JP3545654B2 - 撮像レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像レンズに係り、特に携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用した撮像装置（例えば、画像取込み用のＣＣＤカメラ）に用いられ、広い画角を確保するとともに、小型軽量化を図ることを可能とした３枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラ、例えば、ＣＣＤカメラの需要が著しく高まっている。このようなＣＣＤカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。そのため、このようなＣＣＤカメラに用いられる撮像レンズも、同様に、小型軽量であることが要求されている。
【０００３】
このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系や２枚のレンズを用いた２枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
しかしながら、これらのものは、レンズ系の小型軽量化には極めて有利であるものの、近年、撮像レンズに要求される高画質、高解像度化には適していないという問題がある。
【０００５】
そのため、従来から、３枚のレンズを用いた３枚構成のレンズ系を用い、これにより、高画質、高解像度化に対応することが行なわれている。
【０００６】
このような３枚構成のレンズ系は、銀塩写真カメラの分野においては長い歴史があり、種々の構成の光学系レンズが開発されてきている。
【０００７】
しかしながら、銀塩写真カメラにおけるレンズ系は、レンズの厚みと焦点距離、およびレンズの厚みとレンズ径の関係から、これをそのままの形状で縮小していくと、製造が極めて困難な形状となってしまうため、撮像素子用の撮像レンズとして適用することは不可能であった。
【０００８】
そのため、従来から、固体撮像素子専用の３枚構成の撮像レンズが開発されており、このような撮像レンズとして、例えば、物体側から負のパワーを持つレンズ、負のパワーを持つレンズ、正のパワーを持つレンズを順次配列したものがある。
【０００９】
しかし、このような構成の撮像レンズでは、色収差を中心とする各収差を適正に補正することができず、また、像面から射出瞳までの距離を長く確保することが困難であるという問題を有している。
【００１０】
このような問題点を解決する手段としては、光学系（レンズ群）よりも物体側に絞りを設けることが有効であり、このような撮像レンズとしては、例えば、特開平４−１５３６１２号公報、特開平５−１８８２８４号公報あるいは特開平９−２８８２３５号公報等に開示されているものがある。
【００１１】
これらの各公報に開示されている撮像レンズは、いずれも物体側から絞り、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを順次配列して構成されており、前記第１レンズをその第１面を凸面に形成してなる正のパワーを持つレンズとし、前記第２レンズをその第１面を凹面に形成してなる負のパワーを持つレンズとし、さらに、第３レンズを正のパワーを持つレンズとしたものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の撮像レンズにおいては、いずれも第１レンズをその第１面を凸面に形成しているので、撮像レンズの画角を大きく確保することができず、最大でも約５０゜の画角を確保するのが限度であるという問題を有している。
【００１３】
また、前記各公報に開示された撮像レンズは、いずれも屈折率が１．７程度の高屈折率や屈折率が１．８以上の超高屈折率を有する特殊なガラスを用いるものであるため、レンズ系の軽量化を図ることができず、しかも、製造コストも高くなってしまうという問題をも有している。さらに、前記各公報に開示された撮像レンズにおいて、軽量化、低コスト化を図るために安価なガラスやプラスチック等の樹脂を適用した場合には、各撮像レンズの有する所望の光学性能を確保することができないという問題がある。
【００１４】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、安価なガラスやプラスチックを使用しながらも、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、物体側から、絞りと、光軸近傍において像面側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない正のパワーを持つ第１レンズと、光軸近傍において物体側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない負のパワーを持つ第２レンズと、光軸近傍において像面側に凸面が形成された正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列してなり、少なくとも前記第２レンズの第１面を非球面形状に形成するとともに、
前記第２レンズは、
０．４５×ｒ 3 ≧ｒ 4
ただし、
ｒ 3 ：第２レンズの物体側の第１面の中心曲率半径
ｒ 4 ：第２レンズの像面側の第２面の中心曲率半径
の条件を満足することを特徴とするものである。
【００１６】
この請求項１に記載の発明によれば、第１レンズの像面側の第２面を凸面としており、第１レンズの物体側の第１面が第２面と異符号でないことから、第１レンズの第１面は、凹面あるいは平面とされ、これにより、広い画角を確保することができる。
さらに、前記式は所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができるための条件であり、式において、
ｒ 4 の値を０．４５×ｒ 3 以下とすることにより、倍率色収差等の各収差を良好に補正することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１レンズは、
ｒ１ ≦１．５×ｒ２
ただし、
ｒ１ ：第１レンズの物体側の第１面の中心曲率半径
ｒ２ ：第１レンズの像面側の第２面の中心曲率半径
の条件を満足することを特徴とするものである。
【００１８】
この請求項２に記載の発明によれば、この式は所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、かつ、容易に製造することができるための条件であり、式において、ｒ１ の値を１．５×ｒ２ 以下とすることにより、広い画角を確保しつつ各収差特に歪曲収差を許容できるレベルに抑えることができ、さらに、ｒ１ の値を１．７×ｒ２ 以下とすることにより、より各収差の発生を抑えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図１５を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る撮像レンズの基本構造を示したもので、本実施形態の撮像レンズは、光軸近傍において像面側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない正のパワーを持つ第１レンズ１と、光軸近傍において物体側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない負のパワーを持つ第２レンズ２と、光軸近傍において像面側に凸面が形成された正のパワーを持つ第３レンズ３とからなり、これら各第１レンズ１、第２レンズ２および第３レンズ３のうち、少なくとも前記第２レンズ２の物体側に位置する第１面が非球面形状に形成されている。
【００２３】
さらに、前記第１レンズ１の物体側には、絞り４が配設されており、第３レンズ３の第２面側には、カバーガラス５および撮像素子としてのＣＣＤが実装されている。なお、符号６は、ＣＣＤの撮像面を示している。
【００２４】
ここで、カバーガラス５は、撮像面の保護等に用いられるものであるが、本発明においては必ずしも必要とされるものではなく、撮像レンズの用途に応じて配置する、しないを適宜選択すればよいものである。また、カバーガラス５に代えて、あるいはカバーガラス５に加えてローパスフィルタ等を配置してもよいものである。
【００２５】
前記第１レンズ１および第２レンズ２は、次の条件を満たすようになっている。
（１）ｒ１ ≦１．５×ｒ２ 、好ましくは、ｒ１ ≦１．７×ｒ２
（２）０．４５×ｒ３ ≧ｒ４ 、好ましくは、０．４５×ｒ３ ≧ｒ４ ≧０．２ｆｌただし、ｒ１ は第１レンズ１の物体側の第１面の中心曲率半径、ｒ２ は第１レンズ１の像面側の第２面の中心曲率半径、ｒ３ は第２レンズ２の物体側の第１面の中心曲率半径、ｒ４ は第２レンズ２の像面側の第２面の中心曲率半径、ｆｌは光学系全体の焦点距離である。
【００２６】
本実施形態において、式（１）および式（２）は、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができるための条件である。
【００２７】
本実施形態においては、第１レンズ１の像面側の第２面を凸面としており、第１レンズ１の物体側の第１面が第２面と異符号でないことから、第１レンズ１の第１面は、凹面あるいは平面とされ、これにより、前記式（１）を満足することになるとともに、画角を大きく確保することができる。そして、式（１）において、ｒ１ の値を１．５×ｒ２ 以下とすることにより、各収差特に歪曲収差を許容できるレベルに抑えることができる。さらに、ｒ１ の値を１．７×ｒ２ 以下とすることにより、より各収差の発生を抑えることができる。
【００２８】
また、式（２）において、ｒ４ の値を０．４５×ｒ３ 以下とすることにより、倍率色収差等の各収差を良好に補正することができる。さらに、ｒ４ の値が０．２ｆｌより小さくなると、第２レンズ２の第２面の曲率半径が小さくなりすぎて、製造が困難となる。
【００２９】
なお、第３レンズ３の像面側の第２面は、凸面とされているが、第３レンズ３の物体側の第１面は、凸面、凹面あるいは平面等いずれの形状であってもよい。
【００３０】
また、本実施形態においては、各レンズ１，２，３は、プラスチック等の樹脂により形成されるものであるが、前記第３レンズ３については、通常のガラス材料により形成するようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施形態においては、前記各レンズ１，２，３および絞り４の位置は、次の条件を満たすようになっている。
（３）ｆｌ≧Ｄｉ ≧０．１×ｆｌ
（４）Ｄｓ ≦０．６×ｆｌ
（５）Ｄ０ ≦０．１×ｆｌ
ただし、ｆｌは光学系全体の焦点距離、Ｄｉ は第ｉレンズの中心厚、Ｄｓ は前側焦点位置から絞り４までの距離、Ｄ０ は絞り４から第１レンズ１の第１面までの距離である。
【００３２】
本実施形態において、式（３）、式（４）および式（５）は、像面から射出瞳までの距離を確保しながら、光学系全体の小型化を図ることができるとともに、容易に製造することができるための条件である。
【００３３】
式（３）において、Ｄｉ の値がｆｌより大きくなると、レンズを樹脂の射出成形により形成した場合に、樹脂の収縮が大きくなり、レンズを所望の形状に加工することが困難となり、製造コストも高くなる。また、Ｄｉ の値が０．１×ｆｌより小さいと、製造が極めて困難となり、やはり製造コストが高くなる。
【００３４】
また、一般に、射出瞳の位置は、絞り４より像面側に位置するレンズの前側焦点位置と絞り４の位置との関係により決定されるものである。本発明の光学系においては、レンズ部全体が絞りより像面側に存在するため、レンズ部全体の前側焦点位置と絞りとの位置関係により射出瞳の位置が決定されることになる。固体撮像素子用の光学系としては、像面から射出瞳位置までの距離を長く確保することが望ましいが、式（４）において、Ｄｓ が０．６×ｆｌより大きくなると、像面から射出瞳位置までの距離が短くなりすぎ、固体撮像素子用の光学系としては適さないものとなる。
【００３５】
さらに、式（５）において、Ｄ０ の値が０．１×ｆｌより大きくなると、絞り４から第３レンズ３までの距離が長くなるため、第３レンズ３の有効径が大きくなってしまい、光学系全体が大型化してしまう。また、第２レンズ２の像面側の第２面の形状が製造困難となるだけでなく、軸外の各収差を補正することが困難となる。
【００３６】
本実施形態においては、前記各式の条件を満たすことにより、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、しかも、像面から射出瞳までの距離を確保しながら、光学系全体の小型化を図ることができ、容易に製造することができる。
【００３７】
なお、本実施形態における光学系は、像面の対角長を１０ｍｍ以下、対角画角を５０゜以上とした広角光学系に極めて好適である。
【００３８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図２から図１５を参照して説明する。
【００３９】
ここで、本実施例において、ｆｌ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、ｆ１２は第１レンズ１と第２レンズ２との合成焦点距離、ＦはＦナンバー、２ωは対角画角、ｒはレンズ等の曲率半径、ｄはレンズ厚または空気間隔、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００４０】
また、レンズの非球面の形状は、光軸方向にＺ軸、光軸と垂直方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄを非球面係数としたとき次式で表している。
【００４１】
【数式１】
【００４２】
＜実施例１＞
図２は本発明の第１実施例を示したもので、この第１実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第１実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００４３】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．４３３となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００４４】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．３５５となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４５】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．８０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．４６００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００４６】
また、ＤＳ ＝０．５６０となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００４７】
さらに、Ｄ０ ＝０．１２となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００４８】
この第１実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図３に示す。
【００４９】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例２＞
図４は本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第２実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００５０】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．５８４となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００５１】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．０２０となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００５２】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．６０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．３５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００５３】
また、ＤＳ ＝１．４１７となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００５４】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００５５】
この第２実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図５に示す。
【００５６】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例３＞
図６は本発明の第３実施例を示したもので、この第３実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第３実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００５７】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝３．２５０となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００５８】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．０６１となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００５９】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．４６９６ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．９６６０ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．４６００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００６０】
また、ＤＳ ＝１．３４２となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００６１】
さらに、Ｄ０ ＝０．１２となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００６２】
この第３実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図７に示す。
【００６３】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例４＞
図８は本発明の第４実施例を示したもので、この第４実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第４実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００６４】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝１．７６１となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００６５】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．３６４となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００６６】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．５５００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．１５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００６７】
また、ＤＳ ＝１．６６６となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００６８】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００６９】
この第４実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図９に示す。
【００７０】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例５＞
図１０は本発明の第５実施例を示したもので、この第５実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第５実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００７１】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．２３０となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００７２】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．４４１となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００７３】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．５５００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．１５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００７４】
また、ＤＳ ＝１．８８１となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００７５】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００７６】
この第５実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図１１に示す。
【００７７】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例６＞
図１２は本発明の第６実施例を示したもので、この第６実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第６実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００７８】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．６２３となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００７９】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．３４８となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００８０】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．８０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．４６００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００８１】
また、ＤＳ ＝２．２７４となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００８２】
さらに、Ｄ０ ＝０．２３となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００８３】
この第６実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図１３に示す。
【００８４】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例７＞
図１４は本発明の第７実施例を示したもので、この第７実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズであり、本実施形態においては、第３レンズ３のみをガラスにより形成するようにしたものである。この第７実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００８５】
このような条件の下で、
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．５８４となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００８６】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．０２０となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００８７】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．６０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．３５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００８８】
また、ＤＳ ＝１．４０７となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００８９】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００９０】
この第７実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図１５に示す。
【００９１】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
【００９２】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００９３】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、第１レンズの像面側の第２面を凸面としており、第１レンズの物体側の第１面が第２面と異符号でないようにしているので、第１レンズの第１面は、凹面あるいは平面とされ、これにより、画角を大きく確保することができる。さらに、請求項１に記載の式を満足することにより、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができる等の効果を奏する。
【００９４】
また、請求項２に記載の発明は、式を満足することにより、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】本発明の撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】図２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図４】本発明の撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図５】図４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図６】本発明の撮像レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図７】図６の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図８】本発明の撮像レンズの第４実施例を示す概略構成図
【図９】図８の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図１０】本発明の撮像レンズの第５実施例を示す概略構成図
【図１１】図１０の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図１２】本発明の撮像レンズの第６実施例を示す概略構成図
【図１３】図１２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図１４】本発明の撮像レンズの第７実施例を示す概略構成図
【図１５】図１４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【符号の説明】
１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 絞り
５ カバーガラス
６ ＣＣＤ基板
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像レンズに係り、特に携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用した撮像装置（例えば、画像取込み用のＣＣＤカメラ）に用いられ、広い画角を確保するとともに、小型軽量化を図ることを可能とした３枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラ、例えば、ＣＣＤカメラの需要が著しく高まっている。このようなＣＣＤカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。そのため、このようなＣＣＤカメラに用いられる撮像レンズも、同様に、小型軽量であることが要求されている。
【０００３】
このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系や２枚のレンズを用いた２枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
しかしながら、これらのものは、レンズ系の小型軽量化には極めて有利であるものの、近年、撮像レンズに要求される高画質、高解像度化には適していないという問題がある。
【０００５】
そのため、従来から、３枚のレンズを用いた３枚構成のレンズ系を用い、これにより、高画質、高解像度化に対応することが行なわれている。
【０００６】
このような３枚構成のレンズ系は、銀塩写真カメラの分野においては長い歴史があり、種々の構成の光学系レンズが開発されてきている。
【０００７】
しかしながら、銀塩写真カメラにおけるレンズ系は、レンズの厚みと焦点距離、およびレンズの厚みとレンズ径の関係から、これをそのままの形状で縮小していくと、製造が極めて困難な形状となってしまうため、撮像素子用の撮像レンズとして適用することは不可能であった。
【０００８】
そのため、従来から、固体撮像素子専用の３枚構成の撮像レンズが開発されており、このような撮像レンズとして、例えば、物体側から負のパワーを持つレンズ、負のパワーを持つレンズ、正のパワーを持つレンズを順次配列したものがある。
【０００９】
しかし、このような構成の撮像レンズでは、色収差を中心とする各収差を適正に補正することができず、また、像面から射出瞳までの距離を長く確保することが困難であるという問題を有している。
【００１０】
このような問題点を解決する手段としては、光学系（レンズ群）よりも物体側に絞りを設けることが有効であり、このような撮像レンズとしては、例えば、特開平４−１５３６１２号公報、特開平５−１８８２８４号公報あるいは特開平９−２８８２３５号公報等に開示されているものがある。
【００１１】
これらの各公報に開示されている撮像レンズは、いずれも物体側から絞り、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを順次配列して構成されており、前記第１レンズをその第１面を凸面に形成してなる正のパワーを持つレンズとし、前記第２レンズをその第１面を凹面に形成してなる負のパワーを持つレンズとし、さらに、第３レンズを正のパワーを持つレンズとしたものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の撮像レンズにおいては、いずれも第１レンズをその第１面を凸面に形成しているので、撮像レンズの画角を大きく確保することができず、最大でも約５０゜の画角を確保するのが限度であるという問題を有している。
【００１３】
また、前記各公報に開示された撮像レンズは、いずれも屈折率が１．７程度の高屈折率や屈折率が１．８以上の超高屈折率を有する特殊なガラスを用いるものであるため、レンズ系の軽量化を図ることができず、しかも、製造コストも高くなってしまうという問題をも有している。さらに、前記各公報に開示された撮像レンズにおいて、軽量化、低コスト化を図るために安価なガラスやプラスチック等の樹脂を適用した場合には、各撮像レンズの有する所望の光学性能を確保することができないという問題がある。
【００１４】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、安価なガラスやプラスチックを使用しながらも、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、物体側から、絞りと、光軸近傍において像面側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない正のパワーを持つ第１レンズと、光軸近傍において物体側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない負のパワーを持つ第２レンズと、光軸近傍において像面側に凸面が形成された正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列してなり、少なくとも前記第２レンズの第１面を非球面形状に形成するとともに、
前記第２レンズは、
０．４５×ｒ 3 ≧ｒ 4
ただし、
ｒ 3 ：第２レンズの物体側の第１面の中心曲率半径
ｒ 4 ：第２レンズの像面側の第２面の中心曲率半径
の条件を満足することを特徴とするものである。
【００１６】
この請求項１に記載の発明によれば、第１レンズの像面側の第２面を凸面としており、第１レンズの物体側の第１面が第２面と異符号でないことから、第１レンズの第１面は、凹面あるいは平面とされ、これにより、広い画角を確保することができる。
さらに、前記式は所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができるための条件であり、式において、
ｒ 4 の値を０．４５×ｒ 3 以下とすることにより、倍率色収差等の各収差を良好に補正することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１レンズは、
ｒ１ ≦１．５×ｒ２
ただし、
ｒ１ ：第１レンズの物体側の第１面の中心曲率半径
ｒ２ ：第１レンズの像面側の第２面の中心曲率半径
の条件を満足することを特徴とするものである。
【００１８】
この請求項２に記載の発明によれば、この式は所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、かつ、容易に製造することができるための条件であり、式において、ｒ１ の値を１．５×ｒ２ 以下とすることにより、広い画角を確保しつつ各収差特に歪曲収差を許容できるレベルに抑えることができ、さらに、ｒ１ の値を１．７×ｒ２ 以下とすることにより、より各収差の発生を抑えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図１５を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る撮像レンズの基本構造を示したもので、本実施形態の撮像レンズは、光軸近傍において像面側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない正のパワーを持つ第１レンズ１と、光軸近傍において物体側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない負のパワーを持つ第２レンズ２と、光軸近傍において像面側に凸面が形成された正のパワーを持つ第３レンズ３とからなり、これら各第１レンズ１、第２レンズ２および第３レンズ３のうち、少なくとも前記第２レンズ２の物体側に位置する第１面が非球面形状に形成されている。
【００２３】
さらに、前記第１レンズ１の物体側には、絞り４が配設されており、第３レンズ３の第２面側には、カバーガラス５および撮像素子としてのＣＣＤが実装されている。なお、符号６は、ＣＣＤの撮像面を示している。
【００２４】
ここで、カバーガラス５は、撮像面の保護等に用いられるものであるが、本発明においては必ずしも必要とされるものではなく、撮像レンズの用途に応じて配置する、しないを適宜選択すればよいものである。また、カバーガラス５に代えて、あるいはカバーガラス５に加えてローパスフィルタ等を配置してもよいものである。
【００２５】
前記第１レンズ１および第２レンズ２は、次の条件を満たすようになっている。
（１）ｒ１ ≦１．５×ｒ２ 、好ましくは、ｒ１ ≦１．７×ｒ２
（２）０．４５×ｒ３ ≧ｒ４ 、好ましくは、０．４５×ｒ３ ≧ｒ４ ≧０．２ｆｌただし、ｒ１ は第１レンズ１の物体側の第１面の中心曲率半径、ｒ２ は第１レンズ１の像面側の第２面の中心曲率半径、ｒ３ は第２レンズ２の物体側の第１面の中心曲率半径、ｒ４ は第２レンズ２の像面側の第２面の中心曲率半径、ｆｌは光学系全体の焦点距離である。
【００２６】
本実施形態において、式（１）および式（２）は、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができるための条件である。
【００２７】
本実施形態においては、第１レンズ１の像面側の第２面を凸面としており、第１レンズ１の物体側の第１面が第２面と異符号でないことから、第１レンズ１の第１面は、凹面あるいは平面とされ、これにより、前記式（１）を満足することになるとともに、画角を大きく確保することができる。そして、式（１）において、ｒ１ の値を１．５×ｒ２ 以下とすることにより、各収差特に歪曲収差を許容できるレベルに抑えることができる。さらに、ｒ１ の値を１．７×ｒ２ 以下とすることにより、より各収差の発生を抑えることができる。
【００２８】
また、式（２）において、ｒ４ の値を０．４５×ｒ３ 以下とすることにより、倍率色収差等の各収差を良好に補正することができる。さらに、ｒ４ の値が０．２ｆｌより小さくなると、第２レンズ２の第２面の曲率半径が小さくなりすぎて、製造が困難となる。
【００２９】
なお、第３レンズ３の像面側の第２面は、凸面とされているが、第３レンズ３の物体側の第１面は、凸面、凹面あるいは平面等いずれの形状であってもよい。
【００３０】
また、本実施形態においては、各レンズ１，２，３は、プラスチック等の樹脂により形成されるものであるが、前記第３レンズ３については、通常のガラス材料により形成するようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施形態においては、前記各レンズ１，２，３および絞り４の位置は、次の条件を満たすようになっている。
（３）ｆｌ≧Ｄｉ ≧０．１×ｆｌ
（４）Ｄｓ ≦０．６×ｆｌ
（５）Ｄ０ ≦０．１×ｆｌ
ただし、ｆｌは光学系全体の焦点距離、Ｄｉ は第ｉレンズの中心厚、Ｄｓ は前側焦点位置から絞り４までの距離、Ｄ０ は絞り４から第１レンズ１の第１面までの距離である。
【００３２】
本実施形態において、式（３）、式（４）および式（５）は、像面から射出瞳までの距離を確保しながら、光学系全体の小型化を図ることができるとともに、容易に製造することができるための条件である。
【００３３】
式（３）において、Ｄｉ の値がｆｌより大きくなると、レンズを樹脂の射出成形により形成した場合に、樹脂の収縮が大きくなり、レンズを所望の形状に加工することが困難となり、製造コストも高くなる。また、Ｄｉ の値が０．１×ｆｌより小さいと、製造が極めて困難となり、やはり製造コストが高くなる。
【００３４】
また、一般に、射出瞳の位置は、絞り４より像面側に位置するレンズの前側焦点位置と絞り４の位置との関係により決定されるものである。本発明の光学系においては、レンズ部全体が絞りより像面側に存在するため、レンズ部全体の前側焦点位置と絞りとの位置関係により射出瞳の位置が決定されることになる。固体撮像素子用の光学系としては、像面から射出瞳位置までの距離を長く確保することが望ましいが、式（４）において、Ｄｓ が０．６×ｆｌより大きくなると、像面から射出瞳位置までの距離が短くなりすぎ、固体撮像素子用の光学系としては適さないものとなる。
【００３５】
さらに、式（５）において、Ｄ０ の値が０．１×ｆｌより大きくなると、絞り４から第３レンズ３までの距離が長くなるため、第３レンズ３の有効径が大きくなってしまい、光学系全体が大型化してしまう。また、第２レンズ２の像面側の第２面の形状が製造困難となるだけでなく、軸外の各収差を補正することが困難となる。
【００３６】
本実施形態においては、前記各式の条件を満たすことにより、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、しかも、像面から射出瞳までの距離を確保しながら、光学系全体の小型化を図ることができ、容易に製造することができる。
【００３７】
なお、本実施形態における光学系は、像面の対角長を１０ｍｍ以下、対角画角を５０゜以上とした広角光学系に極めて好適である。
【００３８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図２から図１５を参照して説明する。
【００３９】
ここで、本実施例において、ｆｌ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、ｆ１２は第１レンズ１と第２レンズ２との合成焦点距離、ＦはＦナンバー、２ωは対角画角、ｒはレンズ等の曲率半径、ｄはレンズ厚または空気間隔、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００４０】
また、レンズの非球面の形状は、光軸方向にＺ軸、光軸と垂直方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄを非球面係数としたとき次式で表している。
【００４１】
【数式１】
＜実施例１＞
図２は本発明の第１実施例を示したもので、この第１実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第１実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００４３】
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．４３３となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００４４】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．３５５となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４５】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．８０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．４６００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００４６】
また、ＤＳ ＝０．５６０となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００４７】
さらに、Ｄ０ ＝０．１２となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００４８】
この第１実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図３に示す。
【００４９】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例２＞
図４は本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第２実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００５０】
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．５８４となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００５１】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．０２０となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００５２】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．６０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．３５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００５３】
また、ＤＳ ＝１．４１７となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００５４】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００５５】
この第２実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図５に示す。
【００５６】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例３＞
図６は本発明の第３実施例を示したもので、この第３実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第３実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００５７】
ｒ１ ／ｒ２ ＝３．２５０となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００５８】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．０６１となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００５９】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．４６９６ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．９６６０ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．４６００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００６０】
また、ＤＳ ＝１．３４２となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００６１】
さらに、Ｄ０ ＝０．１２となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００６２】
この第３実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図７に示す。
【００６３】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例４＞
図８は本発明の第４実施例を示したもので、この第４実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第４実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００６４】
ｒ１ ／ｒ２ ＝１．７６１となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００６５】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．３６４となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００６６】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．５５００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．１５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００６７】
また、ＤＳ ＝１．６６６となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００６８】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００６９】
この第４実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図９に示す。
【００７０】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例５＞
図１０は本発明の第５実施例を示したもので、この第５実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第５実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００７１】
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．２３０となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００７２】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．４４１となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００７３】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．５５００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．１５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００７４】
また、ＤＳ ＝１．８８１となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００７５】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００７６】
この第５実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図１１に示す。
【００７７】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例６＞
図１２は本発明の第６実施例を示したもので、この第６実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズである。この第６実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００７８】
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．６２３となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００７９】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．３４８となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００８０】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．８０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．４６００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００８１】
また、ＤＳ ＝２．２７４となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００８２】
さらに、Ｄ０ ＝０．２３となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００８３】
この第６実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図１３に示す。
【００８４】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例７＞
図１４は本発明の第７実施例を示したもので、この第７実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズであり、本実施形態においては、第３レンズ３のみをガラスにより形成するようにしたものである。この第７実施例の撮像レンズは、以下の条件に設定されている。
【００８５】
ｒ１ ／ｒ２ ＝２．５８４となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００８６】
また、ｒ４ ／ｒ３ ＝０．０２０となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００８７】
さらに、第１レンズ１の厚さＤ１ は１．００００ｍｍ、第２レンズ２の厚さＤ２ は０．６０００ｍｍ、第３レンズ３の厚さＤ３ は１．３５００ｍｍであり、いずれも前記（３）式を満足するものであった。
【００８８】
また、ＤＳ ＝１．４０７となり、前記（４）式を満足するものであった。
【００８９】
さらに、Ｄ０ ＝０．１５となり、前記（５）式を満足するものであった。
【００９０】
この第７実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図１５に示す。
【００９１】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
【００９２】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００９３】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、第１レンズの像面側の第２面を凸面としており、第１レンズの物体側の第１面が第２面と異符号でないようにしているので、第１レンズの第１面は、凹面あるいは平面とされ、これにより、画角を大きく確保することができる。さらに、請求項１に記載の式を満足することにより、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができる等の効果を奏する。
【００９４】
また、請求項２に記載の発明は、式を満足することにより、所望の光学性能を維持するとともに、広い画角を確保しながら、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】本発明の撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】図２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図４】本発明の撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図５】図４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図６】本発明の撮像レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図７】図６の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図８】本発明の撮像レンズの第４実施例を示す概略構成図
【図９】図８の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図１０】本発明の撮像レンズの第５実施例を示す概略構成図
【図１１】図１０の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図１２】本発明の撮像レンズの第６実施例を示す概略構成図
【図１３】図１２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図１４】本発明の撮像レンズの第７実施例を示す概略構成図
【図１５】図１４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【符号の説明】
１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 絞り
５ カバーガラス
６ ＣＣＤ基板
Claims (2)
- 物体側から、絞りと、光軸近傍において像面側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない正のパワーを持つ第１レンズと、光軸近傍において物体側に凸面が形成され中心曲率半径が異符号でない負のパワーを持つ第２レンズと、光軸近傍において像面側に凸面が形成された正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列してなり、少なくとも前記第２レンズの第１面を非球面形状に形成するとともに、
前記第２レンズは、
０．４５×ｒ 3 ≧ｒ 4
ただし、
ｒ 3 ：第２レンズの物体側の第１面の中心曲率半径
ｒ 4 ：第２レンズの像面側の第２面の中心曲率半径
の条件を満足する
ことを特徴とする撮像レンズ。 - 前記第１レンズは、
ｒ1 ≦１．５×ｒ2
ただし、
ｒ1 ：第１レンズの物体側の第１面の中心曲率半径
ｒ2 ：第１レンズの像面側の第２面の中心曲率半径
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
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