(57)【要約】小型・低価額の要請を満たしつつ、像面湾曲や非点収差を小さくすることのできる結像光学系を提供する。少なくとも１つの光学素子を含み、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面を、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域に分割し、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の間に段差を設けている。本発明の１実施形態によれば、さらに結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状をそれぞれ個別に決定している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学素子を含む結像光学系であって、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面を、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域に分割し、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の間に段差を設けた結像光学系。
【請求項２】
さらに結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状をそれぞれ個別に決定した請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面を、それぞれの面と光軸との交点を原点とする定義式で表現するとき、それぞれの面の光軸上の原点位置が異なる請求項１または２に記載の結像光学系。
【請求項４】
少なくとも１つの光学素子を含む結像光学系であって、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面を、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域に分割し、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状をそれぞれ個別に決定した結像光学系。
【請求項５】
さらに結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の間に段差を設けた請求項４に記載の結像光学系。
【請求項６】
中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における光軸方向の段差を、光の波長λ、レンズの屈折率ｎをとして式
１＜λ／（ｎ−１）
を満たすように定める請求項５に記載の結像光学系。
【請求項７】
少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を構成する面を、それぞれの面と光軸との交点を原点とする定義式で表現するとき、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の定義式を変えることにより面の形状をそれぞれ個別に決定した請求項４乃至６のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項８】
少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面を非球面式で定義した請求項１乃至７のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項９】
中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における段差面の傾きが当該境界部分を通過する光線の角度の関数として決められる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項１０】
中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における段差面が光軸と平行であるとした場合に、段差面に入射する光の最小角度と最大角度の間の角度の傾きとなるように段差面の光軸に対する傾きを定める請求項９に記載の結像光学系。
【請求項１１】
中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における段差面が光軸と平行であるとした場合に、段差面に入射する光の平均角度の傾きとなるように段差面の光軸に対する傾きを定める請求項９に記載の結像光学系。
【請求項１２】
少なくとも１つの帯状領域および中心領域の周囲を光軸上の点を中心とする円で定義した請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項１３】
少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面に回折素子を設けた請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項１４】
最も像側の面に、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を備えた請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項１５】
少なくとも１つの光学素子がレンズである請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項１６】
正の焦点距離を有するレンズと負の焦点距離を有するレンズを含み、負の焦点距離を有するレンズのアッベ数が、正の焦点距離を有するレンズのアッベ数よりも小さい請求項１５に記載の結像光学系。
【請求項１７】
３枚のレンズからなり、そのうち２枚は正の焦点距離を有し、１枚は負の焦点距離を有する請求項１６に記載の結像光学系。
【請求項１８】
共通の光軸を有する複数のレンズを含み、レンズ間の光軸方向の間隔を変化させることにより、系全体の焦点距離を変化させる請求項１５に記載の結像光学系。
【請求項１９】
光軸をｚ、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙで表わし、ｋは、２次曲線の形状を決める定数、ｃは中心曲率、Ａは補正係数、ｊは、中心領域およびその周囲の帯状領域の識別番号であり、中心領域を１として内側から順に番号を付したものであり、中心領域の光軸上の原点を基準として中心シフト量ｄｊを定めるとして、中心領域および少なくとも１つの帯状領域を表す面が、２次曲線
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を光軸の周りに回転させた光軸対称回転面である請求項８に記載の結像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、デジタルカメラ、撮像機能付携帯電話、スキャナーなどの固体撮像素子用レンズおよびレーザプリンタなどの走査レンズなどの結像光学系に関する。
【背景技術】  デジタルカメラ、携帯電話などのモバイル機器などの固体撮像素子用レンズや、レーザプリンタなどの印字機器の走査光学系では小型化の要請がますます強くなってきている。このため、これらの機器に使用される結像光学系についても小型化の要請が強まっている。結像光学系を小型化するには、レンズの枚数を減らす方法、レンズから像面までの距離を縮める方法、広画角化する方法などがあるが、このような場合には像面湾曲や非点収差が大きくなるという問題が生じる。
像面湾曲や非点収差を小さくする方法として従来は、結像光学系のレンズの形状を最適化し、レンズの枚数を増やし、さらに屈折率、分散値などのバリエーションが大きいガラスをレンズ素材として使用することなどが行われていた。
しかしながら、これらの従来の方法では結像光学系の構造が複雑となり、小型化の要請を満たすことができず、また素材や加工の点から高価額となる。
また、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなどの画像読取り装置において、結像系と画像読取手段との間の光路中に光軸に対して垂直方向の屈折力が回転非対称である光学部材を設けることによって非点収差を良好に補正する画像読取装置が提案されている（たとえば、特開平５−１４６０２号公報（第１５乃至３２段落、図１乃至６他）を参照）。さらに、原稿の画像情報を画像読取装置に結像させるための画像読取用の結像レンズにおいて、該結像レンズを構成する複数の面のうち少なくとも一面は光軸に対して回転非対称な屈折力を有する結像レンズおよびそれを用いた画像読取装置が提案されている（たとえば、特開平２０００−１７１７０５号公報（第９２乃至９３段落、図１および２他）を参照）。しかしながら、前者の場合には新たな光学部材を光路中に配置しなければならず、装置全体が大型化し、組み立て時の調整項目も増えるという問題があった。また、後者の場合には、非回転対称の屈折率分布を有するレンズを使用するため、光軸をＺ軸とすると、Ｘ、Ｙ軸のレンズの組み合わせが必要となり組み立ての工数を要するという問題があった。
したがって、特にデジタルカメラ、携帯電話などのモバイル機器などでは、小型化の要請や加工・組み立ての簡易さの点から、像面湾曲や非点収差に対しては像面（ＣＣＤなど固体撮像素子のセンサ面）の位置を調整することによって対応していた。このため、調整の工数がかかり、また、最適に調整されたとしても画角の大きな部分の解像力が犠牲にされるなどの問題点があった。
【発明の開示】
本発明は、上記の状況の下でなされたものである。すなわち、本発明は、比較的簡単な構造および安価な素材で実現することができ、したがって小型・低価額の要請を満たしつつ、像面湾曲や非点収差を小さくすることのできる結像光学系を提供することを目的とする。
本発明の結像光学系は、少なくとも１つの光学素子を含み、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面を、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域に分割し、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の間に段差を設けている。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の配置と数および段差を調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の１実施形態によれば、さらに結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状をそれぞれ個別に決定している。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状を個別に調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の１実施形態によれば、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面を、それぞれの面と光軸との交点を原点とする定義式で表現するとき、それぞれの面の光軸上の原点位置が異なる。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の定義式の原点を調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の結像光学系は、少なくとも１つの光学素子を含み、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面を、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域に分割し、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状をそれぞれ個別に決定している。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の配置と数および少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の形状を個別に調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の１実施形態によれば、さらに結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の間に段差を設けている。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の配置の間の段差を調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の１実施形態によれば、中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における光軸方向の段差を、光の波長λ、レンズの屈折率ｎとして、式
１＜λ／（ｎ−１）
を満たすように定める。このように定めることにより、画像に映りこむ段差を排除し、段差による光の干渉を抑えることができる。
本発明の１実施形態によれば、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面を、それぞれの面と光軸との交点を原点とする定義式で表現するとき、それぞれの面の光軸上の原点位置が異なる。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の定義式の原点を調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の１実施形態によれば、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面を非球面式で定義している。したがって、少なくとも１つの帯状領域および中心領域を構成する面の非球面式の係数を個別に調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
本発明の１実施形態によれば、中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における段差面の傾きが当該境界部分を通過する光線の角度の関数として決められる。したがって、面の傾きを、当該境界部分を通過する光線の角度に近づけることにより、段差の不連続性の収差における影響を緩和することができる。
本発明の１実施形態によれば、中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における段差面が光軸と平行であるとした場合に、段差面に入射する光の最小角度と最大角度の間の角度の傾きとなるように段差面の光軸に対する傾きを定める。したがって、面の傾きを、当該境界部分を通過する光線の角度に近づけることにより、段差の不連続性の収差における影響を緩和することができる。
本発明の１実施形態によれば、中心領域と帯状領域または複数の帯状領域間の境界における段差面が光軸と平行であるとした場合に、段差面に入射する光の平均角度の傾きとなるように段差面の光軸に対する傾きを定める。したがって、面の傾きを、当該境界部分を通過する光線の角度に近づけることにより、段差の不連続性の収差における影響を緩和することができる。
本発明の１実施形態によれば、少なくとも１つの帯状領域および中心領域周囲を光軸上の点を中心とする円で定義している。したがって、領域の周囲を構成する円の半径を定めるだけで領域の境界を定めることができる。
本発明の１実施形態によれば、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの面に回折素子を設けている。したがって、回折素子が有する負のアッベ数の効果を利用して色収差補正を行うことができる。
本発明の１実施形態によれば、少なくとも１つの光学素子がレンズである。したがって、従来、像面湾曲および／または非点収差が問題となっていた、デジタルカメラ、撮像機能付携帯電話、スキャナーなどの固体撮像素子用レンズおよびレーザプリンタなどの走査レンズなどの結像光学系に広く使用される。
本発明の１実施形態によれば、結像光学系は、正の焦点距離を有するレンズと負の焦点距離を有するレンズを含み、負の焦点距離を有するレンズのアッベ数が、正の焦点距離を有するレンズのアッベ数よりも小さい。したがって、正負の焦点距離およびアッベ数を適切に定めることにより軸上色収差を補正することができる。
本発明の１実施形態によれば、結像光学系は、３枚のレンズからなり、そのうち２枚は正の焦点距離を有し、１枚は負の焦点距離を有する。したがって、３枚のレンズの正負の焦点距離およびアッベ数を適切に定めることにより軸上色収差を補正することができる。
本発明の１実施形態によれば、結像光学系は、共通の光軸を有する複数のレンズを含み、レンズ間の光軸方向の間隔を変化させることにより、系全体の焦点距離を変化させる。したがって小型・低価額の要請を満たしつつ、像面湾曲や非点収差を小さくすることのできる光学ズーム結像光学系を実現することができる。
本発明の１実施形態によれば、光軸をｚ、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙで表わし、ｋは、２次曲線の形状を決める定数、ｃは中心曲率、Ａは補正係数、ｊは、中心領域およびその周囲の帯状領域の識別番号であり、中心領域を１として内側から順に番号を付したものであり、中心領域の光軸上の原点を基準として中心シフト量ｄｊを定めるとして、中心領域および少なくとも１つの帯状領域を表す面が、２次曲線
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を光軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。したがって、上記の非球面式の係数を個別に調整することにより、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の数値実施例１のレンズ断面および光路図を示す。
第２図は、本発明の数値実施例１の収差図を示す。
第３図は、本発明の数値実施例２のレンズ断面および光路図を示す。
第４図は、本発明の数値実施例２の収差図を示す。
第５図は、本発明の数値実施例３のレンズ断面および光路図を示す。
第６図は、本発明の数値実施例３の収差図を示す。
第７図は、数値実施例１と比較する従来の数値実施例Ａのレンズ断面および光路図を示す。
第８図は、数値実施例１と比較する従来の数値実施例Ａの収差図を示す。
第９図は、数値実施例２と比較する従来の数値実施例Ｂの収差図を示す。
第１０図は、数値実施例３と比較する従来の数値実施例Ｃの収差図を示す。
第１１図は、本発明の数値実施例４のレンズ断面および光路図を示す。
第１２図は、本発明の数値実施例４の収差図を示す。
第１３図は、本発明の数値実施例５のレンズ断面および光路図を示す。
第１４図は、本発明の数値実施例５の収差図を示す。
第１５図は、本発明の数値実施例６のレンズ断面および光路図を示す。
第１６図は、本発明の数値実施例６の収差図を示す。
第１７図は、本発明の数値実施例７のレンズ断面および光路図を示す。
第１８図は、本発明の数値実施例７の収差図を示す。
第１９図は、数値実施例４と比較する従来の数値実施例Ｄの収差図を示す
第２０図は、数値実施例５と比較する従来の数値実施例Ｅの収差図を示す
第２１図は、数値実施例７と比較する従来の数値実施例Ｆの収差図を示す
第２２図は、本発明の数値実施例８のレンズ断面および光路図を示す。
第２３図は、本発明の数値実施例８の収差図を示す。
第２４図は、レンズ駆動方式ズーム撮像レンズの焦点距離と像高の関係を示す。
【発明を実施するための最良の形態】  図１、図３、図５、図１１、図１３、図１５、図１７および図２２は各々本発明の後述する数値実施例１乃至８のレンズ断面および光路図を示す。図２、図４、図６、図１２、図１４、図１６、図１８および図２３は各々本発明の後述する数値実施例１乃至８の収差図を示す。図２、図４、図６において収差図の左側の図は、像高に対する子午像面（左の図の点線）および球欠像面（左の図の実線）の位置（像面からの偏差、単位ｍｍ）、すなわち、像面湾曲および非点収差を示す。収差図の右側の図は、像高に対する歪曲収差（右の図、単位パーセント）を示す。図１２、図１４、図１６、図１８および図２３において左の図は、軸上色収差を示す。中央の図は、像高に対する子午像面（左の図の点線）および球欠像面（左の図の実線）の位置（像面からの偏差、単位ｍｍ）、すなわち、像面湾曲および非点収差を示す。右側の図は、像高に対する歪曲収差（右の図、単位パーセント）を示す。
ここで数値実施例１乃至３は、それぞれ２、１および３枚のレンズで結像光学系を構成した場合のものである。それぞれ、１枚のレンズの１面に結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けている。
数値実施例４乃至８は、それぞれ３枚のレンズで結像光学系を構成した場合のものである。それぞれ、最も像側に近い面に、結像光学系による像面湾曲および／または非点収差を補償するように、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けている。
また、図７は数値実施例１と比較される従来技術による数値実施例Ａのレンズ断面および光路図を示す。図８は、数値実施例Ａの収差図を示す。さらに、図９、１０、１９、２０および図２１は、それぞれ本発明の数値実施例２、３、４、５および７と比較される従来技術による数値実施例Ｂ乃至Ｆの収差図を示す。
中心領域と帯状領域の境界または、複数の帯状領域の境界には、光軸方向の段差が存在してもよい。ここで、段差面の構造について説明する。段差面に入射する光線によりフレアが発生する。フレアの量を小さくするために、段差面が光軸と平行であるとした場合に、段差面に入射する光の最小角度と最大角度の間の角度の傾きとなるように段差面の光軸に対する傾きを定めるのが好ましい。また、段差面が光軸と平行であるとした場合に、段差面に入射する光の平均角度の傾きとなるように段差面の光軸に対する傾きを定めてもよい。
中心領域と帯状領域の境界または、複数の帯状領域の境界の光軸方向の段差１は、光の波長λ、レンズの屈折率ｎとして以下の式を満たすのが好ましい。
１＜λ／（ｎ−１）
上記の式を満たすように段差を定めることにより、画像に映りこむ段差を排除し、段差による光の干渉を抑えることができる。
各数値実施例について以下に説明する。
（数値実施例１）
図１に示すように、数値実施例１において結像光学系は、２枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から絞り面１０を通って入射した光は、第１レンズ１、第２レンズ２、ガラス板４を通過してセンサ面５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面、第２レンズ２の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ２乃至５および８、９面と呼称する。２、３および５面は単一の非球面式で定義される。４面すなわち第２レンズ２の入射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する２個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの領域の面を３種類の非球面式で定義している。また、非球面の基準球面の中心である光軸上の原点位置は同じではなく互いにシフトしている。この量を中心シフト量ｄｊと呼称する。ｊは、中心領域およびその周囲の帯状領域の識別番号である。中心領域を１として内側から順に番号を付する。中心領域の光軸上の原点を基準として中心シフト量ｄｊを定める。すなわち、ｄ０＝０とする。
ここで２、３および５面は単一の非球面は、以下の２次曲線を光軸の周りに回転させた光軸対称回転面である。ただし、光軸をｚ、光軸に垂直な面の座標をｘ、ｙで表わしている。ｋは、２次曲線の形状を決める定数、ｃは中心曲率である。また、Ａは補正係数である。
2004079426.tif 000004
４面の非点収差補正面の中心領域または帯状領域ｊの非球面は、以下の式で表せる。
2004079426.tif 000005
面を表す式として、必要に応じて上記の式以外の式を使用することもできる。以下の数値実施例の非球面の定義も数値実施例１の場合と同様である。
なお、少なくとも１つの帯状領域および中心領域の境界部分における面の傾きは、当該境界部分を通過する光線の角度の関数として決められる。面の傾きを当該境界部分を通過する光線の角度に近づけることにより、段差の不連続性の収差における影響を緩和することができる。
５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。回折素子は、隣り合う回折素子の輪帯で１波長分の光路差を生じるように段差を設け、光路差関数にしたがった回折角が得られるように決定されたピッチを持つ形状を設計する。このような回折素子が有する負のアッベ数の効果を利用して色収差補正を行うことができる。
Φ＝Ｃ２ｒ２＋Ｃ４ｒ４＋Ｃ６ｒ６＋Ｃ８ｒ８
ここで、ガラス板４は赤外線遮断フィルタの代用として使用されている。
（数値実施例Ａ）
図７に示すように、数値実施例Ａにおいて結像光学系は、数値実施例１と同様に２枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から絞りを通って入射した光は、第１レンズ１、第２レンズ２、ガラス板４を通過してセンサ面に至る。第１レンズ１の入射面および出射面、第２レンズ２の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ２乃至５および８、９面と呼称する。２乃至５面は単一の非球面式で定義される。５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。
図２に示す数値実施例１の収差図を図８に示す数値実施例Ａの収差図と比較すると、図８の場合には球欠像面が像高２ｍｍの付近で大きな収差を有しているのに対して図２の場合には子午像面および球欠像面とも像面付近に収まっている。歪曲収差は両者の間で大きな差はみられない。
（数値実施例２）
図３に示すように、数値実施例２において結像光学系は、１枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から絞りを通って入射した光は、第１レンズ１、ガラス板４を通過してセンサ面５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ２乃至５面と呼称する。２面は単一の非球面式で定義される。３面すなわち第１レンズ１の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する２個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの領域の面を３種類の非球面式で定義している。また、それぞれの非球面式の中心である光軸上の原点位置は異なる。
（数値実施例Ｂ）
数値実施例Ｂにおいて結像光学系は、数値実施例２と同様に、１枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から絞りを通って入射した光は、第１レンズ１、ガラス板４を通過してセンサ面５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ２乃至５面と呼称する。２および３面は単一の非球面式で定義される。３面は、ＤＯＥを備える。
図４に示す数値実施例２の収差図を図９に数値実施例Ｂの従来技術の収差図と比較する。図９の従来技術の場合には、球欠像面が像高１ｍｍ付近から像高が大きくなるにしたがって急に大きくなっている。また、子午像面は、像高０．５ｍｍ付近をピークとして大きくなっている。これに対して、図４の本発明の場合には子午像面および球欠像面とも像面付近に収まっている。歪曲収差は両者の間で大きな差はみられない。
（数値実施例３）
図５に示すように、数値実施例３において結像光学系は、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から絞りを通って入射した光は、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面、第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ２乃至９面と呼称する。２乃至６面は単一の非球面式で定義される。７面すなわち第３レンズ３の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する１個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの面を２種類の非球面式で定義している。また、非球面式の中心である光軸上の点（原点）の位置は互いにシフトしている。この量を中心シフト量と呼称する。５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。
（数値実施例Ｃ）
数値実施例Ｃにおいて結像光学系は、数値実施例３と同様に、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から絞りを通って入射した光は、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面、第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ２乃至９面と呼称する。２乃至７面は単一の非球面式で定義される。５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。
図６に示す数値実施例３の収差図を図１０の数値実施例Ｃの従来技術の収差図と比較する。図１０の従来技術の場合には、球欠像面の収差が像高２ｍｍ付近をピークとして大きくなっている。これに対して、図６の本発明の場合には球欠像面の収差のピークが比較的小さくなっている。歪曲収差は両者の間で大きな差はみられない。
（数値実施例４）
図１１に示すように、数値実施例４において結像光学系は、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至６面は単一の非球面式で定義される。７面すなわち第３レンズ３の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する１個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの面を２種類の非球面式で定義している。また、非球面式の中心である光軸上の点（原点）の位置は互いにシフトしている。この量を中心シフト量と呼称する。数値実施例４の表において、中心シフト量をｄｊで示す。５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。
（数値実施例Ｄ）
数値実施例Ｄにおいて結像光学系は、数値実施例４と同様に、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至７面は単一の非球面式で定義される。
図１２に示す数値実施例４の収差図を図１９の数値実施例Ｄにおける従来技術の収差図と比較する。像面湾曲および非点収差とも図１９に示す従来技術の場合よりも小さい。
（数値実施例５）
図１３に示すように、数値実施例５において結像光学系は、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至６面は単一の非球面式で定義される。７面すなわち第３レンズ３の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する１個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの面を２種類の非球面式で定義している。また、非球面式の中心である光軸上の点（原点）の位置は互いにシフトしている。この量を中心シフト量と呼称する。数値実施例５の表において、中心シフト量をｄｊで示す。
数値実施例５において、第１レンズおよび第３レンズのアッベ数は等しいが、第２レンズのアッベ数は異なる。第１乃至３レンズの焦点距離を以下の表１に示す。
2004079426.tif 000006
よく知られているように、複数のレンズの焦点距離およびアッベ数を適切に選択することにより、軸上色収差を小さくすることができる。具体的に、第１乃至第３のレンズのいずれかに負の焦点距離を持たせ、当該レンズのアッベ数を他に比較して小さくする。本実施例では、第２レンズに負の焦点距離を持たせ、アッベ数を第１および第３レンズよりも小さくしている。
（数値実施例Ｅ）
数値実施例５において結像光学系は、数値実施例５と同様に、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至７面は単一の非球面式で定義される。
数値実施例Ｅにおいて、数値実施例５と同様に、第１レンズおよび第３レンズのアッベ数は等しいが、第２レンズのアッベ数は異なる。
図１４に示す数値実施例５の収差図を図２０の数値実施例Ｅにおける従来技術の収差図と比較する。像面湾曲および非点収差とも図２０に示す従来技術の場合よりも小さい。また、図１４に示す数値実施例５の収差図を、図１２に示す数値実施例４の収差図と比較すると、軸上色収差は、ＤＯＥ面を用いた数値実施例４の場合とほぼ同様に低減している。
（数値実施例６）
図１５に示すように、数値実施例６において結像光学系は、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至６面は単一の非球面式で定義される。７面すなわち第３レンズ３の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する１個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの面を２種類の非球面式で定義している。また、非球面式の中心である光軸上の点（原点）の位置は互いにシフトしている。この量を中心シフト量と呼称する。数値実施例６の表において、中心シフト量をｄｊで示す。
数値実施例６において、第１レンズおよび第３レンズのアッベ数は等しいが、第２レンズのアッベ数は異なる。第１乃至３レンズの焦点距離を以下の表２に示す。
2004079426.tif 000007
よく知られているように、複数のレンズの焦点距離およびアッベ数を適切に選択することにより、軸上色収差を小さくすることができる。具体的に、第１乃至第３のレンズのいずれかに負の焦点距離を持たせ、当該レンズのアッベ数を他に比較して小さくする。本実施例では、第２レンズに負の焦点距離を持たせ、第１および第３レンズよりもアッベ数を小さくしている。
数値実施例６においては、５面すなわち第２レンズ２の出射面に色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）をさらに設ける。ＤＯＥと異なるアッベ数のレンズを用いる方法を併用する場合、目標とする色消し補正量をそれぞれに分散でき、設計の自由度が高まる。
図１６に示す数値実施例６の収差図を図２０の数値実施例Ｅにおける従来技術の収差図と比較する。像面湾曲および非点収差とも図２０に示す従来技術の場合よりも小さい。図１６に示す数値実施例６の軸上色収差を、ＤＯＥによって補償した、図１２に示す数値実施例４の軸上色収差および異なるアッベ数のレンズによって補償した、図１４に示す数値実施例５の軸上色収差と比較すると、いずれよりも小さくなっている。
（数値実施例７）
図１７に示すように、数値実施例７の対象は、レンズ駆動方式ズーム撮像レンズである。図２４に示すように、像高をｙ（ｍｍ）、画角をθ（度）、焦点距離をｆ（ｍｍ）とした場合に、撮像レンズにおいては以下の式が成立する。
ｙ＝ｆ×ｔａｎθ
撮像素子（センサ）の大きさが変わらないときに、焦点距離を変化させれば画角が変化する。すなわち、焦点距離を大きくすれば画角が小さくなり（望遠側）、焦点距離を小さくすれば画角が大きくなる（広角側）。このように焦点距離を変化させることによって画角を変化させる方式を光学ズーム方式と呼称する。
数値実施例７において結像光学系は、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至６面は単一の非球面式で定義される。７面すなわち第３レンズ３の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する１個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの面を２種類の非球面式で定義している。また、非球面式の中心である光軸上の点（原点）の位置は互いにシフトしている。この量を中心シフト量と呼称する。数値実施例７の表において、中心シフト量をｄｊで示す。５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。
第２レンズおよび第３レンズを光軸方向に移動して望遠側と広角側との切替えを行う。
数値実施例７の収差図を図１８に示す。
（数値実施例Ｆ）
数値実施例Ｆにおいて結像光学系は、数値実施例７と同様に、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至７面は単一の非球面式で定義される。
数値実施例７と同様に、第２レンズおよび第３レンズを光軸方向に移動して望遠側と広角側との切替えを行う。
図１８に示す数値実施例７の収差図を図２１の数値実施例Ｆにおける従来技術の収差図と比較する。特に広角側において、像面湾曲および非点収差画、従来技術の場合よりも小さくなっている。
（数値実施例８）
図２２に示すように、数値実施例８において結像光学系は、数値実施例４と同様に、３枚のレンズおよびガラス板から構成されている。物体から入射した光は、第１レンズ１、絞り面、第２レンズ２、第３レンズ３、ガラス板４を通過してセンサ面（像面）５に至る。第１レンズ１の入射面および出射面を１面および２面と呼称する。第２レンズ２の入射面および出射面、第３レンズ３の入射面および出射面、ガラス板４の入射面および出射面は、それぞれ４乃至９面と呼称する。１、２面および４乃至６面は単一の非球面式で定義される。７面すなわち第３レンズ３の出射面が非点収差補正面すなわち、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域および光軸を含む中心領域を設けた面である。本実施例においては周囲を円で定義する１個の帯状領域および中心領域を設け、それぞれの面を２種類の非球面式で定義している。また、非球面式の中心である光軸上の点（原点）の位置は互いにシフトしている。この量を中心シフト量と呼称する。数値実施例８の表において、中心シフト量をｄｊで示す。本数値実施例においては、中心領域と帯状領域の境界における光軸方向の段差を、光の波長λ、レンズの屈折率ｎをとして以下の式を満たすように定める。
１＜λ／（ｎ−１）
具体的に、中心領域と帯状領域の境界における光軸方向の段差量は、０．００００６１ｍｍである。このように定めることにより、画像に映りこむ段差を排除し、段差による光の干渉を抑えることができる。５面すなわち第２レンズ２の出射面には色収差を補正するための回折素子（回折格子、ＤＯＥ）を設ける。
図２３に示す数値実施例８の収差図を図１９の数値実施例Ｄにおける従来技術の収差図と比較する。像面湾曲および非点収差とも図１９に示す従来技術の場合よりも小さく、図１２に示す数値実施例４の場合と同様である。
数値実施例４の中心領域と帯状領域の境界における光軸方向の段差量は、０．０１８ｍｍである。数値実施例８においては、この数値を上記の値に減少させるように、第３レンズの像側面に変曲点を持たせている。数値実施例４の第３レンズは、像側面に変曲点を有さないので、製造工程におけるレンズの取り扱いは、数値実施例８の第３レンズよりも容易になる。
本発明によれば、従来技術のパラメータに加えて、光軸の周囲を取り囲む少なくとも１つの帯状領域の数および位置、領域ごとの面形状、中心シフト量をパラメータに加えることにより、従来技術に比較して像面湾曲または非点収差をより小さくすることができる。
なお、本発明の結像光学素子は、屈折率や分散値のバリエーションが無く収差補正に対して不利とされているプラスチック材料によっても形成することができる点に留意すべきである。
なお、上記では、結像光学素子としてレンズを例として説明したが、本発明は、ミラーなど他の結像光学素子にも適用することができる。たとえば、スキャナーのミラー部分に曲率をつけ本発明の結像光学系を設けて集光させること、あるいは走査光学系のミラーに本発明の結像光学系を設けることなどが考えられる。
以下に本発明の数値実施例を具体的に示す。なお、中心領域および帯状領域をともに輪帯と表記する。また、ＦナンバーをＦｎｏ．と表記する。
数値実施例１
Ｆｎｏ．＝２．７  焦点距離＝３．４９９ｍｍ
2004079426.tif 000008
非球面形状
2004079426.tif 000009
第二レンズ５面光路差関数係数
2004079426.tif 000010
非点収差補正面形状（それぞれの輪帯：ｊ）
（それぞれの輪帯における中心段差量ｄ）
2004079426.tif 000011
数値実施例Ａ
Ｆｎｏ．＝２．７  焦点距離＝３．５１４ｍｍ
2004079426.tif 000012
非球面形状
2004079426.tif 000013
数値実施例２
Ｆｎｏ．＝２．８  焦点距離＝２．０５０
2004079426.tif 000014
非球面形状
2004079426.tif 000015
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000016
数値実施例Ｂ
Ｆｎｏ．＝２．８  焦点距離＝１．９６（ｍｍ）
光学配置
2004079426.tif 000017
非球面形状
2004079426.tif 000018
光路差関数係数
2004079426.tif 000019
数値実施例３
Ｆｎｏ．＝２．８  焦点距離＝４．１５７
光学配置
2004079426.tif 000020
非球面形状
2004079426.tif 000021
第二レンズ５面光路差関数係数
2004079426.tif 000022
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000023
数値実施例Ｃ
Ｆｎｏ．＝２．８  焦点距離＝４．１５（ｍｍ）
光学配置
2004079426.tif 000024
非球面形状
2004079426.tif 000025
光路差関数係数
2004079426.tif 000026
数値実施例４
Ｆｎｏ．＝３．５  焦点距離＝４．９（ｍｍ）
光学配置
2004079426.tif 000027
非球面形状
2004079426.tif 000028
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000029
第二レンズ５面光路差関数係数
2004079426.tif 000030
数値実施例Ｄ
Ｆｎｏ．＝３．５  焦点距離＝４．９（ｍｍ）
光学配置
2004079426.tif 000031
非球面形状
2004079426.tif 000032
数値実施例５
Ｆｎｏ．＝３．５  焦点距離＝４．９
光学配置
2004079426.tif 000033
非球面形状
2004079426.tif 000034
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000035
数値実施例Ｅ
Ｆｎｏ．＝３．５  焦点距離＝４．８４（ｍｍ）
光学配置
2004079426.tif 000036
非球面形状
2004079426.tif 000037
数値実施例６
Ｆｎｏ．＝３．５  焦点距離＝４．９
光学配置
2004079426.tif 000038
非球面形状
2004079426.tif 000039
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000040
第二レンズ５面光路差関数係数
2004079426.tif 000041
数値実施例７
Ｆｎｏ．＝２．５（広角側）Ｆｎｏ．＝３．８（望遠側）焦点距離＝２．０（ｍｍ）広角側４．０（ｍｍ）望遠側
光学配置
2004079426.tif 000042
非球面形状
2004079426.tif 000043
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000044
第二レンズ５面光路差関数係数
2004079426.tif 000045
数値実施例Ｆ
Ｆｎｏ．＝２．５（広角側）Ｆｎｏ．＝３．８（望遠側）焦点距離＝２．０（ｍｍ）広角側３．９（ｍｍ）望遠側
光学配置
2004079426.tif 000046
非球面形状
2004079426.tif 000047
数値実施例８
Ｆｎｏ．＝３．５焦点距離＝４．９（ｍｍ）段差量（境界半径における段差量）＝０．００００６１（ｍｍ）
光学配置図
2004079426.tif 000048
非球面形状
2004079426.tif 000049
非点収差補正面形状
2004079426.tif 000050
第二レンズ５面光路差関数係数
2004079426.tif 000051
【図１】
2004079426.tif 000053
【図２】
2004079426.tif 000054
【図３】
2004079426.tif 000055
【図４】
2004079426.tif 000056
【図５】
2004079426.tif 000057
【図６】
2004079426.tif 000058
【図７】
2004079426.tif 000059
【図８】
2004079426.tif 000060
【図９】
2004079426.tif 000061
【図１０】
2004079426.tif 000062
【図１１】
2004079426.tif 000063
【図１２】
2004079426.tif 000064
【図１３】
2004079426.tif 000065
【図１４】
2004079426.tif 000066
【図１５】
2004079426.tif 000067
【図１６】
2004079426.tif 000068
【図１７】
2004079426.tif 000069
【図１８】
2004079426.tif 000070
【図１９】
2004079426.tif 000071
【図２０】
2004079426.tif 000072
【図２１】
2004079426.tif 000073
【図２２】
2004079426.tif 000074
【図２３】
2004079426.tif 000075
【図２４】
2004079426.tif 000076
【国際調査報告】
2004079426.tif 000077
2004079426.tif 000078
2004079426.tif 000079
2004079426.tif 000080