JP2008185811A - 撮影レンズおよびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 高画素に対応した小型で廉価な撮影レンズを提供する。
【解決手段】 被写体側から順に、第一レンズ(L1)、開口絞り(S1)、第二レンズ(L2)、第三レンズ(L3)の順に構成される撮影レンズに係る。
第一レンズ(L1)は、被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、被写体側を球面とするとともに、被写体とは反対側である像側を近軸から周辺に掛けて変曲点を持たない非球面とするメニスカスレンズである。 第二レンズ(L2)は、像側に凸面を向けた負のパワーを持ち、且つ両面を非球面とするメニスカスレンズである。 第三レンズ(L3)は、被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、且つ両面を非球面とするメニスカスレンズ
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いたデジタルカメラ、携帯電話搭載カメラ、車載用カメラ、監視用カメラ等に使用される小型で軽量な撮影レンズおよびそれを用いたカメラ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。
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。
一般的に、たとえば、特許文献1に記載されている技術では、高い光学性能を発揮させるために、多くのレンズ枚数を用いて収差補正を行っている。

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、電気的補正回路を設ける方法、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技術が採用されていた。

特開２００４−２１９９８２号公報

携帯電話に搭載されるデジタルカメラや薄型のデジタルカメラにおいては、コンパクト化が必須である一方、メガオーダーに高画素に対応することは困難だった。
本発明の課題は、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正が可能であり、且つ軽量コンパクト化を図った撮影レンズおよびそれを用いたカメラを提供することにある。

（請求項１）
請求項１記載の発明は、 被写体側から順に、第一レンズ(L1)、開口絞り(S1)、第二レンズ(L2)、第三レンズ(L3)の順に構成される撮影レンズに係る。
第一レンズ(L1)は、被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、被写体側を球面とするとともに、被写体とは反対側である像側を近軸から周辺に掛けて変曲点を持たない非球面とするメニスカスレンズである。 第二レンズ(L2)は、像側に凸面を向けた負のパワーを持ち、且つ両面を非球面とするメニスカスレンズである。 第三レンズ(L3)は、被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、且つ両面を非球面とするメニスカスレンズである。

（作用）
以上のような構成の撮影レンズによって、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正が可能であり、且つ軽量コンパクト化が実現できる。
また、第一レンズ(L1)において、被写体側を球面とすることで偏芯感度を緩和するとともに、量産工程における歩留まりを向上させることが容易となる。このため、コストダウンに寄与する。

（請求項２）
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の撮影レンズを限定したものである。
すなわち、第一レンズ(L1)の物体側面から結像面までの距離をΣｄ、合成焦点距離をｆ、第一レンズ(L1)の焦点距離をf1、第三レンズ(L3)の焦点距離をf3としたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする。
1.0＜Σｄ／f＜1.4 （条件１）
0.9＜Σｄ／f1＜1.4 （条件２）
３＜f3／ｆ （条件３）

（作用）
上記の条件１および条件２を上回ると、メガオーダーの高画素に対応しようとした場合にコンパクト化が困難である。
また、上記の条件１および条件２を上回ると、撮像レンズの諸性能が低下し、撮像レンズまたはそれを用いたカメラなどにおいて要求される高性能化に対応できない。
更に、上記の条件３を下回ると、偏芯感度がきつくなるため、第一レンズ(L1)および第二レンズ(L2)の生産性が落ち、量産工程における歩留まりが悪化してしまう。

（請求項３）
請求項３記載の発明は、第一レンズ(L1)と第二レンズ(L2)との距離をd2、第一レンズ(L1)の焦点距離をf1としたとき、
0.2＜d2／f1＜0.3
を満たすように形成したことを特徴とする。

上記の条件範囲から外れると、像面湾曲の収差などが原因となって適切なバランスが得られないからである。

（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮影レンズを限定したものである。
すなわち、第三レンズ(L3)は、撮像素子に対する主光線入射角度が最大25度以下となるように形成したことを特徴とする。

ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子には、各画素に取り込まれる光線角度に制約がある。そのため、第三レンズの像側面の両端が像面に凸面を向けた非球面レンズでなければならない。たとえば、画面周辺部に生じるシェーディングを防ぐ必要があるからである。
撮像素子に対する主光線入射角度が最大25度以下となるように形成すれば、第三レンズの外径寸法を抑えることができ、撮像レンズ全体をコンパクトにすることができる。

（請求項５）
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像レンズを限定したものである。 すなわち、画角が45度から75度の間であるように形成したことを特徴とする。

（作用）
画角が45度から75度の間であるように形成することで、撮像レンズ全体、ひいては当該撮像レンズを用いたカメラをコンパクトに形成することができる。

（請求項６）
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮影レンズを限定したものであり、
レンズ系の明るさを決めるFnoナンバーにおいては、
2.6＜Fno＜3.5
を満たすように形成したことを特徴とする。

Fnoナンバーが3.5を上回ると、撮像性能が安定するものの、撮像レンズの明るさが不足し、カメラとしての性能は低いとして扱われることとなる。その場合、カメラという商品としての価値は低く扱われてしまう。
Fnoナンバーが2.6を下回ると、撮像レンズの明るさとしては十分でありカメラとしての性能は高いが、撮像性能が不安定となる。また、製造コストも増大してしまう。

（請求項７）
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮影レンズを限定したものである。
すなわち、 第二レンズ(L2)のアッベ数をνd2としたとき、
25＜νd2＜60
を満たすようにプラスチックにて形成したことを特徴とする。

色収差の補正には、アッベ数25〜50のプラスチック材料を用いるのが合理的だからである。
また、所望されるレンズは極めて小さいので、その加工性を重視する必要があり、アッベ数50〜60のプラスチック材料を用いることが合理的だからである。

（請求項８）
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の撮影レンズを用いたことを特徴とするカメラに係る。
カメラとしては、デジタルカメラ、携帯電話搭載カメラ、車載用カメラ、監視用カメラなどである。

請求項１から請求項７によれば、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正が可能であり、且つ軽量コンパクトな撮影レンズを提供することができた。
請求項８によれば、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正が可能であり、且つ軽量コンパクトなカメラを提供することができた。

以下に、図１および図２を参照して、本発明を適用した３群３枚構成の撮影レンズに係る実施形態を説明する。

図１は、第一の実施形態に係る撮影レンズの断面を示している。
第一の実施形態は、撮影レンズの主要部を示したものであり、被写体側から結像面５に向かって、第一レンズＬ１、開口絞りＳ、第二レンズＬ２、第三レンズＬ３、カバーガラス４の順に構成される撮影レンズである。
第一レンズＬ１は、被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、被写体側を球面とするとともに被写体とは反対側である像側を非球面とするメニスカスレンズである。
第二レンズＬ２は像側に、凸面を向けた負のパワーを持ち、両面を非球面とするメニスカスレンズである。
第三レンズＬ３は、被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、且つ両面を非球面とするメニスカスレンズである。

第一レンズＬ１の物体側面から結像面までの距離をΣｄ、第一レンズＬ１の焦点距離をf1、合成焦点距離をｆとしたとき、以下の条件を満たす。
1.0＜Σｄ／f＜1.4 （条件１）
0.9＜Σｄ／f1＜1.4 （条件２）
３＜f3／ｆ （条件３）

以上のような構成の撮影レンズによって、メガオーダーの高画素に対応できるように収差補正が可能であり、且つ軽量コンパクト化が実現できる。
また、第一レンズＬ１において、被写体側を球面とすることで偏芯感度を緩和するとともに、量産工程における歩留まりを向上させることが容易となり、コストダウンにも寄与する。

第一レンズＬ１と第二レンズＬ２との距離をd2、前記第一レンズの焦点距離をf1としたとき、
0.2＜d2／f1＜0.3
を満たすように形成している。
条件範囲から外れると、像面湾曲の収差などが原因となって適切なバランスが得られないからである。

第三レンズＬ３は、撮像素子に対する主光線入射角度が最大25度以下となるように形成する。
ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子には、各画素に取り込まれる光線角度に制約がある。そのため、第三レンズＬ３の像側面の両端が像面に凸面を向けた非球面レンズとし、画面周辺部に生じるシェーディングを防ぐ必要がある。 撮像素子に対する主光線入射角度が最大25度以下となるように形成すれば、第三レンズＬ３の外径寸法を抑えることができ、撮像レンズ全体をコンパクトにすることができる。

画角は、45度から75度の間としている。撮像レンズ全体、ひいては当該撮像レンズを用いたカメラをコンパクトに形成できるからである。

実施例として採用したレンズは、以下のような構成である。
Fナンバーが２．８、ｆが３．７４mm、Σｄが４．４５である。
また、Σｄ／f＝1.190、Σｄ／f1=1.349、f3／f1=8.088、最大主光線入射角度=24.96度、とした。

また、この実施例の光学系データは、以下の通りである。

また、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示す。

レンズ面に採用する非球面形状は、以下のような式で表される。

本願発明は、デジタルカメラや携帯電話などの携帯情報機器の製造業、車載カメラなどの自動車産業、監視用カメラなどの製造業などにおいて、利用可能性がある。

第一の実施形態に係る撮影レンズの構成図である。 第一の実施形態に係る撮影レンズの構成図である。

符号の説明

Ｓ 開口絞り
Ｌ１ 第一レンズ
Ｌ２ 第二レンズ
Ｌ３ 第三レンズ
４ カバーガラス
５ 結像面

Claims (8)

1. 被写体側から第一レンズ、開口絞り、第二レンズ、第三レンズの順に構成され、
   前記第一レンズは被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、被写体側を球面とするとともに、被写体とは反対側である像側を近軸から周辺に掛けて変曲点を持たない非球面とするメニスカスレンズであり、
   前記第二レンズは像側に凸面を向けた負のパワーを持ち、両面を非球面とするメニスカスレンズであり、
   前記第三レンズは被写体側に凸面を向けた正のパワーを持ち、両面を非球面とするメニスカスレンズとしたことを特徴とする撮影レンズ。
2. 前記第一レンズの物体側面から結像面までの距離をΣｄ、合成焦点距離をｆ、前記第一レンズの焦点距離をf1、第三レンズの焦点距離をf3としたとき、
   1.0＜Σｄ／f＜1.4
   0.9＜Σｄ／f1＜1.4
   ３＜f3／ｆ
   を満たす撮像レンズであることを特徴とする請求項１に記載の撮影レンズ。
3. 前記第一レンズと前記第二レンズとの距離をd2、前記第一レンズの焦点距離をf1としたとき、
   0.2＜d2／f1＜0.3
   を満たすように形成したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の撮影レンズ。
4. 前記第三レンズは、撮像素子に対する主光線入射角度が最大25度以下となるように形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像レンズ。
5. 画角が45度から75度の間であるように形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像レンズ。
6. レンズ系の明るさを決めるFnoナンバーにおいては、
   2.6＜Fno＜3.5
   を満たすように形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮影レンズ。
7. 前記第二レンズのアッベ数をνd2としたとき、
   25＜νd2＜60
   を満たすようにプラスチックにて形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮影レンズ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の撮影レンズを用いたことを特徴とするカメラ。

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