JP2015060068A - 撮像レンズ及び固体撮像装置 - Google Patents

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梨紗子 上野
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浩大 本多
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和拓 鈴木
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鎬楠 権
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Abstract

【課題】高精度な距離画像と、良好な可視画像との両方を取得することができる撮像レンズ及び固体撮像装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る撮像レンズは、第１の光学系と、マイクロレンズアレイと、を含む。マイクロレンズアレイは、第１の光学系と、複数の画素を有する撮像素子との間に設けられる。マイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズ部を有する。１つのマイクロレンズ部は、光軸方向にみて２つ以上の画素と重なる。第１の光学系は、物体側から像側に向かって順に、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、を配置して構成される。第１レンズは正の屈折力を有し、第２レンズは負の屈折力を有し、第３レンズは正の屈折力を有する。第４レンズは負の屈折力を有する。第１面の曲率半径は正である。第３面及び第４面の曲率半径は正である。第５面及び第６面の曲率半径は負である。第７面及び第８面の曲率半径は正である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、撮像レンズ及び固体撮像装置に関する。
２次元情報として被写体の奥行き方向の長さ（距離画像）を得ることができる撮像技術には、参照光を使用して被写体からの反射光強度や戻り時間を計測する技術や、複数カメラを使用したステレオ測距技術など、様々な手法がある。距離画像の情報によって、通常のカメラから得られる画像情報よりも高度な被写体認識が可能となる。このため、新たな入力情報として、家電用、ゲーム用、産業用など、比較的廉価な製品への応用のニーズが高まっている。
距離撮像手法の中で、単一のカメラで多数の視差を得て、三角測量に基づいた測距を行う構成として、結像光学系及び複数光学系を有する固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置では、結像光学系と撮像素子との間に、再結像系光学系として複数光学系が配置される。複数光学系としては、例えば、平面上に多数の微小レンズが形成されたマイクロレンズアレイが用いられる。
各マイクロレンズのそれぞれの下部には複数の画素が配置される。結像光学系において縮小された像は、マイクロレンズアレイによって撮像素子上に結像される。この結像した個眼像は、それぞれマイクロレンズの配置位置によって存在する視差の分、視点のずれた画像となる。
多数のマイクロレンズから得られた視差画像群の画像を信号処理することで、三角測量の原理にて被写体の距離推定が可能になる。また、つなぎ合わせの画像処理を行うことによって、２次元画像として再構成することも可能である。
撮像レンズ及び固体撮像装置においては、高精度な距離画像と、良好な可視画像との両方を取得することが望ましい。
国際公開第２０１０／１４０５１５号
本発明の実施形態は、高精度な距離画像と、良好な可視画像との両方を取得することができる撮像レンズ及び固体撮像装置を提供する。
実施形態に係る撮像レンズは、第１の光学系と、マイクロレンズアレイと、を含む。
前記マイクロレンズアレイは、前記第１の光学系と、複数の画素を有する撮像素子との間に設けられる。前記マイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズ部を有する。１つのマイクロレンズ部は、光軸方向にみて２つ以上の画素と重なる。
前記第１の光学系は、物体側から像側に向かって順に、絞りと、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、第４レンズと、を配置して構成される。
前記第１レンズは、正の屈折力を有し、前記物体側の第１面及び前記像側の第２面を有する。
前記第２レンズは、負の屈折力を有し、前記物体側の第３面及び前記像側の第４面を有する。
前記第３レンズは、正の屈折力を有し、前記物体側の第５面及び前記像側の第６面を有する。
前記第４レンズは、負の屈折力を有し、前記物体側の第７面及び前記像側の第８面を有する。
前記第１面の曲率半径は正である。前記第３面及び前記第４面の曲率半径は正である。前記第５面及び前記第６面の曲率半径は負である。前記第７面及び前記第８面の曲率半径は正である。前記第１面から前記第８面のうち少なくとも１は非球面形状を有する。
さらに、撮像レンズは、以下の条件式（１）〜（５）を満足する。
０．８５≦ｆ１／ｆ＜１．０ ・・・（１）
１．５＜｜ｆ２｜／ｆ＜３．０ ・・・（２）
ＴＬ／ｆ＜１．３ ・・・（３）
１＜（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＜５ ・・・（４）
０＜Ｄ３４／ｆ＜０．０５ ・・・（５）
ここで、
ｆは、前記第１の光学系の焦点距離であり、ｆ１は、前記第１レンズの焦点距離であり、ｆ２は、前記第２レンズの焦点距離であり、ｆ３は、前記第３レンズの焦点距離であり、ＴＬは、前記絞りから像面までの距離であり、Ｒ７は、前記第７面の曲率半径であり、
Ｒ８は、前記第８面の曲率半径であり、Ｄ３４は、前記第３レンズと前記第４レンズとの光軸上の空気間距離である。
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置を例示するブロック図である。 図２は、本実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、被写体の結像レンズからの距離と光線群との関係を例示する図である。 図４は、結像レンズの光軸中心におけるマイクロレンズの幾何光学的関係を例示する図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、マイクロレンズにおける重複視野の関係を例示する図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）は、２次元画像を再構成する方法を例示する図である。 図７は、加算平均について例示する図である。 図８は、光線がレンズ断面を通る高さを表す図である。 図９は、射出瞳の扁平率について表す図である。 図１０は、本実施形態に係る撮像レンズの構成を例示する図である。 図１１は、マイクロレンズ部の配列を例示する模式的平面図である。 図１２は、マイクロレンズの光路図である。 図１３は、マイクロレンズの光路図である。 図１４は、マイクロレンズの光路図である。 図１５は、マイクロレンズの収差曲線を表す図である。 図１６は、マイクロレンズの光路図である。 図１７は、マイクロレンズの収差曲線を表す図である。 図１８は、マイクロレンズの光路図である。 図１９は、マイクロレンズの収差曲線を表す図である。 図２０は、第２実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図２１は、第１実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図２２は、第１実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図２３は、第１実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図２４は、第１実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図２５は、第２実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図２６は、第２実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図２７は、第２実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図２８は、第２実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図２９は、第２実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図３０は、第３実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図３１は、第３実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図３２は、第３実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図３３は、第３実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図３４は、第３実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図３５は、第４実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図３６は、第４実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図３７は、第４実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図３８は、第４実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図３９は、第４実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図４０は、第５実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図４１は、第５実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図４２は、第５実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図４３は、第５実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図４４は、第５実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図４５は、第６実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図４６は、第６実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図４７は、第６実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図４８は、第６実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図４９は、第６実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図５０は、第７実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図５１は、第７実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図５２は、第７実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図５３は、第７実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図５４は、第７実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図５５は、第８実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図５６は、第８実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図５７は、第８実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図５８は、第８実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図５９は、第８実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。 図６０は、第９実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。 図６１は、第９実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図６２は、第９実施例に係る結像レンズの諸収差図である。 図６３は、第９実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。 図６４は、第９実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
（カメラモジュールの構成）
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置を例示するブロック図である。
図１に表した固体撮像装置１は、例えばカメラモジュールである。
図１に表したように、固体撮像装置１は、撮像モジュール部１０と、撮像信号プロセッサ（以下、ＩＳＰ(Image Signal Processor)ともいう。）２０と、を有する。
撮像モジュール部１０は、結像光学系（第１の光学系）１２と、マイクロレンズアレイ１４（以下、ＭＬＡ：Micro Lens Arrayともいう。）と、固体撮像素子１６と、撮像回路１８とを有する。
結像光学系１２は、被写体からの光を固体撮像素子１６へ取り込む撮像光学系として機能する。固体撮像素子１６は、結像光学系１２により取り込まれた光を信号電荷に変換する素子として機能する。複数の画素（光電変換素子としての例えばフォトダイオード）は、受光面に沿って２次元アレイ状に配列されている。
マイクロレンズアレイ１４は、例えば複数のマイクロレンズ部１４ａを有する。マイクロレンズ部１４ａは、プリズム等の微小光学系でもよい。マイクロレンズアレイ１４は、結像光学系１２によって結像面（仮想結像面）に結像する光線群を、個々のマイクロレンズ部１４ａによって縮小する。各マイクロレンズ部１４ａによって縮小された像は、各マイクロレンズ部１４ａと対応する画素ブロック（複数の画素の群）に結像される。
撮像回路１８は、固体撮像素子１６の画素アレイの各画素を駆動する駆動回路部（図示せず）と、画素領域から出力される信号を処理する画素信号処理回路部（図示せず）とを有している。
駆動回路部は、例えば駆動する画素を垂直方向に水平ライン（行）単位で順次選択する垂直選択回路と、列単位で順次選択する水平選択回路と、それらを各種パルスにて駆動するＴＧ（タイミングジェネレータ）回路、などを有する。
画素信号処理回路部は、画素領域からのアナログ電気信号をデジタル変換するＡＤ変換回路と、ゲイン調整やアンプ動作を行うゲイン調整／アンプ回路と、デジタル信号の補正処理などを行うデジタル信号処理回路と、を有している。
ＩＳＰ２０は、カメラモジュールＩ／Ｆ（インタフェース）２２と、画像取り込み部２４と、信号処理部２６と、ドライバＩ／Ｆ２８とを備えている。撮像モジュール部１０による撮像により得られたＲＡＷ画像は、カメラモジュールＩ／Ｆ２２から画像取り込み部２４へ取り込まれる。
信号処理部２６は、画像取り込み部２４に取り込まれたＲＡＷ画像について、信号処理を実施する。ドライバＩ／Ｆ（インターフェース）２８は、信号処理部２６での信号処理を経た画像信号を、図示しない表示ドライバへ出力する。表示ドライバは、固体撮像装置１によって撮像された画像を表示する。
（カメラモジュールの部材構成）
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。
図２に表したように、本実施形態に係る固体撮像装置１において、固体撮像素子１６は、半導体基板１６ａに形成される。半導体基板１６ａ上には、フォトダイオードを有する複数の画素１６ｂが形成される。隣り合う画素１６ｂのピッチ（画素ピッチ）は、例えば０．７マイクロメートル（μｍ）以上２．７μｍ以下程度である。固体撮像素子１６の大きさは、例えば、縦方向３．０ミリメートル（ｍｍ）以上６．０ｍｍ以下程度、横方向４．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下程度である。固体撮像装置１の全体の容量は、例えば１立方センチメートル（ｃｍ３）程度である。
半導体基板１６ａ上には、各画素１６ｂを駆動してこれらの画素１６ｂからの信号を読み出す駆動／読み出し回路（図示せず）が形成される。
複数の画素１６ｂのそれぞれの上には、画素１６ｂごとにＲ（赤色波長光域の光に対して高い透過率を有する）、Ｇ（緑色波長光域の光に対して高い透過率を有する）、Ｂ（青色波長光域の光に対して高い透過率を有する）、Ｗ（赤、緑、青色波長光透過）のカラーフィルタ１６ｃが形成される。カラーフィルタ１６ｃの上部には、１画素１６ｂごとに画素集光用マイクロレンズ１６ｄが形成されていてもよい。
カラーフィルタ１６ｃの上には、マイクロレンズアレイ１４が配置される。マイクロレンズアレイ１４は、可視光透過基板１４ｂと、可視光透過基板１４ｂの上に形成されたマイクロレンズ部１４ａと、を有する。マイクロレンズ部１４ａは可視光透過基板１４ｂから見て固体撮像素子１６側に配置される。複数のマイクロレンズ部１４ｂは、可視光透過基板１４ｂ上に２次元アレイ状に配列される。各マイクロレンズ部１４ａは、半導体基板１６ａ上に設けられた複数の画素１６ｂからなる画素ブロックに対応して設けられる。各マイクロレンズ部１４ａは、対応する画素ブロックに縮小結像する光学系として機能する。
可視光透過基板１４ｂは、固体撮像素子１６と離間して設けられる。可視光透過基板１４ｂと、固体撮像素子１６が形成された半導体基板１６ａとの間には、樹脂材料等によって構成されたスペーサ４２が設けられる。可視光透過基板１４ｂは、スペーサ４２を介して半導体基板１６ａと接合される。なお、半導体基板１６ａと可視光透過基板１４ｂとを接合する際の位置合わせは、合わせマーク等を基準にして行う。
可視光透過基板１４ｂは、可視光を透過する機能の他に、例えば不要な近赤外光をカットする材料であっても良い。可視光透過基板１４ｂには、可視光を透過し、近赤外光を反射する多層膜もしくは単層膜が形成されていていても良い。
また、可視光透過基板１４ｂの上部には、必要に応じて光学フィルタ４３が設けられている。可視光透過基板１４ｂが近赤外光をカットする機能をもたない場合、別途同様の機能をもつ光学フィルタ４３を配置する。
また、半導体基板１６ａには、画素１６ｃの読出し用電極パッド４４が設けられる。電極パッド４４の下部には半導体基板１６ａを貫通し、処理、駆動チップと導通する貫通電極４６が形成されている。
半導体基板１６ａは、貫通電極４６及びバンプ４８を介して処理、駆動チップ５０と電気的に接続される。この処理、駆動チップ５０には、固体撮像素子１６を駆動し読み出された信号を処理する駆動処理回路（撮像回路１８）が形成されている。また、半導体基板１６ａと処理、駆動チップ５０との電気的接続は、貫通電極４６を介してだけではなく、両チップに設けられた電極パッド間を金属ワイヤー等で結線しても良い。
また、可視光透過基板１４ｂの上方には結像光学系１２が設けられる。結像光学系１２は、複数枚のレンズを有する。結像光学系１２は、レンズ鏡筒６２に取り付けられる。レンズ鏡筒６２はレンズホルダ６４に取り付けられる。このレンズホルダ６４の取り付け時に、押し付け圧と出力像の関係から結像光学系１２の取り付け位置の調整をしても良い。
なお、半導体基板１６ａ、可視光透過基板１４ｂ、および処理、駆動チップ５０の周囲には、不要な光を遮断するための光遮蔽カバー５２が取り付けられる。そして、処理、駆動チップ５０の下部には、処理、駆動チップ５０と外部とを電気的に接続するモジュール電極５４が設けられる。
（マイクロレンズ幾何光学的関係図）
次に、本実施形態の固体撮像装置１の光学系（虚像光学系）における幾何的光学関係について説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、被写体の結像レンズからの距離と光線群との関係を例示する図である。
図４は、結像レンズの光軸中心におけるマイクロレンズの幾何光学的関係を例示する図である。
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、マイクロレンズにおける重複視野の関係を例示する図である。
以下の説明では、単純化のため、結像光学系１２のレンズ光軸の近傍の範囲のみを記述する。
結像光学系１２のみを考えた場合、光軸上の被写体点Ｐからの主光線およびその同族光線である周辺光は、結像光学系の焦点距離ｆと、結像光学系１２と被写体点１００との距離Ａから決まる仮想結像面７０において、数１の関係を満たすように結像する。
ここでｆは結像光学系１２の焦点距離、Ａは結像光学系１２の物体側主面１２ａから被写体点１００Ｐまでの距離、Ｂは結像光学系１２の像側主面１２ａから仮想結像点Ｐ’７０までの距離を示す。結像光学系１２の像倍率（横倍率）は、以下の数２で表される。
ここで、本実施形態では結像光学系１２の仮想結像点Ｐ’７０を固体撮像素子１６よりも更に後方（被写体１００と反対側）へ位置させる。このとき、仮想結像点Ｐ’７０よりも前方にマイクロレンズ部１４ａを配置するため、仮想結像面７０よりも前方に位置する画素が設けられた固体撮像素子１６の面に集光する。このとき、光線群８０、８２は虚像関係で縮小結像することになる。マイクロレンズ部１４ａの結像系は、以下の数３で表される。
ここで、ｇはマイクロレンズ部１４ａの焦点距離、Ｃはマイクロレンズ部１４ａの物体側主面から仮想結像点Ｐ’７０までの距離、Ｄはマイクロレンズ部１４ａの像側主面からマイクロレンズによる結像点までの距離を示す。このとき、マイクロレンズ部１４ａの結像系による像倍率は次の数４によって表される。
ここで、幾何学的関係により、以下の数５の変数Ｅを導入する。光学系が固定焦点光学系の場合、変数Ｅは固定設計値となる。
［数５］
Ｅ＝Ｂ−Ｃ
ここで、隣接するマイクロレンズ部１４ａを２個選択した場合の、マイクロレンズ部１４ａの配列ピッチ、またはマイクロレンズ部１４ａ間の距離をＬＭＬとする。このとき、同一被写体から出た光線群８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８６が隣接した複数のマイクロレンズ部１４ａにおいて、像点ｐ１，ｐ２，ｐ３，…へ分配して複数個所にて結像される。このときのＬＭＬと片側の像ずれ量Δは、図４に示す各マイクロレンズ部１４ａにとっての主光線８４ａ、８４ｂ、８４ｃの幾何学的関係より、以下の数６で表される。
数１、数２及び数６より被写体の結像光学系１２から距離Ａと像のずれ量Δは次の数７に示す関係となる。
数７にて、ｆ、Ｅ、ＬＭＬは設計時パラメータのため固定値で既知であり、Ａに対して一意にΔ、Ｄが決まる。
ここで、Ｄの変化量はＡの変化量に対して非常に僅かのため、固定値Ｄ０とみなすとする。Ｄ０はマイクロレンズ部１４ａマイクロレンズ部１４ａの像側主面から固体撮像素子１６の面までの距離を示す。このとき、数７は、以下の数８のように表される。
ここでは、ｆ，Ｅ，Ｄ０，ＬＭＬは設計値のため既知であるため、像のずれ量Δが撮像素子面から検出できれば、被写体距離Ａが算出可能となる。
一被写体点Pから出た光線が、結像レンズ、マイクロレンズによりp1,p2,p3,・・・に結像した際の、相互の像のずれ量Δを求めるには、撮像素子が記録した隣接するマイクロレンズの像の間の画像マッチング処理を用いる。
画像マッチング処理としては、例えば、２つの画像の類似度や相違度を調べる、周知のテンプレートマッチング法を用いることができる。また、更に精密にずれ位置を求める際には、画素単位ごとに得られた類似度や相似度を連続なフィッティング関数等で補間し、フィッティング関数の最大や最小を与えるサブピクセル位置を求めることで、更に高精度にずれ量を求めることができる。
（２次元画像を再構成する方法）
ここで、同一被写体が複数回撮影されているマイクロレンズ画像群から、重複のない２次元画像を再構成する方法について図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して説明する。
隣接する３個のマイクロレンズ部１４ａがあり、それらが図５（ｂ）に示すように、固体撮像素子１６の面にマイクロレンズ像９１ａ、９１ｂ，９１ｃをそれぞれ形成する場合を考える。
このように重複のないマイクロレンズ像を形成するには、結像光学系１２のＦナンバーとマイクロレンズのＦナンバーが一致していれば良い。
マイクロレンズの像９１ａ、９１ｂ，９１ｃが結像する視野は、仮想結像面７０においては視野９３ａ、視野９３ｂ、視野９３ｃとなり、図５（ｃ）に示すように重複した範囲となる。図５（ｂ）及び図５（ｃ）では、像縮小率Ｎが０．５の場合を描いており、各視野が０．５倍された結果、どの被写体点も２回以上重複されて撮像される関係となる。Ｎ＝０．５の関係にあるときは、各マイクロレンズ像を１／Ｎ倍、すなわち、２倍とすることで、仮想結像面７０の像を再現できることになる。
像縮小率Ｎを、撮影後のマイクロレンズ画像群から知るためには、数４及び数６の関係から、以下の数９が導かれることを利用する。
マイクロレンズのピッチＬＭＬは既知であるため、同一被写体のずれ量Δを画像から求めれば、像縮小率Ｎも求まることになる。ピッチＬＭＬは、例えば１０μｍ以上６０μｍ以下程度である。
（２次元画像を再構成する合成処理方法）
次に、２次元画像を再構成する画像合成方法を説明する。
図６（ａ）〜図６（ｅ）は、２次元画像を再構成する方法を例示する図である。
図６（ａ）には、画像合成方法のフローチャートが表される。図６（ｂ）には、複眼画像の例、図６（ｃ）には、画素信号の拡大及び加算平均の例、図６（ｄ）には、画素の信号の座標対応付けの例、図６（ｅ）には、２次元画像の例が表される。
先ず、図６（ａ）に表したように、撮像素子から複眼画像（図６（ｂ）参照）の出力を得る（ステップＳ１０１）。複眼画像は、例えばＲＡＷ画像である。次に、撮像素子から出力される複眼ＲＡＷ画像に対して、Ｂ（青），Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の信号バランスを調整するホワイトバランス処理を行う（ステップＳ１０２）。
続いて、例えばＲ画素の位置にはＧ，Ｂの信号情報がないため、その周りに配置された画素を参照し、それらから推測してＧ，Ｂ信号を作成するデモザイキング処理を行う（ステップＳ１０３）。簡単には周囲の画素から平均値をとる処理を行えば良いが、必要に応じて参照する画素範囲を広げるなど、様々な方法をとることが可能である（図６（ｃ）参照）。デモザイキング処理は、Ｇ画素、Ｂ画素に対しても同様に行う。
続いて、図６（ｄ）で示されるような１点の被写体点Ｐに対応する像点ｐ１，ｐ２，…，ｐｎを撮像素子にて記録した画素信号値Ｓｐ１，Ｓｐ２，…，Ｓｐｎを、合成後信号Ｓ’ｐとｎ対１にて対応付けする（ステップＳ１０４）。対応付けの方法は、前述の通り像点ずれΔの関係や視野の重複関係を画像から検出することにより行う。その後、２次元画像合成を行い（ステップＳ１０５）、２次元画像（図６（ｅ）参照）を得て終了となる。
次に、２次元画像合成について説明する。
図７は、加算平均について例示する図である。
ここでは、画素信号値Ｓｐ１，Ｓｐ２，…，Ｓｐｎと、その画素の持つノイズ値をＮｐ１，Ｎｐ２，…，Ｎｐｎと、を説明に用いる。まず、各画素信号値とノイズ値に対し、輝度補正処理を行う。そして輝度補正係数ａ１，ａ２，…，ａｎを、画素信号値Ｓｐ１，Ｓｐ２，…，Ｓｐｎにそれぞれ乗算する。
続いて、事乗算後の値を、以下の数１０に示す通り加算平均し、合成後信号値Ｓ’ｐとする。また、このときの合成後信号値に含まれるノイズ値Ｎ’ｐは、数１１に示す通りとなる。
［数１０］
Ｓ’ｐ＝｛ａ１・Ｓｐ１＋ａ２・Ｓｐ２＋…＋ａｎ・Ｓｐｎ｝／ｎ
［数１１］
Ｎ’ｐ＝｛ａ１ ２・ｎｐ１ ２＋ａ２ ２・ｎｐ２ ２＋…＋ａｎ ２・ｎｐｎ ２｝０．５／ｎ
（測距性能と射出瞳の形状との関係）
図８は、光線がレンズ断面を通る高さを表す図である。
図９は、射出瞳の扁平率について表す図である。
第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４により構成されるレンズ群は、メインレンズである。図８に表したように、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間において、軸外の光束が通過する空間中において、仮想面を配置した場合、その仮想面を通過する光線について、以下のように定義する。
ｈ（Ｇ２３iCR）は、軸外光線の主光線が仮想面を通過する高さである。
ｈ（Ｇ２３iUR）は、軸外光線の上光線が仮想面を通過する高さである。
ｈ（Ｇ２３iDW）は、軸外光線の下光線が仮想面を通過する高さである。
さらに、軸外光線において、紙面内を伝播する主光線について、以下のように定義する。
ｈｘ（Ｇ２３iURX）は、垂直面内の光線（球欠面内を通過する）が仮想面を通過する奥行き方向の長さである。
とする。
また、図９に表した射出瞳ＥＰの扁平率について、以下のように定義する。
半径ａは、射出瞳ＥＰを略円形または楕円形とした場合、射出瞳位置での瞳の長さの長径である。ａ＝ｈｘ（Ｇ２３iURX）である。
半径ｂは、射出瞳ＥＰを略円形または楕円形とした場合、射出瞳位置での瞳の長さの短径である。ｂ＝（ｈｙ（Ｇ２３iUR）−ｈｙ（Ｇ２３iDW））／２である。
半径ａ、半径ｂに対し、扁平率ρは、ρ＝｜１−ｂ／ａ｜で定義される。
扁平率と測距性能の関係については、射出瞳ＥＰを通過する光線群の均一性が重要である。図８に表したように、開口絞り（絞りＳ）を通った光束群の位置比率をｂ／ｂと置くとき、ｂ／ｂに対するｂ’／ｂ”の比率を１に近づけるような設計が、測距の高精度化には重要である。
光軸付近においては、ｂ／ｂに対するｂ’／ｂ”の比率の変化は少なく、歪みによる問題は発生しにくい。一方、画角の高い位置においては、ｂ／ｂに対するｂ’／ｂ”の比率の変化は大きく、歪みによる測距エラーの問題が発生しやすい。よって、光軸付近から画角の高い位置まで、極力光線群の円断面が扁平せず、また内部が均一であることが必要である。
（レンズ構成を表す式、パラメータ）
以下の説明において、レンズの光軸方向をＺ方向、光軸に対する法線方向の一つをＹ方向、Ｚ方向及びＹ方向に直交する方向をＸ方向とする。Ｚ方向の正方向を、メインレンズ群の物体側から像面へ向かう方向とする。
物体側から数えて、第ｉ番目の面（絞り面を含む）の曲率半径をＲｉ、第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面の光軸上の面間隔をＤｉ、物体側から数えて第ｊ番目のレンズの屈折率およびアッベ数をそれぞれｎｉ、νｉで表す。
数１２において、ｃは非球面頂点の曲率、Ｋは円錐定数、ａＩは非球面定数、Ｙは光軸からの高さ、Ｚは非球面上の点のレンズ面頂点における接平面からの距離を表す。
（レンズ構成）
次に、具体的なレンズ構成について説明する。
図１０は、本実施形態に係る撮像レンズの構成を例示する図である。
図１０に表したように、撮像レンズ１１０は、第１の光学系である結像光学系１２と、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）と、を備える。図１０において、Ｓは絞り、Ｒ１は第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）、Ｒ２は第１レンズＬ１の像側の面（第２面）、Ｒ３は第２レンズＬ２の物体側の面（第３面）、Ｒ４は第２レンズＬ２の像側の面（第４面）、Ｒ５は第３レンズＬ３の物体側の面（第５面）、Ｒ６は第３レンズＬ３の像側の面（第６面）、Ｒ７は第４レンズＬ４の物体側の面（第７面）、Ｒ８は第４レンズＬ４の像側の面（第８面）、Ｒ９はマイクロレンズアレイＭＬＡの物体側の面（第９面）、Ｒ１０はマイクロレンズアレイＭＬＡの像側の面（第１０面）、ＤＴは固体撮像素子１６の撮像面を表す。本実施形態に係る撮像レンズ１１０は、高精度な距離画像と、良好な可視画像との両方を取得することができる。
結像光学系１２は、物体側から像面側へと順に、絞りＳ、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有する第４レンズＬ４を配置して構成される。第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４により構成されるレンズ群は、メインレンズである。
結像光学系１２よりも像側には、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）及び固体撮像素子１６が配置される。
マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、結像光学系１２と、複数の画素を有する固体撮像素子１６との間に配置される。マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、結像光学系１２と、結像光学系１２の焦点位置との間に設けられる。すなわち、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、結像光学系１２の焦点位置よりも物体側に配置される。マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、複数のマイクロレンズ部１４ａを有する。１つのマイクロレンズ部１４ａは、光軸方向にみて２つ以上の画素と重なる。
本実施形態において、メインレンズには、実質的にパワーを有しないレンズが含まれていてもよい。また、全体のレンズ構成に、実質的にパワーを有しないレンズ（例えば、カバーガラスＣＧ）が含まれていてもよい。
ここで、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の向きは、以下のようになる。
第１レンズＬ１は、物体側の面（第１面）の曲率半径が正となる形状である。
第２レンズＬ２は、物体側の面（第３面）及び像側の面（第４面）の曲率半径が共に正となる形状である。
第３レンズＬ３は、物体側の面（第５面）及び像側の面（第６面）の曲率半径が共に負となる形状である。
第４レンズＬ４は、物体側の面（第７面）及び像側の面（第８面）の曲率半径が共に正となる形状である。
結像光学系１２とマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）との配置関係は、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）が結像光学系１２を通過した像を縮小するときの縮小倍率Ｎｆが、０．００１以上０．８７以下であることが望ましい。
このようにメインレンズの基本構成は、正の第１レンズＬ１、負の第２レンズＬ２、正の第３レンズＬ３、負の第４レンズＬ４からなる。このような構成をとることにより適切なバックフォーカスと、レンズの全長が短い薄型の撮像レンズ１１０を得ている。
メインレンズの枚数については、性能を最優先し、小型化も優先することを考慮した結果、４枚で構成されている。メインレンズの枚数が２枚以下では像面湾曲を小さくすることは難しく、周辺性能が劣化する。メインレンズの枚数を３枚以上にすれば、性能は更に良好になる。一方、全長が長くなり、重量の増加につながる。したがって、メインレンズの小型化を求めつつ周辺性能を良好にするために、像面湾曲及び歪曲収差を少なくすることが可能な４枚のレンズ構成としている。
メインレンズを構成する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の各面（Ｒ１〜Ｒ８）について、少なくとも１つの面は非球面になっていることが望ましい。また、物体側及び像面側の少なくともいずれか一方の面に非球面を有するように構成されること望ましい。
正の第１レンズＬ１に非球面を用いて、第２レンズＬ２に負の屈折力を有した非球面を用いて、第３レンズＬ３に正の屈折力を有した非球面を用いて、第４レンズＬ４に負の屈折力を有した非球面を用いることにより、諸収差特に、非点収差、歪曲収差の補正が行われ、かつ、レンズ系の全長を短くし、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）への入射角度が３０度以下で、固体撮像素子１６の撮像面ＤＴへの結像倍率が縮小倍率で結像する撮像レンズを得ることができる。
また、正の屈折力を有する第３レンズＬ３に非球面を採用し、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間隔及び第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間隔を適切に配置することで、軸上光線と周辺光線で通過高さに差を生じることを利用し、光軸から離れた画面周辺部の諸収差（コマ収差，非点収差の補正及び歪曲収差）の補正を行うことができる。
また、レンズを構成する第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４は、ガラス材料またはプラスチック材料により構成されることが望ましい。ガラス材料及びプラスチック材料により構成するレンズには、プラスチック材料の表面に反射防止や表面硬度向上を目的としたコーティング処理を施したものも含まれる。
レンズは小型のレンズであり、小型レンズの生産では、ガラス材料よりも、プラスチック材料のほうが、射出成形等の製造方法を用いることができ、量産に向いている。また、プラスチックレンズは製造コストを抑えた大量生産に向いている。
絞りＳは、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）を通して固体撮像素子１６に達する被写体光量を調整するものである。絞りＳは、メインレンズよりも物体側に配置されている。すなわち、撮像レンズ１１０は、物体側から順に、絞りＳ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４と配置されている。
撮像レンズ１１０において、最も物体側に絞りＳを配置しているため、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）への入射角度が小さくなる。つまり、最も物体側に絞りＳを配置すると、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３との間に絞りを設ける中絞りタイプに比べると、結像面から射出瞳位置までの距離を長くとることができる。
射出瞳が撮像面から遠くなると、撮像レンズ１１０の最終面を射出した光束の主光線がマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）に垂直に近い角度で入射するようになり、即ちマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の単レンズ（マイクロレンズ部１４ａ）の射出瞳と撮像レンズ１１０の射出瞳のズレを少なくすることができ、収差性能を良好に確保できることができる。
なお、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、結像光学系１２と固体撮像素子１６との間に配置される。マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）を通過した像は、固体撮像素子１６上に虚像で結像し、かつ縮小倍率で結像する。これにより、本来の撮像レンズ１１０の中心性能と周辺性能とをさらに良好に補正できる。
（マイクロレンズアレイについて）
次に、撮像装置１１０に適用されるマイクロレンズアレイＭＬＡについて説明する。
図１１は、マイクロレンズ部の配列を例示する模式的平面図である。
図１２〜図１３は、マイクロレンズの光路図である。
図１１に表したように、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、複数のマイクロレンズ部１４ａによるレンズ光学系配列を有する。レンズ光学系配列は、各マイクロレンズ部１４ａの軸方向の光が各視野毎に各セグメントの同じ位置にあたるような配列である。複数の光学系配列内にその中心から一様に配置された各複数光学系配列であって、例えば、図１１に示すような六方配列で配置されている。複数のマイクロレンズ部１４ａをギャップ無く六方配列に敷き詰めた場合、各マイクロレンズ部１４ａの外周の形状は六角形になる。
マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、屈折光学系で形成される。マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、結像光学系１２と固体撮像素子１６との間に配置され、虚像倍率で撮像素子上に結像される。マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）は、結像光学系１２からの画角が異なる光束を固体撮像素子１６の上に撮像する。マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）内の各マイクロレンズ部１４ａは六方配列で配置されているため、画角が大きくなればなるほど、視野周辺でのマイクロレンズ部１４ａへ入射する角度が大きくなる。
図１２には、結像光学系１２からの主光線が角度０度でマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）へ入射した時の光路図を示す。
図１３には、結像光学系１２からの主光線が角度３０度でマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）へ入射した時の光路図を示す。
マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）に形成される屈折光学系は、結像光学系１２からの視野外の光線をできるだけ効率良く、撮像素子上に到達できるように、適切な焦点距離とＦナンバーで構成され、かつ適切な虚像倍率で、結像光学系１２と固体撮像素子１６との間に配置される。
本実施形態に係る撮像レンズ１１０においては、像側での主光線の入射角度が２０度から３０度内の光線を効率よく固体撮像素子１６上に到達できるようなマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）のマイクロレンズ部１４ａの焦点距離及びＦナンバーが配置されている。その例として、表１に虚像倍率０．５倍で結像させるマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の単レンズ（１つのマイクロレンズ部１４ａ）の緒元を示す。
なお、表１に記載する各パラメータは以下を意味する。
Ｎｄは、レンズを構成する光学材料のｄ線(５８７．６ナノメートル（ｎｍ））屈折率である。
νdは、レンズを構成する光学材料のd線に対するアッベ数である。
Ｒは、有効半径（ミリメートル（ｍｍ））、すなわち光束が通る円領域の半径である。
ｆは、焦点距離（ｍｍ）である。
図１４は、マイクロレンズの光路図である。
図１４には、表１に示したマイクロレンズアレイＭＬＡの単レンズでの主光線角度０度の光路図が表される。
図１５は、マイクロレンズの収差曲線を表す図である。
図１５には、表１に示したマイクロレンズアレイＭＬＡの単レンズの収差図（主光線角度０度）が表される。
図１６は、マイクロレンズの光路図である。
図１６には、表１に示したマイクロレンズアレイＭＬＡの単レンズでの主光線角度２０度の光路図が表される。
図１７は、マイクロレンズの収差曲線を表す図である。
図１７には、表１に示したマイクロレンズアレイＭＬＡの単レンズの収差図（主光線角度２０度）が表される。
図１８は、マイクロレンズの光路図である。
図１８には、表１に示したマイクロレンズアレイＭＬＡの単レンズでの主光線角度３０度の光路図が表される。
図１９は、マイクロレンズの収差曲線を表す図である。
図１９には、表１に示したマイクロレンズアレイＭＬＡの単レンズの収差図（主光線角度３０度）が表される。
（第１の光学系：結像光学系１２の条件式について）
次に、結像光学系１２の条件式について説明する。
図１０に表したように、本実施形態に係る撮像レンズ１１０は、物体側から像面側へと順に、絞り、物体側の面の曲率半径が正となる形状で、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、物体側面及び像側面の曲率半径が共に正となる形状で、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、物体側面及び像側面の曲率半径が共に負となる形状に形成され、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、物体側面と像側面の曲率半径が共に正となる形状に形成されていて、負の屈折力を有する第４レンズＬ４を配置して構成され、その後方にマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）及び固体撮像素子１６が配置される。
撮像レンズ１１０では、結像光学系１２と固体撮像素子１６との間に、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）が配置される。結像光学系１２による像をマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）によって縮小する場合の倍率は、０．００１以上０．８７以下であることが望ましい。
撮像レンズ１１０は、このような光学系において、以下の条件式（１）〜（５）を満足する。
０．８５≦ｆ１／ｆ＜１．０ ・・・（１）
１．５＜｜ｆ２｜／ｆ＜３．０ ・・・（２）
ＴＬ／ｆ＜１．３ ・・・（３）
１＜（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＜５ ・・・（４）
０＜Ｄ３４／ｆ＜０．０５ ・・・（５）
上記条件式（１）〜（５）において、ｆは、結像光学系１２の焦点距離であり、ｆ１は、第１レンズＬ１の焦点距離であり、ｆ２は、第２レンズＬ２の焦点距離であり、ｆ３は、第３レンズＬ３の焦点距離であり、ＴＬは、絞りＳから像面ＤＴまでの距離であり、Ｒ７は、第７面の曲率半径であり、Ｒ８は、第８面の曲率半径であり、Ｄ３４は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との光軸上の空気間距離である。
本実施形態の撮影レンズ１１０のレンズ構成の基本的特徴は、大きな正のパワーを持つ第１レンズＬ１及び比較的小さい負のパワーを持つ第２レンズＬ２と、最も大きい正のパワーを持つ第３レンズＬ３と、そして最も像面側に大きな負のパワーを有する第４レンズＬ４とからなり、正、負、正、負のパワー配置を持ち、いわゆる望遠タイプの屈折力配置を持つことである。
さらに、撮像レンズ１１０では、色収差の補正のために、大きな正屈折力を持つ第１レンズＬ１と負の屈折力を持つ第２レンズＬ２とで発生する色収差を、大きな正の屈折力を持つ第３レンズＬ３と大きな負の屈折力を持つ第４レンズＬ４にて色消しを行うことを特徴としている。
したがって、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２にて主に光軸上付近の球面収差、コマ収差、色収差を補正し、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４にて、主に軸外収差である歪曲収差の補正、軸外の色収差及びマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）への入射角度を制御するための作用を有している。
条件式（１）、（２）は、良好な光学性能を得るための最適な屈折力配分を規定する。
条件式（１）は、レンズ全系の合成焦点距離に対する第１レンズＬ１のパワーに関する条件式である。この条件式（１）の下限を越えて第１レンズＬ１のパワーが強くなると、上光線のコマ収差及び球面収差、コマ収差、色収差が大きくなり性能が劣化してしまうので、補正が困難になり画面全体のコントラストが低下する。
一方、条件式（１）の上限を越えて第１レンズＬ１のパワーが弱くなると、バックフォーカスが長くなり、さらにレンズ系の全長が大きくなりコンパクト性を損ない、かつ、光線のコマ収差が大きくなり性能が劣化してしまう。したがって、撮像レンズ１１０の全長を小さくすることが困難となる。
条件式（１）において、より好ましい範囲は０．８５＜ｆ１／ｆ＜０．９５、さらに好ましい範囲は０．９０＜ｆ１／ｆ＜０．９５である。
条件式（２）は、レンズ全系の合成焦点距離に対する第２レンズＬ２のパワーの絶対値に関する条件式である。条件式（２）は、第２レンズＬ２の負のパワーを規定する。第１レンズＬ１の正レンズで発生する収差を、負の第２レンズＬ２のパワーで補正する必要がある。第２レンズＬ２の負のパワーを強くすると、負レンズの補正効果に対して過剰になってしまうので性能劣化してしまう。特に、光軸上の色収差及び倍率の色収差が悪くなる。また、撮像面への入射角度が大きくなりすぎる。そのため、第２レンズＬ２の負のパワーは比較的弱くしておくのが好ましい。よって、条件式（２）を満たすのがよい。
この条件式（２）の下限を越えて第２レンズＬ２のパワーが強くなると、全長が長くなり、周辺光束の光線高が高くなり、非点収差の補正が困難になり画面全体のコントラストが低下する。さらには、固体撮像素子１６への入射角度が大きくなり、像面側でのテレセントリック特性の確保が難しくなるため好ましくない。
条件式（２）の上限値を上回ると、軸上収差と軸外収差の収差補正のバランスが崩れ、軸外収差の補正が良好にできなくなる。さらには、バックフォーカスが長くなり、撮像レンズの全長を小さくすることが困難となる。
条件式（２）において、より好ましい範囲は１．５＜｜ｆ２｜／ｆ＜２．５、さらに好ましい範囲は２．０＜｜ｆ２｜／ｆ＜２．５である。
条件式（３）は、結像光学系１２のレンズ系の全長を規定するものである。条件式（３）の上限を超えるとレンズ全長が大となるので、コンパクト化を達成する事ができなくなる。したがって、条件式（３）を満足する構成によれば、撮像レンズの小型化、薄型化を容易に達成することができる。
条件式（３）において、より好ましくはＴＬ／ｆ＜１．２、さらに好ましくはＴＬ／ｆ＜１．０である。
条件式（４）は、負の第４レンズＬ４の形状を適切に設定するための条件式である。条件式（４）に示す範囲で、第４レンズＬ４は物体側の面に比べ像側の面の屈折力が大きい形状（物体側に凸面を向ける負の屈折力を有するメニスカス形状）から、像側の面に比べて物体側の面の屈折力が大きい両凹形状まで変化する。
条件式（４）の上限値を下回ることで、全長及びバックフォーカスを短くしながらも、第４レンズＬ４の最終面の最も出っ張った最凸部と、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）との間隔を確保できる。
一方、条件式（４）の下限値を上回ることで、第４レンズＬ４を通過する軸上光線及び軸外の光線高さを適度に維持することができ、軸上色収差及び軸外の色収差を補正するのに有利となる。
条件式（４）において、より好ましい範囲は１＜（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＜４、さらに好ましい範囲は２＜（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＜４である。
条件式（５）は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間隔を規定するための条件式である。条件式（５）の上限値を下回ることで、軸上収差と軸外収差の収差補正バランスをとることができ、軸外収差の補正だけでなく、色収差の補正が良好にできる。一方、条件式（５）の下限値を上回るこで、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間隔が小さくなりすぎずレンズの全長のコンパクト化に有利となる。
条件式（５）において、より好ましい範囲は０＜Ｄ３４／ｆ＜０．０４、さらに好ましい範囲は０．０１＜Ｄ３４／ｆ＜０．０４である。
また、本実施形態に係る撮像レンズ１１０では、第３レンズＬ３を通過する主光線の高さ位置に関して下記の条件式（６）を満足していることが望ましい。
０．３＜ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＜０．５ ・・・（６）
条件式（６）において、ｈｃ（Ｇ３Ｒ）は、第３レンズＬ３の像側の面（第６面）を通過する最大画角の軸外光線の主光線が通過する高さであり、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５は、近軸近傍において絞りＳから第３レンズＬ３の像側の面（第６面）までの距離であり、Ｄ１は、第１レンズＬ１の軸上の厚さであり、Ｄ２は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との軸上の空気間隔であり、Ｄ３は、第２レンズＬ２の軸上の厚さであり、Ｄ４は、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との軸上の空気間隔であり、Ｄ５は、第３レンズＬ３の軸上の厚さである。
ここで、条件式（６）は、軸外の主光線が第３レンズＬ３を通過する高さを制御するための条件式である。条件式（６）は、撮像レンズ１１０を通過してきた軸外光線がマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）へ入射する際に、色収差をできるだけ発生させないための条件であり、軸外光線の射出瞳の形状について制限するためのものである。
条件式（６）の上限値を超えて、第３レンズＬ３の像側の面（第６面）を通過する最大画角の軸外光線の主光線が通過する高さが大きくなると、第４レンズＬ４の物体側の面（第７面）への入射高さが高くなり、第４レンズＬ４の物体側の面（第７面）の屈折力を緩める必要がある。この部分の屈折力を弱めるので、コマ収差の発生が大きくなるが、軸外の光線の射出瞳の形状が大きく変化することは無い。
条件式（６）の下限値を超えると、第４レンズＬ４の物体側の面（第７面）での光線高さが低くなり、第４レンズＬ４での光線の屈折力を強くする必要がある。この部分の屈折力を強めるので、所定の像高への光線の入射角度、つまり、ＣＲＡ（Chief Ray of Angle：主光線の像面への入射角度）を確保するのが困難になる。第４レンズＬ４への入射高さを確保するため、第３レンズＬ３の正の屈折力を小さくする必要があるので、軸外光線でのコマ収差が大きく発生し、かつ、軸外の光線の射出瞳の形状が大きく変化してしまう。
条件式（６）において、より好ましい範囲は０．３＜ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＜０．４５、さらに好ましい範囲は０．３５＜ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＜０．４５である。
本実施形態に係る撮像レンズ１１０では、射出瞳の位置での射出瞳形状に関して下記の条件式（７）を満足していることが望ましい。
０≦ρ＜０．３ ・・・（７）
条件式（７）において、ρは扁平率である。扁平率ρは、ρ＝｜１−ｂ／ａ｜である。ａは、軸外の射出瞳位置において、射出瞳を通過する光線の光軸と直交する第１方向の半径である。ｂは、軸外の射出瞳位置において、射出瞳を通過する光線の光軸と直交する第２方向（第１方向と直交する方向）の半径である。
半径ａは、射出瞳を略円形または楕円形とした場合、射出瞳位置での瞳の長さの長径である。半径ａは、ａ＝ｈｘ（EXTPURX）で表される。
半径ｂは、射出瞳を略円形または楕円形とした場合、射出瞳位置での瞳の長さの短径である。半径ｂは、ｂ＝（ｈｙ（EXTPiUR）−ｈｙ（EXTPiDW））／２で表される。
ｈ（EXTPiCR）は、軸外光線の主光線が射出瞳面を通過する高さである。
ｈ（EXTPiUR）は、軸外光線の上光線が射出瞳面を通過する高さである。
ｈ（EXTPiDW）は、軸外光線の下光線が射出瞳面を通過する高さである。
ｈｘ（EXTPURX）は、軸外光線の主光線に対して垂直な面内の光線が射出瞳面を通過する奥行き方向の長さである。
例えば、ｈｙ（EXTPiUR）は、軸外光線の上光線が射出瞳面を通過する第２方向の高さである。また、ｈｙ（EXTPiDW）は、軸外光線の下光線が射出瞳面を通過する第２方向の高さである。
条件式（７）は、本実施形態に係る撮像レンズ１１０の射出瞳の位置における、射出瞳の形状についての条件式である。
結像光学系１２からの光束が、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）によって固体撮像素子１６上に縮小結像される際に、効率よく固体撮像素子１６上に光束が到達するには、結像光学系１２の射出瞳の形状と、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）上の単レンズの入射瞳の形状とを一致させることが理想である。
しかし、実際には、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の単レンズの配列が六方密度で配置されているため、固体撮像素子１６の中心に対してマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）上の単レンズ中心を合わせても、画角が大きい軸外の光束は、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の単レンズの光軸に対して主光線の入射角度が大きくなり、２０度から３０度でマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の光学軸に対して傾いて入射してくるので、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の入射瞳位置と結像光学系１２の射出瞳位置を合わせることが難しくなる。
結像光学系１２からの傾いて射出してくる軸外の光束は、口径食の影響を受けて楕円（横長の猫の目のような形状）の瞳形状となる。できるだけ、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の各単レンズに効率よく結像光学系１２からの軸外の光束を入射させるためには、結像光学系１２からの射出瞳の形状ができるだけ円に近い形状であることが必要である。条件式（８）は、その瞳形状を規定するための条件式である。
条件式（７）の上限を超えた場合、結像光学系１２の射出瞳の形状と、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）の単レンズの射出瞳の形状とが大きくずれる。このため、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）を通して固体撮像素子１６上へ光線を効率よく到達させることが困難になる。
条件式（７）において、より好ましい範囲は０≦ρ＜０．２、さらに好ましい範囲は０≦ρ＜０．１である。
本実施形態に係る撮像レンズ１１０では、下記の条件式（８）を満足していることが望ましい。
０≦ν１−ν2 ・・・（８）
条件式（８）において、ν１は第１レンズＬ１のアッベ数であり、ν２は、第２レンズＬ２のアッベ数である。
条件式（８）は、正の第１レンズＬ１及び負の第２レンズＬ２を構成する材料のアッベ数を規定するものである。条件式（８）を満足することにより、光軸上の色収差と軸外の倍率の色収差を補正することが可能である。
本実施形態に係る撮像レンズ１１０では、下記の条件式（９）を満足するように構成してもよい。
０°≦αi≦３０° ・・・（９）
条件式（９）において、αiは、最大像高における主光線の撮像面への入射角度である。
本実施形態に係る撮像レンズ１１０において、固体撮像素子１６とマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）とを組み合わせたて用いる場合に、結像光学系１２から射出された軸外光束がマイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）に対して大きな角度で入射すると、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）を通して固体撮像素子１６に結像する際、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）が許容できる軸外光束の画角が大きくずれてしまい、画像中央部と画像周辺部とで画像の明るさが変化してしまう。また、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）に対する入射角度が小さいと、この問題は軽減するが、光学系の全長が大きくなってしまう。そのため、条件式（９）を満足するのが良い。
また、撮像レンズ１１０は、以下の条件式（１０）、（１１）、（１２）を満足するように構成されてもよい。

０．４＜｜Ｒ４／ｆ｜＜０．８ ・・・（１０）
１０＜｜Ｒ２／Ｒ１｜＜３０ ・・・（１１）
０．２＜｜Ｒ６｜／ｆ＜０．６ ・・・（１２）
条件式（１０）において、Ｒ４は、第２レンズＬ２の像側の面（第４面）の曲率半径であり、ｆは、結像光学系１２の焦点距離である。条件式（１０）は、第２レンズＬ２の像側の面（第４面）の曲率半径を適切に設定する条件である。第２レンズＬ２の像側の面（第４面）を、条件式（１０）を満足するような強い発散面とすることで、正の屈折力を有する第１レンズＬ１で発生する軸上色収差を、第２レンズＬ２で良好に補正することができる。また、条件式（１０）の下限を上回ることで、ペッバール和を小さく保ちながら色収差を良好に補正することができる。
条件式（１０）において、より好ましい範囲は０．４＜｜Ｒ４／ｆ｜＜０．７、さらに好ましい範囲は０．５＜｜Ｒ４／ｆ｜＜０．７である。
条件式（１１）において、Ｒ１は、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）の曲率半径であり、Ｒ２は、第１レンズＬ１の像側の面（第２面）の曲率半径である。条件式（１１）は、主に球面収差を補正するための第１レンズＬ１の形状に関しての条件式である。したがって、条件式（１１）の上限を超えると、負の球面収差が大きく発生し、第１レンズＬ１よりも後方に配置するレンズでの補正が困難となる。また、コマ収差が過大となる。条件式（１１）の下限を超えると、軸外の収差補正については有利となるが、第１レンズＬ１の像側の面（第２面）で過大発生する球面収差について、補正することが困難になる。
条件式（１１）において、より好ましい範囲は１０＜｜Ｒ２／Ｒ１｜＜２０、さらに好ましい範囲は１５＜｜Ｒ２／Ｒ１｜＜２０である。
条件式（１２）において、Ｒ６は、第３レンズＬ３の像側の面（第６面）の曲率半径であり、ｆは、結像光学系１２の焦点距離である。条件式（１２）は、第３レンズＬ３の形状に関する条件式である。第３レンズＬ３は、像側に凸面を向けたゆるい正メニスカス形状であることが必要となる。また、第３レンズＬ３に緩い正の屈折力を持たせることにより、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の屈折力の軽減をはかりつつ、軸外の収差の補正を行うことができる。
条件式（１２）の上限を超えると、軸外の主光線角度が低くなりすぎ、第４レンズＬ４では修正不能であるため、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）への入射角度を０°から３０°に確保できなくなる。条件式（１２）の下限を超えると、マイクロレンズアレイＭＬＡ（１４）への入射角度を０°から３０°に確保できるが、軸外のコマ収差が増大し、性能が劣化する。
条件式（１２）において、より好ましい範囲は０．２＜｜Ｒ６｜／ｆ＜０．５、さらに好ましい範囲は０．３＜｜Ｒ６｜／ｆ＜０．５である。
また、撮像レンズ１１０は、以下の条件式（１３）を満足するように構成されてもよい。

０．３＜｜Ｒ４／Ｒ３｜＜０．７ ・・・（１３）
条件式（１３）において、Ｒ３は、第２レンズＬ２の物体側の面（第３面）の曲率半径であり、Ｒ４は、第２レンズＬ２の像側の面（第４面）の曲率半径である。条件式（１３）は、第２レンズＬ２の像側の面（第４面）の曲率半径と物体側の面（第３面）の曲率半径との比について設定する条件式である。
条件式（１３）の上限を超える場合は、軸外の光線に対して、第３レンズと第４レンズによる屈折力では収差補正が不足となり、性能が達成することが困難となる。逆に下限を超える場合は、第２レンズの像側面の曲率半径が小さくなる為、軸外の光線、特にコマ収差に対して収差補正不足となり、第３レンズ及び第４レンズの屈折力にて補正することが難しくなる。補正する為に、第３レンズ及び第４レンズの屈折力を補正するだけでなく、光線の入射高さを制御する為に、レンズ間隔を調整して補正することになるが、全長位置が伸びてしまう。
条件式（１３）において、より好ましい範囲は０．３＜｜Ｒ４／Ｒ３｜＜０．６、さらに好ましい範囲は０．４＜｜Ｒ４／Ｒ３｜＜０．６である。
このように本実施の形態の撮像レンズ１１０及びこれを備えた固体撮像装置１によれば、少ないレンズ枚数及び簡易なレンズ構成でありながら、Ｆナンバーが明るくなる等、高性能を達成し、かつレンズ系自体をコンパクトに構成することができる。また、高精度な距離画像と、良好な可視画像との両方を取得することができる。
本実施形態に係る撮像レンズ１１０及び固体撮像装置１は、例えば、携帯電話、タブレット型端末、デジタルカメラなどの携帯端末、映像機器、産業用ロボット、ロボットアーム、内視鏡等の医療機器などの各種の電子機器に適用可能である。
以下に、実施例として結像光学系１２の数値例を示す。
（第１実施例）
図２０は、第１実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図２１及び図２２は、第１実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図２３は、第１実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図２４は、第１実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表２に、第１実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第１実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-1.9950652
ａ４＝0.018367277
ａ６＝-0.01144917
ａ８＝0.00184325
ａ１０＝-0.00237814
ａ１２＝-0.00043284
ａ１４＝-0.00035181
第２面
K＝-1701.21745
ａ４＝-0.06279352
ａ６＝-0.01766232
ａ８＝0.015362595
ａ１０＝-0.00412161
ａ１２＝-0.00055743
第３面
K＝2.992484
ａ４＝-0.06911947
ａ６＝0.010362833
ａ８＝-0.03495753
ａ１０＝0.056227525
ａ１２＝-0.02630633
ａ１４＝0.004111307
第４面
K＝-0.259497
ａ４＝0.002537177
ａ６＝0.005646072
ａ８＝-0.00933221
ａ１０＝0.005958687
ａ１２＝0.007204493
ａ１４＝-0.00347005
第５面
K＝12.312724
ａ４＝0.061258053
ａ６＝-0.01945500
ａ８＝0.014163829
ａ１０＝-0.00577455
ａ１２＝0.000324330
ａ１４＝0.000246559
第６面
K＝-5.3536684
ａ４＝-0.02292847
ａ６＝0.019427301
ａ８＝0.001744590
ａ１０＝-0.00139355
ａ１２＝-0.00002229
ａ１４＝0.000029414
第７面
K＝80.9860320
ａ４＝-0.07366563
ａ６＝0.007658314
ａ８＝0.004073979
ａ１０＝-0.00157351
ａ１２＝0.000186398
ａ１４＝-0.00000822
第８面
K＝-7.16090373
ａ４＝-0.05162849
ａ６＝0.013487546
ａ８＝-0.00312376
ａ１０＝0.000411202
ａ１２＝-0.00002234
ａ１４＝-0.00000083
ｆ１／ｆ＝０．８８０
｜ｆ２｜／ｆ＝２．２２７
ＴＬ／ｆ＝１．１７７
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．７２６
Ｄ３４／ｆ＝０．０１４
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４２７
ρ＝０．０６９
ν１−ν２＝６４−２３．３＝４０．７
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２６．０°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６２４
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝１６．６８２
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３０２
｜Ｒ４／Ｒ３｜＝０．５２４
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第１実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第２実施例）
図２５は、第２実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図２６及び図２７は、第２実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図２８は、第２実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図２９は、第２実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表３に、第２実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第２実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.06799522
ａ４＝0.01855843
ａ６＝-0.01006203
ａ８＝0.0088306
ａ１０＝-0.00260269
ａ１２＝-0.00052668
ａ１４＝-0.00029830
第２面
K＝-1191.139073
ａ４＝-0.06291462
ａ６＝-0.01799747
ａ８＝0.01562652
ａ１０＝-0.00393719
ａ１２＝-0.00066197
第３面
K＝1.64476863
ａ４＝-0.06988057
ａ６＝0.01005532
ａ８＝-0.03522801
ａ１０＝0.05607947
ａ１２＝-0.02630614
ａ１４＝0.00415417
第４面
K＝-0.31819915
ａ４＝0.0247241
ａ６＝0.00553316
ａ８＝-0.00922980
ａ１０＝0.00594848
ａ１２＝0.00716690
ａ１４＝-0.00351395
第５面
K＝11.67747158
ａ４＝0.05294032
ａ６＝-0.01959305
ａ８＝0.01415234
ａ１０＝-0.00567885
ａ１２＝0.00035168
ａ１４＝0.00023475
第６面
K＝-5.55271877
ａ４＝-0.02442981
ａ６＝0.01881547
ａ８＝0.00180048
ａ１０＝-0.00137555
ａ１２＝-0.00001613
ａ１４＝0.00003129
第７面
K＝8.33844106
ａ４＝-0.06882487
ａ６＝0.00915850
ａ８＝0.00417992
ａ１０＝-0.00156627
ａ１２＝0.00019003
ａ１４＝-0.00000773
第８面
K＝-5.96611795
ａ４＝-0.05156994
ａ６＝0.01412112
ａ８＝-0.00324227
ａ１０＝0.00039506
ａ１２＝-0.00002137
ａ１４＝-1.0311×10-7
ｆ１／ｆ ＝０．８７１
｜ｆ２｜／ｆ ＝２．０９
ＴＬ／ｆ ＝１．１９
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．８７６
Ｄ３４／ｆ ＝０．０２６
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４４２
ρ＝０．００７１
ν１−ν２＝５９．４６−２３．３３＝３６．１３
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２２．６°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６２１
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝１６．７４
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３４４
Ｒ４／Ｒ３＝０．４９５
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第２実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第３実施例）
図３０は、第３実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図３１及び図３２は、第３実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図３３は、第３実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図３４は、第３実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表４に、第３実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第３実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.10559837
ａ４＝0.01790709
ａ６＝-0.01092953
ａ８＝0.00179489
ａ１０＝-0.00249962
ａ１２＝-0.00047405
ａ１４＝-0.00030073
第２面
K＝-2500.419876
ａ４＝-0.06338023
ａ６＝-0.01795624
ａ８＝0.01539966
ａ１０＝-0.00404648
ａ１２＝-0.00055268
第３面
K＝2.80849001
ａ４＝-0.06895896
ａ６＝0.01016882
ａ８＝-0.03499867
ａ１０＝0.05620004
ａ１２＝-0.02629145
ａ１４＝0.00413838
第４面
K＝-0.38744864
ａ４＝0.002211225
ａ６＝0.00588465
ａ８＝-0.00932198
ａ１０＝0.00594414
ａ１２＝0.00727966
ａ１４＝-0.00340137
第５面
K＝11.97621036
ａ４＝0.05769052
ａ６＝-0.01962753
ａ８＝0.01430996
ａ１０＝-0.00570530
ａ１２＝0.00032445
ａ１４＝0.00021721
第６面
K＝-6.03303296
ａ４＝-0.01901123
ａ６＝0.01957884
ａ８＝0.00178096
ａ１０＝-0.00139782
ａ１２＝-0.00002293
ａ１４＝0.00002969
第７面
K＝152.03688902
ａ４＝-0.07285680
ａ６＝0.00886396
ａ８＝0.00422735
ａ１０＝-0.00155662
ａ１２＝0.00019118
ａ１４＝-0.00000735
第８面
K＝-6.5576775
ａ４＝-0.04916767
ａ６＝ 0.01335533
ａ８＝ -0.00326096
ａ１０＝0.00041292
ａ１２＝-0.00002112
ａ１４＝-5.2321×10-7
ｆ１／ｆ＝０．８７５
｜ｆ２｜／ｆ＝２．７２
ＴＬ／ｆ＝１．１７
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．９５２
Ｄ３４／ｆ＝０．０３７
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３６
ρ＝０．０５８
ν１−ν２＝５９．４６−２３．３３＝３６．１３
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２３．９°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６８０
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝２０．６７
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３６３
Ｒ４／Ｒ３＝０．５７２
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第３実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第４実施例）
図３５は、第４実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図３６及び図３７は、第４実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図３８は、第４実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図３９は、第４実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表５に、第４実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第４実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.06623255
ａ４＝0.01822393
ａ６＝-0.01085354
ａ８＝0.00188490
ａ１０＝-0.00245483
ａ１２＝-0.00043959
ａ１４＝-0.00028741
第２面
K＝-1537.779839
ａ４＝-0.06286657
ａ６＝-0.01759363
ａ８＝0.01556027
ａ１０＝-0.00401635
ａ１２＝-0.00057226
第３面
K＝2.92759964
ａ４＝-0.06914205
ａ６＝0.01014577
ａ８＝-0.03502288
ａ１０＝0.05620738
ａ１２＝-0.02630101
ａ１４＝0.00412961
第４面
K＝-0.33630643
ａ４＝0.0200859
ａ６＝0.00584415
ａ８＝-0.00923723
ａ１０＝0.00604630
ａ１２＝0.00729959
ａ１４＝-0.00342400
第５面
K＝11.92735031
ａ４＝0.05949131
ａ６＝-0.01958334
ａ８＝0.01424430
ａ１０＝-0.00572067
ａ１２＝0.00031796
ａ１４＝0.00023355
第６面
K＝-5.5030911
ａ４＝-0.02034009
ａ６＝0.01956502
ａ８＝0.00171775
ａ１０＝-0.00139833
ａ１２＝-0.00002347
ａ１４＝0.00002889
第７面
K＝162.71849784
ａ４＝-0.07399224
ａ６＝0.00838768
ａ８＝0.00423250
ａ１０＝-0.00155044
ａ１２＝0.00019142
ａ１４＝-0.00000722
第８面
K＝-6.89961928
ａ４＝-0.05099172
ａ６＝0.01323246
ａ８＝-0.00322848
ａ１０＝0.00041344
ａ１２＝-0.00002138
ａ１４＝-6.2154×10-7
ｆ１／ｆ＝０．８７
｜ｆ２｜／ｆ＝２．３９
ＴＬ／ｆ＝１．１７
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．８２６
Ｄ３４／ｆ＝０．０２２
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３３
ρ＝０．０５９７
ν１−ν２＝６５．９３−２３．３３＝４２．６
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２４．２°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６３２
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝１８．９７５
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３２９
｜Ｒ４／Ｒ３｜＝０．５４６
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第４実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第５実施例）
図４０は、第５実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図４１及び図４２は、第５実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図４３は、第５実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図４４は、第５実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表６に、第５実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第５実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.04627602
ａ４＝0.01838968
ａ６＝-0.01078306
ａ８＝0.00192696
ａ１０＝-0.00243825
ａ１２＝-0.00043368
ａ１４＝-0.00028246
第２面
K＝-1192.242224
ａ４＝-0.06264369
ａ６＝-0.01746845
ａ８＝0.01563480
ａ１０＝-0.00399775
ａ１２＝-0.00058435
第３面
K＝2.85594182
ａ４＝-0.0692129
ａ６＝0.01014782
ａ８＝-0.03499995
ａ１０＝0.05621884
ａ１２＝-0.02629550
ａ１４＝0.00412139
第４面
K＝-0.35238878
ａ４＝0.0193694
ａ６＝0.00573904
ａ８＝-0.00923739
ａ１０＝0.00605303
ａ１２＝0.00729970
ａ１４＝-0.00342149
第５面
K＝11.94301714
ａ４＝0.06020103
ａ６＝-0.01953985
ａ８＝0.01418102
ａ１０＝-0.00574968
ａ１２＝0.00031443
ａ１４＝0.00023843
第６面
K＝-5.32922193
ａ４＝-0.02118297
ａ６＝0.01953100
ａ８＝0.00172252
ａ１０＝-0.00139787
ａ１２＝-0.00002394
ａ１４＝0.00002851
第７面
K＝174.8609872
ａ４＝-0.07330453
ａ６＝0.00833323
ａ８＝0.00422176
ａ１０＝-0.00155095
ａ１２＝0.00019155
ａ１４＝-0.00000715
第８面
K＝-7.1454874
ａ４＝-0.05119959
ａ６＝0.01323256
ａ８＝-0.00322993
ａ１０＝0.00041346
ａ１２＝-0.00002141
ａ１４＝-6.3325×10-7
ｆ１／ｆ＝０．８７１
｜ｆ２｜／ｆ＝２．２７
ＴＬ／ｆ＝１．１７
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．７７３
Ｄ３４／ｆ＝０．０１７
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３２
ρ＝０．０４４
ν１−ν２＝６５．９３−２３．３３＝４２．６
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２４．１°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６２
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝１８．７０４
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３１４
Ｒ４／Ｒ３＝０．５３４
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第５実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第６実施例）
図４５は、第６実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図４６及び図４７は、第６実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図４８は、第６実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図４９は、第６実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表７に、第６実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第６実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.07392069
ａ４＝0.01787130
ａ６＝-0.01135135
ａ８＝0.00202324
ａ１０＝-0.00227321
ａ１２＝-0.00041114
ａ１４＝-0.00038203
第２面
K＝-1732.25993
ａ４＝-0.06294481
ａ６＝-0.01786001
ａ８＝0.01531758
ａ１０＝-0.00404588
ａ１２＝-0.00044407
第３面
K＝3.12156320
ａ４＝-0.06908884
ａ６＝0.01053542
ａ８＝-0.03486516
ａ１０＝0.05625665
ａ１２＝-0.02629561
ａ１４＝0.00412059
第４面
K＝-0.06758017
ａ４＝0.00353160
ａ６＝0.00617328
ａ８＝-0.00910029
ａ１０＝0.00606197
ａ１２＝0.00725369
ａ１４＝-0.00344835
第５面
K＝12.48362898
ａ４＝0.06149396
ａ６＝-0.01933284
ａ８＝0.01415655
ａ１０＝-0.00579223
ａ１２＝0.00032084
ａ１４＝0.00025107
第６面
K＝-5.43637748
ａ４＝-0.02276699
ａ６＝0.01935475
ａ８＝0.00171344
ａ１０＝-0.00140564
ａ１２＝-0.00002822
ａ１４＝0.00002629
第７面
K＝102.12923568
ａ４＝-0.07425301
ａ６＝0.00786627
ａ８＝0.00414421
ａ１０＝-0.00155612
ａ１２＝0.00019134
ａ１４＝-0.00000650
第８面
K＝-7.31317716
ａ４＝-0.05236823
ａ６＝0.01328854
ａ８＝-0.00322200
ａ１０＝0.00041276
ａ１２＝-0.00002174
ａ１４＝-0.00000070
ｆ１／ｆ＝０．８５２
｜ｆ２｜／ｆ＝２．０９９
ＴＬ／ｆ＝１．１８
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．７２７
Ｄ３４／ｆ＝０．０１３
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３２
ρ＝０．００６２
ν１−ν２＝５５．９８−２３．３３＝３２．６５
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２４．９°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６２９
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝２８．４
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３０３
｜Ｒ４／Ｒ３｜＝０．４９７
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第６実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第７実施例）
図５０は、第７実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図５１及び図５２は、第７実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図５３は、第７実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図５４は、第７実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表８に、第７実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第７実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.01072644
ａ４＝0.01838989
ａ６＝-0.01120705
ａ８＝0.00185685
ａ１０＝-0.00242617
ａ１２＝-0.00046308
ａ１４＝-0.00034961
第２面
K＝-1305.96793
ａ４＝-0.06279411
ａ６＝-0.01763769
ａ８＝0.01544627
ａ１０＝-0.00409325
ａ１２＝-0.00059032
第３面
K＝3.03239511
ａ４＝-0.06908079
ａ６＝0.01037376
ａ８＝-0.03496048
ａ１０＝ 0.05621924
ａ１２＝-0.02629639
ａ１４＝0.00412339
第４面
K＝-0.35011579
ａ４＝0.00205137
ａ６＝0.00550642
ａ８＝-0.00917968
ａ１０＝0.00604146
ａ１２＝0.00723858
ａ１４＝-0.00346392
第５面
K＝12.18532886
ａ４＝0.06123213
ａ６＝-0.01934789
ａ８＝0.01421314
ａ１０＝-0.00576620
ａ１２＝0.00031621
ａ１４＝0.00023828
第６面
K＝-5.21074495
ａ４＝-0.02290518
ａ６＝0.01943752
ａ８＝0.00171549
ａ１０＝-0.00140683
ａ１２＝-0.00002655
ａ１４＝0.00002786
第７面
K＝81.83620738
ａ４＝-0.07469087
ａ６＝0.00777992
ａ８＝0.00416899
ａ１０＝-0.00154534
ａ１２＝0.00019355
ａ１４＝-0.00000648
第８面
K＝-7.1805299
ａ４＝-0.05132788
ａ６＝0.01330203
ａ８＝-0.00322747
ａ１０＝ 0.00041323
ａ１２＝-0.00002165
ａ１４＝-0.00000068
ｆ１／ｆ＝０．８８４
｜ｆ２｜／ｆ＝２．２０５
ＴＬ／ｆ＝１．１７７
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．７２６
Ｄ３４／ｆ＝０．０１８
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３７
ρ＝０．００２
ν１−ν２＝６４．２−２３．２＝４１．０
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２４．５°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６２９
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝１７．６０４
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３０５
｜Ｒ４／Ｒ３｜＝０．５１９
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第７実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第８実施例）
図５５は、第８実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図５６及び図５７は、第８実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図５８は、第８実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図５９は、第８実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表９に、第８実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第８実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.01449298
ａ４＝0.01843795
ａ６＝-0.01105796
ａ８＝0.00186031
ａ１０＝-0.00245144
ａ１２＝-0.00046593
ａ１４＝-0.00034403
第２面
K＝-1147.538435
ａ４＝-0.06283036
ａ６＝-0.01765873
ａ８＝0.01550469
ａ１０＝-0.00405598
ａ１２＝-0.00060426
第３面
K＝3.14844805
ａ４＝-0.06897041
ａ６＝0.01039228
ａ８＝-0.03498819
ａ１０＝0.05620625
ａ１２＝-0.02628939
ａ１４＝0.00412580
第４面
K＝-0.44070840
ａ４＝0.00157574
ａ６＝0.00543905
ａ８＝-0.00910431
ａ１０＝0.00611069
ａ１２＝0.00728020
ａ１４＝-0.00344276
第５面
K＝12.09442763
ａ４＝0.06095991
ａ６＝-0.01939214
ａ８＝0.01420609
ａ１０＝-0.00576103
ａ１２＝0.00030948
ａ１４＝0.00023678
第６面
K＝-5.15217881
ａ４＝-0.02285392
ａ６＝0.01946222
ａ８＝0.00171757
ａ１０＝-0.00140762
ａ１２＝-0.00002669
ａ１４＝0.00002854
第７面
K＝89.41103384
ａ４＝-0.07507780
ａ６＝0.00774836
ａ８＝0.00418726
ａ１０＝-0.00154118
ａ１２＝0.00019432
ａ１４＝-0.00000641
第８面
K＝-7.14609635
ａ４＝-0.05186921
ａ６＝0.01331282
ａ８＝-0.00322927
ａ１０＝0.00041286
ａ１２＝-0.00002153
ａ１４＝-0.00000069
ｆ１／ｆ＝０．８８５
｜ｆ２｜／ｆ＝２．２０
ＴＬ／ｆ＝１．１７６
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．725
Ｄ３４／ｆ＝０．０１９
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３６
ρ＝０．０１９８
ν１−ν２＝６４．２−２１．５３＝４２．６７
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２４．４°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６２８
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝１６．９９３
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３０５
｜Ｒ４／Ｒ３｜＝０．５２６
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第８実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
（第９実施例）
図６０は、第９実施例に係る結像レンズの構成を例示する図である。
図６１及び図６２は、第９実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
図６３は、第９実施例に係る結像レンズの射出瞳位置を例示する図である。
図６４は、第９実施例に係る結像レンズの射出瞳の形状及び数値を例示する図である。
以下の表１０に、第９実施例に係る結像光学系１２の各面における曲率半径Ｒｉ、間隔Ｄｉ、屈折率ｎｄ及び分散値νｄを示す。
以下に、第９実施例に係る結像光学系１２の非球面データを示す。
第１面
K＝-2.07979281
ａ４＝0.02094394
ａ６＝-0.00584305
ａ８＝0.0128969
ａ１０＝-0.00343039
ａ１２＝0.00007679
第２面
K＝0.000
ａ４＝-0.04801788
ａ６＝-0.02226239
ａ８＝0.02187110
ａ１０＝-0.00683319
ａ１２＝-0.00000771
第３面
K＝3.3647356
ａ４＝-0.07035952
ａ６＝0.01835518
ａ８＝-0.04842281
ａ１０＝0.07717032
ａ１２＝-0.03752560
ａ１４＝0.00602166
第４面
K＝-0.01144097
ａ４＝-0.01511522
ａ６＝0.01382556
ａ８＝-0.00948128
ａ１０＝0.00363352
ａ１２＝0.00911895
ａ１４＝-0.00304805
第５面
K＝12.89250473
ａ４＝0.04518569
ａ６＝-0.0319430
ａ８＝0.01874454
ａ１０＝-0.00610893
ａ１２＝0.00015106
ａ１４＝0.00007946
第６面
K＝-5.50850265
ａ４＝-0.06312643
ａ６＝0.02019360
ａ８＝0.00531823
ａ１０＝-0.00159110
ａ１２＝-0.00000414
ａ１４＝-0.00000252
第７面
K＝0.00000
ａ４＝-0.11383384
ａ６＝0.01446762
ａ８＝0.00712047
ａ１０＝-0.00183171
ａ１２＝0.00011129
第８面
K＝-7.81669316
ａ４＝-0.06252056
ａ６＝0.01564798
ａ８＝-0.00396550
ａ１０＝0.00057440
ａ１２＝-0.00003921
ｆ１／ｆ＝０．８６
｜ｆ２｜／ｆ＝２．３０７
ＴＬ／ｆ＝１．２２４
（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＝１．７３１
Ｄ３４／ｆ＝０．００９８
ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＝０．４３１
ρ＝０．１０６
ν１−ν２＝５５．９８−２５．５８＝３０．４
主光線の像面への入射角度…ＣＲＡ（画角３１度）＝２６．４°
｜Ｒ４／ｆ｜＝０．６３５
｜Ｒ２／Ｒ１｜＝２６．０６
｜Ｒ６／ｆ｜＝０．３０１
｜Ｒ４／Ｒ３｜＝０．５２５
後述するように、本実施例は上記条件式（１）〜（１３）を満足する。上記のように、第９実施例に係る結像光学系１２は、良好な性能を有していることが分かる。
表１１及び１２には、各実施例における条件式の値が表される。
表１１及び１２に表したように、第１実施例〜第９実施例は、上記条件式（１）〜（１３）を全て満たしている。
以上説明したように、実施形態に係る撮像レンズ及び固体撮像装置によれば、高精度な距離画像と、良好な可視画像との両方を取得することができる。
なお、上記に本実施形態及び各実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態及び各実施例では、カバーガラス（ＣＧ）とマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）を設ける例について説明したが、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）のみの構成にしてもよい。また、上記各実施例で挙げた値は例示にすぎず、本発明の用件を満たすものであれば他の値を取りうる。また、前述の各実施形態及び各実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…固体撮像装置、１０…撮像モジュール部、１２…結像光学系、１４（ＭＬＡ）…マイクロレンズアレイ、１４ａ…マイクロレンズ部、１６…固体撮像素子、１８…撮像回路、２０…撮像信号プロセッサ、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ

Claims (8)

  1. 第１の光学系と、
    前記第１の光学系と、複数の画素を有する撮像素子との間に設けられ、複数のマイクロレンズ部を有し、光軸方向にみて１つのマイクロレンズ部と２つ以上の画素とが重なるマイクロレンズアレイと、
    を備え、
    第１の光学系は、
    物体側から像側に向かって順に、
    絞りと、
    正の屈折力を有し、前記物体側の第１面及び前記像側の第２面を有する第１レンズと、
    負の屈折力を有し、前記物体側の第３面及び前記像側の第４面を有する第２レンズと、
    正の屈折力を有し、前記物体側の第５面及び前記像側の第６面を有する第３レンズと、
    負の屈折力を有し、前記物体側の第７面及び前記像側の第８面を有する第４レンズと、
    を配置して構成され、
    前記第１面の曲率半径は正であり、
    前記第３面及び前記第４面の曲率半径は正であり、
    前記第５面及び前記第６面の曲率半径は負であり、
    前記第７面及び前記第８面の曲率半径は正であり、
    前記第１面から前記第８面のうち少なくとも１は非球面形状を有し、
    以下の条件式（１）〜（５）を満足する撮像レンズ。

    ０．８５≦ｆ１／ｆ＜１．０ ・・・（１）
    １．５＜｜ｆ２｜／ｆ＜３．０ ・・・（２）
    ＴＬ／ｆ＜１．３ ・・・（３）
    １＜（Ｒ７＋Ｒ８）／（Ｒ７−Ｒ８）＜５ ・・・（４）
    ０＜Ｄ３４／ｆ＜０．０５ ・・・（５）

    ここで、
    ｆは、前記第１の光学系の焦点距離であり、
    ｆ１は、前記第１レンズの焦点距離であり、
    ｆ２は、前記第２レンズの焦点距離であり、
    ｆ３は、前記第３レンズの焦点距離であり、
    ＴＬは、前記絞りから像面までの距離であり、
    Ｒ７は、前記第７面の曲率半径であり、
    Ｒ８は、前記第８面の曲率半径であり、
    Ｄ３４は、前記第３レンズと前記第４レンズとの光軸上の空気間距離である。
  2. 前記第１の光学系による像を前記マイクロレンズアレイによって縮小する場合の倍率は、０．００１以上０．８７以下である請求項１記載の撮像レンズ。
  3. 前記第６面を通過する軸外光線の主光線が通過する高さをｈｃ（Ｇ３Ｒ）、
    近軸近傍において前記絞りから前記第６面までの距離をＤ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５とした時、
    以下の条件式（６）を満足する請求項１または２に記載の撮像レンズ。

    ０．３＜ｈｃ（Ｇ３Ｒ）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）＜０．５ ・・・（６）

    ここで、
    Ｄ１は、前記第１レンズの軸上の厚さであり、
    Ｄ２は、前記第１レンズと前記第２レンズとの軸上の空気間隔であり、
    Ｄ３は、前記第２レンズの軸上の厚さであり、
    Ｄ４は、前記第２レンズと前記第３レンズとの軸上の空気間隔であり、
    Ｄ５は、前記第３レンズの軸上の厚さである。
  4. 前記第１レンズの材料はガラスまたは樹脂であり、
    前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズの材料は樹脂である請求項１〜３のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
  5. 軸外の射出瞳位置において、射出瞳を通過する光線の光軸と直交する第１方向の半径をａ、前記光軸及び前記第１方向と直交する第２方向の半径をｂ、扁平率をρとした場合、以下の条件式（７）を満足する請求項１〜４のいずれか１つの撮像レンズ。

    ０≦ρ＜０．３ ・・・（７）

    ここで、
    半径ａは、ａ＝ｈｘ（EXTPURX）であり、
    半径ｂは、ｂ＝（ｈｙ（EXTPiUR）−ｈｙ（EXTPiDW））／２であり、
    扁平率ρは、ρ＝｜１−ｂ／ａ｜であり、
    ｈｙ（EXTPiUR）は、軸外光線の上光線が射出瞳面を通過する前記第２方向の高さであり、
    ｈｙ（EXTPiDW）は、軸外光線の下光線が射出瞳面を通過する前記第２方向の高さであり、
    ｈｘ（EXTPURX）は、軸外光線の主光線に対して垂直な面内の光線が射出瞳面を通過する前記第１方向の長さである。
  6. 下記条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の撮像レンズ。

    ０≦ν１−ν２ ・・・（８）

    ここで、
    ν１は、前記第１レンズのアッベ数であり、
    ν２は、前記第２レンズのアッベ数である。
  7. 下記条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の撮像レンズ。

    ０°≦αｉ≦３０° ・・・（９）

    ここで、
    αｉは、最大画角における主光線の前記マイクロレンズアレイの光軸への入射角である。
  8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の撮像レンズと、
    前記撮像レンズを通過した光を電気信号に変換する固体撮像素子と、
    を備えた固体撮像装置。
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