JP2006293042A - 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高い光学性能を有し、且つＦナンバー２．０程度の十分な明るさを有した撮像光学系を得る。
【解決手段】物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１１と、正の屈折力を有する第２レンズ群１２と、負の屈折力を有する第３レンズ群１３と、正の屈折力を有する第４レンズ群１４とで構成されており、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との合成焦点距離をｆ１、第３レンズ群１３と第４レンズ群１４との合成焦点距離をｆ２、全系の合成焦点距離をｆとしたとき、下記（数式１）（数式２）の条件式を満足させる。
２．０＜ｆ１／ｆ＜２．６ ・・・（数式１）
０．９＜ｆ２／ｆ＜１．２ ・・・（数式２）
【選択図】図１

Description

本発明は撮像光学系、並びにそれを用いたディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ及びモバイル機器に関する。さらに詳細には、特にディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ及びカメラ付きモバイル機器に好適な、薄型でありながら高解像度の撮像光学系、並びにそれを用いたディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ及びモバイル機器に関する。

近年、ディジタルスチルカメラなどの急速な普及に伴い、ディジタル画像を記録する画像入力機器は、５００万画素以上の高画素数に対応した高性能な撮像レンズが商品化されている。また一方で、携帯電話やＰＤＡ端末にも小型カメラが搭載されたものが多く商品化されて市場に受け入れられている。これらの中で、特に、携帯端末などに搭載される小型カメラなどで、ディジタルスチルカメラに匹敵する高画素数（２００〜４００万画素）に対応したコンパクトな撮像ユニットおよび撮像レンズが特に注目されてきている。

従来の小型化された撮像ユニットおよび撮像レンズは、大きく２種類のグループに分けることができる。

一つは、例えば特許文献１に開示されているように、小型化と低コストを重視した主に携帯電話やＰＣ（パーソナルコンピュータ）カメラ、あるいはＰＤＡなどに用いられている撮像レンズである。これらは、大きさ、コスト面では魅力が高く、近年多く商品化されているが、高画素数に対応しているものがなく、１０万〜３５万画素程度のものがほとんどである。中には、例えば特許文献２に示されているような１００万画素を超える結像性能を有している小型撮像素子も提案されているが、レンズ枚数が４枚以上と多く、携帯性としてはより安価で小型のものが求められている。

もう一つは、内視鏡や、監視型カメラなどに応用されている分野であり、高性能でありながら、ある程度の小型化を達成しているが、性能確保のためにレンズ枚数は６枚〜９枚と多く、携帯性、コスト面においては、一般向けではない。
特開２００３−１９５１５８号公報 特開２００３−１４９５４７号公報

上述した撮像ユニットおよび撮像レンズにおいて、安価な構成をとりつつ、レンズ系全体の小型化を図り、良好な光学性能を得るには、レンズの枚数を最小限度にしながら、レンズ形状などの構成を適切にする必要がある。

一般的に小型化を図るためには各レンズの屈折力を大きくすると達成できる。しかしながら各レンズの屈折力を大きくすると、各レンズによって発生する収差が大きくなり、全光学系として収差を良好に補正することが困難になるという課題が生じてくる。

本発明は、従来技術に関する前記課題を解決するためになされたものであり、小型で高い光学性能を有し、且つＦナンバー２．０程度の十分な明るさを有した撮像光学系、並びにそれを用いたディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ及びモバイル機器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係わる撮像光学系の構成は、被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有し、接合レンズによって構成される第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、を備える。

この好ましい例によれば、特に光学全長を短くすることができ、また製造コストの低減に有利である。

また、前記本発明の撮像光学系の構成においては、被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、を備える撮像光学系であって、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成焦点距離をｆ２、全系の合成焦点距離をｆとしたとき、（数式１）および（数式２）の条件式を満たしているのが好ましい。

２．０＜ｆ１／ｆ＜２．６ ・・・（数式１）
０．９＜ｆ２／ｆ＜１．２ ・・・（数式２）
この好ましい例によれば、特に諸収差が良好に補正され、且つＦナンバー２．０程度の明るい撮像光学系を構成できる。

また、前記本発明の撮像光学系の構成においては、被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズと、を備える撮像光学系であって、第５レンズの焦点距離をｆ５、全系の合成焦点距離をｆとすると、（数式３）の条件式を満たしているのが好ましい。

１．２＜ｆ５／ｆ＜１．４ ・・・（数式３）
この好ましい例によれば、特にテレセントリックを確保し、像面への入射角を低減することができる。

また、前記本発明の撮像光学系の構成においては、最も像側に位置している面が、非球面で構成され、前記非球面は光軸から離れるに従って近軸Ｒよりも像側へ変化する非球面であることが好ましい。

この好ましい例によれば、特にテレセントリックを確保し、像面への入射角を低減することができ、且つ像面湾曲を良好に補正した撮像光学系を構成できる。

また、前記第１レンズと前記第２レンズとが有機材料で構成され、且つ前記第１レンズの屈折率をｎ１、前記第２レンズの屈折率をｎ２とすると、（数式４）および（数式５）を満たすのが好ましい。

ｎ１＜１．５５ ・・・（数式４）
ｎ２＞１．５５ ・・・（数式５）
この好ましい例によれば、色収差を良好に補正した撮像光学系を構成できる。

また、本発明に係わるディジタルスチルカメラの構成は、撮像光学系を備えたディジタルスチルカメラであって、前記撮像光学系として前記本発明の撮像光学系を用いることを特徴とする。このディジタルスチルカメラの構成によれば、小型、軽量化に優れ、且つＦナンバーが明るく高解像度なディジタルスチルカメラを実現する事ができる。

また、本発明に係わるビデオカメラの構成は、撮像光学系を備えたビデオカメラであって、前記撮像光学系として前記本発明の撮像光学系を用いることを特徴とする。このビデオカメラの構成によれば、小型、軽量化に優れ、且つＦナンバーが明るく高解像度なビデオカメラを実現する事ができる。

また、本発明に係わるモバイル機器の構成は、撮像光学系を備えたモバイル機器であって、前記撮像光学系として前記本発明の撮像光学系を用いることを特徴とする。このモバイル機器の構成によれば、小型、軽量化に優れ、且つＦナンバーが明るく高解像度な撮像光学系を搭載したモバイル機器を実現する事ができる。

以上説明したように、本発明によれば、小型で収差性能が良好に補正され、且つＦナンバー２．０程度の十分な明るさを有した撮像光学系を実現することができる。また、本発明の撮像光学系を用いることにより、小型、軽量化に非常に優れ、かつ、低コストでありながら高解像度のディジタルスチルカメラ、ビデオカメラあるいはモバイル機器を実現することができる。

以下、実施の形態について本発明をさらに具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における撮像光学系の構成の一例を示す配置図である。図１に示すように、物体側（図１では、左側）から像面側（図１では、右側）に向かって第１レンズ群１１、第２レンズ群１２、第３レンズ群１３、第４レンズ群１４、光学的ローパスフィルタ１５が順に配置されており、これにより撮像光学系が構成されている。

また、本実施の形態の撮像光学系においては、第３レンズ群１３は接合レンズで構成される。これにより、光学全長を短くすることができ、また製造コストを低減し、小型で低コストである撮像光学系とすることができる。

また、本実施の形態の撮像光学系においては、第１レンズ群１１は、物体側に凹面を向けた正の屈折力を有する第１レンズＬ１で構成される。第２レンズ群１２は、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第２レンズＬ２で構成される。第３レンズ群１３は、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３接合レンズＬ３／４で構成される。第４レンズ群１４は物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第５レンズＬ５で構成されている。
また、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２の合成焦点距離をｆ１、第３レンズ群１３と第４レンズ群１４の合成焦点距離をｆ２、全系の合成焦点距離をｆとしたとき、（数式１）および（数式２）を満足している。

２．０＜ｆ１／ｆ＜２．６ ・・・（数式１）
０．９＜ｆ２／ｆ＜１．２ ・・・（数式２）
（数式１）は、第１レンズ群１１の屈折力に関する条件式である。（数式１）の条件式の下限を下回ると、第１レンズ群１１の屈折力が大きくなり、非点収差の補正が困難になると共に、バックフォーカスが短くなって撮像光学系を構成することが困難になってしまう。一方、（数式１）の上限を上回ると、軸外におけるコマ収差の補正及びフレアの補正が困難になると共に、バックフォーカスが長くなって薄型化が困難になってしまう。

上記（数式２）は、第２レンズ群１２の屈折力に関する条件式である。上記（数式２）の条件式の下限を下回ると、第２レンズ群１２の屈折力が大きくなり、非点収差の補正が困難になると共に、バックフォーカスが短くなって撮像光学系を構成する事が困難になってしまう。一方、（数式２）の上限を上回ると、軸外におけるコマ収差の補正及び色収差の補正が困難になり、レンズ性能が劣化してしまう。

また、本実施の形態の撮像光学系においては、第５レンズＬ５の焦点距離をｆ５、全系の合成焦点距離をｆとすると、下記（数式３）の条件式を満足するのが望ましい。

１．２＜ｆ５／ｆ＜１．４ ・・・（数式３）
上記（数式３）は第５レンズＬ５の屈折力に関する条件式である。上記（数式３）の条件式の下限を下回ると、非点収差の補正が困難になってしまう。一方、（数式３）の上限を上回ると、テレセントリック性が失われ、ＣＣＤへの光線入射角がきつくなってしまい、周辺光量比が劣化してしまう。

また、本実施の形態の撮像光学系においては、最も像側に位置している面が、非球面で構成され、前記非球面は光軸から離れるに従って近軸Ｒよりも像側へ変化する非球面である事が望ましい。これにより、テレセントリックを確保し、像面への入射角を低減することができ、かつ、像面湾曲を良好に補正した撮像光学系を構成できる。

また、本実施の形態の撮像光学系においては、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２を有機材料で構成し、第１レンズＬ１の屈折率をｎ１、第２レンズＬ２の屈折率をｎ２とすると、下記（数式４）および（数式５）の条件式を満足するのが望ましい。

ｎ１＜１．５５ ・・・（数式４）
ｎ２＞１．５５ ・・・（数式５）
上記（数式４）および（数式５）は第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の屈折力に関する条件式である。上記（数式４）および（数式５）の条件式を満足する事で、温度変化によるバックフォーカスの変動を低減し、かつ、倍率色収差の補正が良好な撮像光学系を得ることができる。

以下、具体的実施例を挙げて、本実施の形態における撮像光学系をさらに詳細に説明する。

下記（表１）に、本実施例における撮像光学系の具体的数値例を示す。尚、本実施例における撮像光学系の配置構成は、図１に示すとおりである。また、ｆ＝４．５０、Ｆ＝２．１４、ω＝３２．６９である。

上記（表１）において、ｒｄ（ｍｍ）はレンズの曲率半径、ｔｈ（ｍｍ）はレンズの肉厚又はレンズの空気間隔、ｎｄは各レンズのｄ線に対する屈折率、νはレンズのｄ線に対するアッベ数である。またｆ（ｍｍ）は全系の合成焦点距離、ＦはＦナンバー、ω（度）は入射半画角を示している。

また、非球面を有する面（上記（表１）中の面番号の横に＊印で表示）については、下記（数式６）によって定義される。

但し、上記（数式６）中、ｙは光軸からの高さ、Ｚは光軸からの高さがｙの非球面形状の非球面頂点の接平面からの距離、ｃは非球面頂点の曲率、ｋは円錐定数、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは非球面係数を表している。

また、下記（表２）に、本実施例における撮像光学系の円錐定数及び非球面係数を示す。

図２に、本実施例の撮像光学系の収差性能図を示す。図２において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）の図である。図２（ｂ）の非点収差図において、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲を示している。図２（ｄ）の軸上色収差図において、実線はｄ線、短い破線はＦ線、長い破線はＣ線に対する値を示している。図２（ｅ）の倍率色収差図において、短い破線はＦ線、長い破線はＣ線に対する値を示している。

図２に示す収差性能図から明らかなように、本実施例の撮像光学系は良好な収差性能を示すことが分かる。

（実施の形態２）
図３は本発明の第２の実施の形態におけるディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。図３に示すように、本実施の形態におけるディジタルスチルカメラは、撮像光学系１００と、撮像光学系１００の像面側に設けられ、撮像光学系１００からの光エネルギーの空間的な分布を、画像として表示できるような形の電気信号に変換する撮像素子１０１と、前記電気信号を処理して画像信号を発生させる信号処理回路１０２と、光学ビューファインダ１０３と、記録系１０４と、液晶モニタ１０５と、筐体１０６とを備えている。

ここで、撮像光学系１００としては、上記第１の実施の形態の撮像光学系が用いられている。尚、記録系１０４は、撮像した画像データを圧縮保存する部分であり、この記録系１０４には、いわゆるＳＤメモリーカード等の半導体メモリを含むカードが挿入される。

以上のようにして、本発明の撮像光学系を用いたディジタルスチルカメラを構成すれば、小型（薄型）、軽量化に非常に優れ、かつ、低コストでありながら高解像度のディジタルスチルカメラを実現することができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態におけるビデオカメラの構成を示す斜視図である。図４に示すように、本実施の形態におけるビデオカメラは、撮像光学系１１０と、撮像素子１１１と、信号処理回路１１２と、記録系１１３と、液晶モニタ１１４と、筐体１１５とを備えている。ここで、撮像光学系１１０としては、上記第１の実施の形態の撮像光学系が用いられている。

以上のようにして、本発明の撮像光学系を用いたビデオカメラを構成すれば、小型（薄型）、軽量化に非常に優れ、かつ、低コストでありながら高解像度の静止画像が得られるビデオカメラを実現することができる。

（実施の形態４）
図５は本発明の第６の実施の形態におけるモバイル機器の構成を示す斜視図である。図５に示すように、本実施の形態におけるモバイル機器は、撮像光学系１２０と、撮像素子１２１と、信号処理回路１２２と、記録系１２３と、液晶モニタ１２４と、携帯電話等のモバイル機器の筐体１２５とを備えている。ここで、撮像光学系１２０としては、上記第１の実施の形態の撮像光学系が用いられている。

以上のようにして、本発明の撮像光学系を用いたモバイル機器を構成すれば、小型（薄型）、軽量化に非常に優れ、かつ、高解像度の撮像光学系を搭載したモバイル機器を実現することができる。すなわち、薄さを損なうことなく、高解像度のカメラ付きモバイル機器を実現することができる。

本発明によれば、小型で収差性能が良好に補正され、且つＦナンバー２．０程度の十分な明るさを有した撮像光学系を実現することができるので、ディジタルスチルカメラ、ビデオカメラやモバイル機器等に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態の実施例１における撮像光学系の構成を示す配置図 本発明の第１の実施の形態の実施例１における撮像光学系の収差性能図 本発明の第２の実施の形態におけるディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図 本発明の第３の実施の形態におけるビデオカメラの構成を示す斜視図 本発明の第４の実施の形態におけるモバイル機器の構成を示す斜視図

符号の説明

１１ 第１レンズ群
１２ 第２レンズ群
１３ 第３レンズ群
１４ 第４レンズ群
１５ 光学的ローパスフィルタ
ｒｉ 物体側より第ｉ 番目の面
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
１００、１１０、１２０ 撮像光学系
１０１、１１１、１２１ 撮像素子
１０２、１１２、１２２ 信号処理回路
１０３ 光学ビューファインダ
１０４、１１３、１２３ 記録系
１０５、１１４、１２４ 液晶モニタ
１０６、１１５、１２５ 筐体

Claims (8)

1. 被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   負の屈折力を有し、接合レンズによって構成される第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、
   を備える撮像光学系。
2. 被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   負の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、を備える撮像光学系であって、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成焦点距離をｆ２、全系の合成焦点距離をｆとしたとき、（数式１）および（数式２）の条件式を満たしている、撮像光学系。
   ２．０＜ｆ１／ｆ＜２．６ ・・・（数式１）
   ０．９＜ｆ２／ｆ＜１．２ ・・・（数式２）
3. 被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   負の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、
   正の屈折力を有する第５レンズと、を備える撮像光学系であって、
   第５レンズの焦点距離をｆ５、全系の合成焦点距離をｆとすると、（数式３）の条件式を満たしている、撮像光学系。
   １．２＜ｆ５／ｆ＜１．４ ・・・（数式３）
4. 被写体を撮影する撮像光学系であって、物体側から像面側へと順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   負の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、を備え、
   光学系の最も像側に位置している面が、非球面で構成され、前記非球面は光軸から離れるに従って近軸Ｒよりも像側へ変化する非球面である、撮像光学系。
5. 前記第１レンズと前記第２レンズとが有機材料で構成され、且つ前記第１レンズの屈折率をｎ１、前記第２レンズの屈折率をｎ２とすると、（数式４）および（数式５）を満たしている、撮像光学系。
   ｎ１＜１．５５ ・・・（数式４）
   ｎ２＞１．５５ ・・・（数式５）
6. 請求項１〜６のいずれかに記載の撮像光学系を搭載するディジタルスチルカメラ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の撮像光学系を搭載するビデオカメラ。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の撮像光学系を搭載するモバイル機器。

Images