JP5904208B2

JP5904208B2 - 撮像レンズ，撮像光学装置及びデジタル機器

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Publication number: JP5904208B2
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Inventors: 田中　宏明; 宏明田中
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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。

近年、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の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。そ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。このような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、従来のようにＦ２．８程度のＦ値では十分な性能が得られなくなってきている。そこで、高画素化・高細化・小型化された撮像素子に適した、Ｆ２程度の明るい撮像レンズが求められるようになってきた。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大口径比化及び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、前群，開口絞り及び後群から成り、前群が正又は負の屈折力を有する第１レンズと正の屈折力を有する第２レンズとで構成され、後群が負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レンズと負又は正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及び特許文献２に開示されている。また、４枚構成の撮像レンズとしては、物体側より順に、前群，開口絞り及び後群から成り、前群が負の屈折力を有する第１レンズと正の屈折力を有する第２レンズとで構成され、後群が負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レンズとで構成された撮像レンズが、特許文献３に開示されている。

特開２００７−２７９２８２号公報特開２００６−２９３０４２号公報特開２００７−３２２８４４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の撮像レンズは、前群が球面系で構成されているためＦ２程度に明るくすると、球面収差やコマ収差の補正が不十分となり、良好な性能を確保できなくなる。また、前群及び後群とも正の屈折力を有する構成であるため、後群が負の屈折力を有するテレフォトタイプのような構成に比べ、光学系の主点位置が像側になりバックフォーカスが長くなる。このため、小型化には不利なタイプである。

また、上記特許文献２に記載の撮像レンズは、Ｆ２程度の明るさを有しているが、開口絞りの物体側に配置される第１レンズ及び第２レンズともに正の屈折力を有する構成であるため、前群での色補正が不十分である。さらに、特許文献１に記載のものとと同様に、前群及び後群とも正の屈折力を有する構成であるとともに、最終レンズも正レンズであるため、小型化には不利なタイプである。

さらに、上記特許文献３に記載の撮像レンズは、Ｆ２程度の明るさを有しているが、４枚構成であるため収差補正が不十分である。したがって、高画素化に適した撮像レンズとは言いがたい。

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、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、Ｆ２．０程度の明るい５枚構成の撮像レンズを提供することにある。

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、物体側に凸面を向けた正の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けた正の第２レンズと、負の第３レンズと、正の第４レンズと、負の第５レンズと、から成り、以下の条件式（１）及び（４）を満足することを特徴とする。
０＜ｆ１／ｆ２＜１．２６ …（１）
１．４１≦ｆ１／ｆ＜３．０ …（４）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
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（２）を満足することを特徴とする。
−４．０＜ｆ３／ｆ＜−１．１ …（２）
ただし、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。

第３の発明の撮像レンズは、上記第１または第２の発明において、前記第３レンズが像側に凹面を向けてい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（３）を満足することを特徴とする。
１．４１＜ｆ２／ｆ＜１０．０ …（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
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、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする。
１５＜νｄ３＜３１ …（５）
ただし、
νｄ３：第３レンズのｄ線に対するアッベ数、
である。

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、前記第５レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が弱くなり、変曲点を有し、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする。
０．０５＜Ｔ５／ｆ＜０．２ …（６）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
Ｔ５：第５レンズの光軸上の厚み、
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、レンズが全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする。

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、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、Ｆ２．０程度の明るい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。

第１の実施の形態（実施例１）の光学構成図。実施例１の収差図。第２の実施の形態（実施例２）の光学構成図。実施例２の収差図。第３の実施の形態（実施例３）の光学構成図。実施例３の収差図。第４の実施の形態（実施例４）の光学構成図。実施例４の収差図。第５の実施の形態（実施例５）の光学構成図。実施例５の収差図。第６の実施の形態（実施例６）の光学構成図。実施例６の収差図。第７の実施の形態（実施例７）の光学構成図。実施例７の収差図。撮像レンズを搭載したデジタル機器の概略構成例を示す模式図。

以下、本発明に係る撮像レンズ等を説明する。本発明の撮像レンズは、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、物体側に凸面を向けた正の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けた正の第２レンズと、負の第３レンズと、正の第４レンズと、負の第５レンズと、から成り、以下の条件式（１）及び（４）を満足することを特徴としている。
０＜ｆ１／ｆ２＜１．２６ …（１）
１．４１≦ｆ１／ｆ＜３．０ …（４）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。

小型で明るく更に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、正の第１レンズと、開口絞りと、正の第２レンズと、負の第３レンズと、正の第４レンズと、負の第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，開口絞り，第２レンズ，第３レンズ及び第４レンズから成る正レンズ群と、負の第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、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、開口絞りを第１レンズと第２レンズとの間に配置することで、像側光束のテレセントリック性を確保することが可能となり、倍率色収差及び歪曲収差の発生を抑制することが可能となる。さらに、第１レンズの物体側面を凸形状、第２レンズの像側面を凸形状とすることで、絞り前後での対称性を確保することができ、倍率色収差や歪曲収差を適切に補正することが可能となる。

条件式（１）は、第１レンズと第２レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、絞り前後のパワー配置を最適化し（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）、全長の短縮化と収差補正を適切に達成するための条件式である。条件式（１）の下限を上回ることで、第１レンズの焦点距離が第２レンズの焦点距離に対して相対的に短くなりすぎるのを防ぎ、絞り前後の対称性を保つことで、像面湾曲がアンダーに大きく倒れたり、歪曲収差が大きくマイナス（樽型）になったりするのを防ぐことができる。一方、条件式（１）の上限を下回ることで、第１レンズの焦点距離が第２レンズの焦点距離に対して相対的に長くなりすぎるのを防ぎ、絞り前後の対称性を保つことで、像面湾曲が大きくオーバーに倒れたり、歪曲収差が大きくプラス（糸巻き型）になったりするのを防ぐことができる。さらに、レンズ全長の短縮化も達成可能となる。
条件式（４）は、第１レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像レンズ全長の短縮化と適切な収差補正を達成するための条件式である。条件式（４）の上限を下回ることで、第１レンズの正パワーが小さくなりすぎるのを防ぐことができ、第１レンズから第４レンズの合成主点をより物体側に配置することができ、撮像レンズ全長の短縮化が達成できる。一方、条件式（４）の下限を上回ることで、第１レンズで発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。

以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−４．０＜ｆ３／ｆ＜−１．１ …（２）
ただし、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。

条件式（２）は、第３レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像レンズ全長の短縮化と良好な収差補正とを達成するための条件式である。条件式（２）の上限を上回ると、第３レンズの負のパワーが強くなりすぎて、撮像レンズ全長を短縮化するのが困難になる。また、第３レンズで高次の球面収差やコマ収差が発生してしまう。条件式（２）の下限を下回ると、第３レンズの負のパワーが弱くなりすぎて、ペッツバール和の補正が困難となり、画面周辺部での結像性能が劣化してしまう。

上記本願発明の特徴的構成によると、従来タイプより小型でありながらも諸収差が良好に補正された、Ｆ２．０程度の明るい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）を満足することが更に望ましい。
０．３＜ｆ１／ｆ２＜１．１ …（１ａ）
この条件式（１ａ）は、前記条件式（１）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）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（４ａ）を満足することが更に望ましい。
１．４１≦ｆ１／ｆ＜２．５ …（４ａ）
この条件式（４ａ）は、前記条件式（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（４ａ）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（２ａ）を満足することが更に望ましい。
−３．０＜ｆ３／ｆ＜−１．３ …（２ａ）
この条件式（２ａ）は、前記条件式（２）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（２ａ）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レンズが像側に凹面を向けていることが望ましい。第３レンズの像側面を凹面とすることで、倍率色収差やペッツバール和の補正を容易に行うことが可能となる。

以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
１．４１＜ｆ２／ｆ＜１０．０ …（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。

条件式（３）は、第２レンズの焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像レンズ全長の短縮化と適切な収差補正を達成するための条件式である。条件式（３）の上限を下回ることで、第２レンズの正パワーが小さくなりすぎるのを防ぐことができ、第１レンズから第４レンズの合成主点をより物体側に配置することができ、撮像レンズ全長の短縮化が達成できる。一方、条件式（３）の下限を上回ることで、第２レンズで発生する高次の球面収差やコマ収差を抑えることができる。

以下の条件式（３ａ）を満足することが更に望ましい。
１．５＜ｆ２／ｆ＜６．０ …（３ａ）
この条件式（３ａ）は、前記条件式（３）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（３ａ）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。
１５＜νｄ３＜３１ …（５）
ただし、
νｄ３：第３レンズのｄ線に対するアッベ数、
である。

条件式（５）は、第３レンズの分散を適切な範囲に設定することにより、軸上色収差と倍率色収差を適切に補正するための条件式である。条件式（５）の下限を下回った場合、軸上色収差は十分に補正可能であるが、周辺光束で発生する倍率色収差は大きくなって補正困難となる。一方、条件式（５）の上限を上回った場合、周辺光束の倍率色収差は抑えることが可能であるが、軸上色収差は補正しきれなくなる。

以下の条件式（５ａ）を満足することが更に望ましい。
１７＜νｄ３＜２７ …（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５レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が弱くなり、変曲点を有し、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
０．０５＜Ｔ５／ｆ＜０．２ …（６）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
Ｔ５：第５レンズの光軸上の厚み、
である。

第５レンズの像側面を、光軸から周辺に行くに従って負の屈折力が弱くなり、また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。また、第４レンズの像側面は、レンズ周辺部で過度に負の屈折力を弱くする必要がなくなり、軸外収差を良好に補正することが可能となる。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、非球面頂点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。

条件式（６）は、第５レンズの軸上厚みを適切な範囲に設定することにより、撮像レンズの像面性を適切に達成するための条件式である。第５レンズは、光軸付近での屈折力と周辺での屈折力とが他レンズと比べて大きく異なるため、軸上厚みの像面湾曲に対する影響が大きい。条件式（６）の上限を下回ることで、像面湾曲がオーバー側に倒れるのを防ぐことができる。一方、条件式（６）の下限を上回ることで、像面湾曲がアンダー側に倒れるのを防ぐことができる。したがって、条件式（６）を満たすことにより、撮像レンズの像面性がオーバー側やアンダー側に倒れすぎるのを防ぐことができる。

以下の条件式（６ａ）を満足することが更に望ましい。
０．０７＜Ｔ５／ｆ＜０．１８ …（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。

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１５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１５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７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更に詳しく説明する。図１，図３，図５，図７，図９，図１１，図１３に、無限遠合焦状態にある撮像レンズＬＮの第１〜第７の実施の形態を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７の実施の形態の撮像レンズＬＮでは、物体側から、正の第１レンズＬ１，開口絞りＳＴ，正の第２レンズＬ２，負の第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は物体側に凸面を向け、第２レンズＬ２は像側に凸面を向け、第３レンズＬ３は像側に凹面を向けている。また、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。

ところで、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、全てのレンズをプラスチックレンズで構成すると、周囲温度が変化した際に、撮像レンズ全系の像点位置が変動してしまうという問題をかかえることになる。しかし最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させると、プラスチック材料が受ける温度変化の影響を小さくできることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じて透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすれば、散乱が実質的に発生しないようにすることができるのである。

また、プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消し合うように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が２０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料とすることができる。例えば、アクリル樹脂に酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）の微粒子を分散させることにより、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。

本発明に係る撮像レンズＬＮでは、比較的屈折力の大きな正レンズ（例えば、第１レンズＬ１，第４レンズＬ４）、又はすべてのレンズ（第１〜第５レンズＬ１〜Ｌ５）に、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズＬＮ全系の温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。

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１〜７（ＥＸ１〜７）は、前述した第１〜第７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７の実施の形態を表す光学構成図（図１，図３，図５，図７，図９，図１１，図１３）は、対応する実施例１〜７のレンズ構成をそれぞれ示している。なお、実施例７は、本発明に属さない実施例である。

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ｄ（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。

各種データとして、撮像レンズ全系の焦点距離（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），レンズ全長（ＴＬ，ｍｍ），半画角（ω，°）を示し、さらに単レンズデータとして各レンズの焦点距離（ｍｍ）を示す。ただし、ここで使っているバックフォーカスｆＢは平行平板ＰＴの像側面から像面ＩＭまでの距離であり、レンズ全長ＴＬはレンズ最前面から像面ＩＭまでの距離である。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，図１２，図１４は、実施例１〜７（ＥＸ１〜７）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（％）を示している。球面収差図（Ａ）において、実線はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する球面収差量、破線はｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）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）において、破線Ｍはｄ線に対するメリディオナル像面、実線Ｓは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’（ｍｍ）を表している。歪曲収差図（Ｃ）において、横軸はｄ線に対する歪曲を表しており、縦軸は像高Ｙ’（ｍｍ）を表している。なお、最大像高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、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凹の負レンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

実施例２の撮像レンズＬＮ（図３）は、物体側から順に、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は両凸の正レンズであり、第３レンズＬ３は両凹の負レンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

実施例３の撮像レンズＬＮ（図５）は、物体側から順に、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は両凸の正レンズであり、第３レンズＬ３は両凹の負レンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

実施例４の撮像レンズＬＮ（図７）は、物体側から順に、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凹の負レンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

実施例５の撮像レンズＬＮ（図９）は、物体側から順に、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は像側に凸の正メニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凹の負レンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

実施例６の撮像レンズＬＮ（図１１）は、物体側から順に、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は両凸の正レンズであり、第３レンズＬ３は像側に凹の負メニスカスレンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

実施例７の撮像レンズＬＮ（図１３）は、物体側から順に、正の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、負の第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り、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には開口絞りＳＴが配置されている。近軸の面形状で各レンズを見た場合、第１レンズＬ１は物体側に凸の正メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は両凸の正レンズであり、第３レンズＬ３は像側に凹の負メニスカスレンズであり、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は像側に凹の負メニスカスレンズである。

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

Claims

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、物体側に凸面を向けた正の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けた正の第２レンズと、負の第３レンズと、正の第４レンズと、負の第５レンズと、から成り、以下の条件式（１）及び（４）を満足することを特徴とする撮像レンズ；
０＜ｆ１／ｆ２＜１．２６ …（１）
１．４１≦ｆ１／ｆ＜３．０ …（４）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ；
−４．０＜ｆ３／ｆ＜−１．１ …（２）
ただし、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
前記第３レンズが像側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ。
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像レンズ；
１．４１＜ｆ２／ｆ＜１０．０ …（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
である。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像レンズ；
１５＜νｄ３＜３１ …（５）
ただし、
νｄ３：第３レンズのｄ線に対するアッベ数、
である。
前記第５レンズの像側面が非球面形状を有し、その中心では負の屈折力を持ち、周辺に向かうに従い負の屈折力が弱くなり、変曲点を有し、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像レンズ；
０．０５＜Ｔ５／ｆ＜０．２ …（６）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、
Ｔ５：第５レンズの光軸上の厚み、
である。
レンズが全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
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ことを特徴とする撮像光学装置。
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ことを特徴とするデジタル機器。
携帯端末であることを特徴とする請求項９記載のデジタル機器。