JP2014228570A - 広角撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】広角撮像レンズにおいて、明るいレンズとしつつ、小型化、広角化および高性能化を実現可能とする。【解決手段】撮像レンズ1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第1レンズL1、負の第2レンズL2、正の第3レンズL3、絞り、負の第4レンズL4、および正の第5レンズL5からなる。第4レンズL4と第5レンズL5とは接合されており、接合面は物体側に凸面を向け、接合面は非球面からなる。接合面の曲率半径をR9、全系の焦点距離をfとするとき、以下の条件式を満足する。1.0<R9/f … (1)【選択図】図1
Description
本発明は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いた車載用カメラ、監視カメラ、携帯端末用カメラ等に使用されるのに好適な広角撮像レンズ、およびこの広角撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。
CCDやCMOS等の撮像素子は近年非常に小型化および高画素化が進んでいる。それとともに、これら撮像素子を備えた撮像機器本体も小型化が進み、それに搭載される撮像レンズにも良好な光学性能に加え、小型化が求められている。一方、車載用カメラや監視カメラ等の用途では、小型化とともに、安価に構成可能で、広角で高性能であることが求められている。
下記特許文献1,2には、車載用カメラに搭載される撮像レンズとして、物体側から順に、負、負、正、負、正の第1から第5レンズからなり、第4レンズと第5レンズとが接合されている広角撮像レンズが提案されている。
ところで、車載用カメラや監視カメラ等に搭載される撮像レンズに対する要求は年々厳しくなっており、より明るいレンズとしつつ、小型化、広角化および高性能化を図ることが望まれている。
本発明は上記事情に鑑み、明るいレンズとしつつ、小型化、広角化および高性能化が実現可能な広角撮像レンズ、およびこの広角撮像レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明の広角撮像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第1レンズ、負の第2レンズ、正の第3レンズ、絞り、負の第4レンズ、および正の第5レンズからなり、前記第4レンズと前記第5レンズとが接合されており、接合面は物体側に凸面を向け、接合面が非球面からなり、以下の条件式を満足することを特徴とするものである。
1.0<R9/f … (1)
ただし、
R9:接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離
本発明の広角撮像レンズは、5枚のレンズからなるものであるが、5枚のレンズ以外に、実質的にパワーを持たないレンズ、カバーガラス等の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、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つものも含むものであってもよい。
ただし、
R9:接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離
本発明の広角撮像レンズは、5枚のレンズからなるものであるが、5枚のレンズ以外に、実質的にパワーを持たないレンズ、カバーガラス等の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、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つものも含むものであってもよい。
また、本発明においては、凸面、凹面、平面、両凹、メニスカス、両凸、平凸および平凹等といったレンズの面形状、正および負といったレンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては特に断りのない限り近軸領域で考えるものとする。また、本発明においては、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸面を向けた場合を正、像側に凸面を向けた場合を負とすることにする。「レンズ面の中心が正のパワーを持つ」とは、レンズ面の近軸曲率が、レンズ面が凸面を形成するような値となっていることを意味し、「レンズ面の中心が負のパワーを持つ」とは、レンズ面の近軸曲率が、レンズ面が凹面を形成するような値となっていることを意味する。
なお、本発明の広角撮像レンズにおいては、第3レンズは両凸形状であることが好ましい。
また、本発明の広角撮像レンズにおいては、第4レンズはメニスカス形状であることが好ましい。
また、本発明の広角撮像レンズにおいては、第5レンズは両凸形状であることが好ましい。
また、本発明の広角撮像レンズにおいては、第2レンズの物体側の面において、中心光束の最外光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線が、光軸と平行であるか、またはこの面より物体側で光軸と交わることが好ましい。
また、本発明の広角撮像レンズにおいては、第3レンズの物体側の面において、最外光束の下光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の上光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線とがこの面より像側で互いに交わることが好ましい。
また、本発明の広角撮像レンズにおいては、下記条件式(1−1)〜(16−1)を満足することが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記条件式(1−1)〜(16−1)のいずれか1つの構成を有するものでもよく、あるいは任意の2つ以上を組み合わせた構成を有するものでもよい。
1.0<R9/f<3.0 … (1−1)
1.0<R9/f<1.5 … (1−2)
−10<f1/f<−4.0 … (2)
−10<f1/f<−6.1 … (2−1)
−3.0<f2/f<−1.5 … (3)
−2.4<f2/f<−1.7 … (3−1)
2.5<f3/f<4.0 … (4)
3.05<f3/f<3.5 … (4−1)
−3.4<f4/f<−2.0 … (5)
−3.0<f4/f<−2.3 … (5−1)
1.5<f5/f<2.5 … (6)
1.7<f5/f<2.2 … (6−1)
0.0<f123/f45<10.0 … (7)
0.0<f123/f45<4.0 … (7−1)
0.5<f123/f45<2.0 … (7−2)
α>β … (8)
θ<20° … (9)
θ<10° … (9−1)
2.0<R2/f … (10)
3.3<R2/f … (10−1)
1.5<D2/f<2.5 … (11)
1.5<D2/f<2.1 … (11−1)
1.2<D4/f<2.8 … (12)
1.6<D4/f<2.3 … (12−1)
4.0<SL/f … (13)
γ<35° … (14)
1.69<Nd1 … (15)
1.75<Nd1<1.9 … (15−1)
νd1<56 … (16)
35<νd11<53 … (16−1)
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
f4:第4レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
f123:第1レンズから第3レンズの合成焦点距離
f45:第4レンズおよび第5レンズの合成焦点距離
R2:第1レンズの像側の面の曲率半径
D2:第1レンズと第2レンズとの光軸上の間隔
D4:第2レンズと第3レンズとの光軸上の間隔
SL:結像面から絞りまでの光軸上の距離(第5レンズから像面までの距離は空気換算長)
γ:絞り面を通過する最外光束の主光線が光軸となす角度
Nd1:第1レンズの材質のd線に対する屈折率
νd1:第1レンズの材質のd線に対するアッベ数
なお、αは、第2レンズの像側の面において、最外光束の上光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の主光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線とのなす狭角側角度の絶対値、βは、最外光束の主光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の下光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線とのなす狭角側角度の絶対値である。
1.0<R9/f<1.5 … (1−2)
−10<f1/f<−4.0 … (2)
−10<f1/f<−6.1 … (2−1)
−3.0<f2/f<−1.5 … (3)
−2.4<f2/f<−1.7 … (3−1)
2.5<f3/f<4.0 … (4)
3.05<f3/f<3.5 … (4−1)
−3.4<f4/f<−2.0 … (5)
−3.0<f4/f<−2.3 … (5−1)
1.5<f5/f<2.5 … (6)
1.7<f5/f<2.2 … (6−1)
0.0<f123/f45<10.0 … (7)
0.0<f123/f45<4.0 … (7−1)
0.5<f123/f45<2.0 … (7−2)
α>β … (8)
θ<20° … (9)
θ<10° … (9−1)
2.0<R2/f … (10)
3.3<R2/f … (10−1)
1.5<D2/f<2.5 … (11)
1.5<D2/f<2.1 … (11−1)
1.2<D4/f<2.8 … (12)
1.6<D4/f<2.3 … (12−1)
4.0<SL/f … (13)
γ<35° … (14)
1.69<Nd1 … (15)
1.75<Nd1<1.9 … (15−1)
νd1<56 … (16)
35<νd11<53 … (16−1)
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
f4:第4レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
f123:第1レンズから第3レンズの合成焦点距離
f45:第4レンズおよび第5レンズの合成焦点距離
R2:第1レンズの像側の面の曲率半径
D2:第1レンズと第2レンズとの光軸上の間隔
D4:第2レンズと第3レンズとの光軸上の間隔
SL:結像面から絞りまでの光軸上の距離(第5レンズから像面までの距離は空気換算長)
γ:絞り面を通過する最外光束の主光線が光軸となす角度
Nd1:第1レンズの材質のd線に対する屈折率
νd1:第1レンズの材質のd線に対するアッベ数
なお、αは、第2レンズの像側の面において、最外光束の上光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の主光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線とのなす狭角側角度の絶対値、βは、最外光束の主光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の下光線がこの面を通過する点におけるこの面の法線とのなす狭角側角度の絶対値である。
また、θは、第4レンズと第5レンズとの接合面において、最外光束の主光線が接合面を通過する点における接合面の法線が光軸と交わる点をP1、最外光束の上光線が接合面を通過する点における接合面の法線が光軸と交わる点をP2とするとき、2つの法線がなす狭角側角度の絶対値である。なお、この場合、点P2は点P1よりも像側で光軸と交わる。
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の広角撮像レンズの少なくともいずれか1つを搭載したことを特徴とするものである。
本発明の広角撮像レンズによれば、最小5枚のレンズ系において、全系におけるパワー配置等を好適に設定し、条件式(1)を満足するようにしているため、第4レンズおよび第5レンズからなる接合レンズの接合面の面形状を適切に保つことができ、明るいレンズとしつつも高次収差を発生させることなく、高い解像力を有するものとすることができる。特に接合レンズにおける色消し効果の自由度を損なわないように屈折力を配置することで、高い解像力を得ることができる。したがって、本発明によれば、小型化、低コスト化および広角化を達成でき、かつ諸収差を良好に補正して、明るいレンズであっても、結像領域周辺部まで良好な像を得ることができる高い光学性能を有する広角撮像レンズを実現することができる。
本発明の撮像装置によれば、本発明の広角撮像レンズを備えているため、小型で安価に構成でき、広い画角での撮影が可能であり、解像度の高い良好な像を得ることができる。
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。
〔撮像レンズの実施形態〕
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る広角撮像レンズについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る広角撮像レンズ1(以下、単に撮像レンズとする)の構成と光路とを示す図である。なお、図1に示す撮像レンズ1は後述する本発明の実施例1に係る撮像レンズに対応するものである。同様にして、後述の実施例2〜5に係る撮像レンズの構成と光路とを図2〜図5に示す
図1〜図5では、図の左側が物体側、右側が像側であり、無限遠の距離にある物点からの中心光束(軸上光束)2、全画角2ωでの最外光束(軸外光束)3も併せて示してある。図1〜図5では、撮像レンズ1が撮像装置に適用される場合を考慮して、撮像レンズ1の像点Pimを含む像面Simに配置された撮像素子5も図示している。撮像素子5は、撮像レンズ1により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等を用いることができる。
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る広角撮像レンズについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る広角撮像レンズ1(以下、単に撮像レンズとする)の構成と光路とを示す図である。なお、図1に示す撮像レンズ1は後述する本発明の実施例1に係る撮像レンズに対応するものである。同様にして、後述の実施例2〜5に係る撮像レンズの構成と光路とを図2〜図5に示す
図1〜図5では、図の左側が物体側、右側が像側であり、無限遠の距離にある物点からの中心光束(軸上光束)2、全画角2ωでの最外光束(軸外光束)3も併せて示してある。図1〜図5では、撮像レンズ1が撮像装置に適用される場合を考慮して、撮像レンズ1の像点Pimを含む像面Simに配置された撮像素子5も図示している。撮像素子5は、撮像レンズ1により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等を用いることができる。
なお、撮像レンズ1を撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、カバーガラスや、ローパスフィルタまたは赤外線カットフィルタ等を設けることが好ましく、図1〜図5では、これらを想定した平行平板状の光学部材PPを最も像側のレンズと撮像素子5(像面Sim)との間に配置した例を示している。
本発明の実施形態に係る撮像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状を有する第1レンズL1、負のパワーを持つ第2レンズL2、正のパワーを持つ第3レンズL3、負のパワーを持つ第4レンズL4、および正のパワーを持つ第5レンズL5を備える。また、第4レンズL4と第5レンズL5とが接合され、接合面が物体側に凸形状の接合レンズを構成している。なお、接合面は非球面形状を有する。図1〜図5に示す例では、第3レンズL3と第4レンズL4との間に開口絞りStが配置されている。なお、図1〜図5における開口絞りStは、形状や大きさを表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。
また、本実施形態の撮像レンズは、下記条件式(1)を満足するように構成されている。
1.0<R9/f … (1)
ただし、
R9:第4レンズL4と第5レンズL5との接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離
本実施形態の撮像レンズは、5枚という少ないレンズ枚数で構成することで、低コスト化とともに光軸方向の全長の小型化を図ることができる。また、全系におけるパワー配置等を好適に設定することにより、広角化を図りつつ明るいレンズとすることができる。また、接合レンズにおける色消し効果の自由度を損なわないように、第4レンズL4および第5レンズL5の屈折力を配置することにより、高い解像性能を得ることができる。また、接合面を非球面形状とすることにより、明るいレンズとしても高次収差を発生させることなく、高い解像性能を得ることができる。
ただし、
R9:第4レンズL4と第5レンズL5との接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離
本実施形態の撮像レンズは、5枚という少ないレンズ枚数で構成することで、低コスト化とともに光軸方向の全長の小型化を図ることができる。また、全系におけるパワー配置等を好適に設定することにより、広角化を図りつつ明るいレンズとすることができる。また、接合レンズにおける色消し効果の自由度を損なわないように、第4レンズL4および第5レンズL5の屈折力を配置することにより、高い解像性能を得ることができる。また、接合面を非球面形状とすることにより、明るいレンズとしても高次収差を発生させることなく、高い解像性能を得ることができる。
ここで、広角レンズは、絞りより物体側のレンズ群の強い負のパワーの作用により、結像領域周辺部ほど大きな倍率色収差が発生する。第4レンズL4および第5レンズL5の接合面を物体側に凸形状とすることで、結像領域周辺部の光束の各光線に対し、光線と光線が通過する点における面法線との角度を大きくできるため、強い屈折力を利用して倍率色収差の補正を効果的に行うことができる。
条件式(1)の下限を満足することで、接合面が像側に深い凹形状となることがなくなるため、明るいレンズとした場合において、結像領域周辺部の光束で高次収差が発生することを抑制し、高い解像性能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が有することが好ましい構成を挙げて、その作用効果について説明する。なお、好ましい態様としては、以下のいずれか1つの構成を有するものでもよく、あるいは任意の2つ以上を組み合わせた構成を有するものでもよい。
−10<f1/f<−4.0 … (2)
−3.0<f2/f<−1.5 … (3)
2.5<f3/f<4.0 … (4)
−3.4<f4/f<−2.0 … (5)
1.5<f5/f<2.5 … (6)
0.0<f123/f45<10.0 … (7)
α>β … (8)
θ<20° … (9)
2.0<R2/f … (10)
1.5<D2/f<2.5 … (11)
1.2<D4/f<2.8 … (12)
4.0<SL/f … (13)
γ<35° … (14)
1.69<Nd1 … (15)
νd1<56 … (16)
ただし、
f:全系の焦点距離
f1:第1レンズL1の焦点距離
f2:第2レンズL2の焦点距離
f3:第3レンズL3の焦点距離
f4:第4レンズL4の焦点距離
f5:第5レンズL5の焦点距離
f123:第1レンズL1から第3レンズL3の合成焦点距離
f45:第4レンズL4および第5レンズL5の合成焦点距離
R2:第1レンズL1の像側の面の曲率半径
D2:第1レンズL1と第2レンズL2との光軸上の間隔
D4:第2レンズL2と第3レンズL3との光軸上の間隔
SL:結像面から絞りまでの光軸上の距離(第5レンズL5から像面までの距離は空気換算長)
γ:絞り面を通過する最外光束の主光線が光軸となす角度
Nd1:第1レンズの材質のd線に対する屈折率
νd1:第1レンズの材質のd線に対するアッベ数
α、βおよびθについては後述する。
−3.0<f2/f<−1.5 … (3)
2.5<f3/f<4.0 … (4)
−3.4<f4/f<−2.0 … (5)
1.5<f5/f<2.5 … (6)
0.0<f123/f45<10.0 … (7)
α>β … (8)
θ<20° … (9)
2.0<R2/f … (10)
1.5<D2/f<2.5 … (11)
1.2<D4/f<2.8 … (12)
4.0<SL/f … (13)
γ<35° … (14)
1.69<Nd1 … (15)
νd1<56 … (16)
ただし、
f:全系の焦点距離
f1:第1レンズL1の焦点距離
f2:第2レンズL2の焦点距離
f3:第3レンズL3の焦点距離
f4:第4レンズL4の焦点距離
f5:第5レンズL5の焦点距離
f123:第1レンズL1から第3レンズL3の合成焦点距離
f45:第4レンズL4および第5レンズL5の合成焦点距離
R2:第1レンズL1の像側の面の曲率半径
D2:第1レンズL1と第2レンズL2との光軸上の間隔
D4:第2レンズL2と第3レンズL3との光軸上の間隔
SL:結像面から絞りまでの光軸上の距離(第5レンズL5から像面までの距離は空気換算長)
γ:絞り面を通過する最外光束の主光線が光軸となす角度
Nd1:第1レンズの材質のd線に対する屈折率
νd1:第1レンズの材質のd線に対するアッベ数
α、βおよびθについては後述する。
なお、条件式(1)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。
1.0<R9/f<3.0 … (1−1)
1.0<R9/f<1.5 … (1−2)
条件式(1−1)、(1−2)の上限を満足することで、接合面の屈折力を確保でき、色収差を良好に補正して、高い解像性能を得ることができる。
1.0<R9/f<1.5 … (1−2)
条件式(1−1)、(1−2)の上限を満足することで、接合面の屈折力を確保でき、色収差を良好に補正して、高い解像性能を得ることができる。
条件式(2)の上限を満足することで、負の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束において第1レンズL1の物体側の面に入射する光線の、面法線に対する入射角が大きくなり過ぎることがなくなり、高次収差の発生を抑制できる。条件式(2)の下限を満足することで、負の屈折力を確保することができ、効果的に広角化を図ることができる。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い。
−10<f1/f<−6.1 … (2−1)
条件式(3)の上限を満足することで、負の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束において第2レンズL2の物体側の面に入射する光線の、面法線に対する入射角が大きくなり過ぎることがなくなり、高次収差の発生を抑制できる。条件式(3)の下限を満足することで、負の屈折力を確保することができ、光線の発散力が弱くなり過ぎることがなくなるため、明るさおよび長いバックフォーカスを効果的に得ることができる。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い。
条件式(3)の上限を満足することで、負の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束において第2レンズL2の物体側の面に入射する光線の、面法線に対する入射角が大きくなり過ぎることがなくなり、高次収差の発生を抑制できる。条件式(3)の下限を満足することで、負の屈折力を確保することができ、光線の発散力が弱くなり過ぎることがなくなるため、明るさおよび長いバックフォーカスを効果的に得ることができる。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い。
−2.4<f2/f<−1.7 … (3−1)
条件式(4)の上限を満足することで、正の屈折力を確保することができ、第1レンズL1および第2レンズL2の強い負の屈折力で発散された光線を収束させるために必要な、第3レンズL3と絞りとの距離を小さくすることができるため、レンズ系の小型化を図ることが容易となる。さらに、第4レンズL4および第5レンズL5における収束作用の負担を軽減でき、接合面を強い屈折力とする必要がな無くなるため、設計の自由度を確保することができる。条件式(4)の下限を満足することで、正の屈折力が強くなり過ぎることがなくなるため、第3レンズL3の物体側および像側の各面の法線と入射光線のなす角が大きくなり過ぎることがなくなり、高次の収差の発生を抑制し、明るいレンズを得ることが容易となる。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い。
条件式(4)の上限を満足することで、正の屈折力を確保することができ、第1レンズL1および第2レンズL2の強い負の屈折力で発散された光線を収束させるために必要な、第3レンズL3と絞りとの距離を小さくすることができるため、レンズ系の小型化を図ることが容易となる。さらに、第4レンズL4および第5レンズL5における収束作用の負担を軽減でき、接合面を強い屈折力とする必要がな無くなるため、設計の自由度を確保することができる。条件式(4)の下限を満足することで、正の屈折力が強くなり過ぎることがなくなるため、第3レンズL3の物体側および像側の各面の法線と入射光線のなす角が大きくなり過ぎることがなくなり、高次の収差の発生を抑制し、明るいレンズを得ることが容易となる。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い。
3.05<f3/f<3.5 … (4−1)
条件式(5)の上限を満足することで、負の屈折力が強くなり過ぎることがなくなるため、接合面の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束での高次収差の発生を抑制し、明るいレンズを得ることが容易となる。条件式(5)の下限を満足することで、負の屈折力を確保して、色消し効果の減少を抑制し、高い解像性能を得ることができる。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。
条件式(5)の上限を満足することで、負の屈折力が強くなり過ぎることがなくなるため、接合面の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束での高次収差の発生を抑制し、明るいレンズを得ることが容易となる。条件式(5)の下限を満足することで、負の屈折力を確保して、色消し効果の減少を抑制し、高い解像性能を得ることができる。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。
−3.0<f4/f<−2.3 … (5−1)
条件式(6)の上限を満足することで、正の屈折力が強くなり過ぎることがなくなるため、接合面の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束での高次収差の発生を抑制し、明るいレンズを得ることが容易となる。条件式(6)の下限を満足することで、正の屈折力を確保して、色消し効果の減少を抑制し、高い解像性能を得ることができる。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。
条件式(6)の上限を満足することで、正の屈折力が強くなり過ぎることがなくなるため、接合面の屈折力が強くなり過ぎず、結像領域周辺部の光束での高次収差の発生を抑制し、明るいレンズを得ることが容易となる。条件式(6)の下限を満足することで、正の屈折力を確保して、色消し効果の減少を抑制し、高い解像性能を得ることができる。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。
1.7<f5/f<2.2 … (6−1)
条件式(7)を満足することで、第1レンズL1から第3レンズL3の合成焦点距離が正の適切な値となるため、収束光を第4レンズL4および第5レンズL5に送ることができ、接合レンズにおける収束作用を低減できるため、色消しの自由度が増し、明るく高い解像性能のレンズを実現できる。上限式(7)の下限を満足することで、第1レンズL1から第3レンズL3の合成焦点距離が負の値になることを防止できるため、発散光が第4レンズL4および第5レンズL5に送られることを抑制でき、その結果、接合レンズにおける収束作用を低減できるため、色消し自由度を増大させることができる。この効果をより高めるために、条件式(7−1)を満足することがより好ましく、条件式(7−2)を満足することがさらに好ましい。
条件式(7)を満足することで、第1レンズL1から第3レンズL3の合成焦点距離が正の適切な値となるため、収束光を第4レンズL4および第5レンズL5に送ることができ、接合レンズにおける収束作用を低減できるため、色消しの自由度が増し、明るく高い解像性能のレンズを実現できる。上限式(7)の下限を満足することで、第1レンズL1から第3レンズL3の合成焦点距離が負の値になることを防止できるため、発散光が第4レンズL4および第5レンズL5に送られることを抑制でき、その結果、接合レンズにおける収束作用を低減できるため、色消し自由度を増大させることができる。この効果をより高めるために、条件式(7−1)を満足することがより好ましく、条件式(7−2)を満足することがさらに好ましい。
0.0<f123/f45<4.0 … (7−1)
0.5<f123/f45<2.0 … (7−2)
条件式(8)に関し、図面を参照してαおよびβについて説明する。図6はαおよびβを説明するための図である。なお、図6および後述する図7から図9は、図3に示す実施例3の撮像レンズの断面図である。図6に示すように、αは、第2レンズL2の像側の面において、最外光束3の上光線3uが第2レンズL2の像側の面を通過する点P4uにおけるこの面の法線H4uと、最外光束3の主光線3mが第2レンズL2の像側の面を通過する点P4mにおけるこの面の法線H4mとがなす角度である。また、βは、法線H4mと、最外光束3の下光線3sが第2レンズL2の像側の面を通過する点P4sにおけるこの面の法線H4sとがなす角度である。
0.5<f123/f45<2.0 … (7−2)
条件式(8)に関し、図面を参照してαおよびβについて説明する。図6はαおよびβを説明するための図である。なお、図6および後述する図7から図9は、図3に示す実施例3の撮像レンズの断面図である。図6に示すように、αは、第2レンズL2の像側の面において、最外光束3の上光線3uが第2レンズL2の像側の面を通過する点P4uにおけるこの面の法線H4uと、最外光束3の主光線3mが第2レンズL2の像側の面を通過する点P4mにおけるこの面の法線H4mとがなす角度である。また、βは、法線H4mと、最外光束3の下光線3sが第2レンズL2の像側の面を通過する点P4sにおけるこの面の法線H4sとがなす角度である。
なお、最外光束3の下光線3sとは、最外光束3に含まれる光線のうち撮像レンズ1の最も像側の面(本実施形態では第5レンズL5の像側の面)と撮像素子5との間において、最も光軸Zに近い光線のことを意味する。最外光束3の上光線3uとは、最外光束3に含まれる光線のうち撮像レンズ1の最も像側の面と撮像素子5との間において最も光軸Zから遠い光線のことを意味する。
本実施形態の撮像レンズにおいては、法線H4u,H4m,H4sは、第2レンズL2の像側の面より像側において、光軸Zと点P11,P12,P13においてそれぞれ交わっている。そして、条件式(8)を満足することで、第2レンズL2の像側の面が、周縁部に向けて深い凹形状になることを抑制することができるため、高次収差の発生を抑制し、かつ面を高精度に加工することが容易となり、高性能化を図ることができる。
条件式(9)に関し、図面を参照してθについて説明する。図7はθを説明するための図である。図7に示すように、第4レンズL4と第5レンズL5との接合面において、最外光束3の主光線3mが接合面を通過する点P9mにおける接合面の法線H9mが光軸Zと交わる点をP1とする。また、最外光束3の上光線3uが接合面を通過する点P9uにおける接合面の法線H9uが光軸Zと交わる点をP2とする。θは、2つの法線H9m,H9uがなす狭角側角度の絶対値である。
本実施形態の撮像レンズにおいては、点P2は点P1よりも像側で光軸Zと交わっている。そして、条件式(9)を満足することで、第4レンズL4と第5レンズL5との接合面の周縁部において、面法線と入射光線との角度を一定の範囲内に保つことができるため、接合面が色消しのために強い屈折力を持ったとしても、周縁部で高次収差の発生を抑制することができ、これにより、高い解像性能を効果的に得ることができる。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。
θ<10° … (9−1)
第1レンズL1の像側の面の曲率半径は、小さい方が広角化には有利であるが、条件式(10)の下限を満足することで、曲率半径が小さくなり過ぎることを抑制し、結像領域周辺部の光束での強い発散作用を抑制し、高次収差が発生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(10−1)を満足することがより好ましい。
第1レンズL1の像側の面の曲率半径は、小さい方が広角化には有利であるが、条件式(10)の下限を満足することで、曲率半径が小さくなり過ぎることを抑制し、結像領域周辺部の光束での強い発散作用を抑制し、高次収差が発生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(10−1)を満足することがより好ましい。
3.3<R2/f … (10−1)
条件式(11)の上限を満足することで、第1レンズL1の像側の曲率半径が小さくなり過ぎず、収差補正を容易に行うことができる。条件式(11)の下縁を満足することで、曲率半径が大きくなり過ぎることを抑制し、広角化を容易に行うことができる。この効果をより高めるために、条件式(11−1)を満足することがより好ましい。
条件式(11)の上限を満足することで、第1レンズL1の像側の曲率半径が小さくなり過ぎず、収差補正を容易に行うことができる。条件式(11)の下縁を満足することで、曲率半径が大きくなり過ぎることを抑制し、広角化を容易に行うことができる。この効果をより高めるために、条件式(11−1)を満足することがより好ましい。
1.5<D2/f<2.1 … (11−1)
条件式(12)の上限を満足することで、第1レンズL1および第2レンズL2で発散された光束が大きく広がることを抑制でき、第2レンズL2以降のレンズ群での収束作用を強める必要がなくなるため、収差補正を良好に行うことができる。条件式(12)の下限を満足することで、光束が十分に発散されて正のパワーを持つ第3レンズL3に入射するため、明るいレンズ系を達成することが容易となる。この効果をより高めるために、条件式(12−1)を満足することがより好ましい。
条件式(12)の上限を満足することで、第1レンズL1および第2レンズL2で発散された光束が大きく広がることを抑制でき、第2レンズL2以降のレンズ群での収束作用を強める必要がなくなるため、収差補正を良好に行うことができる。条件式(12)の下限を満足することで、光束が十分に発散されて正のパワーを持つ第3レンズL3に入射するため、明るいレンズ系を達成することが容易となる。この効果をより高めるために、条件式(12−1)を満足することがより好ましい。
1.6<D4/f<2.3 … (12−1)
条件式(13)の下限を満足することで、射出瞳を結像面より遠ざけることができ、結像像面への入射角を小さくすることが可能となり、特に結像面の撮像素子5が小さな入射角特性を持つ場合に有利となる。
条件式(13)の下限を満足することで、射出瞳を結像面より遠ざけることができ、結像像面への入射角を小さくすることが可能となり、特に結像面の撮像素子5が小さな入射角特性を持つ場合に有利となる。
条件式(14)の下限を満足することで、結像面への光線入射角を小さく適切に保つことができ、絞りより像側のレンズの各面で、主光線と主光線が通過する点の面法線との角度を大きくする必要がなくなり、これにより、高次収差の発生を抑制することができ、高い解像性能を効果的に得ることができる。
条件式(15)の下限を満足することで、第1レンズL1が適切な屈折力を持つため、第1レンズL1の像側面の曲率半径が小さくなり過ぎることがなくなり、収差補正が容易となる。この効果をより高めるために、条件式(15−1)を満足することがより好ましい。
1.75<Nd1<1.9 … (15−1)
条件式(15−1)の上限を超えると、特に軸上色収差を補正するのに適切なアッベ数の材質が存在しなくなる。
条件式(15−1)の上限を超えると、特に軸上色収差を補正するのに適切なアッベ数の材質が存在しなくなる。
条件式(16)の上限を、適切な屈折率の材質が存在しなくなる。なお、条件式(16−1)を満足することがより好ましい。
35<νd1<53 … (16−1)
条件式(16−1)式の下限を満足することで、軸上色収差を抑制し、高解像化が容易となる。
条件式(16−1)式の下限を満足することで、軸上色収差を抑制し、高解像化が容易となる。
第3レンズL3は両凸形状であることが好ましい。第3レンズL3では、物体側の第1レンズL1および第2レンズL2の2つの強い負のパワーを持つレンズで発散された光束を徐々に収束させる必要がある。そのためには各光線と、各光線が第3レンズL3の各面を通過する点における面法線との角度を適切に保つことにより、高次収差の発生を防ぐ必要がある。物体側に凹形状の正のパワーを持つレンズでは、光線を収束させるためには物体側の面の曲率半径を小さくする必要があるが、物体側の面の曲率半径を小さくすると、特に結像領域周辺部の光束で高次収差が発生しやすくなる。一方、像側に凹形状の正のパワーを持つレンズでは、物体側の面で強い収束作用を持たせないと像側の面での発散作用が強くなり、徐々に光束を収束させて高次収差を発生させることなく収差補正をすることが困難となる。第3レンズL3を両凸形状とすることで、結像領域周辺部での高次収差の発生を抑制して、収差補正を容易に行うことができる。
第4レンズL4はメニスカス形状であることが好ましい。第4レンズL4をメニスカス形状とすることで、結像領域周辺部の光束の光線が強い発散作用を受けることを防止できるため、接合面および第5レンズL5の像側の面での集光作用を弱めることができ、明るいレンズとしても高次収差の発生を抑制することができる。
第5レンズは両凸形状であることが好ましい。第5レンズL5の物体側の面が物体側に凸形状であることは、特に倍率色収差の補正に好ましく、第5レンズL5の像側の面が像側に凸形状であることは、諸収差補正の観点から好ましい。第5レンズL5の像側の面が凹形状の場合、この面での発散作用が生じ、中心光束においてはこの像側の面に入射する光線を比較的強い収束光とするか、像側の面の曲率半径を小さくする必要がある。中心光束においてはこの像側の面に入射する光線を比較的強い収束光とすると、球面収差で高次収差が発生しやすくなり、像側の面の曲率半径を小さくすると、軸外のコマ収差で高次収差が発生しやすくなり、好ましくない。
第2レンズL2の物体側の面において、中心光束の最外光線が第2レンズL2の物体側面を通過する点におけるこの面の法線が、光軸と平行か、この面より物体側で光軸と交わることが好ましい。図8は、第2レンズL2の物体側の面において、中心光束の最外光線が第2レンズL2の物体側面を通過する点におけるこの面の法線が、光軸と平行か、この面より物体側で光軸と交わることを説明するための図である。図8に示すように、本実施形態においては、第2レンズL2の物体側の面において、中心光束2の最外光線2uが第2レンズL2の物体側の面を通過する点P2uにおけるこの面の法線H2uが、光軸Zより物体側で光軸Zと交わっている。
これにより、第2レンズL2の物体側の面の光軸Z近傍の形状が凸形状でなくなることから、第2レンズL2の光軸近傍に強い負の屈折力を与えることができるため、明るいレンズの実現およびバックフォーカスの長いレンズの実現に有利となる。
第3レンズL3の物体側の面において、最外光束の下光線が第3レンズL3の物体側の面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の上光線が第3レンズL3の物体側の面を通過する点におけるこの面の法線とが、第3レンズL3の物体側の面より像側で互いに交わることが好ましい。図9は第3レンズL3の物体側の面において、最外光束の下光線が第3レンズL3の物体側の面を通過する点におけるこの面の法線と、最外光束の上光線が第3レンズL3の物体側の面を通過する点におけるこの面の法線とが、第3レンズL3の物体側の面より像側で互いに交わることを説明するための図である。図9に示すように、第3レンズL3の物体側の面において、最外光束3の下光線3sが第3レンズL3の物体側の面を通過する点P3sにおけるこの面の法線H3sと、最外光束3の上光線3uが第3レンズL3の物体側の面を通過する点P3uにおけるこの面の法線H3uとが、第3レンズL3の物体側の面より像側で、点P15において互いに交わっている。
これにより、第3レンズの物体側の面における面法線と入射光線との角度を大きく変えることなく一定の範囲に保つことができるため、特に結像領域周辺部の光束の外側の光線(下光線側)で高次収差が発生することを抑制し、第3レンズL3よりも像側のレンズにおいて、収差補正する負担を軽減できる。
開口絞りとは、レンズ系のF値(Fno)を決める絞りのことであり、開口絞りStは第3レンズL3の物体側の面と第4レンズL4の像側の面との間に配置されていることが好ましく、これにより、系全体を小型化することが容易となる。開口絞りStは第3レンズL3の像側の面と第4レンズL4の物体側の面との間に配置されていることがより好ましく、これにより、系全体を小型化することが容易となる。
第1レンズL1〜第5レンズL5の各レンズのいずれかの面を非球面とすることが好ましい。これにより、諸収差を良好に補正することができる。
第2レンズL2から第5レンズL5の各々は、少なくとも片側の面を非球面とすることが好ましい。非球面を用いることにより球面収差を良好に補正できるため、軸外において像面湾曲、歪曲等を補正する自由度が増し、良好な収差補正が可能となり、良好な解像性能を得ることができる。より高い解像性能を得るためには、第2レンズL2から第5レンズL5の各々は、両面を非球面とすることが好ましい。
第1レンズL1の材質はガラスであることが好ましい。撮像レンズが例えば車載用カメラや監視カメラ用等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置される第1レンズL1は、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材質、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性および耐薬品性等が高い材質を用いることが要望され、また、堅く、割れにくい材質を用いることが要望されることがある。材質をガラスとすることで、これらの要望を満たすことが可能となる。また、第1レンズL1の材質として、透明なセラミックスを用いてもよい。
なお、第1レンズL1の物体側の面に、強度、耐傷性および耐薬品性を高めるための保護手段を施してもよく、その場合には、第1レンズL1の材質をプラスチックとしてもよい。このような保護手段は、ハードコートであってもよく、撥水コートであってもよい。第1レンズL1の材質をプラスチックとすることで、第1レンズL1の少なくとも片側の面を非球面とした場合に、非球面形状を正確に再現することができ、良好な性能のレンズを作製することが可能となる。また、レンズ系を軽量かつ安価に作製することが可能となる。また、第1レンズL1では中心から周辺にかけて光束が分離されているため、第1レンズL1の少なくとも片側の面を非球面とすることで、歪曲や像面湾曲をより良好に補正することができるため、良好な解像性能を得ることが可能になる。
耐環境性のよい光学系を作製するためには、すべてのレンズがガラスであることが好ましい。監視カメラ用レンズや車載カメラ用レンズとして用いられた場合、高温から低温までの広い温度範囲や高湿等の様々な条件で用いられる可能性がある。それらに強い光学系を作製するためには、すべてのレンズがガラスで作製されていることが好ましい。
なお、撮像レンズ1の用途に応じて、レンズ系と撮像素子5との間に紫外光から青色光をカットするようなフィルタ、または赤外光をカットするようなIR(InfraRed)カットフィルタを挿入してもよい。上記フィルタと同様の特性を持つコートをレンズ面に塗布してもよい。またはいずれかのレンズの材質として紫外光や青色光、赤外光等を吸収する材質を用いてもよい。
図1では、レンズ系と撮像素子5との間に各種フィルタ等を想定した光学部材PPを配置した例を示しているが、この代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよい。あるいは、撮像レンズが有するいずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
なお、各レンズ間の有効径外を通過する光束は、迷光となって像面に達し、ゴーストとなるおそれがあるため、必要に応じて、この迷光を遮光する遮光手段を設けることが好ましい。この遮光手段としては、例えばレンズの有効径外の部分に不透明な塗料を施したり、不透明な板材を設けたりしてもよい。または迷光となる光束の光路に不透明な板材を設けて遮光手段としてもよい。あるいは、最も物体側のレンズのさらに物体側に迷光を遮断するフードのようなものを配置してもよい。
さらに、各レンズの間に周辺光量比が実用上問題のない範囲で周辺光線を遮断する絞り等の部材を配置してもよい。周辺光線とは、光軸Z外の物点からの光線のうち、光学系の入射瞳の周辺部分を通る光線のことである。このように周辺光線を遮断する部材を配置することにより、結像領域周辺部の画質を向上させることができる。また、この部材でゴーストを発生させる光を遮断することにより、ゴーストを低減することが可能となる。
また、レンズ系が、第1レンズL1、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5枚のみからなるように構成することが好ましい。レンズ系を5枚のレンズのみで構成することで、レンズ系を安価にすることが可能となる。
本実施形態に係る撮像装置は、本実施形態に係る撮像レンズを備えているため、小型で安価に構成でき、十分広い画角を有し、撮像素子を用いて解像度の高い良好な像を得ることができる。
なお、本実施形態に係る撮像レンズを備えた撮像装置で撮影した画像を携帯電話に表示するようにしてもよい。例えば本実施形態の撮像レンズを備えた撮影装置を車載カメラとして自動車に搭載し、自動車の背後や周辺を車載カメラにより撮影し、撮影により取得した画像を表示装置に表示する場合がある。このような場合、カーナビゲーションシステム(以下カーナビとする)が搭載されている自動車においては、撮影した画像はカーナビの表示装置に表示すればよいが、カーナビが搭載されていない場合、液晶ディスプレイ等の専用の表示装置を自動車に設置する必要がある。しかしながら、表示装置は高価である。一方、近年の携帯電話は、動画やWebの閲覧が可能になる等、高性能な表示装置が搭載されている。携帯電話を車載カメラ用の表示装置として用いることで、カーナビが搭載されていない自動車に関しても、専用の表示装置を搭載する必要がなくなり、その結果、安価に車載カメラを搭載することが可能となる。
ここで、車載カメラが撮影した画像は、ケーブル等を用いて有線にて携帯電話に送信してもよく、赤外線通信等の無線により携帯電話に送信してもよい。また、携帯電話等と自動車の作動状態とを連動させ、自動車のギアがバックに入ったり、ウインカー等を出したりした際に、自動で携帯電話の表示装置に車載カメラの画像を表示するようにしてもよい。
なお、車載カメラの画像を表示する表示装置としては、携帯電話のみならず、PDA等の携帯情報端末でもよく、小型のパソコンでもよく、あるいは持ち歩き可能な小型のカーナビでもよい。
また、本発明の撮像レンズを搭載した携帯電話を自動車に固定することで、車載カメラとして使用してもよい。近年のスマートホンはPC並の処理能力を備えているため、例えば携帯電話を自動車のダッシュボード等に固定し、カメラを前方に向けることで、携帯電話のカメラを車載カメラと同様に用いることが可能となる。なお、スマートホンのアプリケーションとして、白線や道路標識を認識し、警告を行う機能を備えていてもよい。また、運転手にカメラを向け、居眠りや脇見の際に警告を行うシステムとしてもよい。また、自動車と連動し、ハンドルを操作するシステムの一部としてもよい。自動車は高温環境や低温環境に放置されるため、車載カメラは厳しい耐環境性が要求される。本発明の撮像レンズを携帯電話に搭載した場合、運転時以外は携帯電話は運転手とともに車外に出てしまうため、撮像レンズの耐環境性をゆるめることが可能となり、安価に車載システムを導入することが可能となる。
〔撮像レンズの数値実施例〕
次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。後述する表1、表2および表3は、図1に示した実施例1の撮像レンズ1の構成に対応する具体的なレンズデータを示している。表1にはその基本的なレンズデータを示し、表2には緒元のデータを示し、表3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、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を示す。なお、レンズデータには、開口絞りStも含めて示しており、開口絞りStに相当する面の曲率半径の欄には、∞と記載している。
次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。後述する表1、表2および表3は、図1に示した実施例1の撮像レンズ1の構成に対応する具体的なレンズデータを示している。表1にはその基本的なレンズデータを示し、表2には緒元のデータを示し、表3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、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を示す。なお、レンズデータには、開口絞りStも含めて示しており、開口絞りStに相当する面の曲率半径の欄には、∞と記載している。
この実施例1に係る撮像レンズは、第2レンズL2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緒元のデータを示す。緒元のデータとして、全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、F値(Fno.)、および画角2ω[°]の値をそれぞれ示す。なお、バックフォーカスBfは空気換算した値を表している。
表3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。
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5に示した実施例2〜5に係る撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを、表4〜表15に示す。これらの実施例1〜5に係る撮像レンズでは、第2レンズL2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。
各数値の単位として、長さについては「mm」を用いているが、これは一例であり、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。
また、表16には、本発明に係る各条件式(1)〜(16)に関する値を、各実施例1〜5についてそれぞれまとめたものを示す。また、表16には、第4レンズL4と第5レンズL5との接合面において、最外光束3の主光線3mが接合面を通過する点P9mにおける接合面の法線H9sが光軸Zと交わる点P1、および最外光束3の上光線3uが接合面を通過する点P9uにおける接合面の法線H9uが光軸Zと交わる点P2の位置も示す。点P1,P2の位置は、第5レンズL5の物体側の面(接合面)の面頂点からの像側における光軸上の距離である。
図10(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)、および倍率色収差(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、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5の撮像レンズについての諸収差を図11(A)〜(D)から図14(A)〜(D)に示す。
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、より明るいレンズとしつつ、小型化、広角化および高性能化が実現されている。
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。
〔撮像装置の実施形態〕
図15に使用例として、自動車100に本実施形態の撮像レンズを備えた撮像装置を搭載した様子を示す。図15において、自動車100は、その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101と、自動車100の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラ102と、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103とを備えている。車外カメラ101と車外カメラ102と車内カメラ103とは、本発明の実施形態に係る撮像装置であり、本発明の実施例の撮像レンズと、この撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。
図15に使用例として、自動車100に本実施形態の撮像レンズを備えた撮像装置を搭載した様子を示す。図15において、自動車100は、その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101と、自動車100の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラ102と、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103とを備えている。車外カメラ101と車外カメラ102と車内カメラ103とは、本発明の実施形態に係る撮像装置であり、本発明の実施例の撮像レンズと、この撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。
本発明の実施例に係る撮像レンズは、上述した長所を有するものであるから、車外カメラ101、102および車内カメラ103も小型で安価に構成でき、広い画角を有し、結像領域周辺部まで良好な映像を得ることができる。
以上、実施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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率およびアッベ数の値は、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。
また、撮像装置の実施形態では、本発明を車載用カメラに適用した例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、監視カメラや携帯端末用カメラ等にも適用可能である。
1 撮像レンズ
2 中心光束
3 最外光束
5 撮像素子
100 自動車
101,102 車外カメラ
103 車内カメラ
Pim 結像位置
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
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
Z 光軸
2 中心光束
3 最外光束
5 撮像素子
100 自動車
101,102 車外カメラ
103 車内カメラ
Pim 結像位置
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
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
Z 光軸
Claims (36)
- 物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第1レンズ、負の第2レンズ、正の第3レンズ、絞り、負の第4レンズ、および正の第5レンズからなり、前記第4レンズと前記第5レンズとが接合されており、接合面は物体側に凸面を向け、該接合面が非球面からなり、以下の条件式を満足することを特徴とする広角撮像レンズ。
1.0<R9/f … (1)
ただし、
R9:前記接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1記載の広角撮像レンズ。
−10<f1/f<−4.0 … (2)
ただし、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1または2記載の広角撮像レンズ。
−3.0<f2/f<−1.5 … (3)
ただし、
f2:前記第2レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から3のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
2.5<f3/f<4.0 … (4)
ただし、
f3:前記第3レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から4のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
−3.4<f4/f<−2.0 … (5)
ただし、
f4:前記第4レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から5のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.5<f5/f<2.5 … (6)
ただし、
f5:前記第5レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から6のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
0.0<f123/f45<10.0 … (7)
ただし、
f123:前記第1レンズから前記第3レンズの合成焦点距離
f45:前記第4レンズおよび前記第5レンズの合成焦点距離 - 前記第3レンズは両凸形状である請求項1から7のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
- 前記第4レンズはメニスカス形状である請求項1から8のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
- 前記第5レンズは両凸形状である請求項1から9のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
- 前記第2レンズの物体側の面において、中心光束の最外光線が該面を通過する点における該面の法線が、光軸と平行であるか、または該面より物体側で光軸と交わる請求項1から10のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
- 前記第2レンズの像側の面において、最外光束の上光線が該面を通過する点における該面の法線と、最外光束の主光線が該面を通過する点における該面の法線とのなす狭角側角度の絶対値をα、最外光束の主光線が該面を通過する点における該面の法線と、最外光束の下光線が該面を通過する点における該面の法線とのなす狭角側角度の絶対値をβとするとき、該2つの法線はそれぞれ該面より像側で光軸と交わり、以下の条件式を満足する請求項1から11のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
α>β … (8) - 前記第3レンズの物体側の面において、最外光束の下光線が該面を通過する点における該面の法線と、最外光束の上光線が該面を通過する点における該面の法線とが該面より像側で互いに交わることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
- 前記第4レンズと前記第5レンズとの接合面において、最外光束の主光線が該接合面を通過する点における該接合面の法線が光軸と交わる点をP1、最外光束の上光線が該接合面を通過する点における該接合面の法線が光軸と交わる点をP2とするとき、点P2は点P1よりも像側で光軸と交わり、前記2つの法線がなす狭角側角度の絶対値をθとするとき、以下の条件式を満足する請求項1から13のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
θ<20° … (9) - 以下の条件式を満足する請求項1から14のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
2.0<R2/f … (10)
ただし、
R2:前記第1レンズの像側の面の曲率半径
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から15のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.5<D2/f<2.5 … (11)
ただし、
D2:前記第1レンズと前記第2レンズとの光軸上の間隔
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から16のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.2<D4/f<2.8 … (12)
ただし、
D4:前記第2レンズと前記第3レンズとの光軸上の間隔
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から17のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
4.0<SL/f … (13)
ただし、
SL:結像面から絞りまでの光軸上の距離(前記第5レンズから像面までの距離は空気換算長)
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から18のいずれか1項記載の広角撮像レンズ
γ<35° … (14)
ただし、
γ:絞り面を通過する最外光束の主光線と光軸との角度 - 以下の条件式を満足する請求項1から19のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.69<Nd1 … (15)
νd1<56 … (16)
ただし、
Nd1:前記第1レンズの材質のd線に対する屈折率
νd1:前記第1レンズの材質のd線に対するアッベ数 - 以下の条件式を満足する請求項1から20のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.0<R9/f<3.0 … (1−1)
ただし、
R9:前記接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から21のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.0<R9/f<1.5 … (1−2)
ただし、
R9:前記接合面の曲率半径
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から22のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
−10<f1/f<−6.1 … (2−1)
ただし、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から23のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
−2.4<f2/f<−1.7 … (3−1)
ただし、
f2:前記第2レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から24のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
3.05<f3/f<3.5 … (4−1)
ただし、
f3:前記第3レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から25のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
−3.0<f4/f<−2.3 … (5−1)
ただし、
f4:前記第4レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から26のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.7<f5/f<2.2 … (6−1)
ただし、
f5:前記第5レンズの焦点距離
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から27のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
0.0<f123/f45<4.0 … (7−1)
ただし、
f123:前記第1レンズから前記第3レンズの合成焦点距離
f45:前記第4レンズおよび前記第5レンズの合成焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から28のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
0.5<f123/f45<2.0 … (7−2)
ただし、
f123:前記第1レンズから前記第3レンズの合成焦点距離
f45:前記第4レンズおよび前記第5レンズの合成焦点距離 - 前記第4レンズと前記第5レンズとの接合面において、最外光束の主光線が該接合面を通過する点における該接合面の法線が光軸と交わる点をP1、最外光束の上光線が該接合面を通過する点における該接合面の法線が光軸と交わる点をP2とするとき、点P2は点P1よりも像側で光軸と交わり、前記2つの法線がなす狭角側角度の絶対値をθとするとき、以下の条件式を満足する請求項1から29のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
θ<10° … (9−1) - 以下の条件式を満足する請求項1から30のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
3.3<R2/f … (10−1)
ただし、
R2:前記第1レンズの像側の面の曲率半径
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から31のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.5<D2/f<2.1 … (11−1)
ただし、
D2:前記第1レンズと前記第2レンズとの光軸上の間隔
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から32のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.6<D4/f<2.3 … (12−1)
ただし、
D4:前記第2レンズと前記第3レンズとの光軸上の間隔
f:全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足する請求項1から33のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
1.75<Nd1<1.9 … (15−1)
ただし、
Nd1:前記第1レンズの材質のd線に対する屈折率 - 以下の条件式を満足する請求項1から34のいずれか1項記載の広角撮像レンズ。
35<νd11<53 … (16−1)
ただし、
νd1:前記第1レンズの材質のd線に対するアッベ数 - 請求項1から35のいずれか1項記載の広角撮像レンズを備えた撮像装置。
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