JP2013210543A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｆ／２．０よりも明るいＦ値において、収差を良好に補正し、高い結像性能を有すると共に、開口絞り径を可変として被写界深度制御が可能となる撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のレンズを有する撮像光学系と、撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有する撮像装置であって、
撮像光学系は少なくとも２枚のレンズを有し、２枚のレンズの間を流体媒質で満たし、該流体媒質中に開口絞りが配置され、
開口絞りよりも物体側にあって流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面とし、開口絞りよりも像側にあって流体媒質と接したレンズ面の形状を凸面として構成され、
撮像光学系の焦点距離と撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離が略等しく設定されていると共に撮像面の曲率半径が撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像光学系の像面近傍に湾曲した撮像面を配置した撮像装置に関する。特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ等に好適な撮像装置に関するものである。

このような湾曲させた撮像面を用いた撮像装置の例がいくつか開示されている。
球殻レンズと、該レンズの内側に球状レンズとで同心球を成した球レンズが提案されている（特許文献１）。
この球レンズは、球面収差や色収差を良好に補正することが可能である。また点対称な構成のため広画角化が容易であり、広角かつ高解像度が要求される撮像装置の撮像光学系に適している。
この球レンズにおいて、フレア等の有害光を遮断し良好な結像性能を得るために、球レンズの球中心を通る平面上に開口絞りを有した例が開示されている。

また、電子撮像素子面を２次元的に湾曲させた撮像光学系が提案されている（特許文献２）。
電子撮像素子を画像記録媒体とする場合の制約条件を緩和するために、電子撮像素子の受光面を物体側に凹面化して、電子撮像素子に対する光束の入射角度を法線角度に近づけた例が開示されている。
近年の撮像装置では電子撮像素子の画素サイズが急速に小さくなり、撮像光学系は高解像度化が求められている。そのため、撮像光学系は明るいＦ値においても高い結像性能を実現する必要があった。
さらに、近年の撮像装置は広角化やコンパクト化が求められている。

特開昭６３−０８１４１３号公報 特許第４６２８７８１号公報

特許文献１の球レンズでは、開口絞り径を変更できないという課題を有している。
特に、Ｆ／２．０よりも明るいＦ値の撮像光学系を用いた撮像装置では、被写界深度が浅くなり、開口絞り径の変更によって被写界深度を制御可能であることが望まれている。
しかしながら、特許文献１の球レンズでは被写界深度を制御できない構成であった。
一方、特許文献２の撮像装置では、開口絞り径は変更できるが、Ｆ値が暗く明るい撮像光学系ではないという課題を有している。

本発明では、上記課題に鑑み、Ｆ／２．０よりも明るいＦ値において、収差を良好に補正し、高い結像性能を有すると共に、開口絞り径を可変として被写界深度制御が可能となる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、複数のレンズを有する撮像光学系と、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有する撮像装置であって、
前記撮像光学系は少なくとも２枚のレンズを有し、該２枚のレンズの間を流体媒質で満たし、該流体媒質中に開口絞りが配置され、
前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面とし、前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状を凸面として構成され、
前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離が略等しく設定されていると共に、
前記撮像面の曲率半径が前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離と略等しく設定されていることを特徴とする。
その際、前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離を略等しく設定するため、次の（１）式を満たし、
前記撮像面の曲率半径を前記撮像光学系の焦点距離と略等しく設定するため、次の（２）式を満足させるように構成することができる。

０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５ …（１）

０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５…（２）

但し、ｆ＿ｓｙｓは前記撮像光学系の焦点距離、ｄ＿ｐｕｐは前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離、Ｒ＿ｉｍｇは前記撮像面の曲率半径である。

本発明によれば、Ｆ／２．０よりも明るいＦ値において、収差を良好に補正し、高い結像性能を有すると共に、開口絞り径を可変として被写界深度制御が可能となる撮像装置を実現することができる。

本発明の実施例１における撮像装置の構成例を説明する図。 本発明の実施例１における撮像光学系の縦収差図。 本発明の実施例１における撮像光学系の横収差図。 本発明の実施例２における撮像装置の構成例を説明する図。 本発明の実施例２における撮像光学系の縦収差図。 本発明の実施例２における撮像光学系の横収差図。 本発明の実施例３における撮像装置の構成例を説明する図。 本発明の実施例３における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。 本発明の実施例３における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。 本発明の実施例３における撮像光学系野縦収差図。 本発明の実施例３における撮像光学系野横収差図。 本発明の実施例４における撮像装置の構成例を説明する図。 本発明の実施例４における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。 本発明の実施例４における撮像装置に用いる撮像光学系の非球面量について説明する図。 本発明の実施例４における撮像光学系の縦収差図。 本発明の実施例４における撮像光学系の横収差図。 本発明の実施形態における撮像装置の物体面を有限距離に配置した際の結像関係を示す図。 本発明の実施形態の撮像装置のピント調整時におけるピント位置と撮像面形状の関係を示す図。

本発明の実施形態における撮像装置の構成例について説明する。
まず、その全体構成について説明する。
本実施形態の撮像装置は、複数のレンズを有する撮像光学系を備え、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有し、この像面湾曲のうちペッツバール像面分を補正できる構成とされている。
さらに、撮像光学系を点対称な光学系に近づけることによって、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差の発生を抑え、補正対象収差を球面収差、軸上色収差などの軸上収差のみに限定している。
撮像光学系を点対称な光学系に近づけることは、レンズ形状を制限してしまい光学設計の自由度を狭めることになるが、それ以上に補正すべき収差を軸上収差のみに限定できる利点の方が重要である。
これにより、広画角に渡って明るく高い結像性能を有する撮像装置を実現することができる。

そこで、本発明の撮像装置では、撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定し、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定することにより、撮像光学系を点対称な光学系に近づけている。
特に、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系が点対称に近い構成を採ることが重要であり、画角光束に対してコンセントリックな構成としている。
撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定することで、撮像光学系の像側主点と射出瞳とを略同位置に揃えることができる。
これは、画角光束の入射高が低くなるので、画角光束を軸上光束と同様に扱うことができ、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系を点対称に近い構成にすることができる。具体的には、以下で説明するように（１）式（以下の表で示された丸数字１の条件式）を満足させるように構成すると良い。
これにより、広画角に渡ってコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差を良好に補正することができる。
また、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定することで、像面湾曲を良好に補正することができる。
具体的には、以下で説明するように（２）式（以下の表で示された丸数字２の条件式）を満足させるように構成すると良い。
撮像光学系の構成により非点収差を良好に補正できるので、像面湾曲をペッツバール像面のみに限定でき、撮像面を湾曲させることによってペッツバール像面を補正できるので、軸外収差の全てに対して発生を小さく抑えることができる。すなわち、残りの収差を軸上収差に限定することができる。

更に、本発明は、次のように（１）式、（２）式を満足させる構成を採るに当たり、広角で明るいＦ値の撮像光学系において、絞り径を変更することが可能に構成されている。
すなわち、複数のレンズを有する撮像光学系と、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有する撮像装置において、
前記撮像光学系は少なくとも２枚のレンズを有し、該２枚のレンズの間を流体媒質で満たし、該流体媒質中に開口絞りが配置され、
該開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面とし、前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状が凸面として構成され、
前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離が略等しく設定されていると共に、前記撮像面の曲率半径が前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離と略等しく設定されている。
その際、撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、以下の（１）式及び（２）式を満足させるように構成することができる。

０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５ …（１）

０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５…（２）

なお、ここでの撮像装置における撮像面とは、湾曲させた電子撮像素子、もしくは、入射面を湾曲させた光伝送手段のことである。
この湾曲させた電子撮像素子とは、例えば、形状可変な基板上に電子撮像素子を形成したものや、小さな平面型電子撮像素子をアレイ状に配置して凹面形状としたものが考えられる。
また、光伝送手段とは、例えば、光ファイバーを束ねてプレート状に構成したイメージプレートが考えられ、一端を凹面形状に、他端を平面に加工したものである。
そして、光伝送手段の入射面を物体側に凹面を向けて湾曲させた面を撮像面とし、平面の射出面を電子撮像素子へと接続して撮像ユニットとする構成を採ることができる。

次に、上記開口絞りについて、更に詳細に説明する。
本実施形態の開口絞りは、絞り径を可変にできることを特徴としている。
特許文献１の球レンズでは、開口絞りの開口部には光学ガラスが充填されており、絞り径を変更することができなかった。
そこで、本発明では開口絞りを流体媒質中に配置して、絞り径を可変にできる構成としている。
ここで、流体媒質とは空気などの気体や、水、オイルなどの液体のことである。一般的に流体媒質は光学ガラスや光学プラスチックなどの光学材料よりも低い屈折率を有しており、流体媒質とレンズ面との間の屈折率差が光学性能を劣化させる要因となっていた。
例えば、球レンズにおいて、開口絞りの周囲を流体媒質で満たした場合について説明する。
球レンズを開口絞りの位置で２つに分け、その間に流体媒質を満たした場合、軸上光束はさほど影響はないが、画角光束は流体媒質と接するレンズ面で大きく屈折してしまう。
球レンズでは点対称性によって収差を補正しているが、画角光束がレンズ面と流体媒質との界面で大きく屈折すると、その光路の点対称性が崩れて大きな収差が発生し問題となる。
具体的には、レンズ面での大きな屈折により、コマ収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差が大きく発生して問題となる。

また、流体媒質の領域を開口絞りを中心とした球面とした場合、画角光束においても点対称性が保たれる。
しかしながら、開口絞りとの距離が近いので球面の曲率半径がきつくなり、画角光束の一部が全反射して光束ケラレの問題が発生する。
すなわち、明るいＦ値の撮像光学系を実現できない。
そこで、本実施形態では、開口絞りよりも物体側にあって流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面としており、該レンズ面における屈折を弱めて、収差の発生を小さく抑えている。
また、開口絞りよりも像側にあって流体媒質と接するレンズ面の形状を凸面としており、前述の凹面で付与されたパワーをキャンセルしている。これにより、後群における画角光束の角度を前群の角度に戻して、後群を点対称な光学系に近い構成とし収差を良好に補正している。

このように、本実施形態の構成を用いれば、広角で明るいＦ値の撮像光学系において、絞り径を変更することが可能な撮像装置を提供することができる。
特に、Ｆ／２．０よりも明るいＦ値の撮像光学系に対して大きな効果を発揮する。
また、明るいＦ値の撮像光学系は被写界深度が狭くなるので、短い焦点距離ながら背景をぼかした撮影が可能となり、例えばコンパクトカメラにおいても背景ぼかしが可能となる。
さらに、明るいＦ値の撮像光学系は、Ｆ値の２乗に比例して露光時間を短く設定することができるため、手ブレや被写体ブレ、ショットノイズを格段に軽減でき、高品位な画像による撮像装置を提供することができる。

次に、周辺光量落ちを改善する作用について説明する。
一般的な撮像光学系では、画角（入射角）ωに対してｃｏｓω４乗則に従って周辺光量比が低下することが知られている。そのため、撮影された画像の周辺部がとても暗くなり奇麗な画像が得られない。
近年のデジタルカメラやデジタルビデオカメラでは、周辺部の感度を大幅に持ち上げて周辺光量落ちをデジタル的に補正するものもあるが、コントラストは低いままノイズが増加してしまうので、画像の中心部と比べて画質がかなり劣化する。
周辺光量落ちは、このような深刻な問題を引き起こす。この傾向は広画角な撮像光学系ほど顕著となり、広画角な撮像光学系を実現するために必要な要素の１つとなっている。
周辺光量比のｃｏｓω４乗則の内訳は、
（ａ）画角に応じて、見かけの焦点距離が長くなることでｃｏｓωの２乗分、
（ｂ）画角に応じて見かけの開口径が狭まることでｃｏｓωの１乗分、
（ｃ）画角に応じて撮像面への入射角がきつくなることでｃｏｓωの１乗分、である。

本実施形態の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定しており、全画角において見かけの焦点距離を略同一にすることができる。
これにより、周辺光量比をｃｏｓωの２乗分を改善することができる。
（２）式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
すなわち、周辺光量比がｃｏｓωの４乗からｃｏｓωの２乗へ向上させることができる。
広画角な撮像光学系の周辺光量比を大幅に改善することができるので、広画角に渡ってコントラストが高く、ノイズが少なく高画質な画像を撮影することができる撮像装置を提供することができる。

次に、上記（１）式、（２）式の意義について更に詳しく説明する。
（１）式は、撮像光学系の焦点距離ｆ＿ｓｙｓと撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐとを略等しく設定する条件であり、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系を点対称に近い構成にすることができる。
（１）式を満たせば、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差を良好に補正することができる。
（１）式の上限を超えると、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系の点対称性が確保できず、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差が発生して問題となる。
（１）式の下限を超えると、撮像光学系の開口絞りよりも像側の光学系の点対称性が確保できず、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差などの軸外収差が発生して問題となる。

（２）式は、撮像面の曲率半径Ｒ＿ｉｍｇを、撮像光学系の焦点距離ｆ＿ｓｙｓと略等しく設定する条件であり、像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。
（２）式を満たせば、撮像装置の像面形状をペッツバール像面に近づけることができるので、広画角に渡って非点収差を発生させることなく像面湾曲を補正することができる。
（２）式の上限を超えると、撮像面の周辺部でペッツバール像面からの乖離が大きくなり、像面湾曲が発生して結像性能が劣化する。
（２）式の下限を超えると、撮像面の周辺部でペッツバール像面からの乖離が大きくなり、像面湾曲が発生して結像性能が劣化する。
Ｆ値が明るい撮像光学系の場合、焦点深度が狭いので像面湾曲の許容範囲が狭く、像面湾曲は高精度に補正する必要がある。

なお、撮像面が、球面ではなく、非球面または階段状になっている場合には、撮像面の曲率半径を以下のように定義する。
まず、撮像面の形状が非球面の場合、基準球面の曲率半径を「撮像面の曲率半径」とする。
非球面はα式で表すことができ、α式の光軸上における曲率ｃの逆数が曲率半径である。

ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸上における曲率（１／ｍｍ）、ｒは半径方向の光軸からの距離（ｍｍ）であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の係数である。
撮像面が非球面形状であっても、光軸上の曲率半径を計測することによって基準曲面の曲率半径を求めることができる。
次に、撮像面の形状が階段状の場合について説明する。
小さな電子撮像素子をアレイ化して構成した場合や、光ファイバーを束ねて湾曲した撮像面を構成した場合、厳密に言うと撮像面が階段状になる。
その場合は、電子撮像素子の１画素もしくは光ファイバーの１本の中心点を結んだ曲面を撮像面とみなすことができる。
その曲面を上記α式で最小二乗法によりフィッティングした結果から基準曲面の曲率半径を算出すれば、撮像面の曲率半径を求めることができる。

また、本発明の撮像装置は、撮像光学系と撮像面の間隔を変更することによってピント位置を調整する。
図１７（ａ）および図１７（ｂ）に物体面を有限距離に配置した際の結像関係を示す。
図１７（ａ）において、ＯＢＪは物体面、ＳＹＳは撮像光学系、ＩＭＧは像面であり、撮像光学系ＳＹＳは物体面ＯＢＪ上のある物点を像面ＩＭＧ上の像点へ結像させている。
図１７（ａ）に示したように、撮像光学系ＳＹＳは、撮像光学系ＳＹＳから等距離にある物点をペッツバール像面上へ結像させるので、このときの物体面ＯＢＪは湾曲した形状となる。
しかしながら、撮像光学系では物体面ＯＢＪは平面であることが好ましい。
図１７（ｂ）に示したように、光軸上以外にある物点は破線で示した湾曲状の物体面ではなく、実線で示した平面の物体面とする。すると、図１７（ｂ）の矢印Ａで示したように、物点は撮像光学系ＳＹＳから離れる方向へ移動し、像点も矢印Ｂで示したように、破線で示したペッツバール像面から実線で示した像面ＩＭＧへと撮像光学系ＳＹＳに近づく方向へ移動する。
この像面側の移動量を、光束の進行方向におけるデフォーカス量として図１７（ｂ）の撮像光学系のモデルにおいて一例を図１８のグラフに示した。

図１８には、ある例におけるピント調整時のピント位置と撮像面形状の関係を示している。
この例では、各パラメーターを、撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ＝１２．０（ｍｍ）、撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ＝１２．０（ｍｍ）としている。撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ＝１２．０（ｍｍ）、物体距離をＳ＝−３００（ｍｍ）、画角をω＝６０（ｄｅｇ）としている。
前述の通り、物体面を平面とした場合、各画角光束のピント位置がペッツバール像面から撮像光学系側にデフォーカスする。
光束の進行方向におけるデフォーカス量を丸数字１としてピント位置のグラフに表示している。
また、撮像面の曲率半径は撮像光学系の焦点距離と等しく設定しており、物体距離が無限遠におけるペッツバール像面形状に相当する。
物体距離が無限遠で丸数字１のピント位置と丸数字２の撮像面形状が一致するのは当然だが、図１８は物体距離をＳ＝−３００（ｍｍ）まで近づけた場合でもピント位置と撮像面形状がぴったり一致することを示している。
これは物体距離が無限遠からＳ＝−３００（ｍｍ）までのどの距離においても、平面の物体面を像面湾曲を発生させることなく、ピント調整できることを意味している。
また、画角−６０〜＋６０（ｄｅｇ）の広範囲において上記が実現できる。
撮像光学系の焦点距離を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定し、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定すれば、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけでピント調整が可能となる。
そのために、（１）式および（２）式を満足させることが重要である。
以上で説明した本実施形態の撮像装置のように、格段に明るいＦ値の撮像光学系は焦点深度が非常に狭いので、高精度なピント調整を簡単に実現できることは撮像装置にとって極めて重要である。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図１に示すように、４枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４と流体媒質ＦＭ中に設置した開口絞りＳＴＯとで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第２レンズＧ２、
開口絞りＳＴＯ、両凸レンズである第３レンズＧ３、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第４レンズＧ４、が配置されている。
図１中のＩＭＧは撮像面である。
本実施例における撮像装置では、電子撮像素子ＩＣＤを球状に形成して湾曲した撮像面ＩＭＧを構成しており、撮像面ＩＭＧの全域に渡って良好な結像性能を実現している。

表１に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面、面番号２は第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２との貼り合せ面、面番号３は第２レンズＧ２の射出面、面番号４は開口絞りＳＴＯである。
面番号５は第３レンズＧ３の入射面、面番号６は第３レンズＧ３の射出面と第４レンズＧ４の入射面との貼り合せ面、面番号７は第４レンズＧ４の射出面、そして面番号８は撮像面ＩＭＧである。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。

本実施例の撮像装置では、第２レンズＧ２と第３レンズＧ３の間を流体媒質ＦＭである空気（Ａｉｒ）で満たしている。その空気中に開口絞りＳＴＯを配置しており、開口絞りＳＴＯは絞り径を可変としている。
また、空気の屈折率はＮｄ＝１．０００であり、光学ガラスと比較して屈折率はかなり低く、画角光束が光学ガラスと空気との界面で大きな角度で屈折し、大きな収差が発生することが問題となっていた。
本実施例の撮像装置においても、空気と接する第２レンズＧ２の屈折率Ｎｄ_２＝１．５４８１４や第３レンズＧ３の屈折率Ｎｄ_３＝１．７２０００に対して、空気の屈折率Ｎｄ＝１．０００はかなり低い。
そこで、開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって流体媒質ＦＭと接した第２レンズの射出面（面番号３）を凹面とすることで、画角光束の屈折角を緩め、第２レンズの射出面で発生するコマ収差を小さく抑えている。
開口絞りＳＴＯよりも像側にあって流体媒質ＦＭと接した第３レンズの入射面（面番号５）を凸面とすることで、第２レンズの射出面で与えた負のパワーをキャンセルして、像面湾曲や倍率色収差を補正している。
また、第２レンズの射出面で発生するコマ収差を補正している。
これによって、点対称に近い光学系の内部に低屈折率の流体媒質を配置しても画角光束の収差を良好に補正することができるので、高い光学性能を維持したまま絞り径を可変とした撮像光学系を実現できる。

また、空気と接する第２レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本実施例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第２レンズの射出面（面番号３）の曲率半径Ｒ_３＝１５．６２１４（ｍｍ）を、第２レンズの射出面から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_３＝０．２５００（ｍｍ）よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第２レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、第２レンズの射出面における各光線の屈折角を弱めている。
また、第３レンズの入射面（面番号５）の曲率半径Ｒ_５＝７．４０３１（ｍｍ）を、第２レンズの射出面（面番号３）の曲率半径Ｒ_３＝１５．６２１４（ｍｍ）よりも小さく設定している。
すなわち、開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって流体媒質ＦＭと接したレンズ面の曲率半径Ｒｆと、開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって流体媒質ＦＭと接したレンズ面の曲率半径Ｒｒとの関係が、次の（３）式を満足するように構成している。

このように、第３レンズの入射面に第２レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
特に、開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって流体媒質ＦＭと接したレンズ面のパワーφｆと、開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって流体媒質ＦＭと接したレンズ面のパワーφｒとの関係が次の（４）式を満足させるように構成している。これにより、倍率色収差と色の像面湾曲をバランス良く補正できる。

ここで、Ｎ_ｉ＋１はレンズ面の像側の媒質の屈折率、Ｎ_ｉはレンズ面の物体側の媒質の屈折率、Ｒ_ｉはレンズ面の曲率半径とすると、各面のパワーφ_ｉは次の（５）式で表現される。

本実施例の撮像装置においては、第２レンズの射出面のパワーφ３＝−０．０３５１、第３レンズの入射面のパワーφ５＝０．０９７３であり、第２レンズの射出面のパワーと第３レンズの入射面のパワーの比φ５／φ３＝−２．７７２としている。
（５）式を満足するように、第２レンズの射出面と第３レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
表２に本実施例の撮像装置の仕様を示す。

本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．２２９（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表３に、本実施例の撮像装置における、（１）式および（２）式の値を示す。

（１）式の値は１．０３であり、（１）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０２であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（１）式と（２）式を満足させることで、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけで、無限遠から至近距離までのピント調整が可能となる。
また、本発明の撮像装置では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定している。
下記に示した（６）式は、撮像面の曲率半径Ｒ＿ｉｍｇを撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐと略等しく設定する条件である。

０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５ …（６）

（６）式を満足すれば、撮像光学系をより点対称に近い構成にできる。

本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。その際、（６）式を満たすことにより、無限遠から至近距離までの広範囲な被物体距離において、ピント調整による像面湾曲を非常に小さく抑えることができ、高解像度な撮影を可能とする。
本実施例の撮像装置は、（６）式の値が１．０５であり、（６）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。さらに、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。

図２に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図３に横収差図を示す。
図２に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。ここでは、色の球面収差を基準波長（例えばｄ線）の球面収差量に対する各波長（例えば、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線など）の球面収差量の差と定義する。
図３に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されている。特に、大きな画角が付いた光束（例えば画角ω＝３５（ｄｅｇ）の画角光束）に対して本発明の効果が十分に発揮され、広画角に渡り明るいＦ値で良好な結像性能を得ている。

次に、周辺光量落ちを改善する作用について説明する。
本実施例の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の焦点距離と略等しく設定しており、全画角において焦点距離を略同一にすることができる。
これにより、周辺光量比をｃｏｓωの２乗分を改善することができる。
本実施例の最大半画角ω＝６０．０（ｄｅｇ）であり、ｃｏｓ^４ω＝０．０６２５のところｃｏｓ^２ω＝０．２５にでき、周辺光量を４倍に改善できる。
（２）式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
さらに、本実施例の撮像装置における撮像光学系では、撮像面の曲率半径を撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離と略等しく設定しており、撮像面への入射角を略垂直に設定することができる。
これにより、周辺光量比をｃｏｓωの１乗分を改善することができる。
本実施例の最大半画角ω＝６０．０（ｄｅｇ）であり、ｃｏｓ^４ω＝０．０６２５のところｃｏｓ^３ω＝０．１２５にでき、周辺光量を２倍に改善できる。
（６）式を満足することにより、相応の効果を得ることができる。
（２）式と（６）式を同時に満たすことにより、周辺光量比をｃｏｓωの３乗分を改善することができ、周辺光量を従来の８倍に増加させることができる。
これにより、広画角な撮像光学系の周辺光量比を大幅に改善することができるので、広画角に渡ってコントラストが高く、ノイズが少なく高画質な画像を撮影することができる撮像装置を提供することができる。

以上のように、本発明の効果を用いれば、明るいＦ値でも広画角に渡って良好なる結像性能を有した撮像装置をコンパクトな構成で実現できる。
また、周辺光量落ちを大幅に改善することができ、広画角に渡って非常に明るい撮像光学系を実現することができる。
これにより、露光時間を大幅に短縮できるので、手ブレ、被写体ブレ、ノイズを良好に低減した高品位な画像を撮影することが可能な撮像装置を提供することができる。
また、コンパクトな構成ながら、デフォーカスした被写体に大きなボケを付与することができる撮像光学系を提供することができる。
さらに、上記の高性能な撮像光学系を、簡便な構成ながら無限遠から至近距離に至る広範囲において、結像性能を殆ど劣化させることなくピント調整を可能とする。

［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は、図４に示すように、５枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５と流体媒質中に設置した開口絞りＳＴＯで構成されている。
物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第２レンズＧ２、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第３レンズＧ３、
開口絞りＳＴＯ、像側に凸面を向けた両凸レンズである第４レンズＧ４、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第５レンズＧ５、が配置されている。

本実施例の撮像装置における開口絞りＳＴＯは、第３レンズＧ３と第４レンズＧ４との間の空気層に配置しており、可変絞りを設置することができる。
本実施例における撮像装置では、電子撮像素子ＩＣＤを球状に形成して湾曲した撮像面ＩＭＧを構成しており、撮像面ＩＭＧの全域に渡って良好な結像性能を実現している。
また、図４中のＩＭＧは撮像面であり、光伝送手段ＯＴＭの入射面である。撮像面を球形状に形成して湾曲した撮像面ＩＭＧを構成しており、撮像面ＩＭＧの全域に渡って良好な結像性能を実現している。
本実施例の光伝送手段ＯＴＭは数ミクロンピッチの光ファイバーを束ねて構成したイメージファイバーであり、撮像光学系の像面に形成された像を電子撮像素子ＩＣＤへ伝送する役割を担う。
光伝送手段ＯＴＭの入射面を球状に湾曲させた形状とし、射出面を平面として電子撮像素子ＩＣＤに密着させて接続することで、撮像ユニットＩＣＵを構成している。
光伝送手段ＯＴＭの入射面形状を撮像光学系の像面湾曲に沿わせることによって、撮像面ＩＭＧの全域に渡り良好な結像を実現している。

本実施例では光伝送手段ＯＴＭを用いたが、撮像素子自体を球面状に構成するのに比べて、光伝送手段ＯＴＭの一方の面を球面状に構成し他方の面を電子撮像素子ＩＣＤに接続した電子撮像部ＩＣＵの方が製造が容易となるメリットがある。

表４に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面、面番号２は第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面、面番号３は第２レンズＧ２の射出面と第３レンズＧ３の入射面との貼り合せ面である。面番号４は第３レンズＧ３の射出面であり空気層と接続している。
面番号５は開口絞りＳＴＯであり、空気層の中に配置している。
面番号６は第４レンズＧ４の入射面、面番号７は第４レンズＧ４の射出面と第５レンズＧ５の入射面との貼り合せ面、面番号８は第５レンズＧ５の射出面である。
面番号９は撮像面ＩＭＧであり、電子撮像部ＩＣＵの光伝送手段ＯＴＭの入射面である。そして、光伝送手段ＯＴＭの射出面が電子撮像素子ＩＣＤと接続している。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。

本実施例の撮像装置においては、第３レンズＧ３と第４レンズＧ４との間を流体媒質ＦＭである空気で満たしている。その空気中に開口絞りＳＴＯを配置し、絞り径を可変としている。
開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって該空気層に接したレンズ面とは第３レンズの射出面（面番号４）であり、開口絞りＳＴＯよりも像側にあって該空気層と接したレンズ面とは第４レンズＧ４の入射面（面番号６）である。
第３レンズの射出面の形状を凹面とし、第４レンズＧ４の入射面の形状を凸面に設定している。
これにより、広画角に渡って高い結像性能を実現するとともに、絞り径を可変とした撮像装置を提供することができる。

また、空気と接する第３レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本実施例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第３レンズの射出面の曲率半径Ｒ_４＝４３．５４３８（ｍｍ）を、第３レンズの射出面から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_４＝０．６５０７（ｍｍ）よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第３レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、屈折角を弱めている。
また、第４レンズの入射面の曲率半径Ｒ_６＝２５．３７８４（ｍｍ）を、第３レンズの射出面の曲率半径Ｒ_４＝４３．５４３８（ｍｍ）よりも小さく設定しており、（３）式の関係を満足している。
このように、第４レンズの入射面に第３レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。

さらに、第３レンズの射出面のパワーφ４＝−０．０１５４、第４レンズの入射面のパワーφ６＝０．０３４８であり、第３レンズの射出面のパワーと第４レンズの入射面のパワーの比φ６／φ４＝−２．２５８としている。
（５）式を満足するように、第３レンズの射出面と第４レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
また、表５に本実施例の撮像装置の仕様を示す。

本実施例の撮像装置は、空気層に開口絞りを配置して、可変絞りを採用した撮像光学系の例である。
レンズ５枚のシンプルな構成ながら、Ｆ／１．６と明るい光学系を実現している。
また、焦点距離１１．９９７（ｍｍ）に対して全長は１７．９５９（ｍｍ）であり、Ｌ＿ｓｙｓ ／ ｆ＿ｓｙｓ＝１．５０のコンパクトな光学系である。
表６に、本実施例の撮像装置における、（１）式および（２）式の値を示す。

（１）式の値は０．８５であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０４であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、６５．５（ｄｅｇ）の画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（１）式と（２）式を満足させることで、撮像面の形状を変化させることなく、撮像光学系と撮像面の距離を変更するだけで、無限遠から至近距離までのピント調整が可能となる。
（６）式の値が１．０５であり、（６）式の範囲を満足している。これにより、無限遠から至近距離までの広範囲な被物体距離において、ピント調整による像面湾曲を非常に小さく抑えることができ、高解像度な撮影を可能としている。
このように、本実施例においても、明るいＦ値でも広画角に渡って良好なる結像性能を有した撮像装置をコンパクトな構成で実現できる。

図５に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図６に横収差図を示す。
図５に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。
球面収差や色の球面収差を良好に補正されているので、明るいＦ値においても良好な結像性能で実現できている。
また、非点収差や像面湾曲が良好に補正されているので、広画角においても良好な結像性能が実現できている。
特に、非点収差が補正されており、本発明の効果が十分に発揮されている。
図６に示したように、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されており、各画角光束においても良好な性能が得られている。
特に、コマ収差が補正されており、本発明の効果が十分に発揮されている。

［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置の撮像光学系は、図７に示すように、４枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４と流体媒質中に設置した開口絞りＳＴＯで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第２レンズＧ２、
開口絞りＳＴＯ、両凸レンズである第３レンズＧ３、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第４レンズＧ４、が配置されている。
本実施例の撮像装置でも同様に、開口絞りＳＴＯを第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間の空気層に配置しており、可変絞りを設置している。
本実施例における撮像ユニットＩＣＵは、実施例２と同様である。

表７に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面であり、（４）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号２は第１レンズＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面である。
面番号３は第２レンズＧ２の射出面であり、（４）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
第３レンズＧ３の入射面との貼り合せ面、面番号４は第３レンズＧ３の射出面であり、（６）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。面番号５は撮像面ＩＭＧであり、光伝送手段ＯＴＭの入射面である。そして、表記しない光伝送手段ＯＴＭの射出面が電子撮像素子ＩＣＤと接続している。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。

本実施例の撮像装置における非球面は光軸を中心とした回転対称非球面としており、次の（７）式の多項式で表現される。

ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸上における曲率（１／ｍｍ）、ｒは半径方向の光軸からの距離（ｍｍ）であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の係数である。
本実施例の撮像装置における面番号１の非球面係数を表８（Ａ）に、面番号３の非球面係数を表８（Ｂ）に、面番号５の非球面係数を表８（Ｃ）に、面番号７の非球面係数を表８（Ｄ）に示す。

本実施例の撮像装置においては、第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間を流体媒質ＦＭである空気で満たしている。その空気中に開口絞りＳＴＯを配置し、絞り径を可変としている。
開口絞りＳＴＯよりも物体側にあって該空気層に接したレンズ面とは第２レンズの射出面（面番号３）であり、開口絞りＳＴＯよりも像側にあって該空気層と接したレンズ面とは第３レンズＧ３の入射面（面番号５）である。

本実施例の撮像装置においても、第２レンズの射出面（面番号３）を凹面とし、第３レンズＧ３の入射面（面番号５）を凸面に設定している。
これにより、広画角に渡って高い結像性能を実現するとともに、絞り径を可変とした撮像装置を提供することができる。
また、空気と接する第２レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本実施例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第２レンズの射出面（面番号３）の曲率半径Ｒ_３＝５２．９７４１（ｍｍ）を、第２レンズの射出面（面番号３）から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_３＝１．７０５１（ｍｍ）よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第２レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、屈折角を弱めている。

また、第３レンズＧ３の入射面（面番号５）の曲率半径Ｒ_５＝２３．２１４７（ｍｍ）を、第２レンズの射出面（面番号３）の曲率半径Ｒ_３＝５２．９７４１（ｍｍ）よりも小さく設定しており、（３）式の関係を満足している。
このように、第３レンズの入射面に第２レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
さらに、第２レンズの射出面のパワーφ３＝−０．０１１７、第３レンズの入射面のパワーφ５＝０．０２９９であり、第２レンズの射出面のパワーと第３レンズの入射面のパワーの比φ５／φ３＝−２．５４９としている。
（５）式を満足するように、第３レンズの射出面と第４レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
また、本実施例の撮像装置では、開口絞りＳＴＯから第３レンズＧ３の入射面までの距離ｄ_５＝０．３０００（ｍｍ）を、第２レンズの射出面から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_３＝１．７０５１（ｍｍ）よりも短く設定している。
そのため、倍率色収差を更に良好に補正することができる。
これらによって、明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。

また、図８（ａ）には面番号１の非球面量、図８（ｂ）に面番号３の非球面量、図９（ａ）には面番号５の非球面量、図９（ｂ）には面番号７の非球面量を示す。
ここで、非球面量とは非球面が基準球面から光軸方向に変位したサグ量ΔＺ_ＡＳＰのことであり、（７）式で示される非球面多項式のサグ量から球面のサグ量を引いたものである。
具体的には次の（８）式で表現される。

面番号１の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させている。
面番号３の非球面量はレンズ面の周辺部で正としており、基準球面から像側へ変位させている。面番号５の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させている。
面番号７の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させている。
これらの非球面形状により、更に良好な結像性能を得ている。
特に、第２レンズの射出面（面番号３）をを凹面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から像側に変位した（非球面量が正となる）非球面形状を付与し、周辺部に負のパワー成分を追加すると、空気層によって発生する収差を良好に補正することができる。

また、第３レンズＧ３の入射面（面番号５）を凸面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から物体側に変位した（非球面量が負となる）非球面形状を付与し、周辺部に負のパワーを付与すると、空気層によって発生する収差を更に良好に補正することができる。
更に、両者を同時に実現すればさらに良好に収差を補正し、高い結像性能を得ることができる。
表９に本実施例の撮像装置の仕様を示す。

本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と格段に明るく、画角が７０．０（ｄｅｇ）の広画角ながら、全長が１６．２６３（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表１０に、本実施例の撮像装置における、（１）式および（２）式の値を示す。

（１）式の値は１．０７であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０４であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、７０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（６）式の値が１．１１であり、（６）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。（６）式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。

図１０に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図１１に横収差図を示す。
図１０に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差を良好に補正している。特に、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、球面収差を非常に良く補正できている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。
図１１に示したように、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差が良好に補正されており、各画角光束においても良好な性能が得られている。
本実施例のように、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の両方を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とすることにより、広画角に渡って高精度に球面収差を補正することが可能となる。

［実施例４］
実施例４として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置の撮像光学系は、図１２に示すように、４枚のレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４と流体媒質中に設置した開口絞りＳＴＯで構成されている。
物体側から順に、
物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＧ１、
物体側に凸面を向けたメニスレンズである第２レンズＧ２、
像側に凸面を向けた両凸レンズである第３レンズＧ３、
像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第４レンズＧ４、が配置されている。
また、第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間には流体媒質ＦＭであるシリコンオイルを満たし、その中に開口絞りＳＴＯを配置している。
本実施例における撮像ユニットＩＣＵは、実施例２と同様である。

表１１に本実施例の撮像装置の構成を示す。
面番号１は第１レンズＧ１の入射面であり、面番号２はＧ１の射出面と第２レンズＧ２の入射面との貼り合せ面である。
面番号３は第２レンズＧ２の射出面あり、（４）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
また、開口絞りよりも物体側にあり開口絞りを配置した流体媒質と接したレンズ面である。
面番号４は第３レンズＧ３の射出面と第４レンズＧ４の入射面との貼り合せ面である。
面番号５は第３レンズＧ３の射出面であり、（４）式で示した多項式で表現される回転対称非球面形状を有している。
面番号６は撮像面ＩＭＧであり、湾曲させた電子撮像素子の入射面である。
表中のＲは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。尚、「＊印」がある面は非球面である。

本実施例の撮像装置における面番号３の非球面係数を表１２（Ａ）に、面番号５の非球面係数を表１２（Ｂ）に、面番号７の非球面係数を表１２（Ｃ）に示す。

本実施例の撮像装置においては、第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間を流体媒質ＦＭであるシリコンオイルで満たしている。そのシリコンオイルの中に開口絞りＳＴＯを配置しており、絞り径を可変としている。
シリコンオイルの屈折率はＮｄ＝１．４０４で空気の屈折率よりも高く、シリコンオイルと接する第２レンズや第３レンズの光学ガラスの屈折率に近い。
そのため、第２レンズの射出面や第３レンズの入射面における画角光束の屈折角を小さくすることができ、発生する収差を小さく抑えることに効果を発揮する。本実施例では流体媒質ＦＭにシリコンオイルを用いたが、水であっても良い。水の屈折率はＮｄ＝１．３３３であり、空気の屈折率Ｎｄ＝１．０００よりも高く、光学ガラスの屈折率に近い。そのため、シリコンオイルとほぼ同等の効果を発揮することができる。
この様に、開口絞りを配置する流体媒質ＦＭは、屈折率がＮｄ＞１．０００である方が好ましく、これによって収差を小さく抑えることができ、高い解像力の実現に効果を発揮する。

本実施例の撮像装置においては、開口絞りよりも物体側にあって流体媒質と接したレンズ面とは第２レンズＧ２の射出面（面番号３）であり、開口絞りよりも像側にあって流体媒質と接したレンズ面とは第３レンズＧ３の入射面（面番号５）である。
本実施例の撮像装置においても、第２レンズの射出面（面番号３）を凹面とし、第３レンズＧ３の入射面（面番号５）を凸面に設定している。
これにより、広画角に渡って高い結像性能を実現するとともに、絞り径を可変とした撮像装置を提供することができる。
また、シリコンオイルと接する第２レンズの射出面で画角光束が大きく屈折し、コマ収差、非点収差、倍率色収差、色の像面湾曲などを発生する点について、本実施例の撮像装置では更なる解決策を講じ良好な収差補正を実現している。
具体的には、第２レンズの射出面（面番号３）の曲率半径Ｒ_３＝２５．６８５５（ｍｍ）を、第２レンズの射出面（面番号３）から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_３＝１．００００（ｍｍ）よりも大きくしている。
これにより、画角光束が第２レンズの射出面でケラレることを回避しつつ、屈折角を弱めている。

また、第３レンズＧ３の入射面（面番号５）の曲率半径Ｒ_５＝２０．４８０１（ｍｍ）を、第２レンズの射出面（面番号３）の曲率半径Ｒ_３＝２５．６８５５（ｍｍ）よりも小さく設定しており、（３）式の関係を満足している。
このように、第３レンズの入射面に第２レンズの射出面よりもきつい曲率半径を与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
さらに、第２レンズの射出面のパワーφ３＝−０．０１８６、第３レンズの入射面のパワーφ５＝０．０２３１であり、第２レンズの射出面のパワーと第３レンズの入射面のパワーの比φ５／φ３＝−１．２４１としている。
（５）式を満足するように、第３レンズの射出面と第４レンズの入射面を構成しているので、倍率色収差と像面湾曲をバランス良く補正することができる。
これらによって、絞り径が可変な明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。

また、本実施例の撮像装置では、開口絞りＳＴＯから第３レンズＧ３の入射面までの距離ｄ_５＝０．５００（ｍｍ）を、第２レンズの射出面から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_３＝１．０００（ｍｍ）よりも短く設定している。
そのため、倍率色収差を更に良好に補正することができる。
これらによって、明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。
このように、第３レンズＧ３の入射面に第２レンズの射出面よりも強いパワーを与えることで、倍率色収差や色の像面湾曲を良好に補正することができる。
また、本実施例の撮像装置では、開口絞りＳＴＯから第３レンズＧ３の入射面までの距離ｄ_５＝０．５０００（ｍｍ）を、第２レンズの射出面から開口絞りＳＴＯまでの距離ｄ_３＝１．００００（ｍｍ）よりも短く設定している。
そのため、倍率色収差を良好に補正しつつ、コマ収差を良好に補正することができる。
これらによって、明るいＦ値で広画角な撮像装置における画角光束の結像性能を更に向上させることができる。

また、図１３（ａ）に面番号３の非球面量、図１３（ｂ）には面番号５の非球面量、図１４には面番号７の非球面量を示す。
面番号３の非球面量はレンズ面の周辺部で正としており、基準球面から像側へ変位させた非球面形状としている。面番号５の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させた非球面形状としている。
面番号７の非球面量はレンズ面の周辺部で負としており、基準球面から物体側へ変位させた非球面形状としている。
これらの非球面形状により、更に良好な結像性能を得ている。
特に、第２レンズの射出面（面番号３）を凹面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から像側に変位した（非球面量が正となる）非球面形状を付与し、周辺部に負のパワー成分を追加すると、空気層によって発生する収差を良好に補正することができる。

また、第３レンズＧ３の入射面（面番号５）を凸面とし、該レンズ面の周辺部で基準球面から物体側に変位した（非球面量が負となる）非球面形状を付与し、周辺部に負のパワーを付与すると、空気層によって発生する収差を更に良好に補正することができる。
更に、両者を同時に実現すればさらに良好に収差を補正し、高い結像性能を得ることができる。
表１５に本実施例の撮像装置の仕様を示す。

本実施例の撮像装置は、Ｆ値がＦ／１．２と明るく、画角が１２０．０（ｄｅｇ）と超広画角ながら、全長が６．０４４（ｍｍ）とコンパクトに抑えており、明るさ、高解像度、超広画角、コンパクトを同時に実現した撮像装置の例である。
表１６に、本実施例の撮像装置における、（１）式および（２）式の値を示す。

（１）式の値は０．９６であり、（１）式の範囲を満足している。これにより、撮像光学系の開口絞りから像側の光学系を点対称に近い構成にでき、コマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正することができる。
（２）式の値は１．０１であり、（２）式の範囲を満足している。これにより、１２０．０（ｄｅｇ）の広画角に渡って像面湾曲と非点収差を良好に補正することができる。
（６）式の値が０．９７であり、（６）式の範囲を満足している。
これにより、撮像光学系を点対称に近い構成としコマ収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を良好に補正している。
さらに、本実施例の撮像装置では撮像光学系と撮像面との距離を変更することにより、ピント調整を行う。（６）式を満足しているため、無限遠から至近距離までの広範囲のピント調整範囲において高解像度を維持したまま、ピント調整を可能としている。

図１５に本実施例の撮像光学系における縦収差図を、図１６に横収差図を示す。
図１５に示したように、球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、及び色の球面収差をかなり良好に補正している。
特に、入射高の低い光線から高い光線に掛けての全域で像面上に集光させることができており、球面収差を非常に良く補正できている。
また、軸上色収差、ならびに色の球面収差も非常に良好に補正できており、高い結像性能が得られている。

図１６に示したように、各画角光束においても良好な性能が得られており、コマ収差、像面湾曲、倍率色収差をかなり良好に補正している。
本実施例のように、最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の両方を、レンズ面の周辺部において基準球面から撮像光学系の外側へ変位した非球面量を付与した非球面とすることにより、広画角に渡って高精度に球面収差を補正することが可能となる。
以上で説明した各実施例を含む本発明の構成は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラなど、撮像装置を用いる製品に利用可能である。

Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４：レンズ
ＳＴＯ：開口絞り
Ａｓｐｈ：非球面
ＩＭＧ：撮像面
ＯＴＭ：光伝送手段
ＩＣＤ：電子撮像素子
ＩＣＵ：撮像ユニット

Claims (10)

1. 複数のレンズを有する撮像光学系と、該撮像光学系の像面近傍に、物体側に凹面を向けて湾曲した撮像面を有する撮像装置であって、
   前記撮像光学系は少なくとも２枚のレンズを有し、該２枚のレンズの間を流体媒質で満たし、該流体媒質中に開口絞りが配置され、
   前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状を凹面とし、前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の形状を凸面として構成され、
   前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離が略等しく設定されていると共に、
   前記撮像面の曲率半径が前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離と略等しく設定されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像光学系の焦点距離をｆ＿ｓｙｓ、前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離をｄ＿ｐｕｐ、前記撮像面の曲率半径をＲ＿ｉｍｇ、としたとき、
   前記撮像光学系の焦点距離と前記撮像光学系の射出瞳から前記撮像面までの距離を略等しく設定するため、次の（１）式を満足させ、
   前記撮像面の曲率半径を前記撮像光学系の焦点距離と略等しく設定するため、次の（２）式を満足させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
   
   ０．８≦ｆ＿ｓｙｓ／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５ …（１）
   
   ０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｆ＿ｓｙｓ≦１．５…（２）
   
3. 前記撮像面の曲率半径Ｒ＿ｉｍｇと、前記撮像光学系の射出瞳から撮像面までの距離ｄ＿ｐｕｐの関係が、次の式を満足させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
   
   ０．８≦｜Ｒ＿ｉｍｇ｜／ｄ＿ｐｕｐ≦１．５
   
4. 前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の曲率半径を、該レンズ面から開口絞りまでの距離よりも大きくしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の曲率半径よりも、前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面の曲率半径を小さくしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
   
6. 前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面のパワーをφｆ、
   前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面のパワーをφｒとしたとき、次の式を満足させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
   

   
7. 前記開口絞りから前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面までの距離を、前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面から前記開口絞りまでの距離よりも短く設定したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記開口絞りよりも物体側にあって前記流体媒質と接したレンズ面を、該レンズ面の周辺部が基準球面から像側に変位した非球面形状としたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記開口絞りよりも像側にあって前記流体媒質と接したレンズ面を、該レンズ面の周辺部が基準球面から物体側に変位した非球面形状としたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記流体媒質は、液体であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。

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