KR101580748B1

KR101580748B1 - 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기

Info

Publication number: KR101580748B1
Application number: KR1020147001435A
Authority: KR
Inventors: 야스나리 후쿠타; 게이지 마츠사카
Original assignee: 코니카 미놀타 가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2015-12-28
Also published as: CN103703402A; JPWO2012176379A1; US20140139698A1; CN103703402B; WO2012176379A1; KR20140027480A; US9036275B2; JP5574049B2

Abstract

본 발명에 관한 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기는, 정부정정부 또는 정부부정부의 5매의 렌즈를 포함하는 광학계를 구비하고, 이 광학계 전체 계의 초점 거리를 f라 하고, 제1 내지 제3 렌즈(11, 12, 13)의 합성 초점 거리를 f123이라 하고, 제3 렌즈(13)와 제4 렌즈(14)의 광축 상의 간격을 d6이라 하고, 그리고, 제4 렌즈(14)의 초점 거리를 f4라 하는 경우에, 1＜f123/f＜1.25, 0.1＜d6/f＜0.15, 0.30＜f4/f＜0.72의 각 조건식을 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, CCD(Charged Coupled Device)형 이미지 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 사용한 촬상 소자의 고성능화나 소형화가 신전되고, 이에 수반하여 이러한 촬상 소자를 사용한 촬상 장치를 구비한 휴대 전화나 휴대 정보 단말기 등의 디지털 기기가 보급되고 있다. 또한, 이들 촬상 장치에 탑재되는, 상기 고체 촬상 소자의 수광면 상에 물체의 광학상을 형성(결상)하기 위한 촬상 광학계(촬상 렌즈)에는, 한층 더한 소형화나 고성능화에의 요구가 높아지고 있다. 특히, 최근에는, 고체 촬상 소자에 있어서의 화소의 고세밀화가 진전되었기 때문에, 촬상 광학계에는, 보다 높은 해상력이 요구되고 있다. 한편, 종래와 마찬가지로 촬상 광학계의 소형화도 동시에 요구되고 있다. 이러한 용도의 촬상 광학계에 있어서, 3매 구성 혹은 4매 구성의 광학계에 비해서, 보다 고성능화가 가능한 점에서, 5매 구성의 광학계가 제안되고 있다.

이러한 촬상 광학계는, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에 개시된 촬상 렌즈는, 고체 촬상 소자용 촬영 렌즈이며, 물체측부터 차례로 광축 상에서 물체측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와, 광축 상에서 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와, 광축 상에서 물체측으로 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 제3 렌즈와, 광축 상에서 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절률을 갖는 메니스커스 형상의 제4 렌즈와, 광축 상에서 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절률을 갖는 메니스커스 형상의 제5 렌즈로 구성되는 것이다.

또한, 상기 특허문헌 2에 개시된 촬상 렌즈는, 물체측부터 차례로 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와, 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와, 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와, 정의 굴절력을 갖는 제4 렌즈와, 부의 굴절력을 갖는 제5 렌즈로 구성되는 것이다.

그런데, 촬상 광학계에 있어서, 소형화를 목적으로 한 제안이 예를 들어 상술한 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 촬상 렌즈와 같이 다양하게 이루어져 있지만, 한층 더한 소형화(초소형화)의 요구에는 대응되지 못하였다. 여기에서 말하는 소형화(초소형화)란, 후술하는 L/2Y＜0.8을 만족하는 것이다.

이 관점에서, 예를 들어 상기 특허문헌 1에서는, 제1 렌즈로부터 제3 렌즈의 굴절력이 최적화되어 있지 않다. 또한, 상기 특허문헌 2에서는, 제4 렌즈의 굴절력이 최적화되어 있지 않다. 이로 인해, 이들 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 촬상 렌즈는, 충분한 소형화(초소형화)가 달성되어 있다고는 할 수 없다.

일본 특허 공개 제2010-237407호 공보 US2011/013069호 공보

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 발명이며, 그 목적은, 초소형이면서도 모든 수차를 보다 양호하게 보정할 수 있는 5매 구성의 촬상 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기는, 정부정정부 또는 정부부정부의 5매의 렌즈를 포함하는 광학계를 구비하고, 이 광학계 전체 계의 초점 거리를 f라 하고, 제1 내지 제3 렌즈의 합성 초점 거리를 f123이라 하고, 제3 렌즈와 제4 렌즈의 광축 상의 간격을 d6이라 하고, 그리고 제4 렌즈의 초점 거리를 f4라 하는 경우에, 1＜f123/f＜1.25, 0.1＜d6/f＜0.15, 0.30＜f4/f＜0.72의 각 조건식을 만족한다. 이로 인해, 본 발명에 관한 촬상 광학계, 촬상 장치 및 디지털 기기는, 5매의 렌즈 구성이며, 초소형이면서도 모든 수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

상기 및 그 밖의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 실시 형태에 있어서의 촬상 광학계의 설명을 위한, 그 구성을 모식적으로 도시한 렌즈 단면도이다.
도 2는 주 광선의 상면 입사각의 정의를 도시하는 모식도이다.
도 3은 변형 형태에 있어서의 제4 렌즈의 주변 부분을 확대하여, 모식적으로 도시한 렌즈 단면도이다.
도 4는 실시 형태에 있어서의 디지털 기기의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 디지털 기기의 일 실시 형태를 나타내는 카메라를 갖는 휴대 전화기의 외관 구성도이다.
도 6은 실시예 1에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 7은 실시예 2에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 8은 실시예 3에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 9는 실시예 4에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시예 5에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 11은 실시예 6에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 12는 실시예 7에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 13은 실시예 8에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 14는 실시예 9에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈군의 배열을 도시하는 단면도이다.
도 15는 실시예 1에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 16은 실시예 1에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 17은 실시예 2에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 18은 실시예 2에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 19는 실시예 3에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 20은 실시예 3에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 21은 실시예 4에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 22는 실시예 4에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 23은 실시예 5에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 24는 실시예 5에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 25는 실시예 6에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 26은 실시예 6에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 27은 실시예 7에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 28은 실시예 7에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 29는 실시예 8에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 30은 실시예 8에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.
도 31은 실시예 9에 있어서의 촬상 광학계의 세로 수차도이다.
도 32는 실시예 9에 있어서의 촬상 광학계의 가로 수차도이다.

이하, 본 발명에 관한 실시의 일 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 부호를 붙인 구성은, 동일한 구성인 것을 나타내고, 적절히, 그 설명을 생략한다. 또한, 접합 렌즈에 있어서의 렌즈 매수는, 접합 렌즈 전체로 1매가 아닌, 접합 렌즈를 구성하는 단렌즈의 매수로 나타내는 것으로 한다.

<용어의 설명>

이하의 설명에 있어서 사용되고 있는 용어는, 본 명세서에 있어서는, 다음과 같이 정의되어 있는 것으로 한다.

(a) 굴절률은, d선의 파장(587.56㎚)에 대한 굴절률이다.

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

의 정의식으로 구해지는 아베수 νd를 나타내기로 한다.

(c) 렌즈에 대해서, 「오목」, 「볼록」 또는 「메니스커스」라는 표기를 사용한 경우, 이들은 광축 근방(렌즈의 중심 부근)에서의 렌즈 형상을 나타내는 것으로 한다.

(d) 접합 렌즈를 구성하고 있는 각 단렌즈에 있어서의 굴절력(광학적 파워, 초점 거리의 역수)의 표기는, 단렌즈의 렌즈면의 양측이 공기인 경우에 있어서의 파워이다.

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

(f) 초소형이란, 본 명세서에서는, 촬상 광학계 전체 중에서 가장 물체측의 렌즈에 있어서의 렌즈면으로부터, 상측 초점까지의 광축 상에서의 거리를 L이라 하고, 촬상면 대각선 길이(예를 들어 고체 촬상 소자 등에 있어서의 직사각형 실효 화소 영역의 대각선 길이)를 2Y라 한 경우에, L/2Y＜0.8을 만족하는 것을 말하고, 보다 바람직하게는 L/2Y＜0.78을 만족하는 것이며, 더욱 보다 바람직하게는 L/2Y＜0.76을 만족하는 것이다. 상측 초점이란, 광축과 평행한 평행 광선이 촬상 광학계에 입사한 경우의 상점을 말한다. 또한, 촬상 광학계의 가장 상측의 면과 상측 초점 사이에, 예를 들어 광학적 저역 통과 필터, 적외선 커트 필터 또는 고정 촬상 소자 패키지의 시일 유리 등의 평행 평판의 부재가 배치되는 경우에는, 이 평행 평판 부재는, 공기 환산 거리로서 상기 식을 계산하기로 한다.

<실시의 일 형태의 촬상 광학계의 설명>

도 1은 실시 형태에 있어서의 촬상 광학계의 설명을 위한, 그 구성을 모식적으로 도시한 렌즈 단면도이다. 도 2는 주 광선의 상면 입사각의 정의를 도시하는 모식도이다. 또한, 이하에 있어서, 주 광선의 상면 입사각은, 도 2에 도시한 바와 같이, 촬상면에의 입사 광선 중 최대 화각의 주 광선의, 상면에 세운 수선에 대한 각도(deg, 도) α이며, 상면 입사각 α는 사출동 위치가 상면보다 물체측에 있는 경우의 주광선 각도를 정방향으로 한다.

도 1에 있어서, 이 촬상 광학계(1)는, 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자(18)의 수광면 상에, 물체(피사체)의 광학상을 형성하는 것으로서, 물체측으로부터 상측으로 차례로, 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)의 5매의 렌즈로 구성되어 이루어지는 광학계이다. 촬상 소자(18)는 그 수광면이 촬상 광학계(1)의 상면과 대략 일치하도록 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 조출로 광축 방향으로 이동함으로써 포커싱이 행해진다.

또한, 제1 렌즈(11)는 정의 굴절력을 갖고, 제2 렌즈(12)는 부의 굴절력을 갖고, 상측으로 오목면을 향한 형상이며, 제3 렌즈(13)는 정의 굴절력을 갖고, 제4 렌즈(14)는 정의 굴절력을 갖고, 상측으로 볼록면을 향한 형상이며, 그리고, 제5 렌즈(15)는 부의 굴절력을 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 도 1에 도시하는 예에서는, 제1 렌즈(11)는 양면이 볼록 형상인 양 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈(12)는, 상측으로 오목면을 향한 메니스커스 형상의 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈(13)는, 물체측으로 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈(14)는, 상측으로 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈(15)는 상측으로 오목면을 향한 양 오목의 부 렌즈이다. 또한, 이 도 1에 도시하는 예에서는, 제3 렌즈(13)는 정의 굴절력을 갖고 있지만, 부의 굴절력을 가져도 된다. 즉, 제3 렌즈(13)는 정 또는 부의 굴절력을 갖고 있다. 이들 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)는 양면이 비구면이다.

이들 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)는, 예를 들어 유리 몰드 렌즈여도 되고, 또한 예를 들어, 플라스틱 등의 수지 재료제 렌즈여도 된다. 특히, 휴대 단말기에 탑재한 경우에는 경량화나 저비용화의 관점에서, 또한 가공성의 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, 전체 계의 초점 거리를 f라 하고, 제1 렌즈(11), 제2 렌즈(12) 및 제3 렌즈(13)의 합성 초점 거리를 f123이라 하고, 제3 렌즈(13)와 제4 렌즈(14)의 광축 상의 간격을 d6이라 하고, 그리고, 제4 렌즈(14)의 초점 거리를 f4라 하는 경우에, 하기 (1) 내지 (3)의 조건식을 만족하고 있다.

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)에 있어서의 상측에는, 필터(17)나 촬상 소자(18)가 배치된다. 필터(17)는 평행 평판 형상의 광학 소자이며, 각종 광학 필터나, 촬상 소자(18)의 커버 유리(시일 유리) 등을 모식적으로 나타낸 것이다. 사용 용도, 촬상 소자, 카메라의 구성 등에 따라, 광학적 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 광학상에 있어서의 광량에 따라서 R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 성분의 화상 신호에 광전 변환하여 소정의 화상 처리 회로(도시하지 않음)로 출력하는 소자이다. 이들에 의해 물체측의 피사체의 광학상이, 촬상 광학계(1)에 의해 그 광축 AX를 따라 소정의 배율로 촬상 소자(18)의 수광면까지 유도되고, 촬상 소자(18)에 의해 상기 피사체의 광학상이 촬상된다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 5매의 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)로 구성되어 이루어지고, 각각의 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)에 상기 광학 특성을 갖게 하고, 이들 5매의 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)를 물체측으로부터 상측으로 차례로 배치함으로써, 초소형이면서, 보다 양호하게 모든 수차를 보정하는 것이 가능해진다.

보다 상세하게는, 촬상 광학계(1)는, 물체측으로부터 정부정정부 또는 정부부정부의 차례로 각 렌즈를 배치하는, 정군의 뒤에 부 렌즈를 배치한 소위 텔레포토 타입이며, 촬상 광학계(촬상 렌즈)(1)의 전체 길이의 단축화에는 유리한 렌즈 구성으로 되어 있다.

그리고, 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15)의 5매 구성 중 2매 이상, 도 1에 도시하는 예에서는, 제2 및 제5 렌즈(12, 15)가 부 렌즈로 됨으로써, 발산 작용을 갖는 면을 보다 많게 할 수 있고, 펫츠발 합의 보정이 용이해진다. 이 결과, 이 촬상 광학계(1)는, 화면 주변부까지 양호한 결상 성능을 확보할 수 있다.

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

그리고, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는 상기 조건식 (1) 내지 (3)을 만족하고 있다. 즉, 상기 조건식 (1)은, 촬상 광학계(1)의 전체 길이의 단축화와 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제1 렌즈(11)로부터 제3 렌즈(13)까지의 합성 초점 거리 f123을 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (1)의 값이 하한값을 상회함으로써, 색수차가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (1)의 값이 상한값을 하회함으로써, 광학 전체 길이를 단축할 수 있다. 또한, 상기 조건식 (2)는 촬상 광학계(1)의 단축화와 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제3 렌즈(13)와 제4 렌즈(14)의 간격 d6을 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (2)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제3 렌즈(13)를 사출한 축 상과 축외의 광선을 효과적으로 분리할 수 있고, 제4 렌즈(14)에서 축외의 수차를 양호하게 보정할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (2)의 값이 상한값을 하회함으로써, 광학 전체 길이를 단축할 수 있다. 또한, 상기 조건식 (3)은, 축외 광속에서의 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제4 렌즈(14)의 초점 거리 f4를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (3)의 값이 하한값을 상회함으로써 제4 렌즈(14)의 파워가 필요 이상으로 지나치게 커지지 않고, 제4 렌즈(14)에서 발생하는 코마 수차를 작게 억제할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (3)의 값이 상한값을 하회함으로써, 광학 전체 길이를 단축할 수 있다.

이러한 관점에서, 조건식 (1)은, 바람직하게는 하기 조건식 (1A)이며, 보다 바람직하게는, 하기 조건식 (1B)이다.

또한, 이러한 관점에서, 조건식 (2)는, 바람직하게는 하기 조건식 (2A)이며, 보다 바람직하게는, 하기 조건식 (2B)이다.

그리고, 이러한 관점에서, 조건식 (3)은, 바람직하게는 하기 조건식 (3A)이며, 보다 바람직하게는, 하기 조건식 (3B)이다.

또한, 이러한 관점에서, 이들 조합이 더욱 보다 바람직하다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 제3 렌즈(13)는, 근축에서는 정의 굴절력을 갖고 있다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)에서는, 렌즈 배치가, 제1 렌즈(11)로부터 차례로 정부정의 트리플렛의 구성을 취하게 되므로, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 모든 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 제3 렌즈(13)는, 물체측에 있어서, 근축에서 볼록면을 향한 면을 갖고 있다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제1 렌즈(11)로부터 제3 렌즈(13)까지의 합성 주점 위치를 물체측에 가깝게 할 수 있어, 전체 길이 단축에 유리해진다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 제5 렌즈(15)는, 물체측에 있어서, 근축에서 오목면을 향한 면을 갖고 있다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제2 렌즈(12)에서 강하게 튀겨진 축외 광선을 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈(15)에 입사시킬 수 있어, 축외의 수차를 보다 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 가장 물체측에 예를 들어 개구 조리개 등의 광학 조리개(16)가 배치되어 있다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 개구 조리개 등의 광학 조리개(16)를 제1 렌즈(11)의 물체측에 배치함으로써, 양호한 텔레센트릭 특성을 실현할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)에서는, 상술한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(11 내지 15) 모두에는, 수지 재료로 형성된 수지 재료제 렌즈이다. 최근에는, 고체 촬상 장치는, 그 전체가 한층 더한 소형화가 요청되고 있으며, 동일한 화소수의 고체 촬상 소자여도 그 화소 피치가 작고, 그 결과, 촬상면 크기가 작게 되어 있다. 이러한 촬상면 크기가 작은 고체 촬상 소자용 촬상 광학계는, 그 전체 계의 초점 거리를 비교적 짧게 할 필요가 있기 때문에, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 상당히 작아져 버린다. 따라서, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 사출 성형에 의해 제조되는 수지 재료제 렌즈로 모든 렌즈를 구성함으로써, 품이 드는 연마 가공에 의해 제조되는 유리 렌즈와 비교하면, 곡률 반경이나 외경이 작은 렌즈라도 저렴하게 대량으로 생산하는 것이 가능해진다. 또한, 수지 재료제 렌즈는, 프레스 온도를 낮게 할 수 있으므로, 성형 금형의 손모를 억제할 수 있고, 그 결과, 성형 금형의 교환 횟수나 유지 보수 횟수가 감소하여, 비용 저감을 도모할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는, 제4 렌즈(14)에 있어서의 물체측면의 곡률 반경을 R41이라 하고, 제4 렌즈에 있어서의 상측면의 곡률 반경을 R42라 한 경우에, 제4 렌즈(14)가, 하기 (4)의 조건식을 만족하고 있다.

상기 조건식 (4)는, 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제4 렌즈(14)의 셰이핑 팩터를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (4)의 값이 상한값을 하회함으로써 구면 수차를 보정할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (4)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제2 렌즈(12)에서 강하게 튀겨진 축외 광선을 각 면에서의 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈(15)로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 보다 양호하게 억제할 수 있다.

이러한 관점에서, 조건식 (4)는, 바람직하게는 하기 조건식 (4A)이다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는, 제1 렌즈의 초점 거리 f1은, 하기 (5)의 조건식을 만족하고 있다.

상기 조건식 (5)는, 촬상 광학계(1)의 전체 길이의 단축화와 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제1 렌즈(11)의 초점 거리 f1을 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (5)의 값이 상한값을 하회함으로써, 제1 렌즈(11)의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 제1 렌즈(11)로부터 제4 렌즈(14)까지의 합성 주점을 보다 물체측에 배치할 수 있기 때문에, 촬상 광학계(1)의 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (5)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제1 렌즈(11)의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않고, 제1 렌즈(11)에서 발생하는 고차의 구면 수차나 코마 수차를 작게 억제할 수 있다.

이러한 관점에서, 조건식 (5)는, 바람직하게는 하기 조건식 (5A)이다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는, 제3 렌즈(13)의 초점 거리를 f3이라 하고, 제3 렌즈(13)의 아베수를 νd3이라 한 경우에, 제3 렌즈(13)는, 하기 (6) 및 (7)의 조건식을 만족하고 있다.

이들 상기 조건식 (6) 및 (7)은, 촬상 광학계(1)의 전체 길이의 단축화와 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제3 렌즈(13)의 초점 거리 f3을 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (6)의 값이 상기 조건을 만족함으로써, 촬상 광학계(1)의 전체 길이의 단축화를 도모할 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (7)의 값이 하한값을 상회함으로써, 색수차의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (7)의 값이 상한값을 하회함으로써, 특수한 재료를 사용하는 것에 의한 비용 상승을 방지할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는, 제3 렌즈(13)의 초점 거리를 f3이라 하고, 제3 렌즈(13)의 d선의 굴절률을 Nd3이라 한 경우에, 제3 렌즈(13)는 하기 (8) 및 (9)의 조건식을 만족하고 있다.

이들 상기 조건식 (8) 및 (9)는, 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제3 렌즈(13)의 초점 거리 f3을 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 이들 상기 조건식 (8)의 값 및 상기 조건식 (9)의 값이 각 상기 조건을 만족함으로써, 특수한 재료를 사용하는 것에 의한 비용 상승을 방지할 수 있다.

또한, 이 촬상 광학계(1)는 제5 렌즈의 초점 거리 f5는, 하기 (10)의 조건식을 만족하고 있다.

상기 조건식 (10)은, 촬상 광학계(1)의 전체 길이의 단축화와 수차 보정을 적절하게 달성하기 위해서, 제5 렌즈(15)의 초점 거리 f5를 적절하게 설정하기 위한 조건식이다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (10)의 값이 상한값을 하회함으로써, 제5 렌즈(15)의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않고, 텔레센트릭성이 나빠지는 것을 방지할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 상기 조건식 (10)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제5 렌즈(15)의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있어, 광학 전체 길이의 단축과 렌즈 백의 확보를 양립할 수 있다.

또한, 이러한 관점에서, 조건식 (10)은, 바람직하게는 하기 조건식 (10A)이며, 보다 바람직하게는, 하기 조건식 (10B)이다.

또한, 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제1 렌즈(11)와 제2 렌즈(12) 사이에 배치되고, 적어도 대각의 광선의 일부를 차광하는 차광판을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제1 렌즈(11)와 제2 렌즈(12) 사이에서, 차광판을 사용해서 적어도 촬상 소자(18)의 대각 위에 결상하는 광선의 일부를 차광함으로써, 미광을 방지할 수 있음과 함께, 어퍼레이(상광선)를 차광할 수 있어 코마 수차를 개선할 수 있다.

도 3은 변형 형태에 있어서의 제4 렌즈의 주변 부분을 확대하고, 모식적으로 도시한 렌즈 단면도이다. 또한, 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 제4 렌즈(14)는, 물체측면 및 상측면 중 적어도 한쪽 면에 비구면을 갖고, 제4 렌즈(14)의 두께는, 도 3에 도시한 바와 같이, 광축으로부터 유효 영역 단부를 향하여 멀어짐에 따라서 얇아진 후에 두꺼워지도록 변화하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 렌즈의 두께란, 광축 방향을 따른 방향의 길이이다. 도 3에서는 광축으로부터 유효 영역 단부를 향하여 멀어짐에 따라서 얇아진 최박부가 I₁로 나타나 있으며, 그 후에 두꺼워지는 모습이 상기 최박부 I₁로부터 유효 영역 단부를 향하여 이격된 개소이며 상기 최박부 I₁보다 두꺼운 개소가 I₂로 나타나 있다. 이와 같은 구성의 촬상 광학계(1)는, 제4 렌즈(14)의 근축에서는 정의 굴절력을 갖고, 제4 렌즈(14)의 축외에서는 부의 굴절력을 갖게 할 수 있으며, 전체 길이 단축과 상면 만곡의 보정을 양립할 수 있다.

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

또한, 상술에서는, 수지 재료제 렌즈였지만, 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 위에 비구면 형상의 수지를 형성한 것)여도 된다. 유리 몰드 비구면 렌즈는, 대량 생산에 적합하여, 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 비구면의 경우에는, 복합형 비구면 렌즈의 이점을 최대한으로 활용하는 것이 가능해진다.

또한, 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 수지 재료제 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 산란하여 투과율이 저하되므로, 광학 재료로서 사용하는 것이 곤란했지만, 미립자의 크기를 투과 광속의 파장보다도 작게 함으로써, 광은, 실질적으로 산란하지 않는다. 그리고, 수지 재료는, 온도 상승에 수반하여 굴절률이 저하되어 버리지만, 무기 입자는, 반대로, 온도 상승에 수반하여 굴절률이 상승한다. 이로 인해, 이러한 온도 의존성을 이용하여 서로 상쇄되도록 작용시킴으로써, 온도 변화에 대하여 굴절률 변화가 거의 발생하지 않도록 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 모재로 되는 수지 재료에 최대 길이로 30나노미터 이하인 무기 미립자를 분산시킴으로써 굴절률의 온도 의존성을 저감한 수지 재료로 된다. 예를 들어, 아크릴에 산화 니오븀(Nb₂O₅)의 미립자를 분산시킨다. 이들 상술한 촬상 광학계(1)에 있어서, 비교적 굴절력이 큰 렌즈 또는 모든 렌즈에, 이러한 무기 입자를 분산시킨 수지 재료를 사용함으로써, 촬상 광학계(1) 전체 계의 온도 변화 시의 상점 위치 변동을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

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

굴절률의 온도 변화에 대하여 설명하면 굴절률의 온도 변화 n(T)는, 로렌츠·로렌츠의 식에 기초하여, 굴절률 n을 온도 T로 미분함으로써 식 Fa로 나타낸다.

단, α는 선팽창 계수이며, [R]은 분자 굴절이다.

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

구체적으로는, 종래는, -12×10^-5 [/℃]정도였던 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 폴리카보네이트계의 수지 재료나 폴리에스테르계의 수지 재료가 바람직하다. 폴리올레핀계의 수지 재료로는, 굴절률의 온도 변화 n(T)는, 약 -11×10^-5(/℃)로 되고, 폴리카보네이트계의 수지 재료로는 굴절률의 온도 변화 n(T)는, 약- 14×10^-5(/℃)로 되고, 그리고, 폴리에스테르계의 수지 재료로는, 굴절률의 온도 변화 n(T)은, 약-13×10^-5(/℃)로 된다.

<촬상 광학계를 내장한 디지털 기기의 설명>

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

도 4는 실시 형태에 있어서의 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, 이들 주변 기기(예를 들어, 마우스, 스캐너 및 프린터 등)를 포함해도 된다. 특히, 본 실시 형태의 촬상 광학계(1)는, 휴대 전화기나 휴대 정보 단말기(PDA) 등의 휴대 단말기에 탑재 하는 데 있어서 충분히 콤팩트화되어 있으며, 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 도시 생략된 렌즈 구동 장치 등을 구비하여 구성된다. 피사체로부터의 광선은, 촬상 광학계(1)에 의해 촬상 소자(18)의 수광면 상에 결상되어, 피사체의 광학상으로 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 혹은 동화상 중 어느 한쪽의 촬상 또는 촬상 소자(18)에 있어서의 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 얼룩 보정 등의 주지의 화상 처리를 행하여, 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 대해서, 해상도 변환 등의 소정의 화상 처리를 행하는 회로이다.

또한, 필요에 따라 화상 처리부(33)는 촬상 소자(18)의 수광면 상에 형성되는 피사체의 광학상에 있어서의 왜곡을 보정하는 공지된 왜곡 보정 처리 등의, 촬상 광학계(1)에서는 미처 보정하지 못한 수차를 보정하도록 구성되어도 된다. 왜곡 보정은, 수차에 의해 왜곡된 화상을 육안으로 보이는 광경과 마찬가지의 상사형의 대략 왜곡이 없는 자연스러운 화상으로 보정하는 것이다. 이와 같이 구성함으로써, 촬상 광학계(1)에 의해 촬상 소자(18)로 유도된 피사체의 광학상에 왜곡이 발생하였다고 해도, 대략 왜곡이 없는 자연스러운 화상을 생성하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 왜곡을 정보 처리에 의한 화상 처리로 보정하는 구성에서는, 특히, 왜곡 수차를 제외한 다른 모든 수차만을 고려하면 되므로, 촬상 광학계(1)의 설계의 자유도가 늘어, 설계가 보다 용이해진다. 또한, 이러한 왜곡을 정보 처리에 의한 화상 처리에서 보정하는 구성에서는, 특히, 상면에 가까운 렌즈에 의한 수차 부담이 경감되기 때문에, 사출동 위치의 제어가 용이해져서, 렌즈 형상을 가공성이 좋은 형상으로 할 수 있다.

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

또한, 본 실시 형태에서는, 촬상 소자(18)의 촬상면에 있어서의 화소 피치에 대하여, 색 필터나 온 칩 마이크로 렌즈 어레이의 배치의 피치를, 쉐이딩을 경감하도록 약간 작게 설정함으로써, 쉐이딩 보정이 행해져도 된다. 이와 같은 구성에서는, 상기 피치를 약간 작게 설정함으로써, 촬상 소자(18)에 있어서의 촬상면의 주변부로 갈수록 각 화소에 대하여 색 필터나 온 칩 마이크로 렌즈 어레이가 촬상 광학계(1)의 광축측으로 시프트하기 때문에, 사입사의 광속을 효율적으로 각 화소의 수광부로 유도할 수 있다. 이에 의해 촬상 소자(18)에서 발생하는 쉐이딩이 작게 억제된다.

구동부(34)는, 제어부(35)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 도시 생략된 상기 렌즈 구동 장치를 동작시킴으로써 원하는 포커싱을 행하게 하도록 촬상 광학계(1)에 있어서의 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 하나의 촬영을 실행하도록 제어된다.

기억부(36)는 피사체의 정지 화상 촬영 또는 동화상 촬영에 의해 생성된 화상 데이터를 기억하는 기억 회로이며, 예를 들어 불휘발성 기억 소자인 ROM(Read Only Memory)이나, 재기입 가능한 불휘발성의 기억 소자인 EEPROM(Electrically Erasable Progra㎜able Read Only Memory)이나, RAM 등을 구비하여 구성된다. 즉, 기억부(36)는 정지 화상용 및 동화상용 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 다음에 대하여 설명한다.

정지 화상을 촬영하는 경우에는, 제어부(35)는 촬상 장치(21)에 정지 화상의 촬영을 행하게 하도록 제어함과 함께, 구동부(34)를 통해서 촬상 장치(21)의 도시 생략된 상기 렌즈 구동 장치를 동작시키고, 전체 렌즈를 이동시킴으로써 포커싱을 행한다. 이에 의해, 핀트가 맞은 광학상이 촬상 소자(18)의 수광면에 주기적으로 반복되어 결상되고, R, G, B의 색 성분의 화상 신호로 변환된 후, 화상 생성부(31)에 출력된다. 그 화상 신호는, 화상 데이터 버퍼(32)에 일시적으로 기억되며, 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 중 원하는 위치에 수용되도록 조정하는 것이 가능해진다. 이 상태에서 소위 셔터 버튼(도시하지 않음)이 눌러짐으로써, 정지 화상용 메모리로서의 기억부(36)에 화상 데이터가 저장되고, 정지 화상이 얻어진다.

또한, 동화상 촬영을 행하는 경우는, 제어부(35)는, 촬상 장치(21)에 동화상의 촬영을 행하게 하도록 제어한다. 나중에는 정지 화상 촬영의 경우와 마찬가지로 해서, 촬영자는 상기 디스플레이(도시하지 않음)를 참조함으로써, 촬상 장치(21)를 통해서 얻은 피사체의 상이, 그 화면 중 원하는 위치에 수용되도록 조정할 수 있다. 상기 셔터 버튼(도시하지 않음)이 눌러짐으로써, 동화상 촬영이 개시된다. 그리고, 동화상 촬영 시에, 제어부(35)는 촬상 장치(21)에 동화상의 촬영을 행하게 하도록 제어함과 함께, 구동부(34)를 통해서 촬상 장치(21)의 도시 생략된 상기 렌즈 구동 장치를 동작시켜, 포커싱을 행한다. 이에 의해, 핀트가 맞은 광학상이 촬상 소자(18)의 수광면에 주기적으로 반복되어 결상되며, R, G, B의 색 성분의 화상 신호로 변환된 후, 화상 생성부(31)에 출력된다. 그 화상 신호는, 화상 데이터 버퍼(32)에 일시적으로 기억되며, 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 종료된다. 촬영된 동화상은, 동화상용 메모리로서의 기억부(36)에 유도되어 저장된다.

이와 같은 구성에서는, 초소형이면서, 보다 양호하게 모든 수차를 보정할 수 있는 5매의 렌즈 구성의 촬상 광학계(1)를 사용한 촬상 장치(21) 및 디지털 기기(3)가 제공된다. 특히, 촬상 광학계(1)는 초소형화 및 고성능화가 도모되어 있으므로, 소형화(콤팩트화)를 도모하면서 고화소의 촬상 소자(18)를 채용할 수 있다. 특히, 촬상 광학계(1)가 초소형으로 고화소 촬상 소자에 적용 가능하므로, 고화소화나 고기능화가 진행되고 있는 휴대 단말기에 적합하다. 그 일례로서, 휴대 전화기에 촬상 장치(21)를 탑재한 경우에 대해서, 이하에 설명한다.

도 5는 디지털 기기의 일 실시 형태를 나타내는 카메라를 갖는 휴대 전화기의 외관 구성도이다. 도 5의 (A)는 휴대 전화기의 조작면을 나타내고, 도 5의 (B)는 조작면의 이면, 즉 배면을 나타낸다.

도 5에 있어서, 휴대 전화기(5)에는, 상부에 안테나(51)가 구비되고, 그 조작면에는, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 직사각형 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 내장됨과 함께, 상술한 촬상부(30), 화상 생성부(31), 화상 데이터 버퍼(32), 화상 처리부(33), 구동부(34), 제어부(35) 및 기억부(36)가 내장되어 있으며, 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)로 출력되며, 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 5에 도시한 바와 같은 디지털 기기(3)에 탑재되는 촬상 장치(21)에 구비되는 촬상 광학계(1)의 구체적인 구성을, 도면을 참조하면서 설명한다.

실시예

도 6 내지 도 14는 실시예 1 내지 실시예 9에 있어서의 촬상 광학계에 있어서의 렌즈의 배열을 도시하는 단면도이다. 도 15 내지 도 32는 실시예 1 내지 실시예 9에 있어서의 촬상 광학계의 수차도이다.

실시예 1 내지 9의 촬상 광학계(1A 내지 1I)는, 도 6 내지 도 14의 각각에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 렌즈 L1 내지 L5가 물체측으로부터 상측으로 차례로 배치되며, 포커싱(핀트 맞춤) 시에는, 제1 내지 제5 렌즈 L1 내지 L5는, 전체 렌즈 조출로 광축 방향 AX로 일체로 이동한다.

보다 상세하게는, 각 실시예 1 내지 9의 촬상 광학계(1A 내지 1I)는, 제1 내지 제5 렌즈 L1 내지 L5가 물체측으로부터 상측으로 차례로, 다음과 같이 구성되어 있다.

우선, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6의 경우에 대하여 설명하면 제1 렌즈 L1은, 정의 굴절력을 갖는 양 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈 L2는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈 L3은, 물체측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈 L4는, 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈 L5는, 부의 굴절력을 갖는 양 오목의 부 렌즈이다.

또한, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6에 반하여, 실시예 7 및 실시예 8에서는, 제3 및 제4 렌즈 L3, L4의 렌즈 형상이 다르다. 즉, 실시예 7 및 실시예 8의 경우에 대하여 설명하면 제1 렌즈 L1은, 정의 굴절력을 갖는 양 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈 L2는, 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제3 렌즈 L3은, 물체측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 편평한 볼록 렌즈이며, 제4 렌즈 L4는, 정의 굴절력을 갖는 양 볼록의 정 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈 L5는, 부의 굴절력을 갖는 양 오목의 부 렌즈이다.

그리고, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 8에서는, 제1 내지 제5 렌즈 L1 내지 L5는 양면이 비구면이다.

또한, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6에 반하여, 실시예 9에서는, 제2 렌즈 L2의 렌즈 형상이 다름과 함께, 제3 렌즈의 굴절력이 달라서, 부의 굴절력으로 되어 있다. 즉, 실시예 9의 경우에 대하여 설명하면 제1 렌즈 L1은 정의 굴절력을 갖는 양 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈 L2는 부의 굴절력을 갖는 양 오목의 부 렌즈이며, 제3 렌즈 L3은 물체측으로 볼록면을 향한 부의 굴절력을 갖는 부 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈 L4는 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈 L5는 부의 굴절력을 갖는 양 오목의 부 렌즈이다.

이들 실시예 1 및 실시예 3 내지 실시예 9에서는, 최물체측에 배치되는 제1 렌즈 L1의 물체측에 광학 조리개 ST가 배치되어 있다. 이에 반해, 실시예 2에서는, 광학 조리개 ST는 제1 렌즈 L1과 제2 렌즈 L2 사이에 배치되어 있다. 또한, 실시예 2에서는, 제2 렌즈 L2의 렌즈 형상이 다르다. 즉, 실시예 2의 경우에 대하여 설명하면 제1 렌즈 L1은, 정의 굴절력을 갖는 양 볼록의 정 렌즈이며, 제2 렌즈 L2는, 부의 굴절력을 갖는 양 오목의 부 렌즈이며, 제3 렌즈 L3은, 물체측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 제4 렌즈 L4는 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 정 메니스커스 렌즈이며, 그리고, 제5 렌즈 L5는 상측으로 오목면을 향한 부의 굴절력을 갖는 양 오목의 부 렌즈이다.

이들 실시예 9 및 실시예 2에 있어서도, 이들 제1 내지 제5 렌즈 L1 내지 L5는 양면이 비구면이다. 그리고, 실시예 1 내지 실시예 9에 있어서의 제1 내지 제5 렌즈 L1 내지 L5는 수지 재료제 렌즈이다.

상기 광학 조리개 ST는, 각 실시예 1 내지 9의 경우에 있어서, 개구 조리개나 메커니컬 셔터나 가변 조리개여도 된다.

그리고, 제5 렌즈 L5의 상측에는, 필터로서의 평행 평판 FT를 통해서 촬상 소자 SR의 수광면이 배치되어 있다. 평행 평판 FT는, 각종 광학 필터나 촬상 소자 SR의 커버 유리 등이다.

도 6 내지 도 14에 있어서, 각 렌즈면에 붙여져 있는 번호 ri(i=1, 2, 3,…)는, 물체측에서부터 센 경우의 i번째의 렌즈면(단, 렌즈의 접합면은 1개의 면으로 해서 세기로 함)이고, ri에 「*」표시가 붙여져 있는 면은, 비구면인 것을 나타낸다. 또한, 평행 평판 FT의 양면 및 촬상 소자 SR의 수광면도 1개의 면으로 해서 취급하고 있고, 광학 조리개 ST의 면도 1개의 면으로 해서 취급하고 있다. 이러한 취급 및 부호의 의의는, 각 실시예에 대해서도 마찬가지이다. 단, 완전히 동일한 것이라는 의미는 아니고, 예를 들어 각 실시예의 각 도면을 통해서, 가장 물체측에 배치되는 렌즈면에는, 동일 부호 (r1)가 붙여져 있지만, 후술하는 컨스트럭션 데이터에 나타낸 바와 같이, 이들 곡률 등이 각 실시예 1 내지 9를 통해서 동일하다는 의미는 아니다.

이와 같은 구성 하에서, 각 실시예 1, 3 내지 9에 있어서, 물체측으로부터 입사한 광선은, 광축 AX를 따라, 차례로 광학 조리개 ST, 제1 렌즈 L1, 제2 렌즈 L2, 제3 렌즈 L3, 제4 렌즈 L4, 제5 렌즈 L5 및 평행 평판 FT를 통과하여, 촬상 소자 SR의 수광면에 물체의 광학상을 형성한다. 또한, 실시예 2에 있어서, 물체측으로부터 입사한 광선은, 광축 AX를 따라, 차례로 제1 렌즈 L1, 광학 조리개 ST, 제2 렌즈 L2, 제3 렌즈 L3, 제4 렌즈 L4, 제5 렌즈 L5 및 평행 평판 FT를 통과하여, 촬상 소자 SR의 수광면에 물체의 광학상을 형성한다. 그리고, 각 실시예 1 내지 9에 있어서, 촬상 소자 SR에서는, 광학상이 전기적인 신호로 변환된다. 이 전기 신호는, 필요에 따라서 소정의 디지털 화상 처리 등이 실시되고, 디지털 영상 신호로서 예를 들어 디지털 카메라 등의 디지털 기기의 메모리에 기록되거나, 인터페이스를 통해서 유선 혹은 무선의 통신에 따라 다른 디지털 기기로 전송되거나 한다.

각 실시예 1 내지 9의 촬상 광학계(1A 내지 1I)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터는, 다음과 같다.

우선, 실시예 1의 촬상 광학계(1A)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 1

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.76(㎜)

F 넘버(Fno) 2.4

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.39(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.39(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.18(㎜)

H1 -1.73(㎜)

H2 -3.36(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.784

제2 렌즈 L2 -5.156

제3 렌즈 L3 52.424

제4 렌즈 L4 2.341

제5 렌즈 L5 -1.858

이어서, 실시예 2의 촬상 광학계(1B)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 2

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제1면

제2면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.75(㎜)

F 넘버(Fno) 2.38

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.37(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.35(㎜)

ENTP 0.49(㎜)

EXTP -1.97(㎜)

H1 -1.77(㎜)

H2 -3.38(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.563

제2 렌즈 L2 -4.203

제3 렌즈 L3 25.449

제4 렌즈 L4 2.161

제5 렌즈 L5 -1.646

이어서, 실시예 3의 촬상 광학계(1C)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 3

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.75(㎜)

F 넘버(Fno) 2.4

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.40(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.41(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.17(㎜)

H1 -1.71(㎜)

H2 -3.35(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.754

제2 렌즈 L2 -4.856

제3 렌즈 L3 75.230

제4 렌즈 L4 2.472

제5 렌즈 L5 -1.995

이어서, 실시예 4의 촬상 광학계(1D)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 4

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.74(㎜)

F 넘버(Fno) 2.39

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.40(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.40(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.23(㎜)

H1 -1.58(㎜)

H2 -3.34(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.545

제2 렌즈 L2 -3.999

제3 렌즈 L3 32.107

제4 렌즈 L4 2.084

제5 렌즈 L5 -1.697

이어서, 실시예 5의 촬상 광학계(1E)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 5

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.7(㎜)

F 넘버(Fno) 2.4

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.40(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.32(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.11(㎜)

H1 -1.77(㎜)

H2 -3.3(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.556

제2 렌즈 L2 -4.520

제3 렌즈 L3 46.443

제4 렌즈 L4 2.126

제5 렌즈 L5 -1.665

이어서, 실시예 6의 촬상 광학계(1F)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 6

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.57(㎜)

F 넘버(Fno) 2.41

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.39(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.32(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.11(㎜)

H1 -1.54(㎜)

H2 -3.18(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.422

제2 렌즈 L2 -3.958

제3 렌즈 L3 451.711

제4 렌즈 L4 1.987

제5 렌즈 L5 -1.631

이어서, 실시예 7의 촬상 광학계(1G)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 7

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.56(㎜)

F 넘버(Fno) 2.4

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.35(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.33(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.12(㎜)

H1 -1.56(㎜)

H2 -3.21(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.655

제2 렌즈 L2 -4.074

제3 렌즈 L3 10.366

제4 렌즈 L4 1.738

제5 렌즈 L5 -1.286

이어서, 실시예 8의 촬상 광학계(1H)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 8

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 4.04(㎜)

F 넘버(Fno) 2.4

촬상면 대각선 길이(2Y) 6.496(㎜)

백 포커스(Bf) 0.5(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.89(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.4(㎜)

H1 -1.59(㎜)

H2 -3.54(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 3.114

제2 렌즈 L2 -4.796

제3 렌즈 L3 12.205

제4 렌즈 L4 1.879

제5 렌즈 L5 -1.439

이어서, 실시예 9의 촬상 광학계(1I)에 있어서의, 각 렌즈의 컨스트럭션 데이터를 이하에 나타낸다.

수치 실시예 9

단위 ㎜

면 데이터

비구면 데이터

제2면

제3면

제4면

제5면

제6면

제7면

제8면

제9면

제10면

제11면

각종 데이터

초점 거리(f) 3.71(㎜)

F 넘버(Fno) 2.4

촬상면 대각선 길이(2Y) 5.71(㎜)

백 포커스(Bf) 0.39(㎜)

렌즈 전체 길이(TL) 4.30(㎜)

ENTP 0(㎜)

EXTP -2.1(㎜)

H1 -1.8(㎜)

H2 -3.31(㎜)

각 렌즈의 초점 거리(㎜)

제1 렌즈 L1 2.516

제2 렌즈 L2 -4.764

제3 렌즈 L3 -166.815

제4 렌즈 L4 2.102

제5 렌즈 L5 -1.671

여기서, 상기 각종 데이터의 렌즈 전체 길이(TL)는, 물체 거리 무한 시에서의 렌즈 전체 길이(제1 렌즈 물체측면으로부터 촬상면까지의 거리)이다. ENTP는 입사동으로부터 제1면(조리개)까지의 거리이며, 여기에서는, 입사동=조리개이므로, 0으로 된다. EXTP는 상면으로부터 사출동까지의 거리이고, H1은 제1면(조리개)으로부터 물체측 주점까지의 거리이고, H2는 최종면(커버 유리상면측)으로부터 상측 주점까지의 거리이다.

상기 면 데이터에 있어서, 면 번호는, 도 6 내지 도 14에 도시한 각 렌즈면에 붙인 부호 ri(i=1, 2, 3,…)의 번호 i가 대응한다. 번호 i에 *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 ㎜), "d"는 무한원 합초 상태(무한 거리에서의 합초 상태)에서의 광축 상의 각 렌즈면의 간격(축 상면 간격), "nd"는 각 렌즈의 d선(파장 587.56㎚)에 대한 굴절률, "νd"는 아베수, "ER"은 유효 반경(㎜)을 각각 나타내고 있다. 또한, 광학 조리개 ST, 평행 평면판 FT의 양면, 촬상 소자 SR의 수광면의 각 면은, 평면이므로, 그들 곡률 반경은 ∞(무한대)이다.

상기 비구면 데이터는, 비구면으로 되어 있는 면(면 데이터에 있어서 번호 i에 *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.

각 실시예에 있어서, 비구면의 형상은, 면 정점을 원점으로 해서 광축 방향에 X축을 취하고, 광축과 수직 방향의 높이를 h로 한 경우에, 다음 식에 의해 정의하고 있다.

단, Ai는 i차의 비구면 계수이고, R은 기준 곡률 반경이고, 그리고 K는 원추 상수이다.

또한, 청구항, 실시 형태 및 각 실시예에 기재된 근축 곡률 반경(r)에 대해서, 실제의 렌즈 측정의 장면에 있어서, 렌즈 중앙 근방(보다 구체적으로는, 렌즈 외경에 대하여 10% 이내의 중앙 영역)에서의 형상 측정값을 최소 제곱법으로 피팅했을 때의 근사 곡률 반경을 근축 곡률 반경이라고 간주할 수 있다. 또한, 예를 들어 2차의 비구면 계수를 사용한 경우에는, 비구면 정의식의 기준 곡률 반경에 2차의 비구면 계수도 감안한 곡률 반경을 근축 곡률 반경이라고 간주할 수 있다(예를 들어 참고 문헌으로서, 마쯔이 요시야 저술 「렌즈 설계법」(교우리쯔슛반 가부시끼가이샤)의 P41 내지 P42를 참조).

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, 구성 하에서의, 각 실시예 1 내지 9의 촬상 광학계(1A 내지 1I)에 있어서의 각 수차를 도 15 내지 도 32의 각각에 나타낸다.

도 15, 도 17, 도 19, 도 21, 도 23, 도 25, 도 27, 도 29 및 도 31에는 거리 무한원에서의 수차도가 나타나 있고, 각 도면의 (A), (B) 및 (C)는 각각 이 순서로, 구면 수차(정현 조건)(LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION), 비점 수차(ASTIGMATISM FIELD CURVER) 및 왜곡 수차(DISTORTION)를 나타낸다. 구면 수차의 횡축은, 초점 위치의 어긋남을 ㎜ 단위로 나타내고 있고, 그 종축은 최대 입사 높이로 규격화한 값으로 나타내고 있다. 비점 수차의 횡축은 초점 위치의 어긋남을 ㎜ 단위로 나타내고 있고, 그 종축은 상 높이를 ㎜ 단위로 나타내고 있다. 왜곡 수차의 횡축은 실제의 상 높이를 이상 상 높이에 대한 비율(%)로 나타내고 있고, 종축은 그 상 높이를 ㎜ 단위로 나타내고 있다. 또한, 구면 수차의 도면 중, 실선은 d선(파장 587.56㎚), 파선은 g선(파장 435.84㎚)에 있어서의 결과를 각각 나타내고 있다. 그리고, 비점 수차의 도면 중, 파선은 탄젠셜(메리디오널면)(M), 실선은 시상(방사상)면(S)에 있어서의 결과를 각각 나타내고 있다. 비점 수차 및 왜곡 수차의 도면은 상기 d선(파장 587.56㎚)을 사용한 경우의 결과이다.

도 16, 도 18, 도 20, 도 22, 도 24, 도 26, 도 28, 도 30 및 도 32에는, 가로 수차도(메리디오널 코마 수차)가 나타나 있고, 각 도면의 (A) 및 (B)는, 각각, 최대 상 높이 Y의 경우 및 5할 상 높이 Y의 경우를 나타낸다. 그 횡축은 입사동 위치를 ㎜ 단위로 나타내고 있고, 그 종축은 가로 수차이다. 가로 수차의 도면 중, 실선은 d선, 파선은 g선에 있어서의 결과를 각각 나타내고 있다.

상기에 열거한 각 실시예 1 내지 9의 촬상 광학계(1A 내지 1I)에, 상술한 조건식 (1) 내지 (10)을 적용시킨 경우의 수치를, 각각, 표 1에 나타낸다. 표 1에는 전체 길이(L/Y)도 아울러 나타나고 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 9에 있어서의 촬상 광학계(1A 내지 1I)는, 5매의 렌즈 구성이며, 상술한 각 조건을 만족하고 있는 결과, 종래의 광학계로부터, 보다 소형화를 도모하면서, 모든 수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다. 그리고, 상기 실시예 1 내지 9에 있어서의 촬상 광학계(1A 내지 1I)는, 촬상 장치(21) 및 디지털 기기(3)에 탑재하는 데 있어서, 특히 휴대 단말기(5)에 탑재하는 데 있어서 소형화가 충분히 달성되고, 또한, 고화소의 촬상 소자(18)를 채용할 수 있다.

예를 들어, 8M 픽셀이나 10M 픽셀이나 16M 픽셀 등의 약 8M 내지 16M 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 1I)는, 이 화소 피치에 따른 해상도가 필요해지고, 그 필요한 해상도로 예를 들어 MTF로 촬상 광학계(1)를 평가한 경우에 예를 들어 사양 등에 의해 규정된 소정의 범위 내에 모든 수차를 억제할 필요가 있지만, 상기 실시예 1 내지 9에 있어서의 촬상 광학계(1A 내지 1I)는, 각 수차도에 나타내는 바와 같이, 소정의 범위 내에서 모든 수차가 억제되고 있다. 따라서, 상기 실시예 1 내지 9에 있어서의 촬상 광학계(1A 내지 1I)는, 양호하게 모든 수차를 보정하고 있으므로, 예를 들어 8M 내지 16M 픽셀의 클래스의 촬상 소자(18)에 적절하게 사용된다.

본 명세서는 상기와 같이 여러가지 형태의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.

일 형태에 관한 촬상 광학계는, 물체측으로부터 상측으로 차례로, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와, 부의 굴절력을 갖고 상측으로 오목면을 향한 제2 렌즈와, 정 또는 부의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와, 정의 굴절력을 갖고 상측으로 볼록면을 향한 제4 렌즈와, 부의 굴절력을 갖는 제5 렌즈로 이루어지고, 상기 (1) 내지 (3)의 각 조건식을 만족한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계에서는, 렌즈 구성은, 물체측으로부터 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하는 정 렌즈군과, 부의 제5 렌즈를 배치하는, 소위 텔레포토 타입이다. 이로 인해, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 촬상 광학계 전체 길이의 소형화에 유리하다. 그리고, 5매 구성 중 2매 이상을 부 렌즈로 함으로써, 발산 작용을 갖는 면을 많게 할 수 있기 때문에, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 펫츠발 합의 보정이 용이해져서, 화면 주변부까지 양호한 결상 성능을 확보할 수 있다.

또한, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 제4 렌즈를 상측으로 볼록면을 향한 정의 굴절력을 갖는 렌즈로 함으로써, 제2 렌즈에서 강하게 튀겨진 축외 광선을, 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 양호하게 억제할 수 있다.

그리고, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (1)의 값이 하한값을 상회함으로써, 색수차가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다. 한편으로, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (1)의 값이 상한값을 하회함으로써, 광학 전체 길이를 단축할 수 있다. 또한, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (2)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제3 렌즈를 사출한 축 상과 축외의 광선을 효과적으로 분리할 수 있어, 제4 렌즈로 축외의 수차를 양호하게 보정할 수 있다. 한편으로, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (2)의 값이 상한값을 하회함으로써, 광학 전체 길이를 단축할 수 있다. 또한, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (3)의 값이 하한값을 상회함으로써 제4 렌즈의 파워가 필요 이상으로 지나치게 커지지 않고, 제4 렌즈에서 발생하는 코마 수차를 작게 억제할 수 있다. 한편으로, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (3)의 값이 상한값을 하회함으로써, 광학 전체 길이를 단축할 수 있다.

따라서, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 5매 구성이며, 초소형이면서도 모든 수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제4 렌즈는, 상기 (4)의 조건식을 만족한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (4)의 값이 상한값을 하회함으로써 구면 수차를 보정할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (4)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제2 렌즈에서 강하게 튀겨진 축외 광선을 각 면에서의 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈로 유도할 수 있어, 축외의 수차를 보다 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제1 렌즈의 초점 거리는, 상기 (5)의 조건식을 만족한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (5)의 값이 상한값을 하회함으로써, 제1 렌즈의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 제1 렌즈로부터 제4 렌즈의 합성 주점을 보다 물체측에 배치할 수 있기 때문에, 촬상 광학계 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (5)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제1 렌즈의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아, 제1 렌즈에서 발생하는 고차의 구면 수차나 코마 수차를 작게 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제3 렌즈는, 상기 (6) 및 (7)의 각 조건식을 만족한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (6)의 값이 상기 조건을 만족함으로써, 촬상 광학계 전체 길이의 단축화를 도모할 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (7)의 값이 하한값을 상회함으로써, 색수차의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (7)의 값이 상한값을 하회함으로써, 특수한 재료를 사용하는 것에 의한 비용 상승을 방지할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제3 렌즈는, 상기 (8) 및 (9)의 각 조건식을 만족한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 이들 상기 조건식 (8)의 값 및 상기 조건식 (9)의 값이 각 상기 조건을 만족함으로써, 특수한 재료를 사용하는 것에 의한 비용 상승을 방지할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제3 렌즈는, 근축에서는 정의 굴절력을 갖는다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계에서는, 렌즈 배치가, 제1 렌즈로부터 차례로 정부정의 트리플렛의 구성을 취하게 되므로, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 모든 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제3 렌즈는, 물체측에 있어서, 근축에서 볼록면을 향한 면을 갖는다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 제1 렌즈 내지 제3 렌즈의 합성 주점 위치를 물체측에 가깝게 할 수 있어, 전체 길이 단축에 유리해져서 바람직하다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제5 렌즈의 초점 거리는, 상기 (10)의 조건식을 만족한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 상기 조건식 (10)의 값이 상한값을 하회함으로써, 제5 렌즈의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아, 텔레센트릭성이 나빠지는 것을 방지할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는 상기 조건식 (10)의 값이 하한값을 상회함으로써, 제5 렌즈의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있어, 광학 전체 길이의 단축과 렌즈 백의 확보를 양립할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제5 렌즈는, 물체측에 있어서, 근축에서 오목면을 향한 면을 갖는다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 제2 렌즈에서 강하게 튀겨진 축외 광선을 굴절각을 작게 억제하면서 제5 렌즈에 입사시킬 수 있어, 축외의 수차를 보다 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 가장 물체측에 배치되는 개구 조리개를 더 구비한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 개구 조리개를 제1 렌즈의 물체측에 배치함으로써, 양호한 텔레센트릭 특성을 실현할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 배치되고, 적어도 대각의 광선의 일부를 차광하는 차광판을 더 구비한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에서, 차광판을 사용해서 적어도 촬상 소자의 대각 위에 결상하는 광선의 일부를 차광함으로써, 미광을 방지할 수 있음과 함께, 어퍼레이(상 광선)를 차광할 수 있어 코마 수차를 개선할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제4 렌즈는, 물체측면 및 상측면 중 적어도 한쪽 면에 비구면을 갖고, 상기 제4 렌즈의 두께는, 광축으로부터 유효 영역 단부를 향하여 멀어짐에 따라서 얇아진 후에 두꺼워지도록 변화한다.

이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 제4 렌즈의 근축에서는 정의 굴절력을 갖고, 제4 렌즈의 축외에서는 부의 굴절력을 갖게 할 수 있으며, 전체 길이 단축과 상면 만곡의 보정을 양립할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 촬상 광학계에 있어서, 상기 제1 내지 제5 렌즈 모두는, 수지 재료제 렌즈이다.

최근에는, 고체 촬상 장치는, 그 전체가 한층 더한 소형화가 요청되고 있고, 동일한 화소수의 고체 촬상 소자라도 그 화소 피치가 작고, 그 결과, 촬상면 크기가 작아지고 있다. 이러한 촬상면 크기가 작은 고체 촬상 소자에 적합한 촬상 광학계는, 그 전체 계의 초점 거리를 비교적 짧게 할 필요가 있기 때문에, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 상당히 작아져 버린다. 따라서, 이와 같은 구성의 촬상 광학계는, 사출 성형에 의해 제조되는 수지 재료제 렌즈로 모든 렌즈를 구성함으로써, 품이 드는 연마 가공에 의해 제조되는 유리 렌즈와 비교하면, 곡률 반경이나 외경이 작은 렌즈라도 저렴하게 대량으로 생산하는 것이 가능해진다. 또한, 수지 재료제 렌즈는, 프레스 온도를 낮게 할 수 있으므로, 성형 금형의 손모를 억제할 수 있고, 그 결과, 성형 금형의 교환 횟수나 유지 보수 횟수가 감소하여, 비용 저감을 도모할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에 관한 촬상 장치는, 이들 상술한 어느 하나의 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, 양호하게 모든 수차를 보정할 수 있는 5매의 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 하나의 촬영을 행하게 하는 제어부를 구비하고, 상기 촬상 장치의 촬상 광학계가, 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 상기 피사체의 광학상을 형성 가능하게 조립되어 있다. 그리고, 바람직하게는 디지털 기기는, 휴대 단말기로 이루어진다.

이 구성에 의하면, 소형이면서, 양호하게 모든 수차를 보정할 수 있는 5매의 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 6월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-140638을 기초로 하는 것이며, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해서, 상술에 있어서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통해서 본 발명을 적절하고 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있을 것으로 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨이 아닌 한, 그 변경 형태 또는 그 개량 형태는, 그 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

본 발명에 따르면, 촬상 광학계, 이 촬영 광학계를 구비하는 촬상 장치 및 이 촬상 장치를 탑재한 디지털 기기를 제공할 수 있다.

Claims

물체측으로부터 상측으로 차례로,
정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와,
부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와,
정 또는 부의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와,
정의 굴절력을 갖고 상측으로 볼록면을 향한 제4 렌즈와,
부의 굴절력을 갖는 제5 렌즈를 포함하고,
하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

L/2Y＜0.8
단,
f : 전체 계의 초점 거리
f3 : 상기 제3 렌즈의 초점 거리
f4 : 상기 제4 렌즈의 초점 거리
Nd3 : 상기 제3 렌즈의 d선의 굴절률
L : 상기 촬상 광학계 전체 중에서 가장 물체측의 렌즈에 있어서의 렌즈면으로부터, 상측 초점까지의 광축 상에서의 거리
2Y : 촬상면 대각선 길이
제1항에 있어서,
하기 (11A)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
L/2Y＜0.78 … (11A)
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제4 렌즈는 하기 (4)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

단,
R41 : 상기 제4 렌즈에 있어서의 물체측면의 곡률 반경
R42 : 상기 제4 렌즈에 있어서의 상측면의 곡률 반경
제3항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 초점 거리는 하기 (5)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

단,
f1 : 상기 제1 렌즈의 초점 거리
제4항에 있어서,
상기 제3 렌즈는 근축에서는 정의 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제3 렌즈는, 물체측에 있어서, 근축에서 볼록면을 향한 면을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제5 렌즈의 초점 거리는 하기 (10)의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

단,
f5 : 상기 제5 렌즈의 초점 거리
제3항에 있어서,
상기 제5 렌즈는, 물체측에 있어서, 근축에서 오목면을 향한 면을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
가장 물체측에 배치되는 개구 조리개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이에 배치되고, 적어도 대각의 광선의 일부를 차광하는 차광판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제4 렌즈는, 물체측면 및 상측면 중 적어도 한쪽 면에 비구면을 갖고, 상기 제4 렌즈의 두께는, 광축으로부터 유효 영역 단부를 향하여 멀어짐에 따라서 얇아진 후에 두꺼워지도록 변화하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제2 렌즈는 상측으로 오목면을 향하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제3항에 있어서,
하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

단,
f123 : 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈의 합성 초점 거리
제3항에 있어서,
하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

단,
d6 : 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈의 광축 상의 간격
제3항에 있어서,
상기 제1 내지 상기 제5 렌즈 모두는 수지 재료제 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 또는 제2항에 기재된 촬상 광학계와,
광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하고,
상기 촬상 광학계가 상기 촬상 소자의 수광면 상에 물체의 광학상을 형성 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제16항에 기재된 촬상 장치와,
상기 촬상 장치에 피사체의 정지 화상 촬영 및 동화상 촬영 중 적어도 하나의 촬영을 행하게 하는 제어부를 구비하고,
상기 촬상 장치의 촬상 광학계가, 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 상기 피사체의 광학상을 형성 가능하게 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 디지털 기기.
제17항에 있어서,
휴대 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 기기.
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