特開 2025-140976 光学系及びそれを有する撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025140976

(43)【公開日】2025-09-29

(54)【発明の名称】光学系及びそれを有する撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20250919BHJP

   G02B 13/18 20060101ALN20250919BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G02B13/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024040653

(22)【出願日】2024-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】小林 幹生

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA01

2H087KA10

2H087LA01

2H087MA03

2H087PA02

2H087PA19

2H087PA20

2H087PB03

2H087QA01

2H087QA02

2H087QA03

2H087QA05

2H087QA07

2H087QA13

2H087QA18

2H087QA21

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA33

2H087QA41

2H087QA42

2H087QA45

2H087QA46

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA32

2H087RA42

2H087RA44

2H087RA46

(57)【要約】

【課題】小型でありながら深い被写界深度を有する光学系を提供すること。
【解決手段】光学系は、少なくとも一つのレンズユニットと回折光学素子とを有する光学系であって、少なくとも一つのレンズユニットの夫々は、フォーカシングに際して不動であり、光学系の波長８５０ｎｍにおける焦点距離、光学系の波長９５０ｎｍにおける焦点距離を各々適切に設定すること。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一つのレンズユニットと回折光学素子とを有する光学系であって、
前記少なくとも一つのレンズユニットの夫々は、フォーカシングに際して不動であり、
前記光学系の波長８５０ｎｍにおける焦点距離をｆ８５、前記光学系の波長９５０ｎｍにおける焦点距離をｆ９５とするとき、
０．００４＜｜（ｆ８５－ｆ９５)／（ｆ８５＋ｆ９５)｜＜０．２００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。

【請求項2】

開口絞りを更に有し、
前記回折光学素子から前記開口絞りまでの光軸上の距離をＬｄ、前記光学系の設計波長における焦点距離をｆとするとき、
０．０５＜Ｌｄ／ｆ＜０．８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記回折光学素子の回折による焦点距離をｆｄｏ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０＜｜ｆｄｏ／ｆ｜＜１５．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項4】

前記回折光学素子の回折による焦点距離をｆｄｏとするとき、
０．００１０＜（ｆ８５―ｆ９５）／ｆｄｏ＜０．０４００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項5】

前記回折光学素子から像面までの光軸上の距離をＬｄｓ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０＜Ｌｄｓ／ｆ＜４．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項6】

前記少なくとも一つのレンズユニットは、基板と該基板上に配置されたレンズとを備えるレンズユニットを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項7】

前記レンズは、負レンズであることを特徴とする請求項６に記載の光学系。

【請求項8】

前記負レンズの焦点距離をｆｎ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
－３．０＜ｆｎ／ｆ＜－０．２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載の光学系。

【請求項9】

前記回折光学素子の回折面は、少なくとも一部が空気に面した面上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項10】

前記回折光学素子の回折格子の格子高さをｄ（μｍ）、前記光学系の使用波長範囲の中間値をλｍ（μｍ）、前記回折格子を形成する材料の波長λｍにおける屈折率をＮｍとするとき、
０．７＜（Ｎｍ－１）×ｄ／λｍ＜１．３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項11】

前記回折光学素子の回折格子の格子高さをｄ（μｍ）、前記光学系の使用波長範囲の中間値をλｍ（μｍ）、前記回折格子を形成する材料の波長λｍにおける屈折率をＮｍとするとき、
０．６５＜（Ｎｍ－１）×ｄ＜１．１５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項12】

前記回折光学素子の回折による焦点距離をｆｄｏ、前記回折光学素子の有効径をＤｄｏ、前記光学系の使用波長範囲の中間値をλｍ（μｍ）、前記回折光学素子の回折格子の格子高さをｄ（μｍ）とするとき、
１．０＜ｆｄｏ×λｍ／（Ｄｄｏ×ｄ）＜２０．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項13】

前記光学系の設計波長における合焦物体距離をＬｏｂｊ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１０＜Ｌｏｂｊ／ｆ＜１００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項14】

前記少なくとも一つのレンズユニットは、開口絞りと前記回折光学素子とを備えるユニットを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項15】

前記少なくとも一つのレンズユニットは、開口絞りを備える第１ユニットと、前記第１ユニットの像側に隣接して配置されると共に、前記回折光学素子が最も物体側に設けられた第２ユニットとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項16】

請求項１又は２に記載の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置に用いられる光学系に関し、例えば内視鏡やヘッドマウントディスプレイ等に好適なものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１，２には、内視鏡やヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に用いられる小型な光学系を製造する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第９７９８１１５号明細書

【特許文献2】特許５４３４４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

小型化を重視した光学系においては、フォーカス機構を設けることが困難であるため、設計上の物体距離から被写体がずれるとデフォーカスによる結像性能の劣化が生じやすい。

【0005】

本発明は、小型でありながら深い被写界深度を有する光学系を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面としての光学系は、少なくとも一つのレンズユニットと回折光学素子とを有する光学系であって、少なくとも一つのレンズユニットの夫々は、フォーカシングに際して不動であり、光学系の波長８５０ｎｍにおける焦点距離をｆ８５、光学系の波長９５０ｎｍにおける焦点距離をｆ９５とするとき、
０．００４＜｜（ｆ８５－ｆ９５)／（ｆ８５＋ｆ９５)｜＜０．２００
なる条件式を満足することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、小型でありながら深い被写界深度を有する光学系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の光学系の断面図である。

【図2】実施例１の光学系の収差図である。

【図3】実施例１の光学系の横収差図である。

【図4】実施例１の回折光学素子の回折効率を示す図である。

【図5】実施例２の光学系の断面図である。

【図6】実施例２の光学系の収差図である。

【図7】実施例３の光学系の断面図である。

【図8】実施例３の光学系の収差図である。

【図9】実施例４の光学系の断面図である。

【図10】実施例４の光学系の収差図である。

【図11】実施例４の回折光学素子の回折効率を示す図である。

【図12】実施例５の光学系の断面図である。

【図13】実施例５の光学系の収差図である。

【図14】電子機器の要部概略図である。

【図15】撮像装置の要部概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0010】

各実施例では、ウェハレベルオプティクスと呼ばれる技術を用いて得られる光学系について説明する。ウェハレベルオプティクスとは、半導体製造技術を利用してウェハ上に多数のレンズを作成し、複数のウェハ（平面基板）を重ね合わせて接着した後、切断し、多数の光学系を一度に製造する技術（ウェハプロセス）である。ウェハレベルオプティクスを用いて製造された光学系はウェハレベルレンズと呼ばれ、ウェハレベルレンズを撮像光学系として用いた撮像装置はウェハレベルカメラと呼ばれる。各実施例の光学系は、ビューファインダーやＨＭＤ等の観察光学系と共に用いられる、視線検出用の光学系等に用いられる。また、携帯電話、スマートフォン、及びウェアラブル端末等の電子機器の組み込み用カメラや、内視鏡の対物光学系等にも用いられる。なお、各実施例の光学系はウェハレベルレンズであるが、本発明はこれに限定されない。 図１、図５、図７、図９、図１２は、実施例１乃至５の光学系（ウェハレベルレンズ）の断面図である。各断面図において、左方が物体側（前方）、右方が像側（後方）である。ＳＰは開口絞りであり、ＩＰは像面である。像面ＩＰには、撮像装置におけるＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（イメージセンサ）の撮像面や、銀塩フィルムカメラのフィルム面に相当する感光面が配置される。

【0011】

各実施例の光学系は、物体側から像側へ順に配置された、第１ユニットＬ１、第２ユニットＬ２、第３ユニットＬ３を有する。なお、各実施例の光学系は、３つのユニットを有するが、２つのユニットを有してもよいし、４つ以上のユニットを有してもよい。また、各実施例の光学系はフォーカス機構を持たず、各ユニットはフォーカシングに際して不動である。なお、各ユニットは、ズーミングや防振等に際しても不動であることが好ましい。

【0012】

第１ユニットＬ１、第２ユニットＬ２、及び第３ユニットＬ３は、ウェハプロセスを用いて製造される。具体的には、ガラス材料からなるウェハ上に硬化性樹脂材料からなるレンズ層を形成することで製造される。第２ユニットＬ２においては、基板上に、ウェハプロセスで開口絞りＳＰが形成されている。第１ユニットＬ１、第２ユニットＬ２、第３ユニットＬ３、及びイメージセンサを、所望の間隔をあけて配置し、光線有効外部等において接着した後、切断することで多数のウェハレベルレンズを製造することができる。

【0013】

なお、レンズ層を形成する材料は硬化性樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂でも紫外線硬化型樹脂でも構わない。一例として、アクリル樹脂やシリコン樹脂、シクロオレフィンポリマー等がある。

【0014】

開口絞りＳＰは、例えばクロム等の遮光膜を、マスクを用いて蒸着したり、蒸着後にエッチングにより開口部を形成したりすることで形成することができる。その際に、開口絞りＳＰを基板等の平面上に形成することで、厚さ方向のマスク配置の制御が容易になるため製造上好ましい。

【0015】

図２、図６、図８、図１０、図１３は、実施例１乃至５の光学系の収差図である。球面収差図において、波長８５０ｎｍ，９００ｎｍ，９５０ｎｍに対する球面収差量を示している。非点収差図において、ΔＳは設計波長に対するサジタル像面における非点収差量、ΔＭは設計波長に対するメリディオナル像面における非点収差量を示している。歪曲収差図において、設計波長に対する歪曲収差量を示している。倍率色収差図において、設計波長に対する、波長９００ｎｍ，９５０ｎｍにおける色収差量を示している。ＦｎｏはＦナンバーであり、Ｙは像高である。

【0016】

以下、各実施例の光学系における特徴的な構成について述べる。

【0017】

各実施例の光学系は、近赤外の波長を設計波長として設計された光学系であり、例えば視線検出用の光学系として用いられる。設計波長は、具体的には８５０ｎｍ、又は９５０ｎｍである。

【0018】

視線検出用の光学系は、人の目に見えにくい近赤外の光を目に照射して、目からの反射像を観察するものである。その際に、フォーカス機能を有さない光学系を用いた場合、目の位置が変化すると合焦位置が撮像面から変化するため、高精細（高解像）な画像の取得が困難となってしまう。

【0019】

そこで、各実施例の光学系においては、光学系中に回折光学素子（ＤＯ）を設け、回折光学素子において色収差を発生させる。これにより、被写体の物体距離が変動しても高精細な画像取得が可能な、広い被写界深度を得ることができる。

【0020】

以下、回折光学素子により色収差を発生させることで、被写界深度が広がる効果について述べる。

【0021】

各実施例の収差図に示されるように、各実施例の光学系では、軸上色収差を意図的に発生させている。また、各実施例の光学系では、軸上色収差以外の、非点収差、歪曲、倍率色収差は良好に補正されている。

【0022】

ここで、横収差の一例として実施例１の光学系の横収差について説明する。図３は、実施例１の光学系の横収差図である。視線検出用の目を照射する光源としてはＬＥＤ光源等があり、ＬＥＤ光源は一般的に基準波長を中心として±５０ｎｍほどの波長範囲に分光感度を持つ。実施例１の光学系では、設計波長は８５０ｎｍであり、使用する光源も８５０ｎｍを中心波長とした光源を想定している。

【0023】

図３（ａ）は、実施例１の光学系の物体距離２５ｍｍにおける光軸上の横収差図である。図３（ａ）では、波長８００ｎｍ，８５０ｎｍ，９００ｎｍに対する横収差量が示されている。図３（ａ）に示されるように、波長８００ｎｍ，８５０ｎｍ，９００ｎｍの横収差が良好に補正されているため、物体距離２５ｍｍにおいては高精細な画像が得られる。

【0024】

ここで、物体距離が５０ｍｍに変化した場合の横収差図を図３（ｂ）に、物体距離が１６ｍｍに変化した場合の横収差図を図３（ｃ）にそれぞれ示す。

【0025】

図３（ｂ）に示されるように、物体距離が５０ｍｍに変化した場合においても、波長８００ｎｍにおける横収差が良好に補正されているため、物体距離が変化したにもかかわらず、撮像された画像の劣化が抑制されている。

【0026】

同様に、図３（ｃ）に示すように、物体距離が１６ｍｍに変化した場合においても、波長９００ｎｍにおける横収差が良好に補正されているため、物体距離が変化したにもかかわらず、撮像された画像の劣化が抑制されている。

【0027】

また、各実施例の光学系は、更に被写界深度を広げる手段を有してもよい。

【0028】

図３（ｄ）は、実施例１の光学系の物体距離１０ｍｍにおける光軸上の横収差図を示している。図３（ｄ）では、波長８００ｎｍ，８５０ｎｍ，９００ｎｍに対する横収差量が示されている。図３（ｄ）に示されるように、物体距離が１０ｍｍに大きく変化すると、波長８００ｎｍ～９００ｎｍの横収差量も増大してしまい、良好な結像性能を得ることが困難となってしまう。

【0029】

ここで、照射するＬＥＤ光源を２種類用意し、光源の中心波長が異なる構成とした場合を考える。例えば、物体距離１０ｍｍの被写体を撮像する際には、中心波長が９５０ｎｍであるＬＥＤ光源を用いた場合、実施例１の光学系の横収差は図３（ｅ）となる。図３（ｅ）では、波長９００ｎｍ，９５０ｎｍ，１０００ｎｍに対する横収差量が示されている。図３（ｅ）に示されるように、波長９００ｎｍ，９５０ｎｍ，１０００ｎｍの横収差が良好に補正されているため、物体距離１０ｍｍにおいても中心波長が９５０ｎｍである光源を用いることで高精細な画像が得られる。

【0030】

上述したように、回折光学素子を用いて軸上色収差を発生させることで、物体距離が変化しても良好な画像が得られる、すなわち被写界深度が広がった光学系を得ることができる。

【0031】

また、各実施例の光学系は、以下の条件式（１）を満足する。

【0032】

０．００４＜｜（ｆ８５－ｆ９５)／（ｆ８５＋ｆ９５)｜＜０．１００ （１）
ここで、ｆ８５は、光学系の波長８５０ｎｍにおける焦点距離である。ｆ９５は、光学系の波長９５０ｎｍにおける焦点距離である。

【0033】

条件式（１）を満足することで、広い被写界深度を得つつ、諸収差を補正することができる。条件式（１）の下限値を下回ると色収差の発生量が少なくなるため、広い被写界深度を得ることが困難となる。条件式（１）の上限値を上回ると、色収差の発生量が多くなるため、被写界深度は広くなるが、色収差による結像性能の劣化が大きくなるため好ましくない。

【0034】

なお、条件式（１）の数値範囲を以下の条件式（１ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

【0035】

０．００６＜｜（ｆ８５－ｆ９５)／（ｆ８５＋ｆ９５)｜＜０．０５０ （１ａ）
また、条件式（１）の数値範囲を以下の条件式（１ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

【0036】

０．００９＜｜（ｆ８５－ｆ９５)／（ｆ８５＋ｆ９５)｜＜０．０３０ （１ｂ）
以下、各実施例の光学系において、満足することが好ましい構成について述べる。

【0037】

各実施例の光学系は、基板と基板上に配置された正のパワー（屈折力）のレンズ（正レンズ）とを備えるレンズユニットＬＰを有することが好ましい。

【0038】

また、各実施例の光学系は、基板と基板上に配置された負のパワーのレンズ（負レンズ）ＬＮ１とを備えるレンズユニットＬＮを有することが好ましい。

【0039】

なお、レンズユニットＬＰに含まれる基板と、レンズユニットＬＮ中に含まれる基板とは、同一であってもよい。

【0040】

上記構成を有することで、非点収差や歪曲、倍率色収差を良好に補正しつつ、適切な軸上色収差を発生させた、小型で簡素な構成の光学系をより実現しやすくなるため好ましい。

【0041】

各実施例の光学系はウェハプロセスを用いて製造されるため、回折光学素子の回折格子の回折ピッチが小さく、数μｍレベルになる場合もある。広い波長範囲で使用される光学系に回折光学素子を用いる場合は、回折光学素子は広い波長範囲内で高い回折効率を有することが好ましい。回折格子を２種類以上の材料を用いて形成することで、広い波長範囲内で所望の位相差を得ることはできるが、格子高さが高くなってしまう。また、近赤外の波長域のように、光学系の使用波長が長くなると格子高さが高くなる傾向にある。格子高さが高く、回折ピッチが小さい場合は格子壁面部分で発生する不要回折光の影響を無視できなくなってしまう。そこで、各実施例の光学系では、回折光学素子の回折格子面を少なくとも一部が空気に面した面上に形成することで、回折格子面前後での屈折率差を大きくし、格子高さを低くすることが好ましい。

【0042】

以下、各実施例の光学系が満足することが好ましい条件について述べる。各実施例の光学系は、以下の条件式（２）乃至（１０）のうち１つ以上を満足することが好ましい。

【0043】

０．０５＜Ｌｄ／ｆ＜０．８０ （２）
１．０＜｜ｆｄｏ／ｆ｜＜１５．０ （３）
０．００１０＜（ｆ８５―ｆ９５）／ｆｄｏ＜０．０４００ （４）
１．０＜Ｌｄｓ／ｆ＜４．０ （５）
－３．０＜ｆｎ／ｆ＜－０．２ （６）
０．７＜（Ｎｍ－１）×ｄ／λｍ＜１．３ （７）
０．６５＜（Ｎｍ－１）×ｄ＜１．１５ （８）
１．０＜ｆｄｏ×λｍ／（Ｄｄｏ×ｄ）＜２０．０ （９）
１０＜Ｌｏｂｊ／ｆ＜１００ （１０）
ここで、Ｌｄは、回折光学素子から開口絞りＳＰまでの光軸上の距離（回折光学素子と開口絞りＳＰとの間隔）である。ｆは、光学系の設計波長における焦点距離である。ｆｄｏは、回折光学素子の回折による焦点距離である。Ｌｄｓは、回折光学素子から像面までの光軸上の距離である。ｆｎは、レンズユニットＬＮに含まれる負のパワーのレンズＬＮ１の焦点距離である。ｄ（μｍ）は、回折光学素子の回折格子の格子高さである。λｍ（μｍ）は、光学系の使用波長範囲の中間値である。Ｎｍは、回折光学素子の回折格子を形成する材料の波長λｍにおける屈折率である。Ｄｄｏは、回折光学素子の有効径である。Ｌｏｂｊは、光学系の設計波長における合焦物体距離である。

【0044】

なお、有効径（光線有効径）とは、光学面の、有効な結像光束が通過しうる領域のうち、最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の２倍である。有効な結像光束とは、迷光及び撮像面上で画像の記録される領域外に結像する光線を除いた、光束を意味する。有効径は、各実施例の光学系の最も物体側の面については、該光学面を最軸外光束の下線又は上線が通過する位置と光軸までの距離の大きい方の２倍に一致する。また、光学面とは、レンズ面や、平板の両面、それらの接合面等を指す。また、有効径を２で割った値を有効半径と呼ぶ。

【0045】

条件式（２）を満足するように回折光学素子を開口絞り近傍に配置することは、軸上色収差のみを適切に発生させて、他の諸収差を良好に補正しやすくなるため好ましい。条件式（２）の下限値を下回ると、回折光学素子と開口絞りとの間隔が近くなるため、レンズの厚さが薄くなり製造困難となったり、開口絞りをレンズ面上に形成するため製造難易度が高くなったりするため好ましくない。条件式（２）の上限値を上回ると、回折光学素子で発生する倍率色収差が多くなるため、画像周辺部での結像性能が悪化してしまう。

【0046】

条件式（３）の下限値を下回ると色収差の発生量が多くなるため、被写界深度は広くなるが、色収差による結像性能の劣化が大きくなるため好ましくない。条件式（３）の上限値を上回ると、色収差の発生量が少なくなるため、広い被写界深度を得ることが困難となる。

【0047】

各実施例の光学系は、軸上色収差以外の諸収差は良好に補正されていることが好ましい。そのためには、回折光学素子のパワーと、光学系で発生させる軸上色収差のバランスをとることが重要となる。条件式（４）を満足することは、これらのバランスをとりやすくなるため好ましい。条件式（４）の下限値を下回ると、回折光学素子の色収差発生量が少なくなるため、広い被写界深度を得ることが困難となる。条件式（４）の上限値を上回ると、回折光学素子以外で発生する色収差が多くなるため、軸上色収差以外の諸収差が悪化するため好ましくない。

【0048】

条件式（５）を満足するように回折光学素子から像面までの光軸上の距離をある程度離すことは、軸上色収差を発生させやすくなるため好ましい。条件式（５）の下限値を下回ると、色収差発生量が少なくなるため、広い被写界深度を得ることが困難となる。条件式（５）の上限値を上回ると、光学系の全長が長くなるため、小型化が困難となり好ましくない。

【0049】

条件式（６）を満足することは、諸収差が良好に補正された光学系を得やすくなるため好ましい。条件式（６）の下限値を下回ると、負レンズＬＮ１のパワーが弱くなるため、光学系の小型化が困難となる。条件式（６）の上限値を上回ると、負レンズＬＮ１のパワーが強くなるため、非点収差等の諸収差を良好に補正することが困難となる。

【0050】

条件式（７）を満足することは、格子高さを低くしつつ、広い波長域で高い回折効率を得ることができるため好ましい。

【0051】

条件式（７）の下限値を下回るか、上限値を上回ると、使用波長域の最小波長、又は最大波長において回折効率の低下が生じるため、好ましくない。

【0052】

条件式（８）を満足することは、近赤外の波長域で回折効率が最適化された回折光学素子とすることができるため好ましい。条件式（８）の下限値を下回るか、条件式（８）の上限値を上回ると、近赤外の波長０．９μｍから離れた波長域において、回折効率の低下が生じるため、好ましくない。

【0053】

条件式（９）を満足することは、回折光学素子の回折格子の格子高さに対して最小回折ピッチが十分に大きく、格子壁面部分で発生する不要回折光の影響を低減することができ、高い回折効率を得ることができるため好ましい。条件式（９）の下限値を下回ると、回折ピッチに対する格子高さの比率が高くなるため、格子壁面部分で発生する不要回折光が増大してしまうため好ましくない。条件式（９）の上限値を上回ると、回折光学素子のパワーが弱くなり、軸上色収差の発生量が少なくなるため、広い被写界深度を得ることが困難となるため好ましくない。

【0054】

各実施例の光学系が広い被写界深度を得るため、光学系の設計波長における合焦物体距離を無限遠ではなく、有限距離とすることが好ましい。条件式（１０）の下限値を下回ると、物体距離が遠い場合に高精細な画像を得ることが困難となる。条件式（１０）の上限値を上回ると、物体距離が近い場合に高精細な画像を得ることが困難となる。

【0055】

なお、条件式（２）乃至（１０）の数値範囲を以下の条件式（２ａ）乃至（１０ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

【0056】

０．０８＜Ｌｄ／ｆ＜０．６０ （２ａ）
２．０＜｜ｆｄｏ／ｆ｜＜１０．０ （３ａ）
０．００２０＜（ｆ８５―ｆ９５）／ｆｄｏ＜０．０２００ （４ａ）
１．２＜Ｌｄｓ／ｆ＜３．０ （５ａ）
－２．０＜ｆｎ／ｆ＜－０．３ （６ａ）
０．９＜（Ｎｍ－１）×ｄ／λｍ＜１．１ （７ａ）
０．８＜（Ｎｍ－１）×ｄ＜１．０ （８ａ）
１．５＜ｆｄｏ×λｍ／（Ｄｄｏ×ｄ）＜１５．０ （９ａ）
１２＜Ｌｏｂｊ／ｆ＜５０ （１０ａ）
また、条件式（２）乃至（１０）の数値範囲を以下の条件式（２ｂ）乃至（１０ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

【0057】

０．１０＜Ｌｄ／ｆ＜０．５０ （２ｂ）
３．０＜｜ｆｄｏ／ｆ｜＜８．５ （３ｂ）
０．００２３＜（ｆ８５―ｆ９５）／ｆｄｏ＜０．０１５０ （４ｂ）
１．３＜Ｌｄｓ／ｆ＜２．５ （５ｂ）
－１．６＜ｆｎ／ｆ＜－０．４ （６ｂ）
０．９５＜（Ｎｍ－１）×ｄ／λｍ＜１．０５ （７ｂ）
０．８５＜（Ｎｍ－１）×ｄ＜０．９５ （８ｂ）
２．０＜ｆｄｏ×λｍ／（Ｄｄｏ×ｄ）＜１１．０ （９ｂ）
１３＜Ｌｏｂｊ／ｆ＜３０ （１０ｂ）
以下、各実施例の光学系について詳細に述べる。

【0058】

実施例１の光学系において、設計波長は８５０ｎｍであり、使用波長は８００ｎｍ～１０００ｎｍである。実施例１の光学系は、第１ユニットＬ１の最も物体側の面から２５ｍｍの位置の物体に合焦するように設計されている。第１ユニットＬ１は、第１基板１１、第１基板１１の物体側に配置された正のパワーの第１レンズ１２、及び第１基板１１の像側に配置された負のパワーの第２レンズ１３を備える。第１基板１１は平面基板、第１レンズ１２は凸レンズ、第２レンズ１３は凹レンズである。第１レンズ１２は、ウェハプロセスを用いて第１基板１１の物体側の面に形成されている。第２レンズ１３は、ウェハプロセスを用いて第１基板１１の像側の面に形成されている。第１レンズ１２の物体側の面、及び第２レンズ１３の像側の面は非球面である。第２ユニットＬ２は、第２基板２１、第２基板２１の像側に配置された開口絞りＳＰ、及び第２基板２１の像側に配置された第３レンズ２２を備える。第２基板２１は平面基板、第２レンズ２２は凸レンズである。第２レンズ２２は、ウェハプロセスを用いて第２基板２１の像側の面に形成されている。第２レンズ２２の像側の面は、非球面上に回折格子が形成された回折面である。第３ユニットＬ３は、第３基板３１を備える。第３基板３１は、平面基板であり、撮像素子を保護するために設けられている。すなわち、第３基板３１は、撮像素子のカバーガラスを兼ねている。

【0059】

実施例１の光学系では、第３レンズ２２を像側の面に回折格子が形成された回折光学素子としている。実施例１の光学系においては、正のパワーの回折光学素子を用いて色収差を発生させることで、設計波長８５０ｎｍよりも長波長側の波長９５０ｎｍにおいて、光学系の焦点距離が短くなる構成としている。

【0060】

また、実施例１の光学系では、使用波長域は前述したように８００ｎｍ～１０００ｎｍ、中間波長は９００ｎｍ、波長９００ｎｍにおける回折格子を形成する材料の屈折率は１．５１３５、格子高さは１．７３４μｍである。

【0061】

また、実施例１の光学系では、最大回折ピッチが１１１μｍ、最小回折ピッチが２１μｍであり、格子高さに対して最小回折ピッチが十分に大きいため、格子壁面部分での不要回折光の影響を低減することができ、高い回折効率を得ることができる。

【0062】

図４は、実施例１の回折光学素子の波長７５０ｎｍ～１０５０ｎｍにおける回折効率を示す図である。図４に示されるように、８００ｎｍ～１０００ｎｍの広い波長域において９５％以上の高い回折効率が得られている。

【0063】

なお、実施例１の光学系において、第１基板１１、第２基板２１、及び第３基板３１はそれぞれガラスからなり、第１レンズ１２、第２レンズ１３、及び第３レンズ２２はそれぞれ樹脂からなるが、本発明はこれに限定されるものではない。第１基板１１と第１レンズ１２との屈折率が異なっていれば、第１基板１１と第１レンズ１２の両方を樹脂で形成してもよい。この点は、第２レンズ１３や第２ユニットＬ２に関しても同様である。

【0064】

また、実施例１の光学系において、第１ユニットＬ１の１つの第１基板１１の物体側の面と像側の面にそれぞれ第１レンズ１２と第２レンズ１３が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１基板１１を２つに分けて、一方の基板の物体側の面に第１レンズ１２を形成し、他方の基板の像側の面に第２レンズ１３を形成した後に、各基板を接合することで、製造安定性が向上した構成とすることができる。

【0065】

また、実施例１ではバックカバーガラス（第３基板３１）がセンサーカバーガラスの目的も兼ねて１つの基板から形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１ユニットＬ１、第２ユニットＬ２、及び第３ユニットＬ３を形成した後に、センサーカバーガラス（図示しない）と第３基板３１とを接合することで、製造安定性が向上した構成とすることができる。

【0066】

実施例２の光学系において、設計波長は８５０ｎｍ、使用波長は８００ｎｍ～１０００ｎｍである。実施例２の光学系は、第１ユニットＬ１の最も物体側の面から２５ｍｍの位置の物体に合焦するように設計されている。第１ユニットＬ１は、第１基板１１、第１基板１１の物体側に配置された負のパワーの第１レンズ１２、及び第１基板１１の像側に配置された負のパワーの第２レンズ１３を備える。第２ユニットＬ２は、第２基板２１、第２基板２１の像側に配置された開口絞りＳＰ、及び第２基板２１の像側に配置された正のパワーの第３レンズ２２を備える。第３ユニットＬ３は、第３基板３１、及び第３基板３１の物体側に配置された第４レンズ３２を備える。第３基板３１は、撮像素子のカバーガラスを兼ねている。

【0067】

実施例２の光学系では、第４レンズ３２を物体側の面に回折格子が形成された回折光学素子としている。実施例２の光学系においては、正のパワーの回折光学素子を用いて色収差を発生させることで、設計波長８５０ｎｍよりも長波長側の波長９５０ｎｍにおいて、光学系の焦点距離が短くなる構成としている。

【0068】

また、実施例２の光学系では、回折格子を形成する材料は実施例１と同じで、格子高さは１．７３４μｍである。

【0069】

また、実施例２の光学系では、最大回折ピッチが１０１μｍ、最小回折ピッチが１３μｍであり、格子高さに対して最小回折ピッチが十分に大きいため、格子壁面部分での不要回折光の影響を低減することができ、高い回折効率を得ることができる。

【0070】

実施例２の回折光学素子においても、実施例１と同様に８００ｎｍ～１０００ｎｍの広い波長域において９５％以上の高い回折効率が得られる。

【0071】

実施例３の光学系において、設計波長は９５０ｎｍ、使用波長は８００ｎｍ～１０００ｎｍである。実施例３の光学系は、第１ユニットＬ１の最も物体側の面から２５ｍｍの位置の物体に合焦するように設計されている。第１ユニットＬ１は、第１基板１１、第１基板１１の物体側に配置された正のパワーの第１レンズ１２、及び第１基板１１の像側に配置された負のパワーの第２レンズ１３を備える。第２ユニットＬ２は、第２基板２１、第２基板２１の像側に配置された開口絞りＳＰ、及び２基板２１の像側に配置された正のパワーの第３レンズ２２を有する。第３ユニットＬ３は、第３基板３１を備える。第３基板３１は、撮像素子のカバーガラスを兼ねている。

【0072】

実施例３の光学系では、第３レンズ２２を像側の面に回折格子が形成された回折光学素子としている。実施例３の光学系においては、負のパワーの回折光学素子を用いて色収差を発生させることで、設計波長９５０ｎｍよりも短波長側の波長８５０ｎｍにおいて、光学系の焦点距離が短くなる構成としている。例えば、第１ユニットＬ１の最も物体側の面からの物体距離が２５ｍｍよりも近くなった場合、設計波長９５０ｎｍよりも短波長の、例えば波長８５０ｎｍを主波長とする光源を用いて被写体を照射することで、高精細な画像を取得することができる。

【0073】

また、実施例３の光学系では、回折格子を形成する材料は実施例１と同じで、格子高さは１．７３４μｍである。

【0074】

また、実施例３の光学系では、最大回折ピッチが１５１μｍ、最小回折ピッチが４０μｍであり、格子高さに対して最小回折ピッチが十分に大きいため、格子壁面部分での不要回折光の影響を低減することができ、高い回折効率を得ることができる。

【0075】

実施例３の回折光学素子においても、実施例１と同様に８００ｎｍ～１０００ｎｍの広い波長域において９５％以上の高い回折効率が得られる。

【0076】

実施例４の光学系において、設計波長は８５０ｎｍ、使用波長は８００ｎｍ～１０００ｎｍである。実施例４の光学系は、第１ユニットＬ１の最も物体側の面から１５ｍｍの位置の物体に合焦するように設計されている。第１ユニットＬ１は、第１基板１１、及び第１基板１１の像側に配置された負のパワーの第１レンズ１２を備える。第２ユニットＬ２は、第２基板２１、第２基板２１の像側に配置された開口絞りＳＰ、及び第２基板２１の物体側に配置された正のパワーの第２レンズ２２を備える。第３ユニットＬ３は、第３基板３１、及び第３基板３１の物体側に配置された正のパワーの第３レンズ３２を備える。第３基板３１は、撮像素子のカバーガラスを兼ねている。

【0077】

実施例４の光学系では、第２レンズ２２を物体側の面に回折格子が形成された回折光学素子としている。実施例４の光学系においては、正のパワーの回折光学素子を用いて色収差を発生させることで、設計波長８５０ｎｍよりも長波長側の波長９５０ｎｍにおいて、光学系の焦点距離が短くなる構成としている。

【0078】

また、実施例４の光学系では、使用波長域は前述したように８００ｎｍ～１０００ｎｍ、中間波長は９００ｎｍ、波長９００ｎｍにおける回折格子を形成する材料の屈折率は１．６０８４、格子高さは１．４６４μｍである。

【0079】

また、実施例４の光学系では、最大回折ピッチが８０μｍ、最小回折ピッチが１２μｍであり、格子高さに対して最小回折ピッチが十分に大きいため、格子壁面部分での不要回折光の影響を低減することができ、高い回折効率を得ることができる。

【0080】

図１１は、実施例４の回折光学素子の波長７５０ｎｍ～１０５０ｎｍにおける回折効率を示す図である。図１１に示されるように、８００ｎｍ～１０００ｎｍの広い波長域において９５％以上の高い回折効率が得られている。

【0081】

実施例５の光学系において、設計波長は８５０ｎｍ、使用波長は８００ｎｍ～１０００ｎｍである。実施例５の光学系は、第１ユニットＬ１の最も物体側の面から２５ｍｍの位置の物体に合焦するように設計されている。第１ユニットＬ１は、第１基板１１、及び第１基板１１の像側に配置された負のパワーの第１レンズ１２を備える。第２ユニットＬ２は、第２基板２１、第２基板２１の物体側に配置された正のパワーの第２レンズ２２、開口絞りＳＰ、第２基板２１の像側に配置された第３基板２３、及び第３基板２３の像側に配置された正のパワーの第３レンズ２４を備える。第２基板２１と第３基板２３は、開口絞りＳＰを挟んで接着されている。第３ユニットＬ３は、第４基板３１を備える。第４基板３１は、撮像素子のカバーガラスを兼ねている。

【0082】

実施例５の光学系では、第３レンズ２４の像側の面に回折格子形状が形成された回折光学素子としている。実施例５の光学系においては、正のパワーの回折光学素子を用いて色収差を発生させることで、設計波長８５０ｎｍよりも長波長側の波長９５０ｎｍにおいて、光学系全系の焦点距離が短くなる構成としている。

【0083】

また、実施例５の光学系では、回折格子を形成する材料は実施例１と同じで、格子高さは１．７３４μｍである。

【0084】

また、実施例５の光学系では、最大回折ピッチが７８μｍ、最小回折ピッチが７．６μｍであり、格子高さに対して最小回折ピッチが十分に大きいため、格子壁面部分での不要回折光の影響を低減することができ、高い回折効率を得ることができる。

【0085】

実施例５の回折光学素子においても、実施例１と同様に８００ｎｍ～１０００ｎｍの広い波長域において９５％以上の高い回折効率が得られる。

【0086】

以下に、実施例１乃至５にそれぞれ対応する数値実施例１乃至５を示す。

【0087】

各数値実施例の面データにおいて、ｒは各光学面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）は第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表わしている。ただし、ｍは光入射側から数えた面の番号である。また、ｎｄは各光学部材のｄ線に対する屈折率、νｄは光学部材のアッベ数を表わしている。更に、Ｎ８５０とＮ９５０はそれぞれ、各光学部材の波長８５０ｎｍ，９５０ｎｍに対する屈折率である。なお、ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。

【0088】

なお、各数値実施例において、ｄ、焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバー、半画角（°）は全て各実施例の光学系が無限遠物体に焦点を合わせたときの値である。「バックフォーカス」は、レンズ最終面（最も像側のレンズ面）から近軸像面までの光軸上の距離を空気換算長により表記したものである。「レンズ全長」は、光学系の最前面（最も物体側のレンズ面）から最終面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた長さである。「レンズ群」は、複数のレンズから構成される場合に限らず、１枚のレンズから構成される場合も含むものとする。

【0089】

また、光学面が非球面の場合は、面番号の右側に、＊の符号を付している。非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を各次数の非球面係数とするとき、
ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋Ａ４×ｈ⁴＋Ａ６×ｈ⁶
＋Ａ８×ｈ⁸＋Ａ１０×ｈ¹⁰＋Ａ１２×ｈ¹²＋Ａ１４×ｈ^1４
で表している。なお、各非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０±^ＸＸ」を意味している。

【0090】

また、各数値実施例の回折光学素子の各回折面の位相形状Ψは、ｈを光軸に対して垂直方向の高さ、ｍを回折光の回折次数、λ_０を設計波長、Ｃｉを位相係数（ｉ＝２，４，６…）とするとき、
Ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ_０）（Ｃ_２ｈ^２＋Ｃ_４ｈ^４＋Ｃ_６ｈ^６…）
で表される。

【0091】

また、任意の波長λ、任意の回折次数ｍに対する回折格子で生じる焦点距離ｆｄｏは、最も低次の位相係数Ｃ_２を用いて以下の式で表される。

【0092】

ｆｄｏ（λ，ｍ）＝－１／（２Ｃ_２ｍλ／λ_０）
各数値実施例において、回折光学素子を構成する各回折格子の回折次数ｍは全て１であり、回折格子の設計波長λ_０は、各光学系の設計波長λと同じである。

【0093】

各数値実施例において、絞りは開口絞りである。有効径は各面において、結像に寄与する光束が各面を透過する際の最大光束径を示している。

【0094】

（数値実施例１）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径 N850 N950
1* 4.2540 0.306 1.5230 50.3 1.88 1.5144 1.5126
2 ∞ 0.500 1.5168 64.2 1.67 1.5098 1.5082
3 ∞ 0.152 1.5900 31.0 0.81 1.5754 1.5725
4* 0.6624 0.108 0.48
5 ∞ 0.400 1.516 64.2 2.00 1.5098 1.5082
6(絞り) ∞ 0.300 1.5230 50.3 0.55 1.5144 1.5126
7(回折) -0.5188 0.712 0.61
8 ∞ 1.353 1.5168 64.2 2.00 1.5098 1.5082
9 ∞ 0.100 2.87
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 1.62718e+01 ,A4= 1.22529e-01 ,A6= 1.27776e-02 ,A8=-1.70085e-01 ,A10= 2.15205e-01 ,A12=-9.80892e-02

第4面
K =-6.46783e+00 ,A4= 6.90928e+00 ,A6=-6.74034e+01 ,A8= 1.47901e+03 ,A10=-1.50941e+04 ,A12= 8.68784e+04

第7面
K =-8.29507e+00 ,A4=-6.74374e+00 ,A6= 5.41472e+01 ,A8=-3.60460e+02 ,A10= 1.14941e+03 ,A12=-8.36337e+02

第7面(回折面)
C2=-7.72514e-02 C4=-1.92323e-02

焦点距離 1.247
Fナンバー 2.90
半画角［度］ 39.80
像高 1.000
レンズ全長 3.931
BF 0.100

（数値実施例２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径 N850 N950
1* -53.2849 0.117 1.5230 50.3 1.93 1.5144 1.5126
2 ∞ 0.500 1.5168 64.2 1.90 1.5098 1.5082
3 ∞ 0.152 1.5900 31.0 1.24 1.5754 1.5725
4* 1.0092 0.321 0.83
5 ∞ 0.400 1.5168 64.2 0.79 1.5098 1.5082
6(絞り) ∞ 0.144 1.5230 50.3 0.70 1.5144 1.5126
7* -0.6496 0.450 0.69
8(回折) ∞ 0.100 1.5230 50.3 0.80 1.5144 1.5126
9 ∞ 2.256 1.5168 64.2 0.86 1.5098 1.5082
10 ∞ 0.100 2.11
像面 ∞

非球面データ
第1面
K =-3.13204e+26 ,A4= 1.00659e-01 ,A6= 1.93424e-01 ,A8=-5.75284e-01 ,A10= 6.68865e-01 ,A12=-2.90972e-01

第4面
K =-3.81608e+01 ,A4= 5.25697e+00 ,A6=-4.39875e+01 ,A8= 4.37915e+02 ,A10=-2.32783e+03 ,A12= 6.04677e+03

第7面
K =-7.28411e+00 ,A4=-3.21823e+00 ,A6= 1.96026e+01 ,A8=-1.37200e+02 ,A10= 6.19336e+02 ,A12=-1.28109e+03

第8面(回折面)
C2=-8.25145e-02

焦点距離 1.390
Fナンバー 2.91
半画角［度］ 40.74
像高 1.000
レンズ全長 4.540
BF 0.100

（数値実施例３）
単位mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径 N850 N950
1* 1.7015 0.600 1.5900 31.0 2.21 1.5754 1.5725
2 ∞ 0.500 1.5168 64.2 2.01 1.5098 1.5082
3 ∞ 0.152 1.5230 50.3 1.05 1.5144 1.5126
4* 0.4624 0.235 0.56
5 ∞ 0.400 1.5168 64.2 0.47 1.5098 1.5082
6(絞り) ∞ 0.300 1.5230 50.3 0.59 1.5144 1.5126
7(回折) -0.4597 0.712 0.64
8 ∞ 1.500 1.5168 64.2 1.32 1.5098 1.5082
9 ∞ 0.100 2.11
像面 ∞

非球面データ
第1面
K =-6.63982e+00 ,A4= 2.48534e-01 ,A6=-1.77081e-01 ,A8= 2.50116e-01 ,A10=-1.81651e-01 ,A12= 6.50439e-02

第4面
K =-1.04150e+00 ,A4= 4.57478e+00 ,A6=-3.76110e+01 ,A8= 1.49398e+03 ,A10=-1.88029e+04 ,A12= 1.17210e+05

第7面
K =-6.13536e+00 ,A4=-6.76189e+00 ,A6= 5.13580e+01 ,A8=-3.23063e+02 ,A10= 9.82174e+02 ,A12=-7.03634e+02

第7面(回折面)
C2= 4.16559e-02

焦点距離 1.617
Fナンバー 2.905
半画角［度］ 28.89
像高 1.000
レンズ全長 4.499
BF 0.100

（数値実施例４）
単位mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径 N850 N950
1 ∞ 0.300 1.5168 64.2 1.60 1.5098 1.5082
2 ∞ 0.135 1.5230 50.3 1.21 1.5144 1.5126
3* 0.5662 0.450 0.81
4(回折) 0.5528 0.098 1.6300 24.0 0.49 1.6104 1.6066
5 ∞ 0.200 1.5168 64.2 0.44 1.5098 1.5082
6(絞り) ∞ 0.150 0.36
7* 2.1251 0.114 1.5230 50.3 0.52 1.5144 1.5126
8 ∞ 1.200 1.5168 64.2 0.62 1.5098 1.5082
9 ∞ 0.060 1.74
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-2.56362e+01 ,A4= 1.28895e+01 ,A6=-2.00570e+02 ,A8= 2.47706e+03 ,A10=-1.87882e+04 ,A12= 7.77472e+04 ,A14=-1.32962e+05

第4面
K =-3.92921e+01 ,A4= 2.21121e+01 ,A6=-9.30226e+02 ,A8= 2.80131e+04 ,A10=-4.96246e+05 ,A12= 4.84496e+06 ,A14=-1.97585e+07

第4面(回折面)
C 2=-1.17510e-01 C 4=-2.66451e+00 C6= 3.35343e+01

第7面
K =-2.66363e+03 ,A4= 6.83347e+00 ,A6=-5.17977e+02 ,A8= 1.64227e+04 ,A10=-2.93248e+05 ,A12= 2.64754e+06 ,A14=-9.55528e+06

焦点距離 0.808
Fナンバー 2.78
半画角［度］ 54.01
像高 0.840
レンズ全長 2.707
BF 0.060

（数値実施例５）
単位mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径 N850 N950
1 ∞ 0.500 1.5168 64.2 2.37 1.5098 1.5082
2 ∞ 0.050 1.5230 50.3 1.60 1.5144 1.5126
3* 0.4778 0.363 1.02
4* 0.9206 0.150 1.5900 31.0 0.88 1.5754 1.5725
5 ∞ 0.546 1.5168 64.2 0.84 1.5098 1.5082
6(絞り) ∞ 0.300 1.5168 64.2 0.46 1.5098 1.5082
7 ∞ 0.128 1.5230 50.3 0.77 1.5144 1.5126
8(回折) -0.9743 0.450 0.82
9 ∞ 1.500 1.5168 64.2 1.30 1.5098 1.5082
10 ∞ 0.050 2.26
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-2.37981e+00 ,A4= 2.73118e+00 ,A6=-1.03706e+01 ,A8= 6.14452e+01 ,A10=-1.87706e+02 ,A12= 2.12113e+02

第4面
K =-3.80283e+00 ,A4= 7.37065e-01 ,A6=-7.36296e+00 ,A8= 7.04397e+01 ,A10=-3.77744e+02 ,A12= 7.05013e+02

第8面
K = 2.43405e+00 ,A4=-1.30930e-01 ,A6= 2.01808e+01 ,A8=-2.52414e+02 ,A10= 1.71540e+03 ,A12=-5.43637e+03 ,A14= 6.47049e+03

第8面(回折面)
C 2=-1.39653e-01

焦点距離 0.962
Fナンバー 3.19
半画角［度］ 60.00
像高 1.000
レンズ全長 4.037
BF 0.050

各数値実施例における種々の値を、以下の表１にまとめて示す。

【0095】

【表1】

【0096】

［電子機器］
図１４は、電子機器（ＨＭＤ）の接眼部の要部概略図である。使用者は、接眼レンズＯＬを介して非図示のディスプレイに表示された画像の虚像を見る。光源ＬＳによって使用者の目ＥＹを照明し、目ＥＹの像や目ＥＹによって反射された光源ＬＳの像を撮像システムＷＬで取得する。ここで、撮像システムＷＬとして例えば実施例１乃至５のいずれかの光学系である光学系ＯＢＬを搭載した撮像システムを使用できる。

【0097】

実施例１乃至５の光学系であれば広い被写界深度を持っているので、使用者の目ＥＹと撮像システムＷＬとの距離が変化しても、高い画質を得ることができる。

【0098】

このような構成とすることで、目ＥＹの像や目ＥＹによって反射された光源ＬＳの像を高精細に取得することができる。これにより、より高精度な視線検出や、虹彩認証等の生体認証を行うことが可能である。

【0099】

なお、光源ＬＳの光は非可視であることが好ましい。可視光を使用した場合、使用者が眩しく感じてしまうためである。具体的には、光源ＬＳの発光波長は７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下程度が好ましい。発光波長が１１００ｎｍを超えてしまうと、安価なシリコン半導体による受光素子の感度が低くなり、撮像システムＷＬのノイズが増えてしまう。

【0100】

また、本発明は、ＨＭＤに限らず、デジタルカメラやフィルムカメラのファインダー部等の他の電子機器にも適用可能である。
［撮像装置］
図１５は、撮像装置１００の要部概略図である。撮像装置１００は、小型の内視鏡に用いられ、カメラヘッド１２０及び電気ケーブル１５０を有する。カメラヘッド１２０は、実施例１乃至５のいずれかの光学系を搭載したレンズ用筐体１２１と、イメージセンサ（撮像素子）１２２と、セラミック基板１２３とを備える。セラミック基板１２３を介してイメージセンサ１２２に電気ケーブル１５０の配線が接続されている。

【0101】

このように、実施例１乃至５の光学系のいずれかを内視鏡の撮像装置に適用することにより、小型でありながら広い被写界深度を持ち、高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。

【0102】

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
少なくとも一つのレンズユニットと回折光学素子とを有する光学系であって、
前記少なくとも一つのレンズユニットの夫々は、フォーカシングに際して不動であり、
前記光学系の波長８５０ｎｍにおける焦点距離をｆ８５、前記光学系の波長９５０ｎｍにおける焦点距離をｆ９５とするとき、
０．００４＜｜（ｆ８５－ｆ９５)／（ｆ８５＋ｆ９５)｜＜０．２００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
（構成２）
開口絞りを更に有し、
前記回折光学素子から前記開口絞りまでの光軸上の距離をＬｄ、前記光学系の設計波長における焦点距離をｆとするとき、
０．０５＜Ｌｄ／ｆ＜０．８０
なる条件式を満足することを特徴とする構成１に記載の光学系。
（構成３）
前記回折光学素子の回折による焦点距離をｆｄｏ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０＜｜ｆｄｏ／ｆ｜＜１５．０
なる条件式を満足することを特徴とする構成１又は２に記載の光学系。
（構成４）
前記回折光学素子の回折による焦点距離をｆｄｏとするとき、
０．００１０＜（ｆ８５―ｆ９５）／ｆｄｏ＜０．０４００
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至３の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成５）
前記回折光学素子から像面までの光軸上の距離をＬｄｓ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０＜Ｌｄｓ／ｆ＜４．０
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至４の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成６）
前記少なくとも一つのレンズユニットは、基板と該基板上に配置されたレンズとを備えるレンズユニットを含むことを特徴とする構成１乃至５の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成７）
前記レンズは、負レンズであることを特徴とする構成６に記載の光学系。
（構成８）
前記負レンズの焦点距離をｆｎ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
－３．０＜ｆｎ／ｆ＜－０．２
なる条件式を満足することを特徴とする構成７に記載の光学系。
（構成９）
前記回折光学素子の回折面は、少なくとも一部が空気に面した面上に形成されていることを特徴とする構成１乃至８の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１０）
前記回折光学素子の回折格子の格子高さをｄ（μｍ）、前記光学系の使用波長範囲の中間値をλｍ（μｍ）、前記回折格子を形成する材料の波長λｍにおける屈折率をＮｍとするとき、
０．７＜（Ｎｍ－１）×ｄ／λｍ＜１．３
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至９の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１１）
前記回折光学素子の回折格子の格子高さをｄ（μｍ）、前記光学系の使用波長範囲の中間値をλｍ（μｍ）、前記回折格子を形成する材料の波長λｍにおける屈折率をＮｍとするとき、
０．６５＜（Ｎｍ－１）×ｄ＜１．１５
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至１０の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１２）
前記回折光学素子の回折による焦点距離をｆｄｏ、前記回折光学素子の有効径をＤｄｏ、前記光学系の使用波長範囲の中間値をλｍ（μｍ）、前記回折光学素子の回折格子の格子高さをｄ（μｍ）とするとき、
１．０＜ｆｄｏ×λｍ／（Ｄｄｏ×ｄ）＜２０．０
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至１１の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１３）
前記光学系の設計波長における合焦物体距離をＬｏｂｊ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１０＜Ｌｏｂｊ／ｆ ＜１００
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至１２の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１４）
前記少なくとも一つのレンズユニットは、開口絞りと前記回折光学素子とを備えるユニットを含むことを特徴とする構成１乃至１３の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１５）
前記少なくとも一つのレンズユニットは、開口絞りを備える第１ユニットと、前記第１ユニットの像側に隣接して配置されると共に、前記回折光学素子が最も物体側に設けられた第２ユニットとを含むことを特徴とする構成１乃至１４の何れか一つの構成に記載の光学系。
（構成１６）
構成１乃至１５の何れか一つの構成に記載の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。

【0103】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0104】

Ｄ０ 回折光学素子
Ｌ１ 第１ユニット
Ｌ２ 第２ユニット
Ｌ３ 第３ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】