(57)【要約】【課題】深い焦点深度の光学系を提供すること。【解決手段】光学系であって、他の領域の光学パラメータが与える結像特性よりも低い結像特性を与える光学パラメータを有する低結像部を有し、前記低結像部および前記他の領域を通過する物点からの光に対する前記光学系の光学伝達関数が、物点までの距離によらず略同一である。光学系は、低結像部および他の領域を通過する物点からの光を、物点までの距離によらず略同一の大きさに広げてよい。低結像部は、光軸を含む領域であり、他の領域は、低結像部の周囲の光軸を含まない領域であってよい。【選択図】図１
2011022358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の領域の光学パラメータが与える結像特性よりも低い結像特性を与える光学パラメータを有する低結像部を有し、
前記低結像部および前記他の領域を通過する物点からの光に対する光学伝達関数が、物点までの距離によらず略同一である
光学系。
【請求項２】
前記光学系は、前記低結像部および前記他の領域を通過する物点からの光を、物点までの距離によらず略同一の大きさに広げる
請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記低結像部は、光軸を含む領域であり、前記他の領域は、前記低結像部の周囲の光軸を含まない領域である
請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記低結像部は、前記光学系が有する少なくとも１のレンズの少なくとも１の面の前記光軸を含む一部領域に形成され、当該面の前記光軸を含まない領域の光学パラメータが与える結像特性よりも低い結像特性を与える光学パラメータを有する
請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記低結像部は、前記光軸を含まない領域の曲面形状が与える結像特性よりも低い結像特性を与える曲面形状を有する
請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
前記低結像部の基準曲率半径は、前記他の領域の基準曲率半径より大きい
請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記低結像部の基準曲率半径は実質的に無限大である
請求項５に記載の光学系。
【請求項８】
前記低結像部の高さａと、前記低結像部を有する面を軸上光線が通過する最大高さｂとが、
０．０５≦ａ／ｂ≦０．７７
を満たす請求項６に記載の光学系。
【請求項９】
前記ａと、前記ｂとが、
０．０８≦ａ／ｂ≦０．６０
を満たす請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記低結像部における曲面形状によるバックフォーカスの値ｆｂ１、前記他の領域の曲面形状によるバックフォーカスの値ｆｂ２、および、前記光学系のＦナンバーの値ＦＮが、
２．４≦（ｆｂ２／ｆｂ１）×ＦＮ≦２．８７
を満たす請求項６に記載の光学系。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の光学系と、
前記光学系を通過した光を受光する受光部と
を備える撮像装置。
【請求項１２】
前記受光部は、複数の画素にそれぞれ対応する複数の受光素子を有し、前記複数の画素はそれぞれ少なくとも３色のカラーフィルタの１色を透過した光を受光し、
前記光学系は、前記３色の光を受光する近接した３個の画素より形成される画素ブロックより大きく広げたことを特徴とする
請求項１１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、光学系および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本来の焦点の光軸方向前後の２点に焦点が位置するとみなすことができるとした二重焦点光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、物点距離が異なる物点に対して、可動部なしで同時に撮像することができるとした二重焦点レンズ系が知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、位相マスクを使用することによって光学システムの光伝達関数を焦点位置から或るレンジ内で実質的に一定に留める技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、波面の位相を変更する光学素子により焦点関係の収差に対して光学結像の光学伝達関数を実質的に不変とする技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−８４２２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２７０５２６号公報
【特許文献３】特表平１１−５００２３５号公報
【特許文献４】特表２００６−５２３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記二重焦点の光学系では、物点距離が異なる２点の被写体については鮮明な被写体像を得ることが期待できるが、その他の物点距離の被写体の像はぼけてしまう場合があるという課題があった。また、上記位相マスクを用いた光学系では、位相マスクおよびレンズを有する光学系の光学特性はレンズの光軸に関して非対称であるので、レンズ、位相マスク、および受光素子をきちんとアライメントしなければ適切に復元された画像を得ることができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、光学系であって、他の領域の光学パラメータが与える結像特性よりも低い結像特性を与える光学パラメータを有する低結像部を有し、低結像部および他の領域を通過する物点からの光に対する光学系の光学伝達関数が、物点までの距離によらず略同一である。
【０００６】
光学系は、低結像部および他の領域を通過する物点からの光を、物点までの距離によらず略同一の大きさに広げてよい。
【０００７】
低結像部は、光軸を含む領域であり、他の領域は、低結像部の周囲の光軸を含まない領域であってよい。
【０００８】
低結像部は、光学系が有する少なくとも１のレンズの少なくとも１の面の光軸を含む一部領域に形成され、当該面の光軸を含まない領域の光学パラメータが与える結像特性よりも低い結像特性を与える光学パラメータを有してよい。
【０００９】
低結像部は、光軸を含まない領域の曲面形状が与える結像特性よりも低い結像特性を与える曲面形状を有してよい。
【００１０】
低結像部の基準曲率半径は、他の領域の基準曲率半径より大きくてよい。
【００１１】
低結像部の基準曲率半径は実質的に無限大であってよい。
【００１２】
低結像部の高さａと、低結像部を有する面を通過する軸上光線の最大の高さｂとが、０．０５≦ｂ／ａ≦０．７７を満たしてよい。
【００１３】
ａとｂとが、０．０８≦ａ／ｂ≦０．６０を満たしてよい。
【００１４】
ａとｂとが、０．１１≦ａ／ｂ≦０．４３を満たしてよい。
【００１５】
低結像部における曲面形状によるバックフォーカスの値ｆｂ１、他の領域の曲面形状によるバックフォーカスの値ｆｂ２、および、光学系のＦナンバーの値ＦＮが、２．４≦（ｆｂ２／ｆｂ１）×ＦＮ≦２．８７を満たしてよい。
【００１６】
本発明の第２の態様においては、撮像装置であって、上記光学系と、レンズ系を通過した光を受光する受光部とを備える。
【００１７】
受光部は、複数の画素にそれぞれ対応する複数の受光素子を有し、複数の画素はそれぞれ少なくとも３色のカラーフィルタの１色を透過した光を受光し、光学系は、３色の光を受光する近接した３個の画素より形成される画素ブロックより大きい大きさに広げてよい。
【００１８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る撮像装置１００のブロック構成の一例を示す図である。
【図２Ａ】理想レンズ系による結像特性を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】一実施形態におけるレンズ系１１０の光学特性の一例を定性的に示す図である。
【図３Ａ】レンズ系１１０のレンズ構成を示す図である。
【図３Ｂ】数値実施例１におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図３Ｃ】数値実施例１における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図３Ｄ】数値実施例１における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図４Ａ】レンズ系１１０の他のレンズ構成を示す図である。
【図４Ｂ】数値実施例２におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図４Ｃ】数値実施例２における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図４Ｄ】数値実施例２における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図５Ａ】レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す図である。
【図５Ｂ】数値実施例３におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図５Ｃ】数値実施例３における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図５Ｄ】数値実施例３における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図６Ａ】レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す図である。
【図６Ｂ】数値実施例４におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図６Ｃ】数値実施例４における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図６Ｄ】数値実施例４における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図７Ａ】レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す図である。
【図７Ｂ】数値実施例５におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図７Ｃ】数値実施例５における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図７Ｄ】数値実施例５における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図８Ａ】レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す図である。
【図８Ｂ】数値実施例５におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図８Ｃ】数値実施例５における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図８Ｄ】数値実施例５における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図９Ａ】レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す図である。
【図９Ｂ】数値実施例６におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図９Ｃ】数値実施例６における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図９Ｄ】数値実施例６における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【図１０Ａ】レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す図である。
【図１０Ｂ】数値実施例４におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す図である。
【図１０Ｃ】数値実施例４における深度対ＭＴＦを示す図である。
【図１０Ｄ】数値実施例４における空間周波数対ＭＴＦを回折限界とともに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２１】
図１は、一実施形態に係る撮像装置１００のブロック構成の一例を示す。撮像装置１００は、レンズ系１１０、レンズ系１１０を通過した光を受光する受光部１２０、補正部１４０、画像処理部１４５、および出力部１５０を備える。レンズ系１１０は、物点までの距離によらず略同一な光学伝達関数を有する。レンズ系１１０の光学特性については、図２Ｂに関連して定性的に説明する。また、図３Ａから図９Ｄに関連して実施例を説明する。
【００２２】
受光部１２０は、２次元的に配置された複数の受光素子を有する。複数の受光素子のそれぞれは、レンズ系１１０を通過した光を受光して、受光量に応じた大きさの受光信号を出力する。
【００２３】
補正部１４０は、複数の受光素子から出力された受光信号をＡ／Ｄ変換して得られたデジタルの受光信号を取得する。本デジタルの受光信号は、複数の受光素子の受光量に実質的に線形な値とみなすことができる。補正部１４０は、取得したデジタルの受光信号により表される画像に補正処理を施す。例えば、補正部１４０は、各受光素子に対応する画素値、各受光素子の位置、及びレンズ系１１０の光学的伝達関数に基づいて、画像を補正する。このように、補正部１４０は、レンズ系１１０の光学伝達関数に基づいて、受光部１２０が受光した光により得られた画像を補正する。
【００２４】
画像処理部１４５は、補正部１４０によって補正された画像に画像処理を施す。画像処理部１４５が施す画像処理としては、カラーバランス処理、γ変換、色同時化処理、輪郭補正処理、色補正処理などを例示することができる。
【００２５】
出力部１５０は、画像補正部１４０および画像処理部１４５により処理されて得られた画像を出力する。例えば、出力部１５０は、得られた処理画像を表示してよい。また、出力部１５０は、記録媒体に処理画像を記録してよい。他にも、出力部１５０は、通信回線に処理画像を送出してよい。なお、出力部１５０は、処理画像を圧縮して、圧縮された処理画像を出力してもよい。
【００２６】
図２Ａは、理想レンズ系による結像特性を模式的に示す。理想レンズ系によれば、光軸上の無限遠物点からの光線２１０、光線２２０、および、光線２３０は、いずれも光軸上の一点に結像する。本結像点に像面が位置していれば一点の点像が得られるが、像面を本結像点からデフォーカスさせると、デフォーカス量に応じて点像の広がりは拡大してしまう。
【００２７】
図２Ｂは、一実施形態におけるレンズ系１１０の光学特性の一例を定性的に示す。レンズ系１１０は、像面に最も近いレンズ１１５の像側の光学面に、実質的に平坦な低結像領域２６０を有している。ここでは、低結像領域２６０は、光軸を中心とする円形の断面領域であるとする。レンズ系１１０は、低結像領域２６０を有する点を除いて、図２Ａで説明した理想レンズ系と同じ光学パラメータを有するとする。
【００２８】
光線２２０および光線２３０は、低結像領域２６０を通過しない光線であり、理想レンズ系と同様に、レンズ系１１０により光軸上の一点に結像される。光線２１０は、低結像領域２６０上において光軸から最も離れた位置を通過する光線であるとする。光線２１０は、低結像領域２６０が存在することにより、光線２２０および光線２３０の結像点より遠方で光軸と交わる。また、低結像領域２６０上の他の高さを通過する他の光線は、光線２１０と光軸との交点よりさらに遠方の位置で光軸と交わる。
【００２９】
レンズ系１１０によれば、一点の点像が得られるような像面位置は存在せず、光軸上のどの位置に像面をとっても、ある程度の広がりを有する点像が得られる。レンズ系１１０による光学伝達関数の逆伝達関数に対応する復元処理を広がった点像に施すことで、広がった点像は実質的に一点の点像に復元され得る。
【００３０】
また、レンズ系１１０によれば、像面位置をデフォーカスさせても、デフォーカス量に応じた点像の広がりの変化を、理想レンズ系に比べると著しく低減できることが期待できる。光軸方向の所定範囲内の像面位置で点像の広がりが略一定となれば、その範囲内の像面位置で得られたどの点像も、例えば所定の像面位置に対応する逆伝達関数の復元処理により、近似的に一点となる点像に復元され得る。この場合、レンズ系１１０は、比較的に深い焦点深度を実質的に有しているといえる。
【００３１】
なお、近軸光と比べると、周辺光はその収差量をレンズの光学パラメータで調整することは比較的に容易である。したがって、低結像領域２６０を光軸近傍に形成することで、点像の広がりをデフォーカスに対して略一定となるレンズ系を比較的に容易に設計することができる。なお、以後の説明において、低結像領域２６０を通過する光線の最大高さをａ、低結像領域２６０を有する面を通過する軸上光線の最大の高さをｂとして、レンズ系１１０の光学特性を評価する評価指標として用いる。
【００３２】
尚、図２Ｂにおいて、前記光線の通過する高さａおよびｂと前記光線の高さを瞳面に投射した光線の高さａ'およびｂ'の関係は、概ね比例関係にある。本発明の実施例は、ａ／ｂの比率で比較するが、概ねａ／ｂ=ａ'／ｂ'となるので、瞳面に換算した値（ａ'／ｂ'）で比較することも可能である。
【００３３】
図３Ａは、レンズ系１１０のレンズ構成を示す。表１には、図３Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例１の諸元の値を示す。
【００３４】
【表１】
2011022358.tif 000003
【００３５】
本数値実施例１および後に説明する各数値実施例の諸元表において、面番号、面形状、曲率半径、面間隔、硝材、および屈折率は、それぞれ以下の諸元を示す。
【００３６】
すなわち、面番号ｉは、物体側から数えてｉ番面の光学面を示す。絞りを表す面に対応する面番号には「絞り」と示される。面形状は、光学面が球面である場合には「球面」、非球面である場合には「非球面」などを示す。
【００３７】
曲率半径は、第ｉ番面の光学面の曲率半径を示す。面間隔は物体側から第ｉ番目の光学面と第ｉ＋１番目の光学面との間の軸上の面間隔を示す。屈折率は物体側に第ｉ番目の光学面を有する硝材のｄ線（５８７．５６２ｎｍ）に対する屈折率を示す。なお、曲率半径Ｉｎｆｉｎｉｔｙは、当該光学面が平面（光軸に垂直）であることを示す。
【００３８】
数値実施例１において、面形状ＢＩＮＡＲＹは、当該光学面が異なる２つの面形状パラメータで規定されることを示す。本数値実施例１における面番号１２および面番号１３の諸元は、それぞれ表２および表３に示される。
【００３９】
【表２】
2011022358.tif 000004
【００４０】
【表３】
2011022358.tif 000005
【００４１】
表２および表３において、曲率半径、円錐常数、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８、Ｈ１０は、面番号で定められる光学面の諸元を示す。すなわち、曲率半径および円錐常数は、光学面の基準の曲率半径を示す。Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８、およびＨ１０は、それぞれ、４次、６次、８次、および、１０次の非球面展開係数を示す。すなわち、Ｈｎは、ｎ次の非球面展開係数を示す。このことは、他の表でも同様である。なお、光学面のザグｚは、以下の式で表される。
【００４２】
【数１】
2011022358.tif 000006
【００４３】
図３Ｂ〜図３Ｄには、数値実施例１の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示される。後に説明する他の数値実施例においても、以下に説明するスポットダイアグラムおよびＭＴＦ特性と同様の結像特性が示される。
【００４４】
図３Ｂは、数値実施例１におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照すると、各像高において、デフォーカスに対してスポット径は比較的に一定の大きさを有していることがわかる。デフォーカス０において所定の広がりが認められることに注目されるべきである。なお、デフォーカス０の位置は、中心ＭＴＦの値がピークとなる光軸上の位置近傍において周辺性能とのバランスから決定される。
【００４５】
図３Ｃは、数値実施例１における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．５７程度と比較的に低くなっていることがわかる。また、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっており、デフォーカスした位置にも相当強度の応答を有することがわかる。
【００４６】
レンズ系の焦点深度は、多くの場合、深度対ＭＴＦの分布において、最大ＭＴＦ値に対する所定割合（例えば、２０％）の強度を持つ幅で評価される。本数値実施例１おいては、上記の比較的に低いＭＴＦ値に応じた感度で撮像することができるとともに、像復元処理では実質的にＭＴＦ値を持ち上げる処理が施される。したがって、このレンズ系１１０においても、最大ＭＴＦ値に対して所定の値を有するＭＴＦ値において、焦点深度を評価することができる。本図に示されるようにＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることから、本数値実施例においては比較的に長い焦点深度を有していることがわかる。実際の焦点深度の評価値については、他の数値実施例とともに後述する。
【００４７】
図３Ｄは、数値実施例１における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、像高によらず比較的に一致した空間周波数対ＭＴＦを有することがわかる。このため、同じ復元処理パラメータを用いてもアーチファクトの発生を抑制することができる。また、本図から、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。このため、復元処理により高周波の信号を復元できることがわかる。
【００４８】
図４Ａは、レンズ系１１０の他のレンズ構成を示す。表４には、図４Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例２の諸元の値を示す。
【００４９】
【表４】
2011022358.tif 000007
【００５０】
本数値実施例２における面番号１２および面番号１３の各ゾーンの諸元は、表５および表６に示される。表５および表６の諸元は、表２および表３の諸元と同様であるので、説明を省略する。以後説明する数値実施例の各ゾーンの諸元についても同様の諸元が示される。
【００５１】
【表５】
2011022358.tif 000008
【００５２】
【表６】
2011022358.tif 000009
【００５３】
図４Ｂ〜図４Ｄには、数値実施例２の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図４Ｂは、数値実施例２におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照して、デフォーカス０において所定の広がりが認められることに注目されるべきである。
【００５４】
図４Ｃは、数値実施例２における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．５７程度と比較的に低くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることがわかる。したがって、比較的に深い焦点深度を有することがわかる。
【００５５】
図４Ｄは、数値実施例２における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、像高によらず比較的に一致した空間周波数対ＭＴＦを有することがわかる。また、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。
【００５６】
図４Ｄは、数値実施例１における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。このため、復元処理により高周波の信号を復元できることがわかる。
【００５７】
図５Ａは、レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す。表７には、図５Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例３の諸元の値を示す。
【００５８】
【表７】
2011022358.tif 000010
【００５９】
本数値実施例３における面番号１２および面番号１３の各ゾーンの諸元は、表８および表９に示される。
【００６０】
【表８】
2011022358.tif 000011
【００６１】
【表９】
2011022358.tif 000012
【００６２】
図５Ｂ〜図５Ｄには、数値実施例４の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図５Ｂは、数値実施例４におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照して、デフォーカス０においてスポットダイアグラムの所定の広がりが認められることに注目されるべきである。
【００６３】
図５Ｃは、数値実施例４における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．４６程度と比較的に低くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることがわかる。したがって、比較的に深い焦点深度を有することがわかる。
【００６４】
図５Ｄは、数値実施例４における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、像高によらず比較的に一致した空間周波数対ＭＴＦを有することがわかる。また、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。
【００６５】
図６Ａは、レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す。表１０には、図６Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例４の諸元の値を示す。
【００６６】
【表１０】
2011022358.tif 000013
【００６７】
本数値実施例４における面番号１２および面番号１３の各ゾーンの諸元は、表１１および表１２に示される。
【００６８】
【表１１】
2011022358.tif 000014
【００６９】
【表１２】
2011022358.tif 000015
【００７０】
図６Ｂ〜図６Ｄには、数値実施例４の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図６Ｂは、数値実施例４におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照して、デフォーカス０においてスポットダイアグラムの所定の広がりが認められることに注目されるべきである。
【００７１】
図６Ｃは、数値実施例４における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．６２程度と比較的に低くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることがわかる。したがって、比較的に深い焦点深度を有することがわかる。
【００７２】
図６Ｄは、数値実施例５における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、像高によらず比較的に一致した空間周波数対ＭＴＦを有することがわかる。また、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。
【００７３】
図７Ａは、レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す。表１０には、図７Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例５の諸元の値を示す。
【００７４】
【表１３】
2011022358.tif 000016
【００７５】
本数値実施例５における面番号１２および面番号１３の各ゾーンの諸元は、表１４および表１５に示される。
【００７６】
【表１４】
2011022358.tif 000017
【００７７】
【表１５】
2011022358.tif 000018
【００７８】
図７Ｂ〜図７Ｄには、数値実施例５の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図７Ｂは、数値実施例５におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照して、デフォーカス０においてスポットダイアグラムの所定の広がりが認められることに注目されるべきである。
【００７９】
図７Ｃは、数値実施例５における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．６５程度と比較的に低くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることがわかる。したがって、比較的に深い焦点深度を有することがわかる。
【００８０】
図７Ｄは、数値実施例５における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、像高によらず比較的に一致した空間周波数対ＭＴＦを有することがわかる。また、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。
【００８１】
図８Ａは、レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す。表１６には、図８Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例６の諸元の値を示す。
【００８２】
【表１６】
2011022358.tif 000019
【００８３】
本数値実施例６における面番号１および面番号２の各ゾーンの諸元は、表１７および表１８に示される。
【００８４】
【表１７】
2011022358.tif 000020
【００８５】
【表１８】
2011022358.tif 000021
【００８６】
本数値実施例６における非球面の面番号５−１２の非球面データは、表１９Ａ〜表１９Ｄに示される。なお、非球面の面番号に対応する曲率半径の欄には、非球面の面形状を規定する一パラメータである基準曲率半径が記載される。
【００８７】
【表１９Ａ】
2011022358.tif 000022
【００８８】
【表１９Ｂ】
2011022358.tif 000023
【００８９】
【表１９Ｃ】
2011022358.tif 000024
【００９０】
【表１９Ｄ】
2011022358.tif 000025
【００９１】
図８Ｂ〜図８Ｄには、数値実施例６の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図８Ｂは、数値実施例６におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照して、デフォーカス０においてスポットダイアグラムの所定の広がりが認められることに注目されるべきである。
【００９２】
図８Ｃは、数値実施例６における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．５２程度と比較的に低くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることがわかる。したがって、比較的に深い焦点深度を有することがわかる。
【００９３】
図８Ｄは、数値実施例６における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、像高によらず比較的に一致した空間周波数対ＭＴＦを有することがわかる。また、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。このため、復元処理により高周波の信号を復元できることができることがわかる。
【００９４】
本数値実施例６では、平坦領域は最も物体側に位置するレンズに形成されている。最も像側に位置するレンズに平坦領域が形成されなくとも、比較的に深い焦点深度を有するレンズ系を設計することができる。光軸を含まない領域では元々収差が存在しており、レンズ設計において光軸を含む領域よりも比較的に結像特性を制御し易い。このため、光軸を含む所定の良否域が平坦な場合であっても、平坦領域の周囲の領域の光学パラメータを適切に設計することで、スポットの広がりを略一定にすることができる場合がある。
【００９５】
図９Ａは、レンズ系１１０の更なる他のレンズ構成を示す。表２０には、図９Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例７の諸元の値を示す。なお、面番号１２の光学面は、光軸から半径０．０２５ｍｍ以内のゾーンは多項式で定められ、その周囲のゾーンは、半径０．０８ｍｍの非球面となっている。
【００９６】
【表２０】
2011022358.tif 000026
【００９７】
本数値実施例７における面番号１２の各ゾーンの諸元は、表２１に示される。
【００９８】
【表２１】
2011022358.tif 000027
【００９９】
ＸｎＹｍに対応する欄には、光軸を原点としてｘ座標についてｎ次、ｙ座標についてｍ次の次数の項に対する係数が示されている。すなわち、光学面のザグｚは、以下の式で表される。
【０１００】
【数２】
2011022358.tif 000028
【０１０１】
上式を展開すると以下ように表される。
【０１０２】
【数３】
2011022358.tif 000029
【０１０３】
上式の係数Ａｉが、表２１の各欄の係数に対応する。
【０１０４】
本数値実施例７における非球面の面番号３−１２の非球面データは、表２２Ａ〜表２２Ｄに示される。
【０１０５】
【表２２Ａ】
2011022358.tif 000030
【０１０６】
【表２２Ｂ】
2011022358.tif 000031
【０１０７】
【表２２Ｃ】
2011022358.tif 000032
【０１０８】
【表２２Ｄ】
2011022358.tif 000033
【０１０９】
図９Ｂ〜図９Ｄには、数値実施例７の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図９Ｂは、数値実施例７におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照して、デフォーカス０においてスポットダイアグラムの所定の広がりが認められることに注目されるべきである。
【０１１０】
図９Ｃは、数値実施例７における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．７２程度と比較的に低くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅広になっていることがわかる。したがって、比較的に深い焦点深度を有することがわかる。
【０１１１】
図９Ｄは、数値実施例７における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、比較的に高周波領域まで周波数応答を有することがわかる。このため、復元処理により高周波の信号を復元できることができることがわかる。
【０１１２】
本数値実施例７から、光軸近傍の領域が平坦面でなくとも、比較的に深い焦点深度を有するレンズ系を設計できることがわかる。
【０１１３】
ここで参考のため、数値実施例１−７に係るレンズ系において低結像部を有しないレンズ構成の実施例を示す。図１０Ａには、数値実施例１−５に係るレンズ系に対応するレンズ系を示す。表２３には、図１０Ａに示すレンズ系１１０の数値実施例の諸元の値を示す。
【０１１４】
【表２３】
2011022358.tif 000034
【０１１５】
図１０Ｂ〜図１０Ｄには、本数値実施例の結像特性として、スポットダイアグラム図およびＭＴＦ特性が示されている。図１０Ｂは、本数値実施例におけるスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示す。本図を参照すると、デフォーカス０においてスポットダイアグラムが比較的に小さいことがわかる。また、数値実施例１−５に係るレンズ系と比べると、デフォーカス依存性が著しく大きいことがわかる。
【０１１６】
図１０Ｃは、本数値実施例における深度対ＭＴＦを示す。本図を参照すると、ＭＴＦの最大値が約０．８６程度と比較的に高くなっており、ＭＴＦの分布が比較的に幅狭になっていることがわかる。したがって、焦点深度は比較的に狭いことがわかる。
【０１１７】
図１０Ｄは、本数値実施例における空間周波数対ＭＴＦを、回折限界とともに示す。本図を参照すると、近軸光に対しては回折限界に近い周波数応答を有することがわかる。しかしながら、異なる像高に対して周波数応答が比較的に大きく異なっていることがわかる。
【０１１８】
以上数値実施例１−７に例示したように、光軸を含む中央領域に低結像部を形成することにより、比較的に深い焦点深度を持つ光学系を設計することができることが示された。
【０１１９】
表２４Ａおよび表２４Ｂは、上記数値実施例において低結像部の径を異ならせた場合の焦点深度を示す。
【０１２０】
【表２４Ａ】
2011022358.tif 000035
【０１２１】
【表２４Ｂ】
2011022358.tif 000036
【０１２２】
本表は、数値実施例の番号、低結像部の高さ（ａ）、第１指標値（ａ／ｂ）、および、焦点深度が示されている。第１指標値は、低結像部を有するレンズを通過する軸上光線の最大高さ（ｂ）と低結像部の高さの比（ａ／ｂ）で定めるとする。深度対ＭＴＦ値のＭＴＦ分布において、ＭＴＦ値が所定の評価基準ＭＴＦ値となる幅を、焦点深度とした。評価基準ＭＴＦ値には、およそ最大ＭＴＦ値の２０％となる値にとった。
【０１２３】
本表に示すように、いずれの大きさのａについても、比較的に深い焦点深度が得られた。ここで第１指標値ａ／ｂが０．０５以上０．７７以下の場合に、比較的に深い焦点深度が得られた。焦点深度を深くすることを目的とした場合に、第１指標値を０．０５以上０．７７以下とすることがよい。
【０１２４】
また、第１指標値が０．０８以上０．６０以下である場合には、数値実施例１〜７のより多くの光学系の場合において比較的に長い焦点深度が得られている。すなわち、焦点深度を深くすることを目的とした場合に、第１指標値を０．０８以上０．６０以下とすることが望ましいといえる。
【０１２５】
特に、第１指標値が０．１１以上０．４３以下である場合に、数値実施例１〜７のより多くの光学系の場合において、比較的に長い焦点深度が得られている。すなわち、焦点深度を深くすることを目的とした場合に、第１指標値を０．１１以上０．４３以下とすることがより望ましいといえる。
【０１２６】
表２５は、上記数値実施例において焦点深度に影響を与える第２指標値を示す。本表には、数値実施例の番号、低結像部を含む領域の焦点距離（ｆ１）、低結像部を含む領域のバックフォーカス（ｆｂ１）、低結像部を含まない領域の基準曲率半径に対応する焦点距離（ｆ２）、当該基準曲率半径に対応するバックフォーカス（ｆｂ２）、入射瞳径、Ｆナンバー（ＦＮ）、および、第２指標値を示す。
【０１２７】
【表２５】
2011022358.tif 000037
【０１２８】
第２指標値は、（ｆｂ２／ｆｂ１）×ＦＮで定めるとする。上記数値実施例１−７において、第２指標値が２．４から２．８７までの間で、深い焦点深度が得られた。すなわち、焦点深度を深くすることを目的とした場合に、第２指標値は２．４以上２．８７以下の範囲内であることが好ましい。
【０１２９】
以上この発明の実施例として、低結像領域が、最も像側の第１レンズの像側の面および最も像側位置するレンズに設けたものを例示した。しかし、当該低結像領域の位置は当該箇所に限定されるものではない。低結像領域を有する面の位置にかかわらず、この発明の所定の範囲を満足する限り、光軸上の性能に関しては同じ効果が得られる。一方、絞りから離れた位置に低結像領域がある場合、低結像領域は主に光軸近傍の結像特性に対して影響を及ぼし、低結像領の位置が絞りに近づくほど低結像領域の影響が周辺性能へも影響を及ぼすようになるので、周辺性能とのバランスを考慮して、低結像領の位置を適宜選択することが可能である。
【０１３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１３１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１３２】
１１０  レンズ系
１００  撮像装置 
１１５  レンズ 
１２０  受光部 
１４０  補正部 
１４５  画像処理部 
１５０  出力部 
２１０  光線 
２２０  光線 
２３０  光線 
２６０  低結像領域
【図１】
2011022358.tif 000038
【図２Ａ】
2011022358.tif 000039
【図２Ｂ】
2011022358.tif 000040
【図３Ａ】
2011022358.tif 000041
【図３Ｂ】
2011022358.tif 000042
【図３Ｃ】
2011022358.tif 000043
【図３Ｄ】
2011022358.tif 000044
【図４Ａ】
2011022358.tif 000045
【図４Ｂ】
2011022358.tif 000046
【図４Ｃ】
2011022358.tif 000047
【図４Ｄ】
2011022358.tif 000048
【図５Ａ】
2011022358.tif 000049
【図５Ｂ】
2011022358.tif 000050
【図５Ｃ】
2011022358.tif 000051
【図５Ｄ】
2011022358.tif 000052
【図６Ａ】
2011022358.tif 000053
【図６Ｂ】
2011022358.tif 000054
【図６Ｃ】
2011022358.tif 000055
【図６Ｄ】
2011022358.tif 000056
【図７Ａ】
2011022358.tif 000057
【図７Ｂ】
2011022358.tif 000058
【図７Ｃ】
2011022358.tif 000059
【図７Ｄ】
2011022358.tif 000060
【図８Ａ】
2011022358.tif 000061
【図８Ｂ】
2011022358.tif 000062
【図８Ｃ】
2011022358.tif 000063
【図８Ｄ】
2011022358.tif 000064
【図９Ａ】
2011022358.tif 000065
【図９Ｂ】
2011022358.tif 000066
【図９Ｃ】
2011022358.tif 000067
【図９Ｄ】
2011022358.tif 000068
【図１０Ａ】
2011022358.tif 000069
【図１０Ｂ】
2011022358.tif 000070
【図１０Ｃ】
2011022358.tif 000071
【図１０Ｄ】
2011022358.tif 000072