JP2019053118A - Optical system and imaging device - Google Patents

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JP2019053118A
JP2019053118A JP2017175604A JP2017175604A JP2019053118A JP 2019053118 A JP2019053118 A JP 2019053118A JP 2017175604 A JP2017175604 A JP 2017175604A JP 2017175604 A JP2017175604 A JP 2017175604A JP 2019053118 A JP2019053118 A JP 2019053118A
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optical
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image
diffraction grating
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中野 正嗣
Masatsugu Nakano
正嗣 中野
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Canon Inc
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Abstract

To improve diffraction efficiency and realize a compact optical system equipped with flare-free satisfactory image-forming performance by a simple configuration.SOLUTION: Provided is an optical system comprising, in order from object side to image side, a first optical element and a second optical element coupled with the first optical element, wherein the optical system includes a diffraction optical part formed on the joint surface between the first optical element and the second optical element, one of the first optical element and the second optical element is formed with a first material having low refraction index and high dispersion properties and the other is formed with a second material having relative high refraction index and low dispersion properties, the image-side surface of the second optical element is formed in shape of a convex surface, and the relationship 0.7<f2/f<1.3 is satisfied, where f represents the focal distance of the entire optical system and f2 represents the focal distance of the convex surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は小型な撮像光学系に関するものである。   The present invention relates to a small imaging optical system.

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。
In recent years, imaging devices are mounted on various electronic devices. As an optical system used in such an image pickup apparatus, a low-cost and small-sized one with high resolution is required. As means for realizing such an optical system, an example of an optical system in which a plurality of lenses are joined together is disclosed.
For example, Patent Document 1 discloses an optical system that improves chromatic aberration correction and imaging performance with the following configuration. A first optical element having a diffractive surface, a second optical element bonded to the first optical element via the diffractive surface, and a third optical element bonded to the second optical element on the surface opposite to the diffractive surface; , An optical system composed of a fourth optical element bonded to the first optical element on the surface opposite to the diffraction surface.
Further, Patent Document 2 discloses an optical system having an optical element in which flare generated in the diffraction section is reduced and chromatic aberration is corrected by the following configuration. It is an optical element in which a diffraction grating part in which a plurality of diffraction gratings are laminated and a refractive part made of a solid material having a refractive action are in close contact, and optical power and dispersion are set.
In addition, as a small and low-cost optical system, a wafer is formed on a wafer (lens substrate) using a resin material, a plurality of wafers are stacked, bonded, and then cut into individual optical systems. A technique called level optics is known. A plurality of optical elements are tightly bonded to one lens substrate of such an optical system. For example, Patent Document 3 discloses an optical system that is small and has high image quality with the following configuration. An optical system having a first element having positive power on the object side of the lens substrate, a second element having a diffractive surface on the image side of the lens substrate, and a third element having negative power on the image side of the second element. It is.

特許第4817076号公報Japanese Patent No. 4817076 特許第5366673号公報Japanese Patent No. 5366673 特許第4387368号公報Japanese Patent No. 4387368

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。
However, in the optical system described in Patent Document 1, two optical elements are used to form a diffractive surface, and a third optical element and a fourth optical element are arranged in order to use a refraction effect. The refracting surface and the diffractive surface are formed by different optical elements.
Moreover, since the optical element described in Patent Document 2 is a cemented lens used for a part of the entire optical system, it is difficult to use such an optical element as a single optical system.
Further, in the optical system described in Patent Document 3, flare generated on the diffractive surface is not removed, the diffraction efficiency is low, and there is a concern about deterioration in image quality.

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。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object thereof is to improve a diffraction efficiency and realize a small optical system having a good imaging performance with less flare with a simple configuration. .

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。
The first aspect of the present invention is:
In an optical system having a first optical element and a second optical element bonded to the first optical element in order from the object side to the image side,
A diffractive optical part formed on a joint surface between the first optical element and the second optical element;
Either one of the first optical element and the second optical element is formed of a first material having a relatively low refractive index and a high dispersion, and the other is a second material having a relatively high refractive index and a low dispersion. Formed of material,
The image side surface of the second optical element is formed as a convex surface,
When the focal length of the entire optical system is f and the focal length of the convex surface is f2,
0.7 <f2 / f <1.3
An optical system characterized by satisfying the above is provided.

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。
The second aspect of the present invention is:
The optical system described above;
An image sensor for receiving an image formed by the optical system;
There is provided an imaging device characterized by comprising:

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。   According to the present invention, it is possible to improve the diffraction efficiency and realize a small optical system having a good imaging performance with less flare with a simple configuration.

実施例1に係る撮像装置の要部を示す概略図1 is a schematic diagram illustrating a main part of an imaging apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1の光学系の要部を示す概略図Schematic which shows the principal part of the optical system of Example 1. FIG. 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The figure which shows the diffraction grating formed between the 1st optical element of Example 1, and the 2nd optical element 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The figure which shows the 1st-order diffraction efficiency with respect to the wavelength in a normal diffraction grating as a comparative example 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The figure which shows the 1st-order diffraction efficiency with respect to the wavelength in the diffraction grating of Example 1. 実施例1に係る光学系の諸収差図Various aberration diagrams of the optical system according to Example 1 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Diagram for explaining a method of manufacturing an optical system using the wafer level optics technology 実施例2の光学系の要部を示す概略図Schematic which shows the principal part of the optical system of Example 2. 実施例2に係る光学系の諸収差図Various aberration diagrams of the optical system according to Example 2 実施例3の光学系の要部を示す概略図Schematic which shows the principal part of the optical system of Example 3. FIG. 実施例3に係る光学系の諸収差図Various aberration diagrams of the optical system according to Example 3

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。
The present invention relates to an optical system of an imaging apparatus, and more particularly to an extremely small optical system that can be manufactured using a technique called wafer level optics. This type of optical system is called a wafer level lens, and an image pickup apparatus using the wafer level lens as an image pickup optical system is also called a wafer level camera. The optical system and the image pickup apparatus according to the present invention can be applied to general digital cameras and digital video cameras, but can be preferably applied to cameras for incorporation in various electronic devices because of their small size and low cost. Examples of the electronic device include a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a personal computer, a game machine, and a wearable terminal.
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each drawing may be drawn on a different scale for convenience. Moreover, in each drawing, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[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。
[Example 1]
Example 1 will be described below.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main part in a YZ section including an optical axis AX in an imaging apparatus 1 including an optical system 10 according to the present embodiment.
The image pickup apparatus 1 according to the present embodiment includes an optical system 10 as an image pickup optical system, an image pickup device 2 including an image pickup surface (light receiving surface) disposed at a position of an image plane IMG of the optical system 10, a cable 3, and a processing unit 4. Is provided.
In the imaging apparatus 1, the optical system 10 collects a light beam from a subject (object) (not shown) on the left side of FIG. 1 and forms an image of the subject on the imaging surface of the imaging device 2. The image sensor 2 photoelectrically converts an object image formed by the optical system 10 and outputs an electrical signal. The processing unit 4 processes the electrical signal from the image sensor 2 transmitted via the cable 3 and acquires image data of the subject. As the imaging device 2, a solid-state imaging device (photoelectric conversion device) such as a CCD sensor or a CMOS sensor can be employed.

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。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main part in a YZ section including the optical axis AX of the optical system 10.
The optical system 10 according to this embodiment includes an aperture stop STO, a third optical element L3, an optical substrate (hereinafter referred to as a substrate) SUB, a first optical element L1, a second optical element, and the like. It has an optical element L2 and a fourth optical element CG.
The substrate SUB is a parallel plate member. As will be described later, the optical system 10 of the present embodiment is manufactured by wafer level optics in which a number of optical elements are formed on a wafer (parallel plate) using a resin material, and individual optical elements are cut out and used. A part of the wafer becomes the substrate SUB.

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。
The third optical element L3 is bonded to the surface SUBa on the object side of the substrate SUB. The third optical element L3 is a plano-concave lens in which the object-side surface L3a is concave and the image-side surface L3b is flat, and has negative power. The first optical element L1 is bonded to the image-side surface SUBb of the substrate SUB, and the second optical element L2 is bonded to the image-side surface L1b of the first optical element L1.
In this embodiment, the diffraction grating 5 serving as a diffractive optical section is formed on the junction surface (boundary surface) between the image-side surface L1b of the first optical element L1 and the object-side surface L2a of the second optical element L2. Is formed.
The object side surface L1a of the first optical element L1 is a flat surface. The image-side surface L2b of the second optical element L2 has a convex surface L2b1 formed so as to be convex toward the image side, and has positive power. The fourth optical element CG is an optical filter such as an IR cut filter.
In FIG. 2, a light beam from an object (not shown) enters the aperture stop STO, and at this time, the light beam width is limited. The light beam that has passed through the aperture of the aperture stop STO is transmitted in the order of the third optical element L3, the substrate SUB, the first optical element L1, the second optical element L2, and the fourth optical element CG to form an image plane IMG.

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。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the diffraction grating 5 formed on the joint surface between the first optical element L1 and the second optical element L2. In FIG. 3, for convenience of explanation, a diagram deformed with respect to the thickness direction (z direction) of the diffraction grating 5 is used. The structure of the diffraction grating 5 is not particularly limited, and may be, for example, a blazed structure or a binary structure that approximates the blazed structure to a staircase shape.
As shown in FIG. 3, the diffraction grating 5 is formed on a joint surface between the image-side surface L1b of the first optical element L1 and the object-side surface L2a of the second optical element L2. When chromatic aberration correction is performed only on the refracting surface, materials having different Abbe numbers are used for the positive lens and the negative lens, and chromatic aberration correction is performed based on the Abbe number difference. However, in the case of wafer level optics, since the materials that can be used are limited in manufacturing, it is difficult to make an appropriate Abbe number difference. On the other hand, when a diffraction grating is used, there is an advantage that is not limited to the selection of materials in terms of chromatic aberration correction.

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。
In the diffraction surface on which the diffraction grating is formed, the direction of chromatic aberration with respect to a light beam having a certain reference wavelength is opposite to the direction of the refracting surface having a positive power. Color correction is possible. The Abbe number of the diffractive surface is −3.45, and chromatic aberration can be sufficiently corrected even with a slight power of the diffractive surface.
In the present embodiment, a convex surface L2b1 is provided on the image side surface L2b of the second optical element L2, and positive power is generated. A diffraction grating 5 is formed on the joint surface between the first optical element L1 and the second optical element L2. This diffraction grating 5 can correct chromatic aberration generated on the convex surface L2b1 having a positive power as described above.

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。
In a lens system having a diffraction grating, when the light beam in the wavelength range to be used is concentrated on the diffracted light with respect to a specific one order and a specific wavelength (hereinafter also referred to as a set wavelength), diffraction of other orders The light intensity is low, and the diffraction efficiency is high for a specific order.
FIG. 4 is a diagram showing the first-order diffraction efficiency with respect to the wavelength in a normal diffraction grating as a comparative example.
As shown in FIG. 4, the diffraction grating of the comparative example has high diffraction efficiency near the design wavelength, but the diffraction efficiency decreases as the distance from the design wavelength increases.

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。
In the present embodiment, as a configuration for improving the diffraction efficiency, a low refractive index and high dispersion material (hereinafter referred to as a first material) having a relatively low refractive index and a high dispersion is used as the material of the closely attached optical element forming the diffraction grating 5. In addition, a relatively high refractive index and low dispersion high refractive index and low dispersion material (hereinafter referred to as a second material) is used. At this time, any one of the first optical element L1 and the second optical element L2 may be formed of the first material and the other is formed of the second material.
When the refractive index of the first material is N , the refractive index of the second material is N , the height of the diffraction grating is h, and the diffraction order is m, h = mλ / (N −N ) is all When satisfied with the wavelength, the wavelength dependence of the diffraction efficiency disappears. From this equation, it is necessary to increase the difference in refractive index between the two materials at longer wavelengths, but this is achieved by using a low refractive index, high dispersion material for the first material and a high refractive index, low dispersion material for the second material. And diffraction efficiency can be improved.
FIG. 5 is a graph showing the first-order diffraction efficiency with respect to the wavelength in the diffraction grating of this example.
As can be seen by comparing the first-order diffraction efficiencies shown in FIG. 4 and FIG. 5, in the optical system having the diffraction grating of this embodiment, the diffraction efficiency is improved and an optical system with less flare can be realized. .

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)
The convex surface L2b1 of the image-side surface L2b of the second optical element L2 further satisfies the following formula (1), thereby causing the second optical element L2 to bear much of the power of the entire optical system, and coma aberration. Astigmatism can be corrected well. Here, in the optical system 10 according to the present embodiment, when the focal length of the convex surface L2b1 of the second optical element L2 is f2 (mm) and the focal length of the entire optical system is f (mm), the expression (1 ) Is satisfied. Specifically, in this embodiment, f2 = 2.282 mm and f = 2.289 mm, and f2 / f in equation (1) is 0.997.
0.7 <f2 / f <1.3 (1)
When f2 / f is 1.3 or more, the power of the convex surface L2b1 of the second optical element L2 becomes weak, and the object-side surface L3a of the third optical element L3 needs to have positive optical power. There is a concern that this may be disadvantageous in correcting aberrations. On the other hand, when f2 / f is 0.7 or less, there is a concern that the power of the convex surface L2b1 of the second optical element L2 becomes too strong, and it is difficult to correct astigmatism generated on this surface.
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following formula (1a).
0.75 <f2 / f <1.2 (1a)

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。
Here, the substrate SUB arranged to be bonded to the object-side surface L1a of the first optical element L1 is formed of a material having an Abbe number larger than that of the second material used to form the diffraction grating 5. It is preferable that it is.
This is because the present embodiment assumes that the optical system is manufactured by wafer level optics in order to achieve a small and low cost optical system.
Since the substrate SUB optically hardly affects the image performance, it is desirable to use a material generally called white glass or an inexpensive material such as quartz glass. Such a material has a larger Abbe number compared to the second material. In this embodiment, white glass is used for the substrate SUB, and its Abbe number is 62.6. The Abbe number of the second material is 38.6, which satisfies the above condition.

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。
Further, it is preferable that the first optical element L1 is formed of the first material and the second optical element L2 is formed of the second material.
When the second material is used as the material of the second optical element L2, the occurrence of the Petzval image plane (field curvature) can be suppressed. Therefore, by using the second material for the second optical element L2 and the first material for the first optical element L1, it is possible to simultaneously improve the diffraction efficiency and suppress the occurrence of the Petzval image plane. Become.

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。

Figure 2019053118
Further, when the distance from the aperture stop STO to the diffraction grating 5 on the optical axis is D1 (mm) and the distance from the aperture stop STO to the image plane IMG is D (mm), the following equation (2) holds: preferable.
D1 ≦ D / 2 (2)
Expression (2) sets an interval from the aperture stop STO to the diffraction grating 5 in order to appropriately correct chromatic aberration. The distance from the optical axis when the axial ray is incident on the diffraction grating 5 is h, and the distance from the optical axis when the principal ray is incident on the diffraction grating 5 is h bar (indicated by a horizontal bar above h), The power of the diffraction grating 5 is Φ, and the Abbe number of the diffraction grating 5 is ν. At this time, the longitudinal chromatic aberration coefficient L and the lateral chromatic aberration coefficient T can be expressed by the following expressions L and T as follows.
Figure 2019053118

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。
At this time, h has a large value at the position of the aperture stop STO and decreases as it approaches the image plane IMG, while h bar has a value of 0 at the position of the aperture stop STO and increases as it approaches the image plane IMG. Therefore, it is preferable to satisfy Expression 2 so as to contribute in a balanced manner to the longitudinal chromatic aberration coefficient L and the magnification chromatic aberration coefficient T.
When D1 exceeds D / 2, the principal ray height becomes too high from the optical axis compared to the axial ray height, and there is a concern that it is difficult to balance axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration. In this embodiment, since D1 = 1.501 and D / 2 = 2.037, the expression (2) is satisfied.

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。
Moreover, it is preferable to have a concave-shaped part formed concavely toward the object side between the aperture stop STO and the image-side surface L1b of the first optical element L1.
By providing such a concave-shaped portion, negative power can be provided, so that an effect of correcting field curvature can be obtained. In the present embodiment, the object-side surface L3a of the third optical element L3 has a concave shape portion L3a1 that is concave toward the object side.

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。
Further, when the Abbe number at the d-line of the second optical element L2 is ν2, the Abbe number at the d-line of the diffraction grating is νdoe, and the focal length of the diffraction grating is fdoe, the following expression (3) is satisfied. It is preferable.
0.4 ≦ | fdoe × νdoe | / (f2 × ν2) ≦ 1.2 (3)
Expression (3) is for appropriately setting the optical power and dispersion of the second optical element L2 and the diffraction grating 5 and correcting chromatic aberration satisfactorily.
If | fdoe × νdoe | / (f2 × ν2) exceeds 1.2, there is a concern that the power of the diffraction grating 5 becomes weak and chromatic aberration generated on the convex surface L2b1 of the second optical element L2 cannot be corrected. On the other hand, if | fdoe × νdoe | / (f2 × ν2) is less than 0.4, the power of the diffraction grating becomes too strong, so there is a concern that chromatic aberration will be excessively corrected and image performance will deteriorate.
In this embodiment, since fdoe = 2.39, νdoe = −3.45, and ν2 = 38.6, equation (3) is 0.798, which satisfies the above condition. Here, the second optical element L2 is preferably formed of the second material, but is not limited thereto, and may be formed of the first material.

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。
The convex surface L2b1 of the second optical element L2 is preferably an aspherical surface.
By making this surface an aspherical surface, coma and astigmatism off-axis aberrations can be corrected more satisfactorily.
Further, when the refractive index of the second material is Nh, it is preferable to satisfy the following formula (4).
Nh> 1.55 (4)
On the surface using a material having a high refractive index, the occurrence of the Petzval image surface can be suppressed. In the optical system of the present embodiment, most of the optical power is generated on the convex surface of the second optical element L2 as in Expression (1), and therefore, a material in a range satisfying Expression (4) should be used for this optical element. Thus, the field curvature can be corrected more effectively. In this embodiment, Nh = 1.618, which satisfies the above condition. Here, the second optical element L2 may be formed from the second material, but the present invention is not limited to this, and the first optical element L1 may be formed from the second material.

<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。
<Numerical Example 1>
Next, Numerical Example 1 corresponding to the present embodiment will be shown.
In the numerical examples, the surface numbers are in the order of optical surfaces counted from the object surface to the image surface. * Means a surface having a diffractive optical part.

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。

Figure 2019053118

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「10」を意味する。 Each of the aspherical optical surfaces in this embodiment has a rotationally symmetric shape about the optical axis, and is represented by the following general aspherical expression.
Figure 2019053118

Here, z is the sag amount (mm) of the aspherical surface in the optical axis direction, c is the curvature (1 / mm) on the optical axis AX, k is the conic coefficient, and h is the radial distance from the optical axis AX ( mm), A, B, C,... are aspherical coefficients of the fourth, sixth, eighth,. In this aspherical formula, the first term indicates the sag amount of the base spherical surface, and the radius of curvature of the base spherical surface is R = 1 / c. The second and subsequent terms indicate the sag amount of the aspherical component provided on the base spherical surface. “E−X” means “10 −X ”, and “E + X” means “10 X ”.

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。

Figure 2019053118

・・・(5) The phase function of the diffraction grating is expressed by the following formula (5). In the following equation, Φ is a phase function of a diffraction grating with a reference wavelength λ0, Cn is a phase function coefficient, and h is a height from the optical axis. In this embodiment, the phase function coefficient Cn is described with the reference wavelength λ0 set to 587.6 nm.
Figure 2019053118

... (5)

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。

Figure 2019053118

Figure 2019053118

Figure 2019053118

Each data of Numerical Example 1 corresponding to the present example is shown below.
Figure 2019053118

Figure 2019053118

Figure 2019053118

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。
Table 1 shows surface data of each optical surface in the optical system 10. In Table 1, r is a radius of curvature (mm), d is a surface interval (mm), nd is a refractive index with respect to d-line, and νd is d. Represents the Abbe number for the line. However, the surface interval d is positive when going to the image side along the optical path and negative when going to the object side.
As shown in Table 1, in the optical system 10 according to this example, the object side surface L1a (surface number 2) of the first optical element L1 and the image side surface L2b (surface number 6) of the second optical element L2. ) Is an aspherical surface. The boundary surface (surface number 5) between the first optical element L1 and the second optical element L2 is a diffraction surface on which the diffraction grating 5 is formed.
Table 2 shows various data of the optical system 10, and Fno represents an aperture value (F value). As shown in Table 2, the optical system 10 according to the present example has characteristics of Fno = 2.80 and an angle of view of 60 ° (± 30 °) while having a small length of 4.07 mm. ing.
Table 3 shows the values of Expression (1), Expression (3), and Expression (4) in the optical system 10 according to the present example.

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。
6A to 6C are graphs showing various aberrations of the optical system 10 according to the present example.
In the spherical aberration diagram shown in FIG. 6A, aberrations relating to 850 nm, 656 nm, 588 nm, and 486 nm are shown.
In the astigmatism diagram shown in FIG. 6B, m and s represent a meridional image plane and a sagittal image plane, respectively.
As is apparent from FIG. 5, various aberrations are favorably corrected at 400 to 850 nm. In particular, it is desirable for the surveillance camera to correct aberrations from the visible range to the near-infrared range for nighttime monitoring, and the present optical system can meet this demand.

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。
7A and 7B are views for explaining a method of manufacturing an optical system using the wafer level optics technique of this embodiment.
In wafer level optics, a semiconductor process or a resin molding technique is used to form a large number of optical elements on both surfaces of a wafer made of a glass material, and then cut to produce a large number of cemented lenses. Of the cemented lens created by cutting, the wafer portion becomes the substrate SUB.
FIG. 7A shows a schematic perspective view of a wafer on which a large number of optical elements are formed as viewed from above, and FIG. 7B shows an enlarged view of the wafer on which a large number of optical elements are formed as viewed from the side.

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。
As shown in FIG. 7A, first, the third optical element L3 is formed on the wafer W. The third optical element L3 is formed by disposing a curable resin material on the wafer W and pressing a mold for the third optical element.
Similarly, on the surface of the wafer W opposite to the surface on which the third optical element L3 is formed, the first optical element L1 and the second optical element L2 are replaced with the first optical element L1 and the second optical element. It produces using the type | mold in order of L2. Curable resin materials include photo-curing and thermo-curing types, but the cost can be reduced by mounting the optical system together with electronic components such as IC chips by reflow treatment. It is desirable to use a certain photo-curing type.
Thereafter, by cutting the wafer into individual lens units, hundreds to tens of thousands of cemented lenses can be manufactured. The size of one cemented lens is on the order of several millimeters. Finally, the cemented lens, the aperture stop, and the image sensor are assembled to obtain an image pickup apparatus.

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。   As described above, according to the configuration of the optical system 10 of this embodiment, it is possible to improve the diffraction efficiency and realize a small optical system having a good imaging performance with less flare with a simple configuration. . In addition, by using such an optical system, it is possible to manufacture a small and high-quality image pickup apparatus at low cost.

[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。
[Example 2]
Example 2 will be described below. In the present embodiment, the different components from the first embodiment will be described, and the description of the same components as those in the first embodiment will be omitted.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a main part in a YZ section including the optical axis AX of the optical system 20 of the present embodiment.
The optical system 20 according to the present embodiment includes an aperture stop STO, a first optical element L1, a second optical element L2, and a fourth optical element CG that limit the beam width in order from the object side to the image side. In the optical system 20, the first optical element L1 and the second optical element L2 are bonded to each other, and the diffraction grating 5 is formed on the bonding surface.
The aperture stop STO is formed of a light shielding film made of a metal film such as chromium or a dielectric multilayer film on the object-side surface L1a of the first optical element L1.

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。
The object-side surface L1a of the first optical element L1 has a concave-shaped portion L1a1 formed in a concave shape toward the object side. The image side surface L1b of the first optical element L1 is a joint surface with the object side surface L2a of the second optical element L2.
The first optical element L1 has negative power. When the first optical element L1 is manufactured using a parallel plate-shaped wafer made of a glass material, it is desirable that the concave-shaped portion L1a1 is formed using a gray scale lithography process, and the diffraction grating is manufactured using a lithography process. By using the lithography technique in this way, manufacturing errors can be reduced and manufacturing can be performed with high accuracy.
The image side surface L2b of the second optical element L2 has a convex surface L2b1. The second optical element L2 has a positive power. The fourth optical element CG is an optical filter such as an IR cut filter.
In FIG. 8, a light beam from an object (not shown) enters the aperture stop STO, and at this time, the light beam width is limited. The light beam that has passed through the aperture of the aperture stop STO passes through the first optical element L1, the second optical element L2, and the fourth optical element CG in this order to form an image plane IMG.

<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。

Figure 2019053118

Figure 2019053118

Figure 2019053118

<Numerical Example 2>
Similar to the first embodiment, Tables 4 to 6 show data of the second numerical embodiment corresponding to the present embodiment.
Figure 2019053118

Figure 2019053118

Figure 2019053118

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。
As shown in Table 4, in the optical system 20 according to this example, the object-side surface L1a (surface number 2) of the first optical element L1 and the image-side surface L2b (surface number 4) of the second optical element L2. ) Is an aspherical surface. The boundary surface (surface number 3) between the first optical element L1 and the second optical element L2 is a diffraction surface on which the diffraction grating 5 is formed.
As shown in Table 5, the optical system 20 according to the present example has characteristics of Fno = 2.80 and an angle of view of 60 ° (± 30 °) while having a small overall length of 3.65 mm. ing.
Table 6 shows values of Expression (1), Expression (3), and Expression (4) in the optical system 20 according to the present example. As can be seen from Table 6, the optical system 20 also satisfies all the expressions (1), (3), and (4). Further, since D1 = 0.929 and D / 2 = 1.824, the expression (2) is also satisfied.

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。
9A to 9C are various aberration diagrams of the optical system 20 according to the present example. As is apparent from FIGS. 9A to 9C, various aberrations are favorably corrected in the range of 400 to 850 nm also by the configuration of the optical system 20 of the present example.
In the present embodiment, the object-side surface L1a of the first optical element L1 has the concave shape portion L1a1, but the present invention is not limited to this, and the surface L1a is a flat surface. May be.

[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。
[Example 3]
Example 3 will be described below. In the present embodiment, the different components from the first embodiment will be described, and the description of the same components as those in the first embodiment will be omitted.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a main part in a YZ section including the optical axis AX of the optical system 30 of the present embodiment.
The optical system 30 according to the present embodiment includes an aperture stop STO, a substrate SUB, a first optical element L1, a second optical element L2, and a fourth optical element CG that limit the beam width in order from the object side to the image side.
In the optical system 30, the substrate SUB and the first optical element L1 are bonded, the first optical element L1 and the second optical element L2 are bonded, and the diffraction grating 5 is bonded to the bonding surface of the first optical element L1 and the second optical element L2. Is formed.
The aperture stop STO is formed of a light shielding film made of a metal film such as chromium or a dielectric multilayer film on the surface SUBa on the object side of the substrate SUB.

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。
The object-side surface L1a of the first optical element L1 is a flat surface, and the image-side surface L1b is a joint surface with the object-side surface L2a of the second optical element L2. The image side surface L2b of the second optical element L2 has a convex surface L2b1. The second optical element L2 has a positive power. The fourth optical element CG is an optical filter such as an IR cut filter.
In FIG. 10, a light beam from an object (not shown) enters the aperture stop STO, and at this time, the light beam width is limited. The light beam that has passed through the aperture of the aperture stop STO is transmitted through the substrate SUB, the first optical element L1, the second optical element L2, and the fourth optical element CG in this order to form an image plane IMG.

<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。

Figure 2019053118

Figure 2019053118

Figure 2019053118

<Numerical Example 3>
Similarly to Example 1, Tables 7 to 9 show data of Numerical Example 3 corresponding to the present Example.
Figure 2019053118

Figure 2019053118

Figure 2019053118

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。
As shown in Table 7, in the optical system 30 according to the present example, the image-side surface L2b (surface number 5) of the second optical element L2 is an aspherical surface. In addition, the diffraction surface 5 is formed on the boundary surface (surface number 4) between the first optical element L1 and the second optical element L2.
As shown in Table 8, the optical system 30 according to the present example has characteristics of Fno = 2.80 and an angle of view of 60 ° (± 30 °) even though the total length is a small configuration of 2.24 mm. ing.
Table 9 shows values of Expression (1), Expression (3), and Expression (4) in the optical system 30 according to the present example. As can be seen from Table 9, the optical system 30 also satisfies all the expressions (1), (3), and (4).
Further, since D1 = 0.978 and D / 2 = 1.118, the expression (2) is also satisfied.

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。   11A to 11C are aberration diagrams of the optical system 30 according to the present example. As is apparent from FIGS. 11A to 11C, various aberrations are favorably corrected at 400 to 850 nm also by the configuration of the optical system 30 of the present example.

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。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various combinations, modifications, and changes are possible within the scope of the gist. For example, in the present embodiment, a small optical system in which the wavelength range of 400 to 850 nm is corrected is shown. .

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   L1 ... first optical element, L2 ... second optical element, L2b1 ... convex surface, 5 ... diffraction grating, 10 ... optical system

Claims (10)

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。
In an optical system having a first optical element and a second optical element bonded to the first optical element in order from the object side to the image side,
A diffractive optical part formed on a joint surface between the first optical element and the second optical element;
Either one of the first optical element and the second optical element is formed of a first material having a relatively low refractive index and a high dispersion, and the other is a second material having a relatively high refractive index and a low dispersion. Formed of material,
The image side surface of the second optical element is formed as a convex surface,
When the focal length of the entire optical system is f and the focal length of the convex surface is f2,
0.7 <f2 / f <1.3
An optical system characterized by satisfying
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。
2. The optical system according to claim 1, wherein an optical substrate made of a glass material and having an Abbe number larger than that of the second material is disposed so as to be bonded to an object side surface of the first optical element. .
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。
The optical system according to claim 1, wherein the first optical element is formed of the first material, and the second optical element is formed of the second material.
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。
4. The optical system according to claim 1, further comprising an aperture stop disposed on the object side of the first optical element. 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。
When the distance from the aperture stop to the diffractive optical part is D1, and the distance from the aperture stop to the image plane is D,
D1 ≤ D / 2
The optical system according to claim 4, wherein:
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。
6. The optical system according to claim 4, further comprising a concave-shaped portion formed concavely toward the object side between the image-side surface of the first optical element and the aperture stop. .
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。
When the Abbe number at the d-line of the second optical element is ν2, the Abbe number at the d-line of the diffractive optical unit is νdoe, and the focal length of the diffractive optical unit is fdoe,
0.4 ≦ | fdoe × νdoe | / (f2 × ν2) ≦ 1.2
The optical system according to claim 1, wherein:
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。
The optical system according to claim 1, wherein the convex surface is an aspherical surface.
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。
When the refractive index of the second material is Nh,
Nh> 1.55
The optical system according to claim 1, wherein:
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。
The optical system according to any one of claims 1 to 9,
An image sensor for receiving an image formed by the optical system;
An imaging device comprising:
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