KR101498412B1

KR101498412B1 - 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기

Info

Publication number: KR101498412B1
Application number: KR1020137027633A
Authority: KR
Inventors: 게이코 야마다; 마이코 니시다
Original assignee: 코니카 미놀타 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2015-03-03
Also published as: JP5578275B2; JPWO2012132247A1; EP2690479A4; EP2690479A1; KR20130141679A; US20140015991A1; CN103460109A; WO2012132247A1; CN103460109B

Abstract

본 촬상 광학계는, 물체측 볼록인 제1 정 렌즈, 상측 오목인 제2 부 렌즈, 양면 모두 광축과의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 영역을 갖는 제3 렌즈, 적어도 한쪽 면에 변곡점을 갖는 비구면 형상을 갖고 상측 볼록인 제4 정 렌즈, 상측 오목인 제5 부 렌즈를 갖는다. 전체 시스템, 제1, 제4 렌즈의 각 초점 거리를 f, f1, f4라 하고, 각 면의 각 근축 반경을 R1_L3, R2_L3라 할 경우에, 촬상 광학계는, 0.5<|f1/f|<0.67, 0.3<|f4/f|<0.63을, 제3 렌즈는, -0.4<f/R1_L3<0.2, -0.6<f/R2_L3<0.05를 만족한다.

Description

촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기{IMAGE PICKUP OPTICAL SYSTEM, IMAGE PICKUP DEVICE, AND DIGITAL APPARATUS}

본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로, 특히, CCD형 이미지 센서나 CMOS형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자에 적절하게 적용되는 촬상 광학계에 관한 것이다. 그리고, 본 발명은 이 촬영 광학계를 구비하는 촬상 장치 및 이 촬상 장치를 탑재한 디지털 기기에 관한 것이다.

최근 들어, CCD(Charged Coupled Device)형 이미지 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 사용한 촬상 소자의 고성능화나 소형화가 진전되어, 이에 수반해서 이러한 촬상 소자를 사용한 촬상 장치를 구비한 휴대 전화나 휴대 정보 단말기 등의 디지털 기기가 보급되고 있다. 또한, 이들의 촬상 장치에 탑재되는, 상기 고체 촬상 소자의 수광면 상에 물체의 광학상을 형성(결상)하기 위한 촬상 광학계(촬상 렌즈)에는, 더 이상의 소형화나 고성능화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 용도의 촬상 광학계에서, 종래, 3장 구성 또는 4장 구성의 광학계가 제안되어 있고, 또한 이에 더하여 최근에는, 보다 고성능화가 가능한 점에서, 5장 구성의 광학계도 제안되고 있다.

이러한 촬상 광학계는, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에 개시된 촬상 렌즈는, 고체 촬상 소자의 광전 변환부에 피사체상을 결상시키기 위한 촬상 렌즈이며, 물체측에서부터 순서대로 정의 굴절력을 갖고 물체측으로 볼록면을 향한 제1 렌즈, 개구 조리개, 부의 굴절력을 갖고 상측으로 오목면을 향한 제2 렌즈, 정 또는 부의 굴절력을 갖는 제3 렌즈, 정의 굴절력을 갖고 상측으로 볼록면을 향한 제4 렌즈, 부의 굴절력을 갖고 상측으로 오목면을 향한 제5 렌즈를 포함하여 이루어지고, 상기 제5 렌즈의 상측 면은, 비구면 형상이며, 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖고, 상기 제1 렌즈의 초점 거리를 f1이라 하고, 전체 시스템의 초점 거리를 f라 할 경우에, 0.50<f1/f<0.85의 조건식을 만족하는 것이다. 이와 같은 구성의 촬상 렌즈는, 5장 렌즈 구성이며, 상기 특허문헌 1에 의하면, 종래 타입(여기서는 일본 특허 공개 제2007-264180호 공보나 일본 특허 공개 제2007-279282호 공보에 개시된 광학계)보다 소형이면서도 제(諸)수차를 양호하게 보정할 수 있다(예를 들어 그 0012 단락 내지 0014 단락).

또한, 상기 특허문헌 2에 개시된 촬상 렌즈는, 고체 촬상 소자의 광전 변환부에 피사체상을 결상시키기 위한 촬상 렌즈이며, 물체측에서부터 순서대로 정의 굴절력을 갖고 물체측으로 볼록면을 향한 제1 렌즈와, 부의 굴절력을 갖고 상측으로 오목면을 향한 제2 렌즈와, 정의 굴절력을 갖고 상측으로 볼록면을 향한 제3 렌즈와, 정의 굴절력을 갖고 상측으로 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 제4 렌즈와, 부의 굴절력을 갖고 상측으로 오목면을 향한 제5 렌즈를 포함하여 이루어지고, 상기 제5 렌즈의 상측의 면은, 비구면 형상이며, 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖고, 개구 조리개가 상기 제1 렌즈보다 상측에 배치되고, 상기 제1 렌즈의 초점 거리를 f1이라 하고, 상기 제3 렌즈의 초점 거리를 f3라 할 경우에, 0.8<f3/f1<2.6의 조건식을 만족하는 것이다. 이와 같은 구성의 촬상 렌즈는, 5장 렌즈 구성이며, 상기 특허문헌 2에 의하면, 종래 타입(여기서는 일본 특허 공개 제2007-264180호 공보나 일본 특허 공개 제2007-279282호 공보에 개시된 광학계)보다 소형이면서도 제수차를 양호하게 보정할 수 있다(예를 들어 그 0012 단락 내지 0015 단락).

그런데, 촬상 렌즈는, 종래부터 무한 거리의 물체에서 근접 거리의 물체로 포커스했을 때에 있어서의, 주변 상고(像高)에서의 해상도의 저하가 과제로 되어 있다. 이것은, 포커스(합초)를 행할 때에, 포커스를 행하기 위한 포커스 렌즈를 물체측으로 전진이동시킴으로써, 이 촬상 렌즈를 구성하는 각 렌즈에서의 광속의 통과 위치가 변화하는 것에 기인하는 것이다. 특히, 개구 조리개에서 먼 위치에 배치된 렌즈에서는, 포커스 전후에서의 각 광속(서로 다른 거리에서 포커스되었을 경우의 각 광속, 디포커스일 경우의 광속과 포커스일 경우의 광속)의 통과 위치가 크게 변화하여, 화각이 커짐에 따라, 물체 거리가 변동된 경우에서의 상면 시프트가 증대해서, 근접 포커스일 때의 성능 저하의 원인이 되고 있다.

예를 들어, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 촬상 렌즈는, 상술한 관점에서 제4 렌즈의 형상이 충분하다고 할 수 없는 점이 있고, 포커스를 행할 때에 축외 광속의 렌즈 입사 위치가 변화하는 것에 수반하여, 축외 광속의 스폿이 광축 방향으로 시프트하는 경우가 있다. 이로 인해, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 촬상 렌즈는, 포커스에 따라 축외 화각의 성능이 저하되어버린다.

일본 특허 공개 제2010-224521호 공보 국제 공개 제2011/004467호 공보

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 발명이며, 그 목적은, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정할 수 있는 5장의 렌즈 구성의 촬상 광학계를 제공하는 것이다. 그리고, 본 발명은 이 촬상 광학계를 구비하는 촬상 장치 및 이 촬상 장치를 탑재한 디지털 기기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기는, 물체측에서부터 순서대로 물체측 볼록인 제1 정 렌즈, 상측 오목인 제2 부 렌즈, 양면 모두 단면 상에서 광축(AX)과의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 영역을 갖는 제3 렌즈, 적어도 한쪽 면에 변곡점을 갖는 비구면 형상을 갖고, 상측 볼록인 제4 정 렌즈, 상측 오목인 제5 부 렌즈를 갖고, 전체 시스템, 제1 및 제4 렌즈(11, 14)의 각 초점 거리를 f, f1, f4라 하고, 물체측 면 및 상측 면의 각 근축 반경을 R1_L3, R2_L3라 할 경우에, f1/f, f4/f, f/R1_L3 및 f/R2_L3의 각 값은, 소정의 조건을 만족한다. 이러한 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기는, 5장의 렌즈 구성이며, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정할 수 있다.

상기 및 기타 본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.

도 1은 실시 형태에서의 촬상 광학계의 설명을 위한, 그 구성을 모식적으로 도시한 렌즈 단면도이다.
도 2는 주 광선의 상면 입사각의 정의를 도시하는 모식도이다.
도 3은 실시 형태에서의 디지털 기기의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 디지털 기기의 일 실시 형태를 나타내는 카메라 장착 휴대 전화기의 외관 구성도이다.
도 5는 실시예 1에서의 촬상 광학계에서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 6은 실시예 2에서의 촬상 광학계에서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 7은 실시예 3에서의 촬상 광학계에서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 8은 실시예 4에서의 촬상 광학계에서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 9는 실시예 5에서의 촬상 광학계에서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 10은 거리 무한원에서의 실시예 1에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 11은 거리 무한원에서의 실시예 1에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 12는 거리 10cm에서의 실시예 1에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 13은 거리 10cm에서의 실시예 1에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 14는 거리 무한원에서의 실시예 2에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 15는 거리 무한원에서의 실시예 2에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 16은 거리 10cm에서의 실시예 2에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 17은 거리 10cm에서의 실시예 2에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 18은 거리 무한원에서의 실시예 3에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 19는 거리 무한원에서의 실시예 3에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 20은 거리 10cm에서의 실시예 3에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 21은 거리 10cm에서의 실시예 3에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 22는 거리 무한원에서의 실시예 4에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 23은 거리 무한원에서의 실시예 4에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 24는 거리 10cm에서의 실시예 4에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 25는 거리 10cm에서의 실시예 4에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 26은 거리 무한원에서의 실시예 5에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 27은 거리 무한원에서의 실시예 5에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 28은 거리 10cm에서의 실시예 5에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 29는 거리 10cm에서의 실시예 5에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

본 실시 형태에서는, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 이하와 같은 구성을 갖는 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기를 제공하는 것이다. 또한, 이하의 설명에서 사용되고 있는 용어는, 본 명세서에서는, 다음과 같이 정의되어 있는 것으로 한다.

(a) 굴절률은, d선의 파장(587.56nm)에 대한 굴절률이다.

(b) 아베수는, d선, F선(파장 486.13nm), C선(파장 656.28nm)에 대한 굴절률을 각각 nd, nF, nC, 아베수를 νd라 했을 경우에,

νd=(nd-1)/(nF-nC)

의 정의식으로 구해지는 아베수(νd)를 말하는 것으로 한다.

(c) 렌즈에 대해서, "오목", "볼록" 또는 "메니스커스"라는 표기를 사용한 경우, 이것들은 광축 근방(렌즈의 중심 부근)에서의 렌즈 형상을 나타내고 있는 것으로 한다.

(d) 접합 렌즈를 구성하고 있는 각 단체 렌즈에서의 굴절력(광학적 파워, 초점 거리의 역수)의 표기는, 단체 렌즈의 렌즈면의 양측이 공기일 경우에 있어서의 파워이다.

(e) 복합형 비구면 렌즈에 사용하는 수지 재료는, 기판 유리 재료의 부가적 기능밖에 없기 때문에, 단독의 광학 부재로서 다루지 않고, 기판 유리 재료가 비구면을 갖는 경우와 동등한 취급으로 하고, 렌즈 매수도 1장으로서 취급하는 것으로 한다. 그리고, 렌즈 굴절률도 기판으로 되어 있는 유리 재료의 굴절률로 한다. 복합형 비구면 렌즈는, 기판이 되는 유리 재료 위에 얇은 수지 재료를 도포하여 비구면 형상으로 한 렌즈이다.

이하, 본 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일한 부호를 부여한 구성은, 동일한 구성인 것을 나타내며, 적절히 그 설명을 생략한다. 또한, 접합 렌즈에서의 렌즈 매수는, 접합 렌즈 전체로 1장이 아니라, 접합 렌즈를 구성하는 단체 렌즈의 매수로 나타내는 것으로 한다.

<실시의 일 형태의 촬상 광학계의 설명>

도 1은, 실시 형태에서의 촬상 광학계의 설명을 위한, 그 구성을 모식적으로 도시한 렌즈 단면도이다. 도 2는, 주 광선의 상면 입사각의 정의를 도시하는 모식도이다.

도 1에서, 이 촬상 광학계(1)는, 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자(18)의 수광면 상에, 물체(피사체)의 광학상을 형성하는 것으로서, 물체측에서부터 상측으로 순서대로, 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)의 5장의 렌즈로 구성되어 이루어지는 광학계이다. 촬상 소자(18)는, 그 수광면이 촬상 광학계(1)의 상면과 대략 일치하게 배치된다(상면=촬상면). 또한, 도 1에서 예시한 촬상 광학계(1)는, 후술하는 실시예 1의 촬상 광학계(1A)(도 5)와 동일한 구성이다.

그리고, 이 촬상 광학계(1)에서는, 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)가 전체 렌즈 진퇴 이동으로 광축 방향으로 이동함으로써 포커싱이 행해진다.

또한, 제1 렌즈(11)는, 물체측으로 볼록한 정의 굴절력을 갖고, 제2 렌즈(12)는, 상측으로 오목한 부의 굴절력을 갖고, 제3 렌즈(13)는, 소정의 굴절력을 갖고, 제4 렌즈(14)는, 상측으로 볼록한 정의 굴절력을 갖고, 그리고, 제5 렌즈는, 상측으로 오목한 부의 굴절력을 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 도 1에 도시하는 예에서는, 제1 렌즈(11)는, 양쪽 볼록인 정 렌즈이며, 제2 렌즈(12)는, 상측으로 오목한 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(13)는, 상측으로 볼록한 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈(14)는, 상측으로 볼록한 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(15)는, 양쪽 오목한 부 렌즈이다. 이들 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)는, 양면이 비구면이다. 또한, 제3 렌즈(13)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면(광축(AX)을 따라 광축(AX)을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선에 있어서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IP3, IP3)을 갖고, 그리고, 광축(AX)으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 또한, 제3 렌즈(13)는, 물체측 면 및 상측 면 모두, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 광축(AX)과의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 영역을 갖고, 하기 (A1) 및 (A2)의 각 조건식을 만족하고 있다.

-0.4<f/R1_L3<0.2 … (A1)

-0.6<f/R2_L3<0.05 … (A2)

단, f는, 이 촬상 광학계(1) 전체 시스템의 초점 거리이며, R1_L3은, 제3 렌즈(13)의 물체측 면의 근축 반경이며, R2_L3은, 제3 렌즈(13)의 상측 면의 근축 반경이다. 제4 렌즈(14)는, 물체측 면 및 상측 면의 양면이, 중심축(광축(AX))을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IP41, IP41; IP42, IP42)을 가지고 있다.

이들 제1 내지 제5 렌즈군(11 내지 15)은, 예를 들어 유리 몰드 렌즈이어도 되고, 또한 예를 들어, 플라스틱 등의 수지 재료제 렌즈이어도 된다. 특히, 휴대 단말기에 탑재할 경우에는 경량화나 저비용화의 관점에서, 수지 재료제 렌즈가 바람직하다. 도 1에 도시하는 예에서는, 이들 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)는, 수지 재료제 렌즈이다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는, 제1 렌즈(11)의 초점 거리를 f1라 하고, 제4 렌즈(14)의 초점 거리를 f4라 하고, 그리고, 이 촬상 광학계(1) 전체 시스템의 초점 거리를 f라 했을 경우에, 하기 (1) 및 (2)의 각 조건식을 만족하고 있다.

0.5<|f1/f|<0.67 … (1)

0.3<|f4/f|<0.63 … (2)

또한, 주 광선의 상면 입사각은, 도 2에 도시한 바와 같이, 촬상면에 대한 입사 광선 중 최대 화각의 주 광선의, 상면에 세운 수선에 대한 각도(deg, 도)(α)이며, 상면 입사각(α)은, 사출동 위치가 상면보다 물체측에 있는 경우의 주 광선 각도를 정방향으로 한다.

그리고, 이 촬상 광학계(1)에는, 예를 들어 개구 조리개 등의 광학 조리개(16)가 제1 렌즈(11)의 물체측에 배치되어 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)의 상측, 즉, 제5 렌즈(15)에서의 상측에는, 필터(17)나 촬상 소자(18)가 배치된다. 필터(17)는, 평행 평판 형상의 광학 소자이며, 각종 광학 필터나, 촬상 소자의 커버 유리 등을 모식적으로 나타낸 것이다. 사용 용도, 촬상 소자, 카메라의 구성 등에 따라, 저역 통과 필터, 적외선 커트 필터 등의 광학 필터를 적절하게 배치하는 것이 가능하다. 촬상 소자(18)는, 이 촬상 광학계(1)에 의해 결상된 피사체의 광학상에서의 광량에 따라서 R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 성분의 화상 신호로 광전 변환하여 소정의 화상 처리 회로(도시하지 않음)에 출력하는 소자이다. 이에 의해 물체측의 피사체의 광학상이, 촬상 광학계(1)에 의해 그 광축(AX)을 따라 소정의 배율로 촬상 소자(18)의 수광면까지 유도되어, 촬상 소자(18)에 의해 상기 피사체의 광학상이 촬상된다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 5장의 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)로 구성되어 이루어지며, 각각의 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)에 상기 광학 특성을 갖게 하고, 이들 5장의 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)를 물체측에서부터 상측으로 순서대로 배치함으로써, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정하는 것이 가능하게 된다.

보다 상세하게는, 이 촬상 광학계(1)는, 물체측에서부터 순서대로, 제1 렌즈(11), 제2 렌즈(12), 제3 렌즈(13), 제4 렌즈(14)로 이루어지는 정 렌즈군과, 부의 제5 렌즈(15)를 배치하는, 소위 텔레포토 타입이며, 촬상 광학계(1) 전체 길이의 소형화에 유리한 구성으로 되어 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 5장 렌즈 구성 중 2장 이상의 렌즈(도 1에 도시하는 예에서는 제2 렌즈(12) 및 제5 렌즈(15))가 부 렌즈로 되어 있어, 발산 작용을 갖는 면이 많게 되어 있다. 이로 인해, 이 촬상 광학계(1)는, 펫츠발(Petzval) 합의 보정을 용이하게 하고, 화면 주변부까지 양호한 결상 성능을 확보하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 제3 렌즈(13)를 물체측 면 및 상측 면 모두, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 광축(AX)과의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 영역을 갖는 형상으로 함으로써, 제3 렌즈(13)가 메니스커스 렌즈일 경우의 효과와 마찬가지로, 제2 렌즈(12)와 제3 렌즈(13)는, 오목면이 대향하는 구성으로 되어 있다. 이로 인해, 이 촬상 광학계(1)는, 제2 렌즈(12)의 상측 면에서 튀어오른 광속에서 발생하는 코마 수차를, 무한 거리의 물체에 대한 포커스에서부터 근접 거리의 물체에 대한 포커스까지의 어떤 경우든 제3 렌즈(13)의 물체측 면에서 보정하는 것이 가능하게 되어, 고화각에서도 코마 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

그리고, 이 조건식 (A1)의 상한을 상회하면, 렌즈 단면상에 광축(AX)과의 교점보다 단면이 물체측이 되는 영역을 실현하기 위해서는, 국소적인 곡률 변화가 커지기 때문에, 포커스에 수반하는 저상고에서의 성능 변동이 커지므로, 바람직하지 않다. 한편, 조건식 (A1)의 하한을 하회하면, 제3 렌즈(13)의 근축 파워가 커지고, 저상고에서 포커스에 수반하는 성능 변동이 커져서 바람직하지 않다.

또한, 이 조건식 (A2)의 상한을 상회하면, 렌즈 단면상에 광축(AX)과의 교점보다 단면이 물체측이 되는 영역을 실현하기 위해서는, 국소적인 곡률 변화가 커지기 때문에, 포커스에 수반하는 저상고에서의 성능 변동이 커지므로, 바람직하지 않다. 한편, 조건식 (A2)의 하한을 하회하면, 제3 렌즈(13)의 근축 파워가 커지고, 저상고에서 포커스에 수반하는 성능 변동이 커져서 바람직하지 않다.

여기서, 바람직하게는 제3 렌즈(13)의 유효 영역의 50%의 영역에서의 피팅 곡률은, 음의 값을 취하는 것이다. 유효 영역의 50%의 위치의 피팅 곡률이란, 렌즈면과 광축(AX)의 교점으로부터, 최대 유효 반경에 대하여 50% 이내의 영역에서, 형상 측정값을 최소제곱법으로 피팅했을 때의 반경을 가리키는 것으로 한다. 제3 렌즈(13)의 유효 영역의 50%의 영역에서의 피팅 곡률이 음의 값을 취하는 구성으로 함으로써, 상술한 코마 수차 보정의 효과를 보다 높일 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는, 제4 렌즈(14)를 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈로 함으로써, 제2 렌즈(12)에서 강하게 튀어오른 축외 광선을 각 면에서의 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈(15)로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 제4 렌즈(14)의 양면이 상기 변곡점을 갖고 비구면 형상으로 되어 있다. 이로 인해, 이 촬상 광학계(1)는, 축외 광속에서 발생하는 수차를 보다 양호하게 보정하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이 촬상 광학계(1)는, 포커스시에 축외 광속이 렌즈에 입사하는 위치가 변화한 경우에도, 축외 광속의 스폿 위치가 광축 방향으로 시프트하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 상기 조건식 (1)은, 제1 렌즈(11)의 초점 거리(f1)를 적절하게 설정하여, 촬상 광학계(1) 전체 길이의 단축화와 수차 보정의 적정화를 달성하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (1)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계(1)는, 제1 렌즈(11)의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 제1 렌즈(11)로부터 제4 렌즈(14)의 합성 주점을 보다 물체측으로 배치할 수 있어, 촬상 광학계(1) 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 한편, 조건식 (1)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계(1)는, 제1 렌즈(11)의 굴절력이 필요 이상으로 너무 커지지 않아, 제1 렌즈(11)에서 발생하는 높은 차원의 구면 수차나 코마 수차를 작게 억제할 수 있다.

이러한 관점에서, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 하기 (1')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

0.52<|f1/f|<0.67 … (1')

또한, 상기 조건식 (2)는, 제4 렌즈(14)의 초점 거리를 적절하게 설정하여, 축외 광속에서의 수차 보정의 적정화를 달성하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (2)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계(1)는, 축외 광선과 제5 렌즈(15)의 굴절각을 억제할 수 있어, 축외의 수차를 양호하게 억제할 수 있다. 한편, 조건식 (2)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계(1)는, 제4 렌즈(14)에 입사하는 축외 광속에 대하여 포커스 전후의 렌즈 입사 위치 변화에 따라 발생하는 국소적인 파워의 변화를 적절하게 설정할 수 있어, 무한 거리의 물체 및 근접 거리의 물체에 대하여 포커스를 행할 때의 축외 광선의 스폿 위치의 광축 방향 시프트를 보정할 수 있다.

그리고, 이 촬상 광학계(1)에서, 5장 렌즈 구성 중 가장 상측에 배치된 제5 렌즈(15)에서의 상측 면은, 비구면이다. 이로 인해, 이 촬상 광학계(1)는, 화면 주변부에서의 제수차를 양호하게 보정할 수 있고, 또한, 상측 광속의 텔레센트릭 특성을 확보하기 쉬워진다.

또한, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제3 렌즈(13)의 상측 면은, 비구면 형상이며, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IP3, IP3)을 갖고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 상측 면에 변곡점(IP3, IP3)을 가짐으로써, 제4 렌즈(14)의 변곡점(IP41, IP41; IP42, IP42)과 합쳐서, 축외 광속의 렌즈에 대한 입사 위치가 포커싱에 따라 변화한 경우에도, 축외 광속의 광축 방향의 시프트를 적절하게 보정할 수 있다.

또한, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제4 렌즈(14)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IP42, IP42)을 갖고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 보다 상면측에 변곡점(IP42, IP42)을 배치함으로써, 축외 광속에 대한 파워를 적절하게 배치하는 것이 가능하게 되고, 축외 광속의 상면 만곡을 보다 양호하게 보정하는 것이 가능하다.

또한, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제4 렌즈의 물체측의 면에도 변곡점(IP41, IP41)을 갖고 있다. 즉, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제4 렌즈(14)의 물체측 및 상측 면의 양면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IP41, IP41; IP42, IP42)을 갖고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 제4 렌즈(14)의 양면에 변곡점(IP41, IP41; IP42, IP42)을 배치함으로써, 포커스를 행할 때에 축외 광속의 제4 렌즈(14)에 대한 입사 위치가 변화하는 것에 수반하는 상면 만곡의 변화를, 제4 렌즈(14)에서의 물체측 면과 상측 면에서 서로 보정하는 것이 가능하게 되어, 축외 광속의 스폿 위치 변화를 한층 억제하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제1 렌즈(11)의 물체측에 개구 조리개의 광학 조리개(16)를 더 구비하고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 광학 조리개(16)를 제1 렌즈(11)의 물체측에 배치함으로써, 제5 렌즈(15)에 대한 축외 광속의 입사 각도를 작게 할 수 있어, 포커싱에 의한 축외 광속의 스폿 위치 변화를 억제하면서, 양호한 텔레센트릭 특성을 실현할 수 있다.

또한, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제3 렌즈(13)의 상측 면은, 광축(AX)에서부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 제3 렌즈(13)의 주변부에 부의 굴절률을 갖는 영역을 가짐으로써, 제2 렌즈(12)에서 축외 광속을 과도하게 튀어오르게 할 필요가 없어지고, 축외 광속의 코마 수차 및 배율 색수차를 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 상술한 촬상 광학계(1)에서는, 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15) 모두는, 수지 재료로 형성된 수지 재료제 렌즈이다.

최근에는, 고체 촬상 장치 전체의 소형화를 목적으로, 동일한 화소수의 고체 촬상 소자라도, 화소 피치가 작아, 결과적으로 촬상면 크기가 작은 장치가 개발되어 있다. 이러한 촬상면 크기가 작은 고체 촬상 소자용의 촬상 광학계는, 전체 시스템의 초점 거리를 비교적으로 짧게 할 필요가 있기 때문에, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 상당히 작아져버린다. 따라서, 손이 많이 가는 연마 가공에 의해 제조하는 유리 렌즈와 비교하면, 모든 렌즈를, 사출 성형에 의해 제조되는 플라스틱 렌즈로 구성함으로써, 곡률 반경이나 외경이 작은 렌즈라도 저렴하게 대량 생산이 가능하게 된다. 또한, 플라스틱 렌즈는, 프레스 온도를 낮게 할 수 있으므로, 성형 금형의 손실 마모를 억제할 수 있고, 그 결과, 성형 금형의 교환 횟수나 유지 보수 횟수를 감소시켜, 비용 절감을 도모할 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 소정의 성능을 비교적 용이하게 실현할 수 있고, 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 이러한 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제4 렌즈(14)의 물체측 면에서의 축상 곡률 반경을 R1_L4라 하고, 제4 렌즈(14)의 상측 면에서의 축상 곡률 반경을 R2_L4라 할 경우에, 하기 (3)의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4-R2_L4)<2 … (3)

이 조건식 (3)은, 무한 거리의 물체에 대하여 포커스를 행할 때 및 근접 거리의 물체에 대하여 포커스를 행할 때의 축외 광선의 스폿 위치의 광축 방향 시프트를 적절하게 보정하기 위한 제4 렌즈(14)의 형상을 규정하는 것이다. 이 조건식 (3)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제4 렌즈(14)에 입사하는 축외 광속에 대하여 포커스 전후에서의 렌즈 입사 위치 변화에 따라 발생하는 국소적인 파워의 변화를 보다 적절하게 설정할 수 있어, 물체 거리에 관계없이 양호한 축외 성능을 실현할 수 있다. 한편, 조건식 (3)의 하한을 상회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제2 렌즈(12)에서 강하게 튀어오른 축외 광선을 각 면에서의 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈(15)로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 보다 양호하게 억제할 수 있다.

이러한 관점에서, 이 촬상 광학계(1)는, 하기 (3')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

1.1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4-R2_L4)<1.6 … (3')

또한, 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제3 렌즈(13)의 초점 거리를 f3라 하고, 제4 렌즈(14)의 초점 거리를 f4라 할 경우에, 하기 (4)의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

0<|f4/f3|<0.12 … (4)

이 조건식 (4)는, 제3 렌즈(13) 및 제4 렌즈(14)의 초점 거리를 적절하게 설정하여, 양호한 수차 보정을 달성하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (4)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제3 렌즈(13)와 제4 렌즈(14)로 변곡점의 위치를 적절하게 설정하는 것이 가능하게 되어, 물체 거리에 관계없이 축외 광속의 상면 만곡을 억제하는 것이 가능하다.

이러한 관점에서, 이 촬상 광학계(1)는, 하기 (4')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

0<|f4/f3|<0.1 … (4')

또한, 이러한 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제2 렌즈(12)의 아베수를 v2라 할 경우에, 하기 (5)의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

15<v2<31 … (5)

상기 조건식 (5)는, 제2 렌즈(12)의 아베수를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (5)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제2 렌즈(12)의 분산을 적절하게 크게 할 수 있어, 제2 렌즈(12)의 굴절력을 억제하면서 축상 색수차나 배율 색수차 등의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 한편, 조건식 (5)의 하한을 상회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

이러한 관점에서, 이 촬상 광학계(1)는, 하기 (5')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

15<v2<27 … (5')

또한, 이러한 상술한 촬상 광학계에 있어서, 제2 렌즈(12)의 d선에서의 굴절력을 Nd2라 할 경우에, 하기 (6)의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

1.6<Nd2<2.1 … (6)

상기 조건식 (6)은, 촬상 광학계(1) 전체 시스템의 색수차, 상면 만곡을 양호하게 보정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (6)의 하한을 상회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 비교적 분산이 큰 제2 렌즈(12)의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 색수차, 상면 만곡을 양호하게 보정할 수 있다. 한편, 조건식 (6)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

이러한 관점에서, 이 촬상 광학계(1)는, 하기 (6')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

1.6<Nd2<2 … (6')

또한, 이러한 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제3 렌즈(13)의 아베수를 v3라 할 경우에, 하기 (7)의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

15<v3<31 … (7)

상기 조건식 (7)은, 제3 렌즈(13)의 아베수를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (7)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제3 렌즈(13)의 분산을 적절하게 크게 할 수 있어, 제3 렌즈(13)의 굴절력을 억제하면서 축외 광속의 색수차나 배율 색수차 등의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 조건식 (7)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 축 상에서의 색수차를 적절하게 보정하는 것도 가능하게 된다. 한편, 조건식 (7)의 하한을 상회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

이러한 관점에서, 이 촬상 광학계(1)는, 하기 (7')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

15<v3<27 … (7')

또한, 이러한 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제3 렌즈(13)의 d선에서의 굴절력을 Nd3라 할 경우에, 하기 (8)의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

1.6<Nd3<2.1 … (8)

상기 조건식 (8)은, 물체 거리에 관계없이 축외 광속의 스폿 성능을 양호하게 보정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (8)의 하한을 상회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 포커싱에 의해 축외 광속의 제3 렌즈(13)에 대한 입사 위치가 변화한 경우에, 축외 광속 입사 위치에서의 국소적인 파워의 변화를 적절하게 설정할 수 있다. 한편, 조건식 (8)의 상한을 하회함으로써, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

이러한 관점에서, 이 촬상 광학계(1)는, 하기 (8')의 조건식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

1.6<Nd3<2 … (8')

또한, 이러한 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 가동하는 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15) 등의 구동에는, 캠이나 스테핑 모터 등이 사용되어도 되고, 또는, 압전 액추에이터가 사용되어도 된다. 압전 액추에이터를 사용하는 경우에는, 구동 장치의 체적 및 소비 전력의 증가를 억제하면서, 각 군을 독립적으로 구동시키는 것도 가능해서, 촬상 장치의 더 이상의 콤팩트화를 도모할 수 있다.

또한, 상술에서는, 수지 재료제 렌즈이었지만, 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 비구면을 갖는 유리 렌즈가 사용되어도 된다. 이 경우에, 이 비구면 유리 렌즈는, 유리 몰드 비구면 렌즈나, 연삭 비구면 유리 렌즈나, 복합형 비구면 렌즈(구면 유리 렌즈 상에 비구면 형상의 수지를 형성한 것)이어도 된다. 유리 몰드 비구면 렌즈는, 대량 생산용으로 바람직하고, 복합형 비구면 렌즈는, 기판으로 될 수 있는 유리 재료의 종류가 많기 때문에, 설계의 자유도가 높아진다. 특히, 고굴절률 재료를 사용한 비구면 렌즈에서는, 몰드 형성이 용이하지 않기 때문에, 복합형 비구면 렌즈가 바람직하다. 또한, 편면 비구면인 경우에는, 복합형 비구면 렌즈의 이점을 최대한으로 활용하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 플라스틱 렌즈를 사용하는 경우에는, 플라스틱(수지 재료) 중에 최대 길이가 30나노미터 이하인 입자를 분산시킨 소재를 사용하여 성형한 렌즈인 것이 바람직하다.

일반적으로 투명한 수지 재료에 미립자를 혼합시키면, 광이 산란해서 투과율이 저하되므로, 광학 재료로서 사용하는 것이 곤란했지만, 미립자의 크기를 투과 광속의 파장보다 작게 함으로써, 광은 실질적으로 산란하지 않는다. 그리고, 수지 재료는, 온도 상승에 따라 굴절률이 저하되어버리지만, 무기 입자는, 반대로 온도 상승에 따라 굴절률이 상승한다. 이로 인해, 이러한 온도 의존성을 이용하여 서로 상쇄하도록 작용시킴으로써, 온도 변화에 대하여 굴절률 변화가 거의 발생하지 않게 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 모재가 되는 수지 재료에 최대 길이로 30나노미터 이하의 무기 미립자를 분산시킴으로써 굴절률의 온도 의존성을 저감시킨 수지 재료가 된다. 예를 들어, 아크릴에 산화 니오븀(Nb₂O₅)의 미립자를 분산시킨다. 이러한 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 비교적 굴절력이 큰 렌즈 또는 모든 렌즈(도 1에 도시하는 예에서는 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15))에, 이러한 무기 입자를 분산시킨 플라스틱 재료를 사용함으로써, 촬상 렌즈 전체 시스템의 온도 변화시의 상점 위치 변동을 작게 억제하는 것이 가능하게 된다.

이러한 무기 미립자를 분산시킨 플라스틱 재료제 렌즈는, 이하와 같이 성형되는 것이 바람직하다.

굴절률의 온도 변화에 대하여 설명하면, 굴절률의 온도 변화(n(T))는, 로렌츠·로렌츠의 식에 기초하여, 굴절률(n)을 온도(T)로 미분함으로써 식 Fa로 표현된다.

n(T)=((n²+2)×(n²-1))/6n×(-3α+(1/[R])×(∂[R]/∂T)) … (Fa)

단, α는, 선팽창 계수이며, [R]은, 분자 굴절이다.

수지 재료의 경우에는, 일반적으로 굴절률의 온도 의존성에 대한 기여는, 식 Fa 중의 제1항에 비해 제2항이 작아, 거의 무시할 수 있다. 예를 들어, PMMA 수지의 경우에는, 선팽창 계수(α)는 7×10^-5이며, 식 Fa에 대입하면, n(T)=-12×10^-5(/℃)가 되어, 실측값과 대략 일치한다.

구체적으로는, 종래는, -12×10^-5[/℃] 정도이었던 굴절률의 온도 변화(n(T))를 절댓값으로 8×10^-5[/℃] 미만으로 억제하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 절댓값으로 6×10^-5[/℃] 미만으로 하는 것이다.

따라서, 이러한 수지 재료로서는, 폴리올레핀계의 수지 재료나 폴리카르보네이트계의 수지 재료나 폴리에스테르계의 수지 재료가 바람직하다. 폴리올레핀계의 수지 재료에서는, 굴절률의 온도 변화(n(T))는 약 -11×10^-5(/℃)가 되고, 폴리카르보네이트계의 수지 재료에서는, 굴절률의 온도 변화(n(T))는 약 -14×10^-5(/℃)가 되고, 그리고, 폴리에스테르계의 수지 재료에서는, 굴절률의 온도 변화(n(T))는 약 -13×10^-5(/℃)가 된다.

<촬상 광학계를 내장한 디지털 기기의 설명>

이어서, 상술한 촬상 광학계(1)가 내장된 디지털 기기에 대하여 설명한다.

도 3은, 실시 형태에서의 디지털 기기의 구성을 도시하는 블록도이다. 디지털 기기(3)는, 촬상 기능을 위해서, 촬상부(30), 화상 생성부(31), 화상 데이터 버퍼(32), 화상 처리부(33), 구동부(34), 제어부(35), 기억부(36) 및 I/F부(37)를 구비하여 구성된다. 디지털 기기(3)로서는, 예를 들어 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 감시 카메라(모니터 카메라), 휴대 전화기나 휴대 정보 단말기(PDA) 등의 휴대 단말기, 퍼스널 컴퓨터 및 모바일 컴퓨터를 들 수 있고, 이것들의 주변 기기(예를 들어, 마우스, 스캐너 및 프린터 등)를 포함하여 좋다. 특히, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 휴대 전화기나 휴대 정보 단말기(PDA) 등의 휴대 단말기에 탑재함에 있어서 충분히 콤팩트화되어 있어, 이 휴대 단말기에 적절하게 탑재된다.

촬상부(30)는, 촬상 장치(21)와 촬상 소자(18)를 구비하여 구성된다. 촬상 장치(21)는, 촬상 렌즈로서 기능하는 도 1에 도시한 바와 같은 촬상 광학계(1)와, 광축 방향으로 포커스를 위한 렌즈를 구동하여 포커싱을 행하기 위한 도시를 생략한 렌즈 구동 장치 등을 구비하여 구성된다. 피사체로부터의 광선은, 촬상 광학계(1)에 의해 촬상 소자(18)의 수광면 상에 결상되어, 피사체의 광학상이 된다.

촬상 소자(18)는, 상술한 바와 같이, 촬상 광학계(1)에 의해 결상된 피사체의 광학상을 R, G, B의 색 성분의 전기 신호(화상 신호)로 변환하여, R, G, B 각 색의 화상 신호로서 화상 생성부(31)에 출력한다. 촬상 소자(18)는, 제어부(35)에 의해 정지 화상 또는 동화상 중 어느 한쪽의 촬상 또는 촬상 소자(18)에서의 각 화소의 출력 신호의 판독(수평 동기, 수직 동기, 전송) 등의 촬상 동작이 제어된다.

화상 생성부(31)는, 촬상 소자(18)로부터의 아날로그 출력 신호에 대하여 증폭 처리, 디지털 변환 처리 등을 행함과 함께, 화상 전체에 대하여 적정한 흑색 레벨의 결정, γ 보정, 화이트 밸런스 조정(WB 조정), 윤곽 보정 및 색 불균일 보정 등의 주지의 화상 처리를 행하고, 화상 신호로부터 화상 데이터를 생성한다. 화상 생성부(31)에서 생성된 화상 데이터는, 화상 데이터 버퍼(32)에 출력된다.

화상 데이터 버퍼(32)는, 화상 데이터를 일시적으로 기억함과 함께, 이 화상 데이터에 대하여 화상 처리부(33)에 의해 후술하는 처리를 행하기 위한 작업 영역으로서 사용되는 메모리이며, 예를 들어 휘발성의 기억 소자인 RAM(Random Access Memory) 등으로 구성된다.

화상 처리부(33)는, 화상 데이터 버퍼(32)의 화상 데이터에 대하여 해상도 변환 등의 소정의 화상 처리를 행하는 회로이다.

또한, 필요에 따라 화상 처리부(33)는, 촬상 소자(18)의 수광면 상에 형성되는 피사체의 광학상에서의 왜곡을 보정하는 공지된 왜곡 보정 처리 등의, 촬상 광학계(1)에서는 완전히 보정할 수 없었던 수차를 보정하도록 구성되어도 된다. 왜곡 보정은, 수차에 의해 왜곡된 화상을 육안으로 보이는 광경과 마찬가지의 상사형의 거의 왜곡이 없는 자연스러운 화상으로 보정하는 것이다. 이렇게 구성함으로써, 촬상 광학계(1)에 의해 촬상 소자(18)로 유도된 피사체의 광학상에 왜곡이 발생해도, 거의 왜곡이 없는 자연스러운 화상을 생성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이러한 왜곡을 정보 처리에 의한 화상 처리로 보정하는 구성에서는, 특히, 왜곡 수차를 제외한 다른 제수차만을 고려하면 되므로, 촬상 광학계(1)의 설계의 자유도가 증가하여, 설계가 보다 용이하게 된다. 또한, 이러한 왜곡을 정보 처리에 의한 화상 처리로 보정하는 구성에서는, 특히, 상면에 가까운 렌즈에 의한 수차 부담이 경감되기 때문에, 사출동 위치의 제어가 용이하게 되어, 렌즈 형상을 가공성이 좋은 형상으로 할 수 있다.

또한, 필요에 따라 화상 처리부(33)는, 촬상 소자(18)의 수광면 상에 형성되는 피사체의 광학상에서의 주변 조도 감소를 보정하는 공지된 주변 조도 감소 보정 처리를 포함해도 된다. 주변 조도 감소 보정(쉐이딩 보정)은, 주변 조도 감소 보정을 행하기 위한 보정 데이터를 미리 기억해 두고, 촬영 후의 화상(화소)에 대하여 보정 데이터를 승산함으로써 실행된다. 주변 조도 감소가 주로 촬상 소자(18)에서의 감도의 입사각 의존성, 렌즈의 구경식(vignetting) 및 코사인 4승 법칙 등에 의해 발생하기 때문에, 상기 보정 데이터는, 이들 요인에 의해 발생하는 조도 감소를 보정하는 소정값으로 설정된다. 이렇게 구성함으로써, 촬상 광학계(1)에 의해 촬상 소자(18)로 유도된 피사체의 광학상에 주변 조도 감소가 발생해도, 주변까지 충분한 조도를 가진 화상을 생성하는 것이 가능하게 된다.

구동부(34)는, 제어부(35)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 도시를 생략한 상기 렌즈 구동 장치를 동작시킴으로써, 원하는 포커싱을 행하게 하도록 촬상 광학계(1)에서의 포커스를 위한 렌즈를 구동한다.

제어부(35)는, 예를 들어 마이크로프로세서 및 그 주변 회로 등을 구비하여 구성되며, 촬상부(30), 화상 생성부(31), 화상 데이터 버퍼(32), 화상 처리부(33), 구동부(34), 기억부(36) 및 I/F부(37)의 각 부의 동작을 그 기능에 따라서 제어한다. 즉, 이 제어부(35)에 의해, 촬상 장치(21)는, 피사체의 정지 화상 촬영 및 동화상 촬영 중 적어도 한쪽의 촬영을 실행하도록 제어된다.

기억부(36)는, 피사체의 정지 화상 촬영 또는 동화상 촬영에 의해 생성된 화상 데이터를 기억하는 기억 회로이며, 예를 들어 불휘발성의 기억 소자인 ROM(Read Only Memory)이나, 재기입 가능한 불휘발성의 기억 소자인 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)이나, RAM 등을 구비하여 구성된다. 즉, 기억부(36)는, 정지 화상용 및 동화상용의 메모리로서의 기능을 갖는다.

I/F부(37)는, 외부 기기와 화상 데이터를 송수신하는 인터페이스이며, 예를 들어 USB나 IEEE1394 등의 규격에 준거한 인터페이스이다.

이와 같은 구성의 디지털 기기(3)의 촬상 동작에 대하여 설명한다.

정지 화상을 촬영하는 경우에는, 제어부(35)는, 촬상 장치(21)에 정지 화상의 촬영을 행하게 하도록 제어함과 함께, 구동부(34)를 통해 촬상 장치(21)의 도시를 생략한 상기 렌즈 구동 장치를 동작시켜, 촬상 광학계(1)를 이동시킴으로써 포커싱을 행한다. 이에 의해, 핀트가 맞은 광학상이 촬상 소자(18)의 수광면에 주기적으로 반복 결상되어, R, G, B의 색 성분의 화상 신호로 변환된 후, 화상 생성부(31)에 출력된다. 그 화상 신호는, 화상 데이터 버퍼(32)에 일시적으로 기억되어, 화상 처리부(33)에 의해 화상 처리가 행해진 후, 그 화상 신호에 기초하는 화상이 디스플레이(도시하지 않음)에 표시된다. 그리고, 촬영자는, 상기 디스플레이를 참조함으로써, 주 피사체를 그 화면 중의 원하는 위치에 수용되도록 조정하는 것이 가능하게 된다. 이 상태에서 소위 셔터 버튼(도시하지 않음)이 눌려짐으로써, 정지 화상용의 메모리로서의 기억부(36)에 화상 데이터가 저장되어, 정지 화상이 얻어진다.

또한, 동화상 촬영을 행하는 경우에는, 제어부(35)는, 촬상 장치(21)에 동화상의 촬영을 행하게 하도록 제어한다. 그리고 나서 정지 화상 촬영의 경우와 마찬가지로 하여, 촬영자는, 상기 디스플레이(도시하지 않음)를 참조함으로써, 촬상 장치(21)를 통해 얻은 피사체의 상이, 그 화면 중의 원하는 위치에 수용되도록 조정할 수 있다. 상기 셔터 버튼(도시하지 않음)이 눌려짐으로써, 동화상 촬영이 개시된다. 그리고, 동화상 촬영시, 제어부(35)는, 촬상 장치(21)에 동화상의 촬영을 행하게 하도록 제어함과 함께, 구동부(34)를 통해 촬상 장치(21)의 도시를 생략한 상기 렌즈 구동 장치를 동작시켜 포커싱을 행한다. 이에 의해, 핀트가 맞은 광학상이 촬상 소자(18)의 수광면에 주기적으로 반복 결상되어, R, G, B의 색 성분의 화상 신호로 변환된 후, 화상 생성부(31)에 출력된다. 그 화상 신호는, 화상 데이터 버퍼(32)에 일시적으로 기억되어, 화상 처리부(33)에 의해 화상 처리가 행해진 후, 그 화상 신호에 기초하는 화상이 디스플레이(도시하지 않음)에 표시된다. 그리고, 한번 더 상기 셔터 버튼(도시하지 않음)을 누름으로써, 동화상 촬영이 종료한다. 촬영된 동화상은, 동화상용의 메모리로서의 기억부(36)로 유도되어 저장된다.

이와 같은 구성에서는, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정할 수 있는 5장의 렌즈 구성의 촬상 광학계(1)를 사용한 촬상 장치(21) 및 디지털 기기(3)가 제공된다. 특히, 촬상 광학계(1)는, 소형화 및 고성능화가 도모되어 있으므로, 소형화(콤팩트화)를 도모하면서 고화소의 촬상 소자(18)를 채용할 수 있다. 특히, 촬상 광학계(1)가 소형이고 고화소 촬상 소자에 적용 가능하므로, 고화소화나 고기능화가 진행되는 휴대 단말기에 적합하다. 그 일례로서, 휴대 전화기에 촬상 장치(21)를 탑재했을 경우에 대해서 이하에 설명한다.

도 4는, 디지털 기기의 일 실시 형태를 나타내는 카메라 장착 휴대 전화기의 외관 구성도이다. 도 4의 (A)는, 휴대 전화기의 조작면을 나타내고, 도 4의 (B)는, 조작면의 이면, 즉 배면을 나타낸다.

도 4에서, 휴대 전화기(5)에는, 상부에 안테나(51)가 구비되고, 그 조작면에는, 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 직사각형의 디스플레이(52), 화상 촬영 모드의 기동 및 정지 화상 촬영과 동화상 촬영의 전환을 행하는 화상 촬영 버튼(53), 셔터 버튼(55) 및 다이얼 버튼(56)이 구비되어 있다.

그리고, 이 휴대 전화기(5)에는, 휴대 전화망을 사용한 전화 기능을 실현하는 회로가 내장되는 동시에, 상술한 촬상부(30), 화상 생성부(31), 화상 데이터 버퍼(32), 화상 처리부(33), 구동부(34), 제어부(35) 및 기억부(36)가 내장되어 있고, 촬상부(30)의 촬상 장치(21)가 배면에 면하고 있다.

화상 촬영 버튼(53)이 조작되면, 그 조작 내용을 나타내는 제어 신호가 제어부(35)에 출력되고, 제어부(35)는, 정지 화상 촬영 모드의 기동, 실행이나 동화상 촬영 모드의 기동, 실행 등의, 그 조작 내용에 따른 동작을 실행한다. 그리고, 셔터 버튼(55)이 조작되면, 그 조작 내용을 나타내는 제어 신호가 제어부(35)에 출력되고, 제어부(35)는, 정지 화상 촬영이나 동화상 촬영 등의, 그 조작 내용에 따른 동작을 실행한다.

<촬상 광학계의 보다 구체적인 실시 형태의 설명>

이하, 도 1에 도시한 바와 같은 촬상 광학계(1), 즉, 도 3에 도시한 바와 같은 디지털 기기(3)에 탑재되는 촬상 장치(21)에 구비되는 촬상 광학계(1)의 구체적인 구성을, 도면을 참조하면서 설명한다.

실시예 1

도 5는, 실시예 1에서의 촬상 광학계에서의 렌즈의 배열을 도시하는 단면도이다. 도 10의 (A), (B) 및 (C)는, 거리 무한원에서의, 실시예 1에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 11의 (A), (B), (C), (D) 및 (E)는, 거리 무한원에서의, 실시예 1에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다. 도 12의 (A), (B) 및 (C)는, 거리 10cm에서의, 실시예 1에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 13의 (A), (B), (C), (D) 및 (E)는, 거리 10cm에서의, 실시예 1에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

실시예 1의 촬상 광학계(1A)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서 상측으로 순서대로 배치되고, 포커싱(핀트 맞춤)시에는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 전체 렌즈 전진 이동으로 광축(AX) 방향으로 일체로 이동한다.

보다 상세하게는, 실시예 1의 촬상 광학계(1A)는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서 상측으로 순서대로, 다음과 같이 구성되어 있다.

제1 렌즈(L1)는, 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈(L2)는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(L3)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈(L4)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(L5)는, 양쪽 오목의 부 렌즈이다. 이러한 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 양면이 비구면이며, 수지 재료제 렌즈이다. 그리고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면(광축(AX)을 따라 광축(AX)을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPA3, IPA3)을 갖고, 그리고, 광축(AX)으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 즉, 제3 렌즈(L3)는, 광축(AX)에서부터 소정의 거리까지의 범위 내(단면 원형 영역 내)에서는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 메니스커스 형상의 정 렌즈이며, 상기 소정의 거리에서부터 유효 영역단까지의 범위 내(단면 링 형상 영역 내)에서는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 렌즈로 되어 있다. 제4 렌즈(L4)는, 물체측 면 및 상측 면의 양면이, 중심축(광축(AX))을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPA41, IPA41; IPA42, IPA42)을 가지고 있다.

광학 조리개(ST)는, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치된다. 광학 조리개(ST)는, 후술하는 실시예의 경우도 마찬가지로, 개구 조리개나 메커니컬 셔터나 가변 조리개이어도 좋다.

그리고, 제5 렌즈(L5)의 상측에는, 필터로서의 평행 평판(FT)을 개재하여 촬상 소자(SR)의 수광면이 배치되어 있다. 평행 평판(FT)은, 각종 광학 필터나 촬상 소자(SR)의 커버 유리 등이다.

도 5에서, 각 렌즈면에 붙어 있는 번호(ri)(i=1, 2, 3, …)는, 물체측에서 셌을 경우의 i번째의 렌즈면(단, 렌즈의 접합면은 하나의 면으로서 세는 것으로 함)이고, ri에 "*"표시가 붙어 있는 면은, 비구면인 것을 나타낸다. 또한, 평행 평판(FT)의 양면 및 촬상 소자(SR)의 수광면도 하나의 면으로서 취급하고 있고, 광학 조리개(ST)의 양면도 하나의 면으로서 취급하고 있다. 이러한 취급 및 부호의 의의는, 후술하는 실시예에 대해서도 마찬가지이다. 단, 완전히 동일한 것이라는 의미가 아니라, 예를 들어 각 실시예의 각 도면을 통해서, 가장 물체측에 배치되는 렌즈면에는, 동일한 부호(r1)가 붙어 있지만, 이것들의 곡률 등이 각 실시예를 통해서 동일하다는 의미는 아니다.

이와 같은 구성하에서, 물체측으로부터 입사한 광선은, 광축(AX)을 따라, 순서대로 광학 조리개(ST), 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 평행 평판(FT)을 통과하여, 촬상 소자(SR)의 수광면에 물체의 광학상을 형성한다. 그리고, 촬상 소자(SR)에서는, 광학상이 전기적인 신호로 변환된다. 이 전기 신호는, 필요에 따라서 소정의 디지털 화상 처리 등이 실시되어, 디지털 영상 신호로서 예를 들어 디지털 카메라 등의 디지털 기기의 메모리에 기록되거나, 인터페이스를 통해 유선 또는 무선의 통신에 의해 다른 디지털 기기에 전송된다.

실시예 1의 촬상 광학계(1A)에서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타내었다.

상기 각종 데이터의 렌즈 전체 길이(TL)는, 물체 거리 무한시에서의 렌즈 전체 길이(제1 렌즈 물체측 면부터 촬상면까지)이다. 이하의 각 실시예도 마찬가지이다.

상기의 면 데이터에서, 면 번호는, 도 5에 도시한 각 렌즈면에 붙인 부호(ri)(i=1, 2, 3, …)의 번호(i)가 대응한다. 번호(i)에 *가 붙여진 면은, 비구면(비구면 형상의 굴절 광학면 또는 비구면과 등가인 굴절 작용을 갖는 면)인 것을 나타낸다.

또한, "r"은, 각 면의 곡률 반경(단위는 mm), "d"는, 무한원 합초 상태(무한 거리에서의 합초 상태)에서의 광축상의 각 렌즈면의 간격(축 상면 간격), "nd"는, 각 렌즈의 d선(파장 587.56nm)에 대한 굴절률, "νd"는, 아베수, "ER"은, 유효 반경(mm)을 각각 나타내고 있다. 또한, 광학 조리개(ST), 평행 평면판(FT)의 양면, 촬상 소자(SR)의 수광면의 각 면은, 평면이기 때문에, 그것들의 곡률 반경은, ∞(무한대)이다.

상기의 비구면 데이터는, 비구면으로 되어 있는 면(면 데이터에서 번호(i)에 *가 붙여진 면)의 2차 곡면 파라미터(원추 계수(K))와 비구면 계수(Ai)(i=4, 6, 8, 10, 12, 14, 16)의 값을 나타내는 것이다. 또한, 광학면의 비구면 형상은, 면 정점을 원점, 물체로부터 촬상 소자를 향하는 방향을 z축의 정의 방향으로 하는 로컬 직교 좌표계(x, y, z)를 사용하여, 다음 식에 의해 정의하고 있다.

z (h)=ch²/[1+√{1- (1+K)c²h²}]+ΣAi·hi

단, z(h): 높이(h)의 위치에서의 z축 방향의 변위량(면 정점 기준)

h: z축에 대하여 수직인 방향의 높이(h²=x²+y²)

c: 근축 곡률(=1/곡률 반경)

Ai: i차의 비구면 계수

K: 2차 곡면 파라미터(원추 계수)

그리고, 상기 비구면 데이터에 있어서, "En"은, "10의 n승"을 의미한다. 예를 들어, "E+001"은, "10의 +1승"을 의미하고, "E-003"은, "10의 -3승"을 의미한다.

이상과 같은 렌즈 배치, 구성하에서의, 실시예 1의 촬상 렌즈(1A)에서의 각 수차를 도 10 또는 도 13에 나타내었다.

도 10에는, 거리 무한원에서의 세로 수차도가 나타나 있고, 도 12에는, 거리 10cm에서의 세로 수차도가 나타나 있다. 도 10의 (A), (B) 및 (C) 및 도 12의 (A), (B) 및 (C)는 각각, 이 순서대로, 구면 수차(정현 조건)(LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION), 비점 수차(ASTIGMATISM FIELD CURVE) 및 왜곡 수차(DISTORTION)를 각각 나타낸다. 구면 수차의 횡축은, 초점 위치의 어긋남을 mm 단위로 나타내고 있고, 그 종축은, 최대 입사고로 규격화한 값으로 나타내고 있다. 비점 수차의 횡축은, 초점 위치의 어긋남을 mm 단위로 나타내고 있고, 그 종축은, 상고를 mm 단위로 나타내고 있다. 왜곡 수차의 횡축은, 실제의 상고를 이상 상고에 대한 비율(%)로 나타내고 있고, 종축은, 그 상고를 mm 단위로 나타내고 있다. 또한, 비점 수차의 도면 중, 파선은, 탄젠셜(메리디오널)면, 실선은, 시상(래디얼)면에서의 결과를 각각 나타내고 있다.

구면 수차의 도에는, 실선으로 d선(파장 587.56nm), 파선으로 g선(파장 435.84nm)의 2개의 광의 수차를 각각 나타내고 있다. 비점 수차 및 왜곡 수차의 도는, 상기 d선(파장 587.56nm)을 사용한 경우의 결과이다.

또한, 도 11에는, 거리 무한원에서의 가로 수차도가 나타나 있고, 도 13에는, 거리 10cm에서의 가로 수차도가 나타나 있다. 도 11 및 도 13에서, 좌측이 탄젠셜(메리디오널)면의 경우를 나타내고, 우측이 시상(래디얼)면의 경우를 나타낸다. 도 11의 (A), (B), (C), (D) 및 (E) 및 도 13의 (A), (B), (C), (D) 및 (E)는 각각, 이 순서대로, 중심(광축(AX))에서부터 유효 영역단까지의 길이를 10할이라 했을 경우에, 10할 위치, 7할 위치, 5할 위치, 3할 위치 및 중심 위치를 각각 나타낸다. 도 11 및 도 13의 횡축은, 주 광선에 대한 입사 광선 높이를 mm 단위로 나타내고 있고, 그것들의 종축은, 상면에서의 주 광선으로부터 어긋남을 mm 단위로 나타내고 있다. 가로 수차의 도에는, 세로 수차도와 마찬가지로, 실선으로 d선(파장 587.56nm), 파선으로 g선(파장 435.84nm)의 2개의 광의 수차를 각각 나타내고 있다.

이상과 같은 취급은, 이하에 나타내는 각 실시예에 따른 컨스트럭션 데이터 및 각 수차에서도 마찬가지이다.

실시예 2

도 6은, 실시예 2에서의 촬상 광학계에서의 렌즈의 배열을 도시하는 단면도이다. 도 14는, 거리 무한원에서의, 실시예 2에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 15는, 거리 무한원에서의, 실시예 2에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다. 도 16은, 거리 10cm에서의, 실시예 2에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 17은, 거리 10cm에서의, 실시예 2에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

실시예 2의 촬상 광학계(1B)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로 배치되고, 포커싱(핀트 맞춤)시에는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 전체 렌즈 전진 이동으로 광축 방향(AX)으로 일체로 이동한다.

보다 상세하게는, 실시예 2의 촬상 광학계(1B)는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로, 다음과 같이 구성되어 있다.

제1 렌즈(L1)는, 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈(L2)는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(L3)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈(L4)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(L5)는, 양쪽 오목의 부 렌즈이다. 이들 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 양면이 비구면이며, 수지 재료제 렌즈이다. 그리고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면(광축(AX)을 따라 광축(AX)을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPB3, IPB3)을 갖고, 그리고, 광축(AX)으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 제4 렌즈(L4)는, 물체측 면 및 상측 면의 양면이, 중심축(광축(AX))을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPB41, IPB41; IPB42, IPB42)를 가지고 있다. 광학 조리개(ST)는, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치된다. 그리고, 제5 렌즈(L5)의 상측에는, 필터로서의 평행 평판(FT)을 개재하여 촬상 소자(SR)의 수광면이 배치되어 있다.

이와 같은 구성하에서, 물체측으로부터 입사한 광선은, 광축(AX)을 따라, 순서대로 광학 조리개(ST), 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 평행 평판(FT)을 통과하여, 촬상 소자(SR)의 수광면에 물체의 광학상을 형성한다. 그리고, 촬상 소자(SR)에서는, 광학상이 전기적인 신호로 변환되고, 이 전기 신호는, 실시예 1과 마찬가지로 적절하게 처리된다.

실시예 2의 촬상 광학계(1B)에서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타내었다.

이상과 같은 렌즈 배치, 구성하에서의, 실시예 2의 촬상 광학계(1B)에서의 구면 수차(정현 조건), 비점 수차, 왜곡 수차 및 가로 수차를 도 14 또는 도 17에 나타내었다.

실시예 3

도 7은, 실시예 3에서의 촬상 광학계에서의 렌즈의 배열을 도시하는 단면도이다. 도 18은, 거리 무한원에서의, 실시예 3에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 19는, 거리 무한원에서의, 실시예 3에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다. 도 20은, 거리 10cm에서의, 실시예 3에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 21은, 거리 10cm에서의, 실시예 3에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

실시예 3의 촬상 광학계(1C)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로 배치되고, 포커싱(핀트 맞춤)시에는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 전체 렌즈 전진 이동으로 광축 방향(AX)으로 일체로 이동한다.

보다 상세하게는, 실시예 3의 촬상 광학계(1C)는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로, 다음과 같이 구성되어 있다.

제1 렌즈(L1)는, 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈(L2)는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(L3)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈(L4)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(L5)는, 양쪽 오목의 부 렌즈이다. 이들 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 양면이 비구면이며, 수지 재료제 렌즈이다. 그리고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면(광축(AX)을 따라 광축(AX)을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPC3, IPC3)을 갖고, 그리고, 광축(AX)으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 제4 렌즈(L4)는, 물체측 면 및 상측 면의 양면이, 중심축(광축(AX))을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPC41, IPC41; IPC42, IPC42)를 가지고 있다. 광학 조리개(ST)는, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치된다. 그리고, 제5 렌즈(L5)의 상측에는, 필터로서의 평행 평판(FT)을 개재하여 촬상 소자(SR)의 수광면이 배치되어 있다.

실시예 3의 촬상 광학계(1C)에서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타내었다.

이상과 같은 렌즈 배치, 구성하에서의, 실시예 3의 촬상 광학계(1C)에서의 구면 수차(정현 조건), 비점 수차, 왜곡 수차 및 가로 수차를 도 18 내지 도 21에 나타내었다.

실시예 4

도 8은, 실시예 4에서의 촬상 광학계에서의 렌즈의 배열을 도시하는 단면도이다. 도 22는, 거리 무한원에서의, 실시예 4에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 23은, 거리 무한원에서의, 실시예 4에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다. 도 24는, 거리 10cm에서의, 실시예 4에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 25는, 거리 10cm에서의, 실시예 4에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

실시예 4의 촬상 광학계(1D)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로 배치되고, 포커싱(핀트 맞춤)시에는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 전체 렌즈 전진 이동으로 광축 방향(AX)으로 일체로 이동한다.

보다 상세하게는, 실시예 4의 촬상 광학계(1D)는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로, 다음과 같이 구성되어 있다.

제1 렌즈(L1)는, 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈(L2)는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(L3)는, 상측으로 볼록이며 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제4 렌즈(L4)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(L5)는, 양쪽 오목의 부 렌즈이다. 이들 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 양면이 비구면이며, 수지 재료제 렌즈이다. 그리고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면(광축(AX)을 따라 광축(AX)을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPD3, IPD3)을 갖고, 그리고, 광축(AX)으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 제4 렌즈(L4)는, 물체측 면 및 상측 면의 양면이, 중심축(광축(AX))을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPD41, IPD41; IPD42, IPD42)을 가지고 있다. 광학 조리개(ST)는, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치된다. 그리고, 제5 렌즈(L5)의 상측에는, 필터로서의 평행 평판(FT)을 개재하여 촬상 소자(SR)의 수광면이 배치되어 있다.

실시예 4의 촬상 광학계(1D)에서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타내었다.

이상과 같은 렌즈 배치, 구성하에서의, 실시예 4의 촬상 광학계(1D)에서의 구면 수차(정현 조건), 비점 수차, 왜곡 수차 및 가로 수차를 도 22 내지 도 25에 나타내었다.

실시예 5

도 9는, 실시예 5에서의 촬상 광학계에서의 렌즈의 배열을 도시하는 단면도이다. 도 26은, 거리 무한원에서의, 실시예 5에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 27은, 거리 무한원에서의, 실시예 5에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다. 도 28은, 거리 10cm에서의, 실시예 5에서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다. 도 29는, 거리 10cm에서의, 실시예 5에서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

실시예 5의 촬상 광학계(1E)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로 배치되고, 포커싱(핀트 맞춤)시에는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 전체 렌즈 전진 이동으로 광축 방향(AX)으로 일체로 이동한다.

보다 상세하게는, 실시예 5의 촬상 광학계(1E)는, 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)가 물체측에서부터 상측으로 순서대로, 다음과 같이 구성되어 있다.

제1 렌즈(L1)는, 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈(L2)는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(L3)은, 상측으로 볼록이며 정의 굴절력을 갖는 양쪽 볼록의 정 렌즈이며, 제4 렌즈(L4)는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(L5)는, 양쪽 오목의 부 렌즈이다. 이들 제1 내지 제5 렌즈(L1 내지 L5)는, 양면이 비구면이며, 수지 재료제 렌즈이다. 그리고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면은, 광축(AX)을 따른 렌즈 단면(광축(AX)을 따라 광축(AX)을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPE3, IPE3)을 갖고, 그리고, 광축(AX)으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 광축(AX)을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖고 있다. 제4 렌즈(L4)는, 물체측 면 및 상측 면의 양면이, 중심축(광축(AX))을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 광축(AX)의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점(IPE41, IPE41; IPE42, IPE42)을 가지고 있다. 광학 조리개(ST)는, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치된다. 그리고, 제5 렌즈(L5)의 상측에는, 필터로서의 평행 평판(FT)을 개재하여 촬상 소자(SR)의 수광면이 배치되어 있다.

실시예 5의 촬상 광학계(1E)에서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타내었다.

이상과 같은 렌즈 배치, 구성하에서의, 실시예 5의 촬상 광학계(1E)에서의 구면 수차(정현 조건), 비점 수차, 왜곡 수차 및 가로 수차를 도 26 내지 도 29에 나타내었다.

상기에 열거한 실시예 1 내지 실시예 5의 촬상 광학계(1A 내지 1E)에, 상술한 조건식 (1) 내지 (8), (A1), (A2), 제3 렌즈(L3)의 물체측 면 및 상측 면에서의 각 유효 영역 50%의 각 피팅 곡률을 적용한 경우의 수치를, 각각 표 1에 나타내었다.

이상, 설명한 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 실시예 5에서의 촬상 광학계(1A 내지 1E)는, 5장의 렌즈 구성이며, 상술한 각 조건을 만족하고 있는 결과, 종래의 광학계보다, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정할 수 있다. 특히, 예를 들어 도 12의 (B)에 ○로 둘러싸서 나타내는 바와 같이, 매크로의 고상고라도 상면 만곡이 비교적 적고, 양호하게 보정되어 있다. 그리고, 상기 실시예 1 내지 실시예 5에서의 촬상 광학계(1A 내지 1E)는, 촬상 장치(21) 및 디지털 기기(3)에 탑재함에 있어서, 특히 휴대 단말기(5)에 탑재함에 있어서 소형화가 충분히 달성되고, 또한, 고화소의 촬상 소자(18)를 채용할 수 있다.

예를 들어, 5M 픽셀이나 8M 픽셀 등의 약 5M 내지 8M 픽셀의 클래스(그레이드)의 고화소의 촬상 소자(18)는, 촬상 소자(18)의 크기가 일정한 경우에는 화소 피치가 짧아지기 때문에(화소 면적이 좁아지기 때문에), 촬상 광학계(1A 내지 1E)는, 이 화소 피치에 따른 해상도가 필요해지고, 그 필요한 해상도로 예를 들어 MTF로 촬상 광학계(1)를 평가했을 경우에 예를 들어 사양 등에 따라 규정된 소정의 범위 내로 제수차를 억제할 필요가 있는데, 상기 실시예 1 내지 5에서의 촬상 광학계(1A 내지 1E)는, 각 수차도에 나타내는 바와 같이, 소정의 범위 내에서 제수차가 억제되어 있다. 따라서, 상기 실시예 1 내지 5에서의 촬상 광학계(1A 내지 1E)는, 양호하게 제수차를 보정하고 있으므로, 예를 들어 5M 내지 8M 픽셀의 클래스의 촬상 소자(18)에 적절하게 사용된다.

본 명세서는, 상기와 같이 다양한 형태의 기술을 개시하고 있는데, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.

일 형태에 관한 촬상 광학계는, 물체측에서부터 상측으로 순서대로, 물체측으로 볼록인 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와, 상측으로 오목인 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와, 소정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와, 상측으로 볼록인 정의 굴절력을 갖는 제4 렌즈와, 상측으로 오목인 부의 굴절력을 갖는 제5 렌즈로 이루어지며, 하기 (1) 및 (2)의 조건식을 만족하고, 상기 제3 렌즈는, 물체측 면 및 상측 면 모두에, 광축을 포함하는 단면 상에서 상기 광축과의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 영역을 갖고, 하기 (A1) 및 (A2)의 조건식을 만족하고, 상기 제4 렌즈는, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 한쪽 면에서, 광축을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 상기 광축의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

0.5<|f1/f|<0.67 … (1)

0.3<|f4/f|<0.63 … (2)

-0.4<f/R1_L3<0.2 … (A1)

-0.6<f/R2_L3<0.05 … (A2)

단, f1은, 상기 제1 렌즈의 초점 거리이며, f4는, 상기 제4 렌즈의 초점 거리이며, f는, 이 촬상 광학계 전체 시스템의 초점 거리이며, R1_L3은, 상기 제3 렌즈의 물체측 면의 근축 반경이며, R2_L3은, 상기 제3 렌즈의 상측 면의 근축 반경이다.

이러한 촬상 광학계는, 5장의 렌즈로 구성되어 이루어지며, 각각의 렌즈에 상기 광학 특성을 갖게 하고, 이들 5장의 렌즈를 물체측에서부터 상측으로 순서대로 배치함으로써, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정하는 것이 가능하게 된다.

보다 상세하게는, 이 촬상 광학계는, 물체측으로부터 순서대로, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈로 이루어지는 정 렌즈군과, 부의 제5 렌즈를 배치하는, 소위 텔레포토 타입이며, 촬상 광학계 전체 길이의 소형화에 유리한 구성이다.

또한, 이 촬상 광학계에서는, 5장 렌즈 구성 중 2장 이상의 렌즈가 부 렌즈로 되어 있어, 발산 작용을 갖는 면이 많게 되어 있다. 이로 인해, 이 촬상 광학계는, 펫츠발 합의 보정을 용이하게 하고, 화면 주변부까지 양호한 결상 성능을 확보하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이 촬상 광학계에서는, 상기 제3 렌즈를 물체측 면 및 상측 면 모두에, 광축을 포함하는 단면 상에서 상기 광축과의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 영역을 갖는 형상으로 함으로써, 상기 제3 렌즈가 메니스커스 렌즈일 경우의 효과와 마찬가지로, 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈는, 오목면이 대향하는 구성으로 되어 있다. 이로 인해, 이 촬상 광학계는, 상기 제2 렌즈의 상측 면에서 튀어오른 광속으로 발생하는 코마 수차를, 무한 거리의 물체에 대한 포커스부터 근접 거리의 물체에 대한 포커스까지의 어떤 경우든 상기 제3 렌즈의 물체측 면에서 보정하는 것이 가능하게 되어, 고화각에서도 코마 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

그리고, 상기 조건식 (A1)의 상한을 상회하면, 렌즈 단면상에 광축과의 교점보다 단면이 물체측이 되는 영역을 실현하기 위해서는, 국소적인 곡률 변화가 커지기 때문에, 포커스에 수반하는 저상고에서의 성능 변동이 커지므로, 바람직하지 않다. 한편, 상기 조건식 (A1)의 하한을 하회하면, 상기 제3 렌즈의 근축 파워가 커지고, 저상고에서 포커스에 수반하는 성능 변동이 커져 바람직하지 않다.

또한, 상기 조건식 (A2)의 상한을 상회하면, 렌즈 단면상에 광축과의 교점보다 단면이 물체측이 되는 영역을 실현하기 위해서는, 국소적인 곡률 변화가 커지기 때문에, 포커스에 수반하는 저상고에서의 성능 변동이 커지므로, 바람직하지 않다. 한편, 상기 조건식 (A2)의 하한을 하회하면, 상기 제3 렌즈의 근축 파워가 커지고, 저상고에서 포커스에 수반하는 성능 변동이 커져 바람직하지 않다.

또한, 이 촬상 광학계는, 상기 제4 렌즈를 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 렌즈, 바람직하게는 메니스커스 렌즈로 함으로써, 상기 제2 렌즈에서 강하게 튀어오른 축외 광선을 각 면에서의 굴절각을 작게 억제하면서 상기 제5 렌즈로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계에서는, 상기 제4 렌즈에서의, 어느 하나의 면 또는 양면이 상기 변곡점을 갖고 비구면 형상으로 되어 있다. 이로 인해, 이 촬상 광학계는, 축외 광속으로 발생하는 수차를 보다 양호하게 보정하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이 촬상 광학계는, 포커스시에 축외 광속이 렌즈에 입사하는 위치가 변화된 경우에도, 축외 광속의 스폿 위치가 광축 방향으로 시프트하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 상기 조건식 (1)은, 상기 제1 렌즈의 초점 거리를 적절하게 설정하여, 촬상 광학계 전체 길이의 단축화와 수차 보정의 적정화를 달성하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (1)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제1 렌즈의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 상기 제1 렌즈로부터 상기 제4 렌즈의 합성 주점을 보다 물체측에 배치할 수 있어, 촬상 광학계 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 한편, 조건식 (1)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제1 렌즈의 굴절력이 필요 이상으로 너무 커지지 않아, 제1 렌즈에서 발생하는 높은 차원의 구면 수차나 코마 수차를 작게 억제할 수 있다.

또한, 상기 조건식 (2)는, 상기 제4 렌즈의 초점 거리를 적절하게 설정하여, 축외 광속에서의 수차 보정의 적정화를 달성하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (2)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 축외 광선과 상기 제5 렌즈의 굴절각을 억제할 수 있어, 축외의 수차를 양호하게 억제할 수 있다. 한편, 조건식 (2)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제4 렌즈에 입사하는 축외 광속에 대하여 포커스 전후에서의 렌즈 입사 위치 변화에 따라 발생하는 국소적인 파워의 변화를 적절하게 설정할 수 있어, 무한 거리의 물체 및 근접 거리의 물체에 대하여 포커스를 행할 때의 축외 광선의 스폿 위치의 광축 방향 시프트를 보정할 수 있다.

그리고, 이 상술한 촬상 광학계에서, 5장 렌즈 구성 중 가장 상측에 배치된 상기 제5 렌즈에서의 상측 면은, 비구면인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 화면 주변부에서의 제수차를 양호하게 보정할 수 있고, 또한, 상측 광속의 텔레센트릭 특성을 확보하기 쉬워진다.

여기서, 소형화란, 본 명세서에서는, 촬상 광학계 전체 중에서 가장 물체측의 렌즈에서의 렌즈면에서, 상측 초점까지의 광축 상에서의 거리를 L이라 하고, 촬상면 대각선 길이(예를 들어 고체 촬상 소자 등에서의 직사각형 실행 화소 영역의 대각선 길이)를 2Y라 했을 경우에, L/2Y<1을 만족하는 것을 말하며, 보다 바람직하게는 L/2Y<0.9를 만족하는 것이다. 상측 초점이란, 광축과 평행한 평행 광선이 촬상 광학계에 입사했을 경우의 상점을 말한다. 또한, 촬상 광학계의 가장 상측의 면과 상측 초점의 사이에, 예를 들어 광학적 저역 통과 필터, 적외선 커트 필터 또는 고정 촬상 소자 패키지의 시일 유리 등의 평행 평판 부재가 배치될 경우에는, 평행 평판 부재는, 공기 환산 거리로 하여 상기 식을 계산하는 것으로 한다.

또한, 변곡점이란, 렌즈의 유효 반경 내이며, 광축을 따른 렌즈 단면(광축을 따라 광축을 포함하는 렌즈 단면)의 윤곽선상의 개개의 점에서, 상기 윤곽선을 2회 미분했을 경우에, 그 점의 전후에서 그 부호의 정부가 역전하는 당해 점을 말한다. 유효 영역이란, 설계상, 광학적으로 렌즈로서 사용되는 영역으로서 설정된 영역을 말한다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 상기 제3 렌즈의 상측 면은, 비구면 형상이며, 광축을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 상기 광축의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 상기 광축의 교점 위치를 제외한 위치에 변곡점을 갖는 것이다.

이러한 촬상 광학계는, 상측 면에 상기 변곡점을 가짐으로써, 상기 제4 렌즈의 상기 변곡점과 함께, 축외 광속의 렌즈에 대한 입사 위치가 포커싱에 따라 변화된 경우에도, 축외 광속의 광축 방향의 시프트를 적절하게 보정하는 것이 가능하다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 하기 (3)의 조건식을 만족하는 것이다.

1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4-R2_L4)<2 … (3)

단, R1_L4는, 상기 제4 렌즈의 물체측 면에서의 축상 곡률 반경이며, R2_L4는, 상기 제4 렌즈의 상측 면에서의 축상 곡률 반경이다.

상기 조건식 (3)은 무한 거리의 물체에 대하여 포커스를 행할 때 및 근접 거리의 물체에 대하여 포커스를 행할 때의 축외 광선의 스폿 위치의 광축 방향 시프트를 적절하게 보정하기 위한 제4 렌즈의 형상을 규정하는 것이다. 이 조건식 (3)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제4 렌즈에 입사하는 축외 광속에 대하여 포커스의 전후의 렌즈 입사 위치 변화에 의해 발생하는 국소적인 파워의 변화를 보다 적절하게 설정할 수 있어, 물체 거리에 관계없이 양호한 축외 성능을 실현할 수 있다. 한편, 조건식 (3)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제2 렌즈에서 강하게 튀어오른 축외 광선을 각 면에서의 굴절각을 작게 억제하면서 상기 제5 렌즈로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 보다 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 하기 (4)의 조건식을 만족하는 것이다.

0<|f4/f3|<0.12 … (4)

단, f3은, 상기 제3 렌즈의 초점 거리이며, f4는, 상기 제4 렌즈의 초점 거리이다.

상기 조건식 (4)는, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈의 초점 거리를 적절하게 설정하여, 양호한 수차 보정을 달성하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (4)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈에서 변곡점의 위치를 적절하게 설정하는 것이 가능하게 되어, 물체 거리에 관계없이 축외 광속의 상면 만곡을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 상기 제4 렌즈의 상기 변곡점은, 상측 면에 있는 것이다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 보다 상면측에 상기 변곡점을 배치함으로써, 축외 광속에 대한 파워를 적절하게 배치하는 것이 가능하게 되어, 축외 광속의 상면 만곡을 보다 양호하게 보정하는 것이 가능하다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 상기 제4 렌즈의 상기 변곡점은, 물체측 및 상측 면의 양면에 있는 것이다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 제4 렌즈의 양면에 상기 변곡점을 배치함으로써, 포커스를 행할 때에 축외 광속의 상기 제4 렌즈에 대한 입사 위치가 변화되는 것에 수반하는 상면 만곡의 변화를, 상기 제4 렌즈에서의 물체측 면과 상측 면에서 서로 보정하는 것이 가능하게 되어, 축외 광속의 스폿 위치 변화를 한층 억제하는 것이 가능하게 된다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 하기 (5)의 조건식을 만족하는 것이다.

15<v2<31 … (5)

단, v2는, 상기 제2 렌즈의 아베수이다.

상기 조건식 (5)는, 상기 제2 렌즈의 아베수를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (5)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제2 렌즈의 분산을 적절하게 크게 할 수 있어, 상기 제2 렌즈의 굴절력을 억제하면서 축상 색수차나 배율 색수차 등의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 한편, 조건식 (5)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 하기 (6)의 조건식을 만족하는 것이다.

1.6<Nd2<2.1 … (6)

단, Nd2는, 상기 제2 렌즈의 d선에서의 굴절력이다.

상기 조건식 (6)은, 촬상 광학계 전체 시스템의 색수차, 상면 만곡을 양호하게 보정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (6)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 비교적 분산이 큰 상기 제2 렌즈의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있어, 색수차, 상면 만곡을 양호하게 보정할 수 있다. 한편, 조건식 (6)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 하기 (7)의 조건식을 만족하는 것이다.

15<v3<31 … (7)

단, v3은, 상기 제3 렌즈의 아베수이다.

상기 조건식 (7)은 상기 제3 렌즈의 아베수를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (7)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 상기 제3 렌즈의 분산을 적절하게 크게 할 수 있어, 상기 제3 렌즈의 굴절력을 억제하면서 축외 광속의 색수차나 배율 색수차 등의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 조건식 (7)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 축 상에서의 색수차를 적절하게 보정하는 것도 가능하게 된다. 한편, 조건식 (7)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 하기 (8)의 조건식을 만족하는 것이다.

1.6<Nd3<2.1 … (8)

단, Nd3은, 상기 제3 렌즈의 d선에서의 굴절력이다.

상기 조건식 (8)은 물체 거리에 관계없이 축외 광속의 스폿 성능을 양호하게 보정하기 위한 조건식이다. 이 조건식 (8)의 하한을 상회함으로써, 이 촬상 광학계는, 포커싱에 의해 축외 광속의 상기 제3 렌즈에 대한 입사 위치가 변화한 경우에, 축외 광속 입사 위치에서의 국소적인 파워의 변화를 적절하게 설정할 수 있다. 한편, 조건식 (8)의 상한을 하회함으로써, 이 촬상 광학계는, 입수하기 쉬운 재료로 구성할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 상기 제1 렌즈의 물체측에 광학 조리개를 더 구비하는 것이다.

이러한 촬상 광학계는, 광학 조리개를 상기 제1 렌즈의 물체측에 배치함으로써, 상기 제5 렌즈에 대한 축외 광속의 입사 각도를 작게 할 수 있어, 포커싱에 의한 축외 광속의 스폿 위치 변화를 억제하면서, 양호한 텔레센트릭 특성을 실현할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 상기 제3 렌즈의 상측 면은, 광축으로부터 직경 방향으로 소정 거리 이격된 주변 영역에서, 상기 광축을 포함하는 단면 상에서 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖는 것이다.

이러한 촬상 광학계는, 상기 제3 렌즈의 주변부에 부의 굴절률을 갖는 영역을 가짐으로써, 상기 제2 렌즈에서 축외 광속을 과도하게 튀어오르게 할 필요가 없어져, 축외 광속의 코마 수차 및 배율 색수차를 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이러한 상술한 촬상 광학계에서, 바람직하게는 상기 제1 내지 제5 렌즈 모두는, 수지 재료로 형성된 수지 재료제 렌즈인 것이다.

이 구성에 의하면, 수지 재료제 렌즈가 사용되므로, 소정의 면 형상을 비교적 용이하게 실현할 수 있고, 또한, 비용의 저감을 도모할 수 있다. 이로 인해, 이러한 촬상 광학계는, 소정의 성능을 비교적 용이하게 실현할 수 있고, 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에 관한 촬상 장치는, 이러한 상술한 어느 한 촬상 광학계와, 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하고, 상기 촬상 광학계가 상기 촬상 소자의 수광면 상에 물체의 광학상을 형성 가능하게 되어 있다.

이 구성에 의하면, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정할 수 있는 5장의 렌즈 구성의 촬상 광학계를 사용한 촬상 장치를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 촬상 장치는, 소형화 및 고성능화를 도모할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에 관한 디지털 기기는, 상술한 촬상 장치와, 상기 촬상 장치에 피사체의 정지 화상 촬영 및 동화상 촬영 중 적어도 한쪽의 촬영을 행하게 하는 제어부를 구비하고, 상기 촬상 장치의 촬상 광학계가, 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 상기 피사체의 광학상을 형성 가능하게 장착되어 있다. 그리고, 바람직하게는 디지털 기기는, 휴대 단말기로 이루어진다.

이 구성에 의하면, 소형이면서, 고화각에서도 양호하게 제수차를 보정할 수 있는 5장의 렌즈 구성의 촬상 광학계를 사용한 디지털 기기나 휴대 단말기를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 디지털 기기나 휴대 단말기는, 소형화 및 고성능화를 도모할 수 있다.

이 출원은, 2011년 3월 25일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-68209를 기초로 하는 것이며, 그 내용은, 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해서, 상술에서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통해 본 발명을 적절하면서도 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 수준의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄되는 것으로 해석된다.

본 발명에 따르면, 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기를 제공할 수 있다.

Claims

물체측에서부터 상측으로 순서대로,
물체측으로 볼록인 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와,
상측으로 오목인 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와,
소정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와,
상측으로 볼록인 정의 굴절력을 갖는 제4 렌즈와,
상측으로 오목인 부의 굴절력을 갖는 제5 렌즈를 포함하고,
하기 (1) 및 (2)의 조건식을 만족하고,
상기 제3 렌즈의 물체측 면은 광축을 포함하는 단면 상에서 상기 물체측 면과 상기 광축의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 주변 영역을 갖고,
상기 제3 렌즈의 상측 면은 광축을 포함하는 단면 상에서 상기 상측 면과 상기 광축의 교점보다 렌즈 단면이 물체측이 되는 주변 영역을 갖고,
상기 제3 렌즈는 하기 (A1) 및 (A2)의 조건식을 만족하고,
상기 제4 렌즈는, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 한쪽 면에서, 광축을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 상기 광축의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
0.5<|f1/f|<0.67 … (1)
0.3<|f4/f|<0.63 … (2)
-0.4<f/R1_L3<0.2 … (A1)
-0.6<f/R2_L3<0.05 … (A2)
단,
f1: 제1 렌즈의 초점 거리
f4: 제4 렌즈의 초점 거리
f: 촬상 광학계 전체 시스템의 초점 거리
R1_L3: 제3 렌즈의 물체측 면의 근축 반경
R2_L3: 제3 렌즈의 상측 면의 근축 반경
제1항에 있어서,
상기 제3 렌즈의 상측 면은 비구면 형상이며, 광축을 따른 렌즈 단면의 윤곽선에서 상기 광축의 교점으로부터 유효 영역단을 향했을 경우에 상기 광축의 교점 위치를 제외한 위치에 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 (3)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
1<(R1_L4+R2_L4)/(R1_L4-R2_L4)<2 … (3)
단,
R1_L4: 제4 렌즈의 물체측 면에서의 축상 곡률 반경
R2_L4: 제4 렌즈의 상측 면에서의 축상 곡률 반경
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 (4)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
0<|f4/f3|<0.12 … (4)
단,
f3: 제3 렌즈의 초점 거리
f4: 제4 렌즈의 초점 거리
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제4 렌즈의 상기 변곡점이 상측 면에 있는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제4 렌즈의 상기 변곡점이 물체측 및 상측 면의 양면에 있는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 (5)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
15<v2<31 … (5)
단, v2: 제2 렌즈의 아베수
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 (6)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
1.6<Nd2<2.1 … (6)
단, Nd2: 제2 렌즈의 d선에서의 굴절력
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 (7)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
15<v3<31 … (7)
단, v3: 제3 렌즈의 아베수
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 (8)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
1.6<Nd3<2.1 … (8)
단, Nd3: 제3 렌즈의 d선에서의 굴절력
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 물체측에 광학 조리개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 렌즈는 광축 상으로부터 소정의 거리까지의 범위 내는 정의 굴절력을 갖고, 상기 소정의 거리로부터 유효 영역단까지의 범위에서는 부의 굴절력을 갖는 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제5 렌즈 모두가 수지 재료로 형성된 수지 재료제 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항의 촬상 광학계와,
광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하고,
상기 촬상 광학계가 상기 촬상 소자의 수광면 상에 물체의 광학상을 형성 가능하게 되어 있는 것
을 특징으로 하는 촬상 장치.
제14항의 촬상 장치와,
상기 촬상 장치에 피사체의 정지 화상 촬영 및 동화상 촬영 중 적어도 한쪽의 촬영을 행하게 하는 제어부를 구비하고,
상기 촬상 장치의 촬상 광학계가 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 상기 피사체의 광학상을 형성 가능하게 장착되어 있는 것
을 특징으로 하는 디지털 기기.
제15항에 있어서,
휴대 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 기기.