JP4256442B1 - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、良好な光学特性を有する３枚のレンズで構成される撮像レンズの提供。
【解決手段】物体から順に、絞りＳ１、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズＬ１、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズＬ２、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第３レンズＬ３を配置し、第１レンズの焦点距離をｆ１、第２レンズの焦点距離をｆ２、第１レンズの中心厚みをｄ１、第２レンズの中心厚みをｄ３とする時、以下の条件式（１）〜（３）を満足する撮像レンズ。 −４．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．１ （１） ４．０＜ｆ１／ｄ１＜７．０ （２） −８０．０＜ｆ２／ｄ３＜−２０．０ （３）
【選択図】図１

Description

本発明は撮像レンズに関する。特に、高画素用ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの固体撮像素子を使用した小型撮像装置、光センサー、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラなどに好適な、小型で良好な光学特性を有する３枚のレンズで構成される撮像レンズに関する。

近年、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。これら撮像素子の小型化、高性能化に伴い、撮像装置に使用される撮像レンズにも小型化や良好な光学特性が求められる。

撮像レンズの小型化及び軽量化に関し、従来から１枚構成のレンズ系や２枚構成のレンズ系の撮像レンズが提案されている。しかしながら、これらのレンズ系は、小型化及び軽量化には有利であるが、撮像レンズに要求される高画質、高解像度等の高性能化に関しては不十分である。

そのため、３枚のレンズ構成により、高画質、高解像度に対応する撮像レンズの技術開発が進められ、種々構成の撮像レンズ系が提案されている。例えば、物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズを配置した撮像レンズが開示されている。

特許文献１には、物体から順に、開口絞り、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第３レンズで構成され、特定条件を満たす撮像レンズが提案されている。この撮像レンズでは、第１レンズのパワーが強く、小型化が図られている。しかし、第１レンズのパワーと第２及び第３レンズのパワーとの調整が難しく、色収差その他の収差の補正が不十分となることがある。

特許文献２には、物体から順に、開口絞り、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズで構成され、特定条件を満たす撮像レンズが提案されている。この撮像レンズでは、第１レンズのパワーに比べ、第２レンズのパワーが低く抑えられているため、第１レンズで発生した中心部の収差の補正を第２レンズで行うことが難しくなることがあり、光学特性の面で不十分となることがある。

特許３８１６０９５号公報 特開２００７−１０７７３号公報

本発明は、従来の課題を解決する為に成されたものであり、小型で、かつ諸収差が好適に補正された良好な光学特性を有する３枚のレンズで構成される撮像レンズの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、撮像レンズを構成する第１レンズと第２レンズのパワー配分及び第１レンズ、第２レンズのそれぞれの焦点距離と中心厚みの関係を特定範囲とすることにより、目的とする撮像レンズが得られることを見出し、本発明に到達した。なお、本発明でのパワーは焦点距離の逆数で表される量である。

請求項１の発明の撮像レンズは、物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、像側面へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第３レンズを配置し、以下の条件式（１）〜（４）を満足する撮像レンズである。
−４．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．１ （１）
５．３３≦ｆ１／ｄ１＜７．０ （２）
−８０．０＜ｆ２／ｄ３＜−２０．０ （３）
０．０１＜ｆ２／ｆ３＜１．５０ （４）
但し、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
ｄ１：第１レンズの中心厚み
ｄ３：第２レンズの中心厚み
である。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明の撮像レンズにおいて、以下の条件式（５）を満足する撮像レンズである。
−１０．０＜ｆ２／ｆ＜−２．０ （５）
但し、
ｆ：撮像レンズ系全体の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
である。

請求項１の発明の撮像レンズは、従来技術の課題が改善され、小型で、良好な光学特性を有する。本発明で得られる撮像レンズは、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラ、パソコン、デジタルカメラ、自動車や各種産業機器の光センサー、モニターなどに使用され、これらの機器の小型化、高性能化に寄与する。

請求項２の発明の撮像レンズは、より容易に小型化や良好な光学特性を達成できる。

本発明にかかる撮像レンズＬＡの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態にかかる撮像レンズＬＡの構成図を図１に示す。この撮像レンズＬＡは、物体（図示せず）側から像面に向かって、絞りＳ１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズＬ１、像面側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズＬ２、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第３レンズＬ３が配置された３枚構成のレンズ系である。第3レンズL3と像面の間に、ガラス平板GFが配置される。このガラス平板GFとしては、カバーガラス、又は、IRカットフィルタ、又は、ローパスフィルタなどの機能を有するものを使用することができる。

絞りＳ１を第１レンズＬ１よりも物体側へ挿入することにより、入射瞳位置を像面から遠い位置に設定することができる。これにより、高いテレセントリック性を確保することが容易となり、像面に対する入射角を好適にすることができる。

第1レンズL1は物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーのレンズであり、第2レンズL2は像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーのレンズであり、第3レンズは物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーのレンズである。本発明の撮像レンズは小型化を図るため、第１レンズＬ１の正パワーを強く設定する必要があるが、これにより第１レンズＬ１で発生する収差のうち、中心部の収差は、主に、負パワーの第２レンズＬ２で補正し、周辺部の収差は、主に、負パワーの第３レンズＬ３で補正している。これら３枚のレンズの表面は、諸収差をより好適に補正するため、1面以上を非球面形状とすることが好ましく、2面とも非球面形状とすることはより好ましい。

第１レンズＬ１の正パワーを強くすると、主点が物体側となるため、撮像レンズＬＡの小型化は容易となる。しかし、第１レンズＬ１の正パワーが過度に強くなると、第１レンズＬ１の正パワーと第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の負パワーとの調整が困難となることがある。そのため、第１レンズＬ１は、物体側へ凸面を向け、一方の面に収斂作用、他方の面に発散作用を有するメニスカス形状として、過度のパワーになることを防止している。

本発明の撮像レンズＬＡは、第１レンズＬ１で生ずる中心部の収差は、主に第２レンズＬ２で補正し、周辺部の収差は、主に第３レンズＬ３で補正している。そのため、中心部の収差を好適に補正するため、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワー配分及び第１レンズ、第２レンズＬ２の形状は重要となる。また、周辺部の収差を好適に補正するため、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の負パワーの配分が重要となる。

第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワーのバランスは、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１と第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２の比が条件式（１）を満足することが好ましい。ｆ１／ｆ２の値が条件式（１）の下限を下回ると、中心部の収差の補正が難しくなることがあり、一方、上限を上回ると、小型化が難しくなることがある。
−４．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．１ （１）

また、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２が過度のパワーとなることを抑えるため、共に、メニスカス形状であることが好ましい。さらに、第１レンズＬ１は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１と中心厚さｄ１との比が条件式（２）を満足する。第１レンズＬ１は、条件式（２）を満足することにより、第１レンズＬ１の収差が過度になることを抑え、中心厚さｄ１が厚くなることを防いでいる。ｆ１／ｄ１の値が条件式（２）の下限を下回ると、中心部の収差の補正が難しくなることがあり、一方、上限を上回ると、小型化が難しくなることがある。
５．３３≦ｆ１／ｄ１＜７．０ （２）

第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１の正のパワーを制御し、かつ、第３レンズＬ３のパワー負荷を少なくさせるように設計される。第２レンズＬ２は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２と中心厚さｄ３との比が条件式（３）を満足する。ｆ２／ｄ３の値が条件式（３）の下限を下回ると、小型化が難しくなることがあり、一方、上限を上回ると、中心部の収差の補正が難しくなることがある。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２が、条件式（１）〜（３）を満足することにより、撮像レンズＬＡの小型化が図れ、中心部の収差の補正を好適に行うことが可能となる。
−８０．０＜ｆ２／ｄ３＜−２０．０ （３）

さらに、第２レンズＬ２は第１レンズＬ１より高屈折率の材料で形成されるとともに、撮像レンズＬＡ中でのパワー配分は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２と撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆとの比が条件式（５）、より好ましくは、条件式（５−ａ）を満足する。ｆ２／ｆの値が、条件式（５）の範囲外となる場合、第２レンズＬ２と第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３とのパワーバランスが難しくなることがある。
−１０．０＜ｆ２／ｆ＜−２．０ （５）
−８．０＜ｆ２／ｆ＜−２．０ （５−ａ）

第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は共に負パワーである。第２レンズＬ２で主に中心部の収差の補正を行い、第３レンズＬ３で主に周辺部の収差の補正を行えるように、負パワーの配分の好適化を図っている。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とのパワー配分は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２と第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３との比が条件式（４）を満足する。ｆ２／ｆ３の値が、条件式（４）の範囲を満足することにより、第２レンズＬ２で中心部の収差の補正を行い、また、第３レンズＬ３で周辺部の収差の補正を行うことが容易となる。
０．０１＜ｆ２／ｆ３＜１．５０ （４）

本発明の撮像レンズＬＡを構成する第１〜第３の３枚のレンズは、ガラスあるいは樹脂材料で形成可能である。レンズ材料としてガラスを使用する場合、ガラス転移温度が、４００℃以下のガラス材料を使用することが好ましい。これにより、金型の耐久性を向上させることが可能となる。

樹脂材料は複雑な面形状のレンズを効率よく製造することが可能であり、生産性の面から、ガラス材料より好ましい材料である。本発明の撮像レンズＬＡを構成する３枚のレンズは樹脂材料で形成されることが好ましい。レンズ材料として樹脂材料が使用される場合、ＡＳＴＭ Ｄ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．４５〜１．６０の範囲にありかつ、波長４５０〜６００ｎｍの範囲での光線透過率が８０％以上、より好ましくは８５％以上の樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。

樹脂材料の具体例としては、シクロ環や、その他の環状構造を有する非結晶性のポレオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂などが挙げられる。これらの中ではシクロオレフィン系を含有するポレオレフィンや環状オレフィンを含有するポリオレフィン、ポリカーボネート系樹脂などが好ましく使用される。樹脂材料でのレンズ製造は、射出成形法、圧縮成形法、注型成形法、トランスファー成形法などの公知の成形加工法を利用して製造される。

なお、樹脂材料は温度変化により屈折率や寸法が変動することは良く知られている。これらの変動を抑えるため、平均粒子径１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下のシリカ、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化アルミなどの微粒子が分散混合された前記の透明性を有する樹脂材料をレンズ材料として使用することができる。

レンズが樹脂材料で製造される場合、撮像レンズＬＡを構成する３枚のレンズは、それぞれレンズ外周部にコバを設けることができる。コバ形状は、レンズの性能を損なわなければ、特に制約は無い。レンズの成形加工性の面から、コバの厚さはレンズ外周部の厚さの７０〜１３０％の範囲にあることが好ましい。レンズ外周部にコバを設けた場合、コバ部に光が入射すると、ゴーストやフレアの原因となることがある。その場合は、必要に応じて、レンズ間に入射光を制限する遮光マスクを設ければよい。

本発明の撮像レンズＬＡは、撮像モジュールなどに利用される前に、撮像レンズＬＡを構成する３枚のレンズは、それぞれの物体側、像面側のレンズ表面に反射防止膜、ＩＲカット膜、表面硬化など公知の表面処理を施しても良い。撮像レンズＬＡを使用した撮像モジュールは、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラ、パソコン、デジタルカメラ、自動車や各種産業機器の光センサー、モニターなどに使用される。

以下、本発明の撮像レンズＬＡの具体的実施例について説明する。各実施例に記載されている記号は以下のことを示す。なお、距離の単位はｍｍである。
ｆ ：撮像レンズＬＡ全体の焦点距離
ｆ１ ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズＬ２の焦点距離
ｆ３ ：第３レンズＬ３の焦点距離
Ｆｎｏ ：Ｆナンバー
Ｓ１ ：絞り
Ｒ ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
Ｒ１ ：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２ ：第１レンズＬ１の像面の曲率半径
Ｒ３ ：第２レンズＬ２の物体側面の曲率半径
Ｒ４ ：第２レンズＬ２の像面の曲率半径
Ｒ５ ：第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径
Ｒ６ ：第３レンズＬ３の像面の曲率半径
ｄ ：レンズの厚み又はレンズ間距離
ｄ１ ：第１レンズＬ１の中心厚さ
ｄ２ ：第１レンズＬ１の像面と第2レンズL2の物体側面との距離
ｄ３ ：第２レンズＬ２の中心厚さ
ｄ４ ：第２レンズＬ２の像面と第3レンズL3の物体側面との距離
ｄ５ ：第３レンズＬ３の中心厚さ
ｎｄ ：ｄ線の屈折率
ｎ１ ：第１レンズＬ１の屈折率
ｎ２ ：第２レンズＬ２の屈折率
ｎ３ ：第３レンズＬ３の屈折率
νｄ ：ｄ線でのアッベ数
ν１ ：第1レンズのアッベ数
ν２ ：第２レンズのアッベ数
ν３ ：第３レンズのアッベ数

撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズL３のそれぞれのレンズ面の非球面形状は、ｙを光の進行方向を正とした光軸に、ｘを光軸と直交する方向とした軸として、以下の非球面多項式で表される。

ｙ＝（ｘ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｘ／Ｒ^２）｝^１／２］
＋A4ｘ^４＋A6ｘ^６＋A8ｘ^８＋A10ｘ¹⁰＋A12ｘ¹²＋A14ｘ¹⁴＋A16ｘ¹⁶ （６）

ただし、Ｒは光軸上の曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、
Ａ１４、Ａ１６は非球面係数である。

各レンズ面の非球面は、便宜上、式（６）で表される非球面を使用している。しかしながら、特にこの式（６）の非球面多項式に限定されるものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例１の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表２に示す。

この条件では、表７に示すように条件式（１）〜（５）の範囲内である。

実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図３に、非点収差及び歪曲収差を図４に、倍率色収差を図５に示す。以上の結果より、実施例１の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

（実施例２）
図６は、実施例２の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例２の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１から第３レンズＬ３のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表３に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表４に示す。

この条件では、表７に示すように条件式（１）〜（５）の範囲内である。

実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図７に、非点収差及び歪曲収差を図８に、倍率色収差を図９に示す。以上の結果より、実施例２の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

（実施例３）
図１０は、実施例３の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例３の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１から第３レンズＬ３のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径Ｒ、レンズの厚さあるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表５に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表６に示す。

この条件では、表７に示すように条件式（１）〜（５）の範囲内である。

実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図１１に、非点収差及び歪曲収差を図１２に、倍率色収差を図１３に示す。以上の結果より、実施例３の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの結果である。又、非点収差でのＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

本発明の撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図 本発明の撮像レンズの実施例１を示す概略構成図 実施例１の撮像レンズの球面収差図 実施例１の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図 実施例１の撮像レンズの倍率色収差図 本発明の撮像レンズの実施例２を示す概略構成図 実施例２の撮像レンズの球面収差図 実施例２の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図 実施例２の撮像レンズの倍率色収差図 本発明の撮像レンズの実施例３を示す概略構成図 実施例３の撮像レンズの球面収差図 実施例３の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図 実施例３の撮像レンズの倍率色収差図

符号の説明

ＬＡ ：撮像レンズ
Ｓ１ ：絞り
Ｌ１ ：第１レンズ
Ｌ２ ：第２レンズ
Ｌ３ ：第３レンズ
Ｒ１ ：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２ ：第１レンズＬ１の像面の曲率半径
Ｒ３ ：第２レンズＬ２の物体側面の曲率半径
Ｒ４ ：第２レンズＬ２の像面の曲率半径
Ｒ５ ：第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径
Ｒ６ ：第３レンズＬ３の像面の曲率半径
ｄ１ ：第１レンズＬ１の中心厚み
ｄ２ ：第１レンズＬ１の像面と第２レンズＬ２の物体側面との距離
ｄ３ ：第２レンズＬ２の中心厚み
ｄ４ ：第２レンズＬ２の像面と第３レンズＬ３の物体側面との距離
ｄ５ ：第３レンズＬ３の中心厚み

Claims (2)

1. 物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第１レンズ、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第２レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第３レンズを配置し、以下の条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   −４．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．１ （１）
   ５．３３≦ｆ１／ｄ１＜７．０ （２）
   −８０．０＜ｆ２／ｄ３＜−２０．０ （３）
   ０．０１＜ｆ２／ｆ３＜１．５０ （４）
   但し、
   ｆ１：第１レンズの焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆ３：第３レンズの焦点距離
   ｄ１：第１レンズの中心厚み
   ｄ３：第２レンズの中心厚み
   である。
2. 以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
   −１０．０＜ｆ２／ｆ＜−２．０ （５）
   但し、
   ｆ：系全体の焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   である。

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