JP3544972B1

JP3544972B1 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP3544972B1
Application number: JP2003414288A
Authority: JP
Inventors: 智堂
Original assignee: マイルストーン株式会社; 智堂
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: CN1306304C; KR100567845B1; CN1627118A; EP1542049A1; US6989947B2; KR20050059390A; EP1542049B1; DE602004006069D1; DE602004006069T2; US20050128334A1; JP2005173298A

Abstract

【課題】諸収差が良好に補正されており、かつ光学長が短く、しかも十分なバックフォーカスが確保されている。
【解決手段】物体側から像側に向かって、第1レンズL1、開口絞りS1、第2レンズL2及び第3レンズL3の順に配列されて構成され、以下の条件を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
0.40 ＜ r₁／r₂ ＜ 0.65 （1）
0.08 ＜ D₂／f ＜ 0.1 （2）
0.2 ＜ D₃／f ＜ 0.3 （3）
1.0 ＜ｄ／f ＜ 1.5 （4）
0.4 ＜ b_f／f ＜ 0.6 （5）
ただし、
f ：撮像レンズの合成焦点距離
r₁：第1レンズL1の物体側面の光軸近傍における曲率半径（軸上曲率半径）
r₂：第1レンズL1の像側面の光軸近傍における曲率半径（軸上曲率半径）
D₂:第1レンズL1と第2レンズL2との間隔
D₃:第2レンズL2の中心の厚さ
d：第1レンズL1の物体側面から像面までの距離（空気中）
b_f：バックフォーカス（空気中）
【選択図】図１

Description

この発明は、撮像レンズに係り、特にCCDまたはCMOSを撮像素子として用いる、携帯電話やパーソナルコンピュータへの画像入力装置、デジタルカメラ、監視用CCDカメラ、検査装置等に搭載して好適な撮像レンズに関する。

上述の撮像レンズにおいては、この撮像レンズの物体側の入射面から撮像面（CCD等の結像面）までの距離として定義される、光学長が短い必要がある。すなわち、レンズの設計において、撮像レンズの合成焦点距離に対する光学長の比を小さくする工夫が必要である。以後、光学長が短い、焦点距離に対する光学長の比が小さい撮像レンズを、コンパクトなレンズということもある。

携帯電話を例にとると、少なくともこの光学長は、携帯電話本体の厚みより短くなければならない。一方、撮像レンズの像側の出射面から撮像面までの距離として定義されるバックフォーカスは、可能な限り長いのが好都合である。すなわち、レンズの設計において、焦点距離に対するバックフォーカスの比はできるだけ大きくする工夫が必要である。これは、撮像レンズと撮像面との間にフィルタやカバーガラス等の部品を挿入する必要があるためである。

上述した以外にも、撮像レンズとして、諸収差が、像の歪みが視覚を通じて意識されず、かつ撮像素子（「画素」ともいう。）の集積密度から要請される十分な程度に小さく補正されていることが当然に要請される。すなわち、諸収差が良好に補正されている必要があり、以下、このように諸収差が良好に補正された画像を「良好な画像」ということもある。

以下に掲げるとおり、携帯型コンピュータやテレビ電話装置等で代表される、CCD、CMOS等の固体撮像素子を利用した撮像装置に用いて好適な、3枚構成の撮像レンズが開示されている。これらのレンズは、いずれも広い画角を確保するとともに、小型軽量化が図られている。

そのうち、第1の3枚構成レンズとして、広い画角をを確保しながら、諸収差が良好に補正された画像が得られる撮像レンズが開示されている（例えば、特許文献1参照）。

しかしながら、物体側から順に第1、第2及び第3レンズとして配列されるこれらの3枚のレンズがそれぞれに持つ屈折力は、第1レンズが正の屈折力、第2レンズが負の屈折力、第3レンズが正の屈折力を有する構成とされているので、第1レンズの物体側の面から像面までの距離（光学長）を短くすることができない構造となっている。また、第1レンズの物体側面に絞りが配置されているため、第3レンズの有効径を小さくすることができず、結果としてコンパクトなレンズとすることができない。

また、第2乃至第4の3枚構成レンズとして、広い画角を確保しながら、諸収差が良好に補正され、短焦点化を図った撮像レンズがそれぞれ開示されている（例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4参照）。

しかしながら、これらの撮像レンズも上述の撮像レンズ同様に、物体側から順に第1、第2及び第3レンズとして配列されるこれらの3枚のレンズが持つ屈折力は、第1レンズが正の屈折力、第2レンズが負の屈折力、第3レンズが正の屈折力を有する構成とされており、撮像レンズとしての合成焦点距離は短く設定されているが、バックフォーカスが長く、光学長が長すぎる構成である。これに加えて、ガラス素材を用いたレンズであるので、高コストである。

また、第5の3枚構成レンズとして、非球面レンズを用いるとともにパワー配分および面形状を適切に設定することにより小型化された撮像レンズが開示されている（例えば、特許文献5参照）。

しかしながら、この撮像レンズは、物体側から順に第1、第2及び第3レンズとして配列されるこれらの3枚のレンズが持つ屈折力は、第1レンズが負の屈折力、第2レンズが正の屈折力、第3レンズが負の屈折力を有する構成とされており、その結果光学長の長い撮像レンズとなっている。これに加えて、ガラス素材を用いたレンズであるので、高コストである。

また、第6の3枚構成レンズとして、互いに凹面を向けたメニスカス形状の一組のレンズを、それぞれ少なくとも一つの非球面を有するプラスチックレンズとし、全レンズ系を3枚レンズ構成とすることにより、小型化および低コスト化を達成するとともに、温度変化に伴うピント移動の抑制を容易に行なえる撮像レンズが開示されている（例えば、特許文献6参照）。

しかしながら、この撮像レンズは、物体側から順に第1、第2及び第3レンズとして配列されるこれらの3枚のレンズがそれぞれに持つ屈折力は、第1レンズが弱い屈折力、第2レンズが弱い屈折力、第3レンズが正の屈折力を有する構成とされているために、第1レンズと第2レンズの屈折力を第3レンズだけで補いきれず、その結果バックフォーカスが長くなり光学長も長くなっている。しかも、第3レンズがガラス素材のレンズであるために、低コスト化も不完全である。

また、第7の3枚構成レンズとして、レンズ系全体を前、後群の二つに分け、前群は正の屈折力を持たせ、後群は負の屈折力を持たせたレンズ構成とした望遠タイプとし、光学長が短く安価なレンズ系が開示されている（例えば、特許文献7参照）。

しかしながら、このレンズ系は、物体側から順に第1、第2及び第3レンズとして配列されるこれらの3枚のレンズがそれぞれに持つ屈折力は、第1レンズが負の屈折力、第2レンズが正の屈折力、第3レンズが負の屈折力を有し、第2レンズと第3レンズとの間隔が広い構成とされている。このために、光学長が長く、また第3レンズが大口径化してしまうという問題があり、携帯電話やパーソナルコンピュータへの画像入力装置、デジタルカメラ、監視用CCDカメラ、検査装置等に搭載するには、不向きである。

また、第8の3枚構成レンズとして、物体側より2枚の正レンズ、および両面が非球面とされ、レンズの中心から周辺にいくに従い負のパワーが次第に弱まり周辺部で正のパワーを有する、像側に凹面を向けた負のレンズを配した撮像レンズが開示されている（例えば、特許文献8参照）。

しかしながら、このレンズ系は焦点距離に対するバックフォーカスが短く、撮像レンズと撮像面との間にフィルタ等の部品を挿入しにくい構成である。具体的に実施例に掲げられているレンズを見ると、合成焦点距離が1.0 mmの撮像レンズに換算して、バックフォーカス（特許文献1の記号で示すとD7+D8+D9に相当する。）が、実施例1において0.3890 mm、及び実施例2において0.4423 mmである。携帯電話等の画像入力装置では、撮像レンズと撮像面との間にフィルタ等の部品を挿入することが必要であり、したがって、このような用途には利用しにくいレンズである。
特開2001-075006号公報特開2003-149548号公報特開2002-221659号公報特開2002-244030号公報特開2003-149545号公報特開平10-301022号公報特開平10-301021号公報特開2003-322792号公報

そこで、この発明の目的は、CCDまたはCMOSを撮像素子として用いるカメラに搭載することに好適な、光学長が短く（焦点距離に対する光学長の比が小さく）、バックフォーカスは可能な限り長く（焦点距離に対するバックフォーカスの比はできるだけ大きく）、かつ良好な画像が得られる撮像レンズを提供することにある。

また、良好な画像を得るために、アッベ数がいかなる範囲の値のレンズ材料を選べばよいかについての、指針を提供することにある。

また、この発明の撮像レンズを構成する全てのレンズ（3枚）をプラスチック材料で実現することにより、低コストでかつ軽量化を図った撮像レンズを提供することにある。ここで、プラスチック材料とは、熱と圧力あるいはその両者によって塑性変形させて成型することで、レンズを形成することができる高分子物質であって、可視光に対して透明である素材をいう。

上述の目的を達成するため、この発明による撮像レンズは、物体側から像側に向かって、第1レンズL1、開口絞りS1、第2レンズL2及び第3レンズL3の順に配列した構成とする。第1レンズL１は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の屈折力を有する樹脂製のレンズとする。第2レンズL2は、像側に凸面を向けたメニスカス状の正の屈折力を有する樹脂製のレンズとする。第3レンズL3は、負の屈折力を有する樹脂製のレンズとする。

また、第1レンズL1の両面、該第2レンズL2の両面、及び第3レンズL3の少なくとも一方の面を非球面で構成する。

また、この発明の構成例によれば、この撮像レンズは、以下の条件(1)〜(5)を満たす。

0.40 ＜ r₁／r₂ ＜ 0.65 （1）
0.08 ＜ D₂／f ＜ 0.1 （2）
0.2 ＜ D₃／f ＜ 0.3 （3）
1.0 ＜ｄ／f ＜ 1.5 （4）
0.4 ＜ b_f／f ＜ 0.6 （5）
ただし、
f ：撮像レンズの合成焦点距離
r₁：第1レンズL1の物体側面の光軸近傍における曲率半径（軸上曲率半径）
r₂：第1レンズL1の像側面の光軸近傍における曲率半径（軸上曲率半径）
D₂:第1レンズL1と第2レンズL2との間隔
D₃:第2レンズL2の中心の厚さ
d ：第1レンズL1の物体側面から像面までの距離（空気中）
b_f ：バックフォーカス（空気中）
とする。撮像レンズの像側の出射面から撮像面までの距離として定義されるバックフォーカスb_fは、ここでは、第3レンズL3の像側面r₇から像面r₁₀までの距離である。

また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3をアッベ数が30から60の範囲内の値である素材で形成したレンズとすることが好適である。また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3を、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成したレンズとするのが良い。

上述の条件式(1)は、第1レンズL1の第1面の軸上曲率半径r₁と第2面の軸上曲率半径r₂の比r₁/r₂を定める条件である。比r₁/r₂が、条件式(1)が与える下限より大きければ、この撮像レンズのバックフォーカスを、撮像レンズと撮像面との間にカバーガラスあるいはフィルタ等の部品を挿入するに十分であって、かつこの撮像レンズを搭載する機器のコンパクト性を損なわない範囲の長さに設定できる。また歪曲収差も十分小さくできる上、第1レンズL1の第1面の加工も容易である。

比r₁/r₂が、条件式(1)が与える上限より小さければ、歪曲収差はその絶対値が十分小さくなる。しかも、この場合、非球面成分を増すことなしに、この歪曲収差を十分に小さくすることができる。

上述の条件式(2)は、第1レンズL1と第2レンズL2との間隔D₂のとるべき値の範囲を、撮像レンズの合成焦点距離fで規格化したD₂/fによって規定する条件式である。D₂/fが、条件式(2)が与える下限より大きければ、第1レンズL1の像側の面r₂と第2レンズL2の物体側の面r₄との間隔を、開口絞りS1を挿入するのに十分な間隔として確保できる。すなわち、加工が困難となる程に第1レンズL1及び第2レンズL2の外形を小さくする必要がなく、開口絞りS1を挿入するためのスペースを十分に確保することができる。

また、D₂/fが、条件式(2)が与える上限より小さければ、第1レンズL1及び第2レンズL2の外形を大きくする必要がなく、撮像レンズをコンパクト化できる。また、像面歪曲収差が大きくならず、良好な画像が得られる。

上述の条件式(3)は、第2レンズL2の中心の厚さD₃のとるべき値の範囲を、撮像レンズの合成焦点距離fで規格化したD₃/fによって規定する条件式である。D₃/fが、条件式(3)が与える下限より大きければ、第2レンズL2の中心の厚さD₃が薄くなりすぎず、それにともなって第2レンズL2の外周部の厚みを加工が困難となる程に薄くする必要がない。これにともない、樹脂レンズを射出整形する際に溶融状態の樹脂を鋳型に注入するゲートの口径を十分に確保でき、容易に溶融状態の樹脂を鋳型に均一に注入することできる。

また、D₃/fが、条件式(3)が与える上限より小さければ、第2レンズL2のレンズ系を大きくする必要がなく、撮像レンズをコンパクト化できる。その上、像面歪曲収差が大きくならず、良好な画像が得られる。結果としてD₃/fが、条件式(3)を満たすこの発明の撮像レンズは、溶融状態の樹脂をを鋳型に均一に注入することが可能で製造が容易であり、コンパクト化が可能である。

上述の条件式(4)は、第1レンズL1の物体側面から像面までの距離（空気中）dのとるべき値の範囲を、撮像レンズの合成焦点距離fで規格化したd/fによって規定する条件式である。第1レンズL1の物体側面から像面までの距離dについて、距離（空気中）d との表記は、第1レンズL1の物体側面から像面までの間に、空気以外の透明物体（カバーガラス等）を挿入しない条件で計測される、第1レンズL1の物体側面から像面までの距離を意味する。

d/fが、条件式(4)が与える下限より大きければ、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の厚さを薄くする必要がなく、樹脂レンズを形成加工する時に、鋳型に樹脂が通りにくくなるという問題が生じない。また、d/fが、条件式(4)が与える上限より小さければ、レンズの周辺光量がレンズの中心部に比べて小さくなりすぎるという問題が生じない。撮像レンズの構成レンズである第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の外形を大きくせずとも、レンズの周辺光量を増大させることができ、これによって、撮像レンズのコンパクト化が図られる。

上述の条件式(5)は、撮像レンズの合成焦点距離fに対するバックフォーカスb_fの長さを規定する。この条件式(5)に与えられる範囲であれば、携帯電話等の画像入力装置において多くの場合必要となる、撮像レンズと撮像面との間にフィルタ等の部品を挿入することが可能である。

よって、上述の条件式(1)〜(5)の五つの条件を満足するレンズ構成とすることにより、上述の問題点は解消し、小型で良好な画像が得られるコンパクトな撮像レンズを提供できる。

また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3をアッベ数が30から60の範囲内の値である素材で形成したレンズとすることによって、アッベ数がこの範囲外の材料を用いて構成した場合と比べて、更に良好な画像が容易に得られる。また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3を、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成したレンズとすれば、この素材のアッベ数が56.2であるので、上述のアッベ数が30から60の範囲内に入った素材のレンズとすることができる。

また、この発明の撮像レンズによれば、アッベ数が30から60の範囲内に入った素材のレンズを利用できるので、特定のプラスチック材料に限定されず、アッベ数が30から60の範囲内であるプラスチック材料をも利用できるので、発明の実施において極めて便利である。

また、シクロオレフィン系プラスチック素材は、既に確立された製造技術である射出整形方法でレンズを形成するには適した材料であることが知られている。そして、この発明の撮像レンズとは別のレンズ系において利用実績があるため、シクロオレフィン系プラスチックを素材とすれば、信頼性の高い撮像レンズを構成できる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態例につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの発明の実施の形態にのみ何等限定されるものではない。

図１は、この発明による撮像レンズの構成図である（実施例１のものを代表させて示している。）。図1において定義されている面番号や面間隔等の記号は、図2、図6、図10及び図14において共通して用いるものとする。

物体側から数えて第１、第2及び第3のレンズをそれぞれL1、L2及びL3で示す。撮像面を構成する撮像素子を10で表し、撮像面とレンズ系とを隔てるカバーガラスを12で表し及び開口絞りをS1で示す。開口絞S1を構成する面は14である。また、誤解の生じない範囲でr₁及びr₂を軸上曲率半径の値を意味する変数として用いるほか、レンズの面を識別する記号（例えばr₁を第1レンズの物体側の面の意味に用いる等）としても用いる。

この図に示すr_i（i=1, 2, 3, …,10）及びd_i（i=1, 2, 3, …,9）等のパラメータは、以下に示す表１から表4に具体的数値として与えてある。添え字iは、物体側から像側に向かって順に、各レンズの面番号あるいはレンズの厚みもしくはレンズ面間隔等に対応させて付したものである。
すなわち、
ｒ_i はｉ番目の面の軸上曲率半径、
ｄ_i はｉ番目の面からｉ＋１番目の面までの距離、
Ｎ_i はｉ番目の面とｉ＋１番目の面から成るレンズの媒質の屈折率及び
ν_i はｉ番目の面とｉ＋１番目の面から成るレンズの媒質のアッベ数
をそれぞれに示す。

光学長ｄは、ｄ₁からｄ₆までを加算して更にバックフォーカスｂ_fを加えた値である。バックフォーカスb_fは、光軸上での第3レンズL3の像側の面から撮像面までの距離である。ただし、バックフォーカスｂ_fは、第3レンズL3と撮像面との間に挿入されるカバーガラス12を取り外して計測するものとする。すなわち、カバーガラスを挿入した状態では、第3レンズL3の像側の面から撮像面までの幾何学的な距離は、カバーガラスの屈折率が1より大きいため、カバーガラスのない状態に比べて長くなる。どの程度長くなるかは、挿入するカバーガラスの屈折率と厚みで決まる。そこで、カバーガラスが存在するか否かにはかかわらない撮像レンズ固有の値としてバックフォーカスｂ_fを定義するために、カバーガラスを取り外して計測される値を用いることとした。また、第1レンズL1と第2レンズL2の間隔D₂は、D₂＝ｄ₂+ｄ₃である。

非球面データは、表１から表4のそれぞれの欄に面番号とともに示した。開口絞りS１の面r₃、またカバーガラスの両面r₈、r₉及び撮像面r₁₀は、平面であるので、曲率半径∞と表示している。

この発明で使用される非球面は、次の式で与えられる。
Z ＝ ch²／[1+ [1−(1+k)c²h²]^+1/2]＋A₀h⁴＋B₀h⁶＋C₀h⁸＋D₀h¹⁰
ただし、
Z ：面頂点に対する接平面からの深さ
ｃ：面の近軸的曲率
h ：光軸からの高さ
k ：円錐定数
A₀ ：４次の非球面係数
B₀ ：６次の非球面係数
C₀ ：８次の非球面係数
D₀ ： 10次の非球面係数

この明細書中の表1から表4において、非球面係数を示す数値は指数表示であり、例えば「ｅ−１」は、「10の−1乗」を意味する。また、焦点距離fとして示した値は、第1及乃至第3のレンズから成るレンズ系の合成焦点距離である。

以下、図2〜図17を参照してそれぞれ実施例1から実施例4を説明する。図2、図6、図10及び図14にレンズ構成の概略図を示した。また図3、図7、図11及び図15において歪曲収差曲線、図4、図8、図12及び図16において非点収差曲線及び図5、図9、図13及び図17において色・球面収差曲線を示した。

歪曲収差曲線は、光軸からの距離（縦軸に像面内での光軸からの最大距離を100として百分率表示してある。）に対して、収差（横軸に正接条件の不満足量を百分率表示してある。）を示した。非点収差曲線は、歪曲収差曲線と同様に、光軸からの距離に対して、収差量を横軸(mm単位)にとって示した。また、非点収差においては、メリジオナル面とサジタル面とにおける収差量（mm単位）を表示した。色・球面収差曲線においては、縦軸の入射高ｈ(Ｆナンバー)に対して、収差量を横軸(mm単位)にとって示した。

また、色・球面収差曲線においては、C線（波長656.3nmの光）、d線（波長587.6 nmの光）、e線（波長546.1 nmの光）、F線（波長486.1 nmの光）及びg線（波長435.8 nmの光）に対する収差値を示した。屈折率は、d線（587.6 nmの光）における屈折率である。

以下に、実施例1から実施例4に関する構成レンズの曲率半径(mm単位)、レンズ面間隔(mm単位)、レンズ素材の屈折率、レンズ素材のアッベ数、焦点距離、開口数及び非球面係数を一覧にして掲げる。

以下に、各実施例の特徴を示す。実施例1から実施例4まで共に、第１レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の素材に、シクロオレフィン系プラスチックであるゼオネックス480R（ゼオネックスは日本ゼオン株式会社の登録商標で、480Rは商品番号である。以後単に「ゼオネックス」という。）を用いた。

また、第１レンズL1の両面、第2レンズL2及び第3レンズL3のそれぞれの両面を非球面とした。すなわち、非球面の数は、各実施例及び比較例とともに6面であり、第3レンズL3の少なくとも一方の面が非球面であるとの条件を満たしている。

第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の素材であるゼオネックス480Rのアッベ数は、56.2（d線に対する屈折率が1.525である。）である。シミュレーションの結果、これらのレンズの素材のアッベ数が30から60の範囲内であれば、収差等レンズ性能に実質的な差異は現れないことが分かった。すなわち、アッベ数が上述の値の範囲内であれば、この発明の目的とする撮像レンズの諸収差が従来の撮像レンズの諸収差に比べて良好に補正されて実現できることが分かった。

レンズ系と撮像面との間に、実施例1から実施例4では、それぞれフィルタ12を挿入してある。このフィルタの素材としてガラス（d線に対する屈折率が1.52である。）を用いた。これらフィルタの存在も前提として、以下に説明する諸収差を計算してある。また、以下に開示する実施例1〜4の撮像レンズ全系の焦点距離、すなわち合成焦点距離fは、1.0 mmに設定してある。

（A）第1レンズL1の物体側曲率半径r₁は、r₁＝0.391 mm である。
（B）第1レンズL1の像側曲率半径r₂は、r₂＝0.806 mm である。
（C）バックフォーカスｂ_fは、ｂ_f＝0.519 mm である。
（D）第1レンズL1の物体側面から像面までの空気中での距離、すなわち光学長dは、d＝1.4283 mmである。
（E）第1レンズL1と第2レンズL2との間隔D₂は、D₂＝d₂+d₃＝0.0899 mmである。
（F）第2レンズL2の中心の厚さD₃は、D₃＝d₄＝0.2745 mm である。
（G）第1レンズL1の焦点距離ｆ₁は、ｆ₁＝1.16 mm である。
（H）第2レンズL2の焦点距離ｆ₂は、ｆ₂＝1.16 mm である。
（I）第3レンズL3の焦点距離ｆ₃は、ｆ₃＝-3.7 mm である。
よって、
（1） r₁/r₂ ＝0.391/0.806 ＝ 0.4851、
（2） D₂/f ＝0.0899/1.00＝ 0.0899、
（3） D₃/f ＝0.2745 /1.00＝ 0.2745、
（4）ｄ/f ＝1.4283/1.00＝ 1.4283 及び
（5） b_f/f ＝0.519/1.00＝0.519
となるので、実施例1のレンズ系は、以下の条件式（1）から条件式（5）までのいずれをも満たしている。

0.40 ＜ r₁／r₂ ＜ 0.65 （1）
0.08 ＜ D₂／f ＜ 0.1 （2）
0.2 ＜ D₃／f ＜ 0.3 （3）
1.0 ＜ｄ／f ＜ 1.5 （4）
0.4 ＜ b_f／f ＜ 0.6 （5）
以後、条件式とは上記（1）から（5）までの5つの式を指すものとする。

開口絞りＳ1は、表１に示すとおり、第1レンズL1の第2面（像側の面）から後方0.0196 mm（ｄ₂＝0.0196 mm）の位置に設けられている。また、開口数（Ｆナンバー）は、3.4である。

図2に実施例1の撮像レンズの断面図を示す。焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスは0.519 mmと、十分な長さに確保できている。

図3に示す歪曲収差曲線20、図4に示す非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線22及びサジタル面に対する収差曲線24）、図5に示す色・球面収差曲線（C線に対する収差曲線26、d線に対する収差曲線28、e線に対する収差曲線30、Ｆ線に対する収差曲線32及びg線に対する収差曲線34）については、それぞれグラフによって示してある。

図3及び図4の収差曲線の縦軸は、像高を光軸からの距離の何％であるかで示している。図3及び図4中で、100％、80％、70％及び60％は、それぞれ、0.600 mm、0.480 mm、0.420 mm及び0.360 mm に対応している。また、図5の収差曲線の縦軸は、入射高ｈ(Ｆナンバー)を示しており、最大がＦ3.4に対応する。図5の横軸は、収差の大きさを示している。

歪曲収差は、像高70％（像高0.420 mm）位置において収差量の絶対値が1.80％と最大になっており、像高0.600 mm以下の範囲で収差量の絶対値が1.80％以内に収まっている。

非点収差は、像高100％（像高0.600 mm）位置においてメリジオナル面における収差量の絶対値が0.0184 mmと最大になっており、また、像高0.600 mm以下の範囲で収差量の絶対値が0.0184 mm以内に収まっている。

色・球面収差は、入射高ｈの50％においてg線に対する収差曲線34の絶対値が0.024 mmと最大になっており、収差量の絶対値が0.024 mm以内に収まっている。

（A）第1レンズL1の物体側曲率半径r₁は、r₁＝0.351 mm である。
（B）第1レンズL1の像側曲率半径r₂は、r₂＝0.608 mm である。
（C）バックフォーカスｂ_fは、ｂ_f＝0.470 mm である。
（D）第1レンズL1の物体側面から像面までの空気中での距離、すなわち光学長dは、d＝1.3714 mmである。
（E）第1レンズL1と第2レンズL2との間隔D₂は、D₂＝d₂+d₃＝＝0.0906 mm である。
（F）第2レンズL2の中心の厚さD₃は、D₃＝d₄＝0.2768 mm である。
（G）第1レンズL1の焦点距離ｆ₁は、ｆ₁＝1.13 mm である。
（H）第2レンズL2の焦点距離ｆ₂は、ｆ₂＝1.19 mm である。
（I）第3レンズL3の焦点距離ｆ₃は、ｆ₃＝-3.77 mm である。
よって、
（1） r₁/r₂ ＝0.351/0.608＝ 0.5773、
（2） D₂/f ＝0.0906/1.00＝ 0.0906、
（3） D₃/f ＝0.2768/1.00＝ 0.2768、
（4）ｄ/f ＝1.3714/1.00＝ 1.3714 及び
（5） b_f/f ＝0.470/1.00＝ 0.47
となるので、実施例2のレンズ系は、条件式を満たしている。

開口絞りＳ1は、表2に示すとおり、第1レンズL1の第2面（像側の面）から後方0.0263 mm（ｄ₂＝0.0263 mm）の位置に設けられている。また、開口数（Ｆナンバー）は、3.4である。

図6に実施例2の撮像レンズの断面図を示す。焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスは0.470 mmと、十分な長さに確保できている。

図7に示す歪曲収差曲線36、図8に示す非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線38及びサジタル面に対する収差曲線40）、図9に示す色・球面収差曲線（C線に対する収差曲線42、d線に対する収差曲線44、e線に対する収差曲線46、Ｆ線に対する収差曲線48及びg線に対する収差曲線50）については、それぞれグラフによって示してある。

図7及び図8の収差曲線の縦軸は、像高を光軸からの距離の何％であるかで示している。図7及び図8中で、100％、80％、70％及び60％は、それぞれ、0.550 mm、0.440 mm、0.385 mm及び0.330 mm に対応している。また、図9の収差曲線の縦軸は、入射高ｈ(Ｆナンバー)を示しており、最大がＦ3.4に対応する。図9の横軸は、収差の大きさを示している。

歪曲収差は、像高80％（像高0.440 mm）位置において収差量の絶対値が5.94％と最大になっており、像高0.550 mm以下の範囲で収差量の絶対値が5.94％以内に収まっている。

非点収差は、像高60％（像高0.330 mm）位置においてメリジオナル面における収差量の絶対値が0.0095 mmと最大になっており、また、像高0.550 mm以下の範囲で収差量の絶対値が0.0095 mm以内に収まっている。

色・球面収差は、入射高ｈの100％においてg線に対する収差曲線50の絶対値が0.0246 mmと最大になっており、収差量の絶対値が0.0246 mm以内に収まっている。

（A）第1レンズL1の物体側曲率半径r₁は、r₁＝0.353 mm である。
（B）第1レンズL1の像側曲率半径r₂は、r₂＝0.611 mm である。
（C）バックフォーカスｂ_fは、ｂ_f＝0.454 mm である。
（D）第1レンズL1の物体側面から像面までの空気中での距離、すなわち光学長dは、d＝1.3746 mmである。
（E）第1レンズL1と第2レンズL2との間隔D₂は、D₂＝d₂+d₃＝0.0909 mm である。
（F）第2レンズL2の中心の厚さD₃は、D₃＝d₄＝0.278 mm である。
（G）第1レンズL1の焦点距離ｆ₁は、ｆ₁＝1.14 mm である。
（H）第2レンズL2の焦点距離ｆ₂は、ｆ₂＝1.19 mm である。
（I）第3レンズL3の焦点距離ｆ₃は、ｆ₃＝-3.79 mm である。
よって、
（1） r₁/r₂ ＝0.353/0.611 ＝ 0.5778、
（2） D₂/f ＝0.0909/1.00＝ 0.0909、
（3） D₃/f ＝0.278 /1.00＝ 0.278、
（4）ｄ/f ＝1.3746/1.00＝ 1.3746 及び
（5） b_f/f ＝0.454/1.00＝ 0.454
となるので、実施例3のレンズ系は、条件式を満たしている。

開口絞りＳ1は、表3に示すとおり、第1レンズL1の第2面（像側の面）から後方0.0263 mm（ｄ₂＝0.0263 mm）の位置に設けられている。また、開口数（Ｆナンバー）は、3.4である。

図10に実施例3の撮像レンズの断面図を示す。焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスは0.454 mmと、十分な長さに確保できている。

図11に示す歪曲収差曲線52、図12に示す非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線54及びサジタル面に対する収差曲線56）、図13に示す色・球面収差曲線（C線に対する収差曲線58、d線に対する収差曲線60、e線に対する収差曲線62、Ｆ線に対する収差曲線64及びg線に対する収差曲線66）については、それぞれグラフによって示してある。

図11及び図12の収差曲線の縦軸は、像高を光軸からの距離の何％であるかで示している。図11及び図12中で、100％、80％、70％及び60％は、それぞれ、0.550 mm、0.440 mm、0.385 mm及び0.330 mm に対応している。また、図13の収差曲線の縦軸は、入射高ｈ(Ｆナンバー)を示しており、最大がＦ3.4に対応する。図13の横軸は、収差の大きさを示している。

歪曲収差は、像高80％（像高0.440 mm）位置において収差量の絶対値が5.4728％と最大になっており、像高0.550 mm以下の範囲で収差量の絶対値が5.4728％以内に収まっている。

非点収差は、像高80％（像高0.440 mm）位置においてメリジオナル面における収差量の絶対値が0.0118 mmと最大になっており、また、像高0.550 mm以下の範囲で収差量の絶対値が0.0118 mm以内に収まっている。

色・球面収差は、入射高ｈの100％においてg線に対する収差曲線66の絶対値が0.0251 mmと最大になっており、収差量の絶対値が0.0251 mm以内に収まっている。

（A）第1レンズL1の物体側曲率半径r₁は、r₁＝0.348 mm である。
（B）第1レンズL1の像側曲率半径r₂は、r₂＝0.578 mm である。
（C）バックフォーカスｂ_fは、ｂ_f＝0.444 mm である。
（D）第1レンズL1の物体側面から像面までの空気中での距離、すなわち光学長dは、d＝1.3545 mmである。
（E）第1レンズL1と第2レンズL2との間隔D₂は、D₂＝d₂+d₃＝0.0949 mm である。
（F）第2レンズL2の中心の厚さD₃は、D₃＝d₄＝0.2784 mm である。
（G）第1レンズL1の焦点距離ｆ₁は、ｆ₁＝1.14 mm である。
（H）第2レンズL2の焦点距離ｆ₂は、ｆ₂＝1.14 mm である。
（I）第3レンズL3の焦点距離ｆ₃は、ｆ₃＝-3.34 mm である。
よって、
（1） r₁/r₂ ＝0.348/0.578＝ 0.6021、
（2） D₂/f ＝0.0949/1.00＝ 0.0949、
（3） D₃/f ＝0.2784/1.00＝ 0.2784、
（4）ｄ/f ＝1.3545/1.00＝ 1.3545 及び
（5） b_f/f ＝0.444/1.00＝0.444
となるので、実施例4のレンズ系は、条件式を満たしている。

開口絞りＳ1は、表4に示すとおり、第1レンズL1の第2面（像側の面）から後方0.0346 mm（ｄ₂＝0.0346 mm）の位置に設けられている。また、開口数（Ｆナンバー）は、3.4である。

図14に実施例4の撮像レンズの断面図を示す。焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスは0.444 mmと、十分な長さに確保できている。

図15に示す歪曲収差曲線68、図16に示す非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線70及びサジタル面に対する収差曲線72）、図17に示す色・球面収差曲線（C線に対する収差曲線74、d線に対する収差曲線76、e線に対する収差曲線78、Ｆ線に対する収差曲線80及びg線に対する収差曲線82）については、それぞれグラフによって示してある。

図15及び図16の収差曲線の縦軸は、像高を光軸からの距離の何％であるかで示している。図15及び図16中で、100％、80％、70％及び60％は、それぞれ、0.620 mm、0.496 mm、0.434 mm及び0.372 mm に対応している。また、図17の収差曲線の縦軸は、入射高ｈ(Ｆナンバー)を示しており、最大がＦ3.4に対応する。図17の横軸は、収差の大きさを示している。

歪曲収差は、像高80％（像高0.496 mm）位置において収差量の絶対値が7.1562％と最大になっており、像高0.620 mm以下の範囲で収差量の絶対値が7.1562％以内に収まっている。

非点収差は、像高100％（像高0.620 mm）位置においてメリジオナル面における収差量の絶対値が0.0328 mmと最大になっており、また、像高0.620 mm以下の範囲で収差量の絶対値が0.0328 mm以内に収まっている。

色・球面収差は、入射高ｈの50％においてg線に対する収差曲線82の絶対値が0.0217 mmと最大になっており、収差量の絶対値が0.0217 mm以内に収まっている。

実施例1乃至4のいずれの撮像レンズにおいても、CCDまたはCMOSを撮像素子として用いる小型カメラに搭載するレンズに必要とされる性能が確保されていることが分かった。

上述したこの発明の撮像レンズの説明から明らかなように、撮像レンズの各構成レンズを条件式(1)から(5)を満たすように設計することで、この発明が解決しようとする課題が解決する。すなわち、諸収差が良好に補正され、十分なバックフォーカスが得られかつ光学長が短く保たれた撮像レンズが得られる。

なお、上述した実施例において第１レンズ、第２レンズ及び第3レンズにはゼオネックス480Rというプラスチック素材を用いたが、実施例に掲げた以外のプラスチック材料はもとより、プラスチック素材でなくとも、実施例等で説明した諸条件を満たす素材であれば、ガラスその他の材料を用いることができることは言うまでもない。

以上、説明したように、この発明の撮像レンズによれば、諸収差が良好に補正され、短い光学長であるにもかかわらず、良好な画像が得られ、バックフォーカスも十分に確保できる。

また、この発明の撮像レンズによれば、シクロオレフィン系プラスチックあるいはポリカーボネートをレンズ素材として利用することができる。このためコストの高い非球面モールドガラスを使用する必要がなく、低コストで生産できることになり、その上、軽量化も図られる。

以上説明したことから、この発明の撮像レンズは、携帯電話機、パーソナルコンピュータあるいはデジタルカメラに内蔵するカメラ用レンズとしての利用はもとより、PDA（personal digital assistants）を内蔵するカメラ用レンズ、画像認識機能を具えた玩具に内蔵するカメラ用レンズ、監視、検査あるいは防犯機器等に内蔵するカメラ用レンズとして適用しても好適である。

この発明による撮像レンズの断面図である。実施例１の撮像レンズの断面図である。実施例1の撮像レンズの歪曲収差図である。実施例1の撮像レンズの非点収差図である。実施例1の撮像レンズの色・球面収差図である。実施例2の撮像レンズの断面図である。実施例2の撮像レンズの歪曲収差図である。実施例2の撮像レンズの非点収差図である。実施例2の撮像レンズの色・球面収差図である。実施例3の撮像レンズの断面図である。実施例3の撮像レンズの歪曲収差図である。実施例3の撮像レンズの非点収差図である。実施例3の撮像レンズの色・球面収差図である。実施例4の撮像レンズの断面図である。実施例4の撮像レンズの歪曲収差図である。実施例4の撮像レンズの非点収差図である。実施例4の撮像レンズの色・球面収差図である。

符号の説明

10：撮像素子
12：カバーガラス
14：絞り
L1：第1レンズ
L2：第2レンズ
L3：第3レンズ
r_i：ｉ番目の面の軸上曲率半径
d_i：ｉ番目の面からｉ＋１番目の面までの距離
N_i：ｉ番目の面とｉ＋１番目の面から成るレンズの媒質の屈折率
ν_i：ｉ番目の面をｉ＋１番目の面から成るレンズの媒質のアッベ数

Claims

第1レンズL1、開口絞りS1、第2レンズL2及び第3レンズL3を有し、
物体側から像側に向かって、該第1レンズL1、該開口絞りS1、該第2レンズL2及び該第3レンズL3の順に配列されて構成され、
該第1レンズL１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する樹脂製のレンズであり、
該第2レンズL2は、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する樹脂製のレンズであり、
該第3レンズL3は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する樹脂製のレンズであって、
該第1レンズL1の両面が非球面、該第2レンズL2の両面が非球面、かつ該第3レンズL3の少なくとも一方の面が非球面であり、
以下の条件を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
0.40 ＜ r₁／r₂ ＜ 0.65 （1）
0.08 ＜ D₂／f ＜ 0.1 （2）
0.2 ＜ D₃／f ＜ 0.3 （3）
1.0 ＜ｄ／f ＜ 1.5 （4）
0.4 ＜ b_f／f ＜ 0.6 （5）
ただし、
f ：撮像レンズの合成焦点距離
r₁ ：第1レンズL1の物体側面の光軸近傍における曲率半径（軸上曲率半径）
r₂ ：第1レンズL1の像側面の光軸近傍における曲率半径（軸上曲率半径）
D₂ :第1レンズL1と第2レンズL2との間隔
D₃ :第2レンズL2の中心の厚さ
d ：第1レンズL1の物体側面から像面までの距離（空気中）
b_f ：第3レンズL3の像側面から像面までの距離（空気中）
請求項１に記載の撮像レンズであって、該撮像レンズを構成する前記第1レンズL1、前記第2レンズL2及び前記第3レンズL3をアッベ数が30から60までの範囲内の値である素材で形成したレンズとしたことを特徴とする撮像レンズ。
請求項１に記載の撮像レンズであって、該撮像レンズを構成する前記第1レンズL1、前記第2レンズL2及び前記第3レンズL3が、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成したレンズであることを特徴とする撮像レンズ。