結像光学系
【課題】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の提供。
【解決手段】物体側から、正のパワーを有する第１レンズ１０１、像側に凸のメニスカスレンズである第２レンズ１０２、正のパワーを有する第３レンズ１０３及び負のパワーを有する第４レンズ１０４を備え、第３レンズの像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、周辺領域で負のパワーを有し、第４レンズの像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、周辺領域で正のパワーを有する。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、以下の式を満たす。
【解決手段】物体側から、正のパワーを有する第１レンズ１０１、像側に凸のメニスカスレンズである第２レンズ１０２、正のパワーを有する第３レンズ１０３及び負のパワーを有する第４レンズ１０４を備え、第３レンズの像側の面は、近軸領域で正のパワーを有し、周辺領域で負のパワーを有し、第４レンズの像側の面は、近軸領域で負のパワーを有し、周辺領域で正のパワーを有する。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、以下の式を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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に対するパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し負となる。第４レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し正となる。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、
【数１】
が満たされる。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、
【数２】
が満足される。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１による結像光学系の構成を示す図である。
【図２】実施例１による結像光学系の収差を示す図である。
【図３】実施例２による結像光学系の構成を示す図である。
【図４】実施例２による結像光学系の収差を示す図である。
【図５】実施例３による結像光学系の構成を示す図である。
【図６】実施例３による結像光学系の収差を示す図である。
【図７】実施例４による結像光学系の構成を示す図である。
【図８】実施例４による結像光学系の収差を示す図である。
【図９】実施例５による結像光学系の構成を示す図である。
【図１０】実施例５による結像光学系の構成を示す図である。
【図１１】実施例６による結像光学系の構成を示す図である。
【図１２】実施例６による結像光学系の収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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
【数３】
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
【数４】
とする。
【００１８】
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。
【００１９】
第３レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し負となる。第４レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し正となる。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【数５】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【数６】
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。
【００２６】
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。
【数７】
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。
【数８】
【００２７】
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。
【００２８】
以下において、本発明の実施例１乃至６を説明する。
【００２９】
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。
【表１】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【数９】
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。
【００３２】
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。
【数１０】
ここで、Ｂｉは、多項式の係数である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【表２５】
【表２６】
【００７３】
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。
【００７４】
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、回折格子の輪体数は、９である。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【表２７】
【表２８】
【表２９】
【表３０】
【表３１】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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に対するパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し負となる。第４レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し正となる。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、
【数１】
が満たされる。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、
【数２】
が満足される。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１による結像光学系の構成を示す図である。
【図２】実施例１による結像光学系の収差を示す図である。
【図３】実施例２による結像光学系の構成を示す図である。
【図４】実施例２による結像光学系の収差を示す図である。
【図５】実施例３による結像光学系の構成を示す図である。
【図６】実施例３による結像光学系の収差を示す図である。
【図７】実施例４による結像光学系の構成を示す図である。
【図８】実施例４による結像光学系の収差を示す図である。
【図９】実施例５による結像光学系の構成を示す図である。
【図１０】実施例５による結像光学系の構成を示す図である。
【図１１】実施例６による結像光学系の構成を示す図である。
【図１２】実施例６による結像光学系の収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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
【数３】
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
【数４】
とする。
【００１８】
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。
【００１９】
第３レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し負となる。第４レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し正となる。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【数５】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【数６】
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。
【００２６】
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。
【数７】
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。
【数８】
【００２７】
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。
【００２８】
以下において、本発明の実施例１乃至６を説明する。
【００２９】
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。
【表１】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【数９】
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。
【００３２】
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。
【数１０】
ここで、Ｂｉは、多項式の係数である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【表２５】
【表２６】
【００７３】
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。
【００７４】
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、回折格子の輪体数は、９である。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【表２７】
【表２８】
【表２９】
【表３０】
【表３１】
【特許請求の範囲】
【請求項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に対するパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し負となり、第４レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し正となり、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、
【数１】
が満足される結像光学系。
【請求項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、
【数２】
が満足される請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
前記回折格子が輪体からなり、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。
【請求項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に対するパワーは、近軸領域で正であり、光軸から離れるにしたがってパワーが減少し負となり、第４レンズのメリディオナル方向における主光線に対するパワーは、近軸領域で負であり、光軸から離れるにしたがってパワーが増加し正となり、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、
【数１】
が満足される結像光学系。
【請求項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、
【数２】
が満足される請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
前記回折格子が輪体からなり、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１８０３１（Ｐ２０１１−１８０３１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８２５８（Ｐ２０１０−１２８２５８）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（５９７０７３６４５）ナルックス株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（５９７０７３６４５）ナルックス株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
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