JP2007047513A - 撮像レンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 諸収差が良好に補正され、小型化及び薄型化を図りつつも、高い光学性能を実現することができる撮像レンズを提供し、また、このような撮像レンズを有する撮像装置を提供する。
【解決手段】 物体側より像側に向けて順に、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズＬ３が配列されて構成され、第１レンズ乃至第３レンズの少なくともいずれか一方の面が非球面となされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像素子と組み合わせて使用するのに好適な撮像レンズ及びこの撮像レンズを有する撮像装置に関する。

従来、固体撮像素子などの撮像素子を用いて構成された撮像装置を備えた種々の情報機器が提案されている。このような情報機器は、例えば、いわゆるデジタルカメラやカメラ付携帯電話装置として構成されている。このような情報機器において用いられる撮像装置は、撮像素子と、この撮像素子の撮像面に物体（被写体）の像を結像させる撮像レンズとを有して構成されている。

そして、この撮像装置においては、撮像素子における画素数の増大及び高密度化が図られることに伴い、撮像レンズには、高解像度をはじめとする高い光学性能が要求されるに至っている。

また、特に携帯に適した小型の情報機器、もしくは、内部の設置スペースに余裕がない情報機器において使用される撮像装置においては、撮像レンズに対して、小型化及び薄型化も要求されることとなる。

このように、高い光学性能を有しながら、小型化及び薄型化が図られた撮像レンズを実現するためには、２枚以下のレンズ構成を採用するよりも、３枚構成のレンズ構成を採用することが有望であることが知られている。また、非球面を有するレンズを適宜採用することにより、高い光学性能を維持することができることが知られている。例えば、特許文献１には、物体側より像側に向けて順に、正−負−負の屈折力配置を有する３枚構成の撮像レンズが記載されており、また、特許文献２にも、物体側より像側に向けて順に、正−負−負の屈折力配置を有する３枚構成の撮像レンズが記載されている。

特許第３５９４０８８号公報 特開２００４−２２６４８７公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された撮像レンズにおいては、近年において要求されている光学仕様及び高い光学性能を実現することが困難である。

すなわち、特許文献１及び特許文献２に記載された撮像レンズにおいては、諸収差、特に、軸上色収差、倍率色収差、コマ収差が残存していることにより、像高を実際の大きさ、例えば、最大像高３ｍｍ（３ｍｍは、１／３型撮像素子の対角相当）に合わせてレンズ形状を相似拡大すると、必要な空間周波数、例えば、８５ｌｐ／ｍｍ、（８５ｌｐ／ｍｍは、１／３型２００万画素撮像素子のナイキスト周波数の１／２の周波数）に対するコントラストが十分に得られない。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みて提案されるものであって、諸収差が良好に補正され、小型化及び薄型化を図りつつも、要求される光学仕様及び高い光学性能を実現することができる撮像レンズ及びこのような撮像レンズを有する撮像装置を提供することを目的とするものである。

前述の課題を解決するため、本発明に係る撮像レンズは、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
物体側より像側に向けて順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、及び、負の屈折力を有する第３レンズが配列されて構成され、第１レンズ乃至第３レンズの少なくともいずれか一方の面が非球面となされていることを特徴とするものである。

撮像レンズ。

なお、屈折力の表現は、近軸の曲率によるものである。

〔構成２〕
構成１を有する撮像レンズにおいて、第１レンズが両凸形状を有し、第２レンズが物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有することを特徴とするものである。

なお、面の形状の凹凸の表現は、近軸の曲率によるものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する撮像レンズにおいて、開口絞りから第３レンズの像側の面までの距離及びバックフォーカスの合計をＬ、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（１）が満足されていることを特徴とするものである。
Ｌ／ｆ＜１．２ ・・・（１）

〔構成４〕
構成１、または、構成２を有する撮像レンズにおいて、開口絞りから第３レンズの像側の面までの距離及びバックフォーカスの合計をＬ、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（２）が満足されていることを特徴とするものである。
Ｌ／ｆ＜１．１５ ・・・（２）

〔構成５〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有する撮像レンズにおいて、第１レンズのアッベ数をνｄ１としたとき、下記条件式（３）が満足されていることを特徴とするものである。
νｄ１＞６０ ・・・（３）

〔構成６〕
構成１乃至構成５のいずれか一を有する撮像レンズにおいて、第１レンズのｄ線における屈折率をｎｄ１、第１レンズのアッベ数をνｄ１としたとき、下記条件式（４）が満足されていることを特徴とするものである。
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＜３．３ ・・・（４）

〔構成７〕
そして、本発明に係る撮像装置は、構成１乃至構成６のいずれか一にを有する撮像レンズと、撮像レンズの像面に撮像面を配置した撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明は、前述の〔構成１〕、または、〔構成２〕を有することにより、明るく、画角が広く、諸収差が良好に補正された、小型の撮像レンズを提供することができる。この撮像レンズは、高画素化及び高密度化が図られた小型の撮像素子と組み合わせて使用することに好適な光学性能を有するものである。

さらに、本発明は、〔構成３〕または、〔構成４〕を有することにより、撮像レンズ全長の小さい小型の撮像レンズを提供することができる。

そして、本発明は、〔構成５〕または〔構成６〕を有することにより、諸収差をより良好に補正することができる。特に、軸上及び倍率の色収差を良好に補正することによって、より明るく、画角が広く、高解像度を有する小型の撮像レンズを提供することができる。

そして、本発明は、〔構成７〕を有することにより、撮像レンズとして小型で諸収差が良好に補正された撮像レンズと、撮像素子として高画素化及び高密度化が図られた小型の固体撮像素子を用いて、小型で、かつ、高性能の撮像装置を提供することができるものである。

すなわち、本発明は、諸収差が良好に補正され、小型化及び薄型化を図りつつも、要求される光学仕様及び高い光学性能を実現することができる撮像レンズ及びこのような撮像レンズを有する撮像装置を提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１、図３、図５、図７及び図９は、本発明の実施例１乃至実施例５における撮像レンズの構成を示す断面図である。

本発明に係る撮影レンズは、図１、図３、図５、図７及び図９に示すように、物体側より像側に向けて順に、開口絞りＳ、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズＬ１、負の屈折力を有し物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有する第２レンズＬ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズＬ３が配列されて構成されている。

この撮像レンズの像面には、例えば、撮像素子の撮像面が配置される。このように、この撮像レンズと、この撮像レンズの像面に撮像面を位置させた撮像素子とにより、撮像装置が構成される。

この撮像装置においては、撮像レンズの第３レンズＬ３と像面との間には、平行平面板からなるフィルタ１が配置される。このフィルタ１は、撮像素子への不要波長帯域の入射を防ぐための波長選択フィルタや、モアレ縞の発生を防ぐためのローパスフィルタ、あるいは、撮像素子のカバーガラス等であって、これらが単独で、もしくは、組み合わせられて配置されたものである。なお、フィルタ１としてこれら種々のフィルタを組み合わせて配置する場合には、各フィルタを互いに空気層を隔てて配置してもよく、また、各フィルタを互いに接合させて配置してもよい。

この撮像レンズにおいては、第１レンズＬ１は、正の屈折力を有しており、第１レンズＬ１の屈折力を適宜に大きくすることにより、撮像レンズ全長を小さくすることができる。

また、第１レンズＬ１は、本撮像レンズの正の屈折力を分担するため、及び、撮像レンズ全長を小さくするために、相対的に大きな正の屈折力を有することになる。特定のレンズが大きな屈折力を有することは収差補正にとって不利であるが、第１レンズＬ１を両凸形状とすることで、物体側の面及び像側の面により、第１レンズＬ１の正の屈折力を分担することができるため、各面の屈折力が大きくなりすぎることがない。また、各面で正の屈折力を分担することは、誤差感度の点からも好ましい。

また、第２レンズＬ２、及び、第３レンズＬ３は、負の屈折力を有しており、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の屈折力を適宜に大きくすることにより、撮像レンズ全長を小さくすることができる。

また、第２レンズＬ２が、物体側に凹面を向けたメニスカス形状となっていることで、軸外収差、特に、コマ収差が更に良好に補正される。

さらに、諸収差を良好に補正するためには、第１乃至第３の各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、少なくとも一方の面が、好ましくは両面が、非球面となされていることが好ましい。

さらに、この撮像レンズにおいて、撮像レンズ全長を小さくするためには、撮像レンズ全長、すなわち、開口絞りＳから第３レンズＬ３の像側の面までの距離及びバックフォーカスの合計をＬ、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（１）が満足されていることが望ましい。
Ｌ／ｆ＜１．２ ・・・（１）

また、この撮像レンズにおいて、下記条件式（２）が満足されていることがより好ましい。
Ｌ／ｆ＜１．１５ ・・・（２）

さらに、この撮像レンズにおいて、諸収差、特に、軸上及び倍率の色収差をより良好に補正するためには、第１レンズＬ１のアッベ数をνｄ１としたとき、下記条件式（３）が満足されていることが望ましい。この条件式（３）は第１レンズの光学材料が低分散である場合に満足される。
νｄ１＞６０ ・・・（３）

また、別の表記としては、この撮像レンズにおいて、諸収差、特に、軸上及び倍率の色収差をより良好に補正するためには、第１レンズＬ１のｄ線における屈折率をｎｄ１、第１レンズのアッベ数をνｄ１としたとき、下記条件式（４）が満足されていることが望ましい。この条件式（４）は第１レンズの光学材料が、その屈折率に対して低分散である場合に満足される。
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＜３．３ ・・・（４）

この撮像レンズにおいて、第１乃至第３レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３をなす素材としては、合成樹脂材料（プラスチック）、ガラスなど、適切な光学材料を用いることができる。例えば、これら各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３の素材の光学恒数としては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率Ｎｄが１．４乃至２．１、ｄ線におけるアッベ数νｄが２０乃至８５の範囲のものが好ましい。また、これらレンズ各Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の素材としては、入手の容易性や製造コストの観点からは、屈折率Ｎｄが１．４５乃至１．９、アッベ数νｄが２０乃至７０の範囲のものがより好ましい。

なお、第１レンズＬ１については、例えば、ｄ線におけるアッベ数νｄが６０乃至８５程度の低分散ガラスを使用することによって、軸上及び倍率の色収差を良好に補正することができる。このような低分散のガラス素材を用いて、成形型を用いた成形加工を行うことによって、各光学面の形状を非球面とすることができ、諸収差をより良好に補正できる。

第１レンズＬ１については、ｄ線における屈折率Ｎｄが１．６乃至２．０程度の高屈折率のガラス素材を用いることにより、各面の曲率を過度に大きくせずに、必要な屈折力を得ることができる。このような高屈折率のガラス素材を用いることにより、第１レンズＬ１の各面の曲率を過度に大きくしないようにすれば、成形型加工及びこの成形型を用いた成形を容易とすることができる。

なお、第２レンズＬ２については、例えば、ｄ線におけるアッベ数νｄが３５程度以下の低分散材料を使用することによって、色収差を良好に補正できる。

なお、第１乃至第３レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、精密モールドプレスにより成形することができる。第１乃至第３レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を精密モールドプレスにより成形すれば、これら各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３の成形に際して、各レンズの第１面と第２面とのシフト量を１０μｍ以下、第１面と第２面との軸の傾き（成形ティルト）を２分以内とすることが可能であり、高い撮像性能を有する撮像レンズを構成することができる。

以下、本発明に係る実施例を挙げることにより、具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例の構成に限定されるものではない。

以下の各実施例の説明において使用される記号は、下記の通りである。
Ｒ：屈折面の曲率半径〔ｍｍ〕
Ｄ：屈折面の軸上面間隔〔ｍｍ〕
Ｎｄ：レンズ素材のｄ線における屈折率
νｄ：レンズ素材のｄ線におけるアッベ数
ｆ：レンズ全系の焦点距離〔ｍｍ〕
Ｆ：Ｆナンバー
２Ｙ：イメージサイズ（Ｙ：最大像高）〔ｍｍ〕

また、非球面の形状は、面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＺ軸とした直交座標系において、下記の非球面式で表される。
Ｚ＝Ｃｈ^２／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ^２ｈ^２｝〕＋Ａ６ｈ^４＋Ａ６ｈ^６＋Ａ８ｈ^８＋Ａ１０ｈ^１０＋Ａ１２ｈ^１２＋Ａ１４ｈ^１４

ただし、この非球面式における記号は、下記の通りである。
ｈ＝√（Ｘ^２＋Ｙ^２）
Ｃ：近軸曲率（Ｃ＝１／Ｒ）
Ｋ：円錐定数
Ａ４〜Ａ１４：第４次乃至第１４次の非球面係数

〔実施例１〕
本発明の実施例１におけるレンズデータを下記の〔表１〕に示す。

この撮像レンズの焦点距離は４．９０ｍｍ、Ｆナンバーは３．３５、最大像高は３．０ｍｍである。

この実施例１における撮像レンズにおいては、以下の関係が成立している。
Ｌ／ｆ＝１．１８
νｄ１＝６４．１７
ｎｄ１＝１．５１７
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＝３．０１

すなわち、条件式（１）、条件式（３）及び（４）が満足されている。

図１は、本発明の実施例１における撮像レンズの構成を示す断面図である。

図２は、本発明の実施例１における撮像レンズの収差図であり、（ａ）が非点収差（“×”がサジタル、“＋”がメリジオナル）を示し、（ｂ）が球面収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示し、（ｃ）が歪曲収差を示し、（ｄ）がメリディオナルコマ収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示している。

この実施例１における撮像レンズにおいては、図２に示すように、諸収差が良好に補正されており、高解像度を有する小型撮像素子と組み合わせて小型薄型の撮像装置を構成する撮像レンズとして好適である。

〔実施例２〕
本発明の実施例２におけるレンズデータを下記の〔表２〕に示す。

この撮像レンズの焦点距離は４．６３ｍｍ、Ｆナンバーは３．１、最大像高は３．０ｍｍである。

この実施例２における撮像レンズにおいては、以下の関係が成立している。
Ｌ／ｆ＝１．１４
νｄ１＝６４．１７
ｎｄ１＝１．５１７
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＝３．０１

すなわち、条件式（１）乃至条件式（４）が満足されている。

図３は、本発明の実施例２における撮像レンズの構成を示す断面図である。

図４は、本発明の実施例２における撮像レンズの収差図であり、（ａ）が非点収差（“×”がサジタル、“＋”がメリジオナル）を示し、（ｂ）が球面収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示し、（ｃ）が歪曲収差を示し、（ｄ）がメリディオナルコマ収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示している。

この実施例２における撮像レンズにおいては、図４に示すように、諸収差が良好に補正されており、撮像素子と組み合わせて撮像装置を構成する撮像レンズとして好適である。

〔実施例３〕
本発明の実施例３におけるレンズデータを下記の〔表３〕に示す。

この撮像レンズの焦点距離は４．９０ｍｍ、Ｆナンバーは２．８、最大像高は３．０ｍｍである。

この実施例３における撮像レンズにおいては、以下の関係が成立している。
Ｌ／ｆ＝１．１８
νｄ１＝６７．２０
ｎｄ１＝１．５９２
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＝２．５１

すなわち、条件式（１）、条件式（３）及び（４）が満足されている。

図５は、本発明の実施例３における撮像レンズの構成を示す断面図である。

図６は、本発明の実施例３における撮像レンズの収差図であり、（ａ）が非点収差（“×”がサジタル、“＋”がメリジオナル）を示し、（ｂ）が球面収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示し、（ｃ）が歪曲収差を示し、（ｄ）がメリディオナルコマ収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示している。

この実施例３における撮像レンズにおいては、図６に示すように、諸収差が良好に補正されており、撮像素子と組み合わせて撮像装置を構成する撮像レンズとして好適である。

〔実施例４〕
本発明の実施例４におけるレンズデータを下記の〔表４〕に示す。

この撮像レンズの焦点距離は４．９０ｍｍ、Ｆナンバーは３．５、最大像高は３．０ｍｍである。

この実施例４における撮像レンズにおいては、以下の関係が成立している。
Ｌ／ｆ＝１．１７
νｄ１＝６４．１７
ｎｄ１＝１．５１７
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＝３．０１

すなわち、条件式（１）、条件式（３）及び（４）が満足されている。

図７は、本発明の実施例４における撮像レンズの構成を示す断面図である。

図８は、本発明の実施例４における撮像レンズの収差図であり、（ａ）が非点収差（“×”がサジタル、“＋”がメリジオナル）を示し、（ｂ）が球面収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示し、（ｃ）が歪曲収差を示し、（ｄ）がメリディオナルコマ収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示している。

この実施例４における撮像レンズにおいては、図８に示すように、諸収差が良好に補正されており、撮像素子と組み合わせて撮像装置を構成する撮像レンズとして好適である。

〔実施例５〕
本発明の実施例５におけるレンズデータを下記の〔表５〕に示す。

この撮像レンズの焦点距離は４．６０ｍｍ、Ｆナンバーは３．０、最大像高は３．０ｍｍである。

この実施例５における撮像レンズにおいては、以下の関係が成立している。
Ｌ／ｆ＝１．１３
νｄ１＝６７．２０
ｎｄ１＝１．５９２
１００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＝２．５１

すなわち、条件式（１）乃至条件式（４）が満足されている。

図９は、本発明の実施例５における撮像レンズの構成を示す断面図である。

図１０は、本発明の実施例５における撮像レンズの収差図であり、（ａ）が非点収差（“×”がサジタル、“＋”がメリジオナル）を示し、（ｂ）が球面収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示し、（ｃ）が歪曲収差を示し、（ｄ）がメリディオナルコマ収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示している。

この実施例５における撮像レンズにおいては、図１０に示すように、諸収差が良好に補正されており、撮像素子と組み合わせて撮像装置を構成する撮像レンズとして好適である。

本発明の実施例１における撮像レンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例１における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。 本発明の実施例２における撮像レンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例２における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。 本発明の実施例３における撮像レンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例３における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。 本発明の実施例４における撮像レンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例４における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。 本発明の実施例５における撮像レンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例５における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。

符号の説明

１ フィルタ
Ｓ 開口絞り
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ

Claims (7)

1. 物体側より像側に向けて順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、及び、負の屈折力を有する第３レンズが配列されて構成され、
   第１レンズ乃至第３レンズの少なくともいずれか一方の面が非球面となされている
   ことを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第１レンズが両凸形状を有し、
   前記第２レンズが物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記開口絞りから前記第３レンズの像側の面までの距離及びバックフォーカスの合計をＬ、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、としたとき、下記条件式（１）が満足されている
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の撮像レンズ。
   Ｌ／ｆ＜１．２ ・・・（１）
4. 前記開口絞りから前記第３レンズの像側の面までの距離及びバックフォーカスの合計をＬ、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、としたとき、下記条件式（２）が満足されている
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の撮像レンズ。
   Ｌ／ｆ＜１．１５ ・・・（２）
5. 前記第１レンズのアッベ数をνｄ１としたとき、下記条件式（３）が満足されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の撮像レンズ。
   νｄ１＞６０ ・・・（３）
6. 前記第１レンズのｄ線における屈折率をｎｄ１、前記第１レンズのアッベ数をνｄ１としたとき、下記条件式（４）が満足されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の撮像レンズ。
   １００／｛（ｎｄ１−１）・νｄ１｝＜３．３ ・・・（４）
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の撮像レンズと、
   前記撮像レンズの像面に撮像面を配置した撮像素子と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。