CN101950064A - 成像光学系统 - Google Patents

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    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power

Abstract

本发明的成像光学系统从物体侧起到像面侧设有：具有正光焦度的第1透镜；凸向像侧的弯月透镜即第2透镜；具有正光焦度的第3透镜；以及具有负光焦度的第4透镜。对于第3透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为正、在远离光轴的位置光焦度为负的区域，对于第4透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为负、在远离光轴的位置光焦度为正的区域。第1透镜在像侧面具有衍射光栅。在设第2透镜的焦距为f2，设成像光学系统的合成焦距为fT，设从光圈面或第1透镜的物体侧面的顶点中物体侧的一方到像面的距离为TTL时，满足下述各式(数1)|f2/fT|≥3(1)；TTL/fT≤1.2(2)。

Description

成像光学系统
技术领域
本发明涉及在数码照相机、带摄像功能的手机、扫描仪等中使用的成像光学系统。
背景技术
针对小型高分辨率的摄像装置的要求愈加强烈。因此，对于在这种摄像装置中使用的成像光学系统，也要求小型化及较高的分辨率。这种成像光学系统例如记述在专利文献1～3等中。
作为使成像光学系统小型化的手段，最近存在较多地采用广角化的方法的趋势。在固体摄像元件中，为了将光线被布线层的壁的遮挡抑制到最小限度，需要限制光线向摄像元件的入射角度，并且对应于广角化，需要强制将光线的角度控制在预定的角度范围内。一般在由4个构成的小型摄像光学系统中，利用具有负光焦度的第2透镜进行轴上色像差的校正，同时朝向最大像高大幅改变光线的方向，并利用第4透镜控制光线向摄像元件的入射角使其较小。但是，在这种方法中，具有较大的负光焦度的第2透镜的公差比较严格，如果超过公差的范围，则随着接近最大视场而产生较大的像差，结果导致像的恶化。
为了制作这种公差严格的光学系统，加工及组装花费时间，在只把制作后的通过检查被视为合格品的光学系统作为产品的情况下，导致成品率下降。无论哪种情况，结果都导致成像光学系统的制造成本上升。
另一方面，目前通过开发CMOS(Complementally Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)成像传感器的背面照射技术(Backside illumination：BSI)，光线向传感器的允许入射角扩大，但把该技术的优点作为制造时的优点发挥出来的设计开发工作，还处于没有进展的状态。
现行技术文献
专利文献1：日本专利3424030号公报
专利文献2：日本专利4032667号公报
专利文献3：日本专利4032668号公报
因此，对小型、高分辨率、而且能够抑制制造成本的成像光学系统具有需求。
发明内容
本发明的成像光学系统从物体侧起到像面侧设有：具有正光焦度的第1透镜；凸向像侧的弯月透镜即第2透镜；具有正光焦度的第3透镜；以及具有负光焦度的第4透镜。对于第3透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为正、在远离光轴的位置为负的区域。对于第4透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为负、在远离光轴的位置为正的区域。第1透镜在像侧面具有衍射光栅。在设第2透镜的焦距为f2，设成像光学系统的合成焦距为fT，设从光圈面或第1透镜的物体侧面的顶点中物体侧的一方到像面的距离为TTL时，满足下述条件
(数1)
|f2/fT|≥3     (1)
TTL/fT≤1.2    (2)。
根据本发明，利用设于第1透镜的像面侧的衍射光栅进行轴上色像差的校正(消色)，由此减小第2透镜的光焦度的绝对值，以使满足式(1)。因此，能够扩大组装公差，降低制造成本。
并且，根据本发明，通过构成为满足式(2)，能够实现紧凑的成像光学系统。
根据本发明的实施方式，在设第4透镜的焦距为f4，设第4透镜的材料的d线折射率为n4时，满足下述条件
(数2)
-1.1≤(n4f4)/fT≤-0.65    (3)。
根据本实施方式，通过构成为满足式(3)，珀兹伐(Petzval)和变小，能够实现在光轴附近像面弯曲较小的成像光学系统，能够将直到较高的像高位置为止的像面弯曲的变化控制得平滑且平缓。
根据本发明的实施方式，衍射光栅由环带构成，环带数为10以下。
根据本实施方式，由于环带数为10以下，所以能够将对加工限度造成的来源于其他次光的杂光(flare)及重影(ghost)的影响抑制到最小限度。
附图说明
图1是表示实施例1的成像光学系统的结构的图。
图2是表示实施例1的成像光学系统的像差的图。
图3是表示实施例2的成像光学系统的结构的图。
图4是表示实施例2的成像光学系统的像差的图。
图5是表示实施例3的成像光学系统的结构的图。
图6是表示实施例3的成像光学系统的像差的图。
图7是表示实施例4的成像光学系统的结构的图。
图8是表示实施例4的成像光学系统的像差的图。
图9是表示实施例5的成像光学系统的结构的图。
图10是表示实施例5的成像光学系统的像差的图。
图11是表示实施例6的成像光学系统的结构的图。
图12是表示实施例6的成像光学系统的像差的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的一个实施方式的成像光学系统的结构的图。本实施方式的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜101、第2透镜102、第3透镜103和第4透镜104。光圈相比第1透镜101的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜101的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜101的物体侧的面上。通过第1透镜101、第2透镜102、第3透镜103和第4透镜104的光，通过玻璃板105到达像面106。
下面，说明本发明的成像光学系统的特征。下面，设i为1～4的整数，设第i透镜的焦距、透镜材料的d线(波长587.6nm)折射率分别为
(数3)
fi、ni，
设成像光学系统的合成焦距和从光圈面或第1透镜的物体侧面的顶点中物体侧的一方到像面的距离(以下也称为光学长度)分别为
(数4)
fT、TTL。
4个透镜的类型
本发明的实施方式的成像光学系统从物体侧起到像面侧设有：具有正光焦度的第1透镜；凸向像侧的弯月透镜即第2透镜；具有正光焦度的第3透镜；和具有负光焦度的第4透镜。其中，透镜具有正或负光焦度，是指透镜在其近轴附近具有正或负光焦度。
第3透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为正、在远离光轴的位置为负的区域。第4透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为负、在远离光轴的位置为正的区域。通过组合分别具有上述光焦度的第3透镜和第4透镜，能够控制成为使从近轴区域到最大视场的像面弯曲较小。
衍射光栅
本发明的实施方式的成像光学系统在第1透镜的像侧面具有用于修正轴上色像差(以下也称为消色)的环带衍射光栅。环带数为10以下。如果环带数大于10，则周缘部的环带的宽度变小，对加工限度造成的来源于其他次光的杂光及重影的影响增大。
第2透镜的焦距与合成焦距之比的绝对值
本发明的实施方式的成像光学系统满足下式。
(数5)
|f2/fT|≥3    (1)。
在以往的与本发明相同类型的成像光学系统中，在利用透镜的材质的阿贝数(分散率)之差来进行消色的情况下，把第1透镜设为由低分散的材质构成的具有正光焦度的透镜，把第2透镜设为由高分散的材质构成的具有负光焦度的透镜。在该情况下，为了实现预定的消色性能，需要使第2透镜的负光焦度在预定的大小以上。并且，在使用衍射光栅来进行消色的情况下，为了提高消色的性能，结合利用了透镜材质的分散的大小之差的消色和基于衍射光栅的消色来进行消色。
根据以往的方法，设计上的分辨率能够得到充分提高。但是，实际上制造过程中的透镜的加工公差或组装公差比较严格，制造比较困难，或者产生制造成本上升的问题。
发明者们通过分析制造过程，结果得到以下见解，第1透镜具有正光焦度，而第2透镜具有预定的大小以上的负光焦度，这使得这些透镜的组装公差变严格。因此，只要能够在保持较高分辨率的状态下减小第2透镜的负光焦度，就能够降低制造成本。本发明根据上述见解，实现了在保持较高分辨率的状态下，减小第2透镜的负光焦度以满足式(1)的成像光学系统。在本发明中，使衍射光栅具有主要的消色功能，由此减小第2透镜的负光焦度。
光学长度与合成焦距之比
本发明的实施方式的成像光学系统满足下式。
(数6)
TTL/fT≤1.2    (2)
如果光学长度与合成焦距超过式(2)的上限值，则难以实现紧凑的成像光学系统。
第4透镜的材料的d线折射率和焦距的乘积与合成焦距之比
本发明的实施方式的成像光学系统满足下式。
(数7)
-1.1≤(n4f4)/fT≤-0.65    (3)
一般，为了减小由多个透镜构成的成像光学系统的像面弯曲，需要使利用下式表示的珀兹伐和P接近零。
(数8)
P = Σ i = 1 m 1 n i f i - - - ( 4 )
在本实施方式中，第1和第3透镜具有正光焦度，第2透镜的光焦度的绝对值较小，所以仅第4透镜具有实质上的负光焦度。因此，为了使式(4)的珀兹伐和接近零，需要满足式(3)。
下面，说明本发明的实施例1～6。
实施例的成像光线系统的特征
表1是表示实施例1～6的特征的表。在下面的表中，除了另有记述之外，长度的单位是毫米。
(表1)
  实施例   |f2/fT|   TTL/fT   (n4f4)/fT   环带数
  1   -50.00   1.19   -0.858   10
  2   -6.23   1.14   -0.866   9
  3   -3.47   1.20   -1.092   10
  4   -3.97   1.17   -0.765   8
  5   -3.59   1.15   -0.782   5
  6   6.85   1.15   -0.685   9
根据表1，实施例1～6满足式(1)～式(3)。并且，设于第1透镜的像面侧的衍射光栅的环带数为10以下。
表示实施例的透镜面的式及衍射光栅的相位函数
实施例的各个透镜的面利用下式表示。
(数9)
z = r 2 / R 1 + 1 - ( 1 + k ) ( r / R ) 2 + Σ i = 4 , i , even 16 A i r i - - - ( 5 )
其中，z是表示在把透镜面与光轴的交点作为基准、把像侧设为正时的、透镜面上的点在光轴方向的位置的坐标。r表示透镜面上的点距光轴的距离。R表示透镜面的顶点的曲率半径。k表示圆锥常数。Ai表示多项式的系数。
设于第1透镜的像面侧的衍射光栅的相位函数利用下式表示。
(数10)
Φ = Σ i = 2 , i , even 16 B i r i - - - ( 6 )
其中，Bi表示多项式的系数。
实施例1
图1是表示实施例1的成像光学系统的结构的图。实施例1的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜101、第2透镜102、第3透镜103和第4透镜104。光圈相比第1透镜101的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜101的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜101的物体侧的面上。通过第1透镜101、第2透镜102、第3透镜103和第4透镜104的光，通过玻璃板105到达像面106。
在本实施例中，在第1透镜的像面侧设有消色用的衍射光栅。在本实施例中，消色功能主要由衍射光栅承担，衍射光栅的环带数为10。
图2是表示实施例1的成像光学系统的像差的图。图2表示有关可见区域的3波长的像差。图2(a)是表示球面像差和轴上色像差的图。图2(a)的横轴表示以像面位置为基准的光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图2(a)的纵轴表示光圈中的光线的通过位置。纵轴的O表示光线通过光圈的中心，纵轴的最大值表示光线通过光圈的端部。图2(b)是表示像散和像面弯曲的图。图2(b)的横轴表示光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图2(b)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。在图2(b)中，T表示子午像面的形状，S表示弧矢像面的形状。图2(c)是表示畸变像差的图。图2(c)的横轴表示畸变像差(distortion)(单位是百分比)。图2(c)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。
表2是表示实施例1的成像光学系统的透镜数据的表。第1～第8面表示第1～第4透镜的面，第9～第10面表示玻璃板的面。在表2中，作为示例，第1面(第1透镜的物体侧的面)的面间隔是第1面与第2面(第1透镜的像侧的面)的间隔。
表3是表示第1面～第8面的透镜面的、式(5)所示的顶点的曲率半径R和圆锥常数k的表。
表4是表示第1面～第4面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表5是表示第5面～第8面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表6是表示式(6)所示的多项式的系数Bi的表，式(6)表示衍射光栅的相位函数。
(表2)
  面序号   面间隔   折射率   阿贝数
  1   0.569   1.509398   56.4745
  2   0.482
  3   0.295   1.509398   56.4745
  4   0.164
  5   0.546   1.509398   56.4745
  6   0.309
  7   0.393   1.509398   56.4745
  8   0.150
  9   0.200   1.516800   64.1673
  10   0.661
(表3)
  面序号   R   k
  1   1.549   3.262064
  2   797.445   0.000000
  3   -0.969   -0.595475
  4   -1.082   -1.595714
  5   -7.722   -0.408716
  6   -1.171   -4.041903
  7   -1.391   -9.259999
  8   2.890   -1.416315
(表4)
  系数   第1面   第2面   第3面   第4面
  A4   -1.187985e-01   -8.061499e-02   -8.496010e-02   8.001346e-03
  A6   -7.020756e-01   -3.374785e-01   6.762746e-01   2.350190e-01
  A8   3.525781e+00   9.625311e-01   4.555051e-01   4.250412e-01
  A10   -7.329295e+00   -1.250259e+00   -6.538512e-01   1.184556e-01
  A12   -2.437049e+01   -1.748054e+00   -7.464657e-01   -4.276392e-01
  A14   8.005244e+01   4.250112e-01   1.661744e-01   3.542042e-01
  A16   -5.187142e+00   7.034610e+00   -1.885258e+00   2.250833e-01
(表5)
  系数   第5面   第6面   第7面   第8面
  A4   1.363439e-01   1.354311e-01   -2.965270e-02   -1.270685e-01
  A6   -5.342901e-02   1.914656e-02   -2.583718e-02   2.283744e-02
  A8   -1.567813e-03   -9.306951e-3   2.849597e-02   8.260524e-03
  A10   -4.686840e-03   -1.023669e-02   9.739307e-03   -7.393002e-03
  A12   -4.479816e-3   1.750321e-04   -4.601589e-03   1.723132e-03
  A14   1.905349e-02   1.651148e-03   -4.599843e-03   -3.539828e-05
  A16   -9.940526e-03   -2.036048e-04   1.638742e-03   -3.376488e-05
(表6)
  B2   B4   B6   B8
  -1.528656e+2   4.695117e+1   -2.107326e+2   2.103605e+3
  B10   B12   B14   B16
  -3.837204e+3   1.104583e+3   -2.661279e+4   4.714037e+4
实施例2
图3是表示实施例2的成像光学系统的结构的图。实施例2的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜201、第2透镜202、第3透镜203和第4透镜204。光圈相比第1透镜201的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜201的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜201的物体侧的面上。通过第1透镜201、第2透镜202、第3透镜203和第4透镜204的光，通过玻璃板205到达像面206。
在本实施例中，在第1透镜的像面侧设有消色用的衍射光栅。在本实施例中，消色功能主要由衍射光栅承担，衍射光栅的环带数为9。
图4是表示实施例2的成像光学系统的像差的图。图4表示有关可见区域的3波长的像差。图4(a)是表示球面像差和轴上色像差的图。图4(a)的横轴表示以像面位置为基准的光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图4(a)的纵轴表示光圈中的光线的通过位置。纵轴的O表示光线通过光圈的中心，纵轴的最大值表示光线通过光圈的端部。图4(b)是表示像散和像面弯曲的图。图4(b)的横轴表示光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图4(b)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。在图4(b)中，T表示子午像面的形状，S表示弧矢像面的形状。图4(c)是表示畸变像差的图。图4(c)的横轴表示畸变像差(distortion)(单位是百分比)。图4(c)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。
表7是表示实施例2的成像光学系统的透镜数据的表。第1～第8面表示第1～第4透镜的面，第9～第10面表示玻璃板的面。在表7中，作为示例，第1面(第1透镜的物体侧的面)的面间隔是第1面与第2面(第1透镜的像侧的面)的间隔。
表8是表示第1面～第8面的透镜面的、式(5)所示的顶点的曲率半径R和圆锥常数k的表。
表9是表示第1面～第4面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表10是表示第5面～第8面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表11是表示式(6)所示的多项式的系数Bi的表，式(6)表示衍射光栅的相位函数。
(表7)
  面序号   面间隔   折射率   阿贝数
  1   0.422   1.509398   56.4745
  2   0.588
  3   0.400   1.509398   56.4745
  4   0.624
  5   0.504   1.509398   56.4745
  6   0.428
  7   0.300   1.509398   56.4745
  8   0.166
  9   0.200   1.516800   64.1673
  10   0.800
(表8)
  面序号   R   k
  1   1.322   0.000000
  2   2.748   11259521
  3   -4.000   0.000000
  4   -6.105   0.000000
  5   -6.105   0.000000
  6   -1.806   0.000000
  7   -2.178   0.000000
  8   2.495   0.000000
(表9)
  系数   第1面   第2面   第3面   第4面
  A4   1.747321e-02   0.000000e+00   -3.431316e-01   -3.198195e-01
  A6   3.109056e-01   0.000000e+00   9.785284e-01   7.635249e-01
  A8   -2.031971e+00   0.000000e+00   -4.412477e+00   -2.569051e+00
  A10   8.494980e+00   0.000000e+00   1.277062e+01   5.459113e+00
  A12   -1.910079e+01   0.000000e+00   -2.288483e+01   -6.783178e+00
  A14   2.269427e+01   0.000000e+00   2.302588e+01   4.592895e+00
  A16   -1.079430e+01   0.000000e+00   -9.465529e+00   -1.257927e+00
(表10)
  系数   第5面   第6面   第7面   第8面
  A4   -1.32445e-01   7.745301e-02   -2.428937e-02   -1.929806e-01
  A6   3.352289e-01   2.093621e-01   1.016031e-01   1.117350e-01
  A8   -5.694255e-01   -2.676335e-01   -8.039843e-02   -5.213730e-02
  A10   5.356910e-01   1.606422e-01   4.624343e-02   1.603703e-02
  A12   -3.070197e-01   -5.425856e-02   -1.646364e-02   -3.101065e-03
  A14   9.617333e-02   9.830058e-03   3.115041e-03   3.417470e-04
  A16   -1.225905e-02   -7.230575e-04   -2.420231e-04   -1.684328e-05
(表11)
  B2   B4   B6   B8
  -9.884395e+1   -1.579645e+0   -4.829148e+2   1.107287e+3
  B10   B12   B14   B16
  -3.618775e+2   0.000000e+0   0.000000e+0   0.000000e+0
实施例3
图5是表示实施例3的成像光学系统的结构的图。实施例3的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜301、第2透镜302、第3透镜303和第4透镜304。光圈相比第1透镜301的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜301的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜301的物体侧的面上。通过第1透镜301、第2透镜302、第3透镜303和第4透镜304的光，通过玻璃板305到达像面306。
在本实施例中，在第1透镜的像面侧设有消色用的衍射光栅。在本实施例中，消色功能主要由衍射光栅承担，衍射光栅的环带数为10。
图6是表示实施例3的成像光学系统的像差的图。图6表示有关可见区域的3波长的像差。图6(a)是表示球面像差和轴上色像差的图。图6(a)的横轴表示以像面位置为基准的光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图6(a)的纵轴表示光圈中的光线的通过位置。纵轴的O表示光线通过光圈的中心，纵轴的最大值表示光线通过光圈的端部。图6(b)是表示像散和像面弯曲的图。图6(b)的横轴表示光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图6(b)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。在图6(b)中，T表示子午像面的形状，S表示弧矢像面的形状。图6(c)是表示畸变像差的图。图6(c)的横轴表示畸变像差(distortion)(单位是百分比)。图6(c)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。
表12是表示实施例3的成像光学系统的透镜数据的表。第1～第8面表示第1～第4透镜的面，第9～第10面表示玻璃板的面。在表12中，作为示例，第1面(第1透镜的物体侧的面)的面间隔是第1面与第2面(第1透镜的像侧的面)的间隔。
表13是表示第1面～第8面的透镜面的、式(5)所示的顶点的曲率半径R和圆锥常数k的表。
表14是表示第1面～第4面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表15是表示第5面～第8面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表16是表示式(6)所示的多项式的系数Bi的表，式(6)表示衍射光栅的相位函数。
(表12)
  面序号   面间隔   折射率   阿贝数
  1   0.425   1.509398   56.4745
  2   0.486
  3   0.300   1.509398   56.4745
  4   0.249
  5   0.499   1.509398   56.4745
  6   0.179
  7   0.225   1.509398   56.4745
  8   0.161
  9   0.400   1.516800   64.1673
  10   0.600
(表13)
  面序号   R   k
  1   0.961   0.000000
  2   2.203   13.323319
  3   -1.103   0.000000
  4   -1.528   0.000000
  5   7.695   0.000000
  6   -1.286   0.000000
  7   -2.998   0.000000
  8   1.724   0.000000
(表14)
  系数   第1面   第2面   第3面   第4面
  A4   -3.895054e-02   0.000000e+00   -1.127108e+00   -1.690591e+00
  A6   3.231423e+00   0.000000e+00   6.826806e+00   7.605403e+00
  A8   -4.048473e+01   0.000000e+00   -4.433775e+01   -2.807306e+01
  A10   2.895483e+02   0.000000e+00   2.070730e+02   7.695809e+01
  A12   -1.140922e+03   0.000000e+00   -5.508641e+02   -1.175100e+02
  A14   2.349160e+03   0.000000e+00   7.944282e+02   8.112386e+01
  A16   -1.957247e+03   0.000000e+00   -5.045481e+02   -2.831296e+01
(表15)
Figure BSA00000186448700131
(表16)
  B2   B4   B6   B8
  -2.032752e+2   7.561459e+2   -8.571489e+3   3.924981e+4
  B10   B12   B14   B16
  -6.538037e+4   0.000000e+0   0.000000e+0   0.000000e+0
实施例4
图7是表示实施例4的成像光学系统的结构的图。实施例4的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜401、第2透镜402、第3透镜403和第4透镜404。光圈相比第1透镜401的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜401的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜401的物体侧的面上。通过第1透镜401、第2透镜402、第3透镜403和第4透镜404的光，通过玻璃板405到达像面406。
在本实施例中，在第1透镜的像面侧设有消色用的衍射光栅。在本实施例中，消色功能主要由衍射光栅承担，衍射光栅的环带数为8。
图8是表示实施例4的成像光学系统的像差的图。图8表示有关可见区域的3波长的像差。图8(a)是表示球面像差和轴上色像差的图。图8(a)的横轴表示以像面位置为基准的光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图8(a)的纵轴表示光圈中的光线的通过位置。纵轴的O表示光线通过光圈的中心，纵轴的最大值表示光线通过光圈的端部。图8(b)是表示像散和像面弯曲的图。图8(b)的横轴表示光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图8(b)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。在图8(b)中，T表示子午像面的形状，S表示弧矢像面的形状。图8(c)是表示畸变像差的图。图8(c)的横轴表示畸变像差(distortion)(单位是百分比)。图8(c)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。
表17是表示实施例4的成像光学系统的透镜数据的表。第1～第8面表示第1～第4透镜的面，第9～第10面表示玻璃板的面。在表17中，作为示例，第1面(第1透镜的物体侧的面)的面间隔是第1面与第2面(第1透镜的像侧的面)的间隔。
表18是表示第1面～第8面的透镜面的、式(5)所示的顶点的曲率半径R和圆锥常数k的表。
表19是表示第1面～第4面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表20是表示第5面～第8面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表21是表示式(6)所示的多项式的系数Bi的表，式(6)表示衍射光栅的相位函数。
(表17)
  面序号   面间隔   折射率   阿贝数
  1   0.506   1.509398   56.4745
  2   0.510
  3   0.448   1.509398   56.4745
  4   0.567
  5   0.600   1.509398   56.4745
  6   0.323
  7   0.424   1.509398   56.4745
  8   0.361
  9   0.200   1.516800   64.1673
  10   0.500
(表18)
Figure BSA00000186448700151
(表19)
  系数   第1面   第2面   第3面   第4面
  A4   -1.749023e-02   -9.565256e-02   -3.030104e-01   -2.339727e-01
  A6   1.379234e-02   3.172706e-01   6.439454e-01   1.439101e-01
  A8   -1.810620e-01   -1.364540e+00   -2.145083e+00   2.066482e-01
  A10   3.918267e-01   2.341339e+00   4.397549e+00   -1.088324e+00
  A12   -5.768900e-03   -3.380789e-01   -4.679248e+00   1.975262e+00
  A14   -1.403365e+00   -3.795965e+00   2.360303e+00   -1.521156e+00
  A16   1.471423e+00   2.669086e+00   -3.965915e-01   4.373559e-01
(表20)
  系数   第5面   第6面   第7面   第8面
  A4   -6.359608e-02   2.296205e-01   1.522537e-01   -1.556694e-01
  A6   5.095009e-02   -5.461417e-02   -1.594477e-01   5.667338e-02
  A8   -6.837353e-02   -1.037771e-02   1.161665e-01   -2.036376e-02
  A10   2.212926e-02   1.508685e-02   -1.646901e-02   6.288470e-03
  A12   -1.547672e-02   -3.414524e-03   -1.483771e-02   -1.442594e-03
  A14   1.757817e-02   -5.156925e-04   6.346313e-03   1.775222e-04
  A16   -5.530454e-03   2.562511e-04   -7.190730e-04   -8.615771e-06
(表21)
  B2   B4   B6   B8
  -1.176405e+2   1.570718e+2   -1.014214e+3   2.441291e+3
  B10   B12   B14   B16
  -1.442269e+2   -8.393507e+3   9.855701e+3   8.799554e+2
实施例5
图9是表示实施例5的成像光学系统的结构的图。实施例5的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜501、第2透镜502、第3透镜503和第4透镜504。光圈相比第1透镜501的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜501的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜501的物体侧的面上。通过第1透镜501、第2透镜502、第3透镜503和第4透镜504的光，通过玻璃板505到达像面506。
在本实施例中，在第1透镜的像面侧设有消色用的衍射光栅。在本实施例中，消色功能主要由衍射光栅承担，衍射光栅的环带数为5。
图10是表示实施例5的成像光学系统的像差的图。图10表示有关可见区域的3波长的像差。图10(a)是表示球面像差和轴上色像差的图。图10(a)的横轴表示以像面位置为基准的光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图10(a)的纵轴表示光圈中的光线的通过位置。纵轴的O表示光线通过光圈的中心，纵轴的最大值表示光线通过光圈的端部。图10(b)是表示像散和像面弯曲的图。图10(b)的横轴表示光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图10(b)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。在图10(b)中，T表示子午像面的形状，S表示弧矢像面的形状。图10(c)是表示畸变像差的图。图10(c)的横轴表示畸变像差(distortion)(单位是百分比)。图10(c)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。
表22是表示实施例5的成像光学系统的透镜数据的表。第1～第8面表示第1～第4透镜的面，第9～第10面表示玻璃板的面。在表22中，作为示例，第1面(第1透镜的物体侧的面)的面间隔是第1面与第2面(第1透镜的像侧的面)的间隔。
表23是表示第1面～第8面的透镜面的、式(5)所示的顶点的曲率半径R和圆锥常数k的表。
表24是表示第1面～第4面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表25是表示第5面～第8面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表26是表示式(6)所示的多项式的系数Bi的表，式(6)表示衍射光栅的相位函数。
(表22)
  面序号   面间隔   折射率   阿贝数
  1   0.563   1.509398   56.4745
  2   0.378
  3   0.427   1.606697   26.6056
  4   0.660
  5   0.521   1.509398   56.4745
  6   0.366
  7   0.452   1.509398   56.4745
  8   0.244
  9   0.200   1.516800   64.1673
  10   0.500
(表23)
  面序号   R   k
  1   1.382   0.000000
  2   5.044   0.000000
  3   -2.766   0.000000
  4   -4.401   0.000000
  5   14.061   0.000000
  6   -1.549   0.000000
  7   -1.790   0.000000
  8   2.401   0.000000
(表24)
  系数   第1面   第2面   第3面   第4面
  A4   -2.855646e-03   -1.043311e-01   -2.808041e-01   -1.344048e-01
  A6   1.704876e-02   2.415598e-01   5.090103e-01   7.171920e-02
  A8   -1.870320e-01   -1.384994e+00   -2.180231e+00   2.487732e-01
  A10   3.511643e-01   2.230959e+00   4.534381e+00   -1.012351e+00
  A12   2.895494e-02   -4.437992e-01   -4.541400e+00   1.977543e+00
  A14   -1.062268e+00   -3.556174e+00   2.111603e+00   -1.576140e+00
  A16   7.638291e-01   2.351439e+00   -8.413208e-01   4.640379e+00
(表25)
  系数   第5面   第6面   第7面   第8面
  A4   -4.354766e-02   1.974514e-01   1.282449e-01   -1.498328e-01
  A6   2.397320e-02   -7.318788e-02   -1.587230e-01   5.500940e-02
  A8   -6.469818e-02   -4.168990e-03   1.166809e-01   -1.994286e-02
  A10   2.507676e-02   1.681294e-02   -1.610335e-02   6.264507e-03
  A12   -1.507291e-02   -3.111908e-03   -1.482717e-02   -1.438613e-03
  A14   1.747337e-02   -4.857681e-04   6.324777e-03   1.789343e-04
  A16   -5.465403e-03   2.261922e-04   -7.172537e-04   -8.954985e-06
(表26)
  B2   B4   B6   B8
  -9.990713e+1   1.582908e+2   -1.005374e+3   2.837651e+3
  B10   B12   B14   B16
  -6.923681e+2   -8.834571e+3   1.261488e+4   -2.041206e+3
实施例6
图11是表示实施例6的成像光学系统的结构的图。实施例6的成像光学系统从物体侧起到像侧设有第1透镜601、第2透镜602、第3透镜603和第4透镜604。光圈相比第1透镜601的像侧的面靠近物体侧，相比第1透镜601的物体侧的面的顶点靠近像侧。具体地讲，光圈位于第1透镜601的物体侧的面上。通过第1透镜601、第2透镜602、第3透镜603和第4透镜604的光，通过玻璃板605到达像面606。
在本实施例中，在第1透镜的像面侧设有消色用的衍射光栅。在本实施例中，消色功能主要由衍射光栅承担，衍射光栅的环带数为9。
图12是表示实施例6的成像光学系统的像差的图。图12表示有关可见区域的3波长的像差。图12(a)是表示球面像差和轴上色像差的图。图12(a)的横轴表示以像面位置为基准的光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图12(a)的纵轴表示光圈中的光线的通过位置。纵轴的O表示光线通过光圈的中心，纵轴的最大值表示光线通过光圈的端部。图12(b)是表示像散和像面弯曲的图。图12(b)的横轴表示光轴方向的焦点位置(单位是毫米)。图12(b)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。在图12(b)中，T表示子午像面的形状，S表示弧矢像面的形状。图12(c)是表示畸变像差的图。图12(c)的横轴表示畸变像差(distortion)(单位是百分比)。图12(c)的纵轴表示视场。纵轴的O表示0°视场角，纵轴的最大值表示最大视场角。
表27是表示实施例6的成像光学系统的透镜数据的表。第1～第8面表示第1～第4透镜的面，第9～第10面表示玻璃板的面。在表27中，作为示例，第1面(第1透镜的物体侧的面)的面间隔是第1面与第2面(第1透镜的像侧的面)的间隔。
表28是表示第1面～第8面的透镜面的、式(5)所示的顶点的曲率半径R和圆锥常数k的表。
表29是表示第1面～第4面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表30是表示第5面～第8面的透镜面的、式(5)所示的多项式的系数Ai的表。
表31是表示式(6)所示的多项式的系数Bi的表，式(6)表示衍射光栅的相位函数。
(表27)
  面序号   面间隔   折射率   阿贝数
  1   0.527   1.509398   56.4745
  2   0.254
  3   0.403   1.509398   56.4745
  4   0.646
  5   0.618   1.509398   56.4745
  6   0.618
  7   0.437   1.509398   56.4745
  8   0.162
  9   0.200   1.516800   64.1673
  10   0.500
(表28)
  面序号   R   k
  1   1.343   0.142921
  2   2.691   0.000000
  3   -8.600   0.000000
  4   -5.197   0.000000
  5   -63.245   0.000000
  6   -1.140   -1.702017
  7   -1.089   -1.216917
  8   3.986   0.425434
(表29)
  系数   第1面   第2面   第3面   第4面
  A4   8.332022e-03   -1.389558e-01   -2.274908e-01   -1.539207e-01
  A6   -3.538307e-02   1.124603e+00   5.547712e-01   3.418851e-01
  A8   9.2728569e-1   -1.032517e+01   -3.315306e+00   -1.343115e+00
  A10   -6.514877e+00   4.809146e+01   1.196598e+01   3.102905e+00
  A12   2.101493e+01   -1.245610e+02   -2.819797e+01   -4.083115e+00
  A14   -3.212270e+01   1.660131e+02   3.680839e+01   3.103897e+00
  A16   1.923615e+01   -9.078432e+01   -1.907621e+01   -8.667793e-01
(表30)
  系数   第5面   第6面   第7面   第8面
  A4   -1.351511e-01   5.367639e-03   1.283405e-01   -7.118472e-02
  A6   3.997239e-01   3.527775e-01   5.671902e-02   1.167859e-02
  A8   -9.615622e-01   -6.997795e-01   -2.991179e-01   -1.462778e-03
  A10   1.348884e+00   7.965443e-01   3.709253e-01   -2.279567e-05
  A12   -1.125343e+00   -5.467434e-01   -2.298936e-02   7.404934e-06
  A14   4.737493e-01   1.958755e-01   7.137083e-02   2.809311e-06
  A16   -7.598720e-02   -2.797237e-02   -8.867668e-03   -5.853834e-07
(表31)
  B2   B4   B6   B8
  -1.286509e+2   1.339627e+2   -6.235052e+2   3.430158e+2
  B10   B12   B14   B16
  1.680693e+3   -1.163563e+3   8.825705e+3   1.674027e+4

Claims (3)

1.一种成像光学系统，从物体侧起到像面侧设有：具有正光焦度的第1透镜；凸向像侧的弯月透镜即第2透镜；具有正光焦度的第3透镜；以及具有负光焦度的第4透镜，其中，
对于第3透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为正、在远离光轴的位置为负的区域，对于第4透镜的子午方向上的主光线附近的光焦度，具有在近轴区域为负、在远离光轴的位置为正的区域，第1透镜在像侧面具有衍射光栅，在设第2透镜的焦距为f2，设成像光学系统的合成焦距为fT，设从光圈面或第1透镜的物体侧面的顶点中物体侧的一方到像面的距离为TTL时，满足下述条件
|f2/fT|≥3    (1)
TTL/fT≤1.2   (2)。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，在设所述第4透镜的焦距为f4，设所述第4透镜的材料的d线折射率为n4时，满足下述条件
-1.1≤(n4f4)/fT≤-0.65    (3)。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，所述衍射光栅由环带构成，环带数为10以下。
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