JP5972010B2 - Imaging device - Google Patents

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本発明は撮像光学系の像面近傍に湾曲した撮像面を配置した撮像装置に関する。特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ等に好適な撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus in which a curved imaging surface is disposed in the vicinity of an image plane of an imaging optical system. In particular, the present invention relates to an imaging apparatus suitable for a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone camera, a surveillance camera, and the like.

このような湾曲させた撮像面を用いた撮像装置の例がいくつか開示されている。
球殻レンズと、該レンズの内側に球状レンズとで同心球を成した球レンズが提案されている(特許文献1)。
この球レンズは、球面収差や色収差を良好に補正することが可能である。また点対称な構成のため広画角化が容易であり、広角かつ高解像度が要求される撮像装置の撮像光学系に適している。
この球レンズにおいて、フレア等の有害光を遮断し良好な結像性能を得るために、球レンズの球中心を通る平面上に開口絞りを有した例が開示されている。
Several examples of an imaging apparatus using such a curved imaging surface are disclosed.
A spherical lens in which concentric spheres are formed by a spherical shell lens and a spherical lens inside the lens has been proposed (Patent Document 1).
This spherical lens can satisfactorily correct spherical aberration and chromatic aberration. In addition, since it is a point-symmetric configuration, it is easy to widen the angle of view, and it is suitable for an imaging optical system of an imaging apparatus that requires a wide angle and high resolution.
In this spherical lens, an example is disclosed in which an aperture stop is provided on a plane passing through the spherical center of the spherical lens in order to block harmful light such as flare and obtain good imaging performance.

また、電子撮像素子面を2次元的に湾曲させた撮像光学系が提案されている(特許文献2)。
電子撮像素子を画像記録媒体とする場合の制約条件を緩和するために、電子撮像素子の受光面を物体側に凹面化して、電子撮像素子に対する光束の入射角度を法線角度に近づけた例が開示されている。
近年の撮像装置では電子撮像素子の画素サイズが急速に小さくなり、撮像光学系は高解像度化が求められている。そのため、撮像光学系は明るいF値においても高い結像性能を実現する必要があった。
さらに、近年の撮像装置は広角化やコンパクト化が求められている。
An imaging optical system in which the surface of the electronic imaging element is curved two-dimensionally has been proposed (Patent Document 2).
In order to alleviate the constraints when using an electronic image sensor as an image recording medium, an example in which the light receiving surface of the electronic image sensor is made concave on the object side and the incident angle of the light flux on the electronic image sensor is made closer to the normal angle. It is disclosed.
In recent imaging apparatuses, the pixel size of an electronic imaging element is rapidly reduced, and the imaging optical system is required to have high resolution. Therefore, the imaging optical system has to realize high imaging performance even at a bright F value.
Furthermore, recent imaging apparatuses are required to have a wider angle and a smaller size.

特開昭63−081413号公報JP 63-081413 A 特許第4628781号公報Japanese Patent No. 4628781

特許文献1の球レンズでは、開口絞り径を変更できないという課題を有している。
特に、F/2.0よりも明るいF値の撮像光学系を用いた撮像装置では、被写界深度が浅くなり、開口絞り径の変更によって被写界深度を制御可能であることが望まれている。
しかしながら、特許文献1の球レンズでは被写界深度を制御できない構成であった。
一方、特許文献2の撮像装置では、開口絞り径は変更できるが、F値が暗く明るい撮像光学系ではないという課題を有している。
The spherical lens of Patent Document 1 has a problem that the aperture stop diameter cannot be changed.
In particular, in an imaging apparatus using an imaging optical system having an F value brighter than F / 2.0, it is desired that the depth of field becomes shallow and the depth of field can be controlled by changing the aperture stop diameter. ing.
However, the spherical lens of Patent Document 1 has a configuration in which the depth of field cannot be controlled.
On the other hand, the imaging device of Patent Document 2 has a problem that the aperture stop diameter can be changed, but the imaging optical system is not a bright and bright F-number.

本発明では、上記課題に鑑み、F/2.0よりも明るいF値において、収差を良好に補正し、高い結像性能を有すると共に、開口絞り径を可変として被写界深度制御が可能となる撮像装置を提供することを目的とする。   In the present invention, in view of the above-described problems, aberrations are corrected well at an F value brighter than F / 2.0, high imaging performance is achieved, and the depth of field can be controlled by changing the aperture stop diameter. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus.

本発明の一側面としての撮像装置は、物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を有する撮像装置であって、前記撮像光学系は、少なくとも2枚のレンズと、該2枚のレンズの間を満たす流体媒質中に配置される開口絞りと、を備え、前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面は凹面であり、前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面は、凸形状の球面を基準面とするとき、該基準面に対して周辺部が物体側へ変位した形状の非球面であり、前記撮像光学系の焦点距離をf_sys、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をd_pup、前記撮像面の曲率半径をR_img、としたとき、次の(1)式及び(2)式を満足することを特徴とする。
0.8≦f_sys/d_pup≦1.5 …(1)
0.8≦|R_img|/f_sys≦1.5 …(2)
また、本発明の他の側面としての撮像装置は、物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を有する撮像装置であって、前記撮像光学系は、少なくとも2枚のレンズと、該2枚のレンズの間を満たす流体媒質中に配置される開口絞りと、を備え、前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面は凹面であり、前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面は凸面であり、 前記流体媒質は、液体であり、上記の(1)式及び(2)式を満足することを特徴とする。
An imaging apparatus as one aspect of the present invention is an imaging apparatus having an imaging surface that is concave toward the object side, and an imaging optical system that forms an object image on the imaging surface. And an aperture stop disposed in a fluid medium that fills between the two lenses, and a lens surface in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is a concave surface The lens surface that is in contact with the fluid medium on the image side of the aperture stop is an aspherical surface in which a peripheral portion is displaced toward the object side with respect to the reference surface when a convex spherical surface is used as the reference surface. When the focal length of the imaging optical system is f_sys, the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface is d_upp, and the radius of curvature of the imaging surface is R_img, the following equations (1) and (2) It is characterized by satisfying the formula .
0.8 ≦ f_sys / d_pup ≦ 1.5 (1)
0.8 ≦ | R_img | /f_sys≦1.5 (2)
An imaging apparatus as another aspect of the present invention is an imaging apparatus having an imaging surface that is concave toward the object side, and an imaging optical system that forms an object image on the imaging surface. The optical system includes at least two lenses and an aperture stop disposed in a fluid medium that fills between the two lenses, and a lens surface that is in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is The lens surface that is a concave surface and is in contact with the fluid medium on the image side of the aperture stop is a convex surface, and the fluid medium is a liquid, and satisfies the expressions (1) and (2). And

本発明によれば、F/2.0よりも明るいF値において、収差を良好に補正し、高い結像性能を有すると共に、開口絞り径を可変として被写界深度制御が可能となる撮像装置を実現することができる。   According to the present invention, at an F value brighter than F / 2.0, an image pickup apparatus that corrects aberration well, has high imaging performance, and can control the depth of field with a variable aperture stop diameter. Can be realized.

本発明の参考例1における撮像装置の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of an imaging apparatus according to Reference Example 1 of the present invention. 本発明の参考例1における撮像光学系の縦収差図。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system in Reference Example 1 of the present invention. 本発明の参考例1における撮像光学系の横収差図。FIG. 5 is a lateral aberration diagram of the imaging optical system in Reference Example 1 of the present invention. 本発明の参考例2における撮像装置の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of an imaging apparatus according to Reference Example 2 of the present invention. 本発明の参考例2における撮像光学系の縦収差図。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system in Reference Example 2 of the present invention. 本発明の参考例2における撮像光学系の横収差図。The lateral aberration figure of the imaging optical system in the reference example 2 of this invention. 本発明の実施例3における撮像装置の構成例を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating an aspherical amount of an imaging optical system used in an imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施例3における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating an aspherical amount of an imaging optical system used in an imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施例3における撮像光学系野縦収差図。FIG. 12 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3における撮像光学系野横収差図。FIG. 10 is a lateral aberration diagram of the imaging optical system in Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4における撮像装置の構成例を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施例4における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating an aspheric amount of an imaging optical system used in an imaging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施例4における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating an aspheric amount of an imaging optical system used in an imaging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施例4における撮像光学系の縦収差図。FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施例4における撮像光学系の横収差図。FIG. 10 is a lateral aberration diagram of the imaging optical system according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施形態における撮像装置の物体面を有限距離に配置した際の結像関係を示す図。The figure which shows the imaging relationship at the time of arrange | positioning the object plane of the imaging device in embodiment of this invention in a finite distance. 本発明の実施形態の撮像装置のピント調整時におけるピント位置と撮像面形状の関係を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a focus position and an imaging surface shape during focus adjustment of the imaging apparatus according to the embodiment of the invention.

本発明の実施形態における撮像装置の構成例について説明する。
まず、その全体構成について説明する。
本実施形態の撮像装置は、複数のレンズを有する撮像光学系を備え、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有し、この像面湾曲のうちペッツバール像面分を補正できる構成とされている。
さらに、撮像光学系を点対称な光学系に近づけることによって、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差の発生を抑え、補正対象収差を球面収差、軸上色収差などの軸上収差のみに限定している。
撮像光学系を点対称な光学系に近づけることは、レンズ形状を制限してしまい光学設計の自由度を狭めることになるが、それ以上に補正すべき収差を軸上収差のみに限定できる利点の方が重要である。
これにより、広画角に渡って明るく高い結像性能を有する撮像装置を実現することができる。
A configuration example of the imaging device according to the embodiment of the present invention will be described.
First, the overall configuration will be described.
The imaging apparatus of the present embodiment includes an imaging optical system having a plurality of lenses, and has an imaging surface curved with a concave surface facing the object side in the vicinity of the image plane of the imaging optical system. The Petzval image plane can be corrected.
Furthermore, by bringing the imaging optical system closer to a point-symmetric optical system, the occurrence of off-axis aberrations such as coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration is suppressed, and the correction target aberrations are spherical aberration, axial chromatic aberration, etc. Limited to axial aberrations only.
Making the imaging optical system closer to a point-symmetric optical system restricts the lens shape and reduces the degree of freedom in optical design, but it has the advantage that the aberration to be corrected can be limited only to axial aberration. Is more important.
As a result, it is possible to realize an imaging apparatus having a bright and high imaging performance over a wide angle of view.

そこで、本発明の撮像装置では、撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定し、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定することにより、撮像光学系を点対称な光学系に近づけている。
特に、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系が点対称に近い構成を採ることが重要であり、画角光束に対してコンセントリックな構成としている。
撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定することで、撮像光学系の像側主点と射出瞳とを略同位置に揃えることができる。
これは、画角光束の入射高が低くなるので、画角光束を軸上光束と同様に扱うことができ、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系を点対称に近い構成にすることができる。具体的には、以下で説明するように(1)式(以下の表で示された丸数字1の条件式)を満足させるように構成すると良い。
これにより、広画角に渡ってコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差を良好に補正することができる。
また、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定することで、像面湾曲を良好に補正することができる。
具体的には、以下で説明するように(2)式(以下の表で示された丸数字2の条件式)を満足させるように構成すると良い。
撮像光学系の構成により非点収差を良好に補正できるので、像面湾曲をペッツバール像面のみに限定でき、撮像面を湾曲させることによってペッツバール像面を補正できるので、軸外収差の全てに対して発生を小さく抑えることができる。すなわち、残りの収差を軸上収差に限定することができる。
Therefore, in the imaging apparatus of the present invention, the focal length of the imaging optical system is set to be approximately equal to the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface, and the radius of curvature of the imaging surface is set to be approximately equal to the focal length of the imaging optical system. By doing so, the imaging optical system is brought close to a point-symmetric optical system.
In particular, it is important that the optical system on the image side is closer to point symmetry than the aperture stop of the imaging optical system.
By setting the focal length of the imaging optical system to be approximately equal to the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface, the image-side principal point and the exit pupil of the imaging optical system can be aligned at substantially the same position.
This is because the incident height of the viewing angle light beam is lowered, so that the viewing angle light beam can be handled in the same way as the axial light beam, and the optical system on the image side is closer to point symmetry than the aperture stop of the imaging optical system. be able to. Specifically, as described below, it may be configured to satisfy the expression (1) (the conditional expression of the circled number 1 shown in the following table).
Thereby, it is possible to satisfactorily correct off-axis aberrations such as coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration over a wide angle of view.
In addition, by setting the radius of curvature of the imaging surface to be approximately equal to the focal length of the imaging optical system, it is possible to favorably correct curvature of field.
Specifically, as described below, it may be configured to satisfy the expression (2) (the conditional expression of the circled number 2 shown in the following table).
Astigmatism can be satisfactorily corrected by the configuration of the imaging optical system, so that the curvature of field can be limited to only the Petzval image surface, and the Petzval image surface can be corrected by curving the imaging surface, so that all off-axis aberrations can be corrected. Generation can be suppressed. That is, the remaining aberration can be limited to axial aberration.

更に、本発明は、次のように(1)式、(2)式を満足させる構成を採るに当たり、広角で明るいF値の撮像光学系において、絞り径を変更することが可能に構成されている。
すなわち、撮像光学系と、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有する撮像装置において、
前記撮像光学系は少なくとも2枚のレンズを有し、該2枚のレンズの間を流体媒質で満たし、該流体媒質中に開口絞りが配置され、
該開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面とし、前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状が凸面とし、
前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離が略等しく設定されていると共に、前記撮像面の曲率半径が前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離と略等しく設定されている。
その際、撮像光学系の焦点距離をf_sys、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離をd_pup、撮像面の曲率半径をR_img、としたとき、以下の(1)式及び(2)式を満足させるように構成することができる。
0.8≦f_sys/d_pup≦1.5 …(1)
0.8≦|R_img|/f_sys≦1.5…(2)
なお、ここでの撮像装置における撮像面とは、湾曲させた電子撮像素子、もしくは、入射面を湾曲させた光伝送手段のことである。
この湾曲させた電子撮像素子とは、例えば、形状可変な基板上に電子撮像素子を形成したものや、小さな平面型電子撮像素子をアレイ状に配置して凹面形状としたものが考えられる。
また、光伝送手段とは、例えば、光ファイバーを束ねてプレート状に構成したイメージプレートが考えられ、一端を凹面形状に、他端を平面に加工したものである。
そして、光伝送手段の入射面を物体側に凹面を向けて湾曲させた面を撮像面とし、平面の射出面を電子撮像素子へと接続して撮像ユニットとする構成を採ることができる。
Furthermore, the present invention is configured such that the aperture diameter can be changed in a wide-angle and bright F-number imaging optical system when adopting a configuration that satisfies the equations (1) and (2) as follows. Yes.
That is, in an imaging apparatus having an imaging optical system and an imaging surface curved with a concave surface facing the object side in the vicinity of the image plane of the imaging optical system,
The imaging optical system has at least two lenses, a space between the two lenses is filled with a fluid medium, and an aperture stop is disposed in the fluid medium,
The shape of the lens surface on the object side of the aperture stop and in contact with the fluid medium is a concave surface, and the shape of the lens surface on the image side of the aperture stop and in contact with the fluid medium is a convex surface,
The focal length of the imaging optical system and the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface are set to be substantially equal, and the radius of curvature of the imaging surface is from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface. Is set to be approximately equal to the distance.
At this time, when the focal length of the imaging optical system is f_sys, the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface is d_upp, and the radius of curvature of the imaging surface is R_img, the following equations (1) and (2) Can be configured to satisfy.
0.8 ≦ f_sys / d_pup ≦ 1.5 (1)
0.8 ≦ | R_img | /f_sys≦1.5 (2)
In addition, the imaging surface in the imaging device here is a curved electronic imaging device or an optical transmission unit having a curved incident surface.
As the curved electronic imaging device, for example, an electronic imaging device formed on a shape-variable substrate, or a small planar electronic imaging device arranged in an array shape to have a concave shape can be considered.
The light transmission means may be, for example, an image plate configured by bundling optical fibers into a plate shape, and one end is processed into a concave shape and the other end is processed into a flat surface.
Then, it is possible to adopt a configuration in which an incident surface of the optical transmission means is curved with the concave surface facing the object side as an imaging surface, and a flat emission surface is connected to an electronic imaging device to form an imaging unit.

次に、上記開口絞りについて、更に詳細に説明する。
本実施形態の開口絞りは、絞り径を可変にできることを特徴としている。
特許文献1の球レンズでは、開口絞りの開口部には光学ガラスが充填されており、絞り径を変更することができなかった。
そこで、本発明では開口絞りを流体媒質中に配置して、絞り径を可変にできる構成としている。
ここで、流体媒質とは空気などの気体や、水、オイルなどの液体のことである。一般的に流体媒質は光学ガラスや光学プラスチックなどの光学材料よりも低い屈折率を有しており、流体媒質とレンズ面との間の屈折率差が光学性能を劣化させる要因となっていた。
例えば、球レンズにおいて、開口絞りの周囲を流体媒質で満たした場合について説明する。
球レンズを開口絞りの位置で2つに分け、その間に流体媒質を満たした場合、軸上光束はさほど影響はないが、画角光束は流体媒質と接するレンズ面で大きく屈折してしまう。
球レンズでは点対称性によって収差を補正しているが、画角光束がレンズ面と流体媒質との界面で大きく屈折すると、その光路の点対称性が崩れて大きな収差が発生し問題となる。
具体的には、レンズ面での大きな屈折により、コマ収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差が大きく発生して問題となる。
Next, the aperture stop will be described in more detail.
The aperture stop of this embodiment is characterized in that the stop diameter can be made variable.
In the spherical lens of Patent Document 1, the aperture of the aperture stop is filled with optical glass, and the aperture diameter cannot be changed.
Therefore, in the present invention, an aperture stop is disposed in the fluid medium so that the aperture diameter can be varied.
Here, the fluid medium is a gas such as air or a liquid such as water or oil. In general, the fluid medium has a lower refractive index than optical materials such as optical glass and optical plastic, and the refractive index difference between the fluid medium and the lens surface is a factor that degrades optical performance.
For example, a case where a spherical lens is filled with a fluid medium around an aperture stop will be described.
When the spherical lens is divided into two at the position of the aperture stop and the fluid medium is filled between them, the axial light beam is not so much affected, but the field angle light beam is largely refracted on the lens surface in contact with the fluid medium.
In a spherical lens, aberration is corrected by point symmetry. However, if a field angle light beam is largely refracted at the interface between the lens surface and the fluid medium, the point symmetry of the optical path is lost and large aberration is generated, which becomes a problem.
More specifically, coma, astigmatism, curvature of field, and lateral chromatic aberration are greatly generated due to large refraction at the lens surface.

また、流体媒質の領域を開口絞りを中心とした球面とした場合、画角光束においても点対称性が保たれる。
しかしながら、開口絞りとの距離が近いので球面の曲率半径がきつくなり、画角光束の一部が全反射して光束ケラレの問題が発生する。
すなわち、明るいF値の撮像光学系を実現できない。
そこで、本実施形態では、開口絞りよりも物体側にあって流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面としており、該レンズ面における屈折を弱めて、収差の発生を小さく抑えている。
また、開口絞りよりも像側にあって流体媒質と接するレンズ面の形状を凸面としており、前述の凹面で付与されたパワーをキャンセルしている。これにより、後群における画角光束の角度を前群の角度に戻して、後群を点対称な光学系に近い構成とし収差を良好に補正している。
Further, when the fluid medium region is a spherical surface centered on the aperture stop, the point symmetry is maintained even in the view angle light flux.
However, since the distance from the aperture stop is short, the radius of curvature of the spherical surface is tight, and a part of the light beam at the angle of view is totally reflected, causing a problem of vignetting.
That is, a bright F-number imaging optical system cannot be realized.
Therefore, in the present embodiment, the shape of the lens surface that is closer to the object side than the aperture stop and is in contact with the fluid medium is a concave surface, and the refraction on the lens surface is weakened to reduce the occurrence of aberrations.
Further, the shape of the lens surface located on the image side of the aperture stop and in contact with the fluid medium is a convex surface, and the power applied by the concave surface is canceled. As a result, the angle of view light flux in the rear group is returned to the angle of the front group, and the rear group has a configuration close to a point-symmetric optical system, and aberrations are corrected well.

このように、本実施形態の構成を用いれば、広角で明るいF値の撮像光学系において、絞り径を変更することが可能な撮像装置を提供することができる。
特に、F/2.0よりも明るいF値の撮像光学系に対して大きな効果を発揮する。
また、明るいF値の撮像光学系は被写界深度が狭くなるので、短い焦点距離ながら背景をぼかした撮影が可能となり、例えばコンパクトカメラにおいても背景ぼかしが可能となる。
さらに、明るいF値の撮像光学系は、F値の2乗に比例して露光時間を短く設定することができるため、手ブレや被写体ブレ、ショットノイズを格段に軽減でき、高品位な画像による撮像装置を提供することができる。
As described above, by using the configuration of the present embodiment, it is possible to provide an imaging apparatus capable of changing the aperture diameter in a wide-angle and bright F-number imaging optical system.
In particular, it has a great effect on an imaging optical system having an F value brighter than F / 2.0.
In addition, since the imaging optical system having a bright F value has a narrow depth of field, it is possible to shoot with the background blurred while having a short focal length. For example, even a compact camera can blur the background.
Furthermore, since an imaging optical system with a bright F value can set the exposure time in proportion to the square of the F value, camera shake, subject blur, and shot noise can be significantly reduced, resulting in a high-quality image. An imaging device can be provided.

次に、周辺光量落ちを改善する作用について説明する。
一般的な撮像光学系では、画角(入射角)ωに対してcosω4乗則に従って周辺光量比が低下することが知られている。そのため、撮影された画像の周辺部がとても暗くなり奇麗な画像が得られない。
近年のデジタルカメラやデジタルビデオカメラでは、周辺部の感度を大幅に持ち上げて周辺光量落ちをデジタル的に補正するものもあるが、コントラストは低いままノイズが増加してしまうので、画像の中心部と比べて画質がかなり劣化する。
周辺光量落ちは、このような深刻な問題を引き起こす。この傾向は広画角な撮像光学系ほど顕著となり、広画角な撮像光学系を実現するために必要な要素の1つとなっている。
周辺光量比のcosω4乗則の内訳は、
(a)画角に応じて、見かけの焦点距離が長くなることでcosωの2乗分、
(b)画角に応じて見かけの開口径が狭まることでcosωの1乗分、
(c)画角に応じて撮像面への入射角がきつくなることでcosωの1乗分、である。
Next, the effect | action which improves peripheral light quantity fall is demonstrated.
In a general imaging optical system, it is known that the peripheral light amount ratio is reduced according to the cos ω4 power law with respect to the field angle (incident angle) ω. Therefore, the peripheral part of the photographed image becomes very dark and a beautiful image cannot be obtained.
Some recent digital cameras and digital video cameras digitally correct peripheral light loss by significantly increasing the sensitivity at the periphery, but noise increases with a low contrast, so Compared with the image quality is considerably deteriorated.
The peripheral light loss causes such a serious problem. This tendency becomes more prominent with an imaging optical system with a wide angle of view, and is one of the elements necessary to realize an imaging optical system with a wide angle of view.
The breakdown of the cos ω4 power law of the peripheral light ratio is
(A) The apparent focal length is increased according to the angle of view, so that the square of cos ω
(B) The apparent aperture diameter is reduced according to the angle of view, so that the first power of cos ω
(C) The angle of incidence on the imaging surface is increased according to the angle of view, which is the first power of cos ω.

本実施形態の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定しており、全画角において見かけの焦点距離を略同一にすることができる。
これにより、周辺光量比をcosωの2乗分を改善することができる。
(2)式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
すなわち、周辺光量比がcosωの4乗からcosωの2乗へ向上させることができる。
広画角な撮像光学系の周辺光量比を大幅に改善することができるので、広画角に渡ってコントラストが高く、ノイズが少なく高画質な画像を撮影することができる撮像装置を提供することができる。
In the imaging optical system in the imaging apparatus of the present embodiment, the radius of curvature of the imaging surface is set to be approximately equal to the focal length of the imaging optical system, and the apparent focal length can be made substantially the same at all angles of view.
As a result, the peripheral light amount ratio can be improved by the square of cos ω.
By satisfying the expression (2), a corresponding effect can be obtained.
That is, the peripheral light amount ratio can be improved from the fourth power of cosω to the second power of cosω.
To provide an imaging device capable of significantly improving the peripheral light amount ratio of an imaging optical system having a wide angle of view, and capable of shooting a high-quality image with high contrast and low noise over a wide angle of view. Can do.

次に、上記(1)式、(2)式の意義について更に詳しく説明する。
(1)式は、撮像光学系の焦点距離f_sysと撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離d_pupとを略等しく設定する条件であり、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系を点対称に近い構成にすることができる。
(1)式を満たせば、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差を良好に補正することができる。
(1)式の上限を超えると、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系の点対称性が確保できず、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差が発生して問題となる。
(1)式の下限を超えると、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系の点対称性が確保できず、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差が発生して問題となる。
Next, the significance of the above formulas (1) and (2) will be described in more detail.
Equation (1) is a condition for setting the focal length f_sys of the imaging optical system and the distance d_pup from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface to be substantially equal, and is an optical system on the image side with respect to the aperture stop of the imaging optical system. Can have a configuration close to point symmetry.
If the expression (1) is satisfied, off-axis aberrations such as coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration can be corrected well.
If the upper limit of the expression (1) is exceeded, the point symmetry of the optical system on the image side with respect to the aperture stop of the imaging optical system cannot be secured, and off-axis aberrations such as coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration will occur. It occurs and becomes a problem.
If the lower limit of the expression (1) is exceeded, the point symmetry of the optical system on the image side with respect to the aperture stop of the imaging optical system cannot be secured, and off-axis aberrations such as coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration occur. It occurs and becomes a problem.

(2)式は、撮像面の曲率半径R_imgを、撮像光学系の焦点距離f_sysと略等しく設定する条件であり、像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。
(2)式を満たせば、撮像装置の像面形状をペッツバール像面に近づけることができるので、広画角に渡って非点収差を発生させることなく像面湾曲を補正することができる。
(2)式の上限を超えると、撮像面の周辺部でペッツバール像面からの乖離が大きくなり、像面湾曲が発生して結像性能が劣化する。
(2)式の下限を超えると、撮像面の周辺部でペッツバール像面からの乖離が大きくなり、像面湾曲が発生して結像性能が劣化する。
F値が明るい撮像光学系の場合、焦点深度が狭いので像面湾曲の許容範囲が狭く、像面湾曲は高精度に補正する必要がある。
Expression (2) is a condition for setting the radius of curvature R_img of the imaging surface to be approximately equal to the focal length f_sys of the imaging optical system, and is a condition for favorably correcting curvature of field and astigmatism.
If the expression (2) is satisfied, the image plane shape of the imaging apparatus can be brought close to the Petzval image plane, so that field curvature can be corrected without generating astigmatism over a wide angle of view.
When the upper limit of the expression (2) is exceeded, the deviation from the Petzval image plane becomes large at the periphery of the imaging surface, the field curvature occurs, and the imaging performance deteriorates.
If the lower limit of the expression (2) is exceeded, the deviation from the Petzval image plane increases at the periphery of the imaging surface, and field curvature occurs, resulting in degradation of imaging performance.
In the case of an imaging optical system with a bright F value, the allowable depth of field curvature is narrow because the depth of focus is narrow, and it is necessary to correct field curvature with high accuracy.

なお、撮像面が、球面ではなく、非球面または階段状になっている場合には、撮像面の曲率半径を以下のように定義する。
まず、撮像面の形状が非球面の場合、基準球面の曲率半径を「撮像面の曲率半径」とする。
非球面はα式で表すことができ、α式の光軸上における曲率cの逆数が曲率半径である。
When the imaging surface is not spherical but is aspherical or stepped, the radius of curvature of the imaging surface is defined as follows.
First, when the shape of the imaging surface is an aspherical surface, the radius of curvature of the reference spherical surface is defined as “the radius of curvature of the imaging surface”.
An aspherical surface can be expressed by an α equation, and the reciprocal of the curvature c on the optical axis of the α equation is the radius of curvature.

ここで、zは非球面形状の光軸方向のサグ量(mm)、cは光軸上における曲率(1/mm)、rは半径方向の光軸からの距離(mm)であり、A,B,C,Dはそれぞれ4次、6次、8次、10次の係数である。
撮像面が非球面形状であっても、光軸上の曲率半径を計測することによって基準曲面の曲率半径を求めることができる。
次に、撮像面の形状が階段状の場合について説明する。
小さな電子撮像素子をアレイ化して構成した場合や、光ファイバーを束ねて湾曲した撮像面を構成した場合、厳密に言うと撮像面が階段状になる。
その場合は、電子撮像素子の1画素もしくは光ファイバーの1本の中心点を結んだ曲面を撮像面とみなすことができる。
その曲面を上記α式で最小二乗法によりフィッティングした結果から基準曲面の曲率半径を算出すれば、撮像面の曲率半径を求めることができる。
Here, z is the sag amount (mm) in the optical axis direction of the aspherical shape, c is the curvature (1 / mm) on the optical axis, r is the distance (mm) from the optical axis in the radial direction, A, B, C, and D are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order coefficients, respectively.
Even if the imaging surface is aspherical, the radius of curvature of the reference curved surface can be obtained by measuring the radius of curvature on the optical axis.
Next, the case where the shape of the imaging surface is stepped will be described.
Strictly speaking, the imaging surface has a staircase shape when a small electronic imaging device is configured as an array or when an imaging surface curved by bundling optical fibers is configured.
In that case, a curved surface connecting one pixel of the electronic image sensor or one central point of the optical fiber can be regarded as an imaging surface.
If the curvature radius of the reference curved surface is calculated from the result of fitting the curved surface by the above-described α equation by the least square method, the curvature radius of the imaging surface can be obtained.

また、本発明の撮像装置は、撮像光学系と撮像面の間隔を変更することによってピント位置を調整する。
図17(a)および図17(b)に物体面を有限距離に配置した際の結像関係を示す。
図17(a)において、OBJは物体面、SYSは撮像光学系、IMGは像面であり、撮像光学系SYSは物体面OBJ上のある物点を像面IMG上の像点へ結像させている。
図17(a)に示したように、撮像光学系SYSは、撮像光学系SYSから等距離にある物点をペッツバール像面上へ結像させるので、このときの物体面OBJは湾曲した形状となる。
しかしながら、撮像光学系では物体面OBJは平面であることが好ましい。
図17(b)に示したように、光軸上以外にある物点は破線で示した湾曲状の物体面ではなく、実線で示した平面の物体面とする。すると、図17(b)の矢印Aで示したように、物点は撮像光学系SYSから離れる方向へ移動し、像点も矢印Bで示したように、破線で示したペッツバール像面から実線で示した像面IMGへと撮像光学系SYSに近づく方向へ移動する。
この像面側の移動量を、光束の進行方向におけるデフォーカス量として図17(b)の撮像光学系のモデルにおいて一例を図18のグラフに示した。
The imaging apparatus of the present invention adjusts the focus position by changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface.
FIG. 17A and FIG. 17B show the imaging relationship when the object plane is arranged at a finite distance.
In FIG. 17A, OBJ is an object plane, SYS is an imaging optical system, IMG is an image plane, and the imaging optical system SYS forms an object point on the object plane OBJ on an image point on the image plane IMG. ing.
As shown in FIG. 17A, since the imaging optical system SYS forms an object point equidistant from the imaging optical system SYS on the Petzval image plane, the object plane OBJ at this time has a curved shape. Become.
However, in the imaging optical system, the object plane OBJ is preferably a flat surface.
As shown in FIG. 17B, an object point other than on the optical axis is not a curved object surface indicated by a broken line but a plane object surface indicated by a solid line. Then, as indicated by an arrow A in FIG. 17B, the object point moves away from the imaging optical system SYS, and the image point is also a solid line from the Petzval image plane indicated by a broken line as indicated by an arrow B. It moves to the image plane IMG shown in the direction closer to the imaging optical system SYS.
An example of the amount of movement on the image plane side as a defocus amount in the light beam traveling direction is shown in the graph of FIG. 18 in the model of the imaging optical system in FIG.

図18には、ある例におけるピント調整時のピント位置と撮像面形状の関係を示している。
この例では、各パラメーターを、撮像光学系の焦点距離をf_sys=12.0(mm)、撮像面の曲率半径をR_img=12.0(mm)としている。撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離をd_pup=12.0(mm)、物体距離をS=−300(mm)、画角をω=60(deg)としている。
前述の通り、物体面を平面とした場合、各画角光束のピント位置がペッツバール像面から撮像光学系側にデフォーカスする。
光束の進行方向におけるデフォーカス量を丸数字1としてピント位置のグラフに表示している。
また、撮像面の曲率半径は撮像光学系の焦点距離と等しく設定しており、物体距離が無限遠におけるペッツバール像面形状に相当する。
物体距離が無限遠で丸数字1のピント位置と丸数字2の撮像面形状が一致するのは当然だが、図18は物体距離をS=−300(mm)まで近づけた場合でもピント位置と撮像面形状がぴったり一致することを示している。
これは物体距離が無限遠からS=−300(mm)までのどの距離においても、平面の物体面を像面湾曲を発生させることなく、ピント調整できることを意味している。
また、画角−60〜+60(deg)の広範囲において上記が実現できる。
撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定し、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定すれば、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけでピント調整が可能となる。
そのために、(1)式および(2)式を満足させることが重要である。
以上で説明した本実施形態の撮像装置のように、格段に明るいF値の撮像光学系は焦点深度が非常に狭いので、高精度なピント調整を簡単に実現できることは撮像装置にとって極めて重要である。
FIG. 18 shows the relationship between the focus position and the imaging surface shape during focus adjustment in an example.
In this example, the parameters are such that the focal length of the imaging optical system is f_sys = 12.0 (mm) and the radius of curvature of the imaging surface is R_img = 12.0 (mm). The distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface is d_pup = 12.0 (mm), the object distance is S = −300 (mm), and the field angle is ω = 60 (deg).
As described above, when the object plane is a plane, the focus position of each light beam at each angle of view is defocused from the Petzval image plane to the imaging optical system side.
The defocus amount in the traveling direction of the light beam is displayed as a circle number 1 on the graph of the focus position.
Further, the radius of curvature of the imaging surface is set equal to the focal length of the imaging optical system, which corresponds to the Petzval image surface shape when the object distance is infinity.
It is natural that the object position is infinite and the focus position of the circled numeral 1 and the imaging surface shape of the circled numeral 2 match, but FIG. 18 shows the focus position and the imaging even when the object distance is reduced to S = −300 (mm). It shows that the surface shapes match exactly.
This means that the plane object surface can be focused without causing field curvature at any distance from infinity to S = −300 (mm).
Further, the above can be realized in a wide range of angle of view from −60 to +60 (deg).
If the focal length of the imaging optical system is set approximately equal to the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface, and the radius of curvature of the imaging surface is set approximately equal to the focal length of the imaging optical system, the shape of the imaging surface changes. Without adjusting, it is possible to adjust the focus only by changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface.
Therefore, it is important to satisfy the expressions (1) and (2).
Like the imaging device of the present embodiment described above, an imaging optical system with an extremely bright F value has a very narrow depth of focus, so that it is extremely important for the imaging device to be able to easily achieve high-precision focus adjustment. .

以下に、本発明の実施例について説明する。
参考例1]
参考例1として、本発明を適用した撮像装置の構成例について説明する。
参考例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図1に示すように、4枚のレンズG1,G2,G3,G4と流体媒質FM中に設置した開口絞りSTOとで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第1レンズG1、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第2レンズG2、
開口絞りSTO、両凸レンズである第3レンズG3、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第4レンズG4、が配置されている。
図1中のIMGは撮像面である。
参考例における撮像装置では、電子撮像素子ICDを球状に形成して湾曲した撮像面IMGを構成しており、撮像面IMGの全域に渡って良好な結像性能を実現している。
Examples of the present invention will be described below.
[ Reference Example 1]
As Reference Example 1, a configuration example of an imaging apparatus to which the present invention is applied will be described.
As shown in FIG. 1, the image pickup optical system used in the image pickup apparatus of this reference example includes four lenses G1, G2, G3, and G4 and an aperture stop STO installed in the fluid medium FM.
From the object side,
A first lens G1, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side;
A second lens G2, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side,
An aperture stop STO, a third lens G3 which is a biconvex lens,
A fourth lens G4, which is a meniscus lens having a convex surface facing the image side, is disposed.
IMG in FIG. 1 is an imaging surface.
In the imaging apparatus according to this reference example, the curved imaging surface IMG is formed by forming the electronic imaging element ICD in a spherical shape, and good imaging performance is realized over the entire imaging surface IMG.

表1に本参考例の撮像装置の構成を示す。
面番号1は第1レンズG1の入射面、面番号2は第1レンズG1の射出面と第2レンズG2との貼り合せ面、面番号3は第2レンズG2の射出面、面番号4は開口絞りSTOである。
面番号5は第3レンズG3の入射面、面番号6は第3レンズG3の射出面と第4レンズG4の入射面との貼り合せ面、面番号7は第4レンズG4の射出面、そして面番号8は撮像面IMGである。
表中のRは曲率半径(mm)、dは面間隔(mm)、Ndはd線の屈折率、νdはアッベ数を示す。
Table 1 shows the configuration of the imaging apparatus of this reference example .
Surface number 1 is the entrance surface of the first lens G1, surface number 2 is the bonding surface of the exit surface of the first lens G1 and the second lens G2, surface number 3 is the exit surface of the second lens G2, and surface number 4 is An aperture stop STO.
Surface number 5 is the entrance surface of the third lens G3, surface number 6 is the bonding surface of the exit surface of the third lens G3 and the entrance surface of the fourth lens G4, surface number 7 is the exit surface of the fourth lens G4, and Surface number 8 is the imaging surface IMG.
In the table, R is the radius of curvature (mm), d is the surface separation (mm), Nd is the refractive index of the d-line, and νd is the Abbe number.

参考例の撮像装置では、第2レンズG2と第3レンズG3の間を流体媒質FMである空気(Air)で満たしている。その空気中に開口絞りSTOを配置しており、開口絞りSTOは絞り径を可変としている。
また、空気の屈折率はNd=1.000であり、光学ガラスと比較して屈折率はかなり低く、画角光束が光学ガラスと空気との界面で大きな角度で屈折し、大きな収差が発生することが問題となっていた。
参考例の撮像装置においても、空気と接する第2レンズG2の屈折率Nd2=1.54814や第3レンズG3の屈折率Nd3=1.72000に対して、空気の屈折率Nd=1.000はかなり低い。
そこで、開口絞りSTOよりも物体側にあって流体媒質FMと接した第2レンズの射出面(面番号3)を凹面とすることで、画角光束の屈折角を緩め、第2レンズの射出面で発生するコマ収差を小さく抑えている。
開口絞りSTOよりも像側にあって流体媒質FMと接した第3レンズの入射面(面番号5)を凸面とすることで、第2レンズの射出面で与えた負のパワーをキャンセルして、像面湾曲や倍率色収差を補正している。
また、第2レンズの射出面で発生するコマ収差を補正している。
これによって、点対称に近い光学系の内部に低屈折率の流体媒質を配置しても画角光束の収差を良好に補正することができるので、高い光学性能を維持したまま絞り径を可変とした撮像光学系を実現できる。
In the imaging device of this reference example , the space between the second lens G2 and the third lens G3 is filled with air (Air) that is a fluid medium FM. An aperture stop STO is disposed in the air, and the aperture stop STO has a variable aperture diameter.
Further, the refractive index of air is Nd = 1.000, and the refractive index is considerably lower than that of the optical glass, and the field angle light beam is refracted at a large angle at the interface between the optical glass and the air, resulting in a large aberration. That was a problem.
Also in the imaging device of this reference example , the refractive index Nd of the second lens G2 in contact with air = 1.54814 and the refractive index Nd3 = 1.7000 of the third lens G3 = 1.7000, whereas the refractive index Nd = 1.000. Is quite low.
Therefore, by making the exit surface (surface number 3) of the second lens that is closer to the object side than the aperture stop STO and in contact with the fluid medium FM to be a concave surface, the refraction angle of the light beam of view angle is relaxed, and the exit of the second lens. The coma generated on the surface is kept small.
By making the entrance surface (surface number 5) of the third lens that is on the image side of the aperture stop STO and in contact with the fluid medium FM a convex surface, the negative power given by the exit surface of the second lens is canceled. The curvature of field and lateral chromatic aberration are corrected.
Also, coma generated on the exit surface of the second lens is corrected.
As a result, even if a low-refractive-index fluid medium is placed inside an optical system close to point symmetry, the aberration of the beam of view angle can be corrected well, so that the aperture diameter can be varied while maintaining high optical performance. An imaging optical system can be realized.

また、空気と接する第2レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本参考例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第2レンズの射出面(面番号3)の曲率半径R3=15.6214(mm)を、第2レンズの射出面から開口絞りSTOまでの距離d3=0.2500(mm)よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第2レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、第2レンズの射出面における各光線の屈折角を弱めている。
また、第3レンズの入射面(面番号5)の曲率半径R5=7.4031(mm)を、第2レンズの射出面(面番号3)の曲率半径R3=15.6214(mm)よりも小さく設定している。
すなわち、開口絞りSTOよりも物体側にあって流体媒質FMと接したレンズ面の曲率半径Rfと、開口絞りSTOよりも物体側にあって流体媒質FMと接したレンズ面の曲率半径Rrとの関係が、次の(3)式を満足するように構成している。
Further, in the imaging apparatus of this reference example , the field angle light beam is largely refracted on the exit surface of the second lens in contact with air, and coma aberration, astigmatism, lateral chromatic aberration, color field curvature, and the like occur. A good aberration correction is realized by taking the following solution.
Specifically, the radius of curvature R3 = 15.6214 (mm) of the exit surface (surface number 3) of the second lens is the distance d3 = 0.2500 (mm) from the exit surface of the second lens to the aperture stop STO. Is bigger than.
Thereby, the refraction angle of each light beam on the exit surface of the second lens is weakened while avoiding the vignetting of the field angle light beam on the exit surface of the second lens.
Further, the radius of curvature R5 = 7.4401 (mm) of the entrance surface (surface number 5) of the third lens is larger than the radius of curvature R3 = 15.6214 (mm) of the exit surface (surface number 3) of the second lens. It is set small.
That is, the curvature radius Rf of the lens surface that is closer to the object side than the aperture stop STO and is in contact with the fluid medium FM, and the curvature radius Rr of the lens surface that is closer to the object side than the aperture stop STO and is in contact with the fluid medium FM. The relationship is configured to satisfy the following expression (3).

このように、第3レンズの入射面に第2レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
特に、開口絞りSTOよりも物体側にあって流体媒質FMと接したレンズ面のパワーφfと、開口絞りSTOよりも物体側にあって流体媒質FMと接したレンズ面のパワーφrとの関係が次の(4)式を満足させるように構成している。これにより、倍率色収差と色の像面湾曲をバランス良く補正できる。
Thus, by giving a tighter radius of curvature to the entrance surface of the third lens than the exit surface of the second lens, it is possible to satisfactorily correct lateral chromatic aberration and color field curvature.
In particular, there is a relationship between the power φf of the lens surface on the object side from the aperture stop STO and in contact with the fluid medium FM, and the power φr of the lens surface on the object side from the aperture stop STO and in contact with the fluid medium FM. The following equation (4) is satisfied. As a result, the lateral chromatic aberration and the color field curvature can be corrected with a good balance.

ここで、Ni+1はレンズ面の像側の媒質の屈折率、Niはレンズ面の物体側の媒質の屈折率、Riはレンズ面の曲率半径とすると、各面のパワーφiは次の(5)式で表現される。
Where Ni + 1 is the refractive index of the medium on the image side of the lens surface, Ni is the refractive index of the medium on the object side of the lens surface, and Ri is the radius of curvature of the lens surface, the power φi of each surface is (5) Expressed as an expression.

参考例の撮像装置においては、第2レンズの射出面のパワーφ3=−0.0351、第3レンズの入射面のパワーφ5=0.0973であり、第2レンズの射出面のパワーと第3レンズの入射面のパワーの比φ5/φ3=−2.772としている。
(4)式を満足するように、第2レンズの射出面と第3レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
表2に本参考例の撮像装置の仕様を示す。
In the imaging apparatus of this reference example , the power φ3 = −0.0351 of the exit surface of the second lens, the power φ5 = 0.0973 of the entrance surface of the third lens, and the power of the exit surface of the second lens The power ratio of the entrance surfaces of the three lenses is φ5 / φ3 = −2.772.
Since the exit surface of the second lens and the entrance surface of the third lens are configured so as to satisfy the expression (4) , the lateral chromatic aberration and the curvature of field can be corrected with a good balance.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of the field-angle light beam in the imaging device having a bright F-number with a variable aperture diameter and a wide field angle.
Table 2 shows the specifications of the imaging apparatus of this reference example .

参考例の撮像装置は、F値がF/1.2と明るく、画角が120.0(deg)と超広画角ながら、全長が6.229(mm)とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表3に、本参考例の撮像装置における、(1)式および(2)式の値を示す。
The imaging device of this reference example has a small F value of F / 1.2, a field angle of 120.0 (deg), and a super wide field angle, and a total length of 6.229 (mm). This is an example of an imaging apparatus that simultaneously achieves brightness, high resolution, an ultra-wide field angle, and compactness.
Table 3 shows the values of the expressions (1) and (2) in the imaging apparatus of this reference example .

(1)式の値は1.03であり、(1)式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
(2)式の値は1.02であり、(2)式の範囲を満足している。これにより、120.0(deg)の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
(1)式と(2)式を満足させることで、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけで、無限遠から至近距離までのピント調整が可能となる。
また、本発明の撮像装置では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定している。
下記に示した(6)式は、撮像面の曲率半径R_imgを撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離d_pupと略等しく設定する条件である。
0.8≦|R_img|/d_pup≦1.5 …(6)
(6)式を満足すれば、撮像光学系をより点対称に近い構成にできる。
The value of the formula (1) is 1.03, which satisfies the range of the formula (1).
As a result, the optical system on the image side from the aperture stop of the imaging optical system can be configured to be nearly point-symmetric, and coma, astigmatism, and lateral chromatic aberration can be favorably corrected.
The value of formula (2) is 1.02, which satisfies the range of formula (2). Thereby, it is possible to satisfactorily correct field curvature and astigmatism over a wide field angle of 120.0 (deg).
By satisfying equations (1) and (2), it is possible to adjust the focus from infinity to the closest distance by simply changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface without changing the shape of the imaging surface. Become.
In the imaging apparatus of the present invention, the radius of curvature of the imaging surface is set to be approximately equal to the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface.
Equation (6) shown below is a condition for setting the radius of curvature R_img of the imaging surface to be approximately equal to the distance d_upp from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface.
0.8 ≦ | R_img | /d_pup≦1.5 (6)
If the expression (6) is satisfied, the imaging optical system can be configured to be closer to point symmetry.

参考例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。その際、(6)式を満たすことにより、無限遠から至近距離までの広範囲な被物体距離において、ピント調整による像面湾曲を非常に小さく抑えることができ、高解像度な撮影を可能とする。
参考例の撮像装置は、(6)式の値が1.05であり、(6)式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。さらに、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
In the imaging apparatus of this reference example , focus adjustment is performed by changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface. At that time, by satisfying the expression (6), the field curvature due to the focus adjustment can be suppressed to be very small at a wide range of object distances from infinity to the closest distance, and high-resolution imaging is possible.
In the imaging device of this reference example , the value of equation (6) is 1.05, which satisfies the range of equation (6).
As a result, the imaging optical system has a configuration close to point symmetry, and coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration are corrected well. Furthermore, focus adjustment is possible while maintaining high resolution in a wide range of focus adjustment from infinity to close range.

図2に本参考例の撮像光学系における縦収差図を、図3に横収差図を示す。
図2に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。ここでは、色の球面収差を基準波長(例えばd線)の球面収差量に対する各波長(例えば、C線、F線、g線など)の球面収差量の差と定義する。
図3に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されている。特に、大きな画角が付いた光束(例えば画角ω=35(deg)の画角光束)に対して本発明の効果が十分に発揮され、広画角に渡り明るいF値で良好な結像性能を得ている。
FIG. 2 shows a longitudinal aberration diagram in the imaging optical system of this reference example , and FIG. 3 shows a lateral aberration diagram.
As shown in FIG. 2, spherical aberration, axial chromatic aberration, astigmatism, field curvature, and chromatic spherical aberration are corrected well. Here, the spherical aberration of color is defined as the difference between the spherical aberration amount of each wavelength (for example, C line, F line, g line, etc.) with respect to the spherical aberration amount of the reference wavelength (for example, d line).
As shown in FIG. 3, good performance is obtained for each luminous flux at each angle of view, and coma aberration, curvature of field, and lateral chromatic aberration are corrected well. In particular, the effect of the present invention is sufficiently exerted with respect to a light beam with a large angle of view (for example, a field angle light beam with an angle of view ω = 35 (deg)), and good imaging with a bright F number over a wide angle of view. Has gained performance.

次に、周辺光量落ちを改善する作用について説明する。
参考例の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定しており、全画角において焦点距離を略同一にすることができる。
これにより、周辺光量比をcosωの2乗分を改善することができる。
参考例の最大半画角ω=60.0(deg)であり、cos4ω=0.0625のところcos2ω=0.25にでき、周辺光量を4倍に改善できる。
(2)式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
さらに、本参考例の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定しており、撮像面への入射角を略垂直に設定することができる。
これにより、周辺光量比をcosωの1乗分を改善することができる。
参考例の最大半画角ω=60.0(deg)であり、cos4ω=0.0625のところcos3ω=0.125にでき、周辺光量を2倍に改善できる。
(6)式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
(2)式と(6)式を同時に満たすことにより、周辺光量比をcosωの3乗分を改善することができ、周辺光量を従来の8倍に増加させることができる。
これにより、広画角な撮像光学系の周辺光量比を大幅に改善することができるので、広画角に渡ってコントラストが高く、ノイズが少なく高画質な画像を撮影することができる撮像装置を提供することができる。
Next, the effect | action which improves peripheral light quantity fall is demonstrated.
In the imaging optical system in the imaging apparatus of this reference example, the radius of curvature of the imaging surface is set to be approximately equal to the focal length of the imaging optical system, and the focal length can be made substantially the same at all angles of view.
As a result, the peripheral light amount ratio can be improved by the square of cos ω.
In this reference example, the maximum half angle of view ω = 60.0 (deg), and when cos 4ω = 0.0625, cos 2ω = 0.25 can be obtained, and the peripheral light amount can be improved four times.
By satisfying the expression (2), a corresponding effect can be obtained.
Further, in the imaging optical system in the imaging apparatus of the present reference example, the radius of curvature of the imaging surface is set to be substantially equal to the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface, and the incident angle on the imaging surface is made substantially vertical. Can be set.
As a result, the peripheral light amount ratio can be improved by the first power of cos ω.
In this reference example, the maximum half angle of view ω = 60.0 (deg). When cos 4ω = 0.0625, cos 3ω = 0.125 can be obtained, and the peripheral light amount can be improved by a factor of two.
By satisfying the expression (6), a corresponding effect can be obtained.
By simultaneously satisfying the expressions (2) and (6), the peripheral light amount ratio can be improved by the third power of cos ω, and the peripheral light amount can be increased to eight times the conventional amount.
As a result, the peripheral light amount ratio of the imaging optical system with a wide angle of view can be greatly improved. Therefore, an imaging apparatus that can capture high-quality images with high contrast and low noise over a wide angle of view. Can be provided.

以上のように、本発明の効果を用いれば、明るいF値でも広画角に渡って良好なる結像性能を有した撮像装置をコンパクトな構成で実現できる。
また、周辺光量落ちを大幅に改善することができ、広画角に渡って非常に明るい撮像光学系を実現することができる。
これにより、露光時間を大幅に短縮できるので、手ブレ、被写体ブレ、ノイズを良好に低減した高品位な画像を撮影することが可能な撮像装置を提供することができる。
また、コンパクトな構成ながら、デフォーカスした被写体に大きなボケを付与することができる撮像光学系を提供することができる。
さらに、上記の高性能な撮像光学系を、簡便な構成ながら無限遠から至近距離に至る広範囲において、結像性能を殆ど劣化させることなくピント調整を可能とする。
As described above, by using the effect of the present invention, an imaging apparatus having a good imaging performance over a wide angle of view even with a bright F value can be realized with a compact configuration.
In addition, the drop in the amount of light from the periphery can be greatly improved, and a very bright imaging optical system can be realized over a wide field angle.
As a result, the exposure time can be greatly shortened, so that it is possible to provide an imaging apparatus capable of capturing a high-quality image with favorable reduction of camera shake, subject blur, and noise.
In addition, it is possible to provide an imaging optical system capable of giving a large blur to a defocused subject with a compact configuration.
In addition, the above-described high-performance imaging optical system can be adjusted in focus in a wide range from infinity to a close range with a simple configuration with almost no deterioration in imaging performance.

参考例2]
参考例2として、参考例1と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
参考例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図4に示すように、5枚のレンズG1,G2,G3,G4,G5と流体媒質中に設置した開口絞りSTOで構成されている。
物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第1レンズG1、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第2レンズG2、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第3レンズG3、
開口絞りSTO、像側に凸面を向けた両凸レンズである第4レンズG4、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第5レンズG5、が配置されている。
[ Reference Example 2]
As a reference example 2, a configuration example of an imaging apparatus having a different form from the reference example 1 will be described.
As shown in FIG. 4, the image pickup optical system used in the image pickup apparatus of this reference example includes five lenses G1, G2, G3, G4, and G5 and an aperture stop STO installed in a fluid medium.
In order from the object side, a first lens G1, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side,
A second lens G2, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side,
A third lens G3 which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side;
An aperture stop STO, a fourth lens G4 which is a biconvex lens with a convex surface facing the image side,
A fifth lens G5, which is a meniscus lens having a convex surface facing the image side, is disposed.

参考例の撮像装置における開口絞りSTOは、第3レンズG3と第4レンズG4との間の空気層に配置しており、可変絞りを設置することができる。
参考例における撮像装置では、電子撮像素子ICDを球状に形成して湾曲した撮像面IMGを構成しており、撮像面IMGの全域に渡って良好な結像性能を実現している。
また、図4中のIMGは撮像面であり、光伝送手段OTMの入射面である。撮像面を球形状に形成して湾曲した撮像面IMGを構成しており、撮像面IMGの全域に渡って良好な結像性能を実現している。
参考例の光伝送手段OTMは数ミクロンピッチの光ファイバーを束ねて構成したイメージファイバーであり、撮像光学系の像面に形成された像を電子撮像素子ICDへ伝送する役割を担う。
光伝送手段OTMの入射面を球状に湾曲させた形状とし、射出面を平面として電子撮像素子ICDに密着させて接続することで、撮像ユニットICUを構成している。
光伝送手段OTMの入射面形状を撮像光学系の像面湾曲に沿わせることによって、撮像面IMGの全域に渡り良好な結像を実現している。
The aperture stop STO in the imaging apparatus of the present reference example is disposed in the air layer between the third lens G3 and the fourth lens G4, and a variable stop can be installed.
In the imaging apparatus according to this reference example, the curved imaging surface IMG is formed by forming the electronic imaging element ICD in a spherical shape, and good imaging performance is realized over the entire imaging surface IMG.
Further, IMG in FIG. 4 is an imaging surface, which is an incident surface of the optical transmission means OTM. The curved imaging surface IMG is formed by forming the imaging surface in a spherical shape, and good imaging performance is realized over the entire area of the imaging surface IMG.
The optical transmission means OTM of this reference example is an image fiber configured by bundling optical fibers with a pitch of several microns, and plays a role of transmitting an image formed on the image plane of the imaging optical system to the electronic imaging device ICD.
The imaging unit ICU is configured by making the incident surface of the optical transmission means OTM curved in a spherical shape and connecting it in close contact with the electronic imaging element ICD with the emission surface as a plane.
By making the incident surface shape of the optical transmission means OTM follow the curvature of field of the imaging optical system, good imaging is realized over the entire area of the imaging surface IMG.

参考例では光伝送手段OTMを用いたが、撮像素子自体を球面状に構成するのに比べて、光伝送手段OTMの一方の面を球面状に構成し他方の面を電子撮像素子ICDに接続した電子撮像部ICUの方が製造が容易となるメリットがある。 Although the optical transmission means OTM is used in this reference example , one surface of the optical transmission means OTM is formed into a spherical shape and the other surface is used as the electronic image pickup device ICD as compared with the case where the imaging device itself is formed into a spherical shape. The connected electronic imaging unit ICU has an advantage that it is easier to manufacture.

表4に本参考例の撮像装置の構成を示す。
面番号1は第1レンズG1の入射面、面番号2は第1レンズG1の射出面と第2レンズG2の入射面との貼り合せ面、面番号3は第2レンズG2の射出面と第3レンズG3の入射面との貼り合せ面である。面番号4は第3レンズG3の射出面であり空気層と接続している。
面番号5は開口絞りSTOであり、空気層の中に配置している。
面番号6は第4レンズG4の入射面、面番号7は第4レンズG4の射出面と第5レンズG5の入射面との貼り合せ面、面番号8は第5レンズG5の射出面である。
面番号9は撮像面IMGであり、電子撮像部ICUの光伝送手段OTMの入射面である。そして、光伝送手段OTMの射出面が電子撮像素子ICDと接続している。
表中のRは曲率半径(mm)、dは面間隔(mm)、Ndはd線の屈折率、νdはアッベ数を示す。
Table 4 shows the configuration of the imaging apparatus of this reference example .
Surface number 1 is the entrance surface of the first lens G1, surface number 2 is the bonding surface of the exit surface of the first lens G1 and the entrance surface of the second lens G2, and surface number 3 is the exit surface of the second lens G2. It is a bonding surface with the incident surface of the three lens G3. Surface number 4 is the exit surface of the third lens G3 and is connected to the air layer.
Surface number 5 is an aperture stop STO, which is disposed in the air layer.
Surface number 6 is the entrance surface of the fourth lens G4, surface number 7 is the bonding surface of the exit surface of the fourth lens G4 and the entrance surface of the fifth lens G5, and surface number 8 is the exit surface of the fifth lens G5. .
Surface number 9 is the imaging surface IMG, which is the incident surface of the optical transmission means OTM of the electronic imaging unit ICU. The exit surface of the optical transmission means OTM is connected to the electronic image sensor ICD.
In the table, R is the radius of curvature (mm), d is the surface separation (mm), Nd is the refractive index of the d-line, and νd is the Abbe number.

参考例の撮像装置においては、第3レンズG3と第4レンズG4との間を流体媒質FMである空気で満たしている。その空気中に開口絞りSTOを配置し、絞り径を可変としている。
開口絞りSTOよりも物体側にあって該空気層に接したレンズ面とは第3レンズの射出面(面番号4)であり、開口絞りSTOよりも像側にあって該空気層と接したレンズ面とは第4レンズG4の入射面(面番号6)である。
第3レンズの射出面の形状を凹面とし、第4レンズG4の入射面の形状を凸面に設定している。
これにより、広画角に渡って高い結像性能を実現するとともに、絞り径を可変とした撮像装置を提供することができる。
In the imaging device of the present reference example , the space between the third lens G3 and the fourth lens G4 is filled with air as the fluid medium FM. An aperture stop STO is disposed in the air, and the aperture diameter is variable.
The lens surface on the object side of the aperture stop STO and in contact with the air layer is the exit surface (surface number 4) of the third lens, and is on the image side of the aperture stop STO and in contact with the air layer. The lens surface is an incident surface (surface number 6) of the fourth lens G4.
The shape of the exit surface of the third lens is a concave surface, and the shape of the entrance surface of the fourth lens G4 is a convex surface.
Accordingly, it is possible to provide an imaging apparatus that realizes high imaging performance over a wide angle of view and has a variable aperture diameter.

また、空気と接する第3レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本参考例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第3レンズの射出面の曲率半径R4=43.5438(mm)を、第3レンズの射出面から開口絞りSTOまでの距離d4=0.6507(mm)よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第3レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、屈折角を弱めている。
また、第4レンズの入射面の曲率半径R6=25.3784(mm)を、第3レンズの射出面の曲率半径R4=43.5438(mm)よりも小さく設定しており、(3)式の関係を満足している。
このように、第4レンズの入射面に第3レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
Further, in the imaging apparatus of this reference example , the field angle light beam is greatly refracted on the exit surface of the third lens in contact with air, and coma aberration, astigmatism, lateral chromatic aberration, color field curvature, and the like occur. A good aberration correction is realized by taking the following solution.
Specifically, the radius of curvature R4 = 43.5438 (mm) of the exit surface of the third lens is made larger than the distance d4 from the exit surface of the third lens to the aperture stop STO = 0.6507 (mm). Yes.
Thus, the angle of refraction is weakened while avoiding the vignetting of the field angle light beam on the exit surface of the third lens.
Further, the radius of curvature R6 = 25.3784 (mm) of the entrance surface of the fourth lens is set to be smaller than the radius of curvature R4 = 43.5438 (mm) of the exit surface of the third lens. Satisfied with the relationship.
As described above, the chromatic aberration of magnification and the curvature of field of the color can be favorably corrected by giving the entrance surface of the fourth lens a radius of curvature that is tighter than the exit surface of the third lens.

さらに、第3レンズの射出面のパワーφ4=−0.0154、第4レンズの入射面のパワーφ6=0.0348であり、第3レンズの射出面のパワーと第4レンズの入射面のパワーの比φ6/φ4=−2.258としている。
(4)式を満足するように、第3レンズの射出面と第4レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
また、表5に本参考例の撮像装置の仕様を示す。
Further, the power φ4 = −0.0154 of the exit surface of the third lens, the power φ6 = 0.0348 of the entrance surface of the fourth lens, and the power of the exit surface of the third lens and the power of the entrance surface of the fourth lens. The ratio φ6 / φ4 = −2.258.
Since the exit surface of the third lens and the entrance surface of the fourth lens are configured so as to satisfy the expression (4) , the lateral chromatic aberration and the curvature of field can be corrected with a good balance.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of the field-angle light beam in the imaging device having a bright F-number with a variable aperture diameter and a wide field angle.
Table 5 shows the specifications of the imaging apparatus of this reference example .

参考例の撮像装置は、空気層に開口絞りを配置して、可変絞りを採用した撮像光学系の例である。
レンズ5枚のシンプルな構成ながら、F/1.6と明るい光学系を実現している。
また、焦点距離11.997(mm)に対して全長は17.959(mm)であり、L_sys / f_sys=1.50のコンパクトな光学系である。
表6に、本参考例の撮像装置における、(1)式および(2)式の値を示す。
The image pickup apparatus of this reference example is an example of an image pickup optical system in which an aperture stop is disposed in an air layer and a variable stop is adopted.
Although it has a simple configuration with five lenses, it achieves a bright optical system with F / 1.6.
Further, the total length is 17.959 (mm) with respect to the focal length of 11.997 (mm), and this is a compact optical system having L_sys / f_sys = 1.50.
Table 6 shows the values of the expressions (1) and (2) in the imaging apparatus of this reference example .

(1)式の値は0.85であり、(1)式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
(2)式の値は1.04であり、(2)式の範囲を満足している。これにより、65.5(deg)の画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
(1)式と(2)式を満足させることで、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけで、無限遠から至近距離までのピント調整が可能となる。
(6)式の値が1.05であり、(6)式の範囲を満足している。これにより、無限遠から至近距離までの広範囲な被物体距離において、ピント調整による像面湾曲を非常に小さく抑えることができ、高解像度な撮影を可能としている。
このように、本参考例においても、明るいF値でも広画角に渡って良好なる結像性能を有した撮像装置をコンパクトな構成で実現できる。
The value of the formula (1) is 0.85, which satisfies the range of the formula (1). As a result, the optical system on the image side from the aperture stop of the imaging optical system can be configured to be nearly point-symmetric, and coma, astigmatism, and lateral chromatic aberration can be favorably corrected.
The value of formula (2) is 1.04, which satisfies the range of formula (2). This makes it possible to satisfactorily correct field curvature and astigmatism over an angle of view of 65.5 (deg).
By satisfying equations (1) and (2), it is possible to adjust the focus from infinity to the closest distance by simply changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface without changing the shape of the imaging surface. Become.
The value of formula (6) is 1.05, which satisfies the range of formula (6). Thereby, the field curvature due to focus adjustment can be suppressed to a very small range at a wide range of object distances from infinity to the closest distance, and high-resolution imaging is possible.
As described above, also in this reference example , an imaging apparatus having a good imaging performance over a wide angle of view even with a bright F value can be realized with a compact configuration.

図5に本参考例の撮像光学系における縦収差図を、図6に横収差図を示す。
図5に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。
球面収差や色の球面収差を良好に補正されているので、明るいF値においても良好な結像性能で実現できている。
また、非点収差や像面湾曲が良好に補正されているので、広画角においても良好な結像性能が実現できている。
特に、非点収差が補正されており、本発明の効果が十分に発揮されている。
図6に示したように、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されており、各画角光束においても良好な性能が得られている。
特に、コマ収差が補正されており、本発明の効果が十分に発揮されている。
FIG. 5 shows a longitudinal aberration diagram in the imaging optical system of this reference example , and FIG. 6 shows a lateral aberration diagram.
As shown in FIG. 5, spherical aberration, axial chromatic aberration, astigmatism, field curvature, and color spherical aberration are corrected well.
Since spherical aberration and chromatic spherical aberration are corrected well, it can be realized with good imaging performance even at a bright F value.
In addition, since astigmatism and field curvature are well corrected, good imaging performance can be realized even at a wide angle of view.
In particular, astigmatism is corrected, and the effects of the present invention are sufficiently exhibited.
As shown in FIG. 6, coma aberration, curvature of field, and lateral chromatic aberration are corrected well, and good performance is obtained for each field angle light flux.
In particular, coma is corrected, and the effects of the present invention are fully exhibited.

[実施例3]
実施例3として、上記各参考例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置の撮像光学系は、図7に示すように、4枚のレンズG1,G2,G3,G4と流体媒質中に設置した開口絞りSTOで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第1レンズG1、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第2レンズG2、
開口絞りSTO、両凸レンズである第3レンズG3、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第4レンズG4、が配置されている。
本実施例の撮像装置でも同様に、開口絞りSTOを第2レンズG2と第3レンズG3との間の空気層に配置しており、可変絞りを設置している。
本実施例における撮像ユニットICUは、参考例2と同様である。
[Example 3]
As Example 3, a configuration example of an imaging apparatus having a different form from each of the above reference examples will be described.
As shown in FIG. 7, the image pickup optical system of the image pickup apparatus according to the present embodiment includes four lenses G1, G2, G3, and G4 and an aperture stop STO installed in a fluid medium.
From the object side,
A first lens G1, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side;
A second lens G2, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side,
An aperture stop STO, a third lens G3 which is a biconvex lens,
A fourth lens G4, which is a meniscus lens having a convex surface facing the image side, is disposed.
Similarly, in the imaging apparatus of the present embodiment, the aperture stop STO is disposed in the air layer between the second lens G2 and the third lens G3, and a variable stop is provided.
The imaging unit ICU in the present embodiment is the same as that of the reference example 2.

表7に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号1は第1レンズG1の入射面であり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号2は第1レンズG1の射出面と第2レンズG2の入射面との貼り合せ面である。
面番号3は第2レンズG2の射出面であり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。面番号4は開口絞りSTOである。
面番号5は第3レンズG3の入射面であり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号6は第3レンズG3の射出面とレンズGの入射面との貼り合せ面である。面番号は第レンズGの射出面であり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。面番号は撮像面IMGであり、光伝送手段OTMの入射面である。そして、表記しない光伝送手段OTMの射出面が電子撮像素子ICDと接続している。
表中のRは曲率半径(mm)、dは面間隔(mm)、Ndはd線の屈折率、νdはアッベ数を示す。尚、「*印」がある面は非球面である。
Table 7 shows the configuration of the imaging apparatus of the present embodiment.
Surface number 1 is the incident surface of the first lens G1, and has a rotationally symmetric aspherical shape expressed by a polynomial expressed by the α equation .
Surface number 2 is a bonding surface of the exit surface of the first lens G1 and the entrance surface of the second lens G2.
Surface number 3 is the exit surface of the second lens G2, and has a rotationally symmetric aspherical shape expressed by a polynomial expressed by the α equation . Surface number 4 is an aperture stop STO.
Surface number 5 is the entrance surface of the third lens G3, and has a rotationally symmetric aspherical shape expressed by a polynomial expressed by the α equation.
Surface number 6 is a bonding surface between the exit surface and entrance surface of the fourth lens G 4 of the third lens G3. The surface number 7 is an exit surface of the fourth lens G 4, and has a rotationally symmetric aspherical surface shape is expressed by a polynomial indicated by α expression. Surface number 8 is the imaging surface IMG, which is the incident surface of the optical transmission means OTM. An emission surface of the optical transmission means OTM not shown is connected to the electronic image sensor ICD.
In the table, R is the radius of curvature (mm), d is the surface separation (mm), Nd is the refractive index of the d-line, and νd is the Abbe number. The surface with “*” is an aspherical surface.

本実施例の撮像装置における非球面は光軸を中心とした回転対称非球面としており、次の(7)式の多項式で表現される。
The aspherical surface in the image pickup apparatus of the present embodiment is a rotationally symmetric aspherical surface centered on the optical axis, and is expressed by the following equation (7).

ここで、zは非球面形状の光軸方向のサグ量(mm)、cは光軸上における曲率(1/mm)、rは半径方向の光軸からの距離(mm)であり、A,B,C,Dはそれぞれ4次、6次、8次、10次の係数である。
本実施例の撮像装置における面番号1の非球面係数を表8(A)に、面番号3の非球面係数を表8(B)に、面番号5の非球面係数を表8(C)に、面番号7の非球面係数を表8(D)に示す。
Here, z is the sag amount (mm) in the optical axis direction of the aspherical shape, c is the curvature (1 / mm) on the optical axis, r is the distance (mm) from the optical axis in the radial direction, A, B, C, and D are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order coefficients, respectively.
Table 8 (A) shows the aspheric coefficient of surface number 1 in the imaging apparatus of the present embodiment, Table 8 (B) shows the aspheric coefficient of surface number 3, and Table 8 (C) shows the aspheric coefficient of surface number 5. Table 8 (D) shows the aspherical coefficient of surface number 7.

本実施例の撮像装置においては、第2レンズG2と第3レンズG3との間を流体媒質FMである空気で満たしている。その空気中に開口絞りSTOを配置し、絞り径を可変としている。
開口絞りSTOよりも物体側にあって該空気層に接したレンズ面とは第2レンズの射出面(面番号3)であり、開口絞りSTOよりも像側にあって該空気層と接したレンズ面とは第3レンズG3の入射面(面番号5)である。
In the image pickup apparatus of the present embodiment, the space between the second lens G2 and the third lens G3 is filled with air as the fluid medium FM. An aperture stop STO is disposed in the air, and the aperture diameter is variable.
The lens surface on the object side of the aperture stop STO and in contact with the air layer is the exit surface (surface number 3) of the second lens, and is on the image side of the aperture stop STO and in contact with the air layer. The lens surface is the incident surface (surface number 5) of the third lens G3.

本実施例の撮像装置においても、第2レンズの射出面(面番号3)を凹面とし、第3レンズG3の入射面(面番号5)を凸面に設定している。
これにより、広画角に渡って高い結像性能を実現するとともに、絞り径を可変とした撮像装置を提供することができる。
また、空気と接する第2レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本実施例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第2レンズの射出面(面番号3)の曲率半径R3=52.9741(mm)を、第2レンズの射出面(面番号3)から開口絞りSTOまでの距離d3=1.7051(mm)よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第2レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、屈折角を弱めている。
Also in the imaging apparatus of the present embodiment, the exit surface (surface number 3) of the second lens is a concave surface, and the entrance surface (surface number 5) of the third lens G3 is a convex surface.
Accordingly, it is possible to provide an imaging apparatus that realizes high imaging performance over a wide angle of view and has a variable aperture diameter.
In addition, the imaging apparatus according to the present embodiment further improves the fact that the light flux at the angle of view is greatly refracted on the exit surface of the second lens that is in contact with air, thereby generating coma, astigmatism, lateral chromatic aberration, color field curvature, and the like. A good aberration correction is realized by taking the following solution.
Specifically, the radius of curvature R3 = 52.9741 (mm) of the exit surface (surface number 3) of the second lens is set to a distance d3 = 1 from the exit surface (surface number 3) of the second lens to the aperture stop STO. It is larger than 7051 (mm).
Thereby, the angle of refraction is weakened while avoiding the vignetting of the field angle light beam on the exit surface of the second lens.

また、第3レンズG3の入射面(面番号5)の曲率半径R5=23.2147(mm)を、第2レンズの射出面(面番号3)の曲率半径R3=52.9741(mm)よりも小さく設定しており、(3)式の関係を満足している。
このように、第3レンズの入射面に第2レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
さらに、第2レンズの射出面のパワーφ3=−0.0117、第3レンズの入射面のパワーφ5=0.0299であり、第2レンズの射出面のパワーと第3レンズの入射面のパワーの比φ5/φ3=−2.549としている。
(4)式を満足するように、第3レンズの射出面と第4レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
また、本実施例の撮像装置では、開口絞りSTOから第3レンズG3の入射面までの距離d5=0.3000(mm)を、第2レンズの射出面から開口絞りSTOまでの距離d3=1.7051(mm)よりも短く設定している。
そのため、倍率色収差を更に良好に補正することができる。
これらによって、明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
Further, the radius of curvature R5 = 23.2147 (mm) of the entrance surface (surface number 5) of the third lens G3 is greater than the radius of curvature R3 = 52.9741 (mm) of the exit surface (surface number 3) of the second lens. Is set to be small, which satisfies the relationship of the expression (3).
Thus, by giving a tighter radius of curvature to the entrance surface of the third lens than the exit surface of the second lens, it is possible to satisfactorily correct lateral chromatic aberration and color field curvature.
Further, the power φ3 = −0.0117 of the exit surface of the second lens, the power φ5 = 0.0299 of the entrance surface of the third lens, and the power of the exit surface of the second lens and the power of the entrance surface of the third lens. The ratio φ5 / φ3 = −2.549.
Since the exit surface of the third lens and the entrance surface of the fourth lens are configured so as to satisfy the expression (4) , the lateral chromatic aberration and the curvature of field can be corrected with a good balance.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of the field-angle light beam in the imaging device having a bright F-number with a variable aperture diameter and a wide field angle.
In the imaging apparatus of the present embodiment, the distance d5 = 0.3000 (mm) from the aperture stop STO to the entrance surface of the third lens G3, and the distance d3 = 1 from the exit surface of the second lens to the aperture stop STO. .7051 (mm).
Therefore, the lateral chromatic aberration can be corrected more satisfactorily.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of a light beam with a field angle in an imaging apparatus with a bright F value and a wide field angle.

また、図8(a)には面番号1の非球面量、図8(b)に面番号3の非球面量、図9(a)には面番号5の非球面量、図9(b)には面番号7の非球面量を示す。
ここで、非球面量とは非球面が基準球面から光軸方向に変位したサグ量ΔZASPのことであり、(7)式で示される非球面多項式のサグ量から球面のサグ量を引いたものである。
具体的には次の(8)式で表現される。
FIG. 8A shows an aspherical quantity with surface number 1, FIG. 8B shows an aspherical quantity with surface number 3, FIG. 9A shows an aspherical quantity with surface number 5, and FIG. ) Indicates the aspherical surface number 7.
Here, the aspherical amount is a sag amount ΔZASP in which the aspherical surface is displaced from the reference spherical surface in the optical axis direction, and is obtained by subtracting the sag amount of the spherical surface from the sag amount of the aspherical polynomial expressed by equation (7). It is.
Specifically, it is expressed by the following equation (8).

面番号1の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させている。
面番号3の非球面量はレンズ面の周辺部で正としており、基準球面から像側へ変位させている。面番号5の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させている。
面番号7の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させている。
これらの非球面形状により、更に良好な結像性能を得ている。
特に、第2レンズの射出面(面番号3)を凹面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から像側に変位した(非球面量が正となる)非球面形状を付与し、周辺部に負のパワー成分を追加すると、空気層によって発生する収差を良好に補正することができる。
The aspherical amount of surface number 1 is negative at the periphery of the lens surface and is displaced from the reference spherical surface to the object side.
The aspherical amount of surface number 3 is positive at the periphery of the lens surface and is displaced from the reference spherical surface to the image side. The aspherical amount of surface number 5 is negative at the periphery of the lens surface, and is displaced from the reference spherical surface to the object side.
The aspherical amount of surface number 7 is negative at the periphery of the lens surface, and is displaced from the reference spherical surface to the object side.
With these aspherical shapes, better imaging performance is obtained.
In particular, the exit surface of the second lens (surface number 3) and a concave surface, displaced to the image side from the reference spherical surface at the periphery of the lens surface (aspherical amount becomes positive) aspherical Grant, near When a negative power component is added to the part, the aberration generated by the air layer can be corrected satisfactorily.

また、第3レンズG3の入射面(面番号5)を凸面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から物体側に変位した(非球面量が負となる)非球面形状を付与し、周辺部に負のパワーを付与すると、空気層によって発生する収差を更に良好に補正することができる。
更に、両者を同時に実現すればさらに良好に収差を補正し、高い結像性能を得ることができる。
表9に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
Further, the entrance surface (surface number 5) of the third lens G3 is a convex surface, and an aspherical shape displaced from the reference spherical surface to the object side (the aspherical amount becomes negative) is given at the periphery of the lens surface, When a negative power is applied to the part, the aberration generated by the air layer can be corrected more satisfactorily.
Furthermore, if both are realized simultaneously, aberrations can be corrected more satisfactorily and high imaging performance can be obtained.
Table 9 shows the specifications of the image pickup apparatus of the present embodiment.

本実施例の撮像装置は、F値がF/1.2と格段に明るく、画角が70.0(deg)の広画角ながら、全長が16.263(mm)とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表10に、本実施例の撮像装置における、(1)式および(2)式の値を示す。
The image pickup apparatus of this embodiment is extremely bright with an F value of F / 1.2 and a wide angle of view of 70.0 (deg), and the overall length is 16.263 (mm) and is kept compact. This is an example of an imaging device that simultaneously achieves brightness, high resolution, and compactness.
Table 10 shows the values of the expressions (1) and (2) in the image pickup apparatus of the present embodiment.

(1)式の値は1.07であり、(1)式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
(2)式の値は1.04であり、(2)式の範囲を満足している。これにより、70.0(deg)の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
(6)式の値が1.11であり、(6)式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。(6)式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
The value of the formula (1) is 1.07, which satisfies the range of the formula (1). Thereby, the optical system on the image side from the aperture stop of the imaging optical system can be configured to be nearly point-symmetric, and coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration can be corrected well.
The value of formula (2) is 1.04, which satisfies the range of formula (2). This makes it possible to satisfactorily correct field curvature and astigmatism over a wide field angle of 70.0 (deg).
The value of equation (6) is 1.11, which satisfies the range of equation (6).
As a result, the imaging optical system has a configuration close to point symmetry, and coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration are corrected well.
Furthermore, in the imaging apparatus of the present embodiment, focus adjustment is performed by changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface. Since the expression (6) is satisfied, focus adjustment can be performed while maintaining high resolution in a wide range of focus adjustment from infinity to close range.

図10に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図11に横収差図を示す。
図10に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。特に、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、球面収差を非常に良く補正できている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
図11に示したように、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されており、各画角光束においても良好な性能が得られている。
本実施例のように、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の両方を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とすることにより、広画角に渡って高精度に球面収差を補正することが可能となる。
FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram in the imaging optical system of the present embodiment, and FIG. 11 is a transverse aberration diagram.
As shown in FIG. 10, spherical aberration, axial chromatic aberration, astigmatism, field curvature, and chromatic spherical aberration are corrected well. In particular, the light beam can be condensed on the image plane over the entire range from a light beam having a low incident height to a high light beam, and the spherical aberration can be corrected very well.
In addition, axial chromatic aberration and chromatic spherical aberration can be corrected very well, and high imaging performance is obtained.
As shown in FIG. 11, coma aberration, curvature of field, and lateral chromatic aberration are corrected satisfactorily, and good performance can be obtained for each field angle light flux.
As in this embodiment, both the most object-side lens surface and the most image-side lens surface are aspherical surfaces to which an aspherical amount obtained by displacing the reference spherical surface from the reference spherical surface to the outside of the imaging optical system at the periphery of the lens surface; This makes it possible to correct spherical aberration with high accuracy over a wide angle of view.

[実施例4]
実施例4として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置の撮像光学系は、図12に示すように、4枚のレンズG1,G2,G3,G4と流体媒質中に設置した開口絞りSTOで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第1レンズG1、
物体側に凸面を向けたメニスレンズである第2レンズG2、
像側に凸面を向けた両凸レンズである第3レンズG3、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第4レンズG4、が配置されている。
また、第2レンズG2と第3レンズG3との間には流体媒質FMであるシリコンオイルを満たし、その中に開口絞りSTOを配置している。
本実施例における撮像ユニットICUは、参考例2と同様である。
[Example 4]
As a fourth embodiment, a configuration example of an imaging apparatus having a different form from the above embodiments will be described.
As shown in FIG. 12, the image pickup optical system of the image pickup apparatus according to the present embodiment includes four lenses G1, G2, G3, and G4 and an aperture stop STO installed in a fluid medium.
From the object side,
A first lens G1, which is a meniscus lens having a convex surface facing the object side;
A second lens G2, which is a menis lens having a convex surface facing the object side;
A third lens G3 which is a biconvex lens having a convex surface facing the image side;
A fourth lens G4, which is a meniscus lens having a convex surface facing the image side, is disposed.
Further, between the second lens G2 and the third lens G3, silicon oil as the fluid medium FM is filled, and an aperture stop STO is disposed therein.
The imaging unit ICU in the present embodiment is the same as that of the reference example 2.

表11に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号1は第1レンズG1の入射面であり、面番号2はG1の射出面と第2レンズG2の入射面との貼り合せ面である。
面番号3は第2レンズG2の射出面あり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。また、面番号3は、開口絞りよりも物体側にあり開口絞りを配置した流体媒質と接したレンズ面である。面番号4は開口絞りSTOである。
面番号5は第3レンズG3の入射面であり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号は第3レンズG3の射出面と第4レンズG4の入射面との貼り合せ面である。
面番号は第レンズGの射出面であり、α式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号は撮像面IMGであり、湾曲させた電子撮像素子の入射面である。
表中のRは曲率半径(mm)、dは面間隔(mm)、Ndはd線の屈折率、νdはアッベ数を示す。尚、「*印」がある面は非球面である。
Table 11 shows the configuration of the imaging apparatus of the present example.
Surface number 1 is the incident surface of the first lens G1, and surface number 2 is the bonding surface of the exit surface of G1 and the incident surface of the second lens G2.
Surface number 3 is the exit surface of the second lens G2, and has a rotationally symmetric aspherical shape expressed by a polynomial expressed by the α equation . Surface number 3 is a lens surface that is on the object side of the aperture stop and is in contact with the fluid medium on which the aperture stop is disposed. Surface number 4 is an aperture stop STO.
Surface number 5 is the entrance surface of the third lens G3, and has a rotationally symmetric aspherical shape expressed by a polynomial expressed by the α equation.
Surface number 6 is a bonding surface of the exit surface of the third lens G3 and the entrance surface of the fourth lens G4.
The surface number 7 is an exit surface of the fourth lens G 4, and has a rotationally symmetric aspherical surface shape is expressed by a polynomial indicated by α expression.
Surface number 8 is the imaging surface IMG, which is the incident surface of the curved electronic imaging device.
In the table, R is the radius of curvature (mm), d is the surface separation (mm), Nd is the refractive index of the d-line, and νd is the Abbe number. The surface with “*” is an aspherical surface.

本実施例の撮像装置における面番号3の非球面係数を表12(A)に、面番号5の非球面係数を表12(B)に、面番号7の非球面係数を表12(C)に示す。
Table 12 (A) shows the aspheric coefficient of surface number 3 in the imaging apparatus of the present embodiment, Table 12 (B) shows the aspheric coefficient of surface number 5, and Table 12 (C) shows the aspheric coefficient of surface number 7. Shown in

本実施例の撮像装置においては、第2レンズG2と第3レンズG3との間を流体媒質FMであるシリコンオイルで満たしている。そのシリコンオイルの中に開口絞りSTOを配置しており、絞り径を可変としている。
シリコンオイルの屈折率はNd=1.404で空気の屈折率よりも高く、シリコンオイルと接する第2レンズや第3レンズの光学ガラスの屈折率に近い。
そのため、第2レンズの射出面や第3レンズの入射面における画角光束の屈折角を小さくすることができ、発生する収差を小さく抑えることに効果を発揮する。本実施例では流体媒質FMにシリコンオイルを用いたが、水であっても良い。水の屈折率はNd=1.333であり、空気の屈折率Nd=1.000よりも高く、光学ガラスの屈折率に近い。そのため、シリコンオイルとほぼ同等の効果を発揮することができる。
この様に、開口絞りを配置する流体媒質FMは、屈折率がNd>1.000である方が好ましく、これによって収差を小さく抑えることができ、高い解像力の実現に効果を発揮する。
In the imaging apparatus of the present embodiment, the space between the second lens G2 and the third lens G3 is filled with silicon oil that is the fluid medium FM. An aperture stop STO is disposed in the silicon oil, and the aperture diameter is variable.
The refractive index of silicon oil is Nd = 1.404, which is higher than the refractive index of air, and is close to the refractive index of the optical glass of the second lens and the third lens in contact with the silicon oil.
For this reason, the angle of refraction of the field-angle light beam on the exit surface of the second lens and the entrance surface of the third lens can be reduced, and the effect of suppressing the generated aberration is exhibited. In this embodiment, silicon oil is used for the fluid medium FM, but water may be used. The refractive index of water is Nd = 1.333, which is higher than the refractive index of air Nd = 1.000 and close to the refractive index of optical glass. Therefore, an effect almost equivalent to that of silicon oil can be exhibited.
As described above, the fluid medium FM in which the aperture stop is disposed preferably has a refractive index of Nd> 1.000. This can suppress the aberration to be small, and is effective in realizing high resolving power.

本実施例の撮像装置においては、開口絞りよりも物体側にあって流体媒質と接したレンズ面とは第2レンズG2の射出面(面番号3)であり、開口絞りよりも像側にあって流体媒質と接したレンズ面とは第3レンズG3の入射面(面番号5)である。
本実施例の撮像装置においても、第2レンズの射出面(面番号3)を凹面とし、第3レンズG3の入射面(面番号5)を凸面に設定している。
これにより、広画角に渡って高い結像性能を実現するとともに、絞り径を可変とした撮像装置を提供することができる。
また、シリコンオイルと接する第2レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本実施例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第2レンズの射出面(面番号3)の曲率半径R3=25.6855(mm)を、第2レンズの射出面(面番号3)から開口絞りSTOまでの距離d3=1.0000(mm)よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第2レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、屈折角を弱めている。
In the imaging apparatus of the present embodiment, the lens surface that is closer to the object side than the aperture stop and is in contact with the fluid medium is the exit surface (surface number 3) of the second lens G2, and is closer to the image side than the aperture stop. The lens surface in contact with the fluid medium is the incident surface (surface number 5) of the third lens G3.
Also in the imaging apparatus of the present embodiment, the exit surface (surface number 3) of the second lens is a concave surface, and the entrance surface (surface number 5) of the third lens G3 is a convex surface.
Accordingly, it is possible to provide an imaging apparatus that realizes high imaging performance over a wide angle of view and has a variable aperture diameter.
In the imaging apparatus of the present embodiment, the field angle light beam is largely refracted on the exit surface of the second lens in contact with the silicone oil, and coma, astigmatism, lateral chromatic aberration, color field curvature, and the like are generated. A further solution is taken to achieve good aberration correction.
Specifically, the radius of curvature R3 = 25.6855 (mm) of the exit surface (surface number 3) of the second lens is the distance d3 = 1 from the exit surface (surface number 3) of the second lens to the aperture stop STO. It is larger than .0000 (mm).
Thereby, the angle of refraction is weakened while avoiding the vignetting of the field angle light beam on the exit surface of the second lens.

また、第3レンズG3の入射面(面番号5)の曲率半径R5=20.4801(mm)を、第2レンズの射出面(面番号3)の曲率半径R3=25.6855(mm)よりも小さく設定しており、(3)式の関係を満足している。
このように、第3レンズの入射面に第2レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
さらに、第2レンズの射出面のパワーφ3=−0.0186、第3レンズの入射面のパワーφ5=0.0231であり、第2レンズの射出面のパワーと第3レンズの入射面のパワーの比φ5/φ3=−1.241としている。
(4)式を満足するように、第3レンズの射出面と第4レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
Further, the radius of curvature R5 = 20.4801 (mm) of the entrance surface (surface number 5) of the third lens G3 is based on the radius of curvature R3 = 25.6855 (mm) of the exit surface (surface number 3) of the second lens. Is set to be small, which satisfies the relationship of the expression (3).
Thus, by giving a tighter radius of curvature to the entrance surface of the third lens than the exit surface of the second lens, it is possible to satisfactorily correct lateral chromatic aberration and color field curvature.
Further, the power φ3 = −0.0186 of the exit surface of the second lens, the power φ5 = 0.0231 of the entrance surface of the third lens, and the power of the exit surface of the second lens and the power of the entrance surface of the third lens. The ratio φ5 / φ3 = −1.241.
Since the exit surface of the third lens and the entrance surface of the fourth lens are configured so as to satisfy the expression (4) , the lateral chromatic aberration and the curvature of field can be corrected with a good balance.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of the field-angle light beam in the imaging device having a bright F-number with a variable aperture diameter and a wide field angle.

また、本実施例の撮像装置では、開口絞りSTOから第3レンズG3の入射面までの距離d5=0.500(mm)を、第2レンズの射出面から開口絞りSTOまでの距離d3=1.000(mm)よりも短く設定している。
そのため、倍率色収差を更に良好に補正することができる。
これらによって、明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
このように、第3レンズG3の入射面に第2レンズの射出面よりも強いパワーを与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
また、本実施例の撮像装置では、開口絞りSTOから第3レンズG3の入射面までの距離d5=0.5000(mm)を、第2レンズの射出面から開口絞りSTOまでの距離d3=1.0000(mm)よりも短く設定している。
そのため、倍率色収差を良好に補正しつつ、コマ収差を良好に補正することができる。
これらによって、明るいF値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
In the imaging apparatus of the present embodiment, the distance d5 = 0.500 (mm) from the aperture stop STO to the entrance surface of the third lens G3, and the distance d3 = 1 from the exit surface of the second lens to the aperture stop STO. It is set shorter than .000 (mm).
Therefore, the lateral chromatic aberration can be corrected more satisfactorily.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of a light beam with a field angle in an imaging apparatus with a bright F value and a wide field angle.
Thus, by giving a stronger power to the entrance surface of the third lens G3 than the exit surface of the second lens, it is possible to satisfactorily correct lateral chromatic aberration and color field curvature.
In the imaging apparatus of the present embodiment, the distance d5 = 0.5000 (mm) from the aperture stop STO to the entrance surface of the third lens G3, and the distance d3 = 1 from the exit surface of the second lens to the aperture stop STO. It is set shorter than .0000 (mm).
Therefore, coma can be corrected well while correcting chromatic aberration of magnification.
Accordingly, it is possible to further improve the imaging performance of a light beam with a field angle in an imaging apparatus with a bright F value and a wide field angle.

また、図13(a)に面番号3の非球面量、図13(b)には面番号5の非球面量、図14には面番号7の非球面量を示す。
面番号3の非球面量はレンズ面の周辺部で正としており、基準球面から像側へ変位させた非球面形状としている。面番号5の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させた非球面形状としている。
面番号7の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させた非球面形状としている。
これらの非球面形状により、更に良好な結像性能を得ている。
特に、第2レンズの射出面(面番号3)を凹面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から像側に変位した(非球面量が正となる)非球面形状を付与し、周辺部に負のパワー成分を追加すると、空気層によって発生する収差を良好に補正することができる。
FIG. 13 (a) shows the aspherical quantity with surface number 3, FIG. 13 (b) shows the aspherical quantity with surface number 5, and FIG. 14 shows the aspherical quantity with surface number 7.
The aspherical amount of surface number 3 is positive at the periphery of the lens surface, and is an aspherical shape displaced from the reference spherical surface to the image side. The aspherical amount of surface number 5 is negative at the periphery of the lens surface, and is an aspherical shape displaced from the reference spherical surface toward the object side.
The aspherical amount of surface number 7 is negative at the periphery of the lens surface, and is an aspherical shape displaced from the reference spherical surface toward the object side.
With these aspherical shapes, better imaging performance is obtained.
In particular, the exit surface (surface number 3) of the second lens is a concave surface, and an aspherical shape displaced from the reference spherical surface to the image side (aspherical amount becomes positive) at the peripheral portion of the lens surface is provided, and the peripheral portion When a negative power component is added to, aberration generated by the air layer can be corrected well.

また、第3レンズG3の入射面(面番号5)を凸面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から物体側に変位した(非球面量が負となる)非球面形状を付与し、周辺部に負のパワーを付与すると、空気層によって発生する収差を更に良好に補正することができる。
更に、両者を同時に実現すればさらに良好に収差を補正し、高い結像性能を得ることができる。
表15に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
Further, the entrance surface (surface number 5) of the third lens G3 is a convex surface, and an aspherical shape displaced from the reference spherical surface to the object side (the aspherical amount becomes negative) is given at the periphery of the lens surface, When a negative power is applied to the part, the aberration generated by the air layer can be corrected more satisfactorily.
Furthermore, if both are realized simultaneously, aberrations can be corrected more satisfactorily and high imaging performance can be obtained.
Table 15 shows the specifications of the image pickup apparatus of the present embodiment.

本実施例の撮像装置は、F値がF/1.2と明るく、画角が120.0(deg)と超広画角ながら、全長が6.044(mm)とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表16に、本実施例の撮像装置における、(1)式および(2)式の値を示す。
The imaging apparatus according to the present embodiment has a bright F value of F / 1.2 and an ultra wide angle of view of 120.0 (deg), and the overall length is 6.044 (mm) and is compact. This is an example of an imaging apparatus that simultaneously achieves brightness, high resolution, an ultra-wide field angle, and compactness.
Table 16 shows the values of the expressions (1) and (2) in the imaging apparatus of the present embodiment.

(1)式の値は0.96であり、(1)式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
(2)式の値は1.01であり、(2)式の範囲を満足している。これにより、120.0(deg)の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
(6)式の値が0.97であり、(6)式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。(6)式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
The value of the formula (1) is 0.96, which satisfies the range of the formula (1). Thereby, the optical system on the image side from the aperture stop of the imaging optical system can be configured to be nearly point-symmetric, and coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration can be corrected well.
The value of formula (2) is 1.01, which satisfies the range of formula (2). Thereby, it is possible to satisfactorily correct field curvature and astigmatism over a wide field angle of 120.0 (deg).
The value of equation (6) is 0.97, which satisfies the range of equation (6).
As a result, the imaging optical system has a configuration close to point symmetry, and coma, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration are corrected well.
Furthermore, in the imaging apparatus of the present embodiment, focus adjustment is performed by changing the distance between the imaging optical system and the imaging surface. Since the expression (6) is satisfied, focus adjustment can be performed while maintaining high resolution in a wide range of focus adjustment from infinity to close range.

図15に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図16に横収差図を示す。
図15に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差をかなり良好に補正している。
特に、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、球面収差を非常に良く補正できている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
FIG. 15 shows a longitudinal aberration diagram in the imaging optical system of the present embodiment, and FIG. 16 shows a lateral aberration diagram.
As shown in FIG. 15, spherical aberration, axial chromatic aberration, astigmatism, field curvature, and chromatic spherical aberration are corrected fairly well.
In particular, the light beam can be condensed on the image plane over the entire range from a light beam having a low incident height to a high light beam, and the spherical aberration can be corrected very well.
In addition, axial chromatic aberration and chromatic spherical aberration can be corrected very well, and high imaging performance is obtained.

図16に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差をかなり良好に補正している。
本実施例のように、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の両方を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とすることにより、広画角に渡って高精度に球面収差を補正することが可能となる。
以上で説明した各実施例を含む本発明の構成は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラなど、撮像装置を用いる製品に利用可能である。
As shown in FIG. 16, good performance is obtained for each field angle light beam, and coma aberration, field curvature, and lateral chromatic aberration are corrected fairly well.
As in this embodiment, both the most object-side lens surface and the most image-side lens surface are aspherical surfaces to which an aspherical amount obtained by displacing the reference spherical surface from the reference spherical surface to the outside of the imaging optical system at the periphery of the lens surface; This makes it possible to correct spherical aberration with high accuracy over a wide angle of view.
The configuration of the present invention including the embodiments described above can be used for products using an imaging device such as a digital camera, a digital video camera, a mobile phone camera, and a surveillance camera.

G1、G2、G3、G4 レンズ
STO 開口絞り
Asph 非球面
IMG 撮像面
OTM 光伝送手段
ICD 電子撮像素子
ICU 撮像ユニット
G1, G2, G3, G4 Lens STO Aperture stop Asph Aspherical surface IMG Imaging surface OTM Optical transmission means ICD Electronic imaging device ICU Imaging unit

Claims (9)

物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を有する撮像装置であって、
前記撮像光学系は、少なくとも2枚のレンズと、該2枚のレンズの間を満たす流体媒質中に配置される開口絞りと、を備え、
前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面は凹面であり、
前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面は、凸形状の球面を基準面とするとき、該基準面に対して周辺部が物体側へ変位した形状の非球面であり、
前記撮像光学系の焦点距離をf_sys、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をd_pup、前記撮像面の曲率半径をR_img、としたとき、次の式を満足することを特徴とする撮像装置。
0.8≦f_sys/d_pup≦1.5
0.8≦|R_img|/f_sys≦1.5
An imaging apparatus having an imaging surface that is concave toward the object side, and an imaging optical system that forms an object image on the imaging surface,
The imaging optical system includes at least two lenses and an aperture stop disposed in a fluid medium that fills between the two lenses.
The lens surface in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is a concave surface,
The lens surface in contact with the fluid medium on the image side with respect to the aperture stop is an aspherical surface having a peripheral surface displaced toward the object side with respect to the reference surface when a convex spherical surface is used as a reference surface.
When the focal length of the imaging optical system is f_sys, the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface is d_upp, and the radius of curvature of the imaging surface is R_img, the following expression is satisfied: An imaging device.
0.8 ≦ f_sys / d_pup ≦ 1.5
0.8 ≦ | R_img | /f_sys≦1.5
物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を有する撮像装置であって、
前記撮像光学系は、少なくとも2枚のレンズと、該2枚のレンズの間を満たす流体媒質中に配置される開口絞りと、を備え、
前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面は凹面であり、前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面は凸面であり、
前記流体媒質は、液体であり、
前記撮像光学系の焦点距離をf_sys、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をd_pup、前記撮像面の曲率半径をR_img、としたとき、次の式を満足することを特徴とする撮像装置。
0.8≦f_sys/d_pup≦1.5
0.8≦|R_img|/f_sys≦1.5
An imaging apparatus having an imaging surface that is concave toward the object side, and an imaging optical system that forms an object image on the imaging surface,
The imaging optical system includes at least two lenses and an aperture stop disposed in a fluid medium that fills between the two lenses.
The lens surface in contact with the fluid medium on the object side from the aperture stop is a concave surface, and the lens surface in contact with the fluid medium on the image side from the aperture stop is a convex surface,
The fluid medium is a liquid;
When the focal length of the imaging optical system is f_sys, the distance from the exit pupil of the imaging optical system to the imaging surface is d_upp, and the radius of curvature of the imaging surface is R_img, the following expression is satisfied: An imaging device.
0.8 ≦ f_sys / d_pup ≦ 1.5
0.8 ≦ | R_img | /f_sys≦1.5
前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面は、凸形状の球面を基準面とするとき、該基準面に対して周辺部が物体側へ変位した形状の非球面であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The lens surface that is in contact with the fluid medium on the image side of the aperture stop is an aspherical surface having a peripheral surface displaced toward the object side with respect to the reference surface when a convex spherical surface is used as the reference surface. The imaging apparatus according to claim 2, characterized in that: 前記撮像面の曲率半径をR_imgとしたとき、次の式を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
0.8≦|R_img|/d_pup≦1.5
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the following expression is satisfied when a radius of curvature of the imaging surface is R_img.
0.8 ≦ | R_img | /d_pup≦1.5
前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面の曲率半径は、該レンズ面から前記開口絞りまでの距離よりも大きいことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。   5. The curvature radius of a lens surface that is in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is larger than a distance from the lens surface to the aperture stop. 6. Imaging device. 前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面の曲率半径は、前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。   The curvature radius of the lens surface in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is larger than the curvature radius of the lens surface in contact with the fluid medium on the image side of the aperture stop. The imaging device according to any one of 5. 前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面のパワーをφf、前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面のパワーをφr、としたとき、次の式を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。
−5≦φr/φf≦−1
When the power of the lens surface in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is φf and the power of the lens surface in contact with the fluid medium on the image side of the aperture stop is φr, the following expression is satisfied. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is an image pickup apparatus.
−5 ≦ φr / φf ≦ −1
前記開口絞りから前記開口絞りよりも像側において前記流体媒質に接するレンズ面までの距離は、前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面から前記開口絞りまでの距離よりも短いことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The distance from the aperture stop to the lens surface in contact with the fluid medium on the image side of the aperture stop is shorter than the distance from the lens surface in contact with the fluid medium on the object side to the aperture stop than the aperture stop. The imaging apparatus according to claim 1, wherein 前記開口絞りよりも物体側において前記流体媒質に接するレンズ面は、凹形状の球面を基準面とするとき、該基準面に対して周辺部が像側へ変位した形状の非球面であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。 The lens surface that is in contact with the fluid medium on the object side of the aperture stop is an aspherical surface with a peripheral portion displaced toward the image side with respect to the reference surface when a concave spherical surface is used as the reference surface. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is characterized.
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