JP2003344758A - 固体撮像素子用広角光学系 - Google Patents
固体撮像素子用広角光学系Info
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Abstract
撮像素子用広角光学系を提供すること。 【解決手段】 撮像レンズ2が、両凸レンズとされ、か
つ、像面側の面が、光軸から径方向に離間するにしたが
って正の屈折力が弱くなる非球面形状に形成され、さら
に、(1)の条件式、 1.3≧|r1 /r2 |≧0.8 (1) 但し、r1:撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径 r2:撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径 を満たすこと。
Description
学系に係り、特に、携帯電話、PCカメラ等に搭載され
る撮像素子を利用した撮像装置に用いるのに好適な固体
撮像素子用広角光学系に関する。
い、携帯型のコンピュータやテレビ電話、あるいは携帯
電話等に搭載するためのCCDやCMOS等の固体撮像
素子を利用したカメラの需要が高まっている。
スに搭載する必要があることから、小型であり、かつ軽
量であることが望まれている。
光学系も、同様に小型軽量であることが望まれている。
固体撮像素子としては、いわゆるVGAと称される約3
0万画素の高解像度のものと、いわゆるCIFと称され
る約11万画素の解像度のものとが知られている。
ては、より高性能なものを求める場合には、2枚あるい
は3枚のレンズを用いたものが採用されることもある
が、小型化、低コスト化を実現するためには、単玉光学
系が採用されることが多く、このような単玉光学系とし
ては、両凸レンズやメニスカスレンズ等の一枚構成の撮
像レンズが組み込まれたものが採用されている。
両凸レンズを用いるものとして、特開平06−8893
9号公報、特開平11−264930号公報および特許
第3122970号公報に記載のもの、また、メニスカ
スレンズを用いるものとして、特開平10−28241
0号公報に記載のものが知られている。
うな従来の単玉光学系においては、解像度という観点で
はある程度十分な性能が得られているものの、大きな歪
曲収差が残存しているという欠点があった。
は、それほど問題とはならないが、表示画面が大きくな
るにしたがって、目立つものとなるため、早急な改善が
必要とされる課題のひとつであった。
1−116314号公報、特開平06−118300号
公報に記載されているものもあるが、これらはいずれも
撮像用の光学系ではなく各種センサ用あるいは測光用と
して提案されている光学系であり、本発明とは用途が大
きく異なっている。また、画角についても狭いもの(例
えば、最大画角は35°程度)を対象としており、撮像
用の広角光学系における上記した問題の解決については
何の提案もなされていないのが実情であった。
たもので、歪曲収差を良好に補正することのできる固体
撮像素子用広角光学系を提供することを目的とするもの
である。
本発明の請求項1に係る固体撮像素子用広角光学系の特
徴は、撮像レンズが、両凸レンズとされ、かつ、像面側
の面が、光軸から径方向に離間するにしたがって正の屈
折力が弱くなる非球面形状に形成され、さらに、(1)
の条件式、 1.3≧|r1 /r2 |≧0.8 (1) 但し、r1:撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径 r2:撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径 を満たす点にある。
ば、撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径と撮像レン
ズの像面側の面の中心曲率半径との比の絶対値を(1)
の条件式を満足するようにすることによって、テレセン
トリック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつ
つ、歪曲収差を効果的に補正することが可能となる。
光学系の特徴は、請求項1において、前記撮像レンズ
が、更に(2)の条件式、 1.5≧d/fl≧0.7 (2) 但し、d :撮像レンズの中心厚さ fl:撮像レンズの焦点距離 を満たす点にある。
ば、撮像レンズの中心厚さと焦点距離との比を(2)の
条件式を満足するようにすることによって、更に、像面
湾曲の発生を抑制して特に周辺部の画質を良好に保持し
つつ歪曲収差を効果的に補正することが可能となる。
光学系の特徴は、請求項2において、前記撮像レンズ
が、更に(3)の条件式、 1.5≧|r2 /fl|≧0.7 (3) を満たす点にある。
ば、撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径と焦点距離
との比の絶対値を(3)の条件式を満足するようにする
ことによって、テレセントリック性、さらにはバックフ
ォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正す
ること可能となる。
光学系の特徴は、前記撮像レンズが、両凸レンズとさ
れ、かつ、像面側の面が、光軸から径方向に離間するに
したがって正の屈折力が弱くなる非球面形状に形成さ
れ、さらに、(2),(3)の各条件式 1.5≧d/fl≧0.7 (2) 1.5≧|r2 /fl|≧0.7 (3) 但し、d :撮像レンズの中心厚さ fl:撮像レンズの焦点距離 r2 :撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径 を満たす点にある。
ば、(2)及び(3)の各条件式を満足するように構成
することにより、テレセントリック性、さらにはバック
フォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正
することが可能となり、更に、このような歪曲収差の効
果的な補正を、像面湾曲の発生を抑制して特に周辺部の
画質を良好に保持しつつ行うことが可能となる。
の特徴は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項におい
て、更に、(4)の条件式、 0.4≧SH/fl≧0.2 (4) 但し、SH:前記撮像レンズの前側主点から前記絞りま
での距離を満たす点にある。
ば、撮像レンズの前側主点から絞りまでの距離と撮像レ
ンズの焦点距離との比が(4)の条件式を満足するよう
にすることによって、更に、光学系全体の大きさとテレ
セントリック性の両者をバランスよく且つ適正に維持す
ることが可能となる。
用広角光学系の実施形態について、図1および図2を参
照して説明する。
素子用広角光学系の実施の一形態を示したものであり、
この固体撮像素子用広角光学系1は、最大画角(対角画
角)が55°以上の広角光学系とされている。
広角光学系1は、図1および図2に示すように、プラス
チック材料等からなる撮像レンズ2を有しており、この
撮像レンズ2の物体側には、絞り3が配設されている。
あるいはCMOS等の固体撮像素子の受光面である撮像
面4が配設されている。
は、カバーガラス5が配設されている。尚、このカバー
ガラス5は、必要に応じて配置されるものであり、必ず
しも必要とされるものではない。また、カバーガラス5
に加えて、あるいはこれに代えて、赤外線カットフィル
ターやローパスフィルター等が配置される場合もある。
ズ2が両凸レンズとされており、この両凸レンズにおけ
る少なくとも像面側の面(第2面)が、光軸6から径方
向に離間するのにともなって正の屈折力が弱くなるよう
な形状の非球面とされている。さらに、撮像レンズ2
は、次の(1)式に示す条件式を満たすようになってい
る。
の面(第1面)の中心曲率半径であり、r2 は、撮像レ
ンズ2の像面側の面の中心曲率半径である。また、|r
1 /r2 |は、撮像レンズ2の物体側の面の中心曲率半
径と撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径との比の絶
対値である。
に示す値(1.3)を超えて大きくなると、撮像レンズ
2の像面側の面のパワーが強くなり過ぎるため、歪曲収
差を効果的に補正することができなくなる。一方、|r
1 /r2 |の値が(1)式に示す値(0.8)よりも小
さくなると、歪曲収差を補正することはできるが、固体
撮像素子へ入射する光線(光束)が光軸6に対して大き
な角度を有してしまい、いわゆるテレセントリック性を
適正に維持することができない。また、バックフォーカ
ス距離すなわち撮像レンズ2の像面側の面頂と撮像面4
との間に適切な距離を維持することができなくなるた
め、例えば、撮像面4と撮像レンズ2との間に各種フィ
ルタを挿入することができない等の構造上の不都合を生
じる虞がある。
2 |の値を(1)の条件式を満足するようにすることに
よって、テレセントリック性、さらにはバックフォーカ
ス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正すること
が可能になる。
ましくは1.2≧|r1 /r2 |≧0.9とすることが
より望ましい。
2が、更に(2)式に示す条件式を満たすようにする。
であり、flは、撮像レンズ2の焦点距離である。ま
た、d/flは、撮像レンズ2の中心厚さと焦点距離と
の比である。
(1.5)を超えて大きくなると、撮像レンズ2の大き
さが光軸6(厚さ)方向のみならず光軸6に直交する径
方向にも大きくなるため、光学系の小型化が困難とな
る。また、像面湾曲が発生してしまうため、表示画像の
中心部においては良好な画質を維持することができるも
のの、周辺部に行くにつれて画質を維持することができ
なくなってしまう。
(0.7)より小さくなると、歪曲収差を効果的に補正
することができなくなる。
値を(2)の条件式を満足するようにすることによっ
て、更に、像面湾曲の発生を抑制して、特に周辺部の画
質を良好に保持しつつ歪曲収差を効果的に補正すること
が可能となる。
は、1.3≧d/fl≧0.8とすることがより望まし
い。
2が、更に(3)式に示す条件式を満たすようにする。
心曲率半径であり、flは撮像レンズ2の焦点距離であ
る。また、|r2 /fl|は、撮像レンズ2の像面側の
面の中心曲率半径と焦点距離との比の絶対値である。
に示す値(0.7)よりも小さくなると、撮像レンズ2
の像面側の面のパワーが強くなり過ぎるため、歪曲収差
を効果的に補正することができなくなる。一方、|r2
/fl|の値が(3)式に示す値(1.5)を超えて大
きくなると、歪曲収差を補正することはできるが、固体
撮像素子用センサへ入射する光線(光束)が光軸6に対
して大きな角度を有してしまい、いわゆるテレセントリ
ック性を適正に維持することができない。さらには、適
切なバックフォーカス距離を維持することも困難とな
る。
l|の値を(3)の条件式を満足するようにすることに
よって、テレセントリック性、さらにはバックフォーカ
ス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正すること
可能となる。なお、この効果は、前記(1)式を満たす
ことによる効果とほぼ同質の効果である。
ましくは、1.3≧|r2 /fl|≧0.8とすること
がより望ましい。
に示す条件式を満たすようにする。
距離であり、flは、前述のように撮像レンズ2の焦点
距離である。また、SH/flは、撮像レンズ2の前側
主点から絞りまでの距離と、撮像レンズ2の焦点距離と
の比である。
値(0.4)を超えて大きくなると、光学系全体が大型
化してしまい、撮像装置自体の小型化を実現することが
困難となる。一方、SH/flの値が(4)式に示す値
(0.2)より小さくなると、テレセントリック性を良
好に維持することができない。
ズ2の前側主点から絞りまでの距離と撮像レンズ2の焦
点距離との比を(4)の条件式を満足するようにするこ
とによって、更に、光学系全体の大きさを維持しつつ
(大型化することなく)テレセントリック性をより適正
に維持することが可能となる。
いては、その焦点距離は、特に限定されるものではない
が、本発明の特徴をより生かして、歪曲収差を良好に補
正するという観点からすれば、撮像レンズ2の焦点距離
が2.5mm以下のものに本発明を適用することがより
好ましい。
10を参照して説明する。
レンズ2の焦点距離(mm)、FNoはFナンバーを示
す。また、iは、物体側から像面側へ順に数えて第i番
目の光学面を示す。また、ri (mm)は、第i番目の
光学面の中心曲率半径、di (mm)は、物体側より順
に数えた場合の第i番目の光学面から次の光学面までの
距離を示す。さらに、ωは半画角、この2倍の2ωは全
画角(対角画角)、ndは撮像レンズ2の屈折率、νd
はアッベ数を示す。
ける各係数を示す。すなわち、レンズの非球面の形状
は、光軸方向にZ軸、光軸に直交する方向にX軸とり、
光の進行方向を正とし、kを円錐係数、a、b、cおよ
びdを非球面係数としたとき次式で表される。
ので、本実施例においては、図1に示した固体撮像素子
用広角光学系1と同様に、撮像レンズ2の物体側に絞り
3を、像面側にカバーガラス5をそれぞれ配設した。
は、以下の条件に設定されている。 fl=1.50mm、FNo=2.4、2ω=70° i ri di nd νd 1(絞り) 0.000 0.00 2(撮像レンズ第1面) 1.200 1.30 1.513 58.0 3(撮像レンズ第2面) -1.370 0.30 4(カバーガラス第1面) 0.000 0.70 1.518 64.0 5(カバーガラス第2面) 0.000 0.19 6(撮像面) 0.000 0.00 非球面係数 i k a b c d 2 -2.00e-001 1.75e-001 -5.82e+000 3.59e+001 -1.00e+001 3 -9.30e-001 2.67e-001 2.33e-003 2.76e-001 3.00e-001 このような条件の下で、|r1 /r2 |=0.876と
なり、前記(1)式を満足するものである。また、d/
fl=0.867となり、前記(2)式を満足するもの
である。さらに、|r2 /fl|=0.913、SH/
fl=0.323となり、前記(3)式及び(4)式を
満足するものである。
系1において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図
4に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えること
ができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、
球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果とな
っている。 <第2実施例>図5は、本発明の第2実施例を示したも
ので、本実施例においては、図1に示した固体撮像素子
用広角光学系1と同様に、撮像レンズ2の物体側に絞り
3を、像面側にカバーガラス5をそれぞれ配設した。
は、以下の条件に設定されている。 fl=1.60mm、FNo=2.8、2ω=67° i ri di nd νd 1(絞り) 0.000 0.00 2(撮像レンズ第1面) 1.450 1.45 1.525 56.0 3(撮像レンズ第2面) -1.325 0.30 4(カバーガラス第1面) 0.000 0.70 1.518 64.0 5(カバーガラス第2面) 0.000 0.29 6(撮像面) 0.000 0.0000 非球面係数 i k a b c d 2 -2.44e+000 9.00e-002 -1.80e+000 7.05e+000 -5.00e+000 3 -2.33e+000 1.27e-001 -2.43e-001 6.51e-001 0.00e+000 このような条件の下で、|r1 /r2 |=1.094と
なり、前記(1)式を満足するものである。また、d/
fl=0.906となり、前記(2)式を満足するもの
である。さらに、|r2 /fl|=0.828、SH/
fl=0.378となり、前記(3)式及び(4)式を
満足するものである。
系1において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図
6に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えること
ができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、
球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果とな
っている。 <第3実施例>図7は、本発明の第3実施例を示したも
ので、本実施例においては、図1に示した固体撮像素子
用広角光学系1と同様に、撮像レンズ2の物体側に絞り
3を、像面側にカバーガラス5をそれぞれ配設した。
は、以下の条件に設定されている。 fl=2.00mm、FNo=2.8、2ω=67° i ri di nd νd 1(絞り) 0.000 0.00 2(撮像レンズ第1面) 1.650 1.41 1.525 56.0 3(撮像レンズ第2面) -2.060 0.30 4(カバーガラス第1面) 0.000 0.70 1.518 64.0 5(カバーガラス第2面) 0.000 0.65 6(撮像面) 0.000 0.00 非球面係数 i k a b c d 2 6.51e+000 2.34e-001 -8.51e+000 3.49e+001 1.00e+000 3 -1.32e+000 1.96e-001 -2.30e-001 4.13e-001 3.88e-002 このような条件の下で、|r1 /r2 |=0.801と
なり、前記(1)式を満足するものである。また、d/
fl=0.825となり、前記(2)式を満足するもの
である。さらに、|r2 /fl|=1.030、SH/
fl=0.236となり、前記(3)式及び(4)式を
満足するものである。
系1において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図
8に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えること
ができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。また、
球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果とな
っている。 <第4実施例>図9は、本発明の第4実施例を示したも
ので、本実施例においては、図1に示した固体撮像素子
用広角光学系1と同様に、撮像レンズ2の物体側に絞り
3を、像面側にカバーガラス5をそれぞれ配設した。
は、以下の条件に設定されている。 fl=2.20mm、FNo=2.8、2ω=60° i ri di nd νd 1(絞り) 0.000 0.00 2(撮像レンズ第1面) 1.650 2.35 1.525 56.0 3(撮像レンズ第2面) -2.000 0.30 4(カバーガラス第1面) 0.000 0.70 1.518 64.0 5(カバーガラス第2面) 0.000 0.36 6(撮像面) 0.000 0.00 非球面係数 i k a b c d 2 -1.02e+001 2.13e-001 3.90e-001 -2.48e+000 1.00e+000 3 3.45e-001 8.00e-002 9.31e-002 -7.32e-002 3.88e-002 このような条件の下で、|r1 /r2 |=0.825と
なり、前記(1)式を満足するものである。また、d/
fl=1.068となり、前記(2)式を満足するもの
である。さらに、|r2 /fl|=0.919、SH/
fl=0.405となり、前記(3)式及び(4)式を
満足するものである。
系1において、球面収差、非点収差および歪曲収差を図
10に示す。これによれば、歪曲収差を充分に抑えるこ
とができ、良好な性能を発揮し得ることが分かる。ま
た、球面収差や非点収差についてもほぼ満足できる結果
となっている。
されるものではなく、必要に応じて種々変更することが
可能である。
係る固体撮像素子用広角光学系によれば、テレセントリ
ック性、さらにはバックフォーカス距離を維持しつつ歪
曲収差を効果的に補正することができ、光学性能を大幅
に向上させた光学系を実現できる。
によれば、請求項1に係る固体撮像素子用広角光学系の
効果に加えて、さらに周辺部の画質を良好に保持するこ
とができ、光学性能を更に向上させることができる。
によれば、請求項2に係る固体撮像素子用広角光学系の
効果に加えて、テレセントリック性、さらにはバックフ
ォーカス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正す
ることができ、光学性能を更に向上させることができ
る。
によれば、テレセントリック性、さらにはバックフォー
カス距離を維持しつつ、歪曲収差を効果的に補正するこ
とが可能となり、更に、このような歪曲収差の効果的な
補正を、像面湾曲の発生を抑制して特に周辺部の画質を
良好に保持しながら行うことができ、優れた光学性能を
実現することができる。
によれば、請求項1乃至請求項4に係る固体撮像素子用
広角光学系の効果に加えて、更に、光学系全体の大きさ
とテレセントリック性の両者をバランス良く且つ適正に
維持することが可能となる。
施の一形態を示す概略構成図
施の一形態において、物体側から像面側への光線の入射
状態を示す図1と同様の概略構成図
1実施例を示す概略構成図
収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
2実施例を示す概略構成図
収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
3実施例を示す概略構成図
収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
4実施例を示す概略構成図
面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
Claims (5)
- 【請求項1】 撮像レンズと、この撮像レンズの物体側
に配置された絞りとを有する固体撮像素子用広角光学系
であって、 前記撮像レンズは、両凸レンズとされ、かつ、像面側の
面が、光軸から径方向に離間するにしたがって正の屈折
力が弱くなる非球面形状に形成され、さらに、(1)の
条件式、 1.3≧|r1 /r2 |≧0.8 (1) 但し、r1:撮像レンズの物体側の面の中心曲率半径 r2:撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径 を満たすことを特徴とする固体撮像素子用広角光学系。 - 【請求項2】 前記撮像レンズが、更に(2)の条件
式、 1.5≧d/fl≧0.7 (2) 但し、d :撮像レンズの中心厚さ fl:撮像レンズの焦点距離 を満たすことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素
子用広角光学系。 - 【請求項3】 前記撮像レンズが、更に(3)の条件
式、 1.5≧|r2 /fl|≧0.7 (3) を満たすことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素
子用広角光学系。 - 【請求項4】 撮像レンズと、この撮像レンズの物体側
に配置された絞りとを有する固体撮像素子用広角光学系
であって、 前記撮像レンズは、両凸レンズとされ、かつ、像面側の
面が、光軸から径方向に離間するにしたがって正の屈折
力が弱くなる非球面形状に形成され、さらに、(2),
(3)の各条件式 1.5≧d/fl≧0.7 (2) 1.5≧|r2 /fl|≧0.7 (3) 但し、d :撮像レンズの中心厚さ fl:撮像レンズの焦点距離 r2 :撮像レンズの像面側の面の中心曲率半径 を満たすことを特徴とする固体撮像素子用広角光学系。 - 【請求項5】 更に、(4)の条件式、 0.4≧SH/fl≧0.2 (4) 但し、SH:撮像レンズの前側主点から前記絞りまでの
距離を満たすことを特徴とする請求項1乃至請求項4の
いずれか1項に記載の固体撮像素子用広角光学系。
Priority Applications (4)
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