JP3478265B2

JP3478265B2 - 撮像レンズ装置

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Publication number: JP3478265B2
Application number: JP2000368340A
Authority: JP
Inventors: 仁萩森; 郁小島
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: US6934094B2; US20020018303A1; JP2002072079A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像レンズ装置に関
するものであり、特に被写体の映像を撮像レンズにより
光学的に取り込んで撮像素子により電気的な信号として
出力する撮像レンズ装置{例えば、デジタルカメラ；ビ
デオカメラ；デジタルビデオユニット，パーソナルコン
ピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯
端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)等に内蔵又
は外付けされるカメラの主たる構成要素}に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】各種ビデオカメラやデジタルカメラの結
像面に配置される固体撮像素子(例えばＣＣＤ：Charge
Coupled Device)は、技術の進歩により年々小型化して
おり、それに伴い撮像レンズの小型化も要求されてい
る。小型フォーマットの固体撮像素子に対応した単焦点
の撮像レンズとしては、３枚構成(特開平１０−３１９
３１５号公報等)、２枚構成(特開平７−３３３４９４号
公報等)、１枚構成(特開平６−８８９３９号公報等)が
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平１０−３１９３
１５号公報に記載されている３枚構成の撮像レンズは、
レンズ枚数が多いためコストが高く、レンズ全系の大き
さも大きくなっている。特開平７−３３３４９４号公報
に記載されている２枚構成の撮像レンズは、プラスチッ
クレンズ２枚で構成されているため、温度上昇によるバ
ックフォーカスの変動が大きすぎて、性能を維持できな
い等の問題がある。特開平６−８８９３９号公報に記載
されている１枚構成の撮像レンズは、像面性や歪曲収差
が悪いため、高い結像性能を保持できない等の問題があ
る。つまりこれらの従来例には、コンパクト化と性能保
持とがバランスよく達成されていないという不具合があ
った。

【０００４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、高い性能とコンパクト性とのバランスに
優れた撮像レンズを有する撮像レンズ装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の撮像レンズ装置は、光学像を形成する
撮像レンズと、その撮像レンズにより形成された光学像
を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像レ
ンズ装置であって、前記撮像レンズが、正のパワーを持
つ２枚の均質素材レンズで構成され、以下の条件式(1)
を満足し、かつ、物体側より順に第１レンズ及び第２レ
ンズから成り、以下の条件式(3)及び(4)を満足すること
を特徴とする。 1.25＜Ｌ／ｆ＜2.00 …(1)1＜ｆ ₁ ／ｆ＜5 …(3) 1＜ｆ ₂ ／ｆ＜20 …(4) ただし、Ｌ：最も物体側のレンズ面から像面までの距離、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ ₁ ：第１レンズの焦点距離、ｆ ₂ ：第２レンズの焦点距離、である。

【０００６】第２の発明の撮像レンズ装置は、上記第１
の発明の構成において、前記撮像レンズが、物体側より
順に、像側に凸の正メニスカスレンズから成る第１レン
ズと、両凸の正レンズから成る第２レンズと、で構成さ
れることを特徴とする。

【０００７】第３の発明の撮像レンズ装置は、上記第１
又は第２の発明の構成において、少なくとも１枚のガラ
スレンズを有し、そのガラスレンズの少なくとも１面が
非球面であることを特徴とする。

【０００８】第４の発明の撮像レンズ装置は、上記第１
又は第２の発明の構成において、４つのレンズ面のうち
の少なくとも１面が非球面であることを特徴とする。

【０００９】第５の発明の撮像レンズ装置は、上記第１
又は第２の発明の構成において、さらに以下の条件式
(2)を満足することを特徴とする。 0.4＜Ｂ_f／ｆ＜1.0 …(2) ただし、Ｂ_f：バックフォーカス、ｆ：レンズ全系の焦点距離、である。

【００１０】

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した撮像レン
ズ装置を、図面を参照しつつ説明する。被写体の映像を
光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像レ
ンズ装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられ
るカメラ{例えば、デジタルカメラ；ビデオカメラ；デ
ジタルビデオユニット，パーソナルコンピュータ，モバ
イルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末(ＰＤＡ)等
に内蔵又は外付けされるカメラ}の主たる構成要素であ
る。その撮像レンズ装置は、例えば図１１に示すよう
に、物体(被写体)側から順に、物体の光学像を形成する
撮像レンズ(TL)と、光学的ローパスフィルター等に相当
する平行平面板(PL)と、撮像レンズ(TL)により形成され
た光学像を電気的な信号に変換する撮像素子(SR)と、で
構成される(AX：光軸)。

【００１２】撮像素子(SR)としては、例えば複数の画素
から成るＣＣＤやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide
Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられ
て、撮像レンズ(TL)により形成された光学像が電気的な
信号に変換される。また撮像レンズ(TL)で形成されるべ
き光学像は、撮像素子(SR)の画素ピッチにより決定され
る所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィル
ター(PL)を通過することにより、電気的な信号に変換さ
れる際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化され
るように、空間周波数特性が調整される。撮像素子(SR)
で生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処
理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号として
メモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録された
り、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変
換されたりして他の機器に伝送される。

【００１３】図１，図３，図５，図７及び図９は、第１
〜第５の実施の形態を構成する撮像レンズ(TL)にそれぞ
れ対応するレンズ構成図であり、そのレンズ配置を光学
系断面で示している。また、各レンズ構成図中、ri(i=
1,2,3,...)が付された面は物体(被写体)側から数えてi
番目の面(riに*印が付された面は非球面)であり、di(i=
1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔であ
る。

【００１４】各実施の形態はいずれも、正のパワーを持
つ２枚の均質素材レンズで構成された単焦点の撮像レン
ズ(TL)を備えており、その撮像レンズ(TL)は物体側より
順に、像側に凸の正メニスカスレンズから成る第１レン
ズ(G1)と、両凸の正レンズから成る第２レンズ(G2)と、
で構成されている。また絞り(ST)が、第１〜第３の実施
の形態(図１，図３，図５)では第１レンズ(G1)と第２レ
ンズ(G2)との間、第４の実施の形態(図７)では第１レン
ズ(G1)の物体側、第５の実施の形態(図９)では第２レン
ズ(G2)の像側に配置されている。そして、固体撮像素子
(ＣＣＤ等)を備えた撮像レンズ装置(デジタルカメラ，
デジタルビデオユニット等)に用いられる、1/7〜1/4イ
ンチフォーマットに対応可能な撮像レンズ(TL)として、
その像側には光学的ローパスフィルター等に相当するガ
ラス製の平行平面板、つまりガラス平板(PL)が配置され
ている。

【００１５】携帯電話等のモバイル機器に搭載される撮
像レンズ装置にはフォーマットの比較的小さなセンサー
(つまり固体撮像素子)が内蔵されるため、大きさとコス
トとのバランスが良く製造容易な２枚構成は、モバイル
用の撮像レンズ(TL)として好適なレンズ構成といえる。
通常、色収差を除去するためには負レンズと正レンズと
の組み合わせが最も適しているが、小型フォーマットの
光学系においては、色収差そのものの除去が比較的容易
であるため、負レンズを使わなくてもある程度の色収差
補正が可能である。そこで各実施の形態では、極限まで
のコンパクト性と高い光学性能とを両立させるために、
正レンズ２枚の構成を採用している。その正・正のパワ
ーバランスは弱・強であることが望ましく、各実施の形
態ではレンズ形状でそのパワーバランスを構成してい
る。つまり、第１レンズ(G1)として像側に凸の正メニス
カスレンズを用いることにより歪曲収差を効果的に抑
え、第２レンズ(G2)として両凸の正レンズを用いること
により主に誤差感度を低減している。

【００１６】各実施の形態のように均質素材から成る２
枚の正レンズで構成された撮像レンズ(TL)においては、
以下の条件式(1)を満足することが望ましい。条件式(1)
を満たすことにより、高い性能とコンパクト性とのバラ
ンスを良好にすることができる。 1.25＜Ｌ／ｆ＜2.00 …(1) ただし、Ｌ：最も物体側のレンズ面から像面までの距離、ｆ：レンズ全系の焦点距離、である。

【００１７】Ｌ／ｆの値が条件式(1)の下限を下回る
と、薄いレンズを作製する上での物理的限界を超えるこ
とになり、製造が困難になる。また、第２レンズ(G2)の
パワーを強くしなければならなくなるので、球面収差が
アンダーになり、その補正が困難になる。逆に、Ｌ／ｆ
の値が条件式(1)の上限を上回ると、コンパクト性を維
持できなくなり、収差補正とのバランスがとれなくな
る。

【００１８】第１の実施の形態(図１)では、第１レンズ
(G1)がＰＣ(polycarbonate)から成るプラスチックレン
ズであり、第２レンズ(G2)がＰＭＭＡ(polymethyl meth
acrylate)から成るプラスチックレンズである。第２の
実施の形態(図３)では第１，第２レンズ(G1,G2)共ガラ
スレンズであり、第３〜第５の実施の形態(図５，図
７，図９)では、第１レンズ(G1)がＰＣから成るプラス
チックレンズであり、第２レンズ(G2)がガラスレンズで
ある。温度特性の問題(つまり温度変化によるバックフ
ォーカスの変動)を解決するためには、第２〜第５の実
施の形態のように、少なくとも１枚のガラスレンズを有
することが望ましい。特に、パワーの強い第２レンズ(G
2)にガラスレンズを用いるのが最も効果的であり、ま
た、第２レンズ(G2)を低分散材料で構成すれば色収差の
効果的な補正が可能である。ガラスレンズを用いると温
度変化によるバックフォーカスの変動が抑えられるた
め、撮像レンズ(TL)を固定焦点レンズとして使用する場
合でも性能を維持することが可能である。

【００１９】各実施の形態のように正レンズ２枚から成
る撮像レンズ(TL)においては、４つのレンズ面のうちの
少なくとも１面が非球面であることが望ましい。非球面
の使用は、球面収差，コマ収差及び歪曲収差の補正に大
きな効果がある。特に、第１レンズ(G1)に非球面を配す
ることで歪曲収差を効果的に補正することができ、第２
レンズ(G2)に非球面を配することで球面収差とコマ収差
を効果的に補正することができる。温度特性を考慮した
場合、非球面が設けられるレンズはガラスレンズである
ことが望ましいので、ガラスレンズの少なくとも１面を
非球面にすれば、温度変化の影響を受けない高い光学性
能を得ることができる。また、第１レンズ(G1)について
は像側面のみを非球面とすることで、誤差感度の低減と
歪曲補正とのバランスをとることが可能である。

【００２０】各実施の形態のように正レンズ２枚から成
る撮像レンズ(TL)においては、以下の条件式(2)を満足
することが望ましい。条件式(2)を満たすことにより、
バックフォーカスの短いコンパクトな撮像レンズ(TL)を
実現できることができる。 0.4＜Ｂ_f／ｆ＜1.0 …(2) ただし、Ｂ_f：バックフォーカス、ｆ：レンズ全系の焦点距離、である。

【００２１】Ｂ_f／ｆの値が条件式(2)の下限を下回る
と、レンズとセンサーとの間の距離が狭くなりすぎて、
最終レンズ面等に付いたゴミが目立ちやすくなり、さら
に第２レンズ(G2)の径が増大することになる。逆に、Ｂ
_f／ｆの値が条件式(2)の上限を上回ると、レンズバック
を確保するために第１レンズ(G1)のパワーが緩くなりす
ぎて、オーバーの球面収差を補正できなくなる。

【００２２】各実施の形態のように２枚の正レンズ(G1,
G2)から成る撮像レンズ(TL)においては、以下の条件式
(3)及び(4)を満足することが望ましい。条件式(3)及び
(4)を満たすことにより、コンパクト性を保持しつつよ
り高い光学性能を達成することができる。 1＜ｆ₁／ｆ＜5 …(3) 1＜ｆ₂／ｆ＜20 …(4) ただし、ｆ₁：第１レンズ(G1)の焦点距離、ｆ₂：第２レンズ(G2)の焦点距離、ｆ：レンズ全系の焦点距離、である。

【００２３】ｆ₁／ｆ，ｆ₂／ｆの値がそれぞれの条件式
(3)，(4)の下限を下回ると、それぞれのもつパワーが強
くなりすぎて、諸収差に悪影響がでてくる。つまり、条
件式(3)の下限を超えて第１レンズ(G1)の正パワーが強
くなると、物体側面が凸面に近づくことになるので歪曲
収差の補正が困難になり、条件式(4)の下限を超えて第
２レンズ(G2)の正パワーが強くなると、球面収差の補正
が困難になる。逆に、ｆ₁／ｆ，ｆ₂／ｆの値がそれぞれ
の条件式(3)，(4)の上限を上回ると、それぞれのもつパ
ワーが弱くなりすぎて、諸収差は幾分緩和されるもの
の、全長が大きくなってしまいコンパクト性を維持でき
なくなる。つまり、条件式(3)の上限を超えて第１レン
ズ(G1)の正パワーが弱くなると、第２レンズ(G2)の正パ
ワーを強くしなければならなくなるので球面収差の補正
が困難になり、条件式(4)の上限を超えて第２レンズ(G
2)の正パワーが弱くなると、第１レンズ(G1)の正パワー
を強くしなければならなくなるので歪曲収差の補正が困
難になる。

【００２４】なお、各実施の形態を構成している撮像レ
ンズ(TL)は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レ
ンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で
偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されている
が、これに限らない。例えば均質素材レンズに回折面を
設けて、回折により入射光線を偏向させたり、回折作用
と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させたりし
てもよい。また、入射光線を媒質内の屈折率分布により
偏向させる屈折率分布型レンズに屈折レンズ面を設け
て、そのレンズ形状を像側に凸の正メニスカス形状や両
凸形状としてもよい。

【００２５】また各実施の形態において、光学的なパワ
ーを有しない面(例えば、反射面，屈折面，回折面)を光
路中に配置することにより、撮像レンズ(TL)の前，後又
は途中で光路を折り曲げてもよい。折り曲げ位置は必要
に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げによ
り、カメラの見かけ上の薄型化を達成することが可能で
ある。例えば、第１レンズ(G1)の後ろにミラーを配置し
て光路を90°折り曲げれば、沈胴等によりカメラの厚さ
が変化することのない構成にすることができる。

【００２６】さらに各実施の形態では、撮像レンズ(TL)
の最終面と撮像素子(SR)との間に配置される平行平面板
(PL)の形状の光学的ローパスフィルターの構成例を示し
たが、このローパスフィルターとしては、所定の結晶軸
方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパス
フィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性
を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等
が適用可能である。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施した撮像レンズ装置に用
いられる撮像レンズ(TL)の構成等を、コンストラクショ
ンデータ，収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。
ここで例として挙げる実施例１〜５は、前述した第１〜
第５の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第５
の実施の形態を表すレンズ構成図(図１，図３，図５，
図７，図９)は、対応する実施例１〜５のレンズ構成を
それぞれ示している。各実施例のコンストラクションデ
ータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番
目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は物体側から
数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,
3,...),νi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の光
学要素のｄ線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)を示し
ている。全系の焦点距離(ｆ,mm)及びＦナンバー(FNO)を
他のデータと併せて示し、条件式対応値を表１に示す。

【００２８】曲率半径riに*印が付された面は、非球面
で構成された面であることを示しており、非球面の面形
状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各実
施例の非球面データを他のデータと併せて示す。 X(H)＝(C0・H²)／{1+√(1-ε・C0²・H²)}＋(A4・H⁴+A6・H⁶+A8・H⁸+A10・H¹⁰) …( AS) ただし、式(AS)中、 X(H)：高さHの位置での光軸方向の変位量(面頂点基
準)、 H ：光軸に対して垂直な方向の高さ、 C0 ：近軸曲率(=1／曲率半径)、 ε ：２次曲面パラメータ、 Ai ：i次の非球面係数、である。

【００２９】図２，図４，図６，図８，図１０は実施例
１〜実施例５の収差図であり、左から順に、球面収差
等，非点収差，歪曲収差を示している{Y':最大像高(m
m)}。球面収差図において、実線(d)はｄ線に対する球面
収差、一点鎖線(g)はｇ線に対する球面収差、破線(SC)
は正弦条件を表している。非点収差図において、破線(D
M)はメリディオナル面でのｄ線に対する非点収差を表し
ており、実線(DS)はサジタル面でのｄ線に対する非点収
差を表わしている。また、歪曲収差図において実線はｄ
線に対する歪曲％を表している。

【００３０】

【００３１】[第２面(r2)の非球面データ] ε= 0.50191×10 A4= 0.12260 A6= 0.16616 A8=-0.36232 A10= 0.48834

【００３２】[第４面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×10³² A4= 0.16659 A6=-0.12700×10 A8= 0.71953×10 A10=-0.12796×10²

【００３３】[第５面(r5)の非球面データ] ε=-0.39111×10 A4=-0.22658×10^-1 A6=-0.11871 A8= 0.38863 A10=-0.24639

【００３４】

【００３５】[第２面(r2)の非球面データ] ε= 0.50191×10 A4= 0.12132 A6= 0.16246 A8=-0.35297 A10= 0.46937

【００３６】[第４面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×10³² A4= 0.16308 A6=-0.12561×10 A8= 0.70783×10 A10=-0.12534×10²

【００３７】[第５面(r5)の非球面データ] ε=-0.39111×10 A4=-0.20639×10^-1 A6=-0.11678 A8= 0.38539 A10=-0.24121

【００３８】

【００３９】[第２面(r2)の非球面データ] ε= 0.53344 A4= 0.29872 A6= 0.39995 A8=-0.20706×10 A10= 0.26698×10

【００４０】[第４面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×10³² A4= 0.12524×10 A6=-0.61979×10 A8= 0.22858×10² A10=-0.33435×10²

【００４１】[第５面(r5)の非球面データ] ε=-0.43927×10²¹ A4= 0.24322 A6= 0.43841×10^-1 A8= 0.18176×10^-1 A10=-0.15966

【００４２】

【００４３】[第３面(r3)の非球面データ] ε= 0.88001×10^-1 A4= 0.15605×10 A6=-0.59160×10 A8= 0.12079×10² A10=-0.11375×10²

【００４４】[第４面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×10³² A4= 0.19895×10 A6=-0.71139×10 A8= 0.15026×10² A10=-0.13679×10²

【００４５】[第５面(r5)の非球面データ] ε=-0.43927×10²¹ A4= 0.12601 A6= 0.11719×10 A8=-0.27620×10 A10= 0.22519×10

【００４６】

【００４７】[第２面(r2)の非球面データ] ε=-0.56853 A4= 0.70404 A6=-0.93824 A8= 0.74920 A10=-0.32967

【００４８】[第３面(r3)の非球面データ] ε=-0.20253×10³² A4= 0.23546×10 A6=-0.67184×10 A8= 0.20433×10² A10=-0.19919×10²

【００４９】[第４面(r4)の非球面データ] ε=-0.43927×10²¹ A4= 0.81045 A6= 0.41248×10 A8=-0.28180×10² A10= 0.83982×10²

【００５０】

【表１】

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
い性能とコンパクト性とのバランスに優れた低コストの
撮像レンズを有する撮像レンズ装置を実現することがで
きる。そして本発明を、デジタルカメラ；ビデオカメ
ラ；デジタルビデオユニット，パーソナルコンピュー
タ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末
(ＰＤＡ)等に内蔵又は外付けされるカメラに適用すれ
ば、これらの機器のコンパクト化及び高性能化に寄与す
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(実施例１)の光学系断面図。

【図２】実施例１の収差図。

【図３】第２の実施の形態(実施例２)の光学系断面図。

【図４】実施例２の収差図。

【図５】第３の実施の形態(実施例３)の光学系断面図。

【図６】実施例３の収差図。

【図７】第４の実施の形態(実施例４)の光学系断面図。

【図８】実施例４の収差図。

【図９】第５の実施の形態(実施例５)の光学系断面図。

【図１０】実施例５の収差図。

【図１１】本発明に係る撮像レンズ装置の概略光学構成
を示す模式図。

【符号の説明】

TL …撮像レンズ SR …撮像素子 G1 …第１レンズ G2 …第２レンズ ST …絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学像を形成する撮像レンズと、その撮
像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換
する撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、前記撮像レンズが、正のパワーを持つ２枚の均質素材レ
ンズで構成され、以下の条件式(1)を満足し、かつ、物
体側より順に第１レンズ及び第２レンズから成り、以下
の条件式(3)及び(4)を満足することを特徴とする撮像レ
ンズ装置； 1.25＜Ｌ／ｆ＜2.00 …(1)1＜ｆ ₁ ／ｆ＜5 …(3) 1＜ｆ ₂ ／ｆ＜20 …(4) ただし、Ｌ：最も物体側のレンズ面から像面までの距離、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ ₁ ：第１レンズの焦点距離、ｆ ₂ ：第２レンズの焦点距離、である。
【請求項２】前記撮像レンズが、物体側より順に、像
側に凸の正メニスカスレンズから成る第１レンズと、両
凸の正レンズから成る第２レンズと、で構成されること
を特徴とする請求項１記載の撮像レンズ装置。
【請求項３】少なくとも１枚のガラスレンズを有し、
そのガラスレンズの少なくとも１面が非球面であること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の撮像レンズ装
置。
【請求項４】４つのレンズ面のうちの少なくとも１面
が非球面であることを特徴とする請求項１又は請求項２
記載の撮像レンズ装置。
【請求項５】さらに以下の条件式(2)を満足すること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の撮像レンズ装
置； 0.4＜Ｂ_f／ｆ＜1.0 …(2) ただし、Ｂ_f：バックフォーカス、ｆ：レンズ全系の焦点距離、である。