JP5727679B2 - 撮像レンズおよび撮像レンズを備えた撮像装置 - Google Patents

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、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。

近年、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、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。

このような要求に対しては、例えば全長の短縮化および高解像化を図るために撮像レンズをレンズ枚数が比較的多い５枚構成とすることが考えられる。例えば、特許文献１ないし４には、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、負の屈折力を有する第５レンズから構成される撮像レンズが提案されている。

中国実用新案第２０１９０３６８４号明細書 国際公開第２０１１／１１８５５４号 特開２０１０−１５２０４２号公報 米国特許第８３０５６９７号明細書

ここで、上述したように比較的多いレンズ枚数から構成され、特に携帯端末、スマートフォン、タブレット型端末などに用いられるようなレンズ全長の短縮化が要求される撮像レンズにおいて、より小さなＦナンバーを有し、かつ、所望の解像度に対応できるように、例えば、従来使用されていたものと同程度のサイズの撮像素子にも対応可能な大きいイメージサイズを有する撮像レンズの実現が求められている。

これら全ての要求に応えるために、特許文献１および２に記載の５枚構成の撮像レンズは、収差の補正が十分でない、または、Ｆナンバーが十分小さなものとはなっていないため、小さなＦナンバーと高性能化の両方を実現することが求められる。特許文献３に記載のレンズは、収差の補正が十分ではないため、やはりさらに高性能化することが求められる。また、特許文献４に記載のレンズは、全長の短縮化が十分ではないため、さらに全長の短縮化が求められる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、小さなＦナンバーを有し、かつ、所望の解像度を実現可能な大きいイメージサイズを維持しつつ、全長を短縮化し、中心画角から周辺画角まで高い結像性能を実現することができる撮像レンズ、およびその撮像レンズを搭載して高解像の撮像画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第１レンズと、像側に凹面を向けた第２レンズと、像側に凹面を向けた第３レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズと、両凹形状である第５レンズと、から構成される実質的に５個のレンズからなり、下記条件式を満足することを特徴とする。
１．５８＜ｆ／ｆ１＜３ （１−２）
ここで、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第1レンズの焦点距離
とする。

本発明の撮像レンズによれば、全体として５枚というレンズ構成において、第１レンズから第５レンズの各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しながらも、高解像性能を有するレンズ系を実現することができる。また、本発明の撮像レンズにおいて、第３レンズが負の屈折力を有することにより、色収差を良好に補正しつつ好適に全長の短縮化を実現することができる。また、本発明の撮像レンズにおいて、条件式（１−２）を満足することにより、諸収差をより良好に補正することができ、好適に全長の短縮化を実現することができる。

なお、本発明の撮像レンズにおいて、「実質的に５個のレンズからなり、」とは、本発明の撮像レンズが、５個のレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つものも含むことを意味する。また、上記のレンズの面形状や屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。

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

本発明の撮像レンズにおいて、第４レンズが正の屈折力を有することが好ましい。

本発明の撮像レンズにおいて、第２レンズが負の屈折力を有することが好ましく、第２レンズが両凹形状であることがより好ましい。

本発明の撮像レンズは、以下の条件式（１−３）から（６−１）のいずれかを満足することが好ましい。なお、好ましい態様としては、条件式（１−３）から（６−１）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。
１．５８＜ｆ／ｆ１＜２ （１−３）
−３＜ｆ／ｆ２＜−０．７ （２）
−１．５＜ｆ／ｆ２＜−０．７５ （２−１）
−０．４＜ｆ／ｆ３＜０ （３）
−０．３＜ｆ／ｆ３＜−０．１２ （３−１）
１．５＜ｆ／ｆ４＜２．３ （４）
１．７＜ｆ／ｆ４＜２．１ （４−１）
−２．５＜ｆ／ｆ５＜−１．５ （５）
−２．２＜ｆ／ｆ５＜−１．７ （５−１）
νｄ３＜３０ （６）
νｄ３＜２６ （６−１）
ただし、
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
νｄ３：第３レンズのｄ線に関するアッベ数
とする。

本発明による撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。

本発明による撮像装置では、本発明の撮像レンズによって得られた高解像の光学像に基づいて高解像の撮像信号を得ることができる。

本発明の撮像レンズによれば、全体として５枚というレンズ構成において、各レンズ要素の構成を最適化し、特に第１レンズと第５レンズの形状を好適に構成したので、小さなＦナンバーを有し、全長を短縮化しながらも、イメージサイズが大きく、さらに中心画角から周辺画角まで高い結像性能を有するレンズ系を実現できる。

また、本発明の撮像装置によれば、本発明の高い結像性能を有する撮像レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、高解像の撮影画像を得ることができる。

本発明の一実施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６に対応するレンズ断面図である。 撮像レンズの参考例７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８の構成例を示すものであり、実施例８に対応するレンズ断面図である。 撮像レンズの参考例９に対応するレンズ断面図である。 撮像レンズの参考例１０に対応するレンズ断面図である。 撮像レンズの参考例１１に対応するレンズ断面図である。 図１に示す撮像レンズの光線図である。 本発明の実施例１に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例２に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例３に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例４に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例５に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例６に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 参考例７に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の実施例８に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 参考例９に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 参考例１０に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 参考例１１に係る撮像レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差（像面湾曲）、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明に係る撮像レンズを備えた携帯電話端末である撮像装置を示す図。 本発明に係る撮像レンズを備えたスマートフォンである撮像装置を示す図。

以下、本発明の実施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６の実施形態および第８の実施形態に係る数値実施例（表３〜表１２、表１５および表１６）のレンズ構成に対応する第２乃至第６の実施形態および第８の構成例の断面構成を、図２〜図６および図８に示す。なお、参考例７および参考例９乃至１１（表１３、表１４および表１７〜２２）の断面構成を図７および図９〜１１に示す。図１〜図１１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２〜６、図８の構成例と、図７、図９〜１１に示す参考例についても説明する。また、図１２は図１に示す撮像レンズＬにおける光路図であり、無限遠の距離にある物点からの軸上光束２および最大画角の光束３の各光路を示す。

本発明の実施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とを備えている。

図２４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（像面Ｒ１４）に配置される。

図２５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５レンズＬ５と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＣＧが配置されていても良い。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良い。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を使用しても良い。

また、光学部材ＣＧを用いずに、第５レンズＬ５にコートを施す等して光学部材ＣＧと同等の効果を持たせるようにしても良い。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。このように、開口絞りＳｔを第１レンズの物体側の面よりも物体側に配置したことにより、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのを抑制することができる。なお、「第１レンズの物体側の面より物体側に配置」とは、光軸方向における開口絞りの位置が、軸上マージナル光線と第１レンズＬ１の物体側の面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乃至第６および第８の構成例のレンズ（図１〜図６及び図８）が、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の像側の面より物体側に配置された構成例である。

また、本実施の形態において、開口絞りＳｔは第１レンズＬ１の面頂点よりも像側に配置されているが、これに限定されず、開口絞りＳｔを第１レンズＬ１の面頂点よりも物体側に配置されていてもよい。開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の面頂点よりも物体側に配置されている場合には、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１の面頂点よりも像側に配置されている場合より周辺光量の確保の観点からはやや不利であるが、結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのをさらに好適に抑制することができる。

この撮像レンズＬにおいて、第１レンズＬ１は、光軸近傍で物体側に凸面を向け、光軸近傍において正の屈折力を有している。このことにより、全長を好適に短縮化できる。また、図１に示す第１の実施形態の撮像レンズのように、第１レンズＬ１を光軸近傍で両凸形状とすることが好ましい。また、第１レンズＬ１を光軸近傍で両凸形状とした場合には、球面収差の発生を抑制できるため、球面収差の補正が容易となる。

第２レンズＬ２は、光軸近傍において像側に凹面を向けている。また、第２レンズＬ２は、光軸近傍において負の屈折力を有していることが好ましい。第２レンズＬ２が光軸近傍において負の屈折力を有する場合には、色収差を良好に補正することができる。また、第１の実施形態の撮像レンズのように、第２レンズＬ２を光軸近傍で両凹形状とすることが好ましい。第２レンズを光軸近傍で両凹形状とした場合には、球面収差の補正が容易となる。

第３レンズＬ３は、光軸近傍において像側に凹面を向けている。このように、光軸近傍において正の屈折力を有し、かつ、光軸近傍において物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１の像側に、光軸近傍において像側に凹面を向けた第２レンズと、光軸近傍において像側に凹面を向けた第３レンズＬ３を隣接して配置することにより、上記構成の第１レンズＬ１で生じやすい色収差を補正することが容易となり、かつ、所望の解像度を満たすイメージサイズを維持しつつ、全長を短縮化することができる。

また、第３レンズＬ３は、光軸近傍において負の屈折力を有している。このことにより、色収差を良好に補正しつつ、全長の短縮化を好適に実現することができる。第１の実施形態の撮像レンズのように、第３レンズＬ３を光軸近傍で両凹形状とした場合には、色収差と球面収差を好適に補正することができ、好ましい。また、第３レンズＬ３を、光軸近傍で負の屈折力を有し、かつ、光軸近傍でメニスカス形状となるように構成してもよい。この場合には、第３レンズＬ３の負の屈折力によって色収差を好適に補正しつつ、第３レンズＬ３のメニスカス形状における凸面形状によって全長をより好適に短縮化することができる。一方、参考例９〜１１においては、第３レンズＬ３を、光軸近傍において正の屈折力を有するように構成している。この場合には、第３レンズＬ３の正の屈折力によって全長を好適に短縮化することができる。また、第３レンズＬ３を、光軸近傍において正の屈折力を有し、かつ、光軸近傍でメニスカス形状となるように構成してもよい。この場合には、第３レンズＬ３の正の屈折力によって全長を好適に短縮化しつつ、第３レンズＬ３のメニスカス形状における凹面形状によって球面収差と色収差を好適に補正することができる。

第４レンズＬ４は、光軸近傍において像側に凸面を向けている。このことにより、非点収差を好適に補正することができる。この効果をさらに高めるために、第１の実施形態の撮像レンズのように、第４レンズＬ４を、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。また、第４レンズＬ４は、光軸近傍において正の屈折力を有していることが好ましい。このことより、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好適に抑制することができる。

第５レンズＬ５は、光軸近傍において負の屈折力を有している。第１レンズから第４レンズまでを１つの正の光学系とみなすと、第５レンズＬ５を光軸近傍において負の屈折力を有するものとすることにより、撮像レンズを全体としてテレフォト型の構成とすることができるため、撮像レンズ全体の後側主点位置を物体側に寄せることができ、全長を好適に短縮化することができる。また、第５レンズＬ５は、光軸近傍において両凹形状とされている。第５レンズＬ５を光軸近傍において両凹形状とすることにより、第５レンズＬ５の各面の曲率の絶対値が大きくなりすぎることを抑制しつつ、第５レンズＬ５の負の屈折力を十分強めることができる。また、第５レンズＬ５を光軸近傍において両凹形状とすることにより、像面湾曲を好適に補正することができる。

また、第５レンズＬ５は、像側の面が有効径内に少なくとも１つの変曲点を有することが好ましい。第５レンズＬ５の像側の面における「変曲点」とは、第５レンズＬ５の像側の面形状が像側に対して凸形状から凹形状（または凹形状から凸形状）に切り替わる点を意味する。変曲点の位置は、第５レンズＬ５の像側の面の有効径内であれば光軸から半径方向外側の任意の位置に配置することができ、好ましくは、周辺部に配置することが好ましい。第５レンズＬ５の像側の面を少なくとも１つの変曲点を有する形状とすることにより、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのを抑制することができる。なお、ここでいう周辺部は、最大有効半径の略４割より半径方向外側を意味する。

上記撮像レンズＬによれば、全体として５枚というレンズ構成において、第１ないし第５レンズの各レンズ要素の構成を最適化したので、小さなＦナンバーを有し、全長を短縮化しながらも、イメージサイズが大きく、高解像性能を有するレンズ系を実現できる。

また、例えば図１〜６および図８に示す各実施形態のように全画角２ωが６０度以上となるように、上記撮像レンズＬの第１〜第５レンズの各レンズ構成を設定した場合には、全画角２ωが適切な値となっているため、近距離撮影の機会が多い携帯電話端末などに撮像レンズＬを好適に適用することができる。

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５レンズＬ５のそれぞれのレンズの少なくとも一方の面に、非球面を用いることが好適である。

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

次に、以上のように構成された撮像レンズＬの条件式に関する作用および効果をより詳細に説明する。

まず、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（１）を満足する。
１．４５＜ｆ／ｆ１＜３ （１）
条件式（１）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１に対する全系の焦点距離ｆの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（１）の下限を下回る場合には、全系の屈折力に対して第１レンズＬ１の正の屈折力が弱くなりすぎて、諸収差を十分に補正しにくく、小さなＦナンバーを維持しつつ、全長を短縮化することが難しくなる。条件式（１）の上限を上回る場合には、全系の屈折力に対して第１レンズＬ１の正の屈折力が強くなりすぎて、特に球面収差の補正が難しくなる。このため、条件式（１）の範囲を満たすことで、小さなＦナンバーを維持し、球面収差を良好に補正しつつ、好適にレンズ系全体の長さを短縮化できる。この効果をより高めるために、条件式（１−１）を満たすことがより好ましい。また、条件式（１−２）の下限を満たす場合には、全長を短縮化しつつさらに諸収差を良好に補正する効果をより高めることができる。このため、条件式（１−２）を満たす場合には、球面収差などの諸収差をより好適に補正し、小さなＦナンバーを維持しつつ、全長の短縮化を好適に実現できるため好ましく、この効果をより高めるために、条件式（１−３）を満たすことがよりさらに好ましい。
１．４５＜ｆ／ｆ１＜２ （１−１）
１．５８＜ｆ／ｆ１＜３ （１−２）
１．５８＜ｆ／ｆ１＜２ （１−３）

また、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
−３＜ｆ／ｆ２＜−０．７ （２）
条件式（２）は、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２に対する全系の焦点距離ｆの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（２）の下限を下回る場合には、全系の正の屈折力に対して第２レンズＬ２の屈折力が強くなりすぎて、諸収差を十分に補正しにくく、小さなＦナンバーを維持しつつ、全長を短縮化することが難しくなる。条件式（２）の上限を上回る場合には、全系の屈折力に対して第２レンズＬ２の屈折力が弱くなりすぎて、色収差の補正が難しくなる。このため、条件式（２）の範囲を満たすことで、小さなＦナンバーを維持し、全長を短縮化しつつ、好適に色収差など諸収差を補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（２−１）を満たすことがより好ましい。
−１．５＜ｆ／ｆ２＜−０．７５ （２−１）

また、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
−０．４＜ｆ／ｆ３＜０ （３）
条件式（３）は、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３に対する全系の焦点距離ｆの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（３）の下限を下回る場合には、全系の屈折力に対して第３レンズＬ３の屈折力が強くなりすぎて、諸収差を十分に補正しにくく、小さなＦナンバーを維持しつつ、全長を短縮化することが難しくなる。条件式（３）の上限を上回る場合には、全系の屈折力に対して第３レンズＬ３の屈折力が弱くなりすぎて、色収差の補正が難しくなる。このため、条件式（３）の範囲を満たすことで、Ｆナンバーを維持し、全長を短縮化しつつ、好適に色収差など諸収差を補正することができる。この効果をより高めるために、条件式（３−１）を満たすことがより好ましい。
−０．３＜ｆ／ｆ３＜−０．１２ （３−１）

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（４）を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ／ｆ４＜２．３ （４）
条件式（４）は、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４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）の下限を満足することにより、全系の屈折力に対して第４レンズＬ４の屈折力が弱くなりすぎず、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好適に抑制することができる。条件式（４）の上限を上回る場合には、全系の屈折力に対して第４レンズＬ４の屈折力が強くなりすぎて、像面湾曲の補正が難しくなる。このため、条件式（４）の範囲を満たすことで、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好適に抑制しつつ、好適に像面湾曲を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い。
１．７＜ｆ／ｆ４＜２．１ （４−１）

また、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５および全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
−２．５＜ｆ／ｆ５＜−１．５ （５）
条件式（５）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（５）の下限を満足することにより、全系の屈折力に対して第５レンズＬ５の屈折力が強くなりすぎず、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好適に抑制することができる。条件式（５）の上限を上回る場合には、全系の屈折力に対して第５レンズＬ５の屈折力が弱くなりすぎて、像面湾曲の補正が難しくなる。このため、条件式（５）の範囲を満たすことで、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好適に抑制しつつ、好適に像面湾曲を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）を満たすことが好ましい。
−２．２＜ｆ／ｆ５＜−１．７ （５−１）

また、第３レンズＬ３のｄ線に関するアッベ数νｄ３は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
νｄ３＜３０ （６）
条件式（６）は、第３レンズＬ３のｄ線に関するアッベ数νｄ３の好ましい数値範囲をそれぞれ規定する。条件式（６）の上限を上回ると、軸上色収差と倍率色収差の補正が困難となる。条件式（６）を満足することで、第３レンズＬ３を高分散の材質により構成することにより、軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができる。この観点から、下記条件式（６−１）を満たすことがより好ましい。
νｄ３＜２６ （６−１）

次に、図２〜１１を参照しながら、本発明の第２〜第６の実施形態および第８の実施形態にかかる撮像レンズと参考例７、参考例９〜１１にかかる撮像レンズとについて詳細に説明する。なお、本発明の第２〜第６の実施形態および第８の実施形態にかかる広角レンズは、第１の実施形態と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１と、像側に凹面を向けた第２レンズＬ２と、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けた第４レンズＬ４と、両凹形状である第５レンズＬ５との実質的に５つのレンズから構成される。このため、以下の第２〜第６の実施形態および第８の実施形態においては、各レンズ群を構成する各レンズの詳細な構成についてのみ説明する。また、第１〜第６の実施形態および第８の実施形態の間で互いに共通する構成の作用効果はそれぞれ同じ作用効果を有するため、実施形態の順番が早いものについて構成及びその作用効果を説明し、その他の実施形態の共通する構成及びその作用効果の重複説明を省略する。

図２に示す第２の実施形態および図３に示す第３の実施形態にかかる撮像レンズは、第１の実施形態と第１レンズＬ１から第５レンズＬ５までのレンズの構成を共通としており、これらのレンズの各構成によれば第１の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

また、図４に示す第４の実施形態ないし図６に示す第６の実施形態および図８に示す第８の実施形態のように、第３レンズＬ３を、光軸近傍で負の屈折力を有し、光軸近傍で像側に凹面を向けたメニスカス形状として構成することもできる。第３レンズＬ３を光軸近傍で像側に凹面を向けたメニスカス形状とした場合には、第３レンズＬ３の負の屈折力によって球面収差と色収差を好適に補正しつつ、第３レンズＬ３のメニスカス形状における物体側の面の凸面形状によって好適に全長を短縮化できる。また、第４ないし第６および第８の実施形態にかかる撮像レンズは、第１の実施形態と第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第４レンズＬ４および第５レンズＬ５のレンズの構成を共通としており、これらのレンズの各構成によれば第１の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。また、図７に示す参考例７も、実施例４〜実施例６および実施例８と同様のレンズ構成を共通としており、各共通する構成によりそれぞれ対応する同様の作用効果を得られる。

また、図９に示す参考例９ないし図１１に示す参考例１１のように、第３レンズＬ３を、光軸近傍で正の屈折力を有し、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もできる。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、第３レンズＬ３の正の屈折力により全長を好適に短縮化できる。また、第３レンズＬ３を、光軸近傍において正の屈折力を有し、かつ、光軸近傍でメニスカス形状となるように構成しているので、第３レンズＬ３の正の屈折力によって全長を好適に短縮化しつつ、第３レンズＬ３のメニスカス形状における像側の面の凹面形状によって球面収差と色収差を好適に補正できる。また、参考例９ないし参考例１１にかかる撮像レンズは、第１の実施形態と第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５のレンズ構成を共通としており、これらのレンズの各構成によれば第１の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。

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５枚というレンズ構成において、各レンズ要素の構成を最適化したので、小さなＦナンバーを有し、全長を短縮化しながらも、イメージサイズが大きく、高解像性能を有するレンズ系を実現できる。

なお、これに対し、特許文献１は、Ｆナンバーが大きい撮像レンズ、または、比較的小さなＦナンバーを有するものの、球面収差の補正が十分でない撮像レンズを開示している。また、特許文献２に開示された撮像レンズは、Ｆナンバーが大きく、球面収差が十分に補正されていない。また、特許文献３に記載の撮像レンズは、軸上色収差または球面収差が十分に補正されておらず、十分に高解像性能を有しているとはいえない。また、特許文献４に記載された撮像レンズは、特に携帯端末、スマートフォン、タブレット型端末などに要求される仕様を満足するためには、十分に全長の短縮化が実現されていない。

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、最も物体側のレンズ要素の面を１番目（開口絞りＳｔを１番目）として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。なお、各レンズデータには、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）とバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）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５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。表１の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径（近軸曲率半径）の数値を示している。

表２には実施例１の撮像レンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａｉ，ＫＡの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。

Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｉ・ｈⁱ （Ａ）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａｉ：第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数
ＫＡ：非球面係数
とする。

以上の実施例１の撮像レンズと同様にして、図２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として、表３および表４に示す。また同様にして、図３〜図６および図８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３乃至６および実施例８として、表５〜表１２、表１５および表１６に示す。同様に、図７、図９〜１１に示す参考例の撮像レンズのレンズデータを、表１３、１４および表１７〜２２に示す。これらの実施例１〜６、実施例８、参考例７、参考例９〜１１に係る撮像レンズでは、第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の両面がすべて非球面形状となっている。

図１３（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、歪曲収差、倍率色収差（倍率の色収差）図を示している。球面収差、非点収差（像面湾曲）、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)、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示す。また、球面収差図には、ｇ線(波長４３５．８３ｎｍ)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乃至実施例６の撮像レンズおよび実施例８の撮像レンズについての諸収差を図１４（Ａ）〜（Ｄ）乃至図１８（Ａ）〜（Ｄ）および図２０（Ａ）〜（Ｄ）に示す。また、同様に、参考例７、参考例９乃至１１の撮像レンズについての諸収差を図１９（Ａ）〜（Ｄ）および、図２１（Ａ）〜（Ｄ）乃至図２３（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

また、表２３には、本発明に係る各条件式（１）〜（６）に関する値を、各実施例１〜６、実施例８、参考例７、参考例９〜１１についてそれぞれまとめたものを示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、全長を短縮化しながらも高い結像性能が実現されている。

なお、本発明の撮像レンズには、実施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。また、本発明の撮像レンズにおいて、光軸近傍でメニスカス形状とされた各レンズにおいて、光軸近傍でメニスカス形状の曲率半径の絶対値が大きい面を、光軸近傍で平面として構成してもよい。言い換えると、光軸近傍でメニスカス形状とされたレンズを、該レンズのメニスカス形状の曲率半径の絶対値が大きい面を光軸近傍で平面とした平凸形状のレンズまたは平凹形状のレンズとしてもよい。

Claims (16)

1. 物体側から順に、
   正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第１レンズと、
   像側に凹面を向けた第２レンズと、
   負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズと、
   像側に凸面を向けたメニスカス形状である第４レンズと、
   両凹形状である第５レンズと、
   から構成される実質的に５個のレンズからなり、下記条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   １．５８＜ｆ／ｆ１＜３ （１−２）
   ここで、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
   とする。
2. 前記第２レンズが負の屈折力を有する請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記第４レンズが正の屈折力を有する請求項１または２記載の撮像レンズ。
4. さらに以下の条件式を満足する請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
   −３＜ｆ／ｆ２＜−０．７ （２）
   ただし、
   ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
   とする。
5. さらに以下の条件式を満足する請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
   １．５＜ｆ／ｆ４＜２．３ （４）
   ただし、
   ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
   とする。
6. さらに以下の条件式を満足する請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
   −２．５＜ｆ／ｆ５＜−１．５ （５）
   ただし、
   ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
   とする。
7. 前記第２レンズが両凹形状である請求項１から６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
8. さらに以下の条件式を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   １．５８＜ｆ／ｆ１＜２ （１−３）
9. さらに以下の条件式を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   −１．５＜ｆ／ｆ２＜−０．７５ （２−１）
   ただし、
   ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
   とする。
10. さらに以下の条件式を満足する請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    １．７＜ｆ／ｆ４＜２．１ （４−１）
    ただし、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    とする。
11. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    −２．２＜ｆ／ｆ５＜−１．７ （５−１）
    ただし、
    ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
    とする。
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。
    −０．４＜ｆ／ｆ３＜０ （３）
    ただし、
    ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
    とする。
13. さらに以下の条件式を満足する請求項１２に記載の撮像レンズ。
    −０．３＜ｆ／ｆ３＜−０．１２ （３−１）
14. さらに以下の条件式を満足する請求項１から１３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
    νｄ３＜３０ （６）
    ただし、
    νｄ３：前記第３レンズのｄ線に関するアッベ数
    とする。
15. さらに以下の条件式を満足する請求項１４記載の撮像レンズ。
    νｄ３＜２６ （６−１）
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載された撮像レンズを備えた撮像装置。

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