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WO2025187527A1 - 光学系、および撮像装置 - Google Patents

光学系、および撮像装置

Info

Publication number
WO2025187527A1
WO2025187527A1 PCT/JP2025/006860 JP2025006860W WO2025187527A1 WO 2025187527 A1 WO2025187527 A1 WO 2025187527A1 JP 2025006860 W JP2025006860 W JP 2025006860W WO 2025187527 A1 WO2025187527 A1 WO 2025187527A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical system
lens
diffractive
diffractive lens
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/006860
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2025187527A8 (ja
Inventor
心平 荻野
文彦 半澤
千秋 渋谷
仁 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of WO2025187527A1 publication Critical patent/WO2025187527A1/ja
Publication of WO2025187527A8 publication Critical patent/WO2025187527A8/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Definitions

  • This disclosure relates to an optical system and an imaging device.
  • Patent Documents 1 and 2 propose a technology that utilizes the aberration properties of metalenses to combine them with multiple refractive lenses (bulk lenses) to improve optical properties.
  • Patent Document 2 allows for a more compact optical system than one constructed solely with refractive lenses, but because it uses multiple refractive lenses, the miniaturization is insufficient.
  • a first optical system includes a plurality of diffractive lenses and an aperture stop disposed between any two of the plurality of diffractive lenses, the aperture of which is filled with a substance.
  • a second optical system comprises, in order from the object side to the image plane side, a first lens having a first surface and a second surface, the first surface and the second surface being planar; a second lens having a third surface and a fourth surface, the third surface and the fourth surface being planar, the third surface being cemented to the second surface without an air gap; and a medium having a refractive index greater than 1 that fills the space from the fourth surface to the image plane without an air gap, and of the first surface through the fourth surface, at least the second surface or the third surface is a phase modulation surface.
  • a first imaging device includes an optical system and a solid-state imaging element that outputs an imaging signal corresponding to an optical image formed by the optical system, and the optical system is configured using the first optical system according to the embodiment of the present disclosure.
  • a second imaging device includes an optical system and an imaging element that receives light via the optical system.
  • the optical system comprises, in order from the object side to the image plane side, a first lens having a first surface and a second surface, the first and second surfaces being planar; a second lens having a third and fourth surface, the third and fourth surfaces being planar, the third surface being cemented to the second surface without an air gap; and a medium having a refractive index greater than 1 that fills the space from the fourth surface to the imaging element without an air gap, and of the first through fourth surfaces, at least the second or third surface is a phase modulation surface.
  • the configuration of multiple diffractive lenses and aperture stops is optimized to enable miniaturization and high performance.
  • the configuration up to the image plane has been optimized to enable miniaturization and high performance.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the influence of reflected light components in a solid-state imaging device with a CSP structure.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the influence of reflected light components in a solid-state imaging device with a CSP structure.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an overview of chromatic aberration occurring in a diffractive lens and chromatic aberration occurring in a refractive lens.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating an overview of an optical system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of an image formation state when there is image deviation in the optical system.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the influence of reflected light components in a solid-state imaging device with a CSP structure.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the influence of reflected light components in a solid-state imaging device with a CSP structure.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an overview of
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 1-1 of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an aberration diagram showing longitudinal aberration in the optical system according to Configuration Example 1-1.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 1-2 of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an aberration diagram showing longitudinal aberration in the optical system according to Configuration Example 1-2.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 1-3 of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the actual shape of an aspherical lens in an optical system according to Configuration Example 1-3.
  • FIG. 12 is an aberration diagram showing longitudinal aberration in the optical system according to Configuration Example 1-3.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an optical system according to a comparative example.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a comparison between the specifications of the optical system according to the comparative example and the specifications of the optical system according to configuration example 1-1.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing a comparison of the specifications of the optical systems according to configuration examples 1-1 to 1-3.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view that schematically illustrates an overview of an optical system and an imaging device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing how light rays pass through an optical system according to a comparative example.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing how light rays pass when the first lens is disposed on the object side of the phase modulation surface.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of the state of light rays passing when a second lens is disposed on the image plane side of the phase modulation surface.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 2-1 of the optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the phase modulation surface.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 2-2 of the optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 2-3 of the optical system according to the second embodiment.
  • Patent Document 1 JP 2022-544213 A
  • metalens Similar to diffractive lenses, metalens have a periodically repeating structure, and can impart desired optical properties by diffracting light in any direction. However, the diffraction direction varies significantly depending on the wavelength of the light. Therefore, when light is incident from a light source with a FWHM (Full Width at Half Maximum) of several tens of nanometers, such as an LED (Light Emitting Diode), significant chromatic aberration occurs, significantly degrading the optical properties.
  • FWHM Full Width at Half Maximum
  • Patent Document 2 JP 2021-71727 A proposes a technology that utilizes the aberration characteristics of a metalens and combines it with multiple refractive lenses (bulk lenses) to improve optical properties. This technology allows for a more compact optical system than one composed solely of refractive lenses, but the use of multiple refractive lenses means that the system is not sufficiently compact.
  • the chip-size package (CSP) structure is known as one type of solid-state imaging element structure that achieves increased pixel count, miniaturization, and a low profile.
  • the CSP structure is an extremely small package that is roughly the same size as a single chip.
  • a solid-state imaging element with a CSP structure for example, pixels that convert incident light into electrical signals are formed on a semiconductor substrate, and a glass substrate is placed over the light-receiving surface where the pixels are formed to secure the solid-state imaging element and protect the light-receiving surface.
  • Figures 1 and 2 are explanatory diagrams showing the influence of reflected light components on a solid-state imaging device with a CSP structure.
  • a glass substrate 102 is arranged opposite the light-receiving surface side of the solid-state imaging element 101 via adhesive 131.
  • the upper surface side of the glass substrate 102 (the light-receiving surface side of the solid-state imaging element 101) is air, and the refractive index n is 1.0.
  • the refractive index n of the glass substrate 102 is, for example, 1.5.
  • subject light that is directly incident on the light-receiving surface of the solid-state imaging element 101 may be totally reflected at the light-receiving surface.
  • This totally reflected component may reflect at the interface between the glass substrate 102 and the air and return to the light-receiving surface again (total reflection aliasing component).
  • total reflection aliasing component If the thickness h1 of the glass substrate 102 is large, as in the example in the upper part of FIG. 1, the above-mentioned total reflection aliasing component will be imaged around the original light source image, as in the example in the lower part of FIG. 1. For this reason, the total reflection components at the light receiving surface appear in the captured image as, for example, flare or ghosting on the subject image, causing a decrease in the image quality of the captured image.
  • (Chromatic aberration of diffractive and refractive lenses) 3 is an explanatory diagram outlining the chromatic aberrations that occur in a diffractive lens and a refractive lens.
  • ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 represent the wavelengths of light, with the wavelength relationship being ⁇ 3> ⁇ 2> ⁇ 1 (where ⁇ 1 is a shorter wavelength and ⁇ 3 is a longer wavelength than ⁇ 2).
  • the shorter the wavelength the lower the refractive power of a diffractive lens.
  • the Abbe number is equivalent to -3.45, which is very high dispersion.
  • the shorter the wavelength the higher the refractive power of a refractive lens.
  • the Abbe number of a refractive lens is generally around 20 to 60.
  • the chromatic aberration of a diffractive lens and that of a refractive lens cancel each other out.
  • the sensitivity of diffractive lenses to chromatic aberration is greater than that of refractive lenses. This results in many design constraints, such as increasing the focal length of the diffractive lens, as in the optical system described in Patent Document 2, or increasing the number of refractive lenses.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating an overview of an optical system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the optical system according to the first embodiment comprises a plurality of diffractive lenses and an aperture stop St, which is disposed between any two of the plurality of diffractive lenses and has an aperture Sta filled with a substance such as resin.
  • Each of the plurality of diffractive lenses has positive refractive power.
  • FIG. 4 shows an example configuration having multiple diffractive lenses, including a first diffractive lens 11 and a second diffractive lens 12.
  • the example configuration in FIG. 4 includes, in order from the object side toward the image plane (imaging plane), a first diffractive lens 11, an aperture stop St, and a second diffractive lens 12.
  • the object-side surface of the first diffractive lens 11 and the image-plane-side surface of the second diffractive lens 12 are diffractive surfaces.
  • Each of the multiple diffractive lenses has positive refractive power.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 each have positive refractive power.
  • the opening Sta of the aperture stop St is filled with a material such as resin
  • the light passing range from the first diffractive lens 11 to the second diffractive lens 12 is filled with a material such as resin.
  • image shift due to wavelength can be reduced by arranging the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 opposite the aperture stop St.
  • total reflection will occur at the output interface of the first diffractive lens 11. For this reason, total reflection can be reduced by filling the opening Sta of the aperture stop St with a material such as resin.
  • Figure 5 is an explanatory diagram showing an example of the imaging state when there is image misalignment in the optical system.
  • the focus position shifts significantly due to wavelength, and if the wavelength width of the light source is too broad, the resolution decreases. For this reason, it is desirable for the light source to have a wavelength width equivalent to that of a monochromatic LED (several tens of nm). Furthermore, in the peripheral 32 of the imaging surface, even if there is a wavelength width, there is little position shift due to wavelength.
  • ⁇ di indicates the value of the Abbe number at the d-line of the material of the optical element that comprises the i-th surface.
  • ⁇ i indicates the value (mm) of the effective diameter of the i-th surface.
  • DOE in the surface number (Si) column indicates that the surface is a diffractive surface.
  • ASP in the surface number (Si) column indicates that the surface is an aspherical surface.
  • IMG indicates that the surface is an image surface.
  • the lens surfaces are either diffractive or aspherical.
  • the diffraction surface is defined by the following polynomial (A) that represents the phase change ⁇ (r).
  • ⁇ is the normalized wavelength
  • M is the diffraction order
  • ⁇ is the phase coefficient
  • r is the distance from the optical axis Z1.
  • the aspherical shape is defined by the following formula (B).
  • Z(r) is positive in the direction of light propagation and indicates the distance (sag) from the vertex of the lens surface in the direction of the optical axis.
  • C indicates the curvature (the reciprocal of the radius of curvature).
  • k indicates the conic constant.
  • A indicates the aspherical coefficient.
  • r indicates the distance from the optical axis Z1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 1-1 of the optical system according to the first embodiment.
  • the optical system 1 according to configuration example 1-1 has multiple diffractive lenses, including a first diffractive lens 11 and a second diffractive lens 12.
  • the optical system 1 according to configuration example 1-1 includes, in order from the object side toward the image plane (imaging plane) IMG side, the first diffractive lens 11, an aperture stop St, and a second diffractive lens 12.
  • the second diffractive lens 12 includes a bandpass filter as a filter LF on the image plane IMG side.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 each have positive refractive power.
  • the object-side surface of the first diffractive lens 11 and the image-plane-side surface of the second diffractive lens 12 are diffractive surfaces.
  • the opening Sta of the aperture stop St is filled with a material such as resin.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 are arranged opposite each other with the aperture stop St sandwiched between them.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 also have approximately the same focal length. As a result, the chromatic aberration of magnification is canceled out by the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12.
  • Table 1 shows the basic lens data for optical system 1 according to configuration example 1-1.
  • Table 2 shows the coefficient values representing the diffractive surface defined by the above polynomial (A) for optical system 1 according to configuration example 1-1.
  • FIG. 7 is an aberration diagram showing longitudinal aberration in the optical system 1 according to configuration example 1-1.
  • FIG. 7 shows spherical aberration, astigmatism (curvature of field), and distortion as longitudinal aberrations.
  • the solid line indicates values at a wavelength of 940 nm
  • the dashed-dotted line indicates values at a wavelength of 920 nm
  • the dashed line indicates values at a wavelength of 960 nm.
  • S indicates values at the sagittal image plane
  • T indicates values at the tangential (meridional) image plane.
  • values at a wavelength of 940 nm are shown. " ⁇ " indicates the angle of view. Similar aberration diagrams will be shown for the other configuration examples that follow.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 1-2 of the optical system according to the first embodiment
  • Fig. 9 is an aberration diagram showing longitudinal aberration in the optical system 2 according to the configuration example 1-2.
  • the optical system 2 according to configuration example 1-2 has multiple diffractive lenses, namely, a first diffractive lens 11, a second diffractive lens 12, and a third diffractive lens 13.
  • the optical system 2 according to configuration example 1-2 includes, in order from the object side toward the image plane (imaging plane) IMG side, a first diffractive lens 11, an aperture stop St, a second diffractive lens 12, and a third diffractive lens 13.
  • the first diffractive lens 11, the second diffractive lens 12, and the third diffractive lens 13 each have positive refractive power.
  • the object-side surface of the first diffractive lens 11, the object-side surface of the second diffractive lens 12, and the object-side surface of the third diffractive lens 13 are diffractive surfaces.
  • the opening Sta of the aperture stop St is filled with a material such as resin.
  • the first diffractive lens 11 and the third diffractive lens 13 are arranged opposite each other with the aperture stop St sandwiched between them.
  • the first diffractive lens 11 and the third diffractive lens 13 also have approximately the same focal length. As a result, the chromatic aberration of magnification is canceled out by the first diffractive lens 11 and the third diffractive lens 13.
  • Optical system 2 according to configuration example 1-2 can achieve even higher optical performance than optical system 1 according to configuration example 1-1.
  • Table 3 shows basic lens data for optical system 2 according to configuration example 1-2.
  • Table 4 shows the coefficient values representing the diffractive surface defined by the above polynomial (A) for optical system 2 according to configuration example 1-2.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example 1-3 of the optical system according to the first embodiment
  • Fig. 12 is an aberration diagram showing longitudinal aberration in the optical system 3 according to the configuration example 1-3.
  • the optical system 3 according to configuration example 1-3 has multiple diffractive lenses, including a first diffractive lens 11 and a second diffractive lens 12.
  • the optical system 3 according to configuration example 1-3 includes, in order from the object side toward the image plane (imaging plane) IMG side, a first diffractive lens 11, an aperture stop St, a refractive lens 21, and a second diffractive lens 12.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 each have positive refractive power.
  • the object-side surface of the first diffractive lens 11 and the object-side surface of the second diffractive lens 12 are diffractive surfaces.
  • the opening Sta of the aperture stop St is filled with a material such as resin.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 are arranged opposite each other with the aperture stop St sandwiched between them.
  • the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12 also have approximately the same focal length. As a result, the chromatic aberration of magnification is canceled out by the first diffractive lens 11 and the second diffractive lens 12.
  • the object-side surface of the refractive lens 21 is aspherical.
  • the sag of the object-side surface (aspherical surface) of the refractive lens 21 is 40 ⁇ m or less.
  • the maximum sag of the aspherical surface is 13 ⁇ m.
  • Figure 11 shows an example of the actual shape of the refractive lens 21, which is an aspherical lens in the optical system 3 according to configuration example 1-3. If the curvature of the aspherical surface of the refractive lens 21 becomes too large, the amount of sag increases, and the thickness of the adhesive layer bonding the first diffractive lens 11 and the refractive lens 21 varies significantly within the lens surface, reducing reliability in terms of adhesive strength and preventing lens cracking. For this reason, it is desirable that the amount of sag of the aspherical surface of the refractive lens 21 be 40 ⁇ m or less.
  • Optical system 3 according to configuration example 1-3 can achieve even higher optical performance than optical system 1 according to configuration example 1-1.
  • [Table 5] shows basic lens data for optical system 3 according to configuration examples 1-3.
  • [Table 6] shows the values of coefficients representing the diffractive surface defined by the above polynomial (A) for optical system 3 according to configuration examples 1-3.
  • [Table 7] shows the values of coefficients representing the aspherical shape defined by the above formula (B) for optical system 3 according to configuration examples 1-3.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an optical system according to a comparative example.
  • the optical system 100 comprises, in order from the object side toward the image plane (imaging plane) IMG side, a first refractive lens L1, a second refractive lens L2, a third refractive lens L3, and an optical member GC.
  • Each lens surface of the first refractive lens L1, the second refractive lens L2, and the third refractive lens L3 is aspherical.
  • Table 8 shows basic lens data for the optical system 100 according to the comparative example.
  • Table 9 shows the values of the coefficients representing the aspherical shape defined by the above formula (B) for the optical system 100 according to the comparative example.
  • FIG. 14 shows a comparison of the specifications of the optical system 100 according to the comparative example and the specifications of the optical system 1 according to configuration example 1-1.
  • FIG. 15 shows a comparison of the specifications of the optical systems 1 to 3 according to configuration examples 1-1 to 1-3.
  • Figures 14 and 15 show the following specifications: light source wavelength, lens configuration, and sensor diagonal length (the diagonal length of the light-receiving surface of the solid-state image sensor to which the optical system is applied). Further specifications include the field of view (FOV), F-number (Fno), chief ray angle (CRA), total optical length (the distance on the optical axis from the surface closest to the object to the image plane IMG), and maximum optical diameter. Further specifications include the relative illumination (RI) values at FOVs of 60° and 120°.
  • FOV field of view
  • Fno F-number
  • CRA chief ray angle
  • RI relative illumination
  • each diffractive lens has a positive refractive power. This makes it possible to achieve the power distribution necessary for chromatic aberration correction.
  • the light source is preferably an LED light source. LEDs can be implemented more inexpensively than laser light sources.
  • the diffractive lens may be a metalens.
  • Diffractive lenses other than metalens have diffraction efficiencies of approximately 80% or less.
  • metalens have a diffraction efficiency of approximately 90%, which is high efficiency.
  • the diffractive lens may be a transmission diffraction grating, a blazed diffraction grating, or a volume phase holographic diffraction grating.
  • the material of the metalens substrate may be, for example, glass (SiO 2 , fused silica, BK7, Quartz) or a resin substrate.
  • the material of the metasurface pillars in the metalens may be, for example, titanium oxide (TiO), silicon, polysilicon (Poly-Si), or amorphous silicon (a-Si).
  • the protective layer of the metasurface may be composed of, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon carbide, fused silica, BK7, Quartz, siloxane-based resin, styrene-based resin, acrylic resin, etc.
  • the protective layer of the metasurface may be composed of a material in which any of these resins contains fluorine.
  • the refractive index of the material filled in the opening Sta be 1.3 or higher. If the refractive index of the material is too low, the ability to correct chromatic aberration of magnification decreases. If the refractive index of the material is too low, the critical angle of the exit surface of the first diffractive lens 11 becomes small. As a result, it becomes difficult to provide the first diffractive lens 11 with sufficient power equivalent to the required amount of chromatic aberration correction.
  • the material filled in the opening Sta is preferably resin.
  • resin for example, UV-curable resin or thermosetting resin is preferable.
  • the material filled in the opening Sta may also be a material other than resin, such as oil, glycerin, or water. If the material filled inside the aperture stop St is resin, for example, in the configuration of the optical system 2 according to configuration example 1-2 above, the first diffractive lens 11, aperture stop St, and second diffractive lens 12 can each be cemented together, making stacking easier.
  • the optical system 2 according to Configuration Example 1-2 may have a configuration in which the order of the aperture stop St and the second diffractive lens 12 is changed. That is, the first diffractive lens 11, the second diffractive lens 12, the aperture stop St, and the third diffractive lens 13 may be arranged in this order from the object side toward the image plane (imaging plane) IMG side.
  • the order in which the aperture stop St and the refractive lens 21 are arranged may be changed from the configuration of the optical system 3 according to the above configuration examples 1-3.
  • the first diffractive lens 11, the refractive lens 21, the aperture stop St, and the second diffractive lens 12 may be arranged in this order from the object side toward the image plane (imaging plane) IMG side.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the imaging device according to the first embodiment.
  • the imaging device may include the optical system according to the first embodiment described above and a solid-state imaging element 101 that outputs an imaging signal corresponding to the optical image formed by the optical system.
  • FIG 16 shows an example configuration of an imaging device according to the first embodiment, including a solid-state imaging element with a CSP structure (CSP solid-state imaging element 120).
  • the imaging device according to the first embodiment includes a solid-state imaging element 101, a glass substrate 102, and an optical system 104.
  • the imaging device according to the first embodiment also includes a circuit board 106, a connector 108, a spacer 109, a semiconductor component 110, a fixing agent 111, a thin circuit board 112, an adhesive 131, and a black resin 141.
  • the CSP solid-state imaging element 120 includes the solid-state imaging element 101, a glass substrate 102, an adhesive 131, and a black resin 141.
  • the solid-state imaging element 101 is an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor.
  • the solid-state imaging element 101 has a light-receiving surface formed by a two-dimensional lattice arrangement of light-receiving elements.
  • the glass substrate 102 has a first surface and a second surface facing each other.
  • the light-receiving surface of the solid-state imaging element 101 is disposed opposite the first surface of the glass substrate 102, and the optical system 104 is disposed opposite the second surface of the glass substrate 102.
  • the adhesive 131 is a transparent adhesive (GLUE) that bonds the solid-state imaging element 101 and the glass substrate 102.
  • GLUE transparent adhesive
  • the optical system 104 forms a subject image on the light-receiving surface of the solid-state imaging device 101.
  • the optical systems 1 to 3 according to the above configuration examples 1-1 to 1-3 can be used as the optical system 104.
  • the black resin 141 is a black mask that blocks light emitted from the optical system 104 that is outside the light-receiving surface of the solid-state imaging element 101.
  • the black resin 141 also functions as a cavity layer that functions as a spacer to connect the optical system 104 and the solid-state imaging element 101 in parallel.
  • the circuit board 106 is a board that outputs the electrical signal (image signal) from the solid-state image sensor 101 to the outside.
  • the connector 108 is a connector for connecting the image signal to an external device.
  • the spacer 109 is a spacer with a built-in circuit that secures an actuator (not shown) to the circuit board 106.
  • the semiconductor components 110 are components such as capacitors mounted on the circuit board 106 and spacer 109, and control LSIs (Large Scale Integration) for actuators (not shown).
  • the fixing agent 111 fixes the solid-state imaging element 101 (CSP solid-state imaging element 120), the optical system 104, and the semiconductor component 110.
  • the fixing agent 111 is made of a material that has the characteristic of reducing refracted and reflected light on the side surfaces of the optical system 104 and the solid-state imaging element 101.
  • the thin circuit board 112 is connected to the solid-state imaging element 101 and outputs the imaging signal from the solid-state imaging element 101 to the circuit board 106.
  • the imaging device according to the first embodiment can achieve miniaturization, including the optical system, while simultaneously avoiding flare and ghosting caused by reflected light (see Figures 1 and 2) and ensuring the strength of the entire CSP solid-state imaging element 120.
  • the thickness h2 of the glass substrate 102 and adhesive 131 placed on the solid-state imaging element 101 is reduced, resulting in a decrease in the strength of the solid-state imaging element 101 (CSP solid-state imaging element 120).
  • strength can be improved by applying the optical system according to the first embodiment as the optical system 104.
  • the optical system according to the first embodiment optimizes the configuration of the multiple diffractive lenses and the aperture stop St so as to achieve both compactness and high performance, thereby making it possible to provide an optical system and an imaging device that are both compact and high performance.
  • the optical system according to the first embodiment can suppress image shift due to wavelength changes by optimizing the configuration of multiple diffractive lenses and aperture stop St.
  • the optical system according to the first embodiment can realize a compact, low-cost optical system that can accommodate a light source with a wavelength width equivalent to that of a monochromatic LED (several tens of nanometers).
  • Second embodiment [2.0 Comparative Example] Recent trends in camera modules for mobile devices include higher resolution sensor devices and smaller module sizes. While metalenses are used as a means of miniaturization, it is difficult to achieve good MTF imaging performance with a single lens, focusing light into a small spot at the high Nyquist frequency of the micropixels.
  • One method for improving optical properties is to combine a metalenses with an aspherical lens (see Patent Document 2), but this method results in increased size due to an increase in the overall optical length and degradation of optical properties due to decentering errors in multiple lens groups.
  • the optical system proposed in Patent Document 2 simply replaces some of the conventional module lenses with metalenses, limiting its contribution to miniaturization in the in-plane direction perpendicular to the optical axis.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view that schematically illustrates an overview of an optical system and an imaging device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the imaging device includes an optical system according to the second embodiment and an imaging element 200 that receives light via the optical system.
  • the optical system comprises, in order from the object side to the image plane side, a first lens 11A having a first surface and a second surface as optical surfaces, and a second lens 12A having a third surface and a fourth surface as optical surfaces.
  • first lens 11A the first surface, which is the surface on the object side, and the second surface, which is the surface on the image plane side, are both flat.
  • second lens 12A the third surface, which is the surface on the object side, and the fourth surface, which is the surface on the image plane side, are both flat.
  • the optical system is arranged so that the imaging plane coincides with the imaging plane of the image sensor 200.
  • the image sensor 200 has multiple pixels arranged two-dimensionally, and converts the secondary optical image formed by the optical system into an electrical signal corresponding to the light intensity distribution, and outputs it as an imaging signal.
  • the first lens 11A and the second lens 12A are compound lenses cemented together.
  • the third surface of the second lens 12A is cemented to the second surface of the first lens 11A without an air gap between them.
  • at least the second or third surface is a phase modulation surface Sp.
  • the third surface is a phase modulation surface Sp, but the second surface, rather than the third surface, may also be a phase modulation surface Sp.
  • at least one of the first and fourth surfaces may be a phase modulation surface Sp.
  • a phase modulation surface Sp is a surface through which a phase change occurs in light as it passes through that surface.
  • the first lens 11A and the second lens 12A are made of a lens material with a refractive index greater than 1.
  • the optical system and the image sensor 200 are cemented together.
  • a medium with a refractive index greater than 1 is provided so as to fill the area from the fourth surface of the optical system to the image plane IMG (imaging plane) without an air gap.
  • an optical filter GF Configuration Example 2-1
  • an optical member GL Configuration Examples 2-1, 2-2, and 2-3
  • the optical system includes an aperture stop St near the first surface.
  • the aperture stop St may be positioned in close contact with the object side of the first surface, as in Configuration Example 2-1 described below, or may be positioned at a distance from the object side of the first surface, as in Configuration Examples 2-2 and 2-3 described below.
  • the optical system according to the second embodiment can realize a small, bright optical system with high resolution.
  • Fig. 18 is an explanatory diagram showing an example of a state in which a light ray passes through an optical system according to a comparative example.
  • Fig. 19 is an explanatory diagram showing an example of a state in which a light ray passes through when the first lens 11A is disposed on the object side of the phase modulation surface Sp.
  • the first lens 11A By arranging the first lens 11A on the object side of the phase modulation surface Sp as in the configuration example of Fig. 19, there is an effect of lowering the ray height x, and the effective diameter can be made smaller, thereby achieving miniaturization in the in-plane direction.
  • the ray height x at the phase modulation surface Sp is expressed as in equation (1) using the angle of view ⁇ .
  • A is the aperture diameter
  • d is the distance between the aperture stop St and the phase modulation surface Sp
  • f is the distance between the phase modulation surface Sp and the image plane IMG.
  • the optical system according to the second embodiment differs from the optical system according to the comparative example in that the first lens 11A is positioned on the object side of the phase modulation surface Sp, as shown in FIG. 19.
  • the ray height x at the phase modulation surface Sp is expressed as in equation (2) using angle ⁇ .
  • angle ⁇ is expressed as in equation (3) using the angle of view ⁇ . Because angle ⁇ can be reduced by the influence of the refractive index of first lens 11A, in the optical system according to the second embodiment, the ray height x can be reduced from equations (2) and (3).
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of the state of light rays passing when the second lens 12A is disposed on the image plane side of the phase modulation surface Sp.
  • the spot diameter Ds can be reduced, and high-resolution imaging can be achieved.
  • the formula for calculating the spot diameter Ds is shown in Equation (4).
  • ⁇ is the design wavelength of the phase modulation surface Sp
  • F is the Fno of the phase modulation surface Sp
  • NA is the numerical aperture of the phase modulation surface Sp
  • n is the refractive index of the second lens 12A.
  • Table 10 shows the results of a comparison of the specifications of the optical system according to the comparative example in Figure 18 with those of optical systems according to configuration examples 2-1 and 2-2, which will be described later. It can be seen that in configuration examples 2-1 and 2-2, which will be described later, the NA increases due to the influence of the refractive index of second lens 12A, resulting in a small spot diameter Ds. In the optical system according to the comparative example, the medium in the area of second lens 12A is air, so in principle the NA cannot exceed 1.
  • the optical system according to the second embodiment by using a medium with a refractive index greater than 1 for second lens 12A, it is possible, in principle, to achieve an NA of 1 or greater, which contributes to a reduction in the imaging spot diameter Ds for higher resolution.
  • the Fno can be made small, making it possible to realize a bright optical system. Furthermore, as mentioned above, by lowering the ray height x, an optical effective diameter without vignetting can be ensured, making it possible to eliminate vignetting even in peripheral areas. As a result, it is possible to provide a bright optical system with little peripheral light falloff, even in a wide-angle lens system.
  • the space between the phase modulation surface Sp and the image plane IMG is filled with a medium having a refractive index greater than 1, without an air layer in between, so that in principle the NA can exceed 1, thereby realizing a bright, high-resolution lens. Furthermore, by locating the first lens 11A on the object side of the phase modulation surface Sp, the ray height x at the phase modulation surface Sp can be lowered, thereby eliminating the lens edge and lens holder and realizing a low-profile, compact optical module.
  • the first surface and the phase modulation surface Sp bend the ray angle in stages, reducing the ray height x and creating a nearly telecentric optical system, thereby realizing a compact optical module with a wide angle and little peripheral shading.
  • the optical system according to the second embodiment is designed so that there is no air gap between the first surface and the image plane IMG (imaging surface), which reduces assembly costs by eliminating the need for a lens holder and makes it possible to achieve smaller size and lower costs. Furthermore, because there is no air gap between the first surface and the image plane IMG (imaging surface), it is possible to prevent dust from adhering to the interior of the optical system and to prevent foreign matter from entering from the outside. Furthermore, a medium with a refractive index greater than 1 is placed between the fourth surface and the imaging surface, making it easier to design the filter film.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example 2-1 of an optical system according to a second embodiment.
  • Table 11 shows the design wavelength ⁇ of the phase modulation surface Sp in the optical system 1A according to configuration example 2-1, the focal length f of the entire system, the F-number (Fno), the image height Y, and the total optical length L (the distance on the optical axis from the surface closest to the object to the image plane IMG).
  • Table 12 shows basic lens data for the optical system 1A according to configuration example 2-1.
  • "Si" indicates the number of the i-th surface, with symbols increasing sequentially from the surface closest to the object.
  • Ra indicates the value (mm) of the paraxial radius of curvature of the i-th surface.
  • Di indicates the value (mm) of the distance on the optical axis between the i-th surface and the (i+1)-th surface.
  • ndi indicates the value of the refractive index at the d-line (wavelength 587.6 nm) of the material of the optical element comprising the i-th surface.
  • ⁇ di indicates the value of the Abbe number at the d-line of the material of the optical element comprising the i-th surface.
  • STO in the surface number (Si) column indicates that the aperture stop St is located at the corresponding position.
  • IMG indicates that the corresponding surface is an image plane.
  • Table 13 shows the values of the coefficients that define the phase modulation surface Sp in the optical system 1A according to configuration example 2-1.
  • ⁇ represents the normalized wavelength
  • M represents the diffraction order.
  • the phase modulation surface Sp is defined by the following polynomial (C) that represents the phase change amount ⁇ .
  • R is the distance (radius) from the optical axis Z1 within the lens surface, specified by the coefficient Cn of the phase polynomial, and ⁇ represents the phase amount, expressed in mm.
  • the optical system 1A according to configuration example 2-1 comprises, in order from the object side to the image plane side, an aperture stop St, a first lens 11A having first and second optical surfaces, a second lens 12A having third and fourth optical surfaces, an optical filter GF made of a medium with a refractive index greater than 1, and an optical member GL.
  • Aperture diaphragm St is located on the object side of first lens 11A, with an air gap between them.
  • Aperture diaphragm St is located on the object side, with a gap between it and the first surface.
  • first lens 11A and second lens 12A are cemented together without an air gap. Furthermore, second lens 12A and optical filter GF are cemented together without an air gap.
  • a medium with a refractive index greater than 1, including optical filter GF and optical member GL, is arranged to fill the area from the fourth surface of second lens 12A to the image plane IMG (imaging plane) without an air gap.
  • Optical system 1A is positioned so that the image plane IMG (imaging plane) coincides with the imaging plane of image sensor 200. This results in a structure where no air gap is present between the first surface and image plane IMG.
  • the first lens 11A is a glass substrate with planar first and second surfaces.
  • the second lens 12A is a glass substrate with planar third and fourth surfaces, with the third surface cemented to the second surface of the first lens 11A without an air gap between them.
  • the third surface of the second lens 12A is a phase modulation surface Sp.
  • the third phase modulation surface Sp has a positive focal length, which gives the second lens 12A a lens function.
  • the optical filter GF is a filter that transmits only light in the required wavelength band from the wavelength components of the incident light, and blocks light in unnecessary wavelength bands.
  • a BPF Band Pass Filter
  • the optical filter GF when passing light with a narrow wavelength width, such as an infrared laser.
  • an IR (infrared) cut filter is used.
  • the optical filter GF achieves the desired spectral characteristics by using a coating consisting of multiple layered transparent films.
  • the optical filter GF is disposed with its filter surface in contact with the fourth surface.
  • the optical filter GF may be formed by coating a film having the desired spectral characteristics on a flat substrate different from the second lens 12A, and then bonding the filter surface to the fourth surface. Note that the function of the optical filter GF may also be achieved by directly coating the fourth surface with a film having the desired spectral characteristics.
  • Figure 22 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the phase modulation surface Sp.
  • a typical example of a phase modulation surface Sp is a metasurface structure using a dielectric.
  • Figure 22 shows an example of a cross-sectional view of a metasurface structure as an example of the structure of a phase modulation surface Sp.
  • This metasurface structure includes a first substrate 41 with flat surfaces on both sides, a second substrate 42 with flat surfaces on both sides, and an intermediate layer 50 disposed between the first substrate 41 and the second substrate 42. Multiple nanostructures smaller than the wavelength of the incident light are disposed in the intermediate layer 50, and a filler material 51 is filled in the area other than the nanostructures.
  • a typical nanostructure is a cylindrical pillar 52 made of a dielectric.
  • the wavelength of the incident light is 940 nm
  • a-Si for example, can be used as the dielectric that constitutes the pillars 52.
  • the height of the pillars 52 can be, for example, 800 nm, and the pillars can be disposed at intervals of 370 nm.
  • Filler 51 is filled between first substrate 41 and second substrate 42 so as to fill pillars 52.
  • Filler 51 is transparent, and a material with a large difference in refractive index from pillars 52 is used.
  • phase modulation surface Sp actually has a finite thickness, considering it as a surface does not have a significant effect on lens performance, so it is treated as a surface here. The same applies to the other configuration examples below.
  • (Configuration Example 2-2) 23 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example 2-2 of an optical system according to the second embodiment.
  • Table 14 shows the values of the design wavelength ⁇ of the phase modulation surface Sp in an optical system 2A according to configuration example 2-2, the focal length f of the entire system, the F-number (Fno), the image height Y, and the total optical length L (the distance on the optical axis from the surface closest to the object to the image plane IMG).
  • Table 15 shows basic lens data for the optical system 2A according to configuration example 2-2.
  • Table 16 shows the values of coefficients defining the phase modulation surface Sp in the optical system 2A according to configuration example 2-2. The meanings of symbols in each table are the same as those in configuration example 2-1 above.
  • the optical system 2A according to configuration example 2-2 comprises, in order from the object side to the image plane side, an aperture stop St, a first lens 11A having first and second optical surfaces, a second lens 12A having third and fourth optical surfaces, and an optical member GL made of a medium with a refractive index greater than 1.
  • Aperture diaphragm St is disposed in close contact with the object side of the first surface of first lens 11A.
  • Aperture diaphragm St may be configured by adhering an aperture structure to the object side of first lens 11A, or by patterning a low-reflection resist material on the first surface of first lens 11A using photolithography.
  • first lens 11A and second lens 12A are cemented together without an air gap. Furthermore, second lens 12A and optical member GL are cemented together without an air gap.
  • a medium with a refractive index greater than 1, including optical member GL, is arranged to fill the space from the fourth surface of second lens 12A to the image plane IMG (imaging plane) without an air gap.
  • Optical system 2A is positioned so that the image plane IMG (imaging plane) coincides with the imaging plane of image sensor 200. This results in a structure where no air gap exists between the first surface and image plane IMG.
  • the first lens 11A is a glass substrate with planar first and second surfaces.
  • the second lens 12A is a glass substrate with planar third and fourth surfaces, with the third surface cemented to the second surface of the first lens 11A without an air gap between them.
  • the first surface is a phase modulation surface Sp.
  • the third surface is a phase modulation surface Sp.
  • the phase modulation surface Sp of the first surface and the phase modulation surface Sp of the third surface each have a positive focal length, so that the first lens 11A and the second lens 12A each have a lens function.
  • optical system 2A according to configuration example 2-2 by providing phase modulation surfaces Sp on both the first and third surfaces, aberrations can be corrected over a wider range of pupil diameters, making it possible to realize an optical system with a very high NA (small Fno).
  • (Configuration Example 2-3) 24 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example 2-3 of an optical system according to the second embodiment.
  • [Table 17] shows values of the design wavelength ⁇ of the phase modulation surface Sp in an optical system 3A according to configuration example 2-3, the focal length f of the entire system, the F-number (Fno), the image height Y, and the total optical length L (the distance on the optical axis from the surface closest to the object to the image plane IMG).
  • [Table 18] shows basic lens data for the optical system 3A according to configuration example 2-3.
  • [Table 19] shows values of coefficients defining the phase modulation surface Sp in the optical system 3A according to configuration example 2-3. The meanings of symbols in each table are the same as those in configuration example 2-1 above.
  • the optical system 3A according to configuration example 2-3 comprises, in order from the object side to the image plane side, an aperture stop St, a first lens 11A having first and second optical surfaces, a second lens 12A having third and fourth optical surfaces, and an optical member GL made of a medium with a refractive index greater than 1.
  • Aperture diaphragm St is disposed in close contact with the object side of the first surface of first lens 11A.
  • Aperture diaphragm St may be configured by adhering an aperture structure to the object side of first lens 11A, or by patterning a low-reflection resist material on the first surface of first lens 11A using photolithography.
  • first lens 11A and second lens 12A are cemented together without an air gap. Furthermore, second lens 12A and optical member GL are cemented together without an air gap.
  • a medium with a refractive index greater than 1, including optical member GL, is arranged to fill the area from the fourth surface of second lens 12A to the image plane IMG (imaging plane) without an air gap.
  • Optical system 3A is positioned so that the image plane IMG (imaging plane) coincides with the imaging plane of image sensor 200. This results in a structure where no air gap is present between the first surface and image plane IMG.
  • the first lens 11A is a glass substrate with planar first and second surfaces.
  • the second lens 12A is a glass substrate with planar third and fourth surfaces, with the third surface cemented to the second surface of the first lens 11A without an air gap between them.
  • the first surface is a phase modulation surface Sp.
  • the third and fourth surfaces are each a phase modulation surface Sp.
  • the phase modulation surface Sp of the first surface and the phase modulation surface Sp of the third surface each have a positive focal length. This allows the first lens 11A and the second lens 12A to each have a lens function.
  • optical system 3A by providing a phase modulation surface Sp on each of the first, third, and fourth surfaces, aberrations can be corrected over a wider range of pupil diameters, making it possible to realize an optical system with a very high NA (small Fno).
  • the present technology can be configured as follows.
  • the configuration is optimized to enable miniaturization and high performance. This makes it possible to provide a small, low-cost optical system and imaging device.
  • the plurality of diffractive lenses include a first diffractive lens and a second diffractive lens, From the object side to the image plane side, the first diffractive lens; the aperture stop;
  • the plurality of diffractive lenses include a first diffractive lens, a second diffractive lens, and a third diffractive lens.
  • the optical system according to (4) above comprising: the third diffractive lens.
  • the plurality of diffractive lenses include a first diffractive lens and a second diffractive lens, From the object side to the image plane side, the first diffractive lens; the aperture stop; A refractive lens, The optical system according to (1) above, comprising: the second diffractive lens.
  • each of the plurality of diffractive lenses is a metalens.
  • the optical system comprises: A plurality of diffractive lenses; an aperture stop, the aperture of which is filled with a substance, disposed between any two of the plurality of diffractive lenses.
  • a first lens having a first surface and a second surface, the first surface and the second surface being flat; a second lens having a third surface and a fourth surface, the third surface and the fourth surface being planar, and the third surface being bonded to the second surface without an air layer therebetween; a medium having a refractive index greater than 1, the medium being provided so as to fill the area from the fourth surface to the image plane without an air gap therebetween;
  • An optical system wherein at least the second surface or the third surface among the first surface to the fourth surface is a phase modulation surface.
  • the phase modulation surface is a metasurface in which a plurality of structures smaller than the wavelength of incident light are arranged.
  • optical system further comprising an aperture stop arranged in close contact with the first surface on the object side, or arranged at a distance from the first surface on the object side.
  • an optical system and an image sensor that receives light via the optical system;
  • the optical system comprises: From the object side to the image plane side, a first lens having a first surface and a second surface, the first surface and the second surface being flat; a second lens having a third surface and a fourth surface, the third surface and the fourth surface being planar, and the third surface being bonded to the second surface without an air layer therebetween; a medium having a refractive index greater than 1, the medium being provided so as to fill the space from the fourth surface to the image sensor without an air layer therebetween;
  • An imaging device wherein at least the second surface or the third surface of the first to fourth surfaces is a phase modulation surface.

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Abstract

本開示の光学系は、複数の回折レンズと、複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部が物質で満たされた開口絞りとを備える。

Description

光学系、および撮像装置
　本開示は、光学系、および撮像装置に関する。
　広角光学系は高性能なセンシング光学系に欠かせないが、広視野のイメージングを実現するためには複数枚の光学レンズを必要とし、サイズおよび重量の増大や、組み立ての複雑さを招く。一方、メタレンズはサブ波長構造を用いて伝搬する光の位相、振幅、および偏光を制御できる光学素子であり、コンパクトな光学系の実現が期待される（特許文献１，２参照）。特許文献２には、メタレンズの収差特性を利用してメタレンズと複数の屈折レンズ（バルクレンズ）とを組み合わせることで光学特性の向上を図る技術が提案されている。
特表２０２２－５４４２１３号公報 特開２０２１－７１７２７号公報
　特許文献２に記載の技術では、屈折レンズのみで構成した光学系と比べて小型化を図ることができるが、複数の屈折レンズを用いているため、小型化が不十分である。
　このため、小型化と高性能化とを実現可能な光学系、および撮像装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施の形態に係る第１の光学系は、複数の回折レンズと、複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部が物質で満たされた開口絞りとを備える。
　本開示の一実施の形態に係る第２の光学系は、物体側から像面側に向かって順に、第１面と第２面とを有し、第１面と第２面とが平面形状とされた第１レンズと、第３面と第４面とを有し、第３面と第４面とが平面形状とされ、空気層を介さずに第２面に対して第３面が接合された第２レンズと、空気層を介さずに第４面から像面までを埋めるように設けられた屈折率が１より大きい媒質とを備え、第１面ないし第４面のうち、少なくとも第２面または第３面が位相変調面とされているものである。
　本開示の一実施の形態に係る第１の撮像装置は、光学系と、光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する固体撮像素子とを含み、光学系を、上記本開示の一実施の形態に係る第１の光学系によって構成したものである。
　本開示の一実施の形態に係る第２の撮像装置は、光学系と、光学系を介して光を受光する撮像素子とを含み、光学系は、物体側から像面側に向かって順に、第１面と第２面とを有し、第１面と第２面とが平面形状とされた第１レンズと、第３面と第４面とを有し、第３面と第４面とが平面形状とされ、空気層を介さずに第２面に対して第３面が接合された第２レンズと、空気層を介さずに第４面から撮像素子までを埋めるように設けられた屈折率が１より大きい媒質とを備え、第１面ないし第４面のうち、少なくとも第２面または第３面が位相変調面とされているものである。
　本開示の一実施の形態に係る第１の光学系、または第１の撮像装置では、小型化と高性能化とを実現することが可能となるように、複数の回折レンズと開口絞りとの構成の最適化が図られている。
　本開示の一実施の形態に係る第２の光学系、または第２の撮像装置では、小型化と高性能化とを実現することが可能となるように、像面までの構成の最適化が図られている。
図１は、ＣＳＰ構造の固体撮像素子における反射光成分の影響を示す説明図である。 図２は、ＣＳＰ構造の固体撮像素子における反射光成分の影響を示す説明図である。 図３は、回折レンズで発生する色収差と屈折レンズで発生する色収差との概要を示す説明図である。 図４は、本開示の第１の実施の形態に係る光学系の概要を概略的に示す断面図である。 図５は、光学系において像ずれがある場合の結像状態の一例を示す説明図である。 図６は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例１－１を概略的に示す断面図である。 図７は、構成例１－１に係る光学系における縦収差を示す収差図である。 図８は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例１－２を概略的に示す断面図である。 図９は、構成例１－２に係る光学系における縦収差を示す収差図である。 図１０は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例１－３を概略的に示す断面図である。 図１１は、構成例１－３に係る光学系における非球面レンズの実形状の一例を示す断面図である。 図１２は、構成例１－３に係る光学系における縦収差を示す収差図である。 図１３は、比較例に係る光学系を概略的に示す断面図である。 図１４は、比較例に係る光学系の諸元と構成例１－１に係る光学系の諸元とを比較して示す説明図である。 図１５は、構成例１－１～１－３に係る光学系の諸元を比較して示す説明図である。 図１６は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一構成例を示す断面図である。 図１７は、本開示の第２の実施の形態に係る光学系および撮像装置の概要を概略的に示す断面図である。 図１８は、比較例に係る光学系による光線の通過状態を示す説明図である。 図１９は、位相変調面の物体側に第１レンズを配置した場合の光線の通過状態を示す説明図である。 図２０は、位相変調面の像面側に第２レンズを配置した場合の光線の通過状態の一例を示す説明図である。 図２１は、第２の実施の形態に係る光学系の構成例２－１を概略的に示す断面図である。 図２２は、位相変調面の構造の一例を示す断面図である。 図２３は、第２の実施の形態に係る光学系の構成例２－２を概略的に示す断面図である。 図２４は、第２の実施の形態に係る光学系の構成例２－３を概略的に示す断面図である。
　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．第１の実施の形態
　　１．０　比較例
　　１．１　光学系の概要
　　１．２　光学系の具体的な構成例
　　１．３　撮像装置の構成例
　　１．４　効果
　２．第２の実施の形態
　　２．０　比較例
　　２．１　光学系および撮像装置の概要
　　２．２　作用・効果
　　２．３　光学系の具体的な構成例
　３．その他の実施の形態
 
＜１．第１の実施の形態＞
［１．０　比較例］
　特許文献１（特表２０２２－５４４２１３号公報）では、１２０°以上の広角な光学系をメタレンズ１枚で実現している。メタレンズでは、回折レンズ同様周期的な繰り返し構造を取り、任意の方向に光を回折させることにより所望の光学特性を付与することができるが、回折方向は光の波長に依存して大きく変化する。このため、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のような数１０ｎｍのＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum：半値全幅）を持つ光源からの光を入射させた場合、大きく色収差が発生し、著しく光学特性が劣化する。
　特許文献２（特開２０２１－７１７２７号公報）には、メタレンズの収差特性を利用してメタレンズと複数の屈折レンズ（バルクレンズ）とを組み合わせることで光学特性の向上を図る技術が提案されている。この技術では、屈折レンズのみで構成した光学系と比べて小型化を図ることができるが、複数の屈折レンズを用いているため、小型化が不十分である。
　メタレンズでは現状狭帯域（レーザ波長レベル）でしか十分な性能を確保することが困難である。メタレンズと屈折レンズとを組み合わせた光学系でも十分な性能を確保するには複数の屈折レンズが必要になる。このため、大型化およびコストアップの要因となる。
　ところで、多画素化、小型化および低背化を実現する固体撮像素子の構造の一つとして、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）構造が知られている。ＣＳＰ構造は、チップ単体と同程度のサイズで実現された極めて小型のパッケージである。ＣＳＰ構造の固体撮像素子では、例えば、半導体基板上に、入射した光を電気信号に変換するための画素が形成され、画素が形成される受光面に対し、固体撮像素子の固定、および受光面の保護などのためのガラス基板が配置されて構成される。
　図１および図２は、ＣＳＰ構造の固体撮像素子における反射光成分の影響を示す説明図である。
　図１および図２の上段に示したように、ＣＳＰ構造の固体撮像素子（ＣＳＰ固体撮像素子）では、例えば、固体撮像素子１０１の受光面側に接着剤１３１を介してガラス基板１０２が対向配置される。ここでは、ガラス基板１０２の上面側（固体撮像素子１０１の受光面側）は空気であり、屈折率ｎは１．０とする。ガラス基板１０２の屈折率ｎは例えば１．５とする。ＣＳＰ固体撮像素子では、図１および図２の上段に示したように、固体撮像素子１０１の受光面に直接的に入射した被写体光が受光面において全反射する場合がある。この全反射成分が、ガラス基板１０２と空気との境界面において反射して再度受光面に戻る成分（全反射折り返し成分）となる場合がある。図１の上段の例のようにガラス基板１０２の厚みｈ１が大きいと、上記した全反射折り返し成分が、図１の下段の例のように本来の光源像の周囲に結像してしまう。このため、受光面における全反射成分は、例えば被写体像に対するフレアやゴーストとして撮像画像上に現れ、撮像画像の画質低下の要因となる。この現象による撮像画像への影響は、図２の上段の例のようにガラス基板１０２の厚みｈ２（＜ｈ１）を薄くすることで、図２の下段の例のように低減可能であることが知られている。しかしながら、ガラス基板１０２の厚みｈ２を薄くすると、ＣＳＰ固体撮像素子全体の強度が低下してしまう。このため、フレアやゴーストの回避と、ＣＳＰ固体撮像素子全体の強度確保とを両立しつつ光学系も含めた小型化を図ることが望ましい。
（回折レンズと屈折レンズの色収差について）
　図３は、回折レンズで発生する色収差と屈折レンズで発生する色収差との概要を示す説明図である。図３において、λ１，λ２，λ３は光線の波長を示しており、波長の関係は、λ３＞λ２＞λ１となっている（波長λ２に対し、波長λ１が短波長、波長λ３が長波長）。
　図３の上段に示したように、回折レンズでは短波長になるほど低屈折力となる。例えばＮＡ０．３１５，ｆ＝２０の場合、アッベ数－３．４５相当と非常に高分散となる。一方、図３の下段に示したように、屈折レンズでは短波長になるほど高屈折力となる。屈折レンズのアッベ数は一般に２０～６０程度である。
　正レンズ同士の組み合わせでは回折レンズの色収差と屈折レンズの色収差は相殺関係にある。一方、色収差の感度は屈折レンズに比べて回折レンズの方が大きい。このため、特許文献２に記載の光学系のように回折レンズの焦点距離を長くすることや、屈折レンズの枚数の増加を招くなどの多くの設計上の制約が生じる。
［１．１　光学系の概要］
　図４は、本開示の第１の実施の形態に係る光学系の概要を概略的に示す断面図である。
　第１の実施の形態に係る光学系は、複数の回折レンズと、複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部Ｓｔａが樹脂等の物質で満たされた開口絞りＳｔとを備えている。複数の回折レンズはそれぞれ、正の屈折力を有する。
　図４には、複数の回折レンズとして、第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とを有する構成例を示す。図４の構成例では、物体側から像面（撮像面）側に向かって順に、第１回折レンズ１１と、開口絞りＳｔと、第２回折レンズ１２とを備える。
　また、図４の構成例では、第１回折レンズ１１の物体側の面と、第２回折レンズ１２の像面側の面とが回折面とされている。複数の回折レンズはそれぞれ、正の屈折力を有する。この構成例では、第１回折レンズ１１および第２回折レンズ１２はそれぞれ、正の屈折力を有する。
　この構成例では、開口絞りＳｔの開口部Ｓｔａが樹脂等の物質で満たされていることにより、第１回折レンズ１１から第２回折レンズ１２までの間の光線通過範囲は樹脂等の物質で満たされる。開口絞りＳｔに対向させて回折レンズを２枚配置させることで、倍率色収差を低減することができ、回折レンズ２枚で単色ＬＥＤ波長幅（数１０ｎｍ）相当の光源に対応可能な光学系になる。
　この構成例では、開口絞りＳｔに対向して第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とを配置することで波長による像ずれを低減することができる。像が波長によってずれないようにするためには、第１回折レンズ１１の屈折力と第２回折レンズ１２の屈折力とが同等であることが望ましい。そのとき、第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２との間に空気層が介在すると、第１回折レンズ１１の出射界面で全反射が発生してしまう。このため、開口絞りＳｔの開口部Ｓｔａが樹脂等の物質で満たされていることで、全反射を低減することができる。
　図５は、光学系において像ずれがある場合の結像状態の一例を示す説明図である。
　撮像面の中心部３１と周辺部３２では、ピント位置は波長によるずれが大きく、光源の波長幅が広帯域すぎると解像度が低下する。このため、光源は、単色ＬＥＤ波長幅（数１０ｎｍ）相当であることが望ましい。なお、撮像面の周辺部３２では、波長幅があっても波長による位置ずれは少ない。
［１．２　光学系の具体的な構成例］
　次に、本開示の第１の実施の形態に係る光学系の具体的な構成例について説明する。なお、以下の具体的な構成例の各表および図面において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「Ｓｉ」は、最も物体側から順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。「Ｒｉ」は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。「Ｄｉ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔の値（ｍｍ）を示す。「ｎｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。「νｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線におけるアッベ数の値を示す。「φｉ」はｉ番目の面の有効径の値（ｍｍ）を示す。面番号（Ｓｉ）の欄の「ＤＯＥ」は、当該面が回折面で構成されていることを示す。面番号（Ｓｉ）の欄の「ＡＳＰ」は、当該面が非球面形状で構成されていることを示す。「ＩＭＧ」は、当該面が像面であることを示す。
　以下の具体的な構成例では、レンズ面が回折面または非球面によって構成されるものがある。
　回折面は、以下の位相変化量Φ（ｒ）を示す多項式（Ａ）によって定義される。ここで、λは規格化波長、Ｍは回折次数を示す。αは位相係数を示す。ｒは光軸Ｚ１からの距離を示す。
 
　非球面形状は、以下の式（Ｂ）によって定義される。ここで、Ｚ（ｒ）は、光の進行方向を正とし、レンズ面の頂点から光軸方向の距離（サグ量）を示す。Ｃは曲率（曲率半径の逆数）を示す。ｋは円錐（コーニック）定数を示す。Ａは非球面係数を示す。ｒは光軸Ｚ１からの距離を示す。
 
（構成例１－１）
　図６は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例１－１を概略的に示す断面図である。
　構成例１－１に係る光学系１は、複数の回折レンズとして、第１回折レンズ１１と、第２回折レンズ１２とを有する。構成例１－１に係る光学系１は、物体側から像面（撮像面）ＩＭＧ側に向かって順に、第１回折レンズ１１と、開口絞りＳｔと、第２回折レンズ１２とを備える。また、第２回折レンズ１２の像面ＩＭＧ側にフィルタＬＦとして、バンドパスフィルタを備える。
　第１回折レンズ１１および第２回折レンズ１２はそれぞれ、正の屈折力を有する。第１回折レンズ１１の物体側の面と、第２回折レンズ１２の像面側の面とが回折面とされている。開口絞りＳｔの開口部Ｓｔａは、樹脂等の物質で満たされている。
　構成例１－１に係る光学系１では、開口絞りＳｔを挟んで第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とを対向配置している。また、第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とがほぼ同じ焦点距離を持つ。これにより、倍率色収差が第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とで相殺される。
　［表１］に、構成例１－１に係る光学系１の基本的なレンズデータを示す。［表２］には、構成例１－１に係る光学系１における、上記多項式（Ａ）によって定義される回折面を表す係数の値を示す。
 
 
　図７は、構成例１－１に係る光学系１における縦収差を示す収差図である。図７には、縦収差として、球面収差、非点収差（像面湾曲）、および歪曲収差を示す。球面収差図において、実線は波長９４０ｎｍ、一点鎖線は波長９２０ｎｍ、破線は波長９６０ｎｍにおける値を示す。非点収差図において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル（メリディオナル）像面における値を示す。非点収差図および歪曲収差図には、波長９４０ｎｍにおける値を示す。「ω」は画角を示す。
　以降の他の構成例においても同様の収差図を示す。
（構成例１－２）
　図８は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例１－２を概略的に示す断面図である。図９は、構成例１－２に係る光学系２における縦収差を示す収差図である。
　構成例１－２に係る光学系２は、複数の回折レンズとして、第１回折レンズ１１と、第２回折レンズ１２と、第３回折レンズ１３とを有する。構成例１－２に係る光学系２は、物体側から像面（撮像面）ＩＭＧ側に向かって順に、第１回折レンズ１１と、開口絞りＳｔと、第２回折レンズ１２と、第３回折レンズ１３とを備える。
　第１回折レンズ１１、第２回折レンズ１２、および第３回折レンズ１３はそれぞれ、正の屈折力を有する。第１回折レンズ１１の物体側の面と、第２回折レンズ１２の物体側の面と、第３回折レンズ１３の物体側の面とが回折面とされている。開口絞りＳｔの開口部Ｓｔａは、樹脂等の物質で満たされている。
　構成例１－２に係る光学系２では、開口絞りＳｔを挟んで第１回折レンズ１１と第３回折レンズ１３とを対向配置している。また、第１回折レンズ１１と第３回折レンズ１３とがほぼ同じ焦点距離を持つ。これにより、倍率色収差が第１回折レンズ１１と第３回折レンズ１３とで相殺される。
　構成例１－２に係る光学系２によれば、構成例１－１に係る光学系１よりもさらに高性能な光学性能を得ることができる。
　［表３］に、構成例１－２に係る光学系２の基本的なレンズデータを示す。［表４］には、構成例１－２に係る光学系２における、上記多項式（Ａ）によって定義される回折面を表す係数の値を示す。
 
 
（構成例１－３）
　図１０は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例１－３を概略的に示す断面図である。図１２は、構成例１－３に係る光学系３における縦収差を示す収差図である。
　構成例１－３に係る光学系３は、複数の回折レンズとして、第１回折レンズ１１と、第２回折レンズ１２とを有する。構成例１－３に係る光学系３は、物体側から像面（撮像面）ＩＭＧ側に向かって順に、第１回折レンズ１１と、開口絞りＳｔと、屈折レンズ２１と、第２回折レンズ１２とを備える。
　第１回折レンズ１１、および第２回折レンズ１２はそれぞれ、正の屈折力を有する。第１回折レンズ１１の物体側の面と、第２回折レンズ１２の物体側の面とが回折面とされている。開口絞りＳｔの開口部Ｓｔａは、樹脂等の物質で満たされている。
　構成例１－３に係る光学系３では、開口絞りＳｔを挟んで第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とを対向配置している。また、第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とがほぼ同じ焦点距離を持つ。これにより、倍率色収差が第１回折レンズ１１と第２回折レンズ１２とで相殺される。
　また、屈折レンズ２１の物体側の面は非球面とされている。屈折レンズ２１の物体側の面（非球面）のサグ量は４０μｍ以下である。以下に示す非球面の数値データでは非球面の最大のサグ量は１３μｍとなっている。
　図１１は、構成例１－３に係る光学系３における非球面レンズである屈折レンズ２１の実形状の一例を示す。屈折レンズ２１の非球面の曲率が大きくなりすぎるとサグ量が大きくなり、第１回折レンズ１１と屈折レンズ２１との間を接着する接着層の厚みがレンズ面内で大きく異なるため、接着強度やレンズ割れなどの信頼性が低下する。このため、屈折レンズ２１の非球面のサグ量は４０μｍ以下であることが望ましい。
　構成例１－３に係る光学系３によれば、構成例１－１に係る光学系１よりもさらに高性能な光学性能を得ることができる。
　［表５］に、構成例１－３に係る光学系３の基本的なレンズデータを示す。［表６］には、構成例１－３に係る光学系３における、上記多項式（Ａ）によって定義される回折面を表す係数の値を示す。［表７］には、構成例１－３に係る光学系３における、上記式（Ｂ）によって定義される非球面形状を表す係数の値を示す。
 
 
 
（各構成例の比較）
　図１３は、比較例に係る光学系を概略的に示す断面図である。
　比較例に係る光学系１００は、物体側から像面（撮像面）ＩＭＧ側に向かって順に、第１屈折レンズＬ１と、第２屈折レンズＬ２と、第３屈折レンズＬ３と、光学部材ＧＣとを備える。第１屈折レンズＬ１、第２屈折レンズＬ２、および第３屈折レンズＬ３の各レンズ面は非球面とされている。
　［表８］に、比較例に係る光学系１００の基本的なレンズデータを示す。［表９］には、比較例に係る光学系１００における、上記式（Ｂ）によって定義される非球面形状を表す係数の値を示す。
 
 
　図１４に、上記比較例に係る光学系１００の諸元と上記構成例１－１に係る光学系１の諸元とを比較して示す。また、図１５に、上記構成例１－１～１－３に係る光学系１～３の諸元を比較して示す。
　図１４および図１５には、諸元として、光源の波長と、レンズの構成と、センサ対角長（光学系が適用される固体撮像素子の受光面の対角長）とを示す。さらに諸元として、視野角（ＦＯＶ：Field of View）、Ｆ値（Ｆｎｏ）、主光線角（ＣＲＡ：Chief Ray Angle）、光学全長（最も物体側の面から像面ＩＭＧまでの光軸上の距離）、および最大光学径の値を示す。さらに諸元として、ＦＯＶが６０°と１２０°とにおける相対照度（ＲＩ：Relative Illumination）の値を示す。
　上記構成例１－１～１－３に係る光学系１～３において、各回折レンズはすべて正の屈折力を有している。これにより、色収差補正に必要なパワー配分を実現可能となる。また、各構成例において、光源はＬＥＤ光源であるとよい。ＬＥＤはレーザ光源に比べ安価に実施できる。
（回折レンズの構成例）
　第１の実施の形態に係る光学系において、回折レンズはメタレンズであってもよい。メタレンズ以外の他方式の回折レンズの回折効率は８０％以下程度である。これに対してメタレンズは、９０％程度の回折効率を持ち、高効率となる。
　回折レンズは、メタレンズの他、透過型回折格子、ブレーズド回折格子、または体積位相ホログラフィック回折格子であってもよい。
（メタレンズの具体例）
　メタレンズの基板の材質は、例えばガラス（ＳｉＯ２、Ｆｕｓｅｄ　Ｓｉｌｉｃａ、ＢＫ７、Ｑｕａｒｔｚ）、または樹脂基板であってもよい。メタレンズにおけるメタサーフェスのピラー材質は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ）、シリコン、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、またはアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）であってもよい。メタサーフェスの保護層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン、Ｆｕｓｅｄ　Ｓｉｌｉｃａ、ＢＫ７、Ｑｕａｒｔｚ、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂等を用いて構成されてもよい。これらの樹脂のいずれかにフッ素を含有した材料により、メタサーフェスの保護層が構成されてもよい。
（開口絞りＳｔに満たされる物質の具体例）
　第１の実施の形態に係る光学系において、開口部Ｓｔａに満たされる物質の屈折率は１．３以上であるとよい。物質の屈折率が小さすぎると倍率色収差の補正能力が低下する。物質の屈折率が低すぎると、第１回折レンズ１１の出射面の臨界角が小さくなる。その影響で第１回折レンズ１１に必要な色収差補正量に相当するパワーを十分に与えることが困難となる。
　また、開口部Ｓｔａに満たされる物質は樹脂であるとよい。例えばＵＶ硬化性樹脂、または熱硬化樹脂であるとよい。また、開口部Ｓｔａに満たされる物質は樹脂以外の物質、例えばオイル、グリセリン、または水などであってもよい。開口絞りＳｔ内部に満たされる物質が樹脂の場合、例えば上記構成例１－２に係る光学系２の構成であれば、第１回折レンズ１１、開口絞りＳｔ、および第２回折レンズ１２のそれぞれを接合させることができスタッキングが簡便となる。
（変形例）
　例えば、上記構成例１－２に係る光学系２の構成に対して、開口絞りＳｔと第２回折レンズ１２との配置の順番を変えた構成であってもよい。すなわち、物体側から像面（撮像面）ＩＭＧ側に向かって順に、第１回折レンズ１１と、第２回折レンズ１２と、開口絞りＳｔと、第３回折レンズ１３とを配置した構成であってもよい。
　また、上記構成例１－３に係る光学系３の構成に対して、開口絞りＳｔと屈折レンズ２１との配置の順番を変えた構成であってもよい。すなわち、物体側から像面（撮像面）ＩＭＧ側に向かって順に、第１回折レンズ１１と、屈折レンズ２１と、開口絞りＳｔと、第２回折レンズ１２とを配置した構成であってもよい。
［１．３　撮像装置の構成例］
　図１６は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一構成例を示す断面図である。
　第１の実施の形態に係る撮像装置は、上記した第１の実施の形態に係る光学系と、光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する固体撮像素子１０１とを含む構成であってもよい。
　図１６には、第１の実施の形態に係る撮像装置の一構成例として、ＣＳＰ構造の固体撮像素子（ＣＳＰ固体撮像素子１２０）を含む構成例を示す。第１の実施の形態に係る撮像装置は、固体撮像素子１０１と、ガラス基板１０２と、光学系１０４とを含む。また、第１の実施の形態に係る撮像装置は、回路基板１０６と、コネクタ１０８と、スペーサ１０９と、半導体部品１１０と、固定剤１１１と、薄型回路基板１１２と、接着剤１３１と、黒樹脂１４１とを含む。ＣＳＰ固体撮像素子１２０は、固体撮像素子１０１と、ガラス基板１０２と、接着剤１３１と、黒樹脂１４１とを含む。
　固体撮像素子１０１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子である。固体撮像素子１０１には、受光素子が２次元格子状に配列されて受光面が形成されている。
　ガラス基板１０２は、互いに対向する第１の面と第２の面とを有する。ガラス基板１０２の第１の面に対して固体撮像素子１０１の受光面が対向配置され、ガラス基板１０２の第２の面に対して光学系１０４が対向配置されている。
　接着剤１３１は、固体撮像素子１０１とガラス基板１０２とを接着する透明の接着剤（ＧＬＵＥ）である。
　光学系１０４は、固体撮像素子１０１の受光面に被写体像を形成する。光学系１０４としては、上記構成例１－１～１－３に係る光学系１～３を適用可能である。
　黒樹脂１４１は、光学系１０４から照射される光のうち、固体撮像素子１０１の受光面の外側の光をカットするブラックマスクである。また、黒樹脂１４１は、光学系１０４と固体撮像素子１０１とを平行に接続するためのスペーサの機能を有するキャビティ層である。
　回路基板１０６は、固体撮像素子１０１の電気信号（撮像信号）を外部に出力する基板である。コネクタ１０８は、撮像信号を外部の装置へ接続するためのコネクタである。スペーサ１０９は、不図示のアクチュエータと回路基板１０６とを固定するための回路内蔵のスペーサである。
　半導体部品１１０は、回路基板１０６およびスペーサ１０９に実装されたコンデンサや不図示のアクチュエータに対する制御用ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの部品である。
　固定剤１１１は、固体撮像素子１０１（ＣＳＰ固体撮像素子１２０）、光学系１０４、および半導体部品１１０を固定する。固定剤１１１は、光学系１０４および固体撮像素子１０１の側面における屈折反射光を軽減させる特徴を持った材料で構成されている。
　薄型回路基板１１２は、固体撮像素子１０１に接続され、固体撮像素子１０１からの撮像信号を回路基板１０６へ出力する。
　第１の実施の形態に係る撮像装置は、折り返し反射光（図１、図２参照）によるフレアやゴーストの回避と、ＣＳＰ固体撮像素子１２０全体の強度確保とを両立しつつ光学系も含めた小型化を図ることができる。上記した図２の構成の場合、固体撮像素子１０１に配置するガラス基板１０２および接着剤１３１の厚みｈ２を薄くするので、固体撮像素子１０１（ＣＳＰ固体撮像素子１２０）の強度が低くなる。第１の実施の形態に係る撮像装置では、光学系１０４として第１の実施の形態に係る光学系を適用することで強度を向上させることができる。
［１．４　効果］
　以上説明したように、第１の実施の形態に係る光学系によれば、小型化と高性能化とを実現することが可能となるように、複数の回折レンズと開口絞りＳｔとの構成の最適化が図られている。これにより、小型化と高性能化とを実現可能な光学系、および撮像装置を提供可能となる。
　第１の実施の形態に係る光学系によれば、複数の回折レンズと開口絞りＳｔとの構成の最適化を図ることで、波長変化による像ずれを抑えることができる。第１の実施の形態に係る光学系によれば、単色ＬＥＤ波長幅（数１０ｎｍ）相当の光源に対応可能な、小型で低コストな光学系を実現できる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。
＜２．第２の実施の形態＞
［２．０　比較例］
　最近のモバイル装置向けのカメラモジュールにおいてはセンサデバイスの高解像化とモジュール小型化の傾向がある。小型化の手段としてメタレンズを用いる方法があるが、単レンズでは微細画素の高いナイキスト周波数に対して小さいスポットに集光する良好なＭＴＦの結像性能を実現することが困難である。光学特性を改善するためにメタレンズと非球面レンズとを組み合わせる方法（特許文献２参照）があるが、この方法では、光学全長の伸長による大型化や複数のレンズ群の偏心誤差によって光学特性が劣化する。特許文献２で提案されている光学系では、一般的なモジュールレンズの一部をメタレンズに置き換えただけの構成であるため、光軸に垂直な面内方向の小型化に対する寄与には限界がある。
［２．１　光学系および撮像装置の概要］
　図１７は、本開示の第２の実施の形態に係る光学系および撮像装置の概要を概略的に示す断面図である。
　第２の実施の形態に係る撮像装置は、第２の実施の形態に係る光学系と、光学系を介して光を受光する撮像素子２００とを含む。
　光学系は、物体側から像面側に向かって順に、光学面として第１面と第２面とを有する第１レンズ１１Ａと、光学面として第３面と第４面とを有する第２レンズ１２Ａとを備える。第１レンズ１１Ａにおいて、物体側の面である第１面と、像面側の面である第２面とがそれぞれ平面形状とされている。第２レンズ１２Ａにおいて、物体側の面である第３面と、像面側の面である第４面とがそれぞれ平面形状とされている。
　物体面からの光は第１レンズ１１Ａ、第２レンズ１２Ａの順に透過し、像面ＩＭＧ（結像面）に結像する。光学系は、結像面が撮像素子２００の撮像面と一致するように配置されている。撮像素子２００は、複数の画素が２次的に配列され、光学系によって形成された２次的な光学像を光強度分布に応じた電気信号に変換して、撮像信号として出力する。
　第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａは互いに接合された複合レンズである。第２レンズ１２Ａは、空気層を介さずに第１レンズ１１Ａの第２面に対して第３面が接合されている。第１面ないし第４面のうち、少なくとも第２面または第３面は、位相変調面Ｓｐとされている。図１７の構成例では、第３面が位相変調面Ｓｐとされているが、第３面ではなく第２面が位相変調面Ｓｐとされていてもよい。また、さらに第１面および第４面のうち少なくとも一方の面が位相変調面Ｓｐであってもよい。位相変調面Ｓｐとはその面を光が透過する際に光の位相変化が生じる面のことである。
　光学系において、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａは、屈折率が１より大きいレンズ材料からなる。光学系と撮像素子２００は接合されている。撮像装置において、空気層を介さずに光学系の第４面から像面ＩＭＧ（撮像面）までを埋めるように屈折率が１より大きい媒質が設けられている。第４面と撮像面との間には、屈折率が１より大きい媒質として、後述する光学フィルタＧＦ（構成例２－１）や光学部材ＧＬ（構成例２－１，２－２，２－３）が配置されていてもよい。これにより、撮像装置において、第１面と像面ＩＭＧ（撮像面）との間に空気層は介在しない構造となっている。
　また、光学系において、第１面近傍には開口絞りＳｔが設けられている。開口絞りＳｔは、後述する構成例２－１のように第１面に対し物体側に密着して配置されていてもよいし、または後述する構成例２－２，２－３のように第１面に対し物体側に間隔を空けて配置されていてもよい。
［２．２　作用・効果］
　第２の実施の形態に係る光学系によれば、小型で高分解能、明るい光学系を実現できる。以下、具体的に説明する。
（小型化について）
　図１８は、比較例に係る光学系による光線の通過状態の一例を示す説明図である。図１９は、位相変調面Ｓｐの物体側に第１レンズ１１Ａを配置した場合の光線の通過状態の一例を示す説明図である。
　図１９の構成例のように位相変調面Ｓｐの物体側に第１レンズ１１Ａを配置することによって、光線高ｘを下げる効果があり、有効径を小さくすることができるため、面内方向の小型化を実現することができる。これに対し、図１８の比較例に係る光学系のように位相変調面Ｓｐのみで構成した場合、位相変調面Ｓｐでの光線高ｘは画角αを使って式（１）のように表される。Ａは開口径、ｄは開口絞りＳｔと位相変調面Ｓｐとの間の距離、ｆは位相変調面Ｓｐと像面ＩＭＧとの間の距離を示す。
　－Ａ／２＋ｄｔａｎα＜ｘ＜Ａ／２＋ｄｔａｎα　……（１）
　第２の実施の形態に係る光学系では、図１９に示したように位相変調面Ｓｐの物体側に第１レンズ１１Ａを配置する点で比較例に係る光学系と異なっている。図１９の構成例では、位相変調面Ｓｐでの光線高ｘは角度βを使って式（２）のように表される。また角度βは画角αを使って式（３）のように表される。角度βは第１レンズ１１Ａの屈折率分の影響で角度を緩和することができるため、第２の実施の形態に係る光学系では、式（２）、式（３）より光線高ｘを低減することができる。
　－Ａ／２＋ｄｔａｎβ＜ｘ＜Ａ／２＋ｄｔａｎβ　……（２）
　β＝ａｓｉｎ（ｓｉｎα／ｎ）　……（３）
（高分解能・明るい光学系について）
　図２０は、位相変調面Ｓｐの像面側に第２レンズ１２Ａを配置した場合の光線の通過状態の一例を示す説明図である。
　図２０の構成例のように位相変調面Ｓｐの像面側に第２レンズ１２Ａを配置することによって、スポット径Ｄｓを小さくする効果があり、高解像度な結像を実現することができる。式（４）にスポット径Ｄｓの計算式を示す。λは位相変調面Ｓｐの設計波長であり、Ｆは位相変調面ＳｐのＦｎｏ、ＮＡは位相変調面Ｓｐの開口数、ｎは第２レンズ１２Ａの屈折率である。
　Ｄｓ＝λＦ＝λ／（２ＮＡ）＝λ／（２ｎｓｉｎθ）　……（４）
　ここで、［表１０］に、図１８の比較例に係る光学系と、後述する構成例２－１，２－２に係る光学系との諸元値を比較した結果を示す。後述する構成例２－１，２－２では、第２レンズ１２Ａの屈折率の影響でＮＡが上がりスポット径Ｄｓが小さく絞られていることが分かる。比較例に係る光学系では、第２レンズ１２Ａの部分の媒質が空気となるため、ＮＡは原理上１を超えることはできない。第２の実施の形態に係る光学系では、第２レンズ１２Ａの屈折率を１より大きい屈折率の媒質を用いることにより、原理上では１以上のＮＡを実現することができるため、高解像度化のための結像スポット径Ｄｓの縮小に寄与する。
　また、第２の実施の形態に係る光学系では、Ｆｎｏを小さくすることができるため、明るい光学系を実現できる。さらに前述のように光線高ｘを下げることによってケラレのない光学有効径を確保できるので、周辺部でもビネッティングをなくすことができる。このため、広角なレンズ系においても周辺光量低下の小さい明るい光学系を提供することができる。
 
　以上説明したように、第２の実施の形態に係る光学系によれば、位相変調面Ｓｐと像面ＩＭＧとの間を空気層を介さずに屈折率が１より大きい媒質で満たすようにしたので、原理上ではＮＡが１を超えることができるため明るく高解像度なレンズを実現できる。また、位相変調面Ｓｐの物体側に第１レンズ１１Ａを配置することで、位相変調面Ｓｐでの光線高ｘを下げることができるので、レンズコバやレンズホルダを無くして、低背で小型の光学モジュールを実現できる。
　また、第２の実施の形態に係る光学系では、第１面と位相変調面Ｓｐとにより光線角度を段階的に屈曲させて光線高ｘを抑えつつ略テレセントリックな光学系にできるため、広角で周辺のシェーディングが小さい小型化された光学モジュールを実現できる。
　また、第２の実施の形態に係る光学系では、第１面と像面ＩＭＧ（撮像面）との間に空気層は介在しない構造となっているので、レンズホルダを削減できるなど、組立コストを削減することができ、小型化と低コスト化とを実現可能となる。第１面と像面ＩＭＧ（撮像面）との間に空気層は介在しない構造となっているので、光学系内部へのダストの付着の防止や外部からのゴミの侵入を防ぐことができる。また、第４面と撮像面との間に屈折率が１より大きい媒質を配置しているので、フィルタ膜の設計がしやすい。
［２．３　光学系の具体的な構成例］
（構成例２－１）
　図２１は、第２の実施の形態に係る光学系の構成例２－１を概略的に示す断面図である。［表１１］には、構成例２－１に係る光学系１Ａにおける位相変調面Ｓｐの設計波長λ、全系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆｎｏ）、像高Ｙ、および光学全長Ｌ（最も物体側の面から像面ＩＭＧまでの光軸上の距離）の値を示す。［表１２］には、構成例２－１に係る光学系１Ａの基本的なレンズデータを示す。［表１２］において、「Ｓｉ」は、最も物体側から順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。「Ｒｉ」は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。「Ｄｉ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔の値（ｍｍ）を示す。「ｎｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。「νｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線におけるアッベ数の値を示す。面番号（Ｓｉ）の欄の「ＳＴＯ」は該当位置に開口絞りＳｔが配置されていることを示す。「ＩＭＧ」は、当該面が像面であることを示す。
　［表１３］には、構成例２－１に係る光学系１Ａにおける、位相変調面Ｓｐを定義する係数の値を示す。λは規格化波長、Ｍは回折次数を示す。位相変調面Ｓｐは、以下の位相変化量Φを示す多項式（Ｃ）によって定義される。Ｒはレンズ面内における光軸Ｚ１からの距離（半径）、位相多項式の係数Ｃｎで指定して、Φは位相量を表し、単位は［ｍｍ］である。
 
 
 
 
　構成例２－１に係る光学系１Ａは、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りＳｔと、光学面として第１面と第２面とを有する第１レンズ１１Ａと、光学面として第３面と第４面とを有する第２レンズ１２Ａと、屈折率が１より大きい媒質からなる光学フィルタＧＦおよび光学部材ＧＬとを備える。
　開口絞りＳｔは、第１レンズ１１Ａよりも物体側に空気層を介して配置されている。開口絞りＳｔは、第１面に対し物体側に間隔を空けて配置されている。
　光学系１Ａにおいて、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａは、空気層を介さずに互いに接合されている。また、第２レンズ１２Ａと光学フィルタＧＦは、空気層を介さずに互いに接合されている。光学フィルタＧＦおよび光学部材ＧＬを含む屈折率が１より大きい媒質は、空気層を介さずに第２レンズ１２Ａの第４面から像面ＩＭＧ（撮像面）までを埋めるように設けられている。光学系１Ａは、像面ＩＭＧ（結像面）が撮像素子２００の撮像面と一致するように配置されている。これにより、第１面と像面ＩＭＧとの間に空気層は介在しない構造となっている。
　第１レンズ１１Ａは、第１面と第２面とが平面形状とされたガラス基板である。第２レンズ１２Ａは、第３面と第４面とが平面形状とされたガラス基板であって、空気層を介さずに第１レンズ１１Ａの第２面に対して第３面が接合されている。第２レンズ１２Ａにおいて、第３面は、位相変調面Ｓｐとされている。第３面の位相変調面Ｓｐが正の焦点距離を持つことによって、第２レンズ１２Ａがレンズ機能を持つ。
　光学フィルタＧＦは、入射光の波長方向の成分の中から、必要とする波長帯域の光のみを透過させ、不要な波長帯域の光は遮断するためのフィルタである。光学フィルタＧＦとしては例えば赤外光レーザのように狭帯域の波長幅の光を通すときにはＢＰＦ（Band Pass Filter）を用いる。また、光学系１Ａが可視光の領域の光を結像させるレンズであれば、ＩＲ（赤外）カットフィルタを用いる。光学フィルタＧＦは、コーティングを複数の透過膜が積層された構成とすることで所望の分光特性が実現される。
　構成例２－１に係る光学系１Ａでは、光学フィルタＧＦはフィルタ面が第４面に接した状態で配置されている。光学フィルタＧＦは、第２レンズ１２Ａとは異なる平面基板に所望の分光特性を有する膜をコーティングした後にフィルタ面を第４面に接合してもよい。なお、第４面に所望の分光特性を有する膜を直接コーティングすることで、光学フィルタＧＦの機能を実現するようにしてもよい。
　図２２は、位相変調面Ｓｐの構造の一例を示す断面図である。
　位相変調面Ｓｐとして代表的なものとして誘電体を用いたメタサーフェス構造がある。図２２には、位相変調面Ｓｐの構造の一例として、メタサーフェス構造の断面図の一例を示す。このメタサーフェス構造は、両面が平坦な第１基板４１と、両面が平坦な第２基板４２と、第１基板４１と第２基板４２との間に配置された中間層５０とを含む。中間層５０には、入射光の波長よりも小さいナノ構造体が複数配置され、ナノ構造体以外の領域に充填材５１が充填されている。代表的なナノ構造体としては誘電体を用いた円柱の柱状体５２がある。複数の柱状体５２の径やピッチを調整することで、光に対して柱状体５２の位置に依存して変化する位相を与えることができる。これにより、所望の光学特性を実現することができる。構成例２－１に係る光学系１Ａでは入射光の波長は９４０ｎｍ、柱状体５２を構成する誘電体としては例えばａ－Ｓｉを用いることができる。柱状体５２の高さは例えば８００ｎｍ、ピッチは３７０ｎｍおきに配置することができる。第１基板４１と第２基板４２との間で柱状体５２を埋めるように充填材５１を充填する。充填材５１は透明であり、柱状体５２との屈折率差が大きい材料が用いられる。充填材５１としては、製造方法として例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いる場合、シリコン酸化膜が形成される。ただし、充填材５１としてはシリコン酸化膜に限定されず、他の無機材料や有機材料を用いることができる。位相変調面Ｓｐは実際には有限の厚みを持っているが、面と捉えてもレンズ性能に大きく影響がないため、ここでは面として扱う。以降の他の構成例でも同様である。
（構成例２－２）
　図２３は、第２の実施の形態に係る光学系の構成例２－２を概略的に示す断面図である。［表１４］には、構成例２－２に係る光学系２Ａにおける位相変調面Ｓｐの設計波長λ、全系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆｎｏ）、像高Ｙ、および光学全長Ｌ（最も物体側の面から像面ＩＭＧまでの光軸上の距離）の値を示す。［表１５］には、構成例２－２に係る光学系２Ａの基本的なレンズデータを示す。［表１６］には、構成例２－２に係る光学系２Ａにおける、位相変調面Ｓｐを定義する係数の値を示す。各表における記号の意味等については、上記構成例２－１と同様である。
 
 
 
　構成例２－２に係る光学系２Ａは、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りＳｔと、光学面として第１面と第２面とを有する第１レンズ１１Ａと、光学面として第３面と第４面とを有する第２レンズ１２Ａと、屈折率が１より大きい媒質からなる光学部材ＧＬとを備える。
　開口絞りＳｔは、第１レンズ１１Ａの第１面に対して物体側に密着した状態で配置されている。開口絞りＳｔは、第１レンズ１１Ａの物体側に絞り構造体を接着した構造であってもよいし、第１レンズ１１Ａの第１面に低反射のレジスト材料をフォトリソグラフィの手法によりパターニングした構成であってもよい。
　光学系２Ａにおいて、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａは、空気層を介さずに互いに接合されている。また、第２レンズ１２Ａと光学部材ＧＬは、空気層を介さずに互いに接合されている。光学部材ＧＬを含む屈折率が１より大きい媒質は、空気層を介さずに第２レンズ１２Ａの第４面から像面ＩＭＧ（撮像面）までを埋めるように設けられている。光学系２Ａは、像面ＩＭＧ（結像面）が撮像素子２００の撮像面と一致するように配置されている。これにより、第１面と像面ＩＭＧとの間に空気層は介在しない構造となっている。
　第１レンズ１１Ａは、第１面と第２面とが平面形状とされたガラス基板である。第２レンズ１２Ａは、第３面と第４面とが平面形状とされたガラス基板であって、空気層を介さずに第１レンズ１１Ａの第２面に対して第３面が接合されている。第１レンズ１１Ａにおいて、第１面は、位相変調面Ｓｐとされている。第２レンズ１２Ａにおいて、第３面は、位相変調面Ｓｐとされている。第１面の位相変調面Ｓｐと第３面の位相変調面Ｓｐとがそれぞれ、正の焦点距離を持つことによって、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａとがそれぞれレンズ機能を持つ。
　構成例２－２に係る光学系２Ａによれば、第１面と第３面とのそれぞれに位相変調面Ｓｐを設けることによって、より広い瞳径の範囲で収差を補正することができるため、非常に高いＮＡ（小さいＦｎｏ）の光学系を実現することができる。
（構成例２－３）
　図２４は、第２の実施の形態に係る光学系の構成例２－３を概略的に示す断面図である。［表１７］には、構成例２－３に係る光学系３Ａにおける位相変調面Ｓｐの設計波長λ、全系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆｎｏ）、像高Ｙ、および光学全長Ｌ（最も物体側の面から像面ＩＭＧまでの光軸上の距離）の値を示す。［表１８］には、構成例２－３に係る光学系３Ａの基本的なレンズデータを示す。［表１９］には、構成例２－３に係る光学系３Ａにおける、位相変調面Ｓｐを定義する係数の値を示す。各表における記号の意味等については、上記構成例２－１と同様である。
 
 
 
　構成例２－３に係る光学系３Ａは、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りＳｔと、光学面として第１面と第２面とを有する第１レンズ１１Ａと、光学面として第３面と第４面とを有する第２レンズ１２Ａと、屈折率が１より大きい媒質からなる光学部材ＧＬとを備える。
　開口絞りＳｔは、第１レンズ１１Ａの第１面に対して物体側に密着した状態で配置されている。開口絞りＳｔは、第１レンズ１１Ａの物体側に絞り構造体を接着した構造であってもよいし、第１レンズ１１Ａの第１面に低反射のレジスト材料をフォトリソグラフィの手法によりパターニングした構成であってもよい。
　光学系３Ａにおいて、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａは、空気層を介さずに互いに接合されている。また、第２レンズ１２Ａと光学部材ＧＬは、空気層を介さずに互いに接合されている。光学部材ＧＬを含む屈折率が１より大きい媒質は、空気層を介さずに第２レンズ１２Ａの第４面から像面ＩＭＧ（撮像面）までを埋めるように設けられている。光学系３Ａは、像面ＩＭＧ（結像面）が撮像素子２００の撮像面と一致するように配置されている。これにより、第１面と像面ＩＭＧとの間に空気層は介在しない構造となっている。
　第１レンズ１１Ａは、第１面と第２面とが平面形状とされたガラス基板である。第２レンズ１２Ａは、第３面と第４面とが平面形状とされたガラス基板であって、空気層を介さずに第１レンズ１１Ａの第２面に対して第３面が接合されている。第１レンズ１１Ａにおいて、第１面は、位相変調面Ｓｐとされている。第２レンズ１２Ａにおいて、第３面と第４面はそれぞれ、位相変調面Ｓｐとされている。第１面の位相変調面Ｓｐと第３面の位相変調面Ｓｐとがそれぞれ、正の焦点距離を持つ。これにより、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ａとがそれぞれレンズ機能を持つ。
　構成例２－３に係る光学系３Ａによれば、第１面、第３面、および第４面のそれぞれに位相変調面Ｓｐを設けることによって、より広い瞳径の範囲で収差を補正することができるため、非常に高いＮＡ（小さいＦｎｏ）の光学系を実現することができる。
＜３．その他の実施の形態＞
　本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
　例えば、上記各実施の形態において示した光学系の各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
　例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
　以下の構成の本技術によれば、小型化と高性能化とを実現可能となるように、構成の最適化が図られている。
　これにより、小型で低コストな光学系、および撮像装置を提供可能となる。
（１）
　複数の回折レンズと、
　前記複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部が物質で満たされた開口絞りと
　を備える光学系。
（２）
　前記複数の回折レンズとして、第１回折レンズと第２回折レンズとを有し、
　物体側から像面側に向かって順に、
　前記第１回折レンズと、
　前記開口絞りと、
　前記第２回折レンズと
　を備える
　上記（１）に記載の光学系。
（３）
　前記第１回折レンズの物体側の面と、前記第２回折レンズの像面側の面とが回折面とされている
　上記（２）に記載の光学系。
（４）
　前記複数の回折レンズとして、第１回折レンズと第２回折レンズと第３回折レンズとを有する
　上記（１）に記載の光学系。
（５）
　物体側から像面側に向かって順に、
　前記第１回折レンズと、
　前記開口絞りと、
　前記第２回折レンズと、
　前記第３回折レンズと
　を備える
　上記（４）に記載の光学系。
（６）
　前記第１回折レンズの物体側の面と、前記第２回折レンズの物体側の面と、前記第３回折レンズの物体側の面とが回折面とされている
　上記（５）に記載の光学系。
（７）
　前記複数の回折レンズとして、第１回折レンズと第２回折レンズとを有し、
　物体側から像面側に向かって順に、
　前記第１回折レンズと、
　前記開口絞りと、
　屈折レンズと、
　前記第２回折レンズと
　を備える
　上記（１）に記載の光学系。
（８）
　前記第１回折レンズの物体側の面と、前記第２回折レンズの物体側の面とが回折面とされている
　上記（７）に記載の光学系。
（９）
　前記屈折レンズの物体側の面のサグ量は４０μｍ以下である
　上記（７）または（８）に記載の光学系。
（１０）
　前記開口部に満たされる前記物質の屈折率は１．３以上である
　上記（１）ないし（９）のいずれか１つに記載の光学系。
（１１）
　前記開口部に満たされる前記物質は樹脂である
　上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の光学系。
（１２）
　前記複数の回折レンズはそれぞれ、正の屈折力を有する
　上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の光学系。
（１３）
　前記複数の回折レンズはそれぞれ、メタレンズである
　上記（１）ないし（１２）のいずれか１つに記載の光学系。
（１４）
　ＬＥＤ光源からの光が入射される
　上記（１）ないし（１３）のいずれか１つに記載の光学系。
（１５）
　光学系と、前記光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する固体撮像素子とを含み、
　前記光学系は、
　複数の回折レンズと、
　前記複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部が物質で満たされた開口絞りと
　を備える
　撮像装置。
（１６）
　互いに対向する第１の面と第２の面とを有するガラス基板をさらに含み、
　前記ガラス基板の前記第１の面に対して前記固体撮像素子の受光面が対向配置され、
　前記ガラス基板の前記第２の面に対して前記光学系が対向配置されている
　上記（１５）に記載の撮像装置。
（１７）
　物体側から像面側に向かって順に、
　第１面と第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが平面形状とされた第１レンズと、
　第３面と第４面とを有し、前記第３面と前記第４面とが平面形状とされ、空気層を介さずに前記第２面に対して前記第３面が接合された第２レンズと、
　空気層を介さずに前記第４面から像面までを埋めるように設けられた屈折率が１より大きい媒質と
　を備え、
　前記第１面ないし前記第４面のうち、少なくとも前記第２面または前記第３面が位相変調面とされている
　光学系。
（１８）
　前記位相変調面は、入射光の波長よりも小さい構造体が複数配置されたメタサーフェスである
　上記（１７）に記載の光学系。
（１９）
　前記第１面に対し物体側に密着して配置、または前記第１面に対し物体側に間隔を空けて配置された開口絞り、をさらに備える
　上記（１７）または（１８）に記載の光学系。
（２０）
　光学系と、前記光学系を介して光を受光する撮像素子とを含み、
　前記光学系は、
　物体側から像面側に向かって順に、
　第１面と第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが平面形状とされた第１レンズと、
　第３面と第４面とを有し、前記第３面と前記第４面とが平面形状とされ、空気層を介さずに前記第２面に対して前記第３面が接合された第２レンズと、
　空気層を介さずに前記第４面から前記撮像素子までを埋めるように設けられた屈折率が１より大きい媒質と
　を備え、
　前記第１面ないし前記第４面のうち、少なくとも前記第２面または前記第３面が位相変調面とされている
　撮像装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０２４年３月６日に出願された日本特許出願番号第２０２４－３４１６３号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

  1. 　複数の回折レンズと、
    　前記複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部が物質で満たされた開口絞りと
    　を備える光学系。
  2. 　前記複数の回折レンズとして、第１回折レンズと第２回折レンズとを有し、
    　物体側から像面側に向かって順に、
    　前記第１回折レンズと、
    　前記開口絞りと、
    　前記第２回折レンズと
    　を備える
    　請求項１に記載の光学系。
  3. 　前記第１回折レンズの物体側の面と、前記第２回折レンズの像面側の面とが回折面とされている
    　請求項２に記載の光学系。
  4. 　前記複数の回折レンズとして、第１回折レンズと第２回折レンズと第３回折レンズとを有する
    　請求項１に記載の光学系。
  5. 　物体側から像面側に向かって順に、
    　前記第１回折レンズと、
    　前記開口絞りと、
    　前記第２回折レンズと、
    　前記第３回折レンズと
    　を備える
    　請求項４に記載の光学系。
  6. 　前記第１回折レンズの物体側の面と、前記第２回折レンズの物体側の面と、前記第３回折レンズの物体側の面とが回折面とされている
    　請求項５に記載の光学系。
  7. 　前記複数の回折レンズとして、第１回折レンズと第２回折レンズとを有し、
    　物体側から像面側に向かって順に、
    　前記第１回折レンズと、
    　前記開口絞りと、
    　屈折レンズと、
    　前記第２回折レンズと
    　を備える
    　請求項１に記載の光学系。
  8. 　前記第１回折レンズの物体側の面と、前記第２回折レンズの物体側の面とが回折面とされている
    　請求項７に記載の光学系。
  9. 　前記屈折レンズの物体側の面のサグ量は４０μｍ以下である
    　請求項７に記載の光学系。
  10. 　前記開口部に満たされる前記物質の屈折率は１．３以上である
    　請求項１に記載の光学系。
  11. 　前記開口部に満たされる前記物質は樹脂である
    　請求項１に記載の光学系。
  12. 　前記複数の回折レンズはそれぞれ、正の屈折力を有する
    　請求項１に記載の光学系。
  13. 　前記複数の回折レンズはそれぞれ、メタレンズである
    　請求項１に記載の光学系。
  14. 　ＬＥＤ光源からの光が入射される
    　請求項１に記載の光学系。
  15. 　光学系と、前記光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する固体撮像素子とを含み、
    　前記光学系は、
    　複数の回折レンズと、
    　前記複数の回折レンズのうち任意の２つの回折レンズの間に配置され、開口部が物質で満たされた開口絞りと
    　を備える
    　撮像装置。
  16. 　互いに対向する第１の面と第２の面とを有するガラス基板をさらに含み、
    　前記ガラス基板の前記第１の面に対して前記固体撮像素子の受光面が対向配置され、
    　前記ガラス基板の前記第２の面に対して前記光学系が対向配置されている
    　請求項１５に記載の撮像装置。
  17. 　物体側から像面側に向かって順に、
    　第１面と第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが平面形状とされた第１レンズと、
    　第３面と第４面とを有し、前記第３面と前記第４面とが平面形状とされ、空気層を介さずに前記第２面に対して前記第３面が接合された第２レンズと、
    　空気層を介さずに前記第４面から像面までを埋めるように設けられた屈折率が１より大きい媒質と
    　を備え、
    　前記第１面ないし前記第４面のうち、少なくとも前記第２面または前記第３面が位相変調面とされている
    　光学系。
  18. 　前記位相変調面は、入射光の波長よりも小さい構造体が複数配置されたメタサーフェスである
    　請求項１７に記載の光学系。
  19. 　前記第１面に対し物体側に密着して配置、または前記第１面に対し物体側に間隔を空けて配置された開口絞り、をさらに備える
    　請求項１７に記載の光学系。
  20. 　光学系と、前記光学系を介して光を受光する撮像素子とを含み、
    　前記光学系は、
    　物体側から像面側に向かって順に、
    　第１面と第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが平面形状とされた第１レンズと、
    　第３面と第４面とを有し、前記第３面と前記第４面とが平面形状とされ、空気層を介さずに前記第２面に対して前記第３面が接合された第２レンズと、
    　空気層を介さずに前記第４面から前記撮像素子までを埋めるように設けられた屈折率が１より大きい媒質と
    　を備え、
    　前記第１面ないし前記第４面のうち、少なくとも前記第２面または前記第３面が位相変調面とされている
    　撮像装置。
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