WO2013172164A1 - 撮像レンズ - Google Patents
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- G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
- G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
- G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
- G02B13/0045—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having five or more lenses
Definitions
- the present invention relates to an imaging lens. More specifically, an imaging optical device that captures an image of a subject with an imaging device (for example, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) type image sensor, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensor), and the like are mounted.
- an imaging device for example, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) type image sensor, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensor), and the like are mounted.
- the present invention relates to a digital apparatus with an image input function and a small imaging lens that forms an optical image of a subject on a light receiving surface of an imaging element.
- An imaging optical apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD type image sensor or a CMOS type image sensor is mounted on a portable terminal, and a higher quality image can be obtained as the number of portable terminals increases.
- a solid-state imaging device such as a CCD type image sensor or a CMOS type image sensor
- devices equipped with an imaging optical device using an imaging device having a high number of pixels have been supplied to the market.
- the conventional image pickup device having a high number of pixels has been accompanied by an increase in size, but in recent years, the image pickup device has been reduced in size as the pixels have been made thinner.
- An imaging lens used for a highly thinned image sensor is required to have a high resolving power in order to cope with a highly thinned pixel.
- the resolving power of the lens is limited by the F value, and a bright imaging lens is required because a bright lens with a small F value can obtain a high resolving power.
- it is also required to further reduce the overall length of the imaging lens. Since there is a limit to downsizing the imaging lens by devising the power arrangement, lens thickness, and air spacing, in recent years, the overall length of the optical system has been reduced by using a wide-angle lens with a shorter focal length. Attempts have been made.
- an imaging lens having a five-lens configuration has been proposed because it can achieve higher performance than a lens having three or four lenses.
- Patent Documents 1 and 2 disclose an imaging lens including a fourth lens having a refractive power and a fifth lens having a negative refractive power.
- the distance between the second lens and the third lens is small, and the light beam emitted from the second lens is incident on the third lens without being sufficiently diverged.
- the generated coma aberration cannot be corrected sufficiently.
- the curvature of the third lens on the object side is small, and the coma generated by the off-axis light beam cannot be sufficiently corrected.
- the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a five-lens imaging lens having a bright F number, in which various aberrations are favorably corrected while shortening the overall length. It is in.
- the present invention aims at downsizing at a level satisfying the following expression (A1).
- the entire imaging optical device can be reduced in size and weight.
- L Distance on the optical axis from the most object-side lens surface of the entire imaging lens system to the image-side focal point
- 2Y ′ diagonal length of the imaging surface of the imaging device (for example, diagonal length of the rectangular effective pixel region of the solid-state imaging device)
- 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 lens.
- an imaging optical apparatus equipped with an imaging lens that satisfies the above formula (A1) or (A2) aims at a height of 5.0 mm or less, and more desirably a height of 4.5 mm or less.
- an imaging lens of a first invention is an imaging lens for forming a subject image on an imaging surface of an imaging device, and has an aperture and a positive refractive power in order from the object side.
- a first lens having a convex surface facing the object side, a second lens having a negative refractive power, a third lens having a positive refractive power and a convex surface facing the object side, and a positive refractive power.
- a fourth meniscus lens having a convex surface facing the image side and a fifth lens having negative refractive power and a biconcave shape, and the image side surface of the fifth lens is within a cross section including the optical axis.
- the imaging lens of the second invention is characterized in that, in the first invention, the following conditional expression (5) is satisfied. 0.73 ⁇ f_12 / f3 ⁇ 1.50 (5) However, f — 12: Composite focal length of the first lens and the second lens, f3: focal length of the third lens, It is.
- the imaging lens of a third invention is characterized in that, in the first or second invention, the image side surface of the third lens has negative power in the peripheral portion.
- An imaging lens of a fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the following conditional expression (6) is satisfied. 0.25 ⁇ f4 / f3 ⁇ 0.8 (6) However, f3: focal length of the third lens, f4: focal length of the fourth lens, It is.
- a positive curvature increases as the object side surface of the third lens moves from the intersection with the optical axis to the periphery. It is characterized by that.
- An imaging lens of a sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the following conditional expression (7) is satisfied. 20 ⁇ 1- ⁇ 2 ⁇ 70 (7) However, ⁇ 1: Abbe number of the first lens, ⁇ 2: Abbe number of the second lens, It is.
- An imaging lens of a seventh invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, the following conditional expression (8) is satisfied. 1.60 ⁇ n2 ⁇ 2.10 (8) However, n2: refractive index of the second lens with respect to the d-line, It is.
- An imaging optical device includes an imaging lens according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, and an imaging element that converts an optical image formed on the imaging surface into an electrical signal. And the imaging lens is provided so that an optical image of a subject is formed on the imaging surface of the imaging device.
- the digital apparatus is characterized in that at least one of a still image photographing and a moving image photographing function of a subject is added by including the imaging optical device according to the eighth invention.
- a digital device is the portable device according to the ninth aspect.
- an imaging optical device according to the present invention in a digital device such as a mobile phone or a portable information terminal, a high-performance image input function can be added to the digital device in a compact manner.
- FIG. 6 is an aberration diagram of Example 1.
- FIG. 6 is an aberration diagram of Example 2.
- FIG. 6 is an aberration diagram of Example 3.
- FIG. 6 is an aberration diagram of Example 4.
- FIG. 6 is an aberration diagram of Example 5.
- the schematic diagram which shows the schematic structural example of the digital apparatus carrying an imaging lens.
- An imaging lens according to the present invention is an imaging lens for forming a subject image on an imaging surface of an imaging element (for example, a photoelectric conversion unit of a solid-state imaging element), and in order from the object side, a diaphragm and positive refraction
- a meniscus fourth lens having a convex surface facing the image side, and a biconcave fifth lens having negative refractive power
- the image side surface of the fifth lens includes an optical axis.
- the cross section has a point where the tangent line is perpendicular to the optical axis in addition to the intersection with the optical axis, and satisfies the following conditional expressions (1) to (4).
- f focal length of the entire imaging lens system
- f1 focal length of the first lens
- f4 focal length of the fourth lens
- d3 axial thickness of the second lens
- d4 On-axis air gap between the second lens and the third lens
- R3_1 radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third lens, It is.
- the basic configuration of the present invention includes a first lens having a positive refractive power and a convex surface facing the object side, and a second lens having a negative refractive power.
- a positive power lens group including a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens and a negative power fifth lens are arranged in a so-called telephoto type arrangement.
- this is an advantageous configuration for reducing the overall length of the imaging lens. Furthermore, by using two or more negative lenses in the five-lens configuration, it is possible to easily correct the Petzval sum by increasing the diverging surface, and to ensure good imaging performance up to the periphery of the screen. Can be obtained. Further, by making the fifth lens a biconcave shape, the negative refractive power of the fifth lens can be set strongly, and the above-mentioned telephoto type overall length shortening effect can be further enhanced.
- the distance between the entrance pupil and the imaging surface is not too close, and good telecentric performance can be realized.
- the fourth lens a meniscus shape having a convex surface facing the image side, coma aberration generated in the second lens having negative power can be easily corrected.
- the image side surface of the fifth lens disposed closest to the image side an aspherical surface, various aberrations at the periphery of the screen can be corrected well.
- an aspherical shape having an inflection point at a position other than the intersection with the optical axis it becomes easy to ensure the telecentric characteristics of the image-side light beam.
- the “inflection point” is a point on the aspheric surface where the tangential plane on the aspheric surface is a plane perpendicular to the optical axis in the curve of the lens cross-sectional shape within the effective radius.
- the sign of power near the optical axis of each surface is determined by the sign of the spherical surface when the best-fit spherical surface is taken in the optically effective area. In other words, not only the power on the axis but also the spherical surface that best fits when the effective region is viewed off the axis, for example, a negative surface if the shape at that time is concave.
- Conditional expression (1) defines the ratio between the focal length of the entire optical system and the focal length of the first lens. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the power of the first lens will increase, making it difficult to correct the optical path length difference between the on-axis light beam and the off-axis light beam due to the low profile, resulting in field curvature. Increase. In addition, the field curvature change accompanying the focus becomes large, and it becomes difficult to maintain good performance from the infinite distance to the close distance. If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the focal length of the first lens becomes large, so that the distance from the main plane of the optical system to the image plane cannot be secured, making it difficult to reduce the height. Furthermore, the power of the third lens or the fourth lens away from the stop is increased, which may cause an increase in field curvature (for example, the image surface falls to the under side).
- Conditional expression (2) defines the focal length ratio between the first lens and the fourth lens. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the axial power of the fourth lens will be small, and it will be difficult to correct the field curvature difference between the low image height and the high image height. If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the power of the fourth lens will increase, leading to an increase in astigmatism in the field curvature that falls to the under side and off-axis image height.
- Conditional expression (3) prescribes the air gap between the second lens and the third lens. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the distance between the second lens and the third lens increases, and the beam width of off-axis light on the object side surface of the third lens decreases. The generated coma aberration cannot be corrected sufficiently. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the distance between the second lens and the third lens becomes small, and the light flux width on the object side surface of the third lens of the off-axis light beam emitted from the second lens as convergent light. Therefore, coma aberration generated in the second lens is excessively corrected.
- Conditional expression (4) defines the ratio between the radius of curvature of the object side surface of the third lens and the focal length of the entire optical system. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the radius of curvature of the object side surface of the third lens will increase, and it will be difficult to correct coma caused by off-axis light beam jumping by the second lens. If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, the radius of curvature of the object side surface of the third lens becomes small, and the field curvature change when the incident position of the off-axis light beam changes with focus increases. It becomes difficult to achieve good performance at a distance.
- the imaging optical device is used in a digital device such as a mobile phone or a portable information terminal, it is possible to add a high-performance image input function to the digital device in a compact manner. It can contribute to functionalization. The conditions for achieving such effects in a well-balanced manner and achieving higher optical performance, downsizing, etc. will be described below.
- conditional expressions (1a) to (4a) 1.00 ⁇ f / f1 ⁇ 1.25 (1a) 0.7 ⁇ f4 / f1 ⁇ 0.85 (2a) 0.9 ⁇ d4 / d3 ⁇ 1.4 (3a) 0.95 ⁇ R3_1 / f ⁇ 1.6 (4a)
- conditional expressions (1a) to (4a) define more preferable condition ranges based on the above viewpoints, among the condition ranges defined by the conditional expressions (1) to (4). Therefore, preferably, the above effect can be further enhanced by satisfying at least one of conditional expressions (1a) to (4a).
- Conditional expression (5) specifies the focal length ratio between the combined focal length of the first lens and the second lens and the third lens. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the power of the third lens will increase, and the field curvature change will increase when the incident position of the off-axis light beam changes with focus. If the lower limit of conditional expression (5) is surpassed, the power of the third lens becomes weak and it becomes difficult to correct coma generated in the second lens.
- conditional expression (5a) It is more desirable to satisfy the following conditional expression (5a). 0.85 ⁇ f_12 / f3 ⁇ 1.30 (5a)
- This conditional expression (5a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (5). Therefore, the above effect can be further increased preferably by satisfying conditional expression (5a).
- the image side surface of the third lens has a negative power at the periphery. Since the peripheral portion of the image side surface of the third lens has negative power, the off-axis light beam can be jumped up in two stages of the second lens and the third lens. This is effective for reducing the height of the optical system. In addition, since negative power can be shared, it is possible to suppress the amount of aberration (for example, coma) that occurs.
- Conditional expression (6) defines the focal length ratio between the third lens and the fourth lens. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the on-axis power of the third lens will increase, and it will be difficult to have the effect of jumping off the off-axis light beam at the periphery. For this reason, the second lens is mainly responsible for diverging the luminous flux, which may increase coma aberration. If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, the on-axis power of the third lens becomes small, and in order to reduce the height, it is necessary to increase the on-axis power of the fourth lens.
- conditional expression (6a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (6). Therefore, the above effect can be further enhanced preferably by satisfying conditional expression (6a).
- the object side surface of the third lens has a positive curvature that increases as it moves from the intersection with the optical axis to the periphery.
- the object side surface of the third lens has a positive curvature that increases as the distance from the optical axis increases (that is, as the periphery increases).
- Conditional expression (7) defines a preferable condition range for satisfactorily correcting the chromatic aberration of the entire imaging lens system. By exceeding the lower limit of conditional expression (7), it is possible to correct chromatic aberrations such as longitudinal chromatic aberration and lateral chromatic aberration in a well-balanced manner. On the other hand, a lens system can be comprised with the easily available glass material by being less than the upper limit of conditional expression (7).
- n2 refractive index of the second lens with respect to the d-line, It is.
- Conditional expression (8) defines a preferable condition range for satisfactorily correcting chromatic aberration and curvature of field of the entire imaging lens system.
- the refractive power of the second lens having a relatively large dispersion can be appropriately maintained, and chromatic aberration and curvature of field can be corrected well.
- a lens system can be comprised with the easily available glass material by being less than the upper limit of conditional expression (8).
- conditional expression (8a) It is more desirable to satisfy the following conditional expression (8a). 1.60 ⁇ n2 ⁇ 2.00 (8a)
- This conditional expression (8a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (8). Therefore, the above effect can be further increased preferably by satisfying conditional expression (8a).
- the imaging lens has only a plastic lens as a lens.
- a solid-state imaging device having the same number of pixels has been developed with a small pixel pitch and consequently a small imaging surface size.
- all lenses are made of plastic lenses manufactured by injection molding, so that even lenses with small radii of curvature and outer diameters are inexpensive. Mass production is possible.
- the plastic lens can lower the press temperature, it is possible to suppress the wear of the molding die, and as a result, the number of replacements and maintenance times of the molding die can be reduced, and the cost can be reduced.
- the imaging lens according to the present invention is suitable for use as an imaging lens for a digital device with an image input function (for example, a portable terminal). By combining this with an imaging device or the like, an image of a subject is optically captured.
- An imaging optical device that outputs an electrical signal can be configured.
- the imaging optical device is an optical device that constitutes a main component of a camera used for still image shooting and moving image shooting of a subject, for example, an imaging lens that forms an optical image of an object in order from the object (that is, subject) side, And an imaging device that converts an optical image formed by the imaging lens into an electrical signal.
- the imaging lens having the above-described characteristic configuration is arranged so that an optical image of the subject is formed on the light receiving surface (that is, the imaging surface) of the imaging device, and thus has high performance at a small size, low cost.
- An imaging optical device and a digital device including the imaging optical device can be realized.
- Examples of digital devices with an image input function include cameras such as digital cameras, video cameras, surveillance cameras, in-vehicle cameras, videophone cameras, etc., and personal computers, mobile terminals (for example, mobile phones, mobile computers, etc.) Small and portable information device terminals), peripheral devices (scanners, printers, etc.), cameras incorporated in or external to other digital devices, and the like.
- cameras such as digital cameras, video cameras, surveillance cameras, in-vehicle cameras, videophone cameras, etc.
- mobile terminals for example, mobile phones, mobile computers, etc.
- Small and portable information device terminals for example, mobile phones, mobile computers, etc.
- peripheral devices scanners, printers, etc.
- cameras incorporated in or external to other digital devices and the like.
- a digital device with an image input function such as a mobile phone with a camera can be configured.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration example of a digital device DU as an example of a digital device with an image input function.
- the imaging optical device LU mounted in the digital device DU shown in FIG. 11 includes an imaging lens LN (AX: optical axis) that forms an optical image (image plane) IM of an object in order from the object (that is, subject) side, A parallel plate PT (cover glass of the imaging element SR; corresponding to an optical filter such as an optical low-pass filter and an infrared cut filter arranged as necessary) and a light receiving surface (imaging surface) SS by the imaging lens LN. And an imaging element SR that converts the optical image IM formed thereon into an electrical signal.
- AX optical axis
- a parallel plate PT cover glass of the imaging element SR; corresponding to an optical filter such as an optical low-pass filter and an infrared cut filter arranged as necessary
- imaging element SR that converts the optical image IM formed thereon into an
- the image pickup optical device LU When a digital device DU with an image input function is configured with this image pickup optical device LU, the image pickup optical device LU is usually arranged inside the body, but when necessary to realize the camera function, a form as necessary is adopted. Is possible.
- the unitized imaging optical device LU can be configured to be detachable or rotatable with respect to the main body of the digital device DU.
- the imaging lens LN has a single-focus five-lens configuration including the first to fifth lenses L1 to L5 in order from the object side, and forms the optical image IM on the light receiving surface SS of the imaging element SR. It has become.
- the image sensor SR for example, a solid-state image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor having a plurality of pixels is used. Since the imaging lens LN is provided so that the optical image IM of the subject is formed on the light receiving surface SS which is a photoelectric conversion unit of the imaging element SR, the optical image IM formed by the imaging lens LN is the imaging element. It is converted into an electric signal by SR.
- the digital device DU includes a signal processing unit 1, a control unit 2, a memory 3, an operation unit 4, a display unit 5 and the like in addition to the imaging optical device LU.
- the signal generated by the image sensor SR is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, and the like as required by the signal processing unit 1 and recorded as a digital video signal in the memory 3 (semiconductor memory, optical disk, etc.) In some cases, it is transmitted to other devices via a cable or converted into an infrared signal or the like (for example, a communication function of a mobile phone).
- the control unit 2 is composed of a microcomputer, and controls functions such as a photographing function (still image photographing function, moving image photographing function, etc.), an image reproduction function, etc .; and a lens moving mechanism for focusing, etc.
- the control unit 2 controls the imaging optical device LU so as to perform at least one of still image shooting and moving image shooting of a subject.
- the display unit 5 includes a display such as a liquid crystal monitor, and displays an image using an image signal converted by the image sensor SR or image information recorded in the memory 3.
- the operation unit 4 is a part including operation members such as an operation button (for example, a release button) and an operation dial (for example, a shooting mode dial), and transmits information input by the operator to the control unit 2.
- the j-th lens Lj is a lens located at the j-th from the object side, and the parallel plate PT disposed on the image side of the imaging lens LN includes an optical low-pass filter, an IR cut filter, a seal glass of a solid-state imaging device, and the like. It is assumed. All the lens surfaces constituting the imaging lens LN are aspheric surfaces, and all the lenses are assumed to be made of a plastic material as an optical material. In addition, it is assumed that the entire focus is performed by moving the first lens L1 to the fifth lens L5 as a single unit for the focus position adjustment in the auto focus, the macro switching function, or the like.
- the imaging lens LN of the first to fifth embodiments from the object side, the aperture stop ST, the positive first lens L1, the negative second lens L2, the positive third lens L3, and the positive fourth lens L4. And the negative fifth lens L5 in this order.
- the first lens L1 and the third lens L3 have a shape with a convex surface facing the object side
- the fourth lens L4 has a meniscus shape with a convex surface facing the image side
- L5 has a biconcave shape.
- the image side surface of the fifth lens has a point where the tangent line is perpendicular to the optical axis AX in a cross section including the optical axis AX, other than the intersection with the optical axis AX. That is, the image side surface of the fifth lens is an aspheric surface having an inflection point at a position other than the intersection with the optical axis AX.
- an aperture stop ST is disposed closest to the object side in the imaging lens LN. By disposing the aperture stop ST on the most object side of the lens system, the distance between the entrance pupil and the imaging surface SS is not too close, and good telecentric performance can be realized.
- the energy curable resin refers to both a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin
- a polycarbonate-based or polyolefin-based material Compared to the case where such a thermoplastic resin is used, since the deterioration of the optical performance when the imaging lens is exposed to a high temperature is small, it is effective for the reflow process. In addition, since it is easier to manufacture and cheaper than a glass mold lens, it is possible to achieve both cost reduction and improvement in mass productivity of an imaging optical device incorporating the imaging lens. Therefore, a plastic lens used for the imaging lens LN according to the present invention may be formed of an energy curable resin.
- the principal ray incident angle of the light beam incident on the imaging surface of the solid-state imaging device is not necessarily designed to be sufficiently small in the periphery of the imaging surface.
- shading can be reduced by reviewing the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device and the on-chip microlens array. Specifically, if the pitch of the arrangement of the color filters and the on-chip microlens array is set slightly smaller than the pixel pitch of the image pickup surface of the image pickup device, the color filter for each pixel becomes closer to the periphery of the image pickup surface.
- the on-chip microlens array is shifted to the optical axis side of the imaging lens, the obliquely incident light beam can be efficiently guided to the light receiving portion of each pixel. Thereby, the shading which generate
- a design example aiming at further miniaturization is provided for the portion in which the requirement is relaxed.
- Examples 1 to 5 (EX1 to EX5) listed here are numerical examples corresponding to the first to fifth embodiments, respectively, and are optical configuration diagrams showing the first to fifth embodiments. (FIGS. 1, 3, 5, 7, and 9) respectively show the lens configurations, optical paths, and the like of the corresponding Examples 1 to 5.
- the back focus fB represents the distance from the image side surface of the parallel plate PT to the image plane IM.
- Examples 1 to 5 are aberration diagrams of Examples 1 to 5 (EX 1 to 5), where (A) is spherical aberration (mm), and (B) is astigmatism ( mm) and (C) show distortion aberration (%), and (D) and (E) show meridional coma aberration (mm).
- the solid line is for the d line (wavelength 587.56 nm)
- the short broken line is for the C line (wavelength 656.28 nm)
- the long broken line is for the g line (wavelength 435.84 nm).
- Each aberration is shown.
- the amount of spherical aberration with respect to each wavelength is represented by the amount of deviation in the optical axis AX direction from the paraxial image plane, and the vertical axis represents the F value.
- the four-dot chain line T represents the meridional image plane with respect to the d-line
- the solid line S represents the sagittal image plane with respect to the d-line by the amount of deviation in the optical axis AX direction from the paraxial image plane.
- the vertical axis represents the image height Y ′.
- the horizontal axis represents the distortion with respect to the d-line
- the vertical axis represents the image height Y ′.
- the coma aberration diagrams (D) and (E) show the amount of meridional coma for each wavelength at each image height Y ′.
- the image height Y ′ corresponds to half the diagonal length of the imaging surface SS of the imaging element SR.
- the imaging lens LN (FIG. 1) according to the first exemplary embodiment includes, in order from the object side, the aperture stop ST, the positive first lens L1, the negative second lens L2, the positive third lens L3, and the positive first lens L3.
- 4 lens L4 and the negative 5th lens L5 are comprised, and all the lens surfaces are aspherical surfaces.
- the first lens L1 is a biconvex positive lens
- the second lens L2 is a negative meniscus lens concave on the image side
- the third lens L3 is biconvex.
- the fourth lens L4 is a positive meniscus lens convex to the image side
- the fifth lens L5 is a biconcave negative lens.
- the imaging lens LN (FIG. 3) of Embodiment 2 includes, in order from the object side, the aperture stop ST, the positive first lens L1, the negative second lens L2, the positive third lens L3, and the positive first lens L3.
- 4 lens L4 and the negative 5th lens L5 are comprised, and all the lens surfaces are aspherical surfaces.
- the first lens L1 is a biconvex positive lens
- the second lens L2 is a negative meniscus lens concave on the image side
- the third lens L3 is biconvex.
- the fourth lens L4 is a positive meniscus lens convex to the image side
- the fifth lens L5 is a biconcave negative lens.
- the imaging lens LN (FIG. 5) of Embodiment 3 includes, in order from the object side, the aperture stop ST, the positive first lens L1, the negative second lens L2, the positive third lens L3, and the positive first lens L3.
- 4 lens L4 and the negative 5th lens L5 are comprised, and all the lens surfaces are aspherical surfaces.
- the first lens L1 is a biconvex positive lens
- the second lens L2 is a negative meniscus lens concave on the image side
- the third lens L3 is on the object side.
- the fourth lens L4 is a positive meniscus lens convex to the image side
- the fifth lens L5 is a biconcave negative lens.
- the imaging lens LN (FIG. 7) of Example 4 includes, in order from the object side, the aperture stop ST, the positive first lens L1, the negative second lens L2, the positive third lens L3, and the positive first lens L3.
- 4 lens L4 and the negative 5th lens L5 are comprised, and all the lens surfaces are aspherical surfaces.
- the first lens L1 is a biconvex positive lens
- the second lens L2 is a negative meniscus lens concave on the image side
- the third lens L3 is biconvex.
- the fourth lens L4 is a positive meniscus lens convex to the image side
- the fifth lens L5 is a biconcave negative lens.
- the imaging lens LN (FIG. 9) of Example 5 includes, in order from the object side, the aperture stop ST, the positive first lens L1, the negative second lens L2, the positive third lens L3, and the positive first lens L3.
- 4 lens L4 and the negative 5th lens L5 are comprised, and all the lens surfaces are aspherical surfaces.
- the first lens L1 is a biconvex positive lens
- the second lens L2 is a negative meniscus lens concave on the image side
- the third lens L3 is biconvex.
- the fourth lens L4 is a positive meniscus lens convex to the image side
- the fifth lens L5 is a biconcave negative lens.
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Description
本発明は、撮像レンズに関するものである。更に詳しくは、被写体の映像を撮像素子（例えば、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型イメージセンサ，ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子）で取り込む撮像光学装置と、それを搭載した画像入力機能付きデジタル機器と、撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する小型の撮像レンズと、に関するものである。
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を用いた撮像光学装置が携帯端末に搭載されるようになり、その携帯端末の普及の増大に伴って、より高画質の画像が得られるよう、高画素数を持つ撮像素子を使用した撮像光学装置が搭載されたものが市場に供給されるようになってきている。また、従来の高画素数を持つ撮像素子は大型化を伴っていたが、近年、画素の高細化が進み、撮像素子は小型化されるようになってきている。そして、高細化された撮像素子に使用される撮像レンズには、高細化された画素に対応するために高い解像力が要求される。
レンズの解像力はＦ値により限界があり、Ｆ値の小さい明るいレンズの方が高解像力を得ることができるため、明るい撮像レンズが要求されている。一方、撮像光学装置の更なる小型化を達成するために、撮像レンズの全長を更に小さくすることも要求されている。パワー配置やレンズの厚み・空気間隔の工夫で撮像レンズを小型化することには限界があるため、近年、撮像レンズの焦点距離を短くした広角レンズを用いることで、光学系の全長を小さくする試みがされようになってきた。このような用途の撮像レンズとして、３枚構成又は４枚構成のレンズに比べ高性能化が可能であるという理由から、５枚構成の撮像レンズが提案されている。
この５枚構成の撮像レンズとしては、物体側より順に、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、で構成された撮像レンズが、特許文献１や特許文献２に開示されている。
しかしながら、上記特許文献１に記載の撮像レンズでは、第２レンズと第３レンズとの間隔が小さく、第２レンズから射出した光束が十分発散しないまま第３レンズに入射するため、第２レンズで発生するコマ収差を十分に補正することができない。また、上記特許文献２に記載の撮像レンズでは、第３レンズの物体側の曲率が小さくなっており、軸外光束で発生するコマ収差を十分に補正することができない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、全長を短縮しつつ諸収差が良好に補正された、Ｆ値の明るい５枚構成の撮像レンズを提供することにある。
ここで、小型の撮像レンズの尺度であるが、本発明では以下の式（Ａ１）を満たすレベルの小型化を目指している。式（Ａ１）を満たすことにより、撮像光学装置全体の小型軽量化が可能となる。
Ｌ／２Ｙ’＜０．９６ …（Ａ１）
ただし、
Ｌ：撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離、
２Ｙ’：撮像素子の撮像面対角線長（例えば、固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長）、
であり、ここで、像側焦点とは撮像レンズに光軸と平行な平行光線が入射した場合の像点をいう。なお、撮像レンズの最も像側の面と像側焦点位置との間に、光学的ローパスフィルタ，赤外線カットフィルタ，固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板が配置される場合には、平行平板部分は空気換算距離としたうえで上記Ｌの値を計算するものとする。
Ｌ／２Ｙ’＜０．９６ …（Ａ１）
ただし、
Ｌ：撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離、
２Ｙ’：撮像素子の撮像面対角線長（例えば、固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長）、
であり、ここで、像側焦点とは撮像レンズに光軸と平行な平行光線が入射した場合の像点をいう。なお、撮像レンズの最も像側の面と像側焦点位置との間に、光学的ローパスフィルタ，赤外線カットフィルタ，固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板が配置される場合には、平行平板部分は空気換算距離としたうえで上記Ｌの値を計算するものとする。
上記式（Ａ１）が規定している範囲のなかでも、より望ましくは以下の式（Ａ２）の範囲が良い。
Ｌ／２Ｙ’＜０．９２ …（Ａ２）
Ｌ／２Ｙ’＜０．９２ …（Ａ２）
また、近年急速にスマートフォンやタブレット端末が普及してきており、それに搭載される撮像光学装置にもより一層の小型化の要求が高まってきている。そこで、上記式（Ａ１）又は（Ａ２）を満足した撮像レンズを搭載した撮像光学装置としては、高さ５．０ｍｍ以下、より望ましくは高さ４．５ｍｍ以下を目指している。
上記目的を達成するために、第１の発明の撮像レンズは、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、絞りと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第３レンズと、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズと、負の屈折力を有し両凹形状の第５レンズと、から成り、前記第５レンズの像側面が、光軸を含む断面内において接線が光軸に対して垂直になる点を光軸との交点以外に有し、以下の条件式（１）～（４）を満足することを特徴とする。
０．８＜ｆ／ｆ１＜１．３０ …（１）
０．５＜ｆ４／ｆ１＜０．９０ …（２）
０．６＜ｄ４／ｄ３＜２．０ …（３）
０．８０＜Ｒ３＿１／ｆ＜２．２０ …（４）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ４：第４レンズの焦点距離、
ｄ３：第２レンズの軸上厚さ、
ｄ４：第２レンズと第３レンズとの間の軸上空気間隔、
Ｒ３＿１：第３レンズの物体側面の光軸上での曲率半径、
である。
０．８＜ｆ／ｆ１＜１．３０ …（１）
０．５＜ｆ４／ｆ１＜０．９０ …（２）
０．６＜ｄ４／ｄ３＜２．０ …（３）
０．８０＜Ｒ３＿１／ｆ＜２．２０ …（４）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ４：第４レンズの焦点距離、
ｄ３：第２レンズの軸上厚さ、
ｄ４：第２レンズと第３レンズとの間の軸上空気間隔、
Ｒ３＿１：第３レンズの物体側面の光軸上での曲率半径、
である。
第２の発明の撮像レンズは、上記第１の発明において、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする。
０．７３＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．５０ …（５）
ただし、
ｆ＿１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。
０．７３＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．５０ …（５）
ただし、
ｆ＿１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。
第３の発明の撮像レンズは、上記第１又は第２の発明において、前記第３レンズの像側面が周辺部に負のパワーを有することを特徴とする。
第４の発明の撮像レンズは、上記第１～第３のいずれか１つの発明において、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする。
０．２５＜ｆ４／ｆ３＜０．８ …（６）
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、
である。
０．２５＜ｆ４／ｆ３＜０．８ …（６）
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、
である。
第５の発明の撮像レンズは、上記第１～第４のいずれか１つの発明において、前記第３レンズの物体側面は、光軸との交点から周辺部に移動するに従って正の曲率が増大することを特徴とする。
第６の発明の撮像レンズは、上記第１～第５のいずれか１つの発明において、以下の条件式（７）を満足することを特徴とする。
２０＜ν１－ν２＜７０ …（７）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数、
ν２：第２レンズのアッベ数、
である。
２０＜ν１－ν２＜７０ …（７）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数、
ν２：第２レンズのアッベ数、
である。
第７の発明の撮像レンズは、上記第１～第６のいずれか１つの発明において、以下の条件式（８）を満足することを特徴とする。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ …（８）
ただし、
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ …（８）
ただし、
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
第８の発明の撮像光学装置は、上記第１～第７のいずれか１つの発明に係る撮像レンズと、撮像面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の撮像面上に被写体の光学像が形成されるように前記撮像レンズが設けられていることを特徴とする。
第９の発明のデジタル機器は、上記第８の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。
第１０の発明のデジタル機器は、上記第９の発明において、携帯端末であることを特徴とする。
本発明の構成を採用することにより、全長を短縮しつつ諸収差が良好に補正された、Ｆ値の明るい５枚構成の撮像レンズと、それを備えた撮像光学装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像光学装置を携帯電話，携帯情報端末等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となる。
以下、本発明に係る撮像レンズ等を説明する。本発明に係る撮像レンズは、撮像素子の撮像面（例えば、固体撮像素子の光電変換部）に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、絞りと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第３レンズと、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズと、負の屈折力を有し両凹形状の第５レンズと、から成り、前記第５レンズの像側面が、光軸を含む断面内において接線が光軸に対して垂直になる点を光軸との交点以外に有し、以下の条件式（１）～（４）を満足することを特徴としている。
０．８＜ｆ／ｆ１＜１．３０ …（１）
０．５＜ｆ４／ｆ１＜０．９０ …（２）
０．６＜ｄ４／ｄ３＜２．０ …（３）
０．８０＜Ｒ３＿１／ｆ＜２．２０ …（４）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ４：第４レンズの焦点距離、
ｄ３：第２レンズの軸上厚さ、
ｄ４：第２レンズと第３レンズとの間の軸上空気間隔、
Ｒ３＿１：第３レンズの物体側面の光軸上での曲率半径、
である。
０．８＜ｆ／ｆ１＜１．３０ …（１）
０．５＜ｆ４／ｆ１＜０．９０ …（２）
０．６＜ｄ４／ｄ３＜２．０ …（３）
０．８０＜Ｒ３＿１／ｆ＜２．２０ …（４）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ４：第４レンズの焦点距離、
ｄ３：第２レンズの軸上厚さ、
ｄ４：第２レンズと第３レンズとの間の軸上空気間隔、
Ｒ３＿１：第３レンズの物体側面の光軸上での曲率半径、
である。
小型で収差の良好に補正された撮像レンズを得るために、本発明の基本構成は、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第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、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第４レンズと、負の屈折力を有し両凹形状の第５レンズと、から成っている。このレンズ構成は、物体側より順に、第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ及び第４レンズから成る正パワーのレンズ群と、負パワーの第５レンズと、でいわゆるテレフォトタイプの配置になっているため（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）、撮像レンズ全長の小型化には有利な構成である。さらに、５枚構成のうち２枚以上を負レンズとすることで、発散作用を有する面を多くしてペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保した撮像レンズを得ることが可能となる。また、第５レンズを両凹形状とすることで、第５レンズの負の屈折力を強く設定することができ、上述のテレフォトタイプの全長短縮効果をより高めることができる。
絞りを撮像レンズ系の最も物体側に配置することにより、入射瞳と撮像面との距離が近づきすぎず、良好なテレセントリック性能を実現することが可能となる。第４レンズを像側に凸面を向けたメニスカス形状とすることにより、負のパワーを持つ第２レンズで発生するコマ収差が補正しやすくなる。また、最も像側に配置された第５レンズの像側面を非球面とすることで、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。さらに、光軸との交点以外の位置に変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。ここで「変曲点」とは、有効半径内でのレンズ断面形状の曲線において、非球面上の接平面が光軸と垂直な平面となるような非球面上の点のことである。また、本発明において、各面の光軸付近のパワーの符号は、光学的な有効領域でベストフィット球面を取った時の球面の符号によって決めている。つまり、軸上のパワーだけでなく、軸外まで有効領域をみたときにベストフィットする球面として、例えば、そのときの形状が凹面であれば負の面としている。
条件式（１）は、光学系全体の焦点距離と第１レンズの焦点距離との比を規定するものである。条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズのパワーが大きくなるため、低背化に伴う軸上光束と軸外光束との光路長差を補正することが困難となり、像面湾曲が増大する。また、フォーカスに伴う像面湾曲変化が大きくなり、無限距離から近接距離に至るまで良好な性能を維持することが困難となる。条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズの焦点距離が大きくなるため、光学系の主平面から像面までの間隔を確保できず低背化が困難となる。さらに、絞りから離れた第３レンズ又は第４レンズのパワーが大きくなることにより、像面湾曲の増大を招く（例えば、像面がアンダー側に倒れる）おそれがある。
条件式（２）は、第１レンズと第４レンズとの焦点距離比を規定するものである。条件式（２）の上限を上回ると、第４レンズの軸上パワーが小さくなり、低像高と高像高とでの像面湾曲差を補正することが困難となる。条件式（２）の下限を下回ると、第４レンズのパワーが大きくなることにより、アンダー側に倒れる像面湾曲や軸外像高における非点収差の増大を招くことになる。
条件式（３）は、第２レンズと第３レンズとの空気間隔を規定するものである。条件式（３）の上限を上回ると、第２レンズと第３レンズとの間隔が大きくなって、第３レンズの物体側面上での軸外光の光束幅が小さくなるため、第２レンズで発生するコマ収差を十分に補正することができなくなる。条件式（３）の下限を下回ると、第２レンズと第３レンズとの間隔が小さくなって、第２レンズから収束光として射出する軸外光束の第３レンズの物体側面上での光束幅が大きくなるため、第２レンズで発生するコマ収差が過剰に補正されてしまう。
条件式（４）は、第３レンズの物体側面の曲率半径と光学系全体の焦点距離との比を規定するものである。条件式（４）の上限を上回ると、第３レンズの物体側面の曲率半径が大きくなり、第２レンズによる軸外光束の跳ね上げによって生じるコマ収差の補正が困難となる。条件式（４）の下限を下回ると、第３レンズの物体側面の曲率半径が小さくなり、フォーカスに伴って軸外光束の入射位置が変化したときの像面湾曲変化が大きくなるため、幅広い物体距離で良好な性能を実現することが困難となる。
上記特徴的構成によると、全長を短縮しつつ諸収差が良好に補正された、Ｆ値の明るい５枚構成の撮像レンズ及びそれを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。そして、その撮像光学装置を携帯電話，携帯情報端末等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となり、そのコンパクト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能，小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
以下の条件式（１ａ）～（４ａ）のうちの少なくとも１つを満たすことが望ましい。
１．００＜ｆ／ｆ１＜１．２５ …（１ａ）
０．７＜ｆ４／ｆ１＜０．８５ …（２ａ）
０．９＜ｄ４／ｄ３＜１．４ …（３ａ）
０．９５＜Ｒ３＿１／ｆ＜１．６ …（４ａ）
これらの条件式（１ａ）～（４ａ）は、前記条件式（１）～（４）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（１ａ）～（４ａ）のうちの少なくとも１つを満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
１．００＜ｆ／ｆ１＜１．２５ …（１ａ）
０．７＜ｆ４／ｆ１＜０．８５ …（２ａ）
０．９＜ｄ４／ｄ３＜１．４ …（３ａ）
０．９５＜Ｒ３＿１／ｆ＜１．６ …（４ａ）
これらの条件式（１ａ）～（４ａ）は、前記条件式（１）～（４）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（１ａ）～（４ａ）のうちの少なくとも１つを満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
０．７３＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．５０ …（５）
ただし、
ｆ＿１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。
０．７３＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．５０ …（５）
ただし、
ｆ＿１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。
条件式（５）は、第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離と第３レンズとの焦点距離比を規定するものである。条件式（５）の上限を上回ると、第３レンズのパワーが強くなり、フォーカスに伴って軸外光束の入射位置が変化したときの像面湾曲変化が大きくなる。条件式（５）の下限を下回ると、第３レンズのパワーが弱くなり、第２レンズで発生するコマ収差を補正することが困難となる。
以下の条件式（５ａ）を満足することが更に望ましい。
０．８５＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．３０ …（５ａ）
この条件式（５ａ）は、前記条件式（５）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（５ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
０．８５＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．３０ …（５ａ）
この条件式（５ａ）は、前記条件式（５）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（５ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
前記第３レンズの像側面が周辺部に負のパワーを有することが望ましい。第３レンズの像側面の周辺部が負のパワーを有することにより、軸外光束を第２レンズと第３レンズとの２段階で跳ね上げることが可能となる。これは光学系の低背化に有効である。また、負のパワーを分担することができるため、発生する収差量（例えばコマ収差）を抑制することが可能となる。
以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
０．２５＜ｆ４／ｆ３＜０．８ …（６）
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、
である。
０．２５＜ｆ４／ｆ３＜０．８ …（６）
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、
である。
条件式（６）は、第３レンズと第４レンズとの焦点距離比を規定するものである。条件式（６）の上限を上回ると、第３レンズの軸上パワーが大きくなり、周辺部で軸外光束を跳ね上げる作用を持つことが困難になる。このため、光束を発散させる作用は主に第２レンズが担うことになり、コマ収差の増大を招くおそれがある。条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズの軸上パワーが小さくなり、低背化を図るためには、第４レンズの軸上パワーを大きくする必要が生じる。このため、第４レンズの軸上と周辺部との局所的なパワー変動が大きくなり、フォーカシングに伴って光束が第４レンズに入射する位置が変化した時の性能劣化が大きくなる。例えば、像面湾曲が大きくなって性能が低下したり、コマ収差が発生してＭＴＦ(Modulation Transfer Function)が小さくなったりする。
以下の条件式（６ａ）を満足することが更に望ましい。
０．２８＜ｆ４／ｆ３＜０．５０ …（６ａ）
この条件式（６ａ）は、前記条件式（６）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（６ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
０．２８＜ｆ４／ｆ３＜０．５０ …（６ａ）
この条件式（６ａ）は、前記条件式（６）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（６ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
前記第３レンズの物体側面は、光軸との交点から周辺部に移動するに従って正の曲率が増大することが望ましい。つまり、第３レンズの物体側面は、光軸から離れるほど（すなわち周辺部ほど）正の曲率が増大することが望ましい。このように第３レンズの物体側面の曲率を設定することにより、低背化のために軸外光束を跳ね上げることによって発生するコマ収差を良好に補正することができる。
以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
２０＜ν１－ν２＜７０ …（７）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数、
ν２：第２レンズのアッベ数、
である。
２０＜ν１－ν２＜７０ …（７）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数、
ν２：第２レンズのアッベ数、
である。
条件式（７）は、撮像レンズ全系の色収差を良好に補正する上で好ましい条件範囲を規定している。条件式（７）の下限を上回ることで、軸上色収差や倍率色収差等の色収差をバランス良く補正することができる。一方、条件式（７）の上限を下回ることで、入手しやすい硝材でレンズ系を構成することができる。
以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ …（８）
ただし、
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ …（８）
ただし、
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
条件式（８）は、撮像レンズ全系の色収差，像面湾曲を良好に補正する上で好ましい条件範囲を規定している。条件式（８）の下限を上回ることで、比較的分散の大きな第２レンズの屈折力を適度に維持することができ、色収差や像面湾曲を良好に補正することができる。一方、条件式（８）の上限を下回ることで、入手しやすい硝材でレンズ系を構成することができる。
以下の条件式（８ａ）を満足することが更に望ましい。
１．６０＜ｎ２＜２．００ …（８ａ）
この条件式（８ａ）は、前記条件式（８）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（８ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
１．６０＜ｎ２＜２．００ …（８ａ）
この条件式（８ａ）は、前記条件式（８）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（８ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
レンズは全てプラスチック材料で形成されていることが望ましい。つまり、撮像レンズはレンズとしてプラスチックレンズのみを有することが望ましい。近年では、固体撮像素子を含む撮像光学装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さいものが開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、全系の焦点距離を比較的に短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。したがって、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、全てのレンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても安価に大量生産が可能となる。また、プラスチックレンズはプレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑えることができ、その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。
本発明に係る撮像レンズは、画像入力機能付きデジタル機器（例えば携帯端末）用の撮像レンズとしての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像を形成する撮像レンズと、その撮像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。そして、撮像素子の受光面（すなわち撮像面）上に被写体の光学像が形成されるように、前述した特徴的構成を有する撮像レンズが配置されることにより、小型・低コストで高い性能を有する撮像光学装置やそれを備えたデジタル機器を実現することができる。
画像入力機能付きデジタル機器の例としては、デジタルカメラ，ビデオカメラ，監視カメラ，車載カメラ，テレビ電話用カメラ等のカメラが挙げられ、また、パーソナルコンピュータ，携帯端末（例えば、携帯電話，モバイルコンピュータ等の小型で携帯可能な情報機器端末），これらの周辺機器（スキャナー，プリンター等），その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
図１１に、画像入力機能付きデジタル機器の一例として、デジタル機器ＤＵの概略構成例を模式的断面で示す。図１１に示すデジタル機器ＤＵに搭載されている撮像光学装置ＬＵは、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像（像面）ＩＭを形成する撮像レンズＬＮ（ＡＸ：光軸）と、平行平板ＰＴ（撮像素子ＳＲのカバーガラス；必要に応じて配置される光学的ローパスフィルタ，赤外カットフィルタ等の光学フィルタ等に相当する。）と、撮像レンズＬＮにより受光面（撮像面）ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲと、を備えている。この撮像光学装置ＬＵで画像入力機能付きデジタル機器ＤＵを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置ＬＵをデジタル機器ＤＵの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
撮像レンズＬＮは、前述したように、物体側より順に第１～第５レンズＬ１～Ｌ５から成る単焦点の５枚構成から成り、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に光学像ＩＭを形成する構成になっている。撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ型イメージセンサ，ＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。撮像レンズＬＮは、撮像素子ＳＲの光電変換部である受光面ＳＳ上に被写体の光学像ＩＭが形成されるように設けられているので、撮像レンズＬＮによって形成された光学像ＩＭは、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。
デジタル機器ＤＵは、撮像光学装置ＬＵの他に、信号処理部１，制御部２，メモリ３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像素子ＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ３（半導体メモリ，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される（例えば携帯電話の通信機能）。制御部２はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能（静止画撮影機能，動画撮影機能等），画像再生機能等の機能の制御；フォーカシングのためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部２により撮像光学装置ＬＵに対する制御が行われる。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子ＳＲによって変換された画像信号あるいはメモリ３に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン（例えばレリーズボタン），操作ダイヤル（例えば撮影モードダイヤル）等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部２に伝達する。
次に、第１～第５の実施の形態を挙げて、撮像レンズＬＮの具体的な光学構成を説明する。図１，図３，図５，図７，図９に、無限遠合焦状態にある撮像レンズＬＮの第１～第５の実施の形態を、光路と共に光学断面でそれぞれ示す。第ｊレンズＬｊは物体側からｊ番目に位置するレンズであり、撮像レンズＬＮの像側に配置されている平行平板ＰＴは、光学的ローパスフィルタ，ＩＲカットフィルタ，固体撮像素子のシールガラス等を想定したものである。撮像レンズＬＮを構成している全てのレンズ面は非球面であり、全てのレンズはプラスチック材料を光学材料として想定している。また、オートフォーカスやマクロ切り替え機能等での焦点位置合わせを、第１レンズＬ１から第５レンズＬ５までを一体で移動させて行う全体フォーカスを想定している。
第１～第５の実施の形態の撮像レンズＬＮでは、物体側から、開口絞りＳＴ，正の第１レンズＬ１，負の第２レンズＬ２，正の第３レンズＬ３，正の第４レンズＬ４及び負の第５レンズＬ５の順に配置されている。いずれも、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３は物体側に凸面を向けた形状を有しており、第４レンズＬ４は像側に凸面を向けたメニスカス形状を有しており、第５レンズＬ５は両凹形状を有している。
第５レンズの像側面は、光軸ＡＸを含む断面内において接線が光軸ＡＸに対して垂直になる点を光軸ＡＸとの交点以外に有している。つまり、第５レンズの像側面は、光軸ＡＸとの交点以外の位置に変曲点を有する非球面から成っている。また、撮像レンズＬＮにおいて最も物体側には開口絞りＳＴが配置されている。開口絞りＳＴをレンズ系の最も物体側に配置することにより、入射瞳と撮像面ＳＳとの距離が近づきすぎず、良好なテレセントリック性能を実現することが可能となる。
ところで、近年、撮像光学装置を低コストかつ大量に実装する方法として、予め半田がポッティングされた基板に対し、ＩＣ(Integrated Circuit)チップやその他の電子部品と光学素子とを載置したままリフロー処理(加熱処理)を行い、半田を溶融させることにより電子部品と光学素子とを基板に同時実装するという技術が提案されている。
このようなリフロー処理を用いて実装を行うためには、電子部品と共に光学素子を約２００～２６０度に加熱する必要がある。しかし、このような高温下では熱可塑性樹脂を用いたレンズは熱変形しあるいは変色して、その光学性能が低下してしまうという問題点がある。このような問題を解決するための方法のひとつとして、耐熱性能に優れたガラスモールドレンズを使用し、小型化と高温環境での光学性能を両立する技術が提案されているが、熱可塑性樹脂を用いたレンズよりもコストが高いため、撮像光学装置の低コスト化の要求に応えられないという問題がある。
撮像レンズの材料にエネルギー硬化性樹脂を用いた場合（ここで、エネルギー硬化性樹脂とは、熱硬化性樹脂及び紫外線硬化性樹脂のいずれをも指すものとする。）、ポリカーボネイト系やポリオレフィン系のような熱可塑性樹脂を用いた場合に比べると、撮像レンズが高温に曝されたときの光学性能の低下が小さいため、リフロー処理に有効である。しかも、ガラスモールドレンズよりも製造しやすく安価になるため、撮像レンズを組み込んだ撮像光学装置の低コスト化と量産性の向上との両立が可能となる。したがって、本発明に係る撮像レンズＬＮに用いるプラスチックレンズとして、エネルギー硬化性樹脂で形成したものを用いてもよい。
上述した各実施の形態や後述する各実施例では、固体撮像素子の撮像面に入射する光束の主光線入射角が、撮像面周辺部において必ずしも十分に小さい設計にはなっていない。しかし、最近の技術では、固体撮像素子の色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列の見直しによって、シェーディングを軽減することができるようになってきている。具体的には、撮像素子の撮像面の画素ピッチに対し、色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定すれば、撮像面の周辺部にいくほど各画素に対し色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側へシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。これにより固体撮像素子で発生するシェーディングを小さく抑えることができる。後述する各実施例では、前記要求が緩和された分について、より小型化を目指した設計例となっている。
以下、本発明を実施した撮像レンズの構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１～５（ＥＸ１～５）は、前述した第１～第５の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１～第５の実施の形態を表す光学構成図（図１，図３，図５，図７，図９）は、対応する実施例１～５のレンズ構成，光路等をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号，曲率半径ｒ（ｍｍ），軸上面間隔ｔ（ｍｍ），ｄ線（波長：５８７．５６ｎｍ）に関する屈折率ｎｄ，ｄ線に関するアッベ数ｖｄ，有効半径（ｍｍ）を示す。面番号に＊が付された面は非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＡＳ）で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ－ｎ＝×１０－ｎである。
…（ＡＳ）
ただし、
ｈ：Ｘ軸（光軸ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ（ｈ２＝Ｙ２＋Ｚ２）、
Ｘ：高さｈの位置での光軸ＡＸ方向のサグ量（面頂点基準）、
Ｒ：基準曲率半径（曲率半径ｒに相当する。）、
Ｋ：円錐定数、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
である。
ｈ：Ｘ軸（光軸ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ（ｈ２＝Ｙ２＋Ｚ２）、
Ｘ：高さｈの位置での光軸ＡＸ方向のサグ量（面頂点基準）、
Ｒ：基準曲率半径（曲率半径ｒに相当する。）、
Ｋ：円錐定数、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
である。
各種データとして、全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ），バックフォーカス（ｆＢ，ｍｍ），Ｆナンバー（Ｆ），撮像素子ＳＲの撮像面ＳＳの対角線長（２Ｙ’，ｍｍ；Ｙ’：最大像高），入射瞳位置（ＥＮＴＰ，第１面から入射瞳位置までの距離，ｍｍ），射出瞳位置（ＥＸＴＰ，撮像面ＳＳから射出瞳位置までの距離，ｍｍ），前側主点位置（Ｈ１，第１面から前側主点位置までの距離，ｍｍ），後側主点位置（Ｈ２，最終面から後側主点位置までの距離，ｍｍ）を示す。バックフォーカスｆＢは、平行平板ＰＴの像側面から像面ＩＭまでの距離を表すものとする。さらに、単レンズデータとして各レンズ（Ｌｊ，ｊ＝１～５）の焦点距離（ｍｍ）を示す。また、表１に各実施例の条件式対応値を示す。
図２，図４，図６，図８，図１０は、実施例１～５（ＥＸ１～５）の収差図であり、（Ａ）は球面収差（ｍｍ）、（Ｂ）は非点収差（ｍｍ）、（Ｃ）は歪曲収差（％）、（Ｄ）と（Ｅ）はメリディオナルコマ収差（ｍｍ）を示している。収差図（Ａ），（Ｄ），（Ｅ）において、実線はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、短い破線はＣ線（波長６５６．２８ｎｍ）、長い破線はｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）に対する収差量をそれぞれ表している。
球面収差図（Ａ）では、各波長に対する球面収差量をそれぞれ近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量で表しており、縦軸はＦ値を表している。非点収差図（Ｂ）では、四点鎖線Ｔがｄ線に対するメリディオナル像面、実線Ｓがｄ線に対するサジタル像面を、それぞれ近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量で表しており、縦軸は像高Ｙ’を表している。歪曲収差図（Ｃ）では、横軸がｄ線に対する歪曲を表しており、縦軸が像高Ｙ’を表している。コマ収差図（Ｄ），（Ｅ）では、各像高Ｙ’での各波長に対するメリディオナルコマ収差量を示している。なお、像高Ｙ’は、撮像素子ＳＲの撮像面ＳＳの対角線長の半分に相当する。
実施例１の撮像レンズＬＮ（図１）は、物体側から順に、開口絞りＳＴと、正の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、から構成されており、レンズ面は全て非球面である。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は両凸の正レンズであり、第２レンズＬ２は像側に凹の負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凸の正レンズであり、第４レンズＬ４は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第５レンズＬ５は両凹の負レンズである。
実施例２の撮像レンズＬＮ（図３）は、物体側から順に、開口絞りＳＴと、正の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、から構成されており、レンズ面は全て非球面である。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は両凸の正レンズであり、第２レンズＬ２は像側に凹の負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凸の正レンズであり、第４レンズＬ４は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第５レンズＬ５は両凹の負レンズである。
実施例３の撮像レンズＬＮ（図５）は、物体側から順に、開口絞りＳＴと、正の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、から構成されており、レンズ面は全て非球面である。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は両凸の正レンズであり、第２レンズＬ２は像側に凹の負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は物体側に凸の平凸レンズであり、第４レンズＬ４は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第５レンズＬ５は両凹の負レンズである。
実施例４の撮像レンズＬＮ（図７）は、物体側から順に、開口絞りＳＴと、正の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、から構成されており、レンズ面は全て非球面である。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は両凸の正レンズであり、第２レンズＬ２は像側に凹の負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凸の正レンズであり、第４レンズＬ４は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第５レンズＬ５は両凹の負レンズである。
実施例５の撮像レンズＬＮ（図９）は、物体側から順に、開口絞りＳＴと、正の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、から構成されており、レンズ面は全て非球面である。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は両凸の正レンズであり、第２レンズＬ２は像側に凹の負メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凸の正レンズであり、第４レンズＬ４は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第５レンズＬ５は両凹の負レンズである。
ＤＵ デジタル機器
ＬＵ 撮像光学装置
ＬＮ 撮像レンズ
Ｌ１～Ｌ５ 第１～第５レンズ
ＳＴ 開口絞り（絞り）
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面（撮像面）
ＩＭ 像面（光学像）
ＡＸ 光軸
１ 信号処理部
２ 制御部
３ メモリ
４ 操作部
５ 表示部
ＬＵ 撮像光学装置
ＬＮ 撮像レンズ
Ｌ１～Ｌ５ 第１～第５レンズ
ＳＴ 開口絞り（絞り）
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面（撮像面）
ＩＭ 像面（光学像）
ＡＸ 光軸
１ 信号処理部
２ 制御部
３ メモリ
４ 操作部
５ 表示部
Claims (10)
- 撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側より順に、絞りと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第３レンズと、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズと、負の屈折力を有し両凹形状の第５レンズと、から成り、前記第５レンズの像側面が、光軸を含む断面内において接線が光軸に対して垂直になる点を光軸との交点以外に有し、以下の条件式（１）～（４）を満足する撮像レンズ；
０．８＜ｆ／ｆ１＜１．３０ …（１）
０．５＜ｆ４／ｆ１＜０．９０ …（２）
０．６＜ｄ４／ｄ３＜２．０ …（３）
０．８０＜Ｒ３＿１／ｆ＜２．２０ …（４）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ４：第４レンズの焦点距離、
ｄ３：第２レンズの軸上厚さ、
ｄ４：第２レンズと第３レンズとの間の軸上空気間隔、
Ｒ３＿１：第３レンズの物体側面の光軸上での曲率半径、
である。 - 以下の条件式（５）を満足する請求項１記載の撮像レンズ；
０．７３＜ｆ＿１２／ｆ３＜１．５０ …（５）
ただし、
ｆ＿１２：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
である。 - 前記第３レンズの像側面が周辺部に負のパワーを有する請求項１又は２記載の撮像レンズ。
- 以下の条件式（６）を満足する請求項１～３のいずれか１項に記載の撮像レンズ；
０．２５＜ｆ４／ｆ３＜０．８ …（６）
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、
である。 - 前記第３レンズの物体側面は、光軸との交点から周辺部に移動するに従って正の曲率が増大する請求項１～４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
- 以下の条件式（７）を満足する請求項１～５のいずれか１項に記載の撮像レンズ；
２０＜ν１－ν２＜７０ …（７）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数、
ν２：第２レンズのアッベ数、
である。 - 以下の条件式（８）を満足する請求項１～６のいずれか１項に記載の撮像レンズ；
１．６０＜ｎ２＜２．１０ …（８）
ただし、
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
である。 - 請求項１～７のいずれか１項に記載の撮像レンズと、撮像面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の撮像面上に被写体の光学像が形成されるように前記撮像レンズが設けられている撮像光学装置。
- 請求項８記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたデジタル機器。
- 携帯端末である請求項９記載のデジタル機器。
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