WO2010047033A1 - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

　撮像光学系は、正の屈折力を有し物体側面が凸形状である第１レンズと、負の屈折力を有し、像側面が凹形状の第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有し、物体側に凸のメニスカス形状を有する第４レンズと、からなる。第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状をＺ＝ｆ（ｒ）として、Ｚ＝ｆ（ｒ）は、光軸との交点の他に、Ｚのｒに関する極値点を少なくとも２つ含む。

Description

撮像光学系

　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、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの受光素子を用いた小型撮像光学系に関する。

　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及び高画素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撮像光学系に対する小型化及び高解像度化の要請も強くなっている。高解像度化の要請に対応するには、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、色収差といった諸収差を抑えた光学系を作成する必要があり、収差を抑えた状態で小型化を実現することが求められる。また、設計上で収差を抑えても、レンズ成形時に生じる面間の偏芯や傾き、面形状の誤差、更にはレンズ組み立て時に生じるレンズ間の偏芯や傾きなどが原因で、撮像面の一部領域もしくは全領域において、設計通りに収差補正ができなくなることがある。したがって、光学系設計時に、レンズ成形時及び組み立て時に生じうる誤差に対して可能な限り影響を受けにくいようにする必要がある。

　小型の撮像光学系として、物体側から像側に、屈折力が、それぞれ正・負・負・正の４枚のレンズを組み合わせた撮像光学系が考えられる（たとえば、特開２００７－２２５８３３号公報（特許文献１）及び特開２００６－１８４７８３号公報（特許文献２））。特許文献１に記載された撮像光学系は、収差は良好に補正されているものの、光学長（第１レンズの物体側面から像面までの距離）が比較的長く、十分に小型化されていない。特許文献２に記載された撮像光学系は、湾曲した像面を使用するためコストが高くなる。

　このように、屈折力が、それぞれ正・負・負・正の４枚のレンズを組み合わせた小型の撮像光学系であって、十分に収差を抑え、しかも、レンズ成形時及び組み立て時に生じうる誤差に対して影響を受けにくく、製造コストを低くできる撮像光学系は開発されていない。

特開２００７－２２５８３３号公報 特開２００６－１８４７８３号公報

　したがって、屈折力が、それぞれ正・負・負・正の４枚のレンズを組み合わせせた小型の撮像光学系であって、十分に収差を抑え、しかも、レンズ成形及び組み立てに誤差を生じにくく製造コストを低くできる撮像光学系に対するニーズがある。

　本発明による撮像光学系は、物体側から像面側に配置された、正の屈折力を有し物体側面が凸形状である第１レンズと、負の屈折力を有し、像側面が凹形状の第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有し、物体側に凸のメニスカス形状を有する第４レンズと、からなり、絞りは、前記第１レンズの像側面より物体側に配置されている。本発明による撮像光学系において、ｒを光軸からの距離、Ｚを、物体側から像側の方向を正とし、光学面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の位置座標として、前記第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状をＺ＝ｆ（ｒ）として、Ｚ＝ｆ（ｒ）は、光軸との交点の他に、Ｚのｒに関する極値点を少なくとも２つ含む。

　上記のレンズ構成により、オートフォーカス用にバックフォーカスを確保しながら、コンパクトな光学系を構成することができる。また、第４レンズの物体側面の形状を上記のように構成することにより、像面湾曲を小さく保った状態で歪曲収差を補正することができる。このように、本発明によれば、コンパクトで収差が十分に補正された撮像光学系が得られる。

実施例１の撮像光学系の構成を示す図である。 実施例１の撮像光学系の、球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２の撮像光学系の構成を示す図である。 実施例２の撮像光学系の、球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３の撮像光学系の構成を示す図である。 実施例３の撮像光学系の、球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 最大像高位置に到達する主光線が、第２レンズを通過後に光軸と成す角度θｍを説明するための図である。 第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状において、光線有効半径位置における接線と光軸との成す角度であるθＲを説明するための図である。 最大像高位置に到達する主光線が、第４レンズの物体側面に入射する角度であるθｉを説明するための図である。

　図１は、本発明の一実施形態による撮像光学系の構成を示す図である。本実施形態による撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１１０、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０および第４レンズ１４０を備える。絞り１００は、第１レンズの像側面より物体側にある。第１レンズ１１０、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０および第４レンズ１４０を通過した光は、可視光透過フィルタもしくはセンサ保護目的のためのガラス板１５０を通過して像面１６０に至る。

　以下において、本発明による撮像光学系の特徴について説明する。

符号の説明
　最初に本明細書で使用する符号について説明する。
ＴＴＬ
　ＴＴＬは、第１レンズの物体側面から像面までの距離である。光学長とも呼称する。
ＩＨ
　ＩＨは、像面における撮像エリアの対角長の半分である最大像高である。
Ｐ
　Ｐは、光学系全体の屈折力である。屈折力は、焦点距離の逆数である。
Ｐ１２
　Ｐ１２は、第１レンズと第２レンズの合成屈折力である。
Ｐ１ｆ
　Ｐ１ｆは、第１レンズの物体側面の屈折力、Ｐ１ｒは、第１レンズの像側面の屈折力である。
Ｐ２ｆ
　Ｐ２ｆは、第２レンズの物体側面の屈折力、Ｐ２ｒは、第２レンズの像側面の屈折力である。
θｍ
　θｍは、図７に示すように、最大像高位置に到達する主光線１２０５が、第２レンズを通過後に光軸と成す角度である。
ｒ
　ｒは、光軸からの距離である。
Ｚ
　Ｚは、物体側から像側の方向を正とし、光学面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の位置座標である。
θＲ
　θＲは、図８に示すように、第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状において、光線有効半径位置１４０５における接線１４１０と光軸との成す角度である。ここで、光線有効半径とは、像面に入射する光線の内、その面を通過する光軸から最も離れた光線とその面との交点と光軸との距離である。光線有効半径位置とは、上記交点の位置である。
θｉ
　θｉは、図９に示すように、最大像高位置に到達する主光線１４２０が、第４レンズの物体側面に入射する角度である。

レンズの種類
　本発明の実施形態による撮像光学系は、物体側から像面側に配置された、正の屈折力を有し物体側面が凸形状である第１レンズと、負の屈折力を有し、像側面が凹形状の第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有し、物体側に凸のメニスカス形状を有する第４レンズと、からなり、絞りは、前記第１レンズの像側面より物体側に配置されている。この配置は、焦点距離に対して光学長を短くするテレフォトタイプ（正・負）と、広角でバックフォーカスを長くするレトロフォーカスタイプ（負・正）をこの順で組み合わせたものであり、オートフォーカス用にバックフォーカスを確保しながら、コンパクトな光学系を構成するのに向いている。また、前絞りにすることで、有効半径が大きくなることによる光学長の増加を抑えている。

光学長ＴＴＬと最大像高ＩＨとの比
　本発明の実施形態による光学系は、
　　　　１．４　≦　ＴＴＬ／ＩＨ　≦　２．０　　　　 ・・・（１）
を満足するように構成される。一般に、撮像センサの大きさに対して光学長が長いほど、収差補正は容易になる。しかし、光学長を長くすることは、光学系の小型化の要請に反する。式（１）の下限を下回ると、主にコマ収差や非点収差、像面湾曲、歪曲収差の補正が困難になり、良質な画像を得ることができない。式（１）の上限を上回ると、撮像センサの大きさに対する光学系のコンパクト性に欠ける。

光学長ＴＴＬと光学系の全体の焦点距離（１／Ｐ）との比
　本発明の実施形態による光学系は、
　　　　１．０５　≦　Ｐ×ＴＴＬ　≦　１．２０　　　 ・・・（２）
を満足するように構成される。Ｐ×ＴＴＬが式（２）の下限を下回ると、収差補正が十分に行えなくなり光学性能が急激に劣化する。Ｐ×ＴＴＬが式（２）の上限を上回ると、第１レンズと第２レンズによるテレフォトタイプの特性を十分に活用できず、光学系のコンパクト性に欠ける。

第１レンズと第２レンズの合成屈折力Ｐ１２と光学系全体の屈折力Ｐとの比
　本発明の実施形態による光学系は、
　　　　０．６５　≦　Ｐ１２／Ｐ　≦　０．９０　　　　 ・・・（３）
を満足するように構成される。式（３）を満足するように構成することによって、光学系全体の屈折力を、主に第１レンズと第２レンズとが担うようにする。その結果、第１レンズと第２レンズに対する第３レンズと第４レンズの組み立て偏芯に対する敏感度を小さく抑えることが可能となり、レンズ製造上、またレンズ組み立て上有利となる。なお、第１レンズ及び第２レンズに球面収差と軸上色収差の補正機能を担わせ、第３レンズと第４レンズには、主にコマ収差、非点収差、像面湾曲と歪曲収差の補正機能を担わせる。

最大像高位置に到達する主光線が第２レンズを通過後に光軸と成す角度θｍ
　本発明の実施形態による光学系は、
　　　　４０°　≦　θｍ　≦　６０°　　　　　　　　・・・（４）
を満足するように構成される。式（４）を満足するように構成することによって、第２レンズが、光線を最大像高方向に跳ね上げるようにして、光学長を短くする。θｍが式（４）の下限を下回ると、光線が最大像高位置に到達するまでに必要な距離が長くなる分、光学長が長くなる。θｍが式（４）の上限を上回ると、設計において第３レンズや第４レンズでの光線の制御が困難になる。また、第３レンズ及び第４レンズのレンズ成形時及び組み立て時に生じうる誤差に対する影響が大きくなり、製造上不利になる。

式（１）から（４）を満足することによって得られる特徴
　式（１）乃至（４）を満足するように撮像光学系構成することにより、コンパクト性を確保しながら、収差を十分に補正することができる。特に、主に第１及び第２レンズに光学系全体の屈折力を担わせ、第１レンズ及び第２レンズに球面収差と軸上色収差の補正機能を担わせ、第３及び第４レンズにコマ収差、非点収差、像面湾曲と歪曲収差の補正機能を担わせることができる。

第４レンズの物体側面の形状
　本発明の実施形態による光学系の第４レンズの物体側面は、物体側に凸である。ｒを光軸からの距離、Ｚを、物体側から像側の方向を正とし、光学面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の位置座標として、第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状をＺ＝ｆ（ｒ）として、Ｚ＝ｆ（ｒ）は、光軸との交点の他に、Ｚのｒに関する極値点を少なくとも２つ含む。第４レンズの物体側面を上記のように構成することにより、像面湾曲を小さく保った状態で歪曲収差を補正することができる。

　本発明の実施形態による光学系の第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状は、光軸に近い方からＺ＝ｆ（ｒ）の極大値点と極小値点を備え、Ｒｉは、光軸から極大値点までの距離、Ｒｏは、光軸から極小値点までの距離、Ｒ４ｆは、前記第４レンズの物体側面の光線有効半径として、
　　　０．４　≦　Ｒｉ／Ｒ４ｆ　≦　０．６　　　　 ・・・（５）
　　　０．７　≦　Ｒｏ／Ｒ４ｆ　≦　０．９　　　　 ・・・（６）
を満足する。

　式（５）と式（６）を同時に満たすことで、全像高にわたって歪曲収差を小さく抑えることが可能となる。本実施形態においては、Ｚ＝ｆ（ｒ）は、光軸との交点の他に、Ｚのｒに関する極大値点及び極小値点を有することで、像高によって、歪曲収差を正方向（糸巻き型）と負方向（樽型）に向けるように制御している。このため、式（５）と式（６）のどちらか一方が満足されないと、歪曲収差の正方向に向かう量と負方向に向かう量のバランスが悪くなり、絶対量として大きな歪曲収差が残ってしまう。

　本発明の実施形態による光学系の第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状は、さらに、
　　　０．２　≦　（Ｒｏ－Ｒｉ）／Ｒ４ｆ　≦　０．４　・・・（７）
を満足する。

　式（７）の条件を満足することにより、正負のバランス良く歪曲収差を補正することが可能となる。式（７）の条件を満足しないと、正方向もしくは負方向のどちらかに偏った歪曲収差をもってしまう。

　本発明の実施形態による光学系の第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状において、θＲは、光線有効半径位置におけるＺ＝ｆ（ｒ）の接線と光軸との成す角度であるとして
　　　６０°　≦　θＲ　≦　８５°　　　　　　　・・・（８）
を満足する。

　θＲが式（８）の下限を下回ると、周辺（最大像高付近）での歪曲収差の補正が過剰になり、逆にθＲが式（８）の上限を上回ると、歪曲収差の補正が十分に行えなくなってしまう。

　本発明の実施形態による光学系は、θｉは、最大像高位置に到達する主光線が、前記第４レンズの物体側面に入射する角度であるとして、
　　　３５°　≦　θｉ　≦　７５°　　　　　　　・・・（９）
を満足する。

　θｉが式（９）の下限を下回ると、光線が最大像高位置に到達するまでに必要な距離が長くなり、光学長が長くなる。もしくは、最大像高位置に到達する光線の像面への入射角制御が困難になる。θｉが式（９）の上限を上回ると、設計において第３レンズや第４レンズでの光線の制御が困難になる。また、第３レンズや第４レンズのレンズ成形時及び組み立て時に生じうる誤差に対する影響が大きくなり、製造上不利になる。

第３レンズの形状
　本発明の実施形態による光学系の第３レンズにおいて、ｒを光軸からの距離、Ｚｆ（ｒ）を、物体側面上において光軸からの距離がｒである点の、物体側から像側の方向を正とし、物体側面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした物体側面上の位置座標、Ｚｒ（ｒ）を、像側面上において光軸からの距離がｒである点の、物体側から像側の方向を正とし、像側面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした像側面上の位置座標、Ｒ３ｆは、前記第３レンズ物体側面の光線有効半径、Ｒ３ｒは、前記第３レンズ像側面の光線有効半径であるとして、光線有効半径の内側の領域において
　　　 ｜Ｚｆ（ｒ）／Ｒ３ｆ｜　≦　０．２５　　　　 ・・・（１０）
　　　 ｜Ｚｒ（ｒ）／Ｒ３ｒ｜　≦　０．２５　　　　 ・・・（１１）
を満足する。

　上述したように、第３レンズと第４レンズは、主にコマ収差、非点収差、像面湾曲と歪曲収差の補正機能を担うレンズであるため、大きな屈折力を有する必要はなく、効率良く各収差を補正しつつ、製造容易な形状にすることが望ましい。式（１０）及び式（１１）を満足することによって、第３レンズのレンズ成形時及び組み立て時に生じうる誤差に対する影響の小さい光学系を実現することができる。

　本発明の実施形態による光学系の第３レンズにおいて、Ｚｆ（ｒ）およびＺｒ（ｒ）が、光線有効半径の７割以下の領域において、
　　　 ｜Ｚｆ（ｒ）／Ｒ３ｆ｜　≦　０．１　　　　　・・・（１２）
　　　 ｜Ｚｒ（ｒ）／Ｒ３ｒ｜　≦　０．１　　　　　・・・（１３）
を満足する。

　式（１２）及び式（１３）を満足することによって、光線有効半径の７割以下の領域において、第３レンズのレンズ成形時及び組み立て時に生じうる誤差に対する影響の小さい光学系を実現することができる。

第１レンズ及び第２レンズの像側面及び物体側面の屈折力配分
　Ｐ１ｆは、第１レンズの物体側面の屈折力、Ｐ１ｒは、第１レンズの像側面の屈折力、
Ｐ２ｆは、第２レンズの物体側面の屈折力、Ｐ２ｒは、第２レンズの像側面の屈折力であるとして、
　　　 ｜Ｐ１ｆ／Ｐ１ｒ｜　≧　４．５　　　　　　　・・・（１４）
　　　 ｜Ｐ２ｒ／Ｐ２ｆ｜　≧　１．５　　　　　　　・・・（１５）
を満足する。

　式（１４）及び式（１５）を満足することで、第１レンズの屈折力を主に物体側面に担わせ、第２レンズの屈折力を主に像側面に担わせることによって、それぞれのレンズの製造時に生じうる面間偏芯の光学性能に対する影響を小さくすることができる。

実施例の説明
　以下に本発明の実施例を説明する。実施例の数値に関し、長さの単位はミリメータ、屈折力の単位はミリメータの逆数、角度の単位は度である。また、屈折率及びアッベ数は、ｄ線（波長５８７．６ナノメータ）における値である。

　ｒを光軸からの距離、Ｚを、物体側から像側の方向を正とし、光学面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の位置座標として、レンズの光軸を含む断面の形状は、以下の式で表せる。

ここで、Ｒは、中心曲率半径、ｋは、円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２及びＡ１４は、それぞれ、４次、６次、８次、１０次、１２次及び１４次の非球面係数である。

実施例１
　図１は、実施例１の撮像光学系の構成を示す図である。実施例１の撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ１１０、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０および第４レンズ１４０を備える。絞り１００は、第１レンズの物体側面の頂点より物体側に位置する。第１レンズ１１０、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０および第４レンズ１４０を通過した光は、ガラス板１５０を通過して像面１６０に至る。図１は、さらに、像高５０％、７０％、８５％、１００％の位置に結像する光線束を示している。

　図２は、実施例１の撮像光学系の、球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。それぞれの横軸は、物体側から像側の方向を正として収差の大きさを示す。球面収差図の縦軸は、射出瞳上での光軸からの距離を表す。非点収差図の縦軸は、像高を表す。非点収差図に関し、実線はサジタル像面に対する収差を表し、点線はタンジェンシャル像面に対する収差を表す。歪曲収差図の縦軸は、像高を表す。

　表１は、実施例１のレンズなどの面間隔、レンズなどの屈折率、アッベ数及び光線有効半径を示す表である。

　実施例１及び３における絞り位置は、それぞれ、第１レンズの物体側面の頂点より物体側及び第１レンズの物体側面の頂点の位置にあるため、表１、２、５、６において、面番号１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１及び１２は、それぞれ、絞り、第１レンズの像側面、第１レンズの物体側面、第２レンズの像側面、第２レンズの物体側面、第３レンズの像側面、第３レンズの物体側面、第４レンズの像側面、第４レンズの物体側面、ガラス板の像側面、ガラス板の物体側面及び像面を表す。面番号ｎの欄の面間隔は、面番号ｎの面と面番号ｎ＋１の面との間隔を表す。

　表２は、実施例１のレンズの面形状データを示す表である。

　なお、実施例１において、Ｆ値は２．８１、画角は３６．４９°、光学系全体の焦点距離は１ミリメータである。

　実施例１によれば、図２の収差図から明らかなように、各収差を良好に補正することができる。また、解像度の高い構成も可能であり、画質の良い小型な撮像光学系を実現することができる。

実施例２
　図３は、実施例２の撮像光学系の構成を示す図である。実施例２の撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ２１０、第２レンズ２２０、第３レンズ２３０および第４レンズ２４０を備える。絞り２００は、第１レンズの物体側面の有効径位置で規定される。第１レンズ２１０、第２レンズ２２０、第３レンズ２３０および第４レンズ２４０を通過した光は、ガラス板２５０を通過して像面２６０に至る。図３は、さらに、像高５０％、７０％、８５％、１００％の位置に結像する光線束を示している。

　図４は、実施例２の撮像光学系の、球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。それぞれの横軸は、物体側から像側の方向を正として収差の大きさを示す。球面収差図の縦軸は、射出瞳上での光軸からの距離を表す。非点収差図の縦軸は、像高を表す。非点収差図に関し、実線はサジタル像面に対する収差を表し、点線はタンジェンシャル像面に対する収差を表す。歪曲収差図の縦軸は、像高を表す。

　表３は、実施例２のレンズなどの面間隔、レンズなどの屈折率、アッベ数及び光線有効半径を示す表である。

　実施例２における絞りは、第１レンズの物体側面の有効径位置で規定さる面絞りであるため、表３、４において、面番号１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０及び１１は、それぞれ、第１レンズの像側面（面絞り）、第１レンズの物体側面、第２レンズの像側面、第２レンズの物体側面、第３レンズの像側面、第３レンズの物体側面、第４レンズの像側面、第４レンズの物体側面、ガラス板の像側面、ガラス板の物体側面及び像面を表す。面番号ｎの欄の面間隔は、面番号ｎの面と面番号ｎ＋１の面との間隔を表す。

　表４は、実施例２のレンズの面形状データを示す表である。

　なお、実施例２において、Ｆ値は２．８５、画角は３５．２９°、光学系全体の焦点距離は１ミリメータである。

　実施例２によれば、図４の収差図から明らかなように、各収差を良好に補正することができる。また、解像度の高い構成も可能であり、画質の良い小型な撮像光学系を実現することができる。

実施例３
　図５は、実施例３の撮像光学系の構成を示す図である。実施例３の撮像光学系は、物体側から像側に、第１レンズ３１０、第２レンズ３２０、第３レンズ３３０および第４レンズ３４０を備える。絞り３００は、第１レンズの物体側面の頂点位置にある。第１レンズ３１０、第２レンズ３２０、第３レンズ３３０および第４レンズ３４０を通過した光は、ガラス板３５０を通過して像面３６０に至る。図５は、さらに、像高５０％、７０％、８５％、１００％の位置に結像する光線束を示している。

　図６は、実施例３の撮像光学系の、球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。それぞれの横軸は、物体側から像側の方向を正として収差の大きさを示す。球面収差図の縦軸は、射出瞳上での光軸からの距離を表す。非点収差図の縦軸は、像高を表す。非点収差図に関し、実線はサジタル像面に対する収差を表し、点線はタンジェンシャル像面に対する収差を表す。歪曲収差図の縦軸は、像高を表す。

　表５は、実施例３のレンズなどの面間隔、レンズなどの屈折率、アッベ数及び光線有効半径を示す表である。

　表６は、実施例３のレンズの面形状データを示す表である。

　なお、実施例３において、Ｆ値は２．８６、画角は３６．４１°、光学系全体の焦点距離は１ミリメータである。

　実施例３によれば、図６の収差図から明らかなように、各収差を良好に補正することができる。また、解像度の高い構成も可能であり、画質の良い小型な撮像光学系を実現することができる。

　表７は、実施例における、式（１）乃至（１５）で使用される変数の値を示す表である。

　表８は、実施例における、式（１）乃至（１５）の項の値を示す表である。
　

実施形態の変形について
　上記の実施例において、レンズの材料は、ポリオレフィン系樹脂とポリカーボネート樹脂を使用した。しかし、各レンズの材料として、樹脂ではなく、ガラス材を用いることで環境温度特性などの良好な光学系を実現することも可能である。また、第１レンズと第２レンズを接合して用いることで、色収差補正の良好な光学系を実現することも可能である。さらには、レンズの光学面上に軸対称の回折格子を施すことによって、色収差の補正を行うことも可能である。

撮像装置及び携帯電話端末
　本発明のいずれかの実施形態による撮像光学系を搭載した撮像装置及び携帯電話端末は、十分に収差を抑えた画像を提供することができ、製造コストも低い。

１００、２００、３００…絞り、１１０、２１０、３１０…第１レンズ、１２０、２２０、３２０…第２レンズ、１３０、２１３０、３３０…第３レンズ、１４０、２４０、３４０…第４レンズ、１６０、２６０、３６０…像面

Claims (11)

1. 　物体側から像面側に配置された、正の屈折力を有し物体側面が凸形状である第１レンズと、負の屈折力を有し、像側面が凹形状の第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有し、物体側に凸のメニスカス形状を有する第４レンズと、からなり、絞りは、前記第１レンズの像側面より物体側に配置されている撮像光学系であって、
   　ｒを光軸からの距離、Ｚを、物体側から像側の方向を正とし、光学面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の位置座標として、前記第４レンズの物体側面の光軸を含む断面の形状をＺ＝ｆ（ｒ）として、Ｚ＝ｆ（ｒ）は、光軸との交点の他に、Ｚのｒに関する極値点を少なくとも２つ含む、撮像光学系。
2. 　ＴＴＬは、第１レンズの物体側面から像面までの距離、ＩＨは、像面における撮像エリアの対角長の半分である最大像高、Ｐは、光学系全体の屈折力、Ｐ１２は、第１レンズと第２レンズの合成屈折力、θｍは、最大像高位置に到達する主光線が、前記第２レンズを通過後に光軸と成す角度であるとして、
   　　　１．４　≦　ＴＴＬ／ＩＨ　≦　２．０　　　 ・・・（１）
   　　　１．０５　≦　Ｐ×ＴＴＬ　≦　１．２０　　 ・・・（２）
   　　　０．６５　≦　Ｐ１２／Ｐ　≦　０．９０　　 ・・・（３）
   　　　４０°　≦　θｍ　≦　６０°　　　　　　　 ・・・（４）
   を満足する、請求項１に記載の撮像光学系。
3. 　前記断面の形状は、光軸に近い方からＺ＝ｆ（ｒ）の極大値点と極小値点を備え、Ｒｉは、光軸から極大値点までの距離、Ｒｏは、光軸から極小値点までの距離、Ｒ４ｆは、前記第４レンズの物体側面の光線有効半径として、
   　　　０．４　≦　Ｒｉ／Ｒ４ｆ　≦　０．６　　　 ・・・（５）
   　　　０．７　≦　Ｒｏ／Ｒ４ｆ　≦　０．９　　　 ・・・（６）
   を満足する、請求項１または２に記載の撮像光学系。
4. 　さらに、
   　　０．２　≦（Ｒｏ－Ｒｉ）／Ｒ４ｆ　≦　０．４　・・・（７）
   を満足する、請求項１から３のいずれかに記載の撮像光学系。
5. 　前記断面の形状において、θＲは、光線有効半径位置におけるＺ＝ｆ（ｒ）の接線と光軸との成す角度であるとして
   　　６０°　≦　θＲ　≦　８５°　　　　　　　　・・・（８）
   を満足する、請求項１から４のいずれかに記載の撮像光学系。
6. 　θｉは、最大像高位置に到達する主光線が、前記第４レンズの物体側面に入射する角度であるとして、
   　　３５°　≦　θｉ　≦　７５°　　　　　　　　・・・（９）
   を満足する、請求項１から５のいずれかに記載の撮像光学系。
7. 　前記第３レンズにおいて、ｒを光軸からの距離、Ｚｆ（ｒ）を、物体側面上において光軸からの距離がｒである点の、物体側から像側の方向を正とし、物体側面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の物体側面上の位置座標、Ｚｒ（ｒ）を、像側面上において光軸からの距離がｒである点の、物体側から像側の方向を正とし、像側面と光軸との交点を含む光軸に垂直な平面を基準とした光軸方向の像側面上の位置座標、Ｒ３ｆは、前記第３レンズ物体側面の光線有効半径、Ｒ３ｒは、前記第３レンズ像側面の光線有効半径であるとして、光線有効半径の内側の領域において
   　 ｜Ｚｆ（ｒ）／Ｒ３ｆ｜　≦　０．２５　　　　 ・・・（１０）
   　 ｜Ｚｒ（ｒ）／Ｒ３ｒ｜　≦　０．２５　　　　 ・・・（１１）
   を満足する、請求項１から６のいずれかに記載の撮像光学系。
8. 　前記第３レンズにおいて、Ｚｆ（ｒ）およびＺｒ（ｒ）が、光線有効半径の７割以下の領域において、
   　 ｜Ｚｆ（ｒ）／Ｒ３ｆ｜　≦　０．１　　　　　・・・（１２）
   　 ｜Ｚｒ（ｒ）／Ｒ３ｒ｜　≦　０．１　　　　　・・・（１３）
   を満足する、請求項７に記載の撮像光学系。
9. 　Ｐ１ｆは、第１レンズの物体側面の屈折力、Ｐ１ｒは、第１レンズの像側面の屈折力、
   Ｐ２ｆは、第２レンズの物体側面の屈折力、Ｐ２ｒは、第２レンズの像側面の屈折力であるとして、
   　 ｜Ｐ１ｆ／Ｐ１ｒ｜　≧　４．５　　　　　　　・・・（１４）
   　 ｜Ｐ２ｒ／Ｐ２ｆ｜　≧　１．５　　　　　　　・・・（１５）
   を満足する、請求項１から８のいずれかに記載の撮像光学系。
10. 　請求項１から９のいずれかに記載の撮像光学系を搭載した撮像装置。
11. 　請求項１乃至１０のいずれかに記載の撮像光学系を搭載した携帯電話末端。

Images