JP2004252067A - 撮像レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】高画素の撮像素子に適した性能を有し、よりコンパクトな構成の撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズを、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズとし、第２レンズを、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズとし、さらに、条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成したので、全長を短くしつつ、諸収差を良好に補正し、光学性能の向上を図ることができる。よって、高画素の撮像素子を備えた撮像装置に好適に用いることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズを、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズとし、第２レンズを、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズとし、さらに、条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成したので、全長を短くしつつ、諸収差を良好に補正し、光学性能の向上を図ることができる。よって、高画素の撮像素子を備えた撮像装置に好適に用いることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的小型の撮像装置へ搭載される撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ）などの撮像素子を用いた撮像装置が知られている。このような撮像装置では、撮像素子上に被写体像を結像させて、その画像を電子的に読み取ることで撮影がなされる。このような撮像装置は、近年、装置全体として非常に小型化が図られてきている。
【０００３】
特に、携帯電話における画像入力用のモジュールカメラやデジタルスチルカメラ（以下、単にデジタルカメラという。）などは、小型化が著しい。これらの小型の撮像装置で使用される撮像レンズは、従来、コンパクト性や携帯性を重視して１枚のレンズのみで構成されていることが多かった。
【０００４】
ところが、撮像装置の小型化が進む一方で、近年では撮像素子の高画素化およびイメージサイズの大型化も進んでいる。このため、そのような撮像素子を搭載した撮像装置に使用される撮像レンズについても、従来より高い光学性能が要求されつつあり、１枚のレンズ構成では十分な収差性能を得ることが困難になってきている。
【０００５】
そこで、上記のような高画素の撮像素子に見合った高度な光学性能を得るため、レンズ枚数を増やした２枚構成の撮像レンズの開発が進められている（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６５０３０９号公報
【特許文献２】
特許第３００７６９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズ枚数を増やすことにより結像性能を向上させることができる一方、１枚構成の撮像レンズに比べて全長が長くなりがちであり、上記特許文献１および特許文献２に記載のレンズについても十分にコンパクトな構成とは言い難い。したがって、このような撮像レンズを撮像装置に搭載した場合、コンパクト性・携帯性が失われてしまうおそれがあり、さらなる改善が望まれている。また、撮像レンズを撮像装置に搭載する場合には、一般に、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、全長のコンパクト化を図りつつも、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も必要となってくる。
【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、高画素の撮像素子に適した性能を有し、よりコンパクトな構成の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】
本発明による撮像レンズは、撮像素子上に像を結像させるための２群２枚構成の撮像レンズであり、物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズは、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズであり、第２レンズは、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズであり、さらに、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成されている。但し、Ｄ３は第２レンズの中心厚であり、Ｄ２は第１レンズの像側の面と第２レンズの物体側の面との光軸上の間隔である。さらに、ν１は第１レンズのアッベ数であり、ν２は第２レンズのアッベ数である。
０．６≦Ｄ３／Ｄ２≦１．０ ……（１）
ν１，ν２≧５０ ……（２）
【００１０】
本発明における「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ものである。「近軸において像側に凸または凹」とは、像側の面の中心が光軸を回転中心とした像側に凸または凹である状態を意味するものである。さらに、「近軸において像側に凹」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。さらに、本発明における「像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になる」とは、以下のとおりである。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凹の状態であり、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、像側に凸形状を示す）ようになる、という意味である。また、本発明におけるアッベ数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線に対する屈折率であり、ｎＦは、Ｆ線に対する屈折率であり、さらにｎｃはｃ線に対する屈折率である。
【００１１】
本発明による撮像レンズでは、上記のような構成であることから、小型化を図りつつ、諸収差が良好に補正され、従来の１枚構成の撮像レンズに比べて光学性能の向上が図られる。条件式（１）を満足することで、像面湾曲の発生が抑制されると共に歪曲収差が良好に補正され、条件式（２）を満足することで、特に軸上色収差が良好に補正され易くなる。
【００１２】
本発明による撮像レンズでは、さらに、
１．５≦Ｂｆ／Ｄ２≦２．３ ……（３）
の条件式（３）を満足するように構成されていることが望ましい。但し、Ｂｆは全系のバックフォーカス、すなわち、最終レンズ面である第２レンズの像側の面から、結像面までの距離を表す。この条件式（３）を満足することで、最終レンズ面と結像面との間に十分なスペースを確保し易くなると共に、像面湾曲の発生が抑制される。
【００１３】
本発明による撮像レンズでは、さらに、以下の式（４）で非球面形状を表した場合において、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、第２レンズの物体側の面および像側の面の非球面形状が表されるようにすることが望ましい。
【数２】
但し、Ｚは光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さであり、ρは光軸からの距離であり、Ｋは円錐係数であり、Ｃは非球面の近軸の曲率（１／Ｒ，Ｒは非球面の近軸の曲率半径）であり、Ａｉは第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数である。ここで、「少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて」とは、奇数次の非球面係数Ａｉの値として、０（ゼロ）以外の数値を用いることを示す。こうすることにより、像面湾曲の発生が抑制されると共に、歪曲収差をより良好に補正し易くなる。
【００１４】
以上の本発明による撮像レンズの各構成を、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が得られる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの構成例を示している。図１〜図４において、符号Ｒｉ（Ｒ１〜Ｒ４）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（Ｄ０〜Ｄ４）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。
【００１７】
この撮像レンズは、光軸Ｚ１に沿って、物体側より順に、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を備えた２枚構成のレンズとなっている。開口絞りＳｔは、第１レンズＬ１よりも物体側、すなわち、この撮像レンズの最も物体側に設けられている。この撮像レンズの結像面Ｓｉｍｇ （撮像面）には、図示しないＣＣＤなどの撮像素子が配置される。第２レンズＬ２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よい。
【００１８】
図１に示した撮像レンズは、第１レンズＬ１が、物体側の面Ｓ１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、像側の面Ｓ２が近軸において像側に凹である非球面形状をなす正のレンズとなっている。さらに、第１レンズＬ１の面Ｓ２は、例えば、周辺部が像側に凸となっている。また、第２レンズが、物体側の面Ｓ３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、像側の面Ｓ４が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズとなっている。さらに、第２レンズＬ２の面Ｓ３は、例えば、周辺部に向かうに従い物体側に凹となっている。
【００１９】
一方、図２〜図４に示した撮像レンズは、第１レンズＬ１が、像側の面Ｓ２が近軸において像側に凸である非球面形状をなす正のレンズとなっている。第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１は、図４の構成例のように、周辺部に向かうに従い物体側に凹となっていてもよい。
【００２０】
図１〜図４に示した撮像レンズは、さらに、
０．６≦Ｄ３／Ｄ２≦１．０ ……（１）
ν１，ν２≧５０ ……（２）
の条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成されている。但し、Ｄ３は第２レンズＬ２の中心厚であり、Ｄ２は第１レンズＬ１の像側の面Ｓ２と第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３との光軸上の間隔である。さらに、ν１およびν２は、それぞれ第１および第２レンズＬ１，Ｌ２のアッベ数を示す。
【００２１】
さらに、
１．５≦Ｂｆ／Ｄ２≦２．３ ……（３）
の条件式（３）を満足するように構成されていることが望ましい。但し、Ｂｆは全系のバックフォーカスであり、すなわち、最終レンズ面である第２レンズＬ２の像側の面Ｓ４から、結像面Ｓｉｍｇ までの距離Ｄ４を表す。
【００２２】
さらに、以下の式（４）で非球面形状を表した場合において、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４の非球面形状が表されていることが望ましい。
【数３】
ただし、Ｚは光軸Ｚ１から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面頂点の接平面（光軸Ｚ１に垂直な平面）に下ろした垂線の長さであり、ρは光軸Ｚ１からの距離であり、Ｋは円錐係数であり、Ｃは非球面の近軸の曲率（１／Ｒ，Ｒは非球面の近軸の曲率半径）であり、Ａｉは第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数である。
【００２３】
第１および第２レンズＬ１，Ｌ２の形状としては、撮像素子の特性などに応じて、図１〜図４に示した構成のいずれかを選択することができる。
【００２４】
次に、この撮像レンズの作用および効果について説明する。
【００２５】
本実施の形態の撮像レンズでは、２群２枚構成とし、各レンズを構成する４つの面をすべて非球面形状にしたことにより、小型化を図りつつ、諸収差を良好に補正することができる。また、開口絞りＳｔを最も物体側に配置するようにしたので、系の全長を短くすることができると共に結像面Ｓｉｍｇ への入射光を光軸Ｚ１とほぼ平行にすることができる。すなわち、よりコンパクトな構成としつつ、撮像素子の特性に応じてテレセントリック性の確保も容易になる。なお、テレセントリック性を確保するのは、一般に、ＣＣＤなどの撮像素子を用いた場合、その特性上、光線が撮像素子の撮像面に対して垂直に近い（すなわち、入射角が小さい）状態で入射することが望ましいという理由からである。
【００２６】
特に、最も物体側に位置するレンズ面である第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１が、近軸において物体側に凸となっていることにより、物体側に凹形状とした場合に比べて、系の全長を短くすることができる。さらに、最も像側に位置するレンズ面である第２レンズＬ２の像側の面Ｓ４を、近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状としたので、特に像面湾曲の発生を抑制することができる。
【００２７】
さらに、図１〜図４の構成では、第１および第２レンズＬ１，Ｌ２の空気間隔と第２レンズＬ２の中心厚との比に関する条件式（１）を満足しているので、像面湾曲の発生を抑制しつつ、歪曲収差を良好に補正することができる。ここで、条件式（１）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくプラスになり良好な性能が得られなくなる。一方、条件式（１）の下限を下回ると、歪曲収差の低減という点では有利であるものの、像面湾曲がマイナスとなり良好な性能が得られなくなる。また、第２レンズＬ２の厚みが薄くなりすぎるので、製造性の点で不利になる。
【００２８】
さらに、図１〜図４の構成では、アッベ数に関する条件式（２）を満足しているので、特に軸上の色収差を良好に補正することができる。但し、第１および第２レンズＬ１，Ｌ２がいずれも正のレンズであるので、条件式（２）の下限を下回ると、系全体の軸上色収差を補正することが困難となる。
【００２９】
さらに、図１〜図４の構成において、バックフォーカスＢｆに関する条件式（３）を満足するようにした場合には、全長を短くしつつ、最終レンズ面Ｓ４と結像面Ｓｉｍｇ との間に十分なスペースを確保できる。また、像面湾曲の発生を抑制することができる。ここで、条件式（３）の下限を下回ると、最終レンズ面Ｓ４と結像面Ｓｉｍｇ との間隔が狭くなってしまい、例えば、光学ローパスフィルタや赤外線（ＩＲ）カットフィルタなどを挿入するスペースを十分に確保することができなくなる。一方、条件式（３）の上限を上回ると、バックフォーカスＢｆが大きくなりすぎ、全長も長くなる。また、像面湾曲を補正しきれなくなる。
【００３０】
さらに、図１〜図４の構成において、上述の式（４）で非球面形状を表した場合において、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４の非球面形状を、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて表すようにした場合には、像面湾曲の発生を抑制しつつ、歪曲収差を良好に補正することがより簡単にできる。ここで、非球面係数Ａｉとして偶数次の項のみを用いて表すようにした場合には、特に、タンジェンシャル方向の像面湾曲が補正不足となりやすい。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、物体側から順に、開口絞りＳｔ、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を備え、各レンズを構成する４つの面をすべて非球面形状としたので、比較的小型、かつ、高画素の撮像素子を備えた撮像装置への搭載に適した性能を得ることができる。また、図１〜図４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。
【００３２】
【実施例】
次に、上記実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。
【００３３】
＜実施例１〜４＞
以下、第１〜第４の数値実施例（実施例１〜４）をまとめて説明する。
【００３４】
図５および図６は、実施例１に係る撮像レンズに関するデータを示している。特に、図５には、実施例１に係る撮像レンズについての、面Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの中心（近軸）における曲率半径Ｒ１〜Ｒ４、面間隔（厚さ）Ｄ０〜Ｄ４、屈折率ｎｄ１，ｎｄ２およびアッベ数ν１，ν２の値を示す。Ｄ０は開口絞りＳｔと第１レンズＬ１との光軸上の間隔を示す。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。また、図６には、非球面形状に関するデータを示す。同様に、実施例２〜４に係る撮像レンズについてのデータを図８〜図１３に示す。
【００３５】
ここで、実施例１〜４は、順次、図１〜図４に示した構成と対応関係にある。図５，８，１０および１２に示したように、実施例１〜４では、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２のアッベ数ν１，ν２がいずれも条件式（２）を満たしている。
【００３６】
また、図６，９，１１および１３に示した非球面データは、上述の（４）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６，９，１１および１３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６，９，１１および１３に示したように、実施例１〜４では、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４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）と共に複数の奇数次の項（ｉ＝３，５，７および９）を有効に用いて表している。一方、第１レンズＬ１の面Ｓ１および面Ｓ２は、非球面係数Ａｉとして奇数次の項はすべて０とし、実質的に偶数次の項のみを用いて表している。
【００３７】
図７は、実施例１〜４について、条件式（１）および条件式（３）に対応する算出値をまとめて示したものである。図７に示したように、実施例１〜４では、いずれも条件式（１）および条件式（３）を満たしている。
【００３８】
図１４〜図１７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（波長λ＝５８７．６ｎｍ）を基準としたものを示す。また、非点収差を示す図において、Ｔはタンジェンシャル方向の収差を示し、Ｓはサジタル方向の収差を示す。
【００３９】
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、諸収差が良好に補正されており、また、携帯端末などにおける小型の撮像装置への搭載に適した性能が得られている。
【００４０】
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。
【００４１】
また、本実施の形態および実施例では、第２レンズＬ２を構成する面Ｓ３および面Ｓ４の非球面形状を、非球面係数Ａｉとして複数の奇数次の項を有効に用いて表すようにしたが、これに限定されない。すなわち、少なくとも１つの奇数次の項を用いればよく、例えば、１つの奇数次の項のみを有効に用いて面Ｓ３および面Ｓ４の非球面形状を表すようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像レンズによれば、物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズが、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズであり、第２レンズが、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズであり、さらに、空気間隔と第２レンズの中心厚との比に関する条件式（１）およびアッベ数に関する条件式（２）を満足するように構成したので、比較的小型、かつ、高画素の撮像素子を備えた撮像装置への搭載に適した性能を得ることができる。すなわち、全長を短くしつつ、諸収差を良好に補正し、光学性能の向上を図ることができる。
【００４３】
さらに、バックフォーカスに関する条件式（３）を満足するようにした場合には、像面湾曲の発生を抑制できると共に、第２レンズの像側の面である最終レンズ面と結像面との間に十分なスペースを確保することができる。これにより、コンパクトな構成を保ちつつ、光学ローパスフィルタや赤外線（ＩＲ）カットフィルタなどの他の光学部材を挿入することができる。
【００４４】
さらに、非球面形状を表す所定の式（４）で非球面形状を表した場合において、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、第２レンズの物体側の面および像側の面の非球面形状を表すようにした場合には、像面湾曲の発生を抑制しつつ、歪曲収差を良好に補正することがより簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像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撮像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撮像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】本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る撮像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６】本発明の実施例１に係る撮像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７】本発明の実施例１〜４に係る撮像レンズのレンズデータのうち、条件式（１）および条件式（３）に対応するデータを示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２に係る撮像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９】本発明の実施例２に係る撮像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１０】本発明の実施例３に係る撮像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１１】本発明の実施例３に係る撮像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１２】本発明の実施例４に係る撮像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１３】本発明の実施例４に係る撮像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１４】実施例１の撮像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１５】実施例２の撮像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１６】実施例１の撮像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１７】実施例２の撮像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】
Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、ＳＧ…平行平面板、Ｓｔ…開口絞り。
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的小型の撮像装置へ搭載される撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ）などの撮像素子を用いた撮像装置が知られている。このような撮像装置では、撮像素子上に被写体像を結像させて、その画像を電子的に読み取ることで撮影がなされる。このような撮像装置は、近年、装置全体として非常に小型化が図られてきている。
【０００３】
特に、携帯電話における画像入力用のモジュールカメラやデジタルスチルカメラ（以下、単にデジタルカメラという。）などは、小型化が著しい。これらの小型の撮像装置で使用される撮像レンズは、従来、コンパクト性や携帯性を重視して１枚のレンズのみで構成されていることが多かった。
【０００４】
ところが、撮像装置の小型化が進む一方で、近年では撮像素子の高画素化およびイメージサイズの大型化も進んでいる。このため、そのような撮像素子を搭載した撮像装置に使用される撮像レンズについても、従来より高い光学性能が要求されつつあり、１枚のレンズ構成では十分な収差性能を得ることが困難になってきている。
【０００５】
そこで、上記のような高画素の撮像素子に見合った高度な光学性能を得るため、レンズ枚数を増やした２枚構成の撮像レンズの開発が進められている（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６５０３０９号公報
【特許文献２】
特許第３００７６９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズ枚数を増やすことにより結像性能を向上させることができる一方、１枚構成の撮像レンズに比べて全長が長くなりがちであり、上記特許文献１および特許文献２に記載のレンズについても十分にコンパクトな構成とは言い難い。したがって、このような撮像レンズを撮像装置に搭載した場合、コンパクト性・携帯性が失われてしまうおそれがあり、さらなる改善が望まれている。また、撮像レンズを撮像装置に搭載する場合には、一般に、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、全長のコンパクト化を図りつつも、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も必要となってくる。
【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、高画素の撮像素子に適した性能を有し、よりコンパクトな構成の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】
本発明による撮像レンズは、撮像素子上に像を結像させるための２群２枚構成の撮像レンズであり、物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズは、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズであり、第２レンズは、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズであり、さらに、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成されている。但し、Ｄ３は第２レンズの中心厚であり、Ｄ２は第１レンズの像側の面と第２レンズの物体側の面との光軸上の間隔である。さらに、ν１は第１レンズのアッベ数であり、ν２は第２レンズのアッベ数である。
０．６≦Ｄ３／Ｄ２≦１．０ ……（１）
ν１，ν２≧５０ ……（２）
【００１０】
本発明における「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ものである。「近軸において像側に凸または凹」とは、像側の面の中心が光軸を回転中心とした像側に凸または凹である状態を意味するものである。さらに、「近軸において像側に凹」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。さらに、本発明における「像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になる」とは、以下のとおりである。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凹の状態であり、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、像側に凸形状を示す）ようになる、という意味である。また、本発明におけるアッベ数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線に対する屈折率であり、ｎＦは、Ｆ線に対する屈折率であり、さらにｎｃはｃ線に対する屈折率である。
【００１１】
本発明による撮像レンズでは、上記のような構成であることから、小型化を図りつつ、諸収差が良好に補正され、従来の１枚構成の撮像レンズに比べて光学性能の向上が図られる。条件式（１）を満足することで、像面湾曲の発生が抑制されると共に歪曲収差が良好に補正され、条件式（２）を満足することで、特に軸上色収差が良好に補正され易くなる。
【００１２】
本発明による撮像レンズでは、さらに、
１．５≦Ｂｆ／Ｄ２≦２．３ ……（３）
の条件式（３）を満足するように構成されていることが望ましい。但し、Ｂｆは全系のバックフォーカス、すなわち、最終レンズ面である第２レンズの像側の面から、結像面までの距離を表す。この条件式（３）を満足することで、最終レンズ面と結像面との間に十分なスペースを確保し易くなると共に、像面湾曲の発生が抑制される。
【００１３】
本発明による撮像レンズでは、さらに、以下の式（４）で非球面形状を表した場合において、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、第２レンズの物体側の面および像側の面の非球面形状が表されるようにすることが望ましい。
【数２】
【００１４】
以上の本発明による撮像レンズの各構成を、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が得られる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの構成例を示している。図１〜図４において、符号Ｒｉ（Ｒ１〜Ｒ４）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（Ｄ０〜Ｄ４）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。
【００１７】
この撮像レンズは、光軸Ｚ１に沿って、物体側より順に、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を備えた２枚構成のレンズとなっている。開口絞りＳｔは、第１レンズＬ１よりも物体側、すなわち、この撮像レンズの最も物体側に設けられている。この撮像レンズの結像面Ｓｉｍｇ （撮像面）には、図示しないＣＣＤなどの撮像素子が配置される。第２レンズＬ２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よい。
【００１８】
図１に示した撮像レンズは、第１レンズＬ１が、物体側の面Ｓ１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、像側の面Ｓ２が近軸において像側に凹である非球面形状をなす正のレンズとなっている。さらに、第１レンズＬ１の面Ｓ２は、例えば、周辺部が像側に凸となっている。また、第２レンズが、物体側の面Ｓ３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、像側の面Ｓ４が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズとなっている。さらに、第２レンズＬ２の面Ｓ３は、例えば、周辺部に向かうに従い物体側に凹となっている。
【００１９】
一方、図２〜図４に示した撮像レンズは、第１レンズＬ１が、像側の面Ｓ２が近軸において像側に凸である非球面形状をなす正のレンズとなっている。第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１は、図４の構成例のように、周辺部に向かうに従い物体側に凹となっていてもよい。
【００２０】
図１〜図４に示した撮像レンズは、さらに、
０．６≦Ｄ３／Ｄ２≦１．０ ……（１）
ν１，ν２≧５０ ……（２）
の条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成されている。但し、Ｄ３は第２レンズＬ２の中心厚であり、Ｄ２は第１レンズＬ１の像側の面Ｓ２と第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３との光軸上の間隔である。さらに、ν１およびν２は、それぞれ第１および第２レンズＬ１，Ｌ２のアッベ数を示す。
【００２１】
さらに、
１．５≦Ｂｆ／Ｄ２≦２．３ ……（３）
の条件式（３）を満足するように構成されていることが望ましい。但し、Ｂｆは全系のバックフォーカスであり、すなわち、最終レンズ面である第２レンズＬ２の像側の面Ｓ４から、結像面Ｓｉｍｇ までの距離Ｄ４を表す。
【００２２】
さらに、以下の式（４）で非球面形状を表した場合において、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４の非球面形状が表されていることが望ましい。
【数３】
【００２３】
第１および第２レンズＬ１，Ｌ２の形状としては、撮像素子の特性などに応じて、図１〜図４に示した構成のいずれかを選択することができる。
【００２４】
次に、この撮像レンズの作用および効果について説明する。
【００２５】
本実施の形態の撮像レンズでは、２群２枚構成とし、各レンズを構成する４つの面をすべて非球面形状にしたことにより、小型化を図りつつ、諸収差を良好に補正することができる。また、開口絞りＳｔを最も物体側に配置するようにしたので、系の全長を短くすることができると共に結像面Ｓｉｍｇ への入射光を光軸Ｚ１とほぼ平行にすることができる。すなわち、よりコンパクトな構成としつつ、撮像素子の特性に応じてテレセントリック性の確保も容易になる。なお、テレセントリック性を確保するのは、一般に、ＣＣＤなどの撮像素子を用いた場合、その特性上、光線が撮像素子の撮像面に対して垂直に近い（すなわち、入射角が小さい）状態で入射することが望ましいという理由からである。
【００２６】
特に、最も物体側に位置するレンズ面である第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１が、近軸において物体側に凸となっていることにより、物体側に凹形状とした場合に比べて、系の全長を短くすることができる。さらに、最も像側に位置するレンズ面である第２レンズＬ２の像側の面Ｓ４を、近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状としたので、特に像面湾曲の発生を抑制することができる。
【００２７】
さらに、図１〜図４の構成では、第１および第２レンズＬ１，Ｌ２の空気間隔と第２レンズＬ２の中心厚との比に関する条件式（１）を満足しているので、像面湾曲の発生を抑制しつつ、歪曲収差を良好に補正することができる。ここで、条件式（１）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくプラスになり良好な性能が得られなくなる。一方、条件式（１）の下限を下回ると、歪曲収差の低減という点では有利であるものの、像面湾曲がマイナスとなり良好な性能が得られなくなる。また、第２レンズＬ２の厚みが薄くなりすぎるので、製造性の点で不利になる。
【００２８】
さらに、図１〜図４の構成では、アッベ数に関する条件式（２）を満足しているので、特に軸上の色収差を良好に補正することができる。但し、第１および第２レンズＬ１，Ｌ２がいずれも正のレンズであるので、条件式（２）の下限を下回ると、系全体の軸上色収差を補正することが困難となる。
【００２９】
さらに、図１〜図４の構成において、バックフォーカスＢｆに関する条件式（３）を満足するようにした場合には、全長を短くしつつ、最終レンズ面Ｓ４と結像面Ｓｉｍｇ との間に十分なスペースを確保できる。また、像面湾曲の発生を抑制することができる。ここで、条件式（３）の下限を下回ると、最終レンズ面Ｓ４と結像面Ｓｉｍｇ との間隔が狭くなってしまい、例えば、光学ローパスフィルタや赤外線（ＩＲ）カットフィルタなどを挿入するスペースを十分に確保することができなくなる。一方、条件式（３）の上限を上回ると、バックフォーカスＢｆが大きくなりすぎ、全長も長くなる。また、像面湾曲を補正しきれなくなる。
【００３０】
さらに、図１〜図４の構成において、上述の式（４）で非球面形状を表した場合において、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４の非球面形状を、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて表すようにした場合には、像面湾曲の発生を抑制しつつ、歪曲収差を良好に補正することがより簡単にできる。ここで、非球面係数Ａｉとして偶数次の項のみを用いて表すようにした場合には、特に、タンジェンシャル方向の像面湾曲が補正不足となりやすい。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、物体側から順に、開口絞りＳｔ、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を備え、各レンズを構成する４つの面をすべて非球面形状としたので、比較的小型、かつ、高画素の撮像素子を備えた撮像装置への搭載に適した性能を得ることができる。また、図１〜図４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。
【００３２】
【実施例】
次に、上記実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。
【００３３】
＜実施例１〜４＞
以下、第１〜第４の数値実施例（実施例１〜４）をまとめて説明する。
【００３４】
図５および図６は、実施例１に係る撮像レンズに関するデータを示している。特に、図５には、実施例１に係る撮像レンズについての、面Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの中心（近軸）における曲率半径Ｒ１〜Ｒ４、面間隔（厚さ）Ｄ０〜Ｄ４、屈折率ｎｄ１，ｎｄ２およびアッベ数ν１，ν２の値を示す。Ｄ０は開口絞りＳｔと第１レンズＬ１との光軸上の間隔を示す。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。また、図６には、非球面形状に関するデータを示す。同様に、実施例２〜４に係る撮像レンズについてのデータを図８〜図１３に示す。
【００３５】
ここで、実施例１〜４は、順次、図１〜図４に示した構成と対応関係にある。図５，８，１０および１２に示したように、実施例１〜４では、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２のアッベ数ν１，ν２がいずれも条件式（２）を満たしている。
【００３６】
また、図６，９，１１および１３に示した非球面データは、上述の（４）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６，９，１１および１３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６，９，１１および１３に示したように、実施例１〜４では、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４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）と共に複数の奇数次の項（ｉ＝３，５，７および９）を有効に用いて表している。一方、第１レンズＬ１の面Ｓ１および面Ｓ２は、非球面係数Ａｉとして奇数次の項はすべて０とし、実質的に偶数次の項のみを用いて表している。
【００３７】
図７は、実施例１〜４について、条件式（１）および条件式（３）に対応する算出値をまとめて示したものである。図７に示したように、実施例１〜４では、いずれも条件式（１）および条件式（３）を満たしている。
【００３８】
図１４〜図１７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（波長λ＝５８７．６ｎｍ）を基準としたものを示す。また、非点収差を示す図において、Ｔはタンジェンシャル方向の収差を示し、Ｓはサジタル方向の収差を示す。
【００３９】
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、諸収差が良好に補正されており、また、携帯端末などにおける小型の撮像装置への搭載に適した性能が得られている。
【００４０】
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。
【００４１】
また、本実施の形態および実施例では、第２レンズＬ２を構成する面Ｓ３および面Ｓ４の非球面形状を、非球面係数Ａｉとして複数の奇数次の項を有効に用いて表すようにしたが、これに限定されない。すなわち、少なくとも１つの奇数次の項を用いればよく、例えば、１つの奇数次の項のみを有効に用いて面Ｓ３および面Ｓ４の非球面形状を表すようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像レンズによれば、物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズが、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズであり、第２レンズが、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズであり、さらに、空気間隔と第２レンズの中心厚との比に関する条件式（１）およびアッベ数に関する条件式（２）を満足するように構成したので、比較的小型、かつ、高画素の撮像素子を備えた撮像装置への搭載に適した性能を得ることができる。すなわち、全長を短くしつつ、諸収差を良好に補正し、光学性能の向上を図ることができる。
【００４３】
さらに、バックフォーカスに関する条件式（３）を満足するようにした場合には、像面湾曲の発生を抑制できると共に、第２レンズの像側の面である最終レンズ面と結像面との間に十分なスペースを確保することができる。これにより、コンパクトな構成を保ちつつ、光学ローパスフィルタや赤外線（ＩＲ）カットフィルタなどの他の光学部材を挿入することができる。
【００４４】
さらに、非球面形状を表す所定の式（４）で非球面形状を表した場合において、非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、第２レンズの物体側の面および像側の面の非球面形状を表すようにした場合には、像面湾曲の発生を抑制しつつ、歪曲収差を良好に補正することがより簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像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撮像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撮像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】本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る撮像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６】本発明の実施例１に係る撮像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７】本発明の実施例１〜４に係る撮像レンズのレンズデータのうち、条件式（１）および条件式（３）に対応するデータを示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２に係る撮像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９】本発明の実施例２に係る撮像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１０】本発明の実施例３に係る撮像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１１】本発明の実施例３に係る撮像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１２】本発明の実施例４に係る撮像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１３】本発明の実施例４に係る撮像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１４】実施例１の撮像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１５】実施例２の撮像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１６】実施例１の撮像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１７】実施例２の撮像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】
Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、ＳＧ…平行平面板、Ｓｔ…開口絞り。
Claims (3)
- 撮像素子上に像を結像させるための２群２枚構成の撮像レンズであって、
物体側から順に、開口絞り、第１レンズおよび第２レンズを備え、
前記第１レンズは、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凸または凹である非球面形状をなす正のレンズであり、
前記第２レンズは、物体側の面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、像側の面が近軸において像側に凹であり周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなす正のレンズであり、
さらに、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足するように構成されている
ことを特徴とする撮像レンズ。
０．６≦Ｄ３／Ｄ２≦１．０ ……（１）
ν１，ν２≧５０ ……（２）
但し、
Ｄ３：第２レンズの中心厚
Ｄ２：第１レンズの像側の面と第２レンズの物体側の面との光軸上の間隔
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
とする。 - さらに、以下の条件式（３）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
１．５≦Ｂｆ／Ｄ２≦２．３ ……（３）
但し、
Ｂｆ：全系のバックフォーカス
とする。 - 以下の式（４）で非球面形状を表した場合において、
非球面係数Ａｉとして少なくとも１つの奇数次の項を有効に用いて、前記第２レンズの物体側の面および像側の面の非球面形状が表されている
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。
Ｚ：光軸から高さ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
ρ：光軸からの距離
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
とする。
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