JP2007086485A

JP2007086485A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2007086485A
Application number: JP2005275981A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Noda; 隆行野田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05
Also published as: KR100812685B1; EP1767975A1; TWI314653B; KR20070033923A; US7623307B2; DE602006019531D1; EP1767975B1; TW200714917A; ATE495473T1; US20070064316A1; CN1936643A; CN100476490C

Abstract

【課題】３枚レンズ構成としつつも全長が短く、かつ良好な光学性能が得られる撮像レンズを得る。
【解決手段】物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ_１と、開口絞り３と、正の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、収差補正用の第３レンズＬ_３とが配されてなる。第１レンズＬ_１または第２レンズＬ_２の少なくとも１面に回折光学面が設けられ、該回折光学面は、有効光線が通る領域内の輪帯の総数が２０以下となるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えた監視用カメラや車載用カメラ等のデジタル撮像装置に用いられる撮像レンズに関し、特に、携帯電話用カメラへの適用が好適な軽量、小型な撮像レンズに関する。

固体撮像素子の小型化、画素数の増大化に伴い、各種デジタル撮像装置に用いられる撮像レンズには、より小型軽量で、かつ良好な光学性能が得られることが求められている。特に、広く普及している携帯電話用カメラに搭載される撮像レンズには、上記要望と共に、より低コストで製造できることが求められている。

従来、レンズに回折光学面を設けることにより、２枚または３枚のレンズ構成でありながら、良好な光学性能が得られるようにした撮像レンズの提案がなされている（下記特許文献１、２参照）。

特開２００４−１９１８４４号公報特開平１０−９０５９６号公報

しかし、上記特許文献１、２に記載された２枚レンズ構成のものは、光学性能面での要望を満たすことが難しいという問題がある。

また、上記特許文献２に記載された３枚レンズ構成のものは、最も物体側に配置された第１レンズが負の屈折力を有しており、バックフォーカスが全系の合成焦点距離よりも長い、いわゆるレトロフォーカスタイプとされている。このため、全長が長くなってしまい、特に、小型化が要望される携帯電話用カメラの撮像レンズとしては適さないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、３枚レンズ構成としつつも全長が短く、かつ良好な光学性能が得られる撮像レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、正または負の屈折力を有する第２レンズと、収差補正用の第３レンズとが配されてなり、
前記第１レンズまたは前記第２レンズの少なくとも１面に回折光学面が設けられ、
該回折光学面は、有効光線が通る領域内の輪帯の総数が２０以下となるように形成されていることを特徴とする。

本発明において、開口絞りが、前記第１レンズの物体側、または前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配されている場合、前記回折光学面は、開口絞りの直近に配されたレンズの両面のうち、有効光線が通過する領域内の面形状の全体的な変化が小さい方の面に設けられていることが一般に好ましい。

ただし、開口絞りが第１レンズの物体側に配されている場合、前記回折光学面は、第２レンズの物体側の面に設けられていることが好ましい場合もある。

また、前記輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率をＮ_ｄとするとき、下記の条件式（１）を満たすように構成されていることが好ましい。
Ｅ／（Ｎ_ｄ−１）＞０．００２００（ｍｍ） …… （１）

本発明による撮像レンズによれば、第１レンズに正の屈折力を持たせたことにより、いわゆるテレフォトタイプとすることができ、これにより全長を短くすることが可能である。

また、一般にテレフォトタイプとすると色収差が出やすくなるが、本発明による撮像レンズでは、第１レンズまたは第２レンズの少なくとも１面に回折光学面を設けることにより、軸上色収差を良好に補正することが可能である。

また、回折光学面における、有効光線が通る領域内の輪帯の総数を２０以下としたことにより、回折光学面の製造が容易となって製造コストを抑えることが可能であるとともに、回折効率を高めてフレアの発生を抑制することが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を代表させた実施例１に係る撮像レンズの構成を示す図である。図示した本実施形態の撮像レンズは、携帯電話用カメラへの適用が好適な３枚レンズ構成で、かつ水平画角が５０度以上の撮像レンズであって、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ_１と、正または負の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、収差補正用（屈折力は正、負どちらでも可）の第３レンズとＬ_３とが配されてなる。

また、第１レンズＬ_１もしくは第２レンズＬ_２の少なくとも１面に回折光学面が設けられ、該回折光学面は、有効光線が通過する領域内の輪帯の総数が２０以下となるように形成されている。なお、解像度を高める場合には、輪帯の総数を１０以下とすることがより好ましい。

また、本実施形態の撮像レンズの結像面に概略相当する位置には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子１が配されており、該固体撮像素子１の物体側には、そのカバーガラス（各種フィルタを含む）２が配されている。さらに、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２との間には、開口絞り３が配されている。

本実施形態の撮像レンズにおいて、好ましくは、上記回折光学面は、開口絞り３の直近に配されたレンズ（第１レンズＬ_１）の両面のうち、有効光線が通過する領域内の面形状の全体的な変化が小さい方の面、すなわち光軸方向の位置変化が小さい方の面（像側の面）に設けられ、該回折光学面の各輪帯は、レンズの母面（回折光学面が形成される前のベースとなるレンズ面）より内側に凹設される（母面より内側に引っ込むように刻設される）。

また、好ましくは、上記輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率をＮ_ｄとするとき、課題を解決する手段の欄に記載した条件式（１）（以下に再掲する）を満たすように構成される。
Ｅ／（Ｎ_ｄ−１）＞０．００２００（ｍｍ） …… （１）

なお、条件式（１）の右辺の数値は、０．００２０３（ｍｍ）とすることがより好ましい。

また、第１レンズＬ_１〜第３レンズＬ_３のうち少なくとも１つのレンズは、少なくとも一方の面を非球面で構成することが好ましい。

以下、このようなレンズ構成とすることの意義について説明する。

まず、第１レンズに正の屈折力を持たせたことにより、いわゆるテレフォトタイプとすることができ、これにより全長を短くすることが可能となる。
なお、一般にテレフォトタイプとすると色収差が出やすくなるが、第１レンズまたは第２レンズの少なくとも１面に回折光学面を設けることにより、軸上色収差を良好に補正することが可能となる。

また、一般に全長を短くすると像面湾曲が出やすくなる傾向があるが、レンズ面を非球面とすることにより像面湾曲を良好に補正することが可能となる。

また、回折光学面における輪帯数が多くなると、製造が困難となるとともに、フレアが増えたり回折効率が低下したりするが、輪帯の総数を２０以下としたことにより、良好な光学性能を持ちつつ、製造容易かつ低コストに回折光学面を形成することができる。

また、輪帯が、レンズの母面より内側に凹設されていることにより、軸上において基準波長の光の焦点位置よりも像側に位置する、基準波長よりも長波長の光の焦点位置を、物体側に移動させて基準波長の光の焦点位置に近づけることができるので、短波長側に比べて視認されやすい長波長側での軸上色収差を軽減することが可能となる。

また、回折光学面が、開口絞り３の直近に配された第１レンズＬ_１の両面のうち、有効光線が通過する領域内の面形状の全体的な変化が小さい方の像側の面に設けられていることにより、有効光線の回折光学面への入射角度のばらつきを少なくすることができるので、光軸からの位置によらず回折光学面における回折効果を均一化することが可能となる。

なお、一般には、開口絞り３の直近に配されたレンズに回折光学面を設けることにより、良好な回折効果が得られるが、直近に配されたレンズに回折光学面を設けることができない場合や、直近に配されたレンズに回折光学面を設けただけでは十分な回折効果が得られない場合がある。あるいは直近に配されたレンズに回折のパワーを与えすぎると回折光学面を規定する位相差関数が変曲点を持ってしまい、そのためにフレアが大きくなる場合がある。

そのような場合には、開口絞り３の直近に配されたレンズ以外のレンズに回折光学面を設けることが好ましい。しかし、回折光学面を通過する光線全体に対して、回折光学面の段差部分（光軸方向に立ち上がる蹴上げの部分）を通過する光線の割合が大きくなると光量の低下を招くので、なるべく開口絞り３に近い位置に設けることが好ましい。そこで、上述のような問題が生じる場合には、回折光学面を第２レンズＬ_２の物体側の面に設けることとする。

また、輪帯の深さＥを、上記条件式（１）を満たすように構成することにより、可視光領域の長波長側（赤色光側）において、−１次の回折効率を高めることが可能となるとともに、フレアの原因となる０次の回折効率を低減することが可能となるので、赤色光側で目立つ色の滲みを軽減することが可能となる。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の撮像レンズをより詳細に説明する。

＜実施例１＞
実施例１に係る撮像レンズの構成は、図１に示す通りであり、上述した実施形態の説明において記した内容は、重複を避けるためその説明を省略する。また、図２は実施例１に係る回折光学面の拡大図（視認性を優先して、輪帯の深さを誇張して示してある。以下の図４、６、８において同じ）である。

図１に示すように、実施例１に係る撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ_１と、開口絞り３と、正の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、収差補正用の第３レンズとＬ_３とが配されてなり、第１レンズＬ_１、第２レンズＬ_２および第３レンズＬ_３は、いずれも両面共に非球面で構成されている。

また、開口絞り３の直近に配された第１レンズＬ_１の像側の面に設けられた回折光学面は、図２に示すように、有効光線が通る領域内の輪帯の総数が８本となるように形成されており、各輪帯は、第１レンズＬ_１の像側の面の母面４より内側に凹設されている。さらに、回折光学面の各輪帯は、輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄとするとき、上記条件式（１）を満たすように構成されている。

以下、実施例１について具体的なデータを示す。
表１の上段に、実施例１の各レンズ面の曲率半径Ｒ（非球面の場合は、光軸Ｘの近傍位置での曲率半径、単位ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびｄ線におけるアッベ数ν_ｄを示す（表２〜表４において同じ）。

また、表１の中段に、下式（Ａ）により表される各非球面の各非球面係数を示す（表２〜表４において同じ）。
さらに、表１の下段に、下式（Ｂ）により表される回折面の各位相差関数係数を示す（表２〜表４において同じ）。

また、表５に、実施例１における上記条件式（１）に対応する値を示す。なお、輪帯の深さＥは１．０８μｍとされている（実施例２〜４において同じ）。

また、図９は、実施例１に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図である。なお、これらの収差図において、ＦはＦナンバ、ωは半画角をそれぞれ示し、また非点収差の各収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面における収差を示す（図１０〜１２において同じ）。
表１および図９に示すように、実施例１の撮像レンズは、３枚レンズ構成としつつも全長（５．９２ｍｍ）が短く、かつ良好な光学性能が得られる撮像レンズとされている。

＜実施例２＞
図３は実施例２に係る撮像レンズの構成を示す図であり、図４は実施例２に係る回折光学面の拡大図である。
図３に示すように、実施例２に係る撮像レンズは、物体側から順に、開口絞り３と、正の屈折力を有する第１レンズＬ_１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、収差補正用の第３レンズとＬ_３とが配されてなり、第１レンズＬ_１、第２レンズＬ_２および第３レンズＬ_３は、いずれも両面共に非球面で構成されている。

また、第２レンズＬ_２の物体側の面に回折光学面が設けられており、その有効光線が通る領域内の輪帯の総数は、図４に示すように１５本とされている。また、回折光学面の各輪帯は、第２レンズＬ_２の物体側の面の母面４より内側に凹設されており、この各輪帯は、輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率をＮ_ｄとするとき、上記条件式（１）を満たすように構成されている。

以下、実施例２について具体的なデータを示す。

また、表５に、実施例２における上記条件式（１）に対応する値を示す。
また、図１０は、実施例２に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図である。
表２および図１０に示すように、実施例２の撮像レンズは、３枚レンズ構成としつつも全長（５．６３ｍｍ）が短く、かつ良好な光学性能が得られる撮像レンズとされている。

＜実施例３＞
図５は実施例３に係る撮像レンズの構成を示す図であり、図６は実施例３に係る回折光学面の拡大図である。
図５に示すように、実施例３に係る撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ_１と、開口絞り３と、正の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、収差補正用の第３レンズとＬ_３とが配されてなり、第１レンズＬ_１は両面共に球面で構成され、第２レンズＬ_２および第３レンズＬ_３は、いずれも両面共に非球面で構成されている。

また、第２レンズＬ_２の物体側の面に回折光学面が設けられており、その有効光線が通る領域内の輪帯の総数は、図６に示すように１１本とされている。また、回折光学面の各輪帯は、第２レンズＬ_２の物体側の面の母面４より内側に凹設されており、この各輪帯は、輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率をＮ_ｄとするとき、上記条件式（１）を満たすように構成されている。

以下、実施例３について具体的なデータを示す。

また、表５に、実施例３における上記条件式（１）に対応する値を示す。
また、図１１は、実施例３に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図である。
表３および図１１に示すように、実施例３の撮像レンズは、３枚レンズ構成としつつも全長（７．４２ｍｍ）が短く、かつ良好な光学性能が得られる撮像レンズとされている。

＜実施例４＞
図７は実施例４に係る撮像レンズの構成を示す図であり、図８は実施例３に係る回折光学面の拡大図である。
図７に示すように、実施例４に係る撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ_１と、開口絞り３と、正の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、正の屈折力を有する第３レンズとＬ_３とが配されてなり、第１レンズＬ_１、第２レンズＬ_２および第３レンズＬ_３は、いずれも両面共に非球面で構成されている。

また、第２レンズＬ_２の物体側の面に回折光学面が設けられており、その有効光線が通る領域内の輪帯の総数は、図８に示すように８本とされている。また、回折光学面の各輪帯は、第２レンズＬ_２の物体側の面の母面４より内側に凹設されており、この各輪帯は、輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率をＮ_ｄとするとき、上記条件式（１）を満たすように構成されている。

以下、実施例４について具体的なデータを示す。

また、表５に、実施例４における上記条件式（１）に対応する値を示す。
また、図１２は、実施例４に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図である。
表４および図１２に示すように、実施例４の撮像レンズは、３枚レンズ構成としつつも全長（６．４８ｍｍ）が短く、かつ良好な光学性能が得られる撮像レンズとされている。

なお、本発明の撮像レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記各実施例では、回折光学面が所定の１つのレンズ面のみに設けられているが、回折光学面を複数設けるようにしてもよい。

また、本発明の撮像レンズは、携帯電話用カメラ以外にもＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備えた監視用カメラや車載用カメラ等の種々の光学装置に搭載可能である。

実施例１に係る撮像レンズの構成を示す図実施例１に係る回折光学面の拡大図実施例２に係る撮像レンズの構成を示す図実施例２に係る回折光学面の拡大図実施例３に係る撮像レンズの構成を示す図実施例３に係る回折光学面の拡大図実施例４に係る撮像レンズの構成を示す図実施例４に係る回折光学面の拡大図実施例１に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図実施例２に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図実施例３に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図実施例４に係る撮像レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション）を示す収差図

符号の説明

Ｌ_１〜Ｌ_３レンズ
Ｘ光軸
１撮像素子
２カバーガラス
３開口絞り
４母面

Claims

物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、正または負の屈折力を有する第２レンズと、収差補正用の第３レンズとが配されてなり、
前記第１レンズまたは前記第２レンズの少なくとも１面に回折光学面が設けられ、
該回折光学面は、有効光線が通過する領域内の輪帯の総数が２０以下となるように形成されていることを特徴とする撮像レンズ。
開口絞りが、前記第１レンズの物体側、または前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配され、
前記回折光学面は、前記開口絞りの直近に配されたレンズの両面のうち、有効光線が通過する領域内の面形状の全体的な変化が小さい方の面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
開口絞りが前記第１レンズの物体側に配され、
前記回折光学面は、前記第２レンズの物体側の面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
前記輪帯の深さをＥ、該輪帯が形成されるレンズのｄ線における屈折率をＮ_ｄとするとき、下記の条件式（１）を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１〜３までのうちいずれか１項記載の撮像レンズ。
Ｅ／（Ｎ_ｄ−１）＞０．００２００（ｍｍ） …… （１）