JP2017134276A

JP2017134276A - 撮像装置及びカプセル内視鏡

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Publication number: JP2017134276A
Application number: JP2016014629A
Authority: JP
Inventors: 天内　隆裕; Takahiro Amauchi; 隆裕天内; 今村　文美; Fumiyoshi Imamura; 文美今村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US10620426B2; US20170219813A1

Abstract

【課題】光学系のペッツバール和を小さくする必要が無く、色収差の補正に有利で、レンズ枚数の低減や小型化も容易で、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置及びカプセル内視鏡を提供する。【解決手段】軸上光束を決める明るさ絞りＳと、明るさ絞りＳの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面Ｉを有する撮像部と、を有し、回折光学面は、条件式（１）を満足する位置に配置される。０．１＜｜ＤＳＤ／ＴＬ｜≦１．０…（１）、ここで、ＴＬは、結像光学系の光軸上における結像光学系の入射面から受光面までの実距離、ＤＳＤは、結像光学系の光軸上における明るさ絞りの位置と回折光学面との間の実距離であり、結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（１）は広角端状態での条件式である。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及びカプセル内視鏡に関するものである。

広い画角を有し、湾曲した像を形成する光学系として、例えば特許文献１に記載のズームレンズ及び撮像装置が提案されている。この撮像装置は、物体側に球状の凹面を向けた受光面（撮像面）を有する撮像素子を用いることで、ペッツバール和を許容し、硝材選択の自由度を高めている。

国際公開第２０１３／０２７５１６号

光学系において、色収差の補正を行うためには、正レンズと負レンズとの組み合わせにより収差補正を行う必要がある。そのため、特許文献１のズームレンズにおいて、高度に色収差の補正を行うには、レンズ枚数の確保や、レンズの厚さの確保が必要となる。このため、光学系が大型化してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学系のペッツバール和を小さくする必要が無く、色収差の補正にも有利であり、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置及びカプセル内視鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置は、
軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
回折光学面は、以下の条件式（１）を満足する位置に配置されることを特徴とする。
０．１＜｜ＤＳＤ／ＴＬ｜≦１．０ …（１）
ここで、
ＴＬは、結像光学系の光軸上における結像光学系の入射面から受光面までの実距離、
ＤＳＤは、結像光学系の光軸上における明るさ絞りの位置と回折光学面との間の実距離、
であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（１）は広角端状態での条件式である。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置は、
軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
明るさ絞りと、回折光学面と、の間に非平面の光学面を有することを特徴とする。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置は、
軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
明るさ絞りと、回折光学面と、の間に正レンズを有することを特徴とする。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置は、
軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
回折光学面は、明るさ絞り側に向かって凹状の面に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置は、
軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を持つ撮像部と、を有し、
明るさ絞りと、回折光学面と、の間に空気間隔を有することを特徴とする。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るカプセル内視鏡は、
上述の撮像装置と、
照明部と、結像光学系及び照明部の物体側に配置されたドーム状のカバー部と、を有することを特徴とする。

本発明は、光学系のペッツバール和を小さくする必要が無く、色収差の補正にも有利であり、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置及びカプセル内視鏡を提供できるという効果を奏する。

実施例１における撮像装置の断面図である。実施例１における撮像装置の収差図である。実施例２における撮像装置の断面図である。実施例２における撮像装置の収差図である。実施例３における撮像装置の断面図である。実施例３における撮像装置の収差図である。実施例４における撮像装置の断面図である。実施例４における撮像装置の収差図である。実施例５における撮像装置の断面図である。実施例５における撮像装置の収差図である。実施例６における撮像装置の断面図であって、（ａ）は広角端状態の断面図、（ｂ）は中間焦点距離状態の断面図、（ｃ）は望遠端状態の断面図である。実施例６における撮像装置の広角端状態における収差図である。実施例６における撮像装置の中間焦点距離状態における収差図である。実施例６における撮像装置の望遠端状態における収差図である。実施例７における撮像装置の断面図である。実施例７における撮像装置の収差図である。回折光学素子の断面図である。回折光学素子の他の断面図である。実施例８に係る撮像装置の断面図である。カプセル内視鏡の概略構成を示す図である。車載カメラを示す図であって、（ａ）は車外に車載カメラを搭載した例を示す図、（ｂ）は車内に車載カメラを搭載した例を示す図である。パラメータを説明する図である。

以下に、本発明に係る撮像装置及びカプセル内視鏡の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。

第１実施形態の撮像装置は、
軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
回折光学面は、以下の条件式（１）を満足する位置に配置されることを特徴とする。
０．１＜｜ＤＳＤ／ＴＬ｜≦１．０ …（１）
ここで、
ＴＬは、結像光学系の光軸上における結像光学系の入射面から受光面までの実距離、
ＤＳＤは、結像光学系の光軸上における明るさ絞りの位置と回折光学面との間の実距離、であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（１）は広角端状態での条件式である。なお、結像光学系の最も入射側に明るさ絞りが配置される場合は明るさ絞りの開口部を入射面とする。

本実施形態の撮像装置では、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部を用いることで、結像光学系の像面湾曲の発生を許容でき、光学系のペッツバール和を小さくする必要が無くなる。加えて、回折光学面を用いることにより、色収差の補正にも有利となる。

加えて、本実施形態では、回折光学面の位置を明るさ絞りの配置位置から一定の距離に遠ざけることができる。このため、各像高の主光線が、空間的に分離した位置に回折光学面を配置することができる。これにより、回折光学面の形状を、各像高の主光線の入射角度に適した状態に構成することができ、回折光学面へ入射する光線の入射角に依存して発生する不要次数光を低減できる。

なお、以下、回折光学面を有する素子を回折光学素子ＤＯＥという。後述する各実施例において、回折光学素子ＤＯＥを明示する。

回折光学面の位置は、条件式（１）を満足することが重要となる。条件式（１）は、上述のＤＳＤとＴＬの適切な比を規定している。

条件式（１）の上限値を上回ることはない。

条件式（１）の下限値を下回らないようにすることで、回折光学面へ入射する各像高の主光線の位置を分離することができる。

回折光学面において、各像高の主光線の位置を分離することで、各像高の主光線の入射角に合わせて、回折光学面の形状等を最適化することができる。例えば、軸上の主光線、軸外の主光線に関して、回折光学面の鋸歯形状の角度を各像高の主光線の入射角度に合わせて設定できる。これにより、回折光学面へ入射する光線の入射角に依存して発生する不要次数光を低減させるように構成できる。

これらの構成により、収差の低減を、レンズ以外の構成である受光面の形状や、実質的な厚みがほとんど無い回折光学面により行うことができる。且つ、回折光学面の位置を明るさ絞りから一定距離を離すことで、回折光学面での軸上主光線と軸外主光線を分離することができる。この結果、不要次数光の発生の低減にも有利となる。このため、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置を得られる。

本実施形態とは異なり、回折光学面と明るさ絞りとが近すぎると、軸上の主光線が回折光学面の中心付近を通過すると共に、回折光学面に対する軸外の主光線の入射角が大きくなる。軸上主光線に関して回折光学面を最適化させると、軸外光束の光路にて不要な回折次数光の発生が大きくなり、画質が劣化するという問題がある。特に、後述するように２層からなる回折光学素子ＤＯＥの場合、層間の屈折率差が小さくなるため、位相差を生じさせるために、鋸歯形状のピッチの深さを深くする必要がある。その結果、光軸から軸外方向へわずかに異なる方向へシフトした位置における主光線であっても、不要な回折次数光が発生して、フレアにより画質が劣化しやすい。

本実施形態の場合は、回折光学面の形状を、各像高に最適な状態に構成することができる自由度が大きくなる。これにより、回折光学面での不要な回折次数光の発生を抑えることができる。

また、より好ましい実施の形態を説明する。回折光学面の位置が像面に近すぎる場合、回折光学面を有する回折光学素子の焦点距離が短すぎることになる。これにより、回折光学面のピッチが細かくなり、製造上の課題が発生すること、さらに、不要な回折次数光が発生することが課題となる。そのため、回折光学面が受光面とは異なる位置に配置されることがより好ましい。

例えば、回折光学面と受光面とが、それらの間に空気間隔を挟んで配置されることがより好ましい。
後述する各実施の形態においても上述の構成を同時に満足することが効果的である。
また、前述する実施の形態の構成や後述する実施の形態の構成は、相互に同時に満足することがより好ましい。

また、第２実施形態の撮像装置は、軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
明るさ絞りと、回折光学面と、の間に非平面の光学面を有することを特徴とする。

上述と同様の構成の重複する説明は省略する。本実施形態の撮像装置では、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部を用いることで、結像光学系の像面湾曲の発生を許容でき、光学系のペッツバール和を小さくする必要が無くなる。加えて、回折光学面を用いることにより、色収差の補正にも有利となる。

加えて、本実施形態の非平面の光学面は、光学作用により、回折光学面において主光線の位置をより分離させることに有利となる。これにより、本実施形態では、各像高の主光線を、空間的に、より分離した状態で回折光学面に入射させることができる。この結果、回折光学面や回折光学素子ＤＯＥの形状を、各像高に適した状態に構成することができる。例えば、軸上の主光線、軸外の主光線に関して、回折光学面の鋸歯形状の角度を各像高の主光線の入射角度に合わせて設定できる。

これらの構成により、収差の低減を、レンズ以外の構成である受光面の形状や、実質的な厚みがほとんど無い回折光学面により行うことができる。且つ、明るさ絞りと回折光学面との間に非平面光学面を配置することで、回折光学面での軸上主光線と軸外主光線を分離することができる。この結果、不要次数光の発生の低減にも有利となる。このため、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置を得られる。

また、第３実施形態の撮像装置は、軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
明るさ絞りと、回折光学面と、の間に正レンズを有することを特徴とする。

上述と同様の構成の重複する説明は省略する。明るさ絞りと、回折光学面と、の間に正レンズを有する場合、正レンズにより各像高の主光線を含む光束を集光させ、各像高の主光線を含む光束を、より分離した状態で回折光学面に入射させることができる。これにより、回折光学面の形状を、各像高の主光線の入射角度に適した状態に構成することが容易となり、不要次数光の発生の低減に有利となる。従って、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置を得られる。

また、第４実施形態の撮像装置は、軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
回折光学面は、明るさ絞り側に向かって凹状の面に形成されていることを特徴とする。

上述と同様の構成の重複する説明は省略する。主光線は、明るさ絞りの位置を中心にして結像光学系に入射出する。このため、回折光学面を明るさ絞りに向かって凹面に形成することで、各像高のいずれの主光線も、回折光学面に対して垂直に近づけて入射させることができ、回折効率の向上に有利となる。これにより、回折光学面での不要な回折次数光の発生を抑えることができる。従って、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置を得られる。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
０．１＜｜ｆ／Ｒ_ｄｏｅ｜＜０．８ …（２）
ｆは、結像光学系の焦点距離、
Ｒ_ｄｏｅは、光軸と回折光学面とが交わる点を面頂点としたとき、面頂点と、結像光学系の最大像高の主光線と回折光学面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径、
であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（２）は広角端状態での条件式である。

条件式（２）は、結像光学系の焦点距離と上述のＲ_ｄｏｅとの適切な比を規定している。

条件式（２）を満足することで、各像高の主光線は、回折光学面により垂直に近づけて入射するように回折光学面を構成することができる。

条件式（２）について、上限値を０．５、下限値を０．２とすることがより好ましい。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、回折光学面は、結像光学系の最も像側のレンズ面上から受光面上のいずれかの位置に配置され、さらに以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．０≦｜Ｓｉｎθ_ｄｏｅ−Ｓｉｎθ_ｉｍｇ｜＜０．１ …（３）
ここで、
θ_ｄｏｅは、結像光学系の最大像高の主光線が回折光学面と交わる点と、回折光学面の曲率中心と、を結ぶ仮想直線の光軸に対する角度、
θ_ｉｍｇは、結像光学系の最大像高の主光線が受光面と交わる点と、受光面の曲率中心と、を結ぶ仮想直線の光軸に対する角度、
であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（３）は広角端状態での条件式である。

ここで、「回折光学面の曲率中心」とは、近軸領域の回折光学面の曲率中心であり、「受光面の曲率中心」とは、光軸と受光面とが交わる点を面頂点としたとき、面頂点と結像光学系の最大像高の主光線と受光面とが交わる点を含む、仮想球面の曲率中心の意味である。

図２２（ａ）、（ｂ）は、それぞれパラメータθ_ｄｏｅ、θ_ｉｍｇを説明する図である。

条件式（３）は、上述のθ_ｄｏｅとθ_ｉｍｇに関する適切な関係を規定している。

条件式（３）を満足することで、各像高の主光線は、回折光学面に、より垂直に近づけて入射するように回折光学面を構成することができる。

また、条件式（３）を満足しない場合、回折光学面に対して主光線が大きく傾いて入射する。このため、不要な回折次数光による画質劣化が発生するか、受光面に対して主光線が傾きすぎ、シェーディングによる画質劣化が発生しやすい。

条件式（３）について、上限値を０．０５とすることがより好ましい。

また、他の実施形態によれば、軸上光束を決める明るさ絞りと、明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
結像光学系の像側に配置され、結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を持つ撮像部と、を有し、
明るさ絞りと、回折光学面と、の間に空気間隔を有することを特徴とする。

上述と同様の構成の重複する説明は省略する。回折光学面と明るさ絞りとを空気間隔を挟んで分離することで、回折光学面に入射する各像高の主光線を分離できる。

また、回折光学面を結像光学系中のレンズと空気間隔を挟んで配置することで、回折光学面を持つ回折光学素子ＤＯＥとレンズとの形状を独立に調整することが可能となる。例えば、レンズ面の形状を色収差以外の収差補正に最適化できるので好ましい。従って、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置を得られる。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、結像光学系は、少なくとも１面以上の非球面を含むことが望ましい。

非球面を含むことで、さらに、単色の球面収差、コマ収差、非点隔差を良好に補正することができ、より好ましい。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、結像光学系中のレンズ面のうち最も像側の面が像側に凸形状の面であることが望ましい。

ここで、「レンズ」には、回折光学素子ＤＯＥは含まれない。

結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を持つ撮像部に対して、レンズ面のうち、即ち回折光学素子ＤＯＥ以外で最も像側の面を像側に凸形状の面とすることで、コンセントリックな光学面の配置となり、非点隔差等の軸外収差の補正に有利となる。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０．８＜｜Ｒ_ｅ／Ｒ_ｉｍｇ｜＜１．５ …（４）
ここで、
Ｒ_ｅは、結像光学系中のレンズ面のうち最も像側の面の曲率半径、
Ｒ_ｉｍｇは、光軸と受光面とが交わる点を面頂点としたとき、面頂点と、結像光学系の最大像高の主光線と受光面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径、
であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（４）は広角端状態での条件式である。

条件式（４）は、レンズ面のうち最も像側の面の曲率半径とＲ_ｉｍｇとの適切な比を規定している。

非点隔差を軽減させるためには、条件式（４）を満足することが重要である。

条件式（４）の上限値を上回らないようにして、非点隔差の発生を抑制できる。

条件式（４）の下限値を下回らないようにして、像面湾曲を許容することで、光学系の小型化に有利となる。

条件式（４）に代えて、以下の条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．２＜｜Ｒ_ｅ／Ｒ_ｉｍｇ｜＜１．３（４−１）

これにより、条件式（４）の効果をより一層奏することができる。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
０．５＜Ｌ_１ｅ／ＴＬ …（５）
ここで、
Ｌ_１ｅは、結像光学系の光軸上における最も物体側の面から、結像光学系において、カバーガラスとは異なる面であって、最も受光面側に位置し、空気と隣接する面までの実距離、
ＴＬは、結像光学系の光軸上における結像光学系の入射面から受光面までの実距離、
であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（５）は広角端状態での条件式である。

条件式（５）は、Ｌ_１ｅとＴＬの適切な比を規定している。

条件式（５）を満足することで、バックフォーカスが短い小型な光学系の撮像装置とすることができるため、より好ましい。

条件式（５）に代えて、以下の条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．５＜Ｌ_１ｅ／ＴＬ＜０．９（５−１）

これにより、条件式（５）の効果をより一層奏することができる。条件式（５−１）の下限値を下回らないようにしてバックフォーカスを短くすることで光学系の全長短縮に一層有利となる。条件式（５−１）の上限値を上回らないようにしてバックフォーカスを確保することで、光学系部分の小型化に有利となる。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
０．０５＜ＰＳ×ｆ＜０．８ …（６）
ここで、
ＰＳは、結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ｆは、結像光学系の焦点距離、
であり、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（６）は広角端状態での条件式である。

条件式（６）を満足することで、さらに像面湾曲の補正と小型化の両立された撮像装置を得ることができ、より好ましい。

また、上記各実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
−３．０＜ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．１ …（７）
ここで、
ＰＳは、結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、i番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、受光面から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離、であり、近軸射出瞳位置が受光面よりも物体側にある場合の符号を負とし、
結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（７）は広角端状態での条件式である。

条件式（７）を満足することで、さらに像面湾曲が補正され、かつ、射出瞳の位置が像面に近い小型な光学系の撮像装置を得ることができる。

また、上記各実施形態の撮像装置において、
更に、照明部と、結像光学系の物体側に配置されたカバー部と、を有することが望ましい。

カバー部を配置することで、被写体と結像光学系との距離が近づきすぎないように構成でき、被写体を被写界深度内とすることに有利となる。照明部を有することで、夜間撮影や、空洞内撮影にも有利となる。

さらには、カバー部が結像光学系と照明部の双方の物体側を覆うドーム状のカバー部であることが好ましい。
これにより、被写体と照明部との距離が近づき過ぎないように構成でき、撮影画像の白とびを軽減できる。

また、他の実施形態のカプセル内視鏡は、上述の撮像装置を有し、
照明部と、結像光学系及び照明部の物体側に配置されたドーム状のカバー部と、を有することを特徴とする。

上述の各実施形態の撮像装置は小型化に有利であるため、照明部とドーム状のカバー部を有するカプセル内視鏡として構成することが好ましい。

以下に、本発明のある態様に係る撮像装置、カプセル内視鏡の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

収差図について説明する。図２、４、６、８、１０、１２、１３、１４、１６において、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はタンジェンシャル方向とサジタル方向における横収差を示している。非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）の収差図の縦軸の上端が最大画角に対応する。また、非点収差（ＡＳ）は、湾曲した受光面（撮像面）からの収差量を示している。

図１は、実施例１の撮像装置のレンズ断面を示す。図２は、実施例１の撮像装置の収差図を示す。
本実施例の撮像装置は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２とは接合されている。

平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凸正レンズＬ１の物体側面と、平凸正レンズＬ２の像側面との２面に設けられている。光学回折面は、平凸正レンズＬ２の像側面に設けられている。

図３は、実施例２の撮像装置のレンズ断面を示す。図４は、実施例２の撮像装置の収差図を示す。
本実施例の撮像装置は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ４と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２とは接合されている。メニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４とは接合されている。

平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凸正レンズＬ１の物体側面と、平凸正レンズＬ２の像側面との２面に設けられている。回折光学面は、メニスカスレンズＬ３の像側面に設けられている。そして、メニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４により、回折光学素子ＤＯＥを構成する。

図５は、実施例３の撮像装置のレンズ断面を示す。図６は、実施例３の撮像装置の収差図を示す。
本実施例の撮像装置は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ４と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２とは接合されている。メニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４とは接合されている。

平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凸正レンズＬ１の物体側面と、平凸正レンズＬ２の像側面との２面に設けられている。回折光学面は、メニスカスレンズＬ３の像側面に設けられている。そして、メニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４により、回折光学素子ＤＯＥを構成する。
この例では、回折光学素子ＤＯＥの射出面と撮像部の凹状の受光面とを接触させており、回折光学素子ＤＯＥが撮像部の受光面を保護するカバーガラスの役割も兼ねている。

図７は、実施例４の撮像装置のレンズ断面を示す。図８は、実施例４の撮像装置の収差図を示す。
本実施例の撮像装置は、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Ｌ１と、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ３と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ４と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。メニスカスレンズＬ１とメニスカスレンズＬ２とは接合されている。平凸正レンズＬ３と平凸正レンズＬ４とは接合されている。

平凸正レンズＬ３と平凸正レンズＬ４との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凸正レンズＬ３の物体側面と、平凸正レンズＬ４の像側面との２面に設けられている。回折光学面は、メニスカスレンズＬ１の像側面に設けられている。そして、メニスカスレンズＬ１とメニスカスレンズＬ２により、回折光学素子ＤＯＥを構成する。

図９は、実施例５の撮像装置のレンズ断面を示す。図１０は、実施例５の撮像装置の収差図を示す。
本実施例の撮像装置は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ４と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。メニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４とは接合されている。

平凸正レンズＬ２の物体側面に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、両凹負レンズＬ１の両面の２面に設けられている。回折光学面は、メニスカスレンズＬ３の像側面に設けられている。そして、メニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４により、回折光学素子ＤＯＥを構成する。

図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例６の撮像装置のレンズ断面を示す。本実施形態の撮像装置は、焦点距離が可変である。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態のレンズ断面を示す。

本実施例の撮像装置は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ５と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ６と、平行平板Ｆ１と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。両凸正レンズＬ３と負メニスカスレンズＬ４とは接合されている。メニスカスレンズＬ５とメニスカスレンズＬ６とは接合されている。

正メニスカスレンズＬ２と両凸正レンズＬ３と間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の像側面と、両凸正レンズＬ３の物体側面と、負メニスカスレンズＬ４の像側面との３面に設けられている。回折光学面は、メニスカスレンズＬ５の像側面に設けられている。そして、メニスカスレンズＬ５とメニスカスレンズＬ６により、回折光学素子ＤＯＥを構成する。

広角端から望遠端へのズーミングの際に、負メニスカスレンズＬ１と、正メニスカスレンズＬ２が一体で先ず像側に移動した後物体側に移動し、開口絞りＳからメニスカスレンズＬ６までが一体で物体側にのみ移動する。
フォーカシングは、負メニスカスレンズＬ１と、正メニスカスレンズＬ２が一体で移動して行う。

この実施形態では結像光学系を２群ズームレンズとして構成しているが、３群構成以上のズームレンズとして構成してもよい。例えば、平行平板Ｆ１を負レンズまたは正レンズにて構成し、ズーミングの際に移動または位置を固定させた３群ズームレンズとして構成してもよい。

図１２は、本実施形態の広角端状態における収差図である。図１３は、本実施形態の中間焦点距離状態における収差図である。図１４は、本実施形態の望遠端状態における収差図である。

図１５は、実施例７の撮像装置のレンズ断面を示す。図１６は、実施例７の撮像装置の収差図を示す。
本実施例の撮像装置は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ３と、物体側に凹面を向けた平凹負レンズＬ４と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２とは接合されている。平凸正レンズＬ３と平凹負レンズＬ４とは接合されている。

平凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凸正レンズＬ１の物体側面と、平凸正レンズＬ２の像側面との２面に設けられている。回折光学面は、平凸正レンズＬ３の像側面に設けられている。そして、平凸正レンズＬ３と平凹負レンズＬ４により、回折光学素子ＤＯＥを構成する。

次に、回折光学素子ＤＯＥの態様について説明する。図１７（ａ）は、実施例２〜６に示すようなメニスカス形状の回折光学素子ＤＯＥの断面構成の例を示す。回折光学素子ＤＯＥは、２つの同心円状の面ｒａ、ｒｂを有するメニスカスレンズと、２つの同心円状の面ｒｂ、ｒｃを有するメニスカスレンズと、から構成されている。回折光学面は、面ｒｂに形成されている。

図１７（ｂ）は、実施例７に示すような平行平板形状の回折光学素子ＤＯＥの断面構成を示す。

回折光学素子ＤＯＥは、平面ｒａ、凸面ｒｂを有する平凸レンズと、凹面ｒｂ、平面ｒｃを有する平凹レンズと、から構成されている。回折光学面は、曲面ｒｂに形成されている。

回折光学面のレリーフパターンは、光軸ＡＸに軸回転対称に形成されている。レリーフパターンのピッチは、光軸ＡＸから離れるに従って小さくなる。

図１７（ｃ）は、回折光学素子ＤＯＥの光軸ＡＸ近傍の領域Ａにおける断面構成を拡大して示す。回折光学面の断面形状は、その一部を拡大すると鋸歯形状を有している。そして、主光線ＬＴは、鋸歯形状における面ＧＲにほぼ平行に入射するように構成されている。

図１７（ｄ）は、回折光学素子ＤＯＥの軸外の領域Ｂにおける断面構成を拡大して示す。軸外の主光線ＬＴが鋸歯形状における面ＧＲにて平行に近づくように、面ＧＲが光軸ＡＸに対して傾いて構成されている。

図１７（ｅ）、（ｆ）は、面ｒａ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄの４面から構成される回折光学素子ＤＯＥの断面構成を示す。回折光学面は、面ｒｂ、ｒｃに形成されている。
図１７（ｅ）は、図１７（ａ）、（ｂ）の領域Ａの拡大図である。図１７（ｆ）は、図１７（ａ）、（ｂ）の領域Ｂの拡大図である。図１７（ｆ）のＧＲに対応する個所（鋸歯形状の刃に相当する個所）は図１７（ｄ）と同様に光軸ＡＸに対して傾いて構成する。

図１８（ａ）は、平行平板形状の回折光学素子ＤＯＥの断面構成を示す。この例では、回折光学面は平面ｒｂである。

図１８（ｂ）は、回折光学面が平面ｒｂである場合の回折光学素子ＤＯＥの光軸ＡＸ近傍の領域Ａにおける断面構成を拡大して示す。回折光学面は、鋸歯形状を有している。そして、主光線ＬＴは、鋸歯形状における面ＧＲにほぼ平行に入射するように構成されている。

図１８（ｃ）は、回折光学面が平面ｒｂである場合の回折光学素子ＤＯＥの軸外の領域Ｂにおける断面構成を拡大して示す。軸外の主光線ＬＴが、鋸歯形状における面ＧＲにて平行に近づくように、面ＧＲが光軸ＡＸに対して傾いて構成されている。

実施例８の撮像装置は、図１９に示すように、物体側から順に、光学部材ＣＧと、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、で構成されている。受光面（撮像面）Ｉは球面で、物体側に凹状に湾曲している。平凸正レンズＬ１、平凸正レンズＬ２で構成される光学系は、実施例１における光学系と同じである。

図１９は、光学部材ＣＧが配置できることを例示する概略図である。そのため、レンズの大きさや位置に対して、光学部材ＣＧの大きさや位置は正確に描かれているわけではない。

光学部材ＣＧは椀状（ドーム状）の部材で、物体側面と像側面は共に曲面になっている。図１９では、物体側面と像側面は共に同じ曲率中心を持つ球面になっているので、光学部材ＣＧの全体形状は、半球になっている。本実施例では、光学部材ＣＧの肉厚、すなわち、物体側面と像側面との間隔は曲率中心に向かう方向にて一定になっている。

光学部材ＣＧには、光を透過する材質が用いられている。よって、被写体からの光は、光学部材ＣＧを通過して、正レンズＬ１に入射する。光学部材ＣＧは、像側面の曲率中心が入射瞳の位置と略一致するように配置されている。よって、光学部材ＣＧによる新たな収差は、ほとんど発生しない。すなわち、実施例８の撮像装置が有する結像光学系の結像性能は、実施例１の撮像装置の結像光学系の結像性能と変わらない。

光学部材ＣＧは、カバーガラスとして機能する。この場合、光学部材ＣＧは、例えば、カプセル内視鏡の外装部に設けられた観察窓に該当する。よって、実施例８の撮像装置は、カプセル内視鏡の光学系に用いることができる。実施例２〜７の撮像装置もカプセル内視鏡の光学系に用いることができる。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面、＃は回折光学面である。

また、各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高、ＢＦはバックフォーカス、ＬＴＬは光学系の全長、バックフォーカスは、最も像側のレンズ面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。全長は、結像光学系の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離にＢＦ（バックフォーカス）を加えたものである。また、ｆ１、ｆ２、ｆ３及びｆ４は、各レンズ群の焦点距離である。半画角の単位は度である。

また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２…としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ４ｙ⁴＋Ａ６ｙ⁶＋Ａ８ｙ⁸＋Ａ１０ｙ¹⁰＋Ａ１２ｙ¹²＋…
また、「Ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。

また、回折格子素子ＤＯＥの回折特性を表す位相関数は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、回折次数をｍ、設計波長（ｎｍ）をｒ０、位相係数をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５…としたとき、次の式で表される。
φ＝｛（２π／（ｍ×ｒ０）｝×
（Ｃ１ｙ²＋Ｃ２ｙ⁴＋Ｃ３ｙ⁶＋Ｃ４ｙ⁸＋Ｃ５ｙ¹⁰＋…）

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1* 3.62689 1.502606 1.806098 40.8817
2(絞り) ∞ 0.000000
3 ∞ 2.877141 1.806098 40.8817
4*＃ -5.90788 1.501005
像面 -4.92333 0.000000

非球面データ
第１面
K=-1.000000
A4=-0.447738E-03,A6=-0.716882E-04,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

第４面
K=-1.000000
A4=-0.533779E-02,A6=0.585234E-02,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

回折光学面データ
第４面
m: 1.000000
r0: 546.07
C1=-2.1140E-02,C2=1.3198E-02,C3=-5.9616E-03,C4=5.9691E-04

各種データ
f 3.268
FNO 1.8
2ω 70
IH 2.00
LTL 5.88
BF 1.50
f1 4.473
f2 5.570

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1* 3.45520 1.570553 1.806098 40.8817
2(絞り) ∞ 0.000000
3 ∞ 2.434836 1.806098 40.8817
4* -5.86641 0.200000
5 -5.00000 0.300000 1.699860 36.4400
6＃ -5.00000 0.300000 1.640220 23.3800
7 -5.00000 1.075058
像面 -4.92224 0.000000
非球面データ
第１面
K=-1.000000
A4=0.516950E-03,A6=-0.227745E-03,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

第４面
K=-1.000000
A4=-0.122482E-04,A6=0.583318E-02,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

回折光学面データ
第６面
m: 1.000000
r0: 546.07
C1=-2.3888E-02,C2=9.9295E-03,C3=-2.9502E-03

各種データ
f 3.2577
FNO 1.8131
2ω 70
LH 2.00
LTL 5.88
BF 1.08
f1 4.26
f2 7.24
f3(DOE) 18.40

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1* 3.37802 1.843941 1.806098 40.8817
2(絞り) ∞ 0.000000
3 ∞ 2.270975 1.806098 40.8817
4* -4.93625 1.095010
5 -4.52815 0.300000 1.699860 36.4400
6＃ -4.52815 0.300000 1.640220 23.3800
7 -4.52815 0.001443
像面 -4.52815 0.000000

非球面データ
第１面
K=-1.000000
A4=0.176604E-03,A6=-0.334722E-03,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

第４面
K=-1.000000
A4=0.855081E-02,A6=0.255438E-02,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

回折光学面データ
第６面
m: 1.000000
r0: 546.07
C1=-1.3440E-01,C2=4.6438E-02,C3=-6.6235E-03

各種データ
f 3.1862
FNO 1.8111
2ω 70
IH 2.00
LTL 5.81
BF 0.00
f1 4.17
f2 6.09
f3(DOE) 3.61

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1 5.00000 0.300000 1.640220 23.3800
2＃ 5.00000 0.300000 1.699860 36.4400
3 5.00000 0.300000
4* 4.35362 2.213781 1.806098 40.8817
5(絞り) ∞ 0.000000
6 ∞ 1.672909 1.806098 40.8817
7* -4.17000 1.814420
像面 -4.72633 0.000000

回折光学面データ
第２面
m: -1.000000
r0: 546.07
C1=4.2001E-03,C2=-2.1479E-03,C3=4.6607E-04

非球面データ
第４面
K=-1.000000
A4=0.787316E-03,A6=-0.194409E-02,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

第７面
K=-1.000000
A4=0.325146E-02,A6=0.618141E-03,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

各種データ
f 3.3873
FNO 1.8041
2ω 70
IH 2.00
LTL 6.60
BF 1.81
f1(DOE) 66.94
f2 5.37
f3 5.143

数値実施例５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ 10.000000
1* -3.93249 0.307754 1.531100 56.0000
2* 7.67122 0.034922
3(絞り) ∞ 0.000000
4 ∞ 0.336921 1.531100 56.0000
5 -0.45458 0.100000
6 -2.00000 0.200000 1.699860 36.4400
7＃ -2.00000 0.200000 1.640220 23.3800
8 -2.00000 0.902739
像面 -2.16926 0.000000

非球面データ
第１面
K=0.000000
A4=-0.383048E+00,A6=0.371317E+01,A8=-0.835477E+01,A10=0.000000E+00

第２面
K=0.000000
A4=0.337881E+01,A6=0.000000E+00,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

回折光学面データ
第７面
m: 1.000000
r0: 546.07
C2=-1.8037E-01,C3=8.1013E-02

各種データ
f 0.999
FNO 3.4734
2ω 162
IH 0.98
LTL 2.08
BF 0.90
f1 -4.83
f2 0.85
f3(DOE) 36.76

数値実施例６
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1 50.68527 1.100000 1.806098 40.8817
2* 4.27249 1.584921
3 7.04632 2.588126 2.0006 25.458
4 12.51407 可変
5(絞り) ∞ -0.300000
6* 4.28590 4.150000 1.496999 81.5459
7 -6.44990 1.468289 1.688931 31.0778
8* -21.29464 1.000000
9 -20.00000 0.500000 1.699860 36.4400
10＃ -20.00000 0.500000 1.640220 23.3800
11 -20.00000 可変
12 ∞ 0.500000 1.516330 64.1420
13 ∞ 1.000000
像面 -70.00000 0.000000

非球面データ
第２面
K=-1.377980
A4=0.144019E-02,A6=0.281264E-05,A8=0.291555E-06,A10=-0.846747E-08

第６面
K=-1.858736
A4=0.253354E-02,A6=0.323612E-04,A8=0.113237E-06,A10=0.000000E+00

第８面
K=0.000000
A4=0.211282E-02,A6=0.975950E-04,A8=0.354338E-04,A10=-0.356804E-05

回折光学面データ
第１０面
m: 1.000000
r0: 587.56
C2=-2.3859E-05,C3=-3.5769E-05,C4=1.0701E-06

ズームデータ
広角端中間望遠端
f 5.00 10.00 14.80
FNO 3.56 4.68 5.76
2ω 82.6738 42.7 29.092
d4 14.235689 4.618433 1.499323
d11 6.448805 10.510303 14.409341
IH 3.80 3.80 3.80
LTL 34.78 29.22 30.00
BF 7.95 12.01 15.91
f1 -5.82 -5.82 -5.82
f2 12.90 12.90 12.90
f3 8.69 8.69 8.69
f4(DOE) 1468.30 1468.30 1468.30

f3は、接合レンズＬ３、Ｌ４の焦点距離である。

数値実施例７
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1* 3.48391 1.492111 1.806098 40.8817
2(絞り) ∞ 0.000000
3 ∞ 2.614811 1.806098 40.8817
4* -7.30110 0.200000
5 ∞ 0.400000 1.699860 36.4400
6＃ -5.00000 0.300000 1.640220 23.3800
7 ∞ 0.956499
像面 -5.15772 0.000000

非球面データ
第１面
K=-1.000000
A4=0.486828E-03,A6=-0.241644E-03,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

第４面
K=-1.000000
A4=0.170345E-03,A6=0.468599E-02,A8=0.000000E+00,A10=0.000000E+00

回折光学面データ
第６面
m: 1.000000
r0: 546.07
C1=-2.3888E-02,C2=9.9295E-03,C3=-2.4625E-03

各種データ
f 3.27
FNO 1.84
2ω 70
IH 2.00
LTL 5.96
BF 0.96
f1 4.30
f2 9.01
f3(DOE) 16.86

次に、各実施例における条件式の値を以下に示す。
(1) |DSD/TL|
(2) |f/Rdoe|
(3) |Sinθ_doe-Sinθ_img|
(4) |R_e/R_img|
(5) L_1e/TL
(6) PS×f
(7) PS×EXP

実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6 実施例7
(1) 0.49 0.50 0.63 0.43 0.31 0.20 0.54
(2) 0.55 0.65 0.70 0.68 0.50 0.25 0.65
(3) 0.02 0.01 0.00 0.01 0.02 0.00 0.01
(4) 1.20 1.19 1.09 0.88 0.21 0.31 1.42
(5) 0.74 0.82 0.71 0.73 0.57 0.77 0.84
(6) 0.51 0.61 0.39 0.70 0.63 0.10 0.58
(7) -0.58 -0.71 -2.33 -0.61 -0.46 -0.24 -0.47

図２０は、実施例に係るカプセル内視鏡の概略構成を示す。カプセル内視鏡１００は、カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とを有する。カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とによって、カプセル内視鏡１００の外装部が構成されている。

カプセルカバー１０１は、略円筒形状の中央部と、略椀形状の底部と、で構成されている。透明カバー１０２は、中央部を挟んで、底部と対向する位置に配置されている。透明カバー１０２は、略椀形状（ドーム状）の透明部材によって構成されている。カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とは、互いに水密的に連設されている。

カプセル内視鏡１００の内部には、結像光学系１０３と、照明部１０４と、撮像素子１０５と、駆動制御部１０６と、信号処理部１０７と、を備えている。透明カバー１０２は、結像光学系１０３と照明部１０４の双方の前面を同時に覆う位置に配置されている。なお、図示しないが、カプセル内視鏡１００の内部には、受電手段と送信手段が設けられている。

照明部１０４からは、照明光が出射する。照明光は透明カバー１０２を通過して、被写体に照射される。被写体からの光は、結像光学系１０３に入射する。結像光学系１０３によって、像位置に被写体の光学像が形成される。

光学像は、撮像素子１０５で撮像される。撮像素子１０５の駆動と制御は、駆動制御部１０６で行われる。また、撮像素子１０５からの出力信号は、必要に応じて、信号処理部１０７で処理される。

ここで、結像光学系１０３には、例えば、上述の実施例１の撮像装置が有する光学系が用いられている。よって、良好な光学性能の光学像が形成される。また、光学像は、物体側に凹状に湾曲した像になっている。

撮像素子１０５の受光面（撮像面）は、物体側に凹状に湾曲している。また、受光面（撮像面）の曲率半径は、光学像の曲率半径と同じになっている。そのため、良好な光学性能で撮像した画像でありながら、中心から周辺まで鮮明な画像を取得することができる。

図２１は、撮像装置の別の例である。この例は、車載カメラである。図２１（ａ）は、車外に車載カメラを搭載した例を示す図である。図２１（ｂ）は、車内に車載カメラを搭載した例を示す図である。

図２１（ａ）に示すように、車載カメラ２０１は、自動車２００のフロントグリルに設けられている。車載カメラ２０１は、結像光学系と撮像素子を備えている。

車載カメラ２０１の結像光学系には、例えば、上述の実施例１の撮像装置が有する光学系が用いられている。よって、非常に広い範囲の光学像が形成される。また、撮像素子の受光面（撮像面）は、物体側に凹状に湾曲している。そして、受光面（撮像面）の曲率半径は、光学像の曲率半径と同じになっている。そのため、非常に広い範囲を撮像した画像でありながら、中心から周辺まで鮮明な画像を取得することができる。

図２１（ｂ）に示すように、車載カメラ２０１は、自動車２００の天井近傍に設けられている。車載カメラ２０１の作用効果は、既に説明したとおりである。

車載カメラ２０１は、室外であれば、各コーナやヘッド部のポールの頂部に配置しても良い。また、室内であれば、バックミラーの近傍に配置しても良い。

また、上述の各発明は複数を同時に満足することで、小型化、高性能化、広画角化などそれぞれの効果をより確実にでき好ましい。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

以上のように、本発明は、光学系のペッツバール和を小さくする必要が無く、色収差の補正にも有利であり、レンズ枚数の低減や小型化も行い易く、良好な光学性能が得られる結像光学系を有する撮像装置及びカプセル内視鏡に有用である。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４レンズ
ＤＯＥ回折光学素子
Ｓ開口絞り
Ｆ１平行平板
Ｉ受光面（撮像面、像面）
ＣＧ光学部材
Ｓ１光学面
ＡＸ光軸
１００カプセル内視鏡
１０１カプセルカバー
１０２透明カバー
１０３結像光学系
１０４照明部
１０５撮像素子
１０６駆動制御部
１０７信号処理部
２００自動車
２０１車載カメラ

Claims

軸上光束を決める明るさ絞りと、前記明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、前記結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
前記回折光学面は、以下の条件式（１）を満足する位置に配置されることを特徴とする撮像装置。
０．１＜｜ＤＳＤ／ＴＬ｜≦１．０ …（１）
ここで、
ＴＬは、前記結像光学系の光軸上における前記結像光学系の入射面から前記受光面までの実距離、
ＤＳＤは、前記結像光学系の光軸上における前記明るさ絞りの位置と前記回折光学面との間の実距離、
であり、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（１）は広角端状態での条件式である。
軸上光束を決める明るさ絞りと、前記明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、前記結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
前記明るさ絞りと、前記回折光学面と、の間に非平面の光学面を有することを特徴とする撮像装置。
軸上光束を決める明るさ絞りと、前記明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、前記結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
前記明るさ絞りと、前記回折光学面と、の間に正レンズを有することを特徴とする撮像装置。
軸上光束を決める明るさ絞りと、前記明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、前記結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を有する撮像部と、を有し、
前記回折光学面は、前記明るさ絞り側に向かって凹状の面に形成されていることを特徴とする撮像装置。
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
０．１＜｜ｆ／Ｒ_ｄｏｅ｜＜０．８ …（２）
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
Ｒ_ｄｏｅは、前記光軸と前記回折光学面とが交わる点を面頂点としたとき、前記面頂点と、前記結像光学系の最大像高の主光線と前記回折光学面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径、
であり、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（２）は広角端状態での条件式である。
前記回折光学面は、前記結像光学系の最も像側のレンズ面上から前記受光面上のいずれかの位置に配置され、さらに以下の条件式（３）を満足す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。
０．０≦｜Ｓｉｎθ_ｄｏｅ−Ｓｉｎθ_ｉｍｇ｜＜０．１ …（３）
ここで、
θ_ｄｏｅは、前記結像光学系の最大像高の主光線が前記回折光学面と交わる点と、前記回折光学面の曲率中心と、を結ぶ仮想直線の光軸に対する角度、
θ_ｉｍｇは、前記結像光学系の最大像高の主光線が前記受光面と交わる点と、前記受光面の曲率中心と、を結ぶ仮想直線の光軸に対する角度、
であり、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（３）は広角端状態での条件式である。
軸上光束を決める明るさ絞りと、前記明るさ絞りの配置位置とは異なる位置に配置された回折光学面と、を有する結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、前記結像光学系に向けて凹状に湾曲した非平面の受光面を持つ撮像部と、を有し、
前記明るさ絞りと、前記回折光学面と、の間に空気間隔を有することを特徴とする撮像装置。
前記結像光学系は、少なくとも１面以上の非球面を含む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。
前記結像光学系中のレンズ面のうち最も像側の面が像側に凸形状の面であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
以下の条件式（４）を満足す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。
０．８＜｜Ｒ_ｅ／Ｒ_ｉｍｇ｜＜１．５ …（４）
ここで、
Ｒ_ｅは、前記結像光学系中のレンズ面のうち最も像側の面の曲率半径、
Ｒ_ｉｍｇは、前記光軸と前記受光面とが交わる点を面頂点としたとき、前記面頂点と、前記結像光学系の最大像高の主光線と前記受光面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径、
であり、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（４）は広角端状態での条件式である。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
０．５＜Ｌ_１ｅ／ＴＬ …（５）
ここで、
Ｌ_１ｅは、前記結像光学系の光軸上における最も物体側の面から、前記結像光学系において、カバーガラスとは異なる面であって、最も前記受光面側に位置し、空気と隣接する面までの実距離、
ＴＬは、前記結像光学系の光軸上における前記結像光学系の入射面から前記受光面までの実距離、
であり、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（５）は広角端状態での条件式である。
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
０．０５＜ＰＳ×ｆ＜０．８ …（６）
ここで、
ＰＳは、前記結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
であり、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（６）は広角端状態での条件式である。
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
−３．０＜ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．１ …（７）
ここで、
ＰＳは、前記結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、前記受光面から前記結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離、
であり、前記近軸射出瞳位置が前記受光面よりも物体側にある場合の符号を負とし、
前記結像光学系の焦点距離が可変の場合は、条件式（７）は広角端状態での条件式である。
請求項１から１３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
更に、照明部と、前記結像光学系の物体側に配置されたカバー部と、を有することを特徴とする撮像装置。
前記カバー部が、前記結像光学系と前記照明部の双方の物体側を覆うドーム状のカバー部であることを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
請求項１から１３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
照明部と、前記結像光学系及び前記照明部の物体側に配置されたドーム状のカバー部と、を有することを特徴とするカプセル内視鏡。