JP2010060835A - 撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 コンパクト化(小型化、薄型化)、低コスト化を図ることができ、かつ、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる4枚構成の撮像レンズを提供する。
【解決手段】 物体側から像面側に向かって順に配置された、正のパワーを有する第1レンズ1と、負のパワーを有し、像面側のレンズ面が凹面であるメニスカスレンズからなる第2レンズ2と、正のパワーを有し、像面側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第3レンズ3と、負のパワーを有し、両方のレンズ面が非球面形状で、像面側のレンズ面が光軸近傍で凹面である第4レンズ4とを備えた撮像レンズ6である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、撮像装置を搭載した例えば携帯電話機などの小型のモバイル製品に好適な撮像レンズ、及び、当該撮像レンズを用いた撮像装置に関する。
近年、例えば携帯電話機などの小型のモバイル製品にも撮像装置(カメラモジュール)を搭載したものが普及し、かかる小型のモバイル製品を用いて簡易に写真撮影を行うことが一般的になってきている。そして、かかる小型のモバイル製品に搭載される小型の撮像装置用の撮像レンズとしては、メガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる4枚構成のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に配置された、正のパワーを有し、物体側のレンズ面が凸面である第1レンズと、正のパワーを有する第2レンズと、負のパワーを有し、物体側のレンズ面が凹面であるメニスカスレンズからなる第3レンズと、正又は負のパワーを有し、物体側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第4レンズとを備えている(物体側から順に正、正、負、正又は負のパワー配置)。
特開2004−102234号公報
しかし、特許文献1に記載の撮像レンズにおいては、第1レンズの材料としてガラスが使用され、第2及び第3レンズの材料としてプラスチックが使用されているため、第2及び第3レンズのパワーを十分に強くすることができず、近年求められているレベルでの光学全長の短縮化(小型化、薄型化)を図ることは困難である。
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、最適なパワー配置により、コンパクト化(小型化、薄型化)、低コスト化を図ることができ、かつ、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる4枚構成の撮像レンズ、及び、当該撮像レンズを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る撮像レンズの構成は、物体側から像面側に向かって順に配置された、正のパワーを有する第1レンズと、負のパワーを有し、像面側のレンズ面が凹面であるメニスカスレンズからなる第2レンズと、正のパワーを有し、像面側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第3レンズと、負のパワーを有し、両方のレンズ面が非球面形状で、像面側のレンズ面が光軸近傍で凹面である第4レンズとを備えたことを特徴とする。
前記本発明の撮像レンズの構成によれば、前記第2及び第3レンズとして、向かい合うレンズ面が凹面である一対のメニスカスレンズを用いていることにより、前記第2及び第3レンズに入射する光線の角度を小さくして、光線収差を小さくすることができる。また、前記第4レンズの両方のレンズ面を非球面形状としたことにより、歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができる。
以上のことから、前記本発明の撮像レンズの構成によれば、諸収差が良好に補正され、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる高性能な4枚構成の撮像レンズを提供することができる。また、このように、前記本発明の撮像レンズの構成によれば、レンズ材料の如何に関わらず、メガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることができるので、レンズ材料としてプラスチックを用いることにより、低コスト化を図ることもできる。
前記本発明の撮像レンズの構成においては、前記第1レンズが両凸レンズであるのが好ましい。この好ましい例によれば、正のパワーをそれぞれのレンズ面に分散させることができるので、収差が発生しにくく、小型化しやすい撮像レンズを提供することができる。
また、前記本発明の撮像レンズの構成においては、光学系全体の焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第2レンズの焦点距離をf2、前記第3レンズの焦点距離をf3、光学系の全長をTLとしたとき、下記条件式(1)〜(4)を満足するのが好ましい。
0.7<f1/f<1.0 ・・・(1)
1.0<|f2/f|<1.4 ・・・(2)
0.5<f3/f<1.5 ・・・(3)
1.0<TL/f<1.3 ・・・(4)
上記条件式(1)は、光学系全体に対する前記第1レンズのパワーバランスに関する条件式である。f1/fが0.7以下又は1.0以上になると、光学全長を小さく保ったまま、コマ収差、球面収差及び非点収差を良好に補正することが困難になってしまう。
上記条件式(2)は、光学系全体に対する前記第2レンズのパワーバランスに関する条件式である。|f2/f|が1.0以下又は1.4以上になると、光学全長を小さく保ったまま、コマ収差、球面収差及び非点収差を良好に補正することが困難になってしまう。
上記条件式(3)は、光学系全体に対する前記第3レンズのパワーバランスに関する条件式である。f3/fが0.5以下又は1.5以上になると、光学全長を小さく保ったまま、コマ収差、球面収差及び非点収差を良好に補正することが困難になってしまう。
上記条件式(4)は、光学全長と収差とをバランスさせるための条件式である。
また、前記本発明の撮像レンズの構成においては、前記第1レンズのアッベ数をν1としたとき、前記第1レンズが下記条件式(5)を満足するガラスレンズからなるのが好ましい。
ν1>60 ・・・(5)
このように、パワーの大きい第1レンズとして上記条件式(5)を満足するガラスレンズを用いることにより、収差を良好に補正することができると共に、温度変化による性能劣化や焦点移動を小さく抑えることができる。
また、前記本発明の撮像レンズの構成においては、前記第1レンズがガラス球面レンズであり、前記第2〜第4レンズがプラスチックレンズであるのが好ましい。
また、前記本発明の撮像レンズの構成においては、前記第1〜第4レンズは、いずれもプラスチックレンズであるのが好ましい。
これらの好ましい例によれば、非球面形状の付与を含むレンズの成形が容易になる(生産性向上)と共に、材料コスト、ひいては製造コストの面でも有利となる。尚、上記のように前記第1レンズとしてガラス球面レンズを用いる場合であっても、前記第2〜第4レンズをプラスチックレンズとすることにより、低コスト化を図ることは可能である。
また、本発明に係る撮像装置の構成は、被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に前記被写体の像を結像させる撮像レンズとを備えた撮像装置であって、前記撮像レンズとして前記本発明の撮像レンズを用いたことを特徴とする。
前記本発明の撮像装置の構成によれば、撮像レンズとして前記本発明の撮像レンズを用いていることにより、コンパクトで高性能な撮像装置、ひいては当該撮像装置が搭載されるコンパクトで高性能な携帯電話機などのモバイル製品を提供することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、コンパクト化(小型化、薄型化)、低コスト化を図ることができ、かつ、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる4枚構成の撮像レンズ、及び、当該撮像レンズを用いた撮像装置を提供することができる。
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態における撮像レンズの構成を示す配置図である。
図1に示すように、本実施の形態の撮像レンズ6は、物体側(図1では左側)から像面側(図1では右側)に向かって順に配置された、正のパワーを有する第1レンズ1と、負のパワーを有し、像面側のレンズ面が凹面であるメニスカスレンズからなる第2レンズ2と、正のパワーを有し、像面側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第3レンズ3と、負のパワーを有し、両方のレンズ面が非球面形状で、像面側のレンズ面が光軸近傍で凹面である第4レンズ4とを備えている。ここで、パワーは、焦点距離の逆数で定義される量である。撮像レンズ6は、撮像素子(例えば、CCD)の撮像面Sに対して光学像を形成する(被写体の像を結像させる)撮像用の単焦点レンズであり、撮像素子は、被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する。そして、撮像素子と、撮像レンズ6とを用いて撮像装置が構成される。
レンズ面の非球面形状は、下記(数1)で与えられる(後述する第2の実施の形態についても同様である)。
Figure 2010060835
但し、上記(数1)中、Yは光軸からの高さ、Xは光軸からの高さがYの非球面形状の非球面頂点の接平面からの距離、R0は非球面頂点の曲率半径、κは円錐常数、A4、A6、A8、A10、・・・はそれぞれ4次、6次、8次、10次、・・・の非球面係数を表わしている。
本実施の形態の撮像レンズ6の構成によれば、第2及び第3レンズ2、3として、向かい合うレンズ面が凹面である一対のメニスカスレンズを用いていることにより、第2及び第3レンズ2、3に入射する光線の角度を小さくして、光線収差を小さくすることができる。また、第4レンズ4の両方のレンズ面を非球面形状としたことにより、歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができる。
そして、以上のことから、本実施の形態の撮像レンズ6の構成によれば、諸収差が良好に補正され、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる高性能な4枚構成の撮像レンズを提供することができる。また、このように、本実施の形態の撮像レンズ6の構成によれば、レンズ材料の如何に関わらず、メガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることができるので、レンズ材料としてプラスチックを用いることにより、低コスト化を図ることもできる。
第4レンズ4と撮像素子の撮像面Sとの間には、透明な平行平板5が配置されている。ここで、平行平板5は、光学ローパスフィルタとIRカットフィルタと撮像素子のフェースプレート(カバーガラス)に等価な平板である。
第1レンズ1の物体側のレンズ面から平行平板5の像面側の面に至る各面(以下「光学面」ともいう)を、物体側から順に、「第1面」、「第2面」、「第3面」、「第4面」、・・・、「第8面」、「第9面」、「第10面」と呼ぶこととする(後述する第2の実施の形態についても同様である)。
また、本実施の形態の撮像レンズ7において、第1レンズ1は両凸レンズであるのが望ましい。このように、第1レンズ1として両凸レンズを用いれば、正のパワーをそれぞれのレンズ面に分散させることができるので、収差が発生しにくく、小型化しやすい撮像レンズを提供することができる。
また、本実施の形態の撮像レンズ6は、下記条件式(1)〜(4)を満足するのが望ましい。
0.7<f1/f<1.0 ・・・(1)
1.0<|f2/f|<1.4 ・・・(2)
0.5<f3/f<1.5 ・・・(3)
1.0<TL/f<1.3 ・・・(4)
ここで、fは光学系全体の焦点距離、f1は第1レンズ1の焦点距離、f2は第2レンズ2の焦点距離、f3は第3レンズ3の焦点距離である。また、TLは光学系の全長(光学全長)であり、第1レンズ1の物体側のレンズ面から撮像素子の撮像面Sまでの光軸に沿った距離である。
上記条件式(1)は、光学系全体に対する第1レンズ1のパワーバランスに関する条件式である。f1/fが0.7以下又は1.0以上になると、光学全長を小さく保ったまま、コマ収差、球面収差及び非点収差を良好に補正することが困難になってしまう。
上記条件式(2)は、光学系全体に対する第2レンズ2のパワーバランスに関する条件式である。|f2/f|が1.0以下又は1.4以上になると、光学全長を小さく保ったまま、コマ収差、球面収差及び非点収差を良好に補正することが困難になってしまう。
上記条件式(3)は、光学系全体に対する第3レンズ3のパワーバランスに関する条件式である。f3/fが0.5以下又は1.5以上になると、光学全長を小さく保ったまま、コマ収差、球面収差及び非点収差を良好に補正することが困難になってしまう。
上記条件式(4)は、光学全長と収差とをバランスさせるための条件式である。
すなわち、以上の望ましい構成によれば、コンパクト化(小型化、薄型化)を図ることができ、かつ、諸収差が良好に補正され、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる高性能な4枚構成の撮像レンズを提供することができる。そして、本実施の形態の撮像レンズ6を用いた撮像装置の構成によれば、コンパクトで高性能な撮像装置、ひいては当該撮像装置が搭載されるコンパクトで高性能な携帯電話機などのモバイル製品を提供することが可能となる。
また、本実施の形態の撮像レンズ6においては、第1レンズ1が下記条件式(5)を満足するガラスレンズからなるのが望ましい。
ν1>60 ・・・(5)
ここで、ν1は第1レンズ1のアッベ数である。
このように、パワーの大きい第1レンズ1として上記条件式(5)を満足するガラスレンズを用いることにより、収差を良好に補正することができると共に、温度変化による性能劣化や焦点移動を小さく抑えることができる。
ガラスレンズの材料としては、例えば、硼珪酸ガラス等の、既存の材料を使用することができる。
本実施の形態の撮像レンズ6においては、第1レンズ1がガラス球面レンズであり、第2〜第4レンズ2〜4がプラスチックレンズであるのが望ましい。
また、本実施の形態の撮像レンズ6においては、第1〜第4レンズ1〜4は、いずれもプラスチックレンズであるのが望ましい。
これらの構成を採用すれば、非球面形状の付与を含むレンズの成形が容易になる(生産性向上)と共に、材料コスト、ひいては製造コストの面でも有利となる。尚、上記のように第1レンズ1としてガラス球面レンズを用いる場合であっても、第2〜第4レンズ2〜4をプラスチックレンズとすることにより、低コスト化を図ることは可能である。
プラスチックレンズの材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、環状オレフィンポリマー、スチレン系樹脂、ポリスチレン樹脂(PS)、低吸湿アクリル等の、既存の材料を使用することができる。
(実施例1)
以下、具体的実施例を挙げて、本実施の形態における撮像レンズをさらに詳細に説明する。
下記(表1)に、本実施例における撮像レンズの具体的数値例を示す。
Figure 2010060835
上記(表1)において、r(mm)は光学面の曲率半径、d(mm)は第1〜第4レンズ1〜4並びに平行平板5の軸上での肉厚又は面間隔、nは第1〜第4レンズ1〜4並びに平行平板5のd線(587.5600nm)に対する屈折率、νは第1〜第4レンズ1〜4並びに平行平板5のd線に対するアッベ数を示している(下記の実施例2についても同様である)。尚、図1に示す撮像レンズ6は、上記(表1)のデータに基づいて構成されたものである。
また、下記(表2A)、(表2B)に、本実施例における撮像レンズの非球面係数(円錐常数を含む)を示す。下記(表2A)、(表2B)中、「E+00」、「E−02」等は、それぞれ「10+00 」、「10-02 」等を表わすものとする(下記の実施例2についても同様である)。
Figure 2010060835
Figure 2010060835
尚、上記(表1)、(表2A)、(表2B)において、*印を付した面(第3面〜第8面)は、その面が非球面形状であることを示している。このように、本実施例の撮像レンズ6においては、第2〜第4レンズ2〜4のすべてのレンズ面が非球面形状となっている。しかし、必ずしもかかる構成に限定されるものではなく、少なくとも、第4レンズ4の両方のレンズ面が非球面形状であればよい。
また、下記(表3)に、本実施例における撮像レンズ6の、Fナンバー(F値)Fno、光学系全体の焦点距離f(mm)、空気換算光学全長TL(mm)、最大像高Y’、及び、各条件式(1)〜(5)の値を示す。
Figure 2010060835
図2に、本実施例における撮像レンズの収差図を示す。図2において、(a)は球面収差の図であり、実線はg線(435.8300nm)、長い破線はC線(656.2700nm)、短い破線はF線(486.1300nm)、二点鎖線はd線(587.5600nm)、一点鎖線はe線(546.0700nm)に対する値を示している。(b)は非点収差の図であり、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲を示している。(c)は歪曲収差の図である。尚、軸上色収差の図は、図2(a)の球面収差の図と同じである。
図2に示す収差図から明らかなように、本実施例の撮像レンズ6は、諸収差が良好に補正され、メガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応可能であることが分かる。そして、このことに加え、上記(表4)の結果を考慮すれば、コンパクト化(小型化、薄型化)を図ることができ、かつ、諸収差が良好に補正され、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる高性能な4枚構成の撮像レンズが得られていることが分かる。
[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態における撮像レンズの構成を示す配置図である。
図3に示すように、本実施の形態の撮像レンズ12は、物体側(図3では左側)から像面側(図3では右側)に向かって順に配置された、正のパワーを有する第1レンズ7と、負のパワーを有し、像面側のレンズ面が凹面であるメニスカスレンズからなる第2レンズ8と、正のパワーを有し、像面側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第3レンズ9と、負のパワーを有し、両方のレンズ面が非球面形状で、像面側のレンズ面が光軸近傍で凹面である第4レンズ10とを備えている。
第4レンズ10と撮像素子の撮像面Sとの間には、上記第1の実施の形態の平行平板5と同様の透明な平行平板11が配置されている。
本実施の形態の撮像レンズ12においても、第1レンズ7は両凸レンズであるのが望ましい。
また、本実施の形態の撮像レンズ12も、上記条件式(1)〜(4)を満足するのが望ましい。
また、本実施の形態の撮像レンズ12においても、第1レンズ7が上記条件式(5)を満足するガラスレンズからなるのが望ましい。
また、本実施の形態の撮像レンズ12においても、第1レンズ7がガラス球面レンズであり、第2〜第4レンズ8〜10がプラスチックレンズであるのが望ましい。
また、本実施の形態の撮像レンズ12においても、第1〜第4レンズ7〜10は、いずれもプラスチックレンズであるのが望ましい。
そして、本実施の形態の撮像レンズ12の構成によっても、上記第1の実施の形態の撮像レンズ6の構成による作用効果と同様の作用効果が得られる。
(実施例2)
以下、具体的実施例を挙げて、本実施の形態における撮像レンズをさらに詳細に説明する。
下記(表4)に、本実施例における撮像レンズの具体的数値例を示す。尚、図3に示す撮像レンズ12は、下記(表4)のデータに基づいて構成されたものである。
Figure 2010060835
また、下記(表5A)、(表5B)に、本実施例における撮像レンズの非球面係数(円錐常数を含む)を示す。
Figure 2010060835
Figure 2010060835
尚、上記(表4)、(表5A)、(表5B)において、*印を付した面(第3面〜第8面)は、その面が非球面形状であることを示している。このように、本実施例の撮像レンズ12においては、第2〜第4レンズ8〜10のすべてのレンズ面が非球面形状となっている。しかし、必ずしもかかる構成に限定されるものではなく、少なくとも、第4レンズ10の両方のレンズ面が非球面形状であればよい。
また、下記(表6)に、本実施例における撮像レンズ12の、Fナンバー(F値)Fno、光学系全体の焦点距離f(mm)、空気換算光学全長TL(mm)、最大像高Y’、及び、各条件式(1)〜(5)の値を示す。
Figure 2010060835
図4に、本実施例における撮像レンズの収差図を示す。図4において、(a)は球面収差の図であり、実線はg線、短い破線はF線、一点鎖線はe線、二点鎖線はd線、長い破線はC線に対する値を示している。(b)は非点収差の図であり、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲を示している。(c)は歪曲収差の図である。尚、軸上色収差の図は、図4(a)の球面収差の図と同じである。
図4に示す収差図から明らかなように、本実施例の撮像レンズ12は、諸収差が良好に補正され、メガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応可能であることが分かる。そして、このことに加え、上記(表6)の結果を考慮すれば、コンパクト化(小型化、薄型化)を図ることができ、かつ、諸収差が良好に補正され、携帯電話機などの小型のモバイル製品に搭載されるメガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることのできる高性能な4枚構成の撮像レンズが得られていることが分かる。
本発明の撮像レンズは、コンパクト化(小型化、薄型化)、低コスト化を図ることができ、かつ、メガピクセル以上の高画素な撮像素子に対応させることができるので、高画素化が望まれる撮像素子を内蔵した携帯電話機などの小型のモバイル製品の分野において特に有用である。
本発明の第1の実施の形態における撮像レンズの構成を示す配置図 本発明の実施例1における撮像レンズの収差図((a)は球面収差の図(軸上色収差の図)、(b)は非点収差の図、(c)は歪曲収差の図) 本発明の第2の実施の形態における撮像レンズの構成を示す配置図 本発明の実施例2における撮像レンズの収差図((a)は球面収差の図(軸上色収差の図)、(b)は非点収差の図、(c)は歪曲収差の図)
符号の説明
1、7 第1レンズ
2、8 第2レンズ
3、9 第3レンズ
4、10 第4レンズ
5、11 平行平板
6、12 撮像レンズ
S 撮像面

Claims (7)

  1. 物体側から像面側に向かって順に配置された、正のパワーを有する第1レンズと、負のパワーを有し、像面側のレンズ面が凹面であるメニスカスレンズからなる第2レンズと、正のパワーを有し、像面側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第3レンズと、負のパワーを有し、両方のレンズ面が非球面形状で、像面側のレンズ面が光軸近傍で凹面である第4レンズとを備えた撮像レンズ。
  2. 前記第1レンズが両凸レンズである、請求項1に記載の撮像レンズ。
  3. 光学系全体の焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第2レンズの焦点距離をf2、前記第3レンズの焦点距離をf3、光学系の全長をTLとしたとき、下記条件式(1)〜(4)を満足する、請求項1又は2に記載の撮像レンズ。
    0.7<f1/f<1.0 ・・・(1)
    1.0<|f2/f|<1.4 ・・・(2)
    0.5<f3/f<1.5 ・・・(3)
    1.0<TL/f<1.3 ・・・(4)
  4. 前記第1レンズのアッベ数をν1としたとき、前記第1レンズが下記条件式(5)を満足するガラスレンズからなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
    ν1>60 ・・・(5)
  5. 前記第1レンズがガラス球面レンズであり、前記第2〜第4レンズがプラスチックレンズである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
  6. 前記第1〜第4レンズは、いずれもプラスチックレンズである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
  7. 被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に前記被写体の像を結像させる撮像レンズとを備えた撮像装置であって、
    前記撮像レンズとして請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像レンズを用いたことを特徴とする撮像装置。
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