JP2007264181A

JP2007264181A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2007264181A
Application number: JP2006087409A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Shinohara; 義和篠原
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Also published as: CN100514112C; ATE538405T1; CN101046541A; US20070229987A1; US7830622B2; EP1840618A1; EP1840618B1

Abstract

【課題】高画素化に対応した高性能の撮像レンズを実現する。
【解決手段】物体側から順に、開口絞りＳｔと、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第１レンズＧ１と、物体側に凹面を向けた正または負のメニスカス形状の第２レンズＧ２と、両面が非球面形状の正または負の第３レンズＧ３とを備え、以下の条件を満足する。ただし、νｄ１は第１レンズＧ１のアッベ数、νｄ２は第２レンズＧ２のアッベ数、νｄ３は第３レンズＧ３のアッベ数とする。ｆは全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズＧ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズＧ２の焦点距離、ｆ３は第３レンズＧ３の焦点距離とする。
νｄ１＞５０ ……（１）
νｄ３＞５０ ……（２）
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．０ ……（３）
−０．９＜ｆ２／｛ｆ３・（４５−νｄ２）｝＜０．４ ……（４）
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いた撮像機器に搭載される撮像レンズに関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は近年、非常に小型化および高画素化が進んでいる。そのため、撮像機器本体、ならびにそれに搭載されるレンズにも、小型で高性能なものが求められている。また、高画素の撮像素子に対応するためにテレセン性（テレセントリック性）、すなわち、撮像素子への主光線の入射角度が光軸に対して平行に近く（撮像面における入射角度が撮像面の法線に対してゼロに近く）なるようにすることも求められている。従来より、カメラ付き携帯電話機などに搭載される撮像レンズとして、３枚のレンズで構成したものが知られている。特許文献１には、全体として３枚のレンズからなり、第１レンズと第２レンズとの間に開口絞りを配置した、いわゆる中絞りの構成の撮像レンズが記載されている。しかしながら、中絞りの構成の場合、レンズ系の全長を短くしようとすると、撮像面における主光線の入射角度が大きくなってしまい、テレセン性が悪化する。そこで、テレセン性を確保するために開口絞りを最も物体側に配置することが考えられる。特許文献２ないし４には、開口絞りを最も物体側に配置した３枚構成の撮像レンズが記載されている。開口絞りを最も物体側に配置した３枚構成の撮像レンズの場合、第１レンズは像面側の面が凸形状で、特に両凸形状であることが多い。
特開２００３−３２２７９２号公報特開２００４−２１９８０７号公報特開２００４−２４００６３号公報特開２００４−３１７７４３号公報

しかしながら、３枚構成の撮像レンズにおいて開口絞りを最も物体側に配置した場合、全長短縮とテレセン性の確保とに有利になるものの、製造感度が高くなり、例えば製造時にレンズの位置ずれがあると像面変動が生じやすい。特に第１レンズの形状が両凸形状であると製造感度が高くなりやすい。また近年では、高画素化に対応して色収差が良好に軽減された撮像レンズの開発が求められている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系を実現できるようにした撮像レンズを提供することにある。

本発明による撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りと、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第１レンズと、物体側に凹面を向けた正または負のメニスカス形状の第２レンズと、両面が非球面形状の正または負の第３レンズとを備え、下記条件式を満足するものである。

νｄ１＞５０ ……（１）
νｄ３＞５０ ……（２）
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．０ ……（３）
−０．９＜ｆ２／｛ｆ３・（４５−νｄ２）｝＜０．４ ……（４）
ただし、νｄ１は第１レンズのアッベ数、νｄ２は第２レンズのアッベ数、νｄ３は第３レンズのアッベ数とする。ｆは全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離とする。

本発明による撮像レンズでは、全体として３枚という少ないレンズ構成で開口絞りを最も物体側に配置したことで、全長短縮とテレセン性の確保とに有利なレンズ系が得られる。かつ、各条件式を満足したことにより、レンズ材料および各レンズのパワー配分の最適化が図られ、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系が得られる。特に、第１レンズを物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状とし、かつ条件式（４）により第２レンズおよび第３レンズのパワーと第２レンズの分散とを適切にコントロールしたことで、色収差が軽減されると共に、製造時の位置ずれにより生ずる像面変動が低減され、製造適性の優れたレンズ系が得られる。

本発明による撮像レンズにおいて、第２レンズおよび第３レンズはプラスチックレンズであることが好ましい。３枚という少ないレンズ構成で諸収差を補正するために第２レンズおよび第３レンズは非球面レンズを採用した方が好ましいが、その場合、プラスチックレンズである方が非球面レンズの加工に有利となる。

また、本発明による撮像レンズにおいて、第３レンズの像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。これにより、特に、像面湾曲の補正とテレセン性の確保とに有利となる。

本発明の撮像レンズによれば、開口絞りと、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第１レンズと、物体側に凹面を向けた正または負のメニスカス形状の第２レンズと、両面が非球面形状の正または負の第３レンズとを備え、所定の条件式を満足してレンズ材料と各レンズのパワー配分とを最適化するようにしたので、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図１０（Ａ），図１０（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図２〜図９は、第２〜第９の構成例を示している。図２〜図９の構成例は、後述の第２〜第９の数値実施例（図１１（Ａ）〜図１８（Ａ）および図１１（Ｂ）〜図１８（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図１〜図９において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１に示した第１の構成例を基本にして説明する。

この撮像レンズは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた各種撮像機器、例えば携帯電話機や、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラ等に用いて好適なものである。この撮像レンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、第１レンズＧ１と、第２レンズＧ２と、第３レンズＧ３とを備えている。光学的な開口絞りＳｔは、第１レンズＧ１の前側、より詳しくは、光軸Ｚ１上において第１レンズＧ１の像側の面よりも物体側に配置されている。

この撮像レンズの結像面Ｓｉｍｇには、ＣＣＤ等の撮像素子が配置される。第３レンズＧ３と撮像素子との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されている。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置される。

第１レンズＧ１は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。第２レンズＧ２は、物体側に凹面を向けた正または負のメニスカスレンズとなっている。第３レンズＧ３は、両面が非球面形状の正レンズまたは負レンズとなっている。

第３レンズＧ３の物体側の面は光軸近傍において凸形状で周辺部では凹形状であることが好ましい。また、第３レンズＧ３の像面側の面は光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。なお、諸収差を補正するために第１レンズＧ１と第２レンズＧ２も非球面レンズであることが好ましい。特に３枚という少ないレンズ構成で諸収差を補正するために第２レンズＧ２および第３レンズＧ３の双方が非球面レンズであることが好ましい。その場合、プラスチックレンズである方が非球面レンズの加工に有利となるため、第２レンズＧ２および第３レンズＧ３はプラスチックレンズであることが好ましい。

この撮像レンズは、以下の条件を満足している。ただし、νｄ１は第１レンズＧ１のアッベ数、νｄ２は第２レンズＧ２のアッベ数、νｄ３は第３レンズＧ３のアッベ数とする。ｆは全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズＧ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズＧ２の焦点距離、ｆ３は第３レンズＧ３の焦点距離とする。
νｄ１＞５０ ……（１）
νｄ３＞５０ ……（２）
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．０ ……（３）
−０．９＜ｆ２／｛ｆ３・（４５−νｄ２）｝＜０．４ ……（４）

次に、以上のように構成された撮像レンズの作用および効果を説明する。
この撮像レンズでは、全体として３枚という少ないレンズ構成で開口絞りＳｔを最も物体側に配置したことで、全長短縮とテレセン性の確保とに有利なレンズ系が得られる。かつ、各条件式を満足したことにより、レンズ材料および各レンズのパワー配分の最適化が図られ、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系が得られる。この撮像レンズでは、光学的な開口絞りＳｔを最も物体側に持ってくることで、テレセン性を確保しているが、開口絞りＳｔを前側に持ってきた場合、製造感度が高くなり、例えば製造時にレンズの位置ずれがあると像面変動が生じやすくなる。この撮像レンズでは、第１レンズＧ１を物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状にし、かつ、条件式（４）により第２レンズＧ２および第３レンズＧ３のパワーと第２レンズＧ２の分散とを適切にコントロールしたことで、色収差を軽減しつつ、位置ずれによる像面変動を低減し、製造適性の優れたレンズ系を得ている。また、この撮像レンズでは、最も撮像面側に近い第３レンズＧ３の非球面形状を中心部と周辺部とで異なる形状に変化させていることで、像面の中心部から周辺部にわたって像面湾曲を良好に補正している。また、テレセン性の確保に有利となり、像面の中心部から周辺部にわたって撮像素子面に対する光線の入射角度が垂直に近くなるようにしている。

条件式（１），（２）は、第１レンズＧ１および第３レンズＧ３の適切なレンズ材料を規定している。条件式（１），（２）の下限を下回ると、倍率色収差のバランスが取れなくなってしまうので好ましくない。条件式（３）は、最も物体側にある第１レンズＧ１の適切なパワーを規定している。条件式（３）の下限を下回ると全長短縮には有利になるが、無理に全長短縮をすることになるため，サジタル方向の像面湾曲とタンジェンシャル方向の像面湾曲とのバランスが悪くなる。逆に上限を超えると色収差は良くなるが、全長が長くなってしまうので好ましくない。

条件式（４）は、第２レンズＧ２のパワー（１／ｆ２）および第３レンズＧ３のパワー（１／ｆ３）と第２レンズＧ２の分散との適切なバランスを規定するもので、レンズ系全体の色収差軽減に寄与するものでる。条件式（４）の上限および下限を外れると軸上および倍率色収差のバランスが崩れてしまう。全体の色収差を軽減するためには第２レンズＧ２と第３レンズＧ３のパワーバランスが重要で、その際、第２レンズＧ２にアッベ数の小さな材料を使う際は第２レンズＧ２のパワーは弱く、逆に第２レンズＧ２のアッベ数νｄ２が大きな場合には第２レンズＧ２のパワーは強くなることが好ましい。条件式（４）を満足することで、アッベ数νｄ２の値が４５を境界として、第２レンズＧ２のパワーと第３レンズＧ３のパワーとが適切にコントロールされる。

以上説明したように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、全体として３枚という少ないレンズ構成で開口絞りＳｔを最も物体側に配置し、かつ所定の条件式を満足してレンズ材料と各レンズのパワー配分とを最適化するようにしたので、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系を実現できる。

次に、本実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第９の数値実施例をまとめて説明する。

図１０（Ａ），図１０（Ｂ）は、実施例１に係る撮像レンズの数値データを示している。特に図１０（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図１０（Ｂ）には非球面に関するデータを示す。図１０（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜９）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｉは、隣り合うレンズ面間のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜４）の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。

実施例１に係る撮像レンズは、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２および第３レンズＧ３の両面がすべて非球面形状となっている。図１０（Ａ）の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。図１０（Ｂ）に非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ｂ_i，ＫＡの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸Ｚ１から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸Ｚ１に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。実施例１に係る撮像レンズは、各非球面が非球面係数Ｂ_iとして第３次〜第１０次の係数Ｂ₃〜Ｂ₁₀を有効に用いて表されている。
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＢ_i・ｈⁱ ……（Ａ）
（ｉ＝３〜１０）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
ＫＡ：離心率（第２次の非球面係数）
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ｂ_i：第ｉ次の非球面係数

以上の実施例１に係る撮像レンズと同様にして、実施例２〜実施例９に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを図１１（Ａ）〜図１８（Ａ）に示す。また同様に、実施例２〜実施例４に係る撮像レンズの非球面に関するデータを、図１１（Ｂ）〜図１８（Ｂ）に示す。なお、実施例２〜実施例９に係る撮像レンズのいずれについても、実施例１と同様、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２および第３レンズＧ３の両面がすべて非球面形状となっている。

図１９には、上述の各条件式に関する値を示す。なお、図１９において、ｆは全系の近軸焦点距離（ｍｍ）を示す。ｆ１，ｆ２，ｆ３はそれぞれ、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、および第３レンズＧ３の近軸焦点距離（ｍｍ）を示す。図１９から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。

図２０（Ａ）〜図２０（Ｃ）はそれぞれ、実施例１に係る撮像レンズにおける球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とし、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）およびＦ線（波長４８６．１３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、Ｓはサジタル方向、Ｔはタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。なお、図１０（Ａ）において縦方向は入射瞳径（ｍｍ）を示す。

同様にして、実施例２に係る撮像レンズについての諸収差を図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）に、実施例３に係る撮像レンズについての諸収差を図２２（Ａ）〜図２２（Ｃ）に、実施例４に係る撮像レンズについての諸収差を図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）に、実施例５に係る撮像レンズについての諸収差を図２４（Ａ）〜図２４（Ｃ）に、実施例６に係る撮像レンズについての諸収差を図２５（Ａ）〜図２５（Ｃ）に、実施例７に係る撮像レンズについての諸収差を図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）に、実施例８に係る撮像レンズについての諸収差を図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）に、実施例９に係る撮像レンズについての諸収差を図２８（Ａ）〜図２８（Ｃ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、全体として３枚のレンズ構成で、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分が最適化され、小型で高性能の撮像レンズ系が実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本発明の実施例１に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例２に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例３に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例４に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例５に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例６に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例７に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例８に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例９に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。本発明の実施例１に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例２に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例３に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例４に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例５に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例６に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例７に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例８に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例９に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。本発明の実施例１に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例２に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例３に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例４に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例５に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例６に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例７に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例８に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例９に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ、Ｇ２…第２レンズ、Ｇ３…第３レンズ、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims

物体側から順に、開口絞りと、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第１レンズと、物体側に凹面を向けた正または負のメニスカス形状の第２レンズと、両面が非球面形状の正または負の第３レンズとを備え、下記条件式を満足する
ことを特徴とする撮像レンズ。
νｄ１＞５０ ……（１）
νｄ３＞５０ ……（２）
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．０ ……（３）
−０．９＜ｆ２／｛ｆ３・（４５−νｄ２）｝＜０．４ ……（４）
ただし、
νｄ１：第１レンズのアッベ数
νｄ２：第２レンズのアッベ数
νｄ３：第３レンズのアッベ数
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
とする。
前記第２レンズおよび前記第３レンズはプラスチックレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
前記第３レンズの像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ。