JP2007212877A - 単焦点撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、且つ高い光学性能を有する撮像レンズを提供する。
【解決手段】単焦点撮像レンズ１０は、絞り（ＳＴ）、第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、第３レンズ（Ｌ３）、及び負の光学的パワーを有する第４レンズ（Ｌ４）で構成されている。第４レンズ（Ｌ４）のいずれか１面が非球面である。第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、及び第３レンズ（Ｌ３）は正の合成光学的パワーを有する。単焦点撮像レンズ１０は、以下の条件式（１）を満たす。
０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１８ ・・・・・（１）
但し、上記条件式（１）において、
ｄ：撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と撮像面との間の距離の最小値、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。
【選択図】図１

Description

本発明は、単焦点撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置に関する。

近年、携帯情報端末等といった撮像素子を有する小型の撮像装置が広く用いられるようになってきている。それに伴い、それら撮像装置用の全長が短く低コストな撮像レンズが多く提案されている。

例えば、特許文献１には、物体側より像面側に順に、像面側に凹形状のレンズ面が設けられた単一の負レンズからなる第１レンズ群と、絞りと、３枚以上のレンズとで構成され、正の屈折力を有する第２レンズ群（撮影レンズ）とを備え、以下の条件式を満たすレンズ系が開示されている。
０．７＜ｔｄ／ｆ＜１．３
但し、上記条件式において、ｔｄ：レンズ長、ｆ：レンズ全系の焦点距離である。

特許文献２には、最も物体側に絞りを配し、以降物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、負の屈折力を有する第４レンズを配して構成され、下記の３つの条件式を満たす撮影レンズが開示されている。
１．２＜ｆ／ｆ１＜２．０
１．５＜ｆ／｜ｆ２｜＜３．０
１５＜ν１−ν２
但し、上記３つの条件式において、ｆ：レンズ全系の合成焦点距離、ｆ１：第１レンズの焦点距離、ｆ２：第２レンズの焦点距離、ν１：第１レンズのアッベ数、ν２：第２レンズのアッベ数である。

特許文献３には、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の第１レンズ、物体側に比べ像面側に強い屈折面を有し、両レンズ面が凹面の負の第２レンズ、可動絞り、像面側と物体側とが同じ屈折力を有し、両レンズ面が凸面の正の第３レンズ、像面側に比べて物体側に強い屈折面を有し、像面側に凸面を向けたメニスカス状の負の第４レンズが配列されており、第１レンズの物体側の面に配置され、軸外の光束幅を制限するための固定絞りと、第３レンズの物体側の面に配置され、軸外の光束幅を制限するための固定絞りとを有する撮影レンズが開示されている。

また、特許文献４には、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第１レンズと、絞りと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第２レンズと、両側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズとにより構成され、下記２つの条件式を満たす撮像レンズが開示されている。
＋５．０＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜＋７．０
０．１５ｆ＜ｄ１＜０．３ｆ
但し、上記２つの条件式において、ｒ１：第１レンズの物体側面の光軸近傍における曲率半径、ｒ２：第１レンズの像面側面の光軸近傍における曲率半径、ｄ１：第１レンズの肉厚、ｆ：全系の焦点距離である。
特開２００４−２４０１２３号公報 特開２００２−３６５５３１号公報 特開平１１−２３９５９号公報 特開２００４−６１９３８公報

特許文献１に開示された、所謂レトロフォーカス型のレンズ系によれば、撮像面に対する光線入射角を小さくすることができ、各種光学フィルタを挿入可能にせしめるだけのバックフォーカスを確保することが容易となる。しかし、特許文献１に開示されたレトロフォーカス型のレンズ系では、主点位置が像面寄りとなる。このため、バックフォーカスが長くなる。従って、高い光学性能を有し、且つ、十分に小型な（光学全長の短い）レンズ系を実現することは困難である。

特許文献２に開示された撮影レンズでは、撮影レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面から撮像面までの距離が大きくなる。このため、十分に小型な（光学全長の短い）撮影レンズを実現することは困難である。

特許文献３に開示された、所謂テレフォト型の撮影レンズでは、撮像面への光線入射角が大きくなる。このため、撮像面への光線入射角に一定の制約を持つ撮像素子用途に使用した場合、シェーディング効果のため周辺光量が得られず、良好な結像性能を得ることは難しい。

また、特許文献３に開示された撮影レンズでは、第２レンズと第３レンズとの間に絞りが配置されている。このため、射出瞳位置が像面寄りとなり、短いバックフォーカス（つまり、小型化）と、小さな光線入射角とを同時に実現することは困難である。

さらに、特許文献４に開示された撮像レンズは、物体側に凹面を向けた第１レンズを有する。このため、広角化に際し、撮像素子の画面中央部の光量と画面周辺部の光量との差を低減することが容易となる。しかしながら、特許文献４に記載された撮像レンズでは、第１レンズの物体側の凹面により軸外光束に対して大きな屈折角が付与される。従って、撮像素子の画面周辺部の良好な収差補正が困難となる。

また、一般的に、撮像レンズの小型化を実現する方法として、撮像レンズを構成する各レンズの光学的パワー（具体的には、屈折力）を大きくする方法が挙げられる。しかしながら、各レンズの光学的パワーを大きくすると、各レンズによって発生する収差が大きくなる。このため、収差の少ない撮像レンズの実現が困難となる。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型、且つ高い光学性能を有する撮像レンズを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１の単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１８ ・・・・・（１）
但し、上記条件式（１）において、
ｄ：撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と撮像面との間の距離の最小値、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明に係る第２の単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする。
０．００５＜ＢＦ／ｆｄ＜０．２４ ・・・・・（２）
但し、上記条件式（２）において、
ＢＦ：光軸上における撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と像面との間の距離、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

また、本発明に係る第１の撮像装置は、光学像を形成する単焦点撮像レンズと、単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。単焦点撮像レンズが、物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、下記の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１８ ・・・・・（１）
但し、上記条件式（１）において、
ｄ：撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と撮像面との間の距離の最小値、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明に係る第２の撮像装置は、光学像を形成する単焦点撮像レンズと、単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。単焦点撮像レンズが、物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、下記の条件式（２）を満たすことを特徴とする。
０．００５＜ＢＦ／ｆｄ＜０．２４ ・・・・・（２）
但し、上記条件式（２）において、
ＢＦ：光軸上における撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と像面との間の距離、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

本発明によれば、小型、且つ高い光学性能を有する撮像レンズを実現ことができる。

以下、本発明に係る単焦点撮像レンズの実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は、それぞれ第１〜第５の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０の無限遠撮影時のレンズ構成を表す光学断面図である。尚、図１〜図５において、ｒｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は、物体側から数えてｉ番目の面を示す。

各実施の形態の単焦点撮像レンズ１０はいずれも、撮像素子（固体撮像素子であってもよい。例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｎｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等）に対して光学像を形成するためのものである。後に詳述するように、単焦点撮像レンズ１０は、デジタルカメラや携帯情報端末搭載カメラ等に搭載可能なものである。

単焦点撮像レンズ１０は、第１レンズ（Ｌ１）と、第２レンズ（Ｌ２）と、第３レンズ（Ｌ３）と、第４レンズ（Ｌ４）との４枚のレンズにより構成されている。

例えば、単焦点撮像レンズを２枚以下のレンズで構成した場合、収差論から明らかなように、像面湾曲と軸上色収差とを同時に補正することは困難である。このため、たとえ非球面を多用したとしても高い光学性能を達成することは困難である。

単焦点撮像レンズを３枚のレンズで構成した場合は、２枚のレンズにより構成した場合と比較して、像面湾曲（歪曲収差）及び軸上色収差はある程度改善することができる。しかし、単焦点撮像レンズを３枚のレンズで構成した場合は、特に非点収差を十分に低減することが困難である。例えば、単焦点撮像レンズを高い光学性能を有すると構成として知られるトリプレット型とし、非球面を多用したとしても、０．５画角付近でのサジタル方向の非点収差と、メリディオナル方向の非点収差とを同時に補正することは困難である。従って、例えば、近年の携帯電話端末搭載用途等に要求される４００万画素クラス以上の撮像素子に使用できるだけの高い結像性能を確保することは困難である。

単焦点撮像レンズを４枚以上のレンズで構成することによって初めて高い光学性能（結像性能）を実現することができる。すなわち、像面湾曲（歪曲収差）、軸上色収差、及び非点収差が抑制された単焦点撮像レンズを実現することができる。

尚、より高い結像性能を実現する観点からは、単焦点撮像レンズをより多くのレンズ（例えば５枚以上のレンズ）で構成することが好ましい。しかしながら、単焦点撮像レンズを構成するレンズの枚数が増加すると、単焦点撮像レンズを構成するレンズの総厚、各レンズ間の間隙、単焦点撮像レンズを収納する鏡筒のスペースも増加する傾向にある。このため、レンズの枚数が増加すると、単焦点撮像レンズが大型化する傾向となる。従って、小型の単焦点撮像レンズを実現する観点からは、単焦点撮像レンズを構成するレンズの枚数を少なくすることが好ましい。

以上より、小型化、及び高い光学性能を同時に実現するためには、単焦点撮像レンズ１０を上述の如く４枚のレンズで構成することが最も好ましい。詳細には、結像性能を左右するような比較的大きな光学的パワーを有する４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）により単焦点撮像レンズ１０を構成することが好ましく、単焦点撮像レンズ１０は、結像性能をほとんど左右しないような比較的小さな光学的パワーを有するさらなる光学素子（例えば、レンズ、フィルター等）を含んでいてもよい。

第１レンズ（Ｌ１）と、第２レンズ（Ｌ２）と、第３レンズ（Ｌ３）とは、正の合成光学的パワーを有している（本明細書において、絞り（ＳＴ）と、第１レンズ（Ｌ１）と、第２レンズ（Ｌ２）と、第３レンズ（Ｌ３）とにより構成されるレンズ群を「前群（ＧｒＦ）」とする。）。一方、第４レンズ（Ｌ４）は負の光学的パワーを有している（本明細書において、第４レンズ（Ｌ４）を「後群（ＧｒＲ）」とする。）。すなわち、単焦点撮像レンズ１０は、正の光学的パワーを有する前群（ＧｒＦ）と負の光学的パワーを有する後群（ＧｒＲ）とにより構成される所謂テレフォト型のレンズである。このため、レトロフォーカス型の単焦点撮像レンズよりもバックフォーカスを短縮することができる。従って、小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。より小型な単焦点撮像レンズ１０を実現する観点から、第４レンズ（Ｌ４）は比較的強い負の光学的パワーを有するものであることが好ましい。比較的強い負の光学的パワーを有する第４レンズ（Ｌ４）を採用することにより、単焦点撮像レンズの主点位置をより物体寄りにすることができるためである。

また、撮像面に近い第４レンズ（Ｌ４）を強い負の光学的パワーを有するレンズとすることにより、具体的には、撮像面に近い第４レンズ（Ｌ４）の少なくとも一方の面を強い負の光学的パワーを有するレンズ面とすることにより、単焦点撮像レンズ１０全系の焦点距離を略一定に保ったまま、効果的にペッツバール和を減少させることができる。従って、非点収差の抑制された単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。

尚、第１レンズ（Ｌ１）と第２レンズ（Ｌ２）とは相互に接合されていてもよい。第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とは相互に接合されていてもよい。また、第１レンズ（Ｌ１）と第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とのすべてが接合されていてもよい。

単焦点撮像レンズ１０では、第４レンズ（Ｌ４）の少なくともいずれか一面が非球面とされている。この構成によれば、光線が細くなる第４レンズ（Ｌ４）において、歪曲や非点収差といった主光線に関する収差の補正を比較的容易に行うことができ、良好な結像性能を得ることができる。

本発明に係る第１〜第５の実施の形態では、絞り（ＳＴ）（例えば、開口絞り（明るさ絞りともいう）等）は第１レンズ（Ｌ１）よりも物体寄りに配置されている。絞り（ＳＴ）は第１のレンズ（Ｌ１）と別個に設けてもよい。また、図１〜図５に示すように、第１レンズ（Ｌ１）の物体側レンズ面の開口を絞り（ＳＴ）としてもよい。このように、絞り（ＳＴ）をできるだけ物体寄りに配置することによって絞り（ＳＴ）の出射瞳を像面（撮像面）から遠ざけることができる。このため、撮像面への光線入射角を比較的小さくすることができる。従って、バックフォーカスを小さくすることができるので、小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。特に、本発明に係る各実施の形態のように、比較的少ない枚数のレンズによって構成されている単焦点撮像レンズ１０の場合、この構成を採用することが特に効果的である。

具体的に、第１、及び第２の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０は、図１及び図２に示すように、物体側からこの順で配列された、絞り（ＳＴ）、第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、及び第３レンズ（Ｌ３）からなる前群（ＧｒＦ）と、第４レンズ（Ｌ４）からなる後群（ＧｒＲ）とにより構成されている。絞り（ＳＴ）は第１レンズ（Ｌ１）よりも物体寄りに配置されている。具体的には、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面ｒ１の前面に設けられている。

前群（ＧｒＦ）は正の合成光学的パワーを有する。一方、後群（ＧｒＲ）は負の光学的パワーを有する。すなわち、第１及び第２の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０はテレフォト型となっている。

前群（ＧｒＦ）を構成する各レンズの形状に着目すると、第１レンズ（Ｌ１）は正の光学的パワーを有するレンズ（以下、「正レンズ」とすることがある。）である。第２レンズ（Ｌ２）は負の光学的パワーを有するレンズ（以下、「負レンズ」とすることがある。）である。そして、第３レンズ（Ｌ３）は正レンズである。すなわち、第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、及び第３レンズ（Ｌ３）はトリプレット型となっている。この構成によれば、光学全長がさらに短く、小型な単焦点撮像レンズ１０を実現することができる。

具体的には、第１レンズ（Ｌ１）は両凸レンズである。第１レンズ（Ｌ１）を両凸レンズとすると、第１レンズ（Ｌ１）の光学的正パワーを両レンズ面に分割することができる。このため、所望の光学的パワーを比較的弱い曲率の両レンズ面でもって実現することができる。言い換えれば、両レンズ面の曲率を比較的小さくすることができる。従って、本実施形態のような構成レンズの枚数が比較的少ない単焦点撮像レンズでは補正が困難となる、高次の球面収差、コマ収差の発生を抑えることができる。また、両面とも強い曲率を持たないレンズは、製造が比較的容易である。そのため、低廉化を図ることができる。

第２のレンズ（Ｌ２）は両凹レンズである。このように、第２レンズ（Ｌ２）を物体側に凹面を向けた負の光学的パワーを有するレンズとすることにより、第２レンズ（Ｌ２）のレンズ面を絞り（ＳＴ）中心に対して略コンセントリックな面を構成することができる。従って、非点収差、歪曲収差の発生を効果的に抑制することができる。特に、第２レンズ（Ｌ２）を両凹レンズとすることにより、第２レンズ（Ｌ２）の負の光学的パワーを両レンズ面に分割することができる。このため、所望の光学的パワーを比較的弱い曲率の両レンズ面でもって実現することができる。言い換えれば、両レンズ面の曲率を比較的小さくすることができる。従って、高次の球面収差、コマ収差の発生を抑えつつ、第１レンズ（Ｌ１）及び第３レンズ（Ｌ３）で発生した収差を適切に補正することができる。また、両面とも強い曲率を持たないレンズは、製造が比較的容易である。そのため、低廉化を図ることができる。

第３レンズ（Ｌ３）は両凸レンズである。第３レンズ（Ｌ３）を両凸レンズとすることにより、第３レンズ（Ｌ３）の光学的正パワーを両レンズ面に分割することができる。このため、所望の光学的パワーを比較的弱い曲率の両レンズ面でもって実現することができる。言い換えれば、両レンズ面の曲率を比較的小さくすることができる。従って、本実施形態のような構成レンズの枚数が比較的少ない単焦点撮像レンズでは補正が困難となる、高次の球面収差、コマ収差の発生を抑えることができる。また、両面とも強い曲率を持たないレンズは、製造が比較的容易である。そのため、低廉化を図ることができる。具体的には、第３レンズ（Ｌ３）の像面側レンズ面ｒ６の方が物体側レンズ面ｒ５よりも強い光学的パワー（屈折力）を有するレンズ面である。この構成によれば、第３レンズ（Ｌ３）の撮像面側レンズ面を絞り（ＳＴ）中心に対して略コンセントリックな面に構成することができ、非点収差と歪曲の発生を抑制することができる。

後群（ＧｒＲ）を構成する第４レンズ（Ｌ４）は両凹レンズである。第４レンズ（Ｌ４）を両凹レンズとすることにより、第４レンズ（Ｌ４）の負の光学的パワーを両レンズ面に分割することができる。このため、所望の光学的パワーを比較的弱い曲率の両レンズ面でもって実現することができる。言い換えれば、両レンズ面の曲率を比較的小さくすることができる。従って、主点位置を物体側に配置することができ、バックフォーカスの短縮（すなわち、小型化）を図ることができると共に、第４レンズ（Ｌ４）にて歪曲収差、非点収差を効果的に補正することができる。

像面側レンズ面ｒ８は少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状のレンズ面である。具体的には、光軸近傍の領域においては像面側面に凹状に形成されており、その一方で像面側レンズ面ｒ８の周辺領域においては、像面側に凸状に形成されている。そして、凹状に形成された光軸近傍の領域と、凸状に形成された周辺領域とは変曲点を介して連続的に接続されている。言い換えれば、像面側レンズ面ｒ８は、光軸近傍から像面側レンズ面ｒ８の外側に向かうにつれて一旦隆起し、さらに外側に向かうにつれて物体側に引けるような形状のレンズ面となっている。凸状に形成された周辺領域の曲率半径は、凹状に形成された光軸近傍の領域の曲率半径より大きく設定されている。このような形状の第４レンズ（Ｌ４）を用いることによって、軸外光束の入射角を比較的小さくすることができ、シェーディング効果を低減できる。従って、より高い光学性能（結像性能）を実現することができる。

尚、全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の少なくとも一つのレンズ面が非球面であることが好ましい。第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）のそれぞれに非球面を少なくとも１面設けることにより、球面収差，コマ収差及び歪曲収差をより効果的に低減することが可能となる。各種収差をさらに効果的に低減レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の複数のレンズ面（すべてのレンズ面であってもよい）を非球面とすることがさらに好ましい。

尚、第１及び第２の実施の形態において、第４レンズ（Ｌ４）は、実質的に樹脂からなるものである。第４レンズ（Ｌ４）を実質的に樹脂により形成することにより、単焦点撮像レンズ１０を低廉なものとすることができる。

第３の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０は、第３レンズ（Ｌ３）及び第４レンズ（Ｌ４）の形状を除いて、上述の第１及び第２の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０とほぼ同様の構成を有する。

図３に示すように、第３の実施の形態では、第３レンズ（Ｌ３）は、像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。このため、第３レンズ（Ｌ３）の絞り（ＳＴ）側の面は凹面である。このように、第３レンズ（Ｌ３）の絞り（ＳＴ）側のレンズ面を凹面にすることによって、軸外収差（歪曲収差、非点収差）等を良好に補正することができる。

また、第４レンズ（Ｌ４）は、像面側に変曲点を有する両凹レンズである。第３の実施の形態においても、第４レンズの像面側レンズ面ｒ８は、光軸近傍の領域においては像面側面に凹状に形成されており、その一方で像面側レンズ面ｒ８の周辺領域においては、像面側に凸状に形成されている。そして、凹状に形成された光軸近傍の領域と、凸状に形成された周辺領域とは変曲点を介して連続的に接続されている。

第４の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０は、第２レンズ（Ｌ２）の形状を除いて、上述の第１及び第２の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０とほぼ同様の構成を有する。

図４に示すように、第４の実施の形態では、第２レンズ（Ｌ２）は物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズである。この構成によれば、第２レンズ（Ｌ２）のレンズ面を絞り（ＳＴ）中心に対して略コンセントリックな面を構成することができる。従って、非点収差、歪曲収差の発生を効果的に抑制することができる。

第５の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０は、図５に示すように、第１レンズ（Ｌ１）と第２レンズ（Ｌ２）とが接合されている点を除いて、上述の第１及び第２の実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０とほぼ同様の構成を有する。この構成によれば、第１レンズ（Ｌ１）と第２レンズ（Ｌ２）との接合面において倍率色収差、軸上色収差を低減することができる。

第１〜第５の実施の形態において、単焦点撮像レンズ１０は、下記条件式（１）又は（２）を満たしている。
０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１８ ・・・・・（１）
但し、
ｄ：撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と撮像面との間の距離の最小値、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。
０．００５＜ＢＦ／ｆｄ＜０．２４ ・・・・・（２）
但し、
ＢＦ：光軸上における撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と像面との間の距離、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

条件式（１）は、光軸上における撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面（以下、「最終レンズ面」とすることがある。）から撮像面までの距離ｄとｄ線における全系焦点距離ｆｄの比を規定する条件式である。

条件式（２）は、光軸上における最終レンズ後面から撮像面までの距離ＢＦとｄ線における全系焦点距離ｆｄの比を規定する条件式である。

条件式（１）、条件式（２）共に、良好な結像性能を保ちつつ小型化を達成するための条件式である。

撮像面付近では、それぞれの光束は結像直前であるため光束径が細くなる。また、撮像面付近は、各像高に結像する光束が最も分離している場所である。従って、最終レンズ面と撮像面との間の距離の最小値ｄ、又はＢＦを短く保ち、撮像面付近に非球面であるレンズ面を配置することにより、非点収差及び歪曲収差といった主光線に関する収差のみを選択的に補正することが可能となる。

条件式（１）または条件式（２）の上限を超えると、最終レンズ面から撮像面（又は像面）までの距離が増大するため、単焦点撮像レンズ１０を十分に小型化することが困難となる。また、前記理由により良好な結像性能を得ることが困難となる。

条件式（１）または条件式（２）の下限を下回ると、最終レンズと撮像素子が接触し、相互に干渉することにより、最終レンズ及び／又は撮像素子が損傷を受ける虞がでてくる。最終レンズ及び／又は撮像素子が損傷すると、得られる画像の像質が劣化してしまう。また、最終レンズと撮像素子（詳細には、撮像素子受光部）とを接触しない範囲で非常に近接した状態に保持するためには、レンズ、撮像素子、レンズを収納する鏡筒等を小さな製造交差で精密に組み立てる必要がある。単焦点撮像レンズ１０がフォーカス機構を有する場合には、フォーカス機構の可動領域の制御精度を向上しなければならない。従って、単焦点撮像レンズ１０の製造コストが向上する傾向にある。さらに、携帯電話端末等に搭載される場合などで特に重要となってくる耐振強度、耐衝撃強度を確保するのが困難となる傾向にある。

以上の観点から、以下の条件式（１ａ）または（２ａ）を満足することが好ましく、条件式（１ｂ）または（２ｂ）を満足することがさらに好ましい。
０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１２ ・・・・・（１ａ）
０．０１０＜ｄ／ｆｄ＜０．１０ ・・・・・（１ｂ）
０．００５＜ＢＦ／ｆｄ＜０．１６ ・・・・・（２ａ）
０．０１０＜ＢＦ／ｆｄ＜０．１２ ・・・・・（２ｂ）
以下、各実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０が満足することが好ましい条件式について説明する。但し、以下に説明する全ての条件式を同時に満たす必要はない。個々の条件式をそれぞれ単独に満足すれば、その条件式に対応する作用・効果を得ることができる。もちろん、複数の条件式を満足する方が、光学性能，小型化，製造・組立等の観点からより好ましいことはいうまでもない。

下記条件式（３）は、撮像面から絞り（ＳＴ）までの距離の好ましい範囲を規定している。言い換えれば、条件式（３）は、射出瞳位置の好ましい範囲を規定するものである。条件式（３）を満足させることにより、画面周辺部における、シェーディング効果による光量低下を抑制することができる。
０．５＜Ｌｓｔ＜２ ・・・・・（３）
但し、
Ｌｓｔ：絞りから撮像面までの距離、
である。

先に述べたように、本発明のようにレンズの構成枚数が少ない光学系の場合、射出瞳位置をレンズのみで操作することは難しい。このため、４枚のレンズにより構成された単焦点撮像レンズ１０において、適切な位置（詳細には、撮像面との関係における適切な相対位置）に絞り（ＳＴ）を配置して射出瞳位置を適正化することは特に重要である。適切な位置に絞り（ＳＴ）を配置しなければ、シェーディング効果による撮像素子の画面周辺部の光量が低下してしまい、結像性能が低下する傾向にある。

条件式（３）の上限を上回ると、撮像素子（詳細には、撮像素子の撮像面）への光線入射角が小さくなる傾向にあるものの、光学全長が長くなる傾向にあり、単焦点撮像レンズ１０が大型化する傾向にある。

条件式（３）の下限を下回ると、射出瞳位置が近くなりすぎる傾向にある。このため、シェーディング効果による撮像素子の画面周辺部の光量が低下し、結像性能が悪化する傾向にある。

尚、射出瞳位置はレンズの形状によって補正することも可能ではある。しかしながら、レンズの形状（具体的には、最終レンズ面の形状）によって射出瞳位置を補正するためには、最終レンズ面の面傾斜角を非常に大きくしなければならない。このため、第４レンズ（Ｌ４）の製造が困難となる。従って、単焦点撮像レンズ１０の製造コストが増大する。また、最終レンズ面の面傾斜角が大きくなると非点収差及び歪曲収差の良好な補正が困難となる。従って、得られる結像性能も低下する傾向となる。

以上の観点から、以下の条件式（３ａ）を満足することがより好ましく、条件式（３ｂ）を満足することがさらに好ましい。
０．７＜Ｌｓｔ＜１．６ ・・・・・（３ａ）
０．９＜Ｌｓｔ＜１．４ ・・・・・（３ｂ）
下記条件式（４）は、良好な結像性能を確保しつつ小型化を達成するための前群（ＧｒＦ）の好ましい光学的パワーの範囲を規定している。
０．５＜ｆｄ／ｆＦ＜４ ・・・・・（４）
但し、
ｆＦ：ｄ線における第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズの合成焦点距離、
ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
である。

条件式（４）の上限を上回ると、前群（ＧｒＦ）の正の光学的パワー強くなりすぎる傾向にある。このため、前群（ＧｒＦ）において高次の球面収差、コマ収差が発生するため、良好な収差補正が困難となる。

条件式（４）の下限を下回ると、前群（ＧｒＦ）の正の光学的パワーが弱くなりすぎる傾向にある。このため、主点位置が像面寄りとなり、単焦点撮像レンズ１０が大型化する傾向にある。

以上の観点より、以下の条件式（４ａ）を満足することがより好ましく、条件式（４ｂ）を満足することがさらに好ましい。
０．８＜ｆｄ／ｆＦ＜２ ・・・・・（４ａ）
１．０＜ｆｄ／ｆＦ＜１．６ ・・・・・（４ｂ）
下記条件式（５）は、良好な結像性能を確保しつつ小型化を達成するための後群（ＧｒＲ）、言い換えれば、第４レンズ（Ｌ４）の好ましい光学的パワーの範囲を規定している。
０．５＜｜ｆｄ／ｆＲ｜＜４ ・・・・・（５）
但し、
ｆＲ：ｄ線における第４レンズの焦点距離、
ｆｄ：ｄ線における全系の合成焦点距離、
である。

条件式（５）の上限を上回ると、後群（ＧｒＲ）を構成する第４レンズ（Ｌ４）の負の光学的パワーが強くなりすぎ、第４レンズ（Ｌ４）で発生する非点収差、歪曲収差等が増大する傾向にある。また、単焦点撮像レンズ１０の全系の焦点距離を好適な範囲に保つためには前群（ＧｒＦ）の正の光学的パワーを増大させる必要がある。このため、前群（ＧｒＦ）で発生する高次の球面収差、コマ収差等も増大する傾向にある。従って、単焦点撮像レンズ１０全体としての各種収差（非点収差、歪曲収差等）も増大し、結像性能が低下する傾向にある。

条件式（５）の下限を下回ると、主点位置が像面寄りとなってしまい、単焦点撮像レンズ１０が大型化する傾向にある。また、第４レンズ（Ｌ４）のペッツバール和減少させる効果が低下するため、非点収差の補正が困難となる。さらに、第４レンズ（Ｌ４）を安価で加工が容易な樹脂等の低屈折率材料で作製することが困難となる。第４レンズ（Ｌ４）を高価で加工が困難なガラス等により形成しなければならなくなり、単焦点撮像レンズ１０の製造コストが上昇する傾向にある。

以上の観点より、以下の条件式（５ａ）を満足することがより好ましく、条件式（５ｂ）を満足することがさらに好ましい。
０．８＜｜ｆｄ／ｆＲ｜＜３ ・・・・・（５ａ）
１．０＜｜ｆｄ／ｆＲ｜＜２ ・・・・・（５ｂ）
下記条件式（６）は、撮像素子の撮像面への光線入射角の最大値を規定するものである。
１０°＜θｍ＜４５° ・・・・・（６）
但し、
θｍ：主光線の撮像面への入射角の最大値、
である。

条件式（６）の上限を上回ると、シェーディング効果により、撮像素子の画面周辺の光量が低下し、結像性能が悪化する傾向にある。

条件式（６）の下限を下回ると、単焦点撮像レンズ１０の全系が長くなる傾向にある。

以上の観点より、以下の条件式（６ａ）を満足することがより好ましく、条件式（６ｂ）を満足することがさらに好ましい。
１５°＜θ＜３５° ・・・・・（６ａ）
２０°＜θ＜３０° ・・・・・（６ｂ）
以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、第３レンズ（Ｌ３），及び第４レンズ（Ｌ４）のうち少なくともいずれかひとつが赤外光を遮光するレンズであることが好ましい。具体的には、例えば、いずれか一つのレンズの少なくとも一方のレンズ面を赤外光吸収材料によりコーティングするか、又はいずれか一つのレンズに赤外吸収材料を含有させることが好ましい。この構成によれば、撮像素子の撮像面へ入射する赤外光の強度を低減することができる。従って、撮像素子の感度を人の目の比視感強度近づけることが可能となり、撮像素子により取得される画像の像質を向上させることができる。

尚、本明細書において、「赤外光」とは、０．７μｍ以上２．５μｍ以下の波長の光をいう。また、赤外光を遮蔽するレンズとは、赤外光を反射及び／又は吸収するレンズをいう。

また、第１〜第５の実施の形態では、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成されている例について説明した。しかしながら、本発明においては、単焦点撮像レンズ１０を構成する各レンズは屈折型レンズ以外の型のレンズであってもよい。例えば、各レンズは回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等であってもよい。これらの中でも、低コストである、屈折型レンズ、回折型レンズ、屈折・回折ハイブリッド型レンズ等が好ましい。

また、絞り（ＳＴ）のほかに不要光をカットするための光束規制板等を必要に応じて配置してもよい。

プリズム類（例えば直角プリズム），ミラー類（例えば平面ミラー）等の光学素子を光路中に配置することにより、配置された光学素子の光学的パワーを有しない面（例えば、反射面，屈折面，回折面）で単焦点撮像レンズの前，後又は途中で光路を折り曲げてもよい（例えば、光軸（ＡＸ）を約９０度折り曲げるようにして光束を反射させてもよい。）。光路の適正な折り曲げにより、単焦点撮像レンズが搭載されるデジタル入力機器（デジタルカメラ等）の見かけ上の薄型化やコンパクト化を達成することが可能である。尚、その折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよい。

次に、上記実施の形態に係る単焦点撮像レンズ１０を備えた光学機器の実施の形態について説明する。ここでは、単焦点撮像レンズ１０を搭載したデジタルスチルカメラと、携帯情報端末とを例に挙げて説明するが、本発明に係る撮像装置はこれらに限定されるものではない。

図６及び図７はデジタルスチルカメラ１の斜視図である。

デジタルスチルカメラ（以下、「ＤＳＣ」とする。）１は、カメラ本体１４と、単焦点撮像レンズ１０と、単焦点撮像レンズ１０により形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子（図示せず）と、ストロボ１１と、レリーズボタン１２と、表示モニタ１３とを備えている。

図８は携帯情報端末２の正面図である。図９は携帯情報端末２の背面図である。

携帯情報端末２は、携帯電話本体２７と、スピーカ部２１と、マイク部２２と、入力ボタン２３と、表示モニタ２４と、アンテナ２５と、単焦点撮像レンズ１０と、単焦点撮像レンズ１０により形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子（図示せず）と、表示モニタ２６とを備えている。マイク部２２は操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部２１は通話相手の声を出力するためのものである。入力ボタン２３は操作者が情報を入力するのに用いられるものである。表示モニタ２４は操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するためのものである。アンテナ２５は通信電波の送信と受信を行なうためのものである。

撮像素子（図示せず）で受光された物体像は、携帯情報端末２に内蔵された図示しない処理手段に入力され、電子画像として表示モニタ２４に、または、通信相手の携帯情報端末等のモニタに、または、その両方に表示される。また、通信相手の携帯情報端末等に画像を送信する場合には、上記処理手段に含まれる信号処理機能により、撮像素子で受光された物体像の情報が送信可能な信号へ変換されるようになっている。

以下、本発明を実施した単焦点撮像レンズを、コンストラクションデータ、各種収差図等を挙げて更に具体的に説明する。ここで説明する数値実施例１〜５は、第１〜第５の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例である。第１〜第５の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図５）は、対応する実施例１〜５のレンズ構成をそれぞれ示している。

各数値実施例のコンストラクションデータにおいて、ｒｉ（ｉ＝０，１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）である。ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔（ｍｍ）である。Ｎｉ（ｉ＝１，２，３，．．．），νｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は物体側から数えてｉ番目の光学要素のｄ線に対する屈折率（Ｎｄ），アッベ数（νｄ）である。全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ）及びＦナンバー（Ｆ）を他のデータとあわせて示す。

非球面係数が記された面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式（ＡＳ）で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータとあわせて示す。

但し、式（ＡＳ）中、
ｚ：高さｙの位置での光軸（ＡＸ）方向の変位量（面頂点基準）、
ｙ：光軸（ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ、
Ｒ：近軸曲率半径、
ｋ：コーニック係数、
Ａｎ：ｎ次の非球面係数（Ａｎ＝０の場合のデータは省略する。）、
である。

図１０〜図１４は、それぞれ実施例１〜実施例５に対応する無限遠撮影状態での収差図である。各図において、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図、（ｃ）は歪曲収差図である。但し、Ｆ：Ｆナンバー、ω：最大半画角（ｄｅｇ）である。球面収差図（ａ）において、実線はｄ線を、細かい破線はＦ線を、粗い破線はＣ線を表している。非点収差図（ｂ）において、破線はメリディオナル面、実線はサジタル面でのｄ線に対する各非点収差（ｍｍ）を表わしている。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲（％）を表している。

−実施例１−
ｆ：５．００、Ｆ：２．９７

尚、表２に示すデータは、実施例１における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例２−
ｆ：５．７８、Ｆ：３．２０８

尚、表４に示すデータは、実施例２における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例３−
ｆ：６．０７４、Ｆ：３．３７５

尚、表６に示すデータは、実施例３における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例４−
ｆ：５．５０、Ｆ：３．９３

尚、表８に示すデータは、実施例４における各レンズ面の非球面係数である。

−実施例５−
ｆ：５．７７、Ｆ：３．２０５

尚、表１０に示すデータは、実施例５における各レンズ面の非球面係数である。

下記、表１１に各実施例における条件式（１）〜（６）の値を示す。

本発明に係る単焦点撮像レンズは、小型でありつつ高い光学性能を有するものであるので、携帯情報端末搭載カメラ、監視カメラ、ＰＣカメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラに有用である。

第１の実施の形態（数値実施例１）の単焦点撮像レンズ１０の無限遠撮影時のレンズ構成を表す光学断面図である。 第２の実施の形態（数値実施例２）の単焦点撮像レンズ１０の無限遠撮影時のレンズ構成を表す光学断面図である。 第３の実施の形態（数値実施例３）の単焦点撮像レンズ１０の無限遠撮影時のレンズ構成を表す光学断面図である。 第４の実施の形態（数値実施例４）の単焦点撮像レンズ１０の無限遠撮影時のレンズ構成を表す光学断面図である。 第５の実施の形態（数値実施例５）の単焦点撮像レンズ１０の無限遠撮影時のレンズ構成を表す光学断面図である。 デジタルスチルカメラ１の前側概略斜視図である。 デジタルスチルカメラ１の後側概略斜視図である。 携帯情報端末２の概略正面図である。 携帯情報端末２の概略背面図である。 数値実施例１の収差図である。 数値実施例２の収差図である。 数値実施例３の収差図である。 数値実施例４の収差図である。 数値実施例５の収差図である。

符号の説明

ＧｒＦ ・・・ 前群
ＧｒＲ ・・・ 後群
ＳＴ ・・・ 絞り
ＡＸ ・・・ 光軸
１ ・・・ デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）
２ ・・・ 携帯情報端末
１０ ・・・ 単焦点撮像レンズ
１１ ・・・ ストロボ
１２ ・・・ レリーズボタン
１３、２４、２６ ・・・ 表示モニタ
１４ ・・・ カメラ本体
２１ ・・・ スピーカ部
２２ ・・・ マイク部
２３ ・・・ 入力ボタン
２５ ・・・ アンテナ
２７ ・・・ 携帯電話本体

Claims (12)

1. 撮像素子の撮像面上に光学像を形成するための単焦点撮像レンズであって、
   物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、該第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、以下の条件式（１）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１８ ・・・・・（１）
   但し、
   ｄ：単焦点撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と撮像面との間の距離の最小値、
   ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
2. 撮像素子の撮像面上に光学像を形成するための単焦点撮像レンズであって、
   物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、該第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、以下の条件式（２）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０．００５＜ＢＦ／ｆｄ＜０．２４ ・・・・・（２）
   但し、
   ＢＦ：光軸上における単焦点撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と像面との間の距離、
   ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
3. 請求項１又は２に記載された単焦点撮像レンズおいて、
   以下の条件式（３）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０．５＜Ｌｓｔ＜２ ・・・・・（３）
   但し、
   Ｌｓｔ：絞りから撮像面までの距離、
   である。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（４）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０．５＜ｆｄ／ｆＦ＜４ ・・・・・（４）
   但し、
   ｆＦ：ｄ線における第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズの合成焦点距離、
   ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
   である。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（５）を満たす単焦点撮像レンズ；
   ０．５＜｜ｆｄ／ｆＲ｜＜４ ・・・・・（５）
   但し、
   ｆＲ：ｄ線における第４レンズの焦点距離、
   ｆｄ：ｄ線における全系の合成焦点距離、
   である。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   上記第２レンズは、物体側に凹面を向けた負の光学的パワーを有するレンズである単焦点撮像レンズ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   上記第４レンズは実質的に樹脂からなる単焦点撮像レンズ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   上記第４レンズは、その撮像面側のレンズ面に少なくとも一つの変曲点を有する単焦点撮像レンズ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
   以下の条件式（６）を満たす単焦点撮像レンズ；
   １０°＜θｍ＜４５° ・・・・・（６）
   但し、
   θｍ：主光線の撮像面への入射角の最大値、
   である。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載された単焦点撮像レンズにおいて、
    上記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズのうち少なくともいずれかひとつは、赤外光を遮蔽するレンズである単焦点撮像レンズ。
11. 光学像を形成する単焦点撮像レンズと、該単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    上記単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、該第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、以下の条件式（１）を満たす撮像装置；
    ０．００５＜ｄ／ｆｄ＜０．１８ ・・・・・（１）
    但し、
    ｄ：単焦点撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と撮像面との間の距離の最小値、
    ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
    である。
12. 光学像を形成する単焦点撮像レンズと、該単焦点撮像レンズにより形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    上記単焦点撮像レンズは、物体側からこの順で配列された、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及びいずれか１面が非球面であり、負の光学的パワーを有する第４レンズで構成され、該第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズは正の合成光学的パワーを有し、以下の条件式（２）を満たす撮像装置；
    ０．００５＜ＢＦ／ｆｄ＜０．２４ ・・・・・（２）
    但し、
    ＢＦ：光軸上における単焦点撮像レンズの最も撮像素子寄りのレンズ面と像面との間の距離、
    ｆｄ：ｄ線における全系焦点距離、
    である。

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