WO2022244433A1 - 撮像光学系及び撮像装置 - Google Patents

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WO2022244433A1
WO2022244433A1 PCT/JP2022/012148 JP2022012148W WO2022244433A1 WO 2022244433 A1 WO2022244433 A1 WO 2022244433A1 JP 2022012148 W JP2022012148 W JP 2022012148W WO 2022244433 A1 WO2022244433 A1 WO 2022244433A1
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optical system
imaging optical
imaging
image
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Inventor
秋洋 近藤
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system and an imaging apparatus including the same.
  • a problem with such a telephoto single-focal lens for a compound eye camera is that the total optical length increases due to the long focal length. Therefore, for example, in the technique described in Patent Document 1, the thickness of the main body of the mobile terminal is reduced by arranging the prism closest to the object side of the lens group and bending the optical path by 90 degrees. On the other hand, a telephoto fixed focal length lens is required to have a longer focal length.
  • the total length of the imaging optical system with respect to the focal length becomes long. As a result, the volume of the imaging optical system becomes large, and there arises a problem that it is not suitable for mounting on a small portable terminal.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to reduce the size of the entire imaging optical system while satisfactorily correcting various aberrations.
  • the present invention provides an imaging optical system for forming an image of a subject on a photoelectric conversion section of an imaging device, comprising: From the object side, a reflective optical element that folds an incident light beam; a first lens having positive refractive power; a second lens having negative refractive power; a third lens having negative refractive power; a fourth lens having positive refractive power; with It satisfies the following conditional expressions. 0.30 ⁇ f12/f ⁇ 1.0 (1) however, f12: the combined focal length of the first lens and the second lens f: the focal length of the entire imaging optical system
  • the present invention is an imaging device, the imaging optical system; the imaging device arranged closer to the image side than the fourth lens; Prepare.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a mobile terminal including an imaging device according to an embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic control configuration of the imaging device of the embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the imaging optical system of Example 1 when the object distance is infinite
  • FIG. 4 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system of Example 1.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the imaging optical system of Example 2 when the object distance is infinite
  • FIG. FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system of Example 2
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the imaging optical system of Example 3 when the object distance is infinite
  • FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system of Example 3
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the imaging optical system of Example 4 when the object distance is infinite.
  • FIG. 11 is a longitudinal aberration diagram of the imaging optical system of Example 4;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a mobile terminal 300 including an imaging device 100 that is an embodiment of the present invention.
  • the imaging device 100 includes a camera module 30 for forming an image signal.
  • the camera module 30 includes an imaging optical system 10 and a sensor section 50 .
  • the imaging optical system 10 is a single focus optical system for forming a subject image on an imaging surface (projection surface) I of the imaging device 51 , and is accommodated in the lens barrel 41 .
  • the imaging optical system 10 includes, in order from the object side, a prism Pr, a first lens L1, a second lens L2, a third lens L3, and a fourth lens L4.
  • the optical axis of the imaging optical system 10 includes an optical axis Ax1 on the object side of the prism Pr and an optical axis Ax2 on the image side of the prism Pr.
  • the optical axis Ax1 and the optical axis Ax2 are bent at approximately 90 degrees by the prism Pr.
  • the optical axis Ax1 is substantially along the thickness direction of the mobile terminal 300 . The details of the configuration of the imaging optical system 10 will be described later.
  • a lens barrel 41 that accommodates the imaging optical system 10 has an aperture OP that allows light from the object side to enter. Further, the lens barrel 41 is provided with a driving mechanism 42 for moving at least some of the first to fourth lenses L1 to L4 or a lens group along the optical axis Ax2.
  • the driving mechanism 42 enables the focusing operation of the imaging optical system 10 by moving the part of the lenses or the lens group on the optical axis Ax2.
  • the drive mechanism 42 includes, for example, a voice coil motor and guides.
  • the drive mechanism 42 may be configured by a stepping motor or the like instead of the voice coil motor or the like.
  • the sensor unit 50 includes an imaging device (solid-state imaging device) 51 that photoelectrically converts the subject image formed by the imaging optical system 10 .
  • the imaging element 51 is, for example, a CMOS image sensor.
  • the imaging element 51 is fixed in a state of being positioned with respect to the optical axis Ax2.
  • the imaging element 51 has a photoelectric conversion section 51a as an imaging surface I, and a signal processing circuit (not shown) is formed around it. Pixels, that is, photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in the photoelectric conversion unit 51a. Note that the imaging element 51 is not limited to the CMOS type image sensor described above, and may incorporate another imaging element such as a CCD.
  • the mobile terminal 300 equipped with the imaging device 100 is, for example, a smart phone.
  • the mobile terminal 300 is not limited to a smart phone, and may be a mobile phone, a PHS (Personal Handyphone System), a PDA (Personal Digital Assistant), a tablet computer, a mobile computer, a digital still camera, a video camera, or the like.
  • PHS Personal Handyphone System
  • PDA Personal Digital Assistant
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic control configuration of the imaging device 100.
  • the imaging device 100 includes a processing section 60 that operates the camera module 30 .
  • the processing unit 60 includes a lens driving unit 61 , an element driving unit 62 , an input unit 63 , a storage unit 64 , an image processing unit 65 , a display unit 66 and a control unit 67 .
  • the lens drive unit 61 operates the drive mechanism 42 to move some lenses or lens groups out of the first to fourth lenses L1 to L4 along the optical axis Ax2, so that the imaging optical system 10 is combined. Make it perform actions such as firing.
  • the device drive unit 62 receives voltages and clock signals for driving the image pickup device 51 from the control unit 67 and outputs them to circuits associated with the image pickup device 51 to operate the image pickup device 51 .
  • the input unit 63 is a part that receives a user's operation or a command from an external device.
  • the storage unit 64 is a part that stores information necessary for the operation of the imaging device 100, image data acquired by the camera module 30, lens correction data used for image processing, and the like.
  • the image processing unit 65 performs image processing on the image signal output from the imaging device 51 .
  • the image signal corresponds to, for example, a moving image, and the frame image forming the moving image is processed.
  • the image processing unit 65 performs distortion correction processing on the image signal based on the lens correction data read out from the storage unit 64 in addition to normal image processing such as color correction, tone correction, and zooming.
  • the display unit 66 is a part that displays information to be presented to the user, captured images, and the like. Note that the display unit 66 can also function as the input unit 63 .
  • the control unit 67 comprehensively controls the operations of the lens driving unit 61, the element driving unit 62, the input unit 63, the storage unit 64, the image processing unit 65, the display unit 66, and the like. Various image processing is performed on the
  • the imaging optical system 10 is substantially composed of a prism Pr, an aperture stop S, and first to fourth lenses L1 to L4 in order from the object side.
  • the prism Pr is an example of a reflective optical element according to the present invention, and bends an incident light beam by approximately 90°.
  • the bending angle is not particularly limited.
  • the optical path length can be shortened and the thickness of the portable terminal 300 can be reduced.
  • the aperture stop S is formed in a non-circular shape and arranged between the prism Pr and the first lens L1.
  • the aperture diaphragm S may be arranged closer to the object side than the second lens L2.
  • the aperture diaphragm S is arranged so as to overlap at least a part of the object side surface of the first lens L1, when the imaging optical system 10 is viewed in the direction of the optical axis Ax2, in the portion where the light beam height is restricted, Since the angle of refraction on the object side surface of the first lens L1 can be made small, the occurrence of high-order spherical aberration and coma aberration occurring in the first lens L1 can be suppressed. In addition, since the height of light rays passing through the first lens L1 can be reduced, it is possible to easily secure the edge thickness of the first lens L1, thereby reducing the difficulty of manufacturing.
  • the thickness of the imaging optical system 10 and thus the portable terminal 300 can be reduced.
  • the non-circular shape is not limited to a shape in which both upper and lower sides are horizontally cut out, and for example, a shape in which only one of the upper and lower sides is horizontally cut out may be used.
  • the first lens L1 has positive refractive power.
  • the second lens L2 has negative refractive power.
  • the third lens L3 has negative refractive power.
  • the fourth lens L4 has positive refractive power.
  • the image-side surface of the fourth lens L4 is formed in an aspherical shape and has an extremum at a position other than the intersection with the optical axis Ax2.
  • the "extremum” means that the tangent of the aspherical surface is perpendicular to the optical axis Ax2 when considering the curve of the cross-sectional shape of the fourth lens L4 that includes the optical axis Ax2 within the effective radius. A point on an aspherical surface that becomes a line segment.
  • the first to fourth lenses L1 to L4 are so-called I-cut lenses in which the top and bottom of a circular shape are cut horizontally. However, all the lenses need not be non-circular, such as I-cut lenses, and at least one of the first to fourth lenses L1 to L4 may be non-circular. If the lens mounted on the imaging device 100 is circular, the thickness of the mobile terminal 300 will increase. Therefore, by forming at least one of the first to fourth lenses L1 to L4 to have a non-circular shape, for example, an I-cut lens, the thickness of the imaging device 100 and thus the mobile terminal 300 can be reduced. Note that the non-circular shape in this case is not limited to an I-cut, and may be, for example, a D-cut cut in one direction or another shape.
  • the first to fourth lenses L1 to L4 are made of glass material. However, not all the lenses need be made of glass material, and at least one of the first to fourth lenses L1 to L4 should be made of glass material. By forming at least one lens out of the first to fourth lenses L1 to L4 from a glass material, it is possible to reduce image point position fluctuations in the imaging optical system 10 as a whole when temperature changes. In particular, it is more desirable to form the first lens L1, which has the strongest refracting power, from a glass material in terms of minimizing image point position fluctuations when temperature changes.
  • a parallel flat plate F may be arranged between the fourth lens L4 and the sensor unit 50 (imaging element 51).
  • the parallel flat plate F is a parallel flat plate assuming an optical low-pass filter, an IR cut filter, a sealing glass of the imaging element 51, or the like.
  • the parallel flat plate F can be arranged as a separate filter member, but can also be provided with that function on any lens surface of the imaging optical system 10 .
  • an infrared cut filter an infrared cut coat may be applied on the surface of one or more lenses.
  • the imaging optical system 10 satisfies the following conditional expression (1). 0.30 ⁇ f12/f ⁇ 1.0 (1) However, f12 is the combined focal length of the first lens L1 and the second lens L2, and f is the focal length of the imaging optical system 10 as a whole.
  • Conditional expression (1) is a conditional expression for appropriately setting the combined focal length f12 of the first lens L1 and the second lens L2. Since f12/f is less than the upper limit of conditional expression (1), the positive combined focal length f12 of the first lens L1 and the second lens L2 does not become too long, so that the principal point position of the entire imaging optical system 10 is It can be arranged closer to the object side, and the overall length of the imaging optical system 10 can be shortened.
  • conditional expression (1) when f12/f exceeds the lower limit of conditional expression (1), the positive composite focal length f12 of the first lens L1 and the second lens L2 does not become too short, and the first lens L1 and the second lens L2 High-order spherical aberration and coma aberration that occur can be suppressed to a small level, and by appropriately suppressing the individual refractive powers of the first lens L1 and the second lens L2, image plane fluctuations due to manufacturing errors can be reduced. .
  • conditional expression (1)' 0.45 ⁇ f12/f ⁇ 0.60 (1)'
  • the imaging optical system 10 preferably satisfies the following conditional expression (2) in addition to the above conditional expression (1). -1.45 ⁇ f2/f ⁇ -0.30 (2)
  • f2 is the focal length of the image side surface of the second lens L2
  • f is the focal length of the imaging optical system 10 as a whole.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression for appropriately setting the focal length of the second lens L2.
  • f2/f is less than the upper limit of conditional expression (2), the negative refractive power of the second lens L2 does not become unnecessarily strong, and coma and distortion in the peripheral portion can be reduced.
  • f2/f exceeds the lower limit of conditional expression (2), the negative refractive power of the second lens L2 can be appropriately maintained, which is effective in reducing the Petzval sum and correcting curvature of field.
  • the imaging optical system 10 more preferably satisfies the following conditional expression (2)'. -1.30 ⁇ f2/f ⁇ -0.35 (2)'
  • the imaging optical system 10 preferably satisfies the following conditional expressions (3) and (4).
  • n 1d ⁇ 1.50 and v 1d >80.0
  • n 3d >1.75 and ⁇ 3d ⁇ 50.0
  • n1d is the refractive index of the first lens L1 for the d-line
  • ⁇ 1d is the Abbe number of the first lens L1
  • n3d is the refractive index of the third lens L3 for the d-line
  • ⁇ 3d is This is the Abbe number of the third lens L3.
  • Conditional expressions (3) and (4) are conditional expressions for appropriately setting the refractive index and Abbe number of the first lens L1 and the third lens L3.
  • the refractive index and Abbe number of the first lens L1 and the third lens L3 are adjusted. can be corrected.
  • the imaging optical system 10 includes, in order from the object side, the first lens L1 with positive power, the second lens L2 with negative power, the third lens L3 with negative power, A positive power fourth lens L4 is provided.
  • the imaging optical system 10 can increase the number of surfaces having a divergence action, facilitate correction of the Petzval sum, and ensure good imaging performance even in the peripheral area of the screen. can be obtained. Further, since the telephoto single focus lens has a long focal length, the total optical length tends to be large.
  • the optical path length can be shortened and the thickness at the time of bending can be made thinner.
  • the combined focal length f12 of the first lens L1 and the second lens L2 can be appropriately set. That is, when f12/f is less than the upper limit of conditional expression (1), the principal point position of the entire imaging optical system 10 can be arranged closer to the object side, and the overall length of the imaging optical system 10 can be shortened.
  • f12/f exceed the lower limit of conditional expression (1), high-order spherical aberration and coma aberration generated in the first lens L1 and the second lens L2 can be suppressed, and the respective refractive powers can be moderately suppressed. Therefore, it is possible to reduce the image plane variation due to the manufacturing error. As described above, it is possible to reduce the overall size of the imaging optical system 10 while satisfactorily correcting various aberrations.
  • the satisfaction of the following expression (5) is used as an indicator of the “downsizing” of the imaging optical system 10 .
  • L is the distance on the optical axis Ax2 from the most object-side lens surface to the image-side focal point in the imaging optical system 10 as a whole
  • f is the focal length of the imaging optical system 10 as a whole.
  • the image-side focus refers to an image point when a light beam parallel to the optical axis enters the imaging optical system 10 .
  • the parallel plate F is arranged between the most image-side surface of the imaging optical system 10 and the image-side focal position, the distance of the parallel plate F is converted to air, and the above value of L is shall be calculated.
  • the image-side surface of the fourth lens L4 arranged closest to the image side has an aspherical shape, so that various aberrations at the periphery of the screen can be satisfactorily corrected. Furthermore, by forming the image side surface of the fourth lens L4 into an aspherical shape having an extremum at a position other than the intersection with the optical axis Ax2, it becomes easier to ensure the telecentricity of the image side light flux.
  • the negative refractive power of the second lens L2 can be preferably set, and coma and distortion in the peripheral portion can be reduced. While keeping it small, good effects can be obtained in reducing the Petzval sum and in correcting curvature of field.
  • the thickness of the imaging device 100 and thus the mobile terminal 300 can be reduced.
  • the entrance pupil position can be brought closer to the object side on the optical axis Ax2. can be thinned. Further, by making the aperture stop S non-circular, the thickness of the imaging optical system 10 and thus the mobile terminal 300 can be reduced.
  • the imaging optical system 10 since the imaging optical system 10 satisfies the conditional expressions (3) and (4), chromatic aberration and field curvature of the imaging optical system 10 as a whole can be satisfactorily corrected.
  • f focal length of the entire imaging optical system
  • fB back focus
  • F F number 2Y: imaging surface diagonal length
  • R radius of curvature
  • D distance between upper surfaces of the axis
  • Nd refractive index of the lens material with respect to the d-line
  • ⁇ d lens Abbe number of material
  • the surface with "*" after each surface number in the lens surface data has an aspherical shape. Taking the X axis in the direction of the optical axis, and letting h be the height in the direction perpendicular to the optical axis, it is represented by the following "Equation 1". However, Ai: i-th order aspheric coefficient R: radius of curvature K: conic constant
  • Example 1 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 1.
  • FIG. 1 In the imaging optical system of Example 1, all optical elements from the aperture stop to the parallel flat plate perform focusing operations. The same applies to the following examples.
  • the aspheric coefficients of the lens surfaces of Example 1 are shown in Table II below.
  • powers of 10 eg, 2.5 ⁇ 10 ⁇ 02
  • E eg, 2.5E ⁇ 02
  • Conditional expression (2): f2/f -0.74
  • Example 2 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 2.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 2.
  • Conditional expression (2): f2/f -0.31
  • Example 3 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 3.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 3.
  • Conditional expression (2): f2/f -1.34
  • Example 4 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 4.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, distortion aberration) of the imaging optical system of Example 4.
  • Conditional expression (2): f2/f -0.78
  • the present invention is useful for reducing the size of the entire imaging optical system while satisfactorily correcting various aberrations.
  • Imaging optical system 51 Imaging device 51a Photoelectric conversion unit 100 Imaging device 300 Portable terminal Ax1 Optical axis Ax2 Optical axis F Parallel plate I Imaging surface L1 First lens L2 Second lens L3 Third lens L4 Fourth lens Pr Prism (reflective optical element) S aperture diaphragm

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Abstract

撮像光学系１０は、撮像素子５１の光電変換部５１ａに被写体像を結像させるものであり、物体側から順に、入射光線を折り曲げるプリズムＰｒと、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４とを備え、以下の条件式（１）を満足する。　０．３０＜ｆ１２／ｆ＜１．０　・・・（１） ただし、ｆ１２は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離であり、ｆは撮像光学系１０全系の焦点距離である。

Description

撮像光学系及び撮像装置
　本発明は、撮像光学系及びこれを備える撮像装置に関する。
　近年、スマートフォンなどの携帯端末に、比較的短い焦点距離の広角単焦点レンズと、比較的長い焦点距離の望遠単焦点レンズの２つ以上のレンズを備える複眼カメラが搭載されるようになってきた。このような複眼カメラでは、電子ズームでその焦点距離の間をシームレスに繋げることで、あたかも光学ズームレンズのような撮影が可能となっている。
　このような複眼カメラの望遠単焦点レンズでは、焦点距離が長いために光学全長が大きくなってしまうことが課題となる。そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、レンズ群の最も物体側にプリズムを配置して光路を９０°折り曲げることで、携帯端末本体の厚みを薄くしている。
　一方で、望遠単焦点レンズにはより長い焦点距離が求められている。しかし、上記特許文献１に記載の光学系では、焦点距離に対する撮像光学系の全長が長くなってしまう。そのため、撮像光学系の体積が大きくなって、小型の携帯端末への搭載には適さないという問題が生じる。
米国特許出願公開第２０１８／０１８０８４７号明細書
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、諸収差を良好に補正しつつ撮像光学系全体の小型化を図ることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像光学系であって、
　物体側から順に、
　入射光線を折り曲げる反射光学素子と、
　正の屈折力を有する第１レンズと、
　負の屈折力を有する第２レンズと、
　負の屈折力を有する第３レンズと、
　正の屈折力を有する第４レンズと、
　を備え、
　以下の条件式を満足する。
　　　０．３０＜ｆ１２／ｆ＜１．０　　　　　　・・・（１）
　ただし、
　ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
　ｆ：撮像光学系全系の焦点距離
　また、本発明は、撮像装置であって、
　上記撮像光学系と、
　前記第４レンズよりも像側に配置された前記撮像素子と、
　を備える。
　本発明によれば、諸収差を良好に補正しつつ撮像光学系全体の小型化を図ることができる。
実施形態の撮像装置を備える携帯端末の断面図である。 実施形態の撮像装置の概略の制御構成を示すブロック図である。 実施例１の撮像光学系の物体距離が無限遠時の断面図である。 実施例１の撮像光学系の縦収差図である。 実施例２の撮像光学系の物体距離が無限遠時の断面図である。 実施例２の撮像光学系の縦収差図である。 実施例３の撮像光学系の物体距離が無限遠時の断面図である。 実施例３の撮像光学系の縦収差図である。 実施例４の撮像光学系の物体距離が無限遠時の断面図である。 実施例４の撮像光学系の縦収差図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［撮像装置の構成］
　図１は、本発明の一実施形態である撮像装置１００を備える携帯端末３００の模式的な断面図である。
　この図に示すように、撮像装置１００は、画像信号を形成するためのカメラモジュール３０を備える。カメラモジュール３０は、撮像光学系１０とセンサー部５０とを備える。
　撮像光学系１０は、撮像素子５１の撮像面（被投影面）Ｉに被写体像を結像させるための単焦点の光学系であり、鏡筒４１内に収容されている。撮像光学系１０は、物体側から順に、プリズムＰｒと、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４とを備える。撮像光学系１０の光軸は、プリズムＰｒよりも物体側の光軸Ａｘ１と、プリズムＰｒよりも像側の光軸Ａｘ２とを含む。光軸Ａｘ１と光軸Ａｘ２とは、プリズムＰｒにより略９０°折れ曲がっている。光軸Ａｘ１は携帯端末３００の厚さ方向に略沿っている。
　撮像光学系１０の構成の詳細については後述する。
　撮像光学系１０を収容する鏡筒４１は、物体側からの光を入射させる開口ＯＰを有する。
　また、鏡筒４１には、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも一部のレンズ又はレンズ群を光軸Ａｘ２に沿って移動させる駆動機構４２が設けられている。駆動機構４２は、当該一部のレンズ又はレンズ群を光軸Ａｘ２上で移動させることにより、撮像光学系１０の合焦の動作を可能にする。駆動機構４２は、例えばボイスコイルモーターとガイドとを備える。なお、駆動機構４２はボイスコイルモーター等に代えてステッピングモーター等で構成してもよい。
　センサー部５０は、撮像光学系１０によって形成された被写体像を光電変換する撮像素子（固体撮像素子）５１を備える。
　撮像素子５１は、例えばＣＭＯＳ型のイメージセンサーである。撮像素子５１は、光軸Ａｘ２に対して位置決めされた状態で固定されている。この撮像素子５１は、撮像面Ｉとしての光電変換部５１ａを有し、その周辺には、不図示の信号処理回路が形成されている。光電変換部５１ａには、画素つまり光電変換素子が二次元的に配置されている。なお、撮像素子５１は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサーに限るものでなく、ＣＣＤ等の他の撮像素子を組み込んだものであってもよい。
　撮像装置１００を搭載した携帯端末３００は、例えばスマートフォンである。ただし、携帯端末３００はスマートフォンに限定されず、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、タブレットパソコン、モバイルパソコン、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等であってもよい。
　図２は、撮像装置１００の概略の制御構成を示すブロック図である。
　この図に示すように、撮像装置１００は、カメラモジュール３０を動作させる処理部６０を備える。
　処理部６０は、レンズ駆動部６１と、素子駆動部６２と、入力部６３と、記憶部６４と、画像処理部６５と、表示部６６と、制御部６７とを備える。
　レンズ駆動部６１は、駆動機構４２を動作させ、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうちの一部のレンズ又はレンズ群を光軸Ａｘ２に沿って移動させることにより、撮像光学系１０の合焦等の動作を行わせる。
　素子駆動部６２は、制御部６７から撮像素子５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けて撮像素子５１に付随する回路へ出力することによって、撮像素子５１を動作させる。
　入力部６３は、ユーザーの操作又は外部装置からのコマンドを受け付ける部分である。
　記憶部６４は、撮像装置１００の動作に必要な情報、カメラモジュール３０によって取得した画像データ、画像処理に用いるレンズ補正データ等を保管する部分である。
　画像処理部６５は、撮像素子５１から出力された画像信号に対して画像処理を行う。画像処理部６５では、画像信号が例えば動画像に対応するものであるとしてこれを構成するコマ画像に対して加工を施す。画像処理部６５は、色補正、階調補正、ズーミング等の通常の画像処理の他に、記憶部６４から読み出されたレンズ補正データに基づいて画像信号に対して歪み補正処理を実行する。
　表示部６６は、ユーザーに提示すべき情報、撮影した画像等を表示する部分である。なお、表示部６６は、入力部６３の機能を兼用できる。
　制御部６７は、レンズ駆動部６１、素子駆動部６２、入力部６３、記憶部６４、画像処理部６５、表示部６６等の動作を統括的に制御し、例えばカメラモジュール３０によって得た画像データに対して種々の画像処理を行う。
［撮像光学系の具体構成］
　続いて、撮像光学系１０についてより詳細に説明する。
　図１に示すように、撮像光学系１０は、本実施形態では、物体側から順に、プリズムＰｒと、開口絞りＳと、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４とから実質的に構成される。
　プリズムＰｒは、本発明に係る反射光学素子の一例であり、入射光線を略９０°折り曲げる。ただし、折り曲げる角度は特に限定されない。この反射光学素子をミラーなどの反射部材ではなく、光路を媒質で埋められるプリズムＰｒとすることで、光路長を短くして携帯端末３００の厚さを薄くすることができる。
　開口絞りＳは、非円形形状に形成され、プリズムＰｒと第１レンズＬ１との間に配置される。ただし、開口絞りＳは、第２レンズＬ２よりも物体側に配置されていればよい。
　開口絞りＳを第２レンズＬ２よりも物体側に配置することにより、入射瞳位置を光軸Ａｘ２上の物体側に近づけることができるため、プリズムＰｒの厚さを薄くすることができる。
　また、開口絞りＳを第１レンズＬ１の物体側面の少なくとも一部と重なるように配置した場合、撮像光学系１０を光軸Ａｘ２方向に見たときに、光線高さが規制された部分においては第１レンズＬ１の物体側面での屈折角を小さくすることができるので、第１レンズＬ１で発生する高次の球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。また、第１レンズＬ１を通過する光線高さを小さくすることができるので、第１レンズＬ１の縁厚を確保しやすくすることができ、製造難度が下がる。
　また、開口絞りＳを円形形状とすると、例えば厚さ方向に制限のある携帯端末３００に搭載する場合において厚さが増大してしまう。そこで開口絞りＳの形状を、非円形形状、例えば円形の上下を水平に切り取ったような形状とすることで、撮像光学系１０ひいては携帯端末３００の厚さを薄くすることができる。なお、この非円形形状は上下両側を水平に切り取ったものに限定されず、例えば上下いずれか一方のみを水平に切り取った形状などとしてもよい。
　第１レンズＬ１は、正の屈折力を有する。
　第２レンズＬ２は、負の屈折力を有する。
　第３レンズＬ３は、負の屈折力を有する。
　第４レンズＬ４は、正の屈折力を有する。
　第４レンズＬ４の像側の面は、非球面形状に形成され、光軸Ａｘ２との交点以外の位置に極値を有している。ここで、「極値」とは、有効半径内での光軸Ａｘ２を面内に含む当該第４レンズＬ４の断面形状の曲線を考えた場合において、非球面の接線が光軸Ａｘ２と垂直な線分となるような非球面上の点のことである。
　このように、最も像側に配置された第４レンズＬ４の像側面を非球面形状とすることで、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。さらに、第４レンズＬ４の像側面を光軸Ａｘ２との交点以外の位置に極値を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。
　第１～第４レンズＬ１～Ｌ４は、円形の上下を水平に切り取った所謂Ｉカットレンズとなっている。
　ただし、全てのレンズがＩカットレンズなどの非円形形状になっていなくともよく、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも１つのレンズが非円形形状であればよい。撮像装置１００に搭載されるレンズを円形形状とすると、携帯端末３００の厚さが増大してしまう。そこで、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも１つのレンズを非円形形状、例えばＩカットレンズとすることで、撮像装置１００ひいては携帯端末３００の厚さを薄くすることができる。なお、この場合の非円形形状はＩカットに限定されず、例えば一方向だけ切り取ったＤカットやその他の形状であってもよい。
　第１～第４レンズＬ１～Ｌ４は、ガラス材料で形成されている。
　ただし、全てのレンズがガラス材料で形成されていなくともよく、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも１つのレンズがガラス材料で形成されていればよい。第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも１つのレンズをガラス材料で形成することにより、撮像光学系１０全系での温度変化時の像点位置変動を小さくすることができる。特に、屈折力の最も強い第１レンズＬ１をガラス材料で形成するのが、温度変化時の像点位置変動を小さく抑える点においてより望ましい。
　第４レンズＬ４とセンサー部５０（撮像素子５１）との間には、平行平板Ｆを配置してもよい。平行平板Ｆは、光学的ローパスフィルター、ＩＲカットフィルター、撮像素子５１のシールガラス等を想定した平行平板である。平行平板Ｆは、別体のフィルター部材として配置することもできるが、撮像光学系１０のうちのいずれかのレンズ面にその機能を付与することもできる。例えば、赤外カットフィルターの場合、赤外カットコートを１枚又は複数枚のレンズの表面上に施してもよい。
　撮像光学系１０は、以下の条件式（１）を満足する。
　　　０．３０＜ｆ１２／ｆ＜１．０　　　　　　・・・（１）
　ただし、ｆ１２は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離であり、ｆは撮像光学系１０全系の焦点距離である。
　条件式（１）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離ｆ１２を適切に設定するための条件式である。ｆ１２／ｆが条件式（１）の上限を下回ることで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の正の合成焦点距離ｆ１２が長くなりすぎないため、撮像光学系１０全系の主点位置をより物体側に配置することができ、撮像光学系１０の全長を短くすることができる。一方、ｆ１２／ｆが条件式（１）の下限を上回ることで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の正の合成焦点距離ｆ１２が短くなりすぎず、第１レンズＬ１や第２レンズＬ２で発生する高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができ、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の個々の屈折力を適度に抑えることによって、製造誤差に対する像面変動を小さくすることができる。
　なお、撮像光学系１０は、以下の条件式（１）’を満足するのがより望ましい。
　　　０．４５＜ｆ１２／ｆ＜０．６０　　　　　・・・（１）’
　また、撮像光学系１０は、上記条件式（１）に加えて、以下の条件式（２）を満足するのが好ましい。
　　　－１．４５＜ｆ２／ｆ＜－０．３０　　　　・・・（２）
　ただし、ｆ２は第２レンズＬ２の像側面の焦点距離であり、ｆは撮像光学系１０全系の焦点距離である。
　条件式（２）は、第２レンズＬ２の焦点距離を適切に設定するための条件式である。ｆ２／ｆが条件式（２）の上限を下回ることで、第２レンズＬ２の負の屈折力が必要以上に強くなりすぎず、周辺部でのコマ収差や歪曲収差を小さくすることができる。一方、ｆ２／ｆが条件式（２）の下限を上回ることで、第２レンズＬ２の負の屈折力を適度に維持することができ、ペッツバール和の低減や像面湾曲の補正に効果がある。
　なお、撮像光学系１０は、以下の条件式（２）’を満足するのがより望ましい。
　　　－１．３０＜ｆ２／ｆ＜－０．３５　　　　・・・（２）’
　さらに、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３がガラス材料で形成された場合に、撮像光学系１０は、以下の条件式（３）及び（４）を満足するのが好ましい。
　　　ｎ１ｄ＜１．５０、かつ、ν１ｄ＞８０．０　　・・・（３）
　　　ｎ３ｄ＞１．７５、かつ、ν３ｄ＜５０．０　　・・・（４）
　ただし、ｎ１ｄは第１レンズＬ１のｄ線に対する屈折率であり、ν１ｄは第１レンズＬ１のアッベ数であり、ｎ３ｄは第３レンズＬ３のｄ線に対する屈折率であり、ν３ｄは第３レンズＬ３のアッベ数である。
　条件式（３）及び条件式（４）は、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３の屈折率とアッベ数を適切に設定するための条件式である。第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３の屈折率とアッベ数を条件式（３）及び条件式（４）の範囲内とすることで、撮像光学系１０全系の色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。
［本実施形態の技術的効果］
　以上のように、本実施形態によれば、撮像光学系１０が、物体側より順に、正のパワーの第１レンズＬ１、負のパワーの第２レンズＬ２、負のパワーの第３レンズＬ３、正のパワーの第４レンズＬ４を備える。これら４枚構成のうち２枚を負レンズとすることで、発散作用を有する面を多くしてペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保した撮像光学系１０を得ることが可能となる。
　また、望遠単焦点レンズは焦点距離が長いため光学全長が大きくなりがちであるが、反射光学素子であるプリズムＰｒによって光路を折り曲げることで、携帯端末３００の厚さを薄くすることができる。特に、反射光学素子をミラーなどの反射部材ではなく、光路を媒質で埋められるプリズムＰｒとすることで、光路長を短くして折り曲げ時の厚さをより薄くすることができる。
　また、撮像光学系１０が条件式（１）を満足することで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離ｆ１２を適切に設定できる。すなわち、ｆ１２／ｆが条件式（１）の上限を下回ることで、撮像光学系１０全系の主点位置をより物体側に配置して撮像光学系１０の全長を短くすることができる。また、ｆ１２／ｆが条件式（１）の下限を上回ることで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２で発生する高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えつつ各々の屈折力を適度に抑えて、製造誤差に対する像面変動を小さくできる。
　以上より、諸収差を良好に補正しつつ、撮像光学系１０全体の小型化を図ることができる。
　なお、特に限定はされないが、本実施形態では、下式（５）を満足することを撮像光学系１０の「小型化」の指標としている。
　　　Ｌ／ｆ＜０．７５　　　　　　　　　　・・・（５）
　ただし、Ｌは撮像光学系１０全系のうち最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸Ａｘ２上の距離であり、ｆは撮像光学系１０全系の焦点距離である。ここで、像側焦点とは、撮像光学系１０に光軸と平行な光線が入射した場合の像点をいう。なお、撮像光学系１０の最も像側の面と像側焦点位置との間に平行平板Ｆが配置される場合には、平行平板Ｆ部分は空気換算距離としたうえで、上記Ｌの値を計算するものとする。
　また、本実施形態によれば、最も像側に配置された第４レンズＬ４の像側面を非球面形状とすることで、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。さらに、第４レンズＬ４の像側面を光軸Ａｘ２との交点以外の位置に極値を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。
　また、本実施形態によれば、撮像光学系１０が条件式（２）を満足することで、第２レンズＬ２の負の屈折力を好適に設定でき、周辺部でのコマ収差や歪曲収差を小さく抑えつつ、ペッツバール和の低減や像面湾曲の補正に良好な効果が得られる。
　また、本実施形態によれば、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも１つのレンズを非円形形状とすることにより、撮像装置１００ひいては携帯端末３００の厚さを薄くすることができる。
　また、本実施形態によれば、開口絞りＳを第２レンズＬ２よりも物体側に配置することにより、入射瞳位置を光軸Ａｘ２上の物体側に近づけることができるため、プリズムＰｒの厚さを薄くすることができる。また、開口絞りＳを非円形形状とすることにより、撮像光学系１０ひいては携帯端末３００の厚さを薄くすることができる。
　また、本実施形態によれば、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４のうち少なくとも１つのレンズをガラス材料で形成することにより、撮像光学系１０全系での温度変化時の像点位置変動を小さくすることができる。
　また、本実施形態によれば、撮像光学系１０が条件式（３）、（４）を満足することで、撮像光学系１０全系の色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態及びその変形例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　以下、本発明の撮像光学系の実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ　　：撮像光学系全系の焦点距離
ｆＢ　：バックフォーカス
Ｆ　　：Ｆナンバー
２Ｙ　：固体撮像素子の撮像面対角線長
Ｒ　　：曲率半径
Ｄ　　：軸上面間隔
Ｎｄ　：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ　：レンズ材料のアッベ数
　各実施例において、レンズ面データの各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ　：曲率半径
Ｋ　：円錐定数
（実施例１）
　図３Ａ及び図３Ｂに実施例１の撮像光学系の断面図及び縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。実施例１の撮像光学系では、開口絞りから平行平板までの全ての光学素子が合焦動作する。以降の実施例も同様である。
　実施例１の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝29.14mm
ｆＢ＝2.27mm
Ｆ＝4.1
２Ｙ＝5.5mm
　実施例１のレンズ面のデータを以下の表Ｉに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　
　実施例１のレンズ面の非球面係数を以下の表IIに示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０－０２）をＥ（たとえば２．５Ｅ－０２）を用いて表すものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　実施例１の単レンズデータを以下の表IIIに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  
　実施例１の撮像光学系における条件式（１）～（４）の各数値を以下に示す。
　　条件式（１）：ｆ１２／ｆ＝0.55
　　条件式（２）：ｆ２／ｆ＝-0.74
　　条件式（３）：ｎ１ｄ＝1.49710、ν１ｄ＝81.6
　　条件式（４）：ｎ３ｄ＝1.76802、ν３ｄ＝49.2
（実施例２）
　図４Ａ及び図４Ｂに実施例２の撮像光学系の断面図及び縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
　実施例２の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝29.14mm
ｆＢ＝2.27mm
Ｆ＝4.1
２Ｙ＝5.5mm
　実施例２のレンズ面のデータを以下の表IVに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
  
　実施例２のレンズ面の非球面係数を以下の表Ｖに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
  
　実施例２の単レンズデータを以下の表VIに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
  
　実施例２の撮像光学系における条件式（１）～（４）の各数値を以下に示す。
　　条件式（１）：ｆ１２／ｆ＝0.86
　　条件式（２）：ｆ２／ｆ＝-0.31
　　条件式（３）：ｎ１ｄ＝1.49710、ν１ｄ＝81.6
　　条件式（４）：ｎ３ｄ＝1.77377、ν３ｄ＝41.7
（実施例３）
　図５Ａ及び図５Ｂに実施例３の撮像光学系の断面図及び縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
　実施例３の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝29.14mm
ｆＢ＝2.27mm
Ｆ＝4.1
２Ｙ＝5.5mm
　実施例３のレンズ面のデータを以下の表VIIに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
  
　実施例３のレンズ面の非球面係数を以下の表VIIIに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
  
　実施例３の単レンズデータを以下の表IXに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
  
　実施例３の撮像光学系における条件式（１）～（４）の各数値を以下に示す。
　　条件式（１）：ｆ１２／ｆ＝0.41
　　条件式（２）：ｆ２／ｆ＝-1.34
　　条件式（３）：ｎ１ｄ＝1.49710、ν１ｄ＝81.6
　　条件式（４）：ｎ３ｄ＝1.76802、ν３ｄ＝49.2
（実施例４）
　図６Ａ及び図６Ｂに実施例４の撮像光学系の断面図及び縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
　実施例４の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ＝29.14mm
ｆＢ＝2.27mm
Ｆ＝4.1
２Ｙ＝5.5mm
　実施例４のレンズ面のデータを以下の表Ｘに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
  
　実施例４のレンズ面の非球面係数を以下の表XIに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
  
　実施例４の単レンズデータを以下の表XIIに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
  
　実施例４の撮像光学系における条件式（１）～（４）の各数値を以下に示す。
　　条件式（１）：ｆ１２／ｆ＝0.55
　　条件式（２）：ｆ２／ｆ＝-0.78
　　条件式（３）：ｎ１ｄ＝1.49710、ν１ｄ＝81.6
　　条件式（４）：ｎ３ｄ＝1.73077、ν３ｄ＝40.5
産業上の利用の可能性
　以上のように、本発明は、諸収差を良好に補正しつつ撮像光学系全体の小型化を図るのに有用である。
１０　　撮像光学系
５１　　撮像素子
５１ａ　光電変換部
１００　撮像装置
３００　携帯端末
Ａｘ１　光軸
Ａｘ２　光軸
Ｆ　　　平行平板
Ｉ　　　撮像面
Ｌ１　　第１レンズ
Ｌ２　　第２レンズ
Ｌ３　　第３レンズ
Ｌ４　　第４レンズ
Ｐｒ　　プリズム（反射光学素子）
Ｓ　　　開口絞り

Claims (8)

  1. 　撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像光学系であって、
    　物体側から順に、
    　入射光線を折り曲げる反射光学素子と、
    　正の屈折力を有する第１レンズと、
    　負の屈折力を有する第２レンズと、
    　負の屈折力を有する第３レンズと、
    　正の屈折力を有する第４レンズと、
    　を備え、
    　以下の条件式を満足する撮像光学系。
    　　　０．３０＜ｆ１２／ｆ＜１．０　　　　　　・・・（１）
    　ただし、
    　ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
    　ｆ：撮像光学系全系の焦点距離
  2. 　前記第４レンズの像側の面は、非球面形状に形成され、光軸との交点以外の位置に極値を有する請求項１に記載の撮像光学系。
  3. 　以下の条件式を満足する請求項１又は２に記載の撮像光学系。
    　　　－１．４５＜ｆ２／ｆ＜－０．３０　　　　・・・（２）
    　ただし、
    　ｆ２：第２レンズの像側面の焦点距離
    　ｆ：撮像光学系全系の焦点距離
  4. 　前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズのうち、少なくとも１つのレンズは、非円形形状である請求項１～３のいずれか一項に記載の撮像光学系。
  5. 　前記第２レンズよりも物体側に配置された非円形形状の開口絞りを備える請求項１～４のいずれか一項に記載の撮像光学系。
  6. 　前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズのうち、少なくとも１つのレンズは、ガラス材料で形成されている請求項１～５のいずれか一項に記載の撮像光学系。
  7. 　前記第１レンズ及び前記第３レンズがガラス材料で形成され、
    　以下の条件式を満足する請求項６に記載の撮像光学系。
    　　　ｎ１ｄ＜１．５０、かつ、ν１ｄ＞８０．０　　・・・（３）
    　　　ｎ３ｄ＞１．７５、かつ、ν３ｄ＜５０．０　　・・・（４）
    　ただし、
    　ｎ１ｄ：第１レンズのｄ線に対する屈折率
    　ν１ｄ：第１レンズのアッベ数
    　ｎ３ｄ：第３レンズのｄ線に対する屈折率
    　ν３ｄ：第３レンズのアッベ数
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の撮像光学系と、
    　前記第４レンズよりも像側に配置された前記撮像素子と、
    　を備える撮像装置。
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