JP2007127953A - 撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないレンズ枚数で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系を提供する。
【解決手段】撮像光学系１０は、物体側から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ１１、正の光学的パワーを有する第２レンズ１２、及び負の光学的パワーを有する第３レンズ１３を含む。このような撮像光学系１０において、第１〜第３レンズ１１〜１３が有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成される。さらに、最も像側のレンズである第３レンズ１３の像側レンズ面１３ｂが、その中心部付近１３１では像側に凹面を向けた面とされて負の光学的パワーを持ち、周辺部１３２では像側に凸面を向けた面とされて正の光学的パワーを持つものとされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のレンズから構成される撮像光学系に関し、特に小型化に適した撮像光学系、撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関するものである。

近年、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の普及が目覚しく、しかもこれらの機器に、コンパクトなデジタルスチルカメラユニットやデジタルビデオユニットが内蔵される仕様が一般化してきている。これまで、携帯電話機等に用いられる撮像素子は１０万〜３５万画素程度の低画素数のものが殆どであり、このような撮像素子に対しては、１〜２枚のレンズで構成される撮像光学系が用いられていた。しかしながら、近年は１００万画素を超えるような撮像素子が携帯電話機等に数多く採用されるに至っており、かかる高画素撮像素子に対しては上記のような撮像光学系では色収差の補正等が不十分で解像性能を良好なものとすることができなかった。

色収差の補正能力を上げるにはレンズ枚数を増やせば良いが、携帯電話機のような小型のデジタル機器に組み込むためには可及的にレンズ枚数は少ないことが望ましい。これらの点に鑑み、３枚のレンズにて撮像光学系を構築することも試みられたが、レンズ３枚構成とした程度では色収差を十分に補正することはできなかった。一方、１〜２枚のレンズで構成される撮像光学系において、特許文献１、特許文献２には、レンズ面に回折面を形成することで色収差の補正を行うようにした撮像光学系が開示されている。しかし、１〜２枚のレンズ構成では、たとえ回折面を設けたとしても解像性能が不十分である。

ところで、特許文献３には、正正負のレンズ３枚構成において、最も像側の負レンズについて、その中心では負の光学的パワーを持ち、周辺部に向かうに従い光学的パワーが正の方向に変化するレンズ面とされた撮像光学系が開示されている。かかる撮像光学系によれば、テレセントリック性は改善されるものの、色収差を良好に補正することができず、撮像素子の高画素化に十分に対応できないという問題がある。
特開平１０−１０４５３３号公報 特開平１０−１６１０２０号公報 特許３５６７３２７号公報

本発明は、上述したような状況に鑑みてなされたものであり、可及的に少ないレンズ構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているもの（近軸曲率に基づいた表記）とする。

本発明の請求項１に係る撮像光学系は、少なくとも３枚のレンズを備え、これらレンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成された撮像光学系であって、最も像側に位置するレンズが備えるレンズ面のうちの少なくとも一方のレンズ面が、その中心では負の光学的パワーを持ち、周辺部に向かうに従い光学的パワーが正の方向に変化するレンズ面とされていることを特徴とする。

最も像側に位置するレンズに関し、その中心が負の光学的パワーを持ち、さらにレンズ周辺部でも負の光学的パワーを持つような通常のレンズ面を有するレンズを使用した場合、レンズ周辺部を通る光線のテレセントリック性が悪くなる。このため、撮像素子の周辺光量落ちが生ずる場合がある。そこで、最も像側に位置するレンズが備えるレンズ面のうちの少なくとも一方のレンズ面を、その中心では負の光学的パワーを持ち、周辺部に向かうに従い光学的パワーが正の方向に変化するレンズ面とすることで、レンズ周辺部を通る光線のテレセントリック性を高めることができる。なお、ここでのレンズ周辺部とは、光線の通る最大画角付近を意味する。

かかる構成とすることでテレセントリック性は改善されるものの、色収差の十分な補正を担保できず、特に軸上色収差の補正が不十分となる。そこで本発明では、撮像光学系を構成するレンズが有するレンズ面のうち少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する構成とすることで、当該屈折面を利用して色収差の補正を行えるようにしたものである。これにより、十分なコンパクト化を達成しつつ、テレセントリック性が高められると共に色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系が提供できるようになる。

請求項２に係る撮像光学系は、請求項１において、前記最も像側に位置するレンズが備えるレンズ面のうちの少なくとも一方のレンズ面が、その中心部では負の光学的パワーを持ち、周辺部では正の光学的パワーを持つことを特徴とする。

本発明において、前記最も像側に位置するレンズが備えるレンズ面は、中心から周辺部に至るに従い、光学的パワーが正の方向に変化していれば良く、換言すると負の光学的パワーが弱くなる方向に変化していれば良く、周辺部が必ずしも正の光学的パワーを有するレンズ面とされていなくとも良い。しかし、周辺部が正の光学的パワーを持つレンズ面とすれば、テレセントリック性を一層高めることが可能となるので好ましい。

請求項３に係る撮像光学系は、少なくとも３枚のレンズを備え、これらレンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成された撮像光学系であって、最も像側に位置するレンズ面が、像側に凹面を向けた非球面とされ、前記非球面が変曲点を具備することを特徴とする。

この構成によれば、最も像側に位置するレンズ面が、その中心近傍である光軸付近においては像側に凹面を向けたものとされ、その凹面から凸面へと変化する点が変曲点を経て、レンズ面の中帯域から最外周部では凸面形状を成すような非球面とされる。レンズ面全体が凹面形状とされている場合、テレセントリック性を高めるためにはレンズ全長を大きくする必要がある。しかし、本構成のように、光軸付近のレンズ面形状を像側に凹面形状とすると共に中帯域から最外周部にかけてのレンズ面形状を凸面とした非球面レンズ面とすることにより、射出瞳位置をより遠くに位置させることが可能となりレンズ全長を短くすることができる。これに加え、撮像光学系を構成するレンズが有するレンズ面のうち少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する構成とすることで、当該屈折面を利用して色収差の補正を行えるようにしている。これにより、十分なコンパクト化を達成しつつ、テレセントリック性が高められると共に色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系が提供できるようになる。

請求項４に係る撮像光学系は、請求項１〜３のいずれかにおいて、下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．０＜Ｐ_ＤＯＥ／Ｐ＜０．３ ・・・（１）
但し、Ｐ_ＤＯＥ：回折によるパワー
Ｐ：全系の屈折と回折によるパワー

本発明においては、少なくとも一つのレンズ面に回折面を形成することで色収差の補正を行うが、回折によるパワーを適正な範囲に選ぶことが望ましい。上記条件式（１）の上限を超えると、軸上色収差の補正が過剰となる傾向が顕著となる。また、下限に達すると、前記回折面が回折光学素子として機能しなくなる。

請求項５に係る撮像光学系は、請求項１〜４のいずれかにおいて、少なくとも１枚の負の光学的パワーを有するレンズを具備することを特徴とする。この構成によれば、負レンズを少なくとも１枚を有することでペッツバール和を小さくすることができ、像面性を高めることが可能となる。また、色収差の低減にも効果がある。

請求項６に係る撮像光学系は、請求項５において、下記（２）の条件式を満たすことを特徴とする。
−２．０＜Ｐ_Ｎ／Ｐ＜−０．１ ・・・（２）
但し、Ｐ_Ｎ：１枚の負の光学的パワーを有するレンズの屈折によるパワー

この構成によれば、負レンズの光学的パワーが適正化される。条件式（２）の上限を超えると、負レンズ（第３レンズ）のパワーが小さくなりすぎて光学系全体でペッツバール和を小さくすることができなくなり、像面を揃えることが困難になる。また、下限を下回ると、負レンズのパワーが大きくなりすぎ偏芯誤差感度が高くなってレンズ間の調整が必須となり、コストが高くなる傾向が顕著になる。

請求項７に係る撮像光学系は、請求項５又は６において、最も像側に位置するレンズが、負の光学的パワーを有するものとされていることを特徴とする。この構成によれば、最も像側に負レンズを配することで、主点位置を像面側から遠ざけることができ、焦点距離に対して光学系全長をコンパクトにできる。

請求項８に係る撮像光学系は、請求項１〜７のいずれかにおいて、最も像側に位置するレンズが、両面非球面レンズであることを特徴とする。この構成によれば、最も像側のレンズが両面非球面レンズとされているので、片面非球面の場合に比べて一層歪曲収差を補正できるようになり、またテレセントリック性も一層高めることができる。

請求項９に係る撮像光学系は、請求項１〜８のいずれかにおいて、撮像光学系が３枚のレンズにて構成されていることを特徴とする。この構成によれば、光学系の全長短縮化に有利となる。すなわち、製造限界に起因して極限まで薄肉化できるレンズ厚さは概ね定まっているので、レンズ枚数を少なくするほどレンズ厚みの総和を小さくすることができる。

請求項１０に係る撮像光学系は、請求項１〜９のいずれかにおいて、撮像光学系が、物体側から像側に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズと、正の光学的パワーを有する第２レンズと、負の光学的パワーを有する第３レンズとを具備して構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされ、これらレンズのうちの少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する撮像光学系とされている。このような正正負のレンズ３枚構成では、一般に最も像側に位置することになる負レンズ（第３レンズ）により色収差が補正される。かかる撮像光学系において、コンパクト化のためにレンズ全長の短縮化を図るには、正レンズのパワーを適度に強くする必要があるが、これにより色収差が悪化するという問題が生じる。そこで、これらレンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する構成とすることで、正レンズにおいても色収差が補正可能となることから、撮像光学系のコンパクト化を図ることができるようになる。

請求項１１に係る撮像光学系は、請求項１〜１０のいずれかにおいて、少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを有することを特徴とする。この構成によれば、樹脂材料製レンズを用いることで、安定した品質での大量生産が可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。

請求項１２に係る撮像光学系は、請求項１１において、前記回折面を有するレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることを特徴とする。回折面は構造が複雑なものとなるため、金型を用いた成形加工により形成することが望ましい。そこで、回折面を追加する正レンズの硝材に光学樹脂材料を用いることで、回折面付きの正レンズを金型成形にて生産できるようになり、製造の容易化並びにコストダウンが図れるようになる。

請求項１３に係る撮像光学系は、請求項１１又は１２において、前記光学樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする。

一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機微粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料とすることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。従って、少なくとも１枚のレンズに、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、本発明に係る変倍光学系の全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。

請求項１４に係る撮像レンズ装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする。この構成によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な、コンパクトで高精細な撮像レンズ装置を実現し得る。

請求項１５に係るデジタル機器は、請求項１４に記載の撮像レンズ装置と、前記撮像レンズ装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、前記撮像レンズ装置の撮像光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とする。この構成によれば、高精細でコンパクトな撮像レンズ装置を搭載した携帯電話機のようなデジタル機器を実現し得る。

本発明によれば、少ないレンズ枚数で、テレセントリック性が高く、また色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を安価に、且つコンパクト化が十分達成された態様で提供することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜撮像光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る撮像光学系１０の構成を模式的に示す光路図である。この撮像光学系１０は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１６の受光面１６ａ（像面）上に被写体の光学像を形成するものであって、物体側（被写体）から像側（撮像素子１６）に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズ１１と、正の光学的パワーを有する第２レンズ１２と、負の光学的パワーを有する第３レンズ１３とを具備する正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系である。

図１では、第１レンズ１１が物体側に凸の正メニスカスレンズから構成され、第２レンズ１２が像側に凸の正メニスカスレンズから構成され、また第３レンズ１３が物体側に凸の負メニスカスレンズから構成されている例を示している。なお、前記第１レンズ１１の像側には光学絞り１４が配置され、また第３レンズ１３と撮像素子１６との間には、ノイズ成分を除去するローパスフィルタ１５が配置されている。かかる構成において、物体側に存在する被写体の光学像が、当該撮像光学系１０によりその光軸ＡＸに沿って撮像素子１６の受光面１６ａまで導かれ、撮像素子１６により前記被写体の光学像が撮像されるものである。

本発明においては、このような撮像光学系１０において、最も像側に位置するレンズである第３レンズ１３が備えるレンズ面１３ａ、１３ｂのうちの少なくとも一方のレンズ面が、その中心では負の光学的パワーを持ち、周辺部に向かうに従い光学的パワーが正の方向に変化するレンズ面とされる。図１では、像側のレンズ面１３ｂが当該レンズ面とされており、レンズ面１３ｂは非球面であると共に、その中心部付近１３１では像側に凹面を向けた面とされて負の光学的パワーを持ち、周辺部１３２では像側に凸面を向けた面とされて正の光学的パワーを持つものとされている。なお、符号Ｑは、前記凹面から凸面へ変化する変曲点である。

なお、レンズ面１３ｂの周辺部１３２は、必ずしも凸面（正の光学的パワーを持つ面）とされていなくとも良い。すなわち、図２に示す第３レンズ１３’のように、その中心部付近１３１’で負の光学的パワーを持ち、中心部付近１３１’から周辺部１３２’に至るに従い、負の光学的パワーが弱くなる方向に変化しているような態様でも良い。

当該撮像光学系１０の最も像側に位置するレンズ面であるレンズ面１３ｂを上述のような構成とすることにより、テレセントリック性が高められる。すなわち、図３（ａ）に示すように、最も像側に位置するレンズ１３０の像側レンズ面１３０ｂの全面が凹面とされている場合、その中心部付近１３０１はともかく、周辺部１３０２を通る光線ＯＰ１は光軸ＡＸから離れる方向に屈折されることから像面（撮像素子１６の受光面）１６ａに対するテレセントリック性が悪くなる。

これに対し、図３（ｂ）に示すように、最も像側に位置するレンズ１３５の像側レンズ面１３５ｂの中心部付近１３５１が像側に凹面を向けた負の光学的パワーを持つ面とされ、周辺部１３５２が凸面とされて正の光学的パワーを持つ面（若しくは負の光学的パワーが弱められている面）とされている場合は、周辺部１３５２を通る光線ＯＰ２は光軸ＡＸに近づく方向に屈折されることから像面１６ａに対するテレセントリック性が高められるものである。なお、周辺部１３５２の正の光学的パワーは、オーバーテレセントリックが生じない範囲に選ぶことが望ましい。

このような構成に加え、本発明では、正レンズである第１レンズ１１が有するレンズ面１１ａ、１１ｂ及び第２レンズ１２が有するレンズ面１２ａ、１２ｂ、或いは第３レンズ１３が有するレンズ面１３ａ、１３ｂのうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面（ＤＯＥ；Diffractive Optical Element）が形成される。この回折面は、回折作用によって光線を屈曲させる面であって、かかる回折面は負のアッベ数（−３．４５）を持つことから、正レンズの組み合わせ（第１レンズ１１及び第２レンズ１２）でも色収差の補正が行えるものである。回折面は、上記６つのレンズ面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂのうちのいずれか一つのレンズ面に形成されていれば良いが、第１〜第３レンズ１１〜１３に各々一面ずつ回折面を具備させる態様、第１〜第３レンズ１１〜１３のいずれかのレンズの両面に回折面を形成させる態様としても良い。或いは、第１レンズ１１及び第２レンズ１２の４つのレンズ面すべて、若しくは６つのレンズ面全てに回折面を形成するようにしても良い。

このような撮像光学系１０において、前記回折面により回折によるパワーをＰ_ＤＯＥ、当該撮像光学系１０の全系の屈折と回折によるパワーをＰとするとき、上記条件式（１）で示したように、Ｐ_ＤＯＥ／Ｐが、
０．０＜Ｐ_ＤＯＥ／Ｐ＜０．３
の関係を満たすように構成されることが望ましい。かかる構成とすることで、色収差を良好に低減させることができる。

なお、上記条件式（１）におけるＰ_ＤＯＥ／Ｐの関係を、下記（１）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．０１＜Ｐ_ＤＯＥ／Ｐ＜０．１５ ・・・（１）’
Ｐ_ＤＯＥ／Ｐが上記条件式（１）’の上限を超えると、前記回折面における回折格子のピッチが微細になり製造難度が高くなる傾向が顕著となり、製造コストが高くなる。また、下限を下回ると、回折のパワーが小さいために軸上色収差を十分に補正できなくなる。

撮像光学系１０は、必ずしも負の光学的パワーを有するレンズを具備していなくとも良いが、図１に示すように、少なくとも１枚の負の光学的パワーを有するレンズ（第３レンズ１３）を具備していることが望ましい。これにより、ペッツバール和を小さくすることができて像面性を高めることが可能となり、また、色収差の低減化を図ることができる。また、第３レンズ１３のように、最も像側に位置するレンズが、負の光学的パワーを有するものとされていることが望ましい。これにより、主点位置を像面側から遠ざけることができ、焦点距離に対して撮像光学系１０の全長をコンパクトにできる。

この場合、１枚の負の光学的パワーを有するレンズの屈折によるパワーをＰ_Ｎとするとき、上記条件式（２）で示したように、Ｐ_Ｎ／Ｐが、
−２．０＜Ｐ_Ｎ／Ｐ＜−０．１
の関係を満たすように構成されることが望ましい。これにより、像面を揃えることができると共に、偏芯誤差感度を低いレベルに抑えることができる。

なお、上記条件式（２）におけるＰ_Ｎ／Ｐの関係を、下記（２）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
−２．０＜Ｐ_Ｎ／Ｐ＜−０．３ ・・・（２）’
Ｐ_Ｎ／Ｐが条件式（２）’の上限を超えると、負レンズのパワーが小さく、屈折による色収差が大きくなるため、前記回折面による色収差補正能力が十分に発揮できない傾向が表れる。

さらに、最も像側に位置する第３レンズ１３のレンズ面１３ａ，１３ｂの双方が非球面とされていることが望ましい。すなわち、レンズ面１３ｂのみが非球面の場合に比べて一層歪曲収差を補正できるようになり、またテレセントリック性も一層高めることができる。

撮像光学系１０は、３枚以上のレンズを含んでいても良いが、図１に示すように、３枚のレンズ（第１〜第３レンズ１１〜１３）で構成されていることが望ましい。これにより、撮像光学系１０のコンパクト化を図ることができる。この場合、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とすることは、好ましいレンズ構成の一つである。このように、物体側に正の光学的パワーを集中させることで、全長の短縮化を図ることができる。

この撮像光学系１０には光学絞り１４が具備されているが、この光学絞り１４は第１レンズ１１と第２レンズ１２との間、若しくは第１レンズ１１の物体側であって、前記回折面が形成されているレンズ面の近傍に配置されることが望ましい。図１の例では、光学絞り１４が第１レンズ１１の像側に配置されていることから、回折面は像側のレンズ面１１ｂ（或いは第２レンズ１２の物体側のレンズ面１２ａ）に形成されていることが望ましい。一般に、回折光学素子はアッベ数＝−３．４５と、光学樹脂や光学ガラスに比べ非常に高い分散特性をもつ。軸上色収差を補正するためには適度な回折のパワーが必要なのであるが、倍率色収差はパワーだけでなく光線高さにも補正効果が影響してしまう。そこで、回折面を光学絞り１４の近傍に配置する（これにより、軸上光と軸外光の回折面における分離度合いを小さくできる）ことで、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さを低くでき、倍率色収差の補正が適正に行えるようになる。

光学絞り１４は、上記の通り回折面の近傍に配置することが望ましいが、図１に示すように、光学絞り１４を第１レンズ１１と第２レンズ１２との間に配置することで、他の効果も期待できる。すなわち、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系１０の場合、第１レンズ１１と第２レンズ１２との間に光学絞り１４を介在させることで、両レンズを対称的に配置することができるので、コマ収差、非点収差、歪曲収差等の発生を抑制することができる。

一方、図示は省略するが、第１レンズ１１が正の光学的パワーを持ち、第２レンズ１２が負の光学的パワーを持つ場合は、第１レンズ１１の物体側のレンズ面１１ａに光学絞り１４を配置することが望ましい。これにより、最大像高付近でのテレセントリック性を高めることができる。撮像素子１６が高画素数のものであるほど画素ピッチが小さくなり、その開口効率が悪くなるため、中心部と同等の周辺照度を得るには撮像素子１６へのテレセントリック性が厳しく求められる。第１レンズ１１の物体側に光学絞り１４を配置すれば、像面からの射出瞳位置を遠くすることができ、テレセントリック性を高めることができる。

このように、物体側から順に正負とされたレンズ構成の場合、回折面が第１レンズ１１の像面側レンズ面１１ｂ又は第２レンズ１２の物体側レンズ面１２ａに形成されていることが望ましい。かかるレンズ構成の場合、正の光学的パワーを持つ第１レンズ１１で発生した軸上色収差を、負の光学的パワーを持つ第２レンズ１１で打ち消しあい、軸上色収差の補正で有利な構成となる。このため、回折面においては、倍率色収差の補正を優先することができる。上述の通り、倍率色収差は回折のパワーだけでなく光線高さにも補正効果が影響する。従って、回折面を、当該回折面を通る最大画角の主光線の光線高さが低く、倍率色収差の補正効果が得にくい第１レンズ１１の物体側レンズ面１１ａではなく、第１レンズ１１の像面側レンズ面１１ｂ又は第２レンズ１２の物体側レンズ面１２ａに形成することで、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さが低い位置を通らないようにすることができる。

次に、撮像光学系１０の製法に関して、上記第１〜第３レンズ１１〜１３を構成する硝材については特に制限はなく、各種光学ガラス材料や光学樹脂（プラスチック）材料からなる硝材を用いることができる。しかし、光学樹脂材料を用いれば、軽量で、且つインジェクションモールド等により大量生産が可能であることから、ガラス材料で作製する場合に比して、コストの抑制や撮像光学系１０の軽量化の面で有利である。従って、撮像光学系１０に、少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを具備させることが望ましい。勿論、２枚以上の光学樹脂材料製レンズを具備させても良い。

とりわけ、第１〜第３レンズ１１〜１３のうち回折面が形成されるレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることが望ましい。回折面は構造が複雑なものとなるため、光学ガラス材料に加工を施して成形するよりも、回折形状を備えた金型を用いた成形加工により形成することが望ましい。そこで、回折面が設けられるレンズの硝材として光学樹脂材料を用いることで、回折面が付されるレンズを金型を用いたインジェクションモールド等により量産できるようになり、製造の容易化並びにコストダウンが図れるようになる。なお、所定の回折光学素子を光学樹脂材料で成形加工し、これをガラス材料製のレンズに貼り付けるようにして回折面を形成するようにしても良い。

このような樹脂材料製レンズとしては、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを用いることが望ましい。かかる無機粒子分散樹脂材料としては、例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の微粒子を分散させてなる複合材料を例示することができる。このような樹脂材料製レンズを用いることで、樹脂材料製レンズの温度変化による屈折率変化を極めて小さくすることが可能となる。

なお、回折面が形成されず屈折のみによるパワーを持つレンズ（例えば第１レンズ１１のみに回折面が形成される場合は、第２レンズ１２及び第３レンズ１３）は、光学ガラス材料製レンズからなることが望ましい。この構成によれば、環境温度変化によるバックフォーカスのずれを可及的に小さくすることができる。

撮像光学系１０に備えられている第１〜第３レンズ１１〜１３の全てのレンズ面が、非球面とされていることが望ましい。これにより、撮像光学系１０のコンパクト化と高画質化の両立を図ることが可能となる。

また、撮像光学系１０は、光学絞り１４の代わりに、撮像素子１６に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッタを配置しても良い。かかるメカニカルシャッタは、例えば撮像素子１６としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）方式のものが用いられた場合に、スミア防止に効果がある。

ローパスフィルタ１５は、撮像素子１６の受光面１６ａ上に配置され、ノイズ成分を除去する平行平板状の光学部品である。このローパスフィルタ１５として、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。なお、ローパスフィルタ１５は必ずしも備える必要はなく、代わりに撮像素子１６の画像信号に含まれるノイズを低減する赤外線カットフィルタを用いるようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタ１５の表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。

撮像素子１６は、当該撮像光学系１０により結像された被写体の光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１６としては、ＣＣＤが２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。

＜撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような撮像光学系１０が組み込まれたデジタル機器について説明する。図４は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、折り畳み式のカメラ付携帯電話機２０の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。

図４（ａ）は、携帯電話機２０の操作面を、図４（ｂ）は、その背面を表している。この携帯電話機２０は、第１の筐体２０１と第２の筐体２０２とがヒンジ２０３によって連結された折り畳み可能な構造であって、第１の筐体２０１の操作面には上下方向に長い長方形のディスプレイ２１が備えられている。また第２の筐体２０２の操作面には、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２２、シャッタボタン２３及び各種の操作ボタン２４が備えられている。また、携帯電話機２０には、先に説明した撮像光学系１０によって構成された撮像レンズ装置２５が内蔵されており、その対物レンズが携帯電話機２０の背面に表出している。

図５は、上記携帯電話機２０の撮像に係る電気的な機能構成を示す機能ブロック図である。この携帯電話機２０は、撮像機能のために、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、制御部３４、記憶部３５、及びＩ／Ｆ部３６を備えて構成される。

撮像部３０は、撮像レンズ装置２５と撮像素子１６とを備えて構成される。被写体からの光線は、撮像光学系１０によって撮像素子１６の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。撮像素子１６は、撮像光学系１０により結像された被写体の光学像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１６は、制御部３４の制御により、静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、又は撮像素子１６における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）等の撮像動作が制御される。

画像生成部３１は、撮像素子１６からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正及び色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から各画素の画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。

画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される。

画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の画像処理を行う回路である。また、必要に応じて画像処理部３３に、撮像光学系１０では補正しきれなかった収差を補正させるように構成することも可能である。

制御部３４は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、記憶部３５及びＩ／Ｆ部３６の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部３４により、被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像部３０が実行するよう制御される。

記憶部３５は、被写体の静止画撮影又は動画撮影により生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭを備えて構成される。つまり、記憶部３５は、静止画用及び動画用のメモリとしての機能を有する。

Ｉ／Ｆ部３６は、外部機器と画像データを送受信するインターフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の規格に準拠したインターフェースである。

以上の通り構成された携帯電話機２０の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２２を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２２を一度押すことで静止画撮影モードが起動し、その状態でもう一度画像切替ボタン２２を押すことで動画撮影モードに切り替わる。つまり、画像切替ボタン２２からの指示を受けた携帯電話機２０の制御部３４が、物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を撮像部３０に実行させる。

静止画撮影モードが起動すると、制御部３４は、撮像部３０に静止画の撮影を行わせるように制御する。これにより、光学像が撮像素子１６の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリ（図略）に転送され、ディスプレイ２１に導かれる。そして、撮影者はディスプレイ２１を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッタボタン２３を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリとしての記憶部３５に画像データが格納される。

また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２２を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２２を押して動画撮影モードに切り替える。これにより、制御部３４は、撮像部３０を制御し動画の撮影を行わせる。後は静止画撮影のときと同様にして、撮影者はディスプレイ２１を覗き、撮像レンズ装置２５を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。この状態でシャッタボタン２３を押すことで、動画撮影が開始される。撮影された動画のフレーム画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリに転送され、ディスプレイ２１に導かれる。ここで、もう一度シャッタボタン２３を押すことで、動画撮影は終了する。撮影された動画像は、動画用のメモリとしての記憶部３５に導かれて格納される。

＜撮像光学系のより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したような撮像光学系１０、すなわち図４に示したようなカメラ付携帯電話機２０に搭載される撮像レンズ装置２５を構成する撮像光学系１０の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。

図６は、実施例１の撮像光学系１０Ａにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この実施例１及び以下に示す実施例２〜１６を通じて、各撮像光学系は３〜４個のレンズを含んでおり、図の物体側（図６における左側）から順に、第１レンズ（Ｌ１）、第２レンズ（Ｌ２）、第３レンズ（Ｌ３）及び第４レンズ（Ｌ４）と称呼している。また、第３レンズ（Ｌ３）若しくは第４レンズ（Ｌ４）の像側には、平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。前記平行平板（ＦＴ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。なお、光学絞り（ＳＴ）は、第１レンズ（Ｌ１）の像側若しくは物体側のいずれかに配置される。

図６に示した実施例１の撮像光学系１０Ａは、光学絞り（ＳＴ）、正の第１レンズ（Ｌ１）、正の第２レンズ（Ｌ２）及び負の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い（以下の実施例でも同じ）。

図６において各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は非球面であることを示し、またｒｉに「＃」印が付されている面は回折面であることを示すものである。なお、前記光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような扱いは、後述する他の実施例についての光路図（図７〜図１５）でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図６と同様である。但し、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面には同じ符号（ｒ１）が付けられているが、これらの曲率等が実施形態を通じて同一であるという意味ではない。

このような構成の下で、物体側から入射した光線は光軸ＡＸに沿って、順に第１、第２及び第３レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）及び平行平板（ＦＴ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、平行平板（ＦＴ）にて修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として携帯電話機や携帯情報端末等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。

実施例１の撮像光学系１０Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１〜表３に示す。また、上述した条件式（１）、（２）を、実施例１に係る撮像光学系１０Ａに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表３２に示す。

表１に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、光軸上における各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッべ数である。軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図６に示したように、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを、またｉに「＃」印が付されている面は回折面が形成されている面であることを示すものである。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）の両面及び撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。

表２は、非球面とされている面（表１においてｉに＊が付された面）の非球面データを示す表である。レンズ面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、下記（３）式により定義する。表２には、下記（３）式により定義に基づく円錐係数ｋ、及び非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃの値がそれぞれ示されている。
Ｚ（ｈ）＝（ｃ・ｈ^２）／［１＋sqrt｛１−（１＋ｋ）ｃ^２ｈ^２｝］
＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋… ・・・（３）
但し、Ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝ｘ²＋ｙ²）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ：それぞれ４，６，８次の非球面係数
ｋ：円錐係数

また表３は、回折面を有する面（表１においてｉに＃が付された面）の回折面データを示す表である。回折形状は、回折面のピッチの位相形状を表す下記（４）式により定義する。なお、表３に示された位相係数は、設計波長がｄ線の５８７．５６ｎｍ、設計次数が＋１次（回折面の光学パワーΦＤは、ΦＤ＝−２・Ｃ１で表される）として設定されたものである。
φ（ｈ）＝（２π／λ０）・（Ｃ１・Ｈ２＋Ｃ２・Ｈ４＋Ｃ３・Ｈ６＋…）
・・・（４）
但し、φ（ｈ）：位相関数
λ０：設計波長
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ …Ｃｉ：２次，４次，６次， …２ｉ次の位相係数

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１における撮像光学系１０Ａの球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）、及び歪曲収差（DISTORTION）を、図１６の左側から順に示す。この図において、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。

さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ｓとｔはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。この図１６からわかるように、実施例１の撮像光学系１０Ａは、歪曲収差が５％以内と優れた光学特性を示している。また、撮像光学系１０Ａにおける焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、後掲の表３１にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。

図７は、実施例２の撮像光学系１０Ｂにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｂは、正の第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、正の第２レンズ（Ｌ２）及び負の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４〜表６に示す。

図８は、実施例３の撮像光学系１０Ｃにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｃは、光学絞り（ＳＴ）、正の第１レンズ（Ｌ１）、負の第２レンズ（Ｌ２）及び正の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、物体側に凹の負メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１レンズ（Ｌ１）の像側が球面とされており、この面を除く第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てのレンズ面が両面非球面レンズとされている。回折面は、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面に形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを表７〜表９に示す。

図９は、実施例４の撮像光学系１０Ｄにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｄは、光学絞り（ＳＴ）、正の第１レンズ（Ｌ１）、負の第２レンズ（Ｌ２）、正の第３レンズ（Ｌ３）及び負の第４レンズ（Ｌ４）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、両凹の負レンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、両凸の正レンズからなる第３レンズ（Ｌ３）及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第４レンズ（Ｌ４）で構成されている。上記第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１０〜表１２に示す。

図１０は、実施例５の撮像光学系１０Ｅにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｅは、光学絞り（ＳＴ）、正の第１レンズ（Ｌ１）、正の第２レンズ（Ｌ２）、負の第３レンズ（Ｌ３）及び正の第４レンズ（Ｌ４）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）、及び物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第４レンズ（Ｌ４）で構成されている。上記第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１３〜表１５に示す。

図１１は、実施例６の撮像光学系１０Ｆにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｆは、正の第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、正の第２レンズ（Ｌ２）、負の第３レンズ（Ｌ３）及び正の第４レンズ（Ｌ４）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）、及び物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第４レンズ（Ｌ４）で構成されている。上記第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第４レンズ（Ｌ１〜Ｌ４）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｆにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１６〜表１８に示す。

図１２は、実施例７の撮像光学系１０Ｇにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｇは、光学絞り（ＳＴ）、正の第１レンズ（Ｌ１）、正の第２レンズ（Ｌ２）及び負の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第３レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｇにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１９〜表２１に示す。

図１３は、実施例８の撮像光学系１０Ｈにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｈは、正の第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、正の第２レンズ（Ｌ２）及び負の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第３レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｈにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２２〜表２４に示す。

図１４は、実施例９の撮像光学系１０Ｉにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｉは、光学絞り（ＳＴ）、正の第１レンズ（Ｌ１）、正の第２レンズ（Ｌ２）及び負の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第３レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｉにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２５〜表２７に示す。

図１５は、実施例１０の撮像光学系１０Ｊにおけるレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｊは、正の第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、正の第２レンズ（Ｌ２）及び負の第３レンズ（Ｌ３）から成る。さらに詳しくは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側及び第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｊにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２８〜表３０に示す。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２〜１０に示した撮像光学系１０Ｂ〜Ｊの球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１７〜図２５にそれぞれ示す。これらの図において、球面収差の図には、図１６と同様に、一点鎖線で赤色、実線で黄色、そして破線で青色と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。いずれの実施例における撮像光学系１０Ｂ〜Ｊも、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。

また、この実施例２〜１０の各撮像光学系１０Ｂ〜ＪにおけるＦ値と焦点距離（単位mm）とを、表３１に示す。これらの表から、実施例１と同様に、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。

さらに、上記実施例２〜１０の各撮像光学系１０Ｂ〜Ｊに、上述した条件式（１），（２）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表３２に示す。

以上説明したように、上記実施例１〜１０に係る撮像光学系１０Ａ〜１０Ｊによれば、レンズ３〜４枚構成という少ないレンズ枚数で、コンパクト化を達成しつつ、各種の収差が良好に補正できる高詳細な撮像光学系を提供できる。

本発明にかかる撮像光学系の構成を模式的に示す図である。 最も像側に位置するレンズの他の例を示す断面図である。 テレセントリック性を説明するための説明図である。 本発明に係る撮像光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 本発明に係る撮像光学系を具備するデジタル機器の一例としての携帯電話機の撮像に係る機能部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施例１に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例２に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例３に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例４に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例５に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例６に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例７に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例８に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例９に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例１０に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。 実施例１における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例４における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例５における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例６における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例７における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例８における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例９における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例１０における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。

符号の説明

１０、１０Ａ〜１０Ｊ 撮像光学系
１１、Ｌ１ 第１レンズ
１２、Ｌ２ 第２レンズ
１３、Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
１４、ＳＴ 光学絞り
１５、ＦＴ ローパスフィルタ
１６、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２０ 携帯電話機（デジタル機器）
２５ 撮像レンズ装置

Claims (15)

1. 少なくとも３枚のレンズを備え、これらレンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成された撮像光学系であって、
   最も像側に位置するレンズが備えるレンズ面のうちの少なくとも一方のレンズ面が、その中心では負の光学的パワーを持ち、周辺部に向かうに従い光学的パワーが正の方向に変化するレンズ面とされていることを特徴とする撮像光学系。
2. 前記最も像側に位置するレンズが備えるレンズ面のうちの少なくとも一方のレンズ面が、その中心部では負の光学的パワーを持ち、周辺部では正の光学的パワーを持つことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
3. 少なくとも３枚のレンズを備え、これらレンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成された撮像光学系であって、
   最も像側に位置するレンズ面が、像側に凹面を向けた非球面とされ、前記非球面が変曲点を具備することを特徴とする撮像光学系。
4. 下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系。
   ０．０＜Ｐ_ＤＯＥ／Ｐ＜０．３ ・・・（１）
   但し、Ｐ_ＤＯＥ：回折によるパワー
   Ｐ：全系の屈折と回折によるパワー
5. 少なくとも１枚の負の光学的パワーを有するレンズを具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像光学系。
6. 下記（２）の条件式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
   −２．０＜Ｐ_Ｎ／Ｐ＜−０．１ ・・・（２）
   但し、Ｐ_Ｎ：１枚の負の光学的パワーを有するレンズの屈折によるパワー
7. 最も像側に位置するレンズが、負の光学的パワーを有するものとされていることを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像光学系。
8. 最も像側に位置するレンズが、両面非球面レンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の撮像光学系。
9. 撮像光学系が３枚のレンズにて構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の撮像光学系。
10. 撮像光学系が、物体側から像側に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズと、正の光学的パワーを有する第２レンズと、負の光学的パワーを有する第３レンズとを具備して構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の撮像光学系。
11. 少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系。
12. 前記回折面を有するレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることを特徴とする請求項１１に記載の撮像光学系。
13. 前記光学樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の撮像光学系。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
    前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。
15. 請求項１４に記載の撮像レンズ装置と、
    前記撮像レンズ装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、
    前記撮像レンズ装置の撮像光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。

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