撮像光学系
【課題】５枚のレンズを密に配置し、且つ５枚レンズを含む構成の光線制御自由度を十分に活用することが可能な撮像光学系を提供する。
【解決手段】物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズ１０１と、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズ１０２と、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズ１０３と、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズ１０４と、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなる第５レンズ１０５と、から構成される撮像光学系であり、第１乃至第３レンズのアッベ数νｉは、以下の条件を満足する。 ν１／ν２ ＞ １．３ （１）、 ν１／ν３ ＞ １．３ （２）
【解決手段】物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズ１０１と、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズ１０２と、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズ１０３と、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズ１０４と、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなる第５レンズ１０５と、から構成される撮像光学系であり、第１乃至第３レンズのアッベ数νｉは、以下の条件を満足する。 ν１／ν２ ＞ １．３ （１）、 ν１／ν３ ＞ １．３ （２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどに使用される、５枚のレンズから構成される撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器末端などに使用される小型撮像装置の高画素化、高解像度化が急速に進んでいる。これに対応するために、４枚レンズから構成される撮像光学系と比べて諸収差をさらに小さくすることを目的として、５枚レンズから構成される撮像光学系が開発されている（たとえば、特許文献１乃至３）。
【０００３】
小型撮像光学系においては低背化（光学全長を短くすること）や低Ｆ値化といった要求があり、これらがレンズの製造公差や組み立て公差を厳しくする原因となっている。たとえば、低背化を実現するには、焦点距離を短くして広画角にする方法と、光学全長に対して後方主点位置を物体側に移動させる方法がある。焦点距離を短くする方法では大きい視野角の光線の制御が困難となり、後方主点位置を物体側に移動させる方法では屈折力構成に無理が生じ特に第１レンズ及び第２レンズの公差が厳しくなる傾向がある。また、前絞り光学系において低Ｆ値化を実現するには、絞り径を広げるか、もしくは焦点距離を短くする必要があり、どちらも製造公差を厳しくする要因となる。このような状況の中で、上記の要求を満たしながら、公差が大きく製造しやすい光学系の構成を実現することが求められている。
【０００４】
また、レンズ枚数が増えることは、光線制御に使用できる自由度が増えることを意味するため、一般的には収差補正に有利になると考えられる。しかし、一方で、小型撮像光学系のサイズの制約から、５枚のレンズをより密に配置することが必要とされる。そのためにレンズ形状についての制約が大きくなり、レンズ構成によってはレンズ枚数を増やした利点が相殺されてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４８９９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６４３４号公報
【特許文献３】特開２０１０−８５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、５枚のレンズを密に配置し、且つ５枚レンズを含む構成の光線制御自由度を十分に活用することが可能な撮像光学系に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による撮像光学系は、物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズと、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズと、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズと、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズと、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなる第５レンズと、から構成される撮像光学系である。主光線近傍の屈折力の符号は、該光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量Δθ（＝θｏ―θｉ）の符号で定義し、第１乃至第３レンズのアッベ数を、それぞれνｉ（ｉは１から３の整数）として、
ν１／ν２ ＞ １．３ (1)
ν１／ν３ ＞ １．３ (2)
を満たす。
【０００８】
本発明によれば、球面収差及び軸上色収差は、高アッベ数を有し、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズ及び低アッベ数を有し、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズによって補正される。他方、最大像高に達する光束の色消しについては、第２レンズのみでは負の屈折力が不足する。そこで、低アッベ数を有し、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズによって最大像高に達する光束の色消しを行なう。このように、本発明によれば、光軸上で必要十分に軸上色収差補正した状態で、最大像高に向かう光線の主光線方向の色収差補正も同時に行うことが可能であり、レンズ製造や組み立ての際の誤差により光学特性が劣化しやすい像の端付近での性能を保持することができる。また、非点収差、像面湾曲及び歪曲収差は、第３レンズ乃至第５レンズによって補正される。
【０００９】
本発明の一つの実施形態によれば、第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−０．７ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −０．５ (3)
を満たす。
【００１０】
上述のように、第１レンズと第２レンズは主に球面収差と軸上色収差を補正する。したがって、第１レンズは強い正の屈折力、第２レンズは強い負の屈折力を有し、第２レンズの偏芯敏感度が高くなる。ｆ１／ｆ２が、式（３）の下限を下回ると上記の収差の補正が不十分となり、上限を上回ると偏芯公差が厳しくなる。ｆ１／ｆ２が、式（３）の範囲では、偏芯公差の緩い領域で、必要な分の収差補正が可能となる。
【００１１】
本発明の一つの実施形態によれば、第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−２ ＜ ｆ１／ｆ５ ＜ −０．５ (4)
を満たす。
【００１２】
式（４）は、光軸近傍の像面湾曲を小さくするように、ペッツヴァル和をゼロに近づけるための条件の一つである。ｆ１／ｆ５が式（４）の下限を下回るとペッツヴァル和の補正がバランスの良い領域を超えてしまい、上限を上回るとペッツヴァル和の補正が不足する。
【００１３】
本発明の一つの実施形態によれば、第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
１ ＜ ｆ２／ｆ５ ＜ ３ (5)
を満たす。
【００１４】
式（５）は、第２レンズの偏芯敏感度と収差との関係を調整するための条件である。ｆ２が小さくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の下限を下回ると第２レンズの偏芯敏感度が過大となり、ｆ２が大きくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の上限を上回ると光軸上での色収差補正が不十分となる。ｆ５が大きくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の下限を下回ると像面湾曲の補正が不足し、ｆ５が小さくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の上限を上回ると像面湾曲の補正が過剰となる。
【００１５】
本発明の一つの実施形態によれば、開口絞りが第１レンズの像面側より物体側に配置されている。
【００１６】
本実施形態によれば、前絞りとすることで光学全長の短い撮像光学系が得られる。
【００１７】
本発明の一つの実施形態によれば、第５レンズにおいて、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が正となる。
【００１８】
本実施形態によれば、最大像高に到達する経路において第３乃至第５レンズがレトロフォーカスタイプの光学系となり、湾曲の緩やかな形状のレンズにて像面湾曲を小さく抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１による撮像光学系の構成を示す図である。
【図２】実施例１による撮像光学系の収差を示す図である。
【図３】実施例１による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図４】実施例２による撮像光学系の構成を示す図である。
【図５】実施例２による撮像光学系の収差を示す図である。
【図６】実施例２による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図７】実施例３による撮像光学系の構成を示す図である。
【図８】実施例３による撮像光学系の収差を示す図である。
【図９】実施例３による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１０】実施例４による撮像光学系の構成を示す図である。
【図１１】実施例４による撮像光学系の収差を示す図である。
【図１２】実施例４による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１３】実施例５による撮像光学系の構成を示す図である。
【図１４】実施例５による撮像光学系の収差を示す図である。
【図１５】実施例５による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１６】実施例６による撮像光学系の構成を示す図である。
【図１７】実施例６による撮像光学系の収差を示す図である。
【図１８】実施例６による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１９】実施例７による撮像光学系の構成を示す図である。
【図２０】実施例７による撮像光学系の収差を示す図である。
【図２１】実施例７による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図２２】実施例８による撮像光学系の構成を示す図である。
【図２３】実施例８による撮像光学系の収差を示す図である。
【図２４】実施例８による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図２５】主光線近傍の屈折力の大きさを説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による撮像光学系の構成を示す図である。本実施形態による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズ１０５を備える。開口絞りは、第１レンズ１０１の像側の面より物体側で第１レンズ１０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、開口絞りは第１レンズ１０１の物体側の面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズ１０５を通過した光は、ガラス板１０６を通過して像面１０７に至る。
【００２１】
以下において、本発明による撮像光学系の特徴について説明する。以下において、iを１から５の整数として、第iレンズの焦点距離、レンズ材料のｄ線(波長587.6nm)の屈折率を、それぞれ
【数１】
とする。なお、本明細書における屈折率は、別記された場合を除き、ｄ線(波長587.6nm)の屈折率である。
【００２２】
５枚レンズの種類
本発明の実施形態による撮像光学系は、物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズと、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズと、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズと、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズと、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が正となる第５レンズと、から構成される。
【００２３】
ここで、主光線近傍の屈折力の符号は、該光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量
Δθ（＝θｏ―θｉ）
の符号で定義される。
【００２４】
第１乃至第３レンズのアッベ数を、それぞれν１乃至ν３として、
ν１／ν２ ＞ １．３ (1)
ν１／ν３ ＞ １．３ (2)
が満たされる。
【００２５】
第１レンズ及び第２レンズからなる前群は主に球面収差と軸上色収差を補正し、第３レンズ乃至第５レンズからなる後群は主に非点収差、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差を補正するように構成されている。また、前群後群ともに、テレフォトタイプとすることで光学系の小型化を図っている。
【００２６】
一般的に、軸上色収差の補正は、高アッベ数で正の屈折力を有するレンズと低アッベ数で負の屈折力を有するレンズを組み合わせることによって行なわれる。本実施形態において、球面収差及び軸上色収差は、高アッベ数を有し、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズ及び低アッベ数を有し、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズによって補正される。他方、最大像高に達する光束の色消しについては、第２レンズのみでは負の屈折力が不足する。そこで、低アッベ数を有し、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズによって最大像高に達する光束の色消しを行なう。
【００２７】
本実施形態の上記の構成によれば、光軸上で十分に軸上色収差を補正した状態で、最大像高に向かう光線の主光線方向の色収差補正も同時に行うことが可能であり、レンズ製造や組み立ての際の誤差により光学特性が劣化しやすい像の端付近での性能を保持することができる。
【００２８】
第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比
第１レンズ及び第２レンズは主に球面収差及び軸上色収差を調整する役割を果たし、第１レンズは強い正の屈折力を有し、第２レンズは強い負の屈折力を有する。第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比は、以下の関係を満足するのが好ましい。
−０．７ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −０．５ (3)
第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比が式(３)の下限を下回ると、球面収差及び軸上色収差の補正が不十分となる。第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比が式(３)の上限を上回ると、組み立ての際の両レンズの偏芯公差が厳しくなる。第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比が式(３)を満たせば、組み立ての際の妥当な公差で、許容範囲内の球面収差及び軸上色収差を実現することができる。
【００２９】
第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比
第１レンズは光軸近傍で正の屈折力を有し、第５レンズは光軸近傍で負の屈折力を有する。第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比は、以下の関係を満足するのが好ましい。
−２ ＜ ｆ１／ｆ５ ＜ −０．５ (4)
第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(４)の下限を下回ると、ペッツヴァル和をゼロに近づけるための補正がバランスの良い領域を超えてしまう。第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(４)の上限を上回ると、ペッツヴァル和をゼロに近づけるための補正が不足し、ペッツヴァル和は正で絶対値が大きくなる。第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(４) を満たせば、光軸近傍にて像面湾曲の小さな結像光学系が実現され、高い像高位置に至るまでの像面湾曲の変化を滑らか且つ緩やかに制御することができる。
【００３０】
第２レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比
第２レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比は、以下の関係を満足するのが好ましい。
１ ＜ ｆ２／ｆ５ ＜ ３ (5)
ｆ２が小さくて、上記の比が式（５）の下限を下回ると第２レンズの偏芯敏感度が高くなり、光学系の組み立てが困難となる。ｆ２が大きくて、上記の比が式（５）の上限を上回ると光軸上での軸上色収差補正が不十分となる。ｆ５が大きくて、上記の比が式（５）の下限を下回ると像面湾曲の補正が不足する。ｆ５が小さくて、上記の比が式（５）の上限を上回ると像面湾曲の補正が過剰となる。第２レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(５) を満たせば、第２レンズの偏芯敏感度が低い状態で像面湾曲を小さくすることができる。
【００３１】
開口絞りの位置
開口絞りは、第１レンズの像面側より物体側に配置されるのが好ましい。開口絞りを第１レンズの像面側より物体側に配置することにより光学全長の短い光学系を構成することができる。
【００３２】
実施例による撮像光学系の特徴
実施例１乃至８の撮像光学系の特徴を以下に説明する。
【００３３】
表１は、各実施例の第１レンズ乃至第５レンズの焦点距離を示す表である。第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）で表す。
【表１】
【００３４】
表２は、各実施例の第１レンズ乃至第３レンズのアッベ数を示す表である。第１乃至第３レンズのアッベ数をそれぞれνｉ（ｉは１から３の整数）で表す。
【表２】
【００３５】
表３は、以下の項（１）乃至（５）の値を示す表である。項（１）乃至（５）は、上述の式（１）乃至（５）に対応する項である。
ν１／ν２ (1)
ν１／ν３ (2)
ｆ１／ｆ２ (3)
ｆ１／ｆ５ (4)
ｆ２／ｆ５ (5)
【表３】
【００３６】
表４は、各実施例において、第３レンズの最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力の大きさを示す表である。
【００３７】
図２５は、主光線近傍の屈折力の大きさを説明するための図である。
【００３８】
主光線近傍の屈折力の大きさは、光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度（単位は度）をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量
Δθ（＝θｏ―θｉ）
である。
【表４】
【００３９】
表５は、各実施例において、第５レンズの最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力の大きさを示す表である。主光線近傍の屈折力の大きさは、表４に関して説明したとおりである。
【表５】
【００４０】
一般的に、複数のレンズからなる結像光学系の像面湾曲を小さくするには、以下の式で表せるペッツヴァル和Ｐをゼロに近づける必要がある。
【数２】
【００４１】
表６は、各実施例のペッツヴァル和を示す表である。全ての実施例において、ペッツヴァル和は０．１より小さい。本発明による小型撮像光学系においては、ペッツヴァル和を０．１より小さくすることによって、光学近傍において像面湾曲を小さくすることができる。この結果、高い像高位置に至るまでの像面湾曲の変化を滑らか且つ緩やかに制御することが可能となる。
【表６】
【００４２】
実施例のレンズ面を表す式
実施例の各レンズの面は、以下の式で表せる。
【数３】
ここで、ｚは、レンズ面と光軸との交点を基準とし、像側を正とした、レンズ面上の点の光軸方向の位置を示す座標である。ｒは、レンズ面上の点の光軸からの距離を示す。Ｒは、レンズ面の頂点における曲率半径である。ｋは、円錐定数である。Ａｉは、多項式の係数である。
【００４３】
実施例１
図１は、実施例１による撮像光学系の構成を示す図である。実施例１による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズ１０５を備える。絞りは、第１レンズ１０１の像側の面より物体側で第１レンズ１０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ１０１の物体側の面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズを通過した光は、ガラス板１０６を通過して像面１０７に至る。
【００４４】
図２は、実施例１による撮像光学系の収差を示す図である。図２は、可視領域の３波長についての収差を示している。図２（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図２（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図２（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００４５】
図３は、実施例１による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図３は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図３の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図３の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００４６】
表７は、実施例１による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００４７】
表８は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００４８】
表９は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表７】
【表８】
【表９】
【００４９】
実施例２
図４は、実施例２による撮像光学系の構成を示す図である。実施例２による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３、第４レンズ２０４及び第５レンズ２０５を備える。絞りは、第１レンズ２０１の像側の面より物体側で第１レンズ２０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ２０１の物体側の面上にある。第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３、第４レンズ２０４及び第５レンズ２０５を通過した光は、ガラス板２０６を通過して像面２０７に至る。
【００５０】
図５は、実施例２による撮像光学系の収差を示す図である。図５は、可視領域の３波長についての収差を示している。図５（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図５（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図５（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図５（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図５（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図５（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図５（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図５（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図５（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図５（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５１】
図６は、実施例２による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図６は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図６の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図６の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５２】
表１０は、実施例２による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００５３】
表１１は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００５４】
表１２は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００５５】
実施例３
図７は、実施例３による撮像光学系の構成を示す図である。実施例３による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３、第４レンズ３０４及び第５レンズ３０５を備える。絞りは、第１レンズ３０１の像側の面より物体側で第１レンズ３０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ３０１の物体側の面上にある。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３、第４レンズ３０４及び第５レンズ３０５を通過した光は、ガラス板３０６を通過して像面３０７に至る。
【００５６】
図８は、実施例３による撮像光学系の収差を示す図である。図８は、可視領域の３波長についての収差を示している。図８（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図８（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図８（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図８（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図８（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図８（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図８（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図８（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５７】
図９は、実施例３による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図９は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図９の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図９の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５８】
表１３は、実施例３による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００５９】
表１４は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００６０】
表１５は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【００６１】
実施例４
図１０は、実施例４による撮像光学系の構成を示す図である。実施例４による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３、第４レンズ４０４及び第５レンズ４０５を備える。絞りは、第１レンズ４０１の像側の面より物体側で第１レンズ４０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ４０１の物体側の面上にある。第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３、第４レンズ４０４及び第５レンズ４０５を通過した光は、ガラス板４０６を通過して像面４０７に至る。
【００６２】
図１１は、実施例４による撮像光学系の収差を示す図である。図１１は、可視領域の３波長についての収差を示している。図１１（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１１（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１１（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図５（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１１（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１１（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図１１（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図１１（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１１（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図１１（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００６３】
図１２は、実施例４による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図１２は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図１２の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図１２の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００６４】
表１６は、実施例４による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００６５】
表１７は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００６６】
表１８は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【００６７】
実施例５
図１３は、実施例５による撮像光学系の構成を示す図である。実施例５による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３、第４レンズ５０４及び第５レンズ５０５を備える。絞りは、第１レンズ５０１の像側の面より物体側で第１レンズ５０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ５０１の物体側の面上にある。第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３、第４レンズ５０４及び第５レンズ５０５を通過した光は、ガラス板５０６を通過して像面５０７に至る。
【００６８】
図１４は、実施例５による撮像光学系の収差を示す図である。図１４は、可視領域の３波長についての収差を示している。図１４（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１４（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１４（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図１４（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図１４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図１４（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００６９】
図１５は、実施例５による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図１５は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図１５の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図１５の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００７０】
表１９は、実施例５による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００７１】
表２０は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００７２】
表２１は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【００７３】
実施例６
図１６は、実施例６による撮像光学系の構成を示す図である。実施例６による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３、第４レンズ６０４及び第５レンズ６０５を備える。絞りは、第１レンズ６０１の像側の面より物体側で第１レンズ６０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ６０１の物体側の面上にある。第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３、第４レンズ６０４及び第５レンズ６０５を通過した光は、ガラス板６０６を通過して像面６０７に至る。
【００７４】
図１７は、実施例６による撮像光学系の収差を示す図である。図１７は、可視領域の３波長についての収差を示している。図１７（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１７（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１７（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１７（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１７（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１７（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図１７（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図１７（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１７（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図１７（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００７５】
図１８は、実施例６による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図１８は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図１８の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図１８の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００７６】
表２２は、実施例６による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００７７】
表２３は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００７８】
表２４は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【００７９】
実施例７
図１９は、実施例７による撮像光学系の構成を示す図である。実施例７による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３、第４レンズ７０４及び第５レンズ７０５を備える。絞りは、第１レンズ７０１の像側の面より物体側で第１レンズ７０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ７０１の物体側の面上にある。第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３、第４レンズ７０４及び第５レンズ７０５を通過した光は、ガラス板７０６を通過して像面７０７に至る。
【００８０】
図２０は、実施例７による撮像光学系の収差を示す図である。図２０は、可視領域の３波長についての収差を示している。図２０（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２０（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２０（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２０（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２０（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２０（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図２０（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図２０（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２０（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図２０（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８１】
図２１は、実施例７による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図２１は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図２１の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図２１の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８２】
表２５は、実施例７による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００８３】
表２６は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００８４】
表２７は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表２５】
【表２６】
【表２７】
【００８５】
実施例８
図２２は、実施例８による撮像光学系の構成を示す図である。実施例８による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ８０１、第２レンズ８０２、第３レンズ８０３、第４レンズ８０４及び第５レンズ８０５を備える。絞りは、第１レンズ８０１の像側の面より物体側で第１レンズ８０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ８０１の物体側の面上にある。第１レンズ８０１、第２レンズ８０２、第３レンズ８０３、第４レンズ８０４及び第５レンズ８０５を通過した光は、ガラス板８０６を通過して像面８０７に至る。
【００８６】
図２３は、実施例８による撮像光学系の収差を示す図である。図２３は、可視領域の３波長についての収差を示している。図２３（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２３（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２３（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２３（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２３（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２３（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図２３（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図２３（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２３（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図２３（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８７】
図２４は、実施例８による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図２４は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図２４の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図２４の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８８】
表２８は、実施例８による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００８９】
表２９は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００９０】
表３０は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表２８】
【表２９】
【表３０】
【００９１】
実施例の撮像光学系の収差について
軸上色収差は、ほとんどの実施例で０．０３ｍｍ以内である。
【００９２】
倍率色収差は、ほとんどの実施例で1マイクロメータ以内である。
【００９３】
像面湾曲は、全ての実施例で０．１ｍｍよりも小さい。
【００９４】
歪曲収差の絶対値は、全ての実施例で２％よりも小さい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどに使用される、５枚のレンズから構成される撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器末端などに使用される小型撮像装置の高画素化、高解像度化が急速に進んでいる。これに対応するために、４枚レンズから構成される撮像光学系と比べて諸収差をさらに小さくすることを目的として、５枚レンズから構成される撮像光学系が開発されている（たとえば、特許文献１乃至３）。
【０００３】
小型撮像光学系においては低背化（光学全長を短くすること）や低Ｆ値化といった要求があり、これらがレンズの製造公差や組み立て公差を厳しくする原因となっている。たとえば、低背化を実現するには、焦点距離を短くして広画角にする方法と、光学全長に対して後方主点位置を物体側に移動させる方法がある。焦点距離を短くする方法では大きい視野角の光線の制御が困難となり、後方主点位置を物体側に移動させる方法では屈折力構成に無理が生じ特に第１レンズ及び第２レンズの公差が厳しくなる傾向がある。また、前絞り光学系において低Ｆ値化を実現するには、絞り径を広げるか、もしくは焦点距離を短くする必要があり、どちらも製造公差を厳しくする要因となる。このような状況の中で、上記の要求を満たしながら、公差が大きく製造しやすい光学系の構成を実現することが求められている。
【０００４】
また、レンズ枚数が増えることは、光線制御に使用できる自由度が増えることを意味するため、一般的には収差補正に有利になると考えられる。しかし、一方で、小型撮像光学系のサイズの制約から、５枚のレンズをより密に配置することが必要とされる。そのためにレンズ形状についての制約が大きくなり、レンズ構成によってはレンズ枚数を増やした利点が相殺されてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４８９９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６４３４号公報
【特許文献３】特開２０１０−８５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、５枚のレンズを密に配置し、且つ５枚レンズを含む構成の光線制御自由度を十分に活用することが可能な撮像光学系に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による撮像光学系は、物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズと、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズと、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズと、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズと、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなる第５レンズと、から構成される撮像光学系である。主光線近傍の屈折力の符号は、該光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量Δθ（＝θｏ―θｉ）の符号で定義し、第１乃至第３レンズのアッベ数を、それぞれνｉ（ｉは１から３の整数）として、
ν１／ν２ ＞ １．３ (1)
ν１／ν３ ＞ １．３ (2)
を満たす。
【０００８】
本発明によれば、球面収差及び軸上色収差は、高アッベ数を有し、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズ及び低アッベ数を有し、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズによって補正される。他方、最大像高に達する光束の色消しについては、第２レンズのみでは負の屈折力が不足する。そこで、低アッベ数を有し、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズによって最大像高に達する光束の色消しを行なう。このように、本発明によれば、光軸上で必要十分に軸上色収差補正した状態で、最大像高に向かう光線の主光線方向の色収差補正も同時に行うことが可能であり、レンズ製造や組み立ての際の誤差により光学特性が劣化しやすい像の端付近での性能を保持することができる。また、非点収差、像面湾曲及び歪曲収差は、第３レンズ乃至第５レンズによって補正される。
【０００９】
本発明の一つの実施形態によれば、第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−０．７ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −０．５ (3)
を満たす。
【００１０】
上述のように、第１レンズと第２レンズは主に球面収差と軸上色収差を補正する。したがって、第１レンズは強い正の屈折力、第２レンズは強い負の屈折力を有し、第２レンズの偏芯敏感度が高くなる。ｆ１／ｆ２が、式（３）の下限を下回ると上記の収差の補正が不十分となり、上限を上回ると偏芯公差が厳しくなる。ｆ１／ｆ２が、式（３）の範囲では、偏芯公差の緩い領域で、必要な分の収差補正が可能となる。
【００１１】
本発明の一つの実施形態によれば、第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−２ ＜ ｆ１／ｆ５ ＜ −０．５ (4)
を満たす。
【００１２】
式（４）は、光軸近傍の像面湾曲を小さくするように、ペッツヴァル和をゼロに近づけるための条件の一つである。ｆ１／ｆ５が式（４）の下限を下回るとペッツヴァル和の補正がバランスの良い領域を超えてしまい、上限を上回るとペッツヴァル和の補正が不足する。
【００１３】
本発明の一つの実施形態によれば、第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
１ ＜ ｆ２／ｆ５ ＜ ３ (5)
を満たす。
【００１４】
式（５）は、第２レンズの偏芯敏感度と収差との関係を調整するための条件である。ｆ２が小さくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の下限を下回ると第２レンズの偏芯敏感度が過大となり、ｆ２が大きくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の上限を上回ると光軸上での色収差補正が不十分となる。ｆ５が大きくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の下限を下回ると像面湾曲の補正が不足し、ｆ５が小さくて、ｆ２／ｆ５が式（５）の上限を上回ると像面湾曲の補正が過剰となる。
【００１５】
本発明の一つの実施形態によれば、開口絞りが第１レンズの像面側より物体側に配置されている。
【００１６】
本実施形態によれば、前絞りとすることで光学全長の短い撮像光学系が得られる。
【００１７】
本発明の一つの実施形態によれば、第５レンズにおいて、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が正となる。
【００１８】
本実施形態によれば、最大像高に到達する経路において第３乃至第５レンズがレトロフォーカスタイプの光学系となり、湾曲の緩やかな形状のレンズにて像面湾曲を小さく抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１による撮像光学系の構成を示す図である。
【図２】実施例１による撮像光学系の収差を示す図である。
【図３】実施例１による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図４】実施例２による撮像光学系の構成を示す図である。
【図５】実施例２による撮像光学系の収差を示す図である。
【図６】実施例２による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図７】実施例３による撮像光学系の構成を示す図である。
【図８】実施例３による撮像光学系の収差を示す図である。
【図９】実施例３による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１０】実施例４による撮像光学系の構成を示す図である。
【図１１】実施例４による撮像光学系の収差を示す図である。
【図１２】実施例４による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１３】実施例５による撮像光学系の構成を示す図である。
【図１４】実施例５による撮像光学系の収差を示す図である。
【図１５】実施例５による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１６】実施例６による撮像光学系の構成を示す図である。
【図１７】実施例６による撮像光学系の収差を示す図である。
【図１８】実施例６による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図１９】実施例７による撮像光学系の構成を示す図である。
【図２０】実施例７による撮像光学系の収差を示す図である。
【図２１】実施例７による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図２２】実施例８による撮像光学系の構成を示す図である。
【図２３】実施例８による撮像光学系の収差を示す図である。
【図２４】実施例８による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。
【図２５】主光線近傍の屈折力の大きさを説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による撮像光学系の構成を示す図である。本実施形態による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズ１０５を備える。開口絞りは、第１レンズ１０１の像側の面より物体側で第１レンズ１０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、開口絞りは第１レンズ１０１の物体側の面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズ１０５を通過した光は、ガラス板１０６を通過して像面１０７に至る。
【００２１】
以下において、本発明による撮像光学系の特徴について説明する。以下において、iを１から５の整数として、第iレンズの焦点距離、レンズ材料のｄ線(波長587.6nm)の屈折率を、それぞれ
【数１】
とする。なお、本明細書における屈折率は、別記された場合を除き、ｄ線(波長587.6nm)の屈折率である。
【００２２】
５枚レンズの種類
本発明の実施形態による撮像光学系は、物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズと、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズと、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズと、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズと、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が正となる第５レンズと、から構成される。
【００２３】
ここで、主光線近傍の屈折力の符号は、該光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量
Δθ（＝θｏ―θｉ）
の符号で定義される。
【００２４】
第１乃至第３レンズのアッベ数を、それぞれν１乃至ν３として、
ν１／ν２ ＞ １．３ (1)
ν１／ν３ ＞ １．３ (2)
が満たされる。
【００２５】
第１レンズ及び第２レンズからなる前群は主に球面収差と軸上色収差を補正し、第３レンズ乃至第５レンズからなる後群は主に非点収差、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差を補正するように構成されている。また、前群後群ともに、テレフォトタイプとすることで光学系の小型化を図っている。
【００２６】
一般的に、軸上色収差の補正は、高アッベ数で正の屈折力を有するレンズと低アッベ数で負の屈折力を有するレンズを組み合わせることによって行なわれる。本実施形態において、球面収差及び軸上色収差は、高アッベ数を有し、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズ及び低アッベ数を有し、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズによって補正される。他方、最大像高に達する光束の色消しについては、第２レンズのみでは負の屈折力が不足する。そこで、低アッベ数を有し、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズによって最大像高に達する光束の色消しを行なう。
【００２７】
本実施形態の上記の構成によれば、光軸上で十分に軸上色収差を補正した状態で、最大像高に向かう光線の主光線方向の色収差補正も同時に行うことが可能であり、レンズ製造や組み立ての際の誤差により光学特性が劣化しやすい像の端付近での性能を保持することができる。
【００２８】
第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比
第１レンズ及び第２レンズは主に球面収差及び軸上色収差を調整する役割を果たし、第１レンズは強い正の屈折力を有し、第２レンズは強い負の屈折力を有する。第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比は、以下の関係を満足するのが好ましい。
−０．７ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −０．５ (3)
第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比が式(３)の下限を下回ると、球面収差及び軸上色収差の補正が不十分となる。第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比が式(３)の上限を上回ると、組み立ての際の両レンズの偏芯公差が厳しくなる。第１レンズの焦点距離と第２レンズの焦点距離の比が式(３)を満たせば、組み立ての際の妥当な公差で、許容範囲内の球面収差及び軸上色収差を実現することができる。
【００２９】
第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比
第１レンズは光軸近傍で正の屈折力を有し、第５レンズは光軸近傍で負の屈折力を有する。第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比は、以下の関係を満足するのが好ましい。
−２ ＜ ｆ１／ｆ５ ＜ −０．５ (4)
第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(４)の下限を下回ると、ペッツヴァル和をゼロに近づけるための補正がバランスの良い領域を超えてしまう。第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(４)の上限を上回ると、ペッツヴァル和をゼロに近づけるための補正が不足し、ペッツヴァル和は正で絶対値が大きくなる。第１レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(４) を満たせば、光軸近傍にて像面湾曲の小さな結像光学系が実現され、高い像高位置に至るまでの像面湾曲の変化を滑らか且つ緩やかに制御することができる。
【００３０】
第２レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比
第２レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比は、以下の関係を満足するのが好ましい。
１ ＜ ｆ２／ｆ５ ＜ ３ (5)
ｆ２が小さくて、上記の比が式（５）の下限を下回ると第２レンズの偏芯敏感度が高くなり、光学系の組み立てが困難となる。ｆ２が大きくて、上記の比が式（５）の上限を上回ると光軸上での軸上色収差補正が不十分となる。ｆ５が大きくて、上記の比が式（５）の下限を下回ると像面湾曲の補正が不足する。ｆ５が小さくて、上記の比が式（５）の上限を上回ると像面湾曲の補正が過剰となる。第２レンズの焦点距離と第５レンズの焦点距離の比が式(５) を満たせば、第２レンズの偏芯敏感度が低い状態で像面湾曲を小さくすることができる。
【００３１】
開口絞りの位置
開口絞りは、第１レンズの像面側より物体側に配置されるのが好ましい。開口絞りを第１レンズの像面側より物体側に配置することにより光学全長の短い光学系を構成することができる。
【００３２】
実施例による撮像光学系の特徴
実施例１乃至８の撮像光学系の特徴を以下に説明する。
【００３３】
表１は、各実施例の第１レンズ乃至第５レンズの焦点距離を示す表である。第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）で表す。
【表１】
【００３４】
表２は、各実施例の第１レンズ乃至第３レンズのアッベ数を示す表である。第１乃至第３レンズのアッベ数をそれぞれνｉ（ｉは１から３の整数）で表す。
【表２】
【００３５】
表３は、以下の項（１）乃至（５）の値を示す表である。項（１）乃至（５）は、上述の式（１）乃至（５）に対応する項である。
ν１／ν２ (1)
ν１／ν３ (2)
ｆ１／ｆ２ (3)
ｆ１／ｆ５ (4)
ｆ２／ｆ５ (5)
【表３】
【００３６】
表４は、各実施例において、第３レンズの最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力の大きさを示す表である。
【００３７】
図２５は、主光線近傍の屈折力の大きさを説明するための図である。
【００３８】
主光線近傍の屈折力の大きさは、光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度（単位は度）をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量
Δθ（＝θｏ―θｉ）
である。
【表４】
【００３９】
表５は、各実施例において、第５レンズの最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力の大きさを示す表である。主光線近傍の屈折力の大きさは、表４に関して説明したとおりである。
【表５】
【００４０】
一般的に、複数のレンズからなる結像光学系の像面湾曲を小さくするには、以下の式で表せるペッツヴァル和Ｐをゼロに近づける必要がある。
【数２】
【００４１】
表６は、各実施例のペッツヴァル和を示す表である。全ての実施例において、ペッツヴァル和は０．１より小さい。本発明による小型撮像光学系においては、ペッツヴァル和を０．１より小さくすることによって、光学近傍において像面湾曲を小さくすることができる。この結果、高い像高位置に至るまでの像面湾曲の変化を滑らか且つ緩やかに制御することが可能となる。
【表６】
【００４２】
実施例のレンズ面を表す式
実施例の各レンズの面は、以下の式で表せる。
【数３】
ここで、ｚは、レンズ面と光軸との交点を基準とし、像側を正とした、レンズ面上の点の光軸方向の位置を示す座標である。ｒは、レンズ面上の点の光軸からの距離を示す。Ｒは、レンズ面の頂点における曲率半径である。ｋは、円錐定数である。Ａｉは、多項式の係数である。
【００４３】
実施例１
図１は、実施例１による撮像光学系の構成を示す図である。実施例１による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズ１０５を備える。絞りは、第１レンズ１０１の像側の面より物体側で第１レンズ１０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ１０１の物体側の面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３、第４レンズ１０４及び第５レンズを通過した光は、ガラス板１０６を通過して像面１０７に至る。
【００４４】
図２は、実施例１による撮像光学系の収差を示す図である。図２は、可視領域の３波長についての収差を示している。図２（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図２（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図２（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００４５】
図３は、実施例１による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図３は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図３の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図３の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００４６】
表７は、実施例１による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００４７】
表８は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００４８】
表９は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表７】
【表８】
【表９】
【００４９】
実施例２
図４は、実施例２による撮像光学系の構成を示す図である。実施例２による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３、第４レンズ２０４及び第５レンズ２０５を備える。絞りは、第１レンズ２０１の像側の面より物体側で第１レンズ２０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ２０１の物体側の面上にある。第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３、第４レンズ２０４及び第５レンズ２０５を通過した光は、ガラス板２０６を通過して像面２０７に至る。
【００５０】
図５は、実施例２による撮像光学系の収差を示す図である。図５は、可視領域の３波長についての収差を示している。図５（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図５（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図５（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図５（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図５（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図５（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図５（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図５（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図５（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図５（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５１】
図６は、実施例２による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図６は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図６の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図６の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５２】
表１０は、実施例２による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００５３】
表１１は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００５４】
表１２は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００５５】
実施例３
図７は、実施例３による撮像光学系の構成を示す図である。実施例３による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３、第４レンズ３０４及び第５レンズ３０５を備える。絞りは、第１レンズ３０１の像側の面より物体側で第１レンズ３０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ３０１の物体側の面上にある。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３、第４レンズ３０４及び第５レンズ３０５を通過した光は、ガラス板３０６を通過して像面３０７に至る。
【００５６】
図８は、実施例３による撮像光学系の収差を示す図である。図８は、可視領域の３波長についての収差を示している。図８（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図８（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図８（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図８（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図８（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図８（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図８（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図８（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５７】
図９は、実施例３による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図９は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図９の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図９の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００５８】
表１３は、実施例３による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００５９】
表１４は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００６０】
表１５は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【００６１】
実施例４
図１０は、実施例４による撮像光学系の構成を示す図である。実施例４による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３、第４レンズ４０４及び第５レンズ４０５を備える。絞りは、第１レンズ４０１の像側の面より物体側で第１レンズ４０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ４０１の物体側の面上にある。第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３、第４レンズ４０４及び第５レンズ４０５を通過した光は、ガラス板４０６を通過して像面４０７に至る。
【００６２】
図１１は、実施例４による撮像光学系の収差を示す図である。図１１は、可視領域の３波長についての収差を示している。図１１（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１１（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１１（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図５（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１１（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１１（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図１１（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図１１（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１１（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図１１（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００６３】
図１２は、実施例４による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図１２は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図１２の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図１２の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００６４】
表１６は、実施例４による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００６５】
表１７は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００６６】
表１８は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【００６７】
実施例５
図１３は、実施例５による撮像光学系の構成を示す図である。実施例５による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３、第４レンズ５０４及び第５レンズ５０５を備える。絞りは、第１レンズ５０１の像側の面より物体側で第１レンズ５０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ５０１の物体側の面上にある。第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３、第４レンズ５０４及び第５レンズ５０５を通過した光は、ガラス板５０６を通過して像面５０７に至る。
【００６８】
図１４は、実施例５による撮像光学系の収差を示す図である。図１４は、可視領域の３波長についての収差を示している。図１４（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１４（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１４（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図１４（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図１４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図１４（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００６９】
図１５は、実施例５による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図１５は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図１５の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図１５の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００７０】
表１９は、実施例５による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００７１】
表２０は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００７２】
表２１は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【００７３】
実施例６
図１６は、実施例６による撮像光学系の構成を示す図である。実施例６による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３、第４レンズ６０４及び第５レンズ６０５を備える。絞りは、第１レンズ６０１の像側の面より物体側で第１レンズ６０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ６０１の物体側の面上にある。第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３、第４レンズ６０４及び第５レンズ６０５を通過した光は、ガラス板６０６を通過して像面６０７に至る。
【００７４】
図１７は、実施例６による撮像光学系の収差を示す図である。図１７は、可視領域の３波長についての収差を示している。図１７（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１７（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１７（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１７（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図１７（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１７（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図１７（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図１７（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１７（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図１７（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００７５】
図１８は、実施例６による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図１８は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図１８の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図１８の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００７６】
表２２は、実施例６による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００７７】
表２３は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００７８】
表２４は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【００７９】
実施例７
図１９は、実施例７による撮像光学系の構成を示す図である。実施例７による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３、第４レンズ７０４及び第５レンズ７０５を備える。絞りは、第１レンズ７０１の像側の面より物体側で第１レンズ７０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ７０１の物体側の面上にある。第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３、第４レンズ７０４及び第５レンズ７０５を通過した光は、ガラス板７０６を通過して像面７０７に至る。
【００８０】
図２０は、実施例７による撮像光学系の収差を示す図である。図２０は、可視領域の３波長についての収差を示している。図２０（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２０（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２０（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２０（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２０（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２０（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図２０（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図２０（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２０（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図２０（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８１】
図２１は、実施例７による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図２１は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図２１の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図２１の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８２】
表２５は、実施例７による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００８３】
表２６は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００８４】
表２７は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表２５】
【表２６】
【表２７】
【００８５】
実施例８
図２２は、実施例８による撮像光学系の構成を示す図である。実施例８による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ８０１、第２レンズ８０２、第３レンズ８０３、第４レンズ８０４及び第５レンズ８０５を備える。絞りは、第１レンズ８０１の像側の面より物体側で第１レンズ８０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ８０１の物体側の面上にある。第１レンズ８０１、第２レンズ８０２、第３レンズ８０３、第４レンズ８０４及び第５レンズ８０５を通過した光は、ガラス板８０６を通過して像面８０７に至る。
【００８６】
図２３は、実施例８による撮像光学系の収差を示す図である。図２３は、可視領域の３波長についての収差を示している。図２３（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２３（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２３（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２３（ｂ）は、非点収差及び像面湾曲を示す図である。図２３（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２３（ｂ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。図２３（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。図２３（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２３（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す（単位はパーセント）。図２３（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８７】
図２４は、実施例８による撮像光学系の倍率色収差を示す図である。図２４は、可視領域の３波長について倍率色収差を示している。図２４の横軸は、倍率色収差を示す（単位はマイクロメータ）。図２４の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角（３２°）を示す。
【００８８】
表２８は、実施例８による撮像光学系のレンズデータを示す表である。第１乃至第１０面は、第１乃至第５レンズの面を示し、第１１乃至第１２面は、ガラス板の面を示す。Ｒはレンズ面の頂点における曲率半径、ｄは間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を表す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
【００８９】
表２９は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の円錐定数ｋ及び多項式の係数Ａｉを示す表である。
【００９０】
表３０は、第１面乃至第１０面のレンズ面を表す式の多項式の係数Ａｉを示す表である。
【表２８】
【表２９】
【表３０】
【００９１】
実施例の撮像光学系の収差について
軸上色収差は、ほとんどの実施例で０．０３ｍｍ以内である。
【００９２】
倍率色収差は、ほとんどの実施例で1マイクロメータ以内である。
【００９３】
像面湾曲は、全ての実施例で０．１ｍｍよりも小さい。
【００９４】
歪曲収差の絶対値は、全ての実施例で２％よりも小さい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズと、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズと、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズと、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズと、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなる第５レンズと、から構成される撮像光学系であって、
主光線近傍の屈折力の符号は、該光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量Δθ（＝θｏ―θｉ）の符号で定義し、
第１乃至第３レンズのアッベ数を、それぞれνｉ（ｉは１から３の整数）として、
ν１／ν２ ＞ １．３ (1)
ν１／ν３ ＞ １．３ (2)
を満たす撮像光学系。
【請求項２】
第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−０．７ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −０．５ (3)
を満たす請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−２ ＜ ｆ１／ｆ５ ＜ −０．５ (4)
を満たす請求項１または２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
１ ＜ ｆ２／ｆ５ ＜ ３ (5)
を満たす請求項１から３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
開口絞りが第１レンズの像面側より物体側に配置された請求項１から４のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
第５レンズにおいて、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が正となる請求項１から５のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の撮像光学系を備えた情報処理機器。
【請求項１】
物体側から像面側に配置された、光軸上で正の屈折力を有する第１レンズと、光軸上で負の屈折力を有する第２レンズと、像側に凸のメニスカス形状で、光軸上で正の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が負となる第３レンズと、光軸上で正の屈折力を有する第４レンズと、光軸上で負の屈折力を持ち、光軸から離れるにつれて負の屈折力が弱くなる第５レンズと、から構成される撮像光学系であって、
主光線近傍の屈折力の符号は、該光軸をｚ軸とし、該光軸に垂直な平面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定め、正規化入射瞳座標をＰｘ、Ｐｙとして、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０．０１を通過する光線と、Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝−０．０１を通過する光線とが、レンズ入射前に成す角度をθｉ、レンズ出射後に成す角度をθｏとし、集光する場合を正、発散する場合を負として、変化量Δθ（＝θｏ―θｉ）の符号で定義し、
第１乃至第３レンズのアッベ数を、それぞれνｉ（ｉは１から３の整数）として、
ν１／ν２ ＞ １．３ (1)
ν１／ν３ ＞ １．３ (2)
を満たす撮像光学系。
【請求項２】
第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−０．７ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −０．５ (3)
を満たす請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
−２ ＜ ｆ１／ｆ５ ＜ −０．５ (4)
を満たす請求項１または２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
第１乃至第５レンズの焦点距離をそれぞれｆｉ（ｉは１から５の整数）として、
１ ＜ ｆ２／ｆ５ ＜ ３ (5)
を満たす請求項１から３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
開口絞りが第１レンズの像面側より物体側に配置された請求項１から４のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
第５レンズにおいて、最大像高に達する光束の主光線近傍の屈折力が正となる請求項１から５のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の撮像光学系を備えた情報処理機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−３７７６３（Ｐ２０１２−３７７６３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８７２８（Ｐ２０１０−１７８７２８）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【特許番号】特許第４７９２６０５号（Ｐ４７９２６０５）
【特許公報発行日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（５９７０７３６４５）ナルックス株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【特許番号】特許第４７９２６０５号（Ｐ４７９２６０５）
【特許公報発行日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（５９７０７３６４５）ナルックス株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
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