JP4916372B2

JP4916372B2 - 撮像レンズ及び撮像装置

Info

Publication number: JP4916372B2
Application number: JP2007111395A
Authority: JP
Inventors: 大井辺
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: JP2008268559A

Description

本発明は、撮像素子と組み合わせて使用するのに好適な撮像レンズ及びこの撮像レンズを有する撮像装置に関する。

従来、固体撮像素子などの撮像素子を用いて構成された撮像装置を備えた種々の情報機器が提案されている。このような情報機器は、例えば、いわゆるデジタルカメラやカメラ付携帯電話装置として構成されている。このような情報機器において用いられる撮像装置は、撮像素子と、この撮像素子の撮像面に物体（被写体）の像を結像させる撮像レンズとを有して構成されている。

そして、特に、携帯に適するように小型に構成された情報機器において使用される撮像装置においては、撮像レンズに対して、小型化及び薄型化が要求される。また、このような撮像レンズに対しては、製造コストの低廉化の要請も強くなっている。

また、このような撮像装置においては、撮像素子における画素数の増大及び高密度化が図られることに伴い、撮像レンズには、高解像度をはじめとする高い光学性能も要求されるに至っている。

このように、小型化及び薄型化が図られ、かつ、低コストで製造できる撮像レンズを実現するためには、２枚以上からなるレンズ構成を採用するよりも、１枚構成のレンズ構成を採用することが有望であることが知られている。また、非球面を有するレンズを適宜採用することにより、高い光学性能を維持することができることが知られている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、物体側より像側に向けて順に、開口絞り及び両凸形状を有する正の屈折力を有するレンズから構成される撮像レンズが記載されている。

特開２００３−３４４７５８号公報特開２００４−９３９６５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された撮像レンズにおいては、近年において要求されている高い光学仕様及び光学性能を実現することは困難である。

すなわち、特許文献１及び２に記載された撮像レンズにおいては、諸収差、特に、コマ収差、像面湾曲及び非点収差が残存していることにより、像高を実際の大きさ、例えば、０．９ｍｍ（０．９ｍｍは、「１／１０型」撮像素子の対角の１／２に相当する。）に合わせてレンズ形状を相似拡大した場合に、必要な空間周波数、例えば、１１１ｌｐ／ｍｍ（１１１ｌｐ／ｍｍは、「１／１０型」３１万画素撮像素子のナイキスト周波数の１／２の周波数。）のコントラストが十分に得られないことがわかった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みて提案されるものであって、諸収差が良好に補正され、小型化及び薄型化が図られ、かつ、製造コストの低廉化を実現しつつも、高い光学仕様及び光学性能を実現することができる撮像レンズを提供し、また、このような撮像レンズを有する撮像装置を提供することを目的とするものである。

前述の課題を解決するため、本発明に係る撮像レンズは、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
物体側より像側に向けて順に、開口絞り及び両凸形状を有する正の屈折力を有するレンズが配列されて構成され、レンズの少なくともいずれか一方の面が非球面となされ、レンズ素材のｄ線における屈折率Ｎｄが１．６乃至２．０であって、焦点距離をｆ、レンズの第１面の曲率半径をＲ１、レンズの第２面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）及び（２）が満足されていることを特徴とするものである。

０．９８≦Ｒ１／ｆ＜２・・・（１）
−１０＜Ｒ２／ｆ＜−１．１・・・（２）
なお、屈折力及び面の形状の凸、凹の表現は、近軸の曲率によるものである。

〔構成２〕
構成１を有する撮像レンズにおいて、開口絞りから像面まで距離をｆｓ、レンズの中心肉厚をｄ、レンズの第２面の面頂から像面までの距離をｆｂとしたとき、下記条件式（３）、（４）及び（５）が満足されていることを特徴とするものである。

１．２＜ｆｓ／ｆ＜２．５・・・（３）
０．４＜ｄ／ｆｓ＜０．６・・・（４）
０．４＜ｆｂ／ｆｓ＜０．６・・・（５）
〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する撮像レンズと、撮像レンズの像面に撮像面を配置した撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る撮像レンズは、前述の〔構成１〕を有することにより、明るく、画角が広く、諸収差が良好に補正された、小型の撮像レンズとして構成することができる。この撮像レンズは、高画素化及び高密度化が図られた小型の撮像素子と組み合わせて使用することに好適な光学性能を有するものである。また、この撮像レンズは、レンズをなす素材として、屈折率Ｎｄが１．６乃至２．０程度の高屈折率のガラス素材を用いているので、各面の曲率を過度に大きくせずに、必要な屈折力を得ることができる。
また、レンズをなす素材の屈折率Ｎｄを高くすることは、この撮像レンズにおいて屈折力を有する２つの光学面であるレンズの第１面及び第２面間の実効的な距離（光学距離）を大きくすることができるため、画像の中心付近だけでなく、周辺までの性能を向上させるために有効である。
さらに、レンズをなす素材として屈折率Ｎｄの高い高屈折率のガラス素材を用いることにより、レンズの各面の曲率を過度に大きくしないようにすれば、成形型の加工及びこの成形型を用いた成形を容易とすることができる。

また、本発明に係る撮像レンズは、〔構成２〕を有することにより、開口絞りから像面までの距離（以下、「撮像レンズ全長（ｆｓ）」という。）が小さく、レンズの第２面の面頂から像面までの距離（以下、「バックフォーカス（ｆｂ）」という。）が十分に大きな小型の撮像レンズとして構成することができる。

さらに、本発明に係る撮像装置は、〔構成３〕を有することにより、撮像レンズとして小型で諸収差が良好に補正された撮像レンズを有し、撮像素子として高画素化及び高密度化が図られた小型の固体撮像素子を用いて、小型で、かつ、高性能の撮像装置として構成することができるものである。

すなわち、本発明は、諸収差が良好に補正され、小型化及び薄型化が図られ、かつ、製造コストの低廉化を実現しつつも、高い光学仕様及び光学性能を実現することができる撮像レンズを提供し、また、このような撮像レンズを有する撮像装置を提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における撮像レンズの構成を示す断面図である。

本発明に係る撮影レンズは、図１に示すように、物体側より像側に向けて順に、開口絞りＳ及び両凸形状を有する正の屈折力を有するレンズＬが配列されて構成されている。

この撮像レンズの像面には、例えば、撮像素子の撮像面が配置される。このように、この撮像レンズと、この撮像レンズの像面に撮像面を位置させた撮像素子とにより、撮像装置が構成される。

この撮像装置においては、撮像レンズのレンズＬと像面との間には、平行平面板からなるフィルタ１が配置される。このフィルタ１は、撮像素子への不要波長帯域の入射を防ぐための波長選択フィルタや、モアレ縞の発生を防ぐためのローパスフィルタ、あるいは、撮像素子のカバーガラス等であって、これらが単独で、もしくは、組み合わせられて配置されたものである。なお、フィルタ１としてこれら種々のフィルタを組み合わせて配置する場合には、各フィルタを互いに空気層を隔てて配置してもよく、また、各フィルタを互いに接合させて配置してもよい。

フィルタ１を配置するための物理的な空間を確保し、また、フィルタ１の面上に付着した塵挨及び欠陥や、フィルタ１の内部の欠陥が結像画像に及ぼす影響を小さくするためには、バックフォーカスを十分に大きくすることが望ましい。バックフォーカスを十分に大きくすることによって、フィルタ１の面上及び内部の塵挨及び欠陥の許容サイズを大きくすることができ、製造の容易性の面からも好ましい。

この撮像レンズは、１枚構成のレンズ構成のため、レンズＬは、正の屈折力を有する凸レンズとなる。そして、レンズＬを両凸形状とすることにより、物体側の面及び像側の面によりレンズＬの正の屈折力を分担することができるため、各面の屈折力が大きくなりすぎることがない。各面で正の屈折力を分担することは、誤差感度の点からも好ましい。また、両凸形状のレンズは、製造の容易性の面からも好ましい。

また、この撮像レンズにおいて、諸収差を良好に補正するためには、レンズＬは、少なくとも一方の面が、好ましくは両面が、非球面となされていることが好ましい。

さらに、この撮像レンズにおいて、撮像レンズ全長ｆｓ（開口絞りＳから像面までの距離）を小さくし、バックフォーカスｆｂ（レンズＬの第２面の面頂から像面までの距離）を十分に大きくし、かつ、諸収差を良好に補正するためには、撮像レンズの焦点距離をｆ、レンズＬの第１面の曲率半径をＲ１、レンズＬの第２面の曲率半径をＲ２としたとき、下記の条件式（１）及び（２）が満足されていることが望ましい。

０．９８≦Ｒ１／ｆ＜２・・・（１）
−１０＜Ｒ２／ｆ＜−１．１・・・（２）
さらに、この撮像レンズにおいて、撮像レンズ全長ｆｓの縮小、バックフォーカスｆｂの拡大及び諸収差の補正の三者を好ましい範囲で両立させるためには、レンズＬの中心肉厚をｄとしたとき、下記の条件式（３）、（４）及び（５）が満足されていることが望ましい。

１．２＜ｆｓ／ｆ＜２．５・・・（３）
０．４＜ｄ／ｆｓ＜０．６・・・（４）
０．４＜ｆｂ／ｆｓ＜０．６・・・（５）
この撮像レンズにおいて、レンズＬをなす素材としては、光学ガラスや合成樹脂材料（プラスチック）など、適切な光学材料を用いることができる。例えば、これらレンズＬの素材の光学恒数としては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率Ｎｄが１．４乃至２．１、ｄ線におけるアッベ数νｄが２０乃至８５の範囲のものが好ましい。また、これらレンズＬの素材としては、入手の容易性や製造コストの観点からは、屈折率Ｎｄが１．４５乃至１．９、アッベ数νｄが２０乃至７０の範囲のものがより好ましい。

また、この撮像レンズにおいて、レンズＬをなす素材として、屈折率Ｎｄが１．６乃至２．０程度の高屈折率のガラス素材を用いることにより、各面の曲率を過度に大きくせずに、必要な屈折力を得ることができる。

また、レンズＬをなす素材の屈折率Ｎｄを高くすることは、この撮像レンズにおいて屈折力を有する２つの光学面であるレンズＬの第１面及び第２面間の実効的な距離（光学距離）を大きくすることができるため、画像の中心付近だけでなく、周辺までの性能を向上させるために有効である。

さらに、レンズＬをなす素材として屈折率Ｎｄの高い高屈折率のガラス素材を用いることにより、レンズＬの各面の曲率を過度に大きくしないようにすれば、成形型の加工及びこの成形型を用いた成形を容易とすることができる。

なお、レンズＬは、精密モールドプレスにより成形することができる。レンズＬを精密モールドプレスにより成形すれば、これら各レンズＬの成形に際して、第１面と第２面とのシフト量を５μｍ以下、第１面と第２面との軸の傾き（成形ティルト）を１分以内とすることが可能であり、高い撮像性能を有する撮像レンズを構成することができる。

以下、本発明に係る実施例を挙げることにより、具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例の構成に限定されるものではない。

以下の各実施例の説明において使用される記号は、下記の通りである。
Ｒ：屈折面の曲率半径〔ｍｍ〕
Ｄ：屈折面の軸上面間隔〔ｍｍ〕
Ｎｄ：レンズ素材のｄ線における屈折率
νｄ：レンズ素材のｄ線におけるアッベ数
ｆ：レンズ全系の焦点距離〔ｍｍ〕
Ｆ：Ｆナンバー
２Ｙ：イメージサイズ（Ｙ：最大像高）〔ｍｍ〕

また、非球面の形状は、面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＺ軸とした直交座標系において、下記の非球面式で表される。
Ｚ＝Ｃｈ^２／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ^２ｈ^２｝〕＋Ａ４ｈ^４＋Ａ６ｈ^６＋Ａ８ｈ^８＋Ａ１０ｈ^１０＋Ａ１２ｈ^１２＋Ａ１４ｈ^１４

ただし、この非球面式における記号は、下記の通りである。
ｈ＝√（Ｘ^２＋Ｙ^２）
Ｃ：近軸曲率（Ｃ＝１／Ｒ）
Ｋ：円錐定数
Ａ４〜Ａ１４：第４次乃至第１４次の非球面係数

〔実施例１〕
本発明の実施例１におけるレンズデータを下記の〔表１〕に示す。

この撮像レンズの焦点距離は１．３６ｍｍ、Ｆナンバーは２．８０、最大像高は０．８８ｍｍである。

この実施例１における撮像レンズにおいては、以下の関係が成立している。
Ｒ１／ｆ＝０．９８
Ｒ２／ｆ＝−３．８５
ｆｓ／ｆ＝１．６２
ｄ／ｆｓ＝０．５１
ｆｂ／ｆｓ＝０．４１

すなわち、前述の条件式（１）乃至（５）が満足されている。

図２は、本発明の実施例１における撮像レンズの収差図であり、（ａ）が非点収差（“×”がサジタル、“＋”がメリジオナル）を示し、（ｂ）が球面収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示し、（ｃ）が歪曲収差を示し、（ｄ）がメリディオナルコマ収差（“＋”がｄ線（５８７．６ｎｍ）、“△”がＦ線（４８６．１ｎｍ）、“□”がＣ線（６５６．３ｎｍ））を示している。

この実施例１における撮像レンズにおいては、図２に示すように、諸収差が良好に補正されており、高解像度を有する小型撮像素子と組み合わせて小型薄型の撮像装置を構成する撮像レンズとして好適である。

本発明の実施例１における撮像レンズの構成を示す断面図である。本発明の実施例１における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。本発明の実施例１における撮像レンズの収差図（非点収差、球面収差、歪曲収差及びメリディオナルコマ収差）である。

符号の説明

１フィルタ
Ｓ開口絞り
Ｌレンズ

Claims

物体側より像側に向けて順に、開口絞り及び両凸形状を有する正の屈折力を有するレンズが配列されて構成され、前記レンズの少なくともいずれか一方の面が非球面となされ、
レンズ素材のｄ線における屈折率Ｎｄが１．６乃至２．０であって、焦点距離をｆ、前記レンズの第１面の曲率半径をＲ１、前記レンズの第２面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）及び（２）が満足されている
ことを特徴とする撮像レンズ。
０．９８≦Ｒ１／ｆ＜２・・・（１）
−１０＜Ｒ２／ｆ＜−１．１・・・（２）
前記開口絞りから像面まで距離をｆｓ、前記レンズの中心肉厚をｄ、前記レンズの第２面の面頂から像面までの距離をｆｂ、としたとき、下記条件式（３）、（４）及び（５）が満足されている
ことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
１．２＜ｆｓ／ｆ＜２．５・・・（３）
０．４＜ｄ／ｆｓ＜０．６・・・（４）
０．４＜ｆｂ／ｆｓ＜０．６・・・（５）
請求項１、または、請求項２記載の撮像レンズと、
前記撮像レンズの像面に撮像面を配置した撮像素子と
を備えたことを特徴とする撮像装置。