JP4940870B2 - 撮影レンズ - Google Patents

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ等のカメラに搭載される撮影レンズに関する。

近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子が採用されたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の普及率が伸びている。また、携帯電話やノート型パソコン等の携帯通信機器に上記固体撮像素子及び撮影レンズが搭載されたものが増えていることもあり、これに用いる撮影レンズの需要も急速に高まっている。このような携帯通信機器の小型化・薄型化、高性能化に伴い、これらに搭載される撮影レンズの小型化・薄型化、高性能化が求められるとともに、普及させるための低コスト化が求められている。

このような要求に対し、従来から２枚程度のレンズを利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１所載の撮影レンズは、物体側より順に、第１レンズ、第２レンズを具備するレンズ系から構成される撮影レンズであって、前記第１レンズは、正のレンズであり、前記第２レンズは、像側レンズ面に凸面を有するメニスカスレンズであり、前記第１レンズに回折光学素子面を少なくとも１面有する撮影レンズである。
特開２００４−１９１８４４号公報

上記特許文献１所載の撮影レンズによれば、光学性能が良好で低コスト且つ小型な固体撮像素子用の撮影レンズを実現することができるとされているが、そのような撮影レンズに対してさらに小型化を図ろうとした場合、色収差等の諸収差が大きくなって高画質化が望めず、また、製造誤差に対する光学性能の劣化が顕著となるという問題がある。

そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、レンズ系の全長を短くしてさらなる小型化を図りつつも、良好な収差の補正が可能となる高性能な撮影レンズを提供することを目的とする。

本発明に係る撮影レンズは、物体側より順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズを具備するレンズ系から構成される撮影レンズであって、第１レンズは、正の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第２レンズは、負の屈折力を有するレンズであり、前記レンズ系は、以下の条件を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
ｒ１＞０、ｒ２＞０、ｒ３＜０、ｒ４＞０ ・・・（１）
尚、ｒ１は第１レンズの物体側レンズ面の曲率半径、ｒ２は第１レンズの像側レンズ面の曲率半径、ｒ３は第２レンズの物体側レンズ面の曲率半径、ｒ４は第２レンズの像側レンズ面の曲率半径を表す。

上記構成に係る撮影レンズにおいては、正の（パワー、屈折力または焦点距離を有する）メニスカスレンズである第１レンズと、負の（パワー、屈折力または焦点距離を有する）レンズである第２レンズとの２枚のレンズによりレンズ系が構成される。また、開口絞りは、第１レンズの前（物体側）に設けられる。

上記条件式（１）は、レンズ系の全長を短くしてさらなる小型化を図りつつも、良好な収差の補正が可能となる高性能な撮影レンズを得るための条件式である。即ち、上記条件式（１）を満たすことにより、レンズの全長を短くすることができると共に、上記特許文献１所載の撮影レンズでは、ｒ３＞０であるが、本発明においては、ｒ３＜０とすることで、レンズの全長を短くしても、規定する像高さ位置まで光線を持ち上げることができ、収差の補正が良好となる。

以上、本発明の発明者は、鋭意研究の末、レンズ系を２枚のレンズで構成し、レンズ系の各パラメータが上記条件式（１）を満足させることにより、レンズ系の全長を短くしてさらなる小型化を図りつつも、良好な収差の補正が可能となる高性能な撮影レンズを開発できる。

ここで、本発明に係る撮影レンズは、第１レンズの物体側レンズ面、像側レンズ面、第２レンズの物体側レンズ面、又は像側レンズ面の少なくとも何れかに、以下の条件を満たす回折光学素子面を有するレンズ系を採用することができる。
０．０２＜φ＜０．０３ ・・・（２）
尚、φは回折光学素子面の光学パワーを表す。

この場合、第１レンズ及び第２レンズ（２つの屈折型光学素子）で、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、像面湾曲等を補正し、色収差の補正は、第１レンズ及び第２レンズの少なくとも何れか１面に形成された回折光学素子面によって行う。回折光学素子面では、他の収差の補正を考慮する必要がないため、その屈折力を小さくすることができ、回折光学素子面での色収差以外の収差の発生を抑えることができ、レンズ系全体として諸収差を良好に補正できる。

上記条件式（２）は、色収差の補正に最適な回折光学素子面の回折面形状及び光学パワーφの範囲を指定するための条件式である。即ち、回折光学素子面の光学パワーφが上記条件式（２）の上限を超えると、色収差の補正が過剰になり、また、レンズ表面に形成する回折輪帯数が増えて金型面加工が困難となる。一方、上記条件式（２）の下限を下回ると、色収差の補正が不足となる。

尚、回折光学素子面は、例えば第１レンズの像側レンズ面に形成されるものであり、また、ブレーズ回折格子とすることにより、可視光域の波長に対して高い回折効率を得ることができる。

また、本発明に係る撮影レンズは、さらに以下の条件を満たすレンズ系を採用することができる。
０．７＜ｆ／２Ｙ＜０．８ ・・・（４）
尚、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｙは撮像素子サイズを表す。

上記条件式（４）は、像高（撮像素子サイズ）Ｙに対してレンズ系の全長ＴＬが短くなるようにするための条件式である。即ち、撮像素子サイズＹに対するレンズ系の焦点距離ｆの比が上記条件式（４）の上限を超えると、レンズ系の全長ＴＬが長くなり、小型化が困難となる。一方、上記条件式（４）の下限を下回ると、レンズ系の全長ＴＬが短くなり過ぎ、光学性能が劣化し、特に、高画角となることにより、ディストーション、周辺光量比の低下が顕著となる。

また、本発明に係る撮影レンズは、第１レンズが以下の条件を満たすプラスチックレンズからなるレンズ系を採用することができる。
Ｄ１＜０．５５ ・・・（６）
Ｄ１／ＴＬ＜０．２１ ・・・（７）
尚、Ｄ１は第１レンズの中心厚さ、ＴＬはレンズ系の全長を表す。

上記条件式（６）及び上記条件式（７）は、プラスチックレンズからなる第１レンズの薄肉成形に関する条件式である。即ち、第１レンズの中心厚さＤ１が上記条件式（６）を満たすことにより、従来には無い薄さでありながらも、物理的強度を確保した第１レンズを実現する。また、レンズ系の全長ＴＬに対する第１レンズの中心厚さＤ１の比が上記条件式（７）を満たすことにより、レンズ系の全長を短くすることができる。

以上の如く、本発明によれば、レンズ系の全長を短くしてさらなる小型化を図りつつも、良好な収差の補正が可能となる高性能な撮影レンズを提供することができる。また、メガピクセルセンサ（例えば１．３メガ）に対応した光学性能を持つ、製造誤差に強い撮影レンズを実現することができる。さらに、プラスチックレンズを使用した場合、安価なレンズであって、物理的に成型可能な形成を維持しつつも、薄型のレンズを実現することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における撮影レンズの断面図である。本実施形態に係る撮影レンズは、図１に示すように、物体側より順に、開口絞り１、第１レンズ２及び第２レンズ３を具備するレンズ系から構成される。撮像レンズは、何れも固体撮像素子（例えばＣＣＤ）に対して光学像を形成する撮像用(例えばデジタルスチルカメラ用)の単焦点レンズである。そして、第１レンズ１は、物体側レンズ面Ｒ１に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、第２レンズ２は、像側レンズ面Ｒ４に凸面を有し光軸中心付近に凹面を有する負のレンズである。また、第２レンズ２の像側レンズ面Ｒ４と撮像面ＩＭＧとの間にＣＣＤ等の固体撮像素子におけるフェイスプレートまたはフィルタ等の光学部材４が配置される。

以上の構成を有する本実施形態における撮影レンズの各パラメータ値は以下に示す通りである。ここで、ｒｊは物体側から順にｊ番目の面番号Ｒｊにおける曲率半径（ｍｍ）、Ｔｊは物体側から順にｊ番目の面中心間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線における各レンズの屈折率、νｄはｄ線における各レンズのアッベ数、ｆはレンズ系の焦点距離（ｍｍ）、Ｆｎｏ．はＦナンバー、ＴＴはレンズ系の全長（ｍｍ）を意味する。尚、面番号横の＊は、非球面形状の屈折光学面又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、面番号横の○は、回折光学素子で構成された回折光学素子面が形成されていることを示す。

また、非球面形状は、面頂点の接平面からの光軸方向の距離（サグ量）をｘ、光軸からの高さｈとして、ｒを近軸曲率半径、κを円錐定数、ａm （ｍ＝４，６，８，１０，１２，１４）を第ｍ次の非球面係数としたとき、次式で表される。
ｘ＝｛（１／ｒ）ｈ²｝／〔１＋｛１−（１＋κ）（１／ｒ）²ｈ²｝^1/2〕
＋ａ₄ｈ⁴＋ａ₆ｈ⁶＋ａ₈ｈ⁸＋ａ₁₀ｈ¹⁰＋ａ₁₂ｈ¹²＋ａ₁₄ｈ¹⁴・・・（Ｘ）
そこで、以下では、上記式（Ｘ）におけるａ_mの値を示し、非球面形状を特定している。

尚、本実施形態においては、第１レンズ２の物体側レンズ面Ｒ１の曲率半径ｒ１＝０．８６２ｍｍであり、第１レンズ２の像側レンズ面Ｒ２の曲率半径ｒ２＝１．４４９ｍｍであり、第２レンズ３の物体側レンズ面Ｒ３の曲率半径ｒ３＝−６．８２３ｍｍであり、第２レンズ３の像側レンズ面Ｒ４の曲率半径ｒ４＝２３．１５０ｍｍであり、レンズ系の全長ＴＬ＝３．６２９ｍｍであり、レンズ系の焦点距離ｆ＝３．３９１ｍｍであり、第１レンズ２の焦点距離ｆ１＝２．９０７ｍｍであり、第２レンズ３の焦点距離ｆ２＝−９．８８８ｍｍであり、第１レンズ２の中心厚さＤ１＝０．５１０ｍｍであり、第２レンズ３の中心厚さＤ２＝０．９９５ｍｍであり、第１レンズ２のアッベ数νｄ１＝５６．４であり、第２レンズ３のアッベ数νｄ２＝５６．４であり、回折光学素子面の光学パワーφ＝０．０２８であり、最大像高（撮像素子サイズ）Ｙ＝２．２９５である。また、本実施形態においては、第１レンズ２の像側レンズ面Ｒ２に回折光学素子面が形成されており、位相関数Ｃ１ｒ²＋Ｃ２ｒ⁴とした場合、φＤ＝−２Ｃ１という関係になるが、第１レンズ２の像側レンズ面Ｒ２の位相係数Ｃ１＝−１．４１Ｅ−０２であり、Ｃ２＝−１．４３Ｅ−０２である。よって、ｒ１＝０．８６２、ｒ２＝１．４４９、ｒ３＝−６．８２３、ｒ４＝２３．１５０は、上記条件式（１）を満たしており、φ＝０．０２８は、条件式（２）を満足しており、ｆ／２Ｙ＝０．７３８は、条件式（３）を満たしている。

図２は、図１の撮影レンズにおける収差図である。図２（ａ）は、球面収差を示し、図２（ｂ）は、非点収差を示し、図２（ｃ）は、歪曲収差を示す。

本実施の形態においては、従来技術に比較して、非常にコンパクトな撮影レンズを実現しているにも関わらず、各収差とも良好に補正されている。

尚、本実施形態のレンズ系においては、レンズ面Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４が非球面であるレンズを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜選択して採用可能である。
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る撮影レンズの第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態における撮影レンズの断面図である。

本実施形態に係る撮影レンズが第１実施形態と異なる点は、第１レンズ２及び第２レンズ３のレンズ形状である。但し、第１レンズ１が、物体側レンズ面Ｒ１に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、第２レンズ２が、像側レンズ面Ｒ４に凸面を有し光軸中心付近に凹面を有する負のレンズである点は、共通している。

以上の構成を有する本実施形態における撮影レンズの各パラメータ値は以下に示す通りである。ここでも、各値の意味するところは第１実施形態と同じである。

尚、本実施形態においては、第１レンズ２の物体側レンズ面Ｒ１の曲率半径ｒ１＝０．８６１ｍｍであり、第１レンズ２の像側レンズ面Ｒ２の曲率半径ｒ２＝１．４４９ｍｍであり、第２レンズ３の物体側レンズ面Ｒ３の曲率半径ｒ３＝−７．７０５ｍｍであり、第２レンズ３の像側レンズ面Ｒ４の曲率半径ｒ４＝１１．２１５ｍｍであり、レンズ系の全長ＴＬ＝３．６３０ｍｍであり、レンズ系の焦点距離ｆ＝３．３９５ｍｍであり、第１レンズ２の焦点距離ｆ１＝２．８９８ｍｍであり、第２レンズ３の焦点距離ｆ２＝−８．４８８ｍｍであり、第１レンズ２の中心厚さＤ１＝０．５１０ｍｍであり、第２レンズ３の中心厚さＤ２＝１．１６０ｍｍであり、第１レンズ２のアッベ数νｄ１＝５６．４であり、第２レンズ３のアッベ数νｄ２＝５６．４であり、回折光学素子面の光学パワーφ＝０．０２８であり、最大像高（撮像素子サイズ）Ｙ＝２．２９５である。また、本実施形態においても、第１レンズ２の像側レンズ面Ｒ２に回折光学素子面が形成されており、位相関数Ｃ１ｒ²＋Ｃ２ｒ⁴とした場合、φＤ＝−２Ｃ１という関係になるが、第１レンズ２の像側レンズ面Ｒ２の位相係数Ｃ１＝−１．４１Ｅ−０２であり、Ｃ２＝−１．４３Ｅ−０２である。よって、ｒ１＝０．８６１、ｒ２＝１．４４９、ｒ３＝−７．７０５、ｒ４＝１１．２１５は、上記条件式（１）を満たしており、φ＝０．０２８は、条件式（２）を満足しており、ｆ／２Ｙ＝０．７３９は、条件式（３）を満たしている。

図４は、図３の撮影レンズにおける収差図である。図４（ａ）は、球面収差を示し、図４（ｂ）は、非点収差を示し、図４（ｃ）は、歪曲収差を示す。

本実施の形態においても、従来技術に比較して、非常にコンパクトな撮影レンズを実現しているにも関わらず、各収差とも良好に補正されている。

尚、本実施形態のレンズ系においても、レンズ面Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４が非球面であるレンズを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜選択して採用可能である。

本発明は、レンズ系を２枚のレンズで構成し、レンズ系の各パラメータが条件式（１）を満たすことにより、レンズ系の全長を短くしてさらなる小型化を図りつつも、良好な収差の補正が可能となる高性能な撮影レンズを提供することができるという効果を奏し、デジタルスチルカメラ等のカメラに搭載される撮影レンズとして有用である。

本発明の第１実施形態における撮影レンズの断面図 図１の撮影レンズにおける収差図 本発明の第２実施形態における撮影レンズの断面図 図３の撮影レンズにおける収差図

符号の説明

１ 開口絞り
２ 第１レンズ
３ 第２レンズ
４ 光学部材

Claims (3)

1. 物体側より順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズを具備するレンズ系から構成される撮影レンズであって、
   第１レンズは、正の屈折力を有するメニスカスレンズであり、
   第２レンズは、負の屈折力を有するレンズであり、
   前記レンズ系は、ｒ１は第１レンズの物体側レンズ面の曲率半径、ｒ２は第１レンズの像側レンズ面の曲率半径、ｒ３は第２レンズの物体側レンズ面の曲率半径、ｒ４は第２レンズの像側レンズ面の曲率半径として、
   ０＜ｒ１＜１、ｒ２＞０、ｒ３＜０、ｒ４＞０ ・・・（１）
   の条件を満足するとともに
   前記第１レンズの物体側レンズ面、像側レンズ面、前記第２レンズの物体側レンズ面、又は像側レンズ面の少なくとも何れかに、回折光学素子面の光学パワーをφとして、
   ０．０２＜φ＜０．０３ ・・・（２）
   の条件を満足し、さらに
   ｆはレンズ系の焦点距離、Ｙは撮像素子サイズとして以下の条件を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
   ０．７＜ｆ／２Ｙ＜０．８ ・・・（３）
2. 前記レンズ系は、前記第１レンズの像側レンズ面に前記回折光学素子面を有することを特徴とする請求項１に記載の撮影レンズ。
   
3. 前記レンズ系は、第１レンズが以下の条件を満たすプラスチックレンズからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮影レンズ。
   Ｄ１＜０．５５ ・・・（６）
   Ｄ１／ＴＬ＜０．２１ ・・・（７）
   尚、Ｄ１は第１レンズの中心厚さで単位はｍｍ、ＴＬはレンズ系の全長を表す。

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