WO2013014913A1 - 撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置 - Google Patents

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WO2013014913A1
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lens
imaging lens
optical axis
point
imaging
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PCT/JP2012/004678
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将生 森
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富士フイルム株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/04—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only

Definitions

  • the present invention relates to a single-focus imaging lens composed of four lenses and an imaging apparatus using the same.
  • a compact and lightweight imaging device equipped with a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS and a single-focus imaging lens for example, a digital camera, a surveillance camera, an in-vehicle camera, a defect detection or individual identification A reading camera is known.
  • a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS and a single-focus imaging lens
  • the number of lenses is small and a simple configuration allows an optical element such as a filter to be inserted, while having a moderate back focus and bright distortion.
  • An imaging lens that is small and has a high resolving power is known (see References 1 to 7).
  • an imaging lens used for recording a color image for example, optical images formed for each wavelength band of red (R), green (G), and blue (B) are substantially matched on the light receiving surface.
  • the aberration correction is performed so that the contrast of each optical image formed on the light receiving surface is equal.
  • various aberrations are required to be corrected satisfactorily in a wide wavelength range.
  • the spherical aberration deviation and the axial and magnification chromatic aberration are reduced, and further, By making the imaging positions (image planes) from the center to the periphery of the optical image coincide with each other, it is possible to form RGB optical images on the light receiving surface with high resolution.
  • the imaging lens itself is downsized, but also the overall optical length of the imaging lens (the distance from the first surface of the imaging lens to the imaging surface of the imaging lens) is shortened. Is required.
  • the imaging lens when the imaging lens is widened, it is necessary to shorten the focal length. However, if the focal length is significantly shortened, the back focus is reduced. For example, in order to insert a low-pass filter or the like, It is necessary to design this imaging lens so as to have a large back focus compared to the focal length.
  • a lens system having telecentricity in which the imaging surface is sufficiently separated from the exit pupil is used as an imaging lens used for forming an optical image on the light receiving surface of such a solid-state imaging device.
  • a retrofocus type lens system including a lens group having a negative refractive power and a lens group having a positive refractive power in order from the object side.
  • This retrofocus type lens system can take a long back focus as compared with the focal length, and can reduce the angle formed between the principal ray of the off-axis light beam and the optical axis. As a result, the distance from the exit pupil of the imaging lens to the imaging plane of the imaging lens can be sufficiently increased, and therefore a retrofocus lens system is suitable for imaging lenses that require telecentricity. It can be said that.
  • the imaging lens described in the above cited document 2 has a large negative distortion due to the wide angle, and the resolving power is reduced in the peripheral portion.
  • the total optical length is longer than the focal length, it is not suitable for downsizing.
  • the imaging lenses described in the cited documents 3 and 4 achieve sufficient aberration correction and compactness by using an aspherical surface, but cannot cope with the brightness of, for example, F2.2, and are off-axis luminous flux.
  • the angle between the principal ray and the optical axis exceeds 10 degrees, and the telecentricity is lacking.
  • Cited Documents 5 and 6 are compact imaging lenses, their brightness is about F4 and the back focus is short, so they lack telecentricity.
  • the imaging lens described in the cited document 7 has a brightness as high as F2.8 but also lacks telecentricity.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a compact and bright imaging lens having a wide angle, a long back focus, and an imaging apparatus using the imaging lens.
  • the imaging lens of the present invention is composed of four lenses, and in order from the object side, a first lens having a negative refractive power having a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and a biconvex shape.
  • conditional expression (2): 2.3 ⁇ L12 ⁇ R2F 2 / f 2 ⁇ 10.0 are satisfied at the same time.
  • L12 is the distance (air conversion distance) on the optical axis between the first lens and the second lens
  • f is the focal length of the entire lens system
  • R2F is the radius of curvature of the lens surface on the object side of the second lens.
  • the imaging lens may be an aspheric lens in which at least two of the first lens to the fourth lens each have an aspheric surface on one side or both sides.
  • the imaging lens may satisfy conditional expression (3): 0.7 ⁇ Bf / f ⁇ 1.5.
  • Bf is the air equivalent back focus of the entire lens system.
  • the imaging lens may satisfy the following conditional expression (4): 0.6 ⁇ f2 / f ⁇ 1.1. However, let f2 be the focal length of the second lens.
  • the imaging lens can satisfy the conditional expression (5): ⁇ 1.3 ⁇ f1 / f ⁇ 0.9 and (6): 48 ⁇ 1 at the same time.
  • f1 is the focal length of the first lens
  • ⁇ 1 be the Abbe number for the d-line of the first lens.
  • the third lens and the fourth lens may be formed of a resin material, and the conditional expression (7): ⁇ 1.3 ⁇ f3 / f4 ⁇ 0.8 may be satisfied.
  • f3 is the focal length of the third lens
  • f4 is the focal length of the fourth lens.
  • the object side surface of the third lens has a normal to the surface at which the principal ray of the outermost luminous flux passing through the imaging lens passes through the surface and intersects the optical axis at a point on the image side of the surface.
  • the normal to this surface at the point where the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens passes through the surface intersects the optical axis on the image side of the point intersecting the optical axis or is parallel to the optical axis.
  • the outermost light beam of the central light beam is the object side from the surface.
  • the outermost ray of the central luminous flux is Normal to this surface at the point that passes through it, it can be assumed that form a non-spherical shape that is formed so as to intersect the optical axis at the image side than the point intersecting the optical axis.
  • the object side surface of the third lens has a normal to the surface at the point where the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens passes through the surface and intersects the optical axis at a point on the image side of the surface.
  • the normal to this surface at the point where the outermost light beam of the outermost luminous flux passing through the imaging lens passes through the surface intersects the optical axis on the image side with respect to the point intersecting the optical axis or parallel to the optical axis.
  • the intersection of the optical axis on the object side of the surface and the normal to the surface at the point where the outermost ray of the central beam passes through the surface is parallel to the optical axis.
  • the normal to this surface at the point where the external ray passes through the surface intersects the optical axis on the object side of the surface, and the normal to this surface at the point where the outermost ray of the central light beam passes through the surface is from the surface.
  • the outermost ray of the outermost luminous flux Normal to this surface at the point that passes through the surface it can be assumed that form a non-spherical shape that is formed so as to intersect the optical axis at the image side than the point intersecting the optical axis.
  • the imaging lens may be provided with an aperture stop between the first lens and the second lens.
  • the imaging device of the present invention can use the imaging lens.
  • the imaging lens may be substantially composed of four lenses.
  • substantially consisting of n lenses means lenses other than n lenses, lenses having substantially no refractive power, optical elements other than lenses such as a diaphragm and a cover glass, lens flanges, lenses
  • the air-converted back focus is a distance (air-converted distance) on the optical axis from the most image-side lens surface of the imaging lens to the image-side focal point of the imaging lens (imaging surface of an object at infinity).
  • This air-converted back focus is obtained when the optical member having no refractive power such as a filter or a cover glass is disposed between the lens surface closest to the image side and the image forming surface. Is determined in terms of air.
  • the interval on the optical axis between the first lens and the second lens is a simple air interval when no optical member is disposed between the first lens and the second lens.
  • the thickness of the optical member is determined in terms of air.
  • the resin material can be used as a plastic lens, and for example, an acrylic resin, an epoxy resin, and a polycarbonate can be employed.
  • the negative first lens having a meniscus shape having a convex surface directed toward the object side and the positive first lens having a biconvex shape are configured from four lenses in order from the object side. It consists of two lenses, a negative third lens with a concave surface facing the image side, and a positive fourth lens with a convex surface facing the object side.
  • the degree of freedom in design for improving various aberrations is increased. High optical performance can be obtained.
  • Sectional drawing which shows schematic structure of the imaging lens by Embodiment of this invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an imaging apparatus provided with an imaging lens of the present invention.
  • arrows X, Y, and Z indicate three directions orthogonal to each other, and the arrow Z direction indicates the same direction as the optical axis Z1.
  • the illustrated imaging apparatus 200 includes an imaging element 210 that is a solid-state imaging element such as a CCD or a CMOS, and a single-focus imaging lens 100.
  • an imaging element 210 that is a solid-state imaging element such as a CCD or a CMOS, and a single-focus imaging lens 100.
  • a digital camera, a monitoring camera, an in-vehicle camera, a defect detection, and an individual It is used for a reading camera for the purpose of identifying the image.
  • the imaging element 210 converts an optical image Im representing the subject 1 imaged on the light receiving surface 210J of the imaging element 210 through the imaging lens 100 into an electrical signal, and outputs an image signal Gs indicating the optical image Im. Is.
  • the imaging lens 100 is composed of four lenses, and in order from the object side, a first lens L1 having a negative refractive power having a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and a positive lens having a biconvex shape.
  • a second lens L2 having a negative refractive power, a third lens L3 having a negative refractive power with a concave surface facing the image side, and a fourth lens L4 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side. are those, the conditional expression (1): L12 / f ⁇ 0.82, the condition (2): is intended to satisfy 2.3 ⁇ L12 ⁇ R2F 2 / f 2 ⁇ 10.0 at the same time.
  • L12 is the distance (air conversion distance) on the optical axis Z1 between the first lens L1 and the second lens L2
  • f is the focal length of the entire lens system
  • R2F is the radius of curvature of the object side surface of the second lens L2.
  • conditional expressions (1) and (2) are conditional expressions for obtaining good imaging performance while maintaining appropriate back focus and compactness.
  • the lens can be made compact by satisfying conditional expression (1). If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, it will be difficult to achieve compactness.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (1a): L12 / f ⁇ 0.6.
  • conditional expression (2) makes it possible to obtain good imaging performance while maintaining an appropriate back focus.
  • the central light beam is diverged by the strong negative power of the first lens L1, and the outermost light beam is incident on a position away from the optical axis Z1 when entering the second lens L2. And good.
  • a good imaging performance can be obtained by correcting various aberrations while gradually converging the light beam diverged by the first lens L1 by the lenses after the second lens L2.
  • the outermost light beam of the central light beam passing through the imaging lens 100 can be made incident at a position away from the optical axis Z1 in the second lens L2.
  • the distance L12 is increased, it is necessary to rapidly converge the divergent light beam from the first lens on the image side surface of the second lens. The radius of curvature must be reduced.
  • the interval L12 is reduced and compactification is given priority, it is necessary to give a stronger divergence action to the first lens L1.
  • the incident light beam to the second lens L2 and the position where the incident light beam passes through the object side surface of the second lens L2 It is necessary to increase the radius of curvature of the object-side surface of the second lens L2 so that the angle formed with the normal of the surface does not increase. If the radius of curvature is increased to exceed the upper limit of the conditional expression (2), the convergence effect by the object side surface of the second lens L2 becomes weak, and the subsequent surfaces must have a strong convergence effect. For this reason, the degree of freedom in design is reduced, and it is difficult to correct aberrations favorably.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (2a): 3.0 ⁇ L12 ⁇ R2F 2 / f 2 ⁇ 8.0.
  • the imaging lens 100 can have the following configuration.
  • two or more of the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4 are aspherical lenses in which one or both surfaces are aspherical. Can do.
  • the imaging lens 100 can satisfy the conditional expression (3): 0.7 ⁇ Bf / f ⁇ 1.5.
  • Bf is the air equivalent back focus of the entire lens system.
  • This conditional expression (3) is an expression that defines the range of back focus.
  • the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the distance between the imaging lens 100 and the light receiving surface 210J becomes small, the telecentricity becomes insufficient, and a filter is provided between the imaging lens 100 and the light receiving surface 210J.
  • the degree of freedom when inserting is also reduced. If the lower limit of conditional expression (3) is thus reduced, the return light reflected by the light receiving surface 210J is reflected by the imaging lens 100, a holding member that holds each lens in the imaging lens 100, and the like. Since the reflected light becomes stray light and re-enters the light receiving surface 210J, the imaging performance is likely to deteriorate.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (3a): 0.85 ⁇ Bf / f ⁇ 1.25.
  • the imaging lens 100 can satisfy the conditional expression (4): 0.6 ⁇ f2 / f ⁇ 1.1.
  • f2 is the focal length of the second lens L2.
  • Conditional expression (4): 0.6 ⁇ f2 / f ⁇ 1.1 is an expression defining the power of the second lens L2.
  • conditional expression (4) if the lower limit of conditional expression (4) is not reached, for example, if the power of the second lens L2 is increased beyond a predetermined level, sufficient back focus cannot be obtained. If the diverging action by the negative power of the third lens L3 is increased in order to obtain a sufficient back focus, it is necessary to increase the positive power of the fourth lens L4, which makes it difficult to correct the aberration of the off-axis light beam at the peripheral portion.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (4a): 0.7 ⁇ f2 / f ⁇ 0.9.
  • conditional expression (8) 1.0 ⁇ R2F /
  • the distance between the first lens L1 and the second lens L2 is increased. Since the light beam diverged by the first lens L1 can be gradually converged while achieving compactness, good aberration correction can be achieved.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (8a): 1.0 ⁇ R2F /
  • the imaging lens 100 can satisfy the conditional expression (5): ⁇ 1.3 ⁇ f1 / f ⁇ 0.9 and (6): 48 ⁇ 1 at the same time.
  • f1 is the focal length of the first lens L1
  • ⁇ 1 is the Abbe number of the first lens L1 with respect to the d-line.
  • Conditional expression (5) is an expression that regulates the power of the first lens L1.
  • the imaging lens 100 is configured to fall below the lower limit of the conditional expression (5), for example, when the power of the first lens L1 is weakened, the diverging action of the light flux by the first lens L1 is reduced, and appropriate back focus is maintained. It becomes difficult to do. In addition, since the distance between the first lens L1 and the second lens L2 is increased, it is difficult to reduce the size.
  • the imaging lens 100 is configured to exceed the upper limit of the conditional expression (5), for example, the object of the second lens L2 while gradually converging the light beam strongly diverged by the first lens L1 with the second lens L2 and subsequent lenses. It is necessary to reduce the curvature radius on the side and make it compact. For this reason, high-order coma occurs at the peripheral edge of the light beam, making it difficult to obtain good optical performance.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (5a): ⁇ 1.2 ⁇ f1 / f ⁇ 1.0.
  • Conditional expression (6): 48 ⁇ 1 defines the upper number of the first lens L1.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (6a): 48 ⁇ 1 ⁇ 82.
  • a relatively inexpensive optical material can be selected as the first lens L1.
  • the third lens L3 and the fourth lens L4 are made of a resin material and satisfy the conditional expression (7): ⁇ 1.3 ⁇ f3 / f4 ⁇ 0.8. it can.
  • f3 is the focal length of the third lens L3
  • f4 is the focal length of the fourth lens L4.
  • Resin material has a larger refractive index change and shape change with respect to temperature change than glass material, and the focal point movement of the lens during temperature change is large. Therefore, when using resin lenses, it is preferable to use two positive and negative lenses as resin lenses. That is, by configuring the imaging lens 100 so as to satisfy the conditional expression (7), it is possible to cancel the influence due to the temperature change of the resin lens with the two positive and negative resin lenses.
  • the imaging lens 100 is more preferably configured to satisfy the conditional expression (7a): ⁇ 1.2 ⁇ f3 / f4 ⁇ 0.9.
  • the object side surface Me of the third lens has a shape in which, for example, the convex shape gradually increases at the central portion and the convex shape gradually decreases at the peripheral portion.
  • y is the height in the direction orthogonal to the optical axis Z1 (the direction of the arrow Y in the figure), and Zf (y) is the aspherical surface at the height y.
  • the shape of the surface Me is positive at the center in the region where the value of the first derivative dZf (y) / dy of the aspherical expression Zf (y) representing the shape of the surface Me is 0 ⁇ y.
  • the aspherical shape may have a positive value that gradually increases in the central portion and gradually decreases in the peripheral portion.
  • the aspherical shape in which the convex shape gradually increases as it goes to the peripheral portion so that among the light rays when the central light flux passes through the object-side surface Me of the third lens L3.
  • the angle formed by this light beam and the normal to this surface Me at the point where the light beam passes through the surface Me can be reduced.
  • the convex shape at the peripheral portion of the object-side surface Me of the third lens L3 can be loosened particularly for the light flux passing through the peripheral portion.
  • the angle between the light ray passing through the peripheral portion and the normal line at the point where this light ray passes through the surface Me can be reduced. Can be suppressed.
  • the periphery of the object-side surface Me of the third lens L3 may have a concave shape.
  • the shape of the surface Me has a positive value at the center in the region where the value of the first derivative dZf (y) / dy of the aspherical expression Zf (y) representing the shape of the surface Me is 0 ⁇ y.
  • the positive value gradually increases in the central portion, then gradually decreases toward the peripheral portion, takes 0 which is an extreme value at any y, and then becomes negative
  • the aspherical shape be such that the negative value gradually increases as the value of y increases toward the periphery.
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C are conceptual diagrams, and do not accurately represent the shape of the surface Me, the direction of the normal line to the surface Me, and the like.
  • 2A, 2B, and 2C are diagrams illustrating intersections, normals, and the like for defining the shape of the object-side surface of the third lens constituting the imaging lens.
  • the surface Me on the object side of the third lens L3 has a normal Ha to the surface Me at the “intersection Qa between the principal ray of the outermost luminous flux passing through the imaging lens 100 and the surface Me”.
  • the normal to the surface Me at the “intersection Qb between the outermost ray of the central light beam and the surface Me” is Whether it intersects the optical axis Z1 at a point Pb (1) on the image side of the point Pa (see the normal line Hb (1) in the figure) or parallel to the optical axis Z1 (normal line Hb (2) in the figure) Or an aspherical shape formed so as to intersect the optical axis Z1 at the point Pb (3) on the object side from the surface Me (see the normal line Hb (3) in the figure).
  • the surface Me on the object side of the third lens L3 has a normal Ha to the surface Me at the “intersection Qa between the principal ray of the outermost luminous flux passing through the imaging lens 100 and the surface Me” as shown in FIG. 2B.
  • the normal line Hb with respect to the surface Me at the “intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me” is An aspherical shape formed so as to intersect the optical axis Z1 at a point Pb on the object side with respect to the surface Me can be used.
  • the surface Me on the object side of the third lens L3 has a normal Ha to the surface Me at the “intersection Qa between the principal ray of the outermost luminous flux passing through the imaging lens 100 and this surface Me” as shown in FIG. 2C.
  • the surface at the “intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me” may be an aspherical shape formed so as to intersect the optical axis Z1 at a point Pb on the image side with respect to the point Pa.
  • 3A, 3B, and 3C are diagrams showing intersections, normals, and the like for defining the shape of the object-side surface of the third lens that constitutes the imaging lens.
  • the surface Me on the object side of the third lens L3 has a normal Hb with respect to the surface Me at the “intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me” from the surface Me.
  • the surface Me at the “intersection Qc between the outermost light beam of the outermost light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me” Whether the normal intersects the optical axis Z1 at the point Pc (1) on the image side of the point Pb (see the normal Hc (1) in the drawing) or is parallel to the optical axis Z1 (the normal in the drawing) Hc (2)), or an aspherical shape formed so as to intersect the optical axis Z1 at a point Pc (3) closer to the object than the surface Me.
  • the surface Me on the object side of the third lens L3 is, as shown in FIG. 3B, a normal Hb with respect to the surface Me at the “intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me”.
  • the normal Hc to the surface Me at the “intersection Qc between the outermost light beam of the outermost light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me” is the surface An aspherical shape formed so as to intersect the optical axis Z1 at a point Pc closer to the object than Me can be used.
  • the surface Me on the object side of the third lens L3 is, as shown in FIG. 3C, a normal line Hb with respect to the surface Me at the “intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me”.
  • the surface at the “intersection Qc between the outermost light beam of the outermost light beam passing through the imaging lens 100 and the surface Me” may have an aspherical shape formed so as to intersect the optical axis Z1 at a point Pc on the image side with respect to the point Pb.
  • the imaging lens 100 may be provided with an aperture stop St between the first lens L1 and the second lens L2.
  • the aperture stop St that determines the brightness of the lens is disposed between the first lens L1 and the second lens L2 in order to improve telecentricity.
  • the interval between the light receiving surface 210J and the pupil position can be increased and the degree of freedom in design can be increased, so the burden for setting a telecentric system can be reduced.
  • the imaging lens 100 be configured in consideration of telecentricity.
  • MXAN degree of telecentricity required for the imaging lens 100 varies depending on the specifications of the apparatus in which the imaging lens is used
  • MXAN ⁇ 15 when the maximum value of the incident angle of each light beam on the image plane is MXAN. Satisfy °.
  • MXAN ⁇ 10 ° is satisfied, and in the examples regarding a plurality of imaging lenses described later, most of the examples satisfy MXAN ⁇ 10 °.
  • the first lens L1 is made of a glass material. Since the glass material is less affected by moisture and ultraviolet rays than the resin material and is not easily scratched, the glass material is useful for the first lens L1.
  • the second lens L2 needs to have a strong positive refractive power for carrying most of the focusing action of the entire lens system. For this reason, it is useful from the viewpoint of aberration correction to use a glass material capable of selecting a material having a high refractive index for the second lens L2.
  • a filter that cuts infrared light a filter that cuts visible light, or a filter that has a coating having a water repellent action or a hydrophilic action may be arranged on the object side or the image side of the imaging lens. Further, a coating having these functions may be applied to the lens surface.
  • the imaging lens 100 can be used as a finite reading optical system, for example.
  • the imaging lens 100 can be applied not only to a device that captures visible light but also to a device that captures infrared light, such as a night vision camera or an authentication camera. .
  • the imaging lens 100 When the imaging lens 100 is applied to a monitoring camera or the like installed outdoors, stray light caused by light rays incident on the imaging lens 100 from an angle exceeding the angle of view of the imaging lens 100 is detected by the monitoring camera.
  • the resolution of the acquired image may be hindered.
  • FIGS. 4 to 10 which corresponds to the code
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 1 together with an optical path of a light beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 1 is configured to satisfy all of the conditional expressions (1) to (7) and conditional expression (8).
  • Table 1A shows lens data of the imaging lens of Example 1.
  • the lens data in Table 1A are assigned surface numbers including the aperture stop St, the optical element LL having no power, and the imaging surface on which the optical image Im is formed.
  • interval on the optical axis Z1 with a surface is shown.
  • re indicates the light beam control diameter, and corresponds to the light blocking diameter for removing the optical aperture and the coma flare to maintain high performance. Note that 0.000 in the re column of Table 1A indicates that there is no light flux control.
  • the unit of curvature radius and surface interval is mm, and the curvature radius is positive when convex on the object side and negative when convex on the image side.
  • the surface number is marked with * for the aspheric surface, and the value of the radius of curvature Ri of the aspheric surface indicates the value of the paraxial curvature radius.
  • the imaging lens can also be an embodiment according to the present invention.
  • Table 1B shows the aspheric coefficients related to the imaging lens of Example 1. That is, Table 1B shows the aspherical coefficients of the aspherical surfaces with surface marks marked with * in Table 1A.
  • Zf (y) C ⁇ y 2 / ⁇ 1+ (1-K ⁇ C 2 ⁇ y 2 ) 1/2 ⁇ + ⁇ Bn ⁇
  • Zf (y) Depth of aspheric surface (mm)
  • y Distance from the optical axis to the lens surface (height) (mm)
  • K aspheric coefficient representing a quadratic surface
  • Bn n-th order (n is an integer of 3 or more) aspheric coefficient
  • the imaging lens of Example 1 can be a wide-angle, long back focus, compact and bright imaging lens.
  • FIG. 11 shows aberration diagrams of the imaging lens of Example 1.
  • the upper part of FIG. 11 shows aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, and distortion (distortion aberration), and the lower part shows lateral aberration.
  • the diagram indicated by symbol (a) represents spherical aberration
  • the diagram denoted by symbol (b) represents astigmatism
  • the diagram denoted by symbol (c) represents distortion
  • the diagram denoted by symbol (d) represents lateral aberration. .
  • FIG. 11 shows various aberrations relating to light having wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm.
  • the solid line in the astigmatism diagram indicates the sagittal aberration, and the broken line indicates the tangential aberration.
  • Fno Means the F number, and ⁇ in the upper part of the other aberration diagrams means the half angle of view.
  • the aberration diagram in the left column shows the aberration in the tangential direction
  • the aberration diagram in the right column shows the aberration in the sagittal direction.
  • Table 8 shows values corresponding to the mathematical expressions in the conditional expressions (1) to (8) for the imaging lenses of Examples 1 to 7.
  • Table 9 shows values corresponding to the variable symbols in the conditional expressions (1) to (8).
  • the value of the numerical formula described in each conditional expression can be calculated
  • FIG. 4 showing the configuration of the imaging lens of Example 1 above, FIG. 11 showing the aberration, Table 1 showing the lens data, and how to read Tables 8 and 9 concerning the conditional expressions (1) to (8), etc. will be described later. Since the same applies to Examples 2 to 7, description thereof will be omitted for Examples described later.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 2 together with an optical path of a central beam and an outermost beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 2 is configured to satisfy the conditional expressions (1) to (7).
  • FIG. 12 is a diagram showing aberrations of the imaging lens of Example 2.
  • Table 2A below shows lens data of the imaging lens of Example 2
  • Table 2B shows aspherical coefficients of the imaging lens of Example 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 3 together with optical paths of a central beam and an outermost beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 3 is configured to satisfy the conditional expressions (1) to (7) and the conditional expression (8).
  • FIG. 13 is a diagram showing aberrations of the imaging lens of Example 3.
  • Table 3A below shows lens data of the imaging lens of Example 3, and Table 3B shows aspheric coefficients of the imaging lens of Example 3.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 4 together with optical paths of a central light beam and an outermost light beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 4 is configured to satisfy the conditional expressions (1) to (7).
  • FIG. 14 is a diagram showing aberrations of the imaging lens of Example 4.
  • Table 4A shows lens data of the imaging lens of Example 2, and Table 4B shows aspheric coefficients of the imaging lens of Example 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 5 together with optical paths of a central beam and an outermost beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 5 is configured to satisfy the conditional expressions (1) to (7) and the conditional expression (8).
  • FIG. 15 is a diagram showing aberrations of the imaging lens of Example 5.
  • Table 5A shows lens data of the imaging lens of Example 5, and Table 5B shows aspheric coefficients of the imaging lens of Example 5.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 6 together with optical paths of a central light beam and an outermost light beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 6 is configured to satisfy the conditional expressions (1) to (7) and the conditional expression (8).
  • FIG. 16 is a diagram showing aberrations of the imaging lens of Example 6.
  • Table 6A below shows lens data of the imaging lens of Example 6, and Table 6B shows aspheric coefficients of the imaging lens of Example 6.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the imaging lens of Example 7 together with optical paths of a central light beam and an outermost light beam passing through the imaging lens.
  • the imaging lens of Example 7 is configured to satisfy the conditional expressions (1) to (7) and the conditional expression (8).
  • FIG. 17 is a diagram showing aberrations of the imaging lens of Example 7.
  • Table 7A below shows lens data of the imaging lens of Example 7, and Table 7B shows aspheric coefficients of the imaging lens of Example 7.
  • the imaging lens of Example 7 has no aperture stop.
  • Tables 8 and 9 below show values related to the conditional expressions as described above.
  • 18 to 21 relate to the shape (aspherical shape) of the object side surface Me of the third lens L3 of the imaging lens.
  • FIG. 18 shows a normal Ha to the surface Me at the intersection Qa between the principal ray of the outermost luminous flux passing through the object-side surface Me and the surface Me in the third lens L3 of the imaging lens of Example 3, and its normal Ha.
  • a normal Hb to the surface Me at the intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the object side surface Me of the third lens L3 and the surface Me in the third lens L3, the normal Hb and the light This is illustrated with respect to the intersection Pb of the axis Z1.
  • the surface Me has an aspherical shape corresponding to the state shown in FIG. 2C (in the case of the first-C state).
  • FIG. 19 shows a normal Hb to the surface Me at the intersection Qb between the outermost ray of the central beam passing through the object-side surface Me and the surface Me in the third lens L3 of the imaging lens of Example 3, the normal Hb A normal line Hc to the surface Me at the intersection point Qc between the outermost ray of the outermost light beam passing through the object side surface Me of the third lens L3 and the surface Me in the third lens L3, and its normal line Hc And the intersection Pc between the optical axis Z1 and the optical axis Z1.
  • the surface Me has an aspherical shape corresponding to the state shown in FIG. 3C (in the case of the second-C state).
  • FIG. 20 shows a normal Ha to the surface Me at the intersection Qa between the principal ray of the outermost luminous flux passing through the object-side surface Me and the surface Me in the third lens L3 of the imaging lens of Example 6, and its normal Ha.
  • the intersection Hb with the optical axis Z1 the normal Hb to the surface Me at the intersection Qb between the outermost ray of the central light beam passing through the object-side surface Me in the third lens L3 and the surface Me, and the normal Hb and the optical axis This is illustrated with respect to the intersection Pb with Z1.
  • the surface Me has an aspherical shape corresponding to the state shown in FIG. 2A (in the case of the state 1-A).
  • FIG. 21 shows a normal Hb to the surface Me at the intersection Qb between the outermost ray of the central beam passing through the object-side surface Me and the surface Me in the third lens L3 of the imaging lens of Example 3, and the normal Hb.
  • the surface Me has an aspherical shape corresponding to the state shown in FIG. 3A (in the case of the second-A state).
  • FIG. 22 shows a ray (a principal ray of the outermost luminous flux, an outermost ray of the central luminous flux, an outermost ray of the outermost luminous flux) and a surface Me passing through the object-side surface Me in the third lens L3 of the imaging lens of the seventh embodiment.
  • the normal lines Ha, Hb, Hc with respect to the surface Me at the respective intersection points Qa, Qb, Qc, and the intersection points Pa, Pb, Pc of the respective normal lines Ha, Hb, Hc and the optical axis Z1 are illustrated.
  • the surface Me has an aspherical shape corresponding to the states shown in FIG. 2C (in the case of the first-C state) and FIG. 3C (in the case of the second-C state). I understand.
  • the aperture stop is not disposed in the imaging lens of Example 7, a bisector in the beam cross section when the outermost beam converges on the imaging plane is used as the principal ray of the outermost beam. Shall be adopted.
  • FIG. 23 shows an image pickup apparatus according to the present invention, which includes the image pickup lens of the present invention and an image pickup element that receives light that forms an optical image formed by the image pickup lens, converts the light into an electric signal, and outputs the electric signal. It is a figure which shows the motor vehicle carrying the vehicle-mounted camera which is an example.
  • the in-vehicle cameras 502 to 504 equipped with the imaging device of the present invention can be used by being mounted on an automobile 501 or the like.
  • the in-vehicle camera 502 is an out-of-vehicle camera for imaging the blind spot range on the side surface on the passenger seat side
  • the in-vehicle camera 503 is an out-of-vehicle camera for imaging the blind spot range behind the automobile 1.
  • the in-vehicle camera 504 is an in-vehicle camera that is attached to the rear surface of the rearview mirror and captures the same field of view as the driver.
  • the present invention is not limited to such an application.
  • a monitoring camera and a defect detection are described. It can also be applied to a reading camera or the like for the purpose of identifying an individual or individual.
  • the present invention has been described with reference to the embodiment and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiment and example, and various modifications are possible.
  • the values of the radius of curvature, the surface spacing, the refractive index, the Abbe number, etc. of each lens element are not limited to the values shown in the above numerical examples, but can take other values.

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Abstract

【課題】撮像レンズにおいて、広角でバックフォーカスが長くコンパクトで明るいレンズ系を実現する。 【解決手段】物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する第１レンズ(Ｌ１)、両凸形状をなす正の屈折力を有する第２レンズ(Ｌ２)、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズ(Ｌ３)、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズ(Ｌ４)からなり、条件式（１）：Ｌ１２／ｆ＜０．８２、条件式（２）：２．３＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜１０．０を同時に満足する。ただし、Ｌ１２を第１レンズ(Ｌ１)と第２レンズ(Ｌ２)との光軸上における間隔、ｆをレンズ全系の焦点距離、Ｒ２Ｆを第２レンズ(Ｌ２)の物体側のレンズ面の曲率半径とする。

Description

撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置
　本発明は、４枚のレンズで構成された単焦点の撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置に関するものである。
　従来より、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子と単焦点の撮像レンズとを備えた小型で軽量な撮像装置、例えばデジタルカメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、欠損の検知や個体の識別などを目的とする読取用カメラなどが知られている。このような、固体撮像素子の受光面上に光学像を結像させる撮像レンズとして、レンズ枚数が少なく簡易な構成でフィルタ等の光学要素を挿入可能な適度なバックフォーカスを持ちながら、明るく歪曲が小さく解像力の高い撮像レンズが知られている(引用文献１～７参照)。
　特にカラー画像を記録する場合に用いられる撮像レンズは、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各波長帯ごとに結像させる各光学像が受光面上でほぼ合致するように、また、受光面上に結像される各光学像のコントラストが等しくなるように収差補正されていることが望ましい。これは広い波長域で諸収差が良好に補正されることが求められているということであり、具体的には例えばＲＧＢ各色について、球面収差の偏差や軸上と倍率の色収差を小さくし、さらに光学像の中心から周辺までの結像位置（像面）を互いに一致させることによって、高い解像力で受光面上にＲＧＢ各色の光学像を結像させることができる。
　また、装置をコンパクト化するためには、撮像レンズ自体の小型化は勿論のこと、撮像レンズの光学全長（撮像レンズの第１面からこの撮像レンズの結像面までの距離）を短くすることが必要になる。
　また、撮像レンズを広角化する場合には焦点距離の短化が必要となるが焦点距離の短化が顕著になるとバックフォーカスが小さくなってしまうので、例えばローパスフィルタなどを挿入するためには、焦点距離に比して大きなバックフォーカスを持つようにこの撮像レンズを設計することが必要になる。
　さらに、固体撮像素子を用いたカメラにおいては、撮像レンズの射出瞳から結像面までの距離が極端に短いと軸外光線の受光面への入射角度が大きくなるためシェーディングの影響で照度むらが大きくなる。そのため、このような固体撮像素子の受光面上に光学像を形成するために用いられる撮像レンズには、結像面が射出瞳から十分に離れているテレセントリック性を有するレンズ系が用いられる。
　テレセントリック性を実現するための手段として、物体側から順に負の屈折力を有するレンズ群と正の屈折力を有するレンズ群とからなるレトロフォーカス型のレンズ系を用いることが知られている。
　このレトロフォーカス型のレンズ系は、焦点距離に比してバックフォーカスを長くとることができ、軸外光束の主光線と光軸とのなす角度を小さくすることができる。これにより、撮像レンズの射出瞳からこの撮像レンズの結像面までの距離を十分に離すことができるので、テレセントリック性を必要とする撮像レンズには、レトロフォーカス型のレンズ系の採用が適しているといえる。
特開平１０－３００９０６号公報 特開２００２－２４４０３１号公報 特許第４２８３５５４号公報 特許第４４１６４１１号公報 特開２００６－１７１２１２号公報 特開２００６－３１７８００号公報 特許第４３７４２２４号公報
　ところで、受光素子の高密度化に伴って、より高い光学性能、例えばより高い解像力を持つ撮像レンズを使用したいという要請がある。
　しかしながら、上記引用文献１に記載の撮像レンズは、明るさがＦ５．５８と暗く高いコントラストの画像を得ることが難しい。また、焦点距離に比べて光学全長が長いので小型化への適正に欠ける。
　上記引用文献２に記載の撮像レンズは、広角化のため負の大きなディストーションが発生し周辺部で解像力が低下している。また、焦点距離に比べて光学全長が長いので小型化への適正に欠ける。
　引用文献３、４に記載の撮像レンズは、非球面を用いることにより十分な収差補正とコンパクト化を達成しているが、例えばＦ２．２といった明るさには対応できておらず、軸外光束の主光線と光軸とのなす角度が１０度を超えており、テレセントリック性に欠けている。
　引用文献５、６に記載の撮像レンズは、コンパクトな撮像レンズではあるが、明るさがＦ４程度で、バックフォーカスが短いためテレセントリック性に欠けている。
　引用文献７に記載の撮像レンズは、明るさがＦ２．８にまでは達しているがこれもテレセン性に欠けている。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広角でバックフォーカスが長くコンパクトで明るい撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。
　本発明の撮像レンズは、４枚のレンズから構成されたものであり、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する第１レンズ、両凸形状をなす正の屈折力を有する第２レンズ、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズ、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズからなり、条件式（１）：Ｌ１２／ｆ＜０．８２、条件式（２）：２．３＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜１０．０を同時に満足することを特徴とするものである。ただし、Ｌ１２を第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔(空気換算間隔)、ｆをレンズ全系の焦点距離、Ｒ２Ｆを第２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径とする。
　前記撮像レンズは、第１レンズから第４レンズのうち、少なくとも２枚以上のレンズそれぞれが、片面または両面に非球面を持つ非球面レンズとすることができる。
　前記撮像レンズは、条件式（３）：０．７＜Ｂｆ／ｆ＜１．５を満足するものとすることができる。ただし、Ｂｆをレンズ全系の空気換算バックフォーカスとする。
　前記撮像レンズは、以下の条件式（４）：０．６＜ｆ２／ｆ＜１．１を満足するものとすることができる。ただし、ｆ２を第２レンズの焦点距離とする。
　前記撮像レンズは、条件式（５）：－１．３＜ｆ１／ｆ＜－０．９、（６）：４８＜ν１を同時に満足するものとすることができる。ただし、ｆ１を第１レンズの焦点距離、
ν１を第１レンズのｄ線に対するアッベ数とする。
　前記撮像レンズは、第３レンズおよび第４レンズが樹脂材料で形成され、かつ、条件式（７）：－１．３＜ｆ３／ｆ４＜－０．８を満足するものとすることができる。ただし、ｆ３を第３レンズの焦点距離、ｆ４を第４レンズの焦点距離とする。
　前記第３レンズの物体側の面は、撮像レンズを通る最外光束の主光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が前記面より像側の点で光軸と交わる場合には、撮像レンズを通る中心光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるか、光軸と平行になるか、または前記面より物体側で光軸と交わり、最外光束の主光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が光軸と平行になる場合には、中心光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が前記面より物体側で光軸と交わり、最外光束の主光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が前記面より物体側の点で光軸と交わる場合には、中心光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるように形成された非球面形状をなすものとすることができる。
　前記第３レンズの物体側の面は、撮像レンズを通る中心光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が前記面より像側の点で光軸と交わる場合には、撮像レンズを通る最外光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるか、光軸と平行になるか、または前記面より物体側で光軸と交わり、中心光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が光軸と平行になる場合には、最外光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が前記面より物体側で光軸と交わり、中心光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が前記面より物体側の点で光軸と交わる場合には、最外光束の最外光線が前記面を通過する点におけるこの面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるように形成された非球面形状をなすものとすることができる。
　前記撮像レンズは、第１レンズと第２レンズとの間に開口絞りが設けられたものとすることができる。
　本発明の撮像装置は、前記撮像レンズを用いたものとすることができる。
　前記撮像レンズは、実質的に４枚のレンズからなるものとすることができる。なお、「実質的にｎ枚のレンズからなるもの」とは、ｎ枚のレンズ以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つ撮像レンズである。
　空気換算バックフォーカスは、撮像レンズにおける最も像側のレンズ面からこの撮像レンズの像側の焦点（無限遠被写体の結像面）までの光軸上における距離（空気換算距離）である。この空気換算バックフォーカスは、上記最も像側のレンズ面から結像面までの間にフィルタやカバーガラス等の屈折力を持たない光学部材が配されている場合には、それらの光学部材の厚みを空気換算して定められるものである。
　前記第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔(空気換算間隔)は、第１レンズと第２レンズとの間に光学部材が配置されていない場合には単なる空気間隔であるが、第１レンズと第２レンズとの間に屈折力を持たない光学部材が配置されている場合には、それらの光学部材の厚みを空気換算して定められるものである。
　前記樹脂材料は、プラスチックレンズとして使用可能なものであり、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびポリカーボネートなどを採用することができる。
　本発明の撮像レンズおよび撮像装置によれば、４枚のレンズから構成され、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の第１レンズ、両凸形状をなす正の第２レンズ、像側に凹面を向けた負の第３レンズ、物体側に凸面を向けた正の第４レンズからなり、条件式（１）：Ｌ１２／ｆ＜０．８２、条件式（２）：２．３＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜１０．０を同時に満足するようにしたので、広角でバックフォーカスが長くコンパクトで明るいレンズ系を実現することができる。
　すなわち、４枚と少ないレンズ枚数で構成することによりコンパクト化することができ、第１レンズに強い負の屈折力を持つものを用いることにより、広角と長いバックフォーカスとを両方共に達成することができ、さらに、第１レンズを通して発散した光束を、第２レンズから第４レンズに亘って徐々に収束させることにより良好な収差補正を施すことができる。
　また、第１レンズから第４レンズのうち、２枚以上の各レンズを、片面または両面が非球面の非球面レンズとすれば、諸収差を改善するための設計の自由度が増大するのでより高い光学性能を得ることができる。
本発明の第実施の形態による撮像レンズの概略構成を示す断面図 第１Ａの場合において、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 第１Ｂの場合において、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 第１Ｃの場合において、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図である。 第２Ａの場合において、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 第２Ｂの場合において、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 第２Ｃの場合において、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 実施例１の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例２の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例３の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例４の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例５の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例６の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例７の撮像レンズの概略構成を光路とともに示す断面図 実施例１の撮像レンズの収差図 実施例２の撮像レンズの収差図 実施例３の撮像レンズの収差図 実施例４の撮像レンズの収差図 実施例５の撮像レンズの収差図 実施例６の撮像レンズの収差図 実施例７の撮像レンズの収差図 実施例３の撮像レンズについて、第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 実施例３の撮像レンズについて、第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 実施例６の撮像レンズについて、第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 実施例６の撮像レンズについて、第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 実施例７の撮像レンズについて、第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図 本発明の撮像装置の１例である車載カメラを搭載した自動車を示す図
　以下、本発明の撮像レンズおよびこの撮像レンズを備えた撮像装置について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の撮像レンズを備えた撮像装置の概略構成を示す断面図である。なお、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向を示すものであり、矢印Ｚ方向は光軸Ｚ１と同じ方向を示している。
　図示の撮像装置２００は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子である撮像素子２１０と単焦点の撮像レンズ１００とを備えており、例えばデジタルカメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、欠損の検知や個体の識別などを目的とする読取用カメラなどに用いられるものである。
　撮像素子２１０は、撮像レンズ１００を通してこの撮像素子２１０における受光面２１０Ｊ上に結像された被写体１を表す光学像Ｉｍを電気信号に変換して、この光学像Ｉｍを示す画像信号Ｇｓを出力するものである。
　撮像レンズ１００は、４枚のレンズから構成されたものであり、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する第１レンズＬ１、両凸形状をなす正の屈折力を有する第２レンズＬ２、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズＬ３、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズＬ４を配置してなるものであり、条件式（１）：Ｌ１２／ｆ＜０．８２、条件式（２）：２．３＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜１０．０を同時に満足するものである。ただし、Ｌ１２を第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との光軸Ｚ１上における間隔(空気換算間隔)、ｆをレンズ全系の焦点距離、Ｒ２Ｆを第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径とする。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には光学部材が配置されていないので、上記空気換算間隔は、単なる空気間隔となる。
　ここで、条件式（１）および条件式（２）は適切なバックフォーカスとコンパクト性を維持しつつ良好な結像性能を得るための条件式である。
　条件式（１）式を満足することによりレンズのコンパクト化を図ることができる。条件式（１）の上限を上回るとコンパクト化を図ることが難しくなる。
　なお、この撮像レンズ１００は、条件式（１ａ）：Ｌ１２／ｆ＜０．６を満足するように構成することがより望ましい。
　また、条件式（２）を満足することにより適切なバックフォーカスを維持しつつ良好な結像性能を得ることができる。
　すなわち、適切なバックフォーカスを得るためには中心光束を第１レンズＬ１の強い負のパワーで発散させその最外光線を第２レンズＬ２へ入射させるときに光軸Ｚ１から離れた位置に入射させると良い。第１レンズＬ１で発散された光束を第２レンズＬ２以降のレンズで徐々に収束させながら諸収差を補正することにより良好な結像性能が得られる。
　また、間隔Ｌ１２を大きくすることにより、撮像レンズ１００を通る中心光束の最外光線を、第２レンズＬ２中の光軸Ｚ１から離れた位置に入射させることができる。しかしながら、この間隔Ｌ１２を大きくした状態でコンパクト化を達成するためには、第１レンズからの発散光束を第２レンズの像側の面で急激に収束させることが必要となり、この像側の面の曲率半径を小さくしなければならない。このように発散光束を急激に収束させる作用を強くして条件式（２）の下限を下回るようになると、第２レンズＬ２への入射光線とこの入射光線が第２レンズＬ２の物体側の面を通過する位置におけるその面に対する法線とのなす角度が大きくなり、光束の周縁部で高次のコマ収差が発生し良好な光学性能を得ることが困難になる。
　これとは逆に、間隔Ｌ１２を小さくしてコンパクト化を優先すると、第１レンズＬ１に対してより強い発散作用を与える必要がある。このように強く発散する光束を良好な光学性能を維持しながら収束に向かわせるためには、第２レンズＬ２への入射光線とこの入射光線が第２レンズＬ２の物体側面を通過する位置におけるその面の法線とのなす角度が大きくならないように、第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径を大きくする必要がある。その曲率半径を大きくして条件式（２）の上限を上回るようになると、第２レンズＬ２の物体側の面による収束作用が弱くなり、それ以降の面に強い収束作用を持たせねばならなくなるため設計の自由度が小さくなり良好な収差補正が難しくなる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（２ａ）：３．０＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜８．０を満足するように構成することがより望ましい。
　また、この撮像レンズ１００は、以下のような構成を有するものとすることができる。
　撮像レンズ１００は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４のうち、２枚以上の各レンズを、片面または両面が非球面形状をなす非球面レンズとすることができる。
　また、撮像レンズ１００は、条件式（３）：０．７＜Ｂｆ／ｆ＜１．５を満足するものとすることができる。ただし、Ｂｆをレンズ全系の空気換算バックフォーカスとする。
　この条件式（３）はバックフォーカスの範囲を規定する式である。
　条件式（３）の上限を上回ると、コンパクト化することが難しくなる。
　一方、条件式（３）の下限を下回ると、撮像レンズ１００と受光面２１０Ｊとの間隔が小さくなり、テレセントリック性が不十分となり、さらに、撮像レンズ１００と受光面２１０Ｊとの間にフィルタ類を挿入する場合の自由度も減る。また、このように条件式（３）の下限を下回ると、受光面２１０Ｊで反射された戻り光が撮像レンズ１００やこの撮像レンズ１００中の各レンズを保持する保持部材などで反射され、それらの反射光が迷光となって受光面２１０Ｊに再入射するため結像性能の劣化を招きやすくなる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（３ａ）：０．８５＜Ｂｆ／ｆ＜１．２５を満足するように構成することがより望ましい。
　撮像レンズ１００は、条件式（４）：０．６＜ｆ２／ｆ＜１．１を満足するものとすることができる。ただし、ｆ２を第２レンズＬ２の焦点距離とする。
　条件式（４）：０．６＜ｆ２／ｆ＜１．１は、第２レンズＬ２のパワーを規定する式である。
　条件式（４）の上限を上回り第２レンズＬ２のパワーが弱くなるとこの第２レンズＬ２の収束作用も弱くなる。それを補うために第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間隔を拡大するとコンパクト化が難しくなり、また、それを補うために第４レンズの収束作用を強くすると負の大きな球面収差が発生し良好な光学性能が得られなくなる。
　一方、条件式（４）の下限を下回るようにすると、例えば、第２レンズＬ２のパワーを所定以上に強くすると十分なバックフォーカスが得られなくなる。十分なバックフォーカスを得るために第３レンズＬ３の負のパワーによる発散作用を強めると第４レンズＬ４の正のパワーも強める必要が生じ、周縁部の軸外光束の収差補正が困難になる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（４ａ）：０．７＜ｆ２／ｆ＜０．９を満足するように構成することがより望ましい。
　また、第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をＲ２Ｆ、第２レンズの像側の面の曲率半径をＲ２Ｂとするときに、条件式（８）：１．０＜Ｒ２Ｆ／｜Ｒ２Ｂ｜を満足することが望ましい。
　すなわち、第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をこの第２レンズＬ２の像側の面の曲率半径の絶対値よりも大きくすることにより、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間隔を小さくすることができ、コンパクト化を図りつつ第１レンズＬ１で発散された光束を徐々に収束させることができるので良好な収差補正が可能となる。
　条件式（８）の上限を超えると、第２レンズＬ２の物体側の面における収束作用が小さくなり、第２レンズＬ２の像側の面で強い収束作用を生じさせるためにこの像側の面の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、周縁光束でのコマ収差や像面湾曲がの収差補正が不十分となる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（８ａ）：１．０＜Ｒ２Ｆ／｜Ｒ２Ｂ｜＜３．０を満足するように構成することがより望ましい。
　撮像レンズ１００は、条件式（５）：－１．３＜ｆ１／ｆ＜－０．９、（６）：４８＜ν１を同時に満足するものとすることができる。ただし、ｆ１を第１レンズＬ１の焦点距離、ν１を第１レンズＬ１のｄ線に対するアッベ数とする。
　条件式（５）は、第１レンズＬ１のパワーを規定する式である。
　条件式（５）の下限を下回るように撮像レンズ１００を構成すると、例えば、第１レンズＬ１のパワーが弱くなると、この第１レンズＬ１による光束の発散作用が小さくなり、適切なバックフォーカスを維持することが難しくなる。また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間隔が大きくなるためコンパクト化することが難しくなる。
　条件式（５）の上限を上回るように撮像レンズ１００を構成すると、例えば、第１レンズＬ１で強く発散された光束を第２レンズＬ２以降のレンズで徐々に収束させながら第２レンズＬ２の物体側の曲率半径を小さくしてコンパクト化を図る必要がある。そのため光束の周縁部で高次のコマ収差が発生し良好な光学性能を得ることが困難となる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（５ａ）：－１．２＜ｆ１／ｆ＜－１．０を満足するように構成することがより望ましい。
　条件式（６）：４８＜ν１は、第１レンズＬ１のアッペ数を規定するものである。
　条件式（６）を満足することで良好な色収差の補正が可能となり、高い結像性能を得ることができる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（６ａ）：４８＜ν１＜８２を満足するように構成することがより望ましい。
　この条件式（６ａ）の上限を満足する場合には、第１レンズＬ１として、比較的安価な光学材料を選択することができる。
　撮像レンズ１００は、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４が樹脂材料で形成され、かつ、条件式（７）：－１．３＜ｆ３／ｆ４＜－０．８を満足するものとすることができる。ただし、ｆ３を第３レンズＬ３の焦点距離、ｆ４を第４レンズＬ４の焦点距離とする。
　樹脂材料は、温度変化に対する屈折率変化と形状変化がガラス材料に比べ大きく、温度変化時のレンズの焦点移動が大きいた。そのため、樹脂レンズを用いる場合には正負２枚のレンズを樹脂レンズにすると良い。すなわち、条件式（７）を満足するように撮像レンズ１００を構成することにより、樹脂レンズの温度変化による影響を正負２枚の樹脂レンズで相殺することができる。
　なお、撮像レンズ１００は、条件式（７ａ）：－１．２＜ｆ３／ｆ４＜－０．９を満足するように構成することがより望ましい。
　第３レンズの物体側の面Ｍｅは、例えば中央部で凸形状が徐々に強くなり、周辺部では凸形状が徐々に弱くなる形状とすることが好ましい。
　すなわち、第３レンズの像側の面Ｍｅの非球面形状について、ｙを光軸Ｚ１に対して直交する方向（図中矢印Ｙ方向）の高さ、Ｚｆ（ｙ）を高さｙにおける非球面の頂点の接平面からの光軸方向の距離（非球面の深さ）、Ｃを近軸曲率、Ｋを２次曲面を表す非球面係数（例えば、離心率や円錐常数）、Ｂｎをｎ次の非球面係数（ただし、ｎは３以上の整数）として、非球面式：Ｚｆ（ｙ）＝Ｃ・ｙ２／〔1＋（1－Ｋ・Ｃ２・ｙ２）１／２〕＋ΣＢｎ・｜ｙ｜ｎを定める。
　その場合に、面Ｍｅの形状は、この面Ｍｅの形状を表す非球面式Ｚｆ（ｙ）の１次微分ｄＺｆ（ｙ）／ｄｙの値が、０≦ｙの領域において、中心部では正の値をとり、かつ、ｙの値が増加するにしたがって、中心部ではその正の値が徐々に大きくなり、周縁部では徐々に小さくなるような非球面形状にするとよい。
　このように、中央部では、周辺部に行くに従い凸形状が徐々に強くなる非球面形状とすることで、中心光束が第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅを通過するときの各光線のうち中央部付近の光線については、この光線と、その光線が面Ｍｅを通過する点（その光線と面Ｍｅとの交点）におけるこの面Ｍｅに対する法線とのなす角度を小さくすることができる。また、周縁部付近の光線については、この光線と、その光線が面Ｍｅを通過する点（その光線と面Ｍｅとの交点）におけるこの面Ｍｅの法線とのなす角度を徐々に大きくすることができる。
　これにより、第１レンズＬ１で発散された光線を第２レンズＬ２で集束させるときに特に周縁部で大きく発生する負の球面収差を良好に補正することができる。
　なお、周辺部で凸形状が徐々に弱くなる非球面形状とすることにより、周縁部を通る光束については特に第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅの周縁部での凸形状を緩くすることができ、周縁部を通る光線とこの光線が面Ｍｅを通過する点（その光線と面Ｍｅとの交点）における法線とのなす角度を小さくすることができるため、高次のコマ収差の発生を抑制することができる。
　更に好ましくは、第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅの周縁部が凹形状をなすと良い。
　すなわち、面Ｍｅの形状は、この面Ｍｅの形状を表す非球面式Ｚｆ（ｙ）の１次微分ｄＺｆ（ｙ）／ｄｙの値が、０≦ｙの領域において、中心部では正の値をとり、かつ、ｙの値が増加するにしたがって、中心部ではその正の値が徐々に大きくなり、次いで周縁部に向かい徐々に小さくなり、任意のｙにおいて極値である０をとり、次いで負の値をとり、更に周縁部に向けてｙの値が増加するに従ってその負の値が徐々に大きくなるような非球面形状にするとよい。
　以下に、撮像レンズ１００を構成する第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅの形状の範囲について、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃを参照して説明する。なお、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および後述する図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは概念図であり、面Ｍｅの形状や、この面Ｍｅに対する法線の方向等を正確に表すものではない。
　図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図である。
　第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅは、図２Ａに示すように、「撮像レンズ１００を通る最外光束の主光線と面Ｍｅとの交点Ｑａ」における面Ｍｅに対する法線Ｈａがこの面Ｍｅより像側の点Ｐａで光軸Ｚ１と交わる場合（第１-Ａの状態の場合）には、「中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂ」における面Ｍｅに対する法線が、上記点Ｐａよりも像側の点Ｐｂ（１）で光軸Ｚ１と交わるか（図中の法線Ｈｂ（１）参照）、光軸Ｚ１と平行となるか（図中の法線Ｈｂ（２）参照）、または面Ｍｅより物体側の点Ｐｂ（３）で光軸Ｚ１と交わる（図中の法線Ｈｂ（３）参照）ように形成された非球面形状とすることができる。
　また、この第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅは、図２Ｂに示すように、「撮像レンズ１００を通る最外光束の主光線と面Ｍｅとの交点Ｑａ」における面Ｍｅに対する法線Ｈａが光軸Ｚ１と平行の場合（第１-Ｂの状態の場合）には、「撮像レンズ１００を通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｂが、この面Ｍｅより物体側の点Ｐｂで光軸Ｚ１と交わるように形成された非球面形状とすることができる。
　さらに、第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅは、図２Ｃに示すように、「撮像レンズ１００を通る最外光束の主光線とこの面Ｍｅとの交点Ｑａ」における面Ｍｅに対する法線Ｈａが面Ｍｅより物体側の点Ｐａで光軸Ｚ１と交わる場合（第１-Ｃの状態の場合）には、「撮像レンズ１００を通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｂが、点Ｐａよりも像側の点Ｐｂで光軸Ｚ１と交わるように形成された非球面形状とすることができる。
　さらに、撮像レンズ１００を構成する第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅの形状の範囲について、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃを参照して説明する。
　図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、撮像レンズを構成する第３レンズの物体側の面の形状を規定するための交点や法線等を示す図である。
　第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅは、図３Ａに示すように、「撮像レンズ１００を通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｂが面Ｍｅより像側の点Ｐｂで光軸Ｚ１と交わる場合（第２-Ａの状態の場合）には、「撮像レンズ１００を通る最外光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｃ」における面Ｍｅに対する法線が、点Ｐｂよりも像側の点Ｐｃ（１）で光軸Ｚ１と交わるか（図中の法線Ｈｃ（１）参照）、光軸Ｚ１と平行となるか（図中の法線Ｈｃ（２）参照）、または面Ｍｅより物体側の点Ｐｃ（３）で光軸Ｚ１と交わるように形成された非球面形状とすることができる。
　また、第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅは、図３Ｂに示すように、「撮像レンズ１００を通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｂが光軸Ｚ１と平行の場合（第２-Ｂの状態の場合）には、「撮像レンズ１００を通る最外光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｃ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｃが、面Ｍｅより物体側の点Ｐｃで光軸Ｚ１と交わるように形成された非球面形状とすることができる。
　また、第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅは、図３Ｃに示すように、「撮像レンズ１００を通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｂが面Ｍｅより物体側の点Ｐｂで光軸Ｚ１と交わる場合（第２-Ｃの状態の場合）には、「撮像レンズ１００を通る最外光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｃ」における面Ｍｅに対する法線Ｈｃが、点Ｐｂよりも像側の点Ｐｃで光軸Ｚ１と交わるように形成された非球面形状とすることができる。
　さらに、撮像レンズ１００は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に開口絞りＳｔが設けられたものとすることができる。
　レンズの明るさを決定する開口絞りＳｔは、テレセントリック性を高めるために第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置することが望ましい。このように配置することで、受光面２１０Ｊと瞳位置との間隔を大きくすることができ、設計の自由度を高めることができるので、テレセントリックな系を設定するための負担を小さくすることができる。すなわち、この撮像レンズ１００は、テレセントリック性を考慮して構成することが望ましい。
　また、受光面２１０Ｊへの入射角が大きくなりすぎると効率良く受光光量を得ることができなくなり、シェーディングの影響で受光光量にむらが発生するため、その入射角についての配慮が必要である。
　撮像レンズ１００に求められるテレセントリック性の度合いは、その撮像レンズが用いられる装置の仕様により異なるが、各光束の主光線の像面への入射角度の最大値をＭＸＡＮとしたときに、ＭＸＡＮ＜１５°を満足すると良い。さらに、好ましくはＭＸＡＮ＜１０°を満足すると良く、後述する複数の撮像レンズに関する実施例では、ほとんどの実施例がＭＸＡＮ＜１０°を満足している。
　また、撮像レンズ１００が、例えば、監視用カメラに搭載されて直接外気に触れるような環境下で使用される場合には、第１レンズＬ１をガラス材料からなるものとすることが望ましい。ガラス材料は、樹脂材料に比して湿気や紫外線による影響が少なく、傷もつきにくいため、第１レンズＬ１への採用は有用である。
　また、第２レンズＬ２は、レンズ全系の集束作用のほとんどを担うための強い正の屈折力を持たせる必要がある。そのため、屈折率の高い材料を選べるガラス材料を第２レンズＬ２に対して用いることが収差補正の観点から有用である。
　撮像レンズの物体側や像側に、例えば赤外光をカットするフィルタや可視光をカットするフィルタ、撥水作用や親水作用を持つコーティングを施したフィルタなどを配置しても良い。また、それらの機能を持つコーティングをレンズ面に施すようにしてもよい。
　この撮像レンズ１００は、例えば、有限系の読取光学系として使用することもできる。
　また、撮像レンズ１００は、可視光を撮像対象とする装置のみならず赤外光をも撮像対象とする装置に適用することができる、例えば暗視用カメラや認証用カメラなどに用いても良い。
　撮像レンズ１００が、屋外に設置される監視カメラなどに適用される場合には、撮像レンズ１００の画角を越えた角度からこの撮像レンズ１００へ入射する光線に起因する迷光が、この監視カメラで取得される画像の解像度に支障をきたすことがある。そのような迷光を防止するため、撮像レンズ１００の前方や各レンズの間などに、余分な光線をカットするフードやストッパ絞りなどを設けると良い。
　次に、本発明による撮像レンズの具体的な数値データを示す実施例１～７について、図４から１０、図１１から１７、図１８から２２、表１Ａ、１Ｂ，２Ａ，２Ｂ・・・７Ａ、７Ｂ、および表８、９を参照し、まとめて説明する。なお、上述の撮像レンズ１００を示す図１中の符号と一致する図４から１０中の符号は互に対応する構成要素を示している。また、図４から１０中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向を示すものであり、矢印Ｚ方向は光軸Ｚ１と同じ方向を示している。
＜実施例１＞
　図４は、実施例１の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例１の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）、および条件式（８）の全てを満足するように構成されている。
　また、表１Ａは、実施例１の撮像レンズのレンズデータを示すものである。表１Ａに示すレンズデータにおいて、面番号ｉは最も物体側に配置された面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面Ｓｉの面番号を示す。なお、表１Ａのレンズデータには開口絞りＳｔ、パワーを持たない光学要素ＬＬ、および光学像Ｉｍが形成される結像面も含めて面番号を付している。
　表１Ａ中の記号Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の曲率半径を示し、記号Ｄｉはｉ（ｉ＝１、２、３、…）番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。記号Ｒｉおよび記号Ｄｉは、レンズ面や絞り等を示す記号Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）と番号が対応している。
　表１Ａ中の記号ｒｅは、光束制御径を示しており、光学絞りや、コマフレアを除去し高性能を保つための遮光径に対応している。なお、表１Ａのｒｅ欄に記載の0.000は光束制御がないことを示している。
　また、表１Ａ中の記号Ｎｄｊは最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。表１Ａにおいて、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
　また、表１Ａのレンズデータでは、非球面に対して面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径Ｒｉの値は、近軸曲率半径の値を示している。
　なお、上記のような光学系は、一般にレンズ等の光学要素の寸法を比例拡大または比例縮小しても所定の性能を維持することが可能なため、上記レンズデータ全体を比例拡大または比例縮小した撮像レンズについても本発明に係る実施例とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、表１Ｂに実施例１の撮像レンズに関する非球面係数を示す。すなわち、表１Ａにおいて面番号に＊印が付与されている非球面の非球面係数が表１Ｂに示されている。
　なお、表１Ｂに記載されている非球面係数は、下記非球面式に適用して非球面形状が定められるように作成されたものである。
　　　Ｚｆ（ｙ）＝Ｃ・ｙ2／｛１＋（１－Ｋ・Ｃ2・ｙ2）１／２｝＋ΣＢn・｜ｙ｜n　
ただし、
Ｚｆ（ｙ）：非球面の深さ（ｍｍ）
ｙ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：２次曲面を表す非球面係数
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ（Ｒ：近軸曲率半径）
Ｂｎ：第ｎ次（nは３以上の整数）の非球面係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記レンズデータ等から解るように実施例１の撮像レンズは、広角でバックフォーカスが長くコンパクトで明るい撮像レンズとすることができる。
　図１１に、実施例１の撮像レンズの収差図を示す。図１１の上段には球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）の収差図を示し、下段には横収差を示す。記号（ａ）で示す図が球面収差を、記号（ｂ）で示す図が非点収差を、記号（ｃ）で示す図がディストーションを、記号（ｄ）で示す図が横収差を表している。
　図１１中には、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの各波長を持つ光に関する諸収差が示されている。
　なお、非点収差図の実線はサジタル方向の収差、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。また、球面収差図の上部に記載のＦｎｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図の上部に記載のωは半画角を意味する。
　横収差図は、左列の収差図がタンジェンシャル方向の収差を示し、右列の収差図がサジタル方向の収差を示す。
　さらに、実施例１～７の各撮像レンズについて、条件式（１）～（８）中の各数式に対応する値を表８に示す。また、条件式（１）～（８）中の各変数記号に対応する値を表９に示す。なお、各条件式中に記載されている数式の値は、表１に示すレンズデータ等から求めることができる。
　上記実施例１の撮像レンズの構成を示す図４、収差を示す図１１、レンズデータを示す表１、および条件式（１）～（８）に関する表８、９の読取り方等は、後述する実施例２～７についても同様なので、後述の実施例についてはそれらの説明は省略する。
＜実施例２＞
　図５は、実施例２の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る中心光束および最外光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例２の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）を満足するように構成されている。
　また、図１２は、実施例２の撮像レンズの収差を示す図である。
　下記表２Ａには実施例２の撮像レンズのレンズデータを、表２Ｂには実施例２の撮像レンズの非球面係数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
＜実施例３＞
　図６は、実施例３の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る中心光束および最外光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例３の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）、および条件式（８）を満足するように構成されている。
　また、図１３は、実施例３の撮像レンズの収差を示す図である。
　下記表３Ａには実施例３の撮像レンズのレンズデータを、表３Ｂには実施例３の撮像レンズの非球面係数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
＜実施例４＞
　図７は、実施例４の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る中心光束および最外光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例４の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）を満足するように構成されている。
　また、図１４は、実施例４の撮像レンズの収差を示す図である。
　下記表４Ａには実施例２の撮像レンズのレンズデータを、表４Ｂには実施例２の撮像レンズの非球面係数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
＜実施例５＞
　図８は、実施例５の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る中心光束および最外光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例５の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）、および条件式（８）を満足するように構成されている。
　また、図１５は、実施例５の撮像レンズの収差を示す図である。
　下記表５Ａには実施例５の撮像レンズのレンズデータを、表５Ｂには実施例５の撮像レンズの非球面係数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
＜実施例６＞
　図９は、実施例６の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る中心光束および最外光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例６の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）、および条件式（８）を満足するように構成されている。
　また、図１６は、実施例６の撮像レンズの収差を示す図である。
　下記表６Ａには実施例６の撮像レンズのレンズデータを、表６Ｂには実施例６の撮像レンズの非球面係数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
＜実施例７＞
　図１０は、実施例７の撮像レンズの概略構成を、この撮像レンズを通る中心光束および最外光束の光路とともに示す断面図である。
　この実施例７の撮像レンズは、上記条件式（１）から（７）、および条件式（８）を満足するように構成されている。
　また、図１７は、実施例７の撮像レンズの収差を示す図である。
　下記表７Ａには実施例７の撮像レンズのレンズデータを、表７Ｂには実施例７の撮像レンズの非球面係数を示す。
　なお、この実施例７の撮像レンズは、実施例１から６の撮像レンズとは異なり開口絞りが配置されていない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　下記表８、表９は、上述のように各条件式に関する値を示すものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
　図１８から２１は、撮像レンズの第３レンズＬ３の物体側の面Ｍｅの形状（非球面形状）に関するものである。
　図１８は、実施例３の撮像レンズの第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る最外光束の主光線と面Ｍｅとの交点Ｑａにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈａ、その法線Ｈａと光軸Ｚ１との交点Ｐａ、および、第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈｂ、その法線Ｈｂと光軸Ｚ１の交点Ｐｂについて図示したものである。
　これにより、上記面Ｍｅが、図２Ｃに示す状態（第１-Ｃの状態の場合）に対応する非球面形状をなすものであることが解る。
　図１９は、実施例３の撮像レンズの第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈｂ、その法線Ｈｂと光軸Ｚ１との交点Ｐｂ、および、第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る光線最外光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｃにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈｃ、その法線Ｈｃと光軸Ｚ１との交点Ｐｃについて図示したものである。
　これにより、上記面Ｍｅが、図３Ｃに示す状態（第２-Ｃの状態の場合）に対応する非球面形状をなすものであることが解る。
　図２０は、実施例６の撮像レンズの第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る最外光束の主光線と面Ｍｅとの交点Ｑａにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈａ、その法線Ｈａと光軸Ｚ１との交点Ｐａ、第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈｂと、この法線Ｈｂと光軸Ｚ１との交点Ｐｂについて図示したものである。
　これにより、上記面Ｍｅが、図２Ａに示す状態（第１-Ａの状態の場合）に対応する非球面形状をなすものであることが解る。
　図２１は、実施例３の撮像レンズの第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る中心光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｂにおけるこの面Ｍｅに対する法線Ｈｂ、その法線Ｈｂと光軸Ｚ１との交点Ｐｂ、第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る最外光束の最外光線と面Ｍｅとの交点Ｑｃにおける面Ｍｅに対する法線Ｈｃと、それらの法線Ｈｃと光軸Ｚ１との交点Ｐｃについて図示したものである。
　これにより、上記面Ｍｅが、図３Ａに示す状態（第２-Ａの状態の場合）に対応する非球面形状をなすものであることが解る。
　図２２は、実施例７の撮像レンズの第３レンズＬ３における物体側の面Ｍｅを通る光線（最外光束の主光線、中心光束の最外光線、最外光束の最外光線）と面Ｍｅとの各交点Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃにおける面Ｍｅに対する法線Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、各法線Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃと光軸Ｚ１との交点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃについて図示したものである。
　これにより、上記面Ｍｅが、図２Ｃ（第１-Ｃの状態の場合）、および図３Ｃ（第２-Ｃの状態の場合）に示す状態に対応する非球面形状をなすものであることが解る。
　なお、実施例７の撮像レンズには開口絞りが配置されていないが、上記最外光束の主光線として、最外光束が結像面上に収束するときの光束断面における２等分角線を採用するものとする。
　図２３は、本発明の撮像レンズと、この撮像レンズによって結像された光学像を形成する光を受光し電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えた、本発明の撮像装置の１例である車載カメラを搭載した自動車を示す図である。
　図２３に示すように、本発明の撮像装置を備えた車載カメラ５０２～５０４は、自動車５０１等に搭載して使用することができる。車載カメラ５０２は、助手席側の側面の死角範囲を撮像するための車外カメラであり、車載カメラ５０３は、自動車１の後方の死角範囲を撮像するための車外カメラである。また、車載カメラ５０４は、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーと同じ視野範囲を撮影するための車内カメラである。
　この撮像装置の実施例では、本発明を車載カメラに適用した例について図示して説明したが、本発明はこのような用途に限定されるものではなく、例えば、監視用カメラや、欠損の検知や個体の識別などを目的とする読取用カメラ等にも適用可能である。
　以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ要素の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

Claims (17)

  1. 　４枚のレンズから構成されたものであり、
    　物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する第１レンズ、両凸形状をなす正の屈折力を有する第２レンズ、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズ、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズからなり、以下の条件式（１）、（２）を同時に満足することを特徴とする撮像レンズ。
    　　　Ｌ１２／ｆ＜０．８２　・・・（１）
    　　　２．３＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜１０．０　・・・（２）
    　ただし、
    Ｌ１２：第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔(空気換算間隔)
    ｆ：レンズ全系の焦点距離
    Ｒ２Ｆ：第２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径
  2. 　以下の条件式（１ａ）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
    　　　Ｌ１２／ｆ＜０．６　・・・（１ａ）
  3. 　以下の条件式（２ａ）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の撮像レンズ。
    　　　３．０＜Ｌ１２×Ｒ２Ｆ２／ｆ２＜８．０　・・・（２ａ）
  4. 　前記第１レンズから第４レンズのうち、少なくとも２枚以上のレンズそれぞれが、片面または両面に非球面を持つ非球面レンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
  5. 　以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    　　　０．７＜Ｂｆ／ｆ＜１．５　・・・（３）
    ただし、
    Ｂｆ：レンズ全系の空気換算バックフォーカス
  6. 　以下の条件式（３ａ）を満足することを特徴とする請求項５記載の撮像レンズ。
    　　　０．８５＜Ｂｆ／ｆ＜１．２５　・・・（３ａ）
  7. 　以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    　　　０．６＜ｆ２／ｆ＜１．１　・・・（４）
    ただし、
    ｆ２：第２レンズの焦点距離
  8. 　以下の条件式（４ａ）を満足することを特徴とする請求項７記載の撮像レンズ。
    　　　０．７＜ｆ２／ｆ＜０．９　・・・（４ａ）
  9. 　以下の条件式（５）、（６）を同時に満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    　　　－１．３＜ｆ１／ｆ＜－０．９　・・・（５）
    　　　４８＜ν１　・・・（６）
    ただし、
    ｆ１：第１レンズの焦点距離
    ν１：第１レンズのｄ線に対するアッベ数
  10. 　以下の条件式（５ａ）を満足することを特徴とする請求項９記載の撮像レンズ。
    　　　－１．２＜ｆ１／ｆ＜－１．０　・・・（５ａ）
  11. 　以下の条件式（６ａ）を満足することを特徴とする請求項９または１０記載の撮像レンズ。
    　　　４８＜ν１＜８２　・・・（６ａ）
  12. 　前記第３レンズおよび前記第４レンズが樹脂材料で形成されたものであり、
    　以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    　　　－１．３＜ｆ３／ｆ４＜－０．８　・・・（７）
    ただし、
    ｆ３：第３レンズの焦点距離
    ｆ４：第４レンズの焦点距離
  13. 　以下の条件式（７ａ）を満足することを特徴とする請求項１２記載の撮像レンズ。
    　　　－１．２＜ｆ３／ｆ４＜－０．９　・・・（７ａ）
  14. 　前記第３レンズの物体側の面は、
    　前記撮像レンズを通る最外光束の主光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が前記面より像側の点で光軸と交わる場合には、前記撮像レンズを通る中心光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるか、光軸と平行になるか、または前記面より物体側で光軸と交わり、
    　前記最外光束の主光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が光軸と平行になる場合には、前記中心光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が前記面より物体側で光軸と交わり、
    　前記最外光束の主光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が前記面より物体側の点で光軸と交わる場合には、前記中心光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるように形成された非球面形状をなすものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
  15. 　前記第３レンズの物体側の面は、
    　前記撮像レンズを通る中心光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が前記面より像側の点で光軸と交わる場合には、前記撮像レンズを通る最外光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるか、光軸と平行になるか、または前記面より物体側で光軸と交わり、
    　前記中心光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が光軸と平行になる場合には、前記最外光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が前記面より物体側で光軸と交わり、
    　前記中心光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が前記面より物体側の点で光軸と交わる場合には、前記最外光束の最外光線が前記面を通過する点における該面に対する法線が、前記光軸と交わる前記点よりも像側で光軸と交わるように形成された非球面形状をなすものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の撮像レンズ。
  16. 　前記第１レンズと前記第２レンズとの間に開口絞りが設けられていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
  17. 　請求項１から１６のいずれか１項記載の撮像レンズを用いた撮像装置。
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