JP2008216470A - Objective lens for imaging, imaging module, and method of designing objective lens for imaging - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回折格子を有する撮像用対物レンズ、この対物レンズを含む撮像モジュール、及びこの対物レンズの設計方法に関する。 The present invention relates to an imaging objective lens having a diffraction grating, an imaging module including the objective lens, and a method for designing the objective lens.
屈折率の差によって光線を屈折させる屈折光学系は扱いやすく、また加工も容易であるため、従来から広く一般的に用いられている。屈折光学系以外の光学素子としては、光の回折現象を利用した回折光学素子( Diffractive Optical Element : 以下、単にDOEと呼ぶこともある)も知られている。しかしながら、加工上の問題により、回折光学素子は、汎用されるには至っていない。 A refractive optical system that refracts a light beam by a difference in refractive index is easy to handle and process, and thus has been widely used in the past. As an optical element other than the refractive optical system, a diffractive optical element (diffractive optical element: hereinafter, sometimes simply referred to as DOE) using a light diffraction phenomenon is also known. However, due to processing problems, diffractive optical elements have not been widely used.
ところが、近年になってリソグラフィー手法や超精密加工等の技術が著しく進展している。これらの技術を活用すれば、比較的容易に回折格子を製作できる。 However, in recent years, techniques such as lithography techniques and ultra-precise processing have been remarkably advanced. If these techniques are utilized, a diffraction grating can be manufactured relatively easily.
上述のように、回折光学素子は、光の回折作用に基づいてレンズ機能を発揮する。一般的に、回折光学素子へ光が入射したとき、回折作用にて射出する光は以下の式(1)を満たす。
sinθ − sinθ' = mλ/d ・・・ (1)
ただし、θは入射角、θ'は射出角、λは光の波長、dは回折格子の格子間隔(格子ピッチ)、mは回折次数である。
As described above, the diffractive optical element exhibits a lens function based on the diffraction action of light. In general, when light enters the diffractive optical element, the light emitted by the diffraction action satisfies the following formula (1).
sinθ-sinθ '= mλ / d (1)
Where θ is the incident angle, θ ′ is the exit angle, λ is the wavelength of light, d is the grating spacing (grating pitch) of the diffraction grating, and m is the diffraction order.
したがって、複数の格子をレンズの一面にリング状に設け、これらの格子間隔(格子ピッチ)を適切に設定することにより、回折光学素子に入射した光を一点に集中させることができる。換言すると、回折光学素子にレンズ作用を持たせることができる。具体的には、j番目の格子の半径をrjとし、回折格子の焦点距離をfとし、中心の光線とj番目の格子により回折された光線との光路差が入射光の波長の整数倍になるように設定する。これにより、回折された光と回折されていない光とは互いに強め合うことになる。つまり、以下の式(2)を満たす。
√( rj2 + f2 ) − f = jλ ・・・ (2)
Accordingly, by providing a plurality of gratings in a ring shape on one surface of the lens and appropriately setting the grating interval (grating pitch), the light incident on the diffractive optical element can be concentrated at one point. In other words, the diffractive optical element can have a lens action. Specifically, the radius of the jth grating is rj, the focal length of the diffraction grating is f, and the optical path difference between the central ray and the ray diffracted by the jth grating is an integral multiple of the wavelength of the incident light. Set as follows. As a result, the diffracted light and the undiffracted light strengthen each other. That is, the following expression (2) is satisfied.
√ (rj 2 + f 2 ) −f = jλ (2)
また、rjが焦点距離に対して大きくなると、格子のリング半径rjは、式(3)によって表される。
rj = √( 2jλf ) ・・・ (3)
Further, when rj is increased with respect to the focal length, the ring radius rj of the grating is expressed by Expression (3).
rj = √ (2jλf) (3)
ところで、回折光学素子は、屈折光学素子と異なった特性もある。回折光学素子のアッベ数は、一般的なガラス硝材には存在しない−3.45という逆分散の特性を有している。つまり、一般的なガラス硝材のアッベ数は、νd=64.1であるのに対して、回折光学素子のアッベ数はνd=−3.45である。回折光学素子の分散特性を利用して、通常の単レンズに回折光学素子を付加すると、屈折作用に回折作用が付加されたハイブリッド型のレンズ(いわゆる色消しレンズ)を設計することができる。そして、このレンズは、撮像(撮影光学系や目視観察光学系のような白色で使用する光学系)に適用することもできる。 By the way, the diffractive optical element also has different characteristics from the refractive optical element. The Abbe number of the diffractive optical element has a reverse dispersion characteristic of −3.45 that does not exist in a general glass glass material. That is, the Abbe number of a general glass glass material is νd = 64.1, whereas the Abbe number of a diffractive optical element is νd = −3.45. When a diffractive optical element is added to a normal single lens by utilizing the dispersion characteristics of the diffractive optical element, a hybrid lens (so-called achromatic lens) in which a diffractive action is added to a refractive action can be designed. This lens can also be applied to imaging (an optical system used in white, such as a photographing optical system or a visual observation optical system).
上述のレンズは、以下の式(4)(5)を満たすように、屈折レンズおよび回折光学素子のパワーを配分することで設計できる。
1/f=1/fs+1/fdoe ・・・ (4)
1/fsνs+1/fdoeνdoe=0 ・・・ (5)
ここで、fsは屈折レンズの焦点距離、fdoeは回折光学素子の焦点距離、fは全体の焦点距離、νsは屈折レンズの分散、νdoeは回折光学素子の分散である。式(4)及び(5)を満足するように設定することで、軸上色収差の最適化が可能となる(非特許文献1参照)。
1 / f = 1 / fs + 1 / fdoe (4)
1 / fsvs + 1 / fdoeνdoe = 0 (5)
Here, fs is the focal length of the refractive lens, fdoe is the focal length of the diffractive optical element, f is the overall focal length, νs is the dispersion of the refractive lens, and νdoe is the dispersion of the diffractive optical element. By setting so as to satisfy the expressions (4) and (5), the axial chromatic aberration can be optimized (see Non-Patent Document 1).
しかし、このレンズを画像取得用のレンズとして用いる場合には、軸上色収差のほか、倍率色収差も補正する必要がある。軸上色収差のみを最適化したとしても、画面高さに依存して発生する倍率色収差が悪化するため、画面全体の色収差は悪化してしまう。なお、軸上色収差は、波長ごとの焦点距離の差に依存する収差である。また、倍率色収差は、撮像画面の高さに依存して発生する収差である。 However, when this lens is used as an image acquisition lens, it is necessary to correct lateral chromatic aberration as well as axial chromatic aberration. Even if only the axial chromatic aberration is optimized, the chromatic aberration of magnification that occurs depending on the screen height is deteriorated, so that the chromatic aberration of the entire screen is deteriorated. The axial chromatic aberration is an aberration that depends on the difference in focal length for each wavelength. The lateral chromatic aberration is an aberration that occurs depending on the height of the imaging screen.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、回折格子を有する撮像用の対物レンズに関し、軸上色収差のみならず倍率色収差も改善し、画面に現れる色収差を全体的に改善することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and relates to an imaging objective lens having a diffraction grating, which improves not only axial chromatic aberration but also lateral chromatic aberration, and improves chromatic aberration appearing on the screen as a whole. The purpose is to improve.
本発明にかかる撮像用対物レンズは、少なくとも一面に回折格子が設けられた撮像用の対物レンズであって、前記回折格子は、
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 )
但し、φは位相関数、rは対物レンズの径方向の距離、a1乃至a10は位相関数係数であり、かつ、前記位相差関数係数a1は、
−320≦a1≦−240
を満足する、に基づいて設計される。軸上色収差のみならず倍率色収差も改善されるため、画面に現れる色収差を全体的に改善することができる。
An imaging objective lens according to the present invention is an imaging objective lens provided with a diffraction grating on at least one surface, wherein the diffraction grating is
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 )
Where φ is a phase function, r is a radial distance of the objective lens, a1 to a10 are phase function coefficients, and the phase difference function coefficient a1 is
−320 ≦ a1 ≦ −240
Satisfying, designed based on. Since not only axial chromatic aberration but also lateral chromatic aberration is improved, chromatic aberration appearing on the screen can be improved as a whole.
前記回折格子は、同心円状の複数の溝を含む、と良い。複数の前記溝は、前記対物レンズの中心に向かって幅広となる、と良い。前記回折格子が設けられる前記一面は、非球面である、と良い。 The diffraction grating may include a plurality of concentric grooves. The plurality of grooves may be wider toward the center of the objective lens. The one surface provided with the diffraction grating is preferably an aspherical surface.
本発明にかかる撮像モジュールは、入射光を2次元状の撮像面に結像させる対物レンズを含む撮像モジュールであって、前記対物レンズは、少なくとも一面に回折格子を有し、前記回折格子は、
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 )
但し、φは位相関数、rは対物レンズの径方向の距離、a1乃至a10は位相関数係数であり、かつ、前記位相差関数係数a1は、
−320≦a1≦−240
を満足する、に基づいて設計される。
An imaging module according to the present invention is an imaging module including an objective lens that forms incident light on a two-dimensional imaging surface, and the objective lens has a diffraction grating on at least one surface,
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 )
Where φ is a phase function, r is a radial distance of the objective lens, a1 to a10 are phase function coefficients, and the phase difference function coefficient a1 is
−320 ≦ a1 ≦ −240
Satisfying, designed based on.
本発明にかかる撮像用対物レンズの設計方法は、一面に回折格子を有する撮像用の対物レンズを設計する方法であって、前記回折格子を、
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 )
但し、φは位相関数、rは対物レンズの径方向の距離、a1乃至a10は位相関数係数であり、かつ、前記位相差関数係数a1は、
−320≦a1≦−240
を満足する、に基づいて設計する。
An imaging objective lens design method according to the present invention is a method of designing an imaging objective lens having a diffraction grating on one surface, wherein the diffraction grating is
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 )
Where φ is a phase function, r is a radial distance of the objective lens, a1 to a10 are phase function coefficients, and the phase difference function coefficient a1 is
−320 ≦ a1 ≦ −240
Satisfy, based on designing.
本発明によれば、軸上色収差のみならず倍率色収差も改善できるため、画面に現れる色収差を全体的に改善できる。 According to the present invention, not only axial chromatic aberration but also lateral chromatic aberration can be improved, so that chromatic aberration appearing on the screen can be improved as a whole.
〔第1の実施の形態〕
以下、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、撮像モジュールM1の構成を説明するための概略図である。図2は、撮像面の構成を説明するための説明図である。図3は、対物レンズの構成を説明するための説明図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of the imaging module M1. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the imaging surface. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the objective lens.
図1に示すように、撮像モジュールM1は、絞り1、対物レンズ2、撮像装置3を有する。
As illustrated in FIG. 1, the imaging module M <b> 1 includes a diaphragm 1, an
絞り1は、撮像装置3の撮像領域上に開口を有する板状の部材である。絞り1は、撮像装置3に入射する光量を調整する。
The diaphragm 1 is a plate-like member having an opening on the imaging region of the
対物レンズ2は、絞り1を通過した光束を撮像装置3の撮像面に結像する。本実施形態では、後述のように、対物レンズ2は屈折作用に加えて回折作用を奏する。そして、対物レンズ2の回折作用によって、撮像装置3の撮像面に結像される光の色収差は全体的に改善される。尚、対物レンズ2は、樹脂を成型すること(モールド成型)等により製造される。
The
撮像装置3は、撮像装置3は、CCD(Charge Coupled Device)センサー、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の半導体撮像素子がパッケージングされたものである。撮像装置3は、カバーガラス3a、撮像面3bを有する。撮像装置3は、対物レンズ2により結像された光を光電変換し、電気信号を出力する。
The
図2に、撮像装置3の撮像面3bを上面視した説明図を示す。図2に示すように、撮像装置3の撮像面3bには、撮像領域R1が設けられる。撮像領域R1には、複数の画素Pxが2次元状に配置される。なお、撮像装置3にて取得される画像情報は、色彩のある画像情報である。従って、画素Px上には特定の波長帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ等が配置される。なお、画素Px1の中心と画素Px2の中心との間の距離をW1とする。距離W1は、複数の画素Pxの配置間隔(ピクセルピッチ)に相当する。
FIG. 2 is an explanatory view of the
図1に模式的に示すように、絞り1の開口を通過して光束は、対物レンズ2によって撮像装置3の撮像面3bに結像される。撮像面3bの各画素Pxでは、入射光量に応じた電荷が発生する。そして、撮像装置3から電気信号が出力され、後続の処理機構によって、カラーの画像情報(カラー画像)が構成される。
As schematically shown in FIG. 1, the light beam passing through the aperture of the diaphragm 1 is imaged on the
ここで、図3に、対物レンズ2の構成を説明するための説明図を示す。図3(a)に、対物レンズ2の概略的な断面視形状を示す。図3(b)に、対物レンズ2の光出射面2bに設けられる回折格子を部分的に断面視した形状を示す。
Here, FIG. 3 shows an explanatory diagram for explaining the configuration of the
図3(a)に示すように、対物レンズ2 は、光入射面(第1面)2a、光出射面(第2面)2b、を有する単レンズである。対物レンズ2の光入射面2aは、回転対称な非球面であって、全体として対物レンズ2の中心に向かって窪んだ形状を有する。対物レンズ2の光出射面2bは、回転対称な非球面であって、全体として対物レンズ2の中心に向かって突出した形状を有する。光入射面2a、光出射面2bによって、対物レンズ2は、屈折作用を奏し、入射光束を撮像面3bに結像する。
As shown in FIG. 3A, the
ここで、対物レンズ2に設けられる非球面に関して、式(6)にサグ量X(h)を示す。なお、サグ量X(h)は、図3(a)に模式的に示すように、点Pから点Qまでの長さである。なお、点Pは、光軸AXに対する垂線と非球面とが交差する座標点(例えば、座標点P)である。また、点Qは、光軸AXと非球面とが交差する座標点である。
X(h)=Ch2/(1+√(1−(1+k )C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12 ・・・(6)
なお、Cは非球面の光軸上での曲率(点Q付近における曲率)(1/r)、kは円錐係数、A4,A6,A8,A10,A12は4次、6次、8次、10次、12次の非球面係数である。
Here, regarding the aspherical surface provided in the
X (h) = Ch 2 / (1 + √ (1− (1 + k) C 2 h 2 )) + A 4 h 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 + A 1 0 h 10 + A 1 2 h 12 (6)
C is the curvature on the optical axis of the aspherical surface (curvature near the point Q) (1 / r), k is the conic coefficient, A 4 , A 6 , A 8 , A 1 0 , A 12 are 4th order, 6 Next, 8th, 10th and 12th order aspherical coefficients.
また、本実施形態における対物レンズ2では、回折格子が光出射面2bに設けられる。換言すると、光出射面2bは、回折作用を奏する回折面(以下、光出射面2bを回折面2bと呼ぶこともある)として機能する。なお、上述のように、光出射面2bは、屈性作用も奏する。
In the
図3(b)に、回折面2bを部分的に断面視した説明図を示す。図3(b)に示すように、回折面2bには、複数の溝5が連続的に形成される。溝5は、図2(a)に示した光軸AXを中心として、回折面2bに同心円状に配置される。隣り合う溝5によって、光軸AXを中心とする複数の輪帯6が連続的に回折面2bに形成される。
FIG. 3B shows an explanatory diagram in which the
溝5は、光軸AXと略平行に延在する側面4a、光軸AXと交差する方向に延在する側面4bから規定される。輪帯6も、側面4a、側面4bとから規定される。なお、輪帯6が設けられる間隔W2は、光軸AXに近づくに伴って広くなり、光軸AXから遠ざかるに伴って狭くなる。これにより、対物レンズ2に集光性を持たせることができる。
The
複数の輪帯6が設けられることによって、対物レンズ2には、色収差を補正する機能が付加される。尚、上述の複数の溝は、表面加工技術(フォトリソグラフィー等の通常の半導体プロセス技術等)を用いることによって形成される。
By providing the plurality of
本実施形態においては、対物レンズ2の回折面2bに設けられる回折格子(複数の輪帯6(溝5)から構成される構造)は、位相差関数法を用いて設計される。
In the present embodiment, a diffraction grating (a structure constituted by a plurality of annular zones 6 (grooves 5)) provided on the
位相差関数法においては、まず、対物レンズ2の光出射面2bに回折格子があると仮定する。そして、回折格子があると仮定した光出射面2bについて、式(7)で表される波面の位相変換(光路差の付加)を行い、対物レンズ2の光出射面2bに回折格子を設定する。
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 ) ・・・(7)
ここで、φは位相関数、rは対物レンズ2の径方向の距離、a1〜a10は位相関数係数である。
In the phase difference function method, first, it is assumed that there is a diffraction grating on the
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 ) (7)
Here, φ is a phase function, r is a radial distance of the
本実施形態においては、a1は、条件−320≦a1≦−240を満足する。これによって、軸上色収差のみではなく、倍率色収差をも良好に補正することができ、取得される画面全体の色収差を適切に補正することができる。なお、a1は、波長ごとの焦点距離を設定するパラメーターである。 In the present embodiment, a1 satisfies the condition −320 ≦ a1 ≦ −240. As a result, not only axial chromatic aberration but also lateral chromatic aberration can be favorably corrected, and chromatic aberration of the entire acquired screen can be corrected appropriately. Note that a1 is a parameter for setting the focal length for each wavelength.
上述の条件を満足するようにa1を設定した根拠を、以下、例1〜15を用いて説明する。なお、例1〜15におけるa1の値は、表1に記載のとおりである。
また、表2に、例4の場合のa1以外の条件を示す。尚、他の例では、a1の値のみが例4の場合と異なるものとする。
尚、表2の記号は、fは対物レンズ2の焦点距離) 、Fno.はF ナンバー、λは設計波長(通常、546nm)、rは、回折面の曲率半径(単位:mm)、kは円錐係数、A4は4次の非球面係数、dは面間の光軸上の距離(光軸AXに沿う対物レンズの厚み)( 単位:mm )、nは設計波長λにおける屈折率、のように対応する。
In Table 2, f is the focal length of the
また、表2の面番号1は対物レンズ2の光入射面2aに相当し、面番号2は対物レンズ2の回折面2Bに相当し、面番号3はカバーガラス3aの対物レンズ2側の面に相当し、面番号4はカバーガラス3Aの撮像面3b側の面に相当し、面番号5は撮像面3bに相当するものとする。
In Table 2, surface number 1 corresponds to the
表1及び表2に示した条件を前提として、例1〜15について色収差特性を評価した。 Chromatic aberration characteristics were evaluated for Examples 1 to 15 on the assumption of the conditions shown in Tables 1 and 2.
表3に、例1〜15の相対的軸上色収差値と画面中心のMTF値を示す。なお、相対的色収差は、対物レンズの合焦時の収差で、相対的色収差=発生した軸上色収差÷焦点距離、から求められる。また、画面中心のMTF値とは、撮像面の中心部分におけるMTF値である。具体的には、画面中心のMTF値は、図2に示した線CL付近の画素を用いて取得される。
また、図4に、表3の結果をグラフで示す。なお、図4においては、横軸がa1であり、縦軸が画面中心のMTF(%)である。a1の値が−360〜−140の範囲内にある場合(例2〜例14の場合)には、50%以上のMTF(Modulation Transfer Function)が得られる。従って、この範囲の場合には、解像度が良好といえる。 FIG. 4 is a graph showing the results of Table 3. In FIG. 4, the horizontal axis is a1, and the vertical axis is the MTF (%) at the center of the screen. When the value of a1 is in the range of −360 to −140 (in the case of Example 2 to Example 14), an MTF (Modulation Transfer Function) of 50% or more is obtained. Therefore, in this range, it can be said that the resolution is good.
なお、a1が−360〜−140の範囲にあるとき、軸上色収差が最小となる場合(例14)が含まれている。これは、画面中心のMTFの向上は、位相差付加による軸上色収差の補正によるものと考えられる。 In addition, when a1 is in the range of −360 to −140, the case where the longitudinal chromatic aberration is minimized (example 14) is included. This is considered that the improvement of the MTF at the center of the screen is due to the correction of the longitudinal chromatic aberration by adding the phase difference.
表4に、例1〜15の相対的倍率色収差と像高70%のMTF値を示す。像高70%のMTF値については、T方向(タンジェンシャル方向)、S方向(サジタル方向)別にMTF値を示す。 Table 4 shows the relative lateral chromatic aberration and the MTF value of 70% image height in Examples 1 to 15. For the MTF value with an image height of 70%, the MTF value is shown for each of the T direction (tangential direction) and the S direction (sagittal direction).
なお、相対的倍率収差は、対物レンズの合焦時の収差で、相対的倍率色収差=発生した倍率色収差÷画素の配列間隔(ピクセルピッチ)、から求められる。また、像高70%のMTF値は、図2に模式的に示すように、線CLから線L100までの長さの70%の位置にある線L70付近のMTF値であって、線L70付近の画素を用いて取得される。
また、図5に、表4の結果を示す。なお、図5においては、横軸がa1であり、縦軸が相対的倍率収差である。 FIG. 5 shows the results of Table 4. In FIG. 5, the horizontal axis is a1, and the vertical axis is the relative magnification aberration.
図5に示すように、a1が、−320〜−240の範囲にある例4〜例8については、ピクセルピッチに対する倍率色収差の発生は50%以下である。 As shown in FIG. 5, in Examples 4 to 8 where a1 is in the range of −320 to −240, the occurrence of lateral chromatic aberration with respect to the pixel pitch is 50% or less.
また、図6にも、表3の結果を示す。図6では、横軸がa1であり、縦軸を像高70%におけるMTF ( % )である。a1が、の範囲となる例4〜8について、MTFのT方向について向上が見られる。 FIG. 6 also shows the results of Table 3. In FIG. 6, the horizontal axis is a1, and the vertical axis is MTF (%) at an image height of 70%. In Examples 4 to 8 in which a1 is in the range, an improvement is seen in the T direction of the MTF.
図1で示すような撮像モジュールM1の場合には、軸上色収差に加えて、倍率色収差も補正する必要がある。軸上色収差のみを最適な範囲とすることのみに着眼して回折格子を設ける場合には、倍率色収差が悪化するだけ、画面全体の色収差が悪化してしまう。本実施形態においては、軸上色収差に加えて、倍率色収差をも勘案して回折格子を設定する。より具体的には、a1の値を−320〜−240に設定する。これによって、画面全体の色収差を良好な範囲に設定することができる。 In the case of the imaging module M1 as shown in FIG. 1, it is necessary to correct lateral chromatic aberration in addition to axial chromatic aberration. In the case where the diffraction grating is provided by focusing only on the axial chromatic aberration only in the optimum range, the chromatic aberration of the entire screen is deteriorated as the chromatic aberration of magnification is deteriorated. In the present embodiment, the diffraction grating is set in consideration of lateral chromatic aberration in addition to axial chromatic aberration. More specifically, the value of a1 is set to -320 to -240. As a result, the chromatic aberration of the entire screen can be set within a favorable range.
なお、a1は、回折格子を設計する際に用いられるパラメーターであるが、回折格子を有する対物レンズ2自体からもa1を求めることができる。すなわち、以下の式(8)〜(10)を活用することによって、設計された対物レンズからa1の値を逆に求めることもできる。より具体的には、ノーダルスライド法を利用して対物レンズの焦点距離を測定し、タリサーフを利用して対物レンズの表裏面の曲率半径を測定し、位相差関数係数a1を算出することができる。
Note that a1 is a parameter used when designing the diffraction grating, but a1 can also be obtained from the
対物レンズの焦点距離fは、以下の式(8)から求められる。
1/f = 1/fs+1/fdoe−Δ/(fs×fdoe)・・・(8)
ここで、fsは対物レンズ2の焦点距離、fdoeは回折格子の焦点距離、Δは対物レンズ2の主点と回折格子の主点との間の距離である。尚、式(8)のfsは、式(9)により計算することができる。
1/fs =(n−1)(1/r1−1/r2)+(n−1)2d/(n×r1×r2)・・・(9)
また、式(8)のfdoeは、式(10)により計算することができる。
1/fdoe = −{2×(a1×λ/2π)×λ}・・・(10)
また、式(8)のΔは、(11)により計算することができる。
Δ = r2×d/{n×(r2−r1)+(n−1)×d}・・・(11)
ここで、nは屈折率、r1は対物レンズ2の表面(光入射面2a)の曲率半径、r2は、対物レンズ2の裏面(回折面2b)の曲率半径、dは対物レンズ2の光軸AX
に沿う厚み、a1は位相差関数係数、λは設計波長である。
The focal length f of the objective lens is obtained from the following equation (8).
1 / f = 1 / fs + 1 / fdoe−Δ / (fs × fdoe) (8)
Here, fs is the focal length of the
1 / fs = (n-1 ) (1 / r1-1 / r2) + (n-1) 2 d / (n × r1 × r2) ··· (9)
Also, fdoe in equation (8) can be calculated by equation (10).
1 / fdoe = − {2 × (a1 × λ / 2π) × λ} (10)
Further, Δ in the equation (8) can be calculated by (11).
Δ = r2 × d / {n × (r2−r1) + (n−1) × d} (11)
Here, n is the refractive index, r1 is the radius of curvature of the surface of the objective lens 2 (
, A1 is a phase difference function coefficient, and λ is a design wavelength.
結果物である対物レンズから焦点距離fdoeと設計波長λとを求めることができる。そのうえで、式(10)を利用すれば、a1を求めることができる。つまり、式(10)を用いることによって、結果物である対物レンズからa1の値を逆に求めることもできる。 The focal length fdoe and the design wavelength λ can be obtained from the objective lens as a result. In addition, a1 can be obtained by using Expression (10). That is, by using Expression (10), the value of a1 can also be obtained in reverse from the resultant objective lens.
最後に、例1〜15の回折面の最小輪帯幅及び段差数の具体例を表5に示す。なお、最小輪帯幅は、輪帯6の幅W2のうち最小のものである。輪帯6の幅W2は、成型加工の点を考慮し、20μm以上である、と良い。また、形状エラーによるフレア発生を抑制するため、輪帯6の数(溝5の数)は10個以下である、と良い。例4〜8は、いずれもこれらの条件を満足している。
本発明の技術的範囲は、上述の実施の形態に限定されない。撮像モジュールの用途は、移動体通信端末(携帯電話等)のカメラ部分、情報処理装置(パーソナルコンピュータ)のカメラ部分が例示されるが、他のデバイスのカメラに用いられるものであってもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The application of the imaging module is exemplified by a camera part of a mobile communication terminal (such as a mobile phone) and a camera part of an information processing apparatus (personal computer), but may be used for a camera of another device.
1 絞り
2 対物レンズ
3 撮像装置
1
Claims (6)
前記回折格子は、
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 )
但し、φは位相関数、rは対物レンズの径方向の距離、a1乃至a10は位相関数係数であり、かつ、前記位相差関数係数a1は、
−320≦a1≦−240
を満足する、
に基づいて設計された撮像用対物レンズ。 An objective lens for imaging provided with a diffraction grating on at least one surface,
The diffraction grating is
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 )
Where φ is a phase function, r is a radial distance of the objective lens, a1 to a10 are phase function coefficients, and the phase difference function coefficient a1 is
−320 ≦ a1 ≦ −240
Satisfy,
Objective lens for imaging designed based on
前記対物レンズは、少なくとも一面に回折格子を有し、
前記回折格子は、
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 )
但し、φは位相関数、rは対物レンズの径方向の距離、a1乃至a10は位相関数係数であり、かつ、前記位相差関数係数a1は、
−320≦a1≦−240
を満足する、に基づいて設計された撮像モジュール。 An imaging module including an objective lens that forms an image of incident light on a two-dimensional imaging surface,
The objective lens has a diffraction grating on at least one surface,
The diffraction grating is
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 )
Where φ is a phase function, r is a radial distance of the objective lens, a1 to a10 are phase function coefficients, and the phase difference function coefficient a1 is
−320 ≦ a1 ≦ −240
Satisfying, designed based on imaging module.
前記回折格子を、
φ( r ) = M × (a1r2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6r12 + a7r14 + a8r16 + a9r18 + a10r20 )
但し、φは位相関数、rは対物レンズの径方向の距離、a1乃至a10は位相関数係数であり、かつ、前記位相差関数係数a1は、
−320≦a1≦−240
を満足する、に基づいて設計する、撮像用対物レンズの設計方法。 A method of designing an imaging objective lens having a diffraction grating on one surface,
The diffraction grating,
φ (r) = M × (a1r 2 + a2r 4 + a3r 6 + a4r 8 + a5r 10 + a6r 12 + a7r 14 + a8r 16 + a9r 18 + a10r 20 )
Where φ is a phase function, r is a radial distance of the objective lens, a1 to a10 are phase function coefficients, and the phase difference function coefficient a1 is
−320 ≦ a1 ≦ −240
The objective lens for imaging is designed based on satisfying the above.
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2007
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