JP2012194597A - ５枚構成の撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全長の短縮化を図りつつ、諸収差が良好に補正され、中心画角から周辺画角まで高い結像性能を実現できるようにする。
【解決手段】撮像レンズを、物体側から順に、物体側の面が凸面とされた正のパワーを有する第１レンズと、光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズである第２レンズと、光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第３レンズと、像側の面が光軸近傍において凹形状であると共に周辺部において凸形状であり、光軸近傍において正のパワーを有する第４レンズと、像側の面が光軸近傍において凹形状である第５レンズとから構成する。
【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）等の撮像装置に関する。

近年、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２メガピクセル以上、さらに好適には５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。

このような要求に対しては、例えば高解像化を図るためにレンズ枚数が比較的多い５枚構成とすることが考えられる（特許文献１、第３図参照）。また、より高性能化を図るために、非球面を積極的に用いることが考えられる（特許文献２参照）。

特許第２６７９０１７号公報（第３図） 特開２００７−２６４１８０号公報

近年の高画素化の進んだ撮像素子に対応するために、撮像レンズとしては、全長の短縮化を図りつつ中心画角から周辺画角まで高い結像性能を有するレンズ系の開発が望まれている。上記特許文献１に記載の５枚構成のレンズは、近年の高画素化に対応するためには全般的に性能が不十分である。また、上記特許文献２に記載の撮像レンズは軸上色収差は良好に補正されているものの、倍率色収差の補正が不十分である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、全長の短縮化を図りつつ、諸収差が良好に補正され、中心画角から周辺画角まで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。

本発明に係る撮像レンズは、物体側から順に、物体側の面が凸面とされた正のパワーを有する第１レンズと、光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズである第２レンズと、光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第３レンズと、像側の面が光軸近傍において凹形状であると共に周辺部において凸形状であり、光軸近傍において正のパワーを有する第４レンズと、像側の面が光軸近傍において凹形状である第５レンズからなるものである。

本発明に係る撮像レンズでは、全体として５枚というレンズ構成において、各レンズ要素のパワー配置の最適化を図ると共に、非球面を効率的に用いてレンズ形状の最適化を図ることで、レンズ構成の全体的な最適化が行われ、全長の短縮化を図りつつ、諸収差が良好に補正される。

本発明に係る撮像レンズにおいて、さらに、次の好ましい構成を適宜選択的に採用して満足することで、全長の短縮化や結像性能に関して、より有利なものとすることができる。

本発明にかかる撮像レンズにおいて、第１レンズと第２レンズの間に配置された絞りを備えることが好ましい。

また、本発明に係る撮像レンズにおいて、以下の条件を適宜選択的に満足することが好ましい。
０．８≦｜Ｒ１／Ｒ２｜≦２．５ ……（２）
１．５≦ＴＬ／ｆ≦２．０ ……（３）
Ｄ６／Ｄ８≦１．５ ……（４）
１．０≦｜ｆ５／ｆ｜≦１０．０ ……（５）
０．７５≦ｆ１／ｆ≦５．０ ……（６）
０．４≦｜ｆ３＊（１／ｆ４＋１／ｆ５）｜≦１．０ ……（７）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆｉ：第ｉレンズの近軸焦点距離
ＴＬ：全長（最も物体側の面から像面までの光軸上距離。第５レンズの像側面頂点から像面までは空気換算長）
Ｒ１：第１レンズの物体側の面の近軸曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｄ６：第３レンズと第４レンズとの光軸上間隔
Ｄ８：第４レンズと第５レンズとの光軸上間隔
とする。

また特に、本発明に係る撮像レンズにおいては、以下の条件を適宜選択的に満足することが好ま しい。
ν３≦３０ ……（８）
０．４≦ｆ１２／ｆ≦１．０ ……（９）
０．２≦｜ｆ２／ｆ１｜≦０．８ ……（１０）
ただし、
ν３：第３レンズのアッベ数
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離
ｆ１：第１レンズの近軸焦点距離
ｆ２：第２レンズの近軸焦点距離
とする。

本発明による撮像装置は、本発明による撮像レンズと、こ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撮像素子とを備えたものである。
本発明による撮像装置では、本発明の撮像レンズによって得られた高解像の光学像に基づいて高解像の撮像信号が得られる。

本発明に係る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、各レンズ要素のパワー配置の最適化を行うと共に、非球面を効率的に用いてレンズ形状の最適化を図り、レンズ構成の全体的な最適化を行うようにしたので、全長の短縮化を図りつつ、諸収差が良好に補正され、中心画角から周辺画角まで高い結像性能を有するレンズ系を実現できる。
さらに、第３レンズにアッベ数が３０以下の高分散の負レンズを用いるようにした場合には、特に軸上および倍率の色収差を良好に補正でき、より高性能の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、その撮像信号に基づいて高解像の撮影画像を得ることができる。

参考例１に対応するレンズ断面図である。 参考例２に対応するレンズ断面図である。 参考例３に対応するレンズ断面図である。 参考例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。 本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第６の構成例を示すものであり、実施例６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７の構成例を示すものであり、実施例７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８の構成例を示すものであり、実施例８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９の構成例を示すものであり、実施例９に対応するレンズ断面図である。 参考例１０に対応するレンズ断面図である。 参考例１に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 参考例２に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 参考例３に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 参考例４に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 本発明の実施例５に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 本発明の実施例６に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 本発明の実施例７に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 本発明の実施例８に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 本発明の実施例９に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 参考例１０に係る撮像レンズの基本的なレンズデータを示す図である。 参考例１に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 参考例２に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 参考例３に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 参考例４に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 本発明の実施例５に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 本発明の実施例６に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 本発明の実施例７に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 本発明の実施例８に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 本発明の実施例９に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 参考例１０に係る撮像レンズの非球面に関するデータを示す図である。 条件式に関する値を各実施例および各参考例についてまとめて示した図である。 参考例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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 参考例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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 参考例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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 参考例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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 本発明の実施例６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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 本発明の実施例７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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 本発明の実施例８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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 本発明の実施例９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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 参考例１０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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差を示す。 第２レンズの物体側の面形状についての説明図である。

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、本発明の参考例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の数値参考例（図１１，図２１）のレンズ構成に対応している。同様にして、後述の第２ないし第４の数値参考例、本発明の実施形態に係る第４の数値実施例ないし第９の数値実施例、および、第１０の数値参考例（図１２〜図２０および図２２〜図３０）のレンズ構成にそれぞれ対応する第２ないし第１０の構成例の断面構成を、図２〜図１０に示す。図１〜図１０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（結像側）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１０の構成例についても説明する。

本実施の形態に係る撮像レンズは、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、およびＰＤＡ等に用いて好適なものである。この撮像レンズは、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。

本実施の形態に係る撮像装置は、本実施の形態に係る撮像レンズと、こ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ＣＣＤなどの撮像素子１００とを備えて構成される。撮像素子１００は、この撮像レンズの結像面（撮像面）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良い。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を使用しても良い。
また、第２の構成例（図２）のように、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良い。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。

この撮像レンズはまた、絞りＳｔを有している。絞りＳｔは、光学的な開口絞りであり、第１レンズＬ１の前後に配置されていることが好ましい。本実施の形態においては、絞りＳｔを第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置している。ここでいう「第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間」とは、光軸上において、第１レンズＬ１の物体側の面の外縁位置もしくは像側の面の外縁位置と第２レンズＬ２の物体側の面の外縁位置との間のことをいう。当然、光軸上で第１レンズＬ１の像側の面頂点位置近傍に絞りＳｔが配置される場合や第２レンズＬ２の物体側の面頂点位置近傍に絞りＳｔが配置される場合をも含む意味である。

この撮像レンズは、高性能化のためには、第１レンズＬ１ないし第５レンズＬ５のそれぞれにおいて、少なくとも１面に非球面を用いることが好ましい。

この撮像レンズにおいて、第１レンズＬ１は光軸近傍において正のパワーを有している。第１レンズＬ１は、物体側の面が光軸近傍において凸面とされている。第１レンズＬ１は光軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状であることが好ましい。

本明細書における参考例１〜４にかかる撮像レンズでは、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４および第５レンズＬ５の光軸近傍のパワーはそれぞれ、例えば負、正、負、正のパワーとされている（図１〜図４の第１〜第４の構成例）。また、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４および第５レンズＬ５の光軸近傍のパワーをそれぞれ、例えば正、負、正、負のパワーで構成しても良い（図５〜図１０の第５〜第１０の構成例）。

この撮像レンズでは、第２レンズＬ２ないし第５レンズＬ５において、アッベ数が３０以下の高分散の負レンズを１つのみ用いるようにしている。例えば、第２レンズＬ２ないし第５レンズＬ５を負、正、負、正のパワーで構成した場合には、第２レンズＬ２をアッベ数が３０以下の負レンズで構成すると良い。また例えば、第２レンズＬ２ないし第５レンズＬ５を正、負、正、負のパワーで構成した場合には、第３レンズＬ３をアッベ数が３０以下の負レンズで構成すると良い。

第２レンズＬ２は、光軸近傍においてメニスカス形状とされている。第２レンズＬ２を光軸近傍において負レンズとする場合、第２レンズＬ２が光軸近傍において像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズであることが好ましい。また、第２レンズＬ２を光軸近傍において正レンズとする場合、第２レンズＬ２が光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとされていることが好ましい。

第３レンズＬ３は。像側の面が光軸近傍において凸形状とされている。第３レンズＬ３を光軸近傍において正レンズとする場合、物体側の面を、光軸近傍において凹形状で周辺部において凸形状となるような非球面を用いることが好ましい。第３レンズＬ３を光軸近傍において負レンズとする場合、光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとされていることが好ましい。

第４レンズＬ４は、両面が非球面形状であることが好ましい。また、第４レンズＬ４には、光軸近傍と周辺部とで異なる凹凸形状となるような非球面を用いることが好ましい。例えば、像側の面が光軸近傍において凹形状であると共に周辺部において凸形状となるような非球面とされていることが好ましい。また、物体側の面が、光軸近傍において凸形状であると共に周辺部において凹形状となるような非球面とされていることが好ましい。

第５レンズＬ５は、両面が非球面形状であることが好ましい。第５レンズＬ５は、光軸近傍において物体側の面が凸面であることが好ましい。ただし、第５レンズＬ５の物体側の面を、光軸近傍において平面や弱い凹面（曲率半径の絶対値の大きい凹面）にすることも可能である。また、第５レンズＬ５は、像側の面が、周辺部において凸形状となるような非球面とされていることが好ましい。例えば第５レンズＬ５を光軸近傍において負レンズとする場合、像側の面が光軸近傍において凹形状で、周辺部において凸形状となるような非球面とされていることが好ましい。

この撮像レンズはまた、以下の条件を適宜選択的に満足することが好ましい。
０．８≦｜Ｒ１／Ｒ２｜≦２．５ ……（２）
１．５≦ＴＬ／ｆ≦２．０ ……（３）
Ｄ６／Ｄ８≦１．５ ……（４）
１．０≦｜ｆ５／ｆ｜≦１０．０ ……（５）
０．７５≦ｆ１／ｆ≦５．０ ……（６）
０．４≦｜ｆ３＊（１／ｆ４＋１／ｆ５）｜≦１．０ ……（７）
ただし、
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側の面の近軸曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像側の面の近軸曲率半径
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の近軸焦点距離
ｆ３：第３レンズＬ３の近軸焦点距離
ｆ４：第４レンズＬ４の近軸焦点距離
ｆ５：第５レンズＬ５の近軸焦点距離
ＴＬ：全長（最も物体側の面から像面までの光軸上距離。第５レンズＬ５の像側面頂点から像面までは空気換算長）
Ｄ６：第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との光軸上間隔
Ｄ８：第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との光軸上間隔
とする。

また、以下の条件を適宜選択的に満足することが好ましい。
０．１≦Ｄ５／ｆ≦０．２５ ……（１１）
ただし、
Ｄ５：第３レンズＬ３の中心厚
とする。

また特に、第１レンズＬ１ないし第５レンズＬ５を物体側から順に、正、正、負、正、負のパワーで構成した場合には、以下の条件を適宜選択的に満足することが好ましい。
ν３≦３０ ……（８）
０．４≦ｆ１２／ｆ≦１．０ ……（９）
０．２≦｜ｆ２／ｆ１｜≦０．８ ……（１０）
０．５≦ｆ４／ｆ≦１．２ ……（１２）
ただし、
ν３：第３レンズのアッベ数
ｆ１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離
ｆ２：第２レンズの近軸焦点距離
とする。

次に、以上のように構成された撮像レンズの作用および効果、特に条件式に関する作用および効果をより詳細に説明する。

本実施の形態に係る撮像レンズでは、全体として５枚というレンズ構成において、各レンズ要素のパワー配置の最適化を図ると共に、非球面を効率的に用いてレンズ形状の最適化を図ることで、レンズ構成の全体的な最適化が行われ、全長の短縮化を図りつつ、諸収差が良好に補正される。

特に、この撮像レンズでは、アッベ数が３０以下の高分散の負レンズを１つのみ用いたことで、全長の短縮化を図りつつ、軸上および倍率の色収差が良好に補正される。特に高分散の負レンズを２つ以上用いた場合に比べて像面周辺部での色収差の増大が抑えられる。

例えば第１レンズＬ１ないし第５レンズＬ５を物体側から順に、正、正、負、正、負のパワーで構成した場合には、第３レンズＬ３の負レンズに関して条件式（８）を満足してアッベ数ν３を小さくし、負レンズとしての分散を大きくすることで、軸上の色収差の補正を中心として倍率の色収差および像面湾曲の補正も良好に行うことができる。
なお、第３レンズＬ３を負レンズにすると絞りＳｔの位置が第１レンズＬ１よりも像側に配置される傾向になるが、広画角化を図りやすくなる。また、バックフォーカスを長く取ることが容易となる。

この撮像レンズでは、第１レンズＬ１の物体側の面を光軸近傍において凸形状としたことで、その物体側の面以降での光束を細くし、第１レンズＬ１の像側の面での球面収差補正を容易にしている。

非球面形状に関しては、特に、第４レンズＬ４を中心部と周辺部とで異なる形状に変化させていることで、像面の中心部から周辺部にわたって像面湾曲を良好に補正している。第４レンズＬ４では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３に比べて、画角ごとに光束が分離される。このため、特に、撮像素子１００に比較的近いレンズ面である第４レンズＬ４の像側の面を、光軸近傍において像側に凹形状で周辺部において像側に凸形状となるようにすることで、画角ごとの収差補正が適切になされ、光束の撮像素子１００への入射角度が一定の角度以下に制御される。従って、結像面全域における光量むらを軽減することができると共に、像面湾曲や歪曲収差等の補正に有利となる。

この撮像レンズでは、第５レンズＬ５を適切な非球面形状にすることで、像面格差、歪曲収差、周辺光量および光線の射出角度の補正を良好に行うことができる。第５レンズＬ５を非球面形状にしたとき、その非球面形状を中心部と周辺部とでなだらかに変化させることで、成型時の非球面形状の転写性能を良くすることができる。

この撮像レンズにおいて、レンズ全長を短縮化することと、撮像素子１００に最も近い最終レンズ面が撮像面に近づきすぎないようにすること、この２つの要求を満たすには、レンズ系の厚さＤＬ（図１参照）を適切な範囲にすることが好ましい。この撮像レンズにおいて非球面の面数を多くすると、製造時のばらつきに対する性能劣化の感度が大きくなる。厚さＤＬを小さくしすぎると、各レンズ要素の成型条件のばらつきや組み立て時のばらつきによる性能劣化が大きくなってしまう。

以下、その他の条件式の具体的意義について説明する。

条件式（２）は、第１レンズＬ１の近軸形状に関する。条件式（２）の上限を超えて、例えば第１レンズＬ１の物体側の面の曲率半径Ｒ１が大きくなると物体側の面でのパワーが減ることを意味し、全長を小さくするうえで不利になる。また、有効画角の外から入ってきた光線が第１レンズＬ１の像側の面で反射し、さらに物体側の面で反射して像面に到って形成されるようなゴースト光が発生しやすくなってしまう。下限を超えて、例えば第１レンズＬ１の物体側の面の曲率半径Ｒ１が小さくなると物体側の面でのパワーが強くなることを意味し、球面収差がアンダー気味になると共に、歪曲収差がアンダー側、樽型の傾向になりすぎてしまう。
より良好な性能を得るために、条件式（２）の数値範囲は、
１．５≦｜Ｒ１／Ｒ２｜≦２．５ ……（２’）
であることが好ましい。

条件式（３）は、レンズ系の全長ＴＬに関する。条件式（３）の上限を超えると、全長ＴＬが大きくなりすぎてしまい、全長ＴＬの短縮化に不利となる。下限を超えると、全長ＴＬの短縮化には有利になるものの、画質の低下を招く。
より良好な性能を得るために、条件式（３）の数値範囲は、
１．６≦ＴＬ／ｆ≦２．０ ……（３’）
であることが好ましい。
より好ましくは、
１．７≦ＴＬ／ｆ≦１．９ ……（３''）
であると良い。

条件式（４）は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とのレンズ間隔Ｄ６、および第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とのレンズ間隔Ｄ８に関する。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とのレンズ間隔Ｄ６は、一般に、組み立て時にどこまで近づけられるかの物理的限界がある。条件式（４）は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とのレンズ間隔Ｄ８が、その限界からどれくらい余裕を持たせて設計されているかを表す。条件式（４）の上限を超えると、一般的に最終レンズである第５レンズＬ５と撮像素子１００との間隔が縮まってしまい、平行平面板やフィルタ類を挿入できなくなってしまう。また、撮像素子１００への主光線の入射角度が大きくなり、テレセントリック性が悪化してしまう傾向がある。下限を超えると、第４レンズＬ４の像側の面と第５レンズＬ５の物体側の面で形成される空気レンズの厚さが薄くなり、中間画角での像面湾曲、コマ収差、および歪曲収差を十分に補正できなくなる。
より良好な性能を得るために、条件式（４）の数値範囲は、
０．０３≦Ｄ６／Ｄ８≦０．８ ……（４’）
であることが好ましい。
特に、第４レンズＬ４の光軸近傍のパワーが負である場合、
０．０３≦Ｄ６／Ｄ８＜０．２ ……（４''）
であることがより好ましい。
また特に、第４レンズＬ４の光軸近傍のパワーが正である場合、
０．２≦Ｄ６／Ｄ８≦０．８ ……（４'''）
であることがより好ましい。

条件式（５）は、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５に関する。第５レンズＬ５は、主に像面湾曲、光線の射出角度、および歪曲収差の最終調整のための補正レンズとして使われる。条件式（５）の上限または下限を超えると、中間画角での像面湾曲の補正がしにくくなる。
より良好な性能を得るために、条件式（５）の数値範囲は、
第５レンズＬ５の光軸近傍のパワーが正である場合、
１．３≦｜ｆ５／ｆ｜＜２．５ ……（５’）
であることが好ましい。
また特に、第５レンズＬ５の光軸近傍のパワーが負である場合、
２．５≦｜ｆ５／ｆ｜≦１０．０ ……（５''）
であることが好ましい。

条件式（６）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１に関する。条件式（６）の上限を超えると、第１レンズＬ１のパワーが減ることを意味し、全長を小さくするうえで不利になる。下限を超えると、第１レンズＬ１のパワーが増えることを意味し、球面収差がアンダー気味になると共に、歪曲収差がアンダー側、樽型の傾向になりすぎてしまう。また、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２とのバランスがとりづらくなり、瞳の中間域での球面収差が不良になる。また、屈折率あるいは、物体側の面の曲率半径Ｒ１が小さくなることで、その面での製造ばらつきに対する性能劣化も大きくなりやすくなってしまう。
より良好な性能を得るために、条件式（６）の数値範囲は、
１．２≦ｆ１／ｆ≦２．５ ……（６’）
であることが好ましい。より好ましくは、
１．３≦ｆ１／ｆ≦１．７ ……（６''）
であることが好ましい。

条件式（７）は、この撮像レンズの後半の３つのレンズ（第３レンズＬ３〜第５レンズＬ５）の適切なパワーの関係を規定している。条件式（７）の上限を超えると、撮像素子１００への主光線の入射角度が大きくなり、テレセントリック性が悪化してしまう。下限を超えると、全長の短縮化およびテレセントリック性の確保には有利であるが、倍率および軸上の色収差が大きくなってしまい、解像性能が劣化する。

条件式（９）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成焦点距離ｆ１２に関する。条件式（９）の上限を超えると、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成のパワーが減ることを意味し、全長を小さくする上で不利になる。下限を超えると、合成のパワーが増えることを意味し、球面収差がアンダー気味になると共に、歪曲収差がアンダー側、樽型の傾向になりすぎてしまう。
より良好な性能を得るために、条件式（９）の数値範囲は、
０．５≦ｆ１２／ｆ≦０．８ ……（９’）
であることが好ましい。

条件式（１０）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とのパワーのバランスに関する。条件式（１０）の上限を超えると、第２レンズＬ２のパワーに対し第１レンズＬ１のパワーが強くなりすぎてしまうことを意味し、像面湾曲がアンダーになり周辺光量が低下する。また、歪曲収差がマイナス側（樽型）の傾向になりすぎてしまう。下限を超えると、第２レンズＬ２のパワーに対し第１レンズＬ１のパワーが弱くなりすぎてしまうことを意味し、全長を小さくする上で不利になる。
より良好な性能を得るために、条件式（１０）の数値範囲は、
０．３≦｜ｆ２／ｆ１｜≦０．６５ ……（１０’）
であることが好ましい。

条件式（１１）は、第３レンズＬ３の中心厚Ｄ５に関する。条件式（１１）の上限を超えると、全長の短縮化を図ったときに第３レンズＬ３の肉厚比の増大が生じ、成型時に面形状を安定して成型しにくくなる。また、例えば広画角化を図る際に、最大像高に対して８割程度の像高において撮像素子１００への入射角度が大きくなってしまう。下限を超えると、主に中間画角での像面湾曲および歪曲収差が悪化してしまう。

条件式（１２）は、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４に関する。条件式（１２）は、この撮像レンズの後半のレンズ（第３レンズＬ３〜第５レンズＬ５）のパワーバランスと収差補正を担っている。条件式（１２）の上限を超えると、第４レンズＬ４のパワーが弱くなりすぎ、特に撮像素子１００への入射角度が大きくなってしまう。下限を超えると、第４レンズＬ４のパワーが強くなりすぎ、パワーバランスをとるために第３レンズＬ３と第５レンズＬ５のパワーも大きくなってしまう。この場合、収差をなめらかに補正することが困難となる。
より良好な性能を得るために、条件式（１２）の数値範囲は、
０．６≦ｆ４／ｆ≦１．０ ……（１２’）
であることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、レンズ構成の全体的な最適化を行うようにしたので、全長の短縮化を図りつつ、諸収差が良好に補正され、中心画角から周辺画角まで高い結像性能を有するレンズ系を実現できる。特に、非球面を効率的に用いて各レンズ形状の最適化を図ると共に、アッベ数が３０以下の高分散の負レンズを１つのみ用いるようにしたので、全長の短縮化を図りつつ、特に軸上および倍率の色収差が良好に補正される。また、適宜好ましい条件を満足することで、製造適性が良好で、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、中心画角から周辺画角まで高解像の撮影画像を得ることができる。

次に、本実施の形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例および数値参考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。

図１１および図２１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。特に図１１にはその基本的なレンズデータを示し、図２１には非球面に関するデータを示す。図１１に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、参考例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（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。図１１の欄外には、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）の値を示す。

この参考例１に係る撮像レンズは、第１レンズＬ１ないし第５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。図１１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。

図２１には参考例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。

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Ａｉ，Ｋ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−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｉ・ｈⁱ ……（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）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａｉ：第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数

参考例１の撮像レンズでは、各非球面が、非球面係数Ａｉとして、第１０次までの係数Ａ３〜Ａ１０を必要に応じて有効に用いて表されている。

以上の参考例１の撮像レンズと同様にして、図２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参考例２として、図１２および図２２に示す。また同様にして、図３〜図１０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参考例３、参考例４、実施例５ないし実施例９および参考例１０として、図１３〜図２０および図２３〜図３０にそれぞれ示す。これらの参考例２〜参考例４、実施例５〜実施例９および参考例１０に係る撮像レンズにおいても、第１レンズＬ１ないし第５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。

また、図３１には、上述の各条件式に関する値を、各実施例および各参考例についてまとめたものを示す。図３１において、数値に「＊」を付した部分は条件式の数値範囲から外れていることを示している。

図３２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、参考例１の撮像レンズにおける球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および非点収差図には、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示す。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。ＦＮｏ．はＦ値、Ｙは像高を示す。

同様に、参考例２の撮像レンズについての諸収差を図３３（Ａ）〜（Ｃ）に示す。同様にして、参考例３ないし参考例４、実施例５ないし実施例９および参考例１０の撮像レンズについての諸収差を図３４（Ａ）〜（Ｃ）ないし図４１（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、全長の短縮化と共に高い結像性能が実現されている。

なお、本発明は、上記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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、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。

また、上記各実施例では、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。

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番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１００…撮像素子（像面）。

Claims (12)

1. 物体側から順に、
   物体側の面が凸面とされた正のパワーを有する第１レンズと、
   光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズである第２レンズと、
   光軸近傍の形状が物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第３レンズと、
   像側の面が光軸近傍において凹形状であると共に周辺部において凸形状であり、光軸近傍において正のパワーを有する第４レンズと、
   像側の面が光軸近傍において凹形状である第５レンズと
   からなることを特徴とする５枚構成の撮像レンズ。
2. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   ０．８≦｜Ｒ１／Ｒ２｜≦２．５ ……（２）
   ただし、
   Ｒ１：第１レンズの物体側の面の近軸曲率半径
   Ｒ２：第１レンズの像側の面の近軸曲率半径
   とする。
3. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   １．５≦ＴＬ／ｆ≦２．０ ……（３）
   ただし、
   ｆ：全体の焦点距離
   ＴＬ：全長（最も物体側の面から像面までの光軸上距離。第５レンズＬ５の像側面頂点から像面までは空気換算長）
   とする。
4. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   Ｄ６／Ｄ８≦１．５ ……（４）
   ただし、
   Ｄ６：第３レンズと第４レンズとの光軸上間隔
   Ｄ８：第４レンズと第５レンズとの光軸上間隔
   とする。
5. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   １．０≦｜ｆ５／ｆ｜≦１０．０ ……（５）
   ただし、
   ｆ：全体の焦点距離
   ｆ１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離
   ｆ５：第５レンズの近軸焦点距離
   とする。
6. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   ０．７５≦ｆ１／ｆ≦５．０ ……（６）
   ただし、
   ｆ１：第１レンズの近軸焦点距離
   とする。
7. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   ０．４≦｜ｆ３＊（１／ｆ４＋１／ｆ５）｜≦１．０ ……（７）
   ただし、
   ｆ３：第３レンズの近軸焦点距離
   ｆ４：第４レンズの近軸焦点距離
   ｆ５：第５レンズの近軸焦点距離
   とする。
8. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   ν３≦３０ ……（８）
   ただし、
   ν３：第３レンズのアッベ数
   とする。
9. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
   ０．４≦ｆ１２／ｆ≦１．０ ……（９）
   ただし、
   ｆ：全体の焦点距離
   ｆ１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離
   とする。
10. 前記第１レンズが光軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状であり、
    さらに以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の５枚構成の撮像レンズ。
    ０．２≦｜ｆ２／ｆ１｜≦０．８ ……（１０）
    ただし、
    ｆ１：第１レンズの近軸焦点距離
    ｆ２：第２レンズの近軸焦点距離
    とする。
11. 前記第１レンズと前記第２レンズの間に配置された絞りを備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項記載の５枚構成の撮像レンズ。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の撮像レンズと、
    前記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撮像素子と
    を備えたことを特徴とする撮像装置。

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