JP2015034940A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】比較的広画角で、明るく、小型でありながら、諸収差の良好な補正に加えて従来よりも色収差を良好に補正でき、高い結像性能を保持することが可能な撮像レンズを得ること。
【解決手段】固体撮像素子用の撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１レンズL1と、像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズL2と、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第３レンズL3と、光軸近傍で物体側と像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する第４レンズL4とで構成され、第１レンズから第３レンズのいずれか１つの面に第１の回折光学面を形成し、第４レンズの物体側の面に第２の回折光学面を形成する。当該構成において、第３レンズの像面側の面の曲率半径をr６、第４レンズの物体側の面の曲率半径をｒ７としたとき、次の条件式を満足する。０．０＜ｒ６／ｒ７＜０．１
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話機やスマートフォンなどの携帯端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等に搭載される比較的小型で薄型のＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子を用いたカメラモジュールに搭載される撮像レンズに関するものである。

近年、携帯電話機やスマートフォンなどの携帯端末、ＰＤＡ等の機器に搭載されるカメラ性能は、高画素化に対応した高い解像力を備えるようになっている。また、これらの機器の利便性、デザイン性などの向上のため、内蔵するカメラモジュールの小型化、薄型化の要求も高まってきている。同時に、カメラモジュールに組み込まれる撮像レンズに対しても、高解像度、小型化、薄型化とともに明るいレンズ系（すなわち、小さなＦ値）であることや、広範囲において被写体の像を撮影可能な、広い画角に対応できることが強く求められている。

上述した機器に搭載される撮像レンズとして、近年の高画素化の流れに対応するため、４枚構成や５枚構成の撮像レンズが多く提案されてきた。しかしながら、４枚構成の撮像レンズは、レンズ枚数が少ないため、小型化には適しているものの、収差補正の面では今や不十分であり、更なる高解像度化の実現には限界があった。また、５枚構成の撮像レンズは、レンズ枚数が増えたことで収差補正が容易となり、高解像度化、高性能化を図るには有利な構成だが、その反面、近年の小型化および薄型化に対しては不利な構成である。

このような課題を解決する構成として、本発明の出願人は特許文献１に記載の撮像レンズを提案した。即ち、４枚構成の撮像レンズにおいて、１つのレンズ面に回折光学面を形成することによって、構成枚数を増やすことなく高解像度化および高性能化を目指したものである。

特許文献１において、本発明の出願人は、物体側より順に、両凸形状の第１レンズと、両凹形状の第２レンズと、物体側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズである第３レンズと、両凹形状の第４レンズとを配置して構成され、全てのレンズ面を非球面で形成し、かつ第１レンズの物体側の面から第３レンズの物体側の面のうち、何れか１つの面に色分散機能を発揮する回折光学面を形成し、全てのレンズをプラスチック材料で形成した撮像レンズを開示している。

特開２０１３−１５５８７号公報

上記特許文献１に記載の撮像レンズは、Ｆ値が２．４程度の明るさを有し、色収差や諸収差を良好に補正した小型の撮像レンズを実現している。特許文献１によれば、第２レンズの屈折力を負にするとともに、第２レンズに高分散の材料を採用し、回折光学面をレンズ系の最適な位置に形成することによって従来の４枚で構成された撮像レンズよりも、軸上および軸外の色収差を良好に補正し、高い結像性能を達成することができる。しかし、近年において益々要求が強まる、広画角で、明るく、小型化を維持し、かつ高い結像性能の撮像レンズを実現するには、さらなる改良が必要である。すなわち、プラスチック材料は選択肢が限られていることに加えて、一般に高分散の材料は、二次曲線的な部分分散特性に起因して残存する色収差の補正が問題になるからである。回折光学面を最適なレンズ面に１面形成することで、従来の屈折レンズよりも良好な色収差補正が可能になるものの、上述した材料特性の問題で発生する、特に倍率色収差の更なる改善は困難であり、結像性能を更に向上させるには限界があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的広画角で、明るく、小型でありながら、諸収差の良好な補正に加えて、従来の回折光学面を採用した撮像レンズよりも更なる色収差の補正を可能にし、高い結像性能を実現することが可能な撮像レンズを提供することにある。

なお、ここでいう撮像レンズの小型化とは光学全長ＴＴＬが５．０ｍｍ程度以下で、撮像素子の有効撮像面の対角線の長さ２ｉｈとの比、すなわちＴＴＬ／２ｉｈが１．０以下を満たすレベルを指している。つまり、撮像素子のサイズよりも光学全長を短く抑えることで、カメラモジュールの低背化に貢献し、薄型化が進む携帯端末機器のデザインに貢献するものである。なお、光学全長とは、ＩＲカットフィルタ等を取り外した際の、光学系において最も物体側に位置する光学素子の物体側の面から撮像面までの光軸上の距離を意味する。

本発明による撮像レンズは、固体撮像素子用の撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第３レンズと、光軸近傍で物体側と像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する第４レンズとで構成される。第１レンズから第３レンズのいずれか１つの面に第１の回折光学面が形成され、第４レンズの物体側の面に第２の回折光学面が形成される。さらに、当該構成において、次の条件式（１）を満足する。
（１）０．０＜ｒ６／ｒ７＜０．１
ただし、ｒ６は第３レンズの像面側の面の曲率半径、ｒ７は第４レンズの物体側の面の曲率半径とする。

上記構成の撮像レンズは、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズとから構成される合成屈折力が正のレンズ群と、負の屈折力の第４レンズとで構成することで良好な収差補正を可能にするとともに、いわゆるテレフォトタイプにすることによって、光学全長の短縮化を図っている。また、レンズ面に形成する回折光学面とは、光路差関数で定義される光路差を発生させるレリーフによって形成されるものである。通常、光学材料のｅ線におけるアッベ数は２５から８０であるのに対して、回折光学面のｅ線のアッベ数は約−３．３と逆符号でおよそ１桁大きな分散を示す性質がある。一般のレンズ系で採用される、分散値の小さな材料の正レンズと分散値の大きな負レンズとの組み合わせによって行われる、いわゆる「色消し」効果に加えて、適切なレンズ面に適切な光路差関数を設定した回折光学面を形成することによって、さらに効果的に「色消し」、すなわち色収差補正を行うことができるものである。

本発明の基本的な構成として、第１レンズは、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、物体側の面に強い屈折力を設定することにより、第１レンズに比較的強い正の屈折力を持たせ、撮像レンズの小型化を図っている。また、第２レンズは像面側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズであり、色収差、非点収差およびコマ収差を良好に補正している。第３レンズは像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有するレンズであり、諸収差を良好に補正しながら、光学全長の増大を抑制している。また、第４レンズは光軸近傍で物体側と像面側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズであり、適切なバックフォーカスの確保を容易にしている。第３レンズと第４レンズとに適切な屈折力を持たせることで、光学全長の短縮化と軸外の諸収差の良好な補正を実現している。このような構成の撮像レンズは、収差補正と小型化の両立を実現しやすいため、従来要求されていた性能に対しては、十分な結像性能を実現することが可能であった。本発明は、上述した構成では除去できなかった色収差の課題を解決し、近年の要求に適応可能な、更なる良好な結像性能を実現するものであり、以下にその特徴を説明する。

まず、本発明において採用する第１の回折光学面は、第１レンズから第３レンズのそれぞれのレンズ面のうち、回折効率が最適となる１つの面に形成されている。従って、第１レンズから第３レンズで発生する色収差の補正は、負の屈折力を有する第２レンズと、第１の回折光学面の２つの要素によってバランス良く行われることになる。特に、第１の回折光学面では低像高側の色収差の補正に有効であり、４枚で構成された従来の屈折レンズよりも良好な色収差の補正を可能にする。

ここで、第１の回折光学面を形成する最適な面とは、開口絞りに近い面、すなわち光線束の直径が比較的大きい面で、且つ光線の入射角と射出角の変化が少ないレンズ面を指している。その条件を満足するレンズ面であれば、回折効率を高めることができ、２次光、３次光によるフレアーの発生を抑制し、効果的な色収差補正を実現することができる。本発明による撮像レンズは、上述した条件を満たす、第１レンズから第３レンズのうちのいずれか１つのレンズ面に第１の回折光学面を形成している。

さらに、本発明において、第２の回折光学面は、第４レンズの物体側の面に形成されている。本発明の出願人は、上述した負の屈折力を有する第２レンズによる色収差補正効果と第１の回折光学面の色収差補正によっても残存してしまう、材料の特性に依存する部分分散特性による色収差を、第４レンズの物体側の面に第２の回折光学面を形成することによって、効果的に補正できることを実験によって明らかにした。従って、当該面は撮像レンズ全系で見た場合の色収差の発生をさらに効果的に抑える意味で極めて重要な面となる。また、２次光、３次光によるフレアーの影響を最小限にするために、当該回折光学面が形成される第４レンズの物体側の面は、非常に緩やかな面形状に設定されており、変極点、または変曲点が存在しない、一様に変化する非球面で形成されている。このような非球面上に第２の回折光学面を形成することは、第３レンズから出射した光線を小さな角度で第４レンズに入射させることができるため、回折効率の低下を防止し、フレアーの発生を軽減して良好な色収差の補正を可能にする。第２の回折光学面は、特に高像高側における色収差の補正に有効である。従って、本発明の撮像レンズは、負の屈折力を有する第２レンズ、第１の回折光学面、第２の回折光学面、これら３つの要素によって、低像高から高像高に至るまで非常にバランスのとれた色収差補正を可能にする。なお、ここでいう変極点とは接平面と光軸が垂直に交わる非球面上の点を意味し、変曲点とは、曲率半径の符号が反転する非球面上の点を意味するものとする。

条件式（１）は第２の回折光学面の回折効率を向上させ、良好な色収差補正を行うための条件である。条件式（１）の上限値を上回る場合には、第３レンズから出射した光線が第２の回折光学面へ入射する際の入射角度が大きくなってしまい、回折効率が低下する。一方、条件式（１）の下限値を下回る場合も、第３レンズから出射した光線が第２の回折光学面へ入射する際の入射角度が大きくなってしまい、回折効率が低下してしまう。条件式（１）に規定する範囲内にすることで、第４レンズへの光線の入射角度を小さくして回折効率を向上させ、フレアーを抑制することが可能になる。

条件式（１）は、以下に示す（１ａ）がより好適な範囲である。
（１ａ）０．０＜ｒ６／ｒ７＜０．０５

本発明において、開口絞りの位置は、第１の回折光学面の回折効率を高めるために有効な、第１レンズの物体側、または第１レンズと第２レンズの間、または第２レンズと第３レンズの間に配置することが可能である。周知のように、固体撮像素子に適用する撮像レンズの場合、画面周辺部の明るさの確保と画面周辺部における色ズレ現象を防止するため、撮像面に入射する光線の角度は小さく抑制する（撮像面に対してなるべく垂直な角度になるよう抑制する）必要がある。開口絞りの位置をより物体側に配置すれば、射出瞳位置は像面から遠ざかるため、撮像面に入射する光線の角度を小さくできる。従って、開口絞りの位置は、なるべく物体側へ配置することが望ましく、第１レンズの物体側に配置することがより望ましい。

また、本発明の撮像レンズにおいて、第１レンズは両凸形状とすることが望ましい。第１レンズを両凸形状にすることによって正の屈折力を物体側の面と像面側の面とで分担させることができるため、球面収差の発生およびレンズ面の公差感度の上昇を抑制しながら、光学全長の短縮化が容易になる。

また、本発明の撮像レンズにおいて、第２レンズは物体側の面の曲率半径が像面側の面の曲率半径よりも大きな値となる両凹形状とすることが望ましい。その結果、倍率色収差および軸外の諸収差を有効に補正することが可能になる。

また、本発明の撮像レンズにおいて、第４レンズは像面側の面に光軸上以外の位置に変極点を有する非球面形状を形成することが望ましい。これにより、主に歪曲収差および像面湾曲の補正効果と撮像素子へ入射する光線の角度を制御しやすくなる効果を得ることができる。

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）−０．１＜ｒ８／ｒ７＜０．０
ただし、ｒ７は第４レンズの物体側の面の曲率半径、ｒ８は第４レンズの像面側の面の曲率半径である。

条件式（２）は、第２の回折光学面の回折効率を向上させつつ、適切なバックフォーカスを確保するための条件である。条件式（２）の上限値を上回る場合、第４レンズの負のパワーが強くなりすぎ、その結果バックフォーカスが長くなり、光学全長の短縮が困難になる。一方、条件式（２）の下限値を下回る場合、第４レンズの負のパワーが弱くなりすぎ、バックフォーカスの確保が困難になる。第４レンズの物体側の面および像面側の面の曲率半径の関係性を条件式（２）に規定する範囲内にすることによって、第２の回折光学面による良好な色収差補正機能を損なうことなく、適切なバックフォーカスを確保することができる。

条件式（２）は、以下に示す（２ａ）がより好適な範囲である。
（２ａ）−０．０５＜ｒ８／ｒ７＜０．０

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（３）および（４）を満足することが望ましい。
（３）−０．０７＜ｆ／（ν２・ｆ２）＋ｆ／（νｄ１３・ｆｄ１３）＜−０．０２
（４）０．０＜ｆ／ｆｄ１３＜０．１
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆｄ１３は第１の回折光学面の焦点距離、ν２は第２レンズのｄ線に対するアッベ数、
νｄ１３は第１の回折光学面のｄ線に対するアッベ数である。

条件式（３）は、第２レンズの屈折力と第１の回折光学面の近軸の屈折力との関係を規定し、第１の回折光学面による良好な色収差補正を実現するための条件である。条件式（３）の上限値を上回る場合には、色収差を補正するための第２レンズおよび第１の回折光学面の屈折力が不足し、色収差補正が困難となる。一方、条件式（３）の下限値を下回る場合には、第２レンズおよび第１の回折光学面の屈折力が過剰となり、この場合も第１の回折光学面による色収差補正が困難になる。

条件式（４）は、第１の回折光学面の近軸の屈折力の範囲を規定するもので、条件式（３）と相まって良好な色収差補正を実現するための条件である。条件式（４）の上限値を上回る場合には、軸上色収差が補正過剰（基準波長の色収差に対して短波長の色収差がプラス方向に増大）となり、軸上色収差と倍率色収差のバランスが崩れ、良好な色収差補正が困難になる。一方、条件式（４）の下限値を下回る場合には、第２レンズの軸上色収差補正の負担が過大となり、この場合も良好な色収差補正が困難になる。

条件式（４）は、以下に示す（４ａ）がより好適な範囲である。
（４ａ）０．０＜ｆ／ｆｄ１３＜０．０５

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（５）および（６）を満足することが望ましい。
（５）−０．０７＜ｆ／（ν２・ｆ２）＋ｆ／（νｄ４・ｆｄ４）＜−０．０２
（６）０．０＜ｆ／ｆｄ４＜０．１
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆｄ４は第２の回折光学面の焦点距離、ν２は第２レンズのｄ線に対するアッベ数、νｄ４は第２の回折光学面のｄ線に対するアッベ数である。

条件式（５）は、第２レンズの屈折力と第２の回折光学面の近軸の屈折力との関係を規定し、第２の回折面による良好な色収差補正を実現するための条件である。条件式（５）の上限値を上回る場合には、色収差を補正するための第２レンズおよび第２の回折光学面の屈折力が不足し、色収差補正が困難となる。一方、条件式（５）の下限値を下回る場合には、第２レンズおよび第２の回折光学面の屈折力が過剰となり、この場合も色収差補正が困難になる。

条件式（６）は、第２の回折光学面の近軸の屈折力の範囲を規定するもので、条件式（５）と相まって良好な色収差補正を実現するための条件である。条件式（６）の上限値を上回る場合には、軸上色収差が補正過剰（基準波長の色収差に対して短波長の色収差がプラス方向に増大）となり、軸上色収差と倍率色収差のバランスが崩れ、良好な色収差補正が困難になる。一方、条件式（６）の下限値を下回る場合には、第２レンズの軸上色収差補正の負担が過大となり、この場合も良好な色収差補正が困難になる。

条件式（６）は、以下に示す（６ａ）がより好適な範囲である。
（６ａ）０．０＜ｆ／ｆｄ４＜０．０５

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）０．６＜ＴＴＬ／２ｉｈ＜０．９
ただし、ＴＴＬはフィルタ類を取り外した際の最も物体側に配置された光学素子の物体側の面から像面までの光軸上の距離、ｉｈは最大像高である。

条件式（７）は、光学全長と最大像高との関係を規定するものである。条件式（７）の上限値を上回ると光学全長が長くなりすぎるため、近年要求される小型化のレベルに適応することが困難となる。一方、条件式（７）の下限値を下回ると光学全長が短くなりすぎて、諸収差の補正が困難になるとともに、４枚レンズを構成するスペースが狭くなり過ぎる。無理に狭いスペースに構成すれば、製造可能なレンズ厚の確保や適切な非球面形状の形成が困難になる、製造時の誤差感度が高くなる、などの製造する上での問題が生じやすくなる。

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８）０．５＜ｆ１／ｆ＜０．８
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離である。

条件式（８）は第１レンズの焦点距離と撮像レンズ全系の焦点距離との比を適切な範囲に規定するものであり、光学全長の短縮化と諸収差の発生を抑制するための条件である。条件式（８）の上限値を上回ると、撮像レンズ全系のパワーに占める第１レンズの正のパワーが弱くなり過ぎるため、レンズの製造誤差感度を低減するためには有利になるが、光学全長の短縮化には不利となり、小型化や薄型化の実現が困難となる。一方、条件式（８）の下限値を下回ると、撮像レンズ全系のパワーに占める第１レンズの正のパワーが強くなり過ぎ、収差補正が困難になるとともに、レンズの製造誤差感度が高くなるため好ましくない。

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（９）を満足することが望ましい。
（９）−１．５０＜ｆ２／ｆ＜−０．８５
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。

条件式（９）は、撮像レンズ全系のパワーに対する第２レンズの負のパワーを規定し、撮像レンズの光学全長を短縮しつつ色収差を良好に補正するための条件である。条件式（９）の上限値を上回ると、第２レンズの負のパワーが強くなり過ぎ、光学全長の短縮が困難になると共に、色収差が補正過剰（基準波長の色収差に対して短波長の色収差がプラス方向に増大）となってしまい、良好な結像性能を得ることが困難になる。一方、条件式（９）の下限値を下回ると、光学全長の短縮化には有利になるが、第２レンズの負のパワーが弱くなり過ぎ、色収差が補正不足（基準波長の色収差に対して短波長の色収差がマイナス方向に増大）となる。この場合、色収差補正を回折光学面で補おうとすると、輪帯数の増加を招き、製造の難易度が高くなるため好ましくない。

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（１０）を満足することが望ましい。
（１０）０．３＜ｆ３／ｆ＜０．６
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離である。

条件式（１０）は、撮像レンズ全系のパワーに対する第３レンズの正のパワーを規定し、撮像レンズの光学全長を短縮しながら、球面収差およびコマ収差を良好に補正するための条件である。条件式（１０）の上限値を上回ると第３レンズの正のパワーが弱くなり過ぎ、光学全長の短縮が困難となる。一方、条件式（１０）の下限値を下回ると第３レンズの正のパワーが強くなり過ぎ、光学全長の短縮には有利だが、球面収差やコマ収差が増大するため好ましくない。

また、本発明の撮像レンズは以下の条件式（１１）を満足することが望ましい。
（１１）−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離である。

条件式（１１）は、撮像レンズ全系のパワーに対する第４レンズの負のパワーを規定し、小型化を図りつつ、適切なバックフォーカスを確保しながら良好な収差補正を行うための条件である。条件式（１１）の上限値を上回ると、第４レンズの負のパワーが強くなりすぎ、光学全長の短縮が困難になる。一方、条件式（１１）の下限値を下回ると、第４レンズの負のパワーが弱くなりすぎるため、バックフォーカスの確保が困難になるとともに歪曲収差および像面湾曲の補正が困難になる。

また、本発明の撮像レンズは、第１レンズから第４レンズまでの全てのレンズは、プラスチック材料で構成され、各レンズ面は全て非球面で形成することが望ましい。全てのレンズにプラスチック材料を採用することにより、製造を容易にし、低コストでの大量生産が可能になる。なお、色収差補正のために異常分散特性を有するガラスレンズを採用すれば、結像性能の向上が見込めるが、低コスト化が要求される市場に対しては望ましくない。本発明では第２レンズに高分散のポリカーボネート系のプラスチック材料を、第１レンズ、第３レンズ、第４レンズそれぞれに低分散のシクロオレフィン系のプラスチック材料を採用している。また、全てのレンズ面に適切な非球面を形成すれば諸収差を抑制しやすくなるため、第１および第２の回折光学面による色収差補正機能をより効果的なものにすることができる。

また、本発明の撮像レンズは第１の回折光学面および第２の回折光学面に形成する輪帯の数は１０よりも少ないことが望ましい。形成する輪帯の数が１０を超える場合には、輪帯のエッジ部からの乱反射が増大することでコントラストの低下を招き、良好な結像性能を得ることができない。

本発明により、比較的広画角で、明るく、小型でありながら、諸収差の良好な補正に加えて、従来よりも色収差を良好に補正した、高い結像性能を備えた撮像レンズを得ることができる。

実施例１の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例１の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例１の撮像レンズの倍率色収差を示す図である。 実施例２の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例２の撮像レンズの倍率色収差を示す図である。 実施例３の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例３の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例３の撮像レンズの倍率色収差を示す図である。 実施例４の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例４の撮像レンズの倍率色収差を示す図である。 実施例５の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例５の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例５の撮像レンズの倍率色収差を示す図である。 実施例６の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例６の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例６の撮像レンズの倍率色収差を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１、図４、図７、図１０、図１３、及び図１６はそれぞれ、本実施形態の実施例１から６に係る撮像レンズの概略構成図を示している。いずれも基本的なレンズ構成は同様であるため、ここでは実施例１の概略構成図を参照しながら、本実施形態の撮像レンズ構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りＳＴ、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、負の屈折力を有する第４レンズＬ４とで構成されている。第３レンズＬ３の物体側の面には第１の回折光学面ＤＯＥ１が形成されている。また、第４レンズＬ４の物体側の凹面には第２の回折光学面ＤＯＥ２が形成されている。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第１レンズＬ１から第３レンズＬ３のうち回折効率を高めることの出来る１つのレンズ面に形成すればよい。例えば、実施例３においては第１レンズＬ１の像面側の面に、実施例４においては第１レンズＬ１の物体側の面に、実施例６においては第２レンズＬ２の像面側の面に形成している。

なお、第１レンズＬ１の物体側の面は直接ユーザーの目に触れることから、製品の外観上の観点から輪帯数は少ないほうが好ましい。本実施形態における実施例４は、第１レンズＬ１の物体側の面に第１の回折光学面を形成する例であるが、輪帯数は１つと極めて少なく、製品の外観上の問題にならない程度となっている。このような輪帯数が極めて少ない回折光学面であっても、特に低像高の色収差を良好に補正している。そして、第２の回折光学面において高像高の色収差を補正し、図１１および図１２に示すように低像高から高像高まで色収差は良好に補正される。

また、全てのレンズは接合されずに配置され、全てのレンズ面は非球面で形成されており、回折光学面ＤＯＥ１、ＤＯＥ２は、非球面上に形成されている。また、第４レンズＬ４と像面ＩＭとの間にはフィルタＩＲが配置されている。なお、このフィルタＩＲは省略することが可能である。

第１レンズＬ１は物体側の面と像面側の面が共に凸面で形成された両凸形状のレンズであり、第２レンズＬ２は物体側の面と像面側の面が共に凹面で形成された両凹形状のレンズであり、第３レンズＬ３は物体側の面が凹面で像面側の面が凸面のメニスカス形状のレンズであり、第４レンズＬ４は光軸Ｘの近傍で物体側の面と像面側の面が共に凹面で形成された両凹形状のレンズである。

なお、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の形状は、本実施の形態に係る形状に限定されるものではない。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであればよく、例えば、製造誤差感度が上昇しない範囲内で物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであってもよい。また、第２レンズＬ２は像面側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズであってもよい。

また、本実施形態の撮像レンズはすべてプラスチック材料を採用しており、低コストで大量生産を可能にしている。

本発明の撮像レンズは以下の条件式を満足する。
（１）０．０＜ｒ６／ｒ７＜０．１
（２）−０．１＜ｒ８／ｒ７＜０.０
（３）−０．０７＜ｆ／（ν２・ｆ２）＋ｆ／（νｄ１３・ｆｄ１３）＜−０．０２
（４）０．０＜ｆ／ｆｄ１３＜０．１
（５）−０．０７＜ｆ／（ν２・ｆ２）＋ｆ／（νｄ４・ｆｄ４）＜−０．０２
（６）０．０＜ｆ／ｆｄ４＜０．１
（７）０．６＜ＴＴＬ／２ｉｈ＜０．９
（８）０．５＜ｆ１／ｆ＜０．８
（９）−１．５０＜ｆ２／ｆ＜−０．８５
（１０） ０．３＜ｆ３／ｆ＜０．６
（１１）−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３
ただし、
ｒ６：第３レンズＬ３の像面側の面の曲率半径
ｒ７：第４レンズＬ４の物体側の面の曲率半径
ｒ８：第４レンズＬ４の像面側の面の曲率半径
ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
ｆ３：第３レンズＬ３の焦点距離
ｆ４：第４レンズＬ４の焦点距離
ｆｄ１３：第１の回折光学面ＤＯＥ１の焦点距離
ｆｄ４：第２の回折光学面ＤＯＥ２の焦点距離
ν２：第２レンズＬ２のｄ線に対するアッベ数
νｄ１３：第１の回折光学面ＤＯＥ１のｄ線に対するアッベ数
νｄ４：第２の回折光学面ＤＯＥ２のｄ線に対するアッベ数
ＴＴＬ：フィルタＩＲ類を取り外した際の、最も物体側に配置された光学素子の物体側の面から像面までの光軸上の距離
ｉｈ：最大像高

本実施形態では、すべてのレンズ面を非球面で形成している。これらのレンズ面に採用する非球面形状は光軸方向の軸をＺ、光軸に直交する方向の高さをＹ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ_２ｉとしたとき、数式１により表される。

また、回折格子によって生じる光路差は、光軸からの高さをＹ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数をＢ_２ｉとしたとき、数式２で定義される光路差関数Ｐにより表される。なお、表１〜表６に示す光路差関数係数は、基準波長を５２０ｎｍで設定している。

次に本実施形態に係る撮像レンズの実施例を示す。各実施例において、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離を、ＦｎｏはＦナンバーを、ωは半画角を、ｉｈは最大像高をそれぞれ示す。また、ｉは物体側から数えた面番号、ｒは曲率半径、ｄは光軸上のレンズ面間の距離(面間隔)、Ｎｄはｄ線（基準波長）における屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示す。なお、非球面に関しては、面番号ｉの後に＊（アスタリスク）の符号を付加して示し、回折光学面が形成された面をＤＯＥ１およびＤＯＥ２で示す。

基本的なレンズデータを以下の表１に示す。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第３レンズＬ３の物体側の面に、第２の回折光学面ＤＯＥ２は第４レンズＬ４の物体側の面にそれぞれ形成されている。

実施例１の撮像レンズは、表７に示すように条件式（１）〜（１１）の全てを満たしている。

図２は実施例１の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。球面収差図は、Ｆ線（４８６ｎｍ）、ｄ線（５８８ｎｍ）、Ｃ線（６５６ｎｍ）の各波長に対する収差量を示している。また、非点収差図にはサジタル像面Ｓ、タンジェンシャル像面Ｔにおける収差量をそれぞれ示している（図５、図８、図１１、図１４、図１７においても同じ）。

図３は実施例１の撮像レンズについて、倍率色収差（μｍ）を示したものである。この収差図は、Ｆ線（４８６ｎｍ）、ｄ線（５８８ｎｍ）、Ｃ線（６５６ｎｍ）の各波長に対する収差量を示している（図６、図９、図１２、図１５、図１８においても同じ）。図２および図３に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長ＴＴＬと最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０.８１２であり、薄型化および小型化が実現されている。さらに、Ｆ値は約２．４２と明るく、半画角は約３７°で広い画角が実現されている。

基本的なレンズデータを以下の表２に示す。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第３レンズＬ３の物体側の面に、第２の回折光学面ＤＯＥ２は第４レンズＬ４の物体側の面にそれぞれ形成されている。

実施例２の撮像レンズは、表７に示すように条件式（１）〜（１１）の全てを満たしている。

図５は実施例２の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図６は実施例２の撮像レンズについて、倍率色収差（μｍ）を示したものである。図５および図６に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長ＴＴＬと最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０.８１１であり、薄型化および小型化が実現されている。さらに、Ｆ値は２．４０と明るく、半画角は約３７°で広い画角が実現されている。

基本的なレンズデータを以下の表３に示す。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第１レンズＬ１の像面側の面に、第２の回折光学面ＤＯＥ２は第４レンズＬ４の物体側の面にそれぞれ形成されている。

実施例３の撮像レンズは、表７に示すように条件式（１）〜（１１）の全てを満たしている。

図８は実施例３の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図９は実施例３の撮像レンズについて、倍率色収差（μｍ）を示したものである。図８および図９に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長ＴＴＬと最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０.８０９であり、薄型化および小型化が実現されている。さらに、Ｆ値は２．４５と明るく、半画角は約３６°で広い画角が実現されている。

基本的なレンズデータを以下の表４に示す。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第１レンズＬ１の物体側の面に、第２の回折光学面ＤＯＥ２は第４レンズＬ４の物体側の面にそれぞれ形成されている。

実施例４の撮像レンズは、表７に示すように条件式（１）〜（１１）の全てを満たしている。

図１１は実施例４の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図１２は実施例４の撮像レンズについて、倍率色収差（μｍ）を示したものである。図１１および図１２に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長ＴＴＬと最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０.８１１であり、薄型化および小型化が実現されている。さらに、Ｆ値は２．４２と明るく、半画角は約３６°で広い画角が実現されている。

基本的なレンズデータを以下の表５に示す。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第１レンズＬ１の像面側の面に、第２の回折光学面ＤＯＥ２は第４レンズＬ４の物体側の面にそれぞれ形成されている。

実施例５の撮像レンズは、表７に示すように条件式（１）〜（１１）の全てを満たしている。

図１４は実施例５の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図１５は実施例５の撮像レンズについて、倍率色収差（μｍ）を示したものである。図１４および図１５に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長ＴＴＬと最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０.８１１であり、薄型化および小型化が実現されている。さらに、Ｆ値は２．４２と明るく、半画角は約３６°で広い画角が実現されている。

基本的なレンズデータを以下の表６に示す。なお、第１の回折光学面ＤＯＥ１は第２レンズＬ２の像面側の面に、第２の回折光学面ＤＯＥ２は第４レンズＬ４の物体側の面にそれぞれ形成されている。

実施例６の撮像レンズは、表７に示すように条件式（１）〜（１１）の全てを満たしている。

図１７は実施例６の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図１８は実施例６の撮像レンズについて、倍率色収差（μｍ）を示したものである。図１７および図１８に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長ＴＴＬと最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０.８１０であり、薄型化および小型化が実現されている。さらに、Ｆ値は２．４１と明るく、半画角は約３７°で広い画角が実現されている。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る撮像レンズは、光学全長ＴＴＬが４．７ｍｍ以下であり、光学全長と最大像高ｉｈとの比（ＴＴＬ／２ｉｈ）は０．８のレベルを達成するほどの小型化および薄型化が図られている。また、４枚構成でありながら収差が良好に補正されており、特に倍率色収差が極めて良好に補正されている。さらにＦ値は２．４程度と明るく、７２°前後の比較的広い画角の撮影を可能にする。

表７に実施例１〜６の条件式（１）〜（１１）の値を示す。

本発明の各実施の形態に係る４枚構成の撮像レンズは、近年、薄型化、高画素化が進む携帯電話機やスマートフォンなどの携帯端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎt）等に搭載される撮像光学系に好適に適用することができる。

ＳＴ 開口絞り
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
ＩＲ フィルタ
ｉｈ 最大像高
ＤＯＥ１ 第１の回折光学面
ＤＯＥ２ 第２の回折光学面

Claims (9)

1. 固体撮像素子用の撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第３レンズと、光軸近傍で物体側と像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する第４レンズとで構成され、前記第１レンズから前記第３レンズのいずれか１つの面に第１の回折光学面を形成し、前記第４レンズの物体側の面に第２の回折光学面を形成し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   （１）０．０＜ｒ６／ｒ７＜０．１
   ただし、
   ｒ６：第３レンズの像面側の面の曲率半径
   ｒ７：第４レンズの物体側の面の曲率半径
2. 以下の条件式（２）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。
   （２）−０．１＜ｒ８／ｒ７＜０．０
   ただし、
   ｒ７：第４レンズの物体側の面の曲率半径
   ｒ８：第４レンズの像面側の面の曲率半径
3. 以下の条件式（３）および（４）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。
   （３）−０．０７＜ｆ／（ν２・ｆ２）＋ｆ／（νｄ１３・ｆｄ１３）＜−０．０２
   （４）０．０＜ｆ／ｆｄ１３＜０．１
   ただし、
   ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆｄ１３：第１の回折光学面の焦点距離
   ν２：第２レンズのｄ線に対するアッベ数
   νｄ１３：第１の回折光学面のｄ線に対するアッベ数
4. 以下の条件式（５）および（６）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ。
   （５）−０．０７＜ｆ／（ν２・ｆ２）＋ｆ／（νｄ４・ｆｄ４）＜−０．０２
   （６）０．０＜ｆ／ｆｄ４＜０．１
   ただし、
   ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆｄ４：第２の回折光学面の焦点距離
   ν２：第２レンズのｄ線に対するアッベ数
   νｄ４：第２の回折光学面のｄ線に対するアッベ数
5. 以下の条件式（７）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。
   （７）０．６＜ＴＴＬ／２ｉｈ＜０．９
   ただし、
   ＴＴＬ：フィルタ類を取り外した際の、最も物体側に配置された光学素子の物体側の面から像面までの光軸上の距離
   ｉｈ：最大像高
6. 以下の条件式（８）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。
   （８）０．５＜ｆ１／ｆ＜０．８
   ただし、
   ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ１：第１レンズの焦点距離
7. 以下の条件式（９）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。
   （９）−１．５０＜ｆ２／ｆ＜−０．８５
   ただし、
   ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
8. 以下の条件式（１０）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。
   （１０）０．３＜ｆ３／ｆ＜０．６
   ただし、
   ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ３：第３レンズの焦点距離
9. 以下の条件式（１１）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。
   （１１）−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３
   ただし、
   ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   
   

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