WO2011004443A1 - 結像光学系 - Google Patents

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WO2011004443A1
WO2011004443A1 PCT/JP2009/007194 JP2009007194W WO2011004443A1 WO 2011004443 A1 WO2011004443 A1 WO 2011004443A1 JP 2009007194 W JP2009007194 W JP 2009007194W WO 2011004443 A1 WO2011004443 A1 WO 2011004443A1
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WO
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lens
optical system
imaging optical
object side
vertical axis
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PCT/JP2009/007194
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English (en)
French (fr)
Inventor
金井紀文
カーワージョエル
Original Assignee
ナルックス株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system used for a digital camera, a mobile phone with an imaging function, a scanner, and the like.
  • CMOS Complementally Metal Oxide emi Semiconductor
  • BSI Backside Illumination
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3342030 Patent Document 2 Japanese Patent No. 40403667 Patent Document 3 Japanese Patent No. 4032668
  • An imaging optical system includes a first lens having positive power from the object side to the image plane side, a second lens that is a convex meniscus lens on the image side, a third lens having positive power, and a negative lens.
  • An imaging optical system including a fourth lens having power.
  • the power in the vicinity of the principal ray in the meridional direction of the third lens has a positive region in the paraxial region and a negative region at a position away from the optical axis.
  • the power in the vicinity of the chief ray in the meridional direction of the fourth lens is negative in the paraxial region and has a region that is positive at a position away from the optical axis.
  • the first lens includes a diffraction grating on the image side surface.
  • the focal length of the second lens is f 2
  • the combined focal length of the imaging optical system is f T
  • the distance from the object side to the image plane among the vertices of the aperture surface or the object side surface of the first lens is TTL, Is satisfied.
  • the axial chromatic aberration is corrected (achromatic) by the diffraction grating provided on the image plane side of the first lens, so that the absolute power of the second lens is satisfied so that the expression (1) is satisfied.
  • the value is reduced. Therefore, the assembly tolerance can be increased and the manufacturing cost can be reduced.
  • a compact imaging optical system can be realized by configuring so that the expression (2) is satisfied.
  • the focal length of the fourth lens is f 4
  • the refractive index of the d-line of the material of the fourth lens is n 4 , Is satisfied.
  • the Petzval sum is reduced, and an imaging optical system having a small field curvature in the vicinity of the optical axis is realized, and a high image height position is achieved. It is possible to smoothly and gently control the change in curvature of field up to.
  • the diffraction grating is composed of annular zones, and the number of annular zones is 10 or less.
  • the number of annular zones is 10 or less, the influence on flare and ghosts derived from other light due to the processing limit can be minimized.
  • 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
  • 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 101, a second lens 102, a third lens 103, and a fourth lens 104 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 101 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 101. Specifically, the stop is on the object side surface of the first lens 101.
  • the light that has passed through the first lens 101, the second lens 102, the third lens 103, and the fourth lens 104 passes through the glass plate 105 and reaches the image plane 106.
  • the focal length of the i-th lens and the refractive index of the d-line (wavelength 587.6 nm) of the lens material are And the distance from the object side to the image plane (hereinafter also referred to as the optical length) among the combined focal length of the imaging optical system and the apex of the object side surface of the aperture surface or the first lens, respectively, And
  • An imaging optical system includes a first lens having a positive power from the object side to the image plane side, a second lens that is a convex meniscus lens on the image side, and a positive power. And a fourth lens having negative power.
  • the lens having positive or negative power means that the lens has positive or negative power near its paraxial axis.
  • the power in the vicinity of the principal ray in the meridional direction of the third lens is positive in the paraxial region and negative in the position away from the optical axis.
  • the power in the vicinity of the chief ray in the meridional direction of the fourth lens is negative in the paraxial region and has a region that is positive at a position away from the optical axis.
  • An imaging optical system includes an annular diffraction grating for correcting axial chromatic aberration (hereinafter also referred to as achromatic) on the image side surface of the first lens.
  • the number of ring zones is 10 or less. If the number of ring zones is greater than 10, the width of the ring zone at the peripheral edge portion becomes small, and the influence on flare and ghosts derived from other light due to the processing limit increases.
  • the absolute value of the ratio between the focal length of the second lens and the combined focal length satisfies the following expression.
  • the first lens is made of a low-dispersion material when performing achromaticity using the difference in Abbe number (dispersion rate) of the lens material.
  • the lens has a positive power
  • the second lens is a lens having a negative power made of a highly dispersed material. In this case, in order to realize a predetermined achromatic performance, the negative power of the second lens needs to be greater than or equal to a predetermined magnitude.
  • the design resolution can be sufficiently improved.
  • the processing tolerance or assembly tolerance of the lens in the manufacturing process becomes strict, which makes it difficult to manufacture or increases the manufacturing cost.
  • the present invention realizes an imaging optical system in which the negative power of the second lens is reduced so as to satisfy Expression (1) while maintaining high resolution.
  • the negative power of the second lens is reduced by providing the main achromatic function to the diffraction grating.
  • the imaging optical system according to the embodiment of the present invention satisfies the following expression. If the optical length and the combined focal length exceed the upper limit value of Expression (2), it becomes difficult to realize a compact imaging optical system.
  • the imaging optical system according to the embodiment of the present invention satisfies the following expression.
  • the Petzval sum P expressed by the following equation close to zero.
  • Equation (3) since the first and third lenses have positive power and the absolute value of the power of the second lens is small, only the fourth lens has a substantial negative power. Therefore, in order to bring the Petzval sum of Equation (4) closer to 0, Equation (3) needs to be satisfied.
  • An imaging optical system characteristic table 1 is a table showing the characteristics of the first to sixth embodiments.
  • the unit of length is millimeters unless otherwise specified.
  • Examples 1 to 6 satisfy Expressions (1) to (3). Further, the number of ring zones of the diffraction grating provided on the image plane side of the first lens is 10 or less.
  • each lens of the embodiment can be expressed by the following expression.
  • z is a coordinate indicating the position of the point on the lens surface in the optical axis direction, with the image side being positive with the intersection of the lens surface and the optical axis as a reference.
  • r represents the distance from the optical axis of a point on the lens surface.
  • R is the radius of curvature at the apex of the lens surface.
  • k is a conic constant.
  • Ai is a polynomial coefficient.
  • phase function of the diffraction grating provided on the image plane side of the first lens can be expressed by the following equation.
  • Bi is a coefficient of a polynomial.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system according to the first embodiment.
  • the imaging optical system according to the first embodiment includes a first lens 101, a second lens 102, a third lens 103, and a fourth lens 104 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 101 and on the image side of the apex of the object side surface of the first lens 101. Specifically, the stop is on the object side surface of the first lens 101.
  • the light that has passed through the first lens 101, the second lens 102, the third lens 103, and the fourth lens 104 passes through the glass plate 105 and reaches the image plane 106.
  • an achromatic diffraction grating is provided on the image plane side of the first lens.
  • the main part of the achromatic function is carried by the diffraction grating, and the number of ring zones of the diffraction grating is ten.
  • FIG. 2 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. 2 shows aberrations for three wavelengths in the visible region.
  • FIG. 2A is a diagram showing spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis in FIG. 2A indicates the focal position in the optical axis direction with the image plane position as a reference (unit: millimeter).
  • the vertical axis in FIG. 2 (a) indicates the light passage position at the stop. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and the maximum value on the vertical axis indicates that the light beam passes through the end of the stop.
  • FIG. 2B is a diagram showing astigmatism and curvature of field.
  • 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 a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • T represents the shape of the meridional image plane
  • S represents the shape of the sagittal image plane.
  • FIG. 2C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.2 (c) shows a distortion aberration (a unit is a percentage).
  • shaft of FIG.2 (c) shows a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • Table 2 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 1.
  • or 8th surface shows the surface of the 1st thru
  • or 10th surface shows the surface of a glass plate.
  • the surface interval of the first surface is the interval between the first surface and the second surface (the image side surface of the first lens).
  • Table 3 is a table showing the radius of curvature R and the conic constant k at the apex of the expression (5) of the first to eighth lens surfaces.
  • Table 4 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the first surface to the fourth surface.
  • Table 5 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the fifth surface to the eighth surface.
  • Table 6 is a table showing the coefficient Bi of the polynomial in Expression (6) representing the phase function of the diffraction grating.
  • 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 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. Specifically, the stop is on 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.
  • an achromatic diffraction grating is provided on the image plane side of the first lens.
  • the main part of the achromatic function is carried by the diffraction grating, and the number of ring zones of the diffraction grating is nine.
  • FIG. 4 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 2.
  • FIG. 4 shows aberrations for three wavelengths in the visible region.
  • FIG. 4A is a diagram showing spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis in FIG. 4A indicates the focal position in the optical axis direction with the image plane position as a reference (unit: millimeter).
  • the vertical axis in FIG. 4 (a) indicates the light passage position at the stop. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and the maximum value 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 a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • T represents the shape of the meridional image plane
  • S represents the shape of the sagittal image plane.
  • FIG. 4C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.4 (c) shows a distortion aberration (distortion) (a unit is a percentage).
  • shaft of FIG.4 (c) shows a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • Table 7 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 2.
  • or 8th surface shows the surface of the 1st thru
  • the surface interval of the first surface is the interval between the first surface and the second surface (the image side surface of the first lens).
  • Table 8 is a table showing the radius of curvature R and the conic constant k at the apex of the expression (5) of the first to eighth lens surfaces.
  • Table 9 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the first surface to the fourth surface.
  • Table 10 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the fifth surface to the eighth surface.
  • Table 11 is a table showing the coefficient Bi of the polynomial in Expression (6) representing the phase function of the diffraction grating.
  • 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 is located closer to the object side than the image side surface of the first lens 301 and closer to the image side than the vertex of the object side surface of the first lens 301. Specifically, the stop is on 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.
  • an achromatic diffraction grating is provided on the image plane side of the first lens.
  • the main part of the achromatic function is carried by the diffraction grating, and the number of ring zones of the diffraction grating is ten.
  • FIG. 6 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 3.
  • FIG. 6 shows aberrations for three wavelengths in the visible region.
  • FIG. 6A is a diagram showing spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis in FIG. 6A indicates the focal position in the optical axis direction with the image plane position as a reference (unit: millimeter).
  • the vertical axis in FIG. 6 (a) indicates the light passage position at the stop. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and the maximum value on the vertical axis indicates that the light beam passes through the end of the stop.
  • 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 a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • T represents the shape of the meridional image plane
  • S represents the shape of the sagittal image plane.
  • FIG. 6C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.6 (c) shows a distortion aberration (distortion) (a unit is a percentage).
  • shaft of FIG.6 (c) shows a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • Table 12 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 3.
  • or 8th surface shows the surface of the 1st thru
  • the surface interval of the first surface is the interval between the first surface and the second surface (the image side surface of the first lens).
  • Table 13 is a table showing the radius of curvature R and the conic constant k at the apex of the expression (5) of the first to eighth lens surfaces.
  • Table 14 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) for the first to fourth lens surfaces.
  • Table 15 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the fifth surface to the eighth surface.
  • Table 16 is a table showing the coefficient Bi of the polynomial in Expression (6) representing the phase function of the diffraction grating.
  • 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 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. Specifically, the stop is on 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.
  • an achromatic diffraction grating is provided on the image plane side of the first lens.
  • the main part of the achromatic function is carried by the diffraction grating, and the number of ring zones of the diffraction grating is eight.
  • FIG. 8 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 4.
  • FIG. 8 shows aberrations for three wavelengths in the visible region.
  • FIG. 8A is a diagram showing spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis in FIG. 8A indicates the focal position in the optical axis direction with respect to the image plane position (unit: millimeter).
  • shaft of Fig.8 (a) shows the passage position of the light ray in a stop. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and the maximum value on the vertical axis indicates that the light beam passes through the end of the stop.
  • 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 a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • T represents the shape of the meridional image plane
  • S represents the shape of the sagittal image plane.
  • FIG. 8C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.8 (c) shows a distortion aberration (distortion) (a unit is a percentage).
  • shaft of FIG.8 (c) shows a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • Table 17 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 4.
  • or 8th surface shows the surface of the 1st thru
  • the surface interval of the first surface is the interval between the first surface and the second surface (the image side surface of the first lens).
  • Table 18 is a table showing the radius of curvature R and the conic constant k at the apex of the expression (5) of the first to eighth lens surfaces.
  • Table 19 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) for the first to fourth lens surfaces.
  • Table 20 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the fifth surface to the eighth surface.
  • Table 21 is a table showing the coefficient Bi of the polynomial in Expression (6) representing the phase function of the diffraction grating.
  • 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 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. Specifically, the stop is on 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.
  • an achromatic diffraction grating is provided on the image plane side of the first lens.
  • the main part of the achromatic function is carried by the diffraction grating, and the number of ring zones of the diffraction grating is five.
  • FIG. 10 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 5.
  • FIG. 10 shows aberrations for three wavelengths in the visible region.
  • FIG. 10A is a diagram showing spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis in FIG. 10A indicates the focal position in the optical axis direction with the image plane position as a reference (unit: millimeter).
  • shaft of Fig.10 (a) shows the passage position of the light beam in an aperture_diaphragm
  • FIG. 10B is a diagram showing astigmatism and field curvature.
  • 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 a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • T represents the shape of the meridional image plane
  • S represents the shape of the sagittal 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) (a unit is a percentage).
  • shaft of FIG.10 (c) shows a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • Table 22 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 5.
  • or 8th surface shows the surface of the 1st thru
  • or 10th surface shows the surface of a glass plate.
  • the surface interval of the first surface is the interval between the first surface and the second surface (the image side surface of the first lens).
  • Table 23 is a table showing the radius of curvature R and the conic constant k at the apex of the expression (5) of the first to eighth lens surfaces.
  • Table 24 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) for the first to fourth lens surfaces.
  • Table 25 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the fifth surface to the eighth surface.
  • Table 26 is a table showing the coefficient Bi of the polynomial in Expression (6) that represents the phase function of the diffraction grating.
  • 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 stop 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. Specifically, the stop is on 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.
  • an achromatic diffraction grating is provided on the image plane side of the first lens.
  • the main part of the achromatic function is carried by the diffraction grating, and the number of ring zones of the diffraction grating is nine.
  • FIG. 12 is a diagram showing aberrations of the imaging optical system according to Example 6.
  • FIG. 12 shows aberrations for three wavelengths in the visible region.
  • FIG. 12A is a diagram showing spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the horizontal axis in FIG. 12A indicates the focal position in the optical axis direction with respect to the image plane position (unit: millimeter).
  • shaft of Fig.12 (a) shows the passage position of the light ray in a stop. 0 on the vertical axis indicates that the light beam passes through the center of the stop, and the maximum value on the vertical axis indicates that the light beam passes through the end of the stop.
  • 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 a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • T represents the shape of the meridional image plane
  • S represents the shape of the sagittal image plane.
  • FIG. 12C is a diagram showing distortion.
  • the horizontal axis of FIG.12 (c) shows a distortion aberration (distortion) (a unit is a percentage).
  • shaft of FIG.12 (c) shows a visual field. 0 on the vertical axis indicates a viewing angle of 0 °, and the maximum value on the vertical axis indicates the maximum viewing angle.
  • Table 27 is a table showing lens data of the imaging optical system according to Example 6.
  • or 8th surface shows the surface of the 1st thru
  • the surface interval of the first surface is the interval between the first surface and the second surface (the image side surface of the first lens).
  • Table 28 is a table showing the radius of curvature R and the conic constant k at the apex of the expression (5) of the first to eighth lens surfaces.
  • Table 29 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) for the first to fourth lens surfaces.
  • Table 30 is a table showing the coefficient Ai of the polynomial in Expression (5) of the lens surfaces of the fifth surface to the eighth surface.
  • Table 31 is a table showing the coefficient Bi of the polynomial in Expression (6) representing the phase function of the diffraction grating.

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Abstract

　本発明による結像光学系は、物体側から像面側に、正のパワーを有する第１レンズ、像側に凸のメニスカスレンズである第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズ及び負のパワーを有する第４レンズを備えた結像光学系である。第３レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れた位置でパワーが負となる領域を有し、第４レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れた位置でパワーが正となる領域を有する。第１レンズは、像側面に回折格子を備える。第２レンズの焦点距離をｆ２、結像光学系の合成焦点距離をｆＴ、絞り面または第１レンズの物体側面の頂点のうち、物体側のものから像面までの距離をＴＴＬとして、以下の式が満たされる。|f 2 /f T | ≥ 3 (1) TTL/f T ≤1.2 (2)

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、スキャナなどに使用される結像光学系に関する。
小型で高解像度の撮像装置に対する要求が高まってきている。したがって、このような撮像装置に使用される結像光学系に対しても、小型で解像度が高いことが要求される。このような結像光学系は、たとえば特許文献１乃至３などに記載されている。
　結像光学系を小型化するための手段として、最近では広角化する方法が多く用いられる傾向がある。固体撮像素子では、配線層の壁により光線が遮蔽されるのを最小限に抑えるため、撮像素子への光線入射角度が制限されており、広角化した分無理して光線の角度を所定の角度範囲に制御する必要があった。一般的な４枚構成の小型撮像光学系においては、負のパワーを持った第２レンズにより軸上色収差の補正を行うと同時に最大像高に向けて大きく光線の方向を変え、第４レンズにより撮像素子への光線入射角が小さくなるように制御している。しかし、このような方法では、大きな負のパワーを持つ第２レンズの公差が厳しくなり、公差の範囲を超えると、最大視野に近づくにつれて大きな収差が発生してしまい、像の劣化を招く結果となる。
　このような公差の厳しい光学系を作成するには、加工及び組み立てに時間がかかり、作成後の検査で良品とされたもののみを製品とする場合には歩留まりが低下する。いずれにしても、結果として結像光学系の製造コストが上昇する。
　一方、現在では、ＣＭＯＳ（Complementally Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの裏面照射技術（Backside Illumination: BSI）の開発により、センサへの許容光線入射角が広くなっているが、この技術の利点を、製造時の利点として生かした設計開発は未発展の状態である。
　特許文献１　特許３４２４０３０号公報
　特許文献２　特許４０３２６６７号公報
　特許文献３　特許４０３２６６８号公報
　したがって、小型、高解像度で、かつ製造コストを抑えることのできる結像光学系に対するニーズがある。
　本発明による結像光学系は、物体側から像面側に、正のパワーを有する第１レンズ、像側に凸のメニスカスレンズである第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズ及び負のパワーを有する第４レンズを備えた結像光学系である。第３レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れた位置で負となる領域を有する。第４レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れた位置で正となる領域を有する。第１レンズは、像側面に回折格子を備える。第２レンズの焦点距離をｆ２、結像光学系の合成焦点距離をｆＴ、絞り面または第１レンズの物体側面の頂点のうち、物体側のものから像面までの距離をＴＴＬとして、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 が満たされる。
　本発明によれば、第１レンズの像面側に備えた回折格子によって軸上色収差の補正（色消し）を行うことにより、式（１）が満足されるように第２レンズのパワーの絶対値を小さくしている。したがって、組み立て公差を大きくし、製造コストを低下させることができる。
　また、本発明によれば、式（２）が満足されるように構成することにより、コンパクトな結像光学系が実現される。
　本発明の実施形態によれば、第４レンズの焦点距離をｆ４、第４レンズの材料のｄ線の屈折率をｎ４として、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 が満足される。
　本実施形態によれば、式（３）を満足されるように構成することにより、ペッツヴァル和が小さくなり、光軸近傍にて像面湾曲の小さな結像光学系が実現され、高い像高位置に至るまでの像面湾曲の変化を滑らか且つ緩やかに制御することができるようになる。
　本発明の実施形態によれば、回折格子が輪帯からなり、輪帯数が１０以下である。
　本実施形態によれば、輪帯数が１０以下であるので、加工限界による他次光由来のフレアやゴーストへの影響を最小限に抑えることができる。
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。
　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１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３および第４レンズ１０４を備える。絞りは、第１レンズ１０１の像側の面より物体側で第１レンズ１０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ１０１の物体側の面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３および第４レンズ１０４を通過した光は、ガラス板１０５を通過して像面１０６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。以下において、iを１から４の整数として、第iレンズの焦点距離、レンズ材料のｄ線(波長587.6nm)の屈折率を、それぞれ
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 とし、結像光学系の合成焦点距離及び絞り面または第１レンズの物体側面の頂点のうち、物体側のものから像面までの距離（以下、光学長とも呼称する）を、それぞれ
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 とする。
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、正のパワーを有する第１レンズ、像側に凸のメニスカスレンズである第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズ及び負のパワーを有する第４レンズを備える。ここで、レンズが正または負のパワーを有するとは、レンズがその近軸付近で正または負のパワーを有することを言う。
　第３レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れた位置で負となる領域を有する。第４レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れた位置で正となる領域を有する。上記のパワーをそれぞれ有する第３レンズと第４レンズとを組み合わせることにより、近軸領域から最大視野に至るまでの像面湾曲が小さくなるように制御することができる。
回折格子
　本発明の実施形態による結像光学系は、第１レンズの像側面に、軸上色収差の修正（以下、色消しとも呼称する）のための輪帯回折格子を備える。輪帯数は１０以下である。輪帯数が１０より大きいと、周縁部の輪帯の幅が小さくなり、加工限界による他次光由来のフレアやゴーストへの影響が大きくなる。
第２レンズの焦点距離と合成焦点距離との比の絶対値
　本発明の実施形態による結像光学系は、以下の式を満足する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　従来の本発明の同様のタイプの結像光学系において、レンズの材質のアッベ数（分散率）の差を利用して色消しを行う場合に、第１レンズを、低分散の材質からなる、正のパワーを有するレンズとし、第２レンズを高分散の材質からなる、負のパワーを有するレンズとしていた。この場合に所定の色消し性能を実現するために、第２レンズの負のパワーを所定の大きさ以上とする必要があった。また、色消しに回折格子を使用する場合にも、色消しの性能を向上させるため、レンズの材質の分散の大きさの差を利用した色消しと回折格子による色消しとを組み合わせて行っていた。
　従来の方法によれば、設計上の解像度は十分に向上させることができる。しかし、実際上は、製造過程におけるレンズの加工公差または組み立て公差が厳しくなり、製造が困難となり、あるいは製造コストが上昇するという問題が生じる。
　発明者は、製造過程を分析した結果、第１レンズが正のパワーを有するのに対し、第２レンズが所定の大きさ以上の負のパワーを有していることが、これらのレンズの組み立て公差を厳しくしているとの新たな知見を得た。したがって、高い解像度を維持したまま、第２レンズの負のパワーを小さくすることができれば、製造コストを下げることが可能となる。本発明は、上記の知見に基づいて、高い解像度を維持したまま、式（１）を満足するように、第２レンズの負のパワーを小さくした結像光学系を実現したものである。本発明においては、回折格子に主な色消し機能を持たせることにより、第２レンズの負のパワーを小さくしている。
光学長と合成焦点距離との比
　本発明の実施形態による結像光学系は、以下の式を満足する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 光学長と合成焦点距離が式（２）の上限値を超えると、コンパクトな結像光学系を実現するのが困難となる。
第４レンズの材料のｄ線の屈折率と焦点距離との積と合成焦点距離との比
　本発明の実施形態による結像光学系は、以下の式を満足する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 一般的に、複数のレンズからなる結像光学系の像面湾曲を小さくするには、以下の式で表せるペッツヴァル和Ｐをゼロに近づける必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　本実施形態において、第１及び第３レンズは正のパワーを有し、第２レンズのパワーの絶対値は小さいので、第４レンズのみが実質的な負のパワーを有する。したがって、式（４）のペッツヴァル和を０に近づけるには、式（３）が満たされる必要がある。
　以下において、本発明の実施例１乃至６を説明する。
実施例による結像光学系の特徴
　表１は、実施例１乃至６の特徴を示す表である。以下の表において、別記する場合を除いて長さの単位はミリメータである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１によれば、実施例１乃至６は、式（１）乃至（３）を満たす。また、第１レンズの像面側に備えた回折格子の輪帯数は１０以下である。
実施例のレンズ面を表す式及び回折格子の位相関数
　実施例の各レンズの面は、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 ここで、ｚは、レンズ面と光軸との交点を基準とし、像側を正とした、レンズ面上の点の光軸方向の位置を示す座標である。ｒは、レンズ面上の点の光軸からの距離を示す。Ｒは、レンズ面の頂点における曲率半径である。ｋは、円錐定数である。Ａｉは、多項式の係数である。
　第１レンズの像面側に備えた回折格子の位相関数は、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 ここで、Ｂｉは、多項式の係数である。
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１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３および第４レンズ１０４を備える。絞りは、第１レンズ１０１の像側の面より物体側で第１レンズ１０１の物体側の面の頂点より像側にある。具体的には、絞りは第１レンズ１０１の物体側の面上にある。第１レンズ１０１、第２レンズ１０２、第３レンズ１０３および第４レンズ１０４を通過した光は、ガラス板１０５を通過して像面１０６に至る。
　本実施例において、第１レンズの像面側に、色消しのための回折格子を備えている。本実施例において、色消し機能の主たる部分は、回折格子が担っており、回折格子の輪帯数は、１０である。
　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は、可視領域の３波長について収差を示している。図２（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図２（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図２（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図２（ｂ）は、非点収差及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、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。図２（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。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（単位はパーセント）。図２（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。
　表２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。第１乃至第８面は、第１乃至第４レンズの面を示し、第９乃至第１０面は、ガラス板の面を示す。表２において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
　表３は、第１面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の頂点における曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを示す表である。
　表４は、第１面乃至第４面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表５は、第５面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表６は、回折格子の位相関数を表す式（６）の多項式の係数Ｂｉを示す表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
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。具体的には、絞りは第１レンズ２０１の物体側の面上にある。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。
　本実施例において、第１レンズの像面側に、色消しのための回折格子を備えている。本実施例において、色消し機能の主たる部分は、回折格子が担っており、回折格子の輪帯数は、９である。
　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は、可視領域の３波長について収差を示している。図４（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図４（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図４（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図４（ｂ）は、非点収差及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、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。図４（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。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（単位はパーセント）。図４（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。
　表７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。第１乃至第８面は、第１乃至第４レンズの面を示し、第９乃至第１０面は、ガラス板の面を示す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
　表８は、第１面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の頂点における曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを示す表である。
　表９は、第１面乃至第４面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表１０は、第５面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表１１は、回折格子の位相関数を表す式（６）の多項式の係数Ｂｉを示す表である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
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。具体的には、絞りは第１レンズ３０１の物体側の面上にある。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。
　本実施例において、第１レンズの像面側に、色消しのための回折格子を備えている。本実施例において、色消し機能の主たる部分は、回折格子が担っており、回折格子の輪帯数は、１０である。
　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は、可視領域の３波長について収差を示している。図６（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図６（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図６（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図６（ｂ）は、非点収差及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、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。図６（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。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（単位はパーセント）。図６（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。
　表１２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。第１乃至第８面は、第１乃至第４レンズの面を示し、第９乃至第１０面は、ガラス板の面を示す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
　表１３は、第１面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の頂点における曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを示す表である。
　表１４は、第１面乃至第４面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表１５は、第５面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表１６は、回折格子の位相関数を表す式（６）の多項式の係数Ｂｉを示す表である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
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。具体的には、絞りは第１レンズ４０１の物体側の面上にある。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。
　本実施例において、第１レンズの像面側に、色消しのための回折格子を備えている。本実施例において、色消し機能の主たる部分は、回折格子が担っており、回折格子の輪帯数は、８である。
　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は、可視領域の３波長について収差を示している。図８（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図８（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図８（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図８（ｂ）は、非点収差及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、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。図８（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。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（単位はパーセント）。図８（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。
　表１７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。第１乃至第８面は、第１乃至第４レンズの面を示し、第９乃至第１０面は、ガラス板の面を示す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
　表１８は、第１面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の頂点における曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを示す表である。
　表１９は、第１面乃至第４面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表２０は、第５面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表２１は、回折格子の位相関数を表す式（６）の多項式の係数Ｂｉを示す表である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
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。具体的には、絞りは第１レンズ５０１の物体側の面上にある。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。
　本実施例において、第１レンズの像面側に、色消しのための回折格子を備えている。本実施例において、色消し機能の主たる部分は、回折格子が担っており、回折格子の輪帯数は、５である。
　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は、可視領域の３波長について収差を示している。図１０（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１０（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１０（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１０（ｂ）は、非点収差及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、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。図１０（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。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（単位はパーセント）。図１０（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。
　表２２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。第１乃至第８面は、第１乃至第４レンズの面を示し、第９乃至第１０面は、ガラス板の面を示す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
　表２３は、第１面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の頂点における曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを示す表である。
　表２４は、第１面乃至第４面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表２５は、第５面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表２６は、回折格子の位相関数を表す式（６）の多項式の係数Ｂｉを示す表である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000026
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。具体的には、絞りは第１レンズ６０１の物体側の面上にある。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。
　本実施例において、第１レンズの像面側に、色消しのための回折格子を備えている。本実施例において、色消し機能の主たる部分は、回折格子が担っており、回折格子の輪帯数は、９である。
　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は、可視領域の３波長について収差を示している。図１２（ａ）は、球面収差及び軸上色収差を示す図である。図１２（ａ）の横軸は、像面位置を基準とした光軸方向の焦点位置を示す（単位はミリメータ）。図１２（ａ）の縦軸は、絞りにおける光線の通過位置を示す。縦軸の０は、光線が絞りの中心を通過することを示し、縦軸の最大値は、光線が絞りの端を通過することを示す。図１２（ｂ）は、非点収差及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、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。図１２（ｂ）において、Ｔはメリディオナル像面の形状を表し、Ｓはサジタル像面の形状を表す。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（単位はパーセント）。図１２（ｃ）の縦軸は、視野を示す。縦軸の０は、０°の視野角を示し、縦軸の最大値は、最大視野角を示す。
　表２７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。第１乃至第８面は、第１乃至第４レンズの面を示し、第９乃至第１０面は、ガラス板の面を示す。表７において、例として、第１面（第１レンズの物体側の面）の面間隔は、第１面と第２面（第１レンズの像側の面）との間隔である。
　表２８は、第１面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の頂点における曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを示す表である。
　表２９は、第１面乃至第４面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表３０は、第５面乃至第８面のレンズ面の、式（５）の多項式の係数Ａｉを示す表である。
　表３１は、回折格子の位相関数を表す式（６）の多項式の係数Ｂｉを示す表である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000031

Claims (3)

  1. 　物体側から像面側に、正のパワーを有する第１レンズ、像側に凸のメニスカスレンズである第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズ及び負のパワーを有する第４レンズを備えた結像光学系であって、第３レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れた位置で負となる領域を有し、第４レンズのメリディオナル方向における主光線の近傍のパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れた位置で正となる領域を有し、第１レンズは、像側面に回折格子を備え、第２レンズの焦点距離をｆ２、結像光学系の合成焦点距離をｆＴ、絞り面または第１レンズの物体側面の頂点のうち、物体側のものから像面までの距離をＴＴＬとして、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
     が満足される結像光学系。
  2. 前記第４レンズの焦点距離をｆ４、前記第４レンズの材料のｄ線の屈折率をｎ４として、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
     が満足される請求項１に記載の結像光学系。
  3. 　前記回折格子が輪帯からなり、輪帯数が１０以下である請求項１または２に記載の結像光学系。
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