CN103502869A - 物镜光学系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种像差校正良好且也能够适当地对应于高清晰、高像素的固体摄像元件、同时小型且广角的物镜光学系统。提供一种物镜光学系统（1），其从物体侧依次包括亮度光圈（S）、正的第1透镜组（G1）、第2透镜组（G2）以及第3透镜组（G3），第1透镜组（G1）的像侧的面朝向像侧凸起，第2透镜组（G2）由两片正透镜或单透镜（L3）构成。

Description

物镜光学系统
技术领域
本发明涉及一种在带摄像机的手机、内窥镜等中使用的小型且广角的物镜光学系统。
背景技术
近年来，CCD、CMOS传感器等固体摄像元件的高清晰、高像素化不断推进，也期望扩大摄影范围、即广角化。另一方面，摄影光学系统在便携性、机动性方面强烈要求小型化。特别是内窥镜用的摄像光学系统同时要求小型化、低成本化、广角化及高清晰化，期望有一种广角且利用少数透镜抑制了像差的结构的物镜光学系统。
以往的内窥镜用的物镜光学系统一般是反远距焦点型且4片～6片透镜结构的物镜光学系统（例如，参照专利文献1）、2片～4片透镜结构的物镜光学系统（例如，参照专利文献2、3、5）。另外，作为数字摄像机、带摄像机的手机用，公知有被称作三合透镜的3片透镜结构的物镜光学系统（例如，参照专利文献4）、4组透镜结构的物镜光学系统（例如，参照专利文献6）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－223183号公报
专利文献2：日本特开2009－251227号公报
专利文献3：日本特开2011－17918号公报
专利文献4：日本特开2004－325713号公报
专利文献5：日本特开2002－162561号公报
专利文献6：日本特开2006－293042号公报
专利文献7：日本特开平10－197806号公报
专利文献8：国际公开第2008/032447号
发明内容
发明要解决的问题
为了对应于固体摄像元件的高清晰、高像素化，需要将物镜光学系统所产生的像差抑制得更小。另外，为了广角化，需要将对周边性能影响较强的倍率的色像差抑制为特别小。
在专利文献1中，通过使用阿贝数不同的各种玻璃材料、接合透镜来对像差、特别是倍率的色像差进行校正并适合于广角化，但是物镜的长度变长为像高（IH）的6倍以上。另外，在专利文献1和专利文献6中，由于光圈配置在光学系统的中间，因此存在于广角化了的情况下入射侧透镜直径变大这样的问题。另一方面，在专利文献2至专利文献5中，由于光圈配置在比第1透镜靠物体侧的位置，虽然因此能够缩小第1透镜的外径并使全长变短，但是存在成像性能不能够充分地满足摄像元件的高清晰化和广角化这样的问题。
作为抑制倍率的色像差的方法，像专利文献7和专利文献8那样，考虑取代接合透镜而使用DOE。但是，专利文献7、8的光学系统两者均存在不能够充分地满足同时实现小型化与广角化的这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种像差校正良好且也能够适当地对应于高清晰、高像素的固体摄像元件、同时小型且广角的物镜光学系统。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。
本发明提供一种物镜光学系统，该物镜光学系统从物体侧依次包括：亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组，上述第1透镜组的像侧的面朝向像侧凸起，上述第2透镜组由两片正透镜或两片单透镜构成。
在上述发明的一技术方案中，也可以是，该物镜光学系统从物体侧依次包括：亮度光圈、正的第1透镜组、正的第2透镜组以及第3透镜组，上述第1透镜组由接合正透镜与负透镜而成的接合透镜构成，该接合透镜的最靠物体侧的面朝向物体侧凹陷，最靠像侧的面朝向像侧凸起，上述第3透镜组由1片满足下述条件式（1）的透镜构成，具有60°以上的视角：
条件式（1）    0.001≤｜f/f3｜≤0.3
其中，f3是上述第3透镜组的焦距；f是整个系统的焦距。
为了使物镜光学系统小型化，如专利文献3所示，在物体侧配置光圈、并设为由正的第1透镜组与正的第2透镜组构成的结构是有效的。但是，在该结构中，在将视角设为广角时无法充分地抑制轴外像差，难以确保与高清晰的摄像元件对应的性能。因此，在本发明的一技术方案中，通过设为从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、正的第2透镜组以及第3透镜组的结构，从而即使在较广的视角中，也能够良好地校正轴外像差（彗形像差、像散差、像面弯曲）并抑制其产生。特别是能够利用基于3组透镜结构的光焦度分配将佩兹伐和抑制得较小。
另外，根据上述一技术方案的结构，能够使轴外光束与中心光轴之间的距离从配置于最靠物体侧的亮度光圈朝向像侧慢慢地拉远。因此，能够在第2透镜组和第3透镜组将对轴上性能、焦距、全长的影响抑制得较小，同时能够校正在第1透镜组产生的彗形像差。
另外，为了设为广角并确保与高清晰的摄像元件对应的性能，需要充分地抑制倍率的色像差。在专利文献3中，利用配置在像侧的接合透镜对倍率的色像差进行了校正，但是在该配置中，接合透镜的大小成为与摄像元件相同的水平。这样，在接合透镜的性质方面，凸透镜的光焦度变大，因此为了确保透镜边缘的边缘厚度而需要使中心变厚、并增大外径和整体。而且，由于在接合面的曲率半径相对于外径变小，因此需要凹面较深的负透镜，加工性变差。与此相对，在本发明的一技术方案中，通过在能够将透镜外径设为最小的第1透镜组配置接合透镜，能够使接合透镜小型化，也能够使加工性良好。
另外，在第1透镜组中，通过将最靠物体侧的面朝向物体侧设为凹面，而且，将最靠像侧的面朝向像侧设为凸面，从而第1透镜组的主点位置从亮度光圈向像侧离开。由此，第1透镜组的光焦度配置相对于亮度光圈成为大致同心圆状，能够抑制像散差和轴外彗形像差的产生。
另外，通过利用条件式（1）将第3透镜组的光焦度限定在适当的范围内，能够良好地校正像差。在｜f/f3｜大于上限0.3的情况下，第3透镜组的光焦度相对变得过强，从而由于佩兹伐和的过度校正，轴外像面倾斜，或者彗形像差变大，画质降低。另一方面，在｜f/f3｜小于下限0.001的情况下，第3透镜组的光焦度相对变小，第1透镜组的光焦度相对变大，因此在第1透镜组较大地产生彗形像差，或者无法充分地校正像面弯曲，画质降低。
在上述一技术方案中，优选的是，上述第3透镜组由凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。
第3透镜组用于校正佩兹伐和并调整像面弯曲，校正在第1透镜组产生的彗形像差。第3透镜组通过使物体侧面向物体侧凸起而能够良好地校正彗形像差，而且，通过使像侧面向像侧凹陷而能够良好地校正像面弯曲。
在上述一技术方案中，优选以下结构：上述第3透镜组满足下述条件式（2）：
条件式（2）     2＜｜（Ca＋Cb）/（Ca－Cb）｜＜50
其中，Ca是上述凹凸透镜的物体侧面的曲率；Cb是上述凹凸透镜的像侧面的曲率。
在｜（Ca＋Cb）/（Ca－Cb）｜为下限2以下的情况下，凹凸透镜的形状接近于双凸透镜或双凹透镜，彗形像差的校正变难。另一方面，在｜（Ca＋Cb）/（Ca－Cb）｜为上限50以上的情况下，凹凸透镜的凸面的突出量增大，并变厚。另外，难以确保透镜边缘的边缘厚度。
在满足上述条件式（2）的结构中，优选的是，上述第1透镜组满足下述条件式（3）：
条件式（3）     0.2＜f/f1＜0.7
其中，f1是上述第1透镜组的焦距。
在条件式（3）中，在f/f1为下限0.2以下的情况下，第2透镜组和第3透镜组的光焦度相对变强，轴外性能变差。另一方面，在f/f1为上限0.7以上的情况下，第1透镜组的光焦度相对变强，彗形像差的产生变大，在第2透镜组和第3透镜组难以充分地校正彗形像差。
在满足上述条件式（3）的结构中，优选的是，上述第1透镜组满足下述条件式（4）：
条件式（4）     －9＜（C1＋C3）/（C1－C3）＜－4
其中，C1是上述第1透镜组的最靠物体侧的面的曲率；C3是上述第1透镜组的最靠像侧的面的曲率。
在条件式（4）中，在（C1＋C3）/（C1－C3）为下限－9以下的情况下，凹凸透镜的凸面的突出量增大，并变厚。而且，难以确保透镜边缘的边缘厚度。另一方面，在（C1＋C3）/（C1－C3）为上限－4以上的情况下，凹凸透镜的形状接近于平凸透镜。在该情况下，曲率相对于亮度光圈自同心圆状偏离，因此像散差变大，轴外性能变差。
而且，在满足上述条件式（3）的结构中，优选的是，上述第2透镜组满足下述条件式（5）：
条件式（5）    0.3＜f/f2＜0.8
其中，f2是上述第2透镜组的焦距。
在条件式（5）中，在f/f2为下限0.3以下的情况下，第1透镜组和第3透镜组的光焦度相对变强，轴外性能变差。另一方面，在f/f2为上限0.8以上的情况下，第2透镜组的光焦度相对变强，彗形像差的产生变大，因此在第3透镜组难以充分地校正彗形像差。
在满足上述条件式（5）的结构中，也可以是如下结构：上述第2透镜组从物体侧依次包括凸面朝向像侧的正的凹凸透镜和像侧的面为朝向像侧凸起的凸面的正透镜。
第1透镜组由于是正的接合透镜而难以增强光焦度，需要增强第2透镜组的光焦度。因此，通过将第2透镜组分为两个正透镜，能够防止像差的产生。另外，通过将物体侧的透镜设为凸面朝向像侧的正凹凸透镜，使像侧的透镜的像侧的面向像侧凸起，从而曲率相对于光圈成为大致同心圆状并能够抑制像散差的产生。
在上述第2透镜组由正的凹凸透镜和正透镜构成的结构中，优选的是，满足下述条件式（6）：
条件式（6）     －4≤f3/f21≤－0.5
其中，f21是上述正的凹凸透镜的焦距。
在第2透镜组中，在物体侧的正透镜产生像面弯曲、彗形像差，第3透镜组校正这些像差。因此，在条件式（6）中，在f3/f21小于下限－4的情况下，在第2透镜组的物体侧的正透镜的像差产生量变大，难以在第3透镜组充分地校正像差。另一方面，在f3/f21大于上限－0.5的情况下，利用第3透镜组校正像差过度，从而画质降低。
另外，在上述发明的其他技术方案中，也可以是，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组、正的第3透镜组、第4透镜组，上述第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜或平凸透镜构成，上述第2透镜组由1片透镜构成，上述第3透镜组由接合正透镜与负透镜而成的接合透镜构成，上述第4透镜组由1片透镜构成，该物镜光学系统满足下述条件式（7）和条件式（8）：
条件式（7）     －0.5＜f/f4＜－0.001
条件式（8）     0.1≤｜f4/f2｜≤5
其中，f是整个系统的焦距；f4是上述第4透镜组的焦距；f2是上述第2透镜组的焦距。
为了使物镜小型，如专利文献2、3所示，在物体侧配置光圈、并设为正的第1透镜组与正的第2透镜组的结构是有效的。但是，在将视角设为100°以上的广角的情况下，无法充分地抑制用于确保与高清晰的摄像元件对应的性能的轴外像差。因此，在本发明的其他技术方案中，通过从物体侧依次设为亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组、正的第3透镜组以及第4透镜组的结构，从而即使在较广的视角中，也能够良好地校正轴外像差（彗形像差、像散差、像面弯曲）并抑制其产生。特别是能够利用基于4组透镜结构的光焦度分配将佩兹伐和抑制得较小。
另外，根据上述其他技术方案，能够使轴外光束与中心光轴之间的距离从配置于最靠物体侧的亮度光圈朝向像侧慢慢地拉远，能够在第2透镜组、第3以及第4透镜组将对轴上性能、焦距、全长的影响抑制得较小，同时能够校正在第1透镜组产生的彗形像差。专利文献1和6的结构由于亮度光圈配置在光学系统的中间位置而不适于小型化。另一方面，根据本发明的其他技术方案，能够利用较少的透镜片数实现视角100°以上的广角的物镜光学系统。
另外，在第1透镜组中，通过使最靠物体侧的面朝向物体侧凸起或设为平面，而且，使最靠像侧的面朝向像侧凸起，从而能够使第1透镜组的主点位置自亮度光圈向像侧离开。由此，能够将第1透镜组的光焦度配置相对于光圈设为大致同心圆状，能够抑制像散差和轴外彗形像差的产生。
另外，为了确保广角化和与高清晰的摄像元件对应的性能，需要充分地抑制倍率的色像差。在本发明的其他技术方案中，通过在第3透镜组中使用接合透镜，从而良好地校正了倍率的色像差。另一方面，在专利文献4中，由于没有配置接合透镜，因此在设为广角化时难以充分地校正倍率的色像差。
另外，通过利用条件式（7）将第4透镜组的光焦度限定在适当的范围内，能够良好地校正像差。在f/f4为下限－0.5以下的情况下，第4透镜组的光焦度相对变强，由于佩兹伐和的过度校正而使得轴外像面倾斜，而且，彗形像差变大，画质降低。另一方面，在f/f4为上限－0.001以上的情况下，第4透镜组的光焦度相对变小，无法充分地校正像面弯曲，画质降低。
另外，通过利用条件式（8）限定第2透镜组与第4透镜组的相对的光焦度之比，从而能够利用第4透镜组良好地校正在第2透镜组中产生的像面弯曲和彗形像差。在｜f4/f2｜大于上限5的情况下，在第2透镜组的像差产生量变大，无法在第4透镜组充分地进行校正。另一方面，在｜f4/f2｜小于下限0.1的情况下，第2透镜组的光焦度相对变得过弱且像面弯曲的校正偏向第4透镜组，第4透镜组的光焦度相对变强并产生彗形像差，光学系统整体变大。
在上述其他技术方案中，优选满足下述条件式（9）的结构：
条件式（9）     0.3＜f/f3＜0.8
其中，f3是上述第3透镜组的焦距。
第3透镜组的接合透镜在校正色像差的同时相对于广角化分担了整个系统的光焦度分配。在条件式（9）中，在f/f3为下限0.3以下的情况下，第1透镜组的光焦度增大，性能降低。另一方面，在f/f3为上限0.8以上的情况下，第3透镜组的光焦度变强，构成第3透镜组的接合透镜的正透镜的透镜边缘的边缘变薄，接合透镜的制造变难。
在满足上述条件式（9）的结构中，优选的是，满足下述条件式（10）：
条件式（10）    0.15＜f/f1＜1.1
其中，f1是上述第1透镜组的焦距。
在条件式（10）中，在f/f1为下限0.15以下的情况下，第3透镜组的光焦度相对变强，轴外性能变差。另一方面，在f/f1为上限1.1以上的情况下，第1透镜组的光焦度相对变强，彗形像差的产生变大，难以利用第2和4透镜组充分地校正彗形像差。
在满足上述条件式（10）的结构中，优选的是，上述第1透镜组满足下述条件式（11）：
条件式（11）     1≤｜（C1＋C2）/（C1－C2）|＜40
其中，C1是上述第1透镜组的物体侧面的曲率；C2是上述第1透镜组的像侧面的曲率。
在条件式（11）中，在｜（C1＋C2）/（C1－C2）|为上限40以上的情况下，凹凸透镜的凸面的突出量变大且变厚。另外，难以确保透镜边缘的边缘厚度。另一方面，在｜（C1＋C2）/（C1－C2）|小于下限1的情况下，凹凸透镜或平凸透镜的形状接近于双凸透镜的形状，曲率相对于亮度光圈自同心圆状偏离，因此像散差变大，轴外性能降低。
另外，在上述发明的另一其他技术方案中，也可以是，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组以及正的第3透镜组，上述第1透镜组由凸面朝向像侧的凹凸透镜或1片平凸透镜构成，上述第2透镜组由1片透镜构成，上述第3透镜组包含衍射光学元件。
在上述另一其他技术方案中，通过从物体侧依次设为亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组、正的第3透镜组的结构，从而即使在较广的视角中也能够良好地校正轴外像差（彗形像差、像散差、像面弯曲）并抑制其产生。特别是能够利用基于3组透镜结构的光焦度分配将佩兹伐和抑制得较小。
另外，第1透镜组设为凸面朝向像侧的凹凸透镜或1片平凸透镜的结构，从而能够使第1透镜组的主点位置自亮度光圈向像侧离开，由此第1透镜组的光焦度配置相对于光圈成为大致同轴，能够抑制像散差和轴外彗形像差的产生。
另外，根据上述另一其他技术方案的物镜光学系统的结构，能够使轴外光束与中心光轴之间的距离从配置于最靠物体侧的亮度光圈向像侧慢慢地拉远。由此，能够在第2透镜组和第3透镜组将对轴上性能、焦距、全长的影响抑制得较小，同时能够校正在第1透镜组产生的彗形像差。
为了确保广角化和与高清晰的摄像元件对应的性能，需要充分地抑制倍率的色像差。在本发明的另一其他技术方案中，通过使第3透镜组包含衍射光学元件从而抑制了倍率的色像差。另外，衍射光学元件与以往的接合透镜相比能够使轴线方向的厚度变薄，也有助于全长缩短。
在此，简单地说明衍射光学元件的色像差的校正作用。
在以往的折射透镜中，在考虑到将中间厚度假定为0的薄透镜的情况下，将各个面的曲率半径分别设为R1、R2、将介质的折射率设为n、将焦距设为f的下式（100）成立。
式（100）     1/f＝（n－1）（1/R1－1/R2）
在折射透镜的情况下，如图30所示，光线按照式（200）所示的斯涅耳定律进行折射。
式（200）     nsinθ＝n’sinθ’
其中，n是入射侧介质的折射率；n’是出射侧介质的折射率；θ是入射光线的角度；θ’是出射光线的角度。
接着，说明一般的衍射光学元件。如图31所示向光栅间隔d的衍射光栅入射的光线按照下式（300）进行衍射。
式（300）    nsinθ－n’sinθ’＝mλ/d（m＝0、±1、±2…）
其中，m是衍射次数；λ是光的波长。
在此，通过以波长λ对式（100）的两边进行微分而能够获得下式（400）。
df/dλ＝－f（dn/dλ）/（n－1）
式（400）    Δf＝－fΔn/（n－1）
另外，将fdoe作为衍射光学元件的焦距，将h作为入射光线的光线高，将dh作为光线高h的光栅间隔，通过在式（300）中代入θ＝0，从而导出下式（500）。
式（500）fdoe＝h/（n’﹡sinθ’）＝dhh/mλ
由于dhh恒定，因此式（500）可表示为f＝C/λ（C＝常数）。若以λ对该式的两边进行微分，则下式（600）成立。
df/dλ＝－C/λ2＝－f/λ
式（600）     Δf＝－f（Δλ/λ）
在此，由于阿贝数ν为ν＝（n－1）/Δn，因此利用式（400）和式（600）得到ν＝λ/Δλ。因此，衍射光学元件的在可见区域的阿贝数νd如下。
νd＝λd/（λF－λc）＝－3.453
像以上那样，衍射光学元件具有较大的负的色散特性。由于普通的光学玻璃的阿贝数为20～95，因此衍射光学元件具有非常大的逆色散特性。因而，通过组合普通的透镜与衍射光学元件，从而对轴上和倍率的色像差的去除具有较大的效果。
在上述另一其他技术方案中，优选的是，满足下述条件式（12）和条件式（13）：
条件式（12）    －0.4≤f/f2≤－0.05
条件式（13）     0.1≤f/f3≤0.4
其中，f2是第2透镜组的焦距；f3是第3透镜组的焦距；f是整个系统的焦距。
在条件式（12）中，通过使第2透镜组的光焦度为负，从而整体的佩兹伐和变小并能够校正像面弯曲。但是，若f/f2超过上限的－0.05，则佩兹伐和的校正变弱且轴外像面倾斜、画质降低。另一方面，若f/f2低于下限的－0.4，则虽然能够良好地校正佩兹伐和，但是无法获得彗形像差的平衡而画质降低。
在条件式（13）中，通过将第3透镜组的光焦度设为合适的范围而能够良好地进行像差校正。若f/f3超过上限的0.4且第3透镜组的光焦度变强，则佩兹伐和变大且轴外像面倾斜、画质降低。另一方面，若f/f3低于下限的0.1且第3透镜组的光焦度变小，则第1透镜组的光焦度变大，因此在第1透镜组产生的彗形像差变大且画质降低。
在上述另一其他技术方案中，优选如下结构：上述第3透镜组从物体侧依次包括包含上述衍射光学元件的透镜和另外一片透镜。
第3透镜组的作用是如上所述使用衍射光学元件校正倍率的色像差以及利用轴上与轴外相分离这一点来调节光线向像面的入射方向和像面弯曲。通过将第3透镜组分为包含衍射光学元件的透镜和另外一片透镜，从而易于使其分别分担该作用，能够进一步谋求广角化。
在上述结构中，优选的是，满足下述条件式（14）：
条件式（14）     0.001≤｜f/f34｜≤0.2
其中，f34是另外一片透镜的焦距。
在条件式（14）中，通过将第3透镜组的另外一片透镜的光焦度限定在适当的范围内而能够良好地进行像差校正。若｜f/f34｜超过上限的0.2，则佩兹伐和变大且轴外像面倾斜、画质降低。另一方面，若｜f/f34｜低于下限的0.001且光焦度变弱，则调整像面弯曲和向像面的光线入射方向的作用明显减弱，因此广角化变难。
发明的效果
根据本发明，起到能够提供一种像差校正良好且也能够适当地对应于高清晰、高像素的固体摄像元件、同时小型且广角的物镜光学系统这样的效果。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的物镜光学系统的整体结构图。
图2是表示本发明的第1实施方式的实施例1的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图3是表示图2的物镜光学系统的各种像差的图。
图4是表示本发明的第1实施方式的实施例2的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图5是表示图4的物镜光学系统的各种像差的图。
图6是表示本发明的第1实施方式的实施例3的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图7是表示图6的物镜光学系统的各种像差的图。
图8是表示本发明的第1实施方式的实施例4的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图9是表示图8的物镜光学系统的各种像差的图。
图10是本发明的第2实施方式的物镜光学系统的整体结构图。
图11是表示本发明的第2实施方式的实施例1的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图12是表示图11的物镜光学系统的各种像差的图。
图13是表示本发明的第2实施方式的实施例2的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图14是表示图13的物镜光学系统的各种像差的图。
图15是表示本发明的第2实施方式的实施例3的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图16是表示图15的物镜光学系统的各种像差的图。
图17是表示本发明的第2实施方式的实施例4的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图18是表示图17的物镜光学系统的各种像差的图。
图19是表示本发明的第2实施方式的实施例5的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图20是表示图19的物镜光学系统的各种像差的图。
图21是本发明的第3实施方式的物镜光学系统的整体结构图。
图22是表示本发明的第3实施方式的实施例1的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图23是表示图22的物镜光学系统的各种像差的图。
图24是表示本发明的第3实施方式的实施例2的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图25是表示图24的物镜光学系统的各种像差的图。
图26是表示本发明的第3实施方式的实施例3的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图27是表示图26的物镜光学系统的各种像差的图。
图28是表示本发明的第3实施方式的实施例4的物镜光学系统的整体结构的透镜剖视图。
图29是表示图28的物镜光学系统的各种像差的图。
图30是说明光的折射原理的图。
图31是说明衍射光栅的光的折射原理的图。
图32是说明斯涅耳定律与超高指数法之间的关系的图。
图33是表示密合层叠型的衍射光学元件的结构的一例的图。
图34是表示密合层叠型的衍射光学元件的结构的另外一个例子的图。
具体实施方式
以下，使用第1～第3实施方式以及实施例详细说明本发明的物镜光学系统。
在各实施例的像差图中，（a）表示纵球面像差，（b）表示像散，（c）表示倍率色像差，（d）表示畸变像差（单位%），（e）表示纵向的彗形像差（像高比0.8）。另外，在（b）的像散图中，实线表示弧矢像面（s），虚线表示子午像面（m）。
另外，在各个实施例所记载的透镜数据中，r是曲率半径，d是面间隔，ne是相对于e线的折射率，νd是相对于d线的阿贝数，ER是透镜面的有效半径，OBJ是物体面，IMG是像面。关于与亮度光圈对应的面，对面编号标记S。关于非球面，对面编号标记﹡，将用下式表示的非球面形状的近轴曲率半径r、圆锥系数K、非球面系数Ai（i＝2、4、6、8）示为非球面数据。下式将光轴方向设为z，将与光轴正交的方向设为y。但是，在各个实施例的非球面数据中，在非球面系数Ai的值为0的情况下省略该记载。
z＝（y2/r）/［1＋｛1－（1＋K）（y/r）2｝1/2］
                                  ＋A2y2＋A4y4＋A6y6＋A8y8
（第1实施方式）
以下，参照图1说明本发明的第1实施方式的物镜光学系统1。
本实施方式的物镜光学系统1是具有60°以上的视角的广角物镜光学系统，如图1所示，从物体侧依次包括亮度光圈S、正的第1透镜组G1、正的第2透镜组G2以及第3透镜组G3。附图标记F1、F2表示平行平板。另外，箭头IMG表示像面。
第1透镜组G1由接合正透镜L1与负透镜L2而成的接合透镜LC构成。接合透镜LC的作为最靠物体侧的面的正透镜L1的物体侧面朝向物体侧成为凹面，作为最靠像侧的面的负透镜L2的像侧面朝向像侧成为凸面。
第2透镜组G2由1片凸面朝向像侧的正的凹凸透镜L3构成。
第3透镜组G3由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜L4构成。
物镜光学系统1满足下述条件式（1）～条件式（5）。
条件式（1）     0.001≤｜f/f3｜≤0.3
条件式（2）     2＜｜（Ca＋Cb）/（Ca－Cb）｜＜50
条件式（3）     0.2＜f/f1＜0.7
条件式（4）     －9＜（C1＋C3）/（C1－C3）＜－4
条件式（5）     0.3＜f/f2＜0.8
其中，f是整个系统的焦距，f1是第1透镜组G1的焦距，f2是第2透镜组G2的焦距，f3是第3透镜组G3的焦距，C1是正透镜L1的物体侧面的曲率，C3是负透镜L2的像侧面的曲率，Ca是凹凸透镜L4的物体侧面的曲率，Cb是凹凸透镜L4的像侧面的曲率。
根据如此构成的本实施方式的物镜光学系统1，由于小型且广角，同时良好地校正了像差，因此也能够适当地对应于高清晰、高像素的固体摄像元件。
另外，在本实施方式中，第2透镜组G2由1片正的凹凸透镜L3构成，但是取代此，也可以是从物体侧依次包括凸面朝向像侧的正的凹凸透镜和像侧的面为朝向像侧凸起的凸面的正透镜。在该结构中，优选的是，第2透镜组G2满足下述条件式（6）。
条件式（6）     －4≤f3/f21≤－0.5
其中，f21是正的凹凸透镜的焦距，f3是第3透镜组G3的焦距。
（第1实施方式的实施例）
接着，参照图2～图9说明上述第1实施方式的实施例1至4。
〔实施例1〕
第1实施方式的实施例1的物镜光学系统如图2所示，第1透镜组由接合正与负的两片凹凸透镜而成的接合透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成，第3透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图3中。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000161
非球面数据
第6面
r＝－0.6203，K＝－0.4652
A2＝0.0000E＋00，A4＝5.2561E－01
A6＝－7.0139E－01，A8＝0.0000E＋00
第8面
r＝－0.8494，K＝0.2688
A2＝0.0000E＋00，A4＝－3.6881E－01
A6＝1.7365E－01，A8＝8.3006E－01
第9面
r＝1.7704，K＝0.3033
A2＝0.0000E＋00，A4＝5.3091E－02
A6＝1.7766E－01，A8＝－1.3199E－01
各种数据
本实施例的物镜光学系统的全长约为像高的3.5倍，较小型，而且，实现了视角117°。另外，第1透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，一般对接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.034，十分小，充分地满足了该条件。
1/（f11×νd11）＋1/（f12×νd12）＝0
其中，
f11：第1透镜组的正凹凸透镜的焦距
νd11：第1透镜组的正凹凸透镜材质的阿贝数
f12：第1透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd12：第1透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数。
〔实施例2〕
第1实施方式的实施例2的物镜光学系统如图4所示，第1透镜组由接合双凹透镜与双凸透镜而成的接合透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成，第3透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图5中。
透镜数据
非球面数据
第4面
r＝－0.5534，K＝－0.4885
A2＝0.0000E＋00，A4＝5.7879E－01
A6＝－3.2845E－01，A8＝0.0000E＋00
第6面
r＝－1.0547，K＝0.2599
A2＝0.0000E＋00，A4＝－4.6661E－01
A6＝9.5445E－02，A8＝－4.5977E－01
第7面
r＝2.1599，K＝－0.1186
A2＝0.0000E＋00，A4＝5.8487E－02
A6＝－8.0494E－02，A8＝1.4847E－01
各种数据
Figure BDA0000407873000000191
本实施例的物镜光学系统的全长约为像高的2.7倍，较小型，而且，实现了视角132°。另外，第1透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，一般对接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.014，十分小，充分地满足了该条件。
1/（f11×νd11）＋1/（f12×νd12）＝0
其中，
f11：第1透镜组的双凹透镜的焦距
νd11：第1透镜组的双凹透镜材质的阿贝数
f12：第1透镜组的双凸透镜的焦距
νd12：第1透镜组的双凸透镜材质的阿贝数。
〔实施例3〕
第1实施方式的实施例3的物镜光学系统如图6所示，第1透镜组由接合正与负的两片凹凸透镜而成的接合透镜构成，第2透镜组由两片凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成，第3透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图7中。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000192
Figure BDA0000407873000000201
非球面数据
第4面
r＝－0.5661，K＝－0.5030
A2＝0.0000E＋00，A4＝7.1355E－01
A6＝－9.1217E－01，A8＝0.0000E＋00
第6面
r＝－1.4920，K＝0.2997
A2＝0.0000E＋00，A4＝－7.2345E－01
A6＝6.7007E－01，A8＝－7.3451E－01
第9面
r＝1.6084，K＝0.2571
A2＝0.0000E＋00，A4＝4.7200E－03
A6＝2.5175E－03，A8＝－3.3216E－03
各种数据
Figure BDA0000407873000000211
本实施例的物镜光学系统的全长约为像高的3.1倍，较小型，而且，实现了视角133°。另外，第1透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，一般对接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.042，十分小，充分地满足了该条件。
1/（f11×νd11）＋1/（f12×νd12）＝0
其中，
f11：第1透镜组的正凹凸透镜的焦距
νd11：第1透镜组的正凹凸透镜材质的阿贝数
f12：第1透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd12：第1透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数。
〔实施例4〕
第1实施方式的实施例4的物镜光学系统如图8所示，第1透镜组由接合双凹透镜与双凸透镜而成的接合透镜构成，第2透镜组由两片凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成，第3透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图9中。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000212
非球面数据
第6面
r＝－0.5335，K＝－0.4108
A2＝0.0000E＋00，A4＝4.7734E－01
A6＝－1.2498E＋00，A8＝0.0000E＋00
第8面
r＝－1.7600，K＝0.2745
A2＝0.0000E＋00，A4＝－5.5390E－01
A6＝3.3596E－01，A8＝－3.9294E－01
第11面
r＝3.6636，K＝0.0838
A2＝0.0000E＋00，A4＝1.1642E－01
A6＝－1.6562E－01，A8＝1.1267E－01
各种数据
Figure BDA0000407873000000222
Figure BDA0000407873000000231
本实施例的物镜光学系统的全长约为像高的3.4倍，较小型，而且，实现了视角132°。另外，第1透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，一般对接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.013，十分小，充分地满足了该条件。
1/（f11×νd11）＋1/（f12×νd12）＝0
其中，
f11：第1透镜组的双凹透镜的焦距
νd11：第1透镜组的双凹透镜材质的阿贝数
f12：第1透镜组的双凸透镜的焦距
νd12：第1透镜组的双凸透镜材质的阿贝数。
将第1实施方式的实施例1至4的物镜光学系统的条件式（1）～条件式（6）的值表示在表1中。
[表1]
Figure BDA0000407873000000232
（第2实施方式）
接着，参照图10说明本发明的第2实施方式的物镜光学系统1’。
本实施方式的物镜光学系统1’如图10所示，从物体侧依次包括亮度光圈S、正的第1透镜组G1’、第2透镜组G2’、正的第3透镜组G3’以及第4透镜组G4’。附图标记F1、F2表示平行平板。另外，箭头IMG表示像面。
第1透镜组G1’由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜L1’构成。
第2透镜组G2’由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜L2’构成。
第3透镜组G3’由凸面朝向物体侧的负的凹凸透镜（负透镜）L31’与双凸透镜（正透镜）L32’粘合而成的接合透镜构成。
第4透镜组G4’由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜L4’构成。
物镜光学系统1’满足下述条件式（7）～条件式（11）。
条件式（7）     －0.5＜f/f4＜－0.001
条件式（8）     0.1≤｜f4/f2｜≤5
条件式（9）     0.3＜f/f3＜0.8
条件式（10）     0.15＜f/f1＜1.1
条件式（11）     1≤｜（C1＋C2）/（C1－C2）|＜40
其中，f是整个系统的焦距，f1是第1透镜组G1’的焦距，f2是第2透镜组G2’的焦距，f3是第3透镜组G3’的焦距，f4是第4透镜组G4’的焦距，C1是第1透镜组G1’的凹凸透镜L1’的物体侧面的曲率，C2是第1透镜组G1’的凹凸透镜L1’的像侧面的曲率。
根据如此构成的本实施方式的物镜光学系统1’，其小型且广角，同时由于良好地校正了像差，因此也能够适当地对应于高清晰、高像素的固体摄像元件。
另外，在本实施方式中，更优选的是，物镜光学系统1’满足下述条件式（7）’、条件式（8）’以及条件式（11）’。
条件式（7）’     －0.5＜f/f4＜－0.05
条件式（8）’     0.7≤｜f4/f2｜≤3
条件式（11）’     －25＜（C1＋C2）/（C1－C2）＜－2
另外，在本实施方式中，设为了第1透镜组G1’由1片凹凸透镜L1’构成，但是取代此，也可以设为由1片凸面朝向像侧的平凸透镜构成。
（第2实施方式的实施例）
接着，参照图11～图20说明上述第2实施方式的实施例1至5。
〔实施例1〕
第2实施方式的实施例1的物镜光学系统如图11所示，第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第3透镜组由接合凸面朝向物体侧的负的凹凸透镜与双凸透镜而成的接合透镜构成，第4透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图12中。
本实施例的物镜光学系统与全长约为像高的3.4倍而较紧凑无关，能够实现视角162°。其原因之一在于有效地灵活利用了在第1透镜组、第2透镜组以及第4透镜组中使用的非球面，能够使第1透镜组的光焦度比较弱这一点。第1透镜组、第2透镜组以及第4透镜组为了能够低成本地制造非球面而设为树脂材料的光学构件的折射率、阿贝数。
另外，第3透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，对一般的接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为0.0002，非常小，充分地满足了该条件。
1/（f31×νd31）＋1/（f32×νd32）＝0
其中，
f31：第3透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd31：第3透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数
f32：第3透镜组的双凸透镜的焦距
νd32：第3透镜组的双凸透镜材质的阿贝数。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000251
Figure BDA0000407873000000261
非球面数据
第5面
r＝－0.5087，K＝－0.5730
A4＝3.4135E－01，A6＝－1.6667E－01
第7面
r＝－2.6765，K＝0.3236
A4＝－5.6866E－01，A6＝2.9915E－01
A8＝－2.9358E－01
第11面
r＝3.0262，K＝－0.7326
A4＝－1.2124E－01，A6＝－5.2156E－02
A8＝4.9143E－02
各种数据
Figure BDA0000407873000000271
〔实施例2〕
第2实施方式的实施例2的物镜光学系统如图13所示，第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第3透镜组由接合双凸透镜与凸面朝向像侧的负的凹凸透镜而成的接合透镜构成，第4透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图14中。
本实施例的物镜光学系统虽然全长约为像高的3.4倍，较紧凑，但是能够实现视角134°。另外，通过将第3透镜组的接合透镜的配置从物体侧设为双凸透镜、负的凹凸透镜，从而能够使双凸透镜的物体侧的曲率变得比较缓，能够提高加工性。
另外，第3透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，对一般的接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.0009，非常小，充分地满足了该条件。
1/（f31×νd31）＋1/（f32×νd32）＝0
其中，
f31：第3透镜组的双凸透镜的焦距
νd31：第3透镜组的双凸透镜材质的阿贝数
f32：第3透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd32：第3透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000281
非球面数据
第5面
r＝－0.5236，K＝－0.5602
A4＝8.2684E－01，A6＝－8.8005E－01
第7面
r＝－1.5171，K＝0.3086
A4＝－6.0835E－01，A6＝3.5648E－01
A8＝－4.1914E－01
第11面
r＝7.1895，K＝－0.8426
A4＝－3.2140E－02，A6＝－2.8034E－02
A8＝9.1159E－04
各种数据
〔实施例3〕
第2实施方式的实施例3的物镜光学系统如图15所示，第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第3透镜组由接合凸面朝向物体侧的负的凹凸透镜与双凸透镜而成的接合透镜构成，第4透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图16中。
本实施例的物镜光学系统的全长约为像高的3.4倍，较紧凑。其原因之一在于有效地灵活利用了在第1透镜组、第2透镜组以及第4透镜组中使用的非球面、第1透镜组和第3光焦度分配不偏不倚且良好以及第4透镜组的光焦度相对于第2透镜组的光焦度的关系良好。另外，第1透镜组、第2透镜组以及第4透镜组为了能够低成本地制造非球面而设为树脂材料的光学构件的折射率、阿贝数。
另外，第3透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，对一般的接合透镜的消色条件进行定义下式的左边的值为0.0031，非常小，充分地满足了该条件。
1/（f31×νd31）＋1/（f32×νd32）＝0
其中，
f31：第3透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd31：第3透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数
f32：第3透镜组的双凸透镜的焦距
νd32：第3透镜组的双凸透镜材质的阿贝数。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000301
非球面数据
第3面
r＝－0.4118，K＝－0.7823
A4＝3.2237E－01，A6＝7.0227E＋00
第5面
r＝9.6467，K＝－18.6012
A4＝－7.9835E－01，A6＝8.6197E－01
A8＝－1.1310E＋00
第9面
r＝2.9102，K＝－0.5374
A4＝8.0527E－02，A6＝1.3508E－01
A8＝－6.2436E－01
各种数据
Figure BDA0000407873000000311
〔实施例4〕
第2实施方式的实施例4的物镜光学系统如图17所示，第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第3透镜组由接合凸面朝向物体侧的负的凹凸透镜与双凸透镜而成的接合透镜构成，第4透镜组由1片凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图18中。
本实施例的物镜光学系统虽然全长约为像高的3.5倍，较紧凑，但是能够实现视角130°。
另外，第3透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，对一般的接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.0003，非常小，充分地满足了该条件。
1/（f31×νd31）＋1/（f32×νd32）＝0
其中，
f31：第3透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd31：第3透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数
f32：第3透镜组的双凸透镜的焦距
νd32：第3透镜组的双凸透镜材质的阿贝数。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000321
非球面数据
第5面
r＝－0.3468，K＝－1.4851
A4＝－5.9706E－01，A6＝3.8918E＋00
第7面
r＝21.7650，K＝－114.7633
A4＝－1.0752E＋00，A6＝1.0417E＋00
A8＝－2.3817E＋00
第11面
r＝－5.0382，K＝－4.6981
A4＝1.0055E＋00，A6＝－1.1993E＋00
A8＝2.7826E－01
各种数据
Figure BDA0000407873000000331
〔实施例5〕
第2实施方式的实施例5的物镜光学系统如图19所示，第1透镜组由1片凸面朝向像侧的平凸透镜构成，第2透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，第3透镜组由接合凸面朝向物体侧的负的凹凸透镜与双凸透镜而成的接合透镜构成，第4透镜组由1片透镜构成。将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图20中。
本实施例的物镜光学系统的全长约为像高的3.0倍，较紧凑。
另外，第3透镜组的接合透镜的光焦度配置与玻璃的选定良好，能够良好地校正倍率色像差。具体地说，对一般的接合透镜的消色条件进行定义的下式的左边的值为－0.0045，非常小，充分地满足了该条件。
1/（f31×νd31）＋1/（f32×νd32）＝0
其中，
f31：第3透镜组的负凹凸透镜的焦距
νd31：第3透镜组的负凹凸透镜材质的阿贝数
f32：第3透镜组的双凸透镜的焦距
νd32：第3透镜组的双凸透镜材质的阿贝数。
另外，由于第1透镜组为平凸透镜，因此加工性较好。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000341
非球面数据
第5面
r＝－1.9696，K＝－101.6619
A4＝－3.5827E－03，A6＝8.1097E－01
A8＝－2.2443E－01
第9面
r＝－1.8151，K＝－4.6873
A4＝5.2855E－01，A6＝－7.2987E－01
A8＝5.3510E－01
各种数据
Figure BDA0000407873000000351
将第2实施方式的实施例1至5的物镜光学系统的条件式（7）～条件式（11）的值表示在表2中。
[表2]
Figure BDA0000407873000000352
根据上述第2实施方式的实施例1至5导出以下发明。
〔附记项1〕
一种物镜光学系统，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组、正的第3透镜组以及第4透镜组，上述第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，上述第2透镜组由1片透镜构成，上述第3透镜组由接合正透镜与负透镜而成的接合透镜构成，上述第4透镜组由1片透镜构成，该物镜光学系统满足下述条件式（7）’和条件式（8）’：
条件式（7）’     －0.5＜f/f4＜－0.05
条件式（8）’     0.7≤｜f4/f2｜≤3
其中，f是整个系统的焦距，f4是上述第4透镜组的焦距，f2是上述第2透镜组的焦距。
根据附记项1的物镜光学系统，通过将第1透镜组设为凸面朝向像侧的凹凸透镜，从而能够将主点位置进一步配置在像侧，能够使曲率相对于亮度光圈呈同心圆状，因此能够抑制像散差的产生。另外，通过利用条件式（7）’限定第4透镜组的光焦度，从而能够良好地校正像面弯曲。另外，通过利用条件式（8）’限定第2透镜组的光焦度与第4透镜组的光焦度之比，从而能够良好地校正像面弯曲和彗形像差，而且，能够实现透镜整体的小型化。
〔附记项2〕
根据附记项1所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式（9）：
条件式（9）     0.3＜f/f3<0.8
其中，f3是上述第3透镜组的焦距。
〔附记项3〕
根据附记项2所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式（10）：
条件式（10）     0.15＜f/f1＜1.1
其中，f1是上述第1透镜组的焦距。
〔附记项4〕
根据附记项3所述的物镜光学系统，其中，
上述第1透镜组满足下述条件式（11）’：
条件式（11）’     －25＜（C1＋C2）/（C1－C2）＜－2
其中，C1是上述第1透镜组的物体侧面的曲率；C2是上述第1透镜组的像侧面的曲率。
根据附记项4的物镜光学系统，利用条件式（11）’限定的凹凸透镜的形状对广角化且高清晰画质是有效的。在条件式（11）’中，在为下限－25以下的情况下，凹凸透镜的凸面的突出量变大且变厚，而且，难以确保透镜边缘的边缘厚度。另一方面，在为上限－2以上的情况下，凹凸透镜的形状接近于平凸透镜，曲率相对于亮度光圈自同心圆偏移，因此像散差变大且轴外性能降低。
（第3实施方式）
接着，参照图21说明本发明的第3实施方式的物镜光学系统1”。
如图21所示，本实施方式的物镜光学系统1”从物体侧依次包括亮度光圈S、正的第1透镜组G1”、第2透镜组G2”以及正的第3透镜组G3”。
第1透镜组G1”由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜L1”构成。另外，第1透镜组G1”也可以取代凹凸透镜L1”而由1片凸面朝向像侧的平凸透镜构成。
第2透镜组G2”由1片凹凸透镜L2”构成。
第3透镜组G3”从物体侧依次包括包含衍射光学元件在内的透镜L3”和凹凸透镜（另外一片透镜）L4”。衍射光学元件是具有形成有衍射光栅的衍射光学面的透镜L31”、透镜L32”。透镜3”是两个透镜L31”、透镜L32”的衍射光学面31a、衍射光学面32a相互密合而成的。
另外，物镜光学系统1”在最靠物体侧和最靠像侧分别具有平行平板F1、平行平板F2。
物镜光学系统1”满足下式（12）～（14）。
式（12）     －0.4≤f/f2≤－0.05
式（13）     0.1≤f/f3≤0.4
式（14）     0.001≤｜f/f34｜≤0.2
其中，f2是第2透镜组G2”的焦距，f3是第3透镜组G3”的焦距，f是整个系统的焦距，f34是第3透镜组的另外一片透镜的焦距。
根据如此构成的本实施方式的物镜光学系统1”，由于良好地校正了像差，因此能够适当地用于高清晰、高像素的固体摄像元件，并且能够实现小型化且广角化。
在此，说明密合层叠型的衍射光学元件。
由于单层的衍射光栅的衍射效率依赖于波长，因此通过进行层叠化而能够消除波长依赖性并且获得高衍射效率。如此使两个衍射光栅的衍射光学面密合并层叠化后的衍射光学元件是密合层叠型的衍射光学元件。
图33和图34是密合层叠型的衍射光学元件的示意图。
图33是利用两个衍射光学元件11、衍射光学元件12构成了密合层叠型的衍射光学元件。作为构成衍射光学元件11、衍射光学元件12的材质，可采用波长依赖性较小且衍射效率良好的折射率与色散的组合。附图标记13表示衍射光学面。衍射光学元件12通过将不是衍射光学面的面设为凸面而具有折射作用。
图34表示在成为基部的一般的玻璃研磨的平凸透镜14的平面侧形成有密合层叠型的衍射光学元件的例子。与图33一样，衍射光学元件11、衍射光学元件12由波长依赖性较小且衍射效率良好的折射率与色散的组合材质构成。
另外，密合层叠型的衍射光学元件和密合层叠型的衍射光学元件的材质的高衍射效率的组合详细地记载于《增补修订版衍射光学元件入门（OPTRONICS公司、日本平成18年2月8日发行）》等中。
（第3实施方式的实施例）
接着，说明上述本发明的第3实施方式的实施例。
另外，关于各种数据，f是整个系统的焦距，Fno.是光圈值、2ω是视角，IH是像高。以焦距为1将这些值规格化。另外，d线是587.56nm波长的光谱线，C线是656.27nm波长的光谱线，e线是546.07nm波长的光谱线，F线是486.13nm波长的光谱线，g线是435.84nm波长的光谱线。
另外，非球面用下式定义。
Z＝CH2/｛（1－（1＋K）（CH）2）｝1/2＋A4H4＋A6H6＋A8H8＋A10H10
其中，Z是光轴方向的非球面的位置，H是距光轴的距离，C是曲率半径的倒数，K是圆锥系数、Ai（i＝4、6、8、10）是i次的非球面系数。但是，在各个实施例的非球面数据中，在非球面系数Ai的值为0的情况下省略其记载。
接着，在说明各个实施例之前，说明作为具有衍射光学元件的光学系统的设计方法的高折射率法（别名：超高指数法（ultra-high index methods））。超高指数法是将衍射光学元件替换为折射率极大的虚拟透镜（超高折射率透镜）进行设计的方法。
在该超高折射率透镜中，下式成立。
式（700）     （nU－1）dz/dh＝nsinθ－n’sinθ’
其中，nU是超高折射率透镜的折射率，z是超高折射率透镜的光轴方向的坐标，h是距光轴的距离，n和n’分别是入射侧介质和出射侧介质的折射率，θ和θ’分别是光线的入射角和出射角。图32是图示了式（700）所包括的各个参数的关系的图。
根据式（300）和式（700），下式（800）成立。
式（800）     （nU－1）dz/dh＝mλ/d
因此，在超高折射率透镜的面形状与衍射光学元件的间距之间，式（800）的等价关系成立。基于该式（800），能够从利用超高指数法设计的数据求出衍射光学元件的间距。
另一方面，一般的轴对称的非球面形状利用下式（900）表示。
式900z＝ch2/[1＋｛1－（1＋k）c2h2}1/2]
                                    ＋Ah4＋Bh6＋Ch8＋Dh10＋…
其中，z是光轴（以像的方向为正），c是基准面的曲率，h是以面与z轴之间的交点为原点且与z轴正交的坐标轴中的子午方向的坐标轴，k是圆锥常数，A、B、C、D分别是4次、6次、8次、10次的非球面系数。
在此，根据式（800）和式（900），某一光线高的与上述非球面等价的衍射光学元件的间距d用下式表示。
式（1000）d＝mλ/[（n－1）{ch/（1－c2（1＋k）h2）1/2
                              ＋4Ah3＋6Bh5＋8Ch7＋10Dh9＋…}]
因而，能够从作为超高折射率透镜所表现出的透镜形状求出等价的衍射型透镜的面形状，并能够实际地进行制作。
另外，超高指数法详细地记载于上述《增补修订版衍射光学元件入门》等中。
〔实施例1〕
第3实施方式的实施例1的物镜光学系统如图22和以下的透镜数据所示，从物体侧依次包括玻璃盖片、亮度光圈、由凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成的第1透镜组、由1片透镜构成的第2透镜组以及由包含衍射光学元件的透镜和物体侧的面成为非球面的透镜构成的第3透镜组。第1透镜组的凹凸透镜的像侧的面成为曲率从光轴朝向外侧变缓的非球面。第2透镜组的透镜的像侧的面成为非球面。
具有衍射光学元件的透镜是将d线的折射率1.6、阿贝数20的材料与d线的折射率1.75、阿贝数33的材料相粘合而成的密合层叠型的衍射光学元件。另外，衍射光学面（第9面、第10面）的面形状利用上述超高指数法来表示。由超高指数法计算出的第9面的相对于各个波长的折射率如以下所示。
d线：1001
C线：1117.941
e线：930.3859
F线：828.3708
g线：742.7625
能够利用第10面的非球面形状求出能够获得利用超高指数法计算出的相位的密合层叠型的衍射光学元件面的形状，并制作实物的衍射光学元件。
将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图23中。根据本实施例，虽然视角为162°非常广角，但是能够良好地对图像整体抑制像差，对于高清晰、高像素的摄像元件也具有充分的性能。另外，全长为像高的2.9倍水平，非常短，所构成的光学透镜的外径也能够比像圈直径附近小，变得较紧凑。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000411
非球面数据
第5面
K＝－0.8925，A4＝－6.0868E－02
A6＝3.0355E＋00
第7面
K＝225.3917，A4＝－5.8826E－01
A6＝1.7596E－01，A8＝－2.8023E－01
第10面
K＝－1.0000，A4＝1.3256E－05
A6＝－2.3829E－05，A8＝2.3364E－07
第12面
K＝－0.7568，A4＝3.2742E－02
A6＝－2.8077E－02，A8＝1.3799E－02
A10＝1.0475E－04
各种数据
f＝1，Fno.＝7.13，2ω＝161.6°
IH＝0.982，物距11.19
另外，本实施例的密合型层叠型的衍射光学元件成为图33所示的结构，但是根据以下（A）、（B）、（C）所示的一些变更，能够不改变性能地设为图34所示的结构。
（A）将第10面的面间隔（d）变更为0.2872～0.04。
（B）在第10面与第11面之间追加以下所示的第10’面。
r＝∞、d＝0.255、ne＝1.81078、νd＝40.92
（C）将第11面的曲率半径（r）变更为－5.5558～－5.964。
〔实施例2〕
第3实施方式的实施例2的物镜光学系统如图24和以下的透镜数据所示，从物体侧依次包括亮度光圈、由凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成的第1透镜组、由1片透镜构成的第2透镜组以及由包含衍射光学元件的透镜和物体侧的面为非球面的透镜构成的第3透镜组。第1透镜组的凹凸透镜的像侧的面成为曲率从光轴向外变缓的非球面。第2透镜组的透镜的像侧的面成为非球面。
包含衍射光学元件的透镜是将d线的折射率1.6、阿贝数20的材料与d线的折射率1.74、阿贝数33的材料相粘合而成的密合层叠型的衍射光学元件。衍射光学面（第7面、第8面）的面形状的表现利用上述超高指数法来表示。由超高指数法计算出的第7面的相对于各个波长的折射率如以下所示。
d线：1001
C线：1117.941
e线：930.3859
F线：828.3708
g线：742.7625
能够利用第8面的非球面形状求出能够获得利用超高指数法计算出的相位的密合层叠型的衍射光学元件面的形状，并制作实物的衍射光学元件。
将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图25中。根据本实施例，虽然视角为145°非常广角，但是在图像整体能够良好地抑制像差，对于高清晰、高像素的摄像元件也具有充分的性能。另外，全长为像高的3倍水平，非常短，所构成的光学透镜外径也能够比像圈直径附近小，变得较紧凑。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000431
Figure BDA0000407873000000441
非球面数据
第3面
K＝－0.8633，A4＝－1.5706E－01
A6＝3.5599E＋00
第5面
K＝225.3892，A4＝－6.1396E－01
A6＝2.4624E－01，A8＝－3.4665E－01
第8面
K＝－1.0000，A4＝3.1680E－05
A6＝－2.7735E－05，A8＝7.7059E－06
第10面
K＝－0.7368，A4＝2.9269E－02
A6＝－5.1281E－02，A8＝5.0753E－02
各种数据
f＝1，Fno.＝7.07，2ω＝145.2°
IH＝0.952，物距10.8532
另外，本实施例的密合型层叠型的衍射光学元件成为图33所示的结构，但是根据以下（A）、（B）、（C）所示的一些变更，能够不改变性能地设为图34所示的结构。
（A）将第8面的面间隔（d）变更为0.294～0.0461。
（B）在第8面与第9面之间追加以下所示的第8’面。
r＝∞、d＝0.257、ne＝1.81078、νd＝40.92
（C）将第9面的曲率半径（r）变更为－6.1407～－6.6810。
〔实施例3〕
第3实施方式的实施例3的物镜光学系统如图26和以下的透镜数据所示，从物体侧依次包括玻璃盖片、亮度光圈、由凸面朝向像侧的正的凹凸透镜构成的第1透镜组、由1片透镜构成的第2透镜组以及由1个包含衍射光学元件的透镜构成的第3透镜组。第1凹凸透镜的像侧的面成为曲率从光轴向外变缓的非球面。第2透镜组的透镜的像侧的面成为非球面。
包含衍射光学元件的透镜是将d线的折射率1.6、阿贝数20的材料与d线的折射率1.75、阿贝数33的材料相粘合而成的密合层叠型。衍射光学面的面形状（第9面、第10面）利用上述超高指数法来表现。由超高指数法计算出的第9面的相对于各个波长的折射率如以下所示。
d线：1001
C线：1117.941
e线：930.3859
F线：828.3708
g线：742.7625
能够利用第10面的非球面形状求出能够获得利用超高指数法计算出的相位的密合层叠型的衍射光学元件面的形状，并制作实物的衍射光学元件。
将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图27中。根据本实施例，虽然视角为133°而广角，但是在图像整体能够良好地抑制像差，对于高清晰、高像素的摄像元件也具有充分的性能。另外，大小也是全长为像高的3.5倍水平，非常短，所构成的光学透镜外径也能够比像圈直径附近小，变得较紧凑。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000451
Figure BDA0000407873000000461
非球面数据
第5面
K＝－0.8654，A4＝－1.6366E－01
A6＝4.0512E＋00
第7面
K＝225.3881，A4＝－6.5486E－01
A6＝2.8787E－01，A8＝－4.0320E－01
第10面
K＝－1.0000，A4＝1.9934E－05
A6＝－3.1467E－05，A8＝6.8967E－06
各种数据
f＝1，Fno.＝7.09，2ω＝132.6°
IH＝0.928，物距10.58
〔实施例4〕
第3实施方式的实施例4的物镜光学系统如图28和以下的透镜数据所示，从物体侧依次包括亮度光圈、由凸面朝向像侧的正的平凸透镜构成的第1透镜组、由1片透镜构成的第2透镜组以及由包含衍射光学元件的透镜和凸面朝向像侧的正的平凸透镜构成的第3透镜组。第1透镜组的凹凸透镜的像侧的面是曲率从光轴向外变缓的非球面。第2透镜组的透镜的像侧的面是非球面。
第3透镜组的衍射光学元件是将d线的折射率1.6、阿贝数20的材料与d线的折射率1.75、阿贝数33的材料相粘合而成的密合层叠型。衍射光学面（第7面、第8面）的面形状利用上述超高指数法来表现。由超高指数法计算出的第7面的折射率如以下所示。
d线：1001
C线：1117.941
e线：930.3859
F线：828.3708
g线：742.7625
能够利用第8面的非球面形状求出能够获得利用超高指数法计算出的相位的密合层叠型的衍射光学元件面的形状，并制作实物的衍射光学元件。
将如此构成的本实施例的物镜光学系统的像差图表示在图29中。根据本实施例，虽然视角为130°而广角，但是在图像整体能够良好地抑制像差，对于高清晰、高像素的摄像元件也具有充分的性能。另外，大小也是全长为像高的3倍水平，非常短，所构成的光学透镜外径也能够比像圈直径附近小，变得较紧凑。
透镜数据
Figure BDA0000407873000000471
Figure BDA0000407873000000481
非球面数据
第3面
K＝－1.5979，A4＝1.2370E＋00
A6＝－5.7116E＋00
第5面
K＝224.9839，A4＝－3.8940E－01
A6＝－2.5397E－02，A8＝7.2292E－01
第8面
K＝－1.0000，A4＝1.2064E－05
A6＝－2.0367E－05，A8＝1.8755E－07
各种数据
f＝1，Fno.＝7.06，2ω＝130.3°
IH＝1.013，物距11.545
将上述第3实施方式的实施例1至4的物镜光学系统的条件式（12）～条件式（15）的值表示在表3中。
[表3]
条件式 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(12)f／f2 -0.225 -0.154 -0.160 -0.371
(13)f／f3 0.271 0.215 0.204 0.268
(14)f／f34 0.058 0.010 - 0.102
(15)f／f1 1.050 1.013 1.040 1.227
〔附记〕
另外，根据上述第3实施方式的实施例导出以下结构的发明。
〔附记项1’〕
一种物镜光学系统，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组以及正的第3透镜组，上述第1透镜组由凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，上述第2透镜组由1片透镜构成，上述第3透镜组由1片包含密合多层型衍射光学元件的透镜构成，而且，该物镜光学系统满足下述条件式(12)和条件式(13)：
条件式(12)    一0.4≤f／f2≤-0.05
条件式(13)    0.1≤f／f3≤0.4
其中，f2是上述第2透镜组的焦距；f3是上述第3透镜组的焦距；f是整个系统的焦距。
〔附记项2’〕
根据附记项1’所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式(15)：
条件式(15)    0.9≤f／f1≤1.4
其中，f1是上述第1透镜组的焦距。
〔附记项3’〕
根据附记项2’所述的物镜光学系统，其中，
上述第2透镜组的透镜的像侧的面为非球面。
〔附记项4’〕
一种物镜光学系统，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组以及正的第3透镜组，上述第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜或平凸透镜构成，上述第2透镜组由1片透镜构成，上述第3透镜组由密合多层型衍射光学元件和另外一片透镜构成，而且，该物镜光学系统满足下述条件式（12）～条件式（14）：
条件式（12）     －0.4≤f/f2≤－0.05
条件式（13）     0.1≤f/f3≤0.4
条件式（14）     0.001≤｜f/f34｜≤0.2
其中，f2是上述第2透镜组的焦距；f3是上述第3透镜组的焦距；f34是上述其他另外一片透镜的焦距；f是整个系统的焦距。
〔附记项5’〕
根据附记项4’所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式（15）：
条件式（15）     0.9≤f/f1≤1.4
其中，f1是上述第1透镜组的焦距。
〔附记项6’〕
根据附记项5’所述的物镜光学系统，其中，
上述第2透镜组的透镜的像侧的面为非球面。
附图标记说明
1、1’、1”物镜光学系统；G1、G1’、G1”第1透镜组；G2、G2’、G2”第2透镜组；G3、Gs3’、G3”第3透镜组；G4’第4透镜组；L1正透镜；L1’、L1”、L2’、L2”、L4、L4’、L4”凹凸透镜；L2负透镜；L3正的凹凸透镜；L3’、LC接合透镜；L3”包含衍射光学元件的透镜；L31’凹凸透镜（负透镜）；L32’双凸透镜（正透镜）；L31”、L32”衍射光学元件；31a、32a衍射光学面；F1、F2平行平板；IMG像面；S亮度光圈。

Claims (17)

1.一种物镜光学系统，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组，上述第1透镜组的像侧的面朝向像侧凸起，
上述第2透镜组由两片正透镜或单透镜构成。
2.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、正的第2透镜组以及第3透镜组，
上述第1透镜组由接合正透镜与负透镜而成的接合透镜构成，该接合透镜的最靠物体侧的面朝向物体侧凹陷，最靠像侧的面朝向像侧凸起，
上述第3透镜组由1片满足下述条件式（1）的透镜构成：
条件式（1）     0.001≤｜f/f3｜≤0.3
其中，
f3：上述第3透镜组的焦距；
f：整个系统的焦距。
3.根据权利要求2所述的物镜光学系统，其中，
上述第3透镜组由凸面朝向物体侧的凹凸透镜构成。
4.根据权利要求3所述的物镜光学系统，其中，
上述第3透镜组满足下述条件式（2）：
条件式（2）     2＜｜（Ca＋Cb）/（Ca－Cb）｜＜50
其中，
Ca：上述凹凸透镜的物体侧面的曲率；
Cb：上述凹凸透镜的像侧面的曲率。
5.根据权利要求3或4所述的物镜光学系统，其中，
上述第1透镜组满足下述条件式（3）：
条件式（3）      0.2＜f/f1＜0.7
其中，
f1：上述第1透镜组的焦距。
6.根据权利要求5所述的物镜光学系统，其中，
上述第1透镜组满足下述条件式（4）：
条件式（4）      －9＜（C1＋C3）/（C1－C3）＜－4
其中，
C1：上述第1透镜组的最靠物体侧的面的曲率；
C3；上述第1透镜组的最靠像侧的面的曲率。
7.根据权利要求5或6所述的物镜光学系统，其中，
上述第2透镜组满足下述条件式（5）：
条件式（5）      0.3＜f/f2＜0.8
其中，
f2：上述第2透镜组的焦距。
8.根据权利要求7所述的物镜光学系统，其中，
上述第2透镜组从物体侧依次包括凸面朝向像侧的正的凹凸透镜和像侧的面为朝向像侧凸起的凸面的正透镜。
9.根据权利要求8所述的物镜光学系统，其中，
上述第2透镜组满足下述条件式（6）：
条件式（6）    －4≤f3/f21≤－0.5
其中，
f21：上述正的凹凸透镜的焦距。
10.一种物镜光学系统，该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组、正的第3透镜组、第4透镜组，
上述第1透镜组由1片凸面朝向像侧的凹凸透镜或平凸透镜构成，
上述第2透镜组由1片透镜构成，
上述第3透镜组由接合正透镜与负透镜而成的接合透镜构成，
上述第4透镜组由1片透镜构成，
该物镜光学系统满足下述条件式（7）和条件式（8）：
条件式（7）    －0.5＜f/f4＜－0.001
条件式（8）    0.1≤｜f4/f2｜≤5
其中，
f：整个系统的焦距；
f4：上述第4透镜组的焦距；
f2：上述第2透镜组的焦距。
11.根据权利要求10所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式（9）：
条件式（9）    0.3＜f/f3＜0.8
其中，
f3：上述第3透镜组的焦距。
12.根据权利要求11所述的物镜光学系统，其中，
物镜光学系统满足下述条件式（10）：
条件式（10）    0.15＜f/f1＜1.1
其中，
f1：上述第1透镜组的焦距。
13.根据权利要求12所述的物镜光学系统，其中，
上述第1透镜组满足下述条件式（11）：
条件式（11）    1≤｜（C1＋C2）/（C1－C2）|＜40
其中，
C1：上述第1透镜组的物体侧面的曲率；
C2：上述第1透镜组的像侧面的曲率。
14.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、正的第1透镜组、第2透镜组以及正的第3透镜组，
上述第1透镜组由凸面朝向像侧的凹凸透镜或1片平凸透镜构成，
上述第2透镜组由1片透镜构成，
上述第3透镜组包含衍射光学元件。
15.根据权利要求14所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式（12）和条件式（13）：
条件式（12）    －0.4≤f/f2≤－0.05
条件式（13）    0.1≤f/f3≤0.4
其中，
f2：上述第2透镜组的焦距；
f3：上述第3透镜组的焦距；
f：整个系统的焦距。
16.根据权利要求14或15所述的物镜光学系统，其中，
上述第3透镜组从物体侧依次包括包含上述衍射光学元件的透镜和另外一片透镜。
17.根据权利要求16所述的物镜光学系统，其中，
该物镜光学系统满足下述条件式（14）：
条件式（14）    0.001≤｜f/f34｜≤0.2
其中，
f34：上述另外一片透镜的焦距；
f：整个系统的焦距。
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