JP2015175875A - 撮像レンズおよび撮像レンズを備えた撮像装置 - Google Patents

撮像レンズおよび撮像レンズを備えた撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】レンズ全長の短縮化と広画角化を達成しながらも、小さなＦナンバーを有する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、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、両凹形状である第５レンズＬ５と、両凹形状である第６レンズＬ６とから構成される実質的に６個のレンズからなり、所定の条件式を満足することを特徴とする。
【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枚構成の撮像レンズが提案されており、さらなる高性能化のためにレンズ枚数をより多くした６枚以上のレンズを備えた撮像レンズも提案されている。例えば、下記特許文献１および２には６枚構成の撮像レンズが提案されている。
特開２０１３−１８２０９０号公報 台湾特許出願公開第２０１３３１６１７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おいては、高画素化の要求を満たす大きなイメージサイズを有する撮像素子に対応できるように、レンズ全長の短縮化の要求に加え、広画角化と小さなＦナンバーの実現の要求も高まっている。
しかしながら、上記特許文献１に記載された撮像レンズは、上記要求に対してＦナンバーが大きく、画角が狭すぎるものであり、レンズ全長についてもさらなる短縮化が求められる。また、上記特許文献２に記載された撮像レンズは、上記要求の全てに同時に応えることが難しい。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、レンズ全長の短縮化と広画角化を達成しながらも、Ｆナンバーが小さく、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、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、両凹形状である第５レンズと、両凹形状である第６レンズとから構成される実質的に６個のレンズからなり、下記条件式を満足することを特徴とする。
−２＜ｆ／ｆ６＜−０．２５ （１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ６：第６レンズの焦点距離
なお、本発明の撮像レンズにおいて、「実質的に６個のレンズからなり、」とは、本発明の撮像レンズが、６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。
また、本発明の撮像レンズにおいて、第１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）〜（１−２）、条件式（２）〜（２−１）、条件式（３）〜（３−１）、条件式（４）〜（４−１）、条件式（５）〜（５−１）、条件式（６）〜（６−１）、条件式（７）〜（７−１）および条件式（８）〜（８−１）のいずれか一つを満たすものでもよく、あるいは任意の組合せを満たすものでもよい。
−１．５２＜ｆ／ｆ６＜−０．３７ （１−１）
−１．４＜ｆ／ｆ６＜−１．１ （１−２）
−３．５＜ｆ／ｆ５＜０ （２）
−２．５＜ｆ／ｆ５＜０ （２−１）
−４＜ｆ４／ｆ５＜０ （３）
−２＜ｆ４／ｆ５＜０ （３−１）
−２＜ｆ／ｆ２＜０ （４）
−１＜ｆ／ｆ２＜−０．３ （４−１）
０＜ｆ／ｆ４＜３ （５）
０．８＜ｆ／ｆ４＜２．５ （５−１）
０．７＜ｆ／ｆ１＜２ （６）
０．８１＜ｆ／ｆ１＜１．５ （６−１）
−３＜ｆ・Ｐ３４＜０ （７）
−１．５＜ｆ・Ｐ３４＜−０．２ （７−１）
−１０＜(Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜４ （８）
−５＜(Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜０ （８−１）
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
ｆ４：第４レンズの焦点距離
ｆ５：第５レンズの焦点距離
ｆ６：第６レンズの焦点距離
Ｌ４ｆ：第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径
Ｌ４ｒ：第４レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｐ３４：第３レンズの像側の面と第４レンズの物体側の面とにより形成される空気レンズの屈折力であり、空気レンズの屈折力は以下の式（Ｐ）で求められる。

ここで、
Ｎｄ３：第３レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ４：第４レンズのｄ線に対する屈折率
Ｌ３ｒ：第３レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｌ４ｆ：第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径
Ｄ７：第３レンズと第４レンズの光軸上の空気間隔
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６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１〜２および第４〜６レンズの構成を最適化したので、レンズ全長の短縮化と広画角化を達成しながらも、Ｆナンバーが小さく、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のいずれか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。 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７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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 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、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、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７の実施形態に係る数値実施例（表３〜表１４）のレンズ構成に対応する第２乃至第７の構成例の断面構成を、図２〜図７に示す。図１〜図７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７の構成例についても説明する。また、図８は図１に示す撮像レンズにおける光路図であり、無限遠物体に合焦した状態における軸上光束２、最大画角の光束３の各光路および最大画角の半値ωを示す。なお、最大画角の光束３において、最大画角の主光線４を一点鎖線で示す。
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、第６レンズＬ６を備えている。
図１６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１〜７における像面Ｒ１６）に配置される。
図１７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（撮像面）に配置される。
第６レンズＬ６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６レンズＬ６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１レンズＬ１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。なお、「第１レンズＬ１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１〜７の構成例のレンズ（図１〜７）が、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１より物体側に配置された構成例である。また、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。
この撮像レンズＬにおいて、第１レンズＬ１は、光軸近傍で正の屈折力を有する。このため、レンズ全長の短縮化を実現するために有利である。また、第１レンズＬ１を、光軸近傍において両凸形状としてもよい。この場合には、第１レンズＬ１の正の屈折力を好適に確保しつつ、球面収差の発生を抑制することができる。また、第１レンズＬ１を、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してもよい。この場合には、第１レンズＬ１の後側主点位置を物体側に寄せやすく、好適に全長の短縮化を実現することができる。
また、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、軸上色収差と球面収差を良好に補正することができる。また、第２レンズＬ２を光軸近傍で像側に凹面を向けたものとすることが好ましい。この場合には、第２レンズＬ２の後側主点位置を物体側に寄せやすく、好適にレンズ全長を短縮化できる。また、第２レンズＬ２を光軸近傍で像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることができ、この場合には、より好適にレンズ全長を短縮化できる。さらに、第２レンズＬ２を光軸近傍で両凹形状とすることもでき、この場合には、第２レンズＬ２の負の屈折力を十分確保して、正の屈折力を有する第１レンズＬ１において発生する諸収差を好適に補正できるため、レンズ全長の短縮化のために有利である。
第３レンズＬ３は、所望の性能を実現可能であれば、光軸近傍で正の屈折力を有するものであってもよく、光軸近傍で負の屈折力を有するものであってもよい。第３レンズＬ３が光軸近傍で正の屈折力を有する場合には、球面収差を良好に補正することができる。第３レンズＬ３が光軸近傍で負の屈折力を有する場合には、軸上色収差、倍率の色収差の補正に有利となる。また、また、第３レンズＬ３を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することが好ましい。この場合には、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、好適にレンズ全長の短縮化を実現することができる。
また、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、レンズ全長の短縮化を好適に実現することができる。また、第４レンズを光軸近傍において像側に凸面を向けたメニスカス形状とすることが好ましい。この場合には、第４レンズＬ４の物体側の面に入射する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、レンズ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。ここで、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４を正の第１レンズ群、第５レンズＬ５と後述の負の屈折力を有する第６レンズＬ６を負の第２レンズ群とみなすと、撮像レンズＬはテレフォト型に配置されている。このため、第５レンズＬ５と後述の負の屈折力を有する第６レンズＬ６とで負の屈折力を分担することにより、撮像レンズＬの第５レンズＬ５と第６レンズＬ６からなる第２レンズ群を十分な負の屈折力を有するように構成することができ、レンズ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は、光軸近傍において両凹形状である。このため、第５レンズＬ５が物体側に凹面を向けていることにより、非点収差の補正が容易になり、広画角化に有利である。また、第５レンズＬ５が、光軸近傍において像側に凹面を向けていることにより、レンズ全長の短縮化に有利である。
第６レンズＬ６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、撮像レンズＬの後側主点位置を物体側に寄せやすく、好適にレンズ全長の短縮化を実現することができる。また、第６レンズＬ６が光軸近傍において負の屈折力を有することにより、像面湾曲を良好に補正することができる。また、第６レンズＬ６は、光軸近傍において像側に凹面を向けている。このため、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。
また、第６レンズＬ６は、光軸近傍において両凹形状である。このため、第６レンズＬ６の物体側の面と像側の面の両方で第６レンズＬ６の負の屈折力を好適に確保しつつ、第６レンズＬ６の各面における負の屈折力の負担が大きくなりすぎることを抑制できるため、歪曲収差を良好に補正することができ、特に中間画角において、撮像レンズＬ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る。
また、第６レンズＬ６は、像側の面が像側の面と最大画角の主光線との交点から光軸に向かって半径方向内側に少なくとも１つの変曲点を有する非球面形状であることが好ましい。このことにより、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。また、第６レンズＬ６を、像側の面が像側の面と最大画角の主光線との交点から光軸に向かって半径方向内側に少なくとも１つの変曲点を有する非球面形状とすることにより、歪曲収差を良好に補正することができる。なお、第６レンズＬ６の像側の面における「変曲点」とは、第６レンズＬ６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。また、本明細書中において、「像側の面と最大画角の主光線との交点から光軸に向かって半径方向内側に」とは、像側の面と最大画角の主光線との交点と同じ位置かそれより光軸に向かって半径方向内側を意味する。また、第６レンズＬ６の像側の面に設けられた変曲点は、第６レンズＬ６の像側の面と最大画角の主光線との交点と同じ位置かそれより光軸に向かって半径方向内側の任意の位置に配置することができる。
また、上記撮像レンズＬを構成する第１レンズＬ１乃至第６レンズＬ６を単レンズとした場合には、第１レンズＬ１乃至第６レンズＬ６のいずれかのレンズを接合レンズとした場合よりも、レンズ面数が多いため、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。
上記撮像レンズＬによれば、全体として６枚というレンズ構成において、第１ないし第６レンズの各レンズ要素の構成を最適化したので、レンズ全長の短縮化と広画角化を達成しながらも、Ｆナンバーが小さく、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。
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６レンズＬ６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。
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６レンズＬ６の焦点距離ｆ６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。
−２＜ｆ／ｆ６＜−０．２５ （１）
条件式（１）は、第６レンズＬ６の焦点距離ｆ６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、全系の屈折力に対する第６レンズＬ６の負の屈折力を抑制することが好ましい。この場合には、全系の屈折力に対する第６レンズＬ６の負の屈折力が強くなりすぎず、特に中間画角において、撮像レンズＬ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る。また、条件式（１）の上限以上とならないように、全系の屈折力に対する第６レンズＬ６の負の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対する第６レンズＬ６の負の屈折力が弱くなりすぎず、レンズ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。この効果を更に高めるために、条件式（１−１）を満たすことが好ましく、条件式（１−２）を満たすことがさらに好ましい。
−１．５２＜ｆ／ｆ６＜−０．３７ （１−１）
−１．４＜ｆ／ｆ６＜−１．１ （１−２）
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（２）を満足することが好ましい。
−３．５＜ｆ／ｆ５＜０ （２）
条件式（２）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（２）の下限以下とならないように、第５レンズＬ５の屈折力を抑制することにより、第５レンズＬ５の負の屈折力が全系の屈折力に対して強くなりすぎず、歪曲収差を良好に補正することができる。条件式（２）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、第５レンズＬ５の負の屈折力が全系の屈折力に対して弱くなりすぎず、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４を正の第１レンズ群、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６を負の第２レンズ群とみなして、撮像レンズＬをテレフォト型に配置したことによるレンズ全長の短縮化の効果を奏するために好適である。この効果をより高めるために、条件式（２−１）を満たすことが好ましく、条件式（２−２）を満たすことがより好ましい。
−２．５＜ｆ／ｆ５＜０ （２−１）
−１．７＜ｆ／ｆ５＜−０．１９ （２−２）
また、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４および第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
−４＜ｆ４／ｆ５＜０ （３）
条件式（３）は第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５に対する第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４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５レンズＬ５の負の屈折力に対する第４レンズＬ４の正の屈折力を確保することにより、第４レンズＬ４の正の屈折力が第５レンズＬ５の負の屈折力に対して弱くなりすぎず、球面収差を良好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５レンズＬ５の負の屈折力に対する第４レンズＬ４の正の屈折力を抑制することにより、第４レンズＬ４の正の屈折力が第５レンズＬ５の屈折力に対して強くなりすぎず、好適にレンズ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、条件式（３−１）を満たすことがより好ましく、条件式（３−２）を満たすことがより好ましい。
−２＜ｆ４／ｆ５＜０ （３−１）
−０．９＜ｆ４／ｆ５＜−０．１ （３−２）
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（４）を満足することが好ましい。
−２＜ｆ／ｆ２＜０ （４）
条件式（４）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（４）の下限以下とならないように、第２レンズＬ２の屈折力を抑制することにより、第２レンズＬ２の負の屈折力が全系の屈折力に対して強くなりすぎず、球面収差が補正過剰になることを抑制しつつ、小さなＦナンバーを実現するために有利である。条件式（４）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、第２レンズＬ２の負の屈折力が全系の屈折力に対して弱くなりすぎず、軸上色収差を好適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（４−１）を満たすことがより好ましく、条件式（４−２）を満たすことがより好ましい。
−１＜ｆ／ｆ２＜−０．３ （４−１）
−０．８＜ｆ／ｆ２＜−０．４ （４−２）
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（５）を満足することが好ましい。
０＜ｆ／ｆ４＜３ （５）
条件式（５）は全系の焦点距離ｆに対する第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（５）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、第４レンズＬ４の正の屈折力が全系の屈折力に対して弱くなりすぎず、レンズ全長の短縮化を好適に実現することができる。条件式（５）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、第４レンズＬ４の正の屈折力が全系の屈折力に対して強くなりすぎず、倍率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（５−１）を満たすことがより好ましく、条件式（５−２）を満たすことがより好ましい。
０．８＜ｆ／ｆ４＜２．５ （５−１）
１．２＜ｆ／ｆ４＜１．９５ （５−２）
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（６）を満足することが好ましい。
０．７＜ｆ／ｆ１＜２ （６）
条件式（６）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（６）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、第１レンズＬ１の正の屈折力が全系の屈折力に対して弱くなりすぎず、レンズ全長の短縮化を好適に実現することができる。条件式（６）の上限以上とならないように、第１レンズＬ１の屈折力を抑制することにより、第１レンズＬ１の正の屈折力が全系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、小さなＦナンバーを実現するために有利である。また、条件式（６）の上限以上とならないようにすることにより、非点収差を良好に補正することができ、広画角化を実現するために有利である。この効果をより高めるために、条件式（６−１）を満たすことが好ましく、条件式（６−２）を満たすことがさらに好ましい。
０．８１＜ｆ／ｆ１＜１．５ （６−１）
０．９＜ｆ／ｆ１＜１．３ （６−２）
また、全系の焦点距離ｆと第３レンズＬ３の像側の面と第４レンズＬ４の物体側の面とにより形成される空気レンズの屈折力Ｐ３４は、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
−３＜ｆ・Ｐ３４＜０ （７）
ここで、Ｐ３４は、第３レンズＬ３のｄ線に対する屈折率Ｎｄ３、第４レンズＬ４のｄ線に対する屈折率Ｎｄ４、第３レンズＬ３の像側の面の近軸曲率半径Ｌ３ｒ、第４レンズＬ４の物体側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｆ、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の光軸上の空気間隔Ｄ７を用いて以下の式（Ｐ）で求められるものである。
屈折力は焦点距離の逆数であるから、第３レンズＬ３の像側の面と第４レンズＬ４の物体側の面とにより形成される空気レンズの焦点距離をｆ３４ａとすると、条件式（７）は、このｆ３４ａ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構成することで、第３レンズＬ３の像側の面と第４レンズＬ４の物体側の面とにより形成される空気レンズの屈折力が強くなりすぎず、歪曲収差を良好に補正することができる。条件式（７）の上限以上とならないように構成することで、第３レンズＬ３の像側の面と第４レンズＬ４の物体側の面とにより形成される空気レンズの屈折力が弱くなりすぎず、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（７−１）を満たすことがより好ましく、条件式（７−２）を満たすことがよりさらに好ましい。
−１．５＜ｆ・Ｐ３４＜−０．２ （７−１）
−１＜ｆ・Ｐ３４＜−０．６ （７−２）
また、第４レンズＬ４の物体側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｆと第４レンズＬ４の像側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｒは、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
−１０＜(Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜４ （８）
条件式（８）は、第４レンズＬ４の物体側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｆと第４レンズＬ４の像側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｒ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（８）の下限以下とならないように構成することで、第４レンズＬ４の像側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｒの絶対値が小さくなりすぎるのを抑制することができ、球面収差を良好に補正することができる。条件式（８）の上限以上とならないように構成することで、第４レンズＬ４の物体側の面の近軸曲率半径Ｌ４ｆの絶対値が小さくなりすぎるのを抑制することができ、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（８−１）を満たすことが好ましく、条件式（８−２）を満たすことがより好ましい。
−５＜(Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜０ （８−１）
−２．５＜(Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜−１．５ （８−２）
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６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、レンズ全長の短縮化と広画角化を達成しながらも、Ｆナンバーが小さく、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、本発明の実施の形態に係る撮像レンズＬは、各実施形態に示すように、例えば無限遠物体に合焦した状態における最大画角が８０度以上となるように広画角化を実現することができ、高画素化の要求を満たす撮像素子を有する携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等などの撮像装置に撮像レンズＬを好適に適用することができる。また、本発明の実施の形態に係る撮像レンズＬは、各実施形態に示すように、例えば２．１より小さなＦナンバーを有することが可能であり、やはり、高画素化の要求を満たす撮像素子を有する携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等などの撮像装置に撮像レンズＬを好適に適用することができる。これに対し、特許文献１、２に記載された撮像レンズは、小さなＦナンバーと広画角化とレンズ全長の短縮化の全ての要求を満たすものはなく、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。
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、最も物体側の光学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ものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。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、無限遠物体に合焦した状態における最大画角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。
この実施例１に係る撮像レンズは、第１レンズＬ１乃至第６レンズＬ６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。

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７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７として、表３〜表１４に示す。これらの実施例１〜７に係る撮像レンズでは、第１レンズＬ１乃至第６レンズＬ６の両面がすべて非球面形状となっている。
図８は、左から順に実施例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）を表す収差図をそれぞれ示している。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は無限遠物体に合焦した状態における最大画角の半値をそれぞれ示す。
同様に、実施例２乃至実施例７の撮像レンズについての諸収差を図１０乃至図１５に示す。図１０乃至図１５に示す収差図は全て物体距離が無限遠の場合のものである。
また、表１５には、本発明に係る各条件式（１）〜（８）に関する値を、各実施例１〜７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、レンズ全長の短縮化と広画角化を実現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、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Ｒｍ(ｍは自然数)と円錐係数Ｋｍ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／Ｒｍ、ＫＡ＝Ｋｍ−１と考える。Ｒｍ、Ｋｍ、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Ｒｍ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、その差分の算出に用いられたＲｍおよびＫｍの少なくとも一方の値を変更してＲｍ＋１とＫｍ＋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。
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
Ｌ６ 第６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 (19)

  1. 物体側から順に、
    正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、
    第３レンズと、
    正の屈折力を有する第４レンズと、
    両凹形状である第５レンズと、
    両凹形状である第６レンズとから構成される実質的に６個のレンズからなり、下記条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    −２＜ｆ／ｆ６＜−０．２５ （１）
    ただし、
    ｆ：全系の焦点距離
    ｆ６：前記第６レンズの焦点距離
  2. さらに以下の条件式を満足する請求項１に記載の撮像レンズ。
    −３．５＜ｆ／ｆ５＜０ （２）
    ただし、
    ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
  3. さらに以下の条件式を満足する請求項１または２に記載の撮像レンズ。
    −４＜ｆ４／ｆ５＜０ （３）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
  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項に記載の撮像レンズ。
    −２＜ｆ／ｆ２＜０ （４）
    ただし、
    ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
  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項に記載の撮像レンズ。
    ０＜ｆ／ｆ４＜３ （５）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
  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。
    ０．７＜ｆ／ｆ１＜２ （６）
    ただし、
    ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
  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。
    −３＜ｆ・Ｐ３４＜０ （７）
    ただし、
    Ｐ３４：前記第３レンズの像側の面と前記第４レンズの物体側の面とにより形成される空気レンズの屈折力であり、空気レンズの屈折力は以下の式（Ｐ）で求められる。

    ここで、
    Ｎｄ３：前記第３レンズのｄ線に対する屈折率
    Ｎｄ４：前記第４レンズのｄ線に対する屈折率
    Ｌ３ｒ：前記第３レンズの像側の面の近軸曲率半径
    Ｌ４ｆ：前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｄ７：前記第３レンズと前記第４レンズの光軸上の空気間隔
  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。
    −１０＜（Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜４ （８）
    ただし、
    Ｌ４ｆ：前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｌ４ｒ：前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径
  9. 前記第１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８のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
  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項に記載の撮像レンズ。
    −１．５２＜ｆ／ｆ６＜−０．３７ （１−１）
  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項に記載の撮像レンズ。
    −２．５＜ｆ／ｆ５＜０ （２−１）
    ただし、
    ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
  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。
    −２＜ｆ４／ｆ５＜０ （３−１）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
  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＜ｆ／ｆ２＜−０．３ （４−１）
    ただし、
    ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
  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。
    ０．８＜ｆ／ｆ４＜２．５ （５−１）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
  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。
    ０．８１＜ｆ／ｆ１＜１．５ （６−１）
    ただし、
    ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
  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。
    −１．５＜ｆ・Ｐ３４＜−０．２ （７−１）
    ただし、
    Ｐ３４：前記第３レンズの像側の面と前記第４レンズの物体側の面とにより形成される空気レンズの屈折力であり、空気レンズの屈折力は以下の式（Ｐ）で求められる。

    ここで、
    Ｎｄ３：前記第３レンズのｄ線に対する屈折率
    Ｎｄ４：前記第４レンズのｄ線に対する屈折率
    Ｌ３ｒ：前記第３レンズの像側の面の近軸曲率半径
    Ｌ４ｆ：前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｄ７：前記第３レンズと前記第４レンズの光軸上の空気間隔
  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項に記載の撮像レンズ。
    −５＜（Ｌ４ｒ＋Ｌ４ｆ)／（Ｌ４ｒ−Ｌ４ｆ）＜０ （８−１）
    ただし、
    Ｌ４ｆ：前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径
    Ｌ４ｒ：前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径
  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項に記載の撮像レンズ。
    −１．４＜ｆ／ｆ６＜−１．１ （１−２）
  19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の撮像レンズを備えた撮像装置。
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