CN103364930A - 成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了成像装置，该成像装置包括：成像光学系统，其包含多个透镜；以及像面，其设置在所述成像光学系统的像侧，并且弯曲以使得其凹面面对所述成像光学系统的物侧。成像光学系统包含孔径光阑。在该成像光学系统中，比孔径光阑更接近物侧的透镜与比孔径光阑更接近像侧的透镜具有不同的正焦度。成像光学系统的焦距基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至像面的距离。像面的曲率半径基本等于成像光学系统的焦距。

Description

成像装置

技术领域

本发明涉及一种成像装置，在该成像装置中弯曲像面设置在成像光学系统的像面附近。特别地，本发明提供了适用于数字静态照相机、数字视频照相机、蜂窝电话照相机、监控照相机等的成像装置。

背景技术

公开了使用这样的弯曲像面的成像装置的一些示例。提出了一种球透镜（ball lens），其中设置在该透镜内的球面透镜和球壳透镜（spherical shell lens）构成同心球（日本专利特开No.S63-081413）。

此球透镜可适当地校正球面像差和色差。

另外，由于球透镜的点对称结构，容易实现更宽的视场角，因此该球透镜适合于需要具有宽角度和高分辨率的成像装置的成像光学系统。

公开了球透镜的一个示例，其中孔径光阑（aperture stop）被设置在通过该球透镜的球心的平面上，以便通过阻挡有害的光（诸如闪光）来获得良好的成像性能。

另外，提出了其中图像传感器表面以二维方式弯曲的成像光学系统（日本专利No.4628781）。

日本专利No.4628781公开了如下的示例，在该示例中，为了减少在图像传感器用作图像记录媒介的情况下的约束，使得图像传感器的光接收平面朝物侧凹入，从而光束对于图像传感器的入射角变得更接近法向角（normal angle）。

公开了一种仅由两个单透镜构件以及设置在它们之间的孔径光阑构成的光学系统，其中，出于在具有弯曲像面的廉价照相机中使用的目的，该透镜构件之一在两侧具有非球表面（日本专利申请特开No.H08-338944）。此光学系统具有至少62.5度的全视场角，并且是用于其中在弯曲胶片平面上形成图像的一次性照相机的成像装置。

在近年来的成像装置中，图像传感器的像素尺寸已迅速减小，并且成像光学系统需要具有更高的分辨率。因此，需要成像光学系统即使在小F值的情况下仍可实现高成像性能。

此外，近年来，成像装置需要具有更宽的角度和更小的尺寸。

日本专利申请特开No.S63-081413公开了使用球透镜的示例，并且在主示例中，成像光学系统具有F/2.8，并且具有良好的成像性能，在其中球面像差和轴向色差被适当地校正。

另一方面，还公开了其中F值小于F/2.8的示例。例如，公开了具有F/2.0或者F1.4的成像光学系统。但是，在这样的小F值的情况下，生成大的球面像差，并且不能获得足够的成像性能。

换句话说，在具有小于F/2.0的F值的成像光学系统中，特别地，仅通过球透镜不能充分校正球面像差，因此存在成像性能劣化的问题。另外，还公开了具有F/1.0的成像光学系统，其中通过使用诸如N=2.500或N=2.301的高折射率材料来校正像差。

这样的高折射率材料是昂贵的，并且可能导致其透射率劣化的问题。

日本专利No.4628781公开了使用点非对称成像光学系统的示例，其中以成像光学系统的相对小的F值（F/2.45至F/2.91）校正像差，诸如球面像差、轴向色差，和像场弯曲，因此实现高成像性能。但是，在近年来的成像装置中，成像传感器的尺寸减小为非常小，并且要求具有更高分辨率的光学系统。因此，在具有小于F/2.0的F值的成像光学系统中，存在如下问题，即发生诸如球面像差的像差，导致成像性能劣化。

在日本专利申请特开No.H08-338944中，像面是弯曲的，并且该两个单透镜构件具有非球表面。因此，在宽角度上成像性能提高。但是，此光学系统通过将焦距缩小至F/8.0来减小球面像差的生成量。另外，在此光学系统中，最接近物侧的表面设置有朝像侧偏离基准球面的非球面，并且最接近像侧的表面设置有朝物侧偏离基准球面的非球面。换句话说，在设置在成像光学系统的最外侧的透镜表面的周边中这些非球面向成像光学系统的内部偏离基准球面。该非球面校正彗形像差以及像散。因此，球面像差不能被适当地校正。

发明内容

本发明提出了一种可通过在小F值下适当地校正像差来获得高成像性能的成像装置。

根据本发明的一个示例实施例，提出了一种成像装置，包括：成像光学系统，其包含多个透镜；以及像面，其设置在所述成像光学系统的像侧，并且弯曲以使得其凹面面对所述成像光学系统的物侧，其中：所述成像光学系统包含孔径光阑；在所述成像光学系统中设置在所述孔径光阑的物侧的透镜与在所述成像光学系统中设置在所述孔径光阑的像侧的透镜具有不同的正焦度；所述成像光学系统的焦距基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离；以及所述像面的曲率半径基本等于所述成像光学系统的焦距。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例1的成像装置的结构示例的示图。

图2是根据本发明的示例1的成像光学系统的轴向像差示图。

图3是根据本发明的示例1的成像光学系统的横向像差示图。

图4是示出根据本发明的示例2的成像装置的结构示例的示图。

图5是根据本发明的示例2的成像光学系统的轴向像差示图。

图6是根据本发明的示例2的成像光学系统的横向像差示图。

图7是示出根据本发明的示例3的成像装置的结构示例的示图。

图8是根据本发明的示例3的成像光学系统的轴向像差示图。

图9是根据本发明的示例3的成像光学系统的横向像差示图。

图10是示出根据本发明的示例4的成像装置的结构示例的示图。

图11是根据本发明的示例4的成像光学系统的轴向像差示图。

图12是根据本发明的示例4的成像光学系统的横向像差示图。

图13A是示出当根据本发明的实施例的成像装置的物面设置在有限远距离处时的成像关系的示图。

图13B是示出当根据本发明的实施例的成像装置的物面设置在有限远距离处时的成像关系的示图。

图14是示出在根据本发明的实施例的成像装置中执行调焦时像面的形状与焦点对准（in-focus）位置之间的关系的示图。

图15是示出根据本发明的示例5的成像装置的结构示例的示图。

图16是根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的示意图。

图17是根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的示意图。

图18是根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的示意图。

图19是根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的示意图。

图20是根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的示意图。

图21是示出被赋予根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的相差分布的示图。

图22是示出根据本发明的示例5的成像装置的波前控制单元的相差所导致的功率差的示图。

图23是根据本发明的示例5的成像光学系统的轴向像差示图。

图24是根据本发明的示例5的成像光学系统的横向像差示图。

图25是示出根据本发明的示例6的成像装置的结构示例的示图。

图26是示出被赋予根据本发明的示例6的波前控制单元的相差分布的示图。

图27是示出根据本发明的示例6的波前控制单元的相差所导致的功率差的示图。

图28是根据本发明的示例6的成像光学系统的轴向像差示图。

图29是根据本发明的示例6的成像光学系统的横向像差示图。

图30是示出根据本发明的示例7的成像装置的结构示例的示图。

图31是示出根据本发明的示例7的波前控制单元的相差所导致的功率差的示图。

图32是根据本发明的示例7的成像光学系统的轴向像差示图。

图33是根据本发明的示例7的成像光学系统的横向像差示图。

图34是示出根据本发明的示例8的成像装置的结构示例的示图。

图35是根据本发明的示例8的成像光学系统的轴向像差示图。

图36是根据本发明的示例8的成像光学系统的横向像差示图。

图37是示出根据本发明的示例9的成像装置的结构示例的示图。

图38是根据本发明的示例9的成像光学系统的轴向像差示图。

图39是根据本发明的示例9的成像光学系统的横向像差示图。

图40是示出根据本发明的示例10的成像装置的结构示例的示图。

图41A是示出用于根据本发明的示例10的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图41B是示出用于根据本发明的示例10的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图42A是示出用于根据本发明的示例10的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图42B是示出用于根据本发明的示例10的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图43是根据本发明的示例10的成像光学系统的轴向像差示图。

图44是根据本发明的示例10的成像光学系统的横向像差示图。

图45是示出根据本发明的示例11的成像装置的结构示例的示图。

图46A是示出用于根据本发明的示例11的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图46B是示出用于根据本发明的示例11的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图47是示出用于根据本发明的示例11的成像装置的成像光学系统的非球面量。

图48是根据本发明的示例11的成像光学系统的轴向像差示图。

图49是根据本发明的示例11的成像光学系统的横向像差示图。

图50是示出根据本发明的示例12的成像装置的结构示例的示图。

图51A是示出根据本发明的示例12的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图51B是示出根据本发明的示例12的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面量的示图。

图52A是示出根据本发明的示例12的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图52B是示出根据本发明的示例12的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图53是根据本发明的示例12的成像光学系统的轴向像差示图。

图54是根据本发明的示例12的成像光学系统的横向像差示图。

图55是示出根据本发明的示例13的成像装置的结构示例的示图。

图56A是示出根据本发明的示例13的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图56B是示出根据本发明的示例13的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面量的示图。

图57A是示出根据本发明的示例13的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图57B是示出根据本发明的示例13的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图58是根据本发明的示例13的成像光学系统的轴向像差示图。

图59是根据本发明的示例13的成像光学系统的横向像差示图。

图60是示出根据本发明的示例14的成像装置的结构示例的示图。

图61A是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图61B是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面量的示图。

图62A是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图62B是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图63A是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图63B是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面量的示图。

图64A是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图64B是示出根据本发明的示例14的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图65是根据本发明的示例14的成像光学系统的轴向像差示图。

图66是根据本发明的示例14的成像光学系统的横向像差示图。

图67是示出根据本发明的示例15的成像装置的结构示例的示图。

图68A是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图68B是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面量的示图。

图69A是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图69B是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图70A是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图70B是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面量的示图。

图71A是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图71B是示出根据本发明的示例15的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图72是根据本发明的示例15的成像光学系统的轴向像差示图。

图73是根据本发明的示例15的成像光学系统的横向像差示图。

图74是示出根据本发明的示例16的成像装置的结构示例的示图。

图75A是示出根据本发明的示例16的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面形状的示图。

图75B是示出根据本发明的示例16的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面量的示图。

图76A是示出根据本发明的示例16的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图76B是示出根据本发明的示例16的成像装置中的最接近像侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图77是根据本发明的示例16的成像光学系统的轴向像差示图。

图78是根据本发明的示例16的成像光学系统的横向像差示图。

图79是示出根据本发明的示例17的成像装置的结构示例的示图。

图80A是示出根据本发明的示例17的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图80B是示出根据本发明的示例17的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图81A是示出根据本发明的示例17的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的基准球面与非球面的二阶微分值的示图。

图81B是示出根据本发明的示例17的成像装置中的最接近物侧的透镜表面的非球面分量的二阶微分值的示图。

图82是根据本发明的示例17的成像光学系统的轴向像差示图。

图83是根据本发明的示例17的成像光学系统的横向像差示图。

图84是示意性示出在根据本发明的实施例的成像装置中形成轴向光的图像的方式的光路示图。

图85是示意性示出在根据本发明的实施例的成像装置中形成轴向光的图像的方式的光路示图。

具体实施方式

描述根据本发明的实施例的成像装置的结构示例。

首先，描述成像装置的整体结构。

此实施例的成像装置包括成像光学系统以及弯曲像面，该成像光学系统包括多个透镜，该弯曲像面具有面向物侧的凹面并且设置在该成像光学系统的像面附近，因此能够校正像场弯曲的匹兹阀像面分量。

此外，通过将该成像光学系统配置为基本点对称光学系统，诸如彗形像差、像散、畸变和横向色差的离轴像差的发生被抑制，因此要被校正的像差仅限于诸如球面像差和轴向色差的轴向像差。

使得该成像光学系统接近点对称系统限制了透镜的形状并且降低了光学设计时的灵活性。但是，更重要地是获得使要被校正的像差仅限于轴向像差的优点。

因此，可实现在宽视场角上亮的具有高成像性能的成像装置。

因此，在本实施例的成像装置中，成像光学系统的焦距被设定为基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离，并且像面的曲率半径被设定为基本等于成像光学系统的焦距。因此，使得成像光学系统接近于点对称光学系统。

特别地，重要地是采用如下结构，在该结构中，该成像光学系统的比孔径光阑更接近像侧的光学系统接近于点对称，其与视场角光束是同心的。

通过设定成像光学系统的焦距基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离，可将成像光学系统的出射光瞳和像侧主点设置在基本相同的位置。

由于视场角光束的入射高度变低，视场角光束可与轴向光类似地被处理。因此，可采用如下结构，在该结构中，比成像光学系统的孔径光阑更接近像侧的光学系统接近于点对称。具体来说，优选地满足以下表达式（1）。

因此，可适当地校正宽视场角上的诸如彗形像差、像散、畸变和横向色差的离轴像差。

另外，通过设定像面的曲率半径基本等于成像光学系统的焦距，可适当地校正像场弯曲。

具体来说，优选地满足以下表达式（2）。

0.8≤f_sys/d_pup≤1.5...(1)

0.8≤|R_img|/f_sys≤1.5...(2)

这里，f_sys表示成像光学系统的焦距，d_pup表示成像光学系统的从出射光瞳到像面的距离，并且R_img表示像面的曲率半径。

由于成像光学系统的结构可适当地校正像散，像场弯曲可仅限于匹兹阀像面。由于通过弯曲像面可校正匹兹阀像面，可将各离轴像差的发生抑制为小。换句话说，可将剩余的像差限于轴向像差。

应指出，文中使用的成像装置的像面涉及具有弯曲入射表面的弯曲图像传感器或光传输单元（optical transmission unit）。

作为弯曲图像传感器，例如，考虑在可变形基板上形成的图像传感器以及由以阵列形式布置以便形成凹面形状的小的平面图像传感器形成的元件。

另外，作为光传输元件，例如，考虑如下图像板，该图像板包含捆绑成板状形状的光纤并且具有形成为凹形的端部以及形成为平面形状的另一端部。

此外，可采用如下结构，在该结构中，光传输单元的入射表面弯曲以具有面向物侧的凹面以用作像面，并且平的出射面连接到该图像传感器以用作成像单元。

接下来，描述用于改进周边暗化（darkening）（在像面边缘处的暗化）的操作。

在一般的成像光学系统中，已知周边光强度相对于视场角（入射角）ω根据余弦四次方定律减小。因此，拍摄的图像的周边变得非常暗，并且不能获得清晰图像。

近年来，一些数字照相机和数字视频照相机显著提高边缘处的灵敏度，以便数字校正周边暗化。但是，由于在对比度保持低的同时噪声增加，因此与图像中心部分相比，边缘处的图像质量明显劣化。

周边暗化导致这样的严重问题。此趋势在具有宽视场角的成像光学系统中尤其明显，并且是要被克服以实现具有宽视场角的成像光学系统的因素之一。

周边光强度比的余弦四次方定律的分解（breakdown）如下：

（a）根据视场角的视焦距的增加所导致的cosω的平方；

（b）根据视场角的视孔径直径的减小所导致的cosω的一次幂；以及

（c）根据视场角的入射角相对于像面的收紧所导致的cosω的一次幂。

在本实施例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定为基本等于成像光学系统的焦距，因此视焦距（apparent focallength）可在整个视场角上基本相同。

因此，周边光强度比可对应于cosω的平方被提高。

通过满足表达式（2），可获得合理的效果。

换句话说，周边光强度可被从cosω的四次方提高至cosω的平方。由于具有宽视场角的成像光学系统的周边光强度比可被显著提高，因此可提供如下这样的成像装置，该成像装置可拍摄具有在宽视角上的高对比度、低噪声以及高图像质量的图像。

接下来，更详细地描述上述表达式（1）和（2）的含义。

表达式（1）定义了用于设定成像光学系统的焦距f_sys和成像光学系统的从光瞳到像面的距离d_pup基本彼此相等的条件，并且可采用如下结构，在该结构中，成像光学系统的比孔径光阑更接近像侧的光学系统接近于点对称。

如果表达式（1）被满足，则诸如彗形像差、像散、畸变和横向色差的离轴像差可被适当地校正。

如果超出表达式（1）的上限，则不能确保成像光学系统的比孔径光阑更接近像侧的光学系统的点对称。然后，诸如彗形像差、像散、畸变和横向色差的离轴像差发生并且导致问题。

如果超出表达式（1）的下限，则不能确保成像光学系统的比孔径光阑更接近像侧的光学系统的点对称。然后，诸如彗形像差、像散、畸变和横向色差的离轴像差发生并且导致问题。

表达式（2）限定了用于设定像面的曲率半径R_img和成像光学系统的焦距f_sys基本彼此相等，这是用于适当地校正像场弯曲和像散的条件。

如果表达式（2）被满足，则成像装置的像面形状可接近于匹兹阀像面。因此，像场弯曲可被校正，而在宽视角上不会发生像散。

如果超出表达式（2）的上限，则与匹兹阀像面的差别在像面的周边处变大，因此发生像场弯曲，使得成像性能劣化。

如果超出表达式（2）的下限，则与匹兹阀像面的差别在像面的周边处变大，因此发生像场弯曲，使得成像性能劣化。

如果成像光学系统具有小F值，则焦深小。因此，像场弯曲的允许范围窄，并且必须高精度地校正像场弯曲。

应指出，如果像面不是球面而是非球面或者阶梯状表面，则像面的区域半径被如下定义。

首先，如果像面的形状为非球面，则基准球面的曲率半径被定义为“像面的曲率半径”。非球面可由表达式α表达，并且表达式α的光轴上的曲率c的倒数是该曲率半径。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+......\mathrm{\α}$

这里，z表示光轴方向上的非球面形状的下垂量（sag amount）（mm），c表示光轴上的曲率（1/mm），r表示径向方向上的距光轴的距离（mm），并且A、B、C和D分别表示四阶、六阶、八阶和十阶系数。

即使像面是非球面形状，仍可通过测量光轴上的曲率半径确定基准弯曲表面的曲率半径。

接下来，描述像面具有阶梯状形状的情况。

在布置小的图像传感器或者捆绑光纤以形成弯曲像面的情况下，在严格意义上来说，像面具有阶梯状形成。

在此情况下，连接图像传感器的各像素的中心点或各光纤的中心点的弯曲表面可被视为像面。

通过根据通过最小二乘法由上述表达式α拟合该基准弯曲表面的结果计算基准弯曲表面的曲率半径，可确定该像面的曲率半径。

另外，此实施例的成像装置通过改变成像光学系统与像面之间的间隔来调整焦点对准位置。

图13A和13B示出当物面（object plane）被设置在有限远距离处时的成像关系。

在图13A中，OBJ表示物面，SYS表示成像光学系统，并且IMG表示像面。成像光学系统SYS在像面IMG上的像点处形成物面OBJ上的物点的图像。

如图13A所示，由于成像光学系统SYS在匹兹阀像面上在距成像光学系统SYS相同距离处形成物点的图像，因此在此情况下，物面OBJ成为弯曲表面。

但是，优选地，在成像光学系统中，物面OBJ是平面。

如图13B所示，远离光轴设置的物点没有定位在虚线所示的弯曲物面上，而是定位在实线所示出的平的物面上。因此，如13B的箭头A所示，物点在远离成像光学系统SYS的方向上移动，并且像点也如箭头B所示在接近成像光学系统SYS的方向上从虚线所示的匹兹阀像面移动到实线所示的像面IMG。

像面侧的此移动量被视为光束的行进方向上的散焦量，并且图13B的成像光学系统的模型中的示例作为曲线在图14中被示出。

图14示出在示例中执行调焦时像面的形状与焦点对准位置之间的关系。

在此示例中，参数被设定为使得成像光学系统的焦距为f_sys=12.0（mm），像面的曲率半径为R_img=12.0（mm），成像光学系统的光瞳至像面的距离为d_pup=12.0（mm），物距为S=-300（mm），并且视场角为ω=60（度）。

如上所示，如果像面是平表面，则各视场角光束的焦点对准位置朝向成像光学系统侧相对于匹兹阀像面散焦。

光束在行进方向上的散焦量在焦点对准位置的曲线中由实线示出。

另外，像面的曲率半径被设定为基本等于成像光学系统的焦距，这对应于对于无限远物距的匹兹阀像面形状。

应理解，实线所示的焦点对准位置以及点所示出的像面形状在无限远物距处彼此对应。但是，图14示出即使在物距减小至S=-300（mm）的情况下，焦点对准位置和像面形状仍精确地彼此对应。

这意味着在从无限远到S=-300（mm）的任何物距，可执行平的物面的调焦，而不会发生像场弯曲。

另外，焦点对准位置和像面形状之间的上述重合可在视场角的宽范围（-60到+60（度））中实现。

成像光学系统的焦距被设定为基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离，并且像面的区域半径被设定基本等于成像光学系统的焦距。然后，可在不改变像面形状的情况下仅通过改变成像光学系统和像面之间的距离来执行调焦。

出于此目的，必须满足表达式（1）和（2）。

由于诸如上文描述的此实施例的成像装置的具有非常小的F值的成像光学系统具有非常小的焦深，因此，对于该成像装置而言，可容易地实现高精度的调焦是非常重要的。

（第一实施例）

在此实施例中，在成像光学系统中，比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度以及比孔径光阑更接近像侧的光学系统的焦度是彼此不同的正焦度。因此，可抑制尤其高的阶次的像差以便获得高成像性能。

更详细地描述成像光学系统的焦度布置。

在最近的成像装置的成像光学系统中，反焦（retrofocus）型透镜是常用的。反焦型透镜包括设置成比孔径光阑更接近物侧的具有负焦度的光学系统，以及设置成比孔径光阑更接近像侧的具有正焦度的光学系统。

在此结构中，与整个成像光学系统所需的正焦度相比，孔径光阑前面和后面的光学系统具有相对强的负焦度和相对强的正焦度，并且此结构提供大于所需的焦度的焦度，从而导致大的像差。因此，存在尤其导致较高阶次中的像差的问题。

另外，由于成像光学系统不是点对称结构，因此离轴像差很大地出现。

作为对比，在此实施例的成像光学系统中，比孔径光阑更接近物侧的光学系统以及比孔径光阑更接近像侧的光学系统两者都具有正焦度。

因此，与整个成像光学系统所需的正焦度相比，在孔径光阑前面和后面的光学系统可具有相对小的焦度。因此，可抑制像差的发生。

特别地，由于可抑制高次像差，该结构可容易地获得高成像性能。

另外，由于该结构接近于点对称结构，因此离轴像差的发生被抑制，因而可在宽的视场角上实现高的成像性能。

此外，在此实施例的成像装置的成像光学系统中，比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度与比孔径光阑更接近像侧的光学系统的焦度不同。因此，可提高光学设计的灵活性。

特别地，通过设定比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度小于比孔径光阑更接近像侧的光学系统的焦度，可获得可容易地校正轴向像差的优点。

具体而言，优选地满足表达式（3）：

这里，

表示比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度，并且表示比孔径光阑更接近像侧的光学系统的焦度。

球面像差和轴向色差具有易受具有高入射高度h的表面（具有大的光束宽度的表面）的焦度的影响的趋势。

根据三次像差系数，球面像差与入射高度h的四次幂成比例地很大地发生，并且轴向色差与入射高度h的平方成比例地很大地发生。另外，高次球面像差在如下表面中很大地发生，在该表面中，光束宽度对于曲率半径占据大的比率。

在本实施例的成像光学系统中，比孔径光阑更接近物侧的光学系统以及比孔径光阑更接近像侧的光学系统两者具有正焦度。因此，此实施例的成像光学系统具有如下特征，即比孔径光阑更接近物侧的光学系统在各透镜表面上具有大的光束宽度，以及比孔径光阑更接近像侧的光学系统在各透镜表面上具有小的光束宽度。

因此，比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度减小，从而比孔径光阑更接近像侧的光学系统共享该焦度。因此，在比孔径光阑更接近物侧的光学系统中生成的球面像差和轴向色差被抑制为小，并且可通过比孔径光阑更接近像侧的光学系统被容易地校正。

另外，由于在比孔径光阑更接近物侧的光学系统中生成的高次球面像差被抑制为小，因此球面像差可在小于F/2.0的F值被适当地校正。

当该高次球面像差被适当地校正时，色球面像差（chromaticspherical aberration）可被容易地校正，并且这是用于实现高成像性能的重要因素。

因此，可实现在宽视场角上具有小的F值和高成像性能的成像光学系统。使用具有小的F值和高成像性能的此成像光学系统，可实现具有高分辨率的成像装置。

接下来，描述成像光学系统的大小。

如果比孔径光阑更接近物侧的光学系统具有负焦度并且比孔径光阑更接近像侧的光学系统具有正焦度，这样构成反焦型，则成像光学系统的整体长度变长。

另一方面，在本实施例的成像装置的成像光学系统中，比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度以及比孔径光阑更接近像侧的光学系统的焦度两者都被设为正焦度。

当在孔径光阑的物侧的光学系统和在孔径光阑的像侧的光学系统被设定为具有正焦度时，可在无焦度损失的情况下获得整个光学系统所需的焦度。因此，成像光学系统可以是紧凑的。

下文描述此实施例的具体示例。

（示例1）

如图1所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括孔径光阑和四个透镜。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；孔径光阑STO；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

第一透镜G1的出射表面结合到第二透镜G2的入射表面，第二透镜G2的出射表面结合到第三透镜G3的入射表面，并且第三透镜G3的出射表面结合到第四透镜G4的入射表面。

孔径光阑STO由设置在第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面上的挡光部件构成。

另外，图1中的IMG代表像面。

如图1所示，图像传感器的像面IMG具有球形弯曲形状，其沿成像光学系统的像场弯曲放置。因此，在整个像面IMG上实现良好的成像性能。

表1示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，其是孔径光阑表面STO。

表面号4是第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面，表面号5是第四透镜G4的出射表面，并且表面号6是图像传感器的像面IMG。

此外，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。

第二透镜G2的折射率Nd2=1.850259被设定小于第一透镜G1的折射率Nd1=1.902000，并且第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面形成为具有面向物侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

第四透镜G4的折射率Nd4=1.922860被设定大于第三透镜G3的折射率Nd3=1.850259，并且第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面形成为具有面向像侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

在此示例的成像装置中，通过具有负焦度的这两个透镜表面，在第一透镜G1的入射表面以及第四透镜G4的出射表面上生成的球面像差、轴向色差、色球面像差等被适当地校正。

另外，表2示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有非常小的F值（F/1.2）以及非常宽的视场角（120.0（度）），并且仍具有小的整体长度（6.170（mm）），这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽的视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表3示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.98，其满足表达式（1）的范围。因此，在宽的视场角上可获得良好的光学性能。

表达式（2）的值为0.94，其满足表达式（2）的范围。因此，在120（度）的非常宽的视场角上可适当地校正像场弯曲和像散。

以下表达式（4）定义了用于设定像面的曲率半径R_img基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离d_pup的条件。

0.8≤|R_img|/d_pup≤1.5...(4)

如果满足表达式（4），则成像光学系统可具有接近于点对称的结构。

在此示例的成像装置中，成像光学系统与像面之间的距离改变以执行调焦。

在此情况下，如果满足条件式（4），则可在从无限远到非常近距离的宽范围中的物距处将由调焦导致的像场弯曲抑制为非常小，因此可执行高分辨率摄影。

如果值低于表达式（4）的下限或者值超出表达式（4）的上限，则，与成像装置的比孔径光阑更接近像侧的光学系统接近于点对称的结构的差别、即与接近于相对于视场角光束同心的结构的差别变大。结果，离轴像差很大地发生并且造成问题。另外，连同物距的变化一起，像场弯曲发生并且造成问题。

表达式（4）的值为0.93，其满足表达式（4）的范围。

另外，在此示例的成像装置中，成像光学系统的焦距被设定基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离。

表4示出此示例的成像装置中的比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

的值以及比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度

的值、表达式（3）、以及的焦度比。

比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为不同于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度

因此，与常规的球透镜相比，像差校正的灵活性高，并且校正球面像差或轴向色差的能力得以提高。

特别地，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为小于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度因此球面像差可被适当地校正。

具体来说，如表3所示，此示例的成像装置被构造成满足表达式（3）。

换句话说，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统和比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统两者都具有正焦度，并且比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度被设定为比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度的1.04倍。

因此，校正球面像差或轴向色差的能力得以提高，并且甚至在小的F值（F/1.2），仍可获得高成像性能。

另外，在此示例的成像装置中，所有透镜表面的曲率中心被设置为比透镜表面的位置更接近孔径光阑，以便相对于孔径光阑形成同心形状。

但是，第三表面是平表面，其不被视为透镜表面，这是因为在第三表面前面和后面的表面具有相同的折射率。

这样，成像装置具有接近于点对称的结构，并且视场角光束对于各透镜表面的入射角度可接近于轴向光对于各透镜表面的入射角度。

因此，可抑制离轴像差的发生，并且轴向像差被适当地校正以便实现可在宽视场角范围内执行良好的像差校正的成像装置。

图2示出了此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图3示出其横向像差图。

如图2所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲、畸变和色球面像差被适当地校正。这里，色球面像差被定义为基准波长（例如，d线）的球面像差量与各波长（例如，C线、F线、g线等）的球面像差量之间的差。

在亮的光学系统中，高次球面像差易于发生，这具有成为在具有大的入射高度的部分中卷动（roll）的球面像差的趋势。

此示例的成像装置是具有F/1.2的非常亮的光学系统，并且通过此实施例的作用抑制球面像差在具有大的入射高度的部分中的卷动，以便实现直立球面像差形状。

这样，各入射高度处的光束在像面附近被会聚。特别地，球面像差形状被控制为使得接近于入射高度的0%的下部中的光线在从像面稍微向后之处会聚，并且在高于入射高度的50%的部分中的光线被会聚在像面上。

这样，具有大入射高度的部分中的光线被以集中的方式会聚在像面上，以便抑制斑点图（spot diagram）展宽，因此实现高成像性能。

如上所述，通过使用此实施例的作用，即使成像光学系统在孔径光阑的物侧和像侧之间不同，孔径光阑的像侧的结构可接近于点对称。

特别地，当满足表达式（2）和（4）时，诸如彗形像差、像场弯曲、畸变和横向色差的离轴像差的发生可被抑制。由于像差可仅局限于诸如球面像差和轴向色差的轴向像差，校正像差的能力可显著提高。

因此，可实现即使在非常宽的视场角和非常小的F值（小于F/2.0）的情况下仍能够适当地校正像差的成像光学系统，诸如此示例的成像光学系统。

此外，由于上述成像光学系统可被简单透镜结构实现，因此能够减小成像光学系统的大小。

此示例的特征之一是该成像光学系统为“明亮光学系统（lightoptical system）”。

由于明亮光学系统可一次接收大量光，存在如下优点，即曝光时间可被缩短，并且由于抖动导致的模糊、由于物体的移动导致的图像模糊、噪声等可被减小。

接收的光量与F值的平方成反比地增加。因此，相对于一般的F/3.5的光学系统，F/2.0的明亮光学系统可接收大致3.1倍的光量，并且F/1.2的明亮光学系统可接收大致8.5倍的光量。

换句话说，使用此示例的成像装置，由于抖动导致的模糊、由于物体的移动导致的图像模糊和噪声可被减小为大约1/8.5，因此可拍摄具有非常高的图像质量的图像。

接下来，描述周边光强度比。

在一般的成像光学系统中，周边光强度比根据余弦四次方定律下降。因此，周边光强度比的下降在具有宽视场角的成像光学系统中成为大问题。

在此示例的情况下，视场角为2ω=120度（degree），并且半视场角为ω=60度.视场角ω=60度时的周边光强度比为cosω^4=0.0625，并且仅光轴上的6%的光量到达图像传感器的周边。

因此，被拍摄的图像的周边变得非常暗，因而不能获得清楚的图像。

近年来，一些数字照相机和数字视频照相机显著提高了周边的灵敏性，以便数字校正周边暗化。但是，由于SNR不能被改变，因此噪声变得明显，并且周边的图像质量与中心部分相比显著劣化。

周边光强度比的相当小的减小造成这样严重的问题。

作为对比，此示例的成像光学系统也对于周边暗化起作用。

由于通过满足表达式（2），各视场角的焦距可基本等于光轴上的焦距，周边光强度可增大cosω的平方。

由于通过满足表达式（3），入射角可基本与图像传感器的平面正交，因此周边光强度可增大cosω的一次幂。

此外，由于通过同时满足表达式（4）和（3），周边光强度可增大cosω的三次幂，因此周边光强度比可与cosω的一次幂成比例。

因此，此示例的成像光学系统具有2ω=120度的非常宽的视场角，并且因为周边光强度比为cos¹ω=0.0500，因此仍允许光轴上的50%的光量到达图像传感器的周边。此光量是上文所述的一般广角成像光学系统的光量的八倍，并且存在将周边暗化抑制为非常小的优点。

因此，可防止图像的周边变得过暗，并且即使在周边仍可获得足够的对比度。

另外，即使在数字照相机或数字视频照相机中显著提高周边的灵敏度以便数字校正周边暗化的情况下，仍可生成不明显的噪声。

另外，为了在用于拍摄多个波长的图像的彩色成像装置中实现高分辨率，重要的是适当地校正色差。

由于此示例的成像光学系统满足表达式（2）和（4），该结构抑制作为轴向像差的横向色差。由于校正色差的目标被限制为作为轴向像差的轴向色差和色球面像差，校正色差的能力得以提高。

在校正轴向色差时，重要地是理解像差的特征。随着对于透镜表面的旁轴入射高度越高，轴向色差和色球面像差两者都被透镜表面的焦度影响越大。

根据三次像差理论，轴向色差与透镜表面上的旁轴入射高度的平方成比例，并且色球面像差与透镜表面上的旁轴入射高度的四次幂成比例。

特别地，由于色球面像差被透镜表面上的入射高度显著影响，因此优选地，减小具有大的透镜表面上的入射高度的比孔径光阑更接近物侧的光学系统对于色差的影响，并且增加比孔径光阑更接近像侧的光学系统对于色差的影响，以便校正色差。

通过此结构，即使在亮的光学系统中，可抑制在比孔径光阑更接近物侧的光学系统中的高次色球面像差的发生，并且比孔径光阑更接近像侧的光学系统可校正色球面像差，以使之在具有大入射高度的位置处被设为接近于0（像面）。

因此，可抑制各波长的斑点图展宽，并且实现高成像性能。

因此，比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度被设定为弱于比孔径光阑更接近像侧的光学系统的焦度，因此将比孔径光阑更接近物侧的光学系统对于色差的影响抑制为小。

此外，在此示例的成像光学系统中，最接近物侧的透镜的阿贝数被设定大于最接近像侧的透镜的阿贝数。

具体而言，作为设置为最接近物侧的透镜的第一透镜具有阿贝数νd_most_obj=25.1，并且作为设置为最接近像侧的透镜的第四透镜具有阿贝数νd_most_img=18.9，从而满足以下的表达式（5）。

νd_most_img>νd_most_obj...(5)

这样，作为设置为最接近物侧的透镜的第一透镜的在入射表面上对色差的影响被减小，因而可抑制轴向色差或色球面像差的发生。

因此，轴向色差以及色球面像差可被容易校正。

另外，对于色差的影响还在第一透镜的出射表面上被减小。

出于此原因，成像光学系统的最接近像侧的透镜的阿贝数与成像装置中的和该透镜相邻的成像光学系统的透镜的阿贝数之差被设定大于成像光学系统的最接近物侧的透镜的阿贝数与和该透镜相邻的透镜的阿贝数之差。

具体而言，作为被设置为最接近像侧的透镜的第四透镜的阿贝数νd_most_img=18.9和与该第四透镜相邻的透镜的阿贝数νd_next_img=32.3之差的绝对值是|Δνd_most_img|=13.4，而作为被设置为最接近物侧的透镜的第一透镜的阿贝数νd_most_obj=25.1和与该第一透镜相邻的透镜的阿贝数νd_next_obj=32.3之差的绝对值是|Δνd_most_obj|=7.2，因此满足以下表达式（6）。

|Δνd_most_img|>|Δνd_most_obj|...(6)

这样，在光束宽度大的孔径光阑的物侧，对于色差的影响被减小，因此色差（尤其是轴向色差和色球面像差）的发生被抑制为小。此外，在光束宽度小的孔径光阑的像侧，对于色差的影响被提高。因此，轴向色差和色球面像差被适当地抑制。

通过此结构，高入射高度的部分中的各波长的球面像差被设定为接近于零（像面），因此实现高的成像性能，其中各波长的斑点图的展宽被抑制。

（示例2）

如图4所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括孔径光阑以及四个透镜。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；孔径光阑STO；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

第一透镜G1的出射表面结合到第二透镜G2的入射表面，第二透镜G2的出射表面结合到第三透镜G3的入射表面，并且第三透镜G3的出射表面结合到第四透镜G4的入射表面。

孔径光阑STO由设置在第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面上的挡光部件构成。

图4中的IMG代表像面，并且为光传输单元OTM的入射表面。

此示例的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤（image fiber），并且具有将在成像光学系统的像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的入射表面具有球形弯曲表面，并且出射表面为与图像传感器ICD紧密接触以便连接的平表面。因此，构成图像传感器单元ICU。

光传输单元OTM的入射表面沿成像光学系统的像场弯曲形成，以便在像面IMG的整个区域上实现良好的成像。

在此示例中使用光传输单元OTM。与图像传感器自身具有球面的结构形成对比，存在容易制造成像单元ICU的优点，在该成像单元ICU中，光传输单元OTM的一个表面具有球面而另一个表面连接到图像传感器ICD。

表5示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，其是孔径光阑表面STO。

表面号4是第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面，表面号5是第四透镜G4的出射表面，并且表面号6是像面IMG，该像面IMG是成像单元ICU的光传输单元OTM的入射表面。此外，光传输单元OTM的出射表面连接到图像传感器ICD。

此外，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。

第二透镜G2的折射率Nd2=2.000600被设定小于第一透镜G1的折射率Nd1=2.102000，并且第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面形成为具有面向物侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

第四透镜G4的折射率Nd4=2.102000被设定大于第三透镜G3的折射率Nd3=2.000600，并且第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面形成为具有面向像侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

在此示例的成像装置中，通过具有负焦度的这两个透镜表面，在第一透镜G1的入射表面以及第四透镜G4的出射表面上生成的球面像差、轴向色差、色球面像差等被适当地校正。

另外，表6示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有甚至小于示例1的成像装置中的F值的F值（F/1.0），以及非常宽的视场角（120.0（度）），并且仍具有小的整体长度（6.703（mm）），这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽的视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表7示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.99，其满足表达式（1）的范围。

表达式（2）的值为0.93，其满足表达式（2）的范围。

因此，在120.0（度）的非常宽的视场角上可适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为0.92，其满足表达式（4）的范围。

因此，可在宽视场角上获得良好的光学性能。

图5示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图6示出其横向像差图。

表8示出此示例的成像装置中的比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

的值以及比孔径光阑STO更接近像侧的光学系

比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为不同于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度因此，与常规的球透镜相比，像差校正的灵活性高，并且校正球面像差或轴向色差的能力得以提高。

特别地，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为小于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度

因此球面像差可被适当地校正。

具体来说，如表8所示，此示例的成像装置被构造成满足表达式（3）。

此外，该结构满足以下表达式（7），因而可充分获得此实施例的效果。

换句话说，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统和比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统两者都具有正焦度，并且比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度被设定为比比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度大致大20%。因此，校正球面像差或轴向色差的能力得以提高，并且甚至在非常小的F值（F/1.0），仍可获得高成像性能。

另外，在此示例的成像装置中，所有透镜表面的曲率中心被设置为比透镜表面的位置更接近孔径光阑，以便相对于孔径光阑形成同心形状。

但是，第三表面是平表面，其不被视为透镜表面，这是因为在第三表面前面和后面的表面具有相同的折射率。

这样，成像装置具有接近于点对称的结构，并且视场角光束对于各透镜表面的入射角度可接近于轴向光对于各透镜表面的入射角度。

因此，可抑制离轴像差的发生，并且轴向像差被适当地校正以便实现可在宽视场角范围内执行良好的像差校正的成像装置。

另外，在此示例的成像装置中，如表5所示，第一透镜G1和第四透镜G4的折射率为Nd=2.102000，并且第二透镜G2和第三透镜G3的折射率为Nd=2.000600，它们都是高折射率。

透镜表面的焦度

由以下表达式给定：

其中，N代表该透镜表面的物侧的折射率，N’代表该透镜表面的像侧的折射率，并且R代表透镜表面的曲率半径。

关于成像装置的成像光学系统中的最接近物侧的透镜的入射表面，在该入射表面的物侧存在空气，并且表达式（8）中的N为N=1.000000。

表达式（8）中的N’为最接近物侧的透镜的折射率。如果该折射率设定为较高，则用于获得相同透镜表面焦度

的曲率半径R可被设定为较大。换句话说，如果最接近物侧的透镜的折射率被设定为较高，则入射表面的曲率半径可设定为较大，并且存在球面像差的发生被抑制并且可容易获得良好的成像性能的效果。

优选地，设定成像装置中的最接近物侧的透镜的折射率为高的折射率，并且其优选地满足表达式（9）。

1.850000≤Nd≤2.300000...(9)

如果超出表达式（9）的下限，最接近物侧的透镜的入射表面的曲率半径变小。然后，球面像差大大地发生并且造成问题。

如果超出表达式（9）的上限，最接近物侧的透镜的入射表面的曲率半径变大。然后，需要确保入射表面到孔径光阑具有大的距离，这造成成像装置的大小增大的问题。

类似地，优选地，设定成像装置的最接近像侧的透镜的折射率为高的折射率，并且其优选地满足表达式（7）。

最接近物侧的透镜的折射率被设定为高于相邻透镜的折射率，并且最接近物侧的透镜的出射表面具有负焦度以便校正球面像差。另外，最接近物侧的透镜的阿贝数被设定为低于相邻透镜的阿贝数，以便校正色差。

类似地，最接近像侧的透镜的折射率被设定为高于相邻透镜的折射率，并且最接近像侧的透镜的入射表面具有负焦度以便校正球面像差。另外，最接近像侧的透镜的阿贝数被设定为低于相邻透镜的阿贝数，以便校正色差。

这样，使用此实施例，可实现具有宽视场角和高分辨率的成像装置。

（示例3）

如图7所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括孔径光阑以及五个透镜。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第三透镜G3；孔径光阑STO；作为具有面向像侧的凸面的双凸透镜的第四透镜G4；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第五透镜G5。

第一透镜G1结合到第二透镜G2，第二透镜G2结合到第三透镜G3，并且第四透镜G4结合到第五透镜G5。

此示例的成像装置的孔径光阑STO被设置在第三透镜和第四透镜之间的空气层中，并且可设置可变孔径光阑。

可变孔径光阑使得能够调整亮度以及控制焦深。

在如本示例中的具有小的F值的成像装置中，焦深变浅。因此，需要通过孔径光阑来控制焦深。

当孔径光阑STO被设置在该空气层中时，难以校正像差。但是，在成像装置中设置可变孔径光阑具有重要意义，并且当孔径光阑STO被设置在空气层中时校正像差的方法是一个重要的主题。

另外，使用与示例2中的成像单元ICU相同的成像单元ICU。

表9示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，并且表面号4是连接到空气层的第三透镜G3的入射表面。

表面号5是设置在空气层中的孔径光阑STO。表面号6是第四透镜G4的入射表面，表面号7是第四透镜G4的出射表面和第五透镜G5的入射表面之间的结合表面，并且表面号8是第五透镜G5的出射表面。

表面号9是像面IMG，该像面IMG是成像单元ICU的光传输单元OTM的入射表面。此外，光传输单元OTM的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表9中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。

第二透镜G2的折射率Nd2=1.726350被设定小于第一透镜G1的折射率Nd1=2.001100，并且第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面形成为具有面向物侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

第三透镜G3的折射率Nd3=1.670939被设定小于第二透镜G2的折射率Nd1=1.726350，并且第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面形成为具有面向物侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。第三透镜G3的出射表面形成为具有面向物侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

第五透镜G5的折射率Nd5=2.00800被设定大于第四透镜G4的折射率Nd4=1.882997，并且第四透镜G4的出射表面和第五透镜G5的入射表面之间的结合表面形成为具有面向像侧的凸形的透镜表面，以便具有负焦度。

在此示例的成像装置中，通过具有负焦度的这四个透镜表面，在第一透镜G1的入射表面、第四透镜G4的入射表面以及第五透镜G5的出射表面上生成的球面像差、轴向色差、色球面像差等被适当地校正。

另外，表10示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置是其中孔径光阑被设置在空气层中并且采用可变孔径光阑的成像光学系统的示例。具有F/1.6的亮的光学系统通过具有五个透镜的简单结构实现。另外，相对于11.997（mm）的焦距，整体长度为17.959（mm），因此光学系统紧凑，其中L_sys/f_sys=1.50。

表11示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.85，其满足表达式（1）的范围。

表达式（2）的值为1.04，其满足表达式（2）的范围。

因此，可在65.5（度）的视场角上适当地校正像场弯曲、像散和横向色差。

表达式（4）的值为0.88，其满足表达式（4）的范围。

因此，可在宽的视场角上获得良好的光学性能。

表12示出此示例的成像装置中的比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度的值以及比孔径光阑STO更接近像侧的光学

比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为不同于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度

因此，与常规的球透镜相比，像差校正的灵活性高，并且校正球面像差或轴向色差的能力得以提高。

图8示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图9示出其横向像差图。

特别地，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为小于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度

因此球面像差可被适当地校正。

具体地，如表12中所示，此示例的成像装置被构造以满足表达式（10）。

换句话说，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统和比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统两者都具有正焦度，并且比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度被设定为比比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度大致大20%。因此，校正球面像差或轴向色差的能力得以提高。甚至孔径光阑被设置在空气层中的光学系统在小的F值（F/1.6），仍可获得高成像性能。

（示例4）

如图10所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括孔径光阑STO、六个透镜以及波前控制单元WFC。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；其中使两个平的玻璃板之间的结合表面具有像差的波前控制元件WFC；设置在波前控制元件WFC的两个平的玻璃板之间的结合表面上的孔径光阑STO；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第四透镜G4；作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第五透镜G5；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第六透镜G6。

从第一透镜G1到第六透镜G6的所有光学元件相互结合。

在本示例中，使用与示例2中的成像单元ICU相同的成像单元ICU。

表13A至13D示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面。

另外，表面号4是第三透镜G3的出射表面与波前控制元件WFC的入射表面之间的结合表面，并且表面号5是波前控制元件WFC的两个平的玻璃板之间的结合表面。在表面号5的位置处，在有效部分中设置相位板，并且孔径光阑STO被设置在非有效部分中。

表面号6是波前控制元件WFC的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面，表面号7是第四透镜G4的出射表面和第五透镜G5的入射表面之间的结合表面，并且表面号8是第五透镜G5的出射表面和第六透镜G6的入射表面之间的结合表面。

表面号9是第六透镜G6的出射表面，并且表面号10是像面IMG，该像面IMG是成像单元ICU的光传输单元OTM的入射表面。

此外，光传输单元OTM的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表13A中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，在R字段中具有标记“（a）”的透镜表面是非球面，而具有标记“（p）”的透镜表面是相位差板。

作为此示例中的非球面形状，使用由表达式（11）表达的旋转对称非球面。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}...\left(11\right)$

这里，z表示光轴方向上的非球面形状的下垂量（sag amount）（mm），c表示光轴上的曲率（1/mm），r表示径向方向上的距光轴的距离（mm），并且A、B、C和D分别表示四阶、六阶、八阶和十阶系数。

另外，此示例中的赋予相位差板的相位差由旋转对称相位多项式表达，并且具有由表达式（12）表达的相位差分布。

$\mathrm{\φ}=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+C_1{r}^2+C_2{r}^4+C_3{r}^6+C_4{r}^8...\left(12\right)$

这里，φ代表相位差（波长），并且C₁、C₂、C₃以及C₄分别代表二阶、四阶、六阶和八阶的系数。这些在以下的表13A至13D中示出。

在此示例的成像装置中，作为最接近物侧的透镜的第一透镜G1的入射表面和作为最接近像侧的透镜的第五透镜G5的出射表面为非球面，其具有焦度在周边减弱的非球面形状。因此，校正球面像差。

另外，表14示出此示例的成像装置的规定。

通过设定最接近物侧的透镜的入射表面和最接近像侧的透镜的出射表面为非球面以及通过在孔径光阑的位置处设置波前控制元件，此示例的成像装置提高了校正球面像差的能力。即使在7.499（mm）的长焦距的情况下，可在亮的光学系统（F/1.0）中实现更良好的成像性能。

表15示出此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）和（4）的值。

表达式（1）的值为1.05，其满足表达式（1）的范围。

表达式（2）的值为1.28，其满足表达式（2）的范围。

表达式（4）的值为1.34，其满足表达式（4）的范围。

因此，像场弯曲、像散和横向色差可在74.0（度）的视场角上被容易地校正，因此可实现亮的光学系统（F/1.0）。

图11示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图12示出其横向像差图。

表16示出此示例的成像装置中的比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

的值以及比孔径光阑STO更接近像侧的光学

比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为不同于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度

因此，与常规的球透镜相比，像差校正的灵活性高，并且校正球面像差或轴向色差的能力得以提高。

特别地，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统的焦度

被设定为小于比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度因此球面像差可被适当地校正。

具体来说，如表16所示，此示例的成像装置被构造成满足表达式（3）。

此外，该结构满足示例2中所述的表达式（7），因而充分获得此实施例的效果。

换句话说，比孔径光阑STO更接近物侧的光学系统和比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统两者都具有正焦度，并且比孔径光阑STO更接近像侧的光学系统的焦度被设定为比比孔径光阑更接近物侧的光学系统的焦度大致大20%。即使孔径光阑被设置在空气层中的光学系统通过小的F值（F/1.0）仍可获得高成像性能。

（第二实施例）

此实施例具有如下结构，在该结构中，波前控制元件被接近于成像光学系统的孔径光阑设置，以便提高校正轴向像差的能力。

接下来，更详细地描述接近于孔径光阑设置的上述波前控制元件的结构。

波前控制元件可通过使光束的波前具有相位差来校正像差，并且例如为相位控制元件，诸如相位差板、衍射光学元件以及相位调制型空间光调制器（光晶体元件）或者具有非常小的非球面量的非球面。

在此实施例中，波前控制元件被接近于孔径光阑设置（包含在孔径光阑上），以便使通过孔径光阑的光束具有相位差。因此，可适当地校正像差。

当波前控制元件被接近于孔径光阑设置时，波前控制元件对于离轴像差的影响可被最小化。因此，波前控制元件的相位差分布可具有用于校正轴向像差的最优形状，并且校正轴向像差的效果可被提高。

这里，当其中波前的相位随着远离光轴而延迟的相位差分布被赋予光轴上的波前的相位时，球面像差可被适当校正。

应指出，在此说明书中，短语“接近于孔仅光阑”被定义为在孔径光阑的物面侧最接近孔径光阑的透镜以及在孔径光阑的像面侧最接近孔径光阑的透镜之间。

另外，由于成像光学系统接近于点对称光学系统，在轴向光中以及在各离轴光束中留有相同的像差，并且该像差可通过公共的相位差分布形状被适当地校正。

换句话说，当波前控制元件被接近于成像光学系统（该成像光学系统接近于点对称光学系统）的孔径光阑表面设置时，即使在具有小于F/2.0的F值的亮的光学系统中，仍可在宽的视场角中适当地校正像差。此外，即使在具有小于F/1.4的F值的非常亮的光学系统中，仍可获得相同效果。

另外，由于具有小的F值的成像光学系统具有窄的视场深度，即使紧凑的照相机仍可拍摄其中除被聚焦的平面之外的背景被模糊化图像。

此外，由于具有小的F值的成像光学系统可与F值的平方成比例地将曝光时间设定为短，由于抖动导致的模糊或者由于物体的移动导致的模糊以及拍摄噪声可被大大减小。因此，可提供可拍摄高质量图像的成像装置。

下文，描述此实施例的具体示例。

（示例5）

如图15所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括三个透镜G1、G2和G3，以及也充当孔径光阑STO的波前控制单元WCM。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第一透镜G1；波前控制单元WCM；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第三透镜G3。第一透镜G1的出射表面结合到波前控制单元WCM的入射表面，波前控制单元WCM的出射表面结合到第二透镜G2的入射表面，以及第二透镜G2的出射表面结合到第三透镜G3的入射表面。

图16是此示例的成像装置的波前控制单元WCM的示意图。

此示例的成像装置的波前控制单元WCM由相互结合的两个平板构成。在结合表面的有效部分中，形成二元衍射光栅BDG_a和BDG_b作为提供相位差的波前控制元件WCD，以便主要校正球面像差和色球面像差。

另外，波前控制单元WCM包括设置在该两个平板之间的结合表面的非有效部分中的挡光部件，其构成孔径光阑。

应指出，波前控制元件WCD在此示例中被设置在孔径光阑STO上。但是，如图17至20所示，波前控制元件WCD可被设置在孔径光阑的物面侧最接近孔径光阑的透镜以及在孔径光阑的像面侧最接近孔径光阑的透镜之间的任何位置。

二元衍射光栅BDG_a和BDG_b具有d线的基准波长，并且相位差随着远离光轴而改变。每当相位差超过基准波长的整数倍时，二元衍射光栅的级差（step difference）增加一级（step）。

此示例的波前控制元件WCD具有相位差随着远离光轴而增加。二元衍射光栅BDG_a的折射率被设定为高于二元衍射光栅BDG_b的折射率，因此使通过波前控制元件WCD的波前具有希望的相位差。

应指出，二元衍射光栅BDG_b不限于空气，而可以是光学玻璃或者光学塑料。通过设定二元衍射光栅BDG_a的折射率高于二元衍射光栅BDG_b的折射率，可减小衍射光栅的界面处的宽视场角光束的全反射。

图15中，IMG表示像面。

如图15所示，此示例中的成像装置的像面IMG是光传输单元OTM的入射表面，该入射表面形成为球形形状，该球形形状沿成像光学系统的像场弯曲形成。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像。

此示例中的成像装置的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤，并且具有将在成像光学系统的像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的出射表面形成为平表面，并且被保持与图像传感器ICD紧密接触以便连接。因此，形成成像单元ICU。

在此示例中使用光传输单元OTM。与图像传感器自身形成为球面形状形成对比，存在容易制造成像单元ICU的优点，在该成像单元ICU中，光传输单元OTM的一个表面形成为球面形状而另一个表面连接到图像传感器ICD。

表17示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和波前控制单元WCM的入射表面的结合表面，并且表面号3是波前控制单元WCM的两个平的玻璃板之间的结合表面。波前控制元件WCD设置在有效部分中，并且孔径光阑STO设置在非有效部分中。

这样，在此示例的成像装置中，波前控制元件WCD被设置在孔径光阑STO的表面中。

表面号4是波前控制单元WCM的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，表面号5是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，并且表面号6是第三透镜G3的出射表面。

表面号7是像面IMG，该像面IMG是光传输单元OTM的入射表面。此外，光传输单元OTM（未示出）的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表17中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（p）”的透镜表面是波前控制元件。

此示例的成像装置中的波前控制元件WCD的相位分布形状具有相对于光轴的旋转对称形状，并且由表达式（13）的相位多项式表达。

φ(r)=C₁r²+C₂r⁴+C₃r⁶+C₄r⁸+C₅r¹⁰+…...(13)

这里，r代表距光轴的距离（mm），

代表在距光轴的各距离r处的相位差（波长），并且C₁、C₂、C₃、C₄和C₅分别代表二阶、四阶、六阶、八阶和十阶系数。

表18示出了表面号3的波前控制元件WCD的相位多项式的参数。

此示例的成像装置的波前控制元件WCD仅使用表达式（13）的相位多项式的四次项。

图21示出此示例的波前控制元件WCD的相位差分布。

在波前控制元件WCD中，相位差随着远离光轴而在正方向上增加，以便形成如下的波前，在该波前中，相位随着远离光轴而被逐渐延迟。

通过根据距光轴的距离r计算表达式（13）的多项式的二次微分并且通过将该结果乘以“-1”来确定由于波前控制元件WCD的相位差导致的焦度P（r），这由表达式（14）表达。

P(r)=-(2C₁+12C₂r²+30C₃r⁴+56C₄r⁶+90C₅r⁸+…)...(14)

此外，由于光轴上（r=0）的相位差导致的焦度P（0）为-2C₁，因此由于各距离r处的相位差导致的焦度P（r）与由于光轴上（r=0）的相位差导致的焦度P（0）之间的差、即由于相位差导致的焦度差ΔP（r）由表达式（15）表达。

ΔP(r)=-(12C₂r²+30C₃r⁴+56C₄r⁶+90C₅r⁸+…)...(15)

图22示出此示例中的波前控制元件WCD的相位差所导致的焦度差ΔP（r）。

波前控制元件WCD具有随着远离光轴而在负方向上逐渐增加的焦度，并且具有使具有高入射高度位置的光束的会聚位置向后移动的作用。成像光学系统整体具有正焦度，并且球面像差趋向于为“欠（under）”。因此，具有更高的入射高度位置的光线比接近于光轴的光线更向前地形成图像。

因此，基于此示例的波前控制元件WCD的作用，处于较高入射高度位置处的会聚位置进一步向后移动。因而，可校正球面像差。

此趋势在具有较小F值的成像光学系统中更加显著，因此，通过波前控制元件WCD校正球面像差的效果变得更大。

关于色球面像差，C线（656.2725nm）、F线（486.1327nm）或者g线（435.8343nm）的球面像差的量或形状例如与基准波长d线（587.5618nm）的不同，因此存在会聚位置不能位于同一像面上的问题。具体而言，相对于基准波长d线，存在如下这样的趋势，其中球面像差的变为“欠”的量在短波长（诸如F线或者g线）下在高入射高度位置增加，而球面像差的变为“欠”的量在长波长（诸如C线）下在高入射高度位置增加。

关于由于相位差导致的焦度，对于更短的波长可获得更强的焦度。因此，在此示例的波前控制元件WCD中同样，球面像差的校正量对于较短的波长变得较大，从而色球面像差可被校正。

图23示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图24示出其横向色差。如图23所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲、畸变或者色球面像差被适当地校正。

这里，色球面像差被定义为基准波长（例如，d线）的球面像差量与各波长（例如，C线，F线或g线）的球面像差量之间的差。

特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚到像面上，因而球面像差可被非常适当地校正。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图24所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

表19示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.4），宽的视场角（90.0（度）），以及整体长度为9.974（mm）的紧凑的大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽的视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表20示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）、（4）以及（17）的值。

表达式（1）的值为1.02，其满足表达式（1）的范围。因此，孔径光阑的像侧的成像光学系统的光学系统可接近于点对称结构，因此，彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.09，其满足表达式（2）的范围。因此，可在90.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

当满足表达式（1）和（2）时，可仅通过改变成像光学系统和像面之间的距离来从无限远到近距离执行调焦，而无需改变像面形状。

另外，在此实施例的成像装置中，像面的曲率半径被设定基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离。

表达式（4）的值为1.11，其满足表达式（4）的范围。

因而，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。此外，可在从无限远到近距离的宽的调焦范围中，在保持高分辨率的同时执行调焦。

在此示例的成像装置中，波前控制元件WCD被设置在孔仅光阑STO的表面上，并且彗形像差由于波前控制元件WCD的相位差而发生。

此示例的波前控制元件WCD使光束的在周边的波前相对于光轴延迟。

由于视场角光束倾斜地入射到波前控制元件WCD，因此从波前控制元件WCD到像面的距离在上部光束和下部光束之间不同。结果，大的光路长度差发生并且导致彗形像差。

这参照图15被描述。波前控制元件WCD到最接近像侧的面的距离对于视场角光束的上部光线比对于该视场角光束的下部光线更长。

换句话说，在最接近像侧的平面上，下部光线到达比上部光线距主光线更远的位置。

因此，必须设定最接近像侧的透镜表面上的各光线的到达点与像面上的像点的距离对于下部光线比对于上部光线更长。

在此实施例的成像装置中，像面对于视场角光束具有同心形状。因此，在通常情况下，最接近像侧的透镜表面上的各光线的到达点与像面上的像点的距离在上部光线和下部光线之间基本相同。

但是，在此示例的成像装置中，视场角光束从最接近像侧的透镜表面传播到像面，从而向外扩展。因此，最接近像侧的透镜表面上的各光线的到达点与像面上的像点的距离对于下部光线比对于上部光线更长。

这样，彗形像差可被适当地校正。

具体而言，优选地，将最接近像侧的透镜表面的曲率中心设置为比孔径光阑更接近物侧。

在此示例的成像装置中，最接近像侧的透镜表面的曲率半径为R_last=-6.3973（mm），并且孔径光阑到最接近像侧的透镜表面的距离为d_ape_last=5.191（mm）。

因此，满足表达式（16）的关系，并且最接近像侧的透镜表面的曲率中心被设置为比孔径光阑更接近物侧。

|R_last|>d_ape_last...(16)

另外，成像光学系统的出射光瞳到像面的距离（d_pup=6.595（mm））被设定为比孔径光阑到像面的距离（d_ape=7.340（mm））短，因此，视场角光束在从最接近像侧的透镜表面传播到像面时向外扩展。

在此情况下，当满足表达式（8）的条件时，彗形像差可被适当地校正。

0.7≤d_pup/d_ape≤0.95...(17)

接下来，描述用于改进周边暗化的动作。

在本示例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定为基本等于成像光学系统的焦距。因此，焦距可在整个视场角上基本是均一的。

因此，周边光强度比提高cosω的平方。

此示例中的最大半视场角为ω=45.0（度），因此相对于cos⁴ω=0.25，cos²ω为0.5。因此，周边光强度可提高2倍。

通过满足表达式（2），可获得合理的效果。

此外，在此示例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定基本等于该成像光学系统的出射光瞳到像面的距离，因此该像面的入射角可基本为正交的。

因而，周边光强度比可提高cosω的一次幂。

此示例中的最大半视场角为ω=45.0（度），因此相对于cos⁴ω=0.25，cos³ω为0.35。因此，周边光强度可提高1.4倍。

通过满足表达式（4），可获得合理的效果。

通过同时满足表达式（2）和（4），周边光强度比可提高cosω的三次幂，因此周边光强度可提高2.8倍。

因此，由于具有宽视场角的成像光学系统的周边光强度比显著提高，因此可提供如下成像装置，该成像装置可在宽视场角上以高对比度和很小噪声拍摄具有高图像质量的图像。

如上所述，根据此示例的结构，可实现如下的具有紧凑结构的成像装置，该成像装置即使在小于F/2.0的F值，仍可在宽视场角上具有良好的成像性能。

另外，周边暗化可被显著改进，因此可实现在宽视场角上非常亮的成像光学系统。

因此，由于曝光时间可显著缩短，因此可提供如下的成像装置，该成像装置可在具有被适当地减小的由于抖动导致的模糊、由于物体的移动导致的图像模糊和噪声的情况下拍摄具有高质量的图像。

另外，可提供其中散焦的对象可被显著模糊化的具有紧凑结构的成像光学系统。

此外，通过使用上述的具有简单结构的高性能成像光学系统，可在从无限远到近距离的宽范围中执行调焦，而成像性能几乎不劣化。

（示例6）

如图25所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，孔径光阑STO，以及波前控制元件WCD。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

图25中，IMG表示像面。如图25所示，此示例中的成像装置的像面IMG是光传输单元OTM的入射表面，该入射表面形成为球形形状，该球形形状沿成像光学系统的像场弯曲形成。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像。

此示例中的成像装置的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤，并且具有将在成像光学系统的像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的出射表面形成为平表面，并且被保持与图像传感器ICD紧密接触以便连接。因此，形成成像单元ICU。

表21示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，并且具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。

表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面。波前控制元件WCD设置在有效部分中，并且孔径光阑STO设置在非有效部分中。

这样，在此示例的成像装置中，波前控制元件WCD被设置在孔径光阑STO的表面上。

表面号4是第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面，并且表面号5是第四透镜G4的出射表面，其具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。

表面号6是像面IMG，该像面IMG是光传输单元OTM的入射表面。此外，光传输单元OTM（未示出）的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表21中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面，而具有标记“（p）”的透镜表面是在有效部分设置有波前控制元件的表面。

此示例的成像装置的非球面具有旋转对称非球面，其中心为光轴并且由表达式（11）的多项式表达。

此示例的成像装置的第一表面的非球面系数在表22A中被示出，第五表面的非球面系数在表22B中示出，并且第三表面的相位差多项式的系数在表22C中示出。

如图22C所示，此示例的波前控制元件WCD使用表达式（13）的相位多项式的二次到十次幂项以便提供相位差。

图26示出此实施例的波前控制元件WCD所具有的相位差分布。

波前控制元件WCD使得相位差随着远离光轴而在负方向上增加，从而形成其中相位随着远离光轴而逐渐前进的波前。

正焦度被赋予整个光束，并且波前控制系统WCD共享成像光学系统的焦度的一部分。

另一方面，波前控制元件WCD具有校正球面像差的作用。

为了校正球面像差，重要的是，相对于轴向光的会聚位置移动在高入射高度位置处的光束的会聚位置。如表达式（15）所指示的，由于高入射高度位置处的光线与光轴之间的相位差导致的焦度差是重要的。

成像光学系统整体具有正焦度，并且球面像差趋向于为“欠（under）”。因此，具有更高的入射高度位置的光线比接近于光轴的光线更向前地形成图像。

当相对负方向上的焦度被赋予前者时，获得向后移动在高入射高度位置处的光线的会聚位置的效果，并且可校正球面像差。

图27示出此示例的波前控制元件WCD的相位差所导致的焦度差ΔP(r)。波前控制元件WCD具有随着远离光轴而在负方向上逐渐增加的焦度，因此球形像差可被适当地校正。

在具有等于或小于F/1.4的非常小的F值的成像光学系统中，此趋势在各入射高度更高时变得更加突出，从而通过波前控制元件WCD校正球面像差更加重要。关于色球面像差，C线（656.2725nm）、F线（486.1327nm）或者g线（435.8343nm）的球面像差的量或形状例如与基准波长d线（587.5618nm）的不同，因此存在会聚位置不能位于同一像面上的问题。

具体而言，相对于基准波长d线，存在如下这样的趋势，其中球面像差的变为“欠”的量在短波长（诸如F线或者g线）下在高入射高度位置增加，而球面像差的变为“欠”的量在长波长（诸如C线）下在高入射高度位置增加。

关于由于相位差导致的焦度，对于更短的波长可获得更强的焦度。因此，在此示例的波前控制元件WCD中同样，球面像差的校正量对于较短的波长变得较大，从而色球面像差可被校正。

图28示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图29示出其色球面像差。

这里，如图28所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲、畸变和色球面像差被适当地校正。

这里，色球面像差被定义为基准波长（例如，d线）的球面像差量与各波长（例如，C线，F线或g线）的球面像差量之间的差。

特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚到像面上，因而球面像差可被非常适当地校正。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图29所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

表23示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.0），宽的视场角（90.0（度）），以及整体长度为9.974（mm）的紧凑的大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽的视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表24示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）、（4）以及（17）的值。

表达式（1）的值为1.18，其满足表达式（1）的范围。因此，孔径光阑的像侧的成像光学系统的光学系统可接近于点对称结构，因此，彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.22，其满足表达式（2）的范围。因此，可在90.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为1.45，其满足表达式（4）的范围。因而，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

在此示例的成像装置中，成像光学系统和像面之间的距离被改变以便执行调焦。由于满足表达式（4），因此可在从无限远到近距离的宽调焦范围中在保持高分辨率的同时执行调焦。

在此示例的成像装置中，最接近像侧的透镜表面的曲率半径为R_last=-8.0232（mm），并且孔径光阑到最接近像侧的透镜表面的距离为d_ape_last=5.886（mm）。

因此，满足表达式（16）的关系，并且最接近像侧的透镜表面的曲率中心被设置为比孔径光阑更接近物侧。因此，该结构适合于适当地校正由波前控制元件WCD产生的彗形像差。

另外，成像光学系统的出射光瞳到像面的距离（d_pup=6.334（mm））被设定为比孔径光阑到像面的距离（d_ape=7.565（mm））短，因此，视场角光束在从最接近像侧的透镜表面传播到像面时向外扩展。

满足表达式（17），并且该结构适合于适当地校正由波前控制元件WCD产生的彗形像差。

（示例7）

如图30所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括六个透镜G1至G6、孔径光阑STO、以及波前控制单元WCM。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；以及作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3。

接下来，设置波前控制单元WCM；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第四透镜G4；作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第五透镜G5；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第六透镜G6。

从第一透镜G1到第六透镜G6的所有光学元件相互结合。在根据此示例的成像装置中，使用与示例5中的成像单元ICU相同的成像单元ICU。

表25示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面。

表面号4是第三透镜G3的出射表面与波前控制单元WCM的入射表面之间的结合表面，并且表面号5是波前控制单元WCM的两个平的玻璃板之间的结合表面。在表面号5的表面处，在有效部分中设置作为波前控制元件WCD的相位差板，并且孔径光阑STO被设置在非有效部分中。

表面号6是波前控制单元WCM的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面，表面号7是第四透镜G4的出射表面和第五透镜G5的入射表面之间的结合表面，并且表面号8是第五透镜G5的出射表面和第六透镜G6的入射表面之间的结合表面。

另外，表面号9是第六透镜G6的出射表面，并且表面号10是像面IMG，该像面IMG是成像单元ICU的光传输单元OTM的入射表面。

此外，光传输单元OTM的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表25中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，在R字段中具有标记“（a）”的透镜表面是非球面，而具有标记“（p）”的透镜表面是波前控制元件。

此示例的成像装置的非球面具有旋转对称非球面，其中心为光轴并且由表达式（11）的多项式表达。

此示例的成像装置的第一表面的非球面系数在表26A中被示出，第九表面的非球面系数在表26B中示出，并且第五表面的相位差多项式的系数在表26C中示出。

图31示出此示例中的波前控制元件WCD的相位差所导致的焦度差ΔP（r）。波前控制元件WCD具有焦度随着远离光轴而在负方向上逐渐增加的结构。球面像差可在“过”方向上改变，因此球面像差可被适当地校正。

另外，关于由相位差导致的焦度，周边焦度在负方向上比光轴上的焦度大，从而球面像差可对于短波长比对于长波长在“过”方向上改变更多。因此，色球面像差可被适当地校正。

图32示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图33示出其横向像差图。

如图32所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲、畸变或者色球面像差被适当地校正。

特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚到像面上，因而球面像差可被非常适当地校正。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图33所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

在此示例的成像装置中，作为最接近物侧的透镜的第一透镜G1的入射表面以及作为最接近像侧的透镜的第五透镜G5的出射表面都是非球面，它们均具有焦度在周边减小的非球面形状，因此球面像差被校正。

另外，表27示出此示例的成像装置的规定。

在此示例的成像装置中，最接近物侧的透镜的入射表面和最接近像侧的透镜的出射表面为非球面。此外，波前控制元件被设置在孔径光阑的位置处，以便提高校正球面像差的能力。因此，即使在7.499（mm）的长波长的情况下，可在F/1.0的亮的光学系统中实现良好的成像性能。

表28示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）、（4）以及（17）的值。

表达式（1）的值为1.05，其满足表达式（1）的范围。因此，从孔径光阑到像侧的成像光学系统的光学系统可接近于点对称结构，因此，彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.28，其满足表达式（2）的范围。因此，可在宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为1.34，其满足表达式（4）的范围。因而，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。另外，该示例的成像装置还通过改变成像光学系统和像面之间的距离执行调焦。由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远到近距离的宽调焦范围中执行调焦。

在此示例的成像装置中，最接近像侧的透镜表面的曲率半径为R_last=-7.9006（mm），并且孔径光阑到最接近像侧的透镜表面的距离为d_ape_last=5.819（mm）。

因此，满足表达式（16）的关系，并且最接近像侧的透镜表面的曲率中心被设置为比孔径光阑更接近物侧。因此，该结构适合于适当地校正由波前控制元件WCD产生的彗形像差。

另外，成像光学系统的出射光瞳到像面的距离（d_pup=7.166（mm））被设定为比孔径光阑到像面的距离（d_ape=8.210（mm））短。因此，视场角光束在从最接近像侧的透镜表面传播到像面时向外扩展。

满足表达式（17），并且该结构适合于适当地校正由波前控制元件WCD产生的彗形像差。

因此，实现在74.0（度）的视场角上的非常亮的成像装置（F/1.0）。

（第三实施例）

在此实施例中，构造具有宽角度和小F值的成像光学系统以改变孔径光阑直径。

接下来，更详细地描述上述孔径光阑。

此实施例的孔径光阑具有孔径光阑直径可变的特征。

在日本专利申请特开No.63-081413中所描述的球透镜中，在孔径光阑的开口中填充光学玻璃，使得孔径光阑直径不可改变。

因此，在此实施例中，孔径光阑被设置在流体介质中，使得孔径光阑直径可变。

这里，流体介质指的是诸如空气的气体或诸如水或油的液体。一般来说，流体介质的折射率低于诸如光学玻璃或光学塑料的光学材料的折射率。因此，流体介质和透镜表面之间的折射率差导致光学性能劣化。

例如，描述在其中孔径光阑周围的空间被流体介质填充的球透镜的情况。

当球透镜在孔径光阑的位置处被划分为两部分并且在它们之间填充流体介质时，轴向光不被影响很多，但是视场角光束在与流体介质接触的透镜表面处被大量折射。

球透镜通过其点对称性来校正像差。但是，如果视场角光束在透镜与流体介质的界面处被大量折射，光路的点对称性大大劣化，从而发生大的像差，造成问题。

具体来说，由于透镜表面处的大的折射，像散、视场弯曲或横向色差显著地发生，并且造成问题。

另外，当流体介质的区域形成为其中心为孔径光阑的球面表面时，对于视场角光束也保持点对称。

但是，由于距孔径光阑的距离短，因此球面表面的曲率半径变小。结果，造成当视场角光束的一部分被全反射时光束虚化（vignette）的问题。

换句话说，不能实现具有小F值的成像光学系统。

因此，在此实施例中，孔径光阑的物侧的与流体介质接触的透镜表面具有凹面的形状。因此，透镜表面造成的折射被减小，以便抑制像差的发生。

另外，孔径光阑的像侧的与流体介质接触的透镜表面具有凸面的形状。因此，上述凹面提供的焦度被抵消。因此，后部单元中的视场角光束的焦度被重置为前部单元中的焦度，并且后部单元具有接近于点对称光学系统的结构，从而像差可被适当地校正。

这样，通过使用此实施例的结构，可提供如下这样的成像装置，该成像装置可改变具有宽视角和小F值的成像光学系统中的孔径光阑直径。特别地，在具有小于F/2.0的F值的亮的成像光学系统中可获得大的效果。

下文，描述此实施例的具体示例。

（示例8）

如图34所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，以及设置在流体介质FM中的孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；孔径光阑STO；作为双凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

在图34中，IMG表示像面。

在根据此示例的成像装置中，图像传感器ICD形成为球形，以便形成弯曲的像面IMG。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像性能。

表29示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面，并且表面号4是孔径光阑STO。

表面号5是第三透镜G3的入射表面，表面号6是第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面，表面号7是第四透镜G4的出射表面，并且表面号8是像面IMG。

在表29中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。

在此示例的成像装置中，第二透镜G2和第三透镜G3之间的空间被作为流体介质FM的空气填充。孔径光阑STO被设置在该空气中，从而孔径光阑STO具有可变孔径光阑直径。

另外，空气的折射率为Nd=1.000，其远低于光学玻璃的折射率。因此，存在视场角光束在光学玻璃和空气的界面处以大的角度折射的问题，这样造成大的像差。

在此示例的成像装置中，同样，空气的折射率Nd=1.000远低于第二透镜G2的折射率Nd₂=1.54814和第三透镜G3的折射率Nd₃=1.72000，这里第二透镜G2和第三透镜G3两者都与空气接触。

因此，在孔径光阑STO的物侧与流体介质FM接触的第二透镜G2的出射表面（表面号3）具有凹面，从而视场角光束的折射角被减小。因此，在第二透镜的出射表面出生成的彗形像差被抑制为小。

在孔径光阑STO的像侧与流体介质FM接触的第三透镜G3的入射表面（表面号5）具有凸面，从而消除由第二透镜的出射表面提供的负焦度。因此，像场弯曲和横向色差被校正。

另外，由第二透镜的出射表面生成的彗形像差被校正。

因此，即使具有低折射率的流体介质被设置在接近点对称结构的光学系统内，视场角光束的像差仍可被适当地校正。因此，可实现在保持高光学性能的同时具有可变孔径光阑直径的成像光学系统。

另外，关于视场角光束被第二透镜的与空气接触的出射表面大量折射从而发生彗形像差、像散、横向色差、色像场弯曲等的问题，此示例的成像装置具有另外的用于实现良好像差校正的方案。

具体来说，第二透镜的出射表面（表面号3）的曲率半径R₃=15.6214(mm)被设定大于从第二透镜的出射表面到孔径光阑STO的距离d₃=0.2500(mm)。

因此，第二透镜的出射表面处的各光束的折射角被减小，同时避免视场角光束通过第二透镜的出射表面而虚化。

另外，第三透镜的入射表面（表面号5）的曲率半径R₅=7.4031(mm)被设定小于第二透镜的出射表面（表面号3）的曲率半径R₃=15.6214(mm)。

换句话说，在孔径光阑STO的物侧与流体介质FM接触的透镜表面的曲率半径Rf和在孔径光阑STO的像侧与流体介质FM接触的透镜表面的曲率半径Rr之间的关系满足以下表达式（18）。

|R_r|<|R_f|...(18)

这样，第三透镜的入射表面的曲率半径小于第二透镜的出射表面的曲率半径，因此横向色差和色像场弯曲可被适当地校正。

特别地，在孔径光阑STO的物侧与流体介质FM接触的透镜表面的焦度

和在孔径光阑STO的像侧与流体介质FM接触的透镜表面的焦度

之间的关系满足以下表达式（19）。因此，横向色差和色像场弯曲可被以良好的平衡校正。

$-5\&le;\frac{{\mathrm{\&phi;}}_r}{{\mathrm{\&phi;}}_f}\&le;-1...\left(19\right)$

这里，N_i+1表示透镜表面的像侧的介质的折射率，并且N_i代表透镜表面的物侧的介质的折射率，并且R_i代表透镜表面的曲率半径。然后，各表面的焦度

由以下表达式（20）表示。

${\mathrm{\&phi;}}_i=\frac{(N_{i+1}-N_i)}{R_i}...\left(20\right)$

在此示例的成像装置，第二透镜的出射表面的焦度为

第三透镜的入射表面的焦度为

以及第二透镜的出射表面的焦度与第三透镜的出射表面的焦度之间的比为

由于第二透镜的出射表面与第三透镜的入射表面被构造为满足表达式（19），因此横向色差和像场弯曲可被以良好的平衡校正。

因此，在具有可变孔径光阑直径、小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能进一步提高。

表30示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有非常小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.229（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽的视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表31示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为1.03，其满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的从孔径光阑至像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.02，其满足表达式（2）的范围。因此，可在120（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

当表达式（1）和（2）都被满足时，可仅通过改变成像光学系统与像面之间的距离来从无限远到近距离处执行调焦，而无需改变像面形状。

另外，在此实施例的成像装置中，像面的曲率半径被设定基本等于成像光学系统的从出射光瞳至像面的距离。

表达式（4）的值为1.05，并且满足表达式（4）的范围。因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此像散、畸变和横向色差被适当地校正。此外，可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

图35示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图36示出其横向像差图。

如图35所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲、畸变和色球面像差被适当地校正。这里，色球面像差被定义为基准波长（例如，d线）的球面像差量与各波长（例如，C线、F线、g线等）的球面像差量之间的差。

如图36所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。特别地，此实施例的效果可被充分作用于具有大的视场角的光束（例如，视场角ω=35（度）的视场角光束），因而在宽的视场角上以小的F值获得良好的成像性能。

接下来，描述改进周边暗化的操作。

在本示例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定为基本等于成像光学系统的焦距，因此焦距可在整个视场角上基本是均一的。

因此，周边光强度比可被提高cosω的平方。

此示例中的最大半视场角为ω=60.0（度），因此相对于cos⁴ω=0.0625，cos²ω为0.25。因此，周边光强度可提高4倍。

当满足表达式（2）时，可获得合理的效果。

此外，在此示例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定基本等于该成像光学系统的出射光瞳到像面的距离，因此对于该像面的入射角可基本为正交的。

因而，周边光强度比可提高cosω的一次幂。

此示例中的最大半视场角为ω=60.0（度），因此相对于cos⁴ω=0.0625，cos³ω为0.125。因此，周边光强度可提高2倍。

当满足表达式（4）时，可获得合理的效果。

当同时满足表达式（2）和（4）时，周边光强度比可提高cosω的三次幂，因此周边光强度可增大为常规值的8倍。

因此，由于具有宽视场角的成像光学系统的周边光强度比可显著提高，因此可提供如下成像装置，该成像装置可在宽视场角上以高对比度和很小噪声拍摄高质量图像。

如上所述，使用此实施例的效果，可实现如下的具有紧凑结构的成像装置，该成像装置即使在小的F值仍可在宽视场角上具有良好的成像性能。

另外，周边暗化可被显著改进，因此可实现在宽视场角上非常亮的成像光学系统。

因此，由于曝光时间可显著缩短，因此可提供如下的成像装置，该成像装置可拍摄高质量的图像，其中由于抖动导致的模糊、由于物体的移动导致的图像模糊和噪声被适当地减小。

另外，可提供其中散焦的对象可被显著模糊化的具有紧凑结构的成像光学系统。

此外，通过使用上述的具有简单结构的高性能成像光学系统，可在从无限远到近距离的宽范围中执行调焦，而成像性能几乎不劣化。

（示例9）

如图37所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括五个透镜G1、G2、G3、G4和G5，以及设置在流体介质中的孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第三透镜G3；孔径光阑STO；作为双凸透镜的第四透镜G4；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第五透镜G5。

此示例的成像装置的孔径光阑STO设置在第三透镜G3和第四透镜G4之间的空气层中，并且可设置可变孔径光阑。

在根据此示例的成像装置中，图像传感器ICD形成为球形，以便形成弯曲的像面IMG。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像性能。

另外，在图37中，IMG表示像面以及光传输单元OTM的入射表面。该像面形成为球形，以便形成弯曲的像面IMG。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像性能。

此示例的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤（image fiber），并且具有将在成像光学系统的像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的入射表面具有球形弯曲表面，并且出射表面为与图像传感器ICD紧密接触以便连接的平表面。因此，形成图像传感器单元ICU。

光传输单元OTM的入射表面沿成像光学系统的像场弯曲形成，以便在像面IMG的整个区域上实现良好的成像。

在此示例中使用光传输单元OTM。与图像传感器自身形成为球面形状的结构形成对比，存在容易制造成像单元ICU的优点，在该成像单元ICU中，光传输单元OTM的一个表面具有球面而另一个表面连接到图像传感器ICD。

表32示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，并且表面号3是第二透镜G2的出射表面和第三透镜G3的入射表面之间的结合表面。表面号4是第三透镜G3的出射表面并且连接到空气层。

表面号5是孔径光阑STO，并且设置在空气层中。

表面号6是第四透镜G4的入射表面，表面号7是第四透镜G4的出射表面和第五透镜G5的入射表面之间的结合表面，并且表面号8是第五透镜G5的出射表面。

表面号9是像面IMG，并且是成像单元ICU的光传输单元OTM的入射表面。此外，光传输单元OTM的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表32中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。

在此示例的成像装置中，第三透镜G3和第四透镜G4之间的空间被作为流体介质FM的空气填充。孔径光阑STO被设置在该空气中，并且孔径光阑直径是可变的。

孔径光阑STO的物侧的与空气层接触的透镜表面是第三透镜的出射表面（表面号4），并且孔径光阑STO的像侧的与空气层接触的透镜表面是第四透镜的入射表面（表面号6）。

第三透镜的出射表面具有凹面的形状，并且第四透镜的入射表面具有凸面的形状。

因此，可提供具有在宽的视场角中的高成像性能并且具有可变孔仅光阑直径的成像装置。

另外，关于视场角光束被第三透镜的与空气接触的出射表面大量折射从而发生彗形像差、像散、横向色差、色像场弯曲等的问题，此示例的成像装置具有另外的用于实现良好像差校正的方案。

具体来说，第三透镜的出射表面的曲率半径R₄=43.5438(mm)被设定大于从第三透镜的出射表面到孔径光阑STO的距离d₄=0.6507(mm)。

因此，第三透镜的出射表面处的折射角被减小，同时避免视场角光束通过出射表面虚化。

另外，第四透镜的入射表面的曲率半径R₆=25.3784(mm)被设定小于第三透镜的出射表面的曲率半径R₄=43.5438(mm)。因此，满足表达式（18）的关系。

这样，第四透镜的入射表面的曲率半径小于第三透镜的出射表面的曲率半径，从而可适当地抑制横向色差和色球面像差。

此外，第三透镜的出射表面的焦度为

第四透镜的入射表面的焦度为

以及第三透镜的出射表面的焦度与第四透镜的入射表面的焦度之间的比为

由于第三透镜的出射表面与第四透镜的入射表面被构造为满足表达式（19），因此横向色差和像场弯曲可被以良好的平衡校正。

因此，在具有可变孔径光阑直径、小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能进一步提高。

此外，表33示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置是其中孔径光阑被设置在空气层中并且可变孔径光阑被采用的成像光学系统的示例。

通过五个透镜的简单结构，实现了F/1.6的亮的光学系统。

另外，与焦距11.997（mm）形成对比，整体长度为17.959（mm），因此实现了L_sys/f_sys=1.50的紧凑光学系统。

表34示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.85，其满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的在孔径光阑的像侧的光学系统可接近于点对称结构，因此彗形像差、像散和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.04，其满足表达式（2）的范围。因此，可在65.5（度）的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

当表达式（1）和（2）都被满足时，可仅通过改变成像光学系统与像面之间的距离来从无限远到近距离处执行调焦，而无需改变像面形状。

表达式（4）的值为0.88，并且满足表达式（4）的范围。因此，可在从无限远到近距离的宽范围中的物距处将由于调焦导致的像场弯曲抑制为非常小，从而可执行高分辨率拍摄。

这样，还在此示例中，可实现如下的具有紧凑结构的成像装置，该成像装置即使在小F值的情况下仍在宽视场角上具有良好成像性能。

图38示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图39示出其横向像差图。

如图38所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被适当地校正。

由于球面像差和色球面像差被适当地校正，因此在小F值还实现良好的成像性能。

另外，由于像散和视场弯曲被适当地校正，因此在宽视角中也实现良好的成像性能。

特别地，像散被校正，并且此实施例的效果被足够地应用。

如图39所示，彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正，并且在各视场角光束下获得良好性能。

特别地，彗形像差被校正，并且此实施例的效果被足够地应用。

（示例10）

如图40所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，以及设置在流体介质中的孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；孔径光阑STO；作为双凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

在此示例的成像装置中，类似地，孔径光阑STO被设置在第二透镜G2和第三透镜G3之间的空气层中，并且可变孔径光阑被设置。此示例的成像单元ICU与示例9中的相同。

表35示出此示例的成像装置的结构。表面号1是第一透镜G1的入射表面并且具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面。表面号3是第二透镜G2的出射表面并且具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。表面号4是孔径光阑STO并且设置在空气层中。表面号5是第三透镜G3的入射表面并且具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。表面号6是第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面。表面号7是第四透镜G4的出射表面并且具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。表面号8是像面IMG，其是光传输单元OTM的入射表面。此外，光传输单元OTM（未示出）的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表35中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

关于此示例的成像装置，表36（A）示出表面号1的非球面系数。表36（B）示出表面号3的非球面系数。表36（C）示出表面号5的非球面系数。表36（D）示出表面号7的非球面系数。

在此示例的成像装置中，第二透镜G2和第三透镜G3之间的空间被填充作为流体介质FM的空气。孔径光阑STO被设置在该空气中，并且孔径光阑直径是可变的。

在孔径光阑STO的物侧与空气层接触的透镜表面为第二透镜的出射表面（表面号3），并且在孔径光阑STO的像侧与空气层接触的透镜表面是第三透镜G3的入射表面（表面号5）。

而且，在此示例的成像装置中，第二透镜的出射表面（表面号3）是凹面，并且第三透镜G3的入射表面（表面号5）为凸面。

因此，可提供具有宽视场角上的高成像性能以及可变孔径光阑直径的成像装置。

另外，关于视场角光束被第二透镜的与空气接触的出射表面大量折射从而发生彗形像差、像散、横向色差、色像场弯曲等的问题，此示例的成像装置具有另外的用于实现良好像差校正的方案。

具体来说，第二透镜的出射表面（表面号3）的曲率半径R₃=52.9741(mm)被设定大于从第二透镜的出射表面（表面号3）到孔径光阑STO的距离d₃=1.7051(mm)。

因此，折射角被减小，同时避免视场角光束通过第二透镜的出射表面虚化。

另外，第三透镜G3的入射表面（表面号5）的曲率半径R₅=23.2147(mm)被设定小于第二透镜的出射表面（表面号3）的曲率半径R₃=52.9741(mm)。因此，满足以下表达式（18）的关系。

这样，第三透镜的入射表面的曲率半径小于第二透镜的出射表面的曲率半径，从而可适当地抑制横向色差和色球面像差。

此外，第二透镜的出射表面的焦度为

第三透镜的入射表面的焦度为

以及第二透镜的出射表面的焦度与第三透镜的入射表面的焦度之间的比为

由于第二透镜的出射表面与第三透镜的入射表面被构造为满足表达式（19），因此横向色差和像场弯曲可被以良好的平衡校正。

因此，在具有可变孔径光阑直径、小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能进一步提高。

另外，在此示例的成像装置中，孔径光阑STO至第三透镜G3的入射表面的距离d₅=0.3000（mm）被设定为短于第二透镜的出射表面到孔径光阑STO的距离d₃=1.7051（mm）。

因此，横向色差可被更适当地校正。

因此，在具有小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能可被进一步提高。

另外，图41A示出表面号1的非球面量，图41B示出表面号3的非球面量，图42A示出表面号5的非球面量，并且图42B示出表面号7的非球面量。

因此，非球面量指的是下垂量ΔZ_ASP，其指的是非球面相对于基准球面的向光轴方向的移位，并且通过从表达式（11）的非球面多项式的下垂量减去该非球面的下垂量而获得。

具体而言，非球面量由下式（21）表达：

${\mathrm{\&Delta;z}}_{\mathrm{ASP}}=(\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10})-\left(\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}\right)...\left(21\right)$

表面号1的非球面量在透镜表面的周边是负的，并且从基准球面向物侧移位。

表面号3的非球面量在透镜表面的周边是正的，并且从基准球面向像侧移位。表面号5的非球面量在透镜表面的周边是负的，并且从基准球面向物侧移位。

表面号7的非球面量在透镜表面的周边是负的，并且从基准球面向物侧移位。

通过这些非球面形状，获得更加适当的成像性能。

特别地，第二透镜的出射表面（表面号3）是凹面，被赋予在透镜表面的周边从基准球面向像侧移位（具有正的非球面量）的非球面形状，因此向周边添加负焦度分量。因而，由空气层生成的像差可被适当地校正。

此外，第三透镜G3的入射表面（表面号5）为凸面，被赋予在透镜表面的周边从基准球面向物侧移位（具有负的非球面量）的非球面形状，因此向周边添加负焦度分量。因而，由空气层生成的像差可被适当地校正。

此外，当这两个透镜的配置被同时实现时，像差可被更适当地校正，从而可获得高成像性能。

表37示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有非常小的F值（F/1.2）、宽的视场角（70.0（度）），以及整体长度为16.263（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率以及紧凑大小的成像装置的示例。

表38示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为1.07，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的从孔径光阑至像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.04，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在70.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为1.11，并且满足表达式（4）的范围。因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差被适当地校正。

此外，在此示例的成像装置中，改变成像光学系统和像面之间的距离以便执行调焦。由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

图43示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图44示出其横向像差图。如图43所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被适当地校正。特别地，在从低入射高度光线到高入射高度光线的整个范围中，光束可会聚到像面上。因此，球面像差可被非常适当地校正。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常充分地校正，因此可获得高成像性能。

如图44所示，彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正，并且在各视场角光束中获得良好性能。

如在本示例中，最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面两者都可以是非球面，它们被赋予在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量。因此，可在宽视场角上高精度地校正球面像差。

（示例11）

如图45所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，以及设置在流体介质中的孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第二透镜G2；作为具有面向像侧的凸面的双凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

另外，在第二透镜G2和第三透镜G3之间的空间被填充作为流体介质FM的硅油，并且孔径光阑STO被设置在其中。此示例的成像单元ICU与示例9中的相同。

表39示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面。表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面。表面号3是第二透镜G2的出射表面并且具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。另外，表面号3是在孔径光阑的物侧的与孔径光阑被设置在其中的流体介质接触的透镜表面。

表面号4是孔径光阑STO并且设置在硅油中。表面号5是第三透镜G3的入射表面，其具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。另外，表面号5是在孔径光阑的像侧的与孔径光阑被设置在其中的流体介质接触的透镜表面。

表面号6是第三透镜G3的出射表面和第四透镜G4的入射表面之间的结合表面。表面号7是第四透镜G4的出射表面，其具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。表面号8是像面IMG，其是弯曲图像传感器的入射表面。

在表39中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

关于此示例的成像装置，表40（A）示出表面号3的非球面系数。表40（B）示出表面号5的非球面系数。表40（C）示出表面号7的非球面系数。

在此示例的成像装置中，第二透镜G2和第三透镜G3之间的空间被填充作为流体介质FM的硅油。孔径光阑STO被设置在该硅油中，并且孔径光阑直径是可变的。

硅油的折射率为Nd=1.404，其高于空气的折射率并且接近与硅油接触的第二透镜和第三透镜的光学玻璃的折射率。

因此，可减小在第二透镜的出射表面上的或者第三透镜的入射表面上的视场角光束的折射角，这样可带来将生成的像差抑制为小的效果。在此示例中，硅油被用作流体介质FM，但是，可使用水。水的折射率为Nd=1.333，其高于空气的折射率Nd=1.000并且接近该光学玻璃的折射率。因此，可带来与硅油基本相同的效果。

这样，孔径光阑被设置在其中的流体介质FM优选地具有折射率Nd>1.000。因此，像差可被抑制为小，并且有效地实现高分辨率。

在此示例的成像装置中，设置为比孔径光阑更接近物侧的并且与流体介质接触的透镜表面为第二透镜G2的出射表面（表面号3），并且设置为比孔径光阑更接近像侧的并且与流体介质接触的透镜表面为第三透镜G3的入射表面（表面号5）.

在此示例的成像装置中，同样，第二透镜G2的出射表面（表面号3）具有凹面，并且第三透镜G3的入射表面（表面号5）被设定具有凸面。

因此，可提供具有在宽视角上的高成像性能以及可变孔径光阑直径的成像装置。

另外，关于视场角光束被第二透镜的与硅油接触的出射表面大量折射从而发生彗形像差、像散、横向色差、色像场弯曲等的问题，此示例的成像装置具有另外的用于实现良好像差校正的方案。

具体来说，第二透镜的出射表面（表面号3）的曲率半径R₃=25.6855(mm)被设定大于从第二透镜的出射表面（表面号3）到孔径光阑STO的距离d₃=1.0000(mm)。因此，折射角被减小，同时避免视场角光束通过第二透镜的出射表面而虚化。

另外，第三透镜的入射表面（表面号5）的曲率半径R₅=20.4801(mm)被设定小于第二透镜的出射表面（表面号3）的曲率半径R₃=25.6855(mm)，并且满足以下表达式（18）。

这样，第三透镜的入射表面的曲率半径小于第二透镜的出射表面的曲率半径，从而可适当地抑制横向色差和色球面像差。

此外，第二透镜的出射表面的焦度为

第三透镜的入射表面的焦度为

以及第二透镜的出射表面的焦度与第三透镜的入射表面的焦度之间的比为

由于第二透镜G2的出射表面与第三透镜G3的入射表面被构造为满足表达式（19），因此横向色差和像场弯曲可被以良好的平衡校正。

因此，在具有可变孔径光阑直径、小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能进一步提高。

另外，在此示例的成像装置中，孔径光阑STO至第三透镜G3的入射表面的距离d₅=0.5000（mm）被设定为短于第二透镜的出射表面到孔径光阑STO的距离d₃=1.0000（mm）。

因此，横向色差可被更适当地校正。

因此，在具有小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能可被进一步提高。

这样，与第二透镜的出射表面相比，更强的焦度被赋予第三透镜G3的入射表面，因此横向色差和色像场弯曲可被适当地校正。

另外，在此示例的成像装置中，孔径光阑STO至第三透镜G3的入射表面的距离d₅=0.500（mm）被设定为短于第二透镜的出射表面到孔径光阑STO的距离d₃=1.000（mm）。

因此，彗形像差以及横向色差可被更适当地校正。

因此，在具有小F值以及宽视场角的成像装置中，视场角光束的成像性能可被进一步提高。

另外，图46A示出表面号3的非球面量，图46B示出表面号5的非球面量，并且图47示出表面号7的非球面量。

表面号3的非球面量在透镜表面的周边是正的，并且具有从基准球面向像侧移位的非球面形状。表面号5的非球面量在透镜表面的周边是负的，并且具有从基准球面向物侧移位的非球面形状。

表面号7的非球面量在透镜表面的周边是负的，并且具有从基准球面向物侧移位的非球面形状。

通过这些非球面形状，获得更加适当的成像性能。

特别地，第二透镜的出射表面（表面号3）是凹面，被赋予在透镜表面的周边从基准球面向像侧移位（具有正的非球面量）的非球面形状，并且向周边添加负焦度分量。因而，由硅油层生成的像差可被适当地校正。

此外，第三透镜G3的入射表面（表面号5）为凸面，被赋予在透镜表面的周边从基准球面向物侧移位（具有负的非球面量）的非球面形状，因此向周边添加负焦度分量。因而，由硅油层生成的像差可被适当地校正。

此外，当这两个透镜的配置被同时实现时，像差可被更适当地校正，从而可获得高成像性能。

表43示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.044（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表44示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.96，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的在孔径光阑的像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.01，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为0.97，并且满足表达式（4）的范围。因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差被适当地校正。

此外，在此示例的成像装置中，改变成像光学系统和像面之间的距离以便执行调焦。由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

图48示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图49示出其横向像差图。

如图48所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被非常适当地校正。

特别地，在从低入射光束高度到高入射光束高度的整个范围中的光束可会聚到像面上。因此，球面像差可被非常适当地校正。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常充分地校正，因此获得高成像性能。

如图49所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被非常适当地校正。

如在本示例中，最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面两者都形成为非球面，它们被赋予在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量。因此，可在宽视场角上高精度地校正球面像差。

（第四实施例）

此实施例具有如下结构，在该结构中，成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面中的至少一个被形成为非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量。因此，球面像差也可在具有宽视场角的亮的光学系统中被适当地校正。

接下来，描述如下结构的操作，在该结构中，成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面中的至少一个被形成为非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量。

具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量的非球面主要对球面像差的校正起作用。

成像光学系统整体具有正焦度，并且球面像差通常变为“欠（under）”。

从物点到像点的光路长度的角度看，这是由如下因素导致的，即高入射高度位置处的光束的光路长度短于轴向光的光路长度。

另外，从波前的角度看，这是由如下因素导致的，即与在光轴上相比，在高入射高度位置处光束的相位超前。

因此，成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面中的至少一个被形成为非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量。

成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面或最接近像侧的透镜表面是成像光学系统中包含的透镜表面之中的最外侧透镜表面。该透镜表面的内侧被填充光学玻璃，并且该透镜表面的外侧被填充空气。

通常，光学玻璃的折射率为Nd=1.45至2.15，其高于空气的折射率Nd=1.0。

在此情况下，借助于具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量的非球面，通过透镜表面的周边的光束的光路的一部分从空气替换为光学玻璃。因此，光路长度可显著增加。可替代地，波前的相位可被延迟。因此，可适当地校正球面像差。

另外，从焦度的角度看，可借助于具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统外侧移位的非球面量的非球面，构造其中透镜表面的周边的焦度在负方向上移位的非球面。

如果基准球面具有正焦度，则可构造如下非球面，在该非球面中，周边的正焦度与光轴上的正焦度相比减小。

因此，高入射高度位置处的光线接收的焦度可被相对地减小为主光线接收的焦度，因此，“欠”状态下的球面像差可被适当地校正。

图84是示意性地示出此实施例的成像装置中通过轴向光形成图像的方式的光路图，并且图85是示意性地示出通过视场角光束形成图像的方式的光路图。

图84和85示意性地示出来自物面OBJ上的物点PNT_OBJ的视场角光束BEM通过成像光学系统SYS在像面IMG上的像点PNT_IMG处形成图像的方式。

如图84所示，轴向光被定义为物点PNT_OBJ位于成像光学系统SYS的光轴AXI上的情况。如图85所示，视场角光束被定义为物点PNT_OBJ不位于成像光学系统SYS的光轴AXI上的情况。

轴向光和视场角光束的光束宽度被孔径光阑STO限制。通过孔径光阑的开口中心STO_CNT的光线被定义为主光线RAY_PRI，通过开口上端STO_UP的光线被定义为上部光线RAY_UP，并且通过开口下端STO_LOW的光线被定义为下部光线RAY_LOW。

在图84中，轴向光BEM_ON被最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ折射，并且其光束宽度被孔径光阑STO限制。然后，轴向光BEM_ON被最接近像侧的透镜表面R_MSTIMG折射，以便在像面上形成图像。

关于光线在最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ上的到达位置，主光线RAY_PRI在光轴AXI上，上部光线RAY_UP接近于上侧周边，并且下部光线RAY_LOW接近于下侧周边。最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ是成像光学系统SYS中的具有最大光束宽度的表面。

球面像差具有易受具有高入射高度h的表面（具有大的光束宽度的表面）的焦度的影响的趋势。根据三阶像差系数，球面像差与入射高度h的四次方成比例，并且被透镜表面的焦度很大地影响。

因此，当最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ由非球面形成时，该非球面的作用可有效地应用。

另外，通过使用在周边比在光轴上减小更多的焦度的非球面，用于具有高入射高度的上部光线RAY_UP的焦度或用于下部光线RAY_LOW的焦度可比在光轴上的焦度减小更多。因此，成为“欠”的球面像差可被适当地校正。

另外，由于对于球面像差的影响大，因此要赋予的球面像差量可被控制为小。

如图85所示，当物点PNT_OBJ低于成像光学系统SYS的光轴时，在视场角光束BEM中，上部光线RAY_UP的光路长度（从物点PNT_OBJ到孔径光阑的开口上端STO_UP）长于主光线RAY_PRI的光路长度（从物点PNT_OBJ到孔径光阑的开口中心STO_CNT）。

因此，存在如下问题，即在沿主光线RAY_PRI的方向上的入射高度高于光束中的比主光线RAY_PRI更接近上部光线RAY_UP的轴向光的入射高度，这造成大的球面像差。此问题随着视场角变得更大而变得更明显。

另一方面，视场角光束BEM的上部光线RAY_UP在最接近像侧的透镜表面R_MSTIMG上的到达点比主光线RAY_PRI的到达点更接近最接近像侧的透镜表面R_MSTIMG的周边。

因此，最接近像侧的透镜表面R_MSTIMG被形成为具有在周边比在光轴上减小更多的焦度的非球面。然后，可构造这样的透镜表面，该透镜表面可为距上部光线RAY_UP比距主光线RAY_PRI更近的光束提供更弱的焦度。

因此，可适当地校正在视场角光束中的比主光线RAY_PRI更接近上部光线RAY_UP的光束中大量产生的球面像差。

另外，在视场角光束中的比主光线RAY_PRI更接近下部光线RAY_LOW的光束中也发生球面像差。

视场角光束BEM的下部光线RAY_LOW在最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ上的到达点比主光线RAY_PRI的到达点更接近最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ的周边。

因此，最接近物侧的透镜表面R_MSTOBJ被形成为具有在周边比在光轴上减小更多的焦度的非球面。然后，可构造这样的透镜表面，该透镜表面可为距下部光线RAY_LOW比距主光线RAY_PRI更近的光束提供更弱的焦度。

因此，可适当地校正在视场角光束中的比主光线RAY_PRI更接近下部光线RAY_LOW的光束中产生的球面像差。

此外，当最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面两者都被形成为具有在周边比在光轴上减小更多的焦度的非球面时，对于轴向光、视场角光束的比主光线更接近上部光线的光束、以及视场角光束的比主光线更接近下部光线的光束可实现最优的结构。

在具有小F值的成像光学系统中，难以仅通过球面透镜来校正球面像差。但是，根据此实施例，可适当地校正球面像差。

特别地，在使用非常亮的成像光学系统（具有F/1.4或更小）的成像装置中，通过如本实施例中那样校正球面像差，成像性能可显著提高。

当结合表面形成为非球面时，存在难以将两个表面形成相同非球面形状的缺点。如果成像光学系统的最接近物侧的透镜表面或者最接近像侧的透镜表面被形成为非球面，则存在容易制造的优点。

下文，描述此实施例的示例。

（示例12）

在示例12中，描述应用本实施例的成像装置的结构示例。

如图50所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括三个透镜G1、G2和G3，以及孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第一透镜G1；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第三透镜G3。

第一透镜G1的出射表面结合到第二透镜G2的入射表面，并且挡光部件设置在该结合表面的非有效部分中，以便构成孔径光阑STO。

在图50中，IMG表示像面。

如图50中所示，在根据此示例的成像装置中，形成为球形的光传输单元OTM的入射表面被用作像面IMG，并且该像面的弯曲形状沿成像光学系统的像场弯曲形成。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像性能。

此示例的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤（image fiber），并且具有将在像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的出射表面形成为平表面，以便与图像传感器ICD紧密接触以便连接。因此，图像被传输至图像传感器ICD。

这样，在此示例的成像装置中，光传输单元OTM和图像传感器ICD构成成像单元ICU。

表45示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面，表面号3是第二透镜G2的出射表面与第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，并且表面号4是第三透镜G3的出射表面。

挡光部件被设置在表面号2指示的第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面的平面中的非有效部分中，因此构成孔径光阑STO。

表面号5是像面IMG，其是光传输单元OTM的入射表面。此外，该光传输单元OTM（未示出）的出射表面连接到图像传感器ICD，以便构成成像单元ICU。

在表45中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

此示例的成像装置的非球面具有旋转对称非球面，其中心为光轴并且由表达式（11）的多项式表达。

此示例的成像装置的第一表面的非球面系数在表46中被示出。

当计算表达式（11）的非球面多项式的对于在径向方向上距光轴的距离r的一阶微分时，该一阶微分值由表达式（22）确定。

$\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;r}z=\frac{\mathrm{cr}}{\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{4\mathrm{Ar}}^3+{6\mathrm{Br}}^5+{8\mathrm{Cr}}^7+{10\mathrm{Dr}}^9+......\left(22\right)$

此一阶微分值指示透镜表面的梯度。

此外，计算表达式（11）的非球面多项式的对于在径向方向上距光轴的距离r的二阶微分时，该二阶微分值由表达式（23）确定。

$\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;r}^2}z=\frac{c}{{[1-(1+k)c^2{r}^2]}^{\frac{3}{2}}}+{12\mathrm{Ar}}^2+{30\mathrm{Br}}^4+{56\mathrm{Cr}}^6+{90\mathrm{Dr}}^7+......\left(23\right)$

此二阶微分值指示透镜表面的梯度的微分值，即径向方向上的曲率，其与角度的关系如表达式（24）所示：

${\mathrm{\&phi;}}_r=(N^{\&prime;}-N)\&CenterDot;\left(\frac{{\&PartialD;}^2}{{\&PartialD;r}^2}z\right)...\left(24\right)$

其中，N代表该透镜表面的物侧的介质的折射率，N’代表该透镜表面的像侧的介质的折射率。

在此示例的成像装置中，仅成像光学系统中的透镜表面中的最接近物侧的透镜表面形成为非球面。

图51A示出最接近物侧的透镜表面的非球面，并且图51B示出最接近物侧的透镜表面的非球面量。另外，图52A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图52B示出非球面分量的二阶微分值。

如图51A所示，此示例中的最接近物侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在正方向上增加的下垂量，并且具有面向物侧的凸面。

应指出，下垂量指的是向光轴方向的位移量，其指示图51A中的透镜表面上的其它位置如何相对于光轴上的位置向光轴方向移位。另外，基准球面是曲率半径为R=3.1146（mm）并且具有面向物侧的凸面的球面。

图51B示出非球面量。非球面量指的是相对于基准球面的向光轴方向移位的非球面的下垂量ΔZ_ASP，其是通过从表达式（11）的非球面多项式的下垂量减去该非球面的下垂量而获得的，并且由表达式（21）表示。

如图51B所示，在此示例中，非球面量在负方向上移位，并且非球面从基准球面向物侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

然后，成像光学系统向外侧的移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，并且在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图52A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。

非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者都随着远离光轴而在正方向上逐渐增加。

另外，图52B示出非球面分量的二阶微分值。其是通过从非球面的二阶微分值减去基准球面的二阶微分值而获得的。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在负方向上逐渐增加。

这样，具有负二阶微分值的非球面分量被提供给具有正二阶微分值的基准球面，因而在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

表达式（24）指示二阶微分值与焦度之间的关系。

在成像光学系统的最接近物侧的透镜表面上，透镜表面的物侧的介质为空气，具有N=1.0000，并且透镜表面的像侧的介质为光学玻璃，具有N’=1.87801。因此，（N’-N）具有正值。

因此，最接近物侧的透镜表面被形成为在光轴上具有正焦度的透镜表面形状，该正焦度随着远离光轴而逐渐减小。

因此，球面像差可被适当地校正。

图53示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图54示出其横向像差图。

如图53所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被非常适当地校正。因此，色球面像差被定义为基准波长（例如，d线）的球面像差量与各波长（例如，C线、F线、g线等）的球面像差量之间的差。

特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚在像面上，因此，可非常适当地校正球面像差。

另外，轴向色差和色球面像差也可被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图54所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

表47示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.229（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表48示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为1.03，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的孔径光阑的像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.02，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

当满足表达式（1）和（2）时，可仅通过改变成像光学系统和像面之间的距离来从无限远到近距离执行调焦，而无需改变像面形状。

另外，在此实施例的成像装置中，像面的曲率半径被设定基本等于成像光学系统的出射光瞳到像面的距离。

表达式（4）的值为1.05，并且满足表达式（4）的范围。

因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差被适当地校正。此外，可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

接下来，描述用于改进周边暗化的动作。

在本示例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定为基本等于成像光学系统的焦距，因此焦距可在整个视场角上基本是均一的。

因此，周边光强度比可提高cosω的平方。

此示例中的最大半视场角为ω=60.0（度），因此相对于cos⁴ω=0.0625，cos²ω为0.25。因此，周边光强度可提高4倍。

当满足表达式（2）时，可获得合理的效果。

此外，在此示例的成像装置的成像光学系统中，像面的曲率半径被设定基本等于该成像光学系统的出射光瞳到像面的距离，因此该像面的入射角可基本为正交的。

因而，周边光强度比可提高cosω的一次幂。

此示例中的最大半视场角为ω=60.0（度），因此相对于cos⁴ω=0.0625，cos³ω为0.125。因此，周边光强度可提高2倍。

当满足表达式（4）时，可获得合理的效果。

当同时满足表达式（2）和（4）时，周边光强度比可提高cosω的三次幂，因此周边光强度可增大为常规值的8倍。

因此，由于具有宽视场角的成像光学系统的周边光强度比可显著提高，因此可提供如下成像装置，该成像装置可在宽视场角上以高对比度和很小噪声拍摄具有高质量图像。

如上所述，使用此实施例的效果，可实现如下的具有紧凑结构的成像装置，该成像装置即使在小于F/2.0的F值，仍可在宽视场角上具有良好的成像性能，

另外，周边暗化可被显著改进，因此可实现在宽视场角上非常亮的成像光学系统。

因此，由于曝光时间可显著缩短，因此可提供如下的成像装置，该成像装置可拍摄高质量的图像，其中由于抖动导致的模糊、由于物体的移动导致的图像模糊和噪声被适当地减小。

另外，可提供其中散焦的对象可被显著模糊化的具有紧凑结构的成像光学系统。

此外，通过使用上述的具有简单结构的高性能成像光学系统，可在从无限远到近距离的宽范围中执行调焦，而成像性能几乎不劣化。

（示例13）

在示例13中，描述具有与示例（12）的形式不同的形式的成像装置的结构示例。

如图55所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括三个透镜G1、G2和G3，以及孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第一透镜G1；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第三透镜G3。

在图55中，IMG表示像面。

如图55中所示，根据此示例的成像装置的像面IMG是形成为球形的光传输单元OTM的入射表面，其沿成像光学系统的像场弯曲形成。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像。

此示例的成像装置的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤（image fiber），并且具有将在成像光学系统的像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的出射表面形成为平表面，以便与图像传感器ICD紧密接触以便连接。因此，形成图像传感器单元ICU。

图49示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面。挡光部件被设置在表面号2的平面中的非有效部分中，因此构成孔径光阑STO。

表面号3是第二透镜G2的出射表面与第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，并且表面号4是第三透镜G3的出射表面，其具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。

表面号5是像面IMG，其是光传输单元OTM的入射表面。此外，该光传输单元OTM（未示出）的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表49中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

此示例的成像装置的表面号4的非球面系数在表50中被示出。

在此示例的成像装置中，最接近像侧的透镜表面形成为非球面。

图56A示出最接近像侧的透镜表面的非球面形状，并且图51B示出最接近像侧的透镜表面的非球面量。另外，图57A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图57B示出非球面分量的二阶微分值。

如图56A所示，此示例中的最接近像侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在负方向上增加的下垂量，并且为面向像侧的凸面。

此透镜表面的基准球面是具有面向像侧的凸面的并且曲率半径为R=-2.9424（mm）的球面。

图56B示出非球面量。

如图56B所示，在此示例中，非球面量在正方向上移位，并且非球面从基准球面向像侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

此外，成像光学系统向外侧的移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，并且在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图57A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。

非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者具有负值。

图57B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在正方向上逐渐增加。

这样，具有正二阶微分值的非球面分量被提供给具有负二阶微分值的基准球面。因而，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

表达式（24）指示二阶微分值与焦度之间的关系。

在成像光学系统的最接近像侧的透镜表面上，透镜表面的物侧的介质为光学玻璃，具有N=2.00170，并且透镜表面的像侧的介质为空气，具有N’=1.0000。因此，（N’-N）具有负值。

因此，最接近像侧的透镜表面具有在光轴上具有正焦度的透镜表面形状，该负焦度随着远离光轴而逐渐减小。

因此，球面像差可被适当地校正。

特别地，当最接近像侧的透镜表面具有如下这样的非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量时，宽视场角范围中的视场角光束的球面像差可被适当地校正。

图58示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图59示出其横向像差图。如图58所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被非常适当地校正。特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚在像面上，因此，可非常适当地校正球面像差。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图59所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

表51示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.437（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表52示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.89，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的从孔径光阑到像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.02，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

当满足表达式（1）和（2）时，可仅通过改变成像光学系统和像面之间的距离来从无限远到近距离执行调焦，而无需改变像面形状。

表达式（4）的值为0.90，并且满足表达式（4）的范围。

因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差被适当地校正。

此外，可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

（示例14）

在示例14中，描述具有与上述示例的形式不同的形式的成像装置的结构示例。

如图60所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括三个透镜G1、G2和G3，以及孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第三透镜G3。

在图60中，IMG表示像面。

如图60中所示，根据此示例的成像装置的像面IMG是形成为球形的光传输单元OTM的入射表面，其沿成像光学系统的像场弯曲形成。因此，在像面IMG的整个区域上实现良好的成像。

此示例的成像装置的光传输单元OTM是由捆绑的具有数微米的间距的光纤形成的图像光纤（image fiber），并且具有将在成像光学系统的像面上形成的图像传输到图像传感器ICD的作用。

光传输单元OTM的出射表面形成为平表面，以便与图像传感器ICD紧密接触以便连接。因此，形成图像传感器单元ICU。

图53示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，其具有表达式（11）的多项式所表达的旋转对称非球面形状。

表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面。挡光部件被设置在表面号2的平面中的非有效部分中，因此构成孔径光阑STO。表面号3是第二透镜G2的出射表面与第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，并且表面号4是第三透镜G3的出射表面，其具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。

表面号5是像面IMG，其是光传输单元OTM的入射表面。此外，该光传输单元OTM（未示出）的出射表面连接到图像传感器ICD。

在表53中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

表54A示出此示例的成像装置中的表面号1的非球面系数，并且表54B示出表面号4的非球面系数。

在此示例的成像装置中，最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面都形成为非球面。

图61A示出最接近物侧的透镜表面的非球面形状，并且图61B示出最接近物侧的透镜表面的非球面量。另外，图62A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图62B示出非球面分量的二阶微分值。

如图61A所示，此示例中的最接近物侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在正方向上增加的下垂量，并且具有面向物侧的凸面。

此透镜表面的基准球面是具有面向物侧的凸面的并且曲率半径为R=3.2643（mm）的球面。

图61B示出非球面量。

如图61B所示，在此示例中，非球面量在负方向上移位，并且非球面从基准球面向物侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

此外，成像光学系统向外侧移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，从而在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图62A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者都具有正值。

图62B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在负方向上逐渐增加。

这样，具有负二阶微分值的非球面分量被提供给具有正二阶微分值的基准球面。因而，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

表达式（24）指示二阶微分值与焦度之间的关系。

在成像光学系统的最接近物侧的透镜表面上，透镜表面的物侧的介质为空气，具有N=1.0000，并且透镜表面的像侧的介质为光学玻璃，具有N’=1.88202。因此，（N’-N）具有正值。

因此，最接近物侧的透镜表面被形成为在光轴上具有正焦度的透镜表面形状，该正焦度随着远离光轴而逐渐减小。

因此，球面像差可被适当地校正。

特别地，当最接近物侧的透镜表面具有如下这样的非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量时，轴向光中的以及光轴附近的视场角光束的球面像差可被适当地校正。

图63A示出最接近像侧的透镜表面的非球面形状，并且图63B示出最接近像侧的透镜表面的非球面量。另外，图64A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图64B示出非球面分量的二阶微分值。

如图63A所示，此示例中的最接近像侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有随着远离光轴朝向周边在负方向上增加的下垂量，并且为面向像侧的凸面。

此透镜表面的基准球面是具有面向像侧的凸面的并且曲率半径为R=-2.9174（mm）的球面。

图63B示出非球面量。

如图63B所示，在此示例中，非球面量在正方向上移位，并且非球面从基准球面向像侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

此外，成像光学系统向外侧移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，并且在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图64A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者具有负值。

图64B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在正方向上逐渐增加。

这样，具有正二阶微分值的非球面分量被提供给具有负二阶微分值的基准球面。因而，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

在成像光学系统的最接近像侧的透镜表面上，透镜表面的物侧的介质为光学玻璃，具有N=2.00270，并且透镜表面的像侧的介质为空气，具有N’=1.0000。因此，（N’-N）具有负值。

因此，最接近像侧的透镜表面被形成为在光轴上具有正焦度的透镜表面形状，该正焦度随着远离光轴而逐渐减小。

因此，球面像差可被适当地校正。

特别地，当最接近像侧的透镜表面被形成为如下这样的非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量时，宽视场角范围中的视场角光束的球面像差可被适当地校正。

图65示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图66示出其横向像差图。

如图65所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被适当地校正。特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚在像面上，因此，可非常适当地校正球面像差。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图66所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

如在此示例中，最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面两者都被形成为如下这样的非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量。因此，可在宽视场角上以高精度校正球面像差。

表55示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.371（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表56示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.96，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的孔径光阑的像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为0.99，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为0.95，并且满足表达式（4）的范围。

因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差被适当地校正。

此外，在此示例的成像装置中，改变成像光学系统和像面之间的距离以便执行调焦。

由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

（示例15）

在示例15中，描述具有与上述示例的形式不同的形式的成像装置的结构示例。

如图67所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，以及孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

在图67中，IMG表示像面。

如图67中所示，根据此示例的成像装置的像面IMG是可变形基板上形成为球形的图像传感器ICD。

表57示出此示例的成像装置的结构。

表面号1是第一透镜G1的入射表面，其具有表达式（11）的多项式所表达的旋转对称非球面形状。

表面号2是第一透镜G1的出射表面和第二透镜G2的入射表面之间的结合表面。表面号3是第二透镜G2的出射表面与第三透镜G3的入射表面之间的结合表面，并且挡光部件被设置在表面号3的平面中的非有效部分中，因此形成孔径光阑STO。

表面号4是第三透镜G3的出射表面与第四透镜G4的入射表面之间的结合表面。表面号5是第四透镜G4的出射表面，其具有由表达式（11）的多项式表达的旋转对称非球面形状。

表面号6是像面IMG，其是弯曲图像传感器的入射表面。

在表57中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

表58A示出此示例的成像装置中的表面号1的非球面系数，并且表58B示出表面号5的非球面系数。

在此示例的成像装置中，最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面都形成为非球面。

图68A示出最接近物侧的透镜表面的非球面形状，并且图68B示出最接近物侧的透镜表面的非球面量。另外，图69A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图69B示出非球面分量的二阶微分值。

如图68A所示，此示例中的最接近物侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在正方向上增加的下垂量，并且具有面向物侧的凸面。

此透镜表面的基准球面是具有面向物侧的凸面的并且曲率半径为R=3.0198（mm）的球面。

图68B示出非球面量。

如图68B所示，在此示例中，非球面量在负方向上移位，并且非球面从基准球面向物侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

此外，成像光学系统的向外侧移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，从而在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图69A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者都具有正值。

图69B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在负方向上逐渐增加。

这样，具有负二阶微分值的非球面分量被提供给具有正二阶微分值的基准球面。因而，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

表达式（24）指示二阶微分值与焦度之间的关系。

在成像光学系统的最接近物侧的透镜表面上，透镜表面的物侧的介质为空气，具有N=1.0000，并且透镜表面的像侧的介质为光学玻璃，具有N’=2.00060。因此，（N’-N）具有正值。

因此，最接近物侧的透镜表面被形成为在光轴上具有正焦度的透镜表面形状，该正焦度随着远离光轴而逐渐减小。

因此，球面像差可被适当地校正。

特别地，当最接近物侧的透镜表面具有如下这样的非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量时，轴向光中的以及光轴附近的视场角光束的球面像差可被适当地校正。

图70A示出最接近像侧的透镜表面的非球面形状，并且图70B示出最接近像侧的透镜表面的非球面量。

另外，图71A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图71B示出非球面分量的二阶微分值。

如图70A所示，此示例中的最接近像侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在负方向上增加的下垂量，并且为面向像侧的凸面。

此透镜表面的基准球面是具有面向像侧的凸面的并且曲率半径为R=-2.9057（mm）的球面。

图70B示出非球面量。

如图70B所示，在此示例中，非球面量在正方向上移位，并且非球面从基准球面向像侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

此外，成像光学系统的向外侧移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，并且在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图71A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者具有负值。

图71B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在正方向上逐渐增加。

这样，具有正二阶微分值的非球面分量被提供给具有负二阶微分值的基准球面。因而，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

在成像光学系统的最接近像侧的透镜表面上，透镜表面的物侧的介质为光学玻璃，具有N=2.00060，并且透镜表面的像侧的介质为空气，具有N’=1.0000。因此，（N’-N）具有负值。

因此，最接近像侧的透镜表面被形成为在光轴上具有正焦度的透镜表面形状，该正焦度随着远离光轴而逐渐减小。

因此，球面像差可被适当地校正。

特别地，当最接近像侧的透镜表面被形成为如下这样的非球面，该非球面具有在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量时，宽视场角范围中的视场角光束的球面像差可被适当地校正。

图72示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图73示出其横向像差图。

如图72所示，球面像差、轴向色差、像散、像场弯曲和色球面像差被非常适当地校正。特别地，从低入射光束高度到高入射光束高度的整个区域中的光束可被会聚在像面上，因此，可非常适当地校正球面像差。

另外，轴向色差和色球面像差也被非常适当地校正，从而获得高成像性能。

如图73所示，在各视场角光束中获得良好性能，并且彗形像差、像场弯曲和横向色差被适当地校正。

如在此示例中，最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面两者都被形成为如下这样的非球面，该非球面被提供在透镜表面的周边从基准球面向成像光学系统的外侧移位的非球面量。因此，可在宽视场角上以高精度校正球面像差。

表59示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.044（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表60示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.96，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的孔径光阑的像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.01，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为0.97，并且满足表达式（4）的范围。

因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散和横向色差被适当地校正。

此外，在此示例的成像装置中，改变成像光学系统和像面之间的距离以便执行调焦。由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

（示例16）

在示例16中，描述具有与上述示例的形式不同的形式的成像装置的结构示例。

如图74所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，以及孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

另外，类似于示例12，使用包含光传输单元OTM和平表面图像传感器ICD的成像单元ICU。

在此示例中，仅成像光学系统中的最接近像侧的透镜表面被形成为非球面。

表61示出此示例的成像装置的结构。

在表61中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

表62示出此示例的成像装置中的表面号5的非球面系数。

图75A示出最接近像侧的透镜表面的非球面形状，并且图75B示出非球面量。另外，图76A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图76B示出非球面分量的二阶微分值。

如图75A所示，此示例中的最接近像侧的透镜表面是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在负方向上增加的下垂量，并且为具有面向像侧的凸面的透镜表面。此透镜表面的基准球面是曲率半径为R=-3.0745（mm）的球面。

另外，如图75B所示，非球面量在正方向上移位，并且非球面从基准球面向像侧移位，即向成像光学系统外侧移位。然后，成像光学系统的向外侧移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，并且在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图76A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者都是负的。图76B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在正方向上逐渐增加。

这样，通过提供具有基准球面的负二阶微分值以及非球面分量的正二阶微分值的非球面，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

换句话说，在非球面分量具有负焦度时，基准球面具有正焦度，并且透镜表面的焦度从光轴朝向透镜表面的周边逐渐减小。

因此，由于视场角光束中的球面像差可被适当地校正，可提供在宽视场角上具有良好成像性能的成像装置。

特别地，在如下的宽视场角成像光学系统中，在该成像光学系统中，最大视场角的视场角光束的主光线（上部光线）在该成像光学系统的光轴下面通过最接近物侧的透镜表面，此实施例的效果被充分应用。

表63示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.384（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表64示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为0.95，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的孔径光阑的像侧的光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.03，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为0.97，并且满足表达式（4）的范围。

因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散和横向色差被适当地校正。

图77示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图78示出其横向像差图。

此外，在此示例的成像装置中，改变成像光学系统和像面之间的距离以便执行调焦。

由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

（示例17）

在示例17中，描述具有与上述示例的形式不同的形式的成像装置的结构示例。

如图79所示，此示例的成像装置所使用的成像光学系统包括四个透镜G1、G2、G3和G4，以及孔径光阑STO。

该成像光学系统从物侧起依次包含作为具有面向物侧的凸面的弯月透镜的第一透镜G1；作为具有面向物侧的凸面的平凸透镜的第二透镜G2；作为具有面向像侧的凸面的平凸透镜的第三透镜G3；以及作为具有面向像侧的凸面的弯月透镜的第四透镜G4。

另外，类似于示例12，成像单元ICU包含光传输单元OTM和平表面图像传感器ICD。

在此示例中，仅成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面被形成为非球面。

表65示出此示例的成像装置的结构。

在表65中，R表示曲率半径（mm），d表示表面间隔（mm），Nd表示d线折射率，并且νd表示阿贝数。应指出，具有标记“（a）”的表面是非球面。

表66中示出此示例的成像装置的表面号1的非球面系数。

图80A示出最接近物侧的透镜表面的非球面形状，并且图80B示出非球面量。另外，图81A示出该非球面以及基准球面的二阶微分值，并且图81B示出非球面分量的二阶微分值。

如图80A所示，此示例中的最接近物侧的透镜表面（表面号1）是如下这样的透镜表面，该透镜表面具有从光轴朝向周边在正方向上增加的下垂量，并且为具有面向物侧的凸面的透镜表面。此透镜表面的基准球面是曲率半径为R=-3.1360（mm）的球面。

另外，如图80B所示，非球面量在负方向上移位，并且非球面从基准球面向物侧移位，即向成像光学系统外侧移位。

然后，成像光学系统的向外侧移位的非球面量随着远离光轴而逐渐增加，并且在透镜表面的周边提供最大非球面量。

图81A用实线示出非球面的二阶微分值以及用虚线示出基准球面的二阶微分值。非球面的二阶微分值以及基准球面的二阶微分值两者都是正的。

图81B示出非球面分量的二阶微分值。

非球面分量的二阶微分值随着远离光轴而在负方向上逐渐增加。

这样，通过提供具有基准球面的正二阶微分值以及非球面分量的负二阶微分值的非球面，在透镜表面的周边的二阶微分值被减小为小于基准球面的二阶微分值。

换句话说，在非球面分量具有负焦度时，基准球面具有正焦度，并且透镜表面的焦度从光轴朝向透镜表面的周边逐渐减小。

因此，由于轴向光中的球面像差可被适当地校正，可提供具有良好成像性能的成像装置。

图67示出此示例的成像装置的规定。

此示例的成像装置具有小的F值（F/1.2）、非常宽的视场角（120.0（度）），以及整体长度为6.281（mm）的紧凑大小，这是同时实现亮度、高分辨率、非常宽视场角以及紧凑大小的成像装置的示例。

表68示出在此示例的成像装置中的表达式（1）、（2）以及（4）的值。

表达式（1）的值为1.09，并且满足表达式（1）的范围。因此，成像光学系统的孔径光阑的像侧的光学系统可接近于点对称结构，因此彗形像差、像散、畸变和横向色差可被适当地校正。

表达式（2）的值为1.04，并且满足表达式（2）的范围。因此，可在120.0（度）的宽的视场角上适当地校正像场弯曲和像散。

表达式（4）的值为1.13，并且满足表达式（4）的范围。

因此，成像光学系统接近于点对称结构，因此彗形像差、像散和横向色差被适当地校正。

图82示出此示例的成像光学系统的轴向像差图，并且图83示出其横向像差图。

此外，在此示例的成像装置中，改变成像光学系统和像面之间的距离以便执行调焦。由于满足表达式（4），因此可在保持高分辨率的同时在从无限远至近距离的宽调焦范围中执行调焦。

包括上述示例的本发明可应用于使用成像装置的产品（诸如数字照相机、数字视频照相机、蜂窝电话相机和监控照相机）。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式和等同的结构和功能。

Claims (33)

1.一种成像装置，包括：

成像光学系统，其包含多个透镜；以及

像面，其设置在所述成像光学系统的像侧，并且弯曲以使得其凹面面对所述成像光学系统的物侧，其中：

所述成像光学系统包含孔径光阑；

在所述成像光学系统中设置在所述孔径光阑的物侧的透镜与在所述成像光学系统中设置在所述孔径光阑的像侧的透镜具有不同的正焦度；

所述成像光学系统的焦距基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离；以及

所述像面的曲率半径基本等于所述成像光学系统的焦距。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述成像光学系统包含接近于所述孔径光阑设置的波前控制元件。

3.根据权利要求1所述的成像装置，其中，

所述成像光学系统包含彼此相邻的第一透镜和第二透镜；

所述孔径光阑设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间；

在所述第一透镜和所述第二透镜中，设置在物侧的所述第一透镜在孔径光阑侧具有凹面形状；以及

在所述第一透镜和所述第二透镜中，设置在像侧的所述第二透镜在孔径光阑侧具有凸面形状。

4.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面中的至少一个为非球面。

5.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述像面的曲率半径基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离。

6.根据权利要求1所述的成像装置，其中，满足以下两个表达式：

0.8≤f_sys/d_pup≤1.5;以及

0.8≤|R_img|/f_sys≤1.5,

这里，f_sys表示所述成像光学系统的焦距，d_pup代表所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离，并且R_img表示所述像面的曲率半径。

7.根据权利要求5所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

0.8≤|R_img|/d_pup≤1.5,

这里，R_img表示所述像面的曲率半径，并且d_pup表示所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离。

8.根据权利要求1所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

这里，

表示所述成像光学系统中的设置在所述孔径光阑的物侧的透镜的焦度，并且

表示所述成像光学系统中的设置在所述孔径光阑的像侧的透镜的焦度。

9.根据权利要求1所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

这里，

表示所述成像光学系统中的设置在所述孔径光阑的物侧的透镜的焦度，并且

表示所述成像光学系统中的设置在所述孔径光阑的像侧的透镜的焦度。

10.根据权利要求1所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

νd_most_img>νd_most_obj,

这里，νd_most_img表示所述成像光学系统中的最接近像侧的透镜的阿贝数，并且νd_most_obj表示所述成像光学系统中的最接近物侧的透镜的阿贝数。

11.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述所述成像光学系统中的最接近像侧的透镜的阿贝数和与所述最接近像侧的透镜相邻的透镜的阿贝数之差大于所述所述成像光学系统中的最接近物侧的透镜的阿贝数和与所述最接近物侧的透镜相邻的透镜的阿贝数之差。

12.根据权利要求1所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

1.850000≤Nd≤2.300000,

这里，Nd表示所述成像光学系统中的最接近物侧的透镜和所述成像光学系统中的最接近像侧的透镜中的至少一个的折射率。

13.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述像面包含图像传感器的入射表面和用于将光传输到所述图像传感器的光传输单元的入射表面之一。

14.一种成像装置，包括：

成像光学系统，其包含多个透镜；以及

像面，其设置在所述成像光学系统的像侧，并且弯曲以使得其凹面面对所述成像光学系统的物侧，其中：

所述成像光学系统包含孔径光阑以及接近于所述孔径光阑设置的波前控制元件；

所述成像光学系统的焦距基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离；以及

所述像面的曲率半径基本等于所述成像光学系统的焦距。

15.根据权利要求14所述的成像装置，其中，所述成像光学系统中的最接近像侧的透镜表面的曲率中心被设置在所述孔径光阑的物侧。

16.根据权利要求14所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

0.7≤d_pup/d_ape≤0.95,

其中，d_ape表示所述孔径光阑至所述像面的距离，并且d_pup表示所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离。

17.根据权利要求14所述的成像装置，其中，所述波前控制元件提供了用于相对于光轴延迟周边上的相位的相位分布。

18.根据权利要求14所述的成像装置，其中，由于所述波前控制元件提供的相位差导致的焦度在负方向上在周边比在所述波前控制元件的光轴上大。

19.一种成像装置，包括：

成像光学系统，其包含多个透镜；以及

像面，其设置在所述成像光学系统的像侧，并且弯曲以使得其凹面面对所述成像光学系统的物侧，其中：

所述成像光学系统包含彼此相邻的第一透镜和第二透镜，以及设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间的孔径光阑；

在所述第一透镜和所述第二透镜中，设置在所述孔径光阑的物侧的所述第一透镜在孔径光阑侧的表面是凹面；以及

在所述第一透镜和所述第二透镜中，设置在所述孔径光阑的像侧的所述第二透镜在孔径光阑侧的表面是凸面；

所述成像光学系统的焦距基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离；以及

所述像面的曲率半径基本等于所述成像光学系统的焦距。

20.根据权利要求19所述的成像装置，其中：

所述第一透镜和所述第二透镜之间的空间被填充流体介质；

所述第一透镜的所述凹面与所述流体介质接触；以及

所述第二透镜的所述凸面与所述流体介质接触。

21.根据权利要求19所述的成像装置，其中，所述第一透镜的所述凹面的曲率半径长于从所述凹面至所述孔径光阑的距离。

22.根据权利要求19所述的成像装置，其中，所述第一透镜的所述凹面的曲率半径短于所述第二透镜的所述凸面的曲率半径。

23.根据权利要求19所述的成像装置，其中，满足以下表达式：

$-5\&le;\frac{{\mathrm{\&phi;}}_r}{{\mathrm{\&phi;}}_f}\&le;-1$

这里，

表示所述第一透镜的所述凹面的焦度，并且表示所述第二透镜的所述凸面的焦度。

24.根据权利要求19所述的成像装置，其中，所述孔径光阑至所述第二透镜的所述凸面的距离短于所述孔径光阑至所述第一透镜的所述凹面的距离。

25.根据权利要求19所述的成像装置，其中，所述第一透镜的所述凹面是非球面，在该非球面中该非球面的周边从基准球面向像侧移位。

26.根据权利要求19所述的成像装置，其中，所述第二透镜的所述凸面是非球面，在该非球面中该非球面的周边从基准球面向物侧移位。

27.根据权利要求20所述的成像装置，其中，所述流体介质为液体。

28.一种成像装置，包括：

成像光学系统，其包含多个透镜；以及

像面，其设置在所述成像光学系统的像侧，并且弯曲以使得其凹面面对所述成像光学系统的物侧，其中：

所述成像光学系统包含孔径光阑；

所述成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面中的至少一个为非球面；

所述成像光学系统的焦距基本等于所述成像光学系统的出射光瞳至所述像面的距离；以及

所述像面的曲率半径基本等于所述成像光学系统的焦距。

29.根据权利要求28所述的成像装置，其中，所述透镜表面中的所述至少一个为如下这样的非球面，在该非球面中该非球面的周边从基准球面向所述成像光学系统外侧移位。

30.根据权利要求28所述的成像装置，其中，所述透镜表面中的所述至少一个为如下这样的非球面，在该非球面中非球面量随着距光轴的距离增加而增加。

31.根据权利要求28所述的成像装置，其中，

所述透镜表面中的所述至少一个的基准球面具有正焦度；以及

所述透镜表面中的所述至少一个的非球面分量具有负焦度。

32.根据权利要求31所述的成像装置，其中，所述非球面分量的负焦度随着距光轴的距离增加而增加。

33.根据权利要求28所述的成像装置，其中，所述成像光学系统中的最接近物侧的透镜表面和最接近像侧的透镜表面都为如下的非球面，在该非球面中该非球面的周边从基准球面向所述成像光学系统外侧移位。

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