JP5578275B2 - 撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器 - Google Patents
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Description
本発明は、撮像光学系に関し、特に、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子に好適に適用される撮像光学系に関する。そして、本発明は、この撮影光学系を備える撮像装置およびこの撮像装置を搭載したデジタル機器に関する。
近年、CCD(Charged Coupled Device)型イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像素子の高性能化や小型化が伸展し、これに伴って、このような撮像素子を用いた撮像装置を備えた携帯電話や携帯情報端末等のデジタル機器が普及しつつある。また、これらの撮像装置に搭載される、前記固体撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成(結像)するための撮像光学系(撮像レンズ)には、さらなる小型化や高性能化への要求が高まっている。このような用途の撮像光学系において、従来、3枚構成あるいは4枚構成の光学系が提案されており、さらに加えて近年では、より高性能化が可能であることから、5枚構成の光学系も提案されつつある。
このような撮像光学系は、例えば、特許文献1および特許文献2に開示されている。この特許文献1に開示の撮像レンズは、固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側から順に、正の屈折力を有し物体側の凸面を向けた第1レンズ、開口絞り、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第2レンズ、正または負の屈折力を有する第3レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第4レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第5レンズから成り、前記第5レンズの像側面は、非球面形状であり、光軸との交点以外の位置に変曲点を有し、前記第1レンズの焦点距離をf1とし、全系の焦点距離をfとする場合に、0.50<f1/f<0.85の条件式を満たすものである。このような構成の撮像レンズは、5枚レンズ構成であって、前記特許文献1によれば、従来タイプ(ここでは特開2007−264180号公報や特開2007−279282号公報に開示の光学系)よりも小型でありながらも諸収差を良好に補正することができる(例えばその0012段落ないし0014段落)。
また、前記特許文献2に開示の撮像レンズは、固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、物体側から順に、正の屈折力を有し物体側の凸面を向けた第1レンズと、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第2レンズと、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第3レンズと、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第4レンズと、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第5レンズとから成り、前記第5レンズの像側の面は、非球面形状であり、光軸との交点以外の位置に変曲点を有し、開口絞りが前記第1レンズよりも像側に配置され、前記第1レンズの焦点距離をf1とし、前記第3レンズの焦点距離をf3とする場合に、0.8<f3/f1<2.6の条件式を満たすものである。このような構成の撮像レンズは、5枚レンズ構成であって、前記特許文献2によれば、従来タイプ(ここでは特開2007−264180号公報や特開2007−279282号公報に開示の光学系)よりも小型でありながらも諸収差を良好に補正することができる(例えばその0012段落ないし0015段落)。
ところで、撮像レンズは、従来より、無限距離の物体から近接距離の物体へフォーカスした際における、周辺像高における解像度の低下が課題となっている。これは、フォーカス(合焦)を行う際に、フォーカスを行うためのフォーカスレンズを物体側へ繰り出すことにより、この撮像レンズを構成する各レンズでの光束の通過位置が変化することに起因するものである。特に、開口絞りから遠い位置に配置されたレンズでは、フォーカスの前後での各光束(互いに異なる距離でフォーカスされた場合の各光束、デフォーカスの場合の光束とフォーカスの場合の光束)の通過位置が大きく変化し、画角が大きくなるに従って、物体距離が変動した場合における像面シフトが増大し、近接フォーカスの際の性能低下の原因となっている。
例えば、前記特許文献1および特許文献2に開示の撮像レンズは、上述の観点において第4レンズの形状が充分であると言えない点があり、フォーカスを行う際に軸外光束のレンズ入射位置が変化することに伴い、軸外光束のスポットが光軸方向にシフトする場合がある。このため、前記特許文献1および特許文献2に開示の撮像レンズは、フォーカスに伴って軸外画角の性能が低下してしまう。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することができる5枚のレンズ構成の撮像光学系を提供することである。そして、本発明は、この撮像光学系を備える撮像装置およびこの撮像装置を搭載したデジタル機器を提供することである。
本発明にかかる撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器は、物体側から順に、物体側凸の第1正レンズ、像側凹の第2負レンズ、両面共に断面上で光軸AXとの交点よりもレンズ断面が物体側となる領域を有する第3レンズ、少なくとも一方面に変曲点を持つ非球面形状を有し、像側凸の第4正レンズ、像側凹の第5負レンズを有し、全系、第1および第4レンズ11、14の各焦点距離をf、f1、f4とし、物体側面および像側面の各近軸半径をR1_L3、R2_L3とする場合に、f1/f、f4/f、f/R1_L3およびf/R2_L3の各値は、所定の条件を満たす。このような撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器は、5枚のレンズ構成であって、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することができる。
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
本実施形態では、上述の技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては、次の通り定義されているものとする。
(a)屈折率は、d線の波長(587.56nm)に対する屈折率である。
(b)アッベ数は、d線、F線(波長486.13nm)、C線(波長656.28nm)に対する屈折率を各々nd、nF、nC、アッベ数をνdとした場合に、
νd=(nd−1)/(nF−nC)
の定義式で求められるアッベ数νdをいうものとする。
(c)レンズについて、「凹」、「凸」または「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍(レンズの中心付近)でのレンズ形状を表しているものとする。
(d)接合レンズを構成している各単レンズにおける屈折力(光学的パワー、焦点距離の逆数)の表記は、単レンズのレンズ面の両側が空気である場合におけるパワーである。
(e)複合型非球面レンズに用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材として扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も1枚として取り扱うものとする。そして、レンズ屈折率も基板となっているガラス材料の屈折率とする。複合型非球面レンズは、基板となるガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズである。
(a)屈折率は、d線の波長(587.56nm)に対する屈折率である。
(b)アッベ数は、d線、F線(波長486.13nm)、C線(波長656.28nm)に対する屈折率を各々nd、nF、nC、アッベ数をνdとした場合に、
νd=(nd−1)/(nF−nC)
の定義式で求められるアッベ数νdをいうものとする。
(c)レンズについて、「凹」、「凸」または「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍(レンズの中心付近)でのレンズ形状を表しているものとする。
(d)接合レンズを構成している各単レンズにおける屈折力(光学的パワー、焦点距離の逆数)の表記は、単レンズのレンズ面の両側が空気である場合におけるパワーである。
(e)複合型非球面レンズに用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材として扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も1枚として取り扱うものとする。そして、レンズ屈折率も基板となっているガラス材料の屈折率とする。複合型非球面レンズは、基板となるガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズである。
以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で1枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。
<実施の一形態の撮像光学系の説明>
図1は、実施形態における撮像光学系の説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。図2は、主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。
図1は、実施形態における撮像光学系の説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。図2は、主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。
図1において、この撮像光学系1は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子18の受光面上に、物体(被写体)の光学像を形成するものであって、物体側より像側へ順に、第1ないし第5レンズ11〜15の5枚のレンズから構成されて成る光学系である。撮像素子18は、その受光面が撮像光学系1の像面と略一致するように配置される(像面=撮像面)。なお、図1で例示した撮像光学系1は、後述する実施例1の撮像光学系1A(図5)と同じ構成である。
そして、この撮像光学系1では、第1ないし第5レンズ11〜15が全玉繰り出しで光軸方向に移動することによってフォーカシングが行われる。
さらに、第1レンズ11は、物体側に凸の正の屈折力を有し、第2レンズ12は、像側に凹の負の屈折力を有し、第3レンズ13は、所定の屈折力を有し、第4レンズ14は、像側に凸の正の屈折力を有し、そして、第5レンズは、像側に凹の負の屈折力を有している。より具体的には、図1に示す例では、第1レンズ11は、両凸の正レンズであり、第2レンズ12は、像側に凹の負メニスカスレンズであり、第3レンズ13は、像側に凸の正メニスカスレンズであり、第4レンズ14は、像側に凸の正メニスカスレンズであり、そして、第5レンズ15は、両凹の負レンズである。これら第1ないし第5レンズ11〜15は、両面が非球面である。さらに、第3レンズ13の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面(光軸AXに沿って光軸AXを含むレンズ断面)の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IP3、IP3を有し、そして、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。さらに、第3レンズ13は、物体側面および像側面共に、光軸AXを含む断面上において光軸AXとの交点よりもレンズ断面が物体側となる領域を有し、下記(A1)および(A2)の各条件式を満たしている。
−0.4<f/R1_L3<0.2 ・・・(A1)
−0.6<f/R2_L3<0.05 ・・・(A2)
ただし、fは、この撮像光学系1全系の焦点距離であり、R1_L3は、第3レンズ13の物体側面の近軸半径であり、R2_L3は、第3レンズ13の像側面の近軸半径ある。第4レンズ14は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IP41、IP41;IP42、IP42を持っている。
−0.4<f/R1_L3<0.2 ・・・(A1)
−0.6<f/R2_L3<0.05 ・・・(A2)
ただし、fは、この撮像光学系1全系の焦点距離であり、R1_L3は、第3レンズ13の物体側面の近軸半径であり、R2_L3は、第3レンズ13の像側面の近軸半径ある。第4レンズ14は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IP41、IP41;IP42、IP42を持っている。
これら第1ないし第5レンズ群11〜15は、例えばガラスモールドレンズであってもよく、また例えば、プラスチック等の樹脂材料製レンズであってもよい。特に、携帯端末に搭載する場合には軽量化や低コスト化の観点から、樹脂材料製レンズが好ましい。図1に示す例では、これら第1ないし第5レンズ11〜15は、樹脂材料製レンズである。
また、この撮像光学系1は、第1レンズ11の焦点距離をf1とし、第4レンズ14の焦点距離をf4とし、そして、この撮像光学系1全系の焦点距離をfとした場合に、下記(1)および(2)の各条件式を満たしている。
0.5<|f1/f|<0.67 ・・・(1)
0.3<|f4/f|<0.63 ・・・(2)
0.5<|f1/f|<0.67 ・・・(1)
0.3<|f4/f|<0.63 ・・・(2)
なお、主光線の像面入射角は、図2に示すように、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度(deg、度)αであり、像面入射角αは、射出瞳位置が像面より物体側にある場合の主光線角度を正方向とする。
そして、この撮像光学系1には、例えば開口絞り等の光学絞り16が第1レンズ11の物体側に配置されている。
さらに、この撮像光学系1の像側、すなわち、第5レンズ15における像側には、フィルタ17や撮像素子18が配置される。フィルタ17は、平行平板状の光学素子であり、各種光学フィルタや、撮像素子のカバーガラス等を模式的に表したものである。使用用途、撮像素子、カメラの構成等に応じて、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等の光学フィルタを適宜に配置することが可能である。撮像素子18は、この撮像光学系1によって結像された被写体の光学像における光量に応じてR(赤)、G(緑)、B(青)の各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路(不図示)へ出力する素子である。これらによって物体側の被写体の光学像が、撮像光学系1によりその光軸AXに沿って所定の倍率で撮像素子18の受光面まで導かれ、撮像素子18によって前記被写体の光学像が撮像される。
このような構成の撮像光学系1は、5枚の第1ないし第5レンズ11〜15から構成されて成り、それぞれの第1ないし第5レンズ11〜15に上記光学特性を持たせて、これら5枚の第1ないし第5レンズ11〜15を物体側から像側へ順に配置することによって、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することが可能となる。
より詳しくは、この撮像光学系1は、物体側より順に、第1レンズ11、第2レンズ12、第3レンズ13、第4レンズ14からなる正レンズ群と、負の第5レンズ15を配置する、いわゆるテレフォトタイプであり、撮像光学系1全長の小型化に有利な構成となっている。
また、この撮像光学系1では、5枚レンズ構成のうちの2枚以上のレンズ(図1に示す例では第2レンズ12および第5レンズ15)が負レンズとされており、発散作用を有する面が多くなっている。このため、この撮像光学系1は、ペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保することが可能となる。
また、この撮像光学系1では、第3レンズ13を物体側面および像側面共に、光軸AXを含む断面上において光軸AXとの交点よりもレンズ断面が物体側となる領域を有する形状とすることによって、第3レンズ13がメニスカスレンズである場合の効果と同様に、第2レンズ12と第3レンズ13とは、凹面が向かい合う構成となっている。このため、この撮像光学系1は、第2レンズ12の像側面で跳ね上げられた光束で発生するコマ収差を、無限距離の物体に対するフォーカスから近接距離の物体に対するフォーカスまでのいずれにおいても第3レンズ13の物体側面で補正することが可能となり、高画角においてもコマ収差を良好に補正することができる。
そして、この条件式(A1)の上限を上回ると、レンズ断面上に光軸AXとの交点よりも断面が物体側となる領域を実現するためには、局所的な曲率変化が大きくなるため、フォーカスに伴う低像高での性能変動が大きくなるから、好ましくない。一方、条件式(A1)の下限を下回ると、第3レンズ13の近軸パワーが大きくなり、低像高においてフォーカスに伴う性能変動が大きくなって好ましくない。
また、この条件式(A2)の上限を上回ると、レンズ断面上に光軸AXとの交点よりも断面が物体側となる領域を実現するためには、局所的な曲率変化が大きくなるため、フォーカスに伴う低像高での性能変動が大きくなるから、好ましくない。一方、条件式(A2)の下限を下回ると、第3レンズ13の近軸パワーが大きくなり、低像高においてフォーカスに伴う性能変動が大きくなって好ましくない。
ここで、好ましくは、第3レンズ13の有効領域の50%の領域でのフィッティング曲率は、負の値をとることである。有効領域の50%の位置のフィッティング曲率とは、レンズ面と光軸AXとの交点から、最大有効半径に対して50%以内の領域において、形状測定値を最小自乗法でフィッティングした際の半径を指すものとする。第3レンズ13の有効領域の50%の領域でのフィッティング曲率が負の値をとる構成とすることにより、前述のコマ収差補正の効果をより高めることができる。
また、この撮像光学系1は、第4レンズ14を像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズとすることによって、第2レンズ12で強く跳ね上げられた軸外光線を各面での屈折角を小さく抑えながら第5レンズ15に導くことができ、軸外の収差を良好に抑えることができる。
また、この撮像光学系1では、第4レンズ14の両面が前記変曲点を有して非球面形状となっている。このため、この撮像光学系1は、軸外光束で発生する収差をより良好に補正することが可能となる。そして、この撮像光学系1は、フォーカスの際に軸外光束がレンズに入射する位置が変化した場合でも、軸外光束のスポット位置が光軸方向にシフトすることを抑制することが可能となる。
そして、前記条件式(1)は、第1レンズ11の焦点距離f1を適切に設定し、撮像光学系1全長の短縮化と収差補正の適正化とを達成するための条件式である。この条件式(1)の上限を下回ることで、この撮像光学系1は、第1レンズ11の屈折力を適度に維持することができ、第1レンズ11から第4レンズ14の合成主点をより物体側へ配置することができ、撮像光学系1全長を短くすることができる。一方、条件式(1)の下限を上回ることで、この撮像光学系1は、第1レンズ11の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、第1レンズ11で発生する高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。
このような観点から、本実施形態の撮像光学系1は、下記(1’)の条件式を満足することがより好ましい。
0.52<|f1/f|<0.67 ・・・(1’)
0.52<|f1/f|<0.67 ・・・(1’)
また、前記条件式(2)は、第4レンズ14の焦点距離を適切に設定し、軸外光束での収差補正の適正化を達成するための条件式である。この条件式(2)の上限を下回ることで、この撮像光学系1は、軸外光線と第5レンズ15との屈折角を抑えることができ、軸外の収差を良好に抑えることができる。一方、条件式(2)の下限を上回ることで、この撮像光学系1は、第4レンズ14に入射する軸外光束に対してフォーカス前後でのレンズ入射位置変化により発生する局所的なパワーの変化を適切に設定でき、無限距離の物体および近接距離の物体に対してフォーカスを行う際における軸外光線のスポット位置の光軸方向シフトを補正することができる。
そして、この撮像光学系1において、5枚レンズ構成のうちの最も像側に配置された第5レンズ15における像側面は、非球面である。このため、この撮像光学系1は、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができ、さらに、像側光束のテレセントリック特性が確保し易くなる。
また、上述の撮像光学系1では、第3レンズ13の像側面は、非球面形状であって、光軸AXに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IP3、IP3を有している。このため、本実施形態の撮像光学系1は、像側面に変曲点IP3、IP3を有することによって、第4レンズ14の変曲点IP41、IP41;IP42、IP42と合わせて、軸外光束のレンズに対する入射位置がフォーカシングに伴って変化した場合であっても、軸外光束の光軸方向のシフトを適切に補正することができる。
また、上述の撮像光学系1では、第4レンズ14の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IP42、IP42を有している。このため、本実施形態の撮像光学系1は、より像面側に変曲点IP42、IP42を配置することによって、軸外光束に対するパワーを適切に配置することが可能となり、軸外光束の像面湾曲をより良好に補正することが可能である。
また、上述の撮像光学系1では、第4レンズの物体側の面にも変曲点IP41、IP41を有している。すなわち、上述の撮像光学系1では、第4レンズ14の物体側および像側面の両面は、光軸AXに沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IP41、IP41;IP42、IP42を有している。このため、本実施形態の撮像光学系1は、第4レンズ14の両面に変曲点IP41、IP41;IP42、IP42を配置することによって、フォーカスを行う際に軸外光束の第4レンズ14への入射位置が変化することに伴う像面湾曲の変化を、第4レンズ14における物体側面と像側面とで補正し合うことが可能となり、軸外光束のスポット位置変化を一層抑制することが可能となる。
また、上述の撮像光学系1では、第1レンズ11の物体側に開口絞りの光学絞り16をさらに備えている。このため、本実施形態の撮像光学系1は、光学絞り16を第1レンズ11の物体側に配置することによって、第5レンズ15に対する軸外光束の入射角度を小さくすることができ、フォーカシングによる軸外光束のスポット位置変化を抑制しつつ、良好なテレセントリック特性を実現することができる。
また、上述の撮像光学系1では、第3レンズ13の像側面は、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。このため、本実施形態の撮像光学系1は、第3レンズ13の周辺部に負の屈折率を有する領域を有することによって、第2レンズ12で軸外光束を過度に跳ね上げる必要がなくなり、軸外光束のコマ収差および倍率色収差を良好に補正することができる。
また、上述の撮像光学系1では、第1ないし第5レンズ11〜15の全ては、樹脂材料で形成された樹脂材料製レンズである。
近年では、固体撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さい装置が開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子用の撮像光学系は、全系の焦点距離を比較的に短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。したがって、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、全てのレンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても安価に大量生産が可能となる。また、プラスチックレンズは、プレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑えることができ、その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。このため、本実施形態の撮像光学系1は、所定の性能を比較的容易に実現することができ、低コスト化を図ることができる。
なお、これら上述の撮像光学系1において、第4レンズ14の物体側面における軸上曲率半径をR1_L4とし、第4レンズ14の像側面における軸上曲率半径をR2_L4とする場合に、下記(3)の条件式を満たすことが好ましい。
1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<2 ・・・(3)
1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<2 ・・・(3)
この条件式(3)は、無限距離の物体に対してフォーカスを行う際および近接距離の物体に対してフォーカスを行う際における軸外光線のスポット位置の光軸方向シフトを適切に補正するための第4レンズ14の形状を規定するものである。この条件式(3)の上限を下回ることで、このような構成の撮像光学系1は、第4レンズ14に入射する軸外光束に対してフォーカス前後でのレンズ入射位置変化によって発生する局所的なパワーの変化をより適切に設定することができ、物体距離によらず良好な軸外性能を実現することができる。一方、条件式(3)の下限を上回ることで、このような構成の撮像光学系1は、第2レンズ12で強く跳ね上げられた軸外光線を各面での屈折角を小さく抑えながら第5レンズ15に導くことができ、軸外の収差をより良好に抑えることができる。
このような観点から、この撮像光学系1は、下記(3’)の条件式を満足することがより好ましい。
1.1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<1.6 ・・・(3’)
1.1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<1.6 ・・・(3’)
また、これら上述の撮像光学系1において、第3レンズ13の焦点距離をf3とし、第4レンズ14の焦点距離をf4とする場合に、下記(4)の条件式を満たすことが好ましい。
0<|f4/f3|<0.12 ・・・(4)
0<|f4/f3|<0.12 ・・・(4)
この条件式(4)は、第3レンズ13および第4レンズ14の焦点距離を適切に設定し、良好な収差補正を達成するための条件式である。この条件式(4)の上限を下回ることで、このような構成の撮像光学系1は、第3レンズ13と第4レンズ14とで変曲点の位置を適切に設定することが可能となり、物体距離によらず軸外光束の像面湾曲を抑制することが可能である。
このような観点から、この撮像光学系1は、下記(4’)の条件式を満足することがより好ましい。
0<|f4/f3|<0.1 ・・・(4’)
0<|f4/f3|<0.1 ・・・(4’)
また、これら上述の撮像光学系1において、第2レンズ12のアッベ数をv2とする場合に、下記(5)の条件式を満たすことが好ましい。
15<v2<31 ・・・(5)
15<v2<31 ・・・(5)
前記条件式(5)は、第2レンズ12のアッベ数を適切に設定するための条件式である。この条件式(5)の上限を下回ることで、このような構成の撮像光学系1は、第2レンズ12の分散を適度に大きくすることができ、第2レンズ12の屈折力を抑えつつ軸上色収差や倍率色収差などの色収差を良好に補正することができる。一方、条件式(5)の下限を上回ることで、このような構成の撮像光学系1は、入手しやすい材料で構成することができる。
このような観点から、この撮像光学系1は、下記(5’)の条件式を満足することがより好ましい。
15<v2<27 ・・・(5’)
15<v2<27 ・・・(5’)
また、これら上述の撮像光学系において、第2レンズ12のd線における屈折力をNd2とする場合に、下記(6)の条件式を満たすことが好ましい。
1.6<Nd2<2.1 ・・・(6)
1.6<Nd2<2.1 ・・・(6)
前記条件式(6)は、撮像光学系1全系の色収差、像面湾曲を良好に補正するための条件式である。この条件式(6)の下限を上回ることで、このような構成の撮像光学系1は、比較的分散の大きな第2レンズ2の屈折力を適度に維持することができ、色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。一方、条件式(6)の上限を下回ることで、このような構成の撮像光学系1は、入手しやすい材料で構成することができる。
このような観点から、この撮像光学系1は、下記(6’)の条件式を満足することがより好ましい。
1.6<Nd2<2 ・・・(6’)
1.6<Nd2<2 ・・・(6’)
また、これら上述の撮像光学系1において、第3レンズ13のアッベ数をv3とする場合に、下記(7)の条件式を満たすことが好ましい。
15<v3<31 ・・・(7)
15<v3<31 ・・・(7)
前記条件式(7)は、第3レンズ13のアッベ数を適切に設定するための条件式である。この条件式(7)の上限を下回ることで、このような構成の撮像光学系1は、第3レンズ13の分散を適度に大きくすることができ、第3レンズ13の屈折力を抑えつつ軸外光束の色収差や倍率色収差などの色収差を良好に補正することができる。また、条件式(7)の上限を下回ることにより、このような構成の撮像光学系1は、軸上での色収差を適切に補正することも可能となる。一方、条件式(7)の下限を上回ることで、このような構成の撮像光学系1は、入手しやすい材料で構成することができる。
このような観点から、この撮像光学系1は、下記(7’)の条件式を満足することがより好ましい。
15<v3<27 ・・・(7’)
15<v3<27 ・・・(7’)
また、これら上述の撮像光学系1において、第3レンズ13のd線における屈折力をNd3とする場合に、下記(8)の条件式を満たすことが好ましい。
1.6<Nd3<2.1 ・・・(8)
1.6<Nd3<2.1 ・・・(8)
前記条件式(8)は、物体距離によらず軸外光束のスポット性能を良好に補正するための条件式である。この条件式(8)の下限を上回ることで、このような構成の撮像光学系1は、フォーカシングによって軸外光束の第3レンズ13への入射位置が変化した場合に、軸外光束入射位置での局所的なパワーの変化を適切に設定することができる。一方、条件式(8)の上限を下回ることで、このような構成の撮像光学系1は、入手しやすい材料で構成することができる。
このような観点から、この撮像光学系1は、下記(8’)の条件式を満足することがより好ましい。
1.6<Nd3<2 ・・・(8’)
1.6<Nd3<2 ・・・(8’)
また、これら上述の撮像光学系1において、可動する第1ないし第5レンズ11〜15等の駆動には、カムやステッピングモータ等が用いられてもよいし、あるいは、圧電アクチュエータが用いられてもよい。圧電アクチュエータを用いる場合では、駆動装置の体積および消費電力の増加を抑制しつつ、各群を独立に駆動させることも可能で、撮像装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
また、上述では、樹脂材料製レンズであったが、これら上述の撮像光学系1において、非球面を有するガラスレンズが用いられてもよい。この場合に、この非球面ガラスレンズは、ガラスモールド非球面レンズや、研削非球面ガラスレンズや、複合型非球面レンズ(球面ガラスレンズ上に非球面形状の樹脂を形成したもの)であってもよい。ガラスモールド非球面レンズは、大量生産に向き、好ましく、複合型非球面レンズは、基板となり得るガラス材料の種類が多いため、設計の自由度が高くなる。特に、高屈折率材料を用いた非球面レンズでは、モールド形成が容易ではないため、複合型非球面レンズが好ましい。また、片面非球面の場合には、複合型非球面レンズの利点を最大限に活用することが可能となる。
また、これら上述の撮像光学系1において、プラスチックレンズを用いる場合では、プラスチック(樹脂材料)中に最大長が30ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることが好ましい。
一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光が散乱し透過率が低下するので、光学材料として使用することが困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長よりも小さくすることによって、光は、実質的に散乱しない。そして、樹脂材料は、温度上昇に伴って屈折率が低下してしまうが、無機粒子は、逆に、温度上昇に伴って屈折率が上昇する。このため、このような温度依存性を利用して互いに打ち消し合うように作用させることで、温度変化に対して屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。より具体的には、母材となる樹脂材料に最大長で30ナノメートル以下の無機微粒子を分散させることによって、屈折率の温度依存性を低減した樹脂材料となる。例えば、アクリルに酸化ニオブ(Nb2O5)の微粒子を分散させる。これら上述の撮像光学系1において、比較的屈折力の大きなレンズ、またはすべてのレンズ(図1に示す例では第1ないし第5レンズ11〜15)に、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズ全系の温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。
このような無機微粒子を分散させたプラスチック材料製レンズは、以下のように成形されることが好ましい。
屈折率の温度変化について説明すると、屈折率の温度変化n(T)は、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率nを温度Tで微分することによって式Faで表される。
n(T)=((n2+2)×(n2−1))/6n×(−3α+(1/[R])×(∂[R]/∂T)) ・・・(Fa)
ただし、αは、線膨張係数であり、[R]は、分子屈折である。
n(T)=((n2+2)×(n2−1))/6n×(−3α+(1/[R])×(∂[R]/∂T)) ・・・(Fa)
ただし、αは、線膨張係数であり、[R]は、分子屈折である。
樹脂材料の場合では、一般に、屈折率の温度依存性に対する寄与は、式Fa中の第1項に較べて第2項が小さく、ほぼ無視することができる。例えば、PMMA樹脂の場合では、線膨張係数αは、7×10−5であって、式Faに代入すると、n(T)=−12×10−5(/℃)となり、実測値と略一致する。
具体的には、従来は、−12×10−5[/℃]程度であった屈折率の温度変化n(T)を、絶対値で8×10−5[/℃]未満に抑えることが好ましい。さらに好ましくは、絶対値で6×10−5[/℃]未満にすることである。
よって、このような樹脂材料としては、ポリオレフィン系の樹脂材料やポリカーボネイト系の樹脂材料やポリエステル系の樹脂材料が好ましい。ポリオレフィン系の樹脂材料では、屈折率の温度変化n(T)は、約−11×10−5(/℃)となり、ポリカーボネイト系の樹脂材料では、屈折率の温度変化n(T)は、約−14×10−5(/℃)となり、そして、ポリエステル系の樹脂材料では、屈折率の温度変化n(T)は、約−13×10−5(/℃)となる。
<撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明>
次に、上述の撮像光学系1が組み込まれたデジタル機器について説明する。
次に、上述の撮像光学系1が組み込まれたデジタル機器について説明する。
図3は、実施形態におけるデジタル機器の構成を示すブロック図である。デジタル機器3は、撮像機能のために、撮像部30、画像生成部31、画像データバッファ32、画像処理部33、駆動部34、制御部35、記憶部36およびI/F部37を備えて構成される。デジタル機器3としては、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ(モニタカメラ)、携帯電話機や携帯情報端末(PDA)等の携帯端末、パーソナルコンピュータおよびモバイルコンピュータを挙げることができ、これらの周辺機器(例えば、マウス、スキャナおよびプリンタなど)を含んでよい。特に、本実施形態の撮像光学系1は、携帯電話機や携帯情報端末(PDA)等の携帯端末に搭載する上で充分にコンパクト化されており、この携帯端末に好適に搭載される。
撮像部30は、撮像装置21と撮像素子18とを備えて構成される。撮像装置21は、撮像レンズとして機能する図1に示したような撮像光学系1と、光軸方向にフォーカスのためのレンズを駆動してフォーカシングを行うための図略のレンズ駆動装置等とを備えて構成される。被写体からの光線は、撮像光学系1によって撮像素子18の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。
撮像素子18は、上述したように、撮像光学系1により結像された被写体の光学像をR,G,Bの色成分の電気信号(画像信号)に変換し、R,G,B各色の画像信号として画像生成部31に出力する。撮像素子18は、制御部35によって静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、または、撮像素子18における各画素の出力信号の読出し(水平同期、垂直同期、転送)などの撮像動作が制御される。
画像生成部31は、撮像素子18からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整(WB調整)、輪郭補正および色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から画像データを生成する。画像生成部31で生成された画像データは、画像データバッファ32に出力される。
画像データバッファ32は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部33によって後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、揮発性の記憶素子であるRAM(Random Access Memory)などで構成される。
画像処理部33は、画像データバッファ32の画像データに対し、解像度変換等の所定の画像処理を行う回路である。
また、必要に応じて画像処理部33は、撮像素子18の受光面上に形成される被写体の光学像における歪みを補正する公知の歪み補正処理等の、撮像光学系1では補正しきれなかった収差を補正するように構成されてもよい。歪み補正は、収差によって歪んだ画像を肉眼で見える光景と同様な相似形の略歪みのない自然な画像に補正するものである。このように構成することによって、撮像光学系1によって撮像素子18へ導かれた被写体の光学像に歪みが生じていたとしても、略歪みのない自然な画像を生成することが可能となる。また、このような歪みを情報処理による画像処理で補正する構成では、特に、歪曲収差を除く他の諸収差だけを考慮すればよいので、撮像光学系1の設計の自由度が増し、設計がより容易となる。また、このような歪みを情報処理による画像処理で補正する構成では、特に、像面に近いレンズによる収差負担が軽減されるため、射出瞳位置の制御が容易となり、レンズ形状を加工性の良い形状にすることができる。
また、必要に応じて画像処理部33は、撮像素子18の受光面上に形成される被写体の光学像における周辺照度落ちを補正する公知の周辺照度落ち補正処理を含んでもよい。周辺照度落ち補正(シェーディング補正)は、周辺照度落ち補正を行うための補正データを予め記憶しておき、撮影後の画像(画素)に対して補正データを乗算することによって実行される。周辺照度落ちが主に撮像素子18における感度の入射角依存性、レンズの口径食およびコサイン4乗則等によって生じるため、前記補正データは、これら要因によって生じる照度落ちを補正するような所定値に設定される。このように構成することによって、撮像光学系1によって撮像素子18へ導かれた被写体の光学像に周辺照度落ちが生じていたとしても、周辺まで充分な照度を持った画像を生成することが可能となる。
駆動部34は、制御部35から出力される制御信号に基づいて図略の前記レンズ駆動装置を動作させることによって、所望のフォーカシングを行わせるように撮像光学系1におけるフォーカスのためのレンズを駆動する。
制御部35は、例えばマイクロプロセッサおよびその周辺回路などを備えて構成され、撮像部30、画像生成部31、画像データバッファ32、画像処理部33、駆動部34、記憶部36およびI/F部37の各部の動作をその機能に従って制御する。すなわち、この制御部35によって、撮像装置21は、被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行するよう制御される。
記憶部36は、被写体の静止画撮影または動画撮影によって生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や、書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)や、RAMなどを備えて構成される。つまり、記憶部36は、静止画用および動画用のメモリとしての機能を有する。
I/F部37は、外部機器と画像データを送受信するインタフェースであり、例えば、USBやIEEE1394などの規格に準拠したインタフェースである。
このような構成のデジタル機器3の撮像動作に次について説明する。
静止画を撮影する場合は、制御部35は、撮像装置21に静止画の撮影を行わせるように制御すると共に、駆動部34を介して撮像装置21の図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、撮像光学系1を移動させることによってフォーカシングを行う。これにより、ピントの合った光学像が撮像素子18の受光面に周期的に繰り返し結像され、R、G、Bの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部31に出力される。その画像信号は、画像データバッファ32に一時的に記憶され、画像処理部33により画像処理が行われた後、その画像信号に基づく画像がディスプレイ(不図示)に表示される。そして、撮影者は、前記ディスプレイを参照することで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することが可能となる。この状態でいわゆるシャッターボタン(不図示)が押されることによって、静止画用のメモリとしての記憶部36に画像データが格納され、静止画像が得られる。
また、動画撮影を行う場合は、制御部35は、撮像装置21に動画の撮影を行わせるように制御する。後は、静止画撮影の場合と同様にして、撮影者は、前記ディスプレイ(不図示)を参照することで、撮像装置21を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。前記シャッターボタン(不図示)が押されることによって、動画撮影が開始される。そして、動画撮影時、制御部35は、撮像装置21に動画の撮影を行わせるように制御すると共に、駆動部34を介して撮像装置21の図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、フォーカシングを行う。これによって、ピントの合った光学像が撮像素子18の受光面に周期的に繰り返し結像され、R、G、Bの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部31に出力される。その画像信号は、画像データバッファ32に一時的に記憶され、画像処理部33により画像処理が行われた後、その画像信号に基づく画像がディスプレイ(不図示)に表示される。そして、もう一度前記シャッターボタン(不図示)を押すことで、動画撮影が終了する。撮影された動画像は、動画用のメモリとしての記憶部36に導かれて格納される。
このような構成では、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することができる5枚のレンズ構成の撮像光学系1を用いた撮像装置21およびデジタル機器3が提供される。特に、撮像光学系1は、小型化および高性能化が図られているので、小型化(コンパクト化)を図りつつ高画素な撮像素子18を採用することができる。特に、撮像光学系1が小型で高画素撮像素子に適用可能であるので、高画素化や高機能化が進む携帯端末に好適である。その一例として、携帯電話機に撮像装置21を搭載した場合について、以下に説明する。
図4は、デジタル機器の一実施形態を示すカメラ付携帯電話機の外観構成図である。図4(A)は、携帯電話機の操作面を示し、図4(B)は、操作面の裏面、つまり背面を示す。
図4において、携帯電話機5には、上部にアンテナ51が備えられ、その操作面には、図4(A)に示すように、長方形のディスプレイ52、画像撮影モードの起動および静止画撮影と動画撮影との切り替えを行う画像撮影ボタン53、シャッタボタン55およびダイヤルボタン56が備えられている。
そして、この携帯電話機5には、携帯電話網を用いた電話機能を実現する回路が内蔵されると共に、上述した撮像部30、画像生成部31、画像データバッファ32、画像処理部33、駆動部34、制御部35および記憶部36が内蔵されており、撮像部30の撮像装置21が背面に臨んでいる。
画像撮影ボタン53が操作されると、その操作内容を表す制御信号が制御部35へ出力され、制御部35は、静止画撮影モードの起動、実行や動画撮影モードの起動、実行等の、その操作内容に応じた動作を実行する。そして、シャッタボタン55が操作されると、その操作内容を表す制御信号が制御部35へ出力され、制御部35は、静止画撮影や動画撮影等の、その操作内容に応じた動作を実行する。
<撮像光学系のより具体的な実施形態の説明>
以下、図1に示したような撮像光学系1、すなわち、図3に示したようなデジタル機器3に搭載される撮像装置21に備えられる撮像光学系1の具体的な構成を、図面を参照しつつ説明する。
以下、図1に示したような撮像光学系1、すなわち、図3に示したようなデジタル機器3に搭載される撮像装置21に備えられる撮像光学系1の具体的な構成を、図面を参照しつつ説明する。
図5は、実施例1における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図9は、距離無限遠での、実施例1における撮像光学系の縦収差図である。図10は、距離無限遠での、実施例1における撮像光学系の横収差図である。図11は、距離10cmでの、実施例1における撮像光学系の縦収差図である。図12は、距離10cmでの、実施例1における撮像光学系の横収差図である。
実施例1の撮像光学系1Aは、図5に示すように、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシング(ピント合わせ)の際には、第1ないし第5レンズL1〜L5は、全玉繰り出しで光軸AX方向に一体で移動する。
より詳しくは、実施例1の撮像光学系1Aは、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
第1レンズL1は、正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する負メニスカスレンズであり、第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、そして、第5レンズL5は、両凹の負レンズである。これら第1ないし第5レンズL1〜L5は、両面が非球面であり、樹脂材料製レンズである。そして、第3レンズL3の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面(光軸AXに沿って光軸AXを含むレンズ断面)の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPA3、IPA3を有し、そして、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。すなわち、第3レンズL3は、光軸AXから所定の距離までの範囲内(断面円形領域内)では、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の正レンズであり、前記所定の距離から有効領域端までの範囲内(断面リング形状領域内)では、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する負レンズとなっている。第4レンズL4は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPA41、IPA41;IPA42、IPA42を持っている。
光学絞りSTは、第1レンズL1の物体側に配設される。光学絞りSTは、後述の実施例の場合も同様に、開口絞りやメカニカルシャッタや可変絞りであってよい。
そして、第5レンズL5の像側には、フィルタとしての平行平板FTを介して撮像素子SRの受光面が配置されている。平行平板FTは、各種光学フィルタや撮像素子SRのカバーガラス等である。
図5において、各レンズ面に付されている番号ri(i=1,2,3,・・・)は、物体側から数えた場合のi番目のレンズ面(ただし、レンズの接合面は1つの面として数えるものとする。)であり、riに「*」印が付されている面は、非球面であることを示す。なお、平行平板FTの両面および撮像素子SRの受光面も1つの面として扱っており、光学絞りSTの両面も1つの面として扱っている。このような取り扱いおよび符号の意義は、後述の実施例についても同様である。ただし、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各実施例の各図を通じて、最も物体側に配置されるレンズ面には、同じ符号(r1)が付されているが、これらの曲率などが各実施例を通じて同一であるという意味ではない。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸AXに沿って、順に光学絞りST、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5および平行平板FTを通過し、撮像素子SRの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子SRでは、光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理などが施され、デジタル映像信号として例えばデジタルカメラ等のデジタル機器のメモリに記録されたり、インタフェースを介して有線あるいは無線の通信によって他のデジタル機器に伝送されたりする。
実施例1の撮像光学系1Aにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例1
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り表面) ∞ 0.05 0.90
2(絞り裏面) ∞ -0.24 0.90
3* 1.676 0.628 1.5447 56.15 0.94
4* -13.857 0.055 0.95
5* 4.012 0.28 1.63469 23.87 0.96
6* 1.559 0.568 0.95
7* -36.876 0.31 1.63469 23.87 1.07
8* -35.075 0.415 1.23
9* -6.434 0.865 1.5447 56.15 1.84
10* -0.965 0.229 2.02
11* -2.637 0.45 1.53048 55.72 2.29
12* 1.582 可変 2.55
13 ∞ 0.3 1.51633 64.14 2.82
14 ∞ 0.4 2.88
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-2.4776E-02,A4=5.4737E-03,A6=1.8802E-03,A8=-3.1928E-03,A10=1.7037E-02,A12=-2.1868E-02,A14=8.4210E-03
第4面
K=-2.9823E+01,A4=2.9864E-02,A6=3.6878E-02,A8=-4.3208E-02,A10=-2.3999E-02,A12=2.7062E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-4.4484E-02,A6=1.4564E-01,A8=-1.2728E-01,A10=-3.2604E-02,A12=7.7790E-02,A14=-1.8876E-02
第6面
K=-6.2952E+00,A4=4.7985E-02,A6=5.1872E-02,A8=-1.8852E-02,A10=-6.3501E-03,A12=-4.1075E-03,A14=2.2070E-02
第7面
K=3.0000E+01,A4=-1.2218E-01,A6=-2.6536E-02,A8=6.2354E-02,A10=2.0372E-02,A12=-1.8554E-02,A14=-6.3386E-04
第8面
K=3.0000E+01,A4=-1.0027E-01,A6=3.0627E-03,A8=1.9106E-02,A10=1.6054E-02,A12=-2.2771E-03,A14=-2.7944E-03
第9面
K=7.8257E+00,A4=-3.7724E-04,A6=2.0421E-02,A8=-1.1047E-03,A10=-1.6207E-03,A12=2.6445E-04
第10面
K=-4.0592E+00,A4=-4.3185E-02,A6=5.1578E-02,A8=-1.1842E-02,A10=6.5318E-04,A12=1.9046E-05
第11面
K=-3.0000E+01,A4=-1.4223E-02,A6=-1.5539E-03,A8=2.1085E-03,A10=-1.9864E-04,A12=-2.5376E-05,A14=2.8800E-06
第12面
K=-1.2523E+01,A4=-3.6784E-02,A6=7.2592E-03,A8=-1.4441E-03,A10=1.4444E-04,A12=-5.0337E-06,A14=3.2341E-08
各種データ
焦点距離(f) 4.33 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 66.0 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.143 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.77
第2レンズL2 -4.16
第3レンズL3 1050.32
第4レンズL4 1.97
第5レンズL5 -1.79
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り表面) ∞ 0.05 0.90
2(絞り裏面) ∞ -0.24 0.90
3* 1.676 0.628 1.5447 56.15 0.94
4* -13.857 0.055 0.95
5* 4.012 0.28 1.63469 23.87 0.96
6* 1.559 0.568 0.95
7* -36.876 0.31 1.63469 23.87 1.07
8* -35.075 0.415 1.23
9* -6.434 0.865 1.5447 56.15 1.84
10* -0.965 0.229 2.02
11* -2.637 0.45 1.53048 55.72 2.29
12* 1.582 可変 2.55
13 ∞ 0.3 1.51633 64.14 2.82
14 ∞ 0.4 2.88
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-2.4776E-02,A4=5.4737E-03,A6=1.8802E-03,A8=-3.1928E-03,A10=1.7037E-02,A12=-2.1868E-02,A14=8.4210E-03
第4面
K=-2.9823E+01,A4=2.9864E-02,A6=3.6878E-02,A8=-4.3208E-02,A10=-2.3999E-02,A12=2.7062E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-4.4484E-02,A6=1.4564E-01,A8=-1.2728E-01,A10=-3.2604E-02,A12=7.7790E-02,A14=-1.8876E-02
第6面
K=-6.2952E+00,A4=4.7985E-02,A6=5.1872E-02,A8=-1.8852E-02,A10=-6.3501E-03,A12=-4.1075E-03,A14=2.2070E-02
第7面
K=3.0000E+01,A4=-1.2218E-01,A6=-2.6536E-02,A8=6.2354E-02,A10=2.0372E-02,A12=-1.8554E-02,A14=-6.3386E-04
第8面
K=3.0000E+01,A4=-1.0027E-01,A6=3.0627E-03,A8=1.9106E-02,A10=1.6054E-02,A12=-2.2771E-03,A14=-2.7944E-03
第9面
K=7.8257E+00,A4=-3.7724E-04,A6=2.0421E-02,A8=-1.1047E-03,A10=-1.6207E-03,A12=2.6445E-04
第10面
K=-4.0592E+00,A4=-4.3185E-02,A6=5.1578E-02,A8=-1.1842E-02,A10=6.5318E-04,A12=1.9046E-05
第11面
K=-3.0000E+01,A4=-1.4223E-02,A6=-1.5539E-03,A8=2.1085E-03,A10=-1.9864E-04,A12=-2.5376E-05,A14=2.8800E-06
第12面
K=-1.2523E+01,A4=-3.6784E-02,A6=7.2592E-03,A8=-1.4441E-03,A10=1.4444E-04,A12=-5.0337E-06,A14=3.2341E-08
各種データ
焦点距離(f) 4.33 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 66.0 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.143 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.77
第2レンズL2 -4.16
第3レンズL3 1050.32
第4レンズL4 1.97
第5レンズL5 -1.79
上記各種データのレンズ全長(TL)は、物体距離無限時でのレンズ全長(第1レンズ物体側面から撮像面まで)である。以下の各実施例も同様である。
上記の面データにおいて、面番号は、図5に示した各レンズ面に付した符号ri(i=1,2,3,…)の番号iが対応する。番号iに*が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面)であることを示す。
また、“r”は、各面の曲率半径(単位はmm)、“d”は、無限遠合焦状態(無限距離での合焦状態)での光軸上の各レンズ面の間隔(軸上面間隔)、“nd”は、各レンズのd線(波長587.56nm)に対する屈折率、“νd”は、アッベ数、“ER”は、有効半径(mm)をそれぞれ示している。なお、光学絞りST、平行平面板FTの両面、撮像素子SRの受光面の各面は、平面であるために、それらの曲率半径は、∞(無限大)である。
上記の非球面データは、非球面とされている面(面データにおいて番号iに*が付された面)の2次曲面パラメータ(円錐係数K)と非球面係数Ai(i=4,6,8,10,12,14,16)の値とを示すものである。なお、光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをz軸の正の方向とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用い、次式により定義している。
z(h)=ch2/[1+√{1−(1+K)c2h2}]+ΣAi・hi
ただし、z(h):高さhの位置でのz軸方向の変位量(面頂点基準)
h:z軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)
c:近軸曲率(=1/曲率半径)
Ai:i次の非球面係数
K:2次曲面パラメータ(円錐係数)
z(h)=ch2/[1+√{1−(1+K)c2h2}]+ΣAi・hi
ただし、z(h):高さhの位置でのz軸方向の変位量(面頂点基準)
h:z軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)
c:近軸曲率(=1/曲率半径)
Ai:i次の非球面係数
K:2次曲面パラメータ(円錐係数)
そして、上記非球面データにおいて、「En」は、「10のn乗」を意味する。例えば、「E+001」は、「10の+1乗」を意味し、「E-003」は、「10の−3乗」を意味する。
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例1の撮像レンズ1Aにおける各収差を図10ないし図13に示す。
図10には、距離無限遠での縦収差図が示されており、図12には、距離10cmでの縦収差図が示されている。図10(A)、(B)および(C)ならびに図12(A)、(B)および(C)は、それぞれ、この順に、球面収差(正弦条件)(LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION)、非点収差(ASTIGMATISM FIELD CURVE)および歪曲収差(DISTORTION)をそれぞれ示す。球面収差の横軸は、焦点位置のずれをmm単位で表しており、その縦軸は、最大入射高で規格化した値で表している。非点収差の横軸は、焦点位置のずれをmm単位で表しており、その縦軸は、像高をmm単位で表している。歪曲収差の横軸は、実際の像高を理想像高に対する割合(%)で表しており、縦軸は、その像高をmm単位で表している。また、非点収差の図中、破線は、タンジェンシャル(メリディオナル)面、実線は、サジタル(ラディアル)面における結果をそれぞれ表している。
球面収差の図には、実線でd線(波長587.56nm)、破線でg線(波長435.84nm)の2つの光の収差をそれぞれ示してある。非点収差および歪曲収差の図は、上記d線(波長587.56nm)を用いた場合の結果である。
また、図11には、距離無限遠での横収差図が示されており、図13には、距離10cmでの横収差図が示されている。図11および図13において、左側がタンジェンシャル(メリディオナル)面の場合を示し、右側がサジタル(ラディアル)面の場合を示す。図11(A)、(B)、(C)、(D)および(E)ならびに図13(A)、(B)、(C)、(D)および(E)は、それぞれ、この順に、中心(光軸AX)から有効領域端までの長さを10割とした場合に、10割位置、7割位置、5割位置、3割位置および中心位置をそれぞれ示す。図11および図13の横軸は、主光線に対する入射光線高さをmm単位で表しており、それらの縦軸は、像面での主光線からずれをmm単位で表している。横収差の図には、縦収差図と同様に、実線でd線(波長587.56nm)、破線でg線(波長435.84nm)の2つの光の収差をそれぞれ示してある。
以上のような扱いは、以下に示す各実施例にかかるコンストラクションデータおよび各収差においても同様である。
図6は、実施例2における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図14は、距離無限遠での、実施例2における撮像光学系の縦収差図である。図15は、距離無限遠での、実施例2における撮像光学系の横収差図である。図16は、距離10cmでの、実施例2における撮像光学系の縦収差図である。図17は、距離10cmでの、実施例2における撮像光学系の横収差図である。
実施例2の撮像光学系1Bは、図6に示すように、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシング(ピント合わせ)の際には、第1ないし第5レンズL1〜L5は、全玉繰り出しで光軸方向AXに一体で移動する。
より詳しくは、実施例2の撮像光学系1Bは、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
第1レンズL1は、正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する負メニスカスレンズであり、第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、そして、第5レンズL5は、両凹の負レンズである。これら第1ないし第5レンズL1〜L5は、両面が非球面であり、樹脂材料製レンズである。そして、第3レンズL3の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面(光軸AXに沿って光軸AXを含むレンズ断面)の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPB3、IPB3を有し、そして、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。第4レンズL4は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPB41、IPB41;IPB42、IPB42を持っている。光学絞りSTは、第1レンズL1の物体側に配設される。そして、第5レンズL5の像側には、フィルタとしての平行平板FTを介して撮像素子SRの受光面が配置されている。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸AXに沿って、順に光学絞りST、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5および平行平板FTを通過し、撮像素子SRの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子SRでは、光学像が電気的な信号に変換され、この電気信号は、実施例1と同様に適宜に処理される。
実施例2の撮像光学系1Bにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例2
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.90
2 ∞ -0.234 0.90
3* 1.705 0.619 1.5447 56.15 0.94
4* -12.589 0.060 0.95
5* 3.813 0.280 1.6347 23.87 0.97
6* 1.487 0.551 0.96
7* 31.633 0.284 1.6347 23.87 1.09
8* 227.339 0.411 1.22
9* -4.082 0.791 1.5447 56.15 1.78
10* -1.143 0.280 1.95
11* 100.000 0.450 1.5305 55.72 2.29
12* 1.330 0.718 2.52
13 ∞ 0.300 1.5163 64.14 2.81
14 ∞ 0.400 2.87
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-2.4169E-02,A4=4.6039E-03,A6=4.4299E-03,A8=-6.2967E-03,A10=1.9604E-02,A12=-2.2153E-02,A14=8.7093E-03
第4面
K=-3.0000E+01,A4=3.8597E-02,A6=2.8682E-02,A8=-3.8607E-02,A10=-2.1746E-02,A12=2.6097E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-4.0111E-02,A6=1.4715E-01,A8=-1.3904E-01,A10=-2.7191E-02,A12=8.4486E-02,A14=-2.4038E-02
第6面
K=-6.2347E+00,A4=5.2844E-02,A6=4.9251E-02,A8=-2.9444E-02,A10=-5.3293E-03,A12=5.1649E-03,A14=1.4224E-02
第7面
K=3.0000E+01,A4=-1.2554E-01,A6=-3.2435E-02,A8=6.8221E-02,A10=1.5202E-02,A12=-1.5494E-02,A14=-1.1663E-03
第8面
K=3.0000E+01,A4=-1.0644E-01,A6=7.2777E-03,A8=1.3041E-02,A10=2.0172E-02,A12=-2.2879E-03,A14=-3.2202E-03
第9面
K=3.0525E+00,A4=3.0359E-02,A6=1.5834E-02,A8=-1.5209E-03,A10=-1.5675E-03,A12=3.1505E-04
第10面
K=-4.3678E+00,A4=-4.2739E-02,A6=5.2265E-02,A8=-1.2487E-02,A10=6.3187E-04,A12=4.0980E-05
第11面
K=3.0000E+01,A4=-3.4640E-02,A6=6.1301E-04,A8=2.1159E-03,A10=-2.0591E-04,A12=-2.3737E-05,A14=2.7215E-06
第12面
K=-8.1632E+00,A4=-4.4745E-02,A6=8.4333E-03,A8=-1.6509E-03,A10=1.7608E-04,A12=-6.1754E-06,A14=-3.5212E-08
各種データ
焦点距離(f) 4.32 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 66.0 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.144 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.79
第2レンズL2 -3.99
第3レンズL3 57.30
第4レンズL4 2.65
第5レンズL5 -2.53
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.90
2 ∞ -0.234 0.90
3* 1.705 0.619 1.5447 56.15 0.94
4* -12.589 0.060 0.95
5* 3.813 0.280 1.6347 23.87 0.97
6* 1.487 0.551 0.96
7* 31.633 0.284 1.6347 23.87 1.09
8* 227.339 0.411 1.22
9* -4.082 0.791 1.5447 56.15 1.78
10* -1.143 0.280 1.95
11* 100.000 0.450 1.5305 55.72 2.29
12* 1.330 0.718 2.52
13 ∞ 0.300 1.5163 64.14 2.81
14 ∞ 0.400 2.87
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-2.4169E-02,A4=4.6039E-03,A6=4.4299E-03,A8=-6.2967E-03,A10=1.9604E-02,A12=-2.2153E-02,A14=8.7093E-03
第4面
K=-3.0000E+01,A4=3.8597E-02,A6=2.8682E-02,A8=-3.8607E-02,A10=-2.1746E-02,A12=2.6097E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-4.0111E-02,A6=1.4715E-01,A8=-1.3904E-01,A10=-2.7191E-02,A12=8.4486E-02,A14=-2.4038E-02
第6面
K=-6.2347E+00,A4=5.2844E-02,A6=4.9251E-02,A8=-2.9444E-02,A10=-5.3293E-03,A12=5.1649E-03,A14=1.4224E-02
第7面
K=3.0000E+01,A4=-1.2554E-01,A6=-3.2435E-02,A8=6.8221E-02,A10=1.5202E-02,A12=-1.5494E-02,A14=-1.1663E-03
第8面
K=3.0000E+01,A4=-1.0644E-01,A6=7.2777E-03,A8=1.3041E-02,A10=2.0172E-02,A12=-2.2879E-03,A14=-3.2202E-03
第9面
K=3.0525E+00,A4=3.0359E-02,A6=1.5834E-02,A8=-1.5209E-03,A10=-1.5675E-03,A12=3.1505E-04
第10面
K=-4.3678E+00,A4=-4.2739E-02,A6=5.2265E-02,A8=-1.2487E-02,A10=6.3187E-04,A12=4.0980E-05
第11面
K=3.0000E+01,A4=-3.4640E-02,A6=6.1301E-04,A8=2.1159E-03,A10=-2.0591E-04,A12=-2.3737E-05,A14=2.7215E-06
第12面
K=-8.1632E+00,A4=-4.4745E-02,A6=8.4333E-03,A8=-1.6509E-03,A10=1.7608E-04,A12=-6.1754E-06,A14=-3.5212E-08
各種データ
焦点距離(f) 4.32 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 66.0 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.144 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.79
第2レンズL2 -3.99
第3レンズL3 57.30
第4レンズL4 2.65
第5レンズL5 -2.53
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例2の撮像光学系1Bにおける球面収差(正弦条件)、非点収差、歪曲収差および横収差を図14ないし図17に示す。
図7は、実施例3における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図18は、距離無限遠での、実施例3における撮像光学系の縦収差図である。図19は、距離無限遠での、実施例3における撮像光学系の横収差図である。図20は、距離10cmでの、実施例3における撮像光学系の縦収差図である。図21は、距離10cmでの、実施例3における撮像光学系の横収差図である。
実施例3の撮像光学系1Cは、図7に示すように、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシング(ピント合わせ)の際には、第1ないし第5レンズL1〜L5は、全玉繰り出しで光軸方向AXに一体で移動する。
より詳しくは、実施例3の撮像光学系1Cは、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
第1レンズL1は、正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する負メニスカスレンズであり、第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、第4レンズL4は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、そして、第5レンズL5は、両凹の負レンズである。これら第1ないし第5レンズL1〜L5は、両面が非球面であり、樹脂材料製レンズである。そして、第3レンズL3の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面(光軸AXに沿って光軸AXを含むレンズ断面)の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPC3、IPC3を有し、そして、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。第4レンズL4は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPC41、IPC41;IPC42、IPC42を持っている。光学絞りSTは、第1レンズL1の物体側に配設される。そして、第5レンズL5の像側には、フィルタとしての平行平板FTを介して撮像素子SRの受光面が配置されている。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸AXに沿って、順に光学絞りST、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5および平行平板FTを通過し、撮像素子SRの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子SRでは、光学像が電気的な信号に変換され、この電気信号は、実施例1と同様に適宜に処理される。
実施例3の撮像光学系1Cにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例3
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.93
2 ∞ -0.249 0.93
3* 1.638 0.628 1.5447 56.15 0.99
4* -29.808 0.074 0.98
5* 3.834 0.280 1.6347 23.87 0.99
6* 1.575 0.598 0.96
7* -27.371 0.290 1.6347 23.87 1.10
8* -17.083 0.439 1.24
9* -6.055 0.787 1.5447 56.15 1.82
10* -1.099 0.270 2.00
11* -2.700 0.450 1.5305 55.72 2.26
12* 1.897 0.614 2.52
13 ∞ 0.300 1.51633 64.14 2.80
14 ∞ 0.400 2.87
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-2.6161E-02,A4=5.5904E-03,A6=1.1300E-03,A8=9.7781E-04,A10=1.3909E-02,A12=-2.2800E-02,A14=1.0606E-02
第4面
K=3.0000E+01,A4=7.2840E-03,A6=4.9916E-02,A8=-4.2139E-02,A10=-2.9691E-02,A12=3.2259E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-4.4875E-02,A6=1.2052E-01,A8=-1.1603E-01,A10=-2.3749E-02,A12=7.5959E-02,A14=-2.0446E-02
第6面
K=-5.7374E+00,A4=5.1707E-02,A6=4.6553E-02,A8=-2.1443E-02,A10=-4.2166E-03,A12=-6.3929E-03,A14=2.9482E-02
第7面
K=-3.0000E+01,A4=-1.0884E-01,A6=-7.3303E-03,A8=5.5694E-02,A10=7.3036E-03,A12=-1.7571E-02,A14=2.2924E-03
第8面
K=-2.3644E+01,A4=-9.8793E-02,A6=1.2841E-02,A8=1.8725E-02,A10=1.3480E-02,A12=-2.2323E-03,A14=-2.5965E-03
第9面
K=7.4928E+00,A4=-6.5160E-03,A6=1.9507E-02,A8=-3.3695E-04,A10=-1.6253E-03,A12=2.6321E-04
第10面
K=-4.2553E+00,A4=-3.0138E-02,A6=4.4690E-02,A8=-1.1292E-02,A10=7.5563E-04,A12=1.1620E-05
第11面
K=-2.4611E+01,A4=-1.4089E-02,A6=-8.1249E-04,A8=2.0343E-03,A10=-2.1671E-04,A12=-2.5477E-05,A14=3.2083E-06
第12面
K=-1.4309E+01,A4=-3.5876E-02,A6=6.9090E-03,A8=-1.3921E-03,A10=1.2801E-04,A12=-1.9273E-06,A14=-1.3499E-07
各種データ
焦点距離(f) 4.46 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 64.4 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.13 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.86
第2レンズL2 -4.38
第3レンズL3 70.14
第4レンズL4 2.32
第5レンズL5 -2.02
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.93
2 ∞ -0.249 0.93
3* 1.638 0.628 1.5447 56.15 0.99
4* -29.808 0.074 0.98
5* 3.834 0.280 1.6347 23.87 0.99
6* 1.575 0.598 0.96
7* -27.371 0.290 1.6347 23.87 1.10
8* -17.083 0.439 1.24
9* -6.055 0.787 1.5447 56.15 1.82
10* -1.099 0.270 2.00
11* -2.700 0.450 1.5305 55.72 2.26
12* 1.897 0.614 2.52
13 ∞ 0.300 1.51633 64.14 2.80
14 ∞ 0.400 2.87
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-2.6161E-02,A4=5.5904E-03,A6=1.1300E-03,A8=9.7781E-04,A10=1.3909E-02,A12=-2.2800E-02,A14=1.0606E-02
第4面
K=3.0000E+01,A4=7.2840E-03,A6=4.9916E-02,A8=-4.2139E-02,A10=-2.9691E-02,A12=3.2259E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-4.4875E-02,A6=1.2052E-01,A8=-1.1603E-01,A10=-2.3749E-02,A12=7.5959E-02,A14=-2.0446E-02
第6面
K=-5.7374E+00,A4=5.1707E-02,A6=4.6553E-02,A8=-2.1443E-02,A10=-4.2166E-03,A12=-6.3929E-03,A14=2.9482E-02
第7面
K=-3.0000E+01,A4=-1.0884E-01,A6=-7.3303E-03,A8=5.5694E-02,A10=7.3036E-03,A12=-1.7571E-02,A14=2.2924E-03
第8面
K=-2.3644E+01,A4=-9.8793E-02,A6=1.2841E-02,A8=1.8725E-02,A10=1.3480E-02,A12=-2.2323E-03,A14=-2.5965E-03
第9面
K=7.4928E+00,A4=-6.5160E-03,A6=1.9507E-02,A8=-3.3695E-04,A10=-1.6253E-03,A12=2.6321E-04
第10面
K=-4.2553E+00,A4=-3.0138E-02,A6=4.4690E-02,A8=-1.1292E-02,A10=7.5563E-04,A12=1.1620E-05
第11面
K=-2.4611E+01,A4=-1.4089E-02,A6=-8.1249E-04,A8=2.0343E-03,A10=-2.1671E-04,A12=-2.5477E-05,A14=3.2083E-06
第12面
K=-1.4309E+01,A4=-3.5876E-02,A6=6.9090E-03,A8=-1.3921E-03,A10=1.2801E-04,A12=-1.9273E-06,A14=-1.3499E-07
各種データ
焦点距離(f) 4.46 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 64.4 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.13 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.86
第2レンズL2 -4.38
第3レンズL3 70.14
第4レンズL4 2.32
第5レンズL5 -2.02
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例3の撮像光学系1Cにおける球面収差(正弦条件)、非点収差、歪曲収差および横収差を図18ないし図21に示す。
図8は、実施例4における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図22は、距離無限遠での、実施例4における撮像光学系の縦収差図である。図23は、距離無限遠での、実施例4における撮像光学系の横収差図である。図24は、距離10cmでの、実施例4における撮像光学系の縦収差図である。図25は、距離10cmでの、実施例4における撮像光学系の横収差図である。
実施例4の撮像光学系1Dは、図8に示すように、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシング(ピント合わせ)の際には、第1ないし第5レンズL1〜L5は、全玉繰り出しで光軸方向AXに一体で移動する。
より詳しくは、実施例2の撮像光学系1Bは、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
第1レンズL1は、正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する負メニスカスレンズであり、第3レンズL3は、像側に凸であって正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第4レンズL4は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、そして、第5レンズL5は、両凹の負レンズである。これら第1ないし第5レンズL1〜L5は、両面が非球面であり、樹脂材料製レンズである。そして、第3レンズL3の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面(光軸AXに沿って光軸AXを含むレンズ断面)の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPD3、IPD3を有し、そして、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。第4レンズL4は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPD41、IPD41;IPD42、IPD42を持っている。光学絞りSTは、第1レンズL1の物体側に配設される。そして、第5レンズL5の像側には、フィルタとしての平行平板FTを介して撮像素子SRの受光面が配置されている。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸AXに沿って、順に光学絞りST、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5および平行平板FTを通過し、撮像素子SRの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子SRでは、光学像が電気的な信号に変換され、この電気信号は、実施例1と同様に適宜に処理される。
実施例4の撮像光学系1Dにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例4
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.93
2 ∞ -0.230 0.93
3* 1.714 0.643 1.5447 56.15 1.00
4* -15.981 0.067 0.99
5* 3.558 0.280 1.6347 23.87 1.00
6* 1.482 0.658 0.98
7* 119.637 0.304 1.6347 23.87 1.19
8* -183.459 0.373 1.32
9* -8.273 0.915 1.5447 56.15 1.89
10* -1.056 0.239 2.06
11* -2.874 0.460 1.5305 55.72 2.28
12* 1.654 0.641 2.54
13 ∞ 0.300 1.5163 64.14 2.79
14 ∞ 0.400 2.85
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=4.3605E-02,A4=6.2638E-03,A6=1.2637E-03,A8=4.3834E-03,A10=1.0022E-02,A12=-1.9394E-02,A14=1.1590E-02
第4面
K=-1.0376E+01,A4=3.7543E-02,A6=2.1767E-02,A8=-2.6902E-02,A10=4.5955E-04,A12=-1.5988E-02,A14=2.4376E-02
第5面
K=-2.7000E+01,A4=-2.8530E-02,A6=9.2742E-02,A8=-9.1092E-02,A10=-1.9180E-02,A12=4.5222E-02,A14=-5.0635E-03
第6面
K=-5.5170E+00,A4=5.1131E-02,A6=3.6646E-02,A8=-1.7969E-02,A10=-3.1023E-03,A12=-9.0009E-03,A14=2.1984E-02
第7面
K=2.7000E+01,A4=-9.8071E-02,A6=-1.5086E-02,A8=6.4001E-02,A10=-2.4378E-03,A12=-1.4545E-02,A14=3.2187E-03
第8面
K=-2.7000E+01,A4=-8.7815E-02,A6=2.5544E-03,A8=2.3277E-02,A10=1.1297E-02,A12=-7.2293E-03,A14=2.1546E-04
第9面
K=1.4279E+01,A4=-3.1965E-04,A6=1.7974E-02,A8=-8.8484E-04,A10=-1.5896E-03,A12=3.1940E-04,A14=-1.1856E-05
第10面
K=-4.2286E+00,A4=-3.5281E-02,A6=4.6250E-02,A8=-1.1058E-02,A10=7.3729E-04,A12=2.1758E-06
第11面
K=-2.7000E+01,A4=-2.3263E-02,A6=3.5427E-03,A8=1.4390E-03,A10=-2.7083E-04,A12=-2.5351E-06,A14=1.4468E-06
第12面
K=-1.2384E+01,A4=-3.7733E-02,A6=7.7759E-03,A8=-1.5034E-03,A10=1.6735E-04,A12=-9.6904E-06,A14=3.5000E-07
各種データ
焦点距離(f) 4.47 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 64.3 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.28 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.87
第2レンズL2 -4.18
第3レンズL3 113.04
第4レンズL4 2.12
第5レンズL5 -1.90
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.93
2 ∞ -0.230 0.93
3* 1.714 0.643 1.5447 56.15 1.00
4* -15.981 0.067 0.99
5* 3.558 0.280 1.6347 23.87 1.00
6* 1.482 0.658 0.98
7* 119.637 0.304 1.6347 23.87 1.19
8* -183.459 0.373 1.32
9* -8.273 0.915 1.5447 56.15 1.89
10* -1.056 0.239 2.06
11* -2.874 0.460 1.5305 55.72 2.28
12* 1.654 0.641 2.54
13 ∞ 0.300 1.5163 64.14 2.79
14 ∞ 0.400 2.85
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=4.3605E-02,A4=6.2638E-03,A6=1.2637E-03,A8=4.3834E-03,A10=1.0022E-02,A12=-1.9394E-02,A14=1.1590E-02
第4面
K=-1.0376E+01,A4=3.7543E-02,A6=2.1767E-02,A8=-2.6902E-02,A10=4.5955E-04,A12=-1.5988E-02,A14=2.4376E-02
第5面
K=-2.7000E+01,A4=-2.8530E-02,A6=9.2742E-02,A8=-9.1092E-02,A10=-1.9180E-02,A12=4.5222E-02,A14=-5.0635E-03
第6面
K=-5.5170E+00,A4=5.1131E-02,A6=3.6646E-02,A8=-1.7969E-02,A10=-3.1023E-03,A12=-9.0009E-03,A14=2.1984E-02
第7面
K=2.7000E+01,A4=-9.8071E-02,A6=-1.5086E-02,A8=6.4001E-02,A10=-2.4378E-03,A12=-1.4545E-02,A14=3.2187E-03
第8面
K=-2.7000E+01,A4=-8.7815E-02,A6=2.5544E-03,A8=2.3277E-02,A10=1.1297E-02,A12=-7.2293E-03,A14=2.1546E-04
第9面
K=1.4279E+01,A4=-3.1965E-04,A6=1.7974E-02,A8=-8.8484E-04,A10=-1.5896E-03,A12=3.1940E-04,A14=-1.1856E-05
第10面
K=-4.2286E+00,A4=-3.5281E-02,A6=4.6250E-02,A8=-1.1058E-02,A10=7.3729E-04,A12=2.1758E-06
第11面
K=-2.7000E+01,A4=-2.3263E-02,A6=3.5427E-03,A8=1.4390E-03,A10=-2.7083E-04,A12=-2.5351E-06,A14=1.4468E-06
第12面
K=-1.2384E+01,A4=-3.7733E-02,A6=7.7759E-03,A8=-1.5034E-03,A10=1.6735E-04,A12=-9.6904E-06,A14=3.5000E-07
各種データ
焦点距離(f) 4.47 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 64.3 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.28 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.87
第2レンズL2 -4.18
第3レンズL3 113.04
第4レンズL4 2.12
第5レンズL5 -1.90
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例4の撮像光学系1Dにおける球面収差(正弦条件)、非点収差、歪曲収差および横収差を図22ないし図25に示す。
図9は、実施例5における撮像光学系におけるレンズの配列を示す断面図である。図26は、距離無限遠での、実施例5における撮像光学系の縦収差図である。図27は、距離無限遠での、実施例5における撮像光学系の横収差図である。図28は、距離10cmでの、実施例5における撮像光学系の縦収差図である。図29は、距離10cmでの、実施例5における撮像光学系の横収差図である。
実施例5の撮像光学系1Eは、図9に示すように、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に配置され、フォーカシング(ピント合わせ)の際には、第1ないし第5レンズL1〜L5は、全玉繰り出しで光軸方向AXに一体で移動する。
より詳しくは、実施例5の撮像光学系1Eは、第1ないし第5レンズL1〜L5が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
第1レンズL1は、正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する負メニスカスレンズであり、第3レンズL3は、像側に凸であって正の屈折力を有する両凸の正レンズであり、第4レンズL4は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する正メニスカスレンズであり、そして、第5レンズL5は、両凹の負レンズである。これら第1ないし第5レンズL1〜L5は、両面が非球面であり、樹脂材料製レンズである。そして、第3レンズL3の像側面は、光軸AXに沿ったレンズ断面(光軸AXに沿って光軸AXを含むレンズ断面)の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPE3、IPE3を有し、そして、光軸AXから径方向に所定の距離離れた周辺領域において、光軸AXを含む断面上で負の屈折力を有する領域を有している。第4レンズL4は、物体側面および像側面の両面が、中心軸(光軸AX)に沿ったレンズ断面の輪郭線において光軸AXの交点から有効領域端に向かった場合に変曲点IPE41、IPE41;IPE42、IPE42を持っている。光学絞りSTは、第1レンズL1の物体側に配設される。そして、第5レンズL5の像側には、フィルタとしての平行平板FTを介して撮像素子SRの受光面が配置されている。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸AXに沿って、順に光学絞りST、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5および平行平板FTを通過し、撮像素子SRの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子SRでは、光学像が電気的な信号に変換され、この電気信号は、実施例1と同様に適宜に処理される。
実施例5の撮像光学系1Eにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例5
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.93
2 ∞ -0.227 0.93
3* 1.735 0.610 1.5447 56.15 1.00
4* -14.110 0.076 1.00
5* 3.738 0.280 1.6347 23.87 1.01
6* 1.506 0.640 0.99
7* 68.648 0.311 1.6347 23.87 1.18
8* -392.254 0.430 1.30
9* -6.637 0.855 1.5447 56.15 1.84
10* -1.062 0.272 2.01
11* -3.151 0.450 1.5305 55.72 2.28
12* 1.677 0.654 2.56
13 ∞ 0.300 1.51633 64.14 2.81
14 ∞ 0.400 2.87
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-1.5659E-02,A4=5.6555E-03,A6=1.0401E-03,A8=-1.1237E-03,A10=1.7913E-02,A12=-2.6040E-02,A14=1.3042E-02
第4面
K=6.9310E-01,A4=1.7936E-02,A6=4.7828E-02,A8=-3.7104E-02,A10=-2.7441E-02,A12=3.1369E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-5.4970E-02,A6=1.4864E-01,A8=-1.2588E-01,A10=-2.2446E-02,A12=7.8447E-02,A14=-2.5722E-02
第6面
K=-6.1548E+00,A4=4.8037E-02,A6=5.1166E-02,A8=-2.6692E-02,A10=-6.2688E-03,A12=1.5639E-02,A14=2.2713E-03
第7面
K=1.8830E+01,A4=-1.1068E-01,A6=-5.3972E-03,A8=3.9947E-02,A10=2.1315E-02,A12=-1.9017E-02,A14=1.8082E-03
第8面
K=-3.0000E+01,A4=-9.4649E-02,A6=3.7997E-03,A8=2.1263E-02,A10=9.6946E-03,A12=-3.2234E-03,A14=-1.1341E-03
第9面
K=9.6950E+00,A4=-1.9938E-03,A6=2.0671E-02,A8=-1.1185E-03,A10=-1.6617E-03,A12=2.8696E-04
第10面
K=-4.0078E+00,A4=-3.5714E-02,A6=4.6285E-02,A8=-1.1074E-02,A10=6.7028E-04,A12=1.2909E-05
第11面
K=-3.0000E+01,A4=-7.3442E-03,A6=-3.7052E-03,A8=2.1182E-03,A12=-1.7127E-04,A12=-2.5207E-05,A14=2.7919E-06
第12面
K=-1.2145E+01,A4=-3.0881E-02,A6=4.6440E-03,A8=-7.3551E-04,A10=5.2516E-05,A12=-3.9005E-07
各種データ
焦点距離(f) 4.47 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 64.3 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.28 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.86
第2レンズL2 -4.14
第3レンズL3 91.18
第4レンズL4 2.19
第5レンズL5 -1.99
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd ER
物面 ∞ ∞
1(絞り) ∞ 0.050 0.93
2 ∞ -0.227 0.93
3* 1.735 0.610 1.5447 56.15 1.00
4* -14.110 0.076 1.00
5* 3.738 0.280 1.6347 23.87 1.01
6* 1.506 0.640 0.99
7* 68.648 0.311 1.6347 23.87 1.18
8* -392.254 0.430 1.30
9* -6.637 0.855 1.5447 56.15 1.84
10* -1.062 0.272 2.01
11* -3.151 0.450 1.5305 55.72 2.28
12* 1.677 0.654 2.56
13 ∞ 0.300 1.51633 64.14 2.81
14 ∞ 0.400 2.87
像面 ∞
非球面データ
第3面
K=-1.5659E-02,A4=5.6555E-03,A6=1.0401E-03,A8=-1.1237E-03,A10=1.7913E-02,A12=-2.6040E-02,A14=1.3042E-02
第4面
K=6.9310E-01,A4=1.7936E-02,A6=4.7828E-02,A8=-3.7104E-02,A10=-2.7441E-02,A12=3.1369E-02
第5面
K=-3.0000E+01,A4=-5.4970E-02,A6=1.4864E-01,A8=-1.2588E-01,A10=-2.2446E-02,A12=7.8447E-02,A14=-2.5722E-02
第6面
K=-6.1548E+00,A4=4.8037E-02,A6=5.1166E-02,A8=-2.6692E-02,A10=-6.2688E-03,A12=1.5639E-02,A14=2.2713E-03
第7面
K=1.8830E+01,A4=-1.1068E-01,A6=-5.3972E-03,A8=3.9947E-02,A10=2.1315E-02,A12=-1.9017E-02,A14=1.8082E-03
第8面
K=-3.0000E+01,A4=-9.4649E-02,A6=3.7997E-03,A8=2.1263E-02,A10=9.6946E-03,A12=-3.2234E-03,A14=-1.1341E-03
第9面
K=9.6950E+00,A4=-1.9938E-03,A6=2.0671E-02,A8=-1.1185E-03,A10=-1.6617E-03,A12=2.8696E-04
第10面
K=-4.0078E+00,A4=-3.5714E-02,A6=4.6285E-02,A8=-1.1074E-02,A10=6.7028E-04,A12=1.2909E-05
第11面
K=-3.0000E+01,A4=-7.3442E-03,A6=-3.7052E-03,A8=2.1182E-03,A12=-1.7127E-04,A12=-2.5207E-05,A14=2.7919E-06
第12面
K=-1.2145E+01,A4=-3.0881E-02,A6=4.6440E-03,A8=-7.3551E-04,A10=5.2516E-05,A12=-3.9005E-07
各種データ
焦点距離(f) 4.47 (mm)
Fナンバ(Fno) 2.4
画角(2W) 64.3 (deg)
像高(2Y) 5.712
レンズ全長(TL) 5.28 (mm)
各レンズの焦点距離
第1レンズL1 2.86
第2レンズL2 -4.14
第3レンズL3 91.18
第4レンズL4 2.19
第5レンズL5 -1.99
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例5の撮像光学系1Eにおける球面収差(正弦条件)、非点収差、歪曲収差および横収差を図26ないし図29に示す。
上記に列挙した実施例1ないし実施例5の撮像光学系1A〜1Eに、上述した条件式(1)〜(8)、(A1)、(A2)、第3レンズL3の物体側面および像側面における各有効領域50%の各フィッティング曲率を当てはめた場合の数値を、それぞれ、表1に示す。
以上、説明したように、上記実施例1ないし実施例5における撮像光学系1A〜1Eは、5枚のレンズ構成であって、上述の各条件を満足している結果、従来の光学系より、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することができる。特に、例えば、図12(B)に○で囲んで示すように、マクロの高像高でも像面湾曲が、比較的少なく、良好に補正されている。そして、上記実施例1ないし実施例5における撮像光学系1A〜1Eは、撮像装置21およびデジタル機器3に搭載する上で、特に携帯端末5に搭載する上で小型化が充分に達成され、また、高画素な撮像素子18を採用することができる。
例えば、5Mピクセルや8Mピクセル等の約5M〜8Mピクセルのクラス(グレード)の高画素な撮像素子18は、撮像素子18のサイズが一定の場合には画素ピッチが短くなるため(画素面積が狭くなるため)、撮像光学系1A〜1Eは、この画素ピッチに応じた解像度が必要となり、その所要の解像度で例えばMTFで撮像光学系1を評価した場合に例えば仕様等によって規定された所定の範囲内に諸収差を抑える必要があるが、上記実施例1〜5における撮像光学系1A〜1Eは、各収差図に示す通り、所定の範囲内で諸収差が抑えられている。したがって、上記実施例1〜5における撮像光学系1A〜1Eは、良好に諸収差を補正しているので、例えば5M〜8Mピクセルのクラスの撮像素子18に好適に用いられる。
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
一態様に係る撮像光学系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸の正の屈折力を有する第1レンズと、像側に凹の負の屈折力を有する第2レンズと、所定の屈折力を有する第3レンズと、像側に凸の正の屈折力を有する第4レンズと、像側に凹の負の屈折力を有する第5レンズとから成り、下記(1)および(2)の条件式を満たし、前記第3レンズは、物体側面および像側面共に、光軸を含む断面上において前記光軸との交点よりもレンズ断面が物体側となる領域を有し、下記(A1)および(A2)の条件式を満たし、前記第4レンズは、物体側面および像側面のうちの少なくとも一方の面において、光軸に沿ったレンズ断面の輪郭線において前記光軸の交点から有効領域端に向かった場合に変曲点を有することを特徴とする撮像光学系。
0.5<|f1/f|<0.67 ・・・(1)
0.3<|f4/f|<0.63 ・・・(2)
−0.4<f/R1_L3<0.2 ・・・(A1)
−0.6<f/R2_L3<0.05 ・・・(A2)
ただし、f1は、前記第1レンズの焦点距離であり、f4は、前記第4レンズの焦点距離であり、fは、この撮像光学系全系の焦点距離であり、R1_L3は、前記第3レンズの物体側面の近軸半径であり、R2_L3は、前記第3レンズの像側面の近軸半径ある。
0.5<|f1/f|<0.67 ・・・(1)
0.3<|f4/f|<0.63 ・・・(2)
−0.4<f/R1_L3<0.2 ・・・(A1)
−0.6<f/R2_L3<0.05 ・・・(A2)
ただし、f1は、前記第1レンズの焦点距離であり、f4は、前記第4レンズの焦点距離であり、fは、この撮像光学系全系の焦点距離であり、R1_L3は、前記第3レンズの物体側面の近軸半径であり、R2_L3は、前記第3レンズの像側面の近軸半径ある。
このような撮像光学系は、5枚のレンズから構成されて成り、それぞれのレンズに上記光学特性を持たせて、これら5枚のレンズを物体側から像側へ順に配置することによって、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することが可能となる。
より詳しくは、この撮像光学系は、物体側より順に、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、第4レンズからなる正レンズ群と、負の第5レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプであり、撮像光学系全長の小型化に有利な構成である。
また、この撮像光学系では、5枚レンズ構成のうちの2枚以上のレンズが負レンズとされており、発散作用を有する面が多くなっている。このため、この撮像光学系は、ペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保することが可能となる。
また、この撮像光学系では、前記第3レンズを物体側面および像側面共に、光軸を含む断面上において前記光軸との交点よりもレンズ断面が物体側となる領域を有する形状とすることによって、前記第3レンズがメニスカスレンズである場合の効果と同様に、前記第2レンズと前記第3レンズとは、凹面が向かい合う構成となっている。このため、この撮像光学系は、前記第2レンズの像側面で跳ね上げられた光束で発生するコマ収差を、無限距離の物体に対するフォーカスから近接距離の物体に対するフォーカスまでのいずれにおいても前記第3レンズの物体側面で補正することが可能となり、高画角においてもコマ収差を良好に補正することができる。
そして、前記条件式(A1)の上限を上回ると、レンズ断面上に光軸との交点よりも断面が物体側となる領域を実現するためには、局所的な曲率変化が大きくなるため、フォーカスに伴う低像高での性能変動が大きくなるから、好ましくない。一方、前記条件式(A1)の下限を下回ると、前記第3レンズの近軸パワーが大きくなり、低像高においてフォーカスに伴う性能変動が大きくなって好ましくない。
また、前記条件式(A2)の上限を上回ると、レンズ断面上に光軸との交点よりも断面が物体側となる領域を実現するためには、局所的な曲率変化が大きくなるため、フォーカスに伴う低像高での性能変動が大きくなるから、好ましくない。一方、前記条件式(A2)の下限を下回ると、前記第3レンズの近軸パワーが大きくなり、低像高においてフォーカスに伴う性能変動が大きくなって好ましくない。
また、この撮像光学系は、前記第4レンズを像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ、好ましくはメニスカスレンズとすることによって、前記第2レンズで強く跳ね上げられた軸外光線を各面での屈折角を小さく抑えながら前記第5レンズに導くことができ、軸外の収差を良好に抑えることができる。
また、この撮像光学系では、前記第4レンズにおける、いずれかの面もしくは両面が前記変曲点を有して非球面形状となっている。このため、この撮像光学系は、軸外光束で発生する収差をより良好に補正することが可能となる。そして、この撮像光学系は、フォーカスの際に軸外光束がレンズに入射する位置が変化した場合でも、軸外光束のスポット位置が光軸方向にシフトすることを抑制することが可能となる。
そして、前記条件式(1)は、前記第1レンズの焦点距離を適切に設定し、撮像光学系全長の短縮化と収差補正の適正化とを達成するための条件式である。この条件式(1)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、前記第1レンズの屈折力を適度に維持することができ、前記第1レンズから前記第4レンズの合成主点をより物体側へ配置することができ、撮像光学系全長を短くすることができる。一方、条件式(1)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、前記第1レンズの屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、第1レンズで発生する高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。
また、前記条件式(2)は、前記第4レンズの焦点距離を適切に設定し、軸外光束での収差補正の適正化を達成するための条件式である。この条件式(2)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、軸外光線と前記第5レンズとの屈折角を抑えることができ、軸外の収差を良好に抑えることができる。一方、条件式(2)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、前記第4レンズに入射する軸外光束に対してフォーカス前後でのレンズ入射位置変化により発生する局所的なパワーの変化を適切に設定でき、無限距離の物体および近接距離の物体に対してフォーカスを行う際における軸外光線のスポット位置の光軸方向シフトを補正することができる。
そして、この上述の撮像光学系において、5枚レンズ構成のうちの最も像側に配置された前記第5レンズにおける像側面は、非球面であることが好ましい。このような構成の撮像光学系は、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができ、さらに、像側光束のテレセントリック特性が確保し易くなる。
ここで、小型化とは、本明細書では、撮像光学系全体の中で最も物体側のレンズにおけるレンズ面から、像側焦点までの光軸上での距離をLとし、撮像面対角線長(例えば固体撮像素子等における矩形実行画素領域の対角線長)を2Yとした場合に、L/2Y<1を満たすことをいい、より望ましくはL/2Y<0.9を満たすことである。像側焦点とは、光軸と平行な平行光線が撮像光学系に入射した場合の像点をいう。また、撮像光学系の最も像側の面と像側焦点との間に、例えば、光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタまたは固定撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板部材が配置される場合には、平行平板部材は、空気換算距離として前記式を計算するものとする。
また、変曲点とは、レンズの有効半径内であって、光軸に沿ったレンズ断面(光軸に沿って光軸を含むレンズ断面)の輪郭線上の個々の点において、前記輪郭線を2階微分した場合に、その点の前後でその符号の正負が逆転する当該点をいう。有効領域とは、設計上、光学的にレンズとして使用される領域として設定された領域をいう。
また、他の一態様では、上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第3レンズの像側面は、非球面形状であって、光軸に沿ったレンズ断面の輪郭線において前記光軸の交点から有効領域端に向かった場合に前記光軸の交点位置を除く位置に変曲点を有することである。
このような撮像光学系は、像側面に前記変曲点を有することによって、前記第4レンズの前記変曲点と合わせて、軸外光束のレンズに対する入射位置がフォーカシングに伴って変化した場合であっても、軸外光束の光軸方向のシフトを適切に補正することが可能である。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、下記(3)の条件式を満たすことである。
1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<2 ・・・(3)
ただし、R1_L4は、前記第4レンズの物体側面における軸上曲率半径であり、R2_L4は、前記第4レンズの像側面における軸上曲率半径である。
1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<2 ・・・(3)
ただし、R1_L4は、前記第4レンズの物体側面における軸上曲率半径であり、R2_L4は、前記第4レンズの像側面における軸上曲率半径である。
前記条件式(3)は、無限距離の物体に対してフォーカスを行う際および近接距離の物体に対してフォーカスを行う際における軸外光線のスポット位置の光軸方向シフトを適切に補正するための第4レンズの形状を規定するものである。この条件式(3)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、前記第4レンズに入射する軸外光束に対してフォーカスの前後でのレンズ入射位置変化によって発生する局所的なパワーの変化をより適切に設定することができ、物体距離によらず良好な軸外性能を実現することができる。一方、条件式(3)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、前記第2レンズで強く跳ね上げられた軸外光線を各面での屈折角を小さく抑えながら前記第5レンズに導くことができ、軸外の収差をより良好に抑えることができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、下記(4)の条件式を満たすことである。
0<|f4/f3|<0.12 ・・・(4)
ただし、f3は、前記第3レンズの焦点距離であり、f4は、前記第4レンズの焦点距離である。
0<|f4/f3|<0.12 ・・・(4)
ただし、f3は、前記第3レンズの焦点距離であり、f4は、前記第4レンズの焦点距離である。
前記条件式(4)は、前記第3レンズおよび前記第4レンズの焦点距離を適切に設定し、良好な収差補正を達成するための条件式である。この条件式(4)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、前記第3レンズと前記第4レンズとで変曲点の位置を適切に設定することが可能となり、物体距離によらず軸外光束の像面湾曲を抑制することが可能である。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第4レンズの前記変曲点は、像側面にあることである。
このような構成の撮像光学系は、より像面側に前記変曲点を配置することによって、軸外光束に対するパワーを適切に配置することが可能となり、軸外光束の像面湾曲をより良好に補正することが可能である。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第4レンズの前記変曲点は、物体側および像側面の両面にあることである。
このような構成の撮像光学系は、前記第4レンズの両面に前記変曲点を配置することによって、フォーカスを行う際に軸外光束の前記第4レンズへの入射位置が変化することに伴う像面湾曲の変化を、前記第4レンズにおける物体側面と像側面とで補正し合うことが可能となり、軸外光束のスポット位置変化を一層抑制することが可能となる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、下記(5)の条件式を満たすことである。
15<v2<31 ・・・(5)
ただし、v2は、前記第2レンズのアッベ数である。
15<v2<31 ・・・(5)
ただし、v2は、前記第2レンズのアッベ数である。
前記条件式(5)は、前記第2レンズのアッベ数を適切に設定するための条件式である。この条件式(5)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、前記第2レンズの分散を適度に大きくすることができ、前記第2レンズの屈折力を抑えつつ軸上色収差や倍率色収差などの色収差を良好に補正することができる。一方、条件式(5)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、入手しやすい材料で構成することができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、下記(6)の条件式を満たすことである。
1.6<Nd2<2.1 ・・・(6)
ただし、Nd2は、前記第2レンズのd線における屈折力である。
1.6<Nd2<2.1 ・・・(6)
ただし、Nd2は、前記第2レンズのd線における屈折力である。
前記条件式(6)は、撮像光学系全系の色収差、像面湾曲を良好に補正するための条件式である。この条件式(6)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、比較的分散の大きな前記第2レンズの屈折力を適度に維持することができ、色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。一方、条件式(6)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、入手しやすい材料で構成することができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、下記(7)の条件式を満たすことである。
15<v3<31 ・・・(7)
ただし、v3は、前記第3レンズのアッベ数である。
15<v3<31 ・・・(7)
ただし、v3は、前記第3レンズのアッベ数である。
前記条件式(7)は、前記第3レンズのアッベ数を適切に設定するための条件式である。この条件式(7)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、前記第3レンズの分散を適度に大きくすることができ、前記第3レンズの屈折力を抑えつつ軸外光束の色収差や倍率色収差などの色収差を良好に補正することができる。また、条件式(7)の上限を下回ることにより、この撮像光学系は、軸上での色収差を適切に補正することも可能となる。一方、条件式(7)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、入手しやすい材料で構成することができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、下記(8)の条件式を満たすことである。
1.6<Nd3<2.1 ・・・(8)
ただし、Nd3は、前記第3レンズのd線における屈折力である。
1.6<Nd3<2.1 ・・・(8)
ただし、Nd3は、前記第3レンズのd線における屈折力である。
前記条件式(8)は、物体距離によらず軸外光束のスポット性能を良好に補正するための条件式である。この条件式(8)の下限を上回ることで、この撮像光学系は、フォーカシングによって軸外光束の前記第3レンズへの入射位置が変化した場合に、軸外光束入射位置での局所的なパワーの変化を適切に設定することができる。一方、条件式(8)の上限を下回ることで、この撮像光学系は、入手しやすい材料で構成することができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第1レンズの物体側に光学絞りをさらに備えることである。
このような撮像光学系は、光学絞りを前記第1レンズの物体側に配置することによって、前記第5レンズに対する軸外光束の入射角度を小さくすることができ、フォーカシングによる軸外光束のスポット位置変化を抑制しつつ、良好なテレセントリック特性を実現することができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第3レンズの像側面は、光軸から径方向に所定の距離離れた周辺領域において、前記光軸を含む断面上で負の屈折力を有する領域を有することである。
このような撮像光学系は、前記第3レンズの周辺部に負の屈折率を有する領域を有することによって、前記第2レンズで軸外光束を過度に跳ね上げる必要がなくなり、軸外光束のコマ収差および倍率色収差を良好に補正することができる。
また、他の一態様では、これら上述の撮像光学系において、好ましくは、前記第1ないし第5レンズの全ては、樹脂材料で形成された樹脂材料製レンズであることである。
この構成によれば、樹脂材料製レンズが用いられるので、所定の面形状を比較的容易に実現することができ、また、コストの低減を図ることができる。このため、このような撮像光学系は、所定の性能を比較的容易に実現することができ、低コスト化を図ることができる。
また、他の一態様にかかる撮像装置は、これら上述のいずれかの撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされている。
この構成によれば、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することができる5枚のレンズ構成の撮像光学系を用いた撮像装置を提供することができる。したがって、このような撮像装置は、小型化および高性能化を図ることができる。
また、他の一態様にかかるデジタル機器は、上述の撮像装置と、前記撮像装置に被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを備え、前記撮像装置の撮像光学系が、前記撮像素子の撮像面上に前記被写体の光学像を形成可能に組み付けられている。そして、好ましくは、デジタル機器は、携帯端末から成る。
この構成によれば、小型でありながら、高画角においても良好に諸収差を補正することができる5枚のレンズ構成の撮像光学系を用いたデジタル機器や携帯端末を提供することができる。したがって、このようなデジタル機器や携帯端末は、小型化および高性能化を図ることができる。
この出願は、2011年3月25日に出願された日本国特許出願特願2011−68209を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
本発明によれば、撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器を提供することができる。
Claims (16)
- 物体側から像側へ順に、
物体側に凸の正の屈折力を有する第1レンズと、
像側に凹の負の屈折力を有する第2レンズと、
所定の屈折力を有する第3レンズと、
像側に凸の正の屈折力を有する第4レンズと、
像側に凹の負の屈折力を有する第5レンズとから成り、
下記(1)および(2)の条件式を満たし、
前記第3レンズは、物体側面および像側面共に、光軸を含む断面上において前記光軸との交点よりもレンズ断面が物体側となる領域を有し、下記(A1)および(A2)の条件式を満たし、
前記第4レンズは、物体側面および像側面のうちの少なくとも一方の面において、光軸に沿ったレンズ断面の輪郭線において前記光軸の交点から有効領域端に向かった場合に変曲点を有することを特徴とする撮像光学系。
0.5<|f1/f|<0.67 ・・・(1)
0.3<|f4/f|<0.63 ・・・(2)
−0.4<f/R1_L3<0.2 ・・・(A1)
−0.6<f/R2_L3<0.05 ・・・(A2)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離
f4:第4レンズの焦点距離
f:撮像光学系全系の焦点距離
R1_L3:第3レンズの物体側面の近軸半径
R2_L3:第3レンズの像側面の近軸半径 - 前記第3レンズの像側面は、非球面形状であって、光軸に沿ったレンズ断面の輪郭線において前記光軸の交点から有効領域端に向かった場合に前記光軸の交点位置を除く位置に変曲点を有すること
を特徴とする請求項1に記載の撮像光学系。 - 下記(3)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像光学系。
1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4−R2_L4)<2 ・・・(3)
ただし、
R1_L4:第4レンズの物体側面における軸上曲率半径
R2_L4:第4レンズの像側面における軸上曲率半径 - 下記(4)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の撮像光学系。
0<|f4/f3|<0.12 ・・・(4)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離
f4:第4レンズの焦点距離 - 前記第4レンズの前記変曲点は、像側面にあること
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の撮像光学系。 - 前記第4レンズの前記変曲点は、物体側および像側面の両面にあること
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の撮像光学系。 - 下記(5)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の撮像光学系。
15<v2<31 ・・・(5)
ただし、
v2:第2レンズのアッベ数 - 下記(6)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の撮像光学系。
1.6<Nd2<2.1 ・・・(6)
ただし、
Nd2:第2レンズのd線における屈折力 - 下記(7)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の撮像光学系。
15<v3<31 ・・・(7)
ただし、
v3:第3レンズのアッベ数 - 下記(8)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の撮像光学系。
1.6<Nd3<2.1 ・・・(8)
ただし、
Nd3:第3レンズのd線における屈折力 - 前記第1レンズの物体側に光学絞りをさらに備えることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の撮像光学系。
- 前記第3レンズの像側面は、光軸から径方向に所定の距離離れた周辺領域において、前記光軸を含む断面上で負の屈折力を有する領域を有することを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の撮像光学系。
- 前記第1ないし第5レンズの全ては、樹脂材料で形成された樹脂材料製レンズであることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の撮像光学系。
- 請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の撮像光学系と、
光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされていること
を特徴とする撮像装置。 - 請求項14に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを備え、
前記撮像装置の撮像光学系が、前記撮像素子の撮像面上に前記被写体の光学像を形成可能に組み付けられていること
を特徴とするデジタル機器。 - 携帯端末から成ることを特徴とする請求項15に記載のデジタル機器。
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