JP2007086818A - デジタルカメラ用撮影レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高画素に対応した小型で廉価なデジタルカメラ用撮影レンズを提供する。
【解決手段】物体側より結像面６の側に向けて順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第１レンズ１と、開口絞り４と、物体側に凹面を向けたメニスカスの第２レンズ２と、物体側に変曲点を持つ非球面レンズである第３レンズ３とを配列してデジタルカメラ用撮影レンズ１００を構成する。この撮影レンズ１００では、第２レンズ２に比較して第１レンズ１に強いパワーを持たせている。また、デジタルカメラ用撮影レンズ１００は、その合成焦点距離をｆ、第１レンズの焦点距離をｆ１、第１レンズの物体側の入射面より結像面６までの距離をΣｄ、第２レンズのアッベ数をνｄ２としたとき、下記の条件式をそれぞれ満足する。
０．５０＜Σｄ／ｆ＜１．５ （１）
５０＞νｄ２ （２）
０．５０＜ｆ１／ｆ＜１．５ （３）
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、デジタルカメラ、携帯電話機搭載カメラ等に使用される小型で軽量なデジタルカメラ用撮影レンズに関するものである。

ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた監視用カメラやデジタルカメラ等に組み込まれているデジタルカメラ用撮影レンズは、忠実な被写体の再現性を備えていることが望ましい。また、最近では、ＣＣＤ自体やＣＣＤカメラが小型化されてきており、これに伴って、これらに組み込まれるデジタルカメラ用撮影レンズも必然的に小型化、コンパクト化の要求が高まってきている。さらに、ＣＣＤ等の受光素子は、ＣＣＤの小型化とは裏腹にメガオーダーの高画素化となってきている。これを用いたカメラに使用されるデジタルカメラ用撮影レンズも必然的に高い光学性能を発揮できるものでなければならなくなってきた。従来では、高い光学性能を発揮させるためには、多くのレンズ枚数を用いて収差補正を行ってきたのが実状である。

また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子の特徴として、各画素に取り込まれる光線角度に制約がある。これを無視するような光学系が組み込まれたカメラでは周辺光量が減少し、所謂、周辺部の暗いカメラとなってしまう。従来では、これらに対応するため、特許文献１に示すように電気的補正回路を設ける方法や、特許文献２に示すように、受光素子と一対をなすマイクロレンズを配置するなどして素子面への受光角を拡大するなどの方法がとられていた。
特開平５−１３７０６２号公報 特開平５−１１００４７号公報

本発明の課題は、受光素子の素子面に対する最大射出角を画角よりも小さくなるようにしてシェーディングを防ぐことができ、また、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正を施し、更に、軽量コンパクト化を図ったデジタルカメラ用撮影レンズを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載のデジタルカメラ用撮影レンズでは、結像面を受光素子とし、物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有してなり、上記第１レンズを、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとし、上記第２レンズを、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとし、上記第３レンズを、物体側に変曲点を持つ正のパワーを有する非球面レンズとし、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に絞りを配置した。

請求項２に記載のデジタルカメラ用撮影レンズでは、結像面を受光素子とし、物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有してなり、上記第１レンズを、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとし、上記第２レンズを、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズとし、上記第３レンズを、物体側に変曲点を持つ非球面レンズとし、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に絞りを配置した。

請求項３に記載のデジタルカメラ用撮影レンズでは、結像面を受光素子とし、物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有してなり、上記第１レンズを、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとし、上記第２レンズを、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとし、上記第３レンズを、物体側に変曲点を持つ非球面レンズとし、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に絞りを配置するとともに、上記第１レンズが上記第２レンズに比較して強いパワーを有するように構成した。

請求項４に記載のデジタルカメラ用撮影レンズでは、結像面を受光素子とし、物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有してなり、上記第１レンズを、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとし、上記第２レンズを、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとし、上記第３レンズを、物体側に変曲点を持つ非球面レンズとし、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に絞りを配置するとともに、当該デジタルカメラ用撮影レンズの合成焦点距離をｆ、上記第１レンズの物体側の入射面より結像面までの距離をΣｄとしたとき、
０．５０＜Σｄ／ｆ＜１．５ （１）
なる条件式を満足するように構成した。

さらに、請求項５に記載のデジタルカメラ用撮影レンズでは、結像面を受光素子とし、物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有してなり、上記第１レンズを、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとし、上記第２レンズを、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとし、上記第３レンズを、物体側に変曲点を持つ非球面レンズとし、上記第１レンズと上記第２レンズとの間に絞りを配置するとともに、上記第２レンズのアッベ数をνｄ２としたとき、
５０＞νｄ２ （２）
なる条件式を満足するように構成した。

また、請求項１〜５のうちのいずれかに記載のデジタルカメラ用撮影レンズにおいて、請求項６に記載の発明では、上記第１レンズの両面のレンズ面のうち、少なくとも一方の面を非球面とするとともに、前記デジタルカメラ用撮影レンズの合成焦点距離をｆ、上記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、
０．５０＜ｆ１／ｆ＜１．５ （３）
なる条件式を満足するように構成した。

このように第１〜第３レンズのレンズ面を形成することにより、コマ収差と非点収差を良好に補正し、併せて、ディストーションの補正も良好に行うことができる。

ここで、条件式（１）は、レンズ系全体をよりコンパクトに保つための条件である。特に、携帯電話機搭載カメラに採用する撮影レンズについては、レンズ系全体を小型にすると同時にレンズ系の全長をより短いものにする必要がある。かかる要求を満足するためには条件式（１）を満足するように光学系を設定することが望ましい。条件式（１）の下限を下回るとレンズ系はコンパクトにできるが、各種の収差補正が難しくなる。また、上限を上回るとレンズ系が大きくなってしまうので好ましくない。

条件式（２）は、第２レンズのアッベ数を５０以下にして軸上の色収差および軸外の色収差を安定に保つための条件である。

条件式（３）は、球面収差を安定に保つためとレンズ系全体をコンパクトに保つための条件であり、下限を下回るとレンズ系はコンパクトにできるが球面収差の補正が難しくなる。また、上限を超えると、逆に球面収差の補正は容易になるが、レンズ系全体をコンパクトに纏めることができなくなる。この条件式を満足することにより、球面収差を良好な状態に保持しながら、レンズ系をコンパクト化できる。

本発明では、第１レンズを物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとしてあり、この構成と条件式（３）を満足することにより、撮影レンズの全長をより短くすることが可能である。

また、結像面がＣＣＤやＣＭＯＳである場合には、各画素に取り込まれる光線角度に制約があり、画面の周辺部に向かって光線角度が大きくなってしまう。この現象を緩和するためにも、請求項７に記載の発明によるように、第３レンズの像面側のレンズ面の周辺部を像面側に凸面を向けた変曲非球面として、主光線の最大射出角を３０度以下になるようにすることが望ましい。このようにすれば、画面周辺部に生じるシェーディングを防ぐ非球面補正がなされる。

以上説明したように、本発明のデジタルカメラ用撮影レンズによれば、レンズ系の全長を短くすることができる。また、第３レンズのレンズ面を、物体側に変曲点を持つ非球面としてあるので、各種収差の補正を良好に行うと同時に主光線の最大射出角を小さくしてシェーディングを防止することができる。さらに、第２レンズおよび第３レンズの２枚の補正レンズによって、良好な収差補正ができる。従って、本発明によれば、メガオーダーの高画素に対応した小型でコンパクトなデジタルカメラ用撮影レンズを得ることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した３群３枚構成のデジタルカメラ用撮影レンズの各実施例を説明する。

図１には本発明を適用した実施例１に係るデジタルカメラ用撮影レンズを示してある。本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１００は、物体側より結像面６の側に向けて順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第１レンズ１と、これに続く開口絞り４を介して、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第２レンズ２、および正のパワーを有する第３レンズ３とを有しており、第２、第３レンズは補正レンズとして機能する。本例では、各レンズ１、２、３の両側のレンズ面が全て非球面とされている。なお、本例では、第３レンズ３の第２レンズ面Ｒ６と結像面６の間にはカバーガラス５が配置されている。

第３レンズ３では、その第１レンズ面Ｒ５において口径の略５０％のところに非球面変曲点が設けられ、第２レンズ面Ｒ６においては口径の略２５％付近に非球面変曲点が設けられている。これにより、当該第３レンズ３のレンズ周辺の輪帯部は結像面側に対して凸面を形成し、全画角６３度に対して、主光線の最大射出角を２２度に整えている。

本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１００の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離 ：ｆ＝５．７ｍｍ
全 長 ：Σｄ＝７．０６ｍｍ

表１には、本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１００の各レンズ面のレンズデータ、表２には各レンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を表示してある。

表１において、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を示し、Ｒは各レンズ面の曲率を示し、ｄはレンズ面間の距離を示し、Ｎｄは各レンズの屈折率を、νｄは各レンズのアッベ数を示す。また、レンズ面のｉに星印（＊）を付してあるレンズ面は非球面であることを示している。

レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＸ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、次式により表される。

なお、各記号の意味、および非球面形状を表す式は実施例２、３、４、５においても同様である。

図３は、実施例１のデジタルカメラ用撮影レンズ１００における諸収差を示す収差図である。図において、ＳＡは球面収差、ＯＳＣは正弦条件、ＡＳは非点収差、ＤＩＳＴはディストーションを表す。非点収差ＡＳにおけるＴはタンジェンシャル、Ｓはサジタルの像面を表している。また、図面の下側に記した収差図は横収差を表し、図において、ＤＸはＸ瞳座標に関する横方向のＸ収差、ＤＹはＹ瞳座標に関する横方向のＹ収差を表している。これらの記号の意味については、実施例２、３、４、５の諸収差を示す収差図においても同様である。

図２は、本発明を適用した実施例２に係るデジタルカメラ用撮影レンズの構成図である。本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１１０では、物体側より結像面１６の側に向けて順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである第１レンズ１１と、開口絞り１４を介して、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである第２レンズ１２と、両凸レンズである第３レンズ１３が配列されている。第３レンズ１３の物体側の第１レンズ面Ｒ５には、レンズ口径の略４８％のところに非球面変曲点を設けてある。また、その像面側の第２レンズ面Ｒ６は凸面の延長としてある。このように第３レンズ１３のレンズ面を形成することにより、全画角６３度に対し、主光線の最大射出角は２３．５度になっている。また、本例の第１レンズ１１、第２レンズ１２、および第３レンズ１３の各レンズ面もすべて非球面となっている。なお、本例においても、第３レンズ１３の第２レンズ面Ｒ６と結像面１６の間にはカバーガラス１５が配置されている。

本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１１０の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離 ：ｆ＝５．７ｍｍ
全 長 ：Σｄ＝６．９８５ｍｍ

表３には、本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１１０の各レンズ面のレンズデータ、表４には各レンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を表示してある。また、図４にはその収差図を示してある。

上記の実施例１、２のデジタルカメラ用撮影レンズ１００、１１０では、物体側の第１レンズ１、１１としてレンズ面の両面が非球面とされたレンズを用いているが、第１レンズについては、レンズ面の両面が球面とされたレンズ、または、両面のレンズ面のうち、少なくとも一方のレンズ面が非球面とされたレンズを用いることもできる。

図５には本発明を適用した実施例３に係るデジタルカメラ用撮影レンズを示してある。本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１２０は、物体側より結像面２６の側に向けて順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第１レンズ２１と、これに続く絞り２４を介して、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第２レンズ２２、および負のパワーを有する第３レンズ２３とを有しており、第２、第３レンズは補正レンズとして機能する。第３レンズ２３と結像面２６の間にはカバーガラス２５が配置されている。第３レンズ２３は、結像面側の第２レンズ面Ｒ６がレンズ周辺の輪帯部を結像面側に対して凸面として形成され、主光線の最大射出角を２４度以下にしている。

本例では、各レンズ２１、２２、２３のうち、第１レンズ２１は、レンズ面の両面が球面とされている。一方、第２および第３レンズ２２、２３は、実施例１、２と同様に両側のレンズ面とも非球面とされている。

本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１２０の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離 ：ｆ＝５．７ｍｍ
全 長 ：Σｄ＝６．４６ｍｍ

表５には、本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１２０の各レンズ面のレンズデータ、表６には各レンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を表示してある。また、図７にはその収差図を示してある。

図６は、本発明を適用した実施例４に係るデジタルカメラ用撮影レンズの構成図である。本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１３０では、物体側より結像面３６の側に向けて順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである第１レンズ３１と、開口絞り３４を介して、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである第２レンズ３２と、正のパワーを有する第３レンズ３３が配列されている。第３レンズ３３と結像面３６の間にはカバーガラス３５が配置されている。第３レンズ３３は、第２レンズ面Ｒ６がレンズ周辺の輪帯部を結像面側に対して凸面として形成され、主光線の最大射出角を２４度以下にしている。

本例では、各レンズ３１、３２、３３のうち、第１レンズ３１は、レンズ面の両面が球面とされている。一方、第２および第３レンズ３２、３３については、実施例１、２、３と同様に、両側のレンズ面とも非球面とされている。

本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１３０の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離 ：ｆ＝５．７ｍｍ
全 長 ：Σｄ＝６．６６ｍｍ

表７には、本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１３０の各レンズ面のレンズデータ、表８には各レンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を表示してある。また、図８にはその収差図を示してある。

次に、図５を再び参照して、実施例３のデジタルカメラ用撮影レンズ１２０において、レンズ面の両面が球面に形成された第１レンズ２１の代わりに、一方のレンズ面が非球面に形成され、他方のレンズ面が球面に形成された第１レンズ４１を用いたデジタルカメラ用撮影レンズ１４０を説明する。なお、図５において、デジタルカメラ用撮影レンズ１４０、第１レンズ４１は符号を括弧で囲んで示し、その他の各部の構成は実施例３と同様であるので同じ符号を用いて説明する。

本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１４０は、物体側より結像面２６の側に向けて順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第１レンズ４１と、これに続く絞り２４を介して、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第２レンズ２２、および正のパワーを有する第３レンズ２３とを有しており、第２、第３レンズは補正レンズとして機能する。第３レンズ２３と結像面２６の間にはカバーガラス２５が配置されている。第３レンズ２３は、結像面側の第２レンズ面Ｒ６がレンズ周辺の輪帯部を結像面側に対して凸面として形成され、主光線の最大射出角を２４度以下にしている。

本例では、各レンズ４１、２２、２３のうち、第１レンズ４１は、両面のレンズ面のうち、物体側の第１レンズ面Ｒ１が非球面とされ、結像面側の第２レンズ面Ｒ２が球面とされている。一方、第２および第３レンズ２２、２３は、両側のレンズ面とも非球面とされている。

本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１４０の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：３．５
焦点距離 ：ｆ＝５．７ｍｍ
全 長 ：Σｄ＝７．０７ｍｍ

表９には、本例のデジタルカメラ用撮影レンズ１４０の各レンズ面のレンズデータ、表１０には各レンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を表示してある。また、図９にはその収差図を示してある。

本発明を適用した実施例１に係るデジタルカメラ用撮影レンズの構成図である。 本発明を適用した実施例２に係るデジタルカメラ用撮影レンズの構成図である。 図１に示す実施例１のデジタルカメラ用撮影レンズの収差図である。 図２に示す実施例２のデジタルカメラ用撮影レンズの収差図である。 本発明を適用した実施例３および実施例５に係るデジタルカメラ用撮影レンズの構成図である。 本発明を適用した実施例４に係るデジタルカメラ用撮影レンズの構成図である。 図５に示す実施例３のデジタルカメラ用撮影レンズの収差図である。 図６に示す実施例４のデジタルカメラ用撮影レンズの収差図である。 図５に示す実施例５のデジタルカメラ用撮影レンズの収差図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１ 第１レンズ
２、１２、２２、３２ 第２レンズ
３、１３、２３、３３ 第３レンズ
４、１４、２４、３４ 開口絞り
５、１５、２５、３５ カバーガラス
６、１６、２６、３６ 結像面
１００、１１０、１２０、１３０、１４０ デジタルカメラ用撮影レンズ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ4、Ｒ５、Ｒ６ レンズ面

Claims (7)

1. 物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、前記第３レンズは、物体側に変曲点を持つ正のパワーを有する非球面レンズであり、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置され、前記結像面が受光素子であるデジタルカメラ用撮影レンズ。
2. 物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズであり、前記第３レンズは、物体側に変曲点を持つ非球面レンズであり、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置され、前記結像面が受光素子であるデジタルカメラ用撮影レンズ。
3. 物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、前記第３レンズは、物体側に変曲点を持つ非球面レンズであり、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置され、前記第１レンズは前記第２レンズに比較して強いパワーを有しており、前記結像面が受光素子であるデジタルカメラ用撮影レンズ。
4. 物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、前記第３レンズは、物体側に変曲点を持つ非球面レンズであり、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置され、前記結像面が受光素子であって、当該デジタルカメラ用撮影レンズの合成焦点距離をｆ、前記第１レンズの物体側の入射面より結像面までの距離をΣｄとしたとき、
   ０．５０＜Σｄ／ｆ＜１．５
   を満足するデジタルカメラ用撮影レンズ。
5. 物体側より結像面の側に向けて順に配置された第１レンズと、第２レンズと、第３レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、前記第３レンズは、物体側に変曲点を持つ非球面レンズであり、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置され、前記結像面が受光素子であって、前記第２レンズのアッベ数をνｄ２としたとき、
   ５０＞νｄ２
   を満足するデジタルカメラ用撮影レンズ。
6. 請求項１〜５のうちのいずれかの項において、
   前記第１レンズは、両面のレンズ面のうち、少なくとも一方の面が非球面であり、前記デジタルカメラ用撮影レンズの合成焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、
   ０．５０＜ｆ１／ｆ＜１．５
   を満足するデジタルカメラ用撮影レンズ。
7. 請求項１〜６のうちのいずれかの項において、
   前記第３レンズは、像面側のレンズ面の周辺部が像面側に凸面とされ、当該デジタルカメラ用撮影レンズの主光線の最大射出角が３０度以下であるデジタルカメラ用撮影レンズ。

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