JP4587702B2

JP4587702B2 - 結像光学系及びそれを用いた電子機器

Info

Publication number: JP4587702B2
Application number: JP2004137639A
Authority: JP
Inventors: 隆裕天内
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: US20050013017A1; JP2004361934A; US7095570B2

Description

本発明はＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子等と組み合わせて用いられる結像光学系に関し、例えば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、監視カメラ等に利用できる結像光学系に関するものである。また、この結像光学系を用いた、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等の電子機器に関する。

近年、銀塩フイルムに代わり、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うち、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像ユニットでは特に小型、軽量化が求められている。

このような撮像ユニットに用いる結像光学系としては、従来よりレンズ枚数を１枚〜３枚で構成したものがある。しかしながら、屈折面数が足りないため、軸上色収差と像面湾曲が両立せず高い性能は望めない。また、非球面形状をとることで、この問題を回避しようとすると、面数が少ないため、一面一面の非球面量が大きくなり、その結果として、偏心感度が大きくなり製造上困難となってしまう。

これらの問題を考慮したものとしては、従来、例えば次の各特許文献に記載されたような、正、負、正のパワーを持つ３枚のレンズ構成の物体側にメニスカスレンズを付加して、性能と生産性を向上させた光学系が提案されている。
特開平１１−０３０７４５号公報特開平１１−０８４２３４号公報特開２０００−１７１６９７号公報

しかし、特許文献１に記載されている光学系は、第１レンズが像側に凹面を向けた負メニスカスレンズで構成されている。すなわち、第１レンズの入射側の面のパワーは正であり、広角にするためには第１レンズの像側の凹面のパワーを強くする必要がある。このため、広角にすると諸収差が発生しやすくなるので、全画角が４０度程度に抑えられてしまう。また、レンズ外径も大きくなるため、小型化には向いていない。

また、特許文献２に記載されている光学系は、第１レンズが物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズで構成されている。このため、レンズ外径も小さく、画角も４８度程度というように特許文献１に記載のものに比べて幾分広くなっている。しかし、第１レンズの前方に絞りを配置した構成であるため、光学系を構成するレンズのパワー配分の対称性が悪く、ディストーションや倍率の色収差が発生してしまう。

また、特許文献３に記載されている光学系は、第１レンズが物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズで構成されている。そして、第１レンズが正レンズであることに加えて、第３レンズが両凹レンズで構成されているため、コマ収差が発生し、全画角が２８度と狭角な光学系になり、広画角化に対応できない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は低コスト化、広画角化、高性能化、小型化を同時に満たす結像光学系を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の結像光学系は、物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凹面を向けた負レンズと、明るさ絞りと、第２レンズとしての両凸レンズと、第３レンズとしての像側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、第４レンズとしての正レンズを配置し、前記第４レンズの物体側の面と像側の面とが、夫々、周辺に向って曲率が小さくなっていくように形成された非球面と周辺に向って曲率が大きくなっていくように形成された非球面とで構成され、次の条件式（１’）を満足することを特徴とする。
０．１５＜φｍ／φｐ＜０．６０・・・（１’）
但し、φｍは最大光線高の位置における前記第４レンズのパワー、φｐは近軸における前記第４レンズのパワーである。

また、本発明の結像光学系は、次の条件式（１”）を満足することを特徴とする。
０．２５＜φｍ／φｐ＜０．４０・・・（１”）
但し、φｍは最大光線高の位置における前記第４レンズのパワー、φｐは近軸における前記第４レンズのパワーである。

また、本発明の結像光学系は、次の条件式(2)を満足することを特徴としている。
−１０．０＜ｒ１ｆ／ｆ＜ −１．０ …(2)
但し、ｒ１ｆは第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。

また、本発明による結像光学系は、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズおよび前記第４レンズの少なくとも１つはプラスチックレンズであり、前記結像光学系の全長をＴＬ、前記結像光学系を構成するプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとしたとき、次の条件式（６）を満足することを特徴とする。
０．０３＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１５・・・（６）

また、上記目的を達成するため、本発明による電子機器は、上記の結像光学系を備えることを特徴とする。
さらに、上記目的を達成するため、本発明による電子機器は、複数の画素を有する撮像素子と、上記の結像光学系とを備え、前記結像光学系の開放ＦナンバーをＦｎｏ、前記撮像素子の画素間隔をＰとするとき、次の条件式（５）を満足することを特徴とする。
０．５５［１／μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜２．１０［１／μｍ］・・・（５）

本発明の結像光学系によれば、製造誤差に対する性能劣化が少なく、小型化しても高性能な結像光学系を得ることができる。

実施例の説明に先立ち、本発明のように構成した理由及び本発明の作用効果について説明する。
本発明の結合光学系は性能と小型化を考慮して、上記のような第１、第２、第３、第４レンズの４枚のレンズで構成した。ここで、結像光学系を構成するレンズの枚数を５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。しかしながら、レンズが１枚増えると、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがその分増大し、光学系が大型化するのは避けられない。
また、本明細書の背景技術において述べたように、結像光学系を３枚以下のレンズで構成したのでは、軸上色収差の低減と像面湾曲の低減との両立が困難である。仮に、非球面を多用して性能を確保したとしても、偏心感度が大きくなり、製造上困難である。従って、本発明のように、結像光学系を４枚のレンズで構成するのが性能、大きさともに最適である。
また、本発明では、第１レンズは、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとした。これにより、最も物体側の面が負パワーとなるため、広角な光学系を達成することができる。

結像光学系を用いるユニットに例えばＣＣＤのような撮像素子を用いた場合、良好な集光性能を維持するためには、撮像素子への光線入射角度を小さくする必要がある。そのためには、明るさ絞り、あるいは明るさ絞りの像を、像面から遠い位置に配置することが望ましい。
また、広角な光学系においては、画面周辺部のディストーション及び倍率色収差の発生を低減させる必要がある。そのためには、光学系のパワー配置が対称になる位置に、明るさ絞りを配置させることが望ましい。
上記二つの理由から、本発明の結像光学系では、上記のように明るさ絞りの位置を第１レンズと第２レンズとの間に配置した。すなわち、本発明の結像光学系は、広角とテレセントリック性を重視した光学系として構成されている。

また、本発明の結像光学系では、第３レンズを、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとした。このように構成すると、入射光線と射出光線とのなす角度、すなわち偏角を小さく保つことができ、各屈折面における収差の発生量を極力小さくすることができる。また、無偏心時の収差の発生量が小さいため、レンズの相対偏心時における性能変動についても極力小さくすることが可能となる。

第４レンズは、撮像素子への光線入射角度を小さくするために重要なレンズである。しかるに、本発明のように、第４レンズを、物体側の面と像側の面とを、夫々、周辺に向って曲率が小さくなっていく非球面と、周辺に向って曲率が大きくなっていく非球面とで構成すると、周辺の光線における撮像素子への光線入射角度を小さくすることが可能となる。
また、このように構成すると、第４レンズへの入射光線と射出光線とがなす角度すなわち偏角が最小となるような形状にして、収差の発生を抑え、かつ、上記のような結像光学系の小型化のための制約条件を満足することが可能となる。

そのためには、次の条件式(1)を満足することが重要である。
０．０５＜ φm／φp ＜０．８０ …(1)
但し、φmは最大光線高の位置における第４レンズのパワー、φpは近軸における第４レンズのパワーである。
ここで、最大光線高の位置におけるレンズのパワーφmを次のように定義するものとする。第４レンズのレンズ最大光線高Ｈmに、物体側の無限遠方から平行光線を入射させ、レンズ通過後の傾き角をξとしたとき、Φm＝tanξ／Ｈmで与えられるものである。
条件式(1)の上限値を上回ると、第４レンズ周辺のパワーが大きくなりすぎ、像面への光線入射角の補正が過剰となってしまう。
一方、条件式(1)の下限値を下回ると、第４レンズ周辺のパワーが小さくなりすぎ、像面への光線入射角の補正が不十分となってしまう。

なお好ましくは、次の条件式(1')を満足するのが良い。
０．１５＜ φm／φp ＜０．６０ …(1')
更に好ましくは、次の条件式(1")を満足するのが良い。
０．２５＜ φm／φp ＜０．４０ …(1")

また、本発明の結像光学系において、画角を大きくとるためには、最も物体側の入射面を適度な負パワーにする必要がある。従って、第１レンズの曲率半径が重要となってくる。
そのため、次の条件式(2)を満足するのが良い。
−１０．０＜ｒ１ｆ／ｆ＜ −１．０ …(2)
但し、ｒ１ｆは第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。

条件式(2)の上限値を上回ると、第１面（物体側面）のパワーが大きくなりすぎ、第１面で発生する球面収差の補正が困難となる。また、主点位置が像側に移動するため、結像光学系の全長が長くなり、小型化を達成できなくなる。
一方、条件式(2)の下限値を下回ると、第１面のパワーが小さくなりすぎ、広角な光学系を達成できなくなる。

なお好ましくは、次の条件式(2')を満足するのが良い。
−５．０＜ｒ１ｆ／ｆ＜ −１．２ …(2')
更に好ましくは、次の条件式を満足するのが良い。
−２．０＜ｒ１ｆ／ｆ＜ −１．４ …(2")

また、本発明の結像光学系では、第１レンズと第２レンズの合成パワーを強い正のパワーにするとともに、第３レンズと第４レンズの合成パワーを弱い正のパワー、または、負パワーにすることで、結像光学系の全長を小さくするようにしている。
このようなパワー配置に対して、全長と性能をバランスよく達成させるためには、次の条件式(3)を満足するのが良い。
０．３＜ｆ１２／ｆ＜２．０ …(3)
但し、ｆ１２は第１レンズと第２レンズの合成焦点距離、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。

条件式(3)の上限値を上回ると、第１レンズと第２レンズの合成パワーが小さくなる。そのため、結像光学系の全長を短縮するのに不利となる。
一方、条件式(3)の下限値を下回ると、第１レンズと第２レンズの合成パワーが大きくなりすぎ、それに伴い第３レンズと第４レンズの合成パワーも負側に強くしなければならない。その結果、各レンズで発生する収差が増大し、性能を確保するのが困難になってしまう。

なお好ましくは、次の条件式(3')を満足するのが良い。
０．４＜ｆ１２／ｆ＜１．５ …(3')
更に、好ましくは、次の条件式(3")を満足するのが良い。
０．６＜ｆ１２／ｆ＜１．０ …(3")

また、撮像素子にＣＣＤを用いる場合、光学系から射出された軸外光束が像面に対してあまりにも大きな角度で入射すると、いわゆるシェーディングという現象がおきてしまう。このシェーディングは、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現象である。
一方、像面に対して小さい角度で入射させると、シェーディングは軽減される。ただし、結像光学系の全長が大きくなってしまう。
そこで、本発明の結像光学系は、シェーディングの発生を抑え、かつ結像光学系の全長を抑えるために、次の条件式(4)を満足するのが良い。
０．５＜ＥＸＰ／ｆ＜２．５ …(4)
但し、ＥＸＰは像面からの射出瞳までの距離、ｆは結像光学系全系の焦点距離である。

条件式(4)の上限値を上回ると、全長が大きくなってしまう。
一方、条件式(4)の下限値を下回ると、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う。
なお好ましくは、次の条件式(4')を満足するのが良い。
０．８＜ＥＸＰ／ｆ＜２．０ …(4')

更に好ましくは、次の条件式(4")を満足するのが良い。
１．２＜ＥＸＰ／ｆ＜１．８ …(4")

また、結像光学系の開放ＦナンバーをＦno、撮像素子の画素間隔をＰとするとき、次の条件式を満足することを特徴とするのが良い。
０．５５［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜２．１０［１／μｍ］ …(5)
この条件式(5)の上限を上回ると、光学系が暗くなり過ぎる。あるいは、画素間隔が小さくなり過ぎることにより、１画素あたりの光量が少なくなってしまう。従って、シャッター速度が遅くなり、手ぶれを引き起こしたり、長時間露光によりノイズが増加する原因となる。他方、下限を下回ると、画素間隔が大きくなり過ぎ、高画素な撮像データが得られなくなる。

なお、本発明の結像光学系は、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．６５［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜１．５０［１／μｍ］ …(5')
なお、本発明の結像光学系は、次の条件式を満たすのが、更に良い。
０．７７［１／μｍ］＜Ｆno／Ｐ［μｍ］＜１．１８［１／μｍ］ …(5")

また、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズおよび前記第４レンズのうち一部のレンズはプラスチックレンズであり、結像光学系の全長をＴＬ、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとしたとき、次の条件式を満足するのが良い。
０．０３＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１５・・・（６）
この条件式（６）の上限を上回ると、結像光学系の全長に対して、結像光学系に含まれるプラスチックレンズの最小軸上肉厚が大きすぎることになる。そのため、そのプラスチックレンズとともに配置されるガラスレンズの中心肉厚に対して必要な間隔を、結像光学系中に十分に確保できず、そのガラスレンズを非常に薄く加工しなければならなくなってしまう。他方、下限を下回ると、結像光学系に含まれるプラスチックレンズの最小軸上肉厚が小さ過ぎるため、成型時にプラスチック樹脂を成型型にスムーズに注入しにくくなってしまう。その結果、応力がかかって複屈折が生じたりして、成型に時間がかかり、生産性が悪化してしまう。

なお、本発明の結像光学系は、次の条件式を満たすのが、より良い。
０．０５＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１０ …(6')
なお、本発明の結像光学系は、次の条件式を満たすのが、更に良い。
０．０６＜ＭＬ／ＴＬ＜０．０８ …(6")

また、電子機器は、上記の結像光学系を備えている。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１実施例
図１は本発明の結像光学系の第１実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図、図２は第１実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第１実施例の結像光学系は、物体側から順に、負レンズＬ１と、明るさ絞りＳと、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、正レンズＬ４とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
負レンズＬ１は、第１レンズである。この負レンズＬ１は、物体側に凹面を向けている。両凸レンズＬ２は、第２レンズである。負メニスカスレンズＬ３は、第３レンズである。この負メニスカスレンズＬ３は、像側に凸面を向けている。正レンズＬ４は、第４レンズである。
また、非球面は、負レンズＬ１の両面、両凸レンズＬ２の両面、負メニスカスレンズＬ３の両面、正レンズＬ４の両面に設けられている。
正レンズＬ４の物体側の非球面は、曲率が周辺に向って大きくなっていくように形成され、像側の非球面は、曲率が周辺に向って小さくなっていくように形成されている。

次に、第１実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第１実施例では、全てのレンズがプラスチックで構成されている。用いているプラスチックは、第１レンズと第３レンズはポリカーボネート、第２レンズと第４レンズはポリオレフィン系のゼオネックスである。
また、結像光学系の像面には、１／３インチ、１３０万画素（画素間隔Ｐ＝３．６μｍ）の撮像素子が配置されている。
なお、第１実施例の数値データにおいて、屈折率、アッベ数はｅ線におけるものである。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、・・・としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋ａｙ⁴＋ｂｙ⁶＋ｃｙ⁸＋・・・
これらの記号は、以下の各実施例においても共通である。

数値データ１
焦点距離：４．５ｍｍ、Ｆno（開放Ｆナンバー）：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３３°
面番号曲率半径面（又は空気）間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面［1］ 0.50 1.5839 30.2
2 非球面［2］ 0.05
3 紋り面 0.05
4 非球面［3］ 1.17 1.5256 56.4
5 非球面［4］ 1.27
6 非球面［5］ 0.50 1.5839 30.2
7 非球面［6］ 0.05
8 非球面［7］ 1.77 1.5256 56.4
9 非球面［8］ 1.65
像面 ∞

非球面［1］
曲率半径 -8.51
ｋ＝ 4.0292×10⁺⁰
ａ＝-9.2382×10^-3 ｂ＝ 5.4040×10^-3
非球面［2］
曲率半径 -17.69
ｋ＝-1.4995×10⁺³
ａ＝-1.2681×10^-2 ｂ＝ 2.0121×10^-2 ｃ＝-3.6133×10^-3
非球面［3］
曲率半径 2.37
ｋ=-4.2426×10^-2
ａ＝1.6427×10^-2 ｂ＝-5.8708×10^-3
非球面［4］
曲率半径 -6.34
ｋ＝ 0
ａ＝-1.7116×10^-2 ｂ＝-7.9778×10^-3 ｃ＝-2.4473×10^-3
非球面［5］
曲率半径 -0.62
ｋ＝-8.5133×10^-1
ａ＝ 1.9064×10^-1 ｂ＝-3.9020×10^-4 ｃ＝-1.5761×10^-3
非球面［6］
曲率半径 -1.06
ｋ＝-1.0134×10⁺⁰
ａ＝ 4.6367×10^-2 ｂ＝ 1.4527×10^-2 ｃ＝-4.7445×10^-4
非球面［7］
曲率半径 2.58
ｋ＝-7.7917×10⁺⁰
ａ＝ 4.3127×10^-3 ｂ＝-5.2307×10^-4
非球面［8］
曲率半径 74.34
ｋ＝-1.8617×10⁺¹¹
ａ＝ 8.9152×10^-3 ｂ＝-1.1493×10^-3

第２実施例
図３は本発明の結像光学系の第２実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図、図４は第２実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第２実施例の結像光学系は、物体側から順に、負レンズＬ１と、明るさ絞りＳと、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、正レンズＬ４とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
負レンズＬ１は、第１レンズである。この負レンズＬ１は、物体側に凹面を向けている。両凸レンズＬ２は、第２レンズである。負メニスカスレンズＬ３は、第３レンズである。この負メニスカスレンズＬ３は、像側に凸面を向けている。正レンズＬ４は、第４レンズである。
また、非球面は、負レンズＬ１の両面、両凸レンズＬ２の両面、負メニスカスレンズＬ３の両面、正レンズＬ４の両面に設けられている。
正レンズＬ４の物体側の非球面は、曲率が周辺に向って大きくなっていくように形成され、像側の非球面は、曲率が周辺に向って小さくなっていくように形成されている。

次に、第２実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第２実施例では、全てのレンズがプラスチックで構成されている。用いているプラスチックは、第１レンズと第３レンズはポリカーボネート、第２レンズと第４レンズはポリオレフィン系のゼオネックスである。
また、結像光学系の像面には、１／３インチ、２００万画素（画素間隔Ｐ＝３．０μｍ）の撮像素子が配置されている。

数値データ２
焦点距離：４．７８ｍｍ、Ｆno（開放Ｆナンバー）：３．０、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３２°
面番号曲率半径面（又は空気）間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面［1］ 0.50 1.5839 30.2
2 非球面［2］ 0.05
3 絞り面 0.05
4 非球面［3］ 1.20 1.5256 56.4
5 非球面［4］ 1.21
6 非球面［5］ 0.50 1.5839 30.2
7 非球面［6］ 0.05
8 非球面［7］ 1.95 1.5256 56.4
9 非球面［8］ 1.51
像面 ∞

非球面［1］
曲率半径 -7.73
ｋ＝ 4.0464×10⁺⁰
ａ＝-9.6372×10^-3 ｂ＝ 7.2983×10^-3
非球面［2］
曲率半径 -18.73
ｋ＝-1.6537×10⁺³
ａ＝-5.5816×10^-3 ｂ＝ 1.8873×10^-2
非球面［3］
曲率半径 2.27
ｋ＝ 4.2301×10^-3
ａ＝ 1.7901×10^-2 ｂ＝-7.1867×10^-3
非球面［4］
曲率半径 -4.91
ｋ＝ 0
ａ＝-2.1804×10^-2 ｂ＝-1.0665×10^-2
非球面［5］
曲率半径 -0.63
ｋ＝-8.2163×10^-1
ａ＝ 1.8614×10^-1 ｂ＝ 7.3802×10^-3
非球面［6］
曲率半径 -1.09
ｋ＝-1.1681×10⁺⁰
ａ＝ 5.4980×10^-2 ｂ＝ 1.0262×10^-2
非球面［7］
曲率半径 3.27
ｋ＝-7.5428×10⁺⁰
ａ＝-8.9832×10^-5 ｂ＝-1.3689×10^-4
非球面［8］
曲率半径 59.09
ｋ＝-1.8617×10⁺¹¹
ａ＝ 9.4142×10^-3 ｂ＝-1.2653×10^-3

第３実施例
図５は本発明の結像光学系の第３実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図、図６は第３実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第３実施例の結像光学系は、物体側から順に、負レンズＬ１と、明るさ絞りＳと、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、正レンズＬ４とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
負レンズＬ１は、第１レンズである。この負レンズＬ１は、物体側に凹面を向けている。両凸レンズＬ２は、第２レンズである。負メニスカスレンズＬ３は、第３レンズである。この負メニスカスレンズＬ３は、像側に凸面を向けている。正レンズＬ４は、第４レンズである。
また、非球面は、負レンズＬ１の両面、両凸レンズＬ２の両面、負メニスカスレンズＬ３の両面、正レンズＬ４の両面に設けられている。
正レンズＬ４の物体側の非球面は、曲率が周辺に向って大きくなっていくように形成され、像側の非球面は、曲率が周辺に向って小さくなっていくように形成されている。

次に、第３実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第３実施例では、第１レンズ、第３レンズ、及び第４レンズがプラスチックで構成され、第２レンズがガラスで構成されている。用いているプラスチックは、第１レンズと第３レンズはポリカーボネート、第４レンズはポリオレフィン系のゼオネックスである。
また、結像光学系の像面には、１／３インチ、３００万画素（画素間隔Ｐ＝２．４μｍ）の撮像素子が配置されている。

数値データ３
焦点距離：４．６９ｍｍ、Ｆno（開放Ｆナンバー）：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３３°
面番号曲率半径面（又は空気）間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面［1］ 0.50 1.5839 30.2
2 非球面［2］ 0.05
3 絞り面 0.05
4 非球面［3］ 1.15 1.5891 61.2
5 非球面［4］ 1.47
6 非球面［5］ 0.50 1.5839 30.2
7 非球面［6］ 0.05
8 非球面［7］ 1.73 1.5256 56.4
9 非球面［8］ 1.51
像面 ∞

非球面［1］
曲率半径 -7.16
ｋ＝ 4.4604×10⁺⁰
ａ＝-1.0893×10^-2 ｂ＝ 7.9089×10^-3
非球面［2］
曲率半径 -18.96
ｋ＝-1.4350×10⁺³
ａ＝-2.9077×10^-3 ｂ＝ 1.7700×10^-2
非球面［3］
曲率半径 2.69
ｋ＝ 6.3974×10^-2
ａ＝ 1.8395×10^-2 ｂ＝-5.6187×10^-3
非球面［4］
曲率半径 -5.73
ｋ＝ 0
ａ＝-1.3960×10^-2 ｂ＝-7.9821×10^-3
非球面［5］
曲率半径 -0.64
ｋ＝-8.3668×10^-1
ａ＝ 1.6135×10^-1 ｂ＝ 7.2167×10^-4
非球面［6］
曲率半径 -1.09
ｋ＝-9.8826×10^-1
ａ＝ 4.4331×10^-2 ｂ＝ 9.9636×10^-3
非球面［7］
曲率半径 2.85
ｋ＝-8.4882×10⁺⁰
ａ＝ 3.8781×10^-3 ｂ＝-5.5494×10^-4
非球面［8］
曲率半径 96.57
ｋ＝-1.8617×10⁺¹¹
ａ＝ 9.7735×10^-3 ｂ＝-1.2384×10^-3

第４実施例
図７は本発明の結像光学系の第４実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図、図８は第４実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第４実施例の結像光学系は、物体側から順に、負レンズＬ１と、明るさ絞りＳと、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、正レンズＬ４とで構成されている。図中、Ｉは撮像素子の撮像面である。
負レンズＬ１は、第１レンズである。この負レンズＬ１は、物体側に凹面を向けている。両凸レンズＬ２は、第２レンズである。負メニスカスレンズＬ３は、第３レンズである。この負メニスカスレンズＬ３は、像側に凸面を向けている。正レンズＬ４は、第４レンズである。
また、非球面は、負レンズＬ１の両面、両凸レンズＬ２の両面、負メニスカスレンズＬ３の両面、正レンズＬ４の両面に設けられている。
第４レンズＬ４の物体側の非球面は、曲率が周辺に向って大きくなっていくように形成され、像側の非球面は、曲率が周辺に向って小さくなっていくように形成されている。

次に、第４実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第４実施例では、第１レンズ、及び第２レンズがガラスで構成され、第３レンズ、及び第４レンズがプラスチックで構成されている。用いているプラスチックは、第３レンズはポリカーボネート、第４レンズはポリオレフィン系のゼオネックスである。
また、結像光学系の像面には、１／３インチ、２００万画素（画素間隔Ｐ＝３．０μｍ）の撮像素子が配置されている。

数値データ４
焦点距離：４．６５ｍｍ、Ｆno（開放Ｆナンバー）：２．８、像高：３．０ｍｍ、
半画角：３３°
面番号曲率半径面（又は空気）間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面［1］ 0.50 1.6889 31.1
2 非球面［2］ 0.05
3 絞り面 0.05
4 非球面［3］ 1.15 1.5891 61.2
5 非球面［4］ 1.62
6 非球面［5］ 0.50 1.5839 30.2
7 非球面［6］ 0.05
8 非球面［7］ 1.58 1.5256 56.4
9 非球面［8］ 1.51
像面 ∞

非球面［1］
曲率半径 -8.61
ｋ＝ 1.1103×10⁺¹
ａ＝-1.4213×10^-2 ｂ＝ 8.6552×10^-3
非球面［2］
曲率半径 -27.14
ｋ＝-3.3974×10⁺³
ａ＝-8.9603×10^-4 ｂ＝ 1.6841×10^-2
非球面［3］
曲率半径 3.02
ｋ＝ 1.0519×10^-1
ａ＝ 2.2570×10^-2 ｂ＝-7.7753×10^-3
非球面［4］
曲率半径 -4.49
ｋ＝ 0
ａ＝-1.3744×10^-2 ｂ＝-8.1406×10^-3
非球面［5］
曲率半径 -0.60
ｋ＝-8.8511×10^-1
ａ＝ 1.5727×10^-1 ｂ＝-1.8466×10^-2 ｃ＝ 6.2187×10^-3
非球面［6］
曲率半径 -1.05
ｋ＝-9.1798×10^-1
ａ＝ 3.3812×10^-2 ｂ＝ 1.2347×10^-2 ｃ＝ 1.8772×10^-4
非球面［7］
曲率半径 2.52
ｋ＝-9.0831×10⁺⁰
ａ＝ 6.1655×10^-3 ｂ＝-7.3921×10^-4
非球面［8］
曲率半径 134.80
ｋ＝-1.8617×10⁺¹¹
ａ＝ 1.1536×10^-2 ｂ＝-1.3339×10^-3

なお、本発明の上記各実施例では少なくとも一部のレンズをプラスチックで構成したが、プラスチックレンズの代わりにガラスレンズで構成してもかまわない。また、例えば、上記各実施例で用いる材料よりも屈折率の高いガラスを用いれば、さらに高性能な光学系にすることが可能である。また、特殊低分散ガラスを用いれば色収差の補正にとって有効である。また、レンズを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の劣化を軽減し得る。

また、上記各実施例において、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞り以外にフレア絞りを配置しても良い。このフレア絞りは、上記各実施例の第１レンズの前、第１レンズと明るさ絞りとの間、明るさ絞りと第２レンズとの間、第２レンズと第３レンズとの間、第３レンズと第４レンズとの間、第４レンズと像面との間のいずれの場所に配置しても良い。
このフレア絞りとしての作用を持たせるためには、枠によりフレア光線をカットする方法を採用しても良いし、別の部材を設けることによって、フレア光線をカットする方法を採用してもよい。または、フレア絞りを光学系に直接印刷したり、塗装したり、シールなどを接着することにより構成しても良い。
また、フレア絞りの形状は、円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でもかまわない。
また、フレア絞りを設けることによって、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良い。
また、各レンズに反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減するようにしてもかまわない。その場合、マルチコートにすると効果的にゴースト、フレアを軽減できる。また、レンズ面やカバーガラスなどに、赤外カットコートを行っても良い。

また、本発明の上記各実施例の結像光学系において、ピント調節を行うためにフォーカシングを行うように構成しても良い。フォーカシング方法としては、レンズ系全体の繰り出し、一部レンズの繰り出し、もしくは繰り込みのいずれを採用してもよい。

また、本発明の上記各実施例の結像光学系において、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しても良い。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良い。また画像処理により画像周辺部の低下量を補正しても良い。
また、図示はしていないが、本発明の光学系は、フィルムやＣＣＤを記録部材とするカメラ、あるいは携帯電話、携帯型情報入力端端末等の光学装置に適している。よって、上記の光学系を備えた光学装置も、本発明として含まれる。

次に、各実施例における条件式パラメータ計算値を表１に示す。
表１

図９は撮像光学系に本発明の結像光学系を含んだデジタルカメラの外観を示す前側斜視図、図１０は撮像光学系に本発明の結像光学系を含んだデジタルカメラの外観を示す後側斜視図である。図において、１は撮影光路２を有する撮影光学系、３はファインダー用光路４を有するファインダー光学系、５はシャッター釦、６はフラッシュ、７は液晶表示モニターである。また、カメラの上部に配置されたシャッター釦５を押すと、それに連動して撮影光学系１を通して撮影が行われるようになっている。

図１１（ａ）は撮像光学系に本発明の結像光学系を含んだ携帯電話の一例の正面図、図１１（ｂ）は同側面図である。図中、１０はマイク部、１１はスピーカ部、１２は入力ダイアル、１３はモニター、１４は撮影光学系、１５は通信電波の送信と受信を行うアンテナである。マイク部１０は操作者の声を情報として入力し、スピーカ部１１は通話相手の声を出力する。入力ダイアル１２は操作者が情報を入力するのに用いられ、モニター１３は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。アンテナ１５は通信電波の送信と受信を行なう。
撮影光学系１４は、撮影光路１６上に配置された本発明の結像光学系と、像を受光する撮像素子とを有し、これらは携帯電話に内臓されている。撮像素子の前面にはＩＲカットフィルターが設けられ、また、撮影光学系１４の先端には該光学系を保護するためのカバーガラスが配置されている。撮像素子で受光された物体像は、携帯電話に内蔵された図示しない処理手段に入力され、電子画像としてモニター１３に、または、通信相手のモニターに、または、その両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合には、上記処理手段に含まれる信号処理機能により、撮像素子で受光された物体像の情報が送信可能な信号へ変換されるようになっている。

本発明の結像光学系の第１実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。第１実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。本発明の結像光学系の第２実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。第２実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。本発明の結像光学系の第３実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。第３実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。本発明の結像光学系の第４実施例の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。第４実施例にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。本発明の結像光学系を用いたデジタルカメラの概略構成を示す前側斜視図である。本発明の結像光学系を用いたデジタルカメラの概略構成を示す後側斜視図である。 (a)は、本発明の結像光学系を用いた携帯電話の概略構成を示す正面図、(b)は、同側面図である。

符号の説明

Ｌ１物体側に凸面を向けた負レンズ（第１レンズ）
Ｌ２両凸レンズ（第２レンズ）
Ｌ３像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（第３レンズ）
Ｌ４正レンズ（第４レンズ）
Ｓ明るさ絞り
Ｉ撮像面
１撮影光学系
２撮影光路
３ファインダー光学系
４ファインダー用光路
５シャッター釦
６フラッシュ
７液晶表示モニター
１０マイク部
１１スピーカ部
１２入力ダイアル
１３モニター
１４撮影光学系
１５アンテナ
１６撮影光路

Claims

物体側から順に、第１レンズとしての物体側に凹面を向けた負レンズと、明るさ絞りと、第２レンズとしての両凸レンズと、第３レンズとしての像側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、第４レンズとしての正レンズを配置し、
前記第４レンズの物体側の面と像側の面とが、夫々、周辺に向って曲率が小さくなっていくように形成された非球面と周辺に向って曲率が大きくなっていくように形成された非球面とで構成され、
次の条件式を満足することを特徴とする結像光学系。
０．１５＜φｍ／φｐ＜０．６０
但し、φｍは最大光線高の位置における前記第４レンズのパワー、φｐは近軸における前記第４レンズのパワーである。
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
０．２５＜φｍ／φｐ＜０．４０
但し、φｍは最大光線高の位置における前記第４レンズのパワー、φｐは近軸における前記第４レンズのパワーである。
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
−１０．０＜ｒ１ｆ／ｆ＜−１．０
但し、ｒ１ｆは前記第１レンズの物体側の曲率半径、ｆは前記結像光学系全系の焦点距離である。
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズおよび前記第４レンズのうち一部のレンズはプラスチックレンズであり、
前記結像光学系の全長をＴＬ、前記結像光学系を構成するプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
０．０３＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１５
請求項１乃至４の何れかに記載の結像光学系を備えることを特徴とする電子機器。
複数の画素を有する撮像素子と、請求項１に記載の結像光学系とを備え、
前記結像光学系の開放ＦナンバーをＦｎｏ、前記撮像素子の画素間隔をＰとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする電子機器。
０．５５［１／μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜２．１０［１／μｍ］