(57)【要約】【課題】  中心から周辺にかけて平坦な像面を得つつ開放Ｆ値が明るく且つコンパクトで有りながら、高い結像性能を有するデジタルカメラ用の撮像レンズ及び該撮像レンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】物体側より順に、開口絞りＳ、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズＬ１、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズＬ２、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズＬ３及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズＬ４を配置してなる撮像レンズ１。【選択図】  図１
2008090150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズ、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズを配置してなる
ことを特徴とする撮像レンズ。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足したことを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
（１）０．０２  ＜T／ｆ＜０．０９
但し、
T：第４レンズの像面側となる非球面形状の最も像側にせり出した部分の光軸上の面頂点から光軸にそって計った距離（サグ量）
ｆ：レンズ全系の合成焦点距離
とする。
【請求項３】
撮像レンズと、該撮像レンズによって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記撮像レンズは、物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズ、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズを配置してなる
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な撮像レンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、主にデジタルスチルカメラやＰＣカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像素子を使用した小型の撮像装置向けの高性能でコンパクトな撮像レンズ及び該撮像レンズを使用した撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭用のゲーム機器の普及に伴い、撮影した人物映像をコンピュータ内に取り込む画像入力機器としてのデジタルカメラが普及しつつある。このようなデジタルカメラにおいては、撮影画像の高解像力化とカメラ装置の小型化、カメラ仕様として大口径比、更に、歪曲収差が小さく低コストであることが求められている。
【０００３】
従来より、大口径でコンパクトな撮像レンズとして、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されたもの等が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６５５２９号公報
【特許文献２】特開２００５−４０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された実施例では、正負正負の屈折力構成の撮像レンズが示されているが、全長を短縮して行くと軸外光線の第２レンズ群からの射出角度が大きくなり、特に外向性コマ収差が過大となり、その補正が非常に難しいという問題点があった。また、中心から５割像高付近にかけての像面湾曲と７割像高から１０割像高にかけての像面湾曲との差が大きく、中心から周辺にかけて平坦な像面を得ることが難しかった。
【０００６】
特許文献２に記載された実施例では、構成中第４レンズの屈折力が正となっており、バックフォーカスを短くすることが困難な構成であった。
【０００７】
本発明は、前記した問題点に鑑み、中心から周辺にかけて平坦な像面を得つつ開放Ｆ値が明るく且つコンパクトで有りながら、高い結像性能を有するデジタルカメラ用の撮像レンズ及び該撮像レンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態による撮像レンズは、物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズ、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズを配置してなる。
【０００９】
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、撮像レンズと、該撮像レンズによって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備え、前記撮像レンズは、物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズ、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズを配置してなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、中心から周辺にかけて平坦な像面を得つつ開放Ｆ値が明るく且つコンパクトで有りながら、高い結像性能を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明撮像レンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明撮像レンズは、物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズ、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズを配置してなる。
【００１３】
従って、本発明にあっては、中心から周辺にかけて平坦な像面を得つつ開放Ｆ値が明るく且つコンパクトで有りながら、高い結像性能を有する撮像レンズが得られる。
【００１４】
第４レンズは負の屈折力を持っているが、これによってバックフォーカスを短くすることができ、コンパクト化に寄与する。
【００１５】
最も像面側に近いレンズ群に負の屈折力を持たせることは、バックフォーカスを短くする上で必要条件であるが、同時に射出瞳位置が像面に近くなり、撮像素子への周辺光束の入射角度が大きくなるという問題もあった。周辺光束Ｌｐの撮像素子ＩＰへの入射角度が、図５（ａ）に示すように、小さい場合には、全光量が受光部Ｒｌによって受光されるが、前記入射角度が、図５（ｂ）に示すように、大きい場合には、受光部Ｒｌへの迷光や乱反射光等のノイズ光の入射を防止するために受光部ＲｌとマイクロレンズＭｌとの間に設けられた遮光体Ｓｄによって光束Ｌｐの一部が蹴られ、これによって、周辺光量が減少してしまう。
【００１６】
そこで、本発明撮像レンズにあっては、第４レンズを光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した。これによって、周辺光束の撮像素子への入射角度が大きくなりすぎないようにして、バックフォーカスの短縮と周辺光量の確保との両立を図ることができた。
【００１７】
本発明の一実施形態による撮像レンズにあっては、第４レンズの像側面を非球面によって構成し、Ｔを第４レンズの像面側となる非球面形状の最も像側にせり出した部分の光軸上の面頂点から光軸にそって計った距離（サグ量）、ｆをレンズ全系の合成焦点距離として、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．０２  ＜T／ｆ＜０．０９
図６に第４レンズの一例における上半分を示しており、図６の左側が物体側、右側が像側であり、この図６に像側面の最も像側に突出した部分Ａｐの光軸ａｘ上の面頂点Ｐｐから光軸ａｘに沿って計った距離Ｔを示す。
【００１８】
前記条件式（１）は第４レンズの周辺部の屈折力を間接的に規定するものである。
【００１９】
条件式（１）の上限値を超えて、像側面の最も像側に突出した部分の像側への突出量が大きくなると、最周辺像高の入射瞳位置が浅くなりすぎるため、望ましいシェーディング特性が得られなくなる。逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、レンズ周辺部分での局部的な曲率が小さくなり、第２レンズ群で発生した外方性のコマ収差を打ち消せなくなり結像性能を満足させることがができなくなる。
【００２０】
本発明の撮像レンズのように、正負正負の構成で全長を短くして行くと、周辺光束の第２レンズからの射出角度が大きくなり、外向性コマ収差が著しく発生しその補正が難しくなるが、第４レンズの負の屈折力を持つ部分の周辺に正の屈折力を持たせることで、第４レンズ内で内向性のコマ収差を出させることが可能となり、この内方性コマ収差と上記外方性コマ収差とを打ち消し合う働きを持たせることが出来、コマ収差補正上でも好ましい構成となる。
【００２１】
本発明の一実施形態による撮像レンズにあっては、第１レンズは両凸レンズであることが好ましい。全長を短く構成しながら結像性能を良好に保つことができる。さらに、ｆ１を第１レンズの焦点距離、ｆを全系の合成焦点距離として、下記条件式（２）を満足させることが望ましい。
（２）０．４４＜ｆ１ ／ｆ ＜０．８７
条件式（２）は主に球面収差を補正するためのものである。条件式（２）の下限値を下回ると負の球面収差が過大となり第１レンズより後方にあるレンズでの補正が困難となる。また、コマ収差も過大に発生してしまうため好ましくない。反対に、条件式（２）の上限値を上回ると軸外のコマ収差の補正については有利となるが、第１レンズの像側面で発生する球面収差を、後続するレンズでは補正することが出来なくなる。
【００２２】
本発明の一実施形態による撮像レンズにあっては、第２レンズが物体側に凸面を持つ負の屈折力のメニスカスレンズであることが望ましい。
【００２３】
第２レンズの物体側面が凹面となり両凹レンズとなると、高い像高の光束は物体側面と像側面双方で外方性のコマ収差を発生させることになってしまう。後続するレンズでそれらの補正を試みると、特に、７割から１０割の周辺像高に対して、第４レンズの周辺部での正の屈折力を強めなくてはならず、結果として、周辺像高の射出瞳位置が近くなりすぎ、望ましいシェーディング特性が得られなくなる。
【００２４】
一方、物体側の面を物体側に凸の面にすると、当該面では外方性コマ収差に対してそれを打ち消す方向の内方性のコマ収差を出すことが出来るため、第２レンズ群内でのコマ収差の発生を抑えることが容易となる。
【００２５】
本発明の一実施形態による撮像レンズにあっては、第３レンズを像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとし、ｆ３を第３レンズの焦点距離、ｆを全系の合成焦点距離として、下記条件式（３）満足することが望ましい。
（３）０．５＜ｆ３／ｆ＜  ３．９
条件式（３）は第３レンズの焦点距離を規定するもので、条件式（３）の上限値を超えて第３レンズの焦点距離が長くなると、第３レンズのパワーが弱くなり、特にコマ収差や非点収差の悪化を招くため望ましくない。条件式（３）の下限値を下回って第３レンズの焦点距離が短くなるとバックフォーカスが増大し、コンパクトに構成できなくなるうえ非点収差が増大し望ましくない。
【００２６】
本発明の一実施形態による撮像レンズにあっては、低コスト化及び薄型化を同時に実現するために、第１レンズから第４レンズまでの全てのレンズをプラスチックレンズとすることが望ましい。プラスチックレンズはその素材自体のコストが低く、また、薄型化を実現する上で、レンズ加工上の制約がガラスレンズに比べて少ない。すなわち、レンズ中心厚やコバ部の厚みを薄くできるプラスチックレンズの方がガラスレンズに比べて薄型化に有利である。
【００２７】
以下に、本発明撮像レンズの具体的な実施形態及びそれら実施形態にさらに具体的な数値を適用した数値実施例について説明する。
【００２８】
なお、本発明撮像レンズにおいては非球面が採用されている。そこで、非球面変形量ΔＨ（ｈ）は、面の頂点を原点とし光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、光軸と直交する方向をｈ、頂点曲率半径をｒ、円錐定数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、数１式によって定義されるものとする。
【００２９】
【数１】
2008090150.tif 000003
【００３０】
図１は本発明撮像レンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示すものである。撮像レンズ１は、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状で両面が非球面で構成された第１レンズＬ１、物体側に凸の負メニスカス形状で両面が非球面で構成された第２レンズＬ２、像面側に凸の正メニスカス形状で両面が非球面で構成された第３レンズＬ３、光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成され両面が非球面で構成された第４レンズＬ４を配置して構成する。ここで、光学系中最後尾にあるガラスブロックＧはローパスフィルタや撮像素子のリッドガラス等の代用として配設されたものである。すなわち、撮像レンズが小型の情報機器などに組み込まれて実際に使用されるときには、第４レンズと撮像素子の受光面ＩＭＧとの間にローパスフィルタや撮像素子のリッドガラスなどが配置される。そこで、第１の実施の形態１では、撮像レンズの設計時において、オハラ社製ＢＫ７（商品名）相当の硝材から成るフィルタをピント面（ＩＭＧ）の直近に位置させた状態にすることによって、ローパスフィルタや撮像素子のリッドガラスなどによる影響を考慮するようにした。
【００３１】
表１に前記第１の実施の形態にかかる撮像レンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを示す。なお、表１及び他のレンズデータ示す表において、Ｓｉは物体側からｉ番目の面を、Ｒは第ｉ面の近軸曲率半径を、Ｄは物体側からｉ番面の面とｉ＋１番面の面との間の軸上面間隔を、Ｎｄは物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率を、νｄは物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対するアッベ数を、ｆは全系の合成焦点距離を、ＦｎｏはＦナンバーを、ωは半画角をそれぞれ示し、また、曲率半径Ｒに関し∞は当該面が平面であることを示す。さらに、非球面に関し、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の、Ｂは６次の、Ｃは８次の、Ｄは１０次の、Ｅは１２次の、非球面係数を示す。なお、表１及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10−5」を表している。
【００３２】
【表１】
2008090150.tif 000004
【００３３】
図２は数値実施例１の縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示すものであり、球面収差を示す図で実線はｄ線に対するものを、破線はｇ線（λ=435.8nm）に対するものを、非点収差を示す図は縦軸に像高を、横軸にデファーカスをとり、実線はサジタル像面を、破線はメリジョナル像面を、それぞれ示す。また、歪曲収差を表す図の縦軸は像高、横軸は％を示す。
【００３４】
図３は本発明撮像レンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示すものである。撮像レンズ２は、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状で両面が非球面で構成された第１レンズＬ１、物体側に凸の負メニスカス形状で両面が非球面で構成された第２レンズＬ２、像面側に凸の正メニスカス形状で両面が非球面で構成された第３レンズＬ３、光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成され両面が非球面で構成された第４レンズＬ４を配置して構成する。ここで、光学系中最後尾にあるガラスブロックＧはローパスフィルタや撮像素子のリッドガラス等の代用として配設されたものである。すなわち、撮像レンズが小型の情報機器などに組み込まれて実際に使用されるときには、第４レンズと撮像素子の受光面ＩＭＧとの間にローパスフィルタや撮像素子のリッドガラスなどが配置される。そこで、第２の実施の形態２では、撮像レンズの設計時において、オハラ社製ＢＫ７（商品名）相当の硝材から成るフィルタをピント面（ＩＭＧ）の直近に位置させた状態にすることによって、ローパスフィルタや撮像素子のリッドガラスなどによる影響を考慮するようにした。
【００３５】
表２に前記第２の実施の形態にかかる撮像レンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータを示す。
【００３６】
【表２】
2008090150.tif 000005
【００３７】
図４は数値実施例２の縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示すものであり、球面収差を示す図で実線はｄ線に対するものを、破線はｇ線に対するものを、非点収差を示す図は縦軸に像高を、横軸にデファーカスをとり、実線はサジタル像面を、破線はメリジョナル像面を、それぞれ示す。また、歪曲収差を表す図の縦軸は像高、横軸は％を示す。
【００３８】
表３に数値実施例１及び数値実施例２の前記条件式（１）〜（３）対応値を示す。
【００３９】
【表３】
2008090150.tif 000006
【００４０】
前記各表及び各収差図に示すように、数値実施例１及び数値実施例２にかかる撮像レンズは、共に、条件式（１）〜（３）を満足し、全長が６ｍｍ強以下と短く、開放Ｆ値も３．０前後と明るく、さらに、各収差が良好に補正された高い結像性能を示す。
【００４１】
次に、本発明撮像装置について説明する。
【００４２】
本発明撮像装置は、撮像レンズと、該撮像レンズによって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記撮像レンズは、物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し両凸形状の第１レンズ、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第２レンズ、像側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第３レンズ及び光軸近傍が負の屈折力を持ちレンズの周辺部に行くに従い正の屈折力が強くなるように構成した第４レンズを配置してなるものである。すなわち、前記した本発明撮像レンズと該撮像レンズによって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えたものである。
【００４３】
前記したように撮像レンズが、小型で高性能であるため、撮像装置も小型で高性能に構成でき、小型の機器、例えば、携帯電話、ノート型、特に、モバイルコンピュータなどと称される、持ち運びに適したパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯型情報機器等に搭載するのに好適である。
【００４４】
図７に本発明撮像装置の最も簡単な構成例のブロック図を示す。
【００４５】
撮像装置１０は、撮像レンズ２０と該撮像レンズ２０によって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子３０とを備える。撮像素子３０にはＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子を用いたものを使用することが出来る。撮像素子３０の出力は画像処理回路４０によって各種処理が施され、制御部５０に送られる。前記撮像レンズ２０には前記した第１の実施の形態にかかる撮像レンズ１や第２の実施の形態にかかる撮像レンズ２を使用することが出来る。あるいは、前記した実施の形態以外の形態による本発明撮像レンズを使用しても良い。
【００４６】
そして、外部から制御部５０に入力される各種操作信号による処理が為される。例えば、表示指令が制御部５０に入力されると、表示手段、例えば、液晶ディスプレイ６０に画像が表示され、また、記録操作指令が制御部５０に入力されることによって所定の記録媒体７０に画像信号として記録される。なお、前記した表示手段６０や記録媒体７０は、デジタルスチルカメラのように撮像装置自体が備えているものであっても、あるいは、外部、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の接続手段を介して接続されているパーソナルコンピュータやＰＤＡ等の情報機器に備えられている表示手段や記録媒体であっても良い。
【００４７】
図８に本発明撮像装置をパーソナルコンピュータに内蔵する例を示す。
【００４８】
図８に示すパーソナルコンピュータ８０はノート型のパーソナルコンピュータであって、本体部８１と表示部８２とがヒンジ部８３によって開閉自在に連結されて成り、図８は表示部８２が本体部８１に対して開かれた状態を示し、不使用時には、表示部８２が本体部８１の上面を覆うようにされる。
【００４９】
前記本体部８１の上面には、文字入力キー、機能操作キー等の各種キーが配列されたキーボード部８１ａやポインタ操作部８１ｂ等が配置され、また、本体部８１の側面には、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）ドライブ、ＦＤ（Floppy Disk）ドライブ、メモリカードスロット等の記録媒体の挿脱口８１ｃ、ＵＳＢコネクタ等の外部機器接続部８１ｄ等が設けられている。
【００５０】
前記表示部８２の内面、すなわち、２つの部分を閉じたときに本体部８１の上面と向き合う面にはその大部分を占めるように液晶表示パネル８２ａが設けられており、さらに、液晶表示パネル８２ａの上部の角に近接した箇所に形成された臨ませ孔８２ｂから図示しない内蔵カメラの前玉レンズ８２ｃが外部に望まされている。そして、この内蔵カメラに本発明撮像装置を使用することが可能である。この場合、図７で説明した表示手段６０は液晶表示パネル８２ａとなり、また、記録媒体７０は、前記挿脱口８１ｃから挿脱されるＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、フロッピーディスク（登録商標）、メモリカード等である。
【００５１】
前記したように、本発明撮像装置をパーソナルコンピュータ８０に内蔵させることにより、例えば、パーソナルコンピュータ８０を使用したテレビ電話のカメラ部として使用して、テレビ会議等に使用することが出来、あるいは、パーソナルコンピュータ８０にインストールされたゲームソフトと内蔵したカメラとを連携させて使用するなど幅広く活用することが出来る。
【００５２】
なお、上記した実施の形態及び数値実施例において示した具体的な構造及び形状並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明撮像レンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す図である。
【図３】本発明撮像レンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す図である。
【図５】撮像素子への入射角度と受光光量との関係を説明する要部の拡大断面図である。
【図６】第４レンズの形状を説明するための図である。
【図７】本発明撮像装置の実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明撮像装置をパーソナルコンピュータに内蔵した例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…撮像レンズ、２…撮像レンズ、Ｓ…開口絞り、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ、１０…撮像装置、２０…撮像レンズ、３０…撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008090150.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008090150.tif 000012
【図７】
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【図８】
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