JP2015049273A - 撮像レンズおよび撮像レンズを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さなＦナンバーを有し、全長の短縮化および高解像化を実現した撮像レンズおよびこの撮像レンズを備えた撮像装置を実現する。【解決手段】撮像レンズが、物体側から順に、両凸形状の第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、負の屈折力を有し、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズとから構成される実質的に５個のレンズからなり、全系の焦点距離ｆと、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離に関する条件式（１Ａ）：−０．３８＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子上に被写体の光学像を結像させる固定焦点の撮像レンズ、およびその撮像レンズを搭載して撮影を行うデジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話機および情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）、スマートフォン、タブレット型端末および携帯型ゲーム機等の撮像装置に関する。

パーソナルコンピュータの一般家庭等への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルスチルカメラが急速に普及している。また、携帯電話、スマートフォン、またはタブレット型端末に画像入力用のカメラモジュールが搭載されることも多くなっている。このような撮像機能を有する機器には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が用いられている。近年、これらの撮像素子のコンパクト化が進み、撮像機器全体ならびにそれに搭載される撮像レンズにも、コンパクト性が要求されている。また同時に、撮像素子の高画素化も進んでおり、撮像レンズの高解像、高性能化が要求されている。例えば５メガピクセル以上、よりさらに好適には８メガピクセル以上の高画素に対応した性能が要求されている。

このような要求を満たすために、レンズ枚数が比較的多い５枚または６枚構成とした撮像レンズが提案されている。例えば、特許文献１および２には、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、および負の屈折力を有する第５レンズからなる５枚構成の撮像レンズが提案されている。

中国実用新案２０２３８３３４７号明細書 中国実用新案２０１９０３６８４号明細書

一方で、特に携帯端末、スマートフォン、またはタブレット型端末などに用いられるようなレンズ全長が比較的短い撮像レンズに対して、上述したような撮像素子の高画素化に伴い、撮像素子の画素サイズの小型化が進んでいる。このため、高性能でありながら、小型の撮像素子にも対応可能なＦナンバーの小さい撮像レンズの実現が求められている。上記要求に応えようとすると、上記特許文献１、２に記載された撮像レンズは、Ｆナンバーが大きく、要求される高解像度を実現可能な小型の撮像素子に適用することが難しい。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、レンズ全長を短縮化しつつ、小さなＦナンバーを有し、高い結像性能を実現することができる撮像レンズ、およびその撮像レンズを搭載して高解像の撮像画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。

本発明の第１の撮像レンズは、物体側から順に、両凸形状の第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、負の屈折力を有し、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズとから構成される実質的に５個のレンズからなり、下記条件式（１Ａ）を満足するものである。
−０．３８＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１ （１Ａ）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ４５：第４レンズと第５レンズの合成焦点距離
とする。

本発明の第１の撮像レンズにおいては、第５レンズは両凹形状であることが好ましい。

本発明の第２の撮像レンズは、物体側から順に、両凸形状の第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、両凹形状であり、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズとから構成される実質的に５個のレンズからなり、下記条件式（１Ｂ）を満足するものである。
ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ４５：第４レンズと第５レンズの合成焦点距離
とする。

本発明の第２の撮像レンズにおいては、下記条件式（１Ｂ−１）を満足することが好ましく、下記条件式（１Ｂ−２）を満足することがより好ましい。
−２＜ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ−１）
−１＜ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ−２）

本発明の第１、第２の撮像レンズは、以下の条件式（１Ａ−１）、（１Ａ−２）、（２）、（２−１）、（２−２）、（３）、（３−１）、（３−２）のいずれかを満足することが好ましい。なお、好ましい態様としては、これら条件式のいずれか一つを満足するものでもよく、あるいは任意の組合せを満足するものでもよい。

−０．２７＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１５ （１Ａ−１）
−０．２５＜ｆ／ｆ４５＜−０．０２ （１Ａ−２）
１．７＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ） （２）
１．７＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）＜４ （２−１）
１．８＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）＜３．５ （２−２）
０＜ｆ／ｆ４＜１．９ （３）
０＜ｆ／ｆ４＜１．８ （３−１）
０＜ｆ／ｆ４＜１．７５ （３−２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ４５：第４レンズと第５レンズの合成焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
Ｒ２ｆ：第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径
Ｒ２ｒ：第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。

本発明の第１、第２の撮像レンズにおいて、第２レンズが両凹形状であることが好ましい。

本発明の第１、第２の撮像レンズにおいて、第４レンズが像側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましい。

本発明の第１、第２の撮像レンズにおいて、絞りが、第１レンズの物体側の面と第２レンズの物体側の面との間に配置されていることが好ましい。

なお、本発明の第１、第２の撮像レンズにおいて、「実質的に５個のレンズからなり、」とは、本発明の第１、第２の撮像レンズが、５個のレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、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、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つものも含むことを意味する。

なお、上記のレンズの面形状や屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。また、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負とすることにする。

本発明による撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。

本発明の撮像レンズによれば、全体として５枚というレンズ構成において、各レンズ要素の構成を最適化し、特に第１レンズ、第３レンズ、第５レンズの形状を好適に構成し、所定の条件式を満足するように構成したので、全長を短縮化しながらも、小さなＦナンバーを有し、高い結像性能を有するレンズ系を実現できる。

また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の撮像レンズを備えているので、撮像レンズの光軸方向の装置サイズを短縮化することが可能であり、高解像の撮影画像を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第４の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第５の構成例を示すものであり、実施例５に対応するレンズ断面図である。 図１に示す撮像レンズの光路図である。 本発明の実施例１に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例２に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例３に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例４に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例５に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明に係る撮像レンズを備えた携帯電話端末である撮像装置を示す図である。 本発明に係る撮像レンズを備えたスマートフォンである撮像装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（表１、表２）のレンズ構成に対応している。同様にして、後述の第２乃至第５の実施形態に係る数値実施例（表３〜表１０）のレンズ構成に対応する第２乃至第５の構成例の断面構成を、図２〜図５に示す。図１〜図５において、符号Ｒｉは、最も物体側のレンズ要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じであるため、以下では、図１に示した撮像レンズの構成例を基本にして説明し、必要に応じて図２〜図５の構成例についても説明する。また、図６は図１に示す撮像レンズにおける光路図であり、無限遠の距離にある物点からの軸上光束２および最大画角の光束３の各光路を示す。

本発明の実施の形態に係る撮像レンズＬは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた各種撮像機器、特に、比較的小型の携帯端末機器、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末およびＰＤＡ等に用いて好適なものである。この撮像レンズＬは、光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備えている。

図１２に、本発明の実施の形態にかかる撮像装置１である携帯電話端末の概観図を示す。本発明の実施の形態に係る撮像装置１は、本実施の形態に係る撮像レンズＬと、この撮像レンズＬによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤなどの撮像素子１００（図１参照）とを備えて構成される。撮像素子１００は、この撮像レンズＬの結像面（図１〜５における像面Ｒ１４）に配置される。

図１３に、本発明の実施の形態にかかる撮像装置５０１であるスマートフォンの概観図を示す。本発明の実施の形態に係る撮像装置５０１は、本実施の形態に係る撮像レンズＬと、この撮像レンズＬによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤなどの撮像素子１００（図１参照）とを有するカメラ部５４１を備えて構成される。撮像素子１００は、この撮像レンズＬの結像面（図１〜５における像面Ｒ１４）に配置される。

第５レンズＬ５と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＣＧが配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置されていてもよい。この場合、光学部材ＣＧとして例えば平板状のカバーガラスに、赤外線カットフィルタやＮＤフィルタ等のフィルタ効果のあるコートが施されたもの、あるいは同様の効果を有する材料を使用しても良い。

また、光学部材ＣＧを用いずに、第５レンズＬ５にコートを施す等して光学部材ＣＧと同等の効果を持たせるようにしてもよい。これにより、部品点数の削減と全長の短縮を図ることができる。

この撮像レンズＬはまた、光軸方向において第２レンズＬ２の物体側の面より物体側に配置された開口絞りＳｔを備えることが好ましい。開口絞りＳｔをこのように配置した場合には、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのを抑制することができる。

さらには、開口絞りＳｔは、光軸方向において第１レンズＬ１の物体側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との間に配置されることが好ましい。このように配置した場合には、結像領域の周辺部において光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのを抑制しながら、像面湾曲を良好に補正することが可能になる。

なお、開口絞りＳｔが「光軸方向において第２レンズの物体側の面より物体側に配置され」とは、光軸方向における開口絞りの位置が、軸上マージナル光線と第２レンズＬ２の物体側の面の交点と同じ位置かそれより物体側にあることを意味する。また、開口絞りＳｔが「光軸方向において第１レンズＬ１の物体側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との間に配置され」とは、光軸方向における開口絞りの位置が、軸上マージナル光線と第１レンズＬ１の物体側の面の交点と同じ位置かそれより像側であり、且つ軸上マージナル光線と第２レンズＬ２の物体側の面の交点と同じ位置かそれより物体側にあることを意味する。本実施の形態において、第１〜第５の構成例のレンズ（図１〜図５）全てが、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の物体側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との間に配置された構成例である。なお、図１〜図６に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ１上の位置を示すものである。

この撮像レンズＬにおいて、第１レンズＬ１は、光軸近傍において正の屈折力を有する。このことにより、レンズ全長の短縮化に有利となる。また、第１レンズＬ１は、光軸近傍において両凸形状である。このことにより、球面収差を良好に補正しつつ、好適に全長の短縮化を実現することができる。

第２レンズＬ２は、光軸近傍において負の屈折力を有する。このことにより、軸上色収差を良好に補正することができる。第２レンズＬ２は両凹形状であることが好ましい。光軸近傍において両凸形状の第１レンズＬ１の像側に、光軸近傍において両凹形状の第２レンズＬ２を配置した場合には、球面収差の補正が容易となる。さらに、第２レンズＬ２の像側の面を凹面とすることで、第２レンズＬ２の後側主点位置を物体側に寄せることができ、好適に全長を短縮化できる。

第３レンズＬ３は、光軸近傍において負の屈折力を有する。このことにより、軸上色収差、倍率の色収差の補正に有利となる。また、第３レンズＬ３は、光軸近傍において物体側に凸面を向けた形状を有する。第３レンズＬ３が、光軸近傍において負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた形状を有することで、軸上色収差を良好に補正することができる。

第４レンズＬ４は、光軸近傍において正の屈折力を有する。このことにより、全長を好適に短縮化できる。第４レンズＬ４は、像側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましい。このことにより、第４レンズＬ４の物体側の面に入射する光線の入射角を小さくすることができ、諸収差の発生を抑制することができる。このため、全長の短縮化に伴って発生しやすくなるディストーション（歪曲収差）、倍率の色収差および非点収差を好適に補正することができる。

第５レンズＬ５は、光軸近傍において負の屈折力を有する。撮像レンズの最も像側に光軸近傍において負の屈折力を有するレンズを配置することで、より好適に撮像レンズを全体としてテレフォト型の構成とすることができ、全長を好適に短縮化することができる。第５レンズＬ５は光軸近傍において両凹形状であることが好ましい。第５レンズＬ５を光軸近傍において両凹形状とした場合には、第５レンズＬ５の各面の曲率の絶対値が大きくなりすぎることを抑制しつつ、第５レンズＬ５の負の屈折力を十分強めることができ、全長を好適に短縮化することができる。また、第５レンズＬ５を光軸近傍において両凹形状とした場合には、像面湾曲を好適に補正することができる。

第５レンズＬ５は、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する。例えば、第５レンズＬ５の物体側の面における「変曲点」とは、第５レンズＬ５の物体側の面形状が物体側に対して凸形状から凹形状（または凹形状から凸形状）に切り替わる点を意味する。第５レンズＬ５の像側の面における「変曲点」についても同様である。変曲点の位置は、第５レンズＬ５の物体側の面および像側の面の有効径内であれば光軸から半径方向外側の任意の位置に配置することができる。各実施形態に示すように、第５レンズＬ５の物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する形状とすることにより、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのを抑制することができる。

上記撮像レンズＬによれば、全体として５枚というレンズ構成において、第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しながらも、小さなＦナンバーを有し、高い結像性能を有するレンズ系を実現することが可能である。

この撮像レンズＬは、高性能化のために、第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５のそれぞれのレンズの少なくとも一方の面を非球面形状とすることが好適である。

また、上記撮像レンズＬを構成する第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５は接合レンズでなく単レンズとすることが好ましい。例えば、線形膨張係数が異なる材質のレンズ同士を接合した接合レンズを備えたレンズ系では、温度変化により接合レンズの接合面で線形膨張係数の違いによる収差が発生する可能性がある。しかし、第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５を接合レンズでなく単レンズとした場合には、上記のように線形膨張係数の違いによって接合面で収差が発生することを抑制することができる。また、全てのレンズを単レンズとした場合には、レンズを貼り合わせる接合工程や、レンズ用の接合剤が不要となるため、製造コストを低く抑えることができる。さらに、全てのレンズを単レンズにすることにより、いずれかのレンズを接合レンズとした場合よりも、空気に接触するレンズ面数が多いため、設計自由度が高くなり、全長の短縮化、小さなＦナンバー、高解像を図ることがより容易となる。

次に、以上のように構成された撮像レンズＬの条件式に関する作用および効果をより詳細に説明する。なお、撮像レンズＬは、下記各条件式について、各条件式のいずれか１つまたは任意の組合せを満足することが好ましい。満足する条件式は撮像レンズＬに要求される事項に応じて適宜選択されることが好ましい。

まず、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離ｆ４５および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（１Ｂ）を満足することが好ましい。
ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ）

条件式（１Ｂ）は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離ｆ４５に対する全系の焦点距離ｆの比の好ましい数値範囲を規定するものである。撮像レンズＬにおいて、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３からなるレンズ群を前群、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５からなるレンズ群を後群と考えた場合、条件式（１Ｂ）を満足する撮像レンズＬは、後群が負の屈折力を有し、前群が正の屈折力を有するものとなり、撮像レンズＬは全体としてテレフォト型の構成となり、全長を好適に短縮化することができる。

上記の条件式（１Ｂ）に関する効果は、下記条件式（１Ｂ−１）の上限、下記条件式（１Ｂ−２）の上限を満たすことによっても得ることができる。また、条件式（１Ｂ−１）の下限以下とならないように、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５による負の合成屈折力を抑制することにより、前群の正の屈折力を必要以上に強くする必要がなく、高次の球面収差の発生を抑制することができるため、全長の短縮化と高解像性能を実現することができる。上記の条件式（１Ｂ−１）の下限に関する効果をより高めるために、条件式（１Ｂ−２）の下限を満たすことがより好ましい。
−２＜ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ−１）
−１＜ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ−２）

また、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離ｆ４５および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（１Ａ）を満足することが好ましい。
−０．３８＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１ （１Ａ）

条件式（１Ａ）の下限以下とならないように、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５による負の合成屈折力を抑制することにより、前群の正の屈折力を必要以上に強くする必要がなく、高次の球面収差の発生を、条件式（１Ｂ−１）の下限、（１Ｂ−２）の下限を満たした場合よりもさらに好適に抑制することができるため、全長の短縮化と高解像性能をさらに好適に実現することができる。また、条件式（１Ａ）の上限以上とならないように、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５による負の合成屈折力を確保することにより、全長の短縮化に有利である。上記の条件式（１Ａ）に関する効果をより高めるために、条件式（１Ａ−１）を満たすことがさらに好ましく、条件式（１Ａ−２）を満たすことがよりさらに好ましい。
−０．２７＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１５ （１Ａ−１）
−０．２５＜ｆ／ｆ４５＜−０．０２ （１Ａ−２）

また、第２レンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径Ｒ２ｆと第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径Ｒ２ｒは、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１．７＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ） （２）

条件式（２）は、第２レンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径Ｒ２ｆと第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径Ｒ２ｒに関する好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（２）の下限以下とならないように、第２レンズＬ２の物体側、像側の面の近軸曲率半径をそれぞれ設定することで、非点収差を良好に補正することができる。上記の条件式（２）に関する効果は、下記条件式（２−１）の下限を満たすことによっても得ることができる。この効果をより高めるために、条件式（２−２）の下限を満たすことがより好ましい。また、条件式（２−１）の上限以上とならないように、第２レンズＬ２の物体側、像側の面の近軸曲率半径をそれぞれ設定することで、全長を好適に短縮化できる。上記の条件式（２−１）の上限に関する効果をさらに高めるために、条件式（２−２）の上限を満たすことがより好ましい。
１．７＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）＜４ （２−１）
１．８＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）＜３．５ （２−２）

また、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０＜ｆ／ｆ４＜１．９ （３）

条件式（３）は、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４に対する全系の焦点距離ｆの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（３）の下限以下とならないように、第４レンズＬ４の屈折力を確保することにより、特に中間画角において、レンズ系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのをより好適に抑制することができ、また、ディストーション（歪曲収差）および倍率の色収差を好適に補正することができる。条件式（３）の上限以上とならないように、第４レンズＬ４の屈折力を抑制することにより、全系の屈折力に対して第４レンズＬ４の正の屈折力が強くなりすぎず、好適に球面収差および非点収差を補正することができる。条件式（３）の上限に関する上記効果をより高めるために、条件式（３−１）の上限を満たすことがより好ましく、条件式（３−２）の上限を満たすことがよりさらに好ましい。
０＜ｆ／ｆ４＜１．８ （３−１）
０＜ｆ／ｆ４＜１．７５ （３−２）

ここで、撮像レンズＬにおいて、２つの好ましい構成例と、その効果について述べる。なお、これら２つの好ましい構成例はともに、上述した撮像レンズＬの好ましい構成を適宜採用することができる。

まず、第１の構成例は、撮像レンズＬにおいて、物体側から順に、両凸形状の第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、負の屈折力を有し、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズＬ５とから構成される実質的に５個のレンズからなり、条件式（１Ａ）を満足するものである。この第１の構成例によれば、特に高次の球面収差の発生を好適に抑制することができるので小さなＦナンバーの実現に有利となり、レンズ全長を短縮化しつつ、高い結像性能を実現することができる。

第２の構成例は、撮像レンズＬにおいて、物体側から順に、両凸形状の第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、両凹形状であり、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズＬ５とから構成される実質的に５個のレンズからなり、条件式（１Ｂ）を満足するものである。この第２の構成例によれば、特に像面湾曲を補正しながらレンズ全長を短縮化することに有利となり、小さなＦナンバーを有し、高い結像性能を実現することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る撮像レンズＬによれば、全体として５枚というレンズ構成において、各レンズ要素の構成を最適化し、全てのレンズを単レンズとしたので、全長を短縮化しながらも、Ｆナンバーが小さく、高い結像性能を有するレンズ系を実現することが可能である。本発明の実施の形態に係る撮像レンズＬは、例えば２．３以下の小さなＦナンバーを有することが可能であり、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等に好適に適用可能である。これに対し、特許文献１、２に記載された撮像レンズは、Ｆナンバーが２．５以上と大きく、高画素化に対応可能な撮像素子に対応することが難しい。一例を挙げると、近年の画素サイズの小型化が進んだ撮像素子では、１つの画素に入射する光量が減少しているため、特許文献１および２に記載のＦナンバーが大きい撮像レンズでは、高画素化対応の撮像素子に適用すると光量不足になるという不具合が生じる。

また、例えば第１〜第５の実施形態に係る撮像レンズのように全画角が６８度以上となるように上記撮像レンズＬの第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の各レンズ構成を設定した場合には、携帯電話端末などに撮像レンズＬを好適に適用することができ、広い画角を高解像度で撮像した画像を取得し、撮像された画像から所望の画像部分を拡大等して取得したいという要求に応えることができる。

本発明の実施の形態に係る撮像レンズは、適宜好ましい条件を満足することで、より高い結像性能を実現できる。また、本実施の形態に係る撮像装置によれば、本実施の形態に係る高性能の撮像レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、装置サイズの短縮化を図りながら、高解像の撮影画像を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、複数の数値実施例をまとめて説明する。

後掲の表１および表２は、図１に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に表１にはその基本的なレンズデータを示し、表２には非球面に関するデータを示す。表１に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係る撮像レンズについて、最も物体側のレンズ要素の物体側の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。

表１には開口絞りＳｔと光学部材ＣＧも含めて示している。表１では開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載しており、像面に相当する面の面番号の欄には面番号と（ＩＭＧ）という語句を記載している。曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状の場合を正とし、像側に凸面を向けた面形状の場合を負としている。また、各レンズデータの枠外上部には、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）と、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）と、ＦナンバーＦｎｏ.と、全画角２ω（°）の値をそれぞれ示す。なお、このバックフォーカスＢｆは空気換算した値を表している。

表１の基本レンズデータでは、非球面は面番号に＊印を付している。この実施例１に係る撮像レンズは、第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。表１の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径（近軸曲率半径）の数値を示している。

表２には実施例１の撮像レンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。なお、表２において、値のない欄には「−」を記載している。

非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａｎ，ＫＡの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。

Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｎ・ｈ^ｎ ……（Ａ）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａｎ：第ｎ次（ｎは３以上の整数）の非球面係数
ＫＡ：非球面係数
とする。

以上の実施例１の撮像レンズと同様にして、図２〜図５に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例２乃至実施例５として、表３〜表１０に示す。これらの実施例１〜５に係る撮像レンズでは、第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。

図７（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１の撮像レンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）図を示している。球面収差、非点収差（像面湾曲）、ディストーション（歪曲収差）を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはＦ線(波長４８６．１ｎｍ)、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、ｇ線(波長４３５．８ｎｍ)についての収差も示し、倍率色収差図には、Ｆ線、Ｃ線、ｇ線についての収差を示す。非点収差図において、実線はサジタル方向（Ｓ）、破線はタンジェンシャル方向（Ｔ）の収差を示す。また、Ｆｎｏ．はＦナンバーを、ωは半画角をそれぞれ示す。

同様に、実施例２乃至実施例５の撮像レンズについての諸収差を図８（Ａ）〜（Ｄ）乃至図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図７（Ａ）〜（Ｄ）乃至図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示す収差図は全て物体距離が無限遠のときのものである。

また、表１１には、上述した各条件式（１Ａ）、（１Ｂ）、（２）、（３）の対応値を各実施例１〜５についてそれぞれまとめたものを示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例の撮像レンズは、Ｆナンバーが１．９〜２．３の範囲にあり、全長が短縮化されながらも、諸収差が良好に補正されて中心画角から周辺画角まで高い結像性能が実現されている。

なお、本発明の撮像レンズには、実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値などは、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。

また、各実施例では、すべて固定焦点で使用する前提での記載とされているが、フォーカス調整可能な構成とすることも可能である。例えばレンズ系全体を繰り出したり、一部のレンズを光軸上で動かしてオートフォーカス可能な構成とすることも可能である。

なお、上述した近軸曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数はいずれも光学測定に係わる専門家が以下の方法により測定して求めたものである。

近軸曲率半径は、超高精度三次元測定機UA3P（パナソニックファクトリーソリューションズ株式会社製）を用いてレンズを測定し、以下の手順により求める。近軸曲率半径Ｒ_ｍ(ｍは自然数)と円錐係数Ｋ_ｍを仮に設定してUA3Pに入力し、これらと測定データからUA3P付属のフィッティング機能を用いて非球面形状の式の第ｎ次の非球面係数Ａｎを算出する。上述した非球面形状の式（Ａ）において、Ｃ＝１／Ｒ_ｍ、ＫＡ＝Ｋ_ｍ−１と考える。Ｒ_ｍ、Ｋ_ｍ、Ａｎと非球面形状の式から、光軸からの高さｈに応じた光軸方向の非球面の深さＺを算出する。光軸からの各高さｈにおいて、算出された深さＺと実測値の深さＺ’との差分を求め、この差分が所定範囲内であるか否かを判別し、所定範囲内の場合は設定したＲ_ｍを近軸曲率半径とする。一方、差分が所定範囲外の場合は、光軸からの各高さｈにおいて算出された深さＺと実測値の深さＺ’との差分が所定範囲内になるまで、当該差分の算出に用いられたＲ_ｍおよびＫ_ｍの少なくとも一方の値を変更してＲ_ｍ+1とＫ_ｍ+1として設定してUA3Pに入力し、上記同様の処理を行い、光軸からの各高さｈにおいて算出された深さＺと実測値の深さＺ’との差分が所定範囲内であるかを判別する処理を繰り返す。なお、ここで言う所定範囲内は、２００ｎｍ以内とする。また、ｈの範囲としてはレンズ最大外径の０〜１／５以内に対応する範囲とする。

面間隔は、組レンズ測長用の中心厚・面間隔測定装置OptiSurf（Trioptics製）を用いて測定して求める。

屈折率は、精密屈折計KPR-2000（株式会社島津製作所製）を用いて、被検物の温度を25°Ｃの状態にして測定して求める。ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）で測定したときの屈折率をＮｄとする。同様に、ｅ線(波長５４６．１ｎｍ）で測定したときの屈折率をＮｅ、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)で測定したときの屈折率をＮＦ、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）で測定したときの屈折率をＮＣ、ｇ線(波長４３５．８ｎｍ)で測定したときの屈折率をＮｇとする。ｄ線に対するアッベ数νｄは、上記の測定により得られたＮｄ、ＮＦ、ＮＣをνｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）の式に代入して算出することにより求める。

１、５０１ 撮像装置
１００ 撮像素子
５４１ カメラ部
Ｌ 撮像レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｓｔ 開口絞り
Ｒｉ 物体側から第ｉ番目の面の曲率半径
Ｄｉ 物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面との光軸上の間隔
Ｚ１ 光軸

Claims (17)

1. 物体側から順に、
   両凸形状の第１レンズと、
   負の屈折力を有する第２レンズと、
   負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズと、
   正の屈折力を有する第４レンズと、
   負の屈折力を有し、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズとから構成される実質的に５個のレンズからなり、
   下記条件式を満足する撮像レンズ。
   −０．３８＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１ （１Ａ）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ４５：前記第４レンズと前記第５レンズの合成焦点距離
   とする。
2. 前記第５レンズは両凹形状である請求項１に記載の撮像レンズ。
3. 物体側から順に、
   両凸形状の第１レンズと、
   負の屈折力を有する第２レンズと、
   負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第３レンズと、
   正の屈折力を有する第４レンズと、
   両凹形状であり、物体側の面および像側の面のうち少なくとも１つの面が少なくとも１つの変曲点を有する第５レンズとから構成される実質的に５個のレンズからなり、
   下記条件式を満足する撮像レンズ。
   ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ４５：前記第４レンズと前記第５レンズの合成焦点距離
   とする。
4. さらに以下の条件式を満足する請求項３に記載の撮像レンズ。
   −２＜ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ−１）
5. さらに以下の条件式を満足する請求項３または４に記載の撮像レンズ。
   −１＜ｆ／ｆ４５＜０ （１Ｂ−２）
6. さらに以下の条件式を満足する請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
   １．７＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ） （２）
   ただし、
   Ｒ２ｆ：前記第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径
   Ｒ２ｒ：前記第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
   とする。
7. さらに以下の条件式を満足する請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
   −０．２７＜ｆ／ｆ４５＜−０．０１５ （１Ａ−１）
8. さらに以下の条件式を満足する請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
   −０．２５＜ｆ／ｆ４５＜−０．０２ （１Ａ−２）
9. 前記第２レンズが両凹形状である請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
10. 前記第４レンズが像側に凸面を向けたメニスカス形状である請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
11. 絞りが、前記第１レンズの物体側の面と前記第２レンズの物体側の面との間に配置されている請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
12. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    ０＜ｆ／ｆ４＜１．９ （３）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    とする。
13. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    １．７＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）＜４ （２−１）
    ただし、
    Ｒ２ｆ：前記第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｒ２ｒ：前記第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
    とする。
14. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    １．８＜（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）＜３．５ （２−２）
    ただし、
    Ｒ２ｆ：前記第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｒ２ｒ：前記第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
    とする。
15. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    ０＜ｆ／ｆ４＜１．８ （３−１）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    とする。
16. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    ０＜ｆ／ｆ４＜１．７５ （３−２）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    とする。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載された撮像レンズを備えた撮像装置。