JP5607223B1 - 広角レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】諸収差が良好に補正されており、かつ光学長が短く、しかも十分なバックフォーカスが確保されている広角レンズを提供する。
【解決手段】第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄及び第5レンズL₅を具え、物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄及び第5レンズL₅の順に配列されて構成されている。第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、第4レンズL₄は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、及び第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズである。
【選択図】図１

Description

この発明は広角レンズに関し、例えば、車載用カメラ（後方監視用、ドライビングレコーダー用等）、監視用カメラ、ドアホーン用カメラ、会議用カメラ等の固体撮像素子(solid-state image sensor)を利用したコンパクトな撮像装置に適用して好適な広角レンズに関する。

上述の用途に供して好適な広角レンズは、従来から数多く提案されおり、例えば、複数枚の単レンズを組み合わせたレンズ系として構成された広角レンズが知られている。コンパクトな撮像装置を形成するためには装着される広角レンズもコンパクトであることが求められるので、組み合わせられる単レンズの数は少ない方が望ましい。しかしながら、組み合わせ枚数が少ないほど形成される画像の品質は低下するので、必要とされる組み合わせ枚数は必要とされる画像品質が勘案されて決められる。

多くの用途で利用可能である広角レンズは、画像品質に対する要求を考慮し、軽量でコンパクト化、低コスト化を図るという観点から総合的に勘案すると、組み合わせ枚数は5枚以内とすることが相当である。

ここで、広角レンズとは、標準レンズあるいは望遠レンズとよばれる撮像レンズに対して、より広い画角で与えられる撮像範囲をカバーする撮像レンズを意味する。一般に、広角レンズ、標準レンズ、望遠レンズという区分けは、画角、用途等を基準とした厳密な定義が与えられているわけではなく絶対的な区分けではない。従って、ここで、広角レンズと表記される撮像レンズは、撮像可能範囲が広ければ広いほど望ましいとされる対象に搭載されることを意図して作製される撮像レンズであるということを意味するに過ぎない。最近は、監視用あるいは車載用の撮像装置に装着されるレンズとして、画角が180°を超える広角レンズの需要が増えている。

上述の撮像装置に装着される広角レンズにおいては、その光学長（optical length）が短い必要がある。すなわち、広角レンズを構成するに当たって、広角レンズの焦点距離に対する光学長の比を小さくする工夫が必要である。ここで、光学長とは、広角レンズの物体側（被写体側）の入射面から結像面（固体撮像素子の受光面）までの距離として定義される長さをいう。以後、焦点距離に対する光学長の比が小さい広角レンズを、コンパクトな広角レンズといい、コンパクトな広角レンズを実現することを、広角レンズをコンパクト化するということもある。

また、広角レンズには、像の歪みが視覚を通じて意識されず、かつCCDイメージセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)等の受光面にマトリックス状に並んでいる光を検知する最小単位の素子（「画素」ともいう。）の集積密度から要請される十分な程度に小さく諸収差が補正されていることが当然に要請される。すなわち、広角レンズは、諸収差が良好に補正されている必要がある。以下、このように諸収差が良好に補正された画像を「良好な画像」ということもある。

5枚の構成レンズからなる、小型の固体撮像素子を利用した撮像装置に用いて好適な広角レンズが開示されている(例えば、特許文献1参照)。この広角レンズは、全5枚の単レンズのうち、物体側から1番目に配列される第1レンズに対して、d線における屈折率が1.52996以下の素材と規定しているため、屈折率の高い樹脂や硝子材を採用できず、諸収差を必要とされる程度まで補正することが難しい。

広角レンズは著しく異なる環境で使用される。例えば、車外に配置される場合、広角レンズの物体側に1枚目の構成レンズとして配置される第1レンズには、UV（紫外線）、酸性雨、砂埃、小石等のさまざまな、厳しい環境にさらされる。そのために、樹脂レンズでは、この環境に耐えられない場合が多いため、車外用カメラに搭載される広角レンズの第1レンズは硝子レンズが望ましい。

一方、車内に配置されるカメラに搭載されるレンズは、それほど過酷な環境には置かれないため、第１レンズは樹脂でもさしつかえない。

特開２００９-６３８７７号公報

一般に、第1レンズを硝子で設計する場合と、第1レンズを樹脂で設計する場合とでは、全てのレンズの曲率半径、面間隔、有効径、非球面係数等は同一の設計に出来ないため、2種類の異なったレンズ系となる。そのため、第1レンズを樹脂で設計したレンズ設計に基づいて、第1レンズを硝子素材とするレンズ系を設計するには、その設計のほとんどを生かせず、第2レンズ以降のレンズを新たに設計する必要がある。

上述したように、第1レンズを硝子素材で形成するか樹脂素材で形成するかは、その用途によって決定され、いずれの形態の広角レンズも等しい頻度で需要がある。そこで、硝子素材の第1レンズあるいは樹脂素材の第1レンズの交換のみで、第2〜第5レンズの形状等はそのまま同一として成立する広角レンズが実現されれば、第2〜第5レンズの金型を共用でき、生産ラインの一部を統一できる等、製造工程におけるコストの軽減に大きく寄与する。

この発明の発明者は、大きな需要が見込まれる画角が略190°を超える広角レンズを対象に鋭意検討した結果、広角レンズを構成する全5枚の単レンズのうち、物体側から3番目に配列される第3レンズを正の屈折力を有するレンズとすることによって、物体側から1番目に配列される第1レンズの有効口径を小さくすることが可能となり、効果的にコンパクト化が計られることを見出した。

物体側から1番目に配列される第1レンズの屈折率及びアッベ数を好適に規定することにより、第1レンズとして、硝子素材を採用しても、樹脂素材を採用しても、第2〜第5レンズの形状等はそのまま同一として、良好な画像が得られる広角レンズを設計することが可能であることを確認した。

また、物体側から1番目に配列される第1レンズの像側面の有効半径と曲率半径を好適に規定することにより、硝子の研磨加工を可能とし、第1レンズの低コスト化を実現した。

上述の理念に基づくこの発明の要旨によれば、以下の構成の広角レンズが提供される。

この発明による広角レンズは、物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄、及び第5レンズL₅の順に配列される。

第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズである。第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズである。第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズである。第4レンズは、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズである。第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズである。そして、第1レンズL₁はその両面が球面であり、第2レンズL₂、第3レンズL₃、第4レンズL₄、及び第5レンズL₅はその両面が非球面とされている。

また、以下の条件を満たす。
0.945≦ h₂/r₂ ≦0.949 (1)
1.49 ＜ n₁ ＜ 1.59 (2)
0.08≦ f/D ≦0.1 （3）
54 ≦ν₁ ≦ 65 （4）
193°＜ θ ＜ 220° （5）
ただし、
h₂: 前記第1レンズL₁の像側面の有効半径
r₂: 前記第1レンズL₁の像側面の曲率半径
n₁: 前記第1レンズL₁の素材のd線屈折率
f：5枚のレンズによって与えられる合成焦点距離
D：物体側の入射面から結像面までの距離
ν₁：前記第1レンズL1の素材のアッベ数
θ：画角
である。

第1レンズL₁を、光学ガラスを素材として形成し、第2レンズL₂、第3レンズL₃、第4レンズL₄、及び第5レンズL₅が光学樹脂を素材として形成される。あるいは、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、第4レンズL₄、及び第5レンズL₅が光学樹脂を素材として形成される。

第3レンズL₃を、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズとすることによって、第1レンズL₁の有効口径を小さくし、かつ光学長を短くすることが可能となる。

物体側から1番目に配列される第1レンズL₁の像側面の有効半径と曲率半径を、条件式(1)を満たすように設定することにより、硝子の研磨加工が可能となる。

この発明では、画角が略190°を超える広角レンズを対象とするが、シミュレーションの結果、上述の条件式(1)の下限を下回る（h₂/r₂が0.91を下回る）と、画角θが略190°を超える広角レンズを実現することが難しくなることを確かめた。また、条件式(5)で与えられる画角θの上限値である220°を超えると周辺光量比が中心部分と比較して小さくなり、実用的には画像の周辺部分が暗くなりすぎることを確かめた。また、上述の条件式(1)の上限を上回る（h₂/r₂が0.95を上回る）と、第1レンズL₁が硝子素材の場合、第1レンズL₁の像側面の曲率半径と有効半径の関係から面形状が半球に近くなり、研磨加工が不可能になる。

シミュレーションの結果、物体側から1番目に配列される第1レンズL₁の素材のd線屈折率n₁を1.49〜1.59の範囲と規定することにより、第1レンズL₁を硝子素材で形成しても、樹脂素材で形成しても、第2レンズL₂から第5レンズL₅までを同一のレンズ系とすることが可能となることを確かめた。

上述の条件式(2)の下限を下回る(n₁が1.49より小さい)と、画角θを広く取れなくなり、広角レンズとしての機能が損なわれる。また、上限を上回る(n₁が1.59より大きい)と、第1レンズL₁で発生する、諸収差を良好な画像が得られる程度まで補正することができなくなる。

また、光学長が短く、かつバックフォーカスは可能な限り長いコンパクトな広角レンズを提供するという目的を十分に達成するためには、上述の条件式(3) 0.08≦ f/D ≦0.1を満たすように構成するのが好適であることを、シミュレーション及び試作を繰り返して確かめた。

上述の条件式(3)の下限を下回る(f/Dが0.08より小さい)と、第5レンズL₅の像側面から撮像面までの距離として定義されるバックフォーカスを十分に確保するために、光学長を長くせざるを得なくなりコンパクト化が困難となる。また、上限を上回る(f/Dが0.1より大きい)と画角θを広く取れなくなり、広角レンズとしての機能が損なわれる。また、上限を上回ると、第5レンズL₅の像側面から撮像面までの距離として定義されるバックフォーカスを十分に確保することが困難となる。

すなわち、f/Dの大きさが0.1の上限を超えなければ、第5レンズL₅と固体撮像素子の結像面との間にカバーガラス、フィルター等の光学素子を挿入することが可能であり、また、f/Dの大きさが0.08を下回らなければ、緒収差を小さく抑えることが可能となり良好な画像を容易に得られる。

この発明の広角レンズは、上述したように、バックフォーカスが十分に確保されるので、固体撮像素子の受光面に対して入射する光線が、画像の中心部から周辺部に至るまでほぼ垂直に近い角度で入射する。したがって、シェーディング現象の発生を防止することも可能である。

更に、物体側から1番目に配列される第1レンズL₁の素材のアッベ数ν₁が条件式(4) 54 ≦ν₁ ≦ 65を満足するように設定すれば、色収差補正を十分に行え、良好な画像が得られることを、シミュレーション及び試作を繰り返すことによって確かめた。65を上回らず、かつ条件の下限値である54を下回らない大きさのアッベ数を持つレンズ素材を使用して第1レンズL₁を形成することによって波長の違いによる焦点位置のばらつき、すなわち軸上色収差を小さく抑えることが可能となり、良好な画像を得ることが容易となる。なお、下限値として示したアッベ数54及び上限値として示したアッベ数65は、それぞれ現状で商品として販売されており入手可能であるレンズ素材である。

以上、説明したように、本願発明によれば、光学長が短く、かつバックフォーカスは可能な限り長く、かつ良好な画像が得られる広角レンズが実現できる。例えば、後述するように、レンズの明るさを示す指標の一つであるF数が2.5程度と明るい特性を有しつつ、5枚構成と少ないレンズ枚数で構成されるコンパクトな広角レンズが実現できる。しかも、第1レンズL₁を硝子素材で形成しても、樹脂素材で形成しても、第2レンズL₂から第5レンズL₅までを同一のレンズ系とすることが可能となる。

この発明の広角レンズの断面図である。 実施例1の広角レンズの断面図である。 実施例1の広角レンズの色・球面収差図である。 実施例1の広角レンズの非点収差図である。 実施例1の広角レンズの歪曲収差図である。 実施例2の広角レンズの断面図である。 実施例2の広角レンズの色・球面収差図である。 実施例2の広角レンズの非点収差図である。 実施例2の広角レンズの歪曲収差図である。 実施例3の広角レンズの断面図である。 実施例3の広角レンズの色・球面収差図である。 実施例3の広角レンズの非点収差図である。 実施例3の広角レンズの歪曲収差図である。 実施例4の広角レンズの断面図である。 実施例4の広角レンズの色・球面収差図である。 実施例4の広角レンズの非点収差図である。 実施例4の広角レンズの歪曲収差図である。

以下、図1〜図17を参照して、この発明の実施例につき説明する。なお、レンズの断面を表す図は、この発明が理解できる程度に構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。また、以下に説明する数値的条件及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの実施例にのみ何等限定されるものではない。

図1はこの発明による広角レンズの構成図である。図1において定義されている面番号や面間隔等の記号は、図2、図6、図10、及び図14において共通して用いるものとする。

図においては、絞りの開口部を線分で示してある。これは、レンズ面から絞り面までの距離を定義するためには、絞り面と光軸との交点が明確に示されなければならないためである。

図1、図2、図6、図10、及び図14に示すレンズ構成図において、物体側から数えて第1、第2、第3、第4,及び第5番目に配置されるレンズを、それぞれ、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、第4レンズL₄、及び第5レンズL₅として、L₁、L₂、L₃、L₄、及びL₅で示す。また、図2、図6、図10、及び図14に示すレンズ構成図において、主要な光線を線分で示してあるが、第1レンズL₁のレンズ面r₁に光軸に対してもっとも大きな角度で入射する光線と光軸とのなす角が画角θの半分に当たる。第1〜第4実施例において、この光軸に対してもっとも大きな角度で入射する光線と光軸とのなす角が96.9°であり、従って画角は193.8°である。

結像面となる受光面を構成する固体撮像素子を10で示し、固体撮像素子10とレンズ系とを隔てるカバーガラスをCGで示し、及び開口絞りをSで示す。開口絞りSは厚さを無視できるものとし、開口絞りSを構成する面はr₇としてある。また、誤解の生じない範囲で、r_i（i=1, 2, 3, …,12）を、光軸上における曲率半径（軸上曲率半径）の値を意味する変数として用いるほか、レンズやカバーガラスあるいは撮像面を識別する記号（例えばr₁を第1レンズの物体側の面の意味に用いる等）としても用いる。

図1に示すr_i（i=1, 2, 3, …,12）及びd_i（i=1, 2, 3, …,12）等のパラメータは、以下に示す表1〜表4に具体的数値として与えてある。添え字iは、物体側から像側に向かって順に、各レンズの面番号あるいはレンズの厚みもしくはレンズ面間隔等に対応させて付したものである。
すなわち、
r_iは i番目の面の軸上曲率半径、
d_iは i番目の面からi＋1番目の面までの距離、
n_iは i番目の面とi＋1番目の面から成るレンズの素材の屈折率及び
ν_i は i番目の面とi＋1番目の面から成るレンズの素材のアッベ数
をそれぞれ示す。

光学長Dは、d₁〜d_９までを加算して更にバックフォーカスbfを加えた値である。バックフォーカスbfは、光軸上での第5レンズL₅の像側の面から撮像面までの距離である。ただし、バックフォーカスbfは、第5レンズL₅と撮像面との間に挿入されるカバーガラスCGを取り外して計測するものとする。すなわち、カバーガラスを挿入した状態と挿入しない状態とで、第5レンズL₅の像側の面から撮像面までの光学的距離（光路長:optical path length）を等しくするためには、幾何学的な距離（経路長：geometric length）を変えなければならない。すなわち、カバーガラスCGの屈折率が1より高いため、カバーガラスCGの存在する空間の光路長が経路長に比べて長くなるからである。どの程度長くなるかは、挿入するカバーガラスCGの屈折率と厚みで決まる。そこで、カバーガラスCGが存在するか否かにはかかわらない広角レンズ固有の値としてバックフォーカスbfを定義するために、カバーガラスを取り外して計測される値を用いることとした。

光学設計データは、表1〜表4のそれぞれの欄に面番号とともに示した。開口絞りSの面r₇、またカバーガラスCGの両面r₁₁及びr₁₂は、平面であるので、曲率半径を∞と表示している。また、軸上曲率半径の値r_i（i＝1, 2, 3, …,12）は、物体側に凸である場合を正の値、像側に凸である場合を負の値として示してある。

この発明で使用される非球面は、次の式で与えられる。
Z ＝ ch ² ／[1+ {1−(1+k)c ² h ² } ^＋1/2 ]＋A ₄ h ⁴ +A ₆ h ⁶ ＋A ₈ h ⁸
ただし、
Z ： 面頂点に対する接平面からの深さ
c ： 面の近軸的曲率
h ： 光軸からの高さ
k ： 円錐定数
A₄： 4次の非球面係数
A₆： 6次の非球面係数
A₈： 8次の非球面係数
表1〜表4において、非球面係数を示す数値は指数表示で与えてあり、例えば「e−1」は、「10の−1乗」を意味する。広角レンズの焦点距離fは、1.0 mmに規格化してある。

以下、図2〜図17を参照してそれぞれ実施例1〜4の広角レンズについて説明する。図2、図6、図10、及び図14は、実施例1〜4の広角レンズのそれぞれの構成の概略図を示す図である。

図3、図7、図11及び図15に示す色・球面収差曲線は、C線（波長656.3nmの光）、d線（波長587.6 nmの光）、e線（波長546.1 nmの光）、F線（波長486.1 nmの光）及びg線（波長435.8 nmの光）に対する収差値を示してある。屈折率は、d線（587.6 nmの光）における屈折率である。

図3、図7、図11及び図15では、縦軸の入射高hに対して、色・球面収差(mm単位)を横軸にとって示した。縦軸の入射高hは、Fナンバーに換算して示してある。Fナンバーが2.45の各実施例のレンズに対しては、縦軸の入射高h＝100％が、F＝2.45に対応する。

図4、図8、図12及び図16に示す非点収差曲線は、光軸からの距離（縦軸に像面内での光軸からの最大距離を100として百分率表示してある。）に対して、非点収差(mm単位)を横軸にとって示し、メリジオナル面とサジタル面とにおける収差（mm単位）を表示した。

図5、図9、図13及び図17に示す歪曲収差曲線は、光軸からの距離（縦軸に像面内での光軸からの最大距離を100として百分率表示してある。）に対して、歪曲収差（横軸に正接条件の不満足量を百分率表示してある。）を示している。

以下に、実施例1〜4の広角レンズを構成する単レンズの構成素材を示す。

実施例1においては、第1レンズL₁のレンズ素材に、クラウンガラスであるBSC7(株式会社オハラ(OHARA INC.)製)を用いた。第2レンズL₂のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48R(日本ゼオン株式会社(ZEON CORPORATION)製)を用いた。また、第3レンズL₃及び、第4レンズL₄のレンズ素材に、ポリカーボネート系プラスチックである光学樹脂AD5503(帝人株式会社（TEIJIN LIMITED）製)を用いた。第5レンズL₅のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。

実施例2においては、第1レンズL₁及び第2レンズL₂のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。また、第3レンズL₃及び、第4レンズL₄のレンズ素材に、ポリカーボネート系プラスチックである光学樹脂AD5503を用いた。第5レンズL₅のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。

実施例3においては、第1レンズL₁のレンズ素材に、アクリル系プラスチックである光学樹脂PMMA(Poly(methyl methacrylate))を用いた。第2レンズL₂のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。また、第3レンズL₃及び、第4レンズL₄のレンズ素材に、ポリカーボネート系プラスチックである光学樹脂AD5503を用いた。第5レンズL₅のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。

実施例4においては、第1レンズL₁のレンズ素材に、クラウンガラスであるBACD5(HOYA株式会社(HOYA CORPORATION)製)を用いた。第2レンズL₂のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。また、第3レンズL₃及び、第4レンズL₄のレンズ素材に、ポリカーボネート系プラスチックである光学樹脂AD5503を用いた。第5レンズL₅のレンズ素材に、シクロオレフィン系プラスチックである光学樹脂E48Rを用いた。

BSC7のd線に対する屈折率は1.51680、アッベ数は64.20であり、E48Rのd線に対する屈折率は1.53000、アッベ数は56.00であり、AD5503のd線に対する屈折率は1.58500、アッベ数は30.00であり、PMMAのd線に対する屈折率は1.49200、アッベ数は57.80であり、BACD5のd線に対する屈折率は1.58913、アッベ数は61.25であり、第5レンズL₅と固体撮像素子10との間には、カバーガラスCGが挿入されている。カバーガラスCGの素材は、d線に対する屈折率が1.51680、アッベ数が64.2である光学ガラスBK7である。これらフィルターの存在も前提として、以下に説明する諸収差を計算してある。

また、後述する実施例1〜4では、屈折率が1.51680で厚みが0.8118 mmのカバーガラスCGを挿入しているが、上述したように、物体側の入射面から結像面までの距離D及びバックフォーカスbfの値は、このカバーガラスCGを取り外して計測される値が用いられている。すなわち、物体側の入射面から結像面までの距離D及びバックフォーカスbfの値は、カバーガラスCGの厚みに相当する寸法を0.5352 mm(＝0.8118/1.51680)として求めている。

＜実施例1＞
図2に実施例1の広角レンズの断面図を示す。図2に示すように、実施例1の広角レンズは、物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄及び第5レンズL₅の順に配列されて構成されている。

第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、第4レンズは、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、及び第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズであり、第2レンズL₂,第3レンズL₃、第4レンズL₄, 及び第5レンズL₅の両面が非球面とされている。

図2に示すように、実施例1の広角レンズは、焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスbfはカバーガラスCGを挿入した状態で2.2466 mmと、十分な長さに確保できている。

開放Fナンバーは2.45であり、広角レンズとして十分に明るい広角レンズが実現されている。

実施例1の広角レンズの特徴は以下のとおりである。
（A）h₂:第1レンズL₁の像側面の有効半径は表1に示すように、2.78mmである。
（B）r₂:第1レンズL₁の像側曲率半径は表1に示すように、2.9417mmである。
（C）第1レンズL₁の屈折率n₁は表1に示すように、1.5168である。
（D）合成焦点距離fは1.00 mmである。
（E）光学長Dは、図2に示すようにD＝11.348 mmである。
（F）ν₁：第1レンズL₁の素材のアッベ数は64.2である。
よって、
(1) h₂/r₂ ＝ 2.78/2.9417 ＝0.945
(2) n₁ ＝ 1.5168
(3) f/D ＝ 0.088
(4) ν₁ ＝ 64.20
(5) θ＝193.8°
となるので、実施例1の広角レンズは、以下の条件式(1)〜(5)のいずれをも満たしている。
0.945≦ h₂/r₂ ≦0.949 (1)
1.49 ＜ n₁ ＜ 1.59 (2)
0.08≦ f/D ≦0.1 （3）
54 ≦ ν₁ ≦ 65 （4）
193°＜ θ ＜ 220° （5）

図3に色・球面収差曲線（g線に対する収差曲線1-1、F線に対する収差曲線1-2、e線に対する収差曲線1-3、d線に対する収差曲線1-4及びC線に対する収差曲線1-5）を、図4に非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線1-6及びサジタル面に対する収差曲線1-7）を、図5に歪曲収差曲線1-8を、それぞれグラフによって示してある。

図3の収差曲線の縦軸は、入射高h(Fナンバー)を示しており、最大がF2.45に対応し、光軸からの距離の何％であるかで示している。横軸は、収差の大きさをmm単位で示している。また、図4〜図5の収差曲線収の縦軸は像高を示しており、100％、80％、60％、40％及び0％は、それぞれ、2.144 mm、1.643 mm、1.164 mm及び0.731 mm及び0 mmに対応している。

色・球面収差、非点収差及び歪曲収差は、図に示す通り、良好に補正されている。

また、レンズの明るさの指標となるF数は2.5である。また、以下に提示する実施例2〜4の広角レンズもそのF数は2.5である。

＜実施例2＞
図6に実施例2の広角レンズの断面図を示す。図6に示すように、実施例2の広角レンズは, 物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄及び第5レンズL₅の順に配列されて構成されている。

第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、第4レンズは、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、及び第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズであり、第2レンズL₂,第3レンズL₃、第4レンズL₄, 及び第5レンズL₅の両面が非球面とされている。

図6に示すように、実施例2の広角レンズは、焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスbfはカバーガラスCGを挿入した状態で2.2474 mmと、十分な長さに確保できている。

開放Fナンバーは2.45であり、広角レンズとして十分に明るい広角レンズが実現されている。

実施例2の広角レンズの特徴は以下のとおりである。
（A）h₂:第1レンズL₁の像側面の有効半径は表2に示すように、2.78mmである。
（B）r₂:第1レンズL₁の像側曲率半径は表2に示すように、2.9282mmである。
（C）第1レンズL₁の屈折率n₁は表2に示すように、1.5300である。
（D）合成焦点距離fは1.00 mmである。
（E）光学長Dは、図6に示すようにD＝11.349 mmである。
（F）ν₁：第1レンズL₁の素材のアッベ数は56.0である。
よって、
(1) h₂/r₂ ＝ 2.78/2.9282 =0.949
(2) n₁ ＝ 1.5300
(3) f/D ＝ 0.088
(4) ν₁ ＝ 56.0
(5) θ＝193.8°
となるので、実施例2の広角レンズは、以下の条件式(1)〜(5)のいずれをも満たしている。
0.945≦ h₂/r₂ ≦0.949 (1)
1.49 ＜ n₁ ＜ 1.59 (2)
0.08≦ f/D ≦0.1 （3）
54 ≦ ν₁ ≦ 65 （4）
193°＜ θ ＜ 220° （5）

図7に色・球面収差曲線（g線に対する収差曲線2-1、F線に対する収差曲線2-2、e線に対する収差曲線2-3、d線に対する収差曲線2-4及びC線に対する収差曲線2-5）を、図8に非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線2-6及びサジタル面に対する収差曲線2-7）を、図9に歪曲収差2-8を、それぞれグラフによって示してある。

図7の収差曲線の縦軸は、入射高h(Fナンバー)を示しており、最大がF2.45に対応し、光軸からの距離の何％であるかで示している。横軸は、収差の大きさをmm単位で示している。また、図8〜図9の収差曲線収の縦軸は像高を示しており、100％、80％、60％、40％及び0％は、それぞれ、2.204 mm、1.664 mm、1.171 mm及び0.733 mm及び0 mmに対応している。

色・球面収差、非点収差及び歪曲収差は、図に示す通り、良好に補正されている。

＜実施例3＞
図10に実施例3の広角レンズの断面図を示す。図10に示すように、実施例3の広角レンズは, 物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄及び第5レンズL₅の順に配列されて構成されている。

第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、第4レンズは、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、及び第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズであり、第2レンズL₂,第3レンズL₃、第4レンズL₄, 及び第5レンズL₅の両面が非球面とされている。

図10に示すように、実施例3の広角レンズは、焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスbfはカバーガラスCGを挿入した状態で2.2453 mmと、十分な長さに確保できている。

開放Fナンバーは2.45であり、広角レンズとして十分に明るい広角レンズが実現されている。

実施例3の広角レンズの特徴は以下のとおりである。
（A）h₂:第1レンズL₁の像側面の有効半径は表3に示すように、2.75mmである。
（B）r₂:第1レンズL₁の像側曲率半径は表3に示すように、2.90mmである。
（C）第1レンズL₁の屈折率n₁は表3に示すように、1.4920である。
（D）合成焦点距離fは1.00 mmである。
（E）光学長Dは、図10に示すようにD＝11.347 mmである。
（F）ν₁：第1レンズL₁の素材のアッベ数は57.8である。
よって、
(1) h₂/r₂ ＝ 2.75/2.90 ＝0.948
(2) n₁ ＝ 1.4920
(3) f/D ＝ 0.088
(4) ν₁ ＝ 57.8
(5) θ＝193.8°
となるので、実施例3の広角レンズは、以下の条件式(1)〜(5)のいずれをも満たしている。
0.945≦ h₂/r₂ ≦0.949 (1)
1.49 ＜ n₁ ＜ 1.59 (2)
0.08≦ f/D ≦0.1 （3）
54 ≦ ν₁ ≦ 65 （4）
193°＜ θ ＜ 220° （5）

図11に色・球面収差曲線（g線に対する収差曲線3-1、F線に対する収差曲線3-2、e線に対する収差曲線3-3、d線に対する収差曲線3-4及びC線に対する収差曲線3-5）を、図12に非点収差曲線（メリジオナル面3-6に対する収差曲線及びサジタル面に対する収差曲線3-7）を、図13に歪曲収差3-8を、それぞれグラフによって示してある。

図11の収差曲線の縦軸は、入射高h(Fナンバー)を示しており、最大がF2.45に対応し、光軸からの距離の何％であるかで示している。横軸は、収差の大きさをmm単位で示している。また、図12〜図13の収差曲線収の縦軸は像高を示しており、100％、80％、60％、40％及び0％は、それぞれ、2.107 mm、1.631 mm、1.161 mm及び0.730 mm及び0 mmに対応している。

色・球面収差、非点収差及び歪曲収差は、図に示す通り、良好に補正されている。

＜実施例4＞
図14に実施例4の広角レンズの断面図を示す。図14に示すように、実施例4の広角レンズは, 物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄及び第5レンズL₅の順に配列されて構成されている。

第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、第4レンズは、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、及び第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズであり、第2レンズL₂,第3レンズL₃、第4レンズL₄, 及び第5レンズL₅の両面が非球面とされている。

図14に示すように、実施例4の広角レンズは、焦点距離1.00 mmに対するバックフォーカスbfはカバーガラスCGを挿入した状態で2.2504 mmと、十分な長さに確保できている。

開放Fナンバーは2.45であり、広角レンズとして十分に明るい広角レンズが実現されている。

実施例4の広角レンズの特徴は以下のとおりである。
（A）h₂:第1レンズL₁の像側面の有効半径は表3に示すように、2.81mmである。
（B）r₂:第1レンズL₁の像側曲率半径は表3に示すように、2.97mmである。
（C）第1レンズL₁の屈折率n₁は表3に示すように、1.58913である。
（D）合成焦点距離fは1.00 mmである。
（E）光学長Dは、図14に示すようにD＝11.352 mmである。
（F）ν₁：第1レンズL₁の素材のアッベ数は61.25である。
よって、
(1) h₂/r₂ ＝ 2.81/2.97 ＝0.946
(2) n₁ ＝ 1.58913
(3) f/D ＝ 0.088
(4) ν₁ ＝ 61.25
(5) θ＝193.8°
となるので、実施例4の広角レンズは、以下の条件式(1)〜(5)のいずれをも満たしている。
0.945≦ h₂/r₂ ≦0.949 (1)
1.49 ＜ n₁ ＜ 1.59 (2)
0.08≦ f/D ≦0.1 （3）
54 ≦ ν₁ ≦ 65 （4）
193°＜ θ ＜ 220° （5）

図15に色・球面収差曲線（g線に対する収差曲線4-1、F線に対する収差曲線4-2、e線に対する収差曲線4-3、d線に対する収差曲線4-4及びC線に対する収差曲線4-5）を、図16に非点収差曲線（メリジオナル面に対する収差曲線4-6及びサジタル面に対する収差曲線4-7）を、図17に歪曲収差を、それぞれグラフによって示してある。

図15の収差曲線の縦軸は、入射高h(Fナンバー)を示しており、最大がF2.45に対応し、光軸からの距離の何％であるかで示している。横軸は、収差の大きさをmm単位で示している。また、図16〜図17の収差曲線収の縦軸は像高を示しており、100％、80％、60％、40％及び0％は、それぞれ、2.311 mm、1.701 mm、1.182 mm及び0.735 mm及び0 mmに対応している。

色・球面収差、非点収差及び歪曲収差は、図に示す通り、良好に補正されている。

＜実施例1〜4の広角レンズ＞
実施例1〜4のいずれの広角レンズにおいても、CCD等を撮像素子として用いる小型カメラに搭載するレンズに必要とされる性能が確保されていることが、試作を通じて明らかとなった。

以上説明したように、広角レンズの各構成レンズが条件式(1)〜(4)を満たすように設計することで、この発明が解決しようとする課題が解決する。すなわち、諸収差が良好に補正され、かつ広角レンズの焦点距離に対する光学長が短く、しかも十分なバックフォーカスが確保された広角レンズが得られる。

なお、上述した実施例において、第1レンズL₁、第2レンズL₂、及び第5レンズL5をシクロオレフィン系光学樹脂とし、第3レンズL₃,及び第4レンズL₄をポリカーボネート系光学樹脂という光学樹脂素材を用いたが、これ以外の光学樹脂素材はもとより、光学樹脂素材でなくとも、例えば、モールドガラス等でも、実施例等で説明した諸条件を満たす素材であればこの発明の広角レンズの構成単レンズの素材として利用できる。

因みに、携帯電話機等において、第5レンズL₅と固体撮像素子の受光面との間には、実施例に示したようなカバーガラスCGの他、赤外線カットフィルター等が挿入されるが、現状の技術ではこの第5レンズL₅と固体撮像素子の受光面との間隔を0.95 mm以上確保されていれば、これらの素子を挿入することができる。

実施例1及び実施例4の広角レンズは、第１レンズL₁が光学ガラスを素材として形成されているので、激しい暴風雨の中あるいは砂塵嵐の中等の過酷な状況下で使用することが想定される場合に好適な広角レンズでもある。

更に、実施例2及び実施例3の広角レンズは、第1レンズL₁の上述のような特殊な場合が要請されない場合に適用して好適な広角レンズであり、簡略な製造工程で製造可能であって製造コストの低廉化を図ることが可能な広角レンズである。

以上、説明したように、この発明の広角レンズによれば、諸収差が良好に補正され、光学長が短いにもかかわらず、良好な画像が得られ、バックフォーカスも十分に確保できる。従って、この発明の広角レンズは、携帯電話機、携帯型コンピュータ、携帯情報端末（PDA：personal digital assistants）、パーソナルコンピュータ等への画像入力装置、デジタルカメラ、検査装置に内蔵するカメラ用レンズ、画像認識機能を具えた玩具に内蔵するカメラ用レンズ、自動車に搭載されるカメラ用レンズ、監視、検査あるいは防犯機器等に内蔵するカメラ用レンズとして適用しても好適である。

10：固体撮像素子
CG：カバーガラス
S：開口絞り
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
r_i：i番目の面の光軸上曲率半径
d_i：i番目の面からi＋1番目の面までの距離
h_i：i番目の面の有効半径

Claims (6)

1. 物体側から像側に向かって、第1レンズL₁、第2レンズL₂、第3レンズL₃、開口絞りS、第4レンズL₄、及び第5レンズL₅の順に配列されており、
   前記第1レンズL₁は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、
   前記第2レンズL₂は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、
   前記第3レンズL₃は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズであり、
   前記第4レンズL₄は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズであり、
   及び前記第5レンズL₅は、正の屈折力を有するレンズであり、
   前記第1レンズL₁はその両面が球面であり、前記第2レンズL₂,前記第3レンズL₃、前記第4レンズL₄, 及び前記第5レンズL₅はその両面が非球面とされており、
   以下の条件を満たすことを特徴とする広角レンズ。
   0.945≦ h₂/r₂ ≦0.949 (1)
   1.49 ＜ n₁ ＜ 1.59 (2)
   0.08≦ f/D ≦0.1 （3）
   54 ≦ ν₁ ≦ 65 （4）
   193° ＜ θ ＜ 220° （5）
   ただし、
   h₂: 前記第1レンズL₁の像側面の有効半径
   r₂: 前記第1レンズL₁の像側面の曲率半径
   n₁: 前記第1レンズL₁の素材のd線屈折率
   f：5枚のレンズによって与えられる合成焦点距離
   D：物体側の入射面から結像面までの距離
   ν₁：前記第1レンズL₁の素材のアッベ数
   θ：画角
   である。
2. 前記第1レンズL₁は、光学ガラスを素材として形成されたレンズであり、
   前記第2レンズL₂は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第3レンズL₃は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第4レンズL₄は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第5レンズL₅は、光学樹脂を素材として形成されたレンズである
   ことを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
3. 前記第1レンズL₁は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第2レンズL₂は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第3レンズL₃は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第4レンズL₄は、光学樹脂を素材として形成されたレンズであり、
   前記第5レンズL₅は、光学樹脂を素材として形成されたレンズである
   ことを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
4. 前記第1レンズL₁は、クラウンガラスを素材として形成されたレンズであり、
   前記第2レンズL₂は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第3レンズL₃は、ポリカーボネート系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第4レンズL₄は、ポリカーボネート系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第5レンズL₅は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズである
   ことを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
5. 前記第1レンズL₁は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第2レンズL₂は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第3レンズL₃は、ポリカーボネート系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第4レンズL₄は、ポリカーボネート系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第5レンズL₅は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズである
   ことを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
6. 前記第1レンズL₁は、アクリル系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第2レンズL₂は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第3レンズL₃は、ポリカーボネート系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第4レンズL₄は、ポリカーボネート系プラスチックを素材として形成されたレンズであり、
   前記第5レンズL₅は、シクロオレフィン系プラスチックを素材として形成されたレンズである
   ことを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。

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