(57)【要約】【課題】広い画角に亘って良好な光学性能を維持することができると共に、従来に比べて小型化を図ることができる画像取込用レンズを提供する。【解決手段】物体側から順に、面Ｓ１が非球面形状をなすと共に、面Ｓ２が近軸において像側に凹である非球面形状をなす負の第１レンズＧ１と、面Ｓ３が物体側に凸であり、面Ｓ４が像側に凸または凹である正の第２レンズＧ２と、物体側から順に配設された正の第３レンズＧ３と負の第４レンズＧ４とによって構成される正の接合レンズＧ３４と、面Ｓ９が近軸において物体側に凸である非球面形状をなすと共に、面Ｓ１０が近軸において像側に凸であり周辺部に向かうに従い像側に凹になるような非球面形状である第５レンズＧ５とを備え、さらに、所定の条件式（１）を満たすようにしたので、大きな画角においても良好な収差性能を確保しつつ、コンパクトな構成を実現できる。【選択図】        図１
2004302056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、
像側の面が近軸において像側に凹面を向け、かつ、両面が非球面形状で構成された負の第１レンズと、
物体側の面が物体側に凸面を向け、かつ、像側の面が像側に凸面または凹面を向けた正の第２レンズと、
正の第３レンズと、
前記第３レンズと共に全体として正の接合レンズを構成する負の第４レンズと、
近軸において両凸形状をなす共に、両面が非球面形状をなし、かつ、像側の面が近軸において像側に凸であり周辺部に向かうに従い像側に凹となるような非球面形状で構成された第５レンズと
を備え、
さらに、下記の条件式（１）を満足するように構成されている
ことを特徴とする画像取込用レンズ。
−１．０＜（Ｐ１＋Ｐ５）／Ｐ＜−０．４  ……（１）
但し、
Ｐ１：第１レンズの屈折力
Ｐ５：第５レンズの屈折力
Ｐ：全系の屈折力
とする。
【請求項２】
前記第５レンズが、光学ガラスにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像取込用レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば書画カメラなどの画像取込装置に使用される画像取込用レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、書画カメラなどの画像取込装置によって、画像を電子的に取り込んで利用するシステムが知られている。例えば、書類等を書画カメラにより撮影して電子画像として取り込み、その取り込んだ画像をプロジェクタ等の大型ディスプレイに表示するようなプレゼンテーションシステムが知られている。また、その取り込んだ画像を、通信ネットワークを介して遠隔地のディスプレイに表示するようなテレビ会議システムとしての利用もある。
【０００３】
書画カメラなどの画像取込装置では、いわゆるデジカメ（デジタルスチルカメラ）などと同様、例えば、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。ここで、主にデジカメ用に開発された撮像レンズとしては、例えば、以下の特許文献１，２に記載されたものがある。これらの特許文献１，２には、一部に非球面レンズを使用した５枚構成の撮像レンズに関する記載がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−０２１８００号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０００９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の書画カメラなどを利用したシステムでは、文字などが記載された書類等の原稿を撮影したり、また、その撮影画像を拡大表示したりする関係上、高い解像性能が要求される。また、書類等の原稿を近距離から撮影し、さらに、ある程度大きいサイズの原稿撮影にも対応するために、一般的なデジカメなどよりも広画角に耐えうる光学性能が要求されている。すなわち、書画カメラなどに使用される画像取込用レンズには、広い画角に亘って、特に歪曲収差が抑えられ、高解像度であることが要求される。
【０００６】
このような要求を満足するため、従来の画像取込用レンズでは、特に歪曲収差を抑えるためにレンズ枚数が多く（例えば７枚構成）なりがちであり、また、光学系全体としても全長や外径および重量が大きくなりがちであった。しかしながら、近年では、レンズを搭載する装置側において、周辺部品が小型化しており、それに伴いレンズ系も小型化する必要性が生じてきている。
【０００７】
上記特許文献１，２に記載のレンズは、レンズ枚数は５枚構成で比較的少なく、また、一部に非球面レンズを使用していることから収差性能も比較的良好となっている。しかしながら、これらに記載のレンズは、主にデジカメ用に開発されたものであり、書画カメラなどに搭載されるものとしては、特に広画角への対応が不十分である。また特に特許文献２に記載のレンズでは、接合レンズに非球面を使用しているため、製造コストが掛かり量産性の点で不利である。
【０００８】
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、広い画角に亘って良好な光学性能を維持することができると共に、従来に比べて小型化を図ることができる画像取込用レンズを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像取込用レンズは、物体側から順に、像側の面が近軸において像側に凹面を向け、かつ、両面が非球面形状で構成された負の第１レンズと、物体側の面が物体側に凸面を向け、かつ、像側の面が像側に凸面または凹面を向けた正の第２レンズと、正の第３レンズと、第３レンズと共に全体として正の接合レンズを構成する負の第４レンズと、近軸において両凸形状をなす共に、両面が非球面形状をなし、かつ、像側の面が近軸において像側に凸であり周辺部に向かうに従い像側に凹となるような非球面形状で構成された第５レンズとを備え、さらに、下記の条件式（１）を満足するように構成したものである。
−１．０＜（Ｐ１＋Ｐ５）／Ｐ＜−０．４  ……（１）
但し、Ｐ１は第１レンズの屈折力であり、Ｐ５は第５レンズの屈折力であり、さらにＰは全系の屈折力である。
【００１０】
ここで、本発明における「像側の面が近軸において像側に凹」とは、物体側の面の中心が光軸を回転中心とした像側に凹である状態を意味するものである。同様に、「物体側の面が近軸において物体側に凸」とは、物体側の面の中心が光軸を回転中心とした物体側に凸である状態を意味する。さらに、本発明における  「像側の面が近軸において像側に凸」とは、像側の面の中心が光軸を回転中心とした像側に凹である状態を意味するものである。また、本発明における「周辺部」とは、あるレンズ面における変曲点よりも外側（光軸よりも遠い側）の部分を指す。変曲点とは、曲率半径を、例えば曲率中心から曲面に向けたベクトルで表した場合に、その曲率半径の符号が変化する点をいう。例えば、物体側へ向けたベクトルの符号を正とし、像側に向けたベクトルの符号を負としたときに、あるレンズ面において曲率半径の符号が正から負（あるいは、負から正）へ変化する点が、そのレンズ面における変曲点である。したがって、本発明における「像側の面が近軸において像側に凸であり周辺部に向かうに従い像側に凹になる」とは、以下の通りである。すなわち像側のレンズ面の中心が光軸を回転中心とした像側に凸の状態であり、かつ、像側のレンズ面の曲率半径が、レンズ面の中心から変曲点へ向かうに従い漸次その絶対値が大きくなるように連続的に変化し、この変曲点を通過すると、レンズ面の中心での符号とは逆の符号を示す（すなわち、像側に凹形状を示す）ようになる、という意味である。
【００１１】
本発明による画像取込用レンズでは、上記のような構成とすることにより、書画カメラなどへの搭載に適した性能が得られる。例えば、第１レンズおよび第５レンズを両面非球面形状にすることで、従来に比べてレンズ枚数の低減化が図られる。特に、第５レンズの非球面形状を上記した構成にすることで、全長を短くしつつ、広い画角に亘って高い解像性能および低歪みが維持される。また、第１レンズを負レンズとし、かつ第２レンズを正レンズとしていることで、各レンズの径方向の大きさが小さく抑えられる。さらに、条件式（１）を満足することで、レンズの外径と収差補正とのバランスを保ちつつ、適度なバックフォーカスが確保される。これらにより、広い画角に亘って良好な光学性能が維持され、従来に比べて小型化が図られる。
【００１２】
本発明による画像取込用レンズにおいて、第５レンズは、光学ガラスにより構成されていることが望ましい。第５レンズは、主に収差性能に大きく寄与する部分であり、温度による光学性能の変化があると好ましくない。第５レンズに光学ガラスを用いることで、樹脂材料を用いた場合に比べて優れた耐温度特性が得られる。耐温度特性とは、温度変化によってピント位置等、その光学性能の変化する度合いが少ないことを意味する。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１〜図３は、本発明の一実施の形態に係る画像取込用レンズの構成例を示している。図１〜図３において、符号Ｒｉ（Ｒ１〜Ｒ１２）は、ｉ番目の構成要素の面Ｓｉの中心（近軸）の曲率半径を示し、符号Ｄｉ（Ｄ１〜Ｄ１２）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。
【００１５】
この画像取込用レンズは、例えば、書画カメラなどの画像取込装置に搭載されるものである。この画像取込用レンズは、光軸Ｚ１に沿って、物体側より順に第１〜第５レンズＧ１〜Ｇ５を備えた４群５枚構成のレンズとなっている。第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間には、開口絞りＳｔが設けられている。さらに、この画像取込用レンズの結像面Ｓｉｍｇ  （撮像面）には、例えばＣＣＤなどの撮像素子が配置されている。第５レンズＧ５と結像面Ｓｉｍｇ  との間には、光学フィルタや撮像素子を保護するためのカバーガラスなどの平行平面板ＳＧが挿入されていても良い。
【００１６】
図１に示した画像取込用レンズは、第１レンズＧ１が、像側の面Ｓ２が近軸において像側に凹面を向け、かつ、両面Ｓ１，Ｓ２が非球面形状で構成された負のレンズとなっている。第１レンズＧ１の物体側の面Ｓ１は、近軸において物体側に凹面を向けている。第２レンズＧ２は、物体側の面Ｓ３が物体側に凸面を向け、かつ、像側の面Ｓ４が像側に凸面を向けた正のレンズとなっている。
【００１７】
第３レンズは、正のレンズであり、第４レンズは、負のレンズとなっている。第３レンズは、例えば両凸形状であり、第４レンズは、例えば両凹形状となっている。第３レンズＧ３は、第４レンズＧ４と共に全体として正の屈折力を有する接合レンズＧ３４を構成している。第５レンズＧ５は、近軸において両凸形状をなす共に、両面Ｓ９，Ｓ１０が非球面形状をなしている。像側の面Ｓ１０は、近軸において像側に凸であり周辺部に向かうに従い像側に凹となるような非球面形状で構成されている。
【００１８】
図２に示した画像取込用レンズは、第２レンズＧ２の像側の面Ｓ４が像側に凹面を向けている点が図１と主に異なっている。
【００１９】
さらに、図３に示した画像取込用レンズは、第１レンズＧ１の物体側の面Ｓ１が近軸において物体側に凸面を向けている点と、第２レンズＧ２の像側の面Ｓ４が像側に凹面を向けている点とが図１と主に異なっている。
【００２０】
図１〜図３に示した画像取込用レンズは、さらに、
−１．０＜（Ｐ１＋Ｐ５）／Ｐ＜−０．４  ……（１）
の条件式（１）を満足するように構成されている。
但し、Ｐ１は第１レンズＧ１の屈折力（パワー）であり、Ｐ５は第５レンズＧ５のパワーであり、Ｐは全系のパワーである。
【００２１】
第１〜第５レンズＧ１〜Ｇ５は、そのレンズ材料として、光学ガラスまたは光学樹脂を用いることが可能である。但し、第５レンズＧ５は、他のレンズ（第１〜第４レンズＧ１〜Ｇ４）に比べて収差性能に大きく寄与しているので、耐温度特性の点から、光学ガラスにより構成されていることが望ましい。
【００２２】
第１〜第５レンズＧ１〜Ｇ５の形状としては、要求される性能や撮像素子の特性などに応じて、図１〜図３に示した構成のいずれかを選択することができる。
【００２３】
次に、この画像取込用レンズの作用および効果について説明する。
【００２４】
本実施の形態の画像取込用レンズでは、上記のような構成により、書画カメラなどの画像取込装置に適した性能が得られる。特に、第１レンズＧ１を負レンズとし、かつ第２レンズＧ２を正レンズとしていることで、各レンズの径方向の大きさを小さく抑え、小型化が図られる。また、正の第３レンズＧ３と負の第４レンズＧ４とで接合レンズＧ３４を構成するようにしたので、色収差を低減することができる。
【００２５】
また特に、第１レンズＧ１および第５レンズＧ５を両面非球面形状にしていることで、従来に比べてレンズ枚数の低減化が図られている。また特に、最も像側に位置する最終レンズである第５レンズＧ５を、近軸において両凸形状をなす非球面形状としたことにより、全長を短くしつつ、広い画角に亘って高い解像性能および低歪みを維持することができる。このように、第５レンズＧ５は、主に収差性能に大きく寄与している。従って、第５レンズＧ５に、温度による光学性能の変化があると好ましくない。そこで、第５レンズＧ５に光学ガラスを用いることで、樹脂材料を用いた場合に比べて優れた耐温度特性を得ることができる。比較的、膨張率の大きな光学樹脂を用いた場合には周囲の温度変化によってレンズ自体が変形してしまい、例えば像面湾曲などが増大するが、光学ガラスでは光学樹脂に比べてそのような変形による光学性能の劣化が少ない。
【００２６】
上述の条件式（１）は、第１レンズＧ１および第５レンズＧ５の適切なパワー配分を規定している。一般に、撮像素子を用いた光学系では、レンズの最終面と撮像素子との間に赤外線カットフィルタやカバーガラスなどの光学部材を配置することが多い。そのため、これらの光学部材を配置するために、ある程度のバックフォーカスが必要となってくる。条件式（１）の範囲を満足するように第１レンズＧ１および第５レンズＧ５のパワー配分を適切な値とすることにより、各レンズの外径と収差補正とのバランスを保ちつつ、上記光学部材を配置するための適度なバックフォーカス（最終レンズ面である第５レンズＧ５の像側の面Ｓ１０から結像面Ｓｉｍｇ  までの距離（面間隔Ｄ１０，Ｄ１１およびＤ１２の総和））を確保することができる。ここで、条件式（１）の下限を下回り、第１レンズＧ１の負のパワーが強くなりすぎてしまうと、各レンズの外径を小さくすることができるものの、収差補正が困難となってしまう。一方、条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズＧ１のパワーに対して第５レンズＧ５のパワーが強くなりすぎてしまい、適度なバックフォーカスを確保することが困難となる。
【００２７】
このように、本実施の形態に係る画像取込用レンズによれば、広い画角に亘って良好な光学性能を維持することができると共に、従来に比べて小型化を図ることができる。これにより、特に書画カメラなどの画像取込装置に適した性能、すなわち、広い画角に亘って、特に歪曲収差が抑えられ、高い解像性能を満足することができる。また、図１〜図３に示した構成を、撮像素子の特性などに応じて適宜選択することで、その撮像素子の特性などに応じた最適な光学性能を得ることができる。
【００２８】
【実施例】
次に、上記実施の形態に係る画像取込用レンズの具体的な数値実施例について説明する。
【００２９】
＜実施例１〜３＞
以下、第１〜第３の数値実施例（実施例１〜３）をまとめて説明する。
【００３０】
図４および図５は、実施例１に係る画像取込用レンズに関するデータを示している。特に、図４には、実施例１に係る画像取込用レンズについての、面Ｓ１〜Ｓ１２のそれぞれの中心（近軸）における曲率半径Ｒ１〜Ｒ１２、面間隔（厚さ）Ｄ１〜Ｄ１２、屈折率ｎｄ１〜ｎｄ６およびアッベ数ν１〜ν６の値を示す。曲率半径および面間隔の数値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。曲率半径Ｒ１〜Ｒ１２の値が０の部分は、平面または仮想面（絞りＳｔ）を示す。また、図５には、非球面形状に関するデータを示す。同様に、実施例２，３に係る画像取込用レンズについてのデータを図７〜図１０に示す。ここで、実施例１〜３は、順次、図１〜図３に示した構成と対応関係にある。
【００３１】
なお、アッベ数νは、ｄ線に対応するものであり、
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎｃ）
で定義されるものである。ここで、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率であり、ｎＦは、Ｆ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）に対する屈折率であり、さらにｎｃはＣ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）に対する屈折率である。
【００３２】
図５，８および１０に示した非球面データは、以下の式（Ａ）式によって表される非球面形状の式における係数である。なお、図５，８および１０に示した非球面を表す数値において、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。図５，８および１０に示したように、実施例１〜３では、第１レンズＧ１における物体側の面Ｓ１および像側の面Ｓ２ならびに第５レンズＧ５における物体側の面Ｓ９および像側の面Ｓ１０の非球面形状を、非球面係数Ａｉとして複数の偶数次の項（ｉ＝４，６，８および１０）を用いて表している。
【００３３】
【数１】
2004302056.tif 000003
但し、
Ｚ：光軸Ｚ１から高さρ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）
ρ：光軸Ｚ１からの距離（ｍｍ）
Ｋ：円錐係数
Ｃ：非球面の近軸の曲率（１／Ｒ，Ｒ：非球面の近軸の曲率半径）
Ａｉ：第ｉ次（ｉ：３以上の整数）の非球面係数
【００３４】
図６は、実施例１〜３について、条件式（１）に対応する算出値をまとめて示したものである。図６に示したように、実施例１〜３では、いずれも条件式（１）を満たしている。
【００３５】
図１１〜図１３は、各実施例についての諸収差、すなわち、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。各収差は、ｄ線を基準としたものを示す。また、「ω」は半画角を示す。
【００３６】
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、広い画角に亘って良好に収差補正がなされ、書画カメラなどへの搭載に適した性能が得られている。
【００３７】
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、屈折率およびアッベ数の値などは、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。また本発明は、書画カメラなどの画像取込装置のみならず、デジカメ等の一般的な撮像レンズとしても使用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像取込用レンズによれば、物体側から順に、像側の面が近軸において像側に凹面を向け、かつ、両面が非球面形状で構成された負の第１レンズと、物体側の面が物体側に凸面を向け、かつ、像側の面が像側に凸面または凹面を向けた正の第２レンズと、正の第３レンズと、第３レンズと共に全体として正の接合レンズを構成する負の第４レンズと、近軸において両凸形状をなす共に、両面が非球面形状をなし、かつ、像側の面が近軸において像側に凸であり周辺部に向かうに従い像側に凹となるような非球面形状で構成された第５レンズとを備え、さらに、第１レンズのパワーおよび第５レンズのパワーの合計と全体のパワーとの比に関する条件式（１）を満足するように構成したので、広い画角に亘って良好な光学性能を維持することができると共に、従来に比べて小型化を図ることができる。
【００３９】
さらに、第５レンズを光学ガラスにより構成するようにした場合には、温度変化による光学性能の劣化を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る画像取込用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画像取込用レンズ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】本発明の一実施の形態に係る画像取込用レンズの構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、基本的なデータを示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、非球面のデータを示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１〜３に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、条件式（１）に対応するデータを示す説明図である。
【図７】本発明の実施例２に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、基本的なデータを示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、非球面のデータを示す説明図である。
【図９】本発明の実施例３に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、基本的なデータを示す説明図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る画像取込用レンズのレンズデータのうち、非球面のデータを示す説明図である。
【図１１】実施例１の画像取込用レンズについての球面収差、非点収差およびディストーション（歪曲収差）を示す図である。
【図１２】実施例２の画像取込用レンズについての球面収差、非点収差およびディストーション（歪曲収差）を示す図である。
【図１３】実施例３の画像取込用レンズについての球面収差、非点収差およびディストーション（歪曲収差）を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１〜Ｇ５…第１〜第５レンズ、ＳＧ…平行平面板、Ｓｔ…開口絞り。
【図１】
2004302056.tif 000004
【図２】
2004302056.tif 000005
【図３】
2004302056.tif 000006
【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】
2004302056.tif 000011
【図９】
2004302056.tif 000012
【図１０】
2004302056.tif 000013
【図１１】
2004302056.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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