JP4628781B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
さらに、電子撮像素子の画素ピッチが細分化して画素数が増加したことに伴い、撮像光学系に対する結像性能をより一層高めることが要求されている。
近年、画像処理技術が発達し、こうした歪みに関してもデジタル処理を行って補正できるようになってはいるが、このような撮像光学系に適応した処理ソフトを開発しなければならず、また処理スピードが遅い等、弊害が生じるおそれがある。
そこで、過度に正寄りの歪曲収差を持った撮像光学系としつつ、全体として高い結像性能を満たすことが求められている。
本発明の撮像装置は、上述した目的を達成するため、湾曲した撮像面を有する電子撮像素子を撮像光学系の撮像位置に配設してなる撮像装置において、
該撮像光学系の最も像側に配設されたレンズ要素は、像側から順に、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズを配設してなるとともに、前記負の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して負の屈折力が強くなるように構成されてなり、
以下の条件式(1)〜(3)を満足してなることを特徴とするものである。
−2.8<R/L<−1 ・・・ (1)
−1.5<fn/fp<−0.5 ・・・ (2)
0.1<Re/R<0.5 ・・・ (3)
ただし、
R:電子撮像素子の受光面の曲率半径(非球面の場合には近軸曲率半径)
Re:撮像装置を構成する光学系の最も像側の面の曲率半径(非球面の場合には近軸曲率半径)
L:開口絞りから結像面までの距離(空気換算長としたフィルタ類の厚みを含み、光学系がズームレンズの場合には広角端における値)
fn:負の屈折力を有するレンズの焦点距離
fp:正の屈折力を有するレンズの焦点距離
−0.4<Ih/R<−0.1 ・・・ (4)
ただし、
Ih:電子撮像素子におけるイメージサイズの対角長の1/2
上述した構成からなる撮像装置の作用について説明する。
歪曲収差が正である撮像光学系として、ビハインド絞りタイプのものが知られており、特にいわゆるレンズ付きフィルムと称される撮像光学系では、フィルム面を画面長手方向に湾曲させることにより、像の歪みを補正するタイプの撮像光学系が多用されている。しかしながら、このようなタイプの撮像光学系では軸外光束の射出角が大きくなってしまい、電子撮像素子を用いた撮像装置には不向きである。
前記特許文献2記載の技術は、2枚構成のフロント絞りタイプながら歪曲収差を良好に補正しているが、光束の射出角度が大き過ぎて一般的なデジタルカメラには適用し難い。
電子撮像素子を湾曲させた際の画素配列は、湾曲面に沿って配列されているが、情報を取り出す際には従前の平面配列に従ったタイミングで処理が行われるため、画像再生時に歪みが生じる。
以下、各条件式の意義について説明する。
条件式(1)は、電子撮像素子の受光面の曲率半径Rと、光学系の明るさを規定する開口絞りから結像面までの距離Lとの比R/Lの値を規定する条件式である。すなわち、電子撮像素子の曲率中心に対して、撮像光学系における光束の射出中心位置の概算距離となり得るR/Lの値を規定することにより、電子撮像素子の受光面に軸外光が入射する際のケラレを減少させることができる。
なお、条件式(1)は、電子撮像素子が平面状となっている場合に、光線の射出角をテレセントリックに近づける必要条件を規定した条件式と同等なものである。
すなわち、条件式(4)は、現在、市場に出回っている電子撮像素子のイメージサイズには種々のものがあることに鑑み規定されたもので、撮像光学系を極力簡素化するとともに小型化するうえで、電子撮像素子の曲面化が撮像光学系で有効に作用する範囲を規定するための条件である。
図1は、本発明の実施例1に係る撮像装置のレンズ構成図である。
本発明の実施例1に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、フロント絞りタイプとなっており、レンズ全長は、絞りから結像面までの距離としても、他の実施例の中では最も短く設定されている。
また、第4レンズL4の両面は非球面とされており、これにより若干、歪曲収差を正側に偏らせている。
下記表1に、実施例1の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径R(mm)、各レンズ等の軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔;以下の表4、表7、表10において同じ)D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを示す。なお、表1および以下の表4、表7および表10において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
なお、電子撮像素子1の受光面の曲率半径Rは−22.00(mm)であり、電子撮像素子1のイメージサイズで半対角長Ihを3.32としたとき、電子撮像素子1の曲面の法線角度は8.68°、光束の射出角は、主光線で24.36°、法線に対する角度は15.68°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。
図2は、本発明の実施例2に係る撮像装置のレンズ構成図である。
本発明の実施例2に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、ビトウィン絞りタイプとなっており、最も物体側に負レンズを配設することにより全体としての歪曲収差が負となっている。
下記表4に、実施例2の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径R(mm)、各レンズ等の軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを示す。
なお、下記表4において面番号の右側に*を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は上記非球面式により表される。
なお、実施例2の撮像装置に用いる撮像光学系は、像面を平面とした場合、歪曲収差が−3.70%であり、この撮像光学系から射出される光束を曲率半径Rが−20.00(mm)の電子撮像素子1の撮像面で受けると、再生画面における歪曲収差が−6.52%となる。また、電子撮像素子1のイメージサイズで半対角長Ihを3.60としたとき、電子撮像素子1の曲面の法線角度は10.37°、光束の射出角は、主光線で17.63°、法線に対する角度は7.26°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。
図6から明らかなように、実施例2の撮像装置は、各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。
図3は、本発明の実施例3に係る撮像装置のレンズ構成図である。
本発明の実施例3に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、ビトウィン絞りタイプとなっており、最も物体側に負レンズを配設している。実施例3では、最も物体側に配設した負レンズと開口絞りSとの間隔が小さいため、歪曲収差は良化しており、中間画角では正となっている。
下記表7に、実施例3の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径R(mm)、各レンズ等の軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを示す。
なお、下記表7において面番号の右側に*を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は上記非球面式により表される。
なお、電子撮像素子1の受光面の曲率半径Rは−15.00(mm)であり、電子撮像素子1のイメージサイズで半対角長Ihを4.25としたとき、電子撮像素子1の曲面の法線角度は16.46°、光束の射出角は、主光線で11.37°、法線に対する角度は−5.09°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。
図7から明らかなように、実施例3の撮像装置は、各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。
図4は、本発明の実施例3に係る撮像装置のレンズ構成図であり、(A)は広角端におけるレンズ構成図、(B)は中間位置におけるレンズ構成図、(C)は望遠端におけるレンズ構成図である。
本発明の実施例4に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、ビトウィン絞りタイプのズームレンズとなっており、最も物体側に負レンズを配設し、レンズ全系において歪曲収差が負となっている。
下記表10に、実施例4の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径R(mm)、各レンズ等の軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを示す。
なお、下記表10において面番号の右側に*を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は上記非球面式により表される。
なお、実施例4の撮像装置に用いる撮像光学系は、像面を平面とした場合、歪曲収差が−2.14%であり、この撮像光学系から射出される光束を曲率半径Rが−15.00(mm)の電子撮像素子1の撮像面で受けると、再生画面における歪曲収差が−5.14%となる。また、電子撮像素子1のイメージサイズで半対角長Ihを3.32としたとき、電子撮像素子1の曲面の法線角度は12.79°、光束の射出角は、主光線で15.79°、法線に対する角度は3.00°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。
図8から明らかなように、実施例4の撮像装置は、全変倍域において各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。
以上説明したように、上記各実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は4枚構成となっており、上記各実施例と同様に撮像光学系が4枚構成で、携帯電話等に好適に用いられる撮像装置である特開2003−161878号公報記載の技術と比較して結像性能が良好なものとなっている。すなわち、上記各実施例の撮像装置は、特開2003−161878号公報記載の技術と比較して、電子撮像素子1を湾曲させて結像性能を高めるという効果を顕著に発揮することができる。
2 フィルタ部
S 開口絞り
L1〜L4 レンズ
Claims (2)
- 湾曲した撮像面を有する電子撮像素子を撮像光学系の撮像位置に配設してなる撮像装置において、
該撮像光学系の最も像側に配設されたレンズ要素は、像側から順に、正の屈折力を有するレンズ、負の屈折力を有するレンズおよび開口絞りを配設してなるとともに、前記正の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して正の屈折力が強くなるように構成され、前記負の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して負の屈折力が強くなるように構成されてなり、
以下の条件式(1)〜(3)を満足してなることを特徴とする撮像装置。
−2.8<R/L<−1 ・・・ (1)
−1.5<fn/fp<−0.5 ・・・ (2)
0.1<Re/R<0.5 ・・・ (3)
ただし、
R:電子撮像素子の受光面の曲率半径(非球面の場合には近軸曲率半径)
Re:撮像装置を構成する光学系の最も像側の面の曲率半径(非球面の場合には近軸曲率半径)
L:開口絞りから結像面までの距離(空気換算長としたフィルタ類の厚みを含み、光学系がズームレンズの場合には広角端における値)
fn:負の屈折力を有するレンズの焦点距離
fp:正の屈折力を有するレンズの焦点距離 - 以下の条件式(4)を満足してなることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
−0.4<Ih/R<−0.1 ・・・ (4)
ただし、
Ih:電子撮像素子におけるイメージサイズの対角長の1/2
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