JP5699636B2 - 光学ユニットおよび撮像装置 - Google Patents
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Description
本技術は、撮像機器に適用される光学ユニットおよび撮像装置に関するものである。
近年の携帯電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等に搭載される撮像機器には、高解像度・ローコスト・小型化が強く求められている。
ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子のセルピッチが劇的に小さくなり、光学系には通常光学系よりも光学収差、特に軸上色収差を抑えた高い結像性能が要求される。
現在、携帯電話用のハイエンド機種には４群４枚構成の光学系が採用されている場合が多い。
そのようなカメラモジュールのレンズ設計例は、特許文献１，２，３等に開示されている。
そのようなカメラモジュールのレンズ設計例は、特許文献１，２，３等に開示されている。
３例とも、正のパワーで高いアッベ数の第１レンズ、負のパワーで低いアッベ数の第２レンズ、正のパワーで高いアッベ数の第３レンズ、軸上で負のパワーを有し、かつ軸外で正のパワーを有する高いアッベ数の第４レンズより構成される。
第１レンズから第３レンズでトリプレット型パワー配置を取り、第４レンズが歪曲収差および軸外収差を補正して、撮像素子に入射する光線の角度を低く抑える働きをしている。
第１レンズから第３レンズでトリプレット型パワー配置を取り、第４レンズが歪曲収差および軸外収差を補正して、撮像素子に入射する光線の角度を低く抑える働きをしている。
ところが、特許文献１，２，３に開示されている技術では、軸上色収差が非常に小さいことが特徴で高い結像性能を有しているが、最も広角のもので全画角が６５度程度であり、広角化が困難である。
本技術は、小型かつ低コストでありながら、全画角を広くすることができる光学ユニットおよび撮像装置を提供することにある。
本技術の第１の観点の光学ユニットは、物体側から像面側に向かって順番に配置された、正のパワーの第１レンズと、正のパワーの第２レンズと、正のパワーの第３レンズと、負のパワーの第４レンズと、からなる４群４枚のレンズで構成され、上記第２レンズのアッベ数νｄＬ２が下記条件式を満足する。
νｄＬ２ ＝ ５６．０
νｄＬ２ ＝ ５６．０
本技術の第２の観点の撮像装置は、撮像素子と、上記撮像素子に被写体像を結像する光学ユニットと、を有し、上記光学ユニットは、物体側から像面側に向かって順番に配置された、正のパワーの第１レンズと、正のパワーの第２レンズと、正のパワーの第３レンズと、負のパワーの第４レンズと、からなる４群４枚のレンズで構成され、上記第２レンズのアッベ数νｄＬ２が下記条件式を満足する。
νｄＬ２ ＝ ５６．０
νｄＬ２ ＝ ５６．０
本技術によれば、小型かつ低コストでありながら、全画角を広くすることができる利点がある。
以下、本技術の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（光学ユニットを採用した撮像レンズの第１の構成例）
２．第２の実施形態（光学ユニットを採用した撮像レンズの第２の構成例）
３．第３の実施形態（撮像装置の構成例）
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（光学ユニットを採用した撮像レンズの第１の構成例）
２．第２の実施形態（光学ユニットを採用した撮像レンズの第２の構成例）
３．第３の実施形態（撮像装置の構成例）
＜１．第１の実施形態＞
図１は、本第１の実施形態に係る光学ユニットを採用した撮像レンズの構成例を示す図である。
図１は、本第１の実施形態に係る光学ユニットを採用した撮像レンズの構成例を示す図である。
本第１の実施形態の撮像レンズ１００は、図１に示すように、物体側ＯＢＪＳから像面側に向かって順番に配置された、第１レンズ１１１、絞り１１２、第２レンズ１１３、第３レンズ１１４、および第４レンズ１１５を有する。
撮像レンズ１００は、さらに、物体側ＯＢＪＳから像面側に向かって順番に配置された、カバーガラス１２０、および結像面（以下、像面という）１３０を有する。
この撮像レンズ１００は、単焦点レンズとして形成されている。
撮像レンズ１００は、さらに、物体側ＯＢＪＳから像面側に向かって順番に配置された、カバーガラス１２０、および結像面（以下、像面という）１３０を有する。
この撮像レンズ１００は、単焦点レンズとして形成されている。
そして、本実施形態では、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３との間に、絞り１１２が配置されている。
単焦点レンズである撮像レンズ１００において、像面１３０は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の撮像面（受像面）が配置されることを想定している。
カバーガラス１２０は、第４レンズ１１５の像面側面と像面１３０との間に配置されている。第４レンズ１１５の像面側面と像面１３０との間には、樹脂またはガラスで形成されるカバーガラス１２０や赤外カットフィルタやローパスフィルタなどの他、光学部材が配置されていてもよい。
また、絞り近傍には、位相マスク（phase mask）やコーディッドアパーチャー（Coded aperture）や液晶シャッタや可変絞り等の光学部品が配置されてもよい。
なお、本実施形態では、図１において、左側が物体側（前方）であり、右側が像面側（後方）である。
そして、物体側から入射した光束は像面１３０上に結像される。
カバーガラス１２０は、第４レンズ１１５の像面側面と像面１３０との間に配置されている。第４レンズ１１５の像面側面と像面１３０との間には、樹脂またはガラスで形成されるカバーガラス１２０や赤外カットフィルタやローパスフィルタなどの他、光学部材が配置されていてもよい。
また、絞り近傍には、位相マスク（phase mask）やコーディッドアパーチャー（Coded aperture）や液晶シャッタや可変絞り等の光学部品が配置されてもよい。
なお、本実施形態では、図１において、左側が物体側（前方）であり、右側が像面側（後方）である。
そして、物体側から入射した光束は像面１３０上に結像される。
以下、本実施形態の撮像レンズの構成とその作用について説明する。
本撮像レンズ１００は、４群４枚構成のレンズで形成されている。
第１レンズ１１１は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第２レンズ１１３は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第３レンズ１１４は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第４レンズ１１５は、負のパワーレンズにより形成されている。
第１レンズ１１１は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第２レンズ１１３は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第３レンズ１１４は、正のパワーのレンズにより形成されている。
第４レンズ１１５は、負のパワーレンズにより形成されている。
ここで、第１レンズ１１１は、物体側の面の曲率半径が像側の面の曲率半径の絶対値よりも小さくなる形状になる。次に、絞り１１２が配置されることにより、中絞りであることと絞りが物体側にくることにより、収差補正とセンサに対する入射角を抑えるのに最適な構成をとる。
第２レンズ１１３は正のパワーとなり、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３が絞り１１２に対して対象に近い形状となり、球面収差と軸外のコマ収差と非点収差およびディストーションを補正して広角レンズに最適な形状をとる。
しかしこのままでは、色収差は補正できないので、近年の微細化したピクセルピッチに対応できないことから、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５で色収差を補正する。
第３レンズ１１４は正のパワー、第４レンズ１１５は負のパワーで第３レンズ１１４のアッベ数νｄＬ３は第４レンズ１１５のアッベ数νｄＬ４に比べて大きく（νｄＬ４≦νｄＬ３）、色消し条件となり色収差を補正する。
また、ディストーションを押さえるために、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５は正負が反転するが、パワーは同じくらいになる。
これらの作用で全体として、広角レンズに最適な大きな収差の補正能力を持ち、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサに最適な光線入射角度を有し、明るいレンズを実現する。
本実施形態の撮像レンズ１００は、４群構成で高い結像性能を有しながら、全画角８０度程度まで広くできる光学系を実現可能である。
第２レンズ１１３は正のパワーとなり、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３が絞り１１２に対して対象に近い形状となり、球面収差と軸外のコマ収差と非点収差およびディストーションを補正して広角レンズに最適な形状をとる。
しかしこのままでは、色収差は補正できないので、近年の微細化したピクセルピッチに対応できないことから、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５で色収差を補正する。
第３レンズ１１４は正のパワー、第４レンズ１１５は負のパワーで第３レンズ１１４のアッベ数νｄＬ３は第４レンズ１１５のアッベ数νｄＬ４に比べて大きく（νｄＬ４≦νｄＬ３）、色消し条件となり色収差を補正する。
また、ディストーションを押さえるために、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５は正負が反転するが、パワーは同じくらいになる。
これらの作用で全体として、広角レンズに最適な大きな収差の補正能力を持ち、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサに最適な光線入射角度を有し、明るいレンズを実現する。
本実施形態の撮像レンズ１００は、４群構成で高い結像性能を有しながら、全画角８０度程度まで広くできる光学系を実現可能である。
そして、単焦点レンズである本実施形態の撮像レンズ１００は、以下の条件式（１)〜(４)を満足するように構成されている。
条件式（１）は、第１レンズ１１１のベンディングに関する条件式である。
条件式（１）の下限を超えると、両凸レンズに近くなり、軸外のコマ収差と非点収差が大きくなり望ましいカメラ性能をとれなくなる。上限を超えると球面収差が大きくなり望ましいカメラ性能をとれなくなる。
条件式（１）の下限を超えると、両凸レンズに近くなり、軸外のコマ収差と非点収差が大きくなり望ましいカメラ性能をとれなくなる。上限を超えると球面収差が大きくなり望ましいカメラ性能をとれなくなる。
［数１］
０．６６ ≦ ｑＬ１ ≦ ５０ （１）
ｑＬ１ ： 第１レンズのベンディングファクター
ｑＬ１＝（ＲＬ１Ｓ２＋ＲＬ１Ｓ１）／（ＲＬ１Ｓ２−ＲＬ１Ｓ１）
ＲＬ１Ｓ１ ： 第１レンズ１１１の第１面Ｌ１Ｓ１の曲率半径
ＲＬ１Ｓ２ ： 第１レンズ１１１の第２面Ｌ１Ｓ２の曲率半径
０．６６ ≦ ｑＬ１ ≦ ５０ （１）
ｑＬ１ ： 第１レンズのベンディングファクター
ｑＬ１＝（ＲＬ１Ｓ２＋ＲＬ１Ｓ１）／（ＲＬ１Ｓ２−ＲＬ１Ｓ１）
ＲＬ１Ｓ１ ： 第１レンズ１１１の第１面Ｌ１Ｓ１の曲率半径
ＲＬ１Ｓ２ ： 第１レンズ１１１の第２面Ｌ１Ｓ２の曲率半径
条件式（２）は、第２レンズ１１３のパワーに関する条件式で、下限を超えるとパワーが強くなりすぎて製造トレランスが狭くなり生産性が悪くなりかつ、球面収差が発生して望ましいカメラ特性がとれなくなる。上限を超えると第１レンズ１１１との対象性がくずれ、軸外のコマ収差と非点収差が大きくなり望ましいカメラ性能をとれなくなる。
［数２］
１．０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ １０００ （２）
ｆ : レンズ系全体の焦点距離
ｆ２： 第２レンズの焦点距離
１．０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ １０００ （２）
ｆ : レンズ系全体の焦点距離
ｆ２： 第２レンズの焦点距離
条件式（３）は、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５のパワーの比率に関する条件式で、下限を超えると色収差の補正が弱くなり、かつ、ディストーションが発生し望ましいカメラ特性が得られない。上限を超えると第３レンズ１１４のパワーが強くなりすぎて製造トレランスが狭くなり生産性が悪くなると同時に球面収差とディストーションが発生して望ましいカメラ特性が得られない。
［数３］
−５ ≦ ｆ３／ｆ４ ≦ −０．４ （３）
ｆ３： 第３レンズの焦点距離
ｆ４： 第４レンズの焦点距離
−５ ≦ ｆ３／ｆ４ ≦ −０．４ （３）
ｆ３： 第３レンズの焦点距離
ｆ４： 第４レンズの焦点距離
条件式（４）は、第２レンズ１１３のアッベ数に関する条件式で、下限を超えると、軸外のコマ収差と非点収差が大きくなり望ましいカメラ性能をとれなくなる。上限は、アッベ数７０を超えるモールド製法で製作できるレンズ材料がないので、値が決まる。
［数４］
４０ ≦ νｄＬ２ ≦ ７０ （４）
νｄＬ２ : 第２レンズのアッベ数
４０ ≦ νｄＬ２ ≦ ７０ （４）
νｄＬ２ : 第２レンズのアッベ数
条件式（１）〜（４）に加えて、下記の条件式（５）を満足する。
前述したように、第３レンズ１１４は正のパワー、第４レンズ１１５は負のパワーで、条件式（５）は、第３レンズ１１４のアッベ数νｄＬ３は第４レンズ１１５のアッベ数νｄＬ４に比べて大きいことを条件としている。この条件は、色消し条件となり色収差を補正する。
前述したように、第３レンズ１１４は正のパワー、第４レンズ１１５は負のパワーで、条件式（５）は、第３レンズ１１４のアッベ数νｄＬ３は第４レンズ１１５のアッベ数νｄＬ４に比べて大きいことを条件としている。この条件は、色消し条件となり色収差を補正する。
［数５］
νｄＬ４ ≦ νｄＬ３ （５）
νｄＬ４ ≦ νｄＬ３ （５）
上記の条件式（１）〜（５）は、以下で取り扱う実施例１，２に共通するものであり、必要に応じて適宜採用することで、個々の撮像素子または撮像装置に適したより好ましい結像性能とコンパクトな光学系が実現される。
なお、レンズの非球面の形状は、物体側から像面側へ向かう方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを非球面係数、ｒを中心曲率半径としたとき次式で表される。ｙは光軸からの光線の高さ、ｃは中心曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）をそれぞれ表している。
ただし、Ｘは非球面頂点に対する接平面からの距離を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
ただし、Ｘは非球面頂点に対する接平面からの距離を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
図２は、本実施形態に係る撮像レンズの各レンズ群を構成する各レンズ、撮像部を構成するカバーガラスに対して付与した面番号を示す図である。
なお、ここでは絞り１１２については考慮されていない。
なお、ここでは絞り１１２については考慮されていない。
具体的には、第１レンズ１１１の物体側面（凸面）に第１番、第１レンズ１１１の像面側面に第２番の面番号が付与されている。
第２レンズ１１３の物体側面に第３番、第２レンズ１１３の像面側面に第４番の面番号が付与されている。
第３レンズ１１４の物体側面に第５番、第３レンズ１１４の像面側面に第６番の面番号が付与されている。
第４レンズ１１５の物体側面に第７番、第４レンズ１１５の像面側面に第８番の面番号が付与されている。
カバーガラス１２０の物体側面に第９番、像面側に第１０番の面番号が付与されている。
第２レンズ１１３の物体側面に第３番、第２レンズ１１３の像面側面に第４番の面番号が付与されている。
第３レンズ１１４の物体側面に第５番、第３レンズ１１４の像面側面に第６番の面番号が付与されている。
第４レンズ１１５の物体側面に第７番、第４レンズ１１５の像面側面に第８番の面番号が付与されている。
カバーガラス１２０の物体側面に第９番、像面側に第１０番の面番号が付与されている。
また、図２に示すように、本実施形態の撮像レンズ１００において、第１レンズ１１１の物体側面（第１番）１（Ｌ１Ｓ１）の中心曲率半径はＲ１（ＲＬ１Ｓ１）に設定される。第１レンズ１１１の像面側面２（Ｌ１Ｓ２）の中心曲率半径はＲ２（ＲＬ１Ｓ２）に設定される。
第２レンズ１１３の物体側面の中心曲率半径はＲ３に設定され、第２レンズ１１３の像面側面の曲率半径はＲ４に設定される。
第３レンズ１１４の物体側面の中心曲率半径はＲ５に設定され、第３レンズ１１４の像面側面の曲率半径はＲ６に設定される。
第４レンズ１１５の物体側面の中心曲率半径はＲ７に設定され、第４レンズ１１５の像面側面の曲率半径はＲ８に設定される。
カバーガラス１２０の物体側面９の中心曲率半径はＲ９に設定され、像面側面の中心曲率半径はｒ１０に設定される。
なお、面９および面１０の中心曲率半径Ｒ９およびＲ１０は無限（ＩＮＦＩＮＩＴＹ）である。
第２レンズ１１３の物体側面の中心曲率半径はＲ３に設定され、第２レンズ１１３の像面側面の曲率半径はＲ４に設定される。
第３レンズ１１４の物体側面の中心曲率半径はＲ５に設定され、第３レンズ１１４の像面側面の曲率半径はＲ６に設定される。
第４レンズ１１５の物体側面の中心曲率半径はＲ７に設定され、第４レンズ１１５の像面側面の曲率半径はＲ８に設定される。
カバーガラス１２０の物体側面９の中心曲率半径はＲ９に設定され、像面側面の中心曲率半径はｒ１０に設定される。
なお、面９および面１０の中心曲率半径Ｒ９およびＲ１０は無限（ＩＮＦＩＮＩＴＹ）である。
また、図２に示すように、第１レンズ１１１の厚さとなる面１と面２間の光軸ＯＸ上の距離がｄ１に、第１レンズ１１１の像面側面２と第２レンズ１１３の物体側面３間の光軸ＯＸ上の距離がｄ２に設定される。
第２レンズ１１３の厚さとなる面３と面４間の光軸ＯＸ上の距離がｄ３に、第２レンズ１１３の像面側面４と第３レンズ１１４の物体側面５間の光軸ＯＸ上の距離がｄ４に設定される。
第３レンズ１１４の厚さとなる面５と面６間の光軸ＯＸ上の距離がｄ５に、第３レンズ１１４の像面側面６と第４レンズ１１５の物体側面７間の光軸ＯＸ上の距離がｄ６に設定される。
第４レンズ１１５の厚さとなる面７と面８間の光軸ＯＸ上の距離がｄ７に、第４レンズ１１５の像面側面８とカバーガラス１２０の物体側面９間の光軸ＯＸ上の距離がｄ８に設定される。
カバーガラス１２０の厚さとなる面９と面１０間の光軸ＯＸ上の距離がｄ９に設定される。
第２レンズ１１３の厚さとなる面３と面４間の光軸ＯＸ上の距離がｄ３に、第２レンズ１１３の像面側面４と第３レンズ１１４の物体側面５間の光軸ＯＸ上の距離がｄ４に設定される。
第３レンズ１１４の厚さとなる面５と面６間の光軸ＯＸ上の距離がｄ５に、第３レンズ１１４の像面側面６と第４レンズ１１５の物体側面７間の光軸ＯＸ上の距離がｄ６に設定される。
第４レンズ１１５の厚さとなる面７と面８間の光軸ＯＸ上の距離がｄ７に、第４レンズ１１５の像面側面８とカバーガラス１２０の物体側面９間の光軸ＯＸ上の距離がｄ８に設定される。
カバーガラス１２０の厚さとなる面９と面１０間の光軸ＯＸ上の距離がｄ９に設定される。
以下に、実施例１，２を示す。実施例１，２は、１／５サイズ・１．４μｍピッチの３Ｍ用ＣＭＯＳイメージャ用撮像レンズの設計例である。
［実施例１］
以下に、撮像レンズの具体的な数値による実施例１を示す。なお、実施例１においては、撮像レンズ１００の各レンズ、撮像部を構成するカバーガラス１２０に対して、図２に示すような面番号が付与されている。
以下に、撮像レンズの具体的な数値による実施例１を示す。なお、実施例１においては、撮像レンズ１００の各レンズ、撮像部を構成するカバーガラス１２０に対して、図２に示すような面番号が付与されている。
撮像レンズ１００における実施例１は、前述したように、１／５サイズ・１．４μｍピッチの３Ｍ用ＣＭＯＳイメージャ用撮像レンズの設計例である。
図１および図２に示すように、物体側から順に物体側に正のパワーの第１レンズ１１１、絞り１１２、正のパワーの第２レンズ１１３、正のパワーの第３レンズ１１４、負のパワーの第４レンズ１１５により構成されることを特徴とする。
第１レンズ１１１は、物体側に凸を向けた正のメニスカスレンズでベンディングファクターは１．２４となり、主点位置が絞りに近づき、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する形状となる。
第２レンズ１１３の近軸焦点距離は５．３４ｍｍとなり第１レンズ１１１の近軸焦点距離５．３３ｍｍとほぼ等価な値となり、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３で対象系を形成して、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する。
第３レンズ１１４の近軸焦点距離は１．１４ｍｍ、ｄ線アッベ数は４０．１、第４レンズ１１５の近軸焦点距離は−０．９４ｍｍ、アッベ数は２９．０であり、色消し条件となり、パワーの絶対値がほぼ等しいことにより、ディストーションの発生を抑えている。
これらの作用で全体として大きな収差の補正能力を持ち、Ｆｎｏ２．８という明るいレンズでありながら、全画角７８度という広角を実現する。
また、第１レンズ１１１をプラスチック、第２レンズ１１３をプラスチック、第３レンズ１１４をガラス、第４レンズ１１５をプラスチックにより形成して焦点距離の温度依存性が少なく温度特性も優れている。これにより、固定焦点カメラモジュールに適したレンズとなる。
図１および図２に示すように、物体側から順に物体側に正のパワーの第１レンズ１１１、絞り１１２、正のパワーの第２レンズ１１３、正のパワーの第３レンズ１１４、負のパワーの第４レンズ１１５により構成されることを特徴とする。
第１レンズ１１１は、物体側に凸を向けた正のメニスカスレンズでベンディングファクターは１．２４となり、主点位置が絞りに近づき、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する形状となる。
第２レンズ１１３の近軸焦点距離は５．３４ｍｍとなり第１レンズ１１１の近軸焦点距離５．３３ｍｍとほぼ等価な値となり、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３で対象系を形成して、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する。
第３レンズ１１４の近軸焦点距離は１．１４ｍｍ、ｄ線アッベ数は４０．１、第４レンズ１１５の近軸焦点距離は−０．９４ｍｍ、アッベ数は２９．０であり、色消し条件となり、パワーの絶対値がほぼ等しいことにより、ディストーションの発生を抑えている。
これらの作用で全体として大きな収差の補正能力を持ち、Ｆｎｏ２．８という明るいレンズでありながら、全画角７８度という広角を実現する。
また、第１レンズ１１１をプラスチック、第２レンズ１１３をプラスチック、第３レンズ１１４をガラス、第４レンズ１１５をプラスチックにより形成して焦点距離の温度依存性が少なく温度特性も優れている。これにより、固定焦点カメラモジュールに適したレンズとなる。
表１、表２、表３、および表４に実施例１の各数値が示されている。実施例１の各数値は図１の撮像レンズ１００に対応している。
表１は、実施例１における撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、撮像部を構成するカバーガラス、像面の曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率（ｎｄ）、および分散値（νｄ）を示している。
表２は、実施例１における第１レンズ１１１の面１，２、第２レンズ１１３の面３，４、第３レンズ１１４の面５，６、および第４レンズ１１５の面７，８の４次、６次、８次、１０次の非球面係数を示す。
表２において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
表２において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
表３は、実施例１における撮像レンズ１００の焦点距離ｆ、開口数Ｆ、半画角ω、レンズ長Ｈが具体的に示されている。
ここで、焦点距離ｆは２．２５［ｍｍ］に、開口数Ｆは２．８に、半画角ωは３９．０ｄｅｇに、レンズ長Ｈは４．０［ｍｍ］に設定されている。
ここで、焦点距離ｆは２．２５［ｍｍ］に、開口数Ｆは２．８に、半画角ωは３９．０ｄｅｇに、レンズ長Ｈは４．０［ｍｍ］に設定されている。
表４は、実施例１においては、上記各条件式（１）〜（４）を満足することを示す。
表４に示すように、実施例１では、第１レンズ１１１のベンディングファクターｑＬ１が１．２４に設定され、条件式（１）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のパワーｆ２／ｆが２．３７に設定され、条件式（２）で規定される条件を満足している。
第３レンズ１１４と第４レンズ１１５のパワーの比率ｆ３／ｆ４が−１．１２に設定され、条件式（３）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のアッベ数νｄＬ２が５６．０に設定され、条件式（４）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のパワーｆ２／ｆが２．３７に設定され、条件式（２）で規定される条件を満足している。
第３レンズ１１４と第４レンズ１１５のパワーの比率ｆ３／ｆ４が−１．１２に設定され、条件式（３）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のアッベ数νｄＬ２が５６．０に設定され、条件式（４）で規定される条件を満足している。
図３は、実施例１において、球面収差(色収差)、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図３（Ａ）が球面収差（色収差）、図３（Ｂ）が非点収差を、図３（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図３からわかるように、実施例１によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた光学ユニットを含む撮像レンズが得られる。
図３からわかるように、実施例１によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた光学ユニットを含む撮像レンズが得られる。
＜２．第２の実施形態＞
図４は、本第２の実施形態に係る撮像レンズの構成例を示す図である。
図４は、本第２の実施形態に係る撮像レンズの構成例を示す図である。
図４に示す第２の実施形態に係る撮像レンズ１００Ａと図１に示す第１の実施形態に係る撮像レンズ１００とは、基本的な構成は同じであり、以下に実施例２として示すように、各構成要素のパラメータ等の設定値が異なる。
したがって、ここでは、撮像レンズ１００Ａの詳細な説明は省略する。
したがって、ここでは、撮像レンズ１００Ａの詳細な説明は省略する。
以下に、撮像レンズの具体的な数値による実施例２を示す。なお、実施例２においては、撮像レンズ１００Ａの各レンズ、撮像部を構成するカバーガラス１２０に対して、図２に示すような面番号が付与されている。
［実施例２］
撮像レンズ１００Ａにおける実施例２は、前述したように、１／５サイズ・１．４μｍピッチの３Ｍ用ＣＭＯＳイメージャ用撮像レンズの設計例である。
図４に示すように、物体側から順に物体側に正のパワーの第１レンズ１１１、絞り１１２、正のパワーの第２レンズ１１３、正のパワーの第３レンズ１１４、負のパワーの第４レンズ１１５により形成されることを特徴とする。
第１レンズ１１１は、物体側に凸を向けた正のメニスカスレンズでベンディングファクターは１．００４となり、主点位置が絞りに近づき、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する形状となる。
第２レンズ１１３の近軸焦点距離は４．２７ｍｍとなり第１レンズ１１１の近軸焦点距離５．２９ｍｍとほぼ等価な値となり、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３で対象系を形成して、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する。
第３レンズ１１４の近軸焦点距離は１．１７ｍｍ、ｄ線アッベ数は３７．３、第４レンズ１１５の近軸焦点距離は−０．９１ｍｍ、アッベ数は２９．０であり、色消し条件となり、パワーの絶対値がほぼ等しいことにより、ディストーションの発生を抑えている。
これらの作用で全体として大きな収差の補正能力を持ち、Ｆｎｏ２．８という明るいレンズでありながら、全画角７７．４度という広角を実現する。
また、第１レンズ１１１をプラスチック、第２レンズ１１３をプラスチック、第３レンズ１１４をガラス、第４レンズ１１５をプラスチックにより形成して焦点距離の温度依存性が少なく温度特性も優れている。これにより、固定焦点カメラモジュールに適したレンズとなる。
撮像レンズ１００Ａにおける実施例２は、前述したように、１／５サイズ・１．４μｍピッチの３Ｍ用ＣＭＯＳイメージャ用撮像レンズの設計例である。
図４に示すように、物体側から順に物体側に正のパワーの第１レンズ１１１、絞り１１２、正のパワーの第２レンズ１１３、正のパワーの第３レンズ１１４、負のパワーの第４レンズ１１５により形成されることを特徴とする。
第１レンズ１１１は、物体側に凸を向けた正のメニスカスレンズでベンディングファクターは１．００４となり、主点位置が絞りに近づき、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する形状となる。
第２レンズ１１３の近軸焦点距離は４．２７ｍｍとなり第１レンズ１１１の近軸焦点距離５．２９ｍｍとほぼ等価な値となり、第１レンズ１１１と第２レンズ１１３で対象系を形成して、軸外のコマ収差と非点収差をよく補正する。
第３レンズ１１４の近軸焦点距離は１．１７ｍｍ、ｄ線アッベ数は３７．３、第４レンズ１１５の近軸焦点距離は−０．９１ｍｍ、アッベ数は２９．０であり、色消し条件となり、パワーの絶対値がほぼ等しいことにより、ディストーションの発生を抑えている。
これらの作用で全体として大きな収差の補正能力を持ち、Ｆｎｏ２．８という明るいレンズでありながら、全画角７７．４度という広角を実現する。
また、第１レンズ１１１をプラスチック、第２レンズ１１３をプラスチック、第３レンズ１１４をガラス、第４レンズ１１５をプラスチックにより形成して焦点距離の温度依存性が少なく温度特性も優れている。これにより、固定焦点カメラモジュールに適したレンズとなる。
表５、表６、表７、および表８に実施例２の各数値が示されている。実施例２の各数値は図５の撮像レンズ１００Ａに対応している。
表５は、実施例２における撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、撮像部を構成するカバーガラス、像面の曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率（ｎｄ）、および分散値（νｄ）を示している。
表６は、実施例２における第１レンズ１１１の面１，２、第２レンズ１１３の面３，４、第３レンズ１１４の面５，６、および第４レンズ１１５の面７，８の４次、６次、８次、１０次の非球面係数を示す。
表６において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
表６において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
表７は、実施例２における撮像レンズ１００Ａの焦点距離ｆ、開口数Ｆ、半画角ω、レンズ長Ｈが具体的に示されている。
ここで、焦点距離ｆは２．２６［ｍｍ］に、開口数Ｆは２．８に、半画角ωは３８．７ｄｅｇに、レンズ長Ｈは４．０［ｍｍ］に設定されている。
ここで、焦点距離ｆは２．２６［ｍｍ］に、開口数Ｆは２．８に、半画角ωは３８．７ｄｅｇに、レンズ長Ｈは４．０［ｍｍ］に設定されている。
表８は、実施例２においては、上記各条件式（１）〜（４）を満足することを示す。
表８に示すように、実施例２では、第１レンズ１１１のベンディングファクターｑＬ１が１．００４に設定され、条件式（１）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のパワーｆ２／ｆが１．８９に設定され、条件式（２）で規定される条件を満足している。
第３レンズ１１４と第４レンズ１１５のパワーの比率ｆ３／ｆ４が−１．２９に設定され、条件式（３）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のアッベ数νｄＬ２が５６．０に設定され、条件式（４）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のパワーｆ２／ｆが１．８９に設定され、条件式（２）で規定される条件を満足している。
第３レンズ１１４と第４レンズ１１５のパワーの比率ｆ３／ｆ４が−１．２９に設定され、条件式（３）で規定される条件を満足している。
第２レンズ１１３のアッベ数νｄＬ２が５６．０に設定され、条件式（４）で規定される条件を満足している。
図５は、実施例２において、球面収差（色収差）、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図５（Ａ）が球面収差(色収差)、図５（Ｂ）が非点収差を、図５（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図５からわかるように、実施例２によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた光学ユニットを含む撮像レンズが得られる。
図５からわかるように、実施例２によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた光学ユニットを含む撮像レンズが得られる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の撮像レンズ１００，１００Ａによれば、物体側から順に物体側に正のパワーの第１レンズ１１１、絞り１１２、正のパワーの第２レンズ１１３、正のパワーの第３レンズ１１４、負のパワーの第４レンズ１１５により形成されることを特徴とする。
第１レンズ１１１と第２レンズ１１３が絞り１１２に対して対象に近い形状となり、球面収差と軸外のコマ収差と非点収差およびディストーションを補正して広角レンズに最適な形状をとる。
しかしこのままでは、色収差は補正できないことから、第３レンズ１１４は正のパワー、第４レンズ１１５は負のパワーで第３レンズのアッベ数は第４レンズに比べて大きく、色消し条件となり色収差を補正する。
また、ディストーションを抑えるために、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５は正負が反転するが、パワーは同じくらいになる。
これらの作用で全体として、広角レンズに最適な大きな収差の補正能力を持ち、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサに最適な光線入射角度を有し、明るいレンズを実現することができる。
そして、４群構成で高い結像性能を有しながら、全画角８０度程度まで広くできる光学系を実現することが可能で、小型でコンパクトな、広角レンズを実現できる。
たとえば一眼換算２３ｍｍ程度まで広角化可能である。
また、光学ディストーションを２．２[%]程度に抑えられる。
ＰＰＧＰ構成で、温度デフォーカスを抑えられる。
軸上色収差を小さく抑えることができる。
被写界深度が深く、温度デフォーカスがないため、バーコード読み取りに最適である。
第１レンズ１１１と第２レンズ１１３が絞り１１２に対して対象に近い形状となり、球面収差と軸外のコマ収差と非点収差およびディストーションを補正して広角レンズに最適な形状をとる。
しかしこのままでは、色収差は補正できないことから、第３レンズ１１４は正のパワー、第４レンズ１１５は負のパワーで第３レンズのアッベ数は第４レンズに比べて大きく、色消し条件となり色収差を補正する。
また、ディストーションを抑えるために、第３レンズ１１４と第４レンズ１１５は正負が反転するが、パワーは同じくらいになる。
これらの作用で全体として、広角レンズに最適な大きな収差の補正能力を持ち、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサに最適な光線入射角度を有し、明るいレンズを実現することができる。
そして、４群構成で高い結像性能を有しながら、全画角８０度程度まで広くできる光学系を実現することが可能で、小型でコンパクトな、広角レンズを実現できる。
たとえば一眼換算２３ｍｍ程度まで広角化可能である。
また、光学ディストーションを２．２[%]程度に抑えられる。
ＰＰＧＰ構成で、温度デフォーカスを抑えられる。
軸上色収差を小さく抑えることができる。
被写界深度が深く、温度デフォーカスがないため、バーコード読み取りに最適である。
以上説明したような特徴を有する撮像レンズ１００，１００Ａは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いたデジタルカメラ、特に、携帯電話等の小型電子機器に搭載されるカメラ用レンズとして適用可能である。
＜３．第３の実施形態＞
図６は、本実施形態に係る光学ユニットを含む撮像レンズが採用される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図６は、本実施形態に係る光学ユニットを含む撮像レンズが採用される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
本撮像装置２００は、図６に示すように、本実施形態に係る撮像レンズ１００，１００Ａが適用される光学系２１０、およびＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ（固体撮像素子）が適用可能な撮像デバイス２２０を有する。
光学系２１０は、撮像デバイス２２０の画素領域を含む撮像面に入射光を導き、被写体像を結像する。
撮像装置２００は、さらに、撮像デバイス２２０を駆動する駆動回路(ＤＲＶ)２３０、および撮像デバイス２２０の出力信号を処理する信号処理回路(ＰＲＣ)２４０を有する。
光学系２１０は、撮像デバイス２２０の画素領域を含む撮像面に入射光を導き、被写体像を結像する。
撮像装置２００は、さらに、撮像デバイス２２０を駆動する駆動回路(ＤＲＶ)２３０、および撮像デバイス２２０の出力信号を処理する信号処理回路(ＰＲＣ)２４０を有する。
駆動回路２３０は、撮像デバイス２２０内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス２２０を駆動する。
また、信号処理回路２４０は、撮像デバイス２２０の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路２４０で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路２４０で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
信号処理回路２４０で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路２４０で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、光学系２１０として、先述した撮像レンズ１００，１００Ａを搭載することで、低消費電力で、高精度なカメラが実現できる。
なお、本技術は、以下のような構成もとることができる。
［１］物体側から像面側に向かって順番に配置された、
正のパワーの第１レンズと、
正のパワーの第２レンズと、
正のパワーの第３レンズと、
負のパワーの第４レンズと、
を有する光学ユニット。
［２］上記第１レンズのベンディングファクター qL1=(RL1S2+RL1S1)/(RL1S2-RL1S1)および上記第２レンズが下記条件式を満足する
上記［１］記載の光学ユニット。
０．６６ ≦ ｑＬ１ ≦ ５０ （１）
１．０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ １０００ （２）
ｑＬ１ ： 第１レンズのベンディングファクター
ＲＬ１Ｓ１ ： 第１レンズ１１１の第１面Ｌ１Ｓ１の曲率半径
ＲＬ１Ｓ２ ： 第１レンズ１１１の第２面Ｌ１Ｓ２の曲率半径
ｆ２ ： 第２レンズの焦点距離
ｆ ： 光学系の焦点距離
［３］上記第３レンズおよび上記第４レンズが下記条件式を満足する
上記［１］または［２］に記載の光学ユニット。
−５ ≦ ｆ３／ｆ４ ≦ −０．５ （３）
ｆ３ ： 第３レンズの焦点距離
ｆ４ ： 第４レンズの焦点距離
［４］上記第２レンズのアッベ数νｄＬ２が下記条件式を満足する
上記［１］から［３］のいずれか一に記載の光学ユニット。
４０ ≦ νｄＬ２ ≦ ７０ （４）
［５］上記第３レンズのアッベ数νｄＬ３と上記第４レンズのアッベ数νｄＬ４が下記条件式を満足する
上記［１］から［４］のいずれか一に記載の光学ユニット。
νｄＬ３ ≦ νｄＬ４ （５）
［６］上記第１レンズがプラスチック、上記第２レンズがプラスチック、上記第３レンズがガラスレンズ、上記第４レンズがプラスチックにより形成されている
上記［１］から［５］のいずれか一に記載の光学ユニット。
［７］絞りが、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に配置されている
上記［１］から［６］のいずれか一に記載の光学ユニット。
［１］物体側から像面側に向かって順番に配置された、
正のパワーの第１レンズと、
正のパワーの第２レンズと、
正のパワーの第３レンズと、
負のパワーの第４レンズと、
を有する光学ユニット。
［２］上記第１レンズのベンディングファクター qL1=(RL1S2+RL1S1)/(RL1S2-RL1S1)および上記第２レンズが下記条件式を満足する
上記［１］記載の光学ユニット。
０．６６ ≦ ｑＬ１ ≦ ５０ （１）
１．０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ １０００ （２）
ｑＬ１ ： 第１レンズのベンディングファクター
ＲＬ１Ｓ１ ： 第１レンズ１１１の第１面Ｌ１Ｓ１の曲率半径
ＲＬ１Ｓ２ ： 第１レンズ１１１の第２面Ｌ１Ｓ２の曲率半径
ｆ２ ： 第２レンズの焦点距離
ｆ ： 光学系の焦点距離
［３］上記第３レンズおよび上記第４レンズが下記条件式を満足する
上記［１］または［２］に記載の光学ユニット。
−５ ≦ ｆ３／ｆ４ ≦ −０．５ （３）
ｆ３ ： 第３レンズの焦点距離
ｆ４ ： 第４レンズの焦点距離
［４］上記第２レンズのアッベ数νｄＬ２が下記条件式を満足する
上記［１］から［３］のいずれか一に記載の光学ユニット。
４０ ≦ νｄＬ２ ≦ ７０ （４）
［５］上記第３レンズのアッベ数νｄＬ３と上記第４レンズのアッベ数νｄＬ４が下記条件式を満足する
上記［１］から［４］のいずれか一に記載の光学ユニット。
νｄＬ３ ≦ νｄＬ４ （５）
［６］上記第１レンズがプラスチック、上記第２レンズがプラスチック、上記第３レンズがガラスレンズ、上記第４レンズがプラスチックにより形成されている
上記［１］から［５］のいずれか一に記載の光学ユニット。
［７］絞りが、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に配置されている
上記［１］から［６］のいずれか一に記載の光学ユニット。
１００，１００Ａ・・・撮像レンズ、１１１・・・第１レンズ、１１２・・・絞り、１１３・・・第２レンズ、１１４・・・第３レンズ、１１５・・・第４レンズ、１２０・・・カバーガラス、１３０・・・像面、２００・・・撮像装置、２１０・・・光学系、２２０・・・撮像デバイス、２３０・・・駆動回路(ＤＲＶ)、２４０・・・信号処理回路(ＰＲＣ)。
Claims (7)
- 物体側から像面側に向かって順番に配置された、
正のパワーの第１レンズと、
正のパワーの第２レンズと、
正のパワーの第３レンズと、
負のパワーの第４レンズと、
からなる４群４枚のレンズで構成され、
上記第２レンズのアッベ数νｄＬ２が下記条件式を満足する
光学ユニット。
νｄＬ２ ＝ ５６．０ （４） - 上記第１レンズのベンディングファクター qL1=(RL1S2+RL1S1)/(RL1S2-RL1S1)および上記第２レンズが下記条件式を満足する
請求項１記載の光学ユニット。
０．６６ ≦ ｑＬ１ ≦ ５０ （１）
１．０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ １０００ （２）
ｑＬ１ ： 第１レンズのベンディングファクター
ＲＬ１Ｓ１ ： 第１レンズ１１１の第１面Ｌ１Ｓ１の曲率半径
ＲＬ１Ｓ２ ： 第１レンズ１１１の第２面Ｌ１Ｓ２の曲率半径
ｆ２ ： 第２レンズの焦点距離
ｆ ： 光学系の焦点距離 - 上記第３レンズおよび上記第４レンズが下記条件式を満足する
請求項１または２記載の光学ユニット。
−５ ≦ ｆ３／ｆ４ ≦ −０．５ （３）
ｆ３ ： 第３レンズの焦点距離
ｆ４ ： 第４レンズの焦点距離 - 上記第３レンズのアッベ数νｄＬ３と上記第４レンズのアッベ数νｄＬ４が下記条件式を満足する
請求項１から３のいずれか一に記載の光学ユニット。
νｄＬ４ ≦ νｄＬ３ （５） - 上記第１レンズがプラスチック、上記第２レンズがプラスチック、上記第３レンズがガラスレンズ、上記第４レンズがプラスチックにより形成されている
請求項１から４のいずれか一に記載の光学ユニット。 - 絞りが、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に配置されている
請求項１から５のいずれか一に記載の光学ユニット。 - 撮像素子と、
上記撮像素子に被写体像を結像する光学ユニットと、を有し、
上記光学ユニットは、
物体側から像面側に向かって順番に配置された、
正のパワーの第１レンズと、
正のパワーの第２レンズと、
正のパワーの第３レンズと、
負のパワーの第４レンズと、からなる４群４枚のレンズで構成され、
上記第２レンズのアッベ数νｄＬ２が下記条件式を満足する
撮像装置。
νｄＬ２ ＝ ５６．０
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