JP4079630B2 - 撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置に関し、特に、携帯電話等に用いられる小型の撮像装置に最適な撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等に用いられる小型撮像装置の光学系は、広い画角を有し、必要なバックフォーカスを確保しつつ、小型でできるだけ薄くすることが求められる。また、このような小型の撮像装置に用いられる撮像素子は素子の小型化や細密化が進み、それに見合うだけの解像力が光学系に求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような小型撮像装置の光学系は、撮像素子の大きさから撮像光学系の焦点距離は短くなる。また、小型でできるだけ薄くすることが求められるが、レンズ枚数を少なくしても薄くするには限界がある。そこで、光学系を途中で折り曲げることができれば、さらに薄くすることが可能となる。また、このような光学系はコストを抑えるため、レンズ枚数はできるだけ少ない方がよい。
【０００４】
しかし、このような短い焦点距離の光学系では、少ないレンズ枚数で倍率色収差を補正し、軸外まで十分な解像力を得ることは難しい。
【０００５】
従来の特開平９−１８９８５６号で開示されている撮像レンズのように、５枚のレンズ構成にすれば、広い画角で十分な解像を得ることが可能である。しかし、レンズ枚数が多いため高価になり、また、レンズ系の全長が長くなりやすく、コンパクトにすることが難しい。また、折り曲げるためには折り曲げ部のレンズ間隔を広く取らなければならないが、レンズ枚数が多いと広い間隔を取り難い。
【０００６】
また、特開平１１−９５０９６号で開示されている撮像レンズは、４枚のレンズ構成で、広口径、広画角な撮像レンズ系であるが、こうような構成でさらに焦点距離を短くすると、倍率色収差を補正することが難しくなり、軸外まで十分な解像力を得ることができない。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯電話等に用いられる小型撮像装置に対応したコンパクトで光路折り曲げ可能な枚数の少ない光学系を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像レンズは、上記目的を達成するため、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【０００９】
５０＞νd1−νd2＞１０ ・・・（１）
２＞ｆ／ｆ3 ＞０．３５ ・・・（２）
ただし、ννd1は第１レンズのｄ線基準アッベ数、νd2は第２レンズのｄ線基準アッベ数、ｆ：全系の焦点距離、ｆ3 は第３レンズと第４レンズの合成焦点距離である。
【００１０】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用について説明する。
【００１１】
本発明のレンズ構成にすると、４枚という少ないレンズ枚数で、短い焦点距離でバックフォーカスを確保しながら、倍率の色収差を十分に補正することができる。絞りより第２レンズが像側にあると、第２レンズのアッベ数を小さくしても倍率色収差を補正することができない。また、光学系を薄くするにはできるだけ物体に近いレンズ間で折り曲げなければならないが、本発明のレンズ構成にすれば、収差を劣化させることなく、第１レンズと第２レンズの間隔を広げてレンズ系を折り曲げることができる。
【００１２】
また、本発明では、絞りより物体側に配置された第２レンズのアッベ数を小さくすることで、倍率色収差を補正している。条件式（１）は、第１レンズと第２レンズのアッベ数の差を規定するもので、条件式の下限値１０より小さいと、倍率色収差を十分に補正することができなくなる。また、光学ガラスのアッベ数は限られているため、条件式の上限値の５０を越える光学ガラスの組み合わせにはなり難い。
【００１３】
また、短い焦点距離でバックフォーカスを確保するためには、光学系は物体側が負屈折力のレンズ、像側が正屈折力のレンズで構成されたレトロフォーカスタイプになる。焦点距離を本発明のように短くするためには、負屈折力、正屈折力をより強くしなけらばならない。条件式（２）は、全系の焦点距離と第３レンズと第４レンズの合成焦点距離の比を規定するものであり、条件式の下限値０．３５より小さいと、バックフォーカスを確保することが難しくなる。また、上限値２を越えると、第３レンズと第４レンズの合成焦点距離が短くなりすぎ、収差補正が難しくなる。
【００１４】
本発明の撮像レンズにおいて、第３レンズと第４レンズとは接合されていてもよい。
【００１５】
第３レンズと第４レンズはそれぞれ接合されていない独立したレンズで構成してもよいが、第３レンズと第４レンズの間隔を狭めることにより色収差を良好に補正することができる。さらに、負の屈折力を有する第３レンズと正の屈折力を有する第４レンズとを接合させることで、両レンズ相互の偏心による収差を抑えることができ、製造上有利な構成となる。
【００１６】
また、本発明においては、第２レンズは像側に凹面を向けた正メニスカスレンズであることが好ましい。
【００１７】
第１レンズと第２レンズの間隔を広げると、第２レンズの主点位置を第１レンズ側に持ってきた方が構成しやすいためである。
【００１８】
このとき、第２レンズが以下の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することが望ましい。
【００１９】
０．４５＞ｆ／ｆ2 ＞０．１５ ・・・（Ａ）
−１．１＞（ｒ21＋ｒ22）／（ｒ21−ｒ22）＞−１０．０ ・・・（Ｂ）
ただし、ｆ2 は第２レンズの焦点距離、ｒ21は第２レンズの物体側面の光軸上曲率半径、ｒ22は第２レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【００２０】
収差補正と小型化のバランスを考慮して、第２レンズの屈折力と形状が上記の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することが好ましい。
【００２１】
条件（Ａ）の下限値の０．１５を越えると、画角とＦナンバーの確保のため、第１レンズが物体側に移動し、上限値の０．４５を越えると、第１レンズと第２レンズの間隔の確保が難しくなる。
【００２２】
また、条件（Ｂ）の下限値の−１０．０を越えると、メニスカス形状が強くなり、収差が発生しやすくなり、上限値の−１．１を越えると、主点の移動の程度が小さくなり、第１レンズ、第２レンズ間隔の確保に不利となる。
【００２３】
無論、条件（Ａ）と（Ｂ）の何れか一方を満足する構成としてもよい。
【００２４】
また、第１レンズが以下の条件（Ｃ）を満足することが好ましい。
【００２５】
０．５０＞ｆ／｜ｆ1 ｜＞０．１５ ・・・（Ｃ）
ただし、ｆ1 は第１レンズの焦点距離である。
【００２６】
上記にレトロフォーカスタイプにて構成することで焦点距離を小さくできる旨を説明したが、このとき、負の第１レンズが上記条件（Ｃ）を満足することが好ましい。
【００２７】
この条件（Ｃ）の下限値の０．１５又は上限値の０．５０の何れを越えても、第１レンズとそれより像側のレンズとのバランスが取れなくなり、適切なレンズ間隔や収差補正性能の確保が難しくなる。
【００２８】
以上において、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２９】
８＞ｄｚ／ｆ＞４．５ ・・・（３）
２．５＞ｄ12／ｄ23＞１ ・・・（４）
ただし、ｄ12は第１レンズ像側面から第２レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄ23は第２レンズ像側面から第３レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄｚは第１レンズ物体側面から第４レンズ像側面までの光軸上での距離である。
【００３０】
条件式（３）は、光学系の全系の焦点距離と光学系の全長の比を規定するものであり、条件式の下限値の４．５より小さいと、光学系を折り曲げるためのレンズ間隔を取れなくなる。また、上限値の８を越えると、全長が長くなりすぎ、光学系をコンパクトにできない。
【００３１】
条件式（４）は、第１レンズと第２レンズの間隔と、第２レンズと第３レンズの間隔の比を規定するもので、条件式の下限値の１より小さいと、第１レンズと第２レンズの間隔で折り曲げることができなくなり、光学系を薄くすることができない。また、上限値の２．５を越えると、全長が長くなりすぎ光学系をコンパクトにできない。
【００３２】
また、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００３３】
３＞ｄs1／ｄs2＞２ ・・・（５）
ただし、ｄs1は第１レンズ物体側面から絞りまでの光軸上での距離、ｄs2は絞りから第４レンズの像側面までの光軸上での距離である。
【００３４】
条件式（５）は、第１レンズ第１面から絞りまでの距離と絞りから最終レンズの最終面までの距離の比を規定するものであり、条件式の下限値の２より小さいと、射出瞳位置が像に近くなりすぎ、撮像素子での周辺部における光量を不足させる原因となる。上限値の３を越えると、絞り位置が物体側に近づきすぎて第１レンズと第２レンズの間隔を広くとれなくなり、光学系を折り曲げるためのレンズ間隔を取れなくなる。
【００３５】
また、本発明においては、第１レンズと第２レンズがプラスチックであることが好ましい。
【００３６】
プラスチックレンズはガラスレンズに比べ製造誤差が大きくなりやすいが、本発明の第１レンズと第２レンズはレンズの製造誤差による性能劣化が小さく、プラスチックにすることでコストを低く抑えることができる。また、レンズの外形形状は通常、加工上、組み立て上の都合が良いため、円形である。しかし、撮像素子は通常四角形の受光面で長辺と短辺を持っているため、撮像光学系のレンズの中で実際に光束が通る範囲は円形ではない。そこで、光学系を折り曲げるとき、図１に示すように、折り曲げ前に配置された第１レンズＬ１０１と折り曲げ後に配置された第２レンズＬ１０２の外形形状を四角形や楕円等の円形でない形状にすると、折り曲げる前後のレンズの間隔を最小限にすることができるため、光学系をより薄くすることができる。円形以外の外形形状のレンズはガラスよりプラスチックの方が製造しやすい。
【００３７】
また、本発明の撮像レンズは、第１レンズと第２レンズの間に反射面を持つ反射素子を配することが望ましい。
【００３８】
前記の通り、本発明によれば、第１レンズと第２レンズとの間隔を適度に開けて構成できるため、その間隔に反射面を持つ反射素子を配することで、撮像レンズに入射する光軸方向への薄型化が図れる。そのため、薄型の電子撮像装置（例えば、デジタルカメラや携帯電話、ノートパソコン等の携帯情報端末に内蔵された撮像系）に用いることが可能となる。なお、反射面を持つ反射素子としては、表面鏡、透明な平行平板にミラーコートした裏面鏡、三角プリズムの何れかを用いるとよい。
【００３９】
また、反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び第１レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ａ）が、その入射面に対し垂直でかつ入射光軸を含む面及び第１レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ｂ）と比較して短いようにすることができる（図１）。
【００４０】
このように構成することで、反射面の配するスペースを小さくでき、撮影レンズの薄型化が図れる。つまり、反射面の奥行きは、第１レンズの短い方（Ａ）に従うため、光学系の薄型化に適する構成となる。特に、第１レンズは絞りから離れているため、最軸外光束に近似させた略矩形形状とすることが、小型軽量化のためにより好ましい。
【００４１】
また、反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び第２レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ｃ）が、その入射面に対し垂直でかつ第２レンズへの入射光軸を含む面及び第２レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ｄ）と比較して短いようにすることができる（図１）。
【００４２】
このように構成することで、反射面の配するスペースを小さくでき、撮影レンズの薄型化が図れる。つまり、反射面の奥行きは、第１レンズの短い方（Ａ）に従うため、光学系の薄型化に適する構成となる。特に、第２レンズは絞りからさほど離れていないため、絞り形状と撮像面形状との中間的な形状である、略楕円形にて構成することが小型軽量化のためにより好ましい。
【００４３】
また、以上の撮像レンズとその像側に配された撮像素子とで撮像装置を構成することができる。
【００４４】
撮像レンズの像面に撮像素子を配することで、撮像装置として構成できる。特に、本発明の撮像レンズは、レトロフォーカスとしているので、像側への射出光束が平行に近くなっている。そのため、撮像素子をＣＣＤ等の電子撮像素子としても良好な画像が得られるためより好ましい。
【００４５】
その場合に、第１レンズの外周の形状を、撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なるように構成することが望ましい。
【００４６】
また、第２レンズの外周の形状を、撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なるように構成することが望ましい。
【００４７】
撮像面に対応させて形状を設定することで、撮像装置の省スペース化が図れる。
【００４８】
また、本発明の撮像レンズは、広角域を含む撮像装置を構成する上で有利である。特に半画角ωが以下の条件を満足する撮像装置に用いることが好ましい。
【００４９】
２４°＜ω＜４０°
この条件式の下限値の２４°を越えて半画角が狭くなると、収差補正上は有利になるが実用的な画角ではなくなる。一方、上限値の４０°を越えると、歪曲収差、倍率の色収差が発生しやすくなり、レンズ枚数が増加する。
【００５０】
なお、以上に示した条件式について、さらなる高性能化のために、以下に示す構成の少なくとも何れかとすることがより好ましい。
【００５１】
条件式（１）の下限値を１３．０又は１５．０とすることがより好ましい。
【００５２】
条件式（１）の上限値を２６．０又は３３．０とすることがより好ましい。
【００５３】
条件式（２）の下限値を０．４０又は０．６０とすることがより好ましい。
【００５４】
条件式（２）の上限値を０．８０又は１．００とすることがより好ましい。
【００５５】
条件式（３）の上限値を６．５又は７．０とすることがより好ましい。
【００５６】
条件式（４）の下限値を１．３又は１．６とすることがより好ましい。
【００５７】
条件式（４）の上限値を２．１又は２．３とすることがより好ましい。
【００５８】
条件式（５）の下限値を２．３又は２．５とすることがより好ましい。
【００５９】
条件式（５）の上限値を２．７又は２．８とすることがより好ましい。
【００６０】
条件式（Ａ）の下限値を２．０又は２．４とすることがより好ましい。
【００６１】
条件式（Ａ）の上限値を０．３５又は０．４０とすることがより好ましい。
【００６２】
条件式（Ｂ）の下限値を−５．０又は−３．０とすることがより好ましい。
【００６３】
条件式（Ｂ）の上限値を−２．４又は−２．０とすることがより好ましい。
【００６４】
条件式（Ｃ）の下限値を０．２０又は０．２５とすることがより好ましい。
【００６５】
条件式（Ｃ）の上限値を０．３３又は０．４０とすることがより好ましい。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像レンズとそれを用いる撮像装置の実施例について説明する。
【００６７】
まず、図１に本発明の撮像レンズとそれを用いる撮像装置の光学系部分の斜視図を模式的に示す。撮像レンズは、被写体からの光の入射順に、負屈折力の第１レンズＬ１０１と、光路を９０°折り曲げる反射素子としての表面鏡Ｍと、正屈折力の第２レンズＬ１０２と、可変絞りとして配置された絞りＳ１と、負屈折力の第３レンズＬ１０３と、正屈折力の第４レンズＬ１０４とからなり、その像面に撮像面Ｉが位置するように撮像素子が配置されて撮像装置が構成される。
【００６８】
この実施例においては、第１レンズＬ１０１は、表面鏡Ｍの反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面（図の面）と第１レンズＬ１０１の物体側面が交わる交線の長さＡが、その入射面に対し垂直でかつ入射光軸を含む面と第１レンズ第１レンズＬ１０１の物体側面が交わる交線の長さＢと比較して短くなるように、矩形（長方形）の外形になっており、また、第２レンズＬ１０２も、表面鏡Ｍの反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面（図の面）と第２レンズＬ１０２の物体側面が交わる交線の長さＣが、その入射面に対し垂直でかつ入射光軸を含む面と第２レンズＬ１０２の物体側面が交わる交線の長さＤと比較して短くなるように、楕円の外形になっている。
【００６９】
このような撮像レンズの実施例として、以下に実施例１と２を説明する。ただし、光路を折り曲げる反射素子は省いてある。
【００７０】
実施例１の撮像レンズは、図２に示すレンズ構成であり、物体側に凸の負メニスカスレンズからなる負屈折力を有する第１レンズＬ２０１と、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる正屈折力の第２レンズＬ２０２と、絞りＳ２、両凹負レンズからなる負屈折力を有する第３レンズＬ２０３と、第３レンズＬ２０３と接合された両凸正レンズからなる正屈折力を有する第４レンズＬ２０４とから構成されている。第１レンズＬ２０１と第２レンズＬ２０２はプラスチックで構成されており、非球面は、第１レンズＬ２０１の両面と、第３レンズＬ２０３の物体側の面に用いられている。また、第４レンズＬ２０４と撮像面Ｉの間には、赤外線カットフィルターＩＦとローパスフィルターＬＦが配されている。
【００７１】
実施例２の撮像レンズは、図４に示すレンズ構成であり、物体側に凸の負メニスカスレンズからなる負屈折力を有する第１レンズＬ３０１と、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる正屈折力の第２レンズＬ３０２と、絞りＳ３、両凹負レンズからなる負屈折力を有する第３レンズＬ３０３と、第３レンズＬ３０３と接合された両凸正レンズからなる正屈折力を有する第４レンズＬ３０４とから構成されている。非球面は、第１レンズＬ３０１の両面と、第３レンズＬ３０３の物体側の面に用いられている。また、第４レンズＬ３０４と撮像面Ｉの間には、赤外線カットフィルターＩＦとローパスフィルターＬＦが配されている。
【００７２】
以下に、実施例１、２の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのｄ線基準のアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００７３】
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００７４】
【００７５】
【００７６】
以上の実施例１、２の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図３、図５に示す。
【００７７】
さて、以上のような本発明の撮像レンズは、撮像レンズで物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【００７８】
図６〜図８は、本発明による撮像レンズをデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図６はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図７は同後方斜視図、図８はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば図２に示した撮像レンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、赤外線カットフィルターＩＦとローパスフィルターＬＦを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、メモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【００７９】
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポリプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。
【００８０】
このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が広画角であり、収差が良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォーカスの大きな光学系であるので、高性能・低コスト化が実現できる。
【００８１】
なお、図８の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
【００８２】
次に、本発明の撮像レンズが対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図９〜図１１に示される。図９はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１０はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１１は図９の状態の側面図である。図９〜図１１に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【００８３】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による例えば図２に示した撮像レンズからなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【００８４】
ここで、撮像素子チップ１６２上には赤外線カットフィルターＩＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端（図示略）には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【００８５】
撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図９には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【００８６】
次に、本発明の撮像レンズが撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１２に示される。図１２（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１２（ｂ）は側面図、図１２（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、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モニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による例えば図２に示した撮像レンズからなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【００８７】
ここで、撮像素子チップ１６２上には赤外線カットフィルターＩＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端（図示略）には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【００８８】
撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【００８９】
以上の本発明の撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置は例えば次のように構成することができる。
【００９０】
〔１〕 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
【００９１】
５０＞νd1−νd2＞１０ ・・・（１）
２＞ｆ／ｆ3 ＞０．３５ ・・・（２）
ただし、νd1は第１レンズのｄ線基準アッベ数、νd2は第２レンズのｄ線基準アッベ数、ｆ：全系の焦点距離、ｆ3 は第３レンズと第４レンズの合成焦点距離である。
【００９２】
〔２〕 前記第３レンズと前記第４レンズとが接合されていることを特徴とする上記１記載の撮像レンズ。
【００９３】
〔３〕 前記第２レンズが像側に凹面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする上記１又は２に記載の撮像レンズ。
【００９４】
〔４〕 前記第２レンズが以下の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することを特徴とする上記３記載の撮像レンズ。
【００９５】
０．４５＞ｆ／ｆ2 ＞０．１５ ・・・（Ａ）
−１．１＞（ｒ21＋ｒ22）／（ｒ21−ｒ22）＞−１０．０ ・・・（Ｂ）
ただし、ｆ2 は第２レンズの焦点距離、ｒ21は第２レンズの物体側面の光軸上曲率半径、ｒ22は第２レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【００９６】
〔５〕 前記第１レンズが以下の条件（Ｃ）を満足することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の撮像レンズ。
【００９７】
０．５０＞ｆ／｜ｆ1 ｜＞０．１５ ・・・（Ｃ）
ただし、ｆ1 は第１レンズの焦点距離である。
【００９８】
〔６〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の撮像レンズ。
【００９９】
８＞ｄｚ／ｆ＞４．５ ・・・（３）
２．５＞ｄ12／ｄ23＞１ ・・・（４）
ただし、ｄ12は第１レンズ像側面から第２レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄ23は第２レンズ像側面から第３レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄｚは第１レンズ物体側面から第４レンズ像側面までの光軸上での距離である。
【０１００】
〔７〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１から６の何れか１項記載の撮像レンズ。
【０１０１】
３＞ｄs1／ｄs2＞２ ・・・（５）
ただし、ｄs1は第１レンズ物体側面から絞りまでの光軸上での距離、ｄs2は絞りから第４レンズの像側面までの光軸上での距離である。
【０１０２】
〔８〕 前記第１レンズと前記第２レンズがプラスチックであることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の撮像レンズ。
【０１０３】
〔９〕 前記第１レンズと前記第２レンズの間に反射面を持つ反射素子を配したことを特徴とする上記１から８の何れか１項記載の撮像レンズ。
【０１０４】
〔１０〕 前記反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び前記第１レンズの物体側面が交わる交線の長さが、前記入射面に対し垂直でかつ前記入射光軸を含む面及び前記第１レンズの物体側面が交わる交線の長さと比較して短いことを特徴とする上記９記載の撮像レンズ。
【０１０５】
〔１１〕 前記反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び前記第２レンズの物体側面が交わる交線の長さが、前記入射面に対し垂直でかつ前記第２レンズへの入射光軸を含む面及び前記第２レンズの物体側面が交わる交線の長さと比較して短いことを特徴とする上記９記載の撮像レンズ。
【０１０６】
〔１２〕 上記１から１１の何れか１項記載の撮像レンズとその像側に配された撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【０１０７】
〔１３〕 前記第１レンズの外周の形状が、前記撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なることを特徴とする上記１２記載の撮像装置。
【０１０８】
〔１４〕 前記第２レンズの外周の形状が、前記撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なることを特徴とする上記１２記載の撮像装置。
【０１０９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、携帯電話等に用いられる小型撮像装置に対応したコンパクトで光路折り曲げ可能な枚数の少ない撮像レンズとそれを備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像レンズとそれを用いる撮像装置の光学系部分の模式的斜視図であう。
【図２】本発明の実施例１の撮像レンズの断面図である。
【図３】本発明の実施例１の撮像レンズの収差図である。
【図４】本発明の実施例２の撮像レンズの断面図である。
【図５】本発明の実施例２の撮像レンズの収差図である。
【図６】本発明による撮像レンズを組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図７】図６のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図８】図６のデジタルカメラの断面図である。
【図９】本発明による撮像レンズを対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図１０】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図１１】図９の状態の側面図である。
【図１２】本発明による撮像レンズを対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｌ１０１…折り曲げ前に配置された第１レンズ
Ｌ１０２…折り曲げ後に配置された第２レンズ
Ｓ１ …絞り
Ｌ１０３…負屈折力を有する第３レンズ
Ｌ１０４…正屈折力を有する第４レンズ
Ｍ …表面鏡
Ｉ …撮像面
ＩＦ …赤外線カットフィルター
ＬＦ …ローパスフィルター
Ｌ２０１…負屈折力を有する第１レンズ
Ｌ２０２…正屈折力を有する第２レンズ
Ｓ２ …絞り
Ｌ２０３…負屈折力を有する第３レンズ
Ｌ２０４…正屈折力を有する第４レンズ
Ｌ３０１…負屈折力を有する第１レンズ
Ｌ３０２…正屈折力を有する第２レンズ
Ｓ３ …絞り
Ｌ３０３…負屈折力を有する第３レンズ
Ｌ３０４…正屈折力を有する第４レンズ
Ｅ …観察者眼球
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…ポロプリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置に関し、特に、携帯電話等に用いられる小型の撮像装置に最適な撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等に用いられる小型撮像装置の光学系は、広い画角を有し、必要なバックフォーカスを確保しつつ、小型でできるだけ薄くすることが求められる。また、このような小型の撮像装置に用いられる撮像素子は素子の小型化や細密化が進み、それに見合うだけの解像力が光学系に求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような小型撮像装置の光学系は、撮像素子の大きさから撮像光学系の焦点距離は短くなる。また、小型でできるだけ薄くすることが求められるが、レンズ枚数を少なくしても薄くするには限界がある。そこで、光学系を途中で折り曲げることができれば、さらに薄くすることが可能となる。また、このような光学系はコストを抑えるため、レンズ枚数はできるだけ少ない方がよい。
【０００４】
しかし、このような短い焦点距離の光学系では、少ないレンズ枚数で倍率色収差を補正し、軸外まで十分な解像力を得ることは難しい。
【０００５】
従来の特開平９−１８９８５６号で開示されている撮像レンズのように、５枚のレンズ構成にすれば、広い画角で十分な解像を得ることが可能である。しかし、レンズ枚数が多いため高価になり、また、レンズ系の全長が長くなりやすく、コンパクトにすることが難しい。また、折り曲げるためには折り曲げ部のレンズ間隔を広く取らなければならないが、レンズ枚数が多いと広い間隔を取り難い。
【０００６】
また、特開平１１−９５０９６号で開示されている撮像レンズは、４枚のレンズ構成で、広口径、広画角な撮像レンズ系であるが、こうような構成でさらに焦点距離を短くすると、倍率色収差を補正することが難しくなり、軸外まで十分な解像力を得ることができない。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯電話等に用いられる小型撮像装置に対応したコンパクトで光路折り曲げ可能な枚数の少ない光学系を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像レンズは、上記目的を達成するため、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【０００９】
５０＞νd1−νd2＞１０ ・・・（１）
２＞ｆ／ｆ3 ＞０．３５ ・・・（２）
ただし、ννd1は第１レンズのｄ線基準アッベ数、νd2は第２レンズのｄ線基準アッベ数、ｆ：全系の焦点距離、ｆ3 は第３レンズと第４レンズの合成焦点距離である。
【００１０】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用について説明する。
【００１１】
本発明のレンズ構成にすると、４枚という少ないレンズ枚数で、短い焦点距離でバックフォーカスを確保しながら、倍率の色収差を十分に補正することができる。絞りより第２レンズが像側にあると、第２レンズのアッベ数を小さくしても倍率色収差を補正することができない。また、光学系を薄くするにはできるだけ物体に近いレンズ間で折り曲げなければならないが、本発明のレンズ構成にすれば、収差を劣化させることなく、第１レンズと第２レンズの間隔を広げてレンズ系を折り曲げることができる。
【００１２】
また、本発明では、絞りより物体側に配置された第２レンズのアッベ数を小さくすることで、倍率色収差を補正している。条件式（１）は、第１レンズと第２レンズのアッベ数の差を規定するもので、条件式の下限値１０より小さいと、倍率色収差を十分に補正することができなくなる。また、光学ガラスのアッベ数は限られているため、条件式の上限値の５０を越える光学ガラスの組み合わせにはなり難い。
【００１３】
また、短い焦点距離でバックフォーカスを確保するためには、光学系は物体側が負屈折力のレンズ、像側が正屈折力のレンズで構成されたレトロフォーカスタイプになる。焦点距離を本発明のように短くするためには、負屈折力、正屈折力をより強くしなけらばならない。条件式（２）は、全系の焦点距離と第３レンズと第４レンズの合成焦点距離の比を規定するものであり、条件式の下限値０．３５より小さいと、バックフォーカスを確保することが難しくなる。また、上限値２を越えると、第３レンズと第４レンズの合成焦点距離が短くなりすぎ、収差補正が難しくなる。
【００１４】
本発明の撮像レンズにおいて、第３レンズと第４レンズとは接合されていてもよい。
【００１５】
第３レンズと第４レンズはそれぞれ接合されていない独立したレンズで構成してもよいが、第３レンズと第４レンズの間隔を狭めることにより色収差を良好に補正することができる。さらに、負の屈折力を有する第３レンズと正の屈折力を有する第４レンズとを接合させることで、両レンズ相互の偏心による収差を抑えることができ、製造上有利な構成となる。
【００１６】
また、本発明においては、第２レンズは像側に凹面を向けた正メニスカスレンズであることが好ましい。
【００１７】
第１レンズと第２レンズの間隔を広げると、第２レンズの主点位置を第１レンズ側に持ってきた方が構成しやすいためである。
【００１８】
このとき、第２レンズが以下の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することが望ましい。
【００１９】
０．４５＞ｆ／ｆ2 ＞０．１５ ・・・（Ａ）
−１．１＞（ｒ21＋ｒ22）／（ｒ21−ｒ22）＞−１０．０ ・・・（Ｂ）
ただし、ｆ2 は第２レンズの焦点距離、ｒ21は第２レンズの物体側面の光軸上曲率半径、ｒ22は第２レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【００２０】
収差補正と小型化のバランスを考慮して、第２レンズの屈折力と形状が上記の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することが好ましい。
【００２１】
条件（Ａ）の下限値の０．１５を越えると、画角とＦナンバーの確保のため、第１レンズが物体側に移動し、上限値の０．４５を越えると、第１レンズと第２レンズの間隔の確保が難しくなる。
【００２２】
また、条件（Ｂ）の下限値の−１０．０を越えると、メニスカス形状が強くなり、収差が発生しやすくなり、上限値の−１．１を越えると、主点の移動の程度が小さくなり、第１レンズ、第２レンズ間隔の確保に不利となる。
【００２３】
無論、条件（Ａ）と（Ｂ）の何れか一方を満足する構成としてもよい。
【００２４】
また、第１レンズが以下の条件（Ｃ）を満足することが好ましい。
【００２５】
０．５０＞ｆ／｜ｆ1 ｜＞０．１５ ・・・（Ｃ）
ただし、ｆ1 は第１レンズの焦点距離である。
【００２６】
上記にレトロフォーカスタイプにて構成することで焦点距離を小さくできる旨を説明したが、このとき、負の第１レンズが上記条件（Ｃ）を満足することが好ましい。
【００２７】
この条件（Ｃ）の下限値の０．１５又は上限値の０．５０の何れを越えても、第１レンズとそれより像側のレンズとのバランスが取れなくなり、適切なレンズ間隔や収差補正性能の確保が難しくなる。
【００２８】
以上において、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２９】
８＞ｄｚ／ｆ＞４．５ ・・・（３）
２．５＞ｄ12／ｄ23＞１ ・・・（４）
ただし、ｄ12は第１レンズ像側面から第２レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄ23は第２レンズ像側面から第３レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄｚは第１レンズ物体側面から第４レンズ像側面までの光軸上での距離である。
【００３０】
条件式（３）は、光学系の全系の焦点距離と光学系の全長の比を規定するものであり、条件式の下限値の４．５より小さいと、光学系を折り曲げるためのレンズ間隔を取れなくなる。また、上限値の８を越えると、全長が長くなりすぎ、光学系をコンパクトにできない。
【００３１】
条件式（４）は、第１レンズと第２レンズの間隔と、第２レンズと第３レンズの間隔の比を規定するもので、条件式の下限値の１より小さいと、第１レンズと第２レンズの間隔で折り曲げることができなくなり、光学系を薄くすることができない。また、上限値の２．５を越えると、全長が長くなりすぎ光学系をコンパクトにできない。
【００３２】
また、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００３３】
３＞ｄs1／ｄs2＞２ ・・・（５）
ただし、ｄs1は第１レンズ物体側面から絞りまでの光軸上での距離、ｄs2は絞りから第４レンズの像側面までの光軸上での距離である。
【００３４】
条件式（５）は、第１レンズ第１面から絞りまでの距離と絞りから最終レンズの最終面までの距離の比を規定するものであり、条件式の下限値の２より小さいと、射出瞳位置が像に近くなりすぎ、撮像素子での周辺部における光量を不足させる原因となる。上限値の３を越えると、絞り位置が物体側に近づきすぎて第１レンズと第２レンズの間隔を広くとれなくなり、光学系を折り曲げるためのレンズ間隔を取れなくなる。
【００３５】
また、本発明においては、第１レンズと第２レンズがプラスチックであることが好ましい。
【００３６】
プラスチックレンズはガラスレンズに比べ製造誤差が大きくなりやすいが、本発明の第１レンズと第２レンズはレンズの製造誤差による性能劣化が小さく、プラスチックにすることでコストを低く抑えることができる。また、レンズの外形形状は通常、加工上、組み立て上の都合が良いため、円形である。しかし、撮像素子は通常四角形の受光面で長辺と短辺を持っているため、撮像光学系のレンズの中で実際に光束が通る範囲は円形ではない。そこで、光学系を折り曲げるとき、図１に示すように、折り曲げ前に配置された第１レンズＬ１０１と折り曲げ後に配置された第２レンズＬ１０２の外形形状を四角形や楕円等の円形でない形状にすると、折り曲げる前後のレンズの間隔を最小限にすることができるため、光学系をより薄くすることができる。円形以外の外形形状のレンズはガラスよりプラスチックの方が製造しやすい。
【００３７】
また、本発明の撮像レンズは、第１レンズと第２レンズの間に反射面を持つ反射素子を配することが望ましい。
【００３８】
前記の通り、本発明によれば、第１レンズと第２レンズとの間隔を適度に開けて構成できるため、その間隔に反射面を持つ反射素子を配することで、撮像レンズに入射する光軸方向への薄型化が図れる。そのため、薄型の電子撮像装置（例えば、デジタルカメラや携帯電話、ノートパソコン等の携帯情報端末に内蔵された撮像系）に用いることが可能となる。なお、反射面を持つ反射素子としては、表面鏡、透明な平行平板にミラーコートした裏面鏡、三角プリズムの何れかを用いるとよい。
【００３９】
また、反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び第１レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ａ）が、その入射面に対し垂直でかつ入射光軸を含む面及び第１レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ｂ）と比較して短いようにすることができる（図１）。
【００４０】
このように構成することで、反射面の配するスペースを小さくでき、撮影レンズの薄型化が図れる。つまり、反射面の奥行きは、第１レンズの短い方（Ａ）に従うため、光学系の薄型化に適する構成となる。特に、第１レンズは絞りから離れているため、最軸外光束に近似させた略矩形形状とすることが、小型軽量化のためにより好ましい。
【００４１】
また、反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び第２レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ｃ）が、その入射面に対し垂直でかつ第２レンズへの入射光軸を含む面及び第２レンズの物体側面が交わる交線の長さ（Ｄ）と比較して短いようにすることができる（図１）。
【００４２】
このように構成することで、反射面の配するスペースを小さくでき、撮影レンズの薄型化が図れる。つまり、反射面の奥行きは、第１レンズの短い方（Ａ）に従うため、光学系の薄型化に適する構成となる。特に、第２レンズは絞りからさほど離れていないため、絞り形状と撮像面形状との中間的な形状である、略楕円形にて構成することが小型軽量化のためにより好ましい。
【００４３】
また、以上の撮像レンズとその像側に配された撮像素子とで撮像装置を構成することができる。
【００４４】
撮像レンズの像面に撮像素子を配することで、撮像装置として構成できる。特に、本発明の撮像レンズは、レトロフォーカスとしているので、像側への射出光束が平行に近くなっている。そのため、撮像素子をＣＣＤ等の電子撮像素子としても良好な画像が得られるためより好ましい。
【００４５】
その場合に、第１レンズの外周の形状を、撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なるように構成することが望ましい。
【００４６】
また、第２レンズの外周の形状を、撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なるように構成することが望ましい。
【００４７】
撮像面に対応させて形状を設定することで、撮像装置の省スペース化が図れる。
【００４８】
また、本発明の撮像レンズは、広角域を含む撮像装置を構成する上で有利である。特に半画角ωが以下の条件を満足する撮像装置に用いることが好ましい。
【００４９】
２４°＜ω＜４０°
この条件式の下限値の２４°を越えて半画角が狭くなると、収差補正上は有利になるが実用的な画角ではなくなる。一方、上限値の４０°を越えると、歪曲収差、倍率の色収差が発生しやすくなり、レンズ枚数が増加する。
【００５０】
なお、以上に示した条件式について、さらなる高性能化のために、以下に示す構成の少なくとも何れかとすることがより好ましい。
【００５１】
条件式（１）の下限値を１３．０又は１５．０とすることがより好ましい。
【００５２】
条件式（１）の上限値を２６．０又は３３．０とすることがより好ましい。
【００５３】
条件式（２）の下限値を０．４０又は０．６０とすることがより好ましい。
【００５４】
条件式（２）の上限値を０．８０又は１．００とすることがより好ましい。
【００５５】
条件式（３）の上限値を６．５又は７．０とすることがより好ましい。
【００５６】
条件式（４）の下限値を１．３又は１．６とすることがより好ましい。
【００５７】
条件式（４）の上限値を２．１又は２．３とすることがより好ましい。
【００５８】
条件式（５）の下限値を２．３又は２．５とすることがより好ましい。
【００５９】
条件式（５）の上限値を２．７又は２．８とすることがより好ましい。
【００６０】
条件式（Ａ）の下限値を２．０又は２．４とすることがより好ましい。
【００６１】
条件式（Ａ）の上限値を０．３５又は０．４０とすることがより好ましい。
【００６２】
条件式（Ｂ）の下限値を−５．０又は−３．０とすることがより好ましい。
【００６３】
条件式（Ｂ）の上限値を−２．４又は−２．０とすることがより好ましい。
【００６４】
条件式（Ｃ）の下限値を０．２０又は０．２５とすることがより好ましい。
【００６５】
条件式（Ｃ）の上限値を０．３３又は０．４０とすることがより好ましい。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像レンズとそれを用いる撮像装置の実施例について説明する。
【００６７】
まず、図１に本発明の撮像レンズとそれを用いる撮像装置の光学系部分の斜視図を模式的に示す。撮像レンズは、被写体からの光の入射順に、負屈折力の第１レンズＬ１０１と、光路を９０°折り曲げる反射素子としての表面鏡Ｍと、正屈折力の第２レンズＬ１０２と、可変絞りとして配置された絞りＳ１と、負屈折力の第３レンズＬ１０３と、正屈折力の第４レンズＬ１０４とからなり、その像面に撮像面Ｉが位置するように撮像素子が配置されて撮像装置が構成される。
【００６８】
この実施例においては、第１レンズＬ１０１は、表面鏡Ｍの反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面（図の面）と第１レンズＬ１０１の物体側面が交わる交線の長さＡが、その入射面に対し垂直でかつ入射光軸を含む面と第１レンズ第１レンズＬ１０１の物体側面が交わる交線の長さＢと比較して短くなるように、矩形（長方形）の外形になっており、また、第２レンズＬ１０２も、表面鏡Ｍの反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面（図の面）と第２レンズＬ１０２の物体側面が交わる交線の長さＣが、その入射面に対し垂直でかつ入射光軸を含む面と第２レンズＬ１０２の物体側面が交わる交線の長さＤと比較して短くなるように、楕円の外形になっている。
【００６９】
このような撮像レンズの実施例として、以下に実施例１と２を説明する。ただし、光路を折り曲げる反射素子は省いてある。
【００７０】
実施例１の撮像レンズは、図２に示すレンズ構成であり、物体側に凸の負メニスカスレンズからなる負屈折力を有する第１レンズＬ２０１と、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる正屈折力の第２レンズＬ２０２と、絞りＳ２、両凹負レンズからなる負屈折力を有する第３レンズＬ２０３と、第３レンズＬ２０３と接合された両凸正レンズからなる正屈折力を有する第４レンズＬ２０４とから構成されている。第１レンズＬ２０１と第２レンズＬ２０２はプラスチックで構成されており、非球面は、第１レンズＬ２０１の両面と、第３レンズＬ２０３の物体側の面に用いられている。また、第４レンズＬ２０４と撮像面Ｉの間には、赤外線カットフィルターＩＦとローパスフィルターＬＦが配されている。
【００７１】
実施例２の撮像レンズは、図４に示すレンズ構成であり、物体側に凸の負メニスカスレンズからなる負屈折力を有する第１レンズＬ３０１と、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる正屈折力の第２レンズＬ３０２と、絞りＳ３、両凹負レンズからなる負屈折力を有する第３レンズＬ３０３と、第３レンズＬ３０３と接合された両凸正レンズからなる正屈折力を有する第４レンズＬ３０４とから構成されている。非球面は、第１レンズＬ３０１の両面と、第３レンズＬ３０３の物体側の面に用いられている。また、第４レンズＬ３０４と撮像面Ｉの間には、赤外線カットフィルターＩＦとローパスフィルターＬＦが配されている。
【００７２】
以下に、実施例１、２の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのｄ線基準のアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００７３】
【００７４】
以上の実施例１、２の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図３、図５に示す。
【００７７】
さて、以上のような本発明の撮像レンズは、撮像レンズで物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【００７８】
図６〜図８は、本発明による撮像レンズをデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図６はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図７は同後方斜視図、図８はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば図２に示した撮像レンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、赤外線カットフィルターＩＦとローパスフィルターＬＦを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、メモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【００７９】
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポリプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。
【００８０】
このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が広画角であり、収差が良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォーカスの大きな光学系であるので、高性能・低コスト化が実現できる。
【００８１】
なお、図８の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
【００８２】
次に、本発明の撮像レンズが対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図９〜図１１に示される。図９はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１０はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１１は図９の状態の側面図である。図９〜図１１に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【００８３】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による例えば図２に示した撮像レンズからなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【００８４】
ここで、撮像素子チップ１６２上には赤外線カットフィルターＩＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端（図示略）には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【００８５】
撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図９には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【００８６】
次に、本発明の撮像レンズが撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１２に示される。図１２（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１２（ｂ）は側面図、図１２（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、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モニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による例えば図２に示した撮像レンズからなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【００８７】
ここで、撮像素子チップ１６２上には赤外線カットフィルターＩＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端（図示略）には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【００８８】
撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【００８９】
以上の本発明の撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置は例えば次のように構成することができる。
【００９０】
〔１〕 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
【００９１】
５０＞νd1−νd2＞１０ ・・・（１）
２＞ｆ／ｆ3 ＞０．３５ ・・・（２）
ただし、νd1は第１レンズのｄ線基準アッベ数、νd2は第２レンズのｄ線基準アッベ数、ｆ：全系の焦点距離、ｆ3 は第３レンズと第４レンズの合成焦点距離である。
【００９２】
〔２〕 前記第３レンズと前記第４レンズとが接合されていることを特徴とする上記１記載の撮像レンズ。
【００９３】
〔３〕 前記第２レンズが像側に凹面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする上記１又は２に記載の撮像レンズ。
【００９４】
〔４〕 前記第２レンズが以下の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することを特徴とする上記３記載の撮像レンズ。
【００９５】
０．４５＞ｆ／ｆ2 ＞０．１５ ・・・（Ａ）
−１．１＞（ｒ21＋ｒ22）／（ｒ21−ｒ22）＞−１０．０ ・・・（Ｂ）
ただし、ｆ2 は第２レンズの焦点距離、ｒ21は第２レンズの物体側面の光軸上曲率半径、ｒ22は第２レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【００９６】
〔５〕 前記第１レンズが以下の条件（Ｃ）を満足することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の撮像レンズ。
【００９７】
０．５０＞ｆ／｜ｆ1 ｜＞０．１５ ・・・（Ｃ）
ただし、ｆ1 は第１レンズの焦点距離である。
【００９８】
〔６〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の撮像レンズ。
【００９９】
８＞ｄｚ／ｆ＞４．５ ・・・（３）
２．５＞ｄ12／ｄ23＞１ ・・・（４）
ただし、ｄ12は第１レンズ像側面から第２レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄ23は第２レンズ像側面から第３レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄｚは第１レンズ物体側面から第４レンズ像側面までの光軸上での距離である。
【０１００】
〔７〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１から６の何れか１項記載の撮像レンズ。
【０１０１】
３＞ｄs1／ｄs2＞２ ・・・（５）
ただし、ｄs1は第１レンズ物体側面から絞りまでの光軸上での距離、ｄs2は絞りから第４レンズの像側面までの光軸上での距離である。
【０１０２】
〔８〕 前記第１レンズと前記第２レンズがプラスチックであることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の撮像レンズ。
【０１０３】
〔９〕 前記第１レンズと前記第２レンズの間に反射面を持つ反射素子を配したことを特徴とする上記１から８の何れか１項記載の撮像レンズ。
【０１０４】
〔１０〕 前記反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び前記第１レンズの物体側面が交わる交線の長さが、前記入射面に対し垂直でかつ前記入射光軸を含む面及び前記第１レンズの物体側面が交わる交線の長さと比較して短いことを特徴とする上記９記載の撮像レンズ。
【０１０５】
〔１１〕 前記反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び前記第２レンズの物体側面が交わる交線の長さが、前記入射面に対し垂直でかつ前記第２レンズへの入射光軸を含む面及び前記第２レンズの物体側面が交わる交線の長さと比較して短いことを特徴とする上記９記載の撮像レンズ。
【０１０６】
〔１２〕 上記１から１１の何れか１項記載の撮像レンズとその像側に配された撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【０１０７】
〔１３〕 前記第１レンズの外周の形状が、前記撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なることを特徴とする上記１２記載の撮像装置。
【０１０８】
〔１４〕 前記第２レンズの外周の形状が、前記撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なることを特徴とする上記１２記載の撮像装置。
【０１０９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、携帯電話等に用いられる小型撮像装置に対応したコンパクトで光路折り曲げ可能な枚数の少ない撮像レンズとそれを備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像レンズとそれを用いる撮像装置の光学系部分の模式的斜視図であう。
【図２】本発明の実施例１の撮像レンズの断面図である。
【図３】本発明の実施例１の撮像レンズの収差図である。
【図４】本発明の実施例２の撮像レンズの断面図である。
【図５】本発明の実施例２の撮像レンズの収差図である。
【図６】本発明による撮像レンズを組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図７】図６のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図８】図６のデジタルカメラの断面図である。
【図９】本発明による撮像レンズを対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図１０】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図１１】図９の状態の側面図である。
【図１２】本発明による撮像レンズを対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｌ１０１…折り曲げ前に配置された第１レンズ
Ｌ１０２…折り曲げ後に配置された第２レンズ
Ｓ１ …絞り
Ｌ１０３…負屈折力を有する第３レンズ
Ｌ１０４…正屈折力を有する第４レンズ
Ｍ …表面鏡
Ｉ …撮像面
ＩＦ …赤外線カットフィルター
ＬＦ …ローパスフィルター
Ｌ２０１…負屈折力を有する第１レンズ
Ｌ２０２…正屈折力を有する第２レンズ
Ｓ２ …絞り
Ｌ２０３…負屈折力を有する第３レンズ
Ｌ２０４…正屈折力を有する第４レンズ
Ｌ３０１…負屈折力を有する第１レンズ
Ｌ３０２…正屈折力を有する第２レンズ
Ｓ３ …絞り
Ｌ３０３…負屈折力を有する第３レンズ
Ｌ３０４…正屈折力を有する第４レンズ
Ｅ …観察者眼球
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…ポロプリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路
Claims (12)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、前記第１レンズと前記第２レンズの間に反射面を持つ反射素子を配し、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
５０＞νd1−νd2＞１０ ・・・（１）
２＞ｆ／ｆ3 ＞０．３５ ・・・（２）
０．５０＞ｆ／｜ｆ 1 ｜＞０．１５ ・・・（Ｃ）
ただし、νd1は第１レンズのｄ線基準アッベ数、νd2は第２レンズのｄ線基準アッベ数、ｆ：全系の焦点距離、ｆ3 は第３レンズと第４レンズの合成焦点距離、ｆ 1 は第１レンズの焦点距離である。 - 前記第３レンズと前記第４レンズとが接合されていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 前記第２レンズが像側に凹面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
- 前記第２レンズが以下の条件（Ａ）、（Ｂ）を満足することを特徴とする請求項３記載の撮像レンズ。
０．４５＞ｆ／ｆ2 ＞０．１５ ・・・（Ａ）
−１．１＞（ｒ21＋ｒ22）／（ｒ21−ｒ22）＞−１０．０ ・・・（Ｂ）
ただし、ｆ2 は第２レンズの焦点距離、ｒ21は第２レンズの物体側面の光軸上曲率半径、ｒ22は第２レンズの像側面の光軸上曲率半径である。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の撮像レンズ。
８＞ｄｚ／ｆ＞４．５ ・・・（３）
２．５＞ｄ12／ｄ23＞１ ・・・（４）
ただし、ｄ12は第１レンズ像側面から第２レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄ23は第２レンズ像側面から第３レンズ物体側面までの光軸上での距離、ｄｚは第１レンズ物体側面から第４レンズ像側面までの光軸上での距離である。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の撮像レンズ。
３＞ｄs1／ｄs2＞２ ・・・（５）
ただし、ｄs1は第１レンズ物体側面から絞りまでの光軸上での距離、ｄs2は絞りから第４レンズの像側面までの光軸上での距離である。 - 前記第１レンズと前記第２レンズがプラスチックであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の撮像レンズ。
- 前記反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び前記第１レンズの物体側面が交わる交線の長さが、前記入射面に対し垂直でかつ前記入射光軸を含む面及び前記第１レンズの物体側面が交わる交線の長さと比較して短いことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 前記反射面への入射光軸と反射光軸を含む入射面及び前記第２レンズの物体側面が交わる交線の長さが、前記入射面に対し垂直でかつ前記第２レンズへの入射光軸を含む面及び前記第２レンズの物体側面が交わる交線の長さと比較して短いことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
- 請求項１から９の何れか１項記載の撮像レンズとその像側に配された撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
- 前記第１レンズの外周の形状が、前記撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なることを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
- 前記第２レンズの外周の形状が、前記撮像素子の撮像面の縦方向と横方向に対応する方向にて大きさが異なることを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
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