JP2006227322A - Imaging optical system, imaging lens device and digital apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像光学系と、その撮像光学系を備える撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関する。 The present invention relates to an imaging optical system, an imaging lens device including the imaging optical system, and a digital apparatus equipped with the imaging lens device.
近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラあるいは、カメラ付き携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等のデジタル機器の普及が目覚しく、これらに搭載される撮像素子の高画素化・高機能化が急速に進んでいる。このため、高画素化等がなされた撮像素子の性能を十分に活かすため、該撮像素子に被写体の光像を導く撮像光学系にも高い光学性能が要求されている。 In recent years, digital devices such as digital still cameras, digital video cameras, camera-equipped mobile phones and personal digital assistants (PDAs) have become widespread, and image sensors mounted on these devices have higher pixels and higher functions. Is progressing rapidly. For this reason, in order to make full use of the performance of an image sensor with an increased number of pixels and the like, a high optical performance is also required for an imaging optical system that guides an optical image of a subject to the image sensor.
また、前記各デジタル機器は、携帯性も要求されるものであり、該デジタル機器の小型化の一手段として撮像光学系のコンパクト化が考えられる。従来では、撮像光学系のコンパクト化の手段として、例えば撮像光学系の沈胴構造が採用されている。 Each of the digital devices is also required to be portable, and the imaging optical system can be made compact as one means for reducing the size of the digital device. Conventionally, as a means for downsizing the imaging optical system, for example, a retracted structure of the imaging optical system is employed.
しかしながら、沈胴構造の撮像光学系にあっては、鏡胴の構成が複雑化し、コストアップを招来することとなるとともに、特に機器の電源オン後にレンズを繰り出すようにした場合には、撮影準備が完了するために所定の時間を要するため、その間に撮像したい対象があっても、シャッターチャンスを逃すという問題もある。 However, in an imaging optical system with a retractable structure, the structure of the lens barrel becomes complicated, resulting in an increase in cost. In particular, when the lens is extended after the device is turned on, preparation for shooting is not possible. Since a predetermined time is required for completion, there is a problem that a photo opportunity is missed even if there is an object to be imaged during that time.
撮像光学系のコンパクト化を図る他の手段として、撮像光学系の光路上に反射面を設ける技術が知られており、この種の撮像光学系につき、例えば下記特許文献１〜３において種々の提案がなされている。特許文献１には、屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成された第１プリズム、第２プリズムを有し、物体側から順に、第１プリズムを含む前群と、開口絞りと、第２プリズムを含む後群とで構成され、中間像を形成しない結像光学系が記載されている。特許文献２には、光学系の小型化・薄型化を目的として、光路を折りたたむように反射面を配置した結像光学系が提案されている。特許文献３は、物体からの光の入射順に、入射面である第１屈折面と、第１屈折面である基準軸に対して傾いた凸面鏡と、第２反射面である基準軸に対して傾いた凹面鏡と、負のパワーを有する第２屈折面とを有して構成された光学素子からなる光学系が開示されている。
ところで、前記各特許文献１〜３のように反射プリズムが備えられた光学系の軽量化を図ると共に、量産性を高めるためには、前記反射プリズムを樹脂材料（プラスチック材料）を用いたインジェクションモールドにより作製することが望ましい。しかしながら、インジェクションモールド法により樹脂成型品を作製する場合、樹脂材料を成型金型に注入するためのゲートが必要となるが、このゲート痕が前記樹脂成型品に残存することがある。従って、インジェクションモールドにより反射プリズムを作製した場合も、前記ゲート痕が残存するケースが生じ得るのであるが、かかるゲート痕が存在すると、反射プリズムの光学特性に影響を与えてしまうことがある。すなわち、ゲート痕付近においては複屈折（偏光方向によって屈折率が変化する現象）が発生し易く、これにより反射プリズムの光学特性が所期の特性から外れてしまう問題が生じることがある。このような問題は、上記特許文献１〜３においては何ら認識されていない。
By the way, in order to reduce the weight of the optical system provided with the reflecting prism as in each of
従って本発明は、反射プリズムを備えたコンパクトな撮像光学系を構築するにあたり、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにより前記反射プリズムを作製する一方で、所期の光学特性を確実に満たすことができる撮像光学系、撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器を提供することを目的とする。 Accordingly, in the present invention, in constructing a compact imaging optical system including a reflecting prism, the reflecting prism is manufactured by an injection mold using a resin material, while the desired optical characteristics can be reliably satisfied. It is an object to provide an optical system, an imaging lens device, and a digital device equipped with the imaging lens device.
請求項１にかかる撮像光学系は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像光学系であって、入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する複数の反射プリズムが、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と前記撮像素子側に配置された反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置されてなる撮像光学系において、少なくとも前記被写体側反射プリズムと前記撮像素子側反射プリズムとは、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにより形成されたものであり、前記インジェクションモールドによるゲート痕が、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムにおいて、光の入射、反射及び射出が実質的に行われない不使用面に配置されていることを特徴とする。
An imaging optical system according to
このような撮像光学系によれば、インジェクションモールドによるゲート痕が、反射プリズムにおいて、光の入射、反射及び射出が実質的に行われない不使用面に配置されていることから、反射プリズムを通過する光線が前記ゲート痕（複屈折）の影響を受ける度合いを少なくとも軽減できるようになる。なお、当該撮像光学系は、フォーカシング機能やズーミング（変倍）機能を実現するレンズ若しくはレンズ群を含んでいても良い。また、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムに加えて、他の反射プリズムを備えた三次元的な光路を有する撮像光学系であっても良い。 According to such an imaging optical system, the gate traces due to the injection mold are disposed on the unused surface where light is not incident, reflected, or emitted substantially in the reflecting prism, and thus pass through the reflecting prism. It is possible to at least reduce the degree to which the light beam to be affected by the gate mark (birefringence). Note that the imaging optical system may include a lens or a lens group that realizes a focusing function or a zooming function. In addition to the subject-side reflecting prism and the imaging element-side reflecting prism, an imaging optical system having a three-dimensional optical path provided with another reflecting prism may be used.
請求項２にかかる撮像光学系は、請求項１に記載の撮像光学系において、前記複数の反射プリズムによる入射光の屈曲角は、それぞれ略９０度であることを特徴とする。 An imaging optical system according to a second aspect is the imaging optical system according to the first aspect, wherein bending angles of incident light by the plurality of reflecting prisms are each approximately 90 degrees.
請求項３にかかる撮像光学系は、請求項２に記載の撮像光学系において、前記複数の反射プリズムが、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムの２個で構成されていることを特徴とする。 An imaging optical system according to a third aspect is the imaging optical system according to the second aspect, wherein the plurality of reflecting prisms are composed of two of the subject side reflecting prism and the imaging element side reflecting prism. And
請求項４にかかる撮像光学系は、請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系において、前記被写体側反射プリズムと前記撮像素子側反射プリズムとの間に光学絞りが配置されている場合において、前記ゲート痕が形成された不使用面が同一方向に配置されるよう、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムが組み付けられていることを特徴とする。 An imaging optical system according to a fourth aspect is the imaging optical system according to any one of the first to third aspects, wherein an optical aperture is disposed between the subject side reflecting prism and the imaging element side reflecting prism. The object side reflection prism and the image sensor side reflection prism are assembled so that the unused surface on which the gate mark is formed is arranged in the same direction.
請求項５にかかる撮像光学系は、請求項４に記載の撮像光学系において、前記ゲート痕が形成された不使用面に対向する面であって、光の入射、反射及び射出が実質的に行われない他の不使用面において、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムが、共通の保持部材に固定されていることを特徴とする。 An imaging optical system according to a fifth aspect of the present invention is the imaging optical system according to the fourth aspect, wherein the imaging optical system is a surface facing the non-use surface on which the gate mark is formed, and light is incident, reflected, and emitted substantially. The object-side reflecting prism and the image sensor-side reflecting prism are fixed to a common holding member on another unused surface that is not performed.
請求項６にかかる撮像光学系は、請求項１〜５のいずれかに記載の撮像光学系において、少なくとも前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムを構成する樹脂材料の吸水率が、０．０１％以下であることを特徴とする。 The imaging optical system according to a sixth aspect is the imaging optical system according to any one of the first to fifth aspects, wherein at least a water absorption rate of a resin material constituting the subject side reflection prism and the imaging element side reflection prism is 0. It is characterized by being 01% or less.
請求項７にかかる撮像光学系は、請求項１〜６のいずれかに記載の撮像光学系において、前記複数の反射プリズムのうち、少なくとも１つの反射プリズムの入射面又は射出面が光学的パワーを有することを特徴とする。 An imaging optical system according to a seventh aspect is the imaging optical system according to any one of the first to sixth aspects, wherein an incident surface or an exit surface of at least one of the plurality of reflecting prisms has an optical power. It is characterized by having.
請求項８にかかる撮像レンズ装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の撮像光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成することを特徴とする。 An imaging lens device according to an eighth aspect includes the imaging optical system according to any one of the first to seventh aspects, and forms an optical image of a subject on a light receiving surface of an imaging element that converts an optical image into an electrical signal. It is characterized by doing.
請求項９にかかるデジタル機器は、請求項８に記載の撮像レンズ装置と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを含み、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部とを含むことを特徴とする。 A digital device according to a ninth aspect includes the imaging lens device according to the eighth aspect and an imaging element that converts an optical image into an electrical signal, and at least a still image shooting and a moving image shooting of the object on the object side. And a functional unit that executes one of the photographing operations.
請求項１に記載の発明によれば、反射プリズムを用いて光路を複数回折り曲げるようにした小型・薄型の撮像光学系において、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにより反射プリズムを用いるので、量産化に適した撮像光学系とすることができると共に、その軽量化を図ることができる。さらに、インジェクションモールドによるゲート痕が、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムにおいて、光の入射、反射及び射出が実質的に行われない不使用面に配置されていることから、ゲート痕に起因する複屈折等の影響が反射プリズムの有効使用領域に可及的に及ばないようにすることができる。従って、所期の光学特性を有する反射プリズムにて撮像光学系が構築されるようになる。 According to the first aspect of the present invention, in a small and thin imaging optical system in which a plurality of optical paths are bent using a reflecting prism, the reflecting prism is used by an injection mold using a resin material. A suitable imaging optical system can be obtained, and the weight can be reduced. Further, since the gate trace by the injection mold is arranged on a non-use surface where the incident, reflection and emission of light are not substantially performed in the subject side reflection prism and the imaging element side reflection prism, It is possible to prevent the effect of birefringence and the like due to the effective use area of the reflecting prism as much as possible. Therefore, the imaging optical system is constructed with the reflecting prism having the desired optical characteristics.
請求項２に記載の発明によれば、前記反射プリズムによる入射光の屈曲角をそれぞれ略９０度としたので、二次元的、三次元的な光学系において、最もコンパクトな撮像光学系を実現することができる。 According to the second aspect of the invention, since the bending angle of the incident light by the reflecting prism is set to approximately 90 degrees, the most compact imaging optical system is realized in the two-dimensional and three-dimensional optical systems. be able to.
請求項３に記載の発明によれば、反射プリズムを被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムの２個で構成したので、被写体面と像面（撮像素子）とが略平行な薄型の撮像光学系を実現することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the reflecting prism is composed of the subject side reflecting prism and the imaging element side reflecting prism, the thin imaging optics in which the subject surface and the image plane (imaging element) are substantially parallel. A system can be realized.
請求項４に記載の発明によれば、仮に反射プリズムの有効使用領域にゲート痕に起因する複屈折等の影響が及んでいたとしても、その影響を分散させることができる。すなわち、光学絞りが被写体側反射プリズムと撮像素子側反射プリズムとの間に配置されている場合、該光学絞りの前後で光像が反転するようになるが、前記ゲート痕が形成された不使用面が同一方向に配置されるよう、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムが組み付けられているので、当該撮像系への入射光線が両反射プリズムの残存複屈折が存在する部分を重畳的に通過することはなく、残存複屈折の影響は分散され、例えば画面の片側だけ複屈折等の影響が偏在するような不具合は発生しなくなる。 According to the fourth aspect of the present invention, even if the influence of the birefringence or the like due to the gate mark is exerted on the effective use area of the reflecting prism, the influence can be dispersed. That is, when the optical aperture is disposed between the object side reflecting prism and the image sensor side reflecting prism, the optical image is reversed before and after the optical aperture, but the gate mark is not used. Since the subject-side reflecting prism and the image sensor-side reflecting prism are assembled so that the surfaces are arranged in the same direction, the incident light beam to the imaging system overlaps the portion where the residual birefringence of both reflecting prisms exists. And the influence of the residual birefringence is dispersed, and for example, the problem that the influence of the birefringence is unevenly distributed only on one side of the screen does not occur.
請求項５に記載の発明によれば、前記ゲート痕が形成された不使用面に対向するもう一方の不使用面は、ゲート痕が存在しないフラット面（形状的に安定した面）でもあることから、高精度な組み付けが行え、誤差の少ない撮像光学系を構築することができる。また、共通の保持部材に反射プリズムを保持させることが可能となり、部品の一体化によるコストダウンを図ることができるという利点がある。
According to the invention described in
請求項６に記載の発明によれば、反射プリズムを構成する樹脂として、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を用いるので、当該反射プリズムについて吸湿に伴う光学特性（屈折率等）の変動の影響を受けない撮像光学系を実現できるようになる。
According to the invention described in
請求項７に記載の発明によれば、少なくとも一つの反射プリズムの入射面又は射出面が光学的パワーを有するものとし、反射プリズムに反射の機能のみならずレンズの機能をも具備させる構成であるので、これらの機能を別個の光学素子で実現する構成に比して、部品点数を低減することができ、撮像光学系をよりコンパクト化することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the incident surface or the exit surface of at least one reflecting prism has optical power, and the reflecting prism has not only a reflecting function but also a lens function. As a result, the number of components can be reduced and the imaging optical system can be made more compact as compared with a configuration in which these functions are realized by separate optical elements.
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の撮像光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像レンズ装置を構成したので、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能なコンパクトで、高精細な撮像レンズ装置を提供することが可能となる。 According to an eighth aspect of the present invention, an optical image of a subject is provided on a light receiving surface of an image pickup device that includes the imaging optical system according to any one of the first to seventh aspects and converts an optical image into an electrical signal. Since the imaging lens device to be formed is configured, it is possible to provide a compact and high-definition imaging lens device that can be mounted on a mobile phone or a portable information terminal.
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子とを含み、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部とを含むデジタル機器を構成したので、コンパクトで、高精細な携帯電話機や携帯情報端末等のデジタル機器を実現し得る。 According to the ninth aspect of the present invention, the functional unit that includes the imaging lens device according to the eighth aspect and an imaging element, and executes at least one of the still image shooting and the moving image shooting of the object on the object side. Therefore, it is possible to realize a compact and high-definition digital device such as a mobile phone or a portable information terminal.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜撮像光学系の構成の説明＞
図１は、本発明にかかる撮像光学系１００の構成を模式的に示す図である。この撮像光学系１００は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１０５の受光面上に被写体Ｈの光学像を形成するものであって、入射光をそれぞれ所定の角度（略９０度）だけ屈曲して反射する２個の反射プリズム、すなわち光路上被写体Ｈ側に配置された被写体側反射プリズム１０１（ここでの説明において「入射側プリズム１０１」という）と、光路上撮像素子１０５側に配置された撮像素子側プリズム１０２（ここでの説明において「像面側プリズム１０２」という）とが備えられている。なお、入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間には、必要に応じてフォーカシング用のレンズ１０３、光学絞り１０４が配置される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Description of configuration of imaging optical system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an imaging
そして、前記入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂとが、略平行となるように配置されている。つまり、被写体Ｈから撮像素子１０４までの光軸ＡＸは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の反射面１０１ｃ、１０２ｃによりそれぞれ９０度折り曲げられたものとされている。このような撮像光学系１００は、各種デジタル機器（例えば携帯電話等）の筐体ＢＤ内に収容される。
The
前記撮像素子１０５は、当該撮像光学系１００により結像された被写体Ｈの光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１０５としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）が２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。
The
このような撮像光学系１００において、前記入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２は、樹脂（プラスチック）材料を用いたインジェクションモールドにより形成されたものが用いられる。これにより、軽量で、且つ大量生産に対応可能となり、反射プリズムをガラス材料等で作製する場合に比して、コストの抑制や撮像光学系１００の軽量化の面で有利である。さらに、後述するように、入射面及び／又は射出面に屈折力を具備する反射プリズムを作成する場合、ガラス材料によれば研磨工程を経て作製する必要があるが、樹脂材料の場合は型枠等を用いて容易に作製することができるという利点もある。
In such an imaging
ここで、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２を構成する樹脂材料としては、例えばポリカーボネートやＰＭＭＡ等の各種光学樹脂材料を用いることができる。この中でも、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を選択することが望ましい。樹脂材料には、空気中の水分と結合する吸湿作用があり、このような吸湿が生じると、設計値通りにプリズムを製作しても吸湿により屈折率等の光学特性が変化する場合がある。従って、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を用いることで、吸湿の影響を受けない撮像光学系１００を構築できるようになる。このような樹脂材料としては、例えばＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社商品名）を用いることができる。
Here, as a resin material constituting the
上記インジェクションモールドを行う場合、樹脂を金型に注入するためのゲートが必要となる。そのようなゲートはプリズムのどの面に対向させてもプリズム自体の成型は可能なのであるが、本発明においては、プリズムにおいて光の入射、出射及び反射が実質的に行われない不使用面に配置される。これは、一般にゲート付近は樹脂流の痕跡（ゲート痕）が残留するなどして複屈折が発生し易く、光学特性に影響を与える可能性があることから、仮に複屈折が発生してもその影響を低減できるようにするためである。 When the injection molding is performed, a gate for injecting resin into the mold is required. Although such a gate can be molded on any surface of the prism, the prism itself can be molded. However, in the present invention, the prism is disposed on a non-use surface where light is not substantially incident, emitted, or reflected. Is done. In general, birefringence is likely to occur near the gate due to resin flow traces (gate traces) remaining, which may affect the optical characteristics. This is to reduce the influence.
図２は、図１に示した撮像光学系１００を立体的に描いた斜視図である。この図２に基づいて、上記ゲート痕の配置について説明する。入射側プリズム１０１をインジェクションモールドで形成する場合、金型注入用のゲートを、入射面１０１ａ、射出面１０１ｂ及び反射面１０１ｃには配置せず、これらの面の側面である不使用面１０１ｍに配置する。この場合、通常ゲートは断面長方形の角柱状を呈していることから、そのような角柱状のゲート痕Ｇｅ１（入射面１０１ａと広幅面が平行なゲート痕Ｇｅ１）が前記不使用面１０１ｍに残存するようになる（このゲート痕Ｇｅ１は誇張して描いている）。このようにゲートを配置すると、当該ゲート近傍で複屈折が発生したとしても、入射側プリズム１０１の有効使用領域ｐｗ１（図中のハッチング部位；光線が通過可能な領域）に与える影響を低減することができる。
FIG. 2 is a perspective view depicting the imaging
像面側プリズム１０２も同様に、金型注入用のゲートを、入射面１０２ａ、射出面１０２ｂ及び反射面１０２ｃには配置せず、これらの面の側面である不使用面１０２ｍに配置する。この場合、角柱状のゲート痕Ｇｅ２（反射面１０２ｃと広幅面が平行なゲート痕Ｇｅ２）が前記不使用面１０２ｍに残存するようになるが、同様に当該ゲート近傍で複屈折が発生したとしても、像面側プリズム１０２の有効使用領域ｐｗ２（図中のハッチング部位）に与える影響を低減することができる。
Similarly, in the image
インジェクションモールドを行った後、その成型品（この場合はプリズム）を金型から取り出すときに、イジェクトピンで当該成型品を押圧する手法が汎用されている。このようなイジェクトピンの当接部位には、やはり痕跡が残り、この部分においても光学特性が乱れる場合がある。そこで図２に示す例では、入射側プリズム１０１については、その入射面１０１ａにおける不使用領域に対応する部位にイジェクトピンを配置し、前記不使用領域にピン痕跡ｅｐ１が現れるようにしている。また像面側プリズム１０２については、その反射面１０２ｃにおける不使用領域に対応する部位にイジェクトピンを配置し、前記不使用領域にピン痕跡ｅｐ２が現れるようにしている。なお、前記ピン痕跡ｅｐ１、ｅｐ２が、それぞれ不使用面１０１ｍ、１０２ｍと対向する反対側の不使用面１０１ｎ、１０２ｎに現れるよう、イジェクトピンを配置するようにしても勿論良い。
After injection molding, a method of pressing the molded product with an eject pin when removing the molded product (in this case, a prism) from a mold is widely used. Traces still remain at the contact portion of such an eject pin, and the optical characteristics may be disturbed also in this portion. Therefore, in the example shown in FIG. 2, with respect to the
さらに、この撮像光学系１００のように、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間に配置されている場合において（図１参照）、組み付け時において、図２に示すように、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２のゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２が同じ方向に存在するように、ゲート方向を調整することが望ましい。この点を、図３に基づいて説明する。
Further, when the
図３は、図２に示した撮像光学系１００についての、模式的な光路図である。図示するように、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２についてのゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２は、同方向に存在するそれぞれの不使用面１０１ｍ、１０２ｍに形成されている。なお、この不使用面１０１ｍ、１０２ｍに対向するもう一方の不使用面１０１ｎ、１０２ｎは、ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２が存在しないフラット面（形状的に安定した面）でもあることから、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２共通のプリズム保持部材１０６（筐体ＢＤのフレーム部材等に相当）に固定されている。これにより、プリズムの高精度な組み付けが行えるようになる。
FIG. 3 is a schematic optical path diagram of the imaging
ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２をそれぞれの不使用面１０１ｍ、１０２ｍに設けることで、複屈折等の影響を低減できるとはいえ、完全にその影響を取り除くことは難しい。このような、ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２近傍の光学特性に影響を与えるような領域を、図３においてそれぞれゲート影響領域Ｇｅ１ｍ、Ｇｅ２ｍとして示している（図中のハッチング部位が相当する）。 Although the gate traces Ge1 and Ge2 are provided on the non-use surfaces 101m and 102m, the influence of birefringence and the like can be reduced, but it is difficult to completely remove the influence. Such regions that affect the optical characteristics in the vicinity of the gate traces Ge1 and Ge2 are shown as gate-affected regions Ge1m and Ge2m in FIG. 3 (corresponding to hatched portions in the figure).
ところで、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間に配置されている場合、該光学絞り１０４の前後で光像が反転するようになる。いま、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａのゲート痕Ｇｅ１側から入射する光線ｏｐの光路を考える。入射側プリズム１０１内において、光線ｏｐはゲート影響領域Ｇｅ１ｍを通過することから複屈折率等の影響を受けてしまう。しかし、光学絞り１０４を通過すると光線ｏｐはゲート痕Ｇｅ１側から離間する方向に屈折する。そして、像面側プリズム１０２に入射すると、ゲート影響領域Ｇｅ２ｍから離れた領域を通過するようになる。従って、光線ｏｐは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２のゲート影響領域Ｇｅ１ｍ、Ｇｅ２ｍを重畳的に通過するようなことはなく、残存複屈折の影響は分散され、画面の片側だけ複屈折等の影響が偏在するような不具合は発生しなくなる。
By the way, when the
続いて、上記撮像光学系１００の好ましい光学的構成について説明する。先ず、前記入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の少なくとも一方の入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂが、光学的パワーを有する構成とすることが好ましい。例えば、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａ又は射出面１０１ｂのいずれか、及び／又は像面側プリズム１０２の入射面１０２ａ又は射出面１０２ｂのいずれかに、光学的パワーを具備させる構成とすることができる。或いは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂのいずれもが、光学的パワーを具備する構成とすることもできる。これらの構成によれば、前記入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂのうちの少なくとも一面がレンズ機能面として活用されるので、その分だけ別個の光学素子の使用を省くことができ、撮像光学系１００のコンパクト化を図ることができるようになる。
Subsequently, a preferable optical configuration of the imaging
ここで、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１の射出面１０１ｂ側に位置している場合において、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａが、負の光学的パワーを有する構成とすれば、次のような利点がある。図４は、入射側プリズム１０１（１０１’）と光線との関係を示す光路図である。いま、入射側プリズム１０１（１０１’）から所定の光線幅ＢＴを射出させる場合、プリズム自体を小型化するためには、プリズム内の最も周辺側を通過する光線ｏｐについて、その射出光線ｏｐ−ｏｕｔが光軸ＡＸと平行に近いことが望ましい。
Here, when the
すなわち、図４（ａ）の入射側プリズム１０１’のように、入射面１０１ａ’が平面である場合、この入射面１０１ａ’へ入射する光線のうち最も周辺側の角度θ１を持った入射光線ｏｐ−ｉｎの光線角度を、光軸ＡＸに対して小さくすることができず、結果として出射光線ｏｐ−ｏｕｔは光軸ＡＸに対して傾き角を持った状態で射出される。従って、所定の光線幅ＢＴを得るためには、前記傾き角を考慮して、入射面１０１ａ’及び射出面１０１ｂ’を大きくする必要があり、このためプリズムのサイズを大きくせねばならない。
That is, when the
一方、図４（ｂ）の入射側プリズム１０１のように、入射面１０１ａが負の光学的パワー（凹面）とされている場合、この入射面１０１ａへ入射する光線のうち最も周辺側の角度θ１を持った入射光線ｏｐ−ｉｎの光線角度は、光軸ＡＸに対して小さくなり、結果として出射光線ｏｐ−ｏｕｔは光軸ＡＸに対して平行に近い状態で射出される。従って、所定の光線幅ＢＴを得るためのプリズムのサイズを、図４（ａ）の場合に比べて大幅に小さくすることができ、ひいては撮像光学系１００もコンパクト化できるようになる。
On the other hand, when the
なお、前述のような入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２を備える代わりに、反射鏡を備えた撮像光学系１００とすることも考えられるが、この場合、反射鏡を保持する部材等を別途備える必要があり、撮像光学系１００のコストアップや大型化を招来することとなるので、複数個、とりわけ２個の反射プリズムを採用することが望ましい。
Note that instead of providing the
また、反射面による入射光の屈曲角は９０度に限られないが、屈曲角が９０度から離れるほど撮像光学系１００のサイズが、図１の矢印Ａ方向に大きくなるため、前記屈曲角を９０度に設定するのが最も撮像光学系１００のコンパクト化を達成する上で望ましい。
Further, the bending angle of incident light by the reflecting surface is not limited to 90 degrees, but the size of the imaging
ここで、撮像素子１０５が長辺と短辺とを有する矩形状のものである場合、その屈曲方向としては、撮像素子１０５の短辺方向（図１に矢印ａを付している幅方向が短辺方向）に光線を屈曲させるようにすることが好ましい。撮像素子１０５の長辺方向に光線を屈曲することでも相応に撮像光学系１００の薄型化を達成することができるが、撮像素子１０５の短辺方向に光線を屈曲する方がより撮像光学系１００の薄型化を達成することができる。
Here, when the
図１に示す撮像光学系１００のように、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａより光路上被写体Ｈ側や、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂより光路上像側（撮像素子１０５側）には、屈折力（光学的パワー）を有する光学素子を配置せず、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂとの間の光路上にのみ屈折力を有する光学素子を配置する構成とすることが望ましい。これにより、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａより光路上被写体Ｈ側等に屈折力を有する光学素子を配置する場合に比して、撮像光学系１００の厚み（矢印Ａ方向のサイズ）を薄くすることができ、撮像光学系１００の大型化を抑制することができる。
As in the imaging
また、前記撮像光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間に、レンズ又はレンズ群を配置することが望ましい。これは、該レンズにより像面湾曲や収差等の補正を行うことができ、撮像光学系１００の光学性能を向上することができるからである。なお、前記のようなレンズ等を配置する場合に、このレンズとして反射プリズムより矢印Ａの方向に小さいレンズを採用することで、該レンズの搭載による矢印Ａの方向の大型化の問題は発生しない。
In the imaging
そして、このレンズ又はレンズ群を光軸方向（入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと略平行な方向）に駆動してフォーカシングを行うように構成するのが好ましい。これは、反射プリズムを含む撮像光学系全体を光軸方向に駆動するように構成した場合、駆動対象物の重量増加によりモータの大型化を招来したり、前記駆動による光軸のずれが発生したり、撮像光学系の各光学素子の保持機構が複雑となるからであり、２つの反射プリズムの間にレンズ又はレンズ群を配置することで、反射プリズムや光学絞りを固定することができるとともに、このレンズ又はレンズ群を光軸方向に駆動するようにすることで、モータの大型化、光軸のずれの発生、前記保持機構の複雑化の問題を解消することができる。
It is preferable to perform focusing by driving this lens or lens group in the optical axis direction (direction substantially parallel to the
図１に示す撮像光学系１００においては、上述のような要請を満たすため、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間にフォーカシング用のレンズ１０３が配置されているものである。すなわち、このフォーカシング用のレンズ１０３が、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと平行な方向に移動されることで、フォーカシングが行われる構成とされている。
In the imaging
なお、前記撮像光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２やレンズ１０３の製造の容易性の点から、撮像光学系１００の各光学面は、光軸ＡＸを中心に軸対称な面（回転対称面）とすることが好ましい。軸非対称な光学系は、製造難易度を上げるばかりでなく、組み込み時の評価や、調整に対しても難易度を押し上げるために、コストが高くなるために望ましくない。逆に、コストが高くなることを許容するならば、軸非対称な面を反射面に用いることも可能である。
In the imaging
次に、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との望ましい配置関係について説明する。撮像光学系１００自体の矢印Ａ方向のサイズは、上述のような光学構成とすることで薄型化が可能であるが、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂに撮像素子１０５を対向配置し、これを筐体ＢＤ内に収容する場合、前記筐体ＢＤの薄型化を図るには、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との距離も可及的に短縮することが望ましい。
Next, a desirable arrangement relationship between the
いま、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面との距離をｄとし（両者間に光学部品が介在されている場合も含む物理距離とする）、当該撮像光学系１００の光路折り曲げ面内（図１における紙面が相当する）における撮像素子１０５の受光面の高さをａ（例えば撮像素子１０５の短辺方向）と定義するとき、次の（１）式の関係を満たすよう、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との配置関係を設定することが、筐体ＢＤの薄型化を図る観点からは望ましい。
０．０≦ｄ／ａ＜０．８ ・・・（１）
Now, let d be the distance between the
0.0 ≦ d / a <0.8 (1)
上記（１）式において、ｄ／ａが０．８以上となると、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との距離ｄが大きくなりすぎて、筐体ＢＤの薄型化には不向きとなる。すなわち、距離ｄが大きいということは、そのような環境において撮像素子１０５の受光面に結像させるには像面側プリズム１０２のサイズも大きなものとなることから、全体として撮像光学系１００が大型化（厚肉化）することとなる。
In the above equation (1), if d / a is 0.8 or more, the distance d between the
一方、ｄ／ａ＝０として、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面とを密着させる態様は、矢印Ａ方向のサイズの極小化を図り得る態様であり、薄型化という観点からは望ましい態様である。しかし、前記射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面とが接触することから組み付けの困難性が招来され、また射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面との間における面間反射によるゴーストの発生が懸念される。このような不都合を解消するため、ｄ／ａの下限値は０．１以上とすることが望ましい。
On the other hand, when d / a = 0, the mode in which the
以上のように像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との配置関係を設定するだけでなく、前記像面側プリズム１０２の大きさ（長さ）を最適化することで、一層薄型化を図ることが可能となる。いま、図５に示すように、像面側プリズム１０２の屈折率をｎ、像面側プリズム１０２内を通過する光軸ＡＸ上の主光線の距離（プリズムを展開したときの厚み）をｔ、射出瞳距離をｐとすると、次の（２）式の関係を満たすようにすることが望ましい。
−１．５＜（ｔ＊ｎ）／ｐ＜１．０ ・・・（２）
As described above, not only the positional relationship between the
-1.5 <(t * n) / p <1.0 (2)
上記（２）式において、（ｔ＊ｎ）／ｐが１．０以上となると、プリズムの大きさに対して射出瞳距離ｐが長くなることから、その光学系はテレセントリックに近づくことになる。従って、プリズム内での光線幅が大きくなってしまい、そのような光線幅のものを折り返すためにはプリズムのサイズを大きく（長く）する必要が生じることから、結果的に撮像光学系１００のコンパクト化を図れなくなる傾向が顕著になる。
In the above equation (2), when (t * n) / p is 1.0 or more, the exit pupil distance p becomes longer with respect to the size of the prism, so that the optical system approaches telecentricity. Accordingly, the light beam width in the prism becomes large, and it is necessary to increase (longen) the size of the prism in order to turn back the light beam having such a light beam width. As a result, the imaging
一方、（ｔ＊ｎ）／ｐが−１．５以下になると、プリズムの大きさに対して射出瞳距離ｐが短くなることから、テレセントリックとは反対に、その光学系は光軸に対する傾きが大きい光線が多く含まれるようになる。一般に、撮像素子１０５の受光面には、集光効率を高くするために、画素毎にマイクロレンズが配置されている。テレセントリックな光学系の場合、前記マイクロレンズを各画素の略直上に配置すれば良く、比較的マイクロレンズの配置は容易である。しかし、射出瞳距離ｐが短く光線の傾きがある場合、この傾き角を考慮してマイクロレンズを各画素に対して所定量ずらした状態で配置せねばならない。ここで、（２）式の下限値以下のように光線の傾き角が大きくなる場合、所定の集光量を担保できるようマイクロレンズを配置することが困難となり、結果として集光効率が悪化して周辺光量が低下する傾向が顕著となる。
On the other hand, when (t * n) / p is −1.5 or less, the exit pupil distance p becomes shorter than the size of the prism. Therefore, contrary to telecentric, the optical system has an inclination with respect to the optical axis. Many large rays are included. In general, a microlens is disposed on the light receiving surface of the
さらに、射出瞳距離ｐが短いということは、光学絞り１０４と像面（撮像素子１０５の受光面）との距離が短くなるということに帰着するが、像面側プリズム１０２の入射面１０２ａより像面側には光学絞り１０４を配置できない（プリズム内に絞りを設けることはできない）ことから、（２）式の下限値以下の場合、光学絞り１０４の適切な配置が出来にくくなるという傾向も顕著となる。
Furthermore, a short exit pupil distance p results in a short distance between the
ところで、撮像素子１０５として、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合、赤外線成分がノイズとなり出力画像を劣化させる場合がある。このため、赤外線成分を撮像素子１０５に入射させないよう、従来から赤外線カットフィルタ等を撮像光学系の適宜な箇所に配置する対策が講じられている。しかし、このような赤外線カット機能を有する光学部品が別途必要となることから、撮像光学系のコンパクト化、部品点数の抑制の阻害要因となっていた。
By the way, when a CCD image sensor or a CMOS image sensor is used as the
そこで、像面側プリズム１０２自体に、入射光に含まれる赤外線成分を減少乃至は除去する赤外線カット機能を具備させることが望ましい。図６は、赤外線カット機能を具備させた像面側プリズム１０２の例を示す断面図である。図６（ａ）は、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂに、赤外線反射膜１０２ｄを一体的に設けた例を示している。これにより、入射光に含まれる赤外線成分は赤外線反射膜１０２ｄにて反射され、撮像素子１０５に入射されないようになる。このような赤外線反射膜１０２ｄとしては、例えば赤外波長の光を反射させる誘電体多層膜のコーティング層が好適である。なお、このような赤外線反射膜１０２ｄを、像面側プリズム１０２の入射面１０２ａに設けるようにしても良い。
Therefore, it is desirable to provide the image
また図６（ｂ）は、像面側プリズム１０２の反射面１０２ｃに、赤外線吸収膜１０２ｅを一体的に設けた例を示している。これにより、入射光に含まれる赤外線成分は赤外線吸収膜１０２ｅにて吸収され、撮像素子１０５に入射されないようになる。このような赤外線吸収膜１０２ｅとしては、例えば赤外波長の光を吸収させる誘電体多層膜のコーティング層が好適である。なお、このような赤外線吸収膜１０２ｅに代えて、赤外線透過膜を反射面１０２ｃに設け、赤外線成分のみを像面側プリズム１０２から放射させるようにしても良い。
FIG. 6B shows an example in which an
図７は、本発明にかかる撮像光学系の、他の実施形態の構成を模式的に示す図である。この撮像光学系は、ズーミング（変倍）動作が可能とされた変倍光学系１１０についてのものである。この変倍光学系１１０は、先に図１に示した撮像光学系１００と同様に、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１０５の受光面上に被写体Ｈの光学像を形成するものであって、同様に２個の反射プリズム、すなわち光路上被写体Ｈ側に配置された入射側プリズム１０１と、光路上撮像素子１０５側に配置された像面側プリズム１０２とが備えられている。そして、入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間には、光学絞り１０４に加え、変倍動作並びにフォーカシング動作を行うためのレンズ群１１３が配置されている点で、先の撮像光学系１００と相違している。なお、この変倍光学系１１０においても、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２は、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにて作製されたものが用いられる。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of another embodiment of the imaging optical system according to the present invention. This imaging optical system is for the variable magnification
前記レンズ群１１３は、それぞれ図中の矢印Ｂ１，Ｂ２方向へ移動自在とされた変倍レンズ１１３１、１１３２から構成されている。つまり、前記変倍レンズ１１３１、１１３２は、これらレンズ群の光軸方向（入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと略平行な方向）に駆動してズーミングが行われる。これは、反射プリズムを含む変倍光学系全体を光軸方向に駆動するように構成した場合、光学系全体の厚みが変化することになり薄型化に課題が出たり、駆動対象物の重量増加により駆動用モータの大型化を招来したりするからである。さらに、前記駆動による光軸のずれが発生したり、変倍光学系の各光学素子の保持機構が複雑になったりする課題もある。２つの反射プリズムの間にレンズ群を配置し、このレンズ群を光軸方向に駆動するようにすることで、反射プリズムや光学絞りを固定できるとともに、駆動用モータの大型化、光軸のずれの発生、前記保持機構の複雑化の問題を解消することができる。
The
一般にズーミングには、バリエータとコンペンセータとの２つのレンズ群の移動が必要である。したがって、良好な変倍を行うためには、２つのプリズム間に少なくとも２つのレンズ群が必要で、さらに２つとも光軸方向に移動することが望ましい。光軸方向に移動させることで、変倍に際して光学系の厚みを変化させないので、携帯電話機や携帯情報端末への搭載が可能な薄型で、コンパクトな変倍光学系が実現できる。また２つのレンズ群を移動させることにより、１つのレンズ群を移動させる構成に比べ各レンズ群の移動距離を抑えることが可能となり、光学系をコンパクト化することができる。しかし、光学式ズーム光学系のようにズーム解を適切に調整すれば、変倍時に移動するレンズ群を１つにすることも可能である。 In general, zooming requires movement of two lens groups, a variator and a compensator. Therefore, in order to perform good zooming, at least two lens groups are required between the two prisms, and it is desirable that both of them move in the optical axis direction. By moving the optical system in the optical axis direction, the thickness of the optical system is not changed at the time of zooming. Therefore, a thin and compact zooming optical system that can be mounted on a mobile phone or a portable information terminal can be realized. Further, by moving the two lens groups, it is possible to suppress the moving distance of each lens group as compared with the configuration in which one lens group is moved, and the optical system can be made compact. However, if the zoom solution is appropriately adjusted as in the optical zoom optical system, it is possible to have one lens group that moves during zooming.
図７に示す変倍光学系１１０においては、上述のような要請を満たすため、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間に変倍レンズ１１３１、１１３２が配置されているものである。すなわち、これら変倍レンズ１１３１、１１３２が、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと平行な方向（図中の矢印Ｂ１，Ｂ２方向）にそれぞれ移動されることで、ズーミングが行われる構成とされている。
In the variable power
このような変倍光学系１１０においても、先に図１に示した撮像光学系１００と同様に、反射プリズムについてのゲート痕の配置、好ましい光学配置（反射プリズムへの光学的パワーの施与、像面側プリズム１０２と撮像素子１０５との配置関係等）についてもそのまま適用することができる。
In such a variable magnification
＜撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような撮像光学系１００（変倍光学系１１０）が組み込まれたデジタル機器について説明する。図８は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、カメラ付携帯電話機２００（２２０）の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラは、被写体の映像を光学的に取り込んだ後、その映像につき半導体素子を使って電気信号に変換し、デジタルデータとしてフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶する撮像レンズ装置である。更に本発明では、被写体の静止又は動きのある映像を光学的に取り込む、コンパクトな撮像レンズ装置を内蔵する仕様を備えた携帯電話機、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器も含んでいる。
<Description of digital equipment incorporating imaging optical system>
Next, a digital device incorporating the imaging optical system 100 (variable magnification optical system 110) as described above will be described. FIG. 8 is an external configuration diagram of the camera-equipped mobile phone 200 (220), showing an embodiment of a digital device according to the present invention. In the present invention, the digital device includes a digital still camera, a video camera, a digital video unit, a personal digital assistant (PDA), a personal computer, a mobile computer, or peripheral devices (mouse, scanner, printer). Etc.). A digital still camera or digital video camera is an imaging lens device that optically captures an image of a subject, converts the image into an electrical signal using a semiconductor element, and stores the image as digital data in a storage medium such as a flash memory. is there. Furthermore, in the present invention, a mobile phone, a personal digital assistant, a personal computer, a mobile computer, or a peripheral device having a specification that incorporates a compact imaging lens device that optically captures a still or moving image of a subject. Contains.
図８（ａ）は、携帯電話機２００の操作面を、図８（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示している。携帯電話機２００には、上部にアンテナ２０１、操作面には図の上下方向に長辺Ｌｔ１を有する長方形のディスプレイ２０２、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２０３、シャッターボタン２０４及びダイヤルボタン２０５が備えられている。
FIG. 8A shows the operation surface of the
なお、図８（ｃ）に示すように、変倍光学系が組み込まれる携帯電話機２２０の場合は、その操作面に変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン２１０が備えられている。変倍ボタン２１０は、その上端部分に望遠を表す「Ｔ」の印字が、下端部分に広角を表す「Ｗ」の印字がされ、印字位置が押下されることで、それぞれの変倍動作が指示可能な２接点式のスイッチ等で構成されている。
As shown in FIG. 8C, in the case of a
携帯電話機２００には、本発明に係る撮像光学系１００によって構成された撮像レンズ装置（カメラ）２０６及びＣＣＤ等の撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の被写体光が入射される撮影レンズ２０７が背面に露出している。なお、該撮影レンズ２０７の裏面には、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａが配置されている。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ２０２とは、携帯電話機２００の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ２０２で表示させながら撮像を行うことができるようになる。
The
ここで、撮像素子１０５は、撮像エリアの縦横比が例えば４：３の長方形を呈するものが用いられている。汎用型の撮像素子は、一般的にこのような長方形であるが、このような撮像素子１０５を備える撮像レンズ装置２０６の携帯電話機２００への組み込み形態は、前記長方形のディスプレイ２０２との関係において、図８に示すような態様とすることが望ましい。
Here, the
すなわち、ディスプレイ２０２が図８（ａ）の上下方向に長辺Ｌｔ１を有している場合、撮像素子１０５もまた、図８（ｂ）の上下方向にその長辺Ｌｔ２を有する組み込み構成とすることが望ましい。換言すると、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（同一方向）になるように組み付けられることが望ましい。これにより、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像は、長方形のディスプレイ２０２上に有効に表示されるようになる。
That is, when the
つまり、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向に配置されていると、撮像素子１０５により取得された画像の長辺方向と、表示画像の長辺方向とが一致することから、ディスプレイ２０２の表示エリアを有効に活用した表示が行え、画像を大きく表示させることができる。すなわち、ディスプレイ２０２の面積を最大に生かした表示が可能となり、撮影時の構図の確認等に有利である。図８（ｃ）に示す、変倍光学系が組み込まれた携帯電話機２２０の場合でも同じである。
That is, when the long side Lt1 of the
上記撮像レンズ装置２０６は、被写体の光学像を形成する撮像光学系１００以外に光学的ローパスフィルタ等に相当する平行平面板を備えていてもよい。光学的ローパスフィルタとして、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。
The
なお、光学的ローパスフィルタは必ずしも備える必要はなく、また、光学的ローパスフィルタに代えて、撮像素子１０５の画像信号に含まれるノイズを低減するために赤外線カットフィルタを搭載する（この場合、上述のように反射プリズムに赤外線カット機能を具備させることが望ましい）ようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタの表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。 Note that the optical low-pass filter is not necessarily provided, and instead of the optical low-pass filter, an infrared cut filter is mounted in order to reduce noise included in the image signal of the image sensor 105 (in this case, the above-described case). As described above, it is desirable to provide the reflecting prism with an infrared cut function. Further, an infrared reflection coating may be applied to the surface of the optical low-pass filter, so that both filter functions can be realized by one.
以上の通り構成された携帯電話機２００の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２０３を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２０３を一度押すことで、動画撮影モードに切り替わるとする。静止画撮影モードが起動すると、撮像レンズ装置２０６を通して被写体の像がＣＣＤ等の撮像素子１０５で周期的に繰り返し撮像され、表示用メモリに転送された後に、ディスプレイ２０２に導かれる。ディスプレイ２０２を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッターボタン２０４を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリに画像データが格納される。
An imaging operation of the
また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２０３を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２０３を押して動画撮影モードに切り替える。後は静止画撮影のときと同様にして、ディスプレイ２０２を覗き、撮像レンズ装置２０６を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。この状態でシャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影が開始される。そして、もう一度シャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影は終了する。動画像は、ディスプレイ２０２のための表示メモリに導かれると共に、動画像用のメモリに導かれて格納される。
In addition, when performing moving image shooting, the still image shooting mode is activated by pressing the
一方、図８（ｃ）に示す変倍光学系が組み込まれた携帯電話機２２０の場合、上記の動作に加えて、例えば被写体が撮影者から離れた位置にある、あるいは近くの被写体を拡大したいためズーム撮影を行うときには、変倍ボタン２１０の上端「Ｔ」の印字部分を押すと、その状態が検出され、押している時間に応じて変倍のためのレンズ駆動が実行されて、連続的にズーミングが行われる。また、ズーミングし過ぎた場合など、被写体の拡大率を下げたい場合には、変倍ボタン２１０の下端「Ｗ」の印字部分を押すことで、その状態が検出され、押している時間に応じて連続的に変倍が行われる。このようにして、撮影者から離れた被写体であっても、変倍ボタン２１０を用いてその拡大率を調節することができる。そして、通常の等倍撮影と同様、主被写体がその画面中の所望の位置に収まるように調整し、シャッターボタン２０４を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。
On the other hand, in the case of the
また、動画撮影を行う場合にも、変倍ボタン２１０を用いて被写体像の拡大率を調節することができる。すなわち、シャッターボタン２０４を押すことで動画撮影が開始されるが、この撮影中、変倍ボタン２１０により、被写体の拡大率を随時変えることも可能である。ここで、もう一度シャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影は終了する。
In addition, when performing moving image shooting, the enlargement ratio of the subject image can be adjusted using the
なお、この携帯電話機２２０において、変倍ボタン２１０はこの実施形態に限られることなく、既設のダイヤルボタン２０５を利用するようにしてもよいし、また、ダイヤルボタン設置面に回転軸を持つような回転式のダイヤル等、拡大と縮小の２方向の変倍を可能とする機能を備える態様としたものでもよい。
In this
上記実施形態においては、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが、図８の上下方向に揃って平行であるとしたが、それに限られることなく、例えば図８の左右方向など、ある一方向に揃って平行であることが望ましい。この場合にも、ディスプレイ２０２の面積を最大に生かした表示が可能となるので、撮影時の構図の確認等が有効に行える。
In the above-described embodiment, the long side Lt1 of the
このことは、上記のような携帯電話機２００（２２０）のほか、同様に表示素子としてのディスプレイを備える各種デジタル機器においても同様であり、例えば折り畳み式の携帯電話機や、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器においても同様である。 This is the same in the above-described mobile phone 200 (220) as well as various digital devices having a display as a display element. For example, a foldable mobile phone, a digital still camera, and a digital video camera. The same applies to a portable information terminal, a personal computer, a mobile computer, or peripheral devices thereof.
図９は、折り畳み式の携帯電話機３００の外観構成図であり、図９（ａ）は、携帯電話機３００の操作面を、図９（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示している。この携帯電話機３００は、第１の筐体３１０と第２の筐体３２０とがヒンジ３３０によって連結された折り畳み可能な構造であって、第１の筐体３１０の操作面には上下方向に長いディスプレイ３１１が備えられている。また第２の筐体３２０には、操作部としてのキー入力部３２１が設けられている。
FIG. 9 is an external configuration diagram of the foldable
このような携帯電話機３００において、第１の筐体３１０には、上述の撮像光学系１００（または変倍光学系１１０）によって構成された撮像レンズ装置２０６及び撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の撮影レンズ２０７が背面に露出している。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ３１１とは、第１の筐体３１０の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ３１１で表示させながら撮像を行うことができるようになる。そして、ディスプレイ３１１の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（同一方向）になるように組み付けられている。このような構成によっても、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像を、長方形のディスプレイ３１１上に有効に表示させることができる。
In such a
また図１０は、携帯情報端末機４００の外観構成図であり、図１０（ａ）は、携帯情報端末機４００の操作面を、図１０（ｂ）は背面を示している。この携帯情報端末機４００の操作面には、左右方向に長いディスプレイ４０１と、操作部としてのキー入力部４０２とが設けられている。
FIG. 10 is an external configuration diagram of the
このような携帯情報端末機４００において、上述の撮像光学系１００（または変倍光学系１１０）によって構成された撮像レンズ装置２０６及び撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の撮影レンズ２０７が背面に露出している。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ４０１とは、当該携帯情報端末機４００の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ４０１で表示させながら撮像を行うことができるようになる。そして、ディスプレイ４０１の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（この場合水平方向）になるように組み付けられている。このような構成によっても、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像を、長方形のディスプレイ４０１上に有効に表示させることができる。
In such a
以下本明細書においては、レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という術語を用いるが、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているものであり、レンズ全体又はレンズの端付近の形状を表しているのではない。このことは、球面レンズでは問題にならないが、非球面レンズでは一般に、レンズの中心付近と端付近での形状が異なるので注意が必要である。非球面レンズとは、放物面、楕円面、双曲面、４次曲面等の面を有するレンズである。 Hereinafter, in this specification, the terms “concave”, “convex” or “meniscus” are used for the lens, and these represent the lens shape in the vicinity of the optical axis (near the center of the lens), It does not represent the shape of the entire lens or near the end of the lens. This is not a problem with a spherical lens, but with an aspherical lens, it should be noted that generally the shape near the center and the end of the lens is different. An aspheric lens is a lens having a paraboloidal surface, an elliptical surface, a hyperboloid, a quartic surface, or the like.
また、本明細書を通じて、単レンズ及び接合レンズを構成している各単レンズの光学的パワーは、単レンズのレンズ面の両側が空気との界面を備えている、つまりその単レンズが単独で存在しているときのパワーを指すものとする。 In addition, throughout this specification, the optical power of each single lens constituting the single lens and the cemented lens is such that both sides of the lens surface of the single lens have an interface with air, that is, the single lens is independent. It refers to the power when present.
＜撮像光学系のより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したような撮像光学系１００、すなわち図８〜図１０に示したようなカメラ付携帯電話機２００、３００或いは携帯情報端末機４００に搭載される撮像レンズ装置２０６を構成する撮像光学系１００の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
<Description of More Specific Embodiment of Imaging Optical System>
Hereinafter, the imaging
［実施形態１］
図１１は、実施形態１の撮像光学系５１の構成を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。図１１に示すように、本実施形態の撮像光学系５１は、光路上物体側から順に、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム１（図１における入射側プリズム１０１が相当）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、正の光学的パワーを持つ第１レンズ２、負の光学的パワーを持つ第２レンズ３、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム４（図１における像面側プリズム１０２が相当）を有してなる。第２反射プリズム４に対し第２レンズ３と反対側の位置には、平行平面板５及び撮像素子６が配置されている。
[Embodiment 1]
FIG. 11 is a cross-sectional view of the configuration of the imaging
なお、この図１１及び後述する実施形態２，３の図１４，図１６は、無限遠に合焦させた状態の光学素子の配置を示している。また、図１２、図１５、図１７は、図１１、図１４、図１６における反射プリズム（第１、第２反射プリズム）を、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した撮像光学系の構成を示す図であり、図１２、図１５、図１７に示す矢印Ｄの方向は、撮像素子６の対角方向に相当する。また、図１１、図１４、図１６に示す撮像光学系は、撮像素子６の短辺方向に光線を屈曲した撮像光学系を示すものである。なお、以下にいう光学的パワーは、光学面の両側の媒質が空気である場合のパワーと定義する。また、撮像素子６は、縦横比が例えば３：４の撮像素子であり、例えば縦１．８ｍｍ、横２．４ｍｍの撮像素子である。矢印Ａの方向は、図１の表裏方向に対応する。
FIG. 11 and FIGS. 14 and 16 of the second and third embodiments to be described later show the arrangement of the optical elements in a state of being focused at infinity. 12, 15, and 17 are configured by replacing the reflecting prisms (first and second reflecting prisms) in FIGS. 11, 14, and 16 with lenses having functions substantially equivalent to those of the reflecting prisms. 18 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system, and the direction of the arrow D illustrated in FIGS. 12, 15, and 17 corresponds to the diagonal direction of the
第１反射プリズム１は、入射面１ａが負の光学的パワーを、射出面１ｂが正の光学的パワーを有しており、入射面１ａと射出面１ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ１を備えている。また、第２反射プリズム４は、入射面４ａが正の光学的パワーを、射出面４ｂが負の光学的パワーを有しており、入射面４ａと射出面４ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ２を備えている。第１反射プリズム１及び第２反射プリズム４に設けられた反射面ＲＬ１，ＲＬ２は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して第１レンズ２又は平行平面板５に向かって反射させるものである。
The first reflecting
第１、第２反射プリズム１，４及び光学絞り（ＳＴ）は固定されており、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うとき、レンズ２，３は、図中の矢印Ｂの方向に移動する。
The first and second reflecting
図１２に示す番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目の光学面である。第１レンズ２は、両凸レンズであり、第２レンズ３は、像側に凸の負メニスカスレンズである。なお、図１２において、図１１に示す第１反射プリズム１及び第２反射プリズム４を、これらと略等価な機能を有するレンズに置換して表現している関係上、それぞれ第１反射プリズム１’及び第２反射プリズム４’として描いている（以下に述べる図１５、図１７でも同様）。
Numbers ri (i = 1, 2, 3,...) Shown in FIG. 12 are i-th optical surfaces when counted from the object side. The
このような構成の下で、図１１の物体側（被写体側）から入射した光線は、順に、第１反射プリズム１の入射面１ａに入射して反射面ＲＬ１で略９０度に屈曲して反射された後、第１，第２レンズ２，３そして第２反射プリズム４の入射面４ａに入射する。そして、反射面ＲＬ２はこの入射光を略９０度屈曲して反射し、射出面４ｂから射出してそこで物体の光学像を形成する。そして、これらの光学素子で形成された光学像は、第２反射プリズム４に隣り合って配置された平行平面板５を通過する。このとき、光学像は、撮像素子６において電気的な信号に変換される際に発生する所謂折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板５は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。
Under such a configuration, light rays incident from the object side (subject side) in FIG. 11 are sequentially incident on the
最後に、撮像素子６において、平行平面板５で修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として図８〜図１０に示すような携帯電話機２００、３００や携帯情報端末機４００等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。なお、撮像光学系、特に第１反射プリズム１の汚損を防止するため、第１反射プリズム１の入射面より被写体側の位置にカバーガラスを設けても良い。
Finally, in the
以下、図を参照しながら、実施形態１と同様にして、実施形態２及び実施形態３のレンズ構成を順に説明していく。このとき、図１４〜図１７までの図中の符号の意味は、図１１，図１２と同様とする。
Hereinafter, the lens configurations of
［実施形態２］
図１４は、実施形態２の撮像光学系５２の構成を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施形態２の撮像光学系５２は、光路上物体側から順に、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム７、負の光学的パワーを持つ第１レンズ８、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム９を有してなる。
[Embodiment 2]
FIG. 14 is a cross-sectional view of the configuration of the imaging
第１反射プリズム７は、入射面７ａが正の光学的パワーを、射出面７ｂも正の光学的パワーを有しており、入射面７ａと射出面７ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ３を備えている。第２反射プリズム９は、入射面９ａが正の光学的パワーを、射出面９ｂが負の光学的パワーを有しており、入射面９ａと射出面９ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ４を備えている。
In the first reflecting
本実施形態では、光学絞り（ＳＴ）、第１反射プリズム７及び第２反射プリズム９は固定されており、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うとき、第１レンズ８は、図中の矢印Ｃの方向に移動する。第１レンズ８は、像側に凸の負メニスカスレンズからなる。
In this embodiment, the optical aperture (ST), the first reflecting
［実施形態３］
図１６は、実施形態３の撮像光学系５３の構成を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施形態３の撮像光学系５３は、光路上物体側から順に、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム１０、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、正の光学的パワーを持つ第１レンズ１１、負の光学的パワーを持つ第２レンズ１２、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム１３を有してなる。
[Embodiment 3]
FIG. 16 is a cross-sectional view of the configuration of the imaging
第１反射プリズム１０は、入射面１０ａが負の光学的パワーを、射出面１０ｂが正の光学的パワーを有しており、入射面１０ａと射出面１０ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ５を備えている。第２反射プリズム１３は、入射面１３ａが負の光学的パワーを、射出面が正の光学的パワーを有しており、入射面１３ａと射出面１３ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ６を備えている。
The first reflecting
本実施形態では、第１、第２反射プリズム１０、１３及び光学絞り（ＳＴ）は固定されており、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うとき、レンズ１１，１２は、図中の矢印Ｂの方向に移動する。第１レンズ１１は、正の光学的パワーを持つ両凸レンズからなり、第２レンズ１２は、像側に凸の負メニスカスレンズ（負の光学的パワーを持つレンズ）からなり、第１レンズ１１及び第２レンズ１２は、接合されている。
In the present embodiment, the first and second reflecting
以上説明した前記各実施形態にかかる撮像光学系５１、５２、５３のように、入射光をそれぞれ略９０度折り曲げて反射する２個の反射プリズムを、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置することにより、撮像光学系のコンパクト化を図ることができる。
As in the imaging
すなわち、例えば図１２に示すような、反射プリズムを備えずに（入射光をそれぞれ略９０度折り曲げて反射する反射面を１つも設けずに）、図１１に示す撮像光学系５１と略等価な撮像光学系５０１を構成し、携帯電話機２００等に搭載する場合、矢印Ｂに示す方向と携帯電話機２００の厚み方向（図８の表裏方向）とが対応するから、携帯電話機２００の厚みは撮像光学系の光学全長以上となる。この構成にあっては、携帯電話機２００は非常に厚みが厚くなり、大型となる。
That is, for example, as shown in FIG. 12, it is substantially equivalent to the imaging
そこで、図１３に示す撮像光学系５０２ように、反射面を１つ設けた撮像光学系（図１２に示すレンズ１’に代えてプリズム１を備えた撮像光学系）を構成すると、撮像光学系における矢印Ａの方向を携帯電話機２００の厚み方向に対応させることができ、図１２に示す場合に比して、携帯電話機２００を薄型化することができる。
Therefore, when an imaging optical system (an imaging optical system including the
しかしながら、撮像素子６は、パッケージや電気配線を備えて構成されており、これらの存在によって受光面と平行な面方向に大きな構造を有している。そのため、携帯電話機２００の厚みは、撮像素子６の前記面方向の長さ以上（図１３に示す長さＬ以上）となり、携帯電話機２００の薄型化は十分でない。
However, the
そこで、本実施形態では、図１１に示すように、前記反射面を２つ備えた撮像光学系５１（図１２に示すレンズ１’，４’に代えて第１、第２反射プリズム１，４を備えた撮像光学系）を構成することにより、撮像光学系の厚みが、第１反射プリズム１０の幅方向（矢印Ａ方向）Ｌ’（＜Ｌ）に相当することとなり、携帯電話機２００の更なる薄型化（コンパクト化）を達成することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, an imaging
以下、上記実施形態に係る撮像光学系５１、５２、５３を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。
Hereinafter, the imaging
実施形態１（実施例１）の撮像光学系５１における、各レンズのコンストラクションデータを表１、表２に示す。本実施例（以下の実施例でも同じ）においては、第１反射プリズム１と第２反射プリズム４とが、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにより形成されたものが用いられている。
Tables 1 and 2 show construction data of each lens in the imaging
ここに示したものは、表の左から順に、各光学面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、無限遠合焦状態及び近接距離合焦状態における光軸上での各光学面の間隔（軸上面間隔、単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッベ数である。軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。軸上面間隔における近接距離合焦状態の空欄は、左の無限遠合焦状態の値と同じであることを表している。ここで、各光学面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図１２に示したように、図１１の光路図と略等価な光路図において、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）である。 These are shown in order from the left of the table, the number of each optical surface, the radius of curvature of each surface (unit: mm), each optical surface on the optical axis in the infinitely focused state and the close distance focused state. (The distance between the upper surfaces of the axes, the unit is mm), the refractive index of each lens, and the Abbe number. The axial upper surface distance is a distance converted assuming that the medium existing in a region between a pair of opposing surfaces (including an optical surface and an imaging surface) is air. A blank in the close distance in-focus state in the axial upper surface interval indicates that it is the same as the value in the infinite focus state on the left. Here, the number ri (i = 1, 2, 3,...) Of each optical surface is counted from the object side on the optical path in the optical path diagram substantially equivalent to the optical path diagram of FIG. 11, as shown in FIG. The i-th optical surface, and the surface marked with * in ri is an aspherical surface (aspherical refractive optical surface or a surface having a refractive action equivalent to an aspherical surface).
また、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板５の両面、そして撮像素子６の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。
Further, since each surface of the optical diaphragm (ST), both surfaces of the plane
光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、以下の数式により定義する。 The aspherical shape of the optical surface is defined by the following mathematical formula using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) in which the surface vertex is the origin and the direction from the object toward the image sensor is the positive z-axis direction. .
ただし、ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。上記（３）式から分かるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの面頂点付近の値を示している。
Where z is the amount of displacement in the z-axis direction at the height h (based on the surface vertex)
h: Height in the direction perpendicular to the z-axis (h 2 = x 2 + y 2 )
c: Paraxial curvature (= 1 / radius of curvature)
A, B, C, D: 4th, 6th, 8th, and 10th-order aspheric coefficients k: Conic coefficients. As can be seen from the above equation (3), the radius of curvature for the aspheric lens shown in Table 1 shows a value near the surface vertex of the lens.
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例１における全光学系の球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（DISTORTION）を、図１８の左側から順に示す。この図において、上段は無限遠合焦状態における各収差、下段は近接距離合焦状態における各収差を表している。また、球面収差は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する％で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高、単位ｍｍ）で表している。 Under the above lens arrangement and configuration, the spherical aberration (LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION), astigmatism (ASTIGMATISM), and distortion (DISTORTION) of the entire optical system in Example 1 are shown from the left side of FIG. Shown in order. In this figure, the upper part represents each aberration in the infinite focus state, and the lower part represents each aberration in the close distance focus state. In addition, spherical aberration represents the focal position shift in mm, and the horizontal axis of the distortion represents the amount of distortion in% of the whole. The vertical axis of spherical aberration is shown as a value normalized by the incident height, while the vertical axis of astigmatism and distortion is expressed by the height of the image (image height, unit mm).
さらに球面収差の図には、破線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして二点鎖線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差をそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、破線（Ｔ）は、タンジェンシャル（メリディオナル）像面を近軸像面からの光軸（ＡＸ）方向のずれ量（横軸、単位ｍｍ）で表したものであり、実線（Ｓ）は、サジタル（ラディアル）像面を近軸像面からの光軸（ＡＸ）方向のずれ量（横軸、単位ｍｍ）で表したものである。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。 Further, in the diagram of spherical aberration, red (broken wavelength: 656.28 nm) is indicated by a broken line, yellow (so-called d line; wavelength 587.56 nm) is indicated by a solid line, and blue (wavelength is 435.84 nm) is indicated by a two-dot chain line. The aberrations when two lights are used are shown. In the figure of astigmatism, the broken line (T) represents the tangential (meridional) image plane in terms of the deviation (horizontal axis, unit mm) in the optical axis (AX) direction from the paraxial image plane. The solid line (S) represents the sagittal (radial) image plane in terms of the amount of deviation (horizontal axis, unit mm) in the optical axis (AX) direction from the paraxial image plane. Further, the diagrams of astigmatism and distortion are the results when the yellow line (d line) is used.
この図１８から分かるように、本実施例１の撮像光学系５１は、無限遠合焦状態及び近接距離合焦状態のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。また、この実施例１における無限遠合焦状態での焦点距離（単位ｍｍ）、Ｆ値及び最大像高を、表７にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、明るい光学系が実現できていることがわかる。
As can be seen from FIG. 18, in the imaging
次に、実施形態２（実施例２）の撮像光学系５２における、各レンズのコンストラクションデータを表３、表４に示す。
Next, construction data of each lens in the imaging
さらに、実施形態３（実施例３）の撮像光学系５３における、各レンズのコンストラクションデータを表５、表６に示す。
Furthermore, the construction data of each lens in the imaging
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例２，３の全光学系の球面収差、非点収差そして歪曲収差を、図１９、図２０の左側から順に示す。いずれの実施例における撮像光学系５２、５３も、無限遠合焦状態及び近接距離合焦状態のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。また、この実施例２，３における無限遠合焦状態における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表７にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１同様、明るい光学系が実現できていることがわかる。
The spherical aberration, astigmatism, and distortion of the entire optical system of Examples 2 and 3 under the lens arrangement and configuration as described above are shown in order from the left side of FIGS. In any of the imaging
上記実施例１〜３においては、撮像光学系のコンパクト化を図るために、第２反射プリズム４、９、１３と撮像素子６との配置関係を、次の表８の通りに設定した。すなわち、撮像素子６の光路折り曲げ面（図１１、図１４、図１６における紙面）内における受光面高さａ、第２反射プリズム４、９、１３の射出面４ｂ、９ｂ、１３ｂと撮像素子６の受光面との距離ｄ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（１）式による値を表８の通りにそれぞれ設定した。
In Examples 1 to 3, the arrangement relationship between the second reflecting
さらに、第２反射プリズム４、９、１３の大きさ（長さ）を最適化するために、上記実施例１〜３において各々表９に示すようなパラメータの第２反射プリズム４、９、１３を採用した。すなわち、第２反射プリズム４、９、１３の屈折率ｎ、主光線の距離ｔ、射出瞳距離ｐ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（２）式による値を表９の通りにそれぞれ設定した。
Further, in order to optimize the size (length) of the second reflecting
表８及び表９に示すパラメータを採用することで、実施形態１〜３にかかる撮像光学系５１〜５３は、その厚さ方向（図１１の矢印Ｌ’の方向）のサイズが抑制され、十分な薄型化が図られている。
By adopting the parameters shown in Table 8 and Table 9, the imaging
＜変倍光学系のより具体的な実施形態の説明＞
続いて、図７に示したような変倍光学系１１０、すなわち図８〜図１０に示したようなカメラ付携帯電話機２００、３００或いは携帯情報端末機４００に搭載される撮像レンズ装置２０６を構成する変倍光学系１１０の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
<Description of More Specific Embodiment of Variable-Magnification Optical System>
Subsequently, the
［実施形態４］
図２１は、実施形態４の変倍光学系５４におけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この図２１は、無限遠に合焦させた状態における光学素子の配置を示している。また、この図２１（及び図２２〜図２７）には、物体側から入射した光の進む経路（光路）の概略も示してあり、その光路の中心線が光軸（ＡＸ）である。
[Embodiment 4]
FIG. 21 is a cross-sectional view of the lens group in the variable magnification
本実施形態の変倍光学系５４は、光路上物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１反射プリズム（ＰＲ１；図７における入射側プリズム１０１が相当）から成る第１レンズ群（Ｇｒ１）、両凹の負レンズ（Ｌ１）（負の光学的パワーを有するレンズ）と両凸の正レンズ（正の光学的パワーを有するレンズ）（Ｌ２）との接合レンズから成り、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、光学絞り（ＳＴ）を備え、全体として正の光学的パワーを有し、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）と両凸の正レンズである第４レンズ（Ｌ４）との接合レンズ、及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）から構成される第３レンズ群（Ｇｒ３）、そして正の光学的パワーを有する第２反射プリズム（ＰＲ２；図７における像面側プリズム１０２が相当）から成る第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成される。ここで、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）の光軸は、前記２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間の光路の中心線（ＡＸ）と一致するように備えられている。さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の像側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。この撮像素子（ＳＲ）は、縦横比が例えば３：４の撮像素子である。
The variable power
また、第１反射プリズム（ＰＲ１）は、入射面（Ｓ１）が負の光学的パワーを、射出面（Ｓ３）が正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ１）と射出面（Ｓ３）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ２）を備えている。また、第２反射プリズム（ＰＲ２）は、入射面（Ｓ４）が正の光学的パワーを、射出面（Ｓ６）が負の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ５）を備えている。第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）に設けられた反射面（Ｓ２，Ｓ５）は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して、それぞれ第２レンズ群（Ｇｒ２）又は平行平面板（ＰＬ）に向かって反射させるものである。 The first reflecting prism (PR1) has a negative optical power on the incident surface (S1) and a positive optical power on the emission surface (S3), and the incident surface (S1) and the emission surface (S1). A planar reflection surface (S2) is provided on the optical path between the S3) and S3). In addition, the second reflecting prism (PR2) has an incident surface (S4) having a positive optical power and an exit surface (S6) having a negative optical power. The entrance surface (S4) and the exit surface ( A flat reflecting surface (S5) is provided on the optical path between S6) and S6). In the present embodiment, the reflecting surfaces (S2, S5) provided on the first reflecting prism (PR1) and the second reflecting prism (PR2) bend the incident light at approximately 90 degrees, respectively. Gr2) or a parallel flat plate (PL).
図２１に示す変倍光学系５４は、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向に光線を屈曲した変倍光学系を示すものである。つまり、図２１における左右（横）方向が、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向である。また、矢印Ａの方向は、図８に示した携帯電話機２００の表裏方向に対応する。
A zooming
図２２は、図２１における第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）を、それぞれ当該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズ（ＬＰ１及びＬＰ２）に置換して構成した変倍光学系５４の構成を示す図である。また、図２２に示した番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面である。ここで、矢印Ｄの方向は、撮像素子（ＳＲ）の対角方向に相当する。
FIG. 22 shows a variable power optical system configured by replacing the first reflecting prism (PR1) and the second reflecting prism (PR2) in FIG. 21 with lenses (LP1 and LP2) having functions substantially equivalent to the reflecting prism, respectively. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a
ここで、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で１枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。例えば、３枚の単レンズで構成される接合レンズのレンズ枚数は、１枚ではなく３枚と数える。 Here, the number of lenses in the cemented lens is not represented by one for the entire cemented lens, but by the number of single lenses constituting the cemented lens. For example, the number of lenses of a cemented lens composed of three single lenses is counted as three instead of one.
このような構成の下で、図２１の物体側（被写体側）から入射した光線は、第１反射プリズム（ＰＲ１）の入射面（Ｓ１）に入射し、続いて反射面（Ｓ２）で略９０度に屈曲された後、射出面（Ｓ３）から射出され、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を通過し、第２反射プリズム（ＰＲ２）の入射面（Ｓ４）に入射する。そして、この入射光は、反射面（Ｓ５）で略９０度に屈曲された後、射出面（Ｓ６）から射出され、そこで物体の光学像を形成する。この光学像は、第２反射プリズム（ＰＲ２）に隣り合って配置された平行平面板（ＰＬ）を通過する。このとき、光学像は、撮像素子（ＳＲ）において電気的な信号に変換される際に発生する、いわゆる折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板（ＰＬ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。 Under such a configuration, a light beam incident from the object side (subject side) in FIG. 21 is incident on the incident surface (S1) of the first reflecting prism (PR1), and then approximately 90 on the reflecting surface (S2). After being bent each time, it is emitted from the exit surface (S3), passes through the second lens group (Gr2) and the third lens group (Gr3), and enters the entrance surface (S4) of the second reflecting prism (PR2). To do. The incident light is bent at approximately 90 degrees on the reflecting surface (S5) and then exits from the exit surface (S6), where an optical image of the object is formed. This optical image passes through a plane parallel plate (PL) disposed adjacent to the second reflecting prism (PR2). At this time, the optical image is corrected so as to minimize so-called aliasing noise that occurs when the image is converted into an electrical signal in the imaging element (SR). The plane parallel plate (PL) corresponds to an optical low-pass filter, an infrared cut filter, a cover glass of an image sensor, or the like.
最後に、撮像素子（ＳＲ）において、平行平面板（ＰＬ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として図８〜図１０に示すような携帯電話機２００、３００や携帯情報端末機４００等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。
Finally, in the image sensor (SR), the optical image corrected in the plane parallel plate (PL) is converted into an electrical signal. This electric signal is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, and the like as necessary, so that the
以下、焦点距離が最も短い、すなわち画角が最も大きい広角端（Ｗ）と、焦点距離が最も長い、すなわち画角が最も小さい望遠端（Ｔ）との真中を中間点（Ｍ）という。 Hereinafter, the middle between the wide-angle end (W) having the shortest focal length, that is, the largest angle of view, and the telephoto end (T) having the longest focal length, that is, the smallest angle of view is referred to as an intermediate point (M).
図２１のようなレンズ構成の実施形態４では、図２２に示したように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は像側に凸のＵターン形状を描くように移動し、中間点（Ｍ）付近で最も像側に近づく。また、第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体側に略直線的に移動する。このとき、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は共に、当該レンズ群の光軸方向へ移動し、変倍動作を行う。ただし、以下の実施形態も含め、これらレンズ群の移動の向きや移動量等は、当該レンズ群の光学的パワー等に依存して変わり得るものである。
In
また、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うときは、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されており、少なくとも第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）のいずれか一方のレンズ群を光軸と平行（図２１の矢印Ｂ）の方向に移動すると、全体の厚み（図２１の矢印Ａの方向）を変化させずに合焦できるので望ましい。 When focusing from an infinite focus state to a close distance focus state, the first and second reflecting prisms (PR1, PR2) are fixed, and at least the second lens group (Gr2) and the third lens are fixed. If one lens group in the group (Gr3) is moved in the direction parallel to the optical axis (arrow B in FIG. 21), focusing can be performed without changing the overall thickness (direction of arrow A in FIG. 21). desirable.
以下、図面を参照しながら、実施形態４と同様にして、実施形態５及び実施形態６のレンズ構成を順に説明していく。このとき、図２３及び図２５の符号の意味は図２１と同様であり、図２４及び図２６の符号の意味は図２２と同様である。ただし、同じ符号が付けられているものは同質であるというだけであり、全く同一のものであるという意味ではない。例えば、図２１，図２３及び図２５における第１反射プリズムには同じ符号（ＰＲ１）が付けられているが、これらが同一であるという意味ではない。
Hereinafter, the lens configurations of
［実施形態５］
図２３は、実施形態５の変倍光学系５５におけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この図２３は、無限遠に合焦させた状態における光学素子の配置を示している。
[Embodiment 5]
FIG. 23 is a cross-sectional view of the lens group in the variable magnification
本実施形態の変倍光学系５５は、光路上物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１反射プリズム（ＰＲ１）、及び全体として負の光学的パワーを有する両凹の負レンズ（Ｌ１）と両凸の正レンズ（Ｌ２）との接合レンズから成る第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）を備え、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）と両凸の正レンズ（Ｌ４）との接合レンズから成り、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）から構成される第３レンズ群（Ｇｒ３）、そして正の光学的パワーを有する第２反射プリズム（ＰＲ２）から成る第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成される。ここで、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）の光軸は、前記２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間の光路の中心線（ＡＸ）と一致するように備えられている。さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の像側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。
The variable magnification
また、第１反射プリズム（ＰＲ１）は、入射面（Ｓ１）が負の光学的パワーを、射出面（Ｓ３）が正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ１）と射出面（Ｓ３）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ２）を備えている。また、第２反射プリズム（ＰＲ２）は、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）とが共に正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ５）を備えている。第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）に設けられた反射面（Ｓ２，Ｓ５）は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して、それぞれ第２レンズ群（Ｇｒ２）又は平行平面板（ＰＬ）に向かって反射するものである。 The first reflecting prism (PR1) has a negative optical power on the incident surface (S1) and a positive optical power on the emission surface (S3), and the incident surface (S1) and the emission surface (S1). A planar reflection surface (S2) is provided on the optical path between the S3) and S3). The second reflecting prism (PR2) has a positive optical power at both the incident surface (S4) and the exit surface (S6), and is between the entrance surface (S4) and the exit surface (S6). Is provided with a planar reflecting surface (S5). In the present embodiment, the reflecting surfaces (S2, S5) provided on the first reflecting prism (PR1) and the second reflecting prism (PR2) bend the incident light at approximately 90 degrees, respectively. Gr2) or parallel plane plate (PL).
図２３に示す変倍光学系５５は、図２１と同様、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向に光線を屈曲した変倍光学系を示すものである。また、矢印Ａの方向は、図８に示した携帯電話機２００の表裏方向に対応する。
A variable magnification
図２４は、図２３における第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）を、それぞれ当該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系５５の構成を示す図である。ここで、矢印Ｄの方向は、撮像素子（ＳＲ）の対角方向に相当する。
FIG. 24 shows a configuration of a variable magnification
このような構成の下で、図２３の物体側から入射した光線は、第１反射プリズム（ＰＲ１）の反射面（Ｓ２）で略９０度に屈曲された後、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を通過し、第２反射プリズム（ＰＲ２）の反射面（Ｓ５）で略９０度に屈曲され、撮像素子（ＳＲ）の受光面に被写体の光学像を形成する。 Under such a configuration, the light beam incident from the object side in FIG. 23 is bent at approximately 90 degrees by the reflecting surface (S2) of the first reflecting prism (PR1), and then the second lens group (Gr2) and It passes through the third lens group (Gr3), is bent at approximately 90 degrees by the reflecting surface (S5) of the second reflecting prism (PR2), and forms an optical image of the subject on the light receiving surface of the image sensor (SR).
図２３のようなレンズ構成の実施形態５では、図２４に示したように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側に略直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）も第２レンズ群（Ｇｒ２）との間隔を変化させながら物体側に移動する。このとき、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は共に、当該レンズ群の光軸方向へ移動し、変倍動作を行う。
In
また、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うときは、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されており、少なくとも第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）のいずれか一方のレンズ群を光軸と平行（図２３の矢印Ｂ）の方向に移動すると、全体の厚み（図２３の矢印Ａの方向）を変化させずに合焦できるので望ましい。 When focusing from an infinite focus state to a close distance focus state, the first and second reflecting prisms (PR1, PR2) are fixed, and at least the second lens group (Gr2) and the third lens are fixed. If one lens group of the group (Gr3) is moved in the direction parallel to the optical axis (arrow B in FIG. 23), focusing can be performed without changing the overall thickness (direction of arrow A in FIG. 23). desirable.
［実施形態６］
図２５は、実施形態６の変倍光学系５６におけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この図２５は、無限遠に合焦させた状態における光学素子の配置を示している。
[Embodiment 6]
FIG. 25 is a cross-sectional view of the lens group in the variable magnification
本実施形態の変倍光学系５６は、光路上物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有し、第１反射プリズム（ＰＲ１）と両凹の負レンズ（Ｌ１）と両凸の正レンズ（Ｌ２）との接合レンズから成る第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）を備え、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）と両凸の正レンズ（Ｌ４）との接合レンズから成り、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）から構成される第３レンズ群（Ｇｒ３）、そして負の光学的パワーを有する第２反射プリズム（ＰＲ２）から成る第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成される。ここで、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）の光軸は、前記２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間の光路の中心線（ＡＸ）と一致するように備えられている。さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の像側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。
The variable magnification
また、第１反射プリズム（ＰＲ１）は、入射面（Ｓ１）が負の光学的パワーを、射出面（Ｓ３）が正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ１）と射出面（Ｓ３）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ２）を備えている。また、第２反射プリズム（ＰＲ２）は、入射面（Ｓ４）が正の光学的パワーを、射出面（Ｓ６）が負の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ５）を備えている。第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）に設けられた反射面（Ｓ２，Ｓ５）は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して、それぞれ第２レンズ群（Ｇｒ２）又は平行平面板（ＰＬ）に向かって反射する。 The first reflecting prism (PR1) has a negative optical power on the incident surface (S1) and a positive optical power on the emission surface (S3), and the incident surface (S1) and the emission surface (S1). A planar reflection surface (S2) is provided on the optical path between the S3) and S3). In addition, the second reflecting prism (PR2) has an incident surface (S4) having a positive optical power and an exit surface (S6) having a negative optical power. The entrance surface (S4) and the exit surface ( A flat reflecting surface (S5) is provided on the optical path between S6) and S6). In the present embodiment, the reflecting surfaces (S2, S5) provided on the first reflecting prism (PR1) and the second reflecting prism (PR2) bend the incident light at approximately 90 degrees, respectively. Gr2) or reflected toward a plane parallel plate (PL).
図２５に示す変倍光学系は、図２１及び図２３と同様、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向に光線を屈曲した変倍光学系を示すものである。また、矢印Ａの方向は、図８に示した携帯電話機２００の表裏方向に対応する。
The variable power optical system shown in FIG. 25 is a variable power optical system in which a light beam is bent in the short side direction of the image sensor (SR), as in FIGS. Further, the direction of the arrow A corresponds to the front and back direction of the
図２６は、図２５における第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）を、それぞれ当該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系の構成を示す図である。ここで、矢印Ｄの方向は、撮像素子（ＳＲ）の対角方向に相当する。 FIG. 26 shows a configuration of a variable magnification optical system in which the first reflecting prism (PR1) and the second reflecting prism (PR2) in FIG. 25 are replaced with lenses having functions substantially equivalent to the reflecting prism. FIG. Here, the direction of the arrow D corresponds to the diagonal direction of the image sensor (SR).
このような構成の下で、図２５の物体側から入射した光線は、第１反射プリズム（ＰＲ１）の反射面（Ｓ２）で略９０度に屈曲された後、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を通過し、第２反射プリズム（ＰＲ２）の反射面（Ｓ５）で略９０度に屈曲され、撮像素子（ＳＲ）の受光面に被写体の光学像を形成する。 Under such a configuration, the light beam incident from the object side in FIG. 25 is bent at approximately 90 degrees by the reflecting surface (S2) of the first reflecting prism (PR1), and then the second lens group (Gr2) and It passes through the third lens group (Gr3), is bent at approximately 90 degrees by the reflecting surface (S5) of the second reflecting prism (PR2), and forms an optical image of the subject on the light receiving surface of the image sensor (SR).
図２５のようなレンズ構成の実施形態６では、図２６に示したように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）も第２レンズ群（Ｇｒ２）との間隔を変化させながら物体側に移動する。このとき、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は共に、当該レンズ群の光軸方向へ移動し、変倍動作を行う。
In
また、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うときは、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されており、少なくとも第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）のいずれか一方のレンズ群を光軸と平行（図２５の矢印Ｂ）の方向に移動すると、全体の厚み（図２５の矢印Ａの方向）を変化させずに合焦できるので望ましい。 When focusing from an infinite focus state to a close distance focus state, the first and second reflecting prisms (PR1, PR2) are fixed, and at least the second lens group (Gr2) and the third lens are fixed. If one lens group of the group (Gr3) is moved in the direction parallel to the optical axis (arrow B in FIG. 25), focusing can be performed without changing the overall thickness (direction of arrow A in FIG. 25). desirable.
以上説明した実施形態４〜６（実施形態１〜３も同様）においては、変倍光学系、特に第１反射プリズム（ＰＲ１）の汚損を防止するため、第１反射プリズムの入射面より被写体側の位置にカバーガラスを設けてもよい。カバーガラスは通常薄いので、全体の厚みを極端に大きくすることはない。
In the above-described
以下、上記実施形態４〜６に係る変倍光学系５４、５５、５６を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。
Hereinafter, the variable magnification
実施形態４（実施例４）の変倍光学系５４における、各レンズのコンストラクションデータを表１０及び表１１に示す。本実施例（以下の実施例でも同じ）においては、第１反射プリズム（ＰＲ１）と第２反射プリズム（ＰＲ２）とが、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにより形成されたものが用いられている。
Tables 10 and 11 show construction data of each lens in the variable magnification
表１０に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における、無限遠合焦状態での光軸上の各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッべ数である。軸上面間隔Ｍ、Ｔの空欄は、左のＷ欄の値と同じであることを表している。また、軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、図２２にも示したように、物体側から数えてｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）である。 Table 10 shows, in order from the left, the number of each lens surface, the radius of curvature of each surface (unit: mm), the wide angle end (W), the midpoint (M), and the telephoto end (T) at infinity. The distance between the lens surfaces on the optical axis in the in-focus state (axis upper surface distance) (unit: mm), the refractive index of each lens, and the Abbe number. The blanks for the axial top surface spacings M and T indicate that they are the same as the values in the left W column. The axial upper surface distance is a distance converted assuming that the medium existing in the region between a pair of opposing surfaces (including the optical surface and the imaging surface) is air. Here, the number ri (i = 1, 2, 3,...) Of each lens surface is the i-th lens surface counted from the object side, as shown in FIG. The attached surface is an aspherical surface (aspherical refractive optical surface or a surface having a refractive action equivalent to an aspherical surface).
この表１０からわかるように、この実施例４では、最も物体側のレンズ（ＬＰ１）の両面、第５レンズ（Ｌ５）の両面、及び最も像側のレンズ（ＬＰ２）の両面が非球面である。また、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＰＬ）の両面、そして撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は無限大（∞）である。 As can be seen from Table 10, in Example 4, both surfaces of the most object side lens (LP1), both surfaces of the fifth lens (L5), and both surfaces of the most image side lens (LP2) are aspherical surfaces. . Further, since each surface of the optical diaphragm (ST), both surfaces of the plane parallel plate (PL), and the light receiving surface of the image sensor (SR) is a flat surface, the curvature radius thereof is infinite (∞).
光学素子の非球面形状は、面頂点を原点とし、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の向きとするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式で定義する。 The aspherical shape of the optical element is defined by the following equation using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) in which the surface vertex is the origin and the direction from the object toward the imaging element is the positive direction of the z axis. To do.
ただし、
ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ２＝ｘ２＋ｙ２）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ：それぞれ４，６，８，１０，１２次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。表１１に、円錐係数ｋと非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの値を示す。また、上記（４）式から分かるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの面頂点付近の値を示している。
However,
z: Amount of displacement in the z-axis direction at the position of height h (based on the surface vertex)
h: height in a direction perpendicular to the z-axis (h 2 = x 2 + y 2 )
c: Paraxial curvature (= 1 / radius of curvature)
A, B, C, D, E: 4th, 6th, 8th, 10th, and 12th-order aspherical coefficients k: Conic coefficients. Table 11 shows the values of the cone coefficient k and the aspheric coefficients A, B, C, D, and E. Further, as can be seen from the above equation (4), the radius of curvature for the aspherical lens shown in Table 1 shows a value near the surface vertex of the lens.
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例４の全光学系（第１、第２、第３及び第４レンズ群を合わせたもの）の、無限遠合焦状態における球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（DISTORTION）を、図２７の左側から順に示す。この図において、上段は広角端（Ｗ）、中段は中間点（Ｍ）、下段は望遠端（Ｔ）における各収差を表している。また、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する％で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高、単位ｍｍ）で表してある。 The spherical surface in the infinite focus state of the entire optical system of Example 4 (a combination of the first, second, third, and fourth lens groups) under the lens arrangement and configuration as described above. Aberration (LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION), astigmatism (ASTIGMATISM), and distortion (DISTORTION) are shown in order from the left side of FIG. In this figure, the upper part represents the aberration at the wide-angle end (W), the middle part represents the aberration at the intermediate point (M), and the lower part represents the aberration at the telephoto end (T). Further, the horizontal axis of spherical aberration and astigmatism represents the shift of the focal position in mm, and the horizontal axis of distortion aberration represents the amount of distortion as a percentage of the whole. The vertical axis of spherical aberration is indicated by a value normalized by the incident height, while the vertical axis of astigmatism and distortion is indicated by the height of the image (image height, unit mm).
さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２７ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるd線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８３ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ＳとＴはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（d線）を用いた場合の結果である。 Further, the spherical aberration diagram shows red (wavelength 656.27 nm) as a one-dot chain line, yellow (so-called d-line; wavelength 587.56 nm) as a solid line, and blue (wavelength 435.83 nm) as a broken line, and three different wavelengths. The aberrations when using light are shown respectively. In the figure of astigmatism, symbols S and T represent results on the sagittal (radial) plane and the tangential (meridional) plane, respectively. Further, the diagrams of astigmatism and distortion are the results when the yellow line (d line) is used.
この図２７からわかるように、本実施例４のレンズ群は、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。また、この実施例４における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（ｍｍ）及びＦ値を、表１６及び表１７にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。 As can be seen from FIG. 27, the lens group of Example 4 has sufficient spherical aberration, astigmatism, and distortion at any of the wide angle end (W), intermediate point (M), and telephoto end (T). Therefore, it exhibits excellent optical properties. In addition, Table 16 and Table 17 show focal lengths (mm) and F values at the wide-angle end (W), the intermediate point (M), and the telephoto end (T) in Example 4, respectively. From these tables, it can be seen that in the present invention, a bright optical system with a short focal point can be realized.
次に、実施形態５（実施例５）の変倍光学系５５における、各レンズのコンストラクションデータを表１２及び表１３に示す。これらの表からわかるように、この実施例５では、最も物体側のレンズ（ＬＰ１）の両面、第２レンズ（Ｌ２）の像側の面、第３レンズ（Ｌ３）の物体側の面、第５レンズ（Ｌ５）の両面、及び最も像側のレンズ（ＬＰ２）の両面が非球面である。
Next, construction data of each lens in the variable magnification
実施形態６（実施例６）の変倍光学系５６における、各レンズのコンストラクションデータを表１４及び表１５に示す。これらの表からわかるように、この実施例６では、最も物体側のレンズ（ＬＰ１）の物体側の面、第２レンズ（Ｌ２）の像側の面、第３レンズ（Ｌ３）の物体側の面、第５レンズ（Ｌ５）の物体側の面、及び最も像側のレンズ（ＬＰ２）の両面が非球面である。
Tables 14 and 15 show construction data of each lens in the variable magnification
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例５及び６の全光学系の球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図２８、並びに図２９及び図３０にそれぞれ示す。図２８及び図２９は、無限遠合焦状態における各収差であり、図３０は実施例６の近接距離合焦状態における各収差である。いずれの実施例におけるレンズ群も、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。 FIG. 28, FIG. 29, and FIG. 30 show the spherical aberration, astigmatism, and distortion of the entire optical system of Examples 5 and 6 under the lens arrangement and configuration as described above. 28 and 29 show the respective aberrations in the infinite focus state, and FIG. 30 shows the respective aberrations in the close distance focus state of the sixth embodiment. The lens group in any of the embodiments is excellent in that spherical aberration, astigmatism, and distortion are sufficiently suppressed at any of the wide angle end (W), the intermediate point (M), and the telephoto end (T). Optical characteristics are shown.
また、この実施例５及び６における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（mm）及びＦ値を、表１６及び表１７にそれぞれ示す。これらの表から、実施例４同様、明るい光学系が実現できていることがわかる。 Tables 16 and 17 show the focal lengths (mm) and F values at the wide-angle end (W), the intermediate point (M), and the telephoto end (T) in Examples 5 and 6, respectively. From these tables, it can be seen that a bright optical system can be realized as in Example 4.
上記実施例４〜６においては、変倍光学系のコンパクト化を図るために、第２反射プリズム（ＰＲ２）と撮像素子（ＳＲ）との配置関係を、次の表１８の通りに設定した。すなわち、撮像素子（ＳＲ）の光路折り曲げ面（図２１、図２３、図２５における紙面）内における受光面高さａ、第２反射プリズム（ＰＲ２）の射出面（Ｓ６）と撮像素子（ＳＲ）の受光面との距離ｄ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（１）式による値を表１８の通りにそれぞれ設定した。 In Examples 4 to 6, the arrangement relationship between the second reflecting prism (PR2) and the imaging element (SR) was set as shown in Table 18 below in order to reduce the size of the variable magnification optical system. That is, the light receiving surface height a in the optical path bending surface of the image sensor (SR) (the paper surface in FIGS. 21, 23, and 25), the exit surface (S6) of the second reflecting prism (PR2), and the image sensor (SR). The distance d to the light receiving surface (both in mm) and the value according to the above equation (1) were set as shown in Table 18.
さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の大きさ（長さ）を最適化するために、上記実施例４〜６において各々表１９に示すようなパラメータの第２反射プリズム（ＰＲ２）を採用した。すなわち、第２反射プリズム（ＰＲ２）の屈折率ｎ、主光線の距離ｔ、射出瞳距離ｐ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（２）式による値を表１９の通りにそれぞれ設定した。 Further, in order to optimize the size (length) of the second reflecting prism (PR2), the second reflecting prism (PR2) having the parameters shown in Table 19 in each of the above Examples 4 to 6 was adopted. That is, the refractive index n of the second reflecting prism (PR2), the principal ray distance t, the exit pupil distance p (all in mm), and the values according to the above equation (2) were set as shown in Table 19.
表１８及び表１９に示すパラメータを採用することで、実施形態４〜６にかかる変倍光学系５４〜５６は、その厚さ方向（図２１の矢印Ｌ’の方向）のサイズが抑制され、十分な薄型化が図られている。
By employing the parameters shown in Table 18 and Table 19, the variable magnification
以上説明したように、上記実施形態１〜６に係る撮像光学系５１〜５３、変倍光学系５４〜５６は、小型・軽量であるため、デジタル機器、とりわけ携帯電話機２００等の携帯機器に搭載するのに好適である。さらに、このような撮像光学系及び変倍光学系は、高画素の撮像素子（２００万画素クラス以上の撮像素子）にも対応可能な高い光学性能を有しているので、補間を必要とする電子ズーム方式に対しても高い優位性を保っている。
As described above, since the imaging
なお、本発明は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて以下の形態も採用可能である。
（１）前記各実施形態の撮像光学系及び変倍光学系は、各レンズ群や絞り、あるいはシャッターの駆動にあたり、カムやステッピングモータを用いてもよいし、あるいは、移動量が少ない場合や駆動対象のレンズ群が比較的軽量である場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いてもよい。これにより、駆動部のサイズや電力消費の増加を抑えつつ、各レンズ群を独立に駆動させることも可能となり、装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
The present invention can employ the following embodiments in addition to or in place of the above embodiments.
(1) The imaging optical system and the variable power optical system of each of the embodiments may use a cam or a stepping motor to drive each lens group, aperture, or shutter, or may be driven when the amount of movement is small. If the target lens group is relatively light, an ultra-small piezoelectric actuator may be used. Accordingly, it is possible to drive each lens group independently while suppressing an increase in the size of the drive unit and power consumption, and the device can be further downsized.
（２）前記実施形態では、変倍光学系をコンパクトにするために、第１反射プリズムの被写体側の面と第２反射プリズムの像側の面とを、矢印Ａの方向に最も離間するように配置したが、これに限らず、前記２つの面が矢印Ａの方向に最も近接する（第１反射プリズム及び第２反射プリズムに対して同じ側方領域）ように配置してもよい。 (2) In the above-described embodiment, in order to make the variable magnification optical system compact, the object side surface of the first reflecting prism and the image side surface of the second reflecting prism are separated most in the direction of the arrow A. However, the present invention is not limited to this, and the two surfaces may be disposed closest to each other in the direction of arrow A (the same side region with respect to the first reflecting prism and the second reflecting prism).
１００、５１、５２、５３ 撮像光学系
１１０、５４、５５、５６ 変倍光学系
１０１ 入射側プリズム
１０１ａ 入射側プリズムの入射面
１０１ｂ 入射側プリズムの射出面
１０１ｃ 入射側プリズムの反射面
１０１ｍ 不使用面
１０２ 像面側プリズム
１０２ａ 像面側プリズムの入射面
１０２ｂ 像面側プリズムの射出面
１０２ｃ 像面側プリズムの反射面
１０２ｍ 不使用面
１０３ フォーカシング用のレンズ
１０４、ＳＴ 光学絞り
１０５、ＳＲ 撮像素子
１１３ レンズ群（変倍動作用のレンズ）
２００ 携帯電話機
２０６ 撮像レンズ装置（カメラ）
２１０ 変倍ボタン
３００ 折り畳み式携帯電話機
４００ 携帯情報端末機
Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
ＰＲ１ 第１反射プリズム
ＰＲ２ 第２反射プリズム
ＰＬ 平行平面板
ＡＸ 光軸
Ｈ 被写体
Ｇｅ１，Ｇｅ２ ゲート痕
100, 51, 52, 53 Imaging
200
210
Claims (9)
入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する複数の反射プリズムが、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と前記撮像素子側に配置された反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置されてなる撮像光学系において、
少なくとも前記被写体側反射プリズムと前記撮像素子側反射プリズムとは、樹脂材料を用いたインジェクションモールドにより形成されたものであり、
前記インジェクションモールドによるゲート痕が、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムにおいて、光の入射、反射及び射出が実質的に行われない不使用面に配置されていることを特徴とする撮像光学系。 An imaging optical system that forms an optical image of a subject on a light receiving surface of an image sensor that converts an optical image into an electrical signal,
A plurality of reflecting prisms that bend and reflect incident light by a predetermined angle are substantially parallel to the incident surface of the reflecting prism disposed on the subject side on the optical path and the exit surface of the reflecting prism disposed on the image sensor side. In the imaging optical system arranged so that
At least the subject side reflecting prism and the imaging element side reflecting prism are formed by an injection mold using a resin material,
An imaging optical device characterized in that a gate mark by the injection mold is disposed on a non-use surface on the subject side reflecting prism and the imaging element side reflecting prism where light is not incident, reflected and emitted substantially. system.
前記ゲート痕が形成された不使用面が同一方向に配置されるよう、前記被写体側反射プリズム及び撮像素子側反射プリズムが組み付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系。 In the case where an optical diaphragm is disposed between the subject side reflecting prism and the image sensor side reflecting prism,
4. The object side reflection prism and the image sensor side reflection prism are assembled so that the unused surface on which the gate mark is formed is arranged in the same direction. Imaging optical system.
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