JP2025027164A - Imaging Optical System - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像光学系に関する。 The present invention relates to an imaging optical system.
近年、スマートフォンなどの携帯端末やノートPC等に搭載される撮像光学系には、常に小型化が要求されている。
また、リモートワークの普及に伴って、ノートPCに搭載されるカメラには高画素化の要求も増えてきている。カメラを高画素化しようとするとセンササイズを大きくする必要が出てくるが、ノートPCではカメラがディスプレイのベゼル部分に配置されることが多く、PC本体の厚みを決定する要因となり得るため、光学全長をより短くする必要がある。
In recent years, there has been a constant demand for miniaturization of imaging optical systems mounted on portable terminals such as smartphones and notebook PCs.
In addition, with the spread of remote work, there is an increasing demand for higher pixel count cameras installed in notebook PCs. Increasing the pixel count of a camera requires a larger sensor size, but in notebook PCs, the camera is often placed in the bezel of the display, which can be a factor in determining the thickness of the PC body, so the overall optical length needs to be shorter.
しかしながら、センササイズ又は光学系の焦点距離が決定されると、光学全長の短縮化には限界があり、TTL/Y(TTL:光学全長、Y:対角像高)やTTL/f(f:焦点距離)が概ね1.0を下回る光学系を実現するのは困難である。実際に小型化の要求が大きいスマートフォン向けの光学系でも、最も小型の設計解であってもTTL/Y=1.1程度となっている(例えば、特許文献1参照)。
また、光学全長を短縮するためには焦点距離も短くする必要があり、カメラの画角が広角化してしまうという課題がある。カメラの画角は広ければ良いというものでもなく、撮影用途に応じた適切な画角が決まっており、ある画角を保ったまま光学全長を短縮したいという要求は大きい。
However, once the sensor size or the focal length of the optical system is determined, there is a limit to shortening the total optical length, and it is difficult to realize an optical system with TTL/Y (TTL: total optical length, Y: diagonal image height) or TTL/f (f: focal length) generally less than 1.0. Even in optical systems for smartphones, which are in high demand for miniaturization, the TTL/Y is about 1.1 even in the most compact design solution (see, for example, Patent Document 1).
Furthermore, in order to shorten the overall optical length, it is necessary to shorten the focal length as well, which poses the problem of the camera's angle of view becoming wider. It is not necessarily the case that the wider the angle of view of a camera is, but rather that an appropriate angle of view is determined according to the shooting application, and there is a strong demand to shorten the overall optical length while maintaining a certain angle of view.
このような光学系の短縮要求に対し、例えば特許文献2に記載の技術では、光線の反射と透過を制御することで、折り畳まれた光路を構成している。これにより、限られたレンズ枚数の中で光路長を確保し、光学全長を小さく抑えている。 In response to this demand for shortening the optical system, for example, the technology described in Patent Document 2 creates a folded optical path by controlling the reflection and transmission of light rays. This ensures a sufficient optical path length with a limited number of lenses, and keeps the overall optical length small.
しかしながら、特許文献2の記載の撮像光学系では、収差補正が十分ではないなど、好適に小型化が図られているとは言い難い。
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、撮像光学系全体を好適に小型化することを目的とする。
However, in the imaging optical system described in Patent Document 2, it is difficult to say that the size of the optical system has been suitably reduced, for example, because aberration correction is insufficient.
The present invention has been made in consideration of the above problems, and has an object to suitably reduce the size of the entire imaging optical system.
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単焦点の撮像光学系であって、
光の偏光を制御することで光の透過と反射を制御する少なくとも2つの透過反射面を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする。
0.50<D12/f<0.85 ・・・(1)
ただし、
D12:2つの透過反射面の光軸上での距離
f:撮像光学系全系の焦点距離
In order to achieve the above object, the present invention provides a single-focus imaging optical system that forms a subject image on a photoelectric conversion portion of an image sensor, comprising:
The optical element has at least two transmissive/reflective surfaces that control the transmission and reflection of light by controlling the polarization of the light,
It is characterized in that the following conditional expression is satisfied.
0.50<D12/f<0.85...(1)
however,
D12: Distance on the optical axis between the two transmissive/reflective surfaces f: Focal length of the entire imaging optical system
本発明によれば、撮像光学系全体を好適に小型化することができる。 The present invention makes it possible to effectively miniaturize the entire imaging optical system.
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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
[撮像装置の全体構成]
図1は、本実施形態に係る撮像装置100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。
[Overall configuration of the imaging device]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an
As shown in this figure, the
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、複数のレンズ(第1レンズL1~第4レンズL4)を備える。
撮像光学系10の構成の詳細については後述する。
The imaging
The configuration of the imaging
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レンズL1~第4レンズL4のうち少なくとも一部のレンズ又はレンズ群(例えば第2レンズL2~第4レンズL4)を光軸Axに沿って移動させる駆動機構42(図2参照)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Ax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。
A
The
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Ax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。
The
The
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。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic control configuration of the
As shown in this figure, the
The
レンズ駆動部61は、駆動機構42を動作させ、第1レンズL1~第4レンズL4のうちの一部のレンズ又はレンズ群(例えば第2レンズL2~第4レンズL4)を光軸Ax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。
The
The
The
The
The
The
The
[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、第1平行平板Pと、開口絞りS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、第2平行平板Fと、から実質的に構成される。
[Specific configuration of the imaging optical system]
Next, the imaging
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the imaging
第1平行平板Pは、偏光機能を有するものであって、光の偏光状態を所定方向の直線偏光のみに揃えるための光学素子である。本実施形態の第1平行平板Pは、例えば、直線偏光板を想定した0.2mm厚の平行平板と、λ/4板を想定した0.3mm厚の平行平板とを合わせた0.5mm厚の平行平板である。
第2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。
The first parallel plate P has a polarizing function and is an optical element for aligning the polarization state of light to linearly polarized light in a predetermined direction. The first parallel plate P in this embodiment is, for example, a 0.5 mm-thick parallel plate that combines a 0.2 mm-thick parallel plate assumed to be a linear polarizer and a 0.3 mm-thick parallel plate assumed to be a λ/4 plate.
The second parallel plate F is a parallel plate assumed to be an optical low-pass filter, an IR cut filter, a seal glass for the
撮像光学系10は、光の偏光を制御することで光の透過と反射を制御する2つの透過反射面Rを有している。本実施形態では、第1レンズL1~第4レンズL4のうちの2つのレンズ面(パワーを有する面)に、光の偏光を制御する偏光素子が付加されて、2つの透過反射面R(第1透過反射面R1、第2透過反射面R2)として機能する。
具体的に、本実施形態では、第2レンズL2の物体側面が第1透過反射面R1となっており、ハーフミラーコートが施されている。ハーフミラーは、入射光を所定の光量割合(例えば50:50)で透過光と反射光とに分離する光学素子である。また、第4レンズL4の像側面が第2透過反射面R2となっており、偏光ビームスプリッターの機能が付加されている。偏光ビームスプリッターは、特定の直線偏光を透過させるとともに、当該直線偏光に対して振動面が垂直な直線偏光を反射させる直線偏光選択光学素子である。
また、第4レンズL4の物体側面にはλ/4板の機能が付加されている。λ/4板は、位相差をλ/4(90°)与えて直線偏光を円偏光に(又は円偏光を直線偏光に)変換できる光学素子である。
The imaging
Specifically, in this embodiment, the object side surface of the second lens L2 is the first transmissive reflecting surface R1, which is coated with a half-mirror coating. The half mirror is an optical element that separates incident light into transmitted light and reflected light at a predetermined light amount ratio (e.g., 50:50). The image side surface of the fourth lens L4 is the second transmissive reflecting surface R2, which is provided with the function of a polarizing beam splitter. The polarizing beam splitter is a linear polarization selection optical element that transmits a specific linearly polarized light and reflects linearly polarized light whose vibration plane is perpendicular to the linearly polarized light.
In addition, the object side surface of the fourth lens L4 is provided with the function of a λ/4 plate. The λ/4 plate is an optical element that can convert linearly polarized light into circularly polarized light (or circularly polarized light into linearly polarized light) by imparting a phase difference of λ/4 (90°).
撮像光学系10における偏光制御の原理について説明する。図3は、撮像光学系10の偏光制御の原理を説明するための図である。ただし、図3では、分かり易さのために、本実施形態ではレンズ面に付加されている偏光素子を独立した光学素子として図示している。
撮像光学系10の全長を短縮化するためには、限られたスペースの中で光路長をできるだけ長く確保する必要がある。そこで本実施形態では、光の偏光状態によって光線の透過と反射を制御することで、光路が折り畳まれた光学系とし、これにより大幅な全長の短縮化を実現している。
The principle of polarization control in the imaging
In order to shorten the overall length of the imaging
具体的に、撮像光学系10では、図3に示すように、ランダム偏光である外界の光線が、最も物体側に配置された偏光板によって直線偏光(例えば縦偏光)のみの光線とされた後、第1のλ/4板によって円偏光に変換(例えば右回りに円偏光化)される。円偏光に変換された光線は、ハーフミラーを透過した後にレンズ光学系を透過し、その後方(像側)に配置された第2のλ/4板によって、第1のλ/4板への入射時と同じ方向の直線偏光(例えば縦偏光)に変換される。直線偏光に変換された光線は、偏光ビームスプリッターによって物体側へ反射され、第2のλ/4板に再入射して再び円偏光に変換(例えば右回りに円偏光化)される。この光線は、レンズ光学系を透過した後に、ハーフミラーによって反射されることで逆回り(例えば左回り)の円偏光とされつつ、再び像側へ向かう。ハーフミラーで反射された光線は、レンズ光学系を透過した後に、第2のλ/4板を透過することで、1度目の透過時とは直交する方向の直線偏光(例えば横偏光)に変換される。そのため、この光線は偏光ビームスプリッターで反射されることなく透過され、撮像素子に結像される。
上記図3の構成と本実施形態の撮像光学系10とは、偏光板及び第1のλ/4板が第1平行平板Pに、ハーフミラーが第2レンズL2の物体側面(第1透過反射面R1)に、レンズ光学系が第1レンズL1~第4レンズL4に、第2のλ/4板が第4レンズL4の物体側面に、偏光ビームスプリッターが第4レンズL4の像側面(第2透過反射面R2)に、それぞれ対応する。
Specifically, in the imaging
In the configuration of Figure 3 above and the imaging
このように、撮像光学系10では、ハーフミラーと偏光ビームスプリッター(すなわち2つの透過反射面R)によって光線の透過及び反射を繰り返すことにより、当該光線がレンズ光学系の光学面(レンズ面)を複数回通過する。例えば、レンズ光学系が2枚のレンズ構成であった場合、その光学面を光線が合計12回通過することになり、通常の光学系における6枚構成相当の収差補正作用を持たせることが可能となる。したがって、光学全長を短く抑えつつ、その3倍のレンズ枚数相当の光学性能を得ることができる。
なお、同じレンズ面を複数回通過するため、厳密には6枚構成ほどの面の自由度はないものの、非球面レンズなどを使用することで形状自由度を増加させ、6枚構成相当の性能に近づけることができる。
In this way, in the imaging
Since the same lens surface is passed over multiple times, strictly speaking there is not as much freedom in terms of the surface as with a six-element structure; however, by using aspherical lenses, for example, the freedom in shape can be increased, making it possible to approach the performance of a six-element structure.
また、撮像光学系10は、以下の条件式(1)を満足する。
0.50<D12/f<0.85 ・・・(1)
ただし、D12は2つの透過反射面Rの光軸Ax上での距離であり、fは撮像光学系10全系の焦点距離である。
Moreover, the imaging
0.50<D12/f<0.85...(1)
Here, D12 is the distance on the optical axis Ax between the two transmissive and reflective surfaces R, and f is the focal length of the entire imaging
条件式(1)は、2つの透過反射面R間の距離を適切に設定するための条件式である。前述の通り、できる限り折り畳んだ光路長を確保することが、収差補正の点では効果的であるものの、あまりに光路長を長く取ると光学全長の観点で不利になってしまう。
D12/fが条件式(1)の下限を上回ることで、適度に折り畳んだ光路長を確保でき、良好な収差補正を行うことができる。一方、D12/fが条件式(1)の上限を下回ることで、光学全長が大きくなり過ぎることを抑制できる。
Conditional expression (1) is a conditional expression for appropriately setting the distance between the two transmitting and reflecting surfaces R. As described above, while ensuring an optical path length that is folded as much as possible is effective in terms of aberration correction, making the optical path length too long is disadvantageous in terms of the total optical length.
When D12/f is greater than the lower limit of conditional expression (1), a suitable folded optical path length can be ensured, and good aberration correction can be performed. On the other hand, when D12/f is less than the upper limit of conditional expression (1), the total optical length can be prevented from becoming too large.
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。
0≦DAS/f<0.15 ・・・(2)
ただし、DASは開口絞りSと第1レンズL1との光軸Ax上での距離であり、fは撮像光学系10全系の焦点距離である。
Moreover, it is preferable that the imaging
0≦DAS/f<0.15...(2)
Here, DAS is the distance on the optical axis Ax between the aperture stop S and the first lens L1, and f is the focal length of the entire imaging
条件式(2)は、開口絞りSと最も物体側の第1レンズL1との光軸Ax上の距離を適切に設定し、レンズ径の小型化と収差補正の両立を図るための条件式である。
DAS/fが条件式(2)の下限を上回ることで、開口絞りSと第1レンズL1の距離を適度に空けることができ、第1レンズL1を通過する光線位置を画角ごとに分けることができるため、良好な収差補正を行うことができる。一方、DAS/fが条件式(2)の上限を下回ることで、開口絞りSと第1レンズL1との距離が空き過ぎることがなくなり、第1レンズL1の径を小さく抑えることができる。
Conditional expression (2) is a conditional expression for appropriately setting the distance on the optical axis Ax between the aperture stop S and the first lens L1 closest to the object side, thereby achieving both a small lens diameter and aberration correction.
When DAS/f exceeds the lower limit of conditional expression (2), the distance between the aperture stop S and the first lens L1 can be appropriately increased, and the positions of the light rays passing through the first lens L1 can be divided for each angle of view, allowing for good aberration correction. On the other hand, when DAS/f is below the upper limit of conditional expression (2), the distance between the aperture stop S and the first lens L1 is not too large, and the diameter of the first lens L1 can be kept small.
さらに、撮像光学系10は、以下の条件式(3)を満足するのが好ましい。
1.90<f3/f<4.00 ・・・(3)
ただし、f3は第3レンズL3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。
Furthermore, it is preferable that the imaging
1.90<f3/f<4.00...(3)
Here, f3 is the focal length of the third lens L3, and f is the focal length of the entire imaging
条件式(3)は、正の第3レンズL3の焦点距離を適切に設定するための条件式である。第3レンズL3は2つの透過反射面Rの間に配置されているため、光線が合計3回通過するレンズである。そのため、撮像光学系10の小型化と収差補正の両立をするためには焦点距離を適切に設定する必要がある。
f3/fが条件式(3)の下限を上回ることで第3レンズL3の屈折力が強くなり過ぎず、第3レンズL3で発生する収差を小さく抑えることができる。一方、f3/fが条件式(3)の上限を下回ることで、第3レンズL3の正の屈折力を適度に維持することができ、撮像光学系10の小型化を図ることができる。
Conditional formula (3) is a conditional formula for appropriately setting the focal length of the positive third lens L3. The third lens L3 is disposed between two transmissive and reflective surfaces R, and is therefore a lens through which light rays pass a total of three times. Therefore, in order to achieve both a compact imaging
When f3/f is greater than the lower limit of conditional expression (3), the refractive power of the third lens L3 does not become too strong, and the aberration generated in the third lens L3 can be suppressed to a small value. On the other hand, when f3/f is less than the upper limit of conditional expression (3), the positive refractive power of the third lens L3 can be appropriately maintained, and the imaging
[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、光の偏光を制御することで光の透過と反射を制御する2つの透過反射面Rを有することにより、光線をレンズ面に複数回通過させることができる。これにより、所望の光学性能を達成しつつ、光学全長を短く抑えることができる。
また、撮像光学系10が条件式(1)を満足することで、2つの透過反射面R間の距離を適切に設定できる。すなわち、D12/fが条件式(1)の下限を上回ることで、適度に折り畳んだ光路長を確保して、良好な収差補正を行うことができる。また、D12/fが条件式(1)の上限を下回ることで、光学全長が大きくなり過ぎることを抑制できる。
以上より、撮像光学系10全体を好適に小型化することができる。
なお、特に限定はされないが、本明細書では、TTL/Y(TTL:光学全長、Y:対角像高)が1.0を下回ることを撮像光学系10の「小型化」の指標としている。
[Technical effect of the present embodiment]
As described above, according to this embodiment, by having two transmission-reflection surfaces R that control the transmission and reflection of light by controlling the polarization of the light, it is possible to make a light beam pass through the lens surface multiple times, thereby making it possible to keep the total optical length short while achieving the desired optical performance.
Furthermore, by making the imaging
As a result, the entire imaging
Although not particularly limited, in this specification, an index of "compactness" of the imaging
また、本実施形態によれば、光の偏光状態を所定方向の直線偏光のみに揃えるための光学素子(第1平行平板P)が、最も物体側に配置されている。これにより、効率よく撮像光学系10内の偏光制御を行うことができる。
In addition, according to this embodiment, an optical element (first parallel plate P) for aligning the polarization state of light to only linearly polarized light in a specific direction is arranged closest to the object. This allows for efficient polarization control within the imaging
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、開口絞りSと最も物体側の第1レンズL1との光軸Ax上の距離を適切に設定し、レンズ径の小型化と収差補正の両立を好適に図ることができる。すなわち、DAS/fが条件式(2)の下限を上回ることで、開口絞りSと第1レンズL1の距離を適度に空けて、第1レンズL1を通過する光線位置を画角ごとに分けることができ、良好な収差補正を行うことができる。また、DAS/fが条件式(2)の上限を下回ることで、開口絞りSと第1レンズL1との距離が空き過ぎることがなく、第1レンズL1の径を小さく抑えることができる。
In addition, according to this embodiment, the imaging
また、本実施形態によれば、光の偏光を制御する偏光素子(本実施形態では、第2のλ/4板と偏光ビームスプリッター)がレンズ面に付加されている。これにより、これらの偏光素子が個別に設けられる場合に比べ、光学全長を短くすることができる。 In addition, according to this embodiment, a polarizing element that controls the polarization of light (in this embodiment, a second λ/4 plate and a polarizing beam splitter) is added to the lens surface. This makes it possible to shorten the total optical length compared to when these polarizing elements are provided separately.
また、本実施形態によれば、合焦の際に一部のレンズ又はレンズ群を移動させる。これにより、アクチュエーターの負荷を低減できたり、レンズ群全体を繰り出す方式よりも移動量を小さく抑制できたりするようになる。 Furthermore, according to this embodiment, some of the lenses or lens groups are moved when focusing. This reduces the load on the actuator and allows the amount of movement to be kept smaller than when the entire lens group is extended.
また、本実施形態によれば、撮像光学系10が条件式(3)を満足することで、正の第3レンズL3の焦点距離を適切に設定することができる。すなわち、f3/fが条件式(3)の下限を上回ることで第3レンズL3の屈折力が強くなり過ぎず、第3レンズL3で発生する収差を小さく抑えることができる。また、f3/fが条件式(3)の上限を下回ることで、第3レンズL3の正の屈折力を適度に維持することができ、撮像光学系10の小型化を図ることができる。
In addition, according to this embodiment, the imaging
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。 Although one embodiment of the present invention has been described above, embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiment and its variations, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、光の偏光を制御する偏光素子(直線偏光板、2つのλ/4板、偏光ビームスプリッター)のうち、第2のλ/4板と偏光ビームスプリッターがレンズ面に付加されることとした。しかし、これらの偏光素子は、いずれか少なくとも1つがレンズ面に付加されるのが好ましいが、レンズ面に付加されずに独立した光学素子として配置されてもよい。
また、上記実施形態では、透過反射面Rに相当する光学素子としてハーフミラー及び偏光ビームスプリッターを例示して説明したが、透過反射面Rは光の偏光を制御することで光の透過と反射を制御するものであればよく、例えばコレステリック液晶等であってもよい。
また、撮像光学系10の具体構成は、上記実施形態のものに限定されず、少なくとも2つの透過反射面Rを有するもの(すなわち、折り畳まれた光路を有するもの)であればよい。
For example, in the above embodiment, among the polarizing elements (linear polarizing plate, two λ/4 plates, and polarizing beam splitter) that control the polarization of light, the second λ/4 plate and the polarizing beam splitter are added to the lens surface. However, although it is preferable that at least one of these polarizing elements is added to the lens surface, they may be disposed as independent optical elements without being added to the lens surface.
In addition, in the above embodiment, a half mirror and a polarizing beam splitter have been described as examples of optical elements corresponding to the transmissive-reflective surface R, but the transmissive-reflective surface R may be any surface that controls the transmission and reflection of light by controlling the polarization of light, and may be, for example, a cholesteric liquid crystal.
Furthermore, the specific configuration of the imaging
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
Fno :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。
Ai:i次の非球面係数
R :曲率半径
K :円錐定数
Examples of the imaging optical system of the present invention will be described below. The symbols used in each example are as follows.
f: focal length of the entire imaging optical system fB: back focus Fno: F-number 2Y: diagonal length of the imaging surface of the solid-state imaging element R: radius of curvature D: axial surface spacing Nd: refractive index of the lens material for the d-line vd: Abbe number of the lens material In each example, a surface having an "*" after the surface number in the lens surface data is a surface having an aspheric shape, and the shape of the aspheric surface is expressed by the following "Equation 1" with the vertex of the surface as the origin, the X-axis in the direction of the optical axis, and h as the height perpendicular to the optical axis.
Ai: ith aspheric coefficient R: radius of curvature K: conic constant
(実施例1)
図4(a)、(b)に実施例1の撮像光学系の光路図及び縦収差図(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10は、上記実施形態の撮像光学系10に対応する。実施例2以降においても、特に断りのない限り、上記実施形態と同様の光学構成を有する撮像光学系10であるものとする。
Example 1
4A and 4B show an optical path diagram and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, and distortion) of the imaging optical system of the first embodiment.
The imaging
実施例1の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
f=8.78mm
Fno=1.90
2Y=15.86mm
The overall specifications of the imaging optical system of the first embodiment are shown below.
f = 8.78 mm
Fno = 1.90
2Y = 15.86 mm
実施例1のレンズ面のデータを以下の表Iに示す。
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。
実施例1の撮像光学系における条件式(1)~(3)の各数値を以下に示す。
条件式(1):D12/f=0.67
条件式(2):DAS/f=0.01
条件式(3):f3/f=2.54
The values of the conditional expressions (1) to (3) in the imaging optical system of the first embodiment are shown below.
Conditional expression (1): D12/f=0.67
Conditional expression (2): DAS/f=0.01
Conditional expression (3): f3/f=2.54
(実施例2)
図5(a)、(b)に実施例2の撮像光学系の光路図及び縦収差図(球面収差、非点収差、歪曲収差)を示す。
Example 2
5A and 5B show an optical path diagram and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, and distortion) of the imaging optical system of the second embodiment.
実施例2の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
f=8.60mm
Fno=1.00
2Y=15.86mm
The overall specifications of the imaging optical system of the second embodiment are shown below.
f = 8.60 mm
Fno = 1.00
2Y = 15.86 mm
実施例2のレンズ面のデータを以下の表IIIに示す。
実施例2のレンズ面の非球面係数を以下の表IVに示す。
実施例2の撮像光学系における条件式(1)~(3)の各数値を以下に示す。
条件式(1):D12/f=0.67
条件式(2):DAS/f=0.00
条件式(3):f3/f=2.60
The values of the conditional expressions (1) to (3) in the imaging optical system of the second embodiment are as follows.
Conditional expression (1): D12/f=0.67
Conditional expression (2): DAS/f=0.00
Conditional expression (3): f3/f=2.60
(実施例3)
図6(a)、(b)に実施例3の撮像光学系の光路図及び縦収差図(球面収差、非点収差、歪曲収差)を示す。
Example 3
6A and 6B show an optical path diagram and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, and distortion) of the imaging optical system of the third embodiment.
実施例3の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
f=7.43mm
Fno=1.90
2Y=15.86mm
The overall specifications of the imaging optical system of the third embodiment are shown below.
f = 7.43 mm
Fno = 1.90
2Y = 15.86 mm
実施例3のレンズ面のデータを以下の表Vに示す。
実施例3のレンズ面の非球面係数を以下の表VIに示す。
実施例3の撮像光学系における条件式(1)~(3)の各数値を以下に示す。
条件式(1):D12/f=0.62
条件式(2):DAS/f=0.07
条件式(3):f3/f=2.23
The values of the conditional expressions (1) to (3) in the imaging optical system of the third embodiment are shown below.
Conditional expression (1): D12/f=0.62
Conditional expression (2): DAS/f=0.07
Conditional expression (3): f3/f=2.23
(実施例4)
図7(a)、(b)に実施例4の撮像光学系の光路図及び縦収差図(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10では、第2透過反射面R2が、第4レンズL4の像側面ではなく、第2平行平板F(の物体側面)となっている。
Example 4
7A and 7B show an optical path diagram and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, and distortion) of the imaging optical system of the fourth embodiment.
In the imaging
実施例4の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
f=8.89mm
Fno=1.90
2Y=15.86mm
The overall specifications of the imaging optical system of the fourth embodiment are shown below.
f = 8.89 mm
Fno = 1.90
2Y = 15.86 mm
実施例4のレンズ面のデータを以下の表VIIに示す。
実施例4のレンズ面の非球面係数を以下の表VIIIに示す。
実施例4の撮像光学系における条件式(1)~(3)の各数値を以下に示す。
条件式(1):D12/f=0.66
条件式(2):DAS/f=0.02
条件式(3):f3/f=2.61
The values of the conditional expressions (1) to (3) in the imaging optical system of the fourth embodiment are as follows.
Conditional expression (1): D12/f=0.66
Conditional expression (2): DAS/f=0.02
Conditional expression (3): f3/f=2.61
(実施例5)
図8(a)、(b)に実施例5の撮像光学系の光路図及び縦収差図(球面収差、非点収差、歪曲収差)を示す。
実施例5の撮像光学系10では、レンズが第1レンズL1~第3レンズL3の3枚であり、第2透過反射面R2が第3レンズL3の像側面となっている。
Example 5
8A and 8B show an optical path diagram and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, and distortion) of the imaging optical system of the fifth embodiment.
The imaging
実施例5の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
f=5.88mm
Fno=1.90
2Y=15.86mm
The overall specifications of the imaging optical system of the fifth embodiment are shown below.
f = 5.88 mm
Fno = 1.90
2Y = 15.86 mm
実施例5のレンズ面のデータを以下の表IXに示す。
実施例5のレンズ面の非球面係数を以下の表Xに示す。
実施例5の撮像光学系における条件式(1)~(3)の各数値を以下に示す。
条件式(1):D12/f=0.53
条件式(2):DAS/f=0.09
条件式(3):f3/f=3.98
The values of the conditional expressions (1) to (3) in the imaging optical system of the fifth embodiment are as follows.
Conditional expression (1): D12/f=0.53
Conditional expression (2): DAS/f=0.09
Conditional expression (3): f3/f=3.98
(実施例6)
図9(a)、(b)に実施例6の撮像光学系の光路図及び縦収差図(球面収差、非点収差、歪曲収差)を示す。
Example 6
9A and 9B show an optical path diagram and longitudinal aberration diagrams (spherical aberration, astigmatism, and distortion) of the imaging optical system of Example 6. FIG.
実施例6の撮像光学系の全体諸元を以下に示す。
f=9.50mm
Fno=1.90
2Y=15.86mm
The overall specifications of the imaging optical system of the sixth embodiment are shown below.
f=9.50mm
Fno = 1.90
2Y = 15.86 mm
実施例6のレンズ面のデータを以下の表XIに示す。
実施例6のレンズ面の非球面係数を以下の表XIIに示す。
実施例6の撮像光学系における条件式(1)~(3)の各数値を以下に示す。
条件式(1):D12/f=0.79
条件式(2):DAS/f=0.01
条件式(3):f3/f=2.43
The values of the conditional expressions (1) to (3) in the imaging optical system of Example 6 are as follows.
Conditional expression (1): D12/f=0.79
Conditional expression (2): DAS/f=0.01
Conditional expression (3): f3/f=2.43
10 撮像光学系
51 撮像素子
100 撮像装置
Ax 光軸
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
R 透過反射面
R1 第1透過反射面
R2 第2透過反射面
P 第1平行平板
F 第2平行平板
S 開口絞り
10 Imaging
Claims (6)
光の偏光を制御することで光の透過と反射を制御する少なくとも2つの透過反射面を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
0.50<D12/f<0.85 ・・・(1)
ただし、
D12:2つの透過反射面の光軸上での距離
f:撮像光学系全系の焦点距離 A single-focus imaging optical system that forms a subject image on a photoelectric conversion unit of an imaging element,
The optical element has at least two transmissive/reflective surfaces that control the transmission and reflection of light by controlling the polarization of the light,
An imaging optical system characterized by satisfying the following conditional expression:
0.50<D12/f<0.85...(1)
however,
D12: Distance on the optical axis between the two transmissive/reflective surfaces f: Focal length of the entire imaging optical system
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像光学系。
0≦DAS/f<0.15 ・・・(2)
ただし、
DAS:開口絞りと第1レンズとの光軸上での距離
f:撮像光学系全系の焦点距離 an aperture stop; and a first lens disposed closer to an image side than the aperture stop;
3. The imaging optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied:
0≦DAS/f<0.15...(2)
however,
DAS: Distance on the optical axis between the aperture stop and the first lens f: Focal length of the entire imaging optical system
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の撮像光学系。
1.90<f3/f<4.00 ・・・(3)
ただし、
f3:第3レンズの焦点距離
f:撮像光学系全系の焦点距離 The optical system includes a first lens, a second lens, and a third lens, which are arranged in this order from the object side,
6. The imaging optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied:
1.90<f3/f<4.00...(3)
however,
f3: focal length of the third lens f: focal length of the entire imaging optical system
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