JP2015129869A - 撮像光学系、撮像装置及び携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】遠距離撮像時と近距離撮像時の双方において色収差が良好に補正された小型の撮像光学系、撮像光学系を備えた撮像装置、及び撮像装置を備えた携帯端末を提供する。【解決手段】撮像光学系１０は、最も物体側に配置される第１レンズＬ１を含む複数枚のレンズからなり、撮像光学系１０から被写体までの距離が所定値未満である近距離撮像時には、第１レンズの物体側に配置される第１絞りＡＰ１が開口絞りとして機能し、撮像光学系１０から被写体までの距離が所定値以上である遠距離撮像時には、レンズ間に配置される第２絞りＡＰ２が開口絞りとして機能し、以下の条件式を満たす。φＦ＞φＮ．．．（１）、Ｌ／２Ｙ＜１．１．．．（２）、φＮ:近距離撮像時における第１絞りの開口径（ｍｍ）、φＦ:第２絞りの開口径（ｍｍ）、Ｌ:遠距離撮像時における第１レンズの物体側面頂点から撮像面までの距離(ｍｍ)、Ｙ:遠距離撮像時における最大像高（ｍｍ）【選択図】図２

Description

本発明は撮像光学系、特には、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた小型で高い解像度が得られる撮像光学系、およびこれを備える撮像装置並びに携帯端末に関する。

近年、CCD（Charge Coupled Device）型イメージセンサあるいはCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が搭載された携帯端末が普及している。このような携帯端末に搭載される撮像装置においても、より高画質の画像が得られるよう、高画素数の撮像素子を使用したものが市場に供給されるようになってきた。従来の高画素数をもつ撮像素子は、大型化をともなっていたが、近年、画素の高細化が進み、撮像素子が小型化され高細密化されるようになってきた。

このような高細密化された撮像素子に被写体像を結像する撮像光学系には、高い光学性能が要求される。これに対し小型で高性能な光学系として、３枚あるいは４枚構成の撮像光学系に比べ収差補正機能が高く高性能化が可能であるという理由で、例えば５枚又は６枚構成の撮像光学系が提案されている。一方で、携帯端末用の撮像装置に用いる為には、５枚又は６枚構成の撮像光学系であっても、全長を短くした低背化も従来と同様に必要とされている。加えて、解像力を向上させると共に、低輝度の被写体を撮像可能とするために、明るいＦナンバーを確保したいという要求もある。

ところで、明るいＦナンバーを持つ低背の撮像光学系の場合、遠距離の被写体を撮像する際における収差を最適に補正すると、近距離の被写体を撮像する際における収差の劣化を十分に抑制できないという課題がある。これに対し、一般的なデジタルカメラやビデオカメラに使用される撮像光学系では、その収差劣化を低減する目的で、撮像光学系の一部を光軸方向に変位させて収差劣化を抑制する技術が知られている。しかしながら、携帯端末等に搭載される撮像装置においては、限られたスペース内に配置できることが要求され、撮像光学系のサイズ及び光学系の移動量等の自由度には制約がある場合が多い。これに対し、異なる手法で遠距離撮像時の収差のみならず、近距離撮像時の収差を改善しようとする試みがある。

特開２０１２−１８５３４５号公報 特開２０１１−１０２８７１号公報 特開２０１０−９６８２０号公報

特許文献１に開示されたデジタルカメラやビデオカメラ用のズーム光学系においては、望遠端と広角端とで開口絞りが光軸方向に変位し、且つ開口径を可変としているが、レンズ枚数が多く且つレンズ移動量が大きすぎるため、このまま携帯端末用の撮像装置などに搭載することは困難である。又、特許文献２に開示されたカメラ用のリアフォーカス方式のレトロフォーカス型広角ズームレンズにおいても、近距離撮像時に絞りを含む２群が物体側へ移動するようになっているが、レンズ枚数が多く且つレンズ移動量が大きすぎるため、このまま携帯端末用の撮像装置などに搭載することは困難である。

一方、特許文献３に開示された撮像光学系は，携帯端末用の撮像装置に搭載可能に低背であって、レンズより物体側に配置され開放Ｆナンバーを持つ第１絞りと、第１絞りより物体側に配置され小絞りのＦナンバーを持つ第２絞りとを有しており、これにより簡素な構成でありながら、比較的収差の大きなマージナル周辺光線を有効にカットすることができる。しかしながら、特許文献３に開示された撮像光学系においては、より低背化した場合の近距離撮影時の性能を改善するには、やや不十分であり、また第１絞りと第２絞りを共にレンズの物体側に配置する構成は、物体側にスペースが必要なため低背化の妨げになる。

本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、光学系全長の短い低背な構成を有しながらも、遠距離撮像時と近距離撮像時の双方において諸収差が良好に補正された小型の撮像光学系、該撮像光学系を備えた撮像装置、及び該撮像装置を備えた携帯端末を提供することを目的とする。

請求項１に記載の撮像光学系は、最も物体側に配置される第１レンズを含む、複数枚のレンズからなる撮像光学系であって、
前記撮像光学系から被写体までの距離が所定値未満である近距離撮像時には、前記第１レンズの物体側に配置される第１絞りが開口絞りとして機能し、
前記撮像光学系から被写体までの距離が所定値以上である遠距離撮像時には、レンズ間に配置される第２絞りが開口絞りとして機能し、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
φＦ＞φＮ （１）
Ｌ／２Ｙ＜１．１ （２）
但し、
φＮ:近距離撮像時における前記第１絞りの開口径（ｍｍ）
φＦ:前記第２絞りの開口径（ｍｍ）
Ｌ:遠距離撮像時における前記第１レンズの物体側面頂点から撮像面までの距離(ｍｍ)
Ｙ:遠距離撮像時における最大像高（ｍｍ）

本発明によれば、(１)式を満たすことで、遠距離撮像時には、第２絞りを用いて良好な撮像を可能とするとともに、近距離撮像時には、第２絞りより開口径の小さい第１絞りによって、マージナル周辺光束が結像に寄与することを抑制し、収差の劣化を抑えることができる。また焦点深度を広げることもできる。更に、第１絞りを第２絞りより物体側に配置することで、よりマージナル周辺光束がカットされやすくなり、また光学系の最終面より出射して撮像面に結像する光束の撮像面への入射角が小さくなるので、シェーディングの問題を緩和できる。しかるに、第２絞りを最も物体側のレンズよりも物体側に設けると、第１絞りを第２絞りから遠ざけた場合に、撮像光学系の光軸方向長が長くなり、低背の撮像光学系を確保できない。また、第１絞りにより周辺光束が蹴られ過ぎ、周辺が暗くなってしまう。そこで本発明では、第２絞りをレンズ間に配置することで、(２)式を満たすような低背の撮像光学系であっても、被写体距離に関わらず良好な諸収差の補正を可能とし、十分なテレセントリック特性を確保してシェーディングの低減を行えるようにしているのである。なお、絞りの形状が非真円形状(長方形や楕円形状を含む)の場合、「開口径」とは、開口面積を真円に換算して、その直径をいうものとする。又、「開口絞りとして機能する」とは結像面(固体撮像素子の撮像面等)の光軸上に結像する光束を実質的に制限する状態、つまり、通常撮像光学系には複数の絞りが配置されるがその中で光軸上に結像する光束のマージナル光線を決定する絞りとして機能している状態を指す。

請求項２に記載の撮像光学系は、請求項１に記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
１．１＜φＦ／φＮ＜２．０ （３）

(３)式の値が下限を上回ることで、十分な光量が得られない撮像環境でも良好な撮像が可能となり、一方、（３）式の値が上限を下回ることで、マージナル周辺光束を十分にカットして、近距離被写体の撮像においても、諸収差が良好に補正された画像を得ることができる。より好ましくは、以下の式を満たすことである。
１．５＜φＦ／φＮ＜２．０ （３’）

請求項３に記載の撮像光学系は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１絞りは、開口径が一定であり、前記光軸内に挿入される挿入位置と、前記光軸から退避する退避位置を選択的に取り得るようになっていることを特徴とする。

開口径が固定された第１絞りを光路内に挿入し、或いは光路から離脱させる構成は、例えば従来から使用されている単なる回動機構を用いることができ、比較的小型且つ簡素なものであるため、例えば携帯端末用の撮像装置に容易に搭載できる。絞り位置と退避位置との間を移動させる方法として複数の経路をとることもある。例えば、光軸方向において第１絞りが第１レンズの物体側であって、その面頂点より像側に配置される場合には、一度物体側に光軸平行にずらしその後退避位置に退避させるようにすればよい。

請求項４に記載の撮像光学系は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１絞りは、開口径が可変であることを特徴とする。

かかる構成であれば、第１絞りを光路から退避させる必要がないため、退避スペースが不要となり、より小型の撮像装置を実現できる。具体的には、遠距離撮像時には、近距離撮像時よりも第１絞りの径を大きくすることで、開口径が固定された第２絞りが開口絞りとして機能を発揮できるようにする。一方、近距離撮像時には、遠距離撮像時よりも第１絞りの径を小さくすることで、この第１絞りに開口絞りとしての機能を発揮させることができる。なお、第１絞りとしては、複数枚の絞り羽根を駆動して開口径を変えるものや、液晶を用いて開口径を変えるものを用いることができる。液晶を用いた絞りの場合、液晶の特性により、本来遮光すべき開口径の外側で光が洩れてしまい、それにより外側の透過率がゼロとならないことがある。かかる場合、漏れてくる光を考慮して、その分だけ開口径が増大するものとして実質開口径を設定すれば良い。

請求項５に記載の撮像光学系は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、遠距離撮像時におけるＦナンバーは２．０未満であり、レンズ枚数が５枚又は６枚であることを特徴とする。

一般的に、Ｆナンバーを小さくすると、近距離撮像時の収差劣化が大きくなる傾向があるが、本発明と組み合わせることで、より低輝度下での撮像を可能としつつ近距離においても良好な画質の撮像を行うことができる。

請求項６に記載の撮像光学系は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、遠距離撮像時に対して近距離撮像時には、前記撮像光学系全体が物体側に変位することを特徴とする。

撮像光学系全体を物体側に変位させることで、各レンズ間の相対位置関係が変化しないため光学系内のレンズ相互のシフトやチルトを防止でき、本発明と組み合わせることで良好な光学特性を得ることができる。

請求項７に記載の撮像光学系は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、遠距離撮像時に対して近距離撮像時には、前記第１レンズ群のみ又は前記第２レンズのみが光軸方向に変位することを特徴とする。

第１レンズ群のみ、又は第２レンズ群のみを光軸方向に変位させることで、より駆動力の小さい小型のアクチュエータを用いることができ、近距離にある被写体に対して省電力でフォーカシングさせることができ、本発明と組み合わせることで良好な光学特性を得ることができる。

請求項８に記載の撮像光学系は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、遠距離撮像時に対して近距離撮像時には、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が物体側に変位し、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
Ｔ１＞Ｔ２ （４）
但し、
Ｔ１：前記第１レンズ群における遠距離撮像時に対する近距離撮像時の光軸方向変位量(ｍｍ)
Ｔ２：前記第２レンズ群における遠距離撮像時に対する近距離撮像時の光軸方向変位量(ｍｍ)

第２レンズ群よりも第１レンズ群を物体側に大きく変位させることで、近距離にある被写体に対してフォーカシングさせたときの像面湾曲の増大を抑えることができるため、近距離撮影時の性能低下を、より抑制することが可能となり、本発明と組み合わせることで、レンズ群の移動量を抑制したり、絞りの開口径を小さくしすぎることがないなどの効果があり、近距離撮像時のＦナンバーを明るくできる。

請求項９に記載の撮像光学系は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記第２絞りは、前記第１レンズから第３レンズまでの間に配置されていることを特徴とする。

これにより低背の撮像光学系であっても、第１絞りと第２絞りの間の距離を適切に確保でき、近距離での撮像においても、諸収差を良好に補正できると共に撮像面への入射角を小さくできシェーディングの低減を行うことができる。

請求項１０に記載の撮像光学系は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記所定値は、８０〜５００ｍｍの範囲内の何れかの距離であることを特徴とする。

これにより、近距離被写体を良好な画質で撮像できる。

請求項１１に記載の撮像装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系と、固体撮像素子とを備えることを特徴とする。

請求項１２に記載の携帯端末は、請求項１１に記載の撮像装置と表示装置を備え、前記撮像装置で撮像した画像を前記表示装置に表示することを特徴とする。本発明の撮像装置を用いることで、より小型かつ高性能な画像の得られる携帯端末を得ることができる。

本発明によれば、光学系全長の短い低背な構成を有しながらも、遠距離撮像時と近距離撮像時の双方において諸収差が良好に補正された小型の撮像光学系、該撮像光学系を備えた撮像装置、及び該撮像装置を備えた携帯端末を提供することができる。

本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図である。 撮像装置５０の撮像光学系の光軸に沿った断面を模式的に示した図である。 撮像装置を適用した携帯端末としてのスマートフォンの正面図（ａ）、及び撮像装置を適用したスマートフォンの背面図（ｂ）である。 図３のスマートフォンの制御ブロック図である。 実施例１の１−Ａ状態の撮像光学系の光軸方向断面図である。 実施例１の１−Ａ状態の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。 実施例１の１−Ａ状態における撮像光学系のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値を示したグラフである。 実施例１の１−Ｂ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフである。 実施例１の１−Ｃ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフである。 実施例２の２−Ａ状態の撮像光学系の光軸方向断面図である。 実施例２の２−Ａ状態の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。 実施例２の２−Ａ状態における撮像光学系のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値を示したグラフである。 実施例２の２−Ｂ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフである。 実施例２の２−Ｃ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図であり、図２は、撮像装置５０の撮像光学系の光軸に沿った断面を模式的に示した図であり、具体的には実施例１に相当するバレル付レンズ断面図である。

図１、２に示すように、撮像装置５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型撮像素子５１と、この撮像素子５１の光電変換部(撮像面)５１ａに被写体像を撮像させる撮像光学系１０と、撮像光学系１０を保持する鏡筒５３と、不図示のセンサカバーに支持され撮像光学系１０と撮像素子５１の間に配置された平行平板状の光学フィルタ５４と、撮像光学系１０を光軸方向に駆動するアクチュエータ５５と、撮像素子５１を実装した基板５２と、基板５２上に配置されて撮像光学系１０を覆う筐体５６とを有する。

図２に示すように、撮像素子５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａが形成されており、その周囲には信号処理回路（不図示）が形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、撮像素子５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤ５１ｂを介して基板５２に接続されている。撮像素子５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、ワイヤ５１ｂを介して基板５２上の所定の回路に出力する。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ−Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ−Ｙ)は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。

鏡筒５３内に配置された撮像光学系１０は、物体側より順に、第１絞りＡＰ１、第１レンズＬ１、第２絞りＡＰ２、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５からなる。第１絞りＡＰ１は、アクチュエータ５７により複数枚の絞り羽根５７ａを開閉駆動することによって開口径を可変とする可変絞りであり、第２絞りＡＰ２は一定の開口径を持つ固定絞りである。なお、第１絞りＡＰ１は、アクチュエータ５７により開口径が固定の絞りを光軸ＡＸから挿脱させるタイプでも良いし、液晶絞りでも良い。

近距離撮像時には、第１レンズＬ１の物体側に配置される第１絞りＡＰ１が開口絞りとして機能し、遠距離撮像時には、第２絞りＡＰ２が開口絞りとして機能し、以下の条件式を満たす。
φＦ＞φＮ （１）
Ｌ／２Ｙ＜１．１ （２）
但し、
φＮ:近距離撮像時における第１絞りＡＰ１の開口径（ｍｍ）
φＦ:第２絞りＡＰ２の開口径（ｍｍ）
Ｌ:遠距離撮像時における第１レンズＬ１の物体側面頂点から撮像面までの距離(ｍｍ)
Ｙ:遠距離撮像時における最大像高（ｍｍ）

上述した撮像装置５０の動作について説明する。図３は、撮像装置５０を携帯端末としてのスマートフォン１００に装備した状態を示す図である。また、図４はスマートフォン１００の制御ブロック図である。

撮像装置５０は、例えば、筐体５６の物体側端面がスマートフォン１００の背面（図３（ｂ）参照）に設けられ、タッチパネル７０の裏側に相当する位置に配設される。

撮像装置５０は、スマートフォン１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。

一方、スマートフォン１００は、図４に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、番号等をキーにより指示入力するための入力部６０と、所定のデータの他に撮像した映像等を表示する液晶表示部７０と、外部サーバとの間の各種情報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置５０により得られた撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。

スマートフォン１００は、入力キー部６０の操作によって動作し、タッチパネル（表示部）７０に表示されたアイコン７１等をタッチすることで、撮像装置５０を動作させて撮像を行うことができる。ここで、遠距離撮像時には、アクチュエータ５７が絞り羽根５７ａを開く方向に駆動することで、第１絞りＡＰ１の開口径が増大する。よって、第２絞りＡＰ２が開口絞りとして機能して、被写体像が光電変換部５１aに結像する。

一方、近距離撮像時には、アクチュエータ５５を駆動することで、撮像光学系１０が全体的に物体側に繰り出し、近距離の被写体に対してフォーカシングを行うことができる。このとき、アクチュエータ５７が絞り羽根５７ａを閉じる方向に駆動することで、第１絞りＡＰ１の開口径が縮小し、第１絞りＡＰ１が開口絞りとして機能し、被写体像が光電変換部５１aに結像する。適切なタイミングで行われたレリーズに応じて撮像装置５０から入力された画像信号は、制御部１０１で後述する画像処理を施され、上記スマートフォン１００の制御系により、記憶部９２に記憶されたり、或いはタッチパネル７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信される。

なお、近距離撮像時に撮像光学系１０全体を移動させるもので説明したが、撮像光学系１０を第１レンズ群と、第２レンズ群に分け、第２レンズ群を常に固定しておき、近距離撮像時に第１レンズ群のみを移動させても良いし、第１レンズ群を常に固定しておき、近距離撮像時に第２レンズ群のみを移動させるようにしても良い。また、近距離撮像時に第１レンズ群と第２レンズ群を物体側に繰り出すが、第１レンズ群の繰り出し量（Ｔ１）を第２レンズ群の繰り出し量（Ｔ２）より大きくしても良い。

［実施例］
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
Ｆ：Ｆナンバー
２Ｙ：固体撮像素子の撮像面対角線長
ENTP：入射瞳位置（第１面から入射瞳位置までの距離）
EXTP：射出瞳位置（撮像面から射出瞳位置までの距離）
H1：前側主点位置（第１面から前側主点位置までの距離）
H2：後側主点位置（最終面から後側主点位置までの距離）
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ｄ線に対するアッベ数

各実施例において、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（像側をプラス）、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。

ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数

なお、特許請求の範囲及び実施例に記載の近軸曲率半径の意味合いについて、実際のレンズ測定の場面においては、レンズ中央近傍（具体的には、レンズ外径に対して１０％以内の中央領域）での形状測定値を最小自乗法でフィッティングした際の近似曲率半径を近軸曲率半径であるとみなすことができる。また、例えば２次の非球面係数を使用した場合には、非球面定義式の基準曲率半径に２次の非球面係数も勘案した曲率半径を近軸曲率半径とみなすことができる。（例えば参考文献として、松居吉哉著「レンズ設計法」（共立出版株式会社）のＰ４１〜４２を参照のこと）

（実施例１）
図５は、遠距離撮像時における実施例１の撮像光学系の断面図である。図中、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｌ５は、像側面に極値を有する第５レンズである。Ｓ１は、第１レンズＬ１より物体側に配置された第１絞り、Ｓ２は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置された第２絞り、ＩＭは撮像面を示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。

実施例１の撮像光学系において、表１は、遠距離撮像時（被写体距離∞）であって、第２絞りを開口絞りとして機能させた状態（１−Ａ状態とする）でのレンズデータを示し、表２は、近距離撮像時（被写体距離１００ｍｍ）であって、第１絞りを開口絞りとして機能させ、更に遠距離撮像時に対して撮像光学系全体を０．１４２ｍｍ物体側に変位させた状態（１−Ｂ状態とする）でのレンズデータを示し、表３は、近距離撮像時（被写体距離１００ｍｍ）であって、第１絞りを開口絞りとして機能させ、更に第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４を第１群とし、第５レンズＬ５を第２群として、遠距離撮像時に対して第１群及び第２群を独立して物体側に変位させるが、第１群の変位量が第２群の変位量より大きい状態（１−Ｃ状態とする）でのレンズデータを示す。なお、表２（１−Ｂ状態）及び表３（１−Ｃ状態）における非球面係数及び単レンズデータは、表１（１−Ａ状態）と同じであるため省略する。また、本明細書中（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。

［表１］
実施例1-A

f=3.62mm fB=0.275mm F=1.85 2Y=5.842mm
ENTP=0.27mm EXTP=-2.03mm H1=-1.8mm H2=-3.35mm

面番号 R(mm) D(mm) Nd νd 有効半径(mm)
1 ∞ 0.050 1.00
2 ∞ 0.000 1.00
3* 1.690 0.670 1.54470 56.2 0.99
4* -17.129 0.005 0.92
5(絞り) ∞ 0.045 0.90
6* 7.652 0.170 1.63470 23.9 0.90
7* 2.146 0.423 0.93
8* 9.575 0.535 1.54470 56.2 1.11
9* ∞ 0.460 1.24
10* 17.437 0.745 1.54470 56.2 1.41
11* -1.380 0.300 1.70
12* -4.526 0.342 1.54470 56.2 2.25
13* 1.244 0.450 2.51
14 ∞ 0.110 1.51630 64.1 3.30
15 ∞ 0.275 3.30

非球面係数

第3面 第9面
K= -0.16099E+01 K= 0.00000E+00
A4= 0.42509E-01 A4= -0.94188E-01
A6= -0.24907E-01 A6= 0.52351E-03
A8= 0.96714E-01 A8= -0.32026E-01
A10= -0.20014E+00 A10= 0.65498E-01
A12= 0.18931E+00 A12= -0.60565E-01
A14= -0.76314E-01 A14= 0.22566E-01

第4面 第10面
K= -0.50000E+02 K= 0.50000E+02
A3= 0.00000E+00 A3= -0.42649E-01
A4= -0.80097E-01 A4= 0.48067E-01
A5= 0.00000E+00 A5= -0.10040E+00
A6= 0.34510E+00 A6= 0.14611E-01
A8= -0.59251E+00 A8= 0.10093E-01
A10= 0.43589E+00 A10= -0.10196E-01
A12= -0.13901E+00 A12= 0.10353E-02

第6面 第11面
K= 0.38417E+02 K= -0.76240E+01
A3= 0.00000E+00 A3= -0.11300E+00
A4= -0.25522E+00 A4= 0.10455E-01
A5= 0.00000E+00 A5= 0.32856E-02
A6= 0.79024E+00 A6= 0.30690E-02
A8= -0.12284E+01 A8= 0.37157E-03
A10= 0.94293E+00 A10= -0.20447E-02
A12= -0.30120E+00 A12= 0.12798E-02
A14= 0.00000E+00 A14= -0.22925E-03

第7面 第12面
K= -0.14022E+02 K= 0.79050E+00
A3= 0.00000E+00 A3= -0.24413E+00
A4= -0.19126E-01 A4= 0.46216E-01
A5= 0.00000E+00 A5= 0.35437E-01
A6= 0.34238E+00 A6= 0.29272E-02
A8= -0.52334E+00 A8= -0.13992E-02
A10= 0.44676E+00 A10= -0.10781E-03
A12= -0.15009E+00 A12= 0.75523E-05
A14= 0.00000E+00 A14= 0.18354E-05

第8面 第13面
K= 0.21484E+02 K= -0.85142E+01
A3= 0.00000E+00 A3= -0.15196E+00
A4= -0.87540E-01 A4= 0.74618E-01
A5= 0.00000E+00 A5= -0.15556E-01
A6= -0.97850E-01 A6= 0.28003E-03
A8= 0.36161E+00 A8= -0.30821E-03
A10= -0.57724E+00 A10= -0.44514E-05
A12= 0.44668E+00 A12= 0.34227E-05
A14= -0.12141E+00 A14= 0.17208E-06

単レンズデータ

レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 3 2.860
2 6 -4.755
3 8 17.578
4 10 2.380
5 12 -1.755

［表２］
実施例1-B

f=3.62mm fB=0.417mm F=3.99 2Y=5.842mm
ENTP=0.27mm EXTP=-2.03mm H1=-1.8mm H2=-3.35mm

面番号 R(mm) D(mm) Nd νd 有効半径(mm)
1 ∞ 0.050 0.48
２(絞り) ∞ 0.000 0.48
3* 1.690 0.670 1.54470 56.2 0.99
4* -17.129 0.005 0.92
5* ∞ 0.045 0.90
6* 7.652 0.170 1.63470 23.9 0.90
7* 2.146 0.423 0.93
8* 9.575 0.535 1.54470 56.2 1.11
9* ∞ 0.460 1.24
10* 17.437 0.745 1.54470 56.2 1.41
11* -1.380 0.300 1.70
12* -4.526 0.342 1.54470 56.2 2.25
13* 1.244 0.450 2.51
14 ∞ 0.110 1.51630 64.1 3.30
15 ∞ 0.417 3.30

［表３］
実施例1-C

f=3.6mm fB=0.406mm F=3.96 2Y=5.842mm
ENTP=0.27mm EXTP=-2.02mm H1=-1.79mm H2=-3.33mm

面番号 R(mm) D(mm) Nd νd 有効半径(mm)
1 ∞ 0.050 0.48
２(絞り) ∞ 0.000 0.48
3* 1.690 0.670 1.54470 56.2 0.99
4* -17.129 0.005 0.92
5* ∞ 0.045 0.90
6* 7.652 0.170 1.63470 23.9 0.90
7* 2.146 0.423 0.93
8* 9.575 0.535 1.54470 56.2 1.11
9* ∞ 0.460 1.24
10* 17.437 0.745 1.54470 56.2 1.41
11* -1.380 0.307 1.70
12* -4.526 0.342 1.54470 56.2 2.25
13* 1.244 0.443 2.51
14 ∞ 0.110 1.51630 64.1 3.30
15 ∞ 0.406 3.30

図６は、遠距離撮像時（１−Ａ状態）における実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。尚、以降の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線、点線がｇ線を表し、非点収差図では、実線Ｓがサジタル像面、点線Ｍがメリジオナル像面をあらわすものとする。

図７は、１−Ａ状態における撮像光学系のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値を示したグラフであり、図８は、１−Ｂ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフであり、図９は、１−Ｃ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフである。図７〜９において、縦軸はＭＴＦ値を表し、横軸は軸上ベスト位置を０として光軸方向位置を表しており、Ｏは軸上、３Ｓはサジタル方向における３割像高の位置、３Ｍはメリジオナル方向における３割像高の位置、５Ｓはサジタル方向における５割像高の位置、５Ｍはメリジオナル方向における５割像高の位置、７Ｓはサジタル方向における７割像高の位置、７Ｍはメリジオナル方向における７割像高の位置を意味する(以下、同じ)。図７〜９によれば、遠距離撮像、近距離撮像を問わず、軸上ベスト位置の近傍において各像高でもＭＴＦ値が最大となり、画面のほぼ全体にわたってピントを合わせることが出来ることが分かる。

表４に、１−Ａ状態における撮像面の各位置（撮像面中心（Ｙ＝０）からの距離で表す）に結像する最終面より出射した光線の入射角を示し、表５に、１−Ｂ状態における撮像面の各位置に結像する最終面より出射した光線の入射角を示し、表６に、１−Ｃ状態における撮像面の各位置に結像する最終面より出射した光線の入射角を示す。なお、Ｕｐｐｅｒ及びＬｏｗｅｒは、結像する光線のうちの最も外縁の光線、Ｃｈｉｅｆは主光線を示している（以下、同じ）。表４〜６によれば、近距離撮像時に、撮像面周辺部に結像する主光線の入射角ＣＲＡ（Chief Ray Angle）を減少させることが出来ることが分かる。

（実施例２）
図１０は、遠距離撮像時における実施例２の撮像光学系の断面図である。図中、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｌ５は第５レンズ、Ｌ６は、像側面に極値を有する第６レンズである。Ｓ１は、第１レンズＬ１より物体側に配置された第１絞り、Ｓ２は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に配置された第２絞り、ＩＭは撮像面を示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。

実施例２の撮像光学系において、表７は、遠距離撮像時（被写体距離∞）であって、第２絞りを開口絞りとして機能させた状態（２−Ａ状態とする）でのレンズデータを示し、表８は、近距離撮像時（被写体距離１００ｍｍ）であって、第１絞りを開口絞りとして機能させ、更に遠距離撮像時に対して撮像光学系全体を０．１５６ｍｍ物体側に変位させた状態（２−Ｂ状態とする）でのレンズデータを示し、表９は、近距離撮像時（被写体距離１００ｍｍ）であって、第１絞りを開口絞りとして機能させ、更に第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を第１群とし、第６レンズＬ６を第２群として、遠距離撮像時に対して第１群及び第２群を独立して物体側に変位させるが、第１群の変位量が第２群の変位量より大きい状態（２−Ｃ状態とする）でのレンズデータを示す。なお、表８（２−Ｂ状態）及び表９（２−Ｃ状態）における非球面係数及び単レンズデータは、表７（２−Ａ状態）と同じであるため省略する。

［表７］
実施例2-A

f=3.74mm fB=0.180mm F=1.85 2Y=5.842mm
ENTP=0mm EXTP=-2.13mm H1=-2.33mm H2=-3.57mm

面番号 R(mm) D(mm) Nd νd 有効半径(mm)
1* 1.599 0.550 1.54470 56.2 1.03
2* -649.379 0.060 0.98
３(絞り) ∞ 0.000 0.92
4* 5.699 0.170 1.63470 23.9 0.92
5* 2.094 0.491 0.92
6* 20.962 0.398 1.54470 56.2 1.06
7* -7.179 0.080 1.14
8* -8.404 0.250 1.63470 23.9 1.16
9* ∞ 0.416 1.30
10* 5.495 0.548 1.54470 56.2 1.50
11* -2.413 0.494 1.78
12* -3.790 0.322 1.54470 56.2 2.25
13* 1.776 0.450 2.40
14 ∞ 0.000 2.83
15 ∞ 0.110 1.51630 64.1 3.30
16 ∞ 0.180 3.30

非球面係数

第1面 第8面
K= -0.10392E+01 K= 0.49507E+02
A3= 0.00000E+00 A3= 0.35638E-02
A4= 0.40456E-01 A4= -0.52225E-01
A5= 0.00000E+00 A5= -0.15538E-01
A6= -0.14174E-01 A6= -0.16086E-02
A8= 0.80395E-01 A8= -0.15709E-02
A10= -0.13977E+00 A10= 0.14030E-03
A12= 0.12330E+00 A12= 0.20030E-02
A14= -0.41967E-01 A14= 0.00000E+00

第2面 第9面
K= -0.50000E+02 K= 0.00000E+00
A4= -0.41753E-01 A4= -0.37038E+00
A6= 0.18492E+00 A6= 0.39587E+00
A8= -0.27987E+00 A8= -0.63206E+00
A10= 0.22395E+00 A10= 0.79439E+00
A12= -0.75565E-01 A12= -0.62751E+00
A14= 0.00000E+00 A14= 0.23464E+00

第4面 第10面
K= 0.27562E+02 K= 0.95975E+01
A3= 0.00000E+00 A3= -0.47379E-01
A4= -0.17419E+00 A4= 0.26749E-01
A5= 0.00000E+00 A5= -0.76708E-01
A6= 0.37501E+00 A6= 0.13991E-01
A8= -0.48527E+00 A8= 0.70859E-02
A10= 0.36207E+00 A10= -0.92400E-02
A12= -0.12262E+00 A12= 0.15262E-02

第5面 第11面
K= -0.11708E+02 K= -0.30589E+02
A3= 0.00000E+00 A3= -0.13955E+00
A4= 0.86610E-03 A4= 0.44605E-01
A5= 0.00000E+00 A5= 0.10408E-01
A6= 0.15149E+00 A6= -0.49845E-03
A8= -0.16857E+00 A8= -0.12120E-02
A10= 0.13108E+00 A10= -0.22153E-02
A12= -0.31985E-01 A12= 0.12969E-02
A14= 0.00000E+00 A14= -0.19310E-03

第6面 第12面
K= 0.21484E+02 K= -0.16113E+01
A3= 0.00000E+00 A3= -0.25332E+00
A4= -0.10647E+00 A4= 0.39398E-01
A5= 0.00000E+00 A5= 0.40885E-01
A6= -0.34385E+00 A6= 0.42280E-02
A8= 0.81173E+00 A8= -0.15708E-02
A10= -0.12200E+01 A10= -0.14857E-03
A12= 0.83765E+00 A12= 0.49192E-05
A14= -0.48015E-01 A14= 0.25161E-05

第7面 第13面
K= 0.30276E+02 K= -0.18260E+02
A3= 0.27147E-01 A3= -0.13148E+00
A4= -0.32265E-01 A4= 0.65014E-01
A5= -0.53399E-01 A5= -0.19520E-01
A6= -0.35395E-01 A6= 0.26579E-02
A8= 0.14988E-02 A8= -0.12921E-03
A10= 0.59713E-02 A10= -0.75259E-04
A12= -0.76625E-04 A12= -0.46408E-05
A14= 0.00000E+00 A14= 0.20410E-05

単レンズデータ

レンズ 始面 焦点距離(mm)
1 1 2.929
2 4 -5.313
3 6 9.867
4 8 -13.241
5 10 3.156
6 12 -2.176

［表８］
実施例2-B

f=3.74mm fB=0.336mm F=3.99 2Y=5.842mm
ENTP=0mm EXTP=-2.13mm H1=-2.33mm H2=-3.57mm

面番号 R(mm) D(mm) Nd νd 有効半径(mm)
1(絞り) ∞ 0.000 0.50
2* 1.599 0.550 1.54470 56.2 0.64
3* -649.379 0.060 0.45
4* 5.699 0.170 1.63470 23.9 0.92
5* 2.094 0.491 0.53
6* 20.962 0.398 1.54470 56.2 0.86
7* -7.179 0.080 1.01
8* -8.404 0.250 1.63470 23.9 1.05
9* ∞ 0.416 1.19
10* 5.495 0.548 1.54470 56.2 1.42
11* -2.413 0.494 1.63
12* -3.790 0.322 1.54470 56.2 2.25
13* 1.776 0.450 2.29
14 ∞ 0.000 2.73
15 ∞ 0.110 1.51630 64.1 3.30
16 ∞ 0.336 3.30

［表９］
実施例2-C

f=3.71mm fB=0.318mm F=3.95 2Y=5.842mm
ENTP=0mm EXTP=-2.12mm H1=-2.32mm H2=-3.55mm

面番号 R(mm) D(mm) Nd νd 有効半径(mm)
1(絞り) ∞ 0.000 0.50
2* 1.599 0.550 1.54470 56.2 0.64
3* -649.379 0.060 0.45
4* 5.699 0.170 1.63470 23.9 0.92
5* 2.094 0.491 0.53
6* 20.962 0.398 1.54470 56.2 0.87
7* -7.179 0.080 1.01
8* -8.404 0.250 1.63470 23.9 1.06
9* ∞ 0.416 1.20
10* 5.495 0.548 1.54470 56.2 1.43
11* -2.413 0.510 1.65
12* -3.790 0.322 1.54470 56.2 2.25
13* 1.776 0.450 2.31
14 ∞ -0.016 2.75
15 ∞ 0.110 1.51630 64.1 3.30
16 ∞ 0.318 3.30

図１１は、遠距離撮像時（２−Ａ状態）における実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。

図１２は、２−Ａ状態における撮像光学系のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値を示したグラフであり、図１３は、２−Ｂ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフであり、図１４は、２−Ｃ状態における撮像光学系のＭＴＦ値を示したグラフである。図１２〜１４において、縦軸はＭＴＦ値を表し、横軸は軸上ベスト位置を０として光軸方向位置を表している。図１２〜１４によれば、遠距離撮像、近距離撮像を問わず、軸上ベスト位置の近傍において各像高でもＭＴＦ値が最大となり、画面のほぼ全体にわたってピントを合わせることが出来ることが分かる。

表１０に、２−Ａ状態における撮像面の各位置（撮像面中心（Ｙ＝０）からの距離で表す）に結像する最終面より出射した光線の入射角を示し、表１１に、２−Ｂ状態における撮像面の各位置に結像する最終面より出射した光線の入射角を示し、表１２に、２−Ｃ状態における撮像光学系の撮像面の各位置に結像する最終面より出射した光線の入射角を示す。表１０〜１２によれば、近距離撮像時に、撮像面周辺部に結像する主光線の入射角ＣＲＡ（Chief Ray Angle）を減少させることが出来ることが分かる。

各条件式に対応する各実施例の値を、表１３に示す。

また、本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、実質的に屈折力を持たないダミーレンズを更に付与した場合でも本発明の適用範囲内である。また、上記の実施例においては、第２絞りを第１レンズと第２レンズの間に配置したもので説明したが、第２レンズと第３レンズの間に配置した場合でも、同様の効果を得ることができる。また、近距離撮像時の例を被写体距離１００ｍｍとしたもので説明したが、これに限るものでなく、８０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内の距離で開口絞りとしての機能を切り替えるようにすれば同様の効果を得ることができる。

本発明は、小型の携帯端末に好適な撮像光学系を提供できる。

１０ 撮像光学系
５０ 撮像装置
５１ 固体撮像素子
５１ａ 光電変換部
５１ｂ ワイヤ
５２ 基板
５３ 鏡筒
５４ 光学フィルタ
５５ アクチュエータ
５６ 筐体
５７ アクチュエータ
５７ａ 絞り羽根
６０ 入力部
６０ 入力キー部
７０ タッチパネル
７１ アイコン
８０ 無線通信部
９２ 記憶部
１００ スマートフォン
１０１ 制御部
Ｌ１−Ｌ６ レンズ
ＡＰ１ 第１絞り
ＡＰ２ 第２絞り
Ｆ ＩＲカットフィルタ

Claims (12)

1. 最も物体側に配置される第１レンズを含む、複数枚のレンズからなる撮像光学系であって、
   前記撮像光学系から被写体までの距離が所定値未満である近距離撮像時には、前記第１レンズの物体側に配置される第１絞りが開口絞りとして機能し、
   前記撮像光学系から被写体までの距離が所定値以上である遠距離撮像時には、レンズ間に配置される第２絞りが開口絞りとして機能し、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像光学系。
   φＦ＞φＮ （１）
   Ｌ／２Ｙ＜１．１ （２）
   但し、
   φＮ:近距離撮像時における前記第１絞りの開口径（ｍｍ）
   φＦ:前記第２絞りの開口径（ｍｍ）
   Ｌ:遠距離撮像時における前記第１レンズの物体側面頂点から撮像面までの距離(ｍｍ)
   Ｙ:遠距離撮像時における最大像高（ｍｍ）
2. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
   １．１＜φＦ／φＮ＜２．０ （３）
3. 前記第１絞りは、開口径が一定であり、前記光軸内に挿入される挿入位置と、前記光軸から退避する退避位置を選択的に取り得るようになってい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。
4. 前記第１絞りは、開口径が可変であ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。
5. 遠距離撮像時におけるＦナンバーは２．０未満であり、レンズ枚数が５枚又は６枚であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像光学系。
6. 遠距離撮像時に対して近距離撮像時には、前記撮像光学系全体が物体側に変位することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像光学系。
7. 前記撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、遠距離撮像時に対して近距離撮像時には、前記第１レンズ群のみ又は前記第２レンズ群のみが光軸方向に変位することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像光学系。
8. 前記撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、遠距離撮像時に対して近距離撮像時には、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が物体側に変位し、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像光学系。
   Ｔ１＞Ｔ２ （４）
   但し、
   Ｔ１：前記第１レンズ群における遠距離撮像時に対する近距離撮像時の光軸方向変位量(ｍｍ)
   Ｔ２：前記第２レンズ群における遠距離撮像時に対する近距離撮像時の光軸方向変位量(ｍｍ)
9. 前記第２絞りは、前記第１レンズから第３レンズまでの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の撮像光学系。
10. 前記所定値は、８０〜５００ｍｍの範囲内の何れかの距離であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の撮像光学系。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系と、固体撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
12. 請求項１１に記載の撮像装置と、表示装置を備え、前記撮像装置で撮像した画像を前記表示装置に表示することを特徴とする携帯端末。

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