(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の２乗に比例した屈折率分布を有し、その長さが下記一般式（１）
レンズ長さＺ＝蛇行周期Ｐ／屈折率分布定数・・・（１）
（蛇行周期Ｐ＝０．５Π＋ｎΠ（ｎ＝０、１、２、・・・））
に基づいて決められた一つの屈折率分布レンズと、
前記屈折率分布レンズを結像レンズとして、撮像面上に接着して設けた撮像素子と、を備える
撮像装置。
【請求項２】
前記屈折率分布レンズの一方又は両方の表面に曲率をもたせた請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記屈折率分布レンズの光出射面側の少なくとも一部を前記撮像素子の前記撮像面に有機溶剤により接着したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記屈折率分布レンズの光入射面に赤外光を反射する光学薄膜を設けた請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記屈折率分布レンズの光入射面側に赤外光を吸収する赤外光吸収手段を設けた請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子とその撮像面に結像するレンズからなる撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子とその撮像面に結像するレンズからなる撮像装置がカメラに用いられるようになってきた。そして、そのような撮像装置は、一般に、レンズとして屈折率が均一な光学レンズが用いられている。
【０００３】
このような、レンズとして屈折率が均一なものを用いた撮像装置は、レンズと固体撮像素子との間には屈折した光線が集光して結像するために、有限ではあるが相当の大きさの光学距離が必要である。従って、レンズ第１面（入射側の面）と固体撮像素子の撮像面迄の間の光学距離としてレンズ厚みと、結像迄の距離との和を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の撮像装置によれば、レンズ第１面（入射側の面）と固体撮像素子の撮像面迄の間の光学距離としてレンズ厚み＋結像迄の距離を必要としたので、光学系全体の長さを短くすることが非常に難しかった。そのため、撮像装置やそれを用いたカメラに対しての小型化の要請に応えることができなかった。
【０００５】
また、上述した従来の撮像装置によれば、レンズを撮像素子と適宜離間して所定の位置関係で取り付けるために、レンズホルダーを用いてレンズを取り付けた場合、レンズとレンズホルダーとの位置関係の誤差と、該レンズホルダーと固体撮像素子との位置関係の誤差が、組み立て誤差として生じる可能性がある。従って、誤差を小さくするのが難しい。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたものであり、レンズと撮像素子からなる撮像装置の長さをより短くできるようにし、更には、レンズと撮像素子との位置関係の誤差をより小さくできるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の撮像装置は、光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の２乗に略比例した屈折率分布を有する一つの屈折率分布レンズを結像レンズとして撮像素子の撮像面近傍に設けたことを特徴とする。
【０００８】
従って、請求項１の撮像装置によれば、レンズとして屈折率分布レンズを用いるので、レンズの長さ（厚さ）をレンズ長さＺ＝蛇行周期Ｐ／屈折率分布定数（蛇行周期Ｐ＝０．５π＋ｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・））に基づいて決めると、レンズ入射側端面から平行光として入射した無限遠の像はレンズ出射側端面において結像する。従って、その近傍にある撮像素子の撮像面にその像が結像され、レンズと撮像素子との間に大きな間隔を設ける必要がない。従って、光学系の長さを小さくすることができ、撮像装置の小型化、特に薄型化ができる。
【０００９】
そして、レンズを撮像素子近傍に設けることができるので、有機溶剤等による接着により撮像素子とレンズとの位置関係を固定することができ、それによりレンズの撮像素子に対する位置決めに介在する誤差要因を少なくすることができ、延いては位置決め精度を高くすることができる。
【００１０】
本発明撮像装置は、基本的には、光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の２乗に略比例した屈折率分布を有する一つの屈折率分布レンズを結像レンズとして撮像素子の撮像面近傍に設けたことを特徴とする。そして、レンズ長さは、レンズ長さＺ＝蛇行周期Ｐ／屈折率分布定数（蛇行周期Ｐ＝０．５π＋ｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・））に基づいて決める。特に、ｎ＝０等、ｎが小さい程レンズ長を短くできるので好ましいといえる。
【００１１】
本発明撮像装置は、ホルダーにて屈折率分布レンズと撮像素子を保持することにより屈折率分布レンズと撮像素子との位置関係を規定するという形態で実施することができるが、屈折率分布レンズを直接撮像素子に接着するという形態でも実施することができる。この場合、接着剤としてレンズや撮像素子に悪影響を及ぼさない材質のものを選ぶようにさえすれば、屈折率分布レンズと撮像素子との位置関係を極めて精確に制御することができるという利点がある。
【００１２】
また、屈折率分布レンズの光入射面に赤外光を反射する光学薄膜を設けるようにしても良いし、屈折率分布レンズの光入射面側に赤外光を吸収する吸収手段を設けても良い。このようにすれば、赤外光カットができるからである。
【００１３】
更に、屈折率分布レンズとしてその一方又は両方の端面に曲率をもたせたものを用いるようにしても良い。この場合、当然のことながら、屈折率分布による光学特性はその曲率により変化せしめられそれが屈折率分布による光学特性と曲率による光学特性との合成したのがレンズの光学特性となる。このように、本発明には種々の実施形態がある。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。図１は本発明撮像装置の一つの実施の形態を示す断面図である。図面において、１は屈折率分布レンズであり、円柱状に形成され、その屈折率は光軸２と垂直な断面内でその光軸２からの距離の２乗に略比例した分布を有している。該屈折率分布レンズ１はその光出射側端面にて薄い透明な例えば有機溶剤による接着剤３により固体撮像素子４の撮像面５に接着されている。６は該屈折率分布レンズ１の光入射面に設けた赤外線カットフィルター膜で、例えば蒸着により形成されており、赤外光を反射する。
【００１５】
この屈折率分布レンズ１は、例えば波長６８０ｎｍの光に対して屈折率分布定数√Ａ＝０．４３、光軸上の屈折率Ｎ（上記蛇行周期Ｐを表す式におけるｎとは違う。）＝１．６５８、蛇行周期Ｐ＝０．５π（即ち蛇行周期Ｐの式におけるｎ＝０の場合）のときにはその長さ（レンズ長）Ｚが下記の式で表される。尚、この場合、接着剤３の厚みを無視し、屈折率分布レンズ１の出射側端面が直接撮像面に接しているものとし、また、赤外線カットフィルター膜６の存在（厚み、特性）を無視して計算する。
【００１６】
Ｚ＝蛇行周期Ｐ／屈折率分布定数＝（０．５π）／√Ａ＝３．６５３ｍｍ
このときレンズ直径は１．８ｍｍである。従って、１０分の１インチの撮像素子４に最適である。というのは、１０分の１インチの撮像素子４はその対角線長さが１．８ｍｍでぴったりの大きさとなるからである。即ち、このようなレンズ１をその１０分の１インチの撮像素子４上に設けることで対角画角１００ｄｅｇの画像を得ることができる。勿論、赤外線カットフィルター６があるので、赤外線画像を取り除いた画像を得ることが出きる。
【００１７】
図１中には軸上光路と周辺光路を示した。軸上光路はレンズ１の光軸２と平行に進んで屈折率分布レンズ１に入射し、該レンズ１内にてその出射側端面又は出射端面以後での光軸と交差するところに収束する。
【００１８】
図２、図３はこのとき得られる光学特性のＭＴＦ（modulation transter fac-tor)を示すもので、図２は横軸が空間周波数（Spatial Frequency[Cycle/mm] ）、縦軸がモジュレーション（Modulation) であり、図３は横軸がデフォーカシングポジション(defocusing position[mm]) 、縦軸がモジュレーション（Modulation) である。
【００１９】
尚、上記撮像装置は飽くまで本発明の一つの実施例で、本発明は種々の態様で実施することができる。先ず、赤外線カットは、その実施例のように、赤外光を赤外線カットフィルター膜６により反射することにより行うようにしても良いし、図４に示すように、それに代えて赤外線を吸収する光学素子７を屈折率分布レンズ１の光入射面側に設け、それによりカットするようにしても良い。
【００２０】
また、図５（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、屈折率分布レンズ１として光入射面と光出射面の両面に又は片面に曲率を設けたもの１ａ、１ｂ、１ｃを用いるようにしても良い。
【００２１】
このようにした場合には、屈折率分布による光学特性と曲率による光学特性を合成した特性が屈折率分布レンズ１の特性になる。即ち、屈折率分布レンズの一方又は両方の端面（表面）に曲率をもたせたので、その曲率によってもレンズ効果を得ることができる。従って、屈折率分布によるレンズ効果と曲率によるレンズ効果の総和により同じレンズ効果をより薄い屈折率分布レンズによって得ることができる。
【００２２】
依って、撮像装置のより小型化、薄型化ができる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の撮像装置によれば、光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の２乗に比例した屈折率分布を有する一つの屈折率分布レンズを結像レンズとして用いた。このため、レンズの長さ（厚さ）をレンズ長さＺ＝蛇行周期Ｐ／屈折率分布定数（蛇行周期Ｐ＝０．５π＋ｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・））に基づいて決めることで、レンズ入射側端面から平行光として入射した無限遠の像をレンズ出射側端面において結像できる。従って、屈折率分布レンズの近傍に撮像素子の撮像面を位置させることができ、レンズと撮像素子との間に殆ど間隔を設ける必要がない。従って、光学系の長さを小さくすることができ、撮像装置の小型化ができる。
【００２４】
請求項２の撮像装置によれば、屈折率分布レンズを撮像素子の撮像面近傍に有機溶剤により接着することにより、屈折率分布レンズと撮像素子との間の位置決めに関して介在する誤差要因が少なく極めて高精度に位置決めができる。
【００２５】
請求項３の撮像装置によれば、屈折率分布レンズの光入射面に赤外光を反射する光学薄膜を設けたので、レンズに入ろうとする赤外光をその薄膜により反射して撮像素子に赤外光が入るのを防止することができる。
【００２６】
請求項４の撮像装置によれば、屈折率分布レンズの光入射面側に赤外光を吸収する光学素子を設けたので、レンズに入ろうとする赤外光をその素子により吸収して撮像素子に赤外光が入るのを防止することができる。
【００２７】
請求項５の撮像装置によれば、屈折率分布レンズの一方又は両方の端面（表面）に曲率をもたせたので、その曲率によってもレンズ効果を得ることができる。従って、屈折率分布によるレンズ効果と曲率によるレンズ効果の総和により同じレンズ効果をより薄い屈折率分布レンズによって得ることができる。依って、撮像装置のより小型化、薄型化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明撮像装置の一つの実施例を示す断面図である。
【図２】本発明撮像装置により得られる光学特性のＭＴＦの空間周波数・モデュレーション関係図の一つの例を示す図である。
【図３】本発明撮像装置により得られる光学特性のＭＴＦのデフォーカシングポジション・モデュレーション関係図の一つの例を示す図である。
【図４】本発明撮像装置の他の実施例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明撮像装置の屈折率分布レンズの各別の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・屈折率分布レンズ、２・・・光軸、３・・・接着剤（有機溶剤）、
４・・・撮像素子、５・・・撮像面、６・・・赤外線カットフィルター、
７・・・赤外線吸収光学素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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