JP6645511B2 - レンズユニット、撮像装置、及びモバイル機器 - Google Patents

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Description

本発明は、小型で収差を抑えた非広角タイプのレンズユニット並びにこれを組み込んだ撮像装置及びモバイル機器に関し、特に虹彩の結像によって認証を可能にする虹彩認証その他の用途に適するレンズユニット等に関する。
例えば、虹彩認証用の撮像光学系として、物体側から順に、正の第１レンズ、負の第２レンズ、及び負の第３レンズを備えるものが公知となっている（特許文献１）。ここで、第１レンズは、物体側に凸のメニスカスレンズであり、第２レンズは、弓状レンズであり、第３レンズも、弓状レンズである。
また、虹彩認証用に限らない撮像光学系として、物体側から順に、正の第１レンズ、近軸で正で周辺で負の第２レンズ、及び負の第３レンズを備えるものが公知となっている（特許文献２）。ここで、第１レンズは、物体側に凸のメニスカスレンズであり、第２レンズは、近軸で正かつ周辺で負のレンズであり、第３レンズは、近軸で物体側に凸のメニスカスレンズである。
しかしながら、特許文献１の撮像光学系は、第２レンズの負のパワーが大きく、収差補正が不十分なものとなっている。
また、特許文献２の撮像光学系は、第１レンズと第２レンズとの間隔が狭く、収差補正が不十分なものとなっている。特に、虹彩認証用の撮像光学系の場合、焦点距離が長く、球面収差や像面湾曲が良好に補正されており、高周波数での高い性能が要求されるが、特許文献１及び特許文献２に記載の撮像光学系では、上述の理由もあり、虹彩認証に十分適したものとなっていない。
中国特許出願公開第１０４０９０３４７号明細書 国際公開第２０１１／０９２９８３号
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、小型ながら収差を抑えることによって信頼度を高めた認証等を可能にするレンズユニット、撮像装置、及びモバイル機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るレンズユニットは、撮像光学系と、撮像光学系を保持するレンズ鏡筒とを有するレンズユニットであって、撮像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、少なくとも１面が非球面形状である第２レンズと、負の屈折力を有し、少なくとも１面が非球面形状であり、光軸との交点以外の変曲点を有する第３レンズとから実質的になり、下記条件式を満足する。
ｆ／ＴＬ＞０．９２ … （１）
０．１０＞ｆ／ｆ２＞−０．１７ … （２）
０．６０＞ｄ２／ｆ≧０．２８ … （３）
但し、
ｆ；撮像光学系全系の焦点距離
ＴＬ；撮像光学系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離
ｄ２；第１レンズと第２レンズとの軸上空気間隔
ｆ２；第２レンズの焦点距離
上記レンズユニットは、物体側に正の第１レンズを配置し、像側に負の第３レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプの構成となっている。このレンズ構成は、撮像光学系の全長の小型化には有利な構成である。また、３枚構成のうち、最も像側に配置された第３レンズの少なくとも１面を非球面とすることにより、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。さらに、この非球面を交点以外の位置に変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性を確保しやすくなる。ここで、「変曲点」とは、有効半径内でのレンズ断面形状の曲線において、非球面形状の２階微分値の符号の正負が逆転するような非球面上の点のことである。なお、撮像光学系の最も像側の面と像側焦点位置との間に、光学的ローパスフィルター、バンドパスフィルター、または固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板が配置される場合には、平行平板部分は空気換算距離としたうえで上記ＴＬの値を計算するものとする。
上記条件式（１）は、焦点距離と撮像光学系の全長とを適切に設定するためのものである。条件式（１）の下限を上回ることで、画角が小さくなる対象を撮影するため適切な焦点距離を確保しつつ、モバイル機器への搭載が可能な小型なレンズとなる。さらに、値ｆ／ＴＬについては下記の条件式を満たすことが望ましい。
ｆ／ＴＬ＞０．９５ … （１）'
上記条件式（２）及び（３）は、焦点距離が長く、小型でありながら諸収差を良好に補正するためのものである。条件式（２）を満たすことで、第２レンズは強い正でも強い負でもない屈折力となり、さらに第２レンズの少なくとも１面を非球面とすることでテレフォトタイプの特性を弱めることなく、諸収差の補正を行うことができる。また、条件式（３）の下限を上回ることで、少なくとも１面が非球面である第２レンズの位置を適度に像側に近づけ、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。一方、条件式（３）の上限を下回ることで、第２レンズが像側に近づきすぎず、第３レンズを適切な位置に配することができ、テレセントリック特性を確保することができる。さらに、値ｆ／ｆ２及び値ｄ２／ｆについては下記の条件式を満たすことが望ましい。
０．０８＞ｆ／ｆ２＞−０．１５ … （２）'
０．５０＞ｄ２／ｆ≧０．２８ … （３）'
上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、上述したレンズユニットと、レンズユニットによって形成された像を検出する像検出部と、像検出部からの信号を処理する処理部とを有する。
上記目的を達成するため、本発明に係るモバイル機器は、上述した撮像装置を備え、撮像装置に撮像を行わせる。
上記モバイル機器は、本発明に係る撮像装置を備え、画角が小さくなる対象について高精度の撮影を可能にする。モバイル機器に組み込まれる撮像光学系としては全長が６ｍｍ以下であることが好ましいが、条件式（１）〜（３）を満たすことで、諸収差を良好に補正しつつ、全長が６ｍｍ以下の場合にも対応可能な撮像光学系を得ることができる。特に、上記モバイル機器は、虹彩像の撮影が可能であり、虹彩認証機能を持たせることで、セキュリティや信頼性を高めることができる。
本発明に係る一実施形態のレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置を説明する図である。 図１の撮像装置を備えるモバイル機器を説明する斜視図である。 実施例１の撮像光学系の断面図である。 図４Ａ〜４Ｅは、実施例１の収差図である。 実施例２の撮像光学系の断面図である。 図６Ａ〜６Ｅは、実施例２の収差図である。 実施例３の撮像光学系の断面図である。 図８Ａ〜８Ｅは、実施例３の収差図である。 実施例４の撮像光学系の断面図である。 図１０Ａ〜１０Ｅは、実施例４の収差図である。 実施例５の撮像光学系の断面図である。 図１２Ａ〜１２Ｅは、実施例５の収差図である。 実施例６の撮像光学系の断面図である。 図１４Ａ〜１４Ｅは、実施例６の収差図である。
図１は、本発明の一実施形態に係るレンズユニットと、これを組み込んだ撮像装置とを説明する図である。
撮像装置１００は、画像信号を形成するためのカメラモジュール３０と、カメラモジュール３０を動作させることにより撮像装置１００としての機能を発揮させる処理部６０とを備える。
カメラモジュール３０は、虹彩認証用の撮像光学系１０と撮像光学系１０を保持するレンズ鏡筒４１とを有するレンズユニット４０と、撮像光学系１０によって形成された被写体像を画像信号に変換する像検出部であるセンサー部５０とを備える。虹彩認証用のレンズユニット４０は、収差を抑えた標準又は望遠タイプの撮像光学系１０を有するものながら小型とでき、虹彩認証のための虹彩撮影に適している。
レンズユニット４０のうち、撮像光学系１０は、画角４５°以下の標準又は望遠タイプの撮像レンズであり、後に詳述するが、物体側から順に、開口絞りＳと、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３とを備え、第３レンズＬ３の像側には、１つ以上の平行平板Ｆを配置することができる。平行平板Ｆには、波長その他に関するフィルター機能を持たせることができる。レンズ鏡筒４１は、樹脂等で形成され、第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３等を内部に収納し保持している。レンズ鏡筒４１は、物体側からの光線束を入射させる開口ＯＰを有する。
センサー部（像検出部）５０は、撮像光学系１０によって形成された被写体像を光電変換する固体撮像素子５１（例えば、ＣＭＯＳ型のイメージセンサー）と、この固体撮像素子５１を背後から支持するとともに配線、付随回路等を設けた基板５３とを備える。センサー部５０は、レンズ鏡筒４１を介してレンズユニット４０に固定される。
固体撮像素子（撮像素子）５１は、撮像面Ｉとしての光電変換部５１ａを有し、その周囲には、不図示の信号処理回路が形成されている。光電変換部５１ａには、画素つまり光電変換素子が２次元的に配置されている。なお、固体撮像素子５１は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサーに限るものでなく、ＣＣＤ等の他のものを適用したものであってもよい。
処理部６０は、撮像回路部６１と、通信部６２と、記憶部６３と、制御部６８とを備え、センサー部（像検出部）５０からの信号を処理する。撮像回路部６１は、制御部６８から固体撮像素子５１を電気的に駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたりすることによって、固体撮像素子５１を動作させている。通信部６２は、外部機器と接続されて画像データの出力や制御信号の授受を可能にする。記憶部６３は、撮像装置１００の動作に必要な情報、カメラモジュール３０によって取得した画像データ等を保管する部分である。制御部６８は、撮像回路部６１、通信部６２、及び記憶部６３の動作を統括的に制御しており、例えばカメラモジュール３０によって得た画像データに対して種々の画像処理を行うことができる。
なお、詳細な説明を省略するが、撮像装置１００又はカメラモジュール３０は、虹彩認証装置の一部としてモバイル機器に内蔵される。ここで、モバイル機器は、ノートＰＣ、スマートフォンその他の携帯端末、ウェアラブルＰＣのほか、カメラ、ＰＤＡ等を含む各種携帯型電子機器を意味する。撮像装置１００又はカメラモジュール３０は、車載カメラ又はこれを利用した虹彩認証装置の一部として用いることもできる。処理部６０の具体的な機能は、本撮像装置１００が組み込まれる虹彩認証装置又はモバイル機器の機能及び動作に応じて適宜調整される。
図２は、図１に示す撮像装置１００又はカメラモジュール３０を組み込んだモバイル機器の一例を説明する斜視図である。図示のモバイル機器２００は、本体７１とディスプレイ７２とを備えるノートＰＣであり、ディスプレイ７２の上部に、虹彩認証装置として一対の光源８１，８２と、撮像装置１００とを備え、不図示の制御部分によって撮像装置１００に撮像動作を行わせる。一対の光源８１，８２は、波長７５０ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外の照明光をノートＰＣのユーザーに向けて射出する。撮像装置１００は、ノートＰＣのユーザーの顔、特に目周辺を撮影する。
以下、図１を参照して、実施形態の撮像光学系１０について説明する。なお、図１で例示した撮像光学系１０は、後述する実施例１の撮像光学系１１と同一の構成となっている。
図示の撮像光学系１０は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負、正又はゼロの屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する第３レンズＬ３とから実質的になる。第１レンズＬ１は、入射面Ｓ１１及び射出面Ｓ１２のうち１面又は両面を非球面とすることができる。第２レンズＬ２は、入射面Ｓ２１及び射出面Ｓ２２のうち少なくとも１面が非球面であり、両光学面（レンズ面）を非球面とすることができる。第３レンズＬ３は、入射面Ｓ３１及び射出面Ｓ３２のうち少なくとも１面が非球面であり、両光学面を非球面とすることができる。さらに、第３レンズＬ３については、光軸ＡＸとの交点以外において変曲点を有するものとなっている。
上記撮像光学系１０は、物体側に正の第１レンズＬ１を配置し、像側に負の第３レンズＬ３を配置する、いわゆるテレフォトタイプの構成となっている。このレンズ構成は、撮像光学系１０の全長の小型化にとって有利な構成である。また、パワーの弱い第２レンズＬ２を構成する一対の光学面（入射面Ｓ２１及び射出面Ｓ２２）のうち少なくとも１面を非球面とすることにより、後述する配置等と相まって収差の良好な補正が可能になる。さらに、最も像側に配置された第３レンズＬ３を構成する一対の光学面（入射面Ｓ３１及び射出面Ｓ３２）のうち少なくとも１面を非球面とすることにより、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。さらに、この光学面を光軸ＡＸとの交点以外の位置に変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性を確保しやすくなる。
第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、近赤外の波長域で光透過性を有するプラスチックやガラスで形成される。虹彩その他の特殊な対象の撮影には、検出精度を高めるべく近赤外光が利用されることが多いためである。また、第１レンズＬ１は、ガラス材料で形成されることが好ましい。ガラス材料は温度による屈折率変化や膨張収縮が小さく、第１レンズＬ１をガラス製とすることで環境変化に対する性能変化を小さく抑えることができる。
撮像光学系１０は、以下の条件式（１）〜（３）を満たす。
ｆ／ＴＬ＞０．９２ … （１）
０．１０＞ｆ／ｆ２＞−０．１７ … （２）
０．６０＞ｄ２／ｆ≧０．２８ … （３）
ここで、値ｆは、撮像光学系１０全系の焦点距離であり、値ＴＬは、撮像光学系１０の最も物体側の第１レンズＬ１の入射面Ｓ１１から像側焦点までの光軸ＡＸ上の距離であり、値ｄ２は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との軸上空気間隔であり、値ｆ２は、第２レンズＬ２の焦点距離である。
上記条件式（１）は、焦点距離と撮像光学系１０の全長とを適切に設定するためのものである。値ｆ／ＴＬが条件式（１）の下限を上回ることで、画角が小さくなる対象を撮影するため適切な焦点距離を確保しつつ、モバイル機器２００への搭載が可能な小型なレンズとなる。さらに、値ｆ／ＴＬについては、下記の条件式を満たすことが望ましい。
ｆ／ＴＬ＞０．９５ … （１）'
上記条件式（２）及び（３）は、焦点距離が長く、小型でありながら諸収差を良好に補正するためのものである。値ｆ／ｆ２が条件式（２）を満たすことで、第２レンズＬ２は強い正でも強い負でもない屈折力となり、さらに第２レンズＬ２の光学面（レンズ面）Ｓ２１，Ｓ２２のうち少なくとも１面を非球面とすることで、テレフォトタイプの特性を弱めることなく、諸収差の補正を行うことができる。また、値ｄ２／ｆが条件式（３）の下限を上回ることで、少なくとも１面が非球面である第２レンズＬ２の位置を適度に像側に近づけ、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。一方、値ｄ２／ｆが条件式（３）の上限を下回ることで、第２レンズＬ２が像側に近づきすぎず、第３レンズＬ３を適切な位置に配することができ、テレセントリック特性を確保することができる。さらに、値ｆ／ｆ２及び値ｄ２／ｆについては、下記の条件式を満たすことが望ましい。
０．０８＞ｆ／ｆ２＞−０．１５ … （２）'
０．５０＞ｄ２／ｆ≧０．２８ … （３）'
撮像光学系１０は、上記条件式（１）〜（３）に追加して以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
１．１＞ｆ１／ｆ＞０．７ … （４）
ここで、値ｆ１は、第１レンズＬ１の焦点距離であり、値ｆは、撮像光学系１０全系の焦点距離である。
上記条件式（４）は、第１レンズＬ１の焦点距離を適切に設定するためのものである。値ｆ１／ｆが条件式（４）の上限を下回ることで、第１レンズＬ１の屈折力を適度に維持することができるため、全系の主点位置をより物体側に配置することができ、撮像光学系１０の全長を短くすることができる。一方、値ｆ１／ｆが条件式（４）の下限を上回ることで、第１レンズＬ１の焦点距離が必要以上に短くなりすぎず、第１レンズＬ１で発生する高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。さらに、値ｆ１／ｆについては、下記の条件式を満たすことが望ましい。
１．０＞ｆ１／ｆ＞０．８ … （４）'
撮像光学系１０は、上記条件式（１）〜（３）等に追加して以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
−０．８＞ｆ３／ｆ＞−１．２ … （５）
ここで、値ｆ３は、第３レンズＬ３の焦点距離であり、値ｆは、撮像光学系１０全系の焦点距離である。
上記条件式（５）は、第３レンズＬ３の焦点距離を適切に設定するための条件式である。値ｆ３／ｆが条件式（５）の上限を下回ることで、第３レンズＬ３の負の焦点距離が必要以上に短くなりすぎず、固体撮像素子５１の画面周辺部に結像する光線束が過度に跳ね上げられることがなくなり、像側光束のテレセントリック性の確保を容易にすることができる。一方、値ｆ３／ｆが条件式（５）の下限を上回ることで、第３レンズＬ３の負の焦点距離を適度に長くすることができ、撮像光学系１０の全長の短縮化及び像面湾曲や歪曲収差等の諸収差の補正を良好に行うことができる。さらに、値ｆ３／ｆについては、下記の条件式を満たすことが望ましい。
−０．８５＞ｆ３／ｆ＞−１．１５ … （５）'
撮像光学系１０は、上記条件式（１）〜（３）等に追加して以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
４５°＞２ｗ … （６）
但し、
ここで、値ｗは半画角である。
上記条件式（６）は、撮像光学系１０の画角を適切に設定するための条件式である。条件式（６）の範囲とすることで、画角が小さくなる対象（例えば瞳又は虹彩）の撮像に適する画像を得ることができる。さらに、値２ｗについては、下記の条件式を満たすことが望ましい。
４０°＞２ｗ … （６）'
なお、撮像光学系１０は、実質的に屈折力又はパワーを持たないその他の光学素子（例えばレンズ、フィルター部材等）をさらに有するものであってもよい。
〔実施例〕
以下、本発明の撮像光学系又はレンズユニットの実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
Ｒ ：近軸曲率半径
Ｄ ：軸上面間隔
Ｎｓ ：レンズ材料のｓ線に対する屈折率
ＥＲ ：有効半径
各実施例において、各面番号（Surf-N）の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。その他、無限大を「ＩＮＦ」と表し、開口絞りを「ＳＴ」と表している。
〔数１〕
Figure 0006645511
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
（実施例１）
実施例１の撮像光学系又はレンズユニットの基本的な特徴は以下のようなものである。ただし、ｆは撮像光学系全系の焦点距離を示し、ＦはＦナンバーを示し、２Ｙは撮像素子の撮像面対角線長を示す。なお、実施例１は、本発明に属さない。
f=4.00mm
F=2.3
2Y=2.70mm

実施例１の撮像光学系又はレンズユニットのレンズ面等のデータを以下の表１に示す。
〔表１〕
Surf-N R(mm) D(mm) Ns ER(mm)
1(ST) INF -0.25 0.90
2* 1.433 0.88 1.5374 0.91
3* 6.035 0.90 0.85
4* -3.386 0.60 1.6160 0.80
5* -4.036 0.67 0.92
6* 5.877 0.45 1.6160 0.99
7* 1.843 0.30 1.21
8 INF 0.45 1.5098 1.27
9 INF 1.33
実施例１の撮像光学系又はレンズユニットに含まれる非球面の非球面係数を以下の表２に示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０−０２）をＥ（たとえば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。
〔表２〕
第2面
K=-0.10589E+00, A4=-0.15751E-03, A6=-0.49012E-02,
A8=0.79154E-02, A10=-0.60362E-02
第3面
K=0.85780E+01, A4=0.26577E-02, A6=-0.32336E-02,
A8=-0.35857E-02, A10=-0.86912E-02
第4面
K=0.12274E+02, A4=-0.75759E-01, A6=-0.13796E-01,
A8=0.50942E-01, A10=-0.15285E+00, A12=0.13526E+00
第5面
K=-0.24628E+02, A4=-0.13158E+00, A6=0.99810E-01,
A8=-0.77630E-01, A10=0.42610E-01
第6面
K=-0.88231E+00, A4=-0.35409E+00, A6=0.12438E+00,
A8=-0.24967E-01, A10=-0.24671E-01, A12=0.18759E-02
第7面
K=-0.64941E+01, A4=-0.23189E+00, A6=0.11747E+00,
A8=-0.60444E-01, A10=0.52629E-02, A12=0.57128E-02,
A14=-0.17454E-02
実施例１の単レンズデータを以下の表３に示す。
〔表３〕
レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 2 3.279
2 4 -52.711
3 6 -4.554
図３は、実施例１の虹彩認証用の撮像光学系１１又はカメラモジュール等の断面図である。撮像光学系１１は、近軸で物体側に凸で正メニスカスの第１レンズＬ１と、近軸で屈折力略ゼロの第２レンズＬ２と、近軸で物体側に凸で負メニスカスの第３レンズＬ３とを備える。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、両光学面が非球面である。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、全てプラスチックレンズである。第１レンズＬ１の物体側には、開口絞りＳが配置されている。さらに、第３レンズＬ３の像側には、平行平板Ｆが配置されている。なお、平行平板Ｆを介して第３レンズＬ３の射出面に対向して、固体撮像素子５１の光電変換部５１ａに対応する撮像面Ｉが配置されている。この撮像光学系１１は、ｓ線（波長８５２．１１ｎｍ）の使用を前提としている。
図４Ａ〜４Ｃは、実施例１の撮像光学系１１の縦収差図（球面収差、非点収差、及び歪曲収差）を示し、図４Ｄ及び４Ｅは、実施例１の撮像光学系１１の横収差図を示している。
（実施例２）
実施例２の撮像光学系又はレンズユニットの基本的な特徴は以下のようなものである。
f=5.00mm
F=2.1
2Y=3.60mm
実施例２の撮像光学系又はレンズユニットのレンズ面等のデータを以下の表４に示す。
〔表４〕
Surf-N R(mm) D(mm) Ns ER(mm)
1(ST) INF -0.35 1.21
2* 1.885 0.65 1.5374 1.22
3* 8.555 2.17 1.20
4* 5.612 0.24 1.5374 1.11
5* 4.182 0.78 1.24
6* -12.952 0.32 1.5374 1.41
7* 4.180 0.15 1.62
8 INF 0.60 1.5098 1.70
9 INF 1.78
実施例２の撮像光学系又はレンズユニットに含まれる非球面の非球面係数を以下の表５に示す。
〔表５〕
第2面
K=-0.58238E+00, A4=0.71587E-02, A6=-0.34319E-03,
A8=0.20615E-02, A10=-0.84561E-03
第3面
K=0.26126E+02, A4=-0.24748E-02, A6=-0.65712E-03,
A8=-0.15531E-03, A10=-0.65127E-03
第4面
K=0.20763E+02, A4=-0.17795E+00, A6=-0.10361E+00,
A8=0.19555E-01, A10=-0.16158E-01, A12=0.74402E-02
第5面
K=-0.73109E+01, A4=-0.11336E+00, A6=-0.89317E-01,
A8=0.45742E-01, A10=0.11394E-02
第6面
K=-0.12991E+02, A4=-0.12834E+00, A6=0.43272E-01,
A8=-0.42223E-01, A10=0.35021E-01, A12=-0.91855E-02
第7面
K=0.33322E+01, A4=-0.13115E+00, A6=0.18298E-01,
A8=-0.15549E-03, A10=-0.93599E-03, A12=0.76266E-03,
A14=-0.27825E-03
実施例２の単レンズデータを以下の表６に示す。
〔表６〕
レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 2 4.351
2 4 -32.458
3 6 -5.843
図５は、実施例２の虹彩認証用の撮像光学系１２等の断面図である。撮像光学系１２は、近軸で物体側に凸で正メニスカスの第１レンズＬ１と、近軸で屈折力略ゼロの第２レンズＬ２と、近軸で両凹で負の第３レンズＬ３とを備える。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、両光学面が非球面である。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、全てプラスチックレンズである。第１レンズＬ１の物体側には、開口絞りＳが配置されている。さらに、第３レンズＬ３の像側には、平行平板Ｆが配置されている。なお、平行平板Ｆを介して第３レンズＬ３の射出面に対向して、固体撮像素子５１の光電変換部５１ａに対応する撮像面Ｉが配置されている。この撮像光学系１２は、ｓ線（波長８５２．１１ｎｍ）の使用を前提としている。
図６Ａ〜６Ｃは、実施例２の撮像光学系１２の縦収差図（球面収差、非点収差、及び歪曲収差）を示し、図６Ｄ及び６Ｅは、実施例２の撮像光学系１２の横収差図を示している。
（実施例３）
実施例３の撮像光学系又はレンズユニットの基本的な特徴は以下のようなものである。
f=4.80mm
F=2.2
2Y=3.20mm
実施例３の撮像光学系又はレンズユニットのレンズ面等のデータを以下の表７に示す。
〔表７〕
Surf-N R(mm) D(mm) Ns ER(mm)
1* 1.777 1.00 1.5374 1.18
2* 8.274 0.35 0.96
3(ST) INF 1.01 0.84
4* INF 0.62 1.5374 0.91
5* INF 0.29 1.02
6* -15.278 0.83 1.6160 0.99
7* 3.457 0.26 1.33
8 INF 0.60 1.5098 1.42
9 INF 1.54
実施例３の撮像光学系又はレンズユニットに含まれる非球面の非球面係数を以下の表８に示す。
〔表８〕
第1面
K=-0.54909E+00, A4=0.76479E-02, A6=-0.93508E-04,
A8=0.16057E-02, A10=-0.65847E-03
第2面
K=0.37166E+02, A4=-0.55676E-02, A6=-0.31076E-02,
A8=-0.19567E-02, A10=-0.99367E-03
第4面
K=0.00000E+00, A4=-0.80339E-01, A6=-0.96357E-02,
A8=-0.54949E-01, A10=0.37193E-01, A12=-0.36720E-01
第5面
K=0.00000E+00, A4=-0.17381E+00, A6=0.55744E-01,
A8=-0.95010E-01, A10=0.30495E-01
第6面
K=-0.50000E+02, A4=-0.26438E+00, A6=0.30690E-01,
A8=0.98208E-02, A10=-0.83035E-01, A12=0.47423E-01
第7面
K=0.34381E+01, A4=-0.15880E+00, A6=0.57019E-01,
A8=-0.24556E-01, A10=0.52680E-02, A12=-0.14046E-03,
A14=-0.17275E-03
実施例３の単レンズデータを以下の表９に示す。
〔表９〕
レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 1 3.995
2 4 INF
3 6 -4.501
図７は、実施例３の虹彩認証用の撮像光学系１３等の断面図である。撮像光学系１３は、近軸で物体側に凸で正メニスカスの第１レンズＬ１と、近軸で屈折力ゼロの第２レンズＬ２と、近軸で両凹で負の第３レンズＬ３とを備える。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、両光学面が非球面である。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、全てプラスチックレンズである。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置されている。さらに、第３レンズＬ３の像側には、平行平板Ｆが配置されている。なお、平行平板Ｆを介して第３レンズＬ３の射出面に対向して、固体撮像素子５１の光電変換部５１ａに対応する撮像面Ｉが配置されている。この撮像光学系１３は、ｓ線（波長８５２．１１ｎｍ）の使用を前提としている。
図８Ａ〜８Ｃは、実施例３の撮像光学系１３の縦収差図（球面収差、非点収差、及び歪曲収差）を示し、図８Ｄ及び８Ｅは、実施例３の撮像光学系１３の横収差図を示している。
（実施例４）
実施例４の撮像光学系又はレンズユニットの基本的な特徴は以下のようなものである。
f=4.00mm
F=2.3
2Y=2.70mm
実施例４の撮像光学系又はレンズユニットのレンズ面等のデータを以下の表１０に示す。
〔表１０〕
Surf-N R(mm) D(mm) Ns ER(mm)
1(ST) INF -0.25 0.90
2* 1.683 0.64 1.5374 0.90
3* 10.944 1.92 0.87
4* -7.145 0.67 1.6160 0.91
5* -5.843 0.32 1.11
6* 59.799 0.40 1.6160 1.16
7* 2.075 0.16 1.37
8 INF 0.10 1.5098 1.36
9 INF 1.36
実施例４の撮像光学系又はレンズユニットに含まれる非球面の非球面係数を以下の表１１に示す。
〔表１１〕
第2面
K=-0.12902E+00, A4=-0.15985E-02, A6=-0.14720E-02,
A8=0.17904E-02, A10=-0.32346E-03
第3面
K=0.13611E+01, A4=0.59369E-02, A6=0.46508E-02,
A8=-0.59765E-02, A10=0.40717E-02
第4面
K=0.50000E+02, A4=-0.15124E+00, A6=-0.68429E-01,
A8=-0.23026E-02, A10=-0.11215E+00, A12=0.11924E+00
第5面
K=-0.48037E+02, A4=-0.27310E+00, A6=0.75548E-01,
A8=-0.29968E-01, A10=0.23299E-01
第6面
K=-0.50000E+02, A4=-0.50357E+00, A6=0.32331E+00,
A8=-0.50259E-01, A10=0.41836E-02, A12=-0.11958E-01
第7面
K=-0.12985E+02, A4=-0.24008E+00, A6=0.19620E+00,
A8=-0.89234E-01, A10=0.14896E-01, A12=-0.39140E-02,
A14=0.98668E-03
実施例４の単レンズデータを以下の表１２に示す。
〔表１２〕
レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 2 3.614
2 4 43.478
3 6 -3.499
図９は、実施例４の虹彩認証用の撮像光学系１４等の断面図である。撮像光学系１４は、近軸で物体側に凸で正メニスカスの第１レンズＬ１と、近軸で屈折力略ゼロの第２レンズＬ２と、近軸で物体側に凸で負メニスカスの第３レンズＬ３とを備える。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、両光学面が非球面である。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、全てプラスチックレンズである。第１レンズＬ１の物体側には、開口絞りＳが配置されている。さらに、第３レンズＬ３の像側には、平行平板Ｆが配置されている。なお、平行平板Ｆを介して第３レンズＬ３の射出面に対向して、固体撮像素子５１の光電変換部５１ａに対応する撮像面Ｉが配置されている。この撮像光学系１４は、ｓ線（波長８５２．１１ｎｍ）の使用を前提としている。
図１０Ａ〜１０Ｃは、実施例４の撮像光学系１４の縦収差図（球面収差、非点収差、及び歪曲収差）を示し、図１０Ｄ及び１０Ｅは、実施例４の撮像光学系１４の横収差図を示している。
（実施例５）
実施例５の撮像光学系又はレンズユニットの基本的な特徴は以下のようなものである。
f=5.50mm
F=2.3
2Y=3.60mm
実施例５の撮像光学系又はレンズユニットのレンズ面等のデータを以下の表１３に示す。
〔表１３〕
Surf-N R(mm) D(mm) Ns ER(mm)
1(ST) INF -0.35 1.21
2* 1.924 0.62 1.5374 1.22
3* 7.157 2.20 1.19
4* INF 0.28 1.5374 1.12
5* INF 0.83 1.23
6* -7.189 0.46 1.5374 1.33
7* 5.066 0.29 1.62
8 INF 0.60 1.5098 1.71
9 INF 1.77
実施例５の撮像光学系又はレンズユニットに含まれる非球面の非球面係数を以下の表１４に示す。
〔表１４〕
第2面
K=-0.56411E+00, A4=0.76467E-02, A6=-0.32184E-03,
A8=0.19056E-02, A10=-0.58480E-03
第3面
K=0.19413E+02, A4=-0.31786E-02, A6=-0.14799E-02,
A8=0.45921E-03, A10=-0.79168E-03
第4面
K=0.00000E+00, A4=-0.13493E+00, A6=-0.81841E-01,
A8=0.27519E-01, A10=-0.10199E-01, A12=0.43475E-02
第5面
K=0.00000E+00, A4=-0.11086E+00, A6=-0.67873E-01,
A8=0.43677E-01, A10=-0.49541E-02
第6面
K=0.82036E+01, A4=-0.10814E+00, A6=0.18448E-01,
A8=-0.34288E-01, A10=0.38504E-01, A12=-0.12713E-01
第7面
K=0.75685E+01, A4=-0.10190E+00, A6=0.40015E-02,
A8=0.25652E-02, A10=-0.15129E-02, A12=0.48033E-03,
A14=-0.18442E-03
実施例５の単レンズデータを以下の表１５に示す。
〔表１５〕
レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 2 4.701
2 4 INF
3 6 -5.459
図１１は、実施例５の虹彩認証用の撮像光学系１５等の断面図である。撮像光学系１５は、近軸で物体側に凸で正メニスカスの第１レンズＬ１と、近軸で屈折力ゼロの第２レンズＬ２と、近軸で両凹で負の第３レンズＬ３とを備える。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、両光学面が非球面である。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、全てプラスチックレンズである。第１レンズＬ１の物体側には、開口絞りＳが配置されている。さらに、第３レンズＬ３の像側には、平行平板Ｆが配置されている。なお、平行平板Ｆを介して第３レンズＬ３の射出面に対向して、固体撮像素子５１の光電変換部５１ａに対応する撮像面Ｉが配置されている。この撮像光学系１５は、ｓ線（波長８５２．１１ｎｍ）の使用を前提としている。
図１２Ａ〜１２Ｃは、実施例５の撮像光学系１５の縦収差図（球面収差、非点収差、及び歪曲収差）を示し、図１２Ｄ及び１２Ｅは、実施例５の撮像光学系１５の横収差図を示している。
（実施例６）
実施例６の撮像光学系又はレンズユニットの基本的な特徴は以下のようなものである。
f=4.84mm
F=2.2
2Y=3.20mm
実施例６の撮像光学系又はレンズユニットのレンズ面等のデータを以下の表１６に示す。
〔表１６〕
Surf-N R(mm) D(mm) Ns ER(mm)
1* 1.743 1.00 1.5468 1.32
2* 6.797 0.34 1.05
3(ST) INF 1.07 0.84
4* 94.017 0.62 1.5374 0.90
5* 317.843 0.29 1.02
6* -9.031 0.83 1.6160 0.99
7* 4.043 0.20 1.33
8 INF 0.60 1.5098 1.40
9 INF 1.52
実施例６の撮像光学系又はレンズユニットに含まれる非球面の非球面係数を以下の表１７に示す。
〔表１７〕
第1面
K=-0.64366E-01, A4=-0.22702E-02, A6=-0.18226E-02,
A8=0.10595E-02, A10=-0.57239E-03
第2面
K=0.11071E+02, A4=0.67171E-03, A6=0.70747E-03,
A8=-0.22554E-02, A10=0.49890E-03
第4面
K=-0.50000E+02, A4=-0.88276E-01, A6=-0.17832E-01,
A8=-0.56050E-01, A10=0.40888E-01, A12=-0.47452E-01
第5面
K=0.50000E+02, A4=-0.17726E+00, A6=0.28529E-01,
A8=-0.87880E-01, A10=0.35114E-01
第6面
K=-0.32147E+02, A4=-0.26375E+00, A6=0.25791E-01,
A8=-0.25440E-01, A10=-0.45659E-01, A12=0.45023E-01
第7面
K=0.61755E+01, A4=-0.14939E+00, A6=0.45398E-01,
A8=-0.14347E-01, A10=-0.20197E-02, A12=0.33636E-02,
A14=-0.98142E-03
実施例６の単レンズデータを以下の表１８に示す。
〔表１８〕
レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 1 4.008
2 4 248.219
3 6 -4.427
図１３は、実施例６の虹彩認証用の撮像光学系１６等の断面図である。撮像光学系１６は、近軸で物体側に凸で正メニスカスの第１レンズＬ１と、近軸で屈折力略ゼロの第２レンズＬ２と、近軸で両凹で負の第３レンズＬ３とを備える。第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３は、両光学面が非球面である。第１レンズＬ１は、ガラスレンズであり、第２及び第３レンズＬ２，Ｌ３は、プラスチックレンズである。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが配置されている。さらに、第３レンズＬ３の像側には、平行平板Ｆが配置されている。なお、平行平板Ｆを介して第３レンズＬ３の射出面に対向して、固体撮像素子５１の光電変換部５１ａに対応する撮像面Ｉが配置されている。この撮像光学系１６は、ｓ線（波長８５２．１１ｎｍ）の使用を前提としている。
図１４Ａ〜１４Ｃは、実施例６の撮像光学系１６の縦収差図（球面収差、非点収差、及び歪曲収差）を示し、図１４Ｄ及び１４Ｅは、実施例６の撮像光学系１６の横収差図を示している。
以下の表１９は、参考のため、条件式（１）〜（６）に対応する各実施例１〜６の値をまとめたものである。
〔表１９〕
Figure 0006645511
以上、実施形態や実施例に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、撮像光学系を虹彩認証用としたが、本発明の撮像光学系は、かかる用途に限らず、様々な非広角型の撮像系に適用可能である。

Claims (10)

  1. 撮像光学系と、前記撮像光学系を保持するレンズ鏡筒とを有するレンズユニットであって、
    前記撮像光学系は、物体側から順に、
    正の屈折力を有する第１レンズと、
    少なくとも１面が非球面形状である第２レンズと、
    負の屈折力を有し、少なくとも１面が非球面形状であり、光軸との交点以外の変曲点を有する第３レンズと、から実質的になり、
    下記条件式を満足するレンズユニット。
    ｆ／ＴＬ＞０．９２ … （１）
    ０．１０＞ｆ／ｆ２＞−０．１７ … （２）
    ０．６０＞ｄ２／ｆ≧０．２８ … （３）
    但し、
    ｆ；撮像光学系全系の焦点距離
    ＴＬ；撮像光学系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離
    ｄ２；前記第１レンズと前記第２レンズとの軸上空気間隔
    ｆ２；前記第２レンズの焦点距離
  2. 下記条件式を満足する、請求項１に記載のレンズユニット。
    １．１＞ｆ１／ｆ＞０．７ … （４）
    但し、
    ｆ１；前記第１レンズの焦点距離
    ｆ；撮像光学系全系の焦点距離
  3. 下記条件式を満足する、請求項１又は２に記載のレンズユニット。
    −０．８＞ｆ３／ｆ＞−１．２ … （５）
    但し、
    ｆ３；前記第３レンズの焦点距離
    ｆ；撮像光学系全系の焦点距離
  4. 下記条件式を満足する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズユニット。
    ４５°＞２ｗ … （６）
    但し、
    ｗ；半画角
  5. 前記第１レンズは、ガラス材料で形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  6. 前記第１〜第３レンズは、近赤外の波長域で光透過性を有する材料で形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  7. 実質的に屈折力を有しない光学素子をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  8. 前記レンズユニットは虹彩認証用である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のレンズユニットと、前記レンズユニットによって形成された像を検出する像検出部と、前記像検出部からの信号を処理する処理部とを有する撮像装置。
  10. 請求項９に記載の撮像装置を備え、前記撮像装置に撮像を行わせるモバイル機器。
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