WO2012063391A1 - 撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器 - Google Patents

撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器 Download PDF

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WO2012063391A1
WO2012063391A1 PCT/JP2011/005186 JP2011005186W WO2012063391A1 WO 2012063391 A1 WO2012063391 A1 WO 2012063391A1 JP 2011005186 W JP2011005186 W JP 2011005186W WO 2012063391 A1 WO2012063391 A1 WO 2012063391A1
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WO
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lens
image
optical system
imaging
imaging optical
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Application number
PCT/JP2011/005186
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English (en)
French (fr)
Inventor
山田　恵子
慶二 松坂
Original Assignee
コニカミノルタオプト株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/60—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having five components only

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system, and more particularly to an imaging optical system suitably applied to a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
  • the present invention relates to an imaging device including the imaging optical system and a digital device equipped with the imaging device.
  • imaging optical system for forming (imaging) an optical image of an object on the light receiving surface of the solid-state imaging device, which is mounted on these imaging devices, is further reduced in size and performance.
  • imaging optical system a three-element or four-element optical system has been proposed, and moreover, in recent years, higher performance can be achieved.
  • a system has also been proposed.
  • the imaging lens disclosed in Patent Document 1 includes, in order from the object side, a first lens having a positive power with a convex surface on the object side, a concave surface on the image side in the vicinity of the optical axis, and an optical axis.
  • an aspherical fourth lens having a convex surface on the image side at the periphery, and a fifth lens having a positive power near the optical axis and the Abbe number of the second lens is 30 or less
  • the Abbe number of the third lens is 40 or more, and the Abbe number of the fourth lens is 40 or more.
  • the imaging optical system disclosed in Patent Document 2 has an aperture stop, a first lens having a positive refractive power, a second lens having a negative refractive power, and a positive refractive power in order from the object side. And a fourth lens having a positive refractive power and a fifth lens having a negative refractive power. According to Patent Document 2, this configuration can provide a small and high-performance imaging optical system (for example, paragraph 0024).
  • the first to third lenses bear most of the refractive power of the entire system, and the fourth and fifth lenses have a weak refractive power, mainly the image plane. It is responsible for the correction. For this reason, when further downsizing (lowering of the height) is attempted, the aberration correction is insufficient, and it is difficult to cope with the increase in the number of pixels of the image sensor due to the deterioration of the performance.
  • performance degradation such as curvature of field occurs particularly at the peripheral image height.
  • the fifth lens is responsible for image plane correction, but aberration correction is not sufficient at the peripheral image height.
  • performance degradation such as curvature of field occurs particularly at the peripheral image height in the case of close focus.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an imaging optical system capable of satisfactorily correcting various aberrations regardless of the object distance while achieving further miniaturization. That is. And this invention is providing an imaging device provided with this imaging optical system, and a digital apparatus carrying this imaging device.
  • An imaging optical system, an imaging apparatus, and a digital apparatus include first to fifth lenses, the second lens is a meniscus lens, and the fifth lens has an object side surface that is convex on an axis.
  • the image side surface is concave on the axis, and has one inflection point at a position excluding the intersection point of the central axis in the contour line of the lens cross section. Therefore, the imaging optical system, the imaging apparatus, and the digital device having such a configuration can satisfactorily correct various aberrations regardless of the object distance while further downsizing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an arrangement of lens groups in the imaging optical system in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is an aberration diagram of the imaging optical system in Example 1.
  • 7 is a cross-sectional view illustrating an arrangement of lens groups in an imaging optical system in Embodiment 2.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of the image pickup optical system in Example 2.
  • 6 is a cross-sectional view illustrating an arrangement of lens groups in an imaging optical system in Embodiment 3.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of the image pickup optical system in Example 3.
  • symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate
  • the number of lenses in the cemented lens is not expressed as one for the entire cemented lens, but is represented by the number of single lenses constituting the cemented lens.
  • a refractive index is a refractive index with respect to the wavelength (587.56 nm) of d line
  • ⁇ d (nd ⁇ 1) / (nF ⁇ nC)
  • the Abbe number ⁇ d obtained by the definition formula (C) When the notation “concave”, “convex” or “meniscus” is used for the lens, these represent the lens shape near the optical axis (near the center of the lens).
  • D The notation of optical power (refractive power, reciprocal of focal length) in each single lens constituting the cemented lens is power when both sides of the lens surface of the single lens are air.
  • the resin material used for the composite aspherical lens has only an additional function of the substrate glass material, it is not treated as a single optical member, but is treated as if the substrate glass material has an aspherical surface, and the number of lenses Shall be handled as one sheet.
  • the lens refractive index is also the refractive index of the glass material serving as the substrate.
  • the composite aspherical lens is a lens that is aspherical by applying a thin resin material on a glass material to be a substrate.
  • the term “miniaturization” means that the distance on the optical axis from the lens surface of the lens closest to the object side to the image-side focal point in the entire imaging optical system is L, and When the focal length is f, it means that conditional expression (7); L / f ⁇ 1.4 is satisfied.
  • the image side focal point refers to an image point when a parallel light beam parallel to the optical axis is incident on the imaging optical system.
  • a parallel plate member such as an optical low-pass filter, an infrared cut filter, or a seal glass of a solid-state imaging device package is disposed between the most image-side surface and the image-side focal point of the imaging optical system.
  • the parallel plate member calculates the above formula as an air conversion distance.
  • An inflection point refers to a plane perpendicular to the optical axis of the lens when the tangent plane of the lens surface is set at each point on the contour line of the lens cross section along the optical axis. Mathematically, it means a point that gives an extreme value when the contour is first-order differentiated.
  • the effective area refers to an area set as an area that is optically used as a lens by design.
  • FIG. 1 is a lens cross-sectional view schematically illustrating the configuration of an imaging optical system in the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the definition of the image plane incident angle of the chief ray.
  • the imaging optical system 1 forms an optical image of an object (subject) on the light receiving surface of an image sensor 18 that converts an optical image into an electrical signal.
  • the optical system is composed of five lenses of first to fifth lenses 11 to 15 in order.
  • the imaging optical system 1 illustrated in FIG. 1 has the same configuration as the imaging optical system 1A (FIG. 5) of Example 1 described later.
  • the first, second, and fifth lenses 11, 12, and 15 are fixed with respect to a predetermined image plane, and the third and fourth lenses 13 and 14 are moved in the optical axis direction. Focusing is performed accordingly.
  • the first lens 11 has a positive refractive power convex toward the object side
  • the second lens 12 is a meniscus lens having a negative negative refractive power toward the image side
  • the third lens 13 is a predetermined lens.
  • the fourth lens 14 has a positive refractive power convex toward the image side
  • the fifth lens 15 is convex on the axis.
  • the object side surface has the intersection position of the optical axis AX when the lens cross-section contour line along the central axis (optical axis AX) moves from the intersection of the optical axis AX to the effective region end.
  • One inflection point PI5 is provided at the excluded position.
  • the third lens 13 has a relatively weak refractive power on the optical axis AX and in the vicinity thereof (having little refractive power), and is between the optical axis AX from the optical axis AX toward the peripheral edge and the effective region end.
  • the fifth lens 15 has a relatively low refractive power on the optical axis AX and in the vicinity thereof (the refractive power is not so great).
  • the intermediate band which is the intermediate portion in the radial direction between the optical axis AX from the optical axis AX to the peripheral edge and the effective region end, has a predetermined refractive power.
  • These first to fifth lenses 11 to 15 are aspheric on both sides.
  • These first to fifth lens groups 11 to 15 may be glass mold lenses, for example, or may be lenses made of a resin material such as plastic.
  • a lens made of a resin material is preferable from the viewpoint of weight reduction.
  • the first to fifth lenses 11 to 15 are lenses made of a resin material.
  • an optical aperture 16 as an aperture stop is disposed on the object side of the first lens 11.
  • a filter 17 and an image sensor 18 are disposed on the image side of the image pickup optical system 1, that is, on the image side of the fifth lens 15.
  • the filter 17 is a parallel plate-like optical element, and schematically represents various optical filters, a cover glass of the image sensor, and the like.
  • An optical filter such as a low-pass filter or an infrared cut filter can be appropriately arranged depending on the usage, imaging device, camera configuration, and the like.
  • the image sensor 18 photoelectrically converts the image signal of each component of R (red), G (green), and B (blue) in accordance with the amount of light in the optical image of the subject imaged by the imaging optical system 1, and performs predetermined conversion. This is an element that outputs to an image processing circuit (not shown).
  • an optical image of the object on the object side is guided to the light receiving surface of the image sensor 18 along the optical axis AX by the imaging optical system 1 at a predetermined magnification, and the optical image of the object is captured by the image sensor 18. .
  • the fourth lens 14 is convex on the image side, it is easy to correct astigmatism at each image height. Since the fifth lens 15 has the inflection point PI5 on the object side surface, image plane correction can be performed. Therefore, the imaging optical system 1 having such a configuration can satisfactorily correct various aberrations regardless of the object distance while further downsizing.
  • the imaging optical system 1 having such a configuration is composed of five first to fifth lenses 11 to 15, and the first and second lenses 11 and 12 are positive and negative and are so-called telephoto type. This is advantageous for downsizing the entire imaging optical system 1. Since the second lens 12 has a negative meniscus shape, the combined principal point position of the entire imaging optical system 1 can be arranged closer to the object side, and the image side surface of the second lens 12 can be a strong divergence surface. It is easy to correct coma and distortion. Further, since the fourth lens 14 is convex on the image side, astigmatism at each image height can be easily corrected.
  • the fifth lens 15 is configured to have a predetermined refractive power mainly in the intermediate band, and has the inflection point.
  • the fifth lens 15 can mainly correct various aberrations such as field curvature with respect to the high image height passing through the intermediate zone. Accordingly, the imaging optical system having such a configuration can satisfactorily correct various aberrations regardless of the object distance while further downsizing. In particular, even in the case of close focus (macro shooting), the imaging optical system having such a configuration corrects field curvature well.
  • the third lens 13 has a concave shape near the central axis on the image plane side, and has an inflection point PI3 between the optical axis AX and the effective region end along the radial direction.
  • the third lens 13 has a relatively short distance from the optical aperture 16, there is less change in the incident position of the peripheral image height due to the focus. Therefore, by defining the surface shape of the third lens 13 on the image surface side in this way, it becomes possible to satisfactorily correct coma and chromatic aberration at the peripheral image height over the entire focus area.
  • the third and fourth lenses 13 and 14 are moved together in the case of focusing.
  • the degree of freedom of image plane correction accompanying focusing is greater than when the entire lens system of the imaging optical system 1 is moved.
  • the fifth lens 15 can be fixed, and it is also possible to suppress the adhesion of dust to the image sensor 18 arranged on the image plane side of the fifth lens 15 during focusing.
  • the optical aperture 16 of the aperture stop is disposed on the most object side in the imaging optical system 1.
  • the incident angle with respect to the image plane can be reduced.
  • the refractive power at the periphery of the effective area of the fifth lens 15 can be made relatively small, and it is easy to achieve both image plane correction accompanying focusing at the peripheral image height.
  • the image plane incident angle of the chief ray is an angle (deg, degree) ⁇ of the chief ray having the maximum angle of view with respect to the perpendicular to the image plane among the incident rays on the imaging surface.
  • the image plane incident angle ⁇ has a principal ray angle when the exit pupil position is on the object side of the image plane as a positive direction.
  • the distance from the optical axis AX (center axis) on the object side surface of the fifth lens 15 to the inflection point PI5 is R5fd, and the effective radius (first number) of the object side surface of the fifth lens 15 is set.
  • R5fd the radius of the effective area on the object side surface of the five lenses 15
  • the following conditional expression (1) is satisfied.
  • This conditional expression (1) defines the position of the inflection point PI5.
  • the object side surface of the fifth lens 15 is convex on the optical axis AX, and has an inflection point PI5 within a range that satisfies the conditional expression (1). For this reason, the imaging optical system 1 having such a configuration can satisfactorily correct coma and astigmatism at a high image height over the entire focus area.
  • the fifth lens 15 is disposed on the surface closest to the image side, and the incident position of the light flux on the fifth lens 15 changes greatly with the focus as compared with the other lenses, and in particular, has a high image height. This tendency is remarkable in the angle of view. For this reason, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the incident position of the high image height component on the object side of the fifth lens 15 becomes the inflection point PI5. Therefore, in this case, the change in the optical performance due to the change in the incident position accompanying the focus becomes large, and it becomes difficult to achieve a good performance over the entire focus area, which is not preferable. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the effect of correcting the curvature of field cannot be sufficiently obtained, which is not preferable.
  • This conditional expression (2) defines the position of the inflection point PI3 on the image plane of the third lens 13. By defining the position of the inflection point PI3 on the image plane side of the third lens 13 in this way, it becomes possible to satisfactorily correct coma and chromatic aberration at the peripheral image height. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded or below the lower limit, aberration correction becomes difficult, which is not preferable.
  • This conditional expression (3) defines the focal length of the fourth lens 14. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the focal length of the fourth lens 14 increases, and the moving distance in the case of focusing increases. For this reason, the change of the incident position of the light beam incident on the third lens 13 accompanying the focus becomes large, and it becomes difficult to correct the coma aberration and the chromatic aberration at the peripheral image height accompanying the focus. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the focal length of the fourth lens 14 becomes short, and it becomes difficult to ensure the back focus.
  • This conditional expression (4) defines the ratio between the third lens 13 and the fourth lens 14.
  • the combined refractive power of the third and fourth lenses 13 and 14 does not become excessively strong, and becomes an appropriate combined refractive power, thereby correcting coma and chromatic aberration at the peripheral image height. can do. If the conditional expression (4) is not satisfied, the refractive power of the third lens 13 becomes too stronger than the refractive power of the fourth lens 14, and the field curvature cannot be corrected sufficiently, which is not preferable.
  • conditional expression (5) defines the chromatic dispersion of the second lens 12
  • conditional expression (6) defines the chromatic dispersion of the third lens 13.
  • a cam, a stepping motor, or the like may be used for driving the movable third and fourth lenses 13 and 14, or a piezoelectric actuator may be used.
  • a piezoelectric actuator it is possible to drive each lens independently while suppressing an increase in the volume and power consumption of the driving device, and the imaging device can be further downsized.
  • all lens surfaces facing the air are aspherical surfaces. This configuration makes it possible to achieve both compactness and high image quality.
  • the aspheric glass lens is a glass molded aspheric lens, a ground aspheric glass lens, a composite aspheric lens ( It is also possible to form aspherical resin on a spherical glass lens.
  • Glass molded aspherical lenses are preferable for mass production, and composite aspherical lenses have a high degree of design freedom because there are many types of glass materials that can serve as substrates.
  • an aspherical lens using a high refractive index material is not easy to mold, so a composite aspherical lens is preferable.
  • the advantages of the composite aspherical lens can be fully utilized.
  • a plastic lens when used, it is preferably a lens molded using a material in which particles having a maximum length of 30 nanometers or less are dispersed in plastic (resin material). .
  • inorganic fine particles having a maximum length of 30 nanometers or less are dispersed in acrylic.
  • fine particles of niobium oxide (Nb 2 O 5 ) are dispersed in acrylic.
  • lenses having relatively large refractive power for example, the second and third lenses 12 and 13 in the example shown in FIG. 1) or all the lenses (first to first in the example shown in FIG. 1).
  • a plastic material in which such inorganic particles are dispersed in the five lenses 11 to 15 it is possible to suppress image point position fluctuations when the temperature of the entire imaging lens system changes.
  • Such a lens made of plastic material in which inorganic fine particles are dispersed is preferably molded as follows.
  • the temperature change n (T) of the refractive index is expressed by the formula Fa by differentiating the refractive index n with the temperature T based on the Lorentz-Lorentz equation.
  • n (T) ((n 2 +2) ⁇ (n 2 ⁇ 1)) / 6n ⁇ ( ⁇ 3 ⁇ + (1 / [R]) ⁇ ( ⁇ [R] / ⁇ T)) (Fa)
  • ⁇ is a linear expansion coefficient
  • [R] is molecular refraction.
  • the contribution of the refractive index to the temperature dependence is smaller in the second term than in the first term in the formula Fa, and can be almost ignored.
  • the temperature change n (T) of the refractive index which was conventionally about ⁇ 12 ⁇ 10 ⁇ 5 [/ ° C.], can be suppressed to an absolute value of less than 8 ⁇ 10 ⁇ 5 [/ ° C.]. preferable. More preferably, the absolute value is less than 6 ⁇ 10 ⁇ 5 [/ ° C.].
  • the refractive index temperature change n (T) is about ⁇ 11 ⁇ 10 ⁇ 5 (/ ° C.)
  • the refractive index temperature change n (T) is about ⁇ 14 ⁇ 10 ⁇ 5 (/ ° C.)
  • the temperature change n (T) of the refractive index is about ⁇ 13 ⁇ 10 ⁇ 5 (/ ° C.).
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the digital device in the embodiment.
  • the digital device 3 includes an imaging unit 30, an image generation unit 31, an image data buffer 32, an image processing unit 33, a driving unit 34, a control unit 35, a storage unit 36, and an I / F unit 37 for the imaging function. Composed.
  • Examples of the digital device 3 include a digital still camera, a video camera, a surveillance camera (monitor camera), a portable terminal such as a mobile phone or a personal digital assistant (PDA), a personal computer, and a mobile computer.
  • Equipment eg, a mouse, scanner, printer, etc.
  • the imaging optical system 1 of the present embodiment is sufficiently compact when mounted on a mobile terminal such as a mobile phone or a personal digital assistant (PDA), and is preferably mounted on this mobile terminal.
  • the imaging unit 30 includes an imaging device 21 and an imaging element 18.
  • the imaging device 21 includes an imaging optical system 1 as shown in FIG. 1 that functions as an imaging lens, a lens driving device (not shown), etc., for performing focusing by driving a lens for focusing in the optical axis direction. It is prepared for. Light rays from the subject are imaged on the light receiving surface of the image sensor 18 by the imaging optical system 1 and become an optical image of the subject.
  • the image sensor 18 converts the optical image of the subject imaged by the imaging optical system 1 into an electrical signal (image signal) of R, G, B color components, and each of the R, G, B colors. It outputs to the image generation part 31 as an image signal.
  • the imaging device 18 is controlled by the control unit 35 for imaging operations such as imaging of either a still image or a moving image, or reading of output signals of each pixel in the imaging device 18 (horizontal synchronization, vertical synchronization, transfer). .
  • the image generation unit 31 performs amplification processing, digital conversion processing, and the like on the analog output signal from the image sensor 18 and determines an appropriate black level, ⁇ correction, and white balance adjustment (WB adjustment) for the entire image. Then, known image processing such as contour correction and color unevenness correction is performed to generate image data from the image signal. The image data generated by the image generation unit 31 is output to the image data buffer 32.
  • the image data buffer 32 is a memory that temporarily stores image data and is used as a work area for performing processing described later on the image data by the image processing unit 33.
  • the image data buffer 32 is a volatile storage element. It consists of a certain RAM (Random Access Memory).
  • the image processing unit 33 is a circuit that performs predetermined image processing such as resolution conversion on the image data in the image data buffer 32.
  • the image processing unit 33 could not be corrected by the imaging optical system 1 such as a known distortion correction process for correcting distortion in the optical image of the subject formed on the light receiving surface of the imaging element 18. It may be configured to correct aberrations.
  • the distortion correction an image distorted by aberration is corrected to a natural image having a similar shape similar to a sight seen with the naked eye and having substantially no distortion.
  • the image processing unit 33 may include a known peripheral illuminance decrease correction process for correcting the peripheral illuminance decrease in the optical image of the subject formed on the light receiving surface of the image sensor 18 as necessary.
  • the peripheral illuminance drop correction (shading correction) is executed by storing correction data for performing the peripheral illuminance drop correction in advance and multiplying the image (pixel) after photographing by the correction data. Since the decrease in ambient illuminance mainly occurs due to the incident angle dependency of the sensitivity in the image sensor 18, the vignetting of the lens, the cosine fourth law, etc., the correction data has a predetermined value that corrects the decrease in illuminance caused by these factors. Is set. With such a configuration, even if the peripheral illuminance drops in the optical image of the subject guided to the image sensor 18 by the imaging optical system 1, it is possible to generate an image having sufficient illuminance to the periphery. It becomes.
  • the driving unit 34 drives the lens for focusing in the imaging optical system 1 so as to perform desired focusing by operating the lens driving device (not shown) based on a control signal output from the control unit 35. To do.
  • the control unit 35 includes, for example, a microprocessor and its peripheral circuits, and includes an imaging unit 30, an image generation unit 31, an image data buffer 32, an image processing unit 33, a drive unit 34, a storage unit 36, and an I / F unit.
  • the operation of each part 37 is controlled according to its function.
  • the imaging device 21 is controlled by the control unit 35 to execute at least one of the still image shooting and the moving image shooting of the subject.
  • the storage unit 36 is a storage circuit that stores image data generated by still image shooting or moving image shooting of a subject.
  • a ROM Read Only Memory
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
  • the storage unit 36 has a function as a still image memory and a moving image memory.
  • the I / F unit 37 is an interface that transmits / receives image data to / from an external device, and is an interface that conforms to a standard such as USB or IEEE1394.
  • the control unit 35 controls the imaging device 21 to shoot a still image and operates the lens driving device (not shown) of the imaging device 21 via the driving unit 34. Then, focusing is performed by moving the second lens group 12. As a result, the focused optical image is periodically and repeatedly formed on the light receiving surface of the image sensor 18, converted into image signals of R, G, and B color components, and then output to the image generator 31. .
  • the image signal is temporarily stored in the image data buffer 32, and after image processing is performed by the image processing unit 33, an image based on the image signal is displayed on a display (not shown). The photographer can adjust the main subject so as to be within a desired position on the screen by referring to the display.
  • a so-called shutter button (not shown) is pressed in this state, image data is stored in the storage unit 36 as a still image memory, and a still image is obtained.
  • the control unit 35 controls the imaging device 21 to perform moving image shooting. After that, as in the case of still image shooting, the photographer refers to the display (not shown) so that the image of the subject obtained through the imaging device 21 is placed at a desired position on the screen. Can be adjusted. When a shutter button (not shown) is pressed, moving image shooting is started. At the time of moving image shooting, the control unit 35 controls the imaging device 21 to shoot a moving image and operates the lens driving device (not shown) of the imaging device 21 via the driving unit 34 to perform focusing. Do. As a result, a focused optical image is periodically and repeatedly formed on the light receiving surface of the image sensor 18, converted into R, G, and B color component image signals, and then output to the image generation unit 31.
  • the image signal is temporarily stored in the image data buffer 32, and after image processing is performed by the image processing unit 33, an image based on the image signal is displayed on a display (not shown). Then, when the shutter button (not shown) is pressed again, the moving image shooting is completed.
  • the captured moving image is guided to and stored in the storage unit 36 as a moving image memory.
  • the imaging device 21 and the digital device 3 having such a configuration include the imaging optical system 1 that can favorably correct various aberrations regardless of the object distance while further downsizing, and such an imaging optical system. 1 and the digital apparatus 3 are provided.
  • the imaging optical system 1 is reduced in size and performance, it is possible to employ the imaging element 18 having a high pixel while reducing the size (compacting).
  • the imaging optical system 1 is small and can be applied to a high-pixel imaging device, the imaging optical system 1 is suitable for a mobile terminal that is increasing in pixel count and functionality. As an example, a case where the imaging device 21 is mounted on a mobile phone will be described below.
  • FIG. 4 is an external configuration diagram of a camera-equipped mobile phone showing an embodiment of a digital device.
  • 4A shows an operation surface of the mobile phone
  • FIG. 4B shows a back surface of the operation surface, that is, a back surface.
  • the mobile phone 5 is provided with an antenna 51 at the top, and on its operation surface, as shown in FIG. 4A, a rectangular display 52, activation of image shooting mode, still image shooting and moving image An image shooting button 53 for switching to shooting, a shutter button 55, and a dial button 56 are provided.
  • the cellular phone 5 incorporates a circuit for realizing a telephone function using a cellular phone network, and includes the above-described imaging unit 30, image generating unit 31, image data buffer 32, image processing unit 33, and driving unit. 34, the control part 35, and the memory
  • a control signal indicating the operation content is output to the control unit 35, and the control unit 35 performs the activation and execution of the still image shooting mode and the activation and execution of the moving image shooting mode. Execute the action according to the operation content.
  • a control signal indicating the operation content is output to the control unit 35, and the control unit 35 executes an operation corresponding to the operation content such as still image shooting or moving image shooting. .
  • the above-described imaging device 21 preferably has a structure that seals between the imaging surface of the fifth lens group 15 and the imaging element 18.
  • a structure 19 for example, as shown by a broken line in FIG. 3, the lens barrel of the imaging optical system 1 is disposed at one end so as to be wrapped, and the base 19b on which the imaging element 18 is mounted is provided on the other side.
  • a cylindrical body 19a made of a predetermined material is disposed at the end.
  • such a structure 19 may be configured integrally with the lens barrel of the imaging optical system 1 (imaging optics). It may be part of the lens barrel of system 1).
  • the imaging device 21 having such a configuration can prevent dust from adhering to the vicinity of the imaging surface where the luminous flux becomes extremely thin by having the structure 19 described above, thereby preventing a decrease in productivity.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the arrangement of lenses in the imaging optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of the image pickup optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 shows the case of infinity. The same applies to Example 2 and Example 3 described later (FIGS. 8 and 10).
  • the imaging optical system 1A includes first to fifth lenses L1 to L5 arranged in order from the object side to the image side.
  • the second lenses L1 and L2 are fixed with respect to the predetermined imaging surface
  • the third and fourth lenses L3 and L4 move integrally in the optical axis direction AX
  • the fifth lens L5 is the predetermined imaging surface. Fixed against.
  • the first to fifth lenses L1 to L5 are configured in the following order from the object side to the image side.
  • the first lens L1 has a positive refractive power that is convex on the object side
  • the second lens L2 is a meniscus lens that has a negative refractive power that is concave on the image side
  • the third lens L3 is on the image side.
  • the fourth lens L4 has a positive refractive power that is convex on the image side
  • the fifth lens L5 has an object side surface that is convex on the axis.
  • the image side surface is concave on the axis.
  • the third lens 13 has a relatively low refractive power on the optical axis AX and in the vicinity thereof, and is configured to have a predetermined refractive power in an intermediate band between the optical axis AX and the effective region end.
  • the image side surface has one inflection point PI3 at a position excluding the intersection point of the optical axis AX when the lens cross section along the optical axis AX moves from the intersection of the optical axis AX toward the effective region end.
  • the fifth lens 15 is also configured so that its refractive power is relatively weak on and near the optical axis AX, and has a predetermined refractive power in the intermediate band between the optical axis AX and the effective region end.
  • the object side surface has a single inflection point PI5 at a position excluding the intersection point of the optical axis AX when the lens side surface extends from the intersection point of the optical axis AX to the end of the effective area on the contour line of the lens cross section along the optical axis AX.
  • Each of the first to fifth lenses L1 to L5 is a lens made of a resin material having both aspheric surfaces.
  • the optical aperture stop ST is disposed on the object side of the first lens L1. By disposing the optical aperture stop ST on the most object side in this way, the exit pupil can be moved away, which is advantageous in that the angle of the light incident on the image plane can be made closer to telecentricity.
  • the optical diaphragm ST may be an aperture diaphragm, a mechanical shutter, or a variable diaphragm in the case of Example 2 and Example 3 described later.
  • the light receiving surface of the image pickup element SR is arranged via a parallel plate FT as a filter.
  • the parallel plate FT is a cover glass or the like of various optical filters or the image sensor SR.
  • the number ri (i 1, 2, 3,%) Given to each lens surface is the i-th lens surface when counted from the object side (however, the cemented surface of the lens is 1). It is assumed that a surface marked with “*” in ri is an aspherical surface.
  • both surfaces of the parallel plate FT and the light receiving surface of the image sensor SR are treated as one surface, and the optical aperture stop ST is also treated as one surface and is designated by reference sign AP.
  • the significance of such handling and symbols is the same for Example 2 and Example 3 described later (FIGS. 7 and 9). However, it does not mean that they are exactly the same.
  • the lens surface disposed closest to the object side has the same reference ( Although r1) is added, it does not mean that these curvatures are the same throughout the first to third embodiments.
  • Construction data of each lens in the imaging optical system 1A of Example 1 is shown below.
  • the surface marked with * in the number i indicates an aspherical surface (aspherical refractive optical surface or a surface having a refractive action equivalent to an aspherical surface).
  • r is the radius of curvature of each surface (unit is mm)
  • d is the distance between the lens surfaces on the optical axis in the infinite focus state (axis upper surface distance)
  • nd is The refractive index “ ⁇ d” of each lens with respect to the d-line (wavelength 587.56 nm) indicates the Abbe number. Since each surface of the optical aperture stop ST, both surfaces of the parallel flat plate FT, and the light receiving surface of the image sensor SR is a flat surface, the radius of curvature thereof is ⁇ (infinite).
  • the aspherical shape of the optical surface is defined by the following equation using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) in which the surface vertex is the origin and the direction from the object toward the image sensor is the positive z-axis direction. is doing.
  • z (h) ch 2 / [1 + ⁇ ⁇ 1 ⁇ (1 + K) c 2 h 2 ⁇ ] + ⁇ Ai ⁇ h i
  • z (h) Amount of displacement in the z-axis direction at the position of height h (based on the surface vertex)
  • h height in a direction perpendicular to the z-axis
  • Ai i-th order aspheric coefficient
  • K quadratic surface parameter (cone coefficient)
  • en means “10 to the power of n”.
  • e + 001 means “10 to the power of +1”
  • e-003 means “10 to the power of ⁇ 3”.
  • FIG. 6 shows aberrations in the imaging lens 1A of Example 1 under the lens arrangement and configuration as described above.
  • spherical aberration (sine condition) (LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION), astigmatism (ASTIGMATISM FIELD CURVES), and distortion (DISTORTION) are shown in order from the left.
  • the abscissa of the spherical aberration represents the focal position shift in mm, and the ordinate represents the value normalized by the maximum incident height.
  • the horizontal axis of astigmatism represents the focal position shift in mm, and the vertical axis represents the image height in mm.
  • the horizontal axis of the distortion aberration represents the actual image height as a percentage (%) with respect to the ideal image height, and the vertical axis represents the image height in mm.
  • the broken line represents the result on the tangential (meridional) surface, and the solid line represents the result on the sagittal (radial) surface.
  • the d-line (wavelength 587.56 nm) is represented by a long broken line (----)
  • the g-line (wavelength 435.84 nm) is represented by a relatively thin two-dot chain line (-------)
  • the aberrations of the three lights of the C-line (wavelength 656.28 nm) are shown by relatively thin alternate long and short dash lines (-,-,-).
  • the short dashed line (••••) has a wavelength of 546.07 nm, a relatively thick two-dot chain line ( ⁇ •••• ⁇ ), a wavelength of 486.13 nm and relatively
  • the aberrations of three light beams of 404.66 nm are also shown by thick one-dot chain lines (-,-,-).
  • the diagrams of astigmatism and distortion are the results when the d-line (wavelength 587.56 nm) is used.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of lenses in the imaging optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an aberration diagram of the image pickup optical system according to the second embodiment.
  • the imaging optical system 1B includes first to fifth lenses L1 to L5 arranged in order from the object side to the image side, and the first and second lenses L1 are used for focusing.
  • L2 are fixed with respect to the predetermined imaging surface
  • the third and fourth lenses L3, L4 move integrally in the optical axis direction AX
  • the fifth lens L5 is fixed with respect to the predetermined imaging surface.
  • the first to fifth lenses L1 to L5 are configured in the following order from the object side to the image side.
  • the first lens L1 has a positive refractive power that is convex on the object side
  • the second lens L2 is a meniscus lens that has a negative refractive power that is concave on the image side
  • the third lens L3 is on the image side.
  • the fourth lens L4 has a positive refractive power that is convex on the image side
  • the fifth lens L5 has an object side surface that is convex on the axis.
  • the image side surface is concave on the axis.
  • the third lens 13 has a relatively low refractive power on the optical axis AX and in the vicinity thereof, and is configured to have a predetermined refractive power in an intermediate band between the optical axis AX and the effective region end.
  • the image side surface has one inflection point PI3 at a position excluding the intersection point of the optical axis AX when the lens cross section along the optical axis AX moves from the intersection of the optical axis AX toward the effective region end. ing. Therefore, various aberrations such as chromatic aberration and curvature of field can be mainly corrected for the optical image light passing through the intermediate band.
  • the fifth lens 15 is also configured so that its refractive power is relatively weak on and near the optical axis AX, and has a predetermined refractive power in the intermediate band between the optical axis AX and the effective region end.
  • the object side surface has a single inflection point PI5 at a position excluding the intersection point of the optical axis AX when the lens side surface extends from the intersection point of the optical axis AX to the end of the effective area on the contour line of the lens cross section along the optical axis AX.
  • Each of the first to fifth lenses L1 to L5 is a lens made of a resin material having both aspheric surfaces.
  • the optical aperture stop ST is disposed on the image side of the first lens L1.
  • the light receiving surface of the image pickup element SR is arranged via a parallel plate FT as a filter.
  • the parallel plate FT is a cover glass or the like of various optical filters or the image sensor SR.
  • a light beam incident from the object side sequentially has a first lens L1, an optical aperture stop ST, a second lens L2, a third lens L3, a fourth lens L4, and a fifth lens along the optical axis AX.
  • An optical image of the object is formed on the light receiving surface of the image sensor SR through the lens L5 and the parallel plate FT.
  • the optical image is converted into an electrical signal, and this electrical signal is appropriately processed as in the first embodiment.
  • Construction data of each lens in the imaging optical system 1B of Example 2 is shown below.
  • FIG. 8 shows spherical aberration (sine condition), astigmatism, and distortion in the imaging optical system 1B of Example 2 under the above lens arrangement and configuration.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of lenses in the imaging optical system according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of the image pickup optical system according to the third embodiment.
  • the first to fifth lenses L1 to L5 are arranged in order from the object side to the image side, and the first and second lenses L1 are used for focusing.
  • L2 are fixed with respect to the predetermined imaging surface
  • the third and fourth lenses L3, L4 move integrally in the optical axis direction AX
  • the fifth lens L5 is fixed with respect to the predetermined imaging surface.
  • the first to fifth lenses L1 to L5 are configured in order from the object side to the image side as follows.
  • the first lens L1 has a positive refractive power that is convex on the object side
  • the second lens L2 is a meniscus lens that has a negative refractive power that is concave on the image side
  • the third lens L3 is on the image side.
  • the fourth lens L4 has a positive refractive power that is convex on the image side
  • the fifth lens L5 has an object side surface that is convex on the axis.
  • the image side surface is concave on the axis.
  • the third lens 13 has a relatively low refractive power on the optical axis AX and in the vicinity thereof, and is configured to have a predetermined refractive power in an intermediate band between the optical axis AX and the effective region end.
  • the image side surface has one inflection point PI3 at a position excluding the intersection point of the optical axis AX when the lens cross section along the optical axis AX moves from the intersection of the optical axis AX toward the effective region end.
  • the fifth lens 15 is also configured so that its refractive power is relatively weak on and near the optical axis AX, and has a predetermined refractive power in the intermediate band between the optical axis AX and the effective region end.
  • the object side surface has a single inflection point PI5 at a position excluding the intersection point of the optical axis AX when the lens side surface extends from the intersection point of the optical axis AX to the end of the effective area on the contour line of the lens cross section along the optical axis AX.
  • Each of the first to fifth lenses L1 to L5 is a lens made of a resin material having both aspheric surfaces.
  • the optical aperture stop ST is disposed on the object side of the first lens L1.
  • the light receiving surface of the image pickup element SR is arranged via a parallel plate FT as a filter.
  • the parallel plate FT is a cover glass or the like of various optical filters or the image sensor SR.
  • Construction data of each lens in the imaging optical system 1C of Example 3 is shown below.
  • FIG. 10 shows spherical aberration (sine condition), astigmatism, and distortion in the imaging optical system 1C of Example 3 under the above lens arrangement and configuration.
  • the imaging optical systems 1A to 1C in Examples 1 to 3 satisfy the above-described conditions.
  • the imaging optical systems 1A to 1C depend on the object distance while achieving further miniaturization than the conventional optical system.
  • various aberrations can be corrected satisfactorily.
  • the imaging optical systems 1A to 1C having such a configuration can correct the field curvature well.
  • the imaging optical systems 1A to 1C in the first to third embodiments are sufficiently reduced in size when mounted on the imaging device 21 and the digital device 3, particularly when mounted on the portable terminal 5.
  • a pixel imaging device 18 can be employed.
  • MTF for example, a predetermined range defined by specifications or the like.
  • Various aberrations need to be suppressed, but in the imaging optical systems 1A to 1C in Examples 1 to 3 described above, various aberrations are suppressed within a predetermined range as shown in each aberration diagram. Accordingly, since the imaging optical systems 1A to 1C in Examples 1 to 3 correct various aberrations satisfactorily, the imaging optical systems 1A to 1C are preferably used for the imaging element 18 of the class of 5M to 8M pixels, for example.
  • An imaging optical system is a meniscus lens having a first lens having positive refractive power convex toward the object side and a negative refractive power concave toward image side in order from the object side to the image side.
  • the object side surface of the fifth lens has an intersection position of the central axis when the lens cross section is along the central axis from the intersection of the central axis toward the effective area end. It has one inflection point at the excluded position.
  • the imaging optical system having such a configuration is composed of five lenses, and the first and second lenses are positive and negative and are so-called telephoto type, which is advantageous for downsizing of the entire imaging optical system. . Since the second lens has a negative meniscus shape, the composite principal point position of the entire imaging optical system is arranged closer to the object side, and the image side surface of the second lens can be a strong divergence surface. It is easy to correct distortion. Further, since the fourth lens is convex on the image side, astigmatism at each image height can be easily corrected.
  • the fifth lens has a relatively weak refracting power on the central axis (optical axis) and in the vicinity thereof (not having a great refracting power), and is a middle portion in the radial direction between the central axis and the effective region end.
  • a certain intermediate band has a predetermined refractive power and has the inflection point. Therefore, various aberrations such as field curvature can be corrected mainly for the high image height passing through the intermediate zone. Accordingly, the imaging optical system having such a configuration can satisfactorily correct various aberrations regardless of the object distance while further downsizing. In particular, even in the case of close focus (macro shooting), the imaging optical system having such a configuration corrects field curvature well.
  • the imaging optical system described above preferably satisfies the following conditional expression (1).
  • R5fd is the distance from the central axis on the object side surface of the fifth lens to the inflection point
  • R5f is the effective radius on the object side surface of the fifth lens (the effective area on the object side surface of the fifth lens) Radius).
  • Conditional expression (1) defines the position of the inflection point in the fifth lens.
  • the object side surface of the fifth lens has a convex shape on the optical axis, and has the inflection point in a range satisfying conditional expression (1). According to the above configuration, coma and astigmatism at a high image height can be favorably corrected over the entire focus area.
  • the fifth lens is disposed on the surface closest to the image side, and the incident position of the light beam with respect to the fifth lens varies greatly with the focus as compared with other lenses, and in particular, at the angle of view at a high image height. The trend is remarkable. For this reason, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the incident position of the high image height component on the object side of the fifth lens becomes the inflection point. Therefore, in this case, the change in the optical performance due to the change in the incident position accompanying the focus becomes large, and it becomes difficult to achieve a good performance over the entire focus area, which is not preferable. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the effect of correcting the curvature of field cannot be sufficiently obtained, which is not preferable.
  • the third lens has a concave shape on the image plane side near the central axis and has an inflection point.
  • the third lens has a relatively short distance from the stop, so that the change in the incident position of the peripheral image height accompanying the focus is smaller. Therefore, by defining the surface shape of the third lens on the image surface side as described above, coma and chromatic aberration at the peripheral image height can be favorably corrected over the entire focus area.
  • the imaging optical system described above preferably satisfies the following conditional expression (2).
  • R3id is the distance from the central axis on the image side surface of the third lens to the inflection point
  • R3i is the effective radius of the image side surface of the third lens (the effective area of the image side surface of the third lens). Radius).
  • This conditional expression (2) defines the position of the inflection point on the image plane of the third lens. By defining the position of the inflection point on the image plane side of the third lens as described above, it is possible to satisfactorily correct coma and chromatic aberration at the peripheral image height. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded or below the lower limit, aberration correction becomes difficult, which is not preferable.
  • the third and fourth lenses move together in the case of focusing.
  • the degree of freedom of image plane correction accompanying focusing is increased compared to when the entire lens system of the imaging optical system is moved.
  • the fifth lens can be fixed, and it is also possible to suppress dust from adhering to the image sensor disposed on the image plane side of the fifth lens during focusing.
  • the imaging optical system described above preferably satisfies the following conditional expression (3).
  • f4 is the focal length of the fourth lens
  • f is the focal length of the entire imaging optical system.
  • This conditional expression (3) defines the focal length of the fourth lens.
  • the focal length of the fourth lens increases, and the movement distance in the case of focusing increases. For this reason, the change in the incident position of the light beam incident on the third lens accompanying the focus becomes large, and it becomes difficult to correct the coma aberration and the chromatic aberration at the peripheral image height accompanying the focus.
  • the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the focal length of the fourth lens becomes short, and it becomes difficult to ensure the back focus.
  • the imaging optical system described above preferably satisfies the following conditional expression (4).
  • f3 is the focal length of the third lens
  • f4 is the focal length of the fourth lens
  • This conditional expression (4) defines the ratio between the third lens and the fourth lens.
  • the above-described imaging optical system preferably further includes an aperture stop that is disposed closest to the object side.
  • the incident angle with respect to the image plane can be reduced.
  • the refractive power at the periphery of the effective area of the fifth lens can be made relatively small, and it is easy to achieve both image plane correction accompanying focusing at the peripheral image height.
  • the above imaging optical system preferably satisfies the following conditional expressions (5) and (6).
  • ⁇ dL2 is the Abbe number of the second lens at the d-line
  • ⁇ dL3 is the Abbe number of the third lens at the d-line.
  • This conditional expression (5) defines the chromatic dispersion of the second lens
  • this conditional expression (6) defines the chromatic dispersion of the third lens.
  • An image pickup apparatus includes any one of the above-described image pickup optical systems and an image pickup element that converts an optical image into an electrical signal, and the image pickup optical system receives a light receiving surface of the image pickup element.
  • An optical image of the object can be formed thereon.
  • an imaging apparatus capable of satisfactorily correcting various aberrations without depending on the object distance while reducing the size is provided.
  • a digital apparatus includes the above-described imaging device, and a control unit that causes the imaging device to perform at least one of photographing a still image and a moving image of the subject, and imaging optics of the imaging device.
  • a system is assembled so that an optical image of the subject can be formed on the imaging surface of the imaging device.
  • the digital device includes a mobile terminal including the following cases.
  • the above-described digital device preferably further includes an image processing unit that performs predetermined image processing on the output of the imaging device.
  • the predetermined image processing includes distortion correction processing for correcting distortion in the optical image of the subject formed on the imaging surface of the imaging element.
  • a digital device that performs predetermined image processing.
  • aberrations that cannot be optically corrected can be corrected by image processing, for example, a decrease in peripheral light amount can be corrected by image processing, and, for example, the depth of focus can be expanded by image processing.
  • the distortion of the image By correcting the distortion of the image, the aberration burden caused by the lens close to the image plane is alleviated, so that the exit pupil position can be easily controlled, and the lens shape can be made to have a good workability.
  • by increasing the depth of focus it becomes possible to allow variation in parts, and thus productivity can be increased.

Abstract

　本発明にかかる撮像光学系１は、第１ないし第５レンズ１１～１５を備え、第２レンズ１２は、メニスカスレンズであり、第５レンズ１５は、物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹であり、そのレンズ断面の輪郭線において中心軸の交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ５を有している。また、本発明は、このような撮像光学系１を備える、撮像装置およびデジタル機器である。このような構成の撮像光学系１、撮像装置およびデジタル機器は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる。

Description

撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器
　本発明は、撮像光学系に関し、特に、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子に好適に適用される撮像光学系に関する。そして、本発明は、この撮影光学系を備える撮像装置およびこの撮像装置を搭載したデジタル機器に関する。
　近年、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像素子の高性能化や小型化が伸展し、これに伴って、このような撮像素子を用いた撮像装置を備えた携帯電話や携帯情報端末等のデジタル機器が普及しつつある。また、これらの撮像装置に搭載される、前記固体撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成（結像）するための撮像光学系（撮像レンズ）には、さらなる小型化や高性能化への要求が高まっている。このような用途の撮像光学系において、従来、３枚構成あるいは４枚構成の光学系が提案されており、さらに加えて近年では、より高性能化が可能であることから、５枚構成の光学系も提案されている。
　このような撮像光学系は、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。この特許文献１に開示の撮像レンズは、物体側から順に、物体側の面が凸面とされた正のパワーを有する第１レンズと、光軸近傍において像側の面が凹面であると共に光軸近傍において負のパワーを有する第２レンズと、光軸近傍において像側の面が凸面であると共に光軸近傍において正のパワーを有する第３レンズと、光軸近傍において像側の面が凹形状であると共に周辺部において像側の面が凸形状である非球面形状の第４レンズと、光軸近傍において正のパワーを有する第５レンズとを備え、前記第２レンズのアッベ数が３０以下であり、第３レンズのアッベ数が４０以上であり、そして、前記第４レンズのアッベ数が４０以上であるものである。このような構成の撮像光学系は、前記特許文献１によれば、全長の短縮化を図りつつ、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（例えばその００１８段落）。
　また、前記特許文献２に開示の撮像光学系は、物体側から順に、開口絞りと、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、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、負の屈折力を有する第５レンズとを備えて成るものである。前記特許文献２によれば、この構成によって小型で高性能な撮像光学系を提供することができる（例えばその００２４段落）。
　ところで、前記特許文献１に開示の撮像レンズでは、その第１ないし第３レンズが全系の屈折力のほとんどを担っており、その第４および第５レンズは、屈折力が弱く、主として像面の補正を担っている。このため、さらなる小型化（低背化）を図った場合に、収差補正が不充分となってその性能の劣化により、撮像素子の高画素化に対応することが困難となる。そして、前記特許文献１に開示の撮像レンズでは、近接フォーカス（マクロ撮影）の場合に、特に周辺像高で像面湾曲が生じる等の性能劣化が発生してしまう。
　一方、前記特許文献２に開示の撮像光学系では、第５レンズが像面の補正を担っているが、周辺像高で収差補正が充分ではない。そして、前記特許文献２に開示の撮像光学系でも、近接フォーカスの場合に、特に周辺像高で像面湾曲が生じる等の性能劣化が発生してしまう。
特開２００９－２９４５２７号公報 特開２０１０－１９７６６５号公報
　本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる撮像光学系を提供することである。そして、本発明は、この撮像光学系を備える撮像装置およびこの撮像装置を搭載したデジタル機器を提供することである。
　本発明にかかる撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器は、第１ないし第５レンズを備え、前記第２レンズは、メニスカスレンズであり、前記第５レンズは、物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹であり、そのレンズ断面の輪郭線において中心軸の交点位置を除く位置に１個の変曲点を有している。したがって、このような構成の撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる。
　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
実施形態における撮像光学系の説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。 主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。 実施形態におけるデジタル機器の構成を示すブロック図である。 デジタル機器の一実施形態を示すカメラ付携帯電話機の外観構成図である。 実施例１における撮像光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例１における撮像光学系の収差図である。 実施例２における撮像光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例２における撮像光学系の収差図である。 実施例３における撮像光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例３における撮像光学系の収差図である。
　以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で１枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。
　＜用語の説明＞
　以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては、次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
　　νｄ＝（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）レンズについて、「凹」、「凸」または「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているものとする。
（ｄ）接合レンズを構成している各単レンズにおける光学的パワー（屈折力、焦点距離の逆数）の表記は、単レンズのレンズ面の両側が空気である場合におけるパワーである。
（ｅ）複合型非球面レンズに用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材として扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も１枚として取り扱うものとする。そして、レンズ屈折率も基板となっているガラス材料の屈折率とする。複合型非球面レンズは、基板となるガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズである。
（ｆ）小型化とは、本明細書では、撮像光学系全体の中で最も物体側のレンズにおけるレンズ面から、像側焦点までの光軸上での距離をＬとし、撮像光学系全体の焦点距離をｆとした場合に、条件式（７）；Ｌ／ｆ＜１．４を満たすことをいう。像側焦点とは、光軸と平行な平行光線が撮像光学系に入射した場合の像点をいう。また、撮像光学系の最も像側の面と像側焦点との間に、例えば、光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタまたは固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板部材が配置される場合には、平行平板部材は、空気換算距離として前記式を計算するものとする。
（ｇ）変曲点とは、光軸に沿ったレンズ断面の輪郭線上の個々の点において、レンズ面の接平面を設定した場合に、前記接平面がレンズの光軸と垂直な平面となる点をいい、数学的には、前記輪郭線を１階微分した場合に極値を与える点をいう。有効領域とは、設計上、光学的にレンズとして使用される領域として設定された領域をいう。
　＜実施の一形態の撮像光学系の説明＞
　図１は、実施形態における撮像光学系の説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。図２は、主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。
　図１において、この撮像光学系１は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１８の受光面上に、物体（被写体）の光学像を形成するものであって、物体側より像側へ順に、第１ないし第５レンズ１１～１５の５枚のレンズから構成されて成る光学系である。撮像素子１８は、その受光面が撮像光学系１の像面と略一致するように配置される（像面＝撮像面）。なお、図１で例示した撮像光学系１は、後述する実施例１の撮像光学系１Ａ（図５）と同じ構成である。
　そして、この撮像光学系１では、第１、第２および第５レンズ１１、１２、１５が所定の像面に対して固定され、第３および第４レンズ１３、１４を光軸方向に移動することによってフォーカシングが行われる。
　さらに、第１レンズ１１は、物体側に凸の正の屈折力を有し、第２レンズ１２は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第３レンズ１３は、所定の屈折力、すなわち、正の屈折力または負の屈折力を有し、第４レンズ１４は、像側に凸の正の屈折力を有し、そして、第５レンズ１５は、軸上で凸の物体側面および軸上で凹の像側面を有している。さらに、第５レンズ１５において、その物体側面は、中心軸（光軸ＡＸ）に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ５を有している。
　そして、第３レンズ１３は、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く（屈折力をあまり持たず）、光軸ＡＸから周縁端に向う光軸ＡＸから有効領域端までの間における径方向の中間部分である中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、第５レンズ１５は、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く（屈折力をあまり持たず）、光軸ＡＸ上から周縁端に向う光軸ＡＸから有効領域端までの間における径方向の中間部分である中間帯に所定の屈折力を持つように構成されている。
　これら第１ないし第５レンズ１１～１５は、両面が非球面である。これら第１ないし第５レンズ群１１～１５は、例えばガラスモールドレンズであってもよく、また例えば、プラスチック等の樹脂材料製レンズであってもよい。特に、携帯端末に搭載する場合には軽量化の観点から、樹脂材料製レンズが好ましい。図１に示す例では、これら第１ないし第５レンズ１１～１５は、樹脂材料製レンズである。
　そして、この撮像光学系１には、開口絞りの光学絞り１６が第１レンズ１１における物体側に配置されている。
　さらに、この撮像光学系１の像側、すなわち、第５レンズ１５における像側には、フィルタ１７や撮像素子１８が配置される。フィルタ１７は、平行平板状の光学素子であり、各種光学フィルタや、撮像素子のカバーガラス等を模式的に表したものである。使用用途、撮像素子、カメラの構成等に応じて、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等の光学フィルタを適宜に配置することが可能である。撮像素子１８は、この撮像光学系１によって結像された被写体の光学像における光量に応じてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路（不図示）へ出力する素子である。これらによって物体側の被写体の光学像が、撮像光学系１によりその光軸ＡＸに沿って所定の倍率で撮像素子１８の受光面まで導かれ、撮像素子１８によって前記被写体の光学像が撮像される。
　また、第４レンズ１４が像側に凸であるので、各像高での非点収差が補正しやすい。そして、第５レンズ１５が物体側面上に変曲点ＰＩ５を有するので、像面補正を行うことができる。したがって、このような構成の撮像光学系１は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる。
　このような構成の撮像光学系１は、５枚の第１ないし第５レンズ１１～１５から構成されて成り、その第１および第２レンズ１１、１２が正負であっていわゆるテレフォト型であるため、撮像光学系１全体の小型化に有利である。第２レンズ１２が負のメニスカス形状であるので、撮像光学系１全体の合成主点位置がより物体側へ配置され、かつ第２レンズ１２の像側面を強い発散面とすることができるから、コマ収差や歪曲収差が補正しやすい。また、第４レンズ１４が像側に凸であるので、各像高での非点収差が補正しやすい。そして、第５レンズ１５は、主に前記中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、そして、前記変曲点を持つ。そのため、第５レンズ１５は、前記中間帯を通過する高像高に対し主に像面湾曲等の諸収差を補正することができる。したがって、このような構成の撮像光学系は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる。特に、近接フォーカス（マクロ撮影）の場合でも、このような構成の撮像光学系では、像面湾曲が良好に補正される。
　また、上述の撮像光学系１において、第３レンズ１３は、像面側が中心軸付近では凹形状であって、径方向に沿って光軸ＡＸから有効領域端までの間に変曲点ＰＩ３を有している。第３レンズ１３は、光学絞り１６からの距離が比較的近いため、フォーカスに伴う周辺像高の入射位置の変化がより少ない。したがって、このように第３レンズ１３における像面側の面形状を規定することにより、周辺像高でのコマ収差および色収差をフォーカス領域全域に亘って良好に補正することが可能となる。
　また、上述の撮像光学系１において、第３および第４レンズ１３、１４は、フォーカスの場合に一体に移動している。このようにフォーカスの場合に第３および第４レンズ１３、１４を一体に移動させることによって、撮像光学系１のレンズ全系を移動させる場合に較べて、フォーカスに伴う像面補正の自由度が増し、特に、周辺像高におけるフォーカスに伴う像面補正の両立が容易となる。すなわち、無限端での像面補正と近接端での像面補正とが容易となる。また、第５レンズ１５を固定することができ、これによってフォーカスの際に第５レンズ１５の像面側に配置される撮像素子１８へのゴミの付着を抑制することも可能となる。
　また、上述の撮像光学系１において、開口絞りの光学絞り１６は、撮像光学系１において、最も物体側に配置されている。この構成によって、像面に対する入射角を小さくすることが可能となる。これによって第５レンズ１５の有効領域周縁部での屈折力を比較的小さくすることができ、周辺像高におけるフォーカスに伴う像面補正の両立が容易となる。
　なお、主光線の像面入射角は、図２に示すように、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇ、度）αであり、像面入射角αは、射出瞳位置が像面より物体側にある場合の主光線角度を正方向とする。
　ここで、上述の撮像光学系１において、第５レンズ１５の物体側面における光軸ＡＸ（中心軸）から変曲点ＰＩ５までの距離をＲ５ｆｄとし、第５レンズ１５の物体側面の有効半径（第５レンズ１５の物体側面における有効領域の半径）をＲ５ｆとする場合に、下記（１）の条件式を満たすことが好ましい。
０．１＜Ｒ５ｆｄ／Ｒ５ｆ＜０．５　　　・・・（１）
　この条件式（１）は、変曲点ＰＩ５の位置を規定するものである。第５レンズ１５の物体側面は、光軸ＡＸ上では、凸形状であり、条件式（１）を満たす範囲内に変曲点ＰＩ５を有している。このため、このような構成の撮像光学系１は、全フォーカス領域に亘って高像高でのコマ収差および非点収差を良好に補正することができる。
　そして、第５レンズ１５は、最も像側の面に配置されており、第５レンズ１５に対する光束の入射位置は、他のレンズと比較するとフォーカスに伴って大きく変化し、特に、高像高の画角においてその傾向が顕著である。このため、条件式（１）の上限を上回ると、第５レンズ１５の物体側における高像高成分の入射位置が変曲点ＰＩ５となる。したがって、この場合、フォーカスに伴う入射位置の変化による光学性能の変化が大きくなってしまい、全フォーカス領域に亘って良好な性能とすることが困難となってしまい、好ましくない。一方、条件式（１）の下限を下回ると、前記像面湾曲の補正効果が充分に得られず、好ましくない。
　そして、このような観点から、下記（１’）の条件式を満足することがより好ましく、下記（１”）の条件式を満足することがさらにより好ましい。
０．２＜Ｒ５ｆｄ／Ｒ５ｆ＜０．４５　　　・・・（１’）
０．２５＜Ｒ５ｆｄ／Ｒ５ｆ＜０．４２　　　・・・（１”）
　また、上述の撮像光学系１において、第３レンズの像側面における中心軸から変曲点までの距離をＲ３ｉｄとし、第３レンズの像側面の有効半径をＲ３ｉとする場合に、下記（２）の条件式を満たすことが好ましい。
０．８＜Ｒ３ｉｄ／Ｒ３ｉ＜０．９８　　　・・・（２）
　この条件式（２）は、第３レンズ１３の像面における変曲点ＰＩ３の位置を規定するものである。このように第３レンズ１３の像面側における変曲点ＰＩ３の位置を規定することにより、周辺像高でのコマ収差および色収差を良好に補正することが可能となる。そして、条件式（２）の上限を上回ったり、その下限を下回ったりすると、収差補正が困難となって好ましくない。
　そして、このような観点から、下記（２’）の条件式を満足することがより好ましく、下記（２”）の条件式を満足することがさらにより好ましい。
０．８５＜Ｒ３ｉｄ／Ｒ３ｉ＜０．９８　　　・・・（２’）
０．９＜Ｒ３ｉｄ／Ｒ３ｉ＜０．９８　　　・・・（２”）
　また、上述の撮像光学系１において、第４レンズ１４の焦点距離をｆ４とし、撮像光学系１全体の焦点距離をｆとする場合に、下記（３）の条件式を満たすことが好ましい。
０．７５＜ｆ４／ｆ＜０．９５　　　・・・（３）
　この条件式（３）は、第４レンズ１４の焦点距離を規定するものである。条件式（３）の上限を上回ると、第４レンズ１４の焦点距離が大きくなってフォーカスの場合における移動距離が大きくなる。このため、フォーカスに伴う第３レンズ１３へ入射する光線の入射位置の変化が大きくなってしまい、フォーカスに伴う周辺像高でのコマ収差および色収差を補正することが困難となる。一方、条件式（３）の下限を下回ると、第４レンズ１４の焦点距離が短くなり、バックフォーカスを確保することが困難となる。
　そして、このような観点から、下記（３’）の条件式を満足することがより好ましい。
０．８＜ｆ４／ｆ＜０．９　　　・・・（３’）
　また、上述の撮像光学系１において、第３レンズ１３の焦点距離をｆ３とする場合に、下記（４）の条件式を満たすことが好ましい。
５＜｜ｆ３／ｆ４｜　　　・・・（４）
　この条件式（４）は、第３レンズ１３と第４レンズ１４との比を規定するものである。この条件式（４）を満たすことによって、第３および第４レンズ１３、１４の合成屈折力が強くなり過ぎずに適度な合成屈折力となって、周辺像高でのコマ収差および色収差を補正することができる。条件式（４）を外れると、第３レンズ１３の屈折力が第４レンズ１４の屈折力よりも強くなり過ぎて像面湾曲が充分に補正することができず、好ましくない。
　そして、このような観点から、下記（４’）の条件式を満足することがより好ましく、下記（４”）の条件式を満足することがさらにより好ましい。
６＜｜ｆ３／ｆ４｜　　　・・・（４’）
７＜｜ｆ３／ｆ４｜　　　・・・（４”）
　また、上述の撮像光学系１において、第２レンズ１２のｄ線におけるアッベ数をνｄＬ２とし、第３レンズ１３のｄ線におけるアッベ数をνｄＬ３とする場合に、下記（５）および（６）の各条件式を満たすことが好ましい。
νｄＬ２＜３０　　　・・・（５）
νｄＬ３＜５８　　　・・・（６）
　この条件式（５）は、第２レンズ１２の波長分散を規定し、この条件式（６）は、第３レンズ１３の波長分散を規定するものである。第２レンズ１２の波長分散を大きくすることによって、光軸上での色収差を良好に補正することができる。そして、第３レンズ１３の波長分散を大きくすることによって周辺像高での色収差を効果的に補正することが可能となる。
　そして、このような観点から、下記（５’）の条件式を満足することがより好ましく、下記（６’）の条件式を満足することがより好ましく、下記（６”）の条件式を満足することがさらにより好ましい。
νｄＬ２＜２５　　　・・・（５’）
νｄＬ３＜４０　　　・・・（６’）
νｄＬ３＜２５　　　・・・（６”）
　また、これら上述の撮像光学系１において、可動する第３および第４レンズ１３、１４等の駆動には、カムやステッピングモータ等が用いられてもよいし、あるいは、圧電アクチュエータが用いられてもよい。圧電アクチュエータを用いる場合では、駆動装置の体積および消費電力の増加を抑制しつつ、各レンズを独立に駆動させることも可能で、撮像装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
　また、これら上述の撮像光学系１において、空気と面している全てのレンズ面が非球面であることが好ましい。この構成によってコンパクト化と高画質化との両立が可能となる。
　また、これら上述の撮像光学系１において、非球面を有するガラスレンズが用いられる場合に、この非球面ガラスレンズは、ガラスモールド非球面レンズや、研削非球面ガラスレンズや、複合型非球面レンズ（球面ガラスレンズ上に非球面形状の樹脂を形成したもの）であってもよい。ガラスモールド非球面レンズは、大量生産に向き好ましく、複合型非球面レンズは、基板となり得るガラス材料の種類が多いため、設計の自由度が高くなる。特に、高屈折率材料を用いた非球面レンズでは、モールド形成が容易ではないため、複合型非球面レンズが好ましい。また、片面非球面の場合には、複合型非球面レンズの利点を最大限に活用することが可能となる。
　また、これら上述の撮像光学系１において、プラスチックレンズを用いる場合では、プラスチック（樹脂材料）中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることが好ましい。
　一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光が散乱し透過率が低下するので、光学材料として使用することが困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長よりも小さくすることによって、光は、実質的に散乱しない。そして、樹脂材料は、温度上昇に伴って屈折率が低下してしまうが、無機粒子は、逆に、温度上昇に伴って屈折率が上昇する。このため、このような温度依存性を利用して互いに打ち消し合うように作用させることで、温度変化に対して屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。より具体的には、母材となる樹脂材料に最大長で３０ナノメートル以下の無機微粒子を分散させることによって、屈折率の温度依存性を低減した樹脂材料となる。例えば、アクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させる。これら上述の撮像光学系１において、比較的屈折力の大きなレンズ（例えば図１に示す例では第２および第３レンズ１２、１３）、またはすべてのレンズ（図１に示す例では第１ないし第５レンズ１１～１５）に、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズ全系の温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。
　このような無機微粒子を分散させたプラスチック材料製レンズは、以下のように成形されることが好ましい。
　屈折率の温度変化について説明すると、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度Ｔで微分することによって式Ｆａで表される。
ｎ（Ｔ）＝（（ｎ２＋２）×（ｎ２－１））／６ｎ×（－３α＋（１／［Ｒ］）×（∂［Ｒ］／∂Ｔ））　　　・・・（Ｆａ）
ただし、αは、線膨張係数であり、［Ｒ］は、分子屈折である。
　樹脂材料の場合では、一般に、屈折率の温度依存性に対する寄与は、式Ｆａ中の第１項に較べて第２項が小さく、ほぼ無視することができる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合では、線膨張係数αは、７×１０－５であって、式Ｆａに代入すると、ｎ（Ｔ）＝－１２×１０－５（／℃）となり、実測値と略一致する。
　具体的には、従来は、－１２×１０－５［／℃］程度であった屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）を、絶対値で８×１０－５［／℃］未満に抑えることが好ましい。さらに好ましくは、絶対値で６×１０－５［／℃］未満にすることである。
　よって、このような樹脂材料としては、ポリオレフィン系の樹脂材料やポリカーボネイト系の樹脂材料やポリエステル系の樹脂材料が好ましい。ポリオレフィン系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約－１１×１０－５（／℃）となり、ポリカーボネイト系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約－１４×１０－５（／℃）となり、そして、ポリエステル系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約－１３×１０－５（／℃）となる。
　＜撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
　次に、上述の撮像光学系１が組み込まれたデジタル機器について説明する。
　図３は、実施形態におけるデジタル機器の構成を示すブロック図である。デジタル機器３は、撮像機能のために、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、制御部３５、記憶部３６およびＩ／Ｆ部３７を備えて構成される。デジタル機器３としては、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ（モニタカメラ）、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯端末、パーソナルコンピュータおよびモバイルコンピュータを挙げることができ、これらの周辺機器（例えば、マウス、スキャナおよびプリンタなど）を含んでよい。特に、本実施形態の撮像光学系１は、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯端末に搭載する上で充分にコンパクト化されており、この携帯端末に好適に搭載される。
　撮像部３０は、撮像装置２１と撮像素子１８とを備えて構成される。撮像装置２１は、撮像レンズとして機能する図１に示したような撮像光学系１と、光軸方向にフォーカスのためのレンズを駆動してフォーカシングを行うための図略のレンズ駆動装置等とを備えて構成される。被写体からの光線は、撮像光学系１によって撮像素子１８の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。
　撮像素子１８は、上述したように、撮像光学系１により結像された被写体の光学像をＲ，Ｇ，Ｂの色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１８は、制御部３５によって静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、または、撮像素子１８における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）などの撮像動作が制御される。
　画像生成部３１は、撮像素子１８からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正および色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。
　画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３によって後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、揮発性の記憶素子であるＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成される。
　画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の所定の画像処理を行う回路である。
　また、必要に応じて画像処理部３３は、撮像素子１８の受光面上に形成される被写体の光学像における歪みを補正する公知の歪み補正処理等の、撮像光学系１では補正しきれなかった収差を補正するように構成されてもよい。歪み補正は、収差によって歪んだ画像を肉眼で見える光景と同様な相似形の略歪みのない自然な画像に補正するものである。このように構成することによって、撮像光学系１によって撮像素子１８へ導かれた被写体の光学像に歪みが生じていたとしても、略歪みのない自然な画像を生成することが可能となる。また、このような歪みを情報処理による画像処理で補正する構成では、特に、歪曲収差を除く他の諸収差だけを考慮すればよいので、撮像光学系１の設計の自由度が増し、設計がより容易となる。また、このような歪みを情報処理による画像処理で補正する構成では、特に、像面に近いレンズによる収差負担が軽減されるため、射出瞳位置の制御が容易となり、レンズ形状を加工性の良い形状にすることができる。
　また、必要に応じて画像処理部３３は、撮像素子１８の受光面上に形成される被写体の光学像における周辺照度落ちを補正する公知の周辺照度落ち補正処理を含んでもよい。周辺照度落ち補正（シェーディング補正）は、周辺照度落ち補正を行うための補正データを予め記憶しておき、撮影後の画像（画素）に対して補正データを乗算することによって実行される。周辺照度落ちが主に撮像素子１８における感度の入射角依存性、レンズの口径食およびコサイン４乗則等によって生じるため、前記補正データは、これら要因によって生じる照度落ちを補正するような所定値に設定される。このように構成することによって、撮像光学系１によって撮像素子１８へ導かれた被写体の光学像に周辺照度落ちが生じていたとしても、周辺まで充分な照度を持った画像を生成することが可能となる。
　駆動部３４は、制御部３５から出力される制御信号に基づいて図略の前記レンズ駆動装置を動作させることによって、所望のフォーカシングを行わせるように撮像光学系１におけるフォーカスのためのレンズを駆動する。
　制御部３５は、例えばマイクロプロセッサおよびその周辺回路などを備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、記憶部３６およびＩ／Ｆ部３７の各部の動作をその機能に従って制御する。すなわち、この制御部３５によって、撮像装置２１は、被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行するよう制御される。
　記憶部３６は、被写体の静止画撮影または動画撮影によって生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）や、書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）や、ＲＡＭなどを備えて構成される。つまり、記憶部３６は、静止画用および動画用のメモリとしての機能を有する。
　Ｉ／Ｆ部３７は、外部機器と画像データを送受信するインタフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４などの規格に準拠したインタフェースである。
　このような構成のデジタル機器３の撮像動作について次に説明する。
　静止画を撮影する場合は、制御部３５は、撮像装置２１に静止画の撮影を行わせるように制御すると共に、駆動部３４を介して撮像装置２１の図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、第２レンズ群１２を移動させることによってフォーカシングを行う。これにより、ピントの合った光学像が撮像素子１８の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、その画像信号に基づく画像がディスプレイ（不図示）に表示される。そして、撮影者は、前記ディスプレイを参照することで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することが可能となる。この状態でいわゆるシャッターボタン（不図示）が押されることによって、静止画用のメモリとしての記憶部３６に画像データが格納され、静止画像が得られる。
　また、動画撮影を行う場合は、制御部３５は、撮像装置２１に動画の撮影を行わせるように制御する。後は、静止画撮影の場合と同様にして、撮影者は、前記ディスプレイ（不図示）を参照することで、撮像装置２１を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。前記シャッターボタン（不図示）が押されることによって、動画撮影が開始される。そして、動画撮影時、制御部３５は、撮像装置２１に動画の撮影を行わせるように制御すると共に、駆動部３４を介して撮像装置２１の図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、フォーカシングを行う。これによって、ピントの合った光学像が撮像素子１８の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、その画像信号に基づく画像がディスプレイ（不図示）に表示される。そして、もう一度前記シャッターボタン（不図示）を押すことで、動画撮影が終了する。撮影された動画像は、動画用のメモリとしての記憶部３６に導かれて格納される。
　このような構成の撮像装置２１およびデジタル機器３は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる撮像光学系１を備え、このような撮像光学系１を用いた撮像装置２１およびデジタル機器３が提供される。特に、撮像光学系１は、小型化および高性能化が図られているので、小型化（コンパクト化）を図りつつ高画素な撮像素子１８を採用することができる。特に、撮像光学系１が小型で高画素撮像素子に適用可能であるので、高画素化や高機能化が進む携帯端末に好適である。その一例として、携帯電話機に撮像装置２１を搭載した場合について、以下に説明する。
　図４は、デジタル機器の一実施形態を示すカメラ付携帯電話機の外観構成図である。図４（Ａ）は、携帯電話機の操作面を示し、図４（Ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示す。
　図４において、携帯電話機５には、上部にアンテナ５１が備えられ、その操作面には、図４（Ａ）に示すように、長方形のディスプレイ５２、画像撮影モードの起動および静止画撮影と動画撮影との切り替えを行う画像撮影ボタン５３、シャッタボタン５５およびダイヤルボタン５６が備えられている。
　そして、この携帯電話機５には、携帯電話網を用いた電話機能を実現する回路が内蔵されると共に、上述した撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、制御部３５および記憶部３６が内蔵されており、撮像部３０の撮像装置２１が背面に臨んでいる。
　画像撮影ボタン５３が操作されると、その操作内容を表す制御信号が制御部３５へ出力され、制御部３５は、静止画撮影モードの起動、実行や動画撮影モードの起動、実行等の、その操作内容に応じた動作を実行する。そして、シャッタボタン５５が操作されると、その操作内容を表す制御信号が制御部３５へ出力され、制御部３５は、静止画撮影や動画撮影等の、その操作内容に応じた動作を実行する。
　また、上述の撮像装置２１において、第５レンズ群１５と撮像素子１８の撮像面の間を密閉する構造体を有することが好ましい。このような構造体１９は、例えば、図３に破線で示すように、包み込むように撮像光学系１の鏡筒が一方端部に配設されるとともに、撮像素子１８を搭載した基体１９ｂが他方端部に配置される、所定の材料から成る円筒体１９ａ等である。また例えば、本実施形態の撮像光学系１の第５レンズ１５が固定されていることから、このような構造体１９は、撮像光学系１の鏡筒と一体に構成されてもよい（撮像光学系１の鏡筒の一部分であってもよい）。このような構成の撮像装置２１は、上記表記の構造体１９を有することによって、光束が非常に細くなる撮像面近傍へのゴミ付着を防ぐことができ、生産性低下を防ぐことができる。
　＜撮像光学系のより具体的な実施形態の説明＞
　以下、図１に示したような撮像光学系１、すなわち図３に示したようなデジタル機器３に搭載される撮像装置２１に備えられる撮像光学系１の具体的な構成を、図面を参照しつつ説明する。
　図５は、実施例１における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図６は、実施例１における撮像光学系の収差図である。図６は、無限遠の場合を示す。後述の実施例２および実施例３についても同様である（図８および図１０）。
　実施例１の撮像光学系１Ａは、図５に示すように、第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシング（ピント合わせ）の際には、第１および第２レンズＬ１、Ｌ２は、所定の撮像面に対して固定され、第３および第４レンズＬ３、Ｌ４は、光軸方向ＡＸに一体で移動し、第５レンズＬ５は、前記所定の撮像面に対し固定される。
　より詳しくは、実施例１の撮像光学系１Ａは、第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
　第１レンズＬ１は、物体側に凸の正の屈折力を有し、第２レンズＬ２は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第４レンズＬ４は、像側に凸の正の屈折力を有し、そして、第５レンズＬ５は、物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹である。第３レンズ１３は、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く、光軸ＡＸから有効領域端までの間の中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、その像側面は、光軸ＡＸに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ３を有している。そして、第５レンズ１５も、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く、光軸ＡＸ上から有効領域端までの間における中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、その物体側面は、光軸ＡＸに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ５を有している。これら第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５は、それぞれ、両面が非球面であり、樹脂材料製のレンズである。
　光学絞りＳＴは、第１レンズＬ１における物体側に配設される。このように光学絞りＳＴを最物体側に配置することによって、射出瞳を遠ざけることができ、像面に入射する光線角度をテレセントリックに近づけられる点で有利である。光学絞りＳＴは、後述の実施例２および実施例３の場合も同様に、開口絞りやメカニカルシャッタや可変絞りであってよい。
　そして、第５レンズＬ５の像側には、フィルタとしての平行平板ＦＴを介して撮像素子ＳＲの受光面が配置されている。平行平板ＦＴは、各種光学フィルタや撮像素子ＳＲのカバーガラス等である。
　図５において、各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えた場合のｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えるものとする。）であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は、非球面であることを示す。なお、平行平板ＦＴの両面および撮像素子ＳＲの受光面も１つの面として扱っており、光学絞りＳＴも１つの面として扱い参照符号ＡＰとしている。このような取り扱いおよび符号の意義は、後述の実施例２および実施例３についても同様である（図７および図９）。ただし、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各実施例１～３の図５、図７および図９の各図を通じて、最も物体側に配置されるレンズ面には、同じ符号（ｒ１）が付されているが、これらの曲率などが各実施例１～３を通じて同一であるという意味ではない。
　このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸ＡＸに沿って、光学絞りＳＴを介して、順に第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５および平行平板ＦＴを通過し、撮像素子ＳＲの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子ＳＲでは、光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理などが施され、デジタル映像信号として例えばデジタルカメラ等のデジタル機器のメモリに記録されたり、インタフェースを介して有線あるいは無線の通信によって他のデジタル機器に伝送されたりする。
　実施例１の撮像光学系１Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
　数値実施例１
単位　ｍｍ
面データ
面番号　　　　　　ｒ　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　　νｄ
物面　　　　　　　∞　　　　∞
ＡＰ（絞り）　　　∞　　 -0.1500
１＊　　　　　　1.8627　　0.5178　　　1.5447　　　56.15
２＊　　　　　 38.0262　　0.1000
３＊　　　　　　3.3290　　0.2800　　　1.6342　　　23.96
４＊　　　　　　1.6522　　0.8186
５＊　　　　　　2.5438　　0.3058　　　1.6342　　　23.96
６＊　　　　　　2.1282　　0.2212
７＊　　　　　 14.2465　　1.0102　　　1.5447　　　56.15
８＊　　　　　 -2.1892　　0.5077
９＊　　　　　　2.3008　　0.4500　　　1.5305　　　55.72
１０＊　　　　　1.1367　　0.4888
１１　　　　　　　∞　　　 0.300　　　1.5163　　　64.14
１２　　　　　　　∞　　　 0.400
像面　　　　　　　∞
　非球面データ
第１面
Ｋ＝0.1688，Ａ４＝1.0371E-03，Ａ６＝1.3354E-02，Ａ８＝-7.7217E-03，Ａ１０＝5.6432E-03
第２面
Ｋ＝50.0000，Ａ４＝-2.0643E-02，Ａ６＝1.0458E-01，Ａ８＝-1.2803E-01，Ａ１０＝5.8320E-02
第３面
Ｋ＝-14.4545，Ａ４＝       -7.4549E-02，Ａ６＝1.5744E-01，Ａ８＝-2.0381E-01，Ａ１０＝1.0952E-01，Ａ１２＝-1.6588E-02
第４面
Ｋ＝-5.9983，Ａ４＝4.7856E-02，Ａ６＝2.7721E-02，Ａ８＝-5.3123E-02，Ａ１０＝3.5375E-02，Ａ１２＝-1.7946E-03
第５面
Ｋ＝-3.9198，Ａ４＝-6.2588E-02，Ａ６＝2.8382E-02．Ａ８＝-1.8226E-02，Ａ１０＝5.4437E-03，Ａ１２＝-9.7890E-04
第６面
Ｋ＝-14.5410，Ａ４＝1.4966E-02，Ａ６＝-2.6765E-02，Ａ８＝1.0161E-02，Ａ１０＝-2.8295E-03，Ａ１２＝2.5450E-04
第７面
Ｋ＝-50.0000，Ａ４＝-5.7148E-02，Ａ６＝4.2086E-02，Ａ８＝-1.3141E-02，Ａ１０＝2.5610E-03，Ａ１２＝-2.5419E-04
第８面
Ｋ＝-3.1167，Ａ４＝-5.0937E-02，Ａ６＝2.7461E-02，Ａ８＝-1.6335E-02，Ａ１０＝9.9200E-03，Ａ１２＝-2.5176E-03，Ａ１４＝2.2857E-04
第９面
Ｋ＝-6.3714，Ａ４＝-1.8863E-01，Ａ６＝6.2880E-02，Ａ８＝-8.3733E-03，Ａ１０＝1.3331E-04，Ａ１２＝5.7871E-05，Ａ１４＝-2.9509E-06
第１０面
Ｋ＝-3.1848，Ａ４＝-1.1286E-01，Ａ６＝4.2366E-02，Ａ８＝-1.0849E-02，Ａ１０＝1.7612E-03，Ａ１２＝-1.6049E-04，Ａ１４＝6.1197E-06
　各種データ
焦点距離　　　　4.26　（ｍｍ）
Ｆナンバ　　　　2.40
像高（２Ｙ）　　5.712　（ｍｍ）
レンズ全長　　　5.400　（ｍｍ）
　上記の面データにおいて、面番号は、図５に示した各レンズ面に付した符号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）の番号ｉが対応する。番号ｉに＊が付された面は、非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを示す。
　また、“ｒ”は、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、“ｄ”は、無限遠合焦状態での光軸上の各レンズ面の間隔（軸上面間隔）、“ｎｄ”は、各レンズのｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、“νｄ”は、アッベ数をそれぞれ示している。なお、光学絞りＳＴ、平行平面板ＦＴの両面、撮像素子ＳＲの受光面の各面は、平面であるために、それらの曲率半径は、∞（無限大）である。
　上記の非球面データは、非球面とされている面（面データにおいて番号ｉに＊が付された面）の２次曲面パラメータ（円錐係数Ｋ）と非球面係数Ａｉ（ｉ＝４，６，８，１０，１２，１４，１６）の値とを示すものである。なお、光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、次式により定義している。
ｚ（ｈ）＝ｃｈ２／［１＋√｛１－(1＋Ｋ)ｃ２ｈ２}]＋ΣＡｉ・ｈｉ
　ただし、ｚ（ｈ）：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
　　　　　　　　ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ２＝ｘ２＋ｙ２）
　　　　　　　　ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
　　　　　　　Ａｉ：ｉ次の非球面係数
　　　　　　　　Ｋ：２次曲面パラメータ（円錐係数）
　そして、上記非球面データにおいて、「en」は、「１０のｎ乗」を意味する。例えば、「e+001」は、「１０の＋１乗」を意味し、「e-003」は、「１０の－３乗」を意味する。
　以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１の撮像レンズ１Ａにおける各収差を図６に示す。図６（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）において左から順に、球面収差（正弦条件）（LONGITUDINAL　SPHERICAL　ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM　FIELD　CURVES）および歪曲収差（DISTORTION）をそれぞれ示す。球面収差の横軸は、焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、最大入射高で規格化した値で表している。非点収差の横軸は、焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、像高をｍｍ単位で表している。歪曲収差の横軸は、実際の像高を理想像高に対する割合（％）で表しており、縦軸は、その像高をｍｍ単位で表している。また、非点収差の図中、破線は、タンジェンシャル（メリディオナル）面、実線は、サジタル（ラディアル）面における結果をそれぞれ表している。
　球面収差の図には、長破線（－　－　－）でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、相対的に細い二点鎖線（－・・－・・－）でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、相対的に細い一点鎖線（－・－・－）でＣ線（波長６５６．２８ｎｍ）の３つの光の収差をそれぞれ示してある。さらに、実施例１および実施例３では、さらに、短破線（・　・　・）で波長５４６．０７ｎｍ、相対的に太い二点鎖線（－・・－・・－）波長４８６．１３ｎｍおよび相対的に太い一点鎖線（－・－・－）で４０４．６６ｎｍの３つの光の収差もそれぞれ示してある。非点収差および歪曲収差の図は、上記ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）を用いた場合の結果である。
　以上のような扱いは、以下に示す実施例２および実施例３にかかるコンストラクションデータ、各収差を示す図８および図１０においても同様である。
　図７は、実施例２における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図８は、実施例２における撮像光学系の収差図である。
　実施例２の撮像光学系１Ｂは、図７に示すように、第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシングの際には、第１および第２レンズＬ１、Ｌ２は、所定の撮像面に対して固定され、第３および第４レンズＬ３、Ｌ４は、光軸方向ＡＸに一体で移動し、第５レンズＬ５は、前記所定の撮像面に対し固定される。
　より詳しくは、実施例２の撮像光学系１Ｂは、第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
　第１レンズＬ１は、物体側に凸の正の屈折力を有し、第２レンズＬ２は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第４レンズＬ４は、像側に凸の正の屈折力を有し、そして、第５レンズＬ５は、物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹である。第３レンズ１３は、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く、光軸ＡＸから有効領域端までの間の中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、その像側面は、光軸ＡＸに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ３を有している。このため、前記中間帯を通過する光像光に対し主に色収差や像面湾曲等の諸収差を補正することができる。そして、第５レンズ１５も、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く、光軸ＡＸ上から有効領域端までの間における中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、その物体側面は、光軸ＡＸに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ５を有している。これら第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５は、それぞれ、両面が非球面であり、樹脂材料製のレンズである。光学絞りＳＴは、第１レンズＬ１における像側に配設される。
　そして、第５レンズＬ５の像側には、フィルタとしての平行平板ＦＴを介して撮像素子ＳＲの受光面が配置されている。平行平板ＦＴは、各種光学フィルタや撮像素子ＳＲのカバーガラス等である。
　このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸ＡＸに沿って、順に第１レンズＬ１、光学絞りＳＴ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５および平行平板ＦＴを通過し、撮像素子ＳＲの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子ＳＲでは、光学像が電気的な信号に変換され、この電気信号は、実施例１と同様に適宜に処理される。
　実施例２の撮像光学系１Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
　数値実施例２
単位　ｍｍ
面データ
面番号　　　　　　ｒ　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　　νｄ
物面　　　　　　　∞　　　　∞
１＊　　　　　　1.8938　　0.5967
２＊　　　　　-66.9447　　0.0321　　　1.5447　　　56.15
ＡＰ（絞り）　　　∞　　　0.0679
３＊　　　　　　3.4335　　0.2800　　　1.6342　　　23.96
４＊　　　　　　1.5974　　0.7701
５＊　　　　　　2.4083　　0.3000　　　1.5447　　　56.15
６＊　　　　　　2.2438　　0.2748
７＊　　　　　-30.0962　　0.9676　　　1.5447　　　56.15
８＊　　　　　 -1.9642　　0.4205
９＊　　　　　　2.1889　　0.4500　　　1.5305　　　55.72
１０＊　　　　　1.1118　　0.6403
１１　　　　　　　∞　　　0.300　　　1.5163　　　64.14
１２　　　　　　　∞　　　0.300
像面　　　　　　　∞
　非球面データ
第１面
Ｋ＝0.1484，Ａ４＝2.2768E-03，Ａ６＝1.3270E-02，Ａ８＝-1.4206E-02，Ａ１０＝1.1840E-02
第２面
Ｋ＝-2.0780，Ａ４＝2.7639E-02，Ａ６＝3.5849E-02，Ａ８＝-5.8192E-02，Ａ１０＝3.5532E-02
第３面
Ｋ＝-6.9753，Ａ４＝-5.8095E-02，Ａ６＝1.4214E-01，Ａ８＝-2.1590E-01，Ａ１０＝1.6205E-01，Ａ１２＝-4.8262E-02
第４面
Ｋ＝-5.7955，Ａ４＝5.6762E-02，Ａ６＝2.6019E-02，Ａ８＝-5.8494E-02，Ａ１０＝4.1069E-02，Ａ１２＝-5.6990E-03
第５面
Ｋ＝-1.7907，Ａ４＝-8.3362E-02，Ａ６＝3.0605E-02，Ａ８＝-1.8687E-02，Ａ１０＝6.4166E-03，Ａ１２＝-1.4293E-03
第６面
Ｋ＝-14.6415，Ａ４＝3.8276E-02，Ａ６＝-6.2005E-02，Ａ８＝3.3817E-02，Ａ１０＝-1.1547E-02，Ａ１２＝1.5578E-03
第７面
Ｋ＝35.4003，Ａ４＝-1.6458E-02，Ａ６＝1.4865E-02，Ａ８＝-5.1788E-03，Ａ１０＝7.5509E-04
第８面
Ｋ＝-4.5598，Ａ４＝-6.8663E-02，Ａ６＝3.6741E-02，Ａ８＝-1.7880E-02，Ａ１０＝8.8344E-03，Ａ１２＝-1.8688E-03，Ａ１４＝2.8041E-05
第９面
Ｋ＝-9.5110，Ａ４＝-1.5751E-01，Ａ６＝5.1384E-02，Ａ８＝-6.7572E-03，Ａ１０＝2.2930E-04，Ａ１２＝-3.5268E-06，Ａ１４＝2.3359E-06
第１０面
Ｋ＝-3.5837，Ａ４＝-1.0346E-01，Ａ６＝3.8761E-02，Ａ８＝-1.0520E-02，Ａ１０＝1.8178E-03，Ａ１２＝-1.7675E-04，Ａ１４＝7.1810E-06
　各種データ
焦点距離　　　　4.26　（ｍｍ）
Ｆナンバ　　　　2.40
像高（２Ｙ）　　5.712　（ｍｍ）
レンズ全長　　　5.400　（ｍｍ）
　以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例２の撮像光学系１Ｂにおける球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を図８に示す。
　図９は、実施例３における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図１０は、実施例３における撮像光学系の収差図である。
　実施例３の撮像光学系１Ｃは、図１０に示すように、第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシングの際には、第１および第２レンズＬ１、Ｌ２は、所定の撮像面に対して固定され、第３および第４レンズＬ３、Ｌ４は、光軸方向ＡＸに一体で移動し、第５レンズＬ５は、前記所定の撮像面に対し固定される。
　より詳しくは、実施例３の撮像光学系１Ｃは、第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
　第１レンズＬ１は、物体側に凸の正の屈折力を有し、第２レンズＬ２は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、像側に凹の負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第４レンズＬ４は、像側に凸の正の屈折力を有し、そして、第５レンズＬ５は、物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹である。第３レンズ１３は、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く、光軸ＡＸから有効領域端までの間の中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、その像側面は、光軸ＡＸに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ３を有している。そして、第５レンズ１５も、光軸ＡＸ上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く、光軸ＡＸ上から有効領域端までの間における中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、その物体側面は、光軸ＡＸに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸ＡＸの交点から有効領域端に向かった場合に光軸ＡＸの交点位置を除く位置に１個の変曲点ＰＩ５を有している。これら第１ないし第５レンズＬ１～Ｌ５は、それぞれ、両面が非球面であり、樹脂材料製のレンズである。光学絞りＳＴは、第１レンズＬ１における物体側に配設される。
　そして、第５レンズＬ５の像側には、フィルタとしての平行平板ＦＴを介して撮像素子ＳＲの受光面が配置されている。平行平板ＦＴは、各種光学フィルタや撮像素子ＳＲのカバーガラス等である。
　このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸ＡＸに沿って、光学絞りＳＴを介して、順に第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５および平行平板ＦＴを通過し、撮像素子ＳＲの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子ＳＲでは、光学像が電気的な信号に変換され、この電気信号は、実施例１のように適宜に処理される。
　実施例３の撮像光学系１Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
　数値実施例３
単位　ｍｍ
面データ
面番号　　　　　　ｒ　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　　νｄ
物面　　　　　　　∞　　　　∞
ＡＰ（絞り）　　　∞　　 -0.1500
１＊　　　　　　1.8518　　0.5248　　　1.5305　　　55.72
２＊　　　　　 66.8901　　0.1000
３＊　　　　　　3.2271　　0.2800　　　1.6342　　　23.96
４＊　　　　　　1.6184　　0.8162
５＊　　　　　　2.5131　　0.3096　　　1.6342　　　23.96
６＊　　　　　　2.0690　　0.2186
７＊　　　　　 10.9714　　1.0113　　　1.5305　　　55.72
８＊　　　　　 -2.1765　　0.4935
９＊　　　　　　2.2283　　0.4500　　　1.5305　　　55.72
１０＊　　　　　1.1197　　0.4960
１１　　　　　　　∞　　　 0.300　　　1.5163　　　64.14
１２　　　　　　　∞　　　 0.400
像面　　　　　　　∞
　非球面データ
第１面
Ｋ＝0.1666，Ａ４＝7.1706E-04，Ａ６＝1.3787E-02，Ａ８＝-8.0760E-03，Ａ１０＝5.6279E-03
第２面
Ｋ＝50.0000，Ａ４＝-1.9423E-02，Ａ６＝1.0446E-01，Ａ８＝-1.2799E-01，Ａ１０＝5.7928E-02
第３面
Ｋ＝-14.7988，Ａ４＝-7.4551E-02，Ａ６＝1.5749E-01，Ａ８＝-2.0414E-01，Ａ１０＝1.0920E-01，Ａ１２＝-1.6390E-02
第４面
Ｋ＝-5.9394，Ａ４＝4.6452E-02，Ａ６＝2.7119E-02，Ａ８＝-5.2061E-02，Ａ１０＝3.3872E-02，Ａ１２＝-1.1611E-03
第５面
Ｋ＝-4.3008，Ａ４＝-6.2847E-02，Ａ６＝3.1894E-02，Ａ８＝-1.9596E-02，Ａ１０＝5.7999E-03，Ａ１２＝-1.0209E-03
第６面
Ｋ＝-13.8101，Ａ４＝1.0708E-02，Ａ６＝-2.3244E-02，Ａ８＝9.4474E-03，Ａ１０＝-2.8605E-03，Ａ１２＝2.7235E-04
第７面
Ｋ＝-49.3558，Ａ４＝-5.9469E-02，Ａ６＝4.2323E-02，Ａ８＝-1.2964E-02，Ａ１０＝2.4931E-03，Ａ１２＝-2.4450E-04
第８面
Ｋ＝-3.0193，Ａ４＝-5.1068E-02，Ａ６＝2.7703E-02，Ａ８＝-1.6246E-02，Ａ１０＝9.9215E-03，Ａ１２＝-2.5244E-03，Ａ１４＝2.2819E-04
第９面
Ｋ＝-6.2069，Ａ４＝-1.8883E-01，Ａ６＝6.3040E-02，Ａ８＝-8.3945E-03，Ａ１０＝1.3612E-04，Ａ１２＝5.8330E-05，Ａ１４＝-3.0334E-06
第１０面
Ｋ＝-3.1708，Ａ４＝-1.1180E-01，Ａ６＝4.1835E-02，Ａ８＝-1.0758E-02，Ａ１０＝1.7587E-03，Ａ１２＝-1.6121E-04，Ａ１４＝6.1728E-06
　各種データ
焦点距離　　　　4.26　（ｍｍ）
Ｆナンバ　　　　2.40
像高（２Ｙ）　　5.712　（ｍｍ）
レンズ全長　　　5.400　（ｍｍ）
　以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例３の撮像光学系１Ｃにおける球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を図１０に示す。
　上記に列挙した実施例１～３の撮像光学系１Ａ～１Ｃに、上述した条件式（１）～（６）を当てはめた場合の数値およびその結果の条件式（７）の数値を、それぞれ、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上、説明したように、上記実施例１～３における撮像光学系１Ａ～１Ｃは、上述の各条件を満足している結果、従来の光学系より、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる。特に、無限端だけでなく近接端の場合でも、このような構成の撮像光学系１Ａ～１Ｃでは、像面湾曲が良好に補正される。そして、上記実施例１～３における撮像光学系１Ａ～１Ｃは、撮像装置２１およびデジタル機器３に搭載する上で、特に携帯端末５に搭載する上で小型化が充分に達成され、また、高画素な撮像素子１８を採用することができる。
　例えば、５Ｍピクセルや８Ｍピクセル等の約５Ｍ～８Ｍピクセルのクラス（グレード）の高画素な撮像素子１８は、撮像素子１８のサイズが一定の場合には画素ピッチが短くなるため（画素面積が狭くなるため）、撮像光学系１Ａ～１Ｃは、この画素ピッチに応じた解像度が必要となり、その所要の解像度で例えばＭＴＦで撮像光学系１を評価した場合に例えば仕様等によって規定された所定の範囲内に諸収差を抑える必要があるが、上記実施例１～３における撮像光学系１Ａ～１Ｃは、各収差図に示す通り、所定の範囲内で諸収差が抑えられている。したがって、上記実施例１～３における撮像光学系１Ａ～１Ｃは、良好に諸収差を補正しているので、例えば５Ｍ～８Ｍピクセルのクラスの撮像素子１８に好適に用いられる。
　本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
　一態様に係る撮像光学系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸の正の屈折力を有する第１レンズと、像側に凹の負の屈折力を有し、メニスカスレンズである第２レンズと、所定の屈折力を有する第３レンズと、像側に凸の正の屈折力を有する第４レンズと、物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹の第５レンズとを備えて成り、前記第５レンズの物体側面は、中心軸に沿ったレンズ断面の輪郭線において前記中心軸の交点から有効領域端に向かった場合に前記中心軸の交点位置を除く位置に１個の変曲点を有する。
　このような構成の撮像光学系は、５枚のレンズから構成されて成り、その第１および第２レンズが正負であっていわゆるテレフォト型であるため、撮像光学系全体の小型化に有利である。第２レンズが負のメニスカス形状であるので、撮像光学系全体の合成主点位置がより物体側へ配置され、かつ第２レンズの像側面を強い発散面とすることができるから、コマ収差や歪曲収差が補正しやすい。また、第４レンズが像側に凸であるので、各像高での非点収差が補正しやすい。そして、第５レンズは、中心軸（光軸）上およびその近傍では、屈折力が比較的弱く（屈折力をあまり持たず）、中心軸から有効領域端までの間における径方向の中間部分である中間帯に所定の屈折力を持つように構成されており、そして、前記変曲点を持つ。そのため、前記中間帯を通過する高像高に対し主に像面湾曲等の諸収差を補正することができる。したがって、このような構成の撮像光学系は、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる。特に、近接フォーカス（マクロ撮影）の場合でも、このような構成の撮像光学系では、像面湾曲が良好に補正される。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、下記（１）の条件式を満たすことである。
０．１＜Ｒ５ｆｄ／Ｒ５ｆ＜０．５　　　・・・（１）
ただし、Ｒ５ｆｄは、前記第５レンズの物体側面における中心軸から前記変曲点までの距離であり、Ｒ５ｆは、前記第５レンズの物体側面における有効半径（前記第５レンズの物体側面における有効領域の半径）である。
　この条件式（１）は、前記第５レンズにおける前記変曲点の位置を規定するものである。前記第５レンズの物体側面は、光軸上では、凸形状であり、条件式（１）を満たす範囲内に前記変曲点を有している。上記構成によれば、全フォーカス領域に亘って高像高でのコマ収差および非点収差を良好に補正することができる。
　第５レンズは、最も像側の面に配置されており、第５レンズに対する光束の入射位置は、他のレンズと比較するとフォーカスに伴って大きく変化し、特に、高像高の画角においてその傾向が顕著である。このため、条件式（１）の上限を上回ると、第５レンズの物体側における高像高成分の入射位置が前記変曲点となる。したがって、この場合、フォーカスに伴う入射位置の変化による光学性能の変化が大きくなってしまい、全フォーカス領域に亘って良好な性能とすることが困難となってしまい、好ましくない。一方、条件式（１）の下限を下回ると、前記像面湾曲の補正効果が充分に得られず、好ましくない。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第３レンズは、像面側が中心軸付近では凹形状であって変曲点を有することである。
　第３レンズは、絞りからの距離が比較的近いため、フォーカスに伴う周辺像高の入射位置の変化がより少ない。したがって、上記のように第３レンズの像面側の面形状を規定することにより、周辺像高でのコマ収差および色収差をフォーカス領域全域に亘って良好に補正することが可能となる。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、下記（２）の条件式を満たすことである。
０．８＜Ｒ３ｉｄ／Ｒ３ｉ＜０．９８　　　・・・（２）
ただし、Ｒ３ｉｄは、前記第３レンズの像側面における中心軸から変曲点までの距離であり、Ｒ３ｉは、前記第３レンズの像側面の有効半径（前記第３レンズの像側面における有効領域の半径）である。
　この条件式（２）は、第３レンズの像面における変曲点の位置を規定するものである。上記のように第３レンズの像面側における変曲点の位置を規定することにより、周辺像高でのコマ収差および色収差を良好に補正することが可能となる。そして、条件式（２）の上限を上回ったり、その下限を下回ったりすると、収差補正が困難となって好ましくない。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第３および第４レンズは、フォーカスの場合に一体に移動することである。
　上記のようにフォーカスの場合に第３および第４レンズを一体に移動させることによって、撮像光学系のレンズ全系を移動させる場合に較べて、フォーカスに伴う像面補正の自由度が増し、特に、周辺像高におけるフォーカスに伴う像面補正の両立が容易となる。すなわち、無限端での像面補正と近接端での像面補正とが容易となる。また、第５レンズを固定することができ、これによってフォーカスの際に第５レンズの像面側に配置される撮像素子へのゴミの付着を抑制することも可能となる。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、下記（３）の条件式を満たすことである。
０．７５＜ｆ４／ｆ＜０．９５　　　・・・（３）
ただし、ｆ４は、前記第４レンズの焦点距離であり、ｆは、撮像光学系全体の焦点距離である。
　この条件式（３）は、第４レンズの焦点距離を規定するものである。条件式（３）の上限を上回ると、第４レンズの焦点距離が大きくなってフォーカスの場合における移動距離が大きくなる。このため、フォーカスに伴う第３レンズへ入射する光線の入射位置の変化が大きくなってしまい、フォーカスに伴う周辺像高でのコマ収差および色収差を補正することが困難となる。一方、条件式（３）の下限を下回ると、第４レンズの焦点距離が短くなり、バックフォーカスを確保することが困難となる。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、下記（４）の条件式を満たすことである。
５＜｜ｆ３／ｆ４｜　　　・・・（４）
ただし、ｆ３は、前記第３レンズの焦点距離であり、ｆ４は、第４レンズの焦点距離である。
　この条件式（４）は、第３レンズと第４レンズとの比を規定するものである。この条件式（４）を満たすことによって、第３および第４レンズの合成屈折力が強くなり過ぎずに適度な合成屈折力となって、周辺像高でのコマ収差および色収差を補正することができる。条件式（４）を外れると、第３レンズの屈折力が第４レンズの屈折力よりも強くなり過ぎて像面湾曲が充分に補正することができず、好ましくない。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、最も物体側に配置される開口絞りをさらに備えることである。
　この構成によれば、像面に対する入射角を小さくすることが可能となる。これによって第５レンズの有効領域周縁部での屈折力を比較的小さくすることができ、周辺像高におけるフォーカスに伴う像面補正の両立が容易となる。
　また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、下記（５）および（６）の各条件式を満たすことである。
νｄＬ２＜３０　　　・・・（５）
νｄＬ３＜３０　　　・・・（６）
ただし、νｄＬ２は、前記第２レンズのｄ線におけるアッベ数であり、νｄＬ３は、前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数である。
　この条件式（５）は、第２レンズの波長分散を規定し、この条件式（６）は、第３レンズの波長分散を規定するものである。第２レンズの波長分散を大きくすることによって、光軸上での色収差を良好に補正することができる。そして、第３レンズの波長分散を大きくすることによって周辺像高での色収差を効果的に補正することが可能となる。
　また、他の一態様にかかる撮像装置は、これら上述のいずれかの撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされている。
　この構成によれば、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができる撮像装置が提供される。
　また、他の一態様にかかるデジタル機器は、上述の撮像装置と、前記撮像装置に被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを備え、前記撮像装置の撮像光学系が、前記撮像素子の撮像面上に前記被写体の光学像を形成可能に組み付けられている。そして、好ましくは、デジタル機器は、下記の場合も含めて、携帯端末から成る。
　この構成によれば、より小型化を図りつつ、物体距離に依らずに諸収差を良好に補正することができるデジタル機器や携帯端末が提供される。
　また、他の一態様では、上述のデジタル機器において、好ましくは、前記撮像素子の出力に対し所定の画像処理を行う画像処理部をさらに有することである。そして、好ましくは、前記所定の画像処理は、前記撮像素子の撮像面上に形成される前記被写体の光学像における歪みを補正する歪補正処理を含む。
　この構成によれば、所定の画像処理を行うデジタル機器が提供される。例えば、光学的に補正しきれない収差を画像処理によって補正したり、また例えば、周辺光量の低下を画像処理によって補正したり、また例えば、焦点深度を画像処理によって拡大したり等することができる。画像の歪みを補正することによって、特に像面に近いレンズによる収差負担が軽減されるため、射出瞳位置の制御が容易となり、レンズ形状を加工性の良い形状にすることができる。あるいは、焦点深度を拡大することによって、部品バラツキを許容できるようになるため、生産性を高めることができる。
　この出願は、２０１０年１１月１２日に出願された日本国特許出願特願２０１０－２５３７６０を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Claims (14)

  1. 　物体側から像側へ順に、
    　物体側に凸の正の屈折力を有する第１レンズと、
    　像側に凹の負の屈折力を有し、メニスカスレンズである第２レンズと、
    　所定の屈折力を有する第３レンズと、
    　像側に凸の正の屈折力を有する第４レンズと、
    　物体側面が軸上で凸であって像側面が軸上で凹の第５レンズとを備えて成り、
    　前記第５レンズの物体側面は、中心軸に沿ったレンズ断面の輪郭線において前記中心軸の交点から有効領域端に向かった場合に前記中心軸の交点位置を除く位置に１個の変曲点を有すること
    　を特徴とする撮像光学系。
  2. 　下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
    　０．１＜Ｒ５ｆｄ／Ｒ５ｆ＜０．５　　　・・・（１）
    　　ただし、
    　　　Ｒ５ｆｄ：第５レンズの物体側面における中心軸から変曲点までの距離
    　　　Ｒ５ｆ　：第５レンズの物体側面の有効半径
  3. 　前記第３レンズは、像面側が中心軸付近では凹形状であって変曲点を有すること
    　を特徴とする請求項２に記載の撮像光学系。
  4. 　下記（２）の条件式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の撮像光学系。
    　０．８＜Ｒ３ｉｄ／Ｒ３ｉ＜０．９８　　　・・・（２）
    　　ただし、
    　　　Ｒ３ｉｄ：第３レンズの像側面での中心軸から変曲点までの距離
    　　　Ｒ３ｉ　：第３レンズの像側面の有効半径
  5. 　前記第３および第４レンズは、フォーカスの場合に一体に移動すること
    　を特徴とする請求項４に記載の撮像光学系。
  6. 　下記（３）の条件式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
    　０．７５＜ｆ４／ｆ＜０．９５　　　・・・（３）
    　　ただし、
    　　　ｆ４：第４レンズの焦点距離
    　　　ｆ　：撮像光学系全体の焦点距離
  7. 　下記（４）の条件式を満たすことを特徴とする請求項６に記載の撮像光学系。
    　５＜｜ｆ３／ｆ４｜　　　・・・（４）
    　　ただし、
    　　　ｆ３：第３レンズの焦点距離
    　　　ｆ４：第４レンズの焦点距離
  8. 　最も物体側に配置される開口絞りをさらに備えること
    　を特徴とする請求項７に記載の撮像光学系。
  9. 　下記（５）および（６）の各条件式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の撮像光学系。
    　νｄＬ２＜３０　　　・・・（５）
    　νｄＬ３＜３０　　　・・・（６）
    　　ただし、
    　　　νｄＬ２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
    　　　νｄＬ３：第３レンズのｄ線におけるアッベ数
  10. 　請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の撮像光学系と、
    　光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
    　前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされていること
    　を特徴とする撮像装置。
  11. 　請求項１０に記載の撮像装置と、
    　前記撮像装置に被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを備え、
    　前記撮像装置の撮像光学系が、前記撮像素子の撮像面上に前記被写体の光学像を形成可能に組み付けられていること
    　を特徴とするデジタル機器。
  12. 　前記撮像素子の出力に対し所定の画像処理を行う画像処理部をさらに有すること
    　を特徴とする請求項１１に記載のデジタル機器。
  13. 　前記所定の画像処理は、前記撮像素子の撮像面上に形成される前記被写体の光学像における歪みを補正する歪補正処理を含むこと
    　を特徴とする請求項１２に記載のデジタル機器。
  14. 　携帯端末から成ること
    　を特徴とする請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のデジタル機器。
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