JP7228785B2 - 撮像光学系、撮像装置及び撮像システム - Google Patents
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Description
以下、本開示に係る撮像光学系、撮像装置及び撮像システムの実施形態1を、図面を用いて説明する。
本実施形態に係る撮像システムについて、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る撮像システム10の構成を示す図である。
本実施形態に係る撮像光学系ILが具体的に実施される一例として、撮像光学系ILの実施例1~3を以下説明する。
図3~15を用いて、実施例1に係る撮像光学系IL1について説明する。
以上の撮像光学系IL1の数値実施例1を用いて、本実施形態に係る撮像光学系ILが満たす各種条件について、図16,17を参照して説明する。
PSk=SSk×Δndk
PLk=SLk×Δndk
ここで、SSkは、k番目の自由曲面におけるY方向において基準とする高さYSHの箇所のサグ量であり、当該自由曲面における短辺側のサグ量の代表的な値を示す。高さYSHは、撮像光学系ILにおける最短像高の50%であり、例えば図2のイメージサークルIsの短径Iyの1/4である。SLkは、k番目の自由曲面における長辺側のサグ量の代表値であって、X方向における高さYSHの箇所のサグ量である。Δndkは、k番目の自由曲面よりも+Z側における屈折率から-Z側における屈折率を差し引いた差分である。
ΣN k=1{(SSk-SLk)×Δndk}/CTL1<-0.0002 …(2)
ここで、CTL1は、撮像光学系ILにおいて最も-Z側となる第1レンズ素子L1の厚みである。上式(2)の左辺の総和は、条件式(1)と同様の範囲で計算される。上式(2)の左辺の計算結果を図16に示す。
ΣN k=1{(SSk-SLk)×Δndk}/CTF<-0.001 …(3)
ここで、CTFは、撮像光学系ILにおいて最も-Z側の自由曲面レンズの厚みであり、例えば実施例1の撮像光学系IL1では、第2レンズ素子L2の厚みである。上式(3)の左辺の総和は、条件式(1)と同様の範囲で計算される。上式(3)の左辺の計算結果を図16に示す。
1≦nd1/ndN<1.3 …(6)
ここで、nd1は、最も-Z側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率である。ndNは、絞りAよりも-Z側において最も+Z側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率である。例えば、実施例1では、nd1は第2レンズ素子L2の屈折率であり、ndNは第3レンズ素子L3の屈折率である。
1.45<ndN<1.80 …(7)
実施例2では、絞りAよりも物体側の自由曲面レンズが3枚である撮像光学系ILの一例を説明する。図18~31を用いて、実施例2の撮像光学系IL2について説明する。
図32~46を用いて、実施例3の撮像光学系IL3について説明する。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
以下、本開示に係る各種態様を例示する。
N:絞りよりも物体側の自由曲面レンズにおける自由曲面の総数
k:総数Nの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
YSH:最短像高の50%の高さ
である。これにより、撮像光学系の絞りよりも物体側の自由曲面が総合的に、第1方向よりも第2方向においてパワーを負に強めて、第2方向における画角を拡げることができる。
N:絞りよりも物体側の自由曲面レンズにおける自由曲面の総数
k:総数Nの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
CTL1:最も物体側のレンズ素子の厚み
である。これにより、第2方向における画角を拡げる際に、非点収差を抑制したり光学系の大型化を回避したりすることができる。
N:絞りよりも物体側の自由曲面レンズにおける自由曲面の総数
k:総数Nの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
CTF:最も物体側の自由曲面レンズの厚み
である。これにより、光学系の大型化を回避しながら、第2方向における画角を拡げることができる。
i:最も物体側の自由曲面レンズの各面を示す番号
SLi:最も物体側の自由曲面レンズのi番目の面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSi:i番目の面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndi:i番目の面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
n:最も像面側の自由曲面レンズの各面を示す番号
SLn:最も像面側の自由曲面レンズのn番目の面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSn:n番目の面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndn:n番目の面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
である。これにより、非点収差を制御すると共に第2方向の画角拡大を行うことができる。
SL1:最も物体側の自由曲面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SS1:最も物体側の自由曲面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δnd1:最も物体側の自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
SLN:絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSN:最も像面側の自由曲面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
ΔndN:最も像面側の自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
である。これにより、光学系の小型化を図りながら第2方向の画角拡大を行うことができる。
1≦nd1/ndN<1.3 …(6)
ここで、
nd1:最も物体側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率
ndN:絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率
である。これにより、非点収差及び倍率色収差の制御が困難になる事態を回避しながら、第2方向の画角拡大を行うことができる。
1.45<ndN<1.80 …(7)
ここで、
ndN:絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率
である。これにより、像面湾曲及び倍率色収差の制御が困難になる事態を回避しながら、第2方向の画角拡大を行うことができる。
k:絞りよりも物体側の自由曲面レンズの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
である。これにより、絞りよりも物体側の自由曲面において第2の方向における画角を拡げる際に、入射する光線を徐々に曲げて、収差の発生を抑制することができる。
Claims (13)
- 撮像素子に結像するイメージサークルを有する撮像光学系であって、
物体側から像面側に並んだ複数のレンズ素子と、前記複数のレンズ素子の間に配置された絞りとを備え、
前記複数のレンズ素子は、互いに交差する第1方向と第2方向との間で非対称な自由曲面を有する自由曲面レンズを含み、
少なくとも2枚の自由曲面レンズが、前記絞りよりも物体側に配置され、
前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズの全ての自由曲面において、(SS k -SL k )の符号が同じであり、
ここで、
k:前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SL k :k番目の自由曲面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SS k :当該自由曲面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
である、撮像光学系。 - 前記イメージサークルにおいて、前記第1方向の径が前記第2方向の径以上であり、
前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズの自由曲面に関する総和に基づく以下の条件式(1)を満たし、
N:前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズにおける自由曲面の総数
k:総数Nの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
YSH:最短像高の50%の高さ
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 前記イメージサークルにおいて、前記第1方向の径が前記第2方向の径以上であり、
前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズの自由曲面に関する総和に基づく以下の条件式(2)を満たし、
N:前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズにおける自由曲面の総数
k:総数Nの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
CTL1:最も物体側のレンズ素子の厚み
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 前記イメージサークルにおいて、前記第1方向の径が前記第2方向の径以上であり、
前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズの自由曲面に関する総和に基づく以下の条件式(3)を満たし、
N:前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズにおける自由曲面の総数
k:総数Nの自由曲面における各自由曲面を示す番号
SLk:k番目の自由曲面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSk:当該自由曲面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndk:当該自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
CTF:最も物体側の自由曲面レンズの厚み
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 前記イメージサークルにおいて、前記第1方向の径が前記第2方向の径以上であり、
最も物体側の自由曲面レンズの両面に関する総和と、前記絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面レンズの両面に関する総和とに基づく以下の条件式(4)を満たし、
i:前記最も物体側の自由曲面レンズの各面を示す番号
SLi:前記最も物体側の自由曲面レンズのi番目の面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSi:前記i番目の面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndi:前記i番目の面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
n:前記最も像面側の自由曲面レンズの各面を示す番号
SLn:前記最も像面側の自由曲面レンズのn番目の面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSn:前記n番目の面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δndn:前記n番目の面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 前記イメージサークルにおいて、前記第1方向の径が前記第2方向の径以上であり、
以下の条件式(5)を満たし、
SL1:最も物体側の自由曲面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SS1:前記最も物体側の自由曲面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
Δnd1:前記最も物体側の自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
SLN:前記絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面の前記第1方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
SSN:前記最も像面側の自由曲面の前記第2方向における高さが最短像高の50%の箇所のサグ量
ΔndN:前記最も像面側の自由曲面よりも像面側における屈折率から物体側における屈折率を差し引いた差分
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 以下の条件式(6)を満たし、
1≦nd1/ndN<1.3 …(6)
ここで、
nd1:最も物体側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率
ndN:前記絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 以下の条件式(7)を満たし、
1.45<ndN<1.80 …(7)
ここで、
ndN:前記絞りよりも物体側において最も像面側の自由曲面レンズのd線に対する屈折率
である、請求項1に記載の撮像光学系。 - 前記絞りよりも物体側の自由曲面レンズが、互いに隣り合う
請求項1に記載の撮像光学系。 - 前記複数のレンズ素子は、前記絞りよりも像面側に配置された自由曲面レンズを含む
請求項1に記載の撮像光学系。 - 最も物体側のレンズ素子は、光軸に対して回転対称である
請求項1に記載の撮像光学系。 - 請求項1~11のいずれか1項に記載の撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像される像を撮像する撮像素子とを備え、
前記撮像素子は、前記第1方向に対応する第1辺と、前記第2方向に対応する第2辺であって、前記第1辺以下の長さを有する第2辺とを有する
撮像装置。 - 請求項12に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の撮像素子によって撮像された画像に画像処理を実行する画像処理部と
を備えた撮像システム。
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