JP4628781B2

JP4628781B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4628781B2
Application number: JP2004380829A
Authority: JP
Inventors: 和則大野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006184783A

Description

本発明は、湾曲した電子撮像素子を撮像面に配設してなる撮像装置に関し、特にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に好適に用いられる撮像装置に関する。

従来、複雑なレンズ構成を採用して像面の平坦化を行うのではなく、撮像光学系が本来有する像面湾曲に沿ってフィルム面を湾曲させることにより、結像性能を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された技術は、銀塩フィルム用カメラに関するものであり、フィルム面を画面長手方向に湾曲させることにより、結像性能を高めるようにしている。

また、近年では、電子撮像素子に関する技術が急速に進歩し、電子撮像素子を用いたデジタルカメラが普及している。これに伴い、デジタルカメラの差別化を図るため、小型化および低コスト化が強く要請されるとともに、高い結像性能も要求されるようになってきた。

そこで、デジタルカメラにおいても、電子撮像素子面を湾曲させた撮像光学系が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、電子撮像素子の画素ピッチが細分化して画素数が増加したことに伴い、撮像光学系に対する結像性能をより一層高めることが要求されている。

特開平８−３３４６８４号公報特開２００４−１１８０７７号公報

電子撮像素子を画像記録媒体とする撮像光学系においては、銀塩カメラ用撮影レンズと異なり軸外光束をテレセントリックに近づける必要があるため、撮像光学系に対する光束の入射角度と射出角度とが異なり、開口絞りの前後に配設した光学要素の非対称性が強くなる。そして、このような光学要素の非対称性に起因する歪曲収差、コマ収差、および倍率色収差等を補正するために、レンズ構成が複雑化したり、大型化したりする傾向にあった。

そこで、電子撮像素子を画像記録媒体とする場合の制約条件を緩和するために、電子撮像素子の受光面を物体側に凹面化して、電子撮像素子に対する光束の入射角度を法線角度に近づけることが考えられる。この必要条件緩和により、撮像光学系の構成面での制約が少なくなって、レンズ系の小型化および低コスト化を図ることができ、また、レンズ構成上の選択範囲が拡がるとともに高性能化に対する効果を期待することができる。

しかしながら、電子撮像素子を湾曲化することは、画像形成に対して不利な面もある。すなわち、平面上に形成すべき画像を湾曲面上に形成させるため、形成された画像を平面的に再生しようとすると、樽型の歪みが生じてしまう。
近年、画像処理技術が発達し、こうした歪みに関してもデジタル処理を行って補正できるようになってはいるが、このような撮像光学系に適応した処理ソフトを開発しなければならず、また処理スピードが遅い等、弊害が生じるおそれがある。

このような弊害に対して、過度に正寄りの歪曲収差を持った撮像光学系とすることが考えられる。この点、上述した従来の技術では、デジタルカメラ等で使用する通常の撮像光学系として明るさが十分でなく、結像性能も近年要求されている高画素化に大して十分な性能とすることはできなかった。
そこで、過度に正寄りの歪曲収差を持った撮像光学系としつつ、全体として高い結像性能を満たすことが求められている。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、湾曲した撮像面を有する電子撮像素子を撮像光学系の撮像位置に配設してなる撮像装置において、電子撮像素子の湾曲度に対する最適なレンズ構成とすることにより、デジタル処理等を行うことなく高い結像性能を発揮可能な撮像装置を提供することを目的とする。

＜本発明の撮像装置の特徴点＞
本発明の撮像装置は、上述した目的を達成するため、湾曲した撮像面を有する電子撮像素子を撮像光学系の撮像位置に配設してなる撮像装置において、
該撮像光学系の最も像側に配設されたレンズ要素は、像側から順に、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズを配設してなるとともに、前記負の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して負の屈折力が強くなるように構成されてなり、
以下の条件式（１）〜（３）を満足してなることを特徴とするものである。
−２．８＜Ｒ／Ｌ＜−１・・・（１）
−１．５＜ｆ_ｎ／ｆ_ｐ＜−０．５・・・（２）
０．１＜Ｒ_ｅ／Ｒ＜０．５・・・（３）
ただし、
Ｒ：電子撮像素子の受光面の曲率半径（非球面の場合には近軸曲率半径）
Ｒ_ｅ：撮像装置を構成する光学系の最も像側の面の曲率半径（非球面の場合には近軸曲率半径）
Ｌ：開口絞りから結像面までの距離（空気換算長としたフィルタ類の厚みを含み、光学系がズームレンズの場合には広角端における値）
ｆ_ｎ：負の屈折力を有するレンズの焦点距離
ｆ_ｐ：正の屈折力を有するレンズの焦点距離

また、前記撮像装置において、以下の条件式（４）を満足してなることが好ましい。
−０．４＜Ｉ_ｈ／Ｒ＜−０．１・・・（４）
ただし、
Ｉ_ｈ：電子撮像素子におけるイメージサイズの対角長の１／２

なお、湾曲した電子撮像素子とは、例えば、湾曲面を有する吸引装置を用いて平面上のＣＣＤ等を吸引したりして製造することが考えられるもので、湾曲面は直交する２軸方向の少なくとも一方において弧状に湾曲しているものとする。

＜本発明の撮像装置の作用＞
上述した構成からなる撮像装置の作用について説明する。
歪曲収差が正である撮像光学系として、ビハインド絞りタイプのものが知られており、特にいわゆるレンズ付きフィルムと称される撮像光学系では、フィルム面を画面長手方向に湾曲させることにより、像の歪みを補正するタイプの撮像光学系が多用されている。しかしながら、このようなタイプの撮像光学系では軸外光束の射出角が大きくなってしまい、電子撮像素子を用いた撮像装置には不向きである。

一方、フロント絞りタイプの撮像光学系は、軸外光束の射出角が小さいため、受光面を湾曲させることなく撮像光学系の構成を適切なものとすることで、電子撮像素子を用いた撮像装置に対応できるとも考えられる。しかしながら、このようなタイプの撮像光学系では、負の歪曲収差が発生し易く、受光面を湾曲させて撮像光学系を構成した場合は更に歪みが拡大しがちである。
前記特許文献２記載の技術は、２枚構成のフロント絞りタイプながら歪曲収差を良好に補正しているが、光束の射出角度が大き過ぎて一般的なデジタルカメラには適用し難い。

また、一般的に用いられている電子撮像素子は平面状となっているが、近年、電子撮像素子を湾曲させて配設する試みもなされるようになってきた。このような電子撮像素子は、例えば、湾曲面を有する吸引装置を用いて平面上のＣＣＤ等を吸引したりして製造することが考えられる。
電子撮像素子を湾曲させた際の画素配列は、湾曲面に沿って配列されているが、情報を取り出す際には従前の平面配列に従ったタイミングで処理が行われるため、画像再生時に歪みが生じる。

この点、本発明の撮像装置では、電子撮像素子の湾曲度を変更するとともに、像の歪みを緩和するレンズ構成上の条件を規定しているため、画像情報を取り出して再生する際に、像の歪みを緩和することができる。これにより、特別な処理ソフトを開発する必要がなく、また処理ソフトにより像の歪みを補正していないため、高品質の画像を瞬時に得ることができる。

一般的な撮像光学系において、像面湾曲とともに歪曲収差に影響を及ぼすのは、絞りから離れた位置に配設された光学要素である。このうち、絞りより物体側に配設された光学要素が複数の場合には、レンズ系への中心光束と軸外光束との光線高さの差を利用したり、光学要素の屈折力や面形状を規定したり、さらにはレンズ面を非球面化したりすることにより、像面湾曲および歪曲収差を良好に補正することが可能である。

また、絞りより物体側に配設された光学要素が単体の場合にも、前述した補正方法の他に、絞りと当該光学要素との位置関係を狭めることにより、ある程度、像面湾曲および歪曲収差を良好に補正することが可能である。

一方、絞りより結像面までの間に配設された光学要素については、電子撮像素子の湾曲度に対して結像系の像面湾曲を重ね合わせると同時に、歪曲収差を正方向寄りに発生させなければならない。このため、電子撮像素子に関する軸外周辺光束の光線高さの最も高い位置において、最も電子撮像素子側に配設されたレンズ要素の形状が重要となってくる。

本発明者は、各種光学系を検討した結果、最も電子撮像素子側に配設され、像面倒れを最も良好に補正することが可能なレンズ要素に正の屈折力を持たせ、当該正の屈折力を有するレンズよりも絞り側に配設されたレンズ要素に負の屈折力を持たせ、さらに、これら２つのレンズ要素の面形状を規定することにより、湾曲した撮像面に対して高い結像性能を発揮できることを見出した。

すなわち、当該負の屈折力を有するレンズについて、像側の面が物体側の面と比較して負の屈折力が強くなるように構成することにより正の歪曲収差を発生させ、当該正の屈折力を有するレンズについて、像側の面が物体側の面と比較して正の屈折力が強くなるように構成し軸外光束への屈折力を分散させて負の歪曲収差を極力抑え、これら２つのレンズ要素全体として正の歪曲収差を発生させるようにした。

さらに、前記各条件式を満足させることにより、光学系全体の結像性能を電子撮像素子の湾曲面にマッチングさせて像面湾曲による性能劣化を極力抑えるとともに、電子撮像素子面の湾曲化による再生像の歪みを減少させ、全体として高画素化に対応可能で、かつ比較的簡易な構成ながら結像性能の良好な撮像レンズを用いた電子撮像装置とすることが可能となった。

＜条件式の意義＞
以下、各条件式の意義について説明する。
条件式（１）は、電子撮像素子の受光面の曲率半径Ｒと、光学系の明るさを規定する開口絞りから結像面までの距離Ｌとの比Ｒ／Ｌの値を規定する条件式である。すなわち、電子撮像素子の曲率中心に対して、撮像光学系における光束の射出中心位置の概算距離となり得るＲ／Ｌの値を規定することにより、電子撮像素子の受光面に軸外光が入射する際のケラレを減少させることができる。
なお、条件式（１）は、電子撮像素子が平面状となっている場合に、光線の射出角をテレセントリックに近づける必要条件を規定した条件式と同等なものである。

この条件式（１）においてＲ／Ｌの値が下限を下回ると、電子撮像素子の受光面に軸外光が入射する際にケラレが生じて光量不足となり、ダイナミックレンジが狭まり、階調表現の低下を招いてしまう。一方、条件式（１）においてＲ／Ｌの値が上限を上回ると、電子撮像素子の受光面に軸外光が入射する際にケラレが生じ難くなって光量を十分に確保することができるが、撮像光学系自体が大型化してしまい撮像光学系の小型化という目的に反することとなる。また、電子撮像素子の曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎてしまい、画像再生時における像の歪みを補正できなくなる。

条件式（２）は、電子撮像素子を湾曲させた場合の弊害である画像の樽型歪みを補正するための条件式の１つであり、撮像面に最も近いレンズ要素である負レンズの焦点距離ｆ_ｎと正レンズの焦点距離ｆ_ｐの比ｆ_ｎ／ｆ_ｐを規定したものである。

この条件式（２）においてｆ_ｎ／ｆ_ｐの値が上限を上回ると、歪曲収差は良化するが、軸外光束の射出角が大きくなって、電子撮像素子曲面の法線角度との差が大きくなり過ぎてしまう。このため、ケラレが生じて光量不足となり、また像面湾曲の補正が不足してしまう。一方、条件式（２）においてｆ_ｎ／ｆ_ｐの値が下限を下回ると、軸外光束の射出角が小さくなって軸外周辺光のケラレは無くなるが、負の歪曲収差が発生して、画像の歪みが大きくなってしまう。

条件式（３）は、撮像装置を構成する光学系の最も像側の面の曲率半径Ｒ_ｅと電子撮像素子の受光面の曲率半径Ｒとの比Ｒ_ｅ／Ｒを規定した条件式であり、主として撮像光学系自体の像面湾曲と電子撮像素子の曲率とのマッチングを行うための条件式である。

この条件式（３）においてＲ_ｅ／Ｒの値が下限を下回ると、最も像側に配設されたレンズ要素の像側面の曲率半径が負の方向に小さくなりすぎてしまい、電子撮像素子の曲率とのマッチングが不適切となって像面特性が悪化するとともに、歪曲収差が許容範囲を超えてしまう。一方、条件式（３）においてＲ_ｅ／Ｒの値が上限を上回ると、最も像側に配設されたレンズ要素の像側面の曲率半径が負の方向に大きくなりすぎてしまい、軸外光束の射出角が大きくなって、湾曲した電子撮像素子に対してケラレが生じ易いとともに、像面湾曲が補正不足となって電子撮像素子の曲面とのマッチングがとれなくなってしまう。

条件式（４）は、電子撮像素子のイメージサイズと曲率半径Ｒとの比Ｉ_ｈ／Ｒを規定した条件式である。
すなわち、条件式（４）は、現在、市場に出回っている電子撮像素子のイメージサイズには種々のものがあることに鑑み規定されたもので、撮像光学系を極力簡素化するとともに小型化するうえで、電子撮像素子の曲面化が撮像光学系で有効に作用する範囲を規定するための条件である。

この条件式（４）においてＩ_ｈ／Ｒの値が上限を上回ると、電子撮像素子のイメージサイズに対して曲率半径が十分大きくなり、電子撮像素子を曲面化する必要性がなくなるか、あるいは電子撮像素子を曲面化する効果が殆どなくなってしまう。一方、条件式（４）においてＩ_ｈ／Ｒの値が下限を下回ると、一般的な電子撮像素子を用いた撮像光学系において像の歪みを補正することが困難となってしまう。

本発明に係る撮像装置によれば、最も像側に配設されたレンズ要素として、像側から順に、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズを配設し、負の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して負の屈折力が強くなるように構成するとともに、所定の条件式を満足することにより、デジタル処理等を行うことなく高い結像性能を発揮可能な撮像装置とすることができる。

以下、図面に示す具体的な実施例１〜４を参照して、本発明の撮像装置の実施形態を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置のレンズ構成図である。
本発明の実施例１に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、フロント絞りタイプとなっており、レンズ全長は、絞りから結像面までの距離としても、他の実施例の中では最も短く設定されている。

実施例１の撮像装置は、図１に示すように、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸の第１レンズＬ_１、両凹の第２レンズＬ_２、両凹の第３レンズＬ_３、両凸の第４レンズＬ_４、赤外線フィルタ等からなるフィルタ部２を配設してなり、撮像光学系の撮像位置に、物体側に凹面を向けて湾曲するように形成された撮像面を有する電子撮像素子（例えばＣＣＤ）１が配設されている。このような構成からなる撮像装置では、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は電子撮像素子１の撮像面上の結像位置に結像する。
また、第４レンズＬ_４の両面は非球面とされており、これにより若干、歪曲収差を正側に偏らせている。

以下、実施例１の撮像装置について具体的なデータを示す。
下記表１に、実施例１の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズ等の軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔；以下の表４、表７、表１０において同じ）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_dおよびアッベ数ν_dを示す。なお、表１および以下の表４、表７および表１０において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。

また、下記表１において面番号の右側に＊を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は下記非球面式により表される。

下記表２に上記非球面に関する離心率Ｋおよび４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀の値を示す。

下記表３に、実施例１の撮像装置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカス（ｍｍ）、Ｆナンバ、画角２ω（度）、レンズ系の全長（ｍｍ）、絞りから最終レンズ面までの距離（ｍｍ）、第３レンズＬ_３の焦点距離ｆ_ｎ、第４レンズＬ_４の焦点距離ｆ_ｐ、電子撮像素子１におけるイメージサイズの１／２対角長Ｉ_ｈ、開口絞りＳから結像面までの距離Ｌ、条件式（１）〜条件式（４）におけるＲ／Ｌ、ｆ_ｎ／ｆ_ｐ、Ｒ_ｅ／Ｒ、Ｉ_ｈ／Ｒの値を示す。

上記表３から明らかなように、実施例１の撮像装置は、上記各条件式を全て満足している。
なお、電子撮像素子１の受光面の曲率半径Ｒは−２２．００（ｍｍ）であり、電子撮像素子１のイメージサイズで半対角長Ｉ_ｈを３．３２としたとき、電子撮像素子１の曲面の法線角度は８．６８°、光束の射出角は、主光線で２４．３６°、法線に対する角度は１５．６８°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。

図５は、実施例１の撮像装置について、諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図である。なお、これらの収差図において、球面収差の各収差曲線は、ｄ線、ｇ線、Ｃ線における収差を示し、像面湾曲の各収差曲線は、ｄ線、ｇ線、Ｃ線に対してそれぞれサジタル像面およびタンジェンシャル像面における収差を示し、倍率色収差の各収差曲線は、ｇ線およびＣ線における収差を示す（図６〜図８，１０において同じ）。

また、図９に、実施例１の撮像装置の光学系との比較例として、結像面を平面とした場合のレンズ構成図を示し、図１０に、その場合の収差図を示す。図１０から明らかなように、実施例１の撮像装置の光学系自体の像面湾曲は、負方向に倒れており、また歪曲収差は正符号の糸巻き型となっている。

これに対して、図５から明らかなように、実施例１の撮像装置は、各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。

＜実施例２＞
図２は、本発明の実施例２に係る撮像装置のレンズ構成図である。
本発明の実施例２に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、ビトウィン絞りタイプとなっており、最も物体側に負レンズを配設することにより全体としての歪曲収差が負となっている。

実施例２の撮像装置は、図２に示すように、物体側から順に、両凹の第１レンズＬ_１、開口絞りＳ、両凸の第２レンズＬ_２、像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ_３、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第４レンズＬ_４、赤外線フィルタ等からなるフィルタ部２を配設してなり、撮像光学系の撮像位置に、物体側に凹面を向けて湾曲するように形成された撮像面を有する電子撮像素子１が配設されている。このような構成からなる撮像装置では、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は電子撮像素子１の撮像面上の結像位置に結像する。

以下、実施例２の撮像装置について具体的なデータを示す。
下記表４に、実施例２の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズ等の軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_dおよびアッベ数ν_dを示す。
なお、下記表４において面番号の右側に＊を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は上記非球面式により表される。

下記表５に上記非球面に関する離心率Ｋおよび４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀の値を示す。

下記表６に、実施例２の撮像装置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカス（ｍｍ）、Ｆナンバ、画角２ω（度）、レンズ系の全長（ｍｍ）、絞りから最終レンズ面までの距離（ｍｍ）、第３レンズＬ_３の焦点距離ｆ_ｎ、第４レンズＬ_４の焦点距離ｆ_ｐ、電子撮像素子１におけるイメージサイズの１／２対角長Ｉ_ｈ、開口絞りＳから結像面までの距離Ｌ、条件式（１）〜条件式（４）におけるＲ／Ｌ、ｆ_ｎ／ｆ_ｐ、Ｒ_ｅ／Ｒ、Ｉ_ｈ／Ｒの値を示す。

上記表６から明らかなように、実施例２の撮像装置は、上記各条件式を全て満足している。
なお、実施例２の撮像装置に用いる撮像光学系は、像面を平面とした場合、歪曲収差が−３．７０％であり、この撮像光学系から射出される光束を曲率半径Ｒが−２０．００（ｍｍ）の電子撮像素子１の撮像面で受けると、再生画面における歪曲収差が−６．５２％となる。また、電子撮像素子１のイメージサイズで半対角長Ｉ_ｈを３．６０としたとき、電子撮像素子１の曲面の法線角度は１０．３７°、光束の射出角は、主光線で１７．６３°、法線に対する角度は７．２６°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。

図６は、実施例２の撮像装置について諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図である。
図６から明らかなように、実施例２の撮像装置は、各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。

＜実施例３＞
図３は、本発明の実施例３に係る撮像装置のレンズ構成図である。
本発明の実施例３に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、ビトウィン絞りタイプとなっており、最も物体側に負レンズを配設している。実施例３では、最も物体側に配設した負レンズと開口絞りＳとの間隔が小さいため、歪曲収差は良化しており、中間画角では正となっている。

実施例３の撮像装置は、図３に示すように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズＬ_１、開口絞りＳ、両凸の第２レンズＬ_２、両凹の第３レンズＬ_３、両凸の第４レンズＬ_４、赤外線フィルタ等からなるフィルタ部２を配設してなり、撮像光学系の撮像位置に、物体側に凹面を向けて湾曲するように形成された撮像面を有する電子撮像素子（例えばＣＣＤ）１が配設されている。このような構成からなる撮像装置では、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は電子撮像素子１の撮像面上の結像位置に結像する。

以下、実施例３の撮像装置について具体的なデータを示す。
下記表７に、実施例３の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズ等の軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_dおよびアッベ数ν_dを示す。
なお、下記表７において面番号の右側に＊を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は上記非球面式により表される。

下記表８に上記非球面に関する離心率Ｋおよび４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀の値を示す。

下記表９に、実施例３の撮像装置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカス（ｍｍ）、Ｆナンバ、画角２ω（度）、レンズ系の全長（ｍｍ）、絞りから最終レンズ面までの距離（ｍｍ）、第３レンズＬ_３の焦点距離ｆ_ｎ、第４レンズＬ_４の焦点距離ｆ_ｐ、電子撮像素子１におけるイメージサイズの１／２対角長Ｉ_ｈ、開口絞りＳから結像面までの距離Ｌ、条件式（１）〜条件式（４）におけるＲ／Ｌ、ｆ_ｎ／ｆ_ｐ、Ｒ_ｅ／Ｒ、Ｉ_ｈ／Ｒの値を示す。

上記表９から明らかなように、実施例３の撮像装置は、上記各条件式を全て満足している。
なお、電子撮像素子１の受光面の曲率半径Ｒは−１５．００（ｍｍ）であり、電子撮像素子１のイメージサイズで半対角長Ｉ_ｈを４．２５としたとき、電子撮像素子１の曲面の法線角度は１６．４６°、光束の射出角は、主光線で１１．３７°、法線に対する角度は−５．０９°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。

図７は、実施例３の撮像装置について諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図である。
図７から明らかなように、実施例３の撮像装置は、各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。

＜実施例４＞
図４は、本発明の実施例３に係る撮像装置のレンズ構成図であり、（Ａ）は広角端におけるレンズ構成図、（Ｂ）は中間位置におけるレンズ構成図、（Ｃ）は望遠端におけるレンズ構成図である。
本発明の実施例４に係る撮像装置に用いる撮像光学系は、ビトウィン絞りタイプのズームレンズとなっており、最も物体側に負レンズを配設し、レンズ全系において歪曲収差が負となっている。

実施例４の撮像装置は、図４に示すように、物体側から順に、両凹の第１レンズＬ_１、両凸の第２レンズＬ_２、開口絞りＳ、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ_３、両凸の第４レンズＬ_４、赤外線フィルタ等からなるフィルタ部２を配設してなり、撮像光学系の撮像位置に、物体側に凹面を向けて湾曲するように形成された撮像面を有する電子撮像素子（例えばＣＣＤ）１が配設されている。なお、実施例４の撮像装置では、変倍に際して、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２、および第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４の光軸上の間隔が変化するようになっている。

このような構成からなる撮像装置では、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は電子撮像素子１の撮像面上の結像位置に結像する。

以下、実施例４の撮像装置について具体的なデータを示す。
下記表１０に、実施例４の撮像装置における各レンズ面等の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズ等の軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_dおよびアッベ数ν_dを示す。
なお、下記表１０において面番号の右側に＊を付した面は非球面であることを表しており、各非球面は上記非球面式により表される。

下記表１１に上記非球面に関する離心率Ｋおよび４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀の値を示す。

下記表１２に、実施例４の撮像装置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカス（ｍｍ）、Ｆナンバ、画角２ω（度）、レンズ系の全長（ｍｍ）、絞りから最終レンズ面までの距離（ｍｍ）、第３レンズＬ_３の焦点距離ｆ_ｎ、第４レンズＬ_４の焦点距離ｆ_ｐ、電子撮像素子１におけるイメージサイズの１／２対角長Ｉ_ｈ、開口絞りＳから結像面までの距離Ｌ、条件式（１）〜条件式（４）におけるＲ／Ｌ、ｆ_ｎ／ｆ_ｐ、Ｒ_ｅ／Ｒ、Ｉ_ｈ／Ｒの値を示す。

上記表１２から明らかなように、実施例４の撮像装置は、上記各条件式を全て満足している。
なお、実施例４の撮像装置に用いる撮像光学系は、像面を平面とした場合、歪曲収差が−２．１４％であり、この撮像光学系から射出される光束を曲率半径Ｒが−１５．００（ｍｍ）の電子撮像素子１の撮像面で受けると、再生画面における歪曲収差が−５．１４％となる。また、電子撮像素子１のイメージサイズで半対角長Ｉ_ｈを３．３２としたとき、電子撮像素子１の曲面の法線角度は１２．７９°、光束の射出角は、主光線で１５．７９°、法線に対する角度は３．００°となり、ケラレによる光量低下に対して許容範囲内の値となっている。

図８は、実施例４の撮像装置について、広角端、中間位置、および望遠端における諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図である。
図８から明らかなように、実施例４の撮像装置は、全変倍域において各収差を良好に補正し得る高い結像性能を発揮可能な撮像装置とされている。

＜本実施例と従来技術との比較＞
以上説明したように、上記各実施例の撮像装置に用いる撮像光学系は４枚構成となっており、上記各実施例と同様に撮像光学系が４枚構成で、携帯電話等に好適に用いられる撮像装置である特開２００３−１６１８７８号公報記載の技術と比較して結像性能が良好なものとなっている。すなわち、上記各実施例の撮像装置は、特開２００３−１６１８７８号公報記載の技術と比較して、電子撮像素子１を湾曲させて結像性能を高めるという効果を顕著に発揮することができる。

本発明の実施例１に係る撮像装置のレンズ構成図本発明の実施例２に係る撮像装置のレンズ構成図本発明の実施例３に係る撮像装置のレンズ構成図本発明の実施例４に係る撮像装置のレンズ構成図本発明の実施例１の撮像装置について、諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例２の撮像装置について、諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例３の撮像装置について、諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例４の撮像装置について、諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例１に係る撮像装置と同等のレンズ構成を有し、結像面を平面とした場合の比較例のレンズ構成図本発明の実施例１に係る撮像装置と同等のレンズ構成を有し、結像面を平面とした場合の比較例ついて、諸収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差）を示す収差図

符号の説明

１撮像素子
２フィルタ部
Ｓ開口絞り
Ｌ_１〜Ｌ_４レンズ

Claims

湾曲した撮像面を有する電子撮像素子を撮像光学系の撮像位置に配設してなる撮像装置において、
該撮像光学系の最も像側に配設されたレンズ要素は、像側から順に、正の屈折力を有するレンズ、負の屈折力を有するレンズおよび開口絞りを配設してなるとともに、前記正の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して正の屈折力が強くなるように構成され、前記負の屈折力を有するレンズは、像側の面が物体側の面と比較して負の屈折力が強くなるように構成されてなり、
以下の条件式（１）〜（３）を満足してなることを特徴とする撮像装置。
−２．８＜Ｒ／Ｌ＜−１・・・（１）
−１．５＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．５・・・（２）
０．１＜Ｒｅ／Ｒ＜０．５・・・（３）
ただし、
Ｒ：電子撮像素子の受光面の曲率半径（非球面の場合には近軸曲率半径）
Ｒｅ：撮像装置を構成する光学系の最も像側の面の曲率半径（非球面の場合には近軸曲率半径）
Ｌ：開口絞りから結像面までの距離（空気換算長としたフィルタ類の厚みを含み、光学系がズームレンズの場合には広角端における値）
ｆｎ：負の屈折力を有するレンズの焦点距離
ｆｐ：正の屈折力を有するレンズの焦点距離
以下の条件式（４）を満足してなることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
−０．４＜Ｉｈ／Ｒ＜−０．１・・・（４）
ただし、
Ｉｈ：電子撮像素子におけるイメージサイズの対角長の１／２