JP2004004929A

JP2004004929A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2004004929A
Application number: JP2003200368A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Tsuchida; 槌田　博文
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3908700B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、構成が簡単で光学性能が良好な撮像レンズを実現することである。
【解決手段】本発明の撮像レンズは、凹平形状の均質レンズと両面が平面のラジアル型ＧＲＩＮレンズとを接合した正の屈折力の接合レンズよりなり、接合レンズの物体側の面の近傍に光束を制限する明るさ絞りを配置したもので、下記の条件（６）、条件（２）、条件（３）を満足するようにして、構成が簡単で光学性能の良いレンズ系を達成し得るものである。
（６）　　−１＜φ_ｓｈ１　／φ＜０
（２）　　−２＜ｄ・φ＜０．５
（３）　　−０．０１５＜１／Ｖ_１　＜０．０１５
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等の電子的な撮像を行なうための撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用ビデオカメラやテレビ電話やカメラ付ドアホン等にみられるように、電子的な撮像を行なうためのカメラが普及している。これらカメラに用いるレンズ系は、小型軽量化、低コスト化が大きな課題である。これらカメラに用いるレンズ系は、固定焦点距離のものでは、３〜６枚程度のレンズにて構成されるのが一般的である。
【０００３】
前記の電子的な撮像を行なうためのカメラに用いられるレンズ系のうち、固定焦点距離のレンズ系の従来例として、図１９に示す通りの構成のものが知られており、このレンズ系ＬＳはその像側にモアレを消すためのローパスフィルターＦ１や赤外カットフィルターＦ２が配置されるのが一般的である。
【０００４】
又、前記のレンズ系で簡単な構成の撮像レンズの従来例として、特開平４−１９１７１６号公報に記載されているような非球面レンズを用いたものや特開昭６１−２７７９１３号公報に記載されたレンズ系のようにアキシャル型ＧＲＩＮレンズ１枚にて構成したものや、特開昭６０−１４０３０７号公報、特開昭６１−５２２１号公報に記載されているレンズ系のように、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚にて構成したものなどがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のうち、３〜６枚のレンズにて構成されたレンズ系は、レンズ枚数が多くレンズを固定するための鏡枠構成も複雑であるためコスト高になる。又、加工・組立時に、個々のレンズの偏芯によって性能が劣化しやすいといった問題点を有する。
【０００６】
又特開平４−１９１７１６号公報、特開昭６１−２７７９１３号公報等に記載されたレンズ系は、レンズ構成は簡単であるが、特に色収差と像面湾曲の補正が十分ではなく、光学的性能が十分良好であるとはいえない。
【０００７】
又特開昭６０−１４０３０７号公報、特開昭６１−５２２１号公報に記載されているラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚にて構成したものは、非点収差の発生量が大であり、色収差の補正については考慮されていない。
【０００８】
本発明は、構成が簡単であって光学性能が良好な撮像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】
本発明の撮像レンズは、物体側が凹面で全体として正の屈折力を有するラジアル型屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮレンズ）よりなり、その物体側の面の近傍に光束を制限するための明るさ絞りを有するもので、ラジアル型ＧＲＩＮレンズが次の条件（１），（２），（３）を満足することを特徴とする。
（１）　　−１＜φ_ｓ１／φ＜０
（２）　　−２＜ｄ・φ＜０．５
（３）　　−０．０１５＜１／Ｖ_１　＜０．０１５
ただし、φ_ｓ１はラジアル型屈折率分布レンズの物体側の面の屈折力、φはラジアル型屈折率分布レンズの全体の屈折力、ｄは明るさ絞りのレンズ物体面からの光軸方向の距離、Ｖ_１　はラジアル型ＧＲＩＮレンズの媒質のアッベ数を表わす係数である。
【００１０】
本発明は、光学的に能力の高いラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚で撮像レンズを構成するようにしたものである。このように撮像レンズをラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚にて構成すれば簡単な構成であり、レンズ要素自体を低コストになし得るうえ、レンズを保持する鏡枠構成も簡素化でき、組立てや調整も容易であるという利点がある。これによって、鏡枠や組立て調整も含めて全体の低コスト化および小型軽量化が可能になる上、組立て誤差の影響が少なく、良好な光学性能を保つことが出来る。
【００１１】
ラジアル型ＧＲＩＮレンズは、媒質が光軸に垂直な方向に屈折率の分布を有しており、その屈折率分布ｎ（ｒ）　は、次の式（ａ）にて表わされる。
ｎ（ｒ）　＝Ｎ_０　＋Ｎ_１　ｒ^２　＋Ｎ_２　ｒ^４　＋Ｎ_３　ｒ^６　＋・・・　　　（ａ）
ここで、Ｎ_０　は光軸上の屈折率、Ｎ_ｉ　（ｉ＝１，２，３・・・）は屈折率分布を表わす係数、ｒは光軸から垂直方向への距離である。
【００１２】
また、ラジアル型ＧＲＩＮレンズのアッベ数は、次の式（ｂ），（ｃ）にて与えられる。
Ｖ_０　＝（Ｎ_０ｄ−１）／（Ｎ_０Ｆ−Ｎ_０Ｃ）　　　　　　（ｂ）
Ｖ_ｉ　＝Ｎ_ｉｄ／（Ｎ_ｉＦ−Ｎ_ｉＣ）　　　　　　　　　　（ｃ）

表わす係数で、したがってＮ_０ｄ，Ｎ_０Ｆ，Ｎ_０Ｃは夫々ｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する光軸上の屈折率、Ｎ_ｉｄ，Ｎ_ｉＦ，Ｎ_ｉＣは夫々ｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する２ｉ次の屈折率分布係数である。
【００１３】
本発明は、実際の撮像レンズの場合、若干の像面湾曲と、若干の歪曲収差は許容されることに着目し、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚で撮像レンズにて実用上許容される範囲内に収差の補正されたレンズ系を実現することを目的としてなされたものである。
【００１４】
ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚にて撮像レンズを構成しようとする場合、像面湾曲、非点収差、球面収差、色収差の補正が問題である。
【００１５】
まず、像面湾曲を良好に補正するためにはペッツバール和を補正する必要がある。
【００１６】
ラジアル型ＧＲＩＮレンズのペッツバール和ＰＴＺは、次の式（ｄ）にて表わされる。
ＰＴＺ＝（φ_ｓ　／Ｎ_０　）＋（φ_ｍ　／Ｎ_０ ^２）　　　　　（ｄ）
ここでφ_ｓ　はラジアル型ＧＲＩＮレンズの面の屈折力、φ_ｍ　はラジアル型ＧＲＩＮレンズの媒質の屈折力である。
【００１７】
上記式（ｄ）より、ラジアル型ＧＲＩＮレンズの媒質に正の屈折力を持たせることによりペッツバール和ＰＴＺを小さくすることが出来ることがわかる。
【００１８】
本発明は、実際の撮像レンズにおいて、特に球面収差と像面湾曲とのバランスとを考えて、若干の負の像面湾曲を残すようにした。そのためには、面に負の屈折力を持たせる必要があるが、軸外収差特に非点収差の補正を考慮して、面に必要な屈折力を主として物体側の面に持たせるようにした。
【００１９】
そのため、本発明の撮像レンズは、前記条件（１）を満足するようにした。これによりペッツバール和を適度に小にして像面を良好に保つとともに他の収差とのバランスをとるようにした。
【００２０】
条件（１）の下限の−１を越えるとペッツバール和が正で大になり、また上限の０を超えるとペッツバール和が負になるうえ他の収差とのバランスを保つことが難しくなる。
【００２１】
また、本発明の撮像レンズは、非点収差を良好に補正するために前述のようにラジアル型ＧＲＩＮレンズの物体側の面の近傍に明るさ絞りを配置し前記の条件（２）を満足するようにした。
【００２２】
この条件（２）は、明るさ絞りの位置を規定するもので、この条件（２）に示す範囲に絞りを配置すれば、非点収差を良好に補正することができる。
【００２３】
この条件（２）の下限の−２を超えると、メリディオナル像面が負の方向に大きく倒れ、又上限の０．５を超えると逆にメリディオナル像面が正の方向へ大きく倒れ非点収差が悪化する。
【００２４】
又、本発明の撮像レンズにおいて、色収差特に倍率の色収差を良好に補正するためには、媒質のアッベ数Ｖ_１　が前記条件（３）を満足することが望ましい。
【００２５】
本発明の撮像レンズのような構成のレンズ系において、前記条件（１），（２）を満足すれば、各面で発生する倍率の色収差を小さくすることが可能である。したがって本発明の撮像レンズ全体での倍率の色収差を小さくするためには、媒質での倍率の色収差の発生を小さく抑えればよい。そのための条件が前記条件（３）である。
【００２６】
この条件（３）の上限の０．０１５を超えると、媒質での色収差の発生が大になり全体での倍率の色収差が過大になり好ましくない。又下限の−０．０１５を超えると、逆に倍率の色収差が補正過剰になる。
【００２７】
次に、本発明の撮像レンズにおいて、球面収差を像面と良好にバランスさせるためには、次の条件（４）を満足することが好ましい。
（４）　　−０．２＜Ｎ_２　／φ^４　＜０．０１６
【００２８】
ラジアル型ＧＲＩＮレンズの４次の屈折率分布係数Ｎ_２　を変化させることによって、レンズ系全系のパワー配置を変化させることなしに、球面収差をコントロールすることができるが、像面湾曲の度合いから考えると、球面収差は若干アンダー側に出しておいた方が、結像画面中心と周辺との像位置をそろえ得るので好ましい。そのため、物体側の凹面で発生する球面収差をも考慮して設定したのが前記条件（４）である。
【００２９】
条件（４）の下限の−０．２を超えると球面収差がアンダー側に過大になり又上限の０．０１６を超えると球面収差がオーバー側に過大になる。
【００３０】
又、本発明の撮像レンズにおいて、ラジアル型ＧＲＩＮレンズの像側の面は、平面又はゆるい曲率の面であることが、非点収差を良好に補正する上では望ましい。具体的には、この像側の面の屈折力φ_ｓ２は、下記条件（５）を満足することが望ましい。
（５）　　−０．１＜φ_ｓ２／φ＜０．２
この条件（５）の上限の０．２を超えても又下限の−０．１を超えても、この面の屈折力が強くなり、非点収差を良好に補正することが困難になる。
【００３１】
本発明の撮像レンズにおいて、ラジアル型ＧＲＩＮレンズの物体側の面のパワーを強くしすぎると、全系のパワーを保つために媒質の屈折率勾配を大きくしなければならなくなる。そのために最大屈折率差Δｎが大きくなりすぎて素材の作製が難しくなる。この素材作製の容易さを考慮した場合、前記条件（１）の代りに下記条件（１−１）を満足することが好ましい。
（１−１）　　−０．７＜φ_ｓ１／φ＜０
この条件（１−１）の下限を超えるとラジアル型ＧＲＩＮレンズの素材作製が難しくなる。
【００３２】
又、本発明の撮像レンズを画素数の多い撮像素子に用いる場合には球面収差を更に小さく抑える必要がある。そのためには、条件（４）の代りに下記条件（４−１）を満足することが望ましい。
（４−１）　　−０．１＜Ｎ_２　／φ^４　＜０．０１
【００３３】
また、画素数の多い撮像素子を用いる場合において、倍率の色収差を更に小さく抑えるためには、条件（３）の代りに下記条件（３−１）を満足することが望ましい。
（３−１）　　−０．０１＜１／Ｖ_１　＜０．０１
【００３４】
以上に説明した条件を満足するようにすると、歪曲収差が若干負の方へ出ていわゆる樽型の歪曲収差になるが、実用上は許容されるレベルである。又この歪曲収差を小さくする必要がある場合は、電気的に補正することも可能である。
【００３５】
以上述べた本発明の撮像レンズは、ラジアル型ＧＲＩＮレンズのみにて構成したものである。しかし、物体側面が凹面である凹平の均質レンズと、物体側の面が平面のラジアル型ＧＲＩＮレンズを接合したレンズにて構成してもよい。
【００３６】
上記のような均質レンズとラジアル型ＧＲＩＮレンズを接合した全体で正の屈折力の接合レンズで、接合レンズの最も物体側の面の近傍に光束を制限する明るさ絞りを有する撮像レンズにおいても、前記条件（１），（２），（３）を満足することが望ましい。ここで条件（１）はラジアル型ＧＲＩＮレンズの物体側の面ではなく、均質レンズの物体側の凹面がこの条件を満足する必要がある。したがって、前記のようにレンズ系を均質レンズとラジアル型ＧＲＩＮレンズとを接合した接合レンズにて構成した場合、最も物体側の面（均質レンズの物体側の凹面）の屈折力をφ_ｓｈ１　とすると、下記条件（６），（２），（３）を満足することが望ましい。
（６）　　−１＜φ_ｓｈ１　／φ＜０
（２）　　−２＜ｄ・φ＜０．５
（３）　　−０．０１５＜１／Ｖ_１　＜０．０１５
【００３７】
上記条件のうち、条件（６）の代りに下記条件（６−１）を満足すればより望ましい。
（６−１）　　−０．７＜φ_ｓｈ１　＜０
又これら条件に加えて条件（５）を満足することが望ましい。
【００３８】
又、撮像素子の画素数が多い場合は、前述のように条件（３）の代りに条件（３−１）を満足することが望ましい。
【００３９】
上記構成の撮像レンズの場合、Ｎ_２　／φ^４　の値は、条件（４）又は条件（４−１）の代りに下記条件（４−２）を満足することが望ましい。
（４−２）　　−０．２３＜Ｎ_２　／φ^４　＜−０．０１
【００４０】
レンズ凹面で発生する球面収差は、均質レンズとラジアル型ＧＲＩＮレンズとでは異なったものになる。
通常凹面では正の球面収差が発生するため、全系での球面収差をオーバー側に補正するように働く。しかし、本発明で用いるラジアル型ＧＲＩＮレンズを凹面にした場合、屈折率分布の影響で、この凹面で発生する球面収差は、正の球面収差量が小であるか負の球面収差になる。したがってラジアル型ＧＲＩＮレンズの凹面を均質レンズの凹面に置き換えた場合には、面では通常の凹面で発生する球面収差のように正の球面収差が発生するために全系での球面収差は正の側にシフトすることになる。
【００４１】
そのため、全体のバランスをとるためには、Ｎ_２　／φに関する条件は、条件（４）や条件（４−１）ではなく前記条件（４−２）であることが望ましい。
【００４２】
前記の接合レンズを含む本発明の撮像レンズにおいて、条件（４−２）の下限を超えると球面収差がアンダー側に過大になり、又上限を超えるとオーバー側に過大になる。
【００４３】
以上述べた本発明の撮像レンズを構成するラジアル型ＧＲＩＮレンズ単体又は均質レンズとラジアル型ＧＲＩＮレンズを接合した接合レンズ単体にて用いるが、これを複数のレンズよりなるレンズ系の一部として用いることも可能である。例えば本発明のレンズ系のラジアル型ＧＲＩＮレンズの物体側にアフォーカルコンバーターを配置した構成のレンズ系は極めて容易に実現し得る。
【００４４】
又本発明の撮像レンズで用いるラジアル型ＧＲＩＮレンズは、単レンズでも複数のラジアル型ＧＲＩＮレンズを貼合わせたレンズにすることも可能である。しかし単レンズにて構成することが、製造が容易であり安価であるので好ましい。
【００４５】
以上述べた本発明の撮像レンズの各構成のレンズ系に、撮像素子を設けることによって、例えば後に示す実施の形態において説明するような本発明の撮像装置を構成し得る。
【００４６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の撮像レンズおよび撮像装置の実施の形態を説明する。
【００４７】
先ず、本発明の撮像レンズの実施の形態を各実施例にもとづいて述べる。
【００４８】
実施例１は、図１に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面であるラジアル型ＧＲＩＮレンズＧよりなり、明るさ絞りＳはレンズＧの物体側面上に設けられている。又Ｉは結像面である。
【００４９】
この実施例１のレンズデーターは次に示す通りである。
ｆ＝６　，Ｆ／２．０　，最大像高１．８　，画角２ω＝３５．０°，ｆ_Ｂ　＝０．０５
ｒ_１　＝−１２．５０５３（絞り）　ｄ_１　＝１９．８７６１　　ｎ_１　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_２　＝∞
ＧＲＩＮレンズ
Ｎ_０　＝１．６６４　，Ｎ_１　＝−７．５０　×１０^−３，Ｎ_２　＝０
Ｖ_０　＝３８．２，Ｖ_１　＝６５５
φ_Ｓ１／φ＝−０．３２　，φ_Ｓ２／φ＝０　，ｄ・φ＝０　，１／Ｖ_１　＝＝０．００２
Ｎ_２　／φ^４　＝０
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図７に示すとうりであり、各収差とも良好に補正されている。
【００５０】
実施例２は、図２に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面のラジアル型ＧＲＩＮレンズＧより構成されている。明るさ絞りＳはレンズ物体側面よりもさらに物体側に位置している。又Ｉは結像面であり、レンズの像側は樹脂Ｐでうめられている。この実施例２のレンズデーターは、次に示す通りである。
ｆ＝６　，Ｆ／１．０　，最大像高１．５　，画角２ω＝２８．８°，ｆ_Ｂ　＝０．０
ｒ_１　＝∞（絞り）　　　　ｄ_１　＝５．０
ｒ_２　＝−３００．０　　　　　　ｄ_２　＝１４．９３００　　ｎ_１　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_３　＝∞　　　　　　　　ｄ_３　＝１．０　　　　ｎ_２　＝１．４９２１６　　　ν_２　＝５７．５
ＧＲＩＮレンズ
Ｎ_０　＝１．７０，Ｎ_１　＝−８．２７１６　×１０^−３，Ｎ_２　＝１．１２５７×１０^−５
Ｖ_０　＝５０．０，Ｖ_１　＝１０００．０，Ｖ_２　＝１０００．０
φ_Ｓ１／φ＝−０．０１４，φ_Ｓ２／φ＝０　，ｄ・φ＝−０．８３　，１／Ｖ_１　＝＝０．００１
Ｎ_２　／φ^４　＝０．０１５
このレンズ系の無限遠方の場合の収差状況は図８に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。また、このレンズ系はＦナンバーが１．０と明るいレンズである。
【００５１】
実施例３は、図３に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面であるラジアル型ＧＲＩＮレンズＧよりなり、明るさ絞りＳはレンズ内部に設けられている。Ｉは結像面である。この実施例３のレンズデーターは、次に示す通りである。
ｆ＝４　，Ｆ／４．０　，最大像高１．５　，画角２ω＝４４．９°，ｆ_Ｂ　＝１．０
ｒ_１　＝−４．５８１５　　　　　　ｄ_１　＝１．０　　　　ｎ_１　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_２　＝∞（絞り）　　　　ｄ_２　＝１４．５５４８　　ｎ_２　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_３　＝∞
ＧＲＩＮレンズ
Ｎ_０　＝１．６６４　，Ｎ_１　＝−１．３３　×１０^−２，Ｎ_２　＝−８．０×１０^−５
Ｖ_０　＝３８．２，Ｖ_１　＝６５５　，Ｖ_２　＝６５５
φ_Ｓ１／φ＝−０．５８　，φ_Ｓ２／φ＝０　，ｄ・φ＝０．２　，１／Ｖ_１　＝＝０．００２
Ｎ_２　／φ^４　＝−０．２０
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図９に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。
【００５２】
実施例４は、図４に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面であるラジアル型ＧＲＩＮレンズＧよりなり、明るさ絞りＳはレンズ物体側面上に設けられている。又Ｃは撮像素子の保護ガラス、Ｉは結像面である。この実施例４のレンズデーターは、次の通りである。
ｆ＝５　，Ｆ／２．８　，最大像高１．２　，画角２ω＝２７．９°，ｆ_Ｂ　＝１．０
ｒ_１　＝−５０．０　（絞り）　　ｄ_１　＝８．６３５５　　ｎ_１　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_２　＝∞　　　　　　　　ｄ_２　＝１．０　　　　ｎ_２　＝１．５１６３３　　　ν_２　＝６４．１５
ｒ_３　＝∞
ＧＲＩＮレンズ
Ｎ_０　＝１．５５，Ｎ_１　＝−１．５２３８３×１０^−２，Ｎ_２　＝−２．２３１９　×１０^−４
Ｖ_０　＝５５．０，Ｖ_１　＝−１００．０，Ｖ_２　＝−１００．０
φ_Ｓ１／φ＝−０．０５５，φ_Ｓ２／φ＝０　，ｄ・φ＝０　，１／Ｖ_１　＝＝−０．０１
Ｎ_２　／φ^４　＝−０．０１４
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図１０に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。
【００５３】
実施例５は、図５に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が凸面であるラジアル型ＧＲＩＮレンズよりなり、明るさ絞りＳはレンズ物体側面上に設けられている。Ｉは結像面で、レンズと結像面Ｉの間は樹脂Ｐでうめられている。この実施例５のレンズデーターは、次の通りである。
ｆ＝４　，Ｆ／２．０　，最大像高１．２　，画角２ω＝３５．２°，ｆ_Ｂ　＝０．０
ｒ_１　＝−４．８４７６　（絞り）　ｄ_１　＝１５．８７４３　　ｎ_１　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_２　＝−２０．０　　　　　　　ｄ_２　＝１．０　　　　ｎ_２　＝１．４９２１６　　　ν_２　＝５７．５
ｒ_３　＝∞
ＧＲＩＮレンズ
Ｎ_０　＝１．６６４　，Ｎ_１　＝−１．３３　×１０^−２，Ｎ_２　＝０
Ｖ_０　＝３８．２，Ｖ_１　＝６５５
φ_Ｓ１／φ＝−０．５５　，φ_Ｓ２／φ＝０．０３４　，ｄ・φ＝０　，１／Ｖ_１　＝＝０．００２
Ｎ_２　／φ^４　＝０
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図１１に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。
【００５４】
実施例６は、図６に示すように、物体側より順に、凹平形状の均質凹平レンズＬと両平面のラジアル型ＧＲＩＮレンズＧを接合したものである。この実施例は実施例１と同じスペックを持つものであるが、実施例１においてはラジアル型ＧＲＩＮレンズＧの物体側の凹面を加工するかわりに凹平の均質レンズＬを両面平面のラジアル型ＧＲＩＮレンズＧに貼り付けて同等の効果を得るものである。明るさ絞りＳは接合側面上に設けられている。Ｉは結像面である。この実施例６のレンズデーターは、次の通りである。
ｆ＝６　，Ｆ／２．０　，最大像高１．８　，画角２ω＝３５．０°，ｆ_Ｂ　＝０．０５
ｒ_１　＝−１３．２５０８　　　　　ｄ_１　＝１．０００　　　ｎ_１　＝１．５１６３３　　　ν_１　＝６４．１５
ｒ_２　＝∞（絞り）　　　　ｄ_２　＝１８．９４６７　　ｎ_２　（ＧＲＩＮレンズ）
ｒ_３　＝∞
ＧＲＩＮレンズ
Ｎ_０　＝１．６６４　，Ｎ_１　＝−７．５０　×１０^−３，Ｎ_２　＝−３．８５　×１０^−５
Ｖ_０　＝３８．２，Ｖ_１　＝６５５　，Ｖ_２　＝６５５
φ_Ｓｈ１／φ＝−０．２３　，φ_Ｓ２／φ＝０　，ｄ・φ＝０．２　，１／Ｖ_１　＝＝０．００２
Ｎ_２　／φ^４　＝−０．０５
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図１２に示すとおりであり、実施例１と同様各収差とも良好に補正されている。これにより、均質凹平レンズを両平面ＧＲＩＮレンズと接合したこの実施例６が実施例１の構成と光学的に同等の作用を持つことがわかる。
【００５５】
この実施例６は、前記のように凹平形状の均質レンズと両面平面形状のラジアル型ＧＲＩＮレンズとを接合レンズにて構成されているため、最も物体側の面は均質レンズの凹面である。したがって条件（１）の代りに条件（６）を満足するものである。
【００５６】
同様にラジアル型ＧＲＩＮレンズの４次の係数Ｎ_２　に関する条件は、条件（４−２）を満足するようにしてある。これにより全系の球面収差が良好に補正されている。
【００５７】
上記実施例１〜５は勿論、実施例６も実施例のレンズ系自体で撮像レンズとして用いるほか、複数のレンズ（レンズ成分）からなるレンズ系の一部として用いることも可能である。例えば、本発明のレンズ系の物体側にアフォーカルコンバーターを配置したレンズ系を構成することは極めて容易に実現し得る。
【００５８】
以上の各実施例は、物体側の面が凹面のＧＲＩＮレンズ又は物体側の面が凹面の均質レンズとＧＲＩＮレンズを接合したレンズにて構成され、物体側の面の近傍に明るさ絞りを設けたもので、レンズの最も像側の面が平面もしくはゆるい曲面となっており、しかも、像面がこの面の近くに位置している。これらは、レンズ系をＣＣＤなどの撮像素子と一体化させたデバイスを構成する場合に大変好都合である。次にこれら実施例のレンズ系と撮像素子と一体化した撮像装置について説明する。
【００５９】
図１３は、本発明レンズと撮像素子と一体化させたデバイスの第１の実施の形態を示したものであり、本発明レンズの実施例１もしくは、実施例６のレンズ系を用いている。図１３のうち（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上面図で、これら図において１はレンズ系、２は撮像素子の撮像チップ、３は撮像素子の撮像面、４は撮像素子のセラミックス基板、５は撮像チップ２の結線部であり、レンズ系最終面である平面の部分を保護ガラスをはずした撮像素子の撮像チップに直接接着したものである。実施例１もしくは実施例６のレンズ系では、距離約２０００にある物体に対するベスト像がちょうどレンズ最終面上付近に形成される。したがって、このように撮像チップに直接接着し一体化したデバイスにより、所定の距離にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により所定の距離前後のかなり広い範囲の物体距離の物体を撮像することができる。また、接着の際、レンズの外形と結線部との干渉を避けるために、レンズの像側の部分を図１３のようにレンズ外形よりも小さくなるよう、ステップ状に加工している。
【００６０】
図１４は、本発明レンズと撮像素子と一体化させたデバイスの他の第２の実施の形態を示したものであり、本発明レンズの実施例２もしくは実施例５のレンズ系を用い、レンズと撮像素子の間を樹脂でうめて一体化させたものである。この図１４において、６はレンズ系、７は撮像素子の撮像チップ、８は撮像素子の撮像面、９は撮像素子のセラミックス基板であり、レンズ系と撮像チップの間が樹脂１０でうめられている。実施例２もしくは実施例５のレンズ系では、無限遠方にある物体に対するベスト像がレンズ系よりそれぞれ約０．９もしくは約１だけ後方の樹脂内にできる。したがって、樹脂の厚みを０．９もしくは１に調整しておけば、無限遠方にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により有限距離にある物体もかなり広い範囲にわたって撮像することができる。この実施例２や実施例５のように、レンズ系と撮像素子の間を樹脂でうめる構成にすることによりマージナル光線がレンズ後方で大きな角度を持たないようにすることができるため、レンズ系の像側Ｎ．Ａ．を大きくすることが容易であるという利点もある。実施例５は樹脂に接するレンズ面（レンズ最終面）が曲率を持っているが、樹脂を用いることにより、撮像素子との一体化が容易である。
【００６１】
さらに、樹脂により一体化させる際に、樹脂の厚みを設計値から微少量変化させて所定の距離にある物体の像が正確に撮像面に形成されるように貼り付けることにより、製造誤差によるばらつきを調整することができる。
【００６２】
図１５は、本発明レンズと撮像素子と一体化させたデバイスの第３の実施の形態を示したものであり、本発明レンズの実施例３のレンズ系を用いている。この図１５において、１１はレンズ系、１２は撮像素子の撮像チップ、１３は撮像素子の撮像面、１４は撮像素子のセラミックス基板であり、レンズ系最終面である平面の部分を保護ガラスをはずした撮像素子のセラミックス基板に直接接着したものである。実施例３のレンズ系は、無限遠方の物体に対するベスト像がレンズ最終面後方約１のところに形成される。したがって、レンズ最終面と撮像面との間隔が１になるようにしておけば、この一体化したデバイスにより、無限遠方にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により有限距離にある物体でもかなり広い範囲にわたって撮像することができる。
【００６３】
図１６は、本発明のレンズと撮像素子とを一体化させたデバイスの第４の実施の形態を示したもので、本発明のレンズの実施例４のレンズ系を用いている。この図１６において、１５はレンズ系、１６は撮像素子の撮像チップ、１７は撮像素子の撮像面、１８は撮像素子のセラミックス基板、１９は保護ガラスであり、レンズ系最終面である平面の部分を撮像素子の保護ガラスに直接接着したものである。この保護ガラス１９の接着面はコートを施していない。実施例４のレンズ系は、無限遠方の物体に対するベスト像が保護ガラス像側面後方０．９のところに形成されるようになっている。したがって、保護ガラス像側面と撮像面との間隔が０．９になるようにしておけば、この一体化したデバイスにより、無限遠方にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により有限距離にある物体でもかなり広い範囲にわたり撮像することができる。
【００６４】
以上説明したように、本発明のレンズ系は、撮像素子と一体化させた撮像デバイスを構成するときにも好適である。特に、レンズ最終面を平面としたものは、容易に撮像素子と一体化させることができる。
【００６５】
このとき、従来の撮像系で、レンズ系後方に配置されていたローパスフィルターや赤外カットフィルターが従来のようには配置できないことになるが、次のような対策を施すことにより、このようなフィルターも含めたデバイスの一体化を達成することができる。
【００６６】
まず、赤外カットフィルターについては、図１７（Ａ）に示すようにレンズ２１を構成するガラス素材の内部に銅イオン等の赤外光を吸収する元素を含ませておく方法、又図１７（Ｂ）に示すようにレンズ２２の表面に赤外光をカットするコーティング２３をほどこす方法などが考えられる。
【００６７】
また、ローパスフィルターについては、レンズ系の収差および回折ボケにより、点像強度分布をモアレを発生させている画素ピッチ程度に大きくしておく方法や、レンズの物体側の面上にモアレを消すための回折パターンを構成する方法などが考えられる。また、図１８に示すように、水晶ローパスフィルター２７をラジアル型ＧＲＩＮレンズ２５と撮像素子（撮像チップ２６）のあいだにはさみ込んだ形で一体化してもよい。このとき、水晶ローパスフィルターをラジアル型ＧＲＩＮレンズまたは撮像素子に貼り付けてもよい。
【００６８】
以上詳細に説明した本発明の撮像レンズおよび撮像装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載するもののほか、次の各項に記載するものも本発明の目的を達成し得る。
【００６９】
（１）特許請求の範囲の請求項１，２又は３に記載するレンズ系で、更に下記条件（５）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（５）　　−０．１＜φ_ｓ２／φ＜０．２
【００７０】
（２）特許請求の範囲の請求項１又は２あるいは前記の（１）の項に記載するレンズ系で、条件（１）の代りに下記条件（１−１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（１−１）　　−０．７＜φ_ｓ１／φ＜０
【００７１】
（３）特許請求の範囲の請求項１，２又は３あるいは前記の（１）又は２の項に記載されたレンズ系で、条件（３）の代りに下記条件（３−１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（３−１）　　−０．０１＜１／Ｖ_１　＜０．０１
【００７２】
（４）前記の（１）又は（２）の項に記載するレンズ系で、条件（４）の代りに下記条件（４−１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（４−１）　　−０．１＜Ｎ_２　／φ^４　＜０．０１
【００７３】
（５）特許請求の範囲の請求項３に記載するレンズ系で、条件（６）の代りに下記条件（６−１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（６−１）　　−０．７＜φ_ｓｈ１　／φ＜０
【００７４】
（６）特許請求の範囲の請求項３又は前記の（５）の項に記載するレンズ系で、更に下記条件（４−２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（４−２）　　−０．２３＜Ｎ_２　／φ^４　＜−０．０１
【００７５】
（７）特許請求の範囲の請求項１，２又は３あるいは前記の（１），（２），（３），（４），（５）又は（６）の項に記載するレンズ系で、ラジアル型ＧＲＩＮレンズの像側の面が平面であることを特徴とする撮像レンズ。
【００７６】
（８）特許請求の範囲の請求項１，２又は３あるいは前記の（１），（２），（３），（４），（５），（６）又は（７）の項に記載するレンズ系で、レンズ内部又はレンズ表面に赤外光カット機能を有することを特徴とする撮像レンズ。
【００７７】
（９）特許請求の範囲の請求項１，２又は３あるいは前記の（１），（２），（３），（４），（５），（６）又は（７）の項に記載するレンズ系で、レンズ内部又はレンズ表面近傍にローパスフィルター機能を有することを特徴とする撮像レンズ。
【００７８】
（１０）特許請求の範囲の請求項１，２又は３あるいは前記の（１），（２），（３），（４），（５），（６），（７）又は（８）の項に記載するレンズ系で、レンズの像側に水晶ローパスフィルターを配置したことを特徴とする撮像レンズ。
【００７９】
（１１）特許請求の範囲１，２又は３あるいは前記の（１），（２），（３），（４），（５），（６），（７），（８），（９）又は（１０）の項に記載するレンズ系のラジアル型ＧＲＩＮレンズと撮像素子とを一体化したことを特徴とする撮像装置。
【００８０】
（１２）前記の（１１）の項に記載する撮像装置で、前記ラジアル型ＧＲＩＮレンズの像側の面の付近の外周部をレンズ系の外径よりも小になるように加工したことを特徴とする撮像装置。
【００８１】
（１３）前記の（１１）の項に記載する撮像装置で、ラジアル型ＧＲＩＮレンズと撮像素子との間を樹脂にてうめて一体化したことを特徴とする撮像装置。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の撮像レンズは、１枚のレンズよりなり低コストであって、かつ光学的にも十分な性能を有する。又鏡枠構造や組立て調整が簡単であり、組立てレンズ系の小型化、低コスト化が可能であり、組立て誤差も少ない。又本発明のレンズ系と撮像素子とを一体化して撮像装置になし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像レンズの実施例１の断面図
【図２】本発明の撮像レンズの実施例２の断面図
【図３】本発明の撮像レンズの実施例３の断面図
【図４】本発明の撮像レンズの実施例４の断面図
【図５】本発明の撮像レンズの実施例５の断面図
【図６】本発明の撮像レンズの実施例６の断面図
【図７】実施例１の収差曲線図
【図８】実施例２の収差曲線図
【図９】実施例３の収差曲線図
【図１０】実施例４の収差曲線図
【図１１】実施例５の収差曲線図
【図１２】実施例６の収差曲線図
【図１３】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第１の例を示す図
【図１４】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第２の例を示す図
【図１５】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第３の例を示す図
【図１６】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第４の例を示す図
【図１７】赤外カットフィルターを有するレンズ系を備えた撮像装置の例を示す図
【図１８】ローパスフィルターを有するレンズ系を備えた撮像装置の例を示す図
【図１９】従来の撮像レンズの構成を示す図

Claims

物体側より順に、凹平形状の均質レンズと両平面形状のラジアル型ＧＲＩＮレンズとを接合した全体で正の屈折力の接合レンズよりなり、前記接合レンズの最も物体側の面の近傍に光束を制限するための明るさ絞りを有し、下記条件（６），（２），（３）を満足する撮像レンズ。
（６）　　−１＜φ_ｓｈ１　／φ＜０
（２）　　−２＜ｄ・φ＜０．５
（３）　　−０．０１５＜１／Ｖ_１　＜０．０１５
ただし、φ_Ｓｈ１　は均質レンズの物体側の面の屈折力、φはラジアル型ＧＲＩＮレンズの全体の屈折力、ｄは明るさ絞りのラジアル型ＧＲＩＮレンズの物体側の面からの光軸方向の距離、Ｖ_１　はラジアル型ＧＲＩＮレンズの媒質のアッベ数を表わす係数である。
請求項１の撮像レンズと撮像素子とを備えた撮像装置。
更に下記条件（５）を満足することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
（５）　　−０．１＜φ_ｓ２／φ＜０．２
ただし、φ_ｓ２はラジアル型ＧＲＩＮレンズの像側の面の屈折力である。
更に下記条件（４−２）を満足することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
（４−２）　　−０．２３＜Ｎ_２　／φ^４　＜−０．０１
前記ラジアル型ＧＲＩＮレンズの像側の面が平面であることを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
レンズ内部又はレンズ表面に赤外光カット機能を有することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
レンズ内部又はレンズ表面近傍にローパスフィルター機能を有することを特徴とする請求項１の撮像レンズ。
レンズの像側に水晶ローパスフィルターを配置したことを特徴とする請求項１撮像レンズ。
前記ラジアル型ＧＲＩＮレンズと撮像素子とを一体化したことを特徴とする請求項２の撮像装置。
前記ラジアル型ＧＲＩＮレンズの像側の面の付近の外周部をレンズ系の外径よりも小になるように加工したことを特徴とする請求項９の撮像装置。
ラジアル型ＧＲＩＮレンズと撮像素子との間を樹脂にてうめて一体化したことを特徴とする請求項９の撮像装置。