(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズと、この撮像レンズの物体側に配置された絞りとを有する固体撮像素子用広角光学系であって、
前記撮像レンズは、両凸レンズとされ、かつ、像面側の面が、光軸から径方向に離間するにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面形状に形成され、さらに、次の（１）、（２）に示す各条件式、
１．０９４≧｜ｒ1 ／ｒ2 ｜≧０．８     （１）
１．３≧ｄ／ｆｌ≧０．８           （２）
但し、ｒ1：撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径
ｒ2：撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径
ｄ  ：撮像レンズの中心厚さ
ｆｌ：撮像レンズの焦点距離
を満たすことを特徴とする固体撮像素子用広角光学系。
【請求項２】
前記撮像レンズが、更に（３）の条件式、
１．５≧｜ｒ2 ／ｆｌ｜≧０．７     （３）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子用広角光学系。
【請求項３】
更に、（４）の条件式、
０．４≧ＳＨ／ｆｌ≧０．２        （４）
但し、ＳＨ：撮像レンズの前側主点から前記絞りまでの距離
を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子用広角光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固体撮像素子用広角光学系に係り、特に、携帯電話、ＰＣカメラ等に搭載される撮像素子を利用した撮像装置に用いるのに好適な固体撮像素子用広角光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展にともない、携帯型のコンピュータやテレビ電話、あるいは携帯電話等に搭載するためのＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラの需要が高まっている。
【０００３】
このようなカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ軽量であることが望まれている。
【０００４】
そのため、このようなカメラに用いられる光学系も、同様に小型軽量であることが望まれている。
【０００５】
また、現在、携帯電話等に搭載されている固体撮像素子としては、いわゆるＶＧＡと称される約３０万画素の高解像度のものと、いわゆるＣＩＦと称される約１１万画素の解像度のものとが知られている。
【０００６】
このようなカメラに用いられる光学系としては、より高性能なものを求める場合には、２枚あるいは３枚のレンズを用いたものが採用されることもあるが、小型化、低コスト化を実現するためには、単玉光学系が採用されることが多く、このような単玉光学系としては、両凸レンズやメニスカスレンズ等の一枚構成の撮像レンズが組み込まれたものが採用されている。
【０００７】
このような単玉光学系としては、例えば、両凸レンズを用いるものとして、特開平０６−８８９３９号公報、特開平１１−２６４９３０号公報および特許第３１２２９７０号公報に記載のもの、また、メニスカスレンズを用いるものとして、特開平１０−２８２４１０号公報に記載のものが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の単玉光学系においては、解像度という観点ではある程度十分な性能が得られているものの、大きな歪曲収差が残存しているという欠点があった。
【０００９】
この歪曲収差は、表示画面が小さい場合には、それほど問題とはならないが、表示画面が大きくなるにしたがって、目立つものとなるため、早急な改善が必要とされる課題のひとつであった。
【００１０】
なお、更に他の単玉光学系として特開昭６１−１１６３１４号公報、特開平０６−１１８３００号公報に記載されているものもあるが、これらはいずれも撮像用の光学系ではなく各種センサ用あるいは測光用として提案されている光学系であり、本発明とは用途が大きく異なっている。また、画角についても狭いもの（例えば、最大画角は３５°程度）を対象としており、撮像用の広角光学系における上記した問題の解決については何の提案もなされていないのが実情であった。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、歪曲収差を良好に補正することのできる固体撮像素子用広角光学系を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の請求項１に係る固体撮像素子用広角光学系の特徴は、撮像レンズが、両凸レンズとされ、かつ、像面側の面が、光軸から径方向に離間するにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面形状に形成され、さらに、次の（１）、（２）に示す各条件式、
１．０９４≧｜ｒ1 ／ｒ2 ｜≧０．８     （１）
１．３≧ｄ／ｆｌ≧０．８           （２）
但し、ｒ1：撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径
ｒ2：撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径
ｄ  ：撮像レンズの中心厚さ
ｆｌ：撮像レンズの焦点距離
を満たす点にある。
【００１３】
そして、この請求項１に係る発明によれば、撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径と撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径との比の絶対値を（１）の条件式を満足するようにすることによって、テレセントリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正することが可能となる。さらに、撮像レンズの中心厚さと焦点距離との比を（２）の条件式を満足するようにすることによって、更に、像面湾曲の発生を抑制して特に周辺部の画質を良好に保持しつつ歪曲収差を効果的に補正することが可能となる。
【００１６】
また、請求項２に係る固体撮像素子用広角光学系の特徴は、請求項１において、前記撮像レンズが、更に（３）の条件式、
１．５≧｜ｒ2 ／ｆｌ｜≧０．７      （３）
を満たす点にある。
【００１７】
そして、この請求項２に係る発明によれば、撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径と焦点距離との比の絶対値を（３）の条件式を満足するようにすることによって、テレセントリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正すること可能となる。
【００２０】
請求項３に係る固体撮像素子用広角光学系の特徴は、請求項１または請求項２において、更に、（４）の条件式、
０．４≧ＳＨ／ｆｌ≧０．２        （４）
但し、ＳＨ：前記撮像レンズの前側主点から前記絞りまでの距離
を満たす点にある。
【００２１】
そして、この請求項３に係る発明によれば、撮像レンズの前側主点から絞りまでの距離と撮像レンズの焦点距離との比が（４）の条件式を満足するようにすることによって、更に、光学系全体の大きさとテレセントリック性の両者をバランスよく且つ適正に維持することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
【００２３】
図１および図２は、本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の実施の一形態を示したものであり、この固体撮像素子用広角光学系１は、最大画角（対角画角）が５５°以上の広角光学系とされている。
【００２４】
また、本実施形態における固体撮像素子用広角光学系１は、図１および図２に示すように、プラスチック材料等からなる撮像レンズ２を有しており、この撮像レンズ２の物体側には、絞り３が配設されている。
【００２５】
一方、撮像レンズ２の像面側には、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の固体撮像素子の受光面である撮像面４が配設されている。
【００２６】
また、撮像レンズ２と撮像面４との間には、カバーガラス５が配設されている。尚、このカバーガラス５は、必要に応じて配置されるものであり、必ずしも必要とされるものではない。また、カバーガラス５に加えて、あるいはこれに代えて、赤外線カットフィルターやローパスフィルター等が配置される場合もある。
【００２７】
さらに、本実施形態においては、撮像レンズ２が両凸レンズとされており、この両凸レンズにおける少なくとも像面側の面（第２面）が、光軸６から径方向に離間するのにともなって正の屈折力が弱くなるような形状の非球面とされている。さらに、撮像レンズ２は、次の（１）式に示す条件式を満たすようになっている。
【００２８】
１．３≧｜ｒ１  ／ｒ２  ｜≧０．８          （１）
但し、（１）式におけるｒ１  は、撮像レンズ２の物体側の面（第１面）の中心曲率半径であり、ｒ２  は、撮像レンズ２の像面側の面の中心曲率半径である。また、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜は、撮像レンズ２の物体側の面の中心曲率半径と撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径との比の絶対値である。
【００２９】
ここで、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜の値が、（１）式に示す値（１．３）を超えて大きくなると、撮像レンズ２の像面側の面のパワーが強くなり過ぎるため、歪曲収差を効果的に補正することができなくなる。一方、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜の値が（１）式に示す値（０．８）よりも小さくなると、歪曲収差を補正することはできるが、固体撮像素子へ入射する光線（光束）が光軸６に対して大きな角度を有してしまい、いわゆるテレセントリック性を適正に維持することができない。また、バックフォーカス距離すなわち撮像レンズ２の像面側の面頂と撮像面４との間に適切な距離を維持することができなくなるため、例えば、撮像面４と撮像レンズ２との間に各種フィルタを挿入することができない等の構造上の不都合を生じる虞がある。
【００３０】
従って、本実施形態によれば、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜の値を（１）の条件式を満足するようにすることによって、テレセントリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正することが可能になる。
【００３１】
なお、この｜ｒ１  ／ｒ２  ｜の値は、より好ましくは１．２≧｜ｒ１  ／ｒ２  ｜≧０．９とすることがより望ましい。
【００３２】
さらに、本実施形態において、撮像レンズ２が、更に（２）式に示す条件式を満たすようにする。
【００３３】
１．５≧ｄ／ｆｌ≧０．７                      （２）
但し、（２）式におけるｄは、撮像レンズ２の中心厚さであり、ｆｌは、撮像レンズ２の焦点距離である。また、ｄ／ｆｌは、撮像レンズ２の中心厚さと焦点距離との比である。
【００３４】
ここで、ｄ／ｆｌの値が（２）式に示す値（１．５）を超えて大きくなると、撮像レンズ２の大きさが光軸６（厚さ）方向のみならず光軸６に直交する径方向にも大きくなるため、光学系の小型化が困難となる。また、像面湾曲が発生してしまうため、表示画像の中心部においては良好な画質を維持することができるものの、周辺部に行くにつれて画質を維持することができなくなってしまう。
【００３５】
一方、ｄ／ｆｌの値が（２）式に示す値（０．７）より小さくなると、歪曲収差を効果的に補正することができなくなる。
【００３６】
従って、本実施形態によれば、ｄ／ｆｌの値を（２）の条件式を満足するようにすることによって、更に、像面湾曲の発生を抑制して、特に周辺部の画質を良好に保持しつつ歪曲収差を効果的に補正することが可能となる。
【００３７】
なお、このｄ／ｆｌの値は、より好ましくは、１．３≧ｄ／ｆｌ≧０．８とすることがより望ましい。
【００３８】
また、本実施形態においては、撮像レンズ２が、更に（３）式に示す条件式を満たすようにする。
【００３９】
１．５≧｜ｒ２  ／ｆｌ｜≧０．７          （３）
但し、ｒ２  は、前述した撮像レンズ２の像面側の面の中心曲率半径であり、ｆｌは撮像レンズ２の焦点距離である。また、｜ｒ２  ／ｆｌ｜は、撮像レンズ２の像面側の面の中心曲率半径と焦点距離との比の絶対値である。
【００４０】
ここで、｜ｒ２  ／ｆｌ｜の値が、（３）式に示す値（０．７）よりも小さくなると、撮像レンズ２の像面側の面のパワーが強くなり過ぎるため、歪曲収差を効果的に補正することができなくなる。一方、｜ｒ２  ／ｆｌ｜の値が（３）式に示す値（１．５）を超えて大きくなると、歪曲収差を補正することはできるが、固体撮像素子用センサへ入射する光線（光束）が光軸６に対して大きな角度を有してしまい、いわゆるテレセントリック性を適正に維持することができない。さらには、適切なバックフォーカス距離を維持することも困難となる。
【００４１】
従って、本実施形態によれば、｜ｒ２  ／ｆｌ｜の値を（３）の条件式を満足するようにすることによって、テレセントリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正すること可能となる。なお、この効果は、前記（１）式を満たすことによる効果とほぼ同質の効果である。
【００４２】
なお、この｜ｒ２  ／ｆｌ｜の値は、より好ましくは、１．３≧｜ｒ２  ／ｆｌ｜≧０．８とすることがより望ましい。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、（４）式に示す条件式を満たすようにする。
【００４４】
０．４≧ＳＨ／ｆｌ≧０．２        （４）
但し、ＳＨは、撮像レンズ２の前側主点から絞りまでの距離であり、ｆｌは、前述のように撮像レンズ２の焦点距離である。また、ＳＨ／ｆｌは、撮像レンズ２の前側主点から絞りまでの距離と、撮像レンズ２の焦点距離との比である。
【００４５】
ここで、ＳＨ／ｆｌの値が（４）式に示す値（０．４）を超えて大きくなると、光学系全体が大型化してしまい、撮像装置自体の小型化を実現することが困難となる。一方、ＳＨ／ｆｌの値が（４）式に示す値（０．２）より小さくなると、テレセントリック性を良好に維持することができない。
【００４６】
従って、本実施形態においては、撮像レンズ２の前側主点から絞りまでの距離と撮像レンズ２の焦点距離との比を（４）の条件式を満足するようにすることによって、更に、光学系全体の大きさを維持しつつ（大型化することなく）テレセントリック性をより適正に維持することが可能となる。
【００４７】
なお、本発明に用いられる撮像レンズにおいては、その焦点距離は、特に限定されるものではないが、本発明の特徴をより生かして、歪曲収差を良好に補正するという観点からすれば、撮像レンズ２の焦点距離が２．５ｍｍ以下のものに本発明を適用することがより好ましい。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、図３乃至図１０を参照して説明する。
【００４９】
ここで、本実施例において、ｆｌは、撮像レンズ２の焦点距離（ｍｍ）、ＦＮｏはＦナンバーを示す。また、ｉは、物体側から像面側へ順に数えて第ｉ番目の光学面を示す。また、ｒｉ  （ｍｍ）は、第ｉ番目の光学面の中心曲率半径、ｄｉ  （ｍｍ）は、物体側より順に数えた場合の第ｉ番目の光学面から次の光学面までの距離を示す。さらに、ωは半画角、この２倍の２ωは全画角（対角画角）、ｎｄは撮像レンズ２の屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００５０】
ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の（５）式における各係数を示す。すなわち、レンズの非球面の形状は、光軸方向にＺ軸、光軸に直交する方向にＸ軸とり、光の進行方向を正とし、ｋを円錐係数、ａ、ｂ、ｃおよびｄを非球面係数としたとき次式で表される。
【００５１】
Ｚ（ｘ）＝ｃｘ２  ／［１＋｛１−（ｋ＋１）ｃ２  ｘ２  ｝１／２］
＋ａｘ４  ＋ｂｘ６  ＋ｃｘ８  ＋ｄｘ１０                      （５）
＜第１実施例＞
図３は、本発明の第１実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示した固体撮像素子用広角光学系１と同様に、撮像レンズ２の物体側に絞り３を、像面側にカバーガラス５をそれぞれ配設した。
【００５２】
なお、本第１実施例における撮像レンズ２は、以下の条件に設定されている。
0003595317.tif 000002
このような条件の下で、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜＝０．８７６となり、前記（１）式を満足するものである。また、ｄ／ｆｌ＝０．８６７となり、前記（２）式を満足するものである。さらに、｜ｒ２  ／ｆｌ｜＝０．９１３、ＳＨ／ｆｌ＝０．３２３となり、前記（３）式及び（４）式を満足するものである。
【００５３】
この第１実施例の固体撮像素子用広角光学系１において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図４に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えることができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果となっている。
＜第２実施例＞
図５は、本発明の第２実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示した固体撮像素子用広角光学系１と同様に、撮像レンズ２の物体側に絞り３を、像面側にカバーガラス５をそれぞれ配設した。
【００５４】
なお、本第２実施例における撮像レンズ２は、以下の条件に設定されている。
0003595317.tif 000003
このような条件の下で、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜＝１．０９４となり、前記（１）式を満足するものである。また、ｄ／ｆｌ＝０．９０６となり、前記（２）式を満足するものである。さらに、｜ｒ２  ／ｆｌ｜＝０．８２８、ＳＨ／ｆｌ＝０．３７８となり、前記（３）式及び（４）式を満足するものである。
【００５５】
この第２実施例の固体撮像素子用広角光学系１において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図６に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えることができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果となっている。
＜第３実施例＞
図７は、本発明の第３実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示した固体撮像素子用広角光学系１と同様に、撮像レンズ２の物体側に絞り３を、像面側にカバーガラス５をそれぞれ配設した。
【００５６】
なお、本第３実施例における撮像レンズ２は、以下の条件に設定されている。
0003595317.tif 000004
このような条件の下で、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜＝０．８０１となり、前記（１）式を満足するものである。また、ｄ／ｆｌ＝０．８２５となり、前記（２）式を満足するものである。さらに、｜ｒ２  ／ｆｌ｜＝１．０３０、ＳＨ／ｆｌ＝０．２３６となり、前記（３）式及び（４）式を満足するものである。
【００５７】
この第３実施例の固体撮像素子用広角光学系１において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図８に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えることができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果となっている。
＜第４実施例＞
図９は、本発明の第４実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示した固体撮像素子用広角光学系１と同様に、撮像レンズ２の物体側に絞り３を、像面側にカバーガラス５をそれぞれ配設した。
【００５８】
なお、本第４実施例における撮像レンズ２は、以下の条件に設定されている。
0003595317.tif 000005
このような条件の下で、｜ｒ１  ／ｒ２  ｜＝０．８２５となり、前記（１）式を満足するものである。また、ｄ／ｆｌ＝１．０６８となり、前記（２）式を満足するものである。さらに、｜ｒ２  ／ｆｌ｜＝０．９１９、ＳＨ／ｆｌ＝０．４０５となり、前記（３）式及び（４）式を満足するものである。
【００５９】
この第４実施例の固体撮像素子用広角光学系１において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図１０に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えることができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果となっている。
【００６０】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１に係る固体撮像素子用広角光学系によれば、テレセントリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ歪曲収差を効果的に補正することができ、光学性能を大幅に向上させた光学系を実現できる。また、さらに周辺部の画質を良好に保持することができ、光学性能を更に向上させることができる。
【００６３】
請求項２に係る固体撮像素子用広角光学系によれば、請求項１に係る固体撮像素子用広角光学系の効果に加えて、テレセントリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正することができ、光学性能を更に向上させることができる。
【００６５】
請求項３に係る固体撮像素子用広角光学系によれば、請求項１または請求項２に係る固体撮像素子用広角光学系の効果に加えて、更に、光学系全体の大きさとテレセントリック性の両者をバランス良く且つ適正に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の実施の一形態を示す概略構成図
【図２】本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の実施の一形態において、物体側から像面側への光線の入射状態を示す図１と同様の概略構成図
【図３】本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の第１実施例を示す概略構成図
【図４】図３に示す固体撮像素子用広角光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図５】本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の第２実施例を示す概略構成図
【図６】図５に示す固体撮像素子用広角光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図７】本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の第３実施例を示す概略構成図
【図８】図７に示す固体撮像素子用広角光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図９】本発明に係る固体撮像素子用広角光学系の第４実施例を示す概略構成図
【図１０】図９に示す固体撮像素子用広角光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【符号の説明】
１  固体撮像素子用広角光学系
２  撮像レンズ
３  絞り
【図１】
0003595317.tif 000006
【図２】
0003595317.tif 000007
【図３】
0003595317.tif 000008
【図４】
0003595317.tif 000009
【図５】
0003595317.tif 000010
【図６】
0003595317.tif 000011
【図７】
0003595317.tif 000012
【図８】
0003595317.tif 000013
【図９】
0003595317.tif 000014
【図１０】
0003595317.tif 000015