JP5663367B2 - 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

撮像光学系及びそれを用いた撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、撮像光学系及びそれを用いた撮像装置に関するものである。
近年、携帯電話や携帯端末機、あるいはノートパソコン等の薄型化に伴い、光学系の光軸方向の長さを極限まで短くした(薄型化した)カメラモジュールが求められている。この要求に応えるために、非球面レンズ2〜3枚程度で構成された単焦点の光学系が数多く提案されている。また、近年、撮像素子の技術進歩と市場のニーズの高まりから、小型でありながら高画素、広角、低価格なカメラモジュールが求められている。結像性能を高めながら、光学系全長の短縮を図った光学系として、レンズ枚数を4枚とした光学系が提案されている(特許文献1、特許文献2)。
特開2009−169005号公報 特開2009−69195号公報
特許文献1や特許文献2の光学系はレンズを4枚使用することで、小型化と高画素化に対応している。高画素化への対応として、これらの光学系では光学系の解像度を高めているが、そのために色収差を良好に補正している。しかし、これらの光学系のF値(Fナンバー、FNO)は2.8以上と大きい。そのため、これらの光学系において、これ以上F値を小さくしようとすると、諸収差の影響、特に球面収差の影響が大きくなる。また、これらの光学系では、半画角で35°以下である。そのため、これ以上の広角化を行った場合、諸収差の影響、特にコマ収差の影響が大きくなる。その結果、小型で高解像度の光学系を実現するのは困難である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、比較的小さいFナンバーの光学系でありながら、光学全長、レンズ径を小さく保ち、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。また、広画角でコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像光学系は、物体側より順に、絞り、両凸形状の正の屈折力の第1レンズ、像面側に凹面を向けた負の屈折力の第2レンズ、像面側に凸面を向けた正の屈折力の第3レンズ、負の屈折力の第4レンズからなり、
以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする。
0.76<f1/f<1.50 (1)
0.143<(r2+r3)/(r2−r3)<0.50 (2)
但し、
f1は第1レンズの焦点距離、
fは撮像光学系全系の焦点距離、
r2は第1レンズの物体側面の近軸曲率半径、
r3は第1レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.1<d5/(d5+d6)<0.3 (3)
但し、
d5は第2レンズと前記第3レンズの間の光軸上の空気間隔、
d6は第3レンズ中心肉厚、
である。
また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.5<(r6+r7)/(r6−r7)<1.5 (4)
但し、
r6は第3レンズの物体側面の近軸曲率半径、
r7は第3レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
また、本発明の好ましい態様によれば、第3レンズの物体側面の形状は、光軸近傍では物体側に凹形状で、周辺では凸形状であることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
0.09<ΣdAir/(ΣdL+ΣdAir)<0.194 (5)
但し、
ΣdAirは第1レンズから第4レンズまでのそれぞれのレンズ間の光軸上の空気間隔の和、
ΣdLは第1レンズから第4レンズまでのレンズ総厚、
である。


また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
1.45<(r8+r9)/(r8−r9)<1.80 (6)
但し、
r8は第4レンズの物体側面の近軸曲率半径 、
r9は第4レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
また、本発明の好ましい態様によれば、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ及び第4レンズは樹脂により形成されていることが望ましい。
また、本発明の撮像装置は、上記の撮像光学系と撮像素子を備えることを特徴とする。
また、本発明の好ましい態様によれば、撮像光学系と撮像素子が一体化していることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、撮像光学系がオートフォーカス機構と一体化していることが望ましい。
本発明によれば、比較的小さいFナンバーの光学系でありながら、光学全長、レンズ径を小さく保ち、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された光学系、及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。また、広画角でコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例1にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例1にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。 本発明の実施例2にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例2にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。 本発明の実施例3にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例3にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。 本発明の実施例4にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例4にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。 本発明の実施例5にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例5にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。 本発明の実施例6にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例6にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。 本発明による光学系を組み込んだデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図である。 デジタルカメラ40の後方斜視図である。 デジタルカメラ40の光学構成を示す断面図である。 本発明の光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコン300のカバーを開いた状態の前方斜視図である。 パソコン300の撮影光学系303の断面図である。 パソコン300の側面図である。 本発明の光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である携帯電話を示す図であり、(a)は携帯電話400の正面図、(b)は側面図、(c)は撮影光学系405の断面図である。
実施形態の撮像光学系について説明する。本実施形態の撮像光学系は、物体側より順に、絞り、両凸形状の正の屈折力の第1レンズ、像面側に凹面を向けた負の屈折力の第2レンズ、像面側に凸面を向けた正の屈折力の第3レンズ、負の屈折力の第4レンズからなり、以下の条件式(1)を満足する。
0.76<f1/f<1.50 (1)
但し、
f1は第1レンズの焦点距離、
fは撮像光学系全系の焦点距離、
である。
本実施形態の撮像光学系では、屈折力配置が、物体側から順に正・負・正・負となっている。このような屈折力配置を採用することで、撮像光学系の主点の位置を物体側に位置させることができる。その結果、撮像光学系全系の焦点距離に対して、光学系の全長を十分に短くすることが可能となるので、光学系の全長の短縮が実現できる。
また、本実施形態の撮像光学系では、最も物体側に絞りを配置することで、射出瞳を像面から離すことができる。これにより、光学系のテレセントリック性を確保しつつ、光学系全長の短縮化と、撮像素子周辺部の感度低下を回避することが可能となる。
さらに、本実施形態の撮像光学系は、条件式(1)を満足する。条件式(1)は、光学系の全長を短くし、F値を小さくしたときに発生しやすい球面収差を補正するのに好ましい条件式である。条件式(1)は、光学系の全長を短くし、F値を小さくしても、球面収差を良好に補正することができる。
条件式(1)の上限値を上回ると、第1レンズの屈折力は強くなってしまうので、諸収差が悪化する。特に、第1レンズではマージナル光線高が高いため、球面収差の悪化が顕著になる。また、光学系全体の屈折力が第1レンズに集中するため、第1レンズの製造誤差感度は大きくなる。条件式(1)の下限値を下回ると、第1レンズの屈折力は弱くなってしまうので、主点の位置を光学系の物体側に位置させるのが困難になる。その結果、光学系の全長の短縮が困難になってしまう
ここで、条件式(1)に代えて、以下の条件式(1’)を満足するのが好ましい。
0.77<f1/f<1.3 (1’)
また、条件式(1)に代えて、以下の条件式(1”)を満足するのがより好ましい。
0.78<f1/f<1.1 (1”)
また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式(2)を満足するのが好ましい。
0.143<(r2+r3)/(r2−r3)<0.50 (2)
但し、
r2は第1レンズの物体側面の近軸曲率半径、
r2は第1レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
条件式(2)は第1レンズの形状に関する式である。条件式(2)を満足することで、光学系の全長の短縮とコマ収差の良好な補正ができる。
条件式(2)の上限値を上回ると、第1レンズの物体側面の近軸曲率半径は大きくなり、逆に像側面の近軸曲率半径が小さくなる。そのため、光学系全体の主点の位置を物体側に位置させることが難しくなる。その結果、光学系の全長の短縮が困難になる。条件式(2)の下限値を下回ると、第1レンズの物体側面の近軸曲率半径は小さくなるので、第1レンズの物体側の面への光線入射角度が急になる。そのため、コマ収差の補正が困難になる。
ここで、条件式(2)に代えて、以下の条件式(2’)を満足するのが好ましい。
0.143<(r2+r3)/(r2−r3)<0.450 (2’)
また、条件式(2)に代えて、以下の条件式(2”)を満足するのがより好ましい。
0.15<(r2+r3)/(r2−r3)<0.40 (2”)
また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式(3)を満足するのが好ましい。
0.1<d5/(d5+d6)<0.3 (3)
但し、
d5は第2レンズと第3レンズの間の光軸上の空気間隔、
d6は第3レンズ中心肉厚、
である。
条件式(3)は、第2レンズにおける軸外光束の光線高と第3レンズにおける軸外光束の光線高との差(以下、光線高の差とする)を適切に保つのに好ましい条件式である。条件式(3)を満足することで、コマ収差、高次の像面湾曲および歪曲収差を良好に補正することができる。なお、d6の値は空気換算した値ではない。
条件式(3)の上限値を上回ると、第2レンズと第3レンズの間が広がる。この場合、光線高の差を大きくすることができるので、高次の像面湾曲および歪曲収差の補正では有利である。しかしながら、光束が細くなった状態で第3レンズに入射するため、コマ収差の補正が困難になる。条件式(3)の下限値を下回ると、光線高の差を大きくすることができない。ここで、第3レンズは高次の像面湾曲や歪曲収差の補正を担っているが、光線高の差が小さいと、この第3レンズにおける収差補正の効果が小さくなる。
ここで、条件式(3)に代えて、以下の条件式(3’)を満足するのが好ましい。
0.12<d5/(d5+d6)<0.3 (3’)
また、条件式(3)に代えて、以下の条件式(3”)を満足するのがより好ましい。
0.14<d5/(d5+d6)<0.3 (3”)
また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式(4)を満足するのが好ましい。
0.5<(r6+r7)/(r6−r7)<1.5 (4)
但し、
r6は第3レンズの物体側面の近軸曲率半径、
r7は第3レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
条件式(4)は、第3レンズの物体側面及び像側面に対する光線の角度(入射角度、射出角度)を適切に保つための条件式である。条件式(4)を満足することで、コマ収差を良好に補正すると共に、光学系のテレセントリック性を保ちつつ、光学系の全長短縮化が実現できる。
条件式(4)の上限値を上回ると、第3レンズの物体側面及び像側面の近軸曲率半径が大きくなりすぎる。この場合、軸外光束の第3レンズの物体側面及び像側面に対する入射角が小さくなるので、コマ収差補正が困難になる。条件式(4)の下限値を下回ると、第3レンズの像側面の近軸曲率半径が小さくなりすぎる。この場合、第3レンズからの射出する光線の射出角が小さくなるため、光学系の全長の短縮化とテレセントリック性の確保との両立が困難になる。
ここで、条件式(4)に代えて、以下の条件式(4’)を満足するのが好ましい。
0.7<(r6+r7)/(r6−r7)<1.5 (4’)
また、条件式(4)に代えて、以下の条件式(4”)を満足するのがより好ましい。
0.8<(r6+r7)/(r6−r7)<1.5 (4”)
また、本実施形態の撮像光学系は、第3レンズの物体側面の形状は、光軸近傍では物体側に凹形状で、周辺では凸形状であるのが好ましい。
第3レンズの物体側の面が光軸近傍で物体側に凹形状、周辺で凸の形状を有することで、光学系の全長の短縮化の際に発生する軸外収差、とくに倍率色収差を良好に補正することができる。
また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式(5)を満足するのが好ましい。
0.09<ΣdAir/(ΣdL+ΣdAir)<0.194 (5)
但し、
ΣdAirは第4レンズまでのレンズ間の光軸上の空気間隔、
ΣdLは第4レンズまでのレンズ総厚、
である。
条件式(5)は、光学系の全長を短くし、良好な収差補正をするのに好ましい条件式である。条件式(5)を満足することで、光学系の全長を短くしつつ、諸収差を良好に補正することができる。
条件式(5)の上限値を上回ると、第1レンズから第4レンズまでの空気間隔が広くなるので、光学系の全長の短縮が困難になる。条件式(5)の下限値を下回ると、第1レンズから第4レンズまでの空気間隔が狭くなる。この場合、各レンズが接近するので、レンズの周辺部で形状の自由度が少なくなってしまう。その結果、コマ収差の補正が困難になる。
ここで、条件式(5)に代えて、以下の条件式(5’)を満足するのが好ましい。
0.10<ΣdAir/(ΣdL+ΣdAir)<0.18 (5’)
また、本実施形態の撮像光学系は、以下の条件式(6)を満足するのが好ましい。
1.45<(r8+r9)/(r8−r9)<1.80 (6)
但し、
r8は第4レンズの物体側面の近軸曲率半径 、
r9は第4レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
条件式(6)は、第4レンズ像側面からの光線の射出角度を抑え、周辺光量低下を回避すると共に、光学系の画角を広げるのに好ましい条件である。条件式(6)を満足することで、周辺光量低下を回避すると共に、光学系の画角を広げることができる。
条件式(6)の上限値を上回ると、第4レンズの物体側面の近軸曲率半径が大きくなりすぎる。この場合、第4レンズの物体側に入射する角度が小さくなるので、コマ収差が発生しやすくなってしまう。条件式(6)の下限値を下回ると、第4レンズの物体側面の近軸曲率半径が小さくなりすぎる。この場合、第4レンズの主点の位置が物体側に位置してしまうので、光学系全系の合成焦点距離の短縮が困難になる。
ここで、条件式(6)に代えて、以下の条件式(6’)を満足するのが好ましい。
1.45<(r8+r9)/(r8−r9)<1.75 (6’)
また、条件式(6)に代えて、以下の条件式(6”)を満足するのがより好ましい。
1.45<(r8+r9)/(r8−r9)<1.7 (6”)
また、本実施形態の撮像光学系は、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ及び第4レンズは樹脂により形成されていることが好ましい。第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ及び第4レンズに樹脂を用いることで安価な撮像光学系を提供できる。
また、本実施形態の撮像装置は、上記の撮像光学系と撮像素子を備えることが好ましい。比較的小さいFナンバーの光学系でありながら、光学全長、レンズ径を小さく保ち、諸収差、特にコマ収差が良好に補正された撮像光学系を用いた撮像装置を実現できる。
また、本実施形態の撮像装置は、撮像光学系と撮像素子が一体化していることが好ましい。撮像光学系と撮像素子を一体化させることで、撮像光学系による光学像を電気信号化することができる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択することで、小型且つ高性能な撮像装置を提供できる。
また、本実施形態の撮像装置は、撮像光学系がオートフォーカス機構と一体化していることが好ましい。オートフォーカス機構を一体化させることで、あらゆる被写体距離において、合焦することができる。
以下に、撮像光学系及び撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、屈折力の正負は、近軸曲率半径に基づく。また、絞りは最も物体側に位置している。ただし、上述のように、絞りは第1レンズの像側面よりも物体側、より具体的には、第1レンズの物体側面と像側面の間に位置している。このような絞りの位置も、「最も物体側に絞りを配置する」に含まれるものとする。
次に、実施例1にかかる撮像光学系について説明する。図1は実施例1にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図2は実施例1にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。また、FIYは像高を示している。なお、収差図における記号は、後述の実施例においても共通である。
実施例1の撮像光学系は、図1に示すように、物体側より順に、開口絞りSと、正屈折力の第1レンズL1と、負屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、負屈折力の第4レンズL4を有している。なお、以下全ての実施例においてレンズ断面中、CGはカバーガラス、Iは撮像素子の撮像面を示している。
第1レンズL1は両凸正レンズである。第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負レンズである。なお、第2レンズの物体側面は平面なので、全体としては平凹負レンズである。第3レンズは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第4レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。
非球面は、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズの両面に設けられている。
次に、実施例2にかかる撮像光学系について説明する。図3は実施例2にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図4は実施例2にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。
実施例2の撮像光学系は、図3に示すように、物体側より順に、開口絞りSと、正屈折力の第1レンズL1と、負屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、負屈折力の第4レンズL4を有している。
第1レンズL1は両凸正レンズである。第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負レンズである。なお、第2レンズL2の物体側面は平面なので、全体としては平凹負レンズである。第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第4レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。
非球面は、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズの両面に設けられている。
次に、実施例3にかかる撮像光学系について説明する。図5は実施例3にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図6は実施例3にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。
実施例3の撮像光学系は、図5に示すように、物体側より順に、開口絞りSと、正屈折力の第1レンズL1と、負屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、負屈折力の第4レンズL4を有している。
第1レンズL1は両凸正レンズである。第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負レンズである。なお、第2レンズL2の物体側面は平面なので、全体としては平凹負レンズである。第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第4レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。
非球面は、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズの両面に設けられている。
次に、実施例4にかかる撮像光学系について説明する。図7は実施例4にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図8は実施例4にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。
実施例4の撮像光学系は、図7に示すように、物体側より順に、開口絞りSと、正屈折力の第1レンズL1と、負屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、負屈折力の第4レンズL4を有している。
第1レンズL1は両凸正レンズである。第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負レンズである。なお、第2レンズL2の物体側面は平面なので、全体としては平凹負レンズである。第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第4レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。
非球面は、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズの両面に設けられている。
次に、実施例5にかかる撮像光学系について説明する。図9は実施例5にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図10は実施例5にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。
実施例5の撮像光学系は、図9に示すように、物体側より順に、開口絞りSと、正屈折力の第1レンズL1と、負屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、負屈折力の第4レンズL4を有している。
第1レンズL1は両凸正レンズである。第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負レンズである。なお、第2レンズL2の物体側面は平面なので、全体としては平凹負レンズである。第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第4レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。
非球面は、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズの両面に設けられている。
次に、実施例6にかかる撮像光学系について説明する。図11は実施例6にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図12は実施例6にかかる撮像光学系の無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図である。
実施例6の撮像光学系は、図11に示すように、物体側より順に、開口絞りSと、正屈折力の第1レンズL1と、負屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、負屈折力の第4レンズL4を有している。
第1レンズL1は両凸正レンズである。第2レンズL2は、像側に凹面を向けた負レンズである。なお、第2レンズL2の物体側面は平面なので、全体としては平凹負レンズである。第3レンズL3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第4レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。
非球面は、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズの両面に設けられている。
次に、上記各実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを掲げる。なお、各実施例の数値データにおいて、r1、r2、…は各レンズ面の曲率半径、d1、d2、…は各レンズの肉厚または空気間隔、nd1、nd2、…は各レンズのd線での屈折率、νd1、νd2、…は各レンズのアッべ数、Fno.はFナンバー、fは全系焦点距離、*印は非球面を示している。
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A4、A6、A8、A10としたとき、次の式で表される。
z=(y2/r)/[1+{1−(1+K)(y/r)21/2
+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10
また、eは10のべき乗を表している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
数値実施例1
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(絞り) ∞ -0.04
2* 2.228 0.50 1.53463 56.22
3* -1.554 0.05
4* ∞ 0.30 1.61417 25.64
5* 1.598 0.26
6* -2.531 0.68 1.53463 56.22
7* -0.484 0.05
8* 2.154 0.30 1.53463 56.22
9* 0.458 0.34
10 ∞ 0.21 1.52000 52.30
11 ∞ 可変
像面 ∞ 0.

非球面データ
第2面
K=1.404
A4=-1.07122e-01,A6=-4.05861e-01,A8=-2.02535e-01,A10=9.72428e-02
第3面
K=-19.194
A4=-3.05324e-01,A6=-1.30016e+00,A8=4.25776e+00,A10=-3.62878e+00
第4面
K=0.000
A4=2.28463e-01,A6=-3.28870e+00,A8=8.53039e+00,A10=-6.12518e+00
第5面
K=0.261
A4=7.92284e-02,A6=-1.19871e+00,A8=2.11832e+00,A10=-1.15286e+00
第6面
K=7.841
A4=2.03487e-01,A6=4.39288e-01,A8=-1.09004e+00,A10=1.15637e+00
第7面
K=-3.755
A4=-5.52517e-01,A6=9.55855e-01,A8=-1.09672e+00,A10=7.40329e-01
第8面
K=-0.273
A4=-4.20276e-01,A6=4.40511e-01,A8=-5.18164e-01,A10=3.42662e-01,
A12=-1.05703e-01
第9面
K=-4.937
A4=-2.16895e-01,A6=2.03317e-01,A8=-1.75353e-01,A10=7.03722e-02,
A12=-1.20784e-02

各種データ
fb (in air) 0.89
全長 (in air) 3.03

焦点距離
f=2.024


数値実施例2
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(絞り) ∞ -0.04
2* 2.422 0.48 1.53463 56.22
3* -1.608 0.05
4* ∞ 0.30 1.61417 25.64
5* 1.753 0.26
6* -2.514 0.70 1.53463 56.22
7* -0.485 0.05
8* 1.894 0.31 1.53463 56.22
9* 0.460 0.34
10 ∞ 0.21 1.52000 52.30
11 ∞ 可変
像面 ∞ 0.

非球面データ
第2面
K=2.201
A4=-1.00429e-01,A6=-4.05036e-01,A8=-2.04010e-01,A10=1.46148e-01
第3面
K=-21.563
A4=-2.98930e-01,A6=-1.26566e+00,A8=4.46088e+00,A10=-2.84270e+00
第4面
K=0.000
A4=2.28285e-01,A6=-3.27943e+00,A8=8.59549e+00,A10=-6.02267e+00
第5面
K=0.341
A4=8.63186e-02,A6=-1.20047e+00,A8=2.11049e+00,A10=-1.18963e+00
第6面
K=7.832
A4=2.09576e-01,A6=4.32794e-01,A8=-1.08824e+00,A10=1.20158e+00
第7面
K=-3.517
A4=-5.64863e-01,A6=9.55227e-01,A8=-1.09158e+00,A10=7.50644e-01
第8面
K=0.206
A4=-4.09280e-01,A6=4.44579e-01,A8=-5.16925e-01,A10=3.43789e-01,
A12=-1.04676e-01
第9面
K=-4.540
A4=-2.00041e-01,A6=2.03668e-01,A8=-1.72847e-01,A10=7.08826e-02,
A12=-1.24212e-02

各種データ
fb (in air) 0.84
全長 (in air) 2.99

焦点距離
f=1.89
数値実施例3
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(絞り) ∞ -0.05
2* 1.987 0.52 1.53463 56.22
3* -1.434 0.05
4* ∞ 0.30 1.61417 25.64
5* 1.485 0.26
6* -2.451 0.68 1.53463 56.22
7* -0.488 0.05
8* 2.500 0.28 1.53463 56.22
9* 0.462 0.34
10 ∞ 0.21 1.52000 52.30
11 ∞ 可変
像面 ∞ 0.

非球面データ
第2面
K=1.558
A4=-1.09016e-01,A6=-4.61554e-01,A8=-2.97228e-01,A10=-6.15446e-01
第3面
K=-19.212
A4=-3.40965e-01,A6=-1.38872e+00,A8=4.02874e+00,A10=-4.00873e+00
第4面
K=0.000
A4=2.33184e-01,A6=-3.33764e+00,A8=8.33554e+00,A10=-6.26240e+00
第5面
K=0.271
A4=6.93257e-02,A6=-1.19214e+00,A8=2.16868e+00,A10=-1.17141e+00
第6面
K=7.004
A4=2.25067e-01,A6=4.40869e-01,A8=-1.08352e+00,A10=1.23671e+00
第7面
K=-3.879
A4=-5.23333e-01,A6=9.76103e-01,A8=-1.08401e+00,A10=7.42294e-01
第8面
K=-1.881
A4=-4.17292e-01,A6=4.42363e-01,A8=-5.22791e-01,A10=3.41729e-01,
A12=-9.76669e-02
第9面
K=-5.155
A4=-2.27213e-01,A6=1.88343e-01,A8=-1.65314e-01,A10=7.24914e-02,
A12=-1.31539e-02

各種データ
fb (in air) 0.86
全長 (in air) 3.00

焦点距離
f=2.09
数値実施例4
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(絞り) ∞ -0.02
2* 3.178 0.38 1.53463 56.22
3* -1.391 0.05
4* ∞ 0.30 1.61417 25.64
5* 1.735 0.25
6* -2.542 0.70 1.53463 56.22
7* -0.485 0.05
8* 2.051 0.29 1.53463 56.22
9* 0.459 0.34
10 ∞ 0.21 1.52000 52.30
11 ∞ 可変
像面 ∞ 0.

非球面データ
第2面
K=-7.704
A4=-1.43324e-01,A6=-5.88199e-01,A8=-7.65075e-01,A10=-1.64865e+00
第3面
K=-15.993
A4=-4.06883e-01,A6=-1.55933e+00,A8=3.77786e+00,A10=-4.01664e+00
第4面
K=0.000
A4=2.18979e-01,A6=-3.45722e+00,A8=8.39861e+00,A10=-5.99830e+00
第5面
K=-0.153
A4=6.72600e-02,A6=-1.19475e+00,A8=2.01967e+00,A10=-1.16929e+00
第6面
K=7.717
A4=2.12355e-01,A6=4.24200e-01,A8=-1.08857e+00,A10=1.11670e+00
第7面
K=-3.691
A4=-5.44338e-01,A6=9.65232e-01,A8=-1.10658e+00,A10=6.96490e-01
第8面
K=0.312
A4=-4.05308e-01,A6=4.41267e-01,A8=-5.20642e-01,A10=3.40165e-01,
A12=-1.09997e-01
第9面
K=-4.816
A4=-2.02561e-01,A6=2.10316e-01,A8=-1.71170e-01,A10=7.17535e-02,
A12=-1.23248e-02

各種データ
fb (in air) 0.96
全長 (in air) 2.99

焦点距離
f=1.99
数値実施例5
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(絞り) ∞ -0.04
2* 2.199 0.53 1.53463 56.22
3* -1.479 0.05
4* ∞ 0.30 1.61417 25.64
5* 1.607 0.24
6* -2.542 0.76 1.53463 56.22
7* -0.483 0.05
8* 2.092 0.30 1.53463 56.22
9* 0.456 0.34
10 ∞ 0.21 1.52000 52.30
11 ∞ 可変
像面 ∞ 0.

非球面データ
第2面
K=1.450
A4=-9.30055e-02,A6=-4.01382e-01,A8=-2.04508e-01,A10=1.97733e-01
第3面
K=-18.409
A4=-3.08914e-01,A6=-1.33712e+00,A8=4.21372e+00,A10=-3.52818e+00
第4面
K=0.000
A4=2.24154e-01,A6=-3.33242e+00,A8=8.45857e+00,A10=-6.39003e+00
第5面
K=0.244
A4=7.86117e-02,A6=-1.20599e+00,A8=2.11246e+00,A10=-1.17326e+00
第6面
K=7.838
A4=2.04122e-01,A6=4.43982e-01,A8=-1.06694e+00,A10=1.20194e+00
第7面
K=-3.683
A4=-5.41930e-01,A6=9.67146e-01,A8=-1.09387e+00,A10=7.29084e-01
第8面
K=0.688
A4=-3.96123e-01,A6=4.44659e-01,A8=-5.15800e-01,A10=3.45183e-01,
A12=-1.03098e-01
第9面
K=-4.719
A4=-2.13027e-01,A6=2.05228e-01,A8=-1.75628e-01,A10=7.00398e-02,
A12=-1.21963e-02

各種データ
fb (in air) 0.79
全長 (in air) 3.02

焦点距離
f=1.92
数値実施例6
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(絞り) ∞ -0.03
2* 2.210 0.44 1.53463 56.22
3* -1.571 0.05
4* ∞ 0.30 1.61417 25.64
5* 1.452 0.16
6* -3453.024 0.77 1.53463 56.22
7* -0.497 0.05
8* 2.229 0.28 1.53463 56.22
9* 0.446 0.45
10 ∞ 0.21 1.52000 52.30
11 ∞ 0.12
12 ∞ 可変
像面 ∞ 0.

非球面データ
第2面
K=-0.390
A4=-1.32438e-01,A6=-5.63437e-01,A8=-4.16486e-01,A10=1.06911e+00
第3面
K=-20.715
A4=-3.12469e-01,A6=-1.40427e+00,A8=3.99981e+00,A10=-4.32113e+00
第4面
K=0.000
A4=2.11230e-01,A6=-3.24156e+00,A8=8.61246e+00,A10=-6.66707e+00
第5面
K=0.391
A4=7.16695e-02,A6=-1.23246e+00,A8=2.07572e+00,A10=-1.14180e+00
第6面
K=-2780791.077
A4=1.47302e-01,A6=3.80399e-01,A8=-1.15316e+00,A10=9.58230e-01
第7面
K=-3.879
A4=-5.10424e-01,A6=9.97713e-01,A8=-1.07599e+00,A10=7.32569e-01
第8面
K=-0.874
A4=-4.08096e-01,A6=4.45210e-01,A8=-5.13430e-01,A10=3.55542e-01,
A12=-9.12561e-02
第9面
K=-3.943
A4=-2.05339e-01,A6=2.21456e-01,A8=-1.70615e-01,A10=7.13963e-02,
A12=-1.21072e-02

各種データ
fb (in air) 0.71
全長 (in air) 2.76

焦点距離
f=1.73
各実施例の条件式対応値を以下に示す。

式no 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6
1 f1/f 0.886 0.998 0.786 0.938 0.907 0.811
2 (r2+r3)/(r2-r3) 0.178 0.202 0.162 0.391 0.196 0.169
3 d5/(d5+d6) 0.278 0.269 0.274 0.267 0.241 0.171
4 (r6+r7)/(r6-r7) 1.473 1.478 1.497 1.472 1.470 1.000
5 ΣdAir/(ΣdL+ΣdAir) 0.169 0.167 0.167 0.175 0.153 0.126
6 (r8+r9)/(r8-r9) 1.540 1.641 1.454 1.576 1.558 1.500
さて、以上のような本発明の結像(撮像)光学系は、物体の像をCCDやCMOSなどの電子撮像素子で撮影する撮影装置、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、携帯端末、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。
図13〜図15に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13はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図14は同後方斜視図、図15はデジタルカメラ40の光学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等を含む。そして、撮影者が、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の撮像光学系48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は、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、画像処理手段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、この画像処理手段51にはメモリ等が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、このメモリは画像処理手段51と別体に設けてもよいし、フレキシブル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。
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が配置されている。このファインダー用対物光学系53は、カバーレンズ54、第1プリズム10、開口絞り2、第2プリズム20、フォーカス用レンズ66からなる。このファインダー用対物光学系53によって、結像面67上に物体像が形成される。この物体像は、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。このポロプリズム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。
このように構成されたデジタルカメラ40によれば、撮影光学系41の構成枚数を少なくした小型化・薄型化の撮像光学系を有する電子撮像装置が実現できる。なお、本発明は、上述した沈胴式のデジタルカメラに限られず、屈曲光学系を採用する折り曲げ式のデジタルカメラにも適用できる。
また、撮影光学系41に一体化されたオートフォーカス機構500を備えている。オートフォーカス機構500を搭載することによって、あらゆる被写体距離において合焦することができる。
また、撮影光学系41と電子撮像素子チップ(電子撮像素子)とを一体化したことが望ましい。
電子撮像素子を一体化することで、撮像光学系による光学像を電気信号化することができる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択し、小型且つ高性能なデジタルカメラ(撮像装置)を提供できる。
次に、本発明の撮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一例であるパソコンを図16〜図18に示す。図16はパソコン300のカバーを開いた状態の前方斜視図、図17はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図18は図16の側面図である。図16〜図18に示されるように、パソコン300は、キーボード301と、情報処理手段や記録手段と、モニター302と、撮影光学系303とを有している。
ここで、キーボード301は、外部から操作者が情報を入力するためのものである。情報処理手段や記録手段は、図示を省略している。モニター302は、情報を操作者に表示するためのものである。撮影光学系303は、操作者自身や周辺の像を撮影するためのものである。モニター302は、液晶表示素子やCRTディスプレイ等であってよい。液晶表示素子としては、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がある。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。
この撮影光学系303は、撮影光路304上に、例えば実施例1の撮像光学系からなる対物光学系100と、像を受光する電子撮像素子チップ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。
鏡枠の先端には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。
電子撮像素子チップ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る。そして、最終的に、物体像は電子画像としてモニター302に表示される。図16には、その一例として、操作者が撮影した画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を介し、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。遠隔地への画像伝達は、インターネットや電話を利用する。
また、対物光学系100(撮像光学系)に一体化されたオートフォーカス機構500を備えている。オートフォーカス機構500を搭載することによって、あらゆる被写体距離において合焦することができる。
また、対物光学系100(撮像光学系)と電子撮像素子チップ162(電子撮像素子)とを一体化したことが望ましい。
電子撮像素子を一体化することで、撮像光学系による光学像を電気信号化することができる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択し、小型且つ高性能なパソコン(撮像装置)を提供できる。
次に、本発明の撮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一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話を図19に示す。図19(a)は携帯電話400の正面図、図19(b)は側面図、図19(c)は撮影光学系405の断面図である。図19(a)〜(c)に示されるように、携帯電話400は、マイク部401と、スピーカ部402と、入力ダイアル403と、モニター404と、撮影光学系405と、アンテナ406と、処理手段とを有している。
ここで、マイク部401は、操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部402は、通話相手の声を出力するためのものである。入力ダイアル403は、操作者が情報を入力するためのものである。モニター404は、操作者自身や通話相手等の撮影像や、電話番号等の情報を表示するためのものである。アンテナ406は、通信電波の送信と受信を行うためのものである。処理手段(不図示)は、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行うためのものである。
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上に配された対物光学系100と、物体像を受光する電子撮像素子チップ162とを有している。対物光学系100としては、例えば実施例1の撮像光学系が用いられる。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
鏡枠の先端には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。
電子撮像素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、図示していない画像処理手段に入力される。そして、最終的に物体像は、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、処理手段には信号処理機能が含まれている。通信相手に画像を送信する場合、この機能により、電子撮像素子チップ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。
また、対物光学系100(撮像光学系)に一体化されたオートフォーカス機構500を備えている。オートフォーカス機構500を搭載することによって、あらゆる被写体距離において合焦することができる。
また、対物光学系100(撮像光学系)と電子撮像素子チップ162(電子撮像素子)とを一体化することが望ましい。
電子撮像素子を一体化することで、撮像光学系による光学像を電気信号化することができる。また、画像中央部と周辺部で画像の明るさの変化を軽減できる電子撮像素子を選択し、小型且つ高性能な携帯電話(撮像装置)を提供できる。
なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
以上のように、本発明は、諸収差、特に像面湾曲と色収差が良好に補正した撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置に適している。また、広画角でコマ収差が良好に補正された撮像光学系、およびそれを用いた撮像装置に適している。
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
CG カバーガラス
I 撮像面
S 開口絞り
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
48 レンズ
49 CCD
50 撮像面
51 処理手段
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
66 フォーカス用レンズ
67 結像面
100 対物光学系
102 カバーガラス
162 電子撮像素子チップ
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
500 オートフォーカス機構

Claims (10)

  1. 物体側より順に、絞り、両凸形状の正の屈折力の第1レンズ、像面側に凹面を向けた負の屈折力の第2レンズ、像面側に凸面を向けた正の屈折力の第3レンズ、負の屈折力の第4レンズからなり、
    以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする撮像光学系。
    0.76<f1/f<1.50 (1)
    0.143<(r2+r3)/(r2−r3)<0.50 (2)
    但し、
    f1は前記第1レンズの焦点距離、
    fは前記撮像光学系全系の焦点距離、
    r2は前記第1レンズの物体側面の近軸曲率半径、
    r3は前記第1レンズの像側面の近軸曲率半径、
    である。
  2. 以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1に記載の撮像光学系。
    0.1<d5/(d5+d6)<0.3 (3)
    但し、
    d5は前記第2レンズと前記第3レンズの間の光軸上の空気間隔、
    d6は前記第3レンズ中心肉厚、
    である。
  3. 以下の条件式(4)を満足する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。
    0.5<(r6+r7)/(r6−r7)<1.5 (4)
    但し、
    r6は前記第3レンズの物体側面の近軸曲率半径、
    r7は前記第3レンズの像側面の近軸曲率半径、
    である。
  4. 前記第3レンズの物体側面の形状は、光軸近傍では物体側に凹形状で、周辺では凸形状であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  5. 以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の撮像光学系。
    0.09<ΣdAir/(ΣdL+ΣdAir)<0.194 (5)
    但し、
    ΣdAirは前記第1レンズから前記第4レンズまでのそれぞれのレンズ間の光軸上の空気間隔の和、
    ΣdLは前記第1レンズから前記第4レンズまでのレンズ総厚、
    である。
  6. 以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の撮像光学系。
    1.45<(r8+r9)/(r8−r9)<1.80 (6)
    但し、
    r8は前記第4レンズの物体側面の近軸曲率半径 、
    r9は前記第4レンズの像側面の近軸曲率半径、
    である。
  7. 前記第1レンズ、前記第2レンズ、前記第3レンズ、前記第4レンズは樹脂により形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の撮像光学系と、撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
  9. 前記撮像光学系と前記撮像素子が一体化していることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
  10. 前記撮像光学系がオートフォーカス機構と一体化していることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の撮像装置。
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