WO2022071011A1 - 結像レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

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lens system
imaging
image
imaging lens
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隆 杉山
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マクセル株式会社
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    • 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 lens system and an imaging device.
  • Patent Document 1 describes an imaging lens system in which Fno is about 1.8 and is composed of five plastic lenses.
  • Patent Document 1 The imaging lens system described in Patent Document 1 is built on an autofocus mechanism, and has a problem that it is necessary to correct the focus change in the object distance and temperature by the mechanism.
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides an imaging lens system and an imaging device that have a small Fno, a large aperture, and can realize temperature shift correction in a temperature environment in a telephoto system.
  • the purpose is.
  • the imaging lens system of one embodiment includes a first lens having positive power in order from the object side, a second lens of meniscus having a convex shape on the object side, a third lens, and a fourth lens of meniscus having a concave shape on the object side. It consists of a fifth lens having positive power, the first lens is a glass lens, the second lens, the third lens and the fourth lens are plastic lenses, and the focal distance of the entire lens system is f. , The following conditional equation (1) was satisfied when the focal distance of the first lens was defined as f1. 1.25 ⁇ f1 / f ⁇ 1.55 ... (1)
  • the imaging lens system of one embodiment it is possible to provide an imaging lens system and an imaging device that have a small Fno, a large aperture, and can realize temperature shift correction in a temperature environment in a telephoto system.
  • an imaging lens system and an imaging device that have a small Fno, a large aperture, and can realize temperature shift correction in a temperature environment in a telephoto system.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the structure of the imaging lens system which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a spherical aberration diagram in the image formation lens system of Example 1.
  • FIG. It is a curvature of field diagram in the image formation lens system of Example 1.
  • FIG. It is a distortion aberration diagram in the image formation lens system of Example 1.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship between the spatial frequency at 25 degreeC, and MTF in the image formation lens system of Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at ⁇ 40 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 1.
  • FIG. 2 It is sectional drawing which shows the structure of the imaging lens system which concerns on Example 2.
  • FIG. It is a spherical aberration diagram in the image formation lens system of Example 2.
  • FIG. It is a curvature of field diagram in the image formation lens system of Example 2.
  • FIG. It is a distortion aberration diagram in the image formation lens system of Example 2.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship between the spatial frequency at 25 degreeC, and MTF in the image formation lens system of Example 2.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at ⁇ 40 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the imaging lens system which concerns on Example 3.
  • FIG. It is a spherical aberration diagram in the image formation lens system of Example 3.
  • FIG. It is a curvature of field diagram in the image formation lens system of Example 3.
  • FIG. It is a distortion aberration diagram in the image formation lens system of Example 3.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship between the spatial frequency at 25 degreeC, and MTF in the image formation lens system of Example 3.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at ⁇ 40 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 3.
  • FIG. It is sectional drawing of the image pickup apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a spherical aberration diagram in the image formation lens system of Example 3.
  • FIG. It is a curvature of field diagram in the image
  • the imaging lens system of the first embodiment is a first lens L1 having a positive power in order from the object side, a second lens L2 of a meniscus having a convex shape on the object side, a third lens L3, and a meniscus having a concave shape on the object side. It consists of a fourth lens L4 and a fifth lens L5 having positive power, the first lens L1 is a glass lens, the second lens L2, the third lens L3 and the fourth lens L4 are plastic lenses, and the lens system.
  • the overall focal distance is defined as f
  • the focal distance of the first lens L1 is defined as f 1
  • the following conditional expression (1) is satisfied. 1.25 ⁇ f1 / f ⁇ 1.55 ...
  • the focal length f1 of the first lens L1 is set so as to affect the imaging state of the lens, it is a condition for the entire focal length. If the temperature is below the lower limit of the equation, the temperature correction will be excessive, and if it is exceeded, the correction will be insufficient and the focus change due to environmental changes will not be corrected, and the temperature can be corrected. As a result, the temperature can be corrected without using mechanical focus adjustment.
  • the imaging lens system of the first embodiment satisfies the following conditional expressions (2) and (3) when the focal length of the second lens L2 is defined as f2 and the focal length of the third lens L3 is defined as f3. You may do so.
  • the imaging lens system of the first embodiment when the focal length is shortened (exceeding the upper limit value), the amount caused to the imaging performance becomes large, so that it is difficult to correct the focus change. However, the aberration correction efficiency at the time of temperature correction is improved.
  • the imaging lens system of the first embodiment may satisfy the following conditional expression (4) when the total length of the lens is defined as trol and the distance between the final lens and the imaging surface is defined as bf. 0.1 ⁇ bf / trol ⁇ 0.3 ... (4)
  • the imaging lens system of the first embodiment when the distance bf between the final lens and the imaging surface becomes long (when the upper limit is exceeded), the focus changes due to the temperature change of the focal length of the fifth lens L5. It is possible to avoid a large degree of influence and a short distance bf between the final lens and the image plane, which makes it difficult to arrange the image sensor.
  • the fifth lens L5 may have a convex shape on the object side and the surface on the image side may have an inflection point.
  • the correction of curvature of field can be effectively performed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the imaging lens system of the first embodiment.
  • the imaging lens system 11 includes a first lens L1, a second lens L2, a third lens L3, a fourth lens L4, and a fifth lens L5 in order from the object side to the image side.
  • the image plane of the image lens system 11 is shown by IMG.
  • the first lens L1 is a spherical glass lens having positive power.
  • the object-side lens surface S1 of the first lens L1 is convex toward the object.
  • the image-side lens surface S2 of the first lens L1 faces a concave surface.
  • the second lens L2 is an aspherical plastic meniscus lens with negative power.
  • the object-side lens surface S3 of the second lens L2 has a convex surface facing the object side.
  • the image side lens surface S4 of the second lens L2 has a concave surface facing the image side.
  • the third lens L3 is an aspherical plastic lens with negative power.
  • the object-side lens surface S5 of the third lens L3 has a convex surface facing the object side.
  • the image side lens surface S6 of the third lens L3 has a concave surface facing the image surface side.
  • the fourth lens L4 is an aspherical plastic meniscus lens with positive power.
  • the object-side lens surface S9 of the fourth lens L4 has a concave surface facing the object side.
  • the image side lens surface S10 of the fourth lens L4 has a convex surface facing the image surface side.
  • the fifth lens L5 is an aspherical plastic lens having positive power.
  • the object-side lens surface S11 of the fifth lens L5 has a convex shape on the object side, and the surface on the image side has an inflection point. Further, the image side lens surface S12 of the fifth lens L5 has a concave curved surface portion on the image surface side.
  • the IR filter 12 is a bandpass filter that transmits light in the infrared region.
  • the IR filter 12 is treated integrally with the imaging lens system 11 when the imaging lens system 11 is designed. However, the IR filter 12 is not an essential component of the imaging lens system 11.
  • Table 1 shows the lens data of each lens surface in the imaging lens system 11 of the first embodiment.
  • Table 1 presents the radius of curvature (mm) of each surface, the surface spacing (mm) on the central optical axis, the refractive index Nd for the d-line, and the Abbe number Vd for the d-line as lens data.
  • the surface marked with "*" indicates that it is an aspherical surface.
  • "-6.522528E-03" means "-6.252528 ⁇ 10 -3 ".
  • the numerical expressions are the same for the following table.
  • the aspherical shape adopted for the lens surface is 4th, 6th, 8th, 10th, where z is the sag amount, c is the inverse of the radius of curvature, k is the conical coefficient, and r is the ray height from the optical axis Z.
  • z is the sag amount
  • c is the inverse of the radius of curvature
  • k is the conical coefficient
  • r is the ray height from the optical axis Z.
  • Table 2 shows the aspherical coefficients for defining the aspherical shape of the lens surface as the aspherical surface in the imaging lens system 11 of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a spherical aberration diagram in the imaging lens system of Example 1.
  • the horizontal axis indicates the position where the light ray intersects the optical axis Z
  • the vertical axis indicates the height at the pupil diameter.
  • FIG. 2 shows the simulation results using light rays having wavelengths of 800 nm, 810 nm, and 820 nm from the left.
  • FIG. 3 is a curvature of field diagram in the imaging lens system of Example 1.
  • the horizontal axis indicates the distance in the optical axis Z direction
  • the vertical axis indicates the image height (angle of view).
  • S indicates astigmatism on the sagittal plane
  • T indicates astigmatism on the tangential plane.
  • FIG. 3 shows a simulation result using a light beam having a wavelength of 810 nm.
  • FIG. 4 is a distortion aberration diagram in the imaging lens system of Example 1.
  • the horizontal axis indicates the amount of distortion (%) of the image
  • the vertical axis indicates the image height (angle of view). As shown in FIGS. 2 to 4, it can be seen that the aberration is well corrected.
  • Table 3 shows the results of calculating the characteristic values of the imaging lens system 11 of Example 1.
  • the focal distance of the entire lens system is f
  • the focal distance of the first lens L1 is f1
  • the focal distance of the second lens L2 is f2
  • the focal distance of the third lens L3 is f2.
  • the focal distance of the 4th lens L4 is f 4
  • the focal distance of the 5th lens L5 is f 5
  • the total length of the lens is trol
  • the distance between the final lens and the image plane is bf
  • the focal distance of the 1st lens L1 is the lens.
  • the value divided by the focal distance of the entire system is f1 / f
  • the absolute value of the value obtained by dividing the focal distance of the second lens L2 by the focal distance of the entire lens system is
  • the focal distance of the third lens L3 is The absolute value of the value divided by the focal distance of the entire lens system.
  • the value obtained by dividing the total length of the lens by the distance between the final lens and the image plane is bf / trol. ..
  • the units of the focal length and the center thickness are both mm.
  • the various focal lengths in Table 3 were calculated using light rays having a wavelength of 810 nm.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at 25 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at ⁇ 40 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at 85 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 1.
  • the vertical axis indicates MTF (Modulation Transfer Function).
  • the horizontal axis indicates the amount of focus shift. 5 to 7 show the relationship between the focus shift amount and the MTF for each temperature.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the imaging lens system of the second embodiment.
  • the imaging lens system 11 has a first lens L1 having a positive power, a second lens L2 having a negative power, and a third lens L3 having a positive power in order from the object side to the image side. It consists of a fourth lens L4 having a positive power and a fifth lens L5 having a positive power.
  • the image plane of the image lens system 11 is shown by IMG.
  • the imaging lens system 11 may include an IR filter 12. The shape and material of each lens are the same as those in the first embodiment.
  • Table 4 shows the lens data of each lens surface in the imaging lens system 11 of the second embodiment.
  • Table 4 presents the radius of curvature (mm) of each surface, the surface spacing (mm) on the central optical axis, the refractive index Nd for the d-line, and the Abbe number Vd for the d-line as lens data.
  • the surface marked with "*" indicates that it is an aspherical surface.
  • Table 5 shows the aspherical coefficients for defining the aspherical shape of the lens surface as the aspherical surface in the imaging lens system 11 of the second embodiment.
  • the aspherical shape adopted for the lens surface is represented by the same equation as in Example 2.
  • FIG. 9 is a spherical aberration diagram in the imaging lens system of the second embodiment.
  • the horizontal axis indicates the position where the light ray intersects the optical axis Z
  • the vertical axis indicates the height at the pupil diameter.
  • FIG. 9 shows the simulation results using light rays having wavelengths of 800 nm, 810 nm, and 820 nm from the left.
  • FIG. 10 is a curvature of field diagram in the imaging lens system of Example 2.
  • the horizontal axis indicates the distance in the optical axis Z direction
  • the vertical axis indicates the image height (angle of view).
  • S indicates astigmatism on the sagittal plane
  • T indicates astigmatism on the tangential plane.
  • FIG. 3 shows a simulation result using a light beam having a wavelength of 810 nm.
  • FIG. 11 is a distortion aberration diagram in the imaging lens system of the second embodiment.
  • the horizontal axis indicates the amount of distortion (%) of the image
  • the vertical axis indicates the image height (angle of view). As shown in FIGS. 9 to 11, it can be seen that the aberration is satisfactorily corrected.
  • Table 6 shows the results of calculating the characteristic values of the imaging lens system 11 of Example 2. Each item in Table 6 shows each characteristic value similar to that in Table 3. The various focal lengths in Table 6 were calculated using light rays having a wavelength of 810 nm.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at 25 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 2.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at ⁇ 40 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 2.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at 85 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 2.
  • the vertical axis indicates MTF (Modulation Transfer Function).
  • the horizontal axis indicates the amount of focus shift. 12 to 14 show the relationship between the focus shift amount and the MTF for each temperature.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the imaging lens system of the third embodiment.
  • the imaging lens system 11 has a first lens L1 having a positive power, a second lens L2 having a negative power, and a third lens L3 having a positive power in order from the object side to the image side. It consists of a fourth lens L4 having a positive power and a fifth lens L5 having a positive power.
  • the image plane of the image lens system 11 is shown by IMG.
  • the imaging lens system 11 may include an IR filter 12. The shape and material of each lens are the same as those in the third embodiment.
  • Table 7 shows the lens data of each lens surface in the imaging lens system 11 of the third embodiment.
  • Table 7 presents the radius of curvature (mm) of each surface, the surface spacing (mm) on the central optical axis, the refractive index Nd for the d-line, and the Abbe number Vd for the d-line as lens data.
  • the surface marked with "*" indicates that it is an aspherical surface.
  • Table 8 shows the aspherical coefficients for defining the aspherical shape of the lens surface as the aspherical surface in the imaging lens system 11 of the third embodiment.
  • the aspherical shape adopted for the lens surface is represented by the same equation as in Example 3.
  • FIG. 16 is a spherical aberration diagram in the imaging lens system of Example 3.
  • the horizontal axis indicates the position where the light ray intersects the optical axis Z
  • the vertical axis indicates the height at the pupil diameter.
  • FIG. 16 shows the simulation results using light rays having wavelengths of 800 nm, 810 nm, and 820 nm from the left.
  • FIG. 17 is a curvature of field diagram in the imaging lens system of Example 3.
  • the horizontal axis indicates the distance in the optical axis Z direction
  • the vertical axis indicates the image height (angle of view).
  • S indicates astigmatism on the sagittal plane
  • T indicates astigmatism on the tangential plane.
  • FIG. 3 shows a simulation result using a light beam having a wavelength of 810 nm.
  • FIG. 18 is a distortion aberration diagram in the imaging lens system of Example 3.
  • the horizontal axis indicates the amount of distortion (%) of the image
  • the vertical axis indicates the image height (angle of view). As shown in FIGS. 16 to 18, it can be seen that the aberration is satisfactorily corrected.
  • Table 9 shows the results of calculating the characteristic values of the imaging lens system 11 of Example 3. Each item in Table 9 shows each characteristic value similar to that in Table 3. The various focal lengths in Table 9 were calculated using light rays having a wavelength of 810 nm.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at 25 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 3.
  • FIG. 20 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at ⁇ 40 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 3.
  • FIG. 21 is a graph showing the relationship between the spatial frequency at 85 ° C. and the MTF in the imaging lens system of Example 3.
  • the vertical axis indicates MTF (Modulation Transfer Function).
  • the horizontal axis indicates the amount of focus shift.
  • 19 to 21 show the relationship between the focus shift amount and the MTF for each temperature.
  • the image pickup device 21 includes an image pickup lens system 11 and an image pickup element 22.
  • the image pickup lens system 11 and the image pickup element 22 are housed in a housing (not shown).
  • the imaging lens system 11 is the imaging lens system 11 described in the first embodiment described above.
  • the image pickup device 22 is an element that converts the received light into an electric signal, and for example, a CCD image sensor or a CMOS image sensor is used.
  • the image pickup device 22 is arranged at the imaging position of the imaging lens system 11.
  • the image pickup apparatus of the second embodiment it is possible to provide an imaging lens system and an image pickup apparatus having a small Fno and a large aperture and capable of realizing temperature shift correction in a temperature environment in a telephoto system. ..
  • Example 2 may be applied to Examples 1 to 3.
  • the application of the imaging lens system of the present invention is not limited to an in-vehicle camera or a surveillance camera, and can be used for other applications such as mounting on a small electronic device such as a mobile phone.
  • the present invention is suitable not only for visible light but also for infrared light (particularly near infrared light).
  • LIDAR Laser Imaging Detection and Ranging
  • the present invention is suitable for LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), which measures scattered light for laser irradiation that emits light in a pulse shape and analyzes the distance to an object at a long distance and the properties of the object.
  • Imaging lens system 12 IR filter 21 Imaging device 22 Imaging element L1 First lens L2 Second lens L3 Third lens L4 Fourth lens L5 Fifth lens IMG imaging surface

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Abstract

Ｆｎｏが小さく，大口径であり，望遠系で温度環境での温度ずれ補正を実現できる結像レンズ系及び撮像装置を提供することができる結像レンズ系及び撮像装置を提供する。結像レンズ系（１１）は，物体側から順に正のパワーを有する第１レンズ（Ｌ１），物体側が凸形状のメニスカスの第２レンズ（Ｌ２），第３レンズ（Ｌ３），物体側が凹形状であるメニスカスの第４レンズ（Ｌ４），正のパワーを有す第５レンズ（Ｌ５）からなり，第１レンズ（Ｌ１）はガラスレンズであり，第２レンズ（Ｌ２），第３レンズ（Ｌ３）及び第４レンズ（Ｌ４）はプラスチックレンズであり，レンズ系全体の焦点距離をｆ，第１レンズ（Ｌ１）の焦点距離をｆ１と定義した時に下記条件式（１）を満足する結像レンズ系。 １．２５＜ｆ１／ｆ＜１．５５　…（１）

Description

結像レンズ系及び撮像装置
　本発明は結像レンズ系及び撮像装置に関する。
　近年デジタルカメラや携帯電話に搭載されるカメラは，より高解像度の結像光学系が求められている。
　このような結像レンズ系として，特許文献１には，Ｆｎｏは１．８程度で５枚のプラスチックレンズで構成された結像レンズ系が記載されている。
特開２０１９－１２４８８０公報
　特許文献１に記載された結像レンズ系では，オートフォーカス機構の上に成り立っており，物体距離や温度におけるフォーカス変化を機構により補正する必要があるという問題があった。
　本発明は，このような問題点に鑑みてなされたものであり，Ｆｎｏが小さく，大口径であり，望遠系で温度環境での温度ずれ補正を実現できる結像レンズ系及び撮像装置を提供することを目的とする。
　一実施形態の結像レンズ系は，物体側から順に正のパワーを有する第１レンズ，物体側が凸形状のメニスカスの第２レンズ，第３レンズ，物体側が凹形状であるメニスカスの第４レンズ，正のパワーを有す第５レンズからなり，前記第１レンズはガラスレンズであり，前記第２レンズ，前記第３レンズ及び前記第４レンズはプラスチックレンズであり，レンズ系全体の焦点距離をｆ，前記第１レンズの焦点距離をｆ１と定義した時に下記条件式（１）を満足するようにした。
１．２５＜ｆ１／ｆ＜１．５５　　　…（１）
　一実施形態の結像レンズ系によれば，Ｆｎｏが小さく，大口径であり，望遠系で温度環境での温度ずれ補正を実現できる結像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。
　本発明によれば，Ｆｎｏが小さく，大口径であり，望遠系で温度環境での温度ずれ補正を実現できる結像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。
実施例１に係る結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例１の結像レンズ系における球面収差図である。 実施例１の結像レンズ系における像面湾曲図である。 実施例１の結像レンズ系における歪曲収差図である。 実施例１の結像レンズ系における２５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例１の結像レンズ系における－４０℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例１の結像レンズ系における８５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例２に係る結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例２の結像レンズ系における球面収差図である。 実施例２の結像レンズ系における像面湾曲図である。 実施例２の結像レンズ系における歪曲収差図である。 実施例２の結像レンズ系における２５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例２の結像レンズ系における－４０℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例２の結像レンズ系における８５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例３に係る結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例３の結像レンズ系における球面収差図である。 実施例３の結像レンズ系における像面湾曲図である。 実施例３の結像レンズ系における歪曲収差図である。 実施例３の結像レンズ系における２５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例３の結像レンズ系における－４０℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施例３の結像レンズ系における８５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。 実施の形態２に係る撮像装置の断面図である。
　以下，本実施の形態に係る光学レンズ及び撮像装置を説明する。
　（実施の形態１：結像レンズ系）
　実施の形態１の結像レンズ系は，物体側から順に正のパワーを有する第１レンズＬ１，物体側が凸形状のメニスカスの第２レンズＬ２，第３レンズＬ３，物体側が凹形状であるメニスカスの第４レンズＬ４，正のパワーを有す第５レンズＬ５からなり，第１レンズＬ１はガラスレンズであり，第２レンズＬ２，第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４はプラスチックレンズであり，レンズ系全体の焦点距離をｆ，第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１と定義した時に下記条件式（１）を満足するようにした。
１．２５＜ｆ１／ｆ＜１．５５　　　…（１）
　このように，実施の形態１の結像レンズ系によれば，第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１はレンズの結像状態を左右する形で設定しているため，全体の焦点距離に対し，条件式の下限を下回ると温度補正が過剰となり上回ると補正不足となり環境変化によるフォーカス変化が補正できなくなることを回避し，温度補正できる。この結果，機構的なピント調整を用いることなく温度補正できる。
　上記実施の形態１の結像レンズ系は，第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２，第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３と定義した時に下記条件式（２）及び（３）を満足するようにしてもよい。
｜ｆ／ｆ２｜＜０．３　　　　　　　…（２）
｜ｆ／ｆ３｜＜０．３　　　　　　　…（３）
　このように，実施の形態１の結像レンズ系によれば，焦点距離が短くなる（上限値を上回る）と結像性能への起因量が大きくなるためフォーカス変化を補正しにくくなることを回避し，温度補正時の収差補正効率がよくなる。
　上記実施の形態１の結像レンズ系は，レンズ全長をｔｏｌ，最終レンズと結像面の距離をｂｆと定義した時に下記条件式（４）を満足するようにしてもよい。
０．１＜ｂｆ／ｔｏｌ＜０．３　　　…（４）
　このように，実施の形態１の結像レンズ系によれば，最終レンズと結像面の距離ｂｆが長く（上限値を上回ると）なると第５レンズＬ５の焦点距離の温度変化によりフォーカス変化の影響度が大きくなること，及び最終レンズと結像面の距離ｂｆが短いとイメージセンサとの配置が難しくなることを回避できる。
　上記実施の形態１の結像レンズ系は，第５レンズＬ５は物体側に凸形状であり像側の面は変曲点を有してもよい。
　このように，実施の形態１の結像レンズ系によれば，像面湾曲の補正を有効にできる。
　次に，実施の形態１の結像レンズ系に対応する実施例について，図面を参照して説明する。
　（実施例１）
　図１は，実施例１の結像レンズ系の構成を示す断面図である。図１において，結像レンズ系１１は，物体側から像側に向かって順に，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からなる。結像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。
　第１レンズＬ１は，正のパワーを有する球面のガラスレンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は，物体側に凸を向けている。第１レンズＬ１の像側レンズ面Ｓ２は凹面を向けている。
　第２レンズＬ２は，負のパワーを有する非球面のプラスチックのメニスカスレンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面Ｓ３は，物体側に凸面を向けている。また，第２レンズＬ２の像側レンズ面Ｓ４は，像側に凹面を向けている。
　第３レンズＬ３は，負のパワーを有する非球面のプラスチックレンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ５は，物体側に凸面を向けている。また，第３レンズＬ３の像側レンズ面Ｓ６は，像面側に凹面を向けている。
　第４レンズＬ４は，正のパワーを有する非球面のプラスチックのメニスカスレンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ９は，物体側に凹面を向けている。また，第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ１０は，像面側に凸面を向けている。
　第５レンズＬ５は，正のパワーを有する非球面のプラスチックレンズである。第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１１は，物体側に凸形状であり像側の面は変曲点を有する。また，第５レンズＬ５の像側レンズ面Ｓ１２は，像面側に凹形状の曲面部分を有している。
　ＩＲフィルタ１２は，赤外領域の光を透過するバンドパスフィルタである。ＩＲフィルタ１２は，結像レンズ系１１の設計時には，結像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし，ＩＲフィルタ１２は，結像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。
　表１に，実施例１の結像レンズ系１１における，各レンズ面のレンズデータを示す。表１では，レンズデータとして，各面の曲率半径(mm)，中心光軸における面間隔(mm)，ｄ線に対する屈折率Ｎｄ，及びｄ線に対するアッベ数Ｖｄを提示している。「＊印」がついた面は，非球面であることを示している。また，表１において，例えば「－６．５２２５２８Ｅ－０３」は，「－６．５２２５２８×１０－３」を意味する。以下の表についても数値の表現は同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　レンズ面に採用される非球面形状は，ｚをサグ量，ｃを曲率半径の逆数，ｋを円錐係数，ｒを光軸Ｚからの光線高さとして，４次，６次，８次，１０次，１２次，１４次，１６次の非球面係数をそれぞれＡ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２，Ａ１４，Ａ１６としたときに，次式により表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　表２に，実施例１の結像レンズ系１１において，非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に，収差について図面を用いて説明する。図２は，実施例１の結像レンズ系における球面収差図である。図２において，横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示し，縦軸は瞳径での高さを示す。また，図２は，左から波長８００ｎｍ、８１０ｎｍ、８２０ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
　図３は，実施例１の結像レンズ系における像面湾曲図である。図３において，横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し，縦軸は像高（画角）を示す。また，図３において，Ｓはサジタル面における非点収差を示し，Ｔはタンジェンシャル面における非点収差を示す。また，図３は，波長８１０ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
　図４は，実施例１の結像レンズ系における歪曲収差図である。図４において，横軸は像の歪み量（％）を示し，縦軸は像高（画角）を示す。図２～図４に示すように，良好に収差補正されていることがわかる。
　次に，レンズの特性値について説明する。表３に，実施例１の結像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。表３において，結像レンズ系１１における，レンズ系全体の焦点距離をｆ，第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１，第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２，第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３，第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４，第５レンズＬ５の焦点距離をｆ５，レンズ全長をｔｏｌ，最終レンズと結像面の距離をｂｆ，第１レンズＬ１の焦点距離をレンズ系全体の焦点距離で除算した値をｆ１／ｆ，第２レンズＬ２の焦点距離をレンズ系全体の焦点距離で除算した値の絶対値を｜ｆ２／ｆ｜，第３レンズＬ３の焦点距離をレンズ系全体の焦点距離で除算した値の絶対値を｜ｆ３／ｆ｜，レンズ全長を最終レンズと結像面の距離で除算した値をｂｆ／ｔｏｌとしたときの各特性値を示している。表３において，焦点距離及び中心厚みの単位はいずれもｍｍである。また，表３の各種の焦点距離は，８１０ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図５は，実施例１の結像レンズ系における２５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図６は，実施例１の結像レンズ系における－４０℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図７は，実施例１の結像レンズ系における８５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図５～図７において，縦軸はＭＴＦ(Modulation Transfer Function)を示す。また横軸はフォーカスシフト量を示す。図５～図７では，温度別でフォーカスシフト量とＭＴＦの関係を示している。
　（実施例２）
　図８は，実施例２の結像レンズ系の構成を示す断面図である。図８において，結像レンズ系１１は，物体側から像側に向かって順に，正のパワーを有する第１レンズＬ１，負のパワーを有する第２レンズＬ２，正のパワーを有する第３レンズＬ３，正のパワーを有する第４レンズＬ４，正のパワーを有する第５レンズＬ５からなる。結像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また，結像レンズ系１１は，ＩＲフィルタ１２を備えてもよい。また，各レンズの形状及び材質は実施例１と同様である。
　表４に，実施例２の結像レンズ系１１における，各レンズ面のレンズデータを示す。表４では，レンズデータとして，各面の曲率半径(mm)，中心光軸における面間隔(mm)，ｄ線に対する屈折率Ｎｄ及びｄ線に対するアッベ数Ｖｄを提示している。「＊印」がついた面は，非球面であることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５に，実施例２の結像レンズ系１１において，非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表５において，レンズ面に採用される非球面形状は，実施例２と同様の式にて表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　次に，収差について図面を用いて説明する。図９は，実施例２の結像レンズ系における球面収差図である。図９において，横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示し，縦軸は瞳径での高さを示す。また，図９は，左から波長８００ｎｍ、８１０ｎｍ、８２０ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
　図１０は，実施例２の結像レンズ系における像面湾曲図である。図１０において，横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し，縦軸は像高（画角）を示す。また，図１０において，Ｓはサジタル面における非点収差を示し，Ｔはタンジェンシャル面における非点収差を示す。また，図３は，波長８１０ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
　図１１は，実施例２の結像レンズ系における歪曲収差図である。図１１において，横軸は像の歪み量（％）を示し，縦軸は像高（画角）を示す。
　図９～図１１に示すように，良好に収差補正されていることがわかる。
　次に，レンズの特性値について説明する。表６に，実施例２の結像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。表６の各項目は，表３と同様の各特性値を示している。また，表６の各種の焦点距離は，８１０ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　図１２は，実施例２の結像レンズ系における２５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図１３は，実施例２の結像レンズ系における－４０℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図１４は，実施例２の結像レンズ系における８５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図１２～図１４において，縦軸はＭＴＦ(Modulation Transfer Function)を示す。また横軸はフォーカスシフト量を示す。図１２～図１４では，温度別でフォーカスシフト量とＭＴＦの関係を示している。
　（実施例３）
　図１５は，実施例３の結像レンズ系の構成を示す断面図である。図１５において，結像レンズ系１１は，物体側から像側に向かって順に，正のパワーを有する第１レンズＬ１，負のパワーを有する第２レンズＬ２，正のパワーを有する第３レンズＬ３，正のパワーを有する第４レンズＬ４，正のパワーを有する第５レンズＬ５からなる。結像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また，結像レンズ系１１は，ＩＲフィルタ１２を備えてもよい。また，各レンズの形状及び材質は実施例３と同様である。
　表７に，実施例３の結像レンズ系１１における，各レンズ面のレンズデータを示す。表７では，レンズデータとして，各面の曲率半径(mm)，中心光軸における面間隔(mm)，ｄ線に対する屈折率Ｎｄ及びｄ線に対するアッベ数Ｖｄを提示している。「＊印」がついた面は，非球面であることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　表８に，実施例３の結像レンズ系１１において，非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表８において，レンズ面に採用される非球面形状は，実施例３と同様の式にて表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　次に，収差について図面を用いて説明する。図１６は，実施例３の結像レンズ系における球面収差図である。図１６において，横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示し，縦軸は瞳径での高さを示す。また，図１６は，左から波長８００ｎｍ、８１０ｎｍ、８２０ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
　図１７は，実施例３の結像レンズ系における像面湾曲図である。図１７において，横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し，縦軸は像高（画角）を示す。また，図１７において，Ｓはサジタル面における非点収差を示し，Ｔはタンジェンシャル面における非点収差を示す。また，図３は，波長８１０ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
　図１８は，実施例３の結像レンズ系における歪曲収差図である。図１８において，横軸は像の歪み量（％）を示し，縦軸は像高（画角）を示す。
　図１６～図１８に示すように，良好に収差補正されていることがわかる。
　次に，レンズの特性値について説明する。表９に，実施例３の結像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。表９の各項目は，表３と同様の各特性値を示している。また，表９の各種の焦点距離は，８１０ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　図１９は，実施例３の結像レンズ系における２５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図２０は，実施例３の結像レンズ系における－４０℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図２１は，実施例３の結像レンズ系における８５℃での空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフである。図１９～図２１において，縦軸はＭＴＦ(Modulation Transfer Function)を示す。また横軸はフォーカスシフト量を示す。図１９～図２１では，温度別でフォーカスシフト量とＭＴＦの関係を示している。
　（実施の形態２：撮像装置への適用例）
　図２２は，撮像装置２１は，結像レンズ系１１と，撮像素子２２と，を備える。結像レンズ系１１と，撮像素子２２と，は筐体（不図示）に収容されている。結像レンズ系１１は，上述の実施の形態１に記載された結像レンズ系１１である。
　撮像素子２２は，受光した光を電気信号に変換する素子であり，例えば，ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像素子２２は，結像レンズ系１１の結像位置に配置されている。
　このように，実施の形態２の撮像装置によれば，Ｆｎｏが小さく，大口径であり，望遠系で温度環境での温度ずれ補正を実現できる結像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。
　なお，本発明は上記実施例に限られたものではなく，趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば，実施例２は，実施例１～３に適用してもよい。例えば，本発明の結像レンズ系の用途は，車載カメラや監視カメラに限定されるものではなく，携帯電話等の小型電子機器に搭載する等の他の用途にも用いることができる。
　また，本発明は可視光のみならず赤外光（特に近赤外）用に好適である。例えば，パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定し，遠距離にある対象までの距離やその対象の性質を分析するＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）用に好適である。
　この出願は、２０２０年１０月２日に出願された日本出願特願２０２０－１６７９９９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　Ｆｎｏが小さく，大口径であり，望遠系で温度環境での温度ずれ補正を実現できる結像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。
１１　結像レンズ系
１２　ＩＲフィルタ
２１　撮像装置
２２　撮像素子
Ｌ１　第１レンズ
Ｌ２　第２レンズ
Ｌ３　第３レンズ
Ｌ４　第４レンズ
Ｌ５　第５レンズ
ＩＭＧ　結像面

Claims (5)

  1. 　物体側から順に正のパワーを有する第１レンズ，物体側が凸形状のメニスカスの第２レンズ，第３レンズ，物体側が凹形状であるメニスカスの第４レンズ，正のパワーを有す第５レンズからなり，
    　前記第１レンズはガラスレンズであり，
    　前記第２レンズ，前記第３レンズ及び前記第４レンズはプラスチックレンズであり，
    　レンズ系全体の焦点距離をｆ，前記第１レンズの焦点距離をｆ１と定義した時に下記条件式（１）を満足する結像レンズ系。
    １．２５＜ｆ１／ｆ＜１．５５　　　…（１）
  2. 　前記第２レンズの焦点距離をｆ２，前記第３レンズの焦点距離をｆ３と定義した時に下記条件式（２）及び（３）を満足する請求項１に記載の結像レンズ系。
    ｜ｆ／ｆ２｜＜０．３　　　　　　　…（２）
    ｜ｆ／ｆ３｜＜０．３　　　　　　　…（３）
  3. 　レンズ全長をｔｏｌ，最終レンズと結像面の距離をｂｆと定義した時に下記条件式（４）を満足する請求項１または２に記載の結像レンズ系。
    ０．１＜ｂｆ／ｔｏｌ＜０．３　　　…（４）
  4. 　前記第５レンズは物体側に凸形状であり像側の面は変曲点を有する請求項１から３のいずれかに記載の結像レンズ系。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載の結像レンズ系と，
    　前記結像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と，を備える撮像装置。
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