(57)【要約】本明細書では拡張被写界深度を示す固定焦点光学システムを構成することを提示する。例えば、非対称変調伝達関数（ＭＴＦ）を生成するコンパクトで、高速な光学システムが開示される。いくつかの態様では、ＭＴＦが非対称である結果、近視野の被写体に対して拡張被写界深度が得られる。そのような応答は、小型のハンドヘルドカメラまたは高分解能のカメラモジュールにとって特に有益であると思われる。いくつかの開示されている態様によれば、分解能は約８メガピクセルとすることができる。それに加えて、光学システムは、一態様では４つのレンズを備え、別の態様では５つのレンズを備えることができるが、各システムに対して約５．３ｍｍの光学全長（ＴＴＬ）より小さい。少なくとも１つのアプリケーションでは、開示されている光学システムを高分解能コンパクトカメラに使用することができ、例えば、電子コンピューティングデバイス、通信デバイス、表示デバイス、監視用機器、または同様のものと併せて使用することができる。
2013511736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムであって、
被写体の実像を形成するための共通光軸にそって配列された複数の光学素子を備え、前記光学素子は、
正の屈折力を有し、前記被写体側に面する表面と凸形状を有する前記像側に面する表面の両方を持つ、第１のレンズと、
負の屈折力とメニスカス形状を有し、前記被写体側に面する表面は前記光軸の近くに凹形状を有し、前記像側に面する表面は前記光軸の近くに凸形状を有する、第２のレンズと、
第３のレンズと、
光軸の近くにメニスカス形状を有し、前記被写体側に面する表面は前記光軸の近くに凸形状を有し、前記像側に面する表面は前記光軸の近くに凹形状を有する、第４のレンズとを備え、
前記光学システムの光学全長（ＴＴＬ）は、約５．５ｍｍ未満であり、
前記光学システムの前記ＴＴＬと前記実像の直径との比は、０．９５未満であることを特徴とする光学システム。
【請求項２】
前記光学システムは、正の焦点移動の第１の範囲と負の焦点移動の第２の範囲とに対して閾値より高いままである変調伝達関数（ＭＴＦ）を示し、前記第２の範囲は、前記第１の範囲よりも少なくとも約５０パーセント大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記ＭＴＦは、２５マイクロメートル未満の正の焦点移動および３５マイクロメートル未満の負の焦点移動に対して０．１５の閾値より高いままであることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記ＭＴＦは、０から０．３５までの範囲の値を含むことを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項５】
前記第１のレンズの焦点距離（ｆ＿１）と前記光学システムの焦点距離（ｆ）との比は、約０．７未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項６】
前記第３のレンズは小さな正の屈折力を有し、前記被写体側に面する表面および前記光軸の近くで凸形状を有する前記第３のレンズの像側に面する表面の両方を持つことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項７】
前記光学システムのＦナンバーは、約２．８であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項８】
前記第１のレンズの少なくとも一方の表面および前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、および前記第４のレンズの両面は、非球面であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項９】
レンズは、プラスチックで作られることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１０】
撮像表面を画定する画像センサーをさらに備え、  前記画像センサーが約８００万個のピクセルを備え、約１．４マイクロメートルの長さを有するピクセルを備えるか、または
前記画像センサーが約１２００万個のピクセルを備え、約１．２マイクロメートルの長さを有するピクセルを備えるかのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記レンズの屈折率は、１．５から１．６５までの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第１のレンズまたは前記第４のレンズに対する前記アッベ数は、ほぼ５０から６０までの範囲にあり、前記第２のレンズまたは前記第３のレンズに対する前記アッベ数は、ほぼ２０から３０までの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記光学システムの前記色焦点移動は、可視スペクトル範囲上で約４０マイクロメートル未満に制限されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１４】
前記光学システムに対する前記倍率色収差は、約３から４マイクロメートルまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記光学システムについて迷光を軽減するために、または瞳サイズを画定するために１つまたは複数の光学絞りをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１６】
小さな負の屈折力とメニスカス形状を有し、前記被写体側に面する表面は前記光軸の近くに凸形状を有し、前記像側に面する表面は前記光軸の近くに凹形状を有する、第５のレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項１７】
前記第３のレンズは小さな正の屈折力を有し、前記被写体側に面する凹形表面および前記像側に面する凸形表面を有することを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１８】
前記第５のレンズは前記光軸では負であり、前記光軸から離れるに従って徐々に正になる可変屈折力を有することを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記光学システムのＦナンバーは、約２．４であることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記光学システムのＭＴＦは、約３５０ミリメートルの実像に関連付けられている被写体距離に対する前記センサーのナイキスト周波数の約１／２の空間周波数で少なくとも０．１５のコントラストレベルを有することを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記光学システムのＭＴＦは、０から０．３９までの範囲の値を含むことができることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２２】
撮像表面を画定する画像センサーをさらに備え、
前記画像センサーは約８００万個のピクセルを備え、
前記画像センサーは約１．４マイクロメートルの長さを有するピクセルを備えることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２３】
前記光学システムの前記色焦点移動は、可視スペクトル範囲上で約１８マイクロメートル未満に制限されることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２４】
前記光学システムに対する前記倍率色収差は、約３から４マイクロメートルまでの範囲であることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２５】
前記光学システムについて迷光を軽減するために、または瞳サイズを画定するために１つまたは複数の光学絞りをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２６】
前記レンズは、プラスチックで作られることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２７】
カメラ用の固定焦点距離撮像システムであって、
被写体の実像を形成するための共通光軸を有する４つのレンズの集合体と、
撮像表面を画定し、約８００万個のピクセルを有する画像センサーとを備え、
前記撮像システムの光学全長（ＴＴＬ）は、約５．４ミリメートル未満であり、
前記ＴＴＬと実像円直径との比は約０．９５未満であり、
前記画像センサーは約１．４マイクロメートルの長さを有するピクセルを備え、
前記撮像システムは、正の焦点移動の範囲よりも大きい負の焦点移動の範囲に対して０．１５より高いままである非対称変調伝達関数（ＭＴＦ）を示すことができ、
前記カメラは、携帯型電子デバイスの内部に実装されることを特徴とする固定焦点距離撮像システム。
【請求項２８】
レンズの前記集合体は第５のレンズをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の固定焦点距離撮像システム。
【請求項２９】
負の焦点移動の前記範囲は、正の焦点移動の前記範囲より約１．５から２倍広いことを特徴とする請求項２７に記載の固定焦点距離撮像システム。
【請求項３０】
電子デバイス内にカメラを組み込むための方法であって、
共通光軸を有する少なくとも４つのレンズを使用することによって被写体に関する光学情報を受信するステップと、
撮像表面を使用することによって前記被写体の実像を形成するステップであって、
３５０ミリメートルの被写体距離に対応する前記実像の変調伝達関数（ＭＴＦ）が前記実像に対する拡張近被写界深度（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｄｅｐｔｈ）を有して非対称であり、
前記ＭＴＦは、０．３５の値を含むことができ、２５マイクロメートルまでの正の焦点移動から被写体遠視野に関連付けられている負の焦点移動までに対して０．１５の値より高いままである、ステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本特許出願は、参照により明示的に本明細書に組み込まれている、譲受人に譲渡された、２００８年１１月７日に出願した国際特許出願第ＰＣＴ  ＵＳ２００８／０１２６７０号、名称「ＣＵＳＴＯＭＺＥＤ  ＤＥＰＴＨ  ＯＦ  ＦＩＥＬＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＣＯＭＰＡＣＴ  ＦＡＳＴ  ＬＥＮＳ  ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」に関するものである。
【０００２】
本発明は、一般的に、撮像光学システムに関するものであり、より具体的には、比較的高い分解能である拡張被写界深度（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｆｉｅｌｄ）の焦点画像を形成するコンパクトな固定位置レンズアーキテクチャに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
光学システムおよび光学デバイスのアプリケーションは、近年、増加し、広く行き渡り、望遠鏡、顕微鏡、および眼鏡などの従来からの用途から他のさまざまな領域へと発展している。カメラとビデオカメラは、非常にポピュラーな民生用アプリケーションとなっており、ハイエンドのデバイス向けに高精度の光学システムが望まれている。しかし、撮像光学システムは、民生用エレクトロニクス製品（例えば、ＤＶＤまたはＣＤプレーヤー、カメラ、および望遠鏡）、光ファイバー通信機器（例えば、光カプラおよびマルチプレクサ）、医薬品および手術道具（例えば、高精度の顕微鏡、光ファイバープローブ、ＭＲＩおよびＸ線機器）、軍事防御機器（例えば、レーザー誘導兵器）、ならびロボット工学（例えば、人工視覚）、さらには多数の他のアプリケーションを含む、広範な分野の現代的技術に対して重要な役割を果たしてきている。現代的光学システムは、多様であるけれども、最も関心の高い最近の進歩の１つは、小型およびマイクロ光学システムの分野、特にデジタルカメラの分野においてなされている。
【０００４】
カメラおよびビデオカメラ用のデジタル撮像センサー（ｄｉｇｉｔａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｅｎｓｏｒｓ）およびマイクロ光学システムは、これらのデバイスの絶え間ない小型化を可能にしてきた。その結果、カメラモジュールは、携帯電話、スマートフォン、および携帯情報端末（ＰＤＡ）などのハンドヘルドデバイス、ラップトップ、ネットブック、およびデスクトップコンピュータなどのコンピューティングデバイス、テレビジョン、モニタ、およびグラフィックスディスプレイなどの表示デバイス、隠された、もしくは目立たない監視機器などをはじめとする、小さな電子デバイス内に組み込まれるようになった。画像センサーの改良により、マイクロスケールのピクセレーションを利用する高分解能画像検出装置が実現され、しかも高信号対雑音比であり、コストも次第に下げられてきた。デジタルセンサーが改善されてきているので、光学システムにおける進歩も、高分解能システムの潜在的進歩を活かすために望ましいことであろう。
【０００５】
例えば、約８メガピクセルの高分解能センサーを使用して、薄くスマートな電子デバイス（例えば、カメラフォン）向けに高性能を達成し、拡張被写界深度（ＥＤｏＦ）を実現できる光学システムを有することが望ましい。また、一定範囲のＦナンバー（例えば、２から３までの範囲）に対し品質を向上させることができる光学システムを有することも望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第６１／００１，９８８号明細書
【特許文献２】米国特許出願第６１／００２，２６２号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１１／９７０，４２７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
以下では、１つまたは複数の態様の基本的な理解を深められるように、そのような態様の単純化された概要を述べる。この概要は、すべての企図される態様の網羅的な概要ではなく、すべての態様の主要なまたはクリティカルな要素を同定することも、いずれかまたはすべての態様の範囲を線引きすることも意図されてはいない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の前置きとして、単純化された形で１つまたは複数の態様のいくつかの概念を提示することである。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本開示は、拡張被写界深度（ＥＤｏＦ）をもたらす固定焦点距離光学システムを実現する。本開示のいくつかの態様において、５レンズ系が形成される。５レンズ系は、Ｆナンバーを約２．４とすることができ、その結果、光学システムに比較的近い位置にある物体に対して拡張画像シャープネス（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｉｍａｇｅ  ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）またはＥＤｏＦをもたらす非対称変調伝達関数（ＭＴＦ）が得られる。物体の近くの像に再び焦点を合わせることができない光学システムの場合、この光学システムは、典型的な固定焦点カメラ光学システムに比べて著しい改善を示しうる。５レンズ設計では、レンズの光学全長（ＴＴＬ）を約５．３ｍｍ未満とすることができ、その結果、小型電子デバイス（例えば、薄い、ハンドヘルド型の携帯電話、表示デバイス、コンピューティングデバイスなど）に最適なコンパクトであるが、高速な光学システムが構成されうる。
【０００９】
本開示のさらなる態様によれば、ＥＤｏＦを備える追加の光学システムが開示されている。追加の光学システムは、少なくともいくつかの開示されている態様における４レンズ系とすることができる。４レンズ系では、少なくとも一態様においてＦナンバーを約２．８とし、ＴＴＬを約５．３５未満とすることができる。さらに、４レンズ系は、拡張近視野分解能および比較的小さな歪みを示しうる。
【００１０】
本開示の少なくとも１つの態様において、代替的４レンズ光学システムが形成される。代替的４レンズ光学システムは、拡張近視野分解能を示すことができ、これによりこのようなシステムは小型電子デバイスに最適なものとなり、非対称のスルーフォーカスＭＴＦ（ＴＦ−ＭＴＦ）応答をさらに有することができる。特に、ＴＦ−ＭＴＦは、正の焦点移動（ミクロン単位）と同じ数の負の焦点移動（これもミクロン単位）の１．５から２倍に対して約０．１５をより大きいままにできる。この結果、有益な近視野像分解能が得られる。さらなる態様によれば、代替的４レンズ系では、Ｆナンバーを約２．８とし、ＴＴＬを約５．３ｍｍ未満とすることができる。さらに、代替的４レンズ系では、少なくとも１つの開示されている態様においてＴＴＬ対画像サイズ比を約０．９２未満とすることができる。
【００１１】
前述の目的および関連する目的の達成のために、１つまたは複数の態様は、以下で十分に説明され、特に特許請求の範囲で指摘される特徴を備える。次の説明および添付図面は、その１つまたは複数の態様のある種の例示的態様を詳細に示す。ただし、これらの態様はさまざまな態様の原理を採用するさまざまな方法の少数のみを示しており、説明されている態様はこのような態様およびその等価物すべてを含むことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示のさまざまな態様を表す例示的な光学的撮像システムのブロック図である。
【図２】さまざまな開示されている態様の背景状況を示す例示的な撮像システムのブロック図である。
【図３】さまざまな撮像特性を与えるように構成されうる例示的な光学システムのブロック図である。
【図４】本開示の態様による拡張被写界深度（ＥＤｏＦ）に対する例示的な固定焦点光学システムの断面図である。
【図５】３５０ミリメートル（ｍｍ）の被写体距離（ＯＤ）に対する固定焦点光学システムの変調伝達関数（ＭＴＦ）応答を示す図である。
【図６】１つまたは複数の開示されている態様による１０００ｍｍのＯＤを持つ固定焦点光学システムに対するＭＴＦ応答を示す図である。
【図７】他の態様による固定焦点光学システムに対する正および負の焦点移動のスルーフォーカスＭＴＦ（ＴＦ−ＭＴＦ）応答を示す図である。
【図８】追加の態様に基づく固定焦点光学システムに対する色焦点移動のグラフである。
【図９】さらに他の態様による固定焦点光学システムに対する像面湾曲および歪みのグラフである。
【図１０】図４の固定焦点光学システムに対する倍率色収差（ｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｌｏｒ）のグラフである。
【図１１】システムに対するセンサー露光を示す固定焦点光学システムに対する相対照度のグラフである。
【図１２】さらなる態様によるＦナンバーが２．８で、ＥＤｏＦを備える追加の固定焦点光学システムの断面図である。
【図１３】ＯＤが３５０ｍｍである追加の固定焦点光学システムに対するＭＴＦ応答のグラフである。
【図１４】１０００ｍｍのＯＤについての図１２の固定焦点光学システムに対するＭＴＦ応答のグラフである。
【図１５】追加の固定焦点光学システムに対する一定範囲の正および負の焦点移動のＴＦ−ＭＴＦのグラフである。
【図１６】さらに他の開示されている態様による追加の固定焦点光学システムに対する色焦点移動のグラフである。
【図１７】一定範囲の示されている波長についての図１２の固定焦点光学システムに対する像面湾曲および歪みのグラフである。
【図１８】さらなる態様による図１２の固定焦点光学システムに対する倍率色収差のグラフである。
【図１９】１つまたは複数の他の態様による追加の固定焦点光学システムに対する相対照度のグラフである。
【図２０】本開示のさらに他の態様による２．８のＦナンバーを有する代替的固定焦点光学システムの断面図である。
【図２１】代替的固定焦点光学システムに対する３５０ｍｍのＯＤのＭＴＦ応答のグラフである。
【図２２】代替的固定焦点光学システムに対する１０００ｍｍのＯＤのＭＴＦ応答のグラフである。
【図２３】図２０の固定焦点光学システムに対する一定範囲の正および負の焦点移動のＴＦ−ＭＴＦのグラフである。
【図２４】さらなる態様による図２０の固定焦点光学システムに対する色焦点移動のグラフである。
【図２５】代替的固定焦点光学システムに対する像面湾曲および歪みのグラフである。
【図２６】１つまたは複数の態様による図２０の固定焦点光学システムに対する倍率色収差のグラフである。
【図２７】追加の態様による図２０の固定焦点光学システムに対する相対照度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、さまざまな態様について、図面を参照しつつ説明するが、図面全体を通して、同様の符号は同様の要素を参照するのに使用される。以下の説明では、説明を目的として、１つまたは複数の態様を完全に理解できるようにする多数の具体的詳細を述べている。しかし、そのような態様（複数可）を、これらの具体的な詳細なしで実践できることは明白であろう。他の場合には、１つまたは複数の態様の説明を円滑に行うために、周知の構造とデバイスとを、ブロック図形式で示す。
【００１４】
それに加えて、本明細書の教示は、さまざまな形態で具現化することができ、本明細書で開示されている特定の構造または機能は、単に代表するものにすぎないことは明らかであろう。本明細書の教示に基づき、当業者は、開示されている態様が、他の態様と独立して実装され、またこれらの態様のうち２つまたはそれ以上をさまざまな方法で組み合わせられることを理解するであろう。例えば、本明細書に記載するあらゆる数の態様を使用して、装置を実装し、および／または方法を実施することができる。
【００１５】
それに加えて、本明細書で述べられている態様のうちの１つまたは複数の態様に加えて、またはそれら以外の他の構造および／または機能を使用して、装置を実装し、および／または方法を実施することができる。例えば、本明細書で開示されている装置およびレンズ系の多くは、コンパクトな固定位置光学レンズ配置構成を介して高分解能光学的撮像を行うという背景状況において説明される。当業者であれば、類似の技術を他の光学的レンズアーキテクチャに適用可能であることを理解するであろう。例えば、本明細書で使用されるレンズ配置構成は、光学的配置構成が像面に相対的に自動的にまたは手動により変位される機械式焦点または自動焦点システムにおいて使用することができる。
【００１６】
そこで図面を参照すると、図１は、本開示の態様による例示的な光学システム１００のブロック図を示している。システム１００は、光軸１０４に相対的に同様の方法で位置決めされた光学素子１０２の配置構成を備える。本明細書で使用されているように、光学素子は、少なくとも可視スペクトル（例えば、約４００から７００ナノメートル［ｎｍ］）範囲内の電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過的な屈折もしくは反射材料の単一個片を指す。好適な材料の例として、研削され研磨されたガラス、成形ガラスまたは複製成形プロセス、ウェイトツーレベル光学システム（ｗｅｉｇｈｔ  ｔｏ  ｌｅｖｅｌ  ｏｐｔｉｃｓ）（ＷＬＯ）、射出成形プラスチック、エッチングされたマイクロ光学システム、または同様のものが挙げられる。
【００１７】
それに加えて、光学素子は、少なくとも１つの屈折もしくは反射面を有する。本明細書で使用される光学素子の一例は、光学レンズである。光学レンズは、２つの対向する屈折面と、レンズの外径（円形レンズの場合）もしくは周を画成する対向する表面の間のエッジとを備える光学素子である。光学レンズの典型的な配置構成は、少なくとも一般的に１つの軸（光軸１０４）を横断する一連のレンズ１０２を備える。しかし、本開示と一致する他の可能な配置構成も存在することは理解されるであろう。「レンズ構成要素」は、本明細書では、（Ａ）各レンズ素子の像形成特性を計算する際に間隔を無視することができないほど隣接するレンズ素子から離されて並ぶ単一レンズ素子、または（Ｂ）全体が完全に接触するか、または隣接するレンズ表面の間の間隔が２つまたはそれ以上のレンズ素子の像形成特性を計算する際に間隔（複数可）を無視できないくらい小さい接近した隣接するレンズ表面を有する２つまたはそれ以上のレンズ素子として定義される。そのため、いくつかのレンズ素子は、レンズ構成要素とすることもでき、「レンズ素子」および「レンズ構成要素」という用語は相互排他的な用語ではない。
【００１８】
それに加えて、「光学的構成要素」という用語は、本明細書では、撮像光学システムに関係する重要な特性を有する要素の上位集合を指すために使用され、レンズ素子およびレンズ構成要素などの光学素子、さらには光学絞りを含むが、薄膜、バンドパスフィルター、ローパスもしくはハイパスフィルター、偏光フィルター、鏡などの他のさまざまな要素も含みうることも理解されるであろう。
【００１９】
光学素子１０２の左側、つまり被写体側に入る光は、各素子（１０２）と順に相互作用し、素子１０２の右側、つまり像側を出て、光センサー１０６へ向かう。光学素子１０２の左側と相互作用するすべての光が、センサー１０６に伝達されるわけではなく、一部の光は各素子（１０２）から反射され、また一部の光は光軸１０４から散乱し、吸収され（例えば、光学絞りによって−図示せず）、といった事象が生じうることは理解されるであろう。しかし、一般に、光学素子１０２は、素子の一方の側（例えば、左側）で被写体からの光を受け取り、素子の対向側（例えば、右側）に被写体の実像を形成する。実像は、光軸１０４にそって、像距離（ＩＤ）と称される、光学素子１０２からの一定の距離のところに形成される。とりわけ、ＩＤは、対応する被写体距離（ＯＤ−光軸１０４上の被写体と光学素子１０２との間の距離）および組み合わせ光学素子１０２の屈折力、つまり光パワーにもっぱら依存する。
【００２０】
センサー１０６は、電気光学センサーの多次元アレイ（例えば、二次元アレイ）、つまりピクセルを含むデジタルデバイスとすることができる。このようなデバイスの例として、ＣＣＤ（電荷結合素子）アレイ、またはＣＭＯＳ（相補型金属酸膜半導体）アレイ、または同様のものが挙げられる。そのようなアレイのそれぞれの電気光学センサー、つまりピクセルは、光を照射されたときに電気信号を出力するように構成される。さらに、電気信号に対する電流の大きさは、そのピクセルを照射する光のエネルギー密度に直接関係する。したがって、アレイのそれぞれのピクセルから出力電流レベルを捕集することによって、センサー１０６は、センサー１０６を照射する光の二次元放射エネルギーパターンをデジタル方式で再現することができる。それに加えて、センサー１０６のピクセル表面もしくはセンサー面１０８が、上述のＩＤのところに配置された場合、生成される二次元放射エネルギーパターンは、光学素子１０２によって生成される実視像のパターンである。したがって、センサー１０６を使用して、その像をデジタル方式で再現することができる。
【００２１】
センサー１０６によって生成されるデジタル画像の解像度は、センサー面アレイ１０８内のピクセルの個数に依存し、次いで、これは、ピクセル面積と全アレイ面積とに依存する。そのため、辺が約１．４ミクロンのほぼ正方形の（１．９６平方ミクロンの）ピクセルに対して、０．４ｃｍの正方形のセンサーアレイは、８．１メガピクセル（Ｍｐ）相当のピクセルを含みうる。別の言い方をすると、そのようなセンサーは約８Ｍｐの分解能を有するということである。ピクセルアレイは、実像の電子的再現を行うものなので、電気信号の形式でセンサー１０６によって生成されるデータに対して、メモリに保存すること、ディスプレイに投射して表示すること（例えば、デジタル表示画面）、ソフトウェアで編集することなどを行うことができる。
【００２２】
したがって、光学システム１００の少なくとも１つのアプリケーションは、デジタルディスプレイ（図示せず）を備えるデジタルカメラまたはビデオカメラに関連するものである。さらに、本開示に含まれる光学システム１００および他の光学システムは、電子デバイスのカメラモジュールに付随して実装されうる。そのような電子デバイスは、広範な民生用デバイス、商用デバイス、もしくは工業用デバイスを含みうる。例として、携帯電話、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、ネットブック、ＰＤＡ、コンピュータ用モニタ、テレビジョン、薄型テレビなどを含む、民生用電子機器、商用機器（例えば、ＡＴＭ用カメラ、銀行窓口用カメラ、コンビニエンスストア用カメラ、倉庫用カメラなど）、個人用監視機器（例えば、ペン型カメラ、眼鏡型カメラ、ボタン型カメラなど）、または工業用監視機器（例えば、飛行場用カメラ、貨物置き場用カメラ、車両基地用カメラなど）を含む、監視もしくはモニタリング機器が挙げられる。例えば、民生用電子機器では、光学素子１０２は他の素子に関して固定位置をとり、光軸１０４にそって静的または動的のいずれかの位置をとる素子を備えることができるため、システム１００および他の開示されているシステムは、さまざまなタイプのミニもしくはマイクロカメラモジュールに最適である。しかし、開示されているシステムは、この特定のアプリケーションに限定されず、むしろ、当業者に知られているか、もしくは本明細書に示されている背景状況を用いて知られるようになった他のアプリケーションが本開示の範囲内に含まれることは理解されるであろう。
【００２３】
図２は、本開示のさらなる態様による例示的な光学的撮像配置構成２００のブロック図を示している。特に、図示されている配置構成２００は、光学素子２０２の集合体、光学素子２０２から各距離（ＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３）にある異なるサイズの被写体（２０４Ａ、２０８Ａ、２１０Ａ）の集合体、および各像距離（ＩＤ１、ＩＤ２、ＩＤ３）で光学素子２０２によって生成される実像（２０４Ｂ、２０８Ｂ、２１０Ｂ）の対応する集合体を備える。この配置構成は、光学素子２０６から固定もしくは焦点調節可能な距離（ＩＤ２）にある画像センサー面２０６、例えば、電気光学センサーのピクセル化されたアレイを含むものも備える。
【００２４】
本開示のいくつかの態様では、この距離（ＩＤ２）は、光学素子２０２に対する過焦点像距離に対応する。別の言い方をすると、センサー２０６は、光学素子２０２が素子２０２に関連付けられている過焦点距離、つまり、過焦点被写体距離（ＯＤ２）のところに被写体（２０４Ａ）の実像を形成する距離に配置することができるということである。典型的には、光学素子の集合体に対する被写界深度は、それらの素子が過焦点距離のところに焦点を合わせる場合に最大化される。そのため、遠近の被写体の焦点を合わせるように物理的に調節することができない固定焦点システム（２０２）の場合、センサー２０６は、一般的に、被写界深度が最大になるように、過焦点像距離のところに位置決めされる。（しかし、センサー２０６は、焦点調節可能なシステム（２０２）についても過焦点像距離のところに位置決めすることができることは理解されるであろう。）本明細書で使用されているような被写界深度という用語は、光学素子（２０２）の集合体が鮮明な画像を形成することができる被写体空間内のある範囲の距離を指す。逆に、焦点深度は、最大より小さい錯乱円（つまり、被写体空間内の無限小の点が最大サイズの閾値より小さい円に結像される）を有する像空間内のある範囲の距離を指す。自動焦点システムであっても、まだ、所望の像距離もしくは被写体距離の前および後において焦点を最大化するうえで有益である。
【００２５】
図示されているように、光学素子２０２は、（光学素子２０２の像側の）像空間内の距離ＩＤ３のところに、（光学素子２０２の被写体側の）被写体空間内の距離ＯＤ１のところに配置されている被写体２１０Ａの像２１０Ｂを生成する。同様に、光学素子２０２は、被写体２０４Ａおよび２０８Ａの各像２０４Ｂおよび２０８Ｂを生成する。これらの像２０４Ｂ、２０８Ｂ、２１０Ｂは、光学素子２０２に対する焦点深度範囲内にある場合に鮮明に焦点が合わされる。そのため、光学素子２０２に対する焦点深度がＩＤ１からＩＤ３に拡大すると、距離ＯＤ１からＯＤ３は、光学素子２０２に対する最大被写界深度を含み、またその逆も言える。
【００２６】
図２に示されている光学的撮像配置構成２００は、光学的に精度の高いシステムであることを意図されていないことは理解されるであろう。例えば、各像距離および被写体距離は、光学素子２０２の所定の実効焦点距離に比例して精度が高いことを意図されていないさらに、各像高さおよび被写体高さは、実光学システムに対して正確な倍率を表すことを意図されていない。むしろ、配置構成２００は、本明細書に開示されている他の態様の概念に関する理解を補助するために撮像システムの視覚的な背景状況を設定することを意図されている。
【００２７】
図３は、本開示の態様による高速レンズアーキテクチャを備える例示的な光学システム３００のブロック図を示している。本明細書で使用されているように、高速レンズアーキテクチャは、比較的大きな最大開口数、つまり、小さなＦナンバーを有する光学システムを指す。写真技術では、最大開口数が大きい（Ｆナンバーが小さい）場合、焦点面に照射される光量が増え、したがって、シャッター速度を速くできる。逆に、最大開口数が小さい（Ｆナンバーが大きい）と、焦点面に照射される相当する光量に対してシャッター速度を遅くする必要が生じる。移動している物体については、シャッター速度を速くすることで、画像のぼけを軽減することができる。本開示の少なくとも１つの態様では、光学システム３００は、約２．８のＦナンバーを有することができる。１つまたは複数の他の態様では、光学システム３００は、約２．４のＦナンバーを有することができる。この範囲（２．４〜２．８）内、またはその範囲外で、光学システム３００に対して他のＦナンバーも達成されうることは理解されるであろう。
【００２８】
光学システム３００は、光軸上に中心を置く第１のレンズ３０２と、これもまた光軸上に中心を置く第２のレンズ３０４とを備える。レンズ３０２は、２つの対向する光学面である被写体側表面３０２Ａおよび像側表面３０２Ｂを有しており、両凸レンズである（両方の表面３０２Ａ、３０２Ｂが凸である）。それに加えて、レンズ３０２は、典型的には大きな正の屈折力を有する。本明細書で使用されているように、大きなまたは小さな屈折力（正もしくは負）という用語は、特定の光学システムの他のレンズに相対的であることを意図されている。そのため、例えば、レンズ３０２を大きな正の屈折力を有すると言った場合、これは、レンズ３０２が光学システム３００の他の正の屈折力のレンズと比較して平均より大きい正の屈折力を有することを意味する。逆に、光学システム３０２に対して小さな正の屈折力を有するレンズは、平均より小さい正の屈折力を有することになる。レンズ３０４は、２つの対向する表面である凹形被写体側表面３０４Ａと凸形像側表面３０４Ｂとを有するメニスカス形状レンズ（光軸に近いところの厚さが光軸から遠いところの厚さより小さい）である。本開示のいくつかの態様において、レンズ３０４は、小さな負の屈折力を有する。
【００２９】
前記に加えて、光学システム３００は、２つまたはそれ以上の各レンズを備える、レンズ３０６の集合体を備える。レンズ３０６の集合体は、センサー平面３１２に、所定の被写体距離（例えば、レンズ３０２、３０４、３０６に対する過焦点距離）で、所望の被写界深度に対して被写体３０８の好適な像３１０を形成するように生成されうる。それに加えて、これらのレンズ３０６の集合体は、レンズ３０２、３０４、および３０６の光学全長（ＴＴＬ）が所望の長さより小さくなるように選択されうる。本開示の少なくとも１つの態様では、ＴＴＬは５．５ミリメートル（ｍｍ）未満である。特定の態様によれば、ＴＴＬは５．４ｍｍ未満とすることができる。本開示の他の態様によれば、レンズ３０６の集合体は、像サイズ３１０の直径が特定のサイズ以上になるように選択されうる。例えば、像サイズ３１０は、フィルムまたは画像センサーに対する矩形像フレームの対角線の長さ以上とすることができる。少なくとも１つの態様では、レンズの集合体は、ＴＴＬと像サイズとの比が所望の比となるように選択することができる。一例として、この比は、約０．９５以下とすることができる。レンズ３０６の集合体の選択は、上述の所望の画像特徴を実現するために、異なる数のレンズ（例えば、２枚のレンズ、３枚のレンズなど）、各屈折率、アッベ数（以下参照）、または他の光学的もしくは物理的特性に基づく異なるタイプの材料、異なる焦点距離、異なる有効口径などを伴う。レンズ３０６の集合体は、組み合わせレンズ３０２、３０４、３０６の最大開口数またはＦナンバー、所望の画像分解能（例えば、１ｍｍ当たりの線数、１μｍ当たりの線数など）、所望の色焦点移動、所望の相対照度、所定の被写体距離に対する所望の変調伝達関数（ＭＴＦ）、所望のスルーフォーカスＭＴＦ（ＴＦ−ＭＴＦ）応答、所望の像面湾曲および歪み、または所望の倍率色収差、または前記の特性もしくは他の好適な特性の組み合わせなどの、他の特徴に従って選択することができることも理解されるであろう。
【００３０】
表面３０２Ａ、３０２Ｂ、３０４Ａ、３０４Ｂ（さらには、システム４００、１２００、および２０００に対する光学表面を含む、本開示全体を通して説明されている他の光学表面）は可変形状をとりうることが理解されるであろう。一態様では、これらの表面のうちの１つまたは複数は、球面であってもよい。他の態様では、これらの表面のうちの１つまたは複数は、円錐面であってもよい。さらに他の態様では、これらの表面のうちの１つまたは複数は、偶数次非球面式
【００３１】
【数１】
2013511736.tif 000003
【００３２】
などの好適な非球面式に基づく非球面とすることができ、式中、ｚは光軸から非球面頂点の接平面までの半径方向距離Ｙのところで非球面レンズ面上の１つの点から引かれた線の球欠高さ（単位ｍｍ）であり、Ｃは光軸上の非球面レンズ面の曲率であり、Ｙは光軸からの半径方向距離（単位ｍ）であり、Ｋは円錐定数であり、Ａiは、ｉ次非球面係数であり、偶数のｉについて総和する。しかし、これらの態様は、本開示の範囲を制限するものとして解釈すべきでない。むしろ、さまざまな表面は、奇数次非球面であるか、または偶数と奇数の係数を含む非球面式で表されるものとしてよい。
【００３３】
上記に加えて、光学システム３００のレンズ３０２、３０４、３０６（および例えば、光学システム４００、光学システム１２００、および光学システム２０００を含む、本開示全体を通して取りあげられているさまざまな他の光学システムの光学レンズ）は、光学的品質の表面を形成するためのさまざまな好適なプロセスに従って形成される、さまざまな好適なタイプの材料から作ることができることは理解されるであろう。一態様では、レンズ３０２、３０４、３０６は、研削され研磨されたガラスとすることができ、このガラスは、組み合わせレンズ３０２、３０４、３０６に対する所望の有効焦点距離が結果として得られる屈折率を有するように選択される。別の態様では、これらのレンズは、光学的品質の射出成形プラスチック（または別の好適な方法によって形成される光学的品質のプラスチック）であってもよく、このプラスチックは、所望の有効焦点距離が得られる好適な屈折率を有する。少なくとも１つの他の態様において、半導体チップ（例えば、ソリッドステートメモリチップ、データ処理チップ）をエッチングするために使用されるプロセスと類似のリソグラフィエッチングプロセスで透明ガラス、結晶、または他の好適な構造物（例えば、二酸化ケイ素−ＳｉＯ2ウェハ）をエッチングしてレンズ３０２、３０４、３０６を形成することができる。
【００３４】
図４は、本開示のいくつかの態様による光学的構成要素４０２の配置構成を備える光学システム４００の断面図を示している。配置構成４０２は、光学レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５の集合体と、被写体側（配置構成４０２の左）からはじめて像側（配置構成４０２の右側）へ番号を振った開口Ａ１、Ａ２、Ａ３の集合を備える。そのため、被写体側からの第１のレンズはレンズＬ１と表され、被写体側からの第２のレンズはレンズＬ２と表され、以下同様に、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４、第５のレンズＬ５と続く。同様に番号を振って、開口Ａ１は開口絞りであり、レンズＬ１の全面（Ｒ１）の頂点のちょうど背後の被写体側に配置される。さらに、光学的配置構成４０２は、２つの視野開口、つまり、レンズＬ１とレンズＬ２との間の開口Ａ２およびレンズＬ４とＬ５との間の開口Ａ３を備える。本開示の少なくとも１つの態様では、開口Ａ２およびＡ３は画質を改善するために使用され、開口絞りとしては画定されない。そのような態様では、Ａ２は、あるいは、レンズＬ２とＬ３との間に配置され、Ａ３は、あるいは、レンズＬ４とＬ５との間に配置されうる。
【００３５】
光学システム４００も、光学的配置構成４０２によって生成される実像を検出するために、光学的配置構成４０２に対する焦点画像位置に配置された光センサーアレイ４０４を備える。焦点位置は、配置構成４０２に対するピークＴＦ−ＭＴＦ応答と対応する像距離として定義される（例えば、以下の図７を参照）。光学システム４００は、光センサーアレイ４０４の上にセンサーカバープレート４０６をさらに備える。
【００３６】
レンズＬ１からＬ５はそれぞれ２つの対向する屈折面を有する。各表面の曲率半径は、文字「Ｒ」の後に、レンズＬ１の被写体側表面から始まる表面番号を付けることによって表される。そのため、被写体側から像側への順序で表面は、レンズＬ１の被写体側表面Ｒ１および像側表面Ｒ２、レンズＬ２の被写体側表面Ｒ３および像側表面Ｒ４、レンズＬ３の被写体側表面Ｒ５および像側表面Ｒ６、レンズＬ４の被写体側表面Ｒ７および像側表面Ｒ８、レンズＬ５の被写体側表面Ｒ９および像側表面Ｒ１０である。各表面識別子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１０）も、各表面に対する曲率半径を表すために使用される。それに加えて、屈折率ｎは、ｉ番目の表面に関連付けられているレンズ媒体の屈折率を表し、ｖ＿ｄｉは、ｉ番目の表面に関連付けられているレンズ媒体のアッベ数を表す。
【００３７】
本開示の少なくとも１つの態様では、レンズＬ１は、正の屈折力を有することができ、表面Ｒ１とＲ２は両方とも凸形である。Ｒ２は、光軸の付近で凹形であってもよい。さらに、レンズＬ１は、いくつかの態様では大きな正の屈折力を有することができる。レンズＬ２は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ３およびＲ４は、少なくとも光軸の付近では、それぞれ、凹形および凸形である。
【００３８】
さらに、レンズＬ２は、本開示の少なくともいくつかの態様ではメニスカス形状をとりうる。レンズＬ３は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ５およびＲ５は、それぞれ、凹形および凸形である。レンズＬ３は、少なくとも１つの態様によれば小さな負の屈折力を有することもできる。レンズＬ４は、正の屈折力を有することができ、表面Ｒ７およびＲ８は、少なくとも光軸の付近では、それぞれ、凸形および凹形である。一態様では、レンズＬ４は、小さな正の屈折力を有することができる。代替的実施形態では、レンズＬ４は、小さな負の屈折力を有することができる。１つまたは複数の他の態様によれば、レンズＬ４は、光軸のところで正であり、光軸から半径方向に離れるにつれ負に減少する可変屈折力をさらに有することができる。レンズＬ５は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ９およびＲ１０は、それぞれ、凸形および凹形である。レンズＬ５も、小さな正の屈折力を有することができる。いくつかの態様では、レンズＬ５は、光軸の付近で負であり、光軸から半径方向に離れるにつれ屈折力が正に増加する可変屈折力を有することができる。
【００３９】
本開示の特定の一態様によれば、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５の少なくとも１つの表面は、非球面形状（例えば、上記の図３における偶数次非球面式（１）によって定義されているような）をとる。少なくとも１つの他の態様において、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５のそれぞれの両面は非球面形状をとる。後者の態様では、光学的配置構成４０２は、光学システムに対する許容差（例えば、レンズ位置、曲率半径）を緩めて収差を軽減しつつ明るい画像を得ることが潜在的に可能である。
【００４０】
さまざまな態様によれば、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５は、プラスチック（例えば、Ｆ５２Ｒ、またはＯＫＰ４ＨＴ、または類似の屈折率およびアッベ数を有する別の好適なプラスチック、またはこれらの好適な組み合わせ）で作ることができる。特定の一態様において、レンズＬ１、Ｌ４、およびＬ５は、１つのプラスチック（例えば、Ｆ５２Ｒ）で作られるが、レンズＬ２およびＬ３は、異なるプラスチック（例えば、ＯＫＰ４ＨＴ）で作られる。しかし、他の態様では、レンズは、代わりに類似のアッベ数または屈折率を有する他の材料で作ることができる。
【００４１】
上記に加えて、光学的配置構成４０２は、５．５ｍｍ未満のＴＴＬを有することができる。特に、少なくとも１つの実施形態では、ＴＴＬは、約５．３５４ｍｍである。さらに、光学的配置構成４０２は、約６．０ｍｍより大きい像面における像サイズをもたらしうる。特に、少なくとも１つの実施形態では、像サイズは、約６．０２８ｍｍである。さらに、光学的配置構成４０２は、約２．４のＦナンバーを有し、特定の一実施形態によれば、ＴＴＬ対像サイズの比は約０．８８８である。
【００４２】
本開示の特定の一態様により、各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５に対する指示が以下の表１〜４にまとめられている。表１は、各レンズに対する一般的なレンズデータの一覧であり、表２は、光軸付近の曲率半径（Ｒ）（単位ｍｍ）、表面の間の距離、各レンズの口径、および各レンズの材料を含む表面データの一覧である。さらに、表３は、表２の非球面に対する上記の式（１）のｉ＝２、４、６、８、１０、１２、１４、１６に対する非球面定数Ａiをまとめたものであり、指数「ｉ」は、「ｒ」で表される（例えば、ＺＥＭＡＸ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から市販されている光学設計用ソフトウェアプログラムＺＥＭＡＸで生成される）。表４は、波長の集合に対するｉ番目のレンズの屈折率ｎiをまとめたものである。
【００４３】
図５〜７は、上記の図４の光学的構成４０２の各ＭＴＦ応答を示している。ＭＴＦは、像の空間分解能を測定するための共通尺度である。例えば、ＭＴＦは、さまざまな空間周波数におけるレンズ系の分解可能コントラストの定量的推定を行うことができる。ＭＴＦは、異なる光波長、被写体距離、または画角でさらに測定または計算することができる。この目的に関して、図５は、ＯＤが３５０ｍｍである光学的配置構成４０２のＭＴＦ応答を示しており、図６は、ＯＤが１０００ｍｍである光学的配置構成４０２のＭＴＦ応答を示している。
【００４４】
【表１】
2013511736.tif 000004
【００４５】
【表２】
2013511736.tif 000005
【００４６】
【表３】
2013511736.tif 000006
【００４７】
【表４】
2013511736.tif 000007
【００４８】
【表５】
2013511736.tif 000008
【００４９】
【表６】
2013511736.tif 000009
【００５０】
【表７】
2013511736.tif 000010
【００５１】
各ＯＤについて、所定の画角におけるＭＴＦは、１．０での最大値（所定の空間周波数においてフルコントラストで分解する）からより低い値へ下がる傾向があり、より微細な細部（例えば、より高い空間周波数成分を持つ細部）を分解する能力の一般的喪失を示す。より浅い勾配を持つＭＴＦは、より急速に低下するＭＴＦ値を持つ像と比較してより鮮明に現れるか、またはそれ以上に焦点が合う像に対応する。図５および６のＭＴＦ応答は多色ＭＴＦをプロットしたものであり、それぞれの線は異なる画角において必要なＯＤでの被写体からのＭＴＦを表す。したがって、ＭＴＦ値は、システムに対して独立して計算され、重み係数と足し合わされるいくつかの異なる波長を含む。
【００５２】
それに加えて、異なる波長の加重和は、空間周波数がゼロに等しいときでも多色ＭＴＦが１に等しくなるように正規化される。各ＭＴＦ応答を計算するために使用される図５〜７に使用される波長を表５にまとめた。波長と重み係数との多くの組み合わせを使用することが可能であるけれども、所望の画像センサーの感度範囲内に適切に収まり、センサーの波長応答または場合によっては人間の眼の波長応答にうまく対応する重み係数を有する一組の波長を選択するのが一般的方法である。例えば、一実施形態では、表５の重みを等しくすることも可能である（例えば、１）。別の実施形態では、約４８６、５８８、および６５６ナノメートル（ｎｍ）のより少ない波長におおよそ等しい重みを与えて、可視スペクトルにおける応答を近似することができる。当業者に知られている他の組み合わせも使用することができる。
【００５３】
図５に示されているように、ＯＤが３５０ｍｍである光学的配置構成４０２に対するＭＴＦは、１ｍｍ当たり約３６サイクルまでの空間周波数に対して０．５より高く、１ｍｍ当たり約５５サイクルより高い空間周波数に対して０．３より低くなる。１ｍｍ当たり約１８０サイクルと高い空間周波数では、ＭＴＦは、ＭＴＦグラフでサンプリングされた画角について約０．１から約０．２までの範囲内にある。対照的に、図６は、ＯＤが１０００ｍｍである光学的配置構成４０２に対して画像分解能が著しく増大することを示している。特に、１０００ｍｍのＯＤに対するＭＴＦは、空間周波数とともにさらにゆっくりと低下する。図６に示されているように、ＭＴＦは約９５までの空間周波数に対して０．５より高いままであり、大半の画角における高い空間周波数に対して０．３より高いままである。したがって、１０００ｍｍのＯＤでは、光学的配置構成により、とりわけ高い分解能の画像が得られる。
【００５４】
ＭＴＦの別の有用な形態は、図７に示されている、ＴＦ−ＭＴＦである。特に、図７は、光学的配置構成４０２に対するＴＦ−ＭＴＦを示している。ＴＦ−ＭＴＦは、指定された空間周波数における焦点移動に対する変調伝達関数値のプロットである。図７の像距離は、光学システム（４００）の像面（例えば、センサー４０４を位置決めできる面）から離れる距離として定義される。ＴＦ−ＭＴＦは、表５に示されている波長と重みを使用する多色ＭＴＦである。本開示のいくつかの態様では、像距離＝０は、被写体が過焦点距離にあるときの像焦点面に対応するものとしてよい。像距離＝０の右側への正の焦点移動は、過焦点距離より大きな被写体距離（光学的配置構成４０２から離れる）に対応し、像距離＝０の左側への負の焦点移動は、過焦点距離より小さな被写体距離（光学的配置構成４０２に近づく）に対応する。
【００５５】
それに加えて、最小のＴＦ−ＭＴＦ値（例えば、０．１５、０．１）に対するＴＦ−ＭＴＦ曲線の下の領域は、少なくとも最低の像鮮明さ（最小のＴＦ−ＭＴＦ値に対応する）を有する焦点移動（正と負の両方）の範囲を示す。ピーク値が高いほど、ピークの像鮮明さは高いけれども、ピーク値が高いほど、焦点深度は比較的小さくなる可能性がある。可変焦点光学システムでは、これは、被写体が可変被写体距離のところに来るように焦点を調節することができるので、好ましいと思われる。その一方で、固定焦点光学システムについては、光学システムの焦点を再度合わせることはできないので、典型的には（特に、近視野において）拡張被写界深度が望ましい。
【００５６】
図示されているように、図７のＴＦ−ＭＴＦは、いくつかの画角について約０．３９のところにピークを有し、点Ａ（約１３ミクロンの正の焦点移動）と点Ｂ（約２５ミクロンの負の焦点移動）を終点とする破線によって表される正と負の焦点移動の範囲に対して０．５より高いままである。さらに、ＴＦ−ＭＴＦは、約４０ミクロンまでの負の焦点移動と、少なくとも１５ミクロン（像空間内の遠視野に対応する）の正の焦点移動とに対して０．１より高いままである。像空間内の負の焦点移動は、焦点が合っている被写体距離より小さい被写体距離に対応し（像距離＝０に対応する被写体距離）、像空間内の正の焦点移動は、この焦点が合っている被写体距離より遠い被写体距離に対応する。
【００５７】
光学的配置構成４０２によってもたらされる１つの重要な利点は、焦点が合っている被写体距離より小さい被写体距離に対しＭＴＦが大きくなることである。近い（例えば、過焦点距離の１／２より近い）位置の被写体の鮮明な画像を得るために再度焦点を合わせることはできない固定焦点距離光学的配置構成（携帯電話、薄型モニタ、隠し監視機器などで使用されるカメラモジュールなどの小型電子デバイスに一般的に使用される）について、ＭＴＦを閾値レベル（例えば、０．１５）より高く維持する負の焦点移動が大きいほど、レンズ配置構成によって得られるＥＤｏＦは大きくなる。
【００５８】
本開示の少なくとの１つの態様において、図７のＴＦ−ＭＴＦは、画像センサー４０４のナイキスト周波数の何分の１かに一致するように選択された空間周波数において接線およびサジタル光線についてプロットされている。例えば、空間周波数は、ナイキスト周波数の約１／４、ナイキスト周波数の約１／２、または同様の周波数とすることができる。具体例では、センサー４１０は約１．４ミクロンのピクセルピッチを有することができる。
【００５９】
【表８】
2013511736.tif 000011
【００６０】
本明細書で開示されているレンズ集合体の実施形態およびその変更形態（例えば、光学的配置構成４０２、１２０２、および２０００）は、拡張またはカスタマイズされた被写界深度の技術を組み込むことができる（例えば、参照により本明細書に組み込まれている同一出願人による係属中の２００７年１１月６日に出願した特許文献１および２００７年１１月７日に出願した特許文献２参照）。この目的に関して、光学的配置構成は、後続の画像処理を使用して補正することができるいくつかの縦収差（回折収差および色収差の両方を含む）を伴う少しぼやけた画像を生成しうる（例えば、参照により本明細書に組み込まれている同一出願人による係属中の２００８年１月７日に出願した特許文献３参照）。
【００６１】
図８は、光学的構成４０２に対する色焦点移動のグラフを示している。特に、図８は、一定範囲の正および負の焦点移動に対する色変化を示している。図８について示されている最大焦点移動範囲は、１７．９２２５μｍであり、０．４２μｍの波長の光に対する約−７ミクロンから０．６５μｍの波長の光に対する約１０ミクロンまでの範囲にわたる。当業者であれば容易に理解するように、色焦点移動は、光学的配置構成４０２のＴＴＬが小さいにもかかわらず、比較的小さい。
【００６２】
図９は、光学的構成４０２に対する像面湾曲および歪みのグラフを示している。さらに、像面湾曲および歪みの値は、いくつかの波長について表示されている。像面湾曲は、正の２０ミクロンと負の２０ミクロンの範囲内にあり、歪みも２パーセントと負の２パーセントの範囲内に十分入っている。当業者には明らかなように、収差も本発明の光学的配置構成４０２によって十分補正される。
【００６３】
図１０は、光学的配置構成４０２に対する倍率色収差のグラフを示している。このグラフに対する最大視野は２．８５６０ｍｍである。それに加えて、倍率色収差曲線は、０．４２μｍから０．６５６０μｍの波長範囲にわたっている。倍率色収差曲線は、約１．６μｍと負の１．６μｍにおけるエアリーディスクについて示されている。
【００６４】
図１１は、光学的配置構成４０２に対する相対照度のグラフを示している。相対照度は、センサー４０４上に入射する光パワーをセンサーの高さの関数として示す。像周に向かって照度が低下するのは、レンズ系にとってふつうのことである。ここで、図示されている相対照度曲線は、像の中心に対して１．０となるように正規化され、像の中心から最大２．８５６ｍｍまで０．５より高いままとなっている。これは、コンピュータ、モニタ、ディスプレイ、または他の好適な電子ハードウェアのカメラモジュールなどのカメラもしくは類似のデバイスに対する好適な像面照度である。
【００６５】
図１２は、本開示のさらなる態様による代替的光学システム１２００の断面図を示している。特に、光学システム１２００は、光学的構成要素１２０２、焦点が合っている像位置（例えば、ピークＴＦ−ＭＴＦに対応する像距離、過焦点被写体距離に対応する画像など）にある光センサー１２０４、および光センサー１２０２に被さっているガラス板１２０６の配置構成を備える。配置構成１２０２は、光学レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４の集合体と、開口Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の集合を備える。図４に関して上で説明されている番号付けと同様に、レンズ番号付けおよび開口番号付けは、被写体側から始まり、像側に進むにつれ番号は大きくなる。図示されているように、開口Ａ１は、レンズＬ１の被写体側表面に位置する視野絞りまたは入射瞳である。それに加えて、開口Ａ４は、レンズＬ３とレンズＬ４との間に位置する射出瞳であるものとしてよい。開口Ａ２およびＡ３は、本開示のいくつかの態様において、画質を改善するために使用され、開口絞りとしては画定されない。
【００６６】
レンズＬ１からＬ４はそれぞれ２つの対向する屈折面を有する。各表面の曲率半径は、図４で使用されている記法と同様に、文字「Ｒ」の後に、レンズＬ１の被写体側表面から始まる表面番号を付けることによって表される。そのため、被写体側から像側への順序で表面は、レンズＬ１の被写体側表面Ｒ１および像側表面Ｒ２、レンズＬ２の被写体側表面Ｒ３および像側表面Ｒ４、レンズＬ３の被写体側表面Ｒ５および像側表面Ｒ６、レンズＬ４の被写体側表面Ｒ７および像側表面Ｒ８である。各表面識別子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、．．．、Ｒ８）も、以下の表（表６、７、８、および９）の各表面に対する曲率半径を表す。それに加えて、屈折率ｎiは、ｉ番目の表面に関連付けられているレンズ媒体の屈折率を表し、ｖ＿ｄｉは、ｉ番目の表面に関連付けられているレンズ媒体のアッベ数を表す。
【００６７】
本開示の少なくとも１つの態様では、レンズＬ１は、正の屈折力を有することができ、表面Ｒ１とＲ２は両方とも凸形である。Ｒ２は、光軸の付近で凹形であってもよい。さらに、レンズＬ１は、いくつかの態様では大きな正の屈折力を有することができる。レンズＬ２は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ３およびＲ４は、少なくとも光軸の付近では、それぞれ、凹形および凸形である。
【００６８】
さらに、レンズＬ２は、本開示の少なくともいくつかの態様ではメニスカス形状をとりうる。レンズＬ３は、正の屈折力を有することができ、表面Ｒ５およびＲ６は、少なくとも光軸の付近では、両方とも凸形である。一態様では、Ｒ５は、光軸の付近で凹形であってもよい。レンズＬ４は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ７およびＲ８は、それぞれ、凸形および凹形である。レンズＬ４は、小さな正の屈折力を有することができる。いくつかの態様では、レンズＬ４は、光軸の付近で負であり、光軸から半径方向に離れるにつれ屈折力が正に増加する可変屈折力を有することができる。
【００６９】
本開示の特定の一態様によれば、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４の少なくとも１つの表面は、本明細書で説明されているように、非球面形状をとる。少なくとも１つの他の態様において、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４のそれぞれの表面は非球面形状をとる。さまざまな態様によれば、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４は、プラスチック（例えば、Ｆ５２Ｒ、またはＯＫＰ４−Ｈ、または類似のアッベ数または屈折率を有する別の好適なプラスチック、またはこれらの好適な組み合わせ）で作ることができる。特定の一態様では、レンズＬ１、Ｌ３、およびＬ４はプラスチックＦ５２Ｒであるが、レンズＬ２はプラスチックＯＫＰ４−Ｈである。しかし、他の態様では、レンズは、代わりに類似のアッベ数または屈折率を有する材料で作ることができる。
【００７０】
上記に加えて、光学的配置構成１２０２は、５．５ｍｍ未満のＴＴＬを有することができる。特に、少なくとも１つの実施形態では、ＴＴＬは、約５．３４１９９ｍｍである。さらに、光学的配置構成１２０２は、約５．７１ｍｍより大きい像面における像サイズをもたらしうる。特に、少なくとも１つの実施形態では、像サイズは、約５．７８０ｍｍである。さらに、光学的配置構成１２０２は、少なくとも１つの実施形態において約２．８のＦナンバーを有し、１つまたは複数の他の実施形態によれば、ＴＴＬ対像サイズの比は約０．９２以下である。
【００７１】
本開示の特定の一態様により、各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４に対する指示が以下の表６〜９にまとめられている。表６は、各レンズに対する一般的なレンズデータの一覧であり、表７は、光軸付近の曲率半径（Ｒ）（単位ｍｍ）、表面の間の距離、各レンズの口径、および各レンズの材料を含む表面データの一覧である。さらに、表８は、表７の非球面に対する上記の式（１）のｉ＝２、４、６、８、１０、１２、１４、１６に対する非球面定数Ａiをまとめたものであり、指数「ｉ」は、「ｒ」で表される。
【００７２】
【表９】
2013511736.tif 000012
【００７３】
【表１０】
2013511736.tif 000013
【００７４】
【表１１】
2013511736.tif 000014
【００７５】
【表１２】
2013511736.tif 000015
【００７６】
【表１３】
2013511736.tif 000016
【００７７】
【表１４】
2013511736.tif 000017
【００７８】
図１３〜１９は、光学的配置構成１２０２に対するさまざまな光学的応答を示している。特に、図１３は、３５０ｍｍのＯＤにおける被写体に対する多色回折ＭＴＦを示している。光学的配置構成１２０２およびＯＤ  ３５０ｍｍに対するＭＴＦは、大半の画角について１ｍｍ当たり約４０サイクルまでの空間周波数に対して０．５より高いままであり、１ｍｍ当たり約７０サイクルまでの空間周波数に対して０．３より高いままとなる。高い空間周波数（１ｍｍ当たり−１８０サイクル）では、ＭＴＦは、サンプリングされた画角について約０．１から約０．２までの範囲内にある。１０００ｍｍのＯＤについて、図１４は、多色回折ＭＴＦが３５０ｍｍの場合に比べてゆっくりと減少することを示している。特に、ＭＴＦは、少なくとも小から中までの画角について１ｍｍ当たり約９０サイクルまでの空間周波数では０．５より高く、大半の画角については高い空間分解能であっても０．３より高いままである。
【００７９】
図１５は、光学的配置構成１２０２に対するＴＦ−ＭＴＦのグラフである。図１５に示されているように、ＭＴＦは、像距離＝０（焦点が合っている被写体距離、これは例えば過焦点距離であってもよい）に対して約０．３のところにピークを有し、点Ａ（被写体空間内で無限大に対応する）における約２５ミクロンの正の焦点移動からと点Ｂにおける約３５ミクロンの負の焦点移動までの範囲にわたる太い破線によって表される正と負の焦点移動の範囲に対して約０．１５より高いままである。それに加えて、ＴＦ−ＭＴＦは、約４０ミクロンまでの負の焦点移動に対して０．１より高いままである。ＭＴＦの減少のこの非対称性の結果、従来の光学システムと比較してより近い被写体距離に対するＥＤｏＦが得られる。
【００８０】
図１３および図１４のＭＴＦ曲線、さらには図１５のＭＴＦ曲線は、以下の表９に示されているような波長および重みを使用する。本明細書で説明されているように、波長および重みは排他的ではないが、光センサー１２０４が感知できる光学スペクトルを単に表すだけであることを意図されている。
【００８１】
図１６は、光学的配置構成１２０２に対する色焦点移動のグラフを示している。色移動は、０．４２００ｎｍから０．６５００ｎｍまでの範囲の波長に対するものである。この波長範囲では、最大焦点移動は４３．３６６０μｍである。特に、色焦点移動は、０．４２μｍの波長の光では約−１７．５ミクロンであり、０．６５μｍの波長の光では約２６ミクロンである。光学的配置構成１２０２の色焦点移動は、より高い色収差を示す、光学的配置構成４０２の色焦点移動より２倍以上大きいことに留意されたい。
【００８２】
図１７は、光学的配置構成１２０２に対する像面湾曲および歪みのグラフを示している。湾曲および歪みのグラフは、０．４２０μｍから０．６５０μｍまでの範囲の波長に対するものである。光学的配置構成１２０２に対する歪みは、上記の光学的配置構成４０２に対する２から負の２パーセントまでの範囲と比較して、約１から負の１パーセントまでの範囲であるが、像面湾曲は各波長について類似している（２０から負の２０ミクロンまでの範囲）。
【００８３】
図１８は、光学的配置構成１２０２に対する倍率色収差のグラフを示している。倍率色収差曲線は、光学的配置構成４０２の場合のように少し大きな正および負のエアリーディスクに対するものである（例えば、約１．６ミクロン）。光学的配置構成１２０２に対する倍率色収差曲線は、２．８７５０ｍｍの最大視野および０．４２μｍから．６５００μｍまでの波長範囲に対するものである。
【００８４】
【表１５】
2013511736.tif 000018
【００８５】
図１９は、光学的配置構成１２０２に対する相対照度のグラフを示している。光学的配置構成１２０２に対する相対照度曲線は、上記の図１１で示されている光学的配置構成４０２のものと非常によく似ている。特に、照度は、軸上で１．０に正規化され、像の中心から２．８７５ｍｍのところで約０．５に減少する。したがって、各光学的配置構成４０２、１２０２は、相対照度の差が各光学システム４００および１２００の３および４開口構成に対してわずかであることを示している。
【００８６】
図２０は、本開示の特定の態様による追加の光学システム２０００の断面図を示している。特に、光学システム２０００は、光学的構成要素２００２、本明細書で説明されているような焦点が合っている像位置にある光センサー２００４、および光センサー２０４に被さっているガラス板２００６の配置構成を備える。配置構成２００２は、光学レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４の集合体と、開口Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の集合を備える。図１２に関して上で説明されている番号付けと同様に、レンズ番号付けおよび開口番号付けは、被写体側から始まり、像側に進むにつれ番号は大きくなる。図示されているように、開口Ａ１は、レンズＬ１の被写体側表面に位置する視野絞りである。開口Ａ２、Ａ３、およびＡ４は、画質を改善するために使用され、光学システム２０００と同様に、開口絞りとしては画定されない。
【００８７】
レンズＬ１からＬ４はそれぞれ、表面と、各表面に対して、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３などで表される曲率半径と持つ２つの対向する屈折面を有する。そのため、被写体側から像側への順序で表面は、レンズＬ１の被写体側表面Ｒ１および像側表面Ｒ２、レンズＬ２の被写体側表面Ｒ３および像側表面Ｒ４、レンズＬ３の被写体側表面Ｒ５および像側表面Ｒ６、レンズＬ４の被写体側表面Ｒ７および像側表面Ｒ８である。各表面識別子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、．．．、Ｒ８）も、以下の表（表１１、１２、１３、および１４）の各表面に対する曲率半径を表す。それに加えて、屈折率ｎiは、ｉ番目の表面に関連付けられているレンズ媒体の屈折率を表し、ｖ＿ｄｉは、ｉ番目の表面に関連付けられているレンズ媒体のアッベ数を表す。
【００８８】
光学的配置構成２００２と同様に、レンズＬ１は、正の屈折力を有することができ、表面Ｒ１とＲ２は両方とも凸形である。Ｒ２は、光軸の付近で凹形であってもよい。さらに、レンズＬ１は、いくつかの態様では大きな正の屈折力を有することができる。レンズＬ２は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ３およびＲ４は、少なくとも光軸の付近では、それぞれ、凹形および凸形である。
【００８９】
さらに、レンズＬ２は、本開示の少なくともいくつかの態様ではメニスカス形状をとりうる。レンズＬ３は、正の屈折力を有することができ、表面Ｒ５およびＲ６は、少なくとも光軸の付近では、両方とも凸形である。一態様では、Ｒ５は、光軸の付近で凹形であってもよい。レンズＬ４は、負の屈折力を有することができ、表面Ｒ７およびＲ８は、それぞれ、凸形および凹形である。レンズＬ４は、小さな正の屈折力を有することができる。いくつかの態様では、レンズＬ４は、光軸の付近で負であり、光軸から半径方向に離れるにつれ屈折力が正に増加する可変屈折力を有することができる。レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４に対する表面曲率および屈折力の他の変更形態も可能であり、本開示の範囲内に収まることは理解されるであろう。
【００９０】
本開示の特定の一態様によれば、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４の少なくとも１つの表面は、本明細書で説明されているように、非球面形状をとる。少なくとも１つの他の態様において、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４のそれぞれの表面は非球面形状をとる。さまざまな態様によれば、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４は、Ｆ５２Ｒ、またはＳＰ１５１６などのプラスチック、またはこれらの好適な組み合わせで作ることができる。特定の一態様では、レンズＬ１、Ｌ３、およびＬ４はプラスチックＦ５２Ｒで作られるが、レンズＬ２はプラスチックＳＰ１５１６で作られる。しかし、他の態様では、レンズは、代わりに類似のアッベ数または屈折率を有する材料で作ることができる。
【００９１】
上記に加えて、光学的配置構成２００２は、５．５ｍｍ未満のＴＴＬを有することができる。特に、少なくとも１つの実施形態では、ＴＴＬは、約５．３４２４１ｍｍである。さらに、光学的配置構成２００２は、約６．０ｍｍより大きい像面における像サイズをもたらしうる。特に、少なくとも１つの実施形態では、像サイズは、約６．２ｍｍである。さらに、光学的配置構成２００２は、少なくとも１つの実施形態において約２．８のＦナンバーを有し、１つまたは複数の他の実施形態によれば、ＴＴＬ対像サイズの比は約０．８６以下である。
【００９２】
本開示の特定の一態様により、各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４に対する指示が以下の表１１〜１４にまとめられている。表１０は、各レンズに対する一般的なレンズデータの一覧であり、表１１は、光軸付近の曲率半径（Ｒ）（単位ｍｍ）、表面の間の距離、各レンズの口径、および各レンズの材料を含む表面データの一覧である。さらに、表１２は、表１２の非球面に対する上記の式（１）のｉ＝２、４、６、８、１０、１２、１４、１６に対する非球面定数Ａiをまとめたものであり、指数「ｉ」は、「ｒ」で表される。
【００９３】
【表１６】
2013511736.tif 000019
【００９４】
【表１７】
2013511736.tif 000020
【００９５】
【表１８】
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【００９６】
【表１９】
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【００９７】
【表２０】
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【００９８】
【表２１】
2013511736.tif 000024
【００９９】
図２１〜２７は、光学的配置構成２００２に対するさまざまな光学的応答を示している。特に、図２１は、３５０ｍｍのＯＤにおける被写体に対する多色回折ＭＴＦを示している。それに加えて、図２２は、１０００ｍｍのＯＤにおける被写体に対する多色回折ＭＴＦを示している。ＭＴＦ曲線２１および２２、さらにはＭＴＦ曲線２３は、以下の表１３に示されているような波長および重みを使用する。本明細書で説明されているように、波長および重みは排他的ではないが、光センサー２００４が感知できる光学スペクトルを単に表すだけであることを意図されている。それに加えて、図２１は、ＭＴＦが１ｍｍ当たり約４０サイクルまでの空間周波数に対して０．５より高いままであり、３５０ｍｍのＯＤについては、１ｍｍ当たり約７０サイクルまでの空間周波数に対して０．３より高いままとなることを示している。
【０１００】
その一方で、図２２は、ＯＤ＝１０００ｍｍでより大きな画像分解能を示す。特に、ＭＴＦ値は、小から中までの画角について１ｍｍ当たり約１０７サイクルまでの空間周波数に対して０．５より高く、高い分解能で空間周波数（大半の画角については１ｍｍ当たり−１８０サイクル）に対して０．３より高いままである。
【０１０１】
図２３は、焦点が合っている被写体距離（像距離＝０）で約０．３１のところにピークを有するＴＦ−ＭＴＦを示している。さらに、ＭＴＦ値は、一定範囲の正の焦点移動Ａおよび負の焦点移動Ｂに対してそれぞれ約０．１５の最小閾値より高いままである。特に、ＭＴＦは、約３５ミクロンまでの負の焦点移動に対して、また約２５ミクロンまでの正の焦点移動に対して、約０．１５より高いままとすることができる。それに加えて、ＴＦ−ＭＴＦは、約５０ミクロンまでの負の焦点移動に対して０．１より高いままである。
【０１０２】
【表２２】
2013511736.tif 000025
【０１０３】
図２４、２５、２６、および２７は、光学的配置構成２００２に対する色焦点移動、像面湾曲および歪み、倍率色収差、および相対照度の各グラフを示している。図示されているように、各グラフは、一部わずかな違いはあるけれど、光学的配置構成１２０２および２００２に対する類似の応答を示している。光学的配置構成２００２に対する色焦点移動は、図２４に示されている。グラフを見るとわかるように、色焦点移動は、それぞれ０．４２００から０．６５００までの波長において約−２８ミクロンから約＋１５ミクロンまでの範囲である。この結果、４４．６５６μｍの最大焦点移動範囲となる。
【０１０４】
像面湾曲および歪みが、図２５に示されている。図を見るとわかるように、像面湾曲は０．４２μｍの波長の光および０．６５μｍの波長の光に対して正の２０ミクロンから負の２０ミクロンまでの範囲内に十分収まる。光学的配置構成２００２の歪みは、光学的配置構成４０２の歪みに比べて著しく小さく、光学的配置構成１２０２の歪み応答に類似している。特に、歪みは、上記の波長に対して１および負の１パーセントの範囲内に十分収まる。
【０１０５】
光学的配置構成２００２について図２６に示されている倍率色収差は、光学的配置構成４０２および２００２の両方に比べて大きいエアリーディスクに対応する。特に、倍率色収差は、より高い画角において２ミクロンを遙かに超える。その一方で、相対照度は、各光学的配置構成２００２、１２０２の開口Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の類似の位置決めについて予期できるように、光学的配置構成２００２および１２０２についてほぼ同じである。特に、相対照度は、像中心で１．０に正規化され、像の中心から２．８７５ｍｍのところで約０．５に下がる。
【０１０６】
本明細書で使用されているように、「例示的な」という単語は、本明細書では、一例、事例、または例示として使用することを意味することが意図されている。「例示的」として本明細書に記載されたあらゆる態様または設計は必ずしも、他の態様または設計より好ましいまたはこれを凌ぐものであるとして解釈されるべきではない。むしろ、例示的という単語の使用は、概念を具体的に示すことが意図されている。本出願において使用されているように、「または」という語は、排他的な「または」ではなく包含的な「または」を意味することが意図されている。つまり、断りのない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを使用する」は、自然な包含的置換を意味することが意図されている。つまり、ＸがＡを使用するか、またはＸがＢを使用するか、またはＸがＡとＢの両方を使用する場合、「ＸはＡまたはＢを使用する」は、前記事例の下で充足される。それに加えて、英語による本出願および付属の請求項おける「ａ」および「ａｎ」という冠詞は、一般的に、特に断りのない限り、または単数形であることが文脈上明らかでない限り、「１つまたは複数」を意味するものと解釈されるべきである。
【０１０７】
上で説明されているものは、請求されている主題の態様の例を含む。もちろん、請求されている主題を説明するために構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、開示されている主題の他の多くの組み合わせおよび置換が可能であることを理解できるであろう。したがって、開示されている主題は、付属の請求項の精神および範囲内に収まるそのようなすべての改変形態、修正形態、および変更形態を包含することを意図されている。さらに、「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、または「有している（ｈａｖｉｎｇ）」という言い回しが詳細な説明または請求項で使用されている範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が使用された場合に請求項の中で連結詞として解釈されるのでこのような用語は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様の使い方で包含的であることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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2013511736.tif 000054
2013511736.tif 000055
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