(57)【要約】【課題】全長が短く広角であり、諸収差が良好に補正されて高い結像性能を有し、低コストな撮影レンズを提供する。【解決手段】物体側より順に、開口絞り４、撮像面側のレンズ面が凸面で非球面形状の正の屈折力を有した第１レンズ１、撮像面側のレンズ面が凹面で非球面形状の負の屈折力を有した第２レンズ２、少なくとも一方の面が非球面形状の正の屈折力を有した第３レンズ３を具備するレンズ系から構成され、前記レンズ系は、以下の条件を満足する。ＴＬ／ｆ＜１．５５                          ・・・（１）１．４５＜Ｎｉ＜１．６  （ｉ＝１，２，３）  ・・・（２）０．４５＜ｆ１／ｆ＜０．５５                ・・・（３）−０．５０＜ｆ２／ｆ＜−０．４０            ・・・（４）ただし、ＴＬは開口絞り４から撮像面５までの光学全長、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｎｉはｉ番目のレンズの屈折率である。また、ｆ１は第１レンズ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ２の焦点距離である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、開口絞り、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、撮像面の前方に配される撮影レンズであって、前記第１レンズは、少なくとも撮像面側のレンズ面が凸面かつ非球面形状である正の屈折力を有し、前記第２レンズは、少なくとも撮像面側のレンズ面が凹面かつ非球面形状である負の屈折力を有し、前記第３レンズは、少なくとも一方のレンズ面が非球面形状である正の屈折力を有してなり、  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影レンズ。
ＴＬ／ｆ＜１．５５                          ・・・（１）
１．４５＜Ｎｉ＜１．６  （ｉ＝１，２，３）  ・・・（２）
０．４５＜ｆ１／ｆ＜０．５５                ・・・（３）
−０．５０＜ｆ２／ｆ＜−０．４０            ・・・（４）
ただし、ＴＬは開口絞りから撮像面までの光学全長、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｎｉはｉ番目のレンズの屈折率である。また、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【請求項２】
レンズ系は、以下の条件をさらに満足することを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。
−１．１＜Ｒ２／Ｒ４＜−０．９              ・・・（５）
ただし、Ｒ２は第１レンズの撮像面側のレンズ面の曲率半径、Ｒ４は第２レンズの撮像面側のレンズ面の曲率半径である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高画素を有するＣＣＤ等の固体撮像素子が採用されたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、および携帯通信機器等に用いられる小型かつ広角な撮影レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子が採用されたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の普及率が伸びている。また、携帯電話やノート型パソコン等の携帯通信機器に上記固体撮像素子および撮影レンズが搭載されたものが増えていることもあり、これに用いる撮影レンズの需要も急速に高まっている。このような携帯通信機器の小型化・薄型化、高性能化に伴い、これらに搭載される撮影レンズの小型化・薄型化、高性能化が求められるとともに、普及させるための低コスト化が求められている。
【０００３】
このような要求に対し、従来から１枚または２枚のレンズを利用したものがあるが、小型化および低コスト化を図ることはできても諸収差補正の自由度が少なく結像性のよい高性能なレンズを得ることは困難である。
【０００４】
これらを解決する手段として、３枚のレンズを具備するレンズ系の最も物体側に絞りを配置可能にした撮影レンズが公知となっている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１８８２８４号公報
【特許文献２】
特開平９−２８８２３５号公報
【特許文献３】
特開２００１−７５００６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの撮影レンズにおいても以下のような問題があった。すなわち、特許文献１および２の撮影レンズにおいては屈折率が１．７以上の高屈折率を有するガラスを用いることが必要である。ガラスレンズは樹脂レンズに比べ、加工が困難で、特に、諸収差を補正するために非球面形状に形成するためにはコストが高くなる問題があった。
【０００７】
一方、特許文献３の撮影レンズにおいては、屈折率１．５程度の樹脂レンズを用いることにより、非球面形状の形成により収差補正を容易にしつつ低コスト化を達成している。しかしながら、近年の１３０万画素、２００万画素またはそれ以上の画素を有する固体撮像素子を採用した高画質カメラの多くは、光学系の像円径が５ｍｍ以上の直径が必要であったり、さらに、携帯通信機器のような撮影レンズの小型化がより求められる場合に、これを達成する際の目安として例えば、光学全長が７ｍｍ以下で６０度以上の広角レンズが要求されるが、特許文献３のような撮影レンズでこのような要求を満たすレンズ系を得ることは困難であった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、全長が短く十分に広角であるとともに、諸収差が良好に補正されて高い結像性能を有し、かつ、低コストに成形することができる撮影レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮影レンズは、物体側より順に、開口絞り、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撮像面の前方に配される撮影レンズであって、前記第１レンズは、少なくとも撮像面側のレンズ面が凸面かつ非球面形状である正の屈折力を有し、前記第２レンズは、少なくとも撮像面側のレンズ面が凹面かつ非球面形状である負の屈折力を有し、前記第３レンズは、少なくとも一方のレンズ面が非球面形状である正の屈折力を有し、前記レンズ系は、以下の条件を満足するものである。
【００１０】
ＴＬ／ｆ＜１．５５                          ・・・（１）
１．４５＜Ｎｉ＜１．６  （ｉ＝１，２，３）  ・・・（２）
０．４５＜ｆ１／ｆ＜０．５５                ・・・（３）
−０．５０＜ｆ２／ｆ＜−０．４０            ・・・（４）
ただし、ＴＬは開口絞りから撮像面までの光学全長、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｎｉはｉ番目のレンズの屈折率である。また、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【００１１】
本発明に係る撮影レンズによれば、レンズ系を構成する第１レンズおよび第２レンズの撮像面側のレンズ面および第３レンズの少なくともいずれかの面に非球面形状を有している。そして、第１レンズでは球面収差・コマ収差を主に補正することができ、第２レンズでは像面湾曲・歪曲収差を主に補正でき、また第３レンズでは歪曲収差を補正することができる。
【００１２】
ここで、本発明における条件式（１）は、光学全長ＴＬ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通信機器、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影レンズのための小型化・薄型化の条件を示すものである。
【００１３】
また、本発明における条件式（２）は、各レンズの屈折率を規定するものであり、非球面形状に成形し易くして低コスト化を実現できる樹脂レンズの屈折率Ｎｉ（ｉ＝１，２，３）の条件を示すものである。
【００１４】
すなわち、屈折率Ｎｉが１．６を超えるようなレンズは、樹脂レンズであっても特殊な製造工程が必要であり、コストが高くなるか、さもなくば、加工性の困難なガラスレンズを用いるかしなければならず、低コスト化を達成できない。また、屈折率Ｎｉが１．４５を下回っても適当な収差補正を得ることができない。
【００１５】
また、本発明における条件式（３）は、第１レンズとレンズ系における屈折力の配置を規定するものであり、小型化・広角化を達成しつつ諸収差の補正を良好に行い得る条件を示すものである。
【００１６】
すなわち、レンズ系の焦点距離ｆに対する第１レンズの焦点距離ｆ１の比が条件式（３）の下限を超えると、諸収差の補正（特に、非点収差、像面湾曲）が困難となり、十分な結像性能を達成できない。一方、条件式（３）の上限を超えると、各収差を補正しつつ十分な画角を達成することができない。したがってまた、条件式（３）の上限を超えると、例えば、２．８程度のＦナンバーに対して各レンズの有効径が大きくなってしまい、小型化が困難となる。
【００１７】
また、本発明における条件式（４）は、第２レンズとレンズ系における屈折力の配置を規定するものであり、条件式（３）とともに小型化・広角化を達成しつつ諸収差の補正を良好に行い得る条件を示すものである。
【００１８】
すなわち、レンズ系の焦点距離ｆに対する第２レンズの焦点距離ｆ２の比が条件式（４）の下限を超えると、諸収差の補正（特に像面湾曲）が困難となる。一方、条件式（４）の上限を超えると、第２レンズのみならず、レンズ系のレンズ形状の成形が困難となる。また条件式（４）の上限を超えると、十分な画角を保ちながら、第３レンズで歪曲収差等を補正することが困難となる。
【００１９】
以上より、本発明の発明者は、開口絞りを最も物体側に有し、テレセントリック光学系を達成する撮影レンズのレンズ系の各パラメータが条件式（３）および（４）を満足させることにより、条件式（１）および（２）を満足させるように構成することができ、これによって、光学系全長ＴＬを短くし、小型化・薄型化を達成するとともに、成形容易な樹脂レンズを採用可能とすることで低コスト化を達成し、さらに、十分に広角な領域においても諸収差が良好に補正されて高い結像性能を有する撮影レンズを開発した。このようなレンズ系を用いることにより、全長が短く十分に広角であるとともに、諸収差が良好に補正されて高い結像性能を有し、かつ、低コストに成形することができる。
【００２０】
好ましくは、前記レンズ系は、以下の条件をさらに満足するように構成される。
【００２１】
−１．１＜Ｒ２／Ｒ４＜−０．９              ・・・（５）
ただし、Ｒ２は第１レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径、Ｒ４は第２レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径である。
【００２２】
この場合、さらにレンズ系の各パラメータの条件式として条件式（５）を追加する。レンズ系を広角に撮影可能なものにすると、撮像面の周辺部の画像が歪み易く歪曲収差の優れたレンズ、すなわち、撮像面の全域に渡って歪みの少ないレンズが求められる。本発明における条件式（５）は、第１レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径と第２レンズの撮像面側のレンズ面の曲率半径との関係を規定するものであり、特に、小型化・薄型化が要求される携帯電話に用いられるカメラ用の撮影レンズにとって十分な広角化を達成するための重要な性能指標である像面湾曲を良好に補正するための条件を示すものである。
【００２３】
すなわち、条件式（５）の下限を超えて第１レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径Ｒ２に対して第２レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径Ｒ４を大きくすると、諸収差、特に、非点収差、像面湾曲、倍率色収差の補正が困難となる。一方、条件式（５）の上限を超えて第２レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径Ｒ４に対して第１レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径Ｒ２を大きくすると、諸収差、特に、非点収差、軸上色収差の補正が困難となる。
【００２４】
したがって、レンズの成形性を容易にし高結像性能を確保するために、条件式（１）〜（４）を満足した上で、レンズ系全体の正と負との屈折力のバランスを保つために、条件式（５）を満足させることにより、光学全長ＴＬを短くしつつ、諸収差、特に、像面湾曲、歪曲収差を良好に補正することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態における撮影レンズの構成図である。本実施形態に係る撮影レンズは、図１に示すように、物体側より順に、開口絞り４、第１レンズ１、第２レンズ２、および第３レンズ３を具備するレンズ系から構成される撮影レンズであって、第１レンズ１は、撮像面５側のレンズ面ｒ２が凸面かつ非球面形状である正の屈折力を有し、第２レンズ２は、撮像面５側のレンズ面ｒ４が凹面かつ非球面形状である負の屈折力を有し、第３レンズ３は、レンズ面ｒ５，ｒ６が非球面形状である正の屈折力を有するものである。    さらに、図１の撮影レンズは、第１レンズ１の物体側レンズ面ｒ１および第２レンズ２の物体側レンズ面ｒ３も非球面形状である。また、第３レンズ３の撮像面５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等の光学部材６が配置される。
【００２７】
以上の構成を有する第１実施形態における撮影レンズの各パラメータ値は、以下に示す通りである。
【００２８】
ここで、ＴＬは開口絞り４から撮像面５までの光学全長、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｆ／はＦナンバー、２ωは画角、ｆｉはｉ番目のレンズの焦点距離（ただし、凸レンズの焦点距離を正とする）、Ｎｉおよびνｉはｉ番目のレンズ（光学部材６を含む）の屈折率およびアッベ数、Ｒｊは物体側から順にｊ番目のレンズ面ｒｊの曲率半径、ｄｊは物体側から順にｊ番目のレンズ面中心間隔（ただし、開口絞り４とレンズ面ｒ１との距離をｄ０とする）を意味する。
【００２９】
また、本実施形態においては、第１〜第３レンズ１，２，３における全てのレンズ面ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６が非球面である。
【００３０】
ここで、非球面形状は、面頂点の接平面からの光軸方向の距離（サグ量）をｘ、光軸からの高さｈとして、ｒを近軸曲率半径、κを円錐定数、ａｍ  （ｍ＝４，６，８，１０，１２）を第ｍ次の非球面係数としたとき、次式で表される。
【００３１】
ｘ＝｛（１／ｒ）ｈ２｝／〔１＋｛１−（１＋κ）（１／ｒ）２ｈ２｝１／２〕＋ａ４ｈ４＋ａ６ｈ６＋ａ８ｈ８＋ａ１０ｈ１０＋ａ１２ｈ１２・・・（Ｘ）
したがって、以下では、上記式（Ｘ）におけるａｍの値を示し、非球面形状を特定している。
【００３２】
【表１】
2005025034.tif 000003
【００３３】
なお、本実施形態においては、光学全長ＴＬ＝６．９５ｍｍであり、レンズ系の焦点距離ｆ＝４．６５ｍｍであるので、ＴＬ／ｆ＝１．４９４＜１．５５となり、条件式（１）を満足している。また、Ｎ１＝１．５２５、Ｎ２＝１．５８５、Ｎ３＝１．４９２であり、条件式（２）を満足している。さらに、第１レンズ１の焦点距離ｆ１＝２．３６ｍｍであり、第２レンズ２の焦点距離ｆ２＝−２．１５ｍｍであるので、０．４５＜ｆ１／ｆ＝０．５０８＜０．５５、−０．５＜ｆ２／ｆ＝−０．４６３＜−０．４０となり、条件式（３）および（４）をそれぞれ満足している。
【００３４】
さらに、第１レンズ１の撮像面側レンズ面ｒ２の曲率半径Ｒ２＝−１．２５５ｍｍであり、第２レンズ２の撮像面側レンズ面ｒ４の曲率半径Ｒ４＝１．２６７ｍｍであるので、−１．１＜Ｒ２／Ｒ４＝−０．９９０＜−０．９となり、条件式（５）を満足している。
【００３５】
図２は図１の撮影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。
【００３６】
本実施の形態においては、従来技術に比較して、光学全長ＴＬが短く画角が大きいにも関わらず、諸収差、特に、図２（ｃ）に示されるように、歪曲収差が良好に補正されている。
【００３７】
なお、本実施形態のレンズ系においては、平面である光学部材６を除くすべてのレンズ面ｒ１〜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、レンズ面ｒ２，ｒ４および少なくともレンズ面ｒ５またはレンズ面ｒ６のいずれかについて非球面であればよい。
【００３８】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態における撮影レンズの断面図である。本実施の形態における撮影レンズも、図３に示すように、第１実施形態と同様のレンズ構成を有するが、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実施形態と異なる。
【００３９】
【表２】
2005025034.tif 000004
【００４０】
なお、光学全長ＴＬ＝６．７８ｍｍであり、レンズ系の焦点距離ｆ＝４．６２ｍｍであるので、ＴＬ／ｆ＝１．４６８＜１．５５となり、条件式（１）を満足している。また、Ｎ１＝１．４９２、Ｎ２＝１．５８５、Ｎ３＝１．４９２であり、条件式（２）を満足している。さらに、第１レンズ１の焦点距離ｆ１＝２．２０ｍｍであり、第２レンズ２の焦点距離ｆ２＝−１．９９ｍｍであるので、０．４５＜ｆ１／ｆ＝０．４７７＜０．５５、−０．５＜ｆ２／ｆ＝−０．４３１＜−０．４０となり、条件式（３）および（４）をそれぞれ満足している。
【００４１】
さらに、第１レンズ１の撮像面側レンズ面ｒ２の曲率半径Ｒ２＝−１．０９３ｍｍであり、第２レンズ２の撮像面側レンズ面ｒ４の曲率半径Ｒ４＝１．１９４ｍｍであるので、−１．１＜Ｒ２／Ｒ４＝−０．９１５＜−０．９となり、条件式（５）を満足している。
【００４２】
図４は図３の撮影レンズの収差図である。図４（ａ）は球面収差を示し、図４（ｂ）は非点収差を示し、図４（ｃ）は歪曲収差を示す。
【００４３】
本実施の形態においても、従来技術に比較して、光学全長ＴＬが短く画角が大きいにも関わらず、諸収差、特に、図４（ｃ）に示されるように、歪曲収差が良好に補正されている。
【００４４】
なお、本実施形態のレンズ系においても、平面である光学部材６を除くすべてのレンズ面ｒ１〜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、レンズ面ｒ２，ｒ４および少なくともレンズ面ｒ５またはレンズ面ｒ６のいずれかについて非球面であればよい。
【００４５】
＜第３実施形態＞
図５は本発明の第３実施形態における撮影レンズの断面図である。本実施の形態における撮影レンズも、図５に示すように、第１実施形態と同様のレンズ構成を有するが、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実施形態と異なる。
【００４６】
【表３】
2005025034.tif 000005
【００４７】
なお、光学全長ＴＬ＝６．６７ｍｍであり、レンズ系の焦点距離ｆ＝４．３９ｍｍであるので、ＴＬ／ｆ＝１．５２０＜１．５５となり、条件式（１）を満足している。また、Ｎ１＝１．５２５、Ｎ２＝１．５８５、Ｎ３＝１．５２５であり、条件式（２）を満足している。さらに、第１レンズ１の焦点距離ｆ１＝２．３０ｍｍであり、第２レンズ２の焦点距離ｆ２＝−２．１４ｍｍであるので、０．４５＜ｆ１／ｆ＝０．５２５＜０．５５、−０．５＜ｆ２／ｆ＝−０．４８９＜−０．４０となり、条件式（３）および（４）をそれぞれ満足している。
【００４８】
さらに、第１レンズ１の撮像面側レンズ面ｒ２の曲率半径Ｒ２＝−１．２２２ｍｍであり、第２レンズ２の撮像面側レンズ面ｒ４の曲率半径Ｒ４＝１．２９２ｍｍであるので、−１．１＜Ｒ２／Ｒ４＝−０．９４６＜−０．９となり、条件式（５）を満足している。
【００４９】
図６は図５の撮影レンズの収差図である。図６（ａ）は球面収差を示し、図６（ｂ）は非点収差を示し、図６（ｃ）は歪曲収差を示す。
【００５０】
本実施の形態においても、従来技術に比較して、光学全長ＴＬが短く画角が大きいにも関わらず、諸収差、特に、図２（ｃ）に示されるように、歪曲収差が良好に補正されている。
【００５１】
なお、本実施形態のレンズ系においても、平面である光学部材６を除くすべてのレンズ面ｒ１〜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、レンズ面ｒ２，ｒ４および少なくともレンズ面ｒ５またはレンズ面ｒ６のいずれかについて非球面であればよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る撮影レンズによれば、各パラメータが条件式（１）〜（４）を満たすことにより、小型化・薄型化および十分な広角性を低コストで達成し、これに加えて、条件式（４）を満たすことにより、歪曲収差の小さい高性能な撮影レンズとすることができる。したがって、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮影レンズ、特に、像円径を５ｍｍ以上とする高画素な撮像素子を採用し、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮影レンズにおいて、光学系全長を７ｍｍ以下程度と短くし十分に広角で、性能を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における撮影レンズの構成図
【図２】図１の撮影レンズの収差図
【図３】本発明の第２実施形態における撮影レンズの構成図
【図４】図３の撮影レンズの収差図
【図５】本発明の第３実施形態における撮影レンズの構成図
【図６】図５の撮影レンズの収差図
【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  撮像面
ｒ２  第１レンズの撮像面側レンズ面
ｒ４  第２レンズの撮像面側レンズ面
Ｒ２  第１レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径
Ｒ４  第２レンズの撮像面側レンズ面の曲率半径
ＴＬ  光学全長
ｆ  レンズ系の焦点距離
ｆ１  第１レンズの焦点距離
ｆ２  第２レンズの焦点距離
Ｎｉ  ｉ番目レンズの屈折率
【図１】
2005025034.tif 000006
【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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