JP4879600B2 - 撮像レンズ - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いた撮像機器に搭載される撮像レンズに関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は近年、非常に小型化および高画素化が進んでいる。そのため、撮像機器本体、ならびにそれに搭載されるレンズにも、小型で高性能なものが求められている。また、高画素の撮像素子に対応するためにテレセン性（テレセントリック性）、すなわち、撮像素子への入射角度が光軸に対して平行に近く（撮像素子に対する入射角度が垂直に近く）なるようにすることも求められている。従来、例えばカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像レンズは、３枚のレンズで構成されるものが多かったが、高画素化に対応するために、レンズ枚数がさらに増える傾向にある。特許文献１には、４枚構成の撮像レンズが記載されている。特許文献１に記載の撮像レンズにおいて、物体側から２番目に配置された第２レンズは、物体側の面が凹面形状の負レンズとなっている。

特開平２００５−２０８２３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の撮像レンズは、色収差の点などでまだ改善の余地がある。また、４枚構成の撮像レンズにおいて、テレセン性を確保するために開口絞りをなるべく物体側に配置することが考えられるが、その場合、特許文献１に記載の撮像レンズのように第２レンズの物体側の面が凹面形状であると、製造感度が高くなり、例えば製造時にレンズの位置ずれがあると像面変動が生じやすい。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系を実現できるようにした撮像レンズを提供することにある。

本発明による撮像レンズは、物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第１レンズと、像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズと、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の正または負の第４レンズとを備え、以下の条件を満足するものである。

νｄ１＞５０ ……（１）
νｄ２＜３０ ……（２）
｜ｆ２／ｆ１｜＞１ ……（３）
０．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜１．５ ……（４）
ただし、νｄ１は第１レンズのアッベ数、νｄ２は第２レンズのアッベ数、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離とする。

本発明による撮像レンズでは、全体として４枚のレンズ構成で、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分を最適化したことで、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系が得られる。特に条件式（１），（２）を満足することで、軸上色収差および倍率色収差の補正効果が得られる。また条件式（３），（４）を満足することで、テレセン性の確保と倍率および軸上色収差の補正とを行いつつ、レンズ系全体の小型化に有利となっている。また、第２レンズを像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状にしたことで、製造時の位置ずれにより生ずる像面変動が低減され、製造適性の優れたレンズ系が得られる。

本発明による撮像レンズにおいて、第１レンズの像側の面よりも物体側に開口絞りを備えていても良い。または、第１レンズと第２レンズとの間に開口絞りを備えていても良い。開口絞りを比較的前側に持ってくることで、テレセン性の確保に有利となる。

また、本発明による撮像レンズにおいて、第４レンズの像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。これにより、特に、像面湾曲の補正とテレセン性の確保とに有利となる。

本発明の撮像レンズによれば、物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第１レンズと、像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズと、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の正または負の第４レンズとを備え、レンズ材料と各レンズのパワー配分の最適化を図るようにしたので、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の比較例に係る撮像レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値比較例（図５（Ａ），図５（Ｂ））のレンズ構成に対応している。なお、図１、図５（Ａ），図５（Ｂ）、図９および図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）では実施例１と記載されているが、これらは比較例１を意味するものとする。図２は、本発明の実施の形態にかかる撮像レンズの第２の構成例を示している。この構成例は、後述の第２の数値実施例（図６（Ａ），図６（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図３は、第３の構成例を示している。この構成例は、後述の第３の数値実施例（図７（Ａ），図７（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図４は、第４の構成例を示している。この構成例は、後述の第４の数値実施例（図８（Ａ），図８（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図１ないし図４において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図２に示した第２の構成例を基本にして説明する。

この撮像レンズは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた各種撮像機器、例えば携帯電話機や、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラ等に用いて好適なものである。この撮像レンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、第１レンズＧ１と、第２レンズＧ２と、第３レンズＧ３と、第４レンズＧ４とを備えている。光学的な開口絞りＳｔは、第１レンズＧ１の前側、より詳しくは、光軸Ｚ１上において第１レンズＧ１の像側の面よりも物体側に配置されている。なお、図４の第４の構成例のように、光軸Ｚ１上において第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間に開口絞りＳｔを配置しても良い。

この撮像レンズの結像面Ｓｉｍｇには、ＣＣＤ等の撮像素子が配置される。第４レンズＧ４と撮像素子との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されている。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置される。

第１レンズＧ１は、物体側の面が凸形状の正レンズ、例えば両凸レンズとなっている。第２レンズＧ２は、像面側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。第３レンズＧ３は、像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。第４レンズＧ４は、光軸近傍において像面側の面が凹形状の正レンズまたは負レンズとなっている。

第３レンズＧ３の像面側の面は、光軸近傍で像面側に凸形状であり、光軸Ｚ１から離れるに従ってその正のパワーが弱くなる形状とされていることが好ましい。第４レンズＧ４は、両面が非球面形状であることが好ましい。第４レンズＧ４の物体側の面は、光軸近傍において凸形状であることが好ましい。第４レンズＧ４の物体側の面において、周辺部の形状は、例えば光軸Ｚ１から離れるに従って正のパワーが弱くなる形状となっている。また、光軸Ｚ１から離れるに凸形状から凹形状となりさらに凸形状へと変化するような形状であっても良い。第４レンズＧ４の像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることが好ましい。

この撮像レンズは、以下の条件を満足している。
νｄ１＞５０ ……（１）
νｄ２＜３０ ……（２）
｜ｆ２／ｆ１｜＞１ ……（３）
０．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜１．５ ……（４）
ただし、νｄ１は第１レンズＧ１のアッベ数、νｄ２は第２レンズＧ２のアッベ数、ｆ１は第１レンズＧ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズＧ２の焦点距離、ｆ３は第３レンズＧ３の焦点距離、ｆ４は第４レンズＧ４の焦点距離とする。

次に、以上のように構成された撮像レンズの作用および効果を説明する。
この撮像レンズでは、全体として４枚のレンズ構成で、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分を最適化したことで、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系が得られる。この撮像レンズでは、光学的な開口絞りＳｔを比較的前側（物体側）に持ってくることで、テレセン性を確保している。開口絞りＳｔを前側に持ってきた場合、製造感度が高くなり、例えば製造時にレンズの位置ずれがあると像面変動が生じやすくなるが、この撮像レンズでは、第２レンズＧ２を像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状にしたことで、その像面変動を低減し、製造適性の優れたレンズ系を得ている。また、この撮像レンズでは、第４レンズＧ４の像面側の面を光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状にしたことで、像面の中心部から周辺部にわたって像面湾曲を良好に補正している。また、テレセン性の確保に有利となり、像面の中心部から周辺部にわたって撮像素子面に対する光線の入射角度が垂直に近くなるようにしている。

この撮像レンズでは、第１レンズＧ１を条件式（１）を満足するような低分散のレンズ材料とし、第２レンズＧ２を条件式（２）を満足するような高分散のレンズ材料とすることで、軸上色収差および倍率色収差の補正効果を得ている。条件式（１）の下限を下回ると、主に軸上色収差が大きくなってしまい、性能が劣化するので好ましくない。条件式（２）の上限を上回ると、主に倍率色収差が大きくなってしまい、性能が劣化するので好ましくない。より良好に色収差を補正するために、条件式（２）の上限は以下の値であることが好ましい。
νｄ２＜２９ ……（２Ａ）

また、条件式（３），（４）を満足することで、テレセン性の確保と倍率および軸上色収差の補正とを行いつつ、レンズ系全体の小型化を実現している。条件式（３）は、物体側の２つのレンズ（第１レンズＧ１および第２レンズＧ２）のパワーの適切な関係を規定している。条件式（３）の下限を下回ると、全長短縮には有利となるが、軸上色収差が大きくなってしまい、性能が劣化するので好ましくない。条件式（４）は、像面側の２つのレンズ（第３レンズＧ３および第４レンズＧ４）のパワーの適切な関係を規定している。条件式（４）の上限を超えると、撮像素子面に対する光線の入射角度が大きくなりテレセン性が悪化するので好ましくない。逆に下限を下回ると全長短縮には有利になるが、倍率および軸上色収差の大きなレンズ系となってしまうので好ましくない。

以上説明したように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分の最適化を図るようにしたので、高画素化に対応した小型で高性能のレンズ系を実現できる。
「実施例」

次に、本実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１の数値比較例および第２〜第４の数値実施例をまとめて説明する。

図５（Ａ），図５（Ｂ）は、比較例１に係る撮像レンズの数値データを示している。特に図５（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図５（Ｂ）には非球面に関するデータを示す。図５（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｉは、隣り合うレンズ面間のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜５）の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。

比較例１に係る撮像レンズは、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、第３レンズＧ３、および第４レンズＧ４の両面がすべて非球面形状となっている。図５（Ａ）の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。図５（Ｂ）に非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ｂ_i，ＫＡの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸Ｚ１から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸Ｚ１に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。比較例１に係る撮像レンズは、各非球面が非球面係数Ｂ_iとして第３次〜第１０次の係数Ｂ₃〜Ｂ₁₀を有効に用いて表されている。
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＢ_i・ｈⁱ ……（Ａ）
（ｉ＝３〜１０）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
ＫＡ：円錐定数
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ｂ_i：第ｉ次の非球面係数

以上の比較例１に係る撮像レンズと同様にして、実施例２〜実施例４に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを図６（Ａ），図７（Ａ），図８（Ａ）に示す。また同様に、実施例２〜実施例４に係る撮像レンズの非球面に関するデータを、図６（Ｂ），図７（Ｂ），図８（Ｂ）に示す。なお、実施例２〜実施例４に係る撮像レンズのいずれについても、比較例１に係る撮像レンズと同様、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、第３レンズＧ３、および第４レンズＧ４の両面がすべて非球面形状となっている。

図９には、上述の各条件式に関する値を示す。なお、図９において、ｆは全系の近軸焦点距離（ｍｍ）を示す。ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４はそれぞれ、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、第３レンズＧ３、および第４レンズＧ４の近軸焦点距離（ｍｍ）を示す。図９から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）はそれぞれ、比較例１に係る撮像レンズにおける球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とし、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）およびＦ線（波長４８６．１３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、Ｓはサジタル方向、Ｔはタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。なお、図１０（Ａ）において縦方向は入射瞳径（ｍｍ）を示す。

同様にして、実施例２に係る撮像レンズについての諸収差を図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に、実施例３に係る撮像レンズについての諸収差を図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に、実施例４に係る撮像レンズについての諸収差を図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示す。なお、図１２（Ｂ），（Ｃ）および図１３（Ｂ），（Ｃ）において縦方向は像高Ｙ（ｍｍ）を示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、全体として４枚のレンズ構成で、レンズ材料、レンズの面形状および各レンズのパワー配分が最適化され、小型で高性能の撮像レンズ系が実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本発明の比較例１に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例２に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例３に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例４に係る撮像レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の比較例１に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。 本発明の実施例２に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。 本発明の実施例３に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。 本発明の実施例４に係る撮像レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 本発明の比較例１に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 本発明の実施例２に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 本発明の実施例３に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 本発明の実施例４に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。

Ｇ１…第１レンズ、Ｇ２…第２レンズ、Ｇ３…第３レンズ、Ｇ４…第４レンズ、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims (6)

1. 物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第１レンズと、像面側に凹面を向けた負の
   メニスカス形状の第２レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ
   と、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の第４レンズから構成される実質的に４個のレンズからなり、下記条件式を満足する
   νｄ１＞５０ ……（１）
   νｄ２≦２７．２ ……（２）
   ｜ｆ２／ｆ１｜＞１ ……（３）
   ０．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜１．５ ……（４）
   ことを特徴とする撮像レンズ。
   ただし、
   νｄ１：第１レンズのアッベ数
   νｄ２：第２レンズのアッベ数
   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
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   とする。
2. 物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第１レンズと、像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズと、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の第４レンズから構成される実質的に４個のレンズからなり、下記条件式を満足する
   νｄ１＞５０ ……（１）
   νｄ２＜３０ ……（２）
   ｜ｆ２／ｆ１｜≧１．７１ ……（３）
   ０．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜１．５ ……（４）
   ことを特徴とする撮像レンズ。
   ただし、
   νｄ１：第１レンズのアッベ数
   νｄ２：第２レンズのアッベ数
   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
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   とする。
3. 物体側から順に、物体側の面が凸形状の正の第１レンズと、像面側に凹面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズと、像面側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズと、両面が非球面形状で光軸近傍において像面側の面が凹形状の第４レンズから構成される実質的に４個のレンズからなり、下記条件式を満足する
   νｄ１＞５０ ……（１）
   νｄ２＜３０ ……（２）
   ｜ｆ２／ｆ１｜＞１ ……（３）
   ０．９３≦｜ｆ３／ｆ４｜＜１．５ ……（４）
   ことを特徴とする撮像レンズ。
   ただし、
   νｄ１：第１レンズのアッベ数
   νｄ２：第２レンズのアッベ数
   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
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   とする。
4. 前記第１レンズの像側の面よりも物体側に開口絞りを備えたことを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
5. 前記第１レンズと前記第２レンズとの間に開口絞りを備えたことを特徴とする請求項１
   または３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
6. 前記第４レンズの像面側の面は、光軸近傍において凹形状で周辺部では凸形状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。

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