JP2013195781A - 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｆナンバーが小さく、かつ光学系の全長を短く保ち、広画角にしながら、諸収差、特にコマ収差や球面収差の影響を抑えた撮像光学系を提供する。
【解決手段】物体側より順に、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、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、負の屈折力を有する第４レンズＬ４と、を有し、第１レンズＬ１は、両凸形状であり、第２レンズＬ２は、像側面ｒ５が像側に凹面を向けた形状であり、第３レンズＬ３は、少なくとも像側面ｒ７が像側に凸面を向けた形状であって、最も物体側に絞りｒ１が配置され、以下の条件式（１）を満足する。０．９＜ｆ₁／ｆ（１）ただし、ｆ₁は第１レンズＬ１の焦点距離、ｆは撮像光学系全系の焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系及びそれを用いた撮像装置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く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、２〜３枚の非球面レンズ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、撮像素子に関する技術進歩と市場のニーズの高まりから、小型でありながら、多画素で、広角で、低価格なカメラモジュールが求められている。結像性能を高めながら全長の短縮を図った光学系として、４枚のレンズで構成された単焦点の光学系が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２００８−１５８４１３号公報 特開２００８−２６８９４６号公報

特許文献１、特許文献２の光学系は、小型でありながら、多画素化に対応した高い解像力を得るために色収差が良好に補正されているが、画角が大きいとは言い難い。具体的には、これらの光学系の半画角は３３°以下である。上記の特許文献の光学系において画角を広げようとすると、諸収差、特にコマ収差が大きくなる。そのため、特許文献の光学系では、小型でありながら高解像力な光学系を実現するのは難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学系の全長を短く保ち、広画角で、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。また、比較的小さいＦナンバーの光学系でありながら、球面収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像光学系は、物体側より順に、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、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、を有し、第１レンズは、両凸形状であり、第２レンズは、像側面が像側に凹面を向けた形状であり、第３レンズは、少なくとも像側面が像側に凸面を向けた形状であって、最も物体側に絞りが配置され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．９＜ｆ₁／ｆ （１）
但し、
ｆ₁は第１レンズの焦点距離、
ｆは撮像光学系全系の焦点距離、
である。

また、本発明の撮像装置は、上記の撮像光学系と撮像素子を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光学系の全長を短く保ち、広画角で、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。また、比較的小さいＦナンバーの光学系でありながら、球面収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例１にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す図である。 本発明の実施例２にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例２にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す図である。 本発明の実施例３にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例３にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す図である。 本発明による光学系を組み込んだデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図である。 デジタルカメラ４０の後方斜視図である。 デジタルカメラ４０の光学構成を示す断面図である。 本発明の光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコン３００のカバーを開いた状態の前方斜視図である。 パソコン３００の撮影光学系３０３の断面図である。 パソコン３００の側面図である。 本発明の光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である携帯電話を示す図であり、（ａ）は携帯電話４００の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。

実施形態の撮像光学系について説明する。本実施形態の撮像光学系は、物体側より順に、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、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、を有し、第１レンズは、両凸形状であり、第２レンズは、像側面が像側に凹面を向けた形状であり、第３レンズは、少なくとも像側面が像側に凸面を向けた形状であって、最も物体側に絞りが配置され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．９＜ｆ₁／ｆ （１）
但し、
ｆ₁は第１レンズの焦点距離、
ｆは撮像光学系全系の焦点距離、
である。

本実施形態の撮像光学系では、屈折力配置が、物体側から順に正・負・正・負となっている。このような屈折力配置を採用することで、撮像光学系の主点の位置を物体側に位置させることができる。その結果、撮像光学系全系の焦点距離に対して、光学系の全長を十分に短くすることが可能となるので、光学系の全長の短縮が実現できる。

また、本実施形態の撮像光学系では、第１レンズは、両凸形状であり、第２レンズは、像側面が像側に凹面を向けた形状であり、第３レンズは、少なくとも像側面が像側に凸面を向けた形状である。

また、本実施形態の撮像光学系では、最も物体側に絞りを配置することで、射出瞳を像面から離すことができる。これにより、軸外主光線の光軸に対する角度を小さくすることができる。その結果、光学系をテレセントリックな状態に近づけつつ、光学系全長の短縮化と、撮像素子周辺部の感度低下を回避することが可能となる。

さらに、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式（１）を満足する。
０．９＜ｆ₁／ｆ （１）
但し、
ｆ₁は第１レンズの焦点距離、
ｆは撮像光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（１）は、光学系の全長を短くし、Ｆナンバーを小さくしたときに発生しやすい球面収差を良好に補正するのに好ましい条件式である。

条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズの焦点距離が短く（屈折力が大きく）なってしまう。第１レンズではマージナル光線の光線高が高いので、第１レンズの屈折力が大きくなると、諸収差、特に球面収差が大きく発生してしまう。また、撮像光学系全体の屈折力が第１レンズに集中するため、第１レンズの製造時の誤差に対する感度が高くなってしまう。

ここで、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満足することが好ましい。
１．２＜ｆ₁／ｆ （１’）
また、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’’）を満足することがより好ましい。
１．９＜ｆ₁／ｆ （１’’）

また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
２．４ｍｍ＜ｆ₁₂＜９．２ｍｍ （２）
但し、
ｆ₁₂は第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
である。

条件式（２）は、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離に関するもので、光学系を広画角にするのに好ましい条件式である。

条件式（２）の下限値を下回ると、コマ収差やメリジオナル面での像面湾曲の補正が困難になる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、入射瞳位置を物体側へ位置させることが困難になる。その結果、光学系の画角が小さくなってしまう。

ここで、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満足することが好ましい。
３．７ｍｍ＜ｆ₁₂＜６．５ｍｍ （２’）
また、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’’）を満足することがより好ましい。
４．０ｍｍ＜ｆ₁₂＜５．５ｍｍ （２’’）

また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
−０．９＜（ｒ_1o＋ｒ_1i）／（ｒ_1o−ｒ_1i）＜−０．２ （３）
但し、
ｒ_1oは第１レンズの物体側面の近軸曲率半径、
ｒ_1iは第１レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（３）は、第１レンズの面形状に関する条件式である。

条件式（３）の下限値を下回ると、第１レンズの物体側面の近軸曲率半径が小さくなる。この場合、物体側面に入射する光線の角度が大きくなるので、コマ収差の補正が困難になる。

一方、条件式（３）の上限値を上回ると、第１レンズの物体側面の近軸曲率半径は大きくなり、像側面の近軸極率半径は小さくなってしまう。この場合、光学系全体の主点位置を物体側に位置させることが困難になる。そのため、光学系の全長を短くすることが難しい。

ここで、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足することが好ましい。
−０．６＜（ｒ_1o＋ｒ_1i）／（ｒ_1o−ｒ_1i）＜−０．３ （３’）
また、条件式（２）に代えて、以下の条件式（３’’）を満足することがより好ましい。
−０．５＜（ｒ_1o＋ｒ_1i）／（ｒ_1o−ｒ_1i）＜−０．３５ （３’’）

また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式（４）を満足することを特徴とすることが好ましい。
０．５＜（ｒ_2o＋ｒ_2i）／（ｒ_2o−ｒ_2i）＜１．７ （４）
但し、
ｒ_2oは第２レンズの物体側面の近軸曲率半径、
ｒ_2iは第２レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（４）は、第２レンズの面形状に関する条件式である。

条件式（４）の下限値を下回ると、第２レンズの像側面の近軸曲率半径が大きくなる。この場合、第２レンズから出射する光線の角度を大きくすることができないため、光学系の全長の短縮化が困難になる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、第２レンズの物体側面の近軸曲率半径は大きくなるので、軸上色収差の補正が困難になる。

ここで、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足することが好ましい。
０．８＜（ｒ_2o＋ｒ_2i）／（ｒ_2o−ｒ_2i）＜１．１ （４’）
また、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’’）を満足することがより好ましい。
０．８５＜（ｒ_2o＋ｒ_2i）／（ｒ_2o−ｒ_2i）＜１．０ （４’’）

また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
２．０＜ｒ_3o／ｒ_3i＜８．０ （５）
但し、
ｒ_3oは第３レンズの物体側面の近軸曲率半径、
ｒ_3iは第３レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（５）は、第３レンズの物体側面の近軸曲率半径と像側面の近軸曲率半径の比を取ったもので、物体側面と像側面の屈折力の配分を規定するものである。この条件式（５）は、光学系の全長を短くしつつ、像面湾曲を良好に補正するのに好ましい条件である。

条件式（５）の下限値を下回ると、第３レンズの物体側面の近軸曲率半径が小さく（屈折力が大きく）なりすぎる。そのため、像面湾曲の補正が困難になる。一方、条件式（５）の上限値を上回ると、第３レンズの物体側の近軸曲率半径が大きく（屈折力が小さく）なりすぎる。そのため、光学系の全長の短縮が困難になる。

ここで、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満足することが好ましい。
２．５＜ｒ_3o／ｒ_3i＜６．０ （５’）
また、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’’）を満足することがより好ましい。
３．０＜ｒ_3o／ｒ_3i＜５．０ （５’’）

また、本実施形態の撮像光学系は、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズは、いずれも樹脂により形成されていることが好ましい。このようにすることで、撮像光学系を安価に提供することができる。

また、本実施形態の撮像装置は、上記の撮像光学系と撮像素子を備えることを特徴とする。光学系の全長を短く保ち、広画角で、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された撮像装置を提供することができる。また、比較的小さいＦナンバーの光学系でありながら、球面収差が良好に補正された撮像装置を提供することができる。

また、本実施形態の撮像装置は、撮像光学系と撮像素子が一体化していることが好ましい。撮像光学系と撮像素子を一体化させることで、撮像光学系による光学像を電気信号化することができる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択することで、小型且つ高性能な撮像装置を提供できる。

また、本実施形態の撮像装置は、撮像光学系がオートフォーカス機構と一体化していることが好ましい。オートフォーカス機構を一体化させることで、あらゆる被写体距離において、合焦することができる。

以下に、撮像光学系及び撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、屈折力の正負は、近軸曲率半径に基づく。また、絞り（実施例では開口絞り）は最も物体側に位置している。ここで、絞りは第１レンズの像側面よりも物体側、より具体的には、第１レンズの物体側面と像側面の間に位置している。このような絞りの位置も、「最も物体側に絞りを配置する」に含まれるものとする。

次に、実施例１にかかる撮像光学系について説明する。図１は実施例１にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。

図２は実施例１にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における収差図であって、”ＦＩＹ”は像高である。なお、収差図における記号は、後述の実施例においても共通である。

また、これらの収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例１の撮像光学系は、図１に示すように、物体側より順に、開口絞りＳと、正屈折力の第１レンズＬ１と、負屈折力の第２レンズＬ２と、正屈折力の第３レンズＬ３と、正屈折力の第４レンズＬ４と、を有している。なお、以下全ての実施例において、レンズ断面中、ＣＧはカバーガラス、Ｉは撮像素子の撮像面を示している。

第１レンズＬ１は両凸正レンズである。第２レンズＬ２は、両凹負レンズである。第３レンズは像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第４レンズＬ４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。

第１レンズＬ１は両凸形状である。また、第２レンズＬ２は、像側のレンズ面が像側に凹面を向けた形状である。また、第３レンズＬ３は、像側のレンズ面が像側に凸面を向けた形状である。また、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４は、いずれも樹脂により形成されている。

非球面は、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４の全てのレンズの両面に設けられている。

次に、実施例２にかかる撮像光学系について説明する。図３は実施例２にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。また、図４は実施例２にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における収差図である。

実施例２の撮像光学系は、図３に示すように、物体側より順に、開口絞りＳと、正屈折力の第１レンズＬ１と、負屈折力の第２レンズＬ２と、正屈折力の第３レンズＬ３と、正屈折力の第４レンズＬ４と、を有している。

第１レンズＬ１は両凸正レンズである。第２レンズＬ２は、両凹負レンズである。第３レンズは像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第４レンズＬ４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。

第１レンズＬ１は両凸形状である。また、第２レンズＬ２は、像側のレンズ面が像側に凹面を向けた形状である。また、第３レンズＬ３は、像側のレンズ面が像側に凸面を向けた形状である。また、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４は、いずれも樹脂により形成されている。

非球面は、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４の全てのレンズの両面に設けられている。

次に、実施例３にかかる撮像光学系について説明する。図５は実施例３にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。また、図６は実施例３にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における収差図である。

実施例３の撮像光学系は、図５に示すように、物体側より順に、開口絞りＳと、正屈折力の第１レンズＬ１と、負屈折力の第２レンズＬ２と、正屈折力の第３レンズＬ３と、正屈折力の第４レンズＬ４と、を有している。

第１レンズＬ１は両凸正レンズである。第２レンズＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。第３レンズは像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第４レンズＬ４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。

第１レンズＬ１は両凸形状である。また、第２レンズＬ２は、像側のレンズ面が像側に凹面を向けた形状である。また、第３レンズＬ３は、像側のレンズ面が像側に凸面を向けた形状である。また、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４は、いずれも樹脂により形成されている。

非球面は、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４の全てのレンズの両面に設けられている。

次に、上記各実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを掲げる。なお、各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、…は各レンズの肉厚または空気間隔、ｎｄ１、ｎｄ２、…は各レンズのｄ線での屈折率、νｄ１、νｄ２、…は各レンズのアッべ数、＊印は非球面、焦点距離は結像光学系全系の焦点距離、ｆｂはバックフォーカスを示している。また、全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。ｆｂ（バックフォーカス）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。

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
また、ｅは１０のべき乗を表している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1（絞り） ∞ -0.09
2* 2.010 0.73 1.53048 55.71
3* -5.281 0.07
4* -65.243 0.29 1.63415 23.96
5* 3.951 0.41
6* -3.315 0.73 1.53048 55.71
7* -0.785 0.15
8* 77.011 0.56 1.53048 55.71
9* 0.911 0.69
10 ∞ 0.30 1.51633 64.14
11 ∞ 0.20
像面 ∞

非球面データ
第２面
k=-0.535
A4=-4.96626e-02,A6=1.18041e-01,A8=-7.02397e-01,A10=1.52056e+00,A12=-1.47391e+00
第３面
k=-14.994
A4=-3.78236e-01,A6=4.01220e-01,A8=1.48936e-01,A10=-7.71833e-01,A12=3.81019e-01
第４面
k=600.009
A4=-3.65299e-01,A6=3.18357e-01,A8=4.59328e-01,A10=-8.32873e-01,A12=3.81838e-01
第５面
k=-7.367
A4=-2.52226e-03,A6=-1.23429e-01,A8=3.40938e-01,A10=-3.39698e-01,A12=1.46071e-01
第６面
k=-3.374
A4=1.56848e-02,A6=8.59184e-02,A8=-2.82576e-01,A10=2.61161e-01,A12=-1.32553e-01
第７面
k=-3.080
A4=-1.35188e-01,A6=2.00467e-01,A8=-2.56587e-01,A10=1.63897e-01,A12=-3.78814e-02
第８面
k=-484.059
A4=-1.65248e-02,A6=-7.64057e-02,A8=4.52041e-02,A10=-9.59837e-03,A12=7.38350e-04,
A14=1.68384e-06
第９面
k=-5.612
A4=-6.25306e-02,A6=1.72608e-02,A8=-4.60407e-03,A10=5.41991e-04,A12=-3.96526e-05,
A14=2.26417e-06

半画角 77.4
焦点距離 2.98
fb (in air) 1.09
全長 (in air) 4.03

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1（絞り） ∞ -0.08
2* 2.060 0.72 1.53048 55.71
3* -5.059 0.07
4* -81.306 0.29 1.63415 23.96
5* 3.733 0.41
6* -3.376 0.73 1.53048 55.71
7* -0.792 0.16
8* 22.199 0.54 1.53048 55.71
9* 0.922 0.73
10 ∞ 0.30 1.51633 64.14
11 ∞ 0.20
像面 ∞

非球面データ
第２面
k=-0.502
A4=-4.92101e-02,A6=1.04726e-01,A8=-7.28218e-01,A10=1.51279e+00,A12=-1.41668e+00
第３面
k=-6.822
A4=-3.83845e-01,A6=4.03800e-01,A8=1.23798e-01,A10=-8.19376e-01,A12=3.99327e-01
第４面
k=600.283
A4=-3.66039e-01,A6=3.08151e-01,A8=4.65487e-01,A10=-8.25242e-01,A12=3.51559e-01
第５面
k=-8.086
A4=-1.01925e-03,A6=-1.09544e-01,A8=3.47752e-01,A10=-3.43013e-01,A12=1.41171e-01
第６面
k=-2.479
A4=1.38070e-02,A6=8.36183e-02,A8=-2.77508e-01,A10=2.69411e-01,A12=-1.27419e-01
第７面
k=-3.164
A4=-1.47836e-01,A6=2.01287e-01,A8=-2.55000e-01,A10=1.64134e-01,A12=-3.80057e-02
第８面
k=-95.838
A4=-1.63747e-02,A6=-7.64721e-02,A8=4.51689e-02,A10=-9.60983e-03,A12=7.35634e-04,
A14=9.73765e-07
第９面
k=-5.412
A4=-6.12020e-02,A6=1.71576e-02,A8=-4.66505e-03,A10=5.34481e-04,A12=-3.95340e-05,
A14=2.56067e-06

半画角 77.4
焦点距離 2.98
fb (in air) 1.13
全長 (in air) 4.04

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1（絞り） ∞ -0.08
2* 2.047 0.69 1.53048 55.71
3* -5.055 0.07
4* 276.963 0.29 1.63415 23.96
5* 3.548 0.43
6* -3.202 0.67 1.53048 55.71
7* -0.780 0.17
8* 22.445 0.52 1.53048 55.71
9* 0.895 0.71
10 ∞ 0.30 1.51633 64.14
11 ∞ 0.20
像面 ∞

非球面データ
第２面
k=-0.588
A4=-5.04076e-02,A6=9.75853e-02,A8=-7.39906e-01,A10=1.47729e+00,A12=-1.37301e+00
第３面
k=-2.368
A4=-3.87571e-01,A6=4.02763e-01,A8=1.16895e-01,A10=-8.18779e-01,A12=5.54961e-01
第４面
k=-600.013
A4=-3.63604e-01,A6=3.11746e-01,A8=4.88576e-01,A10=-7.81590e-01,A12=3.78510e-01
第５面
k=-8.695
A4=-3.52627e-04,A6=-1.00398e-01,A8=3.60016e-01,A10=-3.32795e-01,A12=1.42762e-01
第６面
k=-2.634
A4=1.41051e-02,A6=8.27404e-02,A8=-2.77046e-01,A10=2.70587e-01,A12=-1.26407e-01
第７面
k=-3.247
A4=-1.48572e-01,A6=2.03044e-01,A8=-2.53803e-01,A10=1.63841e-01,A12=-3.88678e-02
第８面
k=-268.707
A4=-1.91158e-02,A6=-7.65146e-02,A8=4.53976e-02,A10=-9.54247e-03,A12=7.42199e-04,
A14=-5.01033e-06
第９面
k=-5.539
A4=-6.35676e-02,A6=1.70837e-02,A8=-4.67532e-03,A10=5.35311e-04,A12=-4.04026e-05,
A14=3.35478e-06

半画角 77.4
焦点距離 2.99
fb (in air) 1.13
全長 (in air) 3.98

次に、各実施例における条件式（１）〜（５）の値を掲げる。
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３
(1) f₁/f 0.95 0.96 0.95
(2) f₁₂ 4.61 4.80 4.72
(3) (r_1o+r_1i)/(r_1o-r_1i) -0.45 -0.42 -0.42
(4) (r_2o+r_2i)/(r_2o-r_2i) 0.89 0.91 1.03
(5) r_3o/r_3i 4.22 4.26 4.11

さて、以上のような本発明の結像（撮像）光学系は、物体の像をＣＣＤやＣＭＯＳなどの電子撮像素子で撮影する撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、携帯端末、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。

図７〜図９に本発明による結像光学系をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図７はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図８は同後方斜視図、図９はデジタルカメラ４０の光学構成を示す断面図である。

デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含む。そして、撮影者が、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１の撮像光学系４８を通して撮影が行われる。

撮影光学系４１によって形成された物体像は、ＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、画像処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この画像処理手段５１にはメモリ等が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、このメモリは画像処理手段５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路４４上には、ファインダー用対物光学系５３が配置されている。このファインダー用対物光学系５３は、カバーレンズ５４、第１プリズム１０、開口絞り２、第２プリズム２０、フォーカス用レンズ６６からなる。このファインダー用対物光学系５３によって、結像面６７上に物体像が形成される。この物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポロプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。

このように構成されたデジタルカメラ４０によれば、撮影光学系４１の構成枚数を少なくした小型化・薄型化の撮像光学系を有する電子撮像装置が実現できる。なお、本発明は、上述した沈胴式のデジタルカメラに限られず、屈曲光学系を採用する折り曲げ式のデジタルカメラにも適用できる。
また、撮影光学系４１に一体化されたオートフォーカス機構５００を備えている。オートフォーカス機構５００を搭載することによって、あらゆる被写体距離において合焦することができる。

また、撮影光学系４１と電子撮像素子チップ（電子撮像素子）とを一体化したことが望ましい。
電子撮像素子を一体化することで、撮像光学系による光学像を電気信号化することがでる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択し、小型且つ高性能なデジタルカメラ（撮像装置）を提供できる。

次に、本発明の撮像光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンを図１０〜図１２に示す。図１０はパソコン３００のカバーを開いた状態の前方斜視図、図１１はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１２は図１０の側面図である。図１０〜図１２に示されるように、パソコン３００は、キーボード３０１と、情報処理手段や記録手段と、モニター３０２と、撮影光学系３０３とを有している。

ここで、キーボード３０１は、外部から操作者が情報を入力するためのものである。情報処理手段や記録手段は、図示を省略している。モニター３０２は、情報を操作者に表示するためのものである。撮影光学系３０３は、操作者自身や周辺の像を撮影するためのものである。モニター３０２は、液晶表示素子やＣＲＴディスプレイ等であってよい。液晶表示素子としては、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子がある。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。

この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、例えば実施例１の撮像光学系からなる対物光学系１００と、像を受光する電子撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。

鏡枠の先端には、対物光学系１００を保護するためのカバーガラス１０２が配置されている。
電子撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力される。そして、最終的に、物体像は電子画像としてモニター３０２に表示される。図１０には、その一例として、操作者が撮影した画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。遠隔地への画像伝達は、インターネットや電話を利用する。
また、対物光学系１００（撮像光学系）に一体化されたオートフォーカス機構５００を備えている。オートフォーカス機構５００を搭載することによって、あらゆる被写体距離において合焦することができる。

また、対物光学系１００（撮像光学系）と電子撮像素子チップ１６２（電子撮像素子）とを一体化したことが望ましい。
電子撮像素子を一体化することで、撮像光学系による光学像を電気信号化することがでる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択し、小型且つ高性能なパソコン（撮像装置）を提供できる。

次に、本発明の撮像光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話を図１５に示す。図１３（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１３（ｂ）は側面図、図１３（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、マイク部４０１と、スピーカ部４０２と、プッシュボタン４０３と、モニター４０４と、撮影光学系４０５と、アンテナ４０６と、処理手段とを有している。

ここで、マイク部４０１は、操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部４０２は、通話相手の声を出力するためのものである。プッシュボタン４０３は、操作者が情報を入力するためのものである。モニター４０４は、操作者自身や通話相手等の撮影像や、電話番号等の情報を表示するためのものである。アンテナ４０６は、通信電波の送信と受信を行うためのものである。処理手段（不図示）は、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行うためのものである。

ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配された対物光学系１００と、物体像を受光する電子撮像素子チップ１６２とを有している。対物光学系１００としては、例えば実施例１の撮像光学系が用いられる。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。

鏡枠の先端には、対物光学系１００を保護するためのカバーガラス１０２が配置されている。
電子撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない画像処理手段に入力される。そして、最終的に物体像は、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、処理手段には信号処理機能が含まれている。通信相手に画像を送信する場合、この機能により、電子撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する。
また、対物光学系１００（撮像光学系）に一体化されたオートフォーカス機構５００を備えている。オートフォーカス機構５００を搭載することによって、あらゆる被写体距離において合焦することができる。

また、対物光学系１００（撮像光学系）と電子撮像素子チップ１６２（電子撮像素子）とを一体化することが望ましい。
電子撮像素子を一体化することで、撮像光学系による光学像を電気信号化することがでる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択し、小型且つ高性能な携帯電話（撮像装置）を提供できる。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明は、光学系の全長を短く保ち、広画角で、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置に適している。また、比較的小さいＦナンバーの光学系でありながら、球面収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置に適している。

Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
ＣＧ カバーガラス
Ｉ 撮像面
Ｓ 開口絞り
４０ デジタルカメラ
４１ 撮影光学系
４２ 撮影用光路
４３ ファインダー光学系
４４ ファインダー用光路
４５ シャッター
４６ フラッシュ
４７ 液晶表示モニター
４８ レンズ
４９ ＣＣＤ
５０ 撮像面
５１ 処理手段
５３ ファインダー用対物光学系
５５ ポロプリズム
５７ 視野枠
５９ 接眼光学系
６６ フォーカス用レンズ
６７ 結像面
１００ 対物光学系
１０２ カバーガラス
１６２ 電子撮像素子チップ
１６６ 端子
３００ パソコン
３０１ キーボード
３０２ モニター
３０３ 撮影光学系
３０４ 撮影光路
３０５ 画像
４００ 携帯電話
４０１ マイク部
４０２ スピーカ部
４０３ プッシュボタン
４０４ モニター
４０５ 撮影光学系
４０６ アンテナ
４０７ 撮影光路
５００ オートフォーカス機構

Claims (9)

1. 物体側より順に、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、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、を有し、
   前記第１レンズは、両凸形状であり、
   前記第２レンズは、像側面が像側に凹面を向けた形状であり、
   前記第３レンズは、少なくとも像側面が像側に凸面を向けた形状であって、
   最も物体側に絞りが配置され、
   以下の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像光学系。
   ０．９＜ｆ₁／ｆ （１）
   但し、
   ｆ₁は前記第１レンズの焦点距離、
   ｆは前記撮像光学系全系の焦点距離、
   である。
2. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
   ２．４ｍｍ＜ｆ₁₂＜９．２ｍｍ （２）
   但し、
   ｆ₁₂は前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点距離、
   である。
3. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像光学系。
   −０．９＜（ｒ_1o＋ｒ_1i）／（ｒ_1o−ｒ_1i）＜−０．２ （３）
   但し、
   ｒ_1oは前記第１レンズの物体側面の近軸曲率半径、
   ｒ_1iは前記第１レンズの像側面の近軸曲率半径、
   である。
4. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
   ０．５＜（ｒ_2o＋ｒ_2i）／（ｒ_2o−ｒ_2i）＜１．７ （４）
   但し、
   ｒ_2oは前記第２レンズの物体側面の近軸曲率半径、
   ｒ_2iは前記第２レンズの像側面の近軸曲率半径、
   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から請求項４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
   ２．０＜ｒ_3o／ｒ_3i＜８．０ （５）
   但し、
   ｒ_3oは前記第３レンズの物体側面の近軸曲率半径、
   ｒ_3iは前記第３レンズの像側面の近軸曲率半径、
   である。
6. 前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズは、いずれも樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像光学系。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像光学系と、撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 前記撮像光学系と前記撮像素子が一体化していることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記撮像光学系がオートフォーカス機構と一体化していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の撮像装置。

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