JPH1066096A

JPH1066096A - 撮像光学装置及び光学素子

Info

Publication number: JPH1066096A
Application number: JP8220835A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ono; 毅大野; Koichi Ise; 公一伊勢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】色収差がない撮像光学系を構成し、且つ、装
置を小型にできる。【解決手段】同一の光路上に、回折レンズ面１ａを有
する平板状回折レンズ１と、パワーを持つ屈折レンズ２
と、固体撮像素子３とを配置し、必要に応じて赤外線カ
ットフィルタ４とローパスフィルタ５を配置する。又、
屈折レンズ２に光学的ローパスフィルタ手段や赤外線カ
ットフィルタ手段を付加しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ等の固体撮
像素子を使用する光学系等を構成する撮像光学装置及び
これに用いる光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９には従来の撮像光学装置の光学系構
成図が示されている。図９において、光路上には赤外線
カットフィルタ１０とローパスフィルタ１１と１枚の屈
折レンズ１２とが配置され、この屈折レンズ１２の光射
出側に固体撮像素子１３が配置されている。赤外線カッ
トフィルタ１０は入射光内の赤外線を吸収若しくは反射
して、長波長域で感度が高い固体撮像素子１３固有の感
度特性を補正する。ローパスフィルタ１１は入射光内の
高周波数域をカットし、空間周波数の高い被写体を撮影
した際に現れるモアレ等の為信号を除去する。屈折レン
ズ１３は正のパワーを有し、固体撮像素子１３の位置に
被写体を結像させる。

【０００３】上記構成によれば、屈折レンズ１枚とフィ
ルタ２枚の計３枚構成となり、最少の部品点数で固体撮
像素子を使用した撮像系を構成することができる。しか
し、通常の屈折レンズ１枚にパワーを持たせると色収差
が発生し、良好な光学性能が得られない。

【０００４】従って、一般的には、図１０に示すよう
に、赤外線カットフィルタ１０、ローパスフィルタ１１
と共に２枚以上の屈折レンズ１４，１５を配置して色収
差のほとんどない光学系を構成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成によれば、フィルタに較べてはるかに厚みのある屈折
レンズ１４，１５を２枚以上配置しなければならないの
で、装置の大型化になるという欠点があった。

【０００６】そこで、本発明は、色収差のない撮像光学
系を構成し、且つ、装置の小型化に供する撮像光学装
置、及び、これに用いる光学素子を提供することを課題
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記を達成するための本
発明の撮像光学装置は、パワーを持つ屈折レンズと、こ
の屈折レンズと同一の光路上に配置され、回折レンズ面
を有するの平板状回折レンズとを備えたものである。

【０００８】また、本発明の光学素子は、パワーを持つ
屈折レンズと同一の光路上に配置され、一面に回折レン
ズ面を有する平板状回折レンズである。

【０００９】即ち、平板状回折レンズの回折レンズ面に
よって屈折レンズの色収差とは逆の色収差が発生するた
めに撮像光学系全体としては色収差がほとんど発生せ
ず、又、平板状回折レンズは屈折レンズに較べてはるか
に小さい厚みで構成できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００１１】図１には第１実施形態を示す撮像光学装置
の光学系構成図が示されている。図１において、光路上
には光入射側より平板状回折レンズ１と屈折レンズ２と
が配置され、この屈折レンズ１の光射出側に固体撮像素
子３が配置されている。

【００１２】光学素子である平板状回折レンズ１はその
光射出面側に回折レンズ面１ａを有する。この回折レン
ズ面１ａの格子パターンは同心円状の位相型の回折素子
であり、この回折レンズ１によって与えられる位相変調
の振幅は２πラジアンである。位相の変化量は下記の
（数１）の位相関数の位相項ｕ₁，ｕ₂…で決定される。

【００１３】

【数１】

【００１４】屈折レンズ２は、正のパワーを有し、固体
撮像素子３の位置に被写体を結像させる。

【００１５】上記構成の平板状回折レンズ１（１枚）と
屈折レンズ２（１枚）から成る撮像光学系の設計データ
を下記の（表１）に、その各収差図を図２に示す。この
比較として平板１枚と屈折レンズ１枚から成る従来タイ
プの撮像光学系の設計データを下記の（表２）に、その
各収差図を図３に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】図２と図３を比較するに、球面収差、非点
収差及び歪曲収差がほぼ同じであるのに対し、図２
（ｄ）及び図３（ｄ）に示す如く、各色のコマ収差特性
が異なる。従来タイプの図３（ｄ）では各線（ｇ，ｅ，
ｃ）のコマ収差に大きな差異（色収差）があるのに、本
実施形態タイプの図２（ｄ）では各線（ｇ，ｅ，ｃ）の
コマ収差にあまり差異（色収差）が見られない。

【００１９】即ち、上記構成において、平板状回折レン
ズ１の回折レンズ面１ａによって屈折レンズ２の色収差
をキャンセルする色収差が発生するため、撮像光学系全
体としては色収差がほとんど発生しない。又、平板状回
折レンズ１は屈折レンズ２に較べて非常に薄く構成でき
るため、屈折レンズを複数枚配置する場合に比較して撮
像光学装置を小型に構成できる。

【００２０】尚、図１にて仮想線で示すように、実際の
撮像光学系では赤外線カットフィルタ４とローパスフィ
ルタ５とが必要に応じて配置される。

【００２１】尚、上記第１実施形態では、平板状回折レ
ンズ１を屈折レンズ２の光入射側に配置したが、屈折レ
ンズ２の光射出側に配置しても、又、屈折レンズの光入
射側と光射出側の両方に配置しても良い。

【００２２】図４には第２実施形態を示す撮像光学装置
の光学系構成図が示されている。図４において、光路上
には光入射側より平板状回折レンズ６と屈折レンズ２と
が配置され、この屈折レンズ２の光射出側に固体撮像素
子３が配置されている。

【００２３】光学素子である平板状回折レンズ６はその
光射出側に回折レンズ面６ａを有し、この回折レンズ面
６ａの構成は前記第１実施形態（図１）のものと同様で
あるため説明を省略する。又、平板状回折レンズ６はそ
の光入射側に光学的ローパスフィルタ手段である曲率半
径が無限の非球面形状面６ｂを有する。この非球面形状
面６ｂは積極的に収差を発生させて光学的ローパスフィ
ルタ効果を持たせたものである。

【００２４】この第２実施形態においては、前記第１実
施形態と同様の作用・効果があると共に、ローパスフィ
ルタを付加することなくモアレ等の為信号を除去でき
る。又、平板状回折レンズは非常に薄く構成できるた
め、撮像光学装置の小型化に供する。

【００２５】尚、図４にて仮想線で示すように、実際の
撮像光学系では赤外線カットフィルタ４のみを必要に応
じて配置すれば良いので、第１実施形態に較べてさらな
る小型化に供する。又、平板状回折レンズ６の両面のパ
ターンは、ガラスモールド技術で形成が可能である。

【００２６】図５には第３実施形態を示す撮像光学装置
の光学系構成図が示されている。図５において、この第
３実施形態は前記第２実施形態の構成と略同様であるた
め、同一構成の箇所については図面に同一符号を付して
その説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。
即ち、光学素子である平板状回折レンズ７はその光射出
面側に前記第２実施形態と同様に回折レンズ面７ａを有
するが、その光入射面側に光学的ローパスフィルタ手段
である位相格子パターン面７ｂを有する。この位相格子
パターン面７ｂは、横方向に等間隔に配置された複数の
突ライン部、縦方向に等間隔に配置された複数の突ライ
ン部、又は、横方向と縦方向に共に等間隔に配置された
複数の突ライン部にて構成され、積極的に収差を発生さ
せて光学的ローパスフィルタ効果を持たせたものであ
る。

【００２７】この第３実施形態においては、前記第２実
施形態と同様の作用・効果を有する。又、回折レンズ７
の両面のパターンは、フォトリソグラフィ等と同一のパ
ターニング技術で形成が可能である。

【００２８】図６には第４実施形態を示す撮像光学装置
の光学系構成図が示されている。図６において、この第
４実施形態は前記第３実施形態の構成と略同様であるた
め、同一構成の箇所については図面に同一符号を付して
その説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。
即ち、光学素子である平板状回折レンズ８はその光射出
面側に回折レンズ面８ａと位相格子パターン面８ｂとが
混在されて構成されている。尚、平板状回折レンズ８の
光入射面側に構成しても良い。

【００２９】この第４実施形態においても、前記第３実
施形態と同様の作用・効果を有する。又、平板状回折レ
ンズ８の回折レンズ面８ａと位相格子パターン面８ｂと
が同一面に構成されているため、前記第３実施形態のも
のに較べて金型コストを低く押えることができる。

【００３０】図７には第５実施形態を示す撮像光学装置
の光学系構成図が示されている。図７において、この第
５実施形態にあって、前記第３実施形態（図５）のもの
と異なるのは平板状回折レンズ７′の材料のみであり、
他の構成は同一であるため図面に同一符号を付してその
説明を省略する。即ち、この第５実施形態の平板状回折
レンズ７′は赤外線を吸収する材料を用いて構成されて
いる。

【００３１】この第５実施形態においても、前記第３実
施形態と同様の作用・効果がある。又、その上、図５に
て仮想線で示すような赤外線カットフィルタ４を設ける
必要がなく、さらなる部品点数の削減、量産性の向上、
低コスト化が可能となる。

【００３２】尚、この第５実施形態においては、赤外線
カットフィルタ手段として平板状回折レンズ７′を、赤
外線を吸収する材料にて構成したが、通常のガラス材や
プラスチック材を用い、その表面に赤外線を反射する薄
膜を蒸着等して構成しても良い。このように構成しても
第５実施形態と同様の作用・効果が得られる。

【００３３】図８には本発明の撮像光学装置をノート型
パーソナルコンピュータに適用した例が示されている。
図８において、パソコン本体２０の上面一端には蓋部２
１が回転自在に支持され、この蓋部２１の内面側には液
晶表示部２１ａが設けられている。又、この液晶表示部
２１ａの上方中央には撮像光学装置２２が埋設されてお
り、この撮像光学装置２２より映像を得ることができる
よう構成されている。撮像光学装置２２により書類等の
内容を映像データとして取り込んで記録する。

【００３４】即ち、本発明の撮像光学装置２２は上述の
如く小型に構成できるため、上記蓋部２１のような厚み
のない箇所にも組み込むことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、パワ
ーを持つ屈折レンズと、この屈折レンズと同一の光路上
に配置され、回折レンズ面を有するの平板状回折レンズ
とを備えたので、色収差のない撮像光学系を構成し、且
つ、装置の小型化に供するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】撮像光学装置の光学系構成図（第１実施形
態）。

【図２】（ａ）は球面収差の特性線図、（ｂ）は非点収
差の特性線図、（ｃ）は歪曲収差の特性線図、（ｄ）は
コマ収差の特性線図（第１実施形態）。

【図３】（ａ）は球面収差の特性線図、（ｂ）は非点収
差の特性線図、（ｃ）は歪曲収差の特性線図、（ｄ）は
コマ収差の特性線図（従来タイプ）。

【図４】撮像光学装置の光学系構成図（第２実施形
態）。

【図５】撮像光学装置の光学系構成図（第３実施形
態）。

【図６】撮像光学装置の光学系構成図（第４実施形
態）。

【図７】撮像光学装置の光学系構成図（第５実施形
態）。

【図８】本発明の撮像光学装置を組み込んだノート型パ
ーソナルコンピュータの斜視図。

【図９】撮像光学装置の光学系構成図（従来例）。

【図１０】撮像光学装置の光学系構成図（他の従来
例）。

【符号の説明】

１，６，７，７′，８…平板状回折レンズ（光学素
子）、１ａ，６ａ，７ａ，８ａ…回折レンズ面、２…屈
折レンズ、６ｂ…非球面形状面、７ｂ，８ｂ…位相格子
パターン面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パワーを持つ屈折レンズと、この屈折レンズと同一の光路上に配置され、回折レンズ
面を有する平板状回折レンズと、を備えたことを特徴とする撮像光学装置。
【請求項２】前記平板状回折レンズは、光学的ローパ
スフィルタ手段を有することを特徴とする請求項１に記
載の撮像光学装置。
【請求項３】前記光学的ローパスフィルタ手段は、非
球面形状面であることを特徴とする請求項２に記載の撮
像光学装置。
【請求項４】前記光学的ローパスフィルタ手段は、位
相格子パターン面であることを特徴とする請求項２に記
載の撮像光学装置。
【請求項５】前記位相格子パターン面は、前記回折レ
ンズ面と混在させて同一面に構成したことを特徴とする
請求項４に記載の撮像光学装置。
【請求項６】前記平板状回折レンズは、赤外線カット
フィルタ手段を有することを特徴とする請求項１に記載
の撮像光学装置。
【請求項７】前記赤外線カットフィルタ手段は、前記
平板状回折レンズの材料に赤外線を吸収する材料を用い
たことを特徴とする請求項６に記載の撮像光学装置。
【請求項８】パワーを持つ屈折レンズと同一の光路上
に配置され、一面に回折レンズ面を有する平板状回折レ
ンズであることを特徴とする光学素子。
【請求項９】前記平板状回折レンズは、光学的ローパ
スフィルタ手段を有することを特徴とする請求項８に記
載の光学素子。
【請求項１０】前記光学的ローパスフィルタ手段は、
非球面形状面であることを特徴とする請求項９に記載の
光学素子。
【請求項１１】前記光学的ローパスフィルタ手段は、
位相格子パターン面であることを特徴とする請求項９に
記載の光学素子。
【請求項１２】前記位相格子パターン面は、前記回折
レンズ面と混在させて同一面に構成したことを特徴とす
る請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】前記平板状回折レンズは、赤外線カッ
トフィルタ手段を有することを特徴とする請求項８に記
載の光学素子。
【請求項１４】前記赤外線カットフィルタ手段は、前
記平板状回折レンズの材料に赤外線を吸収する材料を用
いたことを特徴とする請求項１３に記載の光学素子。