(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像面上に直接的にカバー部材が接合された撮像素子との組み合わせで、より最適化された撮像レンズおよび撮像装置を提供する。【解決手段】撮像レンズ１１は、物体側から像側に向かって、第１のレンズ２１−１、第２のレンズ２１−２、および第３のレンズ２１−３が配置されて構成される。撮像素子１２は、撮像面３１上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材３２が接合されている。そして、第３のレンズ２１−３からカバー部材３２に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、カバー部材３２での屈折率を利用して撮像面３１への最大主光線入射角が５°以上緩和される。【選択図】図１
2019144293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成され、
撮像素子の撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されており、前記第３のレンズから前記カバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、前記カバー部材での屈折率を利用して前記撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される
撮像レンズ。
【請求項２】
前記第１のレンズが正の屈折力を有し、
前記第２のレンズが正の屈折力を有し、
前記第３のレンズが負の屈折力を有し、
以下の条件式（１）乃至（３）を満足する
請求項１に記載の撮像レンズ。
（１）  ０．５≦ｆ１／ｆ≦１００
（２）  ０．３≦ｆ２／ｆ≦１．０
（３）−１．０≦ｆ３／ｆ≦−０．３
但し、
ｆ：光学系全体の像側焦点距離
ｆ１：第１のレンズの像側焦点距離
ｆ２：第２のレンズの像側焦点距離
ｆ３：第３のレンズの像側焦点距離
とする。
【請求項３】
前記第３のレンズは、中心から周辺に至るまで負の作用がある
請求項１に記載の撮像レンズ。
【請求項４】
前記カバー部材のアッベ数が５５以上であり、かつ、前記カバー部材の厚みが０．３ｍｍ以下である
請求項１に記載の撮像レンズ。
【請求項５】
前記カバー部材から前記第３のレンズまでのバックフォーカスが０．２ｍｍ以下である
請求項１に記載の撮像レンズ。
【請求項６】
物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成される撮像レンズと、
撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されている撮像素子と
を備え、
前記第３のレンズから前記カバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、前記カバー部材での屈折率を利用して前記撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、特に、より最適化を図ることができるようにした撮像レンズおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子で使用される撮像レンズとして、様々な特性を備えた撮像レンズが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、物体側から順に、正の屈折力を有する第１のレンズ、絞り、正の屈折力を有する第２のレンズ、負の屈折力を有する第３のレンズが配置され、特許文献１に記載の各条件を満足する撮像レンズが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、物体側から順に、正のパワーを有する第１のレンズ、絞り、正のパワーを有する第２のレンズ、中心部で負のパワーを有し、周辺部で正のパワーを有する第３のレンズが配置され、特許文献２に記載の第１乃至第３の条件式を満足する撮像レンズが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、物体側から順に、凹非球面レンズである第１のレンズ、凸非球面レンズである第２のレンズ、および、凸非球面レンズである第３のレンズが配置され、特許文献３に記載の第１乃至第３の条件式を満足する広角レンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３７９６０号公報
【特許文献２】特許第５００３１２０号
【特許文献３】特開２００１−３３７２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来、上述の特許文献１乃至３で開示されているような撮像レンズが開発されているが、例えば、撮像面上に直接的にカバー部材が接合された撮像素子との組み合わせで最適化が図られた撮像レンズが求められている。
【０００８】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より最適化を図ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一側面の撮像レンズは、物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成され、撮像素子の撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されており、前記第３のレンズから前記カバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、前記カバー部材での屈折率を利用して前記撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される。
【００１０】
本開示の一側面の撮像装置は、物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成される撮像レンズと、撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されている撮像素子とを備え、前記第３のレンズから前記カバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、前記カバー部材での屈折率を利用して前記撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される。
【００１１】
本開示の一側面においては、撮像レンズは、物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成され、撮像素子は、撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されている。そして、第３のレンズからカバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、カバー部材での屈折率を利用して撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一側面によれば、より最適化を図ることができる。
【００１３】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本技術を適用した撮像レンズの第１の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。
【図２】図１の撮像レンズのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データを示す図である。
【図３】特許文献２で開示されている撮像レンズの構成例を示す図である。
【図４】諸収差を比較して示す図である。
【図５】MTFの像高依存性を比較して示す図である。
【図６】本技術を適用した撮像レンズの第２の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。
【図７】図６の撮像レンズのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データを示す図である。
【図８】図６の撮像レンズの諸収差を示す図である。
【図９】図６の撮像レンズのMTFの像高依存性を示す図である。
【図１０】本技術を適用した撮像レンズの第３の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。
【図１１】図１０の撮像レンズのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データを示す図である。
【図１２】特許文献３で開示されている撮像レンズの構成例を示す図である。
【図１３】諸収差を比較して示す図である。
【図１４】本技術を適用した撮像レンズの第４の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。
【図１５】図１４の撮像レンズのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データを示す図である。
【図１６】図１４の撮像レンズの諸収差を示す図である。
【図１７】図１４の撮像レンズのMTFの像高依存性を示す図である。
【図１８】撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図１９】撮像装置を使用する使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
＜撮像レンズの第１の構成例＞
図１は、本技術を適用した撮像レンズの第１の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。
【００１７】
例えば、図１に示す撮像レンズ１１は、各種の携帯端末や、車載カメラ、モバイルＰＣ（Personal Computer）、ウェアラブル機器、スキャナ、監視カメラ、アクションカム、ビデオカメラ、ディジタルカメラなどの撮像装置に搭載して使用される。また、撮像レンズ１１の結像面には、CCDやCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子１２の撮像面３１が配置される。さらに、固体撮像素子１２の像側レンズ群の像側面と撮像面３１との間には、カバーガラス３２の他、赤外カットフィルタやローパスフィルタなどの各種の光学部材（図示せず）が配置されていてもよい。
【００１８】
図１に示すように、撮像レンズ１１は、物体側から像面側に向かって順番に、第１のレンズ２１−１、絞り２２、第２のレンズ２１−２、および第３のレンズ２１−３が配置されて構成される。第１のレンズ２１−１は、正の屈折率を有して物体側に凸面を有するメニスカス形状をなす。第２のレンズ２１−２は、正の屈折率を有する。第３のレンズ２１−３は、中心から周辺に至るまで負の屈折率を有し、像側に凸面を有するメニスカス形状をなす。
【００１９】
撮像レンズ１１と組み合わされて使用される固体撮像素子１２は、半導体基板に形成される撮像面３１に対して直接的に（空気層などの隙間が設けられることなく）、カバーガラス３２が接合された構成となっている。カバーガラス３２は、空気より屈折率が大きな材質により構成され、固体撮像素子１２の撮像面３１を保護する。また、カバーガラス３２と撮像面３１との間に充填される充填剤（接着剤）も、カバーガラス３２とほぼ等しい屈折率のものが用いられる。
【００２０】
従って、第３のレンズ２１−３から射出されてカバーガラス３２に入射する光は、カバーガラス３２の表面で屈折し、ほぼその角度を維持して、撮像面３１に入射することになる。ここで、カバーガラス３２による屈折の効果を得ることを目的として、カバーガラス３２の屈折率は空気より大きい方が好適である。なお、撮像面３１を保護することができれば、カバーガラス３２の材質として、ガラス以外の樹脂などを用いてもよい。
【００２１】
このような撮像レンズ１１および固体撮像素子１２を組み合わせて用い、以下で説明するような条件を備えることで、撮像レンズ１１の出射の最大主光線角度を、従来よりも大きくすることが可能となる。
【００２２】
まず、撮像レンズ１１および固体撮像素子１２が備える第１の条件として、第３のレンズ２１−３からカバーガラス３２へ入射する最大主光線の角度θｃｇが３５°以上を満たすように設定（θｃｇ＞３５°）される。そして、カバーガラス３２での屈折率を利用して、撮像面３１への最大主光線入射角を５°以上緩和される。例えば、図１の右側に拡大して示すように、カバーガラス３２へ入射する最大主光線の角度θｃｇは44.5°に設定され、カバーガラス３２での屈折率を利用して、撮像面３１への最大主光線入射角が28.3°に緩和されている。
【００２３】
このような第１の条件は、例えば、通常の構成の撮像装置では、撮像レンズ出射の最大主光線角度が３５°であることが一般的な限界であることより、撮像レンズ１１において、そのような限界を超える性能を実現するために必要となる。
【００２４】
第２の条件として、撮像レンズ１１の光学系全体の像側焦点距離ｆに対して、第１のレンズ２１−１の像側焦点距離ｆ１が、0.5≦ｆ１／ｆ≦100を満たし、第２のレンズ２１−２の像側焦点距離ｆ２が、0.3≦ｆ２／ｆ≦1.0を満たし、第３のレンズ２１−３の像側焦点距離ｆ３が、-1.0≦ｆ３／ｆ≦-0.3を満たすように設定される。
【００２５】
このような第２の条件は、例えば、第１のレンズ２１−１、絞り２２、第２のレンズ２１−２、および第３のレンズ２１−３の３枚構成で、最終の第３のレンズ２１−３が、主光線を跳ね上げることを実現するために必要となる。例えば、負の屈折率を有する第３のレンズ２１−３の前側に正の屈折率の第２のレンズ２１−２が配置され、収差を打消し、さらに絞り２２を挟んで、対称形を形成する方が収差を消す観点から有利となる。そのため、第１のレンズ２１−１が正の屈折率となる。
【００２６】
まず、カバーガラス３２に入射する最大主光線が３５°以上であるために、第３のレンズ２１−３の像側焦点距離ｆ３が、-1.0≦ｆ３／ｆ≦-0.3を満たす必要がある。そして、その収差補正に必要な第２のレンズ２１−２は、正の屈折率が強すぎると、製造誤差に敏感になりすぎ、屈折率が小さすぎると収差を補正することができなくなる。その正の屈折率のために、第２のレンズ２１−２の像側焦点距離ｆ２が、0.3≦ｆ２／ｆ≦1.0を満たす必要がある。
【００２７】
さらに、第１のレンズ２１−１は、絞り２２を挟んで、対称形になるのが望ましいが、基本的に、第２のレンズ２１−２および第３のレンズ２１−３の合成された構成と相対することになるので、屈折率は、第２のレンズ２１−２より小さくなる。それによって、第１のレンズ２１−１が取り得る屈折率の上限（値は小さい方）が決まり、屈折率の下限（値は上限）は、負のレンズになる直前まで取り得るので、第１のレンズ２１−１の像側焦点距離ｆ１が、0.5≦ｆ１／ｆ≦100を満たす必要がある。
【００２８】
第３の条件として、カバーガラス３２のアッベ数νｃｇが５５より大きくなるように設定（νｃｇ＞５５）される。
【００２９】
このような第３の条件は、例えば、カバーガラス３２のアッベ数が５５より小さくなると、波長による屈折率分散が大きくなるため、入射角が大きく入ることとの相乗効果で、余分な収差が発生してしまう。これにより、MTF（Modulation Transfer Function：光学伝達関数）が劣化してしまうのを抑制するために、第３の条件が必要となる。
【００３０】
第４の条件として、カバーガラス３２の厚みＴｃｇが0.3ｍｍ以下となるように設定（Ｔｃｇ≦0.3ｍｍ）される。
【００３１】
このような第４の条件は、例えば、各種の携帯端末用のカメラや車載カメラなどでは小型化が求められており、カバーガラス３２を薄くすることが要求されていることによる。例えば、近年の要求解像度を満たすためには、カバーガラス３２が厚いことによって発生する収差がMTFに影響を及ぼすことが懸念される。従って、MTFに影響を及ぼすことに対する許容限界として、第４の条件が必要となる。
【００３２】
第５の条件として、カバーガラス３２から撮像レンズ１１までのバックフォーカスＢｆが、0.2ｍｍ以下となるように設定（Ｂｆ≦0.2ｍｍ）される。
【００３３】
このような第５の条件は、例えば、近年の傾向として明るいＦ値が要求されており、明るいＦ値を実現するためには、結像する光線の上光線と下光線の角度が急峻である必要がある。例えば、仮にバックフォーカスが長い構成では、少なくとも最終レンズの有効径が大きくなる必要があるのに対し、各種の携帯端末用のカメラや車載カメラなどでは小型化が求められていて相反することになる。従って、バックフォーカスにも制限が設けられることより、第５の条件が必要となる。
【００３４】
これらの第１乃至第５の条件を備える撮像レンズ１１および固体撮像素子１２は、より好ましい結像性能となるように最適化が図られ、例えば、最大主光線角度を拡大し、かつ、よりコンパクトな光学系を実現することができる。
【００３５】
図２には、撮像レンズ１１のレンズ構成データ、非球面データ、および構成データの数値の具体的な一例が示されている。ここで、図２には、撮像レンズ１１を、いわゆるスマートフォンなどのような小型のモバイル機器に搭載される撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサ、例えば、1/4サイズ、2.2μｍピクセルピッチ、200万画素のCMOSイメージセンサに対して適用したときの具体的な数値が示されている。
【００３６】
また、図２に示す非球面データは、光軸からの高さがｙとなる非球面上の座標点の非球面頂点の接平面からの距離をＸとし、非球面頂点の曲率（１／ｒ）をｃとして、第１のレンズ２１−１、第２のレンズ２１−２、および第３のレンズ２１−３の非球面を表す次の式（１）において用いられる。
【００３７】
【数１】
2019144293.tif 000003
【００３８】
ここで、撮像レンズ１１と比較するために、図３には、上述した特許文献２における開示に基づいた構成の撮像レンズの構成例が示されている。
【００３９】
図３に示すように、撮像レンズ１１Ａは、物体側から像面側に向かって順番に、第１のレンズ２１Ａ−１、絞り２２Ａ、第２のレンズ２１Ａ−２、および第３のレンズ２１Ａ−３が配置され、撮像面３１とカバーガラス３２との間に隙間が設けられている固体撮像素子１２Ａと組み合わされて使用されることが想定されている。
【００４０】
図４を参照して、撮像レンズ１１および撮像レンズ１１Ａの諸収差について説明し、図５を参照して、撮像レンズ１１および撮像レンズ１１ＡのMTFの像高依存性について説明する。
【００４１】
図４のＡおよび図５のＡには、撮像レンズ１１の諸収差およびMTFの像高依存性が示されており、図４のＢおよび図５のＢには、撮像レンズ１１Ａの諸収差およびMTFの像高依存性が示されている。なお、図４および図５において比較を行うために、撮像レンズ１１および撮像レンズ１１Ａは、同様の制約条件で設計されている。
【００４２】
例えば、上述した特許文献２における開示に基づいた構成の撮像レンズ１１Ａは、光学全長が3.7ｍｍで、撮像面３１に対する最大主光線入射角度を27°に抑え、半画角32°を実現している。さらに、撮像レンズ１１Ａは、2.2μｍピクセルピッチのナイキスト周波数のおおよそ半分の周波数110lps/mmの白色光のMTFで、軸上46.7％、７割増高でメリヂオナル45.0%およびサジタル46.6%を実現している。
【００４３】
しかしながら、撮像レンズ１１Ａでは、9割増高でメリヂオナル27.9%およびサジタル41.3%となり、10割増高でメリヂオナル17.6%およびサジタル34.7%となって、周辺像高でMTFが劣化する。それは、第３のレンズ２１Ａ−３が中心で負の作用をし、周辺で正の作用をするため、中心で収差を打ち消した場合には、周辺で収差が打ち消せないためである。実際は、ある程度バランスされており、周辺だけでなく、中心でも若干の収差が残る。そのためＦ値４で半画角も32°までしか実現することができない。
【００４４】
これに対し、図１に示す撮像レンズ１１では、10割増高におけるレンズ出射の主光線角度が45.5°で、カバーガラス３２の表面で屈折して28.3°に曲げられる。また、撮像レンズ１１では、9割増高においてレンズ出射の主光線角度が一番大きく47.3°となり、カバーガラス３２の表面で屈折して29.3°に曲げられ、撮像面３１に望ましい入射角度になる。
【００４５】
これらにより、撮像レンズ１１は、1/4サイズのセンサにおいて、光学全長が2.9ｍｍと短く抑えながら、Ｆ値2.8という明るいレンズで、半画角41.3°という広角を実現することができる。さらに、撮像レンズ１１は、2.2μｍピクセルピッチのナイキスト周波数のおおよそ半分の周波数110lps/mmの白色光のMTFで軸上54.4％、７割増高でメリヂオナル44.0%およびサジタル39.7%、9割増高でメリヂオナル28.3%およびサジタル42.4%、10割増高でメリヂオナル25.3%およびサジタル26.9%を実現することができる。
【００４６】
従って、撮像レンズ１１は、撮像レンズ１１Ａと比較して、光学全長が22%短くなり、30%も明るく、かつ、周辺像高のMTFも十分確保することができる。これは、撮像レンズ１１が、第３のレンズ２１−３が形状にうねりを持たない負のレンズで、全体として正正負の構成で収差を消して、レンズ射出の主光線角度を47.3°まで許容し、設計自由度を上げ、カバーガラス３２の屈折を利用して撮像面３１に望ましい光線入射角度に緩和して、装置全体として最適化が図られることで実現することができる。
【００４７】
＜撮像レンズの第２の構成例＞
図６は、本技術を適用した撮像レンズの第２の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。また、図６に示す固体撮像素子１２は、図１と同様に、撮像面３１に対して直接的に、カバーガラス３２が接合された構成となっており、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図６に示すように、撮像レンズ１１Ｂは、物体側から像面側に向かって順番に、第１のレンズ２１Ｂ−１、絞り２２Ｂ、第２のレンズ２１Ｂ−２、および第３のレンズ２１Ｂ−３が配置されて構成される。第１のレンズ２１Ｂ−１は、正の屈折率を有して物体側に凸面を有するメニスカス形状をなす球面ガラスである。第２のレンズ２１Ｂ−２は、正の屈折率を有する非球面ガラスである。第３のレンズ２１Ｂ−３は、負の屈折率を有し、像側に凸面を有するメニスカス形状をなす球面ガラスである。
【００４９】
また、図７には、撮像レンズ１１Ｂのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データの数値の具体的な一例が示されている。また、図８には、撮像レンズ１１Ｂの諸収差が示さており、図９には、撮像レンズ１１ＢのMTFの像高依存性が示されている。なお、図７乃至図９には、撮像レンズ１１Ｂを、車載用途の撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサ、例えば、1/3サイズ、3.0μｍピクセルピッチ、200万画素のCMOSイメージセンサに対して適用したときの具体的な数値が示されている。
【００５０】
そして、撮像レンズ１１Ｂは、図６の右側に拡大して示すように、10割増高でレンズ出射の主光線角度が54.2°となり、カバーガラス３２の表面で屈折して32.7°に曲げられ、撮像面３１に望ましい入射角度になる。これらにより、1/3サイズの200万画素のCMOSイメージセンサにおいて、光学全長が6.2mmと短く抑えながら、Ｆ値2.0という明るさで、半画角37°という広角を実現することができる。
【００５１】
ところで、車両のバックミラーのカメラによる置き換えは、全画角が６０°近辺であることが最適と言われており、この画角は、有効画素の縦横比が４：３のセンサにおいて、水平画角が６０°になる構成である。さらに、車両のバックミラーのカメラによる置き換えは、環境温度での性能劣化が無いことと、フレアを十分抑制できていることが必要となる。
【００５２】
そこで、撮像レンズ１１Ｂは、第１のレンズ２１Ｂ−１、第２のレンズ２１Ｂ−２、および第３のレンズ２１Ｂ−３の全てにガラスレンズを採用することで、環境温度での性能劣化を回避することができる。さらに、ガラスレンズは、低反射のコーティングができるため、撮像レンズ１１Ｂは、フレアを抑制できる構成となっている。
【００５３】
また、生産性の観点でも、撮像レンズ１１Ｂは、トラブルの多いガラスモールドレンズを第２のレンズ２１Ｂ−２の１枚にして、第１のレンズ２１Ｂ−１および第３のレンズ２１Ｂ−３の２枚を致命的トラブルが無く安定して生産できる球面レンズで構成して、考慮されている。
【００５４】
従来、撮像レンズ１１Ｂと同等の基本特性を、非球面レンズを１枚だけ用いた構成は実現されていない。これに対し、撮像レンズ１１Ｂは、全体として正正負の構成で収差を消して、レンズ射出の主光線角度を54.2°まで許容して、設計自由度を上げ、カバーガラス３２の屈折を利用して撮像面３１に望ましい光線入射角度に緩和して、装置全体として最適化が図られることで実現することができる。
【００５５】
＜撮像レンズの第３の構成例＞
図１０は、本技術を適用した撮像レンズの第３の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。また、図１０に示す固体撮像素子１２は、図１と同様に、撮像面３１に対して直接的に、カバーガラス３２が接合された構成となっており、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図１０に示すように、撮像レンズ１１Ｃは、物体側から像面側に向かって順番に、第１のレンズ２１Ｃ−１、絞り２２Ｃ、第２のレンズ２１Ｃ−２、および第３のレンズ２１Ｃ−３が配置されて構成される。第１のレンズ２１Ｃ−１は、正の屈折率を有して物体側に凸面を有するメニスカス形状をなす球面ガラスである。第２のレンズ２１Ｂ−２は、正の屈折率を有する非球面ガラスである。第３のレンズ２１Ｂ−３は、中心から周辺に至るまで負の屈折率を有する非球面レンズである。さらに、第３のレンズ２１Ｂ−３は、物体側面が、周辺に行くに従って一様に物体側に曲がっていく一方、像側が、中心から中間ぐらいまで一様に像側に曲がっていき、周辺で逆に曲がり、うねる形状をしているが、レンズの効果としては、中心から周辺に至るまで、一様に負の作用をする。
【００５７】
図１１には、撮像レンズ１１Ｃのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データの数値の具体的な一例が示されている。ここで、図１１には、撮像レンズ１１Ｃを、車載用途の撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサ、例えば、1/4サイズ、VGA（Video Graphics Array）規格のCMOSイメージセンサに対して適用したときの具体的な数値が示されている。
【００５８】
撮像レンズ１１Ｃから射出した光は、図１０の右側に拡大して示すように、10割増高でレンズ出射の主光線角度が53.6°であり、これが、カバーガラス３２の表面で屈折して32.3°に曲げられ、撮像面３１に望ましい入射角度になる。
【００５９】
ここで、撮像レンズ１１Ｃとの比較するために、図１２には、上述した特許文献３における開示に基づいた構成の撮像レンズの構成例が示されている。
【００６０】
図１２に示すように、撮像レンズ１１Ｄは、物体側から像面側に向かって順番に、第１のレンズ２１Ｄ−１、第２のレンズ２１Ｄ−２、絞り２２Ｄ、および第３のレンズ２１Ｄ−３が配置され、撮像面３１とカバーガラス３２との間に隙間が設けられている固体撮像素子１２Ｄと組み合わされて使用されることが想定されている。
【００６１】
また、図１３のＡには、撮像レンズ１１Ｃの諸収差が示されており、図１３のＢには、撮像レンズ１１Ｄの諸収差が示されている。なお、図１３において比較を行うために、撮像レンズ１１Ｃおよび撮像レンズ１１Ｄは、同様の制約条件で設計されている。例えば、図１３には、撮像レンズ１１Ｃおよび撮像レンズ１１Ｄを、車載用途の撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサの３枚構成の車載カメラモジュール（９０°カメラというジャンル）として設計し、例えば、1/4サイズ、VGA規格のCMOSイメージセンサに対して適用したときの具体的な数値が示されている。
【００６２】
例えば、上述した特許文献３における開示に基づいた撮像レンズ１１Ｄは、物体側から順に、負の屈折率で低分散の硝材の第１のレンズ２１Ｄ−１、正の屈折率で高分散の硝材の第２のレンズ２１Ｄ−２、絞り２２Ｄ、正の屈折率で低分散の硝材の第３のレンズ２１Ｄ−３により構成されている。これにより、撮像レンズ１１Ｄは、焦点距離2.32mm、Ｆ値2.8  光学全長13.2mmを実現している。
【００６３】
なお、撮像レンズ１１Ｄは、第２のレンズ２１Ｄ−２が正の屈折率で高分散の硝材を使用することで色消しを行う構成となっているが、通常、負のレンズで高分散を使った方がより色消しの効果が高くなる。そのため、撮像レンズ１１Ｄは、全体構成として、収差抑制効果が低いため、光学長が長くなり、Ｆ値も2.8止まりとなる。
【００６４】
これに対し、図１０に示す撮像レンズ１１Ｃは、1/4サイズの９０°カメラにおいて、光学全長を4.14mmと短く抑えながら、Ｆ値2.0という明るいレンズを実現することができる。例えば、撮像レンズ１１Ｃは、撮像レンズ１１Ｄと比較して、光学全長が１／３以下で、Ｆ値が40%も明るい。また、図１３のＡに示す撮像レンズ１１Ｃの縦収差図と、図１３のＢに示す撮像レンズ１１Ｄの縦収差図とを比較しても、撮像レンズ１１Ｃは、歪曲収差を抑えつつも非点収差と球面収差を小さくすることができる。
【００６５】
これは、撮像レンズ１１Ｃは、正正負の構成で収差を消して、レンズ射出の主光線角度を53.6°まで許容して、設計自由度を上げ、カバーガラス３２の屈折を利用して撮像面３１に望ましい光線入射角度に緩和して、装置全体として最適化が図られることで実現することができる。
【００６６】
＜撮像レンズの第４の構成例＞
図１４は、本技術を適用した撮像レンズの第４の実施の形態の構成例を概略的に示す図である。また、図１４に示す固体撮像素子１２は、図１と同様に、撮像面３１に対して直接的に、カバーガラス３２が接合された構成となっており、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図１４に示すように、撮像レンズ１１Ｅは、物体側から像面側に向かって順番に、第１のレンズ２１Ｅ−１、絞り２２Ｅ、第２のレンズ２１Ｅ−２、および第３のレンズ２１Ｅ−３が配置されて構成される。第１のレンズ２１Ｅ−１は、正の屈折率を有して物体側に凸面を有するメニスカス形状をなす非球面ガラスである。第２のレンズ２１Ｅ−２は、正の屈折率を有する球面ガラスである。第３のレンズ２１Ｅ−３は、負の屈折率を有し、像側に凸面を有するメニスカス形状をなす球面レンズである。
【００６８】
また、図１５には、撮像レンズ１１Ｅのレンズ構成データ、非球面データ、および構成データの数値の具体的な一例が示されている。また、図１６には、撮像レンズ１１Ｅの諸収差が示さており、図１７には、撮像レンズ１１ＥのMTFの像高依存性が示されている。なお、図１５乃至図１７には、撮像レンズ１１Ｅを、車載用途の撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサ、例えば、1/3サイズ、3.0μｍピクセルピッチ、200万画素のCMOSイメージセンサに対して適用したときの具体的な数値が示されている。
【００６９】
撮像レンズ１１Ｅから射出した光は、図１４の右側に拡大して示すように、10割増高で、レンズ出射の主光線角度が51.0°で、カバーガラス３２の表面で屈折して31.1°に曲げられ、撮像面３１に望ましい入射角度になる。これらにより、1/3サイズの200万画素のセンサにおいて、光学全長が7.5mmと短く抑えながら、Ｆ値2.0という明るいレンズで、半画角33°という広角を実現する。
【００７０】
ところで、車両のバックミラーのカメラによる置き換えは、全画角が６０°近辺であることが最適と言われており、この画角は、有効画素の縦横比が約２：１のFullHD（High Definition）規格センサにおいて、水平画角が６０°になる構成である。さらに、車両のバックミラーのカメラによる置き換えは、環境温度での性能劣化が無いことと、フレアを十分抑制できていることが必要となる。
【００７１】
そこで、撮像レンズ１１Ｅは、第１のレンズ２１Ｅ−１、第２のレンズ２１Ｅ−２、および第３のレンズ２１Ｅ−３の全てにガラスレンズを採用することで、環境温度での性能劣化を回避することができる。さらに、ガラスレンズは、低反射のコーティングができるため、撮像レンズ１１Ｅは、フレアを抑制できる構成となっている。
【００７２】
また、生産性の観点でも、撮像レンズ１１Ｅは、トラブルの多いガラスモールドレンズを第１のレンズ２１Ｅ−１の１枚にして、第２のレンズ２１Ｅ−２および第３のレンズ２１Ｅ−３の２枚を致命的トラブルが無く安定して生産できる球面レンズで構成して、考慮されている。
【００７３】
従来、撮像レンズ１１Ｅと同等の基本特性を、非球面レンズを１枚だけ用いた構成は実現されていない。これに対し、撮像レンズ１１Ｅは、全体として正正負の構成で収差を消して、レンズ射出の主光線角度を51.0°まで許容して、設計自由度を上げ、カバーガラス３２の屈折を利用して撮像面３１に望ましい光線入射角度に緩和して、装置全体として最適化が図られることで実現することができる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態の撮像レンズ１１（以下、撮像レンズ１１Ｂ、撮像レンズ１１Ｃ、撮像レンズ１１Ｅを含む）は、カバーガラス３２による屈折により撮像面３１への入射角を緩和することにより、撮像レンズ１１からカバーガラス３２に至る最大主光線の入射角がより急峻なレンズを使えるようにすることができる。特に、撮像レンズ１１は、３枚のレンズ構成を採用する撮像装置において最も好適な構成となる。
【００７５】
例えば、従来の撮像レンズは、レンズ出射の光線角度と撮像素子への入射角が等しく、撮像素子の入射角制限が、レンズ出射の光線角度制限となっていた。例えば、電子撮像装置は、各素子の光電変換する箇所と、色を分離するカラーフィルターとの距離が離れているため、斜めから入った光はカラーフィルターを通った素子と違う素子に入ることがある結果、偽色を発生することがある。また、電子撮像装置は、構造とそれを構成する光学薄膜の作用により、入射する光の効率が悪くなるため、入射角制限がある。
【００７６】
さらに、従来の撮像装置、ここでは特にプラスチックを多用した３枚構成カメラモジュールの場合、最像側レンズが、中心は凹作用、周辺は凸作用を持つようにして、最適解としていた。しかしながら、このように、中心は凹作用、周辺は凸作用を持つようにすると、中心と周辺で、収差補正が両立せず、光学全長や、画角、Ｆ値などの全体的な特性が、この収差のため律速していた。
【００７７】
これに対し、本実施の形態の撮像レンズ１１は、３枚構成カメラモジュールであって、カバーガラス３２が空気間隔を設けることなく撮像面３１に貼りつけられている固体撮像素子１２と組み合わされて使用される。このとき、カバーガラス３２による屈折により撮像面３１への入射角を緩和することにより、撮像レンズ１１からカバーガラス３２に至る最大主光線の入射角がより急峻なレンズを使えるようになる。これにより、撮像レンズ１１は、元来、収差補正の観点で有利となるパワー配置が正正負の構成で、かつ、最像側の第３のレンズ２１−３が、中心から周辺に至るまで負の作用がある形状にすることで、高性能を実現することができる。
【００７８】
具体的には、本実施の形態の撮像レンズ１１として、1/4サイズで光学全長2.9mmを実現した構成例を示した。また、撮像レンズ１１からの最大主光線の出射角を47°以上にし、収差補正が容易になり、今までにない低背化を実現することができる。
【００７９】
さらに、本実施の形態の撮像レンズ１１は、車載用途の撮像装置での用途に用いるのに好適である。
【００８０】
例えば、全画角５０°〜９０°程度の車載カメラは、３枚構成のレンズが採用されることが多い。従来は、ガラス３枚で最適な構成がなく、プラスチック非球面レンズを使った構成がほとんどである。しかしながら、それでは、高信頼性が求められる、サイドミラーの置き換えなどの用途に適したものではなかった。
【００８１】
これに対し、本実施の形態の撮像レンズ１１は、レンズ射出の今までにない高い主光線角度を許容して、設計の設計自由度を上げ、正正負の構成で収差を消して、カバーガラス３２の屈折を利用して撮像面３１に望ましい光線入射角度に緩和する。これにより、本実施の形態の撮像レンズ１１は、ガラス３枚構成の車載レンズに適用するのに好適な構成となった。さらに、本実施の形態の撮像レンズ１１は、上述したようにトラブルの多いガラスモールドレンズを１枚だけ用い、安定して生産できる球面レンズを２枚用いた構成とすることができる。従って、生産性の観点でも、本実施の形態の撮像レンズ１１は、全てのレンズに安心してガラス構成を導入できることができる。
【００８２】
＜電子機器の構成例＞
上述したような撮像レンズ１１および固体撮像素子１２は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
【００８３】
図１８は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【００８４】
図１８に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
【００８５】
光学系１０２は、上述した撮像レンズ１１が適用され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
【００８６】
撮像素子１０３としては、上述した固体撮像素子１２が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
【００８７】
信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
【００８８】
このように構成されている撮像装置１０１では、上述した撮像レンズ１１および固体撮像素子１２を適用することで、例えば、より高画質な画像を撮像することができる。
【００８９】
＜イメージセンサの使用例＞
図１９は、上述のイメージセンサ（撮像レンズ１１および固体撮像素子１２からなるカメラモジュール）を使用する使用例を示す図である。
【００９０】
上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【００９１】
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【００９２】
＜構成の組み合わせ例＞
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成され、
撮像素子の撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されており、前記第３のレンズから前記カバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、前記カバー部材での屈折率を利用して前記撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される
撮像レンズ。
（２）
前記第１のレンズが正の屈折力を有し、
前記第２のレンズが正の屈折力を有し、
前記第３のレンズが負の屈折力を有し、
以下の条件式（１）乃至（３）を満足する
上記（１）に記載の撮像レンズ。
（１）  ０．５≦ｆ１／ｆ≦１００
（２）  ０．３≦ｆ２／ｆ≦１．０
（３）−１．０≦ｆ３／ｆ≦−０．３
但し、
ｆ：光学系全体の像側焦点距離
ｆ１：第１のレンズの像側焦点距離
ｆ２：第２のレンズの像側焦点距離
ｆ３：第３のレンズの像側焦点距離
とする。
（３）
前記第３のレンズは、中心から周辺に至るまで負の作用がある
上記（１）または（２）に記載の撮像レンズ。
（４）
前記カバー部材のアッベ数が５５以上であり、かつ、前記カバー部材の厚みが０．３ｍｍ以下である
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の撮像レンズ。
（５）
前記カバー部材から前記第３のレンズまでのバックフォーカスが０．２ｍｍ以下である
上記（１）から（４）までのいずれかに記載の撮像レンズ。
（６）
物体側から像側に向かって、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズが配置されて構成される撮像レンズと、
撮像面上に直接的に、空気より屈折率の高い媒質からなるカバー部材が接合されている撮像素子と
を備え、
前記第３のレンズから前記カバー部材に入射する最大主光線が３５°を超え、かつ、前記カバー部材での屈折率を利用して前記撮像面への最大主光線入射角が５°以上緩和される
撮像装置。
【００９３】
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１１  撮像レンズ１１，  １２  固体撮像素子，  ２１−１  第１のレンズ，  ２１−２  第２のレンズ，  ２１−３  第３のレンズ，  ２２  絞り，  ３１  撮像面，  ３２  カバーガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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