JP2016114693A - 撮像デバイスおよび電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で広角の撮像デバイスを実現する。【解決手段】撮像デバイスは、凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、撮像レンズとを具備する。また、撮像デバイスにおいて撮像レンズは、最も物体側に配置された最物体側レンズと、最も像面側に配置された最像面側レンズと、最物体側レンズと最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズとから構成される。また、最物体側レンズは、負の屈折力を有する。また、最像面側レンズは、物体側に向けた凹面を有する。【選択図】図2
Description
本技術は、撮像デバイスおよび電子装置に関する。詳しくは、広角レンズが設けられた撮像デバイスおよび電子装置に関する。
従来より、撮像装置、複写装置やスキャナなどの各種の電子装置において、比較的画角の広い広角レンズが用いられている。例えば、Schneider社のSuper Angulon(登録商標)と呼ばれる広角レンズが、フィルムカメラにおいて用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。この広角レンズでは、最も物体側と最も像面側とに、互いに凹面が向かい合うようにメニスカスレンズが対称的に配置され、それらの間に収差を補正するための6枚のレンズが設けられる。この構成により、小型で広角のレンズが実現される。また、この広角レンズと類似する構成で、レンズの枚数を1枚少なくしたレンズも提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
ただし、これらの広角レンズは、レンズと像面との間の距離(すなわち、バックフォーカス)が非常に短く、長いバックフォーカスが必要な一眼レフレックスカメラで用いられることは少ない。また、像面に対する光線の入射角が40度以上と大きい。このため、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等を用いるデジタルカメラではあまり用いられていない。一方、複写機では、CCD等を用いるにも関わらず、上述のSuper Angulon(登録商標)と類似する構成の広角レンズが用いられている(例えば、特許文献2参照。)。これは、複写機においては、CCD等の画素を一列に配列したリニアセンサが用いられ、リニアセンサでは像面に対する光線の入射角が40度程度であっても許容されるためである。
"Super Angulon"、[online]、Schneider Kreuznach、[平成26年12月9日検索]、インターネット<URL: http://www.schneiderkreuznach.com/uploads/tx_curoproduktdb/grossformat-super-angulon_d_01.pdf>
しかしながら、上述の従来技術では、広角レンズを用いた撮像デバイスのサイズをさらに小さくすることが困難である。収差を補正するためのレンズの枚数を減らせばサイズをさらに小さくすることができるが、それらのレンズの枚数を減らすと収差を補正しきれなくなり、画質が低下するおそれがあるためである。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、小型で広角の撮像デバイスを実現することを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、撮像レンズとを具備し、上記撮像レンズは、最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、上記物体側に向けた凹面を有し、最も上記像面側に配置された最像面側レンズと、上記最物体側レンズと上記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズとから構成される撮像デバイスである。
また、この第1の側面において、上記複数のレンズのいずれかは、接合レンズであってもよい。
また、この第1の側面において、上記複数のレンズのいずれかは、上記最像面側レンズと間に配置された正の屈折力を有する非球面レンズであり、上記最像面側レンズは、負の屈折力を有していてもよい。
また、この第1の側面において、上記最像面側レンズは、メニスカスレンズであってもよい。
また、この第1の側面において、上記複数のレンズのいずれかは、上記接合レンズと上記最像面側レンズとの間に配置された非球面レンズであり、上記最像面側レンズは、正の屈折力を有していてもよい。
また、この第1の側面において、上記複数のレンズのうち最も上記物体側のレンズは、負の屈折力を有する負レンズであってもよい。
また、この第1の側面において、上記撮像レンズを介して上記像面に入射する光線の入射角は、36度を超えないものであってもよい。
また、本技術の第2の側面は、凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、撮像レンズと、上記撮像素子を制御する制御部とを具備し、上記撮像レンズは、最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、上記物体側に向けた凹面を有し、最も上記像面側に配置された最像面側レンズと、上記最物体側レンズと上記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズとから構成される電子装置である。
本技術によれば、小型で広角の撮像デバイスを実現することができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(4群レンズを撮像装置に設けた例)
2.第2の実施の形態(4群レンズをA4サイズのスキャナに設けた例)
3.第3の実施の形態(4群レンズをA3サイズのスキャナに設けた例)
4.第4の実施の形態(最も像面側が平凹レンズの5群レンズを撮像装置に設けた例)
5.第5の実施の形態(最も像面側がメニスカスレンズの5群レンズを撮像装置に設けた例)
1.第1の実施の形態(4群レンズを撮像装置に設けた例)
2.第2の実施の形態(4群レンズをA4サイズのスキャナに設けた例)
3.第3の実施の形態(4群レンズをA3サイズのスキャナに設けた例)
4.第4の実施の形態(最も像面側が平凹レンズの5群レンズを撮像装置に設けた例)
5.第5の実施の形態(最も像面側がメニスカスレンズの5群レンズを撮像装置に設けた例)
<1.第1の実施の形態>
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100としては、撮像機能を有するモバイル機器やウェアラブル機器、監視カメラ、アクションカム、ビデオカメラ、または、デジタルカメラなどが想定される。この撮像装置100は、撮像デバイス110、信号処理部120、記録部130および制御部150を備える。
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100としては、撮像機能を有するモバイル機器やウェアラブル機器、監視カメラ、アクションカム、ビデオカメラ、または、デジタルカメラなどが想定される。この撮像装置100は、撮像デバイス110、信号処理部120、記録部130および制御部150を備える。
撮像デバイス110は、制御部150の制御に従って画像を撮像し、画像信号を生成するものである。この撮像デバイス110は、生成した画像信号を信号処理部120に信号線119を介して供給する。
信号処理部120は、撮像デバイス110からの画像信号に対して、アナログ−デジタル変換処理、ノイズ除去処理およびデモザイク処理などの各種の信号処理を必要に応じて行うものである。信号処理部120は、処理後の画像信号を記録部130に供給する。記録部130は、画像信号を記録するものである。
制御部150は、撮像装置100全体を制御するものである。この制御部150は、ユーザの操作などに従って撮像デバイス110を制御して、画像を撮像させる。また、制御部150は、信号処理部120を制御して、画像の撮像に同期して信号処理を行わせる。
なお、撮像装置100は、表示部をさらに備え、撮像した画像を、その表示部に表示してもよい。また、撮像装置100は、インターフェースをさらに備え、そのインターフェースを介して外部の装置に画像信号を送信してもよい。
[撮像デバイスの構成例]
図2におけるaは、本技術の第1の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す図である。この撮像デバイス110は、撮像レンズとカバーガラスCGと撮像素子IMGとを備える。この撮像レンズは、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3および第4レンズ群GR4から構成される。これらのレンズ群は、物体側から、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3および第4レンズ群GR4の順で配置される。
図2におけるaは、本技術の第1の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す図である。この撮像デバイス110は、撮像レンズとカバーガラスCGと撮像素子IMGとを備える。この撮像レンズは、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3および第4レンズ群GR4から構成される。これらのレンズ群は、物体側から、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3および第4レンズ群GR4の順で配置される。
第1レンズ群GR1は、負の屈折力(レンズパワー)を持つメニスカス形状のレンズL11を有する。なお、レンズL11は、特許請求の範囲に記載の最物体側レンズの一例である。
また、第2レンズ群GR2は、レンズL21、レンズL22およびレンズL23の3枚が接合された接合レンズL20(いわゆる、トリプレットレンズ)を有する。この接合レンズL20は、全体で正の屈折力を持つ。また、第3レンズ群GR3は、ほとんど屈折力を持たない非球面形状のレンズL31を有する。
第4レンズ群GR4は、物体側に凹面を向けた正の屈折力を持つメニスカス形状のレンズL41を有する。なお、レンズL41は、特許請求の範囲に記載の最像面側レンズの一例である。
カバーガラスCGは、撮像素子IMGを保護するための透明体であり、第4レンズ群GR4と撮像素子IMGとの間に配置される。
撮像素子IMGは、撮像レンズを介して受光した光を光電変換して画像信号を生成するものである。この撮像素子IMGは、凹形状に湾曲した像面を有する。撮像素子IMGとしては、例えば、CCDやCMOS等の光電変換素子を利用することができる。
最も物体側に負の第1レンズ群GR1を配置したことにより、第2レンズ群GR2に入射される光線の入射角度を緩和(すなわち、小さく)することができる。したがって、第1レンズ群GR1に入射する光線の最大角(言い換えれば、画角)を相対的に広くすることができる。また、負群始まりとしたため、コサイン4乗則により周辺光量落ちがより緩やかになり、周辺光量を大きくすることができる。
また、最も像面側に、凹面を物体側に向けた第4レンズ群GR4を配置したことにより、像面に入射される光線の入射角をきつく(すなわち、大きく)することができる。これにより、第4レンズ群GR4と像面との間の距離を短くして撮像デバイス110を小型にすることができる。
このように、最も物体側に負の第1レンズ群GR1を配置し、最も像面側に凹面を物体側に向けた第4レンズ群GR4を配置することにより、小型の広角レンズを実現することができる。
また、撮像素子IMGの像面を湾曲させたことにより、像面湾曲収差を補正することができる。これにより、第2レンズ群GR2および第3レンズ群GR3において、収差の補正に必要なレンズの枚数を少なくすることができる。したがって、撮像デバイス110のサイズを小さくすることができる。
例えば、非特許文献1では、最も物体側のレンズと最も像側のレンズとの間に、それぞれ3枚のレンズからなるトリプレットレンズを2枚設けて、計6枚のレンズで補正を行う必要があった。これに対して、撮像デバイス110では、像面を湾曲させることにより像面歪曲収差が補正されるため、接合レンズL20を構成する3枚のレンズと非球面レンズL31との計4枚しか設ける必要がない。したがって、非特許文献1と比較して、撮像デバイス110のサイズを小さくすることができる。
また、像面の湾曲により、像面に対する光線の入射角度をきつく(すなわち、大きく)することができる。また、光学設計上、像面湾曲収差をゼロにする必要がなくなる。さらに、周辺像高で主光線に対する上光線とした光線とが対称に近くなり、撮像レンズによる収差補正が容易になる。したがって、撮像レンズの光学的な設計の自由度を高くすることができる。
また、像面の湾曲により、周辺光量落ちがコサイン4乗則により緩やかになり、周辺光量を大きくすることができる。また、物体側と像面側とのレンズの対称形を壊して、平面センサで、それらのレンズが対称形の構成と同等以上の効果が得られる。
またトリプレットレンズL20を第2レンズ群GR2に設けたことにより、おおよその色収差や高次収差を補正することができる。最も物体側(レンズL11)と最も像面側(レンズL41)との形状を対称にした撮像レンズでは、像面湾曲、非点収差、コマ収差および球面収差等の光学収差と、光学ディスト―ションとを小さくすることができる一方で、色収差の補正が困難である。しかし、この色収差は、第2レンズ群GR2に設けたトリプレットレンズ(接合レンズL20)により、十分に補正することができる。
また、撮像レンズと、像面の湾曲とによる複合的な効果として、非特許文献1などの構成より少ない枚数で高性能な広角レンズを実現することができる。また、平面センサを設けた場合に主光線入射角が55度程度になるような光学系で、その入射角を35度以下にすることができる。
また、非球面形状のレンズL31を配置したことにより、第2レンズ群GR2により補正しきれなかった高次収差を補正することができる。これにより、さらに望ましい撮像特性を実現することができる。
図2におけるbは、レンズL23とレンズL31との間を拡大した図である。同図におけるbに例示するように、レンズL23とレンズL31との間には、絞りSTOが配置される。
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「R」は面の曲率半径を示す。面番号iに対応する「d」は物体側から数えて第i番目の面と第i+1番目の面との間の軸上面間隔を示す。「nd」は物体側に面を有する硝材または素材のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示す。「νd」は物体側に第i面を有する硝材または素材のd線に対するアッベ数を示す。そして、曲率半径に関し「∞」は、当該面が平面であることを示す。
また、各実施の形態において用いられるレンズには、上述のようにレンズ面が非球面によって構成されるものがある。レンズ面の頂点から光軸方向の距離(サグ量)を「x」、光軸と垂直な方向の高さを「y」、レンズ頂点での近軸曲率を「c」、円錐(コーニック)定数を「κ」とすると、
によって定義されるものとする。なお、A、B、CおよびDは、それぞれ第4次、第6次、第8次および第10次の非球面係数である。
表1において、面番号1および2は、レンズL11の物体側および像面側の面を示す。面番号3および4は、レンズL21の物体側および像面側の面を示す。面番号5および6は、レンズL23の物体側および像面側の面を示す。面番号7は、絞りSTOの面を示す。面番号8および9は、レンズL31の物体側および像面側の面を示す。面番号10および11は、レンズL41の物体側および像面側の面を示す。面番号12および13は、カバーガラスCGの物体側および像面側の面を示す。面番号14は、撮像素子IMGの像面を示す。
なお、表2および以下の非球面係数を示す表において「E−i」は10を底とする指数表現、すなわち、「10-i」を表しており、例えば、「0.12345E−05」は「0.12345×10-5」を表している。
表1および2に例示したデータに基づいて、開口数(Numerical Aperture)4.5、半画角55.0度、光軸方向におけるレンズ全長90ミリメートル(mm)の撮像レンズが構成される。
また、像面に対する光線入射角は、36度以下であることが望ましい。例えば、光線入射角は、33度となるように設計される。これは、カメラに用いられるCCDやCMOSセンサなどのイメージャにおいては、一般に、光線入射角の許容限度が35度前後であるからである。光線入射角を36度以下にすることにより、広角の撮像デバイスをMTFを劣化させずに実現することができる。
[撮像レンズの収差]
図3は、本技術の第1の実施の形態における撮像レンズの諸収差図である。同図において、aは球面収差図、bは非点収差図(像面湾曲図)、cは歪曲収差図をそれぞれ示している。
図3は、本技術の第1の実施の形態における撮像レンズの諸収差図である。同図において、aは球面収差図、bは非点収差図(像面湾曲図)、cは歪曲収差図をそれぞれ示している。
なお、これら球面収差図および以下の球面収差図において、点線はd線(587.56nm)、実線はc線(波長546.07nm)、一点鎖線はg線(波長486.13nm)における値を示す。また、これら非点収差図および以下の非点収差図において、実線はd線のサジタル像面、破線はd線のメリディオナル像面における値を示す。また、これら歪曲収差図および以下の歪曲収差図において実線はd線における値を示すものである。また、これら球面収差図および以下の球面収差図において、「Fno」は開放F値(Fナンバー)を表し、「ω」は半画角を表す。また、これら非点収差図および歪曲収差図ならびに以下の非点収差図および歪曲収差図において、縦軸の「Y」は像高を表しており、単位はミリメートル(mm)である。
図3に例示するように、非球面収差や歪曲収差は、良好に補正されている一方で、撮像レンズ自体の非点収差(像面湾曲)は、比較的大きい。しかし、この非点収差は、撮像素子IMGの像面を湾曲させることにより補正されている。このため、撮像レンズおよび撮像素子IMGを含む撮像デバイス110全体の非点収差は、小さくなっている。
図4は、第1の実施の形態における撮像レンズのMTF曲線の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、MTFを示し、横軸は実像高を示す。また、実線は放射方向の曲線を示し、点線は接線方向の曲線を示す。ここで、MTFは、画質の高さを表す指標の一つであり、MTFが高いほど、画像のボケが少なく、画質が高いことを示す。同図に例示するように、撮像レンズのMTFは、十分に高い値となる。
図5は、比較例における撮像デバイスの一構成例を示す図である。この比較例は、非特許文献1に記載の撮像デバイスに対し、開口数、半画角およびレンズ全長が撮像デバイス110と同じ値になるように、パラメータの調整を施したものである。同図に例示するように、比較例の撮像デバイスには、物体側より順に第1レンズ群乃至第4レンズ群が配置され、撮像素子の像面は平面である。
この比較例において第1レンズ群は、負の屈折力を持つメニスカス形状のレンズを有し、第2レンズ群および第3レンズ群は、トリプレットレンズを有する。また、第4レンズ群は、凹面が物体側に向けられた、負の屈折力を持つメニスカス形状のレンズを有する。
このように、比較例の撮像レンズは、4群8枚のレンズから構成される。これに対して、図2に例示した本技術の撮像レンズは、4群6枚のレンズから構成され、比較例よりもレンズの枚数が少ない。これは、像面の湾曲により像面湾曲収差が補正されるため、収差の補正のためのレンズの枚数が少なくて済むからである。この比較例のレンズデータを表3に示す。
このデータに基づいて、撮像デバイス110と同様に、開口数4.5、半画角55.0度、レンズ全長90ミリメートル(mm)の撮像レンズが構成される。
図6は、比較例における諸収差図であり、図7は、比較例におけるMTF曲線の一例を示す図である。
図6および図7に例示するように、比較例では、収差は良好であるものの、MTFは、本技術の撮像デバイス110と比較して低くなり、画質は若干低下している。これらの図に例示したように、撮像デバイス110の方が比較例よりもレンズ枚数が少ないにもかかわらず、画質が向上している。
このように、本技術の第2の実施の形態によれば、最も物体側の負のレンズL11と、最も像面側において凹面を物体側に向けたレンズL41と、像面を湾曲させた撮像素子IMGとを設けたため、小型で広角の撮像デバイスを実現することができる。
<2.第2の実施の形態>
[スキャナの構成例]
上述の第1の実施の形態では、撮像装置100に撮像デバイス110を設けていたが、スキャナに設けることもできる。この第2の実施の形態は、撮像デバイス110をスキャナに設けた点において第1の実施の形態と異なる。
[スキャナの構成例]
上述の第1の実施の形態では、撮像装置100に撮像デバイス110を設けていたが、スキャナに設けることもできる。この第2の実施の形態は、撮像デバイス110をスキャナに設けた点において第1の実施の形態と異なる。
図8は、本技術の第2の実施の形態におけるスキャナ101の一構成例を示すブロック図である。このスキャナ101は、駆動部140をさらに備える点において第1の実施の形態の撮像装置100と異なる。
第2の実施の形態における撮像デバイス110には、所定の方向(以下、「ライン方向」と称する)に沿って複数の画素が一列に配列される。
駆動部140は、制御部150の制御に従って、ライン方向と垂直な方向(以下、「スキャン方向」と称する。)に撮像デバイス110を移動させるものである。例えば、スキャナ101に原稿を読み取らせるための操作が行われた(スキャンボタンの押下など)場合に駆動部140は、撮像デバイス110をスキャン方向に一定の速度で移動させる。
また、読み取りの際に照明ランプ(不図示)が点灯して原稿に光が照射される。原稿から反射した光は撮像デバイス110に導かれ、撮像デバイス110は、光電変換により1ライン分の画素信号を生成する。そして、駆動部140が次のラインに撮像デバイス110を移動させると、撮像デバイス110は、その移動後のラインの画素信号を生成する。このような動作の繰り返しにより、全ラインの画素信号が生成される。
図9は、本技術の第2の実施の形態における撮像デバイスおよび読み取り面のサイズの一例を示す図である。この読み取り面は、読み取り対象の原稿を乗せるための平面である。読み取り面は、スキャナ101の上部に設けられ、そのサイズはA4の用紙サイズと同じ程度であるものとする。ここで、A4サイズは、縦297ミリメートル(mm)×横210ミリメートル(mm)である。したがって、A4の縦方向をスキャン方向とする場合、読み取り面のライン方向の長さ(言い換えれば、幅)は、210ミリメートル(mm)に設定される。
また、撮像デバイス110は、読み取り面の下部において、最も物体側のレンズが読み取り面と対向するように配置される。この撮像デバイス110の光軸上の全長は、例えば、50ミリメートル(mm)である。
また、撮像デバイス110内の撮像レンズの半画角が例えば、60度である場合、読み取り面から52ミリメートル(mm)の位置に撮像デバイス110を配置すれば、A4サイズの原稿を読み取ることができる。
ここで、仮に撮像デバイスの画角が比較的小さいとすると(半画角60未満など)、読み取り面から最も物体側のレンズまでの距離を長くしなければならないため、スキャナの読み取り面に垂直な方向のサイズが大きくなってしまう。サイズを小さくするためには、読み取り面からの光を反射してレンズに導く折り曲げミラーを読み取り面の下部に設ける必要が生じる。また、画角を小さくすると、1ライン全体を一度に読み取ることができなくなり、レンズおよび折り曲げミラーを含むユニットをライン方向に移動させる必要が生じる。この結果、ユニットをライン方向に移動させるためのモータ等を設けなくてはならなくなる。しかし、そのようなモータや折り曲げミラーを設けると、その分、コストが上昇してしまう。
これに対して、本技術の撮像デバイス110の画角は十分に大きいため、読み取り面からレンズまでの距離を短くし、折り曲げミラー等を用いずにA4サイズの原稿を読み取ることができる。したがって、小型のスキャナ101を簡易な構成により低価格で実現することができる。
[撮像デバイスの構成例]
図10は、本技術の第2の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。第2の実施の形態の撮像デバイス110は、レンズL11を平凹レンズとし、レンズL41を負のメニスカスレンズとした点において第1の実施の形態と異なる。また、第2の実施の形態の撮像デバイス110は、レンズL21およびL22の2枚からなる接合レンズL20(いわゆる、ダブレットレンズ)をトリプレットレンズの代わりに第2レンズ群GR2に配置した点において第1の実施の形態と異なる。このようにトリプレットレンズの代わりにダブレットレンズを配置したことにより、レンズの枚数をさらに削減することができる。具体的には、第1の実施の形態の撮像レンズは4群6枚であったのに対し、第2の実施の形態の撮像レンズは、4群5枚のレンズから構成される。
図10は、本技術の第2の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。第2の実施の形態の撮像デバイス110は、レンズL11を平凹レンズとし、レンズL41を負のメニスカスレンズとした点において第1の実施の形態と異なる。また、第2の実施の形態の撮像デバイス110は、レンズL21およびL22の2枚からなる接合レンズL20(いわゆる、ダブレットレンズ)をトリプレットレンズの代わりに第2レンズ群GR2に配置した点において第1の実施の形態と異なる。このようにトリプレットレンズの代わりにダブレットレンズを配置したことにより、レンズの枚数をさらに削減することができる。具体的には、第1の実施の形態の撮像レンズは4群6枚であったのに対し、第2の実施の形態の撮像レンズは、4群5枚のレンズから構成される。
また、コスト削減の観点から、レンズL31およびレンズL41としてプラスチックレンズを配置してもよい。プラスチックレンズは、ガラスレンズよりコストが低い反面、温度に応じて屈折力が変わってデフォーカスが生じるデメリットがある。しかし、このデフォーカスを、第2レンズ群GR2や湾曲させた像面などで補正することができるのであればプラスチックレンズを採用しても問題は生じない。
また、第2の実施の形態の撮像素子IMGとして、ライン方向に沿って画素が一列に配列されたリニアセンサが設けられる。このリニアセンサのライン方向の長さは、例えば、28.04ミリメートル(mm)であり、画素の間隔(すなわち、ピッチ)は2.625マイクロメートル(μm)である。また、画素数は、例えば、10680画素である。
また、撮像レンズのF値は5.6であり、像面に対する最大光線入射角は42度である。このように、比較的大きな入射角が許容されるのは、リニアセンサの場合、撮像デバイス110にオンチップレンズが用いられず、斜め方向の光線入射に対する撮像素子IMGの感度がロバストになるためである。
表4において、面番号1および2は、レンズL11の物体側および像面側の面を示す。面番号3および4は、レンズL21の物体側および像面側の面を示し、面番号5は、レンズL22の像面側の面を示す。面番号6は、絞りSTOの面を示す。面番号7および8は、レンズL31の物体側および像面側の面を示す。面番号9および10は、レンズL41の物体側および像面側の面を示す。面番号11および12は、カバーガラスCGの物体側および像面側の面を示す。面番号13は、撮像素子IMGの像面を示す。
表4および表5のデータに基づいて、開口数4.5、半画角60.0度、光軸方向におけるレンズ全長50ミリメートル(mm)の撮像レンズが構成される。
[撮像レンズの収差]
図11は、本技術の第2の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、第1の実施の形態と同様に非点収差が大きくなっているが、この収差は、湾曲させた像面により補正される。したがって、撮像デバイス110の収差は良好である。
図11は、本技術の第2の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、第1の実施の形態と同様に非点収差が大きくなっているが、この収差は、湾曲させた像面により補正される。したがって、撮像デバイス110の収差は良好である。
図12は、本技術の第2の実施の形態におけるMTF曲線の一例を示す図である。同図に例示するように、十分に高いMTFが得られる。例えば、50ラインペア毎ミリメートル(LP/mm)で計算すると、全ての領域で70パーセント(%)以上のMTFが得られ、高解像度のスキャナ101を実現することができる。
このように、本技術の第2の実施の形態によれば、トリプレットレンズの代わりにダブレットレンズを第2レンズ群GR2に配置したため、レンズの枚数を少なくして撮像レンズのサイズをさらに小さくすることができる。
<3.第3の実施の形態>
上述の第2の実施の形態では、スキャナ101にA4サイズの読み取り面を設けていたが、A3サイズの読み取り面を設けてもよい。この第3の実施の形態のスキャナ101は、読み取り面のサイズをA3サイズとした点において第2の実施の形態と異なる。
上述の第2の実施の形態では、スキャナ101にA4サイズの読み取り面を設けていたが、A3サイズの読み取り面を設けてもよい。この第3の実施の形態のスキャナ101は、読み取り面のサイズをA3サイズとした点において第2の実施の形態と異なる。
図13は、本技術の第3の実施の形態における撮像デバイスおよび読み取り面のサイズの一例を示す図である。ここで、A3サイズは、縦420ミリメートル(mm)×横297ミリメートル(mm)である。したがって、A3の縦方向をスキャン方向とする場合、読み取り面のライン方向の長さ(幅)は、297ミリメートル(mm)に設定される。
また、撮像デバイス110の光軸上の全長は、例えば、63ミリメートル(mm)である。この撮像デバイス110内の撮像レンズの半画角が例えば、60度である場合、読み取り面から76ミリメートル(mm)の位置に撮像デバイス110を配置すれば、A3サイズの原稿を折り曲げミラー等を用いずに読み取ることができる。
[撮像デバイスの構成例]
図14は、本技術の第3の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。第3の実施の形態の撮像デバイス110は、レンズデータおよび非球面データが異なる点以外は、第2の実施の形態と同様である。
図14は、本技術の第3の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。第3の実施の形態の撮像デバイス110は、レンズデータおよび非球面データが異なる点以外は、第2の実施の形態と同様である。
また、第3の実施の形態の撮像素子IMGとして、例えば、ライン方向の全長が35.25ミリメートル(mm)、ピッチが4.7マイクロメートル(μm)、7500画素のリニアセンサが用いられる。
[撮像デバイスの緒元]
表6に、第3の実施の形態における撮像デバイス110のレンズデータを示す。
また、表7に、レンズL31の両面(面番号7および8)と、レンズL41の両面(面番号9および10)との非球面データを示す。
表6に、第3の実施の形態における撮像デバイス110のレンズデータを示す。
表6および表7のデータに基づいて、開口数4.5、半画角60.0度、光軸方向におけるレンズ全長63ミリメートル(mm)の撮像レンズが構成される。
[撮像レンズの収差]
図15は、本技術の第3の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、撮像デバイス110の収差は良好である。
図15は、本技術の第3の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、撮像デバイス110の収差は良好である。
図16は、本技術の第3の実施の形態におけるMTF曲線の一例を示す図である。同図に例示するように、十分に高いMTFが得られる。
このように、本技術の第3の実施の形態によれば読み取り面のサイズをA3サイズにしたため、A3サイズの原稿を読み取ることができる。
<4.第4の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、4群の撮像レンズを撮像デバイス110に設けていたが、1群追加して5群の撮像レンズを設けることもできる。この第4の実施の形態の撮像デバイス110は、5群の撮像レンズを設けた点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、4群の撮像レンズを撮像デバイス110に設けていたが、1群追加して5群の撮像レンズを設けることもできる。この第4の実施の形態の撮像デバイス110は、5群の撮像レンズを設けた点において第1の実施の形態と異なる。
[撮像デバイスの構成例]
図17は、本技術の第4の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。この第4の実施の形態の撮像レンズは、5群から構成される点において、4群の第1の実施の形態と異なる。この撮像レンズにおいては、物体側から順に、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3、第4レンズ群GR4、および、第5レンズ群GR5が配置される。第1レンズ群GR1、第3レンズ群GR3および第4レンズ群GR4は、第1の実施の形態の第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2および第3レンズ群GR3と同様の構成である。
図17は、本技術の第4の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。この第4の実施の形態の撮像レンズは、5群から構成される点において、4群の第1の実施の形態と異なる。この撮像レンズにおいては、物体側から順に、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3、第4レンズ群GR4、および、第5レンズ群GR5が配置される。第1レンズ群GR1、第3レンズ群GR3および第4レンズ群GR4は、第1の実施の形態の第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2および第3レンズ群GR3と同様の構成である。
第2レンズ群GR2は、負の屈折力を持つメニスカス形状のレンズL21を有する。また、第5レンズ群GR5は、凹面を物体側に向けた、負の屈折力を持つ平凹型のレンズL51を有する。
このように最も物体側のレンズL11と、接合レンズL30との間に、負のレンズL21をさらに配置することにより、第1の実施の形態よりも画角を広くすることができる。なお、最も物体側のレンズL11と、接合レンズL30との間に1枚の負のレンズを配置しているが、これらの間に2枚以上の負のレンズを配置してもよい。これにより、さらに画角を広くすることができる。なお、レンズL21は、特許請求の範囲に記載の負レンズの一例である。
表8および表9のデータに基づいて、開口数2.8、半画角83.0度、光軸方向におけるレンズ全長28ミリメートル(mm)の撮像レンズが構成される。このように、開口数が2.8と比較的明るく、画角が83.0度と比較的広い撮像レンズを用いた撮像装置100としては、例えば、監視カメラが想定される。
一般に半画角83.0度もの広角レンズは、14枚程度のレンズから構成される。これに対して、撮像デバイス110の撮像レンズは、5群7枚から構成されており、レンズ枚数の少ない分、サイズを小さくすることができる。
[撮像レンズの収差]
図18は、本技術の第4の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、撮像デバイス110の収差は良好である。
図18は、本技術の第4の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、撮像デバイス110の収差は良好である。
図19は、本技術の第4の実施の形態におけるMTF曲線の一例を示す図である。同図に例示するように、十分に高いMTFが得られる。例えば、60ラインペア毎ミリメートル(LP/mm)で計算すると、全ての領域で50パーセント(%)以上のMTFが得られ、高解像度の撮像装置100を実現することができる。
このように、第4の実施の形態によれば、最も物体側の負の平凹レンズ(レンズL11)と、接合レンズL30との間に、負のレンズL21をさらに配置したため、画角を広くすることができる。
<5.第5の実施の形態>
上述の第4の実施の形態では、最も像面側に負の平凹形状のレンズL51を配置していたが、最も像面側に負のメニスカスレンズを配置してもよい。この第5の実施の形態の撮像デバイス110は、負のメニスカスレンズを最も像面側に配置した点において第4の実施の形態と異なる。
上述の第4の実施の形態では、最も像面側に負の平凹形状のレンズL51を配置していたが、最も像面側に負のメニスカスレンズを配置してもよい。この第5の実施の形態の撮像デバイス110は、負のメニスカスレンズを最も像面側に配置した点において第4の実施の形態と異なる。
[撮像デバイスの構成例]
図20は、本技術の第5の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。第5の実施の形態の撮像レンズは、レンズL51として負の屈折力を持つメニスカス形状のレンズを配置した点において第4の実施の形態と異なる。
図20は、本技術の第5の実施の形態における撮像デバイス110の一構成例を示す断面図である。第5の実施の形態の撮像レンズは、レンズL51として負の屈折力を持つメニスカス形状のレンズを配置した点において第4の実施の形態と異なる。
また、表11に、レンズL21の両面(面番3および4)と、レンズL41の両面(面番号10および11)と、レンズL51の両面(面番号12および13)との非球面データを示す。
表10および表11のデータに基づいて、開口数2.8、半画角83.0度、光軸方向におけるレンズ全長16ミリメートル(mm)の撮像レンズが構成される。このように、全長16ミリメートル(mm)といった、極めてサイズの小さい広角レンズを設けた撮像装置100としては、例えば、アクションカメラなどが想定される。
[撮像レンズの収差]
図21は、本技術の第5の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、撮像デバイス110の収差は良好である。
図21は、本技術の第5の実施の形態における諸収差図である。同図に例示するように、撮像デバイス110の収差は良好である。
図22は、本技術の第5の実施の形態におけるMTF曲線の一例を示す図である。同図に例示するように十分に高いMTFが得られる。
このように、第5の実施の形態によれば、最も物体側の負のレンズL11と、最も像面側において凹面を物体側に向けたメニスカス形状のレンズL51と、像面を湾曲させた撮像素子IMGとを設けたため、小型の広角レンズを実現することができる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、
撮像レンズと
を具備し、
前記撮像レンズは、
最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、
前記物体側に向けた凹面を有し、最も前記像面側に配置された最像面側レンズと、
前記最物体側レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズと
から構成される撮像デバイス。
(2)前記複数のレンズのいずれかは、接合レンズである
前記(1)記載の撮像デバイス。
(3)前記複数のレンズのいずれかは、前記最像面側レンズと間に配置された正の屈折力を有する非球面レンズであり、
前記最像面側レンズは、負の屈折力を有する
前記(2)記載の撮像デバイス。
(4)前記最像面側レンズは、メニスカスレンズである
前記(3)記載の撮像デバイス。
(5)前記複数のレンズのいずれかは、前記接合レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された非球面レンズであり、
前記最像面側レンズは、正の屈折力を有する
前記(2)記載の撮像デバイス。
(6)前記複数のレンズのうち最も前記物体側のレンズは、負の屈折力を有する負レンズである
前記(1)から(5)のいずれかに記載の撮像デバイス。
(7)前記撮像レンズを介して前記像面に入射する光線の入射角は、36度を超えない
前記(1)から(6)のいずれかに記載の撮像デバイス。
(8)前記撮像レンズは、実質的にレンズパワーを有さないレンズをさらに備える前記(1)から(7)までのいずれかにに記載の撮像デバイス。
(9)凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、
撮像レンズと、
前記撮像素子を制御する制御部と
を具備し、
前記撮像レンズは、
最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、
前記物体側に向けた凹面を有し、最も前記像面側に配置された最像面側レンズと、
前記最物体側レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズと
から構成される電子装置。
(10)前記撮像レンズは、実質的にレンズパワーを有さないレンズをさらに備える前記(9)に記載の撮像装置。
(1)凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、
撮像レンズと
を具備し、
前記撮像レンズは、
最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、
前記物体側に向けた凹面を有し、最も前記像面側に配置された最像面側レンズと、
前記最物体側レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズと
から構成される撮像デバイス。
(2)前記複数のレンズのいずれかは、接合レンズである
前記(1)記載の撮像デバイス。
(3)前記複数のレンズのいずれかは、前記最像面側レンズと間に配置された正の屈折力を有する非球面レンズであり、
前記最像面側レンズは、負の屈折力を有する
前記(2)記載の撮像デバイス。
(4)前記最像面側レンズは、メニスカスレンズである
前記(3)記載の撮像デバイス。
(5)前記複数のレンズのいずれかは、前記接合レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された非球面レンズであり、
前記最像面側レンズは、正の屈折力を有する
前記(2)記載の撮像デバイス。
(6)前記複数のレンズのうち最も前記物体側のレンズは、負の屈折力を有する負レンズである
前記(1)から(5)のいずれかに記載の撮像デバイス。
(7)前記撮像レンズを介して前記像面に入射する光線の入射角は、36度を超えない
前記(1)から(6)のいずれかに記載の撮像デバイス。
(8)前記撮像レンズは、実質的にレンズパワーを有さないレンズをさらに備える前記(1)から(7)までのいずれかにに記載の撮像デバイス。
(9)凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、
撮像レンズと、
前記撮像素子を制御する制御部と
を具備し、
前記撮像レンズは、
最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、
前記物体側に向けた凹面を有し、最も前記像面側に配置された最像面側レンズと、
前記最物体側レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズと
から構成される電子装置。
(10)前記撮像レンズは、実質的にレンズパワーを有さないレンズをさらに備える前記(9)に記載の撮像装置。
100 撮像装置
101 スキャナ
110 撮像デバイス
120 信号処理部
130 記録部
140 駆動部
150 制御部
101 スキャナ
110 撮像デバイス
120 信号処理部
130 記録部
140 駆動部
150 制御部
Claims (8)
- 凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、
撮像レンズと
を具備し、
前記撮像レンズは、
最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、
前記物体側に向けた凹面を有し、最も前記像面側に配置された最像面側レンズと、
前記最物体側レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズと
から構成される撮像デバイス。 - 前記複数のレンズのいずれかは、接合レンズである
請求項1記載の撮像デバイス。 - 前記複数のレンズのいずれかは、前記最像面側レンズと間に配置された正の屈折力を有する非球面レンズであり、
前記最像面側レンズは、負の屈折力を有する
請求項2記載の撮像デバイス。 - 前記最像面側レンズは、メニスカスレンズである
請求項3記載の撮像デバイス。 - 前記複数のレンズのいずれかは、前記接合レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された非球面レンズであり、
前記最像面側レンズは、正の屈折力を有する
請求項2記載の撮像デバイス。 - 前記複数のレンズのうち最も前記物体側のレンズは、負の屈折力を有する負レンズである
請求項1記載の撮像デバイス。 - 前記撮像レンズを介して前記像面に入射する光線の入射角は、36度を超えない
請求項1記載の撮像デバイス。 - 凹形状に湾曲した像面を有する撮像素子と、
撮像レンズと、
前記撮像素子を制御する制御部と
を具備し、
前記撮像レンズは、
最も物体側に配置された負の屈折力を有する最物体側レンズと、
前記物体側に向けた凹面を有し、最も前記像面側に配置された最像面側レンズと、
前記最物体側レンズと前記最像面側レンズとの間に配置された複数のレンズと
から構成される電子装置。
Priority Applications (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2014251787A Pending JP2016114693A (ja) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 撮像デバイスおよび電子装置 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017125904A (ja) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | 株式会社ニコン | 撮像レンズおよび撮像システム |
US10509200B2 (en) | 2017-08-18 | 2019-12-17 | Largan Precision Co., Ltd. | Photographing lens assembly, image capturing unit and electronic device |
US10996444B2 (en) | 2018-04-18 | 2021-05-04 | Largan Precision Co., Ltd. | Photographing optical lens assembly, imaging apparatus and electronic device |
CN114859527A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-05 | 湖南博明英光学科技有限公司 | 一种超广角光学*** |
-
2014
- 2014-12-12 JP JP2014251787A patent/JP2016114693A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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