JP2009169009A - 広角光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

広角光学系及びそれを用いた撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光学系の薄型化と、良好な結像性能を維持した近接撮影を可能とした広角光学系の提供。
【解決手段】物体側より順に、絞りと、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、非球面レンズである第3レンズを有し、前記第3レンズは、光軸の近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状で、周辺部における物体側面及び像側面の形状が像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、以下の条件式を満足する。−0.40<f/f3<0.15・・・(1−1)0.30<hc7/hp7<2.0・・・(1−2)ただし、fは前記広角光学系における全系の焦点距離、f3は前記第3レンズの焦点距離、前記絞りの中心を前記光軸に対して36度の角度で通過する光線が前記第3レンズの像側面を通過する点から前記光軸までの距離をhc7、前記第3レンズの像側面における凸形状の頂点から前記光軸までの距離をhp7とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、広角光学系及びそれを用いた撮像装置に関し、特に、比較的近接で撮影する広画角小型光学系に関するものである。
近年、携帯電話や携帯端末機、あるいはノートパソコン等の薄型化に伴い、光学系の光軸方向の長さを極限まで薄型化したカメラモジュールが求められている。この要求に応えるために、非球面レンズ2〜3枚程度で構成された単焦点の光学系が数多く提案されている。
また、近年、撮像素子の周辺部において、斜めに入射しても感度が落ちない撮像素子が開発され、それに伴い、光学系の射出瞳位置を撮像素子側に近づけることで光学系全長を短縮することが可能になっている。光学系全長の短縮を図った光学系として、レンズ枚数を3枚とし、射出瞳位置を撮像素子側に近づけた以下のものが提案されている(特許文献1乃至3参照)。
特開2007−3768号公報 特開2007−47513号公報 特開2007−58153号公報
上記特許文献1乃至3に記載された技術は、正、負、負のテレフォトタイプとすることで、光学系全長の短縮化を図っている。しかしながら、このタイプは、焦点距離に対して全長を小さくする理由から、本来望遠系で用いるものである。そのため、広角化するにしたがい、倍率の色収差、コマ収差、像面湾曲、ディストーションといった、諸収差が発生する。
このようなことから、上記特許文献1乃至3に記載されたものは、十分に広い画角が得られていない。また、近接した被写体(物点)に対して、十分に補正された像を形成できていない。
本発明は従来技術のこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造誤差よる結像性能の変化を小さくすると共に、広いエリアを撮影可能である特徴をもつ広角光学系を提供することである。
上記目的を達成する本発明の広角光学系は、物体側より順に、絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、非球面レンズである第3レンズを有し、前記第3レンズの形状は、光軸を含むレンズ断面で見たとき、前記光軸の近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状で、周辺部における物体側面及び像側面の形状が像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、以下の条件式を満足することを特徴とする。
−0.40<f/f3<0.15 ・・・(1−1)
0.30<hc7/hp7<2.0 ・・・(1−2)
ただし、fは前記広角光学系における全系の焦点距離、
f3は前記第3レンズの焦点距離、
とする。
また、前記絞りの中心を前記光軸に対して36度の角度で通過する光線をLmとしたとき、Lmが前記第3レンズの像側面を通過する点をPm7、
Pm7から前記光軸までの距離をhc7、
前記第3レンズの像側面における凸形状の頂点Pp7から前記光軸までの距離をhp7とする。
また、以下の条件式を満足することを満足することを特徴とする。
0.06<dp7/f<0.3 ・・・(2)
ただし、dp7は前記第3レンズの像側面と前記光軸との交点Pc7から前記頂点Pp7までの光軸方向の長さである。
また、前記第2レンズは、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
ν2<25 ・・・(3)
ただし、ν2は前記第2レンズのアッベ数である。
また、前記第1レンズ及び前記第2レンズは、以下の条件式(4)を満足することを特徴とする。
0.9<R2/R3<4.4 ・・・(4)
ただし、R2は前記第1レンズの像側面の曲率半径、
R3は前記第2レンズの物体側面の曲率半径、
である。
また、以下の条件式(5)を満足することを特徴とする。
0.3<|Hr/Σd|<1.4 ・・・(5)
ただし、Hrは結像面から後側主点位置までの距離、
Σdは光学系全長、
である。
また、以下の条件式(6)を満足することを特徴とする。
−2.0<Exp/f<−0.45 ・・・(6)
ただし、fは前記広角光学系における全系の焦点距離、
Expは像面位置から射出瞳位置までの距離、
である。
また、以下の条件式(7)を満足することを特徴とする。
0.1<L3d/Fnos<0.7 ・・・(7)
ただし、L3dは前記第3レンズの物体側の面から結像位置までの距離、
Fnosは最小Fナンバー、
である。
また、以下の条件式(8)を満足することを特徴とする。
25%<ILL<45% ・・・(8)
ただし、ILLは中心の光量に対する周辺の光量の割合である。
また、以下の条件式(9)を満足することを特徴とする。
0.07<(R1+R2)/(R1−R2)<0.8 ・・・(9)
ただし、R1は前記第1レンズの物体側面の曲率半径、
R2は前記第1レンズの像側面の曲率半径、
である。
また、以下の条件式(10−1)〜(10−4)を満足することを特徴とする。
0.39<fb/f<0.85 ・・・(10−1)
−1.2<f2/f<−0.3 ・・・(10−2)
−0.18<(n1−n3)<0.08 ・・・(10−3)
1.3<d4/d5<9 ・・・(10−4)
ただし、fbは前記広角光学系の後側焦点位置、
f2は前記第2レンズの焦点距離
n1、n2はそれぞれ、前記第1レンズ、前記第2レンズの屈折率、
d4は前記第2レンズの肉厚、
d5は前記第2レンズと前記第3レンズの空気間隔
である。
さらに、上記目的を達成する本発明の撮像装置は、前記広角光学系と、その広角光学系の像側に配され、光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
以上の本発明によると、良好な結像性能を維持した近接撮影が可能であると共に、広いエリアの撮影が可能になる。
本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の広角光学系は、物体側より順に、絞りと、正の屈折力を有する第1レンズL1と、負の屈折力を有する第2レンズL2と、非球面レンズである第3レンズL3を有している。そして、第3レンズL3の形状は、光軸を含むレンズ断面で見たとき、光軸の近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状で、周辺部における物体側面及び像側面の形状が像側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。そしてこのような構成において、以下の条件式を満足することが望ましい。
−0.40<f/f3<0.15 ・・・(1−1)
0.30<hc7/hp7<2.0 ・・・(1−2)
ただし、fは前記広角光学系における全系の焦点距離、f3は前記第3レンズの焦点距離とする。また、前記絞りの中心を前記光軸に対して36度の角度で通過する光線をLmとしたとき、Lmが前記第3レンズの像側面を通過する点をPm7、Pm7から前記光軸までの距離をhc7、前記第3レンズの像側面における凸形状の頂点Pp7から前記光軸までの距離をhp7とする。
本実施形態の広角光学系では、第3レンズL3に非球面レンズを用いている。そして、光軸を含むレンズ断面で見たとき、非球面の形状を次のようにしている。まず、光軸近傍における形状については、物体側に凸面を向けたメニスカス形状にしている。すなわち、物体側のレンズ面も像側のレンズ面も、物体側に凸になっている。このように、第3レンズL3は、光軸近傍においてはメニスカスレンズとして機能する。
一方、周辺部における形状については、像側に凸面を向けたメニスカス形状になっている。すなわち、物体側のレンズ面も像側のレンズ面も、像側に凸になっている。このように、第3レンズL3は、周辺部においてもメニスカスレンズとして機能する。
そして、本実施形態の広角光学系は、上記の構成を備えた上で、条件式(1−1)を満足している。条件式(1−1)を満足することで、負の屈折力を有する第2レンズの効果による主点の位置を光学系の物体側に位置させる効果を保ちつつ、焦点距離に対して全長を十分に小さくすることが可能となる。また、最も物体側に絞りを配置するので、射出瞳を像面から離すことができる。これにより、撮像素子E周辺部に入射する光線の角度を小さくすることができる。その結果、撮像素子E周辺部の感度低下を回避することが可能となる。
また、光学系を広角化すると、撮像素子E周辺部に入射する軸外主光線の入射角が大きくなる。そこで、条件式(1−2)を満足することで、撮像素子E周辺部に入射する軸外主光線の入射角を小さくすることができる。これにより、撮像素子E周辺部の感度低下を回避することが可能となる。また、第2レンズL2により発生する糸巻き型のディストーションを補正する効果も有する。
条件式(1−1)の下限を下回ると、第3レンズL3の中心のパワーが大きくなり過ぎてしまう。そのため、軸上の色収差が著しく発生し、結像性能を悪化させる。
条件式(1−1)の上限を上回ると、第3レンズL3の中心の発散作用が小さくなりすぎる。そのため、主点位置が像側に移動し、光学系が大型化してしまう。
条件式(1−2)の下限を下回ると、第3レンズL3の周辺のパワーが大きくなり過ぎてしまう。そのため、倍率の色収差が著しく発生し、結像性能を悪化させる。
条件式(1−2)の上限を上回ると、第3レンズL3の周辺の収斂作用が小さくなりすぎる。そのため、撮像素子E周辺部に入射する軸外主光線の入射角が大きくなり、撮像素子E周辺部の感度低下を生じる。
また、本実施形態の広角光学系は、以下の条件式を満足することを満足することが望ましい。
0.06<dp7/f<0.3 ・・・(2)
ただし、dp7は第3レンズL3の像側面と光軸との交点Pc7から頂点Pp7までの光軸方向の長さである。
光学系を広角化すると、撮像素子E周辺部に入射する軸外主光線の入射角が大きくなる。そこで、第3レンズL3の周辺部の非球面形状について、条件式(2)を満足することで、撮像素子E周辺部に入射する軸外主光線の入射角を小さくすることができる。これにより、撮像素子E周辺部の感度低下を回避することが可能となる。
条件式(2)の下限を下回ると、第3レンズL3の周辺のパワーが大きくなり過ぎてしまう。そのため、倍率の色収差が著しく発生し、結像性能を悪化させる。
条件式(2)の上限を上回ると、第3レンズL3の周辺の収斂作用が小さくなりすぎる。そのため、撮像素子E周辺部に入射する軸外主光線の入射角が大きくなり、撮像素子E周辺部の感度低下を生じる。
なお、条件式(1−1),(1−2)及び(2)におけるパラメータ(Lm、Pm7、hc7、Pp7、hp7及びdp7)については、図15に示しているとおりである。
また、第2レンズL2は、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
ν2<25 ・・・(3)
ただし、ν2は第2レンズL2のアッベ数である。
光学系を広角化するためには、第1レンズL1の焦点距離を小さくする必要があるが、焦点距離を小さくすると色収差が発生する。また、第3レンズL3は、上述した形状の非球面レンズである。すなわち、第3レンズL3の像側の面は変曲点を有する。そのため、第3レンズL3で軸上の色収差を補正すると、周辺部で著しい倍率の色収差が発生する。従って、第2レンズL2に高分散な材料を用いることで、倍率の色収差補正を行うことが好ましい。なお、その際、第2レンズL2には、コマ収差が増大しない適度なパワーを与えることが好ましい。
条件式(3)の上限を上回ると、第2レンズL2で倍率の色収差の除去が不十分となり、周辺性能が著しく劣化する。
また、第1レンズL1及び第2レンズL2は、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.9<R2/R3<4.4 ・・・(4)
ただし、R2は第1レンズL1の像側面の曲率半径、R3は第2レンズL2の物体側面の曲率半径、である。
条件式(4)は、収差を悪化させずに第1レンズL1と第2レンズL2の空気間隔を小さくするための条件である。条件式(4)を満足すれば、第1レンズL1と第2レンズL2を近接させて配置することが可能となるので、光学系の薄型化に寄与する。
条件式(4)の下限を下回ると、コマ収差の発生が大きくなる。
条件式(4)の上限を上回ると、空気間隔を大きくする必要があり、サイズが大きくなる。
また、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
0.3<|Hr/Σd|<1.4 ・・・(5)
ただし、Hrは結像面から後側主点位置までの距離、Σdは広角光学系における全系の全長、である。
条件式(5)を満足することで、像面湾曲の発生を抑えながら、光学系の全長を小さくすることが可能である。
条件式(5)の下限を下回ると、全長が大きくなる。
条件式(5)の上限を上回ると、全長に対し、光学系の画角が大きくなり過ぎてしまう。そのため、像面湾曲の補正が困難になる。
また、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
−2.0<Exp/f<−0.45 ・・・(6)
ただし、fは広角光学系における全系の焦点距離、Expは像面位置から射出瞳位置までの距離、である。
条件式(6)を満足することで、小型化と周辺性能の維持の両立を図ることができる。
条件式(6)の下限を下回ると、射出瞳を遠くする必要があり、光学系が大きくなる。
条件式(6)の上限を上回ると、撮像素子の周辺への入射角が大きくなりすぎる。そのため、周辺性能の劣化が著しくなる。
また、以下の条件式(7)を満足することが望ましい。
0.1(mm)<L3d/Fnos<0.7(mm) ・・・(7)
ただし、L3dは第3レンズL3の物体側の面から結像位置までの距離、Fnosは最小Fナンバー、である。
条件式(7)の下限を下回ると、Fナンバーが小さくなるので、光学系内のゴミが目立つ。あるいは、第3レンズL3の物体側の面から結像位置までの距離が近いため、光学系内のゴミが目立つ。
条件式(7)の上限を上回ると、第3レンズL3の物体側の面から結像位置までの距離が長いため、光学系が大きくなりすぎる。
また、以下の条件式(8)を満足することが望ましい。
25%<ILL<45% ・・・(8)
ただし、ILLは中心の光量に対する周辺の光量の割合である。
本実施形態の広角光学系は所謂テレフォトタイプであるため、正のディストーションが発生する傾向にある。正のディストーションが発生すると、周辺光量が低下する。そこで、周辺光量を向上させるために、負のディストーションになるように補正している。撮像素子Eとレンズ枠が光軸に対して、垂直な方向にずれると、ディストーションが非対称に発生する。ディストーションが非対称に発生すると、周辺光量が非対称になり、画質を著しく悪化させる。従って、条件式(8)を満足することで、非対称なディストーションの発生を抑えることができ、中心光量と周辺光量のバランスを保つことができる。
条件式(8)の下限を下回ると、周辺光量が少なくなりすぎる。この場合、電気補正で像の明るさを調整する(像を明るくする)ことが困難である。
条件式(8)の上限を上回ると、負のディストーションの発生量が大きくなる。そのため、偏心に対するディストーションの感度が大きくなり、非対称なディストーションが発生しやすくなる。したがって、調整などの工数が必要となり、生産コストの増大につながる。なお、ここでの偏心とは、撮像素子Eとレンズ枠の中心軸のずれのことである。
また、以下の条件式(9)を満足することが望ましい。
0.07<(R1+R2)/(R1−R2)<0.8 ・・・(9)
ただし、R1は第1レンズL1の物体側面の曲率半径、
R2は第1レンズL1の像側面の曲率半径、
である。
第1レンズL1は光学系でもっとも小さい焦点距離を有するため、製造時にその組立誤差の影響をもっとも受けやすい。したがって、条件式(9)を満足することで、製造ばらつきの少なくし良好な光学性能を達成することが出来る。
条件式(9)の下限を下回ると、R1の曲率半径が小さくなりすぎる。従って、第1レンズL1の物体側面に入射する光線の傾きが面の法線に対して大きくなり、レンズの偏心感度が増大してしまう。
条件式(9)の上限を上回ると、R1の曲率半径が小さくなりすぎる。従って、第1レンズL1の像側面から射出する光線の傾きが面の法線に対して大きくなり、レンズの偏心感度が増大してしまう。
また、以下の条件式(10−1)〜(10−4)を満足することが望ましい。
0.39<fb/f<0.85 ・・・(10−1)
−1.2<f2/f<−0.3 ・・・(10−2)
−0.18<(n1−n3)<0.08 ・・・(10−3)
1.3<d4/d5<9 ・・・(10−4)
ただし、fbは広角光学系(第1レンズL1〜第3レンズL3)の後側焦点位置、f2は第2レンズL2の焦点距離、n1、n2はそれぞれ、第1レンズL1、第2レンズL2の屈折率、d4は第2レンズL2の肉厚、d5は第2レンズL2と第3レンズL3の空気間隔である。
条件式(10−1)の下限を下回ると、最も像側のレンズが、センサーに近づきすぎるために、レンズについたゴミやキズがセンサーに写りこみ、画質の劣化をきたす。
条件式(10−1)の上限を上回ると、第1レンズL1から第3レンズL3までの距離が小さくなりすぎる。この場合、偏心感度が大きくなり、製造誤差の影響を受けやすくなる。その結果、結像性能を悪化させる。
条件式(10−2)の下限を下回ると、第2レンズL2のパワーが強くなりすぎる。その結果、コマ収差の発生が強くなるので、結像性能を悪化させる。
条件式(10−2)の上限を上回ると、第2レンズL2のパワーが弱くなる。この場合、主点位置が像側に移動するため、全長が大きくなってしまう。
条件式(10−3)の下限を下回ると、第3レンズL3の屈折率が高くなる。この場合、面形状の製造誤差により、ディストーションや像面湾曲が発生する。その結果、結像性能が悪化する。
条件式(10−3)の上限を上回ると、第1レンズL1の屈折率が高くなる。この場合、面形状の製造誤差により、球面収差やコマ収差が発生する。その結果、結像性能が悪化する。
条件式(10−4)の下限を下回ると、第3レンズL3の屈折率が高くなる。この場合、面形状の製造誤差により、ディストーションや像面湾曲が発生する。その結果、結像性能が悪化する。
条件式(10−4)の上限を上回ると、第1レンズL1の屈折率が高くなる。この場合、面形状の製造誤差により、球面収差やコマ収差が発生する。その結果、結像性能が悪化する。
なお、全てのレンズは樹脂で構成されるのが好ましい。
また、最も物体側にシャッターを配置するのが好ましい。この際、シャッターは絞りと兼ねても別体でもどちらでもよい。
また、最も物体側に可変絞りを配置するのが好ましい。
なお、本実施形態の広角光学系は、条件式(1−1)及び(1−2)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
−0.25<f/f3<0.01 ・・・(1−1')
0.50<hc7/hp7<1.24 ・・・(1−2')
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(1−1’)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
−0.25<f/f3<−0.02 ・・・(1−1’’)
上記条件式を満足することで、第3レンズL3の軸上のパワーと軸外のパワーの差がつけやすくなる。これにより、光学系を更に小型化しやすくなるとともにディストーションの補正が容易になる。
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(2)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.09<dp7/f<0.19 ・・・(2’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(4)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
1.2<R2/R3<2.8 ・・・(4’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(5)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.46<|Hr/Σd|<0.89 ・・・(5’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(6)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
−1.3<Exp/f<−0.58 ・・・(6’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(7)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.18<L3d/Fnos<0.43 ・・・(7’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(8)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
25%<ILL<42% ・・・(8’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(9)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.09<(R1+R2)/(R1−R2)<0.49・・・(9’)
また、本実施形態の広角光学系は、条件式(10−1)〜(10−4)に代えて、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.39<fb/f<0.45 ・・・(10−1’)
−1.2<f2/f<−0.1 ・・・(10−2’)
−0.01<(n1−n3)<0.05 ・・・(10−3’)
1.3<d4/d5<4 ・・・(10−4’)
以下に、撮像光学系の実施例1〜7について、図面を参照して説明する。各図中、1は広角光学系、2は中心軸、3は像面、L1は第1レンズ、L2は第2レンズ、L3は第3レンズ、Sは明るさ絞り、Cはカバーガラス、EはCCD等の撮像素子を示す。全ての実施例の数値データ及び各条件式はそれぞれ後記する。また、近軸焦点距離が正の値を持つレンズを正レンズ、近軸焦点距離が負の値を持つレンズを負レンズとする。
図1は本発明の撮像光学系の実施例1のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図1に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
図2は本発明の撮像光学系の実施例2のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図2に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
図3は本発明の撮像光学系の実施例3のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図3に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
図4は本発明の撮像光学系の実施例4のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図4に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
図5は本発明の撮像光学系の実施例5のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図5に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
図6は本発明の撮像光学系の実施例6のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図6に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
図7は本発明の撮像光学系の実施例7のレンズ構成図である。
広角光学系1は、図7に示すとおり、物体側より順に、明るさ絞りSと、両凸正レンズからなる第1レンズL1と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズL3と、カバーガラスCと、で構成されている。
また、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3は、いずれも両面に非球面が用いられている。特に、第3レンズL3における非球面は、周辺部を弱い負又は正の屈折力となるような形状で、条件式(1)を満たすように構成されている。
以下に、上記実施例1〜7の数値データを示す。また各条件式の値もまとめて示す。
これら実施例の数値データ及び各条件式の値は、rは各レンズ面の曲率半径、dは各レンズ面間の間隔、nは各レンズのd線の屈折率、νは各レンズのアッベ数である。また、像面のrはそれぞれの曲率半径である。なお、非球面形状は、xを光の進行方向を正とした光軸とし、yを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
x=(y2 /r)/[1+{1−(K+1)(y/r)2 1/2
+A4y4 +A6y6 +A8y8+A10y10
ただし、rは近軸曲率半径、Kは円錐係数、A4、A6、A8、A10は、それぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
また、数値データ内のE±N(Nは整数)は、×10±Nを表す。
数値実施例1
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.20 0.63
2(非球面) 2.540 1.06 1.52559 56.45 0.88
3(非球面) -1.141 0.19 1.07
4(非球面) -0.676 1.07 1.58393 30.21 1.12
5(非球面) -1.454 0.67 1.36
6(非球面) 1.721 0.57 1.52559 56.45 2.18
7(非球面) 1.300 0.83 2.43
8 ∞ 0.50 1.51633 64.14 2.62
9 ∞ 0.30 2.73
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=-3.173,A4=-1.53303E-02,A6=-5.57102E-02
第3面
K=-1.134,A4=-4.60752E-02,A6=4.54402E-02
第4面
K=-0.774,A4=3.24894E-01,A6=7.49671E-02
第5面
K=-0.296,A4=1.29553E-01,A6=2.03973E-02
第6面
K=-2.275,A4=-3.77809E-02,A6=1.95062E-03
第7面
K=-3.294,A4=-2.18975E-02,A6=-4.93279E-04

各種データ
焦点距離 3.55
Fナンバー 2.8
画角 -38.4°
像高 2.8
レンズ全長 5.2
BF 1.48
数値実施例2
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.20 0.65
2(非球面) 2.528 1.18 1.52559 56.45 0.90
3(非球面) -1.254 0.20 1.09
4(非球面) -0.739 1.02 1.58393 30.21 1.98
5(非球面) -1.691 0.63 1.39
6(非球面) 1.612 0.61 1.58393 30.21 2.06
7(非球面) 1.351 0.86 2.36
8 ∞ 0.50 1.51633 64.14 2.60
9 ∞ 0.30 2.71
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=-5.621,A4=1.40251E-02,A6=-5.20761E-02
第3面
K=-0.965,A4=-4.01327E-02
第4面
K=-0.739,A4=1.76074E-01,A6=1.51755E-02
第5面
K=0.067,A4=9.18177E-02,A6=2.68669E-02
第6面
K=-2.207,A4=-4.43963E-02,A6=1.25664E-03
第7面
K=-2.929,A4=-2.72328E-02,A6=-7.55043E-04

各種データ
焦点距離 3.64
Fナンバー 2.8
画角 -37.6°
像高 2.8
レンズ全長 5.3
BF 1.49
数値実施例3
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.20 0.67
2(非球面) 3.315 1.15 1.53071 55.69 0.86
3(非球面) -1.512 0.42 1.12
4(非球面) -0.760 0.88 1.58393 30.21 1.15
5(非球面) -1.466 0.50 1.38
6(非球面) 2.626 1.11 1.53071 55.69 1.94
7(非球面) 2.216 0.79 2.43
8 ∞ 0.30 1.51633 64.14 2.64
9 ∞ 0.30 2.70
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=-1.840,A4=-4.59100E-02,A6=-3.05100E-02,A8=-7.12400E-02
第3面
K=-1.218,A4=-7.36900E-02,A6=-2.97600E-02,A8=3.09400E-02,A10=-2.59300E-02
第4面
K=-0.926,A4=1.49100E-01,A6=1.07400E-01,A8=-8.17500E-02,A10=2.31100E-02
第5面
K=-0.490,A4=7.28800E-02,A6=5.67100E-02,A8=-1.36400E-02,A10=8.56100E-04
第6面
K=-7.093,A4=-2.29700E-02,A6=-6.43000E-04,A8=1.18900E-03,A10=-2.30700E-04
第7面
K=-1.369,A4=-6.13500E-02,A6=9.18900E-03,A8=-7.47900E-04,A10=-2.48600E-06

各種データ
焦点距離 3.73
Fナンバー 2.8
画角 -36.8°
像高 2.8
レンズ全長 5.5
BF 1.28
数値実施例4
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.10 0.68
2(非球面) 3.076 1.11 1.53071 55.69 0.80
3(非球面) -1.651 0.42 1.05
4(非球面) -0.838 0.80 1.63259 23.27 1.10
5(非球面) -1.568 0.40 1.30
6(非球面) 3.271 1.39 1.53071 55.69 1.67
7(非球面) 2.771 0.74 2.38
8 ∞ 0.30 1.51633 64.14 2.66
9 ∞ 0.30 2.72
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=-1.561,A4=-4.45188E-02,A6=-2.78685E-02,A8=-4.80497E-02
第3面
K=-1.110,A4=-7.35754E-02,A6=-2.18139E-03,A8=8.64574E-03,A10=-1.50468E-02
第4面
K=-0.906,A4=1.40870E-01,A6=1.10717E-01,A8=-7.36659E-02,A10=1.76769E-02
第5面
K=-0.424,A4=6.85954E-02,A6=5.20628E-02,A8=-1.17039E-02,A10=1.12392E-03
第6面
K=-15.009,A4=-1.96223E-02,A6=-7.60260E-03,A8=3.02406E-03,A10=-7.56075E-04
第7面
K=-2.040,A4=-4.50247E-02,A6=6.82918E-03,A8=-1.05009E-03,A10=3.98509E-05

各種データ
焦点距離 3.77
Fナンバー 2.8
画角 -36.8°
像高 2.8
レンズ全長 5.5
BF 1.23
数値実施例5
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.20 0.67
2(非球面) 3.324 1.01 1.53071 55.69 0.85
3(非球面) -1.674 0.54 1.08
4(非球面) -0.757 0.66 1.63493 23.90 1.18
5(非球面) -1.327 0.30 1.30
6(非球面) 3.358 1.50 1.53071 55.69 1.71
7(非球面) 2.819 0.49 2.41
8 ∞ 0.55 1.51633 64.14 2.59
9 ∞ 0.30 2.69
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=-5.092,A4=-5.50591E-02,A6=-5.09238E-02,A8=-7.58536E-02
第3面
K=-0.576,A4=-8.24414E-02,A6=-4.45512E-02,A8=5.35929E-02,A10=-3.84535E-02
第4面
K=-1.012,A4=1.68277E-01,A6=1.10237E-01,A8=-6.94271E-02,A10=1.40257E-02
第5面
K=-0.990,A4=1.04031E-01,A6=5.26561E-02,A8=-1.30418E-02
第6面
K=-17.986,A4=1.55583E-02,A6=-3.08028E-02,A8=1.16072E-02,A10=-1.74421E-03
第7面
K=-11.416,A4=1.13495E-03,A6=-9.12222E-03,A8=1.80868E-03,A10=-1.45708E-04

各種データ
焦点距離 3.71
Fナンバー 2.8
画角 -37.3°
像高 2.8
レンズ全長 5.3
BF 1.15
数値実施例6
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.30 0.64
2(非球面) 2.745 1.25 1.53071 55.69 0.96
3(非球面) -2.086 0.28 1.23
4(非球面) -0.972 0.62 1.63493 23.90 1.28
5(非球面) -1.600 0.29 1.32
6(非球面) 1.711 0.96 1.53071 55.69 1.63
7(非球面) 1.307 0.80 2.19
8 ∞ 0.55 1.51633 64.14 2.38
9 ∞ 0.30 2.59
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=-5.000,A4=-3.65347E-03,A6=-2.48862E-02,A8=-2.20502E-02
第3面
K=-5.000,A4=-9.48178E-02,A6=-4.58479E-03
第4面
K=-2.831,A4=2.18773E-02,A6=2.63702E-02
第5面
K=-0.910,A4=1.05916E-01,A6=1.59999E-02,A8=6.98342E-04
第6面
K=-5.000,A4=-5.52400E-02,A6=3.02948E-03
第7面
K=-3.786,A4=-3.16572E-02,A6=4.68703E-03,A8=-4.22895E-04

各種データ
焦点距離 3.59
Fナンバー 2.8
画角 -37.7°
像高 2.8
レンズ全長 5.1
BF 1.47
数値実施例7
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ 0.24 0.62
2(非球面) 2.323 0.94 1.52559 56.45 0.92
3(非球面) -1.684 0.25 1.09
4(非球面) -0.771 0.48 1.58393 30.21 1.19
5(非球面) -1.418 0.71 1.18
6(非球面) 1.647 0.65 1.52559 56.45 1.93
7(非球面) 1.420 0.50 2.25
8 ∞ 0.50 1.51633 64.14 2.47
9 ∞ 0.54 2.61
像面 ∞

非球面係数
第2面
K=1.373,A4=-6.48922E-02,A6=-7.14622E-02,A8=-3.64287E-02,A10=6.17409E-02
第3面
K=0.000,A4=-4.68358E-02,A6=2.92909E-02,A8=2.90073E-02,A10=-8.75951E-03
第4面
K=-1.002,A4=4.06561E-01,A6=-1.21298E-02,A8=-2.79473E-02,A10=3.67448E-03
第5面
K=-0.959,A4=2.53800E-01,A6=6.85022E-02,A8=-5.74446E-02,A10=1.15390E-02
第6面
K=-5.072,A4=-2.83124E-02,A6=-1.16295E-02,A8=3.75786E-03,A10=-3.02246E-04
第7面
K=-4.453,A4=-2.25374E-02,A6=-7.90523E-03,A8=2.04710E-03,A10=-1.94628E-04

各種データ
焦点距離 3.48
Fナンバー 2.8
画角 -38.8°
像高 2.8
レンズ全長 4.6
BF 1.37
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4
条件式 (1−1) -0.187 -0.035 -0.008 -0.004
条件式 (1−2) 0.902 0.943 0.937 0.999
条件式 (2) 0.142 0.128 0.074 0.055
条件式(3) 30.21 30.21 30.21 23.27
条件式(4) 1.68 1.69 1.99 1.96
条件式(5) 0.66 0.67 0.66 0.67
条件式(6) -1.01 -0.99 -0.99 -0.90
条件式(7) 0.27 0.26 0.36 0.40
条件式(8) 32.2 31.8 39.9 36.2
条件式(9) 0.38 0.34 0.37 0.30
条件式 (10−1) 0.415 0.410 0.344 0.327
条件式 (10−2) -0.807 -0.986 -0.747 -0.765
条件式 (10−3) 0.000 -0.058 0.000 0.000
条件式 (10−4) 1.597 1.619 1.760 2.000
実施例5 実施例6 実施例7
条件式 (1−1) -0.004 -0.061 -0.002
条件式 (1−2) 1.059 0.711 0.995
条件式 (2) 0.057 0.140 0.078
条件式(3) 23.9 23.9 30.21
条件式(4) 2.20 2.15 2.18
条件式(5) 0.68 0.69 0.74
条件式(6) -0.88 -0.83 -0.70
条件式(7) 0.39 0.33 0.30
条件式(8) 35.3 42.7 34.3
条件式(9) 0.33 0.13 0.16
条件式 (10−1) 0.310 0.408 0.395
条件式 (10−2) -0.741 -0.573 -0.880
条件式 (10−3) 0.000 0.000 0.000
条件式 (10−4) 2.200 2.138 0.676
以上の実施例1〜7の収差図をそれぞれ図8〜図14に示す。これらの収差図において、SAは球面収差、ASは非点収差、DTは歪曲収差を示す。各図中、FNOはFナンバー、FIYは像高を示す。
本発明の撮像光学系の実施例1の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例2の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例3の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例4の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例5の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例6の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例7の断面図である。 実施例1の収差図である。 実施例2の収差図である。 実施例3の収差図である。 実施例4の収差図である。 実施例5の収差図である。 実施例6の収差図である。 実施例7の収差図である。 条件式(1−1),(1−2)及び(2)におけるパラメータを示す図である。
符号の説明
1…広角光学系
2…中心軸
3…像面

Claims (11)

  1. 物体側より順に、絞りと、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、非球面レンズである第3レンズを有し、
    前記第3レンズの形状は、光軸を含むレンズ断面で見たとき、前記光軸の近傍における形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状で、周辺部における物体側面及び像側面の形状が像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
    以下の条件式を満足する広角光学系。
    −0.40<f/f3<0.15 ・・・(1−1)
    0.30<hc7/hp7<2.0 ・・・(1−2)
    ただし、fは前記広角光学系における全系の焦点距離、
    f3は前記第3レンズの焦点距離、
    とする。
    また、前記絞りの中心を前記光軸に対して36度の角度で通過する光線をLmとしたとき、Lmが前記第3レンズの像側面を通過する点をPm7、
    Pm7から前記光軸までの距離をhc7、
    前記第3レンズの像側面における凸形状の頂点Pp7から前記光軸までの距離をhp7
    とする。
  2. 以下の条件を満足する請求項1に記載の広角光学系
    0.06<dp7/f<0.3 ・・・(2)
    ただし、dp7は前記第3レンズの像側面と前記光軸との交点Pc7から前記頂点Pp7までの光軸方向の長さである。
  3. 前記第2レンズは、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の広角光学系。
    ν2<25 ・・・(3)
    ただし、ν2は前記第2レンズのアッベ数である。
  4. 前記第1レンズ及び前記第2レンズは、以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の広角光学系。
    0.9<R2/R3<4.4 ・・・(4)
    ただし、R2は前記第1レンズの像側面の曲率半径、
    R3は前記第2レンズの物体側面の曲率半径、
    である。
  5. 以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の広角光学系。
    0.3<|Hr/Σd|<1.4 ・・・(5)
    ただし、Hrは結像面から後側主点位置までの距離、
    Σdは前記広角光学系の全長、
    である。
  6. 以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の広角光学系。
    −2.0<Exp/f<−0.45 ・・・(6)
    ただし、fは前記広角光学系における全系の焦点距離、
    Expは像面位置から射出瞳位置までの距離、
    である。
  7. 以下の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の広角光学系。
    0.1(mm)<L3d/Fnos<0.7(mm) ・・・(7)
    ただし、L3dは前記第3レンズの物体側の面から結像位置までの距離をmm単位で示した値、
    Fnosは最小Fナンバー、
    である。
  8. 以下の条件式(8)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の広角光学系。
    25%<ILL<45% ・・・(8)
    ただし、ILLは中心の光量に対する周辺の光量の割合である。
  9. 以下の条件式(9)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の広角光学系。
    0.07<(R1+R2)/(R1−R2)<0.8 ・・・(9)
    ただし、R1は前記第1レンズの物体側面の曲率半径、
    R2は前記第1レンズの像側面の曲率半径、
    である。
  10. 以下の条件式(10−1)〜(10−4)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の広角光学系。
    0.39<fb/f<0.85 ・・・(10−1)
    −1.2<f2/f<−0.3 ・・・(10−2)
    −0.18<(n1−n3)<0.08 ・・・(10−3)
    1.3<d4/d5<9 ・・・(10−4)
    ただし、fbは前記広角光学系の後側焦点位置、
    f2は前記第2レンズの焦点距離
    n1、n2はそれぞれ、前記第1レンズ、前記第2レンズの屈折率、
    d4は前記第2レンズの肉厚、
    d5は前記第2レンズと前記第3レンズの空気間隔
    である。
  11. 請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の広角光学系と、その広角光学系の像側に配され、光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
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