JP2004233536A - Imaging optical system and image pickup unit using the same - Google Patents

Imaging optical system and image pickup unit using the same Download PDF

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JP2004233536A JP2003020587A JP2003020587A JP2004233536A JP 2004233536 A JP2004233536 A JP 2004233536A JP 2003020587 A JP2003020587 A JP 2003020587A JP 2003020587 A JP2003020587 A JP 2003020587A JP 2004233536 A JP2004233536 A JP 2004233536A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging optical system that satisfies high performance and miniaturization concurrently, and copes with wide angle imaging, and also to provide an image pickup unit that uses the system. <P>SOLUTION: The imaging optical system is provided with a brightness diaphragm S, a first positive lens L1, a second negative lens L2, and a third positive lens L3 which are arranged in this order successively from an object side. The system also fulfills the following conditional expression: 1.5<d/(f×tan θ)<3.0 (where d is the distance measured along the optical axis from the brightness diaphragm plane to the image plane of the system, θ is the maximum angle of incidence of the system, and f is the focal length of the entire system). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系とそれを用いた撮像装置に関するものであり、特に、CCDやCMOS等の固体撮像素子等を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話や、パソコンに搭載される小型カメラ、監視カメラ等の撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに代わり、CCDやCMOSのような固体撮像素子を用いて被写体を撮影するようにした電子カメラが普及してきている。このような電子カメラの中、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像装置では、特に小型、軽量化が求められている。
【0003】
このような撮像装置に用いる結像光学系として、従来よりレンズ枚数を1枚若しくは2枚で構成したものがある。しかしながら、これらは、収差論で明らかなように、像面湾曲が補正できず高い性能は望めないことは既に知られている。そのため、高性能を満たすには3枚以上のレンズで構成することが必要である。
【0004】
一方、CCDの場合、結像レンズ系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、マイクロレンズの集光性能が十分に発揮されず、画像の明るさが画像中央部と画像周辺部で極端に変化するという問題が生じてしまう。そのため、CCDへの光線入射角、すなわち、射出瞳位置が設計上重要である。枚数の少ない光学系の場合には、明るさ絞りの位置が重要になる。
【0005】
これらの問題を考慮したものとして、フロント絞りのトリプレットタイプがあげられる。そのような結像レンズとして、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6等で開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平1−144007号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平2−191907号公報
【0008】
【特許文献3】
特開平4−153612号公報
【0009】
【特許文献4】
特開平5−188284号公報
【0010】
【特許文献5】
特開平9−288235号公報
【0011】
【特許文献6】
特開2001−75006号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの先行例は、次に示すように様々な問題点があった。
【0013】
一般的に、光学系の全長を短くすると、射出瞳位置もそれだけ像側に配置しなければならないので、像面への光線入射角がきつくなってしまう。逆に、射出瞳位置を物体側に配置すると、像面への光線入射角は緩くなるが、全長は大きくなってしまう。
【0014】
特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献5の何れも、全長が長く小型化を達成しているとは言えなかった。また、半画角が25程度でこれ以上の広角化は性能的に限界があった。なお、画角の割に像面への光線入射角度は小さくなかった。
【0015】
特許文献4、特許文献5では、像面への光線入射角度については考慮されているが、同様に全長は短いとは言えなかった。
【0016】
このように何れの先行例も、光学系の大きさと像面への光線入射角度のバランスは取れていなかった。また、半画角35°程度に広角化すると、光学系への入射角がさらに大きくなるので、射出角すなわち像面への入射角度も大きくなってより厳しくなってしまうが、これを解決するものもなかった。
【0017】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高性能化と小型化を同時に満たし広角化にも耐える結像光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の結像光学系は、物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【0019】
1.5<d/(f・tan θ)<3.0 ・・・(1)
ただし、dは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、fは全系の焦点距離である。
【0020】
本発明のもう1つの結像光学系は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【0021】
−5.0<f2−3 /f<−0.5 ・・・(2)
ただし、f2−3 は第2負レンズと第3正レンズの合成焦点距離、fは全系の焦点距離である。
【0022】
以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用を説明する。
【0023】
まず、レンズ枚数について説明する。本発明では、性能と小型化を考慮した結果、レンズ枚数を3枚で構成した。レンズ枚数を4枚以上にすればさらに性能が向上するのは明らかであるが、1枚レンズが増えることにより、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがそれだけ多くなり、大型化するのは避けられない。また、上記の従来の技術の項で述べたように、2枚以下では像面湾曲が小さくならずかなり周辺性能は劣化する。3枚で構成するのが性能、大きさ共に最適である。
【0024】
次に、撮像素子であるCCDへの光線入射角を小さくするために、明るさ絞りを最も物体側に配置した。射出瞳位置を物体側に遠くなるようにレンズのパワーを構成すればよいが、枚数が少ないので明るさ絞りの位置を物体側に配置するのが最も効果的である。
【0025】
ここで、明るさ絞りを最も物体側に配置すると、絞りに対して一方にしかレンズがないので、光学設計には周辺性能であるディストーションと倍率色収差の補正が難しくなってくる。そのため、物体側より、正レンズ、負レンズ、正レンズと配置することにより、光線高の大きくなる第2レンズ、第3レンズに異符号のパワーを配置して補正している。なお、中心性能は、第1正レンズで発生する球面収差、軸上色収差を第2負レンズで補正し、画面全体の高性能化を達成している。
【0026】
このようにすれば、基本的には全長が小さく、さらに像面への光線入射角も小さくすることが可能にはなるが、レンズ枚数が少ないので、焦点距離や画角を十分に考慮して、個々の面間隔、肉厚、バックフォーカスを適切に設定しなければ、小型化することができない。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【0027】
1.5<d/(f・tan θ)<3.0 ・・・(1)
ただし、dは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、fは全系の焦点距離である。
【0028】
この条件式(1)の上限の3.0を越えると、全長が大きくなりすぎ小型化を達成できなくなり、下限の1.5を越えると、各レンズのパワーが強くなりすぎて性能が劣化したり、肉厚、面間隔が狭くなりすぎ、加工、組み立てがし難くなったりする。
【0029】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0030】
1.8<d/(f・tan θ)<2.8 ・・・(1−1)
次に、結像光学系の小型化と高性能化をより効果的に達成するためのパワー構成について説明する。一般的に、焦点距離に対して全長を短くするには、望遠タイプの正、負の順にパワーを配置することが考えられる。しかしながら、負は発散作用を持つため、そのままの構成では像面へ入射する角度がきつくなる傾向がある。一方、広角の光学系を構成する場合、最も物体側に負の発散作用を持つ群を配置するのが光学性能的に有利であることは知られている。
【0031】
そこで、本発明では、まず、全長を短縮するため基本的なパワー構成を正、負にし、負のパワーを、物体側から順に、負レンズ、正レンズの構成とする。これにより、望遠タイプを形成しつつも、最も像面側に配置される正レンズの収束作用により像面への入射角度を緩くできるようになる。また、広角の光学系を構成しても性能劣化しないように、第1正レンズの入射面を凹面にして発散作用を持たせ、正パワーのメニスカス形状にする。これにより、広角化したときに発生しやすい軸外光線のコマ収差、非点収差の補正が十分できるようになる。
【0032】
このとき、全長短縮効果と像面への入射角度のバランスを取るためには、第2負レンズ、第3正レンズによる負のパワーを適切に設定しなければならない。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【0033】
−5.0<f2−3 /f<−0.5 ・・・(2)
ただし、f2−3 は第2負レンズと第3正レンズの合成焦点距離、fは全系の焦点距離である。
【0034】
この条件式(2)の上限の−0.5を越えると、望遠効果が強くなりすぎて像面への入射角度がきつくなりすぎ、下限の−5.0を越えると、望遠効果が弱くなりすぎて全長が大きくなってしまう。
【0035】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0036】
−3.5<f2−3 /f<−0.8 ・・・(2−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0037】
−2.0<f2−3 /f<−0.9 ・・・(2−2)
また、望遠タイプを形成するためには、2つある正レンズの中の第1正レンズの方に強い正パワーを持たせるのがよい。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0038】
0.1<f/f<0.7 ・・・(3)
ただし、fは第1正レンズの焦点距離、fは第3正レンズの焦点距離である。
【0039】
この条件式(3)の上限の0.7を越えると、望遠効果が小さくなり全長が大きくなるか、第2負レンズ、第3正レンズのパワーが強くなりすぎてコマ収差、非点収差が悪化する。また、下限の0.1を越えると、望遠効果が強くなりすぎて第1正レンズでの収差発生量が大きくなるか、第3正レンズのパワーが弱くなりすぎ、第2負レンズで発生する倍率色収差、ディストーションを補正できなくなる。
【0040】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0041】
0.2<f/f<0.58 ・・・(3−1)
また、負の合成パワーの第2負レンズ、第3正レンズの構成により、望遠効果の影響度が変わってくる。また、第2負レンズ、第3正レンズは明るさ絞りから遠く離れて配置され軸外光線高が高くなるため、倍率色収差やディストーションの発生は大きくなりがちである。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0042】
−0.6<f/f<−0.1 ・・・(4)
ただし、fは第2負レンズの焦点距離、fは第3正レンズの焦点距離である。
【0043】
この条件式(4)の上限の−0.1を越えると、第2負レンズのパワーが弱くなるか、第3正レンズのパワーが強くなりすぎて、共に望遠効果が小さくなって全長が大きくなる。下限の−0.6を越えると、第2負レンズのパワーが強くなるか、第3正レンズのパワーが弱くなり、倍率色収差やディストーションのバランスが取れなくなり性能が悪化する。
【0044】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0045】
−0.5<f/f<−0.15 ・・・(4−1)
また、高屈折率のガラスを用いれば性能が向上するが、コストが高くなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0046】
1.45<navg <1.70 ・・・(5)
ただし、navg は第1正レンズ〜第3正レンズのd線の屈折率の平均値である。
【0047】
この条件式(5)の上限の1.70を越えると、低コストを達成できなくなり、下限の1.45を越えると、各レンズの収差発生量が大きくなりすぎ性能劣化してしまう。
【0048】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0049】
1.5<navg <1.65 ・・・(5−1)
また、第1正レンズは最も絞りに近いため、中心から周辺の光束は略レンズの同じ領域を通過している。すなわち、この面の収差発生を適切に補正しておかないと、第2負レンズ、第3正レンズで補正し切れなくなる場合があり、全画面の性能が、特にコマ収差や非点収差が劣化してしまう。そのため、次の条件式を満たすのが好ましい。
【0050】
1.0<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.7 ・・・(6)
ただし、r1fは第1正レンズの物体側近軸曲率半径、r1rは第1正レンズの像側近軸曲率半径である。
【0051】
この条件式(6)の上限の1.7を越えると、相対的に第1正レンズの像側の面のパワーが強くなりすぎて、特に球面収差、コマ収差が悪化してしまい、下限の1.0を越えると、相対的に第1正レンズの物体側の面のパワーが弱くなりすぎて、軸外収差、特に非点収差、コマ収差が悪化してしまう。
【0052】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0053】
1.1<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.6 ・・・(6−1)
また、全長を小さくするために望遠効果を出すには、第1正レンズでは強い正パワーが必要になる。そのため、第1正レンズの中の少なくとも1面を非球面で構成すると、良好に収差補正することができる。よって、次の条件式を満たすのが望ましい。
【0054】
0.01<|(r1s+r1a)/(r1s−r1a)−1|<100・・・(7)
ただし、r1sは第1正レンズの非球面の近軸曲率半径、r1aは第1正レンズの以下に定義した非球面を考慮した曲率半径rASP の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【0055】
ここで、非球面を考慮した曲率半径rASP は、非球面定義式(面頂に接する接平面から光軸進行方向を正としたときの形状の関数)をf(y)としたとき、次の式で定義される。以下、同じ。
【0056】
ASP =y・(1+f’(y)1/2 /f’(y)
ただし、yは光軸からの高さ、f’(y)はf(y)の一階微分とする。
【0057】
この条件式(7)の上限の100を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の0.01を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共にレンズの加工が難しくなってしまう。
【0058】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0059】
0.05<|(r1s+r1a)/(r1s−r1a)−1|<10・・・(7−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0060】
0.1<|(r1s+r1a)/(r1s−r1a)−1|<5・・・(7−2)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0061】
0.1<|(r1s+r1a)/(r1s−r1a)−1|<3・・・(7−3)
また、全長を小さくするために望遠効果を出すには、第2負レンズは強い負パワーが必要になる。第2負レンズの中の少なくとも1面を非球面で構成すると、良好に収差補正することができ、次の条件式を満たすのが望ましい。
【0062】
0.01<|(r2s+r2a)/(r2s−r2a)−1|<100・・・(8)
ただし、r2sは第2負レンズの非球面の近軸曲率半径、r2aは第2負レンズの上記で定義した非球面を考慮した曲率半径rASP の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【0063】
この条件式(8)の上限の100を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の0.01を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共に、レンズの加工が難しくなってしまう。
【0064】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0065】
0.1<|(r2s+r2a)/(r2s−r2a)−1|<5・・・(8−1)
また、撮像素子にCCDを用いる場合、結像光学系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、画像中央部と画像周辺部で画像の明るさが変化してしまう。一方、像面に対して小さい角度で入射させるとこの問題は軽減されるが、今度は光学系の全長が大きくなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0066】
10°<α<40° ・・・(9)
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。
【0067】
この条件式の上限の40°を越えると、CCDへの入射角が大きくなりすぎ画像周辺部の明るさが低下してしまい、下限の10を越えると、全長が大きくなりすぎてしまう。
【0068】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0069】
15°<α<35° ・・・(9−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0070】
17.5°<α<25° ・・・(9−2)
本発明は、以上の本発明の結像光学系と、その像側に配された撮像素子とを有する撮像装置を含むものである。
【0071】
また、本発明の第1の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とするものである。
【0072】
この構成の作用を説明すると、明るさ絞り周辺面での反射光が結像光学系の内部に入射すると、ゴースト、フレアといった現象が起こりやすくなる。特に、本願発明のように、物体側から、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された小型の結像光学系では、撮像素子の撮像面も小さくなるため、相対的に明るさ絞りの外周面での反射光の影響が大きくなる。
【0073】
そこで、本発明では、最も物体側に明るさ絞りが配されることを利用して、明るさ絞りの開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させた固定形状としている。
【0074】
このような構成により、開口部の外周面で反射した光束が撮像素子に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【0075】
また、本発明の第2の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とするものである。
【0076】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。したがって、これらのレンズを保持するレンズ枠を形成が容易な同一樹脂で一体成形することで、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【0077】
その際に、レンズ枠に明るさ絞りの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、かつ、このレンズ枠自体に撮像素子の保持機能を備えさせることで、枠内へごみが進入しづらい構成とすることが可能となる。
【0078】
また、本発明の第3の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第1正レンズ、第3正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とするものである。
【0079】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。特に第1正レンズと第3正レンズで顕著となる。したがって、上述の構成とすることで軸外光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化し、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【0080】
さらには、全レンズの外周に物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、上記レンズ枠にその傾斜部が当接するようにしてもよい。
【0081】
また、本発明の第4の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第1正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第3正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とするものである。
【0082】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。また、有効光束は、像面側程撮像素子の有効撮像領域の形状に近づいてくる。したがって、上述の構成とすることで、有効光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化ができる。
【0083】
なお、以上の各条件式に共通して、各条件式範囲をより限定した下位の条件式の上限値のみ、又は、下限値のみをその上位の条件式の上限値あるいは下限値として限定するようにしてもよい。
【0084】
また、以上の条件式は、任意に複数を組み合わせることで、より本発明の効果を高めることができる。
【0085】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結像光学系の実施例1〜5について説明する。実施例1〜5の無限遠物点合焦時のレンズ断面図をそれぞれ図1〜図5に示す。図中、明るさ絞りはS、第1正レンズはL1、第2負レンズはL2、第3正レンズはL3、電子撮像素子のカバーガラスはCG、像面はIで示してある。なお、カバーガラスCGの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスCGにローパスフィルター作用を持たせるようにしてもよい。
【0086】
実施例1の結像光学系は、図1に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、両凹の両面非球面の第2負レンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1〜第3レンズL3は全てプラスチックからなり、第1レンズL1、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス(商品名)、第2レンズL2はポリカーボネイトから構成されている。
【0087】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r〜第7面rの順に、0.647mm,0.969mm,1.146mm,1.241mm,1.662mm,1.920mmである。
【0088】
実施例2の結像光学系は、図2に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、物体側に凸面を向けた両面非球面の第2負メニスカスレンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1、第2レンズL2はガラス、第3レンズL3はプラスチックからなり、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【0089】
また,本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r〜第7面rの順に、0.656mm,1.142mm,1.277mm,1.344mm,1.527mm,1.776mmである。
【0090】
実施例3の結像光学系は、図3に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、両凹の両面非球面の第2負レンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズl3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1はプラスチック、第2レンズL2、第3レンズL3はガラスからなり、第1レンズL1はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【0091】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r〜第7面rの順に、0.674mm,1.201mm,1.384mm,1.692mm,1.652mm,1.801mmである。
【0092】
実施例4の結像光学系は、図4に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、物体側に凸面を向けた両面非球面の第2負メニスカスレンズL2、像側に凸面を向けた両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1〜第3レンズL3は全てプラスチックからなり、第1レンズL1、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス、第2レンズL2はポリカーボネイトから構成されている。
【0093】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r〜第7面rの順に、0.651mm,1.109mm,1.330mm,1.439mm,1.445mm,1.717mmである。
【0094】
実施例5の結像光学系は、図5に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、物体側に凸面を向けた両面非球面の第2負メニスカスレンズL2、物体側に凸の両面非球面の第3正メニスカスレンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1、第2レンズL2はガラス、第3レンズL3はプラスチックからなり、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスで構成されている。
【0095】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r〜第7面rの順に、0.630mm,0.942mm,1.245mm,1.202mm,1.350mm,1.599mmである。
【0096】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、r、r…は各レンズ面の曲率半径、d、d…は各レンズ面間の間隔、nd1、nd2…は各レンズのd線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、xを光の進行方向を正とした光軸とし、yを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【0097】
x=(y/r)/[1+{1−(K+1)(y/r)1/2
+A+A+A+ A1010
ただし、rは光軸上の曲率半径、Kは円錐係数、A、A、A、A10 はそれぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
【0098】

Figure 2004233536
Figure 2004233536
【0099】
Figure 2004233536
Figure 2004233536
【0100】
Figure 2004233536
Figure 2004233536
【0101】
Figure 2004233536
Figure 2004233536
【0102】
Figure 2004233536
Figure 2004233536
【0103】
上記実施例1〜5の無限遠にフォーカシングした場合の収差図をそれぞれ図6〜図10に示す。これら収差図において、“SA”は球面収差、“AS”は非点収差、“DT”は歪曲収差、“CC”は倍率色収差を示す。また、各収差図中、“ω”は半画角を示す。
【0104】
次に、上記各実施例における条件(1)〜(13)の値を示す。
【0105】
Figure 2004233536
(注)条件式(7)、(8)の数値は、上が物体側の面の数値、下が像側の面の数値である。
【0106】
上記各実施例は小型でありながら、図6〜図10の収差図に示すように、良好な画像が得られている。
【0107】
なお、以上の本発明の実施例において、明るさ絞りSの直前にカバーガラスを配置するようにしてもよい。
【0108】
また、本発明の以上の実施例において、プラスチックで構成しているレンズをガラスで構成するようにしてもよい。例えば何れかの実施例のプラスチックより屈折率の高いガラスを用いれば、さらに高性能を達成できるのは言うまでもない。また、特殊低分散ガラスを用いれば、色収差の補正に効果があるのは言うまでもない。特にプラスチックで構成する場合には、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能劣化が軽減されるので好ましい(例えば、日本ゼオン社のゼオネックス(商品名)等がある)。
【0109】
また、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞りS以外にフレア絞りを配置してもよい。以上の実施例において、明るさ絞りSから第1レンズL1間、第1レンズL1と第2レンズL2間、第2レンズL2と第3レンズL3間、第3レンズL3と像面I間の何れの場所にフレア絞りを配置してもよい。また、枠によりフレア光線をカットするように構成してもよいし、別の部材を用いてフレア絞りを構成してもよい。また、光学系に直接印刷しても、塗装しても、シール等を接着しても構わない。また、その形状は、円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でも構わない。また、有害光束をカットするだけでなく、画面周辺のコマフレア等の光束をカットするようにしてもよい。
【0110】
また、各レンズには、反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減しても構わない。マルチコートであれば、効果的にゴースト、フレアを軽減できるので望ましい。また、赤外カットコートをレンズ面、カバーガラス等に行ってもよい。
【0111】
また、ピント調節を行うためにフォーカシングを行うようにしてもよい。レンズ系全体を繰り出してフォーカスを行ってもよいし、一部のレンズを繰り出すか、若しくは、繰り込みをしてフォーカスするようにしてもよい。
【0112】
また、画像周辺部の明るさ低下をCCDのマイクロレンズをシフトすることにより軽減するようにしてもよい。例えば、各像高における光線の入射角に合わせて、CCDのマイクロレンズの設計を変えてもよい。また、画像処理により画像周辺部の低下量を補正するようにしてもよい。
【0113】
図11は、上記実施例1の結像光学系5とその像面Iに配置されるCCD6とを、樹脂材で一体成形したレンズ枠7に固定する構成例の、結像光学系5の光軸を含みCCD6の像面Iの対角方向に取った断面図であり、明るさ絞りSは樹脂製のレンズ枠7に一体成形している。このようにすると、結像光学系5を保持するレンズ枠7の製造が容易になる。また、レンズ枠7に明るさ絞りSの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、また、このレンズ枠7自体に撮像素子のCCD6の保持機能を備えさせることで、レンズ枠7内へごみ等が進入し難くなる。
【0114】
また、図11から明らかなように、結像光学系5の第1正レンズL1、第2負レンズL2、第3正レンズL3の各々の外周8に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜面を設け、レンズ枠7にその傾斜面を当接して固定可能にすることにより、レンズ枠7へ像面側からレンズL1〜L3を落とし込んで位置決め固定できるようになる。
【0115】
また、図12に模式的分解斜視図を示すように、プラスチックで成形したレンズ枠7内に保持される結像光学系の第1正レンズL1の形状は、第1正レンズL1、第2負レンズL2は入射側からみて円形、第3正レンズL3は円形のレンズを基に、その上部と下部を切削した小判型の形状をしている。そして、各々のレンズL1〜L3のの外周8は絞りS側に傾斜している。レンズ枠7の内面もその傾きに対応して傾斜して成形されている。
【0116】
このように、第1正レンズL1の形状を入射側からみて円形、第3正レンズL3の形状を、入射側から見たときに撮像素子のCCD6の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さがその有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いものに構成することにより、結像光学系の第1正レンズL1、第2負レンズL2、第3正レンズL3を有効光束に沿ったレンズ外形にすることができ、ケラレを抑えつつ小型化ができる。なお、この例でも、レンズ枠7内に結像光学系5の第1正レンズL1、第2負レンズL2、第3正レンズL3の各々の外周8の傾斜面を当接して固定させるようにすることで、レンズ枠7内に像面側からレンズL1〜L3を落とし込んで位置決め固定できる。
【0117】
また、明るさ絞りSの開口の周辺面は、図11の断面図に示すように、レンズL1側に傾いて構成することが望ましく、その明るさ絞りSの開口の周辺面を、有効光束よりも傾斜角が大きく、実質的に最もレンズ側の角部が絞りの役目をするようにすることで、明るさ絞りSの開口部の外周面で反射した光束が撮像素子のCCD6に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【0118】
ところで、以上の各実施例において、前記のように、カバーガラスCGの入射面側に近赤外シャープカットコートを施してもよい。この近赤外シャープカットコートは、波長600nmでの透過率が80%以上、波長700nmでの透過率が10%以下となるように構成する。具体的には、例えば次のような27層の層構成からなる多層膜である。ただし、設計波長は780nmである。
【0119】
基 板 材質 物理的膜厚(nm) λ/4
───────────────────────────────
第1層 Al 58.96 0.50
第2層 TiO 84.19 1.00
第3層 SiO 134.14 1.00
第4層 TiO 84.19 1.00
第5層 SiO 134.14 1.00
第6層 TiO 84.19 1.00
第7層 SiO 134.14 1.00
第8層 TiO 84.19 1.00
第9層 SiO 134.14 1.00
第10層 TiO 84.19 1.00
第11層 SiO 134.14 1.00
第12層 TiO 84.19 1.00
第13層 SiO 134.14 1.00
第14層 TiO 84.19 1.00
第15層 SiO 178.41 1.33
第16層 TiO 101.03 1.21
第17層 SiO 167.67 1.25
第18層 TiO 96.82 1.15
第19層 SiO 147.55 1.05
第20層 TiO 84.19 1.00
第21層 SiO 160.97 1.20
第22層 TiO 84.19 1.00
第23層 SiO 154.26 1.15
第24層 TiO 95.13 1.13
第25層 SiO 160.97 1.20
第26層 TiO 99.34 1.18
第27層 SiO 87.19 0.65
───────────────────────────────
空 気 。
【0120】
上記の近赤外シャープカットコートの透過率特性は図13に示す通りである。
【0121】
また、ローパスフィルターの射出面側には、図14に示すような短波長域の色の透過を低滅する色フィルターを設けるか若しくはコーティングを行うことで、より一層電子画像の色再現性を高めている。
【0122】
具体的には、このフィルター若しくはコーティングにより、波長400nm〜700nmで透過率が最も高い波長の透過率に対する420nmの波長の透過率の比が15%以上であり、その最も高い波長の透過率に対する400nmの波長の透過率の比が6%以下であることが好ましい。
【0123】
それにより、人間の目の色に対する認識と、撮像及び再生される画像の色とのずれを低減させることができる。言い換えると、人間の視覚では認識され難い短波長側の色が、人間の目で容易に認識されることによる画像の劣化を防止することができる。
【0124】
上記の400nmの波長の透過率の比が6%を越えると、人間の目では認識され難い短波長城が認識し得る波長に再生されてしまい、逆に、上記の420nmの波長の透過率の比が15%よりも小さいと、人間の認識し得る波長城の再生が低くなり、色のバランスが悪くなる。
【0125】
このような波長を制限する手段は、補色モザイクフィルターを用いた撮像系においてより効果を奏するものである。
【0126】
上記各実施例では、図14に示すように、波長400nmにおける透過率を0%、420nmにおける透過率を90%、440nmにて透過率のピーク100%となるコーティングとしている。
【0127】
前記した近赤外シャープカットコートとの作用の掛け合わせにより、波長450nmの透過率99%をピークとして、400nmにおける透過率を0%、420nmにおける透過率を80%、600nmにおける透過率を82%、700nmにおける透過率を2%としている。それにより、より忠実な色再現を行っている。
【0128】
また、ローパスフィルターは、像面上投影時の方位角度が水平(=0°)と±45°方向にそれぞれ結晶軸を有する3種類のフィルターを光軸方向に重ねて使用することができ、それぞれについて、水平にaμm、±45°方向にそれぞれSQRT(1/2) ×aだけずらすことで、モアレ抑制を行うことができる。ここで、SQRTはスクエアルートであり平方根を意味する。
【0129】
また、CCDの撮像面I上には、図15に示す通り、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーン(緑)の4色の色フィルターを撮像画素に対応してモザイク状に設けた補色モザイクフィルターを設けている。これら4種類の色フィルターは、それぞれが略同じ数になるように、かつ、隣り合う画素が同じ種類の色フィルターに対応しないようにモザイク状に配置されている。それにより、より忠実な色再現が可能となる。
【0130】
補色モザイクフィルターは、具体的には、図15に示すように少なくとも4種類の色フィルターから構成され、その4種類の色フィルターの特性は以下の通りであることが好ましい。
【0131】
グリーンの色フイルターGは波長Gに分光強度のピークを有し、
イエローの色フィルターYは波長Yに分光強度のピークを有し、
シアンの色フィルターCは波長Cに分光強度のピークを有し、
マゼンダの色フィルターMは波長MP1とMP2にピークを有し、以下の条件を満足する。
【0132】
510nm<G<540nm
5nm<Y−G<35nm
−100nm<C−G<−5nm
430nm<MP1<480nm
580nm<MP2<640nm
さらに、グリーン、イエロー、シアンの色フィルターはそれぞれの分光強度のピークに対して波長530nmでは80%以上の強度を有し、マゼンダの色フィルターはその分光強度のピークに対して波長530nmでは10%から50%の強度を有することが、色再現性を高める上でより好ましい。
【0133】
上記各実施例におけるそれぞれの波長特性の1例を図16に示す。グリーンの色フィルターGは525nmに分光強度のビークを有している。イエローの色フィルターYは555nmに分光強度のピークを有している。シアンの色フイルターCは510nmに分光強度のピークを有している。マゼンダの色フィルターMは445nmと620nmにピークを有している。また、530nmにおける各色フィルターは、それぞれの分光強度のピークに対して、Gは99%、Yは95%、Cは97%、Mは38%としている。
【0134】
このような補色フイルターの場合、図示しないコントローラー(若しくは、デジタルカメラに用いられるコントローラー)で、電気的に次のような信号処理を行い、
輝度信号
Y=|G+M+Y+C|×1/4
色信号
R−Y=|(M+Y)−(G+C)|
B−Y=|(M+C)−(G+Y)|
の信号処理を経てR(赤)、G(緑)、B(青)の信号に変換される。
【0135】
ところで、上記した近赤外シャープカットコートの配置位置は、光路上のどの位置であってもよい。また、ローパスフィルターの枚数も2枚でも1枚でも構わない。
【0136】
本発明の撮像装置において、光量調整のために、明るさ絞りSを複数の絞り羽にて構成し、その開口形状を可変とすることで調整する可変絞りを用いてもよい。図17は、開口時絞り形状の例を示す説明図、図18は、2段絞り時の絞り形状の例を示す説明図である。図17、図18において、OPは光軸、Daは6枚の絞り板、Xa、Xbは開口部を示している。本発明においては、絞りの開口形状を開放状態(図17)と、所定の条件を満たすF値となる絞り値(2段絞り、図18)の2種類のみとすることができる。
【0137】
又は、形状又は透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを用いて、必要な明るさに応じて、何れかの明るさ絞りを結像光学系の物体側光軸上に配置する構成とすると、絞り機構の薄型化が図れる。また、そのターレット上に配された複数の明るさ絞りの開口の中の最も光量を低減させる開口に、他の明るさ絞りの透過率よりも低い透過率の光量低減フィルターを配する構成としてもよい。それにより、絞りの開口径を絞り込みすぎることがなくなり、絞りの開口径が小さいことにより発生する回折による結像性能の悪化を抑えることができる。
【0138】
この場合の1例の構成を示す斜視図を図19に示す。結像光学系の第1正レンズL1の物体側の光軸上の絞りSの位置に、0段、−1段、−2段、−3段、−4段の明るさ調節を可能とするターレット10を配置している。
【0139】
ターレット10には、0段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の空間からなる開口1A(波長550nmに対する透過率は100%)と、−1段補正するために開口1Aの開口面積の約半分の開口面積を有する開口形状が固定の透明な平行平板(波長550nmに対する透過率は99%)からなる開口1Bと、開口1Bと同じ面積の円形開口部を有し、−2段、−3段、−4段に補正するため、各々波長550nmに対する透過率が50%、25%、13%のNDフィルターが設けられた開口部1C、1D、1Eとを有している。
【0140】
そして、ターレット10に設けた回転軸11の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【0141】
また、図19に示すターレット10に代えて、図20の正面図に示すターレット10’を用いることができる。結像光学系の第1正レンズL1の物体側の光軸上の絞りSの位置に、0段、−1段、−2段、−3段、−4段の明るさ調節を可能とするターレット10’を配置している。
【0142】
ターレット10’には、0段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の開口1A’ と、−1段補正するために開口1A’の開口面積の約半分となる開口面積を有する開口形状が固定の開口1B’ と、さらに開口面積が順に小さくなり、−2段、−3段、−4段に補正するための形状が固定の開口部1C’ 、1D’ 、1E’ とを有している。
【0143】
そして、ターレット10’に設けた回転軸11の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【0144】
また、より薄型化のために、明るさ絞りSの開口を、形状、位置共に固定の絞りとし、光量調整は、撮像素子からの出力信号を電気的に調整するようにしもよい。また、レンズ系の他の空間、例えば第3正レンズL3とCCDカバーガラスCGの間にNDフィルターを抜き差して光量調整を行う構成としてもよい。図21はその1例を示す図であり、ターレット10”の開口1A”は素通し面又は中空の開口、開口1B”は透過率1/2のNDフィルター、開口1C”は透過率1/4のNDフィルター、開口1D”は透過率1/8のNDフィルター等を設けたターレット状のものを用い、中心の回転軸の周りの回動により何れかの開口を光路中の何れかの位置に配することで光量調節を行っている。
【0145】
また、光量調節のフィルターとして、光量ムラを抑えるように光量調節が可能なフィルター面を設けてもよい。例えば、暗い被写体に対しては中心部の光量確保を優先して透過率を均一とし、明るい被写体に対してのみ明るさムラを補うように、図22に示すように、同心円状に光量が中心程低下するフィルターを配する構成としてもよい。
【0146】
また、絞りSとしては、第1正レンズL1の入射面側の周辺部を黒塗りしたものでもよい。
【0147】
また、本発明による撮像装置を、カメラ等のように映像を静止画として保存するものとする場合、光量調整のためのシャッターを光路中に配置するとよい。
【0148】
そのようなシャッターとしては、CCDの直前に配置したフォーカルプレーンシャッターやロータリーシャッター、液晶シャッターでもよいし、開口絞り自体をシャッターとして構成してもよい。
【0149】
図23にシャッターの1例を示す。図23に示すものは、フォーカルプレーンシャッターの1つであるロータリーフォーカルプレーンシャッターの例であり、図23(a)は裏面側から見た図、図23(b)は表面側から見た図である。15はシャッター基板であり、像面の直前又は任意の光路位置に配される構成となっている。基板15には、光学系の有効光束を透過する開口部16が設けられている。17はロータリーシャッター幕である。18はロータリーシャッター幕17の回転軸であり、回転軸18は基板15に対して回転し、ロータリーシャッター幕17と一体化されている。回転軸18は基板15の表面のギヤ19、20と連結されている。このギア19、20は図示しないモーターと連結されている。
【0150】
このような構成において、図示しないモーターの駆動により、ギア19、20、回転軸18を介して、ロータリーシャッター幕17が回転軸18を中心に回転するように構成されている。
【0151】
このロータリーシャッター幕17は略半円型に構成され、回転により基板15の開口部16の遮蔽と退避を行い、シャッターの役割を果たしている。シャッタースピードはこのロータリーシャッター幕17の回転するスピードを変えることで調整される。
【0152】
図24(a)〜(d)は、ロータリーシャッター幕17が回転する様子を像面側からみた図である。時間を追って図の(a)、(b)、(c)、(d)、(a)の順で移動する。
【0153】
以上のように、レンズ系の異なる位置に形状が固定の開口絞りSと光量調整を行うフィルターあるいはシャッターを配置することにより、回折の影響を抑えて高画質を保ちつつ、フィルターやシャッターにより光量調整が行え、かつ、レンズ系の全長の短縮化も可能とした撮像装置を得ることができる。
【0154】
また、機械的なシャッターを用いずに、CCDの電気信号の一部を取り出して静止画を得るような電気的な制御で行う構成としてもよい。このような構成の1例を、図25、図26によりCCD撮像の動作を説明しながら説明する。図25は、インターレース式(飛び越し走査式)で信号の順次読み出しを行っているCCD撮像の動作説明図である。図25において、Pa〜Pcはフォトダイオードを用いた感光部、Va〜VcはCCDによる垂直転送部、HaはCCDによる水平転送部である。Aフィールドは奇数フィールド、Bフィールドは偶数フィールドを示している。
【0155】
図25の構成では、基本動作が次のように行われる。すなわち、(1)感光部で光による信号電荷の蓄積(光電変換)、(2)感光部から垂直転送部への信号電荷のシフト(フィールドシフト)、(3)垂直転送部での信号電荷の転送(垂直転送)、(4)垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送(ラインシフト)、(5)水平転送部での信号電荷の転送(水平転送)、(6)水平転送部の出力端で信号電荷の検出(検出)。このような順次読み出しは、Aフィールド(奇数フィールド)とBフィールド(偶数フィールド)の何れか一方を用いて行うことができる。
【0156】
図25のインターレース式(飛び越し走査式)CCD撮像は、TV放送方式やアナログビデオ方式では、AフィールドとBフィールドの蓄積タイミングが1/60ずれている。これをそのままDSC(Dijital Spectram Compatible)用画像としてフレーム画を構成すると、動きのある被写体の場合、二重像のようなブレを起こす。そこで、このタイプのCCD撮像では、A、Bフィールドを同時露光して隣接するフィールドの信号を混合する。そして、機械的なシャッターで露光終了時に湛光した後、AフィールドとBフィールドそれぞれ別々に読み出して信号を合成する方法が取られている。
【0157】
本発明においては、機械的なシャッターの役割をスミア防止用のみとして、Aフィールドのみの順次読み出し、あるいは、A、Bフィールドを同時混合読み出しとすることにより、垂直解像度は低下するが、機械的なシャッターの駆動スピードに左右されず(電子的なシャッターのみでコントロールできるため)、高速シャッターを切ることができる。図25の例では、垂直転送部のCCDの数が感光部を構成するフォトダイオードの数の半分であるので、小型化しやすいという利点がある。
【0158】
図26は、信号の順次読み出しをプログレッシブ式で行うCCD撮像の動作説明図である。図26において、Pd〜Pfはフォトダイオードを用いた感光部、Vd〜VfはCCDによる垂直転送部、HbはCCDによる水平転送部である。
【0159】
図26においては、画素の並び順に読み出すことができるので、電荷蓄積読み出し作業を全て電子的にコントロールすることが可能となる。したがって、露光時間を(1/10000秒)程度に短くすることができる。図26の例では、図25の場合よりも垂直CCDの数が多く、小型化が困難という不利な点があるが、前記したような利点があるので、本発明においては、図25、図26の何れの方式も採用することができる。
【0160】
さて、以上のような本発明の撮像装置は、結像光学系で物体像を形成しその像をCCD等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【0161】
図27〜図29は、本発明による結像光学系をデジタルカメラの撮影光学系41に組み込んだ構成の概念図を示す。図27はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図28は同後方斜視図、図29はデジタルカメラ40の構成を示す断面図である。デジタルカメラ40は、この例の場合、撮影用光路42を有する撮影光学系41、ファインダー用光路44を有するファインダー光学系43、シャッター45、フラッシュ46、液晶表示モニター47等を含み、カメラ40の上部に配置されたシャッター45を押圧すると、それに連動して撮影光学系41、例えば実施例1の結像光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系41によって形成された物体像が、近赤外カットコートを設けローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスCGを介してCCD49の撮像面上に形成される。このCCD49で受光された物体像は、処理手段51を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター47に表示される。また、この処理手段51には記録手段52が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段52は処理手段51と別体に設けてもよいし、フロッピーディスクやメモリーカード、MO等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、CCD49に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【0162】
さらに、ファインダー用光路44上にはファインダー用対物光学系53が配置してある。このファインダー用対物光学系53によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠57上に形成される。このポリプリズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系59が配置されている。なお、撮影光学系41及びファインダー用対物光学系53の入射側、接眼光学系59の射出側にそれぞれカバー部材50が配置されている。
【0163】
このように構成されたデジタルカメラ40は、撮影光学系41が高性能で小型であるので、高性能・小型化が実現できる。
【0164】
なお、図29の例では、カバー部材50として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
【0165】
次に、本発明の結像光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の1例であるパソコンが図30〜図32に示される。図30はパソコン300のカバーを開いた前方斜視図、図31はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図32は図30の状態の側面図である。図30〜図32に示されるように、パソコン300は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード301と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター302と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系303とを有している。ここで、モニター302は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、CRTディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系303は、モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター302の周囲や、キーボード301の周囲のどこであってもよい。
【0166】
この撮影光学系303は、撮影光路304上に、本発明による結像光学系(図では略記)からなる対物レンズ112と、像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらはパソコン300に内蔵されている。
【0167】
ここで、撮像素子チップ162上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスCGが付加的に貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物レンズ112の鏡枠113の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ112と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠113の先端には、対物レンズ112を保護するためのカバーガラス114が配置されている。
【0168】
撮像素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、パソコン300の処理手段に入力され、電子画像としてモニター302に表示される、図30には、その1例として、操作者の撮影された画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【0169】
次に、本発明の結像光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の1例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図33に示される。図33(a)は携帯電話400の正面図、図33(b)は側面図、図33(c)は撮影光学系405の断面図である。図33(a)〜(c)に示されるように、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピーカ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル403と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段(図示せず)とを有している。ここで、モニター404は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系405は、撮影光路407上に配置された本発明による結像光学系(図では略記)からなる対物レンズ112と、物体像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
【0170】
ここで、撮像素子チップ162上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスCGが付加的に貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物レンズ112の鏡枠113の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ112と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠113の先端には、対物レンズ112を保護するためのカバーガラス114が配置されている。
【0171】
撮影素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター404に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ162で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【0172】
以上の各実施例は、前記の特許請求の範囲の構成に合わせて種々変更することができる。
【0173】
なお、本発明において次のように結像光学系を構成することもできる。
【0174】
〔1〕 物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、少なくとも第1正レンズに非球面を有し、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【0175】
−5.0<f2−3 /f<−0.5 ・・・(2)
ただし、f2−3 は第2負レンズと第3正レンズの合成焦点距離、fは全系の焦点距離である。
【0176】
〔2〕 物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、少なくとも第2負レンズに非球面を有し、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【0177】
−5.0<f2−3 /f<−0.5 ・・・(2)
ただし、f2−3 は第2負レンズと第3正レンズの合成焦点距離、fは全系の焦点距離である。
【0178】
〔3〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【0179】
0.2<f/f<0.58 ・・・(3−1)
ただし、fは第1正レンズの焦点距離、fは第3正レンズの焦点距離である。
【0180】
【発明の効果】
本発明により、全長が短く高性能な広角化にも耐える結像光学系とそれを用いた小型で高性能の撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の結像光学系の実施例1の無限遠物点合焦時のレンズ断面図である。
【図2】実施例2の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図3】実施例3の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図4】実施例4の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図5】実施例5の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図6】実施例1の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図7】実施例2の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図8】実施例3の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図9】実施例4の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図10】実施例5の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図11】実施例1の結像光学系とその像面に配置されるCCDとを樹脂材で一体成形したレンズ枠に固定する構成例の断面図である。
【図12】結像光学系の第3正レンズを小判型の形状にする場合の模式的分解斜視図である。
【図13】近赤外シャープカットコートの一例の透過率特性を示す図である。
【図14】ローパスフィルターの射出面側に設ける色フィルターの一例の透過率特性を示す図である。
【図15】補色モザイクフィルターの色フィルター配置を示す図である。
【図16】補色モザイクフィルターの波長特性の一例を示す図である。
【図17】絞りの開口形状を開放状態としたことを示す図である。
【図18】絞りの開口形状を2段絞りとした状態を示す図である。
【図19】形状と透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを配置した本発明の結像光学系の構成を示す斜視図である。
【図20】図19に示すターレットに代わる別のターレットを示す正面図である。
【図21】本発明において利用可能な別のターレット状の光量調整フィルターを示す図である。
【図22】光量ムラを抑えるフィルターの例を示す図である。
【図23】ロータリーフォーカルプレーンシャッターの例を示す裏面図と表面図である。
【図24】図23のシャッターのロータリーシャッター幕が回転する様子を示す図である。
【図25】インターレース式CCD撮像の動作説明図である。
【図26】プログレッシブ式CCD撮像の動作説明図である
【図27】本発明による結像光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図28】図27のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図29】図27のデジタルカメラの断面図である。
【図30】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図31】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図32】図30の状態の側面図である。
【図33】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
S …明るさ絞り
L1…第1正レンズ
L2…第2負レンズ
L3…第3正レンズ
CG…カバーガラス
I …像面
OP…光軸
Da…絞り板
Xa、Xb…開口部
Pa〜Pf…感光部
Va〜Vf…垂直転送部
Ha、Hb…水平転送部
E …観察者眼球
1A、1B、1C、1D、1E…開口
1A’、1B’、1C’、1D’、1E’…開口
1A”、1B”、1C”、1D”…開口
5…結像光学系
6…CCD
7…レンズ枠
8…レンズ外周
10…ターレット
10’…ターレット
10”…ターレット
11…回転軸
15…シャッター基板
16…開口部
17…ロータリーシャッター幕
18…回転軸
19、20…ギヤ
40…デジタルカメラ
41…撮影光学系
42…撮影用光路
43…ファインダー光学系
44…ファインダー用光路
45…シャッター
46…フラッシュ
47…液晶表示モニター
49…CCD
50…カバー部材
51…処理手段
52…記録手段
53…ファインダー用対物光学系
55…ポロプリズム
57…視野枠
59…接眼光学系
112…対物レンズ
113…鏡枠
114…カバーガラス
160…撮像ユニット
162…撮像素子チップ
166…端子
300…パソコン
301…キーボード
302…モニター
303…撮影光学系
304…撮影光路
305…画像
400…携帯電話
401…マイク部
402…スピーカ部
403…入力ダイアル
404…モニター
405…撮影光学系
406…アンテナ
407…撮影光路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging optical system and an imaging apparatus using the same, and more particularly, to a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone, or a personal computer using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS. The present invention relates to an imaging device such as a small camera and a surveillance camera.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, electronic cameras that take an image of a subject using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS instead of a silver halide film have become widespread. Among such electronic cameras, imaging devices mounted on portable computers, mobile phones, and the like are particularly required to be small and light.
[0003]
As an image forming optical system used in such an image pickup apparatus, there is an image forming optical system having one or two lenses conventionally. However, it is already known that these cannot correct the field curvature and cannot expect high performance, as is clear from the theory of aberration. Therefore, in order to satisfy the high performance, it is necessary to be configured with three or more lenses.
[0004]
On the other hand, in the case of a CCD, if the off-axis light flux emitted from the imaging lens system enters the image plane at an excessively large angle, the light-collecting performance of the micro lens is not sufficiently exhibited, and the brightness of the image is reduced in the center of the image. There is a problem that the image is extremely changed between the portion and the peripheral portion of the image. Therefore, the angle of incidence of the light beam on the CCD, that is, the position of the exit pupil is important in design. In the case of an optical system with a small number, the position of the aperture stop becomes important.
[0005]
In consideration of these problems, there is a triplet type with a front aperture. Such imaging lenses are disclosed in Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, and the like.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-1-144007
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-2-191907
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-4-153612
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-5-188284
[0010]
[Patent Document 5]
JP-A-9-288235
[0011]
[Patent Document 6]
JP 2001-75006 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, these prior examples have various problems as described below.
[0013]
In general, when the total length of the optical system is shortened, the exit pupil position must also be arranged on the image side accordingly, so that the light incident angle on the image plane becomes tight. Conversely, if the exit pupil position is located on the object side, the angle of incidence of the light beam on the image plane is reduced, but the overall length is increased.
[0014]
None of Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, and Patent Literature 5 has a long overall length and cannot be said to achieve miniaturization. In addition, the half angle of view is about 25, and further widening the angle of view has a limit in performance. The angle of incidence of the light beam on the image plane was not small for the angle of view.
[0015]
Patent Literatures 4 and 5 consider the incident angle of a light beam on an image plane, but similarly cannot say that the entire length is short.
[0016]
As described above, none of the prior arts had a balance between the size of the optical system and the angle of incidence of the light beam on the image plane. Further, when the angle of view is widened to a half angle of view of about 35 °, the angle of incidence on the optical system is further increased. Therefore, the angle of emergence, that is, the angle of incidence on the image plane is also increased. There was no.
[0017]
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and an object of the present invention is to provide an imaging optical system that can simultaneously achieve high performance and miniaturization and endure a wide angle, and an imaging apparatus using the same. To provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The image forming optical system of the present invention that achieves the above object is arranged in the order of the aperture stop, the first positive lens, the second negative lens, and the third positive lens from the object side, and satisfies the following conditional expression. It is a feature.
[0019]
1.5 <d / (f · tan θ) <3.0 (1)
Here, d is the distance measured along the optical axis from the brightness stop surface of the imaging optical system to the image plane, θ is the maximum incident angle of the imaging optical system, and f is the focal length of the entire system.
[0020]
Another imaging optical system according to the present invention is arranged from the object side in the following order: an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens. It is characterized by satisfying the expression.
[0021]
−5.0 <f2-3/F<-0.5 (2)
Where f2-3Is the combined focal length of the second negative lens and the third positive lens, and f is the focal length of the entire system.
[0022]
Hereinafter, the reason and operation of the above configuration in the present invention will be described.
[0023]
First, the number of lenses will be described. In the present invention, as a result of considering performance and miniaturization, the number of lenses is three. It is clear that the performance can be further improved by increasing the number of lenses to four or more. However, increasing the number of single lenses increases the thickness of the lenses, the distance between the lenses, and the space of the frame, thereby increasing the size. Is inevitable. Further, as described in the section of the related art, if the number of sheets is two or less, the curvature of field is not reduced and the peripheral performance is considerably deteriorated. Optimum performance and size are achieved with three components.
[0024]
Next, in order to reduce the angle of incidence of light rays on the CCD, which is an image pickup device, the aperture stop was disposed closest to the object. The power of the lens may be configured so that the position of the exit pupil is farther to the object side. However, since the number of lenses is small, it is most effective to arrange the position of the aperture stop on the object side.
[0025]
Here, if the aperture stop is arranged closest to the object, there is only one lens with respect to the stop, and it is difficult to correct distortion and chromatic aberration of magnification, which are peripheral performances, in optical design. Therefore, by arranging the positive lens, the negative lens, and the positive lens from the object side, the power of the opposite sign is arranged on the second lens and the third lens whose ray height becomes large, and the correction is performed. The central performance is such that spherical aberration and axial chromatic aberration generated by the first positive lens are corrected by the second negative lens, thereby achieving high performance of the entire screen.
[0026]
By doing so, it is basically possible to reduce the overall length and the incident angle of the light beam on the image plane, but since the number of lenses is small, the focal length and the angle of view must be sufficiently considered. The size cannot be reduced unless the surface spacing, wall thickness, and back focus are set appropriately. Therefore, it is necessary to satisfy the following conditional expression.
[0027]
1.5 <d / (f · tan θ) <3.0 (1)
Here, d is the distance measured along the optical axis from the brightness stop surface of the imaging optical system to the image plane, θ is the maximum incident angle of the imaging optical system, and f is the focal length of the entire system.
[0028]
If the upper limit of 3.0 of conditional expression (1) is exceeded, the overall length will be too large to achieve miniaturization. If the lower limit of 1.5 is exceeded, the power of each lens will be too strong and the performance will deteriorate. Or the wall thickness and surface spacing are too narrow, making it difficult to process and assemble.
[0029]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0030]
1.8 <d / (f · tan θ) <2.8 (1-1)
Next, a power configuration for more effectively achieving downsizing and high performance of the imaging optical system will be described. Generally, in order to shorten the total length with respect to the focal length, it is conceivable to arrange power in the order of positive and negative telephoto types. However, since the negative light has a diverging effect, the angle of incidence on the image plane tends to be sharp if the structure is used as it is. On the other hand, when a wide-angle optical system is configured, it is known that arranging a group having a negative divergence on the most object side is advantageous in optical performance.
[0031]
Therefore, in the present invention, first, in order to shorten the overall length, the basic power configuration is made positive and negative, and the negative power is configured as a negative lens and a positive lens in order from the object side. As a result, while forming a telephoto type, the angle of incidence on the image plane can be reduced by the convergence of the positive lens disposed closest to the image plane. In order to prevent performance degradation even when a wide-angle optical system is configured, the first positive lens is made concave so as to have a diverging effect, and has a meniscus shape with positive power. This makes it possible to sufficiently correct coma and astigmatism of off-axis light rays that are likely to occur when the angle of view is widened.
[0032]
At this time, in order to balance the effect of reducing the overall length and the angle of incidence on the image plane, it is necessary to appropriately set the negative power by the second negative lens and the third positive lens. Therefore, it is necessary to satisfy the following conditional expression.
[0033]
−5.0 <f2-3/F<-0.5 (2)
Where f2-3Is the combined focal length of the second negative lens and the third positive lens, and f is the focal length of the entire system.
[0034]
If the upper limit of -0.5 of conditional expression (2) is exceeded, the telephoto effect becomes too strong and the angle of incidence on the image plane becomes too tight. If the lower limit of -5.0 is exceeded, the telephoto effect becomes weak. Too long and the overall length will be large.
[0035]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0036]
-3.5 <f2-3/F<-0.8 (2-1)
More preferably, the following conditional expression should be satisfied.
[0037]
−2.0 <f2-3/F<-0.9 (2-2)
Further, in order to form a telephoto type, it is preferable that the first positive lens of the two positive lenses has stronger positive power. Therefore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
[0038]
0.1 <f1/ F3<0.7 ... (3)
Where f1Is the focal length of the first positive lens, f3Is the focal length of the third positive lens.
[0039]
If the upper limit of 0.7 to condition (3) is exceeded, the telephoto effect will be reduced and the overall length will be increased, or the power of the second negative lens and the third positive lens will be too strong, leading to coma and astigmatism. Getting worse. If the lower limit of 0.1 is exceeded, the telephoto effect becomes too strong and the amount of aberration generated in the first positive lens becomes large, or the power of the third positive lens becomes too weak and generated in the second negative lens. The chromatic aberration of magnification and distortion cannot be corrected.
[0040]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0041]
0.2 <f1/ F3<0.58 (3-1)
Further, the degree of influence of the telephoto effect varies depending on the configuration of the second negative lens and the third positive lens having negative combined power. Further, since the second negative lens and the third positive lens are arranged far from the aperture stop and the off-axis ray height is high, the occurrence of chromatic aberration of magnification and distortion tends to increase. Therefore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
[0042]
−0.6 <f2/ F3<-0.1 (4)
Where f2Is the focal length of the second negative lens, f3Is the focal length of the third positive lens.
[0043]
If the upper limit of -0.1 of this conditional expression (4) is exceeded, the power of the second negative lens becomes weak or the power of the third positive lens becomes too strong, so that the telephoto effect is reduced and the total length is increased. Become. If the lower limit of -0.6 is exceeded, the power of the second negative lens becomes strong or the power of the third positive lens becomes weak, and the chromatic aberration of magnification and distortion cannot be balanced, resulting in poor performance.
[0044]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0045]
−0.5 <f2/ F3<-0.15 (4-1)
The use of a glass having a high refractive index improves the performance, but increases the cost. Therefore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
[0046]
1.45 <navg<1.70 (5)
Where navgIs the average value of the d-line refractive indices of the first positive lens to the third positive lens.
[0047]
If the upper limit of 1.70 of conditional expression (5) is exceeded, low cost cannot be achieved, and if the lower limit of 1.45 is exceeded, the amount of aberration generation of each lens becomes too large and the performance deteriorates.
[0048]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0049]
1.5 <navg<1.65 (5-1)
Further, since the first positive lens is closest to the stop, the light flux from the center to the periphery passes substantially through the same area of the lens. That is, if the aberration of this surface is not properly corrected, it may not be possible to correct the aberration by the second negative lens and the third positive lens, and the performance of the entire screen, in particular, the coma and astigmatism are degraded. Resulting in. Therefore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
[0050]
1.0 <(r1f+ R1r) / (R1f-R1r) <1.7 (6)
Where r1fIs the object-side paraxial radius of curvature of the first positive lens, r1rIs the image-side paraxial radius of curvature of the first positive lens.
[0051]
If the upper limit of 1.7 to condition (6) is exceeded, the power of the image-side surface of the first positive lens will be relatively too strong, and in particular, spherical aberration and coma will worsen. If the value exceeds 1.0, the power of the object-side surface of the first positive lens becomes relatively too weak, and off-axis aberrations, particularly astigmatism and coma aberration, deteriorate.
[0052]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0053]
1.1 <(r1f+ R1r) / (R1f-R1r) <1.6 (6-1)
Further, in order to achieve a telephoto effect in order to reduce the overall length, the first positive lens requires a strong positive power. Therefore, when at least one surface of the first positive lens is formed of an aspheric surface, aberration can be favorably corrected. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression.
[0054]
0.01 <| (r1s+ R1a) / (R1s-R1a) -1 | <100 (7)
Where r1sIs the paraxial radius of curvature of the aspheric surface of the first positive lens, r1aIs the radius of curvature r of the first positive lens in consideration of the aspheric surface defined below.ASPAre the values when the difference from the paraxial radius of curvature changes the most within the optically effective range in.
[0055]
Here, the radius of curvature r considering the aspherical surfaceASPIs defined as f (y), where f (y) is an aspheric definition equation (a function of the shape when the optical axis traveling direction is positive from the tangent plane tangent to the surface vertex). same as below.
[0056]
rASP= Y · (1 + f '(y)2)1/2/ F '(y)
Here, y is the height from the optical axis, and f ′ (y) is the first derivative of f (y).
[0057]
If the upper limit of 100 of the conditional expression (7) is exceeded, the aspherical effect becomes too weak, resulting in insufficient correction, and coma and astigmatism deteriorate. The aspherical effect becomes too strong, resulting in overcorrection, deteriorating performance and making lens processing difficult.
[0058]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0059]
0.05 <| (r1s+ R1a) / (R1s-R1a) -1 | <10 (7-1)
More preferably, the following conditional expression should be satisfied.
[0060]
0.1 <| (r1s+ R1a) / (R1s-R1a) -1 | <5 (7-2)
More preferably, the following conditional expression should be satisfied.
[0061]
0.1 <| (r1s+ R1a) / (R1s-R1a) -1 | <3 (7-3)
Further, in order to produce a telephoto effect in order to reduce the overall length, the second negative lens needs a strong negative power. When at least one surface of the second negative lens is formed of an aspherical surface, aberration can be favorably corrected, and it is desirable that the following conditional expression is satisfied.
[0062]
0.01 <| (r2s+ R2a) / (R2s-R2a) -1 | <100 (8)
Where r2sIs the paraxial radius of curvature of the aspheric surface of the second negative lens, r2aIs the radius of curvature r of the second negative lens taking into account the aspheric surface defined above.ASPAre the values when the difference from the paraxial radius of curvature changes the most within the optically effective range in.
[0063]
If the upper limit of 100 of conditional expression (8) is exceeded, the aspherical effect will be too weak, resulting in insufficient correction, and coma and astigmatism will deteriorate. The aspherical effect becomes too strong, resulting in excessive correction, deteriorating the performance and making the lens processing difficult.
[0064]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0065]
0.1 <| (r2s+ R2a) / (R2s-R2a) -1 | <5 (8-1)
Also, when a CCD is used as an image sensor, if an off-axis light beam emitted from the imaging optical system enters the image plane at an excessively large angle, the brightness of the image changes at the central portion and the peripheral portion of the image. I will. On the other hand, if the light is incident at a small angle with respect to the image plane, this problem is reduced, but the overall length of the optical system is increased. Therefore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
[0066]
10 ° <α <40 ° (9)
Here, α is the angle of incidence of the principal ray on the image plane at the maximum image height.
[0067]
Exceeding the upper limit of 40 ° in this conditional expression will result in an excessively large incident angle to the CCD, resulting in reduced brightness at the periphery of the image, and exceeding the lower limit of 10 will result in an excessively large overall length.
[0068]
It is more preferable to satisfy the following conditional expression.
[0069]
15 ° <α <35 ° (9-1)
More preferably, the following conditional expression should be satisfied.
[0070]
17.5 ° <α <25 ° (9-2)
The present invention includes an image pickup apparatus having the above-described image forming optical system of the present invention and an image pickup device arranged on the image side thereof.
[0071]
Further, the first image pickup apparatus of the present invention includes, in order from the object side, a brightness stop, a first positive lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens having a concave surface facing the image side, and a third positive lens. An imaging optical system arranged, and an imaging element arranged on the image side thereof, the aperture stop has a fixed aperture shape through which the optical axis passes, and the outer peripheral surface of the aperture is It is characterized in that it is inclined at an inclination angle equal to or greater than the incident angle of the most off-axis light beam so that it approaches the optical axis toward the image plane.
[0072]
Explaining the operation of this configuration, when light reflected on the peripheral surface of the aperture stop enters the image forming optical system, phenomena such as ghost and flare are likely to occur. In particular, as in the present invention, in a small imaging optical system in which the aperture stop, the first positive lens, the second negative lens, and the third positive lens are arranged in this order from the object side, the imaging surface of the imaging element is also small. Therefore, the influence of light reflected on the outer peripheral surface of the aperture stop becomes relatively large.
[0073]
Therefore, in the present invention, by utilizing the fact that the aperture stop is disposed closest to the object side, the incident of the most off-axis light flux is performed so that the outer peripheral surface of the aperture of the aperture stop is closer to the optical axis toward the image plane side. It has a fixed shape inclining at an angle greater than the angle.
[0074]
With such a configuration, it is difficult for the light beam reflected on the outer peripheral surface of the opening to enter the image pickup device, and it is possible to reduce the influence of flare and ghost.
[0075]
Further, the second imaging device of the present invention includes, in order from the object side, a brightness stop, a first positive lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens having a concave surface facing the image side, and a third positive lens. A lens frame having an imaging optical system arranged therein, and an imaging device arranged on the image side thereof, holding the imaging optical system and the imaging device, and integrally forming the aperture stop with the same resin material; It is characterized by having.
[0076]
To explain the operation of this configuration, the optical system of the present invention has a configuration in which the aperture stop is located closest to the object side. Become. Therefore, since the lens frame holding these lenses is integrally formed of the same resin that is easy to form, the lens can be positioned by inserting the lens from the image plane side of the frame, thereby facilitating the manufacture.
[0077]
At that time, the structure of the aperture stop is integrated into the lens frame, greatly reducing the manufacturing process, and providing the lens frame itself with the function of holding the image pickup device, so that dust can enter the frame. It is possible to make the configuration hard to enter.
[0078]
Further, the third imaging device of the present invention includes, in order from the object side, a brightness stop, a first positive lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens having a concave surface facing the image side, and a third positive lens. An imaging optical system arranged, and an image sensor arranged on the image side thereof, comprising a lens frame for holding the imaging optical system, at least each of the first positive lens and the third positive lens An inclined portion is provided on the outer periphery so as to be closer to the optical axis toward the object side, and the inclined portion is in contact with the lens frame.
[0079]
To explain the operation of this configuration, the optical system of the present invention has a configuration in which the aperture stop is located closest to the object side. Become. This is particularly noticeable with the first positive lens and the third positive lens. Therefore, the above configuration results in a lens outer shape along the off-axis light beam, miniaturization while suppressing vignetting, and lens positioning by inserting the lens from the image plane side of the frame, facilitating manufacture. .
[0080]
Further, an inclined portion may be provided on the outer periphery of all the lenses so as to be closer to the optical axis toward the object side, and the inclined portion may contact the lens frame.
[0081]
Further, the fourth imaging apparatus of the present invention includes, in order from the object side, a brightness stop, a first positive lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens having a concave surface facing the image side, and a third positive lens. An imaging optical system arranged, and an imaging element arranged on the image side thereof, comprising a lens frame for holding the imaging optical system, wherein the shape of the first positive lens is viewed from the incident side The third positive lens has a shape whose length in the direction corresponding to the short side direction of the effective imaging region of the imaging element when viewed from the incident side corresponds to the long side direction of the effective imaging region. It is characterized by being shorter than this.
[0082]
To explain the operation of this configuration, the optical system of the present invention has a configuration in which the aperture stop is located closest to the object side. Become. Further, the effective light flux approaches the shape of the effective image pickup area of the image pickup element closer to the image plane. Therefore, with the above-described configuration, the outer shape of the lens follows the effective light beam, and the size can be reduced while suppressing vignetting.
[0083]
Note that, in common with each of the above conditional expressions, only the upper limit value or the lower limit value of the lower conditional expression that further limits each conditional expression range is limited as the upper limit value or the lower limit value of the upper conditional expression. It may be.
[0084]
The effects of the present invention can be further enhanced by combining a plurality of the above conditional expressions arbitrarily.
[0085]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, Examples 1 to 5 of the imaging optical system of the present invention will be described. FIGS. 1 to 5 show lens cross-sectional views of Examples 1 to 5 when focused on an object point at infinity. In the drawing, the aperture stop is denoted by S, the first positive lens is denoted by L1, the second negative lens is denoted by L2, the third positive lens is denoted by L3, the cover glass of the electronic image sensor is denoted by CG, and the image plane is denoted by I. Note that a multilayer film for limiting a wavelength range may be provided on the surface of the cover glass CG. Further, the cover glass CG may have a low-pass filter function.
[0086]
As shown in FIG. 1, the image forming optical system according to the first embodiment includes, in order from the object side, a brightness stop S, a first positive meniscus lens L1 having a double-sided aspheric surface with a convex surface facing the image side, and a biconcave double-sided non-magnifying lens. It comprises a spherical second negative lens L2, a biconvex third aspherical positive lens L3 on both sides, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 to the third lens L3 are all made of plastic, the first lens L1 and the third lens L3 are made of amorphous polyolefin-based Zeonex (trade name), and the second lens L2 is made of polycarbonate. I have.
[0087]
The specifications of the present embodiment are a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. The optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r2~ 7th surface r7In order of 0.647 mm, 0.969 mm, 1.146 mm, 1.241 mm, 1.662 mm, and 1.920 mm.
[0088]
As shown in FIG. 2, the imaging optical system according to the second embodiment includes, in order from the object side, a brightness stop S, a first positive meniscus lens L1 having a double-sided aspheric surface with a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the object side. It comprises a second negative meniscus lens L2 having a double-sided aspheric surface, a third positive lens L3 having a biconvex double-sided aspheric surface, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 and the second lens L2 are made of glass, the third lens L3 is made of plastic, and the third lens L3 is made of amorphous polyolefin-based Zeonex.
[0089]
The specifications of this embodiment are a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. The optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r2~ 7th surface r7In order of 0.656 mm, 1.142 mm, 1.277 mm, 1.344 mm, 1.527 mm, 1.776 mm.
[0090]
As shown in FIG. 3, the image forming optical system according to the third embodiment includes, in order from the object side, a brightness stop S, a first positive meniscus lens L1 having a double-sided aspheric surface with a convex surface facing the image side, It comprises a second negative lens L2 having a spherical surface, a third positive lens 13 having a biconvex double-sided aspheric surface, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 is made of plastic, the second lens L2 and the third lens L3 are made of glass, and the first lens L1 is made of amorphous polyolefin-based Zeonex.
[0091]
The specifications of the present embodiment are a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. The optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r2~ 7th surface r7In order of 0.674 mm, 1.201 mm, 1.384 mm, 1.692 mm, 1.652 mm, and 1.801 mm.
[0092]
As shown in FIG. 4, the imaging optical system according to the fourth embodiment includes, in order from the object side, a brightness stop S, a first positive meniscus lens L1 having a double-sided aspheric surface with a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the object side. It comprises a second negative meniscus lens L2 having a double-sided aspheric surface, a third positive lens L3 having a double-sided aspheric surface with a convex surface facing the image side, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 to the third lens L3 are all made of plastic, the first lens L1 and the third lens L3 are made of amorphous polyolefin-based Zeonex, and the second lens L2 is made of polycarbonate.
[0093]
The specifications of the present embodiment are a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. The optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r2~ 7th surface r7In order of 0.651 mm, 1.109 mm, 1.330 mm, 1.439 mm, 1.445 mm, and 1.717 mm.
[0094]
As shown in FIG. 5, the image forming optical system according to the fifth embodiment includes, in order from the object side, a brightness stop S, a first positive meniscus lens L1 having a double-sided aspheric surface with a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the object side. It comprises a second negative meniscus lens L2 having a double-sided aspheric surface, a third positive meniscus lens L3 having a double-sided aspheric surface convex to the object side, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 and the second lens L2 are made of glass, the third lens L3 is made of plastic, and the third lens L3 is made of amorphous polyolefin-based Zeonex.
[0095]
The specifications of the present embodiment are a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. The optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r2~ 7th surface r7In order of 0.630 mm, 0.942 mm, 1.245 mm, 1.202 mm, 1.350 mm, and 1.599 mm.
[0096]
The numerical data of each of the above embodiments is shown below.1, R2... is the radius of curvature of each lens surface, d1, D2... is the distance between each lens surface, nd1, Nd2... is the d-line refractive index of each lens, νd1, Νd2... is the Abbe number of each lens. The aspherical shape is represented by the following equation, where x is an optical axis where the traveling direction of light is positive, and y is a direction orthogonal to the optical axis.
[0097]
x = (y2/ R) / [1+ {1- (K + 1) (y / r)21/2]
+ A4y4+ A6y6+ A8y8+ A10y10
Here, r is the radius of curvature on the optical axis, K is the conic coefficient, A4, A6, A8, A10Are the fourth, sixth, eighth and tenth order aspherical coefficients, respectively.
[0098]
Figure 2004233536
Figure 2004233536
[0099]
Figure 2004233536
Figure 2004233536
[0100]
Figure 2004233536
Figure 2004233536
[0101]
Figure 2004233536
Figure 2004233536
[0102]
Figure 2004233536
Figure 2004233536
[0103]
6 to 10 show aberration diagrams of Examples 1 to 5 when focusing is performed at infinity. In these aberration diagrams, “SA” indicates spherical aberration, “AS” indicates astigmatism, “DT” indicates distortion, and “CC” indicates chromatic aberration of magnification. In each aberration diagram, “ω” indicates a half angle of view.
[0104]
Next, the values of the conditions (1) to (13) in the above embodiments are shown.
[0105]
Figure 2004233536
(Note) The numerical values of the conditional expressions (7) and (8) are the numerical values of the surface on the object side at the top, and the numerical values of the surface on the image side at the bottom.
[0106]
Although each of the above embodiments is small, good images are obtained as shown in the aberration diagrams of FIGS.
[0107]
In the above embodiment of the present invention, a cover glass may be arranged immediately before the aperture stop S.
[0108]
In the above embodiments of the present invention, the lens made of plastic may be made of glass. For example, it goes without saying that higher performance can be achieved by using glass having a higher refractive index than the plastic of any of the embodiments. Needless to say, the use of special low dispersion glass is effective in correcting chromatic aberration. In particular, when using a plastic, it is preferable to use a low moisture-absorbing material since performance deterioration due to environmental changes is reduced (for example, ZEONEX (trade name) of Zeon Corporation).
[0109]
In addition, a flare stop other than the brightness stop S may be disposed in order to cut unnecessary light such as ghost and flare. In the above-described embodiment, any one between the aperture stop S and the first lens L1, between the first lens L1 and the second lens L2, between the second lens L2 and the third lens L3, and between the third lens L3 and the image plane I. A flare stop may be arranged at the location. Further, a flare light beam may be cut by a frame, or a flare stop may be formed by using another member. Further, it may be printed directly on the optical system, painted, or adhered with a seal or the like. Further, the shape may be any shape such as a circle, an ellipse, a rectangle, a polygon, and a range surrounded by a function curve. Further, in addition to cutting harmful light beams, light beams such as coma flare around the screen may be cut.
[0110]
Further, an antireflection coating may be applied to each lens to reduce ghosts and flares. A multi-coat is desirable because ghosts and flares can be effectively reduced. Further, an infrared cut coat may be applied to a lens surface, a cover glass, or the like.
[0111]
In addition, focusing may be performed to perform focus adjustment. Focusing may be performed by extending the entire lens system, or a part of the lens may be extended, or focusing may be performed by being retracted.
[0112]
Further, the decrease in brightness at the periphery of the image may be reduced by shifting the micro lens of the CCD. For example, the design of the CCD microlens may be changed in accordance with the incident angle of the light beam at each image height. Further, the reduction amount of the peripheral portion of the image may be corrected by image processing.
[0113]
FIG. 11 shows the light of the imaging optical system 5 in the configuration example in which the imaging optical system 5 of the first embodiment and the CCD 6 arranged on the image plane I are fixed to a lens frame 7 integrally formed of a resin material. FIG. 3 is a sectional view including an axis and taken in a diagonal direction of an image plane I of the CCD 6, and a brightness stop S is integrally formed with a lens frame 7 made of resin. This makes it easy to manufacture the lens frame 7 that holds the imaging optical system 5. In addition, by integrating the configuration of the aperture stop S into the lens frame 7, the manufacturing process is greatly reduced, and by providing the lens frame 7 itself with a function of holding the CCD 6 of the imaging device, It becomes difficult for garbage and the like to enter into the area 7.
[0114]
Also, as is apparent from FIG. 11, the outer periphery 8 of each of the first positive lens L1, the second negative lens L2, and the third positive lens L3 of the imaging optical system 5 is inclined so that the closer to the object, the closer to the optical axis. By providing the inclined surface and fixing the inclined surface to the lens frame 7, the lenses L <b> 1 to L <b> 3 can be dropped and positioned and fixed to the lens frame 7 from the image plane side.
[0115]
As shown in a schematic exploded perspective view of FIG. 12, the shape of the first positive lens L1 of the imaging optical system held in the lens frame 7 formed of plastic is a first positive lens L1 and a second negative lens L1. The lens L2 has a circular shape as viewed from the incident side, and the third positive lens L3 has an oval shape obtained by cutting the upper and lower portions based on a circular lens. The outer periphery 8 of each of the lenses L1 to L3 is inclined toward the stop S. The inner surface of the lens frame 7 is also formed to be inclined corresponding to the inclination.
[0116]
Thus, the shape of the first positive lens L1 is circular when viewed from the incident side, and the shape of the third positive lens L3 is the direction corresponding to the short side direction of the effective imaging area of the CCD 6 of the image sensor when viewed from the incident side. Is shorter than the length corresponding to the long side direction of the effective imaging area, so that the first positive lens L1, the second negative lens L2, and the third positive lens L3 of the imaging optical system are effective. The outer shape of the lens can be made along the light beam, and the size can be reduced while suppressing vignetting. Also in this example, the inclined surfaces of the outer peripheries 8 of the first positive lens L1, the second negative lens L2, and the third positive lens L3 of the imaging optical system 5 are abutted and fixed in the lens frame 7. By doing so, the lenses L1 to L3 can be dropped and positioned and fixed in the lens frame 7 from the image plane side.
[0117]
It is desirable that the peripheral surface of the aperture of the aperture stop S be inclined toward the lens L1 as shown in the sectional view of FIG. Also, the angle of inclination is large, so that the corner most on the lens side substantially serves as a stop, so that the light flux reflected on the outer peripheral surface of the opening of the brightness stop S is less likely to enter the CCD 6 of the image sensor. Thus, the effects of flare and ghost can be reduced.
[0118]
By the way, in each of the above embodiments, a near-infrared sharp cut coat may be applied to the incident surface side of the cover glass CG as described above. The near-infrared sharp cut coat is configured so that the transmittance at a wavelength of 600 nm is 80% or more and the transmittance at a wavelength of 700 nm is 10% or less. Specifically, for example, it is a multilayer film having the following 27 layers. However, the design wavelength is 780 nm.
[0119]
Substrate material Physical thickness (nm) λ / 4
───────────────────────────────
First layer Al2O3    58.96 0.50
Second layer TiO2      84.19 1.00
Third layer SiO2    134.14 1.00
4th layer TiO2      84.19 1.00
Fifth layer SiO2    134.14 1.00
6th layer TiO2      84.19 1.00
7th layer SiO2    134.14 1.00
8th layer TiO2      84.19 1.00
9th layer SiO2    134.14 1.00
10th layer TiO2      84.19 1.00
11th layer SiO2    134.14 1.00
12th layer TiO2      84.19 1.00
13th layer SiO2    134.14 1.00
14th layer TiO2      84.19 1.00
15th layer SiO2    178.41 1.33
16th layer TiO2    101.03 1.21
17th layer SiO2    167.67 1.25
18th layer TiO2      96.82 1.15
19th layer SiO2    147.55 1.05
20th layer TiO2      84.19 1.00
21st layer SiO2    160.97 1.20
22nd layer TiO2      84.19 1.00
23rd layer SiO2    154.26 1.15
24th layer TiO2      95.13 1.13
25th layer SiO2    160.97 1.20
26th layer TiO2      99.34 1.18
27th layer SiO2      87.19 0.65
───────────────────────────────
Air.
[0120]
The transmittance characteristics of the near-infrared sharp cut coat are as shown in FIG.
[0121]
In addition, a color filter for reducing transmission of colors in a short wavelength range as shown in FIG. 14 or coating is provided on the emission surface side of the low-pass filter to further enhance color reproducibility of an electronic image. I have.
[0122]
Specifically, with this filter or coating, the ratio of the transmittance of the wavelength of 420 nm to the transmittance of the wavelength having the highest transmittance at a wavelength of 400 nm to 700 nm is 15% or more, and the ratio of the transmittance of 400 nm to the transmittance of the highest wavelength is not less than 15%. Is preferably 6% or less.
[0123]
As a result, it is possible to reduce the difference between the recognition of the color of the human eye and the color of the captured and reproduced image. In other words, it is possible to prevent the deterioration of the image due to the color on the short wavelength side which is hardly recognized by human eyes to be easily recognized by human eyes.
[0124]
If the ratio of the transmittance at the wavelength of 400 nm exceeds 6%, the short-wavelength castle which is hardly recognized by human eyes is reproduced to a wavelength recognizable, and conversely, the ratio of the transmittance at the wavelength of 420 nm is changed. Is less than 15%, the reproduction of the wavelength castle recognizable by humans is low, and the color balance is poor.
[0125]
Such a means for limiting the wavelength is more effective in an imaging system using a complementary color mosaic filter.
[0126]
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 14, the coating is such that the transmittance at a wavelength of 400 nm is 0%, the transmittance at 420 nm is 90%, and the transmittance peak is 100% at 440 nm.
[0127]
By multiplying the action with the near-infrared sharp cut coat described above, the transmittance at a wavelength of 450 nm is peaked at 99%, the transmittance at 400 nm is 0%, the transmittance at 420 nm is 80%, and the transmittance at 600 nm is 82%. , 700 nm is 2%. As a result, more faithful color reproduction is performed.
[0128]
The low-pass filter can use three types of filters having crystal axes in the directions of horizontal (= 0 °) and ± 45 ° in the direction of the optical axis when projected on the image plane. Is shifted horizontally by SQRT (1/2) × a in the a.mu.m and. +-. 45.degree. Directions, thereby suppressing moiré. Here, SQRT is a square route and means a square root.
[0129]
As shown in FIG. 15, a complementary color mosaic filter in which four color filters of cyan, magenta, yellow, and green (green) are provided in a mosaic shape corresponding to the imaging pixels is provided on the imaging surface I of the CCD. ing. These four types of color filters are arranged in a mosaic so that each has substantially the same number and adjacent pixels do not correspond to the same type of color filters. This enables more faithful color reproduction.
[0130]
The complementary color mosaic filter is specifically composed of at least four types of color filters as shown in FIG. 15, and the characteristics of the four types of color filters are preferably as follows.
[0131]
Green color filter G is wavelength GPHas a spectral intensity peak at
Yellow color filter YeIs the wavelength YPHas a spectral intensity peak at
Cyan color filter C has wavelength CPHas a spectral intensity peak at
Magenta color filter M has wavelength MP1And MP2And the following conditions are satisfied.
[0132]
510 nm <GP<540 nm
5 nm <YP-GP<35 nm
-100 nm <CP-GP<-5 nm
430 nm <MP1<480 nm
580 nm <MP2<640 nm
Further, the green, yellow, and cyan color filters have an intensity of 80% or more at a wavelength of 530 nm with respect to their respective spectral intensity peaks, and the magenta color filter has an intensity of 10% at a wavelength of 530 nm with respect to their spectral intensity peaks. From 50 to 50% is more preferable for enhancing color reproducibility.
[0133]
FIG. 16 shows an example of each wavelength characteristic in each of the above embodiments. The green color filter G has a beak of spectral intensity at 525 nm. Yellow color filter YeHas a peak of spectral intensity at 555 nm. The cyan color filter C has a peak of the spectral intensity at 510 nm. The magenta color filter M has peaks at 445 nm and 620 nm. In each color filter at 530 nm, G is 99% and Y is Y with respect to the peak of each spectral intensity.eIs 95%, C is 97%, and M is 38%.
[0134]
In the case of such a complementary color filter, a controller (not shown) (or a controller used for a digital camera) electrically performs the following signal processing,
Luminance signal
Y = | G + M + Ye+ C | × 1/4
Color signal
R−Y = | (M + Ye)-(G + C) |
BY = | (M + C)-(G + Ye) |
Are converted into R (red), G (green), and B (blue) signals.
[0135]
By the way, the arrangement position of the near-infrared sharp cut coat may be any position on the optical path. Also, the number of low-pass filters may be two or one.
[0136]
In the image pickup apparatus of the present invention, for adjusting the light amount, the aperture stop S may be composed of a plurality of aperture blades, and a variable aperture that is adjusted by making the aperture shape variable may be used. FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of the aperture shape at the time of opening, and FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of the aperture shape at the time of two-stage aperture. 17 and 18, OP indicates an optical axis, Da indicates six aperture plates, and Xa and Xb indicate openings. In the present invention, the aperture shape of the aperture can be only two types: an open state (FIG. 17), and an aperture value (two-step aperture, FIG. 18) which is an F value satisfying a predetermined condition.
[0137]
Or, using a turret provided with a plurality of shape-fixed brightness apertures having different shapes or transmittances, depending on the required brightness, place any brightness aperture on the object-side optical axis of the imaging optical system. With this arrangement, the aperture mechanism can be made thinner. Also, a configuration may be adopted in which a light amount reduction filter having a transmittance lower than the transmittance of the other brightness stops is arranged in the opening that reduces the light amount among the openings of the plurality of brightness stops arranged on the turret. Good. As a result, the aperture diameter of the stop is not excessively reduced, and deterioration of the imaging performance due to diffraction caused by the small aperture diameter of the stop can be suppressed.
[0138]
FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of an example in this case. At the position of the stop S on the optical axis on the object side of the first positive lens L1 of the imaging optical system, it is possible to adjust the brightness of 0, -1, 2, -3, -4 steps. A turret 10 is arranged.
[0139]
The turret 10 has an opening 1A (a transmittance of 100% for a wavelength of 550 nm) having a circular shape with a maximum aperture diameter and a fixed space, and an opening 1A for correcting by -1 step. An opening 1B made of a transparent parallel flat plate having an opening area of about half of the area and having a fixed opening shape (the transmittance for a wavelength of 550 nm is 99%), a circular opening having the same area as the opening 1B, and -2 steps , -3 steps, and -4 steps are provided with openings 1C, 1D, and 1E provided with ND filters having transmittances of 50%, 25%, and 13% for a wavelength of 550 nm, respectively.
[0140]
Then, the light amount is adjusted by arranging one of the openings at the stop position by turning around the rotation shaft 11 provided on the turret 10.
[0141]
Further, instead of the turret 10 shown in FIG. 19, a turret 10 'shown in the front view of FIG. 20 can be used. At the position of the stop S on the optical axis on the object side of the first positive lens L1 of the imaging optical system, it is possible to adjust the brightness of 0, -1, 2, -3, -4 steps. A turret 10 'is arranged.
[0142]
The turret 10 'has an opening 1A' in which the shape of the opening for zero-step adjustment is circular and has the maximum aperture diameter, and an opening area which is about half the opening area of the opening 1A 'in order to perform -1 step correction. An opening 1B 'having a fixed opening shape, and openings 1C', 1D ', and 1E' having fixed shapes for correcting the opening area in order of -2, -3, and -4 steps. Have.
[0143]
Then, the light amount is adjusted by arranging one of the apertures at the stop position by rotating the rotary shaft 11 provided on the turret 10 '.
[0144]
In order to further reduce the thickness, the aperture of the aperture stop S may be a fixed stop in both shape and position, and the light amount adjustment may be performed by electrically adjusting the output signal from the image sensor. Further, the light amount may be adjusted by extracting and inserting an ND filter between other spaces of the lens system, for example, between the third positive lens L3 and the CCD cover glass CG. FIG. 21 is a view showing an example of the turret. The opening 1A "of the turret 10" is a transparent surface or a hollow opening, the opening 1B "is an ND filter having a transmittance of 1/2, and the opening 1C" is a ND filter having a transmittance of 1/4. As the ND filter and the aperture 1D ″, a turret-shaped filter provided with an ND filter and the like having a transmittance of 1/8 is used, and one of the apertures is arranged at any position in the optical path by rotating around a central rotation axis. By doing so, the light amount is adjusted.
[0145]
Further, as a filter for adjusting the light amount, a filter surface capable of adjusting the light amount so as to suppress unevenness in the light amount may be provided. For example, as shown in FIG. 22, the amount of light is concentrically adjusted so as to make the transmittance uniform for a dark subject with priority given to securing the amount of light at the center, and to compensate for uneven brightness only for a bright subject. It is good also as a structure which arrange | positions the filter which falls gradually.
[0146]
Further, the stop S may be one in which the peripheral portion on the incident surface side of the first positive lens L1 is painted black.
[0147]
Further, when the imaging apparatus according to the present invention is to store a video as a still image like a camera or the like, a shutter for adjusting the amount of light may be arranged in the optical path.
[0148]
Such a shutter may be a focal plane shutter, a rotary shutter, a liquid crystal shutter disposed immediately before the CCD, or the aperture stop itself may be configured as a shutter.
[0149]
FIG. 23 shows an example of the shutter. FIG. 23 shows an example of a rotary focal plane shutter which is one of the focal plane shutters. FIG. 23 (a) is a view from the back side, and FIG. 23 (b) is a view from the front side. is there. Reference numeral 15 denotes a shutter substrate, which is arranged immediately before the image plane or at an arbitrary optical path position. The substrate 15 is provided with an opening 16 for transmitting an effective light beam of the optical system. 17 is a rotary shutter curtain. Reference numeral 18 denotes a rotation axis of the rotary shutter curtain 17. The rotation axis 18 rotates with respect to the substrate 15 and is integrated with the rotary shutter curtain 17. The rotation shaft 18 is connected to gears 19 and 20 on the surface of the substrate 15. The gears 19 and 20 are connected to a motor (not shown).
[0150]
In such a configuration, the rotary shutter curtain 17 is configured to rotate around the rotation shaft 18 by driving a motor (not shown) via the gears 19 and 20 and the rotation shaft 18.
[0151]
The rotary shutter curtain 17 is formed in a substantially semicircular shape, and shields and retracts the opening 16 of the substrate 15 by rotation, and plays a role of a shutter. The shutter speed is adjusted by changing the rotating speed of the rotary shutter curtain 17.
[0152]
FIGS. 24A to 24D are views showing how the rotary shutter curtain 17 rotates as viewed from the image plane side. It moves in the order of (a), (b), (c), (d), and (a) in the figure with time.
[0153]
As described above, by arranging the aperture stop S having a fixed shape and the filter or shutter for adjusting the light amount at different positions of the lens system, the light amount is adjusted by the filter and the shutter while suppressing the effect of diffraction and maintaining high image quality. And an image pickup apparatus capable of shortening the overall length of the lens system can be obtained.
[0154]
Further, a configuration may be employed in which a part of the electric signal of the CCD is taken out and an electric control is performed to obtain a still image without using a mechanical shutter. An example of such a configuration will be described with reference to FIGS. 25 and 26 while explaining the operation of CCD imaging. FIG. 25 is a view for explaining the operation of CCD imaging in which signals are sequentially read out in an interlace system (interlaced scanning system). In FIG. 25, Pa to Pc are photosensitive sections using photodiodes, Va to Vc are vertical transfer sections using CCDs, and Ha is a horizontal transfer section using CCDs. The A field indicates an odd field, and the B field indicates an even field.
[0155]
In the configuration of FIG. 25, the basic operation is performed as follows. That is, (1) accumulation of signal charges by light in the photosensitive section (photoelectric conversion), (2) shift of signal charges from the photosensitive section to the vertical transfer section (field shift), and (3) signal charge in the vertical transfer section. Transfer (vertical transfer), (4) transfer of signal charge from vertical transfer unit to horizontal transfer unit (line shift), (5) transfer of signal charge in horizontal transfer unit (horizontal transfer), (6) horizontal transfer unit Detection (detection) of signal charge at the output terminal of Such sequential reading can be performed using one of the A field (odd field) and the B field (even field).
[0156]
In the interlaced (interlaced scanning) CCD imaging in FIG. 25, the storage timing of the A field and the storage field of the B field are shifted by 1/60 in the TV broadcasting system and the analog video system. If this is used as it is as a DSC (Digital Spectrum Compatible) image to form a frame image, a moving subject will be blurred like a double image. Therefore, in this type of CCD imaging, the A and B fields are simultaneously exposed to mix signals of adjacent fields. Then, after the exposure is completed by a mechanical shutter at the end of the exposure, the A field and the B field are separately read out and a signal is synthesized.
[0157]
In the present invention, the vertical resolution is reduced by sequentially reading out only the A field or simultaneously reading out the A and B fields by setting the role of the mechanical shutter only to prevent smearing. High-speed shutter can be released without being affected by the driving speed of the shutter (because it can be controlled only by the electronic shutter). In the example of FIG. 25, since the number of CCDs in the vertical transfer unit is half of the number of photodiodes forming the photosensitive unit, there is an advantage that the size can be easily reduced.
[0158]
FIG. 26 is an explanatory diagram of CCD imaging operation in which signals are sequentially read in a progressive manner. In FIG. 26, Pd to Pf are photosensitive sections using photodiodes, Vd to Vf are vertical transfer sections using CCDs, and Hb is a horizontal transfer section using CCDs.
[0159]
In FIG. 26, since the pixels can be read out in the arrangement order of the pixels, it is possible to electronically control all the charge storage and readout operations. Therefore, the exposure time can be shortened to about (1 / 10,000 seconds). In the example of FIG. 26, there are disadvantages that the number of vertical CCDs is larger and the miniaturization is difficult than in the case of FIG. 25. However, because of the advantages described above, in the present invention, FIGS. Any of the methods can be adopted.
[0160]
The above-described imaging apparatus according to the present invention is an imaging apparatus that forms an object image with an imaging optical system and receives the image by an imaging device such as a CCD to perform imaging, and in particular, a digital camera or a video camera, The present invention can be used for a personal computer or a telephone as an example of the apparatus, particularly a portable telephone which is easy to carry. Below, the embodiment is illustrated.
[0161]
FIG. 27 to FIG. 29 are conceptual diagrams of a configuration in which the imaging optical system according to the present invention is incorporated in a photographing optical system 41 of a digital camera. 27 is a front perspective view showing the appearance of the digital camera 40, FIG. 28 is a rear perspective view of the same, and FIG. 29 is a sectional view showing the configuration of the digital camera 40. In this case, the digital camera 40 includes a photographing optical system 41 having a photographing optical path 42, a finder optical system 43 having a finder optical path 44, a shutter 45, a flash 46, a liquid crystal display monitor 47, and the like. When the shutter 45 disposed at the position is depressed, the photographing is performed through the photographing optical system 41, for example, the image forming optical system of the first embodiment in conjunction therewith. The object image formed by the photographing optical system 41 is formed on the imaging surface of the CCD 49 via a cover glass CG provided with a near-infrared cut coat and having a low-pass filter function. The object image received by the CCD 49 is displayed as an electronic image on a liquid crystal display monitor 47 provided on the back of the camera via the processing means 51. Further, a recording means 52 is connected to the processing means 51 so that a photographed electronic image can be recorded. The recording means 52 may be provided separately from the processing means 51, or may be configured to record and write electronically using a floppy disk, a memory card, an MO, or the like. Further, the camera may be configured as a silver halide camera in which a silver halide film is arranged instead of the CCD 49.
[0162]
Further, a finder objective optical system 53 is arranged on the finder optical path 44. An object image formed by the finder objective optical system 53 is formed on a field frame 57 of a Porro prism 55 which is an image erecting member. Behind the polyprism 55, an eyepiece optical system 59 for guiding the erect image to the observer's eyeball E is arranged. Note that cover members 50 are arranged on the entrance side of the photographing optical system 41 and the finder objective optical system 53 and on the exit side of the eyepiece optical system 59, respectively.
[0163]
In the digital camera 40 configured as described above, since the imaging optical system 41 is high-performance and small, high performance and small size can be realized.
[0164]
In the example of FIG. 29, a parallel flat plate is arranged as the cover member 50, but a lens having power may be used.
[0165]
Next, a personal computer as an example of an information processing apparatus in which the imaging optical system of the present invention is incorporated as an objective optical system is shown in FIGS. 30 is a front perspective view of the personal computer 300 with the cover opened, FIG. 31 is a cross-sectional view of the photographing optical system 303 of the personal computer 300, and FIG. 32 is a side view of the state of FIG. As shown in FIGS. 30 to 32, the personal computer 300 includes a keyboard 301 for the processor to input information from the outside, information processing means and recording means (not shown), and a monitor for displaying information to the operator. The image processing apparatus includes an image capturing system 302 and an image capturing optical system 303 for capturing an image of the operator or a surrounding image. Here, the monitor 302 may be a transmissive liquid crystal display element that illuminates from the back with a backlight (not shown), a reflective liquid crystal display element that reflects and displays light from the front, a CRT display, or the like. Although the photographing optical system 303 is built in the upper right corner of the monitor 302 in the figure, the photographing optical system 303 is not limited to this location, and may be anywhere around the monitor 302 or around the keyboard 301.
[0166]
The photographing optical system 303 includes, on a photographing optical path 304, an objective lens 112 including an image forming optical system (not shown in the drawing) according to the present invention, and an image sensor chip 162 that receives an image. These are built in the personal computer 300.
[0167]
Here, a cover glass CG having a low-pass filter function is additionally attached on the imaging element chip 162 to be integrally formed as the imaging unit 160, and the rear end of the lens frame 113 of the objective lens 112 is touched with one touch. Since it can be fitted and attached, the centering of the objective lens 112 and the image sensor chip 162 and the adjustment of the surface interval are not required, and the assembling is simplified. Further, a cover glass 114 for protecting the objective lens 112 is disposed at the tip of the lens frame 113.
[0168]
The object image received by the imaging element chip 162 is input to the processing means of the personal computer 300 via the terminal 166, and is displayed on the monitor 302 as an electronic image. A photographed image 305 is shown. Further, the image 305 can be displayed on a personal computer of a communication partner from a remote place via the processing means, the Internet or a telephone.
[0169]
Next, FIG. 33 shows a telephone which is an example of an information processing apparatus in which the imaging optical system of the present invention is incorporated as a photographing optical system, particularly a portable telephone which is easy to carry. 33A is a front view of the mobile phone 400, FIG. 33B is a side view, and FIG. 33C is a cross-sectional view of the photographing optical system 405. As shown in FIGS. 33A to 33C, the mobile phone 400 includes a microphone unit 401 for inputting the voice of the operator as information, a speaker unit 402 for outputting the voice of the other party, and information for the operator. An input dial 403, a monitor 404 for displaying a photographed image of the operator himself / herself and the other party and information such as a telephone number, a photographing optical system 405, an antenna 406 for transmitting and receiving communication radio waves, and an image A processing unit (not shown) for processing information, communication information, input signals, and the like. Here, the monitor 404 is a liquid crystal display element. In addition, in the drawings, the arrangement position of each component is not particularly limited to these. The imaging optical system 405 includes an objective lens 112 including an imaging optical system (abbreviated in the drawing) according to the present invention and an imaging element chip 162 that receives an object image. These are built into the mobile phone 400.
[0170]
Here, a cover glass CG having a low-pass filter function is additionally attached on the imaging element chip 162 to be integrally formed as the imaging unit 160, and the rear end of the lens frame 113 of the objective lens 112 is touched with one touch. Since it can be fitted and attached, the centering of the objective lens 112 and the image sensor chip 162 and the adjustment of the surface interval are not required, and the assembling is simplified. Further, a cover glass 114 for protecting the objective lens 112 is disposed at the tip of the lens frame 113.
[0171]
The object image received by the imaging element chip 162 is input to a processing unit (not shown) via a terminal 166, and is displayed as an electronic image on the monitor 404, a monitor of a communication partner, or both. . When transmitting an image to a communication partner, the processing unit includes a signal processing function of converting information of an object image received by the image sensor chip 162 into a transmittable signal.
[0172]
Each of the above embodiments can be variously modified in accordance with the configuration of the claims.
[0173]
In the present invention, the imaging optical system can be configured as follows.
[0174]
[1] A brightness stop, a first positive lens, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order from the object side, and at least the first positive lens has an aspheric surface and satisfies the following conditional expression. An imaging optical system characterized by the above.
[0175]
−5.0 <f2-3/F<-0.5 (2)
Where f2-3Is the combined focal length of the second negative lens and the third positive lens, and f is the focal length of the entire system.
[0176]
[2] A brightness stop, a first positive lens, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order from the object side, and at least the second negative lens has an aspheric surface and satisfies the following conditional expression. An imaging optical system characterized by the above.
[0177]
−5.0 <f2-3/F<-0.5 (2)
Where f2-3Is the combined focal length of the second negative lens and the third positive lens, and f is the focal length of the entire system.
[0178]
[3] A brightness stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order from the object side, and satisfy the following conditional expression. Imaging optics.
[0179]
0.2 <f1/ F3<0.58 (3-1)
Where f1Is the focal length of the first positive lens, f3Is the focal length of the third positive lens.
[0180]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain an imaging optical system that has a short overall length and withstands high-performance wide-angle shooting, and a small and high-performance imaging apparatus using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens cross-sectional view of an imaging optical system according to a first embodiment of the present invention when focused on an object point at infinity.
FIG. 2 is a lens cross-sectional view of an imaging optical system according to a second embodiment, which is similar to FIG.
FIG. 3 is a lens cross-sectional view of an imaging optical system according to a third embodiment, which is similar to FIG.
FIG. 4 is a lens cross-sectional view of an imaging optical system according to a fourth embodiment, which is similar to FIG.
FIG. 5 is a sectional view of the imaging optical system according to a fifth embodiment, which is similar to FIG.
FIG. 6 is an aberration diagram for Example 1 upon focusing on an object point at infinity.
FIG. 7 is an aberration diagram for Example 2 upon focusing on an object point at infinity.
FIG. 8 is an aberration diagram for Example 3 upon focusing on an object point at infinity.
FIG. 9 is an aberration diagram for Example 4 upon focusing on an object point at infinity.
FIG. 10 is an aberration diagram for Example 5 upon focusing on an object point at infinity.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a configuration example in which the imaging optical system of Example 1 and a CCD arranged on the image plane are fixed to a lens frame integrally formed of a resin material.
FIG. 12 is a schematic exploded perspective view when the third positive lens of the imaging optical system has an oval shape.
FIG. 13 is a diagram illustrating transmittance characteristics of an example of a near-infrared sharp cut coat.
FIG. 14 is a diagram illustrating transmittance characteristics of an example of a color filter provided on an emission surface side of a low-pass filter.
FIG. 15 is a diagram showing a color filter arrangement of a complementary color mosaic filter.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a wavelength characteristic of a complementary color mosaic filter.
FIG. 17 is a diagram showing that the aperture shape of the stop is in an open state.
FIG. 18 is a diagram showing a state in which the aperture shape of the stop is a two-step stop.
FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of an imaging optical system of the present invention in which a turret provided with a plurality of shape-fixed aperture stops having different shapes and transmittances is arranged.
FIG. 20 is a front view showing another turret instead of the turret shown in FIG. 19;
FIG. 21 is a diagram showing another turret-shaped light amount adjustment filter usable in the present invention.
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a filter that suppresses light amount unevenness.
FIG. 23 is a back view and a front view showing an example of a rotary focal plane shutter.
24 is a diagram illustrating a state in which a rotary shutter curtain of the shutter in FIG. 23 rotates.
FIG. 25 is a diagram illustrating an operation of interlaced CCD imaging.
FIG. 26 is an explanatory diagram of an operation of progressive CCD imaging.
FIG. 27 is a front perspective view showing the appearance of a digital camera incorporating an imaging optical system according to the present invention.
FIG. 28 is a rear perspective view of the digital camera shown in FIG. 27;
FIG. 29 is a sectional view of the digital camera of FIG. 27;
FIG. 30 is a front perspective view of a personal computer in which an imaging optical system according to the present invention is incorporated as an objective optical system with a cover opened.
FIG. 31 is a sectional view of a photographic optical system of a personal computer.
FIG. 32 is a side view of the state of FIG. 30;
FIG. 33 is a front view, a side view, and a cross-sectional view of a photographing optical system of a mobile phone in which an imaging optical system according to the present invention is incorporated as an objective optical system.
[Explanation of symbols]
S: Brightness aperture
L1: First positive lens
L2: Second negative lens
L3: Third positive lens
CG: Cover glass
I: Image plane
OP: Optical axis
Da ... aperture plate
Xa, Xb ... opening
Pa to Pf: photosensitive section
Va to Vf: vertical transfer unit
Ha, Hb: Horizontal transfer unit
E ... observer's eyeball
1A, 1B, 1C, 1D, 1E ... opening
1A ', 1B', 1C ', 1D', 1E '... opening
1A ", 1B", 1C ", 1D" ... opening
5. Image forming optical system
6 ... CCD
7 ... Lens frame
8: Lens circumference
10 ... Turret
10 '... turret
10 "... turret
11 ... Rotary axis
15 ... Shutter substrate
16 ... Opening
17 ... Rotary shutter curtain
18 ... Rotary axis
19, 20 ... gear
40 ... Digital camera
41 ... Shooting optical system
42 ... Optical path for photography
43 Finder optical system
44 ... Optical path for viewfinder
45 ... Shutter
46 ... Flash
47 ... LCD display monitor
49… CCD
50 ... Cover member
51 Processing means
52 recording means
53 Objective optical system for viewfinder
55 ... Poro prism
57… Field of view
59 ... Eyepiece optical system
112 ... Objective lens
113 ... Mirror frame
114 ... Cover glass
160 ... Imaging unit
162: Image sensor chip
166 ... terminal
300 ... PC
301 ... Keyboard
302 ... Monitor
303 photographic optical system
304: Optical path for shooting
305 ... Image
400… mobile phone
401 ... Microphone part
402: speaker unit
403… Input dial
404… Monitor
405 ... Photographing optical system
406 ... antenna
407… Shooting light path

Claims (22)

物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
1.5<d/(f・tan θ)<3.0 ・・・(1)
ただし、dは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、fは全系の焦点距離である。
An imaging optical system comprising: a brightness stop, a first positive lens, a second negative lens, and a third positive lens arranged in this order from the object side, and satisfying the following conditional expression.
1.5 <d / (f · tan θ) <3.0 (1)
Here, d is the distance measured along the optical axis from the brightness stop surface of the imaging optical system to the image plane, θ is the maximum incident angle of the imaging optical system, and f is the focal length of the entire system.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1記載の結像光学系。
1.8<d/(f・tan θ)<2.8 ・・・(1−1)
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.8 <d / (f · tan θ) <2.8 (1-1)
物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
−5.0<f2−3 /f<−0.5 ・・・(2)
ただし、f2−3 は第2負レンズと第3正レンズの合成焦点距離、fは全系の焦点距離である。
An imaging optics, comprising, in order from the object side, an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens, satisfying the following conditional expression: system.
−5.0 <f 2-3 /f<−0.5 (2)
Here, f 2-3 is the combined focal length of the second negative lens and the third positive lens, and f is the focal length of the entire system.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項3記載の結像光学系。
−3.5<f2−3 /f<−0.8 ・・・(2−1)
The imaging optical system according to claim 3, wherein the following conditional expression is satisfied.
-3.5 <f 2-3 /f<-0.8 (2-1)
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の結像光学系。
0.1<f/f<0.7 ・・・(3)
ただし、fは第1正レンズの焦点距離、fは第3正レンズの焦点距離である。
The imaging optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.1 <f 1 / f 3 < 0.7 ··· (3)
However, f 1 is the focal length of the first positive lens, f 3 is the focal length of the third positive lens.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項5記載の結像光学系。
0.2<f/f<0.58 ・・・(3−1)
The imaging optical system according to claim 5, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.2 <f 1 / f 3 < 0.58 ··· (3-1)
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から6の何れか1項記載の結像光学系。
−0.6<f/f<−0.1 ・・・(4)
ただし、fは第2負レンズの焦点距離、fは第3正レンズの焦点距離である。
The imaging optical system according to any one of claims 1 to 6, wherein the following conditional expression is satisfied.
−0.6 <f 2 / f 3 <−0.1 (4)
However, f 2 is the focal length of the second negative lens, f 3 is the focal length of the third positive lens.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項7記載の結像光学系。
−0.5<f/f<−0.15 ・・・(4−1)
The imaging optical system according to claim 7, wherein the following conditional expression is satisfied.
−0.5 <f 2 / f 3 <−0.15 (4-1)
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から8の何れか1項記載の結像光学系。
1.45<navg <1.70 ・・・(5)
ただし、navg は第1正レンズ〜第3正レンズのd線の屈折率の平均値である。
9. The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.45 <n avg <1.70 (5)
Here, navg is the average value of the d-line refractive indices of the first positive lens to the third positive lens.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項9記載の結像光学系。
1.5<navg <1.65 ・・・(5−1)
The imaging optical system according to claim 9, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.5 <n avg <1.65 (5-1)
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から10の何れか1項記載の結像光学系。
1.0<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.7 ・・・(6)
ただし、r1fは第1正レンズの物体側近軸曲率半径、r1rは第1正レンズの像側近軸曲率半径である。
The imaging optical system according to any one of claims 1 to 10, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.0 <(r 1f + r 1r ) / (r 1f -r 1r) <1.7 ··· (6)
Here, r 1f is an object-side paraxial curvature radius of the first positive lens, and r 1r is an image-side paraxial curvature radius of the first positive lens.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項11記載の結像光学系。
1.1<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.6 ・・・(6−1)
The imaging optical system according to claim 11, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.1 <(r 1f + r 1r ) / (r 1f -r 1r) <1.6 ··· (6-1)
第1正レンズは次の条件式を満たす非球面を少なくとも1面有することを特徴とする請求項1から12の何れか1項記載の結像光学系。
0.01<|(r1s+r1a)/(r1s−r1a)−1|<100・・・(7)
ただし、r1sは第1正レンズの非球面の近軸曲率半径、r1aは第1正レンズの非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
The imaging optical system according to claim 1, wherein the first positive lens has at least one aspherical surface that satisfies the following conditional expression.
0.01 <| (r 1s + r 1a ) / (r 1s −r 1a ) −1 | <100 (7)
Here, r 1s is the paraxial radius of curvature of the aspheric surface of the first positive lens, and r 1a is the difference between the paraxial radius of curvature within the optical effective range within the radius of curvature in consideration of the aspheric surface of the first positive lens. This is the value when it changes.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項13記載の結像光学系。
0.05<|(r1s+r1a)/(r1s−r1a)−1|<10・・・(7−1)
The imaging optical system according to claim 13, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.05 <| (r 1s + r 1a) / (r 1s -r 1a) -1 | <10 ··· (7-1)
第2負レンズは次の条件式を満たす非球面を少なくとも1面有することを特徴とする請求項1から14の何れか1項記載の結像光学系。
0.01<|(r2s+r2a)/(r2s−r2a)−1|<100・・・(8)
ただし、r2sは第2負レンズの非球面の近軸曲率半径、r2aは第2負レンズの非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
15. The imaging optical system according to claim 1, wherein the second negative lens has at least one aspherical surface satisfying the following conditional expression.
0.01 <| (r 2s + r 2a) / (r 2s -r 2a) -1 | <100 ··· (8)
Here, r 2s is the paraxial radius of curvature of the aspheric surface of the second negative lens, and r 2a is the difference between the paraxial radius of curvature within the optical effective range within the radius of curvature in consideration of the aspheric surface of the second negative lens. This is the value when it changes.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項15記載の結像光学系。
0.1<|(r2s+r2a)/(r2s−r2a)−1|<5・・・(8−1)
The imaging optical system according to claim 15, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.1 <| (r 2s + r 2a) / (r 2s -r 2a) -1 | <5 ··· (8-1)
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から8の何れか1項記載の結像光学系。
10°<α<40° ・・・(9)
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。
9. The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
10 ° <α <40 ° (9)
Here, α is the angle of incidence of the principal ray on the image plane at the maximum image height.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項17記載の結像光学系。
15°<α<35° ・・・(9−1)
18. The imaging optical system according to claim 17, wherein the following conditional expression is satisfied.
15 ° <α <35 ° (9-1)
物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とする撮像装置。From the object side, an aperture stop, a first positive lens with a convex surface facing the image side, a second negative lens with a concave surface facing the image side, an imaging optical system arranged in the order of a third positive lens, and an image thereof The aperture stop has a fixed aperture shape through which the optical axis passes, and the outermost peripheral surface of the aperture is closer to the optical axis toward the image plane. An imaging apparatus characterized by being inclined at an inclination angle equal to or greater than an incident angle of an off-axis light beam. 物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とする撮像装置。From the object side, an aperture stop, a first positive lens with a convex surface facing the image side, a second negative lens with a concave surface facing the image side, an imaging optical system arranged in the order of a third positive lens, and an image thereof An image pickup apparatus comprising: an image pickup element disposed on a side of the image pickup apparatus; and a lens frame holding the image forming optical system and the image pickup element and integrally forming the aperture stop with the same resin material. 物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第1正レンズ、第3正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とする撮像装置。From the object side, an aperture stop, a first positive lens with a convex surface facing the image side, a second negative lens with a concave surface facing the image side, an imaging optical system arranged in the order of a third positive lens, and an image thereof A lens frame for holding the imaging optical system, wherein at least an outer periphery of each of the first positive lens and the third positive lens is inclined such that the closer to the object, the closer to the optical axis. An image pickup apparatus comprising: a slanted portion provided with the slanted portion in contact with the lens frame. 物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正レンズ、像側に凹面を向けた第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第1正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第3正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とする撮像装置。From the object side, an aperture stop, a first positive lens with a convex surface facing the image side, a second negative lens with a concave surface facing the image side, an imaging optical system arranged in the order of a third positive lens, and an image thereof A lens frame for holding the imaging optical system, wherein the shape of the first positive lens is circular when viewed from the incident side, and the shape of the third positive lens However, when viewed from the incident side, the length of a direction corresponding to the short side direction of the effective imaging region of the imaging element is shorter than the length corresponding to the long side direction of the effective imaging region.
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