JP2014197105A - 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】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、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第１レンズＬ１と、両凹形状である第２レンズＬ２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズＬ４と、負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも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、所定の条件式を満足する。【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、撮像レンズをレンズ枚数が比較的多い５枚または６枚構成とすることが考えられる。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、正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、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を提案している。

米国特許第８３１０７６８号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３３７６５号明細書

一方、特に携帯端末、スマートフォンまたはタブレット端末のような薄型化が進む装置に用いられる撮像レンズには、レンズ全長の短縮化の要求が益々高まっている。このために、上記特許文献１および２に記載の撮像レンズは全長をさらに短縮化することが求められる。

本発明は上述の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、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。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第１レンズと、
両凹形状である第２レンズと、
物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第３レンズと、
像側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも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（１）を満足することを特徴とするものである。

１．４＜ｆ／ｆ１＜４ （１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
とする。

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、第１レンズから第５レンズ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、高解像性能を有するレンズ系を実現することができる。

なお、本発明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、撮像素子、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。また、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。

本発明の撮像レンズにおいて、さらに、次の好ましい構成を採用して満足することで、光学性能をより良好なものとすることができる。

本発明の撮像レンズにおいて、第４レンズは正の屈折力を有することが好ましい。

本発明の撮像レンズにおいて、第２レンズの物体側の面より物体側に配置された開口絞りをさらに備えていることが好ましい。

本発明の撮像レンズは、以下の条件式（１−１）から（１０）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、条件式（１）から（１０）のいずれか１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。ただし、条件（７−１）については、第１レンズから第３レンズの合成屈折力が正である場合において、条件式（７−１）を満足することが好ましい。

１．５＜ｆ／ｆ１＜３．５ （１−１）
−３＜ｆ／ｆ２＜−０．８５ （２）
−２．５＜ｆ／ｆ２＜−０．９ （２−１）
０．７８＜ｆ／ｆ１２＜２．５ （３）
０．８＜ｆ／ｆ１２＜２ （３−１）
―２＜ｆ／ｆ３４５＜０ （４）
−１．５＜ｆ／ｆ３４５＜−０．０５ （４−１）
−０．５＜ｆ１／ｆ３＜０．４ （５）
−０．４＜ｆ１／ｆ３＜０．２ （５−１）
−１＜（Ｒ３ｆ−Ｒ３ｒ）／（Ｒ３ｆ＋Ｒ３ｒ）＜１．２ （６）
−０．６＜（Ｒ３ｆ−Ｒ３ｒ）／（Ｒ３ｆ＋Ｒ３ｒ）＜１ （６−１）
−４＜ｆ／ｆ５＜−０．２ （７）
−３＜ｆ／ｆ５＜−０．４ （７―１）
０．５＜ｆ・ｔａｎω／Ｒ５ｒ＜１０ （８）
０．７＜ｆ・ｔａｎω／Ｒ５ｒ＜３ （８―１）
−０．９＜ｆ／ｆ３＜０．７ （９）
０．０５＜Ｄ７／ｆ＜０．２ （１０）
ただし、
ｆ：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
ｆ５：第５レンズの焦点距離
ｆ１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離
ｆ３４５：第３レンズから第５レンズの合成焦点距離
Ｒ３ｆ：第３レンズの物体側の面の近軸曲率半径
Ｒ３ｒ：第３レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｒ５ｒ：第５レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｄ７：第３レンズと第４レンズとの間の光軸上の間隔
ω：半画角
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を得ることができる。

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レンズおよび第５レンズの形状を好適に構成したので、全長を短縮化しつつ、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を実現できる。

また、本発明の撮像装置によれば、本発明の高い結像性能を有する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、高解像の撮影画像を得ることができる。

本発明の一実施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。 図１に示す撮像レンズの光線図である。 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（像面湾曲）、（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（像面湾曲）、（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（像面湾曲）、（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（像面湾曲）、（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（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 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、（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。 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。

以下、本発明の実施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から第６の実施形態に係る数値実施例（表３〜表１２）のレンズ構成に対応する第２から第６の構成例の断面構成を図２〜図６に示す。図１〜図６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６の構成例についても説明する。また、図７は図１に示す撮像レンズＬ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１４に、本発明の実施形態に係る撮像装置１である携帯電話端末の概観図を示す。本発明の実施形態に係る撮像装置１は、本実施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（像面Ｒ１４）に配置される。

図１５に、本発明の実施形態に係る撮像装置５０１であるスマートフォンの概観図を示す。本発明の実施形態に係る撮像装置５０１は、本実施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（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よい。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よい。

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、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。このように、開口絞りＳｔを第２レンズＬ２の物体側の面よりも物体側に配置したことにより、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。この効果をさらに高めるために、開口絞りＳｔを、第１レンズＬ１の物体側の面より物体側に配置することが好ましい。なお、「第２レンズの物体側の面より物体側に配置」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の物体側の面と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。同様に、「第１レンズの物体側の面より物体側に配置」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の物体側の面と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。

本実施形態において、第３および第６の構成例のレンズ（図３，６）が、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の物体側の面より物体側に配置された構成例であり、第１、第２、第４および第５の構成例のレンズが（図１，２，４，５）、開口絞りＳｔが第２レンズＬ２の物体側より物体側に配置された構成例である。なお、ここに示す開口絞り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。

なお、開口絞りＳｔを第２レンズＬ２の物体側の面よりも物体側に配置した場合において、第１レンズＬ１の物体側の面より物体側に、フレア成分やゴースト成分を抑制するためのフレア絞りをさらに備えるものとしてもよい。本実施形態において、第１および第２の構成例のレンズ（図１，２）が、フレア絞りを備えた構成例である。なお、図１および図２において、フレア絞りに参照符号Ｓｔ１を、開口絞りに参照符号Ｓｔ２を付与している。この場合、開口絞りＳｔ２はＦｎｏ．を制限する絞りであり、フレア絞りＳｔ１は周辺画角の光束を制限する絞りとなる。

さらに、開口絞りＳｔを光軸方向において第１レンズＬ１の物体側の面よりも物体側に配置した場合において、開口絞りＳｔを第１レンズＬ１の面頂点よりも像側に配置することが好ましい。このように、開口絞りＳｔを第１レンズＬ１の面頂点よりも像側に配置した場合には、開口絞りＳｔを含めた撮像レンズの全長を短縮化することができる。また、本実施形態において、開口絞りＳｔは第１レンズＬ１の面頂点よりも像側に配置されているが、これに限定されず、開口絞りＳｔを第１レンズＬ１の面頂点よりも物体側に配置されていてもよい。開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の面頂点よりも物体側に配置されている場合には、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の面頂点よりも像側に配置されている場合より周辺光量の確保の観点からはやや不利であるが、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さらに好適に抑制することができる。

また、図１，２，４，５に示す第１、第２、第４および第５の実施形態に係る撮像レンズのように、開口絞りＳｔ（Ｓｔ２）を光軸方向において第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置してもよい。この場合には、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、開口絞りＳｔを光軸方向において第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置した場合には、開口絞りＳｔを光軸方向において第１レンズＬ１の物体側の面より物体側に配置した場合よりもテレセントリック性を確保する、すなわち、主光線を光軸にできるだけ平行な状態にする（撮像面における入射角度がゼロに近くなるようにする）ためには不利であるものの、撮像素子技術の発展に伴い近年実現された、入射角度の増大に起因する受光効率の低下や混色の発生が従来よりも低減された撮像素子を適用することにより、好適な光学性能を実現することができる。

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し、光軸近傍において物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。各実施形態にも示されるように、最も物体側のレンズである第１レンズＬ１を、正の屈折力を有し、光軸近傍で物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることにより、第１レンズＬ１の後側主点位置を物体側に寄せやすくなり、全長を好適に短縮化できる。

第２レンズＬ２は、光軸近傍において両凹形状である。このことにより、色収差を良好に補正しつつ、高次の球面収差の発生を好適に抑制することができ、かつ好適に全長の短縮化を実現することができる。

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メニスカス形状である。このことにより、第３レンズＬ３の後側主点位置をより好適に物体側に寄せることができるため、好適に全長の短縮化を実現することができる。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メニスカス形状とされているものであれば、光軸近傍において正の屈折力を有するように構成することができ、光軸近傍において負の屈折力を有するように構成することもできる。図１〜図３に示す第１から第３の実施形態に係る撮像レンズのように、第３レンズＬ３を光軸近傍において正の屈折力を有するように構成した場合には、より好適に全長の短縮化を実現することができる。また、図４〜図６にそれぞれ示す第４から第６の実施形態に係る撮像レンズのように、第３レンズＬ３を光軸近傍において負の屈折力を有するように構成した場合には、色収差をより良好に補正することができる。

第４レンズＬ４は、光軸近傍において像側に凸面を向けたメニスカス形状である。このことにより、非点収差を好適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とが好ましい。このことにより、特に中間画角において、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好適に抑制することができ、かつ全長を好適に短縮化しつつ、倍率色収差を良好に補正できる。

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。また、第５レンズＬ５が光軸近傍で負の屈折力を有することにより、像面湾曲を好適に補正することができる。また、第５レンズＬ５は光軸近傍において像側に凹面を向けている場合には、より好適に全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。この効果をさらに高めるために、第１、第２および第６の実施形態に示すように、第５レンズＬ５を光軸近傍において像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることが好ましい。

また、第５レンズＬ５は、像側の面の有効径内に少なくとも１つの変曲点を有する。第５レンズＬ５の像側の面における「変曲点」とは、第５レンズＬ５の像側の面形状が像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。変曲点の位置は、第５レンズＬ５の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の像側の面を少なくとも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から第５レンズＬ１〜Ｌ５の各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しつつ、高解像性能を有するレンズ系を実現できる。

この撮像レンズＬは、高性能化のために、第１レンズＬ１から第５レンズＬ５のそれぞれのレンズの少なくとも一方の面に、非球面を用いることが好適である。

また、撮像レンズＬを構成する各レンズＬ１〜Ｌ５は接合レンズでなく単レンズとすることが好ましい。各レンズＬ１〜Ｌ５のいずれかを接合レンズとした場合よりも、非球面数が多いため、各レンズの設計自由度が高くなり、好適に全長の短縮化を図ることができるからである。

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。

まず、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。

１．４＜ｆ／ｆ１＜４ （１）
条件式（１）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１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（１）の下限以下とならないように、第１レンズＬ１の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第１レンズＬ１の正の屈折力が弱くなりすぎず、好適に全長を短縮化することできる。条件式（１）の上限以上とならないように、第１レンズＬ１の屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第１レンズＬ１の正の屈折力が強くなりすぎず、特に球面収差が良好に補正できる。この効果をより高めるために、条件式（１−１）を満足することがより好ましく、条件式（１−２）を満足することがさらに好ましい。

１．５＜ｆ／ｆ１＜３．５ （１−１）
１．６＜ｆ／ｆ１＜３ （１−２）
また、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。

−３＜ｆ／ｆ２＜−０．８５ （２）
条件式（２）は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２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（２）の下限以下とならないように、第２レンズＬ２の屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第２レンズＬ２の屈折力が強くなりすぎず、好適に全長を短縮化することできる。条件式（２）の上限以上とならないように、第２レンズＬ２の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第２レンズＬ２の屈折力が弱くなりすぎず、特に軸上色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（２−１）を満足することがより好ましく、条件式（２−２）を満足することがさらに好ましい。

−２．５＜ｆ／ｆ２＜−０．９ （２−１）
−２＜ｆ／ｆ２＜−０．９５ （２−２）
また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成焦点距離ｆ１２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。

０．７８＜ｆ／ｆ１２＜２．５ （３）
条件式（３）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成焦点距離ｆ１２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１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成屈折力が弱くなりすぎず、好適に全長を短縮化することできる。条件式（３）の上限以上とならないように、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成屈折力が強くなりすぎず、特に球面収差および軸上色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（３−１）を満足することがより好ましく、条件式（３−２）を満足することがさらに好ましい。

０．８＜ｆ／ｆ１２＜２ （３−１）
０．９＜ｆ／ｆ１２＜１．８ （３−２）
また、第３レンズＬ３から第５レンズＬ５の合成焦点距離ｆ３４５および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。

―２＜ｆ／ｆ３４５＜０ （４）
条件式（４）は、第３レンズＬ３から第５レンズＬ５の合成焦点距離ｆ３４５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（４）の下限以下とならないように、第３レンズＬ３から第５レンズＬ５の合成屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第３レンズＬ３から第５レンズＬ５の合成屈折力が強くなりすぎず、特に中間画角において、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。条件式（４）の上限以上とならないように、第３レンズＬ３から第５レンズＬ５の合成屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第３レンズＬ３から第５レンズＬ５の合成屈折力が弱くなりすぎず、好適に全長を短縮化することできる。この効果をより高めるために、条件式（４−１）を満足することがより好ましく、条件式（４−２）を満足することがさらに好ましい。

−１．５＜ｆ／ｆ３４５＜−０．０５ （４−１）
−１．２＜ｆ／ｆ３４５＜−０．０５ （４−２）
また、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１および第３レンズの焦点距離ｆ３は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。

−０．５＜ｆ１／ｆ３＜０．４ （５）
条件式（５）は、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３に対する第１レンズの焦点距離ｆ１の比の好ましい数値範囲を規定するものである。第３レンズＬ３を負の屈折力を有するようにした場合に、条件式（５）の下限以下とならないように、第１レンズＬ１の屈折力に対して第３レンズＬ３の屈折力を確保することで、第３レンズＬ３の負の屈折力が第１レンズＬ１の屈折力に対して強くなりすぎず、好適に全長の短縮化を実現できる。第３レンズＬ３を正の屈折力を有するようにした場合に、条件式（５）の上限以上とならないように、第１レンズＬ１の屈折力に対して第３レンズＬ３の屈折力を確保することで、第３レンズＬ３の正の屈折力が第１レンズＬ１の屈折力に対して強くなりすぎず、球面収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（５−１）を満足することがより好ましい。

−０．４＜ｆ１／ｆ３＜０．２ （５−１）
第３レンズＬ３の物体側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｆおよび第３レンズＬ３の像側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｒは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。

−１＜（Ｒ３ｆ−Ｒ３ｒ）／（Ｒ３ｆ＋Ｒ３ｒ）＜１．２ （６）
条件式（６）は、第３レンズＬ３の物体側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｆおよび第３レンズＬ３の像側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｒの好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（６）の下限以下とならないように、第３レンズＬ３の物体側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｆおよび第３レンズＬ３の像側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｒを設定することにより、好適に全長を短縮化することできる。条件式（６）の上限以上とならないように、第３レンズＬ３の物体側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｆおよび第３レンズＬ３の像側の面の近軸曲率半径Ｒ３ｒを設定することにより、球面収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（６−１）を満足することがより好ましい。

−０．６＜（Ｒ３ｆ−Ｒ３ｒ）／（Ｒ３ｆ＋Ｒ３ｒ）＜１ （６−１）
また、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。

−４＜ｆ／ｆ５＜−０．２ （７）
条件式（７）は、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５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（７）の下限以下とならないように、第５レンズＬ５の屈折力を維持することにより、全系の正の屈折力に対して第５レンズＬ５の屈折力が強くなりすぎず、特に中間画角において、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。条件式（７）の上限以上とならないように、第５レンズＬ５の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第５レンズＬ５の屈折力が弱くなりすぎず、像面湾曲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。この効果をより高めるために、第１レンズＬ１から第３レンズＬ３の合成屈折力が正である場合において、条件式（７−１）を満足することがより好ましい。

−３＜ｆ／ｆ５＜−０．４ （７―１）
また、全系の焦点距離ｆ、半画角ω、第５レンズＬ５の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５ｒは、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。

０．５＜ｆ・ｔａｎω／Ｒ５ｒ＜１０ （８）
条件式（８）は、第５レンズＬ５の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５ｒに対する近軸像高（ｆ・ｔａｎω）の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（８）の下限以下とならないように、第５レンズＬ５の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５ｒに対する近軸像高（ｆ・ｔａｎω）を設定することで、近軸像高（ｆ・ｔａｎω）に対して撮像レンズの最も像側の面である第５レンズＬ５の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５ｒの絶対値が大きくなりすぎず、全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を十分に補正することができる。また、条件式（８）の上限以上とならないように、第５レンズＬ５の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５ｒに対する近軸像高（ｆ・ｔａｎω）を設定することで、近軸像高（ｆ・ｔａｎω）に対して撮像レンズの最も像側の面である第５レンズＬ５の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５ｒの絶対値が小さくなりすぎず、特に中間画角において、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。この効果をより高めるために、条件式（８−１）を満足することが好ましい。

０．７＜ｆ・ｔａｎω／Ｒ５ｒ＜３ （８−１）
また、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。

−０．９＜ｆ／ｆ３＜０．７ （９）
条件式（９）は、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３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。第３レンズＬ３を負の屈折力を有するものとした場合に、条件式（９）の下限以下とならないように、第３レンズＬ３の屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第３レンズＬ３の負の屈折力が強くなりすぎず、好適に全長を短縮化することができる。第３レンズＬ３を正の屈折力を有するものとした場合に、条件式（９）の上限以上とならないように、第３レンズＬ３の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第３レンズＬ３の正の屈折力が強くなりすぎず、球面収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（９−１）を満足することがより好ましい。

−０．４＜ｆ／ｆ３＜０．５ （９−１）
また、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との光軸上の間隔Ｄ７と全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。

０．０５＜Ｄ７／ｆ＜０．２ （１０）
条件式（１０）は、全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との光軸上の間隔Ｄ７の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（１０）の下限以下とならないように、全系の焦点距離ｆに対して第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との光軸上の間隔Ｄ７を確保することにより、全長を短縮化した場合に発生しやすい歪曲収差を好適に抑制することができる。条件式（１０）の上限以上とならないように、全系の焦点距離ｆに対して第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との光軸上の間隔Ｄ７を維持することにより、非点収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（１０−１）を満足することが好ましい。

０．０７＜Ｄ７／ｆ＜０．１７ （１０−１）
次に、図２〜図６を参照しながら、本発明の第２から第６の実施形態に係る撮像レンズについて詳細に説明する。図１〜図６に示す第１から第６の実施形態に係る撮像レンズは、第１レンズＬ１から第５レンズＬ５のすべての面が非球面形状とされている。また、本発明の第２から第６の実施形態に係る撮像レンズは、第１の実施形態と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第１レンズＬ１と、両凹形状である第２レンズＬ２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズＬ４と、負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも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個のレンズから構成される。このため、以下の第２から第６の実施形態においては、各レンズ群を構成する各レンズの他の詳細な構成についてのみ説明する。また、第１から第６の実施形態の間で互いに共通する構成の作用効果はそれぞれ同じ作用効果を有するため、実施形態の順番が早いものについて構成およびその作用効果を説明し、その他の実施形態の共通する構成およびその作用効果の重複説明を省略する。

図２に示す第２の実施形態に係る撮像レンズＬは、第１の実施形態と第１レンズＬ１から第５レンズＬ５のレンズの構成を共通としており、これらのレンズの各構成によれば第１の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

また、図３に示す第３の実施形態のように、第５レンズＬ５が両凹形状を有するように構成し、第５レンズＬ５が両凹形状を有することを除いて、第１の実施形態と第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の構成を共通としてもよい。第５レンズを両凹形状とすることで、強い負の屈折力を与えることが可能となり、全長を好適に短縮化できる。また、第３の実施形態において、第１の実施形態と共通する第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の各構成によって第１の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

また、図４に示す第４の実施形態のように、第３レンズＬ３を光軸近傍で負の屈折力を有するように構成し、第３レンズＬ３が光軸近傍で負の屈折力を有することを除いて、第３の実施形態と第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の構成を共通としてもよい。第３レンズＬ３を光軸近傍で負の屈折力を有するものとすることにより、色収差を良好に補正することができる。また、第４の実施形態において、第３の実施形態と共通する第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の各構成によって第３の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

図５に示す第５の実施形態に係る撮像レンズＬは、第４の実施形態と第１レンズＬ１から第５レンズＬ５のレンズの構成を共通としており、これらのレンズの各構成によれば第４の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

また、図６に示す第６の実施形態のように、第５レンズＬ５を像側に凹面を向けたメニスカス形状を有するように構成し、第５レンズＬ５が像側に凹面を向けたメニスカス形状を有することを除いて、第４の実施形態と第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の構成を共通としてもよい。第５レンズＬ５を像側に凹面を向けたメニスカス形状を有するものとすることにより、全長を好適に短縮化できる。また、第６の実施形態において、第４の実施形態と共通する第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の各構成によって第４の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

以上説明したように、本発明の実施形態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、各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しつつ、高解像性能を有するレンズ系を実現できる。

また、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、本実施形態に係る撮像装置によれば、本実施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、本発明の実施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面を１番目（開口絞りＳｔ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（５８７．５６ｎｍ）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。なお、各レンズデータには、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）とレンズ全長ＴＬ（ｍｍ）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おり、レンズ全長ＴＬにおいてバックフォーカス分は同様に空気換算した値を用いている。

この実施例１に係る撮像レンズは、第１レンズＬ１から第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。

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，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｝＋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）
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
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６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から実施例６として、表３〜表１２に示す。これらの実施例１〜６に係る撮像レンズでは、第１レンズＬ１から第５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。

なお、実施例1においては、第１レンズＬ１の面頂点から像側へ０．１０１ｍｍの位置に直径が１．６７５ｍｍの、実施例２においては０．１０１ｍｍの位置に直径が１．６７０ｍｍのフレア絞りが配置されているが、表１，３においては省略している。図８（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５８７．５６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図、倍率色収差図には、ｇ線(波長４３５．８３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)、および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。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から実施例６の撮像レンズについての諸収差を図９（Ａ）〜（Ｄ）から図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

また、表１３には、本発明に係る各条件式（１）〜（１０）に関する値を、各実施例１〜６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、各実施例について、全長を短縮化しながらも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、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。

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 (20)

1. 物体側から順に、
   正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第１レンズと、
   両凹形状である第２レンズと、
   物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第３レンズと、
   像側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズと、
   負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも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（１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   １．４＜ｆ／ｆ１＜４ （１）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
   とする。
2. さらに以下の条件式を満足する請求項１記載の撮像レンズ。
   −３＜ｆ／ｆ２＜−０．８５ （２）
   ただし、
   ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
   とする。
3. 前記第４レンズは正の屈折力を有する請求項１または２記載の撮像レンズ。
4. さらに以下の条件式を満足する請求項１から３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．７８＜ｆ／ｆ１２＜２．５ （３）
   ただし、
   ｆ１２：前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点距離
   とする。
5. さらに以下の条件式を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ―２＜ｆ／ｆ３４５＜０ （４）
   ただし、
   ｆ３４５：前記第３レンズから前記第５レンズの合成焦点距離
   とする。
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項記載の撮像レンズ。
   −０．５＜ｆ１／ｆ３＜０．４ （５）
   ただし、
   ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
   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項記載の撮像レンズ。
   −１＜（Ｒ３ｆ−Ｒ３ｒ）／（Ｒ３ｆ＋Ｒ３ｒ）＜１．２ （６）
   ただし、
   Ｒ３ｆ：前記第３レンズの物体側の面の近軸曲率半径
   Ｒ３ｒ：前記第３レンズの像側の面の近軸曲率半径
   とする。
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項記載の撮像レンズ。
   −４＜ｆ／ｆ５＜−０．２ （７）
   ただし、
   ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
   とする。
9. さらに以下の条件式を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．５＜ｆ・ｔａｎω／Ｒ５ｒ＜１０ （８）
   ただし、
   ω：半画角
   Ｒ５ｒ：前記第５レンズの像側の面の曲率半径
   とする。
10. さらに以下の条件式を満足する請求項１から９のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    −０．９＜ｆ／ｆ３＜０．７ （９）
    ただし、
    ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
    とする。
11. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    ０．０５＜Ｄ７／ｆ＜０．２ （１０）
    ただし、
    Ｄ７：前記第３レンズと前記第４レンズとの間の光軸上の間隔
    とする。
12. 前記第２レンズの物体側の面より物体側に配置された開口絞りをさらに備えた請求項１から１１のいずれか１項記載の撮像レンズ。
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項記載の撮像レンズ。
    １．５＜ｆ／ｆ１＜３．５ （１−１）
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項記載の撮像レンズ。
    −２．５＜ｆ／ｆ２＜−０．９ （２−１）
    ただし、
    ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
    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項記載の撮像レンズ。
    ０．８＜ｆ／ｆ１２＜２ （３−１）
    ただし、
    ｆ１２：前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点距離
    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項記載の撮像レンズ。
    −１．５＜ｆ／ｆ３４５＜−０．０５ （４−１）
    ただし、
    ｆ３４５：前記第３レンズから前記第５レンズの合成焦点距離
    とする。
17. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    −０．４＜ｆ１／ｆ３＜０．２ （５−１）
    ただし、
    ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
    とする。
18. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１７のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    −０．６＜（Ｒ３ｆ−Ｒ３ｒ）／（Ｒ３ｆ＋Ｒ３ｒ）＜１ （６−１）
    ただし、
    Ｒ３ｆ：前記第３レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｒ３ｒ：前記第３レンズの像側の面の近軸曲率半径
    とする。
19. 前記第１レンズから前記第３レンズの合成屈折力が正である場合において、さらに以下の条件式を満足する請求項１から１８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    −３＜ｆ／ｆ５＜−０．４ （７―１）
    ただし、
    ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
    とする。
20. 請求項１記載の撮像レンズを有する撮像装置。