JP4317933B1 - 結像光学系 - Google Patents
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Abstract
固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系を提供する。本発明の第１の態様による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えている。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ｖｄｉは第ｉレンズのアッベ数、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、本発明の第１の態様による結像光学系は、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
0.595<f2/f4<1.05 (4)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たす。
【選択図】図１
0.425<f1/f4<0.7 (1)
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
0.595<f2/f4<1.05 (4)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たす。
【選択図】図１
Description
本発明は、デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどの固体撮像素子に使用される結像光学系に関する。
デジタルカメラや撮像機能付き携帯電話などに対する小型化の要請が強くなっており、その結果、これらの機器に使用される結像光学系に対する小型化の要請も強くなっている。デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどの固体撮像素子に使用される結像光学系は、特許文献１および特許文献２などに開示されている。結像光学系を小型化するためには、レンズから像面までの距離を小さくする方法や広角化する方法がある。しかし、これらの方法を採用すると、固体撮像素子の像面への入射角度が大きくなり、また、色収差、非点収差、像面湾曲およびディストーションなどが大きくなるという問題が生じる。固体撮像素子の像面への入射角度が大きくなると固体撮像素子に効率よく結像させることができない。また、色収差、非点収差、像面湾曲およびディストーションなどが大きくなると、撮像装置の解像度および画質が低下する。
したがって、固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系に対するニーズがある。
本発明の第１の態様による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えている。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ｖｄｉは第ｉレンズのアッベ数、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、本発明の第１の態様による結像光学系は、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
0.595<f2/f4<1.05 (4)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たす。
0.425<f1/f4<0.7 (1)
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
0.595<f2/f4<1.05 (4)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たす。
本発明第１の態様による結像光学系において、正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することに有利であるので解像度が向上する。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。また、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置されているので、光学系を小型化することが可能である。
上記の式（１）乃至（７）を満たすように構成することにより、固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系を実現することができる。
本発明の第２の態様による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えている。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆＤＯＥは回折格子の焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、本発明の第２の態様による結像光学系は、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
15< fDOE /f<100 (8)
を満たす。
0.425<f1/f4<0.7 (1)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
15< fDOE /f<100 (8)
を満たす。
本発明第２の態様による結像光学系において、正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することに有利であるので解像度が向上する。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。また、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置されているので、光学系を小型化することが可能である。
上記の式（１）および（５）乃至（８）を満たすように構成することにより、固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系を実現することができる。
図１は、本発明の一実施形態による結像光学系の構成を示す図である。本実施形態による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を備える。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を通過した光は、ガラス板５を通過して像面６に至る。
以下において、本発明による結像光学系の特徴について説明する。
４枚レンズの種類
本発明の実施形態による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備える。正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することができるので解像度が向上する。物体側に両凸レンズである第１レンズおよび両凹レンズである第２レンズを使用することにより、一組のメニスカスレンズを使用する場合よりも少ないサグ量でレンズの形状を決めることができ製造コストを低減することができる。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。
本発明の実施形態による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備える。正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することができるので解像度が向上する。物体側に両凸レンズである第１レンズおよび両凹レンズである第２レンズを使用することにより、一組のメニスカスレンズを使用する場合よりも少ないサグ量でレンズの形状を決めることができ製造コストを低減することができる。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。
以下において、第ｉレンズ（ｉは１から４までの整数）の焦点距離の絶対値をｆｉ、光学系全体の焦点距離の絶対値をｆとする。
第１レンズの焦点距離と第４レンズの焦点距離の絶対値との比
本発明の実施形態による結像光学系は、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
を満たすように構成される。f1/f4の値を小さくすれば、結像光学系の全長とバックフォーカスを維持しながら、像面の画素素子への入射角度を小さくすることができる。f1/f4の値が０．４２５以下である結像光学系は、結像光学系のコマ収差が大きくなり好ましくない。f1/f4の値が０．７以上である結像光学系は、像面の画素素子への光の入射角度が大きくなり好ましくない。
本発明の実施形態による結像光学系は、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
を満たすように構成される。f1/f4の値を小さくすれば、結像光学系の全長とバックフォーカスを維持しながら、像面の画素素子への入射角度を小さくすることができる。f1/f4の値が０．４２５以下である結像光学系は、結像光学系のコマ収差が大きくなり好ましくない。f1/f4の値が０．７以上である結像光学系は、像面の画素素子への光の入射角度が大きくなり好ましくない。
光学系全体の焦点距離の絶対値と第１レンズの焦点距離との比
本発明の実施形態による結像光学系は、
1.5<f/f1<2.2 (5)
を満たすように構成される。f/f1の値が１．５以下である結像光学系は、小型化するのが困難である。f/f1の値が２．２以上である結像光学系は、第１レンズの加工の許容誤差が小さくなり、製造が困難となる。
本発明の実施形態による結像光学系は、
1.5<f/f1<2.2 (5)
を満たすように構成される。f/f1の値が１．５以下である結像光学系は、小型化するのが困難である。f/f1の値が２．２以上である結像光学系は、第１レンズの加工の許容誤差が小さくなり、製造が困難となる。
第１レンズの焦点距離と第３レンズの焦点距離との比較
本発明の実施形態による結像光学系は、
f1<f3 (6)
を満たすように構成される。第１レンズが正の最大パワーを持つことによって主点位置が物体側に来るので結像光学系を小型化しやすくなる。
本発明の実施形態による結像光学系は、
f1<f3 (6)
を満たすように構成される。第１レンズが正の最大パワーを持つことによって主点位置が物体側に来るので結像光学系を小型化しやすくなる。
全長と全体の焦点距離との比
第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離（結像光学系の全長）をＴＴＬとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たすように構成される。TTL/fの値が１．０５以下である結像光学系は、像面の画素素子への光の入射角度が大きくなり好ましくない。TTL/fの値が１．１８以上である結像光学系は、小型化するのが困難となる。
第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離（結像光学系の全長）をＴＴＬとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たすように構成される。TTL/fの値が１．０５以下である結像光学系は、像面の画素素子への光の入射角度が大きくなり好ましくない。TTL/fの値が１．１８以上である結像光学系は、小型化するのが困難となる。
アッベ数
第ｉレンズのアッベ数をｖｄｉとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
を満たすように構成される。正のパワーを有する第１レンズの像側の面より物体側に絞りが配置されているので、負のパワーを有する第２レンズに高屈折率高分散レンズを使用すると効率的に色収差を低減することができる。
第ｉレンズのアッベ数をｖｄｉとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
を満たすように構成される。正のパワーを有する第１レンズの像側の面より物体側に絞りが配置されているので、負のパワーを有する第２レンズに高屈折率高分散レンズを使用すると効率的に色収差を低減することができる。
第２レンズの焦点距離の絶対値と第４レンズの焦点距離の絶対値との比
本発明の実施形態による結像光学系は、
0.595<f2/f4<1.05 (4)
を満たすように構成される。f2/f4の値が０．５９５以下である結像光学系は、色収差の補正が過剰になる。f2/f4の値が１．０５以上である結像光学系は、色収差の補正が不足し、高解像度が達成されない。
本発明の実施形態による結像光学系は、
0.595<f2/f4<1.05 (4)
を満たすように構成される。f2/f4の値が０．５９５以下である結像光学系は、色収差の補正が過剰になる。f2/f4の値が１．０５以上である結像光学系は、色収差の補正が不足し、高解像度が達成されない。
回折格子
高屈折率高分散レンズを使用して色消しを行う代わりに、回折格子を使用して色消しを行ってもよい。回折格子の焦点距離をｆＤＯＥとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
15< fDOE /f<100 (8)
を満たすように構成される。
高屈折率高分散レンズを使用して色消しを行う代わりに、回折格子を使用して色消しを行ってもよい。回折格子の焦点距離をｆＤＯＥとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
15< fDOE /f<100 (8)
を満たすように構成される。
回折格子の焦点距離ｆＤＯＥは、回折格子の光路差関数φを
φ=C2×h2+C4×h4+・・・
とした場合に
fDOE=1/(2C2)
によって定義される。ただし、光路差関数は、規格化波長５８７．５６ｎｍに対する回折次数１次のものである。光路差関数の式において、ｈは光軸からの距離を示し、Ｃ２およびＣ４は定数を示す。
φ=C2×h2+C4×h4+・・・
とした場合に
fDOE=1/(2C2)
によって定義される。ただし、光路差関数は、規格化波長５８７．５６ｎｍに対する回折次数１次のものである。光路差関数の式において、ｈは光軸からの距離を示し、Ｃ２およびＣ４は定数を示す。
fDOEの値が１５以下である結像光学系は、色消しが十分ではなく解像度を十分に向上させることができない。fDOEの値が１００以上である結像光学系は、色消しが過剰となる。また、回折格子の格子周期が短くなり、製造が困難となる。
以下において本発明の実施例１乃至７について説明する。
実施例による結像光学系の仕様
表１および表２は、実施例１乃至７の結像光学系の仕様を表す表である。表１の焦点距離を表す数値の単位はミリメータである。その他の数値は無名数である。表２のＣＲＡを表す数値の単位は度である。その他の数値の単位はミリメータである。表１において、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率を表す。また、Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーを表す。表２において、ＥＦＬは、光学系全体の有効焦点距離を表す。また、ＣＲＡは、像面の画素素子への主光線の最大入射角度を表す。入射角度は像の周辺部において最大となる。ＢＦは、バックフォーカスを表す。
表１および表２は、実施例１乃至７の結像光学系の仕様を表す表である。表１の焦点距離を表す数値の単位はミリメータである。その他の数値は無名数である。表２のＣＲＡを表す数値の単位は度である。その他の数値の単位はミリメータである。表１において、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率を表す。また、Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーを表す。表２において、ＥＦＬは、光学系全体の有効焦点距離を表す。また、ＣＲＡは、像面の画素素子への主光線の最大入射角度を表す。入射角度は像の周辺部において最大となる。ＢＦは、バックフォーカスを表す。
実施例１
図１は、実施例１による結像光学系の構成を示す図である。実施例１による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を備える。絞り１１は、第１レンズ１の像側の面より物体側で第１レンズ１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を通過した光は、ガラス板５を通過して像面６に至る。
図１は、実施例１による結像光学系の構成を示す図である。実施例１による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を備える。絞り１１は、第１レンズ１の像側の面より物体側で第１レンズ１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を通過した光は、ガラス板５を通過して像面６に至る。
図２は、実施例１による結像光学系の収差を示す図である。図２（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表３は、実施例１による結像光学系のレンズデータを示す表である。表３において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表４は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
実施例２
図３は、実施例２による結像光学系の構成を示す図である。実施例２による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３および第４レンズ２０４を備える。絞り２０１１は、第１レンズ２０１の像側の面より物体側で第１レンズ２０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３および第４レンズ２０４を通過した光は、ガラス板２０５を通過して像面２０６に至る。
図３は、実施例２による結像光学系の構成を示す図である。実施例２による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３および第４レンズ２０４を備える。絞り２０１１は、第１レンズ２０１の像側の面より物体側で第１レンズ２０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３および第４レンズ２０４を通過した光は、ガラス板２０５を通過して像面２０６に至る。
図４は、実施例２による結像光学系の収差を示す図である。図４（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図４（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図４（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図４（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図４（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図４（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表５は、実施例２による結像光学系のレンズデータを示す表である。表５において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表６は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
実施例３
図５は、実施例３による結像光学系の構成を示す図である。実施例３による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３および第４レンズ３０４を備える。絞り３０１１は、第１レンズ３０１の像側の面より物体側で第１レンズ３０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３および第４レンズ３０４を通過した光は、ガラス板３０５を通過して像面３０６に至る。
図５は、実施例３による結像光学系の構成を示す図である。実施例３による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３および第４レンズ３０４を備える。絞り３０１１は、第１レンズ３０１の像側の面より物体側で第１レンズ３０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３および第４レンズ３０４を通過した光は、ガラス板３０５を通過して像面３０６に至る。
図６は、実施例３による結像光学系の収差を示す図である。図６（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図６（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図６（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図６（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図６（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図６（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図６（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図６（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図６（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表７は、実施例３による結像光学系のレンズデータを示す表である。表７において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表８は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
実施例４
図７は、実施例４による結像光学系の構成を示す図である。実施例４による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３および第４レンズ４０４を備える。絞り４０１１は、第１レンズ４０１の像側の面より物体側で第１レンズ４０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３および第４レンズ４０４を通過した光は、ガラス板４０５を通過して像面４０６に至る。
図７は、実施例４による結像光学系の構成を示す図である。実施例４による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３および第４レンズ４０４を備える。絞り４０１１は、第１レンズ４０１の像側の面より物体側で第１レンズ４０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３および第４レンズ４０４を通過した光は、ガラス板４０５を通過して像面４０６に至る。
図８は、実施例４による結像光学系の収差を示す図である。図８（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図８（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図８（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図８（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図８（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図８（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図８（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図８（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表９は、実施例４による結像光学系のレンズデータを示す表である。表９において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表１０は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
実施例５
図９は、実施例５による結像光学系の構成を示す図である。実施例５による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３および第４レンズ５０４を備える。絞り５０１１は、第１レンズ５０１の像側の面より物体側で第１レンズ５０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３および第４レンズ５０４を通過した光は、ガラス板５０５を通過して像面５０６に至る。
図９は、実施例５による結像光学系の構成を示す図である。実施例５による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３および第４レンズ５０４を備える。絞り５０１１は、第１レンズ５０１の像側の面より物体側で第１レンズ５０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３および第４レンズ５０４を通過した光は、ガラス板５０５を通過して像面５０６に至る。
図１０は、実施例５による結像光学系の収差を示す図である。図１０（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図１０（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１０（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１０（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図１０（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１０（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図１０（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１０（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１０（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表１１は、実施例５による結像光学系のレンズデータを示す表である。表１１において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表１２は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
実施例６
図１１は、実施例６による結像光学系の構成を示す図である。実施例６による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３および第４レンズ６０４を備える。絞り６０１１は、第１レンズ６０１の像側の面より物体側で第１レンズ６０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３および第４レンズ６０４を通過した光は、ガラス板６０５を通過して像面６０６に至る。
図１１は、実施例６による結像光学系の構成を示す図である。実施例６による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３および第４レンズ６０４を備える。絞り６０１１は、第１レンズ６０１の像側の面より物体側で第１レンズ６０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３および第４レンズ６０４を通過した光は、ガラス板６０５を通過して像面６０６に至る。
図１２は、実施例６による結像光学系の収差を示す図である。図１２（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図１２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１２（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図１２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図１２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表１３は、実施例６による結像光学系のレンズデータを示す表である。表１３において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表１４は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
実施例７
図１３は、実施例７による結像光学系の構成を示す図である。実施例７による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３および第４レンズ７０４を備える。絞り７０１１は、第１レンズ７０１の像側の面より物体側で第１レンズ７０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３および第４レンズ７０４を通過した光は、ガラス板７０５を通過して像面７０６に至る。
図１３は、実施例７による結像光学系の構成を示す図である。実施例７による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３および第４レンズ７０４を備える。絞り７０１１は、第１レンズ７０１の像側の面より物体側で第１レンズ７０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３および第４レンズ７０４を通過した光は、ガラス板７０５を通過して像面７０６に至る。
図１４は、実施例７による結像光学系の収差を示す図である。図１４（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図１４（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１４（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１４（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図１４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図１４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１４（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
表１５は、実施例７による結像光学系のレンズデータを示す表である。表１５において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
表１６は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
第１レンズ７０１は、像側の面に回折格子を備えている。回折格子の光路差関数φを
φ=C2×h2+C4×h4+・・・
と表す。ただし、光路差関数は、規格化波長５８７．５６ｎｍに対する回折次数１次のものである。光路差関数の式において、ｈは光軸からの距離を示し、Ｃ２およびＣ４は定数を示す。
φ=C2×h2+C4×h4+・・・
と表す。ただし、光路差関数は、規格化波長５８７．５６ｎｍに対する回折次数１次のものである。光路差関数の式において、ｈは光軸からの距離を示し、Ｃ２およびＣ４は定数を示す。
表１７は、光路差関数の定数を示す表である。
以下において、本発明の実施形態の特徴について説明する。
絞りの位置
本発明の実施形態による結像光学系の絞りは第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側に位置する。
本発明の実施形態による結像光学系の絞りは第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側に位置する。
絞りを第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側に位置させることにより、結像光学系全体の寸法（第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離）を小さくすることができる。
第２レンズの屈折率
本発明の実施形態による結像光学系は、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
1.6<nd2<1.62 (9)
をさらに満たす。
本発明の実施形態による結像光学系は、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
1.6<nd2<1.62 (9)
をさらに満たす。
第２レンズの屈折率を大きくすることにより、レンズの屈折力を大きくし、光束の中心光線の広がりを大きくすることができる。その結果、像面の周辺部における中心光線の入射角度を小さくすることができる。なお、式（９）の下限値および上限値は、レンズに使用されるプラスチックのうち、フルオレフィン系ポリエステルの屈折率の範囲である。該材料は、屈折率が高く、吸水性が低く、薄肉成形しやすいので、本発明による結像光学系のレンズ材料として好ましい。
第１、第３および第４レンズの屈折率
本発明の実施形態による結像光学系は、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
nd1<1.515 (10)
nd3<1.515 (11)
nd4<1.515 (12)
をさらに満たす。
本発明の実施形態による結像光学系は、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
nd1<1.515 (10)
nd3<1.515 (11)
nd4<1.515 (12)
をさらに満たす。
レンズの屈折率を小さくすると、レンズ加工の許容誤差は大きくなる。したがって、第１、第３および第４レンズの屈折率は、第２レンズの屈折率に比較して小さくするのが好ましい。
エフ・ナンバー
本発明の実施形態による結像光学系は、Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーとして、
2.75<Fno.<3.0 (13)
をさらに満たす。
本発明の実施形態による結像光学系は、Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーとして、
2.75<Fno.<3.0 (13)
をさらに満たす。
Fno.が２．７５以下である結像光学系は、レンズ加工の許容誤差および組み立ての許容誤差が小さくなり製造するのが困難となる。Fno.が３．０以上である結像光学系は、光量が不足し、手ブレなどを起こしやすくなる。また、開口数（ＮＡ）が小さくなり解像度が低下する。
レンズの材料
本発明の実施形態による結像光学系は、レンズが全てプラスチックで形成されている。したがって、レンズをすべてモールド成形で製作でき、量産に適している。
本発明の実施形態による結像光学系は、レンズが全てプラスチックで形成されている。したがって、レンズをすべてモールド成形で製作でき、量産に適している。
Claims (7)
- 物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズから成る結像光学系であって、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置され、ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ｖｄｉは第ｉレンズのアッベ数、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
25<vd2<28 (2)
50<vd1,vd3,vd4<57 (3)
0.595<f2/f4<1.05 (4)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
を満たす結像光学系。 - 物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズから成る結像光学系であって、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置され、第１レンズの像側の面に回折格子を備え、ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、fDOEは回折格子の焦点距離、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、
0.425<f1/f4<0.7 (1)
1.5<f/f1<2.2 (5)
f1<f3 (6)
1.05<TTL/f<1.18 (7)
15< fDOE /f<100 (8)
を満たす結像光学系。 - 絞りが第１レンズの物体側の面の頂点より像側にある請求項１または２に記載の結像光学系。
- ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
1.6<nd2<1.62 (9)
をさらに満たす請求項１から３のいずれかに記載の結像光学系。 - ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
nd1<1.515 (10)
nd3<1.515 (11)
nd4<1.515 (12)
をさらに満たす請求項１から４のいずれかに記載の結像光学系。 - Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーとして、
2.75<Fno.<3.0 (13)
をさらに満たす請求項１から５のいずれかに記載の結像光学系。 - レンズが全てプラスチックで形成されている請求項１から６のいずれかに記載の結像光学系。
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