JP2010271689A

JP2010271689A - 位相補正板、撮像システム、撮像装置、携帯電話、車載機器、監視カメラ、内視鏡装置、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、およびレンズユニット

Info

Publication number: JP2010271689A
Application number: JP2009262086A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sato; 佐藤　　賢一; Yoshihiro Nishihata; 純弘西畑; Keien Kishine; 慶延岸根
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2010-12-02
Also published as: US20100265355A1; CN101872031A

Abstract

【課題】撮像レンズの解像力および明るさの低下を抑制しつつ容易にこの撮像レンズの被写界深度を拡大する。
【解決手段】位相補正板１００の中央領域Ｕ１を通過後の光Ｋ１の位相差δ１ｍａｘがこの位相補正板１００の周辺領域Ｕ２を通過後の光Ｋ２の位相差δ２ｍａｘよりも小さくなるように、かつ、周辺領域Ｕ２中の中央領域Ｕ１の側から周辺側に行くにしたがって上記位相補正板通過後の光の位相差が増加するように構成した位相補正板１００を、被写体を表す像を結像させる撮像レンズ２００に装着する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像レンズに装着される位相補正板、位相補正板を装着した撮像レンズを通して得た被写体を表す画像データに復元処理を施す撮像システム、この撮像システムを備えた装置である撮像装置、携帯電話、車載機器、監視カメラ、内視鏡装置、デジタルカメラ、およびデジタルビデオカメラ、ならびに位相補正板を備えたレンズユニットに関するものである。

従来より、カメラを内蔵した携帯電話機等の携帯端末装置が知られている。このような携帯端末装置に搭載される小型カメラ用の撮像レンズとして、合焦方式を採用した焦点合わせ機構を有するものや固定焦点方式を採用した焦点合わせ機構を有していないものが知られている（特許文献１、２、３参照）
固定焦点方式を採用した撮像装置は、ピントの合う範囲を拡大するために解像力の低下および明るさの低下（Ｆナンバーの増大）をある程度許容して被写界深度を深くするように設計されており、近距離撮影については撮像レンズの被写界深度の範囲、すなわち撮影対象範囲から外されるのが一般的である。

また、合焦方式を採用した撮像装置は、上記固定焦点方式の撮像装置に比して、解像力が高く、撮影対象範囲が近距離を含む広い範囲であり、明るい（Ｆナンバーの小さい）レンズとなるように設計されるのが一般的である。このような合焦方式を採用した撮像装置には、オートフォーカス機構やマクロ切替機構を備えたものが知られている。

さらに、波面変調面（位相変調面）を有するレンズユニットを用いて被写体を撮像して得た画像に対して復元処理を施し、被写界深度が拡大された画像を取得する手法も知られている（特許文献４、５参照）。

特開２００６−２４６４９２号公報特開２００５−２９２４４３号公報特開２００４−２５８１１１号公報特開２００９−８９３５号公報国際公開第２００９／１０６９９６号

ところで、携帯電話機等に搭載されている小型カメラは、風景や人物の撮影に利用されるだけではなく、バーコードや文字原稿の読取りに利用されることが多くなっており、遠距離から近距離まで被写界深度が拡大されたレンズが望まれている。

しかしながら、合焦方式を採用した撮像レンズを用いて比較的暗い室内での近距離撮影を行うときには絞りを開いてＦナンバーを小さく（例えばＦ２．８等に）設定するため被写界深度が非常に浅くなる。そのため、バーコードや文字原稿を斜めから撮影しようとするとその被写体の一部にしかピントが合わないことがある。それゆえ、バーコードや文字原稿の表面に対して撮像レンズの光軸が直交するようにこの撮像レンズの姿勢を調節して撮影を行うことになるが、そのようにしても、被写界深度が浅いため光軸方向への手ブレの影響によるピントずれが生じることがある。

一方、この合焦方式を採用した撮像レンズの開口を絞って（Ｆナンバーを大きくして）被写界深度を拡大し光軸方向のピントずれを抑制しようとすると、開口を絞って受光光量が減少した分だけシャッタースピードを遅く設定する必要がある。そのため光軸方向と直交する方向への手ブレの影響が顕著に顕れるとともに解像力が低下するという問題が生じる。

このようなことにより、撮像レンズにおいて絞りを開いたときの明るさ（Ｆナンバー）および解像力を維持しつつ、被写界深度を拡大したいという要請がある。

なお、この問題は、携帯電話機等の携帯端末装置に搭載される撮像レンズに限らず、広く被写体の像を結像させる撮像レンズにおいて、一般に生じる問題である。

また、体腔内を撮像する内視鏡においては十分な光量を得ることが困難であり開口を絞ってしまうと撮影が困難になる。

また、監視カメラや車載用レンズやビデオ用レンズにおいては光量の変化が大きいが、コストや構造上の問題から絞り可変機構を入れることが困難な場合には、十分な光量を得られない時の撮影が困難になる。

なお、明るさ（Ｆナンバー）および解像力を確保しつつ被写界深度を拡大するために、波面変調面（位相変調面）を有する撮像レンズを用いて被写体を撮像して得た画像に対して復元処理を施し、被写界深度が拡大された画像を取得する特許文献４に記載の手法を採用することも考えられる。しかしながら、この手法によれば、レンズユニットを構成するレンズ面上に波面変調面（位相変調面）が一体的に形成されているので、波面変調面（位相変調面）を除いたレンズユニットの光学性能の測定が困難であり、レンズユニットを製造するときの性能検査が難しくなる。そのため、レンズユニットの製造コストが増大してしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、撮像レンズの解像力および明るさの低下を抑制しつつ、容易にこの撮像レンズの被写界深度を拡大することができる位相補正板、撮像システム、撮像装置、携帯電話、車載機器、監視カメラ、内視鏡装置、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、およびレンズユニットを提供することを目的とするものである。

本発明の位相補正板は、撮像レンズに装着される位相補正板であって、この位相補正板の中央領域を通過後の光の位相差の最大値がこの位相補正板の周辺領域を通過後の光の位相差の最大値よりも小さくなるように、かつ、周辺領域中の中央領域の側から周辺側に行くにしたがって前記位相補正板通過後の光の位相差が増加するように構成されたことを特徴とするものである。

前記位相補正板は、この位相補正板の中央領域を通る光の位相差がその位相補正板の周辺領域を通る光の位相差よりも小さくなるように、かつ、周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準とした、この周辺領域を通る光の波面形状の変形量が、前記基準の位置から周辺側に行くにしたがって単調増加するように構成されたものとすることもできる。

本発明の位相補正板は、この位相補正板を装着した撮像レンズを通して結像面上の各位置に結像された各スポット径のデフォーカス時の変化量それぞれが、撮像レンズのみを通して結像面上の前記各位置に対応するように結像させたスポット径のデフォーカス時の変化量よりも小さくなるように構成されたものでもある。

位相補正板を装着した撮像レンズを通して結像面上の各位置に結像された各スポット径のデフォーカス時の変化量それぞれに対する、撮像レンズのみを通して前記結像面上の前記各位置に対応するように結像された各スポット径のデフォーカス時の変化量の比率はいずれも５０％以下とすることができる。上記比率は２０％以下であることがより望ましく、７％以下であることがさらに望ましい。

前記位相補正板は単レンズとすることができ、さらに、この単レンズの片面を平面とすることができる。その平面となる片面は、この位相補正板が撮像レンズに装着されて被写体を撮像するときに入射側に配されるレンズ面とすることができる。

前記単レンズの瞳と向き合う面の反対側は平面とすることができる。

前記中央領域を通る光の位相差は１／２波長未満とすることが望ましい。

前記周辺領域を通る光の位相差は１／２波長以上とすることが望ましい。

なお、この波長は、基準波長における波長とすることができ、一般に使用される可視波長領域を撮影対象する場合にはｄ線の波長（５８７．６ｎｍ）、赤外光学系を用いて赤外線の波長領域を撮影対象とする場合には赤外領域の波長（１２００ｎｍ）等を採用することができる。

前記位相補正板は回転対称形状とすることができる。なお、「回転対称形状とすることができる」とは、完全に回転対象形状である場合に限らず略回転対象形状である場合をも含む。

前記位相補正板は、式：５／１００＜Ａ/（Ａ＋Ｂ）＜１００／１００、を満足するものとすることが望ましい。ここで、Ａは中央領域の面積、Ｂは周辺領域の面積、Ａ＋Ｂは中央領域の面積に周辺領域の面積を加えてなる有効領域の面積である。

なお、中央領域は、光軸を含む近軸領域のみからなるものとしたり、有効領域の面積の５％の面積を有する領域からなるものとしたりすることができ、より好ましくは有効領域の面積の１０％、さらに好ましくは有効領域の面積の５０％の面積を有する領域からなるものとすることができる。また、光軸上を通る光との位相差が１／２波長未満である領域を中央領域とし、光軸上を通る光との位相差が１／２波長以上である領域を周辺領域とすることもできる。

また、前記スポット径のデフォーカス時の変化量は、例えば、デフォーカス時のスポット径の最小値と最大値との比率とすることができる。

なお、前記位相補正板は、位相補正板の周辺領域を通る光のうち最も中心側の位置を通る光の位相を基準として、この位相補正板の中央領域の側から周辺側に行くほど、位相補正板通過後の光の位相が進むように（少なくとも位相が遅れることなく単調に進むように）、あるいは位相補正板通過後の光の位相が遅れるように（少なくとも位相が進むことなく単調に遅れるように）構成されたものとすることができる。

なお、位相補正板通過後の光の位相は、位相補正板が無い場合に同じ領域を通る光の位相よりも遅れる。すなわち、位相補正板通過後の光は、位相補正板が無い場合に同じ領域（同じ位置）を通る光に対して常に位相が遅れる。この位相の遅れは、光の波長をλとしたときに、１λ以上、例えば３.５λ、２０.３λ等であってもよく、この位相の遅れは０≦λ＜１の範囲のみで規定されるものではない。

また、前記「位相補正板の周辺領域を通過後の光の位相差」は、「位相補正板の周辺領域通過後の光の位相変化の最大値と最小値との差」に対応するものであり、さらに、上記位相補正板の周辺領域を通過後の光の位相差は「位相補正板の周辺領域を通る光の波面形状の変形量の最大値（最大幅）」に対応するものを意味するものでもある。

また、前記「位相補正板の中央領域を通過後の光の位相差」は、「位相補正板の中央領域通過後の光の位相変化の最大値と最小値との差」に対応するものであり、さらに、上記位相補正板の中央領域を通過後の位相差は「位相補正板の中央領域を通る光の波面形状の変形量の最大値（最大幅）」に対応するものを意味するものでもある。

上記のように、ここでは位相差は、大きさだけで表現できる物理量であり、符号を伴わない物理量である。

前記位相補正板による位相差は、以下のように定義することができる。図２７Ａ〜図２７Ｄに示すように、入射光の波面の位相形状を、光軸を原点として表した位相形状をI(1)〔図２７Ａ参照〕、位相補正板を透過後の射出波面の位相を、光軸を原点として表した位相形状をI(2)〔図２７Ｂ参照〕とするときに、I(2)-I(1)〔図２７Ｃ、図２７Ｄ参照〕を位相差と定義する。

なお、図２７Ａ〜図２７Ｄそれぞれは、横軸に光軸Ｚ１、縦軸に光軸と直交する方向Ｈを示す座標上に位相形状や位相差を示すものである。図２７Ａは位相形状I(1)を示す図、図２７Ｂは位相形状I(2)を示す図、図２７Ｃは位相差I(2)-I(1)を示す図、図２７Ｄは、位相形状I(1)を基準とした位相差I(2)-I(1)を示す図である。

なお、I(2)-I(1)の計算においては、光線の進行方向のベクトルに沿って計算することが望ましい。

入射光の波面形状が平面波の場合、位相差はI(2)に一致する。

なお、前記周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準とした、この周辺領域を通る光の波面形状の変形量は、その周辺領域に光が通る前のこの光の波面形状である第１の周辺波面形状とこの周辺領域に光が通った後のこの光の波面形状である第２の周辺波面形状とを、上記周辺領域を通る光の波面の最も中心側の位置を基準として比較して求めることができる。

また、位相補正板を装着した撮像レンズにおいて被写体を表す像を結像させる光を通す位相補正板中の領域が、前記中央領域と周辺領域とからなる有効領域であり、この有効領域から中央領域を除いた部分が周辺領域となる。

前記撮像装置には、合焦機構を有する撮像装置および固定焦点の撮像装置を採用することができる。

位相補正板は、撮像レンズの瞳位置の近傍に配置することが望ましい。これにより、画角の広い光学系においても同様の効果が得られる。

位相補正板はνｄ＞４５の材料を含めることが好ましい。さらに、νd＞５０とすることがより好ましい。また、位相補正板には異常分散性の材料を用いることが望ましい。これによりレンズ枚数が少ない位相補正板において、色収差の発生を抑えることが可能となる。

本発明のレンズユニットは、上記位相補正板と、１枚以上のレンズとからなるものである。

上記位相補正板は、位相補正部分と基台部分とを光軸方向に積層してなる複合体であって、位相補正部分と基台部分とが互に異なる光学特性を有する部材で形成されたものとすることができる。なお、位相補正部分は位相補正板を通る光に対して位相差を与えるものであり、基台部分は位相補正板を通る光に対して位相差を与えないものである。

なお、前記位相差は、位相補正板を通った平面波の平面からのずれ（あるいは位相補正板を通った球面波の球面からのずれ）とすることができる。例えば、位相補正板がパワーのない平行平面板であれば、この“平行平面板に垂直に入射した”平面波には平面からのずれは生じない、すなわち位相差は生じない。しかしながら、位相補正板中に平行でない部分や段差があればこの位相補正板を通った平面波には平面からのずれが生じる、すなわち位相差が生じる。

また、例えば、位相補正板がパワーのない球面板であれば、この“パワーのない球面板に対して垂直に入射した”球面波には球面からのずれは生じない、すなわち位相差は生じない。しかしながら、その位相補正板中に厚みが均一でない部分や段差があればこの位相補正板を通った球面波には球面からのずれが生じる、すなわち位相差が生じる。

また、位相補正板が、位相補正板の周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準として、この位相補正板の中央領域の側から周辺側に行くほど位相補正板通過後の光の位相が進むように形成されたものであるときには、この位相補正板が配された撮像レンズを通して結像される像の深度（被写界深度）が拡大される（延びる）方向は結像位置よりも手前側（被写体の側）となる。

一方、位相補正板が、位相補正板の周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準として、この位相補正板の中央領域の側から周辺側に行くほど位相補正板通過後の光の位相が遅れるように形成されたものであるときには、この位相補正板が配された撮像レンズを通して結像される像の深度（被写界深度）が拡大される（延びる）方向は結像位置よりも奥側（結像面に入射した光がこの結像面を貫通したときにその結像面から射出される側）となる。

本発明の他の位相補正板は、被写体を表す像を結像させる撮像レンズに装着される位相補正板であって、この位相補正板の中央領域を通る光の波面形状の最大変形量が、その位相補正板の周辺領域を通る光の波面形状の最大変形量よりも小さくなるように、かつ、周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準とした、この周辺領域を通る光の波面形状の変形量が、前記基準の位置から周辺側に行くにしたがって単調増加するように構成されたことを特徴とするものである。

前記位相補正板は、この位相補正板を装着した撮像レンズを通して結像面上の各位置に結像された各集光スポットの大きさのデフォーカス時の変化量それぞれが、撮像レンズのみを通して結像面上の前記各位置に対応するように結像された集光スポットの大きさのデフォーカス時の変化量よりも小さくなるように構成されたものとすることができる。

前記中央領域を通る光の波面形状の最大変形量は、１／２波長未満とすることが望ましい。

前記周辺領域を通る光の波面形状の最大変形量は、１／２波長以上とすることが望ましい。なお、この波長は、基準波長における波長であり、一般に使用される可視波長領域を撮影対象する場合にはｄ線の波長（５８７．６ｎｍ）、赤外光学系を用いて赤外線の波長領域を撮影対象とする場合には赤外領域の波長（１２００ｎｍ）等を採用することができる。

前記位相補正板は、式：５／１００＜Ａ/（Ａ＋Ｂ）＜１００／１００、を満足するものとすることが望ましい。なお、Ａは中央領域の面積、Ｂは周辺領域の面積、Ａ＋Ｂは中央領域の面積に周辺領域の面積を加えてなる有効領域の面積である。

ここで、後述する図３を参照する。中央領域Ｕ１は主に像形成のための画像の芯を形成する領域であり、周辺領域Ｕ２は焦点深度を広げるための作用を持つ領域である。中央領域Ｕ１と周辺領域Ｕ２とは、レンズに要求される深度範囲の仕様と周辺領域Ｕ２の位相差の幅δ２の量により適宜変動する。

すなわち、δ２ｍａｘの値が小さい場合は深度拡張効果が弱くなるので周辺領域Ｕ２を広く確保する必要があり、逆にδ２ｍａｘの値が大きい場合、深度を広げることは可能になるが、画像のフレアーが増大するので、画像の芯を形成する中央領域Ｕ１を広くする必要がある。

また、前記集光スポットの大きさのデフォーカス時の変化量は、例えば、デフォーカス時の集光スポットの大きさの最小値と最大値との比率とすることができる。

なお、前記周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準とした、この周辺領域を通る光の波面形状の変形量は、その周辺領域に光を通す前のこの光の波面形状である第１の周辺波面形状とこの周辺領域に光を通した後のこの光の波面形状である第２の周辺波面形状とを、上記周辺領域を通る光の波面の最も中心側の位置を基準として比較して求めることができる。

また、位相補正板を装着した撮像レンズにおいて被写体を表す像を結像させる光を通す位相補正板中の領域が前記中央領域と周辺領域とからなる有効領域であり、この有効領域から中央領域を除いた部分が周辺領域となる。

前記撮像レンズには、合焦機構を有する撮像レンズおよび固定焦点の撮像レンズを採用することができる。

本発明のレンズユニットは、上記本発明の他の位相補正板と、１枚以上のレンズとからなるものである。

本発明の撮像システムは、上記本発明の位相補正板および他の位相補正板のいずれかを装着した撮像レンズを通して投影された被写体の光学像を撮像する撮像手段と、この撮像手段の撮像で得られた被写体を表す画像データに対して復元処理を施す信号処理手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の撮像装置は、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

本発明の携帯電話は、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

本発明の車載機器は、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

本発明の監視カメラは、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

本発明の内視鏡装置は、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

本発明のデジタルカメラは、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

本発明のデジタルビデオカメラは、上記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。

なお、撮像システムは、上記撮像手段と信号処理手段とが一体化されたものとしたり、あるいは、上記撮像手段と信号処理手段それぞれが個別に配されたものとすることができる。

前記撮像システムに適用する「復元処理」には、例えば特開２０００-１２３１６８号公報、段落０００２〜００１６に紹介されている画像復元処理等を採用することができる。なお、復元処理の実施においては、後述する非特許文献〔鷲沢嘉一・山下幸彦著、題名「Kernel Wiener Filter」、2003 Workshop on Information-Based Induction Sciences、(IBIS2003)、Kyoto, Japan, Nov 11 -12, 2003〕の技術等を適用することができる。

本発明の位相補正板によれば、この位相補正板の中央領域を通過後の光の位相差の最大値が、その位相補正板の周辺領域を通過後の光の位相差の最大値よりも小さくなるように、かつ、周辺領域中の中央領域の側から周辺側に行くにしたがって前記位相補正板通過後の光の位相差が増加するように構成したので、解像力および明るさの低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる。すなわち、この位相補正板を撮像レンズに装着して被写体を撮像して得た画像に復元処理を施せば、この撮像レンズの絞りの開口を小さく（Ｆナンバーを大きく）することなく被写界深度を拡大した画像を得ることができる。

また、本発明の位相補正板を、位相補正板の中央領域を通る光の位相差が、位相補正板の周辺領域を通る光の位相差よりも小さくなるように、かつ、周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準とした、周辺領域を通る光の波面形状の変形量が基準の位置から周辺側に行くにしたがって単調増加するように構成すれば、上記と同様に解像力および明るさの低下を抑制しつつ被写界深度を拡大した画像を得ることができる。すなわち、位相補正板を撮像レンズに装着して被写体を撮像して得た画像に復元処理を施せば、この撮像レンズの絞りの開口を小さく（Ｆナンバーを大きく）することなく被写界深度を拡大した画像を得ることができる。

本発明の他の位相補正板によれば、位相補正板の中央領域を通る光の波面形状の最大変形量が、位相補正板の周辺領域を通る光の波面形状の最大変形量よりも小さくなるように、かつ、周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準とした、周辺領域を通る光の波面形状の変形量が基準の位置から周辺側に行くにしたがって単調増加するように構成したので、解像力および明るさの低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる。すなわち、位相補正板を撮像レンズに装着して被写体を撮像して得た画像に復元処理を施せば、この撮像レンズの絞りの開口を小さく（Ｆナンバーを大きく）することなく被写界深度を拡大した画像を得ることができる。

より詳しくは、本発明の位相補正板および本発明の他の位相補正板のいずれの場合においても、撮像レンズに位相補正板を装着したときにＦナンバーは殆ど変わらないので、例えば、暗い室内で近距離撮影を行うときに、撮像レンズに位相補正板を装着してなるレンズ系のＦナンバーを小さく（例えばＦ２等に）定めたとしても、この位相補正板を装着した撮像レンズを用いて被写体を撮像して得た画像に対して復元処理を施せば、被写界深度の深い画像を得ることができる。これにより、バーコードや文字原稿を撮影するときに、斜めから撮影したり、光軸方向への手ブレが生じたりしても、被写界深度を深くすることができるので、ピントずれの発生を抑制することができる。さらに、上記のように撮像レンズに位相補正板を装着しても光学系の明るさ（Ｆナンバー）は殆ど変化しないので、シャッタースピードを遅く設定する必要もなく、光軸方向と直交する方向への手ブレの影響が増大することもない。

通常の撮影においても撮影レンズ直前の被写体と無限遠の被写体を同時に撮影したいという要求に応えることができる。

なお、本発明の位相補正板および本発明の他の位相補正板のいずれの場合においても、所定の性能を有する撮像レンズ（例えば既存の撮像レンズ）に対して位相補正板を装着して被写体を撮像することにより、被写界深度が拡大された画像を得るための復元処理を施すことが可能な画像を得ることができる。そのため、位相補正板、すなわち波面変調面（位相変調面）が形成された位相補正板を除いた撮像レンズ単体の光学性能の測定が容易であり、位相補正板が装着された撮像レンズを製造するときの性能検査も容易に行なうことができる。

さらに、位相補正板を、撮像レンズの瞳位置の近傍に配置することにより、解像力および明るさの低下を抑制しつつ被写界深度を拡大する顕著な効果を得ることができる。

なお、合焦機構を有する撮像レンズおよび固定焦点の撮像レンズのいずれに位相補正板を装着した場合においても上記効果を享受することができ、特に明るいレンズ（Ｆナンバーの小さいレンズ）に位相補正板を装着して近距離撮影を行うときには顕著な効果を奏することができる。

本発明の実施の形態による位相補正板を撮像レンズに取り付けた状態を示す断面図位相補正板を光軸方向から見た様子を示す図位相補正板を光軸と直交する方向から見た様子を示す断面図位相補正板を通る光の波面形状が変形する様子を示す図位相補正板が装着された撮像レンズを通して結像面上の各位置に結像された各集光スポットの大きさのデフォーカス時の変化を示す図撮像レンズのみを通して結像面上の各位置に結像された各集光スポットの大きさのデフォーカス時の変化を示す図撮像レンズ単体および位相補正板を装着した撮像レンズを通して集光された集光スポットの大きさのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ１の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ａ１の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ１の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ａ２の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ａ２の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ２の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ａ３の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ａ３の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ３の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ａ４の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ａ４の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデーフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ４の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ｂ１の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ｂ１の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ１の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ｂ２の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ｂ２の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ｂ２の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ｃ１の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ｃ１の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ｃ１の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ｃ２の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ｃ２の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ｃ２の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ｃ３の位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ｃ３の位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ｃ３の位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ｄの位相補正板装着撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例Ｄの撮像レンズ単体の複合非球面の構成を示す断面図実施例Ｄの位相補正板装着撮像レンズの球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ｄの位相補正板装着撮像レンズのＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ａ０の撮像レンズ単体の概略構成を示す断面図実施例Ａ０の撮像レンズ単体の球面収差を示す図結像面上の各位置に結像された各集光スポットのデフォーカス時の変化を示す図実施例Ａ０の撮像レンズ単体のＭＴＦ特性を示す図デフォーカスさせたときの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図実施例Ａ１の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ａ２の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ａ３の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ａ４の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ｂ１の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ｂ２の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ｃ１の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ｃ２の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ｃ３の位相補正板のレンズ面の形状を示す図実施例Ｄの位相補正板のレンズ面の形状を示す図位相形状I(1)を示す図位相形状I(2)を示す図位相差I(2)-I(1)を示す図位相形状I(1)を基準として位相差I(2)-I(1)を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態による位相補正板が撮像レンズに取り付けられた状態を示す断面図である。図２Ａは位相補正板を光軸方向から見た様子を示す図、図２Ｂは位相補正板を光軸と直交する方向から見た様子を示す断面図である。図３は、位相補正板を通る光の波面形状が変形する様子を示す図である。

図４Ａは、横軸Ｚ１に光軸、縦軸Ｈに光軸と直交する方向を示す座標上に、位相補正板が装着された撮像レンズを通して結像面上の各位置に結像された各スポット径のデフォーカス時の変化を示す図であり、図４Ｂは撮像レンズのみを通して結像面上の各位置に結像された各スポット径のデフォーカス時の変化を示す図である。

図５は、縦軸Ｄにスポット径の直径、横軸である光軸Ｚ１に結像面のデフォーカス位置を示す座標上に、位相補正板１００を装着した撮像レンズ２００を通して集光されたスポット径（直径）のデフォーカス時の変化を示す曲線Ｅｐと、撮像レンズ２００のみを通して集光されたスポット径（直径）のデフォーカス時の変化を示す曲線Ｅｑとを比較して示す図である。

なお、上記図１、２、３はレンズのみを示したものであり、このレンズを支持する枠や、位相補正板を撮像レンズに装着する構成等は省略している。なお、位相補正板を撮像レンズに装着する機構は、通常のフィルタ（例えば、ＮＤフィルタ等）をレンズ鏡筒に装着する場合と同様にネジを介して装着する等の方式を採用することができる。

なお、この実施の形態では、撮像レンズの入射側に取り付ける位相補正板について説明するが、そのような場合に限らず、撮像レンズの射出側等に取り付ける位相補正板等についても本願発明を適用することができる。また、この位相補正板は、固定焦点方式の撮像レンズ、および特定撮影距離への焦点合わせが可能な合焦方式を採用した撮像レンズのいずれにもに適用することができる。

図示の既存の撮像レンズ２００の入射側に取り付けられる位相補正板１００は、この撮像レンズ２００の持つ性能（例えば解像力や明るさ）の低下を抑制しつつ被写界深度を拡大するものである。また、この位相補正板１００は撮像レンズ２００に対して容易に着脱可能である。

＜撮像レンズの基本構成について＞
撮像レンズ２００は、図１に示すように、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、開口絞りＳＴＯ、レンズＬ１、レンズＬ２、レンズＬ３、レンズＬ４、カバーガラスＬ５をこの順に備えている。また、図１に示すように、位相補正板１００を取り付けた撮像レンズ２００を通して被写体を表す像が結像される結像面Ｍｐには、例えば、撮像素子の受光面が配置される。

なお、カバーガラスＬ５として、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等を配置するようにしてもよい。

なお、撮像レンズ２００の入射側に取り付けられた位相補正板１００は、撮像レンズ２００の瞳位置の近傍に位置している。

＜位相補正板の基本構成について＞
位相補正板１００は、この位相補正板１００が撮像レンズ２００の入射側に取り付けられたときに、この位相補正板１００および撮像レンズ２００を通して被写体の像を結像面に結像させる光線が通る領域である有効領域部Ｕｏが定められている（図２Ａ、２Ｂ参照）。

上記有効領域部Ｕｏは、この有効領域部Ｕｏの中心側に位置する中央領域部分Ｕ１と、有効領域部Ｕｏの周辺側に位置する周辺領域部分Ｕ２、すなわち有効領域部Ｕｏから中央領域部分Ｕ１を除いてなる周辺領域部分Ｕ２とからなる。

図３に示すように、この位相補正板１００は、中央領域部分Ｕ１を通る光束Ｋ１のこの中央領域部分Ｕ１を通る前後における波面形状の変形量の最大値である最大変形量δ１ｍａｘが、周辺領域部分Ｕ２を通る光束Ｋ２のこの周辺領域部分Ｕ２を通る前後における波面形状の変形量の最大値である最大変形量δ２ｍａｘよりも小さくなるように（すなわち、δ１ｍａｘ＜δ２ｍａｘとなるように）形成されている。

図３に示すように、位相補正板１００の有効領域部Ｕｏを通る前の光束の波面形状Ｗａは平面であり、この有効領域部Ｕｏを通った後の光束の波面形状Ｗｂはうねりを有するものとなる。

なお、位相補正板１００の中央領域部分（中央領域ともいう）は、以下のように定めることができる。

図３に示すように、位相補正板１００に入射する光の波面形状Ｗａとこの光が位相補正板１００を通って射出されたときの光の波面形状Ｗｂとの形状のズレ量（位相の差）の最大値がλ／２を超える直前の変曲点の位置を位置Ｑ２とし、この位置Ｑ２を光軸Ｚ１からの半径とする領域を、位相補正板１００の中央領域部分Ｕ１として定めることができる。

すなわち、光軸Ｚ１を中心軸とし上記変曲点の位置Ｑ２を半径として形成される円筒の内側に含まれる位相補正板１００中の領域を上記中央領域部分Ｕ１とすることができる。

なお、上記「直前」は、光軸Ｚ１から周辺へ向けて変曲点等を探索する範囲を拡大することを前提とした表現であり、光軸Ｚ１からの距離が近い位置ほど早く探索されることを前提としたものである。

このように中央領域部分Ｕ１が定められたとき、この中央領域部分Ｕ１を通る光の波面形状の最大変形量は、上述の中央領域部分Ｕ１を通る光のこの中央領域部分Ｕ１を通る前後における波面形状の変形量の最大値である最大変形量δ１ｍａｘと一致する。上記中央領域部分Ｕ１中には、この中央領域部分Ｕ１を通る光の波面形状の変形量がλ／２を超える領域を持たない。

また、位相補正板１００により発生した位相差の形状において、光軸Ｚ１を含む領域の位相差の幅がλ／２を超える部分の位相形状のその最も光軸側の変曲点（Ｑ２）の光軸からの高さを半径とする領域を中央領域（Ｕ１）、上記変曲点（Ｑ２）から外側の有効領域を周辺領域（Ｕ２）と定義する。

この周辺領域部分Ｕ２を通る光のこの周辺領域部分Ｕ２を通る前後における波面形状の変形量の最大値である最大変形量δ２ｍａｘは上記最大変形量δ１ｍａｘよりも大きい。

光（光束）の波面はその光（光束）の同じ位相の部分を連ねてなる面である。ここで、上記中央領域を通る前後における光（光束）の波面形状の変形量の最大値である最大変形量δ１ｍａｘは、その光（光束）の位相に応じて定められるものである。同じ位相の部分を連ねてなる面は等位相面となり、等位相面の形状は波面形状に対応する。

位相差は、位相のそろった軸上光線を中央領域に入射させ、この中央領域を通って射出された後の上記軸上光線の位相変化の最大値と最小値との差に対応するものとすることができる。

また、この位相補正板１００は、周辺領域部分Ｕ２を通る光束Ｋ２の上記周辺領域部分Ｕ２を通る前後における波面形状の変形量が、周辺領域部分Ｕ２を通る光束Ｋ２の中心側の位置Ｑ２を基準として周辺側へ離れるにつれて単調増加するように形成されたものである。すなわち、光束Ｋ２を周辺領域部分Ｕ２へ通す前後における、この光束Ｋ２の中心側の位置Ｑ２を基準とした波面形状の変形量δ２は、周辺側へ行くにしたがって単調増加する。

さらに、位相補正板１００は、この位相補正板１００を装着した撮像レンズ２００を通して結像面上の各位置に結像させた各スポット径（すなわち、被写体の像を表す画素のボケ量）のデフォーカス時の変化量それぞれが、撮像レンズ２００のみを通して結像面上の上記各位置に対応するように結像させたスポット径のデフォーカス時の変化量よりも小さくなるように構成されている。

なお、デフォーカス時のスポット径は、結像面に平行な平面をこの結像面の位置から撮像レンズ２００の光軸方向に所定量だけ平行移動させたときに、この平面上に形成されるスポットを表す像の径として定めることができる。

また、デフォーカス時のスポット径の変化量は、例えば、結像面に形成されたスポットＳｐ１を表す像の径（Ｄｓ１）に対する、この結像面の位置から撮像レンズ２００の光軸方向へ所定量だけ平行移動させた平面に形成された上記スポットＳｐ１に対応するスポットＳｐ２を表す像の径（Ｄｓ２）の比率ε（ε＝Ｄｓ２／Ｄｓ１）として求めることができる。

なお、位相補正板１００を装着してなる撮像レンズ２００をレンズユニットという。

すなわち、位相補正板１００が装着された撮像レンズ２００であるレンズユニットを通して結像面上の各位置に結像された各スポット径はデフォーカス時に変化する。図４Ａに示すように、光軸Ｚ１に直交する結像面Ｍｐの基準位置（スポットの面積が最小となる位置でありデフォーカス量が０の位置）から、この結像面ＭｐをＺ１軸に沿って−１００μｍ、−５０μｍ、＋５０μｍ、＋１００μｍの各位置へ平行移動（デフォーカス）させたときの、光軸Ｚ１上におけるスポットＳｐ（ｏ）の面積は最小９６０平方μｍ（直径約３５μｍ）〜最大２４００平方μｍ（直径約５５μｍ）まで変化する。すなわち、デフォーカス時のスポットＳｐ（ｏ）の面積の最大値が最小値に対して２．５倍であり、上記位相補正板１００が装着された撮像レンズ２００を通して結像面上の各位置に結像された光軸上のスポット面積のデフォーカス時変化量の値は２．５（変化量＝スポット面積の最大値/スポット面積の最小値）となる。

このように、スポットの大きさは、例えば、スポットの面積としたり、スポットの直径とすることができる。

また、結像面Ｍｐ上における光軸外の位置に結像されたスポットＳｐ（ｇ）について、この結像面ＭｐをＺ１軸に沿って−１００μｍ、−５０μｍ、±０μｍ、＋５０μｍ、＋１００μｍの各位置にデフォーカスさせたときのスポット面積のデフォーカス時変化量の値も、上記光軸Ｚ１上に結像されたスポットＳｐ（ｏ）の場合と同様に２．５程度となる。

さらに、結像面Ｍｐ上のいずれの位置に結像されたスポットについても、結像面ＭｐをＺ１軸に沿って−１００μｍ、−５０μｍ、±０μｍ、＋５０μｍ、＋１００μｍの各位置にデフォーカスさせたときのスポット面積のデフォーカス時変化量の値は２．５程度となる。

これに対して、位相補正板１００を装着することなく撮像レンズ２００のみを通して結像面上の各位置に結像された各スポット（面積）のデフォーカス時変化量は、図４Ｂに示すように変化する。すなわち、結像面Ｍｐの基準位置（スポットの面積が最小となる位置でありデフォーカス量が０の位置）から、この結像面ＭｐをＺ１軸に沿って−１００μｍ、−５０μｍ、＋５０μｍ、＋１００μｍの各位置へ平行移動（デフォーカス）させたときの、光軸Ｚ１上におけるスポットＳｑ（ｏ）の面積は最小７９平方μｍ（直径約１０μｍ）〜最大２８００平方μｍ（直径約６０μｍ）まで変化する。すなわち、デフォーカス時のスポットＳｑ（ｏ）の面積の最大値が最小値に対して３５倍であり、撮像レンズ２００のみを通して結像面上の各位置に結像された光軸上のスポット面積のデフォーカス時変化量の値は３５（変化量＝スポット面積の最大値/スポット面積の最小値）となる。

また、結像面Ｍｐ上のいずれの位置に結像されたスポットについても、結像面ＭｐをＺ１軸に沿って−１００μｍ、−５０μｍ、±０μｍ、＋５０μｍ、＋１００μｍの各位置にデフォーカスさせたときのスポット面積のデフォーカス時変化量の値は３５程度となる。

上記のように、位相補正板１００を装着した撮像レンズ２００を通して集光させたスポットの面積のデフォーカス時変化量は、撮像レンズ２００のみを通して集光させたスポットの面積のデフォーカス時変化量の０．０７倍（２．５／３５倍）程度となる。

なお、位相補正板を装着した撮像レンズを通して結像面上の各位置に集光させた各スポットの面積のデフォーカス時変化量それぞれに対する、この撮像レンズのみを通して上記結像面上の各位置に対応するように集光させた各スポットの面積のデフォーカス時変化量の比率は、いずれも５０％以下とすることができる。また、この比率は２０％以下であることがより望ましく、７％以下であることがさらに望ましい。

ここで、図５に示すように、位相補正板１００を装着した撮像レンズ２００を通して集光させたスポット径（直径）のデフォーカス時変化量を示す曲線Ｅｐと、位相補正板１００を装着せずに撮像レンズ２００のみを通して集光させたスポット径（直径）のデフォーカス時変化量を示す曲線Ｅｑとを比較する。なお、図５に係る説明においては、スポット径としてこのスポットの直径を採用しているが、スポット径の代わりにスポットの面積を採用しても同様の説明が可能である。

撮像レンズ２００のみを通して集光させたスポットは、図５中の曲線Ｅｑから読み取れるように、結像面Ｍｐの基準位置（スポット径が最小となる位置でありデフォーカス量が０の位置）において最小となる。この撮像レンズ２００に位相補正板１００を装着すると、この位相補正板１００付き撮像レンズ２００を通して集光されたスポット径が最小となるデフォーカス位置は、図５中の曲線Ｅｐから読み取れるように、結像面Ｍｐの基準位置（上記デフォーカス量が０の位置）から＋７０μｍ程度離れた位置となる。

また、位相補正板１００を装着した撮像レンズ２００を通して集光させたスポットのデフォーカス時の変化（曲線Ｅｐ参照）は、撮像レンズ２００のみを通して集光させたスポットのデフォーカス時の変化（曲線Ｅｑ参照）よりも緩やかである。

そして、スポット径が５０μｍ以下となる範囲をピントの合っている範囲と仮定すると、曲線Ｅｐにおいてスポット径が５０μｍ以下となるデフォーカス範囲Ｊｐ１の幅、すなわち被写界深度に対応するデフォーカス範囲Ｊｐ１は約２２０μｍであり、曲線Ｅｑにおいてスポット径が５０μｍ以下となるデフォーカス範囲Ｊｑ１の幅、すなわち被写界深度に対応するデフォーカス範囲Ｊｑ１も約２２０μｍとなる。したがって、スポット径が５０μｍ以下となるデフォーカス範囲の幅は、曲線Ｅｐおよび曲線Ｅｑにおいて略一致する。

ここで、ピントが合っていると判定されるスポット径が５０μｍを超えて定められた場合には、位相補正板１００付き撮像レンズ２００（曲線Ｅｐ参照）の方が位相補正板１００なし撮像レンズ２００（曲線Ｅｑ参照）よりもデフォーカス範囲すなわち被写界深度が深くなる。

より具体的には、バーコードや文字原稿等を撮影するときには高い解像力は要求されないので、例えばスポット径が７０μｍあるいは８０μｍとなるようにデフォーカスした場合でもピントが合っていると判定される。そのようにピントの合う範囲を規定した場合には、位相補正板１００の装着により撮像レンズ２００の被写界深度が拡大されたとみなすことができる。

図５において、スポット径が８０μｍ以下となる範囲をピントの合っている範囲（被写界深度に対応する範囲）として許容すると、撮像レンズ２００のみを通して被写体を撮影する場合の被写界深度に対応するデフォーカス範囲の幅Ｊｑ２は２５０μｍ程度であるが、位相補正板１００付き撮像レンズ２００を通して被写体を撮影する場合の被写界深度に対応するデフォーカス範囲の幅Ｊｐ２は４００μｍ程度となる。すなわち、位相補正板１００の装着により、ピントが合っているとみなせる被写体までの距離の範囲（被写界深度）が大幅に拡大される。

なお、撮像レンズ２００のみを通して撮影を行う場合の明るさ（Ｆナンバー）と、位相補正板１００を装着した撮像レンズ２００を通して撮影を行う場合の明るさ（Ｆナンバー）とは略同等なので、撮影時のシャッタースピードの設定も同等とすることができる。

上記のようなことにより、撮像レンズ２００に位相補正板１００を装着することにより、解像力および明るさの低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる。特に室内等の比較的暗い場所で開口絞りを開いてバーコードや文字原稿等を近距離撮影するような場合においては、撮像レンズ２００の光軸に対する原稿の傾きや、撮像レンズ２００の光軸方向の手ブレの影響で生じる、結像面上に結像される被写体像のボケを防止する顕著な効果を得ることができる。

＜具体的な実施例＞
以下、本発明の位相補正板を装着した撮像レンズの実施例Ａ１〜Ａ４、実施例Ｂ1〜Ｂ２、実施例Ｃ１〜Ｃ３、実施例Ｄそれぞれの数値データ等についてまとめて説明する。これとともに、実施例Ａ１〜Ａ４の位相補正板を装着した撮像レンズから位相補正板を取り除いた撮像レンズ単体（比較例Ａ０）についての数値データ等についても説明する。

なお、以下に説明する表１〜２３についてはそれらの表を最後にまとめて表示する。

図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および後述する表１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図７Ａ〜７Ｆ、および後述する表２Ａ〜２Ｃは、実施例Ａ２の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図８Ａ〜８Ｆ、および後述する表３Ａ〜３Ｃは、実施例Ａ３の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図９Ａ〜９Ｆ、および後述する表４Ａ〜４Ｃは、実施例Ａ４の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図１０Ａ〜１０Ｆ、および後述する表５Ａ〜５Ｃは、実施例Ｂ１の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図１１Ａ〜１１Ｆ、および後述する表６Ａ〜６Ｃは、実施例Ｂ２の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図１２Ａ〜１２Ｆ、および後述する表７Ａ〜７Ｃは、実施例Ｃ１の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図１３Ａ〜１３Ｆ、および後述する表８Ａ〜８Ｃは、実施例Ｃ２の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図１４Ａ〜１４Ｆ、および後述する表９Ａ〜９Ｃは、実施例Ｃ３の位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

図１５Ａ、１５Ａ１、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、および後述する表１０Ａ〜１０Ｃは、実施例Ｄの位相補正板付き撮像レンズに関するデータを示すものである。

なお、実施例Ｄの位相補正板は、位相補正部分と基台部分とを光軸方向に積層してなる複合体であり、位相補正部分と基台部分とが互に異なる光学特性を有する部材で形成されたものである。

図１６Ａ〜１６Ｆ、および後述する表１１Ａ〜１１Ｃは、比較例Ａ０の撮像レンズ（撮像レンズ単体）に関するデータを示すものである。この比較例Ａ０の撮像レンズは、実施例Ａ１〜Ａ４の位相補正板の装着された撮像レンズから位相補正板を取り除いてなるものである。

図１７〜２６は、縦軸に光軸Ｚ１方向の位置、横軸に光軸Ｚ１と直交するＨ方向の位置を示す座標上に実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄそれぞれに用いられる位相補正板の像側のレンズ面の形状（非球面形状）を示す図である。

表１２は、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄそれぞれの位相補正板付き撮像レンズ、および比較例Ａ０、Ｂ０、Ｃ０の撮像レンズ単体に関するデータをまとめて示すものである。なお、比較例Ｂ０の撮像レンズ単体は、実施例Ｂ１の位相補正板付き撮像レンズから位相補正板を取り除いてなるものである。また、比較例Ｃ０の撮像レンズ単体は、実施例Ｃ１の位相補正板付き撮像レンズから位相補正板を取り除いてなるものである。

表１３は、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄそれぞれに用いられる位相補正板の像側のレンズ面の非球面係数をまとめて示すものである。なお、表１３に示す位相補正板の像側のレンズ面の非球面係数は、上記表１Ｂ〜１１Ｂそれぞれから読み取ることもできる。

表１４〜２３は、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄそれぞれに用いられる位相補正板の像側レンズ面上の位置を表す座標値を示すものであり、レンズ面上の各位置を、光軸Ｚ１方向の位置を表す横軸の座標と光軸Ｚ１に直交するＨ方向の位置を表す縦軸の座標とで示すものである。

図６Ａ、７Ａ、・・・１６Ａは、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれの概略構成を示す断面図であり、図１中の符号と一致する図６Ａ、７Ａ、・・・１６Ａ中の符号は、互に対応する構成を示している。なお、図６Ａ、７Ａ、・・・１６Ａの各図中には、後述する４種類の入射角（像高）で結像面へ入射する光線の軌跡等が示されている。

なお、図中の符号Ｒ１、Ｒ２、・・・は以下の構成要素を指している。すなわち、Ｒ１とＲ２は位相補正板の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ３は開口絞りＳＴＯの位置、Ｒ４とＲ５は第１レンズＬ１の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ６とＲ７は第２レンズＬ２の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ８とＲ９は第３レンズＬ３の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ１０とＲ１１は第４レンズＬ４の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ１２とＲ１３は第５レンズＬ５であるカバーガラス（Ｃｏｖ）の物体側の表面と像側の表面、Ｒ１４は結像面Ｍｐを示している。

なお、実施例Ｄの位相補正板付き撮像レンズにおける図１５Ａ中の符号Ｒ１′は、互に異なる部材を積層してなる位相補正板の接合面を示している。

また、表１Ａ、２Ａ、・・・１１Ａに示すレンズデータにおいて、レンズ等の光学部材の面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、（１′）、２、３、…）の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、開口絞りＳＴＯの面番号（ｉ＝３）、および平行平面板であるカバーガラス（Ｃｏｖ）の物体側の面と像側の面の面番号、結像面（Ｍｐ）の面番号等も含めて記載している。なお、ＯＢＪは被写体を示している。

表１Ａ、２Ａ、・・・１１Ａの各表中のＲｉはｉ番目の面の近軸曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、レンズデータの符号Ｒｉは、図１中のレンズ面を示す符号Ｒｉと対応している。

また、表１Ａ、２Ａ、・・・１１Ａ中に示す記号Ｎｄｊは物体側から像側に向かうに従い順次増加するｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。

なお、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれの設計基準波長は５４６．１ｎｍである。

また、表１Ａ、２Ａ、・・・１１Ａ中に示す記号φは直径を示す
なお、近軸曲率半径、面間隔、および直径の単位はｍｍであり、近軸曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

ここで、各非球面は下記非球面式により定義される。

表１Ｂ、２Ｂ・・・１１Ｂに、各非球面Ｒｉを表す非球面式の各係数Ｋ、ｈ＾３、ｈ＾４、ｈ＾５・・・の値を示す。

表１Ｃ、２Ｃ・・・１１Ｃに示す概略仕様は、以下の各値を示す。

設計基準波長、焦点距離、Ｆナンバー（Ｆｎｏ）、および図６Ａ〜１６Ａ、図６Ｃ〜１６Ｃ、図６Ｄ〜１６Ｄ、図６Ｅ〜１６Ｅ、図６Ｆ〜１６Ｆそれぞれに示す４種類の像高を通る光線の結像面への入射角。

図６Ｂ、７Ｂ、・・・１６Ｂは、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれの球面収差を示す図である
図６Ｃ、７Ｃ、・・・１６Ｃは、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれを通して結像面上の各位置に結像された（上記４種類の入射角（像高）で結像面に入射して結像された）各スポットのデフォーカス時の変化を示すものである。ここでは、デフォーカス量として、結像面を光軸Ｚ１方向に−１００μｍ、−５０μｍ、±０μｍ、＋５０μｍ、＋１００μｍ平行移動させたときにこの結像面に結像（集光）されるスポットの形状を示している。

図６Ｄ、７Ｄ、・・・１６Ｄは、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれの上記４種類の入射角（像高）で結像面に入射して結像される像についてのＭＴＦ特性を示す図である。

図６Ｅ、７Ｅ、・・・１６Ｅは、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれの上記４種類の入射角（像高）で結像面に入射して結像される像について、デフォーカスさせたときの、７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図である。

図６Ｆ、７Ｆ、・・・１６Ｆは、実施例Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄの位相補正板付き撮像レンズ、および実施例Ａ０の撮像レンズそれぞれの上記４種類の入射角（像高）で結像面に入射して結像される像について、デフォーカスさせたときの、１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性の変化を示す図である。

実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズと、この実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズから位相補正板を取り除いた比較例Ａ０の撮像レンズとを比較すると、両者の性能に以下のような違いがあることがわかる。

すなわち、デフォーカスさせたときの１４０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性について、実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズのＭＴＦのピーク値が、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズのＭＴＦのピーク値よりも大幅に低下している。また、実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズが、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズを上回る性能を得られるデフォーカス範囲は殆ど生じない。

一方、７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性について、実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズのＭＴＦのピーク値が、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズのＭＴＦのピーク値よりも大幅に低下していることは、上記１４０本／ｍｍの場合と同様である。しかしながら、実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズは、デフォーカスしたときに緩やかにＭＴＦの値が低下し、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズは、デフォーカスしたときに急激にＭＴＦの値が低下する。

そのため、ＭＴＦの値がピークを示すデフォーカス範囲の近傍から外れたデフォーカス範囲においては、実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズのレンズ性能が、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズのレンズ性能を上回っている（ＭＴＦの値が大きくなる）。

すなわち、ＭＴＦの値がピークを示すピント位置から外れているときに得られる解像力について比較すると、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズよりも実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズの方が優れていると言える。

したがって、低解像力でも使用可能な用途においては、実施例Ａ０の位相補正板無し撮像レンズよりも実施例Ａ１の位相補正板付き撮像レンズの方が、広いデフォーカス範囲に亘って所望以上の解像力が得られる。すなわち、解像力が低くても使用可能な用途においては、既存の撮像レンズに位相補正板を装着することにより、レンズの明るさや解像力を犠牲にすることなくその撮像レンズの被写界深度を拡大することができる。

なお、上記位相補正板付き撮像レンズの７０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性について、４種類の入射角（像高）で結像面へ結像される像に関して、その結像面をデフォーカスさせたときのＭＴＦ特性曲線が示されている。ここで、ＭＴＦ特性曲線が最大値を示すデフォーカス位置およびＭＴＦ特性曲線が最小値を示すデフォーカス位置が、４種類のＭＴＦ特性曲線について互に揃っている場合には、上記撮像レンズの解像力および明るさの低下を抑制しつつこの撮像レンズの被写界深度を拡大する顕著な効果を得ることができる。

さらに、ＭＴＦ特性曲線が最大値を示すデフォーカス位置とＭＴＦ特性曲線が最小値を示すデフォーカス位置との間隔が離れている方が、すなわち、デフォーカスによるＭＴＦ値の低下が緩やかな方が、上記撮像レンズの解像力および明るさの低下を抑制しつつこの撮像レンズの被写界深度を拡大するより大きな効果を得ることができる。

なお、上記位相補正板を装着した撮像レンズを通して投影された被写体の光学像を撮像する撮像部と、この撮像部の撮像で得られた被写体を表す画像データに対して復元処理を施す信号処理手段とを備えた撮像システムを構成することもできる。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。

１００位相補正板
２００撮像レンズ
Ｕ１中央領域
Ｕ２周辺領域
Ｋ１中央領域を通る光
Ｋ２周辺領域を通る光
δ１ｍａｘ中央領域を通る光の位相差
δ２ｍａｘ周辺領域を通る光の位相差
Ｑ２周辺領域を通る光の最も中心側の位置

Claims

撮像レンズに装着される位相補正板であって、
該位相補正板の中央領域を通過後の光の位相差の最大値が、該位相補正板の周辺領域を通過後の光の位相差の最大値よりも小さくなるように、かつ、前記周辺領域中の前記中央領域の側から周辺側に行くにしたがって前記位相補正板通過後の光の位相差が増加するように構成されたものであることを特徴とする位相補正板。
撮像レンズに装着される位相補正板であって、該位相補正板を装着した前記撮像レンズを通して結像面上の各位置に結像された各スポット径のデフォーカス時の変化量それぞれが、前記撮像レンズのみを通して前記結像面上の各位置に対応するように結像されたスポット径のデフォーカス時の変化量よりも小さくなるように構成されたものであることを特徴とする位相補正板。
前記位相補正板が単レンズであることを特徴とする請求項１または２記載の位相補正板。
前記単レンズの片面が平面であることを特徴とする請求項３記載の位相補正板。
前記単レンズの瞳と向き合う面の反対側が平面であることを特徴とする請求項４記載の位相補正板。
前記中央領域を通る光の位相差は１／２波長未満であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の位相補正板。
前記周辺領域を通る光の位相差は１／２波長以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の位相補正板。
前記位相補正板は回転対称形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の位相補正板。
以下の式を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の位相補正板。
５／１００＜Ａ/（Ａ＋Ｂ）＜１００／１００
ここで、
Ａ：中央領域の面積
Ｂ：周辺領域の面積
Ａ＋Ｂ：中央領域の面積に周辺領域の面積を加えてなる有効領域の面積
請求項１から９のいずれか１項記載の位相補正板を装着した撮像レンズを通して投影された被写体の光学像を撮像する撮像手段と、該撮像手段の撮像で得られた前記被写体を表す画像データに対して復元処理を施す信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮像システム。
請求項１０記載の撮像システムを備えた撮像装置。
請求項１０記載の撮像システムを備えた携帯電話。
請求項１０記載の撮像システムを備えた車載機器。
請求項１０記載の撮像システムを備えた監視カメラ。
請求項１０記載の撮像システムを備えた内視鏡装置。
請求項１０記載の撮像システムを備えたデジタルカメラ。
請求項１０記載の撮像システムを備えたデジタルビデオカメラ。
請求項１から９のいずれか１項記載の位相補正板と、１枚以上のレンズとからなるものであることを特徴とするレンズユニット。
前記位相補正板が、位相補正部分と基台部分とを光軸方向に積層してなる複合体であり、前記位相補正部分と前記基台部分とが互に異なる光学特性を有する部材で形成されたものであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の位相補正板。
前記位相補正板が、該位相補正板の周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準として、この位相補正板の中央領域の側から周辺側に行くほど位相補正板通過後の光の位相が進むように形成されたものであることを特徴とする請求項１から９、および請求項１９のいずれか１項記載の位相補正板。
前記位相補正板が、該位相補正板の周辺領域を通る光の最も中心側の位置を基準として、この位相補正板の中央領域の側から周辺側に行くほど位相補正板通過後の光の位相が遅れるように形成されたものであることを特徴とする請求項１から９、および請求項１９から２０のいずれか１項記載の位相補正板。