(57)【要約】【課題】小型で、良好に収差補正された撮像レンズを提供する。【解決手段】固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズで、物体側に回折光学素子面を有することを特徴とする撮像レンズ。【選択図】図１
2007316375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズで、物体側に回折光学素子面を有することを特徴とする撮像レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズの物体側に以下の条件式（１）を満足する開口絞りを備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
｜Ｔ１／ＴＬ｜＜０．０５・・・（１）
但し、
Ｔ１：開口絞りから回折光学素子面までの光軸厚み、
ＴＬ：開口絞りから第３レンズの像面側までの光軸厚み、
である。
【請求項３】
以下の条件式（２）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。
０．０２＜ΦＤ×Ｆ＜０．２・・・（２）
但し、
ΦＤ：回折光学素子面の光学パワー、
Ｆ：全系の焦点距離、
である。
【請求項４】
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
０．０２＜ΦＤ×Ｆ１＜０．２・・・（３）
但し、
ΦＤ：回折光学素子面の光学パワー、
Ｆ１：前記正レンズの焦点距離、
である。
【請求項５】
前記第２レンズは、像面側が非球面であり、光軸近傍で像面側が凹形状で、周辺部で像面側が凸形状をなすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像レンズ。
【請求項６】
前記第３レンズは、像面側が非球面であり、光軸近傍で像面側が凹形状で、周辺部で像面側が凸形状をなすことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型の撮影レンズ系に関するものであり、更に詳しくはデジタル入力機器（デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ等）に適した、高性能でコンパクトな固体撮像素子用撮像レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐａｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このような状況のもと、より小型のデジタルカメラが求められるようになっており、撮像光学系にもより一層の小型化が要望されている。
【０００３】
撮像光学系を小型にする方法として、撮像素子を小型にする方法がある。この方法は、撮像素子の個々の受光部を小さくすることが必要である。そのため、撮像光学系は、小さい受光部に光線を集光させなくてはならず、高性能の撮像光学系が要求されるようになっている。
【０００４】
一方、撮像素子の大きさをそのままにして、撮像光学系を小型にする方法がある。この方法は、撮像光学系の全長を短くすることができるが、撮像光学系の射出瞳位置も像面に近づく。射出瞳位置が像面に近づくと、撮像光学系から射出された軸外光束が像面に対して斜めに入射する。すると、撮像素子の受光部の前面に設けられているマイクロレンズに、大きく傾斜した光線が入射することとなり、撮像素子の周辺部の光量が低下する。その結果、像面の光量が、像面の中央部と周辺部とで極端な差異があるという問題が生じる。小型であるともに、像面の光量を均一にした高性能の撮像光学系が要求されている。
【０００５】
以上のような問題や実情を鑑みて、コンパクトな３枚構成から成る撮像光学系が、特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３７９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、コンパクトな構成ではあるが、撮像光学系の全長に対して射出瞳位置が像面に近くなり、像面の中央部と周辺部の光量の差異があるという問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型でありながら、良好に収差補正された撮像光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、次の構成により解決される。
【０００９】
１．
固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズで、物体側に回折光学素子面を有することを特徴とする撮像レンズ。
【００１０】
２．
前記第１レンズの物体側に以下の条件式（１）を満足する開口絞りを備えることを特徴とする１に記載の撮像レンズ。
【００１１】
｜Ｔ１／ＴＬ｜＜０．０５・・・（１）
但し、
Ｔ１：開口絞りから回折光学素子面までの光軸厚み、
ＴＬ：開口絞りから第３レンズの像面側までの光軸厚み、
である。
【００１２】
３．
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする１又は２に記載の撮像レンズ。
【００１３】
０．０２＜ΦＤ×Ｆ＜０．２・・・（２）
但し、
ΦＤ：回折光学素子面の光学パワー、
Ｆ：全系の焦点距離、
である。
【００１４】
４．
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
【００１５】
０．０２＜ΦＤ×Ｆ１＜０．２・・・（３）
但し、
ΦＤ：回折光学素子面の光学パワー、
Ｆ１：前記正レンズの焦点距離、
である。
【００１６】
５．
前記第２レンズは、像面側が非球面であり、光軸近傍で像面側が凹形状で、周辺部で像面側が凸形状をなすことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像レンズ。
【００１７】
６．
前記第３レンズは、像面側が非球面であり、光軸近傍で像面側が凹形状で、周辺部で像面側が凸形状をなすことを特徴とする１乃至５の何れか１項に記載の撮像レンズ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズの３枚で構成され、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズで、物体側に回折光学素子面を有することにより、撮像光学系全長を短くすることができ、また、光学性能の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
なお、本明細書において「パワー」とは、焦点距離の逆数で定義される量を表す。
【００２１】
図１と図２は、本発明に係る撮像レンズの第１実施形態と第２実施形態の撮像レンズのレンズ配置を表す断面図である。
【００２２】
図１と図２において、第１及び第２実施形態の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＡ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第１レンズＦＬ１（物体側面が回折光学素子面）、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズの第２レンズＦＬ２、像面側に凹面を向けた正メニスカスレンズの第３レンズＦＬ３、ガラスフィルタＧＦから成る。
【００２３】
次に、各実施形態の撮像レンズが満足すべき条件式を説明する。尚、各実施形態の撮像レンズは、以下に示す各条件式をすべて、同時に満足する必要はなく、個々の条件式をそれぞれ単独に満足することによって対応する作用効果を達成することが可能である。もちろん、複数の条件式を満足している方が光学性能、小型化あるいは組立の観点からより望ましいことはいうまでもない。
【００２４】
以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
【００２５】
｜Ｔ１／ＴＬ｜＜０．０５・・・（１）
但し、
Ｔ１：開口絞りから回折光学素子面までの光軸厚み、
ＴＬ：開口絞りから第３レンズの像面側までの光軸厚み、
である。
【００２６】
条件式（１）の範囲を越えると、回折光学素子による色収差補正のバランスが悪くなり画質低下をを招く。
【００２７】
条件式（１）の範囲内であれば、回折光学素子により軸上色収差と倍率色収差がバランスよく補正することができ画面全体を高画質にすることができる。
以下の条件式（１Ａ）、（１Ｂ）を満足することが更に望ましい。
【００２８】
｜Ｔ１／ＴＬ｜＜０．０４・・・（１Ａ）
｜Ｔ１／ＴＬ｜＜０．０３・・・（１Ｂ）
以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
【００２９】
０．０２＜ΦＤ×Ｆ＜０．２・・・（２）
但し、
ΦＤ：回折光学素子面の光学パワー、
Ｆ：全系の焦点距離、
である。
【００３０】
条件式（２）の上限値を越えると、回折光学素子のパワーが強くなりすぎ色収差の補正が過剰になりすぎる。
【００３１】
逆に、条件式（２）の下限値を越えると、回折光学素子のパワーが弱くなりすぎ色収差の補正が不足して高性能化できない。
【００３２】
以下の条件式（２Ａ）、（２Ｂ）を満足することが更に望ましい。
【００３３】
０．０２＜ΦＤ×Ｆ＜０．１５・・・（２Ａ）
０．０３＜ΦＤ×Ｆ＜０．１・・・（２Ｂ）
以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
【００３４】
０．０２＜ΦＤ×Ｆ１＜０．２・・・（３）
但し、
ΦＤ：回折光学素子面の光学パワー、
Ｆ１：前記正レンズの焦点距離、
である。
【００３５】
条件式（３）の上限値を越えると、回折光学素子のパワーが強くなりすぎ色収差の補正が過剰になりすぎる。
【００３６】
逆に、条件式（３）の下限値を越えると、回折光学素子のパワーが弱くなりすぎ色収差の補正が不足して高性能化できない。
【００３７】
以下の条件式（３Ａ）、（３Ｂ）を満足することが更に望ましい。
【００３８】
０．０３＜ΦＤ×Ｆ１＜０．１５・・・（３Ａ）
０．０４＜ΦＤ×Ｆ１＜０．１・・・（３Ｂ）
以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００３９】
０．３＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜９０・・・（４）
但し、
ｒ２１：第２レンズの物体側の曲率半径、
ｒ２２：第２レンズの像面側の曲率半径、
である。
【００４０】
条件式（４）の下限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。
【００４１】
条件式（４）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。
【００４２】
以下の条件式（４Ａ）、（４Ｂ）を満足することが更に望ましい。
【００４３】
０．５＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜５０・・・（４Ａ）
１＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜１０・・・（４Ｂ）
以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
【００４４】
−０．４＜ｆ／ｆ２＜−０．０１・・・（５）
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
である。
【００４５】
条件式（５）の下限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。
【００４６】
条件式（５）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。
【００４７】
以下の条件式（５Ａ）、（５Ｂ）を満足することが更に望ましい。
【００４８】
−０．３＜ｆ／ｆ２＜−０．０１５・・・（５Ａ）
−０．２＜ｆ／ｆ２＜−０．０２・・・（５Ｂ）
以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
【００４９】
０．０２＜ｆ／ｆ３＜０．４・・・（６）
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。
【００５０】
条件式（６）の下限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。
【００５１】
条件式（６）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。
【００５２】
以下の条件式（６Ａ）、（６Ｂ）を満足することが更に望ましい。
【００５３】
０．０３＜ｆ／ｆ３＜０．３・・・（６Ａ）
０．０４＜ｆ／ｆ３＜０．２・・・（６Ｂ）
本発明の撮像レンズの第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズであることが望ましい。これは主点位置を光学系の前方へ位置することができ、光学全長を小型にするとともに球面収差と像面湾曲を容易に補正できる効果がある。
【００５４】
本発明の撮像レンズの第２レンズは、像面側が非球面であり、光軸近傍で像面側凹形状かつ周辺部で像面側凸形状の非球面であることが望ましい。これは光軸近傍の凹面で光学全長を小型化にしつつ、周辺部の凸面で射出瞳位置を遠くにする効果がある。
【００５５】
また本発明の撮像レンズの第３レンズも第２レンズと同様、像面側が非球面であり、光軸近傍で像面側凹形状かつ周辺部で像面側凸形状の非球面であることが望ましい。これは光軸近傍の凹面で光学全長を小型化にしつつ、周辺部の凸面で射出瞳位置を遠くにする効果がある。
【００５６】
また本発明の撮像レンズは、全てのレンズがプラスチックレンズで構成されることが望ましい。全てのレンズをプラスチックレンズで構成することにより、より低コストな撮像レンズを提供できる。
【００５７】
また、本発明の撮像レンズは、全てのレンズの少なくとも１面が非球面であることが望ましい。これは、球面収差や、コマ収差、歪曲収差の補正に大きな効果がある。
【００５８】
また、本発明の撮像レンズは、全てのレンズが均質素材レンズであることが望ましい。均質素材レンズ以外に媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズがあるが、その製法が複雑なためコストが高くなってしまうと言う欠点がある。
【００５９】
また、本発明の撮像レンズの第１レンズに設けられている回折光学素子面は、ブレーズド化（鋸状）することにより、回折効率を向上させることが出来る。回折光学素子面をブレーズド化する方法としては、半導体製造技術等を用いて鋸形状をステップ形状で近似して製作する方法（バイナリーオプティクス）、精密な切削加工により製作された金型でガラス又はプラスチック材料を成型する方法、ガラスレンズ上に形成された樹脂層に対して回折光学素子面の成型を行う方法等が挙げられる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明に係る実施例に関し、コンストラクションデータ、収差図等を挙げて、更に具体例を示す。
【００６１】
以下に挙げる実施例１と実施例２は、前述した第１の実施形態と第２の実施形態にそれぞれ対応しており、実施形態を表すレンズ配置図は、対応する実施例１と実施例２のレンズ構成を、それぞれ示している。
【００６２】
各実施例において、ｒｉ（ｉ＝１，２，３・・）は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径、ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔を示し、Ｎｉ（ｉ＝１，２，３・・）、νｉ（ｉ＝１，２，３・・）は、物体側から数えてｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯはＦナンバーを表す。
【００６３】
さらに、各数値実施例中、曲率半径ｒｉに＊印を付した面は非球面形状の屈折光学面あるいは非球面と等価な屈折作用を有する面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式で定義するものとする。
【００６４】
Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ2／｛１＋√（１−ε・Ｃ2・Ｈ2）｝＋ΣＡｉ・Ｈｉ・・（ＡＳ）
但し、
Ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さ、
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、
Ｃ：近軸曲率、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
Ｈｉ：Ｈのｉ乗を表す記号、
である。
【００６５】
また、曲率半径ｒｉに＃印が付された面は、回折光学素子で構成された回折光学素子面であり、回折光学素子のピッチを決める位相形状の式は、次の式（ＤＯＥ）で表される。
φ（Ｈ）＝（２π／λ０）（Ｃ１・Ｈ2＋Ｃ２・Ｈ4＋Ｃ３・Ｈ6＋…）    ・・・（ＤＯＥ）
但し、
Ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さ、
λ０：設計波長、
Ｃ１：２次の位相係数、
Ｃ２：４次の位相係数、
Ｃ３：６次の位相係数、
上式による設計波長、設計次数における回折光学素子面の光学パワーΦＤは以下の式のようになる。（設計波長：５８７．５６ｎｍ、設計次数：＋１次）
ΦＤ＝−２・Ｃ１
（実施例１）
撮像レンズの構成を図１に示す。ｆ＝３．５２ｍｍ、ＦＮＯ＝４．０である。撮像レンズのコンストラクションデータを表１に示す。
【００６６】
【表１】
2007316375.tif 000003
【００６７】
また、非球面係数を以下に示す。
【００６８】
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝−０．３１３７３×１０
Ａ４＝０．４２１１８
Ａ６＝−０．１７４１３
Ａ８＝−０．３１４５４×１０-2
Ａ１０＝−０．１８６４１
第３面（ｒ３）の非球面係数
ε＝０．６１２０６×１０
Ａ４＝０．１８１００
Ａ６＝０．２８９００
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝−０．２９０００×１０2
Ａ４＝−０．２２７４０×１０-1
Ａ６＝−０．３９１９２×１０-1
Ａ８＝０．１２５９０×１０-1
Ａ１０＝−０．３８２８３×１０-1
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝−０．１００００×１０
Ａ４＝−０．１５２０１
Ａ６＝０．３５１６６×１０-2
Ａ８＝０．１４６８８×１０-1
Ａ１０＝−０．１１４１５×１０-1
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝０．３９３０５
Ａ４＝−０．３３６７１
Ａ６＝０．９５０６４×１０-1
Ａ８＝−０．６６１９１×１０-1
Ａ１０＝０．３３７６７×１０-1
Ａ１２＝−０．５４０９７×１０-2
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝−０．１５５１２
Ａ４＝−０．２３１７７
Ａ６＝０．９４０９４×１０-1
Ａ８＝−０．３５６９９×１０-1
Ａ１０＝０．８７１０６×１０-2
Ａ１２＝−０．８８９３２×１０-3
第２面（ｒ２）の回折面データ
Ｃ１＝−０．７１３９２×１０-2
Ｃ２＝−０．７９１４３×１０-2
Ｃ３＝−０．２７４７３×１０-2
（実施例２）
撮像レンズの構成を図２に示す。ｆ＝３．５２ｍｍ、ＦＮＯ＝４．０である。撮像レンズのコンストラクションデータを表２に示す。
【００６９】
【表２】
2007316375.tif 000004
【００７０】
また、非球面係数を以下に示す。
【００７１】
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝−０．３３８６０×１０
Ａ４＝０．４０７１３
Ａ６＝−０．２０８９６
Ａ８＝０．１０３０２
Ａ１０＝−０．４５１８９
第３面（ｒ３）の非球面係数
ε＝−０．３０９９４
Ａ４＝０．１７０９１
Ａ６＝０．２１８４８
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝０．３１０００×１０2
Ａ４＝−０．３４５６５×１０-2
Ａ６＝−０．４５８０５×１０-1
Ａ８＝０．３１０２１×１０-1
Ａ１０＝−０．４０２４９×１０-1
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝０．３００００×１０
Ａ４＝−０．１４８２４
Ａ６＝０．１３４２３×１０-1
Ａ８＝０．９１９７８×１０-2
Ａ１０＝−０．１０７１９×１０-1
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝０．２１９３８
Ａ４＝−０．３２９７１
Ａ６＝０．８０９７７×１０-1
Ａ８＝−０．６９１３８×１０-1
Ａ１０＝０．３４３３７×１０-1
Ａ１２＝−０．４７２２８×１０-2
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝−０．２７９５７
Ａ４＝−０．２３７０２
Ａ６＝０．９３７５５×１０-1
Ａ８＝−０．３５６１０×１０-1
Ａ１０＝０．８７２３８×１０-2
Ａ１２＝−０．８７９０２×１０-3
第２面（ｒ２）の回折面データ
Ｃ１＝−０．８６０８５×１０-2
Ｃ２＝０．６３３０１×１０-2
Ｃ３＝−０．２８４４０×１０-1
また、各実施例の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）で規定されるパラメータに対応する値を併せて示す。
【００７２】
【表３】
2007316375.tif 000005
【００７３】
図３及び図４は、実施例１及び実施例２に対応する収差図である。各収差図は、左側から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図を表している。
【００７４】
各球面収差図おいて、（Ａ）は球面収差図，（Ｂ）は非点収差図，（Ｃ）は歪曲収差図である。球面収差図において、一点鎖線（ｄ）はｄ線、実線（ｇ）はｇ線、破線（ｃ）はｃ線に対する各球面収差量を、近軸像面からの光軸（ＡＸ）方向のズレ量（横軸、単位：ｍｍ）で表しており、縦軸は瞳への入射高さをその最大高さで規格化した値を表している。非点収差図において、破線（ＤＭ）はメリディオナル像面、実線（ＤＳ）はサジタル像面を、近軸像面からの光軸（ＡＸ）方向のズレ量（横軸、単位：ｍｍ）で表しており、縦軸は最大像高（Ｙ’、単位：ｍｍ）を表している。歪曲収差図において、横軸は歪曲（％）、縦軸は最大像高（Ｙ’、単位：ｍｍ）を表している。
【００７５】
以上のように、本発明によれば、光学性能が良好でコンパクトな固体撮像素子用撮像レンズを提供することが可能である。
【００７６】
したがって、本発明に係る撮像レンズを、デジタルカメラ等の撮像光学系に適用した場合、当該カメラの高機能化とコンパクト化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１実施形態（実施例１）の撮像レンズのレンズ構成図。
【図２】第２実施形態（実施例２）の撮像レンズのレンズ構成図。
【図３】実施例１の撮像レンズの収差図。
【図４】実施例２の撮像レンズの収差図。
【符号の説明】
【００７８】
ＦＬ１  第１レンズ
ＦＬ２  第２レンズ
ＦＬ３  第３レンズ
Ａ  絞り
ＧＦ  ガラスフィルター
ｒ１〜ｒ９  面
【図１】
2007316375.tif 000006
【図２】
2007316375.tif 000007
【図３】
2007316375.tif 000008
【図４】
2007316375.tif 000009