JP2004326097A - 結像光学系及びそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能化と小型化を同時に満たす結像光学系を提供する。
【解決手段】物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての負レンズＬ３を配置して構成されている。
第３レンズＬ３は、少なくとも１面が非球面であり、次の条件式を満足する。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０
但し、φmは最大光線高の位置における第３レンズＬ３のパワー、φpは近軸における第３レンズＬ３のパワーである。
また、次の条件式を満足する。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０
但し、ｒ１ｒは第１レンズＬ１の像側曲率半径、ｒ２ｆは第２レンズＬ２の物体側曲率半径である。
【選択図】 図１
【解決手段】物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての負レンズＬ３を配置して構成されている。
第３レンズＬ３は、少なくとも１面が非球面であり、次の条件式を満足する。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０
但し、φmは最大光線高の位置における第３レンズＬ３のパワー、φpは近軸における第３レンズＬ３のパワーである。
また、次の条件式を満足する。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０
但し、ｒ１ｒは第１レンズＬ１の像側曲率半径、ｒ２ｆは第２レンズＬ２の物体側曲率半径である。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子等を備えた撮像ユニットに用いる結像光学系に関し、例えば、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、監視カメラ等に利用できる結像光学系に関するものである。また、この結像光学系を用いた、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等の電子機器に関する。
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うち、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像ユニットでは特に小型、軽量化が求められている。
このような撮像ユニットに用いる結像光学系としては、従来よりレンズ枚数を１枚もしくは２枚で構成したものがある。しかしながら、このような構成の結像光学系は、像面湾曲が補正できず高い性能は望めないことが既に知られている。このため、結像光学系において高性能を満たすには３枚以上で構成することが必要である。
一方、撮像ユニットにＣＣＤのような撮像素子を用いる場合、結像レンズ系から射出された軸外光束が像面に対してあま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。このため、ＣＣＤ等の撮像素子への光線入射角、すなわち射出瞳位置が設計上重要となる。そして、少ないレンズ枚数で構成する光学系の場合には、明るさ絞りの位置が重要となる。
これらの問題を考慮した光学系として、物体側から第１レンズの前、或いは、第１レンズと第２レンズとの間に、絞りを配置させたタイプの光学系が挙げられる。従来、そのようなタイプの結像光学系としては、例えば、次の特許文献１〜５に開示されたものがある。
特開平５−１８８２８４号公報
特開平７−２７９７４号公報
特開平９−２８８２３５号公報
特開平１１−５２２２７号公報
特開２００１−８３４０９号公報
ところが、これら特許文献１〜５に記載の結像光学系は、次に示すように様々な問題点があった。
特許文献１、３に記載の結像光学系では、いずれも第１レンズが両凸形状の正レンズで、第２レンズが両凹形状の負レンズである。また、特許文献２に記載の結像光学系では、第２レンズが両凹形状の負レンズである。上記特許文献では、第１レンズ、第２レンズのうちの少なくともいずれかが、両面が凸又は凹形状となっている。このため、これらの結像光学系では、レンズ間偏心時の性能劣化が著しい。また、性能を確保するためには、非常に高い組立精度が要求され、ゆえに組立工数が増加し、低コストを達成することは困難である。また、これらの結像光学系は、絞り位置が適当な位置とはいえない。そのため、ディストーションや倍率の色収差の発生が抑えきれず、いずれも大きな画角をとることができない。また、第１レンズに高屈折率のガラスを用いないと、光学性能を十分に満足させることができない。
特許文献１、３に記載の結像光学系では、いずれも第１レンズが両凸形状の正レンズで、第２レンズが両凹形状の負レンズである。また、特許文献２に記載の結像光学系では、第２レンズが両凹形状の負レンズである。上記特許文献では、第１レンズ、第２レンズのうちの少なくともいずれかが、両面が凸又は凹形状となっている。このため、これらの結像光学系では、レンズ間偏心時の性能劣化が著しい。また、性能を確保するためには、非常に高い組立精度が要求され、ゆえに組立工数が増加し、低コストを達成することは困難である。また、これらの結像光学系は、絞り位置が適当な位置とはいえない。そのため、ディストーションや倍率の色収差の発生が抑えきれず、いずれも大きな画角をとることができない。また、第１レンズに高屈折率のガラスを用いないと、光学性能を十分に満足させることができない。
また、特許文献５に記載の結像光学系では、第１レンズが物体側に凹面を向けた正レンズで構成されている。この場合、レンズ周辺部が全長を短くすることの妨げとなり、しかも、第１面への光線入射角度がきつくなる。そのため、特許文献５の光学系では、大きな画角をとることが困難である。
また、特許文献４に記載の結像光学系では、第１レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとし、第２レンズを像側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズにして上述の影響を軽減している。しかしながら、第３レンズが正パワーのレトロフォーカスタイプで構成されているため全長は大きく、小型化を達成しているとはいえなかった。
本発明は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す結像光学系を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明による結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、明るさ絞りと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、第３レンズとしての負レンズを配置して構成したことを特徴としている。
また、本発明による結像光学系は、前記第３レンズの少なくとも１面が非球面であり、次の条件式(1)を満足することを特徴としている。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1)
但し、φmは最大光線高の位置における前記第３レンズのパワー、φpは近軸における前記第３レンズのパワーである。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1)
但し、φmは最大光線高の位置における前記第３レンズのパワー、φpは近軸における前記第３レンズのパワーである。
また、本発明による結像光学系は、次の条件式(2)を満足することを特徴としている。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０ …(2)
但し、ｒ１ｒは前記第１レンズの像側曲率半径、ｒ２ｆは前記第２レンズの物体側曲率半径である。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０ …(2)
但し、ｒ１ｒは前記第１レンズの像側曲率半径、ｒ２ｆは前記第２レンズの物体側曲率半径である。
また、本発明による結像光学系は、光学系の開放Ｆnoと撮像素子の画素間隔をＰとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする。
０．５５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜２．１０［１／μm ］ …(3)
０．５５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜２．１０［１／μm ］ …(3)
また、本発明による結像光学系は、光学系の全長をＴＬ、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする。
０．０５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３５ …(4)
０．０５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３５ …(4)
実施例の説明に先立ち、本発明のように構成した理由及び本発明の作用効果を説明する。
まず、結像光学系を構成する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、３枚のレンズで結像光学系を構成した。レンズを４枚以上使って結像光学系を構成すれば、さらに性能が向上するのは明らかである。しかしながら、レンズが１枚増えることにより、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがその分多くなり大型化するのは避けられない。
また、本明細書の従来の技術において述べたように、２枚以下で結像光学系を構成したのでは像面湾曲が小さくならず、周辺性能がかなり劣化する。
本発明のように、結像光学系を構成するレンズの枚数を３枚にすれば、性能、大きさともに最適となる。
まず、結像光学系を構成する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、３枚のレンズで結像光学系を構成した。レンズを４枚以上使って結像光学系を構成すれば、さらに性能が向上するのは明らかである。しかしながら、レンズが１枚増えることにより、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがその分多くなり大型化するのは避けられない。
また、本明細書の従来の技術において述べたように、２枚以下で結像光学系を構成したのでは像面湾曲が小さくならず、周辺性能がかなり劣化する。
本発明のように、結像光学系を構成するレンズの枚数を３枚にすれば、性能、大きさともに最適となる。
次に、結像光学系を用いるユニットに、例えばＣＣＤのような撮像素子を用いた場合、明るさ絞りを像面から遠い位置に配置することが望ましい。これにより、良好な集光性能を維持するために撮像素子への光線入射角度を小さくすることができる。
一方、画角の広い光学系においては、明るさ絞りを光学系のパワー配置に対して対称的に配置させることが望ましい。これにより、画面周辺部のディストーション及び倍率色収差の発生を低減させることができる。
上記二つの理由から、本発明の結像光学系では、明るさ絞りの位置を、第１レンズと第２レンズとの間に配置している。これにより、広角でかつテレセン性を重視した光学系を実現した。また、像素子への光線入射角度を小さくし、かつ、画面周辺部のディストーション及び倍率色収差の発生を低減させることを、最も効果的に実現できた。
一方、画角の広い光学系においては、明るさ絞りを光学系のパワー配置に対して対称的に配置させることが望ましい。これにより、画面周辺部のディストーション及び倍率色収差の発生を低減させることができる。
上記二つの理由から、本発明の結像光学系では、明るさ絞りの位置を、第１レンズと第２レンズとの間に配置している。これにより、広角でかつテレセン性を重視した光学系を実現した。また、像素子への光線入射角度を小さくし、かつ、画面周辺部のディストーション及び倍率色収差の発生を低減させることを、最も効果的に実現できた。
また、本発明の結像光学系のように、第１レンズを、物体側に正パワーの強い曲面を持つ正メニスカスレンズで構成すれば、第１正レンズの主点位置を物体側に移動させることができ、全長短縮に有利となる。
加えて、本発明の結像光学系では、明るさ絞りを挟んで、第１レンズおよび第２レンズをそれぞれ、物体側に凸を向けた正パワーを有するメニスカスレンズ、像側に凸を向けた正パワーを有するメニスカスレンズとしている。このようにすることで、光学面においてのパワー配置が、物体側から、（正、負）、（負、正）となる。その結果、入射光線と射出光線とのなす角度、すなわち偏角を小さく保つことができ、収差の発生を抑制させることができる。また、もともと無偏心時における収差発生量が小さいため、レンズの相対偏心時における性能変動の影響を受けにくい構成となる。
加えて、本発明の結像光学系では、明るさ絞りを挟んで、第１レンズおよび第２レンズをそれぞれ、物体側に凸を向けた正パワーを有するメニスカスレンズ、像側に凸を向けた正パワーを有するメニスカスレンズとしている。このようにすることで、光学面においてのパワー配置が、物体側から、（正、負）、（負、正）となる。その結果、入射光線と射出光線とのなす角度、すなわち偏角を小さく保つことができ、収差の発生を抑制させることができる。また、もともと無偏心時における収差発生量が小さいため、レンズの相対偏心時における性能変動の影響を受けにくい構成となる。
上述のように、本発明の結像光学系では、光学系の全長を小さくするために、第１レンズを正パワー、第２レンズを負パワーのパワー配置として構成した。しかし、広角な光学系において、最も像側のレンズが、中心から周辺に到るまで負パワーを有していると、次のような不都合が生じる。例えば、シェーディングを避けるために、入射角度が限定されるようなＣＣＤを撮像素子に用いたとする。この場合、パワーが中心から周辺に到るまで負だと、光線高の大きい位置での光線入射角度を小さくすることが出来ない。
そこで、最も像面側のレンズにおいて、少なくとも１面を非球面とし、レンズ中心のパワーは負であっても、レンズ周辺のパワーを正にする。このようにすれば、光線高の大きい位置での光線を光軸側に大きく屈折させて、像面への光線入射角度を小さくすることが可能となる。
ゆえに、本発明の結像光学系では、最も像面側のレンズである第３レンズにおいて、次の条件式(1)を満足することが重要である。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1)
但し、φmは最大光線高の位置における第３レンズのパワー、φpは近軸における第３レンズのパワーである。
ここで、最大光線高の位置におけるレンズのパワーφm を次のように定義するものとする。対称のレンズのレンズ最大光線高Ｈm に、物体側の無限遠方から平行光線を入射させ、レンズ通過後の傾き角をξとしたとき、φm ＝tanξ／Ｈm で与えられるものである。
そこで、最も像面側のレンズにおいて、少なくとも１面を非球面とし、レンズ中心のパワーは負であっても、レンズ周辺のパワーを正にする。このようにすれば、光線高の大きい位置での光線を光軸側に大きく屈折させて、像面への光線入射角度を小さくすることが可能となる。
ゆえに、本発明の結像光学系では、最も像面側のレンズである第３レンズにおいて、次の条件式(1)を満足することが重要である。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1)
但し、φmは最大光線高の位置における第３レンズのパワー、φpは近軸における第３レンズのパワーである。
ここで、最大光線高の位置におけるレンズのパワーφm を次のように定義するものとする。対称のレンズのレンズ最大光線高Ｈm に、物体側の無限遠方から平行光線を入射させ、レンズ通過後の傾き角をξとしたとき、φm ＝tanξ／Ｈm で与えられるものである。
条件式(1)の下限値を下回ると、近軸のパワーが弱くなりすぎて全長が長くなってしまうか、もしくは、周辺の正パワーが大きくなりすぎ、著しく周辺性能が劣化してしまう。
一方、条件式(1)の上限値を上回ると、第３レンズ周辺の正パワーが小さくなりすぎる。その結果、像面への光線入射角の補正が不十分となってしまう。
一方、条件式(1)の上限値を上回ると、第３レンズ周辺の正パワーが小さくなりすぎる。その結果、像面への光線入射角の補正が不十分となってしまう。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(1')を満足するのが良い。
−１．０ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(1")を満足するのが良い。
−０．５ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1")
−１．０ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(1")を満足するのが良い。
−０．５ ＜ φm／φp ＜ ０ …(1")
さらに、本発明の結像光学系は、第１レンズの像側曲率半径と第２レンズの物体側曲率半径が次の条件式(2)を満足するのが良い。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０ …(2)
但し、ｒ１ｒは第１レンズの像側曲率半径、ｒ２ｆは第２レンズの物体側曲率半径である。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０ …(2)
但し、ｒ１ｒは第１レンズの像側曲率半径、ｒ２ｆは第２レンズの物体側曲率半径である。
条件式(2)を満足すれば、第１レンズと第２レンズの偏角を小さくすることができ、レンズの相対偏心による性能劣化を抑制させることが可能となる。
条件式(2)の上限値を上回ると、第２レンズの物体側の負パワーが弱くなりすぎ、第１レンズで発生する収差を良好に補正できなくなる。
一方、条件式(2)の下限値を下回ると、第２レンズの物体側の負パワーが強くなりすぎる。その結果、この面で発生する球面収差やコマ収差を他の面で補正することが困難になってしまう。
条件式(2)の上限値を上回ると、第２レンズの物体側の負パワーが弱くなりすぎ、第１レンズで発生する収差を良好に補正できなくなる。
一方、条件式(2)の下限値を下回ると、第２レンズの物体側の負パワーが強くなりすぎる。その結果、この面で発生する球面収差やコマ収差を他の面で補正することが困難になってしまう。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(2')を満足するのが良い。
０．２＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜０．９ …(2')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(2")を満足するのが良い。
０．５＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜０．７ …(2")
０．２＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜０．９ …(2')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(2")を満足するのが良い。
０．５＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜０．７ …(2")
また、結像光学系において、結像光学系の全長を小さくするためには、結像光学系全系の主点位置を物体側寄りに配置させることが必要であり、従って、第１レンズのパワーが重要となってくる。
そのため、本発明の結像光学系は、次の条件式(3)を満足するのが好ましい。
０．１ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ １．０ …(3)
但し、ｒ１ｆは第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。
そのため、本発明の結像光学系は、次の条件式(3)を満足するのが好ましい。
０．１ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ １．０ …(3)
但し、ｒ１ｆは第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。
条件式(3)の上限値を上回ると、第１面の曲率半径が緩くなり、正パワーの第１レンズの主点位置が像面側になる。そこで、結像光学系の全長を短縮するためには、各レンズのパワーを強くしなければならない。ところが、パワーが強くなると収差が発生しやすくなるので、所定の性能を出すのが困難となる。
一方、条件式(3)の下限値を下回ると、結像光学系の全長の短縮には有利となるが、第１面により発生する球面収差の補正が困難となる。
一方、条件式(3)の下限値を下回ると、結像光学系の全長の短縮には有利となるが、第１面により発生する球面収差の補正が困難となる。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(3')を満足するのが良い。
０．２ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ ０．８ …(3')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(3")を満足するのが良い。
０．３ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ ０．６ …(3")
０．２ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ ０．８ …(3')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(3")を満足するのが良い。
０．３ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ ０．６ …(3")
本発明の結像光学系は、全長を短縮するために、次のような構成を採用している。すなわち、第１レンズと第２レンズにおける正のパワーと、第３レンズにおける負のパワーにより、テレフォトタイプの光学系となっている。そのため、このテレフォトタイプの正パワーと負パワーの配置に対して、結像光学系の全長短縮と性能確保とをバランスよく達成させるためには、次の条件式(4)，(5)を満足するのが好ましい。
０．２ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ １．５ …(4)
０．５ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ ２．０ …(5)
但し、ｆ１２は第１レンズと、第２レンズの合成焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。
０．２ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ １．５ …(4)
０．５ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ ２．０ …(5)
但し、ｆ１２は第１レンズと、第２レンズの合成焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。
条件式(4)，(5)を満足しないと、テレフォトタイプを構成する正のパワーと負のパワーとのバランスが崩れ、結像光学系の全長が増大し、或いは性能が劣化してしまう。
すなわち、条件式(4)，(5)の上限値を上回ると、テレフォトタイプを構成する負のパワーが弱くなるので、結像光学系の全長短縮に不利となる。
一方、条件式(4)，(5)の下限値を下回ると、テレフォトタイプを構成する負のパワーが強くなりすぎる。そのため、それに伴い正のパワーも強くしなければならず、各レンズで発生する収差が増大となり、性能を確保するのが困難となる。
すなわち、条件式(4)，(5)の上限値を上回ると、テレフォトタイプを構成する負のパワーが弱くなるので、結像光学系の全長短縮に不利となる。
一方、条件式(4)，(5)の下限値を下回ると、テレフォトタイプを構成する負のパワーが強くなりすぎる。そのため、それに伴い正のパワーも強くしなければならず、各レンズで発生する収差が増大となり、性能を確保するのが困難となる。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(4')，(5')を満足するのが良い。
０．４ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ １．３ …(4')
０．７ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ １．５ …(5')
さらに、好ましくは、次の条件式(4")，(5")を満足するのが良い。
０．６ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ ０．９ …(4")
０．９ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ １．２ …(5")
０．４ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ １．３ …(4')
０．７ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ １．５ …(5')
さらに、好ましくは、次の条件式(4")，(5")を満足するのが良い。
０．６ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ ０．９ …(4")
０．９ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ １．２ …(5")
本発明の結像光学系では、明るさ絞りを挟んで、第１レンズと、第２及び第３レンズとが配置されている。ここで、倍率色収差やディストーションを小さくするためには、軸外光線が明るさ絞りの中心位置に対して点対称に通るようにすることが重要となる。
そのため、本発明の結像光学系は、次の条件式(6)を満足するのが良い。
−５．０ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ ３．０ …(6)
但し、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離である。
そのため、本発明の結像光学系は、次の条件式(6)を満足するのが良い。
−５．０ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ ３．０ …(6)
但し、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離である。
条件式(6)の上限値を上回るか、或いは下限値を下回ると、倍率色収差やディストーションが補正過剰、もしくは補正不足になってしまう。その結果、いずれの場合も周辺性能が悪化する。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(6')を満足するのが良い。
０ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ １．０ …(6')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(6")を満足するのが良い。
０．４ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ ０．７ …(6")
０ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ １．０ …(6')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(6")を満足するのが良い。
０．４ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ ０．７ …(6")
また、本発明の結像光学系は、軸上色収差を補正するためには、レンズ全体で色消しを行い、次の条件式(7)を満足するのが好ましい。
０．５ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．５ …(7)
但し、ν１は第１レンズのアッベ数、ν２は第２レンズのアッベ数、ν３は第３レンズのアッベ数である。
条件式(7)の上限値を上回るか、或いは下限値を下回ると、軸上色収差が補正過剰、もしくは補正不足になってしまう。その結果、中心性能を確保することが困難となる。
０．５ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．５ …(7)
但し、ν１は第１レンズのアッベ数、ν２は第２レンズのアッベ数、ν３は第３レンズのアッベ数である。
条件式(7)の上限値を上回るか、或いは下限値を下回ると、軸上色収差が補正過剰、もしくは補正不足になってしまう。その結果、中心性能を確保することが困難となる。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(7')を満足するのが良い。
０．７ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．３ …(7')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(7")を満足するのが良い。
０．８ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．２ …(7")
０．７ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．３ …(7')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(7")を満足するのが良い。
０．８ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．２ …(7")
ところで、撮像素子にＣＣＤを用いる場合、いわゆるシェーディングという現象がおきてしまう。これは、光学系から射出された軸外光束が像面に対してあま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現象である。一方、像面に対して小さい角度で入射させると、上記シェーディングの問題は軽減されるが、光学系の全長が大きくなってしまう。
そのため、本発明の結像光学系は、次の条件式(8)を満足するのが好ましい。
０．４ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．５ …(8)
但し、ＥＸＰは像面からの射出瞳までの距離、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。
条件式(8)の上限値を上回ると、結像光学系の全長が大きくなってしまう。
一方、条件式(8)の下限値を下回ると、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う。
そのため、本発明の結像光学系は、次の条件式(8)を満足するのが好ましい。
０．４ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．５ …(8)
但し、ＥＸＰは像面からの射出瞳までの距離、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。
条件式(8)の上限値を上回ると、結像光学系の全長が大きくなってしまう。
一方、条件式(8)の下限値を下回ると、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う。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(8')を満足するのが良い。
０．６ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．３ …(8')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(8")を満足するのが良い。
０．８ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．１ …(8")
０．６ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．３ …(8')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(8")を満足するのが良い。
０．８ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．１ …(8")
また、光学系の開放Ｆnoと撮像素子の画素間隔をＰとするとき、本発明の結像光学系は、次の条件式(9)を満足するのが良い。
０．５５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜２．１０［１／μm ］ …(9)
条件式(9)の上限値を上回ると、光学系が暗くなり過ぎるか、画素間隔が小さくなり過ぎることにより、１画素あたりの光量が少なくなってしまう。従って、シャッター速度が遅くなり、手ぶれを引き起こしたり、長時間露光によりノイズが増加する原因となる。
一方、条件式(9)の下限値を下回ると、画素間隔が大きくなり過ぎ、高画素な撮像データが得られなくなる。
０．５５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜２．１０［１／μm ］ …(9)
条件式(9)の上限値を上回ると、光学系が暗くなり過ぎるか、画素間隔が小さくなり過ぎることにより、１画素あたりの光量が少なくなってしまう。従って、シャッター速度が遅くなり、手ぶれを引き起こしたり、長時間露光によりノイズが増加する原因となる。
一方、条件式(9)の下限値を下回ると、画素間隔が大きくなり過ぎ、高画素な撮像データが得られなくなる。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(9')を満足するのが良い。
０．６５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜１．５０［１／μm ］ …(9')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(9")を満足するのが良い。
０．７７［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜１．１８［１／μm ］ …(9")
０．６５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜１．５０［１／μm ］ …(9')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(9")を満足するのが良い。
０．７７［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜１．１８［１／μm ］ …(9")
また、光学系の全長をＴＬ、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとするとき、本発明の結像光学系は、次の条件式(10)を満足するのが良い。
０．０５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３５ …(10)
条件式(10)の上限値を上回ると、全長に対して、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚が大きすぎるために、ガラスレンズの中心肉厚が十分に確保できず、ガラスレンズの加工性が悪化してしまう。
一方、条件式(10)の下限値を下回ると、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚が小さくなり過ぎることから、成型時にプラスチック樹脂が成型型にスムーズに入り込めず、応力がかかって複屈折の原因になったり、成型に時間がかかり、生産性が悪化してしまう。
０．０５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３５ …(10)
条件式(10)の上限値を上回ると、全長に対して、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚が大きすぎるために、ガラスレンズの中心肉厚が十分に確保できず、ガラスレンズの加工性が悪化してしまう。
一方、条件式(10)の下限値を下回ると、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚が小さくなり過ぎることから、成型時にプラスチック樹脂が成型型にスムーズに入り込めず、応力がかかって複屈折の原因になったり、成型に時間がかかり、生産性が悪化してしまう。
なお、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(10')を満足するのが良い。
０．１０＜ＭＬ／ＴＬ＜０．２７ …(10')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(10")を満足するのが良い。
０．１４＜ＭＬ／ＴＬ＜０．２０ …(10")
０．１０＜ＭＬ／ＴＬ＜０．２７ …(10')
さらに、好ましくは、本発明の結像光学系は、次の条件式(10")を満足するのが良い。
０．１４＜ＭＬ／ＴＬ＜０．２０ …(10")
本発明の結像光学系によれば、製造誤差に対する性能劣化が少なく、小型化しても高性能な結像光学系を得ることができる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１実施例
図１は本発明の結像光学系の第１実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図２は第１実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第１実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、物体側の面が非球面の正メニスカスレンズＬ１と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
第１実施例
図１は本発明の結像光学系の第１実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図２は第１実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第１実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、物体側の面が非球面の正メニスカスレンズＬ１と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
次に、第１実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第１実施例では、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２はガラスで、第３レンズＬ３はプラスチック（ポリカーボネート）で構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、１３０万画素（画素間隔３．６μm ）の撮像素子が配置されている。
なお、第１実施例の数値データにおいて、屈折率、アッベ数はｅ線におけるものである。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、・・・としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋ａｙ4＋ｂｙ6＋・・・
これらは、以下の実施例においても共通である。
数値データ１
焦点距離：４．６ｍｍ、Ｆナンバー：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３１°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.12 1.5163 64.1
2 8.55 0.44
3 絞り面 0.77
4 非球面[2] 1.55 1.5891 61.2
5 非球面[3] 0.22
6 非球面[4] 1.26 1.5839 30.2
7 非球面[5] 1.66
像 面 ∞
第１実施例では、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２はガラスで、第３レンズＬ３はプラスチック（ポリカーボネート）で構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、１３０万画素（画素間隔３．６μm ）の撮像素子が配置されている。
なお、第１実施例の数値データにおいて、屈折率、アッベ数はｅ線におけるものである。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、・・・としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋ａｙ4＋ｂｙ6＋・・・
これらは、以下の実施例においても共通である。
数値データ１
焦点距離：４．６ｍｍ、Ｆナンバー：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３１°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.12 1.5163 64.1
2 8.55 0.44
3 絞り面 0.77
4 非球面[2] 1.55 1.5891 61.2
5 非球面[3] 0.22
6 非球面[4] 1.26 1.5839 30.2
7 非球面[5] 1.66
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.32
ｋ＝ 2.1257×10-2
ａ＝ 2.4932×10-3 ｂ＝ 7.0861×10-4
非球面[2]
曲率半径 -1.80
ｋ＝ 1.3698×10+0
ａ＝-7.3856×10-2
非球面[3]
曲率半径 -1.14
ｋ＝-8.3219×10-1
ａ＝ 2.7759×10-2 ｂ＝-1.4018×10-2
非球面[4]
曲率半径 -23.77
ｋ＝ 7.6623×10+1
ａ＝ 4.3204×10-3
非球面[5]
曲率半径 2.70
ｋ＝-1.3298×10+1
ａ＝-1.5317×10-2 ｂ＝ 6.0974×10-4
曲率半径 2.32
ｋ＝ 2.1257×10-2
ａ＝ 2.4932×10-3 ｂ＝ 7.0861×10-4
非球面[2]
曲率半径 -1.80
ｋ＝ 1.3698×10+0
ａ＝-7.3856×10-2
非球面[3]
曲率半径 -1.14
ｋ＝-8.3219×10-1
ａ＝ 2.7759×10-2 ｂ＝-1.4018×10-2
非球面[4]
曲率半径 -23.77
ｋ＝ 7.6623×10+1
ａ＝ 4.3204×10-3
非球面[5]
曲率半径 2.70
ｋ＝-1.3298×10+1
ａ＝-1.5317×10-2 ｂ＝ 6.0974×10-4
第２実施例
図３は本発明の結像光学系の第２実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図４は第２実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第２実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、物体側の面が非球面の正メニスカスレンズＬ１と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
図３は本発明の結像光学系の第２実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図４は第２実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第２実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、物体側の面が非球面の正メニスカスレンズＬ１と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
次に、第２実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第２実施例では、第１レンズはガラス、第２レンズと第３レンズはプラスチックで構成されており、詳しくは、第２レンズはゼオネックス、第３レンズはポリカーボネートで構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、２００万画素（画素間隔３．０μm ）の撮像素子が配置されている。
数値データ２
焦点距離：４．６ｍｍ、Ｆナンバー：２．４、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３１°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.04 1.5831 59.4
2 5.90 0.44
3 絞り面 0.76
4 非球面[2] 1.23 1.5256 56.4
5 非球面[3] 0.10
6 非球面[4] 1.46 1.5839 30.2
7 非球面[5] 1.56
像 面 ∞
第２実施例では、第１レンズはガラス、第２レンズと第３レンズはプラスチックで構成されており、詳しくは、第２レンズはゼオネックス、第３レンズはポリカーボネートで構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、２００万画素（画素間隔３．０μm ）の撮像素子が配置されている。
数値データ２
焦点距離：４．６ｍｍ、Ｆナンバー：２．４、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３１°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.04 1.5831 59.4
2 5.90 0.44
3 絞り面 0.76
4 非球面[2] 1.23 1.5256 56.4
5 非球面[3] 0.10
6 非球面[4] 1.46 1.5839 30.2
7 非球面[5] 1.56
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.19
ｋ＝ 1.0272×10-1
ａ＝ 1.9376×10-3 ｂ＝ 7.2822×10-4
非球面[2]
曲率半径 -1.50
ｋ＝ 1.0172×10+0
ａ＝-8.5104×10-2
非球面[3]
曲率半径 -1.02
ｋ＝-7.7974×10-1
ａ＝ 3.1554×10-2 ｂ＝-2.0397×10-2
非球面[4]
曲率半径 -25.93
ｋ＝ 1.1898×10+2
ａ＝ 2.7400×10-3
非球面[5]
曲率半径 2.95
ｋ＝-1.5198×10+1
ａ＝-2.3321×10-2 ｂ＝ 9.9319×10-4
曲率半径 2.19
ｋ＝ 1.0272×10-1
ａ＝ 1.9376×10-3 ｂ＝ 7.2822×10-4
非球面[2]
曲率半径 -1.50
ｋ＝ 1.0172×10+0
ａ＝-8.5104×10-2
非球面[3]
曲率半径 -1.02
ｋ＝-7.7974×10-1
ａ＝ 3.1554×10-2 ｂ＝-2.0397×10-2
非球面[4]
曲率半径 -25.93
ｋ＝ 1.1898×10+2
ａ＝ 2.7400×10-3
非球面[5]
曲率半径 2.95
ｋ＝-1.5198×10+1
ａ＝-2.3321×10-2 ｂ＝ 9.9319×10-4
第３実施例
図５は本発明の結像光学系の第３実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図６は第３実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第３実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ１’と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
図５は本発明の結像光学系の第３実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図６は第３実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第３実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ１’と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
次に、第３実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第３実施例では、全てのレンズはプラスチックで構成されており、詳しくは、第１レンズと第２レンズはゼオネックスで、第３レンズはポリカーボネートで構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、３００万画素（画素間隔２．４μm ）の撮像素子が配置されている。
数値データ３
焦点距離：４．５ｍｍ、Ｆナンバー：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３４°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.06 1.5256 56.4
2 非球面[2] 0.46
3 絞り面 0.66
4 非球面[3] 1.22 1.5256 56.4
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 1.45 1.5839 30.2
7 非球面[6] 0.14
8 ∞ 1.51
像 面 ∞
第３実施例では、全てのレンズはプラスチックで構成されており、詳しくは、第１レンズと第２レンズはゼオネックスで、第３レンズはポリカーボネートで構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、３００万画素（画素間隔２．４μm ）の撮像素子が配置されている。
数値データ３
焦点距離：４．５ｍｍ、Ｆナンバー：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３４°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.06 1.5256 56.4
2 非球面[2] 0.46
3 絞り面 0.66
4 非球面[3] 1.22 1.5256 56.4
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 1.45 1.5839 30.2
7 非球面[6] 0.14
8 ∞ 1.51
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.04
ｋ＝ 3.5240×10-1
ａ＝ 3.8084×10-4 ｂ＝ 5.3270×10-4
非球面[2]
曲率半径 5.60
ｋ＝ 2.9258×10+0
ａ＝ 5.6408×10-3
非球面[3]
曲率半径 -1.36
ｋ＝ 8.2622×10-1
ａ＝-9.7733×10-2 ｂ＝ 1.4302×10-2
非球面[4]
曲率半径 -0.97
ｋ＝-7.2104×10-1
ａ＝ 3.7885×10-2 ｂ＝-2.0112×10-2
非球面[5]
曲率半径 -58.12
ｋ＝ 5.7689×10+2
ａ＝ 3.4088×10-3
非球面[6]
曲率半径 2.94
ｋ＝-1.6741×10+1
ａ＝-2.4078×10-2 ｂ＝ 1.3122×10-3
曲率半径 2.04
ｋ＝ 3.5240×10-1
ａ＝ 3.8084×10-4 ｂ＝ 5.3270×10-4
非球面[2]
曲率半径 5.60
ｋ＝ 2.9258×10+0
ａ＝ 5.6408×10-3
非球面[3]
曲率半径 -1.36
ｋ＝ 8.2622×10-1
ａ＝-9.7733×10-2 ｂ＝ 1.4302×10-2
非球面[4]
曲率半径 -0.97
ｋ＝-7.2104×10-1
ａ＝ 3.7885×10-2 ｂ＝-2.0112×10-2
非球面[5]
曲率半径 -58.12
ｋ＝ 5.7689×10+2
ａ＝ 3.4088×10-3
非球面[6]
曲率半径 2.94
ｋ＝-1.6741×10+1
ａ＝-2.4078×10-2 ｂ＝ 1.3122×10-3
第４実施例
図７は本発明の結像光学系の第４実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図８は第４実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第４実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ１’と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
図７は本発明の結像光学系の第４実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図８は第４実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第４実施例の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ１’と、明るさ絞りＳと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた、両面が非球面の正メニスカスレンズＬ２と、第３レンズとしての両面が非球面で中心のパワーが負で周辺のパワーが正の負レンズＬ３とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
次に、第４実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第４実施例では、全てのレンズはプラスチックで構成されており、詳しくは、第１レンズと第２レンズはゼオネックスで、第３レンズはポリカーボネートで構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、２００万画素（画素間隔３．０μm ）の撮像素子が配置されている。
数値データ４
焦点距離：４．６５ｍｍ、Ｆナンバー：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３３°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.05 1.5256 56.4
2 非球面[2] 0.45
3 絞り面 0.64
4 非球面[3] 1.56 1.5256 56.4
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 1.88 1.5839 30.2
7 非球面[6] 1.33
像 面 ∞
第４実施例では、全てのレンズはプラスチックで構成されており、詳しくは、第１レンズと第２レンズはゼオネックスで、第３レンズはポリカーボネートで構成されている。
光学系の像面には、１／３インチ、２００万画素（画素間隔３．０μm ）の撮像素子が配置されている。
数値データ４
焦点距離：４．６５ｍｍ、Ｆナンバー：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３３°
面番号 曲率半径 面（又は空気）間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.05 1.5256 56.4
2 非球面[2] 0.45
3 絞り面 0.64
4 非球面[3] 1.56 1.5256 56.4
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 1.88 1.5839 30.2
7 非球面[6] 1.33
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.05
ｋ＝ 4.6507×10-1
ａ＝ 3.7625×10-4 ｂ＝ 8.1987×10-4
非球面[2]
曲率半径 5.69
ｋ＝ 3.5391×10+0
ａ＝ 1.1185×10-2
非球面[3]
曲率半径 -1.68
ｋ＝ 1.4236×10+0
ａ＝-4.7874×10-2 ｂ＝-3.4864×10-2
非球面[4]
曲率半径 -1.12
ｋ＝-6.0437×10-1
ａ＝ 4.2650×10-2 ｂ＝-1.0446×10-2
非球面[5]
曲率半径 -34.06
ｋ＝ 2.2622×10+2
ａ＝-1.1040×10-3
非球面[6]
曲率半径 2.68
ｋ＝-1.1850×10+1
ａ＝-1.6923×10-2 ｂ＝ 3.9551×10-4
曲率半径 2.05
ｋ＝ 4.6507×10-1
ａ＝ 3.7625×10-4 ｂ＝ 8.1987×10-4
非球面[2]
曲率半径 5.69
ｋ＝ 3.5391×10+0
ａ＝ 1.1185×10-2
非球面[3]
曲率半径 -1.68
ｋ＝ 1.4236×10+0
ａ＝-4.7874×10-2 ｂ＝-3.4864×10-2
非球面[4]
曲率半径 -1.12
ｋ＝-6.0437×10-1
ａ＝ 4.2650×10-2 ｂ＝-1.0446×10-2
非球面[5]
曲率半径 -34.06
ｋ＝ 2.2622×10+2
ａ＝-1.1040×10-3
非球面[6]
曲率半径 2.68
ｋ＝-1.1850×10+1
ａ＝-1.6923×10-2 ｂ＝ 3.9551×10-4
なお、本発明の上記各実施例では、結像光学系をプラスチックレンズで構成したが、全てのレンズをガラスで構成してもかまわない。また、例えば、上記各実施例よりも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、本発明の上記各実施例の結像光学系を構成するレンズに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（例えば、日本ゼオン社のゼオネックス等）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。
また、上記各実施例において、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞り以外にフレア絞りを配置してもかまわない。フレア絞りは、上記各実施例の第１レンズの前、第１レンズと明るさ絞りとの間、明るさ絞りと第２レンズとの間、第２レンズと第３レンズとの間、第３レンズと像面との間のいずれの場所に配置しても良い。
また、フレア絞りは、枠によりフレア光線をカットするように構成しても良いし、別の部材を構成しても良い。または、フレア絞りを結像光学系に直接印刷したり、塗装したり、或いはシールなどを接着してもかまわない。また、フレア絞りの形状は円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でもかまわない。また、フレア絞りを設けることによって、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良い。
また、各レンズに反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減するようにしてもかまわない。その場合、マルチコートにすると効果的にゴースト、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かまわない。
また、フレア絞りは、枠によりフレア光線をカットするように構成しても良いし、別の部材を構成しても良い。または、フレア絞りを結像光学系に直接印刷したり、塗装したり、或いはシールなどを接着してもかまわない。また、フレア絞りの形状は円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でもかまわない。また、フレア絞りを設けることによって、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良い。
また、各レンズに反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減するようにしてもかまわない。その場合、マルチコートにすると効果的にゴースト、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かまわない。
また、本発明の上記各実施例の結像光学系において、ピント調節を行うためにフォーカシングを行うように構成しても良い。その場合、レンズ系全体を繰り出してフォーカスを行うようにしても良いし、一部のレンズを繰り出し、もしくは繰り込むことでフォーカスするようにしても良い。
また、本発明の上記各実施例の結像光学系において、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しても良い。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良い。また画像処理により画像周辺部の低下量を補正しても良い。
また、図示はしていないが、本発明の光学系は、フィルムやＣＣＤを記録部材とするカメラ、あるいは携帯電話、携帯型情報入力端端末等の光学装置に適している。よって、上記の光学系を備えた光学装置も、本発明として含まれる。
また、図示はしていないが、本発明の光学系は、フィルムやＣＣＤを記録部材とするカメラ、あるいは携帯電話、携帯型情報入力端端末等の光学装置に適している。よって、上記の光学系を備えた光学装置も、本発明として含まれる。
次に、各実施例における条件式パラメータ計算値を表１に示す。
表１
表１
図９は撮像光学系に本発明の結像光学系を含んだデジタルカメラの外観を示す前側斜視図、図１０は撮像光学系に本発明の結像光学系を含んだデジタルカメラの外観を示す後側斜視図である。図において、１は撮影光路２を有する撮影光学系、３はファインダー用光路４を有するファインダー光学系、５はシャッター釦、６はフラッシュ、７は液晶表示モニターである。また、カメラの上部に配置されたシャッター釦５を押すと、それに連動して撮影光学系１を通して撮影が行われるようになっている。
図１１（ａ）は撮像光学系に本発明の結像光学系を含んだ携帯電話の一例の正面図、図１１（ｂ）は同側面図である。図中、１０はマイク部、１１はスピーカ部、１２は入力ダイアル、１３はモニター、１４は撮影光学系、１５は通信電波の送信と受信を行うアンテナである。マイク部１０は操作者の声を情報として入力し、スピーカ部１１は通話相手の声を出力する。入力ダイアル１２は操作者が情報を入力するのに用いられ、モニター１３は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。アンテナ１５は通信電波の送信と受信を行なう。
撮影光学系１４は、撮影光路１６上に配置された本発明の結像光学系と、像を受光する撮像素子とを有し、これらは携帯電話に内臓されている。撮像素子の前面にはＩＲカットフィルターが設けられ、また、撮影光学系１４の先端には該光学系を保護するためのカバーガラスが配置されている。撮像素子で受光された物体像は、携帯電話に内蔵された図示しない処理手段に入力され、電子画像としてモニター１３に、または、通信相手のモニターに、または、その両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合には、上記処理手段に含まれる信号処理機能により、撮像素子で受光された物体像の情報が送信可能な信号へ変換されるようになっている。
撮影光学系１４は、撮影光路１６上に配置された本発明の結像光学系と、像を受光する撮像素子とを有し、これらは携帯電話に内臓されている。撮像素子の前面にはＩＲカットフィルターが設けられ、また、撮影光学系１４の先端には該光学系を保護するためのカバーガラスが配置されている。撮像素子で受光された物体像は、携帯電話に内蔵された図示しない処理手段に入力され、電子画像としてモニター１３に、または、通信相手のモニターに、または、その両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合には、上記処理手段に含まれる信号処理機能により、撮像素子で受光された物体像の情報が送信可能な信号へ変換されるようになっている。
以上説明したように、本発明の結像光学系は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次のような特徴を備えている。
（１）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
０．１ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ １．０
但し、ｒ１ｆは第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。
０．１ ＜ ｒ１ｆ／ｆ ＜ １．０
但し、ｒ１ｆは第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（２）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
０．２ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ １．５
０．５ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ ２．０
但し、ｆ１２は第１レンズと、第２レンズの合成焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
０．２ ＜ ｆ１２／｜ｆ３｜ ＜ １．５
０．５ ＜ ｆ／｜ｆ３｜ ＜ ２．０
但し、ｆ１２は第１レンズと、第２レンズの合成焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（３）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
−５．０ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ ３．０
但し、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離である。
−５．０ ＜ ｆ１／ｆ２３ ＜ ３．０
但し、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離である。
（４）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
０．５ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．５
但し、ν１は第１レンズのアッベ数、ν２は第２レンズのアッベ数、ν３は第３レンズのアッベ数である。
０．５ ＜ （ν１−ν３）／（ν２−ν３） ＜ １．５
但し、ν１は第１レンズのアッベ数、ν２は第２レンズのアッベ数、ν３は第３レンズのアッベ数である。
（５）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
０．４ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．５
但し、ＥＸＰは像面からの射出瞳までの距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
０．４ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．５
但し、ＥＸＰは像面からの射出瞳までの距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
Ｌ１，Ｌ１’ 正メニスカスレンズ（第１レンズ）
Ｌ２ 正メニスカスレンズ（第２レンズ）
Ｌ３ 負レンズ（第３レンズ）
Ｓ 明るさ絞り
Ｉ 撮像面
１，１４ 撮影光学系
２，１６ 撮影光路
３ ファインダー光学系
４ ファインダー用光路
５ シャッター釦
６ フラッシュ
７ 液晶表示モニター
１０ マイク部
１１ スピーカ部
１２ 入力ダイアル
１３ モニター
１５ アンテナ
Ｌ２ 正メニスカスレンズ（第２レンズ）
Ｌ３ 負レンズ（第３レンズ）
Ｓ 明るさ絞り
Ｉ 撮像面
１，１４ 撮影光学系
２，１６ 撮影光路
３ ファインダー光学系
４ ファインダー用光路
５ シャッター釦
６ フラッシュ
７ 液晶表示モニター
１０ マイク部
１１ スピーカ部
１２ 入力ダイアル
１３ モニター
１５ アンテナ
Claims (5)
- 物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、明るさ絞りと、第２レンズとしての像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、第３レンズとしての負レンズを配置して構成したことを特徴とする結像光学系。
- 前記第３レンズの少なくとも１面が非球面であり、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
−２．０ ＜ φm／φp ＜ ０
但し、φmは最大光線高の位置における前記第３レンズのパワー、φpは近軸における前記第３レンズのパワーである。 - 次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
０＜（ｒ１ｒ＋ｒ２ｆ）／（ｒ１ｒ−ｒ２ｆ）＜１．０
但し、ｒ１ｒは前記第１レンズの像側曲率半径、ｒ２ｆは前記第２レンズの物体側曲率半径である。 - 光学系の開放Ｆnoと撮像素子の画素間隔をＰとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
０．５５［１／μm ］＜Ｆno／Ｐ［μm ］＜２．１０［１／μm ］ - 前記結像光学系の全長をＴＬ、前記結像光学系を構成するプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
０．０５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３５
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