JP4616566B2

JP4616566B2 - 結像光学系

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Inventors: 隆裕天内
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Publication date: 2011-01-19
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Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子等と組み合わせて用いられる結像光学系に関する。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話やパソコンに搭載される小型カメラ、監視カメラ等に利用される結像光学系に関する。また、この結像光学系を用いた光学装置に関する。

近年、銀塩フィルムに代わり、ＣＣＤやＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いて被写体の撮影を行なう電子カメラが普及してきている。このような電子カメラのうち、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像装置は、特に小型、軽量化が求められる。

このような撮像装置に用いられる撮像光学系として、従来より、１枚または２枚のレンズにて構成された光学系がある。しかし、このような光学系は、収差論で明らかなように、像面湾曲が補正できず、高い性能は望めない。

一方、ＣＣＤは、結像光学系から射出する軸外光束が像面に対してあまり大きな角度に入射すると、マイクロレンズの集光性能が十分発揮されない。そのため、画像の明るさが画像中央部と画像周辺部とで極端に変化するという現象が生ずる。この現象は、光学系の射出瞳位置に関係するため、光学系設計上、射出瞳位置が重要である。また、射出瞳と明るさ絞りは共役な関係にある。よって少ない枚数のレンズにて構成される光学系は、明るさ絞り位置が重要である。

この点を考慮した光学系として、第１レンズの前や、第１レンズと第２レンズの間に絞りを配置したタイプの光学系がある。このようなタイプの光学系の従来例として、次の各特許文献に記載された光学系が知られている。
特開平５−１８８２８４号特開平９−２８８２３５号特開２００１−８３４０９号特開平１１−５２２７号これらのうち、文献１、２に記載されている光学系は、第１正レンズはいずれも両凸形状であり、第２負レンズは両凹レンズである。そのために、この光学系は、レンズ間で偏心があると、性能が著しく劣化する。言い換えると、性能を確保するためには、非常に高い組立制度が要求されるということである。そのため文献１、２の光学系では、組立工数が増加し、光学系を低コストにすることが困難である。また、この光学系は、絞り位置が適当でないために、歪曲収差や倍率の色収差の発生を抑えきれない。そのために、いずれの従来例も大きな画角をとり得ない。また、第１レンズに高屈折率のガラスを用いないと、十分満足な光学性能を得ることができない。このようなことから低コスト化や軽量化を達成し得ない。

また、文献３に記載されている光学系は、第１正レンズが物体側に凹面を向けているために、レンズ周辺部が、光学系の全長を短くするのを妨げている。また第１面への光線入射角度がきつくなり、画角を大にすることが困難である。

また、文献４に記載される光学系は、第１正レンズが物体側に凸のメニスカス形状である。第２負レンズが像側に凸のメニスカス形状である。これにより、画角を大にすることが困難である点を克服している。しかし、全長が長く光学系を小型化し得ないという欠点を有している。

本発明は、前記のような従来の光学系の問題点に鑑みなされたもので、高性能と小型化とを同時に満たす結像光学系を提供するものである。

本発明の結像光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズと、明るさ絞りと、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズと、第３正レンズとからなり、前記第３レンズの物体側の面が周辺に向かって曲率が小になる非球面であり、その像側の面が周辺に向かって曲率が大になる非球面であって、次の条件（３−２）を満足するものである。
（３−２）１．７＜ｆ２３／ｆ＜４．０
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

本発明の結像光学系は、性能と小型化とを考慮して、前記のような第１、第２、第３レンズの３枚のレンズにて構成した。ここで、光学系を構成するレンズの枚数を４枚にすれば更に性能を向上させ得ることは明らかである。しかしながらレンズが１枚増えることによって、レンズの厚さ、レンズ間隔、枠のスペースが大になり、光学系が大型化するのは避けられらない。また、光学系を２枚以下のレンズにて構成した場合、従来技術にて述べたように、像面湾曲を小にすることができず、周辺性能が劣化する。以上のことから、本発明では光学系を上記のように３枚のレンズにて構成した。

また、ＣＣＤのような撮像素子を用いた場合、撮像素子の面上での良好な集光性能を維持するためには、撮像素子への光線入射角度を小にする必要がある。そのためには、明るさ絞りあるいは明るさ絞りの像を、像面から遠い位置に配置することが望ましい。

また、広角な光学系は、周辺部での歪曲収差や色収差の発生を低減させる必要がある。そのためには、光学系のパワー配置が対称になる位置に、明るさ絞りを配置させることが望ましい。

前記の二つの理由から、本発明の結像光学系は、前記のように明るさ絞りを第１レンズを第２レンズの間に配置した。即ち、本発明の結像光学系は、広角と、テレセントリック性を重視した光学系である。

また、本発明の結像光学系は、第１レンズを物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとし、第２レンズを像側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズにした。これによって、これら第１レンズと第２レンズの各面における屈折力を、物体側より順に、正、負、負、正とした。このように負の屈折力を有する面を、二つのレンズ（第１、第２レンズ）の屈折面に分割した。これにより、レンズの相対偏心時における性能変動を極力小にすることが可能でとなった。

次に、本発明の光学系において、第３レンズは、撮像素子への入射角を小にするために重要なレンズである。

そのため、前述のように、この第３レンズは、その物体側の面を周辺に向かって曲率が小さくなっていく非球面とし、像側の面を周辺に向かって曲率が大きくなっていく非球面にした。これにより、周辺の光線における撮像素子への入射角が小になることを可能にした。それは、第３レンズへの入射光線と射出光線とのなす角、即ち、偏角が最小になるような形状である。このように、第３レンズの屈折面を上記のようにすることにより、収差の発生を抑えつつ、周辺光線が撮像素子に小さな角度にて入射することが可能となった。

以上述べた本発明の結像光学系は、次の条件（１）を満足することにより球面収差やコマ収差等の諸収差が一層良好に補正し得る。
（１） −１００＜（ｒ１ｒ²／ｆ１）／（ｒ２ｆ²／ｆ２）＜−１
ただし、ｒ１ｒは第１正レンズの像側の面の曲率半径、ｒ２ｆは第２負レンズの物体側の面の曲率半径、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２は第２負レンズの焦点距離である。

この条件（１）は、負のパワーを第１レンズと第２レンズとに分担するためのもので、この条件を満足することにより、レンズの相対偏心による性能劣化を抑制し得る。

この条件（１）の上限値の−１を超えると第２レンズの物体側の面のパワーが弱くなりすぎて、レンズの相対偏心による性能劣化を抑えることができなくなる。また、この条件（１）の下限値の−１００を下回ると、第２レンズの物体側の面の負のパワーが強くなりすぎて、この面で発生する球面収差やコマ収差が大になり他の面で補正できなくなる。

上記条件（１）の代わりに次の条件（１−１）を満足すればより望ましい。
（１−１） −６０＜（ｒ１ｒ²／ｆ１）／（ｒ２ｆ²／ｆ２）＜−１０

また、条件（１）の代わりに次の条件（１−２）を満足すれば一層望ましい。
（１−２） −４０＜（ｒ１ｒ²／ｆ１）／（ｒ２ｆ²／ｆ２）＜−２０

本発明の結像光学系は、下記条件（２）を満足することにより、光学系全長を一層短くすることが可能になる。
（２）０．１＜ｆ１／ｆ＜３．０
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

光学系の全長を短くするためには、光学系の主点位置を物体側よりに位置するようにすることが必要である。そのためには、第１レンズのパワーが重要になる。この第１レンズの焦点距離を規定したのが条件（２）である。

条件（２）の上限の３．０を超えると、第１レンズのパワーが弱くなりすぎて、全長を短くすることが困難になる。また、下限の０．１を下回ると、第１レンズのパワーが強くなりすぎて、このレンズにて発生する収差を第２レンズにて補正し得なくなる。そのため、良好な光学性能を有する結像光学系を得ることが困難になる。

この条件（２）の代わりに次の条件（２−１）を満足することがより望ましい。
（２−１）０．５＜ｆ１／ｆ＜２．０

また条件（２）の代わりに、次の条件（２−２）を満足すれば一層好ましい。
（２−２）０．８＜ｆ１／ｆ＜１．２

前記構成の本発明の結像光学系において、次の条件（３）を満足することが好ましい。
（３）１．０＜ｆ２３／ｆ＜４．０
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

本発明の結像光学系において、第２負レンズは、発散作用を有するために、光線の像面への入射角度に関しては不利な方向に作用する。そのために、この第２負レンズの次の第３正レンズの構成が重要になる。

条件（３）の上限の４．０を超えると負のパワーが強くなりすぎて像面への入射角度がきつくなりすぎる。また、条件（４）の下限の１．０を下回ると、負のパワーが弱くなりすぎて、ペッツバール和が正に大きく傾き、良好な光学性能が得られなくなる。

この条件（３）の代わりに、下記条件（３−１）を満足すればより望ましい。
（３−１）１．３＜ｆ２３／ｆ＜３．０

また、条件（３）の代わりに次の条件（３−２）を満足すれば一層望ましい。
（３−２）１．７＜ｆ２３／ｆ＜２．３

本発明の結像光学系は、明るさ絞りを挟んで、第１レンズと第２、３レンズとが配置されている。そのため、軸外光線が明るさ絞りを中心に点対称に通る。したがって、本発明の光学系は、倍率の色収差や歪曲収差の補正が重要である。この倍率の色収差や歪曲収差の補正にとって、次の条件（４）を満足することが好ましい。
（４） −１０．０＜ｆ１／ｆ２３＜３．０
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２３は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離である。

条件（４）の上限値の３．０を超えるか、あるいは下限値の−１０．０を下回ると、いずれも倍率の色収差、歪曲収差が補正過剰あるいは補正不足になり周辺性能が悪化する。

尚、条件（４）の代わりに、次の条件（４−１）を満足することがより好ましい。
（４−１） −１．０＜ｆ１／ｆ２３＜１．０

更に、条件（４）の代わりに次の条件（４−２）を満足すれば一層望ましい。
（４−２）０．４＜ｆ１／ｆ２３＜０．７

更に、本発明の結像光学系において、軸上色収差を良好に補正してレンズ系全体の色消しのためには、下記条件（５）を満足することが望ましい。
（５）０．１＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜８．０
ただし、ν１、ν２、ν３は、夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズのアッベ数である。

この条件（５）の上限の８．０を超えるか、あるいは下限の０．１を下回ると、軸上色収差が補正過剰あるいは補正不足になる。その結果いずれも光学系の中心性能を確保することが困難になる。

また、条件（５）の代わりに次の条件（５−１）を満足すればより好ましい。
（５−１）０．３＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜３．０

更に、条件（５）の代わりに次の条件（５−２）を満足すれば一層好ましい。
（５−２）０．５＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜１．５

更に、本発明の結像光学系において、主光線の像面への最大入射角αが次の条件（６）を満足するようにすることが好ましい。
（６）１０°＜α＜４０°

撮像素子としてＣＣＤを用いる場合、結像光学系から射出された軸外光束が像面に対してあまり大きな角度にて入射すると、画像中央部と画像周辺部で画像の明るさが異なる。一方画像に対して小さい角度で軸外光束が入射すると、このような画像の明るさの問題は軽減される。しかし、この場合は光学系の全長が長くなり好ましくない。

以上の理由からαが前記条件（６）を満足することが好ましい。

条件（６）の上限の４０°を超えると、ＣＣＤへの入射角が大になりすぎて画像周辺部の明るさが低下する。また、条件（６）の下限の１０°を下回ると光学系の全長が長くなりすぎ好ましくない。

上記条件（６）の代わりに次の条件（６−１）を満足すればより好ましい。
（６−１）１２°＜α＜３５°

更に条件（６）の代わりに下記条件（６−２）を満足すれば一層好ましい。
（６−２）１５°＜α＜２５°

また、本発明の光学系において、前記のようにその結像面に撮像素子を配置して用いる場合、下記条件（７）を満足することが好ましい。
（７）０．５０［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜２．００［μｍ］
ただし、Ｆｎｏは結像光学系の開放Ｆナンバー、Ｐは撮像素子の画素間隔である。

条件（７）において、Ｆｎｏ／Ｐの値が上限の２．００μｍを超えて大になると結像光学系が暗くなりすぎるか画素間隔が小さくなりすぎて１画素あたりの光量が少なくなる。そのために、シャッター速度が遅くなり、手ぶれを引き起こしたり、長時間露光によりノイズが増加する原因になる。また、Ｆｎｏ／Ｐの値が下限の０．５０μｍを超えて小さくなると画素間隔が大きくなりすぎて高画素の撮像データが得られなくなる。

前記条件（７）の代わりに下記条件（７−１）を満足すれば一層望ましい。
（７−１）０．６０［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜１．１７［μｍ］

更に、条件（７）または条件（７−１）の代わりに下記条件（７−２）を満足すれば一層望ましい。
（７−２）０．６５［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜１．１０［μｍ］

また、本発明の結像光学系において、光学系を構成レンズのうちの１枚あるいは複数枚のレンズをプラスチックレンズにしてもよい。その場合、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚をＭＬとすると、下記条件（８）を満足することが好ましい。
（８）０．０２＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３３
ただし、ＴＬは結像光学系の全長である。

ＭＬ／ＴＬの値が、条件（８）の上限値の０．３３を超えて大になると、光学系の全長に対するプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚が大になりすぎるためにガラスレンズの中心肉厚が十分確保できず、ガラスレンズの加工性が悪くなる。また、ＭＬ／ＴＬの値が、条件（８）の下限値の０．０２を超えて小さくなると、プラスチックレンズにおける最小軸上肉厚が小さくなりすぎて、プラスチックレンズ成形時に樹脂が成形型にスムーズに入り込めず応力がかかって複屈折の原因になったり、成形に時間がかかって生産性が悪くなる。

この条件（８）の代わりに下記条件（８−１）を満足することが望ましい。
（８−１）０．０４＜ＭＬ／ＴＬ＜０．２３

また、条件（８）あるいは条件（８−１）の代わりに下記条件（８−２）を満足すれば一層望ましい。
（８−２）０．０６＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１７

本発明によれば、製造誤差による性能の劣化が少なく、小型化しても高性能な結像光学系を実現し得る。

次に本発明の光学系の実施の形態について、実施例をもとに述べる。

本発明の光学系の各実施例は、図１〜図３に示すような構成であって、下記データを有する。

実施例１
f=4.5, Ｆ/2.4, IH =3.0, ω＝34°

面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 1.07 1.5256 56.4
2 非球面[2] 0.22
3 絞り面 0.47
4 非球面[3] 1.08 1.6889 31.1
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 2.11 1.5256 56.4
7 非球面[6] 1.51
像面 ∞

非球面[1]
曲率半径 1.55
k 3.5003e×10^-1
a -2.4605×10^-4

非球面[2]
曲率半径 3.60
k 8.3062
a 8.0001×10^-3

非球面[3]
曲率半径 -1.43
k 1.0099
a 3.2457×10^-2

非球面[4]
曲率半径 -2.12
k -6.4049×10^-1
a 8.6965×10^-4

非球面[5]
曲率半径 4.87
k -9.9710×10^-1
a -9.1569×10^-4

非球面[6]
曲率半径 -25.72
k -3.5117×10^-4
a -5.0615×10^-3

実施例２
f=4.5, Ｆ/2.4, IH =3.0, ω＝34°

面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 0.83 1.5831 59.4
2 非球面[2] 0.21
3 絞り面 0.90
4 非球面[3] 0.41 1.5839 30.2
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 2.21 1.5256 56.4
7 非球面[6] 1.56
像面 ∞

非球面[1]
曲率半径 1.84
k 4.0305×10^-1
a 1.0299×10^-5 b -6.1723×10^-4

非球面[2]
曲率半径 4.36
k -4.0146×10^-1
a 8.8825×10^-3 b 1.8630×10^-3

非球面[3]
曲率半径 -0.82
k -6.3680×10^-1
a 1.7662×10^-1 b -9.4120×10^-3

非球面[4]
曲率半径 -1.29
k -6.8734×10^-1
a 3.7877×10^-2 b 2.7515×10^-2

非球面[5]
曲率半径 2.53
k -1.1928×10^-1
a 3.9115×10^-3 b -2.2073×10^-4

非球面[6]
曲率半径 -22.59
k -9.5216×10^-3
a -6.1641×10^-3 b -7.7722×10^-5

実施例３
f=4.5, Ｆ/2.4, IH =3.0, ω＝34°

面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] 0.92 1.5163 64.1
2 非球面[2] 0.17
3 絞り面 1.03
4 非球面[3] 0.50 1.5839 30.2
5 非球面[4] 0.10
6 非球面[5] 2.45 1.5891 61.2
7 非球面[6] 1.51
像面 ∞

非球面[1]
曲率半径 1.75
k -7.8407×10^-1
a 2.2435×10^-2 b 7.7442×10^-3

非球面[2]
曲率半径 4.61
k 6.7021
a -3.4841×10^-3 b -1.1327×10^-2

非球面[3]
曲率半径 -0.75
k -8.2755×10^-1
a 1.2962×10^-1 b -2.9707×10^-1 c 1.9988×10^-1
d -9.5096×10^-2

非球面[4]
曲率半径 -1.30
k -1.1964
a -5.1736×10^-2 c -9.9580×10^-3 d 9.0645×10^-3

非球面[5]
曲率半径 2.36
k -1.2943×10^-1
a 3.2511×10^-3 b -1.6528×10^-4

非球面[6]
曲率半径 -32.41
k -2.6405×10^-4
a -4.4808×10^-3 b -2.8346×10^-5

上記データにおいて、ｆは全系の焦点距離、ＦはＦナンバー、ＩＨは像高、ωは半画角である。また曲率半径は、図における面ｒ₁，ｒ₂，・・・の曲率半径を、面間隔は、図におけるｄ₁，ｄ₂・・・の値である。

これらの値で、焦点距離ｆ、曲率半径ｒ₁，ｒ₂，・・・、面間隔ｄ₁，ｄ₂・・・等の長さの単位はｍｍである。

上記実施例中、実施例１の光学系は、図１に示す通りのレンズ構成であり、物体側から順に、物体側に凸面を向けた両面非球面の第１正のメニスカスレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）と、明るさ絞りＳ（ｒ₃）と、像側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズ（ｒ₄〜ｒ₅）と、両凸形状で両面非球面の第３正レンズにて構成されている。

この実施例１の光学系は、第１レンズと第３レンズがプラスチックよりなり、第２レンズがガラスよりなる。それらのうち、プラスチックよりなる第１レンズ、第３レンズは、いずれもポリオレフィン系のゼオネックスにて構成されている。

この実施例１の結像光学系は、その像面に１／３インチ、１３０万画素（画素間隔３．６μｍ）の撮像素子が配置されている。

実施例２は、図２に示す通りの構成で、物体側から順に、物体側に凸面を向けた両面非球面の第１正レンズ（ｒ₁〜ｒ₂）と、明るさ絞りＳ（ｒ₃）と、像側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズ（ｒ₄〜ｒ₅）と、両凸形状で両面非球面の第３正レンズにて構成されている。この実施例２の光学系は、第１レンズがガラスよりなり、また第２、第３レンズは、いずれもプラスチックよりなる。また、第２レンズはポリカーボネート、第３レンズはアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスにて構成されている。

この実施例２の結像光学系は、その像面に、１／３インチ、２００万画素（画素間隔３．０μｍ）の撮像素子が配置されている。

更に、実施例３の光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた両面非球面の第１正のメニスカスレンズと、像側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズと、両凸形状で両面非球面の第３正レンズにて構成されている。この実施例３は、第１レンズと第３レンズがガラスよりなり、第２レンズがプラスチックからなる。この第２レンズのプラスチックはポリカーボネートである。この実施例３の結像光学系は、その像面に１／３インチ、３００万画素（画素間隔２．４μｍ）の撮像素子が配置されている。

これら実施例の条件（１）〜条件（８）に対応する値は、次の表に示す通りである。

この表から明らかなように、各実施例は、いずれも各条件を満足する。

また、これら実施例は、一部レンズをプラスチックにて構成しているが、プラスチックをガラスにて構成してもよい。例えば、実施例で用いる材料よりも屈折率の高いガラスを用いれば、更に高性能の光学系にすることが可能である。また特殊低分散ガラスを用いれば、色収差の補正にとって有効である。また、レンズをプラスチックにて構成する場合、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能の劣化を軽減し得る。

また、ゴーストやフレア等の不要光をカットするために、明るさ絞りのほかにフレアー絞りを用いてもよい。このフレアー絞りは、第１レンズの前、第１レンズから明るさ絞りまでの間、明るさ絞りから第２レンズまでの間、第２レンズと第３レンズの間、第３レンズと像面との間のいずれに配置してもよい。このフレア絞りとしての作用を持たせるためには、枠によるフレア光線のカットする方法でもよい。また、別の部材を設けることによって、フレア光線をカットする方法でもいずれでもよい。また光学系（レンズ等の光学素子）に直接印刷したり、塗装したり、シール等を接着することにより、フレア絞りを構成してもよい。また、絞りの形状として円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線に囲まれた範囲等いかなる形状でもよい。また有害光のカットだけでなく、画面周辺のコマフレア等の光束をカットするものでもよい。

また、各レンズに反射防止コートを行ない、ゴースト、フレアを軽減してもよい。マルチコートであれば、ゴーストやフレアを効果的に軽減できる。また、レンズ面やカバーガラス等に、赤外カットコートを行なってもよい。

また、ピント調整のために、フォーカシングを行なってもよい。フォーカシング方法として、レンズ系全体の繰り出し、一部レンズの繰り出しもしくはくり込みがある。

また、画像周辺部の明るさの低下をＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減させてもよい。例えば、各像高における光線の入射角に合わせて、ＣＣＤのマイクロレンズの設計を変えることにより画像周辺部の明るさの低下を防止することも可能である。また、画像処理により、画像周辺部の明るさの低下の補正を行なってもよい。

尚、各実施例にて用いられている非球面の形状は、光軸上の光が進む方向をｘ軸、光軸と直交する方向をｙ軸としたとき、次の式にて表される。

ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋ａｙ⁴＋ｂｙ⁶＋ｃｙ⁸＋ｄｙ¹⁰＋・・・
ただし、ｒは基準球面の曲率半径、ｋは円錐係数、ａ，ｂ，ｃ，ｄ・・・は非球面係数である。

本発明の結像光学系は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、パソコンに搭載される小型カメラ、監視カメラ等の各種光学装置に用いられる。

これら光学装置の一例として、本発明の結像光学系を用いた電子カメラ（デジタルカメラ）および携帯電話について述べる。

図７、図８は、本発明の結像光学系を用いた電子カメラ（デジタルカメラ）を示すもので、図７は前方より見た斜視図、図８は後方より見た斜視図である。

これら図において、１０は電子カメラで、撮影用光路１１を有する本発明の結像光学系１２とシャッター１３とフラッシュ１４と液晶表示モニター１５等を備えている。このカメラ１０において、その上部に配置されたシャッター１３が押されると、それに連動して本発明の結像光学系１２を通して撮影が行なわれる。つまり、この結像光学系１２により赤外線カットフィルターを介して図示していないＣＣＤ等の撮像素子チップ上に物体像が形成される。

この撮像素子チップ上に形成された像は、液晶表示モニター上に表示される。

また、図９、図１０は、本発明の結像光学系を内蔵した携帯電話を示すもので、図９は正面図、図１０は背面図である。

これら、図９、図１０に示すように、携帯電話２０は、操作者の声を入力するマイク部２１と、通話相手の声を出力するスピーカー部２２と、操作者が情報を入力する操作部２３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と、電話番号等の情報を表示する例えば液晶表示素子の表示部２４と、本発明の結像光学系を含む撮像装置部２５と、通話電波の送信と受信を行なうアンテナ２６と、背面表示部２７と、バッテリ２８等を備えている。

本発明の結像光学系は、以上詳細に述べた通りの構成であり、したがって、特許請求の範囲に記載する構成の光学系のほか、次の各項に記載するものも、本発明の目的を達成し得る。

（１）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、次の条件（３）を満足することを特徴とする結像光学系。
（３）１．０＜ｆ２３／ｆ＜４．０
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

（２）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、次の条件（３−１）を満足することを特徴とする結像光学系。
（３−１）１．３＜ｆ２３／ｆ＜３．０
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

（３）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、次の条件（３−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（３−２）１．７＜ｆ２３／ｆ＜２．３
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

（４）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）又は（３）の項に記載する光学系で、下記の条件（４）を満足することを特徴とする結像光学系。
（４） −１０．０＜ｆ１／ｆ２３＜３．０
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２３は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離である。

（５）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）又は（３）の項に記載する光学系で、下記の条件（４−１）を満足することを特徴とする結像光学系。
（４−１） −１．０＜ｆ１／ｆ２３＜１．０
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２３は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離である。

（６）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）又は（３）の項に記載する光学系で、下記の条件（４−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（４−２）０．４＜ｆ１／ｆ２３＜０．７
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２３は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離である。

（７）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、下記の条件（５）を満足することを特徴とする結像光学系。
（５）０．１＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜８．０
ただし、ν１、ν２、ν３は、夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズのアッベ数である。

（８）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、下記の条件（５−１）を満足することを特徴とする結像光学系。
（５−１）０．３＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜３．０
ただし、ν１、ν２、ν３は、夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズのアッベ数である。

（９）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、下記の条件（５−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（５−２）０．５＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜１．５
ただし、ν１、ν２、ν３は、夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズのアッベ数である。

（１０）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）又は（９）の項に記載する光学系で、下記の条件（６）を満足することを特徴とする結像光学系。
（６）１０°＜α＜４０°
ただし、αは主光線の像面への最大入射角度である。

（１１）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）又は（９）の項に記載する光学系で、下記の条件（６−１）を満足することを特徴とする結像光学系。
（６−１）１２°＜α＜３５°
ただし、αは主光線の像面への最大入射角度である。

（１２）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）又は（９）の項に記載する光学系で、下記の条件（６−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（６−２）１５°＜α＜２５°
ただし、αは主光線の像面への最大入射角度である。

（１３）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学系で、下記の条件（７）を満足することを特徴とする結像光学系。
（７）０．５０［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜２．００［μｍ］
ただし、Ｆｎｏは結像光学系の開放Ｆナンバー、Ｐは撮像素子の画素間隔である。

（１４）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学系で、下記の条件（７−１）を満足することを特徴とする結像光学系。
（７−１）０．６０［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜１．１７［μｍ］
ただし、Ｆｎｏは結像光学系の開放Ｆナンバー、Ｐは撮像素子の画素間隔である。

（１５）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学系で、下記の条件（７−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（７−２）０．６５［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜１．１０［μｍ］
ただし、Ｆｎｏは結像光学系の開放Ｆナンバー、Ｐは撮像素子の画素間隔である。

（１６）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学系で、光学系を構成するレンズ中にプラスチックレンズを含み、下記の条件（８）を満足することを特徴とする結像光学系。
（８）０．０２＜ＭＬ／ＴＬ＜０．３３
ただし、ＭＬはプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚、ＴＬは結像光学系の全長である。

（１７）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学系で、光学系を構成するレンズ中にプラスチックレンズを含み、下記の条件（８−１）を満足することを特徴とする結像光学系。
（８−１）０．０４＜ＭＬ／ＴＬ＜０．２３
ただし、ＭＬはプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚、ＴＬは結像光学系の全長である。

（１８）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学系で、光学系を構成するレンズ中にプラスチックレンズを含み、下記の条件（８−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（８−２）０．０６＜ＭＬ／ＴＬ＜０．１７
ただし、ＭＬはプラスチックレンズにおける最小軸上肉厚、ＴＬは結像光学系の全長である。

（１９）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）又は（１８）の項に記載する光学系を備えた光学装置。

本発明の実施例１の断面図本発明の実施例２の断面図本発明の実施例３の断面図本発明の実施例１の収差曲線図本発明の実施例２の収差曲線図本発明の実施例３の収差曲線図本発明の結像光学系を備えたデジタルカメラの斜視図図７に示すデジタルカメラの背面側より見た斜視図本発明の結像光学系を備えた携帯電話の正面図図９に示す携帯電話の背面図

Claims

物体側から順に、物体側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズと、明るさ絞りと、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズと、第３正レンズとからなり、前記第３レンズの物体側の面が周辺に向かって曲率が小になる非球面であり、その像側の面が周辺に向かって曲率が大になる非球面であって、次の条件（３−２）を満足することを特徴とする結像光学系。
（３−２）１．７＜ｆ２３／ｆ＜４．０
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
物体側から順に、物体側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズと、明るさ絞りと、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズと、第３正レンズとからなり、前記第３レンズの物体側の面が周辺に向かって曲率が小になる非球面であり、その像側の面が周辺に向かって曲率が大になる非球面であって、次の条件（１）、（３）を満足することを特徴とする結像光学系。
（１） −１００＜（ｒ１ｒ²／ｆ１）／（ｒ２ｆ²／ｆ２）＜−１
（３）１．０＜ｆ２３／ｆ＜４．０
ただし、ｒ１ｒは第１正レンズの像側の面の曲率半径、ｒ２ｆは第２負レンズの物体側の面の曲率半径、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２は第２負レンズの焦点距離、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
次の条件（２）を満足する請求項１または２の結像光学系。
（２）０．１＜ｆ１／ｆ＜３．０
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
次の条件（４）を満足することを特徴とする請求項１、２又は３の結像光学系。
（４）０．４８≦ｆ１／ｆ２３＜３．０
ただし、ｆ１は第１正レンズの焦点距離、ｆ２３は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離である。
物体側から順に、物体側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズと、明るさ絞りと、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズと、第３正レンズとからなり、前記第３レンズの物体側の面が周辺に向かって曲率が小になる非球面であり、その像側の面が周辺に向かって曲率が大になる非球面であって、次の条件（３）、（５）を満足することを特徴とする結像光学系。
（３）１．０＜ｆ２３／ｆ＜４．０
（５）０．１＜−（ν２−ν１）／（ν３−ν２）＜８．０
ただし、ｆ２３は第２レンズと第３レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離、ν１、ν２、ν３は、夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズのアッベ数である。
結像面に配置された撮像素子上に物体像を形成する結像光学系であって、次の条件（７）を満足することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５の結像光学系。
（７）０．５０［μｍ］＜Ｆｎｏ／Ｐ［μｍ］＜２．００［μｍ］
ただし、Ｆｎｏは結像光学系の開放Ｆナンバー、Ｐは撮像素子の画素間隔である。
請求項１、２、３、４、５又は６の結像光学系を備えた光学装置。