JP2022108599A - 光学系および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型かつ低コストで高い光学性能を有する広角な光学系を提供する。【解決手段】物体側から像側へ順に配置された第１ユニット（Ｌ１）と第２ユニット（Ｌ２）からなる光学系（１ａ）であって、第１ユニットは、第１基板（Ｌ１１）と、第１基板の像側に配置された負のパワーの第１レンズ（Ｌ１２）とを有し、第２ユニットは、第２基板（Ｌ２１）と、第２基板の像側に配置された正のパワーの第２レンズ（Ｌ２２）とを有し、第２レンズの光軸上でのパワーの絶対値は、第１レンズの光軸上でのパワーの絶対値よりも大きく、第１レンズの像側の面は非球面（Ｓ１）であり、第１レンズの非球面において、有効領域の最外周部でのパワーは、光軸上でのパワーよりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、光学系および撮像装置に関する。
従来、低コストで小型の光学系を製造する方法として、ウエハレベルオプティクスと呼ばれる技術が知られている。特許文献１には、ウエハレベルオプティクスにより製造された３面のレンズ面からなる光学系が開示されている。特許文献２には、２面のレンズ面からなる光学系が開示されている。
米国特許第９７９８１１５号明細書 国際公開第２０１８／２２０９３７号
しかしながら、特許文献１に開示された光学系は、３面のレンズ面から構成されているため、製造工程が多く製造コストが高い。特許文献２に開示された光学系は、全長が長いため小型化が困難である。また特許文献２の光学系の製造工程では、ウエハプロセスを用いていない工程があるため、光学系を低コストで製造することができない。また、内視鏡用や携帯電話用の小型の光学系としては、高い光学性能を有する広角な光学系が望まれている。
そこで本発明は、小型かつ低コストで高い光学性能を有する広角な光学系および撮像装置を提供することを目的としている。
本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側へ順に配置された第１ユニットと第２ユニットとを有する光学系であって、前記第１ユニットは、第１基板と、該第１基板の像側に配置された負のパワーの第１レンズからなり、前記第２ユニットは、第２基板と、該第２基板の像側に配置された正のパワーの第２レンズとを有し、前記第２レンズの光軸上でのパワーの絶対値は、前記第１レンズの光軸上でのパワーの絶対値よりも大きく、前記第１レンズの像側の面は非球面であり、前記第１レンズの前記非球面において、有効領域の最外周部でのパワーは、光軸上でのパワーよりも小さい。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
本発明によれば、小型かつ低コストで高い光学性能を有する広角な光学系および撮像装置を提供することができる。
実施例１における光学系の断面図である。 実施例１における光学系の収差図である。 実施例２における光学系の断面図である。 実施例２における光学系の収差図である。 実施例３における光学系の断面図である。 実施例３における光学系の収差図である。 実施例４における光学系の断面図である。 実施例４における光学系の収差図である。 実施例５における光学系の断面図である。 実施例５における光学系の収差図である。 実施例６における光学系の断面図である。 実施例６における光学系の収差図である。 実施例７における光学系の断面図である。 実施例７における光学系の収差図である。 実施例８における電子機器の要部概略図である。 実施例９における撮像装置の要部概略図である。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
各実施例の光学系は、ウエハレベルオプティクスと呼ばれる技術を用いて得られる小型な光学系である。このような光学系はウエハレベルレンズと呼ばれ、ウエハレベルレンズを撮像光学系として用いた撮像装置は、ウエハレベルカメラと呼ばれる。各実施例の光学系は、小型かつ低コストであるという特徴から、携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル端末などの電子機器の組み込み用カメラの光学系や、内視鏡の対物光学系として適して用いられる。
図１、図３、図５、図７、図９、図１１、および図１３はそれぞれ、実施例１～７の光学系１ａ～１ｇの断面図である。各断面図において、左方が物体側（前方）、右方が像側（後方）である。ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。像面ＩＰには、撮像装置におけるＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子の撮像面や、銀塩フィルムカメラのフィルム面に相当する感光面が配置される。
図２、図４、図６、図８、図１０、図１２および図１４はそれぞれ、実施例１～７の光学系１ａ～１ｇの収差図である。球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーであり、球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に対する球面収差量をそれぞれ示す。非点収差図において、ΔＳはサジタル像面における非点収差量（実線）、ΔＭはメリディオナル像面における非点収差量（破線）を示す。歪曲収差図において、ｄ線に対する歪曲収差量を示す。倍率色収差図において、ｇ線における色収差量を示す。Ｙは像高（最大像高）である。
各実施例の光学系は、物体側から像側へ順に配置された第１ユニットＬ１と第２ユニットＬ２とを有する。第１ユニットＬ１は、第１基板Ｌ１１と、第１基板Ｌ１１の像側に配置された負のパワーの第１レンズＬ１２とを有する。第２ユニットＬ２は、第２基板Ｌ２１と、第２基板Ｌ２１の像側に配置された正のパワーの第２レンズＬ２２とを有する。第１ユニットＬ１よりも像側に開口絞りＳＰが配置されている。第２レンズＬ２２の光軸ＯＡ上のパワーの絶対値は、第１レンズＬ１２の光軸上でのパワーの絶対値よりも大きい。第１レンズＬ１２の像側の面は非球面Ｓ１である。第１レンズＬ１２の非球面Ｓ１において、周辺部（有効径の最外周部）のパワーは、中心部（光軸上）のパワーよりも小さい。なお、ここでの有効径（有効領域）とは、光学面において結像に寄与する有効光線が通過する径（領域）ことを示す。
また各実施例の光学系は、第２ユニットＬ２の像側に配置されたカバーガラス５０を有する。カバーガラス５０は、イメージセンサ（撮像素子）や第２レンズＬ２２を保護するために配置されている。
第１基板Ｌ１１は平面基板、第１レンズＬ１２は平凹レンズである。第１レンズＬ１２は、第１基板Ｌ１１上に密着して配置されている。第２基板Ｌ２１は平面基板、第２レンズＬ２２は平凸レンズである。第２レンズＬ２２は、第２基板Ｌ２１上に密着して配置されている。
各実施例では、小型で低コストな光学系を実現するため、第１ユニットＬ１および第２ユニットＬ２をウエハレベルプロセスで製造する。すなわち第１ユニットＬ１および第２ユニットＬ２はそれぞれ、ガラス材料からなるウエハ（平面基板）上に硬化性樹脂材料からなるレンズ層を形成することで製造される。第２ユニットＬ２においては、第２基板Ｌ２１の物体側に、同様のウエハプロセスで開口絞りＳＰを形成する。ウエハレベルプロセスで製造した第１ユニットＬ１と第２ユニットＬ２、およびカバーガラス５０やイメージセンサを所望の間隔をあけてそれぞれ配置し、有効径の外部などで接着した後に切断することで、多数のウエハレベルレンズを製造することができる。
レンズ層を形成する材料は硬化性樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂でも紫外線硬化型樹脂でも構わない。一例として、アクリル樹脂やシリコーン樹脂、シクロオレフィンポリマーなどがある。なお各実施例において、第１基板Ｌ１１および第２基板Ｌ２１はそれぞれガラスからなり、第１レンズＬ１２および第２レンズＬ２２はそれぞれ樹脂からなるが、これに限定されるものではない。第１基板Ｌ１１と第１レンズＬ１２との屈折率が互いに異なっていれば、例えば第１基板Ｌ１１と第１レンズＬ１２の両方を樹脂で形成してもよい。この点は、第２ユニットＬ２に関しても同様である。
開口絞りＳＰは、例えばクロムなどの遮光膜を、マスクを用いて蒸着することや、蒸着後にエッチングにより開口部を形成することで、第２基板Ｌ２１上に形成することができる。
各実施例において、カバーガラス５０は一体のガラス基板であるが、これに限定されるものではない。例えば、カバーガラスを２枚に分割して、一方を第２レンズＬ２２側とウエハプロセスで周辺部を接着しウエハレンズ部とし、他方をイメージセンサのカバーガラスとしてセンサ部を製造した後、ウエハレンズ部とセンサ部とを互いの平面上で接着してもよい。
各実施例において、第１レンズＬ１２の中心部のパワーをＰ１、第２レンズの中心部のパワーをＰ２とするとき、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
１．１０＜｜Ｐ２／Ｐ１｜＜８．００ ・・・（１）
ここで、各レンズのパワーＰは、各レンズの物体側の面と像側の面の屈折率差をΔＮ、各レンズの光軸上での曲率半径をＲとするとき、Ｐ＝ΔＮ／Ｒで与えられる。
条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズＬ１２のパワーが大きくなり、第１レンズＬ１と開口絞りＳＰとの間隔が長くなり、最物体側の面の有効径が大きくなってしまう。一方、条件式（１）の上限を上回ると、第２レンズＬ２２のパワーが大きくなり、像面湾曲などの諸収差が増大するとともに、レンズの曲率が大きくなり製造の難易度が高くなる。
より好ましくは、条件式（１）の数値範囲は、以下の条件式（１ａ）のように設定される。
１．１５＜｜Ｐ２／Ｐ１｜＜７．００ ・・・（１ａ）
更に好ましくは、条件式（１）の数値範囲は、以下の条件式（１ｂ）のように設定される。
１．２０＜｜Ｐ２／Ｐ１｜＜６．００ ・・・（１ｂ）
また各実施例において、第１レンズの、周辺部に対する中心部のパワー比をＲｐ１とするとき、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１．５０＜｜Ｒｐ１｜＜２０．００ ・・・（２）
ここで、第１レンズＬ１２の周辺部に対する中心部のパワー比ｒｐ１は、以下の式（３）で計算される。
ｒｐ１＝Ｒ１ｅ／Ｒ１ ・・・（３）
式（３）において、Ｒ１は第１レンズＬ１２の像側の非球面Ｓ１の中心部の曲率半径、Ｒ１ｅは第１レンズＬ１２の像側の非球面Ｓ１の周辺部の曲率半径である。
各実施例における非球面の形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量とし、ｈを光軸に直交する方向の光軸からの高さとし、ｒを近軸曲率半径とし、ｋを円錐定数とし、Ａｉ：（ｉ＝４，６，８…）を各次数の非球面係数とするとき、以下の式（ａ）で表される。
Figure 2022108599000002
光軸方向の高さｈにおける、非球面形状の傾きは、式（ａ）の微分から計算することができる。式（ａ）式の微分は、以下の式（ｂ）で表される。
Figure 2022108599000003
光軸方向の高さｈにおける局所的な曲率半径Ｒｅは、式（ｂ）の円錐係数ｋと各次数の非球面係数Ａｉを０として、以下の式（ｃ）から求めることができる。
Figure 2022108599000004
条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズＬ１２の非球面効果が小さくなり、軸外光における諸収差（像面湾曲や歪曲）の低減が困難となる。一方、条件式（２）の上限を上回ると、第１レンズＬ１２の中心部のパワーが強くなり、最物体側の面の有効径が大きくなり、光学系が大きくなってしまう。
好ましくは、条件式（２）の数値範囲は、以下の条件式（２ａ）のように設定される。
１．７０＜｜ｒｐ１｜＜１５．００ ・・・（２ａ）
より好ましくは、条件式（２）の数値範囲は、以下の条件式（２ｂ）のように設定される。
１．９０＜｜ｒｐ１｜＜１２．００ ・・・（２ｂ）
各実施例において、第２レンズＬ２２の像側の面を非球面Ｓ２とし、第２レンズＬ２２の非球面Ｓ２の中心部のパワーよりも周辺部のパワーを小さくすることで、更に良好に収差を補正することができる。
具体的には、第２レンズＬ２２の周辺部に対する中心部のパワー比をｒｐ２とするとき、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
１．２５＜｜ｒｐ２｜＜１０．００ ・・・（４）
ここで、第２レンズＬ２２の周辺部に対する中心部のパワー比ｒｐ２は、以下の式（５）で計算される。
ｒｐ２＝Ｒ２ｅ／Ｒ２ ・・・（５）
式（５）において、Ｒ２は第２レンズＬ２２の像側の非球面の中心部の曲率半径、Ｒ２ｅは第２レンズＬ２２の像側の非球面の周辺部の曲率半径であり、前述の式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様に算出される。
より好ましくは、条件式（４）の数値範囲は、以下の条件式（４ａ）のように設定される。
１．３０＜｜ｒｐ２｜＜５．００ ・・・（４ａ）
更に好ましくは、条件式（４）の数値範囲は、以下の条件式（４ｂ）のように設定される。
１．３０＜｜ｒｐ２｜＜３．００ ・・・（４ｂ）
各実施例の光学系においては、開口絞りＳＰの前後にレンズ面を配置しつつ、各レンズ面のパワーを適切に設定することで、小型化と諸収差の低減を実現している。このため、第２ユニットＬ２は開口絞りＳＰを有することが好ましい。より好ましくは、開口絞りＳＰは、第２基板Ｌ２１に近接して配置されている（例えば、第２基板Ｌ２１の上に配置されている）。第２ユニットＬ２の第２基板Ｌ２１に近接して開口絞りＳＰを配置することで、ウエハプロセスで開口絞りＳＰを形成することができるため、製造容易な構成となる。なお、開口絞りＳＰの位置は、空気面に面した第２基板Ｌ２１の物体側の面でも、第２レンズＬ２２に面した第２基板Ｌ２１の像側の面のいずれに形成されていても、製造容易な構成となる。
各実施例において、好ましくは、第１レンズＬ１２の周辺部の曲率半径をＲ１ｅ、第１レンズＬ１２の像側の面から開口絞りＳＰまでの光軸上の距離をｄ１とするとき、以下の条件式（５）を満足する。
１．００＜Ｒ１ｅ／ｄ１＜３０．００ ・・・（５）
条件式（５）の下限を下回ると、第１レンズＬ１２の周辺部のパワーが大きくなる（中心部のパワーに近くなる）ため、非球面効果が弱くなり、像面湾曲などの諸収差の低減が困難となる。一方、条件式（５）の上限を上回ると、開口絞りＳＰと第１レンズＬ１２との間隔が小さくなり、軸上光束の球面収差と軸外光束の収差のバランスが良好でなくなり、諸収差の低減が困難となる。
より好ましくは、条件式（５）の数値範囲は、以下の条件式（５ａ）のように設定される。
１．１０＜Ｒ１ｅ／ｄ１＜２５．００ ・・・（５ａ）
更に好ましくは、条件式（５）の数値範囲は、以下の条件式（５ｂ）のように設定される。
１．３０＜Ｒ１ｅ／ｄ１＜２２．００ ・・・（５ｂ）
また各実施例において、第１ユニットＬ１の物体側の面から開口絞りＳＰまでの光軸上の距離をｄ０、第１レンズＬ１２の像側の面の中心部の曲率半径をＲ１とするとき、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
０．５３＜ｄ０／Ｒ１＜５．００ ・・・（６）
条件式（６）の下限を下回ると、第１レンズＬ１２のパワーが強くなるか、開口絞りＳＰまでの間隔が小さくなり、諸収差の軽減が困難となる。一方、条件式（６）の上限を上回ると、最物体側の面の有効径が大きくなり、光学系が大型化してしまう。
より好ましくは、条件式（６）の数値範囲は、以下の条件式（６ａ）のように設定される。
０．６５＜ｄ０／Ｒ１＜３．００ ・・・（６ａ）
更に好ましくは、条件式（６）の数値範囲は、以下の条件式（６ｂ）のように設定される。
０．７０＜ｄ０／Ｒ１＜２．５０ ・・・（６ｂ）
各実施例において、第１レンズＬ１２および第２レンズＬ２２はそれぞれ硬化性樹脂からなるため、製造容易な構成とすることができる。また、ウエハレベルオプティクスは、ウエハレベルレンズとイメージセンサとを接合した後にはんだ付けなどにより配線を設置するため、ある程度の高温に耐えられる樹脂が好ましい。また、各実施例の光学系を撮像光学系として用いる場合、複屈折が少ない材料を用いることが好ましい。以上より、ウエハレベルレンズに用いる樹脂材料としては、屈折率が１．５前後の材料を選択することが好ましい。
各実施例において、第１レンズＬ１２のｄ線における屈折率をＮ１とするとき、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
１．４０＜Ｎ１＜１．６５ ・・・（７）
より好ましくは、条件式（７）の数値範囲は、以下の条件式（７ａ）のように設定される。
１．４５＜Ｎ１＜１．６３ ・・・（７ａ）
また各実施例において、第２レンズＬ２２のｄ線における屈折率をＮ２とするとき、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
１．４０＜Ｎ２＜１．６５ ・・・（８）
より好ましくは、条件式（８）の数値範囲は、以下の条件式（８ａ）のように設定される。
１．４５＜Ｎ２＜１．６３ ・・・（８ａ）
条件式（７）、（８）のそれぞれの下限を下回ると、各レンズの曲率が大きくなるため、製造難易度が高くなると共に、像面湾曲の補正が困難となる。一方、条件式（７）、（８）のそれぞれの上限を上回ると、材料の分散が大きくなるため色収差の増大が許容できなくなることや、複屈折が大きくなるなどするため、好ましくない。
各実施例の光学系は、開口絞りＳＰの前後で負のパワーの第１レンズＬ１２と正のパワーの第２レンズＬ２２とで収差を打ち消す構成を有する。このため、第１レンズＬ１２と第２レンズＬ２２を共に低分散な材料をすることで、軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することができる。
各実施例において、第１レンズＬ１２のｄ線を基準としたアッベ数をν１とするとき、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
４０＜ν１＜８０ ・・・（９）
より好ましくは、条件式（９）の数値範囲は、以下の条件式（９ａ）のように設定される。
４５＜ν１＜７０ ・・・（９ａ）
また各実施例において、第２レンズＬ２２のｄ線を基準としたアッベ数をν２とするとき、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
４０＜ν２＜８０ ・・・（１０）
より好ましくは、条件式（１０）の数値範囲は、以下の条件式（１０ａ）のように設定される。
４５＜ν２＜７０ ・・・（１０ａ）
条件式（９）、（１０）のそれぞれの下限を下回ると、色収差の補正が困難となる。一方、条件式（９）、（１０）のそれぞれの上限を上回ると、屈折率が低くなり像面湾曲が増大することや、材料が高価になるため、好ましくない。
また各実施例において、第１レンズＬ１２と第２レンズＬ２２のアッベ数ν１、ν２が近い方が色収差補正のバランスが良く好ましい。具体的には、以下の条件式（１１）を満足することが好ましい。
０≦｜ν１－ν２｜＜１５ ・・・（１１）
なおｄ線を基準としたアッベ数νは、フラウンホーファ線のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）における屈折率をｎｄ、ｎＦ、ｎＣとするとき、以下の式で表される。
ν＝（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）
以下、各実施例の光学系について詳細に述べる。
まず、図１を参照して、実施例１（数値実施例１）における光学系１ａについて説明する。本実施例の光学系１ａは、物体側から像側へ順に配置された第１ユニットＬ１と第２ユニットＬ２とを有する。第１ユニットＬ１は、第１基板（平面基板）Ｌ１１と、第１基板Ｌ１１の像側に配置された負のパワーの第１レンズ（平凹レンズ）Ｌ１２とを有する。第２ユニットＬ２は、第２基板（平面基板）Ｌ２１と、第２基板Ｌ２１の像側に配置された正のパワーの第２レンズ（平凸レンズ）Ｌ２２と、第２基板Ｌ２１の物体側に配置された開口絞りＳＰとを有する。また光学系１ａは、第２ユニットＬ２の像側に配置されたカバーガラス５０を有する。カバーガラス５０は、イメージセンサ（撮像素子）や第２レンズＬ２２を保護するために配置されている。
本実施例の光学系１ａは、半画角５９°、Ｆナンバーは２．８、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系である。本実施例のように、半画角が５０°以上の広角な光学系を小型化する場合、最も物体側の面における有効径を小さくしながら、全長を短く、諸収差を制御する必要がある。最物体側の面の有効径が大きくなると、１個の光学系のサイズが大きくなってしまうため、１枚のウエハから作成できる光学系の数が少なくなり、高コストな製造方法となってしまう。
また、ウエハレベルオプティクスを内視鏡やスマートフォンなどの小型撮像装置に用いる場合、最も物体側の面をガラス材料などの、硬く、耐環境性に強い材料とすることが好ましい。また、ウエハプロセスにおいてガラス材料の表面を曲面とすることは難しいため、最も物体側の面は平面からなるガラス面とすることが好ましい。
本実施例において、第２レンズＬ２２の光軸ＯＡ上のパワーの絶対値は、第１レンズＬ１２の光軸上でのパワーの絶対値よりも大きい。また、第１レンズＬ１２の像側の面は非球面Ｓ１である。また第１レンズＬ１２の非球面Ｓ１において、周辺部（有効径の最外周部）のパワーは、中心部（光軸上）のパワーよりも小さい。このような構成により、２枚のレンズ面の簡素な構成でありながら、広角で明るく、小型な光学系を実現することができる。すなわち本実施例の光学系１ａによれば、入射角度が大きい軸外光の諸収差を良好に補正しながら、絞りと最物体側の面との間隔を小さくすることができる。その結果、最物体側の面の有効径を小さくすることが可能であり、小型な光学系を実現することができる。
図２の収差図に示されるように、本実施例の光学系１ａにおいて、小型な光学系でありながら画面周辺まで色収差や諸収差が良好に補正されている。
次に、図３を参照して、実施例２（数値実施例２）における光学系１ｂについて説明する。本実施例の光学系１ｂの基本構成は、実施例１の光学系１ａと同様である。一方、本実施例の光学系１ｂでは、第１ユニットＬ１の第１基板Ｌ１１の厚さ（光軸方向の厚さ）、第２ユニットＬ２の第２基板Ｌ２１の厚さ、およびカバーガラス５０の厚さがそれぞれ実施例１の光学系１ａよりも厚い。このため本実施例の光学系１ｂは、ウエハプロセスにおいて、搬送中の割れや変形などが起きにくく、製造容易な構成となっている。本実施例の光学系１ｂは、半画角５９°、Ｆナンバーは２．９、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系となっている。図４に示されるように、本実施例の光学系１ｂにおいて、小型で明るく広角な光学系であるにもかかわらず、軸上から軸外光束まで諸収差が良好に補正されている。
次に、図５を参照して、実施例３（数値実施例３）における光学系１ｃについて説明する。本実施例の光学系１ｃの基本構成は、実施例１の光学系１ａと同様である。一方、本実施例の光学系１ｃでは、第１レンズＬ１２の最小肉厚（光軸方向の厚さ）がそれぞれ実施例１の光学系１ａよりも厚い。このため、ウエハプロセスにおいて樹脂成形の安定性に優れ、製造容易な構成となっている。本実施例の光学系１ｃは、半画角５９°、Ｆナンバーは２．９、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系となっている。図６に示されるように、本実施例の光学系１ｃにおいて、小型で明るく広角な光学系であるにもかかわらず、軸上から軸外光束まで諸収差が良好に補正されている。
次に、図７を参照して、実施例４（数値実施例４）における光学系１ｄについて説明する。本実施例の光学系１ｄでは、第２ユニットＬ２の開口絞りＳＰが第２ユニットＬ２の第２基板Ｌ２１の像側に配置されている。本実施例の光学系１ｃは、半画角５９°、Ｆナンバーは２．８、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系となっている。図８に示されるように、本実施例の光学系１ｄにおいて、小型で明るく広角な光学系であるにもかかわらず、軸上から軸外光束まで諸収差が良好に補正されている。
次に、図９を参照して、実施例５（数値実施例５）における光学系１ｅについて説明する。本実施例の光学系１ｅの基本構成は、実施例１の光学系１ａと同様である。本実施例の光学系１ｅは、半画角５０°、Ｆナンバーは２．９、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系となっている。図１０に示されるように、本実施例の光学系１ｅにおいて、小型で明るく広角な光学系であるにもかかわらず、軸上から軸外光束まで諸収差が良好に補正されている。
次に、図１１を参照して、実施例６（数値実施例６）における光学系１ｆについて説明する。本実施例の光学系１ｆの基本構成は、実施例１の光学系１ａと同様である。本実施例の光学系１ｆは、半画角７０°、Ｆナンバーは２．９、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系となっている。図１２に示されるように、本実施例の光学系１ｆにおいて、小型で明るく広角な光学系であるにもかかわらず軸上から軸外光束まで諸収差が良好に補正されている。
次に、図１３を参照して、実施例７（数値実施例７）における光学系１ｇについて説明する。本実施例の光学系１ｇの基本構成は、実施例１の光学系１ａと同様である。本実施例の光学系１ｇは、半画角７０°、Ｆナンバーは２．８、像高０．２８ｍｍの光学系であり、小型でありながら明るく広角な光学系となっている。図１４に示されるように、本実施例の光学系１ｇにおいて、小型で明るく広角な光学系であるにもかかわらず軸上から軸外光束まで諸収差が良好に補正されている。
以下、実施例１～７にそれぞれ対応する数値実施例１～７を示す。各数値実施例において、ｍは光入射側から数えた面または光学素子の番号を示す。例えば、Ｒｍは第ｍ番目の光学面（第ｍ面）の曲率半径（ｍｍ）である。Ｄｍは第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（ｍｍ）である。Ｎｄは光学素子の材料のｄ線に対する屈折率である。νｄは光学素子の材料のｄ線を基準としたアッベ数である。「Ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味する。ｆは焦点距離、Ｆｎｏは有効Ｆナンバーである。ωは半画角（度）である。ＢＦはバックフォーカスであり、光学系の最終面から像面までの距離である。

（数値実施例１）
ｆ＝０．２０９ Ｆｎｏ＝ ２．８４ ２ω＝１１８°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.60
2 ∞ 0.030 1.5100 57.5 0.46
3（非球面） 0.3592 0.149 0.39
4（絞り） ∞ 0.000 0.09
5 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.18
6 ∞ 0.160 1.5100 57.5 0.18
7（非球面）-0.1199 0.030 0.28
8 ∞ 0.400 1.5168 64.2 0.36
9 ∞ 0.57
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第７面
K -8.17811E+00 -9.10764E+00
A4 -2.48232E+01 -3.58329E+02
A6 4.32682E+02 3.50904E+04
A8 7.37237E+03 -2.23556E+06
A10 -4.16420E+05 7.54984E+07
A12 4.63866E+06 -1.02744E+09

（数値実施例２）
ｆ＝０．２２２ Ｆｎｏ＝ ２．８９ ２ω＝１１８°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.70
2 ∞ 0.011 1.5100 57.5 0.43
3（非球面） 0.2255 0.193 0.35
4（絞り） ∞ 0.000 0.10
5 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.10
6 ∞ 0.103 1.5300 56.0 0.29
7（非球面）-0.1478 0.015 0.31
8 ∞ 0.600 1.5168 64.2 0.36
9 ∞ 0.58
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第７面
K -3.66634E+01 -1.10654E+01
A4 1.09167E+02 -2.29816E+02
A6 -8.23526E+03 1.79179E+04
A8 3.42649E+05 -9.56015E+05
A10 -7.57580E+06 2.76785E+07
A12 6.83791E+07 -3.27104E+08

（数値実施例３）
ｆ＝０．１８３ Ｆｎｏ＝ ２．９ ２ω＝１１８°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.64
2 ∞ 0.050 1.5200 47.0 0.50
3（非球面） 0.2439 0.144 0.40
4（絞り） ∞ 0.000 0.08
5 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.08
6 ∞ 0.175 1.5200 47.0 0.20
7（非球面）-0.1158 0.030 0.30
8 ∞ 0.400 1.5168 64.2 0.38
9 ∞ 0.55
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第７面
K -1.88497E+01 -6.73952E+00
A4 -4.96067E+00 -2.86470E+02
A6 -4.54092E+02 2.34926E+04
A8 2.32049E+04 -1.28204E+06
A10 -4.38925E+05 3.83506E+07
A12 3.06454E+06 -4.68543E+08

（数値実施例４）
ｆ＝０．２１１ Ｆｎｏ＝ ２．８４ ２ω＝１１８°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.150 1.5168 64.2 0.68
2 ∞ 0.025 1.5100 57.5 0.47
3（非球面） 0.5339 0.050 0.42
4 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.32
5（絞り） ∞ 0.226 1.5100 57.5 0.09
6（非球面）-0.1180 0.015 0.26
7 ∞ 0.400 1.5168 64.2 0.33
8 ∞ 0.57
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第６面
K 2.45135E-01 -1.28390E+01
A4 -1.95476E+01 -4.40719E+02
A6 -1.87107E+02 5.05215E+04
A8 2.19302E+04 -3.75675E+06
A10 -5.09987E+05 1.48835E+08
A12 4.02848E+06 -2.39036E+09

（数値実施例５）
ｆ＝０．２６８ Ｆｎｏ＝ ２．９ ２ω＝１００°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.67
2 ∞ 0.011 1.5310 55.7 0.43
3（非球面） 0.3687 0.200 0.39
4（絞り） ∞ 0.000 0.11
5 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.11
6 ∞ 0.095 1.5310 55.7 0.30
7（非球面）-0.1609 0.015 0.0 0.32
8 ∞ 0.600 1.5168 64.2 0.36
9 ∞ 0.58
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第７面
K -1.33499E+02 -1.49030E+01
A4 6.35073E+01 -2.23781E+02
A6 -4.34973E+03 1.80786E+04
A8 1.54981E+05 -9.75225E+05
A10 -2.86138E+06 2.82757E+07
A12 2.13758E+07 -3.32787E+08

（数値実施例６）
ｆ＝０．１８４ Ｆｎｏ＝ ２．８９ ２ω＝１４０°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.70
2 ∞ 0.011 1.5100 57.5 0.54
3（非球面） 0.1839 0.264 0.40
4（絞り） ∞ 0.005 0.11
5 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.11
6 ∞ 0.099 1.5300 56.0 0.29
7（非球面）-0.1481 0.015 0.31
8 ∞ 0.600 1.5168 64.2 0.35
9 ∞ 0.55
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第７面
K -1.39743E+01 -8.78131E+00
A4 6.66364E+01 -1.85785E+02
A6 -2.34970E+03 1.20004E+04
A8 4.16853E+04 -5.58397E+05
A10 -3.11553E+05 1.45240E+07
A12 1.89095E+05 -1.57007E+08

（数値実施例７）
ｆ＝０．１８６ Ｆｎｏ＝ ２．８９ ２ω＝１４０°

面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
1 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.69
2 ∞ 0.020 1.5100 57.5 0.54
3（非球面） 0.3070 0.166 0.44
4（絞り） ∞ 0.010 0.08
5 ∞ 0.100 1.5168 64.2 0.08
6 ∞ 0.091 1.5100 57.5 0.21
7（非球面）-0.1090 0.015 0.24
8 ∞ 0.399 1.5168 64.2 0.32
9 ∞ 0.57
BF ＝ 0.02

非球面係数
第３面 第７面
K -1.62113E+01 -1.22192E+01
A4 3.44701E+01 -5.53837E+02
A6 -2.60774E+03 7.11976E+04
A8 8.06761E+04 -5.89167E+06
A10 -1.19531E+06 2.63097E+08
A12 6.91564E+06 -4.81501E+09

前述の条件式（１）～（１１）に関する数値と各数値実施例との関係を表１に示す。
Figure 2022108599000005
なお、実施例１～７では、撮像光学系について説明したが、各実施例の光学系は、携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル端末などの電子機器の組み込み用カメラや、内視鏡の対物光学系などに適して用いられる。
次に、図１５を参照して、本発明の実施例８における電子機器について説明する。図１５は、本実施例の電子機器（スマートフォン７０）の要部概略図である。スマートフォン７０は、フロントカメラモジュールとして撮像装置７１を有する。撮像装置７１は、実施例１～７のいずれかの光学系に相当する光学系７２と、光学系７２によって形成された像を受光する撮像素子７３とを有する。このように、前述の各実施例の光学系をスマートフォンなどの撮像装置に適用することにより、小型でありながら高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。
次に、図１６を参照して、本発明の実施例９における撮像装置について説明する。図１６は、本実施例の撮像装置１００の要部概略図である。撮像装置１００は、小型の内視鏡に用いられ、カメラヘッド１２０および電気ケーブル１５０を有する。カメラヘッド１２０は、実施例１～７のいずれかの光学系を搭載したレンズ用筐体１２１と、イメージセンサ（撮像素子）１２２と、セラミック基板１２３とを有する。セラミック基板１２３を介してイメージセンサ１２２に電気ケーブル１５０の配線が接続されている。このように、前述の各実施例の光学系を内視鏡の撮像装置に適用することにより、小型でありながら高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。
各実施例によれば、小型かつ低コストで高い光学性能を有する広角な光学系および撮像装置を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
１ａ～１ｆ 光学系
Ｌ１ 第１ユニット
Ｌ１１ 第１基板
Ｌ１２ 第１レンズ
Ｌ２ 第２ユニット
Ｌ２１ 第２基板
Ｌ２２ 第２レンズ
Ｓ１ 非球面

Claims (17)

  1. 物体側から像側へ順に配置された第１ユニットと第２ユニットからなる光学系であって、
    前記第１ユニットは、第１基板と、該第１基板の像側に配置された負のパワーの第１レンズとを有し、
    前記第２ユニットは、第２基板と、該第２基板の像側に配置された正のパワーの第２レンズとを有し、
    前記第２レンズの光軸上でのパワーの絶対値は、前記第１レンズの光軸上でのパワーの絶対値よりも大きく、
    前記第１レンズの像側の面は非球面であり、
    前記第１レンズの前記非球面において、有効領域の最外周部でのパワーは、光軸上でのパワーよりも小さいことを特徴とする光学系。
  2. 前記第１レンズの光軸上でのパワーをＰ１、第２レンズの光軸上でのパワーをＰ２とするとき、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
    １．１０＜｜Ｐ２／Ｐ１｜＜８．００
  3. 前記第１レンズの有効領域の最外周部に対する光軸上でのパワー比をｒｐ１とするとき、
    １．５０＜｜ｒｐ１｜＜２０．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
  4. 前記第２レンズの像側の面は非球面であり、
    前記第２レンズの前記非球面において、有効領域の最外周部でのパワーは、光軸上でのパワーよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
  5. 前記第２レンズの有効領域の最外周部に対する光軸上でのパワー比をｒｐ２とするとき、
    １．２５＜｜ｒｐ２｜＜１０．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学系。
  6. 前記第１ユニットよりも像側に開口絞りが配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学系。
  7. 前記開口絞りは、前記第２基板の上に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光学系。
  8. 前記第１レンズの有効領域の最外周部の曲率半径をＲ１ｅ、前記第１レンズの像側の面から前記開口絞りまでの光軸上の距離をｄ１とするとき、
    １．００＜Ｒ１ｅ／ｄ１＜３０．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項６または７に記載の光学系。
  9. 前記第１ユニットの物体側の面から前記開口絞りまでの光軸上の距離をｄ０、前記第１レンズの光軸上の曲率半径をＲ１とするとき、
    ０．５３＜ｄ０／Ｒ１＜５．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の光学系。
  10. 前記第１レンズのｄ線における屈折率をＮ１とするとき、
    １．４０＜Ｎ１＜１．６５
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系。
  11. 前記第２レンズのｄ線における屈折率をＮ２とするとき、
    １．４０＜Ｎ２＜１．６５
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学系。
  12. 前記第１レンズのｄ線を基準としたアッベ数をν１とするとき、
    ４０＜ν１＜８０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学系。
  13. 前記第２レンズのｄ線を基準としたアッベ数をν２とするとき、
    ４０＜ν２＜８０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学系。
  14. 前記第１基板と前記第１レンズの屈折率は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学系。
  15. 前記第２基板と前記第２レンズの屈折率は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光学系。
  16. 前記第１基板は平面基板、前記第１レンズは平凹レンズであり、前記第１レンズは、前記第１基板に密着して配置されており、
    前記第２基板は平面基板、前記第２レンズは平凸レンズであり、前記第２レンズは、前記第２基板に密着して配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学系。
  17. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
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