JP3924546B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP3924546B2
JP3924546B2 JP2003101530A JP2003101530A JP3924546B2 JP 3924546 B2 JP3924546 B2 JP 3924546B2 JP 2003101530 A JP2003101530 A JP 2003101530A JP 2003101530 A JP2003101530 A JP 2003101530A JP 3924546 B2 JP3924546 B2 JP 3924546B2
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Inventor
行雄 佐藤
達樹 岡本
裕之 河野
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三菱電機株式会社
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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、結像レンズにより撮像素子の受光面に被写体の画像が結像されるようになっている撮像装置に関するものである。 The present invention relates to have an imaging device adapted to image the object on the light receiving surface of the imaging element is imaged by the imaging lens.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
例えば、カメラ搭載携帯電話等の携帯情報端末には撮像装置が用いられるが、この種の撮像装置では、一般に、結像レンズによって、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子の受光面上に被写体の画像が結像されるようになっている。 For example, although the portable information terminal such as a camera enabled mobile phone imaging apparatus is used, in this type of imaging apparatus, generally, by the imaging lens, an object on the light receiving surface of an image sensor such as CCD (Charge Coupled Device) image is adapted to be imaged. かかる従来の撮像装置では、結像レンズは、例えば、単レンズで構成され、あるいは複数(例えば2枚)のレンズで構成されている(例えば、特許文献1〜3及び非特許文献1参照)。 In such conventional image pickup apparatus, the imaging lens, for example, a single lens or a plurality (e.g., two) is composed of a lens (e.g., see Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1).
【0003】 [0003]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開2001−183578号公報(段落[0010]、図1) JP 2001-183578 JP (paragraph [0010], FIG. 1)
【特許文献2】 [Patent Document 2]
特開2001−296473号公報(段落[0010]、図1) JP 2001-296473 JP (paragraph [0010], FIG. 1)
【特許文献3】 [Patent Document 3]
特開平9−304695公報(段落[0008]、図1) JP 9-304695 Publication (paragraph [0008], FIG. 1)
【非特許文献1】 Non-Patent Document 1]
石塚、小林「非常に高い入射角までの、球状画像表面上への双曲面単レンズの焦点合わせ(A Hyperboloid Single Lens Focusing on a Spherical Image Surface up to Very High Angles of Incidence)」オプティカル・レビュー(OPTICAL REVIEW)、1996年、第3巻、第5号、p.365−368 Ishizuka, Kobayashi "of up to a very high angle of incidence, focus of the hyperboloid single lens onto the spherical surface of the image (A Hyperboloid Single Lens Focusing on a Spherical Image Surface up to Very High Angles of Incidence)" Optical Review (OPTICAL REVIEW), 1996 years, Vol. 3, No. 5, p.365-368
【0004】 [0004]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、例えば特許文献1〜3または非特許文献1に開示されている従来のこの種の撮像装置では、画角による結像距離の違いにより像面湾曲が生じるとともに、色による結像距離の違いにより色収差が生じるといった問題がある。 However, for example, in this type of conventional imaging apparatus disclosed in Patent Documents 1 to 3 or Non-Patent Document 1, together with the curvature of field caused by the difference in image formation distances by angle, differences in image formation distances by color there is a problem chromatic aberration is caused by. そこで、さらに複数の補正用レンズを設けて像面湾曲および色収差を補正するといった対応が考えられるが、このようにすると、撮像装置が大型化し、例えば、小型化・薄型化がとくに強く求められるカメラ搭載携帯電話に搭載するのが困難になるといった問題が生じる。 Therefore, it corresponds is considered such that further corrects the plurality of field curvature and chromatic aberrations by providing a correction lens, in this case, the image pickup apparatus becomes large in size, e.g., size and thickness are required particularly strong camera problems such as mounted for mounting becomes difficult to mobile phone occurs.
【0005】 [0005]
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、像面湾曲および色収差が低減ないしは解消された、小型ないしは薄型の撮像装置を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention was made to solve the conventional problems described above, field curvature and chromatic aberration is reduced or eliminated, and problems to be solved to provide an imaging system for a small or thin.
【0006】 [0006]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる撮像装置は、結像レンズ(撮像装置用レンズ)により撮像素子の受光面に被写体の画像が結像されるようになっている撮像装置において、結像レンズが1群の色消しレンズ(アクロマティックレンズ)で構成され、かつ撮像素子が、その受光面が結像レンズ(被写体側)に対して凹面状となるように湾曲していて、結像レンズと撮像素子との間に凹レンズが配置されていることを特徴とするものである。 Imaging device according to the present invention made to solve the above described problems is the in which an imaging device adapted to image the object on the light receiving surface of the imaging element is imaged by an imaging lens (imaging device lens), forming lens is composed of a group of achromatic lens (achromatic lens), and the image pickup element, be curved as the light receiving surface thereof is concave with respect to the imaging lens (object side), forming those characterized that you have been disposed concave between the image lens and the imaging device.
【0007】 [0007]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の比較例および実施の形態を具体的に説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, specifically described comparative examples and embodiments of the present invention.
比較例 Comparative Example
以下、本発明の比較例にかかる撮像装置を説明する。 Hereinafter will be described the imaging apparatus according to a comparative example of the present invention. まず、第1比較例として 、色収差を補償するためにアクロマティックレンズ(色消しレンズ)を用い、像面湾曲を補償するために撮像素子を湾曲させている撮像装置について説明する As a first comparative example, using the achromatic lens (achromat) to compensate for chromatic aberration, a description will be given of an imaging apparatus that is curved image sensor to compensate for field curvature.
図1は、 第1比較例にかかる撮像装置の側面断面図である。 Figure 1 is a side cross-sectional view of an imaging apparatus according to a first comparative example. 図1に示すように、 第1比較例にかかる撮像装置は、被写体側からの光線を受ける第1群レンズ10(結像レンズ)と、第1群レンズ10を透過した光を受け、光電変換して電気信号を出力する撮像素子30とを備えている。 1, the imaging apparatus according to a first comparative example receives the first group lens 10 which receives light rays from the object side (the imaging lens), the light transmitted through the first group lens 10, a photoelectric conversion and an imaging element 30 that outputs an electrical signal in.
【0008】 [0008]
第1群レンズ10は、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とで構成され、第1群レンズ10を透過した光線40は撮像素子30の受光面に集光される。 The first group lens 10 is composed of a first lens 11 first group and the first group a second lens 12, light beam 40 that has passed through the first lens 10 is focused on the light receiving surface of the image pickup device 30 that. かくして、この撮像装置においては、被写体側からの光線は、第1群第1のレンズ11および第1群第2レンズにより、撮像素子30の受光面に結像される。 Thus, in the imaging apparatus, light from an object side, a first first lens 11 and the first group second lens group, is formed on the light receiving surface of the image sensor 30. なお、図1においては、光線40は、撮像素子30に対して光軸より上側の部分のみが図示されているが、光軸より下側の部分も同様である。 In FIG. 1, light beam 40, only the upper part is shown from the optical axis with respect to the image pickup device 30, the same is part of the lower side of the optical axis.
【0009】 [0009]
ここで、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とは、下記の色消し条件を満たす、いわゆる色消しレンズ(1群2枚構成)であり、両レンズ11、12は接着剤等により張り合わされている。 Here, the first group first lens 11 and the first group a second lens 12, the achromatic condition is satisfied the following, a so-called achromatic lens (two per group configuration), both lenses 11 and 12 They are bonded together by an adhesive or the like. 例えば、第1群第1のレンズ11の材料をアクリルとし、第1群第2のレンズ12の材料をポリカーボネイトとすれば、下記色消し条件を満足できる。 For example, the material of the first group first lens 11 is acrylic, the material of the first group second lens 12 if polycarbonate, can satisfy the following achromatic condition.
【0010】 [0010]
(色消し条件) (Achromatic condition)
C線、d線およびF線の屈折率を、それぞれ、n 、n およびn とすると、アッベ数ν は次の式1で表される。 C-line, the refractive index of the d line and F-line, respectively, n C, When n d and n F, the Abbe number [nu d is expressed by the following equation 1.
【数1】 [Number 1]
ν =(n −1)/(n −n )…………………………………式1 ν d = (n d -1) / (n F -n C) ....................................... Formula 1
ここで、凸レンズの焦点距離およびアッベ数をそれぞれf およびν とし、凹レンズの焦点距離およびアッベ数をそれぞれ−f およびν とすると、色消し条件は、次の式2で表される。 Here, the focal length and Abbe number of the convex lens and f 1 and [nu 1, respectively, when a concave lens focal length and Abbe number, respectively -f 2 and [nu 2, achromatic condition is expressed by the following equation 2 .
【数2】 [Number 2]
・ν =−f ・ν ………………………………………………式2 f 1 · ν 1 = -f 2 · ν 2 ...................................................... type 2
【0011】 [0011]
なお、第1群第1のレンズ11および第1群第2のレンズ12の各入射面および各出射面はそれぞれ非球面であり、数値計算により最適化されている。 Each incident surface and the exit surface of the first group the first lens 11 and the first group second lens 12 are aspherical, it is optimized numerically. また、撮像素子30は、その受光面が第1群レンズ10(すなわち、被写体側)に対して凹面状となるように湾曲している。 The imaging device 30 includes a light receiving surface thereof is first group lens 10 (i.e., object side) are curved to be concave with respect. なお、撮像素子30の湾曲の曲率半径は、例えば4mmに設定される。 Furthermore, the curvature radius of curvature of the image pickup device 30 is set to, for example, 4 mm.
【0012】 [0012]
図2は、この撮像装置の第1群レンズ10における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての画角と結像位置との関係、すなわち像面湾曲の度合いを示している(図2では、サジタル方向のみ図示)。 2, the first group lens 10 of the image pickup device, 460 nm, the 550nm and 630nm relationship between angle and the imaging position of light having a wavelength of, that is, the degree of curvature (FIG. 2 , it is shown only sagittal direction). 図2によれば、この第1群レンズ10では、いずれの波長の光についても結像位置がほぼ一致しており、色収差が補償されていることがわかる。 According to FIG. 2, in the first group lens 10, and the imaging position is substantially coincident also light of any wavelength, it can be seen that the chromatic aberration is compensated. また、画角0°と画角30°とでの結像位置の差すなわち像面湾曲は約20μmであり、非常に小さいことがわかる。 Further, difference or field curvature of the imaging position at the angle 0 ° and angle 30 ° is about 20 [mu] m, it can be seen that very small. なお、後記のとおり、結像レンズとして単レンズを用いる場合の画角0°と画角30°とでの像面湾曲は、約200μmである。 Incidentally, as described below, the field curvature in the angle 0 ° and angle 30 ° in the case of using a single lens as an imaging lens is about 200 [mu] m.
【0013】 [0013]
次に、この第1群レンズ10を、130L/mm(ラインペア/mm)の解像度を有する撮像素子30と組み合わせて用いる場合について説明する。 Then, the first group lens 10, will be described when used in combination with an imaging device 30 having a resolution of 130L / mm (line pairs / mm). なお、「L/mm」は、白黒の1組の画素を1L(ラインペア)とする、画素ピッチの1/2の値である。 Note that "L / mm" is a set of pixels of the monochrome and 1L (line pairs), a 1/2 of the pixel pitch. 130L/mmの場合、画素サイズは約3.8μmとなる(1mm/(130×2)≒0.0038mm=3.8μm)。 For 130L / mm, pixel size is about 3.8μm (1mm / (130 × 2) ≒ 0.0038mm = 3.8μm). この場合、例えばVGAでは、受光サイズは2.4mm(水平方向)となる(0.0038mm×640=2.4mm)。 In this case, for example, in VGA, receiving size is 2.4 mm (horizontal direction) (0.0038mm × 640 = 2.4mm). したがって、200万画素であれば、6.2mm(水平方向)の撮像素子に相当する(0.0038mm×1620=6.2mm)。 Thus, if 200 million pixels, 6.2 mm corresponds to the imaging device (horizontal direction) (0.0038mm × 1620 = 6.2mm).
【0014】 [0014]
図3(a)〜(c)に、それぞれ、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、種々の画角における、第1群レンズ10と撮像素子30との間の距離(焦点ずれ)と、OTF係数ないしMTF(Through Focus MTF)との関係を示す(サジタル方向のみ図示)。 Figure 3 (a) ~ (c), respectively, 460 nm, 550 nm and 630nm for light having a wavelength of, at various angle, a distance between the first group lens 10 and the image sensor 30 and (defocus) , to no OTF coefficient shows the relationship between the MTF (Through Focus MTF) (shown only sagittal direction). なお、図3(a)〜(c)において、横軸では、平均的な結像位置が0mmとして表されている。 Incidentally, in FIG. 3 (a) ~ (c), the horizontal axis, the average imaging position is represented as 0 mm.
【0015】 [0015]
図3(a)〜(c)から明らかなとおり、460nm、550nmおよび630nmの波長の光のいずれについても、画角が種々異なっているのにもかかわらず、MTFが高い位置、すなわち結像位置がほぼ一致している。 Figure 3 (a) ~ (c) As is clear from, 460 nm, for any of the 550nm and 630nm wavelengths of light, even though the angle of view is different different, MTF is a high position, i.e. the imaging position There has been almost the same. したがって、第1群レンズ10と撮像素子30との間の距離を固定しても、全ての画角で結像位置が同一となり、全ての画角で良好なMTFが得られることがわかる。 Therefore, even when fixing the distance between the first group lens 10 and the image sensor 30, the imaging position becomes the same for all angle, it can be seen that a good MTF at all angle obtained. また、全ての波長で結像位置が一致しているので、鮮明な画像が得られることがわかる。 Further, since the imaging position at all wavelengths are matched, it can be seen that the clear image is obtained. よって、図1に示すレンズ構成の撮像装置では、130L/mmの撮像素子に対して十分な解像度が得られることがわかる。 Therefore, in the image pickup apparatus of the lens arrangement shown in Figure 1, it can be seen that a sufficient resolution can be obtained with respect to the imaging element 130L / mm.
【0016】 [0016]
ところで、図1に示す撮像装置では、色消しレンズである第1群レンズ10は、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とが張り合わされたものであるが、両レンズ11、12は互いに独立した別体のレンズであってもよい。 Incidentally, in the image pickup apparatus shown in FIG. 1, the first group lens 10 is achromatic lens is one in which the first lens 11 first group and the first group second lens 12 is glued, both lenses 11 and 12 may be a separate lens independent of each other.
【0017】 [0017]
また、一般に、撮像素子30への光線40の入射角が大きくなると、撮像素子30自体の構造により、受光領域に到達する光量が減少する。 In general, the incident angle of the light beam 40 to the imaging device 30 is increased, the structure of the imaging element 30 itself, the amount of light reaching the light receiving area is reduced. しかし、 第1比較例にかかる撮像装置では、図1から明らかなとおり、画角の大きい成分の撮像素子30への入射角は小さくなっている。 However, in the imaging apparatus according to the first comparative example, as is apparent from FIG. 1, the angle of incidence on the image pickup device 30 of the large components of the angle of view is small. これは、図1に示す撮像装置では、画角の大きい成分の減光が少なくなることを示している。 This is, in the imaging apparatus shown in FIG. 1 shows that the dimming large component of the angle of view is reduced.
【0018】 [0018]
実施の形態 Embodiment
以下、図10〜12を参照しつつ、本発明の実施の形態にかかる撮像装置を説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 10 to 12, illustrating an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. なお、実施の形態にかかる撮像装置は、 第1比較例にかかる撮像装置と多くの共通点を有し、 第1比較例と共通の構成要素については、基本的には、 第1比較例における説明が当てはまる。 Incidentally, the imaging apparatus according to the first embodiment, an image pickup device much in common according to the first comparative example, for the same components as the first comparative example, basically, the first comparative example description is true in. 要するに、実施の形態にかかる撮像装置では、色収差を補償するためにアクロマティックレンズ(色消しレンズ)を用い、像面湾曲を補償するために撮像素子を湾曲させた上で、さらに撮像素子の湾曲曲率を大きくするために光路長補正用の凹レンズを組み込んでいる。 In short, in the imaging apparatus according to the first embodiment, using the achromatic lens (achromat) to compensate for chromatic aberration, after it is curved image sensor to compensate for field curvature, further imaging device incorporating a concave lens for the optical path length correction in order to increase the bending curvature.
【0019】 [0019]
図10は、実施の形態にかかる撮像装置の側面断面図である。 Figure 10 is a side cross-sectional view of an imaging apparatus according to the first embodiment. 図10に示すように、実施の形態にかかる撮像装置も、 第1比較例にかかる撮像装置と同様に、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とで構成される第1群レンズ10(結像レンズ)と、その受光面に入射された光線40を光電変換して電気信号を出力する撮像素子30とを備えている。 As shown in FIG. 10, also the image pickup apparatus according to the first embodiment, similarly to the imaging apparatus according to the first comparative example, it is composed of a first lens 11 first group and the first group second lens 12 that the first group lens 10 (imaging lens), and an imaging element 30 that outputs an electric signal the light beam 40 incident on the light receiving surface to photoelectric conversion.
【0020】 [0020]
さらに、実施の形態にかかる撮像装置は、第1群レンズ10と撮像素子30との間に配置された第2群レンズ20を備えている。 The imaging apparatus according to the first embodiment is provided with a second group lens 20 which is disposed between the first group lens 10 and the image sensor 30. ここで、第2群レンズ20は、単一の凹レンズである第2群第1のレンズ21(単レンズ)で構成されている。 Here, the second group lens 20 is composed of a first lens 21 and the second group is a single concave lens (single lens). なお、図10においては、光線40は、撮像素子30に対して光軸より上側の部分のみが図示されているが、光軸より下側の部分も同様である。 In FIG. 10, beam 40, only the upper part is shown from the optical axis with respect to the image pickup device 30, the same is part of the lower side of the optical axis.
【0021】 [0021]
実施の形態にかかる撮像装置においては、被写体側からの光線は、第1群第1のレンズ11および第1群第2のレンズ12と、第2群第1のレンズ21とにより、撮像素子30の受光面に結像される。 In the imaging apparatus according to the first embodiment, light rays from the object side, a first group first lens 11 and the first group a second lens 12, the second group first lens 21, an imaging element It is formed on the light receiving surface 30. ここで、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とは色消しレンズ(1群2枚構成)であり、両レンズ11、12は接着剤等により張り合わされている。 Here, the first group first lens 11 and the first group second lens 12 is an achromatic lens (two per group configuration), both lenses 11 and 12 are bonded together with an adhesive or the like. また、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とは、 第1比較例における前記の色消し条件を満たす関係にある。 Further, the first lens 11 first group and the first group a second lens 12, is in the achromatic condition is satisfied the relationship in the first comparative example.
【0022】 [0022]
前記のとおり、第2群レンズ20を構成する第2群第1のレンズ21は、単一の凹レンズである。 As above, the second group first lens 21 constituting the second lens 20 is a single concave lens. なお、第1群第1のレンズ11、第1群第2のレンズ12および第2群第1のレンズ21の入射面および出射面は非球面であり、数値計算により最適化されている。 The first group first lens 11, the incident surface and the transmission surface of the first group a second lens 12 and the second group first lens 21 are aspherical, are optimized numerically. また、撮像素子30は、第1群レンズ10ないし第2群レンズ20(被写体側)に対して、その受光面が凹面状となるように湾曲している。 The imaging element 30, the first group lens 10 or second lens 20 (subject side) is curved so that the light receiving surface thereof is concave. ここで、撮像素子30の湾曲の曲率半径は、例えば20mmに設定される。 Here, the curvature radius of the curvature of the image pickup device 30 is set to, for example, 20 mm.
【0023】 [0023]
図11は、実施の形態にかかる撮像装置の結像レンズ(第1群レンズ10および第2群レンズ20)における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての画角と結像位置との関係、すなわち像面湾曲の度合いを示している(図11では、サジタル方向のみ図示)。 11, in the imaging lens of the imaging device according to the first embodiment (first group lens 10 and the second group lens 20), 460 nm, 550 nm and 630nm of the angle of view and the imaging position of light having a wavelength of relationship, that is, the degree of curvature (in FIG. 11, shown only sagittal direction). 図11によれば、この結像レンズでは、いずれの波長の光についても結像位置がほぼ一致しており(20μm以内)、色収差が補償されていることがわかる。 According to FIG. 11, in this imaging lens, the light of any wavelength and the imaging position is substantially coincident also (within 20 [mu] m), it is understood that the chromatic aberration is compensated. また、画角0°と画角30°とでの結像位置の差すなわち像面湾曲は約60μmであり、かなり小さいことがわかる。 Further, difference or field curvature of the imaging position at the angle 0 ° and angle 30 ° is about 60 [mu] m, it can be seen that quite small. なお、前記のとおり、単レンズを用いる場合の画角0°と画角30°とでの像面湾曲は、約200μmである。 Incidentally, as described above, curvature of field and angle 0 ° and angle 30 ° in the case of using a single lens is about 200 [mu] m.
【0024】 [0024]
次に、この結像レンズを、130L/mmの解像度を有する撮像素子30と組み合わせて用いる場合について考える。 Next, the image forming lens, considered when used in combination with an imaging device 30 having a resolution of 130L / mm.
図12(a)〜(c)に、それぞれ、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、種々の画角における、第2群レンズ20(第2群第1のレンズ21)と撮像素子30との間の距離(焦点ずれ)と、OTF係数ないしMTFとの関係を示す(サジタル方向のみ図示)。 Figure 12 (a) to ~ (c), respectively, 460 nm, 550 nm and 630nm for light having a wavelength of, at various angle, the second group lens 20 (second group first lens 21) and the imaging element 30 distance between the (defocus), to no OTF coefficient shows the relationship between the MTF (shown only sagittal direction). なお、図12(a)〜(c)において、横軸では、平均的な結像位置が0mmとして表されている。 Incidentally, in FIG. 12 (a) ~ (c), the horizontal axis, the average imaging position is represented as 0 mm.
【0025】 [0025]
図12(a)〜(c)から明らかなとおり、460nm、550nmおよび630nmの波長の光のいずれについても、画角が種々異なっているにもかかわらず、MTFが高い位置、すなわち結像位置はほぼ一致している。 Figure 12 (a) ~ (c) As is clear from, 460 nm, for any of the 550nm and 630nm wavelengths of light, despite the angle is variously different, MTF is a high position, i.e. the imaging position is It is almost the same. したがって、第1群レンズ10と撮像素子30との間の距離を固定しても、全ての画角で結像位置が同一となり、全ての画角で良好なMTFが得られることがわかる。 Therefore, even when fixing the distance between the first group lens 10 and the image sensor 30, the imaging position becomes the same for all angle, it can be seen that a good MTF at all angle obtained. また、全ての波長で結像位置が一致しているので、鮮明な画像が得られることがわかる。 Further, since the imaging position at all wavelengths are matched, it can be seen that the clear image is obtained. よって、実施の形態にかかるレンズ構成の撮像装置では、130L/mmの撮像素子に対して十分な解像度が得られることがわかる。 Therefore, in the imaging device lens structure according to the first embodiment, it can be seen that a sufficient resolution can be obtained with respect to the imaging element 130L / mm. なお、色消しレンズである第1群レンズ10は、互いに独立した別体のレンズであってもよい。 The first group lens 10 is achromatic lens may be a separate lens independent of each other.
【0026】 [0026]
実施の形態にかかる撮像装置では、 第1比較例にかかる撮像装置と比べて、湾曲した撮像素子30の曲率を大きく設定している(曲率が大きい方が平面に近づく)。 In the imaging apparatus according to the first embodiment is different from the imaging apparatus according to the first comparative example, curved curvature of the image pickup device 30 is set larger (toward the large curvature approaches a plane). つまり、実施の形態にかかる撮像装置では、実際に撮像素子30を湾曲させることができる曲率には限界(下限)があることから、該撮像素子30の曲率を補うために、第2群レンズ20(第2群第1のレンズ21)を挿入している。 That is, the imaging apparatus according to the first embodiment, since the the curvature can actually bend the image sensor 30 is limited (minimum), to compensate for the curvature of the image sensor 30, the second lens group It is inserted 20 (first lens 21 and the second group). したがって、実施の形態にかかる撮像装置は、 第1比較例にかかる撮像装置に比べてレンズ枚数は増えるものの、より実用的な構成であるといえる。 Thus, the imaging apparatus according to the first embodiment, although the number of lenses is increased as compared with the imaging apparatus according to the first comparative example, it can be said to be a more practical configuration.
【0027】 [0027]
なお、撮像素子30への光線の入射角が大きくなると、撮像素子30自体の構造により、受光領域に到達する光量が減少する。 Incidentally, when the angle of incidence of the ray to the imaging element 30 is increased, the structure of the imaging element 30 itself, the amount of light reaching the light receiving area is reduced. 図10と図4とを比較すれば、画角の大きな成分の撮像素子30への入射角が小さくなっていることがわかる。 The comparison between FIGS. 10 and 4, it can be seen that the angle of incidence to the imaging device 30 of a large component of the angle of view is small. これは、図10のレンズ構成の方が、画角の大きな成分の減光が少なくなることを示す。 This indicates that the direction of the lens arrangement of FIG. 10, becomes less dimming major component of the angle of view.
【0028】 [0028]
以上、実施の形態にかかる撮像装置でも、基本的には、 第1比較例にかかる撮像装置と同様の作用・効果が得られる。 Above, the imaging apparatus according to the first embodiment, basically the same effect and advantage as those of the imaging apparatus according to a first comparative example is obtained. さらに、撮像素子30の曲率をより大きくすることができ、該曲率が1群レンズ構成での理想曲率に到達しない場合でも、上記作用・効果を得ることができる。 Furthermore, it is possible to further increase the curvature of the image pickup device 30, even when the curvature does not reach the ideal curvature at the first group lens configuration, it is possible to obtain the actions and effects. さらに、画角の大きな成分の減光が少なくなる。 Further, dimming of a large component of the angle of view is reduced.
【0029】 [0029]
以下、図10に示す実施の形態1にかかる撮像装置の光学的特性を、1枚のレンズからなる結像レンズと平板状の撮像素子とを備えた撮像装置の光学的特性と比較する。 Hereinafter, the optical characteristics of the imaging apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 10, compared with the optical properties of the imaging apparatus having an imaging lens composed of one lens and a planar image sensor.
図4に、第比較例として、第1群レンズ10が第1群第1のレンズ11のみで構成されたいわゆる単レンズ構成(1群1枚構成)のものであり、かつ撮像素子30が平板状である撮像装置を示す。 4, as a second comparative example is intended first group lens 10 is been so-called single lens structure composed of only the first group first lens 11 (1 one group configuration), and the image pickup device 30 is showing an imaging device is a flat plate. なお、図4においては、光線40は撮像素子30に対して光軸より上側の部分のみが図示されているが、光軸より下側の部分も同様である。 In FIG. 4, beam 40 is only the upper portion from the optical axis is shown relative to the imaging device 30, the same is part of the lower side of the optical axis.
【0030】 [0030]
図4に示すように、第比較例にかかる撮像装置では、被写体側からの光線は、第1群第1のレンズ11のみにより撮像素子30に結像される。 As shown in FIG. 4, in the imaging device according to a second comparative example, light from the object side is imaged on the imaging element 30 only by the first lens 11 first group. なお、第1群第1のレンズ11の入射面および出射面は非球面であり、数値計算により最適化されている。 Incidentally, the incident surface and the transmission surface of the first group the first lens 11 are aspherical, are optimized numerically.
【0031】 [0031]
図5は、第比較例にかかる撮像装置の第1群レンズ10における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての画角と結像位置との関係、すなわち像面湾曲の度合いを示している(図5では、サジタル方向のみ図示)。 5, the first group lens 10 of the imaging apparatus according to the second comparative example, 460 nm, the relationship between the angle of view and the imaging position of the light 550nm and 630nm wavelengths, i.e. indicates the degree of curvature are (in FIG. 5, illustrated only sagittal direction). 図5によれば、第比較例にかかる撮像装置用レンズでは、画角0°と画角30°とで約200μmの像面湾曲が発生していることがわかる。 According to FIG. 5, in the imaging device lens to the second comparative example, it can be seen that the curvature of approximately 200μm in the angle 0 ° and the angle of view 30 ° has occurred. また、460nm、550nmおよび630nmの波長の光のいずれについても、それぞれ、約20μmの色収差が発生していることがわかる。 Furthermore, 460 nm, for any of the 550nm and 630nm wavelengths of light, respectively, it is understood that the chromatic aberration of approximately 20μm is generated.
【0032】 [0032]
次に、この第1群第1のレンズ11を、130L/mmの解像度を有する撮像素子30と組み合わせて用いる場合について説明する。 Then, the first group first lens 11, will be described when used in combination with an imaging device 30 having a resolution of 130L / mm.
図6(a)〜(c)に、それぞれ、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、種々の画角における、第1群第1のレンズ11と撮像素子30との間の距離(焦点ずれ)と、OTF係数ないしMTFとの関係を示す(サジタル方向のみ図示)。 FIG 6 (a) ~ (c), the distance (focus between each, 460 nm, 550 nm and 630nm for light having a wavelength of, at various angle, a first lens 11 and the image sensor 30 first group and displacement), shown to not OTF coefficient the relationship between the MTF (shown only sagittal direction). なお、図6(a)〜(c)において、横軸では、平均的な結像位置が0mmとして表されている。 Incidentally, in FIG. 6 (a) ~ (c), the horizontal axis, the average imaging position is represented as 0 mm.
【0033】 [0033]
図6(a)〜(c)から明らかなとおり、460nm、550nmおよび630nmの波長の光のいずれについても、画角の違いによりMTFが高い位置すなわち結像位置が異なる。 FIG 6 (a) ~ (c) As is clear from, 460 nm, for any of the 550nm and 630nm wavelengths of light, MTF has high position, that the image forming positions are different due to differences in angle of view. したがって、第1群第1のレンズ11と撮像素子30との間の距離を固定すると、ある画角では結像するが、他の画角ではMTFが低くなり、像がぼやけることがわかる。 Therefore, when fixing the distance between the first group first lens 11 and the imaging element 30 will be imaged in one angle, MTF is lowered in the other angle, it can be seen that the image is blurred. また、色収差の影響により、同じ画角でも結像位置が異なることがわかる。 Further, due to the influence of chromatic aberration, it can be seen that the imaging position is different even with the same angle of view. このため、このようなレンズ構成を備えた第1比較例にかかる撮像装置では、130L/mmの撮像素子30に対しては、MTFが低く、十分な解像度が得られない。 Therefore, in the imaging apparatus according to the first comparative example having such a lens configuration, with respect to the imaging device 30 of 130L / mm, MTF is low, no sufficient resolution is obtained. つまり、第比較例にかかるレンズ構成では、明るく(F値2.8以下)、高解像度(100万画素以上)で、広角(水平画角40度以上)の撮像装置を実現することはできない。 In other words, in the lens configuration according to a second comparative example, bright (F value 2.8 or less), high resolution (100 million pixels or more), can not be achieved an image pickup device of a wide-angle (or horizontal angle of view 40 degrees) .
【0034】 [0034]
以下、図10に示す実施の形態1にかかる撮像装置の光学的特性を、第1群第1のレンズと第1群第2のレンズとで構成された第1群レンズと、平板状の撮像素子とを備えた撮像装置の光学的特性と比較する。 Hereinafter, the optical characteristics of the imaging apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 10, a first lens unit composed of a first first lens and the first group a second lens group, tabular imaging comparing the optical properties of the imaging apparatus having an element.
図7に、第比較例として、第1群レンズ10が第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とで構成された色消しレンズ(1群2枚構成)であり、撮像素子30が平板状である撮像装置を示す。 7, as a third comparative example, the first group lens 10 is located in the first group the first lens 11 and configured achromatic lens in the first group a second lens 12 (two per group configuration) , showing an imaging device imaging device 30 is a flat plate. なお、図7においては、光線40は撮像素子30に対して光軸より上側の部分のみが図示されているが、光軸より下側の部分も同様である。 In FIG. 7, the light beam 40 is only the upper portion from the optical axis is shown relative to the imaging device 30, the same is part of the lower side of the optical axis.
【0035】 [0035]
図7に示すように、第比較例にかかる撮像装置では、被写体側からの光線は、第1群第1のレンズ11および第1群第2のレンズにより、撮像素子30の受光面に結像される。 As shown in FIG. 7, in the imaging apparatus in the third comparative example, light from an object side, a first lens 11 and the first second lens group the first group, forming the light receiving surface of the imaging element 30 is image. ここで、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とは、前記の色消し条件を満たす関係にある色消し構成のレンズであり、両レンズ11、12は接着剤等により張り合わされている。 Here, the first lens 11 first group and the first group a second lens 12, a achromatic configuration of a lens in said achromatic satisfying relationships, both lenses 11 and 12 adhesive They are attached to each other by. なお、第1群第1のレンズ11および第1群第2のレンズ12の入射面および出射面は非球面であり、数値計算により最適化されている。 Incidentally, the incident surface and the transmission surface of the first group the first lens 11 and the first group second lens 12 are aspherical, are optimized numerically.
【0036】 [0036]
図8は、第比較例にかかる撮像装置の第1群レンズ10における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての画角と結像位置との関係、すなわち像面湾曲の度合いを示している(図8では、サジタル方向のみ図示)。 8, in the first group lens 10 of an imaging apparatus according to the third comparative example, 460 nm, the relationship between the angle of view and the imaging position of the light 550nm and 630nm wavelengths, i.e. indicates the degree of curvature It is (in FIG. 8, shown only sagittal direction). 図8によれば、この第1群レンズ10では、上記3種の波長の光のうち、波長550nmの光と波長630nmの光とでは、結像位置がほぼ一致しており、これらの間での波長の色収差は補償されていることがわかる。 According to FIG. 8, in the first group lens 10, out of the light wavelength of the three, in the light of the light and the wavelength 630nm wavelength 550 nm, the imaging position are substantially coincides with, between these it can be seen that the chromatic aberration of the wavelength is compensated. ただし、波長460nmの光では、他の波長の光と約20μmの色収差が発生している(設計上、色収差抑制のみを最適化パラメータとしていないため)。 However, (for a design, not the optimization parameters only chromatic aberration suppression) In the wavelength 460nm light, the chromatic aberration of the light and about 20μm of other wavelengths to have occurred. また、第1比較例の場合と同様に(図5参照)、画角0°と画角30°とでは約200μmの像面湾曲が発生している。 Also, as in the first comparative example (see FIG. 5), about 200μm curvature of between angle 0 ° and the angle of view 30 ° has occurred.
【0037】 [0037]
次に、この第1群レンズ10を、130L/mm(ラインペア/mm)の解像度を有する撮像素子30と組み合わせて用いる場合について説明する。 Then, the first group lens 10, will be described when used in combination with an imaging device 30 having a resolution of 130L / mm (line pairs / mm).
図9(a)〜(c)に、それぞれ、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、種々の画角における、第1群レンズ10と撮像素子30との間の距離(焦点ずれ)と、OTF係数ないしMTFとの関係を示す(サジタル方向のみ図示)。 Figure 9 (a) ~ (c), respectively, 460 nm, 550 nm and 630nm for light having a wavelength of, at various angle, a distance between the first group lens 10 and the image sensor 30 and (defocus) , to no OTF coefficient shows the relationship between the MTF (shown only sagittal direction). なお、図3(a)〜(c)において、横軸では、平均的な結像位置が0mmとして表されている。 Incidentally, in FIG. 3 (a) ~ (c), the horizontal axis, the average imaging position is represented as 0 mm.
【0038】 [0038]
図9(a)〜(c)から明らかなとおり、460nm、550nmおよび630nmの波長の光のいずれについても、画角の違いによりMTFが高い位置すなわち結像位置が異なる。 Figure 9 (a) ~ As is clear from (c), 460nm, for any of the 550nm and 630nm wavelengths of light, MTF has high position, that the image forming positions are different due to differences in angle of view. したがって、第1群レンズ10と撮像素子30との間の距離を固定すると、ある画角では結像するが、他の画角ではMTFが低くなり、像がぼやけることがわかる。 Therefore, when fixing the distance between the first group lens 10 and the image sensor 30, but forms an image at a certain angle, MTF is lowered in the other angle, it can be seen that the image is blurred. ただし、図9(a)〜(c)を図6(a)〜(c)と比較すれば、第比較例では、第比較例に比べて、画角が大きい成分ではMTFの最大値が大きくなっている。 However, when compared with FIG. 6 (a) ~ (c) Figure 9 (a) ~ (c) , in the third comparative example, in comparison with the second comparative example, the maximum value of the MTF is a component angle is large It is larger. これにより、色消し構成の第1群レンズ10によってレンズそのものの解像度が向上することがわかる。 Thus, it can be seen that the resolution is improved in the lens itself by the first group lens 10 of the achromatic structure.
【0039】 [0039]
また、波長550nmの光と波長630nmの光とでは、ほぼ光学的特性は一致している。 Further, in the light of the light and the wavelength 630nm wavelength 550 nm, it is substantially optical properties match. しかし、色収差の影響により、波長630nmの光は、他の波長と比べて、同じ画角でも結像位置が異なることがわかる。 However, due to the influence of chromatic aberration, light of wavelength 630nm, compared with other wavelengths, it can be seen that the imaging position is different even with the same angle of view. したがって、このようなレンズ構成の第比較例にかかる撮像装置では、130L/mmの撮像素子30に対しては、MTFが低く、十分な解像度が得られないものの、第比較例よりは光学特性が改善されていることがわかる。 Thus, the imaging apparatus according to a third comparative example of such a lens arrangement, with respect to the imaging device 30 of 130L / mm, MTF is low, although not sufficient resolution is obtained, optics than the second comparative example it can be seen that the characteristics are improved. なお、第比較例にかかる撮像装置において、第1群レンズ10を構成する両レンズ11、12を張り合わせず、独立した別体のレンズで構成した場合も同様である。 Incidentally, in the imaging apparatus according to the third comparative example, not bonded both lenses 11 and 12 constituting the first group lens 10, the same applies to the case of a configuration using independent separate lenses.
【0040】 [0040]
なお、図示していないが、第1群レンズ10が第1群第1のレンズ11のみで構成されたいわゆる単レンズ(1群1枚構成)であり、撮像素子30が第1群第1のレンズ11に対して凹面状に湾曲している場合は(第比較例)、撮像装置の解像度は高くなるものの、色収差の問題は残る。 Although not shown, the first group lens 10 is a first group first lens 11 only constructed so-called single lens (one per group configuration), the imaging device 30 is first in the first group If you are concavely curved with respect to the lens 11 (fourth comparative example), but the resolution of the imaging device is high, the chromatic aberration problems remain. このため、色補正を行う必要がある。 Therefore, it is necessary to perform color correction.
【0041】 [0041]
このように、色消し構成でない単レンズと平板状の撮像素子とを用いた撮像装置(第比較例)はもとより、色消し構成のレンズと平板状の撮像素子とを用いた撮像装置(第比較例)、あるいは、色消し構成でない単レンズと湾曲した撮像素子とを用いた撮像装置(第比較例)でも、実施の形態1にかかる撮像装置と同等に解像度を高め、像面湾曲および色収差を有効に低減ないしは解消することはできない。 Thus, the imaging device (second comparative example) and using a single lens is not achromatic configuration a flat image sensor as well as an imaging apparatus using the achromatic structure of the lens and the plate-shaped imaging device (first 3 Comparative example), or even an image pickup apparatus using an image pickup device and a curved single lens not achromatic structure (fourth comparative example), equally increase the resolution and imaging apparatus according to the first embodiment, the curvature of field and it is not possible to effectively reduce or eliminate chromatic aberration.
【0042】 [0042]
これに対して、第1群第1のレンズ11と第1群第2のレンズ12とからなる色消し構成の第1群レンズ10と、湾曲した撮像素子30とを備えた実施の形態1にかかる撮像装置では、解像度が高く、像面湾曲および色収差が有効に低減ないしは解消されるので、小型化ないしは薄型化を十分に図ることができる。 In contrast, the first group lens 10 achromatic structure in which the first lens 11 first group consisting of first group second lens 12., in the first embodiment and an imaging device 30 which is curved in the imaging device, high resolution, since the field curvature and chromatic aberrations are effectively reduced or eliminated, it is possible to reduce the size or thickness of the well. この作用・効果は、色消し構成のレンズの作用・効果と、湾曲した撮像素子の作用・効果の相加的な作用・効果ではなく、色消し構成の第1群レンズ10と湾曲した撮像素子30とを組み合わせることによって、新たに生じる顕著な作用・効果である。 The operation and effect, and the action and effects of the lens achromatic configuration, rather than the additive effects and effects Effects of curved imaging device, an imaging device and a curved first lens unit 10 of achromatic structure by combining the 30, a remarkable action and effect newly occurs.
【0043】 [0043]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明にかかる撮像装置は、結像レンズが1群の色消しレンズで構成され、撮像素子が湾曲しているので、色収差を低減することができるとともに、各画角でのMTFを向上させることができる。 Imaging device according to the present invention, an imaging lens is constituted by a group of the achromatic lens, since the imaging device is curved, it is possible to reduce the chromatic aberration, to improve the MTF at each angle can. また、色収差および像面湾曲を低減ないし解消することができる。 Further, it is possible to reduce or eliminate chromatic aberration and curvature of field. さらに、画角の大きな成分の減光を低減することができる。 Furthermore, it is possible to reduce the dimming of a large component of the angle of view.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】 本発明の第1比較例にかかる撮像装置の側面断面図である。 1 is a side sectional view of an imaging apparatus according to a first comparative example of the present invention.
【図2】 図1に示す撮像装置における、画角と像面湾曲との関係を示すグラフである。 In the image pickup apparatus shown in FIG. 1. FIG is a graph showing the relationship between the angle and curvature.
【図3】 (a)、(b)および(c)は、それぞれ、図1に示す撮像装置における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、レンズと撮像素子との間の距離(焦点ずれ)とOTF係数(MTF)との関係を示すグラフである。 [3] (a), (b) and (c), the distance (focus between each, in the imaging apparatus shown in FIG. 1, 460 nm, and 550nm and 630nm of the light of the wavelength of the lens and the imaging device it is a graph showing the relationship between the deviation) and the OTF coefficient (MTF).
【図4】 本発明の第2比較例にかかる撮像装置の側面断面図である。 Is a side cross-sectional view of an imaging apparatus according to a second comparative example of the present invention; FIG.
【図5】 図4に示す撮像装置における、画角と像面湾曲との関係を示すグラフである。 In the image pickup apparatus shown in FIG. 5 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle and curvature.
【図6】 (a)、(b)および(c)は、それぞれ、図4に示す撮像装置における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、レンズと撮像素子との間の距離(焦点ずれ)とOTF係数(MTF)との関係を示すグラフである。 6 (a), (b) and (c), the distance (focus between each, in the imaging apparatus shown in FIG. 4, 460 nm, and 550nm and 630nm of the light of the wavelength of the lens and the imaging device it is a graph showing the relationship between the deviation) and the OTF coefficient (MTF).
【図7】 本発明の第3比較例にかかる撮像装置の側面断面図である。 7 is a side cross-sectional view of an imaging apparatus according to a third comparative example of the present invention.
【図8】 図7に示す撮像装置における、画角と像面湾曲との関係を示すグラフである。 In the image pickup apparatus shown in FIG. 8 7 is a graph showing the relationship between the angle and curvature.
【図9】 (a)、(b)および(c)は、それぞれ、図7に示す撮像装置における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、レンズと撮像素子との間の距離(焦点ずれ)とOTF係数(MTF)との関係を示すグラフである。 9 (a), (b) and (c), the distance (focus between each, in the imaging apparatus shown in FIG. 7, 460 nm, and 550nm and 630nm of the light of the wavelength of the lens and the imaging device it is a graph showing the relationship between the deviation) and the OTF coefficient (MTF).
【図10】 本発明の実施の形態にかかる撮像装置の側面断面図である。 10 is a side cross-sectional view of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図11】 図10に示す撮像装置における、画角と像面湾曲との関係を示すグラフである。 In the image pickup apparatus shown in FIG. 11 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the angle and curvature.
【図12】 (a)、(b)および(c)は、それぞれ、図10に示す撮像装置における、460nm、550nmおよび630nmの波長の光についての、レンズと撮像素子との間の距離(焦点ずれ)とOTF係数(MTF)との関係を示すグラフである。 [12] (a), (b) and (c), the distance (focus between each, in the imaging apparatus shown in FIG. 10, 460 nm, and 550nm and 630nm of the light of the wavelength of the lens and the imaging device it is a graph showing the relationship between the deviation) and the OTF coefficient (MTF).
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
10 第1群レンズ、 11 第1群第1のレンズ、 12 第1群第2のレンズ、 20 第2群レンズ、 21 第2群第1のレンズ、 30 撮像素子、 40 光線。 10 the first group lens, 11 first first lens group, 12 first second lens group, 20 second group lens, 21 second first lens group, 30 imaging element, 40 light.

Claims (1)

  1. 結像レンズにより撮像素子の受光面に被写体の画像が結像されるようになっている撮像装置において、 In it it is imaging device adapted to image the subject is formed on the light receiving surface of the imaging device by the imaging lens,
    結像レンズが、1群の色消しレンズで構成され、 An imaging lens is configured by a group of achromatic lens,
    かつ、撮像素子が、その受光面が結像レンズに対して凹面状となるように湾曲していて、結像レンズと撮像素子との間に凹レンズが配置されていることを特徴とする撮像装置。 And, an imaging device, the light receiving surface thereof is curved so as to be concave with respect to an imaging lens, an imaging apparatus characterized that you have been disposed concave lens between the imaging lens and the imaging device .
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