WO2013171969A1 - 撮像光学系、撮像装置 - Google Patents

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lens
optical system
refractive index
imaging optical
imaging
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政宏 齊藤
秀年 椛澤
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ソニー株式会社
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    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
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    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N5/142—Edging; Contouring
    • G—PHYSICS
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    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials

Definitions

  • the present technology relates to an imaging optical system that performs image formation for image detection, and an imaging apparatus that uses the imaging optical system.
  • an imaging optical system that is used not only in a visible light region but also in a frequency region such as infrared rays and terahertz has been developed.
  • an infrared imaging optical system is used for photographing in a dark place, observing a temperature distribution, and the like using heat emitted from an object such as a human being or an animal, that is, far infrared rays (wavelength 8 ⁇ m to 12 ⁇ m).
  • An imaging optical system for terahertz waves (wavelength 30 ⁇ m to 3 mm: 100 GHz to 10 THz) is used for so-called nondestructive inspection such as baggage inspection in airport facilities, for example.
  • the imaging optical system used for imaging infrared rays and terahertz waves as described above has a high resolution so that a clear captured image can be obtained.
  • the present technology has been made in view of the above problems, and in particular, with respect to an imaging optical system that performs imaging for imaging with infrared rays and terahertz waves, cost reduction and prevention of degradation of imaging performance are achieved.
  • the task is to plan.
  • the imaging optical system is configured as follows. That is, the imaging optical system of the present technology includes a first lens that is provided near the aperture stop and performs aberration correction. In addition, a second lens that is disposed between the first lens and the imaging device and collects light is provided.
  • the first lens is a gradient index lens.
  • an imaging apparatus of the present technology includes the imaging optical system of the present technology, an image detection unit that detects an image formed by the imaging optical system, and a captured image based on a detection signal from the image detection unit. And an image signal acquisition unit for obtaining a signal.
  • the gradient index lens has a higher degree of freedom in design than a lens having a uniform refractive index, and has a high potential as a lens element.
  • aberration correction can be realized without performing high-cost processing such as polishing. In other words, this makes it possible to prevent a reduction in imaging performance while reducing costs.
  • an imaging optical system that performs imaging for imaging particularly an imaging optical system for infrared rays and terahertz waves, it is possible to prevent a reduction in imaging performance while reducing costs.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an internal configuration of an imaging apparatus according to an embodiment. It is a figure for demonstrating the structure outline
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system as Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing second-order differentiation of the refractive index distribution of the first lens in Example 1 with respect to the radial direction.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating resolution characteristics (MTF) at image heights (0.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 1.
  • 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system as Example 2.
  • FIG. 10 is a graph showing second-order differentiation of the refractive index distribution of the first lens in Example 2 with respect to the radial direction.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating resolution characteristics (MTF) at image heights (0.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system as Example 3.
  • FIG. 10 is a graph showing second-order differentiation of the refractive index distribution of the first lens in Example 3 with respect to the radial direction.
  • FIG. 10 is a graph showing second-order differentiation of the refractive index distribution of the first lens in Example 3 with respect to the optical axis direction.
  • FIG. 10 is a graph showing second-order differentiation of the refractive index distribution of the second lens in Example 3 with respect to the optical axis direction.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating resolution characteristics (MTF) at image heights (0.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system as Example 4.
  • FIG. MTF resolution characteristics
  • FIG. 10 is a graph showing second-order differentiation of the refractive index distribution of the first lens in Example 4 with respect to the radial direction. It is the figure which showed the resolution characteristic (MTF) in each image height (0.0 mm, 1.5 mm, 3.5 mm) about the imaging optical system of Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging optical system as Example 5.
  • FIG. 10 is a graph showing a second-order derivative with respect to the radial direction of the refractive index distribution of the first lens in Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating resolution characteristics (MTF) at image heights (0.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 5.
  • Imaging Device and Imaging Optical System as Embodiment> [1-1. Configuration of imaging device] [1-2. Overview of Imaging Optical System of Embodiment] ⁇ 2. Specific Example> [2-1. Example 1] [2-2. Example 2] [2-3. Example 3] [2-4. Example 4] [2-5. Example 5] ⁇ 3. Modification>
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an internal configuration of an imaging apparatus 1 as an embodiment. First, as a premise, it is assumed that the imaging device 1 of the present embodiment is an infrared imaging device that performs infrared imaging.
  • the imaging apparatus 1 includes an optical block 2, an image sensor (imager) 3, an image signal acquisition unit 4, and an image signal processing unit 5.
  • the optical block 2 comprehensively represents an imaging optical system as an embodiment described later.
  • the optical block 2 condenses infrared light (infrared light) from a subject (object) indicated as incident light Li in the drawing on the imaging surface (image surface) of the image sensor 3.
  • the image sensor 3 detects the infrared light collected by the optical block 2 and obtains an infrared detection signal corresponding to the infrared light from the subject.
  • an infrared detection element that the image sensor 3 should have in obtaining an infrared detection signal
  • a pyroelectric element can be used.
  • an infrared detection element such as a thermopile type connected with a thermocouple causing the Seebeck effect or a bolometer type using a change in resistance value due to a temperature rise can be used.
  • an infrared detection element it should not be limited to these, The kind will not be ask
  • a shutter for periodically shielding infrared light incident on the image sensor 3 is provided.
  • the pyroelectric element does not output a value corresponding to the temperature itself, but corresponds to an element that outputs a value corresponding to a temperature difference (temperature change). That is, a temperature difference is intentionally generated by creating a periodic irradiation state / shielding state of infrared light by the shutter, and thus an appropriate temperature distribution image (infrared imaged image) is obtained even for a stationary object. Is to be obtained.
  • the image signal acquisition unit 4 inputs an infrared detection signal (detection signal obtained for each infrared detection element) obtained by the image sensor 3 and obtains an infrared captured image signal.
  • the image signal processing unit 5 performs various types of image signal processing on the captured image signal obtained by the image signal acquisition unit 4. For example, black level correction, pixel defect compensation, aberration correction, optical shading correction, lens distortion correction, temperature adjustment, distance change amount calculation, coding, and the like are performed.
  • the output from the image signal processing unit 5 is sent to a display (image display device) or the like outside the imaging device via an interface (not shown).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of a configuration of an imaging optical system as an embodiment provided in the optical block 2.
  • FIG. 2 shows the configuration of the imaging optical system and the image sensor 3 shown in FIG.
  • an aperture stop 10 In the imaging optical system of the embodiment, an aperture stop 10, a first lens 11, a second lens 12, and a sensor window 13 are arranged from the object side to the image plane side.
  • the first lens 11 is a lens responsible for aberration correction, and is provided in the vicinity of the aperture stop 10.
  • the first lens 10 is disposed in the vicinity of the aperture stop 10, thereby enhancing the effect of correcting the spherical aberration.
  • the second lens 12 functions as a condensing lens that condenses the infrared light that has passed through the first lens 11. That is, it functions as an imaging lens that forms an infrared image on the imaging surface of the image sensor 3.
  • the sensor window 13 has a flat plate shape, for example, and is provided to protect the imaging surface of the image sensor 3.
  • the first lens 11 is constituted by a gradient index lens (so-called GRIN lens).
  • the GRIN lens has a higher degree of design freedom than a lens having a uniform refractive index, and has a high potential as a lens element.
  • the focal length f 2 of the second lens 12 is substantially the same as the focal length f of the entire imaging optical system including the second lens 12. .
  • the imaging optical system is designed so as to satisfy the above condition.
  • the fact that the focal length f 2 of the second lens 12 is substantially the same as the focal length f of the entire imaging optical system means that the second lens 12 has almost all the condensing function of the optical system.
  • the first lens 11 side does not need to be provided with a light collecting function.
  • the first lens 11 can be designed as a lens specialized for aberration correction, and as a result, the aberration correction effect can be enhanced.
  • the second-order derivative along the radial direction of the refractive index distribution (hereinafter, referred to as refractive index distribution N 1 ) of the first lens 11 formed of a GRIN lens is monotonously increased. I am going to design.
  • N 0 is the reference refractive index of the GRIN lens
  • R is the radial position of the lens (0 on the incident surface optical axis center)
  • Z is the optical axis position of the lens (incident surface optical axis center).
  • Nr ij is a coefficient of the term of Rj
  • nz ij is a coefficient of the term of Z j .
  • the R term is up to the 6th power and the Z term is up to the 3rd power, but the same applies to higher-order terms.
  • the refractive index distribution in the radial direction (r) is expressed as “N (r)”.
  • the first lens 11 of the present embodiment has a second-order differential along the radial direction of such a refractive index distribution N (r). However, it is designed to increase monotonically.
  • the refractive index distribution N (r) in the radial direction of the first lens 11 is expressed as “N 1 (r)”. Further, the second order differential along the radial direction of the refractive index distribution N 1 (r) of the first lens 11 is Is written.
  • the refractive index distribution N 1 (r) is given so that the second-order derivative along the radial direction increases monotonously as described above, the spherical aberration correction effect by the first lens 11 can be obtained.
  • FIG. 3 shows an example of a refractive index distribution pattern in the radial direction to be given for spherical aberration correction.
  • the refractive index distribution N (r) as shown in FIG. 3A or FIG. 3B is given.
  • the first lens 11 not only the first lens 11 but also the second lens 12 is a gradient index lens.
  • the degree of freedom in designing the second lens 12 itself and the entire optical system can be improved.
  • either one of the first lens 11 and the second lens 12 has a refractive index distribution in the optical axis direction.
  • the degree of freedom in optical design can be further increased.
  • both the first lens 11 and the second lens 12 have a refractive index distribution in the optical axis direction (Example 3).
  • the optical axis direction (Z) of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 is aligned.
  • the second-order derivative and the second-order derivative along the optical axis direction with respect to the refractive index distribution (hereinafter referred to as refractive index distribution N 2 ) of the second lens 12 have a positive / negative relationship, MTF (Modulation Transfer Function) can be improved over a wide angle of view. That is, the resolution can be improved.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • N 1 (r, z) means the refractive index distribution (radial direction and optical axis direction) of the first lens 11
  • N 2 (r, z) means the second lens. 12 refractive index distributions (radial direction and optical axis direction) are meant.
  • T 1 and t 2 mean the center thicknesses of the first lens 11 and the second lens 12, respectively.
  • the second order differential along the optical axis direction for the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 and the second order differential along the optical axis direction for the refractive index distribution N 2 of the second lens 12 are positive / negative. Satisfying the relationship “being in a relationship” means that the aberrations are balanced on the first lens 11 side and the second lens 12 side. As a result, the effect of correcting peripheral aberrations can be enhanced, and the resolution can be improved over a wide angle of view.
  • the metamaterial is an artificial structure composed of a unit cell whose one side is shorter than the wavelength used, and the unit cell has a conductor therein, and the conductor is a dielectric. It is configured to be supported.
  • FIG. 4 shows a structural example of the unit cell 15 constituting the metamaterial. As shown in FIG. 4A or 4B, the unit cell 15 has a conductor 16 inside thereof. The conductor 16 is supported by a dielectric, and the unit cell 15 is formed.
  • Such unit cells 15 are laminated in the X, Y, and Z directions as shown in FIG. 5 to form a metamaterial (metamaterial lens).
  • the metamaterial controls the structure in the unit cell 15 and uses either or both of the electrical resonance and the magnetic resonance with respect to the incident wavelength, so that the dielectric constant and the permeability with respect to the electromagnetic wave of the used wavelength can be obtained. Can be controlled.
  • the square root of the product of dielectric constant ( ⁇ ) and magnetic permeability ( ⁇ ) is the refractive index.
  • a conventional GRIN lens that does not use such a metamaterial can control the distribution of metal ions using an electromagnetic field during material dissolution or in a gel-like stage, for example, by an ion exchange method or a sol-gel method.
  • it is difficult to form a complicated refractive index distribution. For this reason, it is difficult to obtain a refractive index distribution corresponding to the effect of the aspherical shape.
  • the optical power of the element is determined by the refractive index difference in the radial direction and the length in the optical axis direction, but a large difference in refractive index is obtained with the conventional GRIN lens.
  • the diameter is small and the shape is long on the optical axis side. That is, as a result, there is a possibility that it may be difficult to apply to an imaging optical system that requires relatively high brightness like the infrared imaging optical system exemplified in the present embodiment.
  • a metamaterial lens is used as the GRIN lens.
  • the square root of the product of the dielectric constant and the magnetic permeability is the refractive index. For this reason, a complicated refractive index distribution can be created relatively easily by changing the structure in the unit cell for each location.
  • metamaterial lenses makes it easy to realize the existing refractive index distributions in the radial direction and the optical axis direction, and complicated refractive index distributions, which were difficult to achieve with existing GRIN lens manufacturing methods. It can be configured. That is, this makes it easy to design a high-resolution imaging optical system with high aberration correction capability.
  • each lens since a large refractive index difference can be easily realized with the metamaterial lens, it is easy to make each lens (particularly the second lens 12 responsible for condensing) thinner and larger in diameter. From this point, it can be advantageous in improving the brightness of the optical system.
  • the polarization characteristics can be controlled by devising the structure of the unit cell 15 constituting the metamaterial lens.
  • the structure in the unit cell 15 is symmetrical with respect to the Z axis (optical axis direction) and the X axis and the Y axis on the plane perpendicular to the Z axis.
  • This unit cell 15 has an isotropic refractive index. That is, the same refractive index is exhibited with respect to an incident electromagnetic wave having an arbitrary polarization direction. Normally, electromagnetic waves including all polarization directions are incident on the imaging optical system. According to the structure shown in FIG. 4A, the refractive indexes for these arbitrary polarization directions can be made equal.
  • the structure can be symmetric only with respect to the two axes of the X axis and the Y axis.
  • the refractive index N XY for electromagnetic waves having polarization in the XY plane is different from the refractive index N Z for electromagnetic waves having polarization in the Z-axis direction.
  • the refractive index N XY is shown for electromagnetic waves incident perpendicularly to the XY plane, that is, electromagnetic waves having polarized light parallel to the XY plane, but with an angle other than perpendicular to the XY plane.
  • a refractive index determined by a refractive index ellipsoid composed of XY and NZ and the direction vector of the electromagnetic wave. Will be shown. This means that even when electromagnetic waves are incident on the same location in the lens, the refractive index differs when the incident angle is different. This is especially true when designing an imaging optical system with a large angle of view. It can be.
  • the metamaterial lens can be manufactured using a fine processing technique.
  • the unit cell 15 can be configured by etching a conductor structure on a dielectric printed board. Or you may produce using a semiconductor process (lithography, vapor deposition, etching, etc.).
  • a technique has been developed in which a conductor structure is arranged in a dielectric body on a liquid / gel and the dielectric is cured later.
  • the metamaterial lens is manufactured by any one of these methods, for example.
  • the unit cell 15 in this case has a substantially cubic shape, and the length m of one side thereof is about 1 ⁇ m.
  • the conductor 16 is Cu (copper), and the dielectric supporting the conductor 16 is BaF 2 (barium fluoride).
  • the refractive index can be changed by changing the shape of Cu.
  • a cross-shaped structure is formed as the Cu structure.
  • the refractive index can be adjusted according to the length b.
  • the refractive index distribution of the metamaterial lens is obtained by combining unit cells 15 in which a required refractive index is set according to the shape of such a Cu plate (conductor 16) into a laminate as shown in FIG. It can be given by.
  • the refractive index distribution N (r) in the radial direction can be given by stacking the unit cells 15 in the radial direction
  • the refractive index distribution N (z) in the optical axis direction can be given by stacking in the optical axis direction. Is.
  • a metamaterial lens having a required refractive index distribution is manufactured by such a method.
  • the metamaterial lens it can be used only for the first lens 11 or both the first lens 11 and the second lens 12.
  • a metamaterial lens is used for the second lens 12.
  • the second lens 12 can be composed of a plurality of metamaterial lenses instead of a single metamaterial lens.
  • the second lens 12 since the optical power for image formation is concentrated on the second lens 12, the second lens 12 tends to be thick.
  • the second lens 12 can be made of a lens group including a plurality of metamaterial lenses, so that the manufacturing time can be shortened.
  • the manufacturing time of each metamaterial lens can be shortened, and if each lens is manufactured in parallel, the second lens 12 can be manufactured.
  • the manufacturing time can be significantly shortened compared with the case of constituting with one metamaterial lens.
  • the thickness of each metamaterial lens shall be 0.2 mm or more from a viewpoint of ensuring intensity
  • the F value is high in order to collect a larger amount of light. For example, it is desirable that the F value is 1.8 or less. In applications that require resolution, such as temperature distribution measurement, it is desirable to set the F value to 1.3 or less in order to increase the amount of collected light and improve the resolution. In each of the following embodiments, the optical system is designed in consideration of such a request for the F value.
  • FIG. 8 shows the configuration of the imaging optical system as the first embodiment.
  • a surface Simg in the drawing represents an imaging surface of the image sensor 3 shown in FIG. 1 (and FIG. 2) (hereinafter referred to as an imaging surface Simg).
  • FIG. 8 also shows light rays of infrared light (far infrared light: center wavelength 10 ⁇ m).
  • the light beam indicated by a short broken line in the drawing represents a light beam condensed at an image height of 0.0 mm
  • the light beam indicated by a circular broken line represents a light beam condensed at an image height of 1.5 mm.
  • a light beam indicated by a solid line represents a light beam condensed at an image height of 3.5 mm
  • a light beam indicated by a long broken line represents a light beam condensed at an image height of 5.0 mm.
  • metamaterial lenses are used for both the first lens 11 and the second lens 12.
  • both the first lens 11 and the second lens 12 are provided with a refractive index distribution only in the radial direction, and are not provided with a refractive index distribution in the optical axis direction.
  • the coefficients of the first lens 11 and the second lens 12 set in this case are shown below.
  • t 1 and t 2 are the center thicknesses of the first lens 11 and the second lens 12, respectively.
  • N 20 is the reference refractive index of the second lens 12.
  • the distance between the object and the aperture stop 10 is 9000 mm
  • the distance between the aperture stop 10 and the first lens 11 is 0 mm
  • the distance between the first lens 11 and the second lens 12 is 12.27 mm
  • the distance between the second lens 12 and the sensor window 13 is 9.60 mm
  • the distance between the sensor window 13 and the imaging surface Simg is 0.95 mm.
  • the sensor window 13 is made of Si (silicon) having a thickness of 1.0 mm, and the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is 3.42.
  • the focal length f of the entire optical system is 19 mm
  • the diameter of the aperture stop 10 is 18.1 mm
  • an F value 1.06
  • a horizontal field angle of 23.8 degrees is 19
  • a value obtained by second-order differentiation of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 with respect to the radial position R is: It is expressed.
  • the second-order derivative with respect to the radial direction of the refractive index distribution N 1 in this case is monotonically increased as shown in the graph of FIG. 9 (R Monotonous increase with respect to the increase in
  • focal length f 2 of the second lens 12 alone is given by the following formula when nr 22 is negative from the focal length formula of the GRIN lens.
  • FIG. 10 shows resolution characteristics (MTF) at each image height (0.0 mm, 1.5 mm, 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 1.
  • MTF resolution characteristics
  • the MTF value at 20 line pairs / mm is 0.3 or more at an image height of 0.0 mm corresponding to 0% and an image height of 1.5 mm corresponding to 30%.
  • it is desirable that the MTF value at 10 line pairs / mm is 0.3 or more at an image height of 3.5 mm corresponding to 70%.
  • the MTF value (tangential and sagittal) at 20 line pairs / mm at an image height of 0.0 mm is 0.688
  • the MTF tangential at 20 line pairs / mm at an image height of 1.5 mm is achieved by the above design.
  • a high resolution of 0.621, a sagittal value of 0.631, an MTF tangential value of 0.661 at 10 line pairs / mm at an image height of 3.5 mm, and a sagittal value of 0.482 are obtained.
  • Example 1 by using two GRIN lenses, various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, and astigmatism are suppressed while suppressing the number of lenses, and a high resolution image is obtained. Can be obtained.
  • a GRIN lens with a metamaterial it is possible to realize a high-order refractive index distribution and a lens having a refractive index distribution in both the radial direction and the optical axis direction, with a small F value and a wide angle of view.
  • an optical system can be configured in consideration of the polarization direction of incident light.
  • Example 2 Also in the imaging optical system as Example 2 shown in FIG. 11, metamaterial lenses are used for both the first lens 11 and the second lens 12.
  • the first lens 11 is given a refractive index distribution only in the radial direction
  • the second lens 12 is given a refractive index distribution in both the radial direction and the optical axis direction.
  • the coefficients of the first lens 11 and the second lens 12 in Example 2 are as follows.
  • the distance between the object and the aperture stop 10 is 9000 mm, and the distance between the aperture stop 10 and the first lens 11 is 0 mm.
  • the distance between the first lens 11 and the second lens 12 is 13.47 mm
  • the distance between the second lens 12 and the sensor window 13 is 10.54 mm
  • the distance between the sensor window 13 and the imaging surface Simg is 0.95 mm.
  • the sensor window 13 is made of Si having a thickness of 1.0 mm, and the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is 3.42.
  • the focal length f of the entire optical system is 19 mm
  • the diameter of the aperture stop 10 is 18.1 mm
  • an F value 1.06 and a horizontal field angle of 23.8 degrees are realized.
  • the value obtained by second-order differentiation of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 along the radial direction position R increases monotonously. That is, also in Example 2, since the values of nr 14 and nr 16 are positive, the second-order derivative in the radial direction of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 is increased by R as shown in the graph of FIG. Increase monotonously.
  • FIG. 13 shows resolution characteristics (MTF) at image heights (image heights of 1.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 2.
  • MTF resolution characteristics
  • Example 2 by using two GRIN lenses, high-resolution images can be obtained by suppressing various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, and astigmatism while suppressing the number of lenses. Can do.
  • a metamaterial lens as a GIRN lens, it is possible to realize a high-order refractive index distribution and a lens having a refractive index distribution in both the radial direction and the optical axis direction, with a small F value and a wide angle of view.
  • an optical system can be configured in consideration of the polarization direction of incident light.
  • Example 3 Also in the imaging optical system as Example 3 shown in FIG. 14, metamaterial lenses are used for both the first lens 11 and the second lens 12.
  • the refractive index distribution is given to both the radial direction and the optical axis direction for both the first lens 11 and the second lens 12.
  • the coefficients of the first lens 11 and the second lens 12 in Example 3 are as follows.
  • the distance between the object and the aperture stop 10 is 9000 mm, and the distance between the aperture stop and the first lens 11 is 0 mm.
  • the distance between the first lens 11 and the second lens 12 is 13.06 mm
  • the distance between the second lens 12 and the sensor window 13 is 10.38 mm
  • the distance between the sensor window 13 and the imaging surface Simg is 0. 95 mm.
  • the sensor window 13 is made of Si having a thickness of 1.0 mm, and the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is 3.42.
  • the focal length f of the entire optical system is 19 mm
  • the diameter of the aperture stop is 18.1 mm
  • an F value 1.06 and a horizontal field angle of 23.8 degrees are realized.
  • Example 3 the value obtained by second-order differentiation of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 along the radial position R is monotonously increased. That is, also in this case, since the values of nr 14 and nr 16 are positive, the second-order derivative with respect to the radial direction of the refractive index distribution N 1 is monotonously increased as R increases as shown in the graph of FIG.
  • Example 3 the refractive index distribution in the optical axis direction is given to both the first lens 11 and the second lens 12.
  • the second derivative of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 with respect to the optical axis direction position Z is: It is.
  • FIG. 17 shows the above [Formula 9] in a graph. As shown in FIG. 17, [Formula 9] is always negative in the range of the thickness Z of the second lens 12 from 0 to 21.59 mm. .
  • Example 3 the above-described “second-order differentiation along the optical axis direction for the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 and along the optical axis direction for the refractive index distribution N 2 of the second lens 12.
  • the second-order derivative has a positive / negative relationship.
  • FIG. 18 shows resolution characteristics (MTF) at image heights (0.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 3.
  • MTF resolution characteristics
  • Example 3 by using two GRIN lenses, it is possible to obtain a high-resolution image by suppressing various aberrations such as spherical aberration, coma and astigmatism while suppressing the number of lenses. . Also in this case, by using a metamaterial lens as a GIRN lens, it is possible to realize a high-order refractive index distribution, or a lens having a refractive index distribution in both the radial direction and the optical axis direction, with a small F-number and a field angle. And an optical system that takes into account the polarization direction of incident light.
  • the imaging optical system as Example 4 also uses metamaterial lenses for both the first lens 11 and the second lens 12.
  • the second lens 12 is composed of a plurality of metamaterial lenses 12a as shown in the figure.
  • the second lens 12 in this case is formed by arranging each of the 20 metamaterial lenses 12a in the optical axis direction at a predetermined interval.
  • the interval between the metamaterial lenses 12a is 0.2 mm.
  • both the first lens 11 and the second lens 12 have a refractive index distribution in the radial direction, but only in the optical axis direction on the second lens 12 side. A refractive index distribution is given.
  • the coefficients of the first lens 11 and the second lens 12 in Example 4 are as follows.
  • t 2 represents the center thickness of one metamaterial lens 12a.
  • the lenses 12a constituting the second lens 12 are lenses having the same design. If each lens has the same design as described above, it is possible to improve the manufacturing efficiency, resulting in cost reduction.
  • each of the first lens 11 and the metamaterial lenses 12a constituting the second lens 12 is set to 1.0 mm. Thereby, each lens can be efficiently produced when the method of producing a metamaterial lens by laminating unit cell structures as described above is adopted.
  • the distance between the object and the aperture stop 10 is 9000 mm, and the distance between the aperture stop 10 and the first lens 11 is 0 mm.
  • the distance between the first lens 11 and the second lens 12 is 15.22 mm
  • the distance between the second lens 12 and the sensor window 13 is 11.85 mm
  • the distance between the sensor window 13 and the imaging surface Simg is 0.95 mm.
  • the sensor window 13 is made of Si having a thickness of 1.0 mm
  • the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is 3.42.
  • the focal length f of the entire optical system is 18.64 mm
  • the diameter of the aperture stop is 17.75 mm.
  • an F value 1.05 and a horizontal angle of view of 24.2 degrees are realized.
  • Example 4 the value obtained by second-order differentiation of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 along the radial position R is graphed in FIG. 20 because the values of nr 14 and nr 16 are positive in this case as well. As shown, the increase is monotonous as R increases.
  • the focal length f 2 of the second lens 12 is 18.60 mm.
  • f 2 /f 0.998. Therefore, also in this case, the condition of “0.9 ⁇ f 2 /f ⁇ 1.1” is satisfied and the coma aberration and astigmatism are suppressed.
  • FIG. 21 shows resolution characteristics (MTF) at image heights (image heights of 1.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 4.
  • MTF resolution characteristics
  • Example 4 by using the GRIN lens, various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, and astigmatism can be suppressed, and a high-resolution image can be obtained. Also in this case, by using a metamaterial lens as a GIRN lens, it is possible to realize a high-order refractive index distribution, or a lens having a refractive index distribution in both the radial direction and the optical axis direction, with a small F-number and a field angle. And an optical system that takes into account the polarization direction of incident light.
  • each metamaterial lens 12a which comprises this can also be arrange
  • each lens 12a constituting the second lens 12
  • reflection occurs between the lenses 12a due to a difference in refractive index with air.
  • antireflection processing it is desirable to apply antireflection processing to each lens 12a.
  • a technique such as forming an antireflection film on both surfaces of each metamaterial lens 12a can be employed.
  • the antireflection can be realized by devising the structure of the metamaterial lens 12a instead of forming an antireflection film.
  • the unit cells 15 constituting the metamaterial lens 12a are different from each other while having the same impedance as that of the adjacent substance by adjusting the ratio of the permittivity and the permeability while maintaining the product of the permittivity and the permeability. It is possible to have a refractive index. If such a property is utilized, reflection at the interface between the metamaterial lens 12a and the air can be suppressed.
  • the structure which obtains the antireflection effect by the structure itself of the metamaterial lens as described above can be adopted also on the first lens 11 side, and the second lens 12 is set to 1 as in the first embodiment.
  • the present invention can also be applied to the metamaterial lens in the case where the metamaterial lens is composed of one sheet.
  • each of the first lens 11 and the second lens 12 is constituted by one lens, as in the first to third embodiments. Also in this case, a metamaterial lens is used for both the first lens 11 and the second lens 12.
  • both the first lens 11 and the second lens 12 have a refractive index distribution only in the radial direction.
  • chromatic aberration is particularly suppressed by the following design.
  • the distance between the object and the aperture stop 10 is 9000 mm, and the distance between the aperture stop 10 and the first lens 11 is 0 mm.
  • the distance between the first lens 10 and the second lens 12 is 14.2 mm
  • the distance between the second lens 12 and the sensor window 13 is 9.65 mm
  • the distance between the sensor window 13 and the imaging surface Simg is 0.95 mm.
  • the sensor window 13 is made of Si having a thickness of 1.0 mm
  • the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is 3.42.
  • the focal length f of the entire optical system is 19 mm
  • the diameter of the aperture stop is 18.1 mm
  • the F value 1.06
  • the horizontal field angle is 23.8 degrees.
  • the value obtained by second-order differentiation of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 at the radial position R is monotonously increased. That is, also in Example 5, since the values of nr 14 and nr 16 are positive, the second-order derivative in the radial direction of the refractive index distribution N 1 of the first lens 11 is increased by R as shown in the graph of FIG. Increase monotonously.
  • FIG. 24 shows resolution characteristics (MTF) at image heights (image heights of 1.0 mm, 1.5 mm, and 3.5 mm) for the imaging optical system of Example 5.
  • MTF resolution characteristics
  • the fifth embodiment by using two GRIN lenses, it is possible to obtain a high-resolution image while suppressing various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, and astigmatism while suppressing the number of lenses. Also in this case, by using a metamaterial lens as a GIRN lens, it is possible to realize a high-order refractive index distribution, or a lens having a refractive index distribution in both the radial direction and the optical axis direction, with a small F-number and a field angle. And an optical system that takes into account the polarization direction of incident light.
  • the condition “0.9 ⁇ f 2 /f ⁇ 1.1” is satisfied for the focal length f 2 of the second lens 12 as described above.
  • the coefficient nr 12 for determining the condensing power of one lens 11 is a value substantially equal to zero.
  • chromatic aberration can be reduced by setting the coefficient nr 12 to a smaller value than 0.
  • a material with small chromatic dispersion may be used to suppress chromatic aberration, but the refractive index change characteristic as shown in FIG. 7 as in the metamaterial lens used in each example, for example.
  • a metamaterial material with In FIG. 7 a structural portion having a refractive index of 1.5 for a wavelength of 10 ⁇ m has a refractive index of 1.4701 for a wavelength of 12 ⁇ m. Further, the structural portion having a refractive index of 1.7 at a wavelength of 10 ⁇ m has a refractive index of 1.6599 at a wavelength of 12 ⁇ m.
  • Example 1 in which the value of nr 12 is ⁇ 0.0045619, the chromatic aberration is 0.88 mm, whereas in Example 5 in which the value of nr 12 is ⁇ 0.011, the chromatic aberration is 0.82 mm.
  • the chromatic aberration is improved.
  • nr 12 ⁇ 0 is sufficient to obtain the effect of suppressing chromatic aberration.
  • the present technology should not be limited to the specific examples described above.
  • the present technology is applied to imaging of an infrared image (wavelength of about 8 ⁇ m to 12 ⁇ m) is illustrated, but the present technology can be suitably applied to imaging of a terahertz wave.
  • the terahertz wave imaging optical system may be configured, for example, such that a terahertz wave is generated by irradiating a subject with laser light and the generated terahertz wave is incident through the aperture stop 10.
  • the configuration after the aperture stop 10 may be the same as that described above.
  • the image sensor 3 one having sensitivity to terahertz waves is used.
  • the case where the distance between the aperture stop 10 and the first lens 11 is set to 0 is exemplified.
  • the first lens 11 is provided with the aperture stop 10. As close as possible to each other.
  • the second lens 12 is configured by a plurality of metamaterial lenses 12a
  • the lenses 12a are designed to be the same is illustrated, but lenses having different designs are used.
  • the present technology can adopt the following configurations.
  • a first lens provided near the aperture stop and responsible for aberration correction;
  • a second lens that is disposed between the first lens and the imaging element and that collects light, and
  • the imaging optical system according to (1) wherein a focal length of the second lens substantially matches an overall focal length of the imaging optical system.
  • the first lens is The imaging optical system according to (2), wherein the second-order derivative along the radial direction of the refractive index distribution is designed to increase monotonously.
  • the imaging optical system according to (4) wherein either the first lens or the second lens has a refractive index distribution in the optical axis direction.
  • Both the first lens and the second lens have a refractive index distribution in the optical axis direction, A second-order derivative along the optical axis direction for the refractive index distribution of the first lens and a second-order derivative along the optical axis direction for the refractive index distribution of the second lens have a positive / negative relationship.
  • the imaging optical system according to (4) which is designed as described above.
  • (7) The imaging optical system according to any one of (4) to (6), wherein either one of the first lens and the second lens includes a metamaterial lens.
  • the refractive index distribution of the first lens is (Where r represents the radial position, z represents the optical axis position, N 10 represents the reference refractive index of the first lens, nr 1j represents the coefficient of the term r j in the refractive index distribution equation, and nz 1 k represents (It is a coefficient of the term of z k in the refractive index distribution formula, j is an even number, and k is an integer.)
  • the imaging optical system according to any one of (1) to (12) which forms an infrared image.
  • Imaging device 1 imaging device, 2 optical block, 3 image sensor, 4 image signal acquisition unit, 5 image signal processing unit, 10 aperture stop, 11 first lens, 12 second lens, 13 sensor window, 15 unit cell, 16 conductor, Simg Imaging surface

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Abstract

特に赤外線やテラヘルツ波について撮像のための結像を行う撮像光学系に関して、コストの削減を図りつつ、結像性能の低下の防止を図る。開口絞り（１０）付近に設けられ収差補正を担う第１のレンズ（１１）と、上記第１のレンズ（１１）と撮像素子との間に配置されて集光を担う第２のレンズ（１２）とを備え、上記第１のレンズ（１１）を屈折率分布型レンズとした撮像光学系とする。屈折率分布型レンズは、屈折率が一様なレンズに比して設計上の自由度が高く、レンズ用素子として高い潜在力を持つものである。このような屈折率分布型レンズを用いることで、例えば研磨等の高コストな加工を施すことなく、収差補正を実現できる。これにより、コストの削減を図りつつ、結像性能の低下防止を図ることが可能となる。

Description

撮像光学系、撮像装置
　本技術は、画像検出のための結像を行う撮像光学系と、当該撮像光学系を用いた撮像装置とに関する。
　画像検出のための撮像光学系として、可視光領域だけでなく、赤外線やテラヘルツといった周波数域で用いられる撮像光学系が開発されている。
　例えば赤外線撮像光学系は、人間や動物などの対象物から発せられる熱、すなわち遠赤外線（波長８μｍ～１２μｍ）を利用して、暗所での撮影や温度分布の観測等に用いられる。
　また、テラヘルツ波（波長３０μｍ～３ｍｍ：１００ＧHz～１０ＴHz）についての撮像光学系は、例えば空港施設における手荷物検査などのいわゆる非破壊検査に用いられている。
特表２０１０－５２６３１８号公報 特開２０１１－８２３２４号公報 特表２０１０－５２７５６５号公報 特表２００８－５０７７３３号公報
　ここで、上記のような赤外線やテラヘルツ波の撮像に用いられる撮像光学系としても、鮮明な撮像画像が得られるようにすべく、高分解能であることが望まれる。
　高分解能を実現するためには、各種光学収差の抑制が図られることが望ましい。
　しかしながら、赤外線やテラヘルツ波の波長帯では透過率等の問題から使用できるレンズ材料が少なく、加工も困難であるという問題がある。
　例えば赤外線に対する透過率が比較的高い材料としてゲルマニウム等が知られているが、これら赤外線透過率の高いレンズ材料は比較的硬度が高く、加工が困難である。
　加工に長時間を要するなどして、コストの削減が困難となり、特に、収差補正のため非球面形状に加工（研磨）する場合には、精密な設備を用いた長時間の作業が必要であり、高コスト化は避けられないものとなる。
　本技術は上記問題点に鑑み為されたものであり、特に、赤外線やテラヘルツ波について撮像のための結像を行う撮像光学系に関して、コストの削減を図りつつ、結像性能の低下の防止を図ることをその課題とする。
　本技術では上記課題の解決のため、撮像光学系を以下のように構成することとした。
　つまり、本技術の撮像光学系は、開口絞り付近に設けられ収差補正を担う第１のレンズを備える。
　また、上記第１のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第２のレンズを備える。
　そして、上記第１のレンズが屈折率分布型レンズとされるものである。
　また本技術では撮像装置を以下のように構成することとした。
　すなわち、本技術の撮像装置は、上記本技術の撮像光学系を備えると共に、上記撮像光学系により結像された像を検出する像検出部と、上記像検出部による検出信号に基づいて撮像画像信号を得る画像信号取得部とを備えるものである。
　ここで、屈折率分布型レンズは、屈折率が一様なレンズに比して設計上の自由度が高く、レンズ用素子として高い潜在力を持つものである。このような屈折率分布型レンズを用いる本技術によれば、例えば研磨等の高コストな加工を施すことなく、収差補正を実現できる。つまりこれにより、コストの削減を図りつつ、結像性能の低下防止を図ることが可能となる。
　本技術によれば、撮像のための結像を行う撮像光学系、特に赤外線やテラヘルツ波についての撮像光学系に関して、コストの削減を図りつつ、結像性能の低下の防止を図ることができる。
実施の形態の撮像装置の内部構成を示したブロック図である。 実施の形態の撮像光学系の構成概要について説明するための図である。 球面収差補正にあたり与えられるべき半径方向の屈折率分布パターンの例を示した図である。 メタマテリアルを構成する単位セルの構造例を示した図である。 メタマテリアルの構造を示した図である。 メタマテリアルレンズにおける屈折率分布付与の手法についての説明図である。 十字型導電体の十字の手の長さを変化させた際の屈折率の測定結果を示した図である。 実施例１としての撮像光学系の構成を示した図である。 実施例１における第１レンズの屈折率分布の半径方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例１の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。 実施例２としての撮像光学系の構成を示した図である。 実施例２における第１レンズの屈折率分布の半径方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例２の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。 実施例３としての撮像光学系の構成を示した図である。 実施例３における第１レンズの屈折率分布の半径方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例３における第１レンズの屈折率分布の光軸方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例３における第２レンズの屈折率分布の光軸方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例３の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。 実施例４としての撮像光学系の構成を示した図である。 実施例４における第１レンズの屈折率分布の半径方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例４の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。 実施例５としての撮像光学系の構成を示した図である。 実施例５における第１レンズの屈折率分布の半径方向に対する二階微分をグラフ化して示した図である。 実施例５の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
　以下、本技術に係る実施の形態について説明する。
　なお、説明は以下の順で行う。
　＜１．実施の形態としての撮像装置及び撮像光学系＞
　［1-1．撮像装置の構成］
　［1-2．実施の形態の撮像光学系の概要］
　＜２．具体的な実施例＞
　［2-1．実施例１］
　［2-2．実施例２］
　［2-3．実施例３］
　［2-4．実施例４］
　［2-5．実施例５］
　＜３．変形例＞
　＜１．実施の形態としての撮像装置及び撮像光学系＞
　［1-1．撮像装置の構成］
　図１は、実施の形態としての撮像装置１の内部構成を示したブロック図である。
　先ず前提として、本実施の形態の撮像装置１は、赤外線についての撮像を行う赤外線撮像装置であるとする。
　図１に示すように、撮像装置１は、光学ブロック２、イメージセンサ（イメージャ）３、画像信号取得部４、及び画像信号処理部５を有して構成される。
　光学ブロック２は、後述する実施の形態としての撮像光学系を包括的に表したものである。光学ブロック２は、図中に入射光Ｌｉと示す被写体（物体）からの赤外光（赤外線）をイメージセンサ３の撮像面（像面）に集光する。
　イメージセンサ３は、光学ブロック２により集光された赤外線を検出し、上記被写体からの赤外線に応じた赤外線検出信号を得る。
　赤外線検出信号を得るにあたってイメージセンサ３が備えるべき赤外線検出素子としては、例えば焦電素子を用いたものを挙げることができる。或いは、ゼーベック効果を生じさせる熱電対を接続したサーモパイル型、温度上昇による抵抗値の変化を利用したボロメータ型などの赤外線検出素子を用いることもできる。
　なお、赤外線検出素子についてはこれらに限定されるべきものでなく、赤外線を検出できるものであればその種類は問わない。
　なお、赤外線検出素子として焦電素子を用いた場合には、イメージセンサ３に入射する赤外光を周期的に遮蔽するためのシャッタを設けることになる。これは、焦電素子が、温度自体に応じた値を出力するものではなく、温度差（温度変化）に応じた値を出力する素子とされることに対応させるためである。すなわち、上記シャッタにより赤外光の周期的な照射状態／遮蔽状態を作り出すことにより意図的に温度差を発生させ、それにより、静止状態の物体についても、適正な温度分布画像（赤外線撮像画像）が得られるようにするものである。
　画像信号取得部４は、イメージセンサ３により得られる赤外線検出信号（上記赤外線検出素子ごとに得られる検出信号）を入力して、赤外線撮像画像信号を得る。
　画像信号処理部５は、画像信号取得部４で得られた撮像画像信号について各種の画像信号処理を施す。例えば、黒レベル補正、画素欠陥補完、収差補正、光学シェーディング補正、レンズディストーション補正、温度調整、距離変化量の算出、コーディング等を行う。
　画像信号処理部５からの出力は、図示しないがインターフェース等を介して、撮像装置の外部のディスプレイ（画像表示装置）等に送られる。
　［1-2．実施の形態の撮像光学系の概要］
　図２は、光学ブロック２内に設けられる、実施の形態としての撮像光学系の構成の概要について説明するための図である。
　この図２を始めとして以下で説明する光学系の構成図（図８,１１,１４,１９,２２）においては、紙面の左側に撮像対象の物体が配置されているとする。すなわち、紙面左側が物体側、紙面右側が像面側となる。
　なお、図２では撮像光学系の構成と共に、先の図１に示したイメージセンサ３も併せて示している。
　図示するように、実施の形態の撮像光学系は、物体側から像面側にかけて開口絞り１０、第１レンズ１１、第２レンズ１２、センサ窓１３が配置されている。
　第１レンズ１１は、収差補正を担うレンズであり、開口絞り１０付近に設けられる。このように第１レンズ１０が開口絞り１０付近に配置されることで、球面収差の補正効果が高まる。
　また、第２レンズ１２は、第１レンズ１１を通過した赤外光を集光する集光レンズとして機能する。つまりは、赤外線像をイメージセンサ３の撮像面に結像させる結像レンズとして機能するものである。
　センサ窓１３は、例えば平板形状とされ、イメージセンサ３の撮像面を保護するために設けられる。
　ここで、本実施の形態の撮像光学系では、少なくとも第１レンズ１１が屈折率分布型レンズ（いわゆるＧＲＩＮレンズ）で構成される。
　ＧＲＩＮレンズは、屈折率が一様なレンズに比して設計上の自由度が高く、レンズ用素子として高い潜在力を持つものである。
　このようなＧＲＩＮレンズを第１レンズ１１に用いることで、収差補正にあたり従来のように高コストな加工を要することがなくなり、この点でコスト削減が図られる。
　また、本実施の形態の撮像光学系では、第２レンズ１２について、その焦点距離ｆ2が、該第２レンズ１２も含めた撮像光学系全体の焦点距離ｆと略一致するものとされている。
　具体的には、例えば
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　の条件を満たすように、撮像光学系が設計されている。
　第２レンズ１２の焦点距離ｆ2が撮像光学系全体の焦点距離ｆと略一致するということは、光学系の集光機能はほぼ全て第２レンズ１２が担っていることを意味するものであり、第１レンズ１１側には集光機能を与える必要性は無いものとできる。つまりこれにより、第１レンズ１１は、収差補正に特化したレンズとして設計することが可能となり、その結果、収差補正効果を高めることができるものである。
　また、本実施の形態では、ＧＲＩＮレンズで構成される第１レンズ１１の屈折率分布（以下、屈折率分布Ｎ1とする）について、その半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように設計するものとしている。
　ここで、ＧＲＩＮレンズの屈折率分布Ｎは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　と表される。
　ただし［式２］において、Ｎ0はＧＲＩＮレンズの基準屈折率であり、Ｒはレンズの半径方向位置（入射面光軸中心を０）、Ｚはレンズの光軸方向位置（入射面光軸中心を０）を意味する。また、ｎｒijはＲjの項の係数、ｎｚijはＺjの項の係数である。
　なおここでは簡単のため、Ｒの項は６乗まで、Ｚの項は３乗までを記載しているが、さらに高次項を用いても同様である。
　上記［式２］のように表されるＧＲＩＮレンズの屈折率分布Ｎのうち、半径方向（ｒ）における屈折率分布を「Ｎ（ｒ）」と表記する。
　本実施の形態の第１レンズ１１は、このような屈折率分布Ｎ（ｒ）の半径方向に沿った二階微分
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　が、単調増加となるようにされている。
　ここで以下、第１レンズ１１の半径方向における屈折率分布Ｎ（ｒ）については「Ｎ1（ｒ）」と表記する。
　また、この第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1（ｒ）の半径方向に沿った二階微分は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　と表記する。
　上記のように半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように屈折率分布Ｎ1（ｒ）が与えられていることで、第１レンズ１１による球面収差補正効果が得られる。
　ここで、図３に、球面収差補正にあたり与えられるべき半径方向の屈折率分布パターンの例を示す。
　球面収差補正効果を得るにあたっては、これら図３Ａ又は図３Ｂに示されるような屈折率分布Ｎ（ｒ）を与えることになる。
　これら図３Ａ、図３Ｂに示す何れの屈折率分布Ｎ（ｒ）についても、その半径方向に沿った二階微分を行うと、その結果は単調増加となることが分かる。
　このことより、屈折率分布Ｎ1（ｒ）の半径方向に沿った二階微分が単調増加となる第１レンズ１１によれば、球面収差補正効果が得られるものである。
　ここで、本実施の形態では、第１レンズ１１のみでなく、第２レンズ１２についても屈折率分布型レンズを用いるものとしている。
　このことで、第２レンズ１２自体、及び光学系全体の設計自由度の向上を図ることができる。
　そして、本実施の形態では、第１レンズ１１と第２レンズ１２の何れか一方に、光軸方向にも屈折率分布を持たせることとしている。
　光軸方向にも屈折率分布を持たせることで、光学設計の設計自由度をさらに増すことができる。
　ここで、後述する実施例では、第１レンズ１１と第２レンズ１２の双方に、光軸方向への屈折率分布を持たせる構成を提案している（実施例３）。
　このように第１レンズ１１と第２レンズ１２の双方に光軸方向にも屈折率分布を持たせる場合には、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1についての光軸方向（Ｚ）に沿った二階微分と、第２レンズ１２の屈折率分布（以下、屈折率分布Ｎ2と表記）についての光軸方向に沿った二階微分とが、正／負の関係となるようにすることで、広い画角においてＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を改善できる。すなわち、分解能を向上できる。
　ここで、上記のように「第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1についての光軸方向に沿った二階微分と、第２レンズ１２の屈折率分布Ｎ2についての光軸方向に沿った二階微分とが正／負の関係となる」との条件の一例としては、例えば次の［式５］に示す条件を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　ただし［式５］において、「Ｎ1(ｒ,ｚ)」は第１レンズ１１の屈折率分布（半径方向及び光軸方向）を意味し、「Ｎ2(ｒ,ｚ)」は第２レンズ１２の屈折率分布（半径方向及び光軸方向）を意味するものである。またｔ1、ｔ2はそれぞれ第１レンズ１１、第２レンズ１２の中心厚さを意味する。
　上記「第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1についての光軸方向に沿った二階微分と、第２レンズ１２の屈折率分布Ｎ2についての光軸方向に沿った二階微分とが正／負の関係となる」との条件を満たすことは、収差補正に関して、第１レンズ１１側と第２レンズ１２側とでバランスが取られていることを意味する。この結果、周辺の収差に対する補正効果を高めることができ、広い画角において分解能の向上が図られる。
　また、本実施の形態において、ＧＲＩＮレンズとしては、いわゆるメタマテリアルレンズを用いることができる。
　ここで、メタマテリアルは、一辺の長さが使用波長よりも短い単位セルで構成された人工構造物であり、上記単位セルが、その内部に導電体を有し、該導電体が誘電体で支持されて構成されるものである。
　図４は、メタマテリアルを構成する単位セル１５の構造例を示している。
　図４Ａ又は図４Ｂに示されるように、単位セル１５は、その内部に導電体１６を有している。この導電体１６が誘電体により支持されて、単位セル１５が形成されるものである。
　このような単位セル１５が、図５に示されるようにＸ，Ｙ，Ｚの各方向に積層されて、メタマテリアル（メタマテリアルレンズ）が形成される。
　ここで、メタマテリアルは、単位セル１５内の構造を制御し、入射波長に対する電気的共振と磁気的共振の何れか、又は双方を利用することで、使用波長の電磁波に対する誘電率と透磁率を制御することができる。
　周知のように誘電率（ε）と透磁率（μ）の積の平方根が屈折率となるものである。
　ここで、このようなメタマテリアルを用いない従来のＧＲＩＮレンズは、例えばイオン交換法やゾルゲル法などにより、材料の溶解中やゲル状の段階で電磁界を用いて金属イオンの分布をコントロールすることで作製されているが、このような従来のＧＲＩＮレンズでは、複雑な屈折率分布を形成することが困難とされる。このため、非球面形状の効果に相当するような屈折率分布を得ることが困難なものとされる。
　また、半径方向に屈折率分布を持たせる場合、素子のもつ光学パワーは、半径方向の屈折率差と光軸方向の長さとで決定されるが、従来のＧＲＩＮレンズでは大きな屈折率差を得ることが困難とされ、結果として、径が小さく、光軸側に長い形状にしないと、十分な光学パワーを得ることができない可能性がある。
　つまりその結果として、本実施の形態で例示している赤外線撮像光学系のように比較的明るさを必要とする撮像光学系への適用が、困難となる虞がある。
　この点に鑑み、後述の各実施例では、ＧＲＩＮレンズとしてメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
　メタマテリアルレンズでは、上述のように誘電率と透磁率の積の平方根が屈折率となる。このため、単位セル内の構造を場所ごとに変えることにより、複雑な屈折率分布を比較的容易に作り出すことができる。
　このことから、メタマテリアルレンズを用いることで、既存のＧＲＩＮレンズ作製法ではその実現に困難性があった、半径方向と光軸方向の屈折率分布の並存や、複雑な屈折率分布を容易に構成することが可能となる。
　つまりこのことで、収差補正能力の高い高分解能な撮像光学系の設計が容易となるものである。
　また、メタマテリアルレンズによれば大きな屈折率差も容易に実現できることから、各レンズ（特に集光を担う第２レンズ１２）の薄型化や大口径化が容易となる。この点より、光学系の明るさの向上を図る上で有利とできる。
　ここで、メタマテリアルレンズとした場合、これを構成する単位セル１５の構造を工夫することで、偏光特性を制御することができる。
　例えば先の図４Ａに示したように、単位セル１５内の構造がＺ軸（光軸方向）、及びＺ軸に垂直な面上にあるＸ軸及びＹ軸の３軸に対して対称な構造を有していれば、この単位セル１５は、等方的な屈折率を持つ。つまり、任意の偏光方向を持つ入射電磁波に対して、同じ屈折率を示すことになる。
　通常、撮像光学系にはあらゆる偏光方向を含んだ電磁波が入射する。図４Ａに示す構造によれば、それら任意の偏光方向に対する屈折率を等しくできる。
　或いは、図４Ｂに示されるようにＸ軸・Ｙ軸の２軸に対してのみ対称な構造とすることもできる。この場合、Ｘ－Ｙ平面に偏光をもつ電磁波に対する屈折率ＮX-Yと、Ｚ軸方向に偏光をもつ電磁波に対する屈折率ＮZは異なる値となる。
　このとき、Ｘ－Ｙ平面に垂直に入射する電磁波、つまりＸ－Ｙ平面に平行な偏光をもつ電磁波に対しては屈折率ＮX-Yを示すが、Ｘ－Ｙ平面に垂直以外の角度を持って入射した電磁波や、Ｘ－Ｙ平面に垂直に入射してもその後屈折した電磁波に対しては、ＮX-YとＮZからなる屈折率楕円体と、その電磁波の方向ベクトルとで決定される屈折率を示すことになる。
　これは、レンズ内の同じ場所に入射する電磁波でも、入射角が異なると屈折率が異なることを意味しており、特に画角の大きな撮像光学系の設計を行う場合には、一つの自由度とすることができる。
　メタマテリアルレンズは、微細加工技術を用いて作製することができる。
　例えば、誘電体製のプリント基板上に導電体構造をエッチングすることで単位セル１５を構成することができる。或いは、半導体プロセス（リソグラフィ、蒸着、エッチング等）を用いて作製しても良い。
　また、液体・ゲル上の誘電体内に導電体構成を配置して後に、誘電体を硬化させる手法も開発されている。
　本実施の形態において、メタマテリアルレンズの作製は、例えばこれら何れかの手法により行う。
　図６を参照して、メタマテリアルレンズにおける具体的な屈折率分布の付与の手法について説明しておく。
　図６において、先ず前提として、この場合における単位セル１５は略立方体形状とされ、その一辺の長さｍがおよそ１μｍとされているとする。
　この場合、導電体１６はＣｕ（銅）であり、該導電体１６を支持する誘電体はＢａＦ2（フッ化バリウム）とされる。
　このようにＢａＦ2によって単位セル１５内にＣｕの構造体を支持すると、Ｃｕの形状を変形させることにより、屈折率を変化させることができる。
　例えばこの図の例では、Ｃｕの構造体として十字型の構造体を構成するものとしている。
　十字型のＣｕが有する４つの手のそれぞれの幅ａは一定とする（例えばａ＝１８０ｎｍ）。このとき、十字の手の長さｂを図６Ａ，図６Ｂに示すように変化させると、該長さｂに応じて屈折率を調整できる
　図７は、手の長さｂを変化させた際の屈折率の測定結果を示している。
　具体的にこの図７では、手の長さｂをｂ＝３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲で１００ｎｍごとに変化させた際における波長（μｍ）に対する屈折率変化特性を示している。
　この図７からも、手の長さｂによって屈折率を調整できることが分かる。
　メタマテリアルレンズの屈折率分布は、このようなＣｕ板（導電体１６）の形状によって所要の屈折率が設定された単位セル１５を、先の図５に示したような積層体状に組み合わせることによって付与することができる。具体的に、単位セル１５の半径方向への積層により半径方向における屈折率分布Ｎ（ｒ）を付与でき、また光軸方向への積層により光軸方向における屈折率分布Ｎ（ｚ）を付与できるものである。
　後述する各実施例においては、このような手法により所要の屈折率分布を持つメタマテリアルレンズを作製するものとした。
　ここで、本実施の形態において、メタマテリアルレンズとしては、第１レンズ１１のみ、或いは第１レンズ１１と第２レンズ１２の双方に用いることができるが、特に第２レンズ１２にメタマテリアルレンズを用いるものとした場合、第２レンズ１２は、１枚のメタマテリアルレンズではなく複数枚のメタマテリアルレンズで構成することができる。
　これまでの説明からも理解されるように、本実施の形態では、結像のための光学パワーを第２レンズ１２に集中させていることから、第２レンズ１２は厚くなる傾向となる。導電体構造や誘電体を積層してメタマテリアルレンズを作製する場合には、レンズ厚さが厚くなると、その分製造時間も長くなってしまう。
　そこで、特に第２レンズ１２については、複数枚のメタマテリアルレンズから成るレンズ群で構成することで、製造時間の短縮化を図ることができる。すなわち、メタマテリアルレンズ１枚あたりの厚さを薄くできるので、個々のメタマテリアルレンズの製造時間を短縮化することができ、各レンズの製造を並行して行うものとすれば、第２レンズ１２の製造時間は１枚のメタマテリアルレンズで構成する場合よりも大幅に短縮化できるものである。
　なお、このように複数のメタマテリアルレンズから成るレンズ群とする場合、個々のメタマテリアルレンズの厚さは、強度確保の観点より０．２ｍｍ以上とすることが望ましい。
　ところで、近年では、温度センサや人感センサとして遠赤外線を利用したデバイスが用いられるようになってきたが、これらは解像度が低い構成であり、サーモビュワーやナイトビジョンシステムのように撮像対象の形状まで結像するような光学系を有するデバイスは限られている。今後、デバイスの普及を多用途に広げていくためには、光学系の広画角化が要請される。具体的には、少なくとも画角２５°を越えるものが望ましいものとなる。
　後述する具体的な実施例においては、この点を考慮して光学系の設計を行っている。
　また、遠赤外光やテラヘルツ波はエネルギーが低いため、可視光で使用している撮像素子は使用できず、イメージセンサ３の感度は比較的低いものとなる。従って、より多くの光量を集光するためにもＦ値は高いことが望ましく、例えばＦ値＝１．８以下の構成とすることが望ましい。
　また、温度分布測定等の解像度の必要な用途においては、集光量を上げ分解能の向上を図るべく、Ｆ値＝１．３以下とすることが望ましい。
　以下の各実施例においては、このようなＦ値に係る要請も考慮して光学系の設計を行っている。
　＜２．具体的な実施例＞
　［2-1．実施例１］
　図８は、実施例１としての撮像光学系の構成を示している。
　なお図８において、図中の面Ｓimgは、図１（及び図２）に示したイメージセンサ３の撮像面を表す（以下、撮像面Ｓimgと表記）。
　また図８では赤外光（遠赤外光：中心波長１０μｍ）の光線も併せて示している。
　図中の短破線で示す光線は像高０．０ｍｍに集光する光線を表し、丸破線で示す光線は像高１．５ｍｍに集光する光線を表している。また実線で示す光線は像高３．５ｍｍに、長破線で示す光線は像高５．０ｍｍにそれぞれ集光する光線を表す。
　本実施例においては、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方にメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
　そして本実施例では、これら第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方とも、半径方向にのみ屈折率分布を与えるものとし、光軸方向への屈折率分布付与は行っていない。
　具体的に、この場合に設定した第１レンズ１１、第２レンズ１２の各係数を以下に示す。
　第１レンズ１１
　　ｔ1：０．５１ｍｍ
　　Ｎ10＝１．５
　　ｎｒ12＝－０．００４５６１９
　　ｎｒ14＝２．６３４１×１０-5
　　ｎｒ16＝３．９０８３×１０-8
　　ｎｚ11＝０
　　ｎｚ12＝０
　　ｎｚ13＝０
　第２レンズ１２
　　ｔ2：２０．９８ｍｍ
　　Ｎ20＝１．７
　　ｎｒ22＝－０．００１４２２６
　　ｎｒ24＝１．５２０７×１０-7
　　ｎｒ26＝－２．４７５９×１０-10
　　ｎｚ11＝０
　　ｎｚ12＝０
　　ｎｚ13＝０
　ただし、ｔ1、ｔ2はそれぞれ第１レンズ１１、第２レンズ１２の中心厚さである。
　また、Ｎ20は第２レンズ１２の基準屈折率である。
　撮像光学系の構成としては、物体－開口絞り１０間の距離を９０００ｍｍ、開口絞り１０－第１レンズ１１間の距離を０ｍｍ、第１レンズ１１－第２レンズ１２間の距離を１２．２７ｍｍ、第２レンズ１２－センサ窓１３間の距離を９．６０ｍｍ、センサ窓１３－撮像面Ｓimg間の距離を０．９５ｍｍとしている。
　センサ窓１３は、厚み１．０ｍｍのＳｉ（シリコン）製であり、波長１０μｍにおける屈折率は３．４２である。
　光学系全体の焦点距離ｆは１９ｍｍであり、開口絞り１０の直径は１８．１ｍｍで、Ｆ値＝１．０６、水平画角２３．８度を実現している。
　ここで、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1を半径方向位置Ｒで二階微分した値は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　と表される。
　実施例１では、ｎｒ14とｎｒ16の値が正であるため、この場合における屈折率分布Ｎ1の半径方向に対する二階微分は、図９にそのグラフを示すように、単調増加となる（Ｒの増加に対し単調増加）。
　また、第２レンズ１２単体の焦点距離ｆ2は、ＧＲＩＮレンズの焦点距離の公式より、ｎｒ22が負のとき、以下によって与えられるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　この［式７］と、この場合の第２レンズ１２に設定した係数ｎｒ22＝－０．００１４２２６とによると、実施例１における焦点距離ｆ2は１９．０と計算される。
　従って、ｆ2／ｆ＝１．０であり、前述した「０．９≦ｆ2／ｆ≦１．１」による条件を満たす。つまりこのことから、収差（コマ収差及びアス収差）を抑制する構成となっていることが分かる。
　図１０は、実施例１の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
　なおこの図１０を始めとして以降で示すＭＴＦ図（図１３，１８，２１，２４）の共通事項として、図中の短波線は像高０．０ｍｍの特性、丸波線は像高１．５ｍｍの特性、実線は像高３．５ｍｍの特性を表す。また、図中「Ｔ」の表記はタンジェンシャル値を意味し、「Ｓ」の表記はサジタル値を意味する。
　ここで、像高５．０ｍｍを１０割とした場合、０割にあたる像高０．０ｍｍと、３割にあたる像高１．５ｍｍとで、２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍにおけるＭＴＦ値が０．３以上となり、且つ、７割にあたる像高３．５ｍｍで１０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍにおけるＭＴＦ値が０．３以上となることが望ましい。
　本実施例では、上記の設計によって、像高０．０ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍにおけるＭＴＦ値（タンジェンシャル及びサジタル）が０．６８８、像高１．５ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６２１、サジタル値０．６３１、像高３．５ｍｍにおける１０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６６１、サジタル値０．４８２と、高い分解能が得られている。
　上記により説明した実施例１によれば、２枚のＧＲＩＮレンズを使用することにより、レンズの枚数を抑えながら、球面収差、コマ収差、アス収差という種々の収差を抑制して、高分解能な画像を得ることができる。
　また、ＧＲＩＮレンズをメタマテリアルによって作製することにより、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、Ｆ値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
　［2-2．実施例２］
　図１１は、実施例２としての撮像光学系の構成を示している。
　なお、図１１においても各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ、５．０ｍｍ）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０．０ｍｍ＝短破線、像高１．５ｍｍ＝丸破線、像高３．５ｍｍ＝実線、像高５．０ｍｍ＝長破線となる。
　この図１１に示す実施例２としての撮像光学系においても、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方にメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
　実施例２では、第１レンズ１１が半径方向に対してのみ屈折率分布が付与され、第２レンズ１２には、半径方向と光軸方向の双方に対して屈折率分布を与えるものとしている。
　実施例２における第１レンズ１１、第２レンズ１２の係数は以下の通りである。
　第１レンズ１１
　　ｔ1：１．４５ｍｍ
　　Ｎ10＝１．５
　　ｎｒ12＝－０．００２６９７９
　　ｎｒ14＝８．３０００×１０-6
　　ｎｒ16＝１．３７０８×１０-8
　　ｎｚ11＝０
　　ｎｚ12＝０
　　ｎｚ13＝０
　第２レンズ１２
　　ｔ2：２２．１ｍｍ
　　Ｎ20＝１．７
　　ｎｒ22＝－０．００１２９１７
　　ｎｒ24＝６．０５９２×１０-8
　　ｎｒ26＝－１．０５０４×１０-10
　　ｎｚ11＝０．１８７１５
　　ｎｚ12＝－０．０１０４９２
　　ｎｚ13＝０．０００１６２０４
　実施例２の場合も、物体－開口絞り１０間の距離は９０００ｍｍ、開口絞り１０－第１レンズ１１間の距離は０ｍｍである。この場合、第１レンズ１１－第２レンズ１２間の距離は１３．４７ｍｍ、第２レンズ１２－センサ窓１３間の距離は１０．５４ｍｍ、センサ窓１３－撮像面Ｓimg間の距離は０．９５ｍｍとしている。
　実施例２においてもセンサ窓１３は厚み１．０ｍｍのＳｉ製であり、波長１０μｍにおける屈折率は３．４２である。
　この場合も光学系全体の焦点距離ｆは１９ｍｍ、開口絞り１０の直径は１８．１ｍｍであり、Ｆ値＝１．０６、水平画角２３．８度を実現している。
　この実施例２の光学系においても、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1を半径方向位置Ｒに沿って二階微分した値は、単調増加となる。
　すなわち、実施例２においても、ｎｒ14とｎｒ16の値が正のため、図１２にグラフ化して示すように、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1の半径方向に対する二階微分はＲの増加に対して単調増加となる。
　また実施例２において、第２レンズ１２単体の焦点距離ｆ2は、この場合に設定されたｎｒ22＝－０．００１２９１７と先の［式７］とにより１９．８８と計算される。従ってｆ2／ｆ＝１．０５である。
　よって、この場合も「０．９≦ｆ2／ｆ≦１．１」の条件を満たし、コマ収差及びアス収差を抑制する構成となっている。
　図１３は、実施例２の撮像光学系についての各像高（像高１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
　実施例２の場合、像高０．０ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦ値（タンジェンシャル及びサジタル）が０．６８７、像高１．５ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６６４、サジタル値０．７１５、像高３．５ｍｍにおける１０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．８２４、サジタル値０．７８１と、高い分解能が得られる。
　上記による実施例２によっても、２枚のＧＲＩＮレンズを使用することにより、レンズの枚数を抑えながら、球面収差、コマ収差、アス収差という種々の収差を抑制して、高分解能な画像を得ることができる。また、ＧＩＲＮレンズとしてメタマテリアルレンズを用いることで、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、Ｆ値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
　［2-3．実施例３］
　図１４は、実施例３としての撮像光学系の構成を示している。
　なお、図１３においても各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ、５．０ｍｍ）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０．０ｍｍ＝短破線、像高１．５ｍｍ＝丸破線、像高３．５ｍｍ＝実線、像高５．０ｍｍ＝長破線となる。
　図１４に示す実施例３としての撮像光学系においても、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方にメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
　実施例３では、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方について、半径方向と光軸方向の双方に対する屈折率分布の付与を行うものとしている。
　実施例３における第１レンズ１１、第２レンズ１２の係数は以下の通りである。
　第１レンズ１１
　　ｔ1：０．３２ｍｍ
　　Ｎ10＝１．５
　　ｎｒ12＝－０．００８４０９９
　　ｎｒ14＝４．５９１５×１０-5
　　ｎｒ16＝２．３２４９×１０-8
　　ｎｚ11＝－１１．２７９
　　ｎｚ12＝５４．６６０
　　ｎｚ13＝－５３．０３８
　第２レンズ１２
　　ｔ2：２１．５９ｍｍ
　　Ｎ20＝１．７
　　ｎｒ22＝－０．００１３３６５
　　ｎｒ24＝１．０５８０×１０-7
　　ｎｒ26＝－２．０８８０×１０-10
　　ｎｚ11＝０．１６５８７
　　ｎｚ12＝－０．０１１００７
　　ｎｚ13＝０．０００１３７１５
　実施例３においても、物体－開口絞り１０間の距離は９０００ｍｍ、開口絞り－第１レンズ１１間の距離は０ｍｍである。またこの場合、第１レンズ１１－第２レンズ１２間の距離は１３．０６ｍｍ、第２レンズ１２－センサ窓１３間の距離は１０．３８ｍｍ、センサ窓１３－撮像面Ｓimg間の距離は０．９５ｍｍである。
　この場合もセンサ窓１３は厚み１．０ｍｍのＳｉ製であり、波長１０μｍにおける屈折率は３．４２である。
　本実施例においても、光学系全体の焦点距離ｆは１９ｍｍ、開口絞りの直径は１８．１ｍｍであり、Ｆ値＝１．０６、水平画角２３．８度を実現している。
　この実施例３においても、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1を半径方向位置Ｒに沿って二階微分した値は、単調増加となる。
　すなわち、この場合もｎｒ14とｎｒ16の値が正のため、図１５にグラフ化して示すように、屈折率分布Ｎ1の半径方向に対する二階微分はＲの増加に対して単調増加となる。
　また実施例３において、第２レンズ１２単体の焦点距離ｆ2は、ｎｒ22＝－０．００１３３６５と先の［式７］とにより１９．６４と計算される。従ってｆ2／ｆ＝１．０３である。
　よって、この場合も「０．９≦ｆ2／ｆ≦１．１」を満たし、コマ収差とアス収差を抑制する構成となっている。
　ここで、実施例３では、第１レンズ１１と第２レンズ１２の双方において、光軸方向への屈折率分布が与えられている。
　第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1の光軸方向位置Ｚに対する二階微分は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　である。
　図１６は、上記［式８］をグラフ化して示しているが、この図１６に示されるように、［式８］は第１レンズ１１の厚さＺ＝０～０．３２ｍｍの範囲で常に正となる。
　一方、第２レンズ１２の屈折率分布Ｎ2の光軸方向位置Ｚに対する二階微分は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　である。
　図１７に上記［式９］をグラフ化して示すが、この図１７にあるように［式９］は第２レンズ１２の厚さＺ＝０～２１．５９ｍｍの範囲で常に負となっている。
　よって、ｚ＝ｔ1／２において上記［式８］は正となり、ｚ＝ｔ2／２において上記［式９］は負となる。
　すなわち、実施例３は、前述した「第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1についての光軸方向に沿った二階微分と、第２レンズ１２の屈折率分布Ｎ2についての光軸方向に沿った二階微分とが正／負の関係となる」との条件を満たすものである。
　図１８は、実施例３の撮像光学系についての各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
　実施例３では、像高０．０ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦ値（タンジェンシャル及びサジタル）が０．７１８、像高１．５ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６５５、サジタル値０．６５８、像高３．５ｍｍにおける１０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６９２、サジタル値０．７０７と、高い分解能が得られる。
　この実施例３によっても、２枚のＧＲＩＮレンズを使用することにより、レンズの枚数を抑えながら球面収差、コマ収差、アス収差という種々の収差を抑制して、高分解能な画像を得ることができる。また、この場合もＧＩＲＮレンズとしてメタマテリアルレンズを用いることで、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、Ｆ値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
　［2-4．実施例４］
　図１９は、実施例４としての撮像光学系の構成を示している。
　なお、図１９においても各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ、５．０ｍｍ）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０．０ｍｍ＝短破線、像高１．５ｍｍ＝丸破線、像高３．５ｍｍ＝実線、像高５．０ｍｍ＝長破線となる。
　実施例４としての撮像光学系も、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方にメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
　実施例４は、図示するように第２レンズ１２を複数のメタマテリアルレンズ１２ａで構成するようにしたものである。
　具体的に、この場合の第２レンズ１２は、２０枚のメタマテリアルレンズ１２ａの個々を所定間隔を空けて光軸方向に配列させて成る。本例において、各メタマテリアルレンズ１２ａの間隔は０．２ｍｍとした。
　この実施例４では、先の実施例２と同様に、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方が半径方向への屈折率分布を持つが、第２レンズ１２側にのみ光軸方向への屈折率分布を付与するものとしている。
　実施例４における第１レンズ１１、第２レンズ１２の係数は以下の通りである。
　第１レンズ１１
　　ｔ1：１．０ｍｍ
　　Ｎ10＝１．５
　　ｎｒ12＝－０．００３０８９２
　　ｎｒ14＝１．４３１１×１０-5
　　ｎｒ16＝１．７８９３×１０-8
　　ｎｚ11＝０．０
　　ｎｚ12＝０．０
　　ｎｚ13＝０．０
　第２レンズ１２を構成する個々のメタマテリアルレンズ１２ａ
　　ｔ2：１．０ｍｍ
　　Ｎ20＝１．７
　　ｎｒ22＝－０．００１４３０３４０４
　　ｎｒ24＝６．８７５０×１０-8
　　ｎｒ26＝－９．９２７６×１０-11
　　ｎｚ11＝２１．９１５
　　ｎｚ12＝－１３．６０９
　　ｎｚ13＝４．３７０８
　確認のため述べておくと、この場合、上記ｔ2は１枚のメタマテリアルレンズ１２ａの中心厚さを表すものとなる。
　ここで、上記の設定値からも理解されるように、本例では、第２レンズ１２を構成する各レンズ１２ａは同じ設計のレンズとしている。
　このように各レンズを同じ設計とすれば、製造効率の向上を図ることができ、結果としてコストの削減に繋がる。
　また本例では、第１レンズ１１と、第２レンズ１２を構成する各メタマテリアルレンズ１２ａとについて、それぞれの厚さを１．０ｍｍに共通化している。これにより、前述のような単位セル構造を積層してメタマテリアルレンズを作製する手法を採る場合に、各レンズを効率的に作製できる。
　実施例４においても、物体－開口絞り１０間の距離は９０００ｍｍ、開口絞り１０－第１レンズ１１間の距離は０ｍｍである。この場合、第１レンズ１１－第２レンズ１２間の距離は１５．２２ｍｍ、第２レンズ１２－センサ窓１３間の距離は１１．８５ｍｍ、センサ窓１３－撮像面Ｓimg間の距離は０．９５ｍｍとしている。
　この場合もセンサ窓１３は厚み１．０ｍｍのＳｉ製であり、波長１０μｍにおける屈折率は３．４２である。
　またこの場合、光学系全体の焦点距離ｆは１８．６４ｍｍであり、開口絞りの直径は１７．７５ｍｍである。
　実施例４では、Ｆ値＝１．０５、水平画角２４．２度を実現している。
　この実施例４において、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1を半径方向位置Ｒに沿って二階微分した値は、この場合もｎｒ14とｎｒ16の値が正のため、図２０にグラフ化して示すように、Ｒの増加に対して単調増加となる。
　またこの場合、第２レンズ１２の焦点距離ｆ2は１８．６０ｍｍとしている。本例では光学系全体の焦点距離ｆが１８．６４ｍｍであるため、ｆ2／ｆ＝０．９９８である。
　よって、この場合も「０．９≦ｆ2／ｆ≦１．１」の条件を満たし、コマ収差とアス収差を抑制する構成となっている。
　図２１は、実施例４の撮像光学系についての各像高（像高１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
　実施例４の場合、像高０．０ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦ値（タンジェンシャル及びサジタル）が０．７２７、像高１．５ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６９５、サジタル値０．７１９、像高３．５ｍｍにおける１０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．８１１、サジタル値０．８５２と、高い分解能が得られる。
　実施例４によっても、ＧＲＩＮレンズを使用することにより、球面収差、コマ収差、アス収差という種々の収差を抑制して、高分解能な画像を得ることができる。また、この場合もＧＩＲＮレンズとしてメタマテリアルレンズを用いることで、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、Ｆ値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
　ところで、実施例４の第２レンズ１２については、これを構成する各メタマテリアルレンズ１２ａを、間隔を空けずに配置することもできる。
　この際、例えば各レンズ１２ａの平面度のばらつき等に起因して、各レンズ１２ａを隙間無く密着させて配置することが困難な場合がある。各レンズ１２ａの間に不要な隙間が生じた場合、光干渉が生じる虞があり、この点を考慮すれば、各レンズ１２ａは所定の間隔を空けて配置することが望ましいと言える。
　ここで、第２レンズ１２を構成する各レンズ１２ａを所定間隔を空けて配置した場合には、各レンズ１２ａの間において、空気との屈折率差により反射が生じることになる。このような反射による光量ロスを低減するために、各レンズ１２ａに反射防止加工を施すことが望ましい。
　例えば各メタマテリアルレンズ１２ａの両面に反射防止膜を成膜するなどの手法を採ることができる。
　或いは、反射防止は、反射防止膜の成膜ではなく、メタマテリアルレンズ１２ａの構造を工夫することで実現することもできる。
　ここで、メタマテリアルレンズ１２ａを構成する単位セル１５は、その誘電率と透磁率の積を保ちつつ、誘電率と透磁率の比を調整することで、隣接する物質と同じインピーダンスを持ちながら異なる屈折率を持たせることが可能である。このような性質を利用すれば、メタマテリアルレンズ１２ａと空気との境界面での反射を抑制することができる。
　具体的に、単位セル１５内の構造を、誘電率εと透磁率μが等しくなるように構成すると、屈折率ｎ＝（εμ）１／２を調整しながら、インピーダンスＺ＝（μ／ε）１／２＝１とすることができ、空気との境界面におけるフレネル反射を抑えることができるものである。
　なお、このようにメタマテリアルレンズの構造自体により反射防止効果を得る構成は、第１レンズ１１側にも採用することができ、また、先の実施例１等のように第２レンズ１２を１枚のメタマテリアルレンズで構成する場合における当該メタマテリアルレンズにも適用できるものである。
　［2-5．実施例５］
　図２２は、実施例５としての撮像光学系の構成を示している。
　なお、図２２においても各像高（０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ、５．０ｍｍ）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０．０ｍｍ＝短破線、像高１．５ｍｍ＝丸破線、像高３．５ｍｍ＝実線、像高５．０ｍｍ＝長破線となる。
　図２２に示されるように、実施例５の撮像光学系は、先の実施例１～３と同様に、第１レンズ１１及び第２レンズ１２をそれぞれ１枚のレンズで構成するものとしている。
　この場合も第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方にメタマテリアルレンズを用いるものとしている。
　また実施例５では、先の実施例１と同様に、第１レンズ１１、第２レンズ１２の双方に半径方向にのみ屈折率分布を持たせるものとしている。
　実施例５は、以下の設計により、特に色収差の抑制を図ったものとなる。
　実施例５で設定した第１レンズ１１、第２レンズ１２の係数を以下に示す。
　第１レンズ１１
　　ｔ1：０．４ｍｍ
　　Ｎ10＝１．５
　　ｎｒ12＝－０．０１１
　　ｎｒ14＝３．２９６２×１０-5
　　ｎｒ16＝４．３９１１×１０-8
　　ｎｚ11＝０
　　ｎｚ12＝０
　　ｎｚ13＝０
　第２レンズ１２
　　ｔ2：１６．０７ｍｍ
　　Ｎ20＝１．７
　　ｎｒ22＝－０．００１８０２７
　　ｎｒ24＝２．５７０２×１０-7
　　ｎｒ26＝－３．７３３４×１０-10
　　ｎｚ11＝０
　　ｎｚ12＝０
　　ｎｚ13＝０
　また、実施例５においても、物体－開口絞り１０間の距離は９０００ｍｍ、開口絞り１０－第１レンズ１１間の距離は０ｍｍである。
　この場合、第１レンズ１０－第２レンズ１２間の距離は１４．２ｍｍ、第２レンズ１２－センサ窓１３間の距離は９．６５ｍｍ、センサ窓１３－撮像面Ｓimg間の距離は０．９５ｍｍとしている。
　この場合もセンサ窓１３は厚み１．０ｍｍのＳｉ製であり、波長１０μｍにおける屈折率は３．４２である。
　本例の場合、光学系全体の焦点距離ｆは１９ｍｍであり、開口絞りの直径は１８．１ｍｍで、Ｆ値＝１．０６、水平画角２３．８度を実現している。
　実施例５の光学系においても、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1を半径方向位置Ｒで二階微分した値は、単調増加となる。すなわち、実施例５においても、ｎｒ14とｎｒ16の値が正のため、図２３にグラフ化して示すように、第１レンズ１１の屈折率分布Ｎ1の半径方向に対する二階微分はＲの増加に対して単調増加となる。
　また実施例５において、第２レンズ１２単体の焦点距離ｆ2は、この場合に設定されたｎｒ22＝－０．００１８０２７と先の［式７］とにより１８．９４と計算される。従ってこの場合、ｆ2／ｆ＝１．００３であり、「０．９≦ｆ2／ｆ≦１．１」の条件を満たし、コマ収差及びアス収差を抑制する構成となっている。
　図２４は、実施例５の撮像光学系についての各像高（像高１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．５ｍｍ）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
　実施例５の場合、像高０．０ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦ値（タンジェンシャル及びサジタル）が０．６７６、像高１．５ｍｍにおける２０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．５８３、サジタル値０．６６７、像高３．５ｍｍにおける１０ｌｉｎｅ　ｐａｉｒｓ／ｍｍでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．５８８、サジタル値０．４７５と、高い分解能が得られている。
　実施例５によっても、２枚のＧＲＩＮレンズを使用することにより、レンズの枚数を抑えながら球面収差、コマ収差、アス収差という種々の収差を抑制して高分解能な画像を得ることができる。
　また、この場合もＧＩＲＮレンズとしてメタマテリアルレンズを用いることで、高次数の屈折率分布や、半径方向と光軸方向にともに屈折率分布をもつレンズが実現可能となり、Ｆ値が小さく、画角の広い、さらに入射光の偏光方向を考慮した光学系を構成できる。
　ここで、これまでで説明した各実施例においては、上述のように第２レンズ１２の焦点距離ｆ2について「０．９≦ｆ2／ｆ≦１．１」の条件を満すため、第１レンズ１１の集光パワーを決定する係数ｎｒ12は、ほぼ０に等しい値となる。
　しかしながら、この係数ｎｒ12を０に対してより小さな値とすることで、色収差を軽減することができる。
　色収差を抑制するには色分散の小さい材料を使用すれば良いことは自明であるが、例えば各実施例にて用いるメタマテリアルレンズのように、先の図７に示したような屈折率変化特性をもつメタマテリアル材料を使用した場合を考える。
　図７において、このメタマテリアル材料では、波長１０μｍに対して屈折率１．５を持つ構造部分は、波長１２μｍに対しては１．４７０１の屈折率を持つ。また波長１０μｍで屈折率１．７となる構造部分は、波長１２μｍで１．６５９９の屈折率を持つ。
　このとき、ｎｒ12の値が－０．００４５６１９である実施例１では色収差が０．８８ｍｍであるのに対し、ｎｒ12の値が－０．０１１である実施例５では、色収差が０．８２ｍｍとなり、色収差が改善されるものとなる。
　よって、より色分散の小さい材料又はメタマテリアル材料を用い、ｎｒ12の値を０に対してより小さくすることで、より色収差を抑制した設計が可能であることが分かる。
　なお、ｎｒ12の値のみについてみれば、色収差の抑制効果を得るにあたっては、少なくとも「ｎｒ12＜０」とすればよいものである。
　＜３．変形例＞
　以上、本技術の撮像光学系及び撮像装置に係る実施形態について説明したが、本技術としてはこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
　例えば、各実施例においては、本技術が赤外線画像（波長８μｍ～１２μｍ程度）の撮像に適用される場合を例示したが、本技術は、テラヘルツ波の撮像にも好適に適用できる。
　テラヘルツ波の撮像光学系としては、例えば被写体に対しレーザ光を照射してテラヘルツ波を発生させ、該発生させたテラヘルツ波を開口絞り１０を介して入射するように構成すればよい。開口絞り１０以降の構成は、これまでで説明したものと同様でよい。またイメージセンサ３については、テラヘルツ波に対する感度を有するものを用いる。
　また、これまでの説明では、開口絞り１０と第１レンズ１１との間の距離を０とする場合を例示したが、球面収差補正効果の向上を図る上では、第１レンズ１１は開口絞り１０にできるだけ近接して配置されればよい。
　また、第２レンズ１２を複数枚のメタマテリアルレンズ１２ａで構成する場合において、先の実施例４では、各レンズ１２ａを同じ設計とする場合のみを例示したが、それぞれ別の設計のレンズを用いる、或いは同じ設計と別の設計のレンズとを組み合わせることも勿論可能である。
　また、本技術は以下に示す構成を採ることもできる。
（１）
　開口絞り付近に設けられ収差補正を担う第１のレンズと、
　上記第１のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第２のレンズと
　を備えると共に、
　上記第１のレンズが屈折率分布型レンズとされる
　撮像光学系。
（２）
　上記第２レンズの焦点距離が当該撮像光学系の全体焦点距離と略一致している上記（１）に記載の撮像光学系。
（３）
　上記第１のレンズは、
　その屈折率分布についての半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように設計されている
　上記（２）に記載の撮像光学系。
（４）
　上記第２のレンズが屈折率分布型レンズとされる上記（３）に記載の撮像光学系。
（５）
　上記第１のレンズ又は上記第２のレンズの何れかが光軸方向への屈折率分布をもつ上記（４）に記載の撮像光学系。
（６）
　上記第１のレンズと上記第２のレンズの双方が、光軸方向への屈折率分布をもち、
　上記第１のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分と、上記第２のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分とが、正／負の関係となるように設計されている
　上記（４）に記載の撮像光学系。
（７）
　上記第１のレンズ又は上記第２のレンズのうちの何れか一方がメタマテリアルレンズを有して構成される
　上記（４）乃至（６）何れかに記載の撮像光学系。
（８）
　上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、光軸に垂直な任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
　上記（７）に記載の撮像光学系。
（９）
　上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
　上記（７）に記載の撮像光学系。
（１０）
　上記第２のレンズが複数枚のメタマテリアルレンズで構成されている上記（７）乃至（９）何れかに記載の撮像光学系。
（１１）
　上記第２のレンズを構成する各上記メタマテリアルレンズが所定間隔を空けて配列されている
　上記（１０）に記載の撮像光学系。
（１２）
　上記第１のレンズの屈折率分布が
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　（ただし、ｒは半径方向位置、ｚは光軸方向位置を表し、Ｎ10は上記第１のレンズの基準屈折率、ｎｒ1jは屈折率分布式内のｒjの項の係数、ｎｚ1kは屈折率分布式内のｚkの項の係数である。ｊは偶数、ｋは整数とする。）
　で表されるとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　である上記（１）乃至（１１）何れかに記載の撮像光学系。
（１３）
　赤外線の像を結像する上記（１）乃至（１２）何れかに記載の撮像光学系。
（１４）
　テラヘルツ波の像を結像する上記（１）乃至（１２）何れかに記載の撮像光学系。
　１　撮像装置、２　光学ブロック、３　イメージセンサ、４　画像信号取得部、５　画像信号処理部、１０　開口絞り、１１　第１レンズ、１２　第２レンズ、１３　センサ窓、１５　単位セル、１６　導電体、Ｓimg　撮像面

Claims (15)

  1. 　開口絞り付近に設けられ収差補正を担う第１のレンズと、
    　上記第１のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第２のレンズと
    　を備えると共に、
    　上記第１のレンズが屈折率分布型レンズとされる
    　撮像光学系。
  2. 　上記第２レンズの焦点距離が当該撮像光学系の全体焦点距離と略一致している請求項１に記載の撮像光学系。
  3. 　上記第１のレンズは、
    　その屈折率分布についての半径方向に沿った二階微分が単調増加となるように設計されている
    　請求項２に記載の撮像光学系。
  4. 　上記第２のレンズが屈折率分布型レンズとされる請求項３に記載の撮像光学系。
  5. 　上記第１のレンズ又は上記第２のレンズの何れかが光軸方向への屈折率分布をもつ請求項４に記載の撮像光学系。
  6. 　上記第１のレンズと上記第２のレンズの双方が、光軸方向への屈折率分布をもち、
    　上記第１のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分と、上記第２のレンズの屈折率分布についての光軸方向に沿った二階微分とが、正／負の関係となるように設計されている
    　請求項４に記載の撮像光学系。
  7. 　上記第１のレンズ又は上記第２のレンズのうちの何れか一方がメタマテリアルレンズとされる
    　請求項４に記載の撮像光学系。
  8. 　上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、光軸に垂直な任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
    　請求項７に記載の撮像光学系。
  9. 　上記メタマテリアルレンズは、その内部の任意の一点において、任意の偏光方向に対する屈折率が等しくなるように構成されている
    　請求項７に記載の撮像光学系。
  10. 　上記第２のレンズが複数枚のメタマテリアルレンズで構成されている請求項７に記載の撮像光学系。
  11. 　上記第２のレンズを構成する各上記メタマテリアルレンズが所定間隔を空けて配列されている
    　請求項１０に記載の撮像光学系。
  12. 　上記第１のレンズの屈折率分布が
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
     　（ただし、ｒは半径方向位置、ｚは光軸方向位置を表し、Ｎ10は上記第１のレンズの基準屈折率、ｎｒ1jは屈折率分布式内のｒjの項の係数、ｎｚ1kは屈折率分布式内のｚkの項の係数である。ｊは偶数、ｋは整数とする。）
    　で表されるとき、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
     　である請求項１に記載の撮像光学系。
  13. 　赤外線の像を結像する請求項１に記載の撮像光学系。
  14. 　テラヘルツ波の像を結像する請求項１に記載の撮像光学系。
  15. 　開口絞り付近に設けられ収差補正を担う第１のレンズと、上記第１のレンズと撮像素子との間に配置されて集光を担う第２のレンズとを備えると共に、上記第１のレンズが屈折率分布型レンズとされる撮像光学系と、
    　上記撮像光学系により結像された像を検出する像検出部と、
    　上記像検出部による検出信号に基づいて撮像画像信号を得る画像信号取得部と
    　を備える撮像装置。
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