JP2007206611A - 単焦点撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、且つ高い光学性能を有する撮像レンズを提供する。
【解決手段】単焦点撮像レンズ１０は、物体側からこの順で配置された、絞り（ＳＴＰ）、正の光学的パワーを有する第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、及び第３レンズ（Ｌ３）で構成され、以下の条件式（１）を満たす。
０＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１）
但し、ＢＦ：第３レンズ（Ｌ３）の像側面から撮像面までの光軸上の距離、ｆ：ｄ線における全系焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は単焦点撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置に関する。特に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の（固体）撮像素子を備えた小型の撮像装置（例えば、デジタルスチルカメラ、携帯情報端末用小型カメラ等）に適した単焦点撮像レンズ、及びそれを備えた撮像装置に関する。

近年、コンパクトで、例えば、５００万画素以上といった高画素数の撮像装置（例えば、デジタルスチルカメラ等）に対するニーズが急速に高まってきている。また、携帯電話やＰＤＡ端末等の携帯情報端末にも、例えば、１００万画素以上といった比較的高い画素数の小型カメラが搭載されるようになってきている。このような状況下、高い画素数の撮像素子に対して使用可能な小型で高い結像性能を有する撮像レンズが強く要求されている。

従来、コンパクトな構成の撮像レンズとしては、１枚構成あるいは２枚構成の撮像レンズが知られている。しかしながら、１枚構成あるいは２枚構成の撮像レンズでは、収差論で明らかなように、像面湾曲を十分に補正することが困難であり、十分に高い光学性能を得ることが困難である。このため、近年、３枚構成の撮像レンズが一般的となっている。

このような３枚構成の撮像レンズとして、例えば特許文献１には、物体側から順に、固定絞り、物体側に凹面を向けた正の屈折力を有する第１レンズ、両凸形状の第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズを配置したものが開示されている。特許文献１に記載された撮像レンズによれば、良好な光学性能と広い画角とを有しながらレンズ系の全長をより小型化することが可能である、と特許文献１に記載されている。
特開２００５−９１４６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された３枚構成の撮像レンズでは、バックフォーカスが比較的長い。このため、撮像レンズの全長を十分に短くできないという問題がある。

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レンズ３枚からなる簡単な構成で、バックフォーカスが短く、小型、且つ高い光学性能を有する撮像レンズを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１の単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
０＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１）
但し、
ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明に係る第２の単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、第３レンズの像側面は、光軸からの高さが最大像高以下の範囲で、以下の条件式（２）を満たす非球面であることを特徴とする。
０＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１８ ・・・・・（２）
但し、
ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
Ｚ_MAX：第３レンズの像側面の最大変位、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明に係る第１の撮像装置は、光学像を形成する単焦点撮像レンズと、単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えている。本発明に係る第１の撮像装置において、単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
０＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１）
但し、
ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明に係る第２の撮像装置は、光学像を形成する単焦点撮像レンズと、単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えている。本発明に係る第２の撮像装置において、単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、第３レンズの像側面は、光軸からの高さが最大像高以下の範囲で、以下の条件式（２）を満たす非球面であることを特徴とする。
０＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１８ ・・・・・（２）
但し、
ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
Ｚ_MAX：第３レンズの像側面の最大変位、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明によれば、小型、且つ光学性能が良好な撮像レンズを提供することができる。

以下、本発明に係る単焦点撮像レンズの実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。

図１〜図６は、それぞれ第１〜第６の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。

第１〜第６の実施の形態の単焦点撮像レンズ１０はいずれも、撮像素子（固体撮像素子であってもよい。例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＯＭＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｎｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等）に対して光学像を形成するためのものである。後に詳述するように、単焦点撮像レンズ１０は、デジタルカメラや携帯情報端末搭載カメラ等に搭載可能なものである。

第１〜第６の各実施形態において、単焦点撮像レンズ１０は、第１レンズ（Ｌ１）と、第２レンズ（Ｌ２）と、第３レンズ（Ｌ３）との３枚のレンズにより構成されている。

例えば、単焦点撮像レンズを２枚以下のレンズで構成した場合、収差論から明らかなように、像面湾曲と軸上色収差とを同時に補正することは困難である。このため、たとえ非球面を多用したとしても高い光学性能を達成することは困難である。

単焦点撮像レンズを３枚以上のレンズで構成することによって初めて高い光学性能（結像性能）を実現することができる。すなわち、像面湾曲（歪曲収差）、軸上色収差等の各種収差が抑制された単焦点撮像レンズを実現することができる。

尚、より高い結像性能を実現する観点からは、単焦点撮像レンズをより多くのレンズ（例えば４枚以上のレンズ）で構成することが好ましい。しかしながら、単焦点撮像レンズを構成するレンズの枚数が増加すると、単焦点撮像レンズを構成するレンズの総厚、各レンズ間の間隙、単焦点撮像レンズを収納する鏡筒のスペースも増加する傾向にある。このため、レンズの枚数が増加すると、単焦点撮像レンズが大型化する傾向となる。従って、小型の単焦点撮像レンズを実現する観点からは、単焦点撮像レンズを構成するレンズの枚数を少なくすることが好ましい。

以上より、小型化、及び高い光学性能を同時に実現するためには、単焦点撮像レンズ１０を３枚のレンズで構成することが最も好ましい。詳細には、結像性能を左右するような比較的大きな光学的パワーを有する３枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ３）により単焦点撮像レンズ１０を構成することが好ましく、単焦点撮像レンズ１０は、結像性能をほとんど左右しないような比較的小さな光学的パワーを有するさらなる光学素子（例えば、レンズ、フィルター等）を含んでいてもよい。

第１〜第６の各実施形態において、絞り（ＳＴＰ）（例えば、開口絞り等）は第１レンズ（Ｌ１）よりも物体寄りに配置されている。このように、絞り（ＳＴＰ）をできるだけ物体寄りに配置することによって絞り（ＳＴＰ）の出射瞳を像面（撮像面）から遠ざけることができる。このため、撮像面への光線入射角を比較的小さくすることができる。従って、バックフォーカスを小さくすることができるので、小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。

また、絞り（ＳＴＰ）を第１レンズ（Ｌ１）よりも物体寄りに配置することにより、テレセントリック性が向上する。従って、撮像面の周辺部におけるシェーディングを軽減することができる。尚、絞り（ＳＴＰ）は第１のレンズ（Ｌ１）と別個に設けてもよい。また、図１〜図５に示すように、第１レンズ（Ｌ１）の物体側レンズ面の開口を絞り（ＳＴＰ）としてもよい。

第１のレンズ（Ｌ１）は、正の光学的パワーを有するレンズ（以下、「正レンズ」とすることがある。）である。絞り（ＳＴＰ）の直後に配置された第１レンズ（Ｌ１）を正レンズとすることで、バックフォーカスを短くすることができ、小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。よりバックフォーカス及び全長を短縮する観点から、第１レンズ（Ｌ１）が、第１〜第３レンズにおいて、主たる正の光学的パワーを有するものであることが好ましい。

具体的に、第１レンズ（Ｌ１）は、物体側に凸面を向けた正の光学的パワーを有するメニスカス形状のレンズ（メニスカスレンズ）であることが好ましい。この構成によれば、第１レンズ（Ｌ１）の主点位置が、より物体寄りとなる。従って、よりバックフォーカス及び全長が短く、小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。

尚、特に、第１レンズ（Ｌ１）が強い正の光学的パワーを有する場合は、第１レンズ（Ｌ１）は実質的にガラスからなるものであることが好ましい。樹脂は屈折率の温度依存性が高いため、例えば、第１レンズ（Ｌ１）を樹脂製とした場合、単焦点撮像レンズ１０を取り巻く環境の温度が変わると、強い正の光学的パワーを有する第１レンズ（Ｌ１）の屈折力が大きく変化してしまう。このため、単焦点撮像レンズ１０全系の像点位置が大きく変化することとなり、光学性能が低下してしまう。これに対して、ガラスは屈折率の温度依存性が比較的低い。従って、第１レンズ（Ｌ１）を実質的にガラスにより作製することによって、温度変化による単焦点撮像レンズ１０全系の像点位置の変化を抑制することができる。

さらに、ガラスは樹脂等と比較して硬質である。従って、第１レンズ（Ｌ１）を実質的にガラスにより作製することによって、露出して配置された第１レンズ（Ｌ１）の擦傷が抑制される。

第２レンズ（Ｌ２）及び／又は第３レンズ（Ｌ３）は、実質的にガラスからなるものであってもよく、また、実質的に樹脂からなるものであってもよい。実質的に樹脂からなる第２レンズ（Ｌ２）及び／又は第３レンズ（Ｌ３）を採用することにより、単焦点撮像レンズ１０の製造コストを低減することができる。

また、第１レンズ（Ｌ１）を物体側に凸面を向けた正の光学的パワーを有するメニスカスレンズとすると共に、第２レンズ（Ｌ２）を物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとすることが好ましい。このようにすることにより、レンズ面の配列が、物体側から順に、正の光学的パワーを有するレンズ面（ｒ２）、負の光学的パワーを有するレンズ面（ｒ３）（以上、第１レンズ（Ｌ１））、負の光学的パワーを有するレンズ面（ｒ４）、正の光学的パワーを有するレンズ面（ｒ５）（以上、第２レンズ（Ｌ２））となる。このため、負の屈折力が第１レンズ（Ｌ１）と第２レンズ（Ｌ２）とに分割されることとなる。従って、第１レンズ（Ｌ１）と第２レンズ（Ｌ２）との相対偏芯時の単焦点撮像レンズ１０の光学性能劣化が抑制される。

さらに、第３レンズ（Ｌ３）が物体側に凸面を向けたメニスカスであることが好ましい。この構成によれば、第３レンズ（Ｌ３）の外周部の厚みを過度に厚くすることなく、単焦点撮像レンズ１０のテレセントリック性を向上することができる。

以上のように、第１レンズ（Ｌ１）を物体側に凸面を向けた正の光学的パワーを有するメニスカスレンズ、第２レンズ（Ｌ２）を第２レンズ（Ｌ２）を物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとし、さらに、第３レンズ（Ｌ３）を物体側に凸面を向けたメニスカスとする構成を採用することにより、相対偏芯時の光学性能の劣化が少なく、且つテレセントリック性が高く、さらにバックフォーカス及び全長が短く小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。

尚、第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、及び第３レンズ（Ｌ３）に含まれるレンズ面のうち少なくともいずれか一つのレンズ面は非球面であることが好ましい。そうすることによって、球面収差等の各種収差を低減することができる。特に、第３レンズ（Ｌ３）の像面側のレンズ面（像側面）（ｒ７）は非球面であることが好ましい。第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）では光束が細くなるとともに周辺部の光線高が最も高くなる。このため、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）を非球面とすることで、球面収差やコマ収差を小さく保ったまま、主光線収差である歪曲収差を良好に補正することができる。すなわち、球面収差、コマ収差、及び主光線収差である歪曲収差のすべてが低減された単焦点撮像レンズ１０を実現することが可能となる。

さらには、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）は、少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状のレンズ面であることが好ましい。具体的には、光軸近傍の領域においては像面側に凹状に形成され、その一方で像面側レンズ面（ｒ７）の周辺領域においては、像面側に凸状に形成されており、且つ凹状に形成された光軸近傍の領域と、凸状に形成された周辺領域とは変曲点を介して連続的に接続されていることが好ましい。言い換えれば、像面側レンズ面（ｒ７）は、光軸近傍から像面側レンズ面（ｒ７）の外側に向かうにつれて一旦***し、さらに外側に向かうにつれて物体側に引けるような形状のレンズ面となっていることが好ましい。凸状に形成された周辺領域の曲率半径は、凹状に形成された光軸近傍の領域の曲率半径より大きく設定されていることが好ましい。この構成によれば、軸外光束の入射角を比較的小さくすることができ、シェーディング効果を低減できる。従って、より高い光学性能（結像性能）を実現することができる。

第１〜第６の実施の形態において、単焦点撮像レンズ１０は、下記条件式（１）又は条件式（２）を満たしている。但し、条件式（２）は、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）が非球面である場合に適用される条件式であって、光軸からの高さが最大像高以下の範囲で満たされておればよい。
０＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１）
但し、
ＢＦ：第３レンズ（Ｌ３）の像側面から撮像面までの光軸上の距離、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

上記条件式（１）は単焦点撮像レンズ１０の全長を短縮するための適切なバックフォーカスの範囲を規定している。この条件式（１）の下限を超えると、バックフォーカスは０以下となり、第３レンズの像側面（ｒ７）と撮像面が接触あるいは干渉してしまう。このため、撮像面に傷等の悪影響を与えるか、もしくは物理的に光学系が成立しない。それに対して、条件式（１）の上限を超えると、全系に対するバックフォーカスの占める割合が大きくなる。従って、単焦点撮像レンズ１０の全長の短縮が困難となる。

次の条件式を満たすことが好ましい。
０．０１＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１−ａ）
条件式（１−ａ）を満たすことにより、バックフォーカスの下限値が一層適切に確保される。このため、製造時の組み立て誤差の影響等を小さくしつつ単焦点撮像レンズ１０の全長を短縮することができる。

次の条件式を満たすことがさらに好ましい。
０．０１＜ＢＦ／ｆ＜０．２１ ・・・・・（１−ｂ）
尚、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）から撮像面までの間にローパスフィルタ等の平行平板形状の光学部材が配置されていてもよい。その場合、条件式（１）は、配置された光学部材を空気換算距離に換算した値で満たされていればよい。条件式（１−ａ）、（１−ｂ）、さらに下記各条件式において同様である。

下記条件式（２）は、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）上で最も撮像面寄りに位置する輪帯と撮像面との適切な距離を規定している。
０＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１８ ・・・・・（２）
但し、
ＢＦ：第３レンズ（Ｌ３）の像側面から撮像面までの光軸上の距離、
Ｚ_MAX：第３レンズ（Ｌ３）の像側面の最大変位、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

尚、条件式（２）が適用される場合において、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）は下記式（７）により規定される非球面形状を有している。

但し、上記式（７）において、光軸方向を像面側に向かう軸をＺ軸、光軸に対して垂直で離れる方向に延びるＨ軸とする円筒座標系とする。ＣＲ：近軸曲率半径、Ｋ：コーニック係数、Ａｎ：ｎ次非球面係数である。

また、本明細書において、「最大像高」とは、撮像素子の撮像面の対角の長さの半分をいう。具体的には、「最大像高」はｆｔａｎωの最大値で表される。但し、ｆ：全系の焦点距離、ω：半画角である。光軸からの高さが最大像高以下の範囲とは、非球面形状の式（７）において、Ｈが以下の式の範囲内にあることをいう。
０≦Ｈ≦Ｙ
ただし、Ｙ：最大像高である。

条件式（２）の下限を超えると、第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）と撮像面（ｒ８）とが干渉してしまい、物理的に光学系が成立しない。逆に上限を超えると、結果的に全系に対するバックフォーカスの占める割合が大きくなる。従って、単焦点撮像レンズ１０の全長の短縮が困難となる。

次の条件式（２−ａ）を満たすのがより好ましく、条件式（２−ｂ）を満たすのがさらに好ましい。条件式（２−ａ）を満たすことにより、バックフォーカスの下限値が一層適切に確保される。従って、製造時の組み立て誤差の影響を小さくしつつ単焦点撮像レンズの全長を短縮することができる。
０．０１＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１８ ・・・・・（２−ａ）
０．０１＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１５ ・・・・・（２−ｂ）
以下、各実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０が満足することが好ましい条件式について説明する。但し、以下に説明する全ての条件式を同時に満たす必要はない。個々の条件式をそれぞれ単独に満足すれば、その条件式に対応する作用・効果を得ることができる。もちろん、複数の条件式を満足する方が、光学性能，小型化，製造・組立等の観点からより好ましいことはいうまでもない。

下記、条件式（３）は第１レンズ（Ｌ１）の像側面と第２レンズ（Ｌ２）の物体側面におけるシェイプファクターを規定している。
−０．３＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜１．１ ・・・・・（３）
但し、
ｒ３：第１レンズ（Ｌ１）の像側面の光軸上の曲率半径、
ｒ４：第２レンズ（Ｌ２）の物体側面の光軸上の曲率半径、
である。

この条件式（３）の下限を超えると、第２レンズ（Ｌ２）の物体側面（ｒ４）の負の光学的パワーが小さくなる。このため、軸外の光線を十分上にはねあげることができず、テレセントリック性が悪化する傾向にある。また、第１レンズ（Ｌ１）の像側面（ｒ３）の曲率半径が小さくなり、且つ、それに伴って第１レンズ（Ｌ１）の正の光学的パワーを保つために物体側面（ｒ２）の曲率半径も小さくする必要性が生じる。このため、第１レンズ（Ｌ１）の加工が困難となる傾向にある。一方、条件式（１）の上限を超えると、第１レンズ（Ｌ１）の像側面（ｒ３）の正の光学的パワーが強くなる傾向にあるため、第１レンズ（Ｌ１）の主点位置が像面側に移動してしまう。従って、単焦点撮像レンズ１０の全長及びバックフォーカスの短縮が困難となる。

次の条件式（３−ａ）を満たすことがより好ましく、条件式（３−ｂ）を満たすことがさらに好ましい。
−０．１＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜０．９ ・・・・・（３−ａ）
−０．１＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜０．６ ・・・・・（３−ｂ）
下記条件式（４）は第１レンズ（Ｌ１）の光学的パワーを規定している。
０．５＜ｆ１／ｆ＜１．２ ・・・・・（４）
但し、
ｆ１：ｄ線における第１レンズ（Ｌ１）の焦点距離、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

この条件式（４）の下限を超えると、第１レンズ（Ｌ１）の光学的パワーが強くなり、球面収差及びコマ収差の補正が困難になる傾向にある。また、第１レンズ（Ｌ１）を構成する各レンズ面（ｒ２、ｒ３）の曲率半径が小さくなるため、第１レンズ（Ｌ１）の加工が困難となる。一方、条件式（４）の上限を超えると、第１レンズ（Ｌ１）の光学的パワーが弱くなり、単焦点撮像レンズ１０のバックフォーカスも長くなる傾向にある。従って、単焦点撮像レンズ１０の全長を短縮することが困難となる。

次の条件式（４−ａ）を満たすことがより好ましい。
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．０ ・・・・・（４−ａ）
下記条件式（５）は第３レンズ（Ｌ３）の光学的パワーを規定している。
−３＜ｆ／ｆ３＜２ ・・・・・（５）
但し、
ｆ３：ｄ線における第３レンズ（Ｌ３）の焦点距離、
ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

この条件式（５）の下限を超えると、第３レンズ（Ｌ３）の負の光学的パワーが過度に強くなるため、軸外光束の撮像面に対する入射角が大きくなり、テレセントリック性が悪化する傾向にある。一方、条件式（５）の上限を超えると、第３レンズ（Ｌ３）で発生する収差量が大きくなり補正が困難となる傾向にある。

次の条件式（５−ａ）を満たすことがより好ましい。
−２＜ｆ／ｆ３＜１ ・・・・・（５−ａ）
下記条件式（６）は第１レンズ（Ｌ１）のガラス材料のアッベ数を規定している。
５０＜νｌｄ＜８０ ・・・・・（６）
但し、
νｌｄ：第１レンズ（Ｌ１）のアッベ数、
である。

この条件式（６）の下限を超えると、軸上色収差及び倍率色収差が増大する傾向にある。一方、条件式（６）の上限を超えると、色収差をさらに低減させることが可能となるものの、第１レンズ（Ｌ１）のコストが上昇する傾向にあり、単焦点撮像レンズ１０の低コスト化が困難となる。また、上記条件式（６）を超えるような材料としては、実際上、屈折率が小さいものしかないため、第１レンズ（Ｌ１）のレンズ面の曲率を強くしなければならない。従って、第１レンズ（Ｌ１）の加工が困難となる。

以上、第１〜第６の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０について説明してきたが、単焦点撮像レンズ１０は、ピント調整のためのフォーカシングが可能な構成を有するものであってもよい。具体的には、単焦点撮像レンズ１０全体、又は第１〜第３レンズの一部が撮像面に対して光軸方向に変位可能に構成されていてもよい。

また、反射面、屈折面、回折面等の光学的パワーを有さない面を単焦点撮像レンズ１０の光路中に適切に配置することによって、光路を屈曲させてもよい。光路を適切に屈曲させることで、単焦点撮像レンズ１０を薄型化・コンパクト化することが可能となる。また、このような薄型・コンパクトな単焦点撮像レンズ１０を用いることによって、薄型・コンパクトな撮像装置を実現することが可能となる。

第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、及び第３レンズ（Ｌ３）のうち少なくともいずれかひとつが赤外光を遮光するレンズであることが好ましい。具体的には、例えば、いずれか一つのレンズの少なくとも一方のレンズ面を赤外光吸収材料によりコーティングするか、又はいずれか一つのレンズに赤外吸収材料を含有させることが好ましい。この構成によれば、撮像素子の撮像面へ入射する赤外光の強度を低減することができる。従って、撮像素子の感度を人の目の比視感強度近づけることが可能となり、より自然な色再現が可能となる。

尚、「赤外光」とは、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長の光をいう。また、赤外光を遮蔽するレンズとは、赤外光を反射及び／又は吸収するレンズをいう。

また、ゴーストやフレア等の原因となる有害光をカットするために、単焦点撮像レンズ１０の光路のいずれかの場所に、光路規制部材を配置しても良い。

また、単焦点撮像レンズ１０の光路のいずれかの場所、例えば第３レンズ（Ｌ３）の像側面（ｒ７）と撮像面（ｒ８）との間に、ローパスフィルタ等の平行平板形状の光学部材を配置してもよい。ＣＣＤ等の（固体）撮像素子は単焦点撮像レンズ１０が形成した被写体像を低開口率の２次元サンプリング画像として取り込むため、サンプリング周波数の２分の１以上の高周波は偽信号となる。ローパスフィルタ等の光学部材を配置することによりこのような像の高周波成分を予め除去することができる。

また、単焦点撮像レンズ１０をマイクロレンズが配設されたＣＣＤに対して使用する場合、撮像面の画面周辺部におけるシェーディングをＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減させてもよい。各像高での光線の入射角を考慮してＣＣＤのマイクロレンズを設計することにより、撮像面の周辺部におけるシェーディングを低減することができる。

また、第１〜第６の実施の形態では、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成されている例について説明した。しかしながら、本発明においては、単焦点撮像レンズ１０を構成する各レンズは屈折型レンズ以外の型のレンズであってもよい。例えば、各レンズは回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等であってもよい。これらの中でも、低コストである、屈折型レンズ、回折型レンズ、屈折・回折ハイブリッド型レンズ等が好ましい。

また、絞り（ＳＴＰ）のほかに不要光をカットするための光束規制板等を必要に応じて配置してもよい。

次に、上記実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０を備えた撮像装置の実施の形態について説明する。ここでは、単焦点撮像レンズ１０を搭載したデジタルスチルカメラと、携帯情報端末とを例に挙げて説明するが、本発明に係る撮像装置はこれらに限定されるものではない。

図７及び図８はデジタルスチルカメラ１の斜視図である。

デジタルスチルカメラ（以下、「ＤＳＣ」とする。）１は、カメラ本体１４と、単焦点撮像レンズ１０と、単焦点撮像レンズ１０により形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子（図示せず）と、ストロボ１１と、レリーズボタン１２と、表示モニタ１３とを備えている。

図９は携帯情報端末２の正面図である。図１０は携帯情報端末２の背面図である。

携帯情報端末２は、携帯電話本体２７と、スピーカ部２１と、マイク部２２と、入力ボタン２３と、表示モニタ２４と、アンテナ２５と、単焦点撮像レンズ１０と、単焦点撮像レンズ１０により形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子（図示せず）と、表示モニタ２６とを備えている。マイク部２２は操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部２１は通話相手の声を出力するためのものである。入力ボタン２３は操作者が情報を入力するのに用いられるものである。表示モニタ２４は操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するためのものである。アンテナ２５は通信電波の送信と受信を行なうためのものである。

撮像素子（図示せず）で受光された物体像は、携帯情報端末２に内蔵された図示しない処理手段に入力され、電子画像として表示モニタ２４に、または、通信相手の携帯情報端末等のモニタに、または、その両方に表示される。また、通信相手の携帯情報端末等に画像を送信する場合には、上記処理手段に含まれる信号処理機能により、撮像素子で受光された物体像の情報が送信可能な信号へ変換されるようになっている。

このように、上記実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０を搭載することにより、小型且つ高性能な撮像装置を実現することができる。

以下、本発明を実施した単焦点撮像レンズを、コンストラクションデータ、各種収差図等を挙げて更に具体的に説明する。ここで説明する数値実施例１〜６は、第１〜第６の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例である。第１〜第６の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図６）は、対応する実施例１〜６のレンズ構成をそれぞれ示している。

尚、ｒｉ（ｉ＝０，１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）である。ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔（ｍｍ）である。Ｎｉ（ｉ＝１，２，３，．．．），νｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の光学要素のｄ線に対する屈折率（Ｎｄ），アッベ数（νｄ）である。ＦはＦナンバー、ωは半画角（°）を示す。

非球面係数が記された面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面であることを示し、非球面の面形状を表す上記式（７）で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータとあわせて示す。

尚、以下の実施例１〜６では、半画角（ω）を約３０°としているが、各レンズの光学的パワー及びベンディング形状を適切に設計することにより、さらに広角化も可能である。

図１１〜図１６は、それぞれ実施例１〜実施例６に対応する収差図である。各図において、（ａ）のグラフはｄ線に対する球面収差（ＳＡ）、（ｂ）のグラフは非点収差（ＡＳＴ）、（ｃ）のグラフはｄ線に対する歪曲収差（ＤＩＳＴ）を示す。尚、非点収差図（ｂ）において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面におけるデータを示している。

−実施例１−

尚、表２に示すデータは、実施例１における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例２−

尚、表４に示すデータは、実施例２における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例３−

尚、表６に示すデータは、実施例３における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例４−

尚、表８に示すデータは、実施例４における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例５−

尚、表１０に示すデータは、実施例５における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例６−

尚、表１２に示すデータは、実施例６における各レンズ面の非球面係数である。

下記、表１３に各数値実施例の諸値及び条件式（１）〜（６）で規定したパラメーターに対応する値を示す。尚、表１３に示す諸値の単位は、ＢＦ（ｍｍ）、ｆ（ｍｍ）、Ｙ（ｍｍ）、Ｚ_MAX（ｍｍ）、ｒ３（ｍｍ）、ｒ４（ｍｍ）、ｆ１（ｍｍ）、ｆ３（ｍｍ）である。

この表１３から明らかなように各数値実施例は、いずれも各条件式（１）〜（６）を満たしている。

本発明に係る単焦点撮像レンズは、小型、且つ高い光学性能を有するため、携帯情報端末（携帯電話機、ＰＤＡ等）搭載カメラ、監視カメラ、ＰＣカメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に有用である。

第１の実施の形態（数値実施例１）の単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。 第２の実施の形態（数値実施例２）の単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。 第３の実施の形態（数値実施例３）の単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。 第４の実施の形態（数値実施例４）の単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。 第５の実施の形態（数値実施例５）の単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。 第６の実施の形態（数値実施例６）の単焦点撮像レンズ１０の概略構成図である。 デジタルスチルカメラ１を斜め前方から視た場合の概略斜視図である。 デジタルスチルカメラ１を斜め工法から視た場合の概略斜視図である。 携帯情報端末２の正面図である。 携帯情報端末２の背面図である。 数値実施例１の収差図である。 数値実施例２の収差図である。 数値実施例３の収差図である。 数値実施例４の収差図である。 数値実施例５の収差図である。 数値実施例６の収差図である。

符号の説明

ＳＴＰ ・・・ 絞り
１ ・・・ デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）
２ ・・・ 携帯情報端末
１０ ・・・ 単焦点撮像レンズ
１１ ・・・ ストロボ
１２ ・・・ レリーズボタン
１３、２４、２６ ・・・ 表示モニタ
１４ ・・・ カメラ本体
２１ ・・・ スピーカ部
２２ ・・・ マイク部
２３ ・・・ 入力ボタン
２５ ・・・ アンテナ
２７ ・・・ 携帯電話本体

Claims (11)

1. 撮像素子の撮像面上に光学像を形成するための単焦点撮像レンズであって、
   物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、以下の条件式（１）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１）
   但し、
   ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
   ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
2. 撮像素子の撮像面上に光学像を形成するための単焦点撮像レンズであって、
   物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、該第３レンズの像側面は、光軸からの高さが最大像高以下の範囲で、以下の条件式（２）を満たす非球面である単焦点撮像レンズ；
   ０＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１８ ・・・・・（２）
   但し、
   ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
   Ｚ_MAX：第３レンズの像側面の最大変位、
   ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
3. 請求項１又は２に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（３）を満たす単焦点撮像レンズ；
   −０．３＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜１．１ ・・・・・（３）
   但し、
   ｒ３：第１レンズの像側面の光軸上の曲率半径、
   ｒ４：第２レンズの物体側面の光軸上の曲率半径、
   である。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   上記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり、上記第２レンズは物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり、上記第３レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状である単焦点撮像レンズ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（４）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０．５＜ｆ１／ｆ＜１．２ ・・・・・（４）
   但し、
   ｆ１：ｄ線における第１レンズの焦点距離、
   ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（５）を満たす単焦点撮像レンズ；
   −３＜ｆ／ｆ３＜２ ・・・・・（５）
   但し、
   ｆ３：ｄ線における第３レンズの焦点距離、
   ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   上記第２レンズ及び上記第３レンズのうち少なくとも一方が実質的に樹脂からなる単焦点撮像レンズ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   上記第１レンズが実質的にガラスからなる単焦点撮像レンズ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（６）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ５０＜νｌｄ＜８０ ・・・・・（６）
   但し、
   νｌｄ：第１レンズのアッベ数、
   である。
10. 光学像を形成する単焦点撮像レンズと、該単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    上記単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、以下の条件式（１）を満たす撮像装置；
    ０＜ＢＦ／ｆ＜０．２３ ・・・・・（１）
    但し、
    ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
    ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
    である。
11. 光学像を形成する単焦点撮像レンズと、該単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    上記単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配置された、絞り、正の光学的パワーを有する第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズで構成され、該第３レンズの像側面は、光軸からの高さが最大像高以下の範囲で、以下の条件式（２）を満たす非球面である撮像装置；
    ０＜（ＢＦ−Ｚ_MAX）／ｆ＜０．１８ ・・・・・（２）
    但し、
    ＢＦ：第３レンズの像側面から撮像面までの光軸上の距離、
    Ｚ_MAX：第３レンズの像側面の最大変位、
    ｆ：ｄ線における全系焦点距離、
    である。

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