WO2010137541A1 - 固体撮像素子用撮像レンズ - Google Patents

固体撮像素子用撮像レンズ Download PDF

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imaging
imaging lens
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善男 伊勢
雅也 橋本
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カンタツ株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/004—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having four lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only

Definitions

  • the present invention relates to an imaging lens for a solid-state imaging device used in a small imaging device used in a small and thin electronic device such as a portable terminal or PDA (Personal Digital Assistance).
  • a portable terminal or PDA Personal Digital Assistance
  • the image pickup lens is required to have higher performance in terms of resolution and image quality, and cost reduction is also required along with its widespread use.
  • imaging lenses composed of multiple lenses have become commonplace, and in recent years, a four-lens configuration that allows higher performance compared to two- to three-lens configurations.
  • An imaging lens has also been proposed.
  • Patent Document 1 discloses, in order from the object side, an aperture stop, a first lens having a positive refractive power, and a second lens having a negative refractive power.
  • an imaging lens which has a configuration of a third lens having positive refractive power and a fourth lens having at least one aspherical shape, aiming at high performance.
  • Patent Document 2 discloses, in order from the object side, an aperture stop, a biconvex first lens having a positive refractive power, and a meniscus second lens having a negative refractive power with a convex surface facing the object side. And a meniscus third lens having a positive refractive power with the convex surface facing the image side and a meniscus fourth lens having a negative refractive power with the convex surface facing the object side, An imaging lens aimed at improving performance is disclosed.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 aim for higher performance by adopting a four-lens configuration, they do not cope with downsizing / thinning or correction of various aberrations. It has stopped sufficiently.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is an imaging lens for a solid-state imaging device that has a short optical length, can be miniaturized, has various aberrations corrected, has high performance, and can be reduced in cost.
  • the purpose is to provide.
  • the imaging lens for a solid-state imaging device has, in order from the object side, a first lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side near the optical axis, and a concave surface facing the image side near the optical axis.
  • a fourth lens having a biconcave lens shape, which satisfies the following conditional expressions (1) and (2).
  • Conditional expression (1) defines the focal length range of the second lens with respect to the focal length of the entire system.
  • the focal length of the second lens becomes too long and it is difficult to correct axial chromatic aberration.
  • the upper limit is exceeded, it is difficult to correct spherical aberration and coma.
  • Conditional expression (2) defines the focal length range of the fourth lens with respect to the focal length of the entire system.
  • the optical length cannot be shortened because the focal length of the fourth lens becomes long, which is disadvantageous for downsizing and thinning of the imaging lens.
  • the upper limit is exceeded, it is difficult to ensure off-axis performance, and the error sensitivity characteristics at low image heights deteriorate.
  • the photographic lens for a solid-state imaging device is characterized in that the aperture stop is disposed on the object side of the first lens.
  • the CRA Choef Ray Angle
  • the object side surface of the fourth lens has an aspherical shape that changes uniformly without having an inflection point, so that the surface accuracy can be manufactured with higher accuracy.
  • the inflection point means a point on the aspheric surface where the sign of the radius of curvature switches from negative to positive (or from positive to negative).
  • the imaging lens for a solid-state imaging device is characterized in that the image side surface of the fourth lens has an aspherical shape having at least one inflection point from the center to the periphery of the lens.
  • the image side surface of the fourth lens it is possible to ensure off-axis performance and CRA by making the image side surface of the fourth lens an aspherical shape having at least one inflection point from the center to the periphery of the lens.
  • the photographic lens for a solid-state imaging device is characterized in that the fourth lens satisfies the following conditional expression (3) with respect to the curvature radii of the object side and the image side. -0.2 ⁇ r8 / r7 ⁇ 0.0 (3) However, r7: radius of curvature of the fourth lens object side surface r8: radius of curvature of the fourth lens image side surface
  • the conditional expression (3) defines the lens shape of the fourth lens.
  • the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the negative power on the object side surface of the fourth lens becomes too strong, and the balance between on-axis performance and off-axis performance is lost, making it difficult to ensure performance.
  • the upper limit is exceeded, the fourth lens shape becomes a meniscus shape, which approaches a conventional lens configuration, and is different from the intention of the present invention.
  • the imaging lens for a solid-state imaging device is characterized in that the first lens and the third lens satisfy the following conditional expressions (4) and (5). 0.4 ⁇ f1 / f ⁇ 0.68 (4) 0.4 ⁇ f3 / f ⁇ 0.85 (5) However, f: Composite focal length of the entire imaging lens system f1: Focal length of the first lens f3: Focal length of the third lens
  • Conditional expression (4) defines the focal length range of the first lens with respect to the focal length of the entire system.
  • the focal length of the first lens becomes too short, making it difficult to correct spherical aberration and coma.
  • the optical length becomes longer.
  • Conditional expression (5) defines the focal length range of the third lens with respect to the focal length of the entire system. If the lower limit of conditional expression (5) is exceeded, the focal length of the third lens will be too short, and it will be difficult to correct coma and astigmatism. The Conversely, if the upper limit is exceeded, the power of the third lens will be insufficient, and the correction of off-axis aberration will be insufficient.
  • the photographic lens for a solid-state imaging device is characterized in that the first lens, the second lens, and the third lens satisfy the following conditional expressions (6) and (7). -0.8 ⁇ f1 / f2 ⁇ -0.6 (6) -0.9 ⁇ f3 / f2 ⁇ -0.4 (7) However, f1: Focal length of the first lens f2: Focal length of the second lens f3: Focal length of the third lens
  • the conditional expression (6) defines the ratio between the focal length of the first lens and the focal length of the second lens.
  • the focal length of the second lens becomes too short, and aberration correction becomes difficult.
  • the focal length of the second lens becomes too long, and axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration are undercorrected.
  • the conditional expression (7) defines the ratio between the focal length of the third lens and the focal length of the second lens.
  • the focal length of the third lens becomes too long and the correction of off-axis aberrations becomes insufficient.
  • the focal length of the third lens becomes too short, making it difficult to correct coma and astigmatism.
  • the imaging lens for a solid-state imaging device wherein the second lens has a biconcave lens shape with concave surfaces facing the object side and the image side, and the radius of curvature thereof satisfies the following conditional expression (8). It is characterized by. ⁇ 0.3 ⁇ r4 / r3 ⁇ 0.0 (8) However, r3: radius of curvature of the second lens object side surface r4: radius of curvature of the second lens image side surface
  • conditional expression (8) defines the lens shape of the second lens.
  • the lower limit of conditional expression (8) is exceeded, the negative power on the object side surface of the second lens becomes too strong, and the error sensitivity becomes severe, resulting in a lens with poor productivity.
  • the upper limit is exceeded, the second lens shape becomes a meniscus shape, which approaches a conventional lens configuration, and is different from the intention of the present invention.
  • the photographic lens for a solid-state imaging device satisfies the following conditional expression (9) regarding the optical length and focal length of the imaging optical system. 1.08 ⁇ L / f ⁇ 1.23 (9) However, L: Distance from the front surface of the first lens to the image plane f: Composite focal length of the entire imaging lens system
  • conditional expression (9) defines the optical length in relation to the focal length.
  • the optical length becomes too short, making it difficult to correct various aberrations, and the error sensitivity at the time of manufacture becomes too severe.
  • the optical length is too long, which is contrary to the reduction in thickness of the imaging lens.
  • the imaging lens for a solid-state imaging device wherein the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens have at least one aspherical shape and are made of a resin material. It is a plastic lens.
  • the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens can be reduced in cost by using a resin material that is inexpensive and has high production efficiency, and high performance can also be achieved by using an aspherical surface. .
  • the imaging lens for a solid-state imaging device is characterized in that the object side surface of the second lens has at least one inflection point.
  • the fourth lens is telecentric, and an inflection point is provided on the object side surface of the second lens, so that various aberrations such as coma and astigmatism can be suppressed.
  • the inflection point means a point on an aspheric surface having a tangent plane perpendicular to the optical axis.
  • the present invention it is easy to ensure off-axis performance by disposing the aperture stop on the most object side and giving the fourth lens with a four-lens configuration a role that was not in the conventional three-lens configuration. Yes.
  • At least one surface has an aspheric shape, and has a first lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side near the optical axis, and a negative refractive power with a concave surface facing the image side near the optical axis.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the imaging lens according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating various aberrations of the imaging lens according to the first example.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the imaging lens according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating various aberrations of the imaging lens according to the second example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the imaging lens according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating various aberrations of the imaging lens according to the third example.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the imaging lens according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating various aberrations of the imaging lens according to the fourth example.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram in which a main part of the second lens is enlarged.
  • the aperture stop S, the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, the fourth lens L4, the plane parallel glass IR, and the image plane are arranged in this order from the object side. Has been.
  • FIG. 1 is a sectional view of the imaging lens
  • FIG. 2 is a diagram showing various aberrations.
  • Table 2 shows numerical data of the imaging lens of Example 2. 3 is a sectional view of the imaging lens, and FIG. 4 is a diagram showing various aberrations.
  • Table 3 shows numerical data of the imaging lens of Example 3. 5 is a sectional view of the imaging lens, and FIG. 6 is a diagram showing various aberrations.
  • Table 4 shows numerical data of the imaging lens of Example 4.
  • FIG. 7 is a sectional view of the imaging lens
  • FIG. 8 is a diagram showing various aberrations.
  • Table 5 below shows values corresponding to the following conditional expressions (1) to (9) regarding Example 1 to Example 4.
  • Examples 1 to 4 of the present invention satisfy the values corresponding to the conditional expressions (1) to (9).
  • conditional expression (1) defines the focal length range of the second lens L2 with respect to the focal length of the entire system, and when the lower limit ( ⁇ 0.95) of the conditional expression (1) is exceeded.
  • the focal length of the second lens L2 becomes too long and axial chromatic aberration becomes difficult.
  • the upper limit ( ⁇ 0.5) is exceeded, correction of spherical aberration and coma becomes difficult, and in either case, desired optical performance cannot be obtained.
  • conditional expression (1) by satisfying conditional expression (1), The focal length of the second lens L2 can be kept short, and axial chromatic aberration, spherical aberration, and coma can be corrected well.
  • Conditional expression (2) defines the focal length range of the fourth lens L4 with respect to the focal length of the entire system. If the lower limit ( ⁇ 0.95) of conditional expression (2) is exceeded, When the focal length of the four lens L4 is increased, the optical length cannot be shortened, and it is difficult to reduce the size and thickness of the imaging lens. Conversely, when the upper limit ( ⁇ 0.35) is exceeded, it is difficult to ensure off-axis performance and the error sensitivity characteristics at low image heights deteriorate, but by satisfying conditional expression (2), The imaging lens can be reduced in size and thickness, and is effective in improving off-axis performance.
  • the conditional expression (3) defines the lens shape of the fourth lens L4. If the lower limit ( ⁇ 0.2) of the conditional expression (3) is exceeded, the negative side of the object side surface of the fourth lens L4 Power becomes too strong, and the balance between on-axis performance and off-axis performance is lost, making it difficult to ensure performance. Conversely, when the upper limit (0.0) is exceeded, the shape of the fourth lens L4 becomes a meniscus shape, but by satisfying conditional expression (3), the balance between on-axis performance and off-axis performance is maintained, and optical In addition to improving performance, the four-lens configuration enables higher performance and at the same time can be made smaller and thinner.
  • the conditional expression (4) defines the focal length range of the first lens L1 with respect to the focal length of the entire system. If the lower limit (0.4) of the conditional expression (4) is exceeded, the first conditional expression (4) The focal length of the lens L1 becomes too short, making it difficult to correct spherical aberration and coma. Conversely, when the upper limit (0.68) is exceeded, the optical length becomes too long, but satisfying conditional expression (4) makes it possible to correct spherical aberration and coma aberration and reduce the thickness of the imaging lens. Can be planned.
  • Conditional expression (5) defines the focal length range of the third lens L3 with respect to the focal length of the entire system. If the lower limit (0.4) of conditional expression (5) is exceeded, Since the focal length of the lens L3 becomes too short, it becomes difficult to correct coma and astigmatism, the error sensitivity is large, and very high accuracy is required at the time of manufacture. On the other hand, when the upper limit (0.85) is exceeded, the power of the third lens L3 becomes insufficient and the correction of off-axis aberration becomes insufficient, but coma aberration is satisfied by satisfying conditional expression (5). Astigmatism can be corrected satisfactorily, the power of the third lens L3 can be sufficiently exerted, and correction of off-axis aberration is also improved.
  • Conditional expression (6) defines the ratio between the focal length of the first lens L1 and the focal length of the second lens L2, and when the lower limit ( ⁇ 0.8) of conditional expression (6) is exceeded, The focal length of the second lens L2 becomes too short, and aberration correction becomes difficult. On the contrary, when the upper limit ( ⁇ 0.6) is exceeded, the focal length of the second lens L2 becomes too long and the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration are undercorrected. However, if the conditional expression (6) is satisfied, the aberration Correction, axial chromatic aberration, and chromatic aberration of magnification are also improved.
  • Conditional expression (7) defines the ratio of the focal length of the third lens L3 and the focal length of the second lens L2, and when the lower limit ( ⁇ 0.9) of conditional expression (7) is exceeded, The focal length of the third lens becomes too long, and the correction of off-axis aberration is insufficient. Conversely, when the upper limit ( ⁇ 0.4) is exceeded, the focal length of the third lens L3 becomes too short and it becomes difficult to correct coma and astigmatism, but by satisfying conditional expression (7), The correction of coma and astigmatism is also good.
  • the conditional expression (8) defines the lens shape of the second lens L2, and if the lower limit ( ⁇ 0.3) of the conditional expression (8) is exceeded, the negative side surface of the object side surface of the second lens L2 is negative. The power becomes too strong, the error sensitivity becomes severe, and the lens becomes less productive. Conversely, when the upper limit (0.0) is exceeded, the shape of the second lens L2 becomes a meniscus shape, which approaches the existing lens configuration, but is excellent in productivity by satisfying conditional expression (8). In addition to being a lens, it has a four-lens configuration that can achieve high performance and at the same time can be made smaller and thinner.
  • the conditional expression (9) defines the optical length in relation to the focal length.
  • the optical length becomes too short, and various aberrations occur.
  • the upper limit (1.23) is exceeded, the optical length becomes long.
  • conditional expression (9) various aberrations can be corrected satisfactorily, and error sensitivity at the time of manufacture becomes gradual.
  • the imaging lens can be thinned.
  • the aperture stop S closer to the object side than the first lens L1, it is easy to reduce the CRA (Chief Ray Angle), and it is easy to secure the light quantity in the peripheral part of the image plane where the light quantity decreases. It becomes.
  • CRA Choef Ray Angle
  • the object side surface of the fourth lens L4 an aspherical shape that changes uniformly without having an inflection point, it becomes possible to manufacture the surface accuracy with higher accuracy.
  • the image side surface of the fourth lens L4 an aspherical shape having at least one inflection point from the center to the periphery of the lens, it is possible to ensure off-axis performance and CRA.
  • the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4 can be reduced in cost by using an inexpensive and highly productive resin material, and by using an aspherical surface. High performance can also be achieved. Furthermore, at least one surface is aspherical, and has a first lens L1 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side near the optical axis, and a negative refractive power with a concave surface facing the image side near the optical axis.
  • a second lens L2 having a meniscus shape having a positive refractive power facing the image side in the vicinity of the optical axis, and a biconcave lens shape having a concave surface facing the object side and the image side in the vicinity of the optical axis.
  • the fourth lens L4 has telecentricity and the inflection point is formed on the object side surface of the second lens L2, so that coma aberration, astigmatism, etc. These aberrations can be suppressed.

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Abstract

　安価で生産効率の高い、諸収差が良好に補正された高解像度・高品位の画像が得られる小型の撮像レンズを提供する。　物体側から順に、開口絞りと、光軸近傍で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、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ３と、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第４レンズＬ４とを備え、ｆ：撮像レンズ全系の合成焦点距離、ｆ２：第２レンズの焦点距離、ｆ４：第４レンズの焦点距離とした時、次の条件式（１）（２）を満たす。 －０．９５＜ｆ２／ｆ＜－０．５　条件式（１） －０．９５＜ｆ４／ｆ＜－０．３５　条件式（２）

Description

固体撮像素子用撮像レンズ
　本発明は、携帯端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の小型で薄型の電子機器に用いられる小型撮像装置に使用される固体撮像素子用撮像レンズに関するものである。
　近年、撮像装置を備えた携帯端末の市場の拡大に伴い、この撮像装置には高画素数で小型の固体撮像素子が搭載されるようになった。
　このような撮像素子の小型化・高画素化に対応し、撮像レンズについても解像度と画像品位の面でより高い性能が求められ、且つその普及とともに、低コスト化も要求されている。
　高性能化の流れに応えるため、複数枚のレンズで構成された撮像レンズが一般化しており、近年では２枚～３枚のレンズ構成に比べ、より高性能化が可能な４枚のレンズ構成の撮像レンズも提案されている。
　このような、４枚のレンズ構成の撮像レンズとして、例えば特許文献１には、物体側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、少なくとも１面が非球面形状である第４レンズとの構成をとり、高性能化を目指した撮像レンズが開示されている。
　また、特許文献２には物体側より順に、開口絞りと、両凸形状で正の屈折力を有する第１レンズと、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第２レンズと、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズと、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第４レンズとを配置することで、高性能化をめざした撮像レンズが開示されている。
特開２００８－３３３７６号公報 特開２００９－１４８９９号公報
　しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２に示す撮像レンズは、４枚レンズの構成にすることによる高性能化を目指しているが、小型化・薄型化への対応、或いは諸収差の補正が不十分に止まっている。
　本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、光学長が短く小型化が可能な、且つ諸収差が補正され高性能で、低コスト化にも対応可能な固体撮像素子用撮像レンズを提供することを目的とする。
　請求項１の固体撮像素子用撮影レンズは、物体側から順に、光軸近傍で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、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第４レンズとを備え、下記（１）及び（２）の条件式を満足することを特徴とする。
　　　　　－０．９５＜ｆ２／ｆ＜－０．５　　　　　　　（１）
　　　　　－０．９５＜ｆ４／ｆ＜－０．３５　　　　　　（２）
ただし
　　ｆ　：撮像レンズ全系の合成焦点距離
　　ｆ２：第２レンズの焦点距離
　　ｆ４：第４レンズの焦点距離
　前記条件式（１）は、第２レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式（１）の下限を超える場合は、第２レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差の補正が困難になる。逆に上限を超える場合は、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。
　前記条件式（２）は、第４レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式（２）の下限を超える場合は、第４レンズの焦点距離が長くなることにより光学長の短縮が出来ず、撮像レンズの小型化・薄型化に不利である。逆に上限を超える場合は、軸外性能の確保が困難になると共に、像高の低い所での誤差感度特性が悪化する。
　請求項２の固体撮像素子用撮影レンズでは、開口絞りは、前記第１レンズの物体側に配置されることを特徴とする。
　開口絞りを、第１レンズよりも物体側に備えることにより、ＣＲＡ（Ｃｈｉｅｆ　Ｒａｙ　Ａｎｇｌｅ：主光線角度）は小さくし易く、光量の低下する像面の周辺部分での光量確保が容易となる。
　請求項３の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第４レンズの物体側面は、レンズ中心部から周辺部までに変曲点を持たず、一様に変化する非球面形状であることを特徴とする。
　第４レンズの物体側面は、変曲点を持たずに一様に変化する非球面形状にすることにより、面精度をより高い精度で製造することが可能になる。なお、変曲点とは曲率半径の符号が負から正に切り換わる（又は正から負に切り換る）非球面上の点を意味するものとする。
　請求項４の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第４レンズの像側面は、レンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状であることを特徴とする。
　第４レンズの像側面をレンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状にすることにより、軸外性能やＣＲＡの確保を図ることが可能になる。
　請求項５の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第４レンズは、物体側と像側の曲率半径に関して、下記（３）の条件式を満足することを特徴とする。
　　－０．２＜ｒ８／ｒ７＜０．０　　　　　　（３）
ただし、
　　ｒ７：第４レンズ物体側面の曲率半径
　　ｒ８：第４レンズ像側面の曲率半径
　前記条件式（３）は、第４レンズのレンズ形状を規定するものである。条件式（３）の下限を超える場合は、第４レンズの物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、軸上性能と軸外性能のバランスが崩れて性能確保が困難になる。逆に上限を超える場合は、第４レンズ形状がメニスカス形状になり、従来から存在するレンズ構成に近づき、本発明の意図するところと異なる。
　請求項６の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第１レンズ及び前記第３レンズは、下記（４），（５）の条件式を満足することを特徴とする。
　　０．４＜ｆ１／ｆ＜０．６８　　　　　　　　（４）
　　０．４＜ｆ３／ｆ＜０．８５　　　　　　　　（５）
ただし、
　　ｆ　　　：撮像レンズ全系の合成焦点距離
　　ｆ１　　：第１レンズの焦点距離
　　ｆ３　　：第３レンズの焦点距離
　前記条件式（４）は、第１レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式（４）の下限を超える場合は、第１レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、球面収差やコマ収差の補正が困難になる。逆に上限を超える場合は、光学長が長くなる。
　前記条件式（５）は、第３レンズの焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものである。条件式（５）の下限を超える場合は、第３レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になり、誤差感度が大きくて製作時には非常に高い精度が要求される。逆に上限を超える場合は、第３レンズのパワーが不足することになり、軸外収差の補正が不十分になる。
　請求項７の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、下記（６），（７）の条件式を満足することを特徴とする。
　　－０．８＜ｆ１／ｆ２＜－０．６　　　　　　（６）
　　－０．９＜ｆ３／ｆ２＜－０．４　　　　　　（７）
ただし、
　　ｆ１　　：第１レンズの焦点距離
　　ｆ２　　：第２レンズの焦点距離
　　ｆ３　　：第３レンズの焦点距離
　前記条件式（６）は、第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比を規定するものである。条件式（６）の下限を超える場合は、第２レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、収差補正が困難になる。逆に上限を超える場合は、第２レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差や倍率色収差が補正不足になる。
　前記条件式（７）は、第３レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比を規定するものである。条件式（７）の下限を超える場合は、第３レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸外収差の補正不足になる。逆に上限を超える場合は、第３レンズの焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になる。
　請求項８の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第２レンズは、物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状であり、その曲率半径は、下記（８）の条件式を満足することを特徴とする。
　　－０．３＜ｒ４／ｒ３＜０．０　　　　　　（８）
ただし、
　　ｒ３：第２レンズ物体側面の曲率半径
　　ｒ４：第２レンズ像側面の曲率半径
　前記条件式（８）は、第２レンズのレンズ形状を規定するものである。条件式（８）の下限を超える場合は、第２レンズの物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、誤差感度が厳しい面になり、生産性の悪いレンズになる。逆に上限を超える場合は、第２レンズ形状がメニスカス形状になり、従来から存在するレンズ構成に近づき、本発明の意図するところと異なる。
　請求項９の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記撮像光学系の光学長と焦点距離に関して、下記（９）の条件式を満足することを特徴とする。
　　１．０８＜Ｌ／ｆ＜１．２３　　　　　　　　　　（９）
ただし、
　　Ｌ　：第１レンズ前面より像面までの距離
　　ｆ　：撮像レンズ全系の合成焦点距離
　前記条件式（９）は、光学長を焦点距離との関係で規定するものである。条件式（９）の下限を超える場合は、光学長が短くなり過ぎ、諸収差の補正が困難になると共に、製作時の誤差感度も厳しくなり過ぎる。逆に上限を超える場合は、光学長が長くなり過ぎることであり、撮像レンズの薄型化に反する。
　請求項１０の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第１レンズ，前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズは、少なくとも一面が非球面形状を採り、樹脂材料により製作される、所謂プラスチックレンズであることを特徴とする。
　第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズを安価で生産効率の良い樹脂材料を使用することにより低コスト化が可能となると共に、非球面の採用により高性能化も達成できる。
　請求項１１の固体撮像素子用撮影レンズでは、前記第２レンズの物体側面は、少なくとも１つの変極点を有することを特徴とする。
　４枚レンズ構成で、第４レンズはテレセントリック性を持たせた上で第２レンズの物体側面に変極点を設置することにより、コマ収差や非点収差などの諸収差を抑制することができる。なお、変極点とは光軸に直角な接平面を持つ非球面上の点を意味するものとする。
　本発明によれば、開口絞りを最も物体側に配置し、４枚レンズ構成の第４レンズに従来の３枚レンズ構成に無かった役割を与えることにより、軸外性能の確保が容易となっている。
　更に、少なくとも１面は非球面形状として、光軸近傍で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、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第４レンズとを配置し、且つ各レンズの屈折力の配分を最適化することにより、諸収差が良好に補正され、レンズの高性能化・小型化が可能となる。また、樹脂材料を使用することで低コスト化も可能である。
図１は、実施例１に関わる撮像レンズの断面図である。 図２は、実施例１に関わる撮像レンズの諸収差図である。 図３は、実施例２に関わる撮像レンズの断面図である。 図４は、実施例２に関わる撮像レンズの諸収差図である。 図５は、実施例３に関わる撮像レンズの断面図である。 図６は、実施例３に関わる撮像レンズの諸収差図である。 図７は、実施例４に関わる撮像レンズの断面図である。 図８は、実施例４に関わる撮像レンズの諸収差図である。 図９は、第２レンズの要部を拡大した説明図である。
　以下、本発明の実施例を具体的な数値を示し説明する。実施例１から実施例４は、物体側から開口絞りＳ、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、平行平面ガラスＩＲ、像面の順の配列で構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　ただし、前記非球面式及び各実施例に使用する記号は下記の通りである。
　　Ａｉ：ｉ次の非球面係数
　　ｒ　：曲率半径
　　Ｋ　：円錐定数
　　ｆ　：撮像レンズ全系の焦点距離
　　Ｆ　：Ｆナンバー
　　ｄ　：軸上面間隔
　　ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
　　ν：レンズ材料のアッベ数
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　実施例１の撮像レンズについて、数値データを表１に示す。また、図１は撮像レンズの断面図、図２は諸収差図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例２の撮像レンズについて、数値データを表２に示す。また、図３は撮像レンズの断面図、図４は諸収差図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　実施例３の撮像レンズについて、数値データを表３に示す。また、図５は撮像レンズの断面図、図６は諸収差図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　実施例４の撮像レンズについて、数値データを表４に示す。また、図７は撮像レンズの断面図、図８は諸収差図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　前記実施例１から実施例４に関し、下記の条件式（１）～（９）に対応する値を下記表５に示す。
　－０．９５＜ｆ２／ｆ＜－０．５　　　　　　　条件式（１）
　－０．９５＜ｆ４／ｆ＜－０．３５　　　　　　条件式（２）
　－０．２＜ｒ８／ｒ７＜０．０　　　　　　　　条件式（３）
　　０．４＜ｆ１／ｆ＜０．６８　　　　　　　　条件式（４）
　　０．４＜ｆ３／ｆ＜０．８５　　　　　　　　条件式（５）
　－０．８＜ｆ１／ｆ２＜－０．６　　　　　　　条件式（６）
　－０．９＜ｆ３／ｆ２＜－０．４　　　　　　　条件式（７）
　－０．３＜ｒ４／ｒ３＜０．０　　　　　　　　条件式（８）
　　１．０８＜Ｌ／ｆ＜１．２３　　　　　　　　条件式（９）
ただし
　　ｆ　　　：撮像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
　　ｆ３　　：第３レンズの焦点距離
　　ｆ４　　：第４レンズの焦点距離
　　ｒ３：第２レンズ物体側面の曲率半径
　　ｒ４：第２レンズ像側面の曲率半径
　　ｒ７：第４レンズ物体側面の曲率半径
　　ｒ８：第４レンズ像側面の曲率半径
　　Ｌ　：第１レンズ前面より像面までの距離
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表５に示すように、本発明の実施例１～実施例４は、前記条件式（１）～（９）に対応する値を満たしている。
　すなわち、前記条件式（１）は、第２レンズＬ２の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式（１）の下限（－０．９５）を超える場合は、第２レンズＬ２の焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差が困難になる。逆に上限（－０．５）を超える場合は、球面収差やコマ収差の補正が困難になり、何れの場合も所望の光学性能が得られなくなるが、条件式（１）を満たすことで、第２レンズＬ２の焦点距離を短く抑え、かつ、軸上色収差、球面収差やコマ収差の補正も良好に行える。
　前記条件式（２）は、第４レンズＬ４の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式（２）の下限（－０．９５）を超える場合は、第４レンズＬ４の焦点距離が長くなることにより光学長の短縮が出来ず、撮像レンズの小型化・薄型化が困難となる。逆に上限（－０．３５）を超える場合は、軸外性能の確保が困難になると共に、像高の低い所での誤差感度特性が悪化するが、条件式（２）を満たすことで、撮像レンズの小型化・薄型化を図ることができるとともに、軸外性能の向上にも効果的である。
　前記条件式（３）は、第４レンズＬ４のレンズ形状を規定するものであり、条件式（３）の下限（－０．２）を超える場合は、第４レンズＬ４の物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、軸上性能と軸外性能のバランスが崩れて性能確保が困難になる。逆に上限（０．０）を超える場合は、第４レンズＬ４の形状がメニスカス形状になるが、条件式（３）を満たすことで、軸上性能と軸外性能のバランスを保ち、光学的性能も向上するとともに、４枚レンズの構成で高性能化を図ると同時に小型化・薄型化にも対応可能である。
　前記条件式（４）は、第１レンズＬ１の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式（４）の下限（０．４）を超える場合は、第１レンズＬ１の焦点距離が短くなり過ぎ、球面収差やコマ収差の補正が困難になる。逆に上限（０．６８）を超える場合は、光学長が長くなり過ぎるが、条件式（４）を満たすことで、球面収差やコマ収差の補正が良好であるとともに、撮像レンズの薄型化を図ることができる。
　前記条件式（５）は、第３レンズＬ３の焦点距離範囲を全系の焦点距離に対して規定するものであり、条件式（５）の下限（０．４）を超える場合は、第３レンズＬ３の焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になり、誤差感度が大きくて製作時には非常に高い精度が要求される。逆に上限（０．８５）を超える場合は、第３レンズＬ３のパワーが不足することになり、軸外収差の補正が不十分になるが、条件式（５）を満たすことで、コマ収差や非点収差の補正が良好に行えるとともに、第３レンズＬ３のパワーも充分発揮することが可能となり、軸外収差の補正も良好となる。
　前記条件式（６）は、第１レンズＬ１の焦点距離と第２レンズＬ２の焦点距離の比を規定するものであり、条件式（６）の下限（－０．８）を超える場合は、第２レンズＬ２の焦点距離が短くなり過ぎ、収差補正が困難になる。逆に上限（－０．６）を超える場合は、第２レンズＬ２の焦点距離が長くなり過ぎ、軸上色収差や倍率色収差が補正不足になるが、条件式（６）を満たすことで、収差補正、軸上色収差、倍率色収差の補正も良好となる。
　前記条件式（７）は、第３レンズＬ３の焦点距離と第２レンズＬ２の焦点距離の比を規定するものであり、条件式（７）の下限（－０．９）を超える場合は、第３レンズの焦点距離が長くなり過ぎ、軸外収差の補正不足になる。逆に上限（－０．４）を超える場合は、第３レンズＬ３の焦点距離が短くなり過ぎ、コマ収差や非点収差の補正が困難になるが、条件式（７）を満たすことで、コマ収差や非点収差の補正も良好となる。
　前記条件式（８）は、第２レンズＬ２のレンズ形状を規定するものであり、条件式（８）の下限（－０．３）を超える場合は、第２レンズＬ２の物体側面の負のパワーが強くなり過ぎ、誤差感度が厳しい面になり、生産性の悪いレンズになる。逆に上限（０．０）を超える場合は、第２レンズＬ２の形状がメニスカス形状になり、従来から存在するレンズ構成に近づくが、条件式（８）を満たすことで、生産性に優れたレンズとなるとともに、４枚レンズの構成で高性能化を図ると同時に小型化・薄型化にも対応可能である。
　前記条件式（９）は、光学長を焦点距離との関係で規定するものであり、条件式（９）の下限（１．０８）を超える場合は、光学長が短くなり過ぎ、諸収差の補正が困難になると共に、製作時の誤差感度も厳しくなり過ぎる。逆に上限（１．２３）を超える場合は、光学長が長くなるが、条件式（９）を満たすことによって、諸収差の補正を良好に行えるとともに、製作時の誤差感度も緩やかとなり、生産性に優れ、かつ撮像レンズの薄型化も可能となる。
　また、開口絞りＳを、第１レンズＬ１よりも物体側に備えることにより、ＣＲＡ（Ｃｈｉｅｆ　Ｒａｙ　Ａｎｇｌｅ：主光線角度）を小さくし易く、光量の低下する像面の周辺部分での光量確保が容易となる。
　さらに、第４レンズＬ４の物体側面を、変曲点を持たずに一様に変化する非球面形状にすることにより、面精度をより高い精度で製造することが可能になる。
　また、第４レンズＬ４の像側面をレンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状にすることにより、軸外性能やＣＲＡの確保を図ることが可能になる。
　したがって、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を安価で生産効率の良い樹脂材料を使用することにより低コスト化が可能となると共に、非球面の採用により高性能化も達成できる。さらに、少なくとも１面は非球面形状として、光軸近傍で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、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ３と、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第４レンズＬ４とを配置し、且つ各レンズＬ１～Ｌ４の屈折力の配分を最適化することにより、諸収差が良好に補正され、レンズの高性能化・小型化が可能である。
　また、図９に示すように４枚レンズ構成で、第４レンズＬ４はテレセントリック性を持たせた上で第２レンズＬ２の物体側面に変極点を形成することにより、コマ収差や非点収差などの諸収差を抑制することができる。
　以上、本発明の各実施例について詳述したが、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
Ｌ１　　第１レンズ
Ｌ２　　第２レンズ
Ｌ３　　第３レンズ
Ｌ４　　第４レンズ
Ｓ　開口絞り

Claims (11)

  1. 　固体撮像素子用の撮影レンズで、物体側から順に、光軸近傍で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、光軸近傍で像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、光軸近傍で像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズと、光軸近傍で物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状の第４レンズとを備え、下記（１）及び（２）の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    －０．９５＜ｆ２／ｆ＜－０．５　　　　　　　（１）
    －０．９５＜ｆ４／ｆ＜－０．３５　　　　　　（２）
    ただし
    ｆ：撮像レンズ全系の合成焦点距離
    ｆ２：第２レンズの焦点距離
    ｆ４：第４レンズの焦点距離
  2. 　開口絞りは、前記第１レンズの物体側に配置されることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
  3. 前記第４レンズの物体側面は、レンズ中心部から周辺部までに変曲点を持たず、一様に変化する非球面形状であることを特徴とする請求項１及び２記載の撮像レンズ。
  4. 　前記第４レンズの像側面は、レンズ中心部から周辺部までに少なくとも一つの変曲点を有する非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
  5. 　前記第４レンズは、物体側と像側の曲率半径に関して、下記（３）の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像レンズ。
    －０．２＜ｒ８／ｒ７＜０．０　　　　　　（３）
    ただし、
    ｒ７：第４レンズ物体側面の曲率半径
    ｒ８：第４レンズ像側面の曲率半径
  6. 　前記第１レンズ及び前記第３レンズは、下記（４），（５）の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像レンズ。
    ０．４＜ｆ１／ｆ＜０．６８　　　　　　　　（４）
    ０．４＜ｆ３／ｆ＜０．８５　　　　　　　　（５）
    ただし、
    ｆ　　　：撮像レンズ全系の合成焦点距離
    ｆ１　　：第１レンズの焦点距離
    ｆ３　　：第３レンズの焦点距離
  7. 　前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、下記（６），（７）の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の撮像レンズ。
    －０．８＜ｆ１／ｆ２＜－０．６　　　　　　（６）
    －０．９＜ｆ３／ｆ２＜－０．４　　　　　　（７）
    ただし、
    ｆ１　　：第１レンズの焦点距離
    ｆ２　　：第２レンズの焦点距離
    ｆ３　　：第３レンズの焦点距離
  8. 　前記第２レンズは、物体側と像側に凹面を向けた両凹レンズ形状であり、その曲率半径は、下記（８）の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像レンズ。
    －０．３＜ｒ４／ｒ３＜０．０　　　　　　（８）
    ただし、
    ｒ３：第２レンズ物体側面の曲率半径
    ｒ４：第２レンズ像側面の曲率半径
  9. 　前記撮像光学系の光学長と焦点距離に関して、下記（９）の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
    １．０８＜Ｌ／ｆ＜１．２３　　　　　　　　　　（９）
    ただし、
    Ｌ　：第１レンズ前面より像面までの距離
    ｆ　：撮像レンズ全系の合成焦点距離
  10. 　前記第１レンズ，前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズは、少なくとも一面が非球面形状を採り、樹脂材料により製作される、所謂プラスチックレンズであることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の撮像レンズ。
  11. 　前記第２レンズの物体側面は、少なくとも１つの変極点を有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の撮像レンズ。
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