JP4334216B2

JP4334216B2 - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP4334216B2
Application number: JP2002379642A
Authority: JP
Inventors: 部泰彦阿
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: US20040141242A1; US6985306B2; JP2004212481A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を備えた携帯電話機、携帯情報端末機等のモバイルカメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に適用される撮影レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ等の撮像素子に適用される撮影レンズとしては、例えば監視用カメラ等の如く動画を撮影するために適用されるものが知られている。この監視用カメラは、主として動画の撮影に供され、その撮像素子の画素数も比較的少ないことから、レンズそのものに高い光学性能は必要とされていなかった。
従来の監視用カメラ、ビデオカメラ等に用いられていた撮像素子では、銀塩フィルム式のカメラに比べて撮影画像の画質の悪さが指摘されていたが、近年における撮像素子の著しい技術進歩により、銀塩フィルム式のカメラによる画像に近い画質のものが得られるようになってきている。と同時に、撮像素子の小型化、高密度化等が達成され、デジタルスチルカメラ等に適用される撮影レンズとしては、高性能であると同時に、小型、薄型、安価であることが強く望まれている。
【０００３】
一方、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等に用いられる撮影レンズは、レンズの構成枚数が１〜２枚程度と非常に小型で薄型になっているものの、１０万画素〜３５万画素程度の比較的低密度の撮像素子に対応するものであって、得られる画像としては十分満足されるものではなかった。
また、ＣＣＤ等の撮像素子には、従来から光を効率良く使う為に撮像素子の表面にマイクロレンズが設けられている。それ故に、撮像素子に入射する光線角度が大き過ぎると、ケラレ現象を生じて光が撮像素子に入っていかない。そこで、これらに適用される撮影レンズとしては、射出瞳が像面から十分離れており、光線が撮像素子に入射する角度、すなわち射出角度を小さくしてテレセントリック性を良くしたものが一般的であった（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２０００−１７１６９７号公報
【特許文献２】
特開平２００１−１３３６８４号公報
【特許文献３】
特開平２００２−９８８８８号公報
【特許文献４】
特開平２００２−１６２５６１号公報
【特許文献５】
特開平０５−４０２２０号公報
【特許文献６】
特開平０５−１５７９６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年における撮像素子の著しい技術進歩により、より小型で、より薄型で、より高解像で、より安価な撮影レンズが要望されているものの、従来の撮影レンズではテレセントリック性を良くするが故にレンズ全長が比較的長くなり、より薄型化という点では適していなかった。
一方、従来の撮像素子では光線の射出角度の限界により制約を受けて、撮影レンズをそれ程薄く（レンズ系全長をそれ程短く）はできなかったが、マイクロレンズを工夫することにより、光線の射出角度が２０度位までのものでも使用できるようになってきた。したがって、このようなマイクロレンズをもつ撮像素子に適した、より薄型の撮影レンズが要望されている。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ケラレ現象等を解消しつつ、構成するレンズの枚数も少なく、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が図れ、携帯電話機、携帯情報端末機等のモバイルカメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に搭載される最近の高密度撮像素子に好適な撮影レンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮影レンズは、物体側から像面側に向けて順に、所定の口径をもつ開口絞りと、全体として正の屈折力をもつ第１レンズ群と、全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群と、全体として正の屈折力をもつ第３レンズ群とを備え、上記第１レンズ群は、正の屈折力をもつ第１レンズと負の屈折力をもつ第２レンズとを物体側から順次に配置して接合した接合レンズからなり、上記第２レンズ群は、正の屈折力をもちかつ物体側及び像面側の少なくとも一方側の面に非球面をもつ第３レンズからなり、上記第３レンズ群は、正の屈折力をもちかつ物体側及び像面側の少なくとも一方側の面に非球面をもつ第４レンズからなり、第３レンズの物体側の面の曲率半径をＲ６、第３レンズの像面側の面の曲率半径をＲ７、第４レンズの物体側の面の曲率半径をＲ８、第４レンズの像面側の面の曲率半径をＲ９とするとき、
１＜Ｒ６／Ｒ７＜２
１＜Ｒ９／Ｒ８＜２
を満足する、ことを特徴としている。
この構成によれば、高密度撮像素子に適応し、光線の射出角度が２４度以下で、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正され、レンズ全長が短い薄型の撮影レンズを得ることができる。
特に、第３レンズの曲率半径Ｒ６，Ｒ７及び第４レンズの曲率半径Ｒ８，Ｒ９が上記の式を満たすように形成されることにより、適切なバックフォーカスを確保しつつ、諸収差、特に非点収差を良好に補正することができる。
【０００８】
上記構成において、レンズ全系の焦点距離をｆ、開口絞りの物体側前面から被写体が結像される像面までの距離をＦＬ、第１レンズのアッベ数をν１、第２レンズのアッベ数をν２、第１レンズの屈折率をＮ１とするとき、
ｆ／ＦＬ＞０．６
１０＜ν１−ν２＜２５
Ｎ１＞１．６
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、レンズ全系の焦点距離とレンズ全系の光軸方向の寸法との関係がｆ／ＦＬ＞０．６の式を満たすことにより、撮影レンズの小型化、薄型化を容易に達成することができる。
また、第１レンズ群における第１レンズ及び第２レンズのアッベ数の関係が１０＜ν１−ν２＜２５の式を満たすことにより、色収差を良好に補正することができ、又、第１レンズ群の第１レンズの屈折率がＮ１＞１．６の式を満たすことにより、第１レンズの曲率半径が極端に小さくなるのを防止して、レンズを容易に加工することができる。
【００１０】
上記構成において、第３レンズは、樹脂材料により形成されると共に像面側に凸面を向けたメニスカスレンズである、構成を採用できる。
この構成によれば、適切なバックフォーカスを確保しつつ、諸収差、特に非点収差を良好に補正することができる。また、樹脂材料とすることで生産コストを低減でき、軽量化も行え、樹脂材料で形成する場合射出成形にて行われるため、変曲点等の難しい形状も容易に形成することができる。
【００１１】
上記構成において、第４レンズは、樹脂材料により形成されると共に物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである、構成を採用できる。
この構成によれば、適切なバックフォーカスを確保しつつ、諸収差、特に非点収差を良好に補正することができる。また、樹脂材料とすることで生産コストを低減でき、軽量化も行え、樹脂材料で形成する場合射出成形にて行われるため、変曲点等の難しい形状も容易に形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る撮影レンズの一実施形態を示す基本構成図である。この実施形態に係る撮影レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、所定の口径をもつ開口絞り１と、全体として正の屈折力をもつ第１レンズ群（Ｉ）と、全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群（ＩＩ）と、全体として正の屈折力をもつ第３レンズ群（ＩＩＩ）とが順次に配列されている。
【００１６】
第１レンズ群（Ｉ）は、正の屈折力をもつ両凸レンズである第１レンズ２と、負の屈折力をもつ両凹レンズである第２レンズ３とを、物体側から順次に配置して接合した接合レンズにより形成されている。第２レンズ群（ＩＩ）は、正の屈折力をもちかつ物体側及び像面側の少なくとも一方側の面に非球面をもつ単品レンズである第３レンズ４により形成されている。第３レンズ群（ＩＩＩ）は、正の屈折力をもちかつ物体側及び像面側の少なくとも一方側の面に非球面をもつ単品レンズである第４レンズ５により形成されている。
この配列構成において、第４レンズ５よりも像面側寄りには、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等としての平行平板からなるガラスフィルタ６が配置され、さらに後方にはＣＣＤ等の像面Ｓが配置されることになる。
【００１７】
尚、開口絞り１、第１レンズ２、第２レンズ３、第３レンズ４、第４レンズ５、ガラスフィルタ６からなる配列構成においては、図１に示すように、開口絞り１、レンズ２〜５、ガラスフィルタ６のそれぞれの面をＳｉ（ｉ＝１〜１１）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１１）、ｄ線に対する第１レンズ２〜第４レンズ５の屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜４）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜４）、ガラスフィルタ６のｄ線に対する屈折率をＮ５及びアッベ数をν５で表す。さらに、開口絞り１からガラスフィルタ６までのそれぞれの光軸方向Ｌにおける間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１０）で表す。
【００１８】
ここで、レンズ全系の焦点距離をｆ、開口絞り１の物体側前面Ｓ１から被写体が結像される像面Ｓまで（バックフォーカスは空気換算距離）の距離をＦＬとするとき、下記条件式（１）、
（１）ｆ／ＦＬ＞０．６、
を満足するように構成されている。
条件式（１）は、レンズ全系の焦点距離とレンズ全系の光軸方向の寸法との適切な比を定めたものであり、レンズの薄型化に関する条件である。このｆ／ＦＬの値が０．６を超えるように形成することにより、小型化、薄型化が容易に達成される。
【００１９】
第１レンズ群（Ｉ）を構成する第１レンズ２と第２レンズ３とは、ガラス材料により形成され、同一の曲率半径Ｒ４をなす面Ｓ４にて一体的に接合され（貼り合わされ）ている。仮に、第１レンズ２と第２レンズ３とを一つのレンズで代用すると、色収差の補正が困難となるが、このように第１レンズ２と第２レンズ３とを別々に製造し、その後接合して一体化することにより、高解像度に影響を及ぼす色収差を容易に補正することができ、又、別々に芯取りが行えるためレンズの加工性が向上する。
【００２０】
ここで、第１レンズ２と第２レンズ３とは、アッベ数ν１，ν２、屈折率Ｎ１が、下記条件式（２），（３）、
（２）１０＜ν１−ν２＜２５、
（３）Ｎ１＞１．６、
を満足するように構成されている。
条件式（２）は、第１レンズ群（Ｉ）における適切なアッベ数の範囲を定めたものであり、ν１−ν２の値がこの範囲から逸脱すると、色収差の補正が困難になり所望の光学性能が得られなくなる。したがって、この条件を満足することにより、色収差を良好に補正することができる。
また、条件式（３）は、第１レンズ２の適切な屈折率を定めたものであり、Ｎ１の値が１．６以下であると、レンズの曲率半径が小さくなり加工が困難となる。したがって、この条件を満足することにより、レンズの曲率半径が極端に小さくなるのを防止して、レンズを容易に加工することができる。
【００２１】
第２レンズ群（ＩＩ）を構成する第３レンズ４は、像面側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、ここでは樹脂材料により形成されている。また、第３レンズ４は、少なくとも一方の面Ｓ６，Ｓ７が非球面に形成されている。尚、後述する実施例１では物体側及び像面側の両面Ｓ６，Ｓ７、実施例２では物体側の面Ｓ６だけが非球面に形成されている。
これにより、適切なバックフォーカスを確保することができ、又、非点収差、その他の諸収差を良好に補正することができる。
【００２２】
第３レンズ群（ＩＩＩ）を構成する第４レンズ５は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、ここでは樹脂材料により形成されている。また、第４レンズ５は、少なくとも一方の面Ｓ８，Ｓ９が非球面に形成されている。さらに、第４レンズ５は、非球面に形成された面が（凹状から凸状に変化又は凸状から凹状に変化する）変曲点をもつように形成されている。尚、後述する実施例１，２では物体側及び像面側の両面Ｓ８，Ｓ９が非球面に形成され、かつ、中心から径方向外側に向かう途中に変曲点をもつように形成されている。
これにより、適切なバックフォーカスを確保することができ、又、非点収差、その他の諸収差を良好に補正することができる。また、変曲点を設けた形状とすることにより、射出角度を小さくすることができ、中心と周辺の像面を容易に一致させることができる。
【００２３】
ここで、非球面を表す式は、次式で規定される。
Ｚ＝Ｃｙ^２／［１＋（１−εＣ^２ｙ^２）^１／２］＋Ｄｙ^４＋Ｅｙ^６＋Ｆｙ^８＋Ｇｙ^１０＋Ｈｙ^１２、ただし、Ｚ：非球面の頂点における接平面から、光軸Ｌからの高さがｙの非球面上の点までの距離、ｙ：光軸Ｌからの高さ、Ｃ：非球面の頂点における曲率（１／Ｒ）、ε：円錐定数、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ：非球面係数である。
【００２４】
また、上記構成において、第２レンズ群（ＩＩ）の第３レンズ４と第３レンズ群（ＩＩＩ）の第４レンズ５とは、第３レンズ４の曲率半径Ｒ６，Ｒ７、第４レンズ５の曲率半径Ｒ８，Ｒ９が、下記条件式（４），（５）、
（４）１＜Ｒ６／Ｒ７＜２、
（５）１＜Ｒ９／Ｒ８＜２、
を満足するように構成されている。
条件式（４），（５）は、第３レンズ４及び第４レンズ５において良好な光学特性を達成するべく、レンズの適切な曲率半径の比を定めたものである。この条件から逸脱すると、適切なバックフォーカスを確保するのが困難になり、又、諸収差、特に非点収差、歪曲収差の補正が困難になる。したがって、これらの条件式を満足することにより、適切なバックフォーカスを確保することができ、又、諸収差を良好に補正することができ十分な光学特性を得ることができる。
【００２５】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１として以下に示す。実施例１における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に、非球面に関する数値データは表３にそれぞれ示される。また、この実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図２に示されるような結果となる。尚、図２において、Ｈは入射高さ、Ｙ´は像高さ、ｄはｄ線による収差、ｇはｇ線による収差、ｃはｃ線による収差をそれぞれ示し、又、ＳＣは正弦条件の不満足量を示し、さらに、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
【表３】

【００２９】
ここで、条件式（１）〜（５）の値は、
（１）ｆ／ＦＬ＝０．６３８（＞０．６）、
（２） ν１−ν２＝１５．２（１０＜１５．２＜２５）、
（３）Ｎ１＝１．８０６１０（＞１．６）、
（４）Ｒ６／Ｒ７＝１．０９２（１＜１．０９２＜２）、
（５）Ｒ９／Ｒ８＝１．０８５（１＜１．０８５＜２）、
となり、全て満足している。
【００３０】
上記実施例１においては、バックフォーカスを含まない状態でレンズ全長が６．４１０ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が１．７４６ｍｍ、射出角度が１６．５°、Ｆナンバーが２．８０、画角が４５．０°となり、薄型（光軸方向の寸法が短い）で、諸収差が良好に補正され、高密度画素の撮像素子に好適な光学性能の高い撮影レンズが得られる。
【００３１】
図３は、本発明に係る撮影レンズの他の実施形態を示す基本構成図である。この撮影レンズでは、第３レンズ４´において物体側の面Ｓ６だけを非球面とし、それぞれのレンズの仕様を変更した以外は、前述の実施形態と同様の構成をなすものである。
【００３２】
この実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例２として以下に示す。実施例２における主な仕様諸元は表４に、種々の数値データ（設定値）は表５に、非球面に関する数値データは表６にそれぞれ示される。また、この実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図４に示されるような結果となる。尚、図４において、Ｈは入射高さ、Ｙ´は像高さ、ｄはｄ線による収差、ｇはｇ線による収差、ｃはｃ線による収差をそれぞれ示し、又、ＳＣは正弦条件の不満足量を示し、さらに、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００３３】
【表４】

【００３４】
【表５】

【００３５】
【表６】

【００３６】
ここで、条件式（１）〜（５）の値は、
（１）ｆ／ＦＬ＝０．６４４（＞０．６）、
（２） ν１−ν２＝１３．５（１０＜１３．５＜２５）、
（３）Ｎ１＝１．８３４００（＞１．６）、
（４）Ｒ６／Ｒ７＝１．０２１（１＜１．０２１＜２）、
（５）Ｒ９／Ｒ８＝１．０２３（１＜１．０２３＜２）、
となり、全て満足している。
【００３７】
上記実施例２においては、バックフォーカスを含まない状態でレンズ全長が８．４４０ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が２．４３５ｍｍ、射出角度が２１．４°、Ｆナンバーが２．８０、画角が４３．７°となり、薄型（光軸方向の寸法が短い）で、諸収差が良好に補正され、高密度画素の撮像素子に好適な光学性能の高い撮影レンズが得られる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の撮影レンズによれば、撮像素子におけるケラレ現象等を解消し、小型化、軽量化、低コスト化等を達成しつつ、構成枚数が少なく、諸収差が良好に補正された薄型の撮影レンズを得ることができる。
特に、光線の射出角度が２０度位までで、レンズの全長が（バックフォーカスを含まない状態で）９ｍｍ以下と短く、しかも適切なバックフォーカスを確保でき、諸収差が良好に補正され、高密度撮像素子に好適な薄型の撮影レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮影レンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】実施例１に係る撮影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【図３】本発明に係る撮影レンズの他の実施形態を示す構成図である。
【図４】実施例２に係る撮影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【符号の説明】
Ｉ第１レンズ群
ＩＩ第２レンズ群
ＩＩＩ第３レンズ群
１開口絞り
２第１レンズ
３第２レンズ
４，４´ 第３レンズ
５第４レンズ
６ガラスフィルタ
Ｄ１〜Ｄ１０光軸上の間隔
Ｒ１〜Ｒ１１曲率半径
Ｓ１〜Ｓ１１面
Ｌ光軸

Claims

物体側から像面側に向けて順に、所定の口径をもつ開口絞りと、全体として正の屈折力をもつ第１レンズ群と、全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群と、全体として正の屈折力をもつ第３レンズ群と、を備え、
前記第１レンズ群は、正の屈折力をもつ第１レンズと負の屈折力をもつ第２レンズとを物体側から順次に配置して接合した接合レンズからなり、
前記第２レンズ群は、正の屈折力をもちかつ物体側及び像面側の少なくとも一方側の面に非球面をもつ第３レンズからなり、
前記第３レンズ群は、正の屈折力をもちかつ物体側及び像面側の少なくとも一方側の面に非球面をもつ第４レンズからなり、
前記第３レンズの物体側の面の曲率半径をＲ６、前記第３レンズの像面側の面の曲率半径をＲ７、前記第４レンズの物体側の面の曲率半径をＲ８、前記第４レンズの像面側の面の曲率半径をＲ９とするとき、
１＜Ｒ６／Ｒ７＜２
１＜Ｒ９／Ｒ８＜２
を満足することを特徴とする撮影レンズ。
レンズ全系の焦点距離をｆ、前記開口絞りの物体側前面から被写体が結像される像面までの距離をＦＬ、前記第１レンズのアッベ数をν１、前記第２レンズのアッベ数をν２、前記第１レンズの屈折率をＮ１とするとき、
ｆ／ＦＬ＞０．６
１０＜ν１−ν２＜２５
Ｎ１＞１．６
を満足することを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。
前記第３レンズは、樹脂材料により形成されると共に像面側に凸面を向けたメニスカスレンズである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影レンズ。
前記第４レンズは、樹脂材料により形成されると共に物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の撮影レンズ。