JPH11266000A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズと撮像素子からなる撮像装置の長
さをより短くできるようにし、更には、レンズと撮像素
子との位置関係の誤差をより小さくできるようにする。 【解決手段】 光軸２と垂直な断面内で光軸２からの距
離の２乗に略比例した屈折率分布を有する一つの屈折率
分布レンズ１を結像レンズとして撮像素子４の撮像面５
近傍に設ける。具体的には、例えば有機溶剤４等による
接着により撮像素子とレンズとの位置関係を固定する。
そして、屈折率分布レンズ１の光入射面には赤外線カッ
トフィルター６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子とその撮
像面に結像するレンズからなる撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、固体撮像素子とその撮像面に結像
するレンズからなる撮像装置がカメラに用いられるよう
になってきた。そして、そのような撮像装置は、一般
に、レンズとして屈折率が均一な光学レンズが用いられ
ている。

【０００３】このような、レンズとして屈折率が均一な
ものを用いた撮像装置は、レンズと固体撮像素子との間
には屈折した光線が集光して結像するために、有限では
あるが相当の大きさの光学距離が必要である。従って、
レンズ第１面（入射側の面）と固体撮像素子の撮像面迄
の間の光学距離としてレンズ厚みと、結像迄の距離との
和を必要とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の撮像装置によれば、レンズ第１面（入射側の面）と
固体撮像素子の撮像面迄の間の光学距離としてレンズ厚
み＋結像迄の距離を必要としたので、光学系全体の長さ
を短くすることが非常に難しかった。そのため、撮像装
置やそれを用いたカメラに対しての小型化の要請に応え
ることができなかった。

【０００５】また、上述した従来の撮像装置によれば、
レンズを撮像素子と適宜離間して所定の位置関係で取り
付けるために、レンズホルダーを用いてレンズを取り付
けた場合、レンズとレンズホルダーとの位置関係の誤差
と、該レンズホルダーと固体撮像素子との位置関係の誤
差が、組み立て誤差として生じる可能性がある。従っ
て、誤差を小さくするのが難しい。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、レンズと撮像素子からなる撮像装置
の長さをより短くできるようにし、更には、レンズと撮
像素子との位置関係の誤差をより小さくできるようにす
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の撮像装置は、
光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の２乗に略比例し
た屈折率分布を有する一つの屈折率分布レンズを結像レ
ンズとして撮像素子の撮像面近傍に設けたことを特徴と
する。

【０００８】従って、請求項１の撮像装置によれば、レ
ンズとして屈折率分布レンズを用いるので、レンズの長
さ（厚さ）を蛇行周期Ｐ＝０．５π＋ｎπ（ｎ＝０、
１、２、・・・）にすると、レンズ入射側端面から平行
光として入射した無限遠の像はレンズ出射側端面におい
て結像する。従って、その近傍にある撮像素子の撮像面
にその像が結像され、レンズと撮像素子との間に大きな
間隔を設ける必要がない。従って、光学系の長さを小さ
くすることができ、撮像装置の小型化、特に薄型化がで
きる。

【０００９】そして、レンズを撮像素子近傍に設けるこ
とができるので、有機溶剤等による接着により撮像素子
とレンズとの位置関係を固定することができ、それによ
りレンズの撮像素子に対する位置決めに介在する誤差要
因を少なくすることができ、延いては位置決め精度を高
くすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明撮像装置は、基本的には、
光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の２乗に略比例し
た屈折率分布を有する一つの屈折率分布レンズを結像レ
ンズとして撮像素子の撮像面近傍に設けたことを特徴と
する。そして、レンズ長さは、蛇行周期Ｐ＝０．５π＋
ｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・）にすることが好まし
い。特に、ｎ＝０等、ｎが小さい程レンズ長を短くでき
るので好ましいといえる。

【００１１】本発明撮像装置は、ホルダーにて屈折率分
布レンズと撮像素子を保持することにより屈折率分布レ
ンズと撮像素子との位置関係を規定するという形態で実
施することができるが、屈折率分布レンズを直接撮像素
子に接着するという形態でも実施することができる。こ
の場合、接着剤としてレンズや撮像素子に悪影響を及ぼ
さない材質のものを選ぶようにさえすれば、屈折率分布
レンズと撮像素子との位置関係を極めて精確に制御する
ことができるという利点がある。

【００１２】また、屈折率分布レンズの光入射面に赤外
光を反射する光学薄膜を設けるようにしても良いし、屈
折率分布レンズの光入射面側に赤外光を吸収する吸収手
段を設けても良い。このようにすれば、赤外光カットが
できるからである。

【００１３】更に、屈折率分布レンズとしてその一方又
は両方の端面に曲率をもたせたものを用いるようにして
も良い。この場合、当然のことながら、屈折率分布によ
る光学特性はその曲率により変化せしめられそれが屈折
率分布による光学特性と曲率による光学特性との合成し
たのがレンズの光学特性となる。このように、本発明に
は種々の実施形態がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１は本発明撮像装置の一つの実施の形態を示
す断面図である。図面において、１は屈折率分布レンズ
であり、円柱状に形成され、その屈折率は光軸２と垂直
な断面内でその光軸２からの距離の２乗に略比例した分
布を有している。該屈折率分布レンズ１はその光出射側
端面にて薄い透明な例えば有機溶剤による接着剤３によ
り固体撮像素子４の撮像面５に接着されている。６は該
屈折率分布レンズ１の光入射面に設けた赤外線カットフ
ィルター膜で、例えば蒸着により形成されており、赤外
光を反射する。

【００１５】この屈折率分布レンズ１は、例えば波長６
８０ｎｍの光に対して屈折率分布定数√Ａ＝０．４３、
光軸上の屈折率Ｎ（上記蛇行周期Ｐを表す式におけるｎ
とは違う。）＝１．６５８、蛇行周期Ｐ＝０．５π（即
ち蛇行周期Ｐの式におけるｎ＝０の場合）のときにはそ
の長さ（レンズ長）Ｚが下記の式で表される。尚、この
場合、接着剤３の厚みを無視し、屈折率分布レンズ１の
出射側端面が直接撮像面に接しているものとし、また、
赤外線カットフィルター膜６の存在（厚み、特性）を無
視して計算する。

【００１６】Ｚ＝蛇行周期Ｐ／屈折率分布定数＝（０．
５π）／√Ａ＝３．６５３ｍｍ このときレンズ直径は１．８ｍｍである。従って、１０
分の１インチの撮像素子４に最適である。というのは、
１０分の１インチの撮像素子４はその対角線長さが１．
８ｍｍでぴったりの大きさとなるからである。即ち、こ
のようなレンズ１をその１０分の１インチの撮像素子４
上に設けることで対角画角１００ｄｅｇの画像を得るこ
とができる。勿論、赤外線カットフィルター６があるの
で、赤外線画像を取り除いた画像を得ることが出きる。

【００１７】図１中には軸上光路と周辺光路を示した。
軸上光路はレンズ１の光軸２と平行に進んで屈折率分布
レンズ１に入射し、該レンズ１内にてその出射側端面又
は出射端面以後での光軸と交差するところに収束する。

【００１８】図２、図３はこのとき得られる光学特性の
ＭＴＦ（modulation transter fac-tor)を示すもので、
図２は横軸が空間周波数（Spatial Frequency[Cycle/m
m] ）、縦軸がモジュレーション（Modulation) であ
り、図３は横軸がデフォーカシングポジション(defocus
ing position[mm]) 、縦軸がモジュレーション（Modula
tion) である。

【００１９】尚、上記撮像装置は飽くまで本発明の一つ
の実施例で、本発明は種々の態様で実施することができ
る。先ず、赤外線カットは、その実施例のように、赤外
光を赤外線カットフィルター膜６により反射することに
より行うようにしても良いし、図４に示すように、それ
に代えて赤外線を吸収する光学素子７を屈折率分布レン
ズ１の光入射面側に設け、それによりカットするように
しても良い。

【００２０】また、図５（Ａ）乃至（Ｃ）に示すよう
に、屈折率分布レンズ１として光入射面と光出射面の両
面に又は片面に曲率を設けたもの１ａ、１ｂ、１ｃを用
いるようにしても良い。

【００２１】このようにした場合には、屈折率分布によ
る光学特性と曲率による光学特性を合成した特性が屈折
率分布レンズ１の特性になる。即ち、屈折率分布レンズ
の一方又は両方の端面（表面）に曲率をもたせたので、
その曲率によってもレンズ効果を得ることができる。従
って、屈折率分布によるレンズ効果と曲率によるレンズ
効果の総和により同じレンズ効果をより薄い屈折率分布
レンズによって得ることができる。

【００２２】依って、撮像装置のより小型化、薄型化が
できる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の撮像装置によれば、光軸と垂
直な断面内で光軸からの距離の２乗に略比例した屈折率
分布を有する一つの屈折率分布レンズを結像レンズとし
て用いたので、レンズの長さ（厚さ）を蛇行周期Ｐ＝
０．５π＋ｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・）にすること
により、レンズ入射側端面から平行光として入射した無
限遠の像はレンズ出射側端面において結像するようにで
きる。従って、屈折率分布レンズの近傍に撮像素子の撮
像面を位置させることができ、レンズと撮像素子との間
に殆ど間隔を設ける必要がない。従って、光学系の長さ
を小さくすることができ、撮像装置の小型化ができる。

【００２４】請求項２の撮像装置によれば、屈折率分布
レンズを撮像素子の撮像面近傍に有機溶剤により接着す
ることにより、屈折率分布レンズと撮像素子との間の位
置決めに関して介在する誤差要因が少なく極めて高精度
に位置決めができる。

【００２５】請求項３の撮像装置によれば、屈折率分布
レンズの光入射面に赤外光を反射する光学薄膜を設けた
ので、レンズに入ろうとする赤外光をその薄膜により反
射して撮像素子に赤外光が入るのを防止することができ
る。

【００２６】請求項４の撮像装置によれば、屈折率分布
レンズの光入射面側に赤外光を吸収する光学素子を設け
たので、レンズに入ろうとする赤外光をその素子により
吸収して撮像素子に赤外光が入るのを防止することがで
きる。

【００２７】請求項５の撮像装置によれば、屈折率分布
レンズの一方又は両方の端面（表面）に曲率をもたせた
ので、その曲率によってもレンズ効果を得ることができ
る。従って、屈折率分布によるレンズ効果と曲率による
レンズ効果の総和により同じレンズ効果をより薄い屈折
率分布レンズによって得ることができる。依って、撮像
装置のより小型化、薄型化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明撮像装置の一つの実施例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明撮像装置により得られる光学特性のＭＴ
Ｆの空間周波数・モデュレーション関係図の一つの例を
示す図である。

【図３】本発明撮像装置により得られる光学特性のＭＴ
Ｆのデフォーカシングポジション・モデュレーション関
係図の一つの例を示す図である。

【図４】本発明撮像装置の他の実施例を示す断面図であ
る。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明撮像装置の屈折率分布
レンズの各別の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・屈折率分布レンズ、２・・・光軸、３・・・接
着剤（有機溶剤）、４・・・撮像素子、５・・・撮像
面、６・・・赤外線カットフィルター、７・・・赤外線
吸収光学素子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸と垂直な断面内で光軸からの距離の
   ２乗に略比例した屈折率分布を有する一つの屈折率分布
   レンズを結像レンズとして撮像素子の撮像面近傍に設け
   たことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 屈折率分布レンズを撮像素子の撮像面に
   有機溶剤により接着したことを特徴とする請求項１記載
   の撮像装置。
3. 【請求項３】 屈折率分布レンズの光入射面に赤外光を
   反射する光学薄膜を設けたことを特徴とする請求項１又
   は２記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 屈折率分布レンズの光入射面側に赤外光
   を吸収する赤外光吸収手段を設けたことを特徴とする請
   求項１、２又は３記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 屈折率分布レンズの一方又は両方の表面
   に曲率をもたせたことを特徴とする請求項１、２、３又
   は４記載の撮像装置。