(57)【要約】【課題】ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられるレンズ全長が短く高性能な撮像用レンズを提供する。【解決手段】第１レンズＦＬ１は、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、第２レンズＦＬ２は、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面側に向くように配置され、第３レンズＦＬ３は、少なくとも一方のレンズ面を非球面とした撮像面Ｈ側のレンズ面ｒ７が平面または凸面である凸レンズを有し、レンズ系は、Ｌ≦２ｆを満足することを特徴とする。ただし、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｌは第１レンズの物体側レンズ面から撮像面までの中心距離である。【選択図】　　　　　図１
2004085679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを具備するレンズ系から構成される撮像用レンズであって、
前記第１レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、
前記第２レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面側に向くように配置され、
前記第３レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面とし、撮像面側のレンズ面を平面または凸面とした凸レンズを有し、
前記レンズ系は、以下の条件を満足することを特徴とする撮像用レンズ。
Ｌ≦２ｆ
ただし、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｌは第１レンズの物体側レンズ面から撮像面までの中心距離である。
【請求項２】
前記第２レンズは、少なくとも撮像面側が非球面であり、かつ、前記第３レンズは、少なくとも物体側が非球面であることを特徴とする請求項１記載の撮像用レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯情報端末、ノート型パソコン等に備えられるＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮像用レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、携帯情報端末や、ノート型パソコン等にＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラを搭載するものが開発されている。このような小型機器に当該カメラを搭載するために、ＣＣＤ、ＣＭＯＳの寸法がどんどん小型化・高性能化する一方、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラに用いられる撮像用レンズもさらなる小型化・高性能化が望まれている。
【０００３】
かかる小型化・高性能化の要求を満足させることを目的とした撮像用レンズとしては、例えば、特開平１０−３０１０２２号公報、特開平１０−１７０８１９号公報、および特開２００２−９８８８９号公報等に記載されたレンズが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのレンズ系には以下のような問題があった。特開平１０−３０１０２２号公報記載のレンズ系は、ＣＣＤやＣＭＯＳのコンパクト化に対応した全長の短いレンズ系（全長が焦点距離の１．６倍）として提案されている。しかし、このレンズ系では、テレセントリック性が悪くなるという問題があった。
【０００５】
テレセントリック性とは、厚みを有する色分解用のフィルタを前置したＣＣＤ等の受光素子に最大画角から入射する光束の中心光線（主光線）が受光面において光軸に対してなす角度（以下、最大画角入射角度と称する）に関する指標で、最大画角入射角度が小さいほど像の中心部と周辺部との色分解誤差が小さくなり、歪みが抑制され、安定した画像を得ることができる（テレセントリック性が良いと称する）。理想的には、最大画角入射角度が０度（光軸に平行）になれば良いが、一般的には、２０度以下であれば、テレセントリック性が良いと評価される場合が多い。
【０００６】
特開平１０−３０１０２２号公報においては、最大画角入射角度が２６．９度（光学トレースにより計測）と大きく、テレセントリック性が良いとは言えない。
【０００７】
また、特開平１０−１７０８１９号公報のレンズ系においても、全長は、焦点距離の１．８倍と短く、さらに広画角（２ω＝６１．６°：画角は、一般的に６０度以上が広画角と評価される場合が多い）が得られるが、最大画角入射角度が２５．５度あり、テレセントリック性が良いとは言えない。
【０００８】
一方、特開２００２−９８８８９号公報のレンズ系においては、撮像面近傍に配置される３枚目のレンズの前方に、撮像面側に正の屈折率が非常に大きい面を有するレンズを配置すること、バックフォーカスを長くすること、および、最大画角を大きくしないことを特徴としている。このレンズ系においては、最大画角入射角度が１５．７度であり、テレセントリック性については良好な結果が得られるが、全長が焦点距離の２．３倍と比較的長いことおよび最大画角自体があまり広角ではないため、小型化・薄型化の要求に応えているとは言い難い。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる光学系全長が短く広画角であるとともに、テレセントリック性の良い撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる光学系全長が短く広画角であるとともに、テレセントリック性の良い撮像用レンズを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像用レンズは、物体側より順に、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを具備するレンズ系から構成される撮像用レンズであって、前記第１レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、前記第２レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面側に向くように配置され、前記第３レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面とし、撮像面側のレンズ面を平面または凸面とした凸レンズを有し、前記レンズ系は、以下の条件を満足するものである。
Ｌ≦２ｆ
ただし、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｌは第１レンズの物体側レンズ面から撮像面までの中心距離である。
【００１１】
ここで、本発明における条件式（Ｌ≦２ｆ）は、レンズ系全長Ｌとレンズ系の焦点距離ｆとを規定するものであり、小型化・薄型化が要求される携帯機器、特に、薄型化が要求される携帯電話に備えられたカメラ用の撮像用レンズのための小型化・薄型化の条件を示すものである。
【００１２】
すなわち、光学系全長Ｌがレンズ系の焦点距離ｆの２倍を越えるともはや全長が短いとは言えず、小型化・薄型化の要求に応えることができない。
【００１３】
また、本発明において第３レンズとして撮像面側が平面または凸面である凸レンズを適用することは、最大画角を狭めることなくテレセントリック性を良くするためであり、上記条件式を成立させるために必要な条件を示すものである。
【００１４】
すなわち、レンズ系の焦点距離ｆを短くすることは、撮像用レンズを小型化するために重要であるが、後述するようにテレセントリック性を維持することが困難となるため、限界がある。特に、第３レンズの撮像面側が凹面である場合、レンズ内部から凹面に入射し、屈折して空気中に進む光束は、光軸から離れる方向に進むため、テレセントリック性を高く維持することが困難である。
【００１５】
以上より、本発明の発明者は、鋭意研究の末、第３レンズの撮像面側を平面または凸面にしつつ、上記条件式（Ｌ≦２ｆ）を満足させるように構成することにより、テレセントリック性を高く維持するとともに、光学系全長Ｌを短くし、小型化・薄型化を達成した撮像用レンズを開発した。
【００１６】
このように、第３レンズとして、撮像面側を平面または凸面とした凸レンズを適用することにより、テレセントリック性を良くすることができ、上記条件式（Ｌ≦２ｆ）を満足させることにより、小型化・薄型化を達成することができる。したがって、このようなレンズ系を用いることにより、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮像用レンズにおいて光学系全長を短くしつつ、広画角とするとともに、テレセントリック性を良くすることができる。
【００１７】
好ましくは、前記第２レンズは、少なくとも撮像面側が非球面であり、かつ、前記第３レンズは、少なくとも物体側が非球面であるように構成される。
【００１８】
第３レンズに撮像面側を凸レンズを用いることによって、歪曲収差がマイナス側へ増大する傾向にある。
【００１９】
本発明の発明者は、鋭意研究の末、上記構成に加えて、第２レンズの撮像面側および第３レンズの物体側を非球面とすることにより、歪曲収差のマイナス側への増大を抑制することができる撮像用レンズを開発した。
【００２０】
したがって、第３レンズに凸レンズを用いても、歪曲収差の増大を抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。本実施の形態に係る撮像用レンズは、図１に示すように、物体側より順に、第１レンズＦＬ１、第２レンズＦＬ２、および第３レンズＦＬ３を具備するレンズ系から構成される撮像用レンズであって、前記第１レンズＦＬ１は、双方のレンズ面ｒ１，ｒ２を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、前記第２レンズＦＬ２は、双方のレンズ面ｒ４，ｒ５を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面Ｈ側に向くように配置され、前記第３レンズＦＬ３は、レンズ面ｒ６を非球面とし、撮像面Ｈ側のレンズ面ｒ７を平面とした凸レンズ（平凸レンズ）を有する。さらに、図１の撮像用レンズは、第１レンズＦＬ１と第２レンズＦＬ２との間にある絞りＳと、第２レンズＦＬ２の撮像面Ｈ側にＣＣＤ等の固体撮像素子におけるフェイスプレートまたはフィルター等の光学部材Ｇが配置される。また、図１には、最大画角における光路が示されている。
【００２３】
以上の構成を有する第１の実施の形態における撮像用レンズの各パラメータの値は、以下に示す通りである。
【００２４】
ここで、ｆはレンズ系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角、Ｒｉは物体側から順に第ｉ番目のレンズ面ｒｉの曲率半径、ｄｉは物体側から順に第ｉ番目のレンズ面中心間隔、ｎｉおよびνｉはそれぞれ物体側から順にレンズ材料の屈折率およびアッベ数を意味する。
【００２５】
また、本実施の形態においては、第１レンズＦＬ１および第２レンズＦＬ２におけるすべてのレンズ面ｒ１，ｒ２，ｒ４，ｒ５が非球面（＊で示される）であり、第３レンズＦＬ３における物体側のレンズ面ｒ６が非球面であり、撮像面Ｈ側のレンズ面ｒ７が平面である。
【００２６】
ここで、非球面形状は、光の進行方向を正とした光軸をｘ軸、光軸と垂直方向にｈ軸、ｒを近軸曲率半径、κを円錐定数、ａｉ（ｉ＝４，６，８，１０，１２，１４）を第ｉ次の非球面係数としたとき、次式で表される。
ｘ＝｛（１／ｒ）ｈ２｝／〔１＋｛１−（１＋κ）（１／ｒ）２ｈ２｝１／２〕＋ａ４ｈ４＋ａ６ｈ６＋ａ８ｈ８＋ａ１０ｈ１０＋ａ１２ｈ１２＋ａ１４ｈ１４・・・（Ｘ）
【００２７】
したがって、以下では、上記式（Ｘ）におけるａｉの値を示し、非球面形状を特定している。
【表１】
2004085679.tif 000003
なお、本実施の形態においては、光学系全長Ｌ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，９）＝５．７５７ｍｍとなる一方、２ｆ＝７．４８ｍｍとなり、Ｌ≦２ｆであるため、請求項１の条件式を満足している。また、図１に示すような、最大画角から入射する光束の中心光線（主光線）が受光面に対してなす角度（最大画角入射角度）は、１６．５度であり、２０度以下であるため、テレセントリック性が良いと評価することができる。
【００２８】
図２は図１の撮像用レンズの収差図である。図２（ａ）は球面収差を示し、図２（ｂ）は非点収差を示し、図２（ｃ）は歪曲収差を示す。なお、図２は、入射光の基準波長が０．５８８μｍについてのものである。
【００２９】
本実施の形態においては、第２レンズＦＬ２は、撮像面Ｈ側のレンズ面ｒ５が非球面であり、かつ、第３レンズＦＬ３は、物体側のレンズ面ｒ６が非球面であるため、図２（ｃ）に示すように、歪曲収差が所定範囲内に抑制されている。
【００３０】
なお、本実施の形態のレンズ系においては、平面であるレンズ面ｒ７を除く全てのレンズ面ｒ１，ｒ２，ｒ４，ｒ５，ｒ６において非球面であるレンズを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、各レンズＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３のそれぞれについて、少なくとも一方のレンズ面が非球面であればよい。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図３は第２の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。本実施の形態における撮像用レンズも、図３に示すように、第１の実施の形態と同様のレンズ構成を有するが、第３レンズＦＬ３の撮像面Ｈ側のレンズ面ｒ７が凸面である（すなわち、第３レンズＦＬ３は、両凸レンズ）他、各種パラメータの値が以下に示すものになっている点で第１の実施の形態と異なる。なお、図３において、レンズ面ｒ７は、曲率半径Ｒ７が非常に大きいため、略平面に表示されている。
【表２】
2004085679.tif 000004
なお、本実施の形態においては、光学系全長Ｌ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，９）＝５．８０２ｍｍとなる一方、２ｆ＝７．４０ｍｍとなり、Ｌ≦２ｆであるため、請求項１の条件式を満足している。また、図３に示すような、最大画角から入射する光束の中心光線（主光線）が受光面に対してなす角度（最大画角入射角度）は、１８．２度であり、２０度以下であるため、テレセントリック性が良いと評価することができる。
【００３２】
図４は図３の撮像用レンズの収差図である。図４（ａ）は球面収差を示し、図２（ｂ）は非点収差を示し、図４（ｃ）は歪曲収差を示す。なお、図４は、入射光の基準波長が０．５８８μｍについてのものである。
【００３３】
本実施の形態においては、第２レンズＦＬ２は、撮像面Ｈ側のレンズ面ｒ５が非球面であり、かつ、第３レンズＦＬ３は、物体側のレンズ面ｒ６が非球面であるため、図２（ｃ）に示すように、歪曲収差が所定範囲内に抑制されている。
【００３４】
なお、本実施の形態のレンズ系においては、全てのレンズ面ｒ１，ｒ２，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７において非球面であるレンズを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、各レンズＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３のそれぞれについて、少なくとも一方のレンズ面が非球面であればよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る撮像用レンズによれば、第３レンズとして、撮像面側を平面または凸面とした凸レンズを適用することにより、テレセントリック性を良くすることができ、上記条件式を満足させることにより、小型化・薄型化を達成することができる。したがって、このようなレンズ系を用いることにより、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮像用レンズにおいて光学系全長を短くしつつ、広画角とするとともに、テレセントリック性を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。
【図２】図１の撮像用レンズの収差図である。
【図３】第２の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。
【図４】図３の撮像用レンズの収差図である。
【符号の説明】
ＦＬ１…第１レンズ　ＦＬ２…第２レンズ　ＦＬ３…第３レンズ　ｆ…レンズ系の焦点距離　Ｌ…光学系全長　Ｈ…撮像面　ｒ１〜ｒ７…レンズ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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