JP2008164989A - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】近接撮影可能でありながら広いエリアを撮影可能で物体側の入射光線が略テレセントリックである小型の撮像光学系。
【解決手段】少なくとも１枚の正レンズからなる結像光学系１と撮像素子を含み、結像光学系１よりも物体側に、少なくとも１枚のフレネル光学素子２が配置されている。その少なくとも１つのフレネル光学素子２が正の屈折力を有し、条件（１）を満足する。
（１） ０．０５＜Ｌ_P ／φ_P ＜１
ただし、Ｌ_P はフレネル光学素子２から結像光学系１までの距離、φ_P はフレネル光学素子２の有効直径である。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像光学系に関し、特に、比較的近接で撮影する広画角小型光学系に関するものである。

近年、撮像光学系を用いてバーコードやＱＲコードといったパターン画像を撮影し、取得した画像を処理することで所望の情報を得る装置が普及している。また、パターン画像だけでなく、生体認証で用いられる指紋や静脈あるいは目の虹彩等の画像を取得し個人を認証する装置もある。これらの装置は、例えば、携帯電話や携帯端末機、あるいはノートパソコン等に搭載して用いられる場合が多い。これらの装置は、撮像光学系を有している。撮像光学系に対する要望としては、小型かつ薄型であることがあげられる。また、他の要望としては、物体に近接しつつある程度の広いエリアを撮影することから、広画角であることがあげられる。さらに、撮影した後の画像処理の容易さの観点からは、光学系で発生する収差、特に歪曲収差は良好に補正されている必要がある。さらに、撮影時の物体までの距離が一定でない場合、例えば手振れ等の影響で、距離が微少量変わる場合がある。このような場合でも、撮影倍率の変化を小さく抑えるため、物体側の入射光線は略テレセントリック入射であることが望まれている。

比較的近接で撮影する広画角小型光学系としては、特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。これらは広画角で比較的コンパクトな光学系であるが、物体側での略テレセントリック性は確保できていない。また、歪曲収差が極めて大きくなっているため望ましくない。
特開平２−９０１１８号公報 特許第３４５０５４３号公報

本発明は従来技術のこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、物体側の入射光線が略テレセントリックである小型の撮像光学系であって、近接撮影と広いエリアの撮影が可能でありながら、良好な結像性能を維持した撮像光学系を提供することである。

上記目的を達成する本発明の撮像光学系は、少なくとも１枚の正レンズからなる結像光学系と撮像素子を含み、前記結像光学系よりも物体側に、少なくとも１枚のフレネル光学素子が配置されていることを特徴とする。

また、前記の少なくとも１つのフレネル光学素子が正の屈折力を有することを特徴とする。

また、以下の条件（１）を満足することを特徴とする。

（１） ０．０５＜Ｌ_P ／φ_P ＜１
ただし、Ｌ_P は前記フレネル光学素子から前記結像光学系までの距離、φ_P は前記フレネル光学素子の有効直径である。

以上の本発明によると、物体側の入射光線が略テレセントリックである小型の撮像光学系であって、近接撮影と広いエリアの撮影可能でありながら、良好な結像性能を維持した撮像光学系を得ることができる。

本実施形態の撮像光学系について説明する。本実施形態の撮像光学系は、少なくとも１枚の正レンズからなる結像光学系と撮像素子を含み、結像光学系よりも物体側に、少なくとも１枚のフレネル光学素子が配置されていることを特徴とするものである。

一般に、光学系の焦点距離を短くすることで広画角は達成可能である。しかしながら、広画角の状態で物体側入射光線を略テレセントリックとするには、物体側に光学素子を配置して入射光線角をコントロールすることが必要である。さらに、薄型化を達成するためは、物体側に配置した光学素子を通常のレンズではなく、フレネル光学素子とすることが望ましい。フレネル光学素子（フレネルレンズ）は、レンズの屈折に寄与する部分だけを残して全体の厚みを薄くしたレンズ素子である。そのため、フレネル光学素子を物体側に配置することで、小型化を達成したまま、物体側入射光線を略テレセントリックとすることが可能である。

また、本実施形態の撮像光学系において、フレネル光学素子は正の屈折力を有することが望ましい。フレネル光学素子が正の屈折力を持つことで、良好な結像性能を維持しつつ、物体側の入射光線を略テレセントリックにすることが可能である。もし、フレネル光学素子が負の屈折力を有した場合は、入射光線の角度がきつくなる。また、結像光学系の屈折力を大きくする必要が生じる。そのため、諸収差を良好に補正することが極めて困難になる。このようなことから、フレネル光学素子が負の屈折力を持つのは望ましくない。

また、本実施形態の撮像光学系において、以下の条件（１）を満足することが望ましい。

（１） ０．０５＜Ｌ_P ／φ_P ＜１
ただし、Ｌ_P はフレネル光学素子から結像光学系までの距離、φ_P はフレネル光学素子の有効直径である。

上記条件を満足すると、広いエリアを撮影しつつも良好な結像性能を維持して、小型の撮像光学系を実現することができる。もし、条件（１）の下限の０．０５を越えると、結像光学系では極めて広画角な光学系が必要となるため、特に非点収差等の軸外収差の補正が困難となる。また、フレネル光学素子の屈折力も大きくする必要があるので、軸外収差の補正が困難となる。また、上限の１を越えると、撮像光学系が大きくなってしまい、これを無理に小型化するには結像性能を劣化させることになる。

また、本実施形態の撮像光学系においては、以下の条件（２）を満足することが望ましい。

（２） ０．０１＜ｆ／ｆ_P ＜０．１
ただし、ｆは結像光学系の焦点距離、ｆ_P はフレネル光学素子の焦点距離である。

上記条件を満足すると、フレネル光学素子の製造性も加味しつつ、諸収差を補正して結像性能が良好な小型の撮像光学系を実現することができる。もし、条件（２）の下限の０．０１を越えると、結像光学系の焦点距離が短く（屈折力が強く）なる、この場合、特に軸外収差の補正が困難となってしまう。また、諸収差を良好に補正するため、光学系も大きくなってしまう。また、上限の１を越えると、撮像光学系に対して、フレネル光学素子の焦点距離が短くなってしまうため、特に、非点収差の補正が困難となる。また、フレネル光学素子を角度のきつい溝形状にする必要があるため、製造も困難となる。

また、本実施形態においては、フレネル光学素子を１枚用い、該フレネル光学素子の両面がフレネル形状であることが望ましい。このようにすると、フレネル光学素子で発生する諸収差を良好に補正することができる。

図１は、本実施形態においてフレネル光学素子の両面をフレネル形状とした模式図である。図中、α_j は光軸Ｏ−Ｏ’からの距離ｊにおける像側の輪帯状の屈折面のエッジ角度、β_k は光軸Ｏ−Ｏ’からの距離ｋにおける物体側の輪帯状の屈折面のエッジ角度である。ここで、片側の面のみをフレネル形状とすることもできるが、片面に屈折力を持たせると、特にフレネル光学素子で発生する軸外収差の発生量が大きくなる。また、片面の場合はエッジ角度が大きくなり、加工が困難となる。そこで、両面をフレネル形状とすることが望ましい。このようにすることで、加工性に優れ、良好な結像性能が維持されたフレネル光学素子を得ることができる。

また、本実施形態において、フレネル光学素子の両面がフレネル形状である場合、以下の条件（３）を満足することが望ましい。

（３） α_j ＜β_k
ただし、α_j はフレネル光学素子の中心から周辺に向けて距離ｊにおける像側の面のエッジ角度、また、β_k はフレネル光学素子の中心から周辺に向けて距離ｋにおける物体側の面のエッジ角度である。ここで、ｊ，ｋは何れも半径の５０％以上の距離で、０．９＜ｋ／ｊ＜１．１を満足する。

本実施形態においては、結像光学系では画角が広いため、フレネル光学素子の像側のエッジ角度が大きいと、この面の反射により、効率を落とすことになる。さらに、軸外収差の発生量も増大させ、結像性能を劣化させる要因ともなる。そこで、本実施形態では、特に結像光学系の画角が大きい、半径の５０％以上の距離においては、条件（３）を満足することが望ましい。

また、本実施形態の光学系においては、条件（４）を満足することが望ましい。

（４） ０＜Ｄ_P ／ｆ＜５
ただし、Ｄ_P はフレネル光学素子から物体までの距離、ｆは結像光学系の焦点距離である。

上記条件を満足すると、近接撮影することを鑑みつつ、小型化を達成することができる。もし、条件（４）の下限の０を越えると、フレネル光学素子が機能しなくなってしまう。また、上限の５を越えると、結像光学系の焦点距離に比して、物体距離が長くなるために装置が大きくなってしまう。

また、特に携帯電話やパソコン等に搭載し、小型化を優先する場合、フレネル光学素子から物体までの距離、Ｄ_P は０ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。

また、本実施形態において、結像光学系が、物体側より順に、少なくとも１枚の負レンズを有する負群と少なくとも１枚の正レンズを有する正群で、いわゆるレトロフォーカスタイプに構成されることが望ましい。このような構成とすることで、広範囲な撮影が可能となる。

また、本実施形態において、負群と正群の間に明るさ絞りが配置されることが望ましい。このような構成とすれば、特に光学系の径方向のサイズを小さくすることが可能である。このような構成とすることで、結像光学系の小型化を達成することができる。

また、本実施形態において、結像光学系の負群に少なくとも１枚の非球面レンズを用い、該非球面レンズの少なくとも１つの面が光軸中心から周辺にかけて負の屈折力を弱める形状を持つことが望ましい。このような構成とすることで、特にディストーションを良好に補正することができる。

また、本実施形態において、結像光学系の正群に少なくとも１枚の非球面レンズを用い、該非球面レンズの少なくとも１つの面が光軸中心から周辺にかけて正の屈折力を弱める形状を持つことが望ましい。このような構成とすることで、特にディストーションを良好に補正することができる。

また、本実施形態の光学系においては、明るさ絞りの直後のレンズの少なくとも１面は非球面形状であることが望ましい。このような構成とすることで、特に球面収差を良好に補正することが可能である。

また、本実施形態において、条件（１）に代えて、以下の条件（１’）を満足することが望ましい。

（１’） ０．１＜Ｌ_P ／φ_P ＜０．５
上記条件を満足することで、広いエリアを撮影しつつも良好な結像性能を維持して、小型の撮像光学系を実現することができる。

また、本実施形態においては、条件（２）に代えて、以下の条件（２’）を満足することが望ましい。

（２’） ０．０２＜ｆ／ｆ_P ＜０．０８
上記条件を満足することで、フレネル光学素子の製造性も加味しつつ、諸収差を補正して結像性能が良好な小型の撮像光学系を実現することができる。
また、本実施形態の光学系においては、条件（４）に代えて、条件（４’）を満足することが望ましい。

（４’） ０＜Ｄ_P ／ｆ＜３
上記条件を満足することで、近接撮影することを鑑みつつ、小型化を達成することができる。

以下に、本発明の撮像光学系の実施例１〜４について、図面を参照にして説明する。

実施例１
実施例１は、図２（ａ）に断面を示す構成である。

図中、１は結像光学系、２はフレネル光学素子、３は物体面を表している。物体面３にＣＣＤ等の撮像素子が配置される。

フレネル光学素子２は結像光学系１よりも物体側に配置され、正の屈折力を有している。また、本実施例のフレネル光学素子２では、両方の面をフレネル面としている。

結像光学系１は、図２（ｂ）に断面を示す構成であり、物体側より順に、負レンズ、正レンズの２枚で構成された負群と、明るさ絞りと、正レンズ、正レンズの２枚で構成された正群とで構成されている。また、負の第１レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて負の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。また、正の第３レンズの両面に非球面を用い、特に物体側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて負の屈折力が強くなる、つまり、正の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。

また、実施例１の非球面を持つレンズは全て有機材料を用いている。

また、実施例１では特に、負群を負レンズ、正レンズの２枚で構成しているため、特に色収差を良好に補正したことを特徴としており、カラー画像の取得に適した撮像光学系となっている。

この実施例の数値データは後記するが、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、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。また、ｒ₀ は物体面の曲率半径、ｄ₀ は物体面とフレネル光学素子の第１面との距離である。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。

ｘ＝（ｙ² ／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）² ｝^1/2 ］
＋Ａ₄ ｙ⁴ ＋Ａ₆ ｙ⁶ ＋Ａ₈ ｙ⁸
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ はそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数である。

以下。同じ。

実施例２
実施例２は、図３（ａ）に断面を示す構成である。

図中、１は結像光学系、２はフレネル光学素子、３は物体面を表している。物体面３にＣＣＤ等の撮像素子が配置される。

フレネル光学素子２は結像光学系１よりも物体側に配置され、正の屈折力を有している。また、本実施例のフレネル光学素子２では、両方の面をフレネル面としている。

結像光学系１は、図３（ｂ）に断面を示す構成であり、物体側より順に、負レンズ１枚で構成された負群と、明るさ絞りと、正レンズ、正レンズの２枚で構成された正群とで構成されている。また、負の第１レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて負の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。また、正の第３レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて正の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。

また、実施例２の非球面を持つレンズは全て有機材料を用いている。
この実施例の数値データは後記する。

実施例３
実施例３は、図４に断面を示す構成である。

図４では、フレネル光学素子は省略しているが、実施例１、２と略同様に、最も物体側に配置され、各条件を満足するものである。結像光学系は、物体側より順に、負レンズ、負レンズの２枚で構成された負群と、明るさ絞りと、正レンズ、正レンズの２枚で構成された正群とで構成されている。本実施例では、負の第１レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて負の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。また、正の第３レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて正の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。
この実施例の数値データは後記する。

実施例４
実施例４は、図５に断面を示す構成である。

図５では、フレネル光学素子は省略しているが、実施例１、２と略同様に、最も物体側に配置され、各条件を満足するものである。結像光学系は、物体側より順に、負レンズ１枚で構成された負群と、明るさ絞りと、正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズとからなる合計３枚で構成された正群とで構成されている。本実施例では、負の第１レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて負の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。また、正の第２レンズの両面に非球面を用い、特に像側の非球面形状は、光軸から周辺にかけて正の屈折力が弱くなるような形状で構成されている。

実施例４は接合レンズを用いることで、特に色収差を良好に補正したことを特徴としており、カラー画像の取得に適した撮像光学系となっている。

なお、上記実施例１〜４のフレネル光学素子２の像側の輪帯状の屈折面のエッジ角度αと物体側の輪帯状の屈折面のエッジ角度βは、図１０に示した通りである。

以下に、上記実施例１〜４の数値データを示す。
実施例１
Ｌ_P ＝１３．５３９ φ_P ＝４９ ｆ＝０．８２８ ｆ_P ＝２５ Ｄ_P ＝０．５
ＦＮｏ．２．６
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = 0.5000
ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 1.0000 ｎ_d1 =1.51633 ν_d1 =64.06
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 13.5391
ｒ₃ = ∞ （非球面） ｄ₃ = 0.5000 ｎ_d2 =1.52542 ν_d2 =55.78
ｒ₄ = 1.1254（非球面） ｄ₄ = 1.4736
ｒ₅ = 11.1208 ｄ₅ = 0.9376 ｎ_d3 =1.92286 ν_d3 =18.90
ｒ₆ = -9.0196 ｄ₆ = 1.1564
ｒ₇ = ∞（絞り） ｄ₇ = 0.6053
ｒ₈ = ∞ （非球面） ｄ₈ = 1.3180 ｎ_d4 =1.52542 ν_d4 =55.78
ｒ₉ = -0.9895（非球面） ｄ₉ = 0.1000
ｒ₁₀= 581.7635 ｄ₁₀= 0.7866 ｎ_d5 =1.77250 ν_d5 =49.60
ｒ₁₁= -7.4892 ｄ₁₁= 0.5000
ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.6000 ｎ_d6 =1.51633 ν_d6 =64.06
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.5083
ｒ₁₄= ∞（像面）
非球面係数
第３面
Ｋ = 0
Ａ₄ = -2.9028 ×10^-3
Ａ₆ = 2.6496 ×10^-4
Ａ₈ = 0.0000
第４面
Ｋ = -2.3562
Ａ₄ = 1.0761 ×10^-1
Ａ₆ = -4.7455 ×10^-2
Ａ₈ = 8.8730 ×10^-3
第８面
Ｋ = 0
Ａ₄ = -1.2036 ×10^-1
Ａ₆ = 4.2284 ×10^-2
Ａ₈ = 0.0000
第９面
Ｋ = -0.9212
Ａ₄ = 1.6002 ×10^-3
Ａ₆ = -1.8590 ×10^-2
Ａ₈ = 0.0000
（１） Ｌ_P ／φ_P ＝０．２８
（２） ｆ／ｆ_P ＝０．０３３
（４） Ｄ_P ／ｆ＝０．６ 。

実施例２
Ｌ_P ＝７．１３６ φ_P ＝４３ ｆ＝０．６１５ ｆ_P ＝１０ Ｄ_P ＝１
ＦＮｏ．２．１
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = 1.0000
ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 1.0000 ｎ_d1 =1.56864 ν_d1 =30.30
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 7.1359
ｒ₃ = ∞ （非球面） ｄ₃ = 1.3009 ｎ_d2 =1.52268 ν_d2 =55.78
ｒ₄ = 1.1828（非球面） ｄ₄ = 4.1698
ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = 0.1872
ｒ₆ = -3.5252（非球面） ｄ₆ = 1.6658 ｎ_d3 =1.52268 ν_d3 =55.78
ｒ₇ = -1.7327（非球面） ｄ₇ = 0.1500
ｒ₈ = 8.2450（非球面） ｄ₈ = 1.7714 ｎ_d4 =1.52268 ν_d4 =55.78
ｒ₉ = -1.5458（非球面） ｄ₉ = 0.5000
ｒ₁₀= ∞ ｄ₁₀= 1.0000 ｎ_d5 =1.50864 ν_d5 =64.06
ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 0.8465
ｒ₁₂= ∞（像面）
非球面係数
第３面
Ｋ = 0
Ａ₄ = 5.3699 ×10^-4
Ａ₆ = -8.2971 ×10^-6
Ａ₈ = 7.0979 ×10^-8
第４面
Ｋ = -1.0056
Ａ₄ = -1.4489 ×10^-2
Ａ₆ = -8.6417 ×10^-6
Ａ₈ = -1.0112 ×10^-5
第６面
Ｋ = 2.3738
Ａ₄ = -8.9123 ×10^-2
Ａ₆ = -1.3915 ×10^-1
Ａ₈ = 0.0000
第７面
Ｋ = 0.5112
Ａ₄ = 6.5724 ×10^-3
Ａ₆ = 2.1670 ×10^-2
Ａ₈ = -6.5081 ×10^-3
第８面
Ｋ = 0
Ａ₄ = -2.5421 ×10^-2
Ａ₆ = 1.8108 ×10^-2
Ａ₈ = -3.2991 ×10^-3
第９面
Ｋ = -1.6150
Ａ₄ = -1.1575 ×10^-3
Ａ₆ = -4.3372 ×10^-4
Ａ₈ = 1.7498 ×10^-3
（１） Ｌ_P ／φ_P ＝０．１７
（２） ｆ／ｆ_P ＝０．０６２
（４） Ｄ_P ／ｆ＝１．６３ 。

実施例３
ｆ＝０．５１６
ＦＮｏ．１．６１
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = 0.5000
ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 1.0000 ｎ_d1 =1.50864 ν_d1 =64.06
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 7.4323
ｒ₃ = 227.2766（非球面） ｄ₃ = 0.6000 ｎ_d2 =1.52268 ν_d2 =55.78
ｒ₄ = 2.0382（非球面） ｄ₄ = 3.3829
ｒ₅ =-50150 ｄ₅ = 0.8915 ｎ_d3 =1.50871 ν_d3 =64.14
ｒ₆ = 3.2564 ｄ₆ = 1.9592
ｒ₇ = ∞（絞り） ｄ₇ = 0.1000
ｒ₈ = 26.7432（非球面） ｄ₈ = 1.7854 ｎ_d4 =1.72963 ν_d4 =49.34
ｒ₉ = -1.4130（非球面） ｄ₉ = 0.1000
ｒ₁₀= -721.7818 ｄ₁₀= 1.2977 ｎ_d5 =1.75849 ν_d5 =49.60
ｒ₁₁= -3.5792 ｄ₁₁= 0.4000
ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.6000 ｎ_d6 =1.50864 ν_d6 =64.06
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.5093
ｒ₁₄= ∞（像面）
非球面係数
第３面
Ｋ = 0
Ａ₄ = 5.9945 ×10^-4
Ａ₆ = -2.7490 ×10^-6
Ａ₈ = 0.0000
第４面
Ｋ = -0.8411
Ａ₄ = -6.3458 ×10^-3
Ａ₆ = -1.5177 ×10^-4
Ａ₈ = 0.0000
第８面
Ｋ = 0
Ａ₄ = 1.4902 ×10^-17
Ａ₆ = 1.8855 ×10^-17
Ａ₈ = 0.0000
第９面
Ｋ = 0
Ａ₄ = 6.4225 ×10^-2
Ａ₆ = 2.1097 ×10^-2
Ａ₈ = 0.0000 。

実施例４
ｆ＝１．４４
ＦＮｏ．２．６１
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = 0.5000
ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 1.0000 ｎ_d1 =1.51633 ν_d1 =64.06
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 9.9052
ｒ₃ = ∞ （非球面） ｄ₃ = 0.7000 ｎ_d2 =1.52542 ν_d2 =55.78
ｒ₄ = 1.7765（非球面） ｄ₄ = 5.3441
ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = 0.1557
ｒ₆ = -1.2415（非球面） ｄ₆ = 1.2891 ｎ_d3 =1.52542 ν_d3 =55.78
ｒ₇ = -1.1203（非球面） ｄ₇ = 0.1000
ｒ₈ = 4.0153 ｄ₈ = 2.5616 ｎ_d4 =1.77250 ν_d4 =49.60
ｒ₉ = -1.4957 ｄ₉ = 0.4000 ｎ_d5 =1.92286 ν_d5 =18.90
ｒ₁₀= -3.2619 ｄ₁₀= 0.5000
ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 0.6000 ｎ_d6 =1.51633 ν_d6 =64.06
ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.5081
ｒ₁₃= ∞（像面）
非球面係数
第３面
Ｋ = 0
Ａ₄ = 2.4999 ×10^-4
Ａ₆ = 2.1410 ×10^-6
Ａ₈ = 0.0000
第４面
Ｋ = -0.9230
Ａ₄ = -1.2303 ×10^-2
Ａ₆ = 1.2013 ×10^-4
Ａ₈ = 4.7406 ×10^-6
第６面
Ｋ = 0
Ａ₄ = -9.3040 ×10^-2
Ａ₆ = -1.3515 ×10^-1
Ａ₈ = 0.0000
第７面
Ｋ = -0.0940
Ａ₄ = 1.2079 ×10^-2
Ａ₆ = 3.4421 ×10^-2
Ａ₈ = 0.0000 。

以上の実施例１〜４の収差図をそれぞれ図６〜図９に示す。これらの収差図において、ＤＺＹは横収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差を示す。各図中、“ＦＩＹ”は像高を示す。また、λ＝８９０ｎｍは波長８９０ｎｍでの収差を示す曲線である。

以上の本発明の撮像光学系は例えば次のように構成することができる。

〔１〕 少なくとも１枚の正レンズからなる結像光学系と撮像素子を含み、前記結像光学系よりも物体側に、少なくとも１枚のフレネル光学素子が配置されていることを特徴とする撮像光学系。

〔２〕 前記の少なくとも１つのフレネル光学素子が正の屈折力を有することを特徴とする上記１記載の撮像光学系。

〔３〕 以下の条件（１）を満足することを特徴とする上記２記載の撮像光学系。

（１） ０．０５＜Ｌ_P ／φ_P ＜１
ただし、Ｌ_P はフレネル光学素子から結像光学系までの距離、φ_P はフレネル光学素子の有効直径である。

〔４〕 以下の条件（２）を満足することを特徴とする上記２記載の撮像光学系。

（２） ０．０１＜ｆ／ｆ_P ＜０．１
ただし、ｆは結像光学系の焦点距離、ｆ_P はフレネル光学素子の焦点距離である。

〔５〕 フレネル光学素子を１枚用い、該フレネル光学素子の両面がフレネル形状であることを特徴とする上記２記載の撮像光学系。

〔６〕 前記フレネル光学素子が以下の条件（３）を満足することを特徴とする上記５記載の撮像光学系。

（３） α_j ＜β_k
ただし、α_j はフレネル光学素子の中心から周辺に向けて距離ｊにおける像側の面のエッジ角度、また、β_k はフレネル光学素子の中心から周辺に向けて距離ｋにおける物体側の面のエッジ角度である。ここで、ｊ，ｋは何れも半径の５０％以上の距離で、０．９＜ｋ／ｊ＜１．１を満足する。

〔７〕 以下の条件（４）を満足することを特徴とする上記２記載の撮像光学系。

（４） ０＜Ｄ_P ／ｆ＜５
ただし、Ｄ_P はフレネル光学素子から物体までの距離、ｆは結像光学系の焦点距離である。

〔８〕 前記結像光学系が、物体側より順に、少なくとも１枚の負レンズを有する負群と、少なくとも１枚の正レンズを有する正群で構成されていることを特徴とする上記１〜３の何れか１項記載の撮像光学系。

〔９〕 前記結像光学系の負群と正群の間に明るさ絞りが配置されていることを特徴とする上記８記載の撮像光学系。

〔１０〕 前記結像光学系の負群に少なくとも１枚の非球面レンズを用い、該非球面レンズの少なくとも１つの面が光軸中心から周辺にかけて負の屈折力を弱める形状を持つことを特徴とする上記８記載の撮像光学系。

〔１１〕 前記結像光学系の正群に少なくとも１枚の非球面レンズを用い、該非球面レンズの少なくとも１つの面が光軸中心から周辺にかけて正の屈折力を弱める形状を持つことを特徴とする上記８記載の撮像光学系。

本発明においてフレネル光学素子の両面をフレネル形状とした模式図である。 本発明の撮像光学系の実施例１の断面図（ａ）と結像光学系の断面図（ｂ）である。 本発明の撮像光学系の実施例２の断面図（ａ）と結像光学系の断面図（ｂ）である。 本発明の撮像光学系の実施例３の結像光学系の断面図である。 本発明の撮像光学系の実施例４の結像光学系の断面図である。 実施例１の収差図である。 実施例２の収差図である。 実施例３の収差図である。 実施例４の収差図である。 実施例１〜４のフレネル光学素子の像側の輪帯状の屈折面のエッジ角度と物体側の輪帯状の屈折面のエッジ角度を示す図である。

符号の説明

１…結像光学系
２…フレネル光学素子
３…物体面

Claims (3)

1. 少なくとも１枚の正レンズからなる結像光学系と撮像素子を含み、前記結像光学系よりも物体側に、少なくとも１枚のフレネル光学素子が配置されていることを特徴とする撮像光学系。
2. 前記の少なくとも１つのフレネル光学素子が正の屈折力を有することを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
3. 以下の条件（１）を満足することを特徴とする請求項２記載の撮像光学系。
   （１） ０．０５＜Ｌ_P ／φ_P ＜１
   ただし、Ｌ_P は前記フレネル光学素子から前記結像光学系までの距離、φ_P は前記フレネル光学素子の有効直径である。

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