WO2010079549A1 - 撮像レンズ系 - Google Patents

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WO2010079549A1
WO2010079549A1 PCT/JP2009/006644 JP2009006644W WO2010079549A1 WO 2010079549 A1 WO2010079549 A1 WO 2010079549A1 JP 2009006644 W JP2009006644 W JP 2009006644W WO 2010079549 A1 WO2010079549 A1 WO 2010079549A1
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WO
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lens
image
image side
lens system
object side
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Application number
PCT/JP2009/006644
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English (en)
French (fr)
Inventor
坂上典久
Original Assignee
ナルックス株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power
    • G02B5/1895—Structurally combined with optical elements not having diffractive power such optical elements having dioptric power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1431—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive
    • G02B15/143103—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive arranged ++-
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4211—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant correcting chromatic aberrations

Definitions

  • the present invention relates to an imaging lens system used for a digital camera, a mobile phone with an imaging function, a scanner, and the like.
  • an imaging lens system consisting of four lenses is generally advantageous.
  • an imaging lens system composed of three lenses is more advantageous than an imaging lens system composed of four lenses in that it is easy to control assembly eccentricity, and is suitable for mass production.
  • Patent Document 1 discloses an imaging lens system including three lenses (for example, Example 9).
  • the imaging lens system disclosed in Patent Document 1 has a high decentering sensitivity of the second lens (the second lens closest to the object), and it is not easy to assemble the imaging lens system.
  • Patent Document 2 discloses an imaging lens system including three lenses (for example, Example 1). However, in the imaging lens system disclosed in Patent Document 2, the overall length of the imaging lens shape is too large.
  • an imaging lens system comprising three lenses for a high-resolution image device used in a camera for a mobile phone, with an overall length sufficiently small and easy to assemble while maintaining high performance
  • the lens system has not been developed.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-13953
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-233423
  • an imaging lens system composed of three lenses for a high-resolution image element used in a camera for a mobile phone, the overall length being sufficiently small and easy to assemble while maintaining high performance There is a need for.
  • first to third lenses are sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the first lens is a planoconvex lens or a biconvex lens, the object side surface of the first lens has a positive power in the paraxial region, and a diffraction grating having an annular structure is provided on the image side surface of the first lens.
  • the second lens is a meniscus lens convex to the image side having positive power, and the image side surface of the second lens has positive power in the paraxial region, and the power increases as the distance from the optical axis increases.
  • the third lens has a negative power in the peripheral region, and the image-side surface of the third lens has a negative power in the paraxial region, and the optical axis
  • the power increases, has a positive power in the peripheral region, and the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the distance from the vertex of the object side surface of the first lens to the image plane is TTL
  • the combined focal length of the first to third lenses is f
  • the aspherical radius of curvature representing the object side surface of the second lens is R4.
  • the radius of curvature of the aspherical surface representing the image side surface of the third lens is R7
  • the focal length of the first lens is f1
  • the focal length of the second lens is f2
  • the focal length of the third lens is f3.
  • the lens having positive or negative power means that the lens has positive or negative power near its paraxial axis.
  • the first lens it is possible to give a large power by making the first lens a plano-convex lens or a biconvex lens. Further, when a lens having a predetermined power is created, the sag amount of the plano-convex or biconvex lens is smaller than the sag amount of the meniscus lens, so that the processing cost of the plano-convex or biconvex lens is lower.
  • the angle formed by the tangent line at the point on the curve formed by the image side surface of the first lens and the straight line perpendicular to the optical axis is defined as the tangential angle.
  • the tangent angle of the surface is relatively small. Therefore, it is relatively easy to process the diffraction grating on the image side surface of the first lens.
  • the second lens By making the second lens a lens having a positive power, it is possible to prevent the power of the first lens from becoming too large. As a result, the peripheral light amount ratio on the image plane can be increased.
  • the second lens By making the second lens a meniscus lens having a convex surface on the image side, curvature of field can be effectively reduced.
  • the image side surface of the second lens has a positive power in the paraxial region, the power decreases with increasing distance from the optical axis, and has a negative power in the peripheral region. Due to the shape of the above surface, out of the light rays focused on the periphery of the image surface, the light rays away from the optical axis are maintained at the center of the image surface while maintaining the light beam height on the image side surface of the second lens. Among the condensed light rays, the light ray height on the image side surface of the second lens of the light rays away from the optical axis can be reduced. Therefore, the light passing through the image side surface of the second lens can uniformly irradiate the image surface, and the peripheral light amount ratio on the image surface can be increased.
  • the exit pupil position can be brought to the object side, and the incident angle to the image element at the periphery of the image plane is reduced while maintaining the back focus of the lens. Can do.
  • the image side surface of the third lens has a negative power in the paraxial region, the power increases as the distance from the optical axis increases, and has a positive power in the peripheral region.
  • the imaging lens system can be reduced in size by disposing the stop closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the ratio of the distance from the apex of the object side surface of the first lens to the image plane and the combined focal length is equal to or greater than the upper limit of Expression (1), it is difficult to reduce the size of the imaging lens system.
  • the above ratio is less than or equal to the lower limit value of Expression (1), the curvature of field increases.
  • the ratio of the radius of curvature of the aspherical surface representing the object-side surface of the second lens and the combined focal length is equal to or greater than the upper limit of equation (2), it is difficult to reduce the size of the imaging lens system.
  • the above ratio is equal to or lower than the lower limit value of the expression (2), it is difficult to reduce the inter-surface eccentricity, lens eccentricity, or tilt tolerance of the second lens.
  • the ratio between the focal length of the second lens and the combined focal length is equal to or less than the lower limit of the equation (5), it is difficult to reduce the size. Further, axial chromatic aberration is deteriorated when a high dispersion material is used for the second lens, and resolution is deteriorated. When the above ratio is equal to or greater than the upper limit value of the equation (5), it is difficult to increase the peripheral light amount ratio.
  • the imaging lens system by configuring the imaging lens system so as to satisfy the expressions (1) to (6), it is possible to obtain an imaging lens system that is sufficiently small in overall length and easy to assemble while maintaining high performance.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 1.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 1.
  • 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 2.
  • 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 7.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 7.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 8.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 8.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 9.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 9.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 9. FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 10.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 10. It is a figure which shows the structure of the imaging lens system by the comparative example 1.
  • 6 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Comparative Example 1.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to Example 10.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an imaging lens system according to an embodiment of the present invention.
  • the imaging lens system according to the present embodiment includes a first lens 101, a second lens 102, and a third lens 103 from the object side to the image side.
  • the stop is closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the light that has passed through the first lens 101, the second lens 102, and the third lens 103 passes through the glass plate 104 and reaches the image plane 105.
  • the first lens is a plano-convex or biconvex lens.
  • a large power can be given.
  • the sag amount of the plano-convex or biconvex lens is smaller than the sag amount of the meniscus lens, so that the processing cost of the plano-convex or biconvex lens is lower.
  • the second lens is a lens having positive power.
  • the peripheral light amount ratio in the image plane is a ratio of the light amount per unit area in the peripheral portion of the image plane to the light amount per unit area in the vicinity of the optical axis of the image plane.
  • the second lens is a meniscus lens having a convex surface on the image side.
  • the image side surface of the second lens has a positive power in the paraxial region, the power decreases with increasing distance from the optical axis, and has a negative power in the peripheral region. Due to the shape of the above surface, out of the light rays focused on the periphery of the image surface, the light rays away from the optical axis are maintained at the center of the image surface while maintaining the light beam height on the image side surface of the second lens. Among the condensed light rays, the light ray height on the image side surface of the second lens of the light rays away from the optical axis can be reduced. Therefore, the light passing through the image side surface of the second lens can uniformly irradiate the image surface, and the peripheral light amount ratio on the image surface can be increased.
  • the third lens is a lens having negative power. By making the power of the third lens negative, the exit pupil position can be brought to the object side, and the incident angle to the image element at the periphery of the image plane is reduced while maintaining the back focus of the lens. Can do.
  • the image side surface of the third lens has a negative power in the paraxial region, the power increases as the distance from the optical axis increases, and has a positive power in the peripheral region.
  • the object side surface of the third lens is a flat surface in the paraxial region, and the power decreases with increasing distance from the optical axis, has negative power in the intermediate region, and further increases with increasing distance from the optical axis, Has positive power in the surrounding area.
  • the object-side surface of the third lens is concave in the paraxial region and has negative power. The power decreases as the distance from the optical axis increases, and the power increases as the distance from the optical axis increases. Has positive power in the region.
  • the surface of the third lens on the object side decreases with increasing distance from the optical axis, and further increases with increasing distance from the optical axis, it has a positive power in the peripheral area.
  • the paraxial region of the object side surface of the third lens is not a convex surface but is a flat surface or a concave surface, and the shape is straightforward, and it is easy to improve the surface shape accuracy.
  • the position stop of the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the imaging lens system can be reduced in size by disposing the stop closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the stop may be arranged on a surface that includes the vertex of the object side surface of the first lens and is perpendicular to the optical axis.
  • the risk of stray light is reduced and the image quality is improved by disposing the diaphragm on a surface that includes the vertex of the object side surface of the first lens and is perpendicular to the optical axis.
  • a diffraction grating having an annular structure is applied to the image side surface of the first lens (a third surface in an embodiment described later).
  • axial chromatic aberration is mainly improved and high resolution can be realized.
  • the angle formed by the tangent line at the point on the curve formed by the image side surface of the first lens and the straight line perpendicular to the optical axis is defined as the tangential angle.
  • the tangent angle of the surface is relatively small. Therefore, it is relatively easy to process the diffraction grating on the image side surface of the first lens.
  • the composite focal length of the first to third lens as f, 1.0 ⁇ (TTL / f) ⁇ 1.2 (1) Is satisfied. If the ratio between the optical length and the combined focal length is equal to or greater than the upper limit value of Expression (1), it is difficult to reduce the size of the imaging lens system. When the above ratio is less than or equal to the lower limit value of Expression (1), the curvature of field increases.
  • Ratio of the aspherical curvature radius representing the object side surface of the second lens and the composite focal length The aspherical curvature radius representing the object side surface of the second lens is R4, 0.3 ⁇ (
  • the ratio of the radius of curvature of the aspherical surface representing the image side surface of the third lens and the combined focal length is equal to or greater than the upper limit value of Equation (3), the negative value of the paraxial region of the image side surface of the third lens is negative. It becomes difficult to increase the peripheral light quantity ratio.
  • the decentering sensitivity of the third lens is increased, and the yield in manufacturing the imaging lens system is reduced. Further, since the shape change of the image side surface of the third lens becomes large, it is difficult to improve the surface accuracy.
  • Ratio between the focal length of the first lens and the combined focal length The focal length of the first lens is f1, 0.7 ⁇ (f1 / f) ⁇ 1 (4) Is satisfied. If the ratio between the focal length of the first lens and the combined focal length is equal to or greater than the upper limit value of Expression (4), it is difficult to reduce the size. When the above ratio is equal to or lower than the lower limit value of the expression (4), it is difficult to increase the peripheral light amount ratio.
  • the focal length of the second lens ratio between the focal length and the composite focal length of the second lens as f2, 1 ⁇ (f2 / f) ⁇ 5 (5) Is satisfied.
  • the ratio between the focal length of the second lens and the combined focal length is equal to or less than the lower limit value of Expression (5), it is difficult to reduce the size. Further, axial chromatic aberration is deteriorated when a high dispersion material is used for the second lens, and resolution is deteriorated.
  • the above ratio is equal to or greater than the upper limit value of the equation (5), it is difficult to increase the peripheral light amount ratio.
  • the focal length ratio third lens between the focal length and the composite focal length of the third lens as f3, -2 ⁇ (f3 / f) ⁇ -1 (6) Is satisfied.
  • the ratio between the focal length of the second lens and the combined focal length is equal to or less than the lower limit value of Expression (6), it is difficult to reduce the incident angle of the image sensor at the periphery of the image plane.
  • the above ratio is equal to or greater than the upper limit value of Expression (6), it is difficult to reduce spherical aberration, and it is difficult to reduce the size of the imaging lens system.
  • a diffraction grating having an annular structure may be provided on the object side surface of the third lens (sixth surface in an embodiment described later).
  • a diffraction grating having an annular structure By adding a diffraction grating having an annular structure to the object-side surface of the third lens, it becomes possible to reduce chromatic aberration of magnification mainly, and an imaging lens system having high resolution and less peripheral color bleeding is obtained. can get.
  • the cross section including the optical axis if the angle formed by the tangent at the point on the curve formed by the object side surface of the third lens and the straight line perpendicular to the optical axis is the tangential angle, the tangential angle is relatively small. . Therefore, it is relatively easy to process the diffraction grating on the object side surface of the third lens.
  • An orthogonal coordinate system is defined in which the optical axis of the imaging lens system is the z-axis and the coordinates of the plane perpendicular to the optical axis are x and y.
  • the origin is a point on the optical axis
  • the direction from the object side to the image plane side is the positive direction of the z axis.
  • the aspherical shape of each surface of the first to third lenses is an optical axis symmetric rotation surface obtained by rotating a quadratic curve represented by the following expression around the optical axis, that is, the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature
  • R is the central curvature radius.
  • Ai is a correction coefficient.
  • the material of the lens is, for example, preferably a cycloolefin polymer as the low refractive index and low dispersion material and polycarbonate as the high refractive index and high dispersion material.
  • a cyclic olefin copolymer may be used as the low refractive index and low dispersion material, and a resin such as polyester may be used as the high refractive index and high dispersion material.
  • the second to seventh surfaces are the object-side surface and the image-side surface of the first to third lenses, respectively.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the first embodiment.
  • the imaging lens system according to Embodiment 1 includes a first lens 101, a second lens 102, and a third lens 103 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 101 includes a diffraction grating.
  • the stop 111 is on a plane that includes the vertex of the object-side surface of the first lens 101 and is perpendicular to the z-axis.
  • the light that has passed through the first lens 101, the second lens 102, and the third lens 103 passes through the glass plate 104 and reaches the image plane 105.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.2 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.2 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 2B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.2 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.2 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 2 (c) is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.2 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.2 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 1 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 1.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is the reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 2 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 3 is a table showing constants of expressions representing the power of the diffraction grating on the third surface.
  • the chromatic aberration of magnification can be controlled by using a material having a higher refractive index and higher dispersion than the first and third lenses for the second lens.
  • a material having a high refractive index and high dispersion is used for the second lens, it is necessary to reduce the longitudinal chromatic aberration by increasing the power of the diffraction grating of the first lens to perform achromaticity. The risk of stray light increases as the power of the diffraction grating increases.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to the second embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.4 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • the vertical axis in FIG. 4A indicates the passing position in the aperture of the light beam. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and 1 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the end of the stop.
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 4B is a view showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.4 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.4 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 4C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.4 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.4 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 4 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 2.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is the reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 5 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 6 is a table showing constants of expressions representing the power of the diffraction grating on the third surface.
  • the chromatic aberration of magnification can be controlled by using a material having a higher refractive index and higher dispersion than the first and third lenses for the second lens.
  • a material having a high refractive index and high dispersion is used for the second lens, it is necessary to reduce the longitudinal chromatic aberration by increasing the power of the diffraction grating of the first lens to perform achromaticity. The risk of stray light increases as the power of the diffraction grating increases.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the third embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 3 includes a first lens 301, a second lens 302, and a third lens 303 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 301 includes a diffraction grating.
  • the stop 311 is on a plane that includes the vertex of the object-side surface of the first lens 301 and is perpendicular to the z-axis.
  • the light that has passed through the first lens 301, the second lens 302, and the third lens 303 passes through the glass plate 304 and reaches the image plane 305.
  • FIG. 6 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 3.
  • FIG. 6A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.6 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.6 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • a two-dot chain line, a solid line, and a one-dot chain line indicate data of wavelengths 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 6B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.6 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.6 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 6C is a diagram showing distortion aberration.
  • the horizontal axis of FIG.6 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.6 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 7 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 3.
  • the surface distance between the diaphragms is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 8 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 9 is a table showing constants of expressions representing the power of the diffraction grating on the third surface.
  • the material of the second lens is a material having a low refractive index and low dispersion, like the first and third lenses.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the eighth embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 8 includes a first lens 401, a second lens 402, and a third lens 403 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 401 includes a diffraction grating.
  • the stop 411 is on the object side surface of the first lens 401.
  • the light that has passed through the third lens 403 passes through the glass plate 44 and reaches the image plane 405.
  • FIG. 8 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 4.
  • FIG. 8A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.8 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.8 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • a two-dot chain line, a solid line, and a one-dot chain line indicate data of wavelengths 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 8B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.8 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.8 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 8C is a diagram showing distortion aberration.
  • the horizontal axis of FIG.8 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.8 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 10 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 8.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 11 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 12 is a table showing constants of equations representing the power of the diffraction grating on the third surface.
  • the chromatic aberration of magnification can be controlled by using a material having a higher refractive index and higher dispersion than the first and third lenses for the second lens.
  • a material having a high refractive index and high dispersion is used for the second lens, it is necessary to reduce the longitudinal chromatic aberration by increasing the power of the diffraction grating of the first lens to perform achromaticity. The risk of stray light increases as the power of the diffraction grating increases.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the fifth embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 5 includes a first lens 501, a second lens 502, and a third lens 503 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 501 includes a diffraction grating.
  • the stop 511 is on a plane that includes the vertex of the object-side surface of the first lens 501 and is perpendicular to the z-axis.
  • the light that has passed through the first lens 501, the second lens 502, and the third lens 503 passes through the glass plate 504 and reaches the image plane 505.
  • FIG. 10 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 5.
  • FIG. 10A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.10 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.10 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 10B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.10 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.10 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 10C is a diagram showing distortion aberration.
  • the horizontal axis of FIG.10 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.10 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 14 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 15 is a table showing constants of expressions representing the power of the diffraction grating on the third surface.
  • the chromatic aberration of magnification can be controlled by using a material having a higher refractive index and higher dispersion than the first and third lenses for the second lens.
  • a material having a high refractive index and high dispersion is used for the second lens, it is necessary to reduce the longitudinal chromatic aberration by increasing the power of the diffraction grating of the first lens to perform achromaticity. The risk of stray light increases as the power of the diffraction grating increases.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the sixth embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 6 includes a first lens 601, a second lens 602, and a third lens 603 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 601 and the object side surface (sixth surface) of the third lens 603 include diffraction gratings.
  • the diaphragm 611 is on the object side surface of the first lens 601.
  • the light that has passed through the first lens 601, the second lens 602, and the third lens 603 passes through the glass plate 604 and reaches the image plane 605.
  • FIG. 12 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 6.
  • FIG. 12A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.12 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.12 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 12B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.12 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.12 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • Table 16 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 12.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is the reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 17 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 18 is a table showing constants of expressions representing the powers of the diffraction gratings on the third surface and the sixth surface.
  • the material of the second lens is a material having a low refractive index and low dispersion, like the first and third lenses.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the seventh embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 7 includes a first lens 701, a second lens 702, and a third lens 703 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 701 and the object side surface (sixth surface) of the third lens 703 are provided with diffraction gratings.
  • the stop 711 is on the object side surface of the first lens 701.
  • the light that has passed through the first lens 701, the second lens 702, and the third lens 703 passes through the glass plate 704 and reaches the image plane 705.
  • FIG. 14 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 7.
  • FIG. 14A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.14 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.14 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 14 (b) is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.14 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.14 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • Table 19 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 7.
  • the distance between the aperture surfaces is the position of the second surface when the aperture position (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 20 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 21 is a table showing constants of expressions representing the powers of the diffraction gratings on the third surface and the sixth surface.
  • the material of the second lens is a material having a low refractive index and low dispersion, like the first and third lenses.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the eighth embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 8 includes a first lens 801, a second lens 802, and a third lens 803 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 801 and the object side surface (sixth surface) of the third lens 803 include diffraction gratings.
  • the stop 811 is on the object side surface of the first lens 801.
  • the light that has passed through the first lens 801, the second lens 802, and the third lens 803 passes through the glass plate 804 and reaches the image plane 805.
  • FIG. 16 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 8.
  • FIG. 16A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.16 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.16 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 16B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis in FIG. 16B indicates the focal position in the optical axis direction (unit: millimeter).
  • shaft of FIG.16 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 16C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.16 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.16 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 22 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 8.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 23 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 24 is a table showing constants of formulas representing the powers of the diffraction gratings on the third surface and the sixth surface.
  • the material of the second lens is a material having a low refractive index and low dispersion, like the first and third lenses.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the ninth embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 9 includes a first lens 901, a second lens 902, and a third lens 903 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 901 and the object side surface (sixth surface) of the third lens 903 include diffraction gratings.
  • the stop 911 includes a vertex of the object side surface of the first lens 901 and is on a plane perpendicular to the z axis.
  • the light that has passed through the first lens 901, the second lens 902, and the third lens 903 passes through the glass plate 904 and reaches the image plane 905.
  • FIG. 18 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Example 9.
  • FIG. 18A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.18 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.18 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • a two-dot chain line, a solid line, and a one-dot chain line indicate data of wavelengths 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 18B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.18 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.18 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 18 (c) is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.18 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.18 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 25 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 9.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 26 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • Table 27 is a table showing constants of expressions representing the powers of the diffraction gratings on the third surface and the sixth surface.
  • the material of the second lens is a material having a low refractive index and low dispersion, like the first and third lenses.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the tenth embodiment.
  • the imaging lens system according to Example 10 includes a first lens 1001, a second lens 1002, and a third lens 1003 from the object side to the image side.
  • the image side surface (third surface) of the first lens 1001 includes a diffraction grating.
  • the diaphragm 1011 is on the object side surface of the first lens 1001. The light that has passed through the first lens 1001, the second lens 1002, and the third lens 1003 passes through the glass plate 1004 and reaches the image plane 1005.
  • the object side surface (sixth surface) of the third lens has a first region whose outer periphery is defined by a circle centered on the optical axis, and an outer periphery surrounded by the circle centered on the optical axis.
  • the special surface shape of the sixth surface is an optical axis symmetric rotation surface obtained by rotating a quadratic curve represented by the following expression around the optical axis, that is, the z axis.
  • k j is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c j is the central curvature
  • R j is the central curvature radius.
  • a ij is a correction coefficient
  • dj is a constant.
  • the shape can be determined by dividing into sections, which is advantageous in improving the field curvature.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens system according to Example 10.
  • FIG. 20A shows spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.20 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.20 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • the two-dot chain line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate data at wavelengths of 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • FIG. 20B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis in FIG. 20B indicates the focal position in the optical axis direction (unit: millimeter).
  • the vertical axis in FIG. 20B indicates the image height (unit: millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 20 (c) is a diagram showing distortion aberration.
  • the horizontal axis of FIG.20 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.20 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 28 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Example 10.
  • the surface distance between the diaphragms is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 29 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the fifth surface and the seventh surface.
  • Table 30 is a table showing constants of expressions representing the power of the diffraction grating on the third surface.
  • Table 31 is a table showing the coefficients and constants of the formula representing the special surface shape of the sixth surface.
  • the chromatic aberration of magnification can be controlled by using a material having a higher refractive index and higher dispersion than the first and third lenses for the second lens.
  • a material having a high refractive index and high dispersion is used for the second lens, it is necessary to reduce the longitudinal chromatic aberration by increasing the power of the diffraction grating of the first lens to perform achromaticity. The risk of stray light increases as the power of the diffraction grating increases.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of an imaging lens system according to the first comparative example.
  • the imaging lens system according to Comparative Example 1 includes a first lens 2101, a second lens 2102, and a third lens 2103 from the object side to the image side.
  • the diaphragm 2111 is on the object side surface of the first lens 2101.
  • the light that has passed through the first lens 2101, the second lens 2102, and the third lens 2103 passes through the glass plate 2104 and reaches the image plane 2105.
  • Examples 1 to 10 include a diffraction grating having an annular structure on the image side of the first lens, but Comparative Example 1 does not include a diffraction grating.
  • the configuration of the comparative example is the same as that of the example except that the diffraction grating is not provided.
  • FIG. 22 is a diagram showing aberrations of the imaging lens system according to Comparative Example 1.
  • FIG. 22A is a diagram showing spherical aberration.
  • the horizontal axis of Fig.22 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.22 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • a two-dot chain line, a solid line, and a one-dot chain line indicate data of wavelengths 490 nanometers, 550 nanometers, and 610 nanometers, respectively.
  • the axial chromatic aberration of Comparative Example 1 exceeds 50 micrometers.
  • the axial chromatic aberration in Examples 1 to 10 is 20 micrometers at the most.
  • the longitudinal chromatic aberrations of Examples 1 to 10 are clearly reduced from those of the comparative example.
  • FIG. 22 (b) is a diagram showing astigmatism and field curvature.
  • the horizontal axis of FIG.22 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.22 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 22 (c) is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.22 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.22 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 32 is a table showing lens data of the imaging lens system according to Comparative Example 1.
  • the surface distance between the diaphragms is the position of the second surface when the position of the diaphragm (most image side position) is used as a reference and the image side is the positive direction.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 33 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the seventh surface.
  • the imaging lens system specification table 34 of the example and the comparative example is a table showing the values of the expressions (1) to (6) for the imaging lens systems of the examples 1 to 10 and the comparative example 1.
  • the value of equation (1) is greater than 1.0 and less than 1.2.
  • the value of equation (2) is greater than 0.30 and less than 0.41.
  • the value of equation (3) is greater than 0.46 and less than 1.0.
  • the value of equation (4) is greater than 0.77 and less than 0.92.
  • the value of equation (5) is greater than 1.5 and less than 4.9.
  • the value of equation (6) is greater than -2.0 and less than -1.0.

Abstract

第１レンズ１０１が平凸または両凸レンズであり、物体側の面が近軸領域で正のパワーを有し、第２レンズ１０２が、正のパワーを有する像側に凸面のメニスカスレンズであり、像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、周辺領域で負のパワーを有し、第３レンズ１０３が負のパワーを有し、像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、周辺領域で正のパワーを有する。絞り１１１が第１レンズの像側の面より物体側に配置される。光学長をTTL、合成焦点距離をf、第２レンズの物体側の面及び第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径をR4及びR7、第１乃至第３レンズの焦点距離をf1、f2、f3として、1.0<(TTL/f)<1.2 (1)　0.3<(|R4|/f)<0.5 (2)　0.4<(|R7|/f)<1 (3)　0.7<(f1/f)<1 (4)　1<(f2/f)<5 (5)　-2<(f3/f)<-1 (6) が満たされる。

Description

撮像レンズ系
　本発明は、デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどに使用される撮像レンズ系に関する。
　携帯電話用カメラの解像度が増加するにしたがって、高解像度の画像素子用の撮像レンズ系が要求されている。
　小型で高解像度の携帯電話用の撮像レンズ系を実現するには、一般的には、４枚のレンズからなる撮像レンズ系が有利である。
　他方、３枚のレンズからなる、小型で高解像度の撮像レンズ系が実現できれば、４枚のレンズからなる撮像レンズ系と比較して低コストで製造できる。また、３枚のレンズからなる撮像レンズ系は、組立偏芯をコントロールしやすい点で、４枚のレンズからなる撮像レンズ系よりも有利であり、量産に適する。
　特許文献１は、３枚のレンズからなる撮像レンズ系を開示している（たとえば、実施例９）。しかし、特許文献１に開示された撮像レンズ系は、第２レンズ（物体に２番目に近いレンズ）の偏芯感度が大きく、撮像レンズ系の組み立てが容易ではない。
　特許文献２は、３枚のレンズからなる撮像レンズ系を開示している（たとえば、実施例１）。しかし、特許文献２に開示された撮像レンズ系は、撮像レンズ形の全長が大きすぎる。
　このように、携帯電話用カメラに使用される高解像度の画像素子用の３枚のレンズからなる撮像レンズ系であって、高い性能を維持したまま、全長が十分に小さく、組み立てが容易な撮像レンズ系は開発されていなかった。
　特許文献１　特開２００８－１３９８５３号公報
　特許文献２　特開２００７－２３３４２３号公報
　したがって、携帯電話用カメラに使用される高解像度の画像素子用の３枚のレンズからなる撮像レンズ系であって、高い性能を維持したまま、全長が十分に小さく、組み立てが容易な撮像レンズ系に対するニーズがある。
　本発明による撮像レンズ系は、物体側から像側に第１乃至第３レンズが順に配置されている。第１レンズが平凸または両凸レンズであり、第１レンズの物体側の面が近軸領域で正のパワーを有し、第１レンズの像側の面に輪帯構造からなる回折格子が付与され、第２レンズが、正のパワーを有する像側に凸面のメニスカスレンズであり、第２レンズの像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、周辺領域で負のパワーを有し、第３レンズが負のパワーを有するレンズであり、第３レンズの像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有し、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。第１レンズの物体側の面の頂点から像面までの距離をTTL、第１乃至第３レンズの合成焦点距離をf、第２レンズの物体側の面を表す非球面式の曲率半径をR4、第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径をR7、第１レンズの焦点距離をf1、第２レンズの焦点距離をf2、第３レンズの焦点距離をf3として、
　1.0<(TTL/f)<1.2　　　　 (1)
　0.3<(|R4|/f)<0.5　　　　(2)
　0.4<(|R7|/f)<1　　　　　(3)
　0.7<(f1/f)<1　　　　　　(4)
　1<(f2/f)<5　　　　　　  (5)
　-2<(f3/f)<-1　　　　　　(6)

が満たされる。
　ここで、レンズが正または負のパワーを有するとは、レンズがその近軸付近で正または負のパワーを有することを言う。
　第１レンズを平凸または両凸レンズとすることにより大きなパワーを持たせることができる。また、所定のパワーのレンズを作成する場合に、平凸または両凸レンズのサグ量の方が、メニスカスレンズのサグ量よりも小さいので、平凸または両凸レンズの加工コストの方が低くなる。
　第１レンズの像側の面に輪帯構造からなる回折格子を付与することによって、主に軸上色収差が改善され、高解像度を実現することができる。また、光軸を含む断面において、第１レンズの像側の面が形成する曲線上の点における接線と光軸に垂直な直線とのなす角度を接線角度とすると、第１レンズの像側の面の接線角度は、比較的小さい。したがって、第１レンズの像側の面に回折格子を加工するのは比較的容易である。
　第２レンズを正のパワーを有するレンズとすることにより、第１レンズのパワーが大きくなりすぎるのを防止することができる。その結果、像面における周辺光量比を大きくすることができる。
　第２レンズを像側に凸面のメニスカスレンズとすることにより、像面湾曲を効果的に低減することができる。
　第２レンズの像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、周辺領域で負のパワーを有する。上記の面の形状により、像面の周辺部に集光する光線のうち、光軸から離れた光線の第２レンズの像側の面における光線高さを維持したまま、像面の中心部に集光する光線のうち、光軸から離れた光線の第２レンズの像側の面における光線高さを小さくすることができる。したがって、第２レンズの像側の面を通過する光が一様に像面を照射するようにすることができ、像面における周辺光量比を大きくすることができる。
　第３レンズのパワーを負にすることにより、射出瞳位置を物体側に持っていくことができ、レンズのバックフォーカスを維持しながら像面の周辺部の画像素子への入射角度を低減することができる。
　第３レンズの像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有する。第３レンズの像側の面の上記の面形状と第２レンズの像側の面の上記の面形状とを組み合わせることにより、像面における周辺光量比をさらに大きくすることができる。
　絞りを第１レンズの像側の面より物体側に配置することにより撮像レンズ系を小型化することができる。
　第１レンズの物体側の面の頂点から像面までの距離と合成焦点距離との比が、式（１）の上限値以上となると、撮像レンズ系を小型化することが困難となる。上記の比が、式（１）の下限値以下となると、像面湾曲が大きくなる。
　第２レンズの物体側の面を表す非球面式の曲率半径と合成焦点距離との比が、式（２）の上限値以上となると、撮像レンズ系を小型化することが困難となる。上記の比が、式（２）の下限値以下となると、第２レンズの面間偏心、レンズ偏心またはチルト公差を低減するのが困難となる。
　第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径と合成焦点距離との比が、式（３）の上限値以上となると、第３レンズの像側の面の近軸領域の負のパワーが小さくなり、周辺光量比を大きくするのが困難となる。上記の比が、式（３）の下限値以下となると、第３レンズの偏心感度が大きくなり、撮像レンズ系を製造する際の歩留まりが低下する。また、第３レンズの像側の面の形状変化が大きくなるので面精度を向上させるのが困難となる。
　第１レンズの焦点距離と合成焦点距離との比が、式（４）の上限値以上となると、小型化するのが困難となる。上記の比が、式（４）の下限値以下となると、周辺光量比を大きくするのが困難となる。
　第２レンズの焦点距離と合成焦点距離との比が、式（５）の下限値以下となると、小型化するのが困難となる。また、第２レンズに高分散材料を用いたときの軸上色収差が悪化し、解像度が劣化する。上記の比が、式（5）の上限値以上となると、周辺光量比を大きくするのが困難となる。
　第２レンズの焦点距離と合成焦点距離との比が、式（６）の下限値以下となると、像面の周辺部の撮像素子の入射角度の低減が困難となる。上記の比が、式（６）の上限値以上となると、球面収差を低減することが困難になり、また、撮像レンズ系の小型化が困難となる。
　このように、式（１）乃至（６）を満足するように撮像レンズ系を構成することにより、高い性能を維持したまま、全長が十分に小さく、組み立てが容易な撮像レンズ系が得られる。
実施例１による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例１による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例２による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例２による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例３による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例３による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例４による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例４による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例５による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例５による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例６による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例６による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例７による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例７による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例８による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例８による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例９による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例９による撮像レンズ系の収差を示す図である。 実施例１０による撮像レンズ系の構成を示す図である。 実施例１０による撮像レンズ系の構成を示す図である。 比較例１による撮像レンズ系の構成を示す図である。 比較例１による撮像レンズ系の収差を示す図である。
　図１は、本発明の一実施形態による撮像レンズ系の構成を示す図である。本実施形態による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２及び第３レンズ１０３を備える。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２及び第３レンズ１０３を通過した光は、ガラス板１０４を通過して像面１０５に至る。
　以下において、本発明の一実施形態による撮像レンズ系の特徴について説明する。
第１レンズ
　第１レンズは、平凸または両凸レンズである。第１レンズを平凸または両凸レンズとすることにより大きなパワーを持たせることができる。また、所定のパワーのレンズを作成する場合に、平凸または両凸レンズのサグ量の方が、メニスカスレンズのサグ量よりも小さいので、平凸または両凸レンズの加工コストの方が低くなる。
第２レンズ
　第２レンズは、正のパワーを有するレンズである。第２レンズを正のパワーを有するレンズとすることにより、第１レンズのパワーが大きくなりすぎるのを防止することができる。その結果、像面における周辺光量比を大きくすることができる。ここで、像面における周辺光量比とは、像面の光軸付近の単位面積あたりの光量に対する像面の周辺部の単位面積あたりの光量の比である。
　第２レンズは、像側に凸面のメニスカスレンズである。第２レンズを像側に凸面のメニスカスレンズとすることにより、像面湾曲を効果的に低減することができる。
　第２レンズの像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、周辺領域で負のパワーを有する。上記の面の形状により、像面の周辺部に集光する光線のうち、光軸から離れた光線の第２レンズの像側の面における光線高さを維持したまま、像面の中心部に集光する光線のうち、光軸から離れた光線の第２レンズの像側の面における光線高さを小さくすることができる。したがって、第２レンズの像側の面を通過する光が一様に像面を照射するようにすることができ、像面における周辺光量比を大きくすることができる。
第３レンズ
　第３レンズは負のパワーを有するレンズである。第３レンズのパワーを負にすることにより、射出瞳位置を物体側に持っていくことができ、レンズのバックフォーカスを維持しながら像面の周辺部の画像素子への入射角度を低減することができる。
　第３レンズの像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有する。第３レンズの像側の面の上記の面形状と第２レンズの像側の面の上記の面形状とを組み合わせることにより、像面における周辺光量比をさらに大きくすることができる。
　第３レンズの物体側の面は、近軸領域で平面であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し中間領域で負のパワーを有し、さらに光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有する。あるいは、第３レンズの物体側の面は、近軸領域で凹面であり負のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、さらに光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有する。第３レンズの物体側の面を、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、さらに光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有するように形成すると、像面の周辺部に集光する光線のうち中心光線の、第３レンズの物体側の面における光線高さを大きくすることがきる。したがって、像面の周辺部における撮像素子に対する入射角度を低減することができる。また、第３レンズの物体側の面の近軸領域は、凸面ではなく、平面または凹面である方が、形状が素直であり、面の形状精度を向上させるのが容易になる。
絞りの位置
　絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置される。絞りを第１レンズの像側の面より物体側に配置することにより撮像レンズ系を小型化することができる。
　さらに、絞りを第１レンズの物体側の面の頂点を含み光軸に垂直な面に配置してもよい。絞りを第１レンズの物体側の面の頂点を含み光軸に垂直な面に配置することにより迷光のリスクが低減し、画質が向上する。
第１レンズの像側の面の回折格子
　第１レンズの像側の面（後で説明する実施例の第３面）に輪帯構造からなる回折格子を付与する。第１レンズの像側の面に輪帯構造からなる回折格子を付与することによって、主に軸上色収差が改善され、高解像度を実現することができる。また、光軸を含む断面において、第１レンズの像側の面が形成する曲線上の点における接線と光軸に垂直な直線とのなす角度を接線角度とすると、第１レンズの像側の面の接線角度は、比較的小さい。したがって、第１レンズの像側の面に回折格子を加工するのは比較的容易である。
光学長と合成焦点距離との比
　第１レンズの物体側の面の頂点から像面までの距離（光学長とも呼称する）をTTL、第１乃至第３レンズの合成焦点距離をfとして、
　1.0<(TTL/f)<1.2　　　　 (1)
が満たされる。光学長と合成焦点距離との比が、式（１）の上限値以上となると、撮像レンズ系を小型化することが困難となる。上記の比が、式（１）の下限値以下となると、像面湾曲が大きくなる。
第２レンズの物体側の面を表す非球面式の曲率半径と合成焦点距離との比
第２レンズの物体側の面を表す非球面式の曲率半径をR4として、
　0.3<(|R4|/f)<0.5　　　　(2)
が満足される。第２レンズの物体側の面を表す非球面式の曲率半径と合成焦点距離との比が、式（２）の上限値以上となると、撮像レンズ系を小型化することが困難となる。上記の比が、式（２）の下限値以下となると、第２レンズの面間偏心、レンズ偏心またはチルト公差を低減するのが困難となる。
第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径と合成焦点距離との比
　第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径をR7として、
　0.4<(|R7|/f)<1　　　　　(3)
が満足される。第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径と合成焦点距離との比が、式（３）の上限値以上となると、第３レンズの像側の面の近軸領域の負のパワーが小さくなり、周辺光量比を大きくするのが困難となる。上記の比が、式（３）の下限値以下となると、第３レンズの偏心感度が大きくなり、撮像レンズ系を製造する際の歩留まりが低下する。また、第３レンズの像側の面の形状変化が大きくなるので面精度を向上させるのが困難となる。
第１レンズの焦点距離と合成焦点距離との比
第１レンズの焦点距離をf1として、
　0.7<(f1/f)<1　　　　　　(4)
が満たされる。第１レンズの焦点距離と合成焦点距離との比が、式（４）の上限値以上となると、小型化するのが困難となる。上記の比が、式（４）の下限値以下となると、周辺光量比を大きくするのが困難となる。
第２レンズの焦点距離と合成焦点距離との比
　第２レンズの焦点距離をf2として、
　1<(f2/f)<5　　　　　　  (5)
が満たされる。第２レンズの焦点距離と合成焦点距離との比が、式（５）の下限値以下となると、小型化するのが困難となる。また、第２レンズに高分散材料を用いたときの軸上色収差が悪化し、解像度が劣化する。上記の比が、式（5）の上限値以上となると、周辺光量比を大きくするのが困難となる。
第３レンズの焦点距離と合成焦点距離との比
　第３レンズの焦点距離をf3として、
　-2<(f3/f)<-1　　　　　　(6)
が満たされる。第２レンズの焦点距離と合成焦点距離との比が、式（６）の下限値以下となると、像面の周辺部の撮像素子の入射角度の低減が困難となる。上記の比が、式（６）の上限値以上となると、球面収差を低減することが困難になり、また、撮像レンズ系の小型化が困難となる。
第３レンズの物体側の面の回折格子
　さらに、第３レンズの物体側の面（後で説明する実施例の第６面）に輪帯構造からなる回折格子を付与してもよい。第３レンズの物体側の面に輪帯構造からなる回折格子を付与することによって、主に倍率色収差を低減することが可能となり、高解像度を有し、周辺の色にじみの少ない撮像レンズ系が得られる。また、光軸を含む断面において、第３レンズの物体側の面が形成する曲線上の点における接線と光軸に垂直な直線とのなす角度を接線角度とすると、接線角度は、比較的小さい。したがって、第３レンズの物体側の面に回折格子を加工するのは比較的容易である。
実施例の説明
　以下に本発明の実施例について説明する。撮像レンズ系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系においてを定める。ただし、原点は光軸上の点とし、物体側から像面側に進む方向をｚ軸の正の方向とする。第１乃至第３レンズの各面の非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率、Ｒは中心曲率半径である。また、Ａiは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　レンズの面に設けた回折格子のパワーを以下の光路差関数によって定める。光路差関数は、波長５５０ナノメータの１次光で定義している。Ｃｎは、定数である。

　φ=C2×ｈ２+C4×h4+C6×h6+C8×h8+C10×h10
　実施例において、レンズの材質は、たとえば、低屈折率低分散材質としてはシクロオレフィンポリマー、高屈折率高分散材質としてはポリカーボネートが好ましい。代替的に、低屈折率低分散材質として環状オレフィンコポリマー、高屈折率高分散材質としてポリエステルなどの樹脂を使用してもよい。
　以下の実施例において、第２乃至第７面は、それぞれ、第１乃至第３レンズの物体側の面及び像側の面である。
実施例１
　図１は、実施例１による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例１による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２及び第３レンズ１０３を備える。第１レンズ１０１の像側の面（第３面）は、回折格子を備える。絞り１１１は、第１レンズ１０１の物体側の面の頂点を含み、ｚ軸に垂直な平面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２及び第３レンズ１０３を通過した光は、ガラス板１０４を通過して像面１０５に至る。
　図２は、実施例１による撮像レンズ系の収差を示す図である。図２（ａ）は、球面収差を示す図である。図２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図２（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１は、実施例１による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表１において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表２は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表３は、第３面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズに、第１及び第３レンズと比較して高屈折率高分散の材質を使用することにより倍率色収差をコントロールすることができる。他方、第２レンズに高屈折率高分散の材質を使用する場合には、第１レンズの回折格子のパワーを大きくして色消しを行わせることにより軸上色収差を小さくする必要がある。回折格子のパワーが大きくなることにより迷光のリスクは増大する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
実施例２
　図３は、実施例２による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例２による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ２０１、第２レンズ２０２及び第３レンズ２０３を備える。第１レンズ２０１の像側の面（第３面）は、回折格子を備える。絞り２１１は、第１レンズ２０１の物体側の面の頂点を含み、ｚ軸に垂直な平面上にある。第１レンズ２０１、第２レンズ２０２及び第３レンズ２０３を通過した光は、ガラス板２０４を通過して像面２０５に至る。
　図４は、実施例２による撮像レンズ系の収差を示す図である。図４（ａ）は、球面収差を示す図である。図４（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図４（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図４（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図４（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図４（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図４（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表４は、実施例２による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表４において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表５は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表６は、第３面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズに、第１及び第３レンズと比較して高屈折率高分散の材質を使用することにより倍率色収差をコントロールすることができる。他方、第２レンズに高屈折率高分散の材質を使用する場合には、第１レンズの回折格子のパワーを大きくして色消しを行わせることにより軸上色収差を小さくする必要がある。回折格子のパワーが大きくなることにより迷光のリスクは増大する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
実施例３
　図５は、実施例３による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例３による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２及び第３レンズ３０３を備える。第１レンズ３０１の像側の面（第３面）は、回折格子を備える。絞り３１１は、第１レンズ３０１の物体側の面の頂点を含み、ｚ軸に垂直な平面上にある。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２及び第３レンズ３０３を通過した光は、ガラス板３０４を通過して像面３０５に至る。
　図６は、実施例３による撮像レンズ系の収差を示す図である。図６（ａ）は、球面収差を示す図である。図６（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図６（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図６（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図６（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図６（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図６（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図６（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図６（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図６（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表７は、実施例３による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表７において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表８は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表９は、第３面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズの材質は、第１及び第３レンズと同様に低屈折率・低分散の材質である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
実施例４
　図７は、実施例８による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例８による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ４０１、第２レンズ４０２及び第３レンズ４０３を備える。第１レンズ４０１の像側の面（第３面）は、回折格子を備える。絞り４１１は、第１レンズ４０１の物体側の面上にある。第３レンズ４０３を通過した光は、ガラス板４４を通過して像面４０５に至る。
　図８は、実施例４による撮像レンズ系の収差を示す図である。図８（ａ）は、球面収差を示す図である。図８（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図８（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図８（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図８（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図８（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図８（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図８（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図８（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１０は、実施例８による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表１０において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１１は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表１２は、第３面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズに、第１及び第３レンズと比較して高屈折率高分散の材質を使用することにより倍率色収差をコントロールすることができる。他方、第２レンズに高屈折率高分散の材質を使用する場合には、第１レンズの回折格子のパワーを大きくして色消しを行わせることにより軸上色収差を小さくする必要がある。回折格子のパワーが大きくなることにより迷光のリスクは増大する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
実施例５
　図９は、実施例５による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例５による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ５０１、第２レンズ５０２及び第３レンズ５０３を備える。第１レンズ５０１の像側の面（第３面）は、回折格子を備える。絞り５１１は、第１レンズ５０１の物体側の面の頂点を含み、ｚ軸に垂直な平面上にある。第１レンズ５０１、第２レンズ５０２及び第３レンズ５０３を通過した光は、ガラス板５０４を通過して像面５０５に至る。
　図１０は、実施例５による撮像レンズ系の収差を示す図である。図１０（ａ）は、球面収差を示す図である。図１０（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１０（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１０（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図１０（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１０（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１０（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図１０（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１０（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１０（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１３は、実施例９による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表１３において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１４は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表１５は、第３面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズに、第１及び第３レンズと比較して高屈折率高分散の材質を使用することにより倍率色収差をコントロールすることができる。他方、第２レンズに高屈折率高分散の材質を使用する場合には、第１レンズの回折格子のパワーを大きくして色消しを行わせることにより軸上色収差を小さくする必要がある。回折格子のパワーが大きくなることにより迷光のリスクは増大する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
実施例６
　図１１は、実施例６による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例６による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ６０１、第２レンズ６０２及び第３レンズ６０３を備える。第１レンズ６０１の像側の面（第３面）及び第３レンズ６０３の物体側の面（第６面）は、回折格子を備える。絞り６１１は、第１レンズ６０１の物体側の面上にある。第１レンズ６０１、第２レンズ６０２及び第３レンズ６０３を通過した光は、ガラス板を６０４通過して像面６０５に至る。
　図１２は、実施例６による撮像レンズ系の収差を示す図である。図１２（ａ）は、球面収差を示す図である。図１２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１２（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図１２（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図１２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１６は、実施例１２による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表１６において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１７は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表１８は、第３面及び第６面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズの材質は、第１及び第３レンズと同様に低屈折率・低分散の材質である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
実施例７
　図１３は、実施例７による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例７による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ７０１、第２レンズ７０２及び第３レンズ７０３を備える。第１レンズ７０１の像側の面（第３面）及び第３レンズ７０３の物体側の面（第６面）は、回折格子を備える。絞り７１１は、第１レンズ７０１の物体側の面上にある。第１レンズ７０１、第２レンズ７０２及び第３レンズ７０３を通過した光は、ガラス板を７０４通過して像面７０５に至る。
　図１４は、実施例７による撮像レンズ系の収差を示す図である。図１４（ａ）は、球面収差を示す図である。図１４（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１４（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１４（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図１４（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図１４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１４（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１９は、実施例７による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表１９において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表２０は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表２１は、第３面及び第６面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズの材質は、第１及び第３レンズと同様に低屈折率・低分散の材質である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
実施例８
　図１５は、実施例８による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例８による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ８０１、第２レンズ８０２及び第３レンズ８０３を備える。第１レンズ８０１の像側の面（第３面）及び第３レンズ８０３の物体側の面（第６面）は、回折格子を備える。絞り８１１は、第１レンズ８０１の物体側の面上にある。第１レンズ８０１、第２レンズ８０２及び第３レンズ８０３を通過した光は、ガラス板を８０４通過して像面８０５に至る。
　図１６は、実施例８による撮像レンズ系の収差を示す図である。図１６（ａ）は、球面収差を示す図である。図１６（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１６（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１６（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図１６（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１６（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１６（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図１６（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１６（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１６（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表２２は、実施例８による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表２２において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表２３は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表２４は、第３面及び第６面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズの材質は、第１及び第３レンズと同様に低屈折率・低分散の材質である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
実施例９
　図１７は、実施例９による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例９による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ９０１、第２レンズ９０２及び第３レンズ９０３を備える。第１レンズ９０１の像側の面（第３面）及び第３レンズ９０３の物体側の面（第６面）は、回折格子を備える。絞り９１１は、第１レンズ９０１の物体側の面の頂点を含み、ｚ軸に垂直な平面上にある。第１レンズ９０１、第２レンズ９０２及び第３レンズ９０３を通過した光は、ガラス板９０４を通過して像面９０５に至る。
　図１８は、実施例９による撮像レンズ系の収差を示す図である。図１８（ａ）は、球面収差を示す図である。図１８（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１８（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１８（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図１８（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１８（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１８（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図１８（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１８（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１８（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表２５は、実施例９による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表２５において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表２６は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表２７は、第３面及び第６面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　第２レンズの材質は、第１及び第３レンズと同様に低屈折率・低分散の材質である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000027
実施例１０
　図１９は、実施例１０による撮像レンズ系の構成を示す図である。実施例１０による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ１００１、第２レンズ１００２及び第３レンズ１００３を備える。第１レンズ１００１の像側の面（第３面）は、回折格子を備える。絞り１０１１は、第１レンズ１００１の物体側の面上にある。第１レンズ１００１、第２レンズ１００２及び第３レンズ１００３を通過した光は、ガラス板１００４を通過して像面１００５に至る。
　第３レンズの物体側の面（第６面）は、光軸を中心とする円によって外周が規定される第１の領域と、第１の領域を取り囲み、光軸を中心とする円によって外周が規定される第２の領域とからなる特殊面である。第６面の特殊面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｊ＝１は第１の領域、ｊ＝２は第２の領域を表し、ｋｊは２次曲線の形状を定める定数、ｃｊは中心曲率、Ｒｊは中心曲率半径である。また、Ａiｊは補正係数、ｄｊは定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　第１及び第２の領域を上記のように定めることにより、区間に分割して形状を決めることができるので、像面湾曲を改善する上で有利である。
　図２０は、実施例１０による撮像レンズ系の収差を示す図である。図２０（ａ）は、球面収差を示す図である。図２０（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図２０（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２０（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図２０（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２０（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２０（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図２０（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２０（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図２０（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表２８は、実施例１０による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表２８において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表２９は、第２面乃至第５面及び第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　表３０は、第３面の回折格子のパワーを表す式の定数を示す表である。
　表３１は、第６面の特殊面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
　第２レンズに、第１及び第３レンズと比較して高屈折率高分散の材質を使用することにより倍率色収差をコントロールすることができる。他方、第２レンズに高屈折率高分散の材質を使用する場合には、第１レンズの回折格子のパワーを大きくして色消しを行わせることにより軸上色収差を小さくする必要がある。回折格子のパワーが大きくなることにより迷光のリスクは増大する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000031
比較例１
　図２１は、比較例１による撮像レンズ系の構成を示す図である。比較例１による撮像レンズ系は、物体側から像側に、第１レンズ２１０１、第２レンズ２１０２及び第３レンズ２１０３を備える。絞り２１１１は、第１レンズ２１０１の物体側の面上にある。第１レンズ２１０１、第２レンズ２１０２及び第３レンズ２１０３を通過した光は、ガラス板２１０４を通過して像面２１０５に至る。
　実施例１乃至１０は、第１レンズの像側に輪帯構造からなる回折格子を備えているが、比較例１は、回折格子を備えていない。回折格子を備えていない点以外は、比較例の構成は実施例と同様である。
　図２２は、比較例１による撮像レンズ系の収差を示す図である。図２２（ａ）は、球面収差を示す図である。図２２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図２２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２２（ａ）において、二点差線、実線及び一点鎖線は、それぞれ、波長４９０ナノメータ、５５０ナノメータ及び６１０ナノメータのデータ示す。
　図２２（ａ）から、比較例１の軸上色収差は、５０マイクロメータを超えている。一方、実施例１乃至１０の軸上色収差は、せいぜい２０マイクロメータである。このように、実施例１乃至１０の軸上色収差は、比較例のものより明らかに減少している。
　図２２（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。
　図２２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図２２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表３２は、比較例１による撮像レンズ系のレンズデータを示す表である。表３２において、絞りの面間隔は、絞りの位置（最も像側の位置）を基準とし、像側を正方向とした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表３３は、第２面乃至第７面の非球面形状を表す式の係数及び定数を示す表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
実施例及び比較例の撮像レンズ系の仕様
　表３４は、実施例１乃至１０及び比較例１の撮像レンズ系について、式（１）乃至（６）の値を示す表である。式（１）の値は、１．０より大きく１．２より小さい。式（２）の値は、０．３０より大きく０．４１より小さい。式（３）の値は、０．４６より大きく１．０より小さい。式（４）の値は、０．７７より大きく０．９２より小さい。式（５）の値は、１．５より大きく４．９より小さい。式（６）の値は、－２．０より大きく－１．０より小さい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034

Claims (4)

  1. 　物体側から像側に第１乃至第３レンズが順に配置された撮像レンズ系であって、第１レンズが平凸または両凸レンズであり、第１レンズの物体側の面が近軸領域で正のパワーを有し、第１レンズの像側の面に輪帯構造からなる回折格子が付与され、第２レンズが、正のパワーを有する像側に凸面のメニスカスレンズであり、第２レンズの像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、周辺領域で負のパワーを有し、第３レンズが負のパワーを有するレンズであり、第３レンズの像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有し、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置され、第１レンズの物体側の面の頂点から像面までの距離をTTL、第１乃至第３レンズの合成焦点距離をf、第２レンズの物体側の面を表す非球面式の曲率半径をR4、第３レンズの像側の面を表す非球面式の曲率半径をR7、第１レンズの焦点距離をf1、第２レンズの焦点距離をf2、第３レンズの焦点距離をf3として、
    　1.0<(TTL/f)<1.2　　　　 (1)
    　0.3<(|R4|/f)<0.5　　　　(2)
    　0.4<(|R7|/f)<1　　　　　(3)
    　0.7<(f1/f)<1　　　　　　(4)
    　1<(f2/f)<5　　　　　　  (5)
    　-2<(f3/f)<-1　　　　　　(6)
    を満たす撮像レンズ系。
  2. 　第３レンズの物体側の面は、近軸領域で平面または凹面であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し、さらに光軸から離れるにしたがってパワーが増加し、周辺領域で正のパワーを有する、請求項１に記載の撮像レンズ系。
  3. 　第３レンズの物体側の面に輪帯構造からなる回折格子を付与した請求項１または２に記載の撮像レンズ系。
  4. 　絞りが、第１レンズの物体側の面の頂点を含み光軸に垂直な面に配置された請求項１から３のいずれかに記載の撮像レンズ系。
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