JP5061501B2

JP5061501B2 - 撮像光学系

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Publication number: JP5061501B2
Application number: JP2006139984A
Authority: JP
Inventors: 雅史磯野
Original assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Current assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: JP2007310195A

Description

本発明は、撮像素子に対して光を導くことのできる撮像光学系に関し、特にデジタルカメラや携帯電話に適した撮像光学系に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：ＰａｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このような状況のもと、より小型のデジタルカメラが求められるようになっており、撮像光学系にもより一層の小型化が要望されている。

撮像光学系を小型にする方法として、撮像素子を小型にする方法がある。この方法は、撮像素子の個々の受光部を小さくすることが必要である。そのため、撮像光学系は、小さい受光部に光線を集光させなくてはならず、高性能の撮像光学系が要求されるようになっている。

一方、撮像素子の大きさをそのままにして、撮像光学系を小型にする方法がある。この方法は、撮像光学系の全長を短くすることができるが、撮像光学系の射出瞳位置も像面に近づく。射出瞳位置が像面に近づくと、撮像光学系から射出された軸外光束が像面に対して斜めに入射する。すると、撮像素子の受光部の前面に設けられているマイクロレンズに、大きく傾斜した光線が入射することとなり、撮像素子の周辺部の光量が低下する。その結果、像面の光量が、像面の中央部と周辺部とで極端な差異があるという問題が生じる。小型であるともに、像面の光量を均一にした高性能の撮像光学系が要求されている。

以上のような問題や実情を鑑みて、コンパクトな３枚構成から成る撮像光学系が、特許文献１で提案されている。
特開２００４−３７９６０号公報

しかし、特許文献１では、コンパクトな構成ではあるが、撮像光学系の全長に対して射出瞳位置が像面に近くなり、像面の中央部と周辺部の光量の差異があるという問題を有している。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型でありながら、良好に収差補正された撮像光学系を提供することにある。

上記の課題は、次の構成により解決される。
１．
複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象から順に、第１レンズと、開口絞りと、第２レンズと、第３レンズとからなり、
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第２レンズは、像面側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第３レンズは、像面側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、負の屈折力を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。

５＜ｆ２３／ｆ＜２５
但し、
ｆ２３：第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
２．
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であることを特徴とする１に記載の撮像光学系。
３．
前記第２レンズは、像面側に凸面を向けるメニスカス形状であることを特徴とする１又は２に記載の撮像光学系。
４．
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の撮像光学系。
５．
以下の条件式を満足することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像光学系。

−５＜（ｒ３１＋ｒ３２）／（ｒ３１−ｒ３２）＜−１
但し、
ｒ３１：第３レンズの撮像対象側の曲率半径
ｒ３２：第３レンズの像面側の曲率半径

本発明は、撮像対象側から順に、第１の正屈折力レンズ、開口絞り、第２の正屈折力レンズ、第３の負屈折力レンズと配置し、第２の正屈折力レンズと第３の負屈折力レンズの合成焦点距離を適切な範囲に設定することにより、撮像光学系全長を短くすることができ、また、光学性能の劣化を抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１〜３は、本発明に係る撮像光学系ＣＬの第１〜第３の実施形態のレンズ配置を表す断面図である。

図１〜図３において、撮像光学系ＣＬは、撮像対象側から順に、撮像対象側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第１レンズＦＬ１、開口絞りＡ、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第２レンズＦＬ２、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第３レンズＦＬ３、ガラスフィルタＧＦから成る。

次に、各実施形態の撮影光学系ＣＬが満足すべき条件式を説明する。尚、各実施形態の撮影光学系ＣＬは、以下に示す各条件式をすべて、同時に満足する必要はなく、個々の条件式をそれぞれ単独に満足することによって対応する作用効果を達成することが可能である。もちろん、複数の条件式を満足している方が光学性能、小型化あるいは組立の観点からより望ましいことはいうまでもない。

３．６＜ｆ２３／ｆ＜５０（１）
ここで、ｆ２３：第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆ：全系の焦点距離である。

条件式（１）の上限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。条件式（１）の下限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。

以下の条件式（１Ａ）、（１Ｂ）を満足することが更に望ましい。

４＜ｆ２３／ｆ＜３０（１Ａ）
５＜ｆ２３／ｆ＜２５（１Ｂ）
−５＜（ｒ３１＋ｒ３２）／（ｒ３１−ｒ３２）＜−１（２）
ここで、ｒ３１：第３レンズの撮像対象側の曲率半径、ｒ３２：第３レンズの像面側の曲率半径である。

条件式（２）の上限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。条件式（２）の下限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。

以下の条件式（２Ａ）、（２Ｂ）を満足することが更に望ましい。

−２＜（ｒ３１＋ｒ３２）／（ｒ３１−ｒ３２）＜−１．０６（２Ａ）
−１．５＜（ｒ３１＋ｒ３２）／（ｒ３１−ｒ３２）＜−１．１（２Ｂ）
−１．５２＜（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１−ｒ１２）＜−１（３）
ここで、ｒ１１：第１レンズの撮像対象側の曲率半径、ｒ１２：第１レンズの像面側の曲率半径である。

条件式（３）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不足となり、像面湾曲を補正することが困難となる。条件式（３）の下限を越えると、コマ収差が悪化し、更にペッツバール和が補正過剰になり、解像度が不足する。

以下の条件式（３Ａ）、（３Ｂ）を満足することが更に望ましい。

−１．５１＜（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１−ｒ１２）＜−１（３Ａ）
−１．５＜（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１−ｒ１２）＜−１（３Ｂ）
本発明の撮像光学系の前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することが望ましい。これは、球面収差や、コマ収差、歪曲収差の補正に大きな効果がある。

以下、本発明に係る実施例に関し、コンストラクションデータ、収差図等を挙げて、更に具体例を示す。

以下に挙げる実施例１〜３は、前述した第１から第３の実施形態にそれぞれ対応しており、実施形態を表すレンズ配置図は、対応する実施例１〜３のレンズ構成を、それぞれ示している。

各実施例において、ｒｉ（ｉ＝１，２，３・・）は撮像対象側から数えてｉ番目の面の曲率半径、ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は撮像対象側から数えてｉ番目の軸上面間隔を示し、Ｎｉ（ｉ＝１，２，３・・）、νｉ（ｉ＝１，２，３・・）は、撮像対象側から数えてｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯはＦナンバーを表す。

さらに、各実施例中、曲率半径ｒｉに＊印を付した面は非球面形状の屈折光学面あるいは非球面と等価な屈折作用を有する面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式で定義するものとする。

Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ²／｛１＋√（１−ε・Ｃ²・Ｈ²）｝＋ΣＡｉ・Ｈｉ（ＡＳ）
ここで、Ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘ（Ｈ）は高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃは近軸曲率、εは２次曲面パラメータ、Ａｉはｉ次の非球面係数、ＨｉはＨのｉ乗である。
（実施例１）
撮像光学系ＣＬの構成を図１に示す。ｆ＝４．３７ｍｍ、ＦＮＯ＝４．０である。撮像光学系ＣＬのコンストラクションデータを表１に示す。

また、非球面面係数を以下に示す。

第１面（ｒ１）の非球面係数
ε＝０．１８５１８×１０
Ａ４＝−０．６１８０６×１０^-2
Ａ６＝−０．８３９３６×１０^-2
Ａ８＝０．１２０１６×１０^-1
Ａ１０＝−０．８６７９９×１０^-2
Ａ１２＝０．１７０５４×１０^-2
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝−０．９００００×１０
Ａ４＝０．１４４６７×１０^-3
Ａ６＝−０．４０１０１×１０^-1
Ａ８＝０．１３４７３
Ａ１０＝−０．１７５４３
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝−０．１４１１６
Ａ４＝−０．７１９９９×１０^-1
Ａ６＝０．２４４１７×１０^-2
Ａ８＝０．１０２２４
Ａ１０＝−０．４４３２５×１０^-1
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝−０．１７３７９×１０
Ａ４＝−０．１５０６９
Ａ６＝０．８２３９４×１０^-1
Ａ８＝−０．１７００４×１０^-1
Ａ１０＝０．４３５８１×１０^-2
Ａ１２＝０．６６１３３×１０^-3
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝−０．４００００×１０
Ａ４＝０．４７９２４×１０^-1
Ａ６＝−０．５８４６０×１０^-2
Ａ８＝−０．２９１２７×１０^-2
Ａ１０＝０．７５２３７×１０^-3
Ａ１２＝−０．４７５５６×１０^-4
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝０．８００００×１０
Ａ４＝０．１８８４０×１０^-1
Ａ６＝−０．４９５６５×１０^-2
Ａ８＝０．１６１００×１０^-3
Ａ１０＝−０．１０２４９×１０^-4
Ａ１０＝０．１１５３６×１０^-5
（実施例２）
撮像光学系ＣＬの構成を図２に示す。ｆ＝４．５１ｍｍ、ＦＮＯ＝２．９である。撮像光学系ＣＬのコンストラクションデータを表２に示す。

また、非球面面係数を以下に示す。

第１面（ｒ１）の非球面係数
ε＝０．１７３８９×１０
Ａ４＝−０．９６３５７×１０^-2
Ａ６＝−０．８４６９３×１０^-2
Ａ８＝０．８６３２０×１０^-2
Ａ１０＝−０．３６５３０×１０^-2
Ａ１２＝−０．２１３４８×１０^-3
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝−０．６９９４４×１０
Ａ４＝−０．１６７６６×１０^-2
Ａ６＝−０．２８１８３×１０^-1
Ａ８＝０．８９５６４×１０^-1
Ａ１０＝−０．７９８５５×１０^-1
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝０．９４３０４
Ａ４＝−０．１０２２４
Ａ６＝−０．１９７９０×１０^-1
Ａ８＝０．１０４０４
Ａ１０＝−０．１８５９５×１０^-1
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝−０．１３９６８×１０
Ａ４＝−０．１７５７７
Ａ６＝０．７１０６１×１０^-1
Ａ８＝−０．１５９５６×１０^-1
Ａ１０＝０．８７９９７×１０^-2
Ａ１２＝０．５５２１９×１０^-3
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝−０．４００００×１０
Ａ４＝０．６０６８９×１０^-1
Ａ６＝−０．７３６４９×１０^-2
Ａ８＝−０．３２８９２×１０^-2
Ａ１０＝０．６９６４８×１０^-3
Ａ１２＝−０．２３０３２×１０^-4
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝０．８００００×１０
Ａ４＝０．１１５４８×１０^-1
Ａ６＝−０．２１９１７×１０^-2
Ａ８＝−０．５３９１６×１０^-4
Ａ１０＝−０．１０２６１×１０^-3
Ａ１２＝０．１３１５１×１０^-4
（実施例３）
撮像光学系ＣＬの構成を図１に示す。ｆ＝５．１５ｍｍ、ＦＮＯ＝３．０である。撮像光学系ＣＬのコンストラクションデータを表３に示す。

また、非球面面係数を以下に示す。

第１面（ｒ１）の非球面係数
ε＝０．１９１６７×１０
Ａ４＝−０．３１０１１×１０^-2
Ａ６＝−０．５２７８７×１０^-2
Ａ８＝０．５３２２４×１０^-2
Ａ１０＝−０．２２７８２×１０^-3
Ａ１２＝−０．６１４６４×１０^-3
第２面（ｒ２）の非球面係数
ε＝−０．９００００×１０
Ａ４＝０．１３７３０×１０^-1
Ａ６＝−０．１２４０４×１０^-1
Ａ８＝０．５６０５０×１０^-1
Ａ１０＝−０．４１８８１×１０^-1
第４面（ｒ４）の非球面係数
ε＝０．１４９７８×１０
Ａ４＝−０．６４３９０×１０^-1
Ａ６＝−０．３６１９８×１０^-1
Ａ８＝０．４８７１７×１０^-1
Ａ１０＝−０．５９０８９×１０^-2
第５面（ｒ５）の非球面係数
ε＝−０．１３９９２×１０
Ａ４＝−０．１１３４０
Ａ６＝０．３２４７２×１０^-1
Ａ８＝−０．８８８８０×１０^-2
Ａ１０＝０．１７２８４×１０^-2
Ａ１２＝０．８４３７５×１０^-3
第６面（ｒ６）の非球面係数
ε＝−０．３０９４８×１０
Ａ４＝０．３８２４３×１０^-1
Ａ６＝−０．３４９８７×１０^-2
Ａ８＝−０．１８２２２×１０^-2
Ａ１０＝０．１８５２８×１０^-3
Ａ１２＝０．１１８９７×１０^-4
第７面（ｒ７）の非球面係数
ε＝０．２６３７５×１０
Ａ４＝０．１２４１８×１０^-1
Ａ６＝−０．３０２７１×１０^-2
Ａ８＝０．４０９８１×１０^-4
Ａ１０＝−０．５３４６２×１０^-6
Ａ１２＝０．２６０７８×１０^-6
また、各実施例の条件式（１）、（２）、（３）で規定されるパラメータに対応する値を併せて表４示す。

図４〜図６は、実施例１〜実施例３に対応する収差図である。各収差図は、左側から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図を表している。

各球面収差図おいて、実線ｄはｄ線、一点鎖線ｇはｇ線、二点鎖線ｃはｃ線それぞれに対する球面収差量、ＳＣは正弦条件不満足量を表す。また、各非点収差図において、実線ＤＳはサジタル面、点線ＤＭはメリディオナル面をそれぞれ表す。また、球面収差図の縦軸は光線のＦナンバーを表し、非点収差図及び歪曲収差図の縦軸は、最大像高Ｙ’を表す。

以上のように、本発明の撮像光学系によれば、光学性能が良好でコンパクトな固体撮像素子用撮像光学系を提供することが可能である。

したがって、本発明に係る撮像光学系を、デジタルカメラ等の撮像光学系に適用した場合、当該カメラの高機能化とコンパクト化に寄与することができる。

第１実施形態（実施例１）の撮像光学系のレンズ構成図。第２実施形態（実施例２）の撮像光学系のレンズ構成図。第３実施形態（実施例３）の撮像光学系のレンズ構成図。実施例１の撮像光学系の収差図。実施例２の撮像光学系の収差図。実施例３の撮像光学系の収差図。

符号の説明

ＣＬ撮像光学系
ＦＬ１第１レンズ
ＦＬ２第２レンズ
ＦＬ３第３レンズ
Ａ絞り
ＧＦガラスフィルター
ｒ１〜ｒ９面

Claims

複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象から順に、第１レンズと、開口絞りと、第２レンズと、第３レンズとからなり、
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第２レンズは、像面側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第３レンズは、像面側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、負の屈折力を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
５＜ｆ２３／ｆ＜２５
但し、
ｆ２３：第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
前記第２レンズは、像面側に凸面を向けるメニスカス形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像光学系。
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像光学系。
−５＜（ｒ３１＋ｒ３２）／（ｒ３１−ｒ３２）＜−１
但し、
ｒ３１：第３レンズの撮像対象側の曲率半径
ｒ３２：第３レンズの像面側の曲率半径