(57)【要約】【課題】中心部分と周辺部分での解像度の逆転、及び、Ｓ方向とＴ方向の解像度の逆転を解消した薄型の光学系及びこれを用いる撮像装置を提供する。【解決手段】軸外における放射方向（Ｔ方向）のデフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔと、軸外における接線方向（Ｓ方向）のデフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓが異なる。軸上デフォーカスＭＴＦのピーク位置及び軸外におけるＳ方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓは、ベストピント位置にあり、Ｔ方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔがベストピント位置からプラス側にシフトしていることにより、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦよりも小さく、かつ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも小さく、違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲を拡張する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸外において、放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置と、接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置が異なることを特徴とする光学系。
【請求項２】
像を結像するイメージセンサのナイキスト周波数の１／４の空間周波数において、軸外の放射方向のデフォーカスＭＴＦの値が０．２以上になるデフォーカスの範囲をＷｔ、軸外の接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置を基準とした軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置のシフト量をＤｖとするときに、Ｄｖ≧０．０５Ｗｔを満たすことを特徴とする請求項１記載の光学系。
【請求項３】
軸上における放射方向及び接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置、及び軸外における接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置がほぼベストピント位置にあり、
軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置が前記ベストピント位置からプラスまたはマイナス方向にシフトしていることを特徴とする請求項１または２記載の光学系。
【請求項４】
任意の像高において、放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置がシフトした方向が同じであることを特徴とする請求項２または３記載の光学系。
【請求項５】
放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク値が小さいほど前記シフト量が大きいことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置のシフト量をＤｖ、軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦの値が０．２以上になるデフォーカスの範囲をＷｔ、軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク値をＰ１、軸上における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク値をＰ０とするときに、前記シフト量ＤｖがＤｖ≧０．０５Ｗｔ×（Ｐ０／Ｐ１）を満たすことを特徴とする請求項６記載の光学系。
【請求項７】
焦点距離に対する光学全長の比が１．１以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
最大主光線角度が３５度以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学系を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
軸上におけるデフォーカスＭＴＦが軸外におけるデフォーカスＭＴＦよりも大きく、かつ、軸外におけるＴ方向のデフォーカスＭＴＦが軸外におけるＳ方向のデフォーカスＭＴＦよりも小さい範囲内に全ての被写体が収まるように焦点調節を行う自動焦点調節手段を備えることを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に用いる光学系に関するものであり、さらに詳しくは、光学全長が短く薄型の光学系及びこれを用いる撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の携帯端末に薄型のデジタルカメラが標準的に搭載されている。また、専用機であるデジタルカメラにおいても、薄型のコンパクトデジタルカメラが普及している。また、こうした薄型のデジタルカメラにおいても、大画面で高画質な画像を撮影することが求められており、レンズ等の光学系やイメージセンサの画素数の向上が望まれている。また、携帯電話機等に搭載されるデジタルカメラは、紙面の文字列等の近景や風景や人物等の遠景、あるいはこれらの混在した被写体等、様々な被写体の撮影に利用されるが、サイズやコストの点からズーム機構等の複雑な機構を組み込むことが難しい。このため、携帯電話機等に搭載されるデジタルカメラでは、ズーム機構等によらずに様々な被写体を大画面かつ高画質に撮影できることが求められている。
【０００３】
一方、薄型化により、イメージセンサの撮像面と光学系（レンズ）との距離が近くなると、撮像面の周辺部分で主光線角度（Chief Ray Angle；ＣＲＡ）が大きいので、周辺部分の解像度が中心部分の解像度よりも低下しやすい等、周辺部分で画質が劣化しやすい。周辺部分での画質を改善した光学系としては、例えば、結像面を意図的に湾曲させておくことにより、像高によらずほぼ一定の解像度が得られるようにした光学系が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４９９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、薄型のデジタルカメラでは周辺部分で解像度が低下しやすいという問題があるが、単に周辺部分での解像度を向上させれば良いわけではない。人間の視覚は、中心部分の解像度が大きく周辺部分の解像度が低いので、例えば、中心部分と周辺部分とで解像度の大きさが逆転し、周辺部分の解像度が中心部分よりも大きくなると、撮影した画像に違和感を覚えるようになる。したがって、周辺部分の解像度を向上させる場合、周辺部分の解像度が中心部の解像度を大きく超えることは好ましくない。
【０００６】
また、同様の理由から、放射方向（タンジェンシャル方向。以下、Ｔ方向という）と接線方向（サジタル方向。以下、Ｓ方向という）を比較すると、人間の視覚はＴ方向の解像力の低下（いわゆる像のボケ）に寛容である。但し、これはＳ方向の解像度がＴ方向の解像度を上回る場合であり、Ｔ方向の解像度とＳ方向の解像度が逆転し、Ｔ方向の解像度がＳ方向の解像度を上回る場合には、解像度の大きさによらず、画像に違和感を覚えるようになる。このため、視覚がＴ方向の解像度低下に寛容であるとはいえ、Ｔ方向の解像度がＳ方向の解像度を大きく上回ることは好ましくない。
【０００７】
特許文献１に記載の光学系は、結像面を球面状に意図的に湾曲させておくことにより焦点深度や解像度の面内均一性を向上させている。これは、湾曲させた光学系の結像面とイメージセンサの平面状の撮像面とのギャップが小さい場合、すなわちＣＲＡの最大値が比較的小さい場合（例えば、特許文献１に記載のようにＣＲＡが最大２０度程度の場合）に有効な方法である。しかし、ＣＲＡがさらに大きい薄型の光学系（例えば、ＣＲＡが３５度以上になる光学系）に適用すると、湾曲した結像面と平面状の撮像面のギャップが大きくなり、解像度の面内均一性が向上したとしても、全体的に解像度が低下してしまうという弊害のほうが大きい。
【０００８】
また、近年の薄型デジタルカメラには自動的に焦点調節を行うオートフォーカス機能（以下、ＡＦという）が搭載されていることも多いが、ＡＦの精度が悪い場合には必ずしもベストピントで撮影されるとは限らない。こうしたデフォーカス状態での撮影では、上述のような解像度の面内不均一性や、Ｔ方向とＳ方向の解像度の逆転による画質の低下がより顕著になる。これは手動の焦点調節に失敗した場合や、焦点調節機能がない光学系を用いた撮影においても同様である。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、中心部分と周辺部分での解像度の逆転、及び、Ｓ方向とＴ方向の解像度の逆転を解消した薄型の光学系及びこれを用いる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学系は、軸外において、放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置と、接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置が異なることを特徴とする光学系。
【００１１】
像を結像するイメージセンサのナイキスト周波数の１／４の空間周波数において、軸外の放射方向のデフォーカスＭＴＦの値が０．２以上になるデフォーカスの範囲をＷｔ、軸外の接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置を基準とした軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置のシフト量をＤｖとするときに、Ｄｖ≧０．０５Ｗｔを満たすことが好ましい。
【００１２】
軸上における放射方向及び接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置、及び軸外における接線方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置がほぼベストピント位置にあり、軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置が前記ベストピント位置からシフトしていることが好ましい。
【００１３】
任意の像高において、放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置がシフトした方向が同じであることが好ましい。
【００１４】
放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク値が小さいほど前記シフト量が大きいことが好ましい。
【００１５】
軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク位置のシフト量をＤｖ、軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦの値が０．２以上になるデフォーカスの範囲をＷｔ、軸外における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク値をＰ１、軸上における放射方向のデフォーカスＭＴＦのピーク値をＰ０とするときに、前記シフト量ＤｖがＤｖ≧０．０５Ｗｔ×（Ｐ０／Ｐ１）を満たすことが好ましい。
【００１６】
焦点距離に対する光学全長の比が１．１以下であることが好ましい。
【００１７】
最大主光線角度が３５度以上であることが好ましい。
【００１８】
本発明の撮像装置は、上述の光学系を備えることを特徴とする。
【００１９】
軸上におけるデフォーカスＭＴＦが軸外におけるデフォーカスＭＴＦよりも大きく、かつ、軸外におけるＴ方向のデフォーカスＭＴＦが軸外におけるＳ方向のデフォーカスＭＴＦよりも小さい範囲内に全ての被写体が収まるように焦点調節を行う自動焦点調節手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、中心部分と周辺部分での解像度の逆転、及び、Ｓ方向とＴ方向の解像度の逆転を解消した薄型の光学系及びこれを用いる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光学系の構成を示す説明図である。
【図３】薄型でない通常の光学系のＭＴＦを示すグラフである。
【図４】薄型でない光学系のデフォーカスに対するＭＴＦの変化を示すグラフである。
【図５】薄型の光学系のＭＴＦを示すグラフである。
【図６】薄型の光学系のデフォーカスに対するＭＴＦの変化を示すグラフである。
【図７】Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置をシフトさせた薄型光学系のデフォーカスＭＴＦを示すグラフである。
【図８】Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置をマイナス側にシフトさせた薄型光学系のデフォーカスＭＴＦを示すグラフである。
【図９】Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置をシフトさせた薄型光学系のデフォーカスＭＴＦを示すグラフである。
【図１０】Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置とＳ方向の軸外でフォーカスＭＴＦのピーク位置を互いに逆方向にシフトさせた薄型光学系のデフォーカスＭＴＦを示すグラフである。
【図１１】中間像高におけるＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト量を模式的に示す説明図である。
【図１２】ピーク値に応じてＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト量Ｄｖが異なる例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、撮像装置１０は、光学系１１、イメージセンサ１２、ＡＦ部１３、画像処理部１４、表示部１６、メモリ１７等を備える。
【００２３】
光学系１１は、イメージセンサ１２の撮像面に被写体の像を結像させる。撮像装置１０は、例えば携帯電話機等に搭載される薄型のデジタルカメラであるため、光学系１１もまた薄型であり、イメージセンサ１２に近接して配置される。以下、一例として、光学系１１は、イメージサークルがφ４．５６ｍｍ（１０割像高２．２８ｍｍ）であり、イメージセンサ１２よりも大きいものとする。
【００２４】
イメージセンサ１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳデバイスであり、複数の画素が二次元に配列された撮像面に、光学系１１によって被写体像が結像される。イメージセンサ１２は、撮像面に結像された像を光電変換し、画像データをＡＦ部１３や画像処理部１４に出力する。以下では、一例として、イメージセンサ１２のサイズは１／４インチ、画素ピッチは１．４μｍ（５Ｍピクセル，２６００×１９６０画素，３．６４０ｍｍ×２．７４４ｍｍ）であるとする。この場合、イメージセンサ１２の画素ピッチから定まるナイキスト周波数Ｎｙは約３６０本／ｍｍであり、イメージセンサ１２としては約３６０本／ｍｍ以下の空間周波数の像が解像可能である。特に良好に解像されるナイキスト周波数Ｎｙの１／４（以下、Ｎｙ／４という）は約９０本／ｍｍであるため、後述するデフォーカスに対するＭＴＦは、Ｎｙ／４の空間周波数を基準として評価する。
【００２５】
ＡＦ部１３は、入力される画像データ等に基づいて、適切な焦点距離を自動的に判別し、その結果を光学系１１に入力する。光学系１１は、ＡＦ部１３から入力される信号に基づいてレンズＬ１等を駆動し、焦点調節を行う。また、ＡＦ部１３が行う適切な焦点距離の判別は、後述する光学系１１の特性に応じた所定の範囲内で行われる。画像処理部１４は、イメージセンサ１２で得られた画像データに、ガンマ補正処理等の各種画像処理を施す。画像処理部１４によって画像処理が施された画像データは、表示部１６に表示されたり、メモリ１７に記憶される。
【００２６】
図２（Ａ）に示すように、光学系１１は、実質的に１以上のレンズからなる光学系であり、例えば、絞り（図示しない）と、レンズ群Ｌ０及び補正レンズＬ１とからなる。実質的に１以上のレンズからなる光学系とは、１以上のレンズまたはレンズ群以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等、レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子（イメージセンサ１２）の一部または全部、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を持つものを含む。
【００２７】
レンズ群Ｌ０は、概ね２〜５枚程度の複数のレンズからなり、全体として所定の焦点距離（例えば、〜３ｍｍ）を有するレンズ群である。また、補正レンズＬ１は、光学系１１のＭＴＦを補正するためのレンズである。具体的には、補正レンズＬ１は、レンズ群Ｌ０のフォーカスのシフトに対するＭＴＦの態様を補正するためのレンズである。例えば、後述するように、補正レンズＬ１は、光軸外におけるＴ方向のフォーカスシフトに対するＭＴＦのピーク位置を補正する。
【００２８】
一方、図２（Ｂ）に示す光学系１９は、光学系１１との比較のために示す通常の光学系であり、光学全長は長い。光学系１９は、絞り、レンズ群Ｌ２、レンズＬ３とからなり、レンズ群Ｌ２は薄型の光学系１１のレンズ群Ｌ０よりも焦点距離が長い（例えば、４ｍｍ〜）。また、レンズＬ３は、薄型の光学系１１の補正レンズＬ１に対応するレンズであるが、レンズＬ２は補正レンズＬ１のように光学系ＭＴＦを補正する作用はないものとする。
【００２９】
撮像装置１０の光学系１１と通常の光学系１９を比較すると、光学系１１は薄型であり、光学全長（焦点距離）は短いが、通常の光学系１９と同じ像高の像を結像する。このため、光学系１１の最大主光線角度ＣＲＡ１は大きい。例えば、光学系１９の最大主光線角度ＣＲＡ２と比較すると、光学系１１の最大主光線角度ＣＲＡ１は、光学系１９の最大主光線角度ＣＲＡ２よりも大きい（ＣＲＡ１＞ＣＲＡ２）。
【００３０】
なお、本明細書において、最大主光線角度が大きいとは最大主光線角度が概ね３５度以上（ＣＲＡ≧３５度）のものを言う。また、本明細書では、薄型の光学系とは、光学全長と焦点距離の比が小さい（約１程度）ものをいい、例えば、光学全長と焦点距離の比が１．１以下（光学全長／焦点距離≦１．１）を概ね満たすものである。但し、これらは携帯電話機等の携帯端末に搭載される薄型のデジタルカメラにおいて求められている性能であるが、現実的な光学系１１に課される薄型という点についての制約は、撮像装置１０を搭載する携帯端末等の具体的な構成に依存する。したがって、前述のＣＲＡ≧３５度や光学全長／焦点距離≦１．１の条件が必ずしも厳密に満たされなければならないということではない。例えば、最大主光線角度ＣＲＡが２０〜３５度程度、光学全長／焦点距離が１〜２程度の光学系においても、後述するように、補正レンズＬ１によってフォーカスシフトに対するＭＴＦの変化態様を補正することにより本発明の効果を奏することがある。
【００３１】
図３に示すように、通常の光学系（焦点距離４ｍｍ）のＭＴＦは、空間周波数の増大にともなって減少する。また、撮影した画像の中心部分に対応する光軸上でのＭＴＦ（以下、軸上ＭＴＦという）は、Ｓ方向とＴ方向とでほぼ一致する。一方、撮影した画像の周辺部分に対応する光軸外でのＭＴＦ(以下、軸外ＭＴＦという）の減少率はＳ方向とＴ方向とで異なり、Ｔ方向におけるＭＴＦの減少率のほうが大きい。
【００３２】
また、図４に示すように、Ｎｙ／４の空間周波数において、フォーカスのシフト（以下、デフォーカス）に対するＭＴＦ（以下、デフォーカスＭＴＦという）の変化をみると、デフォーカスの量が大きくなるほど、軸上デフォーカスＭＴＦ及び軸外デフォーカスＭＴＦは、ともに小さくなる。このとき、ベストピント位置を含む大部分において、軸上デフォーカスＭＴＦは軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きいが、デフォーカスの量が大きい部分では、軸上デフォーカスＭＴＦと軸外デフォーカスＭＴＦの大小関係が逆転し、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦを上回ることがある。なお、ベストピント位置とは、Ｎｙ／４の空間周波数において、軸上デフォーカスＭＴＦのピーク位置であり、図４ではデフォーカス０μｍがベストピント位置である。
【００３３】
上述のように、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦを上回る焦点位置で撮影すると、画像の中心部分の解像度よりも周辺部分の解像度が大きくなり、違和感を感じる画像になる。このため、焦点調節は、軸外デフォーカスＭＴＦと軸上デフォーカスＭＴＦの大小関係が逆転しない範囲で行うことが好ましい。
【００３４】
さらに、軸外デフォーカスＭＴＦは、Ｔ方向とＳ方向とでデフォーカスに対するＭＴＦの減少の仕方が異なる。具体的には、ベストピント位置を含む領域Ｅ１では、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きいが、デフォーカスの量が大きくなると、領域Ｅ２のようにＳ方向とＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが逆転し、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦの値がＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦの値を上回ることがある。このように、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦとＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが逆転し、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦを上回ると、撮影した画像の周辺部分に違和感を感じる画像になる。このため、焦点調節は、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも小さい範囲内で行うことが好ましい。
【００３５】
こうしたことから、焦点調節は、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦよりも小さく、かつ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも小さい範囲内で行うことが好ましい。図４に示す焦点距離４ｍｍの通常の光学系の場合、この条件を満たすデフォーカス量の範囲は約４５μｍである。また、通常の撮影画像においては、ＭＴＦが０．２よりも小さい像は解像度が不十分であり、視認することは難しいとされる。このため、ＭＴＦが０．２よりも小さければ、そもそも像がボケているために、軸外デフォーカスＭＴＦと軸上デフォーカスＭＴＦの逆転や、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦとＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦ逆転による違和感は感じにくい。焦点距離４ｍｍの通常の光学系の場合、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦを上回ったり、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きくなるデフォーカスの範囲では、ＭＴＦはほぼ０．２よりも小さく、ＭＴＦが０．２以上の範囲でＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦとＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦ逆転していてもこれらの差は小さい。したがって、通常の光学系では、軸外デフォーカスＭＴＦと軸上デフォーカスＭＴＦの逆転や、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦとＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦ逆転が生じても、違和感は感じにくい。
【００３６】
一方、補正レンズＬ１を用いずに単に薄型化した光学系（焦点距離３ｍｍ）の場合、次のような不具合が生じる。例えば、図５に示すように、薄型の光学系では、前述の通常の光学系（図３参照）と同様に、空間周波数の増大にともなって、軸上ＭＴＦ，軸外ＭＴＦともに減少する。但し、軸上ＭＴＦ及びＳ方向の軸外ＭＴＦは、通常の光学系とほぼ同様であるが、薄型光学系のＴ方向の軸外ＭＴＦは、通常の光学系のものよりも急峻に減少する。これは、薄型であることによって、最大主光線角度が増大して、周辺部分に結像する光に光量欠損（いわゆるケラレ）が生じ易くなるためである。
【００３７】
図６に示すように、薄型の光学系のデフォーカスＭＴＦをみると、軸上デフォーカスＭＴＦ及びＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦについては通常の光学系のデフォーカスＭＴＦとほぼ同様であるが、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦの特徴が顕著に相違する。具体的には、薄型の光学系の場合、軸上デフォーカスＭＴＦやＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦと比較して、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦは、デフォーカス量に対する減少の仕方が緩やかである。これにより、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦよりも小さくなる範囲は、通常の光学系（図４参照）に比べて小さくなる。
【００３８】
また、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも小さい領域Ｅ１の幅は減少し、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きくなる領域Ｅ２の幅は拡大される。このとき、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きくなる領域Ｅ２は、通常の光学系と比べてＭＴＦが０．２以上の範囲が大きくなるとともに、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦとＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが逆転するのみならず、そのギャップも通常の光学系（図４参照）と比較して大きくなる。こうしたことから、薄型の光学系では、軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦよりも小さく、かつ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも小さい、違和感のない画像を撮影可能なデフォーカス量の範囲は約４０μｍと、通常の光学系よりも狭くなる。ここでは、薄型の光学系として焦点距離が３ｍｍの例を示したが、より薄型化した光学系では上述の傾向がより強く現れる。
【００３９】
上述のことから、撮像装置１０に搭載する薄型の光学系１１では補正レンズＬ１によって以下の特性を持つようにすることにより、薄型でありながら、軸上デフォーカスＭＴＦが軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きく、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスよりも小さい範囲を拡張する。
【００４０】
図７に示すように、薄型の光学系１１は、前述の薄型の光学系（図６参照）と同じ焦点距離３ｍｍの光学系であるが、補正レンズＬ１によってＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔを、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓに対してプラス方向にシフトさせた光学系となっている。このように、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをベストピント位置からシフトさせると、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのグラフとＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのグラフの交点の位置が変化し、軸上デフォーカスＭＴＦが軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きく、かつ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスよりも小さい範囲は約４７μｍとなり、前述の薄型の光学系（図６参照。４０μｍ）に比べて違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲が拡張される。なお、前述の通常の光学系（図４参照）や単に薄型化だけをした光学系（図６参照）等では、軸上デフォーカスＭＴＦのピーク位置、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔ、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓは、いずれもベストピント位置である。
【００４１】
上述のように、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトして、違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲を拡張するには、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト量をＤｖ、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが０．２以上となるデフォーカスの範囲をＷｔとするときに、シフト量Ｄｖは、０．０５Ｗｔ以上であることが好ましい（Ｄｖ≧０．０５Ｗｔ）。シフト量Ｄｖが０．０５Ｗｔよりも小さい場合には、違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲を拡張範囲が小さく、その効果を実感し難いからである。また、シフト量Ｄｖは、０．５Ｗｔ以下であることが好ましい。これは、シフト量Ｄｖが大きすぎると、ベストピント位置近傍でＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦの値が小さくなりすぎ、画像周辺部分において常にＴ方向に像がボケてしまうからである。シフト量Ｄｖが概ね０．５Ｗｔ以下であれば、画像周辺部分に置いてＴ方向に像がボケすぎず、かつ、違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲を拡張することができる。
【００４２】
なお、撮像装置１０のＡＦ部１３は、単に主要被写体がベストピントとなるように焦点調節を行うのではなく、上述の軸上デフォーカスＭＴＦが軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きく、かつ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦよりも小さい範囲内（図７における４７μｍの範囲内）に、全ての被写体が収まるように焦点調節を行う。これにより、遠近の被写体が混在し、ベストピントで撮影されない被写体があったとしても、全範囲で違和感がない画像を得ることができる。
【００４３】
なお、上述の実施形態では、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをプラス方向にシフトさせる例を説明したが、図８に示すように、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをマイナス側にシフトさせても良い。この場合も、上述と同様に、軸上デフォーカスＭＴＦが軸外デフォーカスＭＴＦよりも大きく、かつ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦがＳ方向の軸外デフォーカスよりも小さい範囲を拡張することができる。
【００４４】
なお、上述の実施形態では、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトさせることによって、違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲を拡張する例を説明したが、図９に示すように、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトさせずに、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓをシフトさせたり、図１０に示すように、Ｔ方向の軸外でフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト方向（例えばプラス側）とは反対側にＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓをシフトさせても良い。但し、図９や図１０のように、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦは軸上デフォーカスＭＴＦとほぼ同様の変化をするので、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦをシフトさせると、軸上デフォーカスＭＴＦよりもＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが上回る範囲が大きくなり、違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲をかえって狭めてしまうことがある。このため、上述の実施形態のように、主としてＴ方向の軸上でフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトさせることが好ましく、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置をシフトさせる場合には、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦを超える範囲が拡大しない範囲内で行うことが好ましい。Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトさせ、かつ、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが軸上デフォーカスＭＴＦを超える範囲が拡大しない範囲内でＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｓをシフトさせれば、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔだけをシフトさせた場合よりもさらに違和感がない画像が得られるデフォーカスの範囲を拡張することができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態では、像高１０割（最大主光線角度）の位置におけるＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトさせる例を説明したが、図１１に示すように、中間像高におけるＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔは、いずれも同じ方向（例えば図１１のように全てプラス側）にシフトしていることが好ましい。これは、像高によってＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト方向が異なると、ある像高でだけＴ方向の解像度が高い等、像高の増大に対して解像度が一定に減少しないことが多くなり、違和感がある画像になりやすいからである。さらに、同様の理由から、各像高におけるＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト量Ｄｖは、像高の増大に応じて単調に増大することが好ましい。例えば、図１１においては、像高Ｙ＝１０％におけるピーク位置Ｖｔのシフト量Ｄｖ（Ｙ＝１０％）、像高Ｙ＝５０％におけるピーク位置Ｖｔのシフト量Ｄｖ（Ｙ＝５０％）、像高Ｙ＝９０％におけるピーク位置Ｖｔのシフト量Ｄｖ（Ｙ＝９０％）とすれば、Ｄｖ（Ｙ＝９０％）≧Ｄｖ（Ｙ＝５０％）≧Ｄｖ（Ｙ＝１０％）である。これ以外の像高に関しても同様である。
【００４６】
また、各像高における、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔは、各像高におけるＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦやＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦの曲線形状等に応じて、各々に異なっていても良い。但し、いずれの像高においても、各像高のＳ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが０．２以上となるデフォーカス範囲Ｗｔを基準として、シフト量Ｄｖが０．０５Ｗｔ以上であることが好ましい（Ｄｖ≧０．０５Ｗｔ）。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク値（ピーク位置ＶｔにおけるＭＴＦ値）によらず、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔをシフトさせる例を説明したが、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置Ｖｔのシフト量Ｄｖは、ピーク値が小さいほど大きいことが好ましい。例えば、図１２に示すように、ピーク値が大きい場合のピーク位置Ｖｔ１のシフト量をＤｖ１、ピーク値が小さい場合のピーク位置Ｖｔ２のシフト量Ｄｖ２を比較すると、シフト量Ｄｖ２は、シフト量Ｄｖ１よりも大きい（Ｄｖ２＞Ｄｖ１）。より具体的には、軸上デフォーカスＭＴＦのピーク値Ｐ０を基準とし、Ｓ方向の軸外デフォーカスＭＴＦが０．２以上のデフォーカス範囲をＷｔ、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク値をＰ１とするときに、シフト量Ｄｖは０．０５Ｗｔ×（Ｐ０／Ｐ１）以上であることが好ましい（Ｄｖ≧０．０５Ｗｔ×（Ｐ０／Ｐ１））。これは、ピーク値が小さいほどＴ方向の軸外デフォーカスＭＴＦはブロードになるので、Ｔ方向の軸外デフォーカスＭＴＦのピーク位置をシフトさせたことによって違和感がない画像が得られるデフォーカス範囲が拡張された効果を視認できる程度に十分に得るためには、相応に大きくピーク位置Ｖｔをシフトさせる必要があるからである。シフト量Ｄｖが０．０５Ｗｔ×（Ｐ０／Ｐ１）よりも小さい場合には、違和感がない画像が得られるデフォーカス範囲が拡張されていても、その範囲の増加分は微小であり、顕著な効果は現れにくい。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、薄型の光学系１１として、焦点距離が３ｍｍのものを例示したが、光学系１１の焦点距離は任意であり、これを搭載する撮像装置１０によるものである。
【００４９】
なお、上述の実施形態で説明した薄型の光学系１１は、例えば、以下の表１（焦点距離３ｍｍ，プラス方向にシフト），表２（焦点距離３ｍｍ，マイナス方向にシフト），表３（焦点距離２ｍｍ，プラス方向にシフト）に示すように、補正レンズＬ１の少なくとも１つの面を非球面にすることにより実現することができる。下記表１，２では１つの面を非球面とする例を示しているが、レンズＬ１の両面を非球面としても良く、２以上のレンズを用いる場合には、これらのレンズのうち、少なくとも１面を非球面とすることにより、上述の実施形態で説明した薄型の光学系１１の性能を得ることができる。
【００５０】
【表１】
2014219426.tif 000003
【００５１】
なお、表１において、曲率半径及び半径の単位はｍｍである。また、面番号２及び３のレンズ群Ｌ０は、シミュレーション用の理想レンズ（焦点距離３ｍｍ）であり、収差及び厚みはない（厚み０ｍｍ）。これは下記表２においても同様である。
【００５２】
【表２】
2014219426.tif 000004
【００５３】
【表３】
2014219426.tif 000005
【００５４】
なお、表３において、曲率半径及び半径の単位はｍｍである。また、面番号２及び３のレンズ群Ｌ０は、シミュレーション用の理想レンズ（焦点距離２ｍｍ）であり、収差及び厚みはない（厚み０ｍｍ）。
【００５５】
上述の表１〜３では、収差及び厚みがなく、焦点距離だけが定められた理想レンズをレンズ群Ｌ０としたが、収差や厚みがある現実的なレンズを用いたレンズ群Ｌ０を用いることができる。現実的なレンズによってレンズ群Ｌ０を構成する場合、上述の表１，２の理想レンズによるレンズ群Ｌ０を、現実的なレンズによってレンズ群Ｌ０に置き換えれば良い。また、ここではレンズ群Ｌ０を１枚の理想レンズで構成する例を説明したが、レンズ群Ｌ０は１枚のレンズからなる必要はなく、レンズ群Ｌ０を構成するレンズの枚数は任意である。現実的なレンズ群Ｌ０は、前述のように概ね２〜５枚程度で構成される。したがって、実際の光学系１１は、補正レンズＬ１を含め、３〜６枚程度のレンズで構成される。
【００５６】
なお、上述の表１〜３では補正レンズＬ１の片面を非球面とする例を説明したが、補正レンズＬ１の両面を非球面としても良い。また、上述の実施形態及び表１〜３では、補正レンズＬ１を１枚のレンズから構成する例を説明したが、補正レンズＬ１を複数のレンズからなるレンズ群としても良い。この場合も、補正レンズＬ１の複数の面を非球面としても良い。
【００５７】
なお、上述の実施形態では、空間周波数Ｎｙ／４（本／ｍｍ）を基準としてデフォーカスＭＴＦを評価したが、その他の空間周波数についてデフォーカスＭＴＦを評価する場合も上述の実施形態と実質的に同一である。例えば、上述の実施形態においては、空間周波数Ｎｙ／４（本／ｍｍ）において、シフト量Ｄｖが０．０５Ｗｔ以上であることが好ましい旨を説明したが、他の空間周波数において同様の条件式を得るとすれば、満たすべき条件式は変化する。しかし、空間周波数Ｎｙ／４（本／ｍｍ）において、シフト量Ｄｖが０．０５Ｗｔ以上となるのであれば、他の空間周波数で導いた条件式はこれと実質的に同一である。このことは、上述の実施形態で説明した他の条件式についても同様である。
【００５８】
なお、上述の実施形態で説明した各種ＭＴＦは、ｄ線（５８７．５６１８ｎｍ）で評価した値であり、通常の光学系（図３，４）、薄型の光学系（図５，６）、本発明の薄型の光学系１１（図７，８）のＦナンバーはいずれも約２．４となるようにしてある。
【００５９】
なお、上述の実施形態では、光学系１１が絞り、レンズ群Ｌ０、及び補正レンズＬ１からなる例を説明したが、デフォーカスＭＴＦについて前述の条件をみたすことができれば、光学系１１の具体的構成は任意である。例えば、絞りの有無や、レンズ群Ｌ０，補正レンズＬ１，絞りの配置等等は任意である。また、上述の実施形態では、レンズ群Ｌ０とは別に補正レンズＬ１を備える光学系１１を例に説明したが、レンズ群Ｌ０やレンズ群Ｌ０を構成する一部のレンズに、補正レンズＬ１に相当する効果（パワー）を組み込んでも良い。さらに、レンズ群Ｌ０や補正レンズＬ１を構成するレンズの枚数も任意であり、各々実質的にパワーのないレンズやカバーバラス等を含んでいても良い。
【００６０】
なお、上述の実施形態では、携帯電話機等の機能の一部として搭載される撮像装置１０を例に説明したが、いわゆるコンパクトデジタルカメラ等、撮影専用の機器においても薄型のものであれば、本発明を好適に用いることができる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、ＡＦ部１３によって自動的に焦点調節を行う例を説明したが、手動で焦点調節を行う光学系や、焦点調節機能がない光学系についても本発明を好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  撮像装置
１１，１９  光学系
１２  イメージセンサ
１３  ＡＦ部
１４  画像処理部
１６  表示部
１７  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014219426.tif 000009
【図５】
2014219426.tif 000010
【図６】
2014219426.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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