JP5102077B2 - 撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置 - Google Patents

撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、被写体の像を結像させる撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置に関するものである。
従来より、車載用、携帯電話用、監視用等の撮像装置に用いられる小型化、軽量化された広角の撮像レンズが知られている。このような撮像レンズは、CCD素子やCMOS素子等の撮像素子の受光面上に被写体となる物体の像を結像させるために用いられる。
そのような小型化、軽量化を狙った広角の撮像レンズとしては、例えば、レンズを5枚用いて構成した撮像レンズが知られている。より具体的には、撮像レンズを構成する5枚のレンズの全てに球面ガラスレンズを採用したものが知られている(特許文献1、2参照)。また、撮像レンズを構成する5枚のレンズのうち物体側から順に並ぶ3枚のレンズに負のパワーを持たせたものが知られている(特許文献3参照)。さらに、撮像レンズを構成する5枚のレンズのうちに、プラスチックレンズ同士を接合して形成した接合レンズを含むものも知られている(特許文献4参照)。
また、例えば、レンズを6枚用いて構成した広角の撮像レンズも知られている(特許文献5参照)。
特開平8−211982号公報(特許第3672278号明細書) 特願2007−176947号 特開2007−25499号公報 特開2006−284620号公報 特開2007−249073号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載の撮像レンズは、全てガラス球面レンズにより構成されているため、コストが高くなってしまう。
特許文献3に記載の撮像レンズは、広角化を達成するために物体側から順に3枚の負のパワーを持つレンズを配置しているため収差の補正が不十分である。
特許文献4に記載の撮像レンズは、接合レンズに非球面レンズを用いているため高コストになってしまう。
特許文献5に記載の撮像レンズは、実施例において6枚玉のレンズ系しか開示されておらず、6枚玉の構成を用いるとコストが高くなってしまう。
ところで、近年、CCD素子やCMOS素子等の撮像素子の小型化、高画素化が急速に進んでいる。これにともない、車載用、携帯電話用、監視用等の撮像装置に用いられる広角の撮像レンズの収差を小さくするとともに小型化したいという要請がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広角化および小型化するとともに光学性能を高めることができる撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明の第1の撮像レンズは、物体側から順に、負のパワーを持つ第1レンズ、負のパワーを持つ第2レンズ、正のパワーを持つ第3レンズ、正のパワーを持つ第4レンズ、および第5レンズからなり、第1レンズがガラスレンズであり、第2レンズ、第4レンズ、および第5レンズがプラスチックレンズであり、第2レンズ、第4レンズ、および第5レンズが、各レンズの少なくとも1つのレンズ面が非球面であり、第1レンズのd線に対するアッベ数、第2レンズのd線に対するアッベ数、第4レンズのd線に対するアッベ数が、いずれも40以上であり、以下の条件式(2-3)、(3)、(5)を満足することを特徴とするものである。
νd3<28 ・・・(2-3)
νd5<45 ・・・(3)
−0.75<f45/f123<0.45 ・・・(5)
ただし、νd3:第3レンズのd線に対するアッベ数、νd5:第5レンズのd線に対するアッベ数、f123:第1レンズ、第2レンズ、および第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とする。
前記撮像レンズは、条件式(3-2):νd5<31を満足することが望ましい。
前記撮像レンズは、条件式(3-3):νd5<28を満足することが望ましい。
前記第1レンズは、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであることが望ましい。
前記第5レンズの物体側のレンズ面は、凹面であることが望ましい。
前記第5レンズの像側のレンズ面は、凸面であることが望ましい。
前記第3レンズの物体側のレンズ面は、凸面であることが望ましい。
前記第3レンズは、少なくとも物体側のレンズ面が非球面をなすとともにこのレンズ面の中心が正のパワーを持ち、かつ、このレンズ面が中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強くなるように、もしくは、このレンズ面が、中心部と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強い領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるように構成されたものとすることが望ましい。
前記第3レンズはプラスチックレンズであり、少なくとも1つのレンズ面が非球面であることが望ましい。
前記撮像レンズは、撮像レンズ全系の焦点距離f、第3レンズの焦点距離f3が以下の条件式(1)を満足するものとすることが望ましい。
3.0<f3/f<9.0・・・(1)
前記撮像レンズは、第3レンズと第4レンズの間に絞りが配置されたものとすることが望ましい。
前記撮像レンズは、第2レンズと第3レンズの間の空気間隔D4、第3レンズの中心肉厚D5、撮像レンズ全系の焦点距離fが以下の条件式(4)を満足するものとすることが望ましい。
2.5<(D4+D5)/f<5.5 ・・・(4)
前記撮像レンズは、第2レンズの中心肉厚D3、撮像レンズ全系の焦点距離fが以下の条件式(6)を満足するものとすることが望ましい。
0.50<D3/f<1.5 ・・・(6)
前記第2レンズの像側のレンズ面は、このレンズ面の中心が負のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が負のパワーが弱いものとすることが望ましい。
前記第2レンズの物体側のレンズ面は、このレンズ面の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが弱いものとすることが望ましい。
前記第2レンズの物体側のレンズ面は、このレンズ面の中心が正のパワーを持ち、有効径周縁部が負のパワーを持つものとすることが望ましい。
前記第5レンズの物体側のレンズ面は、このレンズ面の中心が負のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が負のパワーが弱いものとすることが望ましい。
前記第5レンズの像側のレンズ面は、このレンズ面の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが弱いものとすることが望ましい。
前記第5レンズは、負のパワーを持つメニスカスレンズとすることが望ましい。
前記撮像レンズは、第2レンズと第3レンズの間の空気間隔D4、撮像レンズ全系の焦点距離fが以下の条件式(7)を満足するものとすることが望ましい。
0.50<D4/f<2.0 ・・・(7)
前記撮像レンズは、撮像レンズ全系の焦点距離f、第5レンズの焦点距離f5が以下の条件式(8)を満足するものとすることが望ましい。
−0.25<f/f5<0.10 ・・・(8)
前記撮像レンズは、撮像レンズ全系の焦点距離f、第1レンズの物体側のレンズ面から前記撮像レンズの結像面までの距離Lが以下の条件式(9)を満足するものとすることが望ましい。
7<L/f<16 ・・・(9)
本発明の撮像装置は、前記撮像レンズを用いて構成したものであることを特徴とするものである。
なお、本発明において、「レンズ面の有効光線径」は、直径で考えるものとし、有効光線径とは、面を通る光線のうちの最も外側を通る光線とそのレンズ面との交点が描く円の直径を意味する。また、本発明において、「レンズ面の有効径周縁部」とは、レンズ面の有効光線径内を通過する全光線のうち最も外側(光軸から最も離れた位置)を通る光線と交わるレンズ面上の各点を意味する。
本発明の第1の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置によれば、物体側から順に、負のパワーを持つ第1レンズ、負のパワーを持つ第2レンズ、正のパワーを持つ第3レンズ、正のパワーを持つ第4レンズ、および第5レンズからなり、第1レンズがガラスレンズであり、第2レンズ、第4レンズ、および第5レンズがプラスチックレンズとし、第2レンズ、第4レンズ、および第5レンズを、各レンズの少なくとも1つのレンズ面を非球面とし、第1レンズのd線に対するアッベ数、第2レンズのd線に対するアッベ数、第4レンズのd線に対するアッベ数を、いずれも40以上とし、条件式(2-3):νd3<28、(3):νd5<45、(5):−0.75<f45/f123<0.45を満足するように構成したので、5枚という少ないレンズ枚数で構成されたものでありながら、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。
以下、本発明の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置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、本発明の撮像レンズを用いた撮像装置の概略構成を示す断面図である。
図示の撮像レンズ20は、主に自動車の前方、側方、後方などの状況を撮影するための車載用の撮像装置に用いられる広角の撮像レンズであり、CCDやCMOS等からなる撮像素子10の受光面Jk上に被写体の像を結像させるものである。
<撮像レンズの基本構成およびその作用、効果について>
はじめに、撮像レンズ20の基本構成について説明する。撮像レンズ20は、光軸Z1に沿って物体側から、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、開口絞りSt、第4レンズL4、第5レンズL5、光学部材Cg1をこの順に備えている。
この撮像レンズ20を通して被写体である物体を表す像が結像される結像面R14には、上記のように撮像素子10の受光面Jkが配置されている。
また、撮像レンズ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配置することが好ましく、図1ではこれらを想定した平行平板状の光学部材Cg1をレンズ系と撮像素子10との間に配置した例を示している。
なお、レンズ系と撮像素子との間にローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、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奏するコーティングを施してもよい。
なお、図1中の符号R1〜R14は以下の構成要素を指している。すなわち、R1とR2は第1レンズL1の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R3とR4は第2レンズL2の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R5とR6は第3レンズL3の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R7は開口絞りStの位置、R8とR9は第4レンズL4の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R10とR11は第5レンズL5の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R12とR13は光学部材Cg1の物体側の表面と像側の表面、R14は上記のように撮像レンズ20の結像面を示している。
撮像レンズ20は、第1レンズL1が負のパワーを持ち、第2レンズL2が負のパワーを持ち、第3レンズL3が正のパワーを持ち、第4レンズL4が正のパワーを持つ。
第1レンズL1はガラスレンズで形成されたものである。第2レンズL2、第4レンズL4、および第5レンズL5はプラスチックレンズであり、第2レンズL2、第4レンズL4、および第5レンズL5は、各レンズの少なくとも1つのレンズ面が非球面をなすものである。
また、上記撮像レンズ20は以下のように構成されたものでもある。
すなわち、第1レンズL1は、負のパワーを持ち像側(図中矢印+Z方向の側)に凹面を向けたメニスカスレンズである。
また、第2レンズL2は、少なくとも片側のレンズ面が非球面をなし負のパワーを持つものである。
第1レンズL1、第2レンズL2を負レンズとすることで、大きな入射角の光線をとらえることができ、光学系を広角化できる。また、第1レンズL1を像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとすることで、ペッツバール和を小さくすることができ、広い画面全域にわたって像面湾曲の補正が比較的容易となる。
第2レンズL2の少なくとも片側のレンズ面を非球面とすることで、諸収差を良好に補正することができる。第2レンズL2では軸上光線と軸外光線とが分離されているため、このレンズを非球面にすると、収差補正上有利であり、ディストーションの補正も比較的容易となる。
なお、第1レンズL1も軸上光線と軸外光線とが分離されているが、最も物体側に配置される第1レンズL1の材質としては後述のようにガラス材料を用いることが好ましい。
なお、ガラス材料を用いて非球面レンズを形成すると高コストになってしまい、さらに、このような非球面レンズの径を大きくするとさらに高コストとなる。すなわち、上記5枚構成のレンズの中で最も大径の第1レンズL1に、非球面ガラスレンズを適用すると、このレンズの製造コストが大幅に上昇してしまう。
これらの事情から、本実施形態のように、プラスチック材質を適用しやすい第2レンズL2に対して非球面レンズを採用することが、レンズ製作上および収差補正上好ましいと言える。上記のことにより、第2レンズL2は、少なくとも片側のレンズ面が非球面形状であることが好ましい。
第3レンズL3は、正のパワーを持ち、少なくとも物体側(図中矢印−Z方向の側)のレンズ面R5が非球面をなすとともにこのレンズ面R5の中心部が正のパワーを持ち、このレンズ面R5では中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強くなる、もしくは、このレンズ面R5では中心部と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強くなる領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるようにしたものである。
第3レンズL3の物体側のレンズ面R5の中心部が正のパワーを持ち、そのレンズ面R5においては中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強くなる形状、もしくは、そのレンズ面R5においては中心部と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強い領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなる形状とすることで、バックフォーカス距離を大きくしながら倍率の色収差を良好に補正することが可能となる。
第3レンズL3は、少なくとも1つのレンズ面を非球面とすることで、各収差を良好に補正することができる。第3レンズL3は、少なくとも物体側のレンズ面が非球面形状であることが好ましい。
第3レンズL3の物体側のレンズ面は非球面形状とすることが好ましく、この場合には、さらに良好に各収差を補正することができる。第3レンズL3の物体側のレンズ面を非球面とした場合には、第3レンズL3の物体側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが強くなるような構成(第1の構成という)、もしくは、そのレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、光軸上と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強くなるような領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるような構成(第2の構成という)とすることが好ましい。
第3レンズL3の物体側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが強くなるような構成(第1の構成)について図36に示す撮像レンズの断面図を参照しながら説明する。
第3レンズL3の物体側のレンズ面R5上の有効径周縁部を示す点X3におけるレンズ面R5に対する法線H3と光軸Z1との交点を点P3とする。そして、点X3と点P3とを結ぶ線分P3−X3の長さを点X3におけるレンズ面R5の曲率半径の絶対値とする。また、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5と光軸Z1との交点、すなわち、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5の中心を点Q3とする。
上記第1の構成は、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5が、光軸上で正のパワーを持ち、点P3が点Q3より像側にあり、かつ、点X3でのレンズ面の曲率半径の絶対値が点Q3でのレンズ面の曲率半径の絶対値よりも小さくなっている構成である。図36には理解を助けるために、点X3でのレンズ面の曲率半径の絶対値(線分P3−X3の長さ)を半径として、点X3を通り、光軸上の点を中心とする円CX3を破線で描いている。また、点Q3でのレンズ面の曲率半径の絶対値を半径として、点Q3を通り、光軸上の点を中心とする円CQ3を2点鎖線で描いている。図36に示すように、円CX3の方が円CQ3よりも小さな円となっている。
次に、上記第2の構成について、すなわち第3レンズL3の物体側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、光軸上と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強くなるような領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるような第2の構成について、図37に示す撮像レンズの断面図を参照しながら説明する。なお、図37においては第3レンズ以外の部材等に関する符号については、第1の構成を表す図36における符号と共通の符号を用いた。
第2の構成は、第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。
第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′上の有効径周縁部を示す点を点X3′とする。そして、点X3′におけるレンズ面R5′に対する法線H3′と光軸Z1との交点を点P3′とする。ここで、レンズ面R5′上の点X3′における曲率半径の絶対値は、点X3′と点P3′とを結ぶ線分P3′−X3′の長さであり、レンズ面R5′上の点X3′における曲率半径の絶対値をrx3′とする。
また、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′と光軸Z1との交点、すなわち、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′の中心を点Q3′とする。そして、点Q3′におけるレンズ面R5′の曲率半径の絶対値をrq3′とする。
さらに、レンズ面R5′上における、光軸Z1と交わる点Q3′と有効径周縁部を示す点X3′との間の領域の所定位置の点を点X33とする。そして、点X33におけるレンズ面R5′に対する法線と光軸Z1との交点を点P33とする。ここで、レンズ面R5′の点X33における曲率半径の絶対値をrx33とする。
第2の構成は、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′が、光軸上で正のパワーを持ち、点P3′が点Q3′よりも像側にあり、かつ、点X3′でのレンズ面R5′の曲率半径の絶対値rx3′が点Q3′でのレンズ面R5′の曲率半径の絶対値rq3′よりも大きい。さらに、この第2の構成は、点P33が点Q3′よりも像側にあり、点Q3′と点X3′との間のレンズ面R5′上の領域中に、点Q3′における曲率半径の絶対値rq3′よりも曲率半径の絶対値が小さくなる点X33を有する構成である。
第4レンズL4は、レンズ面R8、R9のうち、少なくとも1つのレンズ面が非球面をなし、正のパワーを持つものである。
レンズ面R8、R9のうち、少なくとも1つのレンズ面を非球面とすることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正することが可能となる。
第4レンズは正のパワーを持つレンズとすることが望ましい。
第5レンズは負のパワーを持つメニスカスレンズとすることが望ましい。
第4レンズと第5レンズのパワー、アッベ数を適切に選択することで、色収差を良好に補正することが可能となる。第4レンズのパワーを正、第5レンズのパワーを負とすることで、軸上の色収差を良好に補正することが容易となる。さらに第4レンズまたは第5レンズのうち少なくとも1つのレンズ面が非球面をなすことで、レンズの中心部と外周部のパワーを変化させることができ、色収差を補正しながら他の収差も同時に補正することが可能となる。
上記撮像レンズ20の備える基本構成によれば、例えば180°を超えるような広角のレンズであっても、容易に小型化するとともに光学性能を高めることができる。
第2レンズL2および第4レンズL4、第5レンズL5の材質としては、プラスチック(樹脂材料)を用いることが好ましい。第2レンズL2および第4レンズL4、第5レンズL5の材質をプラスチックとすることで、非球面形状を精度良く作製することができる。また、プラスチックを使用することで軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。
同様に第3レンズL3の材質もプラスチックとすることが望ましい。第3レンズの材質をプラスチックとすることで、さらに軽量化、低コスト化を測ることが可能となる。
なお、「レンズ面の中心が正のパワーを持つ」とは、レンズ面の中心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指し、「レンズ面の中心が負のパワーを持つ」とは、レンズ面の中心曲率の符号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指す。
なお、「レンズの有効光線径」は、直径で考えるものとし、有効光線径とは、面を通る光線のうちの最も外側を通る光線とそのレンズ面との交点が描く円の直径を意味する。また、本発明において、「レンズの有効径周縁部」とは、レンズ面を通過し結像面に入射する全光線のうちこのレンズ面の最も外側を通る光線とそのレンズ面とが交わる各点の示す部位を意味する。したがって、第1レンズの像側のレンズ面において、軸外光線の最外周光線がレンズ面と交わる各点の示す部位が第1レンズの像側のレンズ面の有効径周縁部であり、最外周光線とレンズ面との交点からなる円の直径が後述する有効光線径EDとなる。
なお、第1レンズL1〜第5レンズL5の各レンズは単レンズであってもよいし、接合レンズ等であってもよい。
上記撮像レンズ20の備える基本構成によれば、例えば180°を超えるような広角のレンズであっても容易に、小型化するとともに光学性能を高めることができる。
<撮像レンズの基本構成をさらに限定する構成およびその作用、効果について>
次に、この撮像レンズ20の備える上記基本構成をさらに限定する構成要素およびその作用、効果について説明する。なお、基本構成をさらに限定するこれらの構成要素は本発明の撮像レンズにとって必須の構成ではない。
《上記基本構成を条件式により限定してなる構成とその作用、効果について》
はじめに、撮像レンズの基本構成をさらに限定する、以下の条件式(1)〜(15)とその作用、効果について説明する。なお、本願発明の撮像レンズは、条件式(1)〜(15)のうちの1つのみを満足するものとしてもよいし、あるいは、条件式(1)〜(15)のうちの2つ以上の組合わせを満足するものとしてもよい。
なお、条件式(1)〜(15)中に記号で示す各パラメータの意味をまとめて以下に示す。
f:撮像レンズ全系の焦点距離、すなわち第1レンズL1〜第5レンズL5の合成焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
f123:第1レンズ、第2レンズ、および第3レンズの合成焦点距離
f45:第4レンズ、第5レンズの合成焦点距離
R2:第1レンズの像側のレンズ面の曲率半径
D1:第1レンズの中心肉厚
D3:第2レンズの中心肉厚
D4:第2レンズと第3レンズとの空気間隔
D5:第3レンズの中心肉厚
Bf:バックフォーカス距離、すなわち第5レンズL5の像側のレンズ面R11から結像面R14までの距離(光学的光路長、空気換算長)
L:第1レンズの物体側のレンズ面から結像面までの距離
ただし、上記距離Lの値は、バックフォーカス距離分を光学的光路長(空気換算長)で示す値と、上記距離Lの値のうちのバックフォーカス距離分以外を実長で示す値とを加算した値である。
νd3:第3レンズのd線に対するアッベ数
νd4:第4レンズのd線に対するアッベ数
νd5:第5レンズのd線に対するアッベ数
N1:第1レンズのd線に対する屈折率
ED:第1レンズの像側のレンズ面の有効光線径、すなわち第1レンズL1の像側のレンズ面R2を通る光線のうちの最も外側を通る光線V1とそのレンズ面R4との交点が描く円の直径(図1参照)
◇条件式(1):3.0<f3/f<9.0は、撮像レンズの倍率の色収差の補正等に関連するものである。
条件式(1)を満足するようにすれば、撮像レンズの倍率の色収差を良好に補正することが容易となる。
条件式(1)の上限を上回るようにすると、第3レンズL3のパワーが弱くなり、倍率の色収差の補正が困難となる。
一方、条件式(1)の下限を下回るようにすると、第3レンズL3のパワーが強くなりすぎて、偏心に対する感度が高くなってしまい、生産性が低下する。
◇条件式(2):νd3<45、および(3):νd5<45は、両方共に色収差の補正等に関連するものである。条件式(2)は撮像レンズの倍率の色収差の補正等に関連するものであり、条件式(3)は、軸上の色収差の補正等に関連するものである。
条件式(2)を満足するようにすれば、倍率の色収差を良好に補正することが容易となる。条件式(2)の範囲を外れるようにすると、倍率の色収差の補正が困難となる。
条件式(3)を満足するようにすれば、容易に軸上の色収差の補正を行うことができる。条件式(3)の範囲を外れるようにすると、軸上の色収差の補正が困難となる。
さらに、倍率の色収差を良好に補正するためには、以下の条件式(2−2)を満足するようにすればよい。
νd3<31 ・・・(2−2)
この条件式(2−2)を満足することで、倍率の色収差をさらに良好に補正することが可能となる。
なお、倍率の色収差を最小限に抑えるためには、以下の条件式(2−3)を満足するようにすればよい。
νd3<28 ・・・(2−3)
この条件式(2−3)を満足することで、倍率の色収差を最小限に抑えることが可能となる。
また、軸上の色収差を良好に補正するためには、以下の条件式(3−2)を満足するようにすればよい。
νd5<31 ・・・(3−2)
この条件式(3−2)を満足することで、軸上の色収差をさらに良好に補正することが可能となる。
なお、軸上の色収差の発生を最小限に抑えるためには、以下の条件式(3−3)を満足するようにすればよい。
νd5<28 ・・・(3−3)
この条件式(3−3)を満足することで、軸上の色収差を最小限に抑えることが可能となる。
なお、第1レンズL1、第2レンズL2、および第4レンズL4を形成する各光学材料のd線に対するアッベ数を40以上とすることにより、色収差の発生を抑え、良好な解像性能を得ることが可能となる。
後述の実施例において、第3レンズL3、および第5レンズL5を形成する各光学材料として帝人化成株式会社製ポリカーボネイト樹脂、パンライト(登録商標)SP−1516(同社製品名、なお「パンライト(登録商標)」は同社登録商標)を使用しているものがある。この材料は、d線に対する屈折率が1.60以上であり、d線に対するアッベ数が小さく25.5であり、さらに光学歪みが小さいという特徴がある。
第3レンズL3、第5レンズL5にこの材料を使用することで、倍率の色収差と軸上の色収差を良好に補正すると同時に、樹脂材料の成型時に生ずる歪みの発生も最小限に抑えることができる。本発明の撮像レンズを、例えば100万画素を超えるような高画素の撮像素子用の撮像レンズとして使用することにより、物体を表す良好な画像を得ることが可能となる。
◇条件式(4):2.5<(D4+D5)/f<5.5は、収差の補正等に関連するものである。
条件式(4)を満足するようにすれば、球面収差、歪曲収差、コマ収差を良好に補正することができ、バックフォーカスを大きくすることができ、さらに画角を大きくすることができるので、小型化、広角化しても十分な光学性能を得ることができる。
なお、条件式(4)の上限を上回ると、開口絞りStから第1レンズL1までの距離が長くなり、第1レンズL1を透過する光線高が高くなるため第1レンズL1の径が大きくなり、小型化に反する。また、レンズ系の全長も長くなるため小型化が難しくなる。
条件式(4)の下限を下回ると、球面収差、コマ収差を良好に補正することが難しくなり、明るい(F値の小さい)撮像レンズを得ることが困難になる。
◇条件式(5):−0.75<f45/f123<0.45は、広角化と収差の補正等に関連するものである。
条件式(5)を満足するようにすれば、収差の発生を抑制しつつ広角化することが容易となる。
条件式(5)の上限を上回るようにすると、広角化が難しくなるとともに像面湾曲が大きくなり、良好な像を結像させることが難しくなる。
条件式(5)の下限を下回るようにすると、広角化は容易に達成できるがコマ収差が増大してしまい、結像面の周辺部に良好な像を結像させることが困難となる。
◇条件式(6):0.50<D3/f<1.5は、撮像レンズのサイズや加工性等に関連するものである。
条件式(6)を満足するようにすれば、収差を増大させたり加工性を低下させたりすることなく撮像レンズの小型化を容易に実現することができる。
条件式(6)の上限を上回るようにすると、レンズ系が大型化してしまい小型化の目的を達成できなくなる。大型化を防ごうとすると第2レンズL2の像側のレンズ面R4の非球面の形状の自由度が制限されディストーションの補正が不十分となる。
条件式(6)の下限を下回るようにすると、第2レンズL2の中心肉厚が小さくなりすぎて加工が困難となったり、加工コストが増大する原因となってしまう。
◇条件式(7)0.50<D4/f<2.0は、収差の補正等に関連するものである。
条件式(7)を満足するようにすれば、レンズ系の大型化、収差の発生、ゴーストの発生等を容易に防止することができる。
条件式(7)の上限を上回るようにすると、レンズ系が大型化してしまうか、または色収差の補正が困難となる。
条件式(7)の下限を下回るようにすると、色収差は良好に補正可能だが、第2レンズL2と第3レンズL3とが近接しすぎるため、第2レンズL2の像側のレンズ面R4および第3レンズL3の物体側のレンズ面R5の非球面の形状が制限されるので収差の補正が不十分となる。また、組立てが難しくなるとともに、2つのレンズ面R4、R5間における反射を原因とするゴーストも発生してしまう。
◇条件式(8):−0.25<f/f5<0.10は、色収差の補正等に関連するものである。
条件式(8)を満足するようにすれば、容易に色収差を補正することができる。
条件式(8)の上限を上回るようにすると、第5レンズが正の強いパワーを持つため軸上の色収差の補正が困難となる。
条件式(8)の下限を下回るようにすると、光軸上の色収差は良好に補正可能だが、倍率の色収差の補正が困難となる。
◇条件式(9):7<L/f<16は、広角化と撮像レンズの大きさ等に関連するものである。
条件式(9)を満足するようにすれば、小型化と同時に広角化を容易に達成することが可能となる。
条件式(9)の上限を上回るようにすると、広角化は容易に達成できるがレンズ系が大型化してしまう。
条件式(9)の下限を下回るようにすると、レンズ系を小型化できるが、広角化を達成することが困難となる。
◇条件式(10):2.0<f45/f<5.0は、収差の補正に関連するものである。
条件式(10)を満足するようにすれば、色収差や像面湾曲を良好に補正することができる。
条件式(10)の上限を上回るようにすると、色収差を良好に補正することが困難となる。
条件式(10)の下限を下回るようにすると、像面湾曲を良好に補正することが困難となる。
◇条件式(11):νd4/νd5>1.5は、色収差の補正等に関連するものである。
条件式(11)を満足するようにすれば、軸上色収差や倍率の色収差を良好に補正することができる。
条件式(11)の下限を下回るようにすると、軸上色収差と倍率の色収差を良好に補正することが困難となる。
◇条件式(12):1.70<N1<1.90は、収差の補正等に関連するものである。
条件式(12)を満足するようにすれば、色収差やディストーションを良好に補正することができる。
条件式(12)の上限を上回るようにすれば、第1レンズL1のアッベ数が小さくなるため、すなわち、一般に屈折率が高い材料ほどアッベ数が小さくなるため、撮像レンズの色収差が大きくなってしまう。また材料コストも高くなり撮像レンズのコストアップの原因となってしまう。
条件式(12)の下限を下回るようにすると、広角化を達成するために第1レンズL1の物体側のレンズ面R1の曲率半径を大きくする必要があるが、曲率半径を大きくすることに伴いディストーションを良好に補正することが困難となる。
例えば車載カメラのような厳しい環境下で使用される撮像レンズは、第1レンズとして耐水性、耐酸性、耐薬品性等が良い材料を用いることが望ましい。
第1レンズを形成するための材料として、日本光学硝子工業会規格の粉末法耐水性が1級から4級の材料を用いることが望ましい。
また、第1レンズを形成するための材料として、日本光学硝子工業会規格の粉末法耐酸性が1級から4級の材料を用いることが望ましい。
また、第1レンズを形成する材料として堅い材料を用いることが望ましい。例えば、第1レンズの形成材料としてガラス材料を用いることが望ましく、透明なセラミックス材料を用いてもよい。
◇条件式(13):0.9<D1/fは、耐衝撃性等に関連するものである。
条件式(13)を満足するようにすれば、例えば車載カメラなどの用途で用いられる場合の耐衝撃性を容易に高めることができる。
条件式(13)の下限値を下回るようにすると、第1レンズL1の中心肉厚が薄くなり割れやすくなる。
◇条件式(14):1.4<ED/R2<1.85は、収差の補正と加工性等に関連するものである。
条件式(14)を満足するようにすれば、加工性を低下させることなくディストーションを良好に補正することができる。
条件式(14)の上限を上回るようにすると、第1レンズL1の像側のレンズ面R1が半球形状に近くなり加工が困難となったり、加工コストが増大したりする。
条件式(14)の下限を下回るようにすると、加工は容易だが、ディストーションを良好に補正することが困難になる。
なお、本発明の撮像レンズには、接合レンズを用いないことが望ましい。非球面を接合面とする接合レンズを用いると、色収差は良好に補正可能だが、高い加工精度と組立て精度が要求されるため製造が困難となったり、製造コストが増大する。またガラス材料を使用した接合レンズを使用した場合も、製造コストが増大してしまう。本発明では、第1レンズL1〜第5レンズL5の材料として各レンズ毎に適切なアッベ数の材料を使用し、かつ非球面を多用することで、接合レンズを用いることなく色収差を良好に補正することができ、高い解像性能を達成している。
ここで、撮像レンズは、理想像高を2ftan(θ/2)としたとき、ディストーションが±10%以内であることが望ましい。
◇条件式(15):1.0<Bf/f<4.0は、小型化等に関連するものである。
条件式(15)を満足するようにすれば、小型化と同時に広角化を達成することが可能となる。
条件式(15)の上限を上回るようにすると、カバーガラスや各種フィルタを容易に挿入可能だがレンズ系が大型化してしまう。
条件式(15)の下限を下回るようにすると、バックフォーカスが短くなりすぎて撮像素子の形状に制約が生じたり、撮像レンズと撮像素子の間にカバーガラスやIRカットフィルタのような各種フィルタを挿入することが困難となる。
《上記基本構成を限定するその他の構成要素とその作用、効果について》
以下、撮像レンズを限定する上記条件式以外の構成要素、およびその作用、効果について説明する。
開口絞りStを第3レンズL3と第4レンズL4の間に配置することでレンズ系の全体を小型化することができ、撮像レンズを小型化することが可能となる。
第2レンズL2の像側のレンズ面を非球面とすることで、各収差を良好に補正することができ、特にディストーションを良好に補正することができる。第2レンズL2では軸上光線と軸外光線が分離されているため、このレンズ面を非球面にすると、収差補正上有利でありディストーションの補正も比較的容易となる。
なお、第1レンズL1も軸上光線、軸外光線が分離されているが、最も物体側に配置される第1レンズL1は後述のようにガラスを材質とすることが好ましい。なお、ガラスレンズで非球面を形成すると高コストになってしまい、さらに、第1レンズL1は最も大径のレンズであることから、非球面のガラスレンズとすると、大幅なコストアップとなってしまう。
これらの事情から、本実施形態のように、プラスチック材質を適用しやすい第2レンズL2を非球面形状とすることが、レンズ製作上および収差補正上好ましいと言える。第2レンズL2は、少なくとも像側のレンズ面が非球面形状であることが好ましい。第2レンズL2は、光軸上で負のパワーを持ち、像側のレンズ面を非球面にすることにより、各収差を効果的に補正することができる。
第2レンズL2の像側のレンズ面を非球面とした場合には、第2レンズL2の像側のレンズ面が、光軸上で負のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より負のパワーが弱くなるように構成することが好ましい。かかる構成によれば、レンズ周辺部に入射する光線を急激に曲げることなく集光させることができるため、ディストーションを良好に補正することが可能となる。
第2レンズL2の像側のレンズ面を非球面とした場合には、このレンズ面が、光軸上で負のパワーをもち、有効径周縁部では中心より負のパワーが弱くなるように構成することが好ましい。かかる構成によれば、レンズ周辺部に入射する光線を急激に曲げることなく集光させることができるため、ディストーションを良好に補正することが可能となる。
なお、有効径周縁部とは、各レンズ面を通過する全光線のうち最も外側を通る光線が各レンズ面と交わる点である。
第2レンズL2の像側のレンズ面が、光軸上で負のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より負のパワーが弱くなっている構成(第3の構成という)とすることが望ましい。
第3の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第2レンズL2の像側のレンズ面の有効径周縁部を点X2として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P2とするとき、点X2と点P2とを結ぶ線分P2−X2の長さを点X2での曲率半径の絶対値とする。また、第2レンズL2の像側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第2レンズL2の像側のレンズ面の中心を点Q2とする。第3の構成とは、第2レンズの物体側のレンズ面が、光軸上で負のパワーを持ち、点P2が点Q2より像側にあり、かつ、点X2での曲率半径の絶対値(線分P2−X2の長さ)が点Q2での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
第2レンズL2の物体側のレンズ面は非球面形状とすることが好ましく、この場合は、さらに良好に諸収差を補正することができる。第2レンズL2の物体側のレンズ面を非球面とした場合には、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが弱くなるような構成(第4の構成という)とすることが好ましい。もしくは、第2レンズL2の物体側のレンズ面は、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では負のパワーを持つような構成(第5の構成という)とすることが好ましい。第4または第5の構成によれば、像面湾曲とコマ収差を良好に補正することが可能となる。
第4の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第2レンズL2の物体側のレンズ面上の有効径周縁部を点X1として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P1とするとき、点X1と点P1とを結ぶ線分P1−X1の長さを点X1での曲率半径の絶対値とする。また、第2レンズL2の物体側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第2レンズL2の物体側のレンズ面の中心を点Q1とする。第4の構成とは、第2レンズ物体側のレンズ面が光軸上で正のパワーを持ち、点P1が点Q1より像側にあり、かつ、点X1での曲率半径の絶対値(線分P1−X1の長さ)が点Q1での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
第5の構成は、第2レンズの物体側のレンズ面が正のパワーを持ち、上記第3の構成の説明において定義した、点P1が第2レンズL2の物体側のレンズ面と光軸Z1の交点である点Q1より物体側にある構成である。
さらに、第2レンズL2の物体側のレンズ面は、光軸上で正のパワーを持ち、かつ、中心から有効径周縁部の途中で正から負へパワーの符号が変化する変曲点を有することが好ましい。
上記のような変曲点を有する構成を採用することで、像面湾曲を良好に補正して像面をフラットにすることができ、周辺画質を向上させることができるので、撮像素子の受光面上に像を結像させるレンズとして好適となる。
第3レンズL3は、正のパワーを持ち、少なくとも物体側(図中矢印−Z方向の側)のレンズ面R5が非球面をなすとともにこのレンズ面R5の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強くなるように、もしくは、このレンズ面R5が中心部と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強くなる領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるようにしたものである。
第3レンズの物体側のレンズ面R5の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強くなる形状、もしくは、そのレンズ面R5を、中心部と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強い領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなる形状とすることで、バックフォーカス距離を長く取りながら倍率の色収差を良好に補正することが可能となる。
第3レンズL3は、少なくとも1面を非球面とすることで、各収差を良好に補正することができる。第3レンズL3は、少なくとも物体側のレンズ面が非球面形状であることが好ましい。
第3レンズL3の物体側のレンズ面は非球面形状とすることが好ましく、この場合には、さらに良好に各収差を補正することができる。第3レンズL3の物体側のレンズ面を非球面とした場合には、第3レンズL3の物体側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが強くなるような構成(第1の構成という)、もしくは、そのレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、光軸上と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強くなるような領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるような構成(第2の構成という)とすることが好ましい。
第3レンズL3の物体側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが強くなるような構成(第1の構成)について図36に示す撮像レンズの断面図を参照しながら説明する。
第3レンズL3の物体側のレンズ面R5上の有効径周縁部を示す点X3におけるレンズ面R5に対する法線H3と光軸Z1との交点を点P3とする。そして、点X3と点P3とを結ぶ線分P3−X3の長さを点X3におけるレンズ面R5の曲率半径の絶対値とする。また、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5と光軸Z1との交点、すなわち、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5の中心を点Q3とする。
上記第1の構成は、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5が、光軸上で正のパワーを持ち、点P3が点Q3より像側にあり、かつ、点X3でのレンズ面の曲率半径の絶対値が点Q3でのレンズ面の曲率半径の絶対値よりも小さくなっている構成である。図36には理解を助けるために、点X3でのレンズ面の曲率半径の絶対値(線分P3−X3の長さ)を半径として、点X3を通り、光軸上の点を中心とする円CX3を破線で描いている。また、点Q3でのレンズ面の曲率半径の絶対値を半径として、点Q3を通り、光軸上の点を中心とする円CQ3を2点鎖線で描いている。図36に示すように、円CX3の方が円CQ3よりも小さな円となっている。
次に、上記第2の構成について、すなわち第3レンズL3の物体側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、光軸上と有効径周縁部との間に中心部よりも正のパワーが強くなるような領域を持ち有効径周縁部は中心部よりも正のパワーが弱くなるような第2の構成について、図37に示す撮像レンズの断面図を参照しながら説明する。なお、図37においては第3レンズ以外の部材等に関する符号については、第1の構成を表す図36における符号と共通の符号を用いた。
第2の構成は、第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。
第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′上の有効径周縁部を示す点を点X3′とする。そして、点X3′におけるレンズ面R5′に対する法線H3′と光軸Z1との交点を点P3′とする。ここで、レンズ面R5′上の点X3′における曲率半径の絶対値は、点X3′と点P3′とを結ぶ線分P3′−X3′の長さであり、レンズ面R5′上の点X3′における曲率半径の絶対値をrx3′とする。
また、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′と光軸Z1との交点、すなわち、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′の中心を点Q3′とする。そして、点Q3′におけるレンズ面R5′の曲率半径の絶対値をrq3′とする。
さらに、レンズ面R5′上における、光軸Z1と交わる点Q3′と有効径周縁部を示す点X3′との間の領域の所定位置の点を点X33とする。そして、点X33におけるレンズ面R5′に対する法線と光軸Z1との交点を点P33とする。ここで、レンズ面R5′の点X33における曲率半径の絶対値をrx33とする。
第2の構成は、第3レンズL3の物体側のレンズ面R5′が、光軸上で正のパワーを持ち、点P3′が点Q3′よりも像側にあり、かつ、点X3′でのレンズ面R5′の曲率半径の絶対値rx3′が点Q3′でのレンズ面R5′の曲率半径の絶対値rq3′よりも大きい。さらに、この第2の構成は、点P33が点Q3′よりも像側にあり、点Q3′と点X3′との間のレンズ面R5′上の領域中に、点Q3′における曲率半径の絶対値rq3′よりも曲率半径の絶対値が小さくなる点X33を有する構成である。 第3レンズL3の像側のレンズ面は非球面形状とすることが好ましく、この場合は、さらに良好に諸収差を補正することができる。第3レンズL3の像側のレンズ面を非球面とした場合には、光軸上で負のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より負のパワーが弱くなるような構成(第6の構成という)とすることが好ましい。もしくは、第3レンズL3の像側のレンズ面は、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では負のパワーを持つような構成(第7の構成という)とすることが好ましい。第6または第7の構成によれば、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。
第6の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第3レンズL3の像側のレンズ面の有効径周縁部を点X4として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P4とするとき、点X4と点P4とを結ぶ線分P4−X4の長さを点X4での曲率半径の絶対値とする。また、第3レンズL3の像側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第3レンズL3の像側のレンズ面の中心を点Q4とする。第6の構成とは、第3レンズ像側のレンズ面が光軸上で負のパワーを持ち、点P4が点Q4より像側にあり、かつ、点X4での曲率半径の絶対値(線分P4−X4の長さ)が点Q4での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
第7の構成は、第3レンズ像側のレンズ面が光軸上で正のパワーを持ち、上記第6の構成の説明において定義した、点P4が第3レンズL3の像側のレンズ面と光軸Z1の交点である点Q4より像側にある構成である。
第4レンズL4は、レンズ面R8、R9のうち、少なくとも1つのレンズ面が非球面をなし、正のパワーを持つものである。
レンズ面R8、R9のうち、少なくとも1つのレンズ面を非球面とすることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正することが可能となる。
第4レンズL4の物体側のレンズ面は非球面形状とすることが好ましく、この場合は、さらに良好に各収差を補正することができる。第4レンズL4の物体側のレンズ面を非球面とした場合には、第4レンズL4の物体側のレンズ面は、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが弱くなるような構成(第8の構成という)とすることが好ましい。
第8の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第4レンズL4の物体側のレンズ面の有効径周縁部を点X5として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P5とするとき、点X5と点P5とを結ぶ線分P5−X5の長さを点X5での曲率半径の絶対値とする。また、第4レンズL4の物体側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第4レンズL4の物体側のレンズ面の中心を点Q5とする。第8の構成とは、第4レンズL4の物体側のレンズ面は、光軸上で正のパワーを持ち、点P4が第4レンズL4の物体側のレンズ面と光軸Z1の交点の点Q5より像側にあり、かつ、点X4での曲率半径の絶対値(線分P5−X5の長さ)が点Q5での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
第4レンズL4の像側のレンズ面を非球面とした場合には、第4レンズL4の像側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが弱くなるような構成(第9の構成という)とすることが好ましい。
第9の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第4レンズL4の像側のレンズ面の有効径周縁部を点X6として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P6とするとき、点X6と点P6とを結ぶ線分P6−X6の長さを点X6での曲率半径の絶対値とする。また、第4レンズL4の像側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第4レンズL4の像側のレンズ面の中心を点Q6とする。第9の構成とは、光軸上で正のパワーを持ち、点P6が点Q6より物体側にあり、かつ、点X6での曲率半径の絶対値(線分P6−X6の長さ)が点Q6での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
また、第4レンズL4において、物体側のレンズ面および像側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが弱くなるように構成することで、像面湾曲と球面収差をさらに良好に補正することが可能となる。
第5レンズL5は、レンズ面R10、R11のうち、少なくとも1つのレンズ面が非球面をなすものである。
レンズ面R10、R11のうち、少なくとも1つのレンズ面を非球面とすることで、球面収差とコマ収差を良好に補正することが可能となる。
第5レンズL5の物体側のレンズ面は非球面形状とすることが好ましく、この場合は、さらに良好に各収差を補正することができる。第5レンズL5の物体側のレンズ面を非球面とした場合には、第5レンズL5の物体側のレンズ面は、光軸上で負のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より負のパワーが弱くなるような構成(第10の構成という)とすることが好ましい。
第10の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第5レンズL5の物体側のレンズ面の有効径周縁部を点X7として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P7とするとき、点X7と点P7とを結ぶ線分P7−X7の長さを点X7での曲率半径の絶対値とする。また、第5レンズL5の物体側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第5レンズL5の物体側のレンズ面の中心を点Q7とする。第10の構成とは、第5レンズL5の物体側のレンズ面は、光軸上で負のパワーを持ち、点P7が第5レンズL5の物体側のレンズ面と光軸Z1の交点の点Q7より物体側にあり、かつ、点X7での曲率半径の絶対値(線分P7−X7の長さ)が点Q7での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
第5レンズL5の像側のレンズ面を非球面とした場合には、第5レンズL5の像側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが弱くなるような構成(第11の構成という)とすることが好ましい。
第11の構成は、図を用いて説明した第1の構成と同様にして以下のように考えることができる。レンズ断面図において、第5レンズL5の像側のレンズ面の有効径周縁部を点X8として、その点での法線と光軸Z1との交点を点P8とするとき、点X8と点P8とを結ぶ線分P8−X8の長さを点X8での曲率半径の絶対値とする。また、第5レンズL5の像側のレンズ面と光軸Z1との交点、すなわち、第5レンズL5の像側のレンズ面の中心を点Q8とする。第11の構成とは、第5レンズL5の像側のレンズ面が、光軸上で正のパワーを持ち、点P8が点Q8より物体側にあり、かつ、点X8での曲率半径の絶対値(線分P8−X8の長さ)が点Q8での曲率半径の絶対値よりも大きくなっている構成である。
また、第5レンズL5において、物体側のレンズ面が光軸上で負のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より負のパワーが弱くなるように構成することで、像面湾曲と球面収差とコマ収差とを良好に補正することが可能となる。
また、第5レンズL5において、像側のレンズ面が光軸上で正のパワーを持ち、有効径周縁部では中心より正のパワーが弱くなるように構成することで、球面収差とコマ収差を良好に補正することが可能となる。
第4レンズは正のパワーを持つレンズとすることが望ましい。
第5レンズは負のパワーを持つメニスカスレンズとすることが望ましい。
第4レンズと第5レンズのパワー、アッベ数を適切に選択することで、色収差を良好に補正することが可能となる。第4レンズのパワーを正、第5レンズのパワーを負とすることで、軸上の色収差を良好に補正することが容易となる。さらに第4レンズまたは第5レンズのうち少なくとも1つのレンズ面が非球面をなすことで、レンズの中心部と外周部のパワーを変化させることができ、色収差を補正しながら他の収差も同時に補正することが可能となる。
第2レンズL2および第4レンズL4、第5レンズL5の材質としては、プラスチックを用いることが好ましい。第2レンズL2および第4レンズL4、第5レンズL5の材質をプラスチックとすることで、非球面形状を精度良く作製することができる。また、プラスチックを使用することで軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。
同様に第3レンズL3の材質もプラスチックとすることが望ましい。
第3レンズの材質もプラスチックとすることで、さらに軽量化、低コスト化を測ることが可能となる。
第1レンズL1や第2レンズL2の有効光線径外を通過する光束は、迷光となって結像面に達し、ゴーストとなる場合があるが、第1レンズL1や第2レンズL2上の有効光線径外の領域に遮光手段である遮光板Sk1、Sk2を設けて迷光を遮断することが望ましい。
この遮光手段は、光を遮断する板材をレンズ上の有効光線径外の領域に配置したり、遮光塗料からなる被膜をレンズ上の有効光線径外の領域に塗布したりする構成を採用することができる。
また、遮光手段は、必要に応じて、第1レンズL1と第2レンズL2の間の空間に配置するようにしてもよい。さらに、遮光手段は、第2レンズL2〜第5レンズL5上の有効光線径外の領域、あるいはこれらのレンズ間に配置しても良い。
第2レンズL2から第5レンズL5までの各レンズはプラスチックレンズとすることが望ましい。
第2レンズL2から第5レンズL5までの各プラスチックレンズを形成する材料として、樹脂材料に対して光の波長よりサイズの小さな粒子を混合させたいわゆるナノコンポジット材料を用いてもよい。
本発明の撮像レンズは、第1レンズから第5レンズまでの各レンズを屈折率が一定の材料で形成する場合に限らず、5枚のレンズのうちのいずれか1つ以上に屈折率分布型のレンズを用いてもよい。
撮像レンズは、第1レンズから第5レンズまでの各レンズ面のうちの、1以上のレンズ面に回折光学素子を形成してもよい。
なお、第2レンズを、像側のレンズ面の中心が負のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が負のパワーが弱い(光束を発散させる力が弱い)ものとしたり、物体側のレンズ面の中心が正のパワーと持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強いものとしたり、物体側のレンズ面の中心が正のパワーを持ち、有効径周縁部では負のパワーを持つものとすれば、撮像レンズの光学性能を高めることが容易となる。
また、第5レンズを、物体側のレンズ面の中心が負のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が負のパワーが弱いものとしたり、像側のレンズ面の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが弱いものとすることにより、撮像レンズの光学性能を高めることが容易となる。
また、第5レンズを、負のパワーを持つメニスカスレンズとすることにより、撮像レンズの光学性能を高めることが容易となる。なお、第5レンズは、収差補正用のパワーを持たないレンズとしてもよく、正のパワーを持つレンズとしてもよい。
第3レンズを、正のパワーを持つレンズとすることにより、色収差を補正することが容易となる。
本発明の実施例では第1レンズはすべてガラス球面レンズを用いているが、第1レンズの片側のレンズ面もしくは両側のレンズ面を非球面としてもよい。第1レンズをガラス非球面レンズとすることで、諸収差をさらに良好に補正することが可能となる。
第1レンズより物体側にレンズを保護するカバーガラスを配置するか、もしくは第1レンズ物体側のレンズ面に耐候性を高めるハードコート、ガラス質の薄膜のようなものを配置してもよい。
第1レンズより物体側にカバーガラス等を配置した場合には第1レンズもプラスチック非球面レンズとすることができる。第1レンズをプラスチック非球面レンズとした場合には、像面湾曲、ディストーションをさらに良好に補正することが可能となる。
以上のように、本発明の本実施の形態に係る広角の撮像レンズは、従来の広角の撮像レンズよりも光学性能を高めるとともに小型化することができる。
<具体的な実施例>
次に、図2〜36を参照し、本発明による実施例1〜5、参考例、本発明による実施例7〜11の各撮像レンズに係る数値データ等についてまとめて説明する。なお、図1中の符号と一致する図2〜12中の符号は、撮像レンズにおける互に対応する構成を示している。
図2〜図12は、実施例1〜5、参考例、実施例7〜11の撮像レンズそれぞれの概略構成を示す断面図である。
図13〜図23は、実施例1〜5、参考例、実施例7〜11の撮像レンズそれぞれの基本的なデータを示す図である。各図中の上左部(図中符号(a)で示す)にレンズデータを、上中央部(図中符号(b)で示す)に撮像レンズの概略仕様を示す。また、下左部(図中符号(c)で示す)にレンズ面の形状(非球面の形状)を表す非球面式の各係数を示す。下右部(図中符号(d)で示す)に、各レンズ面の有効形周縁部における曲率半径の絶対値を示す。
図13〜図23の各図中の上左部のレンズデータにおいて、レンズ等の光学部材の面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、…)の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、開口絞りStの面番号(i=7)、および平行平面板である光学部材Cg1の物体側の面と像側の面の面番号(i=12、13)、結像面の面番号(i=14)等も含めて記載している。なお、レンズ面が非球面をなすものについては面番号に*印を付している。
Riはi番目(i=1、2、3、…)の面の近軸曲率半径を示し、Di(i=1、2、3、…)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、レンズデータの符号Riは、図1中のレンズ面を示す符号Ri(i=1、2、3、…)と対応している。
また、各レンズデータ中の、Ndjは物体側から像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示す。
また、近軸曲率半径および面間隔の単位はmmであり、近軸曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
なお、各非球面は下記非球面式により定義される。
Figure 0005102077
図13〜23の各図中の上中央部の概略仕様において、以下の各値を示す。
F値:Fno、半画角:ω、像高:IH、バックフォーカス距離:Bf(光学的光路長/in Air)、第1レンズの物体側のレンズ面から結像面までの距離:L、第1レンズ像側の面の有効光線径:ED、レンズ全系の焦点距離(第1レンズ〜第5レンズの合成焦点距離):f、第1レンズの焦点距離:f1、第2レンズの焦点距離:f2、第3レンズの焦点距離:f3、第4レンズの焦点距離:f4、第5レンズの焦点距離:f5、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの合成焦点距離:f123、第4レンズ、第5レンズの合成焦点距離:f45それぞれの値を示す。
上記距離Lの値は、上述したようにバックフォーカス距離分を光学的光路長(空気換算長)で示す値と、上記距離Lの値のうちのバックフォーカス距離分以外を実長で示す値とを加算した値である。
図13〜23の各図中の上右部には、上記条件式(1)〜(15)によって値の範囲が制限を受ける各パラメータの値を示す。
さらに、図13〜23の各図中の下左部に、各非球面Ri(i=3,4・・・)を表す非球面式の各係数K、A3、A4、A5・・・を有効数字3桁に丸めた値を示す。
また、図13〜23の各図中の下右部に記載の「記号」の欄に示す|X1−P1|、|X2−P2|、・・・は、明細書中に記載の「点X1と点P1とを結ぶ線分P1−X1の長さ」、「点X2と点P2とを結ぶ線分P2−X2の長さ」、・・・に対応する記号である。
図24は、条件式(1)〜(15)中において値の大きさが制限を受ける各パラメータ(f3/f、νd3、νd5・・・)の値を各実施例および参考例毎に示す図である。
図25〜35は、実施例1〜5、参考例、実施例7〜11の撮像レンズそれぞれの諸収差を示す図である。図25〜35は、実施例1〜5、参考例、実施例7〜11の撮像レンズそれぞれの、d線(波長587.6nm)、F線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)についての収差を示している。
なお、ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離f、画角θ(変数扱い、0≦θ≦ω)を用いて、理想像高を2f×tan(θ/2)とし、それからのずれ量を示す。
なお、回転対象な形状をなすレンズを構成するレンズ面の有効径周縁部は、一般に、このレンズの光軸からの距離が一定な円形状をなす領域となる。この領域はレンズ面上の有効領域の縁部となる。
実施例1〜5、実施例7〜11の基本的なデータおよび諸収差を示す図等から分かるように、本発明の広角の撮像レンズによれば、5枚のレンズそれぞれの形状や材質の最適化を図ることで、光学性能を高めるとともに小型化を実現することができる。
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、上記各図中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。
本発明の撮像レンズは、第2レンズ以降に非球面を多用することで、レンズ系を小型化できるとともに安価に製作でき、さらに像面湾曲、ディストーションなどの収差をより良好に補正することが可能となる。
また、第2レンズの像側のレンズ面を本発明のような非球面とすることで、像面湾曲とディストーションをより良好に補正することが可能となる。
本発明の撮像レンズは、非球面形状を適切に使用することで、5枚構成のレンズのうち最も物体側に配置する負のパワーを持つレンズを少なくして色収差を含めた収差補正に寄与するレンズの枚数を増やすことができるため小型化と高性能化に有利である。
本発明の撮像レンズは、2枚の非球面プラスチックレンズを接合してなる、製作が難しい接合レンズを用いることなく、色収差を良好に補正することが可能となるので製造コストを低減することができる。
なお、上記撮像レンズは、以下のような構成にすることも望ましい。
第3レンズの物体側のレンズ面について、このレンズ面の有効径周縁部での曲率半径の絶対値をRX5とし、中心部での曲率半径の絶対値をRQ5としたとき、RX5がRQ5の0.3倍から3倍の間の値であることが望ましい。RX5をRQ5の0.3倍から3倍の間の値とすることで、倍率の色収差を良好に補正することが可能となる。
第4レンズの像側のレンズ面について、このレンズ面の有効径周縁部での曲率半径の絶対値をRX9とし、中心部での曲率半径の絶対値をRQ9としたとき、RX9はRQ9の1.2倍以上の値であることが望ましい。RX9RQ9の1.2倍以上の値とすることで、球面収差と像面湾曲を良好に補正することが可能となる。
第5レンズの物体側のレンズ面について、このレンズ面の有効径周縁部での曲率半径の絶対値をRX10とし、中心部での曲率半径の絶対値をRQ10としたとき、RX10はRQ10の1.2倍以上の値であることが望ましい。RX10をRQ10の1.2倍以上の値とすることで、球面収差とコマ収差を良好に補正することが可能となる。
第5レンズの像側のレンズ面について、このレンズ面の有効径周縁部での曲率半径の絶対値をRX11とし、中心部での曲率半径の絶対値をRQ11としたとき、RX11はRQ11の1.2倍以上の値であることが望ましい。RX11をRQ11の1.2倍以上の値とすることで、球面収差とコマ収差を良好に補正することが可能となる。
本発明の撮像レンズの概略構成を示す図 実施例1の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例2の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例3の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例4の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例5の撮像レンズの概略構成を示す断面図 参考例の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例7の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例8の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例9の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例10の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例11の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例1の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例2の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例3の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例4の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例5の撮像レンズの基本的なデータを示す図 参考例6の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例7の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例8の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例9の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例10の撮像レンズの基本的なデータを示す図 実施例11の撮像レンズの基本的なデータを示す図 条件式(1)〜(15)中の各パラメータに対応する値を各実施例および参考例毎に示す図 実施例1の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例2の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例3の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例4の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例5の撮像レンズの諸収差を示す図 参考例の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例7の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例8の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例9の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例10の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例11の撮像レンズの諸収差を示す図 第1の構成を説明するための撮像レンズの断面図 第2の構成を説明するための撮像レンズの断面図
符号の説明
10 撮像素子
20 撮像レンズ
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

Claims (23)

  1. 物体側から順に、負のパワーを持つ第1レンズ、負のパワーを持つ第2レンズ、正のパワーを持つ第3レンズ、正のパワーを持つ第4レンズ、および第5レンズからなり
    前記第1レンズがガラスレンズであり、
    前記第2レンズ、第4レンズ、および第5レンズがプラスチックレンズであり、
    前記第2レンズ、第4レンズ、および第5レンズが、各レンズの少なくとも1つのレンズ面が非球面であり、
    前記第1レンズのd線に対するアッベ数、前記第2レンズのd線に対するアッベ数、前記第4レンズのd線に対するアッベ数が、いずれも40以上であり、
    以下の条件式(2-3)、(3)、(5)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    νd3<28 ・・・(2-3)
    νd5<45 ・・・(3)
    −0.75<f45/f123<0.45 ・・・(5)
    ただし、
    νd3:前記第3レンズのd線に対するアッベ数
    νd5:前記第5レンズのd線に対するアッベ数
    f123:前記第1レンズ、第2レンズ、および第3レンズの合成焦点距離
    f45:前記第4レンズ、および第5レンズの合成焦点距離
  2. 以下の条件式(3-2)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
    νd5<31 ・・・(3-2)
  3. 以下の条件式(3-3)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
    νd5<28 ・・・(3-3)
  4. 前記第1レンズが、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  5. 前記第5レンズの物体側のレンズ面が、凹面であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  6. 前記第5レンズの像側のレンズ面が、凸面であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  7. 前記第3レンズの物体側のレンズ面が、凸面であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  8. 前記第3レンズは、少なくとも物体側のレンズ面が非球面をなすとともに該レンズ面の中心が正のパワーを持ち、かつ、このレンズ面が中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが強くなるように、もしくは、このレンズ面が、前記中心部と前記有効径周縁部との間に前記中心部よりも正のパワーが強い領域を持ち前記有効径周縁部は前記中心部よりも正のパワーが弱くなるように構成されたものであることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  9. 前記第3レンズが、プラスチックレンズであり、少なくとも1つのレンズ面が非球面であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  10. 以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    3.0<f3/f<9.0 ・・・(1)
    ただし、
    f:前記撮像レンズ全系の焦点距離
    f3:前記第3レンズの焦点距離
  11. 前記第3レンズと第4レンズの間に絞りが配置されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  12. 以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    2.5<(D4+D5)/f<5.5 ・・・(4)
    ただし
    D4:前記第2レンズと第3レンズの間の空気間隔
    D5:前記第3レンズの中心肉厚
    f:前記撮像レンズ全系の焦点距離
  13. 以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.50<D3/f<1.5 ・・・(6)
    ただし、
    D3:前記第2レンズの中心肉厚
    f:前記撮像レンズ全系の焦点距離
  14. 前記第2レンズの像側のレンズ面が、該レンズ面の中心が負のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が負のパワーが弱いことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  15. 前記第2レンズの物体側のレンズ面が、該レンズ面の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが弱いことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  16. 前記第2レンズの物体側のレンズ面が、該レンズ面の中心が正のパワーを持ち、有効径周縁部が負のパワーを持つことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  17. 前記第5レンズの物体側のレンズ面が、該レンズ面の中心が負のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が負のパワーが弱いことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  18. 前記第5レンズの像側のレンズ面が、該レンズ面の中心が正のパワーを持ち、中心部よりも有効径周縁部の方が正のパワーが弱いことを特徴とする請求項1から17のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  19. 前記第5レンズが、負のパワーを持つメニスカスレンズであることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  20. 以下の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1から19のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.50<D4/f<2.0 ・・・(7)
    D4:前記第2レンズと第3レンズの間の空気間隔
    f:前記撮像レンズ全系の焦点距離
  21. 以下の条件式(8)を満足することを特徴とする請求項1から20のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    −0.25<f/f5<0.10 ・・・(8)
    ただし、
    f:前記撮像レンズ全系の焦点距離
    f5:前記第5レンズの焦点距離
  22. 以下の条件式(9)を満足することを特徴とする請求項1から21のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    7<L/f<16 ・・・(9)
    ただし、
    f:前記撮像レンズ全系の焦点距離
    L:前記第1レンズの物体側のレンズ面から前記撮像レンズの結像面までの距離
  23. 前記請求項1から22のいずれか1項記載の撮像レンズを備えた撮像装置。
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