JPWO2009153953A1 - ２枚組撮像光学系およびそれを備えた撮像装置 - Google Patents

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Abstract

本発明によれば、１５０°以上の超広角においても色収差が補正された小型の２枚組撮像光学系を提供することができる。本発明の２枚組撮像光学系は、凹レンズと、回折格子が設けられた凸レンズとを備え、下記条件式（１）４．５ ＜ Ｐ１＝（１ − f／ｆa）・νd＜ ９．０ （１）を満たす。ここで、ｆは２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、ｆaは回折格子を除いたときの２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、νdは凸レンズの材料のｄ線でのアッベ数である。これにより、高画角から入射する光線に対しても色収差を良好に補正することができる。

Description

本発明は、撮像光学系およびそれを備えた撮像装置に関し、特に、小型で且つ高画角においても色収差が良好に補正された超広角レンズに関する。
車載用途や監視用途として、小型で広角の撮像光学系が要望されている。しかしながら、非球面レンズのみを有する光学系ではレンズ枚数が５枚以上と多くなるため、光学長が長くなるという問題や材料コストがかかるという問題があった。レンズ枚数を削減する方法として、回折格子を用いたレンズ構成が提案されている（特許文献１、２および３参照）。回折格子は逆分散性および異常分散性を有し、大きな色収差補正能力を備えている。
特許文献１では、回折格子がもつ色収差補正能力を利用した３枚構成のレンズが提案されている。特許文献２では、さらに枚数が削減された２枚構成の広角撮像レンズが提案されている。特許文献３では、光学系の焦点距離と回折格子の焦点距離の比を調整し、色収差を補正したレンズが提案されている。
特開平１０−１１１４４９号公報 特開２００５−１２８２７３号公報 特開２０００−２８９１３号公報
しかし、特許文献１では枚数を削減しているものの依然３枚以上のレンズ構成であるため、材料や組立てコストが高くなる。また、光学長が長くなるという問題がある。
特許文献２では、２枚構成ではあるが、画角が１４０°までのレンズしか開示されておらず、さらに広角のレンズは示唆されていない。本願発明者らの検討によれば、特許文献２に開示されたレンズを使用した場合、１４０°以上の高画角から入射する光線は大きな色収差を発生する。したがって、特許文献２に開示された２枚のレンズ構成では、例えば１５０°以上の超広角の撮像を実現することができない。
特許文献３では、光学系の焦点距離と回折格子の焦点距離の比を調整し、色収差補正を試みているが、画角７０°以下の低画角のレンズ構成が対象であり、超広角の撮像には適用できない。また、３枚以上のレンズ構成であるため、材料や組立てコストが高くなるとともに、光学長が長くなるという問題がある。
本発明は、レンズの枚数が２枚の光学系でありながら色収差が良好に補正された超広角の撮像光学系およびそれを備えた撮像装置を提供する。
本発明の２枚組撮像光学系は、凹レンズと、回折格子が設けられた凸レンズとを備えた２枚組撮像光学系であって、下記の式（１）
４．５ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ９．０ （１）
を満たすことを特徴とし、ここで、ｆは前記２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、ｆaは前記回折格子を除いたときの前記２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、νdは前記凸レンズの材料のｄ線でのアッベ数である。
ある実施形態によれば、前記２枚組撮像光学系が下記の式（２）
５．０ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ７．３ （２）
を満たす。
ある実施形態によれば、前記２枚組撮像光学系が下記の式（３）
５．２ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ６．８ （３）
を満たす。
ある実施形態によれば、前記凹レンズはメニスカス凹レンズである。
ある実施形態によれば、前記メニスカス凹レンズが下記の式（４）
２．８ ＜ Ｐ２＝（Ｃｌ1／Ｃｌ2）・ｎd1 ＜ ４．５ （４）
を満たし、ここで、Ｃｌ1は前記メニスカス凹レンズの撮像対象側の面の有効半径であり、Ｃｌ2は前記メニスカス凹レンズの像側の面の有効半径であり、ｎd1は前記メニスカス凹レンズのｄ線での屈折率である。
ある実施形態によれば、前記メニスカス凹レンズが下記の式（５）
ｎd1 ＞ １．５ （５）
を満たす。
ある実施形態によれば、前記２枚組撮像光学系が下記の式（６）
Ｐ３＝ｈ／[（１ − ｜Ｄｓ｜／１００）・ｆ] ＞ ３．４ （６）
を満たし、ここで、ｈは像高であり、Ｄｓは前記２枚組撮像光学系のディストーション値である。
ある実施形態によれば、前記凹レンズはガラス材料から形成されている。
ある実施形態によれば、前記凹レンズは両面ともに球面形状を有する。
ある実施形態によれば、前記回折格子は、前記凸レンズの両面のうちの一方の面に設けられており、他方の面には設けられていない。
本発明の撮像装置は、前記２枚組撮像光学系と、前記２枚組撮像光学系の画角と入射光量を規定する絞りと、前記２枚組撮像光学系によって形成された像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、１５０°以上の超広角をレンズ枚数が２枚の光学系で実現することができる。レンズ枚数が２枚であるため、小型化が実現できるとともに、コストも低減させることができる。本発明によれば、小型化と広い視野を実現した撮像装置を提供することができる。本発明は、周辺監視などに用いられる車載用や防犯用の監視カメラなど幅広い用途に適用できる。
本発明の実施形態による撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は回折格子が形成された凸レンズの平面図であり、（ｂ）は回折格子が形成された凸レンズの断面図であり、（ｃ）は回折格子の表面が保護膜で覆われた凸レンズの断面図である。 （ａ）は、回折格子を有さない凸レンズが光を屈折させる様子を示す図であり、（ｂ）は、回折格子が光を回折させる様子を示す図であり、（ｃ）は、回折格子が形成された凸レンズを透過した光が結像する様子を示す図である。 本発明の実施例１の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例１の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例１の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例１の撮像装置のスポット径のＲＭＳ値とＰ１値との関係を示すグラフである。 本発明の実施例２の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例２の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例２の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例３の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例３の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例３の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例４の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例４の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例４の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例５の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例５の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例５の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例６の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例６の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例６の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例７の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例７の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例７の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例８の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例８の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例８の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例９の撮像装置を示す断面図である。 本発明の実施例９の撮像装置の回折効率の波長依存性を示すグラフである。 本発明の実施例１から８の撮像装置のスポット径のＲＭＳ値とＰ１値との関係を示すグラフである。 比較例１の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は比較例１の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は比較例１の撮像装置の非点収差図である。 比較例２の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は比較例２の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は比較例２の撮像装置の非点収差図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による撮像装置１００を示す断面図である。撮像装置１００は、２枚組撮像光学系１０と、カバーガラス１３と、撮像素子１４と、絞り１５とを備える。２枚組撮像光学系１０は、凹レンズ１１および凸レンズ１２の２枚のレンズを備える。撮像対象である物体側（図１では左側）に凹レンズ１１が配置され、撮像素子１４側に凸レンズ１２が配置されている。カバーガラス１３は撮像素子１４表面を保護している。絞り１５は、２枚組撮像光学系１０の画角と入射光量を規定する。
撮像対象から撮像装置１００へ入射した光１６は、凹レンズ１１、凸レンズ１２およびカバーガラス１３を透過して、撮像素子１４上で像として観測される。
レンズで発生する収差を低減するためには、レンズ面に入射する光線の入射角および屈折角を小さくすることが望ましい。絞り１５を凸レンズ１２の像面側に設置すれば、高画角から入射する光線に対しても、レンズ面上（特にメニスカス凹レンズ上）での光線の入射角および屈折角を小さくできる。絞り１５は、凸レンズ１２の物体側か像面側の近傍に設置するのが望ましい。
凸レンズ１２の少なくとも一方の面には、正のパワーを有する回折格子が付加されており、これにより、屈折系で発生するレンズの色収差を補正することができる。
図２（ａ）は回折格子１７が形成された凸レンズ１２の平面図であり、図２（ｂ）は回折格子１７が形成された凸レンズ１２の断面図である。図２（ａ）に示すように、凸レンズ１２には同心円状に回折格子１７が形成されている。図２（ｂ）に示す例では、回折格子１７は凸レンズ１２の片方の面のみに形成されているが、両方の面に形成されていてもよい。なお、図２（ｃ）に示すように、回折格子１７の表面は保護膜１８で覆われていてもよい。
図３は、回折格子１７が色収差を補正するしくみを説明する図である。図３（ａ）は、回折格子１７を有さない凸レンズ１２（屈折系のみ）が光を屈折させる様子を示している。凸レンズ１２の屈折作用により、凸レンズ１２を透過した光のうちの短波長の光はレンズ手前側で結像し、長波長の光はレンズのより遠方で結像する。すなわち、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂのうちの青色光Ｂは凸レンズ１２に近い側で結像し、赤色光Ｒは凸レンズ１２から遠い側で結像する。このように、光の波長域によって結像する位置が異なることにより色収差が生じる。
図３（ｂ）は、回折格子１７が光を回折させる様子を示している。回折格子１７の回折作用により、回折格子１７を透過した光のうちの長波長の光はレンズ手前側で結像し、短波長の光はレンズのより遠方で結像する。すなわち、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂのうちの赤色光Ｒは回折格子１７に近い側で結像し、青色光Ｂは回折格子１７から遠い側で結像する。
そこで、青色光Ｂが近い側で結像する凸レンズ１２に、青色光Ｂが遠い側で結像する回折格子１７を付与することにより、青色光Ｂが結像する位置を補正することができる。また、赤色光Ｒが遠い側で結像する凸レンズ１２に、赤色光Ｒが近い側で結像する回折格子１７を付与することにより、赤色光Ｒが結像する位置を補正することができる。図３（ｃ）は、回折格子１７が形成された凸レンズ１２を透過した光が結像する様子を示している。回折格子１７が色収差補正を行うことにより、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを同じ位置で結像させることができる。
回折格子１７を含む２枚組撮像光学系２０全体のレンズパワーと、回折格子１７を除いた屈折系のみでのレンズパワーとの割合を調整することにより、色収差補正を制御することができる。通常、レンズのパワーは焦点距離の逆数で求められる。また、２枚組レンズでは高画角になるほど色収差が大きく発生しやすい。１５０°以上の超高画角から入射する光線に対してもレンズの収差を良好に補正するためには、レンズ材料の屈折率の波長分散も考慮する必要がある。屈折率の波長分散はアッベ数で定義されており、アッベ数が小さいほど屈折率の波長分散が大きい。したがって、アッベ数が小さいほど全体のレンズパワーに占める屈折系のパワーの割合を小さくし、回折格子のパワーの割合を高める必要がある。
本願発明者らは、アッベ数と焦点距離との関係を研究し、それらの関係が下記の式（１）を満たすときに、適切に収差補正を行えることを見出した。
４．５ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ９．０ （１）
ここで、ｆは２枚組撮像光学系２０の有効焦点距離、ｆaは回折格子１７を除いた２枚組撮像光学系２０の屈折系のみの有効焦点距離、νdは凸レンズ材料のｄ線でのアッベ数である。有効焦点距離ｆおよびｆaは波長５５０ｎｍのときのものである。２枚組撮像光学系２０は式（１）を満足する。
なお、次の式（２）を満足することがより好ましい。
５．０ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ７．３ （２）
さらに、次の式（３）を満足することがより好ましい。
５．２ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ６．８ （３）
ここでは、アッベ数として、凸レンズ１２のアッベ数のみを考慮している。絞り１５を凸レンズ１２近傍（例えば、物体側の面上または像側の面上）に設置した場合、物体側から凹レンズ１１へ入射した光のうちの撮像素子１４まで導かれる光の光束幅は小さくなる。したがって、凹レンズ１１への入射光のうちの考慮すべき光に関しては、各画角における上限光線と下限光線との屈折角差は小さい。一方、光学系後方（像面側）に設置された凸レンズ１２へ入射する光線の光束幅はレンズ有効径いっぱいに広がり、上限光線と下限光線とで屈折角に差が生じる。この屈折角差が色収差を引き起こすため、凸レンズ１２の屈折率の波長分散（＝アッベ数）を重視して色収差補正をする必要がある。上記条件式（１）〜（３）の数値範囲を満足することが好ましい理由は後述する。
また、凹レンズ１１は、物体（撮像対象）側の面が凸形状である、いわゆるメニスカス凹レンズであることが望ましい。これにより、物体側から凹レンズ１１へ高画角で入射する光線の入射角度を小さくすることができ、表面での反射ロスを低減することができる。このとき、メニスカス凹レンズ１１が下記条件式（４）を満たすことが望ましい。
２．８ ＜ Ｐ２＝（Ｃｌ1／Ｃｌ2）・ｎd1 ＜ ４．５ （４）
ここで、Ｃｌ1はメニスカス凹レンズ１１の物体側の面の有効半径、Ｃｌ2はメニスカス凹レンズ１１の像側の面の有効半径、ｎd1はメニスカス凹レンズ１１のｄ線での屈折率である。式（４）の下限値を超えると１４５°以上の光線をレンズに通すためには光学長が長くなってしまい、複数枚レンズの光学長と変わらなくなってしまう。また、式（４）の上限値を超えるとレンズ面に入射する光線の入射角や屈折角が大きくなり各収差の低減が難しくなる。
また、メニスカス凹レンズ１１が下記条件式（５）を満たすことがより望ましい。
ｎd1 ＞ １．５ （５）
物体側に設置する凹レンズ１１の役目は、高画角から急な角度で入射する光線の傾斜角度を、高い屈折力で光軸に対しゆるやかにすることであり、これによりレンズ系全体として収差を低減することができる。このため、凹レンズ１１の屈折率は高いことが望ましい。ｎd1が式（５）の下限値１．５以下になると、高画角での屈折力を補うために、凹レンズ１１の物体側の面を凹面にする必要が生じる。
また、２枚組撮像光学系１０が下記条件式（６）を満たすことが望ましい。
Ｐ３＝ｈ／[（１ − ｜Ｄｓ｜／１００）・ｆ] ＞ ３．４ （６）
ここで、ｈは像高、Ｄｓは２枚組撮像光学系１０のディストーション値である。この条件を満足するように設計することで１５０°以上の超広角化レンズを実現することができる。
また、凹レンズ１１は、物体側に設置することから、ガラス材料で形成することが望ましい。ガラスは樹脂材料などに比べ硬度が高いため、外界からの接触等の衝撃に強いからである。
また、凹レンズ１１をガラス材料で形成する場合、両面とも球面形状とすることが望ましい。球面形状であれば研磨加工で作製することができ、プレス成形や切削加工に比べてコストが安くなるからである。
また、凹レンズ１１がメニスカス凹レンズであるとき、メニスカス凹レンズ１１の凹面の有効半径は、凹面の深さよりも大きくすることが望ましい。メニスカス凹レンズ１１を薄型化することにより、材料コストを低減すると共にレンズ加工を容易にすることができる。また、メニスカス凹レンズ１１のそりを低減するとともに、強度を高めることができる。また、メニスカス凹レンズ１１の厚さを薄くすることで、２枚組撮像光学系１０をより薄型化することができる。
また、凸レンズ１２の両面に回折格子１７を付加してもよいが、どちらか一方の面のみに設置するのが望ましい。回折格子１７はある特定波長の光に対しては回折効率を１００％にすることができるが、それ以外の波長域の光に対しては効率が低下する。したがって、撮像用途で用いる場合、回折効率の低下を抑制するために、片面のみに回折格子１７を付加することが望ましい。片面のみの回折格子付加は、両面付加に比べて製造のし易さも向上するためコスト的なメリットも高い。
また、白色領域における回折効率を向上させる目的として、ある特定条件の屈折率を持つ膜材料を回折格子１７上に付加してもよい。
また、レンズの非球面形状は下記の非球面式（７）で表される。
Figure 2009153953
 式（７）はｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸の周りの回転で形成される非球面を表す式である。ｃは中心曲率である。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは２次曲面からのずれを表す係数である。係数はＥまでとれば十分であるが、それ以上の次数で構成してもよいし、逆に、それ以下でもよく、任意である。また、Ｋの値によって、以下のような非球面となる。
Ｋ＞０の場合、短径を光軸とする楕円面
Ｋ＝０の場合、球面
−１＜Ｋ＜０の場合、長径を光軸とする楕円面
Ｋ＝−１の場合、放物面
Ｋ＜−１の場合、双曲面
また、レンズの回折面は、位相関数法を用いて設計する。位相関数法はレンズ面に回折格子があると仮定し、その面で次式（８）で表される波面の位相変換を行う。
Figure 2009153953
 ここで、φは位相関数、Ψは光路差関数、ｈは径方向の距離である。ａ2、ａ4、ａ6、ａ8、ａ10は係数である。係数はａ10までとれば十分であるが、それ以上の次数で構成してもよいし、逆に、それ以下でもよく、任意である。回折次数は１次である。
また、実際の製造においては、位相関数をもとに材料の屈折率差と設計波長から回折格子のサグ量を計算して、基材表面上に回折格子を形成する。
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。
（実施例１）
図４は、実施例１の撮像装置１０１を示す断面図である。撮像装置１０１は、２枚組撮像光学系２０と、カバーガラス２３と、撮像素子２４と、絞り２５とを備える。２枚組撮像光学系２０は、凹レンズ２１および凸レンズ２２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ２２の像面側に絞り２５を配置し、凸レンズ２２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凹レンズ２１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例１の撮像装置１０１の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．６ｍｍ
ｆ＝１．８４５６ｍｍ
ｆa＝２．３５５５ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０９０ｍｍ
Ｃｌ2＝１．３８９ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６７．３％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 16.09058 1.052185 1.689175 49.9
2 1.439873 1.841324
3 2.559651 2.230632 1.585000 27.9
4 -2.36292 0.000000
5（絞り） 無限 1.262623
6 無限 0.550930 ＢＫ7
7 無限 1.638462
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０１８９２５７
Ｂ＝０．００３９４４５３
Ｃ＝−０．００８３５３３４
Ｄ＝０．００１９６２０３
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０３８２５７８
Ｂ＝−０．１６７９３６
Ｃ＝０．２５１３４３
Ｄ＝−０．０８１８２７１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３２１５００
ａ4＝−０．００９２０４７６
ａ6＝０．０９４８６４８
ａ8＝−０．１２７０４０
ａ10＝０．００９５４８０８
このような数値データから、
Ｐ１＝６．０４
Ｐ２＝３．７６
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図５（ａ）は、実施例１の色収差を示す球面収差図であり、図５（ｂ）は、実施例１の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図５（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
図６は、実施例１におけるアッベ数とスポット径との関係を示す図である。図６は、２枚組撮像光学系２０全体のパワーと回折格子１７を除いた２枚組撮像光学系２０のパワーとを一定に保ったまま、凸レンズ２２のアッベ数を変化させた際のスポット径（直径）のＲＭＳ値（平均自乗平方根）の変化を表す。スポット径の評価画角として７割像高を代表値とするのがよい。７割像高までの性能がよければ画像全体としても性能が概ね満足されるためである。入射瞳を通過する光線本数を８０本、波長を６４０：５５０：４４０＝１：２：１として評価した。また、縦軸はスポット径のＲＭＳ値を最小値で規格化したものである。横軸は、条件式（１）のＰ１値である。ＲＭＳ値は、入射瞳を通過する光線の１σの値であり、小さいほどレンズ性能がよいことを示し、スポット径のＲＭＳ値が撮像素子の画素サイズ（１画素）と一致するように設計するのが理想である。本実施例でも１画素のサイズがスポット径のＲＭＳ値の最小値と一致するように撮像素子を選択した。撮像装置の使用目的に応じて選択される画素サイズは異なるが、本発明は画素サイズに関係なく適用することができる。
図６より、Ｐ１の値を４．５＜Ｐ１＜９．０とすることにより、ＲＭＳ値の規格値を２以下とすることができる。ＲＭＳ値の規格値が２というのは、スポット径が基準値より２倍大きいということである。通常はスポットが１画素以内におさまるように設計するが、これが２画素分以上となると両隣の画素それぞれの中央位置を越えた大きさとなるため、隣の画素への影響が大きくなり好ましくない。したがって、ＲＭＳ値の規格値は２以下とする必要がある。すなわち、Ｐ１が９．０以上となるとＲＭＳ値の規格値が大きくなりすぎ、撮像レンズとしての性能が悪化する。これは、凸レンズ２２の材料の屈折率の波長分散が小さく、色収差補正が過剰すぎることが原因である。また、Ｐ１が４．５以下となってもＲＭＳ値の規格値が大きくなりすぎ、撮像レンズとしての性能が悪化する。これは、色収差補正が不足していることが原因である。
なお、Ｐ１の値を５．０＜Ｐ１＜７．３とすることにより、ＲＭＳ値の規格値を約１．５未満とすることができ、色収差をより良好に低減できる。このとき、隣の画素へ影響する色収差は目立たなくなる。さらに、Ｐ１の値を５．２＜Ｐ１＜６．８とすることにより、ＲＭＳ値の規格値を約１．２未満とすることができ、さらに良好に色収差補正ができる。このとき、ベストな状態（ＲＭＳ値１）に比べ、解像度の低下を５〜１５％以内に抑えることができるため、ベストな状態と遜色ない良好なレンズ性能が得られる。
（実施例２）
図７は、実施例２の撮像装置１０２を示す断面図である。撮像装置１０２は、２枚組撮像光学系５０と、カバーガラス５３と、撮像素子５４と、絞り５５とを備える。２枚組撮像光学系５０は、凹レンズ５１および凸レンズ５２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ５２の物体側に絞り５５を配置し、凸レンズ５２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凹レンズ５１と凸レンズ５２との間に絞り５５を配置することで、撮像素子５４に入射する光の入射角を小さくすることができる。凹レンズ５１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例２の撮像装置１０２の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝１０．４ｍｍ
ｆ＝１．９００４ｍｍ
ｆa＝２．４２８８ｍｍ
Ｃｌ1＝２．６９２ｍｍ
Ｃｌ2＝１．５５０ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６８．３％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 12.35704 0.519999 1.77250 49.62
2 1.686732 3.29229
3（絞り） 無限 0.241345
4 2.655821 2.047438 1.585000 27.9
5 -4.63202 1.010682
6 無限 0.440999 ＢＫ7
7 無限 2.845853
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−０．７９６８３４
Ａ＝−０．００６７０１４６
Ｂ＝０．０３８０９８８
Ｃ＝−０．０３６４１１１
Ｄ＝０．０１３２８４０
Ｅ＝５．８２３２０ｅ−０１６
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝３．７４９９９２
Ａ＝０．０６７００４２
Ｂ＝−０．０７５８０９２
Ｃ＝０．０６２１３８７
Ｄ＝−０．０１５２９７２
Ｅ＝５．８２４１５５ｅ−０１６
（第５面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２５６５１７
ａ4＝−０．０２５２２０８
ａ6＝０．０４９７２３９
ａ8＝−０．０３７６５８７
ａ10＝０．００９６５８２０
このような数値データから、
Ｐ１＝６．０７
Ｐ２＝３．０８
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図８（ａ）は、実施例２の色収差を示す球面収差図であり、図８（ｂ）は、実施例２の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図８（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例２においても、凸レンズ５２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例３）
図９は、実施例３の撮像装置１０３を示す断面図である。撮像装置１０３は、２枚組撮像光学系７０と、カバーガラス７３と、撮像素子７４と、絞り７５とを備える。２枚組撮像光学系７０は、凹レンズ７１および凸レンズ７２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ７２の物体側に絞り７５を配置している。凹レンズ７１と凸レンズ７２との間に絞り７５を配置することで、撮像素子７４に入射する光の入射角を小さくすることができる。凸レンズ７２の物体側および像側の両方の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凸レンズ７２の両面に回折格子１７を形成することで、色収差をより効率よく補正することができる。凹レンズ７１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例３の撮像装置１０３の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝１０．４ｍｍ
ｆ＝１．８１３６ｍｍ
ｆa＝２．２４５１ｍｍ
Ｃｌ1＝３．５５９ｍｍ
Ｃｌ2＝１．８４０ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６６．８％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 4.888790 0.519999 1.77250 49.62
2 1.841767 4.104826
3（絞り） 無限 0.447600
4 4.624231 1.395179 1.585000 27.9
5 -2.826984 1.010682
6 無限 0.440999 ＢＫ7
7 無限 2.546085
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−５．３１４４１２
Ａ＝−０．００１８２３４５
Ｂ＝−０．０２９２３７５
Ｃ＝０．０２１８５８６
Ｄ＝−０．００７４６９９６
Ｅ＝１．５０３１０９ｅ−０１５
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝１．８２０４０１
Ａ＝０．０３２８６７４
Ｂ＝−０．０２９２１５０
Ｃ＝０．０１８８４２７
Ｄ＝−０．００３６９９８９
Ｅ＝１．５１３２０７ｅ−０１５
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝０．０１２２４６０
ａ4＝０．０１３０９２７
ａ6＝−０．０３２５５２５
ａ8＝０．０１８８７６９
ａ10＝−０．００４３３５８９
（第５面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３４６９６６
ａ4＝−０．０１１０５８８
ａ6＝０．０１７０８５９
ａ8＝−０．００９５４６１９
ａ10＝０．００２０５９３３
このような数値データから、
Ｐ１＝５．３６
Ｐ２＝３．４３
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図１０（ａ）は、実施例３の色収差を示す球面収差図であり、図１０（ｂ）は、実施例３の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１０（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例３においても、凸レンズ７２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例４）
図１１は、実施例４の撮像装置１０４を示す断面図である。撮像装置１０４は、２枚組撮像光学系９０と、カバーガラス９３と、撮像素子９４と、絞り９５とを備える。２枚組撮像光学系９０は、凹レンズ９１および凸レンズ９２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ９２の物体側に絞り９５を配置し、凸レンズ９２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凹レンズ９１と凸レンズ９２との間に絞り９５を配置することで、撮像素子９４に入射する光の入射角を小さくすることができる。また、凹レンズ９１は非球面レンズであり、これにより収差の発生を低減させることができる。凹レンズ９１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例４の撮像装置１０４の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝１０．４ｍｍ
ｆ＝１．８６８１ｍｍ
ｆa＝２．３６９６ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０１２ｍｍ
Ｃｌ2＝１．７０２ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６７．７％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 8.832398 0.519999 1.77250 49.62
2 1.901274 3.656274
3（絞り） 無限 0.370350
4 3.442368 1.689756 1.585000 27.9
5 -3.600489 1.010682
6 無限 0.440999 ＢＫ7
7 無限 2.720011
（第１面の非球面係数）
Ｋ＝１．３７６６９２
Ａ＝０．０１０４３６６
Ｂ＝−０．００１４２５２４
Ｃ＝７．０５０２６９ｅ−００５
Ｄ＝−１．４９２４４３ｅ−００６
（第２面の非球面係数）
Ｋ＝０．０９４５０４７
Ａ＝０．０１３６７５４
Ｂ＝０．００７４１５７０
Ｃ＝−０．００２３４６３６
Ｄ＝０．０００６３４７００
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−０．７９６８３４
Ａ＝−０．０１３０９４０
Ｂ＝０．０２９７９４２
Ｃ＝−０．０１９５９８５
Ｄ＝０．００５０１８９４
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝３．７４９９９２
Ａ＝０．０６４８０５７
Ｂ＝−０．０７３９１９０
Ｃ＝０．０５２７９２０
Ｄ＝−０．０１０８７４６
（第５面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２５８１７８
ａ4＝−０．０２４８８５７
ａ6＝０．０４６６２３４
ａ8＝−０．０３０８８１５
ａ10＝０．００６８２３２４
このような数値データから、
Ｐ１＝５．９０
Ｐ２＝３．１４
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図１２（ａ）は、実施例４の色収差を示す球面収差図であり、図１２（ｂ）は、実施例４の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さで、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１２（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例４においても、凸レンズ９２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例５）
図１３は、実施例５の撮像装置１０５を示す断面図である。撮像装置１０５は、２枚組撮像光学系１１０と、カバーガラス１１３と、撮像素子１１４と、絞り１１５とを備える。２枚組撮像光学系１１０は、凹レンズ１１１および凸レンズ１１２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１１２の像面側に絞り１１５を配置し、凸レンズ１１２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。また、凹レンズ１１１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例５の撮像装置１０５の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５１°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．１ｍｍ
ｆ＝１．８５０７ｍｍ
ｆa＝２．２０９６ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０５５ｍｍ
Ｃｌ2＝１．４３５ｍｍ
ｈ＝２．２４ｍｍ
Ｄｓ＝−６８．２％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 24.24031 1.052185 1.689175 49.9
2 1.511129 1.841324
3 1.778637 2.230632 1.585000 40.0
4 -3.081994 0.000000
5（絞り） 無限 1.262623
6 無限 0.550930 ＢＫ7
7 無限 1.181923
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０１８２３６５
Ｂ＝０．００９０８５４９
Ｃ＝−０．０１３９３８０
Ｄ＝０．００３８９７２５
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０６９３３５７
Ｂ＝−０．２１３９１７
Ｃ＝０．０１２６１０８
Ｄ＝０．６０４３９９
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２７９９３２
ａ4＝−０．０１３０６９４
ａ6＝０．０６９１８１５
ａ8＝０．２６１７７４
ａ10＝−０．７６８４０９
このような数値データから、
Ｐ１＝６．５０
Ｐ２＝３．６０
Ｐ３＝３．８１
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、凸レンズ１１２の材料としてアッベ数４０の材料を用いたため、アッベ数２７．９の材料を用いた実施例１〜４に比べて回折格子１７による色補正が少なくて済み、ｆaの値が小さくなっている。回折格子１７による色補正が少なくて済むことで、回折格子１７の輪帯数を減らすことができ、レンズ加工を容易にすることができる。
図１４（ａ）は、実施例５の色収差を示す球面収差図であり、図１４（ｂ）は、実施例５の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１４（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例５においても、凸レンズ１１２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られ、凸レンズ１１２の材料のアッベ数を変更しても、条件式（１）が最適な範囲となる。
（実施例６）
図１５は、実施例６の撮像装置１０６を示す断面図である。撮像装置１０６は、２枚組撮像光学系１３０と、カバーガラス１３３と、撮像素子１３４と、絞り１３５とを備える。２枚組撮像光学系１３０は、凹レンズ１３１および凸レンズ１３２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１３２の像面側に絞り１３５を配置し、凸レンズ１３２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。また、凹レンズ１３１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例６の撮像装置１０６の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５２°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝７．９ｍｍ
ｆ＝１．８５０７ｍｍ
ｆa＝２．１０７７ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０７６ｍｍ
Ｃｌ2＝１．４７６ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６９．１％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 28.92876 1.052185 1.689175 49.9
2 1.569439 1.841324
3 1.602864 2.230632 1.585000 50.0
4 -3.382609 0.000000
5（絞り） 無限 1.262623
6 無限 0.550930 ＢＫ7
7 無限 0.959707
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０２０７９９１
Ｂ＝０．００７９７０５１
Ｃ＝−０．０１４３５８１
Ｄ＝０．００２７７１０２
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．１０１２１７
Ｂ＝−０．３７９９３５
Ｃ＝０．４９７１３５
Ｄ＝０．０３０２４９１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２２６７９４
ａ4＝−０．０３４１５３８
ａ6＝０．２４６５４４
ａ8＝−０．３３５０５６
ａ10＝−０．０３０９１６６
このような数値データから、
Ｐ１＝６．１０
Ｐ２＝３．５２
Ｐ３＝３．９３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、凸レンズ１３２の材料としてアッベ数５０の材料を用いたため、アッベ数２７．９を用いた実施例１〜４に比べて回折格子による色補正が少なくて済み、ｆaの値が小さくなっている。回折格子１７による色補正が少なくて済むことで、回折格子１７の輪帯数を減らすことができ、レンズ加工を容易にすることができる。
図１６（ａ）は、実施例６の色収差を示す球面収差図であり、図１６（ｂ）は、実施例６の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１６（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例６においても、凸レンズ１３２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られ、凸レンズ１３２の材料のアッベ数を変更しても、条件式（１）が最適な範囲となる。
（実施例７）
図１７は、実施例７の撮像装置１０７を示す断面図である。撮像装置１０７は、２枚組撮像光学系１５０と、カバーガラス１５３と、撮像素子１５４と、絞り１５５とを備える。２枚組撮像光学系１５０は、凹レンズ１５１および凸レンズ１５２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１５２の像面側に絞り１５５を配置し、凸レンズ１５２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。
以下に、実施例７の撮像装置１０７の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１６０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．２ｍｍ
ｆ＝１．７５５１ｍｍ
ｆa＝２．２６７６ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０９５ｍｍ
Ｃｌ2＝１．３３０ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−７７．４％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 14.43949 1.000572 1.692884 49.5
2 1.360261 1.751001
3 2.416304 2.121213 1.585000 27.9
4 -2.280809 0.000000
5（絞り） 無限 1.200687
6 無限 0.523905 ＢＫ7
7 無限 1.562170
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０２４６６０６
Ｂ＝０．０１１０７８６
Ｃ＝−０．０１５２７８１
Ｄ＝０．００３９５６３３
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０２０９１８２
Ｂ＝−０．０９７２１８２
Ｃ＝０．１３１２０７
Ｄ＝０．００９６９３６２
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３５２９５５
ａ4＝０．００４０４８２３
ａ6＝０．０４２６８４９
ａ8＝−０．０２７３２２２
ａ10＝−０．０７７４６１９
このような数値データから、
Ｐ１＝６．３１
Ｐ２＝３．９３
Ｐ３＝５．６７
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、画角ωが１６０°と広い撮像装置が実現できている。
図１８（ａ）は、実施例７の色収差を示す球面収差図であり、図１８（ｂ）は、実施例７の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１８（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例７においても、凸レンズ１５２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例８）
図１９は、実施例８の撮像装置１０８を示す断面図である。撮像装置１０８は、２枚組撮像光学系１７０と、カバーガラス１７３と、撮像素子１７４と、絞り１７５とを備える。２枚組撮像光学系１７０は、凹レンズ１７１および凸レンズ１７２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１７２の像面側に絞り１７５を配置し、凸レンズ１７２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。また、凹レンズ１７１は非球面レンズであり、これにより収差の発生を低減させることができる。
以下に、実施例８の撮像装置１０８の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１７０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝７．４ｍｍ
ｆ＝１．６３７８ｍｍ
ｆa＝２．０３４２ｍｍ
Ｃｌ1＝３．６０２ｍｍ
Ｃｌ2＝１．２６８ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−８８．０％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 55.04482 0.927249 1.524700 56.2
2 1.343455 1.622685
3 3.021424 1.965768 1.585000 27.9
4 -1.789619 -0.0231812
5（絞り） 無限 1.112699
6 無限 0.485513 ＢＫ7
7 無限 1.339597
（第１面の非球面係数）
Ｋ＝−８１
Ａ＝０．００３１７５４１４２２０７８６７２
Ｂ＝−０．０００１８５００６５４９７５４６３３
Ｃ＝３．５７９９４７８９５１３９３ｅ−００６
（第２面の非球面係数）
Ｋ＝０．１２１
Ａ＝０．０１９３６３１１８７１２８４０４
Ｂ＝０．０１３７４８９６７４５４９００４
Ｃ＝−０．０２６２０３３２２１８１４２６９
Ｄ＝０．０１４２４１５３８４３３３９１
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝−３．３１
Ａ＝−０．０１４５８３０９０９１５９２５７
Ｂ＝−０．０２６２３０２０７７１６６４１３
Ｃ＝０．０１６４０８３０１８３３７３９４
Ｄ＝−０．０１８３０３０１５９２５３５７１
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−１．５
Ａ＝０．０１０１０８２０８５４９１４３５
Ｂ＝−０．２８４２０９７４４９７３２１３
Ｃ＝０．６８６８８３８５２５０５６５
Ｄ＝−０．１７４２２１２４５２８３４３１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３４３８０６４３１１４９５０７
ａ4＝−０．０２２４１３１１１９７４５００９
ａ6＝０．２６２８１８０４１７２０２８７
ａ8＝−０．５７２４２１６１１３７９８５１
このような数値データから、
Ｐ１＝５．４４
Ｐ２＝４．３３
Ｐ３＝１１．４３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、画角ωが１７０°と広い撮像装置が実現できている。また、光学長Ｌが７．４ｍｍと短く、その分だけ撮像装置を薄型化することができる。
図２０（ａ）は、実施例８の色収差を示す球面収差図であり、図２０（ｂ）は、実施例８の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図２０（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例８においても、凸レンズ１７２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例９）
図２１は、実施例９の撮像装置１０９を示す断面図である。撮像装置１０９は、２枚組撮像光学系１９０と、カバーガラス１９３と、撮像素子１９４と、絞り１９５とを備える。２枚組撮像光学系１９０は、凹レンズ１９１および凸レンズ１９２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１９２は、実施例１の凸レンズ２２（図４）に回折格子１７を覆う保護膜１９６を追加したレンズである。この保護膜１９６は、図２（ｃ）に示す保護膜１８に対応している。
以下に、実施例９の撮像装置１０９の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５１°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．６ｍｍ
ｆ＝１．８４６８ｍｍ
ｆa＝２．３５４２ｍｍ
Ｃｌ1＝３．２２４７ｍｍ
Ｃｌ2＝１．３９３１ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６９．２％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 16.09058 1.052185 1.689175 49.9
2 1.439873 1.841324
3 2.559651 2.230632 1.585000 27.9
4 -2.36292 0.030000 1.623000 40.0
5 -2.36292 0.000000
6（絞り） 無限 1.262623
7 無限 0.550930 ＢＫ7
8 無限 1.638462
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０１８９２５７
Ｂ＝０．００３９４４５３
Ｃ＝−０．００８３５３３４
Ｄ＝０．００１９６２０３
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０３８２５７８
Ｂ＝−０．１６７９３６
Ｃ＝０．２５１３４３
Ｄ＝−０．０８１８２７１
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０３８２５７８
Ｂ＝−０．１６７９３６
Ｃ＝０．２５１３４３
Ｄ＝−０．０８１８２７１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３２１５００
ａ4＝−０．００９２０４７６
ａ6＝０．０９４８６４８
ａ8＝−０．１２７０４０
ａ10＝０．００９５４８０８
このような数値データから、
Ｐ１＝６．０１
Ｐ２＝３．９１
Ｐ３＝３．９６
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
実施例９の撮像装置１０９の色収差および像面湾曲量は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した結果と同じ結果が得られた。
凸レンズ１９２の材料として、ポリカーボネート（ｄ線屈折率１．５８５、ｄ線アッベ数２７．９）を用いた。保護膜１９６の材料としてアクリル系の紫外線硬化樹脂に粒径が１０ｎｍ以下の酸化ジルコニウムを分散させた樹脂（ｄ線屈折率１．６２３、ｄ線アッベ数４０．０）を用いた。ここで、回折格子１７の深さは１５μｍである。
図２２は、実施例９の撮像装置１０９における１次回折効率の波長依存性を示すグラフである。図２２より、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光の全領域において回折効率は９５％以上（ほぼ１００％といえる）であり、保護膜１９６により回折効率の波長依存性が低減できていることがわかる。
なお、回折格子１７上の保護膜１９６は、広波長域において回折効率をかなり高く維持することができるため付加することが望ましいが、必ずしも必要となるものではない。無い場合であっても回折効率を約８０％以上に保つことができ、ブレーズ深さが浅く構成も簡易であるといった利点がある。
図２３は、実施例１から９までのＲＭＳ値の規格値を示すグラフである。実施例それぞれにおける最小値で規格化している。
ＲＭＳ値は、入射瞳を通過する光線の１σの値であり、小さいほどレンズ性能がよいことを示し、スポット径（直径）のＲＭＳ値が撮像素子の画素サイズ（１画素）と一致するように設計するのが理想である。ＲＭＳ値の規格値が２であるということは、スポットが左右両隣の画素の中央位置まで占めることを意味する。規格値が２を超えるとスポットが両隣の画素の中央位置を越え、性能に影響を与える。したがって、ＲＭＳ値は、実施例１から９の各スペックのレンズデータにおいて最小値となる値の２倍以内にする必要がある。このときのＰ１の範囲は、図２３より４．５＜Ｐ１＜９．０となる。より好ましくは、ＲＭＳ値を最小値の１．５倍未満にするのがよく、両隣の画素への影響がより少なく色収差の影響が目立たなくなる。このときのＰ１の範囲は５．０＜Ｐ１＜７．３である。さらに好ましくは、ＲＭＳ値を最小値の１．２倍未満にするのがよく、このときのＰ１の範囲は５．２＜Ｐ１＜６．８である。この状態でも、ベストな状態（ＲＭＳ値１）に比べ、解像度の低下を５〜１５％以内に抑えることができるため、ベストな状態と遜色ない良好なレンズが得られる。
次に、上述の実施例１〜９に対する比較例を説明する。
（比較例１）
図２４は、比較例１の撮像装置２０１を示す断面図である。撮像装置２０１は、２枚組撮像光学系２２０と、カバーガラス２２３と、撮像素子２２４と、絞り２２５とを備える。２枚組撮像光学系２２０は、凹レンズ２２１および凸レンズ２２２の２枚のレンズを備える。撮像装置２０１は、実施例１の撮像装置１０１の凸レンズ２２（図４）のアッベ数を２７．９から２０に変更した撮像装置である。
比較例１の条件下ではＰ１＝４．３３となり、Ｐ１の値は条件式（１）の下限値４．５より下になっている。比較例１のスポット径のＲＭＳ値の規格値は２．３０であり、スポット径が大きすぎ性能がよくない。
図２５（ａ）は、比較例１の色収差を示す球面収差図であり、図２５（ｂ）は、比較例１の像面湾曲量を示す非点収差図である。図２５（ａ）および図２５（ｂ）からわかるように、色補正不足の状態であり、フォーカスが合っていない波長のスポット幅が大きくなってしまっている。
（比較例２）
図２６は、比較例２の撮像装置２０２を示す断面図である。撮像装置２０２は、２枚組撮像光学系２４０と、カバーガラス２４３と、撮像素子２４４と、絞り２４５とを備える。２枚組撮像光学系２４０は、凹レンズ２４１および凸レンズ２４２の２枚のレンズを備える。撮像装置２０２は、実施例１の撮像装置１０１の凸レンズ２２（図４）のアッベ数を２７．９から４５に変更した撮像装置である。
比較例２の条件下ではＰ１＝９．７４となり、Ｐ１の値は条件式（１）の上限値９．０を超えている。比較例２のスポット径のＲＭＳ値の規格値は２．２０であり、スポット径が大きすぎ性能がよくない。
図２７（ａ）は、比較例２の色収差を示す球面収差図であり、図２７（ｂ）は、比較例２の像面湾曲量を示す非点収差図である。図２７（ａ）および図２７（ｂ）からわかるように、色補正過剰の状態であり、フォーカスが合っていない波長のスポット幅が大きくなってしまっている。
本発明は、超広角での撮影が求められる技術分野において特に有用である。例えば、車載カメラや監視カメラの分野において特に有用である。
１１、２１、５１、７１、９１、１１１、１３１、１５１、１７１、１９１、２２１、２４１ 凹レンズ
１２、２２、５２、７２、９２、１１２、１３２、１５２、１７２、１９２、２２２、２４２ 凸レンズ
１３、２３、５３、７３、９３、１１３、１３３、１５３、１７３、１９３、２２３、２４３ カバーガラス
１４、２４、５４、７４、９４、１１４、１３４、１５４、１７４、１９４、２２４、２４４ 撮像素子
１５、２５、５５、７５、９５、１１５、１３５、１５５、１７５、１９５、２２５、２４５ 絞り
１６ 光
１７ 回折格子
１８、１９６ 保護膜
１０、２０、５０、７０、９０、１１０、１３０、１５０、１７０、１９０、２２０、２４０ ２枚組撮像光学系
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、２０１、２０２ 撮像装置
本発明は、撮像光学系およびそれを備えた撮像装置に関し、特に、小型で且つ高画角においても色収差が良好に補正された超広角レンズに関する。
車載用途や監視用途として、小型で広角の撮像光学系が要望されている。しかしながら、非球面レンズのみを有する光学系ではレンズ枚数が５枚以上と多くなるため、光学長が長くなるという問題や材料コストがかかるという問題があった。レンズ枚数を削減する方法として、回折格子を用いたレンズ構成が提案されている（特許文献１、２および３参照）。回折格子は逆分散性および異常分散性を有し、大きな色収差補正能力を備えている。
特許文献１では、回折格子がもつ色収差補正能力を利用した３枚構成のレンズが提案されている。特許文献２では、さらに枚数が削減された２枚構成の広角撮像レンズが提案されている。特許文献３では、光学系の焦点距離と回折格子の焦点距離の比を調整し、色収差を補正したレンズが提案されている。
特開平１０−１１１４４９号公報 特開２００５−１２８２７３号公報 特開２０００−２８９１３号公報
しかし、特許文献１では枚数を削減しているものの依然３枚以上のレンズ構成であるため、材料や組立てコストが高くなる。また、光学長が長くなるという問題がある。
特許文献２では、２枚構成ではあるが、画角が１４０°までのレンズしか開示されておらず、さらに広角のレンズは示唆されていない。本願発明者らの検討によれば、特許文献２に開示されたレンズを使用した場合、１４０°以上の高画角から入射する光線は大きな色収差を発生する。したがって、特許文献２に開示された２枚のレンズ構成では、例えば１５０°以上の超広角の撮像を実現することができない。
特許文献３では、光学系の焦点距離と回折格子の焦点距離の比を調整し、色収差補正を試みているが、画角７０°以下の低画角のレンズ構成が対象であり、超広角の撮像には適用できない。また、３枚以上のレンズ構成であるため、材料や組立てコストが高くなるとともに、光学長が長くなるという問題がある。
本発明は、レンズの枚数が２枚の光学系でありながら色収差が良好に補正された超広角の撮像光学系およびそれを備えた撮像装置を提供する。
本発明の２枚組撮像光学系は、凹レンズと、回折格子が設けられた凸レンズとを備えた２枚組撮像光学系であって、下記の式（１）
４．５ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ９．０ （１）
を満たすことを特徴とし、ここで、ｆは前記２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、ｆaは前記回折格子を除いたときの前記２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、νdは前記凸レンズの材料のｄ線でのアッベ数である。
ある実施形態によれば、前記２枚組撮像光学系が下記の式（２）
５．０ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ７．３ （２）
を満たす。
ある実施形態によれば、前記２枚組撮像光学系が下記の式（３）
５．２ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ６．８ （３）
を満たす。
ある実施形態によれば、前記凹レンズはメニスカス凹レンズである。
ある実施形態によれば、前記メニスカス凹レンズが下記の式（４）
２．８ ＜ Ｐ２＝（Ｃｌ1／Ｃｌ2）・ｎd1 ＜ ４．５ （４）
を満たし、ここで、Ｃｌ1は前記メニスカス凹レンズの撮像対象側の面の有効半径であり、Ｃｌ2は前記メニスカス凹レンズの像側の面の有効半径であり、ｎd1は前記メニスカス凹レンズのｄ線での屈折率である。
ある実施形態によれば、前記メニスカス凹レンズが下記の式（５）
ｎd1 ＞ １．５ （５）
を満たす。
ある実施形態によれば、前記２枚組撮像光学系が下記の式（６）
Ｐ３＝ｈ／[（１ − ｜Ｄｓ｜／１００）・ｆ] ＞ ３．４ （６）
を満たし、ここで、ｈは像高であり、Ｄｓは前記２枚組撮像光学系のディストーション値である。
ある実施形態によれば、前記凹レンズはガラス材料から形成されている。
ある実施形態によれば、前記凹レンズは両面ともに球面形状を有する。
ある実施形態によれば、前記回折格子は、前記凸レンズの両面のうちの一方の面に設けられており、他方の面には設けられていない。
本発明の撮像装置は、前記２枚組撮像光学系と、前記２枚組撮像光学系の画角と入射光量を規定する絞りと、前記２枚組撮像光学系によって形成された像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、１５０°以上の超広角をレンズ枚数が２枚の光学系で実現することができる。レンズ枚数が２枚であるため、小型化が実現できるとともに、コストも低減させることができる。本発明によれば、小型化と広い視野を実現した撮像装置を提供することができる。本発明は、周辺監視などに用いられる車載用や防犯用の監視カメラなど幅広い用途に適用できる。
本発明の実施形態による撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は回折格子が形成された凸レンズの平面図であり、（ｂ）は回折格子が形成された凸レンズの断面図であり、（ｃ）は回折格子の表面が保護膜で覆われた凸レンズの断面図である。 （ａ）は、回折格子を有さない凸レンズが光を屈折させる様子を示す図であり、（ｂ）は、回折格子が光を回折させる様子を示す図であり、（ｃ）は、回折格子が形成された凸レンズを透過した光が結像する様子を示す図である。 本発明の実施例１の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例１の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例１の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例１の撮像装置のスポット径のＲＭＳ値とＰ１値との関係を示すグラフである。 本発明の実施例２の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例２の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例２の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例３の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例３の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例３の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例４の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例４の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例４の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例５の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例５の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例５の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例６の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例６の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例６の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例７の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例７の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例７の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例８の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施例８の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は本発明の実施例８の撮像装置の非点収差図である。 本発明の実施例９の撮像装置を示す断面図である。 本発明の実施例９の撮像装置の回折効率の波長依存性を示すグラフである。 本発明の実施例１から８の撮像装置のスポット径のＲＭＳ値とＰ１値との関係を示すグラフである。 比較例１の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は比較例１の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は比較例１の撮像装置の非点収差図である。 比較例２の撮像装置を示す断面図である。 （ａ）は比較例２の撮像装置の球面収差図であり、（ｂ）は比較例２の撮像装置の非点収差図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による撮像装置１００を示す断面図である。撮像装置１００は、２枚組撮像光学系１０と、カバーガラス１３と、撮像素子１４と、絞り１５とを備える。２枚組撮像光学系１０は、凹レンズ１１および凸レンズ１２の２枚のレンズを備える。撮像対象である物体側（図１では左側）に凹レンズ１１が配置され、撮像素子１４側に凸レンズ１２が配置されている。カバーガラス１３は撮像素子１４表面を保護している。絞り１５は、２枚組撮像光学系１０の画角と入射光量を規定する。
撮像対象から撮像装置１００へ入射した光１６は、凹レンズ１１、凸レンズ１２およびカバーガラス１３を透過して、撮像素子１４上で像として観測される。
レンズで発生する収差を低減するためには、レンズ面に入射する光線の入射角および屈折角を小さくすることが望ましい。絞り１５を凸レンズ１２の像面側に設置すれば、高画角から入射する光線に対しても、レンズ面上（特にメニスカス凹レンズ上）での光線の入射角および屈折角を小さくできる。絞り１５は、凸レンズ１２の物体側か像面側の近傍に設置するのが望ましい。
凸レンズ１２の少なくとも一方の面には、正のパワーを有する回折格子が付加されており、これにより、屈折系で発生するレンズの色収差を補正することができる。
図２（ａ）は回折格子１７が形成された凸レンズ１２の平面図であり、図２（ｂ）は回折格子１７が形成された凸レンズ１２の断面図である。図２（ａ）に示すように、凸レンズ１２には同心円状に回折格子１７が形成されている。図２（ｂ）に示す例では、回折格子１７は凸レンズ１２の片方の面のみに形成されているが、両方の面に形成されていてもよい。なお、図２（ｃ）に示すように、回折格子１７の表面は保護膜１８で覆われていてもよい。
図３は、回折格子１７が色収差を補正するしくみを説明する図である。図３（ａ）は、回折格子１７を有さない凸レンズ１２（屈折系のみ）が光を屈折させる様子を示している。凸レンズ１２の屈折作用により、凸レンズ１２を透過した光のうちの短波長の光はレンズ手前側で結像し、長波長の光はレンズのより遠方で結像する。すなわち、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂのうちの青色光Ｂは凸レンズ１２に近い側で結像し、赤色光Ｒは凸レンズ１２から遠い側で結像する。このように、光の波長域によって結像する位置が異なることにより色収差が生じる。
図３（ｂ）は、回折格子１７が光を回折させる様子を示している。回折格子１７の回折作用により、回折格子１７を透過した光のうちの長波長の光はレンズ手前側で結像し、短波長の光はレンズのより遠方で結像する。すなわち、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂのうちの赤色光Ｒは回折格子１７に近い側で結像し、青色光Ｂは回折格子１７から遠い側で結像する。
そこで、青色光Ｂが近い側で結像する凸レンズ１２に、青色光Ｂが遠い側で結像する回折格子１７を付与することにより、青色光Ｂが結像する位置を補正することができる。また、赤色光Ｒが遠い側で結像する凸レンズ１２に、赤色光Ｒが近い側で結像する回折格子１７を付与することにより、赤色光Ｒが結像する位置を補正することができる。図３（ｃ）は、回折格子１７が形成された凸レンズ１２を透過した光が結像する様子を示している。回折格子１７が色収差補正を行うことにより、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを同じ位置で結像させることができる。
回折格子１７を含む２枚組撮像光学系２０全体のレンズパワーと、回折格子１７を除いた屈折系のみでのレンズパワーとの割合を調整することにより、色収差補正を制御することができる。通常、レンズのパワーは焦点距離の逆数で求められる。また、２枚組レンズでは高画角になるほど色収差が大きく発生しやすい。１５０°以上の超高画角から入射する光線に対してもレンズの収差を良好に補正するためには、レンズ材料の屈折率の波長分散も考慮する必要がある。屈折率の波長分散はアッベ数で定義されており、アッベ数が小さいほど屈折率の波長分散が大きい。したがって、アッベ数が小さいほど全体のレンズパワーに占める屈折系のパワーの割合を小さくし、回折格子のパワーの割合を高める必要がある。
本願発明者らは、アッベ数と焦点距離との関係を研究し、それらの関係が下記の式（１）を満たすときに、適切に収差補正を行えることを見出した。
４．５ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ９．０ （１）
ここで、ｆは２枚組撮像光学系２０の有効焦点距離、ｆaは回折格子１７を除いた２枚組撮像光学系２０の屈折系のみの有効焦点距離、νdは凸レンズ材料のｄ線でのアッベ数である。有効焦点距離ｆおよびｆaは波長５５０ｎｍのときのものである。２枚組撮像光学系２０は式（１）を満足する。
なお、次の式（２）を満足することがより好ましい。
５．０ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ７．３ （２）
さらに、次の式（３）を満足することがより好ましい。
５．２ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ６．８ （３）
ここでは、アッベ数として、凸レンズ１２のアッベ数のみを考慮している。絞り１５を凸レンズ１２近傍（例えば、物体側の面上または像側の面上）に設置した場合、物体側から凹レンズ１１へ入射した光のうちの撮像素子１４まで導かれる光の光束幅は小さくなる。したがって、凹レンズ１１への入射光のうちの考慮すべき光に関しては、各画角における上限光線と下限光線との屈折角差は小さい。一方、光学系後方（像面側）に設置された凸レンズ１２へ入射する光線の光束幅はレンズ有効径いっぱいに広がり、上限光線と下限光線とで屈折角に差が生じる。この屈折角差が色収差を引き起こすため、凸レンズ１２の屈折率の波長分散（＝アッベ数）を重視して色収差補正をする必要がある。上記条件式（１）〜（３）の数値範囲を満足することが好ましい理由は後述する。
また、凹レンズ１１は、物体（撮像対象）側の面が凸形状である、いわゆるメニスカス凹レンズであることが望ましい。これにより、物体側から凹レンズ１１へ高画角で入射する光線の入射角度を小さくすることができ、表面での反射ロスを低減することができる。このとき、メニスカス凹レンズ１１が下記条件式（４）を満たすことが望ましい。
２．８ ＜ Ｐ２＝（Ｃｌ1／Ｃｌ2）・ｎd1 ＜ ４．５ （４）
ここで、Ｃｌ1はメニスカス凹レンズ１１の物体側の面の有効半径、Ｃｌ2はメニスカス凹レンズ１１の像側の面の有効半径、ｎd1はメニスカス凹レンズ１１のｄ線での屈折率である。式（４）の下限値を超えると１４５°以上の光線をレンズに通すためには光学長が長くなってしまい、複数枚レンズの光学長と変わらなくなってしまう。また、式（４）の上限値を超えるとレンズ面に入射する光線の入射角や屈折角が大きくなり各収差の低減が難しくなる。
また、メニスカス凹レンズ１１が下記条件式（５）を満たすことがより望ましい。
ｎd1 ＞ １．５ （５）
物体側に設置する凹レンズ１１の役目は、高画角から急な角度で入射する光線の傾斜角度を、高い屈折力で光軸に対しゆるやかにすることであり、これによりレンズ系全体として収差を低減することができる。このため、凹レンズ１１の屈折率は高いことが望ましい。ｎd1が式（５）の下限値１．５以下になると、高画角での屈折力を補うために、凹レンズ１１の物体側の面を凹面にする必要が生じる。
また、２枚組撮像光学系１０が下記条件式（６）を満たすことが望ましい。
Ｐ３＝ｈ／[（１ − ｜Ｄｓ｜／１００）・ｆ] ＞ ３．４ （６）
ここで、ｈは像高、Ｄｓは２枚組撮像光学系１０のディストーション値である。この条件を満足するように設計することで１５０°以上の超広角化レンズを実現することができる。
また、凹レンズ１１は、物体側に設置することから、ガラス材料で形成することが望ましい。ガラスは樹脂材料などに比べ硬度が高いため、外界からの接触等の衝撃に強いからである。
また、凹レンズ１１をガラス材料で形成する場合、両面とも球面形状とすることが望ましい。球面形状であれば研磨加工で作製することができ、プレス成形や切削加工に比べてコストが安くなるからである。
また、凹レンズ１１がメニスカス凹レンズであるとき、メニスカス凹レンズ１１の凹面の有効半径は、凹面の深さよりも大きくすることが望ましい。メニスカス凹レンズ１１を薄型化することにより、材料コストを低減すると共にレンズ加工を容易にすることができる。また、メニスカス凹レンズ１１のそりを低減するとともに、強度を高めることができる。また、メニスカス凹レンズ１１の厚さを薄くすることで、２枚組撮像光学系１０をより薄型化することができる。
また、凸レンズ１２の両面に回折格子１７を付加してもよいが、どちらか一方の面のみに設置するのが望ましい。回折格子１７はある特定波長の光に対しては回折効率を１００％にすることができるが、それ以外の波長域の光に対しては効率が低下する。したがって、撮像用途で用いる場合、回折効率の低下を抑制するために、片面のみに回折格子１７を付加することが望ましい。片面のみの回折格子付加は、両面付加に比べて製造のし易さも向上するためコスト的なメリットも高い。
また、白色領域における回折効率を向上させる目的として、ある特定条件の屈折率を持つ膜材料を回折格子１７上に付加してもよい。
また、レンズの非球面形状は下記の非球面式（７）で表される。
Figure 2009153953
 式（７）はｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸の周りの回転で形成される非球面を表す式である。ｃは中心曲率である。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは２次曲面からのずれを表す係数である。係数はＥまでとれば十分であるが、それ以上の次数で構成してもよいし、逆に、それ以下でもよく、任意である。また、Ｋの値によって、以下のような非球面となる。
Ｋ＞０の場合、短径を光軸とする楕円面
Ｋ＝０の場合、球面
−１＜Ｋ＜０の場合、長径を光軸とする楕円面
Ｋ＝−１の場合、放物面
Ｋ＜−１の場合、双曲面
また、レンズの回折面は、位相関数法を用いて設計する。位相関数法はレンズ面に回折格子があると仮定し、その面で次式（８）で表される波面の位相変換を行う。
Figure 2009153953
 ここで、φは位相関数、Ψは光路差関数、ｈは径方向の距離である。ａ2、ａ4、ａ6、ａ8、ａ10は係数である。係数はａ10までとれば十分であるが、それ以上の次数で構成してもよいし、逆に、それ以下でもよく、任意である。回折次数は１次である。
また、実際の製造においては、位相関数をもとに材料の屈折率差と設計波長から回折格子のサグ量を計算して、基材表面上に回折格子を形成する。
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。
（実施例１）
図４は、実施例１の撮像装置１０１を示す断面図である。撮像装置１０１は、２枚組撮像光学系２０と、カバーガラス２３と、撮像素子２４と、絞り２５とを備える。２枚組撮像光学系２０は、凹レンズ２１および凸レンズ２２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ２２の像面側に絞り２５を配置し、凸レンズ２２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凹レンズ２１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例１の撮像装置１０１の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．６ｍｍ
ｆ＝１．８４５６ｍｍ
ｆa＝２．３５５５ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０９０ｍｍ
Ｃｌ2＝１．３８９ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６７．３％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 16.09058 1.052185 1.689175 49.9
2 1.439873 1.841324
3 2.559651 2.230632 1.585000 27.9
4 -2.36292 0.000000
5（絞り） 無限 1.262623
6 無限 0.550930 ＢＫ7
7 無限 1.638462
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０１８９２５７
Ｂ＝０．００３９４４５３
Ｃ＝−０．００８３５３３４
Ｄ＝０．００１９６２０３
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０３８２５７８
Ｂ＝−０．１６７９３６
Ｃ＝０．２５１３４３
Ｄ＝−０．０８１８２７１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３２１５００
ａ4＝−０．００９２０４７６
ａ6＝０．０９４８６４８
ａ8＝−０．１２７０４０
ａ10＝０．００９５４８０８
このような数値データから、
Ｐ１＝６．０４
Ｐ２＝３．７６
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図５（ａ）は、実施例１の色収差を示す球面収差図であり、図５（ｂ）は、実施例１の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図５（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
図６は、実施例１におけるアッベ数とスポット径との関係を示す図である。図６は、２枚組撮像光学系２０全体のパワーと回折格子１７を除いた２枚組撮像光学系２０のパワーとを一定に保ったまま、凸レンズ２２のアッベ数を変化させた際のスポット径（直径）のＲＭＳ値（平均自乗平方根）の変化を表す。スポット径の評価画角として７割像高を代表値とするのがよい。７割像高までの性能がよければ画像全体としても性能が概ね満足されるためである。入射瞳を通過する光線本数を８０本、波長を６４０：５５０：４４０＝１：２：１として評価した。また、縦軸はスポット径のＲＭＳ値を最小値で規格化したものである。横軸は、条件式（１）のＰ１値である。ＲＭＳ値は、入射瞳を通過する光線の１σの値であり、小さいほどレンズ性能がよいことを示し、スポット径のＲＭＳ値が撮像素子の画素サイズ（１画素）と一致するように設計するのが理想である。本実施例でも１画素のサイズがスポット径のＲＭＳ値の最小値と一致するように撮像素子を選択した。撮像装置の使用目的に応じて選択される画素サイズは異なるが、本発明は画素サイズに関係なく適用することができる。
図６より、Ｐ１の値を４．５＜Ｐ１＜９．０とすることにより、ＲＭＳ値の規格値を２以下とすることができる。ＲＭＳ値の規格値が２というのは、スポット径が基準値より２倍大きいということである。通常はスポットが１画素以内におさまるように設計するが、これが２画素分以上となると両隣の画素それぞれの中央位置を越えた大きさとなるため、隣の画素への影響が大きくなり好ましくない。したがって、ＲＭＳ値の規格値は２以下とする必要がある。すなわち、Ｐ１が９．０以上となるとＲＭＳ値の規格値が大きくなりすぎ、撮像レンズとしての性能が悪化する。これは、凸レンズ２２の材料の屈折率の波長分散が小さく、色収差補正が過剰すぎることが原因である。また、Ｐ１が４．５以下となってもＲＭＳ値の規格値が大きくなりすぎ、撮像レンズとしての性能が悪化する。これは、色収差補正が不足していることが原因である。
なお、Ｐ１の値を５．０＜Ｐ１＜７．３とすることにより、ＲＭＳ値の規格値を約１．５未満とすることができ、色収差をより良好に低減できる。このとき、隣の画素へ影響する色収差は目立たなくなる。さらに、Ｐ１の値を５．２＜Ｐ１＜６．８とすることにより、ＲＭＳ値の規格値を約１．２未満とすることができ、さらに良好に色収差補正ができる。このとき、ベストな状態（ＲＭＳ値１）に比べ、解像度の低下を５〜１５％以内に抑えることができるため、ベストな状態と遜色ない良好なレンズ性能が得られる。
（実施例２）
図７は、実施例２の撮像装置１０２を示す断面図である。撮像装置１０２は、２枚組撮像光学系５０と、カバーガラス５３と、撮像素子５４と、絞り５５とを備える。２枚組撮像光学系５０は、凹レンズ５１および凸レンズ５２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ５２の物体側に絞り５５を配置し、凸レンズ５２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凹レンズ５１と凸レンズ５２との間に絞り５５を配置することで、撮像素子５４に入射する光の入射角を小さくすることができる。凹レンズ５１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例２の撮像装置１０２の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝１０．４ｍｍ
ｆ＝１．９００４ｍｍ
ｆa＝２．４２８８ｍｍ
Ｃｌ1＝２．６９２ｍｍ
Ｃｌ2＝１．５５０ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６８．３％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 12.35704 0.519999 1.77250 49.62
2 1.686732 3.29229
3（絞り） 無限 0.241345
4 2.655821 2.047438 1.585000 27.9
5 -4.63202 1.010682
6 無限 0.440999 ＢＫ7
7 無限 2.845853
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−０．７９６８３４
Ａ＝−０．００６７０１４６
Ｂ＝０．０３８０９８８
Ｃ＝−０．０３６４１１１
Ｄ＝０．０１３２８４０
Ｅ＝５．８２３２０ｅ−０１６
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝３．７４９９９２
Ａ＝０．０６７００４２
Ｂ＝−０．０７５８０９２
Ｃ＝０．０６２１３８７
Ｄ＝−０．０１５２９７２
Ｅ＝５．８２４１５５ｅ−０１６
（第５面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２５６５１７
ａ4＝−０．０２５２２０８
ａ6＝０．０４９７２３９
ａ8＝−０．０３７６５８７
ａ10＝０．００９６５８２０
このような数値データから、
Ｐ１＝６．０７
Ｐ２＝３．０８
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図８（ａ）は、実施例２の色収差を示す球面収差図であり、図８（ｂ）は、実施例２の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図８（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例２においても、凸レンズ５２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例３）
図９は、実施例３の撮像装置１０３を示す断面図である。撮像装置１０３は、２枚組撮像光学系７０と、カバーガラス７３と、撮像素子７４と、絞り７５とを備える。２枚組撮像光学系７０は、凹レンズ７１および凸レンズ７２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ７２の物体側に絞り７５を配置している。凹レンズ７１と凸レンズ７２との間に絞り７５を配置することで、撮像素子７４に入射する光の入射角を小さくすることができる。凸レンズ７２の物体側および像側の両方の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凸レンズ７２の両面に回折格子１７を形成することで、色収差をより効率よく補正することができる。凹レンズ７１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例３の撮像装置１０３の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝１０．４ｍｍ
ｆ＝１．８１３６ｍｍ
ｆa＝２．２４５１ｍｍ
Ｃｌ1＝３．５５９ｍｍ
Ｃｌ2＝１．８４０ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６６．８％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 4.888790 0.519999 1.77250 49.62
2 1.841767 4.104826
3（絞り） 無限 0.447600
4 4.624231 1.395179 1.585000 27.9
5 -2.826984 1.010682
6 無限 0.440999 ＢＫ7
7 無限 2.546085
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−５．３１４４１２
Ａ＝−０．００１８２３４５
Ｂ＝−０．０２９２３７５
Ｃ＝０．０２１８５８６
Ｄ＝−０．００７４６９９６
Ｅ＝１．５０３１０９ｅ−０１５
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝１．８２０４０１
Ａ＝０．０３２８６７４
Ｂ＝−０．０２９２１５０
Ｃ＝０．０１８８４２７
Ｄ＝−０．００３６９９８９
Ｅ＝１．５１３２０７ｅ−０１５
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝０．０１２２４６０
ａ4＝０．０１３０９２７
ａ6＝−０．０３２５５２５
ａ8＝０．０１８８７６９
ａ10＝−０．００４３３５８９
（第５面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３４６９６６
ａ4＝−０．０１１０５８８
ａ6＝０．０１７０８５９
ａ8＝−０．００９５４６１９
ａ10＝０．００２０５９３３
このような数値データから、
Ｐ１＝５．３６
Ｐ２＝３．４３
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図１０（ａ）は、実施例３の色収差を示す球面収差図であり、図１０（ｂ）は、実施例３の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１０（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例３においても、凸レンズ７２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例４）
図１１は、実施例４の撮像装置１０４を示す断面図である。撮像装置１０４は、２枚組撮像光学系９０と、カバーガラス９３と、撮像素子９４と、絞り９５とを備える。２枚組撮像光学系９０は、凹レンズ９１および凸レンズ９２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ９２の物体側に絞り９５を配置し、凸レンズ９２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。凹レンズ９１と凸レンズ９２との間に絞り９５を配置することで、撮像素子９４に入射する光の入射角を小さくすることができる。また、凹レンズ９１は非球面レンズであり、これにより収差の発生を低減させることができる。凹レンズ９１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例４の撮像装置１０４の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝１０．４ｍｍ
ｆ＝１．８６８１ｍｍ
ｆa＝２．３６９６ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０１２ｍｍ
Ｃｌ2＝１．７０２ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６７．７％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 8.832398 0.519999 1.77250 49.62
2 1.901274 3.656274
3（絞り） 無限 0.370350
4 3.442368 1.689756 1.585000 27.9
5 -3.600489 1.010682
6 無限 0.440999 ＢＫ7
7 無限 2.720011
（第１面の非球面係数）
Ｋ＝１．３７６６９２
Ａ＝０．０１０４３６６
Ｂ＝−０．００１４２５２４
Ｃ＝７．０５０２６９ｅ−００５
Ｄ＝−１．４９２４４３ｅ−００６
（第２面の非球面係数）
Ｋ＝０．０９４５０４７
Ａ＝０．０１３６７５４
Ｂ＝０．００７４１５７０
Ｃ＝−０．００２３４６３６
Ｄ＝０．０００６３４７００
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−０．７９６８３４
Ａ＝−０．０１３０９４０
Ｂ＝０．０２９７９４２
Ｃ＝−０．０１９５９８５
Ｄ＝０．００５０１８９４
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝３．７４９９９２
Ａ＝０．０６４８０５７
Ｂ＝−０．０７３９１９０
Ｃ＝０．０５２７９２０
Ｄ＝−０．０１０８７４６
（第５面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２５８１７８
ａ4＝−０．０２４８８５７
ａ6＝０．０４６６２３４
ａ8＝−０．０３０８８１５
ａ10＝０．００６８２３２４
このような数値データから、
Ｐ１＝５．９０
Ｐ２＝３．１４
Ｐ３＝３．７３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
図１２（ａ）は、実施例４の色収差を示す球面収差図であり、図１２（ｂ）は、実施例４の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さで、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１２（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例４においても、凸レンズ９２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例５）
図１３は、実施例５の撮像装置１０５を示す断面図である。撮像装置１０５は、２枚組撮像光学系１１０と、カバーガラス１１３と、撮像素子１１４と、絞り１１５とを備える。２枚組撮像光学系１１０は、凹レンズ１１１および凸レンズ１１２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１１２の像面側に絞り１１５を配置し、凸レンズ１１２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。また、凹レンズ１１１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例５の撮像装置１０５の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５１°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．１ｍｍ
ｆ＝１．８５０７ｍｍ
ｆa＝２．２０９６ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０５５ｍｍ
Ｃｌ2＝１．４３５ｍｍ
ｈ＝２．２４ｍｍ
Ｄｓ＝−６８．２％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 24.24031 1.052185 1.689175 49.9
2 1.511129 1.841324
3 1.778637 2.230632 1.585000 40.0
4 -3.081994 0.000000
5（絞り） 無限 1.262623
6 無限 0.550930 ＢＫ7
7 無限 1.181923
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０１８２３６５
Ｂ＝０．００９０８５４９
Ｃ＝−０．０１３９３８０
Ｄ＝０．００３８９７２５
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０６９３３５７
Ｂ＝−０．２１３９１７
Ｃ＝０．０１２６１０８
Ｄ＝０．６０４３９９
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２７９９３２
ａ4＝−０．０１３０６９４
ａ6＝０．０６９１８１５
ａ8＝０．２６１７７４
ａ10＝−０．７６８４０９
このような数値データから、
Ｐ１＝６．５０
Ｐ２＝３．６０
Ｐ３＝３．８１
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、凸レンズ１１２の材料としてアッベ数４０の材料を用いたため、アッベ数２７．９の材料を用いた実施例１〜４に比べて回折格子１７による色補正が少なくて済み、ｆaの値が小さくなっている。回折格子１７による色補正が少なくて済むことで、回折格子１７の輪帯数を減らすことができ、レンズ加工を容易にすることができる。
図１４（ａ）は、実施例５の色収差を示す球面収差図であり、図１４（ｂ）は、実施例５の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１４（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例５においても、凸レンズ１１２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られ、凸レンズ１１２の材料のアッベ数を変更しても、条件式（１）が最適な範囲となる。
（実施例６）
図１５は、実施例６の撮像装置１０６を示す断面図である。撮像装置１０６は、２枚組撮像光学系１３０と、カバーガラス１３３と、撮像素子１３４と、絞り１３５とを備える。２枚組撮像光学系１３０は、凹レンズ１３１および凸レンズ１３２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１３２の像面側に絞り１３５を配置し、凸レンズ１３２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。また、凹レンズ１３１はガラス材料から形成されており、耐衝撃性を高めている。
以下に、実施例６の撮像装置１０６の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５２°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝７．９ｍｍ
ｆ＝１．８５０７ｍｍ
ｆa＝２．１０７７ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０７６ｍｍ
Ｃｌ2＝１．４７６ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６９．１％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 28.92876 1.052185 1.689175 49.9
2 1.569439 1.841324
3 1.602864 2.230632 1.585000 50.0
4 -3.382609 0.000000
5（絞り） 無限 1.262623
6 無限 0.550930 ＢＫ7
7 無限 0.959707
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０２０７９９１
Ｂ＝０．００７９７０５１
Ｃ＝−０．０１４３５８１
Ｄ＝０．００２７７１０２
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．１０１２１７
Ｂ＝−０．３７９９３５
Ｃ＝０．４９７１３５
Ｄ＝０．０３０２４９１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０２２６７９４
ａ4＝−０．０３４１５３８
ａ6＝０．２４６５４４
ａ8＝−０．３３５０５６
ａ10＝−０．０３０９１６６
このような数値データから、
Ｐ１＝６．１０
Ｐ２＝３．５２
Ｐ３＝３．９３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、凸レンズ１３２の材料としてアッベ数５０の材料を用いたため、アッベ数２７．９を用いた実施例１〜４に比べて回折格子による色補正が少なくて済み、ｆaの値が小さくなっている。回折格子１７による色補正が少なくて済むことで、回折格子１７の輪帯数を減らすことができ、レンズ加工を容易にすることができる。
図１６（ａ）は、実施例６の色収差を示す球面収差図であり、図１６（ｂ）は、実施例６の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１６（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例６においても、凸レンズ１３２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られ、凸レンズ１３２の材料のアッベ数を変更しても、条件式（１）が最適な範囲となる。
（実施例７）
図１７は、実施例７の撮像装置１０７を示す断面図である。撮像装置１０７は、２枚組撮像光学系１５０と、カバーガラス１５３と、撮像素子１５４と、絞り１５５とを備える。２枚組撮像光学系１５０は、凹レンズ１５１および凸レンズ１５２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１５２の像面側に絞り１５５を配置し、凸レンズ１５２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。
以下に、実施例７の撮像装置１０７の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１６０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．２ｍｍ
ｆ＝１．７５５１ｍｍ
ｆa＝２．２６７６ｍｍ
Ｃｌ1＝３．０９５ｍｍ
Ｃｌ2＝１．３３０ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−７７．４％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 14.43949 1.000572 1.692884 49.5
2 1.360261 1.751001
3 2.416304 2.121213 1.585000 27.9
4 -2.280809 0.000000
5（絞り） 無限 1.200687
6 無限 0.523905 ＢＫ7
7 無限 1.562170
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０２４６６０６
Ｂ＝０．０１１０７８６
Ｃ＝−０．０１５２７８１
Ｄ＝０．００３９５６３３
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０２０９１８２
Ｂ＝−０．０９７２１８２
Ｃ＝０．１３１２０７
Ｄ＝０．００９６９３６２
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３５２９５５
ａ4＝０．００４０４８２３
ａ6＝０．０４２６８４９
ａ8＝−０．０２７３２２２
ａ10＝−０．０７７４６１９
このような数値データから、
Ｐ１＝６．３１
Ｐ２＝３．９３
Ｐ３＝５．６７
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、画角ωが１６０°と広い撮像装置が実現できている。
図１８（ａ）は、実施例７の色収差を示す球面収差図であり、図１８（ｂ）は、実施例７の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図１８（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例７においても、凸レンズ１５２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例８）
図１９は、実施例８の撮像装置１０８を示す断面図である。撮像装置１０８は、２枚組撮像光学系１７０と、カバーガラス１７３と、撮像素子１７４と、絞り１７５とを備える。２枚組撮像光学系１７０は、凹レンズ１７１および凸レンズ１７２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１７２の像面側に絞り１７５を配置し、凸レンズ１７２の像側の非球面の包絡面上に回折格子１７（図２）が形成されている。また、凹レンズ１７１は非球面レンズであり、これにより収差の発生を低減させることができる。
以下に、実施例８の撮像装置１０８の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１７０°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝７．４ｍｍ
ｆ＝１．６３７８ｍｍ
ｆa＝２．０３４２ｍｍ
Ｃｌ1＝３．６０２ｍｍ
Ｃｌ2＝１．２６８ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−８８．０％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 55.04482 0.927249 1.524700 56.2
2 1.343455 1.622685
3 3.021424 1.965768 1.585000 27.9
4 -1.789619 -0.0231812
5（絞り） 無限 1.112699
6 無限 0.485513 ＢＫ7
7 無限 1.339597
（第１面の非球面係数）
Ｋ＝−８１
Ａ＝０．００３１７５４１４２２０７８６７２
Ｂ＝−０．０００１８５００６５４９７５４６３３
Ｃ＝３．５７９９４７８９５１３９３ｅ−００６
（第２面の非球面係数）
Ｋ＝０．１２１
Ａ＝０．０１９３６３１１８７１２８４０４
Ｂ＝０．０１３７４８９６７４５４９００４
Ｃ＝−０．０２６２０３３２２１８１４２６９
Ｄ＝０．０１４２４１５３８４３３３９１
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝−３．３１
Ａ＝−０．０１４５８３０９０９１５９２５７
Ｂ＝−０．０２６２３０２０７７１６６４１３
Ｃ＝０．０１６４０８３０１８３３７３９４
Ｄ＝−０．０１８３０３０１５９２５３５７１
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝−１．５
Ａ＝０．０１０１０８２０８５４９１４３５
Ｂ＝−０．２８４２０９７４４９７３２１３
Ｃ＝０．６８６８８３８５２５０５６５
Ｄ＝−０．１７４２２１２４５２８３４３１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３４３８０６４３１１４９５０７
ａ4＝−０．０２２４１３１１１９７４５００９
ａ6＝０．２６２８１８０４１７２０２８７
ａ8＝−０．５７２４２１６１１３７９８５１
このような数値データから、
Ｐ１＝５．４４
Ｐ２＝４．３３
Ｐ３＝１１．４３
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。また、画角ωが１７０°と広い撮像装置が実現できている。また、光学長Ｌが７．４ｍｍと短く、その分だけ撮像装置を薄型化することができる。
図２０（ａ）は、実施例８の色収差を示す球面収差図であり、図２０（ｂ）は、実施例８の像面湾曲量を示す非点収差図である。球面収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は光線が入射瞳に入る高さであり、光線が光軸と交わる位置をプロットした図になっている。ここで、ＣはＣ線（６５６．２７ｎｍ）、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）であり、これらの結像位置の差が軸上色収差量である。非点収差図において、横軸は光軸方向の距離、縦軸は像の高さである。したがって、縦軸からの距離が各像高における像面湾曲収差量である。ここで、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルを表し、それぞれ、点線、実線で示す。
図２０（ｂ）の非点収差図から、高画角においても色収差が補正されていることが確認できる。
また、実施例８においても、凸レンズ１７２のアッベ数を変化させた際の、即ち定数Ｐ１の値を変化させた際のスポット径のＲＭＳ値の変化に関しては、実施例１と近似した結果が得られた。
（実施例９）
図２１は、実施例９の撮像装置１０９を示す断面図である。撮像装置１０９は、２枚組撮像光学系１９０と、カバーガラス１９３と、撮像素子１９４と、絞り１９５とを備える。２枚組撮像光学系１９０は、凹レンズ１９１および凸レンズ１９２の２枚のレンズを備える。
凸レンズ１９２は、実施例１の凸レンズ２２（図４）に回折格子１７を覆う保護膜１９６を追加したレンズである。この保護膜１９６は、図２（ｃ）に示す保護膜１８に対応している。
以下に、実施例９の撮像装置１０９の数値データを示す。なお、以下のデータにおいて、ωは全画角、Ｆｎｏは口径比、Ｌは光学長（凹レンズの物体側の面頂から像面までの距離）、Ｒは面の曲率半径［ｍｍ］、ｔは面間隔（光軸上の面中心間距離）［ｍｍ］、ｎdは基材のｄ線での屈折率、νdは基材のｄ線でのアッベ数を表す。面番号１、２、３、４、５、６、７はそれぞれ、凹レンズの物体側の面、凹レンズの像側の面、凸レンズの物体側の面、凸レンズの像側の面、絞り、カバーガラスの物体側の面、カバーガラスの像側の面である。また、ｍは回折次数を示す。
ω＝１５１°
Ｆｎｏ＝２．８
Ｌ＝８．６ｍｍ
ｆ＝１．８４６８ｍｍ
ｆa＝２．３５４２ｍｍ
Ｃｌ1＝３．２２４７ｍｍ
Ｃｌ2＝１．３９３１ｍｍ
ｈ＝２．２５ｍｍ
Ｄｓ＝−６９．２％
面番号 Ｒ ｔ ｎd νd
1 16.09058 1.052185 1.689175 49.9
2 1.439873 1.841324
3 2.559651 2.230632 1.585000 27.9
4 -2.36292 0.030000 1.623000 40.0
5 -2.36292 0.000000
6（絞り） 無限 1.262623
7 無限 0.550930 ＢＫ7
8 無限 1.638462
（第３面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝−０．０１８９２５７
Ｂ＝０．００３９４４５３
Ｃ＝−０．００８３５３３４
Ｄ＝０．００１９６２０３
（第４面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０３８２５７８
Ｂ＝−０．１６７９３６
Ｃ＝０．２５１３４３
Ｄ＝−０．０８１８２７１
（第５面の非球面係数）
Ｋ＝０
Ａ＝０．０３８２５７８
Ｂ＝−０．１６７９３６
Ｃ＝０．２５１３４３
Ｄ＝−０．０８１８２７１
（第４面の位相係数）
ｍ＝１
設計波長λ＝５３８ｎｍ
ａ2＝−０．０３２１５００
ａ4＝−０．００９２０４７６
ａ6＝０．０９４８６４８
ａ8＝−０．１２７０４０
ａ10＝０．００９５４８０８
このような数値データから、
Ｐ１＝６．０１
Ｐ２＝３．９１
Ｐ３＝３．９６
となり、条件式（１）を満たしていることがわかる。
実施例９の撮像装置１０９の色収差および像面湾曲量は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した結果と同じ結果が得られた。
凸レンズ１９２の材料として、ポリカーボネート（ｄ線屈折率１．５８５、ｄ線アッベ数２７．９）を用いた。保護膜１９６の材料としてアクリル系の紫外線硬化樹脂に粒径が１０ｎｍ以下の酸化ジルコニウムを分散させた樹脂（ｄ線屈折率１．６２３、ｄ線アッベ数４０．０）を用いた。ここで、回折格子１７の深さは１５μｍである。
図２２は、実施例９の撮像装置１０９における１次回折効率の波長依存性を示すグラフである。図２２より、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光の全領域において回折効率は９５％以上（ほぼ１００％といえる）であり、保護膜１９６により回折効率の波長依存性が低減できていることがわかる。
なお、回折格子１７上の保護膜１９６は、広波長域において回折効率をかなり高く維持することができるため付加することが望ましいが、必ずしも必要となるものではない。無い場合であっても回折効率を約８０％以上に保つことができ、ブレーズ深さが浅く構成も簡易であるといった利点がある。
図２３は、実施例１から９までのＲＭＳ値の規格値を示すグラフである。実施例それぞれにおける最小値で規格化している。
ＲＭＳ値は、入射瞳を通過する光線の１σの値であり、小さいほどレンズ性能がよいことを示し、スポット径（直径）のＲＭＳ値が撮像素子の画素サイズ（１画素）と一致するように設計するのが理想である。ＲＭＳ値の規格値が２であるということは、スポットが左右両隣の画素の中央位置まで占めることを意味する。規格値が２を超えるとスポットが両隣の画素の中央位置を越え、性能に影響を与える。したがって、ＲＭＳ値は、実施例１から９の各スペックのレンズデータにおいて最小値となる値の２倍以内にする必要がある。このときのＰ１の範囲は、図２３より４．５＜Ｐ１＜９．０となる。より好ましくは、ＲＭＳ値を最小値の１．５倍未満にするのがよく、両隣の画素への影響がより少なく色収差の影響が目立たなくなる。このときのＰ１の範囲は５．０＜Ｐ１＜７．３である。さらに好ましくは、ＲＭＳ値を最小値の１．２倍未満にするのがよく、このときのＰ１の範囲は５．２＜Ｐ１＜６．８である。この状態でも、ベストな状態（ＲＭＳ値１）に比べ、解像度の低下を５〜１５％以内に抑えることができるため、ベストな状態と遜色ない良好なレンズが得られる。
次に、上述の実施例１〜９に対する比較例を説明する。
（比較例１）
図２４は、比較例１の撮像装置２０１を示す断面図である。撮像装置２０１は、２枚組撮像光学系２２０と、カバーガラス２２３と、撮像素子２２４と、絞り２２５とを備える。２枚組撮像光学系２２０は、凹レンズ２２１および凸レンズ２２２の２枚のレンズを備える。撮像装置２０１は、実施例１の撮像装置１０１の凸レンズ２２（図４）のアッベ数を２７．９から２０に変更した撮像装置である。
比較例１の条件下ではＰ１＝４．３３となり、Ｐ１の値は条件式（１）の下限値４．５より下になっている。比較例１のスポット径のＲＭＳ値の規格値は２．３０であり、スポット径が大きすぎ性能がよくない。
図２５（ａ）は、比較例１の色収差を示す球面収差図であり、図２５（ｂ）は、比較例１の像面湾曲量を示す非点収差図である。図２５（ａ）および図２５（ｂ）からわかるように、色補正不足の状態であり、フォーカスが合っていない波長のスポット幅が大きくなってしまっている。
（比較例２）
図２６は、比較例２の撮像装置２０２を示す断面図である。撮像装置２０２は、２枚組撮像光学系２４０と、カバーガラス２４３と、撮像素子２４４と、絞り２４５とを備える。２枚組撮像光学系２４０は、凹レンズ２４１および凸レンズ２４２の２枚のレンズを備える。撮像装置２０２は、実施例１の撮像装置１０１の凸レンズ２２（図４）のアッベ数を２７．９から４５に変更した撮像装置である。
比較例２の条件下ではＰ１＝９．７４となり、Ｐ１の値は条件式（１）の上限値９．０を超えている。比較例２のスポット径のＲＭＳ値の規格値は２．２０であり、スポット径が大きすぎ性能がよくない。
図２７（ａ）は、比較例２の色収差を示す球面収差図であり、図２７（ｂ）は、比較例２の像面湾曲量を示す非点収差図である。図２７（ａ）および図２７（ｂ）からわかるように、色補正過剰の状態であり、フォーカスが合っていない波長のスポット幅が大きくなってしまっている。
本発明は、超広角での撮影が求められる技術分野において特に有用である。例えば、車載カメラや監視カメラの分野において特に有用である。
１１、２１、５１、７１、９１、１１１、１３１、１５１、１７１、１９１、２２１、２４１ 凹レンズ
１２、２２、５２、７２、９２、１１２、１３２、１５２、１７２、１９２、２２２、２４２ 凸レンズ
１３、２３、５３、７３、９３、１１３、１３３、１５３、１７３、１９３、２２３、２４３ カバーガラス
１４、２４、５４、７４、９４、１１４、１３４、１５４、１７４、１９４、２２４、２４４ 撮像素子
１５、２５、５５、７５、９５、１１５、１３５、１５５、１７５、１９５、２２５、２４５ 絞り
１６ 光
１７ 回折格子
１８、１９６ 保護膜
１０、２０、５０、７０、９０、１１０、１３０、１５０、１７０、１９０、２２０、２４０ ２枚組撮像光学系
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、２０１、２０２ 撮像装置

Claims (11)

  1. 凹レンズと、
    回折格子が設けられた凸レンズと
    を備えた２枚組撮像光学系であって、
    下記の式（１）
    ４．５ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ９．０ （１）
    を満たし、ここで、ｆは前記２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、ｆaは前記回折格子を除いたときの前記２枚組撮像光学系の有効焦点距離であり、νdは前記凸レンズの材料のｄ線でのアッベ数である、２枚組撮像光学系。
  2. 前記２枚組撮像光学系が下記の式（２）
    ５．０ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ７．３ （２）
    を満たす、請求項１に記載の２枚組撮像光学系。
  3. 前記２枚組撮像光学系が下記の式（３）
    ５．２ ＜ Ｐ１＝（１ − ｆ／ｆa）・νd ＜ ６．８ （３）
    を満たす、請求項１に記載の２枚組撮像光学系。
  4. 前記凹レンズはメニスカス凹レンズである、請求項１から３のいずれかに記載の２枚組撮像光学系。
  5. 前記メニスカス凹レンズが下記の式（４）
    ２．８ ＜ Ｐ２＝（Ｃｌ1／Ｃｌ2）・ｎd1 ＜ ４．５ （４）
    を満たし、ここで、Ｃｌ1は前記メニスカス凹レンズの撮像対象側の面の有効半径であり、Ｃｌ2は前記メニスカス凹レンズの像側の面の有効半径であり、ｎd1は前記メニスカス凹レンズのｄ線での屈折率である、請求項４に記載の２枚組撮像光学系。
  6. 前記メニスカス凹レンズが下記の式（５）
    ｎd1 ＞ １．５ （５）
    を満たす、請求項４または５に記載の２枚組撮像光学系。
  7. 前記２枚組撮像光学系が下記の式（６）
    Ｐ３＝ｈ／[（１ − ｜Ｄｓ｜／１００）・ｆ] ＞ ３．４ （６）
    を満たし、ここで、ｈは像高であり、Ｄｓは前記２枚組撮像光学系のディストーション値である、請求項１から６のいずれかに記載の２枚組撮像光学系。
  8. 前記凹レンズはガラス材料から形成されている、請求項１から７のいずれかに記載の２枚組撮像光学系。
  9. 前記凹レンズは両面ともに球面形状を有する、請求項８に記載の２枚組撮像光学系。
  10. 前記回折格子は、前記凸レンズの両面のうちの一方の面に設けられており、他方の面には設けられていない、請求項１から９のいずれかに記載の２枚組撮像光学系。
  11. 請求項１から１０のいずれかに記載の２枚組撮像光学系と、
    前記２枚組撮像光学系の画角と入射光量を規定する絞りと、
    前記２枚組撮像光学系によって形成された像を受光する撮像素子と
    を備える、撮像装置。
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