JP5720676B2

JP5720676B2 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP5720676B2
Application number: JP2012510655A
Authority: JP
Inventors: 佐野永悟
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: WO2011129319A1; JPWO2011129319A1; CN102472883B; US20130033637A1; US8867150B2; CN102472883A

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた小型の撮像レンズに関する。

近年、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化、小型化に伴い、かかる撮像装置を備えた携帯電話や携帯情報端末が普及しつつある。また、これらの撮像装置に搭載される撮像レンズには、さらなる小型化、高性能化への要求が高まっている。このような用途の撮像レンズとしては、３枚あるいは４枚構成のレンズに比べ高性能化が可能であると言うことで、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、物体側より順に正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、負の屈折力を有する第４レンズ、負の屈折力を有する第５レンズで構成された撮像レンズが開示されている（例えば特許文献１）。

また、物体側より順に負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、負の屈折力を有する第５レンズで構成された撮像レンズが開示されている（例えば特許文献２）。

しかしながら、上記特許文献１に記載の撮像レンズは、第１レンズから第３レンズで全系の屈折力のほとんどを担っており、第４レンズ及び第５レンズは屈折力の弱い像面補正レンズとしての効果しかない。したがって、特許文献１の撮像レンズは、収差補正が不十分であり、さらに、レンズ全長を短縮化すると性能の劣化による撮像素子の高画素化への対応が困難となるという問題がある。

また、上記特許文献２に記載の撮像レンズは、第１レンズと第２レンズとで構成される前群が球面系で構成されているため、球面収差やコマ収差の補正が不十分で良好な性能を確保できない。また、特許文献２の撮像レンズは、前群および第３レンズ以降の後群ともに正の屈折力を有する構成のため、光学系の主点位置が像側になってバックフォーカス（最後のレンズ面から像面までの距離）が長くなり、小型化には不利なタイプである。

特開２００７−２６４１８０号公報特開２００７−２７９２８２号公報

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、小型でありながら、諸収差が良好に補正された、５枚構成の撮像レンズを提供することを目的とする。

ここで、小型の撮像レンズの尺度であるが、本発明では、以下の条件式（９）を満たすレベルの小型化を目指している。
Ｌ／２Ｙ＜１．００ … （９）
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：固体撮像素子の撮像面対角線長（固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長）
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。この範囲を満たすことで、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。

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、または固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板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。

また、本発明は、より望ましくは、以下の条件式（９'）
Ｌ／２Ｙ＜０．９０ … （９'）
の範囲となるような撮像レンズを対象としている。

上記課題を解決するため、本発明に係る撮像レンズは、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、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、負の屈折力を有し像側に凹面を向けたメニスカス形状の第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、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第５レンズとを備える。ここで、第５レンズの像側面は、非球面形状であり、光軸との交点以外の位置に変曲点を有する。また、本発明の撮像レンズは、以下の条件式（１）、（２）及び（８）を満足する。
−０．６８≦ｆ５／ｆ＜−０．４ … （１）
０＜ｄ４５／ｆ＜０．０７ … （２）
０．１７≦ｄ９／ｆ＜０．２５ … （８）
ただし、
ｆ５：第５レンズの焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｄ４５：第４レンズと第５レンズとの光軸上の空気間隔
ｄ９：第５レンズの光軸上の厚み

上記撮像レンズは、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レンズからなる正レンズ群と、負の第５レンズとを配置する、いわゆるテレフォトタイプのレンズ構成とすることができる。このようなレンズ構成は、撮像レンズ全長の小型化にとって有利である。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。さらに、第２レンズをメニスカス形状とすることで、撮像レンズ全系の合成主点位置をより物体側へ配置し、かつ、第２レンズの像側面を強い発散面とすることができ、コマ収差や歪曲収差を補正しやすくしている。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、第５レンズの像側面を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。

上記条件式（１）は、第５レンズの焦点距離を適切に設定するとともに、撮像レンズ全長の短縮と収差補正とを両立させるための条件式である。条件式（１）の値が下限を上回ることで、第５レンズの屈折力が強くなりすぎず、撮像レンズ全長を短縮することができるとともに収差補正に有利となる。一方、条件式（１）の値が上限を下回ることで、第５レンズの屈折力を適度に維持することができバックフォーカスが長くなりすぎない。

上記条件式（２）については、その値が下限を上回ることで、第４レンズと第５レンズとが接近しすぎるのを防ぐことができ、迷光等を防止するための遮光部材を挿入するスペース（空間）を確保することができる。一方、上記条件式（２）の値が上限を下回ることで、第５レンズをより物体側へ配置することができ、バックフォーカスの確保や軸上色収差の補正に有利となる。
条件式（８）は、第５レンズの光軸上の厚みを適切に設定するための条件式である。条件式（８）の値が下限を上回ることで、第５レンズの厚みが薄くなりすぎず、成形性を損なわなない。一方、条件式（８）の値が上限を下回ることで、第５レンズの厚みが厚くなりすぎず、バックフォーカスを確保しやすくなる。

また、本発明の具体的な態様又は側面では、上記撮像レンズにおいて、以下の条件式（３）を満足する。
０．１０＜ｆ／ｆ３＜０．５０ … （３）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
この条件式（３）は、正レンズである第３レンズの焦点距離を適切に設定し、撮像レンズ全長の短縮と収差補正とを両立させるための条件式である。条件式（３）の値が下限を上回ることで、第３レンズの屈折力を適度に維持することができ、収差補正に有利となる。一方、条件式（３）の値が上限を下回ることで、第３レンズの屈折力が強くなりすぎず、撮像レンズ全長を短縮することができる。

本発明の別の側面では、以下の条件式（４）を満足する。
０．４５＜ｆ３４／ｆ＜０．７０ … （４）
ただし、
ｆ３４：第３レンズと第４レンズの合成焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
この条件式（４）は、上述の条件式（３）を満足する範囲で第３レンズと第４レンズの合成焦点距離とを適切に設定するための条件式である。条件式（４）の値が下限を上回ることで、第３レンズと第４レンズの合成焦点距離が短くなりすぎず、撮像レンズ全系の主点位置をより物体側へ配置することができるため、撮像レンズ全長を短縮することができる。また、第４レンズで発生するコマ収差や像面湾曲を小さく抑えることができる。一方、条件式（４）の値が上限を下回ることで、第３レンズと第４レンズの合成屈折力を適度に維持することができ、第２レンズで跳ね上げられた周辺光束をスムーズ（円滑）に第５レンズに導くことができるようになるため、像側テレセントリック特性が確保しやすくなる。

本発明のさらに別の側面では、以下の条件式（５）を満足する。
−２．５＜ｆ２３／ｆ＜−１．３ … （５）
ただし、
ｆ２３：第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
この条件式（５）は、第２レンズと第３レンズとの合成焦点距離を適切に設定するための条件式である。条件式（５）の値が上限を下回ることで、第２レンズと第３レンズとの負の合成焦点距離が必要以上に短くなりすぎず、撮像レンズ全系の主点位置をより物体側に配置することができ、撮像レンズ全長を短くすることができる。一方、条件式（５）の値が下限を上回ることで、第２レンズと第３レンズとの負の合成屈折力を適度に維持することができ、負の第２レンズと正の第３レンズとによって色収差補正を適切に行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、撮像レンズの開口絞りが、第１レンズと第２レンズとの間に配置されている。この場合、第１レンズの物体側面を通過する周辺マージナル光線の屈折角が大きくなりすぎず、撮像レンズの小型化と良好な収差補正とを両立することができる。

本発明のさらに別の側面では、第２レンズの像側面が、非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなる形状を持つ。この場合、周辺部で光線が過度に跳ね上げられることがなくなり、軸外諸収差を良好に補正した上で、周辺部での良好なテレセントリック特性を確保できる。

本発明のさらに別の側面では、以下の条件式（６）を満足する。
１５＜ν２＜３１ … （６）
ただし、
ν２：第２レンズのアッベ数
この条件式（６）は、第２レンズのアッベ数を適切に設定するための条件式である。条件式（６）の値が下限を上回ることで、第２レンズの分散を適度に大きくすることができ、第２レンズの屈折力を抑えつつ軸上色収差や倍率色収差などの色収差を良好に補正することができる。一方、条件式（６）の値が下限を上回ることで、入手しやすい材料で構成することができる。

本発明のさらに別の側面では、以下の条件式（７）を満足する。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ … （７）
ただし、
ｎ２：第２レンズの屈折率
この条件式（７）は、撮像レンズ全系の色収差、像面湾曲を良好に補正するための条件式である。条件式（７）の値が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、像面湾曲を良好に補正することができる。一方、条件式（７）の値が上限を下回ることで、入手しやすい材料で構成することができる。

本発明のさらに別の側面では、撮像レンズは、全てプラスチック材料で形成されている。このように、全てのレンズを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な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（保守）回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。

本発明のさらに別の側面では、撮像レンズは、上述の撮像レンズにおいて、実質的にパワーを持たないレンズをさらに有する。つまり、上述の撮像レンズのレンズ構成に、実質的にパワーを持たないダミーレンズを付与した場合でも本発明の適用範囲内である。

本発明の一実施形態の撮像レンズであって、実施例１の撮像レンズの断面図である。図２Ａ〜図２Ｅは、実施例１の撮像レンズの収差図である。実施例２の撮像レンズの断面図である。図４Ａ〜図４Ｅは、実施例２の撮像レンズの収差図である。実施例３の撮像レンズの断面図である。図６Ａ〜図６Ｅは、実施例３の撮像レンズの収差図である。実施例４の撮像レンズの断面図である。図８Ａ〜図８Ｅは、実施例４の撮像レンズの収差図である。実施例５の撮像レンズの断面図である。図１０Ａ〜図１０Ｅは、実施例５の撮像レンズの収差図である。実施例６の撮像レンズの断面図である。図１２Ａ〜図１２Ｅは、実施例６の撮像レンズの収差図である。

以下、図１等を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像レンズについて説明する。なお、図１で例示した撮像レンズ１０は、後述する実施例１の撮像レンズ１１と同一の構成となっている。

図１に示すように、実施形態の撮像レンズ１０は、固体撮像素子の光電変換部２０に被写体像を結像させるためのものであって、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１と、負の屈折力を有し像側に凹面を向けたメニスカス形状の第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第４レンズＬ４と、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第５レンズＬ５とを備える。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置されている。また、第５レンズＬ５の射出側すなわち像側には、平行平板Ｆと、固体撮像素子の光電変換部２０とが配置されており、光電変換部２０の撮像面Ｉ上には、撮像レンズ１０による結像が行われる。

より具体的説明すると、第１レンズＬ１は、両凸の非球面レンズである。第２レンズＬ２は、入射側すなわち物体側が凸で像側が凹の非球面メニスカスレンズである。第３レンズＬ３は、近軸域において物体側が比較的低い凸で像側が僅かに凹の非球面メニスカスレンズである。第４レンズＬ４は、物体側が比較的浅い凹で像側が凸の非球面メニスカスレンズである。第５レンズＬ５は、近軸域において物体側が比較的浅い凹で像側が凹の非球面レンズである。この第５レンズＬ５の像側面Ｓ５２は、光軸ＯＡとの交点以外の位置に変曲点ＩＰを有する。平行平板Ｆは、光学的ローパスフィルタや、ＩＲカットフィルタ、光電変換部２０のシールガラス等を想定したものである。

以上の撮像レンズ１０は、いわゆるテレフォトタイプのレンズ構成となっており、撮像レンズ１０全長の小型化にとって有利である。さらに、５枚構成のレンズＬ１〜Ｌ５のうち２枚のレンズＬ２，Ｌ５を負の屈折力とすることで、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できる。さらに、第２レンズＬ２をメニスカス形状とすることで、撮像レンズ１０の合成主点位置をより物体側へ配置し、かつ、第２レンズＬ２の像側面Ｓ２２を強い発散面とすることができ、コマ収差や歪曲収差を効果的に補正している。また、第５レンズＬ５の像側面Ｓ５２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、この第５レンズＬ５の非球面の像側面Ｓ５２を光軸ＯＡとの交点以外の位置に変曲点ＩＰを有するものとすることで、像側光束のテレセントリック特性が無理なく確保されている。

以上の撮像レンズ１０は、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
−０．６８≦ｆ５／ｆ＜−０．４ … （１）
０＜ｄ４５／ｆ＜０．０７ … （２）
ただし、
ｆ５：第５レンズＬ５の焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｄ４５：第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の光軸ＯＡ上の空気間隔
条件式（１）は、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５を適切に設定し、撮像レンズ１０全長の短縮と収差補正とを両立させるための条件式である。条件式（２）については、値ｄ４５／ｆが下限を上回ることで、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とが接近しすぎるのを防ぐことができ、迷光等を防止するための遮光部材を挿入するスペースを確保することができる。一方、値ｄ４５／ｆが上限を下回ることで、第５レンズＬ５をより物体側へ配置することができ、バックフォーカスの確保や軸上色収差の補正に有利となる。

撮像レンズ１０は、より望ましくは、上記条件式（１）及び（２）をより制限した下式（１'）及び（２'）を満足するものとする。
−０．６８≦ｆ５／ｆ＜−０．４５ … （１'）
０．０１＜ｄ４５／ｆ＜０．０６ … （２'）

以上の撮像レンズ１０は、さらに以下の条件式（３）を満足する。
０．１０＜ｆ／ｆ３＜０．５０ … （３）
ただし、
ｆ３：第３レンズＬ３の焦点距離
この条件式（３）は、正レンズである第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３を適切に設定し、撮像レンズ１０全長の短縮と収差補正を両立させるための条件式である。条件式（３）の値ｆ／ｆ３が下限を上回ることで、第３レンズＬ３の屈折力を適度に維持することができ、収差補正に有利となる。一方、条件式（３）の値ｆ／ｆ３が上限を下回ることで、第３レンズＬ３の屈折力が強くなりすぎず、撮像レンズ１０全長を短縮することができる。

撮像レンズ１０は、より望ましくは、上記条件式（３）をより制限した下式（３'）を満足するものとする。
０．１３＜ｆ／ｆ３＜０．４７ … （３'）
以上の撮像レンズ１０は、さらに以下の条件式（４）を満足する。
０．４５＜ｆ３４／ｆ＜０．７０ … （４）
ただし、
ｆ３４：第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離
この条件式（４）は、上述の条件式（３）を満足する範囲で第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との合成焦点距離ｆ３４を適切に設定するための条件式である。条件式（４）の値ｆ３４／ｆが下限を上回ることで、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離ｆ３４が短くなりすぎず、撮像レンズ１０の合成主点位置をより物体側へ配置することができるため、撮像レンズ１０全長を短縮することができる。また、第４レンズＬ４で発生するコマ収差や像面湾曲を小さく抑えることができる。一方、条件式（４）の値ｆ３４／ｆが上限を下回ることで、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成屈折力を適度に維持することができ、第２レンズＬ２で光軸ＯＡから逸れるように跳ね上げられた周辺光束をスムーズに第５レンズＬ５に導くことができるようになるため、像側テレセントリック特性が無理なく確保される。

撮像レンズ１０は、より望ましくは、上記条件式（４）をより制限した下式（４'）を満足するものとする。
０．５０＜ｆ３４／ｆ＜０．６７ … （４'）

以上の撮像レンズ１０は、さらに以下の条件式（５）を満足する。
−２．５＜ｆ２３／ｆ＜−１．３ … （５）
ただし、
ｆ２３：第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の合成焦点距離
この条件式（５）は、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との合成焦点距離ｆ２３を適切に設定するための条件式である。条件式（５）の値ｆ２３／ｆが上限を下回ることで、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との負の合成焦点距離ｆ２３が必要以上に短くなりすぎず、撮像レンズ１０の合成主点位置をより物体側に配置することができ、撮像レンズ１０全長を短くすることができる。一方、条件式（５）の値ｆ２３／ｆが下限を上回ることで、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との負の合成屈折力を適度に維持することができ、負の第２レンズＬ２と正の第３レンズＬ３とによって色収差補正を適切に行うことができる。

撮像レンズ１０は、より望ましくは、上記条件式（５）をより制限した下式（５'）を満足するものとする。
−２．３＜ｆ２３／ｆ＜−１．５ … （５'）

撮像レンズ１０の開口絞りＳは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置されている。この場合、第１レンズＬ１の物体側面Ｓ１２を通過する周辺マージナル光線の屈折角が大きくなりすぎず、撮像レンズ１０の小型化と良好な収差補正とを両立することができる。

以上の撮像レンズ１０において、第２レンズＬ２の像側面Ｓ２２は、非球面形状を有し、光軸ＯＡから周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなる形状を有する。この場合、周辺部で光線が光軸ＯＡから大きく逸れて過度に跳ね上げられることがなくなり、軸外諸収差を良好に補正した上で、周辺部での良好なテレセントリック特性を確保できる。

以上の撮像レンズ１０は、さらに以下の条件式（６）を満足する。
１５＜ν２＜３１ … （６）
ただし、
ν２：第２レンズＬ２のアッベ数
この条件式（６）は、第２レンズＬ２のアッベ数ν２を適切に設定するためのものである。条件式（６）のアッベ数ν２が下限を上回ることで、第２レンズＬ２の分散を適度に大きくすることができ、第２レンズＬ２の屈折力を抑えつつ軸上色収差や倍率色収差などの色収差を良好に補正することができる。一方、条件式（６）のアッベ数ν２が上限を下回ることで、入手しやすい材料で構成することができる。

撮像レンズ１０は、より望ましくは、上記条件式（６）をより制限した下式（６'）を満足するものとする。
１５＜ν２＜２４ … （６'）

以上の撮像レンズ１０は、さらに以下の条件式（７）を満足する。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ … （７）
ただし、
ｎ２：第２レンズＬ２の屈折率
この条件式（７）は、撮像レンズ１０全系の色収差、像面湾曲を良好に補正するためのものである。条件式（７）の屈折率ｎ２が下限を上回ることで、比較的分散の大きな第２レンズＬ２の屈折力を適度に維持することができ、色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。一方、条件式（７）の屈折率ｎ２が上限を下回ることで、入手しやすい材料で構成することができる。

撮像レンズ１０は、より望ましくは、上記条件式（７）をより制限した下式（７'）を満足するものとする。
１．６３＜ｎ２＜２．００ … （７'）

以上の撮像レンズ１０は、さらに以下の条件式（８）を満足する。
０．１７≦ｄ９／ｆ＜０．２５ … （８）
ただし、
ｄ９：第５レンズＬ５の光軸ＯＡ上の厚み
この条件式（８）は、第５レンズの光軸ＯＡ上の厚みを適切に設定するためのものである。条件式（８）の値ｄ９／ｆが下限を上回ることで、第５レンズＬ５の厚みｄ９が薄くなりすぎず、成形性を損なわなない。一方、条件式（８）の値ｄ９／ｆが上限を下回ることで、第５レンズＬ５の厚みｄ９が厚くなりすぎず、バックフォーカスを確保しやすくなる。

以上の撮像レンズ１０を構成する５枚のレンズＬ１〜Ｌ５は、全てプラスチック材料で形成されている。この場合、曲率半径や外径の小さなレンズＬ１〜Ｌ５であっても安価な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。

以下、本発明の撮像レンズ１０の具体的な実施例について説明する。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｆＢ：バックフォーカス
Ｆ：Ｆナンバー
２Ｙ：固体撮像素子の撮像面対角線長
ＥＮＴＰ：入射瞳位置（第１面から入射瞳位置までの距離）
ＥＸＴＰ：射出瞳位置（撮像面から射出瞳位置までの距離）
Ｈ１：前側主点位置（第１面から前側主点位置までの距離）
Ｈ２：後側主点位置（最終面から後側主点位置までの距離）
Ｒ：曲率半径
Ｄ：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸ＯＡ方向にＸ軸をとり、光軸ＯＡと垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。

ただし、
Ａ_ｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ：曲率半径
Ｋ：円錐定数

（実施例１）
実施例１の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝３．７７ｍｍ
ｆＢ＝０．３ｍｍ
Ｆ＝２．２２
２Ｙ＝５．７４４ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．４６ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．６１ｍｍ
Ｈ１＝−０．６６ｍｍ
Ｈ２＝−３．４７ｍｍ

実施例１の面データを以下の表１に示す。

なお、上記表１及びこれ以降（表の面データ等）において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０^−０２）を、記号Ｅ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。

実施例１の単レンズデータを以下の表２に示す。

図１は、実施例１の撮像レンズ１１の断面図でもある。つまり、撮像レンズ１１は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。全てのレンズＬ１〜Ｌ５は、プラスチック材料から形成されている。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置され、第５レンズＬ５と撮像面Ｉとの間には、平行平板Ｆが配置されている。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、実施例１の撮像レンズ１１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示し、図２（Ｄ）及び図２（Ｅ）は、実施例１の撮像レンズ１１のメリディオナルコマ収差を示している。

（実施例２）
実施例２の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝３．７７ｍｍ
ｆＢ＝０．３２ｍｍ
Ｆ＝２．２２
２Ｙ＝５．７４４ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．４３ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．６６ｍｍ
Ｈ１＝−０．５８ｍｍ
Ｈ２＝−３．４５ｍｍ

実施例２の面データを以下の表３に示す。

実施例２の単レンズデータを以下の表４に示す。

図３は、実施例２の撮像レンズ１２の断面図である。撮像レンズ１２は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置され、第５レンズＬ５と撮像面Ｉとの間には、平行平板Ｆが配置されている。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、実施例２の撮像レンズ１２の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示し、図４（Ｄ）及び図４（Ｅ）は、実施例２の撮像レンズ１２のメリディオナルコマ収差を示している。

（実施例３）
実施例３の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝３．７４ｍｍ
ｆＢ＝０．２９ｍｍ
Ｆ＝２．２６
２Ｙ＝５．７１０ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．４８ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．５９ｍｍ
Ｈ１＝−０．６３ｍｍ
Ｈ２＝−３．４５ｍｍ

実施例３の面データを以下の表５に示す。

実施例３の単レンズデータを以下の表６に示す。

図５は、実施例３の撮像レンズ１３の断面図である。撮像レンズ１３は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置され、第５レンズＬ５と撮像面Ｉとの間には、平行平板Ｆが配置されている。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、実施例３の撮像レンズ１３の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示し、図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）は、実施例３の撮像レンズ１３のメリディオナルコマ収差を示している。

（実施例４）
実施例４の全体諸元を以下に示す。なお、実施例４は本発明に属さない実施例である。
ｆ＝３．７７ｍｍ
ｆＢ＝０．２８ｍｍ
Ｆ＝２．２２
２Ｙ＝５．７４４ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．４６ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．６２ｍｍ
Ｈ１＝−０．６６ｍｍ
Ｈ２＝−３．４９ｍｍ

実施例４の面データを以下の表７に示す。

実施例４の単レンズデータを以下の表８に示す。

図７は、実施例４の撮像レンズ１４の断面図である。撮像レンズ１４は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置され、第５レンズＬ５と撮像面Ｉとの間には、平行平板Ｆが配置されている。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、実施例４の撮像レンズ１４の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示し、図８（Ｄ）及び図８（Ｅ）は、実施例４の撮像レンズ１４のメリディオナルコマ収差を示している。

（実施例５）
実施例５の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝３．７７ｍｍ
ｆＢ＝０．３ｍｍ
Ｆ＝２．２２
２Ｙ＝５．７４４ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．４８ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．６５ｍｍ
Ｈ１＝−０．５７ｍｍ
Ｈ２＝−３．４７ｍｍ

実施例５の面データを以下の表９に示す。

実施例５の単レンズデータを以下の表１０に示す。

図９は、実施例５の撮像レンズ１５の断面図である。撮像レンズ１５は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置され、第５レンズＬ５と撮像面Ｉとの間には、平行平板Ｆが配置されている。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、実施例５の撮像レンズ１５の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示し、図１０（Ｄ）及び図１０（Ｅ）は、実施例５の撮像レンズ１５のメリディオナルコマ収差を示している。

（実施例６）
実施例６の全体諸元を以下に示す。なお、実施例６は本発明に属さない実施例である。
ｆ＝３．７７ｍｍ
ｆＢ＝０．２９ｍｍ
Ｆ＝２．２２
２Ｙ＝５．７４４ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．４９ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．５５ｍｍ
Ｈ１＝−０．７６ｍｍ
Ｈ２＝−３．４９ｍｍ

実施例６の面データを以下の表１１に示す。

実施例６の単レンズデータを以下の表１２に示す。

図１１は、実施例６の撮像レンズ１６の断面図である。撮像レンズ１６は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置され、第５レンズＬ５と撮像面Ｉとの間には、平行平板Ｆが配置されている。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、実施例６の撮像レンズ１６の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示し、図１２（Ｄ）及び図１２（Ｅ）は、実施例６の撮像レンズ１６のメリディオナルコマ収差を示している。

以下の表１３は、参考のため、各条件式（１）〜（９）に対応する各実施例１〜６の値をまとめたものである。

以上のように、実施形態の撮像レンズ１０又は各実施例１〜６の撮像レンズ１１〜１６において、レンズＬ１〜Ｌ５は、全てプラスチック材料で形成されている。ここで、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、第１レンズＬ１から第５レンズＬ５までの全て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１０全系の像点位置が変動してしまう可能性が高まる。これに対し、最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の温度変化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ることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。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、無機微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あ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微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なる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。本発明において、比較的屈折力の大きな正の第１レンズＬ１、または全てのレンズＬ１〜Ｌ５に、このような無機微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１０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。

また近年、撮像装置を低コスト（生産費）に且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又は盛られた基板に対し、ＩＣ(integrated circuit)チップ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）し、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、電子部品とともに光学素子を約２００〜２６０℃に加熱する必要がある。このような高温下では、熱可塑性樹脂を用いたレンズでは熱変形し或いは変色して、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しかし、ガラスモールドレンズは、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った。そこで、撮像レンズの材料にエネルギー硬化性樹脂を使用することで、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レンズに比べ、高温に曝されたときの光学性能の低下が小さくリフロー処理に有効であり、かつガラスモールドレンズよりも製造しやすく安価となるようにした。これにより、撮像レンズを組み込んだ撮像装置の低コストと量産性を両立できる。なお、エネルギー硬化性樹脂とは、熱硬化性樹脂および紫外線硬化性樹脂のいずれをも指すものとする。本発明の撮像レンズ１０を構成するレンズＬ１〜Ｌ５は、上記のようなエネルギー硬化性樹脂も用いて形成してもよい。

なお、上記実施形態において、固体撮像素子に設けた光電変換部２０の撮像面Ｉに入射する光束の主光線入射角については、撮像面Ｉの周辺部において必ずしも十分小さい設計になっていない。しかし、最近の技術では、光電変換部２０に設けた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（輝度むら）を軽減することができるようになってきた。具体的には、光電変換部２０の撮像面Ｉ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Ｉ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１０の光軸ＯＡ側ヘシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の撮像面に導くことができる。これにより、光電変換部２０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。上記実施例の撮像レンズ１１〜１６は、上述の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。

また、上記実施形態において、上記実施例の撮像レンズ１１〜１６は、レンズＬ１〜Ｌ５の５枚のレンズで構成されているが、レンズＬ１〜Ｌ５の前後又は間に１つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。

Claims

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、
正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、
負の屈折力を有し像側に凹面を向けたメニスカス形状の第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、
負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第５レンズからなり、
第５レンズの像側面は、非球面形状であり、光軸との交点以外の位置に変曲点を有し、
以下の条件式を満足する、撮像レンズ。
−０．６８≦ｆ５／ｆ＜−０．４ … （１）
０＜ｄ４５／ｆ＜０．０７ … （２）
０．１７≦ｄ９／ｆ＜０．２５ … （８）
ただし、
ｆ５：第５レンズの焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｄ４５：第４レンズと第５レンズとの光軸上の空気間隔
ｄ９：第５レンズの光軸上の厚み
以下の条件式を満足する、請求項１に記載の撮像レンズ。
０．１０＜ｆ／ｆ３＜０．５０ … （３）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の撮像レンズ。
０．４５＜ｆ３４／ｆ＜０．７０ … （４）
ただし、
ｆ３４：第３レンズと第４レンズの合成焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
以下の条件式を満足する、請求項１に記載の撮像レンズ。
−２．５＜ｆ２３／ｆ＜−１．３ … （５）
ただし、
ｆ２３：第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
前記撮像レンズの開口絞りは、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置されている、請求項１に記載の撮像レンズ。
前記第２レンズの像側面は、非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなる形状を有する、請求項１に記載の撮像レンズ。
以下の条件式を満足する、請求項１に記載の撮像レンズ。
１５＜ν２＜３１ … （６）
ただし、
ν２：第２レンズのアッベ数
以下の条件式を満足する、請求項１に記載の撮像レンズ。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ … （７）
ただし、
ｎ２：第２レンズの屈折率
前記撮像レンズは、全てプラスチック材料で形成されている、請求項１に記載の撮像レンズ。
実質的にパワーを持たないレンズをさらに有する、請求項１に記載の撮像レンズ。