(57)【要約】【課題】小型で収差を良好に補正した撮像光学系を提供する。【解決手段】物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズで構成するとともに第１レンズと第２レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することを特徴とする撮像光学系。【選択図】図１
2007322478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズで構成され、
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、全系の焦点距離をｆ、像面での最大像高をＹで表すとき、
｜ｆ２｜／ｆ１＞１５、
１．３＜ｆ／Ｙ＜２．２
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
被写体からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズで構成され、
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第１レンズの軸上距離をｄ１、前記第１レンズの物体側面から前記第２レンズの像側面までの軸上距離をｄ１２で表すとき、
｜ｆ２｜／ｆ１＞１５、
０．１５＜ｄ１／ｄ１２＜０．３７
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項３】
前記第２レンズは、像面側が非球面であり、該非球面が光軸近傍で像面側に凹形状であり周辺部で像面側に凸形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
前記第１レンズの物体側に開口絞りが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記第１レンズと前記第２レンズの両面が非球面であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に光を導くことのできる撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽にパーソナルコンピュータに画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このようなデジタルカメラの普及にともない、より小型のデジタルカメラが要望されるようになり、撮像光学系も一層小型にする必要がある。
【０００３】
そこで、撮像光学系を小型にするために、特許文献１乃至３には物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと像面側に凹面を向けた第２レンズからなる２枚レンズで構成したものが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１０７３６８号公報
【特許文献２】特開２００４−４６２０号公報
【特許文献３】特開２００４−１０９５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載されている光学系は携帯電話、携帯情報端末などのデジタルカメラ用としては撮像画角が狭く、また、特許文献１、２に記載されている光学系は広画角を確保しているが撮像レンズ全長が短くなっていない。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、小型で収差が良好に補正された撮像光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題は次の構成により解決される。
【０００７】
１．  被写体からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズで構成され、
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、全系の焦点距離をｆ、像面での最大像高をＹで表すとき、
｜ｆ２｜／ｆ１＞１５、
１．３＜ｆ／Ｙ＜２．２
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【０００８】
２．  被写体からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズで構成され、
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第１レンズの軸上距離をｄ１、前記第１レンズの物体側面から前記第２レンズの像側面までの軸上距離をｄ１２で表すとき、
｜ｆ２｜／ｆ１＞１５、
０．１５＜ｄ１／ｄ１２＜０．３７
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【０００９】
３．  前記第２レンズは、像面側が非球面であり、該非球面が光軸近傍で像面側に凹形状であり周辺部で像面側に凸形状であることを特徴とする１または２に記載の撮像光学系。
【００１０】
４．  前記第１レンズの物体側に開口絞りが設けられていることを特徴とする１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【００１１】
５．  前記第１レンズと前記第２レンズの両面が非球面であることを特徴とする１乃至４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズで構成するとともに第１レンズと第２レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、小型で収差を良好に補正した撮像光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
撮像光学系の構成について図１乃至図５に基づいて説明する。第１の実施形態を示す図１の撮像光学系は、物体側から順に、開口絞りＳ、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第１レンズＬ１、正のパワーを有し像面側に凹面を向けたメニスカス形状である第２レンズＬ２から構成される。
【００１４】
第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の各レンズ面はすべて非球面を有するが、特に第２レンズＬ２の像面側の非球面は、光軸近傍で像面側に凹形状であり、軸外光束が通過する周辺部で像面側に凸形状である。また、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２は低分散のプラスチックレンズからなる。
【００１５】
第２の実施形態を図２、第３実施形態を図３、第４実施形態を図４に示すが、レンズの構成、非球面の有無と形状、レンズ材質は第１実施形態と同様である。
【００１６】
次に、第５実施形態を示す図５の撮像光学系は、物体側から順に、開口絞りＳ、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第１レンズＬ１、負のパワーを有し像面側に凹面を向けたメニスカス形状である第２レンズＬ２から構成される。
【００１７】
第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の各レンズ面はすべて非球面を有するが、特に第２レンズＬ２の像面側の非球面は、光軸近傍で像面側に凹形状であり、軸外光束が通過する周辺部で像面側に凸形状である。また、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２は低分散のプラスチックレンズからなる。
【００１８】
第１乃至５の実施形態には、カバーガラスと赤外線カットフィルタを含むフィルタＦが撮像光学系の像面側に設けられている。なお、「パワー」とは焦点距離の逆数で定義される量を表す。
【００１９】
ここまで説明した各実施形態における、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系は、物体側から順に、正のパワーを有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凹面を向けた第２レンズからなる２枚のレンズで構成されることより、撮像光学系の全長を短くすることができ、また、射出瞳が像面から遠くなって像面の周辺における入射角度が小さくなり、像面への入射光量を均一にすることができる。
【００２０】
また、次の１式を満たす構成にすると良い。
｜ｆ２｜／ｆ１＞１５    ・・・式１
ただし、ｆ２は第２レンズＬ２の焦点距離、ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離である。
【００２１】
式１は、第２レンズＬ２と第１レンズＬ１のパワーを適切な範囲に設定して、収差を良好に補正するものである。式１の範囲を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。
【００２２】
式１に代えて、式１′の関係を満たすようにすると一層良い。
｜ｆ２｜／ｆ１＞２０    ・・・式１′
さらに、式１に代えて、式１″の関係を満たすようにすると一層良い。
｜ｆ２｜／ｆ１＞２５    ・・・式１″
また、次の２式を満たす構成にすると良い。
１．３＜ｆ／Ｙ＜２．２  ・・・式２
ただし、Ｙは像面での最大像高である。
【００２３】
式２は、像面での最大像高に対して全系の焦点距離を適切な範囲に設定して、収差を良好に補正するものである。式２の下限を下回ると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。逆に、式２の上限を上回ると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。
【００２４】
式２に代えて、式２′の関係を満たすようにすると一層良い。
１．４＜ｆ／Ｙ＜１．９    ・・・式２′
さらに、式２に代えて、式２″の関係を満たすようにすると一層良い。
１．５＜ｆ／Ｙ＜１．８    ・・・式２″
また、次の３式を満たす構成にすると良い。
０．１５＜ｄ１／ｄ１２＜０．３７  ・・・式３
ただし、ｄ１は第１レンズＬ１の軸上距離、ｄ１２は第１レンズＬ１の物体側面から第２レンズＬ２の像側面までの軸上距離である。
【００２５】
式３は、第１レンズＬ１の物体側面から第２レンズＬ２の像側面までの軸上距離に対して第１レンズＬ１の軸上距離を適切な範囲に設定して、収差を良好に補正するものである。式３の下限を下回ると、球面収差がオーバー側に倒れすぎて、解像度が不足する。逆に、式３の上限を上回ると、球面収差がアンダー側に倒れすぎて、解像度が不足する。
【００２６】
式３に代えて、式３′の関係を満たすようにすると一層良い。
０．２＜ｄ１／ｄ１２＜０．３５    ・・・式３′
さらに、式３に代えて、式３″の関係を満たすようにすると一層良い。
０．２２＜ｄ１／ｄ１２＜０．３２    ・・・式３″
また、次の４式を満たす構成にすると良い。
−２０＜（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１−ｒ１２）＜−２    ・・・式４
ただし、ｒ１１は第１レンズＬ１の物体側の曲率半径、ｒ１２は第１レンズＬ１の像面側の曲率半径である。
【００２７】
式４は、第１レンズＬ１の両面の曲率半径を適切な範囲に設定して、収差を良好に補正するものである。式４の下限を下回ると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。逆に、式４の上限を上回ると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。
【００２８】
式４に代えて、式４′の関係を満たすようにすると一層良い。
−１５＜（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１−ｒ１２）＜−３    ・・・式４′
さらに、式４に代えて、式４″の関係を満たすようにすると一層良い。
−１０＜（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１−ｒ１２）＜−４    ・・・式４″
また、次の５式を満たす構成にすると良い。
２＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜２００  ・・・式５
ただし、ｒ２１は第２レンズＬ２の物体側の曲率半径、ｒ２２は第２レンズＬ２の像面側の曲率半径である。
【００２９】
式５は、第２レンズＬ２の両面の曲率半径を適切な範囲に設定して、収差を良好に補正するものである。式５の下限を下回ると、像面湾曲と歪曲収差のバランスがとれなくなり、像面の周辺性能の悪化を招く。逆に、式５の上限を上回ると、像面湾曲と歪曲収差のバランスがとれなくなり、像面の周辺性能の悪化を招く。
【００３０】
式５に代えて、式５′の関係を満たすようにすると一層良い。
５＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜１５０    ・・・式５′
さらに、式５に代えて、式５″の関係を満たすようにすると一層良い。
１０＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜１００    ・・・式５″
また、第２レンズＬ２は、像面側が非球面であり、該非球面が光軸近傍で像面側に凹形状であり像面の周辺部で像面側に凸形状であることにより、光軸近傍の凹形状の非球面が光学系の全長を短くし、軸外光束が通過する周辺部の凸形状の非球面が射出瞳位置を像面から遠くすることができる。
【００３１】
また、第１レンズＬ１の物体側に開口絞りが設けられていることにより、光学系の全長を短くしても射出瞳位置を像面から遠くすることができる。
【００３２】
また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の各両面が非球面であることにより、球面収差、コマ収差、歪曲収差を補正し、収差性能を良好にすることができる。
【００３３】
本発明の撮像光学系は、動画を撮像するデジタルビデオカメラ、テレビ電話用カメラ、ドアホーン用カメラやモバイルコンピュータ、携帯情報端末等の情報処理機器に組み込まれるカメラに採用することも可能である。
【実施例】
【００３４】
本発明の撮像光学系の構成を、コンストラクションデータ、収差図を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至５は、前述した第１乃至第５の実施形態にそれぞれ対応している。第１乃至第５の実施形態を表すレンズ構成図（図１乃至５）は、対応する実施例１乃至５のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００３５】
表１乃至１０のコンストラクションデータにおいて、曲率半径をｒで示し、物体側から順に番号を付し、軸上間隔をｄで示し、物体側からの軸上間隔を表の上から順に表している。屈折率をＮ、アッベ数をνで示し、物体側からの屈折率、アッベ数を表の上から順に表している。また、屈折率およびアッベ数はｄ線に対するものであり、屈折率およびアッベ数は空気については省略してある。撮像素子が最終面の後ろに配置されている。全系の焦点距離距離（ｆ）、Ｆナンバー（Ｆｎｏ）を他のデータとともに示す。焦点距離、曲率半径、軸上間隔の単位はｍｍである。
【００３６】
非球面は次の式６で定義している。
Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ2／｛１＋（１−ε・Ｃ2・Ｈ2）1/2｝＋ΣＡｋ・Ｈｋ  ・・・式６
ここで、Ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘ（Ｈ）は高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃは近軸曲率、εは２次曲面パラメータ、ｋは非球面の次数、Ａｋはｋ次の非球面係数、ＨｋはＨのｋ乗である。非球面に関するデータを示す表２、４、６、８、１０に付された文字Ｅは、該当する数値の指数部分を表し、例えば、１．０Ｅ−０２であれば１．０×１０-2を示す。
【００３７】
図６乃至１０に収差図を示す。球面収差の線ｄはｄ線の収差、線ｇはｇ線の収差、線ｃはｃ線の収差、線ＳＣは正弦条件不満足量を表している。また、非点収差の線ＤＭおよび線ＤＳはそれぞれメリジオナル面およびサジタル面での収差である。単位は、歪曲の横軸のみ百分率であり、他の軸については全てｍｍである。
【００３８】
条件式に対応する各実施例の値を表１１に示し、各実施例はすべて条件式を満たしている。
＜実施例１＞
【００３９】
【表１】
2007322478.tif 000003
【００４０】
［非球面データ］
【００４１】
【表２】
2007322478.tif 000004
【００４２】
＜実施例２＞
【００４３】
【表３】
2007322478.tif 000005
【００４４】
［非球面データ］
【００４５】
【表４】
2007322478.tif 000006
【００４６】
＜実施例３＞
【００４７】
【表５】
2007322478.tif 000007
【００４８】
［非球面データ］
【００４９】
【表６】
2007322478.tif 000008
【００５０】
＜実施例４＞
【００５１】
【表７】
2007322478.tif 000009
【００５２】
［非球面データ］
【００５３】
【表８】
2007322478.tif 000010
【００５４】
＜実施例５＞
【００５５】
【表９】
2007322478.tif 000011
【００５６】
［非球面データ］
【００５７】
【表１０】
2007322478.tif 000012
【００５８】
［条件式対応値］
【００５９】
【表１１】
2007322478.tif 000013
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図２】第２実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図３】第３実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図４】第４実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図５】第５実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図６】第１実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【図７】第２実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【図８】第３実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【図９】第４実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【図１０】第５実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
Ｌ１〜Ｌ２  レンズ
Ｓ  開口絞り
Ｆ  フィルタ
ｒ１〜ｒ７  面
【図１】
2007322478.tif 000014
【図２】
2007322478.tif 000015
【図３】
2007322478.tif 000016
【図４】
2007322478.tif 000017
【図５】
2007322478.tif 000018
【図６】
2007322478.tif 000019
【図７】
2007322478.tif 000020
【図８】
2007322478.tif 000021
【図９】
2007322478.tif 000022
【図１０】
2007322478.tif 000023