JP2008242310A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度変化に伴う光波面変調素子の偏心の影響を抑え性能劣化を抑えることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】光学系保持部（バレル）３１０の光学系２１０Ａの保持構造において、少なくとも光波面変調素子としての第３レンズ２１３の周縁部との当接部が、第３レンズ２１３に対して少なくとも光軸方向であってかつ保持部中心方向に押し圧力を作用させ光波面変調素子としての第３レンズ２１３を所定の位置に保持する押し当て構造を有し、この押し当て構造は、押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する。この弾性体の弾性定数は、光学系保持部３１０の鏡枠部の弾性定数より低く設定されている。
【選択図】図４
【解決手段】光学系保持部（バレル）３１０の光学系２１０Ａの保持構造において、少なくとも光波面変調素子としての第３レンズ２１３の周縁部との当接部が、第３レンズ２１３に対して少なくとも光軸方向であってかつ保持部中心方向に押し圧力を作用させ光波面変調素子としての第３レンズ２１３を所定の位置に保持する押し当て構造を有し、この押し当て構造は、押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する。この弾性体の弾性定数は、光学系保持部３１０の鏡枠部の弾性定数より低く設定されている。
【選択図】図４
Description
本発明は、撮像素子を用い、光学系を備えた撮像装置に関するものである。
近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が著しい。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面は従来のフィルムに変わって固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用されているのが大半である。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面は従来のフィルムに変わって固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用されているのが大半である。
このように、撮像素子にＣＣＤやＣＭＯＳセンサを使った撮像レンズ装置は、被写体の映像を光学系により光学的に取り込んで、撮像素子により電気信号として抽出するものであり、デジタルスチルカメラの他、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等に用いられている。
図２８は、一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
この撮像レンズ装置１は、光学系２とＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子３とを有する。
光学系は、物体側レンズ２１，２２、絞り２３、および結像レンズ２４を物体側（ＯＢＪＳ）から撮像素子３側に向かって順に配置されている。
この撮像レンズ装置１は、光学系２とＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子３とを有する。
光学系は、物体側レンズ２１，２２、絞り２３、および結像レンズ２４を物体側（ＯＢＪＳ）から撮像素子３側に向かって順に配置されている。
撮像レンズ装置１においては、図２８に示すように、ベストフォーカス面を撮像素子面上に合致させている。
図２９（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像レンズ装置１の撮像素子３の受光面でのスポット像を示している。
図２９（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像レンズ装置１の撮像素子３の受光面でのスポット像を示している。
また、位相板により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置が提案されている（たとえば非特許文献１，２、特許文献１〜５参照）。
また、伝達関数を用いたフィルタ処理を行うデジタルカメラの自動露出制御システムが提案されている（たとえば特許文献６参照）。
また、伝達関数を用いたフィルタ処理を行うデジタルカメラの自動露出制御システムが提案されている（たとえば特許文献６参照）。
また、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの画像入力機能を持った装置においては、たとえば風景など、所望の映像とともに、バーコード等の近接静止画像を読み取ることが、極めて有用であることが多い。
バーコードの読み取りは、たとえば第一の例としてレンズを繰り出すオートフォーカスでピントを合わせる技術や、第二の例として深度拡張技術としては、たとえばカメラにおいてＦ値を絞ることで被写界深度を広げて固定ピントとしているものがある。
さらに、ピントの合う被写界を増やす手法は、たとえば特許文献８に開示されている。
バーコードの読み取りは、たとえば第一の例としてレンズを繰り出すオートフォーカスでピントを合わせる技術や、第二の例として深度拡張技術としては、たとえばカメラにおいてＦ値を絞ることで被写界深度を広げて固定ピントとしているものがある。
さらに、ピントの合う被写界を増やす手法は、たとえば特許文献８に開示されている。
"Wavefront Coding;jointly optimized optical and digital imaging systems",Edward R.Dowski,Jr.,Robert H.Cormack,Scott D.Sarama.
"Wavefront Coding;A modern method of achieving high performance and/or low cost imaging systems",Edward R.Dowski,Jr.,Gregory E.Johnson.
ＵＳＰ６，０２１，００５
ＵＳＰ６，６４２，５０４
ＵＳＰ６，５２５，３０２
ＵＳＰ６，０６９，７３８
特開２００３−２３５７９４号公報
特開２００４−１５３４９７号公報
特開２００４−３７７３３号公報
特開２００２−２７０４７号公報
上述した各文献にて提案された撮像装置においては、その全ては通常光学系に上述の位相板を挿入した場合のＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ−Ｓｐｒｅａｄ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が一定になっていることが前提であり、ＰＳＦが変化した場合は、その後のカーネルを用いたコンボリューションにより、被写界深度の深い画像を実現することは極めて難しい。
したがって、単焦点でのレンズではともかく、ズーム系やＡＦ系などのレンズでは、その光学設計の精度の高さやそれに伴うコストアップが原因となり採用するには大きな問題を抱えている。
換言すれば、従来の撮像装置においては、適正なコンボリューション演算を行うことができず、ワイド（Ｗｉｄｅ）時やテレ（Ｔｅｌｅ）時のスポット（ＳＰＯＴ）像のズレを引き起こす非点収差、コマ収差、ズーム色収差等の各収差を無くす光学設計が要求される。
しかしながら、これらの収差を無くす光学設計は光学設計の難易度を増し、設計工数の増大、コスト増大、レンズの大型化の問題を引き起こす。
したがって、単焦点でのレンズではともかく、ズーム系やＡＦ系などのレンズでは、その光学設計の精度の高さやそれに伴うコストアップが原因となり採用するには大きな問題を抱えている。
換言すれば、従来の撮像装置においては、適正なコンボリューション演算を行うことができず、ワイド（Ｗｉｄｅ）時やテレ（Ｔｅｌｅ）時のスポット（ＳＰＯＴ）像のズレを引き起こす非点収差、コマ収差、ズーム色収差等の各収差を無くす光学設計が要求される。
しかしながら、これらの収差を無くす光学設計は光学設計の難易度を増し、設計工数の増大、コスト増大、レンズの大型化の問題を引き起こす。
また、近年のデジタルスチルカメラや携帯端末用小型カメラ等の民生機器、監視カメラや画像検査装置等の産業機器等を含めた電子画像機器システムでは、性能保証を行う温度領域が広くなっている。
このような背景の下、温度変化によるレンズや鏡枠の形状変化の影響により鏡枠内で位相変調素子が偏心を生じることがある。
ところが、上記技術では、常温においては所望の被写界深度を得ることができるが、高温の場合と低温の場合で深度拡張作用のキーとなる位相変調素子が偏心してしまい、性能劣化につながるという不利益がある。
このような背景の下、温度変化によるレンズや鏡枠の形状変化の影響により鏡枠内で位相変調素子が偏心を生じることがある。
ところが、上記技術では、常温においては所望の被写界深度を得ることができるが、高温の場合と低温の場合で深度拡張作用のキーとなる位相変調素子が偏心してしまい、性能劣化につながるという不利益がある。
本発明は、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができることはもとより、温度変化に伴う光波面変調素子の偏心の影響を抑え性能劣化を抑えることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることが可能な撮像装置を提供することにある。
本発明の撮像装置は、光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を保持する光学系保持部と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、を有し、前記光学系保持部は、少なくとも前記光波面変調素子の周縁部との当接部が、前記当該光波面変調素子に対して少なくとも光軸方向であってかつ保持部中心方向に押し圧力を作用させ当該光波面変調素子を所定の位置に保持する押し当て構造を有する。
好適には、前記押し当て構造は、前記押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する。
好適には、前記弾性体の弾性定数は、前記光学系保持部の鏡枠部の弾性定数より低い。
好適には、前記光学系保持部の前記光波面変調素子の周縁部との当接部は光軸方向に対してテーパ状である。
好適には、前記光学系保持部と前記光波面変調素子の周縁部との当接部は面接触して形成され、当該接触面の接触角度θは、次の条件を満足する。
５度＜θ＜光線入射角度
ただし、角度θは光軸方向に垂直な断面を０度とする。
５度＜θ＜光線入射角度
ただし、角度θは光軸方向に垂直な断面を０度とする。
好適には、前記光学系と前記撮像素子とを保持する鏡枠構造部を有し、前記鏡枠構造部は、前記光学系保持部と、前記撮像素子を保持する撮像素子保持部と、一端が前記光学系保持部を固定し、他端側が前記撮像素子保持部を固定可能な中間部材と、を有する。
好適には、前記光学系保持部と前記撮像素子保持部の相対的な固定位置が前記中間部材により調整可能である。
好適には、前記光学系保持部の材質と前記光波面変調素子の材質との線膨張係数が異なる。
好適には、前記光学系は光波面変調素子の光波面変調機能が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される。
好適には、前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する画像処理部を有する。
本発明によれば、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができことはもとより、温度変化に伴う光波面変調素子の偏心の影響を抑え性能劣化を抑えることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることができる利点がある。
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
図１は、撮像装置としての本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、情報コードを例を示す図である。
図３は、図１の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、情報コードを例を示す図である。
図３は、図１の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、図１に示すように、本体１１０がケーブル１１１を介して図示しない電子レジスタ等の処理装置と接続され、たとえば読み取り対象物１２０に印刷された反射率の異なるシンボル、コード等の情報コード１２１を読み取り可能な装置である。
読み取り対象の情報コードとしては、たとえば図２（Ａ）に示すような、ＪＡＮコードのような１次元のバーコード１２２と、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すようなスタック式のＣＯＤＥ４９、あるいはマトリックス方式のＱＲコードのような２次元のバーコード１２３が挙げられる。
読み取り対象の情報コードとしては、たとえば図２（Ａ）に示すような、ＪＡＮコードのような１次元のバーコード１２２と、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すようなスタック式のＣＯＤＥ４９、あるいはマトリックス方式のＱＲコードのような２次元のバーコード１２３が挙げられる。
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、本体１１０内に、図示しない照明光源と、図３に示すような撮像装置２００とが配置されている。
撮像装置２００は、後で詳述するように、光学系に光波面変調素子を適用し、光波面変調素子により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）というシステムを採用し、ＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードのような情報コードを的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。
撮像装置２００は、後で詳述するように、光学系に光波面変調素子を適用し、光波面変調素子により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）というシステムを採用し、ＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードのような情報コードを的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。
情報コード読取装置１００の撮像装置２００は、図３に示すように、光学系２１０、撮像素子２２０、アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）２３０、画像処理装置２４０、カメラ信号処理部２５０、画像表示メモリ２６０、画像モニタリング装置２７０、操作部２８０、および制御装置２９０を有している。
光学系２１０は、被写体物体ＯＢＪを撮影した像を撮像素子２２０に供給する。
本実施形態に係る光学系２１０は、複数のレンズ、たとえば２枚から５枚のレンズにより構成される。
この複数のレンズのうちの１枚のレンズの物体側または撮像面側の面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凹状または凸状に形成されており、この形状により１枚のレンズに光波面変調素子としての機能を持たせている。
そして、本実施形態の光学系２１０は、後述するように、温度変化に対応した光学系として構成されている。すなわち、光学系２１０は、深度拡張光学系において温度変化によるレンズや鏡枠の形状変化の影響により生じる可能のある鏡枠内で光波面変調素子が偏心の影響を吸収し、性能劣化を抑えることができるように構成されている。
本実施形態に係る光学系２１０は、複数のレンズ、たとえば２枚から５枚のレンズにより構成される。
この複数のレンズのうちの１枚のレンズの物体側または撮像面側の面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凹状または凸状に形成されており、この形状により１枚のレンズに光波面変調素子としての機能を持たせている。
そして、本実施形態の光学系２１０は、後述するように、温度変化に対応した光学系として構成されている。すなわち、光学系２１０は、深度拡張光学系において温度変化によるレンズや鏡枠の形状変化の影響により生じる可能のある鏡枠内で光波面変調素子が偏心の影響を吸収し、性能劣化を抑えることができるように構成されている。
撮像素子２２０は、物体側から、ガラス製の平行平面板（カバーガラス）と、たとえばＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子の撮像面が順に配置されている。
撮像光学系２１０を介した被写体ＯＢＪからの光が、撮像素子２２０の撮像面上に結像される。
なお、撮像素子２２０で撮像される被写体分散像は、撮像素子２２０上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像である。
そして、本実施形態においては、画像処理装置２４０にてフィルタ処理を加えることにより２物体間の距離の解像を補完することができるように構成されている。
この光学系２１０については、後でさらに詳述する。
撮像光学系２１０を介した被写体ＯＢＪからの光が、撮像素子２２０の撮像面上に結像される。
なお、撮像素子２２０で撮像される被写体分散像は、撮像素子２２０上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像である。
そして、本実施形態においては、画像処理装置２４０にてフィルタ処理を加えることにより２物体間の距離の解像を補完することができるように構成されている。
この光学系２１０については、後でさらに詳述する。
撮像素子２２０は、光学系２１０で取り込んだ像が結像され、結像１次画像情報を電気信号の１次画像信号ＦＩＭとして、アナログフロントエンド部２３０を介して画像処理装置２４０に出力する。
図３においては、撮像素子２２０を一例としてＣＣＤとして記載している。
図３においては、撮像素子２２０を一例としてＣＣＤとして記載している。
アナログフロントエンド部２３０は、タイミングジェネレータ２３１、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２３２と、を有する。
タイミングジェネレータ２３１では、撮像素子２２０のＣＣＤの駆動タイミングを生成しており、Ａ／Ｄコンバータ２３２は、ＣＣＤから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理装置２４０に出力する。
タイミングジェネレータ２３１では、撮像素子２２０のＣＣＤの駆動タイミングを生成しており、Ａ／Ｄコンバータ２３２は、ＣＣＤから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理装置２４０に出力する。
信号処理部の一部を構成する画像処理装置（二次元コンボリューション手段）２４０は、前段のＡＦＥ２３０からくる撮像画像のデジタル信号を入力し、二次元のコンボリューション処理を施し、後段のカメラ信号処理部（ＤＳＰ）２５０に渡す。
画像処理装置２４０、制御装置２９０の露出情報に応じて、光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行う。なお、露出情報として絞り情報を含む。
画像処理装置２４０は、撮像素子２２０による複数の画像に対して、光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを向上させ、物体距離に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）の変化をなくすようにフィルタ処理（たとえばコンボリューションフィルタ処理）を行う機能を有し、複数の物体距離に依存しながらも、深い被写界深度を得る。また、画像処理装置２４０は、最初のステップでノイズ低減フィルタリングを施す機能を有する。
画像処理装置２４０は、光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行いコントラストを改善する処理を施す機能を有する。
画像処理装置２４０の処理については後でさらに詳述する。
画像処理装置２４０、制御装置２９０の露出情報に応じて、光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行う。なお、露出情報として絞り情報を含む。
画像処理装置２４０は、撮像素子２２０による複数の画像に対して、光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを向上させ、物体距離に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）の変化をなくすようにフィルタ処理（たとえばコンボリューションフィルタ処理）を行う機能を有し、複数の物体距離に依存しながらも、深い被写界深度を得る。また、画像処理装置２４０は、最初のステップでノイズ低減フィルタリングを施す機能を有する。
画像処理装置２４０は、光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行いコントラストを改善する処理を施す機能を有する。
画像処理装置２４０の処理については後でさらに詳述する。
カメラ信号処理部（ＤＳＰ）２５０は、カラー補間、ホワイトバランス、ＹＣｂＣｒ変換処理、圧縮、ファイリング等の処理を行い、メモリ２６０への格納や画像モニタリング装置２７０への画像表示等を行う。
制御装置２９０は、露出制御を行うとともに、操作部２８０などの操作入力を持ち、それらの入力に応じて、システム全体の動作を決定し、ＡＦＥ２３０、画像処理装置２４０、ＤＳＰ２５０、光学系２１０内の絞り等を制御し、システム全体の調停制御を司るものである。
次に、光学系２１０の構成、並びにその構成に対応したレンズおよび撮像素子２２０を保持するいわゆる鏡枠構造部の構成例を第１、第２、および第３の実施形態として説明する。
＜第１実施形態＞
図４は、第１の実施形態に係る光学系および光学系保持部を形成する撮像レンズユニットの構成を示す図である。
図４は、第１の実施形態に係る光学系および光学系保持部を形成する撮像レンズユニットの構成を示す図である。
図４の光学系２１０Ａは、たとえば情報コード読取装置１００に適用した場合に保護部材としても機能する第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、第４レンズ２１４、および第５レンズ２１５を有している。
なお、図示していないが、絞りはたとえば第３レンズ２１３の物体側面の近傍に配置される。
光学系２１０Ａは、物体側から順に、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第２レンズ２１３、第４レンズ２１４、第５レンズ２１５が配置されている。
本実施形態の光学系２１０Ａは、第４レンズ２１４と第５レンズ２１５が接合されている。すなわち、本実施形態の光学系２１０Ａのレンズユニットは、接合レンズを含んで構成されている。
なお、図示していないが、絞りはたとえば第３レンズ２１３の物体側面の近傍に配置される。
光学系２１０Ａは、物体側から順に、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第２レンズ２１３、第４レンズ２１４、第５レンズ２１５が配置されている。
本実施形態の光学系２１０Ａは、第４レンズ２１４と第５レンズ２１５が接合されている。すなわち、本実施形態の光学系２１０Ａのレンズユニットは、接合レンズを含んで構成されている。
また、本実施形態の光学系２１０は、温度変化に対応した光学系として構成されている。
第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第４レンズ２１４、および第５レンズ２１５はガラスにより形成され、第３レンズ２１３は樹脂により形成されている。
そして、ガラスに比べて線膨張が大きく、温度変化に敏感に反応する樹脂レンズのパワーを制御することにより使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができるように構成されている。
第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第４レンズ２１４、および第５レンズ２１５はガラスにより形成され、第３レンズ２１３は樹脂により形成されている。
そして、ガラスに比べて線膨張が大きく、温度変化に敏感に反応する樹脂レンズのパワーを制御することにより使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができるように構成されている。
より具体的には、は樹脂により形成され、樹脂レンズである第３レンズ２１３のパワーはガラスレンズである第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第４レンズ２１４、および第５レンズ２１５のパワーに比べて小さく、かつ、光学系２１０Ａのパワーに比べても小さいようにパワーが設定されている。
さらに、光学系２１０Ａにおいて、レンズを保持する部分（ホルダ、バレル）３１０の線膨張係数が光波面変調素子の線膨張係数と異なる。
好適には、光学系２１０Ａにおいて、レンズを保持する部分（ホルダ、バレル）３１０の線膨張係数が樹脂レンズに比べて小さいように設定されることが望ましい。
このように、レンズ保持部（光学系保持部）３１０と光波面変調機能を有する第３レンズ２１３の線膨張係数が異なるように構成したことにより、温度変化によりずれが生じることがなく、第３レンズ２１３の偏心を抑止することが可能で、光学性能の劣化を抑止し、光学性能を高く維持することができる。
好適には、光学系２１０Ａにおいて、レンズを保持する部分（ホルダ、バレル）３１０の線膨張係数が樹脂レンズに比べて小さいように設定されることが望ましい。
このように、レンズ保持部（光学系保持部）３１０と光波面変調機能を有する第３レンズ２１３の線膨張係数が異なるように構成したことにより、温度変化によりずれが生じることがなく、第３レンズ２１３の偏心を抑止することが可能で、光学性能の劣化を抑止し、光学性能を高く維持することができる。
また、前述したように、本実施形態の光学系２１０Ａは、光波面変調素子をレンズと別に設ける代わりに、たとえば第３レンズ２１３にその機能を併せ持たせている。
第３レンズ２１３の物体側ＯＢＪＳの面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凹状に形成されており、この形状により第３レンズ２１３は、光波面変調素子の機能を有している。
第３レンズ２１３の物体側ＯＢＪＳの面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凹状に形成されており、この形状により第３レンズ２１３は、光波面変調素子の機能を有している。
図５は、樹脂レンズが強い負のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図６は、樹脂レンズが強い正のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図７は、本実施形態の光学系のように、樹脂レンズのパワーを抑えたアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図６は、樹脂レンズが強い正のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図７は、本実施形態の光学系のように、樹脂レンズのパワーを抑えたアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図５および図６に示すように、樹脂レンズが強い負または正のパワーを持ったアナログのスポット像は、常温、高温側、低温側で異なり、十分な性能を確保することができない。
これに対して、本実施形態の光学系２１０Ａは、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、光学系２１０Ａのパワーに比べて小さくなるように各パワーが設定されていることから、図７に示すように、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができる。
これに対して、本実施形態の光学系２１０Ａは、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、光学系２１０Ａのパワーに比べて小さくなるように各パワーが設定されていることから、図７に示すように、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができる。
また、本実施形態においては、光学系保持部（バレル）３１０の光学系２１０Ａの保持構造において、少なくとも光波面変調素子としての第３レンズ２１３の周縁部との当接部が、第３レンズ２１３に対して少なくとも光軸方向であってかつ保持部中心方向に押し圧力を作用させ光波面変調素子としての第３レンズ２１３を所定の位置に保持する押し当て構造を有する。
この押し当て構造は、押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する。この弾性体の弾性定数は、光学系保持部３１０の鏡枠部の弾性定数より低く設定されている。
また、光学系保持部３１０の第３レンズ２１３の周縁部との当接部は光軸方向に対してテーパ状である。
また、光学系保持部３１０と第３レンズ２１３の周縁部との当接部は面接触して形成され、接触面の接触（傾斜）角度θは、次の条件を満足するにように構成されている。
５度＜θ＜光線入射角度
ただし、角度θは光軸方向に垂直な断面を０度とする。
この押し当て構造は、押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する。この弾性体の弾性定数は、光学系保持部３１０の鏡枠部の弾性定数より低く設定されている。
また、光学系保持部３１０の第３レンズ２１３の周縁部との当接部は光軸方向に対してテーパ状である。
また、光学系保持部３１０と第３レンズ２１３の周縁部との当接部は面接触して形成され、接触面の接触（傾斜）角度θは、次の条件を満足するにように構成されている。
５度＜θ＜光線入射角度
ただし、角度θは光軸方向に垂直な断面を０度とする。
まず、傾斜角度θを設定する理由について説明する。
温度変化により、光学系保持部（バレル）３１０の内径が光波面変調素子の外径が小さくなる場合、バレルと光波面変調素子が接していると応力が発生し、コート剥離を引き起こす可能性がある。
そのため、仕様温度範囲内において、光波面変調素子に過度な応力が生じないように、径方向に隙間を持たせた状態であることが望ましい。
しかし、バレルの内径が光波面変調素子の外径に比べて大きくなる場合、バレル内部でレンズが偏心してしまう可能性がある。
それを防止するために、本実施形態のように、光波面変調素子とバレルとの接触面に適切な傾斜角度を持たせた状態で光軸方向に力をかけると、接触面の法線方向に力が作用し、その力は光軸方向と垂直な力と光軸に向かう力に分解され、光波面変調素子の位置が保持される。
これは、第２レンズ２１２等にも適用することが可能である。
温度変化により、光学系保持部（バレル）３１０の内径が光波面変調素子の外径が小さくなる場合、バレルと光波面変調素子が接していると応力が発生し、コート剥離を引き起こす可能性がある。
そのため、仕様温度範囲内において、光波面変調素子に過度な応力が生じないように、径方向に隙間を持たせた状態であることが望ましい。
しかし、バレルの内径が光波面変調素子の外径に比べて大きくなる場合、バレル内部でレンズが偏心してしまう可能性がある。
それを防止するために、本実施形態のように、光波面変調素子とバレルとの接触面に適切な傾斜角度を持たせた状態で光軸方向に力をかけると、接触面の法線方向に力が作用し、その力は光軸方向と垂直な力と光軸に向かう力に分解され、光波面変調素子の位置が保持される。
これは、第２レンズ２１２等にも適用することが可能である。
また、各部材の線膨張率は、以下のように選定することができる。
樹脂は、ＰＣなどレンズに使用する光学グレート樹脂は概ね６〜７×１０−５［／Ｋ］、ガラスレンズでは５０〜１５０×１０−７［／Ｋ］、光学系保持部（バレル）に使用する場合、ベースは含有物により異なり概ね３〜５×１０−５［／Ｋ］である。
樹脂は、ＰＣなどレンズに使用する光学グレート樹脂は概ね６〜７×１０−５［／Ｋ］、ガラスレンズでは５０〜１５０×１０−７［／Ｋ］、光学系保持部（バレル）に使用する場合、ベースは含有物により異なり概ね３〜５×１０−５［／Ｋ］である。
ここで、光学系保持部３１０および押し当て構造を図４に関連付けて具体的に説明する。
光学系保持部３１０は、中央部が貫通した筒状をなし、その内部に第１レンズ２１１を保持する第１保持部３１１、第２レンズ２１２を保持する第２保持部３１２、第３レンズ２１３を保持部する第３保持部３１３、第４レンズ２１４を保持する第４保持部３１４、および第５レンズ２１５を保持する第５保持部３１５が形成されている。
光学系保持部３１０において、第１保持部３１１の内径ｒ１、第２保持部３１２の内径ｒ２、第３保持部３１３の内径ｒ３、第４保持部３１４の内径ｒ４、および第５保持部３１５の内径ｒ５は、次の関係を満足する。
ｒ１＝（≒）ｒ４＝（≒）ｒ５＞ｒ２＝（≒）ｒ３
光学系保持部３１０において、第１保持部３１１の内径ｒ１、第２保持部３１２の内径ｒ２、第３保持部３１３の内径ｒ３、第４保持部３１４の内径ｒ４、および第５保持部３１５の内径ｒ５は、次の関係を満足する。
ｒ１＝（≒）ｒ４＝（≒）ｒ５＞ｒ２＝（≒）ｒ３
また、第１保持部３１１のさらに物体側には内径ｒ１より大きい内径ｒ６，ｒ７を有する第１押え受け部３１６が形成されている。同様に、第５保持部３１５の撮像素子側に内径ｒ４、ｒ５と同様の内径ｒ８を有する第２押え受け部３１７が形成されている。
第１保持部３１１には第１レンズ２１１が嵌め込まれている。第１レンズ２１１の撮像素子（撮像面）側（第２保持部３１２との境界部）の撮像に寄与しない領域には環状のスペーサ３１８が配置されている。
また、第１レンズ２１１の物体側面の撮像に寄与しない周縁部には、第１押え受け部３１６に配置される弾性体３１９が当接し、第１押え受け部３１６のさらに物体側には、レンズ組み込み後に第１レンズ２１１の脱落を防止するための押え還３２０が嵌め込まれる。
また、第１レンズ２１１の物体側面の撮像に寄与しない周縁部には、第１押え受け部３１６に配置される弾性体３１９が当接し、第１押え受け部３１６のさらに物体側には、レンズ組み込み後に第１レンズ２１１の脱落を防止するための押え還３２０が嵌め込まれる。
接合された第４レンズ２１４および第５レンズ２１５は、第５レンズ２１５の外径が第４レンズ２１４の外径より小さく形成されている。
第４レンズ２１４の物体側の撮像に寄与しない周縁部が第３保持部３１３との境界部に当接させて接合レンズである第４保持部３１４に第４レンズ２１４が保持され、第５保持部３１５に第５レンズ２１５が保持されている。
そして、第５レンズ３１５の外周縁部と第５保持部３１５の内壁との間に弾性体３２１が配置され、さらに第２押え受け部３１７に接合された第４レンズ２１４および第５レンズ２１５の脱落を防止するための押え環３２２がねじ込まれる。
第４レンズ２１４の物体側の撮像に寄与しない周縁部が第３保持部３１３との境界部に当接させて接合レンズである第４保持部３１４に第４レンズ２１４が保持され、第５保持部３１５に第５レンズ２１５が保持されている。
そして、第５レンズ３１５の外周縁部と第５保持部３１５の内壁との間に弾性体３２１が配置され、さらに第２押え受け部３１７に接合された第４レンズ２１４および第５レンズ２１５の脱落を防止するための押え環３２２がねじ込まれる。
第２保持部３１２と第３保持部３１３の光軸方向の境界部には、頂部３３１が光学系保持部３１０の光軸に向かって突出するように形成された断面が三角形をなす柱状部３３０が形成されている。
柱状部３３０は、頂部３３１を挟んで光軸方向において物体側の当接部としての第１接触面部３３２と、撮像面側の当接部としての第２接触面部３３３とが形成されている。
柱状部３３０は、頂部３３１を挟んで光軸方向において物体側の当接部としての第１接触面部３３２と、撮像面側の当接部としての第２接触面部３３３とが形成されている。
第１接触面部３３２は、第２保持部３１２に位置するように形成されており、第２保持部３１２の内壁から頂部３３１に向かって所定角度で傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。換言すれば、第１接触面部３３２は、光学系保持部３１０の内壁が物体側から撮像素子側でかつ中心部に向かって傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。
第２接触面部３３３は、第３保持部３１３に位置するように形成されており、頂部３３１から第３保持部３１３の内壁に向かって所定角度で傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。換言すれば、第２接触面部３３３は、光学系保持部３１０の内壁が物体側中心部から撮像素子側外方に向かって傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。
第２保持部３１２に保持される第２レンズ２１２は、撮像に寄与しないコバ領域に第１接触面部３３２と面接触する被接触面部２１２ａが形成されている。
図４に示すように、第２レンズ２１２は撮像素子側に大きな凸状をなすような両凸レンズとして形成され、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第１接触面部３３２と被接触面部２１２ａと当接するようにして第２保持部３１２に保持される。第１接触面部３３２と被接触面部２１２ａと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
図４に示すように、第２レンズ２１２は撮像素子側に大きな凸状をなすような両凸レンズとして形成され、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第１接触面部３３２と被接触面部２１２ａと当接するようにして第２保持部３１２に保持される。第１接触面部３３２と被接触面部２１２ａと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
第３保持部３１３に保持される第３レンズ２１３は、撮像に寄与しない周縁部のコバ領域に第２接触面部３３３と面接触する被接触面部２１３ａが形成されている。
図４に示すように、第３レンズ２１３は物体側に大きな凹状をなすようなレンズとして形成され、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第２接触面部３３３と被接触面部２１３ａと当接するようにして第３保持部３１３に保持される。第２接触面部３３３と被接触面部２１３ａと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
また、第３レンズ３１３の撮像素子側の撮像に寄与しない面領域と第４レンズ３１４の物体側の撮像に寄与しない面領域との間にスペーサ３２３が配置される。
図４に示すように、第３レンズ２１３は物体側に大きな凹状をなすようなレンズとして形成され、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第２接触面部３３３と被接触面部２１３ａと当接するようにして第３保持部３１３に保持される。第２接触面部３３３と被接触面部２１３ａと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
また、第３レンズ３１３の撮像素子側の撮像に寄与しない面領域と第４レンズ３１４の物体側の撮像に寄与しない面領域との間にスペーサ３２３が配置される。
上記のレンズ保持構造において、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第１接触面部３３２と第２レンズ２１２の被接触面部２１２ａと当接した状態では、互いに面に垂直な方向の押し圧力を作用するが、第１接触面部３３２から被接触面部２１２ａに作用する第１押し圧力の方が大きく、この第１押し圧力は物体側でかつ光軸方向に第２レンズ２１２を押圧する。
この第１押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力はスペーサ３１８、第１レンズ２１１を介して弾性体３１９で所定の弾性力をもって受けられる。
このとき、弾性体３１９に対する押し圧力は、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第１接触面部３３２と第２レンズ２１２の被接触面部２１２ａとの摩擦力より大きく、かつ環境温度が変化した場合においても対応可能であるように、熱変形が最大であるときにもレンズに対して摩擦力より大きくな付勢力が加わるような力とする。
これにより、第２レンズ２１２は、安定に第２保持部３１２に保持される。
この第１押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力はスペーサ３１８、第１レンズ２１１を介して弾性体３１９で所定の弾性力をもって受けられる。
このとき、弾性体３１９に対する押し圧力は、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第１接触面部３３２と第２レンズ２１２の被接触面部２１２ａとの摩擦力より大きく、かつ環境温度が変化した場合においても対応可能であるように、熱変形が最大であるときにもレンズに対して摩擦力より大きくな付勢力が加わるような力とする。
これにより、第２レンズ２１２は、安定に第２保持部３１２に保持される。
上記のレンズ保持構造において、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第２接触面部３３３と第３レンズ２１３の被接触面部２１３ａと当接した状態では、互いに面に垂直な方向の押し圧力を作用するが、第２接触面部３３３から被接触面部２１３ａに作用する第２押し圧力の方が大きく、この第２押し圧力は撮像素子側でかつ光軸方向に第３レンズ２１３を押圧する。
この第２押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力はスペーサ３２３、第４レンズ２１４を介して弾性体３２１で所定の弾性力をもって受けられる。
このとき、弾性体３２１に対する押し圧力は、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第２接触面部３３３と第３レンズ２１３の被接触面部２１３ａとの摩擦力より大きく、かつ環境温度が変化した場合においても対応可能であるように、熱変形が最大であるときにもレンズに対して摩擦力より大きくな付勢力が加わるような力とする。
これにより、第３レンズ２１３は、安定に第３保持部３１３に保持される。
この第２押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力はスペーサ３２３、第４レンズ２１４を介して弾性体３２１で所定の弾性力をもって受けられる。
このとき、弾性体３２１に対する押し圧力は、光学系保持部３１０の柱状部３３０の第２接触面部３３３と第３レンズ２１３の被接触面部２１３ａとの摩擦力より大きく、かつ環境温度が変化した場合においても対応可能であるように、熱変形が最大であるときにもレンズに対して摩擦力より大きくな付勢力が加わるような力とする。
これにより、第３レンズ２１３は、安定に第３保持部３１３に保持される。
また、必要となる圧力は、下記式によって表せる。この場合、接触面部から押え受け部までに介在する部材の材質や厚さによって圧力は異なってくる。
ここで、第１接触面部３３２および第２接触面部３３３の傾斜角度θについて考察する。
前述したように、傾斜角度θは、光学系の光軸方向に対して垂直な断面を０度とした場合、５度＜θ＜光線入射角度であることが望ましい。
傾斜角度θの下限値は、光学系保持部（バレル）３１０とレンズの摩擦係数から算出される。すなわち、光軸方向に押し当てる力が接触面部同士の摩擦力より小さいとこれらが当接しながらもずれが生じる。
したがって、温度変化が生じた際のガタにより光軸のずれを生じさせないためには、規定角度以上の傾斜を持ち、接触面部同士が滑る状態とする必要がある。たとえば、摩擦係数が０．１のときθ≧５．７度の条件を満足する必要があり、想定しうる条件の最も摩擦係数が小さい場合で５度以上が必要となる。
なお、摩擦係数をμ、傾斜角度をθ（０度＝光軸と垂直）、レンズを押し当てる力をＦとすると、摩擦力より押し当てる力が強くないとずれが生じるため、次式を満足する必要がある。
傾斜角度θの下限値は、光学系保持部（バレル）３１０とレンズの摩擦係数から算出される。すなわち、光軸方向に押し当てる力が接触面部同士の摩擦力より小さいとこれらが当接しながらもずれが生じる。
したがって、温度変化が生じた際のガタにより光軸のずれを生じさせないためには、規定角度以上の傾斜を持ち、接触面部同士が滑る状態とする必要がある。たとえば、摩擦係数が０．１のときθ≧５．７度の条件を満足する必要があり、想定しうる条件の最も摩擦係数が小さい場合で５度以上が必要となる。
なお、摩擦係数をμ、傾斜角度をθ（０度＝光軸と垂直）、レンズを押し当てる力をＦとすると、摩擦力より押し当てる力が強くないとずれが生じるため、次式を満足する必要がある。
［数３］
Ｆｓｉｎθ＞μ・Ｆｃｏｓθ → ｓｉｎθ＞μ・ｃｏｓθ
Ｆｓｉｎθ＞μ・Ｆｃｏｓθ → ｓｉｎθ＞μ・ｃｏｓθ
したがって、μ＝１としてθ＞５．７となる。
さらに、傾斜角度θの上限は、標準的な撮像光学系における光線の最大入射角度により規定される。
光線入射角度よりも傾斜角度θが大きい（光軸に平行に近づく方向の）場合、入射光線が直接光学系保持部（バレル）３１０の第１接触面部３３２および第２接触面部３３３に当たってしまうため、フレアとなる可能性が高いことから不適である。したがって、最大入射角度より小さいことが要件となり、４５度以内程度になることが好ましい。
上記したように、傾斜角度θを好適は範囲に設定し、弾性体３１８、３２１によって押し圧力を受けることにより、光学系２１０Ａを安定に固定することができる。
光線入射角度よりも傾斜角度θが大きい（光軸に平行に近づく方向の）場合、入射光線が直接光学系保持部（バレル）３１０の第１接触面部３３２および第２接触面部３３３に当たってしまうため、フレアとなる可能性が高いことから不適である。したがって、最大入射角度より小さいことが要件となり、４５度以内程度になることが好ましい。
上記したように、傾斜角度θを好適は範囲に設定し、弾性体３１８、３２１によって押し圧力を受けることにより、光学系２１０Ａを安定に固定することができる。
弾性体３１８，３２１は、押し圧力の受け部（押し当て構造）を形成している。この押し当てとは、常温（通常）時のみならず、光学系保持部（バレル）３１０が伸び、レンズが相対的に変化しない高温状態においても押し当て構造が機能している必要がある。
そこで、弾性体３１８，３２１は、光学系保持部（バレル）３１０の構成材料よりも弾性定数の低い部材で構成され、たとえばゴム、ウレタン等の材質自体がバレルよりも弾性定数が低い樹脂、もしくは金属製の板バネ等の構造的にバレルよりも弾性定数の低い部材（柔らかい部材）などを採用することができる。
弾性定数ｋはＦを力、ｘを変化量としたとき、次式で表せる
そこで、弾性体３１８，３２１は、光学系保持部（バレル）３１０の構成材料よりも弾性定数の低い部材で構成され、たとえばゴム、ウレタン等の材質自体がバレルよりも弾性定数が低い樹脂、もしくは金属製の板バネ等の構造的にバレルよりも弾性定数の低い部材（柔らかい部材）などを採用することができる。
弾性定数ｋはＦを力、ｘを変化量としたとき、次式で表せる
［数４］
ｋ＝Ｆ／ｘ
弾性体３１８，３２１は、光吸収率の高い（光透過率の低い）ように構成することが好ましい。たとえば、弾性体３１８，３２１は、黒色等の光吸収率の高い色に形成することにより、入射光の不要な反射を抑止することができる。
ｋ＝Ｆ／ｘ
弾性体３１８，３２１は、光吸収率の高い（光透過率の低い）ように構成することが好ましい。たとえば、弾性体３１８，３２１は、黒色等の光吸収率の高い色に形成することにより、入射光の不要な反射を抑止することができる。
図８は、第２の実施形態に係る光学系および光学系保持部を形成する撮像レンズユニットの構成を示す図である。
＜第２実施形態＞
図１０の光学系２１０Ｂは、３枚のレンズにより構成した例を示す。
すなわち、第１レンズ２１１Ｂ、第２レンズ２１２Ｂ、および第３レンズ２１３Ｂを有している。
なお、図示していないが、絞りはたとえば第１レンズ２１１Ｂの物体側面の近傍に配置される。
図１０の光学系２１０Ｂは、３枚のレンズにより構成した例を示す。
すなわち、第１レンズ２１１Ｂ、第２レンズ２１２Ｂ、および第３レンズ２１３Ｂを有している。
なお、図示していないが、絞りはたとえば第１レンズ２１１Ｂの物体側面の近傍に配置される。
また、前述したように、本第２の実施形態の光学系２１０Ｂは、光波面変調素子をレンズと別に設ける代わりに、たとえば第１レンズ２１１Ｂにその機能を併せ持たせている。
第１レンズ２１１Ｂの物体側ＯＢＪＳの面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凸状に形成されており、この形状により第１レンズ２１１Ｂは、光波面変調素子の機能を有している。
第２の実施形態の場合、第１レンズ２１１Ｂはガラスレンズにより形成され、第２レンズ２１２Ｂ、第３レンズ２１３Ｂは、ガラスまたは樹脂により形成される。
第１レンズ２１１Ｂの物体側ＯＢＪＳの面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凸状に形成されており、この形状により第１レンズ２１１Ｂは、光波面変調素子の機能を有している。
第２の実施形態の場合、第１レンズ２１１Ｂはガラスレンズにより形成され、第２レンズ２１２Ｂ、第３レンズ２１３Ｂは、ガラスまたは樹脂により形成される。
光学系保持部３１０Ｂは、中央部が貫通した筒状をなし、その内部に第１レンズ２１１Ｂを保持する第１保持部３１１Ｂ、第２レンズ２１２Ｂを保持する第２保持部３１２Ｂ、および第３レンズ２１３Ｂを保持部する第３保持部３１３Ｂが形成されている。
光学系保持部３１０Ｂにおいて、第１保持部３１１Ｂの内径ｒ１Ｂ、第２保持部３１２Ｂの内径ｒ２Ｂ、および第３保持部３１３Ｂの内径ｒ３Ｂは、次の関係を満足する。
ｒ１Ｂ＜ｒ２Ｂ＜ｒ３Ｂ
光学系保持部３１０Ｂにおいて、第１保持部３１１Ｂの内径ｒ１Ｂ、第２保持部３１２Ｂの内径ｒ２Ｂ、および第３保持部３１３Ｂの内径ｒ３Ｂは、次の関係を満足する。
ｒ１Ｂ＜ｒ２Ｂ＜ｒ３Ｂ
第１保持部３１１Ｂには、第１レンズ２１１Ｂとの当接部としての接触面部３１１ａが形成されている。接触面部３１１ａは、中央部の物体側端部から第１保持部３１１Ｂの内壁に向かって所定角度で傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。換言すれば、接触面部３１１ａは、光学系保持部３１０Ｂの内壁が物体側中心部から撮像素子側外方に向かって傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。
第１保持部３１１Ｂに保持される第１レンズ２１１Ｂは、撮像に寄与しない周縁部の物体側のコバ領域に接触面部３１１ａと面接触する被接触面部２１１ａが形成されている。
図８に示すように、第１レンズ２１１Ｂは物体側に大きな凸状をなすようなレンズとして形成され、光学系保持部３１０Ｂの接触面部３１１ａと被接触面部２１１ａと当接するようにして第１保持部３１１Ｂに保持される。接触面部３１１ａと被接触面部２１１ａと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
図８に示すように、第１レンズ２１１Ｂは物体側に大きな凸状をなすようなレンズとして形成され、光学系保持部３１０Ｂの接触面部３１１ａと被接触面部２１１ａと当接するようにして第１保持部３１１Ｂに保持される。接触面部３１１ａと被接触面部２１１ａと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
第２保持部３１２Ｂには第２レンズ２１２Ｂが保持され、第３保持部３１３Ｂに第３レンズ２１３Ｂが保持される。
そして、第３レンズ２１３Ｂの外周縁部の撮像に寄与しない領域に弾性体３２４が配置され、レンズ組み込み後に第３レンズ２１３Ｂの脱落を防止するための押え還３２５が嵌め込まれる。
そして、第３レンズ２１３Ｂの外周縁部の撮像に寄与しない領域に弾性体３２４が配置され、レンズ組み込み後に第３レンズ２１３Ｂの脱落を防止するための押え還３２５が嵌め込まれる。
上記のレンズ保持構造において、光学系保持部３１０Ｂの第１保持部３１１Ｂで接触面部３１１ａと第１レンズ２１１Ｂの被接触面部２１１ａと当接した状態では、互いに面に垂直な方向の押し圧力を作用するが、接触面部３１１ａから被接触面部２１１ａに作用する押し圧力の方が大きく、この押し圧力は撮像素子側でかつ光軸方向に第１レンズ２１１Ｂの押し圧する。
この押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力は第２レンズ２１２Ｂ、第３レンズ２１３Ｂを介して弾性体３２４で所定の弾性力をもって受けられる。
これにより、第１レンズ２１１Ｂは、安定に第１保持部３１１Ｂに保持される。
このとき、弾性体３２４に対する押し圧力は、第１の実施形態と同様の原理に基づいて設定される。したがって、ここでは傾斜角度θおよび弾性体についての説明は省略する。
この押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力は第２レンズ２１２Ｂ、第３レンズ２１３Ｂを介して弾性体３２４で所定の弾性力をもって受けられる。
これにより、第１レンズ２１１Ｂは、安定に第１保持部３１１Ｂに保持される。
このとき、弾性体３２４に対する押し圧力は、第１の実施形態と同様の原理に基づいて設定される。したがって、ここでは傾斜角度θおよび弾性体についての説明は省略する。
＜第３実施形態＞
図９は、第３の実施形態に係る光学系および光学系保持部を形成する撮像レンズユニットの構成を示す図である。
図９は、第３の実施形態に係る光学系および光学系保持部を形成する撮像レンズユニットの構成を示す図である。
図９の光学系２１０Ｃは、２枚のレンズにより構成した例を示す。
すなわち、第１レンズ２１１Ｃ、および第２レンズ２１２Ｃを有している。
なお、図示していないが、絞りはたとえば第１レンズ２１１Ｃの物体側面の近傍に配置される。
すなわち、第１レンズ２１１Ｃ、および第２レンズ２１２Ｃを有している。
なお、図示していないが、絞りはたとえば第１レンズ２１１Ｃの物体側面の近傍に配置される。
また、前述したように、本第３の実施形態の光学系２１０Ｃは、光波面変調素子をレンズと別に設ける代わりに、たとえば第１レンズ２１１Ｃにその機能を併せ持たせている。
第１レンズ２１１Ｃの物体側ＯＢＪＳの面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凸状に形成されており、この形状により第１レンズ２１１Ｃは、光波面変調素子の機能を有している。
第３の実施形態の場合、第１レンズ２１１Ｃはガラスレンズにより形成され、第２レンズ２１２Ｃは、ガラスまたは樹脂により形成される。
第１レンズ２１１Ｃの物体側ＯＢＪＳの面の光軸を中心とした中央部が所定の曲率を持たせて凸状に形成されており、この形状により第１レンズ２１１Ｃは、光波面変調素子の機能を有している。
第３の実施形態の場合、第１レンズ２１１Ｃはガラスレンズにより形成され、第２レンズ２１２Ｃは、ガラスまたは樹脂により形成される。
光学系保持部３１０Ｃは、中央部が貫通した筒状をなし、その内部に第１レンズ２１１Ｃを保持する第１保持部３１１Ｃ、および第２レンズ２１２Ｃを保持する第２保持部３１２Ｃが形成されている。
光学系保持部３１０Ｃにおいて、第１保持部３１１Ｃの内径ｒ１Ｃ、および第２保持部３１２Ｃの内径ｒ２Ｃは、次の関係を満足する。
ｒ１Ｃ＜ｒ２Ｃ
光学系保持部３１０Ｃにおいて、第１保持部３１１Ｃの内径ｒ１Ｃ、および第２保持部３１２Ｃの内径ｒ２Ｃは、次の関係を満足する。
ｒ１Ｃ＜ｒ２Ｃ
第１保持部３１１Ｃには、傾斜角度θの傾斜部３１１ｂが形成され、この傾斜部３１１ｂに第１レンズ２１１Ｃとの当接部としての接触球面部３１１ｃが形成されている。
傾斜部３１１ｂは、中央部の物体側端部から第１保持部３１１Ｃの内壁に向かって所定角度で傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。換言すれば、傾斜部３１１ｂは、光学系保持部３１０Ｃの内壁が物体側中心部から撮像素子側外方に向かって傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。
そして、傾斜部３１１ｂには第１レンズ２１１Ｃとして点接触するように先端部が球面状に形成された接触球面部３１１ｃが形成されている。
傾斜部３１１ｂは、中央部の物体側端部から第１保持部３１１Ｃの内壁に向かって所定角度で傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。換言すれば、傾斜部３１１ｂは、光学系保持部３１０Ｃの内壁が物体側中心部から撮像素子側外方に向かって傾斜する角度θのテーパ状の傾斜面として形成されている。
そして、傾斜部３１１ｂには第１レンズ２１１Ｃとして点接触するように先端部が球面状に形成された接触球面部３１１ｃが形成されている。
第１保持部３１１Ｃに保持される第１レンズ２１１Ｃは、撮像に寄与しない周縁部の物体側のコバ領域に接触球面部３１１ｃと点接触する被接触面部２１１ｃが形成されている。
図９に示すように、第１レンズ２１１Ｃは物体側に大きな凸状をなすようなレンズとして形成され、光学系保持部３１０Ｃの接触球面部３１１ｃと被接触面部２１１ｃと当接するようにして第１保持部３１１Ｃに保持される。接触球面部３１１ｃと被接触面部２１１ｃと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
図９に示すように、第１レンズ２１１Ｃは物体側に大きな凸状をなすようなレンズとして形成され、光学系保持部３１０Ｃの接触球面部３１１ｃと被接触面部２１１ｃと当接するようにして第１保持部３１１Ｃに保持される。接触球面部３１１ｃと被接触面部２１１ｃと当接する構造は、位置決め機構としての機能も有する。
第２保持部３１２Ｃには第２レンズ２１２Ｃが保持されるが、第１レンズ２１１Ｃの撮像素子側の撮像に寄与しない領域との間に第１保持部３１１Ｃの傾斜部３１１ｂと略同方向、同角度で傾斜する傾斜部３２６ａが形成された楔状のスペーサ３２６が配置されている。
第２保持部３１２Ｃに保持される第２レンズ２１２Ｃは、撮像に寄与しない周縁部の領域は、スペーサ３２６の傾斜部３２６ａと略平行に対向する傾斜部２１２ｂが形成され、この傾斜部２１２ｂにはスペーサ３２６の傾斜部３２６ａと点接触する接触球面部２１２ｃが形成されている。
第２レンズ３１２Ｃは、スペーサ３２６の傾斜部３２６ａに接触球面部２１１ｃが当接するようにして第２保持部３１２Ｃに保持される。
そして、第２レンズ２１２Ｃの外周縁部の撮像に寄与しない領域に弾性体３２７が配置され、レンズ組み込み後に第２レンズ２１２Ｃの脱落を防止するための押え還３２８が嵌め込まれる。
第２レンズ３１２Ｃは、スペーサ３２６の傾斜部３２６ａに接触球面部２１１ｃが当接するようにして第２保持部３１２Ｃに保持される。
そして、第２レンズ２１２Ｃの外周縁部の撮像に寄与しない領域に弾性体３２７が配置され、レンズ組み込み後に第２レンズ２１２Ｃの脱落を防止するための押え還３２８が嵌め込まれる。
上記のレンズ保持構造において、光学系保持部３１０Ｃの第１保持部３１１Ｃで接触球面部３１１ｃと第１レンズ２１１Ｃの被接触面部２１１ｃと当接した状態では、互いに面に垂直な方向の押し圧力を作用するが、接触球面部３１１ａから被接触面部２１１ｃに作用する押し圧力の方が大きく、この押し圧力は撮像素子側でかつ光軸方向に第１レンズ２１１Ｃを押圧する。
この押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力は第２レンズ２１２Ｃを介して弾性体３２７で所定の弾性力をもって受けられる。
これにより、第１レンズ２１１Ｃは、安定に第１保持部３１１Ｃに保持される。
このとき、弾性体３２７に対する押し圧力は、第１の実施形態と同様の原理に基づいて設定される。したがって、ここでは傾斜角度θおよび弾性体についての説明は省略する。
この押し圧力は、光軸に垂直な方向の力と平行な方向の力に分解することができるが、これらのうち少なくとも光軸に平行な力は第２レンズ２１２Ｃを介して弾性体３２７で所定の弾性力をもって受けられる。
これにより、第１レンズ２１１Ｃは、安定に第１保持部３１１Ｃに保持される。
このとき、弾性体３２７に対する押し圧力は、第１の実施形態と同様の原理に基づいて設定される。したがって、ここでは傾斜角度θおよび弾性体についての説明は省略する。
次に、光学系２１０のレンズおよび撮像素子２２０を保持するいわゆる鏡枠構造部の構成例を第４および第５の実施形態として説明する。
なお、光学系保持部３１０の構造はたとえば上述した第１〜第３の実施形態の場合と同様に形成されるが、以下の説明ではその具体的な説明は省略し、符号としては３１０Ｄを用い、参照図面においてはその記載も省略する。
なお、光学系保持部３１０の構造はたとえば上述した第１〜第３の実施形態の場合と同様に形成されるが、以下の説明ではその具体的な説明は省略し、符号としては３１０Ｄを用い、参照図面においてはその記載も省略する。
＜第４実施形態＞
本第４の実施形態におけるいわゆる鏡枠構造部３００Ｄは、基本的に、図１０および図１１に示すように、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０とが別個に構成され、これらの光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０は中間部材３５０によって介して固定されており、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の線膨張係数が異なる。
さらにこの線膨張係数による影響は光学系保持部３１０Ｄの係数が撮像素子保持部３４０の係数に比べて大きく、この係数を制御することによりバックフォーカス位置ズレを緩和し使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができるように構成することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。
光学系保持部３１０Ｄは、たとえば樹脂により形成される。
本第４の実施形態におけるいわゆる鏡枠構造部３００Ｄは、基本的に、図１０および図１１に示すように、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０とが別個に構成され、これらの光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０は中間部材３５０によって介して固定されており、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の線膨張係数が異なる。
さらにこの線膨張係数による影響は光学系保持部３１０Ｄの係数が撮像素子保持部３４０の係数に比べて大きく、この係数を制御することによりバックフォーカス位置ズレを緩和し使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができるように構成することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。
光学系保持部３１０Ｄは、たとえば樹脂により形成される。
撮像素子保持部３４０は、光学系保持部３１０Ｄの外径より大きい外径を有する円筒状に形成され、中央部が軸方向に開口され、底面側（第１面側）３４１に撮像素子２２０が固定されている。
また、撮像素子保持部３４０の上面側（物体側面）３４２には中間部材３５０の一端部３５１が接着剤等により固定されている。
撮像素子保持部３４０は、たとえば樹脂により形成される。
また、撮像素子保持部３４０の上面側（物体側面）３４２には中間部材３５０の一端部３５１が接着剤等により固定されている。
撮像素子保持部３４０は、たとえば樹脂により形成される。
中間部材３５０は、光学系保持部３１０Ｄの外径より大きな内径を有する円筒状に形成され、その内壁３５１の一端部には円周上に、光学系保持部３１０Ｄを固定する際に注入される接着剤３６０の溜り部３５２が形成されている。
また、中間部材３５０の他端部は、内側に延びるように鍔部３５３が形成されており、この鍔部３５３の外側面（底面）が撮像素子保持部３４０の上面側３４２と当接するようにして固定されている。
この中間部材３５０は、線膨張係数が小さい金属材料、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成される。
また、中間部材３５０の他端部は、内側に延びるように鍔部３５３が形成されており、この鍔部３５３の外側面（底面）が撮像素子保持部３４０の上面側３４２と当接するようにして固定されている。
この中間部材３５０は、線膨張係数が小さい金属材料、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成される。
このように、本第４の実施形態の鏡枠構造部３００Ｄにおいては、撮像素子保持部３４０と光学系保持部３１０Ｄは固定し光学系は固定焦点となっており、光学系保持部３１０Ｄの材質と撮像素子保持部３４０の材質の線膨張係数を異ならせることで駆動機構を持たずに温度変化によるバックフォーカスの位置変動を緩和できる機構をもつようになる。
中間部材３５０の線膨張係数を光学系保持部３１０Ｄおよび撮像素子保持部３４０の線膨張係数に比べて小さくすることで、たとえば温度によるレンズ系のバックフォーカス位置変動が小さく、バックフォーカスが十分に長い光学系に対し、鏡枠構造部３００Ｄの各レンズの相対的な位置変動量を抑えることができる。
また、本第４の実施形態においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が負であるとき、最終レンズ（図４の例では第５レンズ２１５）の撮像素子２２０側の面と撮像素子２２０の間隔が常温より高温で短くなり、低温で長くなるように構成される。
また、本第４の実施形態においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最終レンズの撮像素子２２０側の面と撮像素子の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように構成される。
また、中間部材３５０と光学系保持部３１０Ｄは、光学系保持部３１０Ｄの軸方向における中央部より物体側で固定されている。
このように、本第４の実施形態においては、レンズ設計の時点で樹脂レンズのパワーを抑えることで温度による樹脂レンズの変動を抑え、さらに光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０が別である構成を有し、両部材の線膨張係数を変えることで温度によるバックフォーカス変動の性能劣化を抑えるように構成される。
ここで、撮像素子保持部３４０と光学系保持部３１０Ｄの材質を変えた温度考慮設計について説明する。
温度を考慮しない設計を行うと、高温で枠は樹脂にした場合一方的にバックはのびてしまう。
さらに、レンズ部分は高温になると屈折率は小さくなるため、特に影響力のある樹脂レンズが負のパワーをもつ場合、レンズパワーが弱くなりバックは短い方にシフトしてしまう。つまり鏡枠とレンズが悪い方向に温度変化してしまうことになる。
そのため、撮像素子保持部３４０が樹脂の場合、レンズ系のプラスチックレンズは正のパワーであることが好ましい。
図１０に示す実例では、樹脂レンズが負の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると
＜１＞：撮像素子保持部３４０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞：アルミニウムにより形成される中間部材３５０は樹脂に比べて線膨張が小さいため撮像素子保持部３４０との受けを基準に小さくバックが伸びる。
＜３＞：光学系保持部３１０Ｄは樹脂で形成されていて接着位置を基準に撮像素子側に大きく伸びる。
以上のことから、鏡枠構造部３００Ｄの部品材料の異なる線膨張係数の組み合わせで高温でも鏡枠によってレンズ最終面から撮像素子面までの間隔は短くすることができ、温度によるバックフォーカス変動を抑えることができる。
さらに、レンズ部分は高温になると屈折率は小さくなるため、特に影響力のある樹脂レンズが負のパワーをもつ場合、レンズパワーが弱くなりバックは短い方にシフトしてしまう。つまり鏡枠とレンズが悪い方向に温度変化してしまうことになる。
そのため、撮像素子保持部３４０が樹脂の場合、レンズ系のプラスチックレンズは正のパワーであることが好ましい。
図１０に示す実例では、樹脂レンズが負の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると
＜１＞：撮像素子保持部３４０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞：アルミニウムにより形成される中間部材３５０は樹脂に比べて線膨張が小さいため撮像素子保持部３４０との受けを基準に小さくバックが伸びる。
＜３＞：光学系保持部３１０Ｄは樹脂で形成されていて接着位置を基準に撮像素子側に大きく伸びる。
以上のことから、鏡枠構造部３００Ｄの部品材料の異なる線膨張係数の組み合わせで高温でも鏡枠によってレンズ最終面から撮像素子面までの間隔は短くすることができ、温度によるバックフォーカス変動を抑えることができる。
逆に、樹脂レンズのパワーが正となった場合、高温でレンズパワーが弱くなりバックは長い方にシフトしてしまう。
そのため、鏡枠の膨張により最終レンズの撮像素子面側から撮像素子２２０面までの間隔は高温で長くなるようにシフトするのが好ましい。
図１１に示す実例では、樹脂レンズのパワーが正の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると、
＜１＞：撮像素子保持部３４０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞レンズのバック変動にリンクするように光学系保持部３１０Ｄの線膨張を調整して、高温でもバックフォーカスが変動しないようにする。
以上のことから鏡枠部品材料の異なる線膨張係数の組み合わせで高温で伸びるレンズ最終面から撮像素子面までの間隔を適正にして温度によるバックフォーカス変動を抑えることができる。
そのため、鏡枠の膨張により最終レンズの撮像素子面側から撮像素子２２０面までの間隔は高温で長くなるようにシフトするのが好ましい。
図１１に示す実例では、樹脂レンズのパワーが正の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると、
＜１＞：撮像素子保持部３４０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞レンズのバック変動にリンクするように光学系保持部３１０Ｄの線膨張を調整して、高温でもバックフォーカスが変動しないようにする。
以上のことから鏡枠部品材料の異なる線膨張係数の組み合わせで高温で伸びるレンズ最終面から撮像素子面までの間隔を適正にして温度によるバックフォーカス変動を抑えることができる。
なお、図１０および図１１の構成において、光学系保持部３１０Ｄの樹脂は、たとえば、PCGF２０（線膨張係数0.000065)を想定している。この光学系保持部３１０Ｄについては、たとえば樹脂にガラスを含有させて線膨張係数を制御することが好ましい。
なお、本第４の実施形態においては、紫外線を照射することにより硬化する接着剤３６０を用いる。このような接着剤を用いることにより、レンズ保持部（バレル）を自由に調整した後に（たとえば、光軸と非平行方向にも調整した後に）固定することができるようになる。
なお、本固着は、レンズ保持部（バレル）または中間部材に凸部、反対側に凹部を設けるように構成し、その部分をはめ込むようにして固着してもよい。このような機構的な固着方法により、接着剤を用いた場合に生じるおそれがある経時変化の影響を抑えることができる。
なお、本固着は、レンズ保持部（バレル）または中間部材に凸部、反対側に凹部を設けるように構成し、その部分をはめ込むようにして固着してもよい。このような機構的な固着方法により、接着剤を用いた場合に生じるおそれがある経時変化の影響を抑えることができる。
＜第５実施形態＞
本第５の実施形態における鏡枠構造部３００Ｅ，３００Ｆは、基本的に、図１２、図１３、および図１４に示すように、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０とが別個に構成され、これらの光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０は中間部材３５０によって介して固定されており、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置が中間部材３５０により調整できるように構成されている。この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。
本第５の実施形態における鏡枠構造部３００Ｅ，３００Ｆは、基本的に、図１２、図１３、および図１４に示すように、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０とが別個に構成され、これらの光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０は中間部材３５０によって介して固定されており、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置が中間部材３５０により調整できるように構成されている。この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。
撮像素子保持部３４０は、光学系保持部３１０Ｄの外径より大きい外径を有する円筒状に形成され、中央部が軸方向に開口され、底面側（第１面側）３４１に撮像素子２２０が固定されている。
また、撮像素子保持部３４０の上面側（物体側面）３４２には中間部材３５０の一端部が接着剤等により固定されている。
撮像素子保持部３４０は、たとえば樹脂により形成される。
また、撮像素子保持部３４０の上面側（物体側面）３４２には中間部材３５０の一端部が接着剤等により固定されている。
撮像素子保持部３４０は、たとえば樹脂により形成される。
中間部材３５０は、光学系保持部３１０Ｄの外径より大きな内径を有する円筒状に形成され、その側壁３５１には、軸方向に所定間隔をおいて複数（本実施形態では３）の貫通孔からなる固定部３５２〜３５４が形成されている。固定部３５２〜３５４は、円周上に所定間隔をおいて複数個ずつ形成される。
また、中間部材３５０の他端部は、内側に延びるように鍔部３５５が形成されており、この鍔部３５５の外側面（底面）が撮像素子保持部３４０の上面側３４２と当接するようにして固定されている。
この中間部材３５０は、たとえば樹脂あるいは金属、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成される。
また、中間部材３５０の他端部は、内側に延びるように鍔部３５５が形成されており、この鍔部３５５の外側面（底面）が撮像素子保持部３４０の上面側３４２と当接するようにして固定されている。
この中間部材３５０は、たとえば樹脂あるいは金属、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成される。
このように、本第５の実施形態の鏡枠構造部３００Ｅ，３００Ｆにおいては、撮像素子保持部３４０と光学系保持部３１０Ｄは固定し光学系は固定焦点となっており、駆動機構を持たずに温度変化によるバックフォーカスの位置変動を緩和できる機構をもつ。
また、常温でのバックフォーカスは変化させずに、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置を可変にすることによってレンズユニットを高温から低温まで対応できる機構を有する。
また、本第５の実施形態においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が負であるとき、最終レンズ（図４の例では第５レンズ２１５）の撮像素子２２０側の面と撮像素子２２０の間隔が常温より高温で短くなり、低温で長くなるように構成される。
また、本第５の実施形態においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最終レンズの撮像素子２２０側の面と撮像素子の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように構成される。
このように、本第５の実施形態においては、レンズ設計の時点で樹脂レンズのパワーを抑えることで温度による樹脂レンズの変動を抑え、さらに光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０が別である構成を有し、中間部材３５０による光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置を可変にすることによって温度によるバックフォーカス変動の性能劣化を抑えるように構成される。
ここで、撮像素子保持部３４０と光学系保持部３１０Ｄの固定位置を変えた温度考慮設計について説明する。
たとえば、図１２のように固定位置を３箇所調整できる鏡枠構造部３００Ｅ，３００Ｆの機構で、レンズの設計としては＜２＞（固定部３５３）の位置で常温からある温度までの温度領域で性能確保できるものだったとする。高温になったとしても固定位置を基準に適度にレンズ最終面と撮像素子面の距離が短くなる。ただし樹脂レンズのパワーの合算が強い正になるレンズとなった場合、高温では鏡枠としてバックは伸びて、レンズとしては正のパワーが弱くなり長いバックフォーカスとなる。その場合、図１３に示すように、＜３＞（固定部３５４）の位置に固定することが好ましい。
＜３＞の位置に固定すればレンズ最終面と撮像素子までの面の間隔は相殺されない。
＜３＞の位置に固定すればレンズ最終面と撮像素子までの面の間隔は相殺されない。
樹脂レンズのパワーの合算が強い負になるレンズとなった場合、高温では鏡枠としてバックは伸びて、レンズとしては負のパワーが弱くなり短いバックフォーカスとなる。
その場合、図１４に示すように、＜１＞（固定部３５２）の位置に固定することが好ましい。＜１＞の位置に固定すればレンズ最終面と撮像素子２２０までの面の間隔は相殺されてさらに短くすることができる。
その場合、図１４に示すように、＜１＞（固定部３５２）の位置に固定することが好ましい。＜１＞の位置に固定すればレンズ最終面と撮像素子２２０までの面の間隔は相殺されてさらに短くすることができる。
なお、図１２の構成において、光学系保持部３１０Ｄの樹脂は、たとえば、PCGF２０（線膨張係数0.000065)を想定している。この光学系保持部３１０Ｄについては、たとえば樹脂にガラスを含有させて線膨張係数を制御するとともに、固定位置を可変することが好ましい。
なお、本第５の実施形態においては、紫外線を照射することにより硬化する接着剤による固定法を用いることも可能であり、また、ねじによる固定方法を用いることも可能である。
接着剤による固定法を用いる場合は、光学系保持部（バレル）３１０Ｄを自由に調整した後に（たとえば、光軸と非平行方向にも調整した後に）固定することができ、ねじによる固定方法を用いる場合は、接着剤を用いた場合に生じるおそれがある経時変換の影響を抑えることができる。
接着剤による固定法を用いる場合は、光学系保持部（バレル）３１０Ｄを自由に調整した後に（たとえば、光軸と非平行方向にも調整した後に）固定することができ、ねじによる固定方法を用いる場合は、接着剤を用いた場合に生じるおそれがある経時変換の影響を抑えることができる。
以上のような構成を有するレンズおよび撮像素子は、基本的に図１５に示すような手順に従って組み立てられ製造される。
＜第１ステップＳＴ３０１＞
ガラスと樹脂のレンズを含む光学系の各レンズを光学系保持部３１０Ｄにセットする。たとえば本第１の実施形態においては、物体側から、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、第４レンズ２１４、および第５レンズ２１５を順となるように光学系保持部３１０Ｄに配置する。
ガラスと樹脂のレンズを含む光学系の各レンズを光学系保持部３１０Ｄにセットする。たとえば本第１の実施形態においては、物体側から、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、第４レンズ２１４、および第５レンズ２１５を順となるように光学系保持部３１０Ｄに配置する。
＜第２ステップＳＴ３０２＞
撮像素子２２０を撮像素子保持部３４０にセットする。
なお、第１ステップとＳＴ３０１と第２ステップＳＴ３０２の順番がいずれが先であっても後であってもよい。
撮像素子２２０を撮像素子保持部３４０にセットする。
なお、第１ステップとＳＴ３０１と第２ステップＳＴ３０２の順番がいずれが先であっても後であってもよい。
＜第３ステップＳＴ３０３＞
最も撮像素子側に配置される最終レンズである第５レンズ２１５の撮像素子側の面と撮像素子２２０の受光面とを対向させる。
最も撮像素子側に配置される最終レンズである第５レンズ２１５の撮像素子側の面と撮像素子２２０の受光面とを対向させる。
＜第４ステップＳＴ３０４＞
温度変化に伴うバックフォーカスの位置の変動を相対的に吸収可能な位置に、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０を選択的に固定する。
本実施形態においては、中間部材３５０を用いて固定する。
温度変化に伴うバックフォーカスの位置の変動を相対的に吸収可能な位置に、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０を選択的に固定する。
本実施形態においては、中間部材３５０を用いて固定する。
なお、上述したステップＳＴ３０３の処理は、図１２から図１４に示す本発明の第５の実施形態に関連付けた処理であるが、図１０および図１１に示す本発明の第４の実施形態に関連付けた処理としては、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置もしくは材料（線膨張係数）の選択によって温度変化に伴うバックフォーカスの位置の変動を相対的に吸収可能に固定するようにしてもよい。
第４ステップＳＴ３０４においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が負であるとき、最も撮像素子側に配置される最終レンズ（第５レンズ２１５）の撮像素子側の面と撮像素子２２０の間隔が常温より高温で短くなり、低温で長くなるように光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０を選択的に固定する。
あるいは、第４ステップＳＴ３０４においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最も撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面と撮像素子２２０の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０を選択的に固定する。
あるいは、第４ステップＳＴ３０４においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最も撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面と撮像素子２２０の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０を選択的に固定する。
以下、本実施形態の光学系、画像処理装置の構成および機能について具体的には説明する。
次に、画像処理装置２４０のフィルタ処理について説明する。
本実施形態においては、光学系２１０により収束される光束を規則正しく分散する光学レンズである。この位相板を挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を実現する。
換言すれば、光学系２１０によって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成している。
前述したように、この規則的に分散した画像をデジタル処理により、光学系２１０を移動させずにピントの合った画像に復元する手段を波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理を画像処理装置２４０において行う。
本実施形態においては、光学系２１０により収束される光束を規則正しく分散する光学レンズである。この位相板を挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を実現する。
換言すれば、光学系２１０によって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成している。
前述したように、この規則的に分散した画像をデジタル処理により、光学系２１０を移動させずにピントの合った画像に復元する手段を波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理を画像処理装置２４０において行う。
ここで、ＤＥＯＳの基本原理について説明する。
図１６に示すように、被写体の画像ｆがＤＥＯＳ光学系Ｈに入ることにより、ｇ画像が生成される。
これは、次のような式で表される。
図１６に示すように、被写体の画像ｆがＤＥＯＳ光学系Ｈに入ることにより、ｇ画像が生成される。
これは、次のような式で表される。
（数５）
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。
生成された画像から被写体を求めるためには、次の処理を要する。
（数６）
ｆ＝Ｈ-１＊ｇ
ｆ＝Ｈ-１＊ｇ
ここで、Ｈに関するカーネルサイズと演算係数について説明する。
ズームポジションをＺＰｎ，ＺＰｎ−１・・・とする。また、それぞれのＨ関数をＨｎ，Ｈｎ−１、・・・・とする。
各々のスポット像が異なるため、各々のＨ関数は、次のようになる。
ズームポジションをＺＰｎ，ＺＰｎ−１・・・とする。また、それぞれのＨ関数をＨｎ，Ｈｎ−１、・・・・とする。
各々のスポット像が異なるため、各々のＨ関数は、次のようになる。
この行列の行数および／または列数の違いをカーネルサイズ、各々の数字を演算係数とする。
ここで、各々のＨ関数はメモリに格納しておいても構わないし、ＰＳＦを物体距離の関数としておき、物体距離によって計算し、Ｈ関数を算出することによって任意の物体距離に対して最適なフィルタを作るように設定できるようにしても構わない。また、Ｈ関数を物体距離の関数として、物体距離によってＨ関数を直接求めても構わない。
ここで、各々のＨ関数はメモリに格納しておいても構わないし、ＰＳＦを物体距離の関数としておき、物体距離によって計算し、Ｈ関数を算出することによって任意の物体距離に対して最適なフィルタを作るように設定できるようにしても構わない。また、Ｈ関数を物体距離の関数として、物体距離によってＨ関数を直接求めても構わない。
本実施形態においては、図３に示すように、光学系２１０からの像を撮像素子２２０で受像して、絞り開放時には画像処理装置２４０に入力させ、光学系に応じた変換係数を取得して、取得した変換係数をもって撮像素子２２０からの分散画像信号より分散のない画像信号を生成するように構成している。
本実施形態においては、ＤＥＯＳを採用し、高精細な画質を得ることが可能で、しかも、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることが可能となっている。
図１７は、本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、下記式で表される波面収差の形状である。
波面収差が０．５λ以下の範囲では位相の変化が小さく、通常の光学系と変わらないＯＴＦを持つ。したがって波面収差が０．５λ程度になるまで絞って取り付け位置の調整を行う。
図１８は、前記波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表したものである。
ただし、λはたとえば可視光領域、赤外領域の波長を用いる。
図１８は、前記波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表したものである。
ただし、λはたとえば可視光領域、赤外領域の波長を用いる。
なお、図１７に示す形状は、一例であって、光波面変調素子が、光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表されるものであれば適用可能である。
画像処理装置２４０は、上述したように、撮像素子２２０による１次画像ＦＩＭを受けて、フィルタによるコンボリューション処理によって被写界深度を拡張する処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する。
画像処理装置２４０の構成および処理について説明する。
画像処理装置２４０は、図３に示すように、生（ＲＡＷ）バッファメモリ２４１、２次元コンボリューション演算器２４２、記憶手段としてのカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３、およびコンボリューション制御部２４４を有する。
コンボリューション制御部２４４は、コンボリューション処理のオンオフ、画面サイズ、カーネルデータの入れ替え等の制御を行い、制御装置２９０により制御される。
また、カーネルデータ格納ＲＯＭ２４３には、図１９、図２０、または図２１に示すように予め用意されたそれぞれの光学系の点像強度分布（ＰＳＦ）により算出されたコンボリューション用のカーネルデータが格納されており、制御装置２９０によって露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
なお、露出情報には、絞り情報が含まれる。
なお、露出情報には、絞り情報が含まれる。
図１９の例では、カーネルデータＡは光学倍率（×１．５）、カーネルデータＢは光学倍率（×５）、カーネルデータＣは光学倍率（×１０）に対応したデータとなっている。
また、図２０の例では、カーネルデータＡは絞り情報としてのＦナンバ（２．８）、カーネルデータＢはＦナンバ（４）に対応したデータとなっている。なお、Ｆナンバ（２．８）、Ｆナンバ（４）は上記した０．５λの範囲外である。
また、図２１の例では、カーネルデータＡは物体距離情報が１００ｍｍ、カーネルデータＢは物体距離が５００ｍｍ、カーネルデータＣは物体距離が４ｍに対応したデータとなっている。
図２２は、制御装置２９０の露出情報（絞り情報を含む）により切り替え処理のフローチャートである。
まず、露出情報（ＲＰ）が検出されコンボリューション制御部２４４に供給される（ＳＴ１０１）。
コンボリューション制御部２４４においては、露出情報ＲＰから、カーネルサイズ、数値演係数がレジスタにセットされる（ＳＴ１０２）。
そして、撮像素子２２０で撮像され、ＡＦＥ２３０を介して２次元コンボリューション演算部２４２に入力された画像データに対して、レジスタに格納されたデータに基づいてコンボリューション演算が行われ、演算され変換されたデータがカメラ信号処理部２５０に転送される（ＳＴ１０３）。
まず、露出情報（ＲＰ）が検出されコンボリューション制御部２４４に供給される（ＳＴ１０１）。
コンボリューション制御部２４４においては、露出情報ＲＰから、カーネルサイズ、数値演係数がレジスタにセットされる（ＳＴ１０２）。
そして、撮像素子２２０で撮像され、ＡＦＥ２３０を介して２次元コンボリューション演算部２４２に入力された画像データに対して、レジスタに格納されたデータに基づいてコンボリューション演算が行われ、演算され変換されたデータがカメラ信号処理部２５０に転送される（ＳＴ１０３）。
以下に画像処理装置２４０の信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについてさらに具体的な例について説明する。
図２３は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２３の例は露出情報に応じたフィルタカーネルを予め用意した場合のブロック図である。
図２３の例は露出情報に応じたフィルタカーネルを予め用意した場合のブロック図である。
露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。２次元コンボリューション演算部２４２においては、カーネルデータを用いてコンボリューション処理を施す。
図２４は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第２の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２４の例は、信号処理部の最初にノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を予め用意した場合のブロック図である。
図２４の例は、信号処理部の最初にノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を予め用意した場合のブロック図である。
露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、前記ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、前記ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
図２５は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第３の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２５の例は、露出情報に応じたＯＴＦ復元フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
図２５の例は、露出情報に応じたＯＴＦ復元フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２は、ノイズ低減処理ＳＴ１１、カラーコンバージョン処理ＳＴ１２の後に、前記ＯＴＦ復元フィルタを用いてコンボリューション処理ＳＴ１３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ１４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ１５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ１１、ＳＴ１４は、いずれか一方のみでもよい。
２次元コンボリューション演算部２４２は、ノイズ低減処理ＳＴ１１、カラーコンバージョン処理ＳＴ１２の後に、前記ＯＴＦ復元フィルタを用いてコンボリューション処理ＳＴ１３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ１４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ１５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ１１、ＳＴ１４は、いずれか一方のみでもよい。
図２６は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第４の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２６の例は、ノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ２１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ２３を施す。
再度、露出情報に応じたノイズ処理ＳＴ２４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ２５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ２１は省略することも可能である。
図２６の例は、ノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ２１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ２３を施す。
再度、露出情報に応じたノイズ処理ＳＴ２４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ２５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ２１は省略することも可能である。
以上は露出情報のみに応じて２次元コンボリューション演算部２４２においてフィルタ処理を行う例を説明したが、たとえば被写体距離情報、ズーム情報、あるいは撮影モード情報と露出情報とを組み合わせることにより適した演算係数の抽出、あるいは演算を行うことが可能となる。
図２７は、被写体距離情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
画像処理装置４００は、図２７に示すように、コンボリューション装置４０１、カーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２、および画像処理演算プロセッサ４０３を有する。
この画像処理装置４００においては、物体概略距離情報検出装置５００から読み出した被写体の物体距離の概略距離に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ４０３では、その物体離位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル、数値算係数格納レジスタ４０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置４０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置５００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置５００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。
上記の画像処理はコンボリューション演算により行うが、これを実現するには、たとえばコンボリューション演算の演算係数を共通で１種類記憶しておき、焦点距離に応じて補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成をとることができる。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。
焦点距離に応じて、カーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算を行う構成、焦点距離に応じた演算係数を関数として予め記憶しておき、焦点距離によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成等、を採用することが可能である。
図２７の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。
変換係数記憶手段としてのレジスタ４０２に被写体距離に応じて少なくとも位相板に相当する樹脂レンズに起因する収差に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する。画像処理演算プロセッサ４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された情報に基づき、レジスタ４０２から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段として機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
または、前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された情報に基づき変換係数を演算し、レジスタ４０２に格納する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ４０３で得られレジスタ４０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ４０３で得られレジスタ４０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
または、補正値記憶手段としてのレジスタ４０２に光学系２１０のズーム位置またはズーム量に応じた少なくとも１以上の補正値を予め記憶する。この補正値には、被写体収差像のカーネルサイズを含まれる。
そして、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された距離情報に基づき、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３が、補正値記憶手段としてのレジスタ４０２から被写体までの距離に応じた補正値を選択する。
変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、第２変換係数記憶手段としてのレジスタ４０２から得られた変換係数と、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３により選択された補正値とに基づいて画像信号の変換を行う。
そして、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された距離情報に基づき、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３が、補正値記憶手段としてのレジスタ４０２から被写体までの距離に応じた補正値を選択する。
変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、第２変換係数記憶手段としてのレジスタ４０２から得られた変換係数と、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３により選択された補正値とに基づいて画像信号の変換を行う。
以上説明したように、本実施形態によれば、１次画像を形成する光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０とを含み、光学系保持部（バレル）３１０の光学系２１０Ａの保持構造において、少なくとも光波面変調素子としての第３レンズ２１３の周縁部との当接部が、第３レンズ２１３に対して少なくとも光軸方向であってかつ保持部中心方向に押し圧力を作用させ光波面変調素子としての第３レンズ２１３を所定の位置に保持する押し当て構造を有し、この押し当て構造は、押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する。この弾性体の弾性定数は、光学系保持部３１０の鏡枠部の弾性定数より低く設定されており、また、光学系保持部３１０と第３レンズ２１３の周縁部との当接部は面接触して形成され、接触面の接触（傾斜）角度θは、角度θは光軸方向に垂直な断面を０度とした場合、５度＜θ＜光線入射角度なる次の条件を満足するにように構成されていることから、以下の効果を得ることができる。
温度変化に伴う光波面変調素子の偏心の影響を抑え性能劣化を抑えることができ、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができる。
また、本実施形態のレンズ構成以外の枚数構成であっても良いが、第１レンズ２１１（物体側のレンズ）は物体や外気に接触することがあるために、キズ防止および腐食防止の目的からガラスレンズであることが好ましい。さらに、撮像素子側の最終レンズもガラスレンズとすることにより、樹脂レンズがガラスレンズと鏡筒内で密封されるために、耐環境効果を向上することができるようになる。
温度変化に伴う光波面変調素子の偏心の影響を抑え性能劣化を抑えることができ、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができる。
また、本実施形態のレンズ構成以外の枚数構成であっても良いが、第１レンズ２１１（物体側のレンズ）は物体や外気に接触することがあるために、キズ防止および腐食防止の目的からガラスレンズであることが好ましい。さらに、撮像素子側の最終レンズもガラスレンズとすることにより、樹脂レンズがガラスレンズと鏡筒内で密封されるために、耐環境効果を向上することができるようになる。
また、本実施形態における鏡枠構造部３００Ｄは、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０とが別個に構成され、これらの光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０は中間部材３５０によって介して固定されており、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置が中間部材３５０により調整でき、この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができる。
また、本実施形態における鏡枠構造部３００Ｅ，３００Ｆは、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０とが別個に構成され、これらの光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０は中間部材３５０によって介して固定されており、光学系保持部３１０Ｄと撮像素子保持部３４０の固定位置が中間部材３５０により調整でき、この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができる。
また、コンボリューション演算時に用いるカーネルサイズやその数値演算で用いられる係数を可変とし、操作部２８０等の入力により知り、適性となるカーネルサイズや上述した係数を対応させることにより、倍率やディフォーカス範囲を気にすることなくレンズ設計ができ、かつ精度の高いコンボリュ−ションによる画像復元が可能となる利点がある。
また、難度が高く、高価でかつ大型化した光学レンズを必要とせずに、かつ、レンズを駆動させること無く、自然な画像を得ることができる利点がある。
そして、本実施形態に係る撮像装置２００は、デジタルカメラやカムコーダー等の民生機器の小型、軽量、コストを考慮されたＤＥＯＳの光学システムに使用することが可能である。
また、光学系２１０の構成を簡単化でき、製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。
また、難度が高く、高価でかつ大型化した光学レンズを必要とせずに、かつ、レンズを駆動させること無く、自然な画像を得ることができる利点がある。
そして、本実施形態に係る撮像装置２００は、デジタルカメラやカムコーダー等の民生機器の小型、軽量、コストを考慮されたＤＥＯＳの光学システムに使用することが可能である。
また、光学系２１０の構成を簡単化でき、製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。
ところで、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、画素ピッチから決まる解像力限界が存在し、光学系の解像力がその限界解像力以上であるとエリアジングのような現象が発生し、最終画像に悪影響を及ぼすことは周知の事実である。
画質向上のため、可能な限りコントラストを上げることが望ましいが、そのことは高性能なレンズ系を必要とする。
画質向上のため、可能な限りコントラストを上げることが望ましいが、そのことは高性能なレンズ系を必要とする。
しかし、上述したように、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、エリアジングが発生する。
現在、エリアジングの発生を避けるため、撮像レンズ装置では、一軸結晶系からなるローパスフィルタを併用し、エリアジングの現象の発生を避けている。
このようにローパスフィルタを併用することは、原理的に正しいが、ローパスフィルタそのものが結晶でできているため、高価であり、管理が大変である。また、光学系に使用することは光学系をより複雑にしているという不利益がある。
現在、エリアジングの発生を避けるため、撮像レンズ装置では、一軸結晶系からなるローパスフィルタを併用し、エリアジングの現象の発生を避けている。
このようにローパスフィルタを併用することは、原理的に正しいが、ローパスフィルタそのものが結晶でできているため、高価であり、管理が大変である。また、光学系に使用することは光学系をより複雑にしているという不利益がある。
以上のように、時代の趨勢でますます高精細の画質が求められているにもかかわらず、高精細な画像を形成するためには、従来の撮像レンズ装置では光学系を複雑にしなければならない。複雑にすれば、製造が困難になったりし、また高価なローパスフィルタを利用したりするとコストアップにつながる。
しかし、本実施形態によれば、ローパスフィルタを用いなくとも、エリアジングの現象の発生を避けることができ、高精細な画質を得ることができる。
しかし、本実施形態によれば、ローパスフィルタを用いなくとも、エリアジングの現象の発生を避けることができ、高精細な画質を得ることができる。
また、図１９、図２０、および図２１のカーネルデータ格納ＲＯＭに関しても、光学倍率、Ｆナンバやそれぞれのカーネルのサイズ、物体距離の値に対して用いられるものとは限らない。また用意するカーネルデータの数についても３個とは限らない。
２００・・・撮像装置、２１０，２１０Ａ〜２１０Ｃ・・・光学系、２２０・・・撮像素子、２３０・・・アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）、２４０・・・画像処理装置、２５０・・・カメラ信号処理部、２８０・・・操作部、２９０・・・制御装置、２４２・・・コンボリューション演算器、２４３・・・カーネルデータＲＯＭ、２４４・・・コンボリューション制御部、３００，３００Ａ〜３００Ｃ・・・鏡枠構造部、３１０，３１０Ａ〜３１０Ｄ・・・光学系保持部、３４０・・・撮像素子保持部、３５０・・・中間部材、３５２〜３５４・・・固定部。
Claims (10)
- 光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を保持する光学系保持部と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、を有し、
前記光学系保持部は、
少なくとも前記光波面変調素子の周縁部との当接部が、前記当該光波面変調素子に対して少なくとも光軸方向であってかつ保持部中心方向に押し圧力を作用させ当該光波面変調素子を所定の位置に保持する押し当て構造を有する
撮像装置。 - 前記押し当て構造は、
前記押し圧力に応じて生じる力を受ける弾性体を有する
請求項１記載の撮像装置。 - 前記弾性体の弾性定数は、前記光学系保持部の鏡枠部の弾性定数より低い
請求項２記載の撮像装置。 - 前記光学系保持部の前記光波面変調素子の周縁部との当接部は光軸方向に対してテーパ状である
請求項１から３のいずれか一に記載の撮像装置。 - 前記光学系保持部と前記光波面変調素子の周縁部との当接部は面接触して形成され、当該接触面の接触角度θは、次の条件を満足する
請求項１から４のいずれか一に記載の撮像装置。
５度＜θ＜光線入射角度
ただし、角度θは光軸方向に垂直な断面を０度とする。 - 前記光学系と前記撮像素子とを保持する鏡枠構造部を有し、
前記鏡枠構造部は、
前記光学系保持部と、
前記撮像素子を保持する撮像素子保持部と、
一端が前記光学系保持部を固定し、他端側が前記撮像素子保持部を固定可能な中間部材と、を有する
請求項１から５のいずれか一に記載の撮像装置。 - 前記光学系保持部と前記撮像素子保持部の相対的な固定位置が前記中間部材により調整可能である
請求項６記載の撮像装置。 - 前記光学系保持部の材質と前記光波面変調素子の材質との線膨張係数が異なる
請求項１から７のいずれか一に記載の撮像装置。 - 前記光学系は光波面変調素子の光波面変調機能が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される
請求項１から８のいずれか一に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する画像処理部を有する
請求項１から９のいずれか一に記載の撮像装置。
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