(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つ第１レンズと、絞りと、負のパワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列し、前記第１レンズおよび第３レンズは、
１．２≧ｆ1 ／ｆ3 ≧０．８
ただし、
ｆ1 ：第１レンズの焦点距離
ｆ3 ：第３レンズの焦点距離
の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。
【請求項２】
前記第２レンズは、
０．７≧｜ｆ2 ｜／ｆｌ≧０．４
ただし、
ｆｌ：光学系全体の焦点距離
ｆ2 ：第２レンズの焦点距離
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
【請求項３】
前記各レンズのうち少なくとも１つのレンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像レンズに係り、特に携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用した撮像装置（例えば、画像取込み用のＣＣＤカメラ）に用いられ、広い画角を確保するとともに、小型軽量化を図ることを可能とした３枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を利用したカメラ、例えば、ＣＣＤカメラの需要が著しく高まっている。このようなＣＣＤ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。そのため、このようなＣＣＤカメラに用いられる撮像レンズも、同様に、小型軽量であることが要求されている。
【０００３】
このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系や２枚のレンズを用いた２枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
しかしながら、これらのものは、レンズ系の小型軽量化には極めて有利であるものの、近年、撮像レンズに要求される高画質、高解像度化には適していないという問題がある。
【０００５】
そのため、従来から、３枚のレンズを用いた３枚構成のレンズ系を用い、これにより、高画質、高解像度化に対応することが行なわれている。
【０００６】
このような３枚構成のレンズ系は、銀塩写真カメラの分野においては長い歴史があり、種々の構成の光学系レンズが開発されてきている。
【０００７】
しかしながら、銀塩写真カメラにおけるレンズ系は、レンズ径が大きく、しかも、焦点距離が長いことから、これをそのままの形状で縮小して固体撮像素子用の撮像レンズとして適用したとしても、レンズの中心厚やフランジ部分が極端に薄くなってしまったり、射出瞳が像面に近くなりすぎたり、バックフォーカス距離が適切でなくなってしまう等の多くの不具合が生じ、そのまま適用することは不可能であった。
【０００８】
そのため、従来から、撮像素子専用の３枚構成の撮像レンズが開発されており、このような撮像レンズとして、例えば、物体側から、この物体側の第１面を凸面に形成してなる負のパワーを持つレンズ、負のパワーを持つレンズ、正のパワーを持つレンズを順次配列したものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の撮像レンズにおいては、第１レンズの第１面を凸面に形成しているので、バックフォーカス距離を大きく確保することができず、また、各収差を適正に補正することができず、さらに、像面から射出瞳までの距離を大きく確保することが困難であり、高いテレセントリック性を確保することができないという問題を有している。
【００１０】
そのため、本出願人は、物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つレンズ、絞り、負のパワーを持つレンズ、正のパワーを持つレンズを順次配列し、これにより、広い画角を確保し、所望の光学性能を維持しつつ、バックフォーカス距離を十分に確保することができるとともに、高いテレセントリック性を確保することができ、しかも、各収差を良好に補正することができ、容易に製造することのできる撮像レンズを開発した。
【００１１】
しかしながら、近年、従来より一般的に使用されてきたＩＲ（赤外線）カットフィルタの代わりに撮像素子のカバーガラス上に直接ＩＲカットコーティングを施したり、光の回折を利用した薄型のローパスフィルタを用いたりする方式が開発されたことにより、従来のような厚さ寸法の大きいカバーガラスやフィルタを配置する必要がなくなり、バックフォーカス距離の確保が、それほど重視されない状況となりつつある。
【００１２】
一方、撮像素子は、近年小型化の傾向にあるため、小型の撮像素子に用いた場合でも、広画角を維持しつつ、短焦点距離化を実現できるものが望まれている。
【００１３】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、広い画角を確保し、所望の光学性能を維持しつつ、短焦点化を図ることができ、しかも、各収差を良好に補正することができ、かつ容易に製造することのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つ第１レンズと、絞りと、負のパワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つ第３レンズとを順次配列し、前記第３レンズの焦点距離ｆ3 に対する第１レンズの焦点距離ｆ1 の比が、１．２以下、０．８以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
この請求項１に記載の発明によれば、前記条件を満足することにより、撮像素子が小さくなった場合でも、所望の光学性能を維持しながら、広画角化を図ることができるともとに、短焦点化を図ることができ、しかも、光学系全体の小型化を図ることができ、容易に製造することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第２レンズは、光学系全体の焦点距離ｆｌに対する第２レンズの焦点距離ｆ2 の絶対値の比が、０．７以下、０．４以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
この請求項２に記載の発明によれば、前記条件を満足することにより、光学系全体の小型化を図りつつ、効果的に収差を補正することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記各レンズのうち少なくとも１つのレンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成したことを特徴とするものである。
【００１９】
この請求項３に記載の発明によれば、各レンズ面のうち少なくとも１つの面を非球面形状に形成するようにしているので、この非球面形状とされた面を有するレンズにより効果的に各収差の補正を行なうことができる。なお、各レンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成するようにすれば、より一層好ましいものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図７を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る撮像レンズの基本構造を示したもので、本実施形態の撮像レンズは、物体側から、光軸近傍において物体側に凹面が形成された正のパワーを持つ第１レンズ１と、負のパワーを持つ第２レンズ２と、正のパワーを持つ第３レンズ３とを順次配列してなり、これら各第１レンズ１、第２レンズ２および第３レンズ３の各第１面および第２面のうち、少なくとも一面が非球面形状に形成されている。
【００２２】
また、第１レンズ１の物体側の第１面側には、光量制限板４が、また、第１レンズ１と第２レンズ２との間には、絞り５が配設されており、第３レンズ３の第２面側には、撮像素子としてのＣＣＤが実装されている。なお、符号６は、ＣＣＤの撮像面を示している。
【００２３】
また、本実施形態においては、前記第１レンズ１および第３レンズ３は、次の条件を満たすようになっている。
（１）１．２≧ｆ1 ／ｆ3 ≧０．８
ただし、ｆ1 は第１レンズ１の焦点距離、ｆ3 は第３レンズ３の焦点距離である。
【００２４】
一般に、レンズ系の短焦点化を図るためには、正のパワーを持つレンズのパワーを高める必要があるが、１つのレンズのパワーだけを高めようとすると、そのレンズの中心曲率が大きくなってしまい、そのレンズの製造が極めて困難なものとなってしまう。しかし、前記式（１）の条件を満たすように、第１レンズ１と第３レンズ３に対して適切な範囲内でパワーを配分して同等のパワーを与えることにより、製造が容易で、短焦点化を図ることができ、しかも、レンズ系全体の小型化を図ることができるものである。
【００２５】
そして、ｆ1 ／ｆ3 が１．２より大きいと、第３レンズ３が製造しにくくなり、短焦点化が不可能となり、また逆にｆ1 ／ｆ3 が０．８より小さいと、第１レンズ１が製造しにくくなり、短焦点化が不可能となる。
【００２６】
この式（１）を満足するように第１レンズ１および第３レンズ３の焦点距離を規定することにより、例えば、１／７”程度の小型の撮像素子を用いる場合でも、短焦点化を図り、広画角化を図ることができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、光学系全体の焦点距離ｆｌと第２レンズ２の焦点距離ｆ2 とは、次の条件を満たすようになっている。
（２）０．７≧｜ｆ2 ｜／ｆｌ≧０．４
ただし、ｆｌは光学系全体の焦点距離、ｆ2 は第２レンズ２の焦点距離である。
【００２８】
この式（２）は収差を効果的に補正することができるための条件である。
【００２９】
｜ｆ2 ｜／ｆｌが０．７より大きいと、光学系全体が大型化してしまうとともに、効果的な収差の補正が不可能となってしまい、また逆に、｜ｆ2 ｜／ｆｌが０．４より小さいと、第２レンズ２の中心曲率が大きくなり、製造が困難となってしまう。
【００３０】
また、本実施形態においては、第１レンズ１の物体面側に光量制限板４を配置するようにしているので、フレア等の原因となる軸外光束の不要光を効果的に補正、除去することができる。また、前記絞り５を第１レンズ１と第２レンズ２との間に配置するようにしているので、撮像面６から射出瞳までの距離を十分に確保することができるとともに、各レンズ、特許に第３レンズ３の大型化を防止することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態においては、前記各レンズ１，２，３の第１面または第２面のうちいずれか少なくとも１つの面が非球面形状に形成されており、これにより、各収差を効果的に補正することができる。
【００３２】
したがって、本実施形態においては、前記各レンズ１，２，３を上述したように構成することにより、撮像素子が小さくなった場合でも、所望の光学性能を維持しながら、広画角化を図ることができるともとに、短焦点化を図ることができ、しかも、光学系全体の小型化を図ることができ、かつ、容易に製造することができる。
【００３３】
なお、本実施形態における光学系は、撮像素子における撮像面の対角長を１０ｍｍ以下とした小型の固体撮像素子に用いる広角光学系に極めて好適である。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図２から図７を参照して説明する。
【００３５】
ここで、本実施例において、ｆｌは光学系全体の焦点距離、ｆ1 は第１レンズ１の焦点距離、ｆ2 は第２レンズ２の焦点距離、ｆ3 は第３レンズ３の焦点距離、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ厚または空気間隔、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００３６】
また、レンズの非球面の形状は、光軸方向にＺ軸、光軸からの高さをｘとし、光の進行方向を正とし、ｋ、ａ、ｂ、ｃを非球面係数としたとき次式で表している。
【００３７】
【数式１】
0003749128.tif 000002
【００３８】
＜実施例１＞
図２は本発明の第１実施例を示したもので、この第１実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズであり、この第１実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００３９】
0003749128.tif 000003
このような条件の下で、ｆ1 ／ｆ3 ＝１．０３となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００４０】
また、｜ｆ2 ｜／ｆ１＝０．５０となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４１】
この第１実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図３に示す。
【００４２】
この収差図によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例２＞
図４は本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例は前記図１に示す構成の撮像レンズであり、本実施例においては、第１レンズ１および第３レンズ３をシクロオレフィン系樹脂により形成するとともに、第１レンズ１と第２レンズ２との間の絞り５の位置を第１レンズ１の第２面からの距離が０となるように配置するようにしたものである。この第２実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
0003749128.tif 000004
このような条件の下で、ｆ1 ／ｆ3 ＝１．０３となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００４３】
また、｜ｆ2 ｜／ｆ１＝０．４８となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４４】
この第２実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図５に示す。
【００４５】
この収差図によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
＜実施例３＞
図６は本発明の第３実施例を示したもので、この第３実施例は前記図４に示す構成の撮像レンズであり、本実施例においては、第３レンズ３をガラスにより形成するようにしたものである。この第３実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【００４６】
0003749128.tif 000005
このような条件の下で、ｆ1 ／ｆ3 ＝１．０６となり、前記（１）式を満足するものであった。
【００４７】
また、｜ｆ2 ｜／ｆ１＝０．５７となり、前記（２）式を満足するものであった。
【００４８】
この第３実施例の撮像レンズにおける、球面収差、非点収差、歪曲収差を図７に示す。
【００４９】
この収差図によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
【００５０】
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。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１に記載の発明に係る撮像レンズは、式の条件を満足することにより、撮像素子が小さくなった場合でも、所望の光学性能を維持しながら、広画角化を図ることができるともとに、短焦点化を図ることができ、しかも、光学系全体の小型化を図ることができ、容易に製造することができる。
【００５２】
また、請求項２に記載の発明は、式の条件を満足することにより、光学系全体の小型化を図りつつ、効果的に収差を補正することができる。
【００５３】
請求項３に記載の発明は、各レンズのうちの少なくとも１つのレンズの少なくとも１つの面を非球面形状に形成するようにしているので、この非球面形状とされた面を有するレンズにより効果的に各収差の補正を行なうことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】  本発明の撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】  図２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図４】  本発明の撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図５】  図４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図６】  本発明の撮像レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図７】  図６の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【符号の説明】
１  第１レンズ
２  第２レンズ
３  第３レンズ
４  光量制限板
５  絞り
６  ＣＣＤの撮像面
【図１】
0003749128.tif 000006
【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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