JP4294338B2 - Imaging optical system and imaging apparatus using the same - Google Patents

Imaging optical system and imaging apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系とそれを用いた撮像装置に関するものであり、特に、CCDやCMOS等の固体撮像素子等を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話や、パソコンに搭載される小型カメラ、監視カメラ等の撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに代わり、CCDやCMOSのような固体撮像素子を用いて被写体を撮影するようにした電子カメラが普及してきている。このような電子カメラの中、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像装置では、特に小型、軽量化が求められている。
【0003】
このような撮像装置に用いる結像光学系として、従来よりレンズ枚数を1枚若しくは2枚で構成したものがある。しかしながら、これらは、収差論で明らかなように、像面湾曲が補正できず高い性能は望めないことは既に知られている。そのため、高性能を満たすには3枚以上のレンズで構成することが必要である。
【0004】
一方、CCDの場合、結像レンズ系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、マイクロレンズの集光性能が十分に発揮されず、画像の明るさが画像中央部と画像周辺部で極端に変化するという問題が生じてしまう。そのため、CCDへの光線入射角、すなわち、射出瞳位置が設計上重要である。枚数の少ない光学系の場合には、明るさ絞りの位置が重要になる。
【0005】
これらの問題を考慮したものとして、フロント絞りのトリプレットタイプがあげられる。そのような結像レンズとして、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6等で開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平1−144007号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平2−191907号公報
【0008】
【特許文献3】
特開平4−153612号公報
【0009】
【特許文献4】
特開平5−188284号公報
【0010】
【特許文献5】
特開平9−288235号公報
【0011】
【特許文献6】
特開2001−75006号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの先行例は、次に示すように様々な問題点があった。
【0013】
特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献5の何れも、いずれも半画角が25°程度であった。これを広角化しようとすると、第1正レンズは何れも両凸形状であるので、軸外光線のコマ収差、非点収差の補正が難しく、性能を十分に満たせなくなってしまっていた。また、そこに高屈折率のガラスを用いないと、光学性能を十分に満足させることができないので、低コスト化、軽量化を達成することも困難であった。
【0014】
特許文献6では、第1正レンズを像側に凸のメニスカス形状にすることにより広角化を達成している。しかしながら、広角化を達成しているその実施例1では、ディストーションや倍率色収差が十分に補正されていなかった。
【0015】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高性能化と小型化を同時に満たす半画角が35°程度の広角の結像光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第1の結像光学系は、物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【0017】
−0.55<f2 /f3 <−0.1 ・・・(1)
ただし、f2 は第2負レンズの焦点距離、f3 は第3正レンズの焦点距離である。
【0018】
本発明の第2の結像光学系は、物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【0019】
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.85 ・・・(2)
0.1<β3 <1.0 ・・・(3)
ただし、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径、β3 は第3正レンズの横倍率である。
【0020】
以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用を説明する。
【0021】
まず、レンズ枚数について説明する。本発明では、性能と小型化を考慮した結果、レンズ枚数を3枚で構成した。レンズ枚数を4枚以上にすればさらに性能が向上するのは明らかであるが、1枚レンズが増えることにより、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがそれだけ多くなり、大型化するのは避けられない。また、上記の従来の技術の項で述べたように、2枚以下では像面湾曲が小さくならずかなり周辺性能は劣化する。3枚で構成するのが性能、大きさ共に最適である。
【0022】
次に、撮像素子であるCCDへの光線入射角を小さくするために、明るさ絞りを最も物体側に配置した。射出瞳位置を物体側に遠くなるようにレンズのパワーを構成すればよいが、枚数が少ないので明るさ絞りの位置を物体側に配置するのが最も効果的である。
【0023】
ここで、明るさ絞りを最も物体側に配置すると、絞りに対して一方にしかレンズがないので、光学設計には周辺性能であるディストーションと倍率色収差の補正が難しくなってくる。そのため、物体側より、正レンズ、負レンズ、正レンズと配置することにより、光線高の大きくなる第2レンズ、第3レンズに異符号のパワーを配置して補正している。なお、中心性能は、第1正レンズで発生する球面収差、軸上色収差を第2負レンズで補正し、画面全体の高性能化を達成している。
【0024】
このとき、第1正レンズは、上記の発明が解決しようとする課題の項で述べたように、像側に凸のメニスカス形状にする。これにより、広角化しても高性能を達成できる。
【0025】
ここで、広角の光学系を構成する場合には、画面周辺の収差、特に倍率色収差とディストーションを十分補正しないと、高性能化は図れない。これらの収差は、明るさ絞りから遠くに配置され周辺の光線高が高くなる第2レンズと第3レンズで発生しやすい。
【0026】
そのため、本発明の第1の結像光学系では、第2負レンズと第3正レンズのパワー配分に注目した。すなわち、次の条件式を満たす必要がある。
【0027】
−0.55<f2 /f3 <−0.1 ・・・(1)
ただし、f2 は第2負レンズの焦点距離、f3 は第3正レンズの焦点距離である。
【0028】
この条件式の上限の−0.1を越えると、正のパワーが弱くなるか、負のパワーが強くなりすぎて、下限の−0.55を越えると、正のパワーが強くなるか、負のパワーが弱くなりすぎて、共に倍率色収差とディストーションが悪化してしまう。
【0029】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0030】
−0.5<f2 /f3 <−0.15 ・・・(1−1)
ここで、明るさ絞りから最も遠い第3正レンズは周辺の光線高が最も高くなるため、倍率色収差とディストーションの補正効果が最も高い。そのため、本発明の第2の結像光学系では、そのレンズ形状に着目した。特に入射面の方が、周辺の主光線高が第2負レンズと近くなるので、効果的に収差を打ち消しあうことができる。そのため、例えばその形状を像側に凸のメニスカスにすると、入射側では負の補正効果となって補正できなくなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0031】
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.85 ・・・(2)
ただし、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0032】
この条件式の上限の0.85を越えると、入射面の補正効果が低くなり倍率色収差とディストーションが悪化してしまい、下限の−2.0を越えると、物体側に凸のメニスカス形状がきつくなりすぎ、コマ収差、非点収差が悪化してしまう。
【0033】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0034】
−1.5<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.7 ・・・(2−1)
なお好ましくは、第3正レンズは両面共正パワーを持つ両凸形状がよい。このとき、次の条件式を満たすのがよい。
【0035】
−0.95<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.85・・・(2−2)
このとき、なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0036】
−0.8<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.1 ・・・(2−3)
また、第3正レンズは物体側に凸のメニスカス形状でもかまわない。そのとき、次の条件式を満たすのが良い。
【0037】
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<−1.0・・・(2−4)
このとき、なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0038】
−1.5<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<−1.1・・・(2−5)
このとき、第1正レンズ、第2負レンズで形成した像を第3正レンズで倍率変換しているので、収差も同様に倍率により変化する。また、これにより光学系の小型化にも影響する。よって、上記の条件式の他に第3正レンズの横倍率を設定する必要がある。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【0039】
0.1<β3 <1.0 ・・・(3)
ただし、β3 は第3正レンズの横倍率である。
【0040】
この条件式の上限の1.0を越えると、画面周辺の収差、特に倍率色収差とディストーションが劣化してしまい、下限の0.1を越えると、光学系が大型化してしまう。
【0041】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0042】
0.2<β3 <0.8 ・・・(3−1)
また、倍率色収差は光線高の高くなる第2負レンズと第3正レンズの構成に大きく依存している。特に、第2負レンズの射出面と第3正レンズの入射面のパワーのバランスを取ることが非常に重要である。よって、次の条件式を満たすのがよい。
【0043】
0.1<r2r/r3f<1.0 ・・・(4)
ただし、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径である。
【0044】
この条件式の上限の1.0、下限の0.1を越えると、何れも第2負レンズの像側面のパワーと第3正レンズの物体側面のパワーのバランスが崩れ、共に倍率色収差が悪化してしまう。
【0045】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0046】
0.1<r2r/r3f<0.5 ・・・(4−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0047】
0.05<r2r/r3f<0.23 ・・・(4−2)
また、周辺収差だけでなく軸上収差も適切に補正しないと、高性能は達成できない。第1正レンズは明るさ絞りに最も近いため、球面収差の補正に効果的である。また、第3正レンズは逆に最も遠いので周辺性能への影響が大きい。そのため、バランスを取るためには次の条件式を満たすのがよい。
【0048】
−0.25<r1r/r3r<0.6 ・・・(5)
ただし、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0049】
この条件式の上限の0.6、下限の−0.25を越えると、何れも収差バランスを取り難くなる。
【0050】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0051】
−0.2<r1r/r3r<0.45 ・・・(5−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0052】
−0.15<r1r/r3r<0.35 ・・・(5−2)
また、第3正レンズの屈折率は次の条件式を満たすのがよい。
【0053】
1.40<n3 <1.66 ・・・(6)
ただし、n3 は第3正レンズの屈折率である。
【0054】
この条件式の上限の1.66を越えると、像面湾曲が悪化したり、ガラスが高価になりコストが上がったりしてしまい、下限の1.40を越えると、コマ収差、非点収差の発生が大きくなり性能が劣化してしまう。
【0055】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0056】
1.45<n3 <1.60 ・・・(6−1)
また、第1正レンズは最も絞りに近いため、中心から周辺の光束は略レンズの同じ領域を通過している。すなわち、この面の収差発生を適切に補正しておかないと、第2負レンズ、第3正レンズで補正し切れなくなる場合があり、全画面の性能が、特にコマ収差や非点収差が劣化してしまう。そのため、次の条件式を満たすのが好ましい。
【0057】
1.0<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<2.5 ・・・(7)
ただし、r1fは第1正レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0058】
この条件式の上限の2.5を越えると、相対的に第1正レンズの像側の面のパワーが強くなりすぎて、特に球面収差、コマ収差が悪化してしまい、下限の1.0を越えると、相対的に第1正レンズの物体側の面のパワーが弱くなりすぎて、軸外収差、特に非点収差、コマ収差が悪化してしまう。
【0059】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0060】
1.0<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.7 ・・・(7−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0061】
1.1<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.6 ・・・(7−2)
また、第2負レンズは第1正レンズと第3正レンズの中間に配置されているので、このパワーを適切に設定しておかないと、両正レンズの収差発生を効果的に補正できなくなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0062】
−1.0<f2 /Ih<−0.05 ・・・(8)
ただし、f2 は第2負レンズの焦点距離、Ihは最大像高である。
【0063】
この条件式の上限の−0.05を越えると、第2負レンズのパワーが強くなりすぎ補正過剰になってしまい、下限の−1.0を越えると、パワーが弱くなりすぎ補正不足になってしまい、共に性能が劣化する。
【0064】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0065】
−0.75<f2 /Ih<−0.1 ・・・(8−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0066】
−0.6<f2 /Ih<−0.25 ・・・(8−2)
また、第2負レンズで光線が発散されるため、第3正レンズの物体側の面に入射するときには光線が急角度で入りやすい。そのため、ここで非点収差やコマ収差が発生しやすくなる。特に広角の光学系を構成する場合には、この面で発生する収差を十分に補正する必要がある。そのため、少なくとも第3正レンズの物体側の面を非球面で構成するのがよい。このとき、この非球面は正パワーが緩くなる方向の非球面にするのが好ましい。なお、この非球面は次の条件式を満たすのがよい。
【0067】
0.01<|(r3fs +r3fa )/(r3fs −r3fa )−1|<100・・・(9)
ただし、r3fs は第3正レンズの物体側面における光軸上曲率半径、r3fa は第3正レンズの物体側面の非球面を考慮した曲率半径rASP の中の最大像高の主光線が通過するポイントより内側の範囲で光軸上曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【0068】
ここで、非球面を考慮した曲率半径rASP は、非球面定義式をf(y)としたとき、次の式で定義される。以下、同じ。
【0069】
ASP =y・(1+f’(y)2 1/2 /f’(y)
ただし、yは光軸からの高さ、f’(y)はf(y)の一階微分とする。
【0070】
この条件式(9)の上限の100を越えると、非球面効果が小さくなりすぎて非点収差、コマ収差が補正できなくなってしまい、下限の0.01を越えると、非球面効果が大きくなりすぎて加工が難しくなってしまう。
【0071】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0072】
0.05<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<10・・・(9−1)
また、第3正レンズの像面側の面は像面に最も近い面になるので、光束が細くなり球面収差やコマ収差の補正能力が比較的落ちる。そのため、第3正レンズの像面側の面でそれらの収差に影響を与えず、主光線収差であるディストーションを重点的に補正することができる。よって、この面に非球面を用いるのがよい。また、このとき、この非球面は正パワーが緩くなる方向の非球面にするのが好ましい。一方、余り正パワーを弱くしすぎると、像面への入射角をきつくなってしまうので、ある程度正パワーを強くしておく必要もある。そのため、この非球面は次の条件式を満たすのがよい。
【0073】
0.01<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<100・・・(10)
ただし、r3rs は第3正レンズの像側面における光軸上曲率半径、r3ra は第3正レンズの像側面の非球面を考慮した曲率半径の中の最大像高の主光線が通過するポイントより内側の範囲で光軸上曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【0074】
この条件式の上限の100を越えると、非球面効果が小さくなりすぎてディストーションが良好に補正できなくなってしまい、下限の0.01を越えると、像面への入射角が大きくなってしまう。
【0075】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0076】
0.05<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<10・・・(10−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0077】
0.1<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<2.5・・・(10−2)
撮像素子にCCDを用いる場合、結像光学系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、画像中央部と画像周辺部で画像の明るさが変化してしまう。一方、像面に対して小さい角度で入射させるとこの問題は軽減されるが、今度は光学系の全長が大きくなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【0078】
10°<α<40° ・・・(11)
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。
【0079】
この条件式の上限の40°を越えると、CCDへの入射角が大きくなりすぎ画像周辺部の明るさが低下してしまい、下限の10°を越えると、全長が大きくなりすぎてしまう。
【0080】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0081】
15°<α<35° ・・・(11−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0082】
17.5°<α<25° ・・・(11−2)
本発明は、以上の何れかの結像光学系と、その像側に配された電子撮像素子を備えた電子撮像装置を含むものである。
【0083】
また、本発明の別の撮像装置は、物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とするものである。
【0084】
この構成の作用を説明すると、明るさ絞り周辺面での反射光が結像光学系の内部に入射すると、ゴースト、フレアといった現象が起こりやすくなる。特に、本願発明のように、物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された小型の結像光学系では、撮像素子の撮像面も小さくなるため、相対的に明るさ絞りの外周面での反射光の影響が大きくなる。
【0085】
そこで、本発明では、最も物体側に明るさ絞りが配されることを利用して、明るさ絞りの開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させた固定形状としている。
【0086】
このような構成により、開口部の外周面で反射した光束が撮像素子に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【0087】
また、本発明のさらに別の撮像装置は、物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とするものである。
【0088】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。したがって、これらのレンズを保持するレンズ枠を形成が容易な同一樹脂で一体成形することで、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【0089】
その際に、レンズ枠に明るさ絞りの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、かつ、このレンズ枠自体に撮像素子の保持機能を備えさせることで、枠内へごみが進入しづらい構成とすることが可能となる。
【0090】
また、本発明の第3の撮像装置は、物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第1正レンズ、第3正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とするものである。
【0091】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。特に第1正レンズと第3正レンズで顕著となる。したがって、上述の構成とすることで軸外光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化し、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【0092】
さらには、全レンズの外周に物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、上記レンズ枠にその傾斜部が当接するようにしてもよい。
【0093】
また、本発明の第4の撮像装置は、物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第1正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第3正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とするものである。
【0094】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。また、有効光束は、像面側程撮像素子の有効撮像領域の形状に近づいてくる。したがって、上述の構成とすることで、有効光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化ができる。
【0095】
なお、以上の各条件式に共通して、各条件式範囲をより限定した下位の条件式の上限値のみ、又は、下限値のみをその上位の条件式の上限値あるいは下限値として限定するようにしてもよい。
【0096】
また、以上の条件式は、任意に複数を組み合わせることで、より本発明の効果を高めることができる。
【0097】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結像光学系の実施例1〜5について説明する。実施例1〜5の無限遠物点合焦時のレンズ断面図をそれぞれ図1〜図5に示す。図中、明るさ絞りはS、第1正レンズはL1、第2負レンズはL2、第3正レンズはL3、電子撮像素子のカバーガラスはCG、像面はIで示してある。なお、カバーガラスCGの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスCGにローパスフィルター作用を持たせるようにしてもよい。
【0098】
実施例1の結像光学系は、図1に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、両凹の両面非球面の第2負レンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1〜第3レンズL3は全てプラスチックからなり、第1レンズL1、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス(商品名)、第2レンズL2はポリカーボネイトから構成されている。
【0099】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高Ih=2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r2 〜第7面r7 の順に、0.652mm,1.058mm,1.238mm,1.335mm,1.592mm,1.844mmである。
【0100】
実施例2の結像光学系は、図2に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、両凹の両面非球面の第2負レンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1、第2レンズL2はプラスチック、第3レンズL3はガラスからなり、第1レンズL1はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス、第2レンズL2はポリカーボネイトから構成されている。
【0101】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高Ih=2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r2 〜第7面r7 の順に、0.653mm,0.966mm,1.129mm,1.271mm,1.627mm,1.871mmである。
【0102】
実施例3の結像光学系は、図3に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、両凹の両面非球面の第2負レンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1はプラスチック、第2レンズL2、第3レンズL3はガラスからなり、第1レンズL1はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【0103】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高Ih=2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r2 〜第7面r7 の順に、0.669mm,1.186mm,1.355mm,1.629mm,1.621mm,1.741mmである。
【0104】
実施例4の結像光学系は、図4に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、物体側に凸面を向けた両面非球面の第2負メニスカスレンズL2、物体側に凸面を向けた両面非球面の第3正メニスカスレンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1〜第3レンズL3は全てプラスチックからなり、第1レンズL1、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス、第2レンズL2はポリカーボネイトから構成されている。
【0105】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高Ih=2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r2 〜第7面r7 の順に、0.635mm,1.032mm,1.335mm,1.249mm,1.278mm,1.544mmである。
【0106】
実施例5の結像光学系は、図5に示すように、物体側から順に、明るさ絞りS、像側に凸面を向けた両面非球面の第1正メニスカスレンズL1、両凹の両面非球面の第2負レンズL2、両凸の両面非球面の第3正レンズL3、カバーガラスCGから構成されている。本実施例では、第1レンズL1〜第3レンズL3は全てプラスチックからなり、第1レンズL1、第3レンズL3はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス、第2レンズL2はポリカーボネイトから構成されている。
【0107】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高Ih=2.4mmであり、半画角ω=36°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径(片側)は、第2面r2 〜第7面r7 の順に、0.634mm,0.947mm,1.179mm,1.285mm,1.461mm,1.749mmである。
【0108】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、r1 、r2 …は各レンズ面の曲率半径、d1 、d2 …は各レンズ面間の間隔、nd1、nd2…は各レンズのd線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、xを光の進行方向を正とした光軸とし、yを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【0109】
x=(y2 /r)/[1+{1−(K+1)(y/r)2 1/2
+A44 +A66 +A88 + A1010
ただし、rは光軸上の曲率半径、Kは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
【0110】
実施例1
1 = ∞(絞り) d1 = 0.1500
2 = -6.6854(非球面) d2 = 1.3215 nd1 =1.52542 νd1 =55.78
3 = -0.7303(非球面) d3 = 0.1459
4 = -30.0120(非球面) d4 = 0.6000 nd2 =1.58423 νd2 =30.49
5 = 0.7826(非球面) d5 = 0.6381
6 = 3.0717(非球面) d6 = 1.1734 nd3 =1.52542 νd3 =55.78
7 = -3.9927(非球面) d7 = 0.5000
8 = ∞ d8 = 1.0000 nd4 =1.51633 νd4 =64.10
9 = ∞ d9 = 0.2812
10= ∞(像面)
非球面係数
第2面
K =-27.8001
A4 =-1.7921 ×10-1
A6 = 2.8337 ×10-1
A8 =-1.0853
A10= 8.9415 ×10-1
第3面
K =-2.9582
A4 =-1.4120 ×10-1
A6 = 2.7136 ×10-3
A8 =-3.8084 ×10-3
A10=-1.4846 ×10-2
第4面
K = 0
A4 = 3.3297 ×10-2
A6 =-3.4902 ×10-2
A8 = 1.8527 ×10-2
A10=-2.0576 ×10-3
第5面
K =-4.8798
A4 =-1.8292 ×10-2
A6 = 4.0871 ×10-2
A8 =-2.4150 ×10-2
A10= 5.4240 ×10-3
第6面
K = 0
A4 =-7.1823 ×10-2
A6 = 2.6857 ×10-2
A8 =-4.1832 ×10-3
A10=-4.5583 ×10-4
第7面
K =-35.0647
A4 =-4.3006 ×10-2
A6 = 1.6318 ×10-2
A8 =-1.5380 ×10-3
A10=-4.1595 ×10-4
【0111】
実施例2
1 = ∞(絞り) d1 = 0.1500
2 = -11.2515(非球面) d2 = 1.0585 nd1 =1.52542 νd1 =55.78
3 = -0.7488(非球面) d3 = 0.1029
4 = -10.6642(非球面) d4 = 0.6000 nd2 =1.58423 νd2 =30.49
5 = 0.8605(非球面) d5 = 0.6195
6 = 4.8797(非球面) d6 = 1.1406 nd3 =1.65160 νd3 =58.50
7 = -3.7876(非球面) d7 = 0.5000
8 = ∞ d8 = 1.0000 nd4 =1.51633 νd4 =64.10
9 = ∞ d9 = 0.4690
10= ∞(像面)
非球面係数
第2面
K = 2.0583
A4 =-1.9830 ×10-1
A6 = 1.8892 ×10-1
A8 =-9.9116 ×10-1
A10= 7.9724 ×10-1
第3面
K =-3.0167
A4 =-1.8704 ×10-1
A6 =-3.0791 ×10-2
A8 = 8.4573 ×10-2
A10=-9.1810 ×10-2
第4面
K = 0
A4 =-2.2863 ×10-2
A6 = 5.3472 ×10-2
A8 = 2.1013 ×10-3
A10=-1.1119 ×10-2
第5面
K =-5.5091
A4 =-5.6563 ×10-3
A6 = 3.3297 ×10-2
A8 =-6.8881 ×10-3
A10=-1.7940 ×10-3
第6面
K = 0
A4 =-4.4850 ×10-2
A6 = 2.5395 ×10-2
A8 =-7.4272 ×10-3
A10= 6.7279 ×10-4
第7面
K =-21.8659
A4 =-3.2435 ×10-2
A6 = 1.3768 ×10-2
A8 =-2.4795 ×10-3
A10=-8.2440 ×10-5
【0112】
実施例3
1 = ∞(絞り) d1 = 0.1500
2 = -9.6637(非球面) d2 = 1.7096 nd1 =1.52542 νd1 =55.78
3 = -0.7070(非球面) d3 = 0.1410
4 = -5.3549(非球面) d4 = 0.6000 nd2 =1.70514 νd2 =41.20
5 = 0.9397(非球面) d5 = 0.5132
6 = 8.2853(非球面) d6 = 1.0344 nd3 =1.58913 νd3 =61.20
7 = -1.9020(非球面) d7 = 0.5000
8 = ∞ d8 = 2.0000 nd4 =1.51633 νd4 =64.14
9 = ∞ d9 = 0.3328
10= ∞(像面)
非球面係数
第2面
K = 0
A4 =-9.9322 ×10-2
A6 = 2.1958 ×10-1
A8 =-7.8548 ×10-1
A10= 8.3313 ×10-1
第3面
K =-3.2352
A4 =-1.3113 ×10-1
A6 = 5.7473 ×10-2
A8 =-3.8798 ×10-2
A10= 1.4136 ×10-2
第4面
K =12.4633
A4 = 1.7636 ×10-2
A6 =-5.3676 ×10-2
A8 = 3.4664 ×10-2
A10=-4.4294 ×10-3
第5面
K =-8.4376
A4 =-6.5555 ×10-2
A6 = 4.5259 ×10-2
A8 =-2.4528 ×10-2
A10= 3.5103 ×10-3
第6面
K = 0
A4 =-1.5802 ×10-1
A6 = 1.2860 ×10-1
A8 =-3.9408 ×10-2
A10= 3.1658 ×10-3
第7面
K =-2.5549
A4 =-3.2613 ×10-2
A6 =-2.0838 ×10-2
A8 = 2.3457 ×10-2
A10=-4.0787 ×10-3
【0113】
実施例4
1 = ∞(絞り) d1 = 0.1500
2 = -3.7560(非球面) d2 = 1.1970 nd1 =1.52542 νd1 =55.78
3 = -0.7727(非球面) d3 = 0.1000
4 = 6.2100(非球面) d4 = 0.6000 nd2 =1.58423 νd2 =30.49
5 = 0.9511(非球面) d5 = 0.5038
6 = 4.5116(非球面) d6 = 0.7107 nd3 =1.52542 νd3 =55.78
7 = 29.5761(非球面) d7 = 0.7000
8 = ∞ d8 = 1.0000 nd4 =1.51633 νd4 =64.14
9 = ∞ d9 = 0.3371
10= ∞(像面)
非球面係数
第2面
K = 1.8547
A4 =-1.9182 ×10-1
A6 = 1.5418 ×10-1
A8 =-6.5395 ×10-1
A10= 5.0643 ×10-1
第3面
K =-2.9572
A4 =-1.5178 ×10-1
A6 =-1.5283 ×10-2
A8 = 5.6949 ×10-2
A10=-5.1828 ×10-2
第4面
K = 0
A4 = 5.6577 ×10-2
A6 = 3.2526 ×10-2
A8 =-1.9586 ×10-2
A10= 2.2295 ×10-3
第5面
K =-6.2752
A4 = 4.2023 ×10-2
A6 = 4.1358 ×10-2
A8 = 4.5499 ×10-3
A10=-9.1887 ×10-3
第6面
K = 0
A4 =-3.9926 ×10-2
A6 = 3.5414 ×10-2
A8 =-1.9119 ×10-2
A10= 2.5213 ×10-3
第7面
K = 0
A4 = 4.4096 ×10-2
A6 =-1.3953 ×10-2
A8 =-1.1535 ×10-3
A10=-1.3319 ×10-4
【0114】
実施例5
1 = ∞(絞り) d1 = 0.1500
2 = -4.2723(非球面) d2 = 0.9859 nd1 =1.52542 νd1 =55.78
3 = -0.7970(非球面) d3 = 0.2057
4 = -20.1610(非球面) d4 = 0.6000 nd2 =1.58423 νd2 =30.49
5 = 0.9497(非球面) d5 = 0.4803
6 = 4.6739(非球面) d6 = 1.2757 nd3 =1.52542 νd3 =55.78
7 = -2.3387(非球面) d7 = 1.0000
8 = ∞ d8 = 1.0000 nd4 =1.51633 νd4 =64.10
9 = ∞ d9 = 0.1430
10= ∞(像面)
非球面係数
第2面
K =22.5176
A4 =-1.8700 ×10-1
A6 = 2.8089 ×10-1
A8 =-1.1438
A10= 9.2846 ×10-1
第3面
K =-2.5781
A4 =-1.5623 ×10-1
A6 =-7.6367 ×10-2
A8 = 9.3334 ×10-2
A10=-8.7816 ×10-2
第4面
K = 0
A4 =-5.1907 ×10-3
A6 = 8.8894 ×10-4
A8 = 1.7568 ×10-2
A10=-3.6261 ×10-3
第5面
K =-5.2062
A4 = 4.3573 ×10-3
A6 = 1.1495 ×10-2
A8 =-1.2427 ×10-2
A10= 4.9772 ×10-3
第6面
K = 0
A4 =-4.4377 ×10-2
A6 = 4.4915 ×10-2
A8 =-1.6658 ×10-2
A10= 8.7133 ×10-4
第7面
K =-5.5015
A4 =-2.6667 ×10-2
A6 = 5.1523 ×10-3
A8 = 5.8435 ×10-3
A10=-2.1188 ×10-3
【0115】
上記実施例1〜5の無限遠にフォーカシングした場合の収差図をそれぞれ図6〜図10に示す。これら収差図において、“SA”は球面収差、“AS”は非点収差、“DT”は歪曲収差、“CC”は倍率色収差を示す。また、各収差図中、“ω”は半画角を示す。
【0116】
次に、上記各実施例における条件(1)〜(11)の値を示す。
【0117】
条件式 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
(1) -0.37 -0.39 -0.40 -0.20 -0.49
(2) -0.13 0.13 0.63 -1.36 0.33
(3) 0.46 0.44 0.17 0.77 0.34
(4) 0.25 0.18 0.11 0.21 0.20
(5) 0.18 0.20 0.37 -0.026 0.34
(6) 1.5254 1.6516 1.5891 1.5254 1.5254
(7) 1.25 1.14 1.16 1.52 1.46
(8) -0.54 -0.56 -0.45 -0.82 -0.64
(9) 2.68 3.82 2.12 5.18 6.12
(10) 7.61 24.86 3.90 7.55 9.10
(11) 20.0° 19.2° 20.0° 33.0° 20.0° 。
【0118】
上記各実施例は小型でありながら、図6〜図10の収差図に示すように、良好な画像が得られている。
【0119】
ここで、本発明において、像面における最大像高Ihは、撮像素子の有効撮像領域(略矩形)の対角長Lの2分の1で定義される。そして、撮像領域を規定する手段として視野枠を配する場合は、視野枠対角長Lの2分の1であり、固体撮像素子等の撮像素子を配する場合は、有効撮像領域の対角長Lの2分の1である。
【0120】
そこで、撮像記録媒体がCCD等の電子撮像素子の場合の有効撮像面(有効撮像領域)の対角長Lと画素間隔aについて説明しておく。図11は、撮像素子の画素配列の1例を示す図であり、画素間隔aでR(赤)、G(緑)、B(青)の画素がモザイク状に配されている。有効撮像面は撮影した映像の再生(パソコン上での表示、プリンターによる印刷等)に用いる撮像素子上の光電変換面内における領域を意味する。図中に示す有効撮像面は、光学系の性能(光学系の性能が確保し得るイメージサークル)に合わせて、撮像素子の全光電変換面よりも狭い領域に設定されている。有効撮像面の対角長Lは、この有効撮像面の対角長である。なお、映像の再生に用いる撮像範囲を種々変更可能としてよいが、そのような機能を有する撮像装置に本発明の結像光学系を用いる際は、その有効撮像面の対角長Lが変化する。そのような場合は、本発明において最大像高Ihを定義する有効撮像面の対角長Lは、Lの取り得る範囲における最大値とする。
【0121】
図12は、CCD等の電子撮像素子の撮像面に視野枠を配する場合の視野枠対角長について説明するための図である。CCD等の電子撮像素子に像を形成して撮影する場合、その有効撮影領域は撮像面直前の視野枠の開口によって決定される。ここでも、視野枠の形状の変更は種々行う構成としてよいが、図9の場合と同様に、本発明において最大像高Ihを定義する有効撮像面の対角長Lは、Lのとり得る範囲における最大値とする。
【0122】
なお、以上の本発明の実施例において、明るさ絞りSの直前にカバーガラスを配置するようにしてもよい。
【0123】
また、本発明の以上の実施例において、プラスチックで構成しているレンズをガラスで構成するようにしてもよい。例えば何れかの実施例のプラスチックより屈折率の高いガラスを用いれば、さらに高性能を達成できるのは言うまでもない。また、特殊低分散ガラスを用いれば、色収差の補正に効果があるのは言うまでもない。特にプラスチックで構成する場合には、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能劣化が軽減されるので好ましい(例えば、日本ゼオン社のゼオネックス(商品名)等がある)。
【0124】
また、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞りS以外にフレア絞りを配置してもよい。以上の実施例において、明るさ絞りSから第1レンズL1間、第1レンズL1と第2レンズL2間、第2レンズL2と第3レンズL3間、第3レンズL3と像面I間の何れの場所にフレア絞りを配置してもよい。また、枠によりフレア光線をカットするように構成してもよいし、別の部材を用いてフレア絞りを構成してもよい。また、光学系に直接印刷しても、塗装しても、シール等を接着しても構わない。また、その形状は、円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でも構わない。また、有害光束をカットするだけでなく、画面周辺のコマフレア等の光束をカットするようにしてもよい。
【0125】
また、各レンズには、反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減しても構わない。マルチコートであれば、効果的にゴースト、フレアを軽減できるので望ましい。また、赤外カットコートをレンズ面、カバーガラス等に行ってもよい。
【0126】
また、ピント調節を行うためにフォーカシングを行うようにしてもよい。レンズ系全体を繰り出してフォーカスを行ってもよいし、一部のレンズを繰り出すか、若しくは、繰り込みをしてフォーカスするようにしてもよい。
【0127】
また、画像周辺部の明るさ低下をCCDのマイクロレンズをシフトすることにより軽減するようにしてもよい。例えば、各像高における光線の入射角に合わせて、CCDのマイクロレンズの設計を変えてもよい。また、画像処理により画像周辺部の低下量を補正するようにしてもよい。
【0128】
図13は、上記実施例1の結像光学系5とその像面Iに配置されるCCD6とを、樹脂材で一体成形したレンズ枠7に固定する構成例の、結像光学系5の光軸を含みCCD6の像面Iの対角方向に取った断面図であり、明るさ絞りSは樹脂製のレンズ枠7に一体成形している。このようにすると、結像光学系5を保持するレンズ枠7の製造が容易になる。また、レンズ枠7に明るさ絞りSの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、また、このレンズ枠7自体に撮像素子のCCD6の保持機能を備えさせることで、レンズ枠7内へごみ等が進入し難くなる。
【0129】
また、図13から明らかなように、結像光学系5の第1正レンズL1、第2負レンズL2、第3正レンズL3の各々の外周8に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜面を設け、レンズ枠7にその傾斜面を当接して固定可能にすることにより、レンズ枠7へ像面側からレンズL1〜L3を落とし込んで位置決め固定できるようになる。
【0130】
また、図14に模式的分解斜視図を示すように、プラスチックで成形したレンズ枠7内に保持される結像光学系の第1正レンズL1の形状は、第1正レンズL1、第2負レンズL2は入射側からみて円形、第3正レンズL3は円形のレンズを基に、その上部と下部を切削した小判型の形状をしている。そして、各々のレンズL1〜L3のの外周8は絞りS側に傾斜している。レンズ枠7の内面もその傾きに対応して傾斜して成形されている。
【0131】
このように、第1正レンズL1の形状を入射側からみて円形、第3正レンズL3の形状を、入射側から見たときに撮像素子のCCD6の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さがその有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いものに構成することにより、結像光学系の第1正レンズL1、第2負レンズL2、第3正レンズL3を有効光束に沿ったレンズ外形にすることができ、ケラレを抑えつつ小型化ができる。なお、この例でも、レンズ枠7内に結像光学系5の第1正レンズL1、第2負レンズL2、第3正レンズL3の各々の外周8の傾斜面を当接して固定させるようにすることで、レンズ枠7内に像面側からレンズL1〜L3を落とし込んで位置決め固定できる。
【0132】
また、明るさ絞りSの開口の周辺面は、図13の断面図に示すように、レンズL1側に傾いて構成することが望ましく、その明るさ絞りSの開口の周辺面を、有効光束よりも傾斜角が大きく、実質的に最もレンズ側の角部が絞りの役目をするようにすることで、明るさ絞りSの開口部の外周面で反射した光束が撮像素子のCCD6に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【0133】
ところで、以上の各実施例において、前記のように、カバーガラスCGの入射面側に近赤外シャープカットコートを施してもよい。この近赤外シャープカットコートは、波長600nmでの透過率が80%以上、波長700nmでの透過率が10%以下となるように構成する。具体的には、例えば次のような27層の層構成からなる多層膜である。ただし、設計波長は780nmである。
【0134】

Figure 0004294338
Figure 0004294338
【0135】
上記の近赤外シャープカットコートの透過率特性は図15に示す通りである。
【0136】
また、ローパスフィルターの射出面側には、図16に示すような短波長域の色の透過を低滅する色フィルターを設けるか若しくはコーティングを行うことで、より一層電子画像の色再現性を高めている。
【0137】
具体的には、このフィルター若しくはコーティングにより、波長400nm〜700nmで透過率が最も高い波長の透過率に対する420nmの波長の透過率の比が15%以上であり、その最も高い波長の透過率に対する400nmの波長の透過率の比が6%以下であることが好ましい。
【0138】
それにより、人間の目の色に対する認識と、撮像及び再生される画像の色とのずれを低減させることができる。言い換えると、人間の視覚では認識され難い短波長側の色が、人間の目で容易に認識されることによる画像の劣化を防止することができる。
【0139】
上記の400nmの波長の透過率の比が6%を越えると、人間の目では認識され難い短波長城が認識し得る波長に再生されてしまい、逆に、上記の420nmの波長の透過率の比が15%よりも小さいと、人間の認識し得る波長城の再生が低くなり、色のバランスが悪くなる。
【0140】
このような波長を制限する手段は、補色モザイクフィルターを用いた撮像系においてより効果を奏するものである。
【0141】
上記各実施例では、図16に示すように、波長400nmにおける透過率を0%、420nmにおける透過率を90%、440nmにて透過率のピーク100%となるコーティングとしている。
【0142】
前記した近赤外シャープカットコートとの作用の掛け合わせにより、波長450nmの透過率99%をピークとして、400nmにおける透過率を0%、420nmにおける透過率を80%、600nmにおける透過率を82%、700nmにおける透過率を2%としている。それにより、より忠実な色再現を行っている。
【0143】
また、ローパスフィルターは、像面上投影時の方位角度が水平(=0°)と±45°方向にそれぞれ結晶軸を有する3種類のフィルターを光軸方向に重ねて使用することができ、それぞれについて、水平にaμm、±45°方向にそれぞれSQRT(1/2) ×aだけずらすことで、モアレ抑制を行うことができる。ここで、SQRTはスクエアルートであり平方根を意味する。
【0144】
また、CCDの撮像面I上には、図17に示す通り、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーン(緑)の4色の色フィルターを撮像画素に対応してモザイク状に設けた補色モザイクフィルターを設けている。これら4種類の色フィルターは、それぞれが略同じ数になるように、かつ、隣り合う画素が同じ種類の色フィルターに対応しないようにモザイク状に配置されている。それにより、より忠実な色再現が可能となる。
【0145】
補色モザイクフィルターは、具体的には、図17に示すように少なくとも4種類の色フィルターから構成され、その4種類の色フィルターの特性は以下の通りであることが好ましい。
【0146】
グリーンの色フイルターGは波長GP に分光強度のピークを有し、
イエローの色フィルターYe は波長YP に分光強度のピークを有し、
シアンの色フィルターCは波長CP に分光強度のピークを有し、
マゼンダの色フィルターMは波長MP1とMP2にピークを有し、以下の条件を満足する。
【0147】
510nm<GP <540nm
5nm<YP −GP <35nm
−100nm<CP −GP <−5nm
430nm<MP1<480nm
580nm<MP2<640nm
さらに、グリーン、イエロー、シアンの色フィルターはそれぞれの分光強度のピークに対して波長530nmでは80%以上の強度を有し、マゼンダの色フィルターはその分光強度のピークに対して波長530nmでは10%から50%の強度を有することが、色再現性を高める上でより好ましい。
【0148】
上記各実施例におけるそれぞれの波長特性の1例を図18に示す。グリーンの色フィルターGは525nmに分光強度のビークを有している。イエローの色フィルターYe は555nmに分光強度のピークを有している。シアンの色フイルターCは510nmに分光強度のピークを有している。マゼンダの色フィルターMは445nmと620nmにピークを有している。また、530nmにおける各色フィルターは、それぞれの分光強度のピークに対して、Gは99%、Ye は95%、Cは97%、Mは38%としている。
【0149】
このような補色フイルターの場合、図示しないコントローラー(若しくは、デジタルカメラに用いられるコントローラー)で、電気的に次のような信号処理を行い、
輝度信号
Y=|G+M+Ye +C|×1/4
色信号
R−Y=|(M+Ye )−(G+C)|
B−Y=|(M+C)−(G+Ye )|
の信号処理を経てR(赤)、G(緑)、B(青)の信号に変換される。
【0150】
ところで、上記した近赤外シャープカットコートの配置位置は、光路上のどの位置であってもよい。また、ローパスフィルターの枚数も2枚でも1枚でも構わない。
【0151】
本発明の撮像装置において、光量調整のために、明るさ絞りSを複数の絞り羽にて構成し、その開口形状を可変とすることで調整する可変絞りを用いてもよい。図19は、開口時絞り形状の例を示す説明図、図20は、2段絞り時の絞り形状の例を示す説明図である。図19、図20において、OPは光軸、Daは6枚の絞り板、Xa、Xbは開口部を示している。本発明においては、絞りの開口形状を開放状態(図19)と、所定の条件を満たすF値となる絞り値(2段絞り、図20)の2種類のみとすることができる。
【0152】
又は、形状又は透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを用いて、必要な明るさに応じて、何れかの明るさ絞りを結像光学系の物体側光軸上に配置する構成とすると、絞り機構の薄型化が図れる。また、そのターレット上に配された複数の明るさ絞りの開口の中の最も光量を低減させる開口に、他の明るさ絞りの透過率よりも低い透過率の光量低減フィルターを配する構成としてもよい。それにより、絞りの開口径を絞り込みすぎることがなくなり、絞りの開口径が小さいことにより発生する回折による結像性能の悪化を抑えることができる。
【0153】
この場合の1例の構成を示す斜視図を図21に示す。結像光学系の第1正レンズL1の物体側の光軸上の絞りSの位置に、0段、−1段、−2段、−3段、−4段の明るさ調節を可能とするターレット10を配置している。
【0154】
ターレット10には、0段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の空間からなる開口1A(波長550nmに対する透過率は100%)と、−1段補正するために開口1Aの開口面積の約半分の開口面積を有する開口形状が固定の透明な平行平板(波長550nmに対する透過率は99%)からなる開口1Bと、開口1Bと同じ面積の円形開口部を有し、−2段、−3段、−4段に補正するため、各々波長550nmに対する透過率が50%、25%、13%のNDフィルターが設けられた開口部1C、1D、1Eとを有している。
【0155】
そして、ターレット10に設けた回転軸11の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【0156】
また、図21に示すターレット10に代えて、図22の正面図に示すターレット10’を用いることができる。結像光学系の第1正レンズL1の物体側の光軸上の絞りSの位置に、0段、−1段、−2段、−3段、−4段の明るさ調節を可能とするターレット10’を配置している。
【0157】
ターレット10’には、0段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の開口1A' と、−1段補正するために開口1A’の開口面積の約半分となる開口面積を有する開口形状が固定の開口1B' と、さらに開口面積が順に小さくなり、−2段、−3段、−4段に補正するための形状が固定の開口部1C' 、1D' 、1E' とを有している。
【0158】
そして、ターレット10’に設けた回転軸11の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【0159】
また、より薄型化のために、明るさ絞りSの開口を、形状、位置共に固定の絞りとし、光量調整は、撮像素子からの出力信号を電気的に調整するようにしもよい。また、レンズ系の他の空間、例えば第3正レンズL3とCCDカバーガラスCGの間にNDフィルターを抜き差して光量調整を行う構成としてもよい。図23はその1例を示す図であり、ターレット10”の開口1A”は素通し面又は中空の開口、開口1B”は透過率1/2のNDフィルター、開口1C”は透過率1/4のNDフィルター、開口1D”は透過率1/8のNDフィルター等を設けたターレット状のものを用い、中心の回転軸の周りの回動により何れかの開口を光路中の何れかの位置に配することで光量調節を行っている。
【0160】
また、光量調節のフィルターとして、光量ムラを抑えるように光量調節が可能なフィルター面を設けてもよい。例えば、暗い被写体に対しては中心部の光量確保を優先して透過率を均一とし、明るい被写体に対してのみ明るさムラを補うように、図24に示すように、同心円状に光量が中心程低下するフィルターを配する構成としてもよい。
【0161】
また、絞りSとしては、第1正レンズL1の入射面側の周辺部を黒塗りしたものでもよい。
【0162】
また、本発明による撮像装置を、カメラ等のように映像を静止画として保存するものとする場合、光量調整のためのシャッターを光路中に配置するとよい。
【0163】
そのようなシャッターとしては、CCDの直前に配置したフォーカルプレーンシャッターやロータリーシャッター、液晶シャッターでもよいし、開口絞り自体をシャッターとして構成してもよい。
【0164】
図25にシャッターの1例を示す。図25に示すものは、フォーカルプレーンシャッターの1つであるロータリーフォーカルプレーンシャッターの例であり、図25(a)は裏面側から見た図、図25(b)は表面側から見た図である。15はシャッター基板であり、像面の直前又は任意の光路位置に配される構成となっている。基板15には、光学系の有効光束を透過する開口部16が設けられている。17はロータリーシャッター幕である。18はロータリーシャッター幕17の回転軸であり、回転軸18は基板15に対して回転し、ロータリーシャッター幕17と一体化されている。回転軸18は基板15の表面のギヤ19、20と連結されている。このギア19、20は図示しないモーターと連結されている。
【0165】
このような構成において、図示しないモーターの駆動により、ギア19、20、回転軸18を介して、ロータリーシャッター幕17が回転軸18を中心に回転するように構成されている。
【0166】
このロータリーシャッター幕17は略半円型に構成され、回転により基板15の開口部16の遮蔽と退避を行い、シャッターの役割を果たしている。シャッタースピードはこのロータリーシャッター幕17の回転するスピードを変えることで調整される。
【0167】
図26(a)〜(d)は、ロータリーシャッター幕17が回転する様子を像面側からみた図である。時間を追って図の(a)、(b)、(c)、(d)、(a)の順で移動する。
【0168】
以上のように、レンズ系の異なる位置に形状が固定の開口絞りSと光量調整を行うフィルターあるいはシャッターを配置することにより、回折の影響を抑えて高画質を保ちつつ、フィルターやシャッターにより光量調整が行え、かつ、レンズ系の全長の短縮化も可能とした撮像装置を得ることができる。
【0169】
また、機械的なシャッターを用いずに、CCDの電気信号の一部を取り出して静止画を得るような電気的な制御で行う構成としてもよい。このような構成の1例を、図27、図28によりCCD撮像の動作を説明しながら説明する。図27は、インターレース式(飛び越し走査式)で信号の順次読み出しを行っているCCD撮像の動作説明図である。図27において、Pa〜Pcはフォトダイオードを用いた感光部、Va〜VcはCCDによる垂直転送部、HaはCCDによる水平転送部である。Aフィールドは奇数フィールド、Bフィールドは偶数フィールドを示している。
【0170】
図27の構成では、基本動作が次のように行われる。すなわち、(1)感光部で光による信号電荷の蓄積(光電変換)、(2)感光部から垂直転送部への信号電荷のシフト(フィールドシフト)、(3)垂直転送部での信号電荷の転送(垂直転送)、(4)垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送(ラインシフト)、(5)水平転送部での信号電荷の転送(水平転送)、(6)水平転送部の出力端で信号電荷の検出(検出)。このような順次読み出しは、Aフィールド(奇数フィールド)とBフィールド(偶数フィールド)の何れか一方を用いて行うことができる。
【0171】
図27のインターレース式(飛び越し走査式)CCD撮像は、TV放送方式やアナログビデオ方式では、AフィールドとBフィールドの蓄積タイミングが1/60ずれている。これをそのままDSC(Dijital Spectram Compatible)用画像としてフレーム画を構成すると、動きのある被写体の場合、二重像のようなブレを起こす。そこで、このタイプのCCD撮像では、A、Bフィールドを同時露光して隣接するフィールドの信号を混合する。そして、機械的なシャッターで露光終了時に湛光した後、AフィールドとBフィールドそれぞれ別々に読み出して信号を合成する方法が取られている。
【0172】
本発明においては、機械的なシャッターの役割をスミア防止用のみとして、Aフィールドのみの順次読み出し、あるいは、A、Bフィールドを同時混合読み出しとすることにより、垂直解像度は低下するが、機械的なシャッターの駆動スピードに左右されず(電子的なシャッターのみでコントロールできるため)、高速シャッターを切ることができる。図27の例では、垂直転送部のCCDの数が感光部を構成するフォトダイオードの数の半分であるので、小型化しやすいという利点がある。
【0173】
図28は、信号の順次読み出しをプログレッシブ式で行うCCD撮像の動作説明図である。図28において、Pd〜Pfはフォトダイオードを用いた感光部、Vd〜VfはCCDによる垂直転送部、HbはCCDによる水平転送部である。
【0174】
図28においては、画素の並び順に読み出すことができるので、電荷蓄積読み出し作業を全て電子的にコントロールすることが可能となる。したがって、露光時間を(1/10000秒)程度に短くすることができる。図28の例では、図27の場合よりも垂直CCDの数が多く、小型化が困難という不利な点があるが、前記したような利点があるので、本発明においては、図27、図28の何れの方式も採用することができる。
【0175】
さて、以上のような本発明の撮像装置は、結像光学系で物体像を形成しその像をCCD等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、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、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。
【0176】
図29〜図31は、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29はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図30は同後方斜視図、図31はデジタルカメラ40の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等を含み、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の結像光学系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が、近赤外カットコートを設けローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスCGを介して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、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、この処理手段51には記録手段52が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段52は処理手段51と別体に設けてもよいし、フロッピー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。また、CCD49に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【0177】
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が配置してある。このファインダー用対物光学系53によって形成された物体像は、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。このポリプリズム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。なお、撮影光学系41及びファインダー用対物光学系53の入射側、接眼光学系59の射出側にそれぞれカバー部材50が配置されている。
【0178】
このように構成されたデジタルカメラ40は、撮影光学系41が高性能で小型であるので、高性能・小型化が実現できる。
【0179】
なお、図31の例では、カバー部材50として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
【0180】
次に、本発明の結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1例であるパソコンが図32〜図34に示される。図32はパソコン300のカバーを開いた前方斜視図、図33はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図34は図32の状態の側面図である。図32〜図34に示されるように、パソコン300は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード301と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター302と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系303とを有している。ここで、モニター302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や、CRTディスプレイ等であってよい。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。
【0181】
この撮影光学系303は、撮影光路304上に、本発明による結像光学系(図では略記)からなる対物レンズ112と、像を受光する撮像素子チップ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。
【0182】
ここで、撮像素子チップ162上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスCGが付加的に貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物レンズ112の鏡枠113の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ112と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠113の先端には、対物レンズ112を保護するためのカバーガラス114が配置されている。
【0183】
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、電子画像としてモニター302に表示される、図32には、その1例として、操作者の撮影された画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、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。
【0184】
次に、本発明の結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1例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図35に示される。図35(a)は携帯電話400の正面図、図35(b)は側面図、図35(c)は撮影光学系405の断面図である。図35(a)〜(c)に示されるように、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピーカ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル403と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段(図示せず)とを有している。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上に配置された本発明による結像光学系(図では略記)からなる対物レンズ112と、物体像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
【0185】
ここで、撮像素子チップ162上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスCGが付加的に貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物レンズ112の鏡枠113の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ112と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠113の先端には、対物レンズ112を保護するためのカバーガラス114が配置されている。
【0186】
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、図示していない処理手段に入力され、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、通信相手に画像を送信する場合、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信号処理機能が処理手段には含まれている。
【0187】
以上の各実施例は、前記の特許請求の範囲の構成に合わせて種々変更することができる。
【0188】
なお、本発明において次のように結像光学系及びそれを用いた撮像装置を構成することもできる。
【0189】
〔1〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とした結像光学系。
【0190】
−0.8<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.15・・・(2−6)
ただし、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0191】
〔2〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とした結像光学系。
【0192】
0.1<r2r/r3f<0.23 ・・・(4−3)
ただし、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径である。
【0193】
〔3〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とした結像光学系。
【0194】
−0.15<r1r/r3r<0.35 ・・・(5−2)
ただし、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0195】
〔4〕 物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、第2負レンズ、物体側に凸面を向けた第3正メニスカスレンズの順に配置されていることを特徴とした結像光学系。
【0196】
〔5〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とする撮像装置。
【0197】
〔6〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とする撮像装置。
【0198】
〔7〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第1正レンズ、第3正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とする撮像装置。
【0199】
〔8〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第1正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第3正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とする撮像装置。
【0200】
【発明の効果】
本発明により、高性能で小型で半画角が35°程度の広角の結像光学系とそれを用いた小型で高性能の撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の結像光学系の実施例1の無限遠物点合焦時のレンズ断面図である。
【図2】実施例2の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図3】実施例3の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図4】実施例4の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図5】実施例5の結像光学系の図1と同様のレンズ断面図である。
【図6】実施例1の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図7】実施例2の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図8】実施例3の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図9】実施例4の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図10】実施例5の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図11】撮像素子にて撮影を行う場合の最大像高Ihを定義する有効撮像面の対角長Lについて説明するための図である。
【図12】撮像素子の撮像面に視野枠を配する場合の最大像高Ihを定義する有効撮像面の対角長Lについて説明するための図である。
【図13】実施例1の結像光学系とその像面に配置されるCCDとを樹脂材で一体成形したレンズ枠に固定する構成例の断面図である。
【図14】結像光学系の第3正レンズを小判型の形状にする場合の模式的分解斜視図である。
【図15】近赤外シャープカットコートの一例の透過率特性を示す図である。
【図16】ローパスフィルターの射出面側に設ける色フィルターの一例の透過率特性を示す図である。
【図17】補色モザイクフィルターの色フィルター配置を示す図である。
【図18】補色モザイクフィルターの波長特性の一例を示す図である。
【図19】絞りの開口形状を開放状態としたことを示す図である。
【図20】絞りの開口形状を2段絞りとした状態を示す図である。
【図21】形状と透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを配置した本発明の結像光学系の構成を示す斜視図である。
【図22】図21に示すターレットに代わる別のターレットを示す正面図である。
【図23】本発明において利用可能な別のターレット状の光量調整フィルターを示す図である。
【図24】光量ムラを抑えるフィルターの例を示す図である。
【図25】ロータリーフォーカルプレーンシャッターの例を示す裏面図と表面図である。
【図26】図25のシャッターのロータリーシャッター幕が回転する様子を示す図である。
【図27】インターレース式CCD撮像の動作説明図である。
【図28】プログレッシブ式CCD撮像の動作説明図である
【図29】本発明による結像光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図30】図29のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図31】図29のデジタルカメラの断面図である。
【図32】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図33】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図34】図32の状態の側面図である。
【図35】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
S …明るさ絞り
L1…第1正レンズ
L2…第2負レンズ
L3…第3正レンズ
CG…カバーガラス
I …像面
OP…光軸
Da…絞り板
Xa、Xb…開口部
Pa〜Pf…感光部
Va〜Vf…垂直転送部
Ha、Hb…水平転送部
E …観察者眼球
1A、1B、1C、1D、1E…開口
1A’、1B’、1C’、1D’、1E’…開口
1A”、1B”、1C”、1D”…開口
5…結像光学系
6…CCD
7…レンズ枠
8…レンズ外周
10…ターレット
10’…ターレット
10”…ターレット
11…回転軸
15…シャッター基板
16…開口部
17…ロータリーシャッター幕
18…回転軸
19、20…ギヤ
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
49…CCD
50…カバー部材
51…処理手段
52…記録手段
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
112…対物レンズ
113…鏡枠
114…カバーガラス
160…撮像ユニット
162…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…入力ダイアル
404…モニター
405…撮影光学系
406…アンテナ
407…撮影光路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging optical system and an imaging apparatus using the imaging optical system, and is particularly mounted in a digital still camera, a digital video camera, a cellular phone, or a personal computer using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS. The present invention relates to an imaging apparatus such as a small camera or a surveillance camera.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, electronic cameras that take a subject using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS instead of a silver salt film have become widespread. Among such electronic cameras, an imaging device mounted on a portable computer, a cellular phone, or the like is particularly required to be small and light.
[0003]
As an imaging optical system used in such an image pickup apparatus, there is a conventional one in which the number of lenses is one or two. However, as is apparent from the aberration theory, it is already known that field curvature cannot be corrected and high performance cannot be expected. Therefore, in order to satisfy high performance, it is necessary to configure with three or more lenses.
[0004]
On the other hand, in the case of a CCD, if the off-axis light beam emitted from the imaging lens system is incident at an excessively large angle with respect to the image plane, the condensing performance of the microlens is not fully exhibited, and the brightness of the image becomes the center of the image This causes the problem of extreme changes between the image and the image periphery. Therefore, the light incident angle to the CCD, that is, the exit pupil position is important in design. In the case of an optical system with a small number of sheets, the position of the aperture stop is important.
[0005]
Considering these problems, there is a triplet type with a front aperture. Such imaging lenses are disclosed in Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, and the like.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-1-144007
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-191907
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-4-153612
[0009]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-188284
[0010]
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-288235
[0011]
[Patent Document 6]
JP 2001-750006 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, these prior examples have various problems as shown below.
[0013]
In each of Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 5, the half angle of view was about 25 °. When trying to widen the angle, since the first positive lens has a biconvex shape, it is difficult to correct coma and astigmatism of off-axis rays, and the performance cannot be sufficiently satisfied. Further, unless the glass having a high refractive index is used therefor, the optical performance cannot be sufficiently satisfied, so that it is difficult to achieve cost reduction and weight reduction.
[0014]
In Patent Document 6, widening of the angle is achieved by forming the first positive lens into a meniscus shape convex toward the image side. However, in Example 1 which achieved a wide angle, distortion and lateral chromatic aberration were not sufficiently corrected.
[0015]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wide-angle imaging optical system having a half angle of view of about 35 ° and simultaneously satisfying high performance and downsizing. It is to provide an imaging apparatus used.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The first image-forming optical system of the present invention that achieves the above object is arranged in the order of the aperture stop, the first positive meniscus lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens in order from the object side. It is arranged and satisfies the following conditional expression.
[0017]
−0.55 <f2/ FThree<-0.1 (1)
Where f2Is the focal length of the second negative lens, fThreeIs the focal length of the third positive lens.
[0018]
The second imaging optical system of the present invention is arranged in order of the aperture stop, the first positive meniscus lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens in order from the object side. It satisfies the conditional expression.
[0019]
−2.0 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.85 (2)
0.1 <βThree<1.0 (3)
Where r3fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens, r3rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the third positive lens, βThreeIs the lateral magnification of the third positive lens.
[0020]
Hereinafter, the reason and action of the above configuration in the present invention will be described.
[0021]
First, the number of lenses will be described. In the present invention, as a result of considering performance and miniaturization, the number of lenses is three. It is clear that the performance will be further improved if the number of lenses is increased to 4 or more. However, as the number of lenses increases, the thickness of the lens, the distance between the lenses, and the space of the frame will increase accordingly. Is inevitable. Further, as described in the section of the prior art above, when the number is two or less, the field curvature is not reduced and the peripheral performance is considerably deteriorated. It is optimal for performance and size to be composed of three pieces.
[0022]
Next, in order to reduce the light incident angle to the CCD which is the image pickup device, the brightness stop was disposed on the most object side. The power of the lens may be configured so that the exit pupil position is far from the object side. However, since the number is small, it is most effective to arrange the position of the aperture stop on the object side.
[0023]
Here, when the aperture stop is disposed closest to the object side, since there is only one lens with respect to the stop, it is difficult to correct distortion and lateral chromatic aberration, which are peripheral performances, in the optical design. For this reason, by arranging a positive lens, a negative lens, and a positive lens from the object side, powers having different signs are arranged and corrected for the second lens and the third lens having a large light beam height. The central performance is achieved by correcting the spherical aberration and axial chromatic aberration that occur in the first positive lens with the second negative lens, thereby improving the overall performance of the screen.
[0024]
At this time, the first positive lens has a meniscus shape convex toward the image side as described in the section of the problem to be solved by the invention. As a result, high performance can be achieved even with a wide angle.
[0025]
Here, in the case of configuring a wide-angle optical system, high performance cannot be achieved unless aberrations around the screen, particularly lateral chromatic aberration and distortion, are sufficiently corrected. These aberrations are likely to occur in the second lens and the third lens that are arranged far from the aperture stop and in which the peripheral ray height becomes high.
[0026]
Therefore, in the first imaging optical system of the present invention, attention is paid to the power distribution of the second negative lens and the third positive lens. That is, the following conditional expression must be satisfied.
[0027]
−0.55 <f2/ FThree<-0.1 (1)
Where f2Is the focal length of the second negative lens, fThreeIs the focal length of the third positive lens.
[0028]
If the upper limit of -0.1 of this conditional expression is exceeded, the positive power becomes weak or the negative power becomes too strong, and if the lower limit of -0.55 is exceeded, the positive power becomes strong or negative. The power of the lens becomes too weak, and both lateral chromatic aberration and distortion are deteriorated.
[0029]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0030]
−0.5 <f2/ FThree<-0.15 (1-1)
Here, since the third positive lens farthest from the aperture stop has the highest peripheral ray height, the effect of correcting the lateral chromatic aberration and distortion is the highest. Therefore, in the second imaging optical system of the present invention, attention is focused on the lens shape. In particular, the incident surface has a peripheral chief ray height closer to that of the second negative lens, so that aberrations can be effectively canceled out. Therefore, for example, if the shape is a meniscus that is convex toward the image side, a negative correction effect is produced on the incident side, and correction cannot be performed. Therefore, the following conditional expression should be satisfied.
[0031]
−2.0 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.85 (2)
Where r3fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens, r3rIs the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the third positive lens.
[0032]
If the upper limit of 0.85 in this conditional expression is exceeded, the correction effect on the incident surface will be reduced, and the lateral chromatic aberration and distortion will deteriorate. As a result, coma and astigmatism deteriorate.
[0033]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0034]
−1.5 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.7 (2-1)
Preferably, the third positive lens has a biconvex shape having double-sided positive power. At this time, the following conditional expression should be satisfied.
[0035]
−0.95 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r) <0.85 (2-2)
At this time, the following conditional expression is preferably satisfied.
[0036]
−0.8 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.1 (2-3)
The third positive lens may have a meniscus shape convex toward the object side. At that time, the following conditional expression should be satisfied.
[0037]
−2.0 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r) <-1.0 (2-4)
At this time, the following conditional expression is preferably satisfied.
[0038]
−1.5 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r) <-1.1 ... (2-5)
At this time, since the magnification of the image formed by the first positive lens and the second negative lens is converted by the third positive lens, the aberration similarly changes depending on the magnification. This also affects the miniaturization of the optical system. Therefore, it is necessary to set the lateral magnification of the third positive lens in addition to the above conditional expression. Therefore, it is necessary to satisfy the following conditional expression.
[0039]
0.1 <βThree<1.0 (3)
However, βThreeIs the lateral magnification of the third positive lens.
[0040]
If the upper limit of 1.0 of this conditional expression is exceeded, aberrations around the screen, particularly lateral chromatic aberration and distortion will deteriorate, and if the lower limit of 0.1 is exceeded, the optical system will be enlarged.
[0041]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0042]
0.2 <βThree<0.8 (3-1)
Further, the chromatic aberration of magnification largely depends on the configuration of the second negative lens and the third positive lens in which the ray height is increased. In particular, it is very important to balance the power of the exit surface of the second negative lens and the entrance surface of the third positive lens. Therefore, the following conditional expression should be satisfied.
[0043]
0.1 <r2r/ R3f<1.0 (4)
Where r2rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens, r3fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens.
[0044]
If the upper limit of 1.0 and 0.1 of the lower limit of the conditional expression are exceeded, the balance between the power of the image side surface of the second negative lens and the power of the object side surface of the third positive lens is lost, and both lateral chromatic aberration deteriorates. Resulting in.
[0045]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0046]
0.1 <r2r/ R3f<0.5 (4-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0047]
0.05 <r2r/ R3f<0.23 (4-2)
In addition, high performance cannot be achieved unless not only peripheral aberrations but also axial aberrations are corrected appropriately. Since the first positive lens is closest to the aperture stop, it is effective for correcting spherical aberration. On the other hand, the third positive lens is farthest away and has a great influence on the peripheral performance. For this reason, the following conditional expression should be satisfied in order to achieve a balance.
[0048]
−0.25 <r1r/ R3r<0.6 (5)
Where r1rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the first positive lens, r3rIs the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the third positive lens.
[0049]
When the upper limit of 0.6 and the lower limit of −0.25 are exceeded, it becomes difficult to balance aberrations.
[0050]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0051]
−0.2 <r1r/ R3r<0.45 (5-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0052]
−0.15 <r1r/ R3r<0.35 (5-2)
The refractive index of the third positive lens preferably satisfies the following conditional expression.
[0053]
1.40 <nThree <1.66 (6)
Where nThree Is the refractive index of the third positive lens.
[0054]
If the upper limit of 1.66 in this conditional expression is exceeded, curvature of field will deteriorate, and the glass will become expensive and cost will increase. If the lower limit of 1.40 is exceeded, coma and astigmatism will occur. Will increase and performance will deteriorate.
[0055]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0056]
1.45 <nThree <1.60 (6-1)
Further, since the first positive lens is closest to the stop, the light flux from the center to the periphery passes through substantially the same region of the lens. In other words, if the aberrations on this surface are not properly corrected, correction may not be possible with the second negative lens and the third positive lens, and the performance of the entire screen, particularly coma and astigmatism, will deteriorate. Resulting in. Therefore, it is preferable that the following conditional expression is satisfied.
[0057]
1.0 <(r1f+ R1r) / (R1f-R1r<2.5 (7)
Where r1fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the first positive lens, r1rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the first positive lens.
[0058]
If the upper limit of 2.5 to this conditional expression is exceeded, the power of the image-side surface of the first positive lens will be relatively strong, and in particular, spherical aberration and coma will deteriorate, resulting in a lower limit of 1.0. If it exceeds, the power of the object-side surface of the first positive lens becomes relatively weak, and off-axis aberrations, particularly astigmatism and coma aberration, deteriorate.
[0059]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0060]
1.0 <(r1f+ R1r) / (R1f-R1r) <1.7 (7-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0061]
1.1 <(r1f+ R1r) / (R1f-R1r<1.6 (7-2)
In addition, since the second negative lens is disposed between the first positive lens and the third positive lens, the aberration generation of both positive lenses cannot be corrected effectively unless this power is set appropriately. End up. Therefore, the following conditional expression should be satisfied.
[0062]
−1.0 <f2/Ih<−0.05 (8)
Where f2Is the focal length of the second negative lens, and Ih is the maximum image height.
[0063]
If the upper limit of -0.05 of this conditional expression is exceeded, the power of the second negative lens becomes too strong and overcorrected, and if the lower limit of -1.0 is exceeded, the power becomes too weak and insufficiently corrected. Both of which degrade performance.
[0064]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0065]
−0.75 <f2/Ih<−0.1 (8-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0066]
−0.6 <f2/Ih<−0.25 (8-2)
In addition, since the light beam is diverged by the second negative lens, the light beam is likely to enter at a steep angle when entering the object side surface of the third positive lens. Therefore, astigmatism and coma are likely to occur here. In particular, when a wide-angle optical system is configured, it is necessary to sufficiently correct the aberration generated on this surface. Therefore, it is preferable that at least the object-side surface of the third positive lens is an aspherical surface. At this time, the aspherical surface is preferably an aspherical surface in a direction in which the positive power becomes gentle. This aspherical surface should satisfy the following conditional expression.
[0067]
0.01 <| (r3fs+ R3fa) / (R3fs-R3fa) -1 | <100 (9)
Where r3fsIs the radius of curvature on the optical axis on the object side of the third positive lens, r3faIs a radius of curvature r considering the aspherical surface of the object side surface of the third positive lensASPThis is the value when the difference from the radius of curvature on the optical axis changes most in the range inside the point through which the principal ray with the maximum image height passes.
[0068]
Here, the radius of curvature r considering the aspherical surfaceASPIs defined by the following equation, where f (y) is the aspherical definition equation. same as below.
[0069]
rASP= Y · (1 + f ′ (y)2)1/2/ F ’(y)
Here, y is the height from the optical axis, and f ′ (y) is the first derivative of f (y).
[0070]
If the upper limit of 100 in this conditional expression (9) is exceeded, the aspherical effect will be too small to correct astigmatism and coma, and if the lower limit of 0.01 is exceeded, the aspherical effect will increase. It becomes too difficult to process.
[0071]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0072]
0.05 <| (r2fs+ R2fa) / (R2fs-R2fa) -1 | <10 (9-1)
Further, since the surface on the image plane side of the third positive lens is the surface closest to the image plane, the luminous flux becomes thin and the correction ability of spherical aberration and coma aberration is relatively lowered. Therefore, the distortion on the image plane side of the third positive lens does not affect those aberrations, and distortion that is chief ray aberration can be intensively corrected. Therefore, it is preferable to use an aspherical surface for this surface. At this time, the aspherical surface is preferably an aspherical surface in a direction in which the positive power is reduced. On the other hand, if the positive power is too weak, the angle of incidence on the image plane will be tight, and it is necessary to increase the positive power to some extent. Therefore, this aspherical surface should satisfy the following conditional expression.
[0073]
0.01 <| (r3rs+ R3ra) / (R3rs-R3ra) -1 | <100 (10)
Where r3rsIs the radius of curvature on the optical axis on the image side of the third positive lens, r3raIs the value when the difference from the radius of curvature on the optical axis changes most in the range inside the point where the chief ray of the maximum image height passes among the curvature radii considering the aspherical surface of the image side of the third positive lens. is there.
[0074]
If the upper limit of 100 in this conditional expression is exceeded, the aspherical effect will be too small to correct the distortion well, and if the lower limit of 0.01 is exceeded, the incident angle on the image plane will be increased.
[0075]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0076]
0.05 <| (r3rs+ R3ra) / (R3rs-R3ra) -1 | <10 (10-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0077]
0.1 <| (r3rs+ R3ra) / (R3rs-R3ra) -1 | <2.5 (10-2)
When a CCD is used for the image sensor, if the off-axis light beam emitted from the imaging optical system is incident at an excessively large angle with respect to the image plane, the brightness of the image changes between the image center and the image periphery. On the other hand, if the light is incident on the image plane at a small angle, this problem is reduced, but this time the total length of the optical system becomes large. Therefore, the following conditional expression should be satisfied.
[0078]
10 ° <α <40 ° (11)
Where α is the incident angle of the chief ray on the image plane at the maximum image height.
[0079]
If the upper limit of 40 ° of this conditional expression is exceeded, the incident angle to the CCD becomes too large, and the brightness of the peripheral portion of the image decreases. If the lower limit of 10 ° is exceeded, the total length becomes too large.
[0080]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0081]
15 ° <α <35 ° (11-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0082]
17.5 ° <α <25 ° (11-2)
The present invention includes an electronic imaging apparatus including any one of the above-described imaging optical systems and an electronic imaging device arranged on the image side.
[0083]
Another imaging apparatus according to the present invention includes, in order from the object side, an image forming optical system in which an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order. The aperture stop shape through which the optical axis passes is fixed, and the outer peripheral surface of the aperture is positioned closer to the image plane side than the optical axis. It is characterized by being tilted at an inclination angle equal to or greater than the incident angle of the most off-axis light beam so as to approach.
[0084]
Explaining the operation of this configuration, when reflected light from the periphery of the aperture stop enters the imaging optical system, phenomena such as ghost and flare tend to occur. In particular, as in the present invention, in a small imaging optical system in which the aperture stop, the first positive lens, the second negative lens, and the third positive lens are arranged in this order from the object side, the imaging surface of the imaging element is also Therefore, the influence of the reflected light on the outer peripheral surface of the aperture stop becomes relatively large.
[0085]
Therefore, in the present invention, by utilizing the fact that the aperture stop is arranged closest to the object side, the most off-axis light beam is incident so that the outer peripheral surface of the aperture of the aperture stop approaches the optical axis toward the image plane side. It has a fixed shape that is inclined at an inclination angle greater than the angle.
[0086]
Such a configuration makes it difficult for the light beam reflected by the outer peripheral surface of the opening to be incident on the image sensor, and to reduce the effects of flare and ghost.
[0087]
Further, another imaging apparatus of the present invention is an image forming device in which an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order from the object side. An optical system and an image pickup device arranged on the image side thereof, and a lens frame that holds the image forming optical system and the image pickup device and that integrally forms the brightness diaphragm with the same resin material. It is a feature.
[0088]
The operation of this configuration will be described. In the optical system of the present invention, the aperture stop is positioned closest to the object side. Therefore, each lens after the stop has a larger effective surface as the lens disposed on the image side. Become. Therefore, by integrally molding the lens frame for holding these lenses with the same resin that can be easily formed, the lens can be positioned by inserting the lens from the image surface side of the frame, so that the manufacturing is facilitated.
[0089]
At that time, by integrating the configuration of the aperture stop into the lens frame, the manufacturing process is greatly reduced, and by providing the lens frame itself with a holding function for the image sensor, dust is contained in the frame. It becomes possible to make the configuration difficult to enter.
[0090]
Further, the third imaging device of the present invention is an image forming device in which an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order from the object side. An optical system and an image sensor arranged on the image side thereof, and a lens frame that holds the imaging optical system, and at least on the outer periphery of each of the first positive lens and the third positive lens, An inclined portion inclined to approach the optical axis is provided, and the inclined portion is in contact with the lens frame.
[0091]
The operation of this configuration will be described. In the optical system of the present invention, the aperture stop is positioned closest to the object side. Therefore, each lens after the stop has a larger effective surface as the lens disposed on the image side. Become. This is particularly noticeable with the first positive lens and the third positive lens. Therefore, the lens outer shape along the off-axis light beam is obtained by the above-described configuration, the size is reduced while suppressing the vignetting, and the lens can be positioned by inserting the lens from the image surface side of the frame, which facilitates manufacturing. .
[0092]
Furthermore, an inclined portion that is inclined so as to approach the optical axis toward the object side may be provided on the outer periphery of all the lenses, and the inclined portion may contact the lens frame.
[0093]
Further, the fourth imaging device of the present invention is an image forming device in which an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order from the object side. An optical system and an image pickup device arranged on the image side thereof, including a lens frame that holds the imaging optical system, and the shape of the first positive lens is circular when viewed from the incident side; When the shape of the third positive lens is viewed from the incident side, the length in the direction corresponding to the short side direction of the effective imaging region of the image sensor is shorter than the length corresponding to the long side direction of the effective imaging region. It is a feature.
[0094]
The operation of this configuration will be described. In the optical system of the present invention, the aperture stop is positioned closest to the object side. Therefore, each lens after the stop has a larger effective surface as the lens disposed on the image side. Become. Further, the effective luminous flux approaches the shape of the effective imaging area of the imaging device toward the image plane side. Therefore, with the above-described configuration, a lens outer shape along the effective light beam is obtained, and the size can be reduced while suppressing vignetting.
[0095]
In addition, in common with each of the above conditional expressions, only the upper limit value of the lower conditional expression that limits each conditional expression range or only the lower limit value is limited as the upper limit value or lower limit value of the higher conditional expression. It may be.
[0096]
Moreover, the effect of this invention can be heightened more by combining the above conditional expressions arbitrarily.
[0097]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples 1 to 5 of the imaging optical system of the present invention will be described below. FIGS. 1 to 5 show lens cross-sectional views of Examples 1 to 5 when focusing on an object point at infinity, respectively. In the drawing, the aperture stop is indicated by S, the first positive lens is indicated by L1, the second negative lens is indicated by L2, the third positive lens is indicated by L3, the cover glass of the electronic image sensor is indicated by CG, and the image plane is indicated by I. In addition, you may give the multilayer film for wavelength range limitation to the surface of the cover glass CG. Further, the cover glass CG may have a low-pass filter function.
[0098]
As shown in FIG. 1, the imaging optical system of Embodiment 1 includes, in order from the object side, an aperture stop S, a double-sided aspherical first positive meniscus lens L1 with a convex surface facing the image side, and a biconcave double-sided non-side surface. The lens includes a spherical second negative lens L2, a biconvex double-sided aspherical third positive lens L3, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 to the third lens L3 are all made of plastic, the first lens L1 and the third lens L3 are made of amorphous polyolefin ZEONEX (trade name), and the second lens L2 is made of polycarbonate. Yes.
[0099]
The specification of this example is a wide-angle optical system with a focal length f = 3.3 mm, an image height Ih = 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. In addition, each optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r.2~ Seventh surface r7In this order, they are 0.652 mm, 1.058 mm, 1.238 mm, 1.335 mm, 1.592 mm, and 1.844 mm.
[0100]
As shown in FIG. 2, the imaging optical system of Example 2 includes, in order from the object side, an aperture stop S, a double-sided aspherical first positive meniscus lens L1 with a convex surface facing the image side, and a biconcave double-sided non-surface. It includes a spherical second negative lens L2, a biconvex double-sided aspherical third positive lens L3, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 and the second lens L2 are made of plastic, the third lens L3 is made of glass, the first lens L1 is made of amorphous polyolefin ZEONEX, and the second lens L2 is made of polycarbonate.
[0101]
The specification of this example is a wide-angle optical system with a focal length f = 3.3 mm, an image height Ih = 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. In addition, each optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r.2~ Seventh surface r7In this order, they are 0.653 mm, 0.966 mm, 1.129 mm, 1.271 mm, 1.627 mm, and 1.871 mm.
[0102]
As shown in FIG. 3, the imaging optical system of Example 3 includes, in order from the object side, the aperture stop S, the first aspherical positive meniscus lens L1 with the convex surface facing the image side, and the double-sided double-sided non-side surface. It includes a spherical second negative lens L2, a biconvex double-sided aspherical third positive lens L3, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 is made of plastic, the second lens L2 and the third lens L3 are made of glass, and the first lens L1 is made of amorphous polyolefin ZEONEX.
[0103]
The specification of this example is a wide-angle optical system with a focal length f = 3.3 mm, an image height Ih = 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. In addition, each optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r.2~ Seventh surface r7In this order, they are 0.669 mm, 1.186 mm, 1.355 mm, 1.629 mm, 1.621 mm, and 1.741 mm.
[0104]
As shown in FIG. 4, the imaging optical system of Example 4 includes, in order from the object side, the aperture stop S, the first aspherical first positive meniscus lens L1 with the convex surface facing the image side, and the convex surface on the object side. And a double-sided aspheric second negative meniscus lens L2, a double-sided aspherical third meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 to the third lens L3 are all made of plastic, the first lens L1 and the third lens L3 are made of amorphous polyolefin ZEONEX, and the second lens L2 is made of polycarbonate.
[0105]
The specification of this example is a wide-angle optical system with a focal length f = 3.3 mm, an image height Ih = 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. In addition, each optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r.2~ Seventh surface r7In this order, they are 0.635 mm, 1.032 mm, 1.335 mm, 1.249 mm, 1.278 mm, and 1.544 mm.
[0106]
As shown in FIG. 5, the imaging optical system of Example 5 includes, in order from the object side, an aperture stop S, a double-sided aspherical first positive meniscus lens L1 with a convex surface facing the image side, a double-concave double-sided surface. The lens includes a spherical second negative lens L2, a biconvex double-sided aspherical third positive lens L3, and a cover glass CG. In this embodiment, the first lens L1 to the third lens L3 are all made of plastic, the first lens L1 and the third lens L3 are made of amorphous polyolefin ZEONEX, and the second lens L2 is made of polycarbonate.
[0107]
The specification of this example is a wide-angle optical system with a focal length f = 3.3 mm, an image height Ih = 2.4 mm, and a half angle of view ω = 36 °. Further, each optical effective diameter (one side) of each lens is the second surface r.2~ Seventh surface r7In this order, they are 0.634 mm, 0.947 mm, 1.179 mm, 1.285 mm, 1.461 mm, and 1.749 mm.
[0108]
The numerical data of each of the above examples is shown below, but the symbols are the above, r1, R2... is the radius of curvature of each lens surface, d1, D2... is the distance between each lens surface, nd1, Nd2... is the refractive index of d-line of each lens, νd1, Νd2... is the Abbe number of each lens. The aspherical shape is represented by the following formula, where x is an optical axis with the light traveling direction being positive, and y is a direction orthogonal to the optical axis.
[0109]
x = (y2/ R) / [1+ {1- (K + 1) (y / r)2}1/2]
+ AFouryFour+ A6y6+ A8y8+ ATenyTen
Where r is the radius of curvature on the optical axis, K is the cone coefficient, AFour, A6, A8, ATenAre the 4th, 6th, 8th and 10th order aspherical coefficients, respectively.
[0110]
Example 1
r1= ∞ (aperture) d1= 0.1500
r2= -6.6854 (aspherical surface) d2= 1.3215 nd1 = 1.52542 νd1 = 55.78
rThree= -0.7303 (aspherical surface) dThree= 0.1459
rFour= -30.0120 (aspherical surface) dFour= 0.6000 nd2 = 1.58423 νd2 = 30.49
rFive= 0.7826 (aspherical surface) dFive= 0.6381
r6= 3.0717 (Aspherical surface) d6= 1.1734 nd3 = 1.52542 νd3 = 55.78
r7= -3.9927 (Aspherical surface) d7= 0.5000
r8= ∞ d8= 1.0000 nd4 = 1.51633 νd4 = 64.10
r9= ∞ d9= 0.2812
rTen= ∞ (image plane)
Aspheric coefficient
Second side
K = -27.8001
AFour = -1.7921 × 10-1
A6 = 2.8337 × 10-1
A8 = -1.0853
ATen= 8.9415 × 10-1
Third side
K = -2.9582
AFour = -1.4120 × 10-1
A6 = 2.7136 x10-3
A8 = -3.8084 x10-3
ATen= -1.4846 × 10-2
4th page
K = 0
AFour = 3.3297 x10-2
A6 = -3.4902 × 10-2
A8 = 1.8527 × 10-2
ATen= -2.0576 × 10-3
5th page
K = -4.8798
AFour = -1.8292 × 10-2
A6 = 4.0871 × 10-2
A8 = -2.4150 x10-2
ATen= 5.4240 x10-3
6th page
K = 0
AFour = -7.1823 × 10-2
A6 = 2.6857 x10-2
A8 = -4.1832 × 10-3
ATen= -4.5583 x10-Four
7th page
K = -35.0647
AFour = -4.3006 × 10-2
A6 = 1.6318 x10-2
A8 = -1.5380 x10-3
ATen= -4.1595 × 10-Four                                              .
[0111]
Example 2
r1= ∞ (aperture) d1= 0.1500
r2= -11.2515 (aspherical surface) d2= 1.0585 nd1 = 1.52542 νd1 = 55.78
rThree= -0.7488 (aspherical surface) dThree= 0.1029
rFour= -10.6642 (aspherical surface) dFour= 0.6000 nd2 = 1.58423 νd2 = 30.49
rFive= 0.8605 (aspherical surface) dFive= 0.6195
r6= 4.8797 (aspherical surface) d6= 1.1406 nd3 = 1.65160 νd3 = 58.50
r7= -3.7876 (aspherical surface) d7= 0.5000
r8= ∞ d8= 1.0000 nd4 = 1.51633 νd4 = 64.10
r9= ∞ d9= 0.4690
rTen= ∞ (image plane)
Aspheric coefficient
Second side
K = 2.0583
AFour = -1.9830 x10-1
A6 = 1.8892 × 10-1
A8 = -9.9116 x10-1
ATen= 7.9724 × 10-1
Third side
K = -3.0167
AFour = -1.8704 × 10-1
A6 = -3.0791 × 10-2
A8 = 8.4573 × 10-2
ATen= -9.1810 × 10-2
4th page
K = 0
AFour = -2.2863 × 10-2
A6 = 5.3472 x10-2
A8 = 2.1013 × 10-3
ATen= -1.1119 x10-2
5th page
K = -5.5091
AFour = -5.6563 × 10-3
A6 = 3.3297 x10-2
A8 = -6.8881 × 10-3
ATen= -1.7940 × 10-3
6th page
K = 0
AFour = -4.4850 x10-2
A6 = 2.5395 x10-2
A8 = -7.4272 × 10-3
ATen= 6.7279 × 10-Four
7th page
K = -21.8659
AFour = -3.2435 × 10-2
A6 = 1.3768 x10-2
A8 = -2.4795 × 10-3
ATen= -8.2440 × 10-Five                                              .
[0112]
Example 3
r1= ∞ (aperture) d1= 0.1500
r2= -9.6637 (aspherical surface) d2= 1.7096 nd1 = 1.52542 νd1 = 55.78
rThree= -0.7070 (aspherical surface) dThree= 0.1410
rFour= -5.3549 (Aspherical surface) dFour= 0.6000 nd2 = 1.70514 νd2 = 41.20
rFive= 0.9397 (aspherical surface) dFive= 0.5132
r6= 8.2853 (aspherical surface) d6= 1.0344 nd3 = 1.58913 νd3 = 61.20
r7= -1.9020 (aspherical surface) d7= 0.5000
r8= ∞ d8= 2.0000 nd4 = 1.51633 νd4 = 64.14
r9= ∞ d9= 0.3328
rTen= ∞ (image plane)
Aspheric coefficient
Second side
K = 0
AFour = -9.9322 × 10-2
A6 = 2.1958 × 10-1
A8 = -7.8548 × 10-1
ATen= 8.3313 × 10-1
Third side
K = -3.2352
AFour = -1.3113 × 10-1
A6 = 5.7473 × 10-2
A8 = -3.8798 × 10-2
ATen= 1.4136 x10-2
4th page
K = 12.4633
AFour = 1.7636 × 10-2
A6 = -5.3676 × 10-2
A8 = 3.4664 × 10-2
ATen= -4.4294 × 10-3
5th page
K = -8.4376
AFour = -6.5555 × 10-2
A6 = 4.5259 x10-2
A8 = -2.4528 × 10-2
ATen= 3.5103 x10-3
6th page
K = 0
AFour = -1.5802 × 10-1
A6 = 1.2860 x10-1
A8 = -3.9408 × 10-2
ATen= 3.1658 × 10-3
7th page
K = -2.5549
AFour = -3.2613 × 10-2
A6 = -2.0838 × 10-2
A8 = 2.3457 × 10-2
ATen= -4.0787 × 10-3                                              .
[0113]
Example 4
r1= ∞ (aperture) d1= 0.1500
r2= -3.7560 (aspherical surface) d2= 1.1970 nd1 = 1.52542 νd1 = 55.78
rThree= -0.7727 (aspherical surface) dThree= 0.1000
rFour= 6.2100 (Aspherical surface) dFour= 0.6000 nd2 = 1.58423 νd2 = 30.49
rFive= 0.9511 (aspherical surface) dFive= 0.5038
r6= 4.5116 (Aspherical surface) d6= 0.7107 nd3 = 1.52542 νd3 = 55.78
r7= 29.5761 (aspherical surface) d7= 0.7000
r8= ∞ d8= 1.0000 nd4 = 1.51633 νd4 = 64.14
r9= ∞ d9= 0.3371
rTen= ∞ (image plane)
Aspheric coefficient
Second side
K = 1.8547
AFour = -1.9182 x10-1
A6 = 1.5418 x10-1
A8 = -6.5395 × 10-1
ATen= 5.0643 × 10-1
Third side
K = -2.9572
AFour = -1.5178 x10-1
A6 = -1.5283 × 10-2
A8 = 5.6949 × 10-2
ATen= -5.1828 × 10-2
4th page
K = 0
AFour = 5.6577 × 10-2
A6 = 3.2526 × 10-2
A8 = -1.9586 x10-2
ATen= 2.2295 × 10-3
5th page
K = -6.2752
AFour = 4.2023 × 10-2
A6 = 4.1358 × 10-2
A8 = 4.5499 x10-3
ATen= -9.1887 × 10-3
6th page
K = 0
AFour = -3.9926 × 10-2
A6 = 3.5414 x10-2
A8 = -1.9119 x10-2
ATen= 2.5213 x10-3
7th page
K = 0
AFour = 4.4096 x10-2
A6 = -1.3953 × 10-2
A8 = -1.1535 x10-3
ATen= -1.3319 × 10-Four                                              .
[0114]
Example 5
r1= ∞ (aperture) d1= 0.1500
r2= -4.2723 (aspherical surface) d2= 0.9859 nd1 = 1.52542 νd1 = 55.78
rThree= -0.7970 (aspherical surface) dThree= 0.2057
rFour= -20.1610 (aspherical surface) dFour= 0.6000 nd2 = 1.58423 νd2 = 30.49
rFive= 0.9497 (aspherical surface) dFive= 0.4803
r6= 4.6739 (aspherical surface) d6= 1.2757 nd3 = 1.52542 νd3 = 55.78
r7= -2.3387 (aspherical surface) d7= 1.0000
r8= ∞ d8= 1.0000 nd4 = 1.51633 νd4 = 64.10
r9= ∞ d9= 0.1430
rTen= ∞ (image plane)
Aspheric coefficient
Second side
K = 22.5176
AFour = -1.8700 x10-1
A6 = 2.8089 × 10-1
A8 = -1.1438
ATen= 9.2846 x10-1
Third side
K = -2.5781
AFour = -1.5623 × 10-1
A6 = -7.6367 × 10-2
A8 = 9.3334 × 10-2
ATen= -8.7816 × 10-2
4th page
K = 0
AFour = -5.1907 × 10-3
A6 = 8.8894 × 10-Four
A8 = 1.7568 x10-2
ATen= -3.6261 x10-3
5th page
K = -5.2062
AFour = 4.3573 × 10-3
A6 = 1.1495 x10-2
A8 = -1.2427 × 10-2
ATen= 4.9772 × 10-3
6th page
K = 0
AFour = -4.4377 × 10-2
A6 = 4.4915 × 10-2
A8 = -1.6658 × 10-2
ATen= 8.7133 × 10-Four
7th page
K = -5.5015
AFour = -2.6667 × 10-2
A6 = 5.1523 x10-3
A8 = 5.8435 × 10-3
ATen= -2.1188 × 10-3                                              .
[0115]
Aberration diagrams when focusing on infinity in Examples 1 to 5 are shown in FIGS. In these aberration diagrams, “SA” indicates spherical aberration, “AS” indicates astigmatism, “DT” indicates distortion, and “CC” indicates lateral chromatic aberration. In each aberration diagram, “ω” indicates a half angle of view.
[0116]
Next, the values of the conditions (1) to (11) in the above embodiments will be shown.
[0117]
Conditional Example Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5
(1) -0.37 -0.39 -0.40 -0.20 -0.49
(2) -0.13 0.13 0.63 -1.36 0.33
(3) 0.46 0.44 0.17 0.77 0.34
(4) 0.25 0.18 0.11 0.21 0.20
(5) 0.18 0.20 0.37 -0.026 0.34
(6) 1.5254 1.6516 1.5891 1.5254 1.5254
(7) 1.25 1.14 1.16 1.52 1.46
(8) -0.54 -0.56 -0.45 -0.82 -0.64
(9) 2.68 3.82 2.12 5.18 6.12
(10) 7.61 24.86 3.90 7.55 9.10
(11) 20.0 ° 19.2 ° 20.0 ° 33.0 ° 20.0 °.
[0118]
Although each of the above embodiments is small, good images are obtained as shown in the aberration diagrams of FIGS.
[0119]
Here, in the present invention, the maximum image height Ih on the image plane is defined as one half of the diagonal length L of the effective imaging region (substantially rectangular) of the imaging device. When the field frame is arranged as a means for defining the imaging region, the field frame diagonal length L is ½, and when an imaging element such as a solid-state imaging element is arranged, the diagonal of the effective imaging region is used. One half of the length L.
[0120]
Accordingly, the diagonal length L and the pixel interval a of the effective imaging surface (effective imaging area) when the imaging recording medium is an electronic imaging element such as a CCD will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a pixel array of the image sensor, and R (red), G (green), and B (blue) pixels are arranged in a mosaic pattern at a pixel interval a. The effective image pickup surface means a region in the photoelectric conversion surface on the image pickup element used for reproduction (display on a personal computer, printing by a printer, etc.) of a taken image. The effective image pickup surface shown in the figure is set to a region narrower than the entire photoelectric conversion surface of the image pickup device in accordance with the performance of the optical system (image circle that can ensure the performance of the optical system). The diagonal length L of the effective imaging surface is the diagonal length of this effective imaging surface. It should be noted that the imaging range used for image reproduction may be variously changed. However, when the imaging optical system of the present invention is used in an imaging apparatus having such a function, the diagonal length L of the effective imaging surface changes. . In such a case, the diagonal length L of the effective imaging surface that defines the maximum image height Ih in the present invention is the maximum value in a range that L can take.
[0121]
FIG. 12 is a diagram for explaining the diagonal length of the field frame when the field frame is arranged on the imaging surface of an electronic image sensor such as a CCD. When an image is formed on an electronic imaging device such as a CCD, the effective imaging area is determined by the opening of the field frame immediately before the imaging surface. Here, the shape of the field frame may be changed variously. However, as in the case of FIG. 9, the diagonal length L of the effective imaging surface that defines the maximum image height Ih in the present invention is a range that L can take. The maximum value at.
[0122]
In the embodiment of the present invention described above, a cover glass may be disposed immediately before the aperture stop S.
[0123]
In the above embodiments of the present invention, the lens made of plastic may be made of glass. For example, it is needless to say that higher performance can be achieved by using a glass having a higher refractive index than the plastic of any of the embodiments. Needless to say, the use of special low dispersion glass is effective in correcting chromatic aberration. In particular, when it is made of plastic, it is preferable to use a low moisture-absorbing material because performance deterioration due to environmental changes is reduced (for example, ZEONEX (trade name) manufactured by ZEON Corporation).
[0124]
Further, a flare stop other than the brightness stop S may be arranged in order to cut unnecessary light such as ghost and flare. In the above embodiment, any one between the aperture stop S and the first lens L1, between the first lens L1 and the second lens L2, between the second lens L2 and the third lens L3, and between the third lens L3 and the image plane I. A flare stop may be arranged at the location. Further, the flare beam may be cut by the frame, or the flare stop may be formed by using another member. Further, it may be printed directly on the optical system, painted, or bonded with a seal or the like. Further, the shape may be any shape such as a circle, an ellipse, a rectangle, a polygon, or a range surrounded by a function curve. Further, not only the harmful light flux but also the light flux such as coma flare around the screen may be cut.
[0125]
Each lens may be provided with an antireflection coating to reduce ghost and flare. A multi-coat is desirable because it can effectively reduce ghosts and flares. Moreover, you may perform an infrared cut coat on a lens surface, a cover glass, etc.
[0126]
Further, focusing may be performed to adjust the focus. Focusing may be performed by extending the entire lens system, or a part of the lenses may be extended, or focusing may be performed by retraction.
[0127]
Further, the brightness decrease in the peripheral portion of the image may be reduced by shifting the micro lens of the CCD. For example, the design of the CCD microlens may be changed in accordance with the incident angle of the light beam at each image height. Further, the amount of decrease in the peripheral portion of the image may be corrected by image processing.
[0128]
FIG. 13 shows the light of the imaging optical system 5 in a configuration example in which the imaging optical system 5 of the first embodiment and the CCD 6 arranged on the image plane I are fixed to a lens frame 7 integrally molded with a resin material. FIG. 2 is a cross-sectional view taken in a diagonal direction of the image plane I of the CCD 6 including an axis, and the aperture stop S is integrally formed with a resin lens frame 7. In this way, it is easy to manufacture the lens frame 7 that holds the imaging optical system 5. Also, by integrating the configuration of the aperture stop S with the lens frame 7, the manufacturing process is greatly reduced, and the lens frame 7 itself is provided with a holding function for the CCD 6 of the image pickup device, so that the lens frame It becomes difficult for garbage etc. to enter 7.
[0129]
Further, as apparent from FIG. 13, the outer periphery 8 of each of the first positive lens L1, the second negative lens L2, and the third positive lens L3 of the imaging optical system 5 is inclined so as to approach the optical axis toward the object side. By providing the inclined surface and allowing the lens frame 7 to contact and fix the inclined surface, the lenses L1 to L3 can be dropped into the lens frame 7 from the image surface side to be positioned and fixed.
[0130]
Further, as shown in a schematic exploded perspective view in FIG. 14, the shape of the first positive lens L1 of the imaging optical system held in the lens frame 7 formed of plastic is the first positive lens L1 and the second negative lens. The lens L2 has a circular shape when viewed from the incident side, and the third positive lens L3 has an oval shape in which an upper portion and a lower portion are cut based on a circular lens. And the outer periphery 8 of each lens L1-L3 inclines to the aperture_diaphragm | restriction S side. The inner surface of the lens frame 7 is also formed to be inclined corresponding to the inclination.
[0131]
In this way, the shape of the first positive lens L1 is circular when viewed from the incident side, and the shape of the third positive lens L3 is the direction corresponding to the short side direction of the effective imaging region of the CCD 6 of the image sensor when viewed from the incident side. The first positive lens L1, the second negative lens L2, and the third positive lens L3 of the imaging optical system are made effective by making the length of the lens shorter than the length corresponding to the long side direction of the effective imaging region. The lens outer shape along the light beam can be obtained, and the size can be reduced while suppressing vignetting. In this example as well, the inclined surfaces of the outer periphery 8 of each of the first positive lens L1, the second negative lens L2, and the third positive lens L3 of the imaging optical system 5 are contacted and fixed in the lens frame 7. By doing so, the lenses L1 to L3 can be dropped into the lens frame 7 from the image plane side and positioned and fixed.
[0132]
Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 13, it is desirable that the peripheral surface of the aperture of the aperture stop S is inclined to the lens L1 side. In addition, since the inclination angle is large and the corner portion on the most lens side substantially serves as a diaphragm, the light beam reflected by the outer peripheral surface of the aperture portion of the aperture stop S hardly enters the CCD 6 of the image sensor. Thus, the influence of flare and ghost can be reduced.
[0133]
By the way, in each above-mentioned Example, you may give a near-infrared sharp cut coat to the entrance plane side of cover glass CG as mentioned above. This near-infrared sharp cut coat is configured such that the transmittance at a wavelength of 600 nm is 80% or more and the transmittance at a wavelength of 700 nm is 10% or less. Specifically, it is a multilayer film composed of the following 27 layers, for example. However, the design wavelength is 780 nm.
[0134]
Figure 0004294338
Figure 0004294338
[0135]
The transmittance characteristics of the near infrared sharp cut coat are as shown in FIG.
[0136]
Further, by providing a color filter that reduces transmission of colors in the short wavelength region as shown in FIG. 16 or coating on the exit surface side of the low-pass filter, the color reproducibility of the electronic image is further improved. Yes.
[0137]
Specifically, with this filter or coating, the ratio of the transmittance of the wavelength of 420 nm to the transmittance of the wavelength having the highest transmittance at a wavelength of 400 nm to 700 nm is 15% or more, and 400 nm to the transmittance of the highest wavelength. It is preferable that the ratio of the transmittances of the wavelengths is 6% or less.
[0138]
Thereby, it is possible to reduce the difference between the recognition of the color of the human eye and the color of the image to be captured and reproduced. In other words, it is possible to prevent deterioration of the image due to the human eye easily recognizing a short wavelength color that is difficult to be recognized by human vision.
[0139]
If the ratio of the transmittance at the wavelength of 400 nm exceeds 6%, the short wavelength castle which is difficult to be recognized by the human eye is regenerated to a wavelength that can be recognized. Conversely, the ratio of the transmittance at the wavelength of 420 nm is reversed. If the value is smaller than 15%, the reproduction of the wavelength castle that can be recognized by humans becomes low, and the color balance becomes poor.
[0140]
Such means for limiting the wavelength is more effective in an imaging system using a complementary color mosaic filter.
[0141]
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 16, the coating has a transmittance of 0% at a wavelength of 400 nm, a transmittance of 90% at 420 nm, and a transmittance peak of 100% at 440 nm.
[0142]
By multiplying the action with the above-mentioned near infrared sharp cut coat, the transmittance at 400 nm is peaked at 99%, the transmittance at 400 nm is 0%, the transmittance at 420 nm is 80%, and the transmittance at 600 nm is 82%. The transmittance at 700 nm is 2%. As a result, more faithful color reproduction is performed.
[0143]
The low-pass filter can be used by superimposing three types of filters with crystal axes in the horizontal (= 0 °) and ± 45 ° directions when projected on the image plane in the optical axis direction. Can be suppressed by shifting by SQRT (1/2) × a horizontally in the direction of a μm and ± 45 °. Here, SQRT is a square route and means a square root.
[0144]
Also, on the image pickup surface I of the CCD, as shown in FIG. 17, a complementary color mosaic filter is provided in which four color filters of cyan, magenta, yellow, and green are provided in a mosaic pattern corresponding to the image pickup pixels. ing. These four types of color filters are arranged in a mosaic so that each of them has approximately the same number and adjacent pixels do not correspond to the same type of color filter. Thereby, more faithful color reproduction becomes possible.
[0145]
Specifically, the complementary color mosaic filter is composed of at least four types of color filters as shown in FIG. 17, and the characteristics of the four types of color filters are preferably as follows.
[0146]
Green color filter G has wavelength GPHas a peak of spectral intensity,
Yellow color filter YeIs the wavelength YPHas a peak of spectral intensity,
Cyan color filter C has wavelength CPHas a peak of spectral intensity,
Magenta color filter M has wavelength MP1And MP2And satisfy the following conditions.
[0147]
510nm <GP<540 nm
5nm <YP-GP<35nm
−100 nm <CP-GP<-5nm
430 nm <MP1<480nm
580 nm <MP2<640nm
Further, the green, yellow, and cyan color filters have an intensity of 80% or more at a wavelength of 530 nm with respect to each spectral intensity peak, and the magenta color filter has an intensity of 10% at a wavelength of 530 nm. From the viewpoint of improving the color reproducibility, it is more preferable that the strength is 50% to 50%.
[0148]
FIG. 18 shows an example of each wavelength characteristic in each of the above embodiments. The green color filter G has a spectral intensity beak at 525 nm. Yellow color filter YeHas a spectral intensity peak at 555 nm. The cyan color filter C has a spectral intensity peak at 510 nm. The magenta color filter M has peaks at 445 nm and 620 nm. Each color filter at 530 nm has a G of 99% and Ye95%, C 97%, M 38%.
[0149]
In the case of such a complementary color filter, the following signal processing is performed electrically with a controller (not shown) (or a controller used in a digital camera),
Luminance signal
Y = | G + M + Ye+ C | × 1/4
Color signal
R−Y = | (M + Ye)-(G + C) |
B−Y = | (M + C) − (G + Ye) |
The signal is converted into R (red), G (green), and B (blue) signals.
[0150]
By the way, the arrangement position of the above-mentioned near infrared sharp cut coat may be any position on the optical path. The number of low-pass filters may be two or one.
[0151]
In the image pickup apparatus of the present invention, for adjusting the light amount, a variable aperture that is adjusted by configuring the aperture stop S with a plurality of aperture blades and making the aperture shape variable may be used. FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of the aperture shape at the time of opening, and FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of the aperture shape at the time of two-stage aperture. 19 and 20, OP indicates the optical axis, Da indicates six diaphragm plates, and Xa and Xb indicate openings. In the present invention, the aperture shape of the aperture can be set to only two types: an open state (FIG. 19) and an aperture value (a two-stage aperture, FIG. 20) with an F value that satisfies a predetermined condition.
[0152]
Or, using a turret provided with a plurality of fixed-shaped brightness stops with different shapes or transmittances, depending on the required brightness, place any brightness stop on the object-side optical axis of the imaging optical system. With the arrangement, the diaphragm mechanism can be thinned. In addition, a configuration in which a light amount reduction filter having a transmittance lower than the transmittance of other aperture stops is arranged in the aperture that reduces the amount of light most among the apertures of the aperture stops arranged on the turret. Good. Accordingly, the aperture diameter of the diaphragm is not excessively narrowed, and deterioration of the imaging performance due to diffraction that occurs due to the small aperture diameter of the diaphragm can be suppressed.
[0153]
FIG. 21 is a perspective view showing a configuration of an example in this case. Brightness can be adjusted in 0, −1, −2, −3, and −4 stages at the position of the stop S on the optical axis on the object side of the first positive lens L1 of the imaging optical system. A turret 10 is arranged.
[0154]
The turret 10 has an opening 1A (a transmittance of 100% for a wavelength of 550 nm) having a circular aperture with a maximum aperture diameter and a fixed aperture of 0 stage, and an opening of the opening 1A for -1 stage correction. An opening 1B made of a transparent parallel plate having a fixed opening shape having an opening area that is about half the area (the transmittance for the wavelength of 550 nm is 99%), a circular opening having the same area as the opening 1B, and −2 steps In order to correct to -3 and -4 stages, apertures 1C, 1D, and 1E provided with ND filters having transmittances of 50%, 25%, and 13% for a wavelength of 550 nm, respectively, are provided.
[0155]
The light quantity is adjusted by arranging one of the apertures at the aperture position by turning around the rotation shaft 11 provided in the turret 10.
[0156]
Moreover, it can replace with the turret 10 shown in FIG. 21, and the turret 10 'shown in the front view of FIG. 22 can be used. Brightness can be adjusted in 0, −1, −2, −3, and −4 stages at the position of the stop S on the optical axis on the object side of the first positive lens L1 of the imaging optical system. A turret 10 'is arranged.
[0157]
The turret 10 ′ has an opening shape for adjusting the zero stage having a circular and fixed opening 1 A ′ having a maximum aperture diameter, and an opening area that is about half of the opening area of the opening 1 A ′ for −1 stage correction. The opening 1B ′ having a fixed opening shape and the opening areas 1C ′, 1D ′, and 1E ′ having fixed shapes for the correction to the −2 step, the −3 step, and the −4 step are further reduced in order. Have.
[0158]
The light quantity is adjusted by arranging any opening at the stop position by turning around the rotation shaft 11 provided in the turret 10 '.
[0159]
In order to reduce the thickness, the aperture of the aperture stop S may be an aperture having a fixed shape and position, and the light amount adjustment may be performed by electrically adjusting an output signal from the image sensor. Alternatively, the light amount may be adjusted by inserting and removing an ND filter between other spaces in the lens system, for example, the third positive lens L3 and the CCD cover glass CG. FIG. 23 is a diagram showing an example of this. The opening 1A ″ of the turret 10 ″ is a through surface or hollow opening, the opening 1B ″ is an ND filter having a transmittance of 1/2, and the opening 1C ″ is a transmittance of 1/4. The ND filter, aperture 1D ″ is a turret-shaped filter provided with an ND filter having a transmittance of 1/8, and any aperture is arranged at any position in the optical path by rotation around the central rotation axis. To adjust the light intensity.
[0160]
Further, as a filter for adjusting the light amount, a filter surface capable of adjusting the light amount so as to suppress unevenness in the light amount may be provided. For example, as shown in FIG. 24, the light intensity is centered concentrically so that the transmittance is made uniform by giving priority to securing the light intensity at the center for dark subjects, and the brightness unevenness is compensated only for bright subjects. It is good also as a structure which arrange | positions the filter which falls so much.
[0161]
Further, as the diaphragm S, the peripheral portion on the incident surface side of the first positive lens L1 may be painted black.
[0162]
When the imaging apparatus according to the present invention stores an image as a still image like a camera or the like, a shutter for adjusting the amount of light may be disposed in the optical path.
[0163]
As such a shutter, a focal plane shutter, a rotary shutter, or a liquid crystal shutter disposed immediately before the CCD may be used, or the aperture stop itself may be configured as a shutter.
[0164]
FIG. 25 shows an example of a shutter. FIG. 25 shows an example of a rotary focal plane shutter which is one of the focal plane shutters. FIG. 25 (a) is a view seen from the back side, and FIG. 25 (b) is a view seen from the front side. is there. A shutter substrate 15 is arranged immediately before the image plane or at an arbitrary optical path position. The substrate 15 is provided with an opening 16 that transmits an effective light beam of the optical system. Reference numeral 17 denotes a rotary shutter curtain. Reference numeral 18 denotes a rotary shaft of the rotary shutter curtain 17. The rotary shaft 18 rotates with respect to the substrate 15 and is integrated with the rotary shutter curtain 17. The rotating shaft 18 is connected to gears 19 and 20 on the surface of the substrate 15. The gears 19 and 20 are connected to a motor (not shown).
[0165]
In such a configuration, the rotary shutter curtain 17 is configured to rotate about the rotation shaft 18 via the gears 19 and 20 and the rotation shaft 18 by driving a motor (not shown).
[0166]
The rotary shutter curtain 17 is formed in a substantially semicircular shape and shields and retreats the opening 16 of the substrate 15 by rotation, thereby serving as a shutter. The shutter speed is adjusted by changing the rotating speed of the rotary shutter curtain 17.
[0167]
FIGS. 26A to 26D are views of the rotary shutter curtain 17 rotating from the image plane side. It moves in the order of (a), (b), (c), (d), and (a) in the figure with time.
[0168]
As described above, the aperture stop S with a fixed shape and a filter or shutter that adjusts the amount of light are placed at different positions in the lens system. In addition, an imaging apparatus capable of reducing the overall length of the lens system can be obtained.
[0169]
Further, a configuration may be adopted in which electrical control is performed so as to obtain a still image by extracting a part of the electrical signal of the CCD without using a mechanical shutter. One example of such a configuration will be described with reference to FIGS. 27 and 28 while explaining the operation of CCD imaging. FIG. 27 is an explanatory diagram of an operation of CCD imaging in which signals are sequentially read out by an interlace method (interlaced scanning method). In FIG. 27, Pa to Pc are photosensitive sections using photodiodes, Va to Vc are vertical transfer sections using CCD, and Ha is a horizontal transfer section using CCD. The A field indicates an odd field, and the B field indicates an even field.
[0170]
In the configuration of FIG. 27, the basic operation is performed as follows. That is, (1) signal charge accumulation (photoelectric conversion) by light in the photosensitive part, (2) signal charge shift (field shift) from the photosensitive part to the vertical transfer part, and (3) signal charge in the vertical transfer part. Transfer (vertical transfer), (4) transfer of signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit (line shift), (5) transfer of signal charges in the horizontal transfer unit (horizontal transfer), (6) horizontal transfer unit The signal charge is detected (detected) at the output terminal. Such sequential reading can be performed using either the A field (odd field) or the B field (even field).
[0171]
In the interlaced (interlaced scanning) CCD imaging of FIG. 27, the accumulation timing of the A field and the B field is shifted by 1/60 in the TV broadcast system and the analog video system. If this is used as it is as a DSC (Digital Spectral Compatible) image to form a frame image, blurring like a double image occurs in the case of a moving subject. Therefore, in this type of CCD imaging, the A and B fields are simultaneously exposed to mix the signals of adjacent fields. Then, after the fluorescent light is illuminated at the end of exposure with a mechanical shutter, the A field and the B field are read out separately to synthesize signals.
[0172]
In the present invention, the mechanical shutter functions only for smear prevention and only the A field is sequentially read out, or the A and B fields are simultaneously mixed readout. The high-speed shutter can be released regardless of the shutter speed (because it can be controlled only with an electronic shutter). In the example of FIG. 27, since the number of CCDs in the vertical transfer unit is half of the number of photodiodes constituting the photosensitive unit, there is an advantage that the size can be easily reduced.
[0173]
FIG. 28 is a diagram for explaining the operation of CCD imaging in which sequential readout of signals is performed in a progressive manner. In FIG. 28, Pd to Pf are photosensitive portions using photodiodes, Vd to Vf are vertical transfer portions by CCD, and Hb is a horizontal transfer portion by CCD.
[0174]
In FIG. 28, since reading can be performed in the pixel arrangement order, it is possible to electronically control all charge accumulation and reading operations. Therefore, the exposure time can be shortened to about (1/10000 seconds). In the example of FIG. 28, the number of vertical CCDs is larger than in the case of FIG. 27, and there is a disadvantage that downsizing is difficult. However, because of the advantages as described above, in the present invention, FIGS. Any of these methods can be employed.
[0175]
The imaging apparatus of the present invention as described above is an imaging apparatus that forms an object image with an imaging optical system and receives the image with an imaging element such as a CCD, and in particular, a digital camera, video camera, information processing It can be used for personal computers, telephones, and especially mobile phones that are convenient to carry. The embodiment is illustrated below.
[0176]
FIGS. 29 to 31 are conceptual diagrams of a configuration in which the imaging optical system according to the present invention is incorporated in a photographing optical system 41 of a digital camera. 29 is a front perspective view showing the appearance of the digital camera 40, FIG. 30 is a rear perspective view thereof, and FIG. 31 is a sectional view showing the configuration of the digital camera 40. In this example, the digital camera 40 includes a photographing optical system 41 having a photographing optical path 42, a finder optical system 43 having a finder optical path 44, a shutter 45, a flash 46, a liquid crystal display monitor 47, and the like. When the shutter 45 disposed in the position is pressed, photographing is performed through the photographing optical system 41, for example, the imaging optical system of the first embodiment in conjunction therewith. An object image formed by the photographing optical system 41 is formed on the imaging surface of the CCD 49 through a cover glass CG provided with a near-infrared cut coat and having a low-pass filter function. The object image received by the CCD 49 is displayed as an electronic image on the liquid crystal display monitor 47 provided on the back of the camera via the processing means 51. Further, the processing means 51 is connected to a recording means 52 so that a photographed electronic image can be recorded. The recording means 52 may be provided separately from the processing means 51, or may be configured to perform recording / writing electronically using a floppy disk, memory card, MO, or the like. Further, it may be configured as a silver salt camera in which a silver salt film is arranged in place of the CCD 49.
[0177]
Further, a finder objective optical system 53 is disposed on the finder optical path 44. The object image formed by the finder objective optical system 53 is formed on the field frame 57 of the Porro prism 55 which is an image erecting member. Behind this polyprism 55 is an eyepiece optical system 59 that guides the erect image to the observer eyeball E. Cover members 50 are disposed on the incident side of the photographing optical system 41 and the objective optical system 53 for the viewfinder and on the exit side of the eyepiece optical system 59, respectively.
[0178]
The digital camera 40 configured as described above can achieve high performance and downsizing since the photographing optical system 41 is high performance and small.
[0179]
In the example of FIG. 31, a parallel plane plate is disposed as the cover member 50, but a lens having power may be used.
[0180]
Next, a personal computer which is an example of an information processing apparatus in which the imaging optical system of the present invention is incorporated as an objective optical system is shown in FIGS. 32 is a front perspective view with the cover of the personal computer 300 opened, FIG. 33 is a sectional view of the photographing optical system 303 of the personal computer 300, and FIG. 34 is a side view of the state of FIG. As shown in FIGS. 32 to 34, a personal computer 300 includes a keyboard 301 for a writer to input information from the outside, information processing means and recording means not shown, and a monitor for displaying information to the operator. 302 and a photographing optical system 303 for photographing the operator himself and surrounding images. Here, the monitor 302 may be a transmissive liquid crystal display element that is illuminated from the back by a backlight (not shown), a reflective liquid crystal display element that reflects and displays light from the front, a CRT display, or the like. In the drawing, the photographic optical system 303 is built in the upper right of the monitor 302, but is not limited to that location, and may be anywhere around the monitor 302 or the keyboard 301.
[0181]
The photographing optical system 303 has an objective lens 112 including an imaging optical system (abbreviated in the drawing) according to the present invention and an image pickup element chip 162 that receives an image on a photographing optical path 304. These are built in the personal computer 300.
[0182]
Here, a cover glass CG having a low-pass filter function is additionally attached on the image pickup element chip 162 to be integrally formed as an image pickup unit 160, and can be touched at the rear end of the lens frame 113 of the objective lens 112 with one touch. Since it can be fitted and attached, it is not necessary to align the center of the objective lens 112 and the image pickup element chip 162 and to adjust the surface interval, and the assembly is simplified. A cover glass 114 for protecting the objective lens 112 is disposed at the tip of the lens frame 113.
[0183]
The object image received by the image sensor chip 162 is input to the processing means of the personal computer 300 via the terminal 166 and is displayed on the monitor 302 as an electronic image. FIG. A captured image 305 is shown. The image 305 can also be displayed on the personal computer of the communication partner from a remote location via the processing means, the Internet, or the telephone.
[0184]
Next, FIG. 35 shows a telephone which is an example of an information processing apparatus in which the imaging optical system of the present invention is built in as a photographing optical system, particularly a portable telephone which is convenient to carry. 35A is a front view of the mobile phone 400, FIG. 35B is a side view, and FIG. 35C is a cross-sectional view of the photographing optical system 405. As shown in FIGS. 35A to 35C, the mobile phone 400 includes a microphone unit 401 that inputs an operator's voice as information, a speaker unit 402 that outputs the voice of the other party, and an operator who receives information. An input dial 403 for inputting information, a monitor 404 for displaying information such as a photographed image and a telephone number of the operator and the other party, a photographing optical system 405, an antenna 406 for transmitting and receiving communication radio waves, and an image And processing means (not shown) for processing information, communication information, input signals, and the like. Here, the monitor 404 is a liquid crystal display element. In the drawing, the arrangement positions of the respective components are not particularly limited to these. The photographing optical system 405 includes an objective lens 112 including an imaging optical system (abbreviated in the drawing) according to the present invention disposed on a photographing optical path 407, and an image sensor chip 162 that receives an object image. These are built in the mobile phone 400.
[0185]
Here, a cover glass CG having a low-pass filter function is additionally attached on the image pickup element chip 162 to be integrally formed as an image pickup unit 160, and can be touched at the rear end of the lens frame 113 of the objective lens 112 with one touch. Since it can be fitted and attached, it is not necessary to align the center of the objective lens 112 and the image pickup element chip 162 and to adjust the surface interval, and the assembly is simplified. A cover glass 114 for protecting the objective lens 112 is disposed at the tip of the lens frame 113.
[0186]
The object image received by the imaging element chip 162 is input to the processing means (not shown) via the terminal 166 and displayed as an electronic image on the monitor 404, the monitor of the communication partner, or both. . Further, when transmitting an image to a communication partner, the processing means includes a signal processing function for converting information of an object image received by the image sensor chip 162 into a signal that can be transmitted.
[0187]
Each of the embodiments described above can be variously modified in accordance with the configuration of the claims.
[0188]
In the present invention, an imaging optical system and an image pickup apparatus using the same can be configured as follows.
[0189]
[1] In order from the object side, an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex toward the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order, and satisfy the following conditional expression: Imaging optical system.
[0190]
−0.8 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.15 (2-6)
Where r3fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens, r3rIs the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the third positive lens.
[0191]
[2] In order from the object side, an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex toward the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order, and satisfy the following conditional expression: Imaging optical system.
[0192]
0.1 <r2r/ R3f<0.23 (4-3)
Where r2rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens, r3fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens.
[0193]
[3] The aperture stop, the first positive meniscus lens having the convex toward the image side, the second negative lens, and the third positive lens are arranged in this order from the object side, and satisfy the following conditional expression: Imaging optical system.
[0194]
−0.15 <r1r/ R3r<0.35 (5-2)
Where r1rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the first positive lens, r3rIs the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the third positive lens.
[0195]
[4] An imaging optical system in which an aperture stop, a first positive lens, a second negative lens, and a third positive meniscus lens having a convex surface facing the object side are arranged in this order from the object side.
[0196]
[5] In order from the object side, the aperture stop, the imaging optical system arranged in the order of the first positive meniscus lens having the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens, and the image side The aperture stop has a fixed aperture shape through which the optical axis passes, and the outermost surface of the aperture is arranged so that the outer peripheral surface of the aperture is closer to the optical axis toward the image plane side. An imaging apparatus characterized by being inclined at an inclination angle greater than the incident angle of the light beam.
[0197]
[6] In order from the object side, the aperture stop, the first positive meniscus lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, the imaging optical system arranged in this order, and the image side An image pickup apparatus, comprising: a lens frame that has an arranged image pickup element, holds the imaging optical system and the image pickup element, and integrally forms the brightness diaphragm with the same resin material.
[0198]
[7] In order from the object side, the aperture stop, the first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, the second negative lens, the imaging optical system arranged in this order, and the image side A lens frame that holds the imaging optical system, and is inclined at least on the outer periphery of each of the first positive lens and the third positive lens so as to approach the optical axis toward the object side. An imaging apparatus comprising an inclined portion, wherein the inclined portion is in contact with the lens frame.
[0199]
[8] In order from the object side, the aperture stop, the first positive meniscus lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, the imaging optical system arranged in this order, and the image side The first positive lens has a circular shape when viewed from the incident side, and the third positive lens has a shape. An image pickup apparatus characterized in that a length in a direction corresponding to a short side direction of an effective image pickup area of the image pickup element is shorter than a length corresponding to a long side direction of the effective image pickup area when viewed from the incident side.
[0200]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a high-performance, compact, wide-angle imaging optical system having a half angle of view of about 35 ° and a small-sized, high-performance imaging device using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens cross-sectional view of an imaging optical system according to a first embodiment of the present invention when focusing on an object point at infinity.
2 is a lens cross-sectional view similar to FIG. 1 of the imaging optical system of Example 2. FIG.
3 is a lens cross-sectional view similar to FIG. 1 of the imaging optical system of Example 3. FIG.
4 is a lens cross-sectional view similar to FIG. 1 of the imaging optical system of Example 4. FIG.
5 is a lens cross-sectional view similar to FIG. 1 of the imaging optical system of Example 5. FIG.
FIG. 6 is an aberration diagram for Example 1 upon focusing on an object point at infinity.
FIG. 7 is an aberration diagram for Example 2 upon focusing on an object point at infinity.
8 is an aberration diagram for Example 3 upon focusing on an object point at infinity. FIG.
FIG. 9 is an aberration diagram for Example 4 upon focusing on an object point at infinity.
10 is an aberration diagram for Example 5 upon focusing on an object point at infinity. FIG.
FIG. 11 is a diagram for explaining a diagonal length L of an effective imaging surface that defines a maximum image height Ih when imaging is performed with an imaging device.
FIG. 12 is a diagram for explaining a diagonal length L of an effective imaging surface that defines a maximum image height Ih when a field frame is arranged on an imaging surface of an imaging element.
13 is a cross-sectional view of a configuration example in which the imaging optical system of Example 1 and a CCD disposed on the image plane are fixed to a lens frame integrally formed of a resin material. FIG.
FIG. 14 is a schematic exploded perspective view in the case where the third positive lens of the imaging optical system has an oval shape.
FIG. 15 is a diagram showing transmittance characteristics of an example of a near-infrared sharp cut coat.
FIG. 16 is a diagram illustrating a transmittance characteristic of an example of a color filter provided on the emission surface side of the low-pass filter.
FIG. 17 is a diagram illustrating a color filter arrangement of a complementary color mosaic filter.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of wavelength characteristics of a complementary color mosaic filter.
FIG. 19 is a diagram showing that the aperture shape of the aperture is in an open state.
FIG. 20 is a diagram showing a state where the aperture shape of the diaphragm is a two-stage diaphragm.
FIG. 21 is a perspective view showing a configuration of an imaging optical system according to the present invention in which a turret provided with a plurality of fixed-shape brightness stops having different shapes and transmittances is disposed.
22 is a front view showing another turret instead of the turret shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a diagram showing another turret-shaped light amount adjustment filter that can be used in the present invention.
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a filter that suppresses unevenness in the amount of light.
FIGS. 25A and 25B are a rear view and a front view showing an example of a rotary focal plane shutter. FIGS.
FIG. 26 is a diagram illustrating a state where a rotary shutter curtain of the shutter of FIG. 25 rotates.
FIG. 27 is an explanatory diagram of the operation of interlaced CCD imaging.
FIG. 28 is a diagram for explaining the operation of progressive CCD imaging.
FIG. 29 is a front perspective view showing the appearance of a digital camera incorporating the imaging optical system according to the present invention.
30 is a rear perspective view of the digital camera of FIG. 29. FIG.
31 is a cross-sectional view of the digital camera of FIG. 29. FIG.
FIG. 32 is a front perspective view in which a cover of a personal computer in which the imaging optical system according to the present invention is incorporated as an objective optical system is opened.
FIG. 33 is a cross-sectional view of a photographing optical system of a personal computer.
34 is a side view of the state of FIG. 32. FIG.
FIG. 35 is a front view, a side view, and a sectional view of the photographing optical system of a mobile phone in which the imaging optical system according to the present invention is incorporated as an objective optical system.
[Explanation of symbols]
S ... Brightness stop
L1 ... 1st positive lens
L2 ... Second negative lens
L3 ... Third positive lens
CG ... Cover glass
I: Image plane
OP ... Optical axis
Da ... Aperture plate
Xa, Xb ... opening
Pa to Pf: photosensitive part
Va to Vf: Vertical transfer unit
Ha, Hb ... Horizontal transfer section
E ... Observer eyeball
1A, 1B, 1C, 1D, 1E ... Opening
1A ', 1B', 1C ', 1D', 1E '... opening
1A ", 1B", 1C ", 1D" ... opening
5. Imaging optical system
6 ... CCD
7 ... Lens frame
8 ... Lens outer periphery
10 ... Turret
10 '... Turret
10 "... Turret
11 ... Rotating shaft
15 ... Shutter substrate
16 ... opening
17 ... Rotary shutter curtain
18 ... Rotating shaft
19, 20 ... Gear
40 ... Digital camera
41. Photography optical system
42. Optical path for photographing
43. Viewfinder optical system
44. Optical path for viewfinder
45 ... Shutter
46 ... Flash
47 ... LCD monitor
49 ... CCD
50. Cover member
51. Processing means
52. Recording means
53. Objective optical system for viewfinder
55 ... Porro prism
57 ... View frame
59 ... Eyepiece optical system
112 ... Objective lens
113 ... Mirror frame
114 ... cover glass
160: Imaging unit
162. Image sensor chip
166 ... Terminal
300 ... PC
301 ... Keyboard
302 ... Monitor
303 ... Shooting optical system
304: Optical path for photographing
305 ... Image
400 ... mobile phone
401: Microphone unit
402: Speaker unit
403 ... Input dial
404 ... Monitor
405 ... Shooting optical system
406 ... Antenna
407: Photography optical path

Claims (26)

物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
−0.55<f2 /f3 <−0.1 ・・・(1)
ただし、f2 は第2負レンズの焦点距離、f3 は第3正レンズの焦点距離である。
Imaging optics characterized in that, in order from the object side, an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order and satisfy the following conditional expression: system.
−0.55 <f 2 / f 3 <−0.1 (1)
Here, f 2 is the focal length of the second negative lens, and f 3 is the focal length of the third positive lens.
前記第1正メニスカスレンズ又は前記第3正レンズはプラスチックからなることを特徴とする請求項1記載の結像光学系。  The imaging optical system according to claim 1, wherein the first positive meniscus lens or the third positive lens is made of plastic. 前記第2負レンズはプラスチックからなることを特徴とする請求項2記載の結像光学系。  The imaging optical system according to claim 2, wherein the second negative lens is made of plastic. 前記プラスチックはアモルファスポリオレフィン系の材料からなることを特徴とする請求項2記載の結像光学系。  3. The imaging optical system according to claim 2, wherein the plastic is made of an amorphous polyolefin material. 前記第2負レンズのプラスチックはポリカーボネイト材料からなることを特徴とする請求項3記載の結像光学系。  4. The imaging optical system according to claim 3, wherein the plastic of the second negative lens is made of a polycarbonate material. 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から5の何れか1項記載の結像光学系。
−0.5<f2 /f3 <−0.15 ・・・(1−1)
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
−0.5 <f 2 / f 3 <−0.15 (1-1)
物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第1正メニスカスレンズ、第2負レンズ、第3正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.85 ・・・(2)
0.1<β3 <1.0 ・・・(3)
ただし、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径、β3 は第3正レンズの横倍率である。
Imaging optics characterized in that, in order from the object side, an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, a second negative lens, and a third positive lens are arranged in this order and satisfy the following conditional expression: system.
−2.0 <(r 3f + r 3r ) / (r 3f −r 3r ) <0.85 (2)
0.1 <β 3 <1.0 (3)
Where r 3f is the curvature radius on the optical axis of the object side surface of the third positive lens, r 3r is the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the third positive lens, and β 3 is the lateral magnification of the third positive lens.
第3正レンズは両面共正パワーを持つ両凸形状であり、次の条件式を満たすことを特徴とする請求項7記載の結像光学系。
−0.95<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.85
・・・(2−2)
8. The imaging optical system according to claim 7, wherein the third positive lens has a biconvex shape having both-sides positive power and satisfies the following conditional expression.
−0.95 <(r 3f + r 3r ) / (r 3f −r 3r ) <0.85
... (2-2)
第3正レンズは物体側に凸のメニスカス形状形状であり、次の条件式を満たすことを特徴とする請求項7記載の結像光学系。
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<−1.0・・・(2−4)
8. The imaging optical system according to claim 7, wherein the third positive lens has a meniscus shape that is convex on the object side, and satisfies the following conditional expression.
−2.0 <(r 3f + r 3r ) / (r 3f −r 3r ) <− 1.0 (2-4)
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項7から9の何れか1項記載の結像光学系。
0.2<β3 <0.8 ・・・(3−1)
The imaging optical system according to claim 7, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.2 <β 3 <0.8 (3-1)
請求項1から10の何れか1項において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
0.1<r2r/r3f<1.0 ・・・(4)
ただし、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径、r3fは第3正レンズの物体側面の光軸上曲率半径である。
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.1 <r 2r / r 3f <1.0 (4)
Here, r 2r is the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the second negative lens, and r 3f is the curvature radius on the optical axis of the object side surface of the third positive lens.
請求項11において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
0.1<r2r/r3f<0.5 ・・・(4−1)
The imaging optical system according to claim 11, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.1 <r 2r / r 3f <0.5 (4-1)
請求項1から12の何れか1項において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
−0.25<r1r/r3r<0.6 ・・・(5)
ただし、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径、r3rは第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
−0.25 <r 1r / r 3r <0.6 (5)
Here, r 1r is the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the first positive lens, and r 3r is the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the third positive lens.
請求項13において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
−0.2<r1r/r3r<0.45 ・・・(5−1)
The imaging optical system according to claim 13, wherein the following conditional expression is satisfied.
−0.2 <r 1r / r 3r <0.45 (5-1)
請求項1から14の何れか1項において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
1.40<n3 <1.66 ・・・(6)
ただし、n3 は第3正レンズの屈折率である。
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.40 <n 3 <1.66 (6)
Here, n 3 is the refractive index of the third positive lens.
請求項15において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
1.45<n3 <1.60 ・・・(6−1)
The imaging optical system according to claim 15, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.45 <n 3 <1.60 (6-1)
請求項1から16の何れか1項において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
1.0<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<2.5 ・・・(7)
ただし、r1fは第1正レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.0 <(r 1f + r 1r ) / (r 1f −r 1r ) <2.5 (7)
Here, r 1f is the curvature radius on the optical axis of the object side surface of the first positive lens, and r 1r is the curvature radius on the optical axis of the image side surface of the first positive lens.
請求項17において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
1.0<(r1f+r1r)/(r1f−r1r)<1.7 ・・・(7−1)
The imaging optical system according to claim 17, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.0 <(r 1f + r 1r ) / (r 1f −r 1r ) <1.7 (7-1)
請求項11において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
−1.0<f2 /Ih<−0.05 ・・・(8)
ただし、f2 は第2負レンズの焦点距離、Ihは最大像高である。
The imaging optical system according to claim 11, wherein the following conditional expression is satisfied.
−1.0 <f 2 /Ih<−0.05 (8)
Here, f 2 is the focal length of the second negative lens, and Ih is the maximum image height.
請求項1から19の何れか1項において、少なくとも第3正レンズの物体側の面は非球面からなり、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
0.01<|(r3fs +r3fa )/(r3fs −r3fa )−1|<100
・・・(9)
ただし、r3fs は第3正レンズの物体側面における光軸上曲率半径、r3fa は第3正レンズの物体側面の非球面を考慮した曲率半径の中の最大像高の主光線が通過するポイントより内側の範囲で光軸上曲率半径との差が最も変化したときの値である。
20. The imaging optical system according to claim 1, wherein at least the object-side surface of the third positive lens is an aspherical surface and satisfies the following conditional expression.
0.01 <| (r 3fs + r 3fa) / (r 3fs -r 3fa) -1 | <100
... (9)
However, r 3fs Point third positive lens optical axis on the radius of curvature at the object side surface of the, r 3fa is the maximum image height of the principal ray in the radius of curvature in consideration of the non-spherical surface of the object side surface of the third positive lens passes This is the value when the difference from the radius of curvature on the optical axis changes most in the inner range.
請求項20において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
0.05<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<10
・・・(9−1)
The imaging optical system according to claim 20, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.05 <| (r 2fs + r 2fa ) / (r 2fs −r 2fa ) −1 | <10
... (9-1)
請求項1から21の何れか1項において、少なくとも第3正レンズの像側の面は非球面からなり、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
0.01<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<100
・・・(10)
ただし、r3rs は第3正レンズの像側面における光軸上曲率半径、r3ra は第3正レンズの像側面の非球面を考慮した曲率半径の中の最大像高の主光線が通過するポイントより内側の範囲で光軸上曲率半径との差が最も変化したときの値である。
The imaging optical system according to any one of claims 1 to 21, wherein at least an image side surface of the third positive lens is an aspherical surface and satisfies the following conditional expression.
0.01 <| (r 3rs + r 3ra) / (r 3rs -r 3ra) -1 | <100
···(Ten)
However, r 3RS the point on the optical axis of curvature of the image side surface of the third positive lens radius, r 3ra is the maximum image height of the principal ray in the radius of curvature in consideration of the non-spherical surface of the image side surface of the third positive lens passes This is the value when the difference from the radius of curvature on the optical axis changes most in the inner range.
請求項22において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
0.05<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<10
・・・(10−1)
The imaging optical system according to claim 22, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.05 <| (r 3rs + r 3ra) / (r 3rs -r 3ra) -1 | <10
... (10-1)
請求項1から23の何れか1項において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
10°<α<40° ・・・(11)
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。
24. An imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
10 ° <α <40 ° (11)
Where α is the incident angle of the chief ray on the image plane at the maximum image height.
請求項24において、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
15°<α<35° ・・・(11−1)
The imaging optical system according to claim 24, wherein the following conditional expression is satisfied.
15 ° <α <35 ° (11-1)
請求項1から25の何れか1項記載の結像光学系と、その像側に配された電子撮像素子を備えたことを特徴とする電子撮像装置。  An electronic imaging apparatus comprising: the imaging optical system according to any one of claims 1 to 25; and an electronic imaging device disposed on an image side thereof.
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