JPWO2010103948A1 - 撮像光学系,撮像光学装置及びデジタル機器 - Google Patents

撮像光学系,撮像光学装置及びデジタル機器 Download PDF

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Abstract

撮像光学系OPは、入射光を略直角に屈曲させる第1,第2プリズムP1,P2を有する。第1プリズムP1の入射面での光軸AXと、第2プリズムP2の射出面での光軸AXと、は略平行である。第1,第2プリズムP1,P2で挟まれた光路上には、少なくとも1つのパワー群を構成するレンズ要素を有しており、第2プリズムP2の入射面に最も近いパワー群が正パワー群である。第2プリズムP2の入射面は、物体側に凹の面形状を有し、条件式:-4.2<fp2/f<-0.2(fp2:第2プリズムの焦点距離、f:撮像光学系全体の焦点距離),0.2<|f_lp/fp2|<1.5(f_lp:第2プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離)を満足する。

Description

本発明は撮像光学系,撮像光学装置及びデジタル機器に関するものである。更に詳しくは、被写体の映像を撮像素子で取り込む撮像光学装置と、それを搭載した画像入力機能付きデジタル機器と、撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像光学系と、に関するものである。
近年、デジタルスチルカメラ,デジタルビデオカメラ,カメラ付き携帯電話機,カメラ付き携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)等の、画像入力機能を有するデジタル機器の普及が目覚しく、これらに搭載される撮像素子の高画素化・高機能化が急速に進んでいる。このため、高画素化等がなされた撮像素子の性能を十分に活かすため、撮像素子に被写体の光学像を導く撮像光学系にも高い光学性能が要求されている。また、上記のような各デジタル機器には携帯性が要求されるので、その小型化も必要である。
デジタル機器の小型化の一手段としては、撮像光学系のコンパクト化が考えられる。そして、撮像光学系のコンパクト化の手段として、反射プリズムが従来より知られている。例えば特許文献1には、撮像光学系の光路中に、光路を折り曲げる反射プリズムを1個配置したものが提案されている。また特許文献2には、撮像光学系の光路中に、光路を折り曲げる反射プリズムを2個配置したものが提案されている。
特開2003−202500号公報 特開2006−58840号公報
特許文献1で提案されているように反射プリズムを1個用いた構成では、光学構成全体の厚さが撮像素子の大きさによって決定される。このため、撮像素子サイズの拡大が光学構成全体の厚さの増大につながる、という問題がある。
特許文献2で提案されているように反射プリズムを2個用いた構成では、光路が2回折り曲げられる。このため、撮像素子サイズの拡大が光学構成全体の厚さの増大につながることを解消することができる。また、反射プリズムの入射面と射出面にパワーを持たせているため、撮像光学系で発生する収差を補正することも可能である。しかしながら、特許文献2に記載されている構成では、像側に設置されている反射プリズムのサイズが大きいため、光学構成全体の薄型化が不十分である。また特許文献2には、撮像光学系の性能を確保するために必要な非点収差および色収差など、プリズムを有する光学系で顕著となる収差の補正についての記載がない。したがって、特許文献2に記載されている光学構成では、撮像素子の高画素化に対応することは困難である。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、撮像素子の高画素化に対応できる高い光学性能を有するとともに、光学構成全体の薄型化を達成することの可能な撮像光学系,それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。
上記目的を達成するために、第1の発明の撮像光学系は、撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系であって、入射光を略直角に屈曲させる反射プリズムを2個有しており、そのうち、光路上物体側に位置する反射プリズムを第1プリズムとし、光路上像側に位置する反射プリズムを第2プリズムとするとき、前記第1プリズムの入射面での光軸と、前記第2プリズムの射出面での光軸と、が略平行であり、前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に少なくとも1つのパワー群を構成するレンズ要素を有しており、前記第2プリズムの入射面に最も近いパワー群が正パワー群であり、前記第2プリズムの入射面が物体側に凹の面形状を有しており、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする。
-4.2<fp2/f<-0.2 …(1)
0.2<|f_lp/fp2|<1.5 …(2)
ただし、
fp2:第2プリズムの焦点距離、
f:撮像光学系全体の焦点距離、
f_lp:第2プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
である。
第2の発明の撮像光学系は、上記第1の発明において、前記2個の反射プリズムの反射面間の光路上に、絞りと、その絞りよりも像側に位置する少なくとも1つの負パワー群と、を有することを特徴とする。
第3の発明の撮像光学系は、上記第2の発明において、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
0.5<|f_ln/f_lp|<1.5 …(3)
ただし、
f_ln:絞りよりも像側に位置する負パワー群の焦点距離、
である。
第4の発明の撮像光学系は、上記第1〜第3のいずれか1つの発明において、前記正パワー群が、以下の条件式(4)を満たす正レンズを少なくとも1枚有することを特徴とする。
0.56<nd_lp/nd_p2<0.97 …(4)
ただし、
nd_lp:正レンズの屈折率、
nd_p2:第2プリズムの反射面を構成しているプリズム材料の屈折率、
である。
第5の発明の撮像光学系は、上記第1〜第4のいずれか1つの発明において、前記正パワー群が、以下の条件式(5)を満たす正レンズを少なくとも1枚有することを特徴とする。
1.1<νd_lp/νd_p2<4 …(5)
ただし、
νd_lp:正レンズのアッベ数、
νd_p2:第2プリズムの反射面を構成しているプリズム材料のアッベ数、
である。
第6の発明の撮像光学系は、上記第1〜第5のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に駆動させる少なくとも1つの光学部材が位置することを特徴とする。
第7の発明の撮像光学系は、上記第1〜第6のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に移動させる複数の光学部材が位置することを特徴とする。
第8の発明の撮像光学系は、上記第1〜第7のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、ガラス材料から成ることを特徴とする。
第9の発明の撮像光学系は、上記第1〜第8のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、樹脂材料から成ることを特徴とする。
第10の発明の撮像光学系は、上記第1〜第9のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、複合材料から成ることを特徴とする。
第11の発明の撮像光学系は、上記第1〜第10のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、を有することを特徴とする。
第12の発明の撮像光学系は、上記第1〜第11のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを有することを特徴とする。
第13の発明の撮像光学系は、上記第1〜第11のいずれか1つの発明において、前記2個の反射プリズムのいずれかに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を有することを特徴とする。
第14の発明の撮像光学装置は、上記第1〜第13のいずれか1つの発明に係る撮像光学系と、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
第15の発明のデジタル機器は、上記第14の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。
本発明によれば、第2プリズムの薄型化と収差補正効果により、撮像素子の高画素化に対応できる高い光学性能が得られるとともに、光学構成全体の薄型化を達成することが可能である。そして、本発明に係る撮像光学系を用いれば、薄型化と高画素化とを両立した撮像光学装置及びデジタル機器を実現することができる。
第1の実施の形態(実施例1)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第2の実施の形態(実施例2)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第3の実施の形態(実施例3)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第4の実施の形態(実施例4)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第5の実施の形態(実施例5)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第1の実施の形態(実施例1)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第2の実施の形態(実施例2)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第3の実施の形態(実施例3)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第4の実施の形態(実施例4)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第5の実施の形態(実施例5)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 実施例1の無限遠合焦状態での収差図。 実施例2の無限遠合焦状態での収差図。 実施例3の無限遠合焦状態での収差図。 実施例4の無限遠合焦状態での収差図。 実施例5の無限遠合焦状態での収差図。 実施例1の近接距離合焦状態での収差図。 実施例2の近接距離合焦状態での収差図。 実施例3の近接距離合焦状態での収差図。 実施例4の近接距離合焦状態での収差図。 実施例5の近接距離合焦状態での収差図。 本発明に係る画像入力機能付きデジタル機器等の概略構成例を示す模式図。
以下、本発明に係る撮像光学系等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮像光学系は、画像入力機能付きデジタル機器用の撮像光学系としての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。
カメラの例としては、デジタルカメラ,ビデオカメラ,監視カメラ,テレビ電話用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ,携帯情報機器(例えば、モバイルコンピュータ,携帯電話,携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末),これらの周辺機器(スキャナー,プリンター等),その他のデジタル機器;家電製品等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種デジタル機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
図21に、画像入力機能を有するデジタル機器DUの概略構成例を模式的断面で示す。図21に示すデジタル機器DUに搭載されている撮像光学装置OUは、物体側から順に、物体の光学像(像面)IMを形成する撮像光学系OPと、撮像光学系OPにより受光面SS上に形成された光学像IMを電気的な信号に変換する撮像素子SR(CG:カバーガラス)と、を備えている(なお、図21中に示す光学面形状,パワー配置,絞り配置等は単なる一例であり、これに限るものではない。)。この撮像光学装置OUで画像入力機能付きデジタル機器DUを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置OUを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置OUをデジタル機器DUの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
撮像素子SRとしては、例えば複数の画素を有するCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像光学系OPは、撮像素子SRの受光面SS上に被写体の光学像IMが形成されるように設けられているので、撮像光学系OPによって形成された光学像IMは、撮像素子SRによって電気的な信号に変換される。
デジタル機器DUは、撮像光学装置OUの他に、信号処理部1,制御部2,メモリ3,操作部4,表示部5等を備えている。撮像素子SRで生成した信号は、信号処理部1で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ3(半導体メモリ,光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。制御部2はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能(静止画撮影機能,動画撮影機能等),画像再生機能等の機能の制御;フォーカシングのためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部2により撮像光学装置OUに対する制御が行われる。表示部5は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子SRによって変換された画像信号あるいはメモリ3に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部4は、操作ボタン(例えばレリーズボタン),操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部2に伝達する。
撮像光学系OPは、入射光を略直角に屈曲させる(つまり光軸AXを略90度折り曲げる)反射プリズムを2個有しており、その2個の反射プリズムで光軸AXが仮想的な一平面(例えば図21の紙面)に沿って2回屈曲するように配置された屈曲光学系を構成している。2個の反射プリズムのうち、光路上物体側(被写体側)に位置する反射プリズムが第1プリズムP1であり、光路上像側(撮像素子SR側)に位置する反射プリズムが第2プリズムP2である。なお、画面中心に入射する光束の中心主光線が光軸AXに相当する。
撮像光学系OPでは、第1,第2プリズムP1,P2の反射面RL1,RL2での反射により、それぞれの入射光の光路が略直角(略90度)に折り曲げられて、第1プリズムP1の入射面(プリズムの光入射側面)での光軸AXと、第2プリズムP2の射出面(プリズムの光射出側面)での光軸AXと、が略平行になっている。撮像光学系OPの最も物体側での光軸AXと最も像側での光軸AXとが略平行であることから、それらの光軸AX方向が光学構成の厚さ方向に相当する。撮像素子SRの受光面SSは、第2プリズムP2の射出面での光軸AXに対して略垂直になっているため、受光面SSのサイズが大きくても、それが撮像光学装置OU全体の厚さの増大につながることはない。言い換えれば、像面IMのサイズによらずに、撮像光学装置OUの薄型化が可能となる。したがって、上記のように反射プリズムを2個配置すれば、光学構成全体の薄型化と高画素化との両立が可能となる。
上記のように光路を略90度折り曲げることにより、反射面RL1,RL2近傍では物体光の光路を重ね合わせることができる。したがって、空間を有効に活用することができるため、撮像光学系OPの薄型化を効果的に達成することができる。また、光路の折り曲げに反射プリズムを使用することにより、プリズム入射面とプリズム射出面との換算面間隔を小さくすることができる。したがって、撮像光学系OPのコンパクト化を効果的に達成することができる。
撮像光学系OPにおいて、第1,第2プリズムP1,P2の少なくとも一方は光学的パワーを有している。第1,第2プリズムP1,P2のそれぞれにおいて、入射面,射出面のうちの少なくとも一方が光学的パワーを有することが好ましく、それによって、撮像光学系OPで発生する収差を補正することが可能である。
第2プリズムP2の入射面S2aは物体側に凹の面形状を有することが好ましい。パワーを持たないプリズムは両面共が平面の厚い平行平板に相当するので、そこに収束光が斜めに入射すると、プリズムの厚さに比例した大きな非点収差が発生することになる。第2プリズムP2の入射面S2aを凹形状にすれば、第2プリズムP2で発生する非点収差を補正することが可能である。
第2プリズムP2の射出面のパワーが強いと、プリズムサイズが大きくなるため、撮像光学系OPの薄型化が難しくなる。プリズムサイズを小さくするには、第2プリズムP2の射出面のパワーを弱くする必要がある。したがって、第2プリズムP2の厚さに影響を及ぼすことなく非点収差を補正するには、射出面よりも入射面の方にパワーを持たせることが好ましい。つまり、第2プリズムP2の入射面S2aを凹面形状にすることが、収差補正とプリズムサイズとを両立させる上で好ましく、結果として、第2プリズムP2は負パワーを持つことになる。
第1プリズムP1と第2プリズムP2との間には、全体として正のパワーを有するレンズ系LNが配置されている。レンズ系LNは、複数のレンズ素子(レンズ要素),絞りST(開口絞り)等を含んでおり、必要に応じてフィルター(例えば、赤外線カットフィルター,光学的ローパスフィルター等の光学フィルター)等の光学素子を含んでもよい。第1プリズムP1の物体側や第2プリズムP2の像側にレンズ素子を配置すると、それによって撮像光学系OPの厚さが増大してしまうが、第1プリズムP1と第2プリズムP2との間にレンズ素子を配置すれば、レンズ素子の配置による撮像光学系OPの厚さの増大を回避することが可能である。したがって、撮像光学系OPにおいて、第1プリズムP1と第2プリズムP2との間にレンズ素子を配置することが望ましい。ただし、レンズ素子以外の光学素子として、保護用のカバーガラスを第1プリズムP1の物体側に配置したり、赤外線カットフィルター等の平行平板を第2プリズムP2の像側に配置したりしてもよい。
第1,第2プリズムP1,P2間に位置するレンズ系LNは、少なくとも1つのパワー群を有することが好ましい。つまり、2個の反射プリズムP1,P2で挟まれた光路上には、少なくとも1つのパワー群を構成するレンズ要素を有することが好ましい。パワー群は、レンズタイプのパワー配置を構成する群に相当する。したがってパワー群は、パワーを有する光学素子として1枚の単レンズのみを有するもの、パワーを有する光学素子として1枚の接合レンズのみを有するもの、又はパワーを有する光学素子として複数枚の独立したレンズを有するものであり、平行平板のようにパワーを持たない光学素子を含んでもよい。
第2プリズムP2の入射面S2aに最も近いパワー群は、正パワーを有することが好ましい。つまり、正パワー群Lpであることが好ましい。この正パワー群Lpは、パワーを有する光学素子として1枚の単レンズのみを有するもの、又はパワーを有する光学素子として1枚の接合レンズのみを有するものである。正パワー群Lpは、平行平板のようにパワーを持たない光学素子を含んでいてもよいが、パワーを有する光学素子として複数枚の独立したレンズを有するものは、その配置等との関係から、正パワー群Lpに含まれない。第2プリズムの厚さは、画面短辺方向(後述する図6〜図10参照)断面における、入射面および射出面の有効領域サイズによって決まる。入射面および射出面の有効領域サイズの最大値を小さくするには、両者の有効領域サイズをなるべく一致させることが望ましく、これはプリズム内で各画角の主光線が光軸に平行に近い状態となることを意味する。第2プリズムの入射面は負のパワーを有するため、第2プリズムの前方に隣り合って正のパワー群を配置することにより、プリズム内で各画角の主光線が光軸となす角度を小さくしている。これにより、第2プリズムP2の薄型化が可能となる。
第2プリズムP2に関しては、その薄型化と収差補正の観点から、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
-4.2<fp2/f<-0.2 …(1)
ただし、
fp2:第2プリズムの焦点距離、
f:撮像光学系全体の焦点距離、
である。
条件式(1)は、像面上での良好な像性能と、光学構成全体の薄型化と、を達成するための好ましい条件範囲を規定している。条件式(1)の下限を下回ると、第2プリズムP2のパワーが弱くなり、非点収差(つまり、第2プリズムP2に対する斜め入射により発生する非点収差)の補正が不十分となる。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、第2プリズムP2のパワーが強くなり、画面短辺方向の光束をテレセントリックにすることが困難になる。このため、プリズム有効径が増すことにより、プリズム厚さが増大して、撮像光学系OPの厚さが増すことになる。また、光学性能の観点から言えば、コマ収差が増大することになる。
以下の条件式(1a)を満たすことが望ましく、条件式(1b)を満たすことが更に望ましい。
-3.6<fp2/f<-0.2 …(1a)
-3.0<fp2/f<-0.2 …(1b)
これらの条件式(1a),(1b)は、前記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。好ましくは条件式(1a)、更に好ましくは条件式(1b)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
第2プリズムP2と正パワー群Lpに関しては、光学構成の薄型化と収差補正の観点から、以下の条件式(2)を満足することが望ましく、条件式(1)及び(2)を満足することが更に望ましい。
0.2<|f_lp/fp2|<1.5 …(2)
ただし、
f_lp:第2プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
fp2:第2プリズムの焦点距離、
である。
条件式(2)は、第2プリズムP2内で画面短辺方向の光束をテレセントリックにするための好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(2)を満たすことにより、第2プリズムP2を薄くコンパクトにすることが可能となる。条件式(2)の下限を下回ると、第2プリズムP2の入射面S2aに最も近いパワー群(正パワー群Lp)の正パワーが強くなり、その正パワー群Lpの有効径が拡大してしまう。光学構成全体の厚さはレンズ系LNの有効径によって決定されるため、光学構成の薄型化が困難になる。また、光学性能の観点から言えば、コマ収差の補正が困難になる。逆に、条件式(2)の上限を上回ると、第2プリズムP2の入射面S2aに最も近いパワー群(正パワー群Lp)のパワーよりも、第2プリズムP2のパワーが強くなるため、第2プリズムP2内部で画面短辺方向の光束をテレセントリックにすることが困難になり、第2プリズムP2の厚さが増大する。
上述した条件式(1)や条件式(2)は、第2プリズムP2の薄型化と光学性能の向上とを達成する上で有効な条件範囲を規定している。条件式(1)を満たすような第2プリズムP2の強いパワーは、非点収差の補正に有効であるため、高画素の撮像素子SRに対しても高い光学性能を確保することが可能である。また、第2プリズムP2の前方に隣り合って位置するパワー群Lpが、条件式(2)を満たす正パワーを有することは、第2プリズムP2内で光束をテレセントリックにする上で効果的である。このため、第2プリズムP2の入射側と射出側とで有効径をほぼ同じにして、第2プリズムP2を薄くすることが可能である。このように、第2プリズムP2の薄型化と収差補正効果により、撮像素子SRの高画素化に対応できる高い光学性能が得られるとともに、光学構成全体の薄型化を達成することが可能である。そして、そのような撮像光学系OPを用いれば、光学構成全体の薄型化と高画素化とを両立した撮像光学装置OU及びデジタル機器DUを実現することができる。上記効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能,薄型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
2個の反射プリズムP1,P2の反射面RL1,RL2間の光路上に、絞りSTと、その絞りSTよりも像側に位置する少なくとも1つの負パワー群Lnと、を有することが望ましい。負パワー群Lnで各画角の主光線と光軸AXとの成す角度を増大させることにより、第2プリズムP2の入射面S2aに最も近いパワー群Lpの入射面上において、各画角の光束の入射位置を分離することができるため、収差補正が容易になる。
第1,第2プリズムP1,P2間において、レンズ系LNは正負正のパワー配置を有することが好ましい。第1プリズムP1の射出面近傍に配置された正パワー群は、第1プリズムP1で発生する色収差を補正するのに有効である。さらに、その正パワー群により、光束と光軸AXとの成す角度を小さくして、その正パワー群よりも物体側の光学部材上での有効径の拡大を防ぐことができる。一方、第2プリズムP2の入射面S2aの近くに配置した正パワー群Lpに関しては、前述したように第2プリズムP2の薄型化に効果がある。また、正パワーを有する2つのパワー群の間に配置された負パワー群は、歪曲収差及び像面湾曲の補正に有効である。
第1,第2プリズムP1,P2間に位置するレンズ系LNにおいて、絞りSTよりも物体側に正パワーを有するパワー群を配置すれば、歪曲収差及びコマ収差を良好に補正することの可能な構成にすることができる。また、絞りSTよりも前方に複数の正レンズを配置すれば、第1プリズムP1で発生する色収差の補正と、歪曲収差及びコマ収差の補正と、をそれぞれのレンズに分担させることができるので、光学性能の向上に有効である。
第1プリズムP1の入射面S1aは物体側に凹の面形状を有することが好ましい。第1プリズムP1の入射面S1aが負のパワーを有することにより、第1プリズムP1内で光線が光軸AXに対して成す角度を小さくすることができる。これにより、第1プリズムP1のコンパクト化が可能となる。
絞りSTよりも像側に位置する負パワー群Lnに関しては、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.5<|f_ln/f_lp|<1.5 …(3)
ただし、
f_ln:絞りよりも像側に位置する負パワー群の焦点距離、
f_lp:第2プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
である。
条件式(3)は、前述した負パワー群Lnと正パワー群Lpとのパワー比に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)の下限を下回ると、正パワー群での有効径が拡大してしまい、光学構成全体の厚さが大きくなる。逆に、条件式(3)の上限を上回ると、負パワー群Lnのパワーが弱くなり、正パワー群Lpの有効径内で各画角の光束が重なり合うため、収差補正上不利になる。また、光学性能の観点から言えば、条件式(3)の下限を下回ると、負パワーが強くなるため、像面湾曲の補正が困難になる。逆に、条件式(3)の上限を上回ると、正パワーが強くなるため、歪曲収差やコマ収差を補正することが困難になる。
前述したようにパワー群として第2プリズムP2の前方に隣り合って位置する正パワー群Lpは、以下の条件式(4)を満たす正レンズを少なくとも1枚有することが望ましい。
0.56<nd_lp/nd_p2<0.97 …(4)
ただし、
nd_lp:正レンズの屈折率、
nd_p2:第2プリズムの反射面を構成しているプリズム材料の屈折率、
である。
条件式(4)は、第2プリズムP2の屈折率に関する好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(4)を満たすように第2プリズムP2の屈折率を高くすることにより、第2プリズムP2の換算面間隔を小さくして、光学構成全体の小型化を図ることが可能となる。条件式(4)の上限を上回ると、第2プリズムP2の屈折率が低くなるため、第2プリズムP2の換算面間隔が大きくなって、バックフォーカスを確保することが困難になる。逆に、条件式(4)の下限を下回ると、正パワー群Lp中の正レンズの屈折率が低くなるため、正パワー群Lp中の正パワー面の曲率が強くなって、色収差の補正が困難になる。
前述したようにパワー群として第2プリズムP2の前方に隣り合って位置する正パワー群Lpは、以下の条件式(5)を満たす正レンズを少なくとも1枚有することが望ましい。
1.1<νd_lp/νd_p2<4 …(5)
ただし、
νd_lp:正レンズのアッベ数、
νd_p2:第2プリズムの反射面を構成しているプリズム材料のアッベ数、
である。
条件式(5)は、第2プリズムP2のアッベ数(つまり分散)に関する好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(5)を満たすことにより第2プリズムP2で発生する色収差を良好に補正することが可能となる。条件式(5)の下限を下回ると、第2プリズムP2で発生する色収差の補正が困難となる。条件式(5)の上限を上回ると、第2プリズムP2で発生する色収差が過剰に補正され、像面上での色収差が悪化する。
2つのプリズム反射面RL1,RL2で挟まれた光路上に配置された少なくとも1つの光学部材を、フォーカス時に駆動させることが好ましい。例えば、2個の反射プリズムP1,P2で挟まれた光路上に、フォーカス時に駆動させる少なくとも1つの光学部材が位置することが好ましい。あるいは、第1プリズムP1と第2プリズムP2との間に位置する単一又は複数のレンズ素子を、フォーカス時に駆動することが好ましい。フォーカス時に、2つの反射面RL1,RL2で挟まれた光路上で光学部材(例えば、レンズ素子,光学フィルター等)を機械的にシフトさせる構成にすれば、光学構成全体の厚さを変化させることなく、フォーカスを実施することができる。なお、フォーカス時に反射プリズムを動かす構成やフォーカス時に反射プリズムを含む光学構成全体を駆動する構成では、質量の大きい反射プリズムを動かすために駆動機構に大きな負担を強いることになる。したがって、駆動用モータの大型化を招く等の問題が生じるため好ましくない。
フォーカス時に駆動させる光学部材として、液体レンズ(例えば、特開2005−292763号公報記載の液体光学素子)等の可焦点レンズを用いてもよい。液体レンズは、混合しない2種類の液体(例えば、水と油)の界面を電気制御で変形させて、その曲率変化によりパワーを変化させるものである。そのような可焦点レンズを駆動することによってもフォーカスは可能であるが、その場合でも可焦点レンズを2つのプリズム反射面RL1,RL2に挟まれた光路上、あるいは2個の反射プリズムP1,P2で挟まれた光路上に設置することが好ましい。可焦点レンズを用いれば、フォーカス時に機械的な駆動を行う必要がなくなるため、レンズ素子の駆動装置が不要となる。したがって、構成の簡略化が可能になるため、撮像光学装置OU及びデジタル機器DUのコンパクト化を達成することができる。
2つのプリズム反射面RL1,RL2で挟まれた光路上に配置された複数の光学部材を、フォーカス時に移動させることが好ましい。例えば、2個の反射プリズムP1,P2で挟まれた光路上に、フォーカス時に移動させる複数の光学部材が位置することが好ましい。このように構成すれば、フォーカス時に、フォーカスに伴う光学性能の変化を小さくすることができる。
2個の反射プリズムP1,P2のうちの少なくとも1つは、ガラス材料から成ることが好ましい。プリズム材料がガラス材料であれば、屈折率の高い材料の使用が可能となる。屈折率を高くすることにより換算面間隔の減少が可能となるため、光学構成のコンパクト化を効果的に達成することができる。ガラス材料には、樹脂材料で問題となる複屈折が少ないという長所があるため、良好な光学性能の実現が可能である。また、ガラスモールド法によってプリズムを成型することにより、屈折面での収差を低減しやすい撮像光学系を実現することができる。
2個の反射プリズムP1,P2のうちの少なくとも1つは、樹脂材料から成ることが好ましい。プリズム材料として樹脂材料を用いることにより、面にパワーを有する反射プリズムを容易に作製することが可能となる。
撮像光学系OPにおいて、反射プリズムP1,P2やレンズ系LN中のレンズ素子を構成する光学材料として、アサーマル樹脂(温度変化による屈折率変化の小さい樹脂材料)を用いることが望ましい。樹脂材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、周囲の温度が変化した際に、その影響を受けて特性が変動してしまうという問題を抱えている。しかし最近では、樹脂材料中に無機微粒子を混合させることにより、温度変化の影響を小さくできることが分かってきている。一般に、透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じて透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにすることができる。
また、樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して、互いに打ち消し合うように作用させることにより、屈折率変化が殆ど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に、最大長が20nm以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料を得ることができる。例えば、アクリル樹脂に酸化ニオブ(Nb)の微粒子を分散させることにより、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。反射プリズム等の光学素子の材料として、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、温度変化時の特性変動を小さく抑えることが可能となる。
次に、屈折率の温度による変化Aについて詳細に説明する。屈折率の温度による変化Aは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率nを温度tで微分することにより、以下の式(FA)で表される。
…(FA)
ただし、式(FA)中、
α:線膨張係数、
[R]:分子屈折、
である。
樹脂材料の場合は、一般に式(FA)中の第1項に比べて第2項の寄与が小さく、ほぼ無視することができる。例えば、PMMA(polymethyl methacrylate)樹脂の場合、線膨張係数αは7×10−5であり、上記式(FA)に代入すると、A=−1.2×10−4[/℃]となり、実測値とおおむね一致する。具体的には、従来は−1.2×10−4[/℃]程度であった屈折率の温度による変化Aを、絶対値で8×10−5[/℃]未満に抑えることが好ましい。また、絶対値で6×10−5[/℃]未満に抑えることができれば更に好ましい。
2個の反射プリズムP1,P2のうちの少なくとも1つは、複合材料から成ることが好ましい。プリズム材料として複合材料を用いることにより、材料特性の違いを利用した収差補正が可能となる。
2個の反射プリズムP1,P2のうちの少なくとも1つは、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、を有することが好ましい。つまり、少なくとも1つの反射プリズムが、ガラスプリズムの光学面上に樹脂材料でパワー面が形成された複合材料から成ることが好ましい。このような複合材料で反射プリズムを構成するようにすれば、プリズム材料の選択の自由度が増すため好ましい。屈折率の高いプリズム材料を用いることができるため、換算面間隔を減少させることができる。したがって、光学構成のコンパクト化を効果的に達成することができる。また、樹脂材料を用いた場合に見られる複屈折が低減できるため、良好な光学性能を実現することができる。上記のような複合構造は、例えば、ガラス製のプリズム部分の上に紫外線硬化樹脂でレンズ部分を形成することにより得られる(例えば、後述する実施例3中の第1,第2プリズムP1,P2)。このような作製方法を採用すると、パワーを有する反射プリズムが容易に得られるため、量産性の観点から好ましい。
反射プリズムP1,P2を、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、で構成した場合、通常、プリズム部分とレンズ部分とで光学特性は異なる。このため前記条件式(4),(5)では、プリズム部分での換算面間隔の短縮やプリズム部分で発生する色収差の補正に関する効果が得られるように、第2プリズムP2の反射面RL2を構成しているプリズム材料の屈折率,アッベ数で条件設定を行っている。
2つのプリズム反射面RL1,RL2で挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを配置することが望ましい。例えば撮像光学系OPが、2個の反射プリズムP1,P2で挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを有することが好ましい。このように構成すれば、第2プリズムP2の射出面から像面IMまでの間に赤外線カット用フィルターを配置した場合と比較して、撮像光学系OPを薄型化することができる。
撮像素子SRとしてCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサを用いる場合、赤外線成分がノイズとなって出力画像を劣化させる場合がある。このため、赤外線成分を撮像素子SRに入射させないように、撮像光学系中の必要に応じた箇所に赤外線カットフィルター等を配置する対策が従来から講じられている。2個の反射プリズムP1,P2を有する撮像光学系OPにおいては、赤外線カットフィルターを第1プリズムP1と第2プリズムP2との間の光路上に配置することが望ましく、その位置に配置することにより、フィルター配置に伴う撮像光学系OPの厚さの増大を回避することが可能となる。
2個の反射プリズムP1,P2のいずれかに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を有することが望ましい。赤外線カット機能を持たせるには、プリズムの入射面又は射出面に赤外線カットコートを施してもよいし、プリズム材料自体に赤外線を吸収する材料を用いてもよい。反射プリズムに赤外線カット機能を持たせることにより、赤外線カットフィルターを設置するためのスペースが必要なくなるので、光学構成全体のコンパクト化及び部品点数の抑制が可能である。
次に、第1〜第5の実施の形態を挙げて、撮像光学系OPの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図1〜図5に、無限遠合焦状態にある撮像光学系OPの第1〜第5の実施の形態を光路展開状態における光学断面でそれぞれ示し、図6〜図10に、無限遠合焦状態にある撮像光学系OPの第1〜第5の実施の形態を光路折り曲げ状態における光学断面でそれぞれ示す。図1〜図5では、光軸AX側から順に、画面短辺方向の最大高さ、画面長辺方向の最大高さ、画面対角線方向の最大高さ、で像面IM位置にそれぞれ到達する軸外光束を示している。また、図6〜図10では、画面短辺方向の最大高さで像面IM位置に到達する軸外光束を示している。
各実施の形態の撮像光学系OPはいずれも、撮像素子SR(図21)に対して光学像IMを形成する単焦点レンズである。そして、入射光を略直角に屈曲させる第1,第2プリズムP1,P2と、その間に配置された正パワーを有するレンズ系LNと、で構成されており、2個の反射プリズムP1,P2で光軸AXが仮想的な一平面(例えば図6〜図10の紙面)に沿って2回屈曲するように配置された屈曲光学系を構成している。
第1プリズムP1は、プリズム部分P1bと、プリズム部分P1bの物体側面に接合されたレンズ部分P1aと、プリズム部分P1bの像側面に接合されたレンズ部分P1cと、で構成されており、第1プリズムP1の入射面は物体側に凹の面形状を有している。第2プリズムP2は、プリズム部分P2bと、プリズム部分P2bの物体側面に接合されたレンズ部分P2aと、プリズム部分P2bの像側面に接合されたレンズ部分P2cと、で構成されており、第2プリズムP2の入射面は物体側に凹の面形状を有している。
レンズ系LNは、2枚又は3枚の正レンズと1枚の負レンズとを有している。少なくとも1枚の正レンズで正パワー群が構成されており、1枚の負レンズで負パワー群が構成されている。第1プリズムP1の射出面に隣接するパワー群として正パワー群が配置されており、第2プリズムP2の入射面に隣接するパワー群として正パワー群が配置されている。そして、2つの正パワー群の間に負パワー群が配置されている。また、図1〜図5中の矢印mFで示すように、少なくとも1つのパワー群を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う構成になっている。
第1の実施の形態のレンズ系LN(図1,図6)は、物体側から順に、絞りSTと、第1レンズL1(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、第2レンズL2(両凹の負レンズ)から成る負パワー群と、第3レンズL3(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターFRと、で構成されている。
第2の実施の形態のレンズ系LN(図2,図7)は、物体側から順に、絞りSTと、第1レンズL1(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、第2レンズL2(両凹の負レンズ)から成る負パワー群と、第3レンズL3(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、で構成されている。なお、赤外線カット用フィルターFRは配置されていないが、プリズム入射面又はプリズム射出面に赤外線カットコートを施すか、あるいはプリズム材料自体に赤外線を吸収する材料を用いることにより、赤外線カット機能を持たせてもよい。
第3の実施の形態のレンズ系LN(図3,図8)は、物体側から順に、絞りSTと、第1レンズL1(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、第2レンズL2(両凹の負レンズ)から成る負パワー群と、第3レンズL3(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターFRと、で構成されている。
第4の実施の形態のレンズ系LN(図4,図9)は、物体側から順に、第1レンズL1(物体側に凸の正メニスカスレンズ)及び第2レンズL2(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、絞りSTと、第3レンズL3(物体側に凹の負メニスカスレンズ)から成る負パワー群と、第4レンズL4(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターFRと、で構成されている。
第5の実施の形態のレンズ系LN(図5,図10)は、物体側から順に、第1レンズL1(物体側に凸の正メニスカスレンズ)及び第2レンズL2(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、絞りSTと、第3レンズL3(像側に凹の負メニスカスレンズ)から成る負パワー群と、第4レンズL4(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターFRと、で構成されている。
以下、本発明を実施した撮像光学系の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1〜5は、前述した第1〜第5の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第1〜第5の実施の形態を表す光学構成図(図1〜図10)は、対応する実施例1〜5のレンズ構成をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号,曲率半径r(mm),軸上での面間隔d(mm),d線(波長587.56nm)に関する屈折率nd,d線に関するアッベ数vdを示す。面番号に*が付された面は非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用いた以下の式(AS)で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してE-n=×10−nである。
z=(c・h)/[1+√{1−(1+K)・c・h}]+Σ(Aj・h) …(AS)
ただし、
h:z軸(光軸AX)に対して垂直な方向の高さ(h=x+y)、
z:高さhの位置での光軸AX方向のサグ量(面頂点基準)、
c:面頂点での曲率(曲率半径rの逆数)、
K:円錐定数、
Aj(j=4,6,8,10):j次の非球面係数、
である。
各種データとして、焦点距離(f,mm),Fナンバー(Fno.),半画角(ω,°),像高(y'max,mm),レンズ全長(TL,mm),バックフォーカス(BF,mm)を示す。Fナンバー,半画角及びバックフォーカスは、レンズ全長及び物体距離(d0=∞)における実効値である。また、バックフォーカスは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表記しており、レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。さらに、フォーカスデータとして、フォーカシングにより変化する可変間隔(つまり、無限遠合焦時(d0=∞)と近接距離合焦時(d0=100mm)の軸上面間隔)を示し、また、各条件式に対応する実施例の値を表1に示す。
図11〜図20は実施例1〜実施例5の収差図である。図11〜図15は実施例1〜5の無限遠合焦状態(d0=∞)での諸収差を示しており、図16〜図20は実施例1〜5の近接距離合焦状態(d0=100mm)での諸収差をそれぞれ示している。図11〜図20のそれぞれにおいて、左側から順に、球面収差図(LONGITUDINAL SPHERICAL ABER.)、非点収差図(ASTIGMATIC FIELD CURVES)、歪曲収差図(DISTORTION)である。球面収差図は、実線で示すd線(波長587.56nm)に対する球面収差量、短い破線で示すC線(波長656.28nm)に対する球面収差量、長い破線で示すg線(波長435.84nm)に対する球面収差量を、それぞれ近軸像面からの光軸AX方向のズレ量(単位:mm,横軸スケール:-0.200〜0.200mm)で表しており、縦軸は瞳への入射高さをその最大高さで規格化した値(すなわち相対瞳高さ)を表している。非点収差図において、破線Yはd線に対するタンジェンシャル像面、実線Xはd線に対するサジタル像面を、近軸像面からの光軸AX方向のズレ量(単位:mm,横軸スケール:-0.200〜0.200mm)で表しており、縦軸は像高(IMG HT,単位:mm)を表している。
歪曲収差図において、横軸はd線に対する歪曲(単位:%,横軸スケール:-5.0〜5.0%)を表しており、縦軸は像高(IMG HT,単位:mm)を表している。なお、像高IMG HTの最大値は、像面IMにおける最大像高y'max(撮像素子SRの受光面SSの対角長の半分)に相当する。
実施例1
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -5.117 0.000 1.525 56.45
2 ∞ 3.433 1.525 56.45
3 ∞ 0.298 1.525 56.45
4* -9.386 0.112
5(絞り) ∞ 0.500
6 3.500 1.330 1.531 49.33
7 -5.000 0.787
8* -4.857 0.600 1.607 27.10
9* 4.054 d9
10* 9.611 1.975 1.532 56.57
11* -3.418 0.050
12 ∞ 0.300 1.517 64.17
13 ∞ d13
14* -18.247 0.100 1.607 27.10
15 ∞ 3.418 1.607 27.10
16* 6.016 0.400
17 ∞ 0.100 1.517 64.17
18 ∞ 0.100
像面 ∞
非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 3.4946E-03
A6=-9.8255E-05
A8= 3.3987E-06
A10= 9.6167E-08
第4面
K= 0.0
A4= 4.4700E-03
A6= 1.7029E-04
A8=-3.1054E-05
A10= 3.5086E-05
第8面
K= 0.0
A4=-1.3095E-02
A6= 3.3028E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第9面
K= 0.0
A4=-9.4446E-03
A6= 8.5964E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第10面
K= 0.0
A4= 8.3207E-04
A6= 4.7273E-05
A8= 8.9464E-06
A10=-1.7525E-06
第11面
K= 0.0
A4=-1.3020E-04
A6= 6.7620E-04
A8=-6.9850E-06
A10=-7.4777E-07
第14面
K= 0.0
A4=-9.1262E-03
A6= 5.7247E-04
A8=-2.0648E-05
A10=-6.1550E-06
第16面
K= 0.0
A4=-6.9941E-03
A6= 0.0000E+00
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
各種データ
f 5.901
Fno. 3.000
ω 29.658
y'max 3.360
TL 15.109
BF 0.560
フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d9 0.752 0.500
d13 0.894 1.147
実施例2
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -7.934 0.000 1.768 49.23
2 ∞ 3.620 1.768 49.23
3 ∞ 0.355 1.768 49.23
4* -10.540 0.805
5(絞り) ∞ d5
6 4.349 1.012 1.815 43.33
7 -20.408 0.750
8 -8.931 0.600 1.804 24.32
9 5.412 0.700
10* 6.647 1.584 1.525 56.45
11* -4.709 d11
12* -14.256 0.100 1.607 27.60
13 ∞ 3.384 1.607 27.60
14* 6.813 0.400
15 ∞ 0.100 1.517 64.17
16 ∞ 0.100
像面 ∞
非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 9.0280E-04
A6= 2.3895E-05
A8=-4.7532E-06
A10= 3.3500E-07
第4面
K= 0.0
A4= 1.3480E-03
A6=-1.0479E-04
A8= 2.9829E-05
A10=-1.9600E-06
第10面
K= 0.0
A4= 1.3224E-04
A6= 3.6821E-04
A8= 1.2316E-05
A10=-1.2100E-05
第11面
K= 0.0
A4= 2.7992E-03
A6= 3.7041E-04
A8= 1.3723E-04
A10=-2.6100E-05
第12面
K= 0.0
A4=-6.7420E-03
A6= 2.7071E-04
A8= 2.2032E-05
A10=-1.6200E-05
第14面
K= 0.0
A4=-5.8922E-03
A6= 0.0000E+00
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
各種データ
f 5.900
Fno. 3.000
ω 29.661
y'max 3.360
TL 15.199
BF 0.550
フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d5 0.745 0.500
d11 0.995 1.240
実施例3
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -5.934 0.000 1.525 56.45
2 ∞ 3.389 1.849 33.11
3 ∞ 0.255 1.525 56.45
4* -13.149 0.313
5(絞り) ∞ 0.500
6 3.885 1.060 1.701 47.99
7 -11.520 0.741
8* -11.141 0.600 1.607 27.10
9* 3.524 d9
10* 7.519 1.884 1.525 56.45
11* -3.727 0.050
12 ∞ 0.300 1.517 64.17
13 ∞ d13
14* -11.880 0.100 1.583 29.90
15 ∞ 3.398 1.850 40.00
16 ∞ 0.100 1.583 29.90
17* 6.263 0.400
18 ∞ 0.100 1.517 64.17
19 ∞ 0.100
像面 ∞
非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 3.4627E-03
A6=-1.0819E-04
A8= 5.6463E-07
A10= 1.6782E-07
第4面
K= 0.0
A4= 4.0674E-03
A6=-7.0872E-04
A8= 3.4454E-04
A10=-6.1112E-05
第8面
K= 0.0
A4=-1.0957E-02
A6= 6.9421E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第9面
K= 0.0
A4=-8.7710E-03
A6= 8.9598E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第10面
K= 0.0
A4= 7.5247E-04
A6= 5.8420E-05
A8= 1.4003E-05
A10=-5.9029E-06
第11面
K= 0.0
A4= 2.1554E-03
A6= 2.6520E-04
A8= 6.4542E-05
A10=-1.2244E-05
第14面
K= 0.0
A4=-6.6764E-03
A6= 3.6403E-04
A8= 8.3826E-06
A10=-1.0961E-05
第17面
K= 0.0
A4=-7.4111E-03
A6= 0.0000E+00
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
各種データ
f 5.900
Fno. 3.000
ω 29.661
y'max 3.360
TL 14.986
BF 0.556
フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d9 0.809 0.564
d13 0.930 1.175
実施例4
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -8.928 0.000 1.754 51.60
2 ∞ 4.196 1.754 51.60
3 ∞ 0.500 1.754 51.60
4* 29.147 0.100
5 5.151 0.584 1.847 23.80
6 5.807 0.200
7 3.332 1.000 1.651 55.93
8* -31.867 0.150
9(絞り) ∞ 1.290
10* -2.757 0.600 1.847 23.80
11* -6.547 d11
12* 4.731 2.168 1.487 70.40
13* -3.148 0.050
14 ∞ 0.300 1.517 64.17
15 ∞ d15
16* -5.680 0.100 1.682 54.42
17 ∞ 3.364 1.682 54.42
18* 5.610 0.400
19 ∞ 0.100 1.517 64.17
20 ∞ 0.100
像面 ∞
非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 3.2352E-03
A6=-1.2253E-04
A8= 4.4719E-06
A10=-6.8483E-08
第4面
K= 0.0
A4= 4.4952E-03
A6= 5.7967E-05
A8= 6.9903E-06
A10= 6.4427E-06
第8面
K= 0.0
A4=-2.4011E-03
A6= 2.7807E-05
A8=-8.3182E-05
A10= 1.9177E-05
第10面
K= 0.0
A4= 2.4555E-02
A6=-4.2439E-03
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第11面
K= 0.0
A4= 1.7981E-02
A6=-2.0334E-03
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第12面
K= 0.0
A4=-7.0179E-03
A6= 7.4670E-04
A8=-7.7546E-06
A10= 0.0000E+00
第13面
K= 0.0
A4= 5.5182E-03
A6= 4.8806E-04
A8= 3.5935E-05
A10= 5.0591E-06
第16面
K= 0.0
A4=-1.7693E-03
A6= 9.8615E-04
A8=-7.5299E-05
A10=-1.2959E-07
第18面
K= 0.0
A4=-8.2257E-03
A6=-3.6133E-04
A8= 9.3060E-05
A10=-4.6862E-06
各種データ
f 6.200
Fno. 3.000
ω 28.455
y'max 3.360
TL 17.308
BF 0.559
フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d11 1.125 0.941
d15 1.022 1.206
実施例5
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -9.371 0.000 1.525 56.45
2 ∞ 5.190 1.525 56.45
3 ∞ 0.500 1.525 56.45
4* 2.813 0.452
5 4.222 2.000 1.783 24.61
6 5.169 0.200
7 3.009 1.311 1.532 56.57
8* -3.383 0.150
9(絞り) ∞ 0.838
10* 65.418 0.600 1.607 27.10
11* 2.604 d11
12* 4.863 1.872 1.532 56.57
13* -4.236 0.050
14 ∞ 0.30 1.517 64.17
15 ∞ d15
16* -166.541 0.663 1.607 27.10
17 ∞ 3.383 1.607 27.10
18* 6.103 0.400
19 ∞ 0.100 1.517 64.17
20 ∞ 0.126
像面 ∞
非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 2.4038E-03
A6=-9.6979E-05
A8= 2.9376E-06
A10=-4.8813E-08
第4面
K= 0.0
A4= 5.3244E-03
A6=-6.6668E-05
A8= 6.9887E-05
A10=-1.4599E-05
第8面
K= 0.0
A4= 1.4750E-02
A6=-3.2415E-03
A8= 1.1006E-03
A10=-1.8811E-04
第10面
K= 0.0
A4=-7.5633E-03
A6=-4.5409E-03
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第11面
K= 0.0
A4=-2.4244E-02
A6= 1.8499E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第12面
K= 0.0
A4=-2.7218E-03
A6= 4.1767E-04
A8=-7.1888E-05
A10= 3.9475E-06
第13面
K= 0.0
A4= 9.1236E-04
A6=-8.9090E-06
A8=-3.3174E-06
A10=-1.8336E-07
第16面
K= 0.0
A4=-5.5126E-03
A6=-5.3005E-05
A8=-2.6405E-05
A10=-2.5136E-06
第18面
K= 0.0
A4=-6.3172E-03
A6=-4.6837E-05
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
各種データ
f 4.650
Fno. 3.000
ω 35.851
y'max 3.360
TL 19.708
BF 0.589
フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d11 0.680 0.500
d15 0.931 1.111
DU 画像入力機能付きデジタル機器
OU 撮像光学装置
OP 撮像光学系
P1 第1プリズム(反射プリズム)
P2 第2プリズム(反射プリズム)
RL1 反射面
RL2 反射面
LN レンズ系
Lp 正パワー群
Ln 負パワー群
ST 絞り
SR 撮像素子
SS 受光面
IM 像面(光学像)
AX 光軸
1 信号処理部
2 制御部
3 メモリ
4 操作部
5 表示部

Claims (15)

  1. 撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系であって、
    入射光を略直角に屈曲させる反射プリズムを2個有しており、そのうち、光路上物体側に位置する反射プリズムを第1プリズムとし、光路上像側に位置する反射プリズムを第2プリズムとするとき、前記第1プリズムの入射面での光軸と、前記第2プリズムの射出面での光軸と、が略平行であり、
    前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に少なくとも1つのパワー群を構成するレンズ要素を有しており、前記第2プリズムの入射面に最も近いパワー群が正パワー群であり、前記第2プリズムの入射面が物体側に凹の面形状を有しており、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする撮像光学系;
    -4.2<fp2/f<-0.2 …(1)
    0.2<|f_lp/fp2|<1.5 …(2)
    ただし、
    fp2:第2プリズムの焦点距離、
    f:撮像光学系全体の焦点距離、
    f_lp:第2プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
    である。
  2. 前記2個の反射プリズムの反射面間の光路上に、絞りと、その絞りよりも像側に位置する少なくとも1つの負パワー群と、を有することを特徴とする請求項1記載の撮像光学系。
  3. 以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項2記載の撮像光学系;
    0.5<|f_ln/f_lp|<1.5 …(3)
    ただし、
    f_ln:絞りよりも像側に位置する負パワー群の焦点距離、
    である。
  4. 前記正パワー群が、以下の条件式(4)を満たす正レンズを少なくとも1枚有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像光学系;
    0.56<nd_lp/nd_p2<0.97 …(4)
    ただし、
    nd_lp:正レンズの屈折率、
    nd_p2:第2プリズムの反射面を構成しているプリズム材料の屈折率、
    である。
  5. 前記正パワー群が、以下の条件式(5)を満たす正レンズを少なくとも1枚有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像光学系;
    1.1<νd_lp/νd_p2<4 …(5)
    ただし、
    νd_lp:正レンズのアッベ数、
    νd_p2:第2プリズムの反射面を構成しているプリズム材料のアッベ数、
    である。
  6. 前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に駆動させる少なくとも1つの光学部材が位置することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  7. 前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に移動させる複数の光学部材が位置することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  8. 前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、ガラス材料から成ることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  9. 前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、樹脂材料から成ることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  10. 前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、複合材料から成ることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  11. 前記2個の反射プリズムのうちの少なくとも1つが、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  12. 前記2個の反射プリズムで挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  13. 前記2個の反射プリズムのいずれかに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の撮像光学系。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の撮像光学系と、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像光学装置。
  15. 請求項14記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。
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