JP2023112225A - 光学系および撮像装置 - Google Patents

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幹生 小林
Mikio Kobayashi
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Abstract

【課題】小型でありながら高い光学性能を有する光学系を提供する。【解決手段】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)と第3ユニット(L3)とからなり、第1ユニットは、第1基板(11)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(12)と、フレアカット絞り(S1)とを有し、第2ユニットは、第2基板(21)と、第2基板の物体側または像側に配置された正のパワーの第2レンズ(22)と、開口絞り(SP)とを有し、第3ユニットは、第3基板(31)と、第3基板の物体側または像側に配置された正のパワーの第3レンズ(32)とを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、光学系および撮像装置に関する。
近年、医療用内視鏡などの撮像装置に用いられる光学系として、小型でありながら高い光学性能を有するものが求められている。特許文献1,2には、ウエハレベルプロセスにより製作された小型の光学系であるウエハレベルレンズ(ウエハレベルオプティクス)が開示されている
米国特許第9798115号明細書 特開2003-5031号公報
特許文献1に開示されたレンズシステムでは、ウエハレベルプロセスにおける基板の枚数や貼り合わせ工程が多く、コストが増大する。また特許文献1には、複数の絞りが開示されていないため、光学系の小型化を実現することが困難である。特許文献2には、複数の絞りを有するウエハレベルオプティクスが開示されているが、諸収差を十分に低減することができないため、高い光学性能を有する光学系を実現することは困難である。
そこで本発明は、小型でありながら高い光学性能を有する光学系を提供することを目的とする。
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ユニットと第3ユニットとからなり、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、フレアカット絞りとを有し、前記第2ユニットは、第2基板と、該第2基板の物体側または像側に配置された正のパワーの第2レンズと、開口絞りとを有し、前記第3ユニットは、第3基板と、該第3基板の物体側または像側に配置された正のパワーの第3レンズとを有する。
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、小型でありながら高い光学性能を有する光学系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1における光学系のフレアカット絞りを示す図である。 実施例1における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 比較例としての光学系の断面図である。 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2における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 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3における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 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4における光学系のフレアカット絞りを示す図である。 実施例4における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 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5における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 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6における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 実施例7の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7の光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 実施例8における光学系の断面図である。 実施例8における光学系の収差図である。 実施例8における光学系のフレアカット絞りの有効径を示す図である。 実施例9における電子機器の要部概略図である。 実施例10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、ウエハレベルプロセ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(ウエハレベルオプティクス)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、例えば、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6、図9、図12、図16、図19、図22、および図25はそれぞれ、実施例1~8の光学系(ウエハレベルレンズ)1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h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。S1はフレアカット絞り(光束絞り)、SPは開口絞り、IPは像面である。フレアカット絞りS1は、開口絞りとは別に設けられ、軸外光束のうちフレアが生じる原因となる不要光(フレア光)を遮光するための部材である。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7、図10、図13、図17、図20、図23、および図26はそれぞれ、実施例1~8の光学系1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1hの収差図である。各収差図は、(A)球面収差図、(B)非点収差図、(C)歪曲収差図、(D)倍率色収差図を含む。球面収差図において、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、ΔSdはd線に対するサジタル像面における非点収差量、ΔMdはd線に対するメリディオナル像面における非点収差量を示す。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、C線、F線に対する色収差量を示す。FnoはFナンバー、Yは像高(mm)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と第3ユニットL3とからなる。第1ユニットL1は、フレアカット絞りS1と、第1基板11と、第1基板11の像側に配置された負のパワーの第1レンズ12とを有する。第2ユニットL2は、第2基板21と、第2基板21の物体側または像側に配置された第2レンズ22と、開口絞りSPとを有する。第3ユニットL3は、第3基板32と、第3基板32の物体側または像側に配置された第3レンズ31とを有する。
第1基板11は平面基板、第1レンズ12は平凹レンズである。第1レンズ12は、ウエハレベルプロセスを用いて第1基板11の像側の面に形成され、第1基板11上に密着して配置されている。第1レンズ12の像側の面は、非球面である。第2基板21は平面基板、第2レンズ22は平凸レンズである。第2レンズ22は、ウエハレベルプロセスを用いて第2基板21上の面に形成され、第2基板21上に密着して配置されている。第2レンズ22の第2基板21に対して反対側の面は、非球面である。第3基板32は平面基板、第3レンズ31は平凸レンズである。第3レンズ31は、ウエハレベルプロセスを用いて第3基板31上の面に形成され、第3基板32上に密着して配置されている。第3レンズ31の第3基板31に対して反対側の面は非球面である。
各実施例の光学系において、小型で低コストの光学系を実現するため、第1ユニットL1、第2ユニットL2、および第3ユニットL3はそれぞれ、ウエハレベルプロセスを用いて製造される。すなわち、ガラス材料から成るウエハ(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、第1ユニットL1、第2ユニットL2、および第3ユニットL3が製造される。このように各実施例において、第1基板11と第1レンズ12との材質は互いに異なる。同様に、第2基板12と第2レンズ22との材質、および、第3基板31と第3レンズ32との材質はそれぞれ互いに異なる。
第1ユニットL1および第2ユニットL2において、基板上に、同様のウエハプロセスで絞り(フレアカット絞りS1、開口絞りSP)が形成される。製造された第1ユニットL1、第2ユニットL2、第3ユニットL3、およびイメージセンサを、所望の間隔をあけて配置し、光線有効外部などにおいて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11、第2基板21、および第3基板31はそれぞれガラスからなり、第1レンズ12、第2レンズ22、および第3レンズ32はそれぞれ樹脂からなるが、これらに限定されるものではない。第1基板11と第1レンズ12との屈折率が異なっていれば、例えば第1基板11と第1レンズ12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や第3ユニットL3に関しても同様である。フレアカット絞りS1および開口絞りSPは、例えばクロムなどの遮光膜を、マスクを用いて蒸着したり、蒸着後にエッチングにより開口部を形成したりすることで形成することができる。その際に、開口絞りSPを基板等の平面上に形成することで、厚さ方向のマスク配置の制御が容易になるため、製造上好ましい。
各実施例の光学系は、第1ユニットL1と第2ユニットL2と第3ユニットL3とを一体化した光学系である。各実施例の光学系は、第3基板31が光学系のバックカバーガラスの機能とセンサカバーガラスの機能を有している。このように、第3基板(バックカバーガラス)31の物体側に第3レンズ32のレンズ面を形成した構成とすることで、材料や製作工程のコストが抑制された(すなわち低コストで)、高い光学性能を有する小型の光学系を提供することが可能になる。
なお、各実施例では、カバーガラス(第3基板31)は一体のガラス基板として作成しているが、これに限定されるものではない。例えば、第3基板31を2枚の平板基板に分割してもよい。まず、分割した物体側のガラス基板の物体側に第3レンズ32のレンズ面を形成して、第1ユニットL1および第2ユニットL2と接着してウエハレンズを形成する。その後、分割した像側のガラス基板はセンサのカバーガラスとして作成し、分割したガラス基板同士を接着することでウエハレベルオプティクスを形成することもできる。これにより、製造難易度が低く安定性が高いプロセスでウエハレンズを作成することができる。
各実施例の光学系のようなウエハレンズは、より小型な光学系であることが望まれる。各実施例のような半画角が50度以上の非常に広角な光学系を小型化する場合、物体側の面における光線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。物体側の面の光線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ってしまい、高コストな製造方法となってしまう。広角レンズにおいて物体側の面の光線有効径を小さくするには、開口絞りよりも物体側の面にフレアカット絞りを設けて軸外光束の光束径を小さくすることが有効である。
また、ウエハレンズの各レンズ上に絞りを形成すると、レンズの成形時の厚み誤差等により絞りの配置精度の制御が困難となるため、レンズを形成する基板上に絞りを形成することが望ましい。また、広角なウエハレンズ光学系の場合、物体側の第1レンズ12において大きな収差補正効果をもっているため、第1レンズ12の近傍、つまり第1基板11上に絞りを形成することでより効果的に収差補正効果と小型化を両立した構成とすることができる。ウエハプロセスにおいて絞りを形成するには、マスク蒸着などのプロセスを追加する必要があり、高コストな製造プロセスとなるため、絞りは必要最低限にすることが望ましい。
各実施例のような広角なウエハレンズの場合、最軸外光束が最大有効径となる面と中間像高の光束が最大有効径となる面が異なる場合がある。ウエハプロセスを用いずに作製した撮影レンズ等の場合、各面において絞りを設けて各像高における光束を制御することが多いが、前述した通り、ウエハプロセスにおいては必要最低限の絞りとすることが望まれる。このため各実施例では、フレアカット絞りの形状を、各像高における最大有効径となるように適切な形状としつつ、フレアカット絞りの配置を最適化することで、フレアカット絞り1枚で画像の各像高における収差補正と光量制御を適切に行っている。なお、絞りは平坦な面上に形成することが重要であり、例えば平面基板上に樹脂などによる薄い平坦層を形成した上に絞りを配置しても、同様の効果が得られる。
好ましくは、各実施例の光学系は、以下の条件式(1)を満足する。
30(度)<(ds×W1)/((Fs1-Fsp)×N1A)<70(度) ・・・(1)
条件式(1)において、Fspは第2ユニットL2に設けられた開口絞りSPの開口の最大有効径、Fs1は第1ユニットL1に設けられたフレアカット絞りS1の開口の最大有効径である。W1(度)は光学系の最大半画角、N1Aは第1ユニットL1における第1基板11と第1レンズ12の平均屈折率、dsは開口絞りSPとフレアカット絞りS1との光軸上での距離である。なお平均屈折率N1Aは、光学系の設計波長における屈折率であり、可視域で使用される光学系の場合はd線の屈折率である。
条件式(1)は、軸外光束がフレアカット絞りS1と開口絞りSPを通る際の適切な入射角度となるための条件式である。開口絞りSPは、光学系のFNo等の仕様で主に決まるが、前述したようにフレアカット絞りS1の有効径を適切に設定することで、軸外光束の収差を効率よく補正することができる。ただし、フレアカット絞りS1の有効径を小さくして軸外光束を少なくするほど画像周辺部の光量が減少する。そこで、収差補正と周辺光量のバランスをとるため、フレアカット絞りの位置と有効径を適切に設定する必要があり、条件式(1)を満足することで収差補正と周辺光量のバランスが取れた構成とすることができる。条件式(1)の上限を超えると、周辺光量が減少するため、好ましくない。一方、条件式(1)の下限を下回ると、軸外光束の光束周辺部の収差(特に像面湾曲)補正が困難となり光学系の性能が低下するため、好ましくない。
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。
32(度)<(ds×W1)/((Fs1-Fsp)×N1A)<60(度) ・・・(1a)
更に好ましくは、条件式(1)の数値範囲は、以下の条件式(1c)のように設定される。
35(度)<(ds×W1)/((Fs1-Fsp)×N1A)<50(度) ・・・(1b)
また好ましくは、各実施例の光学系は、以下の条件式(2)を満足する。
25(度)<((ds×W1)/N1A+16×f/f1×d12)/(Fs1-Fsp)<60(度) ・・・(2)
条件式(2)において、fは光学系(全系)の焦点距離、f1は第1レンズ12の焦点距離、d12は第1ユニットと第2ユニットとの光軸上での距離である。第2レンズ22が基板21の物体側に配置されている場合、距離d12は第1レンズ12と第2レンズ22との間の空気間隔である。一方、第2レンズ22が基板21の像側に配置されている場合、距離d12は第1レンズ12と第2基板21との間の空気間隔である。
条件式(2)は、条件式(1)と同様に、フレアカット絞りS1の適切な配置を示す条件式である。各実施例の光学系では、フレアカット絞りS1と開口絞りSPとの間に第1レンズ12が配置されており、軸外光束は第1レンズ12において大きな屈折作用を受ける。このため、第1レンズ12のパワー、および第1レンズの像側の空気間隔の長さを適切に設定することで、軸外光束の収差補正と周辺光量のバランスが取れた構成とすることができる。条件式(2)の上限を超えると、周辺光量が減少してしまうため、好ましくない。一方、条件式(2)の下限を下回ると、軸外光束の光束周辺部の収差(特に像面湾曲)補正が困難となり光学系の性能が低下するため、好ましくない。
より好ましくは、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。
28(度)<((ds×W1)/N1A+16×f/f1×d12)/(Fs1-Fsp)<55(度) ・・・(2a)
更に好ましくは、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。
30(度)<((ds×W1)/N1A+16×f/f1×d12)/(Fs1-Fsp)<45(度) ・・・(2c)
各実施例において、開口絞りSPの形状は略円形状とすることが好ましい。また各実施例において、フレアカット絞りS1の形状は、イメージセンサ(像面)の形状と光学系の軸外光束の光線の通り方に基づいて、適切な形に設定することが好ましい。ウエハレベルオプティクスのような小型な光学系の場合、イメージセンサの形状を長方形とすることで、レンズを積層して作成した後に個別のレンズに切断する工程が簡易化されるため好ましい。特にイメージセンサの形状を正方形に近づけると、イメージセンサの面積に対して光学系のサイズを小さくできると同時に、ウエハレンズを積層した後の切断が容易になるため好ましい。
フレアカット絞りS1の形状は、イメージセンサの長方形(又は略正方形)の形状をベースに各レンズでの歪曲等の収差を加味した形状とすることがのぞましい。そうすることで、不必要にフレアカット絞りの面積を大きくすることなく、適切な光束を遮蔽する事で効率的に収差補正を行うことができる。すなわち、フレアカット絞りS1の開口と開口絞りSPの開口の真円率は互いに異なることが好ましい。ここで、真円率が異なるとは、絞りの開口の最大有効径と最小有効径とが互いに異なることを意味する。具体的には、フレアカット絞りS1の開口の最大有効径と最小有効径との比率をR1、像面の結像領域における最大有効径と最小有効径との比率をRsとするとき、以下の条件式(3)を満足することが好ましい。
0.72<R1/Rs<1.20 ・・・(3)
条件式(3)の上限または下限を外れると、フレアカット絞りS1の形状が不必要に大きくなり、小型なウエハレンズとならなくなるか、または軸外光束の光量が少なくなるため、画像として好ましくない。
より好ましくは、条件式(3)の数値範囲は、以下の条件式(3a)のように設定される。
0.74<R1/Rs<1.10 ・・・(3a)
また各実施例の光学系では、フレアカット絞りS1よりも像側に大きな負のパワーを持つ第1レンズ12を配置することにより、軸外光束の収差を制御している。また、第1レンズ12の有効径を小さくすることで、第1レンズ12の有効径外の幅を確保して、第1レンズ12と第2レンズ22との接着時の製造容易性を高めている。このため、光学系の最も物体側の面の有効径と第1レンズL12の有効径との差をE1、最大像高をYとするとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.8<E1/Y<1.5 ・・・(4)
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。
0.9<E1/Y<1.4 ・・・(4a)
各実施例の光学系は、広角で小型な光学系を得るために負の歪曲を大きく発生させている。歪曲を発生することで、フレアカット絞りS1の開口の最大有効径を小さくすることができる。具体的には、光学系の最大像高における歪曲をDST(%)とするとき、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
-40<DST<-10 ・・・(5)
条件式(5)の上限または下限を外れると、フレアカット絞りS1の有効径が大きくなり光学系が大きくなるか、または歪曲が大きくなり画像周辺部の解像度が劣化するため、好ましくない。
好ましくは、各実施例の光学系は、以下の条件式(6)を満足する。
0.60<f2/f<1.60 ・・・(6)
条件式(6)において、f2は第2レンズ22の焦点距離である。条件式(6)を満足することで、球面収差を適切な値に補正することが可能になる。
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。
0.75<f2/f<1.52 ・・・(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。
0.85<f2/f<1.40 ・・・(6b)
好ましくは、各実施例の光学系は、以下の条件式(7)を満足する。
-3.5<f3/f1<-1.5 ・・・(7)
条件式(7)において、f3は第3レンズ32の焦点距離である。条件式(7)を満足することで、非点収差と歪曲を適切な値に補正することが可能になる。
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。
-3.2<f3/f1<-1.6 ・・・(7a)
また各実施例の光学系では、開口絞りSPよりも物体側に配置された第1レンズ12と第2レンズ22との間で諸収差をキャンセルしつつ、開口絞りSPよりも像側に配置された第3レンズ32で発生する収差とのバランスをとる構造となっている。このため、以下の条件式(8)を満足することが好ましい。
0.30<(f2-f1)/f3<1.60 ・・・(8)
条件式(8)の下限値を下回ると、第3レンズ32のパワーが小さくなり、開口絞りSPの前後での収差補正のバランスが崩れるため、好ましくない。一方、条件式(8)の上限を超えると、第3レンズ32のパワーが大きくなり、諸収差の補正が困難になるとともに、第3レンズ32の径が大きくなり有効外の幅の確保が難しくなり、製造上難易度が高い構成となるため、好ましくない。
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。
0.50<(f2-f1)/f3<1.60 ・・・(8a)
更に好ましくは、条件式(8)の数値範囲は、以下の条件式(8b)のように設定される。
0.60<(f2-f1)/f3<1.55 ・・・(8b)
前述のように、第1レンズ12と第2レンズ22とを対向して近接配置することで、開口絞りSPよりも物体側の収差補正を良好に行うことができる。このため、第2レンズ22は、第2ユニットにおける第2基板21の物体側に配置することが好ましい。好ましくは、以下の条件式(9)を満足することで、さらに良好に諸収差を補正することができる。
1.4<f3/f<3.0 ・・・(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。
1.5<f3/f<2.5 ・・・(9a)
好ましくは、各実施例の光学系は、以下の条件式(10)を満足する。
0.07<d/f<0.65 ・・・(10)
条件式(10)において、dは開口絞りSPから第3レンズ32の物体側の面までの光軸上での距離である。条件式(10)を満足することで、非点収差と歪曲を適切な値に補正することが可能になる。
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。
0.10<d/f<0.62 ・・・(10a)
また、各実施例の光学系において、開口絞りSPよりも像側では第3レンズ32のみで収差補正を担っている。また、第3レンズ32の外周部で光線を大きく曲げて高次の収差を補正している。このため、開口絞りSPから第3レンズ32までの光軸上での距離dと第3レンズ32のパワーを適切に設定することが好ましい。具体的には、以下の条件式(11)の数値範囲を満足することが好ましい。
0.03<d/f3<0.40 ・・・(11)
条件式(11)の下限を下回ると、第3レンズ32のパワーが小さくなるため、開口絞りSPよりも像側で発生した収差を補正することが困難となる。一方、条件式(11)の上限を上回ると、第3レンズ32の外周部に入射する光線角度が緩やかになるため、高次の収差を補正することが困難となる。
より好ましくは、条件式(11)の数値範囲は、以下の条件式(11a)のように設定される。
0.04<d/f3<0.35 ・・・(11a)
更に好ましくは、条件式(11)の数値範囲は、以下の条件式(11b)のように設定される。
0.05<d/f3<0.34 ・・・(11b)
好ましくは、各実施例の光学系は、以下の条件式(12)を満足する。
1.0<L/f<2.4 ・・・(12)
条件式(12)において、Lは第3レンズ32から像面IPまでの光軸上での距離である。条件式(12)を満足することで、球面収差と非点収差を適切な値に補正することが可能になる。
より好ましくは、条件式(12)の数値範囲は、以下の条件式(12a)のように設定される。
1.2<L/f<2.2 ・・・(12a)
各実施例のウエハレベルレンズは、第1レンズ12と第2レンズ22を空気層を介して対向させて近接配置することで、良好に収差補正をすることができる。その場合、ウエハレンズの製造工程において、第1レンズ12を含む第1ユニットL1と、第2レンズ22を含む第2ユニットL2とを接合する際に、第1レンズ12と第2レンズ22の外周部同士で接着する必要がある。通常、第1レンズ12と第2レンズ22は樹脂で形成されているため、樹脂材料の外周部を高精度に接着して変形等を抑制することが製造上課題となる。また、各実施例の光学系において、第1レンズ12と第2レンズ22のパワーを比較的強くすることで、高次の収差を補正する構成となっているため、各レンズが大きくなり、光軸と外周部での厚さの差が大きくなる傾向にある。そこで、各実施例の光学系は、好ましくは、以下の条件式(13)を満足する。
0.60<Lar/(d1+d2)<2.00 ・・・(13)
条件式(13)において、Larは第1レンズ12と第2基板21との光軸上での距離、d1は第1基板11の厚さ、d2は第2基板21の厚さである。条件式(13)の下限を下回ると、第1基板11と第2基板21の厚さが厚くなるため、小型な光学系が得られなくなる。一方、条件式(13)の上限を上回ると、第1基板11と第2基板21の厚さが薄くなり変形が多く製造上困難になるか、または第1レンズ12と第2レンズ22との光軸上での距離や第2レンズ22の厚さが大きくなり、球面収差や非点収差等の低減が困難になる。
より好ましくは、条件式(13)の数値範囲は、以下の条件式(13a)のように設定される。
0.75<Lar/(d1+d2)<1.80 ・・・(13a)
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として用いる場合、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望ましい。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。
以下、各実施例の光学系について詳細に述べる。
まず、図1乃至図4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。
図1に示されるように、光学系1aは、第1ユニットL1と第2ユニットL2と第3ユニットL3とからなる。第1ユニットL1は、第1基板(フロントカバーガラス)11と、第1基板11の物体側に配置されたフレアカット絞りS1と、第1基板の像側に配置された第1レンズ12とからなる。第1レンズ12は、像側に凹面を向けた負レンズであり、ウエハレベルプロセスを用いて第1基板11の像側の面に形成される。
第2ユニットL2は、第2基板21と、第2基板21の物体側に配置された第2レンズ22と、第2基板の像側に配置された開口絞りSPとからなる。第2レンズ22は、物体側に凸面を向けた正レンズであり、ウエハレベルプロセスを用いて第2基板21の物体側の面に形成される。
第3ユニットL3は、第3基板31と、第3基板31の物体側に配置された第3レンズ32とからなる。第3基板31は、センサカバーガラスとバックカバーガラスを兼ねている。第3レンズ32は、物体側に凸面を向けた正レンズであり、ウエハレベルプロセスを用いて第3基板31の物体側の面に形成される。
本実施例の光学系1aは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。光学系1aは、半画角59°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。
次に、図5を参照して、比較例としての光学系(ウエハレベルレンズ)20について説明する。図5は、比較例としての光学系20の断面図である。光学系20は、第1ユニットL10と第2ユニットL20と第3ユニットL30とからなる。第1ユニットL10は、第1基板211と、第1基板211の像側に配置された第1レンズ212とを有する。第1レンズ212は、像側に凹面を向けた負レンズである。第2ユニットL20は、第2基板221と、第2基板221の物体側に配置された第2レンズ222とを有する。第2レンズ222は、物体側に凸面を向けた正レンズである。また第2ユニットL20は、第3基板231と、第3基板231の像側に配置された第3レンズ232とを有する。第3レンズ232は、像側に凸面を向けた正レンズである。また第2ユニットL20は、第2基板221と第3基板231との間に開口絞りSPを有する。第3ユニットL30は、第4基板(バックカバーガラス)261と第5基板(センサカバーガラス)241とを有する。
一方、本実施例の光学系1aは、第3レンズ32を形成するために必要な第3基板31をバックカバーガラスとして用いることで、基板の枚数を削減している。このように本実施例によれば、光学系1aの最終レンズを物体側に形成する構成とすることで、材料や製作工程のコストが抑制された、高い光学性能を有する小型の光学系を提供することが可能になる。このため、第3レンズ32は第3基板31の像側に配置することが好ましく、それによって製造工程のコストを抑制することができる。
また、比較例の光学系20は、第1ユニットL10にフレアカット絞りを有しないため、軸外光束の光束幅を開口絞りSP、または第1レンズ212もしくは第2レンズ222の有効径で規制する必要がある。開口絞りSPで軸外光束の光束幅を規制する場合、軸外光の光束周辺部での収差の低減が困難になり、光学系が大型化するため、好ましくない。第1レンズ212または第2レンズ222の有効径で軸外光束を規制する場合、レンズの形状を有効径部で大きく変曲させる必要があり、製造上レンズ形状を正確に形成することが困難になるため、所望の面形状を得にくくなる。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状をしており、結像に寄与する有効領域の1辺の幅が0.396mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.117mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1は図3に示されるような形状を有する。
図3は、光軸OAに対して垂直な面におけるフレアカット絞りS1の形状を示す図であり、横軸はX方向、縦軸はY方向をそれぞれ示す。図2中の実線で示される形状がフレアカット絞りS1のエッジ部に相当し、実線の外側が遮光部、実線の内側が開口部となっている。図3に示されるように、フレアカット絞りS1の形状は円形状ではなく、センサ(像面)形状の正方形をベースに歪ませた形状となっている。フレアカット絞りS1の形状は、本実施例の光学系1aの軸外光束の光線の収差補正や周辺光量に基づいて設計される。
図4は、フレアカット絞りS1の有効径を示す図であり、図3中のX水平方向を基準として、光軸OAに対して角度θ(deg)回転した場所におけるフレアカット絞りS1の有効径Rをプロットした図を示す。なお、図4において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、図3に示されるように、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図2(A)~(D)は、本実施例における光学系1aの収差図を示す。図2(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図2(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図2(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図2(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系1aは、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図6乃至図8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。
図6に示されるように、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。本実施例の光学系1bは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1bは、半画角57°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例の光学系1bにおいて、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の像側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状をしており、結像に寄与する有効領域の1辺の幅が0.396mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.126mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図8は、フレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図8において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、実施例1と同様に、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図7(A)~(D)は、本実施例における光学系1bの収差図を示す。図7(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図7(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図7(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図7(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系1bは、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図9乃至図11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。
図9に示されるように、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。本実施例の光学系1cは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1bは、半画角59°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例の光学系1cにおいて、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の物体側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状をしており、1辺の幅が0.396mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.105mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図11は、本実施例のフレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図11において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、実施例1と同様に、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図10(A)~(D)は、本実施例における光学系1cの収差図を示す。図10(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図10(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図10(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図10(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系は、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図12乃至図15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。
図12に示されるように、本実施例の光学系1d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1dは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1dは、半画角59°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例の光学系1dにおいて、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の物体側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は長方形の形状を有し、結像に寄与する有効領域の短辺の幅が0.311mm、長辺の幅が0.466mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.121mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図14は、光軸OAに対して垂直な面におけるフレアカット絞りS1の形状を示す図である。図14中の実線で示す形状がフレアカット絞りS1のエッジ部に相当し、実線の外側が遮光部、実線の内側が開口部となっている。図14に示されるように、フレアカット絞りS1の形状は円形状ではなく、センサ(像面)形状の長方形をベースに歪ませた形状となっている。
図15は、フレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図15において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、図14に示されるように、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図13(A)~(D)は、本実施例における光学系1dの収差図を示す。図13(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図13(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図13(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図13(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系1dは、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図16乃至図18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。
図16に示されるように、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。実施例5の光学系1eは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1eは、半画角59°、FNoは2.9の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例の光学系1eにおいて、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の像側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状を有し、結像に寄与する有効領域の1辺の幅が1.16mm、対角方向の最大有効径が1.64mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.285mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図18は、フレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図18において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、実施例1と同様に、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図17(A)~(D)は、本実施例における光学系1eの収差図を示す。図17(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.1mm未満である。図17(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.1mm未満である。図17(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図17(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.03mm未満である。
このように本実施例の光学系1eは、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図19乃至図21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。
図19に示されるように、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。実施例6の光学系1fは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1fは、半画角59°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例において、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の像側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状を有し、結像に寄与する有効領域の1辺の幅が0.396mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.119mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図21は、フレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図21において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、実施例1と同様に、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図20(A)~(D)は、本実施例における光学系1fの収差図を示す。図20(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図20(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図20(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図20(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系1fは、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図22乃至図24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。
図22に示されるように、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。また光学系1gにおいて、開口絞りSPは、実施例1~6と異なり、第2基板21の物体側の面に配置されている。本実施例の光学系1gは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1gは、半画角59°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例の光学系1gにおいて、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の像側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状を有し、結像に寄与する有効領域の1辺の幅が0.396mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.119mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図24は、フレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図24において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、実施例1と同様に、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図23(A)~(D)は、本実施例における光学系1gの収差図を示す。図23(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図23(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図23(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図23(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系1gは、フレアカット絞りS1を適切に設定することで、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た光学系となっている。
次に、図25乃至図27を参照して、実施例8(数値実施例8)における光学系1hについて説明する。
図25は、実施例8の光学系1hの断面図である。光学系1hは、第1ユニットL1と第2ユニットL2と第3ユニットL3とからなる。第1ユニットL1は、第1基板11と、第1基板11の像側に配置された第1レンズ12とを有する。第1レンズ12は、像側に凹面を向けた負レンズである。第2ユニットL2は、第2基板21と、第2基板21の物体側に配置された第2レンズ22とを有する。第2レンズ22は、物体側に凸面を向けた正レンズである。第3ユニットL3は、第3基板31と、第3基板31の像側に配置された第3レンズ32、および第4基板41を有する。第3レンズ32は、像側に凸面を向けた正レンズである。本実施例では、実施例1~7と異なり、第3レンズ32は第3基板31の像側に配置されている。
また本実施例において、第1ユニットL1は第1基板11の像側の面上にフレアカット絞りS1を有し、第2ユニットL2は第2基板21の像側の面上に開口絞りSPを有する。また、第2基板21と第3基板31は、開口絞りSPを挟んで接合された構成となっているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、第2基板21と第3基板31は空気間隔を開けて配置してもよい。
第3ユニットL3における第4基板41は、ウエハレンズのバックカバーガラスとしての機能と、センサカバーガラスとしての機能を共に有する。本実施例の光学系1hは、第1ユニットL1の最も物体側の面から5mmの位置の物体に合焦するように設計されている。本実施例の光学系1hは、半画角59°、FNoは2.8の光学系となっており、非常に小型でありながら、明るく広角な光学系が得られている。また本実施例の光学系1hにおいて、フレアカット絞りS1は、第1ユニットL1における第1基板11の像側に配置されている。
本実施例のウエハレンズにおいて、センサ(像面)は正方形の形状を有し、結像に寄与する有効領域の1辺の幅が0.396mm、対角方向の最大有効径が0.560mmとなっている。本実施例において、開口絞りSPは有効径0.111mmの円形状を有し、フレアカット絞りS1はセンサ(像面)形状をベースに歪ませた形状となっている。
図27は、フレアカット絞りS1の光軸OAに対する角度θにおける有効径Rを示す。なお、図27において、角度θは0~90degの範囲を示しているが、実施例1と同様に、90deg~360degの範囲においては0~90degの形状を反転させた形状となっている。
図26(A)~(D)は、本実施例における光学系1hの収差図を示す。図26(A)に示されるように、本実施例の球面収差は0.04mm未満である。図26(B)に示されるように、本実施例の非点収差は0.04mm未満である。図26(C)に示されるように、本実施例の歪曲は40%未満である。図26(D)に示されるように、本実施例の倍率色収差は0.01mm未満である。
このように本実施例の光学系1hは、フレアカット絞りS1の配置や形状、およびフレアカット絞りS1の近傍の第1レンズ12や第2レンズ22のパワー等を適切に設定している。このため、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た光学系となっている。
以下、実施例1乃至8のそれぞれに対応する数値実施例1乃至8を示す。各数値実施例において、rは物体側より第i番目の面の曲率半径(mm)、dは物体側より第i番目と第i+1番目の軸上の面間隔(mm)、nd、νdはそれぞれ第i番目の光学部材のd線に対する屈折率とアッベ数である。ある材料のアッベ数νdは、フラウンホーファ線のd線(587.6nm)、F線(486.1nm)、C線(656.3nm)における屈折率をNd、NF、NCとするとき、
νd=(Nd-1)/(NF-NC)
で表される。
焦点距離f(mm)は、無限遠物体に焦点を合わせたときの値である。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。レンズ全長は、第1面から像面までの距離である。非球面は、面番号の後に、*の符号を付加して表している。非球面形状は、xを光軸方向の面頂点からの変異量、hを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、rを近軸曲率半径、kを円錐定数、A(i=4、6、8、…)を各次数の非球面係数とするとき、以下の式で表される。
「e±Z」の表示は「10±Z」を意味する。
各数値実施例において、S1はフレアカット絞り、SPは開口絞りである。有効径は各面において、結像に寄与する光束が各面を透過する際の最大光束径を示している。

(数値実施例1)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(S1) ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.62
2 ∞ 0.045 1.52290 50.3 0.48
3* 0.0846 0.120 0.28
4* 0.1231 0.141 1.52290 50.3 0.25
5 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.19
6(SP) ∞ 0.054 0.12
7* 0.2286 0.072 1.52290 50.3 0.27
8 ∞ 0.400 1.51680 64.2 0.30
9 ∞ 0.020 0.55
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-6.21168e+00 ,A4= 6.25636e+02 ,A6=-8.47952e+04 ,A8= 7.80586e+06 ,A10=-4.40616e+08 ,A12= 1.38205e+10 ,A14=-1.84957e+11

第4面
K =-4.15041e+00 ,A4= 2.01549e+02 ,A6=-1.89467e+04 ,A8= 1.87535e+06 ,A10=-1.38040e+08 ,A12= 5.97522e+09 ,A14=-1.13123e+11

第7面
K =-5.85227e+01 ,A4= 2.60048e+02 ,A6=-5.58127e+04 ,A8= 7.10305e+06 ,A10=-5.13511e+08 ,A12= 1.94389e+10 ,A14=-2.98356e+11

焦点距離 0.217
Fナンバー 2.83
半画角 59.00
像高 0.28
レンズ全長 1.052
BF 0.020

(数値実施例2)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.62
2(S1) ∞ 0.045 1.52290 50.3 0.49
3* 0.1087 0.081 0.29
4* 0.1272 0.130 1.52290 50.3 0.27
5 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.23
6(SP) ∞ 0.037 0.13
7* 0.2355 0.070 1.52290 50.3 0.25
8 ∞ 0.436 1.51680 64.2 0.28
9 ∞ 0.020 0.54
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-7.43588e+00 ,A4= 4.87017e+02 ,A6=-6.30018e+04 ,A8= 5.88716e+06 ,A10=-3.17706e+08 ,A12= 8.90173e+09 ,A14=-9.27729e+10

第4面
K =-1.29842e+00 ,A4= 3.07945e+01 ,A6=-2.42278e+03 ,A8= 4.47425e+05 ,A10=-3.15142e+07 ,A12= 1.04795e+09 ,A14=-1.02518e+10

第7面
K =-4.78137e+01 ,A4= 2.30855e+02 ,A6=-4.83783e+04 ,A8= 6.29551e+06 ,A10=-4.66358e+08 ,A12= 1.79953e+10 ,A14=-2.79997e+11

焦点距離 0.277
Fナンバー 2.79
半画角 56.96
像高 0.28
レンズ全長 1.019
BF 0.020

(数値実施例3)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(S1) ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.63
2 ∞ 0.045 1.52290 50.0 0.51
3* 0.0848 0.106 0.32
4* 0.1083 0.144 1.52290 50.0 0.26
5 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.19
6(SP) ∞ 0.053 0.10
7* 0.2293 0.082 1.52290 50.0 0.32
8 ∞ 0.309 1.51680 64.2 0.35
9 ∞ 0.020 0.53
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-2.22646e+00 ,A4= 1.43149e+02 ,A6=-1.16286e+04 ,A8= 8.05061e+05 ,A10=-4.13691e+07 ,A12= 1.22414e+09 ,A14=-1.53923e+10

第4面
K =-5.84575e-01 ,A4=-5.09576e+01 ,A6=-3.17416e+03 ,A8= 6.34170e+05 ,A10=-7.71692e+07 ,A12= 4.11231e+09 ,A14=-8.73425e+10

第7面
K =-2.35858e+01 ,A4= 4.86585e+01 ,A6=-1.61169e+03 ,A8=-1.37022e+05 ,A10= 1.62943e+07 ,A12=-5.94181e+08 ,A14= 7.49715e+09

焦点距離 0.212
Fナンバー 2.82
半画角 59.00
像高 0.280
レンズ全長 0.959
BF 0.020

(数値実施例4)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(S1) ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.70
2 ∞ 0.045 1.52290 50.3 0.58
3* 0.0973 0.150 0.35
4* 0.1380 0.157 1.52290 50.3 0.29
5 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.22
6(SP) ∞ 0.060 0.12
7* 0.2483 0.073 1.52290 50.3 0.28
8 ∞ 0.400 1.51680 64.2 0.31
9 ∞ 0.020 0.54
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-4.31087e+00 ,A4= 3.12202e+02 ,A6=-2.60622e+04 ,A8= 1.53039e+06 ,A10=-5.47887e+07 ,A12= 1.05391e+09 ,A14=-8.39699e+09

第4面
K =-3.99923e+00 ,A4= 1.44168e+02 ,A6=-1.01800e+04 ,A8= 6.98040e+05 ,A10=-3.27411e+07 ,A12= 8.17274e+08 ,A14=-8.95918e+09

第7面
K =-4.61520e+01 ,A4= 1.79406e+02 ,A6=-3.32097e+04 ,A8= 3.71515e+06 ,A10=-2.35268e+08 ,A12= 7.74406e+09 ,A14=-1.02722e+11

焦点距離 0.219
Fナンバー 2.83
半画角 59.22
像高 0.280
レンズ全長 1.105
BF 0.020

(数値実施例5)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 ∞ 0.240 1.51680 64.2 1.80
2(S1) ∞ 0.060 1.52290 50.3 1.49
3* 0.2544 0.281 0.99
4* 0.2977 0.450 1.52290 50.3 0.81
5 ∞ 0.300 1.51680 64.2 0.59
6(SP) ∞ 0.133 0.29
7* 0.7301 0.183 1.52290 50.3 1.04
8 ∞ 0.924 1.51680 64.2 1.07
9 ∞ 0.020 1.62
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-2.90252e+00 ,A4= 7.67701e+00 ,A6=-7.89117e+01 ,A8= 5.30402e+02 ,A10=-2.28315e+03 ,A12= 5.43220e+03 ,A14=-5.40674e+03

第4面
K =-3.20861e+00 ,A4= 8.02516e+00 ,A6=-6.13489e+01 ,A8= 2.79381e+02 ,A10=-2.00807e+02 ,A12=-4.57858e+03 ,A14= 1.37008e+04

第7面
K =-2.89556e+01 ,A4= 1.88999e+00 ,A6=-6.36789e+00 ,A8=-4.17162e+01 ,A10= 4.63584e+02 ,A12=-1.51718e+03 ,A14= 1.71499e+03

焦点距離 0.656
Fナンバー 2.87
半画角 58.98
像高 0.820
レンズ全長 2.591
BF 0.020

(数値実施例6)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.63
2 (S1) ∞ 0.045 1.52290 50.3 0.50
3* 0.0937 0.143 0.31
4* 0.1370 0.176 1.52290 50.3 0.26
5 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.18
6(SP) ∞ 0.058 0.12
7* 0.2361 0.077 1.52290 50.3 0.29
8 ∞ 0.400 1.51680 64.2 0.31
9 ∞ 0.020 0.53
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-4.35383e+00 ,A4= 3.03083e+02 ,A6=-2.33866e+04 ,A8= 1.21821e+06 ,A10=-3.88120e+07 ,A12= 7.40225e+08 ,A14=-7.20437e+09

第4面
K =-4.38610e+00 ,A4= 1.61005e+02 ,A6=-1.37464e+04 ,A8= 1.17778e+06 ,A10=-7.39169e+07 ,A12= 2.77408e+09 ,A14=-4.59940e+10

第7面
K =-3.54983e+01 ,A4= 1.46617e+02 ,A6=-2.13243e+04 ,A8= 1.98907e+06 ,A10=-1.07830e+08 ,A12= 3.09135e+09 ,A14=-3.62056e+10

焦点距離 0.218
Fナンバー 2.83
半画角 59.00
像高 0.28
レンズ全長 1.119
BF 0.020

(数値実施例7)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.57
2(S1) ∞ 0.045 1.52290 50.3 0.43
3* 0.1124 0.130 0.27
4* 0.1500 0.138 1.52290 50.3 0.20
5(SP) ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.12
6 ∞ 0.030 0.20
7* 0.2121 0.070 1.52290 50.3 0.28
8 ∞ 0.400 1.51680 64.2 0.30
9 ∞ 0.020 0.56
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-1.63505e+01 ,A4= 6.36339e+02 ,A6=-1.01041e+05 ,A8= 1.09655e+07 ,A10=-7.15386e+08 ,A12= 2.49124e+10 ,A14=-3.56161e+11

第4面
K =-1.07892e+00 ,A4= 6.31243e+01 ,A6=-2.10484e+04 ,A8= 6.27839e+06 ,A10=-1.09374e+09 ,A12= 9.27067e+10 ,A14=-3.06602e+12

第7面
K =-5.92530e+01 ,A4= 2.36212e+02 ,A6=-4.29304e+04 ,A8= 4.45845e+06 ,A10=-2.69945e+08 ,A12= 8.80798e+09 ,A14=-1.20003e+11

焦点距離 0.224
Fナンバー 2.75
画角 59.00
像高 0.280
レンズ全長 1.034
BF 0.020

(数値実施例8)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 ∞ 0.100 1.51680 64.2 0.58
2(S1) ∞ 0.050 1.52290 50.3 0.44
3* 0.0974 0.090 0.27
4* 0.1555 0.064 1.59000 31.0 0.21
5 ∞ 0.102 1.51680 64.2 0.17
6(SP) ∞ 0.102 1.51680 64.2 0.11
7 ∞ 0.070 1.52290 50.3 0.21
8* -0.1633 0.020 0.24
9 ∞ 0.400 1.51680 64.2 0.30
10 ∞ 0.020 0.57
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-3.01024e+00 ,A4= 2.24250e+02 ,A6=-1.97947e+04 ,A8= 1.18249e+06 ,A10=-4.88341e+07 ,A12= 8.60187e+08

第4面
K =-1.35803e+01 ,A4= 3.37966e+02 ,A6=-5.66619e+04 ,A8= 6.67495e+06 ,A10=-4.71784e+08 ,A12= 1.36394e+10

第8面
K = 4.17062e-01 ,A4= 8.23255e+01 ,A6=-4.82286e+03 ,A8= 9.99409e+05 ,A10=-6.40171e+07 ,A12= 1.86036e+09

焦点距離 0.207
Fナンバー 2.80
半画角 59.00
像高 0.280
レンズ全長 1.018
BF 0.020

各数値実施例における前述の条件式(1)~(13)に関する数値を表1に示す。
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に用いられる撮像光学系や、内視鏡の対物光学系などに適して用いられる。
次に、図28を参照して、本発明の実施例9における電子機器について説明する。図28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、前述の実施例1~8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29を参照して、本発明の実施例10における撮像装置について説明する。図29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1~8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、小型でありながら、諸収差が低減された高い光学性能を有する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~1h 光学系
11 第1基板
12 第1レンズ
21 第2基板
22 第2レンズ
31 第3基板
32 第3レンズ
L1 第1ユニット
L2 第2ユニット
L3 第3ユニット
S1 フレアカット絞り
SP 開口絞り

Claims (20)

  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ユニットと第3ユニットとからなり、
    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、フレアカット絞りとを有し、
    前記第2ユニットは、第2基板と、該第2基板の物体側または像側に配置された正のパワーの第2レンズと、開口絞りとを有し、
    前記第3ユニットは、第3基板と、該第3基板の物体側または像側に配置された正のパワーの第3レンズとを有することを特徴とする光学系。
  2. 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1に記載の光学系。
  3. 前記フレアカット絞りは、前記第1基板の上に配置されてい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レンズの焦点距離をf2、前記光学系の焦点距離をfとするとき、
    0.60<f2/f<1.60
    なる条件式を満足する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1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3とするとき、
    -3.5<f3/f1<-1.5
    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レンズの焦点距離をf1、前記第2レンズの焦点距離をf2とするとき、
    0.30<(f2-f1)/f3<1.60
    なる条件式を満足す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. 前記第3レンズの焦点距離をf3、前記光学系の焦点距離をfとするとき、
    1.4<f3/f<3.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学系。
  8. 前記開口絞りから前記第3レンズの物体側の面までの光軸上での距離をd、前記第3レンズの焦点距離をf3とするとき、
    0.03<d/f3<0.40
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学系。
  9. 前記第3レンズの像側の面から像面までの光軸上での距離をL、前記光学系の焦点距離をfとするとき、
    1.0<L/f<2.4
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光学系。
  10. 前記第1基板の厚さをd1、前記第2基板の厚さをd2、前記第1レンズの像側の面から前記第2基板の物体側の面までの光軸上での距離をLarとするとき、
    0.60<Lar/(d1+d2)<2.00
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学系。
  11. 前記フレアカット絞りの開口と前記開口絞りの開口の真円率は互いに異な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. 前記フレアカット絞りの開口の最大有効径と最小有効径との比率をR1、像面の結像領域における最大有効径と最小有効径との比率をRsとするとき、
    0.72<R1/Rs<1.20
    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. 前記光学系の最も物体側の面の有効径と前記第1レンズの有効径との差をE1、最大像高をYとするとき、
    0.8<E1/Y<1.5
    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. 前記光学系の最大像高における歪曲をDST(%)とするとき、
    -40<DST<-10
    なる条件式を満足す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1基板と前記第1レンズとの材質は、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2基板と前記第2レンズとの材質は、互いに異な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. 前記第3基板と前記第3レンズとの材質は、互いに異なることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一項に記載の光学系。
  18. 請求項1乃至17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とを有することを特徴とする撮像装置。
  19. 前記開口絞りの開口の最大有効径をFsp、前記フレアカット絞りの開口の最大有効径をFs1、最大半画角をW1(度)、前記第1ユニットの前記第1基板および前記第1レンズの平均屈折率をN1A、前記開口絞りと前記フレアカット絞りとの光軸上での距離をdsとするとき、
    30(度)<(ds×W1)/((Fsp-Fs1)×N1A)<70(度)
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項18に記載の光学系。
  20. 前記光学系の焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第1ユニットと前記第2ユニットとの光軸上での距離をd12、前記開口絞りの開口の最大有効径をFsp、前記フレアカット絞りの開口の最大有効径をFs1、最大半画角をW1(度)、前記第1ユニットの前記第1基板および前記第1レンズの平均屈折率をN1A、前記開口絞りと前記フレアカット絞りとの光軸上での距離をdsとするとき、
    25(度)<((ds×W1)/N1A+16×f/f1×d12)/(Fsp-Fs1)<60(度)
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項18または19に記載の光学系。
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