JP2005284153A

JP2005284153A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2005284153A
Application number: JP2004100760A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Murakami; 和弥村上; Yasuhiko Abe; 泰彦阿部
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Also published as: US7193793B2; KR20060043736A; EP1582899B1; CN1677134A; DE602005006458D1; US20050231826A1; EP1582899A1

Abstract

【課題】携帯電話機、ＰＤＡ等に搭載されるモバイルカメラに適した小型で光学性能の高い撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第１レンズ１、所定の口径をなす開口絞り４、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第２レンズ２、物体側に凹面を向け全体として負の屈折力をもつ第３レンズ３を配置し、第１レンズ１の物体側及び像面側の少なくとも一方の面を非球面にし、第３レンズの物体側及び像面側の両面を非球面にすると共に、像面側の面を有効径の範囲内において曲率の向きが変化する変曲点をもつように形成する。これにより、適切なバックフォーカスを確保しつつ、レンズ系の全長を短くでき、諸収差、特に非点収差、歪曲収差を良好に補正でき、高い光学特性を得ることができる
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に適用される小型の撮像レンズに関し、特に携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）、携帯型パーソナルコンピュータ等に搭載される小型のモバイルカメラに好適な撮像レンズに関する。

近年においては、ＣＣＤ等の固体撮像素子の著しい技術進歩により、フィルム式カメラの画像に近いものが得られるようになり、同時にＣＣＤ等の小型化、高画素数化が達成されてきたため、デジタルスチルカメラ等に使用される撮像レンズとしては、高性能であると同時に、小型化、薄型化、低コスト化等が強く要望されるようになってきた。

一方、従来の携帯電話機、携帯情報端末機等に搭載されている撮像レンズとしては、レンズの枚数が１枚あるいは２枚程度と少なく、小型化、薄型化は達成されているものの、ＣＣＤ等の画素数が１０万〜３０万個程度のものに対応できる性能しかもっておらず、撮影された画像としては満足できるものではなかった。
これに対処できるものとして、レンズの枚数を増やした３群３枚構成の撮像レンズが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開平１１−５２２２７号公報特開平０７−１６８０９５号公報

ところで、上記従来の３群３枚構成の撮像レンズにおいては、諸収差を補正しようとすると、バックフォーカスが長くなり、その結果レンズ系の全長が長くなり、小型化、薄型化等の要望を満たさなくなる。したがって、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）、携帯型パーソナルコンピュータ等に搭載される撮像レンズとして、制約を受ける狭い空間内に容易に収容できるものではなかった。

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、３群３枚構成という非常にシンプルな構成で、小型化、薄型化、軽量化等を図りつつも、１００万画素以上の固体撮像素子にも対応できる、携帯電話機、携帯情報端末機等に搭載されるのに適した光学性能の高い撮像レンズを提供することにある。

本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第１レンズと、所定の口径をなす開口絞りと、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第２レンズと、物体側に凹面を向け全体として負の屈折力をもつ第３レンズとを備え、第１レンズは、物体側又は像面側の少なくとも一方の面が非球面に形成され、第３レンズは、物体側及び像面側の両面が非球面に形成され、かつ、像面側の面における有効径の範囲内において、曲率の向きが変化する変曲点をもつように形成されている、ことを特徴としている。
この構成によれば、第１レンズ及び第２レンズに正の屈折力、第３レンズに負の屈折力をもたせることで、適切なバックフォーカスを確保しつつ、レンズ系の全長を短縮することができる。そして、短縮化、小型化と共に、第１レンズ及び第３レンズに設けた非球面と第３レンズの変曲点をもつ像面側の面により、諸収差、特に非点収差、歪曲収差を良好に補正することができ、好ましい光学特性を得ることができる

上記構成において、第１レンズ及び第３レンズは、樹脂材料により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、ガラス材料により形成した場合に比べて、レンズ系の軽量化、低コスト化を達成でき、特に、非球面あるいは変曲点をもつ面を容易に型成形（モールド）することができる。

上記構成において、レンズ系の焦点距離をｆ、第１レンズの物体側の面から像面までのレンズ系の全長をＴＬ（空気換算距離）とするとき、次式（１）
（１）ＴＬ／ｆ＜１．４
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、レンズ系の全長を短くでき、小型化、薄型化を達成することができる。

上記構成において、第１レンズのアッベ数をν1、第２レンズのアッベ数をν２、及び第３レンズのアッベ数をν３とするとき、次式（２）
（２）ν１＞４５、ν２＞４５、ν３＞４５
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、特に、倍率色収差を良好に補正することができ、好ましい光学特性を得ることができる。

上記構成において、第１レンズの物体側の曲率半径をＲ１、第１レンズの像面側の曲率半径をＲ２とするとき、次式（３）
（３）０．５＜│Ｒ１／Ｒ２│＜２
を満足する、構成を採用することができる。
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、レンズ系の全長を短くできると同時に諸収差、特に非点収差及び歪曲収差を良好に補正することができ、好ましい光学性能を得ることができる。

上記構成において、レンズ系の焦点距離をｆ、第１レンズと第２レンズとの光軸方向における間隔をＤ２３、第２レンズと第３レンズとの光軸方向における間隔をＤ５とするとき、次式（４）
（４）Ｄ２３／ｆ＜０．１、Ｄ５／ｆ＜０．２
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、レンズ系の外径寸法を小さくでき、又、特に非点収差及び歪曲収差を良好に補正することができ、好ましい光学特性を得ることができる。

上記構成において、第１レンズの光軸方向における肉厚をＤ１、第３レンズの光軸方向における肉厚をＤ６とするとき、次式（５）
（５）０．８＜Ｄ１／Ｄ６＜１．３
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、レンズ系の全長を短くしつつ、適切なバックフォーカスを確保でき、諸収差、特に非点収差を良好に補正することができ、好ましい光学性能を得ることができる。

上記のように、本発明の撮像レンズによれば、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が行え、携帯電話機、携帯情報端末機等に搭載されるモバイルカメラに好適な撮像レンズを得ることができる。特に、ＣＣＤ等の撮像素子のサイズに応じて、レンズ系の全長を短い寸法（例えば、６ｍｍ以下）にでき、小型かつ薄型で、諸収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１及び図２は、本発明に係る撮像レンズの一実施形態を示すものであり、図１はレンズ系の基本構成図、図２は光線図を示す。
この撮像レンズにおいては、図１に示すように、光軸方向Ｌおいて、物体側から像面側に向けて、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第１レンズ１と、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第２レンズ２と、物体側に凹面を向け全体として負の屈折力をもつ第３レンズ３とが、順次に配列されている。

また、上記の配列構成において、第１レンズ１と第２レンズ２との間には、所定の口径をなす開口絞り４が配置され、第３レンズ３の後方には、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等のガラスフィルタ５が配置され、その後方にＣＣＤ等の像面Ｐが配置されることになる。
すなわち、第１レンズ１により第１レンズ群が形成され、第２レンズ２（及び開口絞り４）により第２レンズ群が形成され、第３レンズ３により第３レンズ群が形成された、３群３枚構成の撮像レンズである。

ここで、第１レンズ１、開口絞り４、第２レンズ２、第３レンズ３、及びガラスフィルタ５においては、図１に示すように、それぞれの面をＳｉ（ｉ＝１〜９）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜９）、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラスフィルタ５のｄ線に対する屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜３，５）で表す。さらに、第１レンズ１〜ガラスフィルタ５までのそれぞれの光軸方向Ｌにおける間隔（肉厚、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜８）、ガラスフィルタ５〜像面ＰまでのバックフォーカスをＢＦで表す。また、上記構成をなすレンズ系の焦点距離をｆ、第１レンズ１の物体側の面Ｓ１から像面Ｐまでのレンズ系の光軸方向Ｌにおける全長をＴＬ（空気換算距離）、第１レンズ１と第２レンズ２との光軸方向Ｌにおける間隔をＤ２３（＝Ｄ２＋Ｄ３）、第２レンズ２と第３レンズ３との光軸方向Ｌにおける間隔をＤ５で表す。

第１レンズ１は、全体として正の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ１が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ２が凹面に形成されたメニスカス状のレンズである。また、第１レンズ１の物体側の面Ｓ１と像面側の面Ｓ２とは、少なくとも一方の面Ｓ１（又はＳ２）が非球面に形成されている。
第２レンズ２は、全体として正の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ４が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ５が凸面に形成された両凸レンズである。
第３レンズ３は、全体として負の屈折力をもつように、物体側の面Ｓ６が凹面に形成されかつ像面側の面Ｓ７が凹面に形成された両凹レンズである。また、第３レンズ３の物体側の面Ｓ６と像面側の面Ｓ７とは、共に非球面に形成されている。さらに、第３レンズ３の像面側の面Ｓ７は、有効径の範囲内において、曲率の向きが変化する変曲点をもつように形成されている。

ここで、第レンズ１及び第３レンズ３の非球面を表す式は、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。

上記構成においては、レンズ系の焦点距離ｆとレンズ系の全長ＴＬ（空気換算距離）とが、次式（１）
（１）ＴＬ／ｆ＜１．４
を満足するように形成されている。
この式は、レンズ系の光軸方向Ｌにおける寸法とレンズ系全体の適切な焦点距離との比を定めたものであり、レンズ系の薄型化に関するものである。すなわち、この条件を満たすことにより、レンズ系を薄型化、小型化することができる。

また、上記構成においては、第１レンズ１のアッベ数ν1、第２レンズ２のアッベ数ν２、及び第３レンズ３のアッベ数ν３が、次式（２）
（２）ν１＞４５、ν２＞４５、ν３＞４５
を満足するように形成されている。
この式は、適切なアッベ数の範囲を定めたものであり、この条件を満たすことにより、諸収差、特に倍率色収差を良好に補正することができる。

また、上記構成においては、第１レンズ１の物体側の曲率半径Ｒ１と像面側の曲率半径Ｒ２とが、次式（３）
（３）０．５＜│Ｒ１／Ｒ２│＜２
を満足するように形成されている。
この式は、第１レンズ１における曲率半径の比を定めたものであり、この条件を満たすことにより、適切なバックフォーカスを確保しつつ、レンズ系の全長を短くできると同時に諸収差、特に非点収差及び歪曲収差を良好に補正することができ、高い光学性能を得ることができる。

また、上記構成においては、第１レンズ１と第２レンズ２との光軸方向Ｌにおける間隔Ｄ２３（＝Ｄ２＋Ｄ３）と、第２レンズ２と第３レンズ３との光軸方向Ｌにおける間隔Ｄ５とが、次式（４）
（４）Ｄ２３／ｆ＜０．１、Ｄ５／ｆ＜０．２
を満足するように形成されている。
この式は、第２レンズ２と第３レンズ３との光軸上の間隔を定めたものであり、この条件を満たさないと、ＣＣＤに入射する光線角度が小さくなるため有利ではあるが、レンズ系の全長ＴＬが長くなると同時に第３レンズ３の外径も大きくなり、非点収差及び歪曲収差の補正も困難となる。したがって、この条件を満たすことにより、レンズ系の外径寸法を小さくでき、又、特に非点収差及び歪曲収差を良好に補正することができ、高い光学特性を得ることができる。

さらに、上記構成においては、第１レンズ１の肉厚Ｄ１と第３レンズ３の肉厚Ｄ６とが、次式（５）
（５）０．８＜Ｄ１／Ｄ６＜１．３
を満足するように形成されている。
この式は、第１レンズ１と第３レンズ３との適切な肉厚の比を定めたものであり、この条件を満たすことにより、レンズ系の全長ＴＬを短くした上で、適切なバックフォーカスを確保でき、諸収差、特に非点収差を良好に補正することができ、高い光学性能を得ることができる。

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、実施例２、実施例３として以下に示す。また、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、実施例１の結果を図３に、実施例２の結果を図４に、実施例３の結果を図６にそれぞれ示す。尚、図３及び図４並びに図６において、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、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。

実施例１におけるレンズ系の基本構成は図１に示され、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。
この実施例においては、条件式（１）〜（５）の数値データは、ＴＬ／ｆ＝１．１３、ν１＝５６．４、ν２＝７０．４、ν３＝５６．４、│Ｒ１／Ｒ２│＝０．５６、Ｄ２３／ｆ＝０．０７１、Ｄ５／ｆ＝０．０９８、Ｄ１／Ｄ６＝１．０６７、となる。

以上の実施例１においては、レンズ系の全長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面Ｐ）が５．４２６ｍｍ（一定）、バックフォーカス（空気換算）が１．２５ｍｍ、Ｆナンバーが３．７３、画角（２ω）が６０．６°となり、薄型で、全長が短い、諸収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズが得られる。

実施例２におけるレンズ系の基本構成は図１に示され、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。
この実施例においては、条件式（１）〜（５）の数値データは、ＴＬ／ｆ＝１．１４、ν１＝５６．４、ν２＝７０．４、ν３＝５６．４、│Ｒ１／Ｒ２│＝０．５６、Ｄ２３／ｆ＝０．０７３、Ｄ５／ｆ＝０．１０９、Ｄ１／Ｄ６＝１．０７、となる。

以上の実施例２においては、レンズ系の全長ＴＬ（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面Ｐ）が５．５７２ｍｍ（一定）、バックフォーカス（空気換算）が１．４６ｍｍ、Ｆナンバーが３．７８、画角（２ω）が５９．７°となり、薄型で、全長が短い、諸収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズが得られる。

実施例３におけるレンズ系の基本構成は図５に示され、主な仕様諸元は表７に、種々の数値データ（設定値）は表８に、非球面に関する数値データは表９にそれぞれ示される。
この実施例においては、条件式（１）〜（５）の数値データは、ＴＬ／ｆ＝１．０５、ν１＝５６．４、ν２＝７０．４、ν３＝５６．４、│Ｒ１／Ｒ２│＝０．６３３、Ｄ２３／ｆ＝０．０７２、Ｄ５／ｆ＝０．０９９、Ｄ１／Ｄ６＝０．９９０、となる。

以上の実施例３においては、レンズ系の全長ＴＬ（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面Ｐ）が５．２８ｍｍ（一定）、バックフォーカス（空気換算）が１．０７ｍｍ、Ｆナンバーが３．８、画角（２ω）が５６．１°となり、薄型で、全長が短い、諸収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズが得られる。

比較例

図７は、比較例として、第３レンズを変更したものである。すなわち、この比較例の撮像レンズにおいて、第３レンズ３´は、全体として負の屈折力をもつように、物体側及び像面側の両面が凹面に形成された両凹レンズであるが、像面側の面は、曲率の向きが変化する変曲点をもたない単なる凹面として形成されている。
したがって、この撮像レンズにおける光線は、第３レンズ３´を通り抜けた後の射出角度が、図２に示す変曲点をもつ撮像レンズにおける光線の場合に比べて、大きくなる。因みに、この比較例においては、主光線の射出角度が、縦３０．０°、横４０．６°、対角５６．５°であるのに対して、実施例１ないし３においては、主光線の射出角度が、縦３０．０°、横３７．３°、対角４１．１°である。

以上述べたように、本発明の撮像レンズは、ＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像レンズとして適用されるのは勿論のこと、特に携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータ、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等に搭載される小型のモバイルカメラの撮像レンズとして好適に利用される。

本発明に係る撮像レンズの一実施形態を示す構成図である。図１に示すレンズ系の光線図を示す。実施例１に係る撮像レンズにおける、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。実施例２に係る撮像レンズにおける、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。実施例３に係る撮像レンズの構成図である。実施例３に係る撮像レンズにおける、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。比較例としてのレンズ系の光線図を示す。

符号の説明

１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４開口絞り
５ガラスフィルタ
Ｄ１〜Ｄ８光軸上の面間隔
Ｄ２３第１レンズと第２レンズとの光軸方向における間隔
Ｄ５第２レンズと第３レンズとの光軸方向における間隔
Ｄ１第１レンズの光軸方向における肉厚
Ｄ６第３レンズの光軸方向における肉厚
Ｐ撮像面
Ｒ１〜Ｒ９曲率半径
Ｓ１〜Ｓ９面
ｆレンズ系の焦点距離
ＴＬレンズ系の全長（空気換算距離）
ＢＦバックフォーカス

Claims

物体側から像面側に向けて順に、
物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第１レンズと、所定の口径をなす開口絞りと、物体側に凸面を向け全体として正の屈折力をもつ第２レンズと、物体側に凹面を向け全体として負の屈折力をもつ第３レンズと、を備え、
前記第１レンズは、物体側又像面側の少なくとも一方の面が非球面に形成され、
前記第３レンズは、物体側及び像面側の両面が非球面に形成され、かつ、像面側の面における有効径の範囲内において、曲率の向きが変化する変曲点をもつように形成されている、
ことを特徴とする撮像レンズ。
前記第１レンズ及び第３レンズは、樹脂材料により形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
レンズ系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの物体側の面から像面までのレンズ系の全長をＴＬ（空気換算距離）とするとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
（１）ＴＬ／ｆ＜１．４
前記第１レンズのアッベ数をν1、第２レンズのアッベ数をν２、及び第３レンズのアッベ数をν３とするとき、下記条件式（２）を満足す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像レンズ。
（２）ν１＞４５、ν２＞４５、ν３＞４５
前記第１レンズの物体側の曲率半径をＲ１、前記第１レンズの像面側の曲率半径をＲ２とするとき、下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の撮像レンズ。
（３）０．５＜│Ｒ１／Ｒ２│＜２
レンズ系の焦点距離をｆ、前記第１レンズと第２レンズとの光軸方向における間隔をＤ２３、前記第２レンズと第３レンズとの光軸方向における間隔をＤ５とするとき、下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の撮像レンズ。
（４）Ｄ２３／ｆ＜０．１、Ｄ５／ｆ＜０．２
前記第１レンズの光軸方向における肉厚をＤ１、前記第３レンズの光軸方向における肉厚をＤ６とするとき、下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の撮像レンズ。
（５）０．８＜Ｄ１／Ｄ６＜１．３