(B),図8(B)に示す。なお、実施例2〜実施例4に係る撮像レンズのいずれについても、第1レンズG1、第2レンズG2、第3レンズG3、第4レンズG4、および第5レンズG5の両面がすべて非球面形状となっている。
図9には、上述の各条件式に関する値を示す。なお、図9において、fは全系の近軸焦点距離(mm)を示す。f1,f2,f3,f4,f5はそれぞれ、第1レンズG1、第2レンズG2、第3レンズG3、第4レンズG4、および第5レンズG5の近軸焦点距離(mm)を示す。図9から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。
図10(A)〜図10(C)はそれぞれ、実施例1に係る撮像レンズにおける球面収差、非点収差(像面湾曲)、およびディストーション(歪曲収差)を示している。各収差図には、d線を基準波長とし、C線(波長656.27nm)およびF線(波長486.13nm)についての収差も示す。非点収差図において、Sはサジタル方向、Tはタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。なお、図10(A)において縦方向は入射瞳径(mm)を示す。
同様にして、実施例2に係る撮像レンズについての諸収差を図11(A)〜図11(C)に、実施例3に係る撮像レンズについての諸収差を図12(A)〜図12(C)に、実施例4に係る撮像レンズについての諸収差を図13(A)〜図13(C)に示す。なお、図11(B),(C)において縦方向は像高Y(mm)を示す。
以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、全体として5枚のレンズ構成で、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分が最適化され、高性能の撮像レンズ系が実現できている。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
本発明の実施例1に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例2に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例3に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例4に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例1に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、(A)は基本的なレンズデータ、(B)は非球面に関するレンズデータを示す。 本発明の実施例2に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、(A)は基本的なレンズデータ、(B)は非球面に関するレンズデータを示す。 本発明の実施例3に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、(A)は基本的なレンズデータ、(B)は非球面に関するレンズデータを示す。 本発明の実施例4に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、(A)は基本的なレンズデータ、(B)は非球面に関するレンズデータを示す。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 本発明の実施例1に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例2に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例3に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例4に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 条件式についての説明図である。
符号の説明
G1…第1レンズ、G2…第2レンズ、G3…第3レンズ、G4…第4レンズ、G5…第5レンズ、St…開口絞り、Ri…物体側から第i番目のレンズ面の曲率半径、Di…物体側から第i番目と第i+1番目のレンズ面との面間隔、Z1…光軸。

Claims (6)

  1. 物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第1レンズと、像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状の第2レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第3レンズと、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の負の第4レンズと、両面が非球面形状の正または負の第5レンズとを備え、下記条件式を満足する
    ことを特徴とする撮像レンズ。
    νd1>50 ……(1)
    νd2<30 ……(2)
    νd4<30 ……(3)
    ただし、
    νd1:第1レンズのアッベ数
    νd2:第2レンズのアッベ数
    νd4:第4レンズのアッベ数
    とする。
  2. 第4レンズと第5レンズに関し、さらに下記条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。
    G4D(0.0)<G4D(0.7)<G4D(1.0) ……(4)
    G45D(1.0)<G45D(0.0) ……(5)
    G5MaxH<G4MaxH ……(6)
    ただし、
    G4D(0.0):第4レンズの光軸上での厚み
    G4D(0.7):第4レンズの後面有効径7割の位置での厚み
    G4D(1.0):第4レンズの後面有効径10割の位置での厚み
    G45D(0.0):第4レンズと第5レンズとの光軸上での空気間隔
    G45D(1.0):第5レンズの前面の有効径10割の位置での第4レンズとの空気間隔
    G4MaxH:第4レンズにおいてレンズ厚が最も厚くなる位置の光軸からの高さ
    G5MaxH:第5レンズにおいてレンズ厚が最も厚くなる位置の光軸からの高さ
    とする。
  3. 前記第5レンズの像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像レンズ。
  4. さらに下記条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
    |f2/f1|>1 ……(7)
    1.0<|f3*(1/f4+1/f5)|<1.5 ……(8)
    ただし、
    f1:第1レンズの焦点距離
    f2:第2レンズの焦点距離
    f3:第3レンズの焦点距離
    f4:第4レンズの焦点距離
    f5:第5レンズの焦点距離
    とする。
  5. 前記第1レンズの像側の面よりも物体側に開口絞りを備えた
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
  6. 前記第1レンズと前記第2レンズとの間に開口絞りを備えた
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の撮像レンズ。

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