JP2007139861A

JP2007139861A - 撮像光学系

Info

Publication number: JP2007139861A
Application number: JP2005329957A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Isono; 雅史磯野
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-06-07
Also published as: US20070109668A1; EP1785759A1; KR20070051683A; EP1785759B1; KR101306550B1; US7646553B2

Abstract

【課題】小型で、製造コストが低く、しかも色収差など緒収差が良好に補正された撮像光学系を提供する。
【解決手段】撮像対象側から順に、正のパワーの第１レンズと、正のパワーの第２レンズと、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であるとともに光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有する負のパワーの第３レンズと、を有し、第３レンズのアッベ数をν３、第２レンズのアッベ数をν２で表すとき、ν３−ν２＞１０の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子に対して光を導くことのできる撮像光学系に関し、特にデジタルカメラや携帯電話に適した撮像光学系に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽にパーソナルコンピュータに画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：ＰａｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このようなデジタルカメラの普及にともない、より小型であるデジタルカメラが要望されるようになり、撮像光学系も一層の小型にする必要がある。

また、撮像素子の高解像化、画面サイズの大型化が進み、そのような撮像素子に対応できる小型の撮像光学系が特許文献１、２で提案されている。
特開２００３−３２２７９２号公報特開２００４−１６３８４９号公報

ところが、特許文献１および特許文献２に記載されている撮像光学系は、３枚のレンズで構成されることにより小型化を図っているが、色収差などの収差補正では十分な光学性能とは言い難い。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、小型で、製造コストが低く、しかも色収差など緒収差が良好に補正された撮像光学系を提供することを目的とする。

上記の課題は次の構成により解決される。

１．撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象側から順に、正のパワーの第１レンズと、
正のパワーの第２レンズと、
像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であるとともに光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有する負のパワーの第３レンズと、を有し、
第３レンズのアッベ数をν３、第２レンズのアッベ数をν２で表すとき、
ν３−ν２＞１０
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。

２．前記第１レンズが撮像対象側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
前記第２レンズが像面側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
前記第３レンズが像面側に凹面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする１に記載の撮像光学系。

３．前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが設けられていることを特徴とする１または２に記載の撮像光学ユニット。

４．前記第１レンズ乃至第３レンズは均質な媒質で構成されていることを特徴とする１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系。

５．第３レンズの焦点距離をｆ３、第２レンズの焦点距離をｆ２で表すとき、
｜ｆ３／ｆ２｜＜０．９
の関係を満たすことを特徴とする１乃至４のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。

６．全系の焦点距離をｆで表すとき、
０．０４＜ｆ／ｆ２＜３
の関係を満たすことを特徴とする１乃至５のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。

７．第２レンズの撮像対象側の曲率半径をｒ２１、第２レンズの像面側の曲率半径をｒ２２で表すとき、
−１８＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜２００
の関係を満たすことを特徴とする１乃至６のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。

本発明は、撮像対象側から順に、正のパワーの第１レンズと、正のパワーの第２レンズと、像面側に非球面を有するとともに負のパワーの第３レンズと、を有し、第２レンズのアッベ数と第３レンズのアッベ数の関係を適切な範囲に設定することにより、小型で低コストである、色収差など緒収差を良好に補正した撮像光学系を提供することができる。

撮像光学系の構成について図１乃至図４に基づいて説明する。第１の実施形態を示す図１の撮像光学系は、撮像対象側から順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズＬ２、負のパワーを有する第３レンズＬ３から構成される。

第１レンズＬ１は撮像対象側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である。第２レンズＬ２は像面側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である。第３レンズＬ３は、像面側に凹面を向けたメニスカス形状で両面が非球面であり、像面側の非球面が光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である。

また、第２レンズＬ２は高分散のプラスチックレンズであり、第３レンズＬ３は低分散のプラスチックレンズである。

第２の実施形態を図２に示す。図２の撮像光学系は、撮像対象側から順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズＬ２、負のパワーを有する第３レンズＬ３から構成される。

第３の実施形態を図３に示す。図３の撮像光学系は、撮像対象側から順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズＬ２、負のパワーを有する第３レンズＬ３から構成される。

第４の実施形態を図４に示す。図４の撮像光学系は、撮像対象側から順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズＬ２、負のパワーを有する第３レンズＬ３から構成される。

第１乃至第４の実施形態には、カバーガラスを含む赤外線カットフィルタＦが撮像光学系の像面側に設けられている。なお、「パワー」とは焦点距離の逆数で定義される量を表す。

ここまで説明した各実施形態における、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系は、撮像対象側から順に、正パワーの第１レンズと、正パワーの第２レンズと、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有する負パワーの第３レンズからなる３枚のレンズで構成される。

この構成にすることより、撮像光学系の全長を短くすることができ、また、射出瞳が像面から遠くなって周辺の像面への入射角度が小さくなり、像面への入射光量を均一にすることができる。

また、次の１式を満たす構成である。
ν３−ν２＞１０・・・式１
ただし、ν３は第３レンズのアッベ数、ν２は第２レンズのアッベ数である。

式１は、第２レンズのアッベ数に対する第３レンズのアッベ数を適切な範囲に規定するものである。像面の周辺に至る周辺光線は、第２レンズでは光軸近辺を通過し、第３レンズでは光軸の周辺部を通過することになるが、第３レンズはその像面側の周辺部で凸形状の非球面であり、第３レンズの周辺部では正パワーとなり、第３レンズを通過する周辺光線が第２レンズを通過する光線に比べて大きく収斂させられる。このことから、第３レンズのアッベ数を第２レンズのアッベ数に比べて大きくする、つまり第２レンズを高分散とし第３レンズを低分散とする構成により、全系の倍率色収差を補正するものである。ν３−ν２の値が式１で規定する範囲外であると、倍率色収差が補正不足となり、像面の周辺部で色の滲みが大きくなり、画面周辺部で画質が低下する。

式１に代えて、式１’の関係を満たすようにすると好ましい。
ν３−ν２＞１５・・・式１’
さらに、式１に代えて、式１’’の関係を満たすようにすると一層好ましい。
ν３−ν２＞２０・・・式１’’
また、第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが設けられている構成である。この構成にすることより、第１レンズと第２レンズが絞りに対して対称配置となり、諸々の収差をバランスさせることができ、レンズ性能が良くなる。

また、第１レンズ乃至第３レンズは、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッドレンズ、レンズの媒質が光軸から周辺に至るにしたがい屈折率が変化する屈折率分布型レンズを用いてもよいが、均質な媒質で構成されているものがよい。この構成にすることにより、たとえば屈折率分布型レンズより製造が容易であり、撮像レンズを安価に提供することができる。

また、次の２式を満たす構成である。
｜ｆ３／ｆ２｜＜０．９・・・式２
ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。

式２は、第２レンズのパワーに対する第３レンズのパワーを適切な範囲に規定し、倍率色収差と歪曲収差を補正するものである。｜ｆ３／ｆ２｜の値が式２の範囲を超えて、第３レンズのパワーが弱くなると、倍率色収差が補正不足となり、像面の周辺で色の滲みが多くなり、また、歪曲収差が補正不足となり、画面周辺部で画質が低下する。

式２に代えて、式２’の関係を満たすようにすると好ましい。
｜ｆ３／ｆ２｜＜０．７・・・式２’
さらに、式２に代えて、式２’’の関係を満たすようにすると一層好ましい。
｜ｆ３／ｆ２｜＜０．６・・・式２’’
また、次の３式を満たす構成である。
０．０４＜ｆ／ｆ２＜３・・・式３
ｆは全系の焦点距離である。

式３は、全系のパワーに対する第２レンズのパワーを適切な範囲に規定するものである。ｆ／ｆ２の値が式３の下限を越えて、第２レンズのパワーが弱くなると、コマ収差が悪化し、また、ペッツバール和が補正過剰となり、解像力が不足する。逆に、式３の上限を超えて、第２レンズのパワーが強くなると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難になる。

式３に代えて、式３’の関係を満たすようにすると好ましい。
０．１１５＜ｆ／ｆ２＜２・・・式３’
さらに、式３に代えて、式３’’の関係を満たすようにすると一層好ましい。
０．１２＜ｆ／ｆ２＜１・・・式３’’
また、次の４式を満たす構成である。
−１８＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜２００・・・式４
ｒ２１は第２レンズの撮像対象側の曲率半径、ｒ２２は第２レンズの像面側の曲率半径である。

式４は、第２レンズの形状を適切な範囲に規定し、全系の全長を短くしながら非点収差をバランスさせるものである。（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）の値が式４の下限を越えると、全系の全長を短くすることができるが、非点収差が大きくなり、その収差を補正することが困難となる。逆に、（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）の値が式４の上限を越えると、非点収差を抑えることができるが、全系の全長が長くなる。

式４に代えて、式４’の関係を満たすようにすると好ましい。
１＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜１５０・・・式４’
さらに、式４に代えて、式４’’の関係を満たすようにすると一層好ましい。
３＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜１２０・・・式４’’
本発明の撮像光学系は、動画を撮像するデジタルビデオカメラ、テレビ電話用カメラ、ドアホーン用カメラやモバイルコンピュータ、情報携帯端末等の情報処理機器に組み込まれるカメラに採用することも可能である。

本発明の撮像光学系の構成を、コンストラクションデータ、収差図を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至４は、前述した第１乃至第４の実施形態にそれぞれ対応している。第１乃至第４の実施形態を表すレンズ構成図（図１乃至４）は、対応する実施例１乃至４のレンズ構成をそれぞれ示している。

表１乃至８のコンストラクションデータにおいて、曲率半径をｒで示し、撮像対象側から順に番号を付し、軸上間隔をｄで示し、撮像対象側からの軸上間隔を表の上から順に表している。屈折率、アッベ数をＮ、νで示し、撮像対象側からの屈折率、アッベ数を表の上から順に表している。また、屈折率およびアッベ数はｄ線に対するものであり、屈折率およびアッベ数は空気については省略してある。なお、非球面については面番号の末尾にアスタリスク（＊印）を付している。撮像素子が最終面の後ろに配置されている。全系の焦点距離距離（ｆ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ）を他のデータとともに示す。焦点距離、曲率半径、軸上間隔の単位はｍｍである。

非球面は次の式５で定義している。
Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ²／｛１＋（１−ε・Ｃ²・Ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｋ・Ｈｋ・・・式５
ここで、Ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘ（Ｈ）は高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃは近軸曲率、εは２次曲面パラメータ、ｋは非球面の次数、Ａｋはｋ次の非球面係数、ＨｋはＨのｋ乗である。非球面に関するデータを示す表２、４、６、８のデータに付された文字Ｅは、該当する数値の指数部分を表し、例えば、１．０Ｅ−０２であれば１．０×１０^-2を示す。

図５乃至８の収差図について、球面収差の線ｄはｄ線の収差、ｇはｇ線の収差、ｃはｃ線の収差、線ＳＣは正弦条件不満足量を表している。また、非点収差の線ＤＭおよび線ＤＳはそれぞれメリジオナル面およびサジタル面での収差である。単位は、歪曲の横軸のみ百分率であり、他の軸については全てｍｍである。

条件式に対応する各実施例の値を表９に示し、各実施例はすべて条件式を満たしている。
＜実施例１＞

［非球面データ］

＜実施例２＞

［非球面データ］

＜実施例３＞

［非球面データ］

＜実施例４＞

［非球面データ］

［条件式対応値］

第１実施形態の撮像光学系の構成を示す図。第２実施形態の撮像光学系の構成を示す図。第３実施形態の撮像光学系の構成を示す図。第４実施形態の撮像光学系の構成を示す図。第１実施形態の撮像光学系の収差を示す図。第２実施形態の撮像光学系の収差を示す図。第３実施形態の撮像光学系の収差を示す図。第４実施形態の撮像光学系の収差を示す図。

符号の説明

Ｌ１〜Ｌ３レンズ
Ｓ絞り
Ｆフィルタ
ｒ１〜ｒ９面

Claims

撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象側から順に、正のパワーの第１レンズと、
正のパワーの第２レンズと、
像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であるとともに光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有する負のパワーの第３レンズと、を有し、
第３レンズのアッベ数をν３、第２レンズのアッベ数をν２で表すとき、
ν３−ν２＞１０
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
前記第１レンズが撮像対象側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
前記第２レンズが像面側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
前記第３レンズが像面側に凹面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
前記第１レンズ乃至第３レンズは均質な媒質で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
第３レンズの焦点距離をｆ３、第２レンズの焦点距離をｆ２で表すとき、
｜ｆ３／ｆ２｜＜０．９
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
全系の焦点距離をｆで表すとき、
０．０４＜ｆ／ｆ２＜３
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像光学系。
第２レンズの撮像対象側の曲率半径をｒ２１、第２レンズの像面側の曲率半径をｒ２２で表すとき、
−１８＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１−ｒ２２）＜２００
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像光学系。