JP2010109096A - 撮像光学素子、撮像光学装置、撮像光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】像面湾曲収差を有する結像光学系の像面と撮像素子との間に配置して像面湾曲収差を解消し良好な画像の撮像を可能にする撮像光学素子とこの撮像光学素子の製造方法とこの撮像光学素子を有する光学系を提供すること。
【解決手段】結像光学系の像面と撮像素子の間に配置され、前記撮像素子の複数の受光素子のそれぞれに対向するそれぞれの光伝達管が互いに非交差に形成された像面変換素子と、前記像面変換素子は、前記像面に対応する第１面が前記像面における像面湾曲収差に対応した曲面に形成されると共に前記第１面側の前記光伝達管を互いに固定する固定部材を有し、前記第１面に対向する当該光伝達管それぞれの第２面は、前記撮像素子のそれぞれの受光素子位置の前記受光素子カバー面に直接接合されていることを特徴とする撮像光学素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた撮像光学系の画質向上を可能にする撮像光学素子、撮像光学装置、および撮像光学素子の製造方法に関する。

従来、ボールレンズを使用した光学系において曲面状の像面に集光し、集光した光をテーパー状の光ファイバーを束ねた像面変換素子を介して撮像素子の入射面に光を伝達するカメラが提案されている（例えば、特許文献１、図５参照）。
特開２００５−３３８３４１号公報

しかしながら、従来の像面変換素子は、ファイバー束を使っているため、像面変換素子の出射端における個々の光伝達管位置を撮像素子の受光素子のサイズ及びピッチに合わせて正確に製造することが困難である。この為、個々の光伝達管の光の出射端位置と受光素子の位置合わせが不正確となり出力画像にモアレが発生してしまうと言う問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、像面湾曲収差を有する結像光学系の像面と撮像素子との間に配置して像面湾曲収差を解消し良好な画像の撮像を可能にする撮像光学素子と、この撮像光学素子の製造方法と、この撮像光学素子を有する撮像光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、結像光学系の像面と撮像素子の間に配置され、前記撮像素子の複数の受光素子のそれぞれに対向するそれぞれの光伝達管が互いに非交差に形成された像面変換素子と、前記像面変換素子は、前記像面に対応する第１面が前記像面における像面湾曲収差に対応した曲面に形成されると共に前記第１面側の前記光伝達管を互いに固定する固定部材を有し、前記第１面に対向する当該光伝達管それぞれの第２面は、前記撮像素子のそれぞれの受光素子位置の前記受光素子カバー面に直接接合されていることを特徴とする撮像光学素子を提供する。

また、本発明は、前記撮像光学素子の前記固定部材を光軸と垂直な方向にシフトするシフト手段を有することを特徴とする撮像光学装置を提供する。

また、本発明は、基板の一方の表面を結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面を有する金型で成型する工程と、前記基板の前記曲面に接合し当該曲面に対向する面が平面の透明樹脂部材を形成する工程と、前記透明樹脂部材の前記平面上にＳｉ含有ホトレジストを塗布する工程と、選択された撮像素子の受光素子配列に対応する光伝達管パターンを露光する工程と、現像工程と、前記Ｓｉ含有ホトレジストをマスクとして前記透明樹脂部材をエッチングする工程と、撮像素子の受光素子位置に前記透明樹脂部材それぞれの端面を接着する接着工程と、を含むことを特徴とする撮像光学素子の製造方法を提供する。

本発明によれば、像面湾曲収差を有する結像光学系の像面と撮像素子との間に配置して像面湾曲収差を解消し良好な画像の撮像を可能にする撮像光学素子とこの撮像光学素子の製造方法とこの撮像光学素子を有する光学系を提供することができる。

（第１実施の形態）
以下、本発明の第１実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。

図１は、本発明の第１実施の形態にかかる撮像光学素子を示している。図２は、図１の撮像光学素子の断面拡大図を示す。

図１、及び図２において、本発明の第１実施の形態にかかる撮像光学素子１００は、結像光学系３からの光線の入射側から順に、像面変換素子１と像面変換素子１に接合された撮像素子５とから構成されている。像面変換素子１は、結像光学系３の像面Ｉにおける像面湾曲収差に対応する面形状（第１面Ｉａ）に形成された透明基板４（例えば、ガラスあるいはプラスチックなど）上に後述する製造方法で形成された複数の光伝達管７が形成されている。そして、複数の光伝達管７は、透明基板４の像面Ｉ（第１面Ｉａ）に対向する面（第２面７ｂ）が撮像素子５（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ素子等）にそれぞれ接合されている。

像面変換素子１の透明基板４の第１面Ｉａ上に形成された光伝達管７は、円形状或いは多角形状からなり、第１面Ｉａに対向する光伝達管７のそれぞれの第２面７ｂは撮像素子５のそれぞれの受光素子５ａのマイクロレンズアレイ５ｂにそれぞれ接合されている。なお、マイクロレンズアレイ５ｂが配設されていないタイプの撮像素子では、受光素子のカバーガラスあるいは色フィルタ上に光伝達管７をそれぞれ接合する構成でも良い。このように、本撮像光学素子１００では、像面変換素子１を構成する光伝達管７は受光素子５ａと一対一に接合されている。

光伝達管７は、受光素子５ａの面積に対応する太さと、受光素子５ａのピッチに対応したピッチでそれぞれ形成されている。また、それぞれの光伝達管７は、第１面Ｉａ側から第２面７ｂ側に亘って交差することなく形成されている。この結果、第１面Ｉａに入射した光は、それぞれの光伝達管７中を伝達され、結像光学系３から入射した光の像面Ｉ上における位置が途中で交わること無く第２面７ｂから接合された受光素子５ａにそれぞれ出射される。この結果、撮像素子５で撮像された画像が乱れることがない。また、光伝達管７が受光素子５ａと一対一に対応しているので、従来の光ファイバー束を用いた時のようなモワレを生じることも無い。

このようにして、撮像光学素子１００が形成され、この撮像光学素子１００を有する撮像光学系が構成される。

結像光学系３の像面Ｉにおいて良好な結像性能を得るために、結像光学系３は種々の収差を補正するように構成される。収差の中で像面湾曲収差を最小にするためには、結像光学系３のペッツバール和を零に近づけなければならない。その為には、結像光学系３は全体として所定の正屈折力を有しつつ他に負屈折力を有する面要素が必要となる。像面湾曲収差を最小にするためには多くの光学要素が必要となり、結像光学系３全体が大型化すると供にコスト高となってしまう。特に、全長の短い結像光学系３では、結像光学系３全体の所定パワーを確保しつつペッツバール和を零に近づける為に負屈折力の面の曲率を大きくする必要がある。面の曲率の大きな要素があると種々の収差が発生しやすくなる為、所望の結像性能を得ることが困難になる。

本第１実施の形態にかかる撮像光学素子１００は、結像光学系３の像面Ｉに像面湾曲収差に対応した曲面に少なくとも一方の面（第１面Ｉａ）が形成された透明基板４が配置されているため、第１面Ｉａに焦点の合った像（像面湾曲収差が最小である像）が形成される。この像からの光は、透明基板４上に形成されたそれぞれの光伝達管７中を第２面７ｂに伝達され、それぞれの光伝達管７に接合されたアレイレンズ５ｂを介してそれぞれの光伝達管７に対向するそれぞれの受光素子５ａで受光される。この後、撮像光学素子１の内部あるいは外部に配置された画像処理部で所定の画像処理を受け、表示や印刷可能な撮像画像が得られる。

なお、第１面Ｉａは、結像光学系３の焦点深度内にあれば合焦した良好な像が得られるので、第１面Ｉａの面精度を高くする必要がなく、面の加工がし易く低コスト化を達成することができる。また、図１及び以降の図において、撮像光学素子の各要素の大きさは説明の都合上拡大して示している。

図３は、第１実施の形態にかかる撮像光学素子の変形例を示した図である。以下、変形例について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

（第１実施の形態の変形例）
図３は、第１実施の形態の変形例にかかる撮像光学素子１０１の断面を示す図である。本変形例は、透明基板４の入射面Ｉｂ（図１の結像光学系３側面）側に光伝達管１７にそれぞれ対応するレンズを有するマイクロレンズアレイ６を有し、光伝達管１７が第１実施の形態の光伝達管７に比べて細く形成されている。その他の構成は、第１実施の形態の撮像光学素子１００と同様である。

このように、透明基板４の入射面Ｉｂ側にマイクロレンズアレイ６を配置することで、光伝達管１７が細くなったことによる開口効率の低下を防止している。また、光伝達管１７が細く、光伝達管１７それぞれの間隔が広くなることで、後述する光伝達管１７の製造が容易になると言う効果を有している。なお、光伝達管１７の太さが細くても開口効率を確保できる場合には、マイクロレンズアレイ６は配置しなくても良い。

（第２実施の形態）
図４は、第２実施の形態にかかる撮像光学素子１１０を示す。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

図４において、撮像光学素子１１０は、第１実施の形態にかかる撮像光学素子１００の結像光学系３（図１参照）側に、光学的に透明なアダプター２１を介して平面素子２２を配設して構成されている。なお、アダプターは、中空の枠部材で構成することもできる。中空にすることで、アダプター２１の光学特性を考慮する必要が無くなる。

アダプター２１の透明基板４側の面２１ａは、透明基板４の面Ｉｂとほぼ同様の面形状に形成されている。アダプター２１の結像光学系３側の面２１ｂは、ほぼ平面に形成され、平面素子２２が接合されている。

平面素子２２には、撮影画像のザラツキやモアレを低減するために、拡散板（例えば拡散性液晶板）を配置しても良い。

また、平面素子２２には、撮影画像のダイナミックレンジの圧縮等のさまざまな撮影効果を達成するために、例えば液晶板からなり透過率分布を変えることができる透過率分布可変フィルタを配置しても良い。図５（ａ）から図５（ｆ）は、透過率可変フィルタの例をそれぞれ示している。以下、各フィルタの作用について簡単に説明する。

図５（ａ）は、空の部分のみを減光するためのフィルタである。これにより、撮影時に空が明る過ぎる際に、空の部分を減光して、全体として光量バランスの取れた撮影画像を得ることができる。

図５（ｂ）は、結像光学系３のレンズの中心光量補正フィルタの例である。レンズ中心付近の光量が多い場合、この部分の光量を減光するようなフィルタとすることで、全体として光量バランスの取れた撮影画像を得ることができる。

図５（ｃ）は、高輝度部分を減光するフィルタの例を示す。このフィルタを用いることで、例えば、夜間の街灯のようにそこの部分のみが他の部分に比べ輝度が高い場合、この部分の光量を減光することで、全体として光量バランスの取れた撮影画像を得ることができる。

図５（ｄ）は、被写体の一部を撮影しないようにブロックするためのフィルタの一例である。ブロックする部分の透過光量を減光することで、その部分の被写体の撮影をブロックすることができる。

図５（ｅ）は、図５（ｄ）の逆バージョンであり、注目の被写体のみを他の部分より明るくハイライトするための透過率分布可変フィルタの例である。注目の被写体領域を無減光とし、その他の撮影領域を減光することで、撮影画像中の注目被写体のみを浮かび上がらせる効果を奏することができる。

図５（ｆ）は、予め準備してある所定の枠パター（例では、ハート型パターン）を透過率可変フィルタで形成し、被写体に重畳させて撮影することを可能にする例である。これにより、例えばプリクラモード撮影（ハート型パターンの内側に人の顔がある）等が可能になる。

また、平面素子２２として、例えば液晶素子から構成される平面シャッタを配置することが可能である。平面シャッタを配置することで、使用するレンズ毎にシャッタを設ける必要が無くなり、コストダウンを達成できる。

また、平面素子２２として、振動板を配置することができる。配置した振動板を振動させることで表面に付着した埃を除去することが可能になる。

また、平面素子２２として、回折光学素子を配置することができる。回折光学素子を配置することで、入射光を効率よく像面変換素子に導くことが可能になる。

（第２実施の形態の変形例）
図６は、第２実施の形態の変形例を示す。この変形例では、撮像光学素子１１１は、上記第２実施の形態における透明基板４とアダプター２１との間に、光伝達管１７に対向する位置にそれぞれレンズが形成されたマイクロレンズアレイ３１がアダプター２１の面２１ａに接合され、且つマイクロレンズアレイ３１が透明基板４の面Ｉｂに接合されて構成されている。その他の構成は、第２実施の形態および第１実施の形態の変形例と同様であり、同じ構成には同じ符号を付し説明を省略する。なお、アダプターを中空の枠部材で構成したときは、撮像光学素子として前記第１実施の形態の変形例である撮像光学素子１０１を配置することで、同様の構成を達成することができる。

このように撮像光学素子１１１は、平面素子２２を有すると共に、光伝達管１７の開口数を大きくすることができる。その他の効果は、第１実施の形態の変形例と第２実施の形態とを合わせた効果を奏することができる。なお、平面素子２２の構成、作用は第２実施の形態と同様であり、説明を省略する。

なお、イメージサイズが小さいほど結像光学系３の負担は小さくなり、撮像素子５は全体サイズが大きいほど画素数（受光素子数５ａ）の多いものが実現できる。これらの要求を同時に満たす方法として撮像光学素子１００、１０１、１１０、１１１（以後、１００〜１１１と略記す）を構成する光伝達管７、１７の第２面７ｂ、１７ｂ側の面の太さ（面積）を第１面１７ａ側の面の太さ（面積）よりも太く（広く）することが好ましい。例えば、光伝達管７、１７は軸に沿った断面が略台形状に形成され、光伝達管７、１７の面１７ｂから出る光の広がり角を入射光の広がり角よりも狭くすることで達成することができる。これにより、撮像素子５の表面構造部分による反射の影響を受け難くなる。

また、面７ａ、１７ａから面７ｂ、１７ｂに亘って光伝達管１７の太さがしだいに太くなる場合、光伝達管１７の内部を反射しながら進行する光の光伝達管７、１７の軸に対する角度が小さくなり、面７ｂ、１７ｂを出射する光の進行方向に対する広がりがより小さくなり、隣接する光伝達管１７への迷光を減らすと供に、受光素子５ａに対してより入射角度のまとまった光束を形成することができる。このように、結像光学系３の負担が軽い小さな像面Ｉ（イメージサイズ）の場合でも、画像数（受光素子数５ａ）の多い撮像素子５を使用することが可能となる。

なお、上述とは逆に、面７ａ、１７ａの太さ（面積）を面７ｂ、１７ｂの太さ（面積）より太くして、大きな像面Ｉを小さな撮像素子５で撮像することを可能にすることもできる。

また、撮像光学素子は、像面湾曲収差の小さな部分（ほぼ零の部分）の光伝達管を形成せず平面とし、像面湾曲収差の大きい周辺部分のみに光伝達管を形成した構成でも良い。このように像面湾曲収差の小さな部分の光伝達管を省略することによって撮像光学素子の製造が容易となる。その他の構成、作用、効果は第１および第２実施の形態と同様であり説明を省略する。

また、撮像光学素子１００〜１１１、は、図２に示す透明基板４の四隅に撮像光学素子１００〜１１１の第１面Ｉａを結像光学系３の光軸に垂直な方向に移動する移動手段を有する構成も可能である。なお、移動手段は、撮像光学素子１００〜１１１の第１面Ｉａを光軸に垂直な面内の直交する二つの軸方向にそれぞれ移動可能に構成する。このように構成された像面変換素子１を不図示の手ブレ検出手段を介して検出された光学系のブレに対して、移動手段を介して像面変換素子１の第１面Ｉａを光軸に垂直な方向に移動することで手ブレ補正を行うことができる光学系を構成することができる。撮像光学素子１００〜１１１は小型、軽量であるため、駆動力が小さくて済み移動手段を小型化、及び高速化することができる。

また、撮像光学素子１００〜１１１は、それぞれの光伝達管７、１７の側面の一部又は全部の領域に光を吸収する物質からなる遮光部材を設けることが好ましい。このように光伝達管７、１７の側面に遮光部材を設けることで、光伝達管７、１７相互の光の干渉を抑制することができると供に、撮像光学素子１００〜１１１外からの迷光が受光素子５ａの受光面に達することを防ぐことができ、高画質の画像を得ることができる。なお、遮光部材に光伝達管７、１７の固定機能を持たせて光伝達管７、１７を一体的に固定しても良い。

また、撮像光学素子１００〜１１１は、それぞれの光伝達管７、１７の間の空間を透明な樹脂で充填することが好ましい。このように光伝達管７、１７の間の空間を透明樹脂で充填することで、光伝達管７、１７を一体化することができ、機械的に強度を増すことができる。

また、上記実施の形態における光伝達管７、１７の太さのばらつきは±５％以内にすることが望ましい。太さのばらつきが±５％を超えると、光伝達管７、１７の受光面積がそれぞれ変化し受光素子５ａに向かう光量がばらつき、高い画質を得ることが難しくなる。

また、光伝達管７、１７の分離間隔のばらつきは±５％以内にすることが望ましい。分離間隔のばらつきが±５％を超えると、光伝達管１、１７１の受光面積がそれぞれ変化し受光素子５ａに向かう光量がばらつき、高い画質を得ることが難しくなる。

また、光伝達管７、１７の軸間距離（ピッチ）のばらつきは±５％以内にすることが望ましい。軸間距離のばらつきが±５％を越えると、光伝達管１、１７と受光素子５ａとがずれてしまい隣接する光伝達管７、１７からの光の干渉が増加するので好ましくない。

次に、本発明の実施の形態にかかる撮像光学素子の製造方法に関して図面を参照しつつ説明する。

撮像光学素子は、撮像素子の受光素子と同程度の面積を有する細いロッドに結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面を形成することで製造することが可能である。

この時、選択された撮像素子の受光素子の数に対応した光ファイバーのような光伝達管を束ねた後、均一に引き伸ばして撮像素子の受光素子全体の大きさにした光伝達管群を製造することが考えられる。しかし、このような製法では、光伝達管の面積と受光素子の面積を一致させること、それぞれの受光素子に対向する光伝達管の中心間距離（ピッチ）を受光素子の中心間距離に一致させること、及び受光素子間の分離間隔と光伝達管の分離間隔を一致させることが困難である。この結果、光伝達管の位置と受光素子の位置が僅かにずれることによるモアレが発生してしまい画質の劣化を招いてしまう。

以下に説明する撮像光学素子の製造方法では、光伝達管の面積と受光素子の面積をほぼ一致させ、両者のピッチずれを最小にし、分離間隔をほぼ同一にすることができる像面変換素子を撮像素子の各受光素子位置に接合させた撮像光学素子を製造することができる。

（第１製造方法）
図７（ａ）から（ｅ）は、本発明の実施の形態にかかる撮像光学素子の第１製造方法に関する概略工程図（断面図）である。以下、工程に沿って説明する。本第１製造方法は、Ｓｉ含有ホトレジストを使用した製造工程を示している。

「工程１」（図７（ａ）参照）
工程１は、撮像光学素子１００（図１参照）の結像光学系３側に配置される結像光学系３の像面Ｉにおける像面湾曲面Ｉａが形成された透明基板４（例えば、石英曲面部材、プラスチック部材等）を用意する。透明基板４は、既存の成型方法や研磨方法により作成することができる。

「工程２」（図７（ｂ）参照）
工程２は、工程１で作成された透明基板４の曲面Ｉａ側に密着し、曲面Ｉａに対向する面が平面の樹脂層４０を形成する。この樹脂層４０は、加工後光伝達管７、１７となる。樹脂層４０は、曲面Ｉａとこれに対向する面が平面を有するように樹脂を成型することで得ることができる。成型して得られた樹脂層４０を透明基板４に接着する。接着には、ＵＶ接着剤等を用いることができる。または、工程１で作成された透明基板４に樹脂層４０を成型することで作成することができる。これで、透明基板４の曲面Ｉａ上に樹脂層４０が形成された部材が完成する。

「工程３」（図７（ｃ）参照）
工程３は、樹脂層４０の平面上にＳｉ含有ホトレジスト５０を所定の厚さ塗布したのち、選択された撮像素子の受光素子の配列、及び受光素子分離間隔に対応するように形成された不図示のホトマスクを使って、光伝達管パターンをホトレジスト５０に露光し現像する。Ｓｉ含有ホトレジスト５０の塗布、露光、現像は、既存の方法を使用可能である。例えば、ホトレジスト塗布は、スピンコート法、露光はステッパーを用いた方法、現像は、ホトレジストに適した現像方法を使用することができる。

本実施の形態では、ホトレジストは、Ｓｉ含有ホトレジストを使用していることにより、樹脂層４０をエッチングする際のマスクとなるＳｉＯ_２層の成膜、ＳｉＯ_２層のエッチングを省略することができる。

「工程４」（図７（ｄ）参照）
工程４は、露光現像後のＳｉ含有ホトレジストパターンをマスクとして樹脂層４０を透明基板４の表面が露出するまで酸素ガスを使った異方性ドライエッチング法を用い、樹脂層４０をほぼ垂直にエッチングしロッド状の樹脂層４０を形成する。このロッド状の樹脂層４０が光伝達管７となる。この際、透明基板４はエッチングのストッパーとして働き、エッチング終了後は光伝達管７を支える支持部材としても機能する。

「工程５」（図７（ｅ）参照）
不図示の工程５は、既存の目合わせ装置を用いて、工程４で完成した像面変換素子１の各光伝達管７を、撮像素子の各受光素子５ａにそれぞれ位置合わせして撮像素子５の表面に接合する。接合には、ＵＶ接着剤等を用いる方法が使用可能である。撮像素子５の表面として、撮像素子５のカバーガラス面、色フィルタ面、あるいはマイクロレンズアレイ５ｂ面がある。光伝達管７それぞれを対応するそれぞれの受光素子５ａに一対一対応に接合することで、撮像光学素子１００（図１参照）が完成する。

（第２製造方法）
図８（ａ）から（ｆ）は、本発明の実施の形態にかかる撮像光学素子の第２製造方法に関する概略工程図（断面図）である。以下、工程に沿って説明する。第２製造方法は、既存のホトレジストを使用した製造工程である。

「工程１」（図８（ａ）参照）
工程１は、撮像光学素子１００（図１参照）の結像光学系３側に配置される結像光学系３の像面Ｉにおける像面湾曲面Ｉａが形成された透明基板４（例えば、石英曲面部材、プラスチック部材等）を用意する。透明基板４は、既存の成型方法や研磨方法により作成することができる。

「工程２」（図８（ｂ）参照）
工程２は、工程１で作成された透明基板４の曲面Ｉａ側に密着し、曲面Ｉａに対向する面が平面の樹脂層４０を形成する。この樹脂層４０は、加工後光伝達管７、１７となる。樹脂層４０は、曲面Ｉａとこれに対向する面が平面を有するように樹脂を成型することで得ることができる。成型して得られた樹脂層４０を透明基板４に接着する。接着には、ＵＶ接着剤等を用いることができる。または、工程１で作成された透明基板４に樹脂層４０を成型することで作成することができる。これで、透明基板４の曲面Ｉａ上に樹脂層４０が形成された部材が完成する。

「工程３」（図８（ｃ）参照）
工程３は、樹脂層４０の平面上にマスクとなる膜４２（例えば、ＳｉＯ_２膜等の酸化膜、ＳｉＮ_４等の窒化膜等）を蒸着、又はスパッタリングで樹脂層４０の平面上に０．３〜３．０ミクロンの厚さで成膜する。成膜するＳｉＯ_２膜４２の厚さはエッチングする樹脂層４０の厚さによって決める。以下、ＳｉＯ_２膜を使用した場合について説明するが、ＳｉＮ_４膜でも同様である。

「工程４」（図８（ｄ）参照）
工程４は、ＳｉＯ_２層４２上に既存のホトレジスト（Ｓｉ非含有）５２を既存のスピンコート法により塗布する。その後、選択された撮像素子の受光素子の配列、及び受光素子分離間隔に対応するように形成された不図示のホトマスクを使って、光伝達管パターンをホトレジストに露光し現像する。

「工程５」（図８（ｅ）参照）
工程５は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチング法を用いてホトレジスト５２をマスクにしてＳｉＯ_２膜４２をエッチングする。これで、ホトレジスト５２に代わってホトレジスト５２のエッチング残り層とＳｉＯ_２膜４２が次工程のマスクとして残る。

その後、ホトレジスト５２のエッチング残り層とＳｉＯ_２層４２をマスクとして樹脂層４０を透明基板４の表面が露出するまで酸素ガスを使った異方性ドライエッチング法を用い、樹脂層４０をほぼ垂直にエッチングしロッド状の樹脂層４０を形成する。このロッド状の樹脂層４０が光伝達管７となる。この際、透明基板４はエッチングのストッパーとして働き、エッチング終了後は光伝達管７を支える支持部材としても機能する。また、ホトレジスト５２も同時にエッチングされる。

「工程６」（図８（ｆ）参照）
工程５は、既存の目合わせ装置を用いて、工程４で完成した像面変換素子１の各光伝達管７を、撮像素子の各受光素子５ａにそれぞれ位置合わせして撮像素子５の表面に接合する。接合には、ＵＶ接着剤等を用いる方法が使用可能である。撮像素子５の表面として、撮像素子５のカバーガラス面、色フィルタ面、あるいはマイクロレンズアレイ５ｂ面がある。光伝達管７それぞれを対応するそれぞれの受光素子５ａに一対一対応に接合することで、撮像光学素子１００（図１参照）が完成する。

なお、露光には、焦点深度の深いＸ線露光方法や、紫外線近接露光方法を用いて一括露光する方法、あるかはスッテパー露光方法を用いて露光する方法、又はレーザーパターンジェネレータ（ＬＰＧ）による直接描画方法で露光する方法などが適宜選択して用いられる。

また、受光素子５ａと光伝達管７との位置合わせの際の作業性及び像面変換素子１の強度を得るために、不図示の枠部を像面変換素子１の外周部分に形成しておくことが望ましい。

また、上述した各工程において説明した工程は主要な工程であり、この他にも半導体などの製造で用いられる一般的な洗浄工程、乾燥工程、素子分割工程などの加工工程、及び検査工程などがあるがその詳細は本製造方法の主要部分ではないので説明を省略している。

また、上記説明（図面）では、透明基板４の第１面Ｉａが像面湾曲収差に対応する曲面に形成され、第１面Ｉａに対向する面Ｉｂが曲面の場合について説明したが、面Ｉｂは平面に形成しても良い。例えば、ガラスモールド製法、あるいはプラスチックモールド製法等を用いて、第１面Ｉａと平面Ｉｂを成型することができる。面Ｉｂを平面にすることで、上記平面素子２２を配置しやすくなる。あるいは、上記製造工程において取り扱いが容易となる。

また、透明基板４は、ガラス基板、他のガラス以外の石英基板、或いはプラスチック基板で有っても良い。

また、樹脂層４０は、ＵＶ硬化樹脂、熱可塑性樹脂、またはホトレジスト等の高分子部材を使用することができる。また、高分子部材以外のガラス部材、酸化物部材、または窒化物部材等を使用することができる。

また、撮像素子５の製造工程と像面変換素子１の製造工程とを組み合わせて、撮像素子５の製造工程で形成された受光素子５ａの上に光伝達管７、１７を直接製造して、像面変換素子１を有する撮像光学素子１００〜１０１とすることも可能である。

また、上記第１製造方法、第２製造方法で作成された撮像光学素子１００，１０１に、別工程で製造されたアダプター２１、平面素子２２からなる部材を既存の目合わせ装置等により撮像光学素子１００、１０１の結像光学系３側の面に接合することで、撮像光学素子１１０、１１１を製造することができる。

以上述べたように、本発明によれば、像面湾曲収差を有する結像光学系において、結像光学系の像面と撮像素子との間に配置して像面湾曲収差を解消して高画質の画像を撮像可能にする像面変換素子を有する撮像光学素子を提供することが可能になる。また、この撮像光学素子を有する光学系（撮像光学系）を提供することが可能になる。また、この撮像光学素子を製造する製造方法を提供することが可能になる。

本発明の第１実施の形態にかかる撮像光学素子の概略構成図を示す。 図１の撮像光学素子の拡大断面図を示す。 第１実施の形態の変形例の撮像光学素子の拡大断面図を示す。 本発明の第２実施の形態にかかる撮像光学素子の拡大断面図を示す。 （ａ）〜（ｆ）は、第２実施の形態の平面素子の例をそれぞれ示す。 第２実施の形態の変形例の撮像光学素子の拡大断面図を示す。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかる撮像光学素子の第１製造工程を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明にかかる撮像光学素子の第２製造工程を示す図である。

符号の説明

１、１１ 像面変換素子
３ 結像光学系
４ 透明基板
５ 撮像素子
５ａ 受光素子
５ｂ、６、３１ マイクロレンズアレイ
７、１７ 光伝達管
７ｂ、１７ｂ 光伝達管端面（第２面）
Ｉ 像面
Ｉａ 第１面
１００、１０１、１１０、１１１ 撮像光学素子
２１ アダプター
２２ 平面素子
４０ 樹脂層
４２ ＳｉＯ_２膜
５０ Ｓｉ含有ホトレジスト
５２ ホトレジスト

Claims (25)

1. 結像光学系の像面と撮像素子の間に配置され、前記撮像素子の複数の受光素子のそれぞれに対向するそれぞれの光伝達管が互いに非交差に形成された像面変換素子と、
   前記像面変換素子は、前記像面に対応する第１面が前記像面における像面湾曲収差に対応した曲面に形成されると共に前記第１面側の前記光伝達管を互いに固定する固定部材を有し、
   前記第１面に対向する当該光伝達管それぞれの第２面は、前記撮像素子のそれぞれの受光素子位置の前記受光素子カバー面に直接接合されていることを特徴とする撮像光学素子。
2. 前記カバー面は、マイクロレンズアレイからなり、
   前記第２面は、前記マイクロレンズアレイのそれぞれのレンズにそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学素子。
3. 前記固定部材は、前記光伝達管の媒質より硬質な部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
4. 前記固定部材の物体側面に、前記光伝達管それぞれに対応するレンズが形成されたマイクロレンズアレイを有することを特徴とする請求項３に記載の撮像光学系。
5. 前記固定部材の物体側面と略同一の曲面と当該曲面に対向する面が略平面からなるアダプター部材と、
   前記アダプター部材の前記平面側近傍に配設される平面素子を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像光学素子。
6. 前記アダプタ部材の前記曲面側に、前記光伝達管それぞれに対応するレンズが形成されたマイクロレンズアレイを有することを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
7. 前記平面素子は、液晶素子を含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
8. 前記平面素子は、フィルターを含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
9. 前記平面素子は、振動板を含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
10. 前記平面光学素子は、回折光学素子を含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
11. 前記光伝達管は、光学的に透明な部材からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像光学素子。
12. 前記光学的に透明な部材は、ガラス部材、高分子部材、酸化物部材、又は窒化物部材からなることを特徴とする請求項１１に記載の撮像光学素子。
13. 前記高分子部材は、ＵＶ硬化樹脂からなることを特徴とする請求項１１に記載の撮像光学素子。
14. 前記高分子部材は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１１に記載の撮像光学素子。
15. 前記高分子部材は、ホトレジストからなることを特徴とする請求項１１に記載の撮像光学素子。
16. 前記光伝達管は、円形状、又は多角形状の断面形状を有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の撮像光学素子。
17. 前記光伝達管の太さのばらつきは、±５％以内であることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の撮像光学素子。
18. 前記光伝達管の分離間隔のばらつきは、±５％以内であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の撮像光学素子。
19. 前記光伝達管の間は、当該光伝達管の媒質より屈折率の低い樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の撮像光学系。
20. 前記光伝達管の側面部の一部又は全部が遮光部材で覆われていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の撮像光学素子。
21. 請求項１から２０のいずれか１項に記載の撮像光学素子の前記固定部材を光軸と垂直な方向にシフトするシフト手段を有することを特徴とする撮像光学装置。
22. 透明基板の一方の表面を結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面を有する金型で成型する工程と、
    前記曲面に接合し当該曲面に対向する面が平面の透明樹脂部材を形成する工程と、
    前記透明樹脂部材の前記平面上にＳｉ含有ホトレジストを塗布する工程と、
    選択された撮像素子の受光素子配列に対応する光伝達管パターンを露光する工程と、
    現像工程と、
    前記Ｓｉ含有ホトレジストをマスクとして前記透明樹脂部材をエッチングする工程と、
    撮像素子の受光素子位置に前記透明樹脂部材それぞれの端面を接着する接着工程と、
    を含むことを特徴とする撮像光学素子の製造方法。
23. 前記露光する工程は、紫外線近接露光、Ｘ線露光工程、又はステッパー露光による露光工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の撮像光学素子の製造方法。
24. 前記エッチングする工程は、等方性ドライエッチング工程、又は異方性ドライエッチング工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の撮像光学素子の製造方法。
25. 前記透明基板は、ガラス、又はプラスチックであることを特徴とする請求項２２に記載の撮像光学素子の製造方法。

Images