JPH1066097A

JPH1066097A - 撮像光学装置及び光学素子

Info

Publication number: JPH1066097A
Application number: JP8220836A
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】光路上に、回折・屈折レンズ１と固体撮
像素子２とを配置し、前記回折・屈折レンズ１はパワー
を持つ屈折レンズ体１ａの一面に回折レンズ面１ｂを有
する。光路上には必要に応じて赤外線カットフィルタ３
とローパスフィルタ４を配置する。又、回折・屈折レン
ズ１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体の一
面に回折レンズ面を設けた回折・屈折レンズを備えたも
のである。

【０００８】また、本発明の光学素子は、パワーを持つ
屈折レンズ体の一面に回折レンズ面を設けた回折・屈折
レンズである。

【０００９】即ち、回折・屈折レンズの回折レンズ面に
よって屈折レンズ体の色収差をキャンセルするために撮
像光学系全体としては色収差がほとんど発生せず、又、
回折・屈折レンズ単体で色収差補正ができるため他の光
学部品が不要である。

【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
には光入射側より回折・屈折レンズ１と固体撮像素子２
とが配置されている。光学素子である回折・屈折レンズ
１は正のパワーを持つ屈折レンズ体１ａを有し、この屈
折レンズ体１ａにより固体撮像素子２の位置に被写体を
結像させる。

【００１２】又、屈折レンズ体１ａの光射出面側には回
折レンズ面１ｂが設けられている。この回折レンズ面１
ａ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】上記構成の回折・屈折レンズ１（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。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】図２と図３を比較するに、図２（ｄ）及び
図３（ｄ）からわかるように通常の屈折レンズ１枚にパ
ワーを持たせると色収差が発生するが、回折・屈折レン
ズ１を用いることにより色収差が補正され、さらに、図
２（ａ）及び図３（ａ）と、図２（ｄ）及び図３（ｄ）
とからわかるように球面収差とコマ収差も同時に補正さ
れる。

【００１８】即ち、上記構成において、回折・屈折レン
ズ１の回折レンズ面１ｂによって屈折レンズ体１ａの色
収差をキャンセルするため、撮像光学系全体としては色
収差がほとんど発生せず、又、球面収差やコマ収差も軽
減される。従って、色収差補正のための光学部品を配置
する必要がなく撮像光学装置を小型に構成できると共に
量産性の向上や低コスト化が可能となる。

【００１９】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３とローパスフィ
ルタ４とが必要に応じて配置される。

【００２０】尚、上記第１実施形態では、回折・屈折レ
ンズ１を屈折レンズ体１ａの光射出面側に配置したが、
屈折レンズ体１ａの光入射面側に配置しても、又、屈折
レンズ体１ａの光入射面側と光射出面側の両方に配置し
ても良い。

【００２１】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
には光入射側より回折・屈折レンズ６と、固体撮像素子
２とが配置されている。

【００２２】光学素子である回折・屈折レンズ６はその
屈折レンズ体６ａの光射出側に回折レンズ面６ｂを有
し、この回折レンズ面６ｂ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、
回折・屈折レンズ６はその光入射側に光学的ローパスフ
ィルタ手段である非球面形状面６ｃを有する。この非球
面形状面６ｃ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。尚、図面上、非
球面形状面６ｃは図面作成の便宜上、球面として表現し
てある。

【００２３】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。

【００２４】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３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、回折・屈折レンズ１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。

【００２５】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、光学素子である回折・屈折レンズ７はその屈折レ
ンズ体７ａ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７ｂ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７ｃを有
する。この位相格子パターン面７ｃ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。

【００２６】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・屈折レ
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。

【００２７】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、光学素子である回折・屈折レンズ８はその屈折レ
ンズ体８ａの光射出面側に回折レンズ面８ｂと位相格子
パターン面８ｃとが混在されて構成されている。尚、こ
れらを回折・屈折レンズ８の光入射面側に構成しても良
い。

【００２８】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、回折・屈折レ
ンズ８の回折レンズ面８ｂと位相格子パターン面８ｃ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。

【００２９】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４実施形態（図６）のもの
と異なるのは回折・屈折レンズ８′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実施形態の回折・屈折
レンズ８′は赤外線を吸収する材料を用いて構成されて
いる。

【００３０】この第５実施形態においても、前記第４実
施形態と同様の作用・効果がある。又、その上、図６に
て仮想線で示すような赤外線カットフィルタ３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。

【００３１】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回折・屈折レンズ８′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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】

【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】

１，６，７，８，８′…回折・屈折レンズ（光学素
子）、１ａ，６ａ，７ａ，８ａ…屈折レンズ体、１ｂ，
６ｂ，７ｂ，８ｂ…回折レンズ面、６ｃ…非球面形状
面、７ｃ，８ｃ…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体の一面に回折
レンズ面を設けた回折・屈折レンズを備えたことを特徴
とする撮像光学装置。
【請求項２】前記回折・屈折レンズは、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、前
記屈折レンズ体に形成された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、前
記屈折レンズ体に形成された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】前記回折・屈折レンズは、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
屈折レンズ体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体の一面に回折
レンズ面を設けた回折・屈折レンズであることを特徴と
する光学素子。
【請求項９】前記回折・屈折レンズは、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、
前記屈折レンズ体に形成された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、
前記屈折レンズ体に形成された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】前記回折・屈折レンズは、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
屈折レンズ体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。