光学設計の過程において、光学系の性能最適化と公差解析は分離されており、理論上性能の良い系は公差が厳しすぎる場合があるため、光学系の感度低減設計が重要です。スマートフォンレンズは通常、偶数次非球面を採用してシステムの収差および全長を低減しますが、高次項の導入により光学面のずれによる画質劣化が深刻です。本稿では、偶数次非球面を含むスマートフォンレンズに対し、ノード収差理論に基づく感度低減設計手法を提案します。まず、ノード収差理論に基づき、偶数次非球面の円錐曲面基底部のずれ時における三次コマ収差および乱視のZernike係数の変化を解析しました。次に、偶数次非球面の高次項がずれによって導入する波面収差の変化量を計算するため、開口座標変換によりずれた状態の光学面の開口図を取得し、開口座標の変化に基づき波面収差の変化量を算出しました。最後に、偶数次非球面光学系に適用可能な実性能モデルを構築し、このモデルを用いて4枚構成のスマートフォンレンズを設計しました。公差解析結果は、5 μmの偏芯および5′の傾斜公差範囲内で、30分の最適化後、RMS波面収差の平均値がデフォルト設計法に比べて33%低減し、本設計手法の有効性を検証しました。

ノード収差理論;感度低減設計;非球面;スマートフォンレンズ