(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を備える撮像装置であって、
前記撮像光学系は、互いに接合された複数のレンズと、開口絞りと、を含み、
前記複数のレンズにおける接合面は、球面又は平面であり、
前記複数のレンズにおける最も前記物体側のレンズ面は、物体側に向かって凸形状の球面を基準面とし、該基準面の周辺部が物体側へ変位した形状の非球面であり、
前記複数のレンズにおける最も像側のレンズ面は、像側に向かって凸形状の球面を基準面とし、該基準面の周辺部が像側へ変位した形状の非球面であり、
前記撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、前記撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、次の式を満足することを特徴とする撮像装置。
０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５
【請求項２】
物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を備える撮像装置であって、
前記撮像光学系は、互いに接合された複数のレンズと、開口絞りと、を含み、
前記複数のレンズにおける接合面は、球面又は平面であり、
前記複数のレンズにおける最も前記物体側のレンズ面は、物体側に向かって凸形状の球面を基準面とし、該基準面の周辺部が物体側へ変位した形状の非球面であり、
前記複数のレンズにおける最も像側のレンズ面は、像側に向かって凸形状の球面であり、
前記撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、前記撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、次の式を満足することを特徴とする撮像装置。
０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５
【請求項３】
物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を備える撮像装置であって、
前記撮像光学系は、互いに接合された複数のレンズと、開口絞りと、を含み、
前記複数のレンズにおける接合面は、球面又は平面であり、
前記複数のレンズにおける最も前記物体側のレンズ面は、物体側に向かって凸形状の球面であり、
前記複数のレンズにおける最も像側のレンズ面は、像側に向かって凸形状の球面を基準面とし、該基準面の周辺部が像側へ変位した形状の非球面であり、
前記撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、前記撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、次の式を満足することを特徴とする撮像装置。
０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５
【請求項４】
前記開口絞りは、前記複数のレンズにおける接合面に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
次の式を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
【請求項６】
前記非球面は、光軸から離れるに従い前記基準面に対する変位量が大きくなる形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記非球面は、光軸上において正のパワーを有し、光軸から離れるに従い正のパワーが弱くなる形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数のレンズは、最も物体側の第１レンズと、最も像側の第２レンズと、該第２レンズに接合された第３レンズと、を含み、前記第２レンズと前記第３レンズとの接合面は、負のパワーを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１レンズと前記第２レンズとは、前記開口絞りを介して互いに接合されていることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１レンズと前記第３レンズとは、互いに接合されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数のレンズは、前記第１レンズに接合された第４レンズを含むことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第３レンズと前記第４レンズとは、互いに接合されていることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像面を含む光伝送手段と、該光伝送手段からの光を受光する撮像素子と、を備えることを特徴とする請求項乃至１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系の像面近傍に湾曲した撮像面を配置した撮像装置に関する。特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ等に好適な撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような湾曲させた撮像面を用いた撮像装置の例がいくつか開示されている。
球殻レンズと、該レンズの内側に球状レンズとで同心球を成した球レンズが提案されている（特許文献１）。
この球レンズは、球面収差や色収差を良好に補正することが可能である。また点対称な構成のため広画角化が容易であり、広角かつ高解像度が要求される撮像装置の撮像光学系に適している。
この球レンズにおいて、フレア等の有害光を遮断し良好な結像性能を得るために、球レンズの球中心を通る平面上に開口絞りを有した例が開示されている。
湾曲した像面を有する安価なカメラでの使用を目的とし、たった２つの単一レンズ部材からなり、それらの間に開口絞りを有し、レンズ部材の一方が両面非球面である光学システムが開示されている（特許文献２）。
この光学システムは少なくとも６２．５度の全画角を有し、湾曲したフィルム面上に結像すべく構成された使い捨てカメラ用の撮像装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−０８１４１３号公報
【特許文献２】特開平８−３３８９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では球レンズを用いて広画角な撮像装置を実現した例が開示されている。
主な実施例はＦ／２．８の撮像光学系であって球面収差や軸上色収差が良好に補正されいる。
一方、Ｆ／２．８よりも明るい実施例も開示されている。例えば、Ｆ／２．０やＦ／１．４の撮像光学系が開示されているが、球面収差が大きく発生しており十分な結像性能が得られていない。
すなわち、特許文献１に示された球レンズでは球面収差が補正しきれず、結像性能が劣化する問題が発生していた。
【０００５】
特許文献２の光学システムでは、像面を湾曲させ、２枚の単一レンズ部材を非球面とすることで、広角に渡り結像性能を向上させている。
しかしながら、この光学システムはＦ／８．０と暗く絞ることによって球面収差の発生量を軽減している。
また、この光学システムでは、最も物体側の面に基準球面から像側へ変位する非球面を付与し、最も像側の面に基準球面から物体側へ変位する非球面を付与していた。
【０００６】
すなわち、撮像光学系のうち最も外側にあるレンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の内側へ変位した非球面である。
この非球面によって、コマ収差や非点収差を補正するものであった。
そのため、球面収差を良好に補正することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、球面収差を良好に補正することができ、特に広画角で明るい光学系においても球面収差を良好に補正することができ、高い結像性能を得ることが可能となる撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての撮像装置は、物体側に向かって凹形状の撮像面と、該撮像面に物体像を形成する撮像光学系と、を備える撮像装置であって、前記撮像光学系は、互いに接合された複数のレンズと、開口絞りと、を含み、前記複数のレンズにおける接合面は、球面又は平面であり、前記複数のレンズにおける最も前記物体側のレンズ面は、物体側に向かって凸形状の球面を基準面とし、該基準面の周辺部が物体側へ変位した形状の非球面であり、前記複数のレンズにおける最も像側のレンズ面は、像側に向かって凸形状の球面を基準面とし、該基準面の周辺部が像側へ変位した形状の非球面であり、前記撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、前記撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、次の式を満足することを特徴とする。
０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、球面収差を良好に補正することができ、特に広画角で明るい光学系においても球面収差を良好に補正することができ、高い結像性能を得ることが可能となる撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における撮像装置の構成例を説明する図。
【図２】（ａ）は本発明の実施例１における撮像装置の最も物体側のレンズ面の非球面形状を示す図、（ｂ）は最も物体側のレンズ面の非球面量を示す図。
【図３】（ａ）は本発明の実施例１における撮像装置の最も物体側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図、（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図４】本発明の実施例１における撮像光学系の縦収差図。
【図５】本発明の実施例１における撮像光学系の横収差図。
【図６】本発明の実施例２における撮像装置の構成例を説明する図。
【図７】（ａ）は本発明の実施例２における撮像装置の最も像側のレンズ面の非球面形状を示す図。（ｂ）は最も像側のレンズ面の非球面量を示す図。
【図８】（ａ）は本発明の実施例２における撮像装置の最も像側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図。（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図９】本発明の実施例２における撮像光学系の縦収差図。
【図１０】本発明の実施例２における撮像光学系の横収差図。
【図１１】本発明の実施例３における撮像装置の構成例を説明する図。
【図１２】（ａ）は本発明の実施例３における撮像装置の最も物体側のレンズ面の非球面形状を示す図、（ｂ）は最も物体側のレンズ面の非球面量を示す図。
【図１３】（ａ）は本発明の実施例３における撮像装置の最も物体側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図、（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図１４】（ａ）は本発明の実施例３における撮像装置の最も像側のレンズ面の非球面形状を示す図。（ｂ）は最も像側のレンズ面の非球面量を示す図。
【図１５】（ａ）は本発明の実施例３における撮像装置の最も像側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図。（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図１６】本発明の実施例３における撮像光学系の縦収差図。
【図１７】本発明の実施例３における撮像光学系の横収差図。
【図１８】本発明の実施例４における撮像装置の構成例を説明する図。
【図１９】（ａ）は本発明の実施例４における撮像装置の最も物体側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図、（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図２０】（ａ）は本発明の実施例４における撮像装置の最も物体側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図、（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図２１】（ａ）は本発明の実施例４における撮像装置の最も像側のレンズ面の非球面形状を示す図。（ｂ）は最も像側のレンズ面の非球面量を示す図。
【図２２】（ａ）は本発明の実施例４における撮像装置の最も像側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図。（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図２３】本発明の実施例４における撮像光学系の縦収差図。
【図２４】本発明の実施例４における撮像光学系の横収差図。
【図２５】本発明の実施例５における撮像装置の構成例を説明する図。
【図２６】（ａ）は本発明の実施例５における撮像装置の最も像側のレンズ面の非球面形状を示す図。（ｂ）は最も像側のレンズ面の非球面量を示す図。
【図２７】（ａ）は本発明の実施例５における撮像装置の最も像側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図。（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図２８】本発明の実施例５における撮像光学系の縦収差図。
【図２９】本発明の実施例５における撮像光学系の横収差図。
【図３０】本発明の実施例６における撮像装置の構成例を説明する図。
【図３１】（ａ）は本発明の実施例６における撮像装置の最も物体側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図、（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図３２】（ａ）は本発明の実施例６における撮像装置の最も物体側のレンズ面における非球面と基準球面の２階微分値を示す図、（ｂ）は非球面成分の２階微分値を示す図。
【図３３】本発明の実施例６における撮像光学系の縦収差図。
【図３４】本発明の実施例６における撮像光学系の横収差図。
【図３５】本発明の実施形態の撮像装置における軸上光束の結像の様子を模式的に示した光路図。
【図３６】本発明の実施形態の撮像装置における軸上光束の結像の様子を模式的に示した光路図。
【図３７】本発明の実施形態における撮像装置の物体面を有限距離に配置した際の結像関係を示す図。
【図３８】本発明の実施形態における撮像装置のピント調整時におけるピント位置と撮像面形状の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態における撮像装置の構成例について説明する。
まず、その全体構成について説明する。
本実施形態の撮像装置は、複数のレンズを有する撮像光学系を備え、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有し、この像面湾曲のうちペッツバール像面分を補正できる構成とされている。
さらに、撮像光学系を点対称な光学系に近づけることによって、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差の発生を抑え、補正対象収差を球面収差、軸上色収差などの軸上収差のみに限定している。
撮像光学系を点対称な光学系に近づけることは、レンズ形状を制限してしまい光学設計の自由度を狭めることになるが、それ以上に補正すべき収差を軸上収差のみに限定できる利点の方が重要である。
これにより、広画角に渡って明るく高い結像性能を有する撮像装置を実現することができる。
【００１２】
そこで、本発明の撮像装置では、撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定し、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定することにより、撮像光学系を点対称な光学系に近づけている。
特に、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系が点対称に近い構成を採ることが重要であり、画角光束に対してコンセントリックな構成としている。
撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定することで、撮像光学系の像側主点と射出瞳とを略同位置に揃えることができる。
これは、画角光束の入射高が低くなるので、画角光束を軸上光束と同様に扱うことができ、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系を点対称に近い構成にすることができる。
具体的には、以下で説明するように（１）式（以下の表で示された丸数字１の条件式）を満足させるように構成すると良い。
これにより、広画角に渡ってコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差を良好に補正することできる。
また、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定することで、像面湾曲を良好に補正することができる。
具体的には、以下で説明するように（２）式（以下の表で示された丸数字２の条件式）を満足させるように構成すると良い。
撮像光学系の構成により非点収差を良好に補正できるので、像面湾曲をペッツバール像面のみに限定でき、撮像面を湾曲させることによってペッツバール像面を補正できるので、軸外収差の全てに対して発生を小さく抑えることができる。すなわち、残りの収差を軸上収差に限定することができる。
【００１３】
更に、本発明は、次のように（１）式、（２）式を満足させる構成を採るに当たり、前記撮像光学系における最も物体側のレンズ面または最も像側のレンズ面の少なくとも１面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位する非球面量を付与した非球面とすることで、
広画角で明るい光学系においても球面収差を良好に補正することができるように構成されている。
すなわち、複数のレンズを有する撮像光学系と、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有する撮像装置において、
前記撮像光学系は、開口絞りを有し、
前記撮像光学系における最も物体側のレンズ面または最も像側のレンズ面の少なくとも１面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位する非球面量を付与した非球面とし、
前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離が略等しく設定されていると共に、前記撮像面の曲率半径が前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離と略等しく設定されている。
その際、撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、以下の（１）式及び（２）式を満足させるように構成することができる。
０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５  …（１）
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５…（２）
なお、本発明の撮像装置における撮像面は、湾曲させた電子撮像素子、もしくは、入射面を湾曲させた光伝送手段のことである。
湾曲させた電子撮像素子とは、例えば、形状可変な基板上に電子撮像素子を形成したものや、小さな平面型電子撮像素子をアレイ状に配置して凹面形状としたものが考えられる。
光伝送手段とは、例えば、光ファイバーを束ねてプレート状に構成したイメージプレートが考えられ、一端を凹面形状に、他端を平面に加工したものである。
そして、光伝送手段の入射面を物体側に凹面を向けて湾曲させた面を撮像面とし、平面の射出面を電子撮像素子へと接続して撮像ユニットとする構成を採ることができる。
【００１４】
次に、撮像光学系の最も物体側のレンズ面、もしくは最も像側のレンズ面の少なくとも１面を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とした構成の作用について説明する。
レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面は、主に球面収差補正に作用する。
撮像光学系は全体で正のパワーを有しており一般的に球面収差はアンダーとなる。
これは物点から像点までの光路長の観点で言えば、軸上光線に対して入射高の高い位置の光線の光路長が短いことが要因である。
また、波面の観点から言えば、光軸上に対して入射高の高い位置の光束は位相が進んでいることが要因である。
【００１５】
そこで、撮像光学系の最も物体側のレンズ面、もしくは最も像側のレンズ面の少なくとも１面を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面で構成している。
撮像光学系の最も物体側のレンズ面、もしくは最も像側のレンズ面は、撮像光学系に含まれるレンズ面のうち最も外側にあるレンズ面であり、レンズ面の内側は光学ガラス、レンズ面の外側は空気で満たされている。
一般的に光学ガラスの屈折率はＮｄ＝１．４５〜２．１５であり、空気の屈折率Ｎｄ＝１．０よりも高い屈折率を有する。
このとき、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面によって、レンズ面の周辺部を通過する光線の光路の一部区間が空気から光学ガラスに置き換わり、実質的に光路長を長くすることができる。または波面の位相を遅らせることができる。これにより、球面収差を良好に補正することができる。
また、パワーの観点から言うと、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面によって、レンズ面周辺部のパワーを負の方向にシフトさせた非球面を構成することができる。
基準球面が正パワーを有する場合は、光軸上よりも周辺部の正のパワーを弱めた非球面を構成することができる。
これにより、入射高の高い位置の光線が受けるパワーを、主光線が受けるパワーに対して相対的に弱めることができ、アンダーの状態の球面収差を良好に補正することができる。
【００１６】
図３５は本発明の撮像装置における軸上光束の結像の様子を模式的に示した光路図であり、図３６は画角光束の結像の様子を模式的に示した光路図である。
図３５及び図３６では、撮像光学系ＳＹＳによって物体面ＯＢＪ上の物点ＰＮＴＯＢＪからの画角光束ＢＥＭを像面ＩＭＧ上の像点ＰＮＴＩＭＧに結像させた様子を模式的に示している。
図３５に示したように物点ＰＮＴＯＢＪが撮像光学系ＳＹＳの光軸ＡＸＩ上にある場合を軸上光束、図３６に示したように物点ＰＮＴＯＢＪが撮像光学系ＳＹＳの光軸ＡＸＩ以外にある場合を画角光束と定義する。
軸上光束及び画角光束は開口絞りＳＴＯによって光束幅を制限されており、開口絞りの開口部中心ＳＴＯＣＮＴを通過する光線を主光線ＲＡＹＰＲＩ、開口部上端ＳＴＯＵＰを通過する光線を上光線ＲＡＹＵＰ、開口部下端ＳＴＯＬＯＷを通過する光線を下光線ＲＡＹＬＯＷと定義する。
【００１７】
図３５において、軸上光束ＢＥＭＯＮは最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪで屈折し、開口絞りＳＴＯで光束幅を制限され、最も像側のレンズ面ＲＭＳＴＩＭＧで屈折して撮像面ＩＭＧ上に結像している。
最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪ上の各光線の到達位置は、主光線ＲＡＹＰＲＩが光軸ＡＸＩ上、上光線ＲＡＹＵＰが上側の周辺部に近く、下光線ＲＡＹＬＯＷが下側の周辺部に近くであり、最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪは撮像光学系ＳＹＳの中で光束幅が最も広い面である。
【００１８】
球面収差は、入射高ｈが高い面（光束幅が広い面）のパワーの影響を受け易い特徴がある。３次収差係数によれば、球面収差は入射高ｈの４乗に比例して、そのレンズ面のパワーの影響を強く受ける。
そのため、最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪを非球面で構成すれば、非球面の作用を効果的に発揮することができる。
また、光軸よりも周辺部のパワーを弱めた非球面を用いることにより、入射高が高い上光線ＲＡＹＵＰや下光線ＲＡＹＬＯＷにおけるパワーを光軸上よりも弱めることができるので、アンダーとなった球面収差を良好に補正することができる。
また、球面収差への影響力が大きいため付与する球面収差量を小さく抑えることができる。
【００１９】
図３６に示したように物点ＰＮＴＯＢＪが撮像光学系ＳＹＳの光軸よりも下側にある場合、画角光束ＢＥＭでは、上光線ＲＡＹＵＰの光路長（物点ＰＮＴＯＢＪから開口絞りの開口部上端ＳＴＯＵＰ）が主光線ＲＡＹＰＲＩの光路長（物点ＰＮＴＯＢＪから開口絞りの開口部中心ＳＴＯＣＮＴ）よりも長くなる。
そのため、主光線ＲＡＹＰＲＩよりも上光線ＲＡＹＵＰ側の光束では、主光線ＲＡＹＰＲＩに沿った方向における入射高が軸上光束の入射高よりも高くなり、大きな球面収差が発生してしまうことが問題となる。これは画角が広角であればあるほど問題が顕著となる。
【００２０】
一方、画角光束ＢＥＭの上光線ＲＡＹＵＰが最も像側のレンズ面ＲＭＳＴＩＭＧ上に到達する点は、主光線ＲＡＹＰＲＩの到達点よりも最も像側のレンズ面ＲＭＳＴＩＭＧの周辺部に近い位置である。
そこで、最も像側のレンズ面ＲＭＳＴＩＭＧを、光軸よりも周辺部のパワーを弱めた非球面として構成すると、主光線ＲＡＹＰＲＩよりも上光線ＲＡＹＵＰ側の光束に弱いパワーを付与することが可能なレンズ面を構成できる。
これによって、画角光束の主光線ＲＡＹＰＲＩよりも上光線ＲＡＹＵＰ側の光束において、大きく発生した球面収差を良好に補正することができる。
また、画角光束の主光線ＲＡＹＰＲＩよりも下光線ＲＡＹＬＯＷ側の光束においても球面収差は発生する。
【００２１】
画角光束ＢＥＭの下光線ＲＡＹＬＯＷが最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪ上に到達する点は、主光線ＲＡＹＰＲＩの到達点よりも最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪの周辺部に近い位置である。
そこで、最も物体側のレンズ面ＲＭＳＴＯＢＪを、光軸よりも周辺部のパワーを弱めた非球面として構成すると、主光線ＲＡＹＰＲＩよりも下光線ＲＡＹＬＯＷ側の光束に弱いパワーを付与することが可能なレンズ面を構成できる。
これによって、画角光束の主光線ＲＡＹＰＲＩよりも下光線ＲＡＹＬＯＷ側の光束において、発生した球面収差を良好に補正することができる。
さらに、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面を共に光軸よりも周辺部のパワーを弱めた非球面で構成すれば、軸上光束、画角光束の主光線よりも上光線側の光束と画角光束の主光線よりも下光線側の光束に最適な構成にできる。
【００２２】
光学系のＦ値が明るい撮像光学系においては、球面レンズだけでは球面収差を補正することが難しくなるが、本発明の効果を用いれば球面収差を良好に補正できる。
特にＦ／１．４以上の格段に明るい撮像光学系を用いた撮像装置においては、本発明の効果によって球面収差を補正することにより、大幅に結像性能を改善することができる。
貼り合せ面を非球面にすると２つの面を同一の非球面形状に加工することが難しいデメリットがあり、撮像光学系の最も物体側のレンズ面、もしくは最も像側のレンズ面を非球面とすれば、製造が容易となるメリットがある。
【００２３】
撮像光学系は点対称に近い光学系としているので、軸上光束と各軸外光束とは同様な収差が残存しており、共通の位相差分布形状によって収差を良好に補正することができる。
すなわち、点対称に近い撮像光学系の開口絞り面近傍に波面制御素子を配置すれば、Ｆ／２．０を超える明るい光学系においても、広域な画角に渡って収差を良好に補正することができる。更には、Ｆ／１．４を超える格段に明るい光学系においても、同様な効果を発揮できる。
また、明るいＦ値の撮像光学系は被写界深度が狭くなるので、コンパクトカメラでありながら、ピント面以外の背景をぼかした撮影が可能となる。
さらに、明るいＦ値の撮像光学系は、Ｆ値の２乗に比例して露光時間を短く設定することができるため、手ブレや被写体ブレ、ショットノイズを格段に軽減でき、高品位な画像を提供することができる撮像装置を提供することができる。
【００２４】
次に、周辺光量落ちを改善する作用について説明する。
一般的な撮像光学系では、画角（入射角）ωに対してｃｏｓω４乗則に従って周辺光量比が低下することが知られている。
そのため、撮影された画像の周辺部がとても暗くなり均一な照度の画像が得られない。
近年のデジタルカメラやデジタルビデオカメラでは、周辺部の感度を大幅に持ち上げて周辺光量落ちをデジタル的に補正するものもあるが、コントラストは低いままノイズが増加してしまうので、画像の中心部と比べて画質がかなり劣化する。
周辺光量落ちは、このような深刻な問題を引き起こす。この傾向は広画角な撮像光学系ほど顕著となり、広画角な撮像光学系を実現するために必要な要素の１つとなっている。
周辺光量比のｃｏｓω４乗則の内訳は、
（ａ）画角に応じて、見かけの焦点距離が長くなることでｃｏｓωの２乗分、
（ｂ）画角に応じて見かけの開口径が狭まることでｃｏｓωの１乗分、
（ｃ）画角に応じて撮像面への入射角がきつくなることでｃｏｓωの１乗分、である。
【００２５】
本発明の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定しており、全画角において見かけの焦点距離を略同一にすることができる。
これにより、周辺光量比をｃｏｓωの２乗分を改善することができる。
（２）式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
すなわち、周辺光量比がｃｏｓωの４乗からｃｏｓωの２乗へ向上させることができる。
広画角な撮像光学系の周辺光量比を大幅に改善することができるので、広画角に渡ってコントラストが高く、ノイズが少なく高画質な画像を撮影することができる撮像装置を提供することができる。
【００２６】
次に、上記した（１）式および（２）式の意義を更に詳しく説明する。
（１）式は、撮像光学系の焦点距離ｆ＿ｓｙｓと撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐとを略等しく設定する条件であり、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系を点対称に近い構成にすることができる。
（１）式を満たせば、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差を良好に補正することができる。
（１）式の上限を超えると、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系の点対称性が確保できず、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差が発生して問題となる。
（１）式の下限を超えると、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系の点対称性が確保できず、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差が発生して問題となる。
【００２７】
（２）式は、撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、撮像光学系の焦点距離ｆ＿ｓｙｓと略等しく設定する条件であり、像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。
（２）式を満たせば、撮像装置の像面形状をペッツバール像面に近づけることができるので、広画角に渡って非点収差を発生させることなく像面湾曲を補正することができる。
（２）式の上限を超えると、撮像面の周辺部でペッツバール像面からの乖離が大きくなり、像面湾曲が発生して結像性能が劣化する。
（２）式の下限を超えると、撮像面の周辺部でペッツバール像面からの乖離が大きくなり、像面湾曲が発生して結像性能が劣化する。
Ｆ値が明るい撮像光学系の場合、焦点深度が狭いので像面湾曲の許容範囲が狭く、像面湾曲は高精度に補正する必要がある。
【００２８】
なお、撮像面が、球面ではなく、非球面または階段状になっている場合には、撮像面の曲率半径を以下のように定義する。
まず、撮像面の形状が非球面の場合、基準球面の曲率半径を「撮像面の曲率半径」とする。
非球面はα式で表すことができ、α式の光軸上における曲率ｃの逆数が曲率半径である。
0005921288.tif 000002
【００２９】
ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸上における曲率（１／ｍｍ）、ｒは半径方向の光軸からの距離（ｍｍ）であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の係数である。
撮像面が非球面形状であっても、光軸上の曲率半径を計測することによって基準曲面の曲率半径を求めることができる。
次に、撮像面の形状が階段状の場合について説明する。
小さな電子撮像素子をアレイ化して構成した場合や、光ファイバーを束ねて湾曲した撮像面を構成した場合、厳密に言うと撮像面が階段状になる。
その場合は、電子撮像素子の１画素もしくは光ファイバーの１本の中心点を結んだ曲面を撮像面とみなすことができる。
その曲面を上記α式で最小二乗法によりフィッティングした結果から基準曲面の曲率半径を算出すれば、撮像面の曲率半径を求めることができる。
【００３０】
また、本発明の撮像装置は、撮像光学系と撮像面の間隔を変更することによってピント位置を調整する。
図３７（ａ）および図３７（ｂ）に物体面を有限距離に配置した際の結像関係を示す。
図３７（ａ）において、ＯＢＪは物体面、ＳＹＳは撮像光学系、ＩＭＧは像面であり、撮像光学系ＳＹＳは物体面ＯＢＪ上のある物点を像面ＩＭＧ上の像点へ結像させている。
図３７（ａ）に示したように、撮像光学系ＳＹＳは、撮像光学系ＳＹＳから等距離にある物点をペッツバール像面上へ結像させるので、このときの物体面ＯＢＪは湾曲した形状となる。
しかしながら、撮像光学系では物体面ＯＢＪは平面であることが好ましい。
【００３１】
図３７（ｂ）に示したように、光軸上以外にある物点は破線で示した湾曲状の物体面ではなく、実線で示した平面の物体面とする。すると、図３７（ｂ）の矢印Ａで示したように、物点は撮像光学系ＳＹＳから離れる方向へ移動する。また、像点も矢印Ｂで示したように、破線で示したペッツバール像面から実線で示した像面ＩＭＧへと撮像光学系ＳＹＳに近づく方向へ移動する。
この像面側の移動量を、光束の進行方向におけるデフォーカス量として図３７（ｂ）の撮像光学系のモデルにおいて一例を図３８のグラフに示した。
【００３２】
図３８には、ある例におけるピント調整時のピント位置と撮像面形状の関係を示している。
この例では、各パラメーターを、撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ＝１２．０（ｍｍ）、撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ＝１２．０（ｍｍ）、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ＝１２．０（ｍｍ）、物体距離をＳ＝−３００（ｍｍ）、画角をω＝６０（ｄｅｇ）としている。
前述の通り、物体面を平面とした場合、各画角光束のピント位置がペッツバール像面から撮像光学系側にデフォーカスする。
光束の進行方向におけるデフォーカス量を丸数字１のピント位置のグラフに表示している。
また、撮像面の曲率半径は撮像光学系の焦点距離と等しく設定しており、物体距離が無限遠におけるペッツバール像面形状に相当する。
物体距離が無限遠で丸数字１のピント位置と丸数字２の撮像面形状が一致するのは当然だが、図３８は物体距離をＳ＝−３００（ｍｍ）まで近づけた場合でも丸数字１のピント位置と丸数字２の撮像面形状がぴったり一致することを示している。
これは物体距離が無限遠からＳ＝−３００（ｍｍ）までのどの距離においても、平面の物体面を像面湾曲を発生させることなく、ピント調整できることを意味している。
また、画角−６０〜＋６０（ｄｅｇ）の広範囲において上記が実現できる。
撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定し、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定すれば、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけでピント調整が可能となる。
そのために、（１）式および（２）式を満足させることが重要である。
本発明の撮像装置のように格段に明るいＦ値の撮像光学系は焦点深度が非常に狭いので、高精度なピント調整を簡単に実現できることは撮像装置にとって極めて重要である。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図１に示すように、３枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３と開口絞りＳＴＯとで構成されている。
物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸レンズである第１レンズＧ１、像側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＧ２、そして像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第３レンズＧ３が配置されている。
第１レンズＧ１の射出面は第２レンズＧ２の入射面と貼り合せており、その貼り合せ面の非有効部に遮光部材を配置して開口絞りＳＴＯを構成している。
【００３４】
図１中のＩＭＧは撮像面である。
図１に示したように、本実施例における撮像装置では、球状に形成した光伝送手段ＯＴＭの入射面を撮像面ＩＭＧとしており、撮像面の湾曲形状を撮像光学系の像面湾曲に沿わせており、撮像面ＩＭＧの全域に渡って良好な結像性能を実現している。
本実施例における撮像装置の光伝送手段ＯＴＭは数ミクロンピッチの光ファイバーを束ねて構成したイメージファイバーであり、撮像面に形成された像を電子撮像素子ＩＣＤへ伝送する役割を担う。
光伝送手段ＯＴＭの射出面は平面に形成しており、電子撮像素子ＩＣＤに密着させて接続することで電子撮像素子ＩＣＤに像を伝送している。
このように、本実施例の撮像装置では、光伝送手段ＯＴＭと電子撮像素子ＩＣＤとで撮像ユニットＩＣＵを構成している。
【００３５】
表１に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面、面番号２は第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２との貼り合せ面、面番号３は第２レンズＧ２の射出面と第３レンズＧ３の入射面との貼り合せ面、面番号４は第３レンズＧ３の射出面である。
面番号２の第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２との貼り合せ面の非有効部に遮光部材を配置して開口絞りＳＴＯを構成している。
面番号５は撮像面ＩＭＧであり、光伝送手段ＯＴＭの入射面である。そして、表記しない光伝送手段ＯＴＭの射出面が電子撮像素子ＩＣＤと接続し撮像ユニットＩＣＵを構成している。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。
0005921288.tif 000003
【００３６】
本実施例の撮像装置における非球面は光軸を中心とした回転対称非球面としており、（３）式の多項式で表現される。
0005921288.tif 000004
【００３７】
ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸上における曲率（１／ｍｍ）、ｒは半径方向の光軸からの距離（ｍｍ）であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の係数である。
本実施例の撮像装置における第１面の非球面係数を表２に示す。
0005921288.tif 000005
【００３８】
（３）式の非球面多項式を半径方向の光軸からの距離ｒで１階微分したときの１階部分値は（４）式で求められる。
0005921288.tif 000006
【００３９】
この１階微分値はレンズ面の傾斜を表現している。
また、（３）式の非球面多項式を半径方向の光軸からの距離ｒで２階微分したときの２階部分値は（５）式で求められる。
0005921288.tif 000007
【００４０】
この２階微分値はレンズ面の傾斜の微分値、すなわち半径方向における曲率を表しており、パワーφｒと（６）式の関係がある。
0005921288.tif 000008
【００４１】
ここで、Ｎはレンズ面の物体側にある媒質の屈折率、Ｎ´はレンズ面の像側にある媒質の屈折率である。
本実施例の撮像装置では撮像光学系のレンズ面のうち最も物体側のレンズ面のみを非球面としている。
図２（ａ）には最も物体側のレンズ面の非球面形状を示し、図２（ｂ）には最も物体側のレンズ面の非球面量を示す。また、図３（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図３（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図２（ａ）に示したように、本実施例の最も物体側のレンズ面は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が正の方向に大きくなるレンズ面であり、物体側に凸面を向けたレンズ面である。
尚、サグ量とは光軸方向への変位量のことであり、図２（ａ）では光軸上に対してレンズ面の他の位置がどれほど光軸方向へ変位したかを示してある。また、基準球面は曲率半径Ｒ＝３．１１４６（ｍｍ）の物体側に凸面を向けた球面である。
【００４２】
図２（ｂ）には非球面量を示している。非球面量とは非球面が基準曲面から光軸方向に変位したサグ量ΔＺＡＳＰのことであり、（３）式で示される非球面多項式のサグ量から球面のサグ量を引いたものである。
具体的には（７）式で表現される。
0005921288.tif 000009
【００４３】
図２（ｂ）に示したように、本実施例では、非球面量は負の方向に変位させており、基準球面から物体側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面としている。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
図３（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示している。
非球面の２階微分値、基準球面の２階微分値は共に光軸から離れるに従って徐々に正の方向に大きくしている。
また、図３（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。これは非球面の２階微分値から基準球面の２階微分値を引いたものである。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に負の方向に大きくしている。
このように、２階微分値が正の基準球面に、２階微分値が負の非球面成分を与えることにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
【００４４】
（６）式には２階微分値とパワーの関係が示されている。
撮像光学系の最も物体側のレンズ面では、レンズ面の物体側にある媒質は空気なのでＮ＝１．００００、レンズ面の像側にある媒質は光学ガラスでＮ´＝１．８７８０１であり、（Ｎ´−Ｎ）が正の値を持つ。
ゆえに、最も物体側のレンズ面は、光軸上は正のパワーを有し、光軸から離れるに従って徐々に正のパワーが弱くなるレンズ面形状としている。
これにより、球面収差を良好に補正することができる。
【００４５】
図４に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図５に横収差図を示す。
図４に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。ここでは、色の球面収差を基準波長（例えばｄ線）の球面収差量に対する各波長（例えば、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線など）の球面収差量の差と定義する。
特に、球面収差は、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、非常に良好に補正ができている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
図５に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されている。
【００４６】
表３に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921288.tif 000010
【００４７】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．２２９（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表４に、本実施例の撮像装置における、（１）式および（２）式の値を示す。
0005921288.tif 000011
【００４８】
（１）式の値は１．０３であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０２であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（１）式と（２）式を満足させることで、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけで、無限遠から至近距離までのピント調整が可能となる。
また、本発明の撮像装置では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定している。
【００４９】
次に示した（８）式は、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定する条件である。
０．８≦  ｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５  …（８）
（８）式を満足すれば、撮像光学系をより点対称に近い構成にできる。
本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。その際、（８）式を満たすことにより、無限遠から至近距離までの広範囲な被物体距離において、ピント調整による像面湾曲を非常に小さく抑えることができ、高解像度な撮影を可能とする。
本実施例の撮像装置は、（８）式の値が１．０５であり、（８）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。さらに、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
【００５０】
次に、周辺光量落ちを改善する作用について説明する。
本実施例の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定しており、全画角において焦点距離を略同一にすることができる。
これにより、周辺光量比をｃｏｓωの２乗分を改善することができる。
本実施例の最大半画角ω＝６０．０（ｄｅｇ）であり、ｃｏｓ４ω＝０．０６２５のところｃｏｓ２ω＝０．２５にでき、周辺光量を４倍に改善できる。
（２）式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
さらに、本実施例の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定しており、撮像面への入射角を略垂直に設定することができる。
これにより、周辺光量比をｃｏｓωの１乗分を改善することができる。
【００５１】
本実施例の最大半画角ω＝６０．０（ｄｅｇ）であり、ｃｏｓ４ω＝０．０６２５のところｃｏｓ３ω＝０．１２５にでき、周辺光量を２倍に改善できる。
（６）式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
（２）式と（６）式を同時に満たすことにより、周辺光量比をｃｏｓωの３乗分を改善することができ、周辺光量を従来の８倍に増加させることができる。
これにより、広画角な撮像光学系の周辺光量比を大幅に改善することができるので、広画角に渡ってコントラストが高く、ノイズが少なく高画質な画像を撮影することができる撮像装置を提供することができる。
【００５２】
以上のように、本発明の効果を用いれば、Ｆ／２．０よりも明るいＦ値でも広画角に渡って良好なる結像性能を有した撮像装置をコンパクトな構成で実現できる。
また、周辺光量落ちを大幅に改善することができ、広画角に渡って非常に明るい撮像光学系を実現することができる。
これにより、露光時間を大幅に短縮できるので、手ブレ、被写体ブレ、ノイズを良好に低減した高品位な画像を撮影することが可能な撮像装置を提供することができる。
また、コンパクトな構成ながら、デフォーカスした被写体に大きなボケを付与することができる撮像光学系を提供することができる。
さらに、上記の高性能な撮像光学系を、簡便な構成ながら無限遠から至近距離に至る広範囲において、結像性能を殆ど劣化させることなくピント調整を可能とする。
【００５３】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図６に示すように、３枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３と開口絞りＳＴＯで構成している。
物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸レンズである第１レンズＧ１、像側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＧ２、そして像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第３レンズＧ３を配置している。
図６中のＩＭＧは撮像面である。
図６に示したように、本実施例における撮像装置の撮像面ＩＭＧは、球状に形成した光伝送手段ＯＴＭの入射面であり、撮像光学系の像面湾曲に沿わせているため撮像面ＩＭＧの全域に渡って良好な結像を実現している。
本実施例における撮像装置の光伝送手段ＯＴＭは数ミクロンピッチの光ファイバーを束ねて構成したイメージファイバーであり、撮像光学系の像面に形成された像を電子撮像素子ＩＣＤへ伝送する役割を担う。
光伝送手段ＯＴＭの射出面は平面に形成しており、電子撮像素子ＩＣＤに密着させて接続することで撮像ユニットＩＣＵを構成している。
【００５４】
表５に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面である。面番号２はＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面であり、その非有効部に遮光部材を配置して開口絞りＳＴＯを構成している。
面番号３は第２レンズＧ２の射出面と第３レンズＧ３の入射面との貼り合せ面である。面番号４は第３レンズＧ３の射出面であり、（３）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号５は撮像面ＩＭＧであり、光伝送手段ＯＴＭの入射面である。そして、表記しない光伝送手段ＯＴＭの射出面が電子撮像素子ＩＣＤと接続している。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。
0005921288.tif 000012
【００５５】
本実施例の撮像装置における面番号４の非球面係数を表６に示す。
0005921288.tif 000013
【００５６】
本実施例の撮像装置では、最も像側のレンズ面を非球面で構成している。
図７（ａ）には最も像側のレンズ面の非球面形状を示し、図７（ｂ）には最も像側のレンズ面の非球面量を示す。また、図８（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図８（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図７（ａ）に示したように、本実施例の最も像側のレンズ面は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が負の方向に大きくなるレンズ面であり、像側に凸面を向けたレンズ面である。
このレンズ面の基準球面は曲率半径Ｒ＝−２．９４２４（ｍｍ）の像側に凸面を向けた球面である。
図７（ｂ）には非球面量を示している。
図７（ｂ）に示したように、本実施例では、非球面量は正の方向に変位させており、基準球面から像側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面としている。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
図８（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示している。
非球面の２階微分値、基準球面の２階微分値は共に負の値を有している。
図８（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に正の方向に大きくしている。
このように、２階微分値が負の基準球面に、２階微分値が正の非球面成分を与えることにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
（６）式には２階微分値とパワーの関係が示されている。
撮像光学系の最も像側のレンズ面では、レンズ面の物体側にある媒質は光学ガラスでＮ＝２．００１７０、レンズ面の像側にある媒質は空気なのでＮ´＝１．００００であり、（Ｎ´−Ｎ）が負の値を持つ。
ゆえに、最も像側のレンズ面は、光軸上は正のパワーを有し、光軸から離れるに従って徐々に正のパワーが弱くなるレンズ面形状としている。
これにより、球面収差を良好に補正することができる。
特に、最も像側のレンズ面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とした場合は、広画角域の画角光束の球面収差を良好に補正することができる。
【００５７】
図９に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図１０に横収差図を示す。図９に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。特に、球面収差は、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、非常に良好に補正ができている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
図１０に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されている。
表７に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921288.tif 000014
【００５８】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．４３７（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
0005921288.tif 000015
【００５９】
表８に、本実施例の撮像装置における、（１）式と（２）式の値を示す。
（１）式の値は０．８９であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０２であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（１）式と（２）式を満足させることで、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけで、無限遠から至近距離までのピント調整が可能となる。
（８）式の値が０．９０であり、（８）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
【００６０】
［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図１１に示すように、３枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３と開口絞りＳＴＯで構成している。
物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、像側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＧ２、そして像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第３レンズＧ３が配置されている。
図１１中のＩＭＧは撮像面である。
図１１に示したように、本実施例における撮像装置の撮像面ＩＭＧは、球状に形成した光伝送手段ＯＴＭの入射面であり、撮像光学系の像面湾曲に沿わせているため撮像面ＩＭＧの全域に渡って良好な結像を実現している。
本実施例における撮像装置の光伝送手段ＯＴＭは数ミクロンピッチの光ファイバーを束ねて構成したイメージファイバーであり、撮像光学系の像面に形成された像を電子撮像素子ＩＣＤへ伝送する役割を担う。
光伝送手段ＯＴＭの射出面は平面に形成しており、電子撮像素子ＩＣＤに密着させて接続することで撮像ユニットＩＣＵを構成している。
【００６１】
表９に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面であり、（３）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号２はＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面であり、その非有効部に遮光部材を配置して開口絞りＳＴＯを構成している。面番号３は第２レンズＧ２の射出面と第３レンズＧ３の入射面との貼り合せ面、面番号４は第３レンズＧ３の射出面であり、（３）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号５は撮像面ＩＭＧであり、光伝送手段ＯＴＭの入射面である。そして、表記しない光伝送手段ＯＴＭの射出面が電子撮像素子ＩＣＤと接続している。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。
0005921288.tif 000016
【００６２】
本実施例の撮像装置における面番号１の非球面係数を表１０Ａに、面番号４の非球面係数を表１０Ｂに示す。
0005921288.tif 000017
【００６３】
本実施例の撮像装置では、最も物体側のレンズ面と、最も像側のレンズ面を非球面で構成している。
図１２（ａ）には最も物体側のレンズ面の非球面形状を示し、図１２（ｂ）には最も物体側のレンズ面の非球面量を示し、図１３（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図１３（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図１２（ａ）に示したように、本実施例の最も物体側のレンズ面は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が正の方向に大きくなるレンズ面であり、物体側に凸面を向けたレンズ面である。
このレンズ面の基準球面は曲率半径Ｒ＝３．２６４３（ｍｍ）の物体側に凸面を向けた球面である。
図１２（ｂ）には非球面量を示している。
図１２（ｂ）に示したように、本実施例では、非球面量は負の方向に変位させており、基準球面から物体側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面としている。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
図１３（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示している。
非球面の２階微分値、基準球面の２階微分値は共に正の値を有している。
図１３（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に負の方向に大きくしている。
このように、２階微分値が正の基準球面に、２階微分値が負の非球面成分を与えることにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
（６）式には２階微分値とパワーの関係が示されている。
撮像光学系の最も物体側のレンズ面では、レンズ面の物体側にある媒質は空気なのでＮ＝１．００００、レンズ面の像側にある媒質は光学ガラスでＮ´＝１．８８２０２であり、（Ｎ´−Ｎ）が正の値を持つ。
ゆえに、最も物体側のレンズ面は、光軸上は正のパワーを有し、光軸から離れるに従って徐々に正のパワーが弱くなるレンズ面形状としている。
これにより、球面収差を良好に補正することができる。
特に、最も物体側のレンズ面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とした場合は、軸上光束ならびに軸上近傍の画角光束の球面収差を良好に補正することができる。
【００６４】
図１４（ａ）には最も像側のレンズ面の非球面形状を示し、図１４（ｂ）には最も像側のレンズ面の非球面量を示す。図１５（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図１５（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図１４（ａ）に示したように、本実施例の最も像側のレンズ面は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が負の方向に大きくなるレンズ面であり、像側に凸面を向けたレンズ面である。
このレンズ面の基準球面は曲率半径Ｒ＝−２．９１７４（ｍｍ）の像側に凸面を向けた球面である。
図１４（ｂ）には非球面量を示している。
図１４（ｂ）に示したように、本実施例では、非球面量は正の方向に変位させており、基準球面から像側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面としている。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
図１５（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示している。
非球面の２階微分値、基準球面の２階微分値は共に負の値を有している。
図１５（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に正の方向に大きくしている。
このように、２階微分値が負の基準球面に、２階微分値が正の非球面成分を与えることにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
【００６５】
撮像光学系の最も像側のレンズ面では、レンズ面の物体側にある媒質は光学ガラスでＮ＝２．００２７０、レンズ面の像側にある媒質は空気なのでＮ＝１．００００であり、（Ｎ´−Ｎ）が負の値を持つ。
ゆえに、最も像側のレンズ面は、光軸上は正のパワーを有し、光軸から離れるに従って徐々に正のパワーが弱くなるレンズ面形状としている。
これにより、球面収差を良好に補正することができる。
特に、最も像側のレンズ面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とした場合は、広画角域の画角光束の球面収差を良好に補正することができる。
【００６６】
図１６に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図１７に横収差図を示す。
図１６に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。特に、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、球面収差を非常に良く補正できている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
【００６７】
図１７に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されている。
本実施例のように、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の両方を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とすることにより、広画角に渡って高精度に球面収差を補正することが可能となる。
表１１に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921288.tif 000018
【００６８】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．３７１（ｍｍ）とコンパクトに抑えおり、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。表１２に、本実施例の撮像装置における、（１）式および（２）式の値を示す。
0005921288.tif 000019
【００６９】
（１）式の値は０．９６であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
【００７０】
（２）式の値は０．９９であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（８）式の値が０．９５であり、（８）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。
（８）式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
【００７１】
［実施例４］
実施例４として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図１８に示すように、４枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４と開口絞りＳＴＯで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
物体側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＧ２、
像側に凸面を向けた平凸レンズである第３レンズＧ３、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第４レンズＧ４、が配置されている。
図１８中のＩＭＧは撮像面である。
図１８に示したように、本実施例における撮像装置の撮像面ＩＭＧは、形状可変な基板上に作製した電子撮像素子ＩＣＤを球状にしたものである。
【００７２】
表１３に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面であり、（３）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号２はＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面である。面番号３は第２レンズＧ２の射出面と第３レンズＧ３の入射面との貼り合せ面であり、その非有効部に遮光部材を配置して開口絞りＳＴＯを構成している。
面番号４は第３レンズＧ３の射出面と第４レンズＧ４の入射面との貼り合せ面である。面番号５は第３レンズＧ３の射出面であり、（３）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号６は撮像面ＩＭＧであり、湾曲させた電子撮像素子の入射面である。
【００７３】
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。
0005921288.tif 000020
【００７４】
本実施例の撮像装置における面番号１の非球面係数を表１４Ａに、面番号５の非球面係数を表１４Ｂに示す。
0005921288.tif 000021
【００７５】
本実施例の撮像装置では、最も物体側のレンズ面と、最も像側のレンズ面を非球面で構成している。
図１９（ａ）には最も物体側のレンズ面の非球面形状を示し、図１９（ｂ）には最も物体側のレンズ面の非球面量を示す。図２０（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図２０（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図１９（ａ）に示したように、本実施例の最も物体側のレンズ面は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が正の方向に大きくなるレンズ面であり、物体側に凸面を向けたレンズ面である。
このレンズ面の基準球面は曲率半径Ｒ＝３．０１９８（ｍｍ）の物体側に凸面を向けた球面である。
図１９（ｂ）には非球面量を示している。
図１９（ｂ）に示したように、本実施例では、非球面量は負の方向に変位させており、基準球面から物体側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面としている。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
【００７６】
図２０（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示している。
非球面の２階微分値、基準球面の２階微分値は共に正の値を有している。
図２０（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に負の方向に大きくしている。
このように、２階微分値が正の基準球面に、２階微分値が負の非球面成分を与えることにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
（６）式に２階微分値とパワーの関係が示されている。
撮像光学系の最も物体側のレンズ面では、レンズ面の物体側にある媒質は空気なのでＮ＝１．００００、レンズ面の像側にある媒質は光学ガラスでＮ´＝２．０００６０であり、（Ｎ´−Ｎ）が正の値を持つ。
ゆえに、最も物体側のレンズ面は、光軸上は正のパワーを有し、光軸から離れるに従って徐々に正のパワーが弱くなるレンズ面形状としている。
これにより、球面収差を良好に補正することができる。
特に、最も物体側のレンズ面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とした場合は、軸上光束ならびに軸上近傍の画角光束の球面収差を良好に補正することができる。
【００７７】
図２１（ａ）に最も像側のレンズ面の非球面形状を示し、図２１（ｂ）には最も像側のレンズ面の非球面量を示す。
また、図２２（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図２２（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
【００７８】
図２１（ａ）に示したように、本実施例の最も像側のレンズ面は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が負の方向に大きくなるレンズ面であり、像側に凸面を向けたレンズ面である。
このレンズ面の基準球面は曲率半径Ｒ＝−２．９０５７（ｍｍ）の像側に凸面を向けた球面である。
、図２１（ｂ）には非球面量を示している。
、図２１（ｂ）に示したように、本実施例では、非球面量は正の方向に変位させており、基準球面から像側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面としている。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
図２２（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示している。
非球面の２階微分値、基準球面の２階微分値は共に負の値を有している。
図２２（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に正の方向に大きくしている。
このように、２階微分値が負の基準球面に、２階微分値が正の非球面成分を与えることにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
【００７９】
撮像光学系の最も像側のレンズ面では、レンズ面の物体側にある媒質は光学ガラスでＮ＝２．０００６０、レンズ面の像側にある媒質は空気なのでＮ＝１．００００であり、（Ｎ´−Ｎ）が負の値を持つ。
ゆえに、最も像側のレンズ面は、光軸上は正のパワーを有し、光軸から離れるに従って徐々に正のパワーが弱くなるレンズ面形状としている。
これにより、球面収差を良好に補正することができる。
特に、最も像側のレンズ面を、該レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とした場合は、広画角域の画角光束の球面収差を良好に補正することができる。
【００８０】
図２３に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図２４に横収差図を示す。
図２３に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差をかなり良好に補正している。特に、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、球面収差を非常に良く補正できている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
図２４に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差をかなり良好に補正している。
本実施例のように、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の両方を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とすることにより、広画角に渡って高精度に球面収差を補正することが可能となる。
表１５に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921288.tif 000022
【００８１】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．０４４（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表１６に、本実施例の撮像装置における、（１）式と（２）式の値を示す。
0005921288.tif 000023
【００８２】
（１）式の値は０．９６であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０１であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（８）式の値が０．９７であり、（８）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。（８）式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
【００８３】
［実施例５］
実施例５として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図２５に示すように、４枚のレンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４と開口絞りＳＴＯで構成している。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
物体側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＧ２、
像側に凸面を向けた平凸レンズである第３レンズＧ３、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第４レンズＧ４、が配置されている。
また、実施例１と同様に光伝送手段ＯＴＭと平面の電子撮像素子ＩＣＤから構成した撮像ユニットＩＣＵを用いている。
本実施例では、撮像光学系のうち最も像側のレンズ面のみを非球面としている。
【００８４】
表１７に本実施例の撮像装置の構成を示す。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。
0005921288.tif 000024
【００８５】
本実施例の撮像装置における面番号５の非球面係数を表１８に示す。
0005921288.tif 000025
【００８６】
図２６（ａ）には最も像側のレンズ面の非球面形状を示し、図２６（ｂ）には非球面量を示す。図２７（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図２７（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図２６（ａ）に示したように、本実施例の最も像側のレンズ面（面番号５）は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が負の方向に大きくなるレンズ面であり、像側に凸面を向けたレンズ面である。このレンズ面は曲率半径Ｒ＝−３．０７４５（ｍｍ）の球面を基準球面としている。
また、図２６（ｂ）に示したように、非球面量は正の方向に変位させており、基準球面から像側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面で構成している。そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
図２７（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示しており、非球面の２階微分値、ならびに基準球面の２階微分値は共に負の値を有している。
図２７（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に正の方向に大きくしている。
このように、基準球面の２階部分値が負で、非球面成分の２階微分値が正となる非球面を付与することにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
すなわち、基準球面の正のパワーとし、非球面成分を負のパワーとしてレンズ面の光軸から周辺部へ向かうに連れてレンズ面のパワーを徐々に弱めている。
これにより、画角光束における球面収差を良好に補正することができるので、広画角に渡って良好な結像性能を有する撮像装置を提供することができる。
特に、撮像光学系のうち最も物体側のレンズ面において、最大画角の画角光束の周辺光線（上光線）が光軸よりも下側を通過するような広画角な撮像光学系においては、本発明の効果が十分に発揮される。
【００８７】
表１９に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921288.tif 000026
【００８８】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．３８４（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表２０に、本実施例の撮像装置における、（１）式と（２）式の値を示す。
0005921288.tif 000027
【００８９】
（１）式の値は０．９５であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０３であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（８）式の値が０．９７であり、（８）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
図２８に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図２９に横収差図を示す。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。
（８）式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
【００９０】
［実施例６］
実施例６として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図３０に示すように、４枚のレンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４と開口絞りＳＴＯで構成している。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
物体側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＧ２、
像側に凸面を向けた平凸レンズである第３レンズＧ３、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第４レンズＧ４、が配置されている。
また、実施例１と同様に光伝送手段ＯＴＭと平面の電子撮像素子ＩＣＤから構成した撮像ユニットＩＣＵを用いている。
本実施例では、撮像光学系のうち最も物体側のレンズ面のみを非球面としている。
【００９１】
表２１に本実施例の撮像装置の構成を示す。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。
0005921288.tif 000028
【００９２】
本実施例の撮像装置における面番号５の非球面係数を表２２に示す。
0005921288.tif 000029
【００９３】
図３１（ａ）には最も物体側のレンズ面の非球面形状を示し、図３１（ｂ）には非球面量を示す。図３２（ａ）には非球面と基準球面の２階微分値を示し、図３２（ｂ）には非球面成分の２階微分値を示す。
図３１（ａ）に示したように、本実施例の最も物体側のレンズ面（面番号１）は光軸から周辺部へ向かうにつれてサグ量が正の方向に大きくなるレンズ面であり、物体側に凸面を向けたレンズ面である。このレンズ面は曲率半径Ｒ＝３．１３６０（ｍｍ）の球面を基準球面としている。
図３１（ｂ）に示したように、非球面量は負の方向に変位させており、基準球面から物体側、つまり撮像光学系の外側へ変位させた非球面で構成している。
そして、光軸から離れるに従って撮像光学系の外側へ変位させた非球面量を徐々に大きくし、レンズ面の周辺部で最大の非球面量を与えている。
【００９４】
図３２（ａ）には、非球面の２階微分値を実線で、基準球面の２階微分値を破線で示しており、非球面の２階微分値、ならびに基準球面の２階微分値は共に正の値を有している。
【００９５】
図３２（ｂ）には、非球面成分の２階微分値を示している。
非球面成分の２階微分値は光軸から離れるに従って徐々に負の方向に大きくしている。
このように、基準球面の２階部分値が正で、非球面成分の２階微分値が負となる非球面を付与することにより、レンズ面の周辺部における２階微分値を、基準球面よりも弱めている。
すなわち、基準球面の正のパワーとし、非球面成分を負のパワーとしてレンズ面の光軸から周辺部へ向かうに連れてレンズ面のパワーを徐々に弱めている。
これにより、軸上光束における球面収差を良好に補正することができるので、良好な結像性能を有する撮像装置を提供することができる。
【００９６】
表２３に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
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【００９７】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．２８１（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表２４に、本実施例の撮像装置における、（１）式と（２）式の値を示す。
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【００９８】
（１）式の値は１．０９であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０４であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（８）式の値が１．１３であり、（８）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
図３３に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図３４に横収差図を示す。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。（８）式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。
以上で説明した各実施例を含む本発明の構成は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラなど、撮像装置を用いる製品に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３：レンズ
ＳＴＯ：開口絞り
Ａｓｐｈ：非球面
ＩＭＧ：撮像面
ＯＴＭ：光伝送手段
ＩＣＤ：電子撮像素子
ＩＣＵ：撮像ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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