JPH11317895A - Optical device - Google Patents

Optical device

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JPH11317895A
JPH11317895A JP10316185A JP31618598A JPH11317895A JP H11317895 A JPH11317895 A JP H11317895A JP 10316185 A JP10316185 A JP 10316185A JP 31618598 A JP31618598 A JP 31618598A JP H11317895 A JPH11317895 A JP H11317895A
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公彦 西岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device for an electronic image pickup system, an electronic display system or a board unit that is a component of the systems such as digital camera, an electronic endoscope, a PDA(personal digital assistants), a video telephone set, a VTR camera, by unifying components such as an image pickup element and an optical element through a method such as lithography so as to attain miniaturization and to reduce the cost. SOLUTION: An image pickup unit 180 uses lenses 181, 182, 183, a mirror 185, a prism 184 or the like to configure an image pickup optical system with optical elements 181, 182, 184, 185, 183 and a reflecting mirror 52. A board unit 186 on which the reflecting mirror 52, a thin film 53 and a solid-state image pickup element 55 are mounted is placed on a printed circuit board 56.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関す
る。
[0001] The present invention relates to an optical device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のデジタルカメラ170は、図22
に示すように、CCD55、レンズ171、絞り17
3、シャッター174、レンズフォーカシング用ソレノ
イド175等をそれぞれ別体の部品として集めてこれら
を組立てることにより作られていた。
2. Description of the Related Art A conventional digital camera 170 is shown in FIG.
, The CCD 55, the lens 171, the aperture 17
3, the shutter 174, the lens focusing solenoid 175, etc., are collected as separate parts and assembled.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】そのため、部品点数が
多くなり、組立ても面倒で、製品の小型化、高精度化、
コストダウンに限界があった。そこで本発明は、撮像素
子、光学素子などの部品をリソグラフィー等の手法を用
いて一体化することで、小型化、低コスト化しうる、デ
ジタルカメラ、電子内視鏡、PDA(携帯情報端末)、
テレビ電話、VTRカメラ、テレビカメラ等の電子撮像
系、電子表示系等又はそれらの一部を構成する板状ユニ
ット等の光学装置の提供を課題とする。
Therefore, the number of parts increases, the assembly is troublesome, and the product can be reduced in size and accuracy.
There was a limit to cost reduction. Therefore, the present invention provides a digital camera, an electronic endoscope, a PDA (Personal Digital Assistant), which can be reduced in size and cost by integrating components such as an imaging element and an optical element using a method such as lithography.
It is an object to provide an optical device such as a video phone, a VTR camera, an electronic imaging system such as a video camera, an electronic display system, or a plate unit that constitutes a part thereof.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による光学装置は、一枚の基板に少なくとも
光学素子、シャッター、絞り、表示素子のうちの一つ以
上と撮像素子と、を配設することにより構成されてい
る。
In order to solve the above-mentioned problems, an optical device according to the present invention comprises at least one of an optical element, a shutter, an aperture, and a display element on one substrate, an image pickup element, Is arranged.

【0005】また、本発明による光学装置は、一枚の基
板に光学素子、シャッター、絞り、表示素子、撮像素子
等のうちの二つ以上を配設することにより構成されてい
る。
Further, the optical device according to the present invention is constituted by arranging two or more of an optical element, a shutter, an aperture, a display element, an image pickup element and the like on one substrate.

【0006】また、本発明による光学装置は、一枚の基
板に、少なくとも撮像素子、光学素子、シャッター、絞
り、のうちの一つ以上と表示素子と、を配設することに
より構成されている。
Further, the optical device according to the present invention is constituted by arranging at least one of an imaging element, an optical element, a shutter, and an aperture, and a display element on a single substrate. .

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明による光学装置の実
施形態を図面を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】図1は、本発明の第1実施形態を示す図で
ある。本実施形態の光学装置は、レンズ181,18
2,183、プリズム184、ミラー185等を用いた
電子撮像ユニット180として構成されている。なお、
図中52はアルミコーティングされた薄膜53と電極5
4から成る反射鏡、55は固体撮像素子、56は基板、
57は電源、58はスイッチ、59は可変抵抗器であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. The optical device according to the present embodiment includes lenses 181 and 18
2, 183, a prism 184, a mirror 185, and the like. In addition,
In the drawing, reference numeral 52 denotes an aluminum-coated thin film 53 and an electrode 5
4, a reflecting mirror, 55 is a solid-state imaging device, 56 is a substrate,
57 is a power supply, 58 is a switch, and 59 is a variable resistor.

【0009】反射鏡52は、例えば、オプティックス
コミュニケーションズ(Optics Communi
cations),140巻(1997年)187ない
し190頁に示されているメンブレインミラーのよう
に、薄膜53と電極54の間に電圧を印加すると静電気
力により薄膜53が変形してその焦点距離が変化するよ
うになっており、これによりピント調整ができるように
なっている。本実施形態の光学装置では、物体からの光
60は、光学素子としてのレンズ181,182、プリ
ズム184のそれぞれの入射面および出射面で屈折さ
れ、反射鏡52によって反射され、ミラー185の反射
面で反射され、レンズ183で屈折されてから固体撮像
素子55に入射するようになっている。
The reflecting mirror 52 is, for example, an optics
Communications (Optics Communi)
When a voltage is applied between the thin film 53 and the electrode 54, the thin film 53 is deformed by electrostatic force and the focal length is reduced, as in a membrane mirror shown in Vol. 140, No. 140 (1997), pp. 187 to 190. This allows the focus to be adjusted. In the optical device according to the present embodiment, the light 60 from the object is refracted by the respective entrance and exit surfaces of the lenses 181 and 182 and the prism 184 as the optical elements, reflected by the reflecting mirror 52, and reflected by the mirror 185. And is refracted by the lens 183 before entering the solid-state imaging device 55.

【0010】このように、本実施形態の光学装置は、光
学素子181,182,184,185,183および
反射鏡52とで撮像光学系を構成している。そして、本
実施形態の構成では、特に、各光学素子の面と肉厚を最
適化することにより物体像の収差を最小にすることがで
きるようになっている。
As described above, in the optical apparatus of the present embodiment, the optical elements 181, 182, 184, 185, 183 and the reflecting mirror 52 constitute an imaging optical system. In the configuration of the present embodiment, in particular, the aberration of the object image can be minimized by optimizing the surface and thickness of each optical element.

【0011】図1の光学装置において、反射鏡52の形
状は、非点収差等を補正するためにY軸方向に長い楕円
形にするのがよく、具体的には、反射鏡52への入射光
と反射鏡52からの出射光を含む平面と反射鏡52とが
交わる方向に沿って長い楕円形にするのがよい。また、
図1の光学装置では、反射鏡52と固体撮像素子55と
をそれぞれ別体で作って基板56上に配置している。し
かし、反射鏡52はシリコンリソグラフィープロセス等
で作ることもできるので、基板56をシリコンで形成
し、固体撮像素子55と共にリソグラフィープロセスで
反射鏡52の少なくとも一部を基板56上に形成しても
よい。
In the optical device shown in FIG. 1, the shape of the reflecting mirror 52 is preferably an ellipse which is long in the Y-axis direction in order to correct astigmatism and the like. It is preferable that the shape be long elliptical along the direction in which the plane containing the light and the light emitted from the reflecting mirror 52 and the reflecting mirror 52 intersect. Also,
In the optical device of FIG. 1, the reflecting mirror 52 and the solid-state imaging device 55 are separately formed, and are arranged on the substrate 56. However, since the reflecting mirror 52 can be formed by a silicon lithography process or the like, the substrate 56 may be formed of silicon, and at least a part of the reflecting mirror 52 may be formed on the substrate 56 by a lithography process together with the solid-state imaging device 55. .

【0012】これにより、固体撮像素子55と共に光学
素子の一つである反射鏡52とが一体化されるので、小
型化、低コスト化等の点で有利である。また反射鏡52
は固定焦点のミラーとして構成しても良い。この場合で
も反射鏡52はリソグラフィープロセスで作ることがで
きる。なお、反射鏡52、固体撮像素子55、基板56
を合わせて板状ユニット186と呼ぶことにする。板状
ユニットは光学装置の一例である。
Thus, the solid-state imaging device 55 and the reflecting mirror 52, which is one of the optical devices, are integrated, which is advantageous in terms of miniaturization and cost reduction. Also, the reflecting mirror 52
May be configured as a fixed focus mirror. Even in this case, the reflecting mirror 52 can be made by a lithography process. The reflecting mirror 52, the solid-state imaging device 55, the substrate 56
Together will be referred to as a plate-shaped unit 186. The plate unit is an example of the optical device.

【0013】又、図示を省略するが、基板56上に表示
素子の一つである反射型液晶ディスプレー又は透過型液
晶ディスプレー等の表示素子をリソグラフィープロセス
により一体的に形成してもよい。なお、この基板56
は、ガラスあるいは石英等の透明物質で形成してもよ
い。その場合は、このガラス基板上に薄膜トランジスタ
ー等の技術を用いて固体撮像素子や液晶ディスプレーを
形成すればよい。あるいは、これらの表示素子を別体で
作り、基板56上に配置してもよい。
Although not shown, a display device such as a reflective liquid crystal display or a transmission liquid crystal display, which is one of the display devices, may be integrally formed on the substrate 56 by a lithography process. Note that this substrate 56
May be formed of a transparent substance such as glass or quartz. In that case, a solid-state imaging device or a liquid crystal display may be formed on the glass substrate by using a technique such as a thin film transistor. Alternatively, these display elements may be formed separately and arranged on the substrate 56.

【0014】光学素子181,182,184,18
5,183は、プラスチックモールドやガラスモールド
等で形成することにより任意の所望形状の曲面を容易に
形成することができ、製作も簡単である。なお、本実施
形態の撮像装置では、レンズ181のみがプリズム18
4から離れて形成されているが、レンズ181を設ける
ことなく収差を除去することができるように光学素子1
82,183,184,185,52を設計すれば、反
射鏡52を除く光学素子は一つの光学ブロックとなり組
立てが容易となる。
Optical elements 181, 182, 184, 18
5,183 can easily form a curved surface of any desired shape by being formed with a plastic mold, a glass mold, or the like, and is easy to manufacture. Note that, in the imaging device of the present embodiment, only the lens 181 is
4 is formed apart from the optical element 1 so that the aberration can be removed without providing the lens 181.
If the optical elements 82, 183, 184, 185, and 52 are designed, the optical elements except for the reflecting mirror 52 become one optical block, which facilitates assembly.

【0015】図2は、本発明の第2実施形態を示す図で
ある。本実施形態の撮像装置では、一つのシリコン基板
187の上に反射鏡52、マイクロマシン技術で作られ
た静電気力で動くマイクロシャッター188、撮像素子
55等は、リソグラフィープロセスで作られている。そ
して、このシリコン基板187とモールドで作った自由
曲面プリズム189とを組合わせれば、光学装置として
小型のデジタルカメラ用撮像ユニット180が出来上が
る。なお、マイクロシャッター188は、絞りを兼ねる
こともできるようになっている。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In the imaging device of the present embodiment, the reflecting mirror 52, the micro shutter 188 made by micro-machine technology and moved by electrostatic force, the imaging device 55, and the like on one silicon substrate 187 are made by a lithography process. Then, by combining the silicon substrate 187 and a free-form surface prism 189 made of a mold, a compact digital camera imaging unit 180 can be completed as an optical device. Note that the micro shutter 188 can also serve as an aperture.

【0016】自由曲面プリズム189は、プラスチック
モールドで作ると安価にできる。また、自由曲面プリズ
ム189をエネルギー硬化型樹脂で作れば、熱可塑性樹
脂で作るよりも耐久性があるので好ましい。また、自由
曲面プリズム189を赤外光を吸収する性質の材質を用
いて構成して、赤外カットフィルター効果を持たせても
よい。あるいは、自由曲面プリズム189の光路中のい
づれかの面に赤外光を反射する干渉膜を設けて、赤外光
をカットするようにしてもよい。ミラー190は、シリ
コン基板187を凹面に加工し、アルミコートすること
によって形成されている。マイクロシャッター188
は、例えば、特開平10−39239号の図8,図9に
示されているようなシャッターを改良したものを用いる
ことができる。
The free-form surface prism 189 can be made inexpensively if it is made of a plastic mold. Further, it is preferable that the free-form surface prism 189 is made of an energy-curable resin because it has higher durability than a thermoplastic resin. In addition, the free-form surface prism 189 may be configured using a material having a property of absorbing infrared light to have an infrared cut filter effect. Alternatively, an interference film that reflects infrared light may be provided on any surface in the optical path of the free-form surface prism 189 to cut off infrared light. The mirror 190 is formed by processing a silicon substrate 187 into a concave surface and coating it with aluminum. Micro shutter 188
For example, an improved shutter as shown in FIGS. 8 and 9 of JP-A-10-39239 can be used.

【0017】図3は図2の光学装置を上方から見た、マ
イクロシャッター188付近の拡大図である。マイクロ
シャッター188は、固定電極191と遮光板192の
それぞれに設けられた電極193に電位差を与えること
によって、静電気力で二つの遮光板192を左右に開い
たり閉じたりすることができるようになっている。ここ
で、二つの遮光板192のそれぞれに、他方の遮光板1
92に近い側の中央に三角形の凹部を設け、かつ二枚の
遮光板192を段違いに設置して、遮光板192を途中
まで開いた状態で撮像を行えば絞りとして動作し、遮光
板192を完全に閉じればシャッターとなるようになっ
ている。電源196は+−の極性を変えることができる
ようになっており、それに伴い、二つの遮光板192は
逆方向に動くようになっている。また、二つの遮光板1
92は、完全に閉じた時には図2に示すように多少重な
るように設計されている。マイクロシャッター188
は、リソグラフィープロセスで反射鏡52、固体撮像素
子55と共に一緒に作ることができるというメリットが
ある。なお、マイクロシャッター188としては、上記
以外にも、特開平10−39239号の図47に示すよ
うなマイクロシャッターを用いてもよい。あるいは、本
実施形態の撮像装置に用いるシャッターとして、通常の
フィルムカメラのシャッターのように、バネで動作する
シャッターを製作して、これをシリコン基板187に設
置してもよい。
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the micro shutter 188 when the optical device of FIG. 2 is viewed from above. The micro shutter 188 can open and close the two light shielding plates 192 left and right by electrostatic force by giving a potential difference to the electrodes 193 provided on the fixed electrode 191 and the light shielding plate 192, respectively. I have. Here, each of the two light shielding plates 192 is attached to the other light shielding plate 1.
A triangular concave portion is provided at the center near the side 92, and two light shielding plates 192 are installed at different levels, and if imaging is performed with the light shielding plate 192 opened halfway, it operates as an aperture. When completely closed, it becomes a shutter. The power source 196 can change the polarity of + and −, and accordingly, the two light shielding plates 192 move in opposite directions. Also, two light shielding plates 1
The 92 is designed to overlap slightly when fully closed, as shown in FIG. Micro shutter 188
Is advantageous in that it can be manufactured together with the reflecting mirror 52 and the solid-state imaging device 55 by a lithography process. As the micro shutter 188, other than the above, a micro shutter as shown in FIG. 47 of JP-A-10-39239 may be used. Alternatively, as a shutter used in the imaging apparatus of the present embodiment, a shutter operated by a spring, like a shutter of a normal film camera, may be manufactured and installed on the silicon substrate 187.

【0018】また、本実施形態の撮像装置を、例えば、
図2に示すように、別途に絞り197を設けた構成とし
てもよい。絞り197としては、フィルムカメラのレン
ズに用いるような虹彩絞りでもよく、または、図4に示
すような複数の穴あき板をスライドさせるような構成の
ものでもよい。あるいは、絞りの開口面積の変わらない
固定絞りであってもよい。また、絞りとしては、マイク
ロシャッター188を絞りとしてのみ動作させ、シャッ
ター機能については、固体撮像素子55の素子シャッタ
ーを用いて果たすようにしてもよい。また、本実施形態
の撮像装置を、電極54、ミラー190、マイクロシャ
ッター188、撮像素子55の少なくとも一つを別部品
として作り、残りの部材と共に一つの基板上に配置した
構成としてもよい。なお、本実施形態の撮像装置を、図
5に示すように、光学特性可変光学素子の一つである反
射鏡52の別の一例として、液晶可変焦点レンズをミラ
ーの前面に配置した液晶可変ミラー252等を配設した
構成としてもよい。
The imaging apparatus according to the present embodiment is, for example,
As shown in FIG. 2, a configuration in which an aperture 197 is separately provided may be employed. The diaphragm 197 may be an iris diaphragm used for a lens of a film camera, or may have a configuration in which a plurality of perforated plates are slid as shown in FIG. Alternatively, a fixed stop in which the aperture area of the stop does not change may be used. As the aperture, the micro shutter 188 may be operated only as an aperture, and the shutter function may be performed by using the element shutter of the solid-state imaging device 55. Further, the imaging apparatus of the present embodiment may be configured such that at least one of the electrode 54, the mirror 190, the micro shutter 188, and the imaging element 55 is formed as a separate component, and is disposed on one substrate together with the remaining members. As shown in FIG. 5, the image pickup apparatus according to the present embodiment is a liquid crystal variable mirror in which a liquid crystal variable focus lens is disposed on the front surface of a mirror as another example of the reflection mirror 52 which is one of the optical characteristic variable optical elements. 252 and the like may be provided.

【0019】図5は、液晶可変ミラー252を用いた撮
像装置の一例(撮像装置253)を示す図である。液晶
可変ミラー252は、透明電極254とフレネルレンズ
状の基板255の表面にコートされた電極256との間
にツイストネマチック液晶257を配置した構成となっ
ている。ツイストネマチック液晶257のらせんピッチ
Pは、 P < 3λ ・・・(1) を満たすようになっている。ここで、λは光の波長であ
る。式(1)を満たすとき、ツイストネマチック液晶2
57は入射光の偏光方向によらず屈折率がほぼ等方的に
なるので、偏光板を設けることなくボケのない可変焦点
ミラーが得られる。なお、低コストのデジタルカメラな
どでは、ツイストネマチック液晶257のらせんピッチ
Pが、 P < 15λ ・・・(2) であっても実用上は使用できる場合もある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an image pickup device using the liquid crystal variable mirror 252 (image pickup device 253). The liquid crystal variable mirror 252 has a configuration in which a twisted nematic liquid crystal 257 is arranged between a transparent electrode 254 and an electrode 256 coated on the surface of a Fresnel lens-shaped substrate 255. The helical pitch P of the twisted nematic liquid crystal 257 satisfies P <3λ (1). Here, λ is the wavelength of light. When formula (1) is satisfied, the twisted nematic liquid crystal 2
Since the refractive index 57 is substantially isotropic regardless of the polarization direction of the incident light, a variable focus mirror without blur can be obtained without providing a polarizing plate. In a low-cost digital camera or the like, even if the helical pitch P of the twisted nematic liquid crystal 257 is P <15λ (2), it may be practically usable.

【0020】図6は、本発明の第3実施形態を示す図で
ある。本実施形態の光学装置204は、透明基板198
に反射型LCD199、反射鏡52、固体撮像素子55
を設け、かつ光学ブロックである自由曲面プリズム18
9を組合せた構成となっている。透明基板198には、
光学素子であるレンズ200、ローパスフィルター20
1、IC203も合わせて設けられており、これらによ
り透明な板状ユニット202を形成している。IC20
3は、反射型LCD199、反射鏡52、固体撮像素子
55等をドライブするIC、あるいは制御、演算を行な
うCPU、メモリー等の機能をもつLSIである。固体
撮像素子55、反射鏡52、反射型LCD199、IC
203を、それぞれ別途に製作して、透明基板198に
貼りつけてもよいが、透明基板198の表面にアモルフ
ァスシリコン、低温ポリシリコン、連続粒界結晶シリコ
ン(’98.1.14付朝日新聞)等を材料として薄膜
トランジスター技術を用いて形成すれば、小型化、軽量
化、高精度化の面で有利である。
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. The optical device 204 of the present embodiment includes a transparent substrate 198
Reflective LCD 199, reflecting mirror 52, solid-state image sensor 55
And a free-form surface prism 18 as an optical block
9 are combined. The transparent substrate 198 includes
Lens 200 as an optical element, low-pass filter 20
1. The IC 203 is also provided, and these form a transparent plate-shaped unit 202. IC20
Reference numeral 3 denotes an IC that drives the reflection type LCD 199, the reflection mirror 52, the solid-state imaging device 55, and the like, or an LSI that has functions such as a CPU and a memory that perform control and calculation. Solid-state image sensor 55, reflecting mirror 52, reflective LCD 199, IC
203 may be separately manufactured and bonded to the transparent substrate 198, but amorphous silicon, low-temperature polysilicon, and continuous grain boundary crystal silicon (Asahi Shimbun with '98 .1.14) are provided on the surface of the transparent substrate 198. Forming such a material using a thin film transistor technique is advantageous in terms of miniaturization, weight reduction, and high precision.

【0021】図7は、本実施形態の光学装置204に用
いるローパスフィルター201の斜視図である。ローパ
スフィルター201は、瞳分割型のローパスフィルター
であり、捩じれ関係にある二つの平面より構成されてい
る。なお、このローパスフィルター201も光学素子の
一つである。その他、本実施形態において透明基板19
8は、ガラス又は樹脂のモールドで作るのが良い。
FIG. 7 is a perspective view of a low-pass filter 201 used in the optical device 204 of the present embodiment. The low-pass filter 201 is a pupil-division type low-pass filter, and includes two planes having a twist relationship. The low-pass filter 201 is also one of the optical elements. In addition, in this embodiment, the transparent substrate 19
8 is preferably made of a glass or resin mold.

【0022】本実施形態の光学装置204は、光を反
射、屈折する面を自由曲面プリズム189、透明な板状
ユニット202の両方に設けることができる点で、収差
の補正がしやすく、図2に示す実施形態の撮像ユニット
180よりすぐれている。なお、レンズ等の光学素子
は、例えばレンズ200bのように、透明部材の表面に
曲面状の樹脂薄膜205を貼りつけて作ってもよい。こ
のような方法を薄膜レンズ技術という。
The optical device 204 of the present embodiment can easily correct aberration because light reflecting and refracting surfaces can be provided on both the free-form surface prism 189 and the transparent plate unit 202. Are superior to the imaging unit 180 of the embodiment shown in FIG. Note that the optical element such as a lens may be made by attaching a curved resin thin film 205 to the surface of a transparent member, for example, like the lens 200b. Such a method is called a thin film lens technology.

【0023】図8は、本発明の第4実施形態を示す図で
ある。本実施形態の光学装置207は、透明な板状ユニ
ット202と板状ユニット186とを組合せることによ
り構成されている。なお、透明基板198とは別体にレ
ンズ208を設けると、収差補正の自由度がふえるの
で、収差補正上有利であるが、レンズ208は設けなく
てもよい。透明な板状ユニット202には、ディスプレ
ー209、IC203が設けられ、さらに薄膜レンズ技
術により製作したレンズ210,211が設けられてい
る。なお、レンズ212は、透明基板198を製作する
際にモールドの技術で透明基板198に一体形成されて
いる。板状ユニット186は、図2に示す実施形態の板
状ユニット186と同様に構成されている。斜線部21
4は、迷光を除くための黒い遮光用の膜であり、Cr−
CrO2 −Crの三層蒸着、黒い塗料の塗装、あるいは
印刷等で作れられている。なお、斜線部214は、必要
に応じて、透明基板198の表面、側面、内部に設けれ
ばよく、設けなくてもよい場合もある。
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The optical device 207 of this embodiment is configured by combining a transparent plate unit 202 and a plate unit 186. Note that providing the lens 208 separately from the transparent substrate 198 increases the degree of freedom of aberration correction, which is advantageous for aberration correction. However, the lens 208 need not be provided. The transparent plate-shaped unit 202 is provided with a display 209 and an IC 203, and further provided with lenses 210 and 211 manufactured by thin-film lens technology. The lens 212 is formed integrally with the transparent substrate 198 by a molding technique when the transparent substrate 198 is manufactured. The plate unit 186 is configured similarly to the plate unit 186 of the embodiment shown in FIG. Shaded area 21
4 is a black light-shielding film for removing stray light,
It is made by three-layer deposition of CrO 2 —Cr, painting with black paint, or printing. Note that the hatched portion 214 may be provided on the surface, side surface, or inside of the transparent substrate 198 as needed, and may not be provided in some cases.

【0024】ディスプレー209の一例である液晶ディ
スプレーは薄膜トランジスター技術でガラス等の透明基
板上に作ることができるが、固体撮像素子55等はシリ
コン基板上でないと作りにくい。本実施形態の光学装置
207は、固体撮像素子55、ディスプレー209を設
けるべき基板を分けて構成したので、同一の基板上に作
るよりもコストが安くできる。なお、本実施形態の光学
装置207の透明基板198あるいはレンズ211の材
質に赤外光吸収効果を持たせて、赤外カットフィルター
の役割を持たせるようにしてもよい。あるいは、薄膜5
3又はレンズ212又は透明基板198等の表面に赤外
カット機能を有する干渉膜を設けてもよい。さらに、本
実施形態の光学装置207は、固体撮像素子55を取り
除き、光学系にたとえばオペラグラスのような観察機能
を持たせた表示装置として構成されてもよい。
A liquid crystal display, which is an example of the display 209, can be formed on a transparent substrate such as glass by a thin film transistor technique, but it is difficult to form the solid-state image sensor 55 and the like only on a silicon substrate. Since the optical device 207 of this embodiment is configured by separately providing the substrate on which the solid-state imaging device 55 and the display 209 are provided, the cost can be reduced as compared with the case where the optical device 207 is formed on the same substrate. Note that the material of the transparent substrate 198 or the lens 211 of the optical device 207 of the present embodiment may be made to have an infrared light absorbing effect so as to have a role of an infrared cut filter. Or thin film 5
An interference film having an infrared cut function may be provided on the surface of the lens 3, the lens 212, the transparent substrate 198, or the like. Further, the optical device 207 of the present embodiment may be configured as a display device in which the solid-state imaging device 55 is removed and the optical system has an observation function such as, for example, an opera glass.

【0025】図9は、本発明の第5実施形態を示す図で
ある。本実施形態の光学装置246は、板状ユニット2
45と自由曲面プリズム189とを組合せることにより
構成されている。板状ユニット245は、一つの基板2
40の上に、低品質のシリコン等からなる基板241に
反射鏡52とミラー190とマイクロシャッター188
を形成した板状ユニット243と、高品質のシリコンか
らなる基板242に基板240とIC203を形成した
板状ユニット244とを配設して構成されている。固体
撮像素子55、IC203等は高品質のシリコン上でな
いと形成しにくいが、ミラー190、マイクロシャッタ
ー188、反射鏡52等は低品質のシリコンでもよい。
本実施形態の光学装置246によれば、光学ユニットで
ある板状ユニット243,244を品質の異なる別個の
基板に形成したので、その分、高品質のシリコンの使用
量を減らすことができ、コスト上有利である。自由曲面
プリズム189には、足247,248が設けられてお
り、足247,248は、板状ユニット245と一体化
する時、各面間の光学的長さを所望の設計値通りに調整
できるようになっている。
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. The optical device 246 of the present embodiment is
45 and a free-form surface prism 189. The plate-shaped unit 245 includes one substrate 2
On the substrate 40, a reflecting mirror 52, a mirror 190, and a micro shutter 188 are provided on a substrate 241 made of low quality silicon or the like.
And a plate unit 244 in which a substrate 240 and an IC 203 are formed on a substrate 242 made of high-quality silicon. It is difficult to form the solid-state image sensor 55, the IC 203, and the like unless they are made of high-quality silicon.
According to the optical device 246 of this embodiment, since the plate units 243 and 244, which are optical units, are formed on separate substrates of different quality, the amount of high-quality silicon used can be reduced accordingly, and the cost can be reduced. It is more advantageous. The free-form surface prism 189 is provided with feet 247 and 248. When the feet 247 and 248 are integrated with the plate unit 245, the optical length between the faces can be adjusted to a desired design value. It has become.

【0026】図10は、本発明の第6実施形態を示す図
である。本実施形態の光学装置は、自由曲面プリズム1
89に板状ユニット243と固体撮像素子55とを組合
せてデジタルカメラ用撮像装置を構成している。本実施
形態の光学装置によれば、固体撮像素子55を低品質の
シリコン等からなる基板241から分離して構成したの
で、固体撮像素子55として市販のCCD等を使うこと
ができ、コストを低減することができる。なお、図示し
ていないが、本実施形態の光学装置にさらに別に液晶デ
ィスプレー等を設けて、デジタルカメラのファインダー
として用いるとよい。
FIG. 10 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. The optical device according to the present embodiment includes a free-form surface prism 1
An image pickup device for a digital camera is configured by combining the plate-shaped unit 243 and the solid-state image sensor 55 with the image sensor 89. According to the optical device of the present embodiment, since the solid-state imaging device 55 is separated from the substrate 241 made of low-quality silicon or the like, a commercially available CCD or the like can be used as the solid-state imaging device 55, thereby reducing costs. can do. Although not shown, a liquid crystal display or the like may be further provided in the optical device of the present embodiment to be used as a viewfinder of a digital camera.

【0027】また、本実施形態において反射鏡52とミ
ラー190とマイクロシャッター188とを一枚の基板
上に配置するかわりに、図11に示すように、それぞれ
別体に自由曲面プリズム189の周囲に配置してもよ
い。この場合、反射鏡52、ミラー190、マイクロシ
ャッター188等の光学部品を別個に作ることができる
ので、それらの部品を他製品の部品と共通化することが
可能になる。また、それぞれの光学部品の歩留り(製作
時の合格率)が悪い場合でも、良い部品だけを集めて製
品を作ることができるので、それぞれの光学部品を一枚
の基板上に作る場合と比べて製品としての歩留りを向上
させることができる。
Further, in this embodiment, instead of disposing the reflecting mirror 52, the mirror 190, and the micro shutter 188 on one substrate, as shown in FIG. It may be arranged. In this case, since the optical components such as the reflecting mirror 52, the mirror 190, and the micro shutter 188 can be separately formed, these components can be shared with components of other products. Also, even when the yield of each optical component (pass rate at the time of production) is poor, products can be made by collecting only good components, so that each optical component can be manufactured on a single substrate. The yield as a product can be improved.

【0028】また、図10に示すように、固体撮像素子
55の前面に透過率可変素子の一つである液晶シャッタ
ー249を配置しても良い。この場合、マイクロシャッ
ター188は絞りとして動作させてもよいし、液晶シャ
ッター249と合わせてシャッターとして動作させても
よい。あるいは、マイクロシャッター188を省いて、
液晶シャッター249と固体撮像素子55の素子シャッ
ター機能とでシャッターの動作をさせてもよい。なお、
液晶シャッター249には機械的可動部が無いので、マ
イクロシャッター188を省いた構成とすれば、機械的
な構造を簡単化できる。
As shown in FIG. 10, a liquid crystal shutter 249, which is one of the transmittance variable elements, may be arranged on the front surface of the solid-state image sensor 55. In this case, the micro shutter 188 may operate as an aperture, or may operate as a shutter together with the liquid crystal shutter 249. Alternatively, omit the micro shutter 188 and
The shutter may be operated by the liquid crystal shutter 249 and the element shutter function of the solid-state imaging device 55. In addition,
Since the liquid crystal shutter 249 has no mechanically movable part, the structure without the micro shutter 188 can simplify the mechanical structure.

【0029】図12は、本発明の第7実施形態を示す図
である。本実施形態の光学装置217は、可動光学素子
の一例である足付きレンズ216を設けた構成となって
いる。なお、光学装置217は、足付きレンズ216の
他に、透明基板198に、固体撮像素子55、自由曲面
プリズム189を組合せた構成となっている。足付きレ
ンズ216は、レンズ218の下にフリースペースオプ
ティックス(M. C. Wu, L. -Y. Lin, S-S. Lee, K. S.
J. Pister 著 Sensors and ActuatorsA50 (1995) 127-1
34 等を参照)のマイクロマシン技術等で作った足21
9が付いて構成されている足219は、後述の図17に
示す電極193bに相当する、静電気力でスライドする
電極219b(図13)に接続されており、電極219
bがスライドすることにより、図13に示す角θが変化
するように作られている。足219との交点P1 ,P2
は、角θが変化するとき、透明基板198の表面上を動
くようになっている。そして足付きレンズ216は、足
219の角θを変えてレンズ218と透明基板198と
の距離Zを変えることでピント調整ができるようになっ
ている。なお、図12に示す透明基板198と自由曲面
プリズム189との間には、物体からの光60が点Aに
おいて全反射するように、わずかに空気間隔が設けられ
ている。また、図13は、本実施形態の変形例として足
付きレンズ216と透明基板198と固体撮像素子55
とを組合せてなるシンプルな構成の撮像装置の一例を示
す図である。
FIG. 12 is a view showing a seventh embodiment of the present invention. The optical device 217 of this embodiment has a configuration in which a footed lens 216, which is an example of a movable optical element, is provided. The optical device 217 has a configuration in which a solid-state imaging device 55 and a free-form surface prism 189 are combined with a transparent substrate 198 in addition to the footed lens 216. The footed lens 216 has free space optics (MC Wu, L.-Y. Lin, SS. Lee, KS) below the lens 218.
J. Pister, Sensors and Actuators A50 (1995) 127-1
34 etc.) 21
The foot 219 configured with 9 is connected to an electrode 219b (FIG. 13) that slides by electrostatic force and corresponds to an electrode 193b shown in FIG.
The angle θ shown in FIG. 13 is changed by sliding b. Intersection points P 1 , P 2 with foot 219
Move on the surface of the transparent substrate 198 when the angle θ changes. The lens with foot 216 can be adjusted in focus by changing the angle θ of the foot 219 and changing the distance Z between the lens 218 and the transparent substrate 198. Note that a slight air gap is provided between the transparent substrate 198 and the free-form surface prism 189 shown in FIG. 12 so that the light 60 from the object is totally reflected at the point A. FIG. 13 shows a modified example of the present embodiment, in which the lens with foot 216, the transparent substrate 198, and the solid-state image sensor 55 are used.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an imaging device having a simple configuration obtained by combining the above.

【0030】図14は、本発明の第8実施形態を示す図
である。本実施形態の光学装置は、観察装置の一例とし
て、デジタルカメラのファインダーを構成している。本
実施形態の光学装置は、図12、図13に示す足付きレ
ンズ216のレンズ218をミラー218Bでおきかえ
た足付きミラー216Bを備えた構成となっている。な
お、本実施形態の光学装置は、足付きミラー216Bの
他に、透明基板198とレンズ211とからなる板状ユ
ニット186と、自由曲面プリズム189を備えてい
る。本実施形態の光学装置は、足219をスライドさせ
てミラー218Bと透明基板198との距離Zを変える
ことで視度調整を行なうことができるようになってい
る。
FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention. The optical device according to the present embodiment constitutes a viewfinder of a digital camera as an example of an observation device. The optical device of the present embodiment has a configuration in which a mirror 216B with a foot is provided in which the lens 218 of the lens with foot 216 shown in FIGS. 12 and 13 is replaced with a mirror 218B. The optical device of the present embodiment includes a plate-shaped unit 186 including a transparent substrate 198 and a lens 211, and a free-form surface prism 189, in addition to the foot mirror 216B. The optical device of the present embodiment can adjust the diopter by sliding the foot 219 to change the distance Z between the mirror 218B and the transparent substrate 198.

【0031】図12、図13に示す足付きレンズ216
は、可動光学素子の一つである可動レンズの一例として
用いたものである、可動レンズの他の例としては、静電
レンズがある。図15は、本発明の実施形態に用いる可
動レンズの他の例を示す静電レンズの構成概要図であ
る。静電レンズ220は、レンズ218、電極221,
222、ダンパー223などを備えた構成となってい
る。この静電レンズ220は、電極221と電極222
との間に電圧を掛けることにより、静電気力でレンズ2
18と透明基板198との間の距離を変えてピント合わ
せ、ズーミング等に用いることができるようになってい
る。なおダンパー223は、レンズ218を保持し、か
つレンズ218が移動するときの衝撃を緩和するように
なっている。なお、レンズ218を図16に示すような
ミラー225におきかえて可動ミラー226とし、これ
を本発明の実施形態に用いる可動光学素子としてもよ
い。
The legged lens 216 shown in FIGS.
Is used as an example of a movable lens that is one of the movable optical elements. Another example of the movable lens is an electrostatic lens. FIG. 15 is a schematic configuration diagram of an electrostatic lens showing another example of the movable lens used in the embodiment of the present invention. The electrostatic lens 220 includes a lens 218, an electrode 221,
222, a damper 223, and the like. The electrostatic lens 220 includes an electrode 221 and an electrode 222
By applying a voltage between the lens and the lens
The distance between the transparent substrate 18 and the transparent substrate 198 can be changed for focusing, zooming, and the like. Note that the damper 223 holds the lens 218 and reduces the impact when the lens 218 moves. The lens 218 may be replaced with a mirror 225 as shown in FIG. 16 to form a movable mirror 226, which may be used as a movable optical element used in the embodiment of the present invention.

【0032】図16は、本発明の第9実施形態を示す図
である。本実施形態の光学装置228は、光学特性可変
光学素子の一つである反射鏡52、可動光学素子の一つ
である可動ミラー226、可動光学素子の一つである可
動レンズの一例である自走レンズ227を備えた構成と
なっている。また、光学装置228は、その他にシリコ
ン基板187と自由曲面プリズム189を備えている。
そして光学装置228は、反射鏡52の焦点距離、自走
レンズ227、ミラー225の位置を変えることによっ
てZOOMとフォーカスとを行うことができるようにな
っている。なお、本実施形態に用いる自由曲面プリズム
189を、赤外光を吸収する材料を用いて赤外カット効
果を持たせるようにしてもよい。自走レンズ227は、
図17に示すように、電極193a,193bと、電極
193bに固定されたレンズ218とを備えて構成され
ており、くし状の二つの電極193a,193bの間に
電位差を与えて静電気力で電極193bに固定されたレ
ンズ218を動かすことができるようになっている。
FIG. 16 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention. The optical device 228 according to the present embodiment is an example of a reflecting mirror 52 that is one of the optical characteristic variable optical elements, a movable mirror 226 that is one of the movable optical elements, and a movable lens that is one of the movable optical elements. The configuration includes a running lens 227. The optical device 228 further includes a silicon substrate 187 and a free-form surface prism 189.
The optical device 228 can perform ZOOM and focusing by changing the focal length of the reflecting mirror 52 and the positions of the self-propelled lens 227 and the mirror 225. Note that the free-form surface prism 189 used in the present embodiment may have an infrared cut effect by using a material that absorbs infrared light. Self-propelled lens 227
As shown in FIG. 17, it is configured to include electrodes 193a and 193b and a lens 218 fixed to the electrode 193b, and to apply a potential difference between the two comb-shaped electrodes 193a and 193b to generate electrodes by electrostatic force. The lens 218 fixed to 193b can be moved.

【0033】ところで、近年、デジタルカメラの小型化
が望まれており、特に、薄いカード型のデジタルカメラ
は携帯性に優れ便利である。しかし、図22に示すよう
な従来の光学系と電気系を組合せた撮像装置では小型化
に限界があった。そこで、本発明では、薄いカード型デ
ジタルカメラ等に用いる撮像装置、光学装置を提供する
こともできるようにしている。
In recent years, it has been desired to reduce the size of digital cameras. In particular, thin card-type digital cameras have excellent portability and are convenient. However, there is a limit to miniaturization in a conventional imaging apparatus combining an optical system and an electric system as shown in FIG. Therefore, the present invention can provide an imaging device and an optical device used for a thin card type digital camera and the like.

【0034】図18は、本発明の第10実施形態を示す
図である。本実施形態の光学装置は、板状ユニットに光
学ブロックの一つである自由曲面プリズム230を組合
せた撮像ユニット231を用いてデジタルカメラ232
を構成している。デジタルカメラ232には、その他
に、例えば液晶ディスプレーなどのディスプレー209
が設けられている。そして、本実施形態のデジタルカメ
ラ232は、撮像ユニット231がデジタルカメラ23
2の厚さ方向と平行な方向に位置する物体を撮像するこ
とができるようになっている。図19、図20は、自由
曲面プリズム230の形状を詳しく示した図で、図19
は自由曲面プリズム230を上方からみた図、図20は
自由曲面プリズム230を物体側からみた図である。自
由曲面プリズム230は、物体からの光60を反射面R
1によって反射し、XY平面内で、且つ、反射鏡52に
向かう方向に向きを変え、反射鏡52により反射された
後に、反射面R2で反射されて固体撮像素子55と結像
することができるように形成されている。このように物
体から自由曲面プリズム230に入射する入射光60と
自由曲面プリズム230を出射して固体撮像素子55に
入射する光線mとが捩じれの関係になるように自由曲面
プリズム230の形を作れば、デジタルカメラ232の
厚さを固体撮像素子55の巾Wと同程度に薄型化するこ
とができる。なお、自由曲面プリズム230のかわり
に、固体撮像素子55に入射する光線mと物体からの入
射光60とが捩じれの関係になるように、通常用いるレ
ンズ、プリズム、図2に示す光学ブロック189のよう
な自由曲面プリズム等の光学素子を配置して光学系を形
成してもよい。また、自由曲面プリズム230の光路中
の面に、赤外光をカットする干渉膜233を設けて赤外
光をカットするようにしてもよい。
FIG. 18 is a diagram showing a tenth embodiment of the present invention. The optical apparatus according to the present embodiment uses a digital camera 232 using an imaging unit 231 in which a plate-shaped unit is combined with a free-form surface prism 230 that is one of optical blocks.
Is composed. The digital camera 232 further includes a display 209 such as a liquid crystal display.
Is provided. The digital camera 232 according to the present embodiment includes an imaging unit 231 in which the digital camera 23
2 can capture an object located in a direction parallel to the thickness direction. 19 and 20 are diagrams showing the shape of the free-form surface prism 230 in detail.
Is a view of the free-form surface prism 230 as viewed from above, and FIG. 20 is a view of the free-form surface prism 230 as viewed from the object side. The free-form surface prism 230 transmits the light 60 from the object to the reflection surface R.
1 and changes its direction in the XY plane and in the direction toward the reflecting mirror 52, and after being reflected by the reflecting mirror 52, is reflected by the reflecting surface R2 to form an image with the solid-state imaging device 55. It is formed as follows. In this manner, the shape of the free-form surface prism 230 can be formed so that the incident light 60 entering the free-form surface prism 230 from the object and the light beam m exiting the free-form surface prism 230 and entering the solid-state imaging device 55 have a twisted relationship. For example, the thickness of the digital camera 232 can be made as thin as the width W of the solid-state imaging device 55. Note that, instead of the free-form surface prism 230, a lens and a prism normally used and the optical block 189 shown in FIG. 2 are used so that the light beam m incident on the solid-state imaging device 55 and the incident light 60 from the object have a twisted relationship. An optical system may be formed by arranging such optical elements such as a free-form surface prism. Further, an interference film 233 for cutting infrared light may be provided on a surface in the optical path of the free-form surface prism 230 to cut infrared light.

【0035】図21は本発明の第11実施形態を示す図
である。本実施形態の光学装置は、図18に示すデジタ
ルカメラとは別の一例で、図2に示す小型のデジタルカ
メラ用撮像ユニット180を用いてデジタルカメラ23
4を構成している。そして、本実施形態のデジタルカメ
ラ234は、小型のデジタルカメラ用撮像ユニット18
0がデジタルカメラ234の厚さ方向と直角方向の物体
が撮像できるようになっている。本実施形態のデジタル
カメラ234によれば、小型のデジタルカメラ用撮像ユ
ニット180が、物体からの入射光60とデジタルカメ
ラ234の厚さ方向とが直交するように配置されている
ので、デジタルカメラ234の厚さを薄くすることがで
きる。なお、デジタルカメラの撮像系には、図18,図
21に示す撮像ユニットの他に、本発明の板状ユニッ
ト、装置のいづれを用いてもよい。また、本発明の板状
ユニット、装置は、デジタルカメラ以外、例えばPDA
の光学系、撮像装置に用いてもよい。
FIG. 21 is a view showing an eleventh embodiment of the present invention. The optical device according to the present embodiment is another example different from the digital camera shown in FIG. 18, and uses a small digital camera imaging unit 180 shown in FIG.
4. The digital camera 234 of the present embodiment is a small digital camera imaging unit 18.
0 indicates that an object in the direction perpendicular to the thickness direction of the digital camera 234 can be imaged. According to the digital camera 234 of the present embodiment, since the small digital camera imaging unit 180 is arranged so that the incident light 60 from the object and the thickness direction of the digital camera 234 are orthogonal to each other, the digital camera 234 Can be reduced in thickness. Note that, in addition to the imaging units shown in FIGS. 18 and 21, any of the plate-shaped units and devices of the present invention may be used for the imaging system of the digital camera. Further, the plate-shaped unit and the device of the present invention are not limited to a digital camera, such as a PDA.
May be used for the optical system and the imaging device.

【0036】ところで、近年、電子カメラ、ビデオカメ
ラ等の電子撮像装置が増えてきている。それらは図33
に示すように、固体撮像素子1にレンズ系2を組み合せ
たものがほとんどであった。しかしながら、上記のもの
は構造が複雑なため、部品点数が多く、組み立ても面倒
で、小型化、コストダウンに限界があった。そこで、本
発明では小型でコストの安い電子撮像装置を提供するこ
ともできるようにしている。
In recent years, electronic imaging devices such as electronic cameras and video cameras have been increasing. They are shown in FIG.
In most cases, the solid-state imaging device 1 is combined with the lens system 2 as shown in FIG. However, the above-mentioned structure has a complicated structure, so that the number of parts is large, assembly is troublesome, and there is a limit to downsizing and cost reduction. In view of the above, the present invention can provide a small and inexpensive electronic imaging device.

【0037】上記目的を達成する本発明の光学装置は、
一枚の透明基板の表面に少なくとも撮像素子と光学素子
とを配設し、それ自体で、あるいは別部品を追加するこ
とにより撮像機能を有するようになっている。
The optical device of the present invention that achieves the above object is as follows:
At least an imaging element and an optical element are arranged on the surface of a single transparent substrate, and have an imaging function by itself or by adding another component.

【0038】図23は、本発明の第12実施形態を示す
図である。第12実施形態の撮像装置は、ガラス、結
晶、プラスチック等からなる一枚の透明基板3の両面
に、光学素子である自由曲面4、6、回折光学素子(以
下、DOEという)5を形成し、さらにシリコン薄膜技
術等を用いて固体撮像素子1を形成したものである。こ
れを板状撮像ユニット7と呼ぶ。自由曲面とは、非回転
対称面で構成される面であり、さらに、対称面を一面の
み有するもしくは対称面を有しない曲面である。自由曲
面は、屈折作用、反射作用のいずれにも用いられる。本
実施形態では、図示しない物体からの光7’は自由曲面
4で屈折され、オフアクシス型DOE5で偏向、反射さ
れ、自由曲面6で反射し、固体撮像素子1上に結像す
る。自由曲面4、6、DOE5で収差の補正がなされて
いるので、固体撮像素子1には通常のレンズ系で結像し
たのと同様の良好な画像が入射する。自由曲面4、6は
モールド等の方法で、またDOE5はモールドあるいは
リソグラフィ等の方法で、固体撮像素子1と同時に形成
してもよい。固体撮像素子1は透明基板3の上に直接リ
ソグラフィの手法で形成してもよいが、それが難しい場
合には固体撮像素子1を別個に製作しておきあとで透明
基板3と一体化してもよい。あるいは、図示していない
が、板状撮像ユニット7の外部にレンズ等の部品を追加
し、それらと板状撮像ユニット7とで撮像機能を有する
ように構成してもよい。
FIG. 23 is a diagram showing a twelfth embodiment of the present invention. The imaging apparatus according to the twelfth embodiment has free-form surfaces 4, 6 as optical elements and a diffractive optical element (hereinafter referred to as DOE) 5 formed on both surfaces of a single transparent substrate 3 made of glass, crystal, plastic, or the like. Further, the solid-state imaging device 1 is formed by using a silicon thin film technology or the like. This is called a plate-shaped imaging unit 7. The free-form surface is a surface formed of a non-rotationally symmetric surface, and is a curved surface having only one symmetric surface or having no symmetric surface. The free-form surface is used for both refraction and reflection. In the present embodiment, light 7 ′ from an object (not shown) is refracted by the free-form surface 4, is deflected and reflected by the off-axis DOE 5, is reflected by the free-form surface 6, and forms an image on the solid-state imaging device 1. Since aberrations are corrected by the free-form surfaces 4, 6, and the DOE 5, a good image similar to that formed by a normal lens system enters the solid-state imaging device 1. The free-form surfaces 4 and 6 may be formed simultaneously with the solid-state imaging device 1 by a method such as molding, and the DOE 5 may be formed by a method such as molding or lithography. The solid-state imaging device 1 may be formed directly on the transparent substrate 3 by a lithography method. However, if it is difficult, the solid-state imaging device 1 may be separately manufactured and integrated with the transparent substrate 3 later. Good. Alternatively, although not shown, a component such as a lens may be added to the outside of the plate-like imaging unit 7 so that the plate-like imaging unit 7 and the plate-like imaging unit 7 have an imaging function.

【0039】図24は、本発明の第13実施形態を示す
図である。第13実施形態の光学装置は、第12実施形
態における撮像ユニット7を、TFT液晶ディスプレー
8、周辺回路のIC9、マイクロプロセッサ10と一緒
に透明基板3の上に形成した、携帯情報端末装置用のユ
ニットである。撮像ユニット7にはさらに、メモリ、電
話等の機能をもつIC(LSI)を一緒に形成してもよ
い。また、透明基板3には電子撮像装置のファインダー
11も形成してある。これは、透明基板3上に視野枠を
設けただけの簡単なものでもよいし、図25に示すよう
に透明基板3の両面に凹レンズ12、凸レンズ13を設
け、ガリレオ望遠鏡型のファインダーとしたものなどで
もよい。あるいは、凹レンズ12、凸レンズ13の少な
くとも一方を透明基板3の外部に設け、透明基板3上の
レンズと合わせてファインダーとしてもよい。
FIG. 24 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention. The optical device of the thirteenth embodiment is a portable information terminal device in which the imaging unit 7 of the twelfth embodiment is formed on a transparent substrate 3 together with a TFT liquid crystal display 8, an IC 9 of a peripheral circuit, and a microprocessor 10. Unit. The imaging unit 7 may be further formed with an IC (LSI) having functions such as a memory and a telephone. Further, a finder 11 of an electronic imaging device is also formed on the transparent substrate 3. This may be as simple as providing a field frame on the transparent substrate 3 or as shown in FIG. 25, a concave lens 12 and a convex lens 13 are provided on both sides of the transparent substrate 3 to form a Galileo telescope type finder. And so on. Alternatively, at least one of the concave lens 12 and the convex lens 13 may be provided outside the transparent substrate 3 and combined with the lens on the transparent substrate 3 to form a finder.

【0040】図26は、本発明の第14実施形態を示す
図である。第14実施形態の光学装置は、焦点調整の可
能な板状撮像ユニットである。板状撮像ユニット14で
焦点調節をおこなう場合、図23に示したDOE5、自
由曲面6等の位置を機械的に動かすことは不可能であ
る。そこで、本実施形態の板状撮像ユニット14では、
焦点距離が可変の光学素子15を用いている。図27は
光学素子15の一例を示し、高分子分散液晶16を用い
た可変焦点DOE17である。透明基板18の少なくと
も一方の面に光の波長程度の溝が形成されており、透過
電極19に電圧を加えると液晶分子20の方向は図28
に示すように揃うので、高分子分散液晶16の屈折率は
下がる。一方、電圧を加えなければ液晶分子20の方向
はランダムなので高分子分散液晶16の屈折率は上が
る。したがって、可変焦点DOE17は電圧のON、O
FFで焦点距離を切り替えることができる。高分子分散
液晶16は、液晶分子20に対する重量比をある程度以
上(たとえば25%以上)に大きくすればほぼ固体にな
るので、高分子分散液晶16の右側には基板を設けなく
てもよい。また、図29に示すように高分子分散液晶1
6の右側の面および透明基板18の左側の面を曲面21
にして、レンズ作用、収差補正に用いてもよい。図27
および図29に示した例では、ともに、透明基板18の
右側の面をDOE面でなくフレネル面としてもよい。こ
のときDOE17は可変焦点フレネルレンズとして作用
する。さらに、図54に示すように、透明基板18の右
側の面を通常のレンズのような曲面としてもよい。
FIG. 26 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention. The optical device according to the fourteenth embodiment is a plate-shaped imaging unit capable of adjusting the focus. When the focus is adjusted by the plate-shaped imaging unit 14, it is impossible to mechanically move the positions of the DOE 5, the free-form surface 6, and the like shown in FIG. Therefore, in the plate-shaped imaging unit 14 of the present embodiment,
An optical element 15 having a variable focal length is used. FIG. 27 shows an example of the optical element 15, which is a variable focus DOE 17 using a polymer dispersed liquid crystal 16. On at least one surface of the transparent substrate 18, a groove having a wavelength of light is formed.
, The refractive index of the polymer-dispersed liquid crystal 16 is lowered. On the other hand, if no voltage is applied, the direction of the liquid crystal molecules 20 is random, so that the refractive index of the polymer dispersed liquid crystal 16 increases. Accordingly, the variable focus DOE 17 is turned on and off by the voltage.
The focal length can be switched by the FF. The polymer-dispersed liquid crystal 16 becomes almost solid if the weight ratio to the liquid crystal molecules 20 is increased to a certain level or more (for example, 25% or more). Further, as shown in FIG.
6 and the left surface of the transparent substrate 18 are curved surfaces 21
Then, it may be used for lens action and aberration correction. FIG.
In the example shown in FIG. 29 and FIG. 29, the right surface of the transparent substrate 18 may be a Fresnel surface instead of the DOE surface. At this time, the DOE 17 functions as a variable focus Fresnel lens. Further, as shown in FIG. 54, the right surface of the transparent substrate 18 may be a curved surface like a normal lens.

【0041】また、上述した透明基板3、18には赤外
カットフィルタの効果をもたせてもよい。図30は、本
発明の第15実施形態を示す図である。第15実施形態
の光学装置は、反射型の可変焦点フレネルミラー22を
用いた板状撮像ユニットである。可変焦点フレネルミラ
ー22は、図31に示すように反射面23が設けられて
おり、電圧の可変をスイッチ24の開閉または可変抵抗
25でおこなうことによってフレネル面26の屈折力が
変わるので可変焦点のフレネルミラーとして動作する。
フレネル面26の代わりにDOEとしてもよい。
Further, the above-mentioned transparent substrates 3 and 18 may have an effect of an infrared cut filter. FIG. 30 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention. The optical device according to the fifteenth embodiment is a plate-shaped imaging unit using a reflection type variable focal point Fresnel mirror 22. The varifocal Fresnel mirror 22 is provided with a reflection surface 23 as shown in FIG. 31, and the refractive power of the Fresnel surface 26 is changed by opening / closing a switch 24 or changing the voltage by a variable resistor 25. Operates as a Fresnel mirror.
DOE may be used instead of the Fresnel surface 26.

【0042】なお、上記の実施形態における可変焦点D
OE17、フレネルミラー22は、板状撮像ユニット7
に用いるのみならず、図32に示すように通常の撮像装
置あるいは厚さの異なる光ディスク用の可変焦点レン
ズ、電子内視鏡、TVカメラ、フィルムカメラ等に用い
てもよい。また、用いる液晶としてはトラン系の液晶た
とえば大日本インキDON−605:N−1(日化協月
報1997年2月号p.14〜p.18)等を用いると
光学的異方性が大きく(Δn=0.283;Δnは光学
的異方性を表し、屈折率楕円体の主軸の長さの差であ
る)、液晶の粘性が低く、高速の焦点距離の切り換えが
できなおよい。次に、電子撮像系のひとつである電子内
視鏡あるいはファイバスコープ、硬性鏡等の内視鏡ある
いは工業用検査装置に用いられるライトガイド用の光源
光学系について述べる。
Note that the variable focus D in the above embodiment is
The OE 17 and the Fresnel mirror 22 are used for the plate-shaped imaging unit 7.
As shown in FIG. 32, it may be used for a normal imaging device or a variable focus lens for an optical disk having a different thickness, an electronic endoscope, a TV camera, a film camera, or the like. Further, when a tolan-based liquid crystal such as Dai Nippon Ink DON-605: N-1 (JCIA February 1997, p.14 to p.18) is used as the liquid crystal, the optical anisotropy becomes large. (Δn = 0.283; Δn represents optical anisotropy and is the difference between the lengths of the main axes of the refractive index ellipsoids), the viscosity of the liquid crystal is low, and the switching of the focal length at a high speed is more preferable. Next, a light source optical system for a light guide used in an endoscope such as an electronic endoscope or a fiberscope, a rigid scope, or an industrial inspection device, which is one of the electronic imaging systems, will be described.

【0043】従来技術では図34に示すように、ライト
ガイド31の手前に非球面レンズ32があり、ランプ3
3からの光をライトガイド31の端面に集めるようにな
っている。ランプ33はランプ以外の光源たとえば半導
体レーザ等でもよい。ライトガイド31の入射面の法線
に対して入射光がなす角をθとし、入射光強度をIとす
ると、θとIとの関係は図35に示すようになる。Iの
値はθに対してほぼ一定値を保っておりθL のところで
光線がなくなるので0になる。入射光束の立体角を考え
れば入射光エネルギーが最大となるのはθ=θL の近傍
である。したがってライトガイド31は入射角θL の光
を伝達できるよう、 NA ≧ θL ・・・(3) を満たすことが必要であった。しかし、NAを大きくす
るにつれてライトガイドのガラスが黄色に着色し、色再
現の低下、伝送光量の低下を生ずる欠点があった。
In the prior art, as shown in FIG. 34, an aspheric lens 32
The light from 3 is collected on the end face of the light guide 31. The lamp 33 may be a light source other than the lamp, for example, a semiconductor laser. Assuming that the angle formed by the incident light with respect to the normal to the incident surface of the light guide 31 is θ and the incident light intensity is I, the relationship between θ and I is as shown in FIG. The value of I keeps a substantially constant value with respect to θ, and becomes 0 because there is no light beam at θL. Considering the solid angle of the incident light beam, the maximum incident light energy is near θ = θL. Therefore, the light guide 31 needs to satisfy NA ≧ θL (3) so that the light having the incident angle θL can be transmitted. However, as the NA is increased, the glass of the light guide is colored yellow, which causes a problem that color reproduction and transmission light amount are reduced.

【0044】以下、上記の従来技術の問題点を解決し得
る光源光学系について説明する。第1の例は、図36に
示すように、DCCレンズ34を配設し、ランプ33か
らの光束のうち中心と周辺とをDCCレンズ34の側面
34’での全反射により反転させ、集光レンズ35に入
射させるものである。なおDCCレンズ34とは、K.Ko
no et al.:Opt. Rev. 4(1997)423. に説明があるとお
り、両端が円錐形にへこみ側面が光を反射する円筒状の
光学素子であり、入射光を側面34’にて全反射させる
かあるいは側面に金属膜を付けて反射させ、入射光束の
うち中心の光線aと周辺の光線bとを反転し、集光レン
ズ35の周辺に光線aが、集光レンズ35の中心に光線
bが入射するようにする。このようにすると、θとIと
の関係は図37に示すように、中心では高く(理論的に
は無限大)周辺では低く(理論的には0)なるので、N
Aの小さいライトガイドでも大量の光量を伝送でき、前
述の問題点が解消する。なお、DCCレンズ34はガラ
ス、プラスチック、ゴム等の透明物質の成形あるいは研
削で作ることができる。図36に示した形状のDCC3
4が加工しにくい場合は、図38に示すように、二つの
部材36、37に分割して作ってもよく、とくに同形の
二つの部材に分割して作れば型が共有できコスト的に有
利である。
Hereinafter, a light source optical system capable of solving the above-mentioned problems of the prior art will be described. In the first example, as shown in FIG. 36, a DCC lens 34 is provided, and the center and the periphery of the light beam from the lamp 33 are inverted by total reflection on the side surface 34 'of the DCC lens 34 to collect light. The light is incident on the lens 35. The DCC lens 34 is a K.Ko
no et al .: Opt. Rev. 4 (1997) 423. As described in 423., both ends are conical dents and the side is a cylindrical optical element that reflects light. The light is reflected or reflected by attaching a metal film to the side surface, and the central ray a and the peripheral ray b of the incident light beam are inverted. The light beam b is made incident. In this case, as shown in FIG. 37, the relationship between θ and I is high at the center (theoretical infinity) and low at the periphery (theoretical 0).
A large amount of light can be transmitted even with a light guide having a small A, and the above-mentioned problem is solved. The DCC lens 34 can be formed by molding or grinding a transparent substance such as glass, plastic, rubber, or the like. DCC3 of the shape shown in FIG.
If it is difficult to machine the member 4, it may be divided into two members 36 and 37 as shown in FIG. 38. In particular, if the member is divided into two members having the same shape, the mold can be shared and the cost is advantageous. It is.

【0045】DCCレンズの設計例を以下に示す。図3
9に示すように、DCCレンズ34の中心厚をt、屈折
率をn、入射光束高(=射出光束高)をh、DCCレン
ズの頂角の1/2をα、φを下記式(5)で定義する
と、 t={1−cot α・cot (α+φ)}・h/cot (α+φ) ・・・(4) sin φ=cos α/n ・・・(5) の関係がある。ここで、n=1.53、h=12.7m
m、α=45°とすると、φ=27.527°、t=2
7.645mmとなるが、DCCレンズ34の直径Dを、
やや余裕をみて30mmとすると、tは下記式(6)の
t’ほど大きくする必要がある。
A design example of a DCC lens is shown below. FIG.
As shown in FIG. 9, the center thickness of the DCC lens 34 is t, the refractive index is n, the incident light flux height (= emission light flux height) is h, 1/2 of the apex angle of the DCC lens is α, and φ is the following equation (5). ), T = {1−cot α · cot (α + φ)} · h / cot (α + φ) (4) sin φ = cos α / n (5) Here, n = 1.53, h = 12.7m
If m and α = 45 °, φ = 27.527 ° and t = 2
7.645 mm, but the diameter D of the DCC lens 34 is
Assuming a margin of 30 mm, t needs to be as large as t 'in the following equation (6).

【0046】 t’=(D/2−h)・tan (90°−α−φ) ・・・(6) したがって、t=28.369mmとするのがよい。一
方、Dを2hより大きくしすぎるとコスト的に不利で、 D≦3h+5 ・・・(7) を満足させるのがよい。したがってtは、下記条件
(8)を満たすように決めるのがよい。
T ′ = (D / 2−h) · tan (90 ° −α−φ) (6) Therefore, it is preferable that t = 28.369 mm. On the other hand, if D is larger than 2h, it is disadvantageous in terms of cost, and it is preferable to satisfy D ≦ 3h + 5 (7). Therefore, t is preferably determined so as to satisfy the following condition (8).

【0047】 0.6×{(1−cot α・cot (α+φ)/cot (α+φ)}×h≦t≦ {(1−cot α・cot (α+φ))/cot (α+φ)}×h+5(D/2−h) ・cot (α+φ) ・・・(8) 条件(8)の下限を下回ると光源中心付近の光束のケラ
レが生じ損であり、上限を上回ると光源周辺の光束のケ
ラレが生じ損である。以上のように、DCCレンズの中
心厚tは上記条件(5)、(8)を満たすように決める
とよい。なお、図38に示したようにDCCレンズ34
を二つに分割して製作した場合でも、その中心厚tとし
て36と37のそれぞれの中心厚の和をとれば上記条件
(5)、(7)、(8)を適用できる。また、図40に
示すようにランプ33の中心部のフィラメントが原因で
ランプ33からの射出光束の中心部が黒く抜けてしまう
場合がある。つまり、直径dの斜線部の光エネルギーが
ないのである。しかし、この場合もDCCレンズ34に
よって射出光束の黒い抜けをなくすことができる。
0.6 × {(1-cot α · cot (α + φ) / cot (α + φ)} × h ≦ t ≦ {(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h + 5 ( D / 2-h) · cot (α + φ) (8) If the value falls below the lower limit of the condition (8), vignetting of the light beam near the center of the light source occurs. If the value exceeds the upper limit, vignetting of the light beam around the light source occurs. As described above, the center thickness t of the DCC lens may be determined so as to satisfy the above conditions (5) and (8), as shown in FIG.
Is divided into two, the above conditions (5), (7), and (8) can be applied if the sum of the respective center thicknesses of 36 and 37 is taken as the center thickness t. Also, as shown in FIG. 40, the central portion of the light beam emitted from the lamp 33 may be blackened due to the filament at the central portion of the lamp 33. That is, there is no light energy in the hatched portion having the diameter d. However, also in this case, the DCC lens 34 can eliminate black spots in the emitted light beam.

【0048】第2の例は、図41に示すように、DCC
レンズを二つに分割した一方の部材38を凸レンズ作用
をもつ曲面としたものである。この場合は集光レンズを
省略できるのでコスト低減ができるメリットがある。部
材38の断面の凸カーブ38’の半径をR、省略する集
光レンズの焦点距離をf、部材38の屈折率をnとする
と、 1/f≒(n−1)/R ・・・(9) を満たすようにRを決めればよい。本実施形態において
も部材36、38を一体とする形状にしてもよい。ま
た、同様にランプ33からの射出光束が平行光束でない
場合は部材36の入射面36’の断面形状を曲面にし
て、部材36内を通る光束が平行光束になるようにして
もよい。上記の他、部材36の射出面、部材38の入射
面をそれぞれ曲面とすることも可能である。
In the second example, as shown in FIG.
One of the members 38 obtained by dividing the lens into two is a curved surface having a convex lens function. In this case, since the condenser lens can be omitted, there is an advantage that the cost can be reduced. Assuming that the radius of the convex curve 38 'of the cross section of the member 38 is R, the focal length of the omitted condenser lens is f, and the refractive index of the member 38 is n, 1 / f ≒ (n-1) / R (1) 9) R may be determined so as to satisfy Also in the present embodiment, the members 36 and 38 may be formed into an integral shape. Similarly, when the light beam emitted from the lamp 33 is not a parallel light beam, the cross-sectional shape of the incident surface 36 'of the member 36 may be curved so that the light beam passing through the member 36 becomes a parallel light beam. In addition to the above, the exit surface of the member 36 and the entrance surface of the member 38 may be curved surfaces.

【0049】以上に説明した光源光学系によれば、NA
が比較的小さく着色の少ないライトガイドでも大量の光
量を伝送できる。次に、微小レンズを基板上に整列させ
る方法について述ペる。
According to the light source optical system described above, the NA
However, a large amount of light can be transmitted even with a light guide that is relatively small and less colored. Next, a method for aligning the microlenses on the substrate will be described.

【0050】内視鏡などに用いられるライトガイド用の
光源装置において、一般的には図42に示すように、ラ
イトガイド104の端面に凹レンズ100を配置する光
学系が知られている。また、ライトガイド光学系を大き
くすることなく配光特性を向上させる方法として、従来
技術では図43に示すように、球状レンズ101を基板
102上に2次元的にアレイ状に並べた球状レンズアレ
イ103をライトガイド104の端面に設ける方法が考
えられている。良好な配光特性を得るには、図44に示
すように、球状レンズ101が稠密に並んでいることが
望ましい。しかしここで用いられる球状レンズは数μm
程度であり、このような微粒子を稠密に整列させる手段
として重力を利用する方法が考えられるが、直径1μm
〜数十μm程度の微粒子を重力を用いて2次元的に規則
正しく整列させるのは極めて困難である。また、工業的
に量産を考えると、短時間で比較的面積の大きな基板に
形成させる必要が生ずる。
In a light guide device for a light guide used for an endoscope or the like, an optical system in which a concave lens 100 is arranged on an end face of a light guide 104 as shown in FIG. 42 is generally known. As a method for improving the light distribution characteristics without increasing the size of the light guide optical system, in the related art, as shown in FIG. 43, a spherical lens array in which spherical lenses 101 are two-dimensionally arranged on a substrate 102 is arranged. A method of providing the light guide 103 on the end face of the light guide 104 has been considered. To obtain good light distribution characteristics, it is desirable that the spherical lenses 101 are densely arranged as shown in FIG. However, the spherical lens used here is several μm
As a means for densely arranging such fine particles, a method using gravity can be considered.
It is extremely difficult to regularly align fine particles of about to several tens of μm two-dimensionally using gravity. In addition, when mass production is considered industrially, it is necessary to form a substrate having a relatively large area in a short time.

【0051】以下、上記の従来技術の問題点を解決し得
る方法について説明する。球状部材を分散させた液体中
に基板を入れ、基板を液体から引き上げる際、境界付近
では液体の表面張力と液体の蒸発に伴う流れが発生し微
粒子が基板上に結晶状に整列する、自己集積現象が知ら
れている(K.Nagayama ed.:"Protein Array -An Altern
ative Biomolecular System", Adv. Biophys.(Tokyo) 3
4(1997),Japan Scientific Soc.Press )。第1の例
は、微小レンズを基板上に整列させる手段としてこの自
己集積現象を利用するものである。図45に示すよう
に、微小球状レンズ101を分散させた液体105の中
に、基板102となる部材を浸し、基板102を垂直ま
たは水平に引き上げ液体を蒸発させることによって、微
小球状レンズ101を基板102上に稠密に整列させ、
球状レンズアレイを製作することができる。
Hereinafter, a method capable of solving the above-mentioned problems of the prior art will be described. When a substrate is placed in a liquid in which a spherical member is dispersed and the substrate is lifted from the liquid, a flow occurs due to the surface tension of the liquid and the evaporation of the liquid near the boundary, and the fine particles are aligned in a crystalline form on the substrate. The phenomenon is known (K. Nagayama ed.:"Protein Array -An Altern
ative Biomolecular System ", Adv. Biophys. (Tokyo) 3
4 (1997), Japan Scientific Soc. Press). The first example utilizes this self-integration phenomenon as means for aligning the microlenses on the substrate. As shown in FIG. 45, the member to be the substrate 102 is immersed in the liquid 105 in which the microspherical lens 101 is dispersed, and the substrate 102 is vertically or horizontally pulled up and the liquid is evaporated, so that the microspherical lens 101 is Densely aligned on 102,
A spherical lens array can be made.

【0052】第2の例は、図46に示すように、基板1
02上に球状レンズ101を分布させ、基板102を振
動させることにより、球状レンズ101を基板102に
整列させることができる。
In the second example, as shown in FIG.
By distributing the spherical lenses 101 on the substrate 02 and vibrating the substrate 102, the spherical lenses 101 can be aligned with the substrate 102.

【0053】以上に説明した方法により整列させた球状
レンズを接着剤等で固定すれば、規則正しく並んだ球状
レンズアレイを容易に製作できる。特に、比較的広い面
積の基板でも容易に製作でき工業的にもメリットがあ
る。
If the spherical lenses aligned by the above-described method are fixed with an adhesive or the like, a regularly arranged spherical lens array can be easily manufactured. In particular, a substrate having a relatively large area can be easily manufactured, which is industrially advantageous.

【0054】また、図47に示すように球状レンズアレ
イ103を2層にすると、さらに配光特性が向上する。
図48は、光源装置の配光特性すなわち射出光の角度θ
に対する強度Iの分布を示す。実線はライトガイド10
4の端面に凹レンズを配置した場合、破線は上記第1、
第2の例の単層レンズアレイを配置した場合、一点鎖線
は図47に示した2層レンズアレイを配置した場合を示
し、2層レンズアレイを配置した場合は配光特性が向上
している。
When the spherical lens array 103 has two layers as shown in FIG. 47, the light distribution characteristics are further improved.
FIG. 48 shows the light distribution characteristics of the light source device, that is, the angle θ of the emitted light.
3 shows the distribution of the intensity I with respect to. Solid line is light guide 10
In the case where a concave lens is arranged on the end face of No. 4, the broken line indicates the first,
When the single-layer lens array of the second example is arranged, the dashed line indicates the case where the two-layer lens array shown in FIG. 47 is arranged, and when the two-layer lens array is arranged, the light distribution characteristics are improved. .

【0055】また、本手法で製作された球状レンズアレ
イは、図49に示すように、液晶表示素子のバックライ
トの集光にも適用できる。本図において、バックライト
109からの光束は球状レンズアレイ103を透過し液
晶表示素子110を照明する。これによってバックライ
ト109からの光を効率よく集光でき、明るい液晶表示
素子を実現できる。
Further, as shown in FIG. 49, the spherical lens array manufactured by the present method can be applied to light collection of a backlight of a liquid crystal display element. In this figure, a light beam from a backlight 109 passes through a spherical lens array 103 and illuminates a liquid crystal display element 110. Thus, light from the backlight 109 can be efficiently collected, and a bright liquid crystal display device can be realized.

【0056】さらに、図50に示すように、CCDなど
の撮像素子111の直前に本手法で製作した球状レンズ
アレイ103を設けることによって、撮像素子の開口効
率が大幅に向上する。
Further, as shown in FIG. 50, by providing the spherical lens array 103 manufactured by this method immediately before the image pickup device 111 such as a CCD, the aperture efficiency of the image pickup device is greatly improved.

【0057】なお、基板上に整列した微小粒子を固定す
る方法としては、図51に示すように、接着剤113の
使用が考えられるが、粘性の高い接着剤を使用すると整
列した粒子の配列が乱れるおそれがある。また、接着剤
自体の化学的変化により、透過率が低下するおそれがあ
る。特に医療用内視鏡の場合、高温での滅菌作業が不可
欠なので接着剤を用いない方法が望ましい。そこで、図
52に示すように、もう1枚の基材112を用いて挟
み、両端を封止する方法が考えられる。さらに、図53
に示すように、基板または球状レンズを加熱することに
より溶かし、互いに固定させることもできる。
As a method of fixing the aligned fine particles on the substrate, as shown in FIG. 51, the use of an adhesive 113 can be considered. However, if a highly viscous adhesive is used, the arrangement of the aligned particles can be reduced. There is a risk of being disturbed. Further, the transmittance may decrease due to a chemical change of the adhesive itself. Particularly in the case of a medical endoscope, a sterilization operation at a high temperature is indispensable, so a method using no adhesive is desirable. Therefore, as shown in FIG. 52, a method of sandwiching the other base material 112 and sealing both ends is conceivable. Further, FIG.
As shown in (1), the substrate or the spherical lens can be melted by heating and fixed to each other.

【0058】以上に説明した方法によれば、微小な球状
レンズを基板上に容易に稠密に並べることができ、内視
鏡先端部の小型化、液晶表示素子の明るいバックライ
ト、固体撮像素子の集光効率の向上等を実現することが
できる。
According to the method described above, minute spherical lenses can be easily and densely arranged on a substrate, the endoscope end can be reduced in size, a bright backlight of a liquid crystal display device, and a solid-state imaging device can be used. It is possible to improve the light collection efficiency and the like.

【0059】以上説明したように、本発明による光学装
置、撮像装置、表示装置、結像装置等は、以下の付記に
示す特徴を備えていることが好ましい。付記
As described above, it is preferable that the optical device, the image pickup device, the display device, the image forming device and the like according to the present invention have the following features. Note

【0060】1.一枚の基板に光学素子、シャッター、
絞り等のうちの二つ以上を配設した光学装置。
1. Optical element, shutter,
An optical device provided with two or more of the apertures and the like.

【0061】2.前記光学素子が、光学特性可変光学素
子であることを特徴とする請求項1ないし請求項3、付
記項1のいづれかに記載の光学装置。
[0061] 2. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element is an optical characteristic variable optical element.

【0062】3.前記光学特性可変光学素子が、可変焦
点光学素子であることを特徴とする付記項2に記載の光
学装置。
3. 3. The optical device according to claim 2, wherein the optical characteristic variable optical element is a variable focus optical element.

【0063】4.前記光学特性可変光学素子が、可変焦
点ミラーであることを特徴とする付記項2に記載の光学
装置。
4. 3. The optical device according to claim 2, wherein the optical characteristic variable optical element is a variable focus mirror.

【0064】5.前記光学素子が、可動光学素子である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3、付記項1の
いづれかに記載の光学装置。
5. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element is a movable optical element.

【0065】6.前記光学素子が、薄膜レンズ技術を用
いて作られたことを特徴とする請求項1ないし請求項
3、付記項1のいづれかに記載の光学装置。
6. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element is made by using a thin film lens technique.

【0066】7.前記光学素子が、ミラーであることを
特徴とする請求項1ないし請求項3、付記項1のいづれ
かに記載の光学装置。
7. The optical device according to claim 1, wherein the optical element is a mirror.

【0067】8.前記光学素子が、赤外光カット機能を
有することを特徴とする請求項1ないし請求項3、付記
項1のいづれかに記載の光学装置。
8. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element has an infrared light cut function.

【0068】9.シリコン基板上に形成したことを特徴
とする請求項1ないし請求項3、付記項1ないし付記項
8のいづれかに記載の光学装置。
9. 9. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is formed on a silicon substrate.

【0069】10.前記基板が透明であることを特徴と
する請求項1ないし請求項3、付記項1ないし付記項8
のいづれかに記載の光学装置。
10. The said board | substrate is transparent, The claim 1 thru | or claim 8 characterized by the above-mentioned.
An optical device according to any one of the preceding claims.

【0070】11.前記基板が赤外光除去機能を有する
ことを特徴とする付記項10に記載の光学装置。
11. The optical device according to claim 10, wherein the substrate has an infrared light removing function.

【0071】12.前記基板の少なくとも一部が不透明
であることを特徴とする請求項1ないし請求項3、付記
項1ないし付記項11のいづれかに記載の光学装置。
12. The optical device according to claim 1, wherein at least a part of the substrate is opaque.

【0072】13.前記光学装置を製作するのにリソグ
ラフィープロセスを用いる請求項1ないし請求項3、付
記項1ないし付記項12のいづれかに記載の光学装置。
13. 13. The optical device according to claim 1, wherein a lithography process is used to manufacture the optical device.

【0073】14.各種ICまたはLSIを含む請求項
1ないし請求項3、付記項1ないし付記項13のいづれ
かに記載の光学装置。
14. 14. The optical device according to claim 1, wherein the optical device includes various ICs or LSIs.

【0074】15.光学ブロックと前記光学装置とを備
えた請求項1ないし請求項3、付記項1ないし付記項1
4のいづれかに記載の装置。
15. 4. An optical system according to claim 1, further comprising an optical block and said optical device.
An apparatus according to any of the preceding claims.

【0075】16.光学素子と光学ブロックと前記光学
装置とを備えた請求項1ないし請求項3、付記項1ない
し付記項15のいづれかに記載の装置。
16. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an optical element, an optical block, and the optical device.

【0076】17.前記光学ブロックが赤外光カット機
能を有する付記項15または付記項16に記載の装置。
17. 17. The apparatus according to claim 15, wherein the optical block has an infrared light cutting function.

【0077】18.請求項1ないし請求項3、付記項1
ないし付記項8、付記項14のいづれかに記載の光学装
置と付記項10ないし付記項12のいづれかに記載の透
明な光学装置を組み合わせた装置。
18. Claims 1 to 3 and additional claim 1
An apparatus in which the optical device according to any one of the additional items 8 and 14 is combined with the transparent optical device according to any one of the additional items 10 to 12.

【0078】19.光学素子、シャッター、絞り、表示
素子、撮像素子の一つ以上と光学ブロックとを備えた光
学装置。
19. An optical device comprising at least one of an optical element, a shutter, an aperture, a display element, and an image sensor, and an optical block.

【0079】20.光学素子、シャッター、絞り、表示
素子、撮像素子の二つ以上と光学ブロックとを備えた光
学装置。
20. An optical device including two or more of an optical element, a shutter, an aperture, a display element, and an image sensor, and an optical block.

【0080】21.光学ブロックの複数の面に対向して
光学素子、シャッター、絞り、表示素子、撮像素子のう
ちの二つ以上を配置した光学装置。
21. An optical device in which two or more of an optical element, a shutter, an aperture, a display element, and an image pickup element are arranged to face a plurality of surfaces of an optical block.

【0081】22.光学特性可変光学素子または可動光
学素子を少なくとも一つ含み、ZOOMを行う請求項1
ないし請求項3、付記項1ないし付記項14のいづれか
に記載の光学装置または付記項15ないし付記項18の
いづれかに記載の装置を含む光学装置。
22. The ZOOM is performed by including at least one optical element having a variable optical property or a movable optical element.
20. An optical device comprising the optical device according to any one of the additional items 1 to 14, or the optical device according to any one of the additional items 15 to 18.

【0082】23.請求項1ないし請求項3、付記項1
ないし付記項22のいづれかに記載の装置を備えた撮像
装置。
23. Claims 1 to 3 and additional claim 1
23. An imaging device comprising the device according to any one of additional items 22.

【0083】24.請求項1ないし3、付記項1ないし
付記項22のいづれかに記載の装置を備えた結像装置。
24. An imaging apparatus comprising the apparatus according to any one of claims 1 to 3 and 1 to 22.

【0084】25.撮像または観察方向と、撮像素子ま
たは眼に入射する光線とが捩じれの関係にある光学装
置。
25. An optical device in which an imaging or observation direction and a light beam incident on an imaging element or an eye are in a torsional relationship.

【0085】26.撮像または観察方向と、撮像素子ま
たは眼に入射する光線とが捩じれの関係にある光学装置
を用いた撮像装置。
26. An imaging apparatus using an optical device in which an imaging or observation direction and a light beam incident on an imaging element or an eye are in a torsion relationship.

【0086】27.撮像または観察方向と、撮像素子ま
たは眼に入射する光線とが捩じれの関係にある、請求項
1ないし請求項3、付記項1ないし付記項14のいづれ
かに記載の光学装置または付記項15ないし付記項22
のいづれかに記載の装置を含む光学装置。
27. The optical device according to any one of claims 1 to 3, and the additional items (1) to (14), wherein the imaging or observation direction and the light beam incident on the image sensor or the eye are in a torsional relationship. Item 22
An optical device comprising the device of any of the preceding claims.

【0087】28.自由曲面プリズムに入射する光線
と、自由曲面プリズムを出射する光線とが捩じれの関係
にある自由曲面プリズムを備えた光学装置。
28. An optical device including a free-form surface prism in which a light beam entering the free-form surface prism and a light beam exiting the free-form surface prism are in a torsional relationship.

【0088】29.請求項1ないし請求項3、付記項1
ないし付記項14のいづれかに記載の光学装置または付
記項15ないし付記項22のいづれかに記載の装置を含
む、付記項28に記載の光学装置。
29. Claims 1 to 3 and additional claim 1
29. The optical device according to attachment 28, comprising the optical device according to any one of attachments 14 to 14 or the device according to any one of attachments 15 to 22.

【0089】30.撮像または観察方向が厚さ方向とほ
ぼ直角であることを特徴とする請求項1ないし請求項
3、付記項1ないし付記項14のいづれかに記載の光学
装置または付記項15ないし付記項22のいづれかに記
載の装置または付記項29に記載の光学装置を含む撮像
装置。
30. The optical device according to any one of claims 1 to 3, and the optical device or any one of the additional items 15 to 22, wherein the imaging or observation direction is substantially perpendicular to the thickness direction. 30. An imaging device including the device according to item 30 or the optical device according to item 29.

【0090】31.撮像または観察方向が厚さ方向とほ
ぼ平行であることを特徴とする請求項1ないし請求項
3、付記項1ないし付記項14のいづれかに記載の光学
装置または付記項15ないし付記項22、付記項25、
付記項28のいづれかに記載の装置を含む撮像装置。
31. 15. The optical device according to claim 1, wherein an imaging or observation direction is substantially parallel to the thickness direction, or the optical device according to any one of the additional items 1 to 14, or the additional items 15 to 22, and the additional device. Item 25,
An imaging device including the device according to any one of additional items 28.

【0091】32.製作プロセスにリソグラフィープロ
セスを含む、光学素子とアクチュエーターとからなる可
動光学素子。
32. A movable optical element including an optical element and an actuator, including a lithography process in a manufacturing process.

【0092】33.付記項32に記載の足つき光学素
子。
33. 33. An optical element with foot according to attachment 32.

【0093】34.付記項32に記載の静電光学素子。34. Item 33. The electrostatic optical element according to additional item 32.

【0094】35.付記項32に記載の自走光学素子。35. 33. The self-propelled optical element according to additional item 32.

【0095】36.フォーカスまたはズームを行う付記
項32に記載の可動光学素子を備えた光学装置。
36. 33. An optical device comprising the movable optical element according to additional item 32 for performing focus or zoom.

【0096】37.静電気力又は電磁力によって駆動さ
れるリソグラフィープロセスを含む加工法で製作された
絞り。
37. A diaphragm manufactured by a processing method including a lithography process driven by electrostatic force or electromagnetic force.

【0097】38.静電気力又は電磁力によって駆動さ
れるリソグラフィープロセスを含む加工法で製作された
シャッター。
38. A shutter manufactured by a processing method including a lithography process driven by electrostatic force or electromagnetic force.

【0098】39.静電気力又は電磁力によって駆動さ
れるリソグラフィープロセスを含む加工法で製作された
絞りと兼用のシャッター。
39. A shutter that is also used as a diaphragm manufactured by a processing method including a lithography process driven by electrostatic force or electromagnetic force.

【0099】40.固体撮像素子の素子シャッター機能
を用いる撮像装置。
40. An imaging device using an element shutter function of a solid-state imaging device.

【0100】41.透過率可変素子を備えた付記項40
に記載の撮像装置。
41. Item 40 having a variable transmittance element
An imaging device according to claim 1.

【0101】42.請求項1ないし請求項3、付記項1
ないし付記項37、付記項40に記載の撮像装置。
42. Claims 1 to 3 and additional claim 1
40. The imaging device according to claim 37 or 40.

【0102】43.基板が不透明である。(遮光効果が
あり、フレア、ゴーストを抑制できる。)
43. The substrate is opaque. (It has a light shielding effect and can suppress flare and ghost.)

【0103】44.基板が、光路上は透明であり、光路
外の少なくとも一部に遮光手段を設けている。(基板を
介して光学系を構成できるため薄型化できる。且つフレ
ア、ゴーストを抑えられる。)
44. The substrate is transparent on the optical path, and the light shielding means is provided at least partially outside the optical path. (Because the optical system can be configured via the substrate, the thickness can be reduced, and flare and ghost can be suppressed.)

【0104】45.基板の一方の面に光学素子と撮像素
子を並列させて配置した。
45. An optical element and an image sensor were arranged in parallel on one surface of the substrate.

【0105】46.基板の一方の面に光学素子と表示素
子を並列させて配置した。
46. The optical element and the display element were arranged in parallel on one surface of the substrate.

【0106】47.基板の一方の面に複数の光学手段を
並列させて配置した。(光学系、装置全体を薄型化でき
る。)
47. A plurality of optical means were arranged in parallel on one surface of the substrate. (The optical system and the entire device can be made thinner.)

【0107】48.基板が透明であり、一部に内面反射
面を有する。(基板中で光路を折り返せるので、光学系
全体の薄型化がはかれる。)
48. The substrate is transparent and partially has an internal reflection surface. (Because the optical path can be folded back in the substrate, the overall optical system can be made thinner.)

【0108】49.光学素子と撮像素子とが互いに偏心
している。
49. The optical element and the image sensor are eccentric to each other.

【0109】50.基板が透明のほぼ平行平面板であ
り、且つ面の一部が曲面にて構成された光学面である。
50. The substrate is a transparent substantially parallel flat plate, and a part of the surface is an optical surface constituted by a curved surface.

【0110】51.主光線または光軸が屈曲している。51. The principal ray or optical axis is bent.

【0111】52.一枚の基板上に光学素子、シャッタ
ー、絞り、表示素子、撮像素子のうち複数を非共軸に配
置した光学装置。
52. An optical device in which a plurality of optical elements, a shutter, an aperture, a display element, and an imaging element are non-coaxially arranged on a single substrate.

【0112】53.一枚の基板上に光学素子、シャッタ
ー、絞り、表示素子の少なくともいづれかの素子と、前
記素子とは非共軸の撮像素子とを配置した光学装置。
53. An optical device in which at least one of an optical element, a shutter, an aperture, and a display element and an imaging element that is not coaxial with the element are arranged on one substrate.

【0113】54.光学特性可変光学素子を基板上に配
すると共に、上記基板上に更に、表示素子、撮像素子、
他の光学素子のうち何れかを配置した光学装置。
54. Along with disposing the optical characteristic variable optical element on the substrate, further on the substrate, a display element, an imaging element,
An optical device in which any one of the other optical elements is arranged.

【0114】55.可動光学素子を基板上に配すると共
に、上記基板上に更に、表示素子、撮像素子、他の光学
素子のうち何れかを配置した光学装置。
55. An optical device in which a movable optical element is disposed on a substrate and any one of a display element, an imaging element, and another optical element is further disposed on the substrate.

【0115】56.反射面を有する基板上に更に、表示
素子、撮像素子、他の光学素子のうち何れかを配置した
光学装置。
56. An optical device in which one of a display element, an imaging element, and another optical element is further disposed on a substrate having a reflective surface.

【0116】57.赤外カットフィルターを有する基板
上に更に、表示素子、撮像素子、他の光学素子のうち何
れかを配置した光学装置。
57. An optical device in which any one of a display element, an imaging element, and another optical element is further disposed on a substrate having an infrared cut filter.

【0117】58.一枚の透明基板の表面に少なくとも
撮像素子と光学素子とを配設し、撮像機能を有すること
を特徴とする板状撮像ユニット。
58. A plate-shaped imaging unit, wherein at least an imaging element and an optical element are arranged on a surface of a single transparent substrate and have an imaging function.

【0118】59.一枚の透明基板の表面に、撮像素子
と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面の
うちの一つ以上とを配設し、撮像機能を有することを特
徴とする板状撮像ユニット。
59. What is claimed is: 1. A plate-shaped imaging unit, comprising: an imaging element, at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free-form surface provided on a surface of a single transparent substrate, and having an imaging function.

【0119】60.一枚の透明基板の表面に、ファイン
ダーと撮像素子と、少なくとも回折光学素子と曲面レン
ズと自由曲面のうちの一つ以上とを配設し、撮像機能を
有することを特徴とする板状撮像ユニット。
60. A plate-shaped imaging unit having a finder, an imaging element, and at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free-form surface disposed on a surface of a single transparent substrate and having an imaging function. .

【0120】61.一枚の透明基板の表面に、撮像素子
と表示装置と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと
自由曲面とファインダーのうち一つ以上とを配設し、撮
像機能を有することを特徴とする板状撮像ユニット。
61. A plate-shaped plate having an imaging function on a surface of a single transparent substrate, having at least one of an imaging element, a display device, and at least one of a diffractive optical element, a curved lens, a free-form surface, and a finder. Imaging unit.

【0121】62.製作段階でリソグラフィープロセス
を用いることを特徴とする、付記項58ないし付記項6
1のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
62. Additional items 58 to 6 characterized in that a lithography process is used in the manufacturing stage.
2. The plate-shaped imaging unit according to any one of 1.

【0122】63.可変焦点光学素子を備えたことを特
徴とする、付記項58ないし付記項62のいづれかに記
載の板状撮像ユニット。
63. 63. The plate-shaped imaging unit according to any one of the additional items 58 to 62, further comprising a variable focus optical element.

【0123】64.前記透明基板が赤外カットフィルタ
効果を有することを特徴とする、付記項58ないし付記
項63のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
64. 63. The plate-shaped imaging unit according to any one of additional items 58 to 63, wherein the transparent substrate has an infrared cut filter effect.

【0124】65.付記項58ないし付記項64のいづ
れかに記載の板状撮像ユニットを備えた撮像装置。
65. 66. An imaging apparatus comprising the plate-shaped imaging unit according to any one of Additional Items 58 to 64.

【0125】66.付記項58ないし付記項64のいづ
れかに記載の板状撮像ユニットを備えた携帯情報端末装
置。
66. A portable information terminal device comprising the plate-shaped imaging unit according to any one of additional items 58 to 64.

【0126】67.一枚の透明基板とその表面に形成さ
れた高分子分散液晶とからなることを特徴とする可変屈
折力光学素子。
67. A variable refractive power optical element comprising a single transparent substrate and a polymer-dispersed liquid crystal formed on the surface thereof.

【0127】68.一枚の透明基板とその表面に形成さ
れた高分子分散液晶とからなることを特徴とする可変焦
点光学素子。
68. A variable focus optical element comprising a single transparent substrate and a polymer-dispersed liquid crystal formed on the surface thereof.

【0128】69.一枚の透明基板とその表面に形成さ
れた高分子分散液晶とからなることを特徴とする可変焦
点回折光学素子。
69. A variable-focus diffractive optical element comprising a single transparent substrate and a polymer-dispersed liquid crystal formed on the surface thereof.

【0129】70.液晶に対する高分子の重量比を25
%以上にしたことを特徴とする、付記項67ないし付記
項69のいづれかに記載の光学素子。
70. The weight ratio of polymer to liquid crystal is 25
%. The optical element according to any one of additional items 67 to 69, wherein the optical element is set to not less than%.

【0130】71.前記透明基板が赤外カットフィルタ
効果を有することを特徴とする、付記項67ないし付記
項70のいづれかに記載の光学素子。
71. 71. The optical element according to any one of the additional items 67 to 70, wherein the transparent substrate has an infrared cut filter effect.

【0131】72.付記項67ないし付記項71に記載
の光学素子を備えた撮像装置。
72. 72. An imaging apparatus comprising the optical element according to any one of the additional items 67 to 71.

【0132】73.光線が透過する少なくとも一面が凹
曲面で、側面が光線を反射する光学素子を少なくとも一
つ備えたことを特徴とするライトガイド用光源光学系。
73. A light source optical system for a light guide, comprising: at least one optical element through which a light ray is transmitted is a concave curved surface, and a side face reflects the light ray.

【0133】74.一面が光線が透過する凹曲面で、側
面が光線を反射する同形の光学素子二つを備えたことを
特徴とするライトガイド用光源光学系。
74. A light source optical system for a light guide, characterized in that one surface is a concave curved surface through which light rays are transmitted, and two side surfaces are provided with two optical elements of the same shape that reflect light rays.

【0134】75.両端が光線が透過する凹曲面で、側
面が光線を反射する光学素子を備えたことを特徴とする
ライトガイド用光源光学系。
75. A light guide optical system for a light guide, wherein both ends are concave curved surfaces through which light rays are transmitted, and side surfaces are provided with optical elements that reflect light rays.

【0135】76.下記条件(5)、(8)を満たすこ
とを特徴とする、付記項73ないし付記項75のいづれ
かに記載のライトガイド用光源光学系。 sin φ=coS α/n ・・・(5) 0.6×{(1−cot α・cot (α+φ))/cot (α+φ)}×h≦t≦ {(1−cot α・cot (α+φ))/cot (α+φ)}×h+5(D/2−h) ・cot (α+φ) ・・・(8) ただし、φは式(5)で定義される角、αはDCCレン
ズの頂角の1/2、nはDCCレンズの屈折率、hは入
射光束高、tはDCCレンズの中心厚、DはDCCレン
ズの直径である。
76. 75. The light source optical system for a light guide according to any one of the additional items 73 to 75, wherein the following conditions (5) and (8) are satisfied. sin φ = coS α / n (5) 0.6 × {(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h ≦ t ≦ {(1-cot α · cot (α + φ )) / Cot (α + φ)} × h + 5 (D / 2−h) · cot (α + φ) (8) where φ is the angle defined by equation (5), and α is the apex angle of the DCC lens. 1/2, n is the refractive index of the DCC lens, h is the height of the incident light beam, t is the center thickness of the DCC lens, and D is the diameter of the DCC lens.

【0136】77.下記条件(5)、(7)、(8)を
満たすことを特徴とする、付記項73ないし付記項75
のいづれかに記載のライトガイド用光源光学系。 sin φ=cos α/n ・・・(5) D≦3h+5 ・・・(7) 0.6×{(1−cot α・cot (α+φ))/cot (α+φ)}×h≦t≦ {(1−cot α・cot (α+φ))/cot (α+φ)}×h+5(D/2−h) ・cot (α+φ) ・・・(8) ただし、φは式(5)で定義される角、αはDCCレン
ズの頂角の1/2、nはDCCレンズの屈折率、hは入
射光束高、tはDCCレンズの中心厚、DはDCCレン
ズの直径である。
77. Additional terms 73 to 75 characterized by satisfying the following conditions (5), (7) and (8):
The light source optical system for a light guide according to any one of the above. sin φ = cos α / n (5) D ≦ 3h + 5 (7) 0.6 × {(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h ≦ t ≦≦ (1−cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h + 5 (D / 2−h) · cot (α + φ) (8) where φ is the angle defined by equation (5) , Α is 1 / of the apex angle of the DCC lens, n is the refractive index of the DCC lens, h is the height of the incident light beam, t is the center thickness of the DCC lens, and D is the diameter of the DCC lens.

【0137】78.光線射出面の断面形状が下記条件
(9)を満たすことを特徴とする、付記項73ないし付
記項75のいづれかに記載のライトガイド用光源光学
系。 1/f≒(n−1)/R ・・・(9) ただし、RはDCCレンズを二つに分割した部材のうち
凸レンズ作用をもつ曲面とした一方の部材の断面の凸カ
ーブの半径をR、nは該部材の屈折率、fはこれにより
省略できる集光レンズの焦点距離である。
78. 78. The light source optical system for a light guide according to any one of additional items 73 to 75, wherein a cross-sectional shape of the light exit surface satisfies the following condition (9). 1 / f ≒ (n-1) / R (9) where R is the radius of the convex curve of the cross section of one of the members obtained by dividing the DCC lens into two having a curved surface having a convex lens function. R and n are the refractive index of the member, and f is the focal length of the condenser lens which can be omitted.

【0138】79.付記項73ないし付記項78のいづ
れかに記載の光学系を備えた光源装置。
79. 79. A light source device comprising the optical system according to any one of Supplementary Items 73 to 78.

【0139】80.基板上に球状レンズを稠密に整列さ
せる手段として自己集積現象を用いた球状レンズアレイ
の製作方法。
80. A method for manufacturing a spherical lens array using a self-integration phenomenon as means for densely aligning spherical lenses on a substrate.

【0140】81.基板上に球状レンズを稠密に整列さ
せる手段として基板または球状レンズを振動させる球状
レンズアレイの製作方法。
81. A method of manufacturing a spherical lens array in which a substrate or a spherical lens is vibrated as a means for densely aligning the spherical lenses on a substrate.

【0141】82.球状レンズがガラスであることを特
徴とする、付記項80または付記項81に記載の方法。
82. Item 90. The method according to Item 80 or 81, wherein the spherical lens is glass.

【0142】83.球状レンズが樹脂であることを特徴
とする、付記項80または付記項81に記載の方法。
83. Item 90. The method according to Item 80 or 81, wherein the spherical lens is a resin.

【0143】84.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作したレンズアレイを備えた照明光学
系。
84. An illumination optical system including a lens array manufactured by the method according to additional item 80 or 81.

【0144】85.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作したレンズアレイを備えた内視鏡用
照明光学系。
85. An illumination optical system for an endoscope, comprising a lens array manufactured by the method according to additional item 80 or 81.

【0145】86.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作したレンズアレイを備えた顕微鏡用
照明光学系。
86. An illumination optical system for a microscope, comprising a lens array manufactured by the method according to additional item 80 or 81.

【0146】87.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作したレンズアレイを備えた液晶表示
素子のバックライト照明光学系。
87. A backlight illumination optical system for a liquid crystal display device including a lens array manufactured by the method according to additional item 80 or 81.

【0147】88.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作したレンズアレイを備えた撮像素
子。
88. 81. An imaging device including a lens array manufactured by the method according to supplementary item 80 or 81.

【0148】89.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作した球状レンズの基板への固定手段
として、接着剤を用いて固定する方法。
89. A method for fixing a spherical lens manufactured by the method according to supplementary item 80 or 81 using an adhesive.

【0149】90.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作した球状レンズの基板への固定手段
として、別の基板を用いて前記球状レンズを挟むことに
より固定する方法。
90. 81. A method for fixing a spherical lens manufactured by the method according to Additional Item 80 or 81 to a substrate by sandwiching the spherical lens using another substrate.

【0150】91.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作した球状レンズの基板への固定手段
として、前記球状レンズまたは前記基板を加熱すること
により固定する方法。
91. A method for fixing the spherical lens or the substrate by heating the spherical lens or the substrate as means for fixing the spherical lens manufactured by the method according to Additional Item 80 or 81 to the substrate.

【0151】92.付記項80または付記項81に記載
の方法によって製作した球状レンズアレイ。
92. A spherical lens array manufactured by the method according to additional item 80 or 81.

【0152】93.付記項80または付記項81に記載
の方法によって球状レンズアレイを製造する製造装置。
93. A manufacturing apparatus for manufacturing a spherical lens array by the method according to additional item 80 or 81.

【0153】94.一枚の透明基板の表面に少なくとも
撮像素子と光学素子とを配設した板状撮像ユニット。
94. A plate-shaped imaging unit in which at least an imaging element and an optical element are arranged on a surface of a single transparent substrate.

【0154】95.一枚の透明基板の表面に、撮像素子
と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面の
うちの一つ以上とを配設した板状撮像ユニット。
95. A plate-shaped imaging unit in which an imaging element and at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free-form surface are disposed on a surface of a single transparent substrate.

【0155】96.一枚の透明基板の表面に、ファイン
ダーと撮像素子と、少なくとも回折光学素子と曲面レン
ズと自由曲面のうちの一つ以上とを配設した板状撮像ユ
ニット。
96. A plate-shaped imaging unit in which a finder, an imaging element, and at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free-form surface are disposed on a surface of a single transparent substrate.

【0156】97.一枚の透明基板の表面に、撮像素子
と表示装置と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと
自由曲面とファインダーのうちの一つ以上とを配設した
板状撮像ユニット。
97. A plate-like imaging unit in which an imaging element, a display device, and at least one of a diffractive optical element, a curved lens, a free-form surface, and a finder are provided on a surface of a single transparent substrate.

【0157】98.制作段階でリソグラフィープロセス
を用いることを特徴とする、付記項94ないし付記項9
7のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
98. Item 94 to Item 9 wherein a lithography process is used in the production stage.
7. The plate-shaped imaging unit according to any one of 7.

【0158】99.可変焦点光学素子を備えたことを特
徴とする、付記項94ないし付記項98のいづれかに記
載の板状撮像ユニット。
99. 98. The plate-shaped imaging unit according to any one of the additional items 94 to 98, comprising a variable focus optical element.

【0159】100.前記透明基板が赤外カットフィル
タ効果を有することを特徴とする、付記項94ないし付
記項99のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
100. 100. The plate-shaped imaging unit according to any one of additional items 94 to 99, wherein the transparent substrate has an infrared cut filter effect.

【0160】101.付記項94ないし付記項100の
いづれかに記載の板状撮像ユニットを備えた撮像装置。
101. An imaging apparatus comprising the plate-shaped imaging unit according to any one of Supplementary Items 94 to 100.

【0161】102.付記項94ないし付記項100の
いづれかに記載の板状撮像ユニットを備えた携帯情報端
末装置。
102. A portable information terminal device comprising the plate-shaped imaging unit according to any one of Supplementary Items 94 to 100.

【0162】[0162]

【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば、
小型でコストの安い撮像装置、観察装置等の光学装置あ
るいはそれらに用いられるユニット等の部品を実現する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to realize a small and inexpensive optical device such as an imaging device or an observation device or a component such as a unit used for the optical device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2実施形態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】 図2の光学装置を上方から見たマイクロシャ
ッター付近の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a micro shutter when the optical device of FIG. 2 is viewed from above.

【図4】 本発明の第2実施形態に用いる絞りの変形例
を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a modification of a diaphragm used in the second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第2実施形態の変形例として、光学
特性可変光学素子の一つである可変焦点ミラーの別の一
例である液晶可変焦点レンズをミラーの前面に配置した
液晶可変ミラーを用いた撮像装置の一例を示す図であ
る。
FIG. 5 shows a modification of the second embodiment of the present invention, in which a liquid crystal variable focus lens which is another example of the variable focus mirror which is one of the optical characteristics variable optical elements is disposed in front of the mirror. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an imaging device used.

【図6】 本発明の第3実施形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第3実施形態の撮像装置に用いるロ
ーパスフィルターの斜視図で、捩じれ関係にある二つの
平面よりなる瞳分割型のローパスフィルターを示す。
FIG. 7 is a perspective view of a low-pass filter used in an imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention, showing a pupil-dividing low-pass filter including two planes in a torsional relationship.

【図8】 本発明の第4実施形態を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第5実施形態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第6実施形態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第6実施形態の変形例を示す図で
ある。
FIG. 11 is a view showing a modification of the sixth embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第7実施形態を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の第7実施形態の変形例として足付
きレンズと透明基板と固体撮像素子とを組合せてなるシ
ンプルな構成の撮像装置の一例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an imaging device having a simple configuration in which a footed lens, a transparent substrate, and a solid-state imaging device are combined as a modification of the seventh embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第8実施形態を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の実施形態に用いる可動レンズの他
の例として静電レンズを示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an electrostatic lens as another example of the movable lens used in the embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の第9実施形態を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の第9実施形態に用いる自走レンズ
の構成概要図である。
FIG. 17 is a schematic structural diagram of a self-propelled lens used in a ninth embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の第10実施形態を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a tenth embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の第10実施形態に用いる自由曲面
プリズムを上方からみた図である。
FIG. 19 is a diagram of a free-form surface prism used in the tenth embodiment of the present invention as viewed from above.

【図20】 本発明の第10実施形態に用いる自由曲面
プリズムを物体側からみた図である。
FIG. 20 is a diagram of a free-form surface prism used in the tenth embodiment of the present invention, as viewed from the object side.

【図21】 本発明の第11実施形態を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing an eleventh embodiment of the present invention.

【図22】 デジタルカメラの従来例を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a conventional example of a digital camera.

【図23】 本発明の第12実施形態を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a twelfth embodiment of the present invention.

【図24】 本発明の第13実施形態を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention.

【図25】 本発明の第13実施形態のファインダ部の
断面図である。
FIG. 25 is a sectional view of a finder section according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図26】 本発明の第14実施形態を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention.

【図27】 本発明の第14実施形態に用いる光学素子
を示す図である。
FIG. 27 is a diagram illustrating an optical element used in a fourteenth embodiment of the present invention.

【図28】 電圧を加えたときの液晶分子の状態を示す
図である。
FIG. 28 is a diagram illustrating a state of liquid crystal molecules when a voltage is applied.

【図29】 光学素子の変形例を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a modification of the optical element.

【図30】 本発明の第15実施形態を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention.

【図31】 本発明の第15実施形態に用いる可変焦点
フレネルミラーを示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a variable focus Fresnel mirror used in a fifteenth embodiment of the present invention.

【図32】 可変焦点DOEの応用例を示す図である。FIG. 32 is a diagram illustrating an application example of the variable focus DOE.

【図33】 撮像装置の従来例を示す図である。FIG. 33 is a diagram illustrating a conventional example of an imaging device.

【図34】 ライトガイド用の光源光学系の従来例を示
す図である。
FIG. 34 is a diagram showing a conventional example of a light source optical system for a light guide.

【図35】 従来例において入射角と入射光強度との関
係を示す図である。
FIG. 35 is a diagram showing a relationship between an incident angle and incident light intensity in a conventional example.

【図36】 光源光学系の第1の例を示す図である。FIG. 36 is a diagram illustrating a first example of a light source optical system.

【図37】 第1の例において入射角と入射光強度との
関係を示す図である。
FIG. 37 is a diagram illustrating a relationship between an incident angle and incident light intensity in the first example.

【図38】 DCCレンズの変形例を示す図である。FIG. 38 is a view showing a modification of the DCC lens.

【図39】 DCCレンズの設計例を説明するための図
である。
FIG. 39 is a diagram for describing a design example of a DCC lens.

【図40】 DCCレンズの効果を示す図である。FIG. 40 is a diagram showing the effect of the DCC lens.

【図41】 光源光学系の第2の例を示す図である。FIG. 41 is a diagram illustrating a second example of the light source optical system.

【図42】 ライトガイドの先端部の従来例を示す図で
ある。
FIG. 42 is a view showing a conventional example of a distal end portion of a light guide.

【図43】 ライトガイドの先端部に球状レンズアレイ
を設けた例を示す図である。
FIG. 43 is a diagram showing an example in which a spherical lens array is provided at the tip of a light guide.

【図44】 球状レンズが稠密に並んだ状態を示す図で
ある。
FIG. 44 is a diagram showing a state in which spherical lenses are densely arranged.

【図45】 微小レンズを基板上に整列させる方法の第
1の例を示す図である。
FIG. 45 is a diagram illustrating a first example of a method of aligning micro lenses on a substrate.

【図46】 微小レンズを基板上に整列させる方法の第
2の例を示す図である。
FIG. 46 is a diagram illustrating a second example of the method of aligning the microlenses on the substrate.

【図47】 球状レンズアレイを2層にした例を示す図
である。
FIG. 47 is a diagram showing an example in which a spherical lens array has two layers.

【図48】 各種の光源装置の配光特性を比較する図で
ある。
FIG. 48 is a diagram comparing light distribution characteristics of various light source devices.

【図49】 球状レンズアレイの応用例を示す図であ
る。
FIG. 49 is a diagram illustrating an application example of a spherical lens array.

【図50】 球状レンズアレイの別の応用例を示す図で
ある。
FIG. 50 is a diagram showing another application example of the spherical lens array.

【図51】 基板上に整列した微小粒子を固定する方法
を示す図である。
FIG. 51 is a diagram illustrating a method of fixing aligned microparticles on a substrate.

【図52】 基板上に整列した微小粒子を固定する別の
方法を示す図である。
FIG. 52 is a view showing another method of fixing the aligned microparticles on the substrate.

【図53】 基板上に整列した微小粒子を固定するさら
に別の方法を示す図である。
FIG. 53 is a view showing still another method for fixing aligned microparticles on a substrate.

【図54】 本発明の第3実施形態に用いる光学素子の
別の変形例を示す図である。
FIG. 54 is a view showing another modification of the optical element used in the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体撮像素子 2 レンズ系 3、18、198 透明基板 4、6 自由曲面 5 回折光学素子(DOE) 7、14 板状撮像ユニット 7’ 光 8 TFT液晶ディスプレー 9、203 IC 10 マイクロプロセッサ 11 ファインダ 12、100 凹レンズ 13 凸レンズ 15 光学素子 16 高分子分散液晶 17 可変焦点DOE 19 透過電極 20 液晶分子 21 曲面 22 可変焦点フレネルミラー 23 反射面 24、58 スイッチ 25 可変抵抗 26 フレネル面 31、104 ライトガイド 32 非球面レンズ 33 ランプ 34 DCCレンズ 34’ 側面 35 集光レンズ a、b 光線 36、37、38 部材 36’ 入射面 38’ 凸カーブ 52 可変焦点ミラー 53 薄膜 54、193、193a、193b、219b、22
1、222、256電極 55 固体撮像素子,CCD 56、102、240 基板 57、196 電源 59 可変抵抗器 60 物体からの光 101 球状レンズ 103 球状レンズアレイ 105 液体 109 バックライト 110 液晶表示素子 111 撮像素子 112 基材 113 接着剤 170、232、234 デジタルカメラ 171、181、182、183、200、200b、
208、210、211、212、218 レンズ 173、197 絞り 174 シャッター 175 レンズフォーカシング用ソレノイド 180 電子撮像ユニット 184 プリズム 185、190、218B、225 ミラー 186、243、244、245 板状ユニット 187 シリコン基板 188 マイクロシャッター 189、230 自由曲面プリズム 191 固定電極 192 遮光板 199 反射型LCD 201 ローパスフィルター 202 透明な板状ユニット 204、207、217、228、246、253
撮像装置 205 曲面状の樹脂薄膜 209 ディスプレー 214 斜線部 216 足付きレンズ 216B 足付きミラー 219、247、248 足 220 静電レンズ 223 ダンパー 226 可動ミラー 227 自走レンズ 231 撮像ユニット 233 干渉膜 241 低品質のシリコン等からなる基板 242 高品質のシリコンからなる基板 249 液晶シャッター 252 液晶可変ミラー 254 透明電極 255 フレネルレンズ状の基板 257 ツイストネマチック液晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state imaging device 2 Lens system 3, 18, 198 Transparent substrate 4, 6 Free-form surface 5 Diffractive optical element (DOE) 7, 14 Plate-shaped imaging unit 7 'light 8 TFT liquid crystal display 9, 203 IC 10 Microprocessor 11 Finder 12 , 100 concave lens 13 convex lens 15 optical element 16 polymer dispersed liquid crystal 17 variable focal point DOE 19 transmission electrode 20 liquid crystal molecule 21 curved surface 22 variable focal point Fresnel mirror 23 reflecting surface 24, 58 switch 25 variable resistance 26 Fresnel surface 31, 104 light guide 32 non Spherical lens 33 Lamp 34 DCC lens 34 'Side surface 35 Condensing lens a, b Light beam 36, 37, 38 Member 36' Incident surface 38 'Convex curve 52 Variable focus mirror 53 Thin film 54, 193, 193a, 193b, 219b, 22
1, 222, 256 electrodes 55 Solid-state imaging device, CCD 56, 102, 240 Substrate 57, 196 Power supply 59 Variable resistor 60 Light from object 101 Spherical lens 103 Spherical lens array 105 Liquid 109 Backlight 110 Liquid crystal display device 111 Imaging device 112 base material 113 adhesive 170, 232, 234 digital camera 171, 181, 182, 183, 200, 200b,
208, 210, 211, 212, 218 Lens 173, 197 Aperture 174 Shutter 175 Lens focusing solenoid 180 Electronic imaging unit 184 Prism 185, 190, 218B, 225 Mirror 186, 243, 244, 245 Plate unit 187 Silicon substrate 188 Micro Shutter 189, 230 Free-form surface prism 191 Fixed electrode 192 Shielding plate 199 Reflective LCD 201 Low-pass filter 202 Transparent plate-like unit 204, 207, 217, 228, 246, 253
Imaging device 205 Curved resin thin film 209 Display 214 Shaded portion 216 Footed lens 216B Footed mirror 219, 247, 248 Foot 220 Electrostatic lens 223 Damper 226 Movable mirror 227 Self-propelled lens 231 Imaging unit 233 Interference film 241 Low quality Substrate made of silicon etc. 242 Substrate made of high quality silicon 249 Liquid crystal shutter 252 Liquid crystal variable mirror 254 Transparent electrode 255 Fresnel lens-shaped substrate 257 Twisted nematic liquid crystal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一枚の基板に少なくとも光学素子、シャ
ッター、絞り、表示素子のうちの一つ以上と撮像素子
と、を配設して成る光学装置。
1. An optical device comprising at least one of an optical element, a shutter, an aperture, and a display element and an image pickup element disposed on a single substrate.
【請求項2】 一枚の基板に光学素子、シャッター、絞
り、表示素子、撮像素子等のうちの二つ以上を配設して
成る光学装置。
2. An optical device in which two or more of an optical element, a shutter, an aperture, a display element, an image pickup element and the like are provided on one substrate.
【請求項3】 一枚の基板に、少なくとも撮像素子、光
学素子、シャッター、絞り、のうちの一つ以上と表示素
子と、を配設して成る光学装置。
3. An optical device comprising at least one of an imaging element, an optical element, a shutter, and an aperture, and a display element disposed on one substrate.
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