(57)【要約】【課題】撮像素子の高画素化に対応した撮像レンズにおいて光学性能を良好なものとした小型の撮像カメラ用光学レンズを提供する。【解決手段】被写体側より順に、正のパワーを持つガラス製の第１レンズ、正のパワーを持つ第２レンズ、負のパワーを持つ第３レンズが設けられ、上記第１のレンズ及び第２のレンズは、以下の式（１）〜式（３）を満たす３群３枚構成の撮像カメラ用光学レンズ。０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．９５・・・（１）１．０＜ｆ１／Ｒ１＜２．０・・・（２）−４．０＜ｆ２／Ｒ３＜−２．０・・・（３）ただし、ｆ１：第１レンズの焦点距離、ｆ２：第２レンズの焦点距離、Ｒ１：第１レンズの前面（物体側）の曲率半径、Ｒ３：第２レンズの前面（物体側）の曲率半径である。【選択図】図１
2005091513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体側から順に、正のパワーを持つガラス製の第１レンズと、正のパワーを持つ第２レンズと、負のパワーを持つ第３レンズとが設けられ、上記第１のレンズ及び第２のレンズが、以下の式（１）〜式（３）の関係を満たす３群３枚構成の撮像カメラ用光学レンズ。
０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．９５・・・（１）
１．０＜ｆ１／Ｒ１＜２．０・・・（２）
−４．０＜ｆ２／Ｒ３＜−２．０・・・（３）
ただし、ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
Ｒ１：第１レンズの前面（物体側）の曲率半径、
Ｒ３：第２レンズの前面（物体側）の曲率半径である。
【請求項２】
上記第２レンズ及び第３レンズは、光学プラスチック又は光学ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の撮像カメラ用光学レンズ。
【請求項３】
上記第２レンズ及び第３レンズは、像面側が非球面とされていることを特徴とする請求項１記載の撮像カメラ用光学レンズ。
【請求項４】
パンフォーカス用の単焦点レンズを構成することを特徴とする請求項１記載の撮像カメラ用光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像カメラ用のレンズに関し、特に３枚構成よりなるコンパクトな光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ＰＤＡ等のモバイル用機器に用いられる小型の撮像カメラには、撮像素子として、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳが多く使用されている。また、これまでの普及されている撮像カメラは、画素数をＣＩＦ（３５２×２８８）やＶＧＡ（６４０×４８０）レベルとした画像サイズのものが主流であり、ＣＩＦ（３５２×２８８）の画像サイズに応じたプラスチック１群１枚構成の撮像レンズや、ＶＧＡ（６４０×４８０）の画像サイズに応じたプラスチック２群２枚構成の撮像レンズが提案されている（特開２００１−１８３５７８等）。
【０００３】
ところで、撮像素子の画素数がＳＸＧＡ（１２８０×９６０）等の高画素になると、撮像素子には、セルサイズが３．５μｍ以下の非常に微細なものが使われる。また、ＣＣＤ、ＣＭＯＳの素子寸法の小型化、光学全長の短縮化に伴い、撮像レンズの回折限界に近い高分解能が要求される。さらにセルサイズが微細化された撮像素子においては、撮像面への入射角が制限される等、特有の光学系の設計制約が課される。
【０００４】
また、ＳＸＧＡ（１２８０×９６０）等の高画素化に対応した光学プラスチックレンズでは、温度変化に伴い焦点距離が変動するという、屈折率の温度依存性が問題となる。特にパンフォーカスのレンズ系では、レンズ枚数を増やす、ガラス製レンズを導入する等の工夫が必要となるが、その一方で、光学全長が長くなるといった不都合があるほか、組み立て許容範囲が減少する、ガラス製レンズの導入によってコストが上がるなどの問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８３５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、撮像素子の高画素化に対応した撮像レンズにおいて光学性能を良好なものとした小型の撮像カメラ用光学レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る撮像カメラ用光学レンズは、被写体側から順に、正のパワーを持つガラス製の第１レンズと、正のパワーを持つ第２レンズと、負のパワーを持つ第３レンズとが設けられ、上記第１のレンズ及び第２のレンズが、以下の式（１）〜式（３）の関係を満たす３群３枚構成とするものである。
０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．９５・・・（１）
１．０＜ｆ１／Ｒ１＜２．０・・・（２）
−４．０＜ｆ２／Ｒ３＜−２．０・・・（３）
ただし、ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
Ｒ１：第１レンズの前面（物体側）の曲率半径、
Ｒ３：第２レンズの前面（物体側）の曲率半径である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明が適用された撮像レンズによれば、第１のレンズ及び第２レンズが正のパワーを有するとともに、第１のレンズがガラスによって形成されている。したがって、この撮像レンズは、大きな屈折力を持ちながら、温度等の環境変化による焦点距離の変動等の影響が少ないレンズとすることができる。また、正のパワーを有する第２のレンズに対して負のパワーを有する第３のレンズを備えることにより、互いのパワーによる変化を打ち消しあい、安定した光学性能を備えたレンズ構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明を適用した撮像カメラ用光学レンズの構成を示す。この撮像レンズ１は、被写体側から順に、第１のレンズ２と、第２のレンズ３と、第３のレンズ４とを備えた３群３枚のレンズ構成を備えた光学系からなる。
【００１０】
第１のレンズ２は、光学ガラスからなり、被写体側から順に第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を有する。また、第１のレンズ２は、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２がそれぞれ凸面及び凹面とされた正のパワーを有するメニスカス形状のレンズである。
【００１１】
また、第２のレンズ３は、光学プラスチックからなり、被写体側から第１面Ｓ３及び第２面Ｓ４を有する。この第２のレンズ３は、第１面Ｓ３及び第２面Ｓ４がそれぞれ凹面及び凸面とされた正のパワーを有するメニスカス状のレンズである。
【００１２】
また、第３のレンズ４は、光学プラスチックからなり、被写体側から第１面Ｓ５及び第２面Ｓ６を有する。この第３のレンズ４は、第１面Ｓ５及び第２面Ｓ６がそれぞれ凹面及び凸面とされた負のパワーを有するメニスカス状のレンズである。
【００１３】
表１に、第１〜第３のレンズの各面の非球面係数、レンズ厚、レンズ間距離及び材料を示す。表１において、Ｒは曲率半径であり、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、数１に示す公知の非球面式（４）に示される係数であって、Ｋは離心率、Ａ〜Ｄは第４、６、８、１０次の非球面係数である。また、ｔは被写体側から像面側に向かって隣りの光学表面までの距離（ｍｍ）であり、Ｎｄはｄ線における屈折率であり、Ｖｄはｄ線におけるアッベ数である。なお、表中Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表しており、例えば第１のレンズ２の第１面Ｓ１における第４次の非球面係数の値、［−２．８１９２７Ｅ−０２］は、［−０．０２８１９２７］を意味する。
【００１４】
【表１】
2005091513.tif 000003
【００１５】
【数１】
2005091513.tif 000004
【００１６】
なお、この非球面式（４）において、ｚは非球面と光軸との交点を原点とした光軸方向の座標であり、ｘ及びｙは原点を通り光軸に直交するするとともに互いに直交する方向の座標である。
【００１７】
以上のような構成を有する撮像レンズ１は、レンズ間の偏芯に強くするために、第１〜第３のレンズ２〜４が、それぞれ第１のレンズ２は球面収差、第２のレンズ３は非点収差、第３のレンズ４は歪曲収差を主に補正するように役割が分担されている。ここで、第２のレンズ３は、非点収差を補正するために、その第２面Ｓ４が非球面とされ、また、第３のレンズ４は、歪曲収差を補正するために、その第２面Ｓ６が非球面とされている。
【００１８】
なお、その役割を完全に分離させることは不可能であることから、図１に示すように、第１のレンズ２と第２のレンズ３の間には、絞り５が介在されている。撮像レンズ１は、第１のレンズ２及び第２のレンズ３間に絞り５を配置することにより、第１のレンズ２及び第２のレンズ３間で対称に近い構成とし、予め非点収差をある程度取り除いておくことができる。また、第１レンズ２及び第２レンズ３間を対称に構成すると、撮像素子６の撮像面への入射角が深くなりシェーディングが発生してしまうが、本発明に係る撮像レンズ１では、第３のレンズ４の第２面Ｓ６を非球面に形成することにより、撮像素子６の撮像面への入射角を浅く、例えば２０度以下に補正し、テレセントリック性を良好に保つとともに光学全長を短くすることができる。したがって、撮像レンズ１が携帯電話やＰＤＡ等のモバイル用機器の機器本体に組み込まれることによりこれらモバイル用機器の薄型化を図ることができる。
【００１９】
なお、入射角を浅くし、テレセントリック性を良好に保つために絞りを第１のレンズよりも物体側に配置した場合、第１のレンズ２及び第２のレンズ３間で対称とする構成をとれず、各収差を除去することが困難となり、また、絞りから像面側に配置されるレンズの数が増えて、ゴースト、フレア等の問題が生じやすい。また、撮像レンズ１が組み込まれた電子機器の表面には撮像レンズが臨まされず、絞りが設けられた小孔が現れるのみであるため、デザインの自由度も損なわれてしまう。これに対し、本発明が適用された撮像レンズ１は、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間に絞り５を配置しているため、このような問題が生じることはない。
【００２０】
また、撮像レンズ１は、ｆ１を第１レンズの焦点距離とし、ｆ２を第２レンズの焦点距離とし、Ｒ１を第１レンズの前面（物体側）の曲率半径とし、Ｒ３を第２レンズの前面（物体側）の曲率半径としたときに、以下の式（５）〜式（７）を満たす。
０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．９５・・・（５）
１．０＜ｆ１／Ｒ１＜２．０・・・（６）
−４．０＜ｆ２／Ｒ３＜−２．０・・・（７）
このような式（５）〜（７）を満たす撮像レンズ１は、プラスチックである第２のレンズ３にパワーを配分しすぎると、温度変化による焦点距離の変化量が大きくなってしまうことから、式（５）を満たす構成とされている。また、撮像レンズ１は、式（６）及び式（７）を満たすレンズ構成にすることで、周辺光量の低下を防ぎ、周辺光量比を５０％以上とすることができる。
【００２１】
また、撮像レンズ１は、第３のレンズ４の後段側にＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子６が配置され、第３のレンズ４と撮像素子６との間には撮像素子６の保護ガラス７が配設されている。そして、撮像レンズ１は、その被写体側から入射した光が、保護ガラス７を透過してＣＣＤ等の撮像素子６の撮像面に結像するようになされている。
【００２２】
以上のように、撮像レンズ１は、第１のレンズ２と第２のレンズ３の屈折力が正に大きく形成されていることから、温度変化等の環境変化による焦点距離等の光学性能が影響を受け易くなるところ、第１のレンズ２がガラスにより形成されているため、環境変化に対して光学性能が変化しにくいレンズ構成とすることができる。また、この撮像レンズ１は、正の屈折力を有する第２のレンズ３に対して、負の屈折力を有する第３のレンズ４を備えることにより、第２のレンズ３及び第３のレンズ４による光学性能の変化が互いに打ち消され、全体として良好な光学性能を維持することができる。したがって、例えば高画素化に対応したＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子用の小型且つ光学性能の良好な撮像レンズとして、幅広く用いることが可能である。
【００２３】
また、撮像レンズ１は、第２のレンズ３の第２面Ｓ４と第３のレンズ４の第２面Ｓ６が非球面とされている。この第２のレンズ３の第２面Ｓ４のように曲率の大きな光学表面に非球面加工を施すことにより、光学表面のサジタル方向とメリジオナル方向の曲率の差が大きくなり、非点収差を効率よく除去することができる。
【００２４】
また、第３のレンズ４の第２面Ｓ６を球面形状とした場合、セルサイズが微細化された撮像素子６の撮像面への入射角を小さく抑えるためには、射出瞳を撮像素子６の撮像面から遠ざけてテレセントリック性を持たせる必要がある。しかし、本発明に係る撮像レンズ１のように、第３のレンズ４の第２面Ｓ６を非球面とすることにより、射出瞳を遠ざけてテレセントリック性を持たせる必要がなく、入射角を全画面で抑えることができる（図７）。
【００２５】
以下、表２に撮像レンズ１の設計仕様を示す。なお、この表２に記載の撮像レンズ１の設計仕様は例示であり、表２に記載された仕様以外の仕様を有する撮像レンズにも適用される。
【００２６】
【表２】
2005091513.tif 000005
【００２７】
上記表２に示すように、撮像レンズ１は、イメージャーサイズが１／３．６inchとされている。また、撮像レンズ１は、有効像円が直径５．０ｍｍ、光学全長が６．０ｍｍ以下、画角が水平５０度程度、焦点距離が４．２ｍｍ、Ｆナンバーが４．０、撮像面への入射角が２０度以下、周辺光量が５０％以上とされている。
【００２８】
以下の表３に、撮像レンズ１の組み立て誤差の許容度を示す。
【００２９】
撮像レンズ１の組み立て許容度の判断基準としては、第１のレンズ２〜第３のレンズ４をそれぞれ偏芯させた時に、解像度が光軸中心において周波数８０lp/mmのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が５０％以上、７割像高において周波数８０lp/mmのＭＴＦが２５％以上を満足する範囲とした。いずれのレンズも許容度は大きく、一般的に必要とされている調芯工程を省くことができ、作業工程の簡素化を図ることができるとともに、作業コストも抑えることができる。
【００３０】
【表３】
2005091513.tif 000006
【００３１】
次いで、以上のように構成される撮像レンズ１の縦収差図を図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図２の縦収差図に示すように、本発明が適用された撮像レンズ１によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差が良好に補正されていることが確認できる。また、ＭＴＦのデフォーカス特性を示すグラフを図３に、周波数特性を示すグラフを図４に、像高特性を示すグラフを図５に示す。これら図３〜図５に示すＭＴＦのグラフから、本発明に係る撮像レンズ１は、回折限界に近い、高解像度が得られていることが確認できる。
【００３２】
また、画面中心に対して周辺の光量を比較した周辺光量比と像高の関係を図６に示す。図６より、画面全体で、周辺光量比が５０％以上に保たれていることが確認できる。したがって、撮像レンズ１によれば、画面全体の明暗のむらを抑えることができる。また、図７に撮像面入射角と像高の関係を示す。図７より、撮像レンズ１は、全画面で入射角が２０度以下になっていることが確認できる。したがって、撮像レンズ１は、撮像素子の立体構造上の制約のために撮像面の入射角が制限されている場合にも対応することができる。
【００３３】
また、撮像カメラ用の光学レンズは、温度変化による硝材の屈折率の変化や、熱膨張によるレンズ形状の変化に起因して、光学系全体の焦点距離が変化し得る。撮像レンズ１における温度変化に伴う焦点移動量の関係を図８に示す。図８より、撮像レンズ１は、温度による焦点移動量が少ないことが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズの構成を示す側面図である。
【図２】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示すグラフである。
【図３】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズにおけるＭＴＦのデフォーカス特性を示すグラフである。
【図４】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズにおけるＭＴＦの周波数特性を示すグラフである。
【図５】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズにおける像高特性を示すグラフである。
【図６】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズにおける周辺光量比と像高との関係を示すグラフである。
【図７】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズにおける撮像面入射角と像高の関係を示すグラフである。
【図８】本発明が適用された撮像カメラ用光学レンズにおける温度変化に伴う焦点移動量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  撮像レンズ、２  第１のレンズ、３  第２のレンズ、４  第３のレンズ、５  絞り、６  撮像素子、７  保護ガラス
【図１】
2005091513.tif 000007
【図２】
2005091513.tif 000008
【図３】
2005091513.tif 000009
【図４】
2005091513.tif 000010
【図５】
2005091513.tif 000011
【図６】
2005091513.tif 000012
【図７】
2005091513.tif 000013
【図８】
2005091513.tif 000014