JPH11190819A - 光学系および光学モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズ枚数が少なく構成が簡単で、かつ十
分な性能を有するようにする。 【解決手段】 媒質および全体が負の屈折力を有する
ラジアル型屈折率分布レンズと、媒質および全体が正の
ラジアル型屈折率分布レンズとよりなり、下記条件
（１）、（２）を満足するようにした。 （１） ｜１／Ｖ_１ｎ｜＜０．０２ （２） ｜１／Ｖ_１ｐ｜＜０．０２

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学機器に用いるレ
ンズ、光学系およびそれらレンズ、光学系を用いた光学
モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭用ビデオカメラ、テレビ電
話、カメラ付きドアホンなどにみられるような電子的な
撮像を行なうためのカメラが普及している。そしてこれ
らカメラに用いられるレンズ系の小型軽量、低コスト化
が大きな課題になっている。これらカメラにて用いられ
るレンズ系は、固定焦点距離のものでは、３〜６枚程度
のレンズにて構成されているのが一般的である。

【０００３】また、立体撮影やオートフォーカスを行な
う場合、通常左右二つの光学系が必要であり、光学系に
おいて必要とするレンズ枚数は、通常のレンズ系の２倍
になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のレンズ系
のようにレンズ枚数が２〜６枚程度よりなるレンズ系
は、レンズ枚数が多く、このレンズを固定するための鏡
枠構成も複雑なものになり、コスト高になる。又、加
工、組立時における個々のレンズの偏芯により性能が劣
化すると云う問題がある。

【０００５】また、立体撮影などのため光学系を二つ必
要とする場合、レンズ系が二つ必要であり、二つのレン
ズ系を正確にアライメントする必要がる。

【０００６】本発明は、レンズ枚数が少なく構成が簡単
であって、かつ十分な性能を有する光学系を提供するも
のである。

【０００７】又、本発明は、立体撮影やオートフォーカ
スなどの２眼化にも適した光学系および光学モジュール
を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
物体側より順に、媒質および全体が負の屈折力を有する
ラジアル型屈折率分布レンズと、媒質および全体が正の
屈折力を有するラジアル型屈折率分布レンズとよりな
り、下記条件（１）、（２）を満足することを特徴とす
る光学系である。 （１） ｜１／Ｖ_1n｜＜０．０２ （２） ｜１／Ｖ_1p｜＜０．０２ ただし、Ｖ_1nは前記負の屈折力を有するラジアル型屈折
率分布レンズの媒質のアッベ数、Ｖ_1pは前記正の屈折力
を有するラジアル型屈折率分布レンズの媒質のアッベ数
である。

【０００９】又、本発明の第２の構成は、複数枚のレン
ズよりなるレンズ系とその像側に配置された撮像素子又
は表示素子とを有しており、各レンズ間およびレンズと
撮像素子又は表示素子との間に空気層が形成されないよ
うに構成されたことを特徴とする光学系である。つまり
本発明の第２の構成は、各レンズ間およびレンズ最終面
と撮像素子又は表示素子とが密着又は接合されている
か、あるいはエポキシ樹脂等の樹脂にて埋めるようにし
たものである。

【００１０】又、本発明の第３の構成は、夫々ラジアル
型屈折率分布レンズを含む二つのレンズ系と撮像素子基
板とよりなり、この撮像素子基板の表面上に前記の二つ
のレンズ系の最終面が密着されて一体化されていること
を特徴とする光学モジュールである。

【００１１】本発明の第４の構成のレンズ系は、凸平形
状のレンズ１枚よりなり、このレンズの内部に明るさ絞
りを有し、レンズの像側の面（平面）の近傍に結像位置
が来るようにし、下記条件（５）を満足することを特徴
とする。 （５） ０．２＜ｄｓ／ｆ＜０．８ ただし、ｄｓはレンズ凸面の面頂から明るさ絞りまでの
光軸方向の距離、ｆはレンズの焦点距離である。

【００１２】まず、本発明の第１の構成の光学系につい
て述べる。

【００１３】本発明においては、なるべく少ないレンズ
枚数であってかつ構成の簡単な光学系にするために収差
補正能力の高いラジアル型屈折率分布レンズを用いてい
る。

【００１４】ラジアル型屈折率分布レンズは、媒質が光
軸に垂直な方向に屈折率の分布を持ち、その屈折率分布
が、下記式（ａ）にて表わされるものである。 ｎ（ｒ）＝Ｎ₀ ＋Ｎ₁ ｒ² ＋Ｎ₂ ｒ⁴ ＋Ｎ₃ ｒ⁶ ＋・・・ （ａ） ここで、Ｎ₀ は基準とする波長での光軸上の屈折率、Ｎ
₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ ・・は基準とする波長での屈折率分布を
表わす係数、ｒは光軸からの距離である。

【００１５】また、ラジアル型屈折率分布レンズのアッ
ベ数Ｖ₀ ，Ｖ_i は次の式（ｂ），（ｃ）にて与えられ
る。 Ｖ₀ ＝（Ｎ_0d−１）／（Ｎ_0F−Ｎ_0C） （ｂ） Ｖ_i ＝Ｎ_id／（Ｎ_iF−Ｎ_iC） （ｉ＝１，２，・・・） （ｃ） ここで、Ｎ_i λ（ｉ＝０，１，２，・・・）は波長λに
おける屈折率分布を表わす係数で、Ｎ_id，Ｎ_iF，Ｎ_iCは
夫々ｄ−線，Ｆ−線，Ｃ−線に対する係数である。

【００１６】また、ラジアル型屈折率分布レンズの部分
分散比Ｐ_i （ｉ＝０，１，２，・・・）は下記式（ｄ）
にて与えられる。 Ｐ_i ＝（Ｎ_id−Ｎ_iC）／（Ｎ_iF−Ｎ_iC） （ｄ）

【００１７】ラジアル型屈折率分布レンズを用いた簡単
な構成のレンズ系として特開平９−４９９６６号公報に
記載されたレンズ系のように両面が平面の形状のラジア
ル型屈折率分布レンズ１枚にて構成されたレンズ系や、
特開昭５９−６２８１６号公報に記載されているレンズ
系のように負の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レン
ズと正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズとを
組合わせたレンズ系等がある。

【００１８】これら従来例のうち、特開平９−４９９６
６号公報に記載されたレンズ系は、レンズ系の画角を大
にしようとすると、中心と周辺との屈折率差Δｎの大き
な素材が必要になり、このような素材の作製は難しく、
そのため画角を大きくすることが困難である。

【００１９】又、特開昭５９−６２８１６号公報に記載
されたレンズ系は、負の屈折力を持つラジアル型屈折率
分布レンズと正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レ
ンズとを組合わせたもので、光ピックアップ用レンズ系
であるため、単色での設計であり、又軸外性能をほとん
ど考慮していない設計である。

【００２０】ここで、作製の容易な素材を用いて両面が
平面形状のラジアル型屈折率分布レンズ１枚にてレンズ
系を構成することを考える。

【００２１】作製の容易な素材としては、特開平６−１
５７０６９号公報に記載されているようにＢａイオンお
よびＴｉイオンを適切に分布させてΔｎが０．０５程度
の低分散素材が得られることが知られている。この製法
を用いて作製可能な素材として、次に示す値を有する素
材ＧＰを想定した。

【００２２】表１ Ｎ₀ ＝1.70000 ，Ｎ₁ ＝-1.000×10^-2，Ｎ₂ ＝0 Ｖ₀ ＝40.00 ，Ｖ₁ （Ｖ_1p）＝500.0 Ｐ₀ ＝0.295 ，Ｐ₁ ＝0.295 有効直径＝４ｍｍ，Δｎ＝０．０４

【００２３】この素材ＧＰを用いて図３２に示し下記デ
ータを有する平行平面ラジアル型屈折率分布レンズを設
計した。 ｆ＝6.0mm ，Ｆ／2.8 ，ＩＨ＝2.0mm ,２ω＝38.7°，有効直径＝4mm ｒ₁ ＝∞（絞り） ｄ₁ ＝10.4065 表１に示す素材ＧＰ ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝2.5668（バックフォーカス）

【００２４】上記レンズ系は、絞りを第１面に配置して
あり、これによって素材に求められるΔｎを小さくし又
軸上色収差と倍率色収差とを実用上のレベルまで補正可
能にした。このレンズ系による各収差の補正原理は下記
表２に示す通りである。 表２ 収差 補正パラメーター 補正レベル 球面収差 Ｎ₂ 許容できる コマ収差 Ｎ₂ 許容できる 非点収差 レンズ厚 補正される 像面湾曲 媒質のパワー 許容できる 歪曲収差 （電気的） 補正されない 軸上色収差 Ｖ₁ 補正される 倍率色収差 Ｖ₁ ，絞り位置 許容できる

【００２５】この表２に示すように、コマ収差と球面収
差とはパラメーターＮ₂ によりコントロールでき、非点
収差はレンズの厚みｄによりコントロールできる。パラ
メーターＮ₂ （屈折率分布係数Ｎ₂ ）およびレンズの厚
みｄと発生する非点収差との関係を示したのが図３１で
あり、この図で曲線ａはＮ₂＝２×１０^-5、曲線ｂはＮ₂
＝０、曲線ｃはＮ₂＝−２×１０^-5である。尚、歪曲収
差の発生量は実用上許容される程度であるが、更に補正
する必要がある場合は電気的に補正することが可能であ
る。

【００２６】このレンズ系の収差図は、図３３に示す通
りで、ビデオカメラ用レンズとして十分な性能を持って
いる。しかし画角を広くするためには、Δｎの大きな素
材が必要になり、Δｎの大きな素材は作製が困難であ
る。したがって画角を前記の値以上に広くすることは困
難である。

【００２７】そのために作製の容易な素材を用いてレン
ズ系の画角を広くするために、負の屈折力を持つ両面が
平面のラジアル型屈折率分布レンズを素材ＧＰのラジア
ル型屈折率分布レンズの物体側に配置することを考え
た。このような構成にすることによって、いわゆるレト
ロフォーカスタイプのパワー配置になり画角を広くする
ことが可能になる。この場合、レンズに必要なパワーの
多くを屈折率分布レンズの面ではなく媒質に持たせるよ
うにすることが望ましい。それは媒質に発生する収差の
方が面で発生する収差よりも小さくできるからである。
そのために、負レンズには媒質にも負のパワーを持たせ
又正レンズには媒質にも正のパワーを持たせることが望
ましい。

【００２８】このときの各収差は、前掲の表２に示した
原理と同様の原理を用いることにより補正できる。特に
非点収差については、焦点距離やバックフォーカス等の
レンズ系のスペックに応じて全系の非点収差が良好に補
正されるように負レンズと正レンズとの厚みを決定すれ
ばよい。そのため絞りは両レンズの間に配置することが
望ましい。

【００２９】本発明の光学系は、以上述べたような理由
から、前述のようなレンズ構成にしたが、更に軸上色収
差と倍率の色収差の両方を実用上十分な程度まで良好に
補正するために、出来るだけ媒質にて色収差が発生しな
いようにすることが望ましく、そのために前記条件
（１），（２）を満足するようにした。

【００３０】これら条件（１），（２）の範囲を超える
と軸上色収差と倍率の色収差の補正を両立させることが
困難になり、いずれか一方が過大になるか両方の色収差
が過大になる。

【００３１】このように、本発明の第１の構成の光学系
は、前述のレンズ構成つまり物体側から順に、媒質およ
び全体が負の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズ
と媒質および全体が正の屈折力を持つラジアル型屈折率
分布レンズとにて構成する光学系で、条件（１），
（２）を満足するものである。

【００３２】以上述べた、本発明の第１の構成の光学系
において、非点収差を全系にて良好に補正するために
は、正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズの中
心肉厚を1/4 ピッチ程度にすることが望ましく、下記条
件（３）を満足することが望ましい。 （３） ０．１５＜ｄ（ｐ）／ｐ＜０．４０ ただしｄ（ｐ）は正の屈折力を持つラジアル型屈折率分
布レンズの中心肉厚、ｐはラジアル型屈折率分布レンズ
素材のピッチであって下記式（ｅ）にて与えられる。 ｐ＝２π｛Ｎ₀／−２Ｎ₁｝^1/2

【００３３】上記条件（３）の上限又は下限を超えると
非点収差が過大になる。

【００３４】また、素材作製の容易さを考えるとラジア
ル型屈折率分布レンズの最大屈折率差Δｎが次の条件
（４）を満足することが望ましい。 （４） ｜Δｎ｜＜０．１ Δｎが条件（４）の範囲を超えると素材作製が困難にな
る。

【００３５】次に本発明の第２の構成の光学系について
述べる。

【００３６】通常のレンズ系は、３枚乃至６枚程度のレ
ンズにて構成されるものが多く、このようなレンズ系で
は、加工、組立時に個々のレンズの偏芯により性能が劣
化しやすい。

【００３７】この問題をさけるためには、各レンズ面の
パワーをできるだけ小さくして、レンズの偏芯によりレ
ンズ面がシフトもしくはティルトしてもその影響が少な
くなるようにする必要がある。

【００３８】レンズ面のパワーφは、下記式（ｆ）にて
与えられる。 φ＝（ｎ’−ｎ）Ｃ （ｆ） ただし、ｎは面での屈折前の屈折率、ｎ’は面での屈折
後の屈折率、Ｃは面の曲率である。

【００３９】上記式（ｆ）から、各面のパワーを小さく
するためには（ｎ’−ｎ）を小さくするか、Ｃを小さく
すればよい。（ｎ’−ｎ）を小さくするためには、接合
レンズにすること、つまりレンズ面の前後に空気層を挟
まないようにすることが有効である。例えば、２枚組の
色消レンズにおいては正レンズと負レンズの２枚のレン
ズを間隔をあけて並べ配置するよりは、両レンズを貼り
合わせて接合レンズにした方が偏芯に強いことからも裏
づけられる。

【００４０】又、曲率Ｃを小さくする方法は、ラジアル
型屈折率分布レンズを用い、パワーを媒質に持たせるこ
とによって面を平面にすることが有効である。

【００４１】そのため、本発明の光学系においてもラジ
アル型屈折率分布レンズの形状を両面平面にすることが
有効である。

【００４２】以上の（ｎ’−ｎ）を小さくする方法とＣ
の値を小さくする方法の二つの方法のうち、前者の方法
のように（ｎ’−ｎ）を小さくするためには接合レンズ
にすることつまりレンズ面の前後に空気層を挟まないよ
うにする方法が好ましく、これは、ラジアル型屈折率分
布レンズにおいても有効である。この場合、レンズのみ
を接合するだけでなく、レンズと撮像素子とをその間に
空気層を挟まないようにすることが望ましい。そのため
の有効な手段としてレンズ系の最終面を平面にし、この
最終面近傍に結像位置が来るように光学系を構成し、平
面である最終面を撮像素子の撮像面に接着させて貼りつ
ければよい。又他の方法として、レンズ最終面と撮像素
子の撮像面の間を樹脂にて埋めてもよい。この方法の場
合レンズ最終面は、平面に限らず曲面でもよい。

【００４３】以上の説明では、撮像素子を用いる撮像系
について述べたが、撮像素子の代りに表示素子を用いて
表示光学系としてもよく、これによりファインダーや映
像観察光学系が適用できる。

【００４４】以上の理由から、本発明の第２の構成は、
複数のレンズよりなるレンズ系と撮像素子又は表示素子
にて構成し、各レンズ間およびレンズ最終面と撮像素子
又は表示素子との間を密着又は接合あるいは樹脂にて埋
める構成にしてこれら要素の間に空気層が存在しないよ
うにしたことを特徴とする。

【００４５】本発明の第３の構成である光学モジュール
について述べる。

【００４６】立体撮影や、オートフォーカス等において
光学系が二つ必要な場合、二つの光学系を正確にアライ
メントする必要がある。このアライメントが手間がかか
りコストアップの原因になる。

【００４７】ここでは、立体撮影や位相検出オートフォ
ーカスについて述べる。

【００４８】従来の立体撮影や位相検出オートフォーカ
スを電気的に行なう光学系においては、二つの別々のレ
ンズ系を夫々別の撮像素子に取り付け二つの光学系を構
成し、この二つの光学系をうまくアライメントして用い
る方法が一般的である。そのために二つの光学系のアラ
イメントが必要になる。

【００４９】本発明の第３の構成においては、二つの撮
像エリアが同一素子基板上の同一平面上にくるように構
成し、かつ二つのレンズ系の最終面を平面にして、その
近傍に結像位置がくるようにして二つの撮像エリアに二
つのレンズ系の最終面を直接貼り付けるようにした。こ
れによって、二つの光学系の光軸が簡単に平行になるた
めアライメントが極めて容易になる。

【００５０】ここで、素子基板とは、シリコン等の平板
状のウエハ表面上に電気回路パターンを構成したもの
で、撮像や光の受発光を行なうことのできる機能を有す
るものである。

【００５１】またこの第３の構成の光学モジュールにて
用いられる光学系としては、空気層を全く含まない構成
の光学系が有効である。この空気層を含まない光学系
は、すべてのレンズが接合して一体化されたもので、鏡
枠を設けることなしに撮像素子基板に接着することが可
能である。

【００５２】本発明の第４の構成は、なるべく簡単な構
成で、５０°程度の画角を持ち、かつ実用上十分な性能
を有するレンズ系を実現するために、もっとも簡単な構
成である均質レンズからなる球面レンズ１枚にて構成
し、撮像モジュールとして組み込みやすいレンズにする
ためにその像側の面を平面とし、この平面の近傍に結像
するようにした。

【００５３】これによって、レンズ構成が簡単であっ
て、しかも一面が平面であるので、レンズを低コストに
て作成し得る。また１枚のレンズにて構成することによ
り組み立てが容易であり、レンズの偏芯による性能の劣
化が少なく、鏡枠構造が簡単でレンズ系を低コストにな
し得る。

【００５４】このレンズ系において、レンズ像側の面か
らの結像面の光軸方向のずれ量は、下記条件（６）を満
足することが望ましい。 （６） −０．５ｍｍ＜δ＜２．０ｍｍ

【００５５】上記条件（６）を満足させることにより、
撮像素子をレンズの像側の面に密着させて用いる場合、
ピントずれがあっても画像の劣化を小さく抑えることが
できる。条件（６）の範囲を超えると、画像の劣化が大
になり好ましくない。尚、条件（６）の上限が下限に比
べてずれ量が大きいのは、つまりδ＝０であるピント位
置からプラス側である上限の値がマイナス側である下限
値よりも絶対値において大であるのは、結像面がレンズ
の像側の面から後方であるプラス側にずれる場合、撮像
面とレンズとを密着させるときに、接着剤または樹脂層
の厚さによりある程度のピントずれを補正し得るからで
ある。

【００５６】この第４の構成のレンズ系は、その焦点距
離や結像位置がレンズ第１面の曲率半径とレンズの厚さ
とによりほぼ決まる。そのため収差補正上の自由度は明
るさ絞りの位置のみになる。

【００５７】５０°程度の画角の広角から標準程度のレ
ンズ系においては、非点収差、歪曲収差、倍率の色収差
の補正が重要である。

【００５８】本発明の第４の構成のレンズ系は、上記収
差を補正するために明るさ絞りの位置が前記条件（５）
を満足するようにした。

【００５９】この条件（５）の上限又は下限を超える
と、非点収差、歪曲収差、倍率の色収差が悪化し、特に
非点収差の悪化により結像性能を著しく劣化させるため
好ましくない。

【００６０】また、本発明の第４の構成において、レン
ズの物体側の面を光軸から周辺に行くにしたがってその
屈折力が弱くなるような非球面にすれば、特に球面収差
を良好に補正し得るので好ましい。

【００６１】また、明るさ絞りをレンズの内部に配置す
る場合には、レンズの形状を図２１に示すような断面形
状にして符号Ｓの部分に明るさ絞りを設けるようにすれ
ばよい。つまりレンズ外径に溝状のくびれ部分を形成
し、レンズ外径部分に遮光のための黒ペイント１０を施
したものである。これにより、レンズ内部に絞りを有す
るのと同じ効果を持つことになる。このようにすれば、
収差補正状望ましい絞りを、部品点数を増やすことなし
に簡単にレンズ内部に形成することが可能である。

【００６２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を説明す
る。

【００６３】図１は本発明の光学系の第１の実施の形態
を示す図で、物体側より順に、媒質および全体が負の屈
折力を持つ両面が平面のラジアル型屈折率分布レンズ１
枚（ＧＬ１）と媒質および全体が正の屈折力を持つ両面
が平面のラジアル型屈折率分布レンズ１枚（ＧＬ２）と
を接合したレンズ系で、接合面に絞りを設けている。つ
まり二つの屈折率分布レンズＧＬ１とＧＬ２の間に絞り
Ｓが配置された構成である。又、この光学系のデータは
下記の通りである。 実施例１ ｆ＝4.8mm ，Ｆ／2.8 ，ＩＨ＝2.0mm ，２ω＝50.1° ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝5.6713 （屈折率分布レンズＧＬ１） ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝13.5744 （屈折率分布レンズＧＬ２） ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝3.6980（バックフォーカス） ｜１／Ｖ_1n｜＝0.002 ，｜１／Ｖ_1p｜＝0.002 ｄ（ｐ）／ｐ＝0.23

【００６４】この実施例の負の屈折力を持つラジアル型
屈折率分布レンズＧＬ１は下記の表３に示すレンズ素材
ＧＮで、又正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レン
ズＧＬ２は前記の表１に示すものでレンズ素材ＧＰであ
る。 表３ Ｎ₀ ＝1.66000 ，Ｎ₁ ＝1.000 ×10^-2，Ｎ₂ ＝0 Ｖ₀ ＝37.89 ，Ｖ₁ （Ｖ_1n）＝500.0 Ｐ₀ ＝0.295 ，Ｐ₁ ＝0.295 有効直径＝４ｍｍ，Δｎ＝０．０４

【００６５】この光学系の無限遠物体に対する収差状況
は図１２に示す通りである。

【００６６】この光学系は画角２ωが５０．１°で、前
述の正のパワーを持つラジアル型屈折率分布レンズ１枚
よりなる光学系が３８．７°であるのに比べて極めて広
角である。又二つのレンズの厚みを適度に設定すること
によって３８．７°から５０．１°の間の任意の画角の
光学系を得ることができる。

【００６７】本発明の第１の構成である第１の実施の形
態の他の実施例である実施例２の光学系は、図２に示す
ように、物体側より順に、媒質および全体が負の屈折力
を持つ両面が共に平面であるラジアル型屈折率分布レン
ズ１枚（ＧＬ３）と、媒質および全体が正の屈折力を持
ち両面が共に平面であるラジアル型屈折率分布レンズ１
枚（ＧＬ４）を離して配置したもので下記データを有す
る。 実施例２ ｆ＝4.8mm ，Ｆ／2.8 ，ＩＨ＝2.0mm ，２ω＝50.0° ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝3.0000 （屈折率分布レンズＧＬ３） ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝2.5249 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝12.8180 （屈折率分布レンズＧＬ４） ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝2.6061 （バックフォーカス） ｜１／Ｖ_1n｜＝0.002 ，｜１／Ｖ_1p｜＝0.002 ｄ（ｐ）／ｐ＝0.22

【００６８】この実施例２の屈折率分布レンズＧＬ３は
表３のレンズ素材ＧＮ、屈折率分布レンズＧＬ４は、表
１のレンズ素材ＧＰのものである。

【００６９】本発明の第１の構成である第１の実施の形
態の光学系の更に他の実施例３は、図３に示す通りの構
成で、物体側から順に、媒質および全体が負の屈折力を
持ち凹平形状のラジアル型屈折率分布レンズ１枚（ＧＬ
５）と、媒質および全体が正の屈折力を持ち平凸形状の
ラジアル型屈折率分布レンズ１枚（ＧＬ６）を接合した
光学系で、接合面を絞りＳとした。この光学系のデータ
は下記の通りである。 実施例３ ｆ＝4.8mm ，Ｆ／2.8 ，ＩＨ＝2.0mm ，２ω＝49.0° ｒ₁ ＝-12.000 ｄ₁ ＝0.8544 （屈折率分布レンズＧＬ５） ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝12.9411 （屈折率分布レンズＧＬ６） ｒ₃ ＝-12.000 ｄ₃ ＝2.6820 （バックフォーカス） ｜１／Ｖ_1n｜＝0.002 ，｜１／Ｖ_1p｜＝0.002 ｄ（ｐ）／ｐ＝0.22

【００７０】この実施例３の屈折率分布レンズＧＬ５の
素材は、表３のレンズ素材ＧＮ、屈折率分布レンズＧＬ
６の素材は表１のレンズ素材ＧＰのものである。

【００７１】図４は本発明の実施例４の光学系で、第１
および第２の構成の光学系の例である。この実施例は、
物体側より順に、媒質および全体が負の屈折力を持つ両
面が共に平面のラジアル型屈折率分布レンズ１枚（ＧＬ
７）と、媒質および全体が正の屈折力を持つ両面が共に
平面のラジアル型屈折率分布レンズ１枚（ＧＬ８）とを
接合した構成のレンズ系で、接合面に絞りＳが設けてあ
り、無限遠物体の像がほぼレンズ最終面近傍に形成され
るようになっている。つまり正の屈折力のラジアル型屈
折率分布レンズＧＬ８が両面平面形状でありしたがって
レンズ系最終面が平面であり、この最終面の平面近傍に
像が形成される構成になっている。

【００７２】この実施例４は、下記データを有する。 実施例４ ｆ＝4.0mm ，Ｆ／2.8 ，ＩＨ＝2.0mm ，２ω＝61.9° ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝5.5779 （屈折率分布レンズＧＬ７） ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝19.0416 （屈折率分布レンズＧＬ８） ｒ₃ ＝∞ ｜１／Ｖ_1n｜＝0.002 ，｜１／Ｖ_1p｜＝0.002 ｄ（ｐ）／ｐ＝0.33

【００７３】この実施例４の屈折率分布レンズＧＬ７の
素材は表３のレンズ素材ＧＮ、屈折率分布レンズＧＬ８
の素材は表１のレンズ素材ＧＰのものである。

【００７４】図５に示す構成の光学系（実施例５の光学
系）は、本発明の第２の構成の光学系についての実施の
形態を示すもので、物体側より順に、両凸形状の正レン
ズ（ＨＬ１）と両凹形状の負レンズ（ＨＬ２）と、物体
側の面が凸形状であり像側の面が平面の凸平形状の正レ
ンズ（ＨＬ３）とのいずれも均質レンズである３枚のレ
ンズを接合して一体化した撮像レンズであり、絞りは第
１面上に設けられている。

【００７５】この実施例のレンズ系は、距離２８０mmの
物体に対するベスト像が丁度レンズ最終（平面）上に形
成されるようになっている。

【００７６】この実施例５のデータは下記の通りであ
る。 実施例５ ｆ＝4.5mm ，Ｆ／1.8 ，ＩＨ＝1.8mm ，２ω＝47.6° ｒ₁ ＝5.3757（絞り） ｄ₁ ＝3.7197 ｎ₁ ＝1.81600 ν₁ ＝46.62 ｒ₂ ＝-3.9287 ｄ₂ ＝2.8910 ｎ₂ ＝1.59270 ν₂ ＝35.30 ｒ₃ ＝2.4461 ｄ₃ ＝2.7989 ｎ₃ ＝1.81600 ν₃ ＝46.62 ｒ₄ ＝∞

【００７７】実施例６も本発明の第２の構成のレンズ系
についての実施の形態を示すもので、図６のような構成
のレンズ系よりなる。

【００７８】この実施例のレンズ系は、物体側より順
に、物体側の面が凸形状で像面の面が平面である凸平形
状の正レンズ（ＨＬ４）と、像面側が凹面の平凹形状の
負レンズ（ＨＬ５）と両凸形状の正レンズ（ＨＬ６）の
いずれも均質レンズである３枚のレンズよりなり、これ
らレンズが接合されて一体化した撮像レンズであり、絞
りＳは第１レンズＨＬ４の物体側の面上に設けられてい
る。またこの実施例６のレンズ系は、その像側が樹脂
（ＳＲ）で埋められている。

【００７９】この実施例６は、距離５５０mmの物体に対
するベスト像がレンズ最終面から１．０mm後方の樹脂内
に形成される構成になっている。この樹脂ＳＲの厚みを
１．０mmにすれば樹脂ＳＲの端面が結像面になる。

【００８０】この実施例６のデータは次の通りである。 実施例６ ｆ＝6mm ，Ｆ／2.0 ，ＩＨ＝1.8mm ，２ω＝35.0° ｒ₁ ＝6.4067（絞り） ｄ₁ ＝4.5095 ｎ₁ ＝1.81600 ν₁ ＝46.62 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝2.7438 ｎ₂ ＝1.53172 ν₂ ＝48.91 ｒ₃ ＝4.2264 ｄ₃ ＝3.9189 ｎ₃ ＝1.88300 ν₃ ＝40.78 ｒ₄ ＝-30.4102 ｄ₄ ＝1.0000 ｎ₄ ＝1.49216 ν₄ ＝57.50 ｒ₅ ＝∞ データ中ｎ₄、ν₄は樹脂ＳＲである。

【００８１】図７は、本発明の第３の構成である撮像モ
ジュールの実施の形態を示すものである。

【００８２】図７に示すように、二つの撮像エリアＥ
１，Ｅ２を持つ撮像素子基板１に二つのレンズ系（レン
ズ系ＬＳ１とレンズ系ＬＳ２）が貼付けられた構成であ
る。撮像素子基板は、セラミック基板２に取付けられて
いる。この実施の形態の撮像モジュールにて用いられる
二つのレンズ系ＬＳ１，ＬＳ２は、実施例４のレンズ系
であり、その最終面は平面であり、最終面近傍が結像位
置になっている。

【００８３】図８は、本発明の第３の構成に関する実施
の形態の他の例で位相差検出法によりパッシブオートフ
ォーカスを行なうための光学モジュールである。二つの
撮像エリアＥ１，Ｅ２を持つ撮像素子基板１にレンズ系
ＬＳ１，レンズ系ＬＳ２の二つのレンズを貼りつけた構
成である。撮像素子基板１は、セラミックス基板２に取
付けられている。尚図７、図８において（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は側面図である。

【００８４】この実施の形態にて用いられるレンズ系Ｌ
Ｓ１，レンズ系ＬＳ２は、共に図９に示す構成で下記デ
ータを有する。 実施例７ ｆ＝6.248mm ，Ｆ／2.6 ，ＩＨ＝1.4mm ，２ω＝25.8° ｒ₁ ＝∞（絞り） ｄ₁ ＝16.4658 （屈折率分布レンズＧＬ９） ｒ₂ ＝∞ 屈折率分布レンズＧＬ９ Ｎ₀ ＝1.6778，Ｎ₁ ＝-7.6346 ×10^-3，Ｎ₂ ＝0 Ｖ₀ ＝35.19 ，Ｖ₁ ＝185.5 Ｐ₀ ＝0.292 ，Ｐ₁ ＝0.292 有効直径＝２．８ｍｍ，Δｎ＝０．０１５

【００８５】このレンズ系（実施例７のレンズ系）は、
正の屈折力のラジアル型屈折率分布レンズ１枚（ＧＬ
９）よりなり、その素材は上記データに示す通りであ
る。

【００８６】この実施例のレンズ系の最終面は平面であ
って、撮像面近傍が結像位置になっている。又レンズと
撮像エリアの間はエポキシ系の接着剤にて密着して接合
され、実際には、レンズ最終面と撮像エリアの間は数十
ミクロンオーダーの接着剤の層が存在する。

【００８７】レンズ系ＬＳ１とレンズ系ＬＳ２とにより
撮影した像は、その両レンズの間隔（基線長）だけ離れ
ており、若干異なったものであるが、このずれによりオ
ートフォーカスのための信号を得ることができる。

【００８８】この実施の形態に示すような構成にするこ
とにより、二つのレンズ系の光軸が容易に平行になり、
特別なアライメントを必要としないという利点がある。
図１０に示す実施の形態は、本発明の第３の構成の他の
例であり、赤外線アクティブ方式のオートフォーカスを
行なうための光学モジュールである。

【００８９】この図１０において、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は側面図である。この実施の形態では、（Ａ）に
示すように発光部３および受光部４を持つ素子基板にレ
ンズ系ＬＳ３およびレンズ系ＬＳ４の二つのレンズ系を
貼付けた構成である。この実施の形態にて用いるレンズ
系は図９に示すレンズ系と同じデータを有するレンズ系
で、その最終面は平面であり、この最終面近傍に結像す
るように構成されている。この実施の形態もレンズと撮
像エリアの間は、エポキシ系の接着剤で密着され、実際
上は数十ミクロンの接着剤層が形成されている。

【００９０】この実施の形態は、発光部から発した赤外
光がレンズ系ＬＳ３により集光されて目標物体に投影さ
れ、この目標物体にて反射，散乱された赤外光がレンズ
ＬＳ４を通って受光部に戻り、受光部に戻った光のスポ
ットの位置を検出し、この検出位置によって物体距離を
測定する。

【００９１】この実施の形態も、二つのレンズ系ＬＳ
３，ＬＳ４の光軸が容易に平行になり、特別なアライメ
ントが不要である。

【００９２】前記実施例４，５，６，７（図４，５，
６，７）に示すレンズ系は、その結像位置にＣＣＤ等の
撮像素子を置いて通常の撮像光学系として用いることが
できる。又これらレンズ系の結像位置にＬＣＤ等の表示
素子を置くことにより、表示光学系として用いることが
できる。

【００９３】図１１は前記レンズ系を表示光学系として
用いるときの例を示すもので、表示素子５とレンズ系Ｌ
Ｓとは空気層を挟まずに密着された構成にしてある。こ
の表示素子５からの光は、レンズ系ＬＳによりほぼ平行
になり、目６をレンズ系に接近させて観察すれば、表示
パターンの拡大像を観察できる。尚７はバックライトで
ある。

【００９４】図１３は、本発明の第４の構成である第４
の実施の形態の光学系で、本発明の実施例８のレンズ系
である。

【００９５】この実施例８は、図１３に示す通りの構成
で、物体側に凸面を向けた凸平レンズＨＬ１０よりな
り、レンズの物体側の面は球面である。また絞りＳはレ
ンズＨＬ１０の内部に配置され、無限遠物体に対する近
軸像点は平凸レンズＨＬ１０の像側の面上に位置するよ
うに設定されている。

【００９６】この実施例８のデータは下記の通りであ
る。 実施例８ ｆ＝４．０ｍｍ ，Ｆ／２．８ ，ＩＨ＝２．０ｍｍ ，２ω＝５３．８° ｒ₁ ＝1.9696 ｄ₁ ＝1.4656 ｎ₁ ＝1.49241 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝4.5040 ｎ₂ ＝1.49241 ν₂ ＝57.66 ｒ₃ ＝∞ ｄｓ／ｆ＝０．３７

【００９７】図１４は、本発明の光学系の実施例９を示
すもので、本発明の第４の構成の光学系である。

【００９８】この実施例９は、図１４に示す通りで、物
体側に凸面を向けた凸平レンズＨＬ１１よりなり、この
物体側の面は球面である。また絞りＳはレンズ内部に配
置されている。この実施例も無限遠物体に対する近軸像
点はレンズＨＬ１１の像側の面上にできるようにしてい
る。 実施例９ ｆ＝４．０ｍｍ ，Ｆ／２．８ ，ＩＨ＝２．０ｍｍ ，２ω＝５４．４° ｒ₁ ＝3.0900 ｄ₁ ＝2.0904 ｎ₁ ＝1.77250 ν₁ ＝49.60 ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝4.9996 ｎ₂ ＝1.77250 ν₂ ＝49.60 ｒ₃ ＝∞ ｄｓ／ｆ＝０．５２３

【００９９】図１５は、本発明の光学系の実施例１０を
示すもので、第４の構成の光学系である。

【０１００】この実施例１０は、図１５に示すように、
物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸平レンズＨＬ
１２と平板ガラスＰとからなっている。このレンズ系の
絞りＳは凸平レンズＨＬ１２の内部に配置され、レンズ
ＨＬ１２の物体側の面は球面である。又、無限遠物体に
対する近軸像点は平面ガラスの像側の面上にできる。

【０１０１】この実施例１０のデータは下記の通りであ
る。 実施例１０ ｆ＝４．０ｍｍ ，Ｆ／２．８ ，ＩＨ＝２．０ｍｍ ，２ω＝５３．９° ｒ₁ ＝1.9696 ｄ₁ ＝1.4227 ｎ₁ ＝1.49241 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝2.5785 ｎ₂ ＝1.49241 ν₂ ＝57.66 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝2.0000 ｎ₃ ＝1.51633 ν₃ ＝64.14 ｒ₄ ＝∞ ｄｓ／ｆ＝０．３６

【０１０２】図１６は、本発明の光学系の実施例１１を
示すもので、第４の構成の光学系である。

【０１０３】この実施例１１は、図１６のように、物体
側より順に、物体側に凸面を向けた凸平レンズＨＬ１２
と平板ガラスＰとを接合したもので、物体側の面は球面
である。また絞りＳは凸平レンズＨＬ１２と平板ガラス
Ｐとの間に配置されている。また無限遠物体に対する近
軸像点は平板ガラスＰの像側の面上に位置している。

【０１０４】この実施例１１のデータは下記の通りであ
る。 実施例１１ ｆ＝４．０ｍｍ ，Ｆ／２．８ ，ＩＨ＝２．０ｍｍ ，２ω＝５２．８° ｒ₁ ＝2.4186 ｄ₁ ＝2.2701 ｎ₁ ＝1.62041 ν₁ ＝60.29 ｒ₂ ＝∞（絞り） ｄ₂ ＝4.0000 ｎ₂ ＝1.51633 ν₂ ＝64.14 ｒ₃ ＝∞ ｄｓ／ｆ＝０．５７

【０１０５】前記実施例８、９の光学系は単レンズのみ
からなり、レンズの像側面が平面で、この平面の近傍に
結像する構成である。この光学系は、像側面が平面であ
るため、ＣＣＤ等の撮像素子と一体化した撮像モジュー
ルを構成するのに大変好都合の構成である。

【０１０６】図１７は、本発明の第４の構成のレンズ系
で、図１３に示す実施例８のレンズ系と撮像素子とを一
体化した撮像モジュールである。図１７において３１は
レンズ系、１２は撮像素子の撮像チップ、１３は撮像素
子の撮像面、３４は撮像素子のセラミック基板であり、
レンズ系３１（実施例８のレンズＨＬ１０）の最終面で
ある平面の部分を撮像素子の撮像チップに直接接着して
いる。この撮像チップ３２とレンズＨＬ１０との接着に
はエポキシ系接着剤等が用いられている。

【０１０７】このモジュールにおいて、所定の距離にあ
る物体の像が撮像面上に形成されるようにすれば、この
像を撮像できる。

【０１０８】このとき、被写界深度により所定距離前後
のかなり広い範囲にある物体の撮像が可能である。

【０１０９】図１８は、前記第４の構成のレンズ系と撮
像素子とを一体化させたディバイスを示すもので、レン
ズと撮像素子の間を樹脂で一体化させたもので、レンズ
の像側の面と撮像面を光学的に密着させたものである。

【０１１０】この図において、３５はレンズ系、３６は
撮像素子の撮像チップ、３７は撮像素子の撮像面、３８
は撮像素子のセラミック基板で、レンズ系３５と撮像チ
ップ３６の間は樹脂３９にて埋められている。

【０１１１】このディバイスにおいて、撮像面３７上に
物体の像が形成されるようにレンズ系の構成および樹脂
３９の厚さを調整しておけば、所定の距離にある物体像
を撮像できる。この場合、被写界深度により所定距離前
後にあるかなり広い範囲の物体を撮像できる。

【０１１２】レンズ系は一般にレンズ系自体やレンズ保
持部材、撮像素子の撮像面のばらつきにより組み立て後
にレンズの結像面が撮像面からずれることがある。その
ために、撮像系を組み立てた後にレンズ系の結像面が撮
像面上に来るようにレンズを動かし調整を行なわなけれ
ばならない。

【０１１３】図１８に示すような構成にすれば、レンズ
系自体、レンズ保持部材、撮像素子の撮像面などのばら
つきを極めて小さく抑えることができ、組み立て後の調
整なしにレンズ系の結像面と撮像素子の撮像面とを容易
に一致させることができる。

【０１１４】従来の撮像系は、レンズ系の後方にローパ
スフィルターや赤外線カットフィルターが配置されてい
る。

【０１１５】図１７、１８に示す本発明の撮像ディバイ
スは、レンズ系と撮像素子とが一体化されており、その
ために、ローパスフィルターや赤外カットフィルターを
配置することができない。しかし、レンズ系を構成する
レンズに次のような赤外カットフィルターの機能やロー
パスフィルターの機能を持たせることによって対応でき
る。

【０１１６】赤外カットフィルター機能を持たせるため
には、レンズを構成するガラス素材中に銅イオン等の赤
外光を吸収する元素を含ませるか、レンズの物体側の面
に赤外光をカットするコーティングを施す等が考えられ
る。

【０１１７】また、ローパスフィルター機能を持たせる
ためには、レンズ系の収差によるぼけや回折ぼけにより
点像強度分布をモアレを発生させている画素ピッチ程度
に大きくする方法や、レンズの物体側の面上にモアレを
消すための回折パターンを構成する方法等が考えられ
る。

【０１１８】次に前述の撮像モジュールを構成する際に
最適な撮像素子ＩＣチップの構成について述べる。

【０１１９】通常、撮像素子の撮像面の周辺には、電気
信号を取り出すためのボンディング用電極が配置されて
おり、この電極を電線等の結線にてつないで用いる。し
かし前述の撮像モジュールは、結線のためのスペースを
確保するために、図１９に示すように、レンズ系１１の
最終面に光学的に不必要な部分をカット（図にＣにて示
す）してレンズと結線部とが干渉しないようにする必要
がある。この場合、レンズを複雑な形状に加工する必要
があり、コスト高になる。

【０１２０】尚図１９において、３１はレンズ、３２は
撮像チップ、３３は撮像面、３４はセラミック基板であ
る。又４６がポンディング電極、４７が結線である。

【０１２１】本発明では、上記欠点を解消するために、
図２０に示すような構成にした。図において、４１はレ
ンズ、４２は撮像素子基板（ＩＣチップ）、４３は有効
光電変換面、４４は無効光電変換画素および回路群、４
５はフレキシブル電気基板、４６はボンディング用電
極、５７は結線である。

【０１２２】この図２０（Ｂ）に示すように、ボンディ
ング用電極４６をレンズ４１と撮像素子基板４２との密
着面より離して配置し、レンズ４１を密着させた状態に
おいてもレンズ４１と結線部４２とが干渉しないように
している。このような構成にするためには結像素子基板
４２の有効光電変換面４３を十分カバーし、かつ撮像素
子基板４２上のボンディング領域を除いた部分を接着可
能な平坦面にした２次元撮像素子にすることが望まし
い。

【０１２３】また４８はレンズ側面からの有害光をカッ
トするための遮光塗料で、このようにレンズ側面および
接着面を遮光塗料にておおうことが望ましい。

【０１２４】図２１は、実施例８、９のように単レンズ
のみよりなり、そのレンズ内に絞りを配置する場合の、
絞りを形成する手段の例を示す図である。この図に示す
ように、レンズＬに溝のくびれを形成し、Ｓにて示す部
分を絞りにすればよい。又このレンズの場合も有害光カ
ットのための遮光塗料１０を設けることが望ましい。

【０１２５】前述の単レンズの代りに前記図１５、１６
に示すような形状の凸平形状の均質媒質単レンズと平板
ガラスとを接合した構成として、光学的には前述の単レ
ンズと同様のレンズ構成にすることができる。つまりこ
れら図２２、２３に示すように物体側より順に、凸平形
状のレンズ５１または５４と、このレンズの内部又は像
面上に絞り５３又は５６を設け、又、凸平形状レンズの
平面に平板ガラス５２又は５５を密着させ、平面ガラス
のレンズ側の平面近傍に結像位置がくるように構成する
ことによって所望のレンズ系を構成することができる。

【０１２６】この場合、平板ガラスの像側の平面（レン
ズ側の面と反対側の面）からの光軸方向の像面のずれ量
δ’が下記条件（７）を満足することが望ましい。 （７） −０．５ｍｍ＜δ’＜２０ｍｍ

【０１２７】この条件（７）を満足すれば撮像素子を平
板ガラスの像側の面に密着させて用いる場合、ピントず
れによる画像劣化を小さく抑えることができる。この条
件（７）の上限値の−０．５ｍｍ又は下限値の２０ｍｍ
を超えるといずれも画像の劣化が大になる。また、上限
の範囲が下限の範囲よりも大であるのは、条件（６）の
場合と同様に結像面が平板ガラスの像側の面から後方に
ずれる場合（レンズ側とは反対側にずれる場合）撮像面
と密着させる時に用いる接着剤層もしくは樹脂層の厚さ
によりある程度のピントずれは補正できるからである。

【０１２８】また、明るさ絞りの位置はレンズの内部又
は像側に配置し、下記条件（５−１）を満足することが
望ましい。 （５−１） ０．２＜ｄ_s／ｆ_s＜０．８

【０１２９】明るさ絞りは、図２１に示す単レンズの場
合と同様に凸平レンズに溝状のくびれを設けて形成する
ことが考えられる。

【０１３０】又、他の方法として、図２２に示すように
凸平レンズ５１と平板ガラス５２の間にリング状の遮光
部材５３を挟んで一体化することにより絞りを形成し得
る。

【０１３１】又、図２３のように凸平レンズ５４をステ
ップ状に加工し、ここにリング状遮光部材５６を接着す
ることにより絞りを形成し得る。

【０１３２】次に、撮像モジュール全体を小型にするた
めに撮像素子やその保持構造を含めて小型化した構成の
撮像モジュールについて述べる。

【０１３３】図２４はその一例を示すもので、平板ガラ
ス基板６１の像側の平面に撮像素子６２の撮像面６３を
密着させ、最も像側の面上に像が形成されるようにした
ものである。このようにすることにより、平板ガラス基
板６１を撮像モジュール全体の保持基板にすることが可
能である。

【０１３４】また、図２５は、図２４に示すような平板
ガラス基板を撮像モジュール全体の保持基板とした例で
ある。図において６５は基板保持部材、６６はカメラで
ある。

【０１３５】これら図２４、２５に示す構成の撮像モジ
ュールは、基板６１の上に光学素子である凸レンズ６０
と撮像素子６２を配置した構成にすることにより、光学
素子と撮像素子とを一体にした構成にすることができ、
組立が容易になる。

【０１３６】また、これら撮像モジュールを他の光学素
子と共に用いて撮像系を構成すれば、装置全体の小型を
達成できる。また、基板を平板ガラス基板６１のように
透明にすることにより、この基板に後に述べるような種
々の光学作用を持たせることができる。更に、基板をモ
ジュールの一部として構成することにより部品点数の削
減および小型化を達成できる。

【０１３７】前述のように通常、電子撮像光学系は、赤
外カットフィルターやローパスフィルターを光学系中に
配置する必要がある。本発明の図２３に示すような撮像
モジュールは、このフィルター機能を持たせることがで
きる。赤外カットフィルター機能を持たせるためには、
凸平レンズもしくは平板ガラスに赤外光をカットする銅
などの金属イオンを含ませればよい。

【０１３８】又、赤外光カットフィルター機能を持たせ
るための他の方法として凸平レンズの物体側の面に赤外
光カットコートを施す方法がある。

【０１３９】又、本発明の撮像モジュールにローパスフ
ィルターの機能を持たせるためには、平板ガラスの代り
に水晶ローパスフィルターを用いるか、レンズ系に収差
を発生させたり、回折ぼけにより点像強度分布にモアレ
を発生させ画像ピッチ程度に大きくする方法や、レンズ
の物体側の面上にモアレを消すための回折パターンを構
成する方法がある。

【０１４０】次に本発明の他の撮像モジュールについて
述べる。立体撮像やオートフォーカスなどで光学系を二
つ必要とする場合、二つの光学系を正確にアライメント
する必要があり、このアライメンとに手間がかかり、コ
ストアップの原因になる。

【０１４１】ここで、光学系を二つ必要とする撮像モジ
ュールとして立体撮影や位相検出オートフォーカスを行
なう撮像モジュールについて説明する。

【０１４２】従来の立体撮像や位相検出オートフォーカ
スを電気的に行なうための光学系は、二つの別々のレン
ズ系を夫々別々の撮像素子に取り付けて、これら二つの
レンズ系をアライメントして用いる方法が一般的であ
る。そのために二つの光学系のアライメントが必要にな
る。

【０１４３】本発明では、図２６に示すように二つの撮
像エリア７３、７４を同一の素子基板７２上の同一平面
上にくるようにし、かつ、二つのレンズ系７０、７１の
最終面を平面にし、この平面の近傍に結像位置がくるよ
うにした上で、二つの撮像エリアに二つのレンズ系の撮
像面を直接貼り付けるようにしている。このようにし
て、二つの光学系の光軸が簡単に平行になりアライメン
とを簡単に行ない得る。

【０１４４】ここで素子基板７２は、シリコン等の平板
状のウエハ表面に電気回路パターンを構成したもので、
撮像や光の発生、受光を行なう機能を有している。また
ここで用いるレンズ系は、前述の本発明のレンズ系であ
る凸平レンズおよび凸平レンズと平板ガラスを組み合わ
せたレンズ系である。これらレンズ系は、一体化されて
いるため鏡枠を用いることなく撮像素子基板に密着でき
る。

【０１４５】この本発明のレンズ系は、例えば、実施例
８、９、１０、１１に示されているレンズ系で、レンズ
系の撮像位置にＣＣＤ等の撮像素子を配置すれば、通常
の撮像光学系として用いることができ、また、レンズ系
の結像位置にＬＣＤ等の表示素子を配置すれば、表示光
学系として用いられる。

【０１４６】図２７は、本発明のレンズ系を表示素子と
して用いる時の構成を示す。

【０１４７】図２７に示すように、表示素子８０とレン
ズ系８１とが密着され、表示素子８０からの光がレンズ
系８１により平行光束となる。目８２をレンズ系８１に
接近させれば、表示素子上のパターンを拡大して観察で
きる。尚８３はバックライトである。

【０１４８】次に本発明のモジュールを用いたアクティ
ブ三角測距方式による測距光学系について述べる。

【０１４９】図２８は、アクティブ三角測距方式による
測距光学系の配置図、１１は赤外光を間欠的に投光する
発光部としての赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）、１２
は赤外発光ダイオード１１によって投光された赤外光を
被写体Ｏに導く投光レンズ、１３は被写体Ｏで反射した
赤外光を集光する受光レンズ、１４は受光レンズ１３で
集光された赤外光を受光して受光位置に対応して２種類
の電流（電気信号Ｉ₁、Ｉ₂）を出力する受光部としての
半導体光位置検出素子（ＰＳＤ）である。ここで投光レ
ンズ１２および受光レンズ１３は夫々１枚の両凸レンズ
にて示してあるが、実際は図１２に示すものである。

【０１５０】このような構成の測距光学系において、赤
外発光ダイオード１１を発光させると、この赤外発光ダ
イオードより発する光の一部は、投光レンズ１２を介し
て被写体Ｏに投射され、この被写体Ｏに投射された光の
一部は被写体Ｏにて反射され受光レンズ１３により光位
置検出素子１４の表面に結像される。

【０１５１】ここで、図２８において、光検出素子１４
の表面の結像位置をｘ、投光レンズ１２と受光レンズ１
３の主点間隔距離（基線長）をＬ、受光レンズ１３の焦
点距離をｆ₁₃、被写体までの距離をｌとすると、次の式
が成り立つ。 ｘ＝Ｌ・ｆ₁₃／ｌ （ｇ）

【０１５２】結像位置ｘの始点は、図２８に示すよう
に、受光レンズ１３の主点を通り、かつ赤外ダイオード
１１の発光中心と投光レンズ１２の主点とを結ぶ直線と
平行な直線と、光位置検出素子１４との交点である。

【０１５３】また、光位置検出素子１４より出力される
２種類の電流Ｉ₁、Ｉ₂のうち、赤外発光ダイオード１１
により投光され、被写体Ｏに反射されて光位置検出素子
１４に達した赤外光に起因する電流成分、つまり太陽光
や照明光に起因する電流成分を除いた信号Ｉ₁、Ｉ₂は上
記結像位置ｘの関数として次の式にて表わすことができ
る。 Ｉ₁＝｛（ａ＋ｘ）／ｔｐ｝・Ｉｐφ （ｈ） Ｉ₂＝｛ｔｐ−（ａ＋ｘ）／ｔｐ｝・Ｉｐφ （ｉ） ただし、Ｉｐφは全信号光電流、ｔｐは光位置検出素子
１４の全長、ａは結像位置ｘの始点と光位置検出素子１
４の赤外発光ダイオード１１の側の端部との間の距離で
ある。

【０１５４】上記式（ｇ），（ｈ），（ｉ）より次の式
（ｋ）が成り立つ。 １／ｌ＝［ｔｐ・｛Ｉ₁／（Ｉ₁＋Ｉ₂）｝−ａ］／（ｌ・ｆ₁₃） （ｋ）

【０１５５】光位置検出素子１４より出力される信号Ｉ
₁、Ｉ₂は図 に示す判定回路１５に送られ、上記式
（ｋ）を用いて信号電流Ｉ₁、Ｉ₂から被写体Ｏまでの距
離を算出し測距信号Ｉを得る。

【０１５６】なお、式（ｋ）は、赤外発光ダイオード１
１が配置されている位置が投光レンズ２の光軸上でない
場合にも成り立つ。

【０１５７】図２９および図３０は、本発明の光学モジ
ュールをカメラの撮影レンズ透過光を利用した分焦点検
出装置に利用した例である。

【０１５８】図２９において、２１は撮影レンズ、２２
は撮影レンズ２１の射出瞳を結像するためのコンデンサ
ーレンズで、これらレンズ２１、２２は光軸が一致する
ように配置されている。又、２３、２４は、夫々撮影レ
ンズ２１の射出瞳の像がコンデンサーレンズ２２により
結像される位置またはその近傍に配置されたリレーレン
ズ、２５、２６は光電変換手段で、リレーレンズ２３、
２４により被写体像が形成される位置に配置されてい
る。この光電変換手段２５、２６よりの信号を比較する
ことにより、被写体に対する撮影レンズ２１の合焦状態
を検知することができる。

【０１５９】この合焦点検知装置は、図２９に示すよう
にリレーレンズ２３、２４と光電変換手段２５、２６と
が一体構成になっている。

【０１６０】図３０は、図２９に示す合焦点検知装置の
検知手段を示す図で、この図にもとづいて、合焦点検知
動作の原理を述べる。

【０１６１】撮影レンズ２１が被写体Ｏに対して合焦状
態にある場合、矢印群３０にて示される被写体の像３０
Ａの状態にあるとする。この状態で、撮影レンズ２１を
被写体Ｏに対して前方に繰り出された場合（被写体Ｏに
近づく方向に移動した場合）は、受光面上の像は３０Ｂ
の状態になる。また、逆に撮影レンズ２１が繰り込まれ
た場合（被写体Ｏから遠ざかる方向に移動した場合）受
光面上の像は３０Ｃの状態になる。そこで、光電変換手
段２５、２６として複数個の微小光電変換素子を図３０
に示すＹ₁〜Ｙ₆およびＺ₁〜Ｚ₆のように配置されたイメ
ージセンサー２５、２６を用いれは、走査回路９により
これらイメージセンサー２５、２６の各光電素子を夫々
Ｙ₁〜Ｙ₆Ｚ₁〜Ｚ₆の方向に同一タイミングで同期走査
し、各光電素子が受光する像の明るさに応じた位相信号
を出力させる。非合焦時はこの位相比較回路２７により
両位相信号の間に位相の進み、遅れの状態が検出される
ので、これにより分焦状態にあるか又非分焦状態の場合
は、どちらにずれているかを例えばメーター２８により
検出し得る。

【０１６２】次に、本発明のレンズ系を用いた観察モジ
ュールについて述べる。

【０１６３】図３４は、本発明のレンズ系を用いた観察
モジュールの一例を示す図で、平行平面板のガラス基板
９１上に光学素子である平凸レンズ９０と表示素子であ
るＬＣＤ（９２）とを配置した構成である。

【０１６４】ガラス基板９１の一方の面に平凸レンズ９
０が接するように配置され、この面とガラス基板９１の
他の面にＬＣＤ（９２）が接するように配置され、ガラ
ス基板９１は外枠９３によって支持されている。この外
枠９３にはカバーガラス９４が設けられている。尚ＬＣ
Ｄ（９２）から眼９６までの光軸９５は直線になってい
る。

【０１６５】この観察モジュールは、ＬＣＤ（９２）か
らの光線がガラス基板９１と平凸レンズ９０とカバーガ
ラス９４を介して観察者の眼９６に到達し、ＬＣＤ（９
２）の表示を観察することができる。

【０１６６】この図３４に示す観察モジュールは、基板
９１の上に光学素子である平凸レンズ９０と表示素子９
２とを配置することにより、光学素子９０と表示素子９
２とを一体に構成することができ組立が容易になる。

【０１６７】また、たとえばこの観察モジュールを他の
光学素子と共に用いて観察系を構成すれば、装置全体の
小型化を達成できる。また、基板を平板ガラス基板のよ
うに透明な基板にすれば、この基板に種々な光学作用を
もたせることができる。さらに、基板をモジュールの一
部として構成すれば部品点数の削減やモジュールの小型
化を達成できる。

【０１６８】各実施例のデータの基準波長はｄラインで
ある。

【０１６９】本発明は特許請求の範囲に記載する構成の
ほか、次の各項に記載する光学系又は光学モジュールも
発明の目的を達成し得るものである。

【０１７０】（１）特許請求の範囲の請求項１に記載す
る光学系で、負の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レ
ンズと正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズの
間に絞りを配置したことを特徴とする光学系。

【０１７１】（２）特許請求の範囲の請求項１あるいは
前記の（１）の項に記載する光学系で、下記条件（３）
満足することを特徴とする光学系。 （３） ０．１５＜ｄ（ｐ）／ｐ＜０．４０

【０１７２】（３）特許請求の範囲の請求項１あるいは
前記の（１）又は（２）の項に記載する光学系で、下記
条件（４）を満足することを特徴とする光学系。 （４） ｜Δｎ｜＜０．１

【０１７３】（４）特許請求の範囲の請求項１あるいは
前記の（１），（２）又は（３）の項に記載する光学系
で、負の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズと正
の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズとが接合さ
れていることを特徴とする光学系。

【０１７４】（５）特許請求の範囲の請求項１あるいは
前記の（１），（２），（３）又は（４）の項に記載す
る光学系で、負の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レ
ンズと正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズが
いずれも両面平面であることを特徴とする光学系。

【０１７５】（６）特許請求の範囲の請求項２に記載す
る光学系で、ラジアル型屈折率分布レンズを含むことを
特徴とする光学系。

【０１７６】（７）特許請求の範囲の請求項２に記載す
る光学系で、均質レンズ３枚よりなることを特徴とする
光学系。

【０１７７】（８）特許請求の範囲の請求項３に記載す
る光学モジュールで、二つのレンズ系の最も物体側のレ
ンズ面と撮像面との間に空気層を挟まないことを特徴と
する光学モジュール。

【０１７８】（９）特許請求の範囲の請求項３に記載す
る光学モジュールで、前記素子基板が二つの撮像エリア
を有する撮像素子基板であり、前記二つの撮像エリアに
前記二つのレンズ系の最終面が夫々密着して一体化さ
れ、前記二つの撮像エリアにより立体撮影を行なうよう
にしたことを特徴とする光学モジュール。

【０１７９】（１０）特許請求の範囲の請求項３に記載
する光学モジュールで、前記素子基板が二つの撮像エリ
アを有する撮像素子基板であり、前記二つの撮像エリア
の最終面が夫々密着して一体化され、前記二つの撮像エ
リアからの信号によりオートフォーカスのための位相信
号を得るようにしたことを特徴とする光学モジュール。

【０１８０】（１１）特許請求の範囲の請求項３に記載
する光学モジュールで、前記素子基板が発光部と受光部
とを有し、これら発光部および受光部に夫々前記二つの
レンズ系の最終面が夫々密着して一体化され、前記受光
部からの電気信号により三角測距の原理を用いてオート
フォーカスのための信号を得るようにしたことを特徴と
する光学モジュール。

【０１８１】（１２）凸平形状の均質レンズと、前記レ
ンズの内部に配置された明るさ絞りよりなり、前記レン
ズの平面側近傍に結像位置がくるように構成され、下記
条件（５）を満足することを特徴とする光学系。 （５） ０．２＜ｄｓ／ｆ＜０．８

【０１８２】（１３）前記の（１２）の項に記載された
光学系のレンズ平面部に撮像素子の撮像面もしくは表示
素子の表示面を密着配置したことを特徴とする撮像モジ
ュール。

【０１８３】（１４）凸平形状の均質レンズと、前記レ
ンズの内部に配置された明るさ絞りと、前記レンズの平
面に密着配置された平板ガラスとよりなり、平板ガラス
の像側平面近傍に結像位置がくるように構成され、下記
条件（５）を満足することを特徴とする光学系。 （５） ０．２＜ｄｓ／ｆ＜０．８

【０１８４】（１５）前記の（１４）の項に記載する光
学系の平板ガラスの像側平面部に撮像面を密着配置した
撮像素子もしくは表示面を密着配置した表示素子を設け
たことを特徴とする撮像モジュール。

【０１８５】（１６）撮像素子基板上の有効光電変換面
を十分カバーしかつ撮像素子基板上のボンディング領域
を除いた部分を接着可能な平坦部面とした２次元撮像素
子基板。

【０１８６】（１７）前記の（１６）の項に記載する２
次元撮像素子基板と像側の面がほぼ平面である光学系
（レンズ系）とよりなり、前記光学系のほぼ平面である
面を前記撮像素子基板面上に光学的に密着配置し、かつ
前記２次元撮像素子基板上のボンディング電極が前記光
学系との密着面の外にあることを特徴とする撮像モジュ
ール。

【０１８７】（１８）前記の（１７）の項に記載するモ
ジュールで、前記光学系の物体側入射面以外の面に遮光
塗料を設けたことを特徴とする撮像モジュール。

【０１８８】（１９）二つの光学系と、一つの素子基板
とを有し、前記素子基板の面上に前記二つの光学系を夫
々その最終面が密着して一体化したことを特徴とする撮
像モジュール。

【０１８９】（２０）基板上に光学素子と撮像素子とを
配置した撮像モジュール。

【０１９０】（２１）透明基板上に光学素子と撮像素子
とを配置した撮像モジュール。

【０１９１】（２２）前記の（２１）の項に記載するモ
ジュールで、光線が少なくとも光学素子と透明基板を介
して撮像素子に入射することを特徴とする撮像モジュー
ル。

【０１９２】（２３）前記の（２１）の項に記載するモ
ジュールで、透明基板の一方の面に光学素子を接するよ
うに配置し、これと反対側の面に撮像素子を接するよう
に配置したことを特徴とする撮像モジュール。

【０１９３】（２４）前記の（２１）、（２２）又は
（２３）の項に記載するモジュールで、透明基板と光学
素子との間に空間が存在しないようにしたことを特徴と
する撮像モジュール。

【０１９４】（２５））前記の（２１）、（２２）、
（２３）又は（２４）の項に記載するモジュールで、光
線が透明基板中を反射することなく透過するようにした
ことを特徴とする撮像モジュール。

【０１９５】（２６）前記の（２３）の項に記載するモ
ジュールで、光学素子が撮像素子の撮像面の前方に位置
することを特徴とする撮像モジュール。

【０１９６】（２７）前記の（２１）、（２２）、（２
３）、（２４）、（２５）又は（２６）の項に記載する
モジュールで、透明基板を平行平面板としたことを特徴
とする撮像モジュール。

【０１９７】（２８）前記の（２１）、（２２）、（２
３）、（２４）、（２５）、（２６）又は（２７）の項
に記載するモジュールで、主光線が直線であることを特
徴とする撮像モジュール。

【０１９８】（２９）前記の（２０）、（２１）、（２
２）、（２３）、（２４）、（２５）、（２６）、（２
７）又は（２８）の項に記載するモジュールで、モジュ
ール中の基板が他の保持部材により支持されていること
を特徴とする撮像モジュール。

【０１９９】（３０）前記の（２０）、（２１）、（２
２）、（２３）、（２４）、（２５）、（２６）、（２
７）又は（２８）の項に記載するモジュールで、モジュ
ール中の基板のみが他の保持部材により支持されている
ことを特徴とする撮像モジュール。

【０２００】（３１）基板上に光学素子と表示素子とを
配置した観察モジュール。

【０２０１】（３２）透明基板上に光学素子と表示素子
とを配置した観察モジュール。

【０２０２】（３３）前記の（３２）の項に記載するモ
ジュールで、表示素子からの光線が少なくとも透明基板
を介して観察されることを特徴とする観察モジュール。

【０２０３】（３４）前記の（３２）の項に記載するモ
ジュールで、透明基板の一方の面に光学素子を接するよ
うに配置し、これと対向する透明基板の他の面に表示素
子を接するように配置したことを特徴とする観察モジュ
ール。

【０２０４】（３５）前記の（３２）、（３３）又は
（３４）の項に記載するモジュールで、透明基板と光学
素子との間に空間が存在しないようにしたことを特徴と
する観察モジュール。

【０２０５】（３６）前記の（３２）、（３３）、（３
４）又は（３５）の項に記載するモジュールで、光線が
透明基板中を反射することなく透過するようにしたこと
を特徴とする観察モジュール。

【０２０６】（３７）前記の（３４）の項に記載するモ
ジュールで、光学素子が表示素子の表示面の前方に位置
することを特徴とする観察モジュール。

【０２０７】（３８）前記の（３２）、（３３）、（３
４）、（３５）、（３６）又は（３７）の項に記載する
モジュールで、透明基板を平行平面板としたことを特徴
とする観察モジュール。

【０２０８】（３９）前記の（３１）、（３２）、（３
３）、（３４）、（３５）、（３６）、（３７）又は
（３８）の項に記載するモジュールで、主光線が直線で
あることを特徴とする観察モジュール。

【０２０９】（４０）前記の（３１）、（３２）、（３
３）、（３４）、（３５）、（３６）、（３７）、（３
８）又は（３９）の項に記載するモジュールで、モジュ
ール中の基板が他の保持部材により支持されていること
を特徴とする観察モジュール。

【０２１０】（４１）前記の（３１）、（３２）、（３
３）、（３４）、（３５）、（３６）、（３７）、（３
８）又は（３９）の項に記載するモジュールで、モジュ
ール中の基板のみが他の保持部材により支持されている
ことを特徴とする観察モジュール。

【０２１１】

【発明の効果】本発明によれば少ないレンズ枚数で低コ
ストであって、しかも高い性能の光学機器用の光学系を
得ることが出来る。又、本発明はアライメントの極めて
容易な立体撮影やオートフォーカス等を行なう光学モジ
ュールを実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系の実施例１の断面図

【図２】本発明の光学系の実施例２の断面図

【図３】本発明の光学系の実施例３の断面図

【図４】本発明の光学系の実施例４の断面図

【図５】本発明の光学系の実施例５の断面図

【図６】本発明の光学系の実施例６の断面図

【図７】本発明の光学モジュールの構成の一例を示す図

【図８】本発明の光学モジュールの構成の他の例を示す
図

【図９】本発明の光学系の実施例７の断面図

【図１０】本発明の光学モジュールの構成の他の例を示
す図

【図１１】本発明の光学系を表示光学系として用いた場
合の構成を示す図

【図１２】本発明の実施例１の収差曲線図

【図１３】本発明の光学系の実施例８の断面図

【図１４】本発明の光学系の実施例９の断面図

【図１５】本発明の光学系の実施例１０の断面図

【図１６】本発明の光学系の実施例１１の断面図

【図１７】本発明の単レンズよりなる光学系を用いた撮
像モジュールの構成を示す図。

【図１８】本発明の単レンズよりなる光学系を用いた撮
像モジュールの他の構成を示す図。

【図１９】従来の撮像素子基板の構成を示す図

【図２０】本発明の撮像素子基板の構成を示す図

【図２１】単レンズ中に絞りを形成する手段を示す図

【図２２】本発明の単レンズと平板ガラスとを接合した
構成を示す図

【図２３】本発明の単レンズと平板ガラスとを接合した
構成の他の例を示す図

【図２４】本発明の単レンズと平板ガラスを接合した光
学系を用いた撮像モジュールの構成を示す図

【図２５】本発明の単レンズと平板ガラスを接合した光
学系を用いた撮像モジュールの他の例を示す図

【図２６】本発明の二つの光学系を用いた撮像モジュー
ルの構成を示す図

【図２７】本発明の光学系を用いた表示装置の構成を示
す図

【図２８】アクティブ三角測距方式による測距光学系の
配置図

【図２９】本発明の光学系を用いた焦点検出装置の構成
を示す図

【図３０】前記焦点検出装置による検出手段を示す図

【図３１】ラジアル型屈折率分布レンズの厚みと非点収
差との関係を示す図

【図３２】従来のラジアル型屈折率分布レンズの断面図

【図３３】図１４に示すレンズの収差曲線図

【図３４】本発明の光学系を用いた観察モジュールの構
成を示す図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側より順に、媒質および全体が負の屈
   折力を持つラジアル型屈折率分布レンズと、媒質および
   全体が正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズと
   からなり、下記条件（１）、（２）を満足することを特
   徴とする光学系。 （１） ｜１／Ｖ_1n｜＜０．０２ （２） ｜１／Ｖ_1p｜＜０．０２ ただし、Ｖ_1nは前記負の屈折力を持つラジアル型屈折率
   分布レンズの媒質のアッベ数、Ｖ_1pは前記正の屈折力を
   持つラジアル型屈折率分布レンズの媒質のアッベ数であ
   る。
2. 【請求項２】複数のレンズより構成されたレンズ系と一
   つの撮像素子又は表示素子とを有し、各レンズ間および
   レンズと撮像素子又は表示素子間に空気層が存在しない
   ように互いに密着又は接合あるいは樹脂にて埋めるよう
   にしたことを特徴とする光学系。
3. 【請求項３】ラジアル型屈折率分布レンズを有する二つ
   のレンズ系と、一つの素子基板を有し、前記二つのレン
   ズ系の最終面が夫々前記素子基板の表面に密着されて一
   体化されていることを特徴とする光学モジュール。