JP2015187675A - ５枚の光学素子構成の撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】低背化と広角化に対応し、且つ明るく、高解像度の撮像レンズを低コストで得ること。【解決手段】固体撮像素子上に被写体の像を結像する５枚の光学素子構成のＦ値が２．４以下の撮像レンズであって、物体側から像側に向かって順に、第１の光学素子としての物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、第２の光学素子としての像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズとで構成した屈折力が正の第１光学素子群と、第３の光学素子としての像側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズで構成した屈折力が正の第２光学素子群と、第４の光学素子としての像側に凹面を向けた負の屈折力を有する両面が非球面の第４レンズで構成した屈折力が負の第３光学素子群とを備えており、前記第４レンズの像側に面には光軸上以外の位置に少なくとも１つの変極点が形成されており、前記第１光学素子群よりも像側の空気間隔内に、第５の光学素子としての実質的に屈折力を有さない両面が非球面の収差補正光学素子を１枚配置して構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、小型の撮像装置に使用されるＣＣＤセンサやＣ-ＭＯＳセンサの固体撮像素子上に被写体の像を結像させる撮像レンズに関し、特に、小型化、低背化が進むスマートフォンや携帯電話機およびＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）やゲーム機、ＰＣなどの情報端末機器、更にはカメラ機能が付加された家電製品等に搭載される撮像装置に内蔵する５枚の光学素子で構成される撮像レンズに関するものである。

本発明において、光学素子の内でレンズか否かの分類は、光軸上の屈折力の有無によって分類されるものである。光軸上（近軸）で屈折力の有る光学素子をレンズと呼ぶ。レンズ機能のない光学素子は、全体の焦点距離を変更することなく、周辺部の収差の改善に寄与させることができる。なお、レンズの面形状について、凸面、凹面とは近軸（光軸近傍）における形状を指すものとする。また、非球面に形成される変極点とは、接平面が光軸と垂直に交わる非球面上の点を意味するものとする。

近年、多くの情報端末機器にカメラ機能が搭載されることが一般的になった。また、カメラ付きの家電製品も登場するようになり、例えばスマートフォンと家電製品とを通信させることで、外出先からでも機器に搭載したカメラを通して自宅の様子をタイムリーに見ることも可能になった。このように、情報端末機器や家電製品にカメラ機能を融合させ、消費者の利便性を高める商品開発は今後も益々進んでいくものと考えられる。このような機器に搭載されるカメラの性能は、高画素化に対応した高い解像力を備えることはもちろんのこと、小型で、低背であり、明るいレンズ系であることに加えて、広い画角に対応することが求められている。

しかしながら、低背、広画角、さらに明るい撮像レンズを得るには、画面周辺部における収差補正が困難であり、画面全体にわたって良好な光学性能を確保することは難しい。レンズ材料にガラス材料を採用することで、これらの課題をある程度解決することは可能でも、ガラス材料は大量生産に向かないため、低コストで大量に提供するには課題がある。

従来、広い画角への対応や高性能化を目指した撮像レンズとして、例えば、以下の特許文献１、２のような撮像レンズが知られている。

特許文献１には、物体側から像面側に向かって順に配置された、正の屈折力を有する両凸レンズからなる第１レンズと、負の屈折力を有し、像面側のレンズ面が凹面である第２レンズと、正の屈折力を有し、像面側のレンズ面が凸面であるメニスカスレンズからなる第３レンズと、負の屈折力を有し、両方のレンズ面が非球面形状で、像面側のレンズ面が光軸近傍で凹面である第４レンズとを備える撮像レンズが開示されている。

また、特許文献２には、物体側より順に、正の第１レンズと、正の第２レンズと、負の第３レンズ、正の第４レンズ、負の第５レンズからなる、小型化および諸収差の良好な補正を目指した撮像レンズが開示されている。

特開２０１０−２７１５４１号公報 特開２０１０−０２６４３４号公報

上記特許文献１に記載の撮像レンズは、光学全長が５．４ｍｍ程度で、撮像素子の有効撮像面の対角線の長さに対して０．９倍程度に抑えられた比較的低背化が実現されている。しかし、４枚構成のため収差補正が十分ではない。また、比較的広角化が図られているものの、Ｆ値は２．８程度で、近年要求される明るいレンズ系に対応することは困難である。

上記特許文献２に記載の撮像レンズは、５枚構成のため、光学全長が７．８ｍｍ程度で、撮像素子の有効撮像面の対角線の長さに対して１．１倍程度と長く、これ以上の低背化には不利な構成である。５枚構成として諸収差を良好に補正しつつ、Ｆ値は２．０から２．５程度の明るいレンズ系を実現しているが、最大画角は６２°程度までにしか対応できず、またこれ以上の広角化を図ろうとすると画面周辺部における収差補正に課題が残る。

このように、従来の技術においては、低背化と広角化に対応し、且つ明るく、高解像度の撮像レンズを得ることは困難であった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、５枚という構成を採りながら低背化の要求に十分応え、Ｆ２．４以下の明るさと、広い画角に対応しながらも、諸収差が良好に補正された小型の撮像レンズを低コストで提供することにある。

なお、ここでいう低背とは、光学全長が撮像素子の有効撮像面の対角線の長さよりも短いレベルを指しており、広角とは全画角で７０°以上のレベルを指している。また、撮像素子の有効撮像面の対角線の長さとは、撮像レンズに入射した最大画角からの光線が撮像面に入射する位置の光軸から垂直な高さ、すなわち最大像高を半径とする有効像円の直径を意味するものとする。

本発明の撮像レンズは、固体撮像素子上に被写体の像を結像する５枚の光学素子構成のＦ値が２．４以下の撮像レンズであって、物体側から像側に向かって順に、第１の光学素子としての物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、第２の光学素子としての像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズとで構成した屈折力が正の第１光学素子群と、第３の光学素子としての像側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズで構成した屈折力が正の第２光学素子群と、第４の光学素子としての像側に凹面を向けた負の屈折力を有する両面が非球面の第４レンズで構成した屈折力が負の第３光学素子群とを備えており、前記第４レンズの像側の面には光軸上以外の位置に少なくとも１つの変極点が形成されており、前記第１光学素子群よりも像側の空気間隔内に、第５の光学素子としての実質的に屈折力を有さない両面が非球面の収差補正光学素子を１枚配置して構成したことを特徴とする。

上記構成における５枚の光学素子構成の撮像レンズは、正の第１光学素子群と、正の第２光学素子群と、負の第３光学素子群とが物体側から順に配置された、いわゆるテレフォトタイプのパワー配列としているため、低背化に有利な構成になっている。

上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、第１光学素子群は、正の第１レンズで低背化を図り、負の第２レンズで球面収差および色収差を良好に補正する。第２光学素子群は、比較的強い正の第３レンズで低背化を維持しながらコマ収差、像面湾曲の補正を行う。第３光学素子群は、負の第４レンズによって第３レンズで発生する球面収差の補正を行うとともに、像側の面に光軸上以外の位置に少なくとも１つの変極点を有する非球面を形成することで像面湾曲、歪曲収差の補正と主光線が撮像素子に入射する角度を適切に制御する。実質的に屈折力を有さない収差補正光学素子は、両面に形成した非球面形状によって、画面周辺部の収差を良好に補正する。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、第５の光学素子としての実質的に屈折力を有さない収差補正光学素子は、第１光学素子群と第２光学素子群との空気間隔内、第２光学素子群と第３光学素子群との空気間隔内、第３光学素子群と撮像面との空気間隔内の何れかに配置することで、両面に形成した非球面の効果により、特に収差補正光学素子よりも物体側に配置された光学素子群における周辺部の収差を良好に補正することが可能になるため、広い画角から入射する光線に対して収差の改善に有効に機能する。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズは、以下の条件式（１）、（２）を満足することが望ましい。
（１）０．１＜ＴＮ／ｆ＜０．５
（２）４０＜νｄＮ＜６０
ただし、
ＴＮ：収差補正光学素子が配置されるレンズ間隔の光軸上の距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
νｄＮ：収差補正光学素子のｄ線に対するアッベ数

条件式（１）は収差補正光学素子の適切な配置スペースを規定するものであり、低背化を維持しながら周辺部の収差補正を良好に行うための条件である。条件式（１）の上限値を上回る場合、収差補正光学素子を配置するスペースが広くなり過ぎ、低背化が困難になる。一方、下限値を下回る場合は、収差補正光学素子を配置するスペースが狭くなるため、両面に形成する非球面形状に対する制約を受け、良好な収差補正を行う事が困難になる。なお、収差補正光学素子が第４レンズと撮像面との間に配置される場合、条件式（１）における収差補正光学素子が配置されるレンズ間隔の光軸上の距離とは、第４レンズの像側の面と撮像面までの光軸上の距離を指すものとする。

条件式（２）は収差補正光学素子の材料に関し、アッベ数を適切な範囲に規定するものであり、条件式（２）を満足する材料、すなわち低分散な材料を採用することによって、周辺部の収差補正を良好に行うことができる。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズは、以下の条件式（３）、（４）を満足することが望ましい。
（３）４．０＜（ｄ２／ｆ）×１００＜１０．０
（４）０．４＜（ｔ１／ｆ）×１００＜１．５
ただし、
ｄ２：第２レンズの光軸上の厚み
ｔ１：第１レンズと第２レンズの光軸上の空気間隔
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離

条件式（３）は第２レンズの光軸上の厚みを適切に規定するものであり、第２レンズの成型性を良好に保ちつつ、低背化を維持するための条件である。条件式（３）の上限値を上回ると、第２レンズの光軸上の厚さが厚くなり過ぎるため、第２レンズが配置される物体側、および像側の空気間隔の確保が困難になり、その結果、全長の長い光学系になり易い。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２レンズの光軸上の厚みが薄くなりすぎてしまい、レンズの成型性を損なうこととなる。

条件式（４）は第１レンズと第２レンズの光軸上の空気間隔を適切な範囲に規定するものであり、低背化と良好な組み立て性を維持するための条件である。条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔が広くなり過ぎ、低背化が困難になるとともに歪曲収差、像面湾曲が増大するため好ましくない。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、第１レンズと第２レンズの光軸上の空気間隔が狭くなり過ぎ、組み立て時に第１レンズと第２レンズが接触する危険性が高まる。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、収差補正光学素子の両面に形成された非球面は、物体側、像側ともに、光軸から離れるに従って、物体側へ向かう方向に変化する形状であることが望ましい。このような非球面形状にすることで、収差補正光学素子から出射する光線の角度が抑制され、マージナル光線の収差を抑えることが可能になる。従って、広角化および低Ｆ値に伴って増大する周辺部における収差の補正を容易なものにする。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズは、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）０．８５＜ｆＬＧ１／ｆ＜１．７
ただし、
ｆＬＧ１：第１光学素子群の焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離

条件式（５）は撮像レンズ全系の焦点距離に対する第１光学素子群の焦点距離を適切な範囲に規定するものであり、低背化と色収差補正のための条件である。条件式（５）の上限値を上回る場合、第１光学素子群の正の屈折力が弱くなるため、低背化が困難になる。一方、条件式（５）の下限値を下回る場合、第１光学素子群の正の屈折力が強くなるため、色収差の補正が不十分になる。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）０．３＜ｆＬＧ２／ｆ＜１．４
ただし、
ｆＬＧ２：第２光学素子群の焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離

条件式（６）は、撮像レンズ全系の焦点距離に対する第２光学素子群の焦点距離を適切な範囲に規定するものであり、低背化と球面収差、およびコマ収差を補正するための条件である。条件式（６）の上限値を上回る場合、第２光学素子群の正の屈折力が弱くなるため、低背化が困難になる。一方、条件式（６）の下限値を下回る場合、第２光学素子群の正の屈折力が強くなるため、球面収差およびコマ収差の補正が不十分になる。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）−１．２＜ｆＬＧ３／ｆ＜−０．２
ただし、
ｆＬＧ３：第３光学素子群の焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離

条件式（７）は、撮像レンズ全系の焦点距離に対する第３光学素子群の焦点距離を適切な範囲に規定するものであり、低背化と球面収差および色収差を補正するための条件である。条件式（７）の上限値を上回る場合、第３光学素子群の負の屈折力が強くなるため、低背化が困難になる。一方、条件式（７）の下限値を下回る場合、第３光学素子群の負の屈折力が弱くなるため、球面収差および色収差の補正が不十分になる。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８）０．７＜（ｒ５＋ｒ６）／（ｒ５−ｒ６）＜６．５
ただし、
ｒ５：第２光学素子群を構成する第３レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ６：第２光学素子群を構成する第３レンズの像側の面の曲率半径

条件式（８）は第２光学素子群を構成する第３レンズの形状を規定するものであり、低背化を維持しつつ、球面収差の補正を良好に行うための条件である。条件式（８）の範囲に規定することで、第３レンズは両凸形状から像側に凸面を向けたメニスカス形状となる。条件式（８）の上限値を上回る場合、第３レンズのメニスカス度が強まることで、第３レンズの像側主点位置が像側に移動するため、光学全長が長くなり低背化が困難になる。さらに、球面収差の発生が過剰になりやすく、第４レンズで補正することが困難になる。一方、条件式（８）の下限値を下回る両凸形状となる場合は、低背化、および球面収差の発生を抑えるには有利だが、第３レンズの像側主点位置が物体側に移動するため、バックフォーカスの確保が困難になる。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、以下の条件式（９）、（１０）を満足することが望ましい。
（９）ｆＬＧ１＞ｆＬＧ２
（１０）ｆＬＧ２≧｜ｆＬＧ３｜
ただし、
ｆＬＧ１：第１光学素子群の焦点距離
ｆＬＧ２：第２光学素子群の焦点距離
ｆＬＧ３：第３光学素子群の焦点距離

条件式（９）は正の第１光学素子群と正の第２光学素子群の焦点距離の関係を規定するものであり、低背化と諸収差の良好な補正をするための条件である。条件式（９）を満足することで、第１光学素子群の正の屈折力が過剰になることを防止し、第１光学素子群内における収差補正を容易にするとともに、第２光学素子群に強い正の屈折力を与えることで低背化の維持を容易にする。また、条件式（１０）は、正の第２光学素子群と負の第３光学素子群の焦点距離の関係を規定するものであり、低背化のために強い正の屈折力を持たせた第３レンズで発生する球面収差を、負の第３光学素子群で補正することを容易にする。

また、上記５枚の光学素子構成の撮像レンズにおいて、第１光学素子群内に配置された負の屈折力を有する光学素子のアッベ数を２０から３０の範囲とし、その他３枚の屈折力を有する光学素子のアッベ数を４０から７０の範囲で構成することが望ましい。第１光学素子群内に配置された負の光学素子を高分散な材料とすることで、軸上、及び倍率色収差の補正を良好に行うことができる。また、その他３枚の屈折力を有する光学素子に低分散な材料を選択することで倍率色収差の発生を抑制することが容易になる。また、上述したアッベ数の範囲は、すべての屈折力を有する光学素子をプラスチック材料で構成することが可能であることをも示すものであり、低コストな撮像レンズを得ることが可能になる。

本発明により、低背化の要求に十分応え、Ｆ２．４以下の明るさと、広い画角に対応しながらも、諸収差が良好に補正された小型の撮像レンズを低コストで得ることが出来る。

実施例１の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例１の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例２の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例２の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例３の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例３の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例４の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例４の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例５の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例５の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例６の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例６の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例７の撮像レンズの概略構成を示す図である。 実施例７の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１、図３、図５、図７、図９、図１１、及び図１３はそれぞれ、本実施形態の実施例１から７に係る撮像レンズの概略構成図を示している。いずれも基本的なレンズ構成は同様であるため、ここでは主に実施例１の概略構成図を参照しながら、本実施形態の撮像レンズ構成について説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る５枚の光学素子構成の撮像レンズは、物体側から順に、第１の光学素子としての正の第１レンズＬ１と第２の光学素子としての負の第２レンズＬ２とで構成される屈折力が正の第１光学素子群ＬＧ１と、第３の光学素子としての正の第３レンズＬ３で構成される屈折力が正の第２光学素子群ＬＧ２と、第４の光学素子としての両面が非球面の第４レンズＬ４で構成される屈折力が負の第３光学素子群ＬＧ３とを備え、第１光学素子群ＬＧ１と第２光学素子群ＬＧ２との間には、第５の光学素子としての実質的に屈折力を有さない両面が非球面の収差補正光学素子ＮＥが配置されて構成されている。従って、本実施形態の撮像レンズは４枚の屈折力を有する光学素子と、１枚の実質的に屈折力を有さない収差補正光学素子との合計５枚で構成されている。また、上記３つの光学素子群は物体側から順に正、正、負のパワー配列となっており、低背化、すなわち光学全長を短くするために有利な構成になっている。

第３光学素子群ＬＧ３と撮像面ＩＭＧとの間には、赤外線カットフィルタ等のフィルタＩＲが配置されている。なお、このフィルタＩＲは省略することも可能である。本実施形態に係る撮像レンズの光学全長やバックフォーカスの値はフィルタＩＲを空気換算した距離として定義している。また、開口絞りＳＴは第１レンズＬ１の物体側に配置している。

上記実施形態において、第１光学素子群ＬＧ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の比較的強い正の屈折力を有する第１レンズＬ１で低背化を図り、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２で球面収差および色収差を良好に補正している。第２光学素子群ＬＧ２は、像側に凸面を向けたメニスカス形状で比較的強い正の屈折力を有する両面が非球面の第３レンズＬ３で低背化を図りながらコマ収差、像面湾曲の補正を行っている。第３光学素子群ＬＧ３は、物体側及び像側に凹面を向けた両凹形状で負の屈折力を有する両面が非球面の第４レンズＬ４によって、第３レンズＬ３で発生する球面収差を効果的に補正しつつ、像面湾曲と歪曲収差の補正を行っている。また、第４レンズＬ４の像側の面に、光軸上以外の位置に変極点を形成しており、第４レンズＬ４の屈折力を周辺部で負から正に変化させている。第４レンズＬ４の屈折力を中心部から周辺部にわたって適切に変化させることによって像面湾曲の補正と主光線が撮像素子に入射する角度を適切に制御している。さらに、近軸で両面が平面であり、実質的に屈折力を有さない両面が非球面の収差補正光学素子ＮＥを第１光学素子群ＬＧ１と第２光学素子群ＬＧ２との間の空気間隔内に配置することで、両面に形成した非球面により周辺部の収差補正を良好なものとしている。

なお、第１光学素子群ＬＧ１に配置される第１レンズＬ１は物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであれば良く、他の実施例に示すように、物体側及び像側に凸面を向けた両凸形状であっても良い。また、第１光学素子群ＬＧ１に配置される第２レンズＬ２は像側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズであれば良く、図３、図１１に示す実施例２、実施例６のように物体側及び像側に凹面を向けた両凹形状であっても良い。また、第２光学素子群ＬＧ２を構成する第３レンズＬ３は像側に凸面を向けた正の屈折力のレンズであれば良く、図７に示す実施例４のように、物体側及び像側に凸面を向けた両凸形状であっても良い。さらに、第３光学素子群ＬＧ３を構成する第４レンズＬ４は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズであれば良く、図５、図１１、図１３に示す実施例３、実施例６、実施例７のように像側に凹面を向けたメニスカス形状であっても良い。

また、近軸で平面であり実質的に屈折力を有さない両面が非球面の収差補正光学素子ＮＥが配置される位置は、第１光学素子群ＬＧ１よりも像側の空気間隔内であれば良い。図１１に示す実施例６では、第２光学素子群ＬＧ２と第３光学素子群ＬＧ３との間に配置される例であり、図１３に示す実施例７では第３光学素子群ＬＧ３と撮像面ＩＭＧとの間に配置される例である。

開口絞りＳＴは第１光学素子群ＬＧ１の物体側に配置している。従って、射出瞳位置が撮像面ＩＭＧから遠ざかるため、テレセントリック性の確保が容易になっている。

上記の実施形態で配置される、実質的に屈折力を有さない収差補正光学素子ＮＥは、近軸では平行平板の形状になっているため、撮像レンズ全系の屈折力に影響を与えることは無く、また第１の光学素子としての第１レンズＬ１から第４の光学素子としての第４レンズＬ４の４枚のレンズの屈折力に影響を与えることは無い。従って、焦点距離やレンズの中心厚等のパラメータを変化させることなく、周辺部のみの収差を補正することが可能である。

また、収差補正光学素子ＮＥの両面に形成された非球面は、物体側、像側ともに、光軸Ｘから離れるに従って、物体側へ向かう方向に変化する形状に形成されている。このような非球面形状は、収差補正光学素子ＮＥを出射する光線の角度を抑制し、マージナル光線の収差を抑えることを容易にする。従って、広角化および低Ｆ値に伴って増大する周辺部の収差を良好に改善する。

本実施形態における５枚の光学素子構成の撮像レンズは、以下の条件式（１）から（１０）を満足することにより、好ましい効果を奏するものである。
（１）０．１＜ＴＮ／ｆ＜０．５
（２）４０＜νｄＮ＜６０
（３）４．０＜（ｄ２／ｆ）×１００＜１０．０
（４）０．４＜（ｔ１／ｆ）×１００＜１．５
（５）０．８５＜ｆＬＧ１／ｆ＜１．７
（６）０．３＜ｆＬＧ２／ｆ＜１．４
（７）−１．２＜ｆＬＧ３／ｆ＜−０．３
（８）０．７＜（ｒ５＋ｒ６）／（ｒ５−ｒ６）＜６．５
（９）ｆＬＧ１＞ｆＬＧ２
（１０）ｆＬＧ２≧｜ｆＬＧ３｜
ただし、
ＴＮ：収差補正光学素子ＮＥが配置されるレンズ間隔の光軸Ｘ上の距離
ｆ： 撮像レンズ全系の焦点距離
νｄＮ：収差補正光学素子ＮＥのｄ線に対するアッベ数
ｄ２：第２レンズＬ２の中心厚
ｔ１：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の光軸上の空気間隔
ｆＬＧ１：第１光学素子群ＬＧ１の焦点距離
ｆＬＧ２：第２光学素子群ＬＧ２の焦点距離
ｆＬＧ３：第３光学素子群ＬＧ３の焦点距離
ｒ５：第２光学素子群を構成する第３レンズＬ３の物体側の面の曲率半径
ｒ６：第２光学素子群を構成する第３レンズＬ３の像側の面の曲率半径

また、本実施形態における５枚の光学素子構成の撮像レンズは、以下の条件式（１ａ）から（８ａ）を満足することにより、より好ましい効果を奏するものである。
（１ａ）０．２＜ＴＮ／ｆ＜０．５０
（２ａ）５０＜νｄＮ＜６０
（３ａ）４．２＜（ｄ２／ｆ）×１００＜８．８
（４ａ）０．４５＜（ｔ１／ｆ）×１００＜１．４
（５ａ）０．９５＜ｆＬＧ１／ｆ＜１．５５
（６ａ）０．４＜ｆＬＧ２／ｆ＜１．３
（７ａ）−１．０＜ｆＬＧ３／ｆ＜−０．４
（８ａ）０．７＜（ｒ５＋ｒ６）／（ｒ５−ｒ６）＜２．０
ただし、各条件式の符号は前の段落での説明と同様である。

さらに、本実施形態における５枚の光学素子構成撮像レンズは、以下の条件式（１ｂ）から（８ｂ）を満足することにより、特に好ましい効果を奏するものである。
（１ｂ）０．２５≦ＴＮ／ｆ≦０．４５
（２ｂ）５３≦νｄＮ≦５８
（３ｂ）４．６１≦（ｄ２／ｆ）×１００≦７．９５
（４ｂ）０．４９≦（ｔ１／ｆ）×１００≦１．２６
（５ｂ）１．０７≦ｆＬＧ１／ｆ≦１．４０
（６ｂ）０．４４≦ｆＬＧ２／ｆ≦１．１９
（７ｂ）−０．９３≦ｆＬＧ３／ｆ≦−０．４５
（８ｂ）０．９２≦（ｒ５＋ｒ６）／（ｒ５−ｒ６）≦１．８７
ただし、各条件式の符号は前の段落での説明と同様である。

条件式（１）を満足することで、収差補正光学素子ＮＥを配置するスペースを適切に確保し、低背化を維持しつつ収差補正光学素子ＮＥに形成する非球面形状の自由度を高め、周辺部の収差補正を良好なものにする。なお、条件式（１）におけるＴＮについて、収差補正光学素子ＮＥが第３光学素子群ＬＧ３を構成する第４レンズＬ４と撮像面ＩＭＧとの間に配置される場合は、収差補正光学素子ＮＥが配置されるレンズ間隔の光軸上の距離とは、第４レンズＬ４の像側の面と撮像面ＩＭＧまでの光軸上の距離を適用するものとする。

条件式（２）を満足することで、収差補正光学素子ＮＥは低分散な材料となり、周辺部の収差補正を良好に行う事が可能になる。

条件式（３）を満足することで、第２レンズＬ２の光軸上の厚さが適切な範囲となり、第２レンズの成型性を良好に保ちながら、低背化を維持することが可能になる。

条件式（４）を満足することで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の光軸上の空気間隔が適切な範囲となり、低背化と良好な組み立て性を維持することが可能になる。

条件式（５）を満足することで、撮像レンズ全系の焦点距離ｆに対する第１光学素子群ＬＧ１の焦点距離ｆＬＧ１が適切な範囲となり、低背化と良好な色収差補正が可能になる。

条件式（６）を満足することで、撮像レンズ全系の焦点距離ｆに対する第２光学素子群ＬＧ２の焦点距離ｆＬＧ２が適切な範囲となり、低背化と良好な球面収差およびコマ収差の補正が可能になる。

上条件式（７）を満足することで、撮像レンズ全系の焦点距離ｆに対する第３光学素子群ＬＧ３の焦点距離ｆＬＧ３が適切な範囲となり、低背化と良好な球面収差および色収差の補正が可能になる。

条件式（８）を満足することで、第２光学素子群ＬＧ２を構成する第３レンズＬ３の形状が適切なものとなり、低背化と第４レンズＬ４による球面収差の補正を容易にする。

条件式（９）を満足することで、第１光学素子群ＬＧ１と第２光学素子群ＬＧ２とに配分する正の屈折力が適切なものとなり、低背化が図れる。

条件式（１０）を満足することで、強い正の屈折力の第２光学素子群ＬＧ２を構成する第３レンズＬ３で発生する球面収差の発生量を抑制し、第３光学素子群ＬＧ３による収差補正を容易にする。

さらに、本実施形態係る５枚の光学素子構成の撮像レンズは、第１光学素子群ＬＧ１内に配置された負の屈折力を有する光学素子のアッベ数は２０から３０の範囲であり、その他３枚の屈折力を有する光学素子のアッベ数は４０から７０の範囲としている。第１光学素子群ＬＧ１内に配置された負の光学素子を高分散な材料とすることで、軸上、及び倍率色収差の補正を良好に行い、その他の３枚の屈折力を有する光学素子を低分散な材料とすることで倍率色収差の発生を抑制している。また、このようなアッベ数の範囲は、プラスチック材料で構成することが可能である。さらに、収差補正光学素子ＮＥについても、条件式（２）を満足するプラスチック材料の選択が可能である。従って、低コスト化に対応可能な撮像レンズを実現する。

本実施形態では、すべてのレンズ面を非球面で形成している。これらのレンズ面に採用する非球面形状は光軸方向の軸をＺ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６としたとき数式１により表わされる。

次に本実施形態に係る撮像レンズの実施例を示す。各実施例において、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離を、ＦｎｏはＦナンバーを、ωは半画角を、ｉｈは最大像高を、ＴＬＡはフィルタＩＲを除去した際の光学全長をそれぞれ示す。また、ｉは物体側から数えた面番号、ｒは曲率半径、ｄは光軸上のレンズ面間の距離(面間隔)、Ｎｄはｄ線（基準波長）の屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示す。なお、非球面に関しては、面番号ｉの後に＊（アスタリスク）の符号を付加して示す。

基本的なレンズデータを以下の表１に示す。

実施例１の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図２は実施例１の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。球面収差図は、Ｆ線（４８６ｎｍ）、ｄ線（５８８ｎｍ）、Ｃ線（６５６ｎｍ）の各波長に対する収差量を示している。また、非点収差図にはサジタル像面Ｓ、タンジェンシャル像面Ｔにおけるｄ線の収差量をそれぞれ示している（図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４においても同じ）。図２に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は４．９１ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７０°の広い画角とＦ１．９の明るさを達成している。

基本的なレンズデータを以下の表２に示す。

実施例２の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図４は実施例２の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図４に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は４．７８ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７０°の広い画角とＦ１．９の明るさを達成している。

基本的なレンズデータを以下の表３に示す。

実施例３の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図６は実施例３の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図６に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は４．８３ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７０°の広い画角とＦ２．０の明るさを達成している。

基本的なレンズデータを以下の表４に示す。

実施例４の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図８は実施例４の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図８に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は４．８７ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７０°の広い画角とＦ２．０の明るさを達成している。

基本的なレンズデータを以下の表５に示す。

実施例５の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図１０は実施例５の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図１０に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は４．４３ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７３°の広い画角とＦ２．１の明るさを達成している。

基本的なレンズデータを以下の表６に示す。

実施例６の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図１２は実施例６の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図１２に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は３．６８ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７２°の広い画角とＦ２．３の明るさを達成している。

基本的なレンズデータを以下の表７に示す。

実施例７の撮像レンズは、表８に示すように条件式（１）から（１０）の全てを満たしている。

図１４は実施例７の撮像レンズについて、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。図１４に示すように、各収差は良好に補正されていることが分かる。

また、光学全長は３．７８ｍｍであり、５枚構成でありながら低背化が図られている。さらに、約７４°の広い画角とＦ２．２の明るさを達成している。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る５枚の光学素子構成の撮像レンズは、近年益々要求が強まる低背化に対して、４枚の光学素子で構成される撮像レンズに１枚の実質的に屈折力を有さない収差補正光学素子を加えた、５枚という構成枚数を採りながらも、光学全長が５．０ｍｍ以下の小型な光学系を実現する。低背化率を光学全長ＴＬＡと最大像高ｉｈとの比（ＴＬＡ／２ｉｈ）で表せば０．８５以下のレベルを実現する。さらに、全画角で７０°以上の広い画角とＦ２．４以下の明るさを達成しながらも、諸収差が良好に補正された低コストの撮像レンズを可能にする。

表８に実施例１から７に係る条件式（１）から（１０）の値を示す。

本発明の各実施の形態に係る５枚構成の撮像レンズは、小型化、低背化が進むスマートフォンや携帯電話機およびＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末機器等、ゲーム機やＰＣなどの情報端末機器等、更にはカメラ機能が付加された家電製品等に搭載される撮像装置に内蔵する光学系に適用した場合、当該装置の薄型化への寄与とともにカメラの高性能化を図ることができる。

ＳＴ 開口絞り
ＬＧ１ 第１光学素子群
ＬＧ２ 第２光学素子群
ＬＧ３ 第３光学素子群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
ＮＥ 収差補正光学素子
ＩＲ フィルタ
ＩＭＧ 撮像面

Claims (11)

1. 固体撮像素子上に被写体の像を結像する５枚の光学素子構成のＦ値が２．４以下の撮像レンズであって、物体側から像側に向かって順に、第１の光学素子としての物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、第２の光学素子としての像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズとで構成した屈折力が正の第１光学素子群と、第３の光学素子としての像側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズで構成した屈折力が正の第２光学素子群と、第４の光学素子としての像側に凹面を向けた負の屈折力を有する両面が非球面の第４レンズで構成した屈折力が負の第３光学素子群とを備えており、前記第４レンズの像側の面には光軸上以外の位置に少なくとも１つの変極点が形成されており、前記第１光学素子群よりも像側の空気間隔内に、第５の光学素子としての実質的に屈折力を有さない両面が非球面の収差補正光学素子を１枚配置して構成したことを特徴とする５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
2. 前記収差補正光学素子が、前記第１光学素子群と前記第２光学素子群との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
3. 前記収差補正光学素子が、前記第２光学素子群と前記第３光学素子群との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
4. 前記収差補正光学素子が、前記第３光学素子群の像側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
5. 以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
   （１）０．１＜ＴＮ／ｆ＜０．５
   （２）４０＜νｄＮ＜６０
   ただし、
   ＴＮ：収差補正光学素子が配置される空気間隔の光軸上の距離
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
   νｄＮ：収差補正光学素子のｄ線に対するアッベ数
6. 以下の条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１または５に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
   （３）４．０＜（ｄ２／ｆ）×１００＜１０．０
   （４）０．４＜（ｔ１／ｆ）×１００＜１．５
   ただし、
   ｄ２：第２レンズの光軸上の厚み
   ｔ１：第１レンズと第２レンズの光軸上の空気間隔
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
7. 前記収差補正光学素子の両面に形成された非球面は、物体側、像側ともに、光軸から離れるに従って、物体側へ向かう方向に変化する形状であることを特徴とする請求項１または６に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
8. 以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１または６に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
   （５）０．８５＜ｆＬＧ１／ｆ＜１．７
   ただし、
   ｆＬＧ１：第１光学素子群の焦点距離
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
9. 以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１または８に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
   （６）０．３＜ｆＬＧ２／ｆ＜１．４
   ただし、
   ｆＬＧ２：第２光学素子群の焦点距離
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
10. 以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１または９に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
    （７）−１．２＜ｆＬＧ３／ｆ＜−０．３
    ただし、
    ｆＬＧ３：第３光学素子群の焦点距離
    ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
11. 以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１または５に記載の５枚の光学素子構成の撮像レンズ。
    （８）０．７＜（ｒ５＋ｒ６）／（ｒ５−ｒ６）＜６．５
    ただし、
    ｒ５：第２光学素子群を構成する第３レンズの物体側の面の曲率半径
    ｒ６：第２光学素子群を構成する第３レンズの像側の面の曲率半径

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