特許 6921608 マクロレンズ及びマクロレンズを備えた撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6921608

(24)【登録日】2021年7月30日

(45)【発行日】2021年8月18日

(54)【発明の名称】マクロレンズ及びマクロレンズを備えた撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20210805BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20210805BHJP

【ＦＩ】

   G02B13/00

   G02B13/18

【請求項の数】13

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-85733(P2017-85733)

(22)【出願日】2017年4月24日

(65)【公開番号】特開2018-185378(P2018-185378A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2020年2月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】520164367

【氏名又は名称】天津欧菲光電有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＴＩＡＮＪＩＮ ＯＦＩＬＭ ＯＰＴＯ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．， ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 達郎

(72)【発明者】

【氏名】石井 良明

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３２５７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０１７８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００−１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２−２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側から順に、
両凸形状の第１レンズと、
負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けた第２レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、
負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第４レンズとから構成される実質的に４個のレンズからなり、
前記第３レンズの物体側の面より物体側に位置する開口絞りをさらに備え、
さらに以下の条件式を満足するマクロレンズ。
１．５＜ｆ３／ｆ＜４ （１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離

【請求項2】

さらに以下の条件式を満足する請求項１に記載のマクロレンズ。
−５５＜ｆ４／ｆ＜−２．５ （２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離

【請求項3】

さらに以下の条件式を満足する請求項１又は請求項２に記載のマクロレンズ。
１．５＜ｆ３４／ｆ＜５．５ （３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３４：前記第３レンズと前記第４レンズとの合成焦点距離

【請求項4】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のマクロレンズ。
−０．６５＜[（１−Ｎ１）／Ｒ２＋（Ｎ２−１）／Ｒ３−｛（（１−Ｎ１）・（Ｎ２−１））／（Ｒ２・Ｒ３）｝・Ｄ２]・ｆ＜−０．４５ （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｄ２：前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの物体側の面との光軸上での距離
Ｎ１：前記第１レンズの屈折率
Ｎ２：前記第２レンズの屈折率
Ｒ２：前記第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ３：前記第２レンズの物体側の面の曲率半径

【請求項5】

前記第２レンズが、両凹形状である、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のマクロレンズ。

【請求項6】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のマクロレンズ。
１．８＜ｆ３／ｆ＜３．９ （１−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離

【請求項7】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のマクロレンズ。
−５５＜ｆ４／ｆ＜−２．６ （２−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離

【請求項8】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のマクロレンズ。
１．６＜ｆ３４／ｆ＜５．４ （３−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３４：前記第３レンズと前記第４レンズとの合成焦点距離

【請求項9】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項８の何れか１項に記載のマクロレンズ。
−０．６２＜[（１−Ｎ１）／Ｒ２＋（Ｎ２−１）／Ｒ３−｛（（１−Ｎ１）・（Ｎ２−１））／（Ｒ２・Ｒ３）｝・Ｄ２]・ｆ＜−０．４８ （４−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｄ２：前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの物体側の面との光軸上での距離
Ｎ１：前記第１レンズの屈折率
Ｎ２：前記第２レンズの屈折率
Ｒ２：前記第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ３：前記第２レンズの物体側の面の曲率半径

【請求項10】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項９の何れか１項に記載のマクロレンズ。
２．８＜ｆ３／ｆ＜３．９ （１−２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離

【請求項11】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載のマクロレンズ。
−５４＜ｆ４／ｆ＜−８ （２−２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離

【請求項12】

さらに以下の条件式を満足する請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載のマクロレンズ。
３＜ｆ３４／ｆ＜５．２ （３−２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３４：前記第３レンズと前記第４レンズとの合成焦点距離

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマクロレンズを備えている撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マクロレンズ及びマクロレンズを備えた撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型カメラ等の普及により、２次元バーコードの読み取り及び手書きメモの記録等に小型カメラが用いられており、この小型カメラに搭載される撮像レンズには、コンパクト性が要求されている。

【0003】

例えば、下記特許文献１には、スマートフォン、タブレット型端末等に搭載可能とし、かつ、４枚のレンズを備えた撮像レンズが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許ＵＳ２０１６／０３５２９８４Ａ１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記先行技術では、撮像レンズがマクロレンズとして設計されていないため、近接撮影しても被写体を大きく写すことが困難であり、等倍以上の撮影では満足する性能を得ることが困難であった。このため、小型カメラによって撮影されたデータを拡大することで対応していたが画像が劣化するという課題があった。また、マクロレンズが搭載された撮像機器において、上述した撮影性能を満足しながらも、レンズ全長を短縮化できることが求められている。

【0006】

本開示は上記事実を考慮し、レンズ全長を短縮化しつつ、有限距離の撮影に適した等倍以上の倍率を確保することができるマクロレンズ及び近接撮影であっても被写体を大きく写すことができる撮像装置を得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。すなわち、本態様に係るマクロレンズは、物体側から順に、両凸形状の第１レンズと、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けた第２レンズと、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第４レンズとから構成される実質的に４個のレンズからなり、前記第３レンズの物体側の面より物体側に位置する開口絞りをさらに備えている。

【0008】

なお、本態様のマクロレンズにおいて、「実質的に４個のレンズからなり、」とは、本態様のマクロレンズが、４個のレンズ以外に、パワーを有さないレンズ、絞り、カバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つものも含むことを意味する。また、上記のレンズのうち非球面が含まれているものについては、面形状及び屈折力の符号として、近軸領域における面形状及び屈折力の符号を用いることとする。

【0009】

また、本態様に係るマクロレンズは、以下の条件式（１）〜（４）、（１−１）〜（４−１）及び（１−２）〜（３−２）のいずれか一つを満たすものでもよく、あるいは任意の組合せを満たすものでもよい。
１．５＜ｆ３／ｆ＜４ （１）
１．８＜ｆ３／ｆ＜３．９ （１−１）
２．８＜ｆ３／ｆ＜３．９ （１−２）
−５５＜ｆ４／ｆ＜−２．５ （２）
−５５＜ｆ４／ｆ＜−２．６ （２−１）
−５４＜ｆ４／ｆ＜−８ （２−２）
１．５＜ｆ３４／ｆ＜５．５ （３）
１．６＜ｆ３４／ｆ＜５．４ （３−１）
３＜ｆ３４／ｆ＜５．２ （３−２）
−０．６５＜[（１−Ｎ１）／Ｒ２＋（Ｎ２−１）／Ｒ３−｛（（１−Ｎ１）・（Ｎ２−１））／（Ｒ２・Ｒ３）｝・Ｄ２]・ｆ＜−０．４５ （４）
−０．６２＜[（１−Ｎ１）／Ｒ２＋（Ｎ２−１）／Ｒ３−｛（（１−Ｎ１）・（Ｎ２−１））／（Ｒ２・Ｒ３）｝・Ｄ２]・ｆ＜−０．４８ （４−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
ｆ３４：前記第３レンズと前記第４レンズとの合成焦点距離
Ｄ２：前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの物体側の面との光軸上での距離
Ｎ１：前記第１レンズの屈折率
Ｎ２：前記第２レンズの屈折率
Ｒ２：前記第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ３：前記第２レンズの物体側の面の曲率半径

【0010】

さらに、本態様に係るマクロレンズは、第２レンズが、両凹形状である。

【0011】

加えて、本態様に係る撮像装置は、本態様に係るマクロレンズを備えている。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように、本発明の一実施形態に係るマクロレンズは、レンズ全長を短縮化しつつ、有限距離の撮影に適した等倍以上の倍率を確保することができるという優れた効果を有する。

【0013】

また、本発明の一実施形態に係る撮像装置は、近接撮影であっても被写体を大きく写すことができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係るマクロレンズのレンズ構成と光線軌跡を示す断面図である。

【図2】第２実施形態に係るマクロレンズのレンズ構成を示す断面図である。

【図3】第３実施形態に係るマクロレンズのレンズ構成を示す断面図である。

【図4】第４実施形態に係るマクロレンズのレンズ構成を示す断面図である。

【図5】第５実施形態に係るマクロレンズのレンズ構成を示す断面図である。

【図6A】第１実施形態に係るマクロレンズの球面収差を示す収差図である。

【図6B】第１実施形態に係るマクロレンズの非点収差を示す収差図である。

【図6C】第１実施形態に係るマクロレンズの歪曲収差を示す収差図である。

【図6D】第１実施形態に係るマクロレンズの倍率色収差を示す収差図である。

【図7A】第２実施形態に係るマクロレンズの球面収差を示す収差図である。

【図7B】第２実施形態に係るマクロレンズの非点収差を示す収差図である。

【図7C】第２実施形態に係るマクロレンズの歪曲収差を示す収差図である。

【図7D】第２実施形態に係るマクロレンズの倍率色収差を示す収差図である。

【図8A】第３実施形態に係るマクロレンズの球面収差を示す収差図である。

【図8B】第３実施形態に係るマクロレンズの非点収差を示す収差図である。

【図8C】第３実施形態に係るマクロレンズの歪曲収差を示す収差図である。

【図8D】第３実施形態に係るマクロレンズの倍率色収差を示す収差図である。

【図9A】第４実施形態に係るマクロレンズの球面収差を示す収差図である。

【図9B】第４実施形態に係るマクロレンズの非点収差を示す収差図である。

【図9C】第４実施形態に係るマクロレンズの歪曲収差を示す収差図である。

【図9D】第４実施形態に係るマクロレンズの倍率色収差を示す収差図である。

【図10A】第５実施形態に係るマクロレンズの球面収差を示す収差図である。

【図10B】第５実施形態に係るマクロレンズの非点収差を示す収差図である。

【図10C】第５実施形態に係るマクロレンズの歪曲収差を示す収差図である。

【図10D】第５実施形態に係るマクロレンズの倍率色収差を示す収差図である。

【図11】第１実施形態〜第５実施形態に係るマクロレンズを備えた撮像装置としてのスマートフォンの構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示に係るマクロレンズの第１実施形態について説明する。図１には、本実施形態に係る「マクロレンズＬ」の断面が示されており、この断面は、後述する第１実施形態に係る数値実施例（表１、表２）のレンズ構成に対応している。また、図１には、有限距離に位置する物体に合焦した状態における軸上光束１０、最大画角の光束１２の各光線軌跡（光路）及び最大画角の半値ωが示されている。なお、最大画角の光束１２において、最大画角の主光線１４は、一点鎖線で示されている。同様にして、図２〜図５には、それぞれ後述する第２実施形態〜第５実施形態に係るマクロレンズＬの断面構成が示されており、これらはそれぞれ第２実施形態〜第５実施形態に係る数値実施例（表３〜表１０）に対応している。

【0016】

また、図１〜図５において、符号Ｒｉは、最も物体側のレンズ要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示している。一方、符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上での距離（面間隔）を示している。なお、各実施形態共に基本的な構成は同様であるため、以下では、図１に示したマクロレンズの構成例を基本にして説明することとする。

【0017】

マクロレンズＬは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子を用いた各種撮像機器、特に、比較的小型の携帯端末機器、例えばデジタルスチルカメラ、監視カメラ、カメラ付き携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等に用いることが可能である。このマクロレンズＬは、光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に、「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」とを備えている。

【0018】

一方、図１１には、撮像装置としての「スマートフォン１６」が示されている。スマートフォン１６は、本実施形態に係るマクロレンズＬと、このマクロレンズＬによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子１８（図１〜５参照）とを有するカメラ部２０とを備えている。撮像素子１８は、このマクロレンズＬの結像面（撮像面）に配置されている。なお、マクロレンズＬは、スマートフォン１６の背面側のカメラ部２２にも用いることが可能である。また、スマートフォン１６には、マクロレンズＬに求められる性能に応じて、後述する第２実施形態〜第５実施形態に係るマクロレンズＬが搭載されていてもよい。

【0019】

図１に戻り、第４レンズＬ４と撮像素子１８との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材２４が配置されていてもよい。例えば撮像面保護用のカバーガラス、赤外線カットフィルタ等の平板状の光学部材が配置されていてもよい。この場合、光学部材２４として例えば平板状のカバーガラスに、赤外線カットフィルタ、ＮＤ(Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ等のフィルタ効果のあるコートが施されたもの、あるいは同様の効果を有する材料を使用してもよい。

【0020】

また、光学部材２４を用いずに、第４レンズＬ４にコートを施す等して光学部材２４と同等の効果を持たせるようにしてもよい。これにより、部品点数の削減とレンズ全長の短縮を図ることができる。

【0021】

このマクロレンズＬは、第３レンズＬ３の物体側の面より物体側に配置された「開口絞りＳｔ」を備えている。開口絞りＳｔをこのように配置した場合には、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのを抑制することができ、その結果、周辺での光量低下を抑制することができる。なお、「第３レンズＬ３の物体側の面より物体側に配置」とは、光軸方向における開口絞りＳｔの位置が、軸上マージナル光線と第３レンズＬ３の物体側の面の交点と同じ位置かそれより物体側にあることを意味している。

【0022】

第１レンズＬ１は、両凸形状である。このため、第１レンズＬ１の物体側の面と像側の面で正の屈折力を分担することにより、第１レンズＬ１の屈折力を確保しつつ、第１レンズＬ１の物体側の面と像側の面の近軸曲率半径の絶対値が小さくなりすぎることを抑制することができ、その結果、球面収差補正が容易となっている。

【0023】

第２レンズＬ２は、光軸近傍で負の屈折力を有している。このため、球面収差、像面湾曲及び軸状色収差を良好に補正することができる。また、第２レンズＬ２は、両凹形状であるため、レンズ全長を好適に短縮化でき、球面収差を良好に補正することができる。しかも、第２レンズＬ２は、物体側に凹面を向けているため、第１レンズＬ１の像側の面と第２レンズＬ２の物体側の面とを同方向とすることができ、その結果、第２レンズＬ２への入射時における高次収差の発生を抑制することができる。なお、第１実施形態〜第５実施形態のうち第２実施形態に係る第２レンズＬ２は、光軸近傍において像側に凸面を向けた形状となっている。

【0024】

第３レンズＬ３は、光軸近傍で正の屈折力を有している。このため、レンズ全長をより短縮化することができる。また、第３レンズＬ３は、光軸近傍において物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。このため、レンズ全長の短縮化に有利となり、かつ、球面収差を補正しやすくすることができる。さらに、第３レンズＬ３の後側主点位置を物体側に寄せやすくなり、より好適にレンズ全長の短縮化を図ることができる。

【0025】

第４レンズＬ４は、光軸近傍で負の屈折力を有している。このため、好適にレンズ全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。また、第４レンズＬ４は、光軸近傍において物体側に凹面を向けたメニスカス形状である。このため、入射光の角度を小さくし、高次収差の発生を抑制することができ、かつ、像面湾曲を良好に補正することができる。

【0026】

次に、上記のように構成されたマクロレンズＬの条件式に関する作用及び効果を詳細に説明する。なお、マクロレンズＬは、下記各条件式について、各条件式のいずれか１つまたは任意の組合せを満足することが好ましい。また、満足する条件式はマクロレンズＬに要求される事項に応じて適宜選択されることが好ましい。

【0027】

まず、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３及び全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ３／ｆ＜４ （１）

【0028】

条件式（１）は全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、球面収差を良好に補正することができる。一方、条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、好適にレンズ全長を短縮化することが可能となる。また、この効果を高めるために、全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３の比は、以下の条件式（１−１）を満たすことが好ましい。
１．８＜ｆ３／ｆ＜３．９ （１−１）

【0029】

さらに、この効果をより高めるために、全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３の比は、以下の条件式（１−２）を満たすことがより好ましい。
２．８＜ｆ３／ｆ＜３．９ （１−２）

【0030】

また、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４及び全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
−５５＜ｆ４／ｆ＜−２．５ （２）

【0031】

条件式（２）は全系の焦点距離ｆに対する第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、全系の屈折力に対して第４レンズＬ４の負の屈折力が弱くなりすぎないようにすることができ、その結果、レンズ全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。一方、条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、球面収差を良好に補正することができる。また、この効果を高めるために、全系の焦点距離ｆに対する第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４の比は、以下の条件式（２−１）を満たすことが好ましい。
−５５＜ｆ４／ｆ＜−２．６ （２−１）

【0032】

さらに、この効果をより高めるために、全系の焦点距離ｆに対する第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４の比は、以下の条件式（２−２）を満たすことがより好ましい。
−５４＜ｆ４／ｆ＜−８ （２−２）

【0033】

また、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との合成焦点距離ｆ３４及び全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ３４／ｆ＜５．５ （３）

【0034】

条件式（３）は全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との合成焦点距離ｆ３４の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、レンズ全長の短縮化に有利となる。一方、条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、光学系を通過する光線の結像面（撮像素子）への入射角が大きくなるのをより好適に抑制することができ、かつ、ディストーション（歪曲収差）及び倍率色収差を好適に補正することができる。また、この効果を高めるために、全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との合成焦点距離ｆ３４の比は、以下の条件式（３−１）を満たすことが好ましい。
１．６＜ｆ３４／ｆ＜５．４ （３−１）

【0035】

さらに、この効果をより高めるために、全系の焦点距離ｆに対する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との合成焦点距離ｆ３４の比は、以下の条件式（３−２）を満たすことがより好ましい。
３＜ｆ３４／ｆ＜５．２ （３−２）

【0036】

また、第１レンズＬ１の像側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との光軸Ｚ１上での距離Ｄ２、第１レンズＬ１の屈折率Ｎ１、第２レンズＬ２の屈折率Ｎ２、第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径Ｒ２、第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径Ｒ３の関係は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。なお、条件式（４）における大括弧で囲まれている部分は、第１レンズＬ１の像側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との間の空間を空気で満たされたレンズと見なす空気レンズとしたときに、この空気レンズの屈折力ＰＡｉｒ２３を示している。
−０．６５＜[（１−Ｎ１）／Ｒ２＋（Ｎ２−１）／Ｒ３−｛（（１−Ｎ１）・（Ｎ２−１））／（Ｒ２・Ｒ３）｝・Ｄ２]・ｆ＜−０．４５ （４）

【0037】

条件式（４）は第１レンズＬ１の像側の面と第２レンズＬ２の物体側の面とを含んで構成される空気レンズの屈折力ＰＡｉｒ２３と全系の焦点距離ｆとの積の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、歪曲収差及び倍率色収差の発生を抑制することができる。一方、条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、ペッツバール和を小さく保ち、像面の平坦性を向上させることができる。また、この効果を高めるために、屈折力ＰＡｉｒ２３と全系の焦点距離ｆとの積は、以下の条件式（４−１）を満たすことが好ましい。
−０．６２＜[（１−Ｎ１）／Ｒ２＋（Ｎ２−１）／Ｒ３−｛（（１−Ｎ１）・（Ｎ２−１））／（Ｒ２・Ｒ３）｝・Ｄ２]・ｆ＜−０．４８ （４−１）

【0038】

以上説明したように、本実施形態に係るマクロレンズＬは、レンズ全長を短縮化しつつ、有限距離の撮影に適した等倍以上の倍率を確保することができる。また、本実施形態に係るスマートフォン１６は、マクロレンズＬを搭載することで近接撮影であっても被写体を大きく写すことができる。

【0039】

次に、本実施形態に係るマクロレンズＬの具体的な数値実施例について説明する。後掲の表１及び表２には、図１に示されているマクロレンズＬの構成に対応する具体的なレンズデータが示されている。なお、表１には、マクロレンズＬを構成する各レンズの基本的なレンズデータが示されており、表２には各レンズの非球面に関するデータが示されている。表１に示されているレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、本実施形態に係るマクロレンズＬについて、最も物体側の光学要素の物体側の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号が示されている。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）が示されている。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸Ｚ１上の間隔（ｍｍ）が示されている。屈折率Ｎｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値が示されている。アッベ数νｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値が示されている。

【0040】

また、表１には開口絞りＳｔと光学部材２４も含めて示されている。表１では開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には、面番号と（Ｓｔ）という語句が記載されており、像面に相当する面の面番号の欄には面番号と（ＩＭＧ）という語句が記載されている。曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。また、各レンズデータの枠外上部には、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）と、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）と、ＦナンバーＦＮｏ.と、有限距離の物体に合焦した状態における最大画角２ω（°）の値とが示されている。なお、このバックフォーカスＢｆは空気換算した値を表している。また、本実施形態並びに後述する第２実施形態〜第５実施形態において、マクロレンズＬは、近接撮影等の至近距離の被写体の撮影に用いられ、有限距離における集光を想定しているため、バックフォーカスＢｆを例示的にマイナスの値としている。

【0041】

なお、本実施形態に係るマクロレンズＬでは、第１レンズＬ１から第４レンズＬ４において、全てのレンズの両面が非球面形状となっている。したがって、表１に示されているレンズ面の曲率半径の数値には、レンズ面の非球面光軸近傍の曲率半径（近軸曲率半径）の数値が用いられている。

【0042】

一方、表２には本実施形態に係るマクロレンズＬにおける非球面データが示されている。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^−２」であることを示す。

【0043】

表２には、非球面データとして、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａｉ，ＫＡの値が記されている。なお、式（Ａ）で用いられる各係数については、以下に説明してあるが、Ｚについて補足説明すると、Ｚは、光軸Ｚ１から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸Ｚ１に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示しており、以下では、「非球面の深さ」と称している。

【0044】

【数1】

ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａｉ：第ｉ次（ｉは４以上の整数）の非球面係数
ＫＡ：非球面係数

【0045】

なお、本実施形態において、非球面係数Ａｉは、第４次から第１０次までのうちｉが偶数のものが用いられているが、これに限らず、ｉが３以下の整数である非球面係数Ａｉを用いてもよいし、ｉが１０よりも大きい整数である非球面係数Ａｉを用いてもよい。

【0046】

以上の第１実施形態に係るマクロレンズＬと同様にして、図２〜図５に示したマクロレンズＬの構成に対応する具体的なレンズデータを第２実施形態〜第５実施形態として、表３〜表１０に示す。なお、これらの第２実施形態〜第５実施形態に係るマクロレンズＬにおいても、上述した第１実施形態と同様に、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４の両面がすべて非球面形状となっている。また、第２実施形態を除く全ての実施形態においてマクロレンズＬの倍率は等倍であり、第２実施形態に係るマクロレンズＬの倍率は２倍である。

【0047】

図６Ａ〜図６Ｄには、この順に、第１実施形態に係るマクロレンズＬの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）を表す収差図がそれぞれ示されている。

【0048】

球面収差、非点収差（像面湾曲）、ディストーション（歪曲収差）を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差が示されているが、球面収差図にはＦ線（波長４８６．１ｎｍ）及びＣ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示されている。一方、倍率色収差図では、Ｆ線、Ｃ線についての収差が示されている。なお、非点収差図において、実線はサジタル方向（Ｓ）の収差を示しており、破線はタンジェンシャル方向（Ｔ）の収差を示している。また、各図に適宜示されるＦＮｏ.はＦナンバーを示しており、ωは有限距離に位置する物体に合焦した状態における最大画角の半値をそれぞれ示している。

【0049】

同様に、図７Ａ〜図１０Ｄには、第２実施形態〜第５実施形態に係るマクロレンズＬの諸収差が示されている。なお、図７Ａ〜図１０Ｄに示される収差図は、全て物体距離が有限距離の場合のものである。

【0050】

また、表１１には、各実施形態のそれぞれにおける上述した各条件式（１）〜（４）、（１−１）〜（４−１）及び（１−２）〜（３−２）に関する値が示されている。

【0051】

以上の各数値データ及び各収差図から分かるように、各実施形態に係るマクロレンズＬにおいて、レンズ全長を短縮化しつつ、有限距離の撮影に適した等倍以上、具体的には等倍及び２倍の倍率を確保することができる。

【0052】

なお、マクロレンズＬの構成は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、上述した各条件式（１）〜（４）、（１−１）〜（４−１）及び（１−２）〜（３−２）の少なくとも一つを満たすものであればよい。すなわち、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値等は、各実施形態で示した値に限定されず、上述した条件式の少なくとも一つを満たす範囲内において、他の値をとり得る。

【0053】

また、各実施形態では、すべて固定焦点で使用する前提での記載とされているが、フォーカス調整可能な構成とすることも可能である。例えばレンズ系全体を繰り出したり、一部のレンズを光軸上で動かしてオートフォーカス可能な構成とすることも可能である。

【0054】

【表1】

【0055】

【表2】

【0056】

【表3】

【0057】

【表4】

【0058】

【表5】

【0059】

【表6】

【0060】

【表7】

【0061】

【表8】

【0062】

【表9】

【0063】

【表10】

【0064】

【表11】

【符号の説明】

【0065】

１０ 軸上光束
１２ 最大画角の光束
１４ 最大画角の主光線
１６ スマートフォン
１８ 撮像素子
２０ カメラ部
２２ カメラ部
２４ 光学部材
Ｄ１〜Ｄ１１ 面間隔
Ｌ マクロレンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｒ１〜Ｒ１２ 曲率半径
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ１ 光軸
ω 最大画角の半値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11】