JP2001100090A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い画角を確保しながら、光学系の小型化を
図りつつ、高いテレセントリック性を保持するととも
に、バックフォーカス距離を十分に確保することがで
き、しかも、容易に製造すること。 【解決手段】 物体側から、凹レンズからなる第１レン
ズ１と、絞り３と、凸レンズからなる第２レンズ２とを
順次配列してなり、前記第１レンズ１および第２レンズ
２は、次式の条件を満足することを特徴とする。 （１）１．２ｆ₂ ＜ｄ₂ ＜１．６ｆ₂ （２）｜（ｆ₂ ）² ／Ｓ｜≧２．２ｆｌ （３）２ｆｌ＜｜ｆ₁ ｜＜３ｆｌ ただし、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、ｆｌは光学系全体の焦点距離、ｄ₂
は第１レンズ１と第２レンズ２のレンズ間隔、Ｓは第２
レンズ２の前側焦点位置から開口絞り３までの距離であ
る。

Description

【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、各種監視カメ
ラ等に搭載される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２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等の固体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、２枚のレンズを用いた２枚組のレンズ系が用いられ
ている。このような２枚組のレンズ系では、その用途に
応じて種々の光学系が提案されているが、例えば、監視
カメラ等に用いられる光学系として、小型であり、か
つ、極めて広画角な撮影を行なうことのできる光学系が
ある。

【０００４】このような従来の２枚組レンズ系の撮像レ
ンズとしては、例えば、特開平１０−１０４５１１号公
報、特開平９−１５９９１２号公報、特開平７−５０２
４６号公報、特開平６−６７０９１号公報、特開平４−
２１１２１４号公報等に開示されているものがある。

【０００５】これらの各公報に開示されている撮像レン
ズは、物体側から凹レンズからなる第１レンズと、凸レ
ンズからなる第２レンズとを順次配列してなり、このよ
うな構成とすることにより、焦点距離を短縮して広画角
化を図りつつ、バックフォーカス距離を確保することが
できるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の撮像レンズのうち、特開平１０−１０４５１１号公
報、特開平６−６７０９１号公報に開示されている撮像
レンズにおいては、構造上、広画角の撮影が不可能であ
り、監視カメラ用の撮像レンズには適さないという問題
がある。また、特開平７−５０２４６号公報に開示され
ている撮像レンズは、構造上の問題から、光学系全体の
小型化を図ることができないという問題を有している。
さらに、これらの撮像レンズにおいては、いずれも第１
レンズの第１面および第２面の中心曲率半径の符号が同
符号であることから、相対的に第２面の中心曲率半径が
小さくなり、製造が困難となってしまうという問題をも
有している。

【０００７】また、特開平９−１５９９１２号公報およ
び特開平４−２１１２１４号公報に開示されている撮像
レンズは、特開平１０−１０４５１１号公報に開示され
ている撮像レンズよりは広画角であるものの、対角画角
が８０゜程度であり、監視用カメラ用としては、十分な
画角を得ることができないという問題を有しており、し
かも、これらの光学系においても、第１レンズの第２面
等が製造困難な形状となっている。

【０００８】さらに、特開平６−６７０９１号公報に開
示されている撮像レンズは、第２レンズの形状の問題か
ら、絞りを光学系の最も像面側に配置しなくてはなら
ず、これは、バックフォーカス距離と撮像面から射出瞳
までの距離とがほぼ等しくなることを示している。一般
に、撮像素子への入射光は撮像素子の感度という問題か
ら、テレセントリックに近いこと、すなわち、射出瞳が
撮像面から遠いことが求められているため、ここに示さ
れた光学系では必然的に全長が長くなってしまい、光学
系全体の小型化を図ることができないという問題をも有
している。

【０００９】本発明は前記した点に鑑みてなされたもの
で、広い画角を確保しながら、光学系の小型化を図りつ
つ、高いテレセントリック性を保持するとともに、バッ
クフォーカス距離を十分に確保することができ、しか
も、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。

【００１０】

【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、凹レンズからなる第１レンズと、絞りと、凸レンズ
からなる第２レンズとを順次配列してなり、前記第１レ
ンズおよび第２レンズは、 （１）１．２ｆ₂ ＜ｄ₂ ＜１．６ｆ₂ （２）｜（ｆ₂ ）² ／Ｓ｜≧２．２ｆｌ （３）２ｆｌ＜｜ｆ₁ ｜＜３ｆｌ ただし、 ｆ₁ ：第１レンズの焦点距離 ｆ₂ ：第２レンズの焦点距離 ｆｌ：光学系全体の焦点距離 ｄ₂ ：第１レンズと第２レンズのレンズ間隔 Ｓ：第２レンズの前側焦点位置から開口絞りまでの距離 の条件を満足することを特徴とするものである。

【００１１】この請求項１に記載の発明によれば、前記
各式の条件を満たすように、第１レンズおよび第２レン
ズのパワーとレンズ間隔、絞りの位置を適正に規定する
ことにより、光学系を小型に維持しながら、対角画角が
１００゜以上の広い画角を確保することができ、しか
も、撮像面から射出瞳までの距離を十分に確保して高い
テレセントリック性を確保しつつ、バックフォーカス距
離を十分に確保することができ、容易に製造することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１か
ら図５を参照して説明する。

【００１３】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、中心曲率
半径が異符号の凹レンズからなる第１レンズ１と、凸レ
ンズからなる第２レンズ２とからなり、前記第１レンズ
１の少なくとも１つの面および第２レンズ２の両面が非
球面形状に形成されている。図１においては、前記第１
レンズ１の両面が非球面形状に形成されている。

【００１４】また、前記第１レンズ１と第２レンズ２と
の間には、絞り３が配設されており、第２レンズ２の像
面側の第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４は、ＣＣＤの撮像面を示してい
る。

【００１５】なお、撮像レンズの用途に応じて必要であ
れば、第２レンズ２と撮像面４との間に、カバーガラス
を配置するようにしてもよく、さらに、カバーガラスに
加えてローパスフィルタ等を配置してもよいものであ
る。また、ローパスフィルタのみを配置するように構成
される場合もある。

【００１６】前記第１レンズ１および第２レンズ２は、
次の条件を満たすようになっている。 （１）１．２ｆ₂ ＜ｄ₂ ＜１．６ｆ₂ （２）｜（ｆ₂ ）² ／Ｓ｜≧２．２ｆｌ （３）２ｆｌ＜｜ｆ₁ ｜＜３ｆｌ ただし、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、ｆｌは光学系全体の焦点距離、ｄ₂
は第１レンズ１と第２レンズ２のレンズ間隔、Ｓは第２
レンズ２の前側焦点位置から開口絞り３までの距離であ
る。

【００１７】一般に、固体撮像素子用の光学系として
は、バックフォーカス距離は、次の条件を満たすことが
好ましいとされている。 （４）１．５ｆｌ≦Ｂｆ≦４．０ｆｌ ただし、ｆｌは光学系全体の焦点距離、Ｂｆはバックフ
ォーカス距離である。

【００１８】この式（４）において、バックフォーカス
距離Ｂｆが１．５ｆｌより小さいと、各種フィルタ等を
挿入することができなくなり、バックフォーカス距離Ｂ
ｆが４．０ｆｌより大きいと、光学系全体が大型化して
しまう。

【００１９】本実施形態において、式（１）は、前記式
（４）で示すバックフォーカス距離を確保するために必
要な条件であり、第１レンズ１と第２レンズ２のレンズ
間隔ｄ₂ が１．２ｆ₂ 以下の場合、焦点距離の短縮化が
困難であり、対角画角を１００゜以上とすることが困難
となる。また、第１レンズ１と第２レンズ２のレンズ間
隔ｄ₂ が１．６ｆ₂ 以上の場合、光学系全体が大型化
し、バックフォーカス距離を十分に確保することができ
なくなる。

【００２０】また、一般に、固体撮像素子用の光学系と
しては、撮像面４から射出瞳の位置までの距離は、次の
条件を満たすことが好ましいとされている。 （５）ＥＸＰＤ＞３．０ｆｌ ただし、ＥＸＰＤは撮像面４から射出瞳の位置までの距
離、ｆｌは光学系全体の焦点距離である。

【００２１】この式（５）において、ＥＸＰＤが、３．
０ｆｌ以下の場合、テレセントリック性が悪くなり、Ｃ
ＣＤ等の固体撮像素子用の光学系としては、周辺光量の
低下につながり適当でない。

【００２２】本実施形態において、式（２）は、前記式
（５）で示すテレセントリック性を確保するために必要
な条件であり、式（２）で示すように、第２レンズ２の
焦点距離ｆ₂ 、光学系全体の焦点距離ｆｌおよび第２レ
ンズ２の前側焦点位置から開口絞り３までの距離Ｓを設
定することにより、高いテレセントリック性を確保しつ
つ、撮像面４から射出瞳までの距離を十分に確保するこ
とができる。

【００２３】さらに、一般に、固体撮像素子用の光学系
としては、第１レンズ１の第２面の中心曲率半径は、次
の条件を満たすことが好ましいとされている。 （６）ｆｌ＜｜Ｒ₂ ｜ ただし、ｆｌは光学系全体の焦点距離、Ｒ₂ は第１レン
ズ１の第２面の中心曲率半径である。

【００２４】この式（６）において、｜Ｒ₂ ｜がｆｌ以
下の場合、第１レンズ１の第２面の中心曲率半径が小さ
くなりすぎ、第１レンズ１の製造が困難となる。

【００２５】本実施形態において、式（３）は、前記式
（６）で示す第１レンズ１の製造を容易にするために必
要な条件であり、｜ｆ₁ ｜が２ｆｌ以下の場合、第１レ
ンズ１のパワーが強くなりすぎ、Ｒ₂ 面の製造が困難と
なる。また、｜ｆ₁ ｜が３ｆｌ以上の場合、バックフォ
ーカス距離を十分に確保することが困難となる。

【００２６】したがって、本実施形態においては、前記
各式の条件を満たすように、第１レンズ１および第２レ
ンズ２のパワーとレンズ間隔、絞り３の位置を適正に規
定することにより、光学系を小型に維持しながら、対角
画角が１００゜以上の広い画角を確保することができ、
しかも、撮像面４から射出瞳までの高いテレセントリッ
ク性を確保しつつ、バックフォーカス距離を十分に確保
することができ、容易に製造することができるものであ
る。

【００２７】なお、本実施形態における光学系は、像面
の対角長を６．０ｍｍ以下、対角画角を１００゜〜１５
０゜程度とした広画角の光学系に極めて好適である。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図２から図５
を参照して説明する。

【００２９】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、ＦはＦナンバー、２ωは対
角画角、ｒはレンズ等の曲率半径、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。

【００３０】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を非球面係数としたとき次式で表してい
る。

【００３１】

【数式１】

【００３２】＜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
撮像レンズである。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。

【００３３】 ｆｌ＝１．８６５ｍｍ、Ｆ＝２．２０、２ω＝１１２．６゜、ｆ₁ ＝−４．０ ２ｍｍ、ｆ₂ ＝２．７５ｍｍ、ｄ₂ ＝３．５０ｍｍ、Ｂｆ＝２．７０５ｍｍ、Ｓ ＝１．４３ｍｍ、ＥＸＰＤ＝５．７９ｍｍ 面 曲率半径ｒ 距離ｄ 屈折率ｎｄ アッベ数νｄ １（第１レンズ第１面） -24.526 1.5000 1.49 57.8 ２（第１レンズ第２面） 2.193 3.5000 ３（絞り） 0.000 0.0000 ４（第２レンズ第１面） 1.924 2.8000 1.49 57.8 ５（第２レンズ第２面） -2.360 2.7049 ６（ＣＣＤ面） ｋ ａ ｂ １ 0.000000e+000 1.035185e-003 3.686486e-006 ２ -3.238533e-002 -8.439086e-003 -1.044203e-003 ４ -1.148261e+000 1.423973e-002 0.000000e+000 ５ -1.907003e+001 -4.852413e-002 3.784848e-002 このような条件の下で、ｄ₂ ＝１．２７３ｆ₂ となり、
前記（１）式を満足するものであった。

【００３４】また、｜（ｆ₂ ）² ／Ｓ｜＝５．２８８、
２．２ｆｌ＝４．１０３となり、前記（２）式を満足す
るものであった。

【００３５】さらに、｜ｆ₁ ｜＝２．１６ｆｌとなり、
前記（３）式を満足するものであった。

【００３６】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。

【００３７】この結果によれば、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
において、第１レンズ１の第１面を球面形状に形成する
とともに、絞り３を第１レンズ１寄りに配置するように
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。

【００３８】 ｆｌ＝１．４４２ｍｍ、Ｆ＝２．８０、２ω＝１３７．３゜、ｆ₁ ＝−３．７ ５ｍｍ、ｆ₂ ＝２．７７ｍｍ、ｄ₂ ＝４．２０ｍｍ、Ｂｆ＝３．１２７ｍｍ、Ｓ ＝１．５６ｍｍ、ＥＸＰＤ＝３２．１２１ｍｍ 面 曲率半径ｒ 距離ｄ 屈折率ｎｄ アッベ数νｄ １（第１レンズ第１面） -720.461 1.5000 1.49 57.8 ２（第１レンズ第２面） 1.851 3.7000 ３（絞り） 0.000 0.5000 ４（第２レンズ第１面） 4.268 3.3000 1.49 57.8 ５（第２レンズ第２面） -1.489 3.1273 ６（ＣＣＤ面） ｋ ａ ｂ ２ -9.369078e-001 -2.011915e-002 2.019943e-003 ４ -1.971083e+001 4.935019e-003 1.075275e-004 ５ -2.257555e+000 -1.778852e-002 1.273812e-003 このような条件の下で、ｄ₂ ＝１．５１６ｆ₂ となり、
前記（１）式を満足するものであった。

【００３９】また、｜（ｆ₂ ）² ／Ｓ｜＝４．９１９、
２．２ｆｌ＝３．１７２となり、前記（２）式を満足す
るものであった。

【００４０】さらに、｜ｆ₁ ｜＝２．６０ｆｌとなり、
前記（３）式を満足するものであった。

【００４１】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。

【００４２】この結果によれば、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。

【００４３】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。

【００４４】

【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、各式の条件を満たすように、第１
レンズおよび第２レンズのパワーとレンズ間隔、絞りの
位置を適正に規定することにより、光学系を小型に維持
しながら、対角画角が１００゜以上の広い画角を確保す
ることができ、しかも、撮像面から射出瞳までの高いテ
レセントリック性を確保しつつ、バックフォーカス距離
を十分に確保することができ、容易に製造することがで
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

【符号の説明】

１ 第１レンズ ２ 第２レンズ ３ 絞り ４ 撮像面

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA03 LA03 NA02 PA02 PA17 PB02 QA03 QA07 QA19 QA21 QA34 QA42 RA05 RA12 RA13 RA32

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から、凹レンズからなる第１レン
   ズと、絞りと、凸レンズからなる第２レンズとを順次配
   列してなり、前記第１レンズおよび第２レンズは、 （１）１．２ｆ₂ ＜ｄ₂ ＜１．６ｆ₂ （２）｜（ｆ₂ ）² ／Ｓ｜≧２．２ｆｌ （３）２ｆｌ＜｜ｆ₁ ｜＜３ｆｌ ただし、 ｆ₁ ：第１レンズの焦点距離 ｆ₂ ：第２レンズの焦点距離 ｆｌ：光学系全体の焦点距離 ｄ₂ ：第１レンズと第２レンズのレンズ間隔 Ｓ：第２レンズの前側焦点位置から開口絞りまでの距離 の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。