JP2010128100A - 広角レンズおよび撮像モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】収差を良好に補正し、小型、軽量且つ安価でありながら優れた光学性能を持つ、単焦点の広角レンズ、撮像モジュールを提供する。
【解決手段】物体側から順に、負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、第３レンズと接合され正の屈折力を有する第４レンズと開口絞りと、正の屈折力を有する第５レンズとの５枚のレンズで構成することにより、小型軽量かつ安価で高性能な広角レンズを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視用カメラや車載用カメラ等、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる単焦点の広角レンズおよび撮像モジュールに関するものである。

監視用カメラや車載用カメラなどに用いられる撮像レンズには、広い画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また、搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。

これらの要望に対応し得る可能性がある単焦点の広角レンズとして、下記の特許文献１、２、３がある。
特開２００４−２９２８２号公報 特開２００５−３４５５７７号公報 特開２００３−１９５１６１号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載される単焦点の広角レンズでは、高い結像性能を持たせるために、球面レンズが主体でレンズ枚数が６〜７枚と多くなってしまうため、大きさや重量で問題が発生するため、上記要望を満足することが困難である。

また、特許文献３に記載される単焦点の広角レンズは構成レンズの枚数を減らし、小型化、軽量化を図っているが、最も物体側に配置された第１レンズの径が大きくなりすぎたり、収差補正が充分でなく、画面全域で高い光学性能面を満足することが困難である。

本発明は、これら問題点を鑑みて、レンズを５枚構成にすることにより高い光学性能を持ちつつ、レンズの形状、非球面の形状等を適切に配置することにより、小型化、薄型化を実現し、しかも良好な画質の広角レンズを提供する。

上記目的を達成するために本発明の広角レンズは、物体側から順に、負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、第３レンズと接合され正の屈折力を有する第４レンズと、開口絞りと、正の屈折力を有する第５レンズと、を備えることを特徴とする。

好適には、前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、前記第２レンズは像側に凹面を向けた非球面形状を有し、前記第３レンズは物体側に凸面を向けた形状を有し、前記第４レンズは像側に凸面を向けた形状を有し、前記第５レンズは像側に凸面を向け、像側に非球面を有することを特徴とする。

好適には、前記第２レンズは樹脂材料で形成され、前記第３レンズ及び前記第４レンズは硝子材料により形成され、前記第５レンズは樹脂材料で形成されることを特徴とする。

好適には、前記第１レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は４０以上に、前記第２レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は５０以上に、前記第３レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は４０以下に、前記第４レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は４０以上に、前記第５レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は５０以上に、それぞれ設定されることを特徴とする。

好適には、以下の条件を満足することを特徴とする。

−１３．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −４．５ ・・・（１）
−３．０ ＜ ｆ２／ｆ」 ＜ −１．８ ・・・（２）
１０．０ ＜ （ｆ３／ｆ）＋（ｆ４／ｆ） ＜ ３０．０ ・・・（３）
２．１ ＜ ｆ５／ｆ ＜ ４．７ ・・・（４）
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
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
ｆ５：第５レンズの焦点距離
好適には以下の条件を満足することを特徴とする。

０．０６ ＜ ｆ／ＴＬ ＜ ０．０９ ・・・（５）
０．３８ ＜ ｆ／Ｂｆ ＜ ０．６５ ・・・（６）
但し、
ＴＬ：第１レンズの物体側の面から結像面までの距離
Ｂｆ：第５レンズの像側の面から結像面までの距離
また、本発明の撮像モジュールは、撮像素子と、撮像素子上に像を結像することを対象とした前記広角レンズと、前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有することを特徴とする。

本発明によれば、レンズを５枚構成にすることによって小型、薄型で諸収差が良好に補正された広角レンズを達成することができる。

以下、図面を用いて、本発明の広角レンズ及びそれを用いた撮像装置の実施形態について説明する。実施形態１から６の広角レンズを総称して本実施形態の広角レンズという。

図１は本発明である広角レンズのレンズ断面である。物体側から順に、第１レンズ１１０、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、第４レンズ１４０、開口絞り１５０、第５レンズ１６０が配置される５枚構成の単焦点の広角レンズ１００である。更には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Mental-Oxide Semiconductor device）等の撮像素子が配置される結像面１７０を有する。

図２は実施形態１の広角レンズのレンズ断面図である。図３は実施形態１の広角レンズの諸収差図である。実施形態１は全系の焦点距離１．００ｍｍ、Ｆナンバー２．８、レンズ全長１５．４１ｍｍ、バックフォーカス２．０２ｍｍの広角レンズである。

図４は実施形態２の広角レンズのレンズ断面図である。図５は実施形態２の広角レンズの諸収差図である。実施形態２は全系の焦点距離０．８４ｍｍ、Ｆナンバー２．８、レンズ全長１３．２８ｍｍ、バックフォーカス１．６７ｍｍの広角レンズである。

図６は実施形態３の広角レンズのレンズ断面図である。図７は実施形態３の広角レンズの諸収差図である。実施形態３は全系の焦点距離０．９０ｍｍ、Ｆナンバー２．８、レンズ全長１１．４１ｍｍ、バックフォーカス１．７３ｍｍの広角レンズである。

図８は実施形態４の広角レンズのレンズ断面図である。図９は実施形態４の広角レンズの諸収差図である。実施形態４は全系の焦点距離０．９６ｍｍ、Ｆナンバー２．０、レンズ全長１４．７４ｍｍ、バックフォーカス１．６０ｍｍの広角レンズである。

図１０は実施形態５の広角レンズのレンズ断面図である。図１１は実施形態５の広角レンズの諸収差図である。実施形態５は全系の焦点距離１．１０ｍｍ、Ｆナンバー２．８、レンズ全長１４．２２ｍｍ、バックフォーカス２．３０ｍｍの広角レンズである。

図１２は実施形態６の広角レンズのレンズ断面図である。図１３は実施形態６の広角レンズの諸収差図である。実施形態６は全系の焦点距離１．２５ｍｍ、Ｆナンバー２．８、レンズ全長１４．０７ｍｍ、バックフォーカス３．０２ｍｍの広角レンズである。

各実施形態のレンズ断面図において、左方は物体側（被写体側）で、右方が像側（結像面側）である。１００Ａ〜１００Ｆは広角レンズであり、５枚のレンズは物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ１１０、負の屈折力を有する第２レンズ１２０、正の屈折力を有する第３レンズ１３０、第３レンズと接合され正の屈折力を有する第４レンズ１４０、開口絞り１５０、正の屈折力を有する第５レンズ１６０からなっている。

１７０は結像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の感受面が配置されている。

入射した光は物体側より、第１レンズ１１０の物体側Ｒ１面１、像面側Ｒ２面２、第２レンズ１２０の物体側Ｒ３面３、像面側Ｒ４面４、第３レンズ１３０の物体側Ｒ５面５、像面側Ｒ６面６、第４レンズ１４０の像面側Ｒ７面７、開口絞り部１５０の面８、第５レンズ１６０の物体側Ｒ８面９、像面側Ｒ９面１０を順次通過し撮像素子の設けられた結像面１７０へと集光される。

また、図２に示すように、第１レンズの厚さとなるＲ１面１とＲ２面２間の距離をＤ１、第１レンズのＲ２面２と第２レンズのＲ３面３までの距離をＤ２、第２レンズの厚さとなるＲ３面３とＲ４面４間の距離をＤ３、第２レンズのＲ４面４と第３レンズのＲ５面５間の距離をＤ４、第３レンズの厚さとなるＲ５面５とＲ６面６間の距離をＤ５、第４レンズの厚さとなるＲ６面６とＲ７面７間の距離をＤ６、第４レンズのＲ７面７と絞り部の面８までの距離をＤ７、絞り部の面８と第５レンズのR８面９間の距離をＤ８、第５レンズの厚さとなるＲ８面９とＲ９面１０間の距離をＤ９、第５レンズのＲ９面１０と、結像面までの距離をバックフォーカスＢｆとする。

各実施形態の収差図において、（Ａ）が球面収差量、（Ｂ）が非点収差量を示し、図１１と図１３においては（Ｃ）が歪曲収差量を示している。（Ａ）は図中右側から、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｅ線（５４６．１ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）に対する値を表している。（Ｂ）と（Ｃ）はそれぞれｄ線に対する値を示している。また、（Ｂ）の縦軸は半画角ω（°）を表し、（Ｂ）中の実線ΔＳはサジタル像面における値、破線ΔＭはメリディオナル像面における値を示している。

図１４は本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。図１４において、広角レンズは第１レンズ１１０と第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、第３レンズ１３０と接合する第４レンズ１４０、開口絞り１５０、第５レンズ１６０から構成され、１８０は水晶ローパスフィルターや赤外線除去フィルターおよび撮像素子を保護する保護ガラス等に対応する設計上設けられたガラスブロックで、１７０はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を備えた結像面である。撮像モジュールは、前記広角レンズ１００とガラスブロック１８０および撮像素子等を備えた結像面１７０と、これらを保持するレンズ保持体２００から構成されている。

以下、本実施形態の広角レンズの構成とその作用について説明する。

広角レンズでは、広い画角を得るために焦点距離を短くする必要があるが、機構的な制約からバックフォーカスは焦点距離に比べて長くしなくてはならない。そこで、前方に負の屈折力を有するレンズを配置し、入射した光を一度発散した後、後方の正の屈折力を有するレンズで集光することにより、レンズ系の主点をレンズ後方に飛出させ焦点距離に比べて長いバックフォーカスを確保することが可能となる。

本実施形態の広角レンズ１００Ａ〜１００Ｆでは、負の屈折力を有する第１レンズと第２レンズで光を発散させ、全体として正の屈折力を有する第３レンズから第５レンズで集光する。物体側に２枚の負レンズを配置することで、主点を後方に置くための十分な負の屈折力を得ながら、諸収差を良好に補正することができる。像側の正レンズのうち、開口絞りの前に第３レンズ、第４レンズを配置することにより、倍率の色収差を補正することが可能となる。また第３レンズと第４レンズを接合することにより、全反射の発生を抑えつつ色収差を良好に補正することが可能となる。強い屈折力をもつ第５レンズを開口絞り後に配置することにより、像面への入射角度を小さくし、かつ歪曲、非点の両収差を良好に補正することが可能となる。

本実施形態の広角レンズは、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第２レンズ１２０は像側に凹面を向け、第３レンズ１３０は物体側に凸面を向け、第４レンズ１４０は像側に凸面を向け、第５レンズ１６０は像側に凸面を向けている。

第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有することで、第1面１に対する軸外光線の入射角度を小さく保つことが可能となり、収差の発生を抑えることが出来る。また、第２レンズが像側に凹面を向けた形状、第３レンズが物体側に凸面を向けた形状を有することで、諸収差を良好に補正することが出来る。そして、第４レンズが像側に凸面を向けた形状を有することで、色収差を良好に補正しつつ心出しの容易な形状にすることが可能となる。前記第５レンズは像側に凸面を向け、像側に非球面を有することで、像面への入射角度を小さくすることが出来る。

第２レンズ１２０と第５レンズ１６０が樹脂材料で形成されることにより、軽量化や低コスト化が実現できるとともに、非球面形状の作製が容易となる。第３レンズ１３０及び第４レンズ１４０を硝子材料で形成することにより幅広い分散値の材料を選択でき、結果として倍率の色収差を良好に補正することが可能となる。

第２レンズと第５レンズの各レンズはそれぞれ少なくとも１面の非球面形状が形成される。非球面形状を持つことにより、収差補正が容易となり、小型でありながら良好な解像性能を得ることが可能となる。

本実施形態の広角レンズにおいて、好ましくは、第１レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以上に、前記第２レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が５０以上に、前記第３レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以下に、前記第４レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以上に、前記第５レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が５０以上に、それぞれ設定される。

開口絞り１５０よりも物体側にあり、負レンズである第１レンズ１１０および第２レンズ１２０はそれらを構成する各材料のアッベ数が大きいほど、第１レンズ１１０および第２レンズ１２０で発生する倍率色収差が小さくなる。また、同じく開口絞り１５０よりも物体側にあり、正レンズである第３レンズ１３０を構成する材料のアッベ数が小さいほど倍率色収差を良好に補正できるためである。

以上のように、本実施形態の広角レンズでは、各レンズをそれぞれ適切な屈折力配置と非球面配置することにより、良好な光学性能を保ちつつ、全系のコンパクト化を実現している。さらに、良好な光学性能を得て、レンズ全系の小型化を図るための条件を以下に説明する。

（１−１）以下は、レンズ全長を短縮しつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。

−１３．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −４．５ ・・・（１）
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離をそれぞれ表している。

条件式（１）はレンズ全系の焦点距離と第１レンズの焦点距離に関する式である。条件式（１）の上限値を超えると、負の屈折力が大きくなり、倍率の色収差の補正は容易となるが、第１レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまい、製造が難しくなる。また、条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ物体側面の曲率が小さくなるために有効径が大きくなり、レンズ系の小型化が難しくなるとともに、広い画角を得るために必要な負の屈折力を第２レンズ像側面のみで補うことになり、曲率が小さくなりすぎてしまうため好ましくない。

上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１ａ）のように設定することにより、レンズ全長のコンパクト化と、製造を容易にすることが可能となる。

−１２．７ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −４．７ ・・・（１ａ）
（１−２）以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。

− ３．０ ＜ ｆ２／ｆ ＜ −１．８ ・・・（２）
ただし、ｆ２は第２レンズの焦点距離を表している。

条件式（２）はレンズ全系の焦点距離と第２レンズの焦点距離に関する式である。条件式（２）の上限値を超えると負の屈折力が強くなるために第２レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまう。それに伴って第３レンズ物体側面の曲率も小さくなりすぎてしまうために、製造が難しくなる。また、条件式（２）の下限値を下回ると、負の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難になる。

上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式（２）の数値範囲を、以下の条件式（２ａ）のように設定することにより、良好に諸収差を補正して高い結像性能を確保しつつ、製造を容易にすることが可能となる。

−２．９ ＜ ｆ２／ｆ ＜ −１．９ ・・・（２ａ）
（１−３）以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。

１０．０ ＜ （ｆ３／ｆ）＋（ｆ４／ｆ） ＜ ３０．０ ・・・（３）
ただし、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離をそれぞれ表している。

条件式（３）はレンズ全系の焦点距離と第３レンズの焦点距離および第４レンズの焦点距離に関する式である。条件式（３）の上限値を超えると、正の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難になる。また、条件式（３）の下限値を下回ると、接合面での色消し効果を十分に得ようとすると製造が困難な形状となる。

上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３ａ）のように設定することにより、良好に諸収差を補正して高い結像性能を確保しつつ、製造を容易にすることが可能となる。

１３．５ ＜ （ｆ３／ｆ）＋（ｆ４／ｆ） ≦ ２７．５ ・・・（３ａ）
（１−４）以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。

２．１ ＜ ｆ５／ｆ ＜ ４．７ ・・・（４）
ただし、ｆ５は第５レンズの焦点距離を表している。

条件式（４）はレンズ全系の焦点距離と第５レンズの焦点距離に関する式である。第５レンズの、特に像側面は収差の補正を大きく行なっているため、条件式（４）の上限値を超えると、正の屈折力が小さくなりすぎて、緒収差の補正が困難になる。逆に条件式（４）の下限値を下回ると、第５レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまうため製造が難しくなる。

上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４ａ）のように設定することにより、良好に諸収差を補正して高い結像性能を確保しつつ、製造を容易にすることが可能となる。

２．２ ＜ ｆ５／ｆ ＜ ４．５ ・・・（４ａ）
（２−１）以下は、レンズ全長を短縮しつつ、画角を保つために好ましい条件である。

０．０６ ＜ ｆ／ＴＬ ＜ ０．０９ ・・・（５）
ただし、ＴＬは第１レンズ１１０の物体側の面から結像面までの距離を表している。

条件式（５）は第１レンズの物体側の面から結像面までの距離と全系の焦点距離に関する式である。条件式（５）の上限値を超えて全長を短くすると焦点距離が長くなるため、画角が狭くなってしまう。また、条件式（５）の下限値を下回るとレンズ系が大きくなってしまい、小型化の目的を達成できないため好ましくない。

（２−２）以下は、周辺部においても光量を保ちつつ、良好な光学性能を得るために好ましい条件である。

０．３８ ＜ ｆ／Ｂｆ ＜ ０．６５ ・・・（６）
ただし、Ｂｆは第５レンズ１６０の像側の面１０から結像面１７０までの距離を表している。

条件式（６）はバックフォーカスと全系の焦点距離に関する式である。条件式（６）の上限値を超えると、像面への入射角度が大きくなってしまうために、固体撮像素子を用いることを前提とした本撮像装置では周辺光量の低下を招く原因となってしまう。また、条件式（６）の下限値を下回ると、レンズ系の焦点距離に比較してバックフォーカスが長くなりすぎるため、諸収差の補正が難しくなる。

上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式（６）の数値範囲を、以下の条件式（６ａ）のように設定することにより、シェーディングを補正しつつ、良好な画質を得ることが可能となる。

０．４０ ＜ ｆ／Ｂｆ ≦ ０．６０ ・・・（６ａ）
以下に、実施形態１から６それぞれの具体的な数値データを示す。各数値実施例において、図１、図２に示すように物体側の面から順に番号ｉを付与し、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ面の近軸曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。

また、各数値実施例の中で記載されるレンズの非球面形状は、物体側から像側へ向かう方向を正として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてＸとするとき

で表される。但しｒは近軸曲率半径、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数、Ｋは円錐定数である。

＜実施例１＞
表１から表４は実施例１の各数値を示す。

表１は、実施例１における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、全画角２ω（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の数値を示している。
実施例１は他の実施例と比較して、バックフォーカスＢｆが長めであり、赤外線除去フィルターやローパスフィルター等のガラスブロックを挿入しやすく、更には光軸中心と撮像素子の位置合わせ及び像面などの傾き調整手段を実施するのが容易となる。

表２は、実施例１における広角レンズの各面番号ｉに対応した各レンズ、絞り１５０の近軸曲率半径Ｒ（ｍｍ）、間隔Ｄ（ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率ｎ、ｄ線に対するアッベ数νを示している。

表３は、実施例１における非球面を含む第２レンズ１２０および第５レンズ１６０の所定面の非球面係数を示す。表３においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表４は、条件式（１）から（６）の各数値を示している。実施例１は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。

図２、図３は、実施例１においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。

図２に示すように、第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズは両凹形状、第３レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第３レンズと接合される第４レンズは両凸形状、開口絞りの像側に配置される第５レンズは両凸形状を有する。第２レンズと第５レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。

図３の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差を示している。図３の（Ａ）は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、（Ｂ）においても、収差が補正されていることが分かる。実施例１によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。

＜実施例２＞
表５から表８は実施例２の各数値を示す。

表５は、実施例２における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、全画角２ω（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の数値を示している。

表６は、実施例２における広角レンズの各面番号ｉに対応した各レンズ、絞り１５０の近軸曲率半径Ｒ（ｍｍ）、間隔Ｄ（ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率ｎ、ｄ線に対するアッベ数νを示している。

表７は、実施例２における非球面を含む第２レンズ１２０および第５レンズ１６０の所定面の非球面係数を示す。表７においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表８は、条件式（１）から（６）の各数値を示している。実施例２においては、条件式（５）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示している。
条件式（５）は、第１レンズの物体側の面から結像面までの距離と全系の焦点距離に関する式で、下限値を下回ると、レンズ系が大きくなってしまい、小型化が困難となる。
実施例２は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。

図４、図５は、実施例２においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。

図４に示すように、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズ１２０は像側に凹面を向けたメニスカス形状、第３レンズ１３０は両凸形状、第４レンズ１４０は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は両凸形状を有する。第２レンズ１２０は像側面に、第５レンズ１６０は両面に非球面を有する。

図５の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差を示している。図５の（Ａ）は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、（Ｂ）においても、収差が補正されていることが分かる。実施例２によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。

＜実施例３＞
表９から表１２は実施例３の各数値を示す。

表９は、実施例３における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、全画角２ω（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の数値を示している。

表１０は、実施例３における広角レンズの各面番号ｉに対応した各レンズ、絞り１５０の近軸曲率半径Ｒ（ｍｍ）、間隔（ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率ｎ、ｄ線に対するアッベ数νを示している。

表１１は、実施例３における非球面を含む第２レンズ１２０および第５レンズ１６０の所定面の非球面係数を示す。表１１においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表１２は、条件式（１）から（６）の各数値を示している。実施例３においては、条件式（２）、（３）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示している。
条件式（２）は、レンズ全系の焦点距離と第２レンズの焦点距離に関する式で、上限値を超えると、負の屈折力が強くなるために第２レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまう。それに伴って第３レンズ物体側面の曲率も小さくなりすぎてしまうために、製造が困難となる。
条件式（３）は、レンズ全系の焦点距離と第３レンズの焦点距離および第４レンズの焦点距離に関する式で、下限値を下回ると、接合面での色消し効果を十分に得ようとすると製造が困難な形状となる。
実施例３は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。

図６、図７は、実施例３においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。

図６に示すように、レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズ１２０は両凹形状、第３レンズ１３０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第３レンズと接合される第４レンズ１４０は両凸形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は像側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。第２レンズ１２０と第５レンズ１６０はそれぞれ両面に非球面を有する。

図７の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差を示している。図７の（Ａ）は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、（Ｂ）においても、収差が補正されていることが分かる。実施例３によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。

＜実施例４＞
表１３から表１６は実施例４の各数値を示す。

表１３は、実施例４における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、全画角２ω（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の数値を示している。
実施例４は他の実施例と比較してＦナンバーが小さく、明るいレンズである。暗い場所での撮影に強く、また、露光時間が短くできるため速いシャッタースピードでの撮影が可能である。

表１４は、実施例４における広角レンズの各面番号ｉに対応した各レンズ、絞り１５０の近軸曲率半径Ｒ（ｍｍ）、間隔Ｄ（ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率ｎ、ｄ線に対するアッベ数νを示している。

表１５は、実施例４における非球面を含む第２レンズ１２０および第５レンズ１６０の所定面の非球面係数を示す。表１５においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表１６は、条件式（１）から（６）の各数値を示している。実施例４においては、条件式（１）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近く、条件式（６）の値が上限値に最も近い値を示している。
条件式（１）は、レンズ全系の焦点距離と第１レンズの焦点距離に関する式で、下限値を下回ると、第１レンズ物体側面の曲率が小さくなるために有効径が大きくなり、レンズ系の小型化が難しくなるとともに、広い画角を得るために必要な負の屈折力を第２レンズ像側面のみで補うことになり、曲率が小さくなりすぎてしまう。
条件式（６）は、バックフォーカスと全系の焦点距離に関する式で、上限値を超えると、像面への入射角度が大きくなってしまうために、固体撮像素子を用いることを前提とした本撮像装置では周辺光量の低下を招く原因となってしまう。
実施例４は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。

図８、図９は、実施例４においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。

図８に示すように、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズ１２０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第３レンズ１３０は両凸形状、第３レンズに接合される第４レンズ１４０は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は両凸形状を有する。第２レンズ１２０は像面側に、第５レンズ１６０は両面にそれぞれ非球面を有する。

図９の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差を示している。図９の（Ａ）は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、（Ｂ）においても、収差が補正されていることが分かる。実施例４によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。

＜実施例５＞
表１７から表２０は実施例５の各数値を示す。

表１７は、実施例５における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、全画角２ω（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の数値を示している。

表１８は、実施例５における広角レンズの各面番号ｉに対応した各レンズ、絞り１５０の近軸曲率半径Ｒ（ｍｍ）、間隔Ｄ（ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率ｎ、ｄ線に対するアッベ数νを示している。

表１９は、実施例５における非球面を含む第２レンズ１２０および第５レンズ１６０の所定面の非球面係数を示す。表１９においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表２０は、条件式（１）から（６）の各数値を示している。実施例５においては、条件式（４）の値が他の実施例と比較して上限値に最も近い値を示している。
条件式（４）はレンズ全系の焦点距離と第５レンズの焦点距離に関する式で、上限値を超えると、正の屈折力が小さくなりすぎて、緒収差の補正が困難となる。
実施例５は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。

図１０、図１１は、実施例５においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。

図１０に示すように、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズ１２０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第３レンズ１３０は両凸形状、第３レンズと接合される第４レンズ１４０は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は両凸形状を有する。第２レンズ１２０と第５レンズ１６０はそれぞれ両面に非球面を有する。

図１１の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１１の（Ａ）は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、（Ｂ）、（Ｃ）においても、収差が補正されていることが分かる。実施例５によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。

＜実施例６＞
表２１から表２４は実施例６の各数値を示す。

表２１は、実施例６における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、全画角２ω（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の数値を示している。

表２２は、実施例６における広角レンズの各面番号ｉに対応した各レンズ、絞り１５０の近軸曲率半径Ｒ（ｍｍ）、間隔Ｄ（ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率ｎ、ｄ線に対するアッベ数νを示している。

表２３は、実施例６における非球面を含む第２レンズ１２０および第５レンズ１６０の所定面の非球面係数を示す。表２３においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表２４は、条件式（１）から（６）の各数値を示している。実施例６においては、条件式（１）、（３）、（５）の値が他の実施例と比較して上限値に最も近い値を示し、条件式（２）、（４）、（６）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示している。
条件式（１）の上限値を超えると、負の屈折力が大きくなり、倍率の色収差の補正は容易となるが、第１レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまい、製造が困難となる。
条件式（２）の下限値を下回ると、負の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難になる。
条件式（３）の上限値を超えると、正の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難となる。
条件式（４）の下限値を下回ると、第５レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまうため製造が難しくなる。
条件式（５）の上限値を超えて全長を短くすると焦点距離が長くなるため、画角が狭くなってしまう。
条件式（６）の下限値を下回ると、レンズ系の焦点距離に比較してバックフォーカスが長くなりすぎるため、諸収差の補正が困難となる。
実施例６は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。

図１２、図１３は、実施例６においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。

図１２に示すように、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズ１２０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第３レンズ１３０は像側に凹面を向けたメニスカス形状、第３レンズと接合される第４レンズ１４０は両凸形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は像側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。第２レンズ１２０と第５レンズ１６０はそれぞれ両面に非球面を有する。

図１３の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１３の（Ａ）は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、（Ｂ）、（Ｃ）においても、収差が補正されていることが分かる。実施例５によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。

また、本実施形態の広角レンズを単焦点として焦点距離を固定することにより、安価で小型軽量で、ボケや歪みの少ない光学性能に優れた広角レンズを得ることができる。

なお、このように構成された広角レンズとガラスブロック１８０およびＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を設けた結像面１７０と、これらを保持するレンズ保持体２００とで撮像モジュールが構成される。さらには、図示しないカバー等のハウジングや電子部品を組み込むことにより、例えば監視用カメラや車載カメラ等のデジタルカメラとなる。

以上、本実施形態の広角レンズおよび撮像モジュールについて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種種の変形や追加が可能である。例えば、結像面１７０の前に水晶ローパスフィルターや赤外線除去フィルター等に対応した設計上設けられたガラスブロックを必要に応じて設けても良い。また、このような構成に限られず、赤外カットコートをガラスブロック１８０の面に施したり、他のレンズ面やローパスフィルター等のフィルターに赤外コートを施しても良い。

本実施形態の広角レンズによれば、撮像素子を用いた撮像系、特に監視用カメラや車載カメラ等に好適であり、小型、薄型で高い光学性能の広角レンズ、及び、前記広角レンズを備えた撮像モジュールが実現できる。

本実施形態の広角レンズの基本構成を示す図である。 実施形態１の広角レンズのレンズ断面図である。 実施形態１の広角レンズの収差図である。 実施形態２の広角レンズのレンズ断面図である。 実施形態２の広角レンズの収差図である。 実施形態３の広角レンズのレンズ断面図である。 実施形態３の広角レンズの収差図である。 実施形態４の広角レンズのレンズ断面図である。 実施形態４の広角レンズの収差図である。 実施形態５の広角レンズのレンズ断面図である。 実施形態５の広角レンズの収差図である。 実施形態６の広角レンズのレンズ断面図である。 実施形態６の広角レンズの収差図である。 本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。

符号の説明

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ・・・広角レンズ
１１０・・・第１レンズ
１２０・・・第２レンズ
１３０・・・第３レンズ
１４０・・・第４レンズ
１５０・・・開口絞り部
１６０・・・第５レンズ
１７０・・・結像面
１８０・・・ガラスブロック
２００・・・レンズ保持体
ΔＳ・・・サジタル像面
ΔＭ・・・メリディオナル像面
Ｂｆ・・・バックフォーカス

Claims (7)

1. 物体側から順に、
   負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、
   第３レンズと接合され正の屈折力を有する第４レンズと、
   開口絞りと、
   正の屈折力を有する第５レンズと、を備えることを特徴とする広角レンズ。
2. 前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、
   前記第２レンズは像側に凹面を向けた非球面形状を有し、
   前記第３レンズは物体側に凸面を向けた形状を有し、
   前記第４レンズは像側に凸面を向けた形状を有し、
   前記第５レンズは像側に凸面を向け、像側に非球面を有することを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。
3. 前記第２レンズは樹脂材料で形成され、
   前記第３レンズ及び前記第４レンズは硝子材料により形成され、
   前記第５レンズは樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の広角レンズ。
4. 前記第１レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は４０以上に、
   前記第２レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は５０以上に、
   前記第３レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は４０以下に、
   前記第４レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は４０以上に、
   前記第５レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数は５０以上に、それぞれ設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の広角レンズ。
5. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の広角レンズ。
   −１３．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −４．５ ・・・（１）
   −３．０ ＜ ｆ２／ｆ ＜ −１．８ ・・・（２）
   １０．０ ＜ （ｆ３／ｆ）＋（ｆ４／ｆ） ＜ ３０．０ ・・・（３）
   ２．１ ＜ ｆ５／ｆ ＜ ４．７ ・・・（４）
   但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、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、ｆ５：第５レンズの焦点距離をそれぞれ表している。
6. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の広角レンズ。
   ０．０６ ＜ ｆ／ＴＬ ＜ ０．０９ ・・・（５）
   ０．３８ ＜ ｆ／Ｂｆ ＜ ０．６５ ・・・（６）
   但し、ＴＬ：第１レンズの物体側の面から結像面までの距離、Ｂｆ：第５レンズの像側の面から結像面までの距離をそれぞれ表している。
7. 撮像素子と、
   前記撮像素子上に像を結像するための請求項１乃至６のいずれかに記載の広角レンズと、
   前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有する撮像モジュール。