JP5114838B2 - Image plane conversion element, method of manufacturing the element, and optical system having the element - Google Patents
Image plane conversion element, method of manufacturing the element, and optical system having the element Download PDFInfo
- Publication number
- JP5114838B2 JP5114838B2 JP2005285381A JP2005285381A JP5114838B2 JP 5114838 B2 JP5114838 B2 JP 5114838B2 JP 2005285381 A JP2005285381 A JP 2005285381A JP 2005285381 A JP2005285381 A JP 2005285381A JP 5114838 B2 JP5114838 B2 JP 5114838B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image plane
- conversion element
- light transmission
- plane conversion
- transmission tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Description
本発明は、CCD等の撮像素子を用いた撮像光学系における画質向上技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving image quality in an imaging optical system using an imaging element such as a CCD.
従来、撮像素子により画像を取得する光学系では、撮像素子の受光素子が平面上に配置されているため、光学系の像面は平面に限定され像面湾曲収差量を所定値以下に抑えるように光学設計されている。また、投影光学系において、画像をドーム状のスクリーン等に投影する際に、投影画像が歪んでしまうことを軽減するための画像補正装置が提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、光学系において像面湾曲収差量を所定量以下に抑えるためには、結像光学系内に強い曲率を持つ負の屈折力の曲面を存在させるか、正の屈折力を持つ曲面と負の屈折力を持つ曲面との間隔を十分に広げるなどの構成をとる必要がある。このため、像面彎曲収差が小さい結像光学系は、構成レンズ面数の増加や、光学系の製造公差が厳しくなるなどの欠点を有している。 However, in order to suppress the amount of field curvature aberration to a predetermined amount or less in the optical system, a negative refractive curved surface having a strong curvature exists in the imaging optical system, or a curved surface having positive refractive power and a negative curved surface are negative. It is necessary to take a configuration such as sufficiently widening the distance from the curved surface having a refractive power of. For this reason, the imaging optical system with a small image surface curvature aberration has drawbacks such as an increase in the number of constituent lens surfaces and a tight manufacturing tolerance of the optical system.
また、特許文献1の開示例では、光学系の像面における像面湾曲収差量は考慮されていない。また、市販のファイバー束を使ったのでは、出射端における個々の光伝達管位置を撮像装置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為に、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。
In the disclosed example of
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像面変換素子と、この像面変換素子の製造方法と、この像面変換素子を有する光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is arranged between an image plane of an imaging optical system having field curvature aberration and an image pickup element to eliminate the field curvature aberration and to obtain a good image. An object of the present invention is to provide an image plane conversion element that enables imaging, a method for manufacturing the image plane conversion element, and an optical system having the image plane conversion element.
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し互いに非交差に形成された複数の光伝達管からなり、
前記光伝達管は、透明基板と該透明基板に接着された高分子部材とからなり、
前記光伝達管に成型される第1面は、前記像面における像面湾曲収差に対応した曲面に成型され、
前記第1面に対向して形成され、前記光伝達管の端面の集合体の包絡面である第2面は、前記撮像素子の受光素子の包絡面に略平行に形成され、
前記第2面は前記透明基板中に形成されることを特徴とする像面変換素子を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
It is arranged between the image plane of the imaging optical system and the image sensor, and consists of a plurality of light transmission tubes that are opposed to each other and formed non-intersecting with each other .
The light transmission tube comprises a transparent substrate and a polymer member bonded to the transparent substrate,
The first surface molded into the light transmission tube is molded into a curved surface corresponding to the field curvature aberration in the image surface,
The second surface, which is formed to face the first surface and is the envelope surface of the aggregate of the end surfaces of the light transmission tube, is formed substantially parallel to the envelope surface of the light receiving element of the imaging element,
It said second surface provides an image plane conversion element characterized Rukoto formed in the transparent substrate.
また、本発明は、物体側から順に、結像光学系と、前記像面変換素子と、撮像素子と、からなることを特徴とする光学系を提供する。 In addition, the present invention provides an optical system including an imaging optical system, the image plane conversion element, and an imaging element in order from the object side.
また、本発明は、前記像面変換素子の前記第1面を光軸に垂直な方向に移動する手段を有することを特徴とする光学系を提供する。 The present invention also provides an optical system comprising means for moving the first surface of the image plane conversion element in a direction perpendicular to the optical axis.
また、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にそれぞれ対向する複数の光伝達管を互いに非交差に形成する像面変換素子の製造方法であって、
前記光伝達管が形成される高分子部材の第1面である前記像面側の面を前記結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面に金型で成型する成型工程と、
前記高分子部材の前記第1面に対向する平面を透明基板に接着する接着工程と、
前記高分子部材と前記透明基板とから前記光伝達管を形成し、前記光伝達管の端面の集合体の包絡面である第2面を前記撮像素子の受光素子の包絡面に略平行に形成し、前記第2面を前記透明基板中に形成する加工工程と、を有することを特徴とする像面変換素子の製造方法を提供する。
The present invention also provides:
A method for manufacturing an image plane conversion element, which is disposed between an image plane of an imaging optical system and an image sensor, and forms a plurality of light transmission tubes that respectively face the plurality of light receiving elements of the image sensor so as not to intersect each other. ,
A molding step of molding the surface on the image plane side, which is the first surface of the polymer member on which the light transmission tube is formed, into a curved surface corresponding to the field curvature aberration of the imaging optical system with a mold;
An adhesion step of adhering a plane facing the first surface of the polymer member to a transparent substrate;
The light transmission tube is formed from the polymer member and the transparent substrate, and a second surface, which is an envelope surface of the aggregate of end surfaces of the light transmission tube, is formed substantially parallel to the envelope surface of the light receiving element of the imaging element. And a processing step of forming the second surface in the transparent substrate . A method of manufacturing an image plane conversion element is provided.
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像面変換素子とこの像面変換素子の製造方法とこの像面変換素子を有する光学系を提供することができる。 According to the present invention, an image plane conversion element that is disposed between an image plane of an imaging optical system having a field curvature aberration and the image sensor and eliminates the field curvature aberration and enables a good image to be captured. A method for manufacturing the image plane conversion element and an optical system having the image plane conversion element can be provided.
以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施の形態にかかる像面変換素子を結像光学系の像面と撮像素子の間に配置した状態を示している。図2は、図1の像面変換素子と撮像素子の拡大断面図を示す。 FIG. 1 shows a state in which the image plane conversion element according to the first embodiment of the present invention is disposed between the image plane of the imaging optical system and the image pickup element. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the image plane conversion element and the imaging element in FIG.
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像面変換素子1は、結像光学系3の像面Iと撮像素子5(例えば、CCD、CMOS素子等)の間に配置されている。像面変換素子1は、ロッド状或いはファイバー状の光伝達管7から構成され、光伝達管7の端面で形成される第1面7aが結像光学系3からの光が入射する面を構成している。この第1面7aは結像光学系3の像面Iにおける結像光学系3の像面湾曲収差に対応する面形状に形成され、この第1面7aに対向し光伝達管7の端面の集合体の包絡面である第2面7bが撮像素子5の受光素子5aの包絡面に略平行形成されている。光伝達管7の端面が平面の場合、その包絡面は平面となり、光伝達管7の端面にマイクロアレイレンズ等の複数の曲面が存在する場合、包絡面は複数の曲面に接する面となる。受光素子5aの包絡面も同様に、受光素子5aの面が平面の場合、包絡面は平面となり、マイクロアレイレンズ等の複数の曲面が存在する場合、包絡面は複数の曲面に接する面となる。
1 and 2, the image
なお、第1面7aの表面に、光伝達管7の端面を保護及び光伝達管7を支持するための透明樹脂等で形成された支持部材7cを有しても良い。結像光学系3が焦点深度を有しているため、第1面7aの表面及び支持部材7cの表面の面精度を特に高く製造する必要はない。また、支持部材7cは、光伝達管7を支持するように第1面7aの側の近傍に設け、光伝達管7の第1面7aが露出する構成でも良い。
In addition, you may have the supporting
像面変換素子1のそれぞれの光伝達管7は、第2面7bにおいて、それぞれの光伝達管7の端面が撮像素子5のそれぞれの受光素子5aに対向して配置されている。即ち、それぞれの光伝達管7は、それぞれの受光素子5aと1対1の関係を有するように配置されている。光伝達管7は、RGB1ピクセルに相当する受光素子5aに対応する面積と、受光素子5aのピッチに対応するピッチでそれぞれ形成されている。更に、それぞれの光伝達管7は、第1面7a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7aに入射した光は、それぞれの光伝達管7の中を伝達され、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から対向する受光素子5aに出射されるので撮像された画像が乱れることがない。
Each
受光素子5aはアレイレンズ5bを有し、第2面7b側の光伝達管7の出射端面は、受光素子5aと共役な位置に配置されており、第2面7bのそれぞれの光伝達管7の出射端面から出射した光は、対向するそれぞれの受光素子5aに効率よく集光される。第2面7bは、受光素子5aにより形成される包絡面に対応して平面や曲面に形成される。第2面7b側には、薄いガラス或いはプラスチックなどの基板7dが配設され、光伝達管7を所定位置に固定、支持している。なお、受光素子5aがアレイレンズ5bを有していない場合、第2面7b側の光伝達管7の出射端面と受光素子5aを共役な位置とするために基板7dの受光素子5a側にアレイレンズ7eを配設することも可能である。また、基板7dの受光素子5a側のアレイレンズ7eと受光素子5aのアレイレンズ5bとで光伝達管7の出射端面と受光素子5aを共役な位置にするように構成することも可能である。このようにして、像面変換素子1が形成され、この像面変換素子1を有する光学系が構成される。なお、アレイレンズ5b、又は7eは無くても良く、この場合には、第2面7b側の光伝達管7の出射端面と受光素子5aは、光伝達管7からの光が他の受光素子5aに大量に漏れることがないよう十分に近接するように、像面変換素子1と撮像素子5とを配置すればよい。
The light receiving
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。
In order to obtain good imaging performance on the image plane I of the imaging
本実施の形態にかかる像面変換素子1は、結像光学系3の像面Iに配置される像面変換素子1の第1面7aが、結像光学系3の像面Iにおける像面湾曲収差に対応した曲面に形成されているため、第1面7a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、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から出射し、アレイレンズ7e、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で受光されて撮像画像が取得される。第1面7a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7a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。
In the image
なお、図1及び以降の図において、像面変換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。 In FIG. 1 and the subsequent drawings, the size of each element of the image plane conversion element is shown enlarged for convenience of explanation.
図3(a)〜(c)は、像面変換素子1を構成する種々の形状の光伝達管7を示した図である。
FIGS. 3A to 3C are views showing various shapes of the
図3(a)は、光伝達管7の第1面7a側の面(同じ符号7aと記す),及び第2面7b側の面(同じ符号7bと記す)が光伝達管7の軸Oに略垂直に形成されている。光伝達管7の面7aに入射した光は、光伝達管7の側面で全反射を繰り返して面7bに伝達され、面7bから受光素子5aに向け出射する。面7a、及び面7bが軸Oに略垂直に形成されているので、面7aにおける光の入射角度と面7bにおける光の出射角度はほぼ等しくなる。像面湾曲収差に対応して形成された第1面7aの曲率が緩やかで、一つの光伝達管7の面7aに亘って平面と見なしてよい場合にはこのような形状の光伝達管7で十分な効果を得ることができる。
FIG. 3A shows that the surface of the
図3(b)は、光伝達管7の面7aを入射光の入射角度が大きくなる方向に傾斜させて形成している。このように面7aを傾斜して形成すると、光伝達管7を伝達する光の軸Oに対してなす角が小さくなり面7bからの出射光の広がりを抑えることができる。また、側面からの漏れ光が抑えられるため、隣接する光伝達管7の相互干渉を抑えることができ高画質の画像を得ることができる。
In FIG. 3B, the
図3(c)は、光伝達管7の面7aを物体側に凸面に、かつ面7aの結像光学系3の光軸2側を向いた部分7fを凹面に形成している。これは隣接する光伝達管7との側面付近に入射する光を光伝達管7の光の軸Oに対してなす角を小さくするためである。
In FIG. 3C, the
また、結像光学系3の光軸2からの距離に応じてそれぞれの光伝達管7の面7aの傾斜を適宜傾けることによって、光学系がテレセントリックからずれている場合でも受光素子5aに対して光の傾斜角を大きくせずに伝達することが可能となる。光学系に対してテレセントリックの条件が緩和されると、光学系の全長をより短くする設計が可能となる。
Further, even when the optical system is deviated from telecentricity, the
なお、光伝達管7の軸Oに垂直な断面形状は、四角形に限らず円形或いは六角形などの多角形でも良く、受光素子5aの形状に合わせて形成される。
The cross-sectional shape perpendicular to the axis O of the
図4は、本発明の第2実施の形態にかかる像面変換素子を有する光学系を示し、(a)は像面と撮像素子との間に像面変換素子を配置した状態を、(b)は光伝達管の概略形状をそれぞれ示している。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。 FIG. 4 shows an optical system having an image plane conversion element according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a state in which the image plane conversion element is arranged between the image plane and the image pickup element. ) Shows the schematic shape of the light transmission tube. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図4において、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像面変換素子11を構成する光伝達管17の第2面17b側の面(同じ符号17bと記す)の太さ(面積)を第1面17a側の面(同じ符号17aと記す)の太さ(面積)よりも太く(広く)する。図4(b)において、光伝達管17は軸Oに沿った断面が略台形状に形成されている。この場合、光伝達管17の面17bから出る光の広がり角は、入射光の広がり角よりも狭くすることが可能で、面17bからの光を受光素子5aにより垂直に近い角度で入射することができるため、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。
In FIG. 4, as the image size is smaller, the burden on the imaging
また、図4(b)から分かるように、面7aから面7b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17の軸Oに対する角度が小さくなり、面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。
As can be seen from FIG. 4B, when the thickness of the
なお、上述とは逆に、面7aの太さ(面積)を面7b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。
Contrary to the above, the thickness (area) of the
図5は、本発明の第3実施の形態にかかる像面変換素子を有する光学系を示す。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。 FIG. 5 shows an optical system having an image plane conversion element according to the third embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図5において、本第3実施の形態では、像面湾曲収差の小さな部分(ほほ零の部分)の光伝達管27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27を形成した構成としている。このように像面湾曲収差の小さな部分の光伝達管27を省略することによって像面変換素子21の製造が容易となる。その他の構成、作用、効果は第1実施の形態と同様であり説明を省略する。
In FIG. 5, in the third embodiment, the
図6は、本発明の第4実施の形態にかかる像面変換素子を有する光学系を示す。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。 FIG. 6 shows an optical system having an image plane conversion element according to the fourth embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図6において、像面変換素子31は、図2に示す支持部材7cの四隅に像面変換素子31の第1面7a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33に連結する連結部30を有している。なお、移動手段33は、像面変換素子33の第1面7a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されている。このように構成された像面変換手段31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33を介して像面変換手段31の第1面7a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。像面変換素子31は小型、軽量であるため、駆動力が小さくて済み移動手段33を小型化、及び高速化することができる。
In FIG. 6, the image
図7は、本発明の第5実施の形態にかかる像面変換素子を有する光学系を示す。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。 FIG. 7 shows an optical system having an image plane conversion element according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図7において、像面変換素子41は、それぞれの光伝達管7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48を設けて構成している。このように光伝達管7の側面に遮光部材48を設けることで、光伝達管7相互の光の干渉を抑制することができると供に、像面変換素子41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48に光伝達管7の固定機能を持たせて光伝達管7を一体的に固定しても良い。
In FIG. 7, the image plane conversion element 41 is configured by providing a light shielding member 48 made of a substance that absorbs light in a part or all of the side surface of each
また、上記実施の形態における光伝達管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、光伝達管の受光面積がそれぞれ変化し受光素子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。 Moreover, it is desirable that the variation in the thickness of the light transmission tube in the above embodiment is within ± 5%. When the variation in thickness exceeds ± 5%, the light receiving area of the light transmission tube changes, and it becomes difficult to obtain an image with high variation in the amount of light directed toward the light receiving element.
また、光伝達管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、光伝達管の受光面積がそれぞれ変化し受光素子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。 Further, it is desirable that the variation in the separation interval of the light transmission tube is within ± 5%. When the variation in separation interval exceeds ± 5%, the light receiving area of the light transmission tube changes, and it becomes difficult to obtain an image with high variation in the amount of light directed toward the light receiving element.
また、光伝達管の軸間距離(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、光伝達管と受光素子とがずれてしまい隣接する光伝達管からの光の干渉が増加するので好ましくない。 Further, it is desirable that the variation in the distance (pitch) between the axes of the light transmission tube is within ± 5%. If the variation in the distance between the axes exceeds ± 5%, the light transmission tube and the light receiving element are displaced from each other, and the light interference from the adjacent light transmission tube increases, which is not preferable.
次に、本発明にかかる像面変換素子を用いた光学系の実施例に関し図面を参照しつつ説明する。 Next, embodiments of an optical system using the image plane conversion element according to the present invention will be described with reference to the drawings.
以下の各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをyとし、高さyにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離(サグ量)をS(y)とし、基準球面の曲率半径(頂点曲率半径)をRとし、円錐定数をKとし、n次の非球面係数をCnとしたとき、以下の数式で表される。
S(y)=(y2/R)/{1+(1−(1+K)×y2/R2)1/2}
+C4×y4+C6×y6+C8×y8+C10×y10
なお、各実施例において、2次の非球面係数C2は0であり、頂点曲率半径Rと近軸曲率半径rとは一致している。
In each of the following embodiments, the aspherical surface has a height in the direction perpendicular to the optical axis y, and the distance (sag) along the optical axis from the tangent plane of each vertex of the aspherical surface to each aspherical surface at the height y. When the quantity) is S (y), the radius of curvature of the reference sphere (vertex radius of curvature) is R, the conic constant is K, and the nth-order aspherical coefficient is Cn, the following equation is used.
S (y) = (y 2 / R) / {1+ (1− (1 + K) × y 2 / R 2 ) 1/2 }
+ C4 × y 4 + C6 × y 6 + C8 × y 8 + C10 × y 10
In each example, the secondary aspherical coefficient C2 is 0, and the vertex curvature radius R and the paraxial curvature radius r coincide with each other.
(第1実施例)
図8、図9は、本発明の実施の形態にかかる像面変換素子を用いた光学系の第1実施例を示す。図8は、撮像素子を含む光学系の概略構成図を、図9は像面までの光学系の概略構成図をそれぞれ示す。本第1実施例では、結像光学系の像面における像面湾曲収差が凸面形状になる場合を示している。
(First embodiment)
8 and 9 show a first example of an optical system using the image plane conversion element according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical system including an image sensor, and FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the optical system up to the image plane. The first embodiment shows a case where the field curvature aberration on the image plane of the imaging optical system becomes a convex shape.
図8、図9において、光学系100は、物体側から順に、開口絞りSと、キューブ型ビームスプリッタQBSと、凹面反射鏡Mと、像面変換素子101と撮像素子5とから構成されている。本光学系では、像面Iでの像面湾曲収差の形状は物体側に凸面の形状を有し、像面変換素子101の第1面107aは像面Iにおける像面歪曲収差に対応する形状に形成されている。
8 and 9, the
物体からの光は、開口絞りSで制限されて、キューブ型ビームスプリッタQBSに入射する。入射した光は、ビームスプリッタBSを透過して凹面反射鏡Mに入射して反射され再度ビームスプリッタBSに入射して、略90度偏向され図面下方に反射され、像面変換素子101の第1面107aのそれぞれの光伝達管7上に結像する。像からの光は、それぞれの光伝達管7中を伝達されて第2面107bからそれぞれの光伝達管7に対向する受光素子5aに向けて出射され受光素子5aでそれぞれ受光される。像面変換素子101の第1面107aの形状が、結像光学系3の像面湾曲収差を解消するように形成されているので、受光素子5aでは像面湾曲収差が解消された高画質の画像が得られる。
The light from the object is limited by the aperture stop S and enters the cube beam splitter QBS. The incident light is transmitted through the beam splitter BS, is incident on the concave reflecting mirror M, is reflected, is incident on the beam splitter BS again, is deflected by approximately 90 degrees, and is reflected downward in the drawing. An image is formed on each
ビームスプリッタBSは半透過面で形成されており、像面変換素子101の第1面107aに到達する光は入射光の凡そ25%となる。なお、ビームスプリッタBSを偏光ビームスプリッタとして、偏光ビームスプリッタと凹面反射鏡Mの間に1/4波長板を配置することで、第1面107aへの入射光量を高めることができる。
The beam splitter BS is formed of a semi-transmissive surface, and the light reaching the
次の表1に、本第1実施例にかかる光学系の諸元の値を掲げる。表中の(全体諸元)において、fは焦点距離を、F.NOはFナンバーをそれぞれ表している。(レンズデータ)では、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、曲率半径はレンズ面の曲率半径を、面間隔はレンズ面の間隔を、屈折率およびアッベ数はそれぞれd線(λ=587.6nm)に対する値をそれぞれ示している。像面Iは、像面の曲率半径を示す。ペッツバール和は、本結像光学系3におけるペッツバール和を示している。なお、空気の屈折率1.000000は記載を省略し、曲率半径「∞」は平面を表している。(非球面データ)では、円錐定数K、及び非球面定数C4〜C10の値をそれぞれ示している。
Table 1 below provides values of specifications of the optical system according to the first example. In (Overall specifications) in the table, f is the focal length, F.F. NO represents each F number. In (lens data), the surface number is the order of the lens surfaces from the object side along the direction in which the light beam travels, the radius of curvature is the radius of curvature of the lens surfaces, the surface interval is the lens surface interval, the refractive index and the Abbe Each number represents a value for the d-line (λ = 587.6 nm). The image plane I indicates the radius of curvature of the image plane. The Petzval sum indicates the Petzval sum in the imaging
なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離f、曲率半径、面間隔その他の長さ等は、特記の無い場合一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「mm」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。また、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とし説明を省略する。 In addition, in all the following specification values, “mm” is generally used as the focal length f, the radius of curvature, the surface interval and other lengths, etc. unless otherwise specified. Even if proportional reduction is performed, the same optical performance can be obtained. Further, the unit is not limited to “mm”, and other appropriate units may be used. In addition, the description of these symbols is the same in the following other embodiments, and the description is omitted.
(表1)
(全体諸元)
f= 7.91mm
F.NO= 1.582
水平方向半画角 ω= 20 度
垂直方向半画角 ω= 15 度
(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1: ∞ 5.377800 開口絞りS
2: ∞ 10.000000 1.5168 64.1
3: -23.99578 -5.000000 1.5168 64.1 反射面M
4: ∞ 5.000000 1.5168 64.1 ビームスプリッタBS
5: ∞ 1.317173
像面I 19.42367
ペッツバール和 = 0.05495
(非球面データ)
{3面}
K C4 C6 C8 C10
0.000000 0.906482E-05 -0.271319E-06 0.449536E-08 -0.254866E-10
(Table 1)
(Overall specifications)
f = 7.91mm
F.NO = 1.582
Horizontal half field angle ω = 20 degrees Vertical half field angle ω = 15 degrees (lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1: ∞ 5.377800 Aperture stop S
2: ∞ 10.000000 1.5168 64.1
3: -23.99578 -5.000000 1.5168 64.1 Reflecting surface M
4: ∞ 5.000000 1.5168 64.1 Beam splitter BS
5: ∞ 1.317173
Image plane I 19.42367
Petzval sum = 0.05495
(Aspheric data)
{3 sides}
K C4 C6 C8 C10
0.000000 0.906482E-05 -0.271319E-06 0.449536E-08 -0.254866E-10
図10は、本第1実施例の湾曲収差図を示し、(a)は像面Iを平面とした際の湾曲収差図を、(b)は像面変換素子の受光面、即ち曲がった像面Iに結像させた時の湾曲収差図をそれぞれ示している。湾曲収差図においてXはサジタル方向の値を、Yはメリジオナル方向の値をそれぞれ示している。なお、他の実施例でも同様の符号を用い説明を省略する。 10A and 10B are diagrams showing the curvature aberration of the first embodiment, where FIG. 10A is a view of curvature aberration when the image plane I is a plane, and FIG. 10B is a light receiving surface of the image plane conversion element, that is, a bent image. Curve aberration diagrams when the image is formed on the surface I are shown. In the curved aberration diagram, X represents a value in the sagittal direction, and Y represents a value in the meridional direction. In the other embodiments, the same reference numerals are used and the description thereof is omitted.
図8に示すように、本発明にかかる像面変換素子101を結像光学系3の像面Iと撮像素子5との間に配置することによって、本第1実施例にかかる光学系は、図10の(a)に示す像面湾曲収差を(b)の如く解消でき、高画質の画像を得ることができることが判る。
As shown in FIG. 8, by disposing the image
(第2実施例)
図11、図12は、本発明の実施の形態にかかる像面変換素子を用いた光学系の第2実施例を示す。図11は、撮像素子を含む光学系の概略構成図を、図12は像面までの結像光学系3の概略構成図をそれぞれ示す。本第2実施例では、結像光学系3の像面Iにおける像面湾曲収差が凹面形状になる場合を示している。
(Second embodiment)
11 and 12 show a second example of the optical system using the image plane conversion element according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical system including an image sensor, and FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the imaging
図11、図12において、光学系200は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL1とより強い凸面を物体側に向けた両凸形状の正レンズL2との接合レンズと、像面変換素子1と撮像素子5とから構成されている。負メニスカスレンズL1と両凸形状の正レンズL2との接合面には開口絞りSが配置されている。本光学系では、像面Iでの像面湾曲収差の形状は物体側に凹面の形状を有し、像面変換素子1の第1面7aは像面Iにおける像面歪曲収差に対応する形状に形成されている。
11 and 12, an
物体からの光は、負メニスカスレンズL1、開口絞りS、及び両凸形状の正レンズL2を介して像面変換素子1の第1面7aのそれぞれの光伝達管7上に結像する。像からの光は、それぞれの光伝達管7中を伝達されて第2面7bからそれぞれの光伝達管7に対向する受光素子5aに向けて出射され受光素子5aでそれぞれ受光される。像面変換素子1の第1面7aの形状が、結像光学系3の像面湾曲収差を解消するように形成されているので、受光素子5aでは像面湾曲収差が解消された高画質の画像が得られる。
Light from the object forms an image on each
次の表2に、本第2実施例にかかる光学系の諸元の値を掲げる。 Table 2 below provides values of specifications of the optical system according to the second example.
(表2)
(全体諸元)
入射瞳径 2.57mm
f= 7.91mm
F.No= 2
最大半画角 ω= 45
(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1: 3.60544 1.528185 1.722498 29.6
2: 2.06702 3.178679 1.542496 62.9 開口絞りS
3: -4.59335 2.862011
像面I -6.33419
ペッツバール和 = -0.16013
(非球面データ)
{1面}
K C4 C6 C8 C10
0.000000 -0.181577E-02 0.893504E-04 -0.371334E-04 0.000000E+00
{3面}
K C4 C6 C8 C10
0.000000 0.285013E-02 -0.852893E-05 0.646081E-05 0.000000E+00
(Table 2)
(Overall specifications)
Entrance pupil diameter 2.57mm
f = 7.91mm
F. No = 2
Maximum half angle of view ω = 45
(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1: 3.60544 1.528185 1.722498 29.6
2: 2.06702 3.178679 1.542496 62.9 Aperture stop S
3: -4.59335 2.862011
Image plane I -6.33419
Petzval sum = -0.16013
(Aspheric data)
{1 side}
K C4 C6 C8 C10
0.000000 -0.181577E-02 0.893504E-04 -0.371334E-04 0.000000E + 00
{3 sides}
K C4 C6 C8 C10
0.000000 0.285013E-02 -0.852893E-05 0.646081E-05 0.000000E + 00
図13は、本第2実施例の湾曲収差図を示し、(a)は像面Iを平面とした際の湾曲収差図を、(b)は像面変換素子の受光面、即ち曲がった像面Iに結像させた時の湾曲収差図をそれぞれ示している。 FIGS. 13A and 13B are diagrams showing the curvature aberration of the second embodiment. FIG. 13A is a diagram showing the curvature aberration when the image plane I is a plane, and FIG. 13B is the light receiving surface of the image plane conversion element, that is, a curved image. Curve aberration diagrams when the image is formed on the surface I are shown.
図11に示すように、本発明にかかる像面変換素子1を結像光学系3の像面Iと撮像素子5との間に配置することによって、本第2実施例にかかる光学系は、図13の(a)に示す像面湾曲収差を(b)の如く解消でき、高画質の画像を得ることができることが判る。
As shown in FIG. 11, by disposing the image
次に、本発明の実施の形態にかかる像面変換素子の製造方法に関して図面を参照しつつ説明する。 Next, a method for manufacturing an image plane conversion element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
像面変換素子は、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又はファイバーを束ねたもの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。 The image plane conversion element can be manufactured by forming a curved surface corresponding to the field curvature aberration of the imaging optical system on a bundle of thin rods or fibers having the same area as the light receiving element of the image sensor. It is.
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。 At this time, after bundling light transmission tubes such as optical fibers corresponding to the number of light receiving elements of the selected image sensor, a light transmission tube group is manufactured that is uniformly stretched to have the entire size of the light receiving elements of the image sensor. It is possible. However, in such a manufacturing method, the area of the light transmission tube and the area of the light receiving element are matched, and the distance (pitch) between the centers of the light transmission tubes facing each light receiving element is matched with the distance between the centers of the light receiving elements. In addition, it is difficult to match the separation interval between the light receiving elements and the separation interval of the light transmission tube. As a result, moire occurs due to a slight shift between the position of the light transmission tube and the position of the light receiving element, leading to degradation of image quality.
以下に説明する像面変換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製造することが可能になる。 In the method for manufacturing an image plane conversion element described below, the area of the light transmission tube and the area of the light receiving element are substantially matched, the pitch deviation between them is minimized, and the separation interval can be made substantially the same. Can be manufactured.
(第1の製造方法)
図14(a)から(d)は、本発明の実施の形態にかかる像面変換素子の第1の製造方法に関する概略工程図である。以下、工程に沿って説明する。
(First manufacturing method)
FIGS. 14A to 14D are schematic process diagrams relating to the first manufacturing method of the image plane conversion element according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, it demonstrates along a process.
「工程1」(図14(a)参照)
像面変換素子300(図14(d)参照)の射出端側に配置され、後述する工程で形成される光伝達管を支持するガラスやプラスチック等の薄い基板303に、以後の工程中での基板303の平面性を維持するための支持基板305(例えば、Si基板、プラズマCVD成膜したSi薄膜層を有するセラミック板等)を接着固定する。なお、Si基板の接着には陽極接合が好ましい。また、接着材を用いても良い。
“
It is arranged on the exit end side of the image plane conversion element 300 (see FIG. 14D), and is attached to a
「工程2」(図14(b)参照)
支持基板であるSi基板305に接着された基板303(例えば、パイレックス(登録商標)ガラス等、以後ガラス基板と記す)の表面を洗浄して乾燥した後、ガラス基板303上にホトレジスト307を所定の厚さに塗布する。塗布は、通常のスピンコート法などが用いられる。ホトレジスト307は例えば、化薬マイクロケム社製の製品名SU8などが使用可能である。ホトレジスト307を塗布後、別に用意した金型309をヒーターで過熱したホトレジスト307の表面に押圧して、像面変換素子300の第1面(入射面)311の曲面形状を創製する。金型309で曲面形状を創製するとともにホトレジスト307のプリベークも併せて行う。金型309で曲面が創製されたホトレジスト307の厚さが光伝達管の長さに相当し、数ミクロンから数mm程度となる。
“
After cleaning and drying the surface of a substrate 303 (for example, a Pyrex (registered trademark) glass or the like, hereinafter referred to as a glass substrate) bonded to the
「工程3」(図14(c)参照)
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307に露光、現像する。このように、露光、現像が終わった時点でホトレジスト307の部分を光伝達管として使用する像面変換素子300が形成される。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、あるかはガラス基板303の底面からの高さに応じてエリア分割をし、エリア内のホトレジスト膜307表面の高低差が露光装置の焦点深度内になるようにエリアサイズに応じて準備されたレチクルを用いた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。
“
The light transmission tube pattern is exposed and developed on the
「工程4」(図14(d)参照)
支持基板であるSi基板305を除去して像面変換素子300が完成する。Si基板305の除去には、XeF2ガスによる等方性ドライエッチング法などを用いて行う。
“Step 4” (see FIG. 14D)
The image
なお、ホトレジスト307を支持するガラス基板303をホトレジスト307をマスクとしてガラス基板303の途中の厚さまで異方性ドライエッチングでエッチングし、受光素子と光伝達管307の端面(第2面)313を近づけるように形成することで、光伝達管307の端面313から受光素子に向けて出射する光の広がりを抑えるようにすることもできる。
The
このようにして、本第1の製造方法により像面変換素子300が完成する。この後、図2に示すように、所定の撮像素子において受光素子と光伝達管307の出射端面313とを位置合わせする。なお、受光素子と光伝達管307との位置合わせの際の作業性及び像面変換素子300の強度を得るために、後述する図17に示すような枠部600を像面変換素子300の外周部分に形成しておくことが望ましい。なお、受光素子と光伝達管307との位置合わせが終了した後、接着剤等で固定して一体化した撮像素子を構成しても良い。
In this manner, the image
(第2の製造方法)
図15(a)から(g)は、本発明の実施の形態にかかる像面変換素子の第2の製造方法に関する概略工程図である。以下、工程に沿って説明する。なお、第1の製造方法と同様の部材には同じ符号を付して説明する。
(Second manufacturing method)
FIGS. 15A to 15G are schematic process diagrams relating to the second manufacturing method of the image plane conversion element according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, it demonstrates along a process. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member similar to a 1st manufacturing method.
「工程1」(図15(a)参照)
撮像素子側が平面で、この面に対向する面が結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面311を有する樹脂部材320を射出成型等で形成する。
“
A
「工程2」(図15(b)参照)
成型された樹脂部材320の撮影素子側の平面を薄い(例えば、厚さが数十ミクロン程度)ガラス基板303に接着する。なお、成型された樹脂部材320の撮影素子側の平面に数ミクロンから数十ミクロンの厚さの透明な膜(例えば、SiO2膜)を蒸着、又はスパッタリング等で成膜して基板303としても良い。
“
The plane of the molded
「工程3」(図15(c)参照)
樹脂部材320をエッチングする際のマスク材322(例えば、SiO2膜等の酸化膜、SiN4等の窒化膜等)を蒸着、又はスパッタリングで樹脂部材320の表面に0.3〜3.0ミクロンの厚さで成膜する。成膜するSiO2膜322の厚さはエッチングする樹脂部材320の厚さによって決める。
“
A
「工程4」(図15(d)参照)
マスク材であるSiO2膜322の上にホトレジスト307を所定の厚さ塗布、プリベークする。その後、選択された撮像素子の受光素子に対応するパターンを形成されたマスクを用いて露光し、現像を行う。この結果、受光素子に対応する部分にホトレジスト307が残り、受光素子を分離する素子分離間隔部のホトレジスト307が除かれたホトレジストパターン307が形成される。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、あるかは樹脂部材320に貼り付けられたガラス基板303の底面からの高さに応じてエリア分割をし、エリア内のホトレジスト膜307表面の高低差が露光装置の焦点深度内になるようにエリアサイズに応じて準備されたレチクルを用いた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。
“Step 4” (see FIG. 15D)
A
「工程5」(図15(e)参照)
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307をマスクにしてSiO2膜322をエッチングする。これで、ホトレジスト307に代わってホトレジスト307のエッチング残り層とSiO2膜322が次工程のマスクとして残る。
“
The
「工程6」(図15(f)参照)
ホトレジスト307のエッチング残り層とSiO2膜322をマスクにしてその下の樹脂部材320をエッチングする。エッチングは、酸素ガスを使った異方性ドライエッチング法を用い、樹脂部材320をほぼ垂直にエッチングしロッド状の樹脂部材320を形成する。このロッド状の樹脂部材320が光伝達管(同じ符号320を付して説明する)となる。この際、下層のガラス基板303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320を支える支持部材303として機能する。
“Step 6” (see FIG. 15F)
The remaining
「工程7」(図15(g)参照)
光伝達管である樹脂部材320をマスクとして下層のガラス基板303を途中の厚さまでエッチングする。このエッチングにより下層のガラス基板303まで光伝達管320が形成され樹脂部材320及びガラス基板303を含めて光伝達管320として機能する。この結果、光伝達管320の受光素子側の出射端面313を受光素子に近づけることが可能になると供に、出射端面313から出射した光のガラス基板303中での広がりを抑えることができる。なお、ガラス基板303のエッチングの時に樹脂部材320の表面に残っているSiO2膜322も一緒にエッチングされるため、光伝達管320である樹脂部材320の表面にSiO2膜322が残ることはない。なお、SiO2膜322は透明であり樹脂部材320の表面に残っていても問題は無い。
“
The
このようにして、本第2の製造方法により像面変換素子330が完成する。この後、図2に示すように、所定の撮像素子において受光素子と光伝達管320の出射端面313とを位置合わせする。なお、受光素子と光伝達管320との位置合わせの際の作業性及び像面変換素子の強度を得るために、後述する図17に示すような枠部600を像面変換素子330の外周部分に形成しておくことが好ましい。なお、受光素子と光伝達管320との位置合わせが終了した後、接着剤等で固定して一体化した撮像素子を構成しても良い。
In this way, the image
(第3の製造方法)
図16(a)から(j)は、本発明の実施の形態にかかる像面変換素子の第3の製造方法に関する概略工程図である。本第3の製造方法は量産性を向上させることを目的にしている。以下、工程に沿って説明する。なお、第1、第2の製造方法と同様の部材には同じ符号を付して説明する。
(Third production method)
FIGS. 16A to 16J are schematic process diagrams relating to the third method of manufacturing the image plane conversion element according to the embodiment of the present invention. The third manufacturing method aims to improve mass productivity. Hereinafter, it demonstrates along a process. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member similar to the 1st, 2nd manufacturing method.
「工程1」(図16(a)参照)
ガラス、石英、又はプラスチック等からなる支持基板350上に、厚さ約1ミクロン程度の導電性膜351(例えば、Au/Cr膜等)を蒸着、又はスパッタリングによって成膜する。この導電性膜351は後の電気メッキ工程における電極となる。
“
On a
「工程2」(図16(b)参照)
前もって成型された、撮像素子側が平面で、この面に対向する面が結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面311を有する樹脂部材320を、樹脂部材320の撮影素子側の平面を薄いUV接着剤等を介して導電性膜351上に接着する。
“
The
「工程3」(図16(c)参照)
樹脂部材320をエッチングする際のマスク材となるSiO2膜322を蒸着、又はスパッタリングで樹脂部材320の表面に0.3〜3.0ミクロンの厚さで成膜する。成膜するSiO2膜322の厚さはエッチングする樹脂部材320の厚さによって決める。
“
A
「工程4」(図16(d)参照)
マスク材となるSiO2膜322の上にホトレジスト307を所定の厚さ塗布、プリベークする。その後、選択された撮像素子の受光素子に対応するパターンを形成されたマスクを用いて露光し、現像を行う。この結果、受光素子に対応する部分にホトレジスト307が残り、受光素子を分離する素子分離間隔部のホトレジスト307が除かれたホトレジストパターン307が形成される。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、あるかはガラス基板350の底面からの高さに応じてエリア分割をし、エリア内のホトレジスト膜表面の高低差が露光装置の焦点深度内になるようにエリアサイズに応じて準備されたレチクルを用いた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)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。
“Step 4” (see FIG. 16D)
A
「工程5」(図16(e)参照)
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307をマスクにしてSiO2膜322をエッチングする。SiO2膜322をエッチングした後、残りのホトレジスト膜307を除去する。これで、ホトレジストに代わってSiO2膜322が次工程のマスクとして残る。
“
The
「工程6」(図16(f)参照)
SiO2膜322をマスクにしてその下の樹脂部材320をエッチングする。エッチングは、酸素ガスを使った異方性ドライエッチング法を用い、樹脂部材320をエッチングしロッド状の樹脂部材320を形成する。このロッド状の樹脂部材320が光伝達管(同じ符号320を付して説明する)となる。この際、下層の導電性膜351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、ガラス基板350は電気メッキ中の基板を支える支持部材として機能する。
“Step 6” (see FIG. 16F)
The
「工程7」(図16(g)参照)
Ni電気メッキでNiの金型360を形成する。
“
A
「工程8」(図16(h)参照)
金型360からガラス基板350、光伝達管である樹脂部材320、及び導電性膜351をエッチング等を用いて除去し、Ni電鋳金型360が完成する。
“Step 8” (see FIG. 16H)
The
「工程9」(図16(i)参照)
Ni電鋳金型360にUV硬化樹脂、或いは熱可塑性樹脂等370を充填し、前記樹脂の支持基板でとなる薄板ガラス基板371をカバーしてUV硬化、又は熱硬化させて光伝達管(同じ符号370を付す)を形成し像面変換素子400を成型する。その後金型360から像面変換素子400を分離する。この工程を繰り返すことにより同型の像面変換素子400が容易に製造される。なお、Ni電鋳金型360を用いた射出成型法を用いて像面変換素子400を成型しても良い。射出成型法によるときは、薄板ガラス371に代わり薄い樹脂板が形成される。
“Step 9” (see FIG. 16I)
The
「工程10」(図16(j)参照)
光伝達管である樹脂部材370をマスクにして下層のガラス基板371を異方性ドライエッチングで薄板ガラス基板371の途中の厚さまでエッチングする。このエッチングにより下層の薄板ガラス基板371まで光伝達管370が形成され樹脂部材370及びガラス基板371を含めて光伝達管370として機能する。この結果、光伝達管370の受光素子側の出射端面313を受光素子に近づけることが可能になると供に、出射端面313から出射した光のガラス基板371中での広がりを抑えることができる。なお、支持基板である薄板ガラス基板371が十分薄い場合(例えば、10μ程度)には、この工程を省くことも可能である。
“Step 10” (see FIG. 16J)
The
このようにして、本第3の製造方法により像面変換素子400が完成する。この後、図2に示すように、所定の撮像素子において受光素子と光伝達管370の出射端面313とを位置合わせする。なお、受光素子と光伝達管370との位置合わせの際の作業性及び像面変換素子の強度を得るために、後述する図17に示すような枠部600を像面変換素子400の外周部分に形成しておくことが好ましい。なお、受光素子と光伝達管307との位置合わせが終了した後、接着剤等で固定して一体化した撮像素子を構成しても良い。
In this way, the image
なお、上述した各製造方法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。 In addition, the process demonstrated in each manufacturing method mentioned above is a main process, In addition to this, processing processes, such as a general washing process used in manufacture of a semiconductor, a drying process, an element division process, an inspection process, etc. However, the details are not the main part of the manufacturing method, and the explanation is omitted.
また、一部の工程において光伝達管の支持基板としてガラス基板を用いて説明したが、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。 In addition, although a glass substrate is used as a support substrate for the light transmission tube in some processes, a quartz substrate other than glass or a plastic substrate may be used.
図17は、本発明にかかる像面変換素子を有する撮像素子の好ましい形態の一例を示している。上述の製造方法で製造された像面変換素子300、330、400は、所定の撮像素子5の受光面に配置され、受光素子と光伝達管とを対向させて固定する必要がある。この時、図17に示すような枠部600を設けておくことで位置合わせ、接着などを容易に行うことが可能になる。枠部600は、素子位置合わせ後、取り除いても良いし、或いは素子の固定枠として活用しても良い。
FIG. 17 shows an example of a preferred form of an image sensor having an image plane conversion element according to the present invention. The image
また、本発明にかかる像面変換素子を選択された撮像素子の受光素子に位置合わせ固定し、一体として像面変換素子を有する撮像素子とすることも可能である。これにより、像面変換素子と撮像素子とを光学系に組込み易くすることができる。 In addition, the image plane conversion element according to the present invention can be positioned and fixed to the light receiving element of the selected image pickup element, and the image pickup element having the image plane conversion element as a whole can be obtained. As a result, the image plane conversion element and the imaging element can be easily incorporated into the optical system.
更に、受光素子の製造工程と光伝達管の製造工程とを組み合わせて、受光素子の製造工程で形成された受光素子の上に光伝達管を直接製造して、光伝達管を有する受光素子を形成し、撮像素子とすることも可能である。 Further, the light receiving element manufacturing process and the light transmitting tube manufacturing process are combined to directly manufacture the light transmitting tube on the light receiving element formed in the light receiving element manufacturing process. It is also possible to form an imaging device.
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提供することが可能になる。また、この像面変換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、この像面変換素子を製造する製造方法を提供することが可能になる。また、この像面変換素子と撮像素子とを一体的に形成した撮像素子を提供することが可能になる。 As described above, according to the present invention, in an imaging optical system having field curvature aberration, it is disposed between the image plane of the imaging optical system and the image sensor to eliminate the field curvature aberration. It is possible to provide an image plane conversion element that makes it possible to capture an image of an image quality. It is also possible to provide an optical system (imaging optical system) having this image plane conversion element. It is also possible to provide a manufacturing method for manufacturing this image plane conversion element. In addition, it is possible to provide an image sensor in which the image plane conversion element and the image sensor are integrally formed.
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。 The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration and shape, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.
1、11、21、31、41、101、300、330、400 像面変換素子
2 光軸
3 結像光学系
100、200 光学系
5 撮像素子
5a 受光素子
7、17、27、107 光伝達管
30 連結部
48 遮光部材
303、350、371 (ガラス)基板
305 支持基板
307 ホトレジスト、光伝達管
309、360 金型
311 曲面
320 樹脂部材、光伝達管
370 樹脂、光伝達管
600 枠部
1, 11, 21, 31, 41, 101, 300, 330, 400 Image
Claims (37)
前記光伝達管が形成される高分子部材の第1面である前記像面側の面を前記結像光学系の像面湾曲収差に対応する曲面に金型で成型する成型工程と、
前記高分子部材の前記第1面に対向する平面を透明基板に接着する接着工程と、
前記高分子部材と前記透明基板とから前記光伝達管を形成し、前記光伝達管の端面の集合体の包絡面である第2面を前記撮像素子の受光素子の包絡面に略平行に形成し、前記第2面を前記透明基板中に形成する加工工程と、を有することを特徴とする像面変換素子の製造方法。 A method for manufacturing an image plane conversion element, which is disposed between an image plane of an imaging optical system and an image sensor, and forms a plurality of light transmission tubes that respectively face the plurality of light receiving elements of the image sensor so as not to intersect each other. ,
A molding step of molding the surface on the image plane side, which is the first surface of the polymer member on which the light transmission tube is formed, into a curved surface corresponding to the field curvature aberration of the imaging optical system with a mold;
An adhesion step of adhering a plane facing the first surface of the polymer member to a transparent substrate;
The light transmission tube is formed from the polymer member and the transparent substrate, and a second surface, which is an envelope surface of the aggregate of end surfaces of the light transmission tube, is formed substantially parallel to the envelope surface of the light receiving element of the imaging element. And a processing step of forming the second surface in the transparent substrate .
前記接着工程として、前記透明基板にホトレジストを塗布する工程と、
前記成型工程として、前記透明基板に塗布されたホトレジストの表面を前記金型で成型する工程と、
前記加工工程として、
選択された撮像素子の受光素子の配列に対応するパターンを露光する工程と、
現像工程と、
前記現像工程で得られた前記ホトレジストをマスクとして前記基板をエッチングする工程と、
前記支持部材を剥離する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の像面変換素子の製造方法。 Bonding a support member that supports the transparent substrate in a substantially flat surface;
As the bonding step, a step of applying a photoresist to the transparent substrate;
As the molding step, a step of molding the surface of the photoresist applied to the transparent substrate with the mold,
As the processing step,
Exposing a pattern corresponding to the arrangement of the light receiving elements of the selected image sensor;
Development process;
Etching the substrate using the photoresist obtained in the developing step as a mask;
Peeling the support member;
The method of manufacturing an image plane conversion element according to claim 1, comprising:
前記接着工程として、前記高分子部材の前記第2面を透明基板に接着する工程と、
前記加工工程として、
前記透明樹脂部材の表面に透明な酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜上に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の配列に対応するパターンを露光する工程と、
現像工程と、
前記酸化膜をエッチングする工程と、
前記酸化膜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、
前記透明部材をマスクとして前記透明基板をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の像面変換素子の製造方法。 As the molding step, a step of the polymer member, the curved surface first surface corresponds to the curvature of field, and that the second surface is formed into a substantially flat surface,
Bonding the second surface of the polymer member to a transparent substrate as the bonding step;
As the processing step,
Forming a transparent oxide film on the surface of the transparent resin member;
Applying a photoresist on the oxide film;
Exposing a pattern corresponding to the arrangement of the light receiving elements of the selected image sensor;
Development process;
Etching the oxide film;
Etching the transparent resin member using the oxide film as a mask;
Etching the transparent substrate using the transparent member as a mask;
The method of manufacturing an image plane conversion element according to claim 1, comprising:
基板に導電層を形成する工程と、
第1面が像面湾曲収差に対応する曲面に形成され、第1面に対向する第2面が略平面に形成された樹脂部材の前記第2面側を前記導電層の上に接着する工程と、
前記樹脂部材の表面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜上に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の配列に対応するパターンを露光する工程と、
現像工程と、
前記酸化膜をエッチングする工程と、
前記酸化膜をマスクとして前記樹脂部材をエッチングする工程と、
前記導電層を電極としてNi電気メッキを行いNi金型を形成する工程と、
前記Ni金型から前記樹脂部材及び前記基板を剥離する工程とを有し、
前記成型工程と前記接着工程として、前記Ni金型により前記高分子部材からなる複数の前記光伝達管を前記透明基板上に成型する工程と、
前記加工工程として、前記高分子部材と前記透明基板をエッチングするエッチング工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の像面変換素子の製造方法。 As the step of forming the mold,
Forming a conductive layer on the substrate;
Adhering the second surface side of the resin member on which the first surface is formed into a curved surface corresponding to the curvature of field aberration and the second surface facing the first surface is substantially flat on the conductive layer. When,
Forming an oxide film on the surface of the resin member;
Applying a photoresist on the oxide film;
Exposing a pattern corresponding to the arrangement of the light receiving elements of the selected image sensor;
Development process;
Etching the oxide film;
Etching the resin member using the oxide film as a mask;
Forming Ni mold by performing Ni electroplating using the conductive layer as an electrode;
And a step of removing the resin member and the substrate from the Ni mold,
As the bonding step and the molding step, a step of molding a plurality of the light transmission tube further comprising the polymer member to the Ni mold on the transparent substrate,
As the processing step, an etching step for etching the polymer member and the transparent substrate,
The method of manufacturing an image plane conversion element according to claim 1, comprising:
前記光伝達管は、透明基板と該透明基板に接着された高分子部材とからなり、
前記光伝達管に成型される第1面は、前記像面における像面湾曲収差に対応した曲面に金型により成型され、
前記第1面に対向して形成され、前記光伝達管の端面の集合体の包絡面である第2面は、前記撮像素子の受光素子の包絡面に略平行に形成され、
前記第2面は前記透明基板中に形成されることを特徴とする像面変換素子。 It is arranged between the image plane of the imaging optical system and the image sensor, and consists of a plurality of light transmission tubes that are opposed to each other and formed non-intersecting with each other .
The light transmission tube comprises a transparent substrate and a polymer member bonded to the transparent substrate,
A first surface which is molded on the light transmission tube is molded by a die into a curved surface corresponding to the curvature of field in the image plane,
The second surface, which is formed to face the first surface and is the envelope surface of the aggregate of the end surfaces of the light transmission tube, is formed substantially parallel to the envelope surface of the light receiving element of the imaging element,
The second surface is the image surface conversion element characterized Rukoto formed in the transparent substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005285381A JP5114838B2 (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Image plane conversion element, method of manufacturing the element, and optical system having the element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005285381A JP5114838B2 (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Image plane conversion element, method of manufacturing the element, and optical system having the element |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007094168A JP2007094168A (en) | 2007-04-12 |
JP2007094168A5 JP2007094168A5 (en) | 2009-03-12 |
JP5114838B2 true JP5114838B2 (en) | 2013-01-09 |
Family
ID=37979941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005285381A Expired - Fee Related JP5114838B2 (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Image plane conversion element, method of manufacturing the element, and optical system having the element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5114838B2 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8110791B2 (en) | 2007-08-16 | 2012-02-07 | Bae Systems Plc | Imaging device |
JP4702384B2 (en) * | 2008-03-26 | 2011-06-15 | ソニー株式会社 | Solid-state image sensor |
JP5272652B2 (en) * | 2008-10-29 | 2013-08-28 | 株式会社ニコン | Imaging optical element, imaging optical device, and manufacturing method of imaging optical element |
DE102009008747B4 (en) * | 2009-02-13 | 2012-02-16 | Carl Zeiss Ag | Optical imaging system |
US8503102B2 (en) | 2011-04-19 | 2013-08-06 | Panavision International, L.P. | Wide angle zoom lens |
JP2014109752A (en) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Nikon Corp | Optical element, imaging optical element, imaging device and optical element manufacturing method |
JP6598535B2 (en) * | 2015-06-30 | 2019-10-30 | キヤノン株式会社 | Imaging device |
DE102015121840A1 (en) | 2015-12-15 | 2017-06-22 | Sick Ag | Optoelectronic sensor and method for detecting an object |
DE102019126982A1 (en) | 2019-10-08 | 2021-04-08 | Sick Ag | Optoelectronic sensor and method for detecting objects |
CN113489871A (en) * | 2021-07-05 | 2021-10-08 | 维沃移动通信有限公司 | Photosensitive chip assembly, preparation method thereof, camera module and electronic equipment |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001242632A (en) * | 1991-06-21 | 2001-09-07 | Mitsui Chemicals Inc | Method for manufacturing optical device |
JP2000175087A (en) * | 1998-12-02 | 2000-06-23 | Sony Corp | Image pickup device with wide visual field angle |
-
2005
- 2005-09-29 JP JP2005285381A patent/JP5114838B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007094168A (en) | 2007-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110888288B (en) | Projection optical system and image projection device | |
JP3559623B2 (en) | Imaging lens | |
US20060088244A1 (en) | Planar lenses for integrated optics | |
JP5988297B2 (en) | Variable magnification projection optical system and image projection apparatus | |
JP5114838B2 (en) | Image plane conversion element, method of manufacturing the element, and optical system having the element | |
JP4902700B2 (en) | Imaging module | |
TW201348730A (en) | Optics lens assembly for image capture and image capture device thereof | |
KR20200026694A (en) | Wide-angle imaging lens | |
JP4916187B2 (en) | Lens system | |
JP2002062417A (en) | Diffractive optical device, optical system and optical appliance having the diffractive optical device, method for manufacturing diffractive optical device and mold for manufacturing diffractive optical device | |
JP2002208551A (en) | Reflection/refraction optical system and projection aligner | |
CN111638591B (en) | Projection optical system, projection type image display device, imaging device, and manufacturing method of optical element | |
KR100473243B1 (en) | Projection lens and projector provided with the same | |
JP2652637B2 (en) | Endoscope objective lens | |
WO2007114024A1 (en) | Projection optical system, aligner, and method for fabricating device | |
JP5272652B2 (en) | Imaging optical element, imaging optical device, and manufacturing method of imaging optical element | |
US20130188945A1 (en) | Optical System for Improved FTM Imaging | |
JPH10308344A (en) | Catadioptric projection optical system | |
JP2010152128A (en) | Method of manufacturing imaging optical element | |
CN217467464U (en) | Optical engine system | |
US12019225B2 (en) | Optical system, optical apparatus, imaging apparatus, and method for manufacturing optical system and imaging apparatus | |
JPH10260350A (en) | Infrared-ray image pickup device | |
WO2020021662A1 (en) | Microscope objective lens and microscope | |
JP2004361725A (en) | Solid type catadioptric optical system | |
JP2000098224A (en) | Lens and optical module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080929 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120110 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120312 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120918 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121001 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5114838 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151026 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151026 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |