(57)【要約】【課題】回折効率を向上させ、フレアの少ない良好な結像性能を備えた小型な光学系を簡単な構成で実現する。【解決手段】物体側から像側へ順に、第１光学素子と、前記第１光学素子と接合された第２光学素子とを有する光学系において、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の接合面に形成された回折光学部を有し、前記第１光学素子と前記第２光学素子とのうちいずれか一方が、相対的に低屈折率で高分散の第１材料で形成され、他方が相対的に高屈折率で低分散の第２材料で形成され、前記第２光学素子のうち像側の面が、凸面に形成され、前記光学系全系の焦点距離をｆ、前記凸面の焦点距離をｆ２としたとき、    ０．７  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．３を満たす。【選択図】図１
2019053118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像側へ順に、第１光学素子と、前記第１光学素子と接合された第２光学素子とを有する光学系において、
前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の接合面に形成された回折光学部を有し、
前記第１光学素子と前記第２光学素子とのうちいずれか一方が、相対的に低屈折率で高分散の第１材料で形成され、他方が相対的に高屈折率で低分散の第２材料で形成され、
前記第２光学素子のうち像側の面が、凸面に形成され、
前記光学系全系の焦点距離をｆ、前記凸面の焦点距離をｆ２としたとき、
０．７  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．３
を満たすことを特徴とする光学系。
【請求項２】
ガラス材料からなり、前記第２材料よりもアッベ数が大きい光学基板が、前記第１光学素子のうち物体側の面と接合して配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１光学素子が前記第１材料により形成され、前記第２光学素子が前記第２材料により形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第１光学素子の物体側に配置された開口絞りを有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記開口絞りから前記回折光学部までの距離をＤ１、前記開口絞りから像面までの距離をＤとしたとき、
Ｄ１  ≦  Ｄ／２
を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
前記第１光学素子のうち像側の面と前記開口絞りとの間に、物体側に向かって凹面に形成された凹面形状部を有する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光学系。
【請求項７】
前記第２光学素子のｄ線でのアッベ数をν２、前記回折光学部のｄ線でのアッベ数をνｄｏｅ、前記回折光学部の焦点距離をｆｄｏｅとしたとき、
０．４  ≦  ｜ｆｄｏｅ×νｄｏｅ｜／（ｆ２×ν２）  ≦  １．２
を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記凸面は、非球面である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記第２材料の屈折率をＮｈとしたとき、
Ｎｈ  ＞  １．５５
を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の光学系と、
前記光学系によって形成された像を受光する撮像素子と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型な撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な電子機器に撮像装置が搭載されている。このような撮像装置に用いられる光学系として、低コストかつ小型でありながら高解像度なものが求められている。このような光学系を実現する手段として、複数のレンズを一つに接合した光学系の例が開示されている。
例えば、特許文献１には、次のような構成により、色収差補正や結像性能を良好とした光学系が開示されている。それは、回折面を有する第１光学素子と、回折面を介して第１光学素子と接合した第２光学素子と、第２光学素子と回折面と反対側の面で接合した第３光学素子と、第１光学素子と回折面と反対側の面で接合した第４光学素子から構成される光学系である。
また、特許文献２では、次のような構成により、回折部で発生するフレアを低減し、また色収差も補正された光学素子を有する光学系が開示されている。それは、複数の回折格子が積層された回折格子部と、固体材料からなる屈折作用を有する屈折部が密着され、光学パワーと分散が設定された光学素子である。
また、小型で低コストな光学系として、ウエハ（レンズ基板）上に樹脂材料を用いて多数のレンズを形成し、複数のウエハを重ね合わせて接着後、切断して個々の光学系とするウエハレベルオプティクスと呼ばれる技術が知られている。このような光学系の一つのレンズ基板には、複数の光学素子が密着接合されている。例えば、特許文献３では、次のような構成により小型で高画質とした光学系が開示されている。それは、レンズ基板の物体側に正のパワーを有する第１素子、レンズ基板の像側に回折面を有する第２素子、第２素子の像側に負のパワーを持つ第３素子を有する光学系である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８１７０７６号公報
【特許文献２】特許第５３６６６７３号公報
【特許文献３】特許第４３８７３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光学系では、回折面を形成するために２つの光学素子を使用し、さらに屈折の効果を使用するために第３光学素子と第４光学素子を配置しており、屈折面と回折面が別の光学素子により形成されていた。
また、特許文献２に記載の光学素子は、光学系全体のうち一部に使用される接合レンズであるため、このような光学素子を単独の光学系として使用することは困難である。
また、特許文献３に記載の光学系では、回折面で発生するフレアの除去が行われておらず、回折効率が低く、画質の劣化が懸念される。
【０００５】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、回折効率を向上させ、フレアの少ない良好な結像性能を備えた小型な光学系を簡単な構成で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様は、
物体側から像側へ順に、第１光学素子と、前記第１光学素子と接合された第２光学素子とを有する光学系において、
前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の接合面に形成された回折光学部を有し、
前記第１光学素子と前記第２光学素子とのうちいずれか一方が、相対的に低屈折率で高分散の第１材料で形成され、他方が相対的に高屈折率で低分散の第２材料で形成され、
前記第２光学素子のうち像側の面が、凸面に形成され、
前記光学系全系の焦点距離をｆ、前記凸面の焦点距離をｆ２としたとき、
０．７  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．３
を満たすことを特徴とする光学系を提供する。
【０００７】
本発明の第２態様は、
上記記載の光学系と、
前記光学系によって形成された像を受光する撮像素子と、
を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回折効率を向上させ、フレアの少ない良好な結像性能を備えた小型な光学系を簡単な構成で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る撮像装置の要部を示す概略図
【図２】実施例１の光学系の要部を示す概略図
【図３】実施例１の第１光学素子と第２光学素子の間に形成された回折格子を示す図
【図４】比較例として通常の回折格子における波長に対する１次回折効率を示す図
【図５】実施例１の回折格子における波長に対する１次回折効率を示す図
【図６】実施例１に係る光学系の諸収差図
【図７】ウエハレベルオプティクスの技術で光学系を製造する方法を説明するための図
【図８】実施例２の光学系の要部を示す概略図
【図９】実施例２に係る光学系の諸収差図
【図１０】実施例３の光学系の要部を示す概略図
【図１１】実施例３に係る光学系の諸収差図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、撮像装置の光学系に関し、特に、ウエハレベルオプティクスと呼ばれる技術を用いて製造し得る極めて小型の光学系に関する。なお、この種の光学系はウエハレベルレンズと呼ばれ、ウエハレベルレンズを撮像光学系として用いた撮像装置はウエハレベルカメラとも呼ばれる。本発明に係る光学系および撮像装置は、一般的なデジタルカメラやデジタルビデオカメラにももちろん適用できるが、小型かつ低コストであるという特徴から、様々な電子機器の組み込み用カメラに好ましく適用できる。電子機器としては、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、ウェアラブル端末などが挙げられる。
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
［実施例１］
以下に、実施例１について説明する。
図１は、本実施例に係る光学系１０を備える撮像装置１において、光軸ＡＸを含むＹＺ断面における要部を示す概略図である。
本実施例の撮像装置１は、撮像光学系としての光学系１０、光学系１０の像面ＩＭＧの位置に配置される撮像面（受光面）を含む撮像素子２、ケーブル３、及び処理部４を備える。
撮像装置１において、光学系１０は、図１の左側に存在する不図示の被写体（物体）からの光束を集光し、撮像素子２の撮像面に被写体を結像する。撮像素子２は、光学系１０により形成された被写体の像を光電変換し、電気信号を出力する。処理部４は、ケーブル３を介して伝送される撮像素子２からの電気信号を処理し、被写体の画像データを取得する。撮像素子２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）を採用することができる。
【００１２】
図２は、光学系１０の光軸ＡＸを含むＹＺ断面における要部を示す概略図である。
本実施例に係る光学系１０は、物体側から像側へ順に、光束幅を制限する開口絞りＳＴＯ、第３光学素子Ｌ３、光学基板（以下、基板）ＳＵＢ、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２及び第４光学素子ＣＧを有する。
基板ＳＵＢは、平行平板状の部材である。本実施例の光学系１０は、後述するように、ウエハ（平行平板）上に樹脂材料を用いて多数の光学素子を形成し、個々の光学素子を切り出して使用するウエハレベルオプティクスにより製造されるものであり、ウエハの一部が基板ＳＵＢとなる。
【００１３】
基板ＳＵＢの物体側の面ＳＵＢａには、第３光学素子Ｌ３が接合されている。第３光学素子Ｌ３は、物体側の面Ｌ３ａが凹面、像側の面Ｌ３ｂが平面の平凹レンズであり負のパワーを有する。基板ＳＵＢの像側の面ＳＵＢｂには、第１光学素子Ｌ１が接合され、さらに第１光学素子Ｌ１の像側の面Ｌ１ｂには、第２光学素子Ｌ２が接合されている。
そして本実施例では、第１光学素子Ｌ１の像側の面Ｌ１ｂと、第２光学素子Ｌ２の物体側の面Ｌ２ａとの間の接合面（境界面）に、回折光学部としての回折格子５が形成されている。
第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａは平面である。また、第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂは、像側に凸となるように形成された凸面Ｌ２ｂ１を有し、正のパワーを有している。第４光学素子ＣＧは、ＩＲカットフィルタ等の光学フィルタである。
図２において、不図示の物体からの光束は、開口絞りＳＴＯに入射し、このとき光束幅が制限されることになる。開口絞りＳＴＯの開口部を通過した光束は、第３光学素子Ｌ３、基板ＳＵＢ、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、第４光学素子ＣＧの順に透過し、像面ＩＭＧを形成する。
【００１４】
図３は、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の間の接合面に形成された回折格子５を示す概略断面図である。図３においては、説明の便宜上、回折格子５の厚さ方向（ｚ方向）に対してデフォルメされた図としている。なお、回折格子５の構造は特に限定されるものでなく、例えば、ブレーズ構造、または、ブレーズ構造を階段形状に近似したバイナリー構造であってもよい。
図３に示すように、回折格子５が、第１光学素子Ｌ１の像側の面Ｌ１ｂと、第２光学素子Ｌ２の物体側の面Ｌ２ａとの間の接合面に形成されている。色収差補正を屈折面のみで行う場合、正レンズと負レンズに使用される材料は異なるアッべ数をもつ材料を用い、そのアッべ数差によって色収差補正を行う。しかし、ウエハレベルオプティクスの場合、製造上、使用できる材料が限られるため、適切にアッべ数差をつけることが困難である。一方、回折格子を用いる場合は、色収差補正上、材料の選定には限定されない利点がある。
【００１５】
回折格子が形成された回折面は、ある基準波長の光線に対する色収差の発生方向が、正のパワーを有する屈折面とは逆方向になるため、この屈折面で発生する色収差を打ち消すことができ、色補正が可能となる。また、回折面のアッべ数は−３．４５であり、わずかな回折面のパワーでも十分に色収差補正を行うことができる。
本実施例では、第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂに凸面Ｌ２ｂ１を有し、正のパワーを発生させている。そして、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の接合面に回折格子５を形成している。この回折格子５により、上述のように正のパワーの凸面Ｌ２ｂ１で発生する色収差を補正することができる。
【００１６】
回折格子を有するレンズ系において、使用波長領域の光束が特定の１つの次数と特定の波長（以下、設定波長ともいう）に対して回折光に集中している場合は、それ以外の次数の回折光強度は低いものとなり、ある特定の次数に対して回折効率が高くなる。
図４は、比較例として通常の回折格子における波長に対する１次回折効率を示す図である。
図４に示すように比較例の回折格子では、設計波長近傍では高い回折効率があるものの、設計波長から離れるに従って回折効率が低下する。
【００１７】
本実施例においては、回折効率を高める構成として、回折格子５を形成する密着した光学素子の材料に、相対的に低屈折率で高分散の低屈折率高分散材料（以下、第１材料）と、相対的に高屈折率で低分散の高屈折率低分散材料（以下、第２材料）を用いている。このとき、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２とのうちいずれか一方が、第１材料で形成され、他方が第２材料で形成されるものであればよい。
第１材料の屈折率をＮ１λ、第２材料の屈折率をＮ２λ、回折格子の高さをｈ、回折次数をｍとしたとき、ｈ＝ｍλ／（Ｎ２λ−Ｎ１λ）がすべての波長で満足すると回折効率の波長依存性はなくなる。この式より、長波長側ほど２つの材料の屈折率差を大きくする必要があるが、第１材料に低屈折率高分散材料、第２材料に高屈折率低分散材料を使用することで実現でき、回折効率を向上させることができる。
図５は、本実施例の回折格子における波長に対する１次回折効率を示す図である。
図４と図５に示される１次回折効率を比較してわかるように、本実施例の回折格子を有する光学系においては、回折効率が改善し、フレアの少ない光学系を実現することができる。
【００１８】
第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂの凸面Ｌ２ｂ１は、さらに以下の式（１）を満たすことで、光学系全体のパワーに対してその多くを第２光学素子Ｌ２に負担させ、コマ収差と非点収差を良好に補正することができる。ここで、本実施例に係る光学系１０においては、第２光学素子Ｌ２の凸面Ｌ２ｂ１の焦点距離をｆ２（ｍｍ）、光学系全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）とするとき、式（１）を満足している。具体的には、本実施例では、ｆ２＝２．２８２ｍｍ、ｆ＝２．２８９ｍｍとしており、式（１）におけるｆ２／ｆは、０．９９７となる。
０．７  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．３  ・・・（１）
ｆ２／ｆが、１．３以上になると、第２光学素子Ｌ２の凸面Ｌ２ｂ１のパワーが弱くなり、第３光学素子Ｌ３の物体側の面Ｌ３ａに正の光学パワーを持たせる必要があり、コマ収差の補正に不利となることが懸念される。一方、ｆ２／ｆが０．７以下になると、第２光学素子Ｌ２の凸面Ｌ２ｂ１のパワーが強くなり過ぎ、この面で発生する非点収差を補正することが困難になることが懸念される。
さらに、以下の式（１ａ）を満足することがより好ましい。
０．７５  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．２  ・・・（１ａ）
【００１９】
ここで、第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａと接合して配置される基板ＳＵＢが、回折格子５を形成するために使用される第２材料よりもアッべ数が大きい材料により形成されるものであると好ましい。
これは、本実施例では、小型で低コストな光学系を達成するために、ウエハレベルオプティクスにより製造されることを想定しているためである。
基板ＳＵＢは、光学的にはほとんど像性能に影響を与えないため、一般に白ガラスと呼
ばれる材料や石英ガラスなどの安価な材料を用いることが望ましい。このような材料は、第２材料と比較して、アッべ数は大きい。本実施例においては、基板ＳＵＢに白ガラスを用いており、そのアッべ数は６２．６である。また、第２材料のアッべ数は３８．６であり、上記条件を満たす。
【００２０】
また、第１光学素子Ｌ１が第１材料により形成され、第２光学素子Ｌ２が第２材料により形成されることが好ましい。
第２光学素子Ｌ２の材料に第２材料を使用すると、ペッツバール像面（像面湾曲）の発生を抑制することができる。そのため、第２光学素子Ｌ２には第２材料、第１光学素子Ｌ１には第１材料を使用することで、回折効率の向上と、ペッツバール像面の発生の抑制を同時に達成することが可能となる。
【００２１】
また、光軸上における開口絞りＳＴＯから回折格子５までの間隔をＤ１（ｍｍ）、開口絞りＳＴＯから像面ＩＭＧまでの間隔をＤ（ｍｍ）としたとき、以下の式（２）が成り立つと好ましい。
Ｄ１  ≦  Ｄ／２  ・・・（２）
式（２）は、色収差の補正を適切に行うために、開口絞りＳＴＯから回折格子５までの間隔を設定するものである。軸上光線が回折格子５に入射するときの光軸からの距離をｈ、主光線が回折格子５に入射するときの光軸からの距離をｈバー（ｈの上に横棒で表記）、回折格子５のパワーをΦ、回折格子５のアッベ数をνとする。このとき、軸上色収差係数Ｌと倍率色収差係数Ｔは以下のように式Ｌ、式Ｔで表すことができる。
【数１】
2019053118.tif 000003
【００２２】
このとき、ｈは開口絞りＳＴＯの位置で大きな値を持ち像面ＩＭＧに近づくにつれて小さくなる一方、ｈバーは開口絞りＳＴＯの位置で０の値を持ち像面ＩＭＧに近づくにつれて大きな値を持つ。よって、軸上色収差係数Ｌと倍率色収差係数Ｔにバランスよく寄与するよう式２を満たすことが好ましい。
Ｄ１がＤ／２を上回ると、主光線高が軸上光線高と比較して光軸から高くなりすぎ、軸上色収差と倍率色収差のバランスをとることが難しくなることが懸念される。本実施例では、Ｄ１＝１．５０１、Ｄ／２＝２．０３７であるため、式（２）を満たす。
【００２３】
また、開口絞りＳＴＯと第１光学素子Ｌ１の像側の面Ｌ１ｂの間に、物体側に向かって凹面に形成された凹面形状部を有することが好ましい。
このような凹面形状部を設けることで、負のパワーを持たせることができるので、像面湾曲を補正する効果を得ることができる。本実施例では、第３光学素子Ｌ３の物体側の面Ｌ３ａが、物体側に向かって凹面となる凹面形状部Ｌ３ａ１を有している。
【００２４】
また、第２光学素子Ｌ２のｄ線でのアッべ数をν２、回折格子のｄ線でのアッべ数をνｄｏｅ、回折格子の焦点距離をｆｄｏｅとするとき、以下の式（３）を満たすことが好ましい。
０．４  ≦  ｜ｆｄｏｅ×νｄｏｅ｜／（ｆ２×ν２）  ≦  １．２  ・・・（３）
式（３）は、第２光学素子Ｌ２と回折格子５の光学パワーと分散を適切に設定し、色収差を良好に補正するためのものである。
｜ｆｄｏｅ×νｄｏｅ｜／（ｆ２×ν２）が１．２を上回ると、回折格子５のパワーが
弱くなり、第２光学素子Ｌ２の凸面Ｌ２ｂ１で発生する色収差を補正できなくなることが懸念される。一方、｜ｆｄｏｅ×νｄｏｅ｜／（ｆ２×ν２）が０．４を下回ると、回折格子のパワーが強くなり過ぎるため、過剰に色収差が補正され、像性能が低下することが懸念される。
本実施例では、ｆｄｏｅ＝２０．３９、νｄｏｅ＝−３．４５、ν２＝３８．６であるため、式（３）は０．７９８となり、上記条件を満たす。ここで、第２光学素子Ｌ２は、第２材料により形成されることが好ましいが、これに限るものではなく、第１材料により形成されるものであってもよい。
【００２５】
また、第２光学素子Ｌ２の凸面Ｌ２ｂ１は非球面であることが好ましい。
この面を非球面にすることで、コマ収差や非点収差の軸外収差がさらに良好に補正可能となる。
また、第２材料の屈折率をＮｈとするとき、以下の式（４）を満足することが好ましい。
Ｎｈ  ＞  １．５５  ・・・（４）
屈折率が高い材料を使用した面では、ペッツバール像面の発生を抑制することができる。本実施例の光学系では、式（１）のようにほとんどの光学パワーは第２光学素子Ｌ２の凸面で発生するため、この光学素子に、式（４）を満たす範囲の材料を使用することで、より効果的に像面湾曲を補正することができる。本実施例では、Ｎｈ＝１．６１８であり、上記条件を満たす。ここで、第２材料により第２光学素子Ｌ２が形成されるものであるとよいが、これに限るものではなく、第２材料により第１光学素子Ｌ１が形成されるものであってもよい。
【００２６】
＜数値実施例１＞
次に、本実施例に対応する数値実施例１を示す。
数値実施例において、面番号は物体面から像面まで数えた光学面の順である。＊は回折光学部を有する面を意味している。
【００２７】
本実施例における非球面形状の光学面の夫々は、光軸を中心とした回転対称形状であり、以下の一般的な非球面の式で表される。
【数２】
2019053118.tif 000004
ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸ＡＸ上における曲率（１／ｍｍ）、ｋは円錐係数、ｈは光軸ＡＸからの半径方向の間隔（ｍｍ）、Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の夫々は４次項，６次項，８次項，・・・の非球面係数、である。なお、この非球面式において、第１項はベース球面のサグ量を示しており、このベース球面の曲率半径はＲ＝１／ｃである。また、第２項以降の項は、ベース球面上に付与される非球面成分のサグ量を示している。「Ｅ−Ｘ」は「１０-Ｘ」を、「Ｅ＋Ｘ」は「１０Ｘ」を意味する。
【００２８】
また、回折格子の位相関数は以下の式（５）で表わされる。以下の式において、Φは参照波長をλ０とした回折格子の位相関数、Ｃｎは位相関数係数、ｈは光軸からの高さである。本実施例では、参照波長λ０を５８７．６ｎｍとして位相関数係数Ｃｎを記載している。
【数３】
2019053118.tif 000005
・・・（５）
【００２９】
本実施例に対応する数値実施例１の各データを以下に示す。
【表１】
2019053118.tif 000006
【表２】
2019053118.tif 000007
【表３】
2019053118.tif 000008
【００３０】
表１は、光学系１０における各光学面の面データを示しており、表１において、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数を表す。ただし、面間隔ｄは、光路に沿って像側に向かうときに正、物体側に向かうときに負としている。
表１に示すように、本実施例に係る光学系１０において、第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａ（面番号２）、及び第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂ（面番号６）は、非球面である。また、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の境界面（面番号５）は、回折格子５が形成されている回折面である。
表２は、光学系１０の各種データを示しており、Ｆｎｏは絞り値（Ｆ値）を表す。表２に示すように、本実施例に係る光学系１０は、全長が４．０７ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆｎｏ＝２．８０、画角６０°（±３０°）の特性を有している。
表３は、本実施例に係る光学系１０における、式（１）、式（３）、式（４）の値を表す。
【００３１】
図６Ａ〜６Ｃは、本実施例に係る光学系１０の諸収差図である。
図６Ａに示す球面収差図においては、８５０ｎｍ、６５６ｎｍ、５８８ｎｍ、４８６ｎｍに関する収差を示している。
図６Ｂに示す非点収差図において、ｍとｓはそれぞれメリディオナル像面、サジタル像面を表している。
図５から明らかなように、４００〜８５０ｎｍにおいて、諸収差が良好に補正されている。特に、監視カメラは夜間の監視のため、可視域から近赤外域まで収差補正されていることが望ましく、本光学系はこの要望にこたえることができる。
【００３２】
図７Ａ、７Ｂは、本実施例のウエハレベルオプティクスの技術で光学系を製造する方法を説明するための図である。
ウエハレベルオプティクスでは、半導体プロセスや樹脂成型技術を用いて、ガラス材料からなるウエハの両面に多数の光学素子を形成した後、切断することで、多数の接合レンズを作製する。切断により作成された接合レンズのうち、ウエハ部分が基板ＳＵＢとなる。
図７Ａには、多数の光学素子が形成されたウエハを上方から見た概略斜視図を示し、図７Ｂには、多数の光学素子が形成されたウエハを側面から見た拡大図を示す。
【００３３】
図７Ａに示すように、まず、第３光学素子Ｌ３をウエハＷ上に形成する。第３光学素子Ｌ３は、ウエハＷ上に硬化性樹脂材料を配置し、第３光学素子用の型を押しつけることで成形する。
ウエハＷにおいて、第３光学素子Ｌ３を形成した面とは反対側の面に対しても同様にして、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２を、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の順に、型を用いて作製する。硬化性樹脂材料は、光硬化型や熱硬化型のものがあるが、ＩＣチップなどの電子部品と一緒に光学系もリフロー処理を行い実装することで低コスト化が達成できるため、熱耐性のある光硬化型を用いることが望ましい。
その後、ウエハを個々のレンズユニットに切断することで、数百から数万個の接合レンズを作製することができる。一つの接合レンズの大きさは、数ミリのオーダーである。最終的に、接合レンズと開口絞りと撮像素子をアセンブルし、撮像装置が得られる。
【００３４】
以上説明したように、本実施例の光学系１０の構成によれば、回折効率を向上させ、フレアの少ない良好な結像性能を備えた小型な光学系を簡単な構成で実現することができる。またそのような光学系を用いることにより、小型で画質のよい撮像装置を低コストで製造することができる。
【００３５】
［実施例２］
以下に、実施例２について説明する。なお、本実施例においては、実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図８は、本実施例の光学系２０の光軸ＡＸを含むＹＺ断面における要部を示す概略図である。
本実施例に係る光学系２０は、物体側から像側へ順に、光束幅を制限する開口絞りＳＴＯ、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２及び第４光学素子ＣＧを有する。光学系２０において、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２は互いに接合され、接合面に回折格子５が形成されている。
開口絞りＳＴＯは、第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａ上に、クロムなどの金属膜や誘電体多層膜からなる遮光膜で形成される。
【００３６】
第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａは、物体側に向かって凹面形状に形成された凹面形状部Ｌ１ａ１を有する。第１光学素子Ｌ１の像側の面Ｌ１ｂは、第２光学素子Ｌ２の物体側の面Ｌ２ａとの接合面である。
第１光学素子Ｌ１は負のパワーを有する。第１光学素子Ｌ１を、ガラス材料からなる平行平板状のウエハを用いて製造した場合、凹面形状部Ｌ１ａ１はグレイスケールリソグラフィ工程を用いて形成し、回折格子はリソグラフィ工程により作製することが望ましい。このようにリソグラフィ技術を利用することで、製造誤差を低減でき精度よく製造することが可能となる。
第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂは、凸面Ｌ２ｂ１を有する。第２光学素子Ｌ２は正のパワーを有する。第４光学素子ＣＧは、ＩＲカットフィルタ等の光学フィルタである。
図８において、不図示の物体からの光束は、開口絞りＳＴＯに入射し、このとき光束幅が制限されることになる。開口絞りＳＴＯの開口部を通過した光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、第４光学素子ＣＧの順に透過し、像面ＩＭＧを形成する。
【００３７】
＜数値実施例２＞
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例２の各データを表４乃至表６に示す。
【表４】
2019053118.tif 000009
【表５】
2019053118.tif 000010
【表６】
2019053118.tif 000011
【００３８】
表４に示すように、本実施例に係る光学系２０において、第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａ（面番号２）、及び第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂ（面番号４）は、非球面である。また、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の境界面（面番号３）は、回折格子５が形成されている回折面である。
表５に示すように、本実施例に係る光学系２０は、全長が３．６５ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆｎｏ＝２．８０、画角６０°（±３０°）の特性を有している。
表６には、本実施例に係る光学系２０における式（１）、式（３）、式（４）の値を示す。表６からわかるように、光学系２０においても、式（１）、式（３）、式（４）いずれの式も満足している。また、Ｄ１＝０．９２９、Ｄ／２＝１．８２４であるため、式（２）も満たす。
【００３９】
図９Ａ〜９Ｃは、本実施例に係る光学系２０の諸収差図である。図９Ａ〜９Ｃから明らかなように、本実施例の光学系２０の構成によっても、４００〜８５０ｎｍにおいて諸収差が良好に補正されている。
なお、本実施例では、第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａは、凹面形状部Ｌ１ａ１を有するものであったが、これに限るものではなく、面Ｌ１ａが平面で構成されるものであってもよい。
【００４０】
［実施例３］
以下に、実施例３について説明する。なお、本実施例においては、実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図１０は、本実施例の光学系３０の光軸ＡＸを含むＹＺ断面における要部を示す概略図である。
本実施例に係る光学系３０は、物体側から像側へ順に、光束幅を制限する開口絞りＳＴＯ、基板ＳＵＢ、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２及び第４光学素子ＣＧを有する。
光学系３０において、基板ＳＵＢと第１光学素子Ｌ１は接合され、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２は接合され、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の接合面に回折格子５が形成されている。
開口絞りＳＴＯは、基板ＳＵＢの物体側の面ＳＵＢａ上に、クロムなどの金属膜や誘電体多層膜からなる遮光膜で形成される。
【００４１】
第１光学素子Ｌ１の物体側の面Ｌ１ａは平面であり、像側の面Ｌ１ｂは、第２光学素子
Ｌ２の物体側の面Ｌ２ａとの接合面である。第２光学素子Ｌ２の像側の面Ｌ２ｂは、凸面Ｌ２ｂ１を有する。第２光学素子Ｌ２は正のパワーを有する。第４光学素子ＣＧは、ＩＲカットフィルタ等の光学フィルタである。
図１０において、不図示の物体からの光束は、開口絞りＳＴＯに入射し、このとき光束幅が制限されることになる。開口絞りＳＴＯの開口部を通過した光束は、基板ＳＵＢ、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、第４光学素子ＣＧの順に透過し、像面ＩＭＧを形成する。
【００４２】
＜数値実施例３＞
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例３の各データを表７乃至表９に示す。
【表７】
2019053118.tif 000012
【表８】
2019053118.tif 000013
【表９】
2019053118.tif 000014
【００４３】
表７に示すように、本実施例に係る光学系３０において、第２光学素子Ｌ２の像側の面
Ｌ２ｂ（面番号５）は、非球面である。また、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２の境界面（面番号４）には、回折格子５が形成されている回折面である。
表８に示すように、本実施例に係る光学系３０は、全長が２．２４ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆｎｏ＝２．８０、画角６０°（±３０°）の特性を有している。
表９には、本実施例に係る光学系３０における式（１）、式（３）、式（４）の値を示す。表９からわかるように、光学系３０においても、式（１）、式（３）、式（４）いずれの式も満足している。
また、Ｄ１＝０．９７８、Ｄ／２＝１．１１８であるため、式（２）も満たす。
【００４４】
図１１Ａ〜１１Ｃは、本実施例に係る光学系３０の諸収差図である。図１１Ａ〜１１Ｃから明らかなように、本実施例の光学系３０の構成によっても、４００〜８５０ｎｍにおいて諸収差が良好に補正されている。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では４００〜８５０ｎｍの波長範囲を補正した小型光学系を示したが、補正波長範囲を限定するものではなく上記補正波長範囲を狭くあるいは広くした小型光学系にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｌ１…第１光学素子、Ｌ２…第２光学素子、Ｌ２ｂ１…凸面、５…回折格子、１０…光学系
【図１】
2019053118.tif 000015
【図２】
2019053118.tif 000016
【図３】
2019053118.tif 000017
【図４】
2019053118.tif 000018
【図５】
2019053118.tif 000019
【図６】
2019053118.tif 000020
【図７】
2019053118.tif 000021
【図８】
2019053118.tif 000022
【図９】
2019053118.tif 000023
【図１０】
2019053118.tif 000024
【図１１】
2019053118.tif 000025