JPWO2013111612A1 - 撮像レンズ - Google Patents
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Abstract
撮像レンズは、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズと、から成り、第4レンズの物体側面が凹面又は平面、像側面が凹面であり、条件式:0.74≰f1/f≰2,0.22≰(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≰1.0(f1:第1レンズの焦点距離、f:撮像レンズ全系の焦点距離、r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、r2B:第2レンズの像側面の曲率半径)を満足し、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる。
Description
本発明は、撮像レンズに関するものである。更に詳しくは、被写体の映像を撮像素子(例えば、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサ,CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子)で取り込む撮像光学装置と、それを搭載した画像入力機能付きデジタル機器と、撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する小型の撮像レンズと、に関するものである。
近年、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像光学装置が携帯端末に搭載されるようになり、その携帯端末の普及の増大に伴って、より高画質の画像が得られるよう、高画素数を持つ撮像素子を使用した撮像光学装置の搭載されたものが市場に供給されるようになってきている。その高画素数を持つ撮像素子は大型化を伴っていたが、近年、画素の高細化が進み、撮像素子は小型化されるようになってきている。このような高細化された撮像素子に使用される撮像レンズには、高細化された画素に対応するために高い解像力が要求される。このような用途の撮像レンズとして、2枚構成又は3枚構成のレンズに比べ高性能化が可能であるという理由から、4枚構成の撮像レンズが提案されている。
この4枚構成の撮像レンズとしては、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、で構成され、高性能化を目指した、いわゆる逆エルノスタータイプの撮像レンズが、例えば特許文献1に開示されている。また、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、で構成され、撮像レンズ全長(撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離)の小型化を目指した、いわゆるテレフォトタイプの撮像レンズが、例えば特許文献2〜4に開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の撮像レンズは、逆エルノスタータイプであるため、第4レンズが正レンズであり、テレフォトタイプのように第4レンズが負レンズの場合に比べ、光学系の主点位置が像側になりバックフォーカスが長くなる。つまり、小型化には不利なタイプである。さらに、4枚レンズのうち負の屈折力を有するレンズは1枚であり、ペッツバール和の補正が困難で、画像周辺部では良好な性能を確保できていない。また、上記特許文献2に記載の撮像レンズは、撮影画角が狭いことに加え収差補正が不十分であり、さらにレンズ全長を短縮化すると、性能の劣化による撮像素子の高画素化に対応が困難となる問題がある。
上記特許文献3に記載の撮像レンズでは、第4レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出す形状となっているため、第4レンズと固体撮像素子との間に配置されるフィルター(例えば、光学的ローパスフィルター,赤外線カットフィルター等)、固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板、固体撮像素子の基板等との接触を避けるために、バックフォーカスを長くする必要がある。実際、上記特許文献3に記載の撮像レンズは、テレフォトタイプであるにもかかわらずバックフォーカスが長く、十分な小型化が達成できていない。また、高画素化対応としては収差補正も不十分である。特許文献4に記載の撮像レンズでは、F2.8程度の収差補正は可能にしているが、画素の高細化が進む携帯端末において不十分な明るさにしか対応できていない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、F2.4程度の明るい4枚構成の撮像レンズを提供することにある。
上記目的を達成するために、第1の発明の撮像レンズは、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面とする負の第4レンズと、から成り、以下の条件式(A1)及び(A2)を満足することを特徴とする。
0.74≦f1/f≦2 …(A1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
0.74≦f1/f≦2 …(A1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
第2の発明の撮像レンズは、上記第1の発明において、以下の条件式(A3)を満足することを特徴とする。
1.21≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.82 …(A3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
1.21≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.82 …(A3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
第3の発明の撮像レンズは、上記第1又は第2の発明において、以下の条件式(A4)を満足することを特徴とする。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
第4の発明の撮像レンズは、上記第1〜第3のいずれか1つの発明において、以下の条件式(A5)を満足することを特徴とする。
0.2≦f3/f≦0.64 …(A5)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
0.2≦f3/f≦0.64 …(A5)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
第5の発明の撮像レンズは、上記第1〜第4のいずれか1つの発明において、前記第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有し、以下の条件式(A6)を満足することを特徴とする。
0.05≦T4/f≦0.22 …(A6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
0.05≦T4/f≦0.22 …(A6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
第6の発明の撮像レンズは、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面とする負の第4レンズと、から成り、以下の条件式(B1)及び(B2)を満足することを特徴とする。
−5≦f2/f≦−1.37 …(B1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2)
ただし、
f2:第2レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
−5≦f2/f≦−1.37 …(B1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2)
ただし、
f2:第2レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
第7の発明の撮像レンズは、上記第6の発明において、以下の条件式(B3)を満足することを特徴とする。
1.35≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.98 …(B3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
1.35≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.98 …(B3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
第8の発明の撮像レンズは、上記第6又は第7の発明において、以下の条件式(B4)を満足することを特徴とする。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
第9の発明の撮像レンズは、上記第6〜第8のいずれか1つの発明において、以下の条件式(B5)を満足することを特徴とする。
−1.83≦r3A/f≦−0.77 …(B5)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
−1.83≦r3A/f≦−0.77 …(B5)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
第10の発明の撮像レンズは、上記第6〜第9のいずれか1つの発明において、前記第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有し、以下の条件式(B6)を満足することを特徴とする。
0.05≦T4/f≦0.22 …(B6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
0.05≦T4/f≦0.22 …(B6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
第11の発明の撮像レンズは、上記第1〜第10のいずれか1つの発明において、前記第1レンズが両凸レンズであることを特徴とする。
第12の発明の撮像レンズは、上記第1〜第11のいずれか1つの発明において、前記第3レンズが像面側に凸のメニスカスレンズであることを特徴とする。
第13の発明の撮像レンズは、上記第1〜第12のいずれか1つの発明において、レンズが全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする。
第14の発明の撮像光学装置は、上記第1〜第13のいずれか1つの発明に係る撮像レンズと、撮像面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の撮像面上に被写体の光学像が形成されるように前記撮像レンズが設けられていることを特徴とする。
第15の発明のデジタル機器は、上記第14の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。
第16の発明のデジタル機器は、上記第15の発明において、携帯端末であることを特徴とする。
本発明の構成を採用することにより、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、F2.4程度の明るい4枚構成の撮像レンズと、それを備えた撮像光学装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像光学装置を携帯電話,携帯情報端末等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となる。
以下、本発明に係る撮像レンズ等を説明する。第1のタイプの撮像レンズは、撮像素子の撮像面(例えば、固体撮像素子の光電変換部)に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面とする負の第4レンズと、から成り、以下の条件式(A1)及び(A2)を満足することを特徴としている。
0.74≦f1/f≦2 …(A1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
0.74≦f1/f≦2 …(A1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
小型で明るく更に収差の良好に補正された撮像レンズを得るために、第1のタイプの基本構成は、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面が凹面又は平面であり、かつ、像側面が凹面である負の第4レンズと、から成っている。このレンズ構成は、物体側より順に、第1レンズ,第2レンズ,及び第3レンズから成る正レンズ群と、負の第4レンズとで、いわゆるテレフォトタイプの配置になっているため、撮像レンズ全長の小型化には有利な構成である。さらに、4枚構成のうち2枚を負レンズとすることで、発散作用を有する面を多くしてペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保した撮像レンズを得ることが可能となる。また、第4レンズの物体側面を凹面又は平面とすることで、第4レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなるため、第4レンズと固体撮像素子との間に配置されるフィルター(例えば、光学的ローパスフィルター,赤外線カットフィルター等)、固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板、固体撮像素子の基板等との接触を避けながらも、バックフォーカスを短くすることができ、撮像レンズ全長の短縮化に有利な構成となる。
条件式(A1)は、第1レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像レンズ全長の短縮化と収差補正を適切に達成するための条件式である。条件式(A1)の上限を下回ることで、第1レンズの正パワー(パワー:焦点距離の逆数で定義される量、ここでは屈折力のことをいう。)が小さくなりすぎるのを防ぐことができ、撮像レンズ全長の短縮化を達成することができる。また、第2レンズに入射する光線の高さを抑えることができるため、F値が明るい場合でも球面収差,軸上色収差を補正することが容易になる。一方、条件式(A1)の下限を上回ることで、第1レンズのパワーが極端に大きくなることを防ぎ、第1レンズで発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。したがって、明るくなって光束径が増加しても、本構成であれば良好な収差補正が可能である。
条件式(A2)は、第2レンズの面形状を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(A2)の上限を下回ることで、第2レンズの像側面の曲率が極端に強くなる(つまり、曲率半径の絶対値が極端に小さくなる)のを防ぐことができ、像側面で発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。さらに、第1レンズの焦点距離が条件式(A1)の範囲にあることにより、撮像素子周辺部へ向かう光線の第2レンズの物体側面への入射角をより小さくすることができ、コマ収差,歪曲収差等を抑えることができる。一方、条件式(A2)の下限を上回ることで、第2レンズの像側面の曲率半径を適度に維持することができ、コマ収差,像面湾曲,非点収差,色収差等の補正が容易になる。さらに、第1レンズの焦点距離が条件式(A1)の範囲にあることにより、撮像素子中心部へ向かう光線の第2レンズの物体側面への入射角をより小さくすることができ、球面収差等の発生を抑えることができる。
上記第1のタイプの特徴的構成によると、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、F2.4程度の明るい4枚構成の撮像レンズ及びそれを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。そして、その撮像光学装置を携帯電話,携帯情報端末等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となり、そのコンパクト化,高性能化,高機能化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能,小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
以下の条件式(A1a)を満足することが更に望ましい。
0.748≦f1/f≦1.63 …(A1a)
この条件式(A1a)は、前記条件式(A1)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A1a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.748≦f1/f≦1.63 …(A1a)
この条件式(A1a)は、前記条件式(A1)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A1a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(A2a)を満足することが更に望ましい。
0.28≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2a)
この条件式(A2a)は、前記条件式(A2)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A2a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.28≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2a)
この条件式(A2a)は、前記条件式(A2)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A2a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(A3)を満足することが望ましい。
1.21≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.82 …(A3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
1.21≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.82 …(A3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
条件式(A3)は、第3レンズの面形状を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(A3)の上限を下回ることで、第3レンズの像側面の曲率が極端に強くなるのを防ぐことができ、像側面で発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。一方、条件式(A3)の下限を上回ることで、第3レンズの物体側面の曲率半径を適度に維持することができ、撮像素子周辺部へ向かう光線の物体側面への入射角を小さくすることができるので、コマ収差,歪曲収差等を抑えることができる。
以下の条件式(A3a)を満足することが更に望ましい。
1.39≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.69 …(A3a)
この条件式(A3a)は、前記条件式(A3)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A3a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
1.39≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.69 …(A3a)
この条件式(A3a)は、前記条件式(A3)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A3a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(A4)を満足することが望ましい。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
条件式(A4)は、第4レンズの面形状を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(A4)の上限を下回ることで、第4レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなるため、第4レンズと固体撮像素子との間に配置されるフィルター(例えば、光学的ローパスフィルター,赤外線カットフィルター等)、固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板、固体撮像素子の基板等との接触を避けながらも、バックフォーカスを短くすることができ、撮像レンズ全長の短縮化を達成することができる。一方、条件式(A4)の下限を上回ることで、第4レンズの物体側面の曲率が極端に強くなるのを防ぐことができ、周辺光線の像側光束のテレセントリック特性を確保することが可能となる。
以下の条件式(A4a)を満足することが更に望ましい。
0.49≦(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4a)
この条件式(A4a)は、前記条件式(A4)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A4a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.49≦(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4a)
この条件式(A4a)は、前記条件式(A4)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A4a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(A5)を満足することが望ましい。
0.2≦f3/f≦0.64 …(A5)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
0.2≦f3/f≦0.64 …(A5)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
条件式(A5)は、第3レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像レンズ全長の短縮化と良好な収差補正とを達成するための条件式である。条件式(A5)の上限を下回ることで、第3レンズの正パワーが小さくなりすぎるのを防ぐことができ、撮像レンズ全長の短縮化を達成することができる。また、第1レンズで必要以上に正のパワーを付ける必要がなくなるため、コマ収差,歪曲収差等に有利な構成となる。一方、条件式(A5)の下限を上回ることで、第3レンズで発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。
以下の条件式(A5a)を満足することが更に望ましい。
0.37≦f3/f≦0.62 …(A5a)
この条件式(A5a)は、前記条件式(A5)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A5a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.37≦f3/f≦0.62 …(A5a)
この条件式(A5a)は、前記条件式(A5)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A5a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
前記第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有し、以下の条件式(A6)を満足することが望ましい。
0.05≦T4/f≦0.22 …(A6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
0.05≦T4/f≦0.22 …(A6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
第4レンズの像側面を、光軸から周辺に行くに従って負の屈折力が小さくなり、また変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。また、第3レンズの像側面は、レンズ周辺部で過度に負の屈折力を小さくする必要がなくなり、軸外収差を良好に補正することが可能となる。ここで「変曲点」とは、有効半径内でのレンズ断面形状の曲線において、非球面頂点の接平面が光軸と垂直な平面となるような非球面上の点のことである。
条件式(A6)は、第4レンズの軸上厚みを適切な範囲に設定することにより、撮像レンズの像面性を適切に達成するための条件式である。第4レンズは、光軸付近での屈折力と周辺での屈折力とが他のレンズと比べて大きく異なるため、軸上厚みの像面湾曲に対する影響が大きい。条件式(A6)の上限を下回ることで、像面湾曲がオーバー側に倒れるのを防ぐことができる。一方、条件式(A6)の下限を上回ることで、像面湾曲がアンダー側に倒れるのを防ぐことができる。したがって、条件式(A6)を満たすことにより、撮像レンズの像面性がオーバー側やアンダー側に倒れすぎるのを防ぐことができる。
以下の条件式(A6a)を満足することが更に望ましい。
0.11≦T4/f≦0.19 …(A6a)
この条件式(A6a)は、前記条件式(A6)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A6a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.11≦T4/f≦0.19 …(A6a)
この条件式(A6a)は、前記条件式(A6)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(A6a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
第2のタイプの撮像レンズは、撮像素子の撮像面(例えば、固体撮像素子の光電変換部)に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面とする負の第4レンズと、から成り、以下の条件式(B1)及び(B2)を満足することを特徴としている。
−5≦f2/f≦−1.37 …(B1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2)
ただし、
f2:第2レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
−5≦f2/f≦−1.37 …(B1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2)
ただし、
f2:第2レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。
小型で明るく更に収差の良好に補正された撮像レンズを得るために、第2のタイプの基本構成は、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面が凹面又は平面であり、かつ、像側面が凹面である負の第4レンズと、から成っている。このレンズ構成は、物体側より順に、第1レンズ,第2レンズ,及び第3レンズから成る正レンズ群と、負の第4レンズとで、いわゆるテレフォトタイプの配置になっているため、撮像レンズ全長の小型化には有利な構成である。さらに、4枚構成のうち2枚を負レンズとすることで、発散作用を有する面を多くしてペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保した撮像レンズを得ることが可能となる。また、第4レンズの物体側面を凹面又は平面とすることで、第4レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなるため、第4レンズと固体撮像素子との間に配置されるフィルター(例えば、光学的ローパスフィルター,赤外線カットフィルター等)、固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板、固体撮像素子の基板等との接触を避けながらも、バックフォーカスを短くすることができ、撮像レンズ全長の短縮化に有利な構成となる。
条件式(B1)は、第2レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像レンズ全長の短縮化と収差補正を適切に達成するための条件式である。条件式(B1)の上限を上回ると、第2レンズの負のパワー(パワー:焦点距離の逆数で定義される量、ここでは屈折力のことをいう。)が大きくなりすぎて、撮像レンズ全長を短縮化するのが困難となる。また、第2レンズで高次の球面収差やコマ収差が発生してしまう。一方、条件式(B1)の下限を下回ると、第2レンズの負のパワーが小さくなりすぎて、ペッツバール和の補正が困難となり、画面周辺部での結像性能が劣化してしまう。したがって、条件式(B1)を満たせば、明るくなって光束径が増加しても良好な収差補正が可能である。
条件式(B2)は、第2レンズの面形状を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(B2)の上限を下回ることで、第2レンズの像側面の曲率が極端に強くなる(つまり、曲率半径の絶対値が極端に小さくなる)のを防ぐことができ、像側面で発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。さらに、第2レンズの焦点距離が条件式(B1)の範囲にあることで、上記効果を一層大きく得ることができる。一方、条件式(B2)の下限を上回ることで、第2レンズの像側面の曲率半径を適度に維持することができ、コマ収差,像面湾曲,非点収差,色収差等の補正が容易になる。さらに、第2レンズの焦点距離が条件式(B1)の範囲にあることにより、画面周辺部までより良い結像性能を得ることができる。
上記第2のタイプの特徴的構成によると、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、F2.4程度の明るい4枚構成の撮像レンズ及びそれを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。そして、その撮像光学装置を携帯電話,携帯情報端末等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となり、そのコンパクト化,高性能化,高機能化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能,小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
以下の条件式(B1a)を満足することが更に望ましい。
−3.98≦f2/f≦−1.39 …(B1a)
この条件式(B1a)は、前記条件式(B1)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B1a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
−3.98≦f2/f≦−1.39 …(B1a)
この条件式(B1a)は、前記条件式(B1)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B1a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(B2a)を満足することが更に望ましい。
0.28≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2a)
この条件式(B2a)は、前記条件式(B2)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B2a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.28≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2a)
この条件式(B2a)は、前記条件式(B2)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B2a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(B3)を満足することが望ましい。
1.35≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.98 …(B3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
1.35≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.98 …(B3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。
条件式(B3)は、第3レンズの面形状を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(B3)の上限を下回ることで、第3レンズの像側面の曲率が極端に強くなるのを防ぐことができ、像側面で発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。一方、条件式(B3)の下限を上回ることで、第3レンズの物体側面の曲率半径を適度に維持することができ、撮像素子周辺部へ向かう光線の物体側面への入射角を小さくすることができるので、コマ収差,歪曲収差等を抑えることができる。
以下の条件式(B3a)を満足することが更に望ましい。
1.39≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.69 …(B3a)
この条件式(B3a)は、前記条件式(B3)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B3a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
1.39≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.69 …(B3a)
この条件式(B3a)は、前記条件式(B3)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B3a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(B4)を満足することが望ましい。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。
条件式(B4)は、第4レンズの面形状を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(B4)の上限を下回ることで、第4レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなるため、第4レンズと固体撮像素子との間に配置されるフィルター(例えば、光学的ローパスフィルター,赤外線カットフィルター等)、固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板、固体撮像素子の基板等との接触を避けながらも、バックフォーカスを短くすることができ、撮像レンズ全長の短縮化を達成することができる。一方、条件式(B4)の下限を上回ることで、第4レンズの物体側面の曲率が極端に強くなるのを防ぐことができ、周辺光線の像側光束のテレセントリック特性を確保することが可能となる。
以下の条件式(B4a)を満足することが更に望ましい。
0.49≦(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4a)
この条件式(B4a)は、前記条件式(B4)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B4a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.49≦(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4a)
この条件式(B4a)は、前記条件式(B4)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B4a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(B5)を満足することが望ましい。
−1.83≦r3A/f≦−0.77 …(B5)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
−1.83≦r3A/f≦−0.77 …(B5)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
条件式(B5)は、第3レンズの物体側面の曲率半径を適切な範囲に設定するための条件式である。条件式(B5)の上限を下回ることで、第3レンズの物体側面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎるのを防ぐことができ、第2レンズの像側面で発生する収差、つまり撮像素子周辺部へ向かう光線の収差(例えば、コマ収差,倍率色収差)の補正が容易となる。また、曲率の強い凹面である第2レンズの像側面に対する有効径付近での接触を避けることができ、撮像レンズ全系の短縮化にも有利となる。一方、条件式(B5)の下限を上回ることで、第3レンズの物体側面の曲率半径を適度に維持することができ、撮像素子周辺部へ向かう光線の物体側面への入射角を小さくすることができるので、第3レンズの物体側面で発生するコマ収差,歪曲収差等を抑えることができる。
以下の条件式(B5a)を満足することが更に望ましい。
−1.66≦r3A/f≦−0.98 …(B5a)
この条件式(B5a)は、前記条件式(B5)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B5a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
−1.66≦r3A/f≦−0.98 …(B5a)
この条件式(B5a)は、前記条件式(B5)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B5a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
前記第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有し、以下の条件式(B6)を満足することが望ましい。
0.05≦T4/f≦0.22 …(B6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
0.05≦T4/f≦0.22 …(B6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。
第4レンズの像側面を、光軸から周辺に行くに従って負の屈折力が小さくなり、また変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。また、第3レンズの像側面は、レンズ周辺部で過度に負の屈折力を小さくする必要がなくなり、軸外収差を良好に補正することが可能となる。ここで「変曲点」とは、有効半径内でのレンズ断面形状の曲線において、非球面頂点の接平面が光軸と垂直な平面となるような非球面上の点のことである。
条件式(B6)は、第4レンズの軸上厚みを適切な範囲に設定することにより、撮像レンズの像面性を適切に達成するための条件式である。第4レンズは、光軸付近での屈折力と周辺での屈折力とが他のレンズと比べて大きく異なるため、軸上厚みの像面湾曲に対する影響が大きい。条件式(B6)の上限を下回ることで、像面湾曲がオーバー側に倒れるのを防ぐことができる。一方、条件式(B6)の下限を上回ることで、像面湾曲がアンダー側に倒れるのを防ぐことができる。したがって、条件式(B6)を満たすことにより、撮像レンズの像面性がオーバー側やアンダー側に倒れすぎるのを防ぐことができる。
以下の条件式(B6a)を満足することが更に望ましい。
0.11≦T4/f≦0.19 …(B6a)
この条件式(B6a)は、前記条件式(B6)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B6a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
0.11≦T4/f≦0.19 …(B6a)
この条件式(B6a)は、前記条件式(B6)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(B6a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
次に、前記第1又は第2のタイプの特徴的構成において、前述した効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能,小型化等を達成するための条件、好ましい形態等を以下に説明する。
前記第1レンズは両凸レンズであることが望ましい。全長の短縮化のためには第1レンズのパワーを大きく保つ必要がある。第1レンズを両凸形状とすることでパワー配分を両面に分担させると、片側の曲率が極端に強くなるのを防ぐことができる。これにより、高次の球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。
前記第3レンズは像面側に凸のメニスカスレンズであることが望ましい。第3レンズを像面側に凸面を向けたメニスカス形状とすることで、撮像素子周辺部へ向かう光線の物体側面への入射角を小さくすることができる。これにより、コマ収差,歪曲収差等を抑えることができる。
レンズは全てプラスチック材料で形成されていることが望ましい。つまり、撮像レンズはレンズとしてプラスチックレンズのみを有することが望ましい。近年では、固体撮像素子を含む撮像光学装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さいものが開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、全系の焦点距離を比較的短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。したがって、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、全てのレンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても安価に大量生産が可能となる。また、プラスチックレンズはプレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑えることができ、その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。
本発明に係る撮像レンズは、画像入力機能付きデジタル機器(例えば携帯端末)用の撮像レンズとしての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像レンズと、その撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。そして、撮像素子の受光面(すなわち撮像面)上に被写体の光学像が形成されるように、前述した特徴的構成を有する撮像レンズが配置されることにより、小型・低コストで高い性能を有する撮像光学装置やそれを備えたデジタル機器を実現することができる。
画像入力機能付きデジタル機器の例としては、デジタルカメラ,ビデオカメラ,監視カメラ,車載カメラ,テレビ電話用カメラ等のカメラが挙げられ、また、パーソナルコンピュータ,携帯端末(例えば、携帯電話,モバイルコンピュータ等の小型で携帯可能な情報機器端末),これらの周辺機器(スキャナー,プリンター等),その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
図17に、画像入力機能付きデジタル機器の一例として、デジタル機器DUの概略構成例を模式的断面で示す。図17に示すデジタル機器DUに搭載されている撮像光学装置LUは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(像面)IMを形成する撮像レンズLN(AX:光軸)と、平行平板PT(撮像素子SRのカバーガラス;必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター,赤外カットフィルター等の光学フィルター等に相当する。)と、撮像レンズLNにより受光面(撮像面)SS上に形成された光学像IMを電気的な信号に変換する撮像素子SRと、を備えている。この撮像光学装置LUで画像入力機能付きデジタル機器DUを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置LUを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置LUをデジタル機器DUの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
撮像レンズLNは、前述したように、物体側より順に第1〜第4レンズL1〜L4から成る単焦点の4枚構成から成り、撮像素子SRの受光面SS上に光学像IMを形成する構成になっている。撮像素子SRとしては、例えば複数の画素を有するCCD型イメージセンサ,CMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。撮像レンズLNは、撮像素子SRの光電変換部である受光面SS上に被写体の光学像IMが形成されるように設けられているので、撮像レンズLNによって形成された光学像IMは、撮像素子SRによって電気的な信号に変換される。
デジタル機器DUは、撮像光学装置LUの他に、信号処理部1,制御部2,メモリ3,操作部4,表示部5等を備えている。撮像素子SRで生成した信号は、信号処理部1で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ3(半導体メモリ,光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される(例えば携帯電話の通信機能)。制御部2はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能(静止画撮影機能,動画撮影機能等),画像再生機能等の機能の制御;フォーカシングのためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部2により撮像光学装置LUに対する制御が行われる。表示部5は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子SRによって変換された画像信号あるいはメモリ3に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部4は、操作ボタン(例えばレリーズボタン),操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部2に伝達する。
次に、第1〜第8の実施の形態を挙げて、撮像レンズLNの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図1,図3,図5,図7,図9,図11,図13,図15に、無限遠合焦状態にある撮像レンズLNの第1〜第8の実施の形態を光学断面でそれぞれ示す。第jレンズLjは物体側からj番目に位置するレンズであり、撮像レンズLNの像側に配置されている平行平板PTは、光学的ローパスフィルター,IRカットフィルター,固体撮像素子のシールガラス等を想定したものである。撮像レンズLNを構成している全てのレンズ面は非球面であり、全てのレンズはプラスチック材料を光学材料として想定している。また、オートフォーカスやマクロ切り替え機能等での焦点位置合わせを、第1レンズL1から第4レンズL4までを一体で移動させて行う全体フォーカスを想定している。
第1〜第8の実施の形態の撮像レンズLNでは、物体側から、正の第1レンズL1,負の第2レンズL2,正の第3レンズL3及び負の第4レンズL4の順に配置されている。いずれも、第4レンズL4は物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面としている。また、第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有する構成になっている。
ところで、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、全てのレンズをプラスチックレンズで構成すると、周囲温度が変化した際に、撮像レンズ全系の像点位置が変動してしまうという問題をかかえることになる。しかし最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させると、プラスチック材料が受ける温度変化の影響を小さくできることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じて透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすれば、散乱が実質的に発生しないようにすることができるのである。
また、プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消し合うように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が20ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料とすることができる。例えば、アクリル樹脂に酸化ニオブ(Nb2O5)の微粒子を分散させることにより、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。
本発明に係る撮像レンズLNでは、比較的屈折力の大きな正レンズ(つまり、第1レンズL1,第3レンズL3)、又はすべてのレンズ(第1〜第4レンズL1〜L4)に、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズLN全系の温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。
上述した各実施の形態や後述する各実施例では、固体撮像素子の撮像面に入射する光束の主光線入射角が、撮像面周辺部において必ずしも十分に小さい設計にはなっていない。しかし、最近の技術では、固体撮像素子の色フィルターやオンチップマイクロレンズアレイの配列の見直しによって、シェーディングを軽減することができるようになってきている。具体的には、撮像素子の撮像面の画素ピッチに対し、色フィルターやオンチップマイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定すれば、撮像面の周辺部にいくほど各画素に対し色フィルターやオンチップマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側へシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。これにより固体撮像素子で発生するシェーディングを小さく抑えることができる。後述する各実施例では、前記要求が緩和された分について、より小型化を目指した設計例となっている。
以下、本発明を実施した撮像レンズの構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1〜8(EX1〜8)は、前述した第1〜第8の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第1〜第8の実施の形態を表すレンズ構成図(図1,図3,図5,図7,図9,図11,図13,図15)は、対応する実施例1〜8のレンズ断面形状,レンズ配置等をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号,曲率半径r(mm),軸上面間隔d(mm),d線(波長:587.56nm)に関する屈折率nd,d線に関するアッベ数vd,有効半径(mm)を示す。面番号に*が付された面は非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系(X,Y,Z)を用いた以下の式(AS)で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してE−n=×10-nである。
ただし、
h:X軸(光軸AX)に対して垂直な方向の高さ(h2=Y2+Z2)、
X:高さhの位置での光軸AX方向のサグ量(面頂点基準)、
R:基準曲率半径(曲率半径rに相当する。)、
K:円錐定数、
Ai:i次の非球面係数、
である。
h:X軸(光軸AX)に対して垂直な方向の高さ(h2=Y2+Z2)、
X:高さhの位置での光軸AX方向のサグ量(面頂点基準)、
R:基準曲率半径(曲率半径rに相当する。)、
K:円錐定数、
Ai:i次の非球面係数、
である。
各種データとして、撮像レンズ全系の焦点距離(f,mm),バックフォーカス(fB,mm),Fナンバー(F),撮像素子SRの撮像面SSの対角線長(2Y’,mm;Y’:最大像高),レンズ全長(TL,mm),半画角(ω,°)を示し、さらに単レンズデータとして各レンズL1〜L4の焦点距離(f1,f2,f3,f4;mm)を示す。ただし、ここで使っているバックフォーカスfBは平行平板PTの像側面から像面IMまでの距離であり、レンズ全長TLはレンズ最前面から像面IMまでの距離である。また、表1に各実施例の条件式対応値を示す。
図2,図4,図6,図8,図10,図12,図14,図16は、実施例1〜8(EX1〜8)の収差図であり、(A)は球面収差(mm)、(B)は非点収差(mm)、(C)は歪曲収差(%)を示している。球面収差図(A)において、実線はd線(波長587.56nm)に対する球面収差量、破線はg線(波長435.84nm)に対する球面収差量を、それぞれ近軸像面からの光軸AX方向のズレ量で表しており、縦軸は瞳への入射高さをその最大高さで規格化した値(すなわち相対瞳高さ)を表している。非点収差図(B)において、破線Mはd線に対するメリディオナル像面、実線Sはd線に対するサジタル像面を、それぞれ近軸像面からの光軸AX方向のズレ量で表しており、縦軸は像高(IMG HT,単位:mm)を表している。歪曲収差図(C)において、横軸はd線に対する歪曲を表しており、縦軸は像高(IMG HT,単位:mm)を表している。なお、像高IMG HTの最大値は、像面IMにおける最大像高Y’(撮像素子SRの撮像面SSの対角長の半分)に相当する。
実施例1の撮像レンズLN(図1)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は両凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は両凹の負レンズである。
実施例2の撮像レンズLN(図3)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は両凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は両凹の負レンズである。
実施例3の撮像レンズLN(図5)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、第1レンズL1と第2レンズL2との間には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は両凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は両凹の負レンズである。
実施例4の撮像レンズLN(図7)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第2レンズL2は両凹の負レンズであり、第3レンズL3は両凸の正レンズであり、第4レンズL4は両凹の負レンズである。
実施例5の撮像レンズLN(図9)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は両凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は両凹の負レンズである。
実施例6の撮像レンズLN(図11)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は平凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は平凹の負レンズである。
実施例7の撮像レンズLN(図13)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は平凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は両凹の負レンズである。
実施例8の撮像レンズLN(図15)は、物体側から順に、正の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4と、で構成されており、レンズ面は全て非球面であり、レンズは全てプラスチックレンズであり、最も物体側には開口絞りSTが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第1レンズL1は両凸の正レンズであり、第2レンズL2は両凹の負レンズであり、第3レンズL3は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は平凹の負レンズである。
DU デジタル機器
LU 撮像光学装置
LN 撮像レンズ
L1〜L4 第1〜第4レンズ
ST 開口絞り(絞り)
SR 撮像素子
SS 受光面(撮像面)
IM 像面(光学像)
AX 光軸
1 信号処理部
2 制御部
3 メモリ
4 操作部
5 表示部
LU 撮像光学装置
LN 撮像レンズ
L1〜L4 第1〜第4レンズ
ST 開口絞り(絞り)
SR 撮像素子
SS 受光面(撮像面)
IM 像面(光学像)
AX 光軸
1 信号処理部
2 制御部
3 メモリ
4 操作部
5 表示部
Claims (16)
- 撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面とする負の第4レンズと、から成り、以下の条件式(A1)及び(A2)を満足することを特徴とする撮像レンズ;
0.74≦f1/f≦2 …(A1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(A2)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。 - 以下の条件式(A3)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ;
1.21≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.82 …(A3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。 - 以下の条件式(A4)を満足することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像レンズ;
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(A4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。 - 以下の条件式(A5)を満足することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像レンズ;
0.2≦f3/f≦0.64 …(A5)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。 - 前記第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有し、以下の条件式(A6)を満足することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像レンズ;
0.05≦T4/f≦0.22 …(A6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。 - 撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、正の第1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズと、物体側面を凹面又は平面とし、かつ、像側面を凹面とする負の第4レンズと、から成り、以下の条件式(B1)及び(B2)を満足することを特徴とする撮像レンズ;
−5≦f2/f≦−1.37 …(B1)
0.22≦(r2A+r2B)/(r2A−r2B)≦1.0 …(B2)
ただし、
f2:第2レンズの焦点距離、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
r2A:第2レンズの物体側面の曲率半径、
r2B:第2レンズの像側面の曲率半径、
である。 - 以下の条件式(B3)を満足することを特徴とする請求項6記載の撮像レンズ;
1.35≦(r3A+r3B)/(r3A−r3B)≦1.98 …(B3)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
r3B:第3レンズの像側面の曲率半径、
である。 - 以下の条件式(B4)を満足することを特徴とする請求項6又は7記載の撮像レンズ;
0<(r4A+r4B)/(r4A−r4B)≦1 …(B4)
ただし、
r4A:第4レンズの物体側面の曲率半径、
r4B:第4レンズの像側面の曲率半径、
である。 - 以下の条件式(B5)を満足することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の撮像レンズ;
−1.83≦r3A/f≦−0.77 …(B5)
ただし、
r3A:第3レンズの物体側面の曲率半径、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
である。 - 前記第4レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が小さくなり、変曲点を有し、以下の条件式(B6)を満足することを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の撮像レンズ;
0.05≦T4/f≦0.22 …(B6)
ただし、
f:撮像レンズ全系の焦点距離、
T4:第4レンズの光軸上の厚み、
である。 - 前記第1レンズが両凸レンズであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
- 前記第3レンズが像面側に凸のメニスカスレンズであることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
- レンズが全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の撮像レンズと、撮像面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の撮像面上に被写体の光学像が形成されるように前記撮像レンズが設けられていることを特徴とする撮像光学装置。
- 請求項14記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。
- 携帯端末であることを特徴とする請求項15記載のデジタル機器。
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