(57)【要約】【課題】少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用いることにより、高性能、かつコンパクトな構成の撮像レンズを提供する。【解決手段】物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズＧ１と、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズＧ２と、絞りＳｔと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正または負のパワーを有するメニスカス形状の第３レンズＧ３と、両面が非球面形状で、かつ近軸近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズＧ４とを備え、かつ、以下の条件式（１）を満足する。０．８＜ｆＡ／ｆ＜２．０  ……（１）ただし、ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆＡは、第１レンズＧ１および第２レンズＧ２の合成焦点距離を示している。【選択図】      図１
2004302057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、
物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、
物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズと、
絞りと、
少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正または負のパワーを有するメニスカス形状の第３レンズと、
両面が非球面形状で、かつ近軸近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズと
を備え、
かつ、以下の条件式（１）を満足するように構成されている
ことを特徴とする撮像レンズ。
０．８＜ｆＡ／ｆ＜２．０  ……（１）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆＡ：第１レンズおよび第２レンズの合成焦点距離
【請求項２】
前記第２レンズは、ガラス材料よりなり、
前記第４レンズは、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であり、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状である
ことを特徴とする請求項１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、特に小型の撮像装置への搭載に適した撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの一般家庭等への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルスチルカメラ（以下、単にデジタルカメラという。）が急速に普及しつつある。また携帯電話の高機能化に伴い、携帯電話に画像入力用のモジュールカメラ（携帯用モジュールカメラ）が搭載されることも多くなってきている。
【０００３】
これらの撮像装置では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子が用いられている。このような撮像装置は、近年、撮像素子の小型化が進んでいることから、装置全体としても非常に小型化が図られてきている。また、撮像素子の高画素化も進んでおり、高解像、高性能化が図られてきている。
【０００４】
このような撮像装置に用いられる撮像レンズとしては、例えば以下の特許文献記載のものがある。特許文献１〜３には、３枚構成の撮像レンズが記載されている。特許文献４には、４枚構成の撮像レンズが記載されている。特許文献４記載の撮像レンズでは、物体側から１番目のレンズと２番目のレンズとの間に、絞りの位置がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−４８５１６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２１６５９号公報
【特許文献３】
米国特許第６４４１９７１号公報
【特許文献４】
特表２００２−５１７７７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように近年の撮像素子は、小型化および高画素化が進んでおり、それに伴って、特にデジタルカメラ用の撮像レンズには、高い解像性能と構成のコンパクト化が求められている。一方、携帯用モジュールカメラの撮像レンズには従来、コスト面とコンパクト性が主に要求されていたが、最近では携帯用モジュールカメラにおいても撮像素子の高画素化が進む傾向にあり、性能面に対する要求も高くなってきている。
【０００７】
このため、コスト面、性能面、およびコンパクト性を総合的に考慮した多種多様なレンズの開発が望まれている。例えば、携帯用モジュールカメラにも搭載可能なコンパクト性を満足しつつ、性能面ではデジタルカメラへの搭載をも視野に入れた、ローコストで高性能な撮像レンズの開発が望まれている。
【０００８】
このような要求に対しては、例えば、コンパクト化およびローコスト化を図るためにレンズ枚数を３枚または４枚構成とし、高性能化を図るために、非球面を積極的に用いることが考えられる。この場合、非球面はコンパクト化および高性能化に寄与するが、製造性の点で不利でありコスト高になり易いので、その使用は製造性を十分考慮したものとすることが望ましい。上記各特許文献記載のレンズは、３枚または４枚構成で非球面を用いた構成となっているが、上記した総合的な性能が不十分であり、例えば性能面は良くても、コンパクト性に欠けたりしている。一般に、３枚構成のレンズでは、性能面では携帯用モジュールカメラには十分であっても、デジタルカメラ用としては性能面で不十分になり易い。また、４枚構成のレンズでは、３枚構成に比べて性能を向上させることはできるものの、コスト面およびコンパクト性の点で不利になり易い。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用いることにより、高性能、かつコンパクトな構成を実現できる撮像レンズを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズと、絞りと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正または負のパワーを有するメニスカス形状の第３レンズと、両面が非球面形状で、かつ近軸近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズとを備え、かつ、以下の条件式（１）を満足するように構成されているものである。
【００１１】
０．８＜ｆＡ／ｆ＜２．０  ……（１）
ただし、ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆＡは、第１レンズおよび第２レンズの合成焦点距離を示している。
【００１２】
本発明による撮像レンズでは、上記したように第１レンズをメニスカスレンズ、第２レンズを正レンズ、第３および第４レンズを非球面レンズとした４枚構成とし、さらに絞りを第２レンズと第３レンズとの間に配することにより、４枚という少ないレンズ構成ながら、携帯用モジュールカメラのみならず、デジタルカメラにまで対応可能な必要最低限の光学性能が得られる。特に、第３および第４レンズの非球面レンズは、収差補正に大きく寄与する。また、絞りよりも物体側の前群（第１および第２レンズ）の合成焦点距離に関して式（１）を満足することで、ＣＣＤ等の撮像素子に適した射出光線角度（テレセン性）を満足しつつ、全長のコンパクト化が図られる。これらにより、少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用いることで、高性能、かつコンパクト化が図られる。
【００１３】
この撮像レンズにおいて、第２レンズのレンズ材は、ガラス材料であることが好ましい。特に、第２レンズを、研磨加工可能なガラスの球面レンズとすることで、主にローコスト化に寄与する。
【００１４】
また、第４レンズは、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であり、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状であることが望ましい。このような特殊な非球面形状にすることで、像面湾曲などの補正がし易くなり、主に高性能化に寄与する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図３，図４）のレンズ構成に対応している。また、図２は、本実施の形態に係る撮像レンズの他の構成例を示している。図２の構成例は、後述の第２の数値実施例（図５，図６）のレンズ構成に対応している。なお、図１，図２において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１０）の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では、図１に示した撮像レンズの構成を基本にして説明する。
【００１７】
この撮像レンズは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いた携帯用モジュールカメラやデジタルカメラ等に搭載されて使用されるものである。この撮像レンズは、光軸Ｚ１に沿って、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、絞りＳｔ、第３レンズＧ３、および第４レンズＧ４が、物体側より順に配設された構成となっている。この撮像レンズの結像面（撮像面）には、図示しないＣＣＤなどの撮像素子が配置される。ＣＣＤの撮像面付近には、撮像面を保護するためのカバーガラスＣＧが配置されている。第４レンズＧ４と結像面（撮像面）との間には、カバーガラスＣＧのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの他の光学部材が配置されていても良い。
【００１８】
第１レンズＧ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。第１レンズＧ１は、例えば負のパワーを有している。第１レンズＧ１は、球面レンズまたは非球面レンズとなっている。非球面レンズにする場合、第１レンズＧ１の物体側の面を非球面形状にすると良い。第２レンズＧ２は、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有している。第２レンズＧ２の像側の面は、例えば凸面形状となっている。
【００１９】
第３レンズＧ３は、少なくとも１面が非球面形状であり、かつ物体側の面を凹面形状とした正または負のパワーを有するメニスカス形状となっている。
【００２０】
第４レンズＧ４は、両面が非球面形状で、かつ近軸近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。第４レンズＧ４は、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であり、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状であることが望ましい。これにより、第４レンズＧ４は、例えば、物体側の面が、近軸近傍では凸面形状で、周辺部では凹面形状となり、像側の面が、近軸近傍では凹面形状で、周辺部では凸面形状となっている。
【００２１】
なお、本実施の形態において、近軸近傍におけるレンズ形状は、例えば後述の非球面式（Ａ）において、係数Ｋに係る部分（係数Ａｉに係る多項式部分を除いた部分）によって表される。
【００２２】
この撮像レンズは、以下の条件式（１）を満足するように構成されている。ただし、式（１）において、ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆＡは、第１レンズＧ１および第２レンズＧ２の合成焦点距離を示している。
０．８＜ｆＡ／ｆ＜２．０  ……（１）
【００２３】
この撮像レンズにおいて、絞りＳｔよりも前群の第１レンズＧ１および第２レンズＧ２は、主に加工性および製造コストの点を考慮して、例えばガラス材料で構成されていることが望ましい。特に第２レンズＧ２を、研磨加工可能なガラスの球面レンズとすることで、ローコスト化を図ることができる。第１レンズＧ１を非球面形状にする場合には、ガラスモールドレンズにすることが望ましい。一方、絞りＳｔよりも後群の第３レンズＧ３および第４レンズＧ４は、特殊な非球面形状加工を行うため、光学樹脂材料（プラスチックレンズ）で構成されていることが望ましい。
【００２４】
次に、以上のように構成された撮像レンズの作用および効果を説明する。
【００２５】
この撮像レンズでは、第１レンズＧ１をメニスカスレンズ、第２レンズＧ２を正レンズ、第３および第４レンズＧ３，Ｇ４を非球面レンズとした４枚構成とし、さらに絞りＳｔを第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間に配することで、４枚という少ないレンズ構成ながら、高い性能とコンパクトなレンズ系を実現している。
【００２６】
この撮像レンズでは、第３および第４レンズＧ３，Ｇ４を非球面レンズとしていることで、大きな収差補正効果が得られる。特に、第４レンズＧ４を、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状とすることで、像面湾曲の補正を始めとして、収差補正に関してより大きな効果が得られる。
【００２７】
条件式（１）は、絞りＳｔよりも物体側の前群（第１および第２レンズＧ１，Ｇ２）の合成焦点距離に関するものである。条件式（１）の数値範囲を上回ると、前群のパワーが小さくなり過ぎて全長を短くするのが困難となる。ところで一般に、デジタルカメラ等においては、ＣＣＤ等の撮像素子の特性上、光線が撮像面に垂直に近い状態で入射することが望ましい。従って、デジタルカメラ等に搭載される撮像レンズでは、テレセントリック性が確保されていることが望ましい。条件式（１）の数値範囲を下回ると、射出光線角度が大きくなり、テレセントリック性が悪化するため好ましくない。
【００２８】
また、各レンズの材料およびその加工法を、上記したようにそのレンズ形状に合わせた最適なものとすることで、ローコスト化を図ることができる。
【００２９】
このように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、４枚という少ないレンズ枚数で非球面を有効に用いることにより、携帯用モジュールカメラにも搭載可能なコンパクト性を満足しつつ、性能面ではデジタルカメラへの搭載をも視野に入れた、ローコストで高性能な撮像レンズが実現できる。
【００３０】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１および第２の数値実施例（実施例１，２）をまとめて説明する。図３，図４は、図１に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例１）を示している。また、図５，図６は、図２に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例２）を示している。図３および図５には、その実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図４および図６には、その実施例のレンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。
【００３１】
各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の撮像レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１０）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１，図２で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１，図２で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、それぞれ、カバーガラスＣＧも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜５）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。なお、カバーガラスＣＧの両面の曲率半径Ｒ９，Ｒ１０の値が０（ゼロ）となっているが、これは、平面であることを示す。図３および図５にはまた、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ．）、画角２ω（ω：半画角）の値を同時に示す。
【００３２】
図３および図５の各レンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。各実施例共に、第１レンズＧ１の物体側の面Ｓ１と、第３レンズＧ３の両面Ｓ５，Ｓ６と、第４レンズＧ４の両面Ｓ７，Ｓ８とが非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。
【００３３】
図４および図６の各非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０−２」であることを示す。
【００３４】
各非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａｉ，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
【００３５】
Ｚ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ２・ｈ２）１／２｝＋Ａ３・ｈ３＋Ａ４・ｈ４＋Ａ５・ｈ５＋Ａ６・ｈ６＋Ａ７・ｈ７＋Ａ８・ｈ８＋Ａ９・ｈ９＋Ａ１０・ｈ１０  ……（Ａ）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａｉ：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数
【００３６】
各実施例共に、第１レンズＧ１の物体側の面Ｓ１と、第３レンズＧ３の両面Ｓ５，Ｓ６の非球面形状は、非球面係数として、偶数次の係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０のみを有効に用いて表されている。第４レンズＧ４の両面Ｓ７，Ｓ８の非球面形状は、さらに奇数次の非球面係数Ａ３，Ａ７，Ａ９をも有効に用いている。
【００３７】
図７は、上述の条件式（１）に対応する値を、各実施例についてまとめて示したものである。図７に示したように、各実施例の値が、条件式（１）の数値範囲内となっている。
【００３８】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の撮像レンズにおける球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。同様に、実施例２についての諸収差を図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
【００３９】
以上の各レンズデータおよび各収差図から分かるように、各実施例について、良好に収差補正がなされている。また、全長のコンパクト化が図られている。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像レンズによれば、第１レンズをメニスカスレンズ、第２レンズを正レンズ、第３および第４レンズを非球面レンズとした４枚構成とし、さらに絞りを第２レンズと第３レンズとの間に配し、かつ、絞りよりも物体側の前群の合成焦点距離に関して所定の条件式（１）を満足するようにしたので、少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用いることにより、高性能、かつコンパクトな構成を実現できる。
【００４２】
特に、本発明の撮像レンズにおいて、第２レンズのレンズ材をガラス材料にした場合には、第２レンズを、例えば研磨加工可能なガラスの球面レンズとすることにより、よりローコスト化を図ることができる。また、第４レンズを、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状とし、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状とした場合には、像面湾曲などの補正がし易くなり、より高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの他の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。
【図３】実施例１に係る撮像レンズの基本レンズデータを示す図である。
【図４】実施例１に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。
【図５】実施例２に係る撮像レンズの基本レンズデータを示す図である。
【図６】実施例２に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。
【図７】各実施例に係る撮像レンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図８】実施例１に係る撮像レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図９】実施例２に係る撮像レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【符号の説明】
ＣＧ…カバーガラス、Ｇｊ…物体側から第ｊ番目のレンズ、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。
【図１】
2004302057.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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