JP6164212B2 - 撮像光学系、撮像装置 - Google Patents
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Description
例えば赤外線撮像光学系は、人間や動物などの対象物から発せられる熱、すなわち遠赤外線(波長8μm〜12μm)を利用して、暗所での撮影や温度分布の観測等に用いられる。
また、テラヘルツ波(波長30μm〜3mm:100GHz〜10THz)についての撮像光学系は、例えば空港施設における手荷物検査などのいわゆる非破壊検査に用いられている。
しかしながら、赤外線やテラヘルツ波の波長帯では透過率等の問題から使用できるレンズ材料が少なく、加工も困難であるという問題がある。
例えば赤外線に対する透過率が比較的高い材料としてゲルマニウム等が知られているが、これら赤外線透過率の高いレンズ材料は比較的硬度が高く、加工が困難である。
加工に長時間を要するなどして、コストの削減が困難となり、特に、収差補正のため非球面形状に加工(研磨)する場合には、精密な設備を用いた長時間の作業が必要であり、高コスト化は避けられないものとなる。
つまり、本技術の撮像光学系は、開口絞り付近に設けられ収差補正を担う第1のレンズを備える。
また、上記第1のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第2のレンズを備える。
そして、上記第1のレンズが屈折率分布型レンズとされるものである。
すなわち、本技術の撮像装置は、上記本技術の撮像光学系を備えると共に、上記撮像光学系により結像された像を検出する像検出部と、上記像検出部による検出信号に基づいて撮像画像信号を得る画像信号取得部とを備えるものである。
なお、説明は以下の順で行う。
<1.実施の形態としての撮像装置及び撮像光学系>
[1-1.撮像装置の構成]
[1-2.実施の形態の撮像光学系の概要]
<2.具体的な実施例>
[2-1.実施例1]
[2-2.実施例2]
[2-3.実施例3]
[2-4.実施例4]
[2-5.実施例5]
<3.変形例>
[1-1.撮像装置の構成]
図1は、実施の形態としての撮像装置1の内部構成を示したブロック図である。
先ず前提として、本実施の形態の撮像装置1は、赤外線についての撮像を行う赤外線撮像装置であるとする。
光学ブロック2は、後述する実施の形態としての撮像光学系を包括的に表したものである。光学ブロック2は、図中に入射光Liと示す被写体(物体)からの赤外光(赤外線)をイメージセンサ3の撮像面(像面)に集光する。
赤外線検出信号を得るにあたってイメージセンサ3が備えるべき赤外線検出素子としては、例えば焦電素子を用いたものを挙げることができる。或いは、ゼーベック効果を生じさせる熱電対を接続したサーモパイル型、温度上昇による抵抗値の変化を利用したボロメータ型などの赤外線検出素子を用いることもできる。
なお、赤外線検出素子についてはこれらに限定されるべきものでなく、赤外線を検出できるものであればその種類は問わない。
画像信号処理部5からの出力は、図示しないがインターフェース等を介して、撮像装置の外部のディスプレイ(画像表示装置)等に送られる。
図2は、光学ブロック2内に設けられる、実施の形態としての撮像光学系の構成の概要について説明するための図である。
この図2を始めとして以下で説明する光学系の構成図(図8,11,14,19,22)においては、紙面の左側に撮像対象の物体が配置されているとする。すなわち、紙面左側が物体側、紙面右側が像面側となる。
なお、図2では撮像光学系の構成と共に、先の図1に示したイメージセンサ3も併せて示している。
第1レンズ11は、収差補正を担うレンズであり、開口絞り10付近に設けられる。このように第1レンズ10が開口絞り10付近に配置されることで、球面収差の補正効果が高まる。
GRINレンズは、屈折率が一様なレンズに比して設計上の自由度が高く、レンズ用素子として高い潜在力を持つものである。
このようなGRINレンズを第1レンズ11に用いることで、収差補正にあたり従来のように高コストな加工を要することがなくなり、この点でコスト削減が図られる。
ただし[式2]において、N0はGRINレンズの基準屈折率であり、Rはレンズの半径方向位置(入射面光軸中心を0)、Zはレンズの光軸方向位置(入射面光軸中心を0)を意味する。また、nrijはRjの項の係数、nzijはZjの項の係数である。
なおここでは簡単のため、Rの項は6乗まで、Zの項は3乗までを記載しているが、さらに高次項を用いても同様である。
本実施の形態の第1レンズ11は、このような屈折率分布N(r)の半径方向に沿った二階微分
また、この第1レンズ11の屈折率分布N1(r)の半径方向に沿った二階微分は
球面収差補正効果を得るにあたっては、これら図3A又は図3Bに示されるような屈折率分布N(r)を与えることになる。
このことより、屈折率分布N1(r)の半径方向に沿った二階微分が単調増加となる第1レンズ11によれば、球面収差補正効果が得られるものである。
このことで、第2レンズ12自体、及び光学系全体の設計自由度の向上を図ることができる。
光軸方向にも屈折率分布を持たせることで、光学設計の設計自由度をさらに増すことができる。
このように第1レンズ11と第2レンズ12の双方に光軸方向にも屈折率分布を持たせる場合には、第1レンズ11の屈折率分布N1についての光軸方向(Z)に沿った二階微分と、第2レンズ12の屈折率分布(以下、屈折率分布N2と表記)についての光軸方向に沿った二階微分とが、正/負の関係となるようにすることで、広い画角においてMTF(Modulation Transfer Function)を改善できる。すなわち、分解能を向上できる。
ここで、メタマテリアルは、一辺の長さが使用波長よりも短い単位セルで構成された人工構造物であり、上記単位セルが、その内部に導電体を有し、該導電体が誘電体で支持されて構成されるものである。
図4A又は図4Bに示されるように、単位セル15は、その内部に導電体16を有している。この導電体16が誘電体により支持されて、単位セル15が形成されるものである。
周知のように誘電率(ε)と透磁率(μ)の積の平方根が屈折率となるものである。
つまりその結果として、本実施の形態で例示している赤外線撮像光学系のように比較的明るさを必要とする撮像光学系への適用が、困難となる虞がある。
メタマテリアルレンズでは、上述のように誘電率と透磁率の積の平方根が屈折率となる。このため、単位セル内の構造を場所ごとに変えることにより、複雑な屈折率分布を比較的容易に作り出すことができる。
つまりこのことで、収差補正能力の高い高分解能な撮像光学系の設計が容易となるものである。
例えば先の図4Aに示したように、単位セル15内の構造がZ軸(光軸方向)、及びZ軸に垂直な面上にあるX軸及びY軸の3軸に対して対称な構造を有していれば、この単位セル15は、等方的な屈折率を持つ。つまり、任意の偏光方向を持つ入射電磁波に対して、同じ屈折率を示すことになる。
通常、撮像光学系にはあらゆる偏光方向を含んだ電磁波が入射する。図4Aに示す構造によれば、それら任意の偏光方向に対する屈折率を等しくできる。
このとき、X−Y平面に垂直に入射する電磁波、つまりX−Y平面に平行な偏光をもつ電磁波に対しては屈折率NX-Yを示すが、X−Y平面に垂直以外の角度を持って入射した電磁波や、X−Y平面に垂直に入射してもその後屈折した電磁波に対しては、NX-YとNZからなる屈折率楕円体と、その電磁波の方向ベクトルとで決定される屈折率を示すことになる。
これは、レンズ内の同じ場所に入射する電磁波でも、入射角が異なると屈折率が異なることを意味しており、特に画角の大きな撮像光学系の設計を行う場合には、一つの自由度とすることができる。
例えば、誘電体製のプリント基板上に導電体構造をエッチングすることで単位セル15を構成することができる。或いは、半導体プロセス(リソグラフィ、蒸着、エッチング等)を用いて作製しても良い。
また、液体・ゲル上の誘電体内に導電体構成を配置して後に、誘電体を硬化させる手法も開発されている。
本実施の形態において、メタマテリアルレンズの作製は、例えばこれら何れかの手法により行う。
図6において、先ず前提として、この場合における単位セル15は略立方体形状とされ、その一辺の長さmがおよそ1μmとされているとする。
この場合、導電体16はCu(銅)であり、該導電体16を支持する誘電体はBaF2(フッ化バリウム)とされる。
例えばこの図の例では、Cuの構造体として十字型の構造体を構成するものとしている。
十字型のCuが有する4つの手のそれぞれの幅aは一定とする(例えばa=180nm)。このとき、十字の手の長さbを図6A,図6Bに示すように変化させると、該長さbに応じて屈折率を調整できる
具体的にこの図7では、手の長さbをb=300nm〜800nmの範囲で100nmごとに変化させた際における波長(μm)に対する屈折率変化特性を示している。
この図7からも、手の長さbによって屈折率を調整できることが分かる。
後述する各実施例においては、このような手法により所要の屈折率分布を持つメタマテリアルレンズを作製するものとした。
これまでの説明からも理解されるように、本実施の形態では、結像のための光学パワーを第2レンズ12に集中させていることから、第2レンズ12は厚くなる傾向となる。導電体構造や誘電体を積層してメタマテリアルレンズを作製する場合には、レンズ厚さが厚くなると、その分製造時間も長くなってしまう。
そこで、特に第2レンズ12については、複数枚のメタマテリアルレンズから成るレンズ群で構成することで、製造時間の短縮化を図ることができる。すなわち、メタマテリアルレンズ1枚あたりの厚さを薄くできるので、個々のメタマテリアルレンズの製造時間を短縮化することができ、各レンズの製造を並行して行うものとすれば、第2レンズ12の製造時間は1枚のメタマテリアルレンズで構成する場合よりも大幅に短縮化できるものである。
なお、このように複数のメタマテリアルレンズから成るレンズ群とする場合、個々のメタマテリアルレンズの厚さは、強度確保の観点より0.2mm以上とすることが望ましい。
後述する具体的な実施例においては、この点を考慮して光学系の設計を行っている。
また、温度分布測定等の解像度の必要な用途においては、集光量を上げ分解能の向上を図るべく、F値=1.3以下とすることが望ましい。
以下の各実施例においては、このようなF値に係る要請も考慮して光学系の設計を行っている。
[2-1.実施例1]
図8は、実施例1としての撮像光学系の構成を示している。
なお図8において、図中の面Simgは、図1(及び図2)に示したイメージセンサ3の撮像面を表す(以下、撮像面Simgと表記)。
また図8では赤外光(遠赤外光:中心波長10μm)の光線も併せて示している。
図中の短破線で示す光線は像高0.0mmに集光する光線を表し、丸破線で示す光線は像高1.5mmに集光する光線を表している。また実線で示す光線は像高3.5mmに、長破線で示す光線は像高5.0mmにそれぞれ集光する光線を表す。
そして本実施例では、これら第1レンズ11、第2レンズ12の双方とも、半径方向にのみ屈折率分布を与えるものとし、光軸方向への屈折率分布付与は行っていない。
具体的に、この場合に設定した第1レンズ11、第2レンズ12の各係数を以下に示す。
第1レンズ11
t1:0.51mm
N10=1.5
nr12=−0.0045619
nr14=2.6341×10-5
nr16=3.9083×10-8
nz11=0
nz12=0
nz13=0
第2レンズ12
t2:20.98mm
N20=1.7
nr22=−0.0014226
nr24=1.5207×10-7
nr26=−2.4759×10-10
nz11=0
nz12=0
nz13=0
ただし、t1、t2はそれぞれ第1レンズ11、第2レンズ12の中心厚さである。
また、N20は第2レンズ12の基準屈折率である。
センサ窓13は、厚み1.0mmのSi(シリコン)製であり、波長10μmにおける屈折率は3.42である。
光学系全体の焦点距離fは19mmであり、開口絞り10の直径は18.1mmで、F値=1.06、水平画角23.8度を実現している。
実施例1では、nr14とnr16の値が正であるため、この場合における屈折率分布N1の半径方向に対する二階微分は、図9にそのグラフを示すように、単調増加となる(Rの増加に対し単調増加)。
従って、f2/f=1.0であり、前述した「0.9≦f2/f≦1.1」による条件を満たす。つまりこのことから、収差(コマ収差及びアス収差)を抑制する構成となっていることが分かる。
なおこの図10を始めとして以降で示すMTF図(図13,18,21,24)の共通事項として、図中の短波線は像高0.0mmの特性、丸波線は像高1.5mmの特性、実線は像高3.5mmの特性を表す。また、図中「T」の表記はタンジェンシャル値を意味し、「S」の表記はサジタル値を意味する。
また、GRINレンズをメタマテリアルによって作製することにより、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、F値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
図11は、実施例2としての撮像光学系の構成を示している。
なお、図11においても各像高(0.0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0.0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線となる。
実施例2では、第1レンズ11が半径方向に対してのみ屈折率分布が付与され、第2レンズ12には、半径方向と光軸方向の双方に対して屈折率分布を与えるものとしている。
実施例2における第1レンズ11、第2レンズ12の係数は以下の通りである。
第1レンズ11
t1:1.45mm
N10=1.5
nr12=−0.0026979
nr14=8.3000×10-6
nr16=1.3708×10-8
nz11=0
nz12=0
nz13=0
第2レンズ12
t2:22.1mm
N20=1.7
nr22=−0.0012917
nr24=6.0592×10-8
nr26=−1.0504×10-10
nz11=0.18715
nz12=−0.010492
nz13=0.00016204
実施例2においてもセンサ窓13は厚み1.0mmのSi製であり、波長10μmにおける屈折率は3.42である。
この場合も光学系全体の焦点距離fは19mm、開口絞り10の直径は18.1mmであり、F値=1.06、水平画角23.8度を実現している。
すなわち、実施例2においても、nr14とnr16の値が正のため、図12にグラフ化して示すように、第1レンズ11の屈折率分布N1の半径方向に対する二階微分はRの増加に対して単調増加となる。
よって、この場合も「0.9≦f2/f≦1.1」の条件を満たし、コマ収差及びアス収差を抑制する構成となっている。
実施例2の場合、像高0.0mmにおける20line pairs/mmでのMTF値(タンジェンシャル及びサジタル)が0.687、像高1.5mmにおける20line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.664、サジタル値0.715、像高3.5mmにおける10line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.824、サジタル値0.781と、高い分解能が得られる。
図14は、実施例3としての撮像光学系の構成を示している。
なお、図13においても各像高(0.0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0.0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線となる。
実施例3では、第1レンズ11、第2レンズ12の双方について、半径方向と光軸方向の双方に対する屈折率分布の付与を行うものとしている。
実施例3における第1レンズ11、第2レンズ12の係数は以下の通りである。
第1レンズ11
t1:0.32mm
N10=1.5
nr12=−0.0084099
nr14=4.5915×10-5
nr16=2.3249×10-8
nz11=−11.279
nz12=54.660
nz13=−53.038
第2レンズ12
t2:21.59mm
N20=1.7
nr22=−0.0013365
nr24=1.0580×10-7
nr26=−2.0880×10-10
nz11=0.16587
nz12=−0.011007
nz13=0.00013715
この場合もセンサ窓13は厚み1.0mmのSi製であり、波長10μmにおける屈折率は3.42である。
本実施例においても、光学系全体の焦点距離fは19mm、開口絞りの直径は18.1mmであり、F値=1.06、水平画角23.8度を実現している。
すなわち、この場合もnr14とnr16の値が正のため、図15にグラフ化して示すように、屈折率分布N1の半径方向に対する二階微分はRの増加に対して単調増加となる。
よって、この場合も「0.9≦f2/f≦1.1」を満たし、コマ収差とアス収差を抑制する構成となっている。
第1レンズ11の屈折率分布N1の光軸方向位置Zに対する二階微分は、
図16は、上記[式8]をグラフ化して示しているが、この図16に示されるように、[式8]は第1レンズ11の厚さZ=0〜0.32mmの範囲で常に正となる。
図17に上記[式9]をグラフ化して示すが、この図17にあるように[式9]は第2レンズ12の厚さZ=0〜21.59mmの範囲で常に負となっている。
すなわち、実施例3は、前述した「第1レンズ11の屈折率分布N1についての光軸方向に沿った二階微分と、第2レンズ12の屈折率分布N2についての光軸方向に沿った二階微分とが正/負の関係となる」との条件を満たすものである。
実施例3では、像高0.0mmにおける20line pairs/mmでのMTF値(タンジェンシャル及びサジタル)が0.718、像高1.5mmにおける20line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.655、サジタル値0.658、像高3.5mmにおける10line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.692、サジタル値0.707と、高い分解能が得られる。
図19は、実施例4としての撮像光学系の構成を示している。
なお、図19においても各像高(0.0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0.0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線となる。
実施例4は、図示するように第2レンズ12を複数のメタマテリアルレンズ12aで構成するようにしたものである。
具体的に、この場合の第2レンズ12は、20枚のメタマテリアルレンズ12aの個々を所定間隔を空けて光軸方向に配列させて成る。本例において、各メタマテリアルレンズ12aの間隔は0.2mmとした。
第1レンズ11
t1:1.0mm
N10=1.5
nr12=−0.0030892
nr14=1.4311×10-5
nr16=1.7893×10-8
nz11=0.0
nz12=0.0
nz13=0.0
第2レンズ12を構成する個々のメタマテリアルレンズ12a
t2:1.0mm
N20=1.7
nr22=−0.0014303404
nr24=6.8750×10-8
nr26=−9.9276×10-11
nz11=21.915
nz12=−13.609
nz13=4.3708
確認のため述べておくと、この場合、上記t2は1枚のメタマテリアルレンズ12aの中心厚さを表すものとなる。
このように各レンズを同じ設計とすれば、製造効率の向上を図ることができ、結果としてコストの削減に繋がる。
この場合もセンサ窓13は厚み1.0mmのSi製であり、波長10μmにおける屈折率は3.42である。
またこの場合、光学系全体の焦点距離fは18.64mmであり、開口絞りの直径は17.75mmである。
実施例4では、F値=1.05、水平画角24.2度を実現している。
よって、この場合も「0.9≦f2/f≦1.1」の条件を満たし、コマ収差とアス収差を抑制する構成となっている。
実施例4の場合、像高0.0mmにおける20line pairs/mmでのMTF値(タンジェンシャル及びサジタル)が0.727、像高1.5mmにおける20line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.695、サジタル値0.719、像高3.5mmにおける10line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.811、サジタル値0.852と、高い分解能が得られる。
この際、例えば各レンズ12aの平面度のばらつき等に起因して、各レンズ12aを隙間無く密着させて配置することが困難な場合がある。各レンズ12aの間に不要な隙間が生じた場合、光干渉が生じる虞があり、この点を考慮すれば、各レンズ12aは所定の間隔を空けて配置することが望ましいと言える。
例えば各メタマテリアルレンズ12aの両面に反射防止膜を成膜するなどの手法を採ることができる。
ここで、メタマテリアルレンズ12aを構成する単位セル15は、その誘電率と透磁率の積を保ちつつ、誘電率と透磁率の比を調整することで、隣接する物質と同じインピーダンスを持ちながら異なる屈折率を持たせることが可能である。このような性質を利用すれば、メタマテリアルレンズ12aと空気との境界面での反射を抑制することができる。
具体的に、単位セル15内の構造を、誘電率εと透磁率μが等しくなるように構成すると、屈折率n=(εμ)1/2を調整しながら、インピーダンスZ=(μ/ε)1/2=1とすることができ、空気との境界面におけるフレネル反射を抑えることができるものである。
図22は、実施例5としての撮像光学系の構成を示している。
なお、図22においても各像高(0.0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0.0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線となる。
この場合も第1レンズ11、第2レンズ12の双方にメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
また実施例5では、先の実施例1と同様に、第1レンズ11、第2レンズ12の双方に半径方向にのみ屈折率分布を持たせるものとしている。
実施例5で設定した第1レンズ11、第2レンズ12の係数を以下に示す。
第1レンズ11
t1:0.4mm
N10=1.5
nr12=−0.011
nr14=3.2962×10-5
nr16=4.3911×10-8
nz11=0
nz12=0
nz13=0
第2レンズ12
t2:16.07mm
N20=1.7
nr22=−0.0018027
nr24=2.5702×10-7
nr26=−3.7334×10-10
nz11=0
nz12=0
nz13=0
この場合、第1レンズ10−第2レンズ12間の距離は14.2mm、第2レンズ12−センサ窓13間の距離は9.65mm、センサ窓13−撮像面Simg間の距離は0.95mmとしている。
この場合もセンサ窓13は厚み1.0mmのSi製であり、波長10μmにおける屈折率は3.42である。
本例の場合、光学系全体の焦点距離fは19mmであり、開口絞りの直径は18.1mmで、F値=1.06、水平画角23.8度を実現している。
実施例5の場合、像高0.0mmにおける20line pairs/mmでのMTF値(タンジェンシャル及びサジタル)が0.676、像高1.5mmにおける20line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.583、サジタル値0.667、像高3.5mmにおける10line pairs/mmでのMTFのタンジェンシャル値0.588、サジタル値0.475と、高い分解能が得られている。
また、この場合もGIRNレンズとしてメタマテリアルレンズを用いることで、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、F値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
図7において、このメタマテリアル材料では、波長10μmに対して屈折率1.5を持つ構造部分は、波長12μmに対しては1.4701の屈折率を持つ。また波長10μmで屈折率1.7となる構造部分は、波長12μmで1.6599の屈折率を持つ。
このとき、nr12の値が−0.0045619である実施例1では色収差が0.88mmであるのに対し、nr12の値が−0.011である実施例5では、色収差が0.82mmとなり、色収差が改善されるものとなる。
なお、nr12の値のみについてみれば、色収差の抑制効果を得るにあたっては、少なくとも「nr12<0」とすればよいものである。
以上、本技術の撮像光学系及び撮像装置に係る実施形態について説明したが、本技術としてはこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、各実施例においては、本技術が赤外線画像(波長8μm〜12μm程度)の撮像に適用される場合を例示したが、本技術は、テラヘルツ波の撮像にも好適に適用できる。
テラヘルツ波の撮像光学系としては、例えば被写体に対しレーザ光を照射してテラヘルツ波を発生させ、該発生させたテラヘルツ波を開口絞り10を介して入射するように構成すればよい。開口絞り10以降の構成は、これまでで説明したものと同様でよい。またイメージセンサ3については、テラヘルツ波に対する感度を有するものを用いる。
(1)
開口絞り付近に設けられ収差補正を担う第1のレンズと、
上記第1のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第2のレンズと
を備えると共に、
上記第1のレンズが屈折率分布型レンズとされる
撮像光学系。
(2)
上記第2レンズの焦点距離が当該撮像光学系の全体焦点距離と略一致している上記(1)に記載の撮像光学系。
(3)
上記第1のレンズは、
その屈折率分布についての半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように設計されている
上記(2)に記載の撮像光学系。
(4)
上記第2のレンズが屈折率分布型レンズとされる上記(3)に記載の撮像光学系。
(5)
上記第1のレンズ又は上記第2のレンズの何れかが光軸方向への屈折率分布をもつ上記(4)に記載の撮像光学系。
(6)
上記第1のレンズと上記第2のレンズの双方が、光軸方向への屈折率分布をもち、
上記第1のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分と、上記第2のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分とが、正/負の関係となるように設計されている
上記(4)に記載の撮像光学系。
(7)
上記第1のレンズ又は上記第2のレンズのうちの何れか一方がメタマテリアルレンズを有して構成される
上記(4)乃至(6)何れかに記載の撮像光学系。
(8)
上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、光軸に垂直な任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
上記(7)に記載の撮像光学系。
(9)
上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
上記(7)に記載の撮像光学系。
(10)
上記第2のレンズが複数枚のメタマテリアルレンズで構成されている上記(7)乃至(9)何れかに記載の撮像光学系。
(11)
上記第2のレンズを構成する各上記メタマテリアルレンズが所定間隔を空けて配列されている
上記(10)に記載の撮像光学系。
(12)
上記第1のレンズの屈折率分布が
で表されるとき、
(13)
赤外線の像を結像する上記(1)乃至(12)何れかに記載の撮像光学系。
(14)
テラヘルツ波の像を結像する上記(1)乃至(12)何れかに記載の撮像光学系。
Claims (9)
- 屈折率分布についての半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように設計され、開口絞り付近に設けられ、収差補正を担う第1のレンズと、
屈折率分布型レンズであり、上記第1のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第2のレンズと
を備えると共に、
上記第1のレンズが屈折率分布型レンズとされる撮像光学系であって、
上記第2レンズの焦点距離と当該撮像光学系の全体焦点距離が下記[式1](式中、f 2 は上記第2レンズの焦点距離を表し、fは上記全体焦点距離を表す)の関係を満たし、
上記第1のレンズと上記第2のレンズの双方が、光軸方向への屈折率分布をもち、
上記第1のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分と、上記第2のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分とが、正/負の関係となるように設計されている
撮像光学系。
- 上記第1のレンズ又は上記第2のレンズのうちの何れか一方がメタマテリアルレンズとされる
請求項1に記載の撮像光学系。 - 上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、光軸に垂直な任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
請求項2に記載の撮像光学系。 - 上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
請求項2に記載の撮像光学系。 - 上記第2のレンズが複数枚のメタマテリアルレンズで構成されている請求項2に記載の撮像光学系。
- 上記第2のレンズを構成する各上記メタマテリアルレンズが所定間隔を空けて配列されている
請求項5に記載の撮像光学系。 - 赤外線の像を結像する請求項1に記載の撮像光学系。
- テラヘルツ波の像を結像する請求項1に記載の撮像光学系。
- 屈折率分布についての半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように設計され、開口絞り付近に設けられ、収差補正を担う第1のレンズと、屈折率分布型レンズであり、上記第1のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第2のレンズとを備えると共に、上記第1のレンズが屈折率分布型レンズとされる撮像光学系であって、上記第2レンズの焦点距離と当該撮像光学系の全体焦点距離が下記[式1](式中、f 2 は上記第2レンズの焦点距離を表し、fは上記全体焦点距離を表す)の関係を満たし、上記第1のレンズと上記第2のレンズの双方が、光軸方向への屈折率分布をもち、上記第1のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分と、上記第2のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分とが、正/負の関係となるように設計されている撮像光学系と、
上記撮像光学系により結像された像を検出する像検出部と、
上記像検出部による検出信号に基づいて撮像画像信号を得る画像信号取得部と
を備える撮像装置。
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