JP4857998B2

JP4857998B2 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP4857998B2
Application number: JP2006213007A
Authority: JP
Inventors: 雅史磯野
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: JP2008040062A

Description

本発明は小型の撮影レンズ系に関するものであり、更に詳しくはデジタル入力機器（デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ等）に適した、高性能でコンパクトな固体撮像素子用撮像レンズに関するものである。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：ＰａｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このような状況のもと、より小型のデジタルカメラが求められるようになっており、撮像光学系にもより一層の小型化が要望されている。

撮像光学系を小型にする方法として、撮像素子を小型にする方法がある。この方法は、撮像素子の個々の受光部を小さくすることが必要である。そのため、撮像光学系は、小さい受光部に光線を集光させなくてはならず、高性能の撮像光学系が要求されるようになっている。

一方、撮像素子の大きさをそのままにして、撮像光学系を小型にする方法がある。この方法は、撮像光学系の全長を短くすることができるが、撮像光学系の射出瞳位置も像面に近づく。射出瞳位置が像面に近づくと、撮像光学系から射出された軸外光束が像面に対して斜めに入射する。すると、撮像素子の受光部の前面に設けられているマイクロレンズに、大きく傾斜した光線が入射することとなり、撮像素子の周辺部の光量が低下する。その結果、像面の光量が、像面の中央部と周辺部とで極端な差異があるという問題が生じる。小型であるともに、像面の光量を均一にした高性能の撮像光学系が要求されている。

以上のような問題や実情を鑑みて、コンパクトな３枚構成から成る撮像光学系が、特許文献１や特許文献２で提案されている。
特開２００３−３２２７９２号公報特開２００４−３７９６０号公報

しかし、特許文献１は第３レンズが物体側に凸面を向けた負レンズであるため小型化と射出瞳位置を両立させるため変曲点があるレンズとなり製造難易度が高くなっている。また、特許文献２は第３レンズを物体側に凹面を向けた負レンズとして小型化をはかっているが射出瞳位置が近く固体撮像素子用レンズとしては適していない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型でありながら、良好に収差補正された撮像光学系を提供することにある。

上記の課題は、次の構成により解決される。

１．
固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは物体側に凸面を向けた正レンズであり、前記第３レンズは負レンズであり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。

−０．６＜ｆ／ｆ２＜０．１
−２．４＜ｒ６／ｆ＜−０．６５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｒ６：第３レンズの物体側の曲率半径、
である。

２．
固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは正レンズであり、前記第２レンズは負レンズであり、前記第３レンズは負レンズであり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。

−０．６＜ｆ／ｆ２＜−０．０８
−２．４＜ｒ６／ｆ＜−０．６５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｒ６：第３レンズの物体側の曲率半径、
である。

３．
前記第１レンズと前記第２レンズの間に開口絞りを配置することを特徴とする１又は２に記載の撮像レンズ。

４．
前記第２レンズは像面側に凸面を向けたことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の撮像レンズ。

５．
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像レンズ。

本発明は、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、第１レンズは物体側に凸面を向けた正レンズであり、第３レンズは負レンズであり、全系の焦点距離と第２レンズの焦点距離、第３レンズの物体側の曲率半径との関係を所定の数値範囲とすることにより、撮像光学系全長を短くすることができ、また、光学性能の劣化を抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１〜３は、本発明に係る撮像レンズの第１実施形態〜第３実施形態の撮像レンズのレンズ配置を表す断面図である。

図１〜３において、第１〜３実施形態の撮像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第１レンズＦＬ１、開口絞りＡ、像面側に凸面を向けたメニスカスレンズの第２レンズＦＬ２、物体側に凹面を向けた負レンズの第３レンズＦＬ３、ガラスフィルタＧＦから成る。

次に、各実施形態の撮影レンズ系が満足すべき条件式範囲を説明する。尚、各実施形態の撮影レンズ系は、以下に示す各条件式範囲をすべて、同時に満足する必要はなく、個々の条件式範囲をそれぞれ単独に満足することによって対応する作用効果を達成することが可能である。もちろん、複数の条件式範囲を満足している方が光学性能、小型化あるいは組立の観点からより望ましいことはいうまでもない。

次の条件式範囲（１）を満たす構成にすると良い。

−０．６＜ｆ／ｆ２＜０．１・・・（１）
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
である。

条件式範囲（１）の下限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。条件式範囲（１）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。

以下の条件式（１Ａ）、（１Ｂ）、（１Ｃ）を満足することが更に望ましい。

−０．５＜ｆ／ｆ２＜０．０５・・・・（１Ａ）
−０．６＜ｆ／ｆ２＜−０．０８・・・（１Ｂ）
−０．４＜ｆ／ｆ２＜−０．１・・・・（１Ｃ）
また、次の条件式範囲（２）を満たす構成にすると良い。

−２．４＜ｒ６／ｆ＜−０．６５・・・（２）
但し、
ｒ６：第３レンズの物体側の曲率半径、
ｆ：全系の焦点距離、
である。

条件式範囲（２）の上限を越えると、像面湾曲がアンダー側に倒れてしまい解像度が不足する。また負の歪曲収差も大きくなってしまう。

条件式範囲（２）の下限を越えると、像面湾曲がオーバー側に倒れてしまい解像度が不足する。

以下の条件式（２Ａ）、（２Ｂ）を満足することが更に望ましい。

−１．７＜ｒ６／ｆ＜−０．８・・・（２Ａ）
−１．４＜ｒ６／ｆ＜−０．９・・・（２Ｂ）
また、次の条件式範囲（３）を満たす構成にすると良い。

−１．２＜ｆ／ｆ３＜−０．１・・・（３）
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。

条件式範囲（３）の下限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。

条件式範囲（３）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。

以下の条件式（３Ａ）、（３Ｂ）を満足することが更に望ましい。

−０．９＜ｆ／ｆ３＜−０．１５・・・（３Ａ）
−０．７５＜ｆ／ｆ３＜−０．２・・・（３Ｂ）
本発明の撮影レンズの前記第１レンズと第２レンズの間に開口絞りを配置することが望ましい。これは、第１レンズと第２レンズを対称形配置に近づけることができ、コマ収差、歪曲収差の補正に大きな効果がある。

本発明の撮影レンズの前記第２レンズは像面側に凸面を向けることが望ましい。前記第１レンズの物体側面が凸面であるため、第１レンズと第２レンズで対称形配置に近づけることができ、コマ収差、歪曲収差の補正に大きな効果がある。

本発明の撮像レンズの前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することが望ましい。これは、球面収差や、コマ収差、歪曲収差の補正に大きな効果がある。

以下、本発明に係る実施例に関し、コンストラクションデータ、収差図等を挙げて、更に具体例を示す。

以下に挙げる実施例１〜３は、前述した実施形態にそれぞれ対応しており、実施形態を表すレンズ配置図は、対応する数値実施例１〜２のレンズ構成を、それぞれ示している。

各実施例において、ｒｉ（ｉ＝１，２，３・・）は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径、ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・）は物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔を示し、Ｎｉ（ｉ＝１，２，３・・）、νｉ（ｉ＝１，２，３・・）は、物体側から数えてｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯはＦナンバーを表す。

さらに、各数値実施例中、曲率半径ｒｉに＊印を付した面は非球面形状の屈折光学面あるいは非球面と等価な屈折作用を有する面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式で定義するものとする。

Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ²／｛１＋√（１−ε・Ｃ²・Ｈ²）｝＋ΣＡｉ・Ｈｉ・・（ＡＳ）
但し、
Ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さ、
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、
Ｃ：近軸曲率、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
Ｈｉ：Ｈのｉ乗を表す記号、
である。
（実施例１）
撮像レンズの構成を図１に示す。ｆ＝３．９１ｍｍ、ＦＮＯ＝４．５である。撮像レンズのコンストラクションデータを表１に示す。

また、非球面係数を以下に示す。

第１面（ｒ１）の非球面係数
ε＝０．１１１８６×１０
Ａ４＝−０．１７０３８×１０^-1
Ａ６＝−０．７９２２０×１０^-1
Ａ８＝０．１０１０２
Ａ１０＝−０．１３１７５
Ａ１２＝−０．１７６５８
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝０．２０５９１×１０
Ａ４＝−０．８７２６２×１０^-1
Ａ６＝０．２０６５４
Ａ８＝−０．１２００６×１０
Ａ１０＝０．２３５３８×１０
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝０．２８６８２×１０
Ａ４＝０．９９６７５×１０^-2
Ａ６＝−０．１２５３８
Ａ８＝−０．３５０７６
Ａ１０＝−０．４６０３９×１０
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝−０．３００００×１０
Ａ４＝−０．１２６６７
Ａ６＝０．９９９８３×１０^-1
Ａ８＝−０．１５４８７
Ａ１０＝０．６９２２３×１０^-1
Ａ１２＝−０．１５８３２×１０^-1
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝−０．５１５８８×１０
Ａ４＝０．６８９３０×１０^-1
Ａ６＝−０．２９８８１×１０^-1
Ａ８＝０．８６２０４×１０^-2
Ａ１０＝−０．１２９２０×１０^-2
Ａ１２＝０．５５８６４×１０^-4
Ａ１４＝０．２５０１２×１０^-6
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝−０．３９０００×１０²
Ａ４＝−０．９０９０１×１０^-1
Ａ６＝０．３２１４６×１０^-1
Ａ８＝−０．８３８９７×１０^-2
Ａ１０＝０．１２９３１×１０^-2
Ａ１２＝−０．４３１０２×１０^-4
Ａ１４＝−０．８７２６９×１０^-5
（実施例２）
撮像レンズの構成を図２に示す。ｆ＝３．９１ｍｍ、ＦＮＯ＝４．９である。撮像レンズのコンストラクションデータを表２に示す。

また、非球面係数を以下に示す。

第１面（ｒ１）の非球面係数
ε＝０．１１１７４×１０
Ａ４＝−０．１９４７１×１０^-1
Ａ６＝−０．７７７６３×１０^-1
Ａ８＝０．８６２７５×１０^-1
Ａ１０＝−０．１３８５５
Ａ１２＝−０．１８７１５
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝０．４９０９０×１０
Ａ４＝−０．１０１８１
Ａ６＝０．３３４２０
Ａ８＝−０．１６８９５×１０
Ａ１０＝０．３２６３０×１０
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝０．３００００×１０
Ａ４＝−０．２０６０７×１０^-1
Ａ６＝０．３０３６５
Ａ８＝−０．１９４９５×１０
Ａ１０＝−０．３０４２８×１０
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝０．３００００×１０
Ａ４＝−０．７４７４１×１０^-1
Ａ６＝０．６０４４０×１０^-1
Ａ８＝−０．１１５８０
Ａ１０＝０．６４１８５×１０^-1
Ａ１２＝−０．２９２６０×１０^-1
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝−０．９８８３７
Ａ４＝０．８０４６１×１０^-1
Ａ６＝−０．３００１８×１０^-1
Ａ８＝０．７９６８３×１０^-2
Ａ１０＝−０．１３３２９×１０^-2
Ａ１２＝０．７２８８４×１０^-4
Ａ１４＝０．２５０１２×１０^-6
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝−０．３９０００×１０²
Ａ４＝−０．９１８２８×１０^-1
Ａ６＝０．２９８９２×１０^-1
Ａ８＝−０．７６８６５×１０^-2
Ａ１０＝０．１２７０８×１０^-2
Ａ１２＝−０．４５２１６×１０^-4
Ａ１４＝−０．１１２６８×１０^-4
（実施例３）
撮像レンズの構成を図３に示す。ｆ＝３．９２ｍｍ、ＦＮＯ＝４．５である。撮像レンズのコンストラクションデータを表３に示す。

また、非球面係数を以下に示す。

第１面（ｒ１）の非球面係数
ε＝０．１１０７３×１０
Ａ４＝−０．１７６７６×１０^-1
Ａ６＝−０．８８０９４×１０^-1
Ａ８＝０．１０８１３
Ａ１０＝−０．１３８３８
Ａ１２＝−０．２３８５０
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝０．２６６３１×１０
Ａ４＝−０．９５４７１×１０^-1
Ａ６＝０．１２０１１
Ａ８＝−０．１５４３６×１０
Ａ１０＝０．５９２００×１０
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝０．２７１２４×１０
Ａ４＝−０．２０４２０×１０^-1
Ａ６＝０．８１９５７×１０^-1
Ａ８＝−０．５３９７３
Ａ１０＝−０．６３２９６×１０
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝−０．２９７３５×１０
Ａ４＝−０．１３５２６
Ａ６＝０．１１８７８
Ａ８＝−０．１７３４１
Ａ１０＝０．８２３１７×１０^-1
Ａ１２＝−０．２３３１０×１０^-1
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝−０．５１０１８×１０
Ａ４＝０．７２９２０×１０^-1
Ａ６＝−０．３１８２７×１０^-1
Ａ８＝０．８４３０８×１０^-2
Ａ１０＝−０．１０６１１×１０^-2
Ａ１２＝０．２３７５０×１０^-4
Ａ１４＝０．２５０１２×１０^-6
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝−０．３９０００×１０²
Ａ４＝−０．６９８３０×１０^-1
Ａ６＝０．２７３７６×１０^-1
Ａ８＝−０．８６７３９×１０^-2
Ａ１０＝０．１３８６３×１０^-2
Ａ１２＝−０．１２６５４×１０^-4
Ａ１４＝−０．１３９９１×１０^-4
また、各実施例の条件式（１）、（２）、（３）で規定されるパラメータに対応する値を併せて示す。

図４〜図６は、実施例１〜実施例３に対応する収差図である。各収差図は、左側から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図を表している。

各球面収差図おいて、実線ｄはｄ線、一点鎖線ｇはｇ線、二点鎖線ｃはｃ線それぞれに対する球面収差量、ＳＣは正弦条件不満足量を表す。また、各非点収差図において、実線ＤＳはサジタル面、点線ＤＭはメリディオナル面をそれぞれ表す。また、球面収差図の縦軸は光線のＦナンバーを表し、非点収差図及び歪曲収差図の縦軸は、最大像高Ｙ’を表す。

以上のように、本発明によれば、光学性能が良好でコンパクトな固体撮像素子用撮像レンズを提供することが可能である。

したがって、本発明に係る撮像レンズを、デジタルカメラ等の撮像光学系に適用した場合、当該カメラの高機能化とコンパクト化に寄与することができる。

第１実施形態（実施例１）の撮像レンズのレンズ構成図。第２実施形態（実施例２）の撮像レンズのレンズ構成図。第３実施形態（実施例３）の撮像レンズのレンズ構成図。実施例１の撮像レンズの収差図。実施例２の撮像レンズの収差図。実施例３の撮像レンズの収差図。

符号の説明

ＦＬ１第１レンズ
ＦＬ２第２レンズ
ＦＬ３第３レンズ
Ａ絞り
ＧＦガラスフィルター
ｒ１〜ｒ９面

Claims

固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは物体側に凸面を向けた正レンズであり、前記第３レンズは負レンズであり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
−０．６＜ｆ／ｆ２＜０．１
−２．４＜ｒ６／ｆ＜−０．６５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｒ６：第３レンズの物体側の曲率半径、
である。
固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは正レンズであり、前記第２レンズは負レンズであり、前記第３レンズは負レンズであり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
−０．６＜ｆ／ｆ２＜−０．０８
−２．４＜ｒ６／ｆ＜−０．６５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｒ６：第３レンズの物体側の曲率半径、
である。
前記第１レンズと前記第２レンズの間に開口絞りを配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
前記第２レンズは像面側に凸面を向けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像レンズ。