JP4436609B2 - Imaging optical system and imaging apparatus using the same - Google Patents

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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4、特許文献5では、何れも半画角が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して上記の影響を軽減している。しかしながら、全長は大きく、小型化を達成しているとは言えなかった。
【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、物体側に凸面を向けた第2負メニスカスレンズ、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】
−0.35<r1r/r2f<−0.08 ・・・(1)
−1.5<r1r/r2r<−0.75 ・・・(2)
ただし、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径、r2fは第2負レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【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、第1正レンズ、物体側に凸面を向けた第2負メニスカスレンズ、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】
0.2<r2f/r3f<3.5 ・・・(3)
ただし、r2fは第2負レンズの物体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。
【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】
また、第1正レンズは、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している。このように入射面を負パワーにすることにより、軸外収差を良好に補正できる構成になる。ところが、メニスカス形状だと入射面は負パワーなので、第1レンズの正パワーを維持するためには、射出面の正パワーを強くしなければならず、その面での収差発生量は大きくなってしまう。
【0025】
そこで、本発明の第1の結像光学系では、第2負レンズを物体側に凸のメニスカス形状にして、その入射面を正パワーにしている。これにより、第1正レンズの正パワーを第2負レンズに振り分けることができ、収差発生量を減少させることができる。一方、小型化のためには、全系の焦点距離に対してその主点を物体側に移動させる必要がある。よって、その正パワーの振り分けにより主点が移動する。そのため、次の条件式を満たす必要がある。
【0026】
−0.35<r1r/r2f<−0.08 ・・・(1)
ただし、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径、r2fは第2負レンズの物体側面の光軸上曲率半径である。
【0027】
この条件式の上限の−0.08を越えると、第2負レンズの入射面のパワーが強くなりすぎて全系の主点が像側に移動してしまい、小型化に不利な構成になってしまい、下限の−0.35を越えると、第2負レンズのパワーが弱くなりすぎ、第1正レンズで発生する残存収差、特に球面収差、コマ収差が十分補正できなくなってしまう。
【0028】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0029】
−0.3<r1r/r2f<−0.1 ・・・(1−1)
なお、これと同時に、これらの正パワーで発生する収差を負パワーで補正しなければ、高性能は満たせない。そのため、第1レンズの像側の正パワーと第2レンズの像側の負パワーは、次の条件式を満たす必要がある。
【0030】
−1.5<r1r/r2r<−0.75 ・・・(2)
ただし、r1rは第1正レンズの像側面の光軸上曲率半径、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0031】
この条件式の上限の−0.75を越えると、第2レンズの射出面の負のパワーが強くなりすぎて、第1レンズでの残存収差、特に球面収差、コマ収差の補正が過剰になってしまい、下限の−1.5を越えると、第1レンズの入射面の正パワーが強くなりすぎて、補正が不足してしまう。
【0032】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0033】
−1.2<r1r/r2r<−0.8 ・・・(2−1)
また、本発明の第2の結像光学系では、第2負レンズと第3正レンズの最適な構成に注目する。
【0034】
第2負レンズを物体側に凸のメニスカス形状にして、その入射面を正パワーにすることにより、第1正レンズの正パワーを分割し、その結果、球面収差、コマ収差の発生を軽減できることは既に述べた。この構成にすると、第2負レンズは明るさ絞りから遠い方の像側の面のみが負の発散作用を持つ。このとき、第1正レンズは明るさ絞りに近いため、画面周辺の主光線高は低く、第2負レンズの像側の面で発生する軸外収差、特に倍率色収差の補正には効果的ではない。そのため、第2負レンズのメニスカス効果を強くしすぎると、第1正レンズだけでは収差補正が難しくなる。それを補正するには、第2負レンズより像側に配置され周辺の主光線高の高い第3正レンズ、特に周辺主光線高が第2レンズと近いその入射面のパワーの関係が重要になってくる。一方、全系の焦点距離に対して全長を短くするには、望遠タイプを形成するのが効果的である。この場合、第2負レンズと第3正レンズはこれとは逆の配置なので、適切なパワー配分をしないと、小型化を達成し難くなる。また、負メニスカスレンズは像側に主点が移動するので、メニスカス形状も小型化に影響する。そのため、第2負レンズの入射面と第3正レンズの入射面は次の条件式を満たすのがよい。
【0035】
0.2<r2f/r3f<3.5 ・・・(3)
ただし、r2fは第2負レンズの物体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。
【0036】
この条件式の上限の3.5を越えると、第3正レンズの入射面のパワーが強くなりすぎ軸外収差の補正が過剰になってしまい、下限の0.2を越えると、第2負レンズの射出面の負のパワーが強くなりすぎ、画面周辺の性能が劣化してしまうか、効果的に小型化できなくなってしまう。
【0037】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0038】
0.4<r2f/r3f<2.5 ・・・(3−1)
また、何れの場合も、第2負レンズと第3正レンズは、画面周辺の性能と小型化に影響するので、適切なパワー配置をすることが望ましい。よって、次の条件式を満たすのがよい。
【0039】
−0.7<f2 /f3 <−0.1 ・・・(4)
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。
【0040】
この条件式の上限の−0.1を越えると、第3正レンズのパワーが弱くなりすぎるか、第2負レンズのパワーが強くなりすぎて、倍率色収差、ディストーションが補正過剰になってしまい、下限の−0.7を越えると、第3正レンズのパワーが強くなるか、第2負レンズのパワーが弱くなりすぎて、倍率色収差、ディストーションが補正不足になってしまう。
【0041】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0042】
−0.5<f2 /f3 <−0.25 ・・・(4−1)
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、そのレンズ形状も適切に設定する必要がある。特に入射面の方が、周辺の主光線高が第2レンズと近くなるので補正には効果的である。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。
【0043】
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.8 ・・・(5)
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。
【0044】
この条件式の上限の0.8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。
【0045】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0046】
−1.5<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.5 ・・・(5−1)
なお好ましくは、両面共正パワーを持つ両凸形状が好ましい。
【0047】
このとき、次の条件式を満たすのがよい。
【0048】
−0.95<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.8・・・(5−2)
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0049】
−0.8<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.1 ・・・(5−3)
このとき、第2負レンズの曲率半径は次の条件式を満たすのがよい。
【0050】
1.2<(r2f+r2r)/(r2f−r2r)<2.0 ・・・(6)
ただし、r2fは第2負レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
【0051】
この条件式の上限の2.0を越えると、物体側の負パワーが弱くなりすぎ第1正レンズによる収差を良好に補正できなくなり、下限の1.2を越えると、周辺光束の光線高の高くなる像側の面のパワーが弱くなりすぎて倍率色収差が悪化してしまう。
【0052】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0053】
1.4<(r2f+r2r)/(r2f−r2r)<1.8 ・・・(6−1)
また、第2負レンズの物体側の面は非球面で構成すると、良好に収差補正することができ、次の条件式を満たすのが望ましい。
【0054】
0.01<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<100
・・・(7)
ただし、r2fs は第2負レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r2fa は第2負レンズの物体側面の非球面を考慮した曲率半径rASP の中の光学有効範囲内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。
【0055】
ここで、非球面を考慮した曲率半径rASP は、非球面定義式(面頂に接する接平面から光軸進行方向を正としたときの形状の関数)をf(y)としたとき、次の式で定義される。以下、同じ。
【0056】
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。
【0057】
この条件式の上限の100を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の0.01を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共にレンズの加工が難しくなってしまう。
【0058】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0059】
0.1<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<10.0
・・・(7−1)
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0060】
1.5<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<3.5
・・・(7−2)
また、第2負レンズの像側の面は非球面で構成すると、良好に収差補正することができ、次の条件式を満たすのが望ましい。
【0061】
0.01<|(r2rs +r2ra )/(r2rs −r2ra )−1|<100
・・・(8)
ただし、r2rs は第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径、r2ra は第2負レンズの像側面の非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内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。
【0062】
この条件式の上限の100を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の0.01を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共にレンズの加工が難しくなってしまう。
【0063】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0064】
0.05<|(r2rs +r2ra )/(r2rs −r2ra )−1|<10.0
・・・(8−1)
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。
【0065】
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の光軸上曲率半径、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。
【0066】
この条件式の上限の100を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の0.01を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共にレンズの加工が難しくなってしまう。
【0067】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0068】
0.05<|(r3fs +r3fa )/(r3fs −r3fa )−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。
【0069】
0.01<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<100
・・・(10)
ただし、r3rs は第3正レンズの像側面の光軸上曲率半径、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。
【0070】
この条件式の上限の100を越えると、非球面効果が弱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。
【0071】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
この場合に、結像光学系の半画角が30°よりも大きく50°よりも小さいことが望ましい。
【0080】
この下限値の30°を越えると、撮影範囲が狭くなってしまい、上限値の50°を越えると、ディストーションが起こりやすくなる。また、電子撮像素子の有効撮像領域の周辺へ入射する光束の入射角が大きくなり、像劣化が起こりやすくなる。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結像光学系の実施例1〜3について説明する。実施例1〜3の無限遠物点合焦時のレンズ断面図をそれぞれ図1〜図4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。
【0096】
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、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、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。
【0097】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高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、0.610mm,0.953mm,1.341mm,1.245mm,1.438mm,1.884mmである。
【0098】
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、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2レンズL2はガラス、第3レンズL3はプラスチックからなり、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で構成されている。
【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、0.630mm,0.942mm,1.245mm,1.202mm,1.350mm,1.599mmである。
【0100】
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、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、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。
【0101】
また、本実施例の仕様は、焦点距離f=3.3mm、像高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、0.640mm,0.986mm,1.226mm,1.252mm,1.845mm,2.053mmである。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
実施例1

Figure 0004436609
Figure 0004436609
【0105】
実施例2
Figure 0004436609
Figure 0004436609
【0106】
実施例3
Figure 0004436609
Figure 0004436609
【0107】
上記実施例1〜3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4〜図6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。
【0108】
次に、上記各実施例における条件(1)〜(11)の値を示す。
【0109】
Figure 0004436609
【0110】
上記各実施例は小型でありながら、図4〜図6の収差図に示すように、良好な画像が得られている。
【0111】
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)。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
図7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CCDユニット6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CCDユニット6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CCDを含むCCDユニット6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。
【0117】
また、図7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8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。
【0118】
また、図8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入射側からみて円形、、第2負レンズL2、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。
【0119】
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2負レンズL2、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CCD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。
【0120】
また、明るさ絞りSの開口の周辺面は、図7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CCD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。
【0121】
また、以上の本発明の実施例において、図7、図8に示すように、明るさ絞りSの直前にカバーガラス9を配置するようにしてもよい。
【0122】
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。
【0123】
Figure 0004436609
Figure 0004436609
【0124】
上記の近赤外シャープカットコートの透過率特性は図9に示す通りである。
【0125】
また、ローパスフィルターの射出面側には、図10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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
上記各実施例では、図10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。
【0131】
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。
【0132】
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。
【0133】
また、CCDの撮像面I上には、図11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。
【0134】
補色モザイクフィルターは、具体的には、図11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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
上記各実施例におけるそれぞれの波長特性の1例を図12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。
【0138】
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。
【0139】
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。
【0140】
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13は、開口時絞り形状の例を示す説明図、図14は、2段絞り時の絞り形状の例を示す説明図である。図13、図14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13)と、所定の条件を満たすF値となる絞り値(2段絞り、図14)の2種類のみとすることができる。
【0141】
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。
【0142】
この場合の1例の構成を示す斜視図を図15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。
【0143】
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。
【0144】
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。
【0145】
また、図15に示すターレット10に代えて、図16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。
【0146】
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。
【0147】
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。
【0148】
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17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。
【0149】
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18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。
【0150】
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。
【0151】
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。
【0152】
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。
【0153】
図19にシャッターの1例を示す。図19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19(a)は裏面側から見た図、図19(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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【0156】
図20(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。
【0157】
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。
【0158】
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21、図22によりCCD撮像の動作を説明しながら説明する。図21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21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。
【0159】
図21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。
【0160】
図21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。
【0161】
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21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。
【0162】
図22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22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。
【0163】
図22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22の例では、図21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21、図22の何れの方式も採用することができる。
【0164】
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。
【0165】
図23〜図25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23はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図24は同後方斜視図、図25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。
【0166】
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。
【0167】
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。
【0168】
なお、図25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。
【0169】
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26〜図28に示される。図26はパソコン300のカバーを開いた前方斜視図、図27はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図28は図26の状態の側面図である。図26〜図28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。
【0170】
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。
【0171】
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。
【0172】
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26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。
【0173】
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29に示される。図29(a)は携帯電話400の正面図、図29(b)は側面図、図29(c)は撮影光学系405の断面図である。図29(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。
【0174】
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。
【0175】
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。
【0176】
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。
【0177】
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。
【0178】
〔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。
【0179】
〔2〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第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。
【0180】
〔3〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第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。
【0181】
〔4〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第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。
【0182】
【発明の効果】
本発明により、製造誤差に対する性能劣化が少なく、全長短縮しても高性能な小型な結像光学系を得ることが可能である。
【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1の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図5】実施例2の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図6】実施例3の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図7】実施例1の結像光学系とその像面に配置されるCCDユニット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8】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9】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10】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11】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12】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13】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14】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15】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16】図15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17】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18】光量ムラを抑えるフィルターの例を示す図である。
【図19】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20】図19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21】インターレース式CCD撮像の動作説明図である。
【図22】プログレッシブ式CCD撮像の動作説明図である
【図23】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24】図23のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図25】図23のデジタルカメラの断面図である。
【図26】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27】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図28】図26の状態の側面図である。
【図29】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ユニット
7…レンズ枠
8…レンズ外周
9…カバーガラス
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 image forming optical system used in such an image pickup apparatus, there is a conventional one having two or more lenses. 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 will not be sufficiently exerted, and the brightness 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]
JP-A-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 Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, and Patent Literature 5, the half angle of view is 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, the first positive lens is formed in a meniscus shape that is convex on the image side to reduce the above-described influence. However, the overall length is large and it cannot be said that miniaturization has been achieved.
[0015]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to provide an imaging optical system that satisfies both high performance and miniaturization and an imaging apparatus using the same. .
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The first imaging optical system of the present invention that achieves the above object includes, in order from the object side, an aperture stop, a first positive meniscus lens having a convex surface facing the image side, and a second negative meniscus having a convex surface facing the object side. The lens is arranged in the order of the lens and the third positive lens, and satisfies the following conditional expression.
[0017]
−0.35 <r1r/ R2f<-0.08 (1)
−1.5 <r1r/ R2r<-0.75 (2)
Where r1rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the first positive lens, r2fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the second negative lens, r2rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens.
[0018]
The second imaging optical system of the present invention is arranged in order of the aperture stop, the first positive lens, the second negative meniscus lens having a convex surface facing the object side, and the third positive lens in order from the object side. It satisfies the conditional expression.
[0019]
0.2 <r2f/ R3f<3.5 (3)
Where r2fIs the radius of curvature on the optical axis of the object 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.
[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 the positive lens, the negative lens, and the 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]
The first positive lens has a meniscus shape that is convex on the image side, as described in the section of the problem to be solved by the invention. Thus, it becomes the structure which can correct | amend off-axis aberration favorably by making an entrance plane into negative power. However, since the entrance surface has a negative power in the meniscus shape, in order to maintain the positive power of the first lens, the positive power of the exit surface must be increased, and the amount of aberration generated on that surface increases. End up.
[0025]
Therefore, in the first imaging optical system of the present invention, the second negative lens is formed in a meniscus shape that is convex toward the object side, and its incident surface has a positive power. Thereby, the positive power of the first positive lens can be distributed to the second negative lens, and the amount of aberration generated can be reduced. On the other hand, for miniaturization, it is necessary to move the principal point to the object side with respect to the focal length of the entire system. Therefore, the principal point moves by the distribution of the positive power. Therefore, it is necessary to satisfy the following conditional expression.
[0026]
−0.35 <r1r/ R2f<-0.08 (1)
Where r1rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the first positive lens, r2fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the second negative lens.
[0027]
If the upper limit of -0.08 of this conditional expression is exceeded, the power of the incident surface of the second negative lens becomes too strong and the principal point of the entire system moves to the image side, which is disadvantageous for downsizing. If the lower limit of −0.35 is exceeded, the power of the second negative lens becomes too weak, and residual aberrations generated by the first positive lens, particularly spherical aberration and coma aberration, cannot be corrected sufficiently.
[0028]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0029]
−0.3 <r1r/ R2f<-0.1 (1-1)
At the same time, high performance cannot be achieved unless aberrations generated with these positive powers are corrected with negative powers. Therefore, the positive power on the image side of the first lens and the negative power on the image side of the second lens must satisfy the following conditional expression.
[0030]
−1.5 <r1r/ R2r<-0.75 (2)
Where r1rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the first positive lens, r2rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens.
[0031]
If the upper limit of -0.75 of this conditional expression is exceeded, the negative power of the exit surface of the second lens becomes too strong, and residual aberrations, particularly spherical aberration and coma aberration correction in the first lens become excessive. If the lower limit of −1.5 is exceeded, the positive power of the incident surface of the first lens becomes too strong and the correction becomes insufficient.
[0032]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0033]
-1.2 <r1r/ R2r<-0.8 (2-1)
In the second imaging optical system of the present invention, attention is focused on the optimum configuration of the second negative lens and the third positive lens.
[0034]
The second negative lens has a meniscus shape that is convex toward the object side, and its entrance surface has a positive power, so that the positive power of the first positive lens is divided, and as a result, the occurrence of spherical aberration and coma can be reduced. Already mentioned. With this configuration, the second negative lens has a negative divergence only on the image side surface farther from the aperture stop. At this time, since the first positive lens is close to the aperture stop, the principal ray height around the screen is low, which is not effective for correcting off-axis aberrations, particularly lateral chromatic aberration, occurring on the image side surface of the second negative lens. Absent. For this reason, if the meniscus effect of the second negative lens is too strong, it is difficult to correct aberrations using only the first positive lens. In order to correct this, the third positive lens, which is arranged on the image side of the second negative lens and has a high principal ray height in the periphery, particularly the relationship between the power of the incident surface where the peripheral principal ray height is close to the second lens is important. It becomes. On the other hand, in order to shorten the overall length with respect to the focal length of the entire system, it is effective to form a telephoto type. In this case, since the second negative lens and the third positive lens are oppositely arranged, it is difficult to achieve miniaturization unless appropriate power distribution is performed. In addition, since the principal point of the negative meniscus lens moves to the image side, the meniscus shape also affects the miniaturization. Therefore, it is preferable that the incident surface of the second negative lens and the incident surface of the third positive lens satisfy the following conditional expression.
[0035]
0.2 <r2f/ R3f<3.5 (3)
Where r2fIs the radius of curvature on the optical axis of the object 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.
[0036]
If the upper limit of 3.5 of this conditional expression is exceeded, the power of the entrance surface of the third positive lens becomes too strong, and the correction of off-axis aberrations becomes excessive, and if the lower limit of 0.2 is exceeded, the second negative The negative power on the exit surface of the lens becomes too strong, and the performance around the screen deteriorates, or it cannot be effectively downsized.
[0037]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0038]
0.4 <r2f/ R3f<2.5 (3-1)
In any case, since the second negative lens and the third positive lens affect the performance and downsizing of the periphery of the screen, it is desirable to appropriately arrange the power. Therefore, the following conditional expression should be satisfied.
[0039]
−0.7 <f2/ FThree<-0.1 (4)
Where f2Is the focal length of the second negative lens, fThreeIs the focal length of the third positive lens.
[0040]
If the upper limit of −0.1 is exceeded, the power of the third positive lens will be too weak or the power of the second negative lens will be too strong, resulting in excessive correction of lateral chromatic aberration and distortion. When the lower limit of −0.7 is exceeded, the power of the third positive lens becomes strong or the power of the second negative lens becomes too weak, and the lateral chromatic aberration and distortion become insufficiently corrected.
[0041]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0042]
−0.5 <f2/ FThree<-0.25 (4-1)
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, it is necessary to set the lens shape appropriately. In particular, the incident surface is more effective for correction because the peripheral principal ray height is closer to that of the second lens. 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.
[0043]
−2.0 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.8 (5)
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.
[0044]
If the upper limit of 0.8 of this conditional expression is exceeded, the effect of correcting the incident surface will be reduced, and the lateral chromatic aberration and distortion will deteriorate, and if the lower limit of −2.0 is exceeded, a convex meniscus shape on the object side It becomes too tight and coma and astigmatism deteriorate.
[0045]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0046]
−1.5 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.5 (5-1)
It is preferable to use a biconvex shape having double-sided positive power.
[0047]
At this time, the following conditional expression should be satisfied.
[0048]
−0.95 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.8 (5-2)
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0049]
−0.8 <(r3f+ R3r) / (R3f-R3r<0.1 (5-3)
At this time, the radius of curvature of the second negative lens should satisfy the following conditional expression.
[0050]
1.2 <(r2f+ R2r) / (R2f-R2r<2.0 (6)
Where r2fIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the second negative lens, r2rIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens.
[0051]
If the upper limit of 2.0 of this conditional expression is exceeded, the negative power on the object side becomes too weak to correct the aberration due to the first positive lens, and if the lower limit of 1.2 is exceeded, the ray height of the peripheral luminous flux is reduced. The power of the image-side surface that becomes high becomes too weak, and the lateral chromatic aberration is deteriorated.
[0052]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0053]
1.4 <(r2f+ R2r) / (R2f-R2r<1.8 (6-1)
If the object-side surface of the second negative lens is an aspherical surface, it is possible to correct aberrations satisfactorily, and it is desirable that the following conditional expression is satisfied.
[0054]
0.01 <| (r2fs+ R2fa) / (R2fs-R2fa) -1 | <100
... (7)
Where r2fsIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the second negative lens, r2faIs the radius of curvature r considering the aspherical surface of the object side surface of the second negative lensASPThis is the value when the difference from the radius of curvature on the optical axis changes most within the optical effective range.
[0055]
Here, the radius of curvature r considering the aspherical surfaceASPIs defined by the following equation, where f (y) is an aspheric definition equation (a function of the shape when the optical axis traveling direction is positive from the tangential plane in contact with the surface top). same as below.
[0056]
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).
[0057]
If the upper limit of 100 of this conditional expression is exceeded, the aspherical effect becomes too weak and the correction becomes insufficient, coma aberration and astigmatism deteriorate, and if the lower limit of 0.01 is exceeded, the aspherical effect Becomes too strong and overcorrected, which degrades performance and makes lens processing difficult.
[0058]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0059]
0.1 <| (r2fs+ R2fa) / (R2fs-R2fa) -1 | <10.0
... (7-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0060]
1.5 <| (r2fs+ R2fa) / (R2fs-R2fa) -1 | <3.5
... (7-2)
In addition, when the image-side surface of the second negative lens is formed of an aspherical surface, it is possible to satisfactorily correct aberrations, and it is desirable that the following conditional expression is satisfied.
[0061]
0.01 <| (r2rs+ R2ra) / (R2rs-R2ra) -1 | <100
... (8)
Where r2rsIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens, r2raIs the value when the difference from the radius of curvature on the optical axis changes most within the effective optical range of the radius of curvature considering the aspherical surface of the image side surface of the second negative lens.
[0062]
If the upper limit of 100 of this conditional expression is exceeded, the aspherical effect becomes too weak and the correction becomes insufficient, coma aberration and astigmatism deteriorate, and if the lower limit of 0.01 is exceeded, the aspherical effect Becomes too strong and overcorrected, which degrades performance and makes lens processing difficult.
[0063]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0064]
0.05 <| (r2rs+ R2ra) / (R2rs-R2ra) -1 | <10.0
... (8-1)
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 configuring a wide-angle optical system, 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.
[0065]
0.01 <| (r3fs+ R3fa) / (R3fs-R3fa) -1 | <100
... (9)
Where r3fsIs the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens, r3faIs 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 among the curvature radii considering the aspherical surface of the object side surface of the third positive lens passes. is there.
[0066]
If the upper limit of 100 of this conditional expression is exceeded, the aspherical effect becomes too weak and the correction becomes insufficient, coma aberration and astigmatism deteriorate, and if the lower limit of 0.01 is exceeded, the aspherical effect Becomes too strong and overcorrected, which degrades performance and makes lens processing difficult.
[0067]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0068]
0.05 <| (r3fs+ R3fa) / (R3fs-R3fa) -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.
[0069]
0.01 <| (r3rs+ R3ra) / (R3rs-R3ra) -1 | <100
···(Ten)
Where r3rsIs the radius of curvature on the optical axis of the image side surface 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.
[0070]
When the upper limit of 100 in this conditional expression is exceeded, the aspherical effect becomes too weak and the distortion cannot be corrected satisfactorily. When the lower limit of 0.01 is exceeded, the incident angle on the image plane becomes large.
[0071]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0072]
0.05 <| (r3rs+ R3ra) / (R3rs-R3ra) -1 | <10
... (10-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0073]
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 the total length of the optical system is increased. Therefore, the following conditional expression should be satisfied.
[0074]
10 ° <α <40 ° (11)
Where α is the incident angle of the chief ray on the image plane at the maximum image height.
[0075]
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.
[0076]
Preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0077]
15 ° <α <35 ° (11-1)
More preferably, the following conditional expression is satisfied.
[0078]
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.
[0079]
In this case, it is desirable that the half angle of view of the imaging optical system is larger than 30 ° and smaller than 50 °.
[0080]
If the lower limit of 30 ° is exceeded, the photographing range becomes narrow, and if the upper limit of 50 ° is exceeded, distortion tends to occur. In addition, the incident angle of the light beam incident on the periphery of the effective image pickup area of the electronic image pickup device is increased, and image deterioration is likely to occur.
[0081]
Another imaging apparatus of the present invention is an imaging optical system in which an aperture stop, a first positive lens with 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. And the aperture stop has a fixed aperture shape through which the optical axis passes, and the outer peripheral surface of the aperture is set to the optical axis as far as the image plane side. It is characterized by being inclined at an inclination angle equal to or greater than the incident angle of the most off-axis light beam so as to approach.
[0082]
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.
[0083]
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.
[0084]
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.
[0085]
Further, another imaging apparatus of the present invention is an imaging optical system in which an aperture stop, a first positive lens with 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. And a lens frame that holds the imaging optical system and the imaging device and that integrally forms the brightness diaphragm with the same resin material. It is what.
[0086]
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.
[0087]
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.
[0088]
Further, another imaging apparatus of the present invention is an imaging optical system in which an aperture stop, a first positive lens with 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. 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.
[0089]
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. .
[0090]
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.
[0091]
Further, another imaging apparatus of the present invention is an imaging optical system in which an aperture stop, a first positive lens with 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. And 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, The shape of the third positive lens is characterized in that, when 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 what.
[0092]
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.
[0093]
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.
[0094]
Moreover, the effect of this invention can be heightened more by combining the above conditional expressions arbitrarily.
[0095]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples 1 to 3 of the imaging optical system of the present invention will be described below. FIGS. 1 to 4 show lens cross sections of Examples 1 to 3 when focusing on an object point at infinity. 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.
[0096]
As shown in FIG. 1, the imaging optical system of Example 1 includes, in order from the object side, an aperture stop S, a first aspherical first positive meniscus lens L1 having a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the object side. A double-sided aspheric second negative meniscus lens L2, a biconvex double-sided aspheric 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.
[0097]
The specification of this example is a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height of 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 0.610 mm, 0.953 mm, 1.341 mm, 1.245 mm, 1.438 mm, and 1.884 mm.
[0098]
As shown in FIG. 2, the imaging optical system according to the second embodiment includes, in order from the object side, an aperture stop S, a first aspherical first positive meniscus lens L1 having a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the object side. The second negative meniscus lens L2 having a double-sided aspherical surface, the double-sided aspherical third positive meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side, and a cover glass CG. In the present embodiment, the first lens L1 to the second lens L2 are made of glass, the third lens L3 is made of plastic, and the third lens L3 is made of amorphous polyolefin ZEONEX.
[0099]
The specification of this example is a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height of 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 0.630 mm, 0.942 mm, 1.245 mm, 1.202 mm, 1.350 mm, and 1.599 mm.
[0100]
As shown in FIG. 3, the imaging optical system according to the third embodiment includes, in order from the object side, an aperture stop S, a first aspherical first positive meniscus lens L1 having a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the object side. A double-sided aspheric second negative meniscus lens L2, a biconvex double-sided aspheric 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.
[0101]
The specification of this example is a wide-angle optical system having a focal length f = 3.3 mm, an image height of 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 0.640 mm, 0.986 mm, 1.226 mm, 1.252 mm, 1.845 mm, and 2.053 mm.
[0102]
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.
[0103]
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.
[0104]
Example 1
Figure 0004436609
Figure 0004436609
[0105]
Example 2
Figure 0004436609
Figure 0004436609
[0106]
Example 3
Figure 0004436609
Figure 0004436609
[0107]
Aberration diagrams in Examples 1 to 3 when focusing on infinity 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.
[0108]
Next, the values of the conditions (1) to (11) in the above embodiments will be shown.
[0109]
Figure 0004436609
[0110]
Although each of the above examples is small, good images are obtained as shown in the aberration diagrams of FIGS.
[0111]
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).
[0112]
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-described embodiments, 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.
[0113]
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.
[0114]
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.
[0115]
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.
[0116]
FIG. 7 shows an image forming optical system 5 having a configuration example in which the image forming optical system 5 of the first embodiment and the CCD unit 6 arranged on the image plane I are fixed to a lens frame 7 integrally formed of a resin material. 2 is a sectional view taken in a diagonal direction of the image plane I of the CCD unit 6 including the optical axis, and the aperture stop S is integrally formed with the resin lens frame 7. In this way, it is easy to manufacture the lens frame 7 that holds the imaging optical system 5. Further, by integrating the configuration of the aperture stop S into 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 unit 6 including the CCD of the image sensor. This makes it difficult for dust and the like to enter the lens frame 7.
[0117]
Further, as apparent from FIG. 7, 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 8 and allowing the inclined surface to contact and be fixed to the lens frame 7, the lenses L1 to L3 can be dropped into the lens frame 7 from the image surface side and positioned and fixed.
[0118]
Further, as shown in a schematic exploded perspective view in FIG. 8, the shape of the first positive lens L1 of the imaging optical system held in the lens frame 7 formed of plastic is viewed from the incident side of the first positive lens L1. The circular, second negative lens L2, and third positive lens L3 have 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.
[0119]
Thus, when the shape of the first positive lens L1 is viewed from the incident side and the shape of the second negative lens L2 and the third positive lens L3 is viewed from the incident side, the effective imaging area of the CCD of the image sensor is short. By configuring the length in the direction corresponding to the side direction to be shorter than the length corresponding to the long side direction of the effective imaging region, the first positive lens L1, the second negative lens L2, the second The third positive lens L3 can have a lens outer shape along the effective luminous flux, and can be miniaturized 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. Thus, the lenses L1 to L3 can be dropped into the lens frame 7 from the image plane side and positioned and fixed.
[0120]
Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 7, 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 stop, the light beam reflected by the outer peripheral surface of the aperture of the aperture stop S is difficult to enter the CCD of the image sensor. Thus, the influence of flare and ghost can be reduced.
[0121]
In the embodiment of the present invention described above, a cover glass 9 may be disposed immediately before the aperture stop S as shown in FIGS.
[0122]
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.
[0123]
Figure 0004436609
Figure 0004436609
[0124]
The transmittance characteristics of the near infrared sharp cut coat are as shown in FIG.
[0125]
Further, by providing a color filter that reduces the transmission of colors in the short wavelength region as shown in FIG. 10 or coating on the exit surface side of the low-pass filter, the color reproducibility of the electronic image is further improved. Yes.
[0126]
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.
[0127]
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.
[0128]
If the ratio of the transmittance at the wavelength of 400 nm exceeds 6%, the short wavelength castle that 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.
[0129]
Such means for limiting the wavelength is more effective in an imaging system using a complementary color mosaic filter.
[0130]
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 10, the transmittance is 0% at a wavelength of 400 nm, the transmittance at 420 nm is 90%, and the transmittance peak is 100% at 440 nm.
[0131]
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.
[0132]
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.
[0133]
Further, on the image pickup surface I of the CCD, as shown in FIG. 11, 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 is possible.
[0134]
Specifically, the complementary color mosaic filter is composed of at least four types of color filters as shown in FIG. 11, and the characteristics of the four types of color filters are preferably as follows.
[0135]
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.
[0136]
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%.
[0137]
An example of each wavelength characteristic in each of the above embodiments is shown in FIG. 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%.
[0138]
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.
[0139]
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.
[0140]
In the image pickup apparatus of the present invention, for adjusting the light amount, a variable aperture may be used in which the brightness stop S is configured with a plurality of aperture blades and the aperture shape is variable. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the aperture shape at the time of opening, and FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the aperture shape at the time of two-stage aperture. In FIGS. 13 and 14, OP represents the optical axis, Da represents six diaphragm plates, and Xa and Xb represent openings. In the present invention, the aperture shape of the aperture can be set to only two types, that is, an open state (FIG. 13) and an aperture value (a two-stage aperture, FIG. 14) having an F value that satisfies a predetermined condition.
[0141]
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.
[0142]
FIG. 15 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.
[0143]
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.
[0144]
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.
[0145]
Moreover, it can replace with the turret 10 shown in FIG. 15, and can use the turret 10 'shown in the front view of FIG. 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.
[0146]
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.
[0147]
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 '.
[0148]
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. 17 is a diagram showing an example of this. The opening 1A ″ of the turret 10 ″ is a through surface or a hollow opening, the opening 1B ″ is an ND filter having a transmittance of 1/2, and the opening 1C ″ has 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.
[0149]
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. 18, the light intensity is centered concentrically as shown in FIG. It is good also as a structure which arrange | positions the filter which falls so much.
[0150]
Further, as the diaphragm S, the peripheral portion on the incident surface side of the first positive lens L1 may be painted black.
[0151]
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.
[0152]
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.
[0153]
FIG. 19 shows an example of a shutter. FIG. 19 shows an example of a rotary focal plane shutter that is one of the focal plane shutters. FIG. 19A is a view seen from the back side, and FIG. 19B 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).
[0154]
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).
[0155]
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.
[0156]
20A to 20D 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.
[0157]
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.
[0158]
Further, a configuration may be adopted in which electrical control is performed so that a still image is obtained by extracting a part of the electrical signal of the CCD without using a mechanical shutter. An example of such a configuration will be described with reference to FIG. 21 and FIG. FIG. 21 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. 21, Pa to Pc are photosensitive portions using photodiodes, Va to Vc are vertical transfer portions by CCD, and Ha is a horizontal transfer portion by CCD. The A field indicates an odd field, and the B field indicates an even field.
[0159]
In the configuration of FIG. 21, 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).
[0160]
In the interlaced (interlaced scanning) CCD imaging shown in FIG. 21, 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, in the case of a moving subject, a blur like a double image occurs. Therefore, in this type of CCD imaging, the A and B fields are simultaneously exposed to mix the signals of adjacent fields. Then, after a fluorescent light is emitted at the end of exposure using a mechanical shutter, a method is employed in which the A field and the B field are read out separately to synthesize signals.
[0161]
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. 21, 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 it is easy to reduce the size.
[0162]
FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of CCD imaging in which sequential readout of signals is performed in a progressive manner. In FIG. 22, Pd to Pf are photosensitive sections using photodiodes, Vd to Vf are vertical transfer sections using CCD, and Hb is a horizontal transfer section using CCD.
[0163]
In FIG. 22, since reading can be performed in the pixel arrangement order, all charge accumulation and reading operations can be electronically controlled. Therefore, the exposure time can be shortened to about (1/10000 seconds). The example of FIG. 22 has the disadvantages that the number of vertical CCDs is larger than in the case of FIG. 21 and it is difficult to reduce the size, but because of the advantages as described above, in the present invention, FIG. Any of these methods can be employed.
[0164]
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.
[0165]
23 to 25 are conceptual diagrams of structures in which the imaging optical system according to the present invention is incorporated in a photographing optical system 41 of a digital camera. 23 is a front perspective view showing the appearance of the digital camera 40, FIG. 24 is a rear perspective view thereof, and FIG. 25 is a cross-sectional view showing the configuration of the digital camera 40. In this example, the digital camera 40 includes a photographic optical system 41 having a photographic 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.
[0166]
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. Note that cover members 50 are disposed on the incident side of the photographing optical system 41 and the finder objective optical system 53 and on the exit side of the eyepiece optical system 59, respectively.
[0167]
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.
[0168]
In addition, in the example of FIG. 25, although a parallel plane board is arrange | positioned as the cover member 50, you may use a lens with power.
[0169]
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. 26 is a front perspective view with the cover of the personal computer 300 opened, FIG. 27 is a sectional view of the photographing optical system 303 of the personal computer 300, and FIG. 28 is a side view of the state of FIG. As shown in FIGS. 26 to 28, 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. Further, in the drawing, the photographing optical system 303 is built in the upper right of the monitor 302. However, the imaging optical system 303 is not limited to the place, and may be anywhere around the monitor 302 or the keyboard 301.
[0170]
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.
[0171]
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.
[0172]
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 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.
[0173]
Next, FIG. 29 shows a telephone which is an example of an information processing apparatus in which the imaging optical system of the present invention is incorporated as a photographing optical system, particularly a portable telephone which is convenient to carry. 29A is a front view of the mobile phone 400, FIG. 29B is a side view, and FIG. 29C is a cross-sectional view of the photographing optical system 405. As shown in FIGS. 29A to 29C, 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 imaging element chip 162 that receives an object image. These are built in the mobile phone 400.
[0174]
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.
[0175]
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.
[0176]
Each of the embodiments described above can be variously modified in accordance with the configuration of the claims.
[0177]
In the present invention, an imaging optical system and an image pickup apparatus using the same can be configured as follows.
[0178]
[1] In order from the object side, the image forming optical system is arranged in order of the aperture stop, the first positive lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens. The aperture stop has a fixed aperture shape through which the optical axis passes, and the outermost off-axis light beam is arranged so that the outer peripheral surface of the aperture portion is closer to the optical axis toward the image plane side. An imaging apparatus characterized by being inclined at an inclination angle equal to or greater than the incident angle.
[0179]
[2] In order from the object side, the aperture stop, the imaging optical system arranged in the order of the first positive lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens, and the imaging optical system arranged on the image side An image pickup apparatus comprising: a lens frame that includes the image pickup element, holds the imaging optical system and the image pickup element, and integrally forms the brightness diaphragm with the same resin material.
[0180]
[3] In order from the object side, the image forming optical system is arranged in order of the aperture stop, the first positive lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens. And a lens frame that holds the imaging optical system, and is inclined at least on the outer circumference of each of the first positive lens and the third positive lens so as to approach the optical axis toward the object side. An image pickup apparatus is provided, wherein the inclined portion is in contact with the lens frame.
[0181]
[4] In order from the object side, the image forming optical system is arranged in order of the aperture stop, the first positive lens with the convex surface facing the image side, the second negative lens, and the third positive lens. The first positive lens has a circular shape when viewed from the incident side, and the third positive lens has an incident shape. An imaging apparatus characterized in that when viewed from the side, the length in the direction corresponding to the short side direction of the effective imaging region of the imaging device is shorter than the length corresponding to the long side direction of the effective imaging region.
[0182]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a compact imaging optical system with little performance deterioration due to manufacturing errors and high performance even when the entire length is shortened.
[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.
FIG. 4 is an aberration diagram for Example 1 upon focusing on an object point at infinity.
5 is an aberration diagram for Example 2 upon focusing on an object point at infinity. FIG.
FIG. 6 is an aberration diagram for Example 3 upon focusing on an object point at infinity.
7 is a cross-sectional view of a configuration example in which the imaging optical system of Example 1 and a CCD unit disposed on the image plane are fixed to a lens frame integrally formed of a resin material. FIG.
FIG. 8 is a schematic exploded perspective view in the case where the third positive lens of the imaging optical system is formed in an oval shape.
FIG. 9 is a diagram showing transmittance characteristics of an example of a near-infrared sharp cut coat.
FIG. 10 is a diagram illustrating a transmittance characteristic of an example of a color filter provided on an emission surface side of a low-pass filter.
FIG. 11 is a diagram showing a color filter arrangement of a complementary color mosaic filter.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of wavelength characteristics of a complementary color mosaic filter.
FIG. 13 is a diagram showing that the aperture shape of the aperture is in an open state.
FIG. 14 is a diagram showing a state where the aperture shape of the diaphragm is a two-stage diaphragm.
FIG. 15 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-shaped brightness diaphragms having different shapes and transmittances is disposed.
16 is a front view showing another turret instead of the turret shown in FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a diagram showing another turret-shaped light amount adjustment filter that can be used in the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a filter that suppresses unevenness in the amount of light.
FIGS. 19A and 19B are a rear view and a front view showing an example of a rotary focal plane shutter. FIGS.
20 is a diagram illustrating a state in which a rotary shutter curtain of the shutter of FIG. 19 rotates.
FIG. 21 is an explanatory diagram of an operation of interlaced CCD imaging.
FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of progressive CCD imaging.
FIG. 23 is a front perspective view showing the external appearance of a digital camera incorporating the imaging optical system according to the present invention.
24 is a rear perspective view of the digital camera of FIG. 23. FIG.
25 is a cross-sectional view of the digital camera of FIG. 23. FIG.
FIG. 26 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. 27 is a sectional view of a photographing optical system of a personal computer.
FIG. 28 is a side view of the state of FIG.
FIG. 29 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 unit
7 ... Lens frame
8 ... Lens outer periphery
9 ... Cover glass
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 (18)

物体側から順に、明るさ絞り、第1正レンズ、物体側に凸面を向けた第2負メニスカスレンズ、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。
0.85≦r2f/r3f<2.5
−0.7<f 2 /f 3 <−0.1
ただし、r2fは第2負レンズの物体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、f 2 は第2負レンズの焦点距離、f 3 は第3正レンズの焦点距離である。
Imaging optics characterized by being arranged in order of an aperture stop, a first positive lens, a second negative meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a third positive lens in order from the object side, and satisfying the following conditional expression: system.
0.85 ≦ r 2f / r 3f <2.5
−0.7 <f 2 / f 3 <−0.1
Where r 2f is the curvature radius on the optical axis of the object side surface of the second negative lens, r 3f is the curvature radius on the optical axis of the object side surface of the third positive lens , f 2 is the focal length of the second negative lens, and f 3 is This is the focal length of the third positive lens .
次の条件式を満足することを特徴とする請求項記載の結像光学系。
−0.5<f2 /f3 <−0.25 ・・・(4−1)
The imaging optical system according to claim 1, characterized by satisfying the following condition.
−0.5 <f 2 / f 3 <−0.25 (4-1)
請求項1又は2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。
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.8 ・・・(5)
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。
3. The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
−2.0 <(r 3f + r 3r ) / (r 3f −r 3r ) <0.8 (5)
However, r 3f is the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the third positive lens, and r 3r is the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the third positive lens.
次の条件式を満足することを特徴とする請求項記載の結像光学系。
−1.5<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<0.5 ・・・(5−1)
The imaging optical system according to claim 3, wherein the following conditional expression is satisfied.
−1.5 <(r 3f + r 3r ) / (r 3f −r 3r ) <0.5 (5-1)
請求項1からの何れか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。
1.2<(r2f+r2r)/(r2f−r2r)<2.0 ・・・(6)
ただし、r2fは第2負レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r2rは第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径である。
In any one of claims 1 to 4, the imaging optical system to satisfy the following condition.
1.2 <(r 2f + r 2r ) / (r 2f −r 2r ) <2.0 (6)
Here, r 2f is the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the second negative lens, and r 2r is the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens.
次の条件式を満足することを特徴とする請求項記載の結像光学系。
1.4<(r2f+r2r)/(r2f−r2r)<1.8 ・・・(6−1)
6. The imaging optical system according to claim 5, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.4 <(r 2f + r 2r ) / (r 2f −r 2r ) <1.8 (6-1)
請求項1からの何れか1項において、第2負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<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<100
・・・(7)
ただし、r2fs は第2負レンズの物体側面の光軸上曲率半径、r2fa は第2負レンズの物体側面の非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内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。
In any one of claims 1 to 6, the object-side surface of the second negative lens is made aspherical, imaging optical system and satisfying the following condition.
0.01 <| (r 2fs + r 2fa ) / (r 2fs −r 2fa ) −1 | <100
... (7)
Where r 2fs is the radius of curvature on the optical axis of the object side surface of the second negative lens, and r 2fa is the radius of curvature on the optical axis within the effective optical range within the radius of curvature considering the aspherical surface of the object side surface of the second negative lens. This is the value when the difference between and changes the most.
次の条件式を満足することを特徴とする請求項記載の結像光学系。
0.1<|(r2fs +r2fa )/(r2fs −r2fa )−1|<10.0
・・・(7−1)
8. The imaging optical system according to claim 7, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.1 <| (r 2fs + r 2fa ) / (r 2fs −r 2fa ) −1 | <10.0
... (7-1)
請求項1からの何れか1項において、第2負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<|(r2rs +r2ra )/(r2rs −r2ra )−1|<100
・・・(8)
ただし、r2rs は第2負レンズの像側面の光軸上曲率半径、r2ra は第2負レンズの像側面の非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内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。
In any one of claims 1 to 8, the image side surface of the second negative lens is made aspherical, imaging optical system and satisfying the following condition.
0.01 <| (r 2rs + r 2ra ) / (r 2rs −r 2ra ) −1 | <100
... (8)
Where r 2rs is the radius of curvature on the optical axis of the image side surface of the second negative lens, and r 2ra is the radius of curvature on the optical axis within the optical effective range within the radius of curvature considering the aspheric surface of the image side surface of the second negative lens. This is the value when the difference between and changes the most.
次の条件式を満足することを特徴とする請求項記載の結像光学系。
0.05<|(r2rs +r2ra )/(r2rs −r2ra )−1|<10.0
・・・(8−1)
The imaging optical system according to claim 9, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.05 <| (r 2rs + r 2ra ) / (r 2rs −r 2ra ) −1 | <10.0
... (8-1)
請求項1から10の何れか1項において、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の光軸上曲率半径、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。
In any one of claims 1 to 10, the object-side surface of the third positive lens is made aspherical, imaging optical system and satisfying the following condition.
0.01 <| (r 3fs + r 3fa) / (r 3fs -r 3fa) -1 | <100
... (9)
However, r 3fs the point on the optical axis of curvature of the object side surface of the third positive lens radius, 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.
次の条件式を満足することを特徴とする請求項11記載の結像光学系。
0.05<|(r3fs +r3fa )/(r3fs −r3fa )−1|<10
・・・(9−1)
The imaging optical system according to claim 11, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.05 <| (r 3fs + r 3fa) / (r 3fs -r 3fa) -1 | <10
... (9-1)
請求項1から12の何れか1項において、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正レンズの像側面の光軸上曲率半径、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。
In any one of claims 1 to 12, the image side surface of the third positive lens is made aspherical, imaging optical system and satisfying the following condition.
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.
次の条件式を満足することを特徴とする請求項13記載の結像光学系。
0.05<|(r3rs +r3ra )/(r3rs −r3ra )−1|<10
・・・(10−1)
The imaging optical system according to claim 13, 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。
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。
In any one of claims 1 to 14, an imaging optical system and satisfying the following condition.
10 ° <α <40 ° (11)
Where α is the incident angle of the chief ray on the image plane at the maximum image height.
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項15記載の結像光学系。
15°<α<35° ・・・(11−1)
The imaging optical system according to claim 15, wherein the following conditional expression is satisfied.
15 ° <α <35 ° (11-1)
請求項1から16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 16 ; and an electronic imaging device disposed on the image side thereof. 結像光学系の半画角が30°よりも大きく50°よりも小さいことを特徴とする請求項17記載の電子撮像装置。18. The electronic imaging apparatus according to claim 17, wherein a half angle of view of the imaging optical system is larger than 30 ° and smaller than 50 °.
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