(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、該撮像面の近傍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、複数のレンズ及び開口絞りを含み、
前記開口絞りに対して最も近い物体側のレンズと前記開口絞りに対して最も近い像側のレンズとの間に配置され、入射する光に位相差を与える位相制御素子を更に備え、
前記位相制御素子のパワーは、入射する光の波長が短いほど負の方向に大きくなり、
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】
前記複数のレンズにおける最も像側のレンズ面の曲率中心は、前記開口絞りよりも物体側に位置することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記開口絞りから前記撮像面までの距離をｄ＿ａｐｅとしたとき、次の式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
ｄ＿ｐｕｐ＜ｄ＿ａｐｅ
０．７≦ｄ＿ｐｕｐ／ｄ＿ａｐｅ≦０．９５
【請求項４】
次の式を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
【請求項５】
前記位相制御素子は、光軸上に入射する光に対して周辺部に入射する光の位相を遅らせることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記位相制御素子において、光軸上でのパワーよりも周辺部でのパワーの方が負の方向に大きいことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記位相制御素子は、正のパワーを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記位相制御素子は、光軸に対して回転対称な位相分布を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記位相制御素子の入射面は、前記複数のレンズのうち前記開口絞りに対して最も近い物体側のレンズに接合されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記位相制御素子の出射面は、前記複数のレンズのうち前記開口絞りに対して最も近い像側のレンズに接合されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記開口絞り及び前記位相制御素子は、光軸方向において互いに同じ位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記複数のレンズ、前記開口絞り、及び位相制御素子は、互いに接合されていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記位相制御素子は、位相差板、回折光学素子、又は液晶素子の何れかであることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記位相制御素子は、回折光学素子であることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記位相制御素子は、光軸方向において互いに対向する２つの回折格子を含むことを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記２つの回折格子のうち、像側の回折格子の屈折率は、物体側の回折格子の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
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乃至１６の何れか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を提供するものである。
【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。
【０００３】
また、電子撮像素子面を２次元的に湾曲させた撮像光学系が提案されている（特許文献２）。
ここでは、電子撮像素子を画像記録媒体とする場合の制約条件を緩和するために、電子撮像素子の受光面を物体側に凹面化して、電子撮像素子に対する光束の入射角度を法線角度に近づけた例が開示されている。
近年の撮像装置では電子撮像素子の画素サイズが急速に小さくなり、撮像光学系は高解像度化が求められている。そのため、撮像光学系は明るいＦ値においても高い結像性能を実現する必要があった。
さらに、近年の撮像装置は広角化やコンパクト化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−０８１４１３号公報
【特許文献２】特許第４６２８７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では球レンズを用いた実施例が開示されており、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ており、結像性能が良い撮像光学系である。
一方、そこでは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。しかし、このような明るいＦ値においては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、Ｆ／２．０を超える明るいＦ値の撮像光学系においては、球レンズだけでは特に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。また、Ｆ／１．０の撮像光学系も開示されているが、Ｎ＝２．５０やＮ＝２．３等の高屈折率材料を用いて収差を補正している。
この様な高屈折率材料は高価であり、また透過率が低下する問題がある。
【０００６】
特許文献２では、非点対称な撮像光学系を用いた実施例が開示されており、Ｆ／２．４５〜Ｆ／２．９１の撮像光学系の比較的明るいＦ値において、球面収差、軸上色収差、像面湾曲などの収差を補正しており、高い結像性能を実現している。
しかしながら、近年の撮像装置においては、電子撮像素子の画素サイズが微小化され、更なる高解像度な光学系が求められている。
そのために、Ｆ／２．０を超える明るいＦ値の撮像光学系において、球面収差等の収差が発生して結像性能が劣化することが問題となる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、Ｆ／２．０を超える明るいＦ値において、収差を良好に補正し、高い結像性能を得ることが可能となる撮像装置を提供することを目的としている。
【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、該撮像面の近傍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、複数のレンズ及び開口絞りを含み、前記開口絞りに対して最も近い物体側のレンズと前記開口絞りに対して最も近い像側のレンズとの間に配置され、入射する光に位相差を与える位相制御素子を更に備え、前記位相制御素子のパワーは、入射する光の波長が短いほど負の方向に大きくなり、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（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする。
０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５…（１）
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５…（２）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ｆ／２．０を超える明るいＦ値において、収差を良好に補正し、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】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御手段の概略図。
【図３】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御手段の概略図。
【図４】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御手段の概略図。
【図５】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御手段の概略図。
【図６】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御手段の概略図。
【図７】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御素子に付与した位相分布。
【図８】本発明の実施例１における撮像装置の波面制御素子の位相差によるパワー差を示す図。
【図９】本発明の実施例１における撮像光学系の縦収差図。
【図１０】本発明の実施例１における撮像光学系の横収差図。
【図１１】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１２】本発明の実施例２における波面制御素子に付与した位相差分布を示す図。
【図１３】本発明の実施例２における波面制御素子の位相差によるパワー差を示す図。
【図１４】本発明の実施例２における撮像光学系の縦収差図。
【図１５】本発明の実施例２における撮像光学系の横収差図。
【図１６】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１７】本発明の実施例３における波面制御素子の位相差によるパワー差を示す図。
【図１８】本発明の実施例３における撮像光学系の縦収差図。
【図１９】本発明の実施例３における撮像光学系の横収差図。
【図２０】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２１】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するように構成されている。
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。
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取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ができる。
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。
以上の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することができ、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。これらにより、残りの収差を軸上収差に限定することができる。
【００１２】
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、上記した撮像光学系に備えられている開口絞りの近傍に、波面制御素子を配置することで、軸上収差の補正効果の向を図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、ここでの撮像装置における撮像面とは、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。
この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。
また、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。
【００１３】
次に、上記した開口絞り近傍に配置した波面制御素子の構成について、更に詳しく説明する。
波面制御素子は、光束の波面に位相差を付与して収差を補正することができ、例えば、位相差板、回折光学素子、位相変調型空間変調器（液晶素子）など位相制御素子、ならびに微小な非球面量を与えた非球面が挙げられる。
本実施形態では、波面制御素子を開口絞り近傍（開口絞り上を含む）に配置して、開口絞りを通過する光束中に位相差を与えることで収差を良好に補正している。
波面制御素子を開口絞り近傍に配置すると、波面制御素子が軸外収差に与える影響を最小限に抑えることができるので、波面制御素子の位相差分布を、軸上収差の補正に最適な形状にすることができ、軸上収差の補正効果を向上させることができる。
ここで、光軸上の波面の位相に対して、光軸から離れるに従って波面の位相を遅らせた位相差分布をつけると、球面収差を良好に補正することができる。
なお、本明細書では、開口絞りよりも物体面側にある開口絞りに一番近いレンズと、開口絞りよりも像面側にある開口絞りに一番近いレンズとの間のことを、
“開口絞りの近傍”と定義する。
【００１４】
また、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、高品位な画像による撮像装置を提供することができる。
【００１５】
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奇麗な画像が得られない。
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のものあるが、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。
【００１６】
本実施形態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。
【００１７】
次に、上記（１）式、（２）式の意義について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）式を満たせた、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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
0005921287.tif 000002
【００２０】
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。
【００２１】
また、本実施形態の撮像装置は、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２０（ａ）および図２０（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２０（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２０（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。
図２０（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２０（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し、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。
【００２２】
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２０（ｂ）の撮像光学系のモデルにおいて一例を図２１のグラフに示した。
図２１にはある例における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している。
【００２３】
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）としている。
また、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２１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のように実現することができる。
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】
【００２４】
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を兼ねた波面制御手段ＷＣＭ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、波面制御手段ＷＣＭ、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の射出面は波面制御手段ＷＣＭの入射面と貼り合せており、波面制御手段ＷＣＭの射出面は第２レンズＧ２の入射面と貼り合せており、第２レンズＧ２の射出面は第３レンズＧ３の入射面と貼り合せている。
図２は、本実施例の撮像装置における波面制御手段ＷＣＭの概略図である。
本実施例の撮像装置における波面制御手段ＷＣＭは２枚の平板を貼り合せており、その貼り合せ面の有効部に位相差を与える波面制御素子ＷＣＤとしてのバイナリ回折格子ＢＤＧ＿ａ，ＢＤＧ＿ｂを形成しており、主に球面収差や色の球面収差を補正している。
また、波面制御手段ＷＣＭは、２枚の平板の貼り合せ面の非有効部に遮光部材を配置しており、開口絞りＳＴＯを構成している。
【００２５】
なお、本実施例では、開口絞りＳＴＯ上に波面制御素子ＷＣＤを配置した。しかし、図３〜図６に示したように、開口絞りよりも物体面側にある開口絞りに一番近いレンズと開口絞りよりも像面側にある開口絞りに一番近いレンズとの間であれば、波面制御素子ＷＣＤはどこに配置しても良い。
バイナリ回折格子ＢＤＧ＿ａ，ＢＤＧ＿ｂは基準波長をｄ線としており、光軸から離れるに伴い位相差が変化するが、位相差が基準波長の整数倍を超える毎にバイナリ回折格子の段差が１段増えるように構成している。
【００２６】
本実施例の波面制御素子ＷＣＤは光軸から離れるに従って位相差が増加する構成であり、バイナリ回折格子ＢＤＧ＿ａの屈折率をバイナリ回折格子ＢＤＧ＿ｂの屈折率よりも高く設定して、波面制御素子ＷＣＤを通過する波面に所望の位相差を与えている。
なお、バイナリ回折格子ＢＤＧ＿ｂは空気に限らず、光学ガラスや光学プラスチックでも良い。バイナリ回折格子ＢＤＧ＿ａの屈折率をバイナリ回折格子ＢＤＧ＿ｂの屈折率よりも高く設定することで、広画角の光束が回折格子の界面で全反射することを低減することができる。
【００２７】
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。
本実施例では光伝送手段ＯＴＭを用いたが、撮像素子自体を球面状に構成するのに比べて、光伝送手段ＯＴＭの一方の面を球面状に構成し他方の面を電子撮像素子ＩＣＤに接続した撮像ユニットＩＣＵの方が製造が容易となるメリットがある。
【００２８】
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の射出面と波面制御手段ＷＣＭの入射面との貼り合せ面、面番号３は波面制御手段ＷＣＭの２枚の平板ガラスの貼り合せ面である。その有効部に波面制御素子ＷＣＤ、非有効部に開口絞りＳＴＯを配置している。
このように、本実施例の撮像装置では、開口絞りＳＴＯ面に波面制御素子ＷＣＤを配置している。
面番号４は波面制御手段ＷＣＭの射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面、面番号５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６は第３レンズＧ３の射出面である。
面番号７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」がある面は波面制御素子である。
0005921287.tif 000003
【００２９】
本実施例の撮像装置における波面制御素子ＷＣＤに付与した位相分布形状は光軸に対して回転対称な形状としており、（３）式の位相多項式で表現される。
0005921287.tif 000004
【００３０】
ここで、ｒは光軸からの距離（ｍｍ）、φ（ｒ）は光軸上に対する各距離ｒでの位相差（波長）、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５はそれぞれ２次、４次、６次、８次、１０次の係数である。
表２に、面番号３の波面制御素子ＷＣＤにおける位相多項式のパラメータを示す。
0005921287.tif 000005
【００３１】
本実施例の撮像装置における波面制御素子ＷＣＤは、（３）式で示された位相多項式のうち４次項だけを用いている。
図７に、本実施例の波面制御素子ＷＣＤに付与した位相差分布を示す。
波面制御素子ＷＣＤでは、光軸上に対して、光軸から離れるに従い位相差を正の方向に増加させており、光軸から離れるに従い徐々に位相を遅らせた波面を形成している。
波面制御素子ＷＣＤの位相差によるパワーＰ（ｒ）は、（３）式の位相多項式を光軸からの距離ｒで二階微分したものに「−１」を掛けて求められ、（４）式で表現される。
0005921287.tif 000006
【００３２】
さらに、光軸上（ｒ＝０）における位相差によるパワーＰ（０）＝−２Ｃ１であることから、各距離ｒにおける位相差によるパワーＰ（ｒ）と光軸上（ｒ＝０）における位相差によるパワーＰ（０）との差、すなわち、位相差によるパワー差ΔＰ（ｒ）は（５）式で表現される。
0005921287.tif 000007
【００３３】
図８に、本実施例の波面制御素子ＷＣＤの位相差によるパワー差ΔＰ（ｒ）を示す。
波面制御素子ＷＣＤは、光軸から離れるに従って徐々に負の方向にパワーを強くしており、入射高の高い位置の光線の集光位置を奥へ移動させる効果を有する。撮像光学系は全体で正のパワーであって球面収差はアンダーとなる傾向にあり、入射高の高い位置の光線程光軸上近傍の光線よりも手前で結像してしまう。
そこで、本実施例の波面制御素子ＷＣＤの効果により、入射高の高い位置程集光位置を奥へ移動させることで、球面収差を補正することができる。
Ｆ値が明るい撮像光学系程この傾向が顕著となり、波面制御素子ＷＣＤによって球面収差を補正する効果が大きくなる。
色の球面収差についても基準波長ｄ線（５８７．５６１８ｎｍ）に対して例えばＣ線（６５６．２７２５ｎｍ）やＦ線（４８６．１３２７ｎｍ）、ｇ線（４３５．８３４３ｎｍ）などでは、球面収差の量または形状が異なり、像面上に揃えられない問題が生じている。
具体的には、基準波長ｄ線に対してＦ線やｇ線などの短い波長では、入射高の高い位置で球面収差がアンダーとなる量が増加し、Ｃ線などの長い波長では入射高の高い位置で球面収差がアンダーとなる量が減少する傾向にある。
位相差によるパワーは、短い波長程強いパワーが得られるので、本実施例の波面制御素子ＷＣＤのおいても、球面収差の補正量は短い波長程大きくなり、色の球面収差を補正することができる。
【００３４】
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、ディストーション、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、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３に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921287.tif 000008
【００３５】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．４と明るく、画角が９０．０（ｄｅｇ）と広画角ながら、全長が９．９７４（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。
【００３６】
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。
0005921287.tif 000009
【００３７】
（１）式の値は１．０２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１．０９であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、９０．０（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。
下記に示した（６）式は、撮像面の曲率半径Ｒ＿ｉｍｇを撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐと略等しく設定する条件である。
０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５  …（６）
（６）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、（６）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。
【００３８】
本実施例の撮像装置は、（６）式の値が１．１１であり、（６）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。
本実施例の撮像装置は、開口絞りＳＴＯ面に波面制御素子ＷＣＤを配置しており、波面制御素子ＷＣＤに付与した位相差によってコマ収差が発生する。
本実施例の波面制御素子ＷＣＤは光束の光軸上に対して周辺部の波面を遅らせている。
画角光束は波面制御素子ＷＣＤに対して斜めに入射するため、上光線と下光線では波面制御素子ＷＣＤから像面までの距離が異なってしまい、光路差が大きく発生してコマ収差となる。
【００３９】
これを図１を用いて説明すると、波面制御素子ＷＣＤから最も像側の面までの距離は、画角光束の上光線よりも下光線の方が長くなる。
すなわち、最も像側の面上では、下光線の方が上光線よりも主光線から離れた位置に到達することになる。
そのため、各光線の最も像側のレンズ面上の到達点から撮像面上の像点までの距離も上光線と比較して下光線を長くする必要がある。
本発明の撮像装置では、撮像面は画角光束に対してコンセントリックな形状としているため、通常の場合、各光線の最も像側のレンズ面上の到達点から撮像面上の像点までの距離は上光線と下光線では殆ど等しくなる。
しかし、本実施例の撮像装置では、画角光束が最も像側のレンズ面から撮像面へ向かう際、外に開くようにすることによって、各光線の最も像側のレンズ面上の到達点から撮像面上の像点までの距離が、上光線よりも下光線の方が長くなるように構成している。
これによって、コマ収差を良好に補正することができる。
【００４０】
具体的には、最も像側のレンズ面からの曲率中心を開口絞りよりも物体側に配置すると良い。
本実施例の撮像装置では、最も像側のレンズ面の曲率半径Ｒ＿ｌａｓｔ＝−６．３９７３（ｍｍ）であり、開口絞りから最も像側のレンズ面までの距離ｄ＿ａｐｅ＿ｌａｓｔ＝５．１９１（ｍｍ）である。
故に（７）式の関係を満足させおり、最も像側のレンズ面からの曲率中心を開口絞りよりも物体側に配置している。
｜Ｒ＿ｌａｓｔ｜  ＞  ｄ＿ａｐｅ＿ｌａｓｔ  …（７）
また、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐ＝６．５９５（ｍｍ）を開口絞りから撮像面までの距離ｄ＿ａｐｅ＝７．３４０（ｍｍ）よりも短く設定しており、画角光束が最も像側のレンズ面から撮像面へ向かう際、外に開くように構成している。
その際、（８）式の条件を満足させると、コマ収差を良好に補正することができる。
０．７≦ｄ＿ｐｕｐ／ｄ＿ａｐｅ≦０．９５  …（８）
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＝４５．０（ｄｅｇ）であり、ｃｏｓ４ω＝０．２５のところｃｏｓ２ω＝０．５にでき、周辺光量を２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。
【００４１】
本実施例の最大半画角ω＝４５．０（ｄｅｇ）であり、ｃｏｓ４ω＝０．２５のところｃｏｓ３ω＝０．５にでき、周辺光量を１．４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２．８倍に改善できる。
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。
【００４２】
以上のように、本実施例の構成によれば、Ｆ／２．０を超える明るい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が可能となる。
【００４３】
[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の撮像光学系は、図１１に示すように、４枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４と開口絞りＳＴＯ、ならびに波面制御素子ＷＣＤ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。
【００４４】
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の入射面であり、（９）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は第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面、面番号３は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、その有効部に波面制御素子ＷＣＤ、非有効部に開口絞りＳＴＯを配置している。
このように、本実施例の撮像装置では、開口絞りＳＴＯ面に波面制御素子ＷＣＤを配置している。
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、面番号５は第４レンズＧ４の射出面であり、（９）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７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り、「◆印」がある面は有効部に波面制御素子を設けた面である。
0005921287.tif 000010
【００４５】
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、（９）式の多項式で表現される。
0005921287.tif 000011
【００４６】
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６Ａに、第５面の非球面係数を表６Ｂに、第３面の位相差多項式の係数を表６Ｃに示す。
0005921287.tif 000012
【００４７】
0005921287.tif 000013
【００４８】
0005921287.tif 000014
【００４９】
表６Ｃに示したように、本実施例の波面制御素子ＷＣＤでは（３）式で示される位相多項式の２次から１０次まで項を用いて位相差を与えている。
図１２に、本実施例の波面制御素子ＷＣＤに付与した位相差分布を示す。
波面制御素子ＷＣＤでは、光軸上に対して、光軸から離れるに従い位相差を負の方向に増加させており、光軸から離れるに従い徐々に位相を進ませた波面を形成している。
光束全体に正のパワーを与えており、波面制御素子ＷＣＤが撮像光学系のパワーの一部を担っている。
一方、波面制御素子ＷＣＤには球面収差を補正する役割がある。
球面収差を補正するためには、軸上光線の集光位置に対して、入射高が高い位置の光線の集光位置を移動させることが重要であり、（５）式に示したように、入射高が高い位置の光線と光軸上とにおける位相差によるパワーの差が重要である。
撮像光学系は全体で正のパワーであって球面収差はアンダーとなる傾向にあり、入射高の高い位置の光線程光軸上近傍の光線よりも手前で結像してしまう。
前者に対して相対的に負の方向のパワーを付与すると、入射高の高い位置の光線の集光位置を奥へ移動させる効果が得られ、球面収差を補正することができる。
【００５０】
図１３に、本実施例の波面制御素子ＷＣＤの位相差によるパワー差ΔＰ（ｒ）を示す。
波面制御素子ＷＣＤは、光軸から離れるに従って徐々に負の方向にパワーが強くしており、球面収差を良好に補正することができる。
Ｆ／１．４以上のＦ値が格段に明るい撮像光学系では、各入射が高い程この傾向が顕著なり、波面制御素子ＷＣＤによって球面収差を補正する意義が大きくなる。色の球面収差についても基準波長ｄ線（５８７．５６１８ｎｍ）に対して例えばＣ線（６５６．２７２５ｎｍ）やＦ線（４８６．１３２７ｎｍ）、ｇ線（４３５．８３４３ｎｍ）などでは、球面収差の量または形状が異なり、像面上に揃えられない問題が生じている。
具体的には、基準波長ｄ線に対してＦ線やｇ線などの短い波長では、入射高の高い位置で球面収差がアンダーとなる量が増加し、Ｃ線などの長い波長では入射高の高い位置で球面収差がアンダーとなる量が減少する傾向にある。
位相差によるパワーは、短い波長程強いパワーが得られるので、本実施例の波面制御素子ＷＣＤにおいても、球面収差の補正量は短い波長程大きくなり、色の球面収差を補正することができる。
【００５１】
図１４に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図１５に横収差図を示す。
図１４に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、ディストーション、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、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１５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。
【００５２】
表７に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
0005921287.tif 000015
【００５３】
本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．０と明るく、画角が９０．０（ｄｅｇ）と広画角ながら、全長が９．９７４（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８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。
0005921287.tif 000016
【００５４】
（１）式の値は１．１８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１．２２であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、９０．０（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。
（６）式の値が１．４５であり、（６）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。（６）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。
【００５５】
本実施例の撮像装置では、最も像側のレンズ面の曲率半径Ｒ＿ｌａｓｔ＝−８．０２３２（ｍｍ）であり、開口絞りから最も像側のレンズ面までの距離ｄ＿ａｐｅ＿ｌａｓｔ＝５．８８６（ｍｍ）である。
（７）式の関係を満足させおり、最も像側のレンズ面からの曲率中心を開口絞りよりも物体側に配置して、波面制御素子ＷＣＤによって発生したコマ収差を良好に補正するのに適した構成としている。
また、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐ＝６．３３４（ｍｍ）を開口絞りから撮像面までの距離ｄ＿ａｐｅ＝７．５６５（ｍｍ）よりも短く設定しており、画角光束が最も像側のレンズ面から撮像面へ向かう際、外に開くように構成している。
（８）式を満足しており波面制御素子ＷＣＤによって発生したコマ収差を良好に補正するのに適した構成としている。
【００５６】
[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の撮像光学系は、図１６に示すように、開口絞りＳＴＯと６枚のレンズＧ１〜Ｇ６と波面制御手段ＷＣＭ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メニスカスレンズである第２レンズＧ２、物体側に凸面を向けた平凸レンズである第３レンズＧ３を有している。
次には、波面制御手段ＷＣＭ、像側に凸面を向けた平凸レンズである第４レンズＧ４、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第５レンズＧ５、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第６レンズＧ６が配置されている。
第１レンズＧ１から第６レンズＧ６までの全ての光学素子を貼り合せて構成されている。
本実施例における撮像装置では実施例１と同様の撮像ユニットＩＣＵを配置されている。
【００５７】
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、面番号２は第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面、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である。
面番号４は第３レンズＧ３の射出面と波面制御手段ＷＣＭの入射面との貼り合せ面、面番号５は波面制御手段ＷＣＭの２枚の平板ガラスの貼り合せ面であり、有効部には波面制御素子ＷＣＤである位相差板、非有効部には開口絞り面ＳＴＯを配置されている。
面番号６は波面制御手段ＷＣＭの射出面と第４レンズＧ４の入射面との貼り合せ面、面番号７は第４レンズＧ４の射出面と第５レンズＧ５の入射面との貼り合せ面、面番号８は第５レンズＧ５の射出面と第６レンズＧ６の入射面との貼り合せ面である。
また、面番号９は第６レンズＧ６の射出面、面番号１０は撮像面ＩＭＧであり、撮像ユニットＩＣＵの光伝送手段ＯＴＭの入射面である。
そして、光伝送手段ＯＴＭの射出面が電子撮像素子ＩＣＤと接続されている。
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、Ｒの欄に「＊印」があるレンズ面は非球面であり、「◆印」がある面は波面制御素子である。
0005921287.tif 000017
【００５８】
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、（９）式の多項式で表現される。
本実施例の撮像装置における第１面の非球面係数を表１０Ａに、第９面の非球面係数を表１０Ｂに、第５面の位相差多項式の係数を表１０Ｃに示す。
0005921287.tif 000018
【００５９】
0005921287.tif 000019
【００６０】
0005921287.tif 000020
【００６１】
図１７に、本実施例の波面制御素子ＷＣＤの位相差によるパワー差ΔＰ（ｒ）を示す。
波面制御素子ＷＣＤは、光軸から離れるに従って負の方向にパワーが徐々に強くなるように構成しており、球面収差をオーバーの方向に変化させることができて、球面収差を良好に補正することができる。
また、位相差によるパワーが光軸上よりも周辺部のパワーを負の方向にすることによって、長波長よりも短波長の球面収差をよりオーバーに変化させることができるので、色の球面収差においても良好に補正することができる。
【００６２】
図１８に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図１９に横収差図を示す。
図１８に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、ディストーション、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。
図１９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。
本実施例の撮像装置では、最も物体側のレンズである第１レンズＧ１の入射面と、最も像側のレンズである第５レンズＧ５の射出面を非球面としており、周辺部でパワーが弱まる非球面形状とすることで球面収差を補正している。
【００６３】
また、表１１に本実施例の撮像装置の仕様を示す。
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【００６４】
本実施例の撮像装置は、最も物体側のレンズの入射面と最も像側の射出面を非球面とし、開口絞りの位置に波面制御素子を配置して、球面収差の補正能力を向上させており、焦点距離７．４９９（ｍｍ）と長くした場合においてもＦ／１．０と明るい光学系で良好な結像性能を実現することができる。
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。
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【００６５】
（１）式の値は１．０５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１．２８であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、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。
（６）式の値は１．３４であり、（６）式を満足している。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。
また、実施例の撮像装置でも、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。（６）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。
【００６６】
本実施例の撮像装置では、最も像側のレンズ面の曲率半径Ｒ＿ｌａｓｔ＝−７．９００６（ｍｍ）であり、開口絞りから最も像側のレンズ面までの距離ｄ＿ａｐｅ＿ｌａｓｔ＝５．８１９（ｍｍ）である。
（７）式の関係を満足させおり、最も像側のレンズ面からの曲率中心を開口絞りよりも物体側に配置して、波面制御素子ＷＣＤによって発生したコマ収差を良好に補正するのに適した構成としている。
また、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐ＝７．１６６（ｍｍ）を開口絞りから撮像面までの距離ｄ＿ａｐｅ＝８．２１０（ｍｍ）よりも短く設定しており、画角光束が最も像側のレンズ面から撮像面へ向かう際、外に開くように構成している。
（８）式を満足しており波面制御素子ＷＣＤによって発生したコマ収差を良好に補正するのに適した構成としている。
これらにより、７４．０（ｄｅｇ）の画角に渡ってＦ／１．０の格段に明るい撮像装置を実現している。
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可能である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６:レンズ
ＳＴＯ:開口絞り
ＷＣＭ:波面制御手段
ＷＣＤ:波面制御素子
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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