(57)【要約】【課題】  小型かつ高性能である撮像光学系を提供する。【解決手段】  撮像光学系は、撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、第２レンズの撮像対象側の曲率半径をｒ４、撮像光学系全体の焦点距離をｆで表すとき、２．９＜ｒ４／ｆ＜９の関係を満たす。【選択図】        図１
2007057664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、
前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、
下記の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
２．９＜ｒ４／ｆ＜９
但し、
ｒ４：第２レンズの撮像対象側の曲率半径
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
【請求項２】
複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、
前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、
下記の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
０．７＜Σｄ／ｆ＜０．９１
但し、
Σｄ：第１レンズの撮像対象側の面から第３レンズの像面側の面までの光軸上の距離
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
【請求項３】
複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、
前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、
前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、
前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、
下記の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
０．２５＜ｔ２／ｆ＜０．３９
但し、
ｔ２：第１レンズの像面側の面から第２レンズの撮像対象側の面までの光軸上の距離
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
【請求項４】
前記第１レンズの撮像対象側に、開口絞りが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記複数のレンズは、均一な媒質で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に対して光を導くことのできる撮像光学系に関し、特にデジタルカメラや携帯電話に適した撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐａｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このような状況のもと、より小型のデジタルカメラが求められるようになっており、撮像光学系にもより一層の小型化が要望されている。
【０００３】
撮像光学系を小型にする方法として、撮像素子を小型にする方法がある。この方法は、撮像素子の個々の受光部を小さくすることが必要である。そのため、撮像光学系は、小さい受光部に光線を集光させなくてはならず、高性能の撮像光学系が要求されるようになっている。
【０００４】
一方、撮像素子の大きさをそのままにして、撮像光学系を小型にする方法がある。この方法は、撮像光学系の全長を短くすることができるが、撮像光学系の射出瞳位置も像面に近づく。射出瞳位置が像面に近づくと、撮像光学系から射出された軸外光束が像面に対して斜めに入射する。すると、撮像素子の受光部の前面に設けられているマイクロレンズに、大きく傾斜した光線が入射することとなり、撮像素子の周辺部の光量が低下する。その結果、像面の光量が、像面の中央部と周辺部とで極端な差異があるという問題が生じる。小型であるともに、像面の光量を均一にした高性能の撮像光学系が要求されている。
【０００５】
以上のような問題や実情を鑑みて、物体側から順に、正の屈折力を有した第１レンズ、正の屈折力を有した第２レンズ、負の屈折力を有した第３レンズの３枚構成から成る撮像光学系が、特許文献１〜３で提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３２２７９２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２４６７号公報
【特許文献３】特開２００４−３０９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、これらの撮像光学系は、第２レンズが撮像対象側に凹面を向ける正メニスカスレンズであり、撮像光学系の全長が長くなる。また、第２レンズが撮像対象側に凸面を向ける正レンズであるが、撮像光学系の全長に対して射出瞳位置が像面に近くなり、像面の中央部と周辺部の光量の差異があるという問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型でありながら、良好に収差補正された撮像光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、次の構成により解決される。
【０００９】
（１）  複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、下記の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【００１０】
２．９＜ｒ４／ｆ＜９
但し、
ｒ４：第２レンズの撮像対象側の曲率半径
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
（２）  複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、下記の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【００１１】
０．７＜Σｄ／ｆ＜０．９１
但し、
Σｄ：第１レンズの撮像対象側の面から第３レンズの像面側の面までの光軸上の距離
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
（３）  複数のレンズを有し、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、撮像対象から順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが備えられており、前記第１レンズは、撮像対象側に凸面を向けるメニスカス形状であるとともに、正の屈折力を有し、前記第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けるとともに、正の屈折力を有し、前記第３レンズは、像面側に、光軸近傍で像面側に凹形状であり光軸周辺部で像面側に凸形状である非球面を有するとともに、負の屈折力を有し、下記の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【００１２】
０．２５＜ｔ２／ｆ＜０．３９
但し、
ｔ２：第１レンズの像面側の面から第２レンズの撮像対象側の面までの光軸上の距離
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
（４）  前記第１レンズの撮像対象側に、開口絞りが設けられていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【００１３】
（５）  前記複数のレンズは、均一な媒質で構成されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、撮像対象側から順に、第１の正屈折力レンズ、第２の正屈折力レンズ、第３の負屈折力レンズと配置し、第２の正屈折力レンズの形状を適切に設定するとともに、第２の正屈折力レンズの撮像対象側の曲率半径を適切な範囲に設定することにより、撮像光学系全長を短くすることができ、また、光学性能の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明では、撮像対象側から順に、撮像対象側に凸面を向けるメニスカスレンズである正屈折力の第１レンズと、撮像対象側に凸面を向ける正屈折力の第２レンズと、像面側が非球面である負屈折力の第３レンズとを有する。
【００１６】
第３レンズの非球面が、光軸の近傍で像面側に凹形状であり、光軸の周辺部で像面側に凸形状である。光軸近傍で像面側に凹形状にすることにより、撮像光学系の全長を短くすることができ、また、光軸周辺部で像面側に凸形状にすることにより、射出瞳位置を像面から遠くすることができる。
【００１７】
次の式１の関係を満たすものである。
【００１８】
２．９＜ｒ４／ｆ＜９            ・・・式１
但し、
ｒ４：第２レンズの撮像対象側の曲率半径
ｆ：撮像光学系全体の焦点距離
である。
【００１９】
式１は、第２レンズの撮像対象側の曲率半径を適切な範囲に規定し、撮像光学系の全長と光学性能をバランスさせるものである。ｒ４／ｆの値が式１の下限に達しないと、撮像光学系の全長を短縮させるのに有利であるが、第２レンズの撮像対象側の面により発生する収差の補正が困難になる。逆に、ｒ４／ｆの値が式１の上限を超えると、ｒ４の屈折力が弱くなり、撮像光学系の全長を短縮するために、他のレンズの屈折力が強くなりすぎ、光学性能の確保が困難になる。
【００２０】
式１に代えて、次の式１‘の関係を満たすようにすると、さらに小型で高性能の撮像光学系となる。
【００２１】
３．２＜ｒ４／ｆ＜５            ・・・式１‘
また、次の式２の関係を満たすようにするとよい。
【００２２】
０．７＜Σｄ／ｆ＜０．９１      ・・・式２
但し、
Σｄ：第１レンズの撮像対象側の面から第３レンズの像面側の面までの光軸上の距離
式２は、第１レンズの撮像対象側の面から第３レンズの像面側の面までの光軸上の距離を適切な範囲に規定し、撮像光学系の全長と画角とをバランスさせるものである。Σｄ／ｆの値が式２の下限に達しないと、焦点距離が長くなり、画角が狭くなって、好ましくない。逆に、Σｄ／ｆの値が式２の上限を超えると、撮像光学系の全長が長くなって、好ましくない。
【００２３】
式２に代えて、式２‘の関係を満たすようにすると、さらに小型で適切な画角の撮像光学系となる。
【００２４】
０．７５＜Σｄ／ｆ＜０．８９    ・・・式２‘
さらに、式３の関係を満たすようにするとよい。
【００２５】
０．２５＜ｔ２／ｆ＜０．３９    ・・・式３
但し、
ｔ２：第１レンズの像面側の面から第２レンズの撮像対象側の面までの光軸上の距離
式３は、第１レンズの像面側の面から第２レンズの撮像対象側の面までの光軸上の距離を適切な範囲に規定し、撮像光学系の全長と射出瞳位置をバランスさせるものである。ｔ２／ｆの値が下限に達しないと、撮像光学系の全長が短くなるが、射出瞳位置が像面に近くなり、像面の周辺部の光量が低下する。逆に、ｔ２／ｆの値が上限を超えると、射出瞳位置が像面から遠くなるが、撮像光学系の全長が長くなり、好ましくない。
【００２６】
式３に代えて、式３‘の関係を満たすようにすると、さらに小型で高性能の撮像光学系となる。
【００２７】
０．２８＜ｔ２／ｆ＜０．３５      ・・・式３‘
また、式４の関係を満たすようにするとよい。
【００２８】
−０．５６＜ｆ／ｆ３＜−０．０１  ・・・式４
但し、
ｆ３：第３レンズの焦点距離
式４は、第３レンズの屈折力の適切な範囲を規定し、射出瞳位置と製造誤差感度をバランスさせるものである。ｆ／ｆ３の値が下限に達しないと、第３レンズの屈折力が強くなり、射出瞳位置が像面に近くなり、像面の周辺部の光量が低下する。逆に、ｆ／ｆ３の値が上限を超えると、第３レンズの屈折力が弱くなり、第３レンズの屈折力を補うために、正レンズの屈折力を強くすることとなり、製造誤差感度が大きくなり、収差の劣化が著しくなる。
【００２９】
式４に代えて、式４‘の関係を満たすようにすると、高性能の撮像光学系となる。
【００３０】
−０．５６＜ｆ／ｆ３＜−０．０４  ・・・式４‘
開口絞りが第１レンズの撮像対象側に配設されているのが好ましい。撮像光学系の全長が短くとも、急傾斜した軸外光束を絞りが遮光して、軸外光束が撮像素子に有効に入射して、像面の中心部と周辺部の光量の差異を小さくすることができる。
【００３１】
また、複数のレンズは、均一な媒質で構成されていてもよい。レンズの媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズに比べると、製造が容易であり、撮像レンズを安価に提供することができる。
【実施例】
【００３２】
〈実施例１〉撮像光学系ＣＬの構成を図１に示す。撮像光学系ＣＬは、撮像対象側から順に絞りＳＴ、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、負の屈折力を有する第３レンズＬ３、フィルターＦを有する。フィルターＦの像面側には撮像素子（不図示）が設けられている。
【００３３】
第１レンズＬ１は、撮像対象側に凸面を向けたｒ２を有し、正屈折力のメニスカスレンズレンズである。第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けたｒ４を有し、正屈折力のレンズである。第３レンズは、非球面形状であるｒ７を有し、負屈折力のレンズである。フィルターＦは赤外線カットフィルターである。
【００３４】
レンズＬ１の面ｒ２および面ｒ３，レンズＬ２の面ｒ４およびｒ５、レンズＬ３の面ｒ６およびｒ７はいずれも非球面である。
【００３５】
なお、図１に示した符号ｒ１〜ｒ９は、レンズＬ１〜Ｌ３、絞りＳＴ、およびフィルターＦの面である。レンズＬ１〜Ｌ３およびフィルターＦはそれぞれ２つの面を有する。同一のレンズ（フィルター）の２つの面のうち、符号の数字の値が小さいものの方がより撮像対象に近い面である。絞りＳＴは１つの面ｒ１のみを有する。なお、絞りＳＴの面ｒ１の前後の媒質は空気であり、当然、面ｒ１の前後で屈折率は変化しない。符号ｄ１〜ｄ８は各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔を示す軸上間隔である。符号の数字の値が小さいものの方がより撮像対象に近い軸上間隔である。
【００３６】
撮像光学系ＣＬの焦点距離は４．５ｍｍ、Ｆ数は４である。撮像光学系ＣＬのコンストラクションデータを表１に示す。表１において、曲率半径をｒで示し、撮像対象側からの順に番号を付し、図１の符号ｒ１からｒ９に対応する。軸上間隔をｄで示し、撮像対象側からの軸上間隔を表の上から順に表している。屈折率、アッベ数をＮ、νで示し、撮像対象側からの屈折率、アッベ数を表の上から順に表している。また、屈折率およびアッベ数はｄ線に対するものであり、屈折率およびアッベ数は空気については省略してある。なお、非球面については面番号の末尾にアスタリスク（＊印）を付している。撮像素子が最終面の後ろに配置されている。距離の単位はｍｍである。
【００３７】
【表１】
2007057664.tif 000003
【００３８】
非球面は次の式５で定義している。
【００３９】
Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ2／｛１＋（１−ε・Ｃ2・Ｈ2）1/2｝＋ΣＡｋ・Ｈｋ  ・・・式５
ここで、Ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘ（Ｈ）は高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃは近軸曲率、εは２次曲面パラメータ、ｋは非球面の次数、Ａｋはｋ次の非球面係数、ＨｋはＨのｋ乗である。非球面に関するデータを表２に示す。
【００４０】
【表２】
2007057664.tif 000004
【００４１】
第２レンズの撮像対象側の曲率半径をｒ４，撮像光学系全体の焦点距離をｆで表すとき、ｒ４／ｆ＝４．０４である。したがって、前述の式１、式１’の関係は満たされている。第１レンズの撮像対象側の面から第３レンズの像面側の面までの光軸上の距離をΣｄで表したとき、Σｄ／ｆ＝０．８２である。したがって、前述の式２、式２’の関係は満たされている。第１レンズの像面側の面から第２レンズの撮像対象側の面までの光軸上の距離をｔ２で表すとき、ｔ２／ｆ＝０．３１である。したがって、前述の式３、式３’の関係は満たされている。第３レンズの焦点距離をｆ３で表すとき、ｆ／ｆ３＝−０．５５である。したがって、前述の式４、式４’の関係は満たされている。
【００４２】
撮像光学系ＣＬの収差を図２に示す。球面収差の線ｄはｄ線の収差、線ｇはｇ線の収差、線ｃはｃ線の収差である。線ＳＣは正弦条件不満足量を表している。また、非点収差の線ＤＭおよび線ＤＳはそれぞれメリジオナル面およびサジタル面での収差である。単位は、歪曲の横軸のみ百分率であり、他の軸については全てｍｍである。図２より明らかなように諸収差が良好に抑えられており、高い結像特性を有する。
【００４３】
〈実施例２〉撮像光学系ＣＬの構成を図３に示す。この撮像光学系の構成も実施例１のものと略同様であり、対応する図面の説明において同一要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。第２実施形態の撮像光学系は、撮像対象側から順に絞りＳＴ、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、負の屈折力を有する第３レンズＬ３、フィルターＦを有する。フィルターＦの像面側には撮像素子（不図示）が設けられている。
【００４４】
第１レンズＬ１は、撮像対象側に凸面を向けたｒ２を有し、正屈折力のメニスカスレンズレンズである。第２レンズは、撮像対象側に凸面を向けたｒ４を有し、正屈折力のレンズである。第３レンズは、非球面形状であるｒ７を有し、負屈折力のレンズである。フィルターＦは赤外線カットフィルターである。
【００４５】
レンズＬ１の面ｒ２および面ｒ３，レンズＬ２の面ｒ４およびｒ５、レンズＬ３の面ｒ６およびｒ７はいずれも非球面である。
【００４６】
撮像光学系ＣＬの焦点距離は４．５ｍｍ、Ｆ数は４である。撮像光学系ＣＬのコンストラクションデータを表３に示し、非球面に関するデータを表４に示す。
【００４７】
【表３】
2007057664.tif 000005
【００４８】
【表４】
2007057664.tif 000006
【００４９】
第２レンズの撮像対象側の曲率半径をｒ４，撮像光学系全体の焦点距離をｆで表すとき、ｒ４／ｆ＝３．７４である。したがって、前述の式１、式１’の関係は満たされている。第１レンズの撮像対象側の面から第３レンズの像面側の面までの光軸上の距離をΣｄで表したとき、Σｄ／ｆ＝０．８である。したがって、前述の式２、式２’の関係は満たされている。第１レンズの像面側の面から第２レンズの撮像対象側の面までの光軸上の距離をｔ２で表すとき、ｔ２／ｆ＝０．３２である。したがって、前述の式３、式３’の関係は満たされている。第３レンズの焦点距離をｆ３で表すとき、ｆ／ｆ３＝−０．０９である。したがって、前述の式４、式４’の関係は満たされている。
【００５０】
撮像光学系ＣＬの収差を図４に示す。図４より明らかなように諸収差が良好に抑えられており、高い結像特性を有する。
【００５１】
なお、本発明の撮像光学系ＣＬを構成する複数のレンズ（Ｌ１〜Ｌ３）は、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズで構成されている。しかし、使用可能なレンズはこれに限定されるものではない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズを用いてもよい。
【００５２】
また、プリズムやミラー等の光軸変更部材が、光路中に設けられていてもよい。光軸変更部材は、撮像対象側から像面に至るまでの光路を屈曲させることができるため、光路の適正な屈曲により、撮像光学系ＣＬを搭載する撮像装置の小型化を図ることができる。
【００５３】
本発明の撮像光学系は、動画を撮像するデジタルビデオカメラ、テレビ電話用カメラ、ドアホーン用カメラやモバイルコンピュータ、情報携帯端末等の情報処理機器に組み込まれるカメラに採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【図３】第２の実施形態の撮像光学系の構成を示す図。
【図４】第２の実施形態の撮像光学系の収差を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
ＣＬ  撮像光学系
Ｌ１〜Ｌ３  レンズ
ＳＴ  絞り
Ｆ  フィルター
ｒ１〜ｒ９  面
ｄ１〜ｄ８  軸上間隔
【図１】
2007057664.tif 000007
【図２】
2007057664.tif 000008
【図３】
2007057664.tif 000009
【図４】
2007057664.tif 000010