WO2009101721A1 - 結像光学系 - Google Patents

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WO2009101721A1
WO2009101721A1 PCT/JP2008/065433 JP2008065433W WO2009101721A1 WO 2009101721 A1 WO2009101721 A1 WO 2009101721A1 JP 2008065433 W JP2008065433 W JP 2008065433W WO 2009101721 A1 WO2009101721 A1 WO 2009101721A1
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WO
WIPO (PCT)
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lens
optical system
imaging optical
object side
image
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/065433
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norihisa Sakagami
Original Assignee
Nalux Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nalux Co., Ltd. filed Critical Nalux Co., Ltd.
Priority to CN2008800255022A priority Critical patent/CN101755230B/zh
Priority to JP2008549298A priority patent/JP4317933B1/ja
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Priority to US12/650,906 priority patent/US7944627B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/004—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having four lenses

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system used for a solid-state imaging device such as a digital camera, a mobile phone with an imaging function, and a scanner.
  • An imaging optical system used for a solid-state imaging device such as a digital camera, a mobile phone with an imaging function, or a scanner is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 An imaging optical system used for a solid-state imaging device such as a digital camera, a mobile phone with an imaging function, or a scanner.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 An imaging optical system used for a solid-state imaging device such as a digital camera, a mobile phone with an imaging function, or a scanner.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 In order to reduce the size of the imaging optical system, there are a method of reducing the distance from the lens to the image plane and a method of widening the angle.
  • the incident angle of the solid-state imaging device to the image plane increases, and problems such as chromatic aberration, astigmatism, field curvature, and distortion increase.
  • the imaging optical system includes a first lens that is a biconvex lens, a second lens that is a biconcave lens, and a positive meniscus lens that is convex on the image side from the object side to the image plane side. 3 lenses and a fourth lens which is a negative meniscus lens convex on the object side.
  • the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the imaging optical system according to the first aspect of the present invention provides: 0.425 ⁇ f 1 / f 4 ⁇ 0.7 (1) 25 ⁇ v d2 ⁇ 28 (2) 50 ⁇ v d1 , v d3 , v d4 ⁇ 57 (3) 0.595 ⁇ f 2 / f 4 ⁇ 1.05 (4) 1.5 ⁇ f / f 1 ⁇ 2.2 (5) f 1 ⁇ f 3 (6) 1.05 ⁇ TTL / f ⁇ 1.18 (7) Meet.
  • the imaging optical system it is advantageous to reduce spherical aberration of the imaging optical system by combining four pieces of positive power, negative power, positive power, and negative power. So the resolution is improved. Further, by combining a third lens that is a positive meniscus lens convex on the image side and a fourth lens that is a negative meniscus lens convex on the object side, the field curvature can be reduced. In addition, since the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens, it is possible to reduce the size of the optical system.
  • the incident angle to the image plane of the solid-state imaging device is small, and the chromatic aberration, astigmatism, field curvature, and distortion are reduced.
  • the imaging optical system can be realized.
  • the imaging optical system according to the second aspect of the present invention is a first lens that is a biconvex lens, a second lens that is a biconcave lens, and a positive meniscus lens that is convex on the image side from the object side to the image plane side. 3 lenses and a fourth lens which is a negative meniscus lens convex on the object side.
  • the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens.
  • the imaging optical system according to the second aspect of the present invention is 0.425 ⁇ f 1 / f 4 ⁇ 0.7 (1) 1.5 ⁇ f / f 1 ⁇ 2.2 (5) f 1 ⁇ f 3 (6) 1.05 ⁇ TTL / f ⁇ 1.18 (7) 15 ⁇ f DOE / f ⁇ 100 (8) Meet.
  • the imaging optical system it is advantageous to reduce spherical aberration of the imaging optical system by combining four pieces of positive power, negative power, positive power, and negative power. So the resolution is improved. Further, by combining a third lens that is a positive meniscus lens convex on the image side and a fourth lens that is a negative meniscus lens convex on the object side, the field curvature can be reduced. In addition, since the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens, it is possible to reduce the size of the optical system.
  • the incident angle to the image plane of the solid-state imaging device is small, and chromatic aberration, astigmatism, field curvature and distortion are reduced.
  • a small imaging optical system can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating aberrations of the imaging optical system according to Example 1.
  • 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging optical system according to Example 2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating aberrations of the imaging optical system according to Example 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging optical system according to Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging optical system according to Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to Example 7.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating aberrations of the imaging optical system according to Example 7.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an imaging optical system according to an embodiment of the present invention.
  • the imaging optical system according to the present embodiment includes a first lens 1, a second lens 2, a third lens 3, and a fourth lens 4 from the object side to the image side.
  • the stop is located on the object side of the image side surface of the first lens and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens.
  • the light that has passed through the first lens 1, the second lens 2, the third lens 3, and the fourth lens 4 passes through the glass plate 5 and reaches the image plane 6.
  • An imaging optical system includes a first lens that is a biconvex lens, a second lens that is a biconcave lens, and a positive meniscus lens that is convex on the image side from the object side to the image plane side. And a fourth lens which is a negative meniscus lens convex on the object side.
  • the shape of the lens can be determined with a smaller sag amount than when a pair of meniscus lenses is used. Can be reduced. Further, by combining a third lens that is a positive meniscus lens convex on the image side and a fourth lens that is a negative meniscus lens convex on the object side, field curvature can be reduced.
  • the absolute value f i of the focal length of the i-th lens (i is an integer from 1 to 4), the absolute value of the focal length of the entire optical system is f.
  • the imaging optical system according to the embodiment of the present invention is: 0.425 ⁇ f 1 / f 4 ⁇ 0.7 (1) Configured to meet. If the value of f 1 / f 4 is reduced, the incident angle to the pixel element on the image plane can be reduced while maintaining the overall length and back focus of the imaging optical system. An imaging optical system in which the value of f 1 / f 4 is 0.425 or less is not preferable because the coma aberration of the imaging optical system becomes large. An imaging optical system having a value of f 1 / f 4 of 0.7 or more is not preferable because the incident angle of light to the pixel element on the image plane becomes large.
  • the imaging optical system according to the embodiment of the present invention is: 1.5 ⁇ f / f 1 ⁇ 2.2 (5) Configured to meet.
  • An imaging optical system having a value of f / f 1 of 1.5 or less is difficult to downsize.
  • An imaging optical system having an f / f 1 value of 2.2 or more has a small processing tolerance of the first lens and is difficult to manufacture.
  • An imaging optical system is: f 1 ⁇ f 3 (6) Configured to meet. Since the principal point is located on the object side when the first lens has the maximum positive power, the imaging optical system can be easily miniaturized.
  • the imaging optical system by 1.05 ⁇ TTL / f ⁇ 1.18 (7) Configured to meet.
  • An imaging optical system having a TTL / f value of 1.05 or less is not preferable because the incident angle of light to the pixel element on the image plane becomes large.
  • An imaging optical system having a TTL / f value of 1.18 or more is difficult to downsize.
  • An imaging optical system where the Abbe number of the Abbe number i-th lens is v di , 25 ⁇ v d2 ⁇ 28 (2) 50 ⁇ v d1 , v d3 , v d4 ⁇ 57 (3) Configured to meet. Since the stop is disposed closer to the object side than the image side surface of the first lens having positive power, the use of a high refractive index and high dispersion lens for the second lens having negative power effectively reduces chromatic aberration. be able to.
  • the imaging optical system according to the embodiment of the present invention is: 0.595 ⁇ f 2 / f 4 ⁇ 1.05 (4) Configured to meet.
  • correction of chromatic aberration is excessive.
  • An imaging optical system having a value of f 2 / f 4 of 1.05 or more has insufficient correction of chromatic aberration, and high resolution cannot be achieved.
  • achromating may be performed using a diffraction grating.
  • the focal length of the diffraction grating as f DOE
  • the imaging optical system according to the embodiment of the present invention is 15 ⁇ f DOE / f ⁇ 100 (8) Configured to meet.
  • f DOE 1 / (2C2)
  • the optical path difference function is a first-order diffraction order with respect to a normalized wavelength of 587.56 nm.
  • h represents a distance from the optical axis
  • C2 and C4 represent constants.
  • An imaging optical system having a DOE value of 15 or less is not sufficiently achromatic and cannot sufficiently improve the resolution.
  • An image forming optical system having a DOE value of 100 or more is excessively achromatic.
  • the grating period of the diffraction grating is shortened, making manufacturing difficult.
  • Table 1 and Table 2 of the imaging optical system according to Example is a table showing the specifications of the imaging optical system of Example 1 to 7.
  • the unit of the numerical value representing the focal length in Table 1 is millimeter. Other numbers are unnamed numbers.
  • the unit of numerical values for CRA in Table 2 is degrees.
  • the unit of other numerical values is millimeter.
  • n di represents the refractive index of the i-th lens with respect to light having a wavelength of 587.6 nanometers.
  • Fno. Represents an F number representing the brightness of the entire optical system.
  • EFL represents the effective focal length of the entire optical system.
  • CRA represents the maximum incident angle of the chief ray to the pixel element on the image plane. The incident angle is maximum at the periphery of the image.
  • BF represents back focus.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to the first embodiment.
  • the imaging optical system according to Embodiment 1 includes a first lens 1, a second lens 2, a third lens 3, and a fourth lens 4 from the object side to the image side.
  • the stop 11 is located on the object side of the image side surface of the first lens 1 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 1.
  • the light that has passed through the first lens 1, the second lens 2, the third lens 3, and the fourth lens 4 passes through the glass plate 5 and reaches the image plane 6.
  • FIG. 2 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. 2A is a diagram showing axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.2 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.2 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • FIG. 2B is a diagram showing astigmatism and field curvature.
  • the horizontal axis of FIG.2 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.2 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 2C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.2 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.2 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 3 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 1.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm is used as a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 4 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system according to the second embodiment.
  • the imaging optical system according to Example 2 includes a first lens 201, a second lens 202, a third lens 203, and a fourth lens 204 from the object side to the image side.
  • the stop 2011 is located on the object side of the image side surface of the first lens 201 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 201.
  • the light that has passed through the first lens 201, the second lens 202, the third lens 203, and the fourth lens 204 passes through the glass plate 205 and reaches the image plane 206.
  • FIG. 4 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 2.
  • FIG. 4A is a diagram showing axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.4 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • the vertical axis in FIG. 4A indicates the passing position in the aperture of the light beam. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and 1 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the end of the stop.
  • FIG. 4B is a diagram showing astigmatism and field curvature.
  • the horizontal axis of FIG.4 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.4 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 4C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.4 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.4 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 5 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 2.
  • the distance between the surfaces of the diaphragms is the position of the second surface when the position of the diaphragm is a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 6 is a table showing coefficients and constants of equations representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system according to the third embodiment.
  • the imaging optical system according to Example 3 includes a first lens 301, a second lens 302, a third lens 303, and a fourth lens 304 from the object side to the image side.
  • the stop 3011 is located on the object side of the image side surface of the first lens 301 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 301.
  • the light that has passed through the first lens 301, the second lens 302, the third lens 303, and the fourth lens 304 passes through the glass plate 305 and reaches the image plane 306.
  • FIG. 6 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 3.
  • FIG. 6A is a diagram showing axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.6 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.6 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • FIG. 6B is a diagram showing astigmatism and field curvature.
  • the horizontal axis of FIG.6 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.6 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 6C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.6 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.6 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 7 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 3.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm is used as a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 8 is a table showing the coefficients and constants of the expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system according to the fourth embodiment.
  • the imaging optical system according to Example 4 includes a first lens 401, a second lens 402, a third lens 403, and a fourth lens 404 from the object side to the image side.
  • the stop 4011 is located on the object side of the image side surface of the first lens 401 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 401.
  • the light that has passed through the first lens 401, the second lens 402, the third lens 403, and the fourth lens 404 passes through the glass plate 405 and reaches the image plane 406.
  • FIG. 8 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 4.
  • FIG. 8A is a diagram showing axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.8 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.8 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • FIG. 8B is a diagram showing astigmatism and field curvature.
  • the horizontal axis of FIG.8 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.8 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 8C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.8 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.8 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 9 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 4.
  • the diaphragm surface interval is the position of the second surface when the position of the diaphragm is used as a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 10 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system according to the fifth embodiment.
  • the imaging optical system according to Example 5 includes a first lens 501, a second lens 502, a third lens 503, and a fourth lens 504 from the object side to the image side.
  • the stop 5011 is located on the object side of the image side surface of the first lens 501 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 501.
  • the light that has passed through the first lens 501, the second lens 502, the third lens 503, and the fourth lens 504 passes through the glass plate 505 and reaches the image plane 506.
  • FIG. 10 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 5.
  • FIG. 10A is a diagram showing axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.10 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.10 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • FIG. 10B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.10 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.10 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG.10 (c) is a figure which shows a distortion aberration.
  • the horizontal axis of FIG.10 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.10 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 11 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 5.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm is used as a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 12 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system according to the sixth embodiment.
  • the imaging optical system according to Example 6 includes a first lens 601, a second lens 602, a third lens 603, and a fourth lens 604 from the object side to the image side.
  • the diaphragm 6011 is located on the object side of the image side surface of the first lens 601 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 601.
  • the light that has passed through the first lens 601, the second lens 602, the third lens 603, and the fourth lens 604 passes through the glass plate 605 and reaches the image plane 606.
  • FIG. 12 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 6.
  • FIG. 12A is a diagram showing axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.12 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.12 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • FIG. 12B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.12 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.12 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 12C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.12 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.12 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 13 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 6.
  • the surface distance of the diaphragm is the position of the second surface when the position of the diaphragm is used as a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 14 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system according to the seventh embodiment.
  • the imaging optical system according to the seventh embodiment includes a first lens 701, a second lens 702, a third lens 703, and a fourth lens 704 from the object side to the image side.
  • the stop 7011 is on the object side of the image side surface of the first lens 701 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 701.
  • the light that has passed through the first lens 701, the second lens 702, the third lens 703, and the fourth lens 704 passes through the glass plate 705 and reaches the image plane 706.
  • FIG. 14 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 7.
  • FIG. 14A shows axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis of Fig.14 (a) shows the focus position (a unit is a millimeter) of an optical axis direction.
  • shaft of Fig.14 (a) shows the passage position in the aperture_diaphragm
  • FIG. 14B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • the horizontal axis of FIG.14 (b) shows the focus position of an optical axis direction (a unit is a millimeter).
  • shaft of FIG.14 (b) shows image height (a unit is a millimeter).
  • the dotted line represents the position of the meridian image plane, and the solid line represents the position of the spherical image plane.
  • FIG. 14C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.14 (c) shows a distortion aberration (distortion).
  • shaft of FIG.14 (c) shows image height (a unit is a millimeter).
  • Table 15 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 7.
  • the distance between the diaphragm surfaces is the position of the second surface when the position of the diaphragm is used as a reference and the image side is positive.
  • the surface interval of the second surface is the interval between the second surface and the third surface (the image side surface of the second lens).
  • Table 16 is a table showing coefficients and constants of expressions representing the aspherical shapes of the second surface to the ninth surface.
  • the aspherical shape is a quadratic curve represented by the following formula: That is, an optical axis symmetric rotation surface rotated about the z axis.
  • k is a constant that determines the shape of the quadratic curve
  • c is the central curvature.
  • A is a correction coefficient.
  • the first lens 701 includes a diffraction grating on the image side surface.
  • the optical path difference function is a first-order diffraction order with respect to a normalized wavelength of 587.56 nm.
  • h represents a distance from the optical axis
  • C2 and C4 represent constants.
  • Table 17 is a table showing constants of the optical path difference function.
  • a diaphragm of the imaging optical system according to the embodiment of the present invention is located on the object side from the image side surface of the first lens and on the image side from the vertex of the object side surface of the first lens.
  • the dimensions of the entire imaging optical system (the object side surface of the first lens and The distance from the surface on the object side to the image plane) of the diaphragm surface can be reduced.
  • n di is a refractive index of the i-th lens with respect to light having a wavelength of 587.6 nanometers.
  • the refractive power of the lens can be increased and the spread of the central ray of the light beam can be increased.
  • the incident angle of the central ray at the periphery of the image plane can be reduced.
  • the lower limit value and the upper limit value of the formula (9) are the refractive index range of the full olefin polyester among the plastics used for the lens. This material is preferable as a lens material of the imaging optical system according to the present invention because it has a high refractive index, low water absorption, and is easy to be thinly molded.
  • n di is a refractive index of the i-th lens with respect to light having a wavelength of 587.6 nanometers.
  • n d1 ⁇ 1.515 (10)
  • n d3 ⁇ 1.515 (11)
  • n d4 ⁇ 1.515 (12)
  • the refractive indexes of the first, third, and fourth lenses be smaller than the refractive index of the second lens.
  • Fno. Is an F number representing the brightness of the entire optical system. 2.75 ⁇ Fno. ⁇ 3.0 (13) To further satisfy.
  • An imaging optical system having an Fno. Of 2.75 or less has a small tolerance for lens processing and a tolerance for assembly, and is difficult to manufacture.
  • An imaging optical system having an Fno. Of 3.0 or more has a short amount of light and is likely to cause camera shake.
  • the numerical aperture (NA) is reduced and the resolution is lowered.
  • the lenses are all made of plastic. Therefore, all the lenses can be manufactured by molding, which is suitable for mass production.

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Abstract

　固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系を提供する。本発明の第１の態様による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えている。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ｖｄｉは第ｉレンズのアッベ数、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、本発明の第１の態様による結像光学系は、 　0.425<f1/f4<0.7　(1) 　 　25<vd2<28　(2) 　　 　50<vd1,vd3,vd4<57   (3)　　　0.595<f2/f4<1.05  (4) 　　1.5<f/f1<2.2　 (5) 　 　f1<f3　　(6)　 　　1.05<TTL/f<1.18  (7)を満たす。

Description

結像光学系
　本発明は、デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどの固体撮像素子に使用される結像光学系に関する。
　デジタルカメラや撮像機能付き携帯電話などに対する小型化の要請が強くなっており、その結果、これらの機器に使用される結像光学系に対する小型化の要請も強くなっている。デジタルカメラ、撮像機能付き携帯電話、スキャナなどの固体撮像素子に使用される結像光学系は、特許文献１および特許文献２などに開示されている。結像光学系を小型化するためには、レンズから像面までの距離を小さくする方法や広角化する方法がある。しかし、これらの方法を採用すると、固体撮像素子の像面への入射角度が大きくなり、また、色収差、非点収差、像面湾曲およびディストーションなどが大きくなるという問題が生じる。固体撮像素子の像面への入射角度が大きくなると固体撮像素子に効率よく結像させることができない。また、色収差、非点収差、像面湾曲およびディストーションなどが大きくなると、撮像装置の解像度および画質が低下する。
特開２００７－２８６１５３号公報 特開２００７－２１９０７９号公報
　したがって、固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系に対するニーズがある。
　本発明の第１の態様による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えている。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ｖｄｉは第ｉレンズのアッベ数、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、本発明の第１の態様による結像光学系は、
　0.425<f1/f4<0.7　　　　　　(1)
　25<vd2<28　　　　　　　　　(2)
　50<vd1,vd3,vd4<57　　　　　(3)
　0.595<f2/f4<1.05　　　　　 (4)
　1.5<f/f1<2.2　　　　　　　  (5)
　f1<f3　　　　　　　　　　　　 (6)
　1.05<TTL/f<1.18　　　　  (7)
を満たす。
　本発明第１の態様による結像光学系において、正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することに有利であるので解像度が向上する。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。また、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置されているので、光学系を小型化することが可能である。
　上記の式（１）乃至（７）を満たすように構成することにより、固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系を実現することができる。
　本発明の第２の態様による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えている。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側に配置されている。ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆＤＯＥは回折格子の焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、本発明の第２の態様による結像光学系は、
　0.425<f1/f4<0.7　　　　　　(1)
　1.5<f/f1<2.2　　　　　　 　 (5)
　f1<f3　　　　　　　　　　　　(6)
　1.05<TTL/f<1.18　　　　(7)
　15< fDOE /f<100　　　　 　(8)
を満たす。
　本発明第２の態様による結像光学系において、正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することに有利であるので解像度が向上する。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。また、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置されているので、光学系を小型化することが可能である。
　上記の式（１）および（５）乃至（８）を満たすように構成することにより、固体撮像素子の像面への入射角度が小さく、色収差、非点収差、像面湾曲および歪曲収差を低減させた、小型の結像光学系を実現することができる。
実施例１による結像光学系の構成を示す図である。 実施例１による結像光学系の収差を示す図である。 実施例２による結像光学系の構成を示す図である。 実施例２による結像光学系の収差を示す図である。 実施例３による結像光学系の構成を示す図である。 実施例３による結像光学系の収差を示す図である。 実施例４による結像光学系の構成を示す図である。 実施例４による結像光学系の収差を示す図である。 実施例５による結像光学系の構成を示す図である。 実施例５による結像光学系の構成を示す図である。 実施例６による結像光学系の構成を示す図である。 実施例６による結像光学系の収差を示す図である。 実施例７による結像光学系の構成を示す図である。 実施例７による結像光学系の収差を示す図である。
　図１は、本発明の一実施形態による結像光学系の構成を示す図である。本実施形態による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を備える。絞りは、第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を通過した光は、ガラス板５を通過して像面６に至る。
　以下において、本発明による結像光学系の特徴について説明する。
４枚レンズの種類
　本発明の実施形態による結像光学系は、物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備える。正のパワー、負のパワー、正のパワー、負のパワーの４枚を組み合わせることにより結像光学系の球面収差を低減することができるので解像度が向上する。物体側に両凸レンズである第１レンズおよび両凹レンズである第２レンズを使用することにより、一組のメニスカスレンズを使用する場合よりも少ないサグ量でレンズの形状を決めることができ製造コストを低減することができる。また、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを組み合わせることによって像面湾曲を小さくすることができる。
　以下において、第ｉレンズ（ｉは１から４までの整数）の焦点距離の絶対値をｆｉ、光学系全体の焦点距離の絶対値をｆとする。
第１レンズの焦点距離と第４レンズの焦点距離の絶対値との比
　本発明の実施形態による結像光学系は、
　0.425<f1/f4<0.7　　　　　　(1)
を満たすように構成される。f1/f4の値を小さくすれば、結像光学系の全長とバックフォーカスを維持しながら、像面の画素素子への入射角度を小さくすることができる。f1/f4の値が０．４２５以下である結像光学系は、結像光学系のコマ収差が大きくなり好ましくない。f1/f4の値が０．７以上である結像光学系は、像面の画素素子への光の入射角度が大きくなり好ましくない。
光学系全体の焦点距離の絶対値と第１レンズの焦点距離との比
　本発明の実施形態による結像光学系は、
　1.5<f/f1<2.2　　　　　　　 (5)
を満たすように構成される。f/f1の値が１．５以下である結像光学系は、小型化するのが困難である。f/f1の値が２．２以上である結像光学系は、第１レンズの加工の許容誤差が小さくなり、製造が困難となる。
第１レンズの焦点距離と第３レンズの焦点距離との比較
　本発明の実施形態による結像光学系は、
f1<f3　　　　　　　　　　　　(6)
を満たすように構成される。第１レンズが正の最大パワーを持つことによって主点位置が物体側に来るので結像光学系を小型化しやすくなる。
全長と全体の焦点距離との比
　第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離（結像光学系の全長）をＴＴＬとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
　1.05<TTL/f<1.18　　　　　　(7)
を満たすように構成される。TTL/fの値が１．０５以下である結像光学系は、像面の画素素子への光の入射角度が大きくなり好ましくない。TTL/fの値が１．１８以上である結像光学系は、小型化するのが困難となる。
アッベ数
　第ｉレンズのアッベ数をｖｄｉとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
　25<vd2<28　　　　　　　　 (2)
　50<vd1,vd3,vd4<57　　　 　(3)
を満たすように構成される。正のパワーを有する第１レンズの像側の面より物体側に絞りが配置されているので、負のパワーを有する第２レンズに高屈折率高分散レンズを使用すると効率的に色収差を低減することができる。
第２レンズの焦点距離の絶対値と第４レンズの焦点距離の絶対値との比
　本発明の実施形態による結像光学系は、
　0.595<f2/f4<1.05　　　　　(4)
を満たすように構成される。f2/f4の値が０．５９５以下である結像光学系は、色収差の補正が過剰になる。f2/f4の値が１．０５以上である結像光学系は、色収差の補正が不足し、高解像度が達成されない。
回折格子
　高屈折率高分散レンズを使用して色消しを行う代わりに、回折格子を使用して色消しを行ってもよい。回折格子の焦点距離をｆＤＯＥとして、本発明の実施形態による結像光学系は、
　15< fDOE /f<100　　　　　 (8)
を満たすように構成される。
　回折格子の焦点距離ｆＤＯＥは、回折格子の光路差関数φを
　φ=C2×h2+C4×h4+・・・
とした場合に
　fDOE=1/(2C2)
によって定義される。ただし、光路差関数は、規格化波長５８７．５６ｎｍに対する回折次数１次のものである。光路差関数の式において、ｈは光軸からの距離を示し、Ｃ２およびＣ４は定数を示す。
　fDOEの値が１５以下である結像光学系は、色消しが十分ではなく解像度を十分に向上させることができない。fDOEの値が１００以上である結像光学系は、色消しが過剰となる。また、回折格子の格子周期が短くなり、製造が困難となる。
　以下において本発明の実施例１乃至７について説明する。
実施例による結像光学系の仕様
　表１および表２は、実施例１乃至７の結像光学系の仕様を表す表である。表１の焦点距離を表す数値の単位はミリメータである。その他の数値は無名数である。表２のＣＲＡを表す数値の単位は度である。その他の数値の単位はミリメータである。表１において、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率を表す。また、Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーを表す。表２において、ＥＦＬは、光学系全体の有効焦点距離を表す。また、ＣＲＡは、像面の画素素子への主光線の最大入射角度を表す。入射角度は像の周辺部において最大となる。ＢＦは、バックフォーカスを表す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
実施例１
　図１は、実施例１による結像光学系の構成を示す図である。実施例１による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を備える。絞り１１は、第１レンズ１の像側の面より物体側で第１レンズ１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３および第４レンズ４を通過した光は、ガラス板５を通過して像面６に至る。
　図２は、実施例１による結像光学系の収差を示す図である。図２（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表３は、実施例１による結像光学系のレンズデータを示す表である。表３において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表４は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
実施例２
　図３は、実施例２による結像光学系の構成を示す図である。実施例２による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３および第４レンズ２０４を備える。絞り２０１１は、第１レンズ２０１の像側の面より物体側で第１レンズ２０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３および第４レンズ２０４を通過した光は、ガラス板２０５を通過して像面２０６に至る。
　図４は、実施例２による結像光学系の収差を示す図である。図４（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図４（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図４（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図４（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図４（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図４（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表５は、実施例２による結像光学系のレンズデータを示す表である。表５において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表６は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
実施例３
　図５は、実施例３による結像光学系の構成を示す図である。実施例３による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３および第４レンズ３０４を備える。絞り３０１１は、第１レンズ３０１の像側の面より物体側で第１レンズ３０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３および第４レンズ３０４を通過した光は、ガラス板３０５を通過して像面３０６に至る。
　図６は、実施例３による結像光学系の収差を示す図である。図６（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図６（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図６（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図６（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図６（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図６（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図６（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図６（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図６（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表７は、実施例３による結像光学系のレンズデータを示す表である。表７において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表８は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
実施例４
　図７は、実施例４による結像光学系の構成を示す図である。実施例４による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３および第４レンズ４０４を備える。絞り４０１１は、第１レンズ４０１の像側の面より物体側で第１レンズ４０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３および第４レンズ４０４を通過した光は、ガラス板４０５を通過して像面４０６に至る。
　図８は、実施例４による結像光学系の収差を示す図である。図８（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図８（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図８（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図８（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図８（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図８（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図８（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図８（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表９は、実施例４による結像光学系のレンズデータを示す表である。表９において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１０は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
実施例５
　図９は、実施例５による結像光学系の構成を示す図である。実施例５による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３および第４レンズ５０４を備える。絞り５０１１は、第１レンズ５０１の像側の面より物体側で第１レンズ５０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３および第４レンズ５０４を通過した光は、ガラス板５０５を通過して像面５０６に至る。
　図１０は、実施例５による結像光学系の収差を示す図である。図１０（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図１０（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１０（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１０（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図１０（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１０（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図１０（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１０（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１０（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１１は、実施例５による結像光学系のレンズデータを示す表である。表１１において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１２は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
実施例６
　図１１は、実施例６による結像光学系の構成を示す図である。実施例６による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３および第４レンズ６０４を備える。絞り６０１１は、第１レンズ６０１の像側の面より物体側で第１レンズ６０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ６０１、第２レンズ６０２、第３レンズ６０３および第４レンズ６０４を通過した光は、ガラス板６０５を通過して像面６０６に至る。
　図１２は、実施例６による結像光学系の収差を示す図である。図１２（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図１２（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１２（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１２（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図１２（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１２（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図１２（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１２（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１２（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１３は、実施例６による結像光学系のレンズデータを示す表である。表１３において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１４は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
実施例７
　図１３は、実施例７による結像光学系の構成を示す図である。実施例７による結像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３および第４レンズ７０４を備える。絞り７０１１は、第１レンズ７０１の像側の面より物体側で第１レンズ７０１の物体側の面の頂点より像側にある。第１レンズ７０１、第２レンズ７０２、第３レンズ７０３および第４レンズ７０４を通過した光は、ガラス板７０５を通過して像面７０６に至る。
　図１４は、実施例７による結像光学系の収差を示す図である。図１４（ａ）は、軸上色収差を示す図である。図１４（ａ）の横軸は、光軸方向の焦点位置（単位はミリメータ）を示す。図１４（ａ）の縦軸は、光線の絞りにおける通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の１は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１４（ｂ）は、非点収差および像面湾曲を示す図である。図１４（ｂ）の横軸は、光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１４（ｂ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。点線は子午像面の位置を表し、実線は球欠像面の位置を表す。図１４（ｃ）は、歪曲収差を示す図である。図１４（ｃ）の横軸は、歪曲収差（ディストーション）を示す。図１４（ｃ）の縦軸は、像高さ（単位はミリメータ）を示す。
　表１５は、実施例７による結像光学系のレンズデータを示す表である。表１５において、絞りの面間隔は、絞りの位置を基準とし、像側をプラスとした場合の第２面の位置である。その他の面について、例として、第２面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第２面と第３面（第２レンズの像側の面）との間隔である。
　表１６は、第２面乃至第９面の非球面形状を表す式の係数および定数を示す表である。結像光学系の光軸をｚ軸とし、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙとする直交座標系において、非球面形状は、以下の式で表される２次曲線を、光軸、すなわちｚ軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　第１レンズ７０１は、像側の面に回折格子を備えている。回折格子の光路差関数φを
　φ=C2×h2+C4×h4+・・・
と表す。ただし、光路差関数は、規格化波長５８７．５６ｎｍに対する回折次数１次のものである。光路差関数の式において、ｈは光軸からの距離を示し、Ｃ２およびＣ４は定数を示す。
　表１７は、光路差関数の定数を示す表である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
　以下において、本発明の実施形態の特徴について説明する。
絞りの位置
　本発明の実施形態による結像光学系の絞りは第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側に位置する。
　絞りを第１レンズの像側の面より物体側で第１レンズの物体側の面の頂点より像側に位置させることにより、結像光学系全体の寸法（第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離）を小さくすることができる。
第２レンズの屈折率
　本発明の実施形態による結像光学系は、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
　1.6<nd2<1.62　　　　　　　(9)
をさらに満たす。
　第２レンズの屈折率を大きくすることにより、レンズの屈折力を大きくし、光束の中心光線の広がりを大きくすることができる。その結果、像面の周辺部における中心光線の入射角度を小さくすることができる。なお、式（９）の下限値および上限値は、レンズに使用されるプラスチックのうち、フルオレフィン系ポリエステルの屈折率の範囲である。該材料は、屈折率が高く、吸水性が低く、薄肉成形しやすいので、本発明による結像光学系のレンズ材料として好ましい。
第１、第３および第４レンズの屈折率
　本発明の実施形態による結像光学系は、ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
　nd1<1.515　　　　　　　　(10)
　nd3<1.515　　　　　　　　(11)
　nd4<1.515　　　　　　　　(12)
をさらに満たす。
　レンズの屈折率を小さくすると、レンズ加工の許容誤差は大きくなる。したがって、第１、第３および第４レンズの屈折率は、第２レンズの屈折率に比較して小さくするのが好ましい。
エフ・ナンバー
　本発明の実施形態による結像光学系は、Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーとして、
　2.75<Fno.<3.0　　　　　　(13)
をさらに満たす。
　Fno.が２．７５以下である結像光学系は、レンズ加工の許容誤差および組み立ての許容誤差が小さくなり製造するのが困難となる。Fno.が３．０以上である結像光学系は、光量が不足し、手ブレなどを起こしやすくなる。また、開口数（ＮＡ）が小さくなり解像度が低下する。
レンズの材料
　本発明の実施形態による結像光学系は、レンズが全てプラスチックで形成されている。したがって、レンズをすべてモールド成形で製作でき、量産に適している。

Claims (7)

  1. 　物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えた結像光学系であって、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置され、ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ｖｄｉは第ｉレンズのアッベ数、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、
    　0.425<f1/f4<0.7　　　　　　(1)
    　25<vd2<28　　　　　　　　　(2)
    　50<vd1,vd3,vd4<57　　　 　 (3)
    　0.595<f2/f4<1.05　　　　　 (4)
    　1.5<f/f1<2.2　　　　　 　　  (5)
    　f1<f3　　　 　　　　　　　 　 　(6)
    　1.05<TTL/f<1.18　　　　  (7)
    を満たす結像光学系。
  2. 　物体側から像面側に、両凸レンズである第１レンズ、両凹レンズである第２レンズ、像側に凸の正のメニスカスレンズである第３レンズおよび物体側に凸の負のメニスカスレンズである第４レンズを備えた結像光学系であって、絞りが第１レンズの像側の面より物体側に配置され、第１レンズの像側の面に回折格子を備え、ｆｉは第ｉレンズの焦点距離の絶対値、fDOEは回折格子の焦点距離、ｆは光学系全体の焦点距離の絶対値、ＴＴＬは第１レンズの物体側の面および絞り面のうち物体側にある面から像面までの距離として、
    　0.425<f1/f4<0.7　　　　　　(1)
    　1.5<f/f1<2.2　　　　　　　 (5)
    　f1<f3　 　　　　　　　　  　　 (6)
    　1.05<TTL/f<1.18　　  　  (7)
    　15< fDOE /f<100　　  　　　(8)
    を満たす結像光学系。
  3. 　絞りが第１レンズの物体側の面の頂点より像側にある請求項１または２に記載の結像光学系。
  4. 　ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
    　1.6<nd2<1.62　　　　　　　(9)
    をさらに満たす請求項１から３のいずれかに記載の結像光学系。
  5. 　ｎｄｉは、波長５８７．６ナノメータの光に対する第ｉレンズの屈折率として、
    　nd1<1.515　　　　　　　 　(10)
    　nd3<1.515　　　　　　　 　(11)
    　nd4<1.515　　　　　　　 　(12)
    をさらに満たす請求項１から４のいずれかに記載の結像光学系。
  6. 　Fno.は、光学系全体の明るさを表すエフ・ナンバーとして、
    　2.75<Fno.<3.0　　　　　　 (13)
    をさらに満たす請求項１から５のいずれかに記載の結像光学系。
  7. 　レンズが全てプラスチックで形成されている請求項１から６のいずれかに記載の結像光学系。
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