(57)【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、物体側から順に正レンズと像側に凸のメニスカスレンズとの２枚のレンズで構成され、更に前記正レンズの物体側に開口絞りを有し、以下の条件式(1)及び(3a)を満足することを特徴とする撮像レンズ；
0.4＜D／f＜1.9  …(1)
-9＜(R3+R4)／(R3-R4)＜-2  …(3a)
ただし、
f：全系の焦点距離、
D：正レンズの物体側面からメニスカスレンズの像側面までの光軸厚み、
R3：メニスカスレンズの物体側の曲率半径、
R4：メニスカスレンズの像面側の曲率半径、
である。
【請求項２】
前記正レンズと前記メニスカスレンズが共にプラスチックレンズで構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
【請求項３】
前記正レンズと前記メニスカスレンズがそれぞれ非球面を少なくとも１面有することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像レンズ。
【請求項４】
前記正レンズが像側に凸面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
【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に関するものであり、更に詳しくは被写体の映像を固体撮像素子で取り込むデジタル入力機器（デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ等）に適した小型の撮像レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ等の普及に伴い、手軽に画像情報をデジタル機器に取り込むことができるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等（以下単に「デジタルカメラ」という。）が個人ユーザーレベルで普及しつつある。このようなデジタルカメラは、今後も画像情報の入力機器として益々普及することが予想される。
【０００３】
また、デジタルカメラに搭載されるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の固体撮像素子の小型化が進展してきており、それに伴ってデジタルカメラにも一層の小型化が求められている。このため、デジタル入力機器において最大の容積を占める撮像レンズにも、コンパクト化が強く要望されている。撮像レンズを小型化するには固体撮像素子のサイズを小さくするのが最も容易な方法ではあるが、そのためには受光素子のサイズを小さくする必要があり、固体撮像素子の製造難易度が上がるとともに撮像レンズに要求される性能も高くなる。
【０００４】
一方、固体撮像素子のサイズをそのままにして撮像レンズのサイズを小さくすると、必然的に射出瞳位置が像面に近づいてしまう。射出瞳位置が像面に近づくと、撮像レンズ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ため、固体撮像素子の前面に設けられているマイクロレンズの集光性能が十分に発揮されず、画像の明るさが画像中央部と画像周辺部とで極端に変化するという問題が生じることになる。この問題を解決するために撮像レンズの射出瞳位置を遠くに離そうとすると、どうしても撮像レンズ全体の大型化が避けられなくなる。
【０００５】
さらに近年の低価格化競争のため、撮像レンズにも低コスト化の要望が強くなってきている。以上のような要望に対し、レンズ１枚構成の撮像レンズが特開平６−８８９３９号公報で提案されており、レンズ２枚構成の撮像レンズが特開平１−２４５２１１号公報で提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−８８９３９号公報に開示されているレンズ１枚構成の撮像レンズでは、射出瞳位置がレンズ全長よりも遠い構成になっているが、特に像面性が悪く、高い結像性能を保持できていない。これに対し、特開平１−２４５２１１号公報に開示されているレンズ２枚構成の撮像レンズでは、像面性が良く、高い結像性能を保持できている。しかし、射出瞳位置がレンズ全長に対して６割程度しかなく、射出瞳位置が近くなってしまっている。
【０００７】
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、光学性能が良好で射出瞳位置の遠い、低コストでコンパクトな固体撮像素子用の撮像レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【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は、固体撮像素子に像を形成する撮像レンズであって、物体側から順に正レンズと像側に凸のメニスカスレンズとの２枚のレンズで構成され、更に前記正レンズの物体側に開口絞りを有し、以下の条件式(1)及び(3a)を満足することを特徴とする。
0.4＜D／f＜1.9  …(1)
-9＜(R3+R4)／(R3-R4)＜-2  …(3a)
ただし、
f：全系の焦点距離、
D：正レンズの物体側面からメニスカスレンズの像側面までの光軸厚み、
R3：メニスカスレンズの物体側の曲率半径、
R4：メニスカスレンズの像面側の曲率半径、
である。
【００１０】
第２の発明の撮像レンズは、上記第１の発明の構成において、前記正レンズと前記メニスカスレンズが共にプラスチックレンズで構成されていることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明の撮像レンズは、上記第１又は第２の発明の構成において、前記正レンズと前記メニスカスレンズがそれぞれ非球面を少なくとも１面有することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明の撮像レンズは、上記第１〜第３のいずれか１つの発明の構成において、前記正レンズが像側に凸面を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る撮像レンズの実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図５，図１１〜図１４に、第１〜第９の実施の形態のレンズ構成をそれぞれ光学断面で示す。各実施の形態の撮像レンズはいずれも、固体撮像素子（例えばＣＣＤ）に対して光学像を形成する撮像用（例えばデジタルカメラ用）の単焦点レンズである。そして、物体側から順に開口絞り（ＳＴ）と正レンズ（Ｌ１）と像側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ２）とで構成されており、その像面側には光学的ローパスフィルター等に相当する平行平面板状のガラスフィルター（ＧＦ）が配置されている。２枚のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）は共にプラスチックレンズであり、各レンズ面（ｒ２〜ｒ５）は非球面である。
【００１４】
物体側から順に正レンズ（Ｌ１）と像側凸のメニスカスレンズ（Ｌ２）との２枚でレンズ系が構成されたタイプの撮像レンズにおいては、以下に説明する特徴的な光学構成を各実施の形態のように採用することによって、固体撮像素子用の撮像レンズに必要な射出瞳位置，光学性能，コスト及びコンパクト性を良好にバランスさせることができる。例えば射出瞳位置に関しては、各実施の形態のように、正レンズ（Ｌ１）の物体側に開口絞り（ＳＴ）を有することが望ましい。正レンズ（Ｌ１）の物体側に開口絞り（ＳＴ）を配置することによって、射出瞳位置をより遠くにすることが可能になる。また、正レンズ（Ｌ１）は像側に凸面を有することが望ましい。正レンズ（Ｌ１）の像側を凸にすることも、射出瞳位置をより遠くにする上で有効である。
【００１５】
正レンズ（Ｌ１）とメニスカスレンズ（Ｌ２）は、共にプラスチックレンズで構成されることが望ましい。２枚のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）を共にプラスチックレンズで構成することは、撮像レンズの低コスト化を達成する上で有効である。また正レンズ（Ｌ１）とメニスカスレンズ（Ｌ２）は、それぞれ非球面を少なくとも１面有することが望ましい。２枚のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）の両方にそれぞれ非球面を少なくとも１面設けることは、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、正レンズ（Ｌ１）に非球面を配することにより球面収差と歪曲収差の補正を効果的に行うことができ、メニスカスレンズ（Ｌ２）に非球面を配することによりコマ収差の補正を効果的に行うことができる。
【００１６】
次に、各実施の形態の撮像レンズにおいて満たすことが望ましい条件式を説明する。なお、各実施の形態が以下に説明する全ての条件式を同時に満たす必要はなく、個々の条件式を光学構成に応じてそれぞれ単独に満足すれば、対応する作用・効果を達成することは可能である。もちろん、複数の条件式を満足する方が、光学性能，小型化，組立等の観点からより望ましいことはいうまでもない。
【００１７】
以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
０．４＜Ｄ／ｆ＜１．９    …（１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離、
Ｄ：正レンズ（Ｌ１）の物体側面（ｒ２）からメニスカスレンズ（Ｌ２）の像側面（ｒ５）までの光軸厚み、
である。
【００１８】
条件式（１）は、第１レンズ面（ｒ２）から最終レンズ面（ｒ５）までの光軸（ＡＸ）方向の距離（Ｄ）に関して、主に全長と収差とをバランスさせるための条件範囲を規定している。条件式（１）の上限を超えると、収差補正上有利にはなるが全長の増大を招いてしまう。逆に条件式（１）の下限を超えると、全長を短縮する上では有利になるが収差劣化を招いてしまう。特に歪曲収差と像面湾曲の劣化が著しくなる。
【００１９】
以下の条件式（２）を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式（２ａ）を満足することが更に望ましい。
０．２＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜１．７    …（２）
０．５＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜１．７    …（２ａ）
ただし、
Ｒ１：最も物体側に配置される正レンズ（Ｌ１）の物体側の曲率半径、
Ｒ２：最も物体側に配置される正レンズ（Ｌ１）の像面側の曲率半径、
である。
【００２０】
条件式（２），（２ａ）は、正レンズ（Ｌ１）に関して主にコマ収差をバランスさせるための条件範囲を規定している。条件式（２）の下限を超えると、コマ収差が悪化し倍率色収差への悪影響が大きくなる。逆に条件式（２）の上限を超えると、コマ収差が悪化し非点収差への悪影響が大きくなる。
【００２１】
以下の条件式（３）を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式（３ａ）を満足することが更に望ましい。
−１０＜（Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ３−Ｒ４）＜−１  …（３）
−９＜（Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ３−Ｒ４）＜−２  …（３ａ）
ただし、
Ｒ３：最も像側に配置されるメニスカスレンズ（Ｌ２）の物体側の曲率半径、
Ｒ４：最も像側に配置されるメニスカスレンズ（Ｌ２）の像面側の曲率半径、
である。
【００２２】
条件式（３），（３ａ）は、メニスカスレンズ（Ｌ２）に関して主にコマ収差をバランスさせるための条件範囲を規定している。条件式（３）の下限を超えると、コマ収差が悪化し倍率色収差への悪影響が大きくなる。逆に条件式（３）の上限を超えると、コマ収差が悪化し非点収差への悪影響が大きくなる。
【００２３】
以下の条件式（４）を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式（４ａ）を満足することが更に望ましい。
１．０５＜ｆ／ｆ１＜１．９    …（４）
１．１＜ｆ／ｆ１＜１．９    …（４ａ）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ１：最も物体側に配置される正レンズ（Ｌ１）の焦点距離、
である。
【００２４】
条件式（４），（４ａ）は、正レンズ（Ｌ１）に関して主に歪曲収差と像面湾曲を適切に補正するための条件範囲を規定している。条件式（４）の上限を超えると、正の歪曲収差が大きくなるとともに、像面のオーバー側への倒れが大きくなるため望ましくなく、更に射出瞳位置も近くなる。逆に条件式（４）の下限を超えると、負の歪曲収差が大きくなるとともに、像面のアンダー側への倒れが大きくなり、撮像レンズとして実用に耐えられなくなる。
【００２５】
以下の条件式（５）を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式（５ａ）を満足することが更に望ましい。
−１．５＜ｆ／ｆ２＜０．５    …（５）
−０．４＜ｆ／ｆ２＜０．３    …（５ａ）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ２：最も像側に配置される像側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ２）の焦点距離、
である。
【００２６】
条件式（５），（５ａ）は、メニスカスレンズ（Ｌ２）に関して主に歪曲収差と像面湾曲を適切に補正するための条件範囲を規定している。条件式（５）の下限を超えると、正の歪曲収差が大きくなるとともに、像面のオーバー側への倒れが大きくなるため望ましくなく、更に射出瞳位置も近くなる。逆に条件式（５）の上限を超えると、負の歪曲収差が大きくなるとともに、像面のアンダー側への倒れが大きくなり、撮像レンズとして実用に耐えられなくなる。
【００２７】
各実施の形態の撮像レンズは、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、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，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る屈折・回折ハイブリッド型レンズ，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等を用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、本発明に係る撮像レンズでは２枚のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）として均質素材レンズを用いることが望ましい。
【００２８】
また各実施の形態において、光学的なパワー（焦点距離の逆数で定義される量）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、撮像レンズが搭載されるデジタル入力機器（デジタルカメラ等）の見かけ上の薄型化やコンパクト化を達成することが可能である。
【００２９】
各実施の形態の撮像レンズは、デジタル入力機器用の小型撮像レンズとしての使用に適しており、これを光学的ローパスフィルターや固体撮像素子と組み合わせることにより、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を構成することができる。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，ペン型スキャナー，携帯電話，携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等に内蔵又は外付けされるカメラ｝の主たる構成要素であり、例えば、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と、光学的ローパスフィルターと、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固体撮像素子と、で構成される。
【００３０】
したがって、上述した各実施の形態には以下の構成を有する発明（ｉ）〜（ｖｉ）が含まれており、その構成により、良好な光学性能を有し低コストでコンパクトな撮像レンズ装置を実現することができる。そして、これをデジタルカメラ等に適用すれば、当該カメラの高性能化，高機能化，低コスト化及びコンパクト化に寄与することができる。
（ｉ）    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固体撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、前記撮像レンズが、物体側から順に正レンズと像側に凸のメニスカスレンズとの２枚のレンズで構成され、前記条件式（１）〜（５）のうちの少なくとも１つを満足することを特徴とする撮像レンズ装置。
（ｉｉ）  更に前記正レンズの物体側に開口絞りを有することを特徴とする上記（ｉ）記載の撮像レンズ装置。
（ｉｉｉ）    前記正レンズと前記メニスカスレンズが共にプラスチックレンズで構成されていることを特徴とする上記（ｉ）又は（ｉｉ）記載の撮像レンズ装置。
（ｉｖ）  前記正レンズと前記メニスカスレンズがそれぞれ非球面を少なくとも１面有することを特徴とする上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれか１つに記載の撮像レンズ装置。
（ｖ）    前記正レンズが像側に凸面を有することを特徴とする上記（ｉ）〜（ｉｖ）のいずれか１つに記載の撮像レンズ装置。
（ｖｉ）  前記正レンズと前記メニスカスレンズが共に均質素材レンズで構成されていることを特徴とする上記（ｉ）〜（ｖ）のいずれか１つに記載の撮像レンズ装置。
【００３１】
固体撮像素子としては、例えば複数の画素から成るＣＣＤやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー等が用いられ、撮像レンズにより形成された光学像は固体撮像素子により電気的な信号に変換される。撮像レンズで形成されるべき光学像は、固体撮像素子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。固体撮像素子で生成した信号は、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。
【００３２】
なお、撮像レンズの最終面と固体撮像素子との間に配置される光学的ローパスフィルターは、各実施の形態ではガラスフィルター（ＧＦ）で構成されているが、使用されるデジタル入力機器に応じたものであればよい。例えば、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。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施した撮像レンズを、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜９は、前述した第１〜第９の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第９の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図５，図１１〜図１４）は、対応する実施例１〜９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、また、各条件式の対応値を表１に示す。
【００３４】
曲率半径ｒｉに＊印が付された面は、非球面形状の屈折光学面又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）｝＋Σ（Ａｉ・Ｈｉ）    …（ＡＳ）
ただし、式（ＡＳ）中、
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸（ＡＸ）方向の変位量（面頂点基準）、
Ｈ：光軸（ＡＸ）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（Ａｉ＝０の場合のデータは省略する。）、
である。
【００３５】
図６〜図１０，図１５〜図１８は、実施例１〜実施例９に対応する収差図であり、図６〜図１０，図１５〜図１８中、（Ａ）は球面収差図，（Ｂ）は非点収差図，（Ｃ）は歪曲収差図である｛ＦＮＯ：Ｆナンバー，Ｙ’：最大像高（ｍｍ）｝。球面収差図において、実線（ｄ）はｄ線、一点鎖線（ｇ）はｇ線、二点鎖線（ｃ）はｃ線に対する各球面収差量（ｍｍ）を表しており、破線（ＳＣ）は正弦条件不満足量（ｍｍ）を表している。非点収差図において、破線（ＤＭ）はメリディオナル面でのｄ線に対する非点収差（ｍｍ）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（ｍｍ）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。
【００３６】
0003611558.tif 000002
【００３８】
0003611558.tif 000003
【００３９】
0003611558.tif 000004
【００４０】
0003611558.tif 000005
【００４１】
0003611558.tif 000006
【００４２】
0003611558.tif 000007
【００４３】
0003611558.tif 000008
【００４４】
0003611558.tif 000009
【００４５】
0003611558.tif 000010
【００４６】
0003611558.tif 000011
【００４７】
0003611558.tif 000012
【００４８】
0003611558.tif 000013
【００４９】
0003611558.tif 000014
【００５０】
0003611558.tif 000015
【００５１】
0003611558.tif 000016
【００５２】
0003611558.tif 000017
【００５３】
0003611558.tif 000018
【００５４】
【表１】
0003611558.tif 000019
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光学性能が良好で射出瞳位置の遠い、低コストでコンパクトな固体撮像素子用の撮像レンズを実現することができる。そして、本発明に係る撮像レンズをデジタルカメラ等のデジタル入力機器に用いれば、当該機器の高性能化，高機能化，低コスト化及び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】
【図１】第１の実施の形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】第４の実施の形態（実施例４）のレンズ構成図。
【図５】第５の実施の形態（実施例５）のレンズ構成図。
【図６】実施例１の収差図。
【図７】実施例２の収差図。
【図８】実施例３の収差図。
【図９】実施例４の収差図。
【図１０】実施例５の収差図。
【図１１】第６の実施の形態（実施例６）のレンズ構成図。
【図１２】第７の実施の形態（実施例７）のレンズ構成図。
【図１３】第８の実施の形態（実施例８）のレンズ構成図。
【図１４】第９の実施の形態（実施例９）のレンズ構成図。
【図１５】実施例６の収差図。
【図１６】実施例７の収差図。
【図１７】実施例８の収差図。
【図１８】実施例９の収差図。
【符号の説明】
ＳＴ  …開口絞り
Ｌ１  …正レンズ
Ｌ２  …像側に凸のメニスカスレンズ
ＧＦ  …ガラスフィルター
ＡＸ  …光軸
【図１】
0003611558.tif 000020
【図２】
0003611558.tif 000021
【図３】
0003611558.tif 000022
【図４】
0003611558.tif 000023
【図５】
0003611558.tif 000024
【図６】
0003611558.tif 000025
【図７】
0003611558.tif 000026
【図８】
0003611558.tif 000027
【図９】
0003611558.tif 000028
【図１０】
0003611558.tif 000029
【図１１】
0003611558.tif 000030
【図１２】
0003611558.tif 000031
【図１３】
0003611558.tif 000032
【図１４】
0003611558.tif 000033
【図１５】
0003611558.tif 000034
【図１６】
0003611558.tif 000035
【図１７】
0003611558.tif 000036
【図１８】
0003611558.tif 000037