JP5334688B2 - 固体撮像素子用撮像レンズ - Google Patents

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Description

本発明は、携帯端末、PDA(Personal Digital Assistance)等の小型で薄型の電子機器に用いられる小型撮像装置に使用される固体撮像素子用撮像レンズに関するものである。
近年、撮像装置を備えた携帯端末の市場の拡大に伴い、この撮像装置には高画素数で小型の固体撮像素子が搭載されるようになった。
このような撮像素子の小型化・高画素化に対応し、撮像レンズについても解像度と画像品位の面でより高い性能が求められ、且つその普及とともに、低コスト化も要求されている。
高性能化の流れに応えるため、複数枚のレンズで構成された撮像レンズが一般化しており、近年では2枚〜3枚のレンズ構成に比べ、より高性能化が可能な4枚のレンズ構成の撮像レンズも提案されている。
このような、4枚のレンズ構成の撮像レンズとして、例えば特許文献1には、物体側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、少なくとも1面が非球面形状である第4レンズとの構成をとり、高性能化を目指した撮像レンズが開示されている。
また、特許文献2には物体側より順に、開口絞りと、両凸形状で正の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第2レンズと、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズと、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第4レンズとを配置することで、高性能化をめざした撮像レンズが開示されている。
特開2008−33376号公報 特開2009−14899号公報
しかしながら、前記特許文献1及び特許文献2に示す撮像レンズは、4枚レンズの構成にすることによる高性能化を目指しているが、小型化・薄型化への対応、或いは諸収差の補正が不十分に止まっている。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、光学長が短く小型化が可能な、且つ諸収差が補正され高性能で、低コスト化にも対応可能な固体撮像素子用撮像レンズを提供することを目的とする。
請求項1の固体撮像素子用撮影レンズは、物体側から順に、光軸近傍で物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第1レンズと、物体側と像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第2レンズと、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第4レンズとからなり、下記(1)及び(2)の条件式を満足することを特徴とする。
−0.95<f2/f<−0.5 (1)
−0.95<f4/f<−0.35 (2)
ただし
f :撮像レンズ全系の合成焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f4:第4レンズの焦点距離
前記条件式(1)は、第2レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式(1)の下限を超える場合は、第2レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差の補正が困難になる。逆に上限を超える場合は、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。
前記条件式(2)は、第4レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式(2)の下限を超える場合は、第4レンズの焦点距離が長くなることにより光学長の短縮が出来ず、撮像レンズの小型化・薄型化に不利である。逆に上限を超える場合は、軸外性能の確保が困難になると共に、像高の低い所での誤差感度特性が悪化する。
請求項2の固体撮像素子用撮影レンズでは、開口絞りは、前記第1レンズの物体側に配置されることを特徴とする。
開口絞りを、第1レンズよりも物体側に備えることにより、CRA(Chief Ray Angle:主光線角度)は小さくし易く、光量の低下する像面の周辺部分での光量確保が容易となる。
請求項3の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第4レンズの物体側面は、レンズ中心部から周辺部までに変曲点を持たず、一様に変化する非球面形状であることを特徴とする。
第4レンズの物体側面は、変曲点を持たずに一様に変化する非球面形状にすることにより、面精度をより高い精度で製造することが可能になる。なお、変曲点とは曲率半径の符号が負から正に切り換わる(又は正から負に切り換る非球面上の点を意味するものとする。
請求項4の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第4レンズの像側面は、レンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状であることを特徴とする。
第4レンズの像側面をレンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状にすることにより、軸外性能やCRAの確保を図ることが可能になる。
また、請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第4レンズは、物体側と像側の曲率半径に関して、下記(3)の条件式を満足することを特徴とする。
−0.025≦r8/r7<0.0 (3)
ただし、
r7:第4レンズ物体側面の曲率半径
r8:第4レンズ像側面の曲率半径
前記条件式(3)は、第4レンズのレンズ形状を規定するものである。条件式(3)の下限を超える場合は、第4レンズの物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、軸上性能と軸外性能のバランスが崩れて性能確保が困難になる。逆に上限を超える場合は、第4レンズ形状がメニスカス形状になり、従来から存在するレンズ構成に近づき、本発明の意図するところと異なる。
請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第1レンズ及び前記第3レンズは、下記(4),(5)の条件式を満足することを特徴とする。
0.4<f1/f<0.68 (4)
0.4<f3/f<0.85 (5)
ただし、
f :撮像レンズ全系の合成焦点距離
f1 :第1レンズの焦点距離
f3 :第3レンズの焦点距離
前記条件式(4)は、第1レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式(4)の下限を超える場合は、第1レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、球面収差やコマ収差の補正が困難になる。逆に上限を超える場合は、光学長が長くなる。
前記条件式(5)は、第3レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式(5)の下限を超える場合は、第3レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になり、誤差感度が大きくて製作時には非常に高い精度が要求される。逆に上限を超える場合は、第3レンズのパワーが不足することになり、軸外収差の補正が不十分になる。
請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第1レンズ、前記第2レンズ及び前記第3レンズは、下記(6),(7)の条件式を満足することを特徴とする。
−0.8<f1/f2<−0.6 (6)
−0.9<f3/f2<−0.4 (7)
ただし、
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
前記条件式(6)は、第1レンズの焦点距離と第2レンズの焦点距離の比を規定するものである。条件式(6)の下限を超える場合は、第2レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、収差補正が困難になる。逆に上限を超える場合は、第2レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差や倍率色収差が補正不足になる。
前記条件式(7)は、第3レンズの焦点距離と第2レンズの焦点距離の比を規定するものである。条件式(7)の下限を超える場合は、第3レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸外収差の補正不足になる。逆に上限を超える場合は、第3レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になる。
さらに、請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第2レンズの曲率半径は、下記(8)の条件式を満足することを特徴とする。
−0.064≦r4/r3<0.0 (8)
ただし、
r3:第2レンズ物体側面の曲率半径
r4:第2レンズ像側面の曲率半径
前記条件式(8)は、第2レンズのレンズ形状を規定するものである。条件式(8)の下限を超える場合は、第2レンズの物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、誤差感度が厳しい面になり、生産性の悪いレンズになる。逆に上限を超える場合は、第2レンズ形状がメニスカス形状になり、従来から存在するレンズ構成に近づき、本発明の意図するところと異なる。
請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記撮像光学系の光学長と焦点距離に関して、下記(9)の条件式を満足することを特徴とする。
1.08<L/f<1.23 (9)
ただし、
L :第1レンズ前面より像面までの距離
f :撮像レンズ全系の合成焦点距離
前記条件式(9)は、光学長を焦点距離との関係で規定するものである。条件式(9)の下限を超える場合は、光学長が短くなり過ぎ、諸収差の補正が困難になると共に、製作時の誤差感度も厳しくなり過ぎる。逆に上限を超える場合は、光学長が長くなり過ぎることであり、撮像レンズの薄型化に反する。
請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第1レンズ,前記第2レンズ、前記第3レンズ及び前記第4レンズは、少なくとも一面が非球面形状を採り、樹脂材料により製作される、所謂プラスチックレンズであることを特徴とする。
第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、及び第4レンズを安価で生産効率の良い樹脂材料を使用することにより低コスト化が可能となると共に、非球面の採用により高性能化も達成できる。
請求項の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第2レンズの物体側面は、少なくとも1つの変極点を有することを特徴とする。
4枚レンズ構成で、第4レンズはテレセントリック性を持たせた上で第2レンズの物体側面に変極点を設置することにより、コマ収差や非点収差などの諸収差を抑制することができる。なお、変極点とは光軸に直角な接平面を持つ非球面上の点を意味するものとする。
本発明によれば、開口絞りを最も物体側に配置し、4枚レンズ構成の第4レンズに従来の3枚レンズ構成に無かった役割を与えることにより、軸外性能の確保が容易となっている。
更に、少なくとも1面は非球面形状として、光軸近傍で物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第1レンズと、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第2レンズと、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第4レンズとを配置し、且つ各レンズの屈折力の配分を最適化することにより、諸収差が良好に補正され、レンズの高性能化・小型化が可能となる。また、樹脂材料を使用することで低コスト化も可能である。
実施例1に関わる撮像レンズの断面図である。 実施例1に関わる撮像レンズの諸収差図である。 実施例2に関わる撮像レンズの断面図である。 実施例2に関わる撮像レンズの諸収差図である。 実施例3に関わる撮像レンズの断面図である。 実施例3に関わる撮像レンズの諸収差図である。 実施例4に関わる撮像レンズの断面図である。 実施例4に関わる撮像レンズの諸収差図である。 第2レンズの要部を拡大した説明図である。
以下、本発明の実施例を具体的な数値を示し説明する。実施例1から実施例4は、物体側から開口絞りS、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、及び第4レンズL4、平行平面ガラスIR、像面の順の配列で構成されている。
Figure 0005334688
ただし、前記非球面式及び各実施例に使用する記号は下記の通りである。
Ai:i次の非球面係数
r :曲率半径
K :円錐定数
f :撮像レンズ全系の焦点距離
F :Fナンバー
d :軸上面間隔
nd:レンズ材料のd線に対する屈折率
ν:レンズ材料のアッベ数
Figure 0005334688
実施例1の撮像レンズについて、数値データを表1に示す。また、図1は撮像レンズの断面図、図2は諸収差図である。
Figure 0005334688
実施例2の撮像レンズについて、数値データを表2に示す。また、図3は撮像レンズの断面図、図4は諸収差図である。
Figure 0005334688
実施例3の撮像レンズについて、数値データを表3に示す。また、図5は撮像レンズの断面図、図6は諸収差図である。
Figure 0005334688
実施例4の撮像レンズについて、数値データを表4に示す。また、図7は撮像レンズの断面図、図8は諸収差図である。
Figure 0005334688
前記実施例1から実施例4に関し、下記の条件式(1)〜(9)に対応する値を下記表5に示す。
−0.95<f2/f<−0.5 条件式(1)
−0.95<f4/f<−0.35 条件式(2)
−0.025≦<r8/r7<0.0 条件式(3)
0.4<f1/f<0.68 条件式(4)
0.4<f3/f<0.85 条件式(5)
−0.8<f1/f2<−0.6 条件式(6)
−0.9<f3/f2<−0.4 条件式(7)
−0.064≦r4/r3<0.0 条件式(8)
1.08<L/f<1.23 条件式(9)
ただし
f :撮像レンズ全系の合成焦点距離
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
r3:第2レンズ物体側面の曲率半径
r4:第2レンズ像側面の曲率半径
r7:第4レンズ物体側面の曲率半径
r8:第4レンズ像側面の曲率半径
L :第1レンズ前面より像面までの距離
Figure 0005334688
表5に示すように、本発明の実施例1〜実施例4は、前記条件式(1)〜(9)に対応する値を満たしている。
すなわち、前記条件式(1)は、第2レンズL2の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式(1)の下限(−0.95)を超える場合は、第2レンズL2の焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差が困難になる。逆に上限(−0.5)を超える場合は、球面収差やコマ収差の補正が困難になり、何れの場合も所望の光学性能が得られなくなるが、条件式(1)を満たすことで、第2レンズL2の焦点距離を短く抑え、かつ、軸上色収差、球面収差やコマ収差の補正も良好に行える。
前記条件式(2)は、第4レンズL4の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式(2)の下限(−0.95)を超える場合は、第4レンズL4の焦点距離が長くなることにより光学長の短縮が出来ず、撮像レンズの小型化・薄型化が困難となる。逆に上限(−0.35)を超える場合は、軸外性能の確保が困難になると共に、像高の低い所での誤差感度特性が悪化するが、条件式(2)を満たすことで、撮像レンズの小型化・薄型化を図ることができるとともに、軸外性能の向上にも効果的である。
前記条件式(3)は、第4レンズL4のレンズ形状を規定するものであり、条件式(3)の下限(−0.025)を超える場合は、第4レンズL4の物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、軸上性能と軸外性能のバランスが崩れて性能確保が困難になる。逆に上限(0.0)を超える場合は、第4レンズL4の形状がメニスカス形状になるが、条件式(3)を満たすことで、軸上性能と軸外性能のバランスを保ち、光学的性能も向上するとともに、4枚レンズの構成で高性能化を図ると同時に小型化・薄型化にも対応可能である。
前記条件式(4)は、第1レンズL1の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式(4)の下限(0.4)を超える場合は、第1レンズL1の焦点距離が短くなり過ぎ、球面収差やコマ収差の補正が困難になる。逆に上限(0.68)を超える場合は、光学長が長くなり過ぎるが、条件式(4)を満たすことで、球面収差やコマ収差の補正が良好であるとともに、撮像レンズの薄型化を図ることができる。
前記条件式(5)は、第3レンズL3の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式(5)の下限(0.4)を超える場合は、第3レンズL3の焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になり、誤差感度が大きくて製作時には非常に高い精度が要求される。逆に上限(0.85)を超える場合は、第3レンズL3のパワーが不足することになり、軸外収差の補正が不十分になるが、条件式(5)を満たすことで、コマ収差や非点収差の補正が良好に行えるとともに、第3レンズL3のパワーも充分発揮することが可能となる、軸外収差の補正も良好となる。
前記条件式(6)は、第1レンズL1の焦点距離と第2レンズL2の焦点距離の比を規定するものであり、条件式(6)の下限(−0.8)を超える場合は、第2レンズL2の焦点距離が短くなり過ぎ、収差補正が困難になる。逆に上限(−0.6)を超える場合は、第2レンズL2の焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差や倍率色収差が補正不足になるが、条件式(6)を満たすことで、収差補正、軸上色収差、倍率色収差の補正も良好となる。
前記条件式(7)は、第3レンズL3の焦点距離と第2レンズL2の焦点距離の比を規定するものであり、条件式(7)の下限(−0.9)を超える場合は、第3レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸外収差の補正不足になる。逆に上限(−0.4)を超える場合は、第3レンズL3の焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になるが、条件式(7)を満たすことで、コマ収差や非点収差の補正も良好となる。
前記条件式(8)は、第2レンズL2のレンズ形状を規定するものであり、条件式(8)の下限(−0.064)を超える場合は、第2レンズL2の物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、誤差感度が厳しい面になり、生産性の悪いレンズになる。逆に上限(0.0)を超える場合は、第2レンズL2の形状がメニスカス形状になり、従来から存在するレンズ構成に近づくが、条件式(8)を満たすことで、生産性に優れたレンズとなるとともに、4枚レンズの構成で高性能化を図ると同時に小型化・薄型化にも対応可能である。
前記条件式(9)は、光学長を焦点距離との関係で規定するものであり、条件式(9)の下限(1.08)を超える場合は、光学長が短くなり過ぎ、諸収差の補正が困難になると共に、製作時の誤差感度も厳しくなり過ぎる。逆に上限(1.23)を超える場合は、光学長が長くなるが、条件式(9)を満たすことによって、諸収差の補正を良好に行えるとともに、製作時の誤差感度も緩やかとなり、生産性に優れ、かつ撮像レンズの薄型化も可能となる。
また、開口絞りSを、第1レンズL1よりも物体側に備えることにより、CRA(Chief Ray Angle:主光線角度)を小さくし易く、光量の低下する像面の周辺部分での光量確保が容易となる。
さらに、第4レンズL4の物体側面を、変曲点を持たずに一様に変化する非球面形状にすることにより、面精度をより高い精度で製造することが可能になる。
また、第4レンズL4の像側面をレンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状にすることにより、軸外性能やCRAの確保を図ることが可能になる。
したがって、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、及び第4レンズL4を安価で生産効率の良い樹脂材料を使用することにより低コスト化が可能となると共に、非球面の採用により高性能化も達成できる。さらに、少なくとも1面は非球面形状として、光軸近傍で物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第1レンズL1と、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第2レンズL2と、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズL3と、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第4レンズL4とを配置し、且つ各レンズL1〜L4の屈折力の配分を最適化することにより、諸収差が良好に補正され、レンズの高性能化・小型化が可能である。
また、図9に示すように4枚レンズ構成で、第4レンズL4はテレセントリック性を持たせた上で第2レンズL2の物体側面に変極点を形成することにより、コマ収差や非点収差などの諸収差を抑制することができる。
以上、本発明の各実施例について詳述したが、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
L5 第5レンズ
S 開口絞り

Claims (9)

  1. 固体撮像素子用の撮影レンズで、物体側から順に、光軸近傍で物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第1レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第2レンズと、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第4レンズとからなり、下記(1)、(2)、(3)及び(8)の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    −0.95<f2/f<−0.5 (1)
    −0.95<f4/f<−0.35 (2)
    −0.025≦r8/r7<0.0 (3)
    −0.064≦r4/r3<0.0 (8)
    ただし、
    f:撮像レンズ全系の合成焦点距離
    f2:第2レンズの焦点距離
    f4:第4レンズの焦点距離
    r3:第2レンズ物体側面の曲率半径
    r4:第2レンズ像側面の曲率半径
    r7:第4レンズ物体側面の曲率半径
    r8:第4レンズ像側面の曲率半径
  2. 開口絞りは、前記第1レンズの物体側に配置されることを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
  3. 前記第4レンズの物体側面は、レンズ中心部から周辺部までに変曲点を持たず、一様に変化する非球面形状であることを特徴とする請求項1及び2記載の撮像レンズ。
  4. 前記第4レンズの像側面は、レンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の撮像レンズ。
  5. 前記第1レンズ及び前記第3レンズは、下記(,(5)の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の撮像レンズ。
    0.4<f1/f<0.68 (4)
    0.4<f3/f<0.85 (5)
    ただし、
    :撮像レンズ全系の合成焦点距離
    f1 :第1レンズの焦点距離
    f3 :第3レンズの焦点距離
  6. 前記第1レンズ、前記第2レンズ及び前記第レンズは、下記(),()の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の撮像レンズ。
    −0.8<f1/f2<−0.6
    −0.9<f3/f2<−0.4
    ただし、
    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
  7. 前記撮像光学系の光学長と焦点距離に関して、下記(9)の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の撮像レンズ。
    1.08<L/f<1.23
    ただし、
    :第1レンズ前面より像面までの距離
    :撮像レンズ全系の合成焦点距離
  8. 前記第レンズ,前記第2レンズ、前記第3レンズ及び前記第4レンズは、少なくとも一面が非球面形状を採り、樹脂材料により製作される、所謂プラスチックレンズであることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の撮像レンズ。
  9. 前記第2レンズの物体側面は、少なくとも1つの変極点を有することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の撮像レンズ。
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