JP4328099B2 - 結像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系とそれを用いた撮像装置に関するものであり、特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子等を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話や、パソコンに搭載される小型カメラ、監視カメラ等の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに代わり、ＣＣＤやＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いて被写体を撮影するようにした電子カメラが普及してきている。このような電子カメラの中、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像装置では、特に小型、軽量化が求められている。
【０００３】
このような撮像装置に用いる結像光学系として、従来よりレンズ枚数を１枚若しくは２枚で構成したものがある。しかしながら、これらは、収差論で明らかなように、像面湾曲が補正できず高い性能は望めないことは既に知られている。そのため、高性能を満たすには３枚以上のレンズで構成することが必要である。
【０００４】
一方、ＣＣＤの場合、結像レンズ系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、マイクロレンズの集光性能が十分に発揮されず、画像の明るさが画像中央部と画像周辺部で極端に変化するという問題が生じてしまう。そのため、ＣＣＤへの光線入射角、すなわち、射出瞳位置が設計上重要である。枚数の少ない光学系の場合には、明るさ絞りの位置が重要になる。
【０００５】
これらの問題を考慮したものとして、フロント絞りのトリプレットタイプがあげられる。そのような結像レンズとして、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６等で開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１４４００７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平２−１９１９０７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平４−１５３６１２号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平５−１８８２８４号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平９−２８８２３５号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開２００１−７５００６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの先行例は、次に示すように様々な問題点があった。
【００１３】
一般的に、光学系の全長を短くすると、射出瞳位置もそれだけ像側に配置しなければならないので、像面への光線入射角がきつくなってしまう。逆に、射出瞳位置を物体側に配置すると、像面への光線入射角は緩くなるが、全長は大きくなってしまう。
【００１４】
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献５の何れも、全長が長く小型化を達成しているとは言えなかった。また、半画角が２５程度でこれ以上の広角化は性能的に限界があった。なお、画角の割に像面への光線入射角度は小さくなかった。
【００１５】
特許文献４、特許文献５では、像面への光線入射角度については考慮されているが、同様に全長は短いとは言えなかった。
【００１６】
このように何れの先行例も、光学系の大きさと像面への光線入射角度のバランスは取れていなかった。また、半画角３５°程度に広角化すると、光学系への入射角がさらに大きくなるので、射出角すなわち像面への入射角度も大きくなってより厳しくなってしまうが、これを解決するものもなかった。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高性能化と小型化を同時に満たし広角化にも耐える結像光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の結像光学系は、物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【００１９】
１．５＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜３．０ ・・・（１）
ただし、ｄは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、ｆは全系の焦点距離である。
【００２０】
本発明のもう１つの結像光学系は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【００２１】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【００２２】
以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用を説明する。
【００２３】
まず、レンズ枚数について説明する。本発明では、性能と小型化を考慮した結果、レンズ枚数を３枚で構成した。レンズ枚数を４枚以上にすればさらに性能が向上するのは明らかであるが、１枚レンズが増えることにより、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがそれだけ多くなり、大型化するのは避けられない。また、上記の従来の技術の項で述べたように、２枚以下では像面湾曲が小さくならずかなり周辺性能は劣化する。３枚で構成するのが性能、大きさ共に最適である。
【００２４】
次に、撮像素子であるＣＣＤへの光線入射角を小さくするために、明るさ絞りを最も物体側に配置した。射出瞳位置を物体側に遠くなるようにレンズのパワーを構成すればよいが、枚数が少ないので明るさ絞りの位置を物体側に配置するのが最も効果的である。
【００２５】
ここで、明るさ絞りを最も物体側に配置すると、絞りに対して一方にしかレンズがないので、光学設計には周辺性能であるディストーションと倍率色収差の補正が難しくなってくる。そのため、物体側より、正レンズ、負レンズ、正レンズと配置することにより、光線高の大きくなる第２レンズ、第３レンズに異符号のパワーを配置して補正している。なお、中心性能は、第１正レンズで発生する球面収差、軸上色収差を第２負レンズで補正し、画面全体の高性能化を達成している。
【００２６】
このようにすれば、基本的には全長が小さく、さらに像面への光線入射角も小さくすることが可能にはなるが、レンズ枚数が少ないので、焦点距離や画角を十分に考慮して、個々の面間隔、肉厚、バックフォーカスを適切に設定しなければ、小型化することができない。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【００２７】
１．５＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜３．０ ・・・（１）
ただし、ｄは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、ｆは全系の焦点距離である。
【００２８】
この条件式（１）の上限の３．０を越えると、全長が大きくなりすぎ小型化を達成できなくなり、下限の１．５を越えると、各レンズのパワーが強くなりすぎて性能が劣化したり、肉厚、面間隔が狭くなりすぎ、加工、組み立てがし難くなったりする。
【００２９】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００３０】
１．８＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜２．８ ・・・（１−１）
次に、結像光学系の小型化と高性能化をより効果的に達成するためのパワー構成について説明する。一般的に、焦点距離に対して全長を短くするには、望遠タイプの正、負の順にパワーを配置することが考えられる。しかしながら、負は発散作用を持つため、そのままの構成では像面へ入射する角度がきつくなる傾向がある。一方、広角の光学系を構成する場合、最も物体側に負の発散作用を持つ群を配置するのが光学性能的に有利であることは知られている。
【００３１】
そこで、本発明では、まず、全長を短縮するため基本的なパワー構成を正、負にし、負のパワーを、物体側から順に、負レンズ、正レンズの構成とする。これにより、望遠タイプを形成しつつも、最も像面側に配置される正レンズの収束作用により像面への入射角度を緩くできるようになる。また、広角の光学系を構成しても性能劣化しないように、第１正レンズの入射面を凹面にして発散作用を持たせ、正パワーのメニスカス形状にする。これにより、広角化したときに発生しやすい軸外光線のコマ収差、非点収差の補正が十分できるようになる。
【００３２】
このとき、全長短縮効果と像面への入射角度のバランスを取るためには、第２負レンズ、第３正レンズによる負のパワーを適切に設定しなければならない。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【００３３】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【００３４】
この条件式（２）の上限の−０．５を越えると、望遠効果が強くなりすぎて像面への入射角度がきつくなりすぎ、下限の−５．０を越えると、望遠効果が弱くなりすぎて全長が大きくなってしまう。
【００３５】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００３６】
−３．５＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．８ ・・・（２−１）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００３７】
−２．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．９ ・・・（２−２）
また、望遠タイプを形成するためには、２つある正レンズの中の第１正レンズの方に強い正パワーを持たせるのがよい。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００３８】
０．１＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．７ ・・・（３）
ただし、ｆ1 は第１正レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。
【００３９】
この条件式（３）の上限の０．７を越えると、望遠効果が小さくなり全長が大きくなるか、第２負レンズ、第３正レンズのパワーが強くなりすぎてコマ収差、非点収差が悪化する。また、下限の０．１を越えると、望遠効果が強くなりすぎて第１正レンズでの収差発生量が大きくなるか、第３正レンズのパワーが弱くなりすぎ、第２負レンズで発生する倍率色収差、ディストーションを補正できなくなる。
【００４０】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００４１】
０．２＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．５８ ・・・（３−１）
また、負の合成パワーの第２負レンズ、第３正レンズの構成により、望遠効果の影響度が変わってくる。また、第２負レンズ、第３正レンズは明るさ絞りから遠く離れて配置され軸外光線高が高くなるため、倍率色収差やディストーションの発生は大きくなりがちである。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００４２】
−０．６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜−０．１ ・・・（４）
ただし、ｆ2 は第２負レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。
【００４３】
この条件式（４）の上限の−０．１を越えると、第２負レンズのパワーが弱くなるか、第３正レンズのパワーが強くなりすぎて、共に望遠効果が小さくなって全長が大きくなる。下限の−０．６を越えると、第２負レンズのパワーが強くなるか、第３正レンズのパワーが弱くなり、倍率色収差やディストーションのバランスが取れなくなり性能が悪化する。
【００４４】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００４５】
−０．５＜ｆ2 ／ｆ3 ＜−０．１５ ・・・（４−１）
また、高屈折率のガラスを用いれば性能が向上するが、コストが高くなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００４６】
１．４５＜ｎavg ＜１．７０ ・・・（５）
ただし、ｎavg は第１正レンズ〜第３正レンズのｄ線の屈折率の平均値である。
【００４７】
この条件式（５）の上限の１．７０を越えると、低コストを達成できなくなり、下限の１．４５を越えると、各レンズの収差発生量が大きくなりすぎ性能劣化してしまう。
【００４８】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００４９】
１．５＜ｎavg ＜１．６５ ・・・（５−１）
また、第１正レンズは最も絞りに近いため、中心から周辺の光束は略レンズの同じ領域を通過している。すなわち、この面の収差発生を適切に補正しておかないと、第２負レンズ、第３正レンズで補正し切れなくなる場合があり、全画面の性能が、特にコマ収差や非点収差が劣化してしまう。そのため、次の条件式を満たすのが好ましい。
【００５０】
１．０＜（ｒ1f＋ｒ1r）／（ｒ1f−ｒ1r）＜１．７ ・・・（６）
ただし、ｒ1fは第１正レンズの物体側近軸曲率半径、ｒ1rは第１正レンズの像側近軸曲率半径である。
【００５１】
この条件式（６）の上限の１．７を越えると、相対的に第１正レンズの像側の面のパワーが強くなりすぎて、特に球面収差、コマ収差が悪化してしまい、下限の１．０を越えると、相対的に第１正レンズの物体側の面のパワーが弱くなりすぎて、軸外収差、特に非点収差、コマ収差が悪化してしまう。
【００５２】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００５３】
１．１＜（ｒ1f＋ｒ1r）／（ｒ1f−ｒ1r）＜１．６ ・・・（６−１）
また、全長を小さくするために望遠効果を出すには、第１正レンズでは強い正パワーが必要になる。そのため、第１正レンズの中の少なくとも１面を非球面で構成すると、良好に収差補正することができる。よって、次の条件式を満たすのが望ましい。
【００５４】
０．０１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜１００・・・（７）
ただし、ｒ1sは第１正レンズの非球面の近軸曲率半径、ｒ1aは第１正レンズの以下に定義した非球面を考慮した曲率半径ｒASP の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【００５５】
ここで、非球面を考慮した曲率半径ｒASP は、非球面定義式（面頂に接する接平面から光軸進行方向を正としたときの形状の関数）をｆ（ｙ）としたとき、次の式で定義される。以下、同じ。
【００５６】
ｒASP ＝ｙ・（１＋ｆ’（ｙ）2 ）1/2 ／ｆ’（ｙ）
ただし、ｙは光軸からの高さ、ｆ’（ｙ）はｆ（ｙ）の一階微分とする。
【００５７】
この条件式（７）の上限の１００を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の０．０１を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共にレンズの加工が難しくなってしまう。
【００５８】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００５９】
０．０５＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜１０・・・（７−１）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６０】
０．１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜５・・・（７−２）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６１】
０．１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜３・・・（７−３）
また、全長を小さくするために望遠効果を出すには、第２負レンズは強い負パワーが必要になる。第２負レンズの中の少なくとも１面を非球面で構成すると、良好に収差補正することができ、次の条件式を満たすのが望ましい。
【００６２】
０．０１＜｜（ｒ2s＋ｒ2a）／（ｒ2s−ｒ2a）−１｜＜１００・・・（８）
ただし、ｒ2sは第２負レンズの非球面の近軸曲率半径、ｒ2aは第２負レンズの上記で定義した非球面を考慮した曲率半径ｒASP の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【００６３】
この条件式（８）の上限の１００を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の０．０１を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共に、レンズの加工が難しくなってしまう。
【００６４】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６５】
０．１＜｜（ｒ2s＋ｒ2a）／（ｒ2s−ｒ2a）−１｜＜５・・・（８−１）
また、撮像素子にＣＣＤを用いる場合、結像光学系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、画像中央部と画像周辺部で画像の明るさが変化してしまう。一方、像面に対して小さい角度で入射させるとこの問題は軽減されるが、今度は光学系の全長が大きくなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００６６】
１０°＜α＜４０° ・・・（９）
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。
【００６７】
この条件式の上限の４０°を越えると、ＣＣＤへの入射角が大きくなりすぎ画像周辺部の明るさが低下してしまい、下限の１０を越えると、全長が大きくなりすぎてしまう。
【００６８】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６９】
１５°＜α＜３５° ・・・（９−１）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００７０】
１７．５°＜α＜２５° ・・・（９−２）
本発明は、以上の本発明の結像光学系と、その像側に配された撮像素子とを有する撮像装置を含むものである。
【００７１】
また、本発明の第１の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とするものである。
【００７２】
この構成の作用を説明すると、明るさ絞り周辺面での反射光が結像光学系の内部に入射すると、ゴースト、フレアといった現象が起こりやすくなる。特に、本願発明のように、物体側から、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された小型の結像光学系では、撮像素子の撮像面も小さくなるため、相対的に明るさ絞りの外周面での反射光の影響が大きくなる。
【００７３】
そこで、本発明では、最も物体側に明るさ絞りが配されることを利用して、明るさ絞りの開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させた固定形状としている。
【００７４】
このような構成により、開口部の外周面で反射した光束が撮像素子に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【００７５】
また、本発明の第２の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とするものである。
【００７６】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。したがって、これらのレンズを保持するレンズ枠を形成が容易な同一樹脂で一体成形することで、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【００７７】
その際に、レンズ枠に明るさ絞りの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、かつ、このレンズ枠自体に撮像素子の保持機能を備えさせることで、枠内へごみが進入しづらい構成とすることが可能となる。
【００７８】
また、本発明の第３の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第１正レンズ、第３正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とするものである。
【００７９】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。特に第１正レンズと第３正レンズで顕著となる。したがって、上述の構成とすることで軸外光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化し、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【００８０】
さらには、全レンズの外周に物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、上記レンズ枠にその傾斜部が当接するようにしてもよい。
【００８１】
また、本発明の第４の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第１正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第３正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とするものである。
【００８２】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。また、有効光束は、像面側程撮像素子の有効撮像領域の形状に近づいてくる。したがって、上述の構成とすることで、有効光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化ができる。
【００８３】
なお、以上の各条件式に共通して、各条件式範囲をより限定した下位の条件式の上限値のみ、又は、下限値のみをその上位の条件式の上限値あるいは下限値として限定するようにしてもよい。
【００８４】
また、以上の条件式は、任意に複数を組み合わせることで、より本発明の効果を高めることができる。
【００８５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結像光学系の実施例１〜５について説明する。実施例１〜５の無限遠物点合焦時のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。図中、明るさ絞りはＳ、第１正レンズはＬ１、第２負レンズはＬ２、第３正レンズはＬ３、電子撮像素子のカバーガラスはＣＧ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣＧの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣＧにローパスフィルター作用を持たせるようにしてもよい。
【００８６】
実施例１の結像光学系は、図１に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、両凹の両面非球面の第２負レンズＬ２、両凸の両面非球面の第３正レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３は全てプラスチックからなり、第１レンズＬ１、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス（商品名）、第２レンズＬ２はポリカーボネイトから構成されている。
【００８７】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６４７ｍｍ，０．９６９ｍｍ，１．１４６ｍｍ，１．２４１ｍｍ，１．６６２ｍｍ，１．９２０ｍｍである。
【００８８】
実施例２の結像光学系は、図２に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズＬ２、両凸の両面非球面の第３正レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２はガラス、第３レンズＬ３はプラスチックからなり、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【００８９】
また，本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６５６ｍｍ，１．１４２ｍｍ，１．２７７ｍｍ，１．３４４ｍｍ，１．５２７ｍｍ，１．７７６ｍｍである。
【００９０】
実施例３の結像光学系は、図３に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、両凹の両面非球面の第２負レンズＬ２、両凸の両面非球面の第３正レンズｌ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１はプラスチック、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３はガラスからなり、第１レンズＬ１はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【００９１】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６７４ｍｍ，１．２０１ｍｍ，１．３８４ｍｍ，１．６９２ｍｍ，１．６５２ｍｍ，１．８０１ｍｍである。
【００９２】
実施例４の結像光学系は、図４に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズＬ２、像側に凸面を向けた両面非球面の第３正レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３は全てプラスチックからなり、第１レンズＬ１、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス、第２レンズＬ２はポリカーボネイトから構成されている。
【００９３】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６５１ｍｍ，１．１０９ｍｍ，１．３３０ｍｍ，１．４３９ｍｍ，１．４４５ｍｍ，１．７１７ｍｍである。
【００９４】
実施例５の結像光学系は、図５に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズＬ２、物体側に凸の両面非球面の第３正メニスカスレンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２はガラス、第３レンズＬ３はプラスチックからなり、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスで構成されている。
【００９５】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６３０ｍｍ，０．９４２ｍｍ，１．２４５ｍｍ，１．２０２ｍｍ，１．３５０ｍｍ，１．５９９ｍｍである。
【００９６】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００９７】
ｘ＝（ｙ2 ／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）2 ｝1/2 ］
＋A4ｙ4 ＋A6ｙ6 ＋A8ｙ8 ＋ A10ｙ10
ただし、ｒは光軸上の曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００９８】
【００９９】
【０１００】
【０１０１】
【０１０２】
【０１０３】
上記実施例１〜５の無限遠にフォーカシングした場合の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。これら収差図において、“ＳＡ”は球面収差、“ＡＳ”は非点収差、“ＤＴ”は歪曲収差、“ＣＣ”は倍率色収差を示す。また、各収差図中、“ω”は半画角を示す。
【０１０４】
次に、上記各実施例における条件（１）〜（１３）の値を示す。
【０１０５】
（注）条件式（７）、（８）の数値は、上が物体側の面の数値、下が像側の面の数値である。
【０１０６】
上記各実施例は小型でありながら、図６〜図１０の収差図に示すように、良好な画像が得られている。
【０１０７】
なお、以上の本発明の実施例において、明るさ絞りＳの直前にカバーガラスを配置するようにしてもよい。
【０１０８】
また、本発明の以上の実施例において、プラスチックで構成しているレンズをガラスで構成するようにしてもよい。例えば何れかの実施例のプラスチックより屈折率の高いガラスを用いれば、さらに高性能を達成できるのは言うまでもない。また、特殊低分散ガラスを用いれば、色収差の補正に効果があるのは言うまでもない。特にプラスチックで構成する場合には、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能劣化が軽減されるので好ましい（例えば、日本ゼオン社のゼオネックス（商品名）等がある）。
【０１０９】
また、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞りＳ以外にフレア絞りを配置してもよい。以上の実施例において、明るさ絞りＳから第１レンズＬ１間、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２間、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３間、第３レンズＬ３と像面Ｉ間の何れの場所にフレア絞りを配置してもよい。また、枠によりフレア光線をカットするように構成してもよいし、別の部材を用いてフレア絞りを構成してもよい。また、光学系に直接印刷しても、塗装しても、シール等を接着しても構わない。また、その形状は、円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でも構わない。また、有害光束をカットするだけでなく、画面周辺のコマフレア等の光束をカットするようにしてもよい。
【０１１０】
また、各レンズには、反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減しても構わない。マルチコートであれば、効果的にゴースト、フレアを軽減できるので望ましい。また、赤外カットコートをレンズ面、カバーガラス等に行ってもよい。
【０１１１】
また、ピント調節を行うためにフォーカシングを行うようにしてもよい。レンズ系全体を繰り出してフォーカスを行ってもよいし、一部のレンズを繰り出すか、若しくは、繰り込みをしてフォーカスするようにしてもよい。
【０１１２】
また、画像周辺部の明るさ低下をＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減するようにしてもよい。例えば、各像高における光線の入射角に合わせて、ＣＣＤのマイクロレンズの設計を変えてもよい。また、画像処理により画像周辺部の低下量を補正するようにしてもよい。
【０１１３】
図１１は、上記実施例１の結像光学系５とその像面Ｉに配置されるＣＣＤ６とを、樹脂材で一体成形したレンズ枠７に固定する構成例の、結像光学系５の光軸を含みＣＣＤ６の像面Ｉの対角方向に取った断面図であり、明るさ絞りＳは樹脂製のレンズ枠７に一体成形している。このようにすると、結像光学系５を保持するレンズ枠７の製造が容易になる。また、レンズ枠７に明るさ絞りＳの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、また、このレンズ枠７自体に撮像素子のＣＣＤ６の保持機能を備えさせることで、レンズ枠７内へごみ等が進入し難くなる。
【０１１４】
また、図１１から明らかなように、結像光学系５の第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２、第３正レンズＬ３の各々の外周８に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜面を設け、レンズ枠７にその傾斜面を当接して固定可能にすることにより、レンズ枠７へ像面側からレンズＬ１〜Ｌ３を落とし込んで位置決め固定できるようになる。
【０１１５】
また、図１２に模式的分解斜視図を示すように、プラスチックで成形したレンズ枠７内に保持される結像光学系の第１正レンズＬ１の形状は、第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２は入射側からみて円形、第３正レンズＬ３は円形のレンズを基に、その上部と下部を切削した小判型の形状をしている。そして、各々のレンズＬ１〜Ｌ３のの外周８は絞りＳ側に傾斜している。レンズ枠７の内面もその傾きに対応して傾斜して成形されている。
【０１１６】
このように、第１正レンズＬ１の形状を入射側からみて円形、第３正レンズＬ３の形状を、入射側から見たときに撮像素子のＣＣＤ６の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さがその有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いものに構成することにより、結像光学系の第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２、第３正レンズＬ３を有効光束に沿ったレンズ外形にすることができ、ケラレを抑えつつ小型化ができる。なお、この例でも、レンズ枠７内に結像光学系５の第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２、第３正レンズＬ３の各々の外周８の傾斜面を当接して固定させるようにすることで、レンズ枠７内に像面側からレンズＬ１〜Ｌ３を落とし込んで位置決め固定できる。
【０１１７】
また、明るさ絞りＳの開口の周辺面は、図１１の断面図に示すように、レンズＬ１側に傾いて構成することが望ましく、その明るさ絞りＳの開口の周辺面を、有効光束よりも傾斜角が大きく、実質的に最もレンズ側の角部が絞りの役目をするようにすることで、明るさ絞りＳの開口部の外周面で反射した光束が撮像素子のＣＣＤ６に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【０１１８】
ところで、以上の各実施例において、前記のように、カバーガラスＣＧの入射面側に近赤外シャープカットコートを施してもよい。この近赤外シャープカットコートは、波長６００ｎｍでの透過率が８０％以上、波長７００ｎｍでの透過率が１０％以下となるように構成する。具体的には、例えば次のような２７層の層構成からなる多層膜である。ただし、設計波長は７８０ｎｍである。
【０１１９】
【０１２０】
上記の近赤外シャープカットコートの透過率特性は図１３に示す通りである。
【０１２１】
また、ローパスフィルターの射出面側には、図１４に示すような短波長域の色の透過を低滅する色フィルターを設けるか若しくはコーティングを行うことで、より一層電子画像の色再現性を高めている。
【０１２２】
具体的には、このフィルター若しくはコーティングにより、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％以上であり、その最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が６％以下であることが好ましい。
【０１２３】
それにより、人間の目の色に対する認識と、撮像及び再生される画像の色とのずれを低減させることができる。言い換えると、人間の視覚では認識され難い短波長側の色が、人間の目で容易に認識されることによる画像の劣化を防止することができる。
【０１２４】
上記の４００ｎｍの波長の透過率の比が６％を越えると、人間の目では認識され難い短波長城が認識し得る波長に再生されてしまい、逆に、上記の４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％よりも小さいと、人間の認識し得る波長城の再生が低くなり、色のバランスが悪くなる。
【０１２５】
このような波長を制限する手段は、補色モザイクフィルターを用いた撮像系においてより効果を奏するものである。
【０１２６】
上記各実施例では、図１４に示すように、波長４００ｎｍにおける透過率を０％、４２０ｎｍにおける透過率を９０％、４４０ｎｍにて透過率のピーク１００％となるコーティングとしている。
【０１２７】
前記した近赤外シャープカットコートとの作用の掛け合わせにより、波長４５０ｎｍの透過率９９％をピークとして、４００ｎｍにおける透過率を０％、４２０ｎｍにおける透過率を８０％、６００ｎｍにおける透過率を８２％、７００ｎｍにおける透過率を２％としている。それにより、より忠実な色再現を行っている。
【０１２８】
また、ローパスフィルターは、像面上投影時の方位角度が水平（＝０°）と±４５°方向にそれぞれ結晶軸を有する３種類のフィルターを光軸方向に重ねて使用することができ、それぞれについて、水平にａμｍ、±４５°方向にそれぞれSQRT(1/2) ×ａだけずらすことで、モアレ抑制を行うことができる。ここで、ＳＱＲＴはスクエアルートであり平方根を意味する。
【０１２９】
また、ＣＣＤの撮像面Ｉ上には、図１５に示す通り、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーン（緑）の４色の色フィルターを撮像画素に対応してモザイク状に設けた補色モザイクフィルターを設けている。これら４種類の色フィルターは、それぞれが略同じ数になるように、かつ、隣り合う画素が同じ種類の色フィルターに対応しないようにモザイク状に配置されている。それにより、より忠実な色再現が可能となる。
【０１３０】
補色モザイクフィルターは、具体的には、図１５に示すように少なくとも４種類の色フィルターから構成され、その４種類の色フィルターの特性は以下の通りであることが好ましい。
【０１３１】
グリーンの色フイルターＧは波長ＧP に分光強度のピークを有し、
イエローの色フィルターＹe は波長ＹP に分光強度のピークを有し、
シアンの色フィルターＣは波長ＣP に分光強度のピークを有し、
マゼンダの色フィルターＭは波長ＭP1とＭP2にピークを有し、以下の条件を満足する。
【０１３２】
５１０ｎｍ＜ＧP ＜５４０ｎｍ
５ｎｍ＜ＹP −ＧP ＜３５ｎｍ
−１００ｎｍ＜ＣP −ＧP ＜−５ｎｍ
４３０ｎｍ＜ＭP1＜４８０ｎｍ
５８０ｎｍ＜ＭP2＜６４０ｎｍ
さらに、グリーン、イエロー、シアンの色フィルターはそれぞれの分光強度のピークに対して波長５３０ｎｍでは８０％以上の強度を有し、マゼンダの色フィルターはその分光強度のピークに対して波長５３０ｎｍでは１０％から５０％の強度を有することが、色再現性を高める上でより好ましい。
【０１３３】
上記各実施例におけるそれぞれの波長特性の１例を図１６に示す。グリーンの色フィルターＧは５２５ｎｍに分光強度のビークを有している。イエローの色フィルターＹe は５５５ｎｍに分光強度のピークを有している。シアンの色フイルターＣは５１０ｎｍに分光強度のピークを有している。マゼンダの色フィルターＭは４４５ｎｍと６２０ｎｍにピークを有している。また、５３０ｎｍにおける各色フィルターは、それぞれの分光強度のピークに対して、Ｇは９９％、Ｙe は９５％、Ｃは９７％、Ｍは３８％としている。
【０１３４】
このような補色フイルターの場合、図示しないコントローラー（若しくは、デジタルカメラに用いられるコントローラー）で、電気的に次のような信号処理を行い、
輝度信号
Ｙ＝｜Ｇ＋Ｍ＋Ｙe ＋Ｃ｜×１／４
色信号
Ｒ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｙe ）−（Ｇ＋Ｃ）｜
Ｂ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｙe ）｜
の信号処理を経てＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の信号に変換される。
【０１３５】
ところで、上記した近赤外シャープカットコートの配置位置は、光路上のどの位置であってもよい。また、ローパスフィルターの枚数も２枚でも１枚でも構わない。
【０１３６】
本発明の撮像装置において、光量調整のために、明るさ絞りＳを複数の絞り羽にて構成し、その開口形状を可変とすることで調整する可変絞りを用いてもよい。図１７は、開口時絞り形状の例を示す説明図、図１８は、２段絞り時の絞り形状の例を示す説明図である。図１７、図１８において、ＯＰは光軸、Ｄａは６枚の絞り板、Ｘａ、Ｘｂは開口部を示している。本発明においては、絞りの開口形状を開放状態（図１７）と、所定の条件を満たすＦ値となる絞り値（２段絞り、図１８）の２種類のみとすることができる。
【０１３７】
又は、形状又は透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを用いて、必要な明るさに応じて、何れかの明るさ絞りを結像光学系の物体側光軸上に配置する構成とすると、絞り機構の薄型化が図れる。また、そのターレット上に配された複数の明るさ絞りの開口の中の最も光量を低減させる開口に、他の明るさ絞りの透過率よりも低い透過率の光量低減フィルターを配する構成としてもよい。それにより、絞りの開口径を絞り込みすぎることがなくなり、絞りの開口径が小さいことにより発生する回折による結像性能の悪化を抑えることができる。
【０１３８】
この場合の１例の構成を示す斜視図を図１９に示す。結像光学系の第１正レンズＬ１の物体側の光軸上の絞りＳの位置に、０段、−１段、−２段、−３段、−４段の明るさ調節を可能とするターレット１０を配置している。
【０１３９】
ターレット１０には、０段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の空間からなる開口１Ａ（波長５５０ｎｍに対する透過率は１００％）と、−１段補正するために開口１Ａの開口面積の約半分の開口面積を有する開口形状が固定の透明な平行平板（波長５５０ｎｍに対する透過率は９９％）からなる開口１Ｂと、開口１Ｂと同じ面積の円形開口部を有し、−２段、−３段、−４段に補正するため、各々波長５５０ｎｍに対する透過率が５０％、２５％、１３％のＮＤフィルターが設けられた開口部１Ｃ、１Ｄ、１Ｅとを有している。
【０１４０】
そして、ターレット１０に設けた回転軸１１の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【０１４１】
また、図１９に示すターレット１０に代えて、図２０の正面図に示すターレット１０’を用いることができる。結像光学系の第１正レンズＬ１の物体側の光軸上の絞りＳの位置に、０段、−１段、−２段、−３段、−４段の明るさ調節を可能とするターレット１０’を配置している。
【０１４２】
ターレット１０’には、０段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の開口１Ａ' と、−１段補正するために開口１Ａ’の開口面積の約半分となる開口面積を有する開口形状が固定の開口１Ｂ' と、さらに開口面積が順に小さくなり、−２段、−３段、−４段に補正するための形状が固定の開口部１Ｃ' 、１Ｄ' 、１Ｅ' とを有している。
【０１４３】
そして、ターレット１０’に設けた回転軸１１の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【０１４４】
また、より薄型化のために、明るさ絞りＳの開口を、形状、位置共に固定の絞りとし、光量調整は、撮像素子からの出力信号を電気的に調整するようにしもよい。また、レンズ系の他の空間、例えば第３正レンズＬ３とＣＣＤカバーガラスＣＧの間にＮＤフィルターを抜き差して光量調整を行う構成としてもよい。図２１はその１例を示す図であり、ターレット１０”の開口１Ａ”は素通し面又は中空の開口、開口１Ｂ”は透過率１／２のＮＤフィルター、開口１Ｃ”は透過率１／４のＮＤフィルター、開口１Ｄ”は透過率１／８のＮＤフィルター等を設けたターレット状のものを用い、中心の回転軸の周りの回動により何れかの開口を光路中の何れかの位置に配することで光量調節を行っている。
【０１４５】
また、光量調節のフィルターとして、光量ムラを抑えるように光量調節が可能なフィルター面を設けてもよい。例えば、暗い被写体に対しては中心部の光量確保を優先して透過率を均一とし、明るい被写体に対してのみ明るさムラを補うように、図２２に示すように、同心円状に光量が中心程低下するフィルターを配する構成としてもよい。
【０１４６】
また、絞りＳとしては、第１正レンズＬ１の入射面側の周辺部を黒塗りしたものでもよい。
【０１４７】
また、本発明による撮像装置を、カメラ等のように映像を静止画として保存するものとする場合、光量調整のためのシャッターを光路中に配置するとよい。
【０１４８】
そのようなシャッターとしては、ＣＣＤの直前に配置したフォーカルプレーンシャッターやロータリーシャッター、液晶シャッターでもよいし、開口絞り自体をシャッターとして構成してもよい。
【０１４９】
図２３にシャッターの１例を示す。図２３に示すものは、フォーカルプレーンシャッターの１つであるロータリーフォーカルプレーンシャッターの例であり、図２３（ａ）は裏面側から見た図、図２３（ｂ）は表面側から見た図である。１５はシャッター基板であり、像面の直前又は任意の光路位置に配される構成となっている。基板１５には、光学系の有効光束を透過する開口部１６が設けられている。１７はロータリーシャッター幕である。１８はロータリーシャッター幕１７の回転軸であり、回転軸１８は基板１５に対して回転し、ロータリーシャッター幕１７と一体化されている。回転軸１８は基板１５の表面のギヤ１９、２０と連結されている。このギア１９、２０は図示しないモーターと連結されている。
【０１５０】
このような構成において、図示しないモーターの駆動により、ギア１９、２０、回転軸１８を介して、ロータリーシャッター幕１７が回転軸１８を中心に回転するように構成されている。
【０１５１】
このロータリーシャッター幕１７は略半円型に構成され、回転により基板１５の開口部１６の遮蔽と退避を行い、シャッターの役割を果たしている。シャッタースピードはこのロータリーシャッター幕１７の回転するスピードを変えることで調整される。
【０１５２】
図２４（ａ）〜（ｄ）は、ロータリーシャッター幕１７が回転する様子を像面側からみた図である。時間を追って図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ａ）の順で移動する。
【０１５３】
以上のように、レンズ系の異なる位置に形状が固定の開口絞りＳと光量調整を行うフィルターあるいはシャッターを配置することにより、回折の影響を抑えて高画質を保ちつつ、フィルターやシャッターにより光量調整が行え、かつ、レンズ系の全長の短縮化も可能とした撮像装置を得ることができる。
【０１５４】
また、機械的なシャッターを用いずに、ＣＣＤの電気信号の一部を取り出して静止画を得るような電気的な制御で行う構成としてもよい。このような構成の１例を、図２５、図２６によりＣＣＤ撮像の動作を説明しながら説明する。図２５は、インターレース式（飛び越し走査式）で信号の順次読み出しを行っているＣＣＤ撮像の動作説明図である。図２５において、Ｐａ〜Ｐｃはフォトダイオードを用いた感光部、Ｖａ〜ＶｃはＣＣＤによる垂直転送部、ＨａはＣＣＤによる水平転送部である。Ａフィールドは奇数フィールド、Ｂフィールドは偶数フィールドを示している。
【０１５５】
図２５の構成では、基本動作が次のように行われる。すなわち、（１）感光部で光による信号電荷の蓄積（光電変換）、（２）感光部から垂直転送部への信号電荷のシフト（フィールドシフト）、（３）垂直転送部での信号電荷の転送（垂直転送）、（４）垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送（ラインシフト）、（５）水平転送部での信号電荷の転送（水平転送）、（６）水平転送部の出力端で信号電荷の検出（検出）。このような順次読み出しは、Ａフィールド（奇数フィールド）とＢフィールド（偶数フィールド）の何れか一方を用いて行うことができる。
【０１５６】
図２５のインターレース式（飛び越し走査式）ＣＣＤ撮像は、ＴＶ放送方式やアナログビデオ方式では、ＡフィールドとＢフィールドの蓄積タイミングが１／６０ずれている。これをそのままＤＳＣ（Ｄｉｊｉｔａｌ Ｓｐｅｃｔｒａｍ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）用画像としてフレーム画を構成すると、動きのある被写体の場合、二重像のようなブレを起こす。そこで、このタイプのＣＣＤ撮像では、Ａ、Ｂフィールドを同時露光して隣接するフィールドの信号を混合する。そして、機械的なシャッターで露光終了時に湛光した後、ＡフィールドとＢフィールドそれぞれ別々に読み出して信号を合成する方法が取られている。
【０１５７】
本発明においては、機械的なシャッターの役割をスミア防止用のみとして、Ａフィールドのみの順次読み出し、あるいは、Ａ、Ｂフィールドを同時混合読み出しとすることにより、垂直解像度は低下するが、機械的なシャッターの駆動スピードに左右されず（電子的なシャッターのみでコントロールできるため）、高速シャッターを切ることができる。図２５の例では、垂直転送部のＣＣＤの数が感光部を構成するフォトダイオードの数の半分であるので、小型化しやすいという利点がある。
【０１５８】
図２６は、信号の順次読み出しをプログレッシブ式で行うＣＣＤ撮像の動作説明図である。図２６において、Ｐｄ〜Ｐｆはフォトダイオードを用いた感光部、Ｖｄ〜ＶｆはＣＣＤによる垂直転送部、ＨｂはＣＣＤによる水平転送部である。
【０１５９】
図２６においては、画素の並び順に読み出すことができるので、電荷蓄積読み出し作業を全て電子的にコントロールすることが可能となる。したがって、露光時間を（１／１００００秒）程度に短くすることができる。図２６の例では、図２５の場合よりも垂直ＣＣＤの数が多く、小型化が困難という不利な点があるが、前記したような利点があるので、本発明においては、図２５、図２６の何れの方式も採用することができる。
【０１６０】
さて、以上のような本発明の撮像装置は、結像光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【０１６１】
図２７〜図２９は、本発明による結像光学系をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図２７はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図２８は同後方斜視図、図２９はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１の結像光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、近赤外カットコートを設けローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピーディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【０１６２】
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポリプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。
【０１６３】
このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が高性能で小型であるので、高性能・小型化が実現できる。
【０１６４】
なお、図２９の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
【０１６５】
次に、本発明の結像光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の１例であるパソコンが図３０〜図３２に示される。図３０はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図３１はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図３２は図３０の状態の側面図である。図３０〜図３２に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【０１６６】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による結像光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【０１６７】
ここで、撮像素子チップ１６２上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【０１６８】
撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図３０には、その１例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【０１６９】
次に、本発明の結像光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の１例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図３３に示される。図３３（ａ）は携帯電話４００の正面図、図３３（ｂ）は側面図、図３３（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図３３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による結像光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【０１７０】
ここで、撮像素子チップ１６２上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【０１７１】
撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【０１７２】
以上の各実施例は、前記の特許請求の範囲の構成に合わせて種々変更することができる。
【０１７３】
なお、本発明において次のように結像光学系を構成することもできる。
【０１７４】
〔１〕 物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、少なくとも第１正レンズに非球面を有し、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【０１７５】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【０１７６】
〔２〕 物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、少なくとも第２負レンズに非球面を有し、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【０１７７】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【０１７８】
〔３〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【０１７９】
０．２＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．５８ ・・・（３−１）
ただし、ｆ1 は第１正レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。
【０１８０】
【発明の効果】
本発明により、全長が短く高性能な広角化にも耐える結像光学系とそれを用いた小型で高性能の撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結像光学系の実施例１の無限遠物点合焦時のレンズ断面図である。
【図２】実施例２の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図３】実施例３の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図４】実施例４の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図５】実施例５の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図６】実施例１の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図７】実施例２の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図８】実施例３の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図９】実施例４の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図１０】実施例５の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図１１】実施例１の結像光学系とその像面に配置されるＣＣＤとを樹脂材で一体成形したレンズ枠に固定する構成例の断面図である。
【図１２】結像光学系の第３正レンズを小判型の形状にする場合の模式的分解斜視図である。
【図１３】近赤外シャープカットコートの一例の透過率特性を示す図である。
【図１４】ローパスフィルターの射出面側に設ける色フィルターの一例の透過率特性を示す図である。
【図１５】補色モザイクフィルターの色フィルター配置を示す図である。
【図１６】補色モザイクフィルターの波長特性の一例を示す図である。
【図１７】絞りの開口形状を開放状態としたことを示す図である。
【図１８】絞りの開口形状を２段絞りとした状態を示す図である。
【図１９】形状と透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを配置した本発明の結像光学系の構成を示す斜視図である。
【図２０】図１９に示すターレットに代わる別のターレットを示す正面図である。
【図２１】本発明において利用可能な別のターレット状の光量調整フィルターを示す図である。
【図２２】光量ムラを抑えるフィルターの例を示す図である。
【図２３】ロータリーフォーカルプレーンシャッターの例を示す裏面図と表面図である。
【図２４】図２３のシャッターのロータリーシャッター幕が回転する様子を示す図である。
【図２５】インターレース式ＣＣＤ撮像の動作説明図である。
【図２６】プログレッシブ式ＣＣＤ撮像の動作説明図である
【図２７】本発明による結像光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図２８】図２７のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図２９】図２７のデジタルカメラの断面図である。
【図３０】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図３１】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図３２】図３０の状態の側面図である。
【図３３】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｓ …明るさ絞り
Ｌ１…第１正レンズ
Ｌ２…第２負レンズ
Ｌ３…第３正レンズ
ＣＧ…カバーガラス
Ｉ …像面
ＯＰ…光軸
Ｄａ…絞り板
Ｘａ、Ｘｂ…開口部
Ｐａ〜Ｐｆ…感光部
Ｖａ〜Ｖｆ…垂直転送部
Ｈａ、Ｈｂ…水平転送部
Ｅ …観察者眼球
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…開口
１Ａ’、１Ｂ’、１Ｃ’、１Ｄ’、１Ｅ’…開口
１Ａ”、１Ｂ”、１Ｃ”、１Ｄ”…開口
５…結像光学系
６…ＣＣＤ
７…レンズ枠
８…レンズ外周
１０…ターレット
１０’…ターレット
１０”…ターレット
１１…回転軸
１５…シャッター基板
１６…開口部
１７…ロータリーシャッター幕
１８…回転軸
１９、２０…ギヤ
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…ポロプリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系とそれを用いた撮像装置に関するものであり、特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子等を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話や、パソコンに搭載される小型カメラ、監視カメラ等の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに代わり、ＣＣＤやＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いて被写体を撮影するようにした電子カメラが普及してきている。このような電子カメラの中、携帯型コンピュータや携帯電話等に搭載される撮像装置では、特に小型、軽量化が求められている。
【０００３】
このような撮像装置に用いる結像光学系として、従来よりレンズ枚数を１枚若しくは２枚で構成したものがある。しかしながら、これらは、収差論で明らかなように、像面湾曲が補正できず高い性能は望めないことは既に知られている。そのため、高性能を満たすには３枚以上のレンズで構成することが必要である。
【０００４】
一方、ＣＣＤの場合、結像レンズ系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、マイクロレンズの集光性能が十分に発揮されず、画像の明るさが画像中央部と画像周辺部で極端に変化するという問題が生じてしまう。そのため、ＣＣＤへの光線入射角、すなわち、射出瞳位置が設計上重要である。枚数の少ない光学系の場合には、明るさ絞りの位置が重要になる。
【０００５】
これらの問題を考慮したものとして、フロント絞りのトリプレットタイプがあげられる。そのような結像レンズとして、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６等で開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１４４００７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平２−１９１９０７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平４−１５３６１２号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平５−１８８２８４号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平９−２８８２３５号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開２００１−７５００６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの先行例は、次に示すように様々な問題点があった。
【００１３】
一般的に、光学系の全長を短くすると、射出瞳位置もそれだけ像側に配置しなければならないので、像面への光線入射角がきつくなってしまう。逆に、射出瞳位置を物体側に配置すると、像面への光線入射角は緩くなるが、全長は大きくなってしまう。
【００１４】
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献５の何れも、全長が長く小型化を達成しているとは言えなかった。また、半画角が２５程度でこれ以上の広角化は性能的に限界があった。なお、画角の割に像面への光線入射角度は小さくなかった。
【００１５】
特許文献４、特許文献５では、像面への光線入射角度については考慮されているが、同様に全長は短いとは言えなかった。
【００１６】
このように何れの先行例も、光学系の大きさと像面への光線入射角度のバランスは取れていなかった。また、半画角３５°程度に広角化すると、光学系への入射角がさらに大きくなるので、射出角すなわち像面への入射角度も大きくなってより厳しくなってしまうが、これを解決するものもなかった。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高性能化と小型化を同時に満たし広角化にも耐える結像光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の結像光学系は、物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【００１９】
１．５＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜３．０ ・・・（１）
ただし、ｄは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、ｆは全系の焦点距離である。
【００２０】
本発明のもう１つの結像光学系は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。
【００２１】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【００２２】
以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用を説明する。
【００２３】
まず、レンズ枚数について説明する。本発明では、性能と小型化を考慮した結果、レンズ枚数を３枚で構成した。レンズ枚数を４枚以上にすればさらに性能が向上するのは明らかであるが、１枚レンズが増えることにより、レンズの厚さ、レンズの間隔、枠のスペースがそれだけ多くなり、大型化するのは避けられない。また、上記の従来の技術の項で述べたように、２枚以下では像面湾曲が小さくならずかなり周辺性能は劣化する。３枚で構成するのが性能、大きさ共に最適である。
【００２４】
次に、撮像素子であるＣＣＤへの光線入射角を小さくするために、明るさ絞りを最も物体側に配置した。射出瞳位置を物体側に遠くなるようにレンズのパワーを構成すればよいが、枚数が少ないので明るさ絞りの位置を物体側に配置するのが最も効果的である。
【００２５】
ここで、明るさ絞りを最も物体側に配置すると、絞りに対して一方にしかレンズがないので、光学設計には周辺性能であるディストーションと倍率色収差の補正が難しくなってくる。そのため、物体側より、正レンズ、負レンズ、正レンズと配置することにより、光線高の大きくなる第２レンズ、第３レンズに異符号のパワーを配置して補正している。なお、中心性能は、第１正レンズで発生する球面収差、軸上色収差を第２負レンズで補正し、画面全体の高性能化を達成している。
【００２６】
このようにすれば、基本的には全長が小さく、さらに像面への光線入射角も小さくすることが可能にはなるが、レンズ枚数が少ないので、焦点距離や画角を十分に考慮して、個々の面間隔、肉厚、バックフォーカスを適切に設定しなければ、小型化することができない。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【００２７】
１．５＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜３．０ ・・・（１）
ただし、ｄは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、ｆは全系の焦点距離である。
【００２８】
この条件式（１）の上限の３．０を越えると、全長が大きくなりすぎ小型化を達成できなくなり、下限の１．５を越えると、各レンズのパワーが強くなりすぎて性能が劣化したり、肉厚、面間隔が狭くなりすぎ、加工、組み立てがし難くなったりする。
【００２９】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００３０】
１．８＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜２．８ ・・・（１−１）
次に、結像光学系の小型化と高性能化をより効果的に達成するためのパワー構成について説明する。一般的に、焦点距離に対して全長を短くするには、望遠タイプの正、負の順にパワーを配置することが考えられる。しかしながら、負は発散作用を持つため、そのままの構成では像面へ入射する角度がきつくなる傾向がある。一方、広角の光学系を構成する場合、最も物体側に負の発散作用を持つ群を配置するのが光学性能的に有利であることは知られている。
【００３１】
そこで、本発明では、まず、全長を短縮するため基本的なパワー構成を正、負にし、負のパワーを、物体側から順に、負レンズ、正レンズの構成とする。これにより、望遠タイプを形成しつつも、最も像面側に配置される正レンズの収束作用により像面への入射角度を緩くできるようになる。また、広角の光学系を構成しても性能劣化しないように、第１正レンズの入射面を凹面にして発散作用を持たせ、正パワーのメニスカス形状にする。これにより、広角化したときに発生しやすい軸外光線のコマ収差、非点収差の補正が十分できるようになる。
【００３２】
このとき、全長短縮効果と像面への入射角度のバランスを取るためには、第２負レンズ、第３正レンズによる負のパワーを適切に設定しなければならない。よって、次の条件式を満たす必要がある。
【００３３】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【００３４】
この条件式（２）の上限の−０．５を越えると、望遠効果が強くなりすぎて像面への入射角度がきつくなりすぎ、下限の−５．０を越えると、望遠効果が弱くなりすぎて全長が大きくなってしまう。
【００３５】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００３６】
−３．５＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．８ ・・・（２−１）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００３７】
−２．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．９ ・・・（２−２）
また、望遠タイプを形成するためには、２つある正レンズの中の第１正レンズの方に強い正パワーを持たせるのがよい。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００３８】
０．１＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．７ ・・・（３）
ただし、ｆ1 は第１正レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。
【００３９】
この条件式（３）の上限の０．７を越えると、望遠効果が小さくなり全長が大きくなるか、第２負レンズ、第３正レンズのパワーが強くなりすぎてコマ収差、非点収差が悪化する。また、下限の０．１を越えると、望遠効果が強くなりすぎて第１正レンズでの収差発生量が大きくなるか、第３正レンズのパワーが弱くなりすぎ、第２負レンズで発生する倍率色収差、ディストーションを補正できなくなる。
【００４０】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００４１】
０．２＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．５８ ・・・（３−１）
また、負の合成パワーの第２負レンズ、第３正レンズの構成により、望遠効果の影響度が変わってくる。また、第２負レンズ、第３正レンズは明るさ絞りから遠く離れて配置され軸外光線高が高くなるため、倍率色収差やディストーションの発生は大きくなりがちである。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００４２】
−０．６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜−０．１ ・・・（４）
ただし、ｆ2 は第２負レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。
【００４３】
この条件式（４）の上限の−０．１を越えると、第２負レンズのパワーが弱くなるか、第３正レンズのパワーが強くなりすぎて、共に望遠効果が小さくなって全長が大きくなる。下限の−０．６を越えると、第２負レンズのパワーが強くなるか、第３正レンズのパワーが弱くなり、倍率色収差やディストーションのバランスが取れなくなり性能が悪化する。
【００４４】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００４５】
−０．５＜ｆ2 ／ｆ3 ＜−０．１５ ・・・（４−１）
また、高屈折率のガラスを用いれば性能が向上するが、コストが高くなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００４６】
１．４５＜ｎavg ＜１．７０ ・・・（５）
ただし、ｎavg は第１正レンズ〜第３正レンズのｄ線の屈折率の平均値である。
【００４７】
この条件式（５）の上限の１．７０を越えると、低コストを達成できなくなり、下限の１．４５を越えると、各レンズの収差発生量が大きくなりすぎ性能劣化してしまう。
【００４８】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００４９】
１．５＜ｎavg ＜１．６５ ・・・（５−１）
また、第１正レンズは最も絞りに近いため、中心から周辺の光束は略レンズの同じ領域を通過している。すなわち、この面の収差発生を適切に補正しておかないと、第２負レンズ、第３正レンズで補正し切れなくなる場合があり、全画面の性能が、特にコマ収差や非点収差が劣化してしまう。そのため、次の条件式を満たすのが好ましい。
【００５０】
１．０＜（ｒ1f＋ｒ1r）／（ｒ1f−ｒ1r）＜１．７ ・・・（６）
ただし、ｒ1fは第１正レンズの物体側近軸曲率半径、ｒ1rは第１正レンズの像側近軸曲率半径である。
【００５１】
この条件式（６）の上限の１．７を越えると、相対的に第１正レンズの像側の面のパワーが強くなりすぎて、特に球面収差、コマ収差が悪化してしまい、下限の１．０を越えると、相対的に第１正レンズの物体側の面のパワーが弱くなりすぎて、軸外収差、特に非点収差、コマ収差が悪化してしまう。
【００５２】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００５３】
１．１＜（ｒ1f＋ｒ1r）／（ｒ1f−ｒ1r）＜１．６ ・・・（６−１）
また、全長を小さくするために望遠効果を出すには、第１正レンズでは強い正パワーが必要になる。そのため、第１正レンズの中の少なくとも１面を非球面で構成すると、良好に収差補正することができる。よって、次の条件式を満たすのが望ましい。
【００５４】
０．０１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜１００・・・（７）
ただし、ｒ1sは第１正レンズの非球面の近軸曲率半径、ｒ1aは第１正レンズの以下に定義した非球面を考慮した曲率半径ｒASP の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【００５５】
ここで、非球面を考慮した曲率半径ｒASP は、非球面定義式（面頂に接する接平面から光軸進行方向を正としたときの形状の関数）をｆ（ｙ）としたとき、次の式で定義される。以下、同じ。
【００５６】
ｒASP ＝ｙ・（１＋ｆ’（ｙ）2 ）1/2 ／ｆ’（ｙ）
ただし、ｙは光軸からの高さ、ｆ’（ｙ）はｆ（ｙ）の一階微分とする。
【００５７】
この条件式（７）の上限の１００を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の０．０１を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共にレンズの加工が難しくなってしまう。
【００５８】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００５９】
０．０５＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜１０・・・（７−１）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６０】
０．１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜５・・・（７−２）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６１】
０．１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜３・・・（７−３）
また、全長を小さくするために望遠効果を出すには、第２負レンズは強い負パワーが必要になる。第２負レンズの中の少なくとも１面を非球面で構成すると、良好に収差補正することができ、次の条件式を満たすのが望ましい。
【００６２】
０．０１＜｜（ｒ2s＋ｒ2a）／（ｒ2s−ｒ2a）−１｜＜１００・・・（８）
ただし、ｒ2sは第２負レンズの非球面の近軸曲率半径、ｒ2aは第２負レンズの上記で定義した非球面を考慮した曲率半径ｒASP の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。
【００６３】
この条件式（８）の上限の１００を越えると、非球面効果が弱くなりすぎて補正不足になってしまい、コマ収差、非点収差が悪化してしまい、下限の０．０１を越えると、非球面効果が強くなりすぎて補正過剰になり、性能が劣化すると共に、レンズの加工が難しくなってしまう。
【００６４】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６５】
０．１＜｜（ｒ2s＋ｒ2a）／（ｒ2s−ｒ2a）−１｜＜５・・・（８−１）
また、撮像素子にＣＣＤを用いる場合、結像光学系から射出された軸外光束が像面に対して余りに大きな角度で入射すると、画像中央部と画像周辺部で画像の明るさが変化してしまう。一方、像面に対して小さい角度で入射させるとこの問題は軽減されるが、今度は光学系の全長が大きくなってしまう。そのため、次の条件式を満たすのがよい。
【００６６】
１０°＜α＜４０° ・・・（９）
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。
【００６７】
この条件式の上限の４０°を越えると、ＣＣＤへの入射角が大きくなりすぎ画像周辺部の明るさが低下してしまい、下限の１０を越えると、全長が大きくなりすぎてしまう。
【００６８】
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００６９】
１５°＜α＜３５° ・・・（９−１）
さらに好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
【００７０】
１７．５°＜α＜２５° ・・・（９−２）
本発明は、以上の本発明の結像光学系と、その像側に配された撮像素子とを有する撮像装置を含むものである。
【００７１】
また、本発明の第１の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とするものである。
【００７２】
この構成の作用を説明すると、明るさ絞り周辺面での反射光が結像光学系の内部に入射すると、ゴースト、フレアといった現象が起こりやすくなる。特に、本願発明のように、物体側から、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された小型の結像光学系では、撮像素子の撮像面も小さくなるため、相対的に明るさ絞りの外周面での反射光の影響が大きくなる。
【００７３】
そこで、本発明では、最も物体側に明るさ絞りが配されることを利用して、明るさ絞りの開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させた固定形状としている。
【００７４】
このような構成により、開口部の外周面で反射した光束が撮像素子に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【００７５】
また、本発明の第２の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とするものである。
【００７６】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。したがって、これらのレンズを保持するレンズ枠を形成が容易な同一樹脂で一体成形することで、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【００７７】
その際に、レンズ枠に明るさ絞りの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、かつ、このレンズ枠自体に撮像素子の保持機能を備えさせることで、枠内へごみが進入しづらい構成とすることが可能となる。
【００７８】
また、本発明の第３の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第１正レンズ、第３正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とするものである。
【００７９】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。特に第１正レンズと第３正レンズで顕著となる。したがって、上述の構成とすることで軸外光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化し、枠の像面側からレンズを挿入することでレンズの位置決めができるので、製造が容易となる。
【００８０】
さらには、全レンズの外周に物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、上記レンズ枠にその傾斜部が当接するようにしてもよい。
【００８１】
また、本発明の第４の撮像装置は、物体側から、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正レンズ、像側に凹面を向けた第２負レンズ、第３正レンズの順に配置された結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第１正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第３正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とするものである。
【００８２】
この構成の作用を説明すると、本発明の光学系は、明るさ絞りが最も物体側に位置する構成であるため、この絞り以降の各々のレンズは像側に配されるレンズ程有効面が大きくなる。また、有効光束は、像面側程撮像素子の有効撮像領域の形状に近づいてくる。したがって、上述の構成とすることで、有効光束に沿ったレンズ外形となり、ケラレを抑えつつ小型化ができる。
【００８３】
なお、以上の各条件式に共通して、各条件式範囲をより限定した下位の条件式の上限値のみ、又は、下限値のみをその上位の条件式の上限値あるいは下限値として限定するようにしてもよい。
【００８４】
また、以上の条件式は、任意に複数を組み合わせることで、より本発明の効果を高めることができる。
【００８５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結像光学系の実施例１〜５について説明する。実施例１〜５の無限遠物点合焦時のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。図中、明るさ絞りはＳ、第１正レンズはＬ１、第２負レンズはＬ２、第３正レンズはＬ３、電子撮像素子のカバーガラスはＣＧ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣＧの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣＧにローパスフィルター作用を持たせるようにしてもよい。
【００８６】
実施例１の結像光学系は、図１に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、両凹の両面非球面の第２負レンズＬ２、両凸の両面非球面の第３正レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３は全てプラスチックからなり、第１レンズＬ１、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス（商品名）、第２レンズＬ２はポリカーボネイトから構成されている。
【００８７】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６４７ｍｍ，０．９６９ｍｍ，１．１４６ｍｍ，１．２４１ｍｍ，１．６６２ｍｍ，１．９２０ｍｍである。
【００８８】
実施例２の結像光学系は、図２に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズＬ２、両凸の両面非球面の第３正レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２はガラス、第３レンズＬ３はプラスチックからなり、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【００８９】
また，本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６５６ｍｍ，１．１４２ｍｍ，１．２７７ｍｍ，１．３４４ｍｍ，１．５２７ｍｍ，１．７７６ｍｍである。
【００９０】
実施例３の結像光学系は、図３に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、両凹の両面非球面の第２負レンズＬ２、両凸の両面非球面の第３正レンズｌ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１はプラスチック、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３はガラスからなり、第１レンズＬ１はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスから構成されている。
【００９１】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６７４ｍｍ，１．２０１ｍｍ，１．３８４ｍｍ，１．６９２ｍｍ，１．６５２ｍｍ，１．８０１ｍｍである。
【００９２】
実施例４の結像光学系は、図４に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズＬ２、像側に凸面を向けた両面非球面の第３正レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３は全てプラスチックからなり、第１レンズＬ１、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックス、第２レンズＬ２はポリカーボネイトから構成されている。
【００９３】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６５１ｍｍ，１．１０９ｍｍ，１．３３０ｍｍ，１．４３９ｍｍ，１．４４５ｍｍ，１．７１７ｍｍである。
【００９４】
実施例５の結像光学系は、図５に示すように、物体側から順に、明るさ絞りＳ、像側に凸面を向けた両面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた両面非球面の第２負メニスカスレンズＬ２、物体側に凸の両面非球面の第３正メニスカスレンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。本実施例では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２はガラス、第３レンズＬ３はプラスチックからなり、第３レンズＬ３はアモルファスポリオレフィン系のゼオネックスで構成されている。
【００９５】
また、本実施例の仕様は、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、像高２．４ｍｍであり、半画角ω＝３６°の広角の光学系である。また、各レンズのそれぞれの光学有効径（片側）は、第２面ｒ2 〜第７面ｒ7 の順に、０．６３０ｍｍ，０．９４２ｍｍ，１．２４５ｍｍ，１．２０２ｍｍ，１．３５０ｍｍ，１．５９９ｍｍである。
【００９６】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００９７】
ｘ＝（ｙ2 ／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）2 ｝1/2 ］
＋A4ｙ4 ＋A6ｙ6 ＋A8ｙ8 ＋ A10ｙ10
ただし、ｒは光軸上の曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００９８】
上記実施例１〜５の無限遠にフォーカシングした場合の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。これら収差図において、“ＳＡ”は球面収差、“ＡＳ”は非点収差、“ＤＴ”は歪曲収差、“ＣＣ”は倍率色収差を示す。また、各収差図中、“ω”は半画角を示す。
【０１０４】
次に、上記各実施例における条件（１）〜（１３）の値を示す。
【０１０５】
【０１０６】
上記各実施例は小型でありながら、図６〜図１０の収差図に示すように、良好な画像が得られている。
【０１０７】
なお、以上の本発明の実施例において、明るさ絞りＳの直前にカバーガラスを配置するようにしてもよい。
【０１０８】
また、本発明の以上の実施例において、プラスチックで構成しているレンズをガラスで構成するようにしてもよい。例えば何れかの実施例のプラスチックより屈折率の高いガラスを用いれば、さらに高性能を達成できるのは言うまでもない。また、特殊低分散ガラスを用いれば、色収差の補正に効果があるのは言うまでもない。特にプラスチックで構成する場合には、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能劣化が軽減されるので好ましい（例えば、日本ゼオン社のゼオネックス（商品名）等がある）。
【０１０９】
また、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞りＳ以外にフレア絞りを配置してもよい。以上の実施例において、明るさ絞りＳから第１レンズＬ１間、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２間、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３間、第３レンズＬ３と像面Ｉ間の何れの場所にフレア絞りを配置してもよい。また、枠によりフレア光線をカットするように構成してもよいし、別の部材を用いてフレア絞りを構成してもよい。また、光学系に直接印刷しても、塗装しても、シール等を接着しても構わない。また、その形状は、円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でも構わない。また、有害光束をカットするだけでなく、画面周辺のコマフレア等の光束をカットするようにしてもよい。
【０１１０】
また、各レンズには、反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減しても構わない。マルチコートであれば、効果的にゴースト、フレアを軽減できるので望ましい。また、赤外カットコートをレンズ面、カバーガラス等に行ってもよい。
【０１１１】
また、ピント調節を行うためにフォーカシングを行うようにしてもよい。レンズ系全体を繰り出してフォーカスを行ってもよいし、一部のレンズを繰り出すか、若しくは、繰り込みをしてフォーカスするようにしてもよい。
【０１１２】
また、画像周辺部の明るさ低下をＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減するようにしてもよい。例えば、各像高における光線の入射角に合わせて、ＣＣＤのマイクロレンズの設計を変えてもよい。また、画像処理により画像周辺部の低下量を補正するようにしてもよい。
【０１１３】
図１１は、上記実施例１の結像光学系５とその像面Ｉに配置されるＣＣＤ６とを、樹脂材で一体成形したレンズ枠７に固定する構成例の、結像光学系５の光軸を含みＣＣＤ６の像面Ｉの対角方向に取った断面図であり、明るさ絞りＳは樹脂製のレンズ枠７に一体成形している。このようにすると、結像光学系５を保持するレンズ枠７の製造が容易になる。また、レンズ枠７に明るさ絞りＳの構成を一体化させることで、製造工程を大幅に削減し、また、このレンズ枠７自体に撮像素子のＣＣＤ６の保持機能を備えさせることで、レンズ枠７内へごみ等が進入し難くなる。
【０１１４】
また、図１１から明らかなように、結像光学系５の第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２、第３正レンズＬ３の各々の外周８に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜面を設け、レンズ枠７にその傾斜面を当接して固定可能にすることにより、レンズ枠７へ像面側からレンズＬ１〜Ｌ３を落とし込んで位置決め固定できるようになる。
【０１１５】
また、図１２に模式的分解斜視図を示すように、プラスチックで成形したレンズ枠７内に保持される結像光学系の第１正レンズＬ１の形状は、第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２は入射側からみて円形、第３正レンズＬ３は円形のレンズを基に、その上部と下部を切削した小判型の形状をしている。そして、各々のレンズＬ１〜Ｌ３のの外周８は絞りＳ側に傾斜している。レンズ枠７の内面もその傾きに対応して傾斜して成形されている。
【０１１６】
このように、第１正レンズＬ１の形状を入射側からみて円形、第３正レンズＬ３の形状を、入射側から見たときに撮像素子のＣＣＤ６の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さがその有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いものに構成することにより、結像光学系の第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２、第３正レンズＬ３を有効光束に沿ったレンズ外形にすることができ、ケラレを抑えつつ小型化ができる。なお、この例でも、レンズ枠７内に結像光学系５の第１正レンズＬ１、第２負レンズＬ２、第３正レンズＬ３の各々の外周８の傾斜面を当接して固定させるようにすることで、レンズ枠７内に像面側からレンズＬ１〜Ｌ３を落とし込んで位置決め固定できる。
【０１１７】
また、明るさ絞りＳの開口の周辺面は、図１１の断面図に示すように、レンズＬ１側に傾いて構成することが望ましく、その明るさ絞りＳの開口の周辺面を、有効光束よりも傾斜角が大きく、実質的に最もレンズ側の角部が絞りの役目をするようにすることで、明るさ絞りＳの開口部の外周面で反射した光束が撮像素子のＣＣＤ６に入射し難くなり、フレア、ゴーストの影響を低減することが可能になる。
【０１１８】
ところで、以上の各実施例において、前記のように、カバーガラスＣＧの入射面側に近赤外シャープカットコートを施してもよい。この近赤外シャープカットコートは、波長６００ｎｍでの透過率が８０％以上、波長７００ｎｍでの透過率が１０％以下となるように構成する。具体的には、例えば次のような２７層の層構成からなる多層膜である。ただし、設計波長は７８０ｎｍである。
【０１１９】
上記の近赤外シャープカットコートの透過率特性は図１３に示す通りである。
【０１２１】
また、ローパスフィルターの射出面側には、図１４に示すような短波長域の色の透過を低滅する色フィルターを設けるか若しくはコーティングを行うことで、より一層電子画像の色再現性を高めている。
【０１２２】
具体的には、このフィルター若しくはコーティングにより、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％以上であり、その最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が６％以下であることが好ましい。
【０１２３】
それにより、人間の目の色に対する認識と、撮像及び再生される画像の色とのずれを低減させることができる。言い換えると、人間の視覚では認識され難い短波長側の色が、人間の目で容易に認識されることによる画像の劣化を防止することができる。
【０１２４】
上記の４００ｎｍの波長の透過率の比が６％を越えると、人間の目では認識され難い短波長城が認識し得る波長に再生されてしまい、逆に、上記の４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％よりも小さいと、人間の認識し得る波長城の再生が低くなり、色のバランスが悪くなる。
【０１２５】
このような波長を制限する手段は、補色モザイクフィルターを用いた撮像系においてより効果を奏するものである。
【０１２６】
上記各実施例では、図１４に示すように、波長４００ｎｍにおける透過率を０％、４２０ｎｍにおける透過率を９０％、４４０ｎｍにて透過率のピーク１００％となるコーティングとしている。
【０１２７】
前記した近赤外シャープカットコートとの作用の掛け合わせにより、波長４５０ｎｍの透過率９９％をピークとして、４００ｎｍにおける透過率を０％、４２０ｎｍにおける透過率を８０％、６００ｎｍにおける透過率を８２％、７００ｎｍにおける透過率を２％としている。それにより、より忠実な色再現を行っている。
【０１２８】
また、ローパスフィルターは、像面上投影時の方位角度が水平（＝０°）と±４５°方向にそれぞれ結晶軸を有する３種類のフィルターを光軸方向に重ねて使用することができ、それぞれについて、水平にａμｍ、±４５°方向にそれぞれSQRT(1/2) ×ａだけずらすことで、モアレ抑制を行うことができる。ここで、ＳＱＲＴはスクエアルートであり平方根を意味する。
【０１２９】
また、ＣＣＤの撮像面Ｉ上には、図１５に示す通り、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーン（緑）の４色の色フィルターを撮像画素に対応してモザイク状に設けた補色モザイクフィルターを設けている。これら４種類の色フィルターは、それぞれが略同じ数になるように、かつ、隣り合う画素が同じ種類の色フィルターに対応しないようにモザイク状に配置されている。それにより、より忠実な色再現が可能となる。
【０１３０】
補色モザイクフィルターは、具体的には、図１５に示すように少なくとも４種類の色フィルターから構成され、その４種類の色フィルターの特性は以下の通りであることが好ましい。
【０１３１】
グリーンの色フイルターＧは波長ＧP に分光強度のピークを有し、
イエローの色フィルターＹe は波長ＹP に分光強度のピークを有し、
シアンの色フィルターＣは波長ＣP に分光強度のピークを有し、
マゼンダの色フィルターＭは波長ＭP1とＭP2にピークを有し、以下の条件を満足する。
【０１３２】
５１０ｎｍ＜ＧP ＜５４０ｎｍ
５ｎｍ＜ＹP −ＧP ＜３５ｎｍ
−１００ｎｍ＜ＣP −ＧP ＜−５ｎｍ
４３０ｎｍ＜ＭP1＜４８０ｎｍ
５８０ｎｍ＜ＭP2＜６４０ｎｍ
さらに、グリーン、イエロー、シアンの色フィルターはそれぞれの分光強度のピークに対して波長５３０ｎｍでは８０％以上の強度を有し、マゼンダの色フィルターはその分光強度のピークに対して波長５３０ｎｍでは１０％から５０％の強度を有することが、色再現性を高める上でより好ましい。
【０１３３】
上記各実施例におけるそれぞれの波長特性の１例を図１６に示す。グリーンの色フィルターＧは５２５ｎｍに分光強度のビークを有している。イエローの色フィルターＹe は５５５ｎｍに分光強度のピークを有している。シアンの色フイルターＣは５１０ｎｍに分光強度のピークを有している。マゼンダの色フィルターＭは４４５ｎｍと６２０ｎｍにピークを有している。また、５３０ｎｍにおける各色フィルターは、それぞれの分光強度のピークに対して、Ｇは９９％、Ｙe は９５％、Ｃは９７％、Ｍは３８％としている。
【０１３４】
このような補色フイルターの場合、図示しないコントローラー（若しくは、デジタルカメラに用いられるコントローラー）で、電気的に次のような信号処理を行い、
輝度信号
Ｙ＝｜Ｇ＋Ｍ＋Ｙe ＋Ｃ｜×１／４
色信号
Ｒ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｙe ）−（Ｇ＋Ｃ）｜
Ｂ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｙe ）｜
の信号処理を経てＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の信号に変換される。
【０１３５】
ところで、上記した近赤外シャープカットコートの配置位置は、光路上のどの位置であってもよい。また、ローパスフィルターの枚数も２枚でも１枚でも構わない。
【０１３６】
本発明の撮像装置において、光量調整のために、明るさ絞りＳを複数の絞り羽にて構成し、その開口形状を可変とすることで調整する可変絞りを用いてもよい。図１７は、開口時絞り形状の例を示す説明図、図１８は、２段絞り時の絞り形状の例を示す説明図である。図１７、図１８において、ＯＰは光軸、Ｄａは６枚の絞り板、Ｘａ、Ｘｂは開口部を示している。本発明においては、絞りの開口形状を開放状態（図１７）と、所定の条件を満たすＦ値となる絞り値（２段絞り、図１８）の２種類のみとすることができる。
【０１３７】
又は、形状又は透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを用いて、必要な明るさに応じて、何れかの明るさ絞りを結像光学系の物体側光軸上に配置する構成とすると、絞り機構の薄型化が図れる。また、そのターレット上に配された複数の明るさ絞りの開口の中の最も光量を低減させる開口に、他の明るさ絞りの透過率よりも低い透過率の光量低減フィルターを配する構成としてもよい。それにより、絞りの開口径を絞り込みすぎることがなくなり、絞りの開口径が小さいことにより発生する回折による結像性能の悪化を抑えることができる。
【０１３８】
この場合の１例の構成を示す斜視図を図１９に示す。結像光学系の第１正レンズＬ１の物体側の光軸上の絞りＳの位置に、０段、−１段、−２段、−３段、−４段の明るさ調節を可能とするターレット１０を配置している。
【０１３９】
ターレット１０には、０段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の空間からなる開口１Ａ（波長５５０ｎｍに対する透過率は１００％）と、−１段補正するために開口１Ａの開口面積の約半分の開口面積を有する開口形状が固定の透明な平行平板（波長５５０ｎｍに対する透過率は９９％）からなる開口１Ｂと、開口１Ｂと同じ面積の円形開口部を有し、−２段、−３段、−４段に補正するため、各々波長５５０ｎｍに対する透過率が５０％、２５％、１３％のＮＤフィルターが設けられた開口部１Ｃ、１Ｄ、１Ｅとを有している。
【０１４０】
そして、ターレット１０に設けた回転軸１１の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【０１４１】
また、図１９に示すターレット１０に代えて、図２０の正面図に示すターレット１０’を用いることができる。結像光学系の第１正レンズＬ１の物体側の光軸上の絞りＳの位置に、０段、−１段、−２段、−３段、−４段の明るさ調節を可能とするターレット１０’を配置している。
【０１４２】
ターレット１０’には、０段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の開口１Ａ' と、−１段補正するために開口１Ａ’の開口面積の約半分となる開口面積を有する開口形状が固定の開口１Ｂ' と、さらに開口面積が順に小さくなり、−２段、−３段、−４段に補正するための形状が固定の開口部１Ｃ' 、１Ｄ' 、１Ｅ' とを有している。
【０１４３】
そして、ターレット１０’に設けた回転軸１１の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。
【０１４４】
また、より薄型化のために、明るさ絞りＳの開口を、形状、位置共に固定の絞りとし、光量調整は、撮像素子からの出力信号を電気的に調整するようにしもよい。また、レンズ系の他の空間、例えば第３正レンズＬ３とＣＣＤカバーガラスＣＧの間にＮＤフィルターを抜き差して光量調整を行う構成としてもよい。図２１はその１例を示す図であり、ターレット１０”の開口１Ａ”は素通し面又は中空の開口、開口１Ｂ”は透過率１／２のＮＤフィルター、開口１Ｃ”は透過率１／４のＮＤフィルター、開口１Ｄ”は透過率１／８のＮＤフィルター等を設けたターレット状のものを用い、中心の回転軸の周りの回動により何れかの開口を光路中の何れかの位置に配することで光量調節を行っている。
【０１４５】
また、光量調節のフィルターとして、光量ムラを抑えるように光量調節が可能なフィルター面を設けてもよい。例えば、暗い被写体に対しては中心部の光量確保を優先して透過率を均一とし、明るい被写体に対してのみ明るさムラを補うように、図２２に示すように、同心円状に光量が中心程低下するフィルターを配する構成としてもよい。
【０１４６】
また、絞りＳとしては、第１正レンズＬ１の入射面側の周辺部を黒塗りしたものでもよい。
【０１４７】
また、本発明による撮像装置を、カメラ等のように映像を静止画として保存するものとする場合、光量調整のためのシャッターを光路中に配置するとよい。
【０１４８】
そのようなシャッターとしては、ＣＣＤの直前に配置したフォーカルプレーンシャッターやロータリーシャッター、液晶シャッターでもよいし、開口絞り自体をシャッターとして構成してもよい。
【０１４９】
図２３にシャッターの１例を示す。図２３に示すものは、フォーカルプレーンシャッターの１つであるロータリーフォーカルプレーンシャッターの例であり、図２３（ａ）は裏面側から見た図、図２３（ｂ）は表面側から見た図である。１５はシャッター基板であり、像面の直前又は任意の光路位置に配される構成となっている。基板１５には、光学系の有効光束を透過する開口部１６が設けられている。１７はロータリーシャッター幕である。１８はロータリーシャッター幕１７の回転軸であり、回転軸１８は基板１５に対して回転し、ロータリーシャッター幕１７と一体化されている。回転軸１８は基板１５の表面のギヤ１９、２０と連結されている。このギア１９、２０は図示しないモーターと連結されている。
【０１５０】
このような構成において、図示しないモーターの駆動により、ギア１９、２０、回転軸１８を介して、ロータリーシャッター幕１７が回転軸１８を中心に回転するように構成されている。
【０１５１】
このロータリーシャッター幕１７は略半円型に構成され、回転により基板１５の開口部１６の遮蔽と退避を行い、シャッターの役割を果たしている。シャッタースピードはこのロータリーシャッター幕１７の回転するスピードを変えることで調整される。
【０１５２】
図２４（ａ）〜（ｄ）は、ロータリーシャッター幕１７が回転する様子を像面側からみた図である。時間を追って図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ａ）の順で移動する。
【０１５３】
以上のように、レンズ系の異なる位置に形状が固定の開口絞りＳと光量調整を行うフィルターあるいはシャッターを配置することにより、回折の影響を抑えて高画質を保ちつつ、フィルターやシャッターにより光量調整が行え、かつ、レンズ系の全長の短縮化も可能とした撮像装置を得ることができる。
【０１５４】
また、機械的なシャッターを用いずに、ＣＣＤの電気信号の一部を取り出して静止画を得るような電気的な制御で行う構成としてもよい。このような構成の１例を、図２５、図２６によりＣＣＤ撮像の動作を説明しながら説明する。図２５は、インターレース式（飛び越し走査式）で信号の順次読み出しを行っているＣＣＤ撮像の動作説明図である。図２５において、Ｐａ〜Ｐｃはフォトダイオードを用いた感光部、Ｖａ〜ＶｃはＣＣＤによる垂直転送部、ＨａはＣＣＤによる水平転送部である。Ａフィールドは奇数フィールド、Ｂフィールドは偶数フィールドを示している。
【０１５５】
図２５の構成では、基本動作が次のように行われる。すなわち、（１）感光部で光による信号電荷の蓄積（光電変換）、（２）感光部から垂直転送部への信号電荷のシフト（フィールドシフト）、（３）垂直転送部での信号電荷の転送（垂直転送）、（４）垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送（ラインシフト）、（５）水平転送部での信号電荷の転送（水平転送）、（６）水平転送部の出力端で信号電荷の検出（検出）。このような順次読み出しは、Ａフィールド（奇数フィールド）とＢフィールド（偶数フィールド）の何れか一方を用いて行うことができる。
【０１５６】
図２５のインターレース式（飛び越し走査式）ＣＣＤ撮像は、ＴＶ放送方式やアナログビデオ方式では、ＡフィールドとＢフィールドの蓄積タイミングが１／６０ずれている。これをそのままＤＳＣ（Ｄｉｊｉｔａｌ Ｓｐｅｃｔｒａｍ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）用画像としてフレーム画を構成すると、動きのある被写体の場合、二重像のようなブレを起こす。そこで、このタイプのＣＣＤ撮像では、Ａ、Ｂフィールドを同時露光して隣接するフィールドの信号を混合する。そして、機械的なシャッターで露光終了時に湛光した後、ＡフィールドとＢフィールドそれぞれ別々に読み出して信号を合成する方法が取られている。
【０１５７】
本発明においては、機械的なシャッターの役割をスミア防止用のみとして、Ａフィールドのみの順次読み出し、あるいは、Ａ、Ｂフィールドを同時混合読み出しとすることにより、垂直解像度は低下するが、機械的なシャッターの駆動スピードに左右されず（電子的なシャッターのみでコントロールできるため）、高速シャッターを切ることができる。図２５の例では、垂直転送部のＣＣＤの数が感光部を構成するフォトダイオードの数の半分であるので、小型化しやすいという利点がある。
【０１５８】
図２６は、信号の順次読み出しをプログレッシブ式で行うＣＣＤ撮像の動作説明図である。図２６において、Ｐｄ〜Ｐｆはフォトダイオードを用いた感光部、Ｖｄ〜ＶｆはＣＣＤによる垂直転送部、ＨｂはＣＣＤによる水平転送部である。
【０１５９】
図２６においては、画素の並び順に読み出すことができるので、電荷蓄積読み出し作業を全て電子的にコントロールすることが可能となる。したがって、露光時間を（１／１００００秒）程度に短くすることができる。図２６の例では、図２５の場合よりも垂直ＣＣＤの数が多く、小型化が困難という不利な点があるが、前記したような利点があるので、本発明においては、図２５、図２６の何れの方式も採用することができる。
【０１６０】
さて、以上のような本発明の撮像装置は、結像光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【０１６１】
図２７〜図２９は、本発明による結像光学系をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図２７はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図２８は同後方斜視図、図２９はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１の結像光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、近赤外カットコートを設けローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピーディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【０１６２】
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポリプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。
【０１６３】
このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が高性能で小型であるので、高性能・小型化が実現できる。
【０１６４】
なお、図２９の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
【０１６５】
次に、本発明の結像光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の１例であるパソコンが図３０〜図３２に示される。図３０はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図３１はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図３２は図３０の状態の側面図である。図３０〜図３２に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【０１６６】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による結像光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【０１６７】
ここで、撮像素子チップ１６２上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【０１６８】
撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図３０には、その１例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【０１６９】
次に、本発明の結像光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の１例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図３３に示される。図３３（ａ）は携帯電話４００の正面図、図３３（ｂ）は側面図、図３３（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図３３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による結像光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【０１７０】
ここで、撮像素子チップ１６２上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。
【０１７１】
撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【０１７２】
以上の各実施例は、前記の特許請求の範囲の構成に合わせて種々変更することができる。
【０１７３】
なお、本発明において次のように結像光学系を構成することもできる。
【０１７４】
〔１〕 物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、少なくとも第１正レンズに非球面を有し、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【０１７５】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【０１７６】
〔２〕 物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、少なくとも第２負レンズに非球面を有し、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【０１７７】
−５．０＜ｆ2-3 ／ｆ＜−０．５ ・・・（２）
ただし、ｆ2-3 は第２負レンズと第３正レンズの合成焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。
【０１７８】
〔３〕 物体側から順に、明るさ絞り、像側に凸面を向けた第１正メニスカスレンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
【０１７９】
０．２＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．５８ ・・・（３−１）
ただし、ｆ1 は第１正レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。
【０１８０】
【発明の効果】
本発明により、全長が短く高性能な広角化にも耐える結像光学系とそれを用いた小型で高性能の撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結像光学系の実施例１の無限遠物点合焦時のレンズ断面図である。
【図２】実施例２の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図３】実施例３の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図４】実施例４の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図５】実施例５の結像光学系の図１と同様のレンズ断面図である。
【図６】実施例１の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図７】実施例２の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図８】実施例３の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図９】実施例４の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図１０】実施例５の無限遠物点合焦時の収差図である。
【図１１】実施例１の結像光学系とその像面に配置されるＣＣＤとを樹脂材で一体成形したレンズ枠に固定する構成例の断面図である。
【図１２】結像光学系の第３正レンズを小判型の形状にする場合の模式的分解斜視図である。
【図１３】近赤外シャープカットコートの一例の透過率特性を示す図である。
【図１４】ローパスフィルターの射出面側に設ける色フィルターの一例の透過率特性を示す図である。
【図１５】補色モザイクフィルターの色フィルター配置を示す図である。
【図１６】補色モザイクフィルターの波長特性の一例を示す図である。
【図１７】絞りの開口形状を開放状態としたことを示す図である。
【図１８】絞りの開口形状を２段絞りとした状態を示す図である。
【図１９】形状と透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを配置した本発明の結像光学系の構成を示す斜視図である。
【図２０】図１９に示すターレットに代わる別のターレットを示す正面図である。
【図２１】本発明において利用可能な別のターレット状の光量調整フィルターを示す図である。
【図２２】光量ムラを抑えるフィルターの例を示す図である。
【図２３】ロータリーフォーカルプレーンシャッターの例を示す裏面図と表面図である。
【図２４】図２３のシャッターのロータリーシャッター幕が回転する様子を示す図である。
【図２５】インターレース式ＣＣＤ撮像の動作説明図である。
【図２６】プログレッシブ式ＣＣＤ撮像の動作説明図である
【図２７】本発明による結像光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図２８】図２７のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図２９】図２７のデジタルカメラの断面図である。
【図３０】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図３１】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図３２】図３０の状態の側面図である。
【図３３】本発明による結像光学系が対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｓ …明るさ絞り
Ｌ１…第１正レンズ
Ｌ２…第２負レンズ
Ｌ３…第３正レンズ
ＣＧ…カバーガラス
Ｉ …像面
ＯＰ…光軸
Ｄａ…絞り板
Ｘａ、Ｘｂ…開口部
Ｐａ〜Ｐｆ…感光部
Ｖａ〜Ｖｆ…垂直転送部
Ｈａ、Ｈｂ…水平転送部
Ｅ …観察者眼球
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…開口
１Ａ’、１Ｂ’、１Ｃ’、１Ｄ’、１Ｅ’…開口
１Ａ”、１Ｂ”、１Ｃ”、１Ｄ”…開口
５…結像光学系
６…ＣＣＤ
７…レンズ枠
８…レンズ外周
１０…ターレット
１０’…ターレット
１０”…ターレット
１１…回転軸
１５…シャッター基板
１６…開口部
１７…ロータリーシャッター幕
１８…回転軸
１９、２０…ギヤ
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…ポロプリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路
Claims (21)
- 物体側から順に、明るさ絞り、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズの順に配置され、次の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
１．５＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜３．０ ・・・（１）
１．０＜（ｒ 1f ＋ｒ 1r ）／（ｒ 1f −ｒ 1r ）＜１．７ ・・・（６）
ただし、ｄは結像光学系の明るさ絞り面から像面までの光軸に沿って測った距離、θは結像光学系の最大入射角、ｆは全系の焦点距離、ｒ 1f は第１正レンズの物体側近軸曲率半径、ｒ 1r は第１正レンズの像側近軸曲率半径である。 - 前記第３正レンズはプラスチックからなることを特徴とする請求項１記載の結像光学系。
- 前記プラスチックはアモルファスポリオレフィン系の材料からなることを特徴とする請求項２記載の結像光学系。
- 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の結像光学系。
１．８＜ｄ／（ｆ・tan θ）＜２．８ ・・・（１−１） - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の結像光学系。
０．１＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．７ ・・・（３）
ただし、ｆ1 は第１正レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項５記載の結像光学系。
０．２＜ｆ1 ／ｆ3 ＜０．５８ ・・・（３−１） - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の結像光学系。
−０．６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜−０．１ ・・・（４）
ただし、ｆ2 は第２負レンズの焦点距離、ｆ3 は第３正レンズの焦点距離である。 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項７記載の結像光学系。
−０．５＜ｆ2 ／ｆ3 ＜−０．１５ ・・・（４−１） - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の結像光学系。
１．４５＜ｎavg ＜１．７０ ・・・（５）
ただし、ｎavg は第１正レンズ〜第３正レンズのｄ線の屈折率の平均値である。 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項９記載の結像光学系。
１．５＜ｎavg ＜１．６５ ・・・（５−１） - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項記載の結像光学系。
１．１＜（ｒ1f＋ｒ1r）／（ｒ1f−ｒ1r）＜１．６ ・・・（６−１） - 第１正レンズは次の条件式を満たす非球面を少なくとも１面有することを特徴とする請求項１から１１の何れか１項記載の結像光学系。
０．０１＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜１００
・・・（７）
ただし、ｒ1sは第１正レンズの非球面の近軸曲率半径、ｒ1aは第１正レンズの非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１２記載の結像光学系。
０．０５＜｜（ｒ1s＋ｒ1a）／（ｒ1s−ｒ1a）−１｜＜１０
・・・（７−１） - 第２負レンズは次の条件式を満たす非球面を少なくとも１面有することを特徴とする請求項１から１３の何れか１項記載の結像光学系。
０．０１＜｜（ｒ2s＋ｒ2a）／（ｒ2s−ｒ2a）−１｜＜１００
・・・（８）
ただし、ｒ2sは第２負レンズの非球面の近軸曲率半径、ｒ2aは第２負レンズの非球面を考慮した曲率半径の中の光学有効範囲内で近軸曲率半径との差が最も変化したときの値である。 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１４記載の結像光学系。
０．１＜｜（ｒ2s＋ｒ2a）／（ｒ2s−ｒ2a）−１｜＜５
・・・（８−１） - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から１５の何れか１項記載の結像光学系。
１０°＜α＜４０° ・・・（９）
ただし、αは最大像高における主光線の像面への入射角度である。 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１６記載の結像光学系。
１５°＜α＜３５° ・・・（９−１） - 請求項１から１７の何れか１項記載の結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記明るさ絞りは、光軸が通過する開口形状が固定されており、かつ、開口部の外周面を像面側程光軸に近づくように、最軸外光束の入射角以上の傾斜角で傾斜させたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項１から１７の何れか１項記載の結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系と前記撮像素子を保持しかつ前記明るさ絞りを同一樹脂材で一体成形したレンズ枠を備えたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項１から１７の何れか１項記載の結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、少なくとも前記第１正レンズ、第３正レンズの各々の外周に、物体側程光軸に近づくよう傾斜させた傾斜部を設け、前記レンズ枠に前記傾斜部が当接していることを特徴とする撮像装置。
- 請求項１から１７の何れか１項記載の結像光学系、及び、その像側に配された撮像素子を有し、前記結像光学系を保持するレンズ枠を備え、前記第１正レンズの形状が入射側から見たときに円形であり、前記第３正レンズの形状が、入射側から見たときに撮像素子の有効撮像領域の短辺方向に対応する方向の長さが有効撮像領域の長辺方向に対応する長さよりも短いことを特徴とする撮像装置。
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