撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器
【課題】レンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系を提供する。
【解決手段】撮像光学系１０は、物体側から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ１１、正の光学的パワーを有する第２レンズ１２、及び負の光学的パワーを有する第３レンズ１３を具備する。このような撮像光学系１０において、正レンズである第１レンズ１１が有するレンズ面１１ａ、１１ｂ及び第２レンズ１２が有するレンズ面１２ａ、１２ｂのうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成される。そして、回折面を含むレンズの屈折によるパワーをＰＬ、当該撮像光学系１０の全系の屈折と回折によるパワーをＰとするとき、下記の条件式を満たすように構成される。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０
【解決手段】撮像光学系１０は、物体側から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ１１、正の光学的パワーを有する第２レンズ１２、及び負の光学的パワーを有する第３レンズ１３を具備する。このような撮像光学系１０において、正レンズである第１レンズ１１が有するレンズ面１１ａ、１１ｂ及び第２レンズ１２が有するレンズ面１２ａ、１２ｂのうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成される。そして、回折面を含むレンズの屈折によるパワーをＰＬ、当該撮像光学系１０の全系の屈折と回折によるパワーをＰとするとき、下記の条件式を満たすように構成される。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレンズから構成される撮像光学系に関し、特に小型化に適した撮像光学系、撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の普及が目覚しく、しかもこれらの機器に、コンパクトなデジタルスチルカメラユニットやデジタルビデオユニットが内蔵される仕様が一般化してきている。これまで、携帯電話機等に用いられる撮像素子は１０万〜３５万画素程度の低画素数のものが殆どであり、このような撮像素子に対しては、１〜２枚のレンズで構成される撮像光学系が用いられていた。しかしながら、近年は１００万画素を超えるような撮像素子が携帯電話機等に数多く採用されるに至っており、かかる高画素撮像素子に対しては上記のような撮像光学系では色収差の補正等が不十分で解像性能を良好なものとすることができなかった。
【０００３】
色収差の補正能力を上げるにはレンズ枚数を増やせば良いが、携帯電話機のような小型のデジタル機器に組み込むためには可及的にレンズ枚数は少ないことが望ましい。これらの点に鑑み、３枚のレンズにて撮像光学系を構築することも試みられたが、レンズ３枚構成とした程度では色収差を十分に補正することはできなかった。一方、１〜２枚のレンズで構成される撮像光学系において、特許文献１、特許文献２には、レンズ面に回折面を形成することで色収差の補正を行うようにした撮像光学系が開示されている。しかし、１〜２枚のレンズ構成では、たとえ回折面を設けたとしても解像性能が不十分である。
【０００４】
ところで、特許文献３には、撮像光学系ではなく、イメージスキャナ等に適用される読み取り光学系において、レンズ３枚構成とすると共にそのレンズ面の一つに正の回折面を形成することが開示されている。しかし、読み取り光学系では光学全長が長く、画角が狭いものであることから、特許文献３に開示された技術をそのまま携帯電話機のような小型のデジタル機器に適用するのは困難であった。
【特許文献１】特開平１０−１０４５３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１６１０２０号公報
【特許文献３】特開平１１−５２２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述したような状況を鑑みてなされたものであり、レンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているもの（近軸曲率に基づいた表記）とする。
【０００７】
本発明の請求項１に係る撮像光学系は、物体側から像側に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズと、正の光学的パワーを有する第２レンズと、負の光学的パワーを有する第３レンズとを具備する撮像光学系において、前記第１レンズ及び第２レンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成され、その回折面を含むレンズの屈折によるパワーが下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０ ・・・（１）
但し、ＰＬ：回折面を含むレンズの屈折によるパワー
Ｐ：全系の屈折と回折によるパワー
【０００８】
この構成によれば、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされ、正レンズのうちの少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する撮像光学系とされている。このような正正負のレンズ３枚構成では、一般に最も像側に位置することになる負レンズ（第３レンズ）により色収差が補正される。かかる撮像光学系において、コンパクト化のためにレンズ全長の短縮化を図るには、正レンズのパワーを適度に強くする必要があるが、これにより色収差が悪化するという問題が生じる。そこで本発明では、正レンズのうちの少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する構成とすることで正レンズにおいても色収差を補正可能とし、つまり回折面を含む正レンズに適度に強い屈折によるパワーを持たせることを可能にし、撮像光学系のコンパクト化を実現したものである。
【０００９】
そして、回折面を含むレンズの屈折によるパワーが上記条件式（１）を満たすことを要件としている。条件式（１）の上限を超えると、前記回折面だけでは色収差を十分に補正することが困難となり、また下限を下回ると、光学系全長の短縮化が十分に図れなくなる。従って、請求項１に係る構成を備えることで、正正負のレンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系が提供できるようになる。
【００１０】
請求項２に係る撮像光学系は、請求項１において、下記（２）、（３）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．０＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．３ ・・・（２）
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．０５ ・・・（３）
但し、ＰＤＯＥ：回折によるパワー
ＰＮ：第３レンズの屈折によるパワー
【００１１】
上述した通り、正正負のレンズ３枚構成では、負レンズにより色収差が補正される。従って、撮像光学系のコンパクト化を進めるほど、１枚しか存在しない負レンズのパワーを大きくして色収差を補正する必要がある。しかし、あまり負レンズのパワーを大きくしすぎると、球面収差とのバランスを崩し各種収差を良好に補正できなくなる。本発明においては、正レンズの少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成されていることから当該回折面でも色収差の補正が行われる結果、負レンズのパワーを過剰に大きくすることなく色収差を低減させることができるが、前記回折面の回折パワー及び負レンズの屈折によるパワーを全系のパワーとの関係において上記条件式（２）、（３）の要件を満足させることで、一層コンパクト化及び高精細さの面でバランスの取れた撮像光学系を提供できるようになる。条件式（２）の上限を超えると、軸上色収差の補正が過剰となる傾向が顕著となる。また、下限に達すると、前記回折面が回折光学素子として機能しなくなる。一方、条件式（３）の上限を超えると、負レンズ（第３レンズ）のパワーが小さくなりすぎて主点位置を像面側から遠ざけることができなくなり、焦点距離に対して全長の短縮化が困難になる傾向がある。また、下限を下回ると、負レンズのパワーが大きくなりすぎ偏芯誤差感度が高くなってレンズ間の調整が必須となり、コストが高くなる傾向が顕著になる。
【００１２】
請求項３に係る撮像光学系は、請求項１又は２において、撮像光学系が光学絞りを具備し、前記回折面が前記光学絞りの近傍に配置されると共に、前記回折面を通る最大画角の主光線の光線高さが、下記（４）、（５）の条件式を満たすことを特徴とする。
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．７ ・・・（４）
｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．２ ・・・（５）
但し、ＤＤＯＥ：光学絞りから回折面までの光軸上の距離
ＤＳ：光学絞りから像面までの距離
ＨＤＯＥ：回折面を通る最大画角の主光線の光線高さ
【００１３】
一般に、回折光学素子はアッベ数＝−３．４５と、光学樹脂や光学ガラスに比べ非常に高い分散特性をもつ。軸上色収差を補正するためには適度な回折のパワーが必要なのであるが、倍率色収差はパワーだけでなく光線高さにも補正効果が影響してしまう。そこで、回折面を光学絞りの近傍に配置する（これにより、軸状光と軸外光の回折面における分離度合いを小さくできる）ことで、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さを低くできるようにすると共に、条件式（４）、（５）を満足させることで、倍率色収差の補正を適性に行えるようにしたものである。条件式（４）及び条件式（５）の上限を超えると、いずれも倍率色収差の補正が過剰となる傾向が顕著となる。
【００１４】
請求項４に係る撮像光学系は、請求項１〜３のいずれかにおいて、撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズと第２レンズとの間に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系の場合、第１レンズと第２レンズとの間に光学絞りを介在させることで、第１レンズと第２レンズとを対称的に配置することができる。これにより、コマ収差、非点収差、歪曲収差等の発生を抑制することができるという利点がある。
【００１６】
請求項５に係る撮像光学系は、請求項１〜３のいずれかにおいて、撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズの物体側に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、第１レンズの物体側に光学絞りが配置されるので、射出瞳位置を像面から離すことができるようになる。これにより、テレセントリック性を高めることができるという利点がある。
【００１８】
請求項６に係る撮像光学系は、請求項１〜５のいずれかにおいて、下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．６＜Ｄ／ｆ＜１．９ ・・・（６）
但し、Ｄ：第１レンズの物体側面から第３レンズの像側面までの光軸上厚み
ｆ：全系の焦点距離
【００１９】
この構成によれば、撮像光学系のコンパクト化と収差補正とのバランスを図ることができる。上記条件式（６）の上限を超えると、収差を補正する上で有利となるが、光学系全長の増大を招来してしまう。また、下限を下回ると、光学系全長を短縮する上では有利となるが、収差劣化を招来してしまう。特に画角を広くすると、歪曲収差と像面湾曲の劣化が顕在化する。
【００２０】
請求項７に係る撮像光学系は、請求項１〜６のいずれかにおいて、少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを有することを特徴とする。この構成によれば、樹脂材料製レンズを用いることで、安定した品質での大量生産が可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００２１】
請求項８に係る撮像光学系は、請求項７において、前記回折面を有するレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることを特徴とする。回折面は構造が複雑なものとなるため、金型を用いた成形加工により形成することが望ましい。そこで、回折面を追加する正レンズの硝材に光学樹脂材料を用いることで、回折面付きの正レンズを金型成形にて生産できるようになり、製造の容易化並びにコストダウンが図れるようになる。
【００２２】
請求項９に係る撮像光学系は、請求項８において、前記光学樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする。
【００２３】
一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機微粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料とすることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。従って、少なくとも１枚のレンズに、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、本発明に係る変倍光学系の全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。
【００２４】
請求項１０に係る撮像光学系は、請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第１レンズ及び第２レンズのうち、屈折のみによるパワーを持つレンズが、光学ガラス材料製レンズからなることを特徴とする。この構成によれば、２枚の正レンズのうち、いずれか１枚の正レンズにのみ回折面が具備されている場合において、回折面を持たず屈折のみのパワーを持つもう一方の正レンズの硝材を光学ガラスにすることで、環境温度変化によるバックフォーカスのずれを可及的に小さくすることができる。
【００２５】
請求項１１に係る撮像レンズ装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする。この構成によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な、コンパクトで高精細な撮像レンズ装置を実現し得る。
【００２６】
請求項１２に係るデジタル機器は、請求項１１に記載の撮像レンズ装置と、前記撮像レンズ装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、前記撮像レンズ装置の撮像光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とする。この構成によれば、高精細でコンパクトな撮像レンズ装置を搭載した携帯電話機のようなデジタル機器を実現し得る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、レンズ３枚構成という少ないレンズ枚数で、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を安価に、且つコンパクト化が十分達成された態様で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜撮像光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る撮像光学系１０の構成を模式的に示す光路図である。この撮像光学系１０は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１６の受光面１６ａ（像面）上に被写体の光学像を形成するものであって、物体側（被写体）から像側（撮像素子１６）に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズ１１と、正の光学的パワーを有する第２レンズ１２と、負の光学的パワーを有する第３レンズ１３とを具備する正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系である。
【００２９】
図１では、第１レンズ１１が両凸の正レンズから構成され、第２レンズ１２が像側に凸の正メニスカスレンズから構成され、また第３レンズ１３が物体側に凸の負メニスカスレンズから構成されている例を示している。なお、前記第１レンズ１１と第２レンズ１２との間には、光学絞り１４が配置され、また第３レンズ１３と撮像素子１６との間には、ノイズ成分を除去するローパスフィルタ１５が配置されている。かかる構成において、物体側に存在する被写体の光学像が、当該撮像光学系１０によりその光軸ＡＸに沿って撮像素子１６の受光面１６ａまで導かれ、撮像素子１６により前記被写体の光学像が撮像されるものである。
【００３０】
本発明においては、このような撮像光学系１０において、正レンズである第１レンズ１１が有するレンズ面１１ａ、１１ｂ及び第２レンズ１２が有するレンズ面１２ａ、１２ｂのうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面（ＤＯＥ；Diffractive Optical Element）が形成される。この回折面は、回折作用によって光線を屈曲させる面であって、かかる回折面は負のアッベ数（−３．４５）を持つことから、正レンズの組み合わせ（第１レンズ１１及び第２レンズ１２）でも色収差の補正が行えるものである。回折面は、上記４つのレンズ面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂのうちのいずれか一つのレンズ面に形成されていれば良いが、第１レンズ１１及び第２レンズ１２に一面ずつ回折面を具備させたり、第１レンズ１１又は第２レンズ１２のいずれかのレンズの両面に回折面を形成したり、或いは４つのレンズ面すべてに回折面を形成しても良い。
【００３１】
そして、このような回折面を含むレンズの屈折によるパワーをＰＬ、当該撮像光学系１０の全系の屈折と回折によるパワーをＰとするとき、上記条件式（１）で示したように、ＰＬ／Ｐが、
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０
の関係を満たすように構成される。これにより、正正負のレンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系１０が提供できるようになる。
【００３２】
ここで、上記条件式（１）におけるＰＬ／Ｐの関係を、下記（１）’の条件式を満たすようにすることが望ましい。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜１．５ ・・・（１）’
ＰＬ／Ｐが上記条件式（１）’の上限を超えると、偏芯誤差感度が高くなることに起因してレンズ間の調整が必須とならざるを得ない場合が多くなり、製造コストが高くなる。
【００３３】
当該撮像光学系１０は、正正負のレンズ３枚構成であることから、負レンズ（第３レンズ１３）により色収差が補正されるが、かかる補正のために第３レンズのパワーを大きくしすぎると、球面収差とのバランスを崩し各種収差を良好に補正できなくなる。このため、回折によるパワーをＰＤＯＥ、第３レンズ１３の屈折によるパワーをＰＮとするとき、上記条件式（２）、（３）で示したように、ＰＤＯＥ／Ｐ、及びＰＮ／Ｐが、
０．０＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．３
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．０５
の関係を満たすように構成されることが望ましい。かかる構成とすることで、第３レンズ１３のパワーを過剰に大きくすることなく色収差を良好に低減させることができる。
【００３４】
なお、上記条件式（２）、（３）におけるＰＤＯＥ／Ｐ、及びＰＮ／Ｐの関係を、下記（２）’、（３）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．０１＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．１５ ・・・（２）’
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．２ ・・・（３）’
ＰＤＯＥ／Ｐが上記条件式（２）’の上限を超えると、前記回折面における回折格子のピッチが微細になり製造難度が高くなる傾向が顕著となり、製造コストが高くなる。また、下限を下回ると、回折のパワーが小さいために軸上色収差を十分に補正できなくなる。一方、ＰＮ／Ｐが条件式（３）’の上限を超えると、第３レンズ１３のパワーが小さくなりすぎて撮像光学系１０全体でペッツバール和を小さくすることが困難化し、像面を揃えることが難しくなる。また、下限を下回ると、第３レンズ１３のパワーが強くなりすぎ、製造誤差感度が大きくなってしまう不都合がある。
【００３５】
この撮像光学系１０には光学絞り１４が具備されているが、この光学絞り１４は前記回折面が形成されているレンズ面の近傍に配置されることが望ましい。図１の例では、例えば回折面がレンズ面１１ｂに形成されている場合は、なるべくその近傍に光学絞り１４を配置することが望ましい。これにより、軸状光と軸外光の回折面における分離度合いを小さくでき、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さを低くできるようになる。
【００３６】
さらに、光学絞り１４から回折面（例えばレンズ面１１ｂにおける回折面）までの光軸上の距離をＤＤＯＥ、光学絞りから像面（撮像素子１６の受光面１６ａ）までの距離をＤＳ、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さをＨＤＯＥとするとき、上記条件式（４）、（５）で示したように、｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ及び｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥが、
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．７
｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．２
の関係を満たすことが望ましい。これにより、倍率色収差の補正を適性に行うことができるようになる。
【００３７】
なお、上記条件式（４）、（５）における｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ及び｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥの関係を、下記（４）’、（５）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．０１＜｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．４５ ・・・（４）’
０．３＜｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．０ ・・・（５）’
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳが条件式の（４）’の上限を超えると、軸上色収差に対する補正効果が小さくなり、また下限を下回ると倍率色収差に対する補正効果が小さくなる傾向が目立つようになる。同様に、｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥが条件式（５）’の上限を超えると、軸上色収差に対する補正効果が小さくなり、また下限を下回ると倍率色収差に対する補正効果が小さくなる傾向が目立つようになる。
【００３８】
光学絞り１４は、上記の通り回折面の近傍に配置することが望ましいが、図１に示すように、光学絞り１４を第１レンズ１１と第２レンズ１２との間に配置することは、好ましい光学構成の一つである。すなわち、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系１０の場合、第１レンズ１１と第２レンズ１２との間に光学絞り１４を介在させることで、両レンズを対称的に配置することができるので、コマ収差、非点収差、歪曲収差等の発生を抑制することができる。
【００３９】
なお、撮像光学系１０のテレセントリック性を高めるという観点からは、光学絞り１４は、第１レンズ１１の物体側（レンズ面１１ａの側）に配置されていることが望ましい。第１レンズ１１の物体側に光学絞り１４を配置することで、射出瞳位置を像面から離すことができるからである。
【００４０】
また、撮像光学系１０は、第１レンズ１１の物体側面から第３レンズ１３の像側面までの光軸上厚みをＤ、全系の焦点距離をｆとするとき、上記条件式（６）で示したように、Ｄ／ｆが、
０．６＜Ｄ／ｆ＜１．９
の関係を満たすことが望ましい。これにより、撮像光学系１０のコンパクト化と収差補正とのバランスを図ることができる。
【００４１】
ここで、上記条件式（６）におけるＤ／ｆの関係を、下記（６）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．８＜Ｄ／ｆ＜１．９ ・・・（６）’
上記条件式（６）’の下限を下回ると、光学系全長を短縮するために各レンズのパワーを大きくする必要があり、製造誤差感度が高くなってしまう。このことに起因してレンズ間の調整が必須とならざるを得ない場合が多くなり、製造コストが高くなる。
【００４２】
次に、撮像光学系１０の製法に関して、上記第１〜第３レンズ１１〜１３を構成する硝材については特に制限はなく、各種光学ガラス材料や光学樹脂（プラスチック）材料からなる硝材を用いることができる。しかし、光学樹脂材料を用いれば、軽量で、且つインジェクションモールド等により大量生産が可能であることから、ガラス材料で作製する場合に比して、コストの抑制や撮像光学系１０の軽量化の面で有利である。従って、撮像光学系１０に、少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを具備させることが望ましい。勿論、２枚以上の光学樹脂材料製レンズを具備させても良い。
【００４３】
とりわけ、回折面が形成される第１レンズ１１又は／及び第２レンズ１２が、光学樹脂材料製レンズからなることが望ましい。回折面は構造が複雑なものとなるため、光学ガラス材料に加工を施して成形するよりも、回折形状を備えた金型を用いた成形加工により形成することが望ましい。そこで、回折面が設けられる正レンズの硝材として光学樹脂材料を用いることで、回折面付きの正レンズを金型を用いたインジェクションモールド等により量産できるようになり、製造の容易化並びにコストダウンが図れるようになる。なお、所定の回折光学素子を光学樹脂材料で成形加工し、これをガラス材料製のレンズに貼り付けるようにして回折面を形成するようにしても良い。
【００４４】
このような樹脂材料製レンズとしては、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを用いることが望ましい。かかる無機粒子分散樹脂材料としては、例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させてなる複合材料を例示することができる。このような樹脂材料製レンズを用いることで、樹脂材料製レンズの温度変化による屈折率変化を極めて小さくすることが可能となる。
【００４５】
なお、回折面が形成されず屈折のみによるパワーを持つレンズ（例えば第１レンズ１１に回折面が形成され、第２レンズ１２には回折面が形成されないような場合は当該第２レンズ１２）は、光学ガラス材料製レンズからなることが望ましい。この構成によれば、環境温度変化によるバックフォーカスのずれを可及的に小さくすることができる。
【００４６】
撮像光学系１０に備えられている第１〜第３レンズ１１〜１３の全てのレンズ面が、非球面とされていることが望ましい。これにより、撮像光学系１０のコンパクト化と高画質化の両立を図ることが可能となる。
【００４７】
また、撮像光学系１０は、光学絞り１４の代わりに、撮像素子１６に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッタを配置しても良い。かかるメカニカルシャッタは、例えば撮像素子１６としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）方式のものが用いられた場合に、スミア防止に効果がある。
【００４８】
ローパスフィルタ１５は、撮像素子１６の受光面１６ａ上に配置され、ノイズ成分を除去する平行平板状の光学部品である。このローパスフィルタ１５として、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。なお、ローパスフィルタ１５は必ずしも備える必要はなく、代わりに撮像素子１６の画像信号に含まれるノイズを低減する赤外線カットフィルタを用いるようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタ１５の表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。
【００４９】
撮像素子１６は、当該撮像光学系１０により結像された被写体の光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１６としては、ＣＣＤが２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。
【００５０】
＜撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような撮像光学系１０が組み込まれたデジタル機器について説明する。図２は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、折り畳み式のカメラ付携帯電話機２０の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。
【００５１】
図２（ａ）は、携帯電話機２０の操作面を、図２（ｂ）は、その背面を表している。この携帯電話機２０は、第１の筐体２０１と第２の筐体２０２とがヒンジ２０３によって連結された折り畳み可能な構造であって、第１の筐体２０１の操作面には上下方向に長い長方形のディスプレイ２１が備えられている。また第２の筐体２０２の操作面には、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２２、シャッタボタン２３及び各種の操作ボタン２４が備えられている。また、携帯電話機２０には、先に説明した撮像光学系１０によって構成された撮像レンズ装置２５が内蔵されており、その対物レンズが携帯電話機２０の背面に表出している。
【００５２】
図３は、上記携帯電話機２０の撮像に係る電気的な機能構成を示す機能ブロック図である。この携帯電話機２０は、撮像機能のために、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、制御部３４、記憶部３５、及びＩ／Ｆ部３６を備えて構成される。
【００５３】
撮像部３０は、撮像レンズ装置２５と撮像素子１６とを備えて構成される。被写体からの光線は、撮像光学系１０によって撮像素子１６の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。撮像素子１６は、撮像光学系１０により結像された被写体の光学像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１６は、制御部３４の制御により、静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、又は撮像素子１６における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）等の撮像動作が制御される。
【００５４】
画像生成部３１は、撮像素子１６からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正及び色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から各画素の画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。
【００５５】
画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される。
【００５６】
画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の画像処理を行う回路である。また、必要に応じて画像処理部３３に、撮像光学系１０では補正しきれなかった収差を補正させるように構成することも可能である。
【００５７】
制御部３４は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、記憶部３５及びＩ／Ｆ部３６の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部３４により、被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像部３０が実行するよう制御される。
【００５８】
記憶部３５は、被写体の静止画撮影又は動画撮影により生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭを備えて構成される。つまり、記憶部３５は、静止画用及び動画用のメモリとしての機能を有する。
【００５９】
Ｉ／Ｆ部３６は、外部機器と画像データを送受信するインターフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の規格に準拠したインターフェースである。
【００６０】
以上の通り構成された携帯電話機２０の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２２を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２２を一度押すことで静止画撮影モードが起動し、その状態でもう一度画像切替ボタン２２を押すことで動画撮影モードに切り替わる。つまり、画像切替ボタン２２からの指示を受けた携帯電話機２０の制御部３４が、物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を撮像部３０に実行させる。
【００６１】
静止画撮影モードが起動すると、制御部３４は、撮像部３０に静止画の撮影を行わせるように制御する。これにより、光学像が撮像素子１６の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリ（図略）に転送され、ディスプレイ２１に導かれる。そして、撮影者はディスプレイ２１を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッタボタン２３を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリとしての記憶部３５に画像データが格納される。
【００６２】
また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２２を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２２を押して動画撮影モードに切り替える。これにより、制御部３４は、撮像部３０を制御し動画の撮影を行わせる。後は静止画撮影のときと同様にして、撮影者はディスプレイ２１を覗き、撮像レンズ装置２５を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。この状態でシャッタボタン２３を押すことで、動画撮影が開始される。撮影された動画のフレーム画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリに転送され、ディスプレイ２１に導かれる。ここで、もう一度シャッタボタン２３を押すことで、動画撮影は終了する。撮影された動画像は、動画用のメモリとしての記憶部３５に導かれて格納される。
【００６３】
＜撮像光学系のより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したような撮像光学系１０、すなわち図２に示したようなカメラ付携帯電話機２０に搭載される撮像レンズ装置２５を構成する撮像光学系１０の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００６４】
図４は、実施例１の撮像光学系１０Ａにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この実施例１及び以下に示す実施例２〜１６を通じて、これらの３つのレンズは、図の物体側（図４における左側）から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ（Ｌ１）、正の光学的パワーを有する第２レンズ（Ｌ２）、及び負の光学的パワーを有する第３レンズ（Ｌ３）からなる、正正負のレンズ３枚構成とされている。また、第３レンズ（Ｌ３）の像側には、平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。前記平行平板（ＦＴ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。なお、光学絞り（ＳＴ）は、第１レンズ（Ｌ１）の像側若しくは物体側のいずれかに配置される。
【００６５】
図４に示した実施例１の撮像光学系１０Ａは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い（以下の実施例でも同じ）。
【００６６】
図４において各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は非球面であることを示し、またｒｉに「＃」印が付されている面は回折面であることを示すものである。なお、前記光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような扱いは、後述する他の実施例についての光路図（図５〜図１９）でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図４と同様である。但し、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面には同じ符号（ｒ１）が付けられているが、これらの曲率等が実施形態を通じて同一であるという意味ではない。
【００６７】
このような構成の下で、物体側から入射した光線は光軸ＡＸに沿って、順に第１、第２及び第３レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）及び平行平板（ＦＴ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、平行平板（ＦＴ）にて修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として携帯電話機や携帯情報端末等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。
【００６８】
実施例１の撮像光学系１０Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１〜表３に示す。また、上述した条件式（１）〜（６）を、実施例１に係る撮像光学系１０Ａに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表４９に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
表１に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、光軸上における各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッべ数である。軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図４に示したように、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを、またｉに「＃」印が付されている面は回折面が形成されている面であることを示すものである。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）の両面及び撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。
【００７３】
表２は、非球面とされている面（表１においてｉに＊が付された面）の非球面データを示す表である。レンズ面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、下記（７）式により定義する。表２には、下記（７）式により定義に基づく円錐係数ｋ、及び非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃの値がそれぞれ示されている。
Ｚ（ｈ）＝（ｃ・ｈ２）／［１＋sqrt｛１−（１＋ｋ）ｃ２ｈ２｝］
＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋… ・・・（７）
但し、Ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ：それぞれ４，６，８次の非球面係数
ｋ：円錐係数
【００７４】
また表３は、回折面を有する面（表１においてｉに＃が付された面）の回折面データを示す表である。回折形状は、回折面のピッチの位相形状を表す下記（８）式により定義する。なお、表３に示された位相係数は、設計波長がｄ線の５８７．５６ｎｍ、設計次数が＋１次（回折面の光学パワーΦＤは、ΦＤ＝−２・Ｃ１で表される）として設定されたものである。
φ（ｈ）＝（２π／λ０）・（Ｃ１・Ｈ２＋Ｃ２・Ｈ４＋Ｃ３・Ｈ６＋…）
・・・（８）
但し、φ（ｈ）：位相関数
λ０：設計波長
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ …Ｃｉ：２次，４次，６次， …２ｉ次の位相係数
【００７５】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１における撮像光学系１０Ａの球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）、及び歪曲収差（DISTORTION）を、図２０の左側から順に示す。この図において、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。
【００７６】
さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ｓとｔはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。この図２０からわかるように、実施例１の撮像光学系１０Ａは、歪曲収差が５％以内と優れた光学特性を示している。また、撮像光学系１０Ａにおける焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、後掲の表５０にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。
【実施例２】
【００７７】
図５は、実施例２の撮像光学系１０Ｂにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｂは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４〜表６に示す。
【００７８】
【表４】
【００７９】
【表５】
【００８０】
【表６】
【実施例３】
【００８１】
図６は、実施例３の撮像光学系１０Ｃにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｃは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを表７〜表９に示す。
【００８２】
【表７】
【００８３】
【表８】
【００８４】
【表９】
【実施例４】
【００８５】
図７は、実施例４の撮像光学系１０Ｄにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｄは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び両凹の負レンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１０〜表１２に示す。
【００８６】
【表１０】
【００８７】
【表１１】
【００８８】
【表１２】
【実施例５】
【００８９】
図８は、実施例５の撮像光学系１０Ｅにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｅは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１３〜表１５に示す。
【００９０】
【表１３】
【００９１】
【表１４】
【００９２】
【表１５】
【実施例６】
【００９３】
図９は、実施例６の撮像光学系１０Ｆにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｆは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側及び第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｆにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１６〜表１８に示す。
【００９４】
【表１６】
【００９５】
【表１７】
【００９６】
【表１８】
【実施例７】
【００９７】
図１０は、実施例７の撮像光学系１０Ｇにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｇは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｇにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１９〜表２１に示す。
【００９８】
【表１９】
【００９９】
【表２０】
【０１００】
【表２１】
【実施例８】
【０１０１】
図１１は、実施例８の撮像光学系１０Ｈにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｈは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｈにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２２〜表２４に示す。
【０１０２】
【表２２】
【０１０３】
【表２３】
【０１０４】
【表２４】
【実施例９】
【０１０５】
図１２は、実施例９の撮像光学系１０Ｉにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｉは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｉにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２５〜表２７に示す。
【０１０６】
【表２５】
【０１０７】
【表２６】
【０１０８】
【表２７】
【実施例１０】
【０１０９】
図１３は、実施例１０の撮像光学系１０Ｊにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｊは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｊにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２８〜表３０に示す。
【０１１０】
【表２８】
【０１１１】
【表２９】
【０１１２】
【表３０】
【実施例１１】
【０１１３】
図１４は、実施例１１の撮像光学系１０Ｋにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｋは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｋにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３１〜表３３に示す。
【０１１４】
【表３１】
【０１１５】
【表３２】
【０１１６】
【表３３】
【実施例１２】
【０１１７】
図１５は、実施例１２の撮像光学系１０Ｌにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｌは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｌにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３４〜表３６に示す。
【０１１８】
【表３４】
【０１１９】
【表３５】
【０１２０】
【表３６】
【実施例１３】
【０１２１】
図１６は、実施例１３の撮像光学系１０Ｍにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｍは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び両凹の負レンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｍにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３７〜表３９に示す。
【０１２２】
【表３７】
【０１２３】
【表３８】
【０１２４】
【表３９】
【実施例１４】
【０１２５】
図１７は、実施例１４の撮像光学系１０Ｎにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｎは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｎにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４０〜表４２に示す。
【０１２６】
【表４０】
【０１２７】
【表４１】
【０１２８】
【表４２】
【実施例１５】
【０１２９】
図１８は、実施例１５の撮像光学系１０Ｏにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｏは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｏにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４３〜表４５に示す。
【０１３０】
【表４３】
【０１３１】
【表４４】
【０１３２】
【表４５】
【実施例１６】
【０１３３】
図１９は、実施例１６の撮像光学系１０Ｐにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｐは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側及び第２レンズ（Ｌ２）物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｐにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４６〜表４８に示す。
【０１３４】
【表４６】
【０１３５】
【表４７】
【０１３６】
【表４８】
【０１３７】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２〜１６に示した撮像光学系１０Ｂ〜Ｐの球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図２１〜図３５にそれぞれ示す。これらの図において、球面収差の図には、図２０と同様に、一点鎖線で赤色、実線で黄色、そして破線で青色と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。いずれの実施例における撮像光学系１０Ｂ〜Ｐも、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。
【０１３８】
また、この実施例２〜１６の各撮像光学系１０Ｂ〜Ｐに、上述した条件式（１）〜（６）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表４９に示す。
【０１３９】
【表４９】
【０１４０】
さらに、この実施例２〜１６の各撮像光学系１０Ｂ〜ＰにおけるＦ値と焦点距離（単位mm）とを、表５０に示す。これらの表から、実施例１と同様に、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。
【０１４１】
【表５０】
【０１４２】
以上説明したように、上記実施例１〜１６に係る撮像光学系１０Ａ〜１０Ｐによれば、レンズ３枚構成という少ないレンズ枚数で、コンパクト化を達成しつつ、各種の収差が良好に補正できる高詳細な撮像光学系を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明にかかる撮像光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る撮像光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。
【図３】本発明に係る撮像光学系を具備するデジタル機器の一例としての携帯電話機の撮像に係る機能部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図５】実施例２に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図６】実施例３に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図７】実施例４に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図８】実施例５に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図９】実施例６に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１０】実施例７に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１１】実施例８に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１２】実施例９に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１３】実施例１０に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１４】実施例１１に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１５】実施例１２に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１６】実施例１３に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１７】実施例１４に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１８】実施例１５に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１９】実施例１６に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図２０】実施例１における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２１】実施例２における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２２】実施例３における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２３】実施例４における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２４】実施例５における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２５】実施例６における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２６】実施例７における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２７】実施例８における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２８】実施例９における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２９】実施例１０における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３０】実施例１１における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３１】実施例１２における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３２】実施例１３における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３３】実施例１４における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３４】実施例１５における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３５】実施例１６における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０、１０Ａ〜１０Ｐ 撮像光学系
１１、Ｌ１ 第１レンズ
１２、Ｌ２ 第２レンズ
１３、Ｌ３ 第３レンズ
１４、ＳＴ 光学絞り
１５、ＦＴ ローパスフィルタ
１６、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２０ 携帯電話機（デジタル機器）
２５ 撮像レンズ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレンズから構成される撮像光学系に関し、特に小型化に適した撮像光学系、撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の普及が目覚しく、しかもこれらの機器に、コンパクトなデジタルスチルカメラユニットやデジタルビデオユニットが内蔵される仕様が一般化してきている。これまで、携帯電話機等に用いられる撮像素子は１０万〜３５万画素程度の低画素数のものが殆どであり、このような撮像素子に対しては、１〜２枚のレンズで構成される撮像光学系が用いられていた。しかしながら、近年は１００万画素を超えるような撮像素子が携帯電話機等に数多く採用されるに至っており、かかる高画素撮像素子に対しては上記のような撮像光学系では色収差の補正等が不十分で解像性能を良好なものとすることができなかった。
【０００３】
色収差の補正能力を上げるにはレンズ枚数を増やせば良いが、携帯電話機のような小型のデジタル機器に組み込むためには可及的にレンズ枚数は少ないことが望ましい。これらの点に鑑み、３枚のレンズにて撮像光学系を構築することも試みられたが、レンズ３枚構成とした程度では色収差を十分に補正することはできなかった。一方、１〜２枚のレンズで構成される撮像光学系において、特許文献１、特許文献２には、レンズ面に回折面を形成することで色収差の補正を行うようにした撮像光学系が開示されている。しかし、１〜２枚のレンズ構成では、たとえ回折面を設けたとしても解像性能が不十分である。
【０００４】
ところで、特許文献３には、撮像光学系ではなく、イメージスキャナ等に適用される読み取り光学系において、レンズ３枚構成とすると共にそのレンズ面の一つに正の回折面を形成することが開示されている。しかし、読み取り光学系では光学全長が長く、画角が狭いものであることから、特許文献３に開示された技術をそのまま携帯電話機のような小型のデジタル機器に適用するのは困難であった。
【特許文献１】特開平１０−１０４５３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１６１０２０号公報
【特許文献３】特開平１１−５２２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述したような状況を鑑みてなされたものであり、レンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているもの（近軸曲率に基づいた表記）とする。
【０００７】
本発明の請求項１に係る撮像光学系は、物体側から像側に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズと、正の光学的パワーを有する第２レンズと、負の光学的パワーを有する第３レンズとを具備する撮像光学系において、前記第１レンズ及び第２レンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成され、その回折面を含むレンズの屈折によるパワーが下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０ ・・・（１）
但し、ＰＬ：回折面を含むレンズの屈折によるパワー
Ｐ：全系の屈折と回折によるパワー
【０００８】
この構成によれば、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされ、正レンズのうちの少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する撮像光学系とされている。このような正正負のレンズ３枚構成では、一般に最も像側に位置することになる負レンズ（第３レンズ）により色収差が補正される。かかる撮像光学系において、コンパクト化のためにレンズ全長の短縮化を図るには、正レンズのパワーを適度に強くする必要があるが、これにより色収差が悪化するという問題が生じる。そこで本発明では、正レンズのうちの少なくとも一つのレンズ面が回折面を有する構成とすることで正レンズにおいても色収差を補正可能とし、つまり回折面を含む正レンズに適度に強い屈折によるパワーを持たせることを可能にし、撮像光学系のコンパクト化を実現したものである。
【０００９】
そして、回折面を含むレンズの屈折によるパワーが上記条件式（１）を満たすことを要件としている。条件式（１）の上限を超えると、前記回折面だけでは色収差を十分に補正することが困難となり、また下限を下回ると、光学系全長の短縮化が十分に図れなくなる。従って、請求項１に係る構成を備えることで、正正負のレンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系が提供できるようになる。
【００１０】
請求項２に係る撮像光学系は、請求項１において、下記（２）、（３）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．０＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．３ ・・・（２）
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．０５ ・・・（３）
但し、ＰＤＯＥ：回折によるパワー
ＰＮ：第３レンズの屈折によるパワー
【００１１】
上述した通り、正正負のレンズ３枚構成では、負レンズにより色収差が補正される。従って、撮像光学系のコンパクト化を進めるほど、１枚しか存在しない負レンズのパワーを大きくして色収差を補正する必要がある。しかし、あまり負レンズのパワーを大きくしすぎると、球面収差とのバランスを崩し各種収差を良好に補正できなくなる。本発明においては、正レンズの少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成されていることから当該回折面でも色収差の補正が行われる結果、負レンズのパワーを過剰に大きくすることなく色収差を低減させることができるが、前記回折面の回折パワー及び負レンズの屈折によるパワーを全系のパワーとの関係において上記条件式（２）、（３）の要件を満足させることで、一層コンパクト化及び高精細さの面でバランスの取れた撮像光学系を提供できるようになる。条件式（２）の上限を超えると、軸上色収差の補正が過剰となる傾向が顕著となる。また、下限に達すると、前記回折面が回折光学素子として機能しなくなる。一方、条件式（３）の上限を超えると、負レンズ（第３レンズ）のパワーが小さくなりすぎて主点位置を像面側から遠ざけることができなくなり、焦点距離に対して全長の短縮化が困難になる傾向がある。また、下限を下回ると、負レンズのパワーが大きくなりすぎ偏芯誤差感度が高くなってレンズ間の調整が必須となり、コストが高くなる傾向が顕著になる。
【００１２】
請求項３に係る撮像光学系は、請求項１又は２において、撮像光学系が光学絞りを具備し、前記回折面が前記光学絞りの近傍に配置されると共に、前記回折面を通る最大画角の主光線の光線高さが、下記（４）、（５）の条件式を満たすことを特徴とする。
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．７ ・・・（４）
｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．２ ・・・（５）
但し、ＤＤＯＥ：光学絞りから回折面までの光軸上の距離
ＤＳ：光学絞りから像面までの距離
ＨＤＯＥ：回折面を通る最大画角の主光線の光線高さ
【００１３】
一般に、回折光学素子はアッベ数＝−３．４５と、光学樹脂や光学ガラスに比べ非常に高い分散特性をもつ。軸上色収差を補正するためには適度な回折のパワーが必要なのであるが、倍率色収差はパワーだけでなく光線高さにも補正効果が影響してしまう。そこで、回折面を光学絞りの近傍に配置する（これにより、軸状光と軸外光の回折面における分離度合いを小さくできる）ことで、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さを低くできるようにすると共に、条件式（４）、（５）を満足させることで、倍率色収差の補正を適性に行えるようにしたものである。条件式（４）及び条件式（５）の上限を超えると、いずれも倍率色収差の補正が過剰となる傾向が顕著となる。
【００１４】
請求項４に係る撮像光学系は、請求項１〜３のいずれかにおいて、撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズと第２レンズとの間に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系の場合、第１レンズと第２レンズとの間に光学絞りを介在させることで、第１レンズと第２レンズとを対称的に配置することができる。これにより、コマ収差、非点収差、歪曲収差等の発生を抑制することができるという利点がある。
【００１６】
請求項５に係る撮像光学系は、請求項１〜３のいずれかにおいて、撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズの物体側に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、第１レンズの物体側に光学絞りが配置されるので、射出瞳位置を像面から離すことができるようになる。これにより、テレセントリック性を高めることができるという利点がある。
【００１８】
請求項６に係る撮像光学系は、請求項１〜５のいずれかにおいて、下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．６＜Ｄ／ｆ＜１．９ ・・・（６）
但し、Ｄ：第１レンズの物体側面から第３レンズの像側面までの光軸上厚み
ｆ：全系の焦点距離
【００１９】
この構成によれば、撮像光学系のコンパクト化と収差補正とのバランスを図ることができる。上記条件式（６）の上限を超えると、収差を補正する上で有利となるが、光学系全長の増大を招来してしまう。また、下限を下回ると、光学系全長を短縮する上では有利となるが、収差劣化を招来してしまう。特に画角を広くすると、歪曲収差と像面湾曲の劣化が顕在化する。
【００２０】
請求項７に係る撮像光学系は、請求項１〜６のいずれかにおいて、少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを有することを特徴とする。この構成によれば、樹脂材料製レンズを用いることで、安定した品質での大量生産が可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００２１】
請求項８に係る撮像光学系は、請求項７において、前記回折面を有するレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることを特徴とする。回折面は構造が複雑なものとなるため、金型を用いた成形加工により形成することが望ましい。そこで、回折面を追加する正レンズの硝材に光学樹脂材料を用いることで、回折面付きの正レンズを金型成形にて生産できるようになり、製造の容易化並びにコストダウンが図れるようになる。
【００２２】
請求項９に係る撮像光学系は、請求項８において、前記光学樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする。
【００２３】
一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機微粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料とすることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。従って、少なくとも１枚のレンズに、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、本発明に係る変倍光学系の全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。
【００２４】
請求項１０に係る撮像光学系は、請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第１レンズ及び第２レンズのうち、屈折のみによるパワーを持つレンズが、光学ガラス材料製レンズからなることを特徴とする。この構成によれば、２枚の正レンズのうち、いずれか１枚の正レンズにのみ回折面が具備されている場合において、回折面を持たず屈折のみのパワーを持つもう一方の正レンズの硝材を光学ガラスにすることで、環境温度変化によるバックフォーカスのずれを可及的に小さくすることができる。
【００２５】
請求項１１に係る撮像レンズ装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする。この構成によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な、コンパクトで高精細な撮像レンズ装置を実現し得る。
【００２６】
請求項１２に係るデジタル機器は、請求項１１に記載の撮像レンズ装置と、前記撮像レンズ装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、前記撮像レンズ装置の撮像光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とする。この構成によれば、高精細でコンパクトな撮像レンズ装置を搭載した携帯電話機のようなデジタル機器を実現し得る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、レンズ３枚構成という少ないレンズ枚数で、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を安価に、且つコンパクト化が十分達成された態様で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜撮像光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る撮像光学系１０の構成を模式的に示す光路図である。この撮像光学系１０は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１６の受光面１６ａ（像面）上に被写体の光学像を形成するものであって、物体側（被写体）から像側（撮像素子１６）に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズ１１と、正の光学的パワーを有する第２レンズ１２と、負の光学的パワーを有する第３レンズ１３とを具備する正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系である。
【００２９】
図１では、第１レンズ１１が両凸の正レンズから構成され、第２レンズ１２が像側に凸の正メニスカスレンズから構成され、また第３レンズ１３が物体側に凸の負メニスカスレンズから構成されている例を示している。なお、前記第１レンズ１１と第２レンズ１２との間には、光学絞り１４が配置され、また第３レンズ１３と撮像素子１６との間には、ノイズ成分を除去するローパスフィルタ１５が配置されている。かかる構成において、物体側に存在する被写体の光学像が、当該撮像光学系１０によりその光軸ＡＸに沿って撮像素子１６の受光面１６ａまで導かれ、撮像素子１６により前記被写体の光学像が撮像されるものである。
【００３０】
本発明においては、このような撮像光学系１０において、正レンズである第１レンズ１１が有するレンズ面１１ａ、１１ｂ及び第２レンズ１２が有するレンズ面１２ａ、１２ｂのうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面（ＤＯＥ；Diffractive Optical Element）が形成される。この回折面は、回折作用によって光線を屈曲させる面であって、かかる回折面は負のアッベ数（−３．４５）を持つことから、正レンズの組み合わせ（第１レンズ１１及び第２レンズ１２）でも色収差の補正が行えるものである。回折面は、上記４つのレンズ面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂのうちのいずれか一つのレンズ面に形成されていれば良いが、第１レンズ１１及び第２レンズ１２に一面ずつ回折面を具備させたり、第１レンズ１１又は第２レンズ１２のいずれかのレンズの両面に回折面を形成したり、或いは４つのレンズ面すべてに回折面を形成しても良い。
【００３１】
そして、このような回折面を含むレンズの屈折によるパワーをＰＬ、当該撮像光学系１０の全系の屈折と回折によるパワーをＰとするとき、上記条件式（１）で示したように、ＰＬ／Ｐが、
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０
の関係を満たすように構成される。これにより、正正負のレンズ３枚構成で、十分なコンパクト化を達成しつつ、色収差の補正等が十分に行える高精細な撮像光学系１０が提供できるようになる。
【００３２】
ここで、上記条件式（１）におけるＰＬ／Ｐの関係を、下記（１）’の条件式を満たすようにすることが望ましい。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜１．５ ・・・（１）’
ＰＬ／Ｐが上記条件式（１）’の上限を超えると、偏芯誤差感度が高くなることに起因してレンズ間の調整が必須とならざるを得ない場合が多くなり、製造コストが高くなる。
【００３３】
当該撮像光学系１０は、正正負のレンズ３枚構成であることから、負レンズ（第３レンズ１３）により色収差が補正されるが、かかる補正のために第３レンズのパワーを大きくしすぎると、球面収差とのバランスを崩し各種収差を良好に補正できなくなる。このため、回折によるパワーをＰＤＯＥ、第３レンズ１３の屈折によるパワーをＰＮとするとき、上記条件式（２）、（３）で示したように、ＰＤＯＥ／Ｐ、及びＰＮ／Ｐが、
０．０＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．３
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．０５
の関係を満たすように構成されることが望ましい。かかる構成とすることで、第３レンズ１３のパワーを過剰に大きくすることなく色収差を良好に低減させることができる。
【００３４】
なお、上記条件式（２）、（３）におけるＰＤＯＥ／Ｐ、及びＰＮ／Ｐの関係を、下記（２）’、（３）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．０１＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．１５ ・・・（２）’
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．２ ・・・（３）’
ＰＤＯＥ／Ｐが上記条件式（２）’の上限を超えると、前記回折面における回折格子のピッチが微細になり製造難度が高くなる傾向が顕著となり、製造コストが高くなる。また、下限を下回ると、回折のパワーが小さいために軸上色収差を十分に補正できなくなる。一方、ＰＮ／Ｐが条件式（３）’の上限を超えると、第３レンズ１３のパワーが小さくなりすぎて撮像光学系１０全体でペッツバール和を小さくすることが困難化し、像面を揃えることが難しくなる。また、下限を下回ると、第３レンズ１３のパワーが強くなりすぎ、製造誤差感度が大きくなってしまう不都合がある。
【００３５】
この撮像光学系１０には光学絞り１４が具備されているが、この光学絞り１４は前記回折面が形成されているレンズ面の近傍に配置されることが望ましい。図１の例では、例えば回折面がレンズ面１１ｂに形成されている場合は、なるべくその近傍に光学絞り１４を配置することが望ましい。これにより、軸状光と軸外光の回折面における分離度合いを小さくでき、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さを低くできるようになる。
【００３６】
さらに、光学絞り１４から回折面（例えばレンズ面１１ｂにおける回折面）までの光軸上の距離をＤＤＯＥ、光学絞りから像面（撮像素子１６の受光面１６ａ）までの距離をＤＳ、回折面を通る最大画角の主光線の光線高さをＨＤＯＥとするとき、上記条件式（４）、（５）で示したように、｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ及び｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥが、
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．７
｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．２
の関係を満たすことが望ましい。これにより、倍率色収差の補正を適性に行うことができるようになる。
【００３７】
なお、上記条件式（４）、（５）における｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ及び｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥの関係を、下記（４）’、（５）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．０１＜｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．４５ ・・・（４）’
０．３＜｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．０ ・・・（５）’
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳが条件式の（４）’の上限を超えると、軸上色収差に対する補正効果が小さくなり、また下限を下回ると倍率色収差に対する補正効果が小さくなる傾向が目立つようになる。同様に、｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥが条件式（５）’の上限を超えると、軸上色収差に対する補正効果が小さくなり、また下限を下回ると倍率色収差に対する補正効果が小さくなる傾向が目立つようになる。
【００３８】
光学絞り１４は、上記の通り回折面の近傍に配置することが望ましいが、図１に示すように、光学絞り１４を第１レンズ１１と第２レンズ１２との間に配置することは、好ましい光学構成の一つである。すなわち、物体側から順に正正負のレンズ３枚構成とされた撮像光学系１０の場合、第１レンズ１１と第２レンズ１２との間に光学絞り１４を介在させることで、両レンズを対称的に配置することができるので、コマ収差、非点収差、歪曲収差等の発生を抑制することができる。
【００３９】
なお、撮像光学系１０のテレセントリック性を高めるという観点からは、光学絞り１４は、第１レンズ１１の物体側（レンズ面１１ａの側）に配置されていることが望ましい。第１レンズ１１の物体側に光学絞り１４を配置することで、射出瞳位置を像面から離すことができるからである。
【００４０】
また、撮像光学系１０は、第１レンズ１１の物体側面から第３レンズ１３の像側面までの光軸上厚みをＤ、全系の焦点距離をｆとするとき、上記条件式（６）で示したように、Ｄ／ｆが、
０．６＜Ｄ／ｆ＜１．９
の関係を満たすことが望ましい。これにより、撮像光学系１０のコンパクト化と収差補正とのバランスを図ることができる。
【００４１】
ここで、上記条件式（６）におけるＤ／ｆの関係を、下記（６）’の条件式を満たすようにすることがより望ましい。
０．８＜Ｄ／ｆ＜１．９ ・・・（６）’
上記条件式（６）’の下限を下回ると、光学系全長を短縮するために各レンズのパワーを大きくする必要があり、製造誤差感度が高くなってしまう。このことに起因してレンズ間の調整が必須とならざるを得ない場合が多くなり、製造コストが高くなる。
【００４２】
次に、撮像光学系１０の製法に関して、上記第１〜第３レンズ１１〜１３を構成する硝材については特に制限はなく、各種光学ガラス材料や光学樹脂（プラスチック）材料からなる硝材を用いることができる。しかし、光学樹脂材料を用いれば、軽量で、且つインジェクションモールド等により大量生産が可能であることから、ガラス材料で作製する場合に比して、コストの抑制や撮像光学系１０の軽量化の面で有利である。従って、撮像光学系１０に、少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを具備させることが望ましい。勿論、２枚以上の光学樹脂材料製レンズを具備させても良い。
【００４３】
とりわけ、回折面が形成される第１レンズ１１又は／及び第２レンズ１２が、光学樹脂材料製レンズからなることが望ましい。回折面は構造が複雑なものとなるため、光学ガラス材料に加工を施して成形するよりも、回折形状を備えた金型を用いた成形加工により形成することが望ましい。そこで、回折面が設けられる正レンズの硝材として光学樹脂材料を用いることで、回折面付きの正レンズを金型を用いたインジェクションモールド等により量産できるようになり、製造の容易化並びにコストダウンが図れるようになる。なお、所定の回折光学素子を光学樹脂材料で成形加工し、これをガラス材料製のレンズに貼り付けるようにして回折面を形成するようにしても良い。
【００４４】
このような樹脂材料製レンズとしては、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを用いることが望ましい。かかる無機粒子分散樹脂材料としては、例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させてなる複合材料を例示することができる。このような樹脂材料製レンズを用いることで、樹脂材料製レンズの温度変化による屈折率変化を極めて小さくすることが可能となる。
【００４５】
なお、回折面が形成されず屈折のみによるパワーを持つレンズ（例えば第１レンズ１１に回折面が形成され、第２レンズ１２には回折面が形成されないような場合は当該第２レンズ１２）は、光学ガラス材料製レンズからなることが望ましい。この構成によれば、環境温度変化によるバックフォーカスのずれを可及的に小さくすることができる。
【００４６】
撮像光学系１０に備えられている第１〜第３レンズ１１〜１３の全てのレンズ面が、非球面とされていることが望ましい。これにより、撮像光学系１０のコンパクト化と高画質化の両立を図ることが可能となる。
【００４７】
また、撮像光学系１０は、光学絞り１４の代わりに、撮像素子１６に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッタを配置しても良い。かかるメカニカルシャッタは、例えば撮像素子１６としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）方式のものが用いられた場合に、スミア防止に効果がある。
【００４８】
ローパスフィルタ１５は、撮像素子１６の受光面１６ａ上に配置され、ノイズ成分を除去する平行平板状の光学部品である。このローパスフィルタ１５として、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。なお、ローパスフィルタ１５は必ずしも備える必要はなく、代わりに撮像素子１６の画像信号に含まれるノイズを低減する赤外線カットフィルタを用いるようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタ１５の表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。
【００４９】
撮像素子１６は、当該撮像光学系１０により結像された被写体の光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１６としては、ＣＣＤが２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。
【００５０】
＜撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような撮像光学系１０が組み込まれたデジタル機器について説明する。図２は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、折り畳み式のカメラ付携帯電話機２０の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。
【００５１】
図２（ａ）は、携帯電話機２０の操作面を、図２（ｂ）は、その背面を表している。この携帯電話機２０は、第１の筐体２０１と第２の筐体２０２とがヒンジ２０３によって連結された折り畳み可能な構造であって、第１の筐体２０１の操作面には上下方向に長い長方形のディスプレイ２１が備えられている。また第２の筐体２０２の操作面には、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２２、シャッタボタン２３及び各種の操作ボタン２４が備えられている。また、携帯電話機２０には、先に説明した撮像光学系１０によって構成された撮像レンズ装置２５が内蔵されており、その対物レンズが携帯電話機２０の背面に表出している。
【００５２】
図３は、上記携帯電話機２０の撮像に係る電気的な機能構成を示す機能ブロック図である。この携帯電話機２０は、撮像機能のために、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、制御部３４、記憶部３５、及びＩ／Ｆ部３６を備えて構成される。
【００５３】
撮像部３０は、撮像レンズ装置２５と撮像素子１６とを備えて構成される。被写体からの光線は、撮像光学系１０によって撮像素子１６の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。撮像素子１６は、撮像光学系１０により結像された被写体の光学像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１６は、制御部３４の制御により、静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、又は撮像素子１６における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）等の撮像動作が制御される。
【００５４】
画像生成部３１は、撮像素子１６からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正及び色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から各画素の画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。
【００５５】
画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される。
【００５６】
画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の画像処理を行う回路である。また、必要に応じて画像処理部３３に、撮像光学系１０では補正しきれなかった収差を補正させるように構成することも可能である。
【００５７】
制御部３４は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、記憶部３５及びＩ／Ｆ部３６の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部３４により、被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像部３０が実行するよう制御される。
【００５８】
記憶部３５は、被写体の静止画撮影又は動画撮影により生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭを備えて構成される。つまり、記憶部３５は、静止画用及び動画用のメモリとしての機能を有する。
【００５９】
Ｉ／Ｆ部３６は、外部機器と画像データを送受信するインターフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の規格に準拠したインターフェースである。
【００６０】
以上の通り構成された携帯電話機２０の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２２を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２２を一度押すことで静止画撮影モードが起動し、その状態でもう一度画像切替ボタン２２を押すことで動画撮影モードに切り替わる。つまり、画像切替ボタン２２からの指示を受けた携帯電話機２０の制御部３４が、物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を撮像部３０に実行させる。
【００６１】
静止画撮影モードが起動すると、制御部３４は、撮像部３０に静止画の撮影を行わせるように制御する。これにより、光学像が撮像素子１６の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリ（図略）に転送され、ディスプレイ２１に導かれる。そして、撮影者はディスプレイ２１を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッタボタン２３を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリとしての記憶部３５に画像データが格納される。
【００６２】
また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２２を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２２を押して動画撮影モードに切り替える。これにより、制御部３４は、撮像部３０を制御し動画の撮影を行わせる。後は静止画撮影のときと同様にして、撮影者はディスプレイ２１を覗き、撮像レンズ装置２５を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。この状態でシャッタボタン２３を押すことで、動画撮影が開始される。撮影された動画のフレーム画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリに転送され、ディスプレイ２１に導かれる。ここで、もう一度シャッタボタン２３を押すことで、動画撮影は終了する。撮影された動画像は、動画用のメモリとしての記憶部３５に導かれて格納される。
【００６３】
＜撮像光学系のより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したような撮像光学系１０、すなわち図２に示したようなカメラ付携帯電話機２０に搭載される撮像レンズ装置２５を構成する撮像光学系１０の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００６４】
図４は、実施例１の撮像光学系１０Ａにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この実施例１及び以下に示す実施例２〜１６を通じて、これらの３つのレンズは、図の物体側（図４における左側）から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ（Ｌ１）、正の光学的パワーを有する第２レンズ（Ｌ２）、及び負の光学的パワーを有する第３レンズ（Ｌ３）からなる、正正負のレンズ３枚構成とされている。また、第３レンズ（Ｌ３）の像側には、平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。前記平行平板（ＦＴ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。なお、光学絞り（ＳＴ）は、第１レンズ（Ｌ１）の像側若しくは物体側のいずれかに配置される。
【００６５】
図４に示した実施例１の撮像光学系１０Ａは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い（以下の実施例でも同じ）。
【００６６】
図４において各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は非球面であることを示し、またｒｉに「＃」印が付されている面は回折面であることを示すものである。なお、前記光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような扱いは、後述する他の実施例についての光路図（図５〜図１９）でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図４と同様である。但し、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面には同じ符号（ｒ１）が付けられているが、これらの曲率等が実施形態を通じて同一であるという意味ではない。
【００６７】
このような構成の下で、物体側から入射した光線は光軸ＡＸに沿って、順に第１、第２及び第３レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）及び平行平板（ＦＴ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、平行平板（ＦＴ）にて修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として携帯電話機や携帯情報端末等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。
【００６８】
実施例１の撮像光学系１０Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１〜表３に示す。また、上述した条件式（１）〜（６）を、実施例１に係る撮像光学系１０Ａに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表４９に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
表１に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、光軸上における各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッべ数である。軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図４に示したように、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを、またｉに「＃」印が付されている面は回折面が形成されている面であることを示すものである。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）の両面及び撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。
【００７３】
表２は、非球面とされている面（表１においてｉに＊が付された面）の非球面データを示す表である。レンズ面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、下記（７）式により定義する。表２には、下記（７）式により定義に基づく円錐係数ｋ、及び非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃの値がそれぞれ示されている。
Ｚ（ｈ）＝（ｃ・ｈ２）／［１＋sqrt｛１−（１＋ｋ）ｃ２ｈ２｝］
＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋… ・・・（７）
但し、Ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ：それぞれ４，６，８次の非球面係数
ｋ：円錐係数
【００７４】
また表３は、回折面を有する面（表１においてｉに＃が付された面）の回折面データを示す表である。回折形状は、回折面のピッチの位相形状を表す下記（８）式により定義する。なお、表３に示された位相係数は、設計波長がｄ線の５８７．５６ｎｍ、設計次数が＋１次（回折面の光学パワーΦＤは、ΦＤ＝−２・Ｃ１で表される）として設定されたものである。
φ（ｈ）＝（２π／λ０）・（Ｃ１・Ｈ２＋Ｃ２・Ｈ４＋Ｃ３・Ｈ６＋…）
・・・（８）
但し、φ（ｈ）：位相関数
λ０：設計波長
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ …Ｃｉ：２次，４次，６次， …２ｉ次の位相係数
【００７５】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１における撮像光学系１０Ａの球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）、及び歪曲収差（DISTORTION）を、図２０の左側から順に示す。この図において、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。
【００７６】
さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ｓとｔはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。この図２０からわかるように、実施例１の撮像光学系１０Ａは、歪曲収差が５％以内と優れた光学特性を示している。また、撮像光学系１０Ａにおける焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、後掲の表５０にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。
【実施例２】
【００７７】
図５は、実施例２の撮像光学系１０Ｂにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｂは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４〜表６に示す。
【００７８】
【表４】
【００７９】
【表５】
【００８０】
【表６】
【実施例３】
【００８１】
図６は、実施例３の撮像光学系１０Ｃにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｃは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを表７〜表９に示す。
【００８２】
【表７】
【００８３】
【表８】
【００８４】
【表９】
【実施例４】
【００８５】
図７は、実施例４の撮像光学系１０Ｄにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｄは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び両凹の負レンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１０〜表１２に示す。
【００８６】
【表１０】
【００８７】
【表１１】
【００８８】
【表１２】
【実施例５】
【００８９】
図８は、実施例５の撮像光学系１０Ｅにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｅは、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１３〜表１５に示す。
【００９０】
【表１３】
【００９１】
【表１４】
【００９２】
【表１５】
【実施例６】
【００９３】
図９は、実施例６の撮像光学系１０Ｆにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｆは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側及び第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｆにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１６〜表１８に示す。
【００９４】
【表１６】
【００９５】
【表１７】
【００９６】
【表１８】
【実施例７】
【００９７】
図１０は、実施例７の撮像光学系１０Ｇにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｇは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｇにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１９〜表２１に示す。
【００９８】
【表１９】
【００９９】
【表２０】
【０１００】
【表２１】
【実施例８】
【０１０１】
図１１は、実施例８の撮像光学系１０Ｈにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｈは、物体側から順に、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、光学絞り（ＳＴ）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｈにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２２〜表２４に示す。
【０１０２】
【表２２】
【０１０３】
【表２３】
【０１０４】
【表２４】
【実施例９】
【０１０５】
図１２は、実施例９の撮像光学系１０Ｉにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｉは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｉにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２５〜表２７に示す。
【０１０６】
【表２５】
【０１０７】
【表２６】
【０１０８】
【表２７】
【実施例１０】
【０１０９】
図１３は、実施例１０の撮像光学系１０Ｊにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｊは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｊにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２８〜表３０に示す。
【０１１０】
【表２８】
【０１１１】
【表２９】
【０１１２】
【表３０】
【実施例１１】
【０１１３】
図１４は、実施例１１の撮像光学系１０Ｋにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｋは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｋにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３１〜表３３に示す。
【０１１４】
【表３１】
【０１１５】
【表３２】
【０１１６】
【表３３】
【実施例１２】
【０１１７】
図１５は、実施例１２の撮像光学系１０Ｌにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｌは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第２レンズ（Ｌ２）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第２レンズ（Ｌ２）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第１レンズ（Ｌ１）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｌにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３４〜表３６に示す。
【０１１８】
【表３４】
【０１１９】
【表３５】
【０１２０】
【表３６】
【実施例１３】
【０１２１】
図１６は、実施例１３の撮像光学系１０Ｍにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｍは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び両凹の負レンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｍにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３７〜表３９に示す。
【０１２２】
【表３７】
【０１２３】
【表３８】
【０１２４】
【表３９】
【実施例１４】
【０１２５】
図１７は、実施例１４の撮像光学系１０Ｎにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｎは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１レンズ（Ｌ１）と第３レンズ（Ｌ３）とが樹脂製レンズであり、第２レンズ（Ｌ２）がガラスレンズである。当該撮像光学系１０Ｎにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４０〜表４２に示す。
【０１２６】
【表４０】
【０１２７】
【表４１】
【０１２８】
【表４２】
【実施例１５】
【０１２９】
図１８は、実施例１５の撮像光学系１０Ｏにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｏは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｏにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４３〜表４５に示す。
【０１３０】
【表４３】
【０１３１】
【表４４】
【０１３２】
【表４５】
【実施例１６】
【０１３３】
図１９は、実施例１６の撮像光学系１０Ｐにおける３つのレンズの配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この撮像光学系１０Ｐは、物体側から順に、光学絞り（ＳＴ）、両凸の正レンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、像側に凸の正メニスカスレンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、及び像側に凹の負メニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）で構成されている。上記第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）の像側及び第２レンズ（Ｌ２）物体側のレンズ面には回折面が形成されている。また、第１〜第３レンズ（Ｌ１〜Ｌ３）の全てが樹脂製レンズである。当該撮像光学系１０Ｐにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４６〜表４８に示す。
【０１３４】
【表４６】
【０１３５】
【表４７】
【０１３６】
【表４８】
【０１３７】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２〜１６に示した撮像光学系１０Ｂ〜Ｐの球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図２１〜図３５にそれぞれ示す。これらの図において、球面収差の図には、図２０と同様に、一点鎖線で赤色、実線で黄色、そして破線で青色と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。いずれの実施例における撮像光学系１０Ｂ〜Ｐも、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。
【０１３８】
また、この実施例２〜１６の各撮像光学系１０Ｂ〜Ｐに、上述した条件式（１）〜（６）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表４９に示す。
【０１３９】
【表４９】
【０１４０】
さらに、この実施例２〜１６の各撮像光学系１０Ｂ〜ＰにおけるＦ値と焦点距離（単位mm）とを、表５０に示す。これらの表から、実施例１と同様に、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。
【０１４１】
【表５０】
【０１４２】
以上説明したように、上記実施例１〜１６に係る撮像光学系１０Ａ〜１０Ｐによれば、レンズ３枚構成という少ないレンズ枚数で、コンパクト化を達成しつつ、各種の収差が良好に補正できる高詳細な撮像光学系を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明にかかる撮像光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る撮像光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。
【図３】本発明に係る撮像光学系を具備するデジタル機器の一例としての携帯電話機の撮像に係る機能部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図５】実施例２に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図６】実施例３に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図７】実施例４に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図８】実施例５に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図９】実施例６に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１０】実施例７に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１１】実施例８に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１２】実施例９に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１３】実施例１０に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１４】実施例１１に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１５】実施例１２に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１６】実施例１３に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１７】実施例１４に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１８】実施例１５に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図１９】実施例１６に係る撮像光学系の光路図を示す断面図である。
【図２０】実施例１における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２１】実施例２における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２２】実施例３における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２３】実施例４における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２４】実施例５における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２５】実施例６における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２６】実施例７における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２７】実施例８における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２８】実施例９における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図２９】実施例１０における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３０】実施例１１における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３１】実施例１２における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３２】実施例１３における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３３】実施例１４における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３４】実施例１５における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図３５】実施例１６における撮像光学系の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０、１０Ａ〜１０Ｐ 撮像光学系
１１、Ｌ１ 第１レンズ
１２、Ｌ２ 第２レンズ
１３、Ｌ３ 第３レンズ
１４、ＳＴ 光学絞り
１５、ＦＴ ローパスフィルタ
１６、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２０ 携帯電話機（デジタル機器）
２５ 撮像レンズ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像側に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズと、正の光学的パワーを有する第２レンズと、負の光学的パワーを有する第３レンズとを具備する撮像光学系において、
前記第１レンズ及び第２レンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成され、その回折面を含むレンズの屈折によるパワーが下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする撮像光学系。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０ ・・・（１）
但し、ＰＬ：回折面を含むレンズの屈折によるパワー
Ｐ：全系の屈折と回折によるパワー
【請求項２】
下記（２）、（３）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
０．０＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．３ ・・・（２）
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．０５ ・・・（３）
但し、ＰＤＯＥ：回折によるパワー
ＰＮ：第３レンズの屈折によるパワー
【請求項３】
撮像光学系が光学絞りを具備し、
前記回折面が前記光学絞りの近傍に配置されると共に、前記回折面を通る最大画角の主光線の光線高さが、下記（４）、（５）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．７ ・・・（４）
｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．２ ・・・（５）
但し、ＤＤＯＥ：光学絞りから回折面までの光軸上の距離
ＤＳ：光学絞りから像面までの距離
ＨＤＯＥ：回折面を通る最大画角の主光線の光線高さ
【請求項４】
撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズと第２レンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズの物体側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像光学系。
０．６＜Ｄ／ｆ＜１．９ ・・・（６）
但し、Ｄ：第１レンズの物体側面から第３レンズの像側面までの光軸上厚み
ｆ：全系の焦点距離
【請求項７】
少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項８】
前記回折面を有するレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることを特徴とする請求項７に記載の撮像光学系。
【請求項９】
前記光学樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求項８に記載の撮像光学系。
【請求項１０】
前記第１レンズ及び第２レンズのうち、屈折のみによるパワーを持つレンズが、光学ガラス材料製レンズからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像レンズ装置と、
前記撮像レンズ装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、
前記撮像レンズ装置の撮像光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
【請求項１】
物体側から像側に向かって、正の光学的パワーを有する第１レンズと、正の光学的パワーを有する第２レンズと、負の光学的パワーを有する第３レンズとを具備する撮像光学系において、
前記第１レンズ及び第２レンズが有するレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面に回折面が形成され、その回折面を含むレンズの屈折によるパワーが下記（１）の条件式を満たすことを特徴とする撮像光学系。
０．２＜ＰＬ／Ｐ＜２．０ ・・・（１）
但し、ＰＬ：回折面を含むレンズの屈折によるパワー
Ｐ：全系の屈折と回折によるパワー
【請求項２】
下記（２）、（３）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
０．０＜ＰＤＯＥ／Ｐ＜０．３ ・・・（２）
−２．００＜ＰＮ／Ｐ＜−０．０５ ・・・（３）
但し、ＰＤＯＥ：回折によるパワー
ＰＮ：第３レンズの屈折によるパワー
【請求項３】
撮像光学系が光学絞りを具備し、
前記回折面が前記光学絞りの近傍に配置されると共に、前記回折面を通る最大画角の主光線の光線高さが、下記（４）、（５）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
｜ＤＤＯＥ｜／ＤＳ＜０．７ ・・・（４）
｜ＨＤＯＥ｜／ＤＤＯＥ＜１．２ ・・・（５）
但し、ＤＤＯＥ：光学絞りから回折面までの光軸上の距離
ＤＳ：光学絞りから像面までの距離
ＨＤＯＥ：回折面を通る最大画角の主光線の光線高さ
【請求項４】
撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズと第２レンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
撮像光学系が光学絞りを具備し、前記光学絞りが、前記第１レンズの物体側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像光学系。
０．６＜Ｄ／ｆ＜１．９ ・・・（６）
但し、Ｄ：第１レンズの物体側面から第３レンズの像側面までの光軸上厚み
ｆ：全系の焦点距離
【請求項７】
少なくとも１枚の光学樹脂材料製レンズを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項８】
前記回折面を有するレンズが、光学樹脂材料製レンズからなることを特徴とする請求項７に記載の撮像光学系。
【請求項９】
前記光学樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求項８に記載の撮像光学系。
【請求項１０】
前記第１レンズ及び第２レンズのうち、屈折のみによるパワーを持つレンズが、光学ガラス材料製レンズからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
前記撮像光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像レンズ装置と、
前記撮像レンズ装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、
前記撮像レンズ装置の撮像光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２００７−１２７９６０（Ｐ２００７−１２７９６０Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２２２８９（Ｐ２００５−３２２２８９）
【出願日】平成１７年１１月７日（２００５．１１．７）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月７日（２００５．１１．７）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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