JP2004341501A - 結像光学系及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、低コスト化、高性能化及び小型化を同時に満たす結像光学系を提供する。
【解決手段】本発明の結像光学系は、明るさ絞りＳを有する光学系において、物体側から順に、正屈折力の第１レンズＬ１１、物体側に凹を向けた負屈折力の第２レンズＬ１２、像側に凸を向けた正屈折力の第３レンズＬ１３、負屈折力の第４レンズＬ１４の順に配置し、前記第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３は接合していることを特徴とする。この構成により接合レンズへの入射光線と射出光線のなす角度を小さく保ち、屈折面における収差の発生量やレンズの相対偏心時における性能変動を極力小にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子等と組み合わせて用いられる結像光学系に関するものであり、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、従来からレンズ枚数を１枚〜２枚で構成したものがある。しかしながら、このような構成では屈折面数が足りないため、軸上色収差と像面湾曲が両立せず高い性能は望めない。また、非球面形状を用いることで、この問題を回避しようとすると、偏心感度が大きくなり製造上困難である。これらの問題を考慮したものとして、３枚または４枚のレンズを用いた光学系がある。従来例としては、次の特許文献に記載された光学系が知られている。
特開平07−027974号公報 特開平11−052227号公報 特開2001−083409号公報 特開2001−133684号公報

上記特許文献１、２または３に記載されている光学系は、レンズ枚数が３枚と少ないことから屈折面の面のパワーが強くなる。そのためレンズ間で偏心があると、その面での光線の入射位置と角度が大きく変化し、性能が著しく劣化する。即ち、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るということである。そのためこれらの文献に示される光学系では組立工数が増加し、低コストを達成することは困難である。また、最も像面側のレンズは正レンズであり、従って、全長が大きく、小型化に向くタイプとは言い難い。
上記特許文献４に記載されている光学系は、レンズ４枚で構成され、負屈折力の第２レンズと正屈折力の第３レンズが接合されている。しかし、最も像側のレンズが、正パワーであり、従って、全長が大きく、これもまた小型化に向くタイプではない。
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、その目的は低コスト化、高性能化及び小型化を同時に満たす結像光学系を提供することである。

本発明は、明るさ絞りを有する光学系において、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ、物体側に凹を向けた負屈折力の第２レンズ、像側に凸を向けた正屈折力の第３レンズ、負屈折力の第４レンズが配置され、前記第２レンズと前記第３レンズは接合されていることを特徴とする。

本発明は、結像光学系の性能と小型化を考慮して、上記のように正屈折力の第１レンズ、負屈折力の第２レンズ、正屈折力の第３レンズ及び負屈折力の第４レンズの４枚レンズにて構成した。ここで、結像光学系を構成するレンズの枚数を５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。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、枠のスペースが大になる。その結果、結像光学系が大型化することは避けられない。また先の「従来の技術」で述べたようにレンズが３枚以下では、光軸上の色収差と像面湾曲の両立が困難である。また、非球面を多用して性能を確保したとしても、偏心感度が大きくなり、製造上困難である。従って、レンズ４枚で結像光学系を構成するのが性能、大きさともに最適である。
また、本発明の結像光学系は、負屈折力の第２レンズと正屈折力の第３レンズを接合レンズにて構成している。これにより、色収差が良好に補正される。また、第２レンズと第３レンズ間の空気間隔をなくすことができるので、全長を短くできる。
また、本発明の結像光学系は、前記第２レンズの物体側の面と前記第３レンズの像側の面の曲率中心を物体側に向けている。このような構成をとることで、接合レンズへの入射光線と射出光線のなす角度、すなわち偏角を小さく保つことができる。その結果、各屈折面における収差の発生量を極力小にすることができる。また、無偏心時の収差の発生量が小であることから、レンズの相対偏心時における性能変動についても極力小にすることが可能となる。

また、本発明は、明るさ絞りを有する光学系において、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ、物体側に凹面を向けた負屈折力の第２レンズ、像側に凸面を向けた正屈折力の第３レンズ、負屈折力の第４レンズが配置され、前記負屈折力の第２レンズと正屈折力の第３レンズは接合され、前記明るさ絞りが、正屈折力の第１レンズの物体側に配置されていることを特徴とする。

撮像素子に、例えばＣＣＤを用いたとする。この場合、良好な集光性能を維持するためには、撮像素子への光線入射角度を小にする必要がある。そのためには、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。あるいは明るさ絞りの像を、像面から遠い位置に形成することが望ましい。また、明るさ絞りを可動部品で構成すると、Ｆno.を変化させたり、シャッターの役割を持たせることができる。ただし、この場合、これをレンズとレンズの間に設けるのは、スペースの確保の点で困難である。そこで、本発明の結像光学系は、上記のように明るさ絞りの位置を正屈折力の第１レンズの物体側に配置している。これにより、絞りに多機能を持たせることができる。また、この配置により、テレセントリック性と生産性を重視した光学系を実現できる。

本発明の結像光学系は、第４レンズの少なくとも１面が非球面であり、以下の条件式を満足する。
−１．０ ＜ φm／φp ＜ ０．２５
ここで、φmは最大光線高の位置におけるレンズのパワー、φpは近軸における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。
上記結像光学系においては、光学系の全長を小さくするために、第４レンズを負パワーとして配置している。ここで、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、広角な光学系において、最も像側のレンズが負パワーであると、光線高の大きい位置での光線入射角度を小さく出来ないため、不都合である。従って、最も像面側のレンズにおいて、少なくとも１面を非球面とする。そして、その中心の負のパワーに対し、周辺のパワーを極力小さくするか、もしくは正パワーにする。このようにすることで、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、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、最も像面側のレンズにおいて、以下の条件式を満足することが重要である。
−１．０ ＜ φm／φp ＜ ０．２５
ここで、φmは最大光線高の位置におけるレンズのパワー、φpは近軸におけるレンズのパワーである。
この条件式の下限を下回ると、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。他方上限を超えると、レンズ周辺の正パワーが小さくなりすぎ、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、次の条件式を満たすのが、より良い。
−０．５ ＜ φm／φp ＜ ０．２０
なお、好ましくは次の条件式を満たすのが、更に良い。
−０．２ ＜ φm／φp ＜ ０．１８

また、本発明は、明るさ絞りを有する光学系において、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ、物体側に凹面を向けた負屈折力の第２レンズ、像側に凸面を向けた正屈折力の第３レンズ、負屈折力の第４レンズが配置され、前記第１レンズは、ガラスより成り、前記第２レンズと第３レンズは接合されていることを特徴とする。

また、結像光学系は、正屈折力の第１レンズの両方の屈折面が球面であることを特徴とする。
光学面を非球面にする場合、研削で製作する方法とモールド成型で製作する方法がある。前者は、非常に工数がかかり、また屈折面にうねりをもたらす。そのため、良好な光学性能が得られない。後者は、成型時の工数はかからない。ただし、モールドの型加工費や型加工時間がかかるため、安価とはいい難い。また、従来の研磨球面ほどの面精度は得られず、良好な光学性能を得ることができない。
上記のように第１レンズをガラスレンズで構成すると、低コストの研磨工程で製作することができる。また、球面でのみ構成することで、同様の効果が得られる。また、上記のように構成すると、高い精度のレンズを製作することができる。以上のことから、良好な光学性能を得ることが出来る。

ガラスレンズはプラスチックレンズよりも温度や湿度変動に対する屈折率変化および体積変化を受けにくい。従って、第１レンズはガラスにより成るため、第１レンズにパワーを集中させることで、結像光学系全系の性能劣化を抑えることが可能である。そのため、次の条件式を満たすのが良い。
０．４ ＜ ｆ／ｆ１ ＜ ２．０
ただし、ｆは結像光学系全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離である。
この条件式の上限を超えると、第１レンズのパワーが大きくなりすぎ、その他のレンズのパワーを大きくする必要が生じ、収差の発生や偏心感度の増加を招いてしまう。他方、下限を下回ると、第１レンズのパワーが小さくなりすぎ、温度や湿度変動に対して、性能劣化量が大きくなってしまう。
なお、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．６ ＜ ｆ／ｆ１ ＜ １．５
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
０．８ ＜ ｆ／ｆ１ ＜ １．２

第２レンズと第３レンズの接合レンズは結像光学系の中間に位置し、コマ収差、像面湾曲、非点収差が発生する要因となるレンズである。従って、これらの収差の発生を極力低減させるために、接合レンズへの入射光線と射出光線のなす角度、すなわち偏角を小さく保つことが重要である。また、前記理由により、無偏心時の収差の発生量が小であることから、レンズの相対偏心時のおける性能変動についても極力小にすることが可能である。
これらの理由から次の条件式を満たすのが良い。
０．５ ＜ ｒ２ｆ／ｒ３ｒ ＜ ４．０
ただし、ｒ２ｆは第２レンズの物体側の曲率半径、ｒ３ｒは第３レンズの像側の曲率半径である。
この条件式の上限または下限を超えると、偏角が大きくなりすぎ、接合レンズで発生した諸収差を第１レンズおよび第４レンズで補正することが困難となる。そのため、良好な光学性能を得ることが出来ず、かつ偏心感度も大きくなり、製造時の難易度が増加してしまう。
なお、次の条件式を満たすのが、より良い。
１．０ ＜ ｒ２ｆ／ｒ３ｒ ＜ ３．０
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
１．３ ＜ ｒ２ｆ／ｒ３ｒ ＜ ２．５

本発明の結像光学系は、全長を小さくするために、第１レンズと、第２レンズと第３レンズの接合レンズとの合成パワーを正パワーとし、第４レンズのパワーを負パワーとすることにより、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配置に対して、全長と性能をバランスよく達成させる為には、次の条件式を満たすのが良い。
０．３ ＜ ｆ１２３／｜ｆ４｜ ＜ ２．０
０．５ ＜ ｆ／｜ｆ４｜ ＜ ２．０
ただし、ｆ１２３は第１レンズと、第２レンズと第３レンズとの接合レンズの合成焦点距離、ｆ４は第４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。
上記の条件を外れると、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、全長の増大や性能が劣化する事となる。すなわち、上記の両式の条件式の上限を超えると、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全長短縮に不利である。他方下限を下回ると、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るので、性能を確保するのが困難となる。
なお、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．４ ＜ ｆ１２３／｜ｆ４｜ ＜ １．５
０．６ ＜ ｆ／｜ｆ４｜ ＜ １．７
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
０．５ ＜ ｆ１２３／｜ｆ４｜ ＜ １．０
０．８ ＜ ｆ／｜ｆ４｜ ＜ １．４

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、いわゆるシェーディングという現象がおきてしまう。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結像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良い。
０．６ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ ２．０
ただし、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。
この条件式の上限を上回ると、全長が大きくなり、他方、下限を下回ると、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、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．８ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．７
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
１．０ ＜ ＥＸＰ／ｆ ＜ １．４

また、光学系の開放Ｆnoと撮像素子の画素間隔をＰとするき、次の条件式を満足するが良い。
０．４０［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜２．２０［１／μｍ］
この条件式の上限を上回ると、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。他方、下限を下回ると、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、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．５５［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜１．５０［１／μｍ］
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
０．７７［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜１．１８［１／μｍ］

また、結像光学系の全長を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のが良い。
０．０４５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１００
この条件式の上限を上回ると、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。他方、下限を下回ると、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、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．０５５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．０８５
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
０．０６７＜ＭＬ／ＴＬ＜０．０７２

また、接合レンズにおける、接合面の曲率半径をＲｃ、入射側の曲率半径と射出側の曲率半径の平均値をＲａｖｅとしたとき、次の条件式を満足するのが良い。
−０．３０＜Ｒａｖｅ／Ｒｃ＜０．１５
この条件式の上限を上回ると、接合面の曲率半径が、入射面及び射出面の値に接近し、接合される２つのレンズのパワーが弱くなり過ぎることから、色消しが機能を果たさなくなる。他方、下限が下回ると、逆に、接合される２つのレンズのパワーが強くなり過ぎることから、色収差補正過剰となる。
なお、次の条件式を満たすのが、より良い。
−０．２０＜Ｒａｖｅ／Ｒｃ＜０．１０
なお、次の条件式を満たすのが、更に良い。
−０．１２＜Ｒａｖｅ／Ｒｃ＜０．０６

本願の発明の構成によれば、製造誤差に対する性能劣化が少なく、かつ、小型化しても高性能を有する結像光学系を得ることが可能である。

以下、本発明に係る結像光学系の実施の形態を図１乃至図４を参照して詳細に説明する。
実施例１
図１は、本発明による結像光学系の第１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
図１において、実施例１の結像光学系は、物体側Ａから撮像素子面Ｐに向かって順に、明るさ絞りＳ、両凸の第１レンズＬ１１、物体側が凹面で負屈折力の第２レンズＬ１２、像側が凸面で正屈折力の第３レンズＬ１３、物体側に凸のメニスカスで負屈折力の第４レンズＬ１４とフィルター部材ＦＬで構成されている。第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３は接合されている。
本実施例では第１レンズＬ１１はガラスで構成されている。第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３及び第４レンズＬ１４はプラスチックで構成されている。第１レンズの両面は球面である。また、第２レンズの物体側、第３レンズの像側、第４レンズの両面は非球面である。パワーの強い第１レンズＬ１１に両球面研磨ガラスを用いることで、環境変動に強い結像光学系を達成している。また、ここで用いるプラスチック材料としては第２レンズＬ１２及び第４レンズＬ１４にはポリカーボネートを使用し、正屈折力の第３レンズＬ１３にはポリオレフィン系のゼオネックスを用いる。また本実施例の結像光学系は、焦点距離４．６５ｍｍ、Ｆナンバー２．８、像高ＨＴ＝３．０ｍｍであり、半画角ω＝３３°の広角の結像光学系である。
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。

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。
なお、第１実施例の数値データにおいて、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂、…は各レンズの肉厚又は空気間隔、ｎ_d1、ｎ_d2、…は各レンズのｄ線での屈折率、ν_d1、ν_d2、…は各レンズのアッべ数、Fno．はＦナンバー、ｆは全系焦点距離を表している。ｒ、ｄ、ｆの単位はmmである。
なお、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Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀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］
＋Ａ₄ｙ⁴＋Ａ₆ｙ⁶＋Ａ₈ｙ⁸＋Ａ₁₀ｙ¹⁰
なお、これらの記号は後述の他の実施例の数値データにおいても共通である。

数値データ１
（実施例１：図１）
焦点距離ｆ＝４．６５mm、Fno.＝２．８、像高ＨＴ＝３．０mm、
半画角ω=３３°、物体距離＝∞
ｒ₁＝∞（絞り）
ｄ₁＝0.00
ｒ₂＝2.68
ｄ₂＝0.90 ｎ_d2＝1.5163 ν_d2＝64.1
ｒ₃＝−21.36
ｄ₃＝0.77
ｒ₄＝−1.96（非球面；第４面）
ｄ₄＝0.50 ｎ_d4＝1.5839 ν_d4＝30.2
ｒ₅＝−30.60
ｄ₅＝1.47 ｎ_d5＝1.5091 ν_d5＝56.2
ｒ₆＝−1.18（非球面；第６面）
ｄ₆＝0.05
ｒ₇＝2.21 （非球面；第７面）
ｄ₇＝0.65 ｎ_d7＝1.5839 ν_d7＝30.2
ｒ₈＝1.03 （非球面；第８面）
ｄ₈＝１.１6
ｒ₉＝∞
ｄ₉＝１.00 ｎ_d9＝1.5163 ν_d9＝64.1
ｒ₁₀＝∞
ｄ₁₀＝0.50
ｒ₁₁＝∞（撮像面）

非球面係数
第４面
Ｋ＝−6.2276
A₂＝０ A₄=−7.2439×10^-2 A₆=3.0016×10^-2
A₈=−3.716×10^-3 A₁₀=−1.4490×10^-4
第６面
Ｋ＝−3.8561
A₂＝０ A₄=−5.6955×10^-2 A₆=2.3202×10^-2
A₈=−3.6193×10^-3 A₁₀=3.8559×10^-4
第７面
Ｋ＝−8.5014
A₂＝０ A₄=−3.7239×10^-3
第８面
Ｋ＝−5.0721
A₂＝０ A₄=−1.3207×10^-2 A₆=4.3425×10^-4

実施例２
図２は、本発明による結像光学系の第２実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
図２において、実施例２の結像光学系は、物体側Ａから撮像素子面Ｐに向かって順に、明るさ絞りＳ、両凸の第１レンズＬ２１、物体側が凹面で負屈折力の第２レンズＬ２２、像側が凸面で正屈折力の第３レンズＬ２３、物体側に凸のメニスカスで負屈折力の第４レンズＬ２４とフィルター部材ＦＬで構成されている。第２レンズＬ２２と第３レンズＬ２３は接合されている。
本実施例では第１レンズＬ２１はガラスで構成されている。第２レンズＬ２２、第３レンズＬ２３及び第４レンズＬ２４はプラスチックで構成されている。
第１レンズの両面は球面である。また、第２レンズの物体側、第３レンズの像側、第４レンズの両面は非球面である。パワーの強い第１レンズＬ２１に両球面研磨ガラスを用いることで、環境変動に強い光学系を達成している。また、ここで用いるプラスチック材料としては第２レンズＬ２２及び第４レンズＬ２４にはポリカーボネートを使用し、第３レンズＬ２３にはポリオレフィン系のゼオネックスを用いる。また、本実施例のスペックは、焦点距離４．６２ｍｍ、Ｆナンバー２．８、像高ＨＴ＝３．０ｍｍ、半画角ω＝３３°の広角の結像光学系である。
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
（実施例２：図２）
焦点距離ｆ＝４．６２mm、Fno.＝２．８、像高ＨＴ＝３．０mm、
半画角ω=３３°、物体距離＝∞
ｒ₁＝∞（絞り）
ｄ₁＝0.00
ｒ₂＝2.85
ｄ₂＝0.89 ｎ_d2＝1.5163 ν_d2＝64.1
ｒ₃＝−20.08
ｄ₃＝0.67
ｒ₄＝−2.42 （非球面；第４面）
ｄ₄＝0.50 ｎ_d4＝1.5839 ν_d4＝30.2
ｒ₅＝23.95
ｄ₅＝1.57 ｎ_d5＝1.5091 ν_d5＝56.2
ｒ₆＝−1.24 （非球面；第６面）
ｄ₆＝0.05
ｒ₇＝1.66 （非球面；第７面）
ｄ₇＝0.49 ｎ_d7＝1.5839 ν_d7＝30.2
ｒ₈＝0.89 （非球面；第８面）
ｄ₈＝１.33
ｒ₉＝∞
ｄ₉＝１.00 ｎ_d9＝1.5163 ν_d9＝64.1
ｒ₁₀＝∞
ｄ₁₀＝0.50
ｒ₁₁＝∞（撮像面）

非球面係数
第４面
Ｋ＝−8.6660
A₂＝０ A₄=−5.9446×10^-2 A₆=2.3227×10^-2
A₈=−4.5130×10^-3 A₁₀=7.0562×10^-4
第６面
Ｋ＝−4.2776
A₂＝０ A₄=−5.2010×10^-2 A₆=1.8759×10^-2
A₈=−3.3248×10^-3 A₁₀=4.0585×10^-4
第７面
Ｋ＝−5.6700
A₂＝０ A₄=−9.5173×10^-3
第８面
Ｋ＝−3.7822
A₂＝０ A₄=−1.2552×10^-2 A₆=2.3741×10^-4

実施例３
図３は、本発明による結像光学系の第３実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
図３において、実施例３の結像光学系は、物体側Ａから撮像素子面Ｐに向かって順に、明るさ絞りＳ、両凸の第１レンズＬ３１、物体側が凹面で負屈折力の第２レンズＬ３２、像側が凸面で正屈折力の第３レンズＬ３３、物体側に凸のメニスカスで負屈折力の第４レンズＬ３４とフィルター部材ＦＬで構成されている。第２レンズＬ３２と第３レンズＬ３３は接合されている。
本実施例では第１レンズＬ３１はガラスで構成されている。第２レンズＬ３２、第３レンズＬ３３及び第４レンズＬ３４はプラスチックで構成されている。第１レンズの両面は球面である。また、第２レンズの物体側、第３レンズの像側、第４レンズの両面は非球面である。パワーの強い第１レンズＬ３１に両球面研磨ガラスを用いることで、環境変動に強い光学系を達成している。また、ここで用いるプラスチック材料としては第２レンズＬ３２及び第４レンズＬ３４にはポリカーボネートを使用し、第３レンズＬ３３にはポリオレフィン系のゼオネックスを用いる。また、本実施例のスペックは、焦点距離４．５７ｍｍ、Ｆナンバー２．４、像高ＨＴ＝３．０ｍｍであり、半画角ω＝３３°の広角の結像光学系である。
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
（実施例３：図３）
焦点距離ｆ＝４．５７mm、Fno.＝２．８、像高ＨＴ＝３．０mm、
半画角ω=３３°、 物体距離＝∞
ｒ₁＝∞（絞り）
ｄ₁＝0.00
ｒ₂＝3.16
ｄ₂＝0.92 ｎ_d2＝1.5831 ν_d2＝59.4
ｒ₃＝−30.42
ｄ₃＝0.62
ｒ₄＝−2.55（非球面；第４面）
ｄ₄＝0.50 ｎ_d4＝1.5839 ν_d4＝30.2
ｒ₅＝17.65
ｄ₅＝1.60 ｎ_d5＝1.5091 ν_d5＝56.2
ｒ₆＝−1.32（非球面；第６面）
ｄ₆＝0.05
ｒ₇＝1.54 （非球面；第７面）
ｄ₇＝0.48 ｎ_d7＝1.5839 ν_d7＝30.2
ｒ₈＝0.88 （非球面；第８面）
ｄ₈＝１.34
ｒ₉＝∞
ｄ₉＝１.00 ｎ_d9＝1.5163 ν_d9＝64.1
ｒ₁₀＝∞
ｄ₁₀＝0.50
ｒ₁₁＝∞（撮像面）

非球面係数
第４面
Ｋ＝−1.1792
A₂＝０ A₄=−6.7015×10^-2 A₆=2.9979×10^-2
A₈=−6.3844×10^-3 A₁₀=8.1531×10^-4
第６面
Ｋ＝−4.4150
A₂＝０ A₄=−4.5570×10^-2 A₆=1.4393×10^-2
A₈=−2.2759×10^-3 A₁₀=3.0507×10^-4
第７面
Ｋ＝−4.3210
A₂＝０ A₄=−1.2167×10^-2
第８面
Ｋ＝−3.4003
A₂＝０ A₄=−1.3540×10^-2 A₆=6.7047×10^-5

実施例４
図４は、本発明による結像光学系の第４実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
図４において、実施例４の結像光学系は、物体側Ａから撮像素子面Ｐに向かって順に、明るさ絞りＳ、両凸の第１レンズＬ４１、物体側が凹面で負屈折力の第２レンズＬ４２、像側が凸面で正屈折力の第３レンズＬ４３、物体側に凸のメニスカスで負屈折力の第４レンズＬ４４とフィルター部材ＦＬで構成されている。第２レンズＬ４２と第３レンズＬ４３は接合されている。
本実施例では全てのレンズがプラスチックで構成されている。第１レンズの両面は球面である。また、第２レンズの物体側、第３レンズの像側、第４レンズの両面は非球面である。パワーの強い第１レンズＬ４１に両球面研磨ガラスを用いることで、環境変動に強い光学系を達成している。
ここで用いているプラスチック材料は第２レンズ及び第４レンズがポリカーボネート、第１レンズ及び第３レンズがポリオレフィン系のゼオネックスである。また本実施例のスペックは、焦点距離４．７９ｍｍ、Ｆナンバー２．８、像高ＨＴ＝３．０ｍｍであり、半画角ω=３２°の広角の結像光学系である。
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。

数値データ４
（実施例４：図４）
焦点距離ｆ＝４．７９mm、Fno.＝２．８、像高ＨＴ＝３．０mm、
半画角ω=３２°、物体距離＝∞
ｒ₁＝∞（絞り）
ｄ₁＝0.00
ｒ₂＝2.55
ｄ₂＝0.93 ｎ_d2＝1.5091 ν_d2＝56.2
ｒ₃＝−21.90
ｄ₃＝0.81
ｒ₄＝−1.95（非球面；第４面）
ｄ₄＝0.50 ｎ_d4＝1.5839 ν_d4＝30.2
ｒ₅＝508.05
ｄ₅＝1.46 ｎ_d5＝1.5091 ν_d5＝56.2
ｒ₆＝−1.17（非球面；第６面）
ｄ₆＝0.05
ｒ₇＝2.31 （非球面；第７面）
ｄ₇＝0.67 ｎ_d7＝1.5839 ν_d7＝30.2
ｒ₈＝1.01 （非球面；第８面）
ｄ₈＝1.08
ｒ₉＝∞
ｄ₉＝１.00 ｎ_d9＝1.5163 ν_d9＝64.1
ｒ₁₀＝∞
ｄ₁₀＝0.50
ｒ₁₁＝∞（撮像面）

非球面係数
第４面
Ｋ＝−9.3675
A₂＝０ A₄=−1.1587×10^-1 A₆=7.6878×10^-2
A₈=−2.9460×10^-2 A₁₀=5.0577×10^-3
第６面
Ｋ＝−3.9196
A₂＝０ A₄=−5.8984×10^-2 A₆=2.6782×10^-2
A₈=−4.0895×10^-3 A₁₀=3.6299×10^-4
第７面
Ｋ＝−1.3717
A₂＝０ A₄=−2.5298×10^-3
第８面
Ｋ＝−5.8628
A₂＝０ A₄=−1.4946×10^-2 A₆=6.1189×10^-4

本発明の実施例においては一部又は全部のレンズをプラスチックにて構成している。ただし、プラスチックの代わりにガラスで構成することもできる。結像光学系のレンズをガラスで構成すれば、温度や湿度の変動に強い結像光学系を達成させることが出来る。また本実施例で用いている材料よりも屈折率の高いガラスを用いれば、さらに高性能な結像光学系にすることが可能である。また特殊低分散ガラスを用いれば色収差の補正にとって有効である。またレンズをプラスチックにて構成する場合には、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能の劣化を軽減し得る。

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の代わりにフレア絞りを用いても良い。このフレアー絞りは、第１レンズの前、第１レンズと第２レンズの間、第２レンズと第３レンズの間、第３レンズと第４レンズの間、第４レンズから撮像素子面の間のいずれの場所に配置しても良い。このフレアー絞りとしての作用を持たせるためには、枠によりフレア光線をカットする方法でも良い。また、別の部材を設けることによって、フレアー光線をカットする方法でも、いずれでもよい。また結像光学系に直接印刷したり、塗装したり、シールなどを接着することにより、フレアー絞りを構成しても良い。また絞りの形状として、円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でも用いることができる。また、これは、有害な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ものでも良い。

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よい。マルチコートを用いれば効果的にゴースト、フレアを軽減できる。また、レンズ面やカバーガラスなどに、赤外カットコートを行っても良い。
また、ピント調節を行うためにフォーカシングを行っても良い。フォーカシング方法として、レンズ系全体の繰り出し、一部レンズの繰り出し、もしくは繰り込みがある。

またＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより画像周辺部の明るさ低下を軽減させても良い。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の補正を行ってもよい。また、図示はしていないが、本発明の結像光学系は、フイルムや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。

上記実施例１〜４について上記の条件式により計算した数値の表を以下に示す。
条件式計算表

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。

本発明による結像光学系の第１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。 本発明による結像光学系の第２実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。 本発明による結像光学系の第３実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。 本発明による結像光学系の第４実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。 本発明による結像光学系の第１実施例に係る球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 本発明による結像光学系の第２負実施例に係る球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 本発明による結像光学系の第３実施例に係る球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 本発明による結像光学系の第４実施例に係る球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 本発明の結像光学系を用いたデジタルカメラの概略構成を示す前側斜視図である。 本発明の結像光学系を用いたデジタルカメラの概略構成を示す後側斜視図である。 (a)は、本発明の結像光学系を用いた携帯電話の概略構成を示す正面図、(b)は、同側面図である。

符号の説明

Ｓ 明るさ絞り
ＦＬ フイルター
Ｐ 撮像素子面
Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１ 正屈折力の第１レンズ
Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２、Ｌ４２ 負屈折力の第２レンズ
Ｌ１３、Ｌ２３、Ｌ３３、Ｌ４３ 正屈折力の第３レンズ
Ｌ１４、Ｌ２４、Ｌ３４、Ｌ４４ 負屈折力の第４レンズ
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 (6)

1. 明るさ絞りを有する光学系において、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ、物体側に凹面を向けた負屈折力の第２レンズ、像側に凸面を向けた正屈折力の第３レンズ、負屈折力の第４レンズが配置され、前記第２レンズと前記第３レンズは接合されていることを特徴とする結像光学系。
2. 前記明るさ絞りが、前記第１レンズの物体側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 明るさ絞りを有する光学系において、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ、物体側に凹面を向けた負屈折力の第２レンズ、像側に凸面を向けた正屈折力の第３レンズ、負屈折力の第４レンズが配置され、前記第１レンズは、ガラスより成り、前記第２レンズと前記第３レンズは接合されていることを特徴とする結像光学系。
4. 光学系の開放Ｆnoと撮像素子の画素間隔をＰとするき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は３に記載の結像光学系。
   ０．４０［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜２．２０［１／μｍ］
5. 前記結像光学系の全長を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請求項１又は３に記載の結像光学系。
   ０．４５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１００
6. 接合レンズにおける、接合面の曲率半径をＲｃ、入射側の曲率半径と射出側の曲率半径の平均値をＲａｖｅ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又は３に記載の結像光学系。
   −０．３０＜Ｒａｖｅ／Ｒｃ＜０．１５