WO2010103948A1 - 撮像光学系，撮像光学装置及びデジタル機器 - Google Patents

撮像光学系，撮像光学装置及びデジタル機器 Download PDF

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WO2010103948A1
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prism
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imaging optical
power group
reflecting
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恵子 山田
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コニカミノルタオプト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system, an imaging optical device, and a digital device. More specifically, the present invention relates to an imaging optical device that captures an image of a subject with an imaging device, a digital device with an image input function that includes the imaging device, and an imaging optical system that forms an optical image of the subject on a light receiving surface of the imaging device. It is.
  • Patent Document 1 proposes a configuration in which one reflecting prism that bends the optical path is arranged in the optical path of the imaging optical system.
  • Patent Document 2 proposes a configuration in which two reflecting prisms that bend the optical path are arranged in the optical path of the imaging optical system.
  • the thickness of the entire optical configuration is determined by the size of the image sensor. For this reason, there exists a problem that the enlargement of an image pick-up element size leads to the increase in the thickness of the whole optical structure.
  • Patent Document 2 In the configuration using two reflecting prisms as proposed in Patent Document 2, the optical path is bent twice. For this reason, it can be solved that the enlargement of the image sensor size leads to an increase in the thickness of the entire optical configuration. In addition, since the incident surface and the exit surface of the reflecting prism are given power, it is possible to correct aberrations that occur in the imaging optical system. However, in the configuration described in Patent Document 2, since the size of the reflecting prism installed on the image side is large, the entire optical configuration is not sufficiently thinned. Patent Document 2 does not describe correction of aberrations that are significant in an optical system having a prism, such as astigmatism and chromatic aberration, which are necessary to ensure the performance of the imaging optical system. Therefore, it is difficult for the optical configuration described in Patent Document 2 to cope with the increase in the number of pixels of the image sensor.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to have a high optical performance that can cope with an increase in the number of pixels of an image sensor and to achieve a reduction in the thickness of the entire optical configuration.
  • An imaging optical system, an imaging optical apparatus including the imaging optical system, and a digital device are provided.
  • an imaging optical system is an imaging optical system for forming an optical image of an object on a light receiving surface of an imaging element, and reflects light that bends incident light at a substantially right angle.
  • the power group closest to the incident surface of the second prism is a positive power group, and the incident surface of the second prism has a concave shape on the object side, and the following conditional expression (1 ) And (2) are satisfied.
  • fp2 Focal length of the second prism
  • f focal length of the entire imaging optical system
  • f_lp focal length of the power group closest to the entrance surface of the second prism, It is.
  • the imaging optical system according to a second aspect of the present invention is the imaging optical system according to the first aspect, wherein the stop and at least one negative power group located on the image side of the stop are on the optical path between the reflecting surfaces of the two reflecting prisms. It is characterized by having.
  • An imaging optical system is characterized in that, in the second aspect of the invention, the following conditional expression (3) is satisfied. 0.5 ⁇
  • f_ln Focal length of the negative power group located on the image side of the stop, It is.
  • An imaging optical system is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the positive power group has at least one positive lens satisfying the following conditional expression (4). To do. 0.56 ⁇ nd_lp / nd_p2 ⁇ 0.97 (4) However, nd_lp: refractive index of the positive lens, nd_p2: the refractive index of the prism material constituting the reflecting surface of the second prism, It is.
  • An imaging optical system is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the positive power group has at least one positive lens that satisfies the following conditional expression (5).
  • ⁇ d_lp Abbe number of positive lens
  • ⁇ d_p2 Abbe number of the prism material constituting the reflecting surface of the second prism
  • At least one optical member to be driven at the time of focusing is located on the optical path sandwiched between the two reflecting prisms. It is characterized by that.
  • the imaging optical system according to a seventh aspect of the present invention is the imaging optical system according to any one of the first to sixth aspects, wherein a plurality of optical members that are moved during focusing are positioned on an optical path sandwiched between the two reflecting prisms. It is characterized by.
  • An imaging optical system is characterized in that, in any one of the first to seventh inventions, at least one of the two reflecting prisms is made of a glass material.
  • the imaging optical system according to a ninth aspect is characterized in that, in any one of the first to eighth aspects, at least one of the two reflecting prisms is made of a resin material.
  • the imaging optical system of the tenth invention is characterized in that, in any one of the first to ninth inventions, at least one of the two reflecting prisms is made of a composite material.
  • An imaging optical system is the imaging optical system according to any one of the first to tenth aspects, wherein at least one of the two reflecting prisms is formed on a prism portion made of a glass material and on the optical surface thereof. And a lens portion constituting a power surface with a resin material.
  • the imaging optical system according to a twelfth aspect of the invention is characterized in that, in any one of the first to eleventh aspects of the invention, an infrared cut filter is provided on the optical path sandwiched between the two reflecting prisms.
  • An imaging optical system is the optical system according to any one of the first to eleventh aspects, wherein any one of the two reflecting prisms has an infrared cut function for reducing an infrared component contained in incident light. It is characterized by that.
  • An imaging optical device is an imaging optical system according to any one of the first to thirteenth aspects, an imaging element that converts an optical image formed on the light receiving surface into an electrical signal, It is provided with.
  • a digital apparatus is characterized in that at least one of a still image shooting and a moving image shooting function of a subject is added by including the imaging optical device according to the fourteenth aspect.
  • the present invention it is possible to obtain a high optical performance that can cope with an increase in the number of pixels of the image pickup device and to reduce the thickness of the entire optical configuration by the thinning of the second prism and the aberration correction effect. If the imaging optical system according to the present invention is used, it is possible to realize an imaging optical device and a digital device that achieve both a reduction in thickness and an increase in the number of pixels.
  • deployment state The optical block diagram which shows 2nd Embodiment (Example 2) in the optical cross section in an optical path expansion
  • FIG. 6 is an aberration diagram in Example 1 when focused on infinity.
  • FIG. 6 is an aberration diagram in Example 2 when focused on infinity.
  • FIG. 6 is an aberration diagram for Example 3 in the infinitely focused state.
  • FIG. 10 is an aberration diagram for Example 4 at the infinite focus state.
  • FIG. 10 is an aberration diagram for Example 5 at infinity in focus.
  • FIG. 6 is an aberration diagram for Example 1 in the close distance in-focus state.
  • FIG. 6 is an aberration diagram in Example 2 when the proximity distance is in focus.
  • FIG. 6 is an aberration diagram for Example 3 in the close distance in-focus state.
  • FIG. 10 is an aberration diagram for Example 4 when the close-distance focusing state is achieved.
  • FIG. 9 is an aberration diagram for Example 5 when the proximity distance is in focus.
  • 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration example of a digital device with an image input function according to the present invention.
  • the imaging optical system according to the present invention is suitable for use as an imaging optical system for a digital device with an image input function.
  • an imaging optical device or the like an image of a subject is optically captured and electrically
  • An imaging optical device that outputs as a signal can be configured.
  • the imaging optical device is an optical device that is a main component of a camera used for still image shooting and moving image shooting of a subject, for example, an imaging optical system that forms an optical image of an object in order from the object (i.e., subject) side. And an imaging device that converts an optical image formed by the imaging optical system into an electrical signal.
  • cameras examples include digital cameras, video cameras, surveillance cameras, videophone cameras, etc., and small computers such as personal computers and portable information devices (for example, mobile computers, cellular phones, and portable information terminals). Information devices), peripheral devices (scanners, printers, etc.), other digital devices; cameras built in or external to home appliances.
  • an imaging optical device it is possible not only to configure a camera by using an imaging optical device, but also to add a camera function by mounting the imaging optical device on various digital devices.
  • a digital device with an image input function such as a mobile phone with a camera can be configured.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration example of a digital device DU having an image input function.
  • the imaging optical device OU mounted on the digital device DU shown in FIG. 21 includes, in order from the object side, an imaging optical system OP that forms an optical image (image plane) IM of the object, and a light receiving surface SS by the imaging optical system OP.
  • the image pickup element SR CG: cover glass
  • converts the optical image IM formed into an electrical signal is provided (the optical surface shape, power arrangement, aperture arrangement, etc. shown in FIG.
  • the image pickup optical device OU is usually arranged inside the body, but when necessary to realize a camera function, a form as necessary is adopted. Is possible.
  • the unitized imaging optical device OU can be configured to be detachable or rotatable with respect to the main body of the digital device DU.
  • the imaging device SR for example, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensor having a plurality of pixels is used. Since the imaging optical system OP is provided so that the optical image IM of the subject is formed on the light receiving surface SS of the imaging element SR, the optical image IM formed by the imaging optical system OP is electrically generated by the imaging element SR. Converted to a typical signal.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor
  • the digital device DU includes a signal processing unit 1, a control unit 2, a memory 3, an operation unit 4, a display unit 5 and the like in addition to the imaging optical device OU.
  • the signal generated by the image sensor SR is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, and the like in the signal processing unit 1 as necessary, and is recorded in the memory 3 (semiconductor memory, optical disk, etc.) as a digital video signal, In some cases, the signal is transmitted to another device through a cable or converted into an infrared signal.
  • the control unit 2 is composed of a microcomputer, and performs control of functions such as a photographing function (still image photographing function, moving image photographing function, etc.), an image reproduction function, etc .; control of a lens moving mechanism for focusing, and the like.
  • the control unit 2 controls the imaging optical device OU so as to perform at least one of still image shooting and moving image shooting of a subject.
  • the display unit 5 includes a display such as a liquid crystal monitor, and displays an image using an image signal converted by the image sensor SR or image information recorded in the memory 3.
  • the operation unit 4 includes operation members such as an operation button (for example, a release button) and an operation dial (for example, a shooting mode dial), and transmits information input by the operator to the control unit 2.
  • the imaging optical system OP has two reflecting prisms that bend incident light at a substantially right angle (that is, bends the optical axis AX by approximately 90 degrees), and the optical axis AX is a virtual one with the two reflecting prisms.
  • the bending optical system is configured so as to be bent twice along a plane (for example, the paper surface of FIG. 21).
  • the reflecting prism located on the object side (subject side) on the optical path is the first prism P1
  • the reflecting prism located on the image side (image sensor SR side) on the optical path is the second prism P2. is there.
  • the central principal ray of the light beam incident on the center of the screen corresponds to the optical axis AX.
  • the optical paths of the respective incident lights are bent at a substantially right angle (substantially 90 degrees) due to the reflection at the reflection surfaces RL1 and RL2 of the first and second prisms P1 and P2, and the first prism P1.
  • the optical axis AX on the incident surface (the light incident side surface of the prism) and the optical axis AX on the exit surface (the light exit side surface of the prism) of the second prism P2 are substantially parallel. Since the optical axis AX on the most object side of the imaging optical system OP and the optical axis AX on the most image side are substantially parallel, the optical axis AX direction corresponds to the thickness direction of the optical configuration.
  • the light receiving surface SS of the imaging element SR is substantially perpendicular to the optical axis AX on the exit surface of the second prism P2, even if the size of the light receiving surface SS is large, it is not the entire imaging optical device OU. It does not lead to an increase in thickness. In other words, the imaging optical device OU can be thinned regardless of the size of the image plane IM. Therefore, if two reflecting prisms are arranged as described above, it is possible to achieve both a reduction in the thickness of the entire optical configuration and an increase in the number of pixels.
  • the optical path of the object light can be overlapped in the vicinity of the reflection surfaces RL1 and RL2 by bending the optical path by approximately 90 degrees. Therefore, since the space can be used effectively, the imaging optical system OP can be effectively reduced in thickness. Further, by using the reflecting prism for bending the optical path, the conversion surface interval between the prism incident surface and the prism exit surface can be reduced. Therefore, the downsizing of the imaging optical system OP can be effectively achieved.
  • At least one of the first and second prisms P1 and P2 has optical power.
  • the incident surface S2a of the second prism P2 has a concave surface shape on the object side. Since a prism having no power corresponds to a parallel flat plate having a flat surface on both sides, large astigmatism is generated in proportion to the thickness of the prism when convergent light is incident on the prism. Astigmatism occurring in the second prism P2 can be corrected by making the incident surface S2a of the second prism P2 concave.
  • the prism size increases, and it is difficult to make the imaging optical system OP thin.
  • a lens system LN having a positive power as a whole is disposed between the first prism P1 and the second prism P2.
  • the lens system LN includes a plurality of lens elements (lens elements), a stop ST (aperture stop), and the like, and an optical element such as a filter (for example, an optical filter such as an infrared cut filter or an optical low-pass filter). An element may be included. If a lens element is arranged on the object side of the first prism P1 or the image side of the second prism P2, the thickness of the imaging optical system OP increases, but the distance between the first prism P1 and the second prism P2 is increased.
  • a lens element is disposed in the lens, it is possible to avoid an increase in the thickness of the imaging optical system OP due to the lens element. Therefore, in the imaging optical system OP, it is desirable to dispose a lens element between the first prism P1 and the second prism P2.
  • a protective cover glass may be disposed on the object side of the first prism P1, or a parallel plate such as an infrared cut filter may be disposed on the image side of the second prism P2. Good.
  • the lens system LN located between the first and second prisms P1 and P2 has at least one power group. That is, it is preferable to have a lens element constituting at least one power group on the optical path sandwiched between the two reflecting prisms P1 and P2.
  • the power group corresponds to a group constituting a lens type power arrangement. Accordingly, the power group has only one single lens as an optical element having power, has only one cemented lens as an optical element having power, or a plurality of independent lenses as optical elements having power. An optical element having no power such as a parallel plate may be included.
  • the power group closest to the incident surface S2a of the second prism P2 has positive power. That is, the positive power group Lp is preferable.
  • This positive power group Lp has only one single lens as an optical element having power, or only one cemented lens as an optical element having power.
  • the positive power group Lp may include an optical element that does not have power such as a parallel plate, but an optical element having a plurality of independent lenses as a power optical element has a relationship with its arrangement and the like. It is not included in the positive power group Lp.
  • the thickness of the second prism is determined by the effective area size of the entrance surface and exit surface in the cross section of the short side of the screen (see FIGS. 6 to 10 described later).
  • Conditional expression (1) defines a preferable condition range for achieving good image performance on the image plane and thinning of the entire optical configuration. If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the power of the second prism P2 becomes weak, and correction of astigmatism (that is, astigmatism caused by oblique incidence on the second prism P2) becomes insufficient. On the contrary, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the power of the second prism P2 becomes strong and it becomes difficult to make the light flux in the short side direction of the screen telecentric. For this reason, when the effective diameter of the prism is increased, the prism thickness is increased and the thickness of the imaging optical system OP is increased. Further, coma aberration increases from the viewpoint of optical performance.
  • conditional expression (1a) It is desirable to satisfy the following conditional expression (1a), and it is more desirable to satisfy conditional expression (1b).
  • conditional expression (1b) -3.6 ⁇ fp2 / f ⁇ -0.2 (1a) -3.0 ⁇ fp2 / f ⁇ -0.2...
  • conditional expressions (1a) and (1b) define more preferable condition ranges based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (1).
  • conditional expression (2) is satisfied from the viewpoint of thinning the optical configuration and correcting aberrations, and the conditional expressions (1) and (2) are satisfied. It is further desirable. 0.2 ⁇
  • f_lp focal length of the power group closest to the entrance surface of the second prism
  • fp2 Focal length of the second prism, It is.
  • Conditional expression (2) defines a preferable condition range for making the light beam in the short side direction of the screen telecentric in the second prism P2.
  • the second prism P2 is It can be made thin and compact. If the lower limit of conditional expression (2) is surpassed, the positive power of the power group (positive power group Lp) closest to the incident surface S2a of the second prism P2 becomes strong, and the effective diameter of the positive power group Lp increases. . Since the thickness of the entire optical configuration is determined by the effective diameter of the lens system LN, it is difficult to reduce the thickness of the optical configuration. Further, from the viewpoint of optical performance, it is difficult to correct coma.
  • the power of the second prism P2 becomes stronger than the power of the power group (positive power group Lp) closest to the incident surface S2a of the second prism P2. It becomes difficult to make the light flux in the short side direction of the screen telecentric inside the two prisms P2, and the thickness of the second prism P2 increases.
  • Conditional expression (1) and conditional expression (2) described above define an effective range of conditions for achieving a reduction in thickness of the second prism P2 and an improvement in optical performance. Since the strong power of the second prism P2 that satisfies the conditional expression (1) is effective in correcting astigmatism, it is possible to ensure high optical performance even for a high-pixel imaging device SR. . In addition, it is effective in making the light beam telecentric in the second prism P2 that the power group Lp located adjacent to the front of the second prism P2 has a positive power that satisfies the conditional expression (2). . For this reason, it is possible to make the second prism P2 thin by making the effective diameters substantially the same on the incident side and the exit side of the second prism P2.
  • the thinness of the second prism P2 and the aberration correction effect can provide high optical performance that can cope with an increase in the number of pixels of the image sensor SR, and can achieve a reduction in the thickness of the entire optical configuration. If such an imaging optical system OP is used, it is possible to realize an imaging optical device OU and a digital device DU that achieve both a reduction in the overall optical configuration and an increase in the number of pixels.
  • the conditions for achieving the above effects in a well-balanced manner and achieving higher optical performance, thinner thickness, etc. will be described below.
  • the lens system LN has a positive and negative power arrangement between the first and second prisms P1 and P2.
  • the positive power group arranged in the vicinity of the exit surface of the first prism P1 is effective for correcting chromatic aberration generated in the first prism P1. Further, the angle formed between the light beam and the optical axis AX can be reduced by the positive power group, and the effective diameter can be prevented from being increased on the optical member closer to the object than the positive power group.
  • the positive power group Lp disposed near the incident surface S2a of the second prism P2 is effective in reducing the thickness of the second prism P2 as described above.
  • a negative power group arranged between two power groups having positive power is effective for correcting distortion and field curvature.
  • the lens system LN located between the first and second prisms P1 and P2 if a power group having positive power is arranged on the object side of the stop ST, distortion and coma can be corrected well. Can be configured. If a plurality of positive lenses are arranged in front of the stop ST, correction of chromatic aberration generated in the first prism P1, correction of distortion and coma aberration can be shared by the respective lenses. Effective for improving optical performance.
  • the incident surface S1a of the first prism P1 has a concave surface shape on the object side. Since the incident surface S1a of the first prism P1 has negative power, the angle formed by the light beam with respect to the optical axis AX in the first prism P1 can be reduced. As a result, the first prism P1 can be made compact.
  • f_ln Focal length of the negative power group located on the image side of the stop
  • f_lp focal length of the power group closest to the entrance surface of the second prism
  • Conditional expression (3) defines a preferable condition range regarding the power ratio between the negative power group Ln and the positive power group Lp described above. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the effective diameter in the positive power group increases, and the thickness of the entire optical configuration increases. On the contrary, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the power of the negative power group Ln becomes weak, and the light fluxes at the respective angles of view overlap within the effective diameter of the positive power group Lp, which is disadvantageous in terms of aberration correction. Also, from the viewpoint of optical performance, if the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the negative power becomes strong, and it becomes difficult to correct field curvature. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the positive power becomes strong, making it difficult to correct distortion and coma.
  • the positive power group Lp positioned adjacent to the front of the second prism P2 as a power group has at least one positive lens that satisfies the following conditional expression (4). 0.56 ⁇ nd_lp / nd_p2 ⁇ 0.97 (4)
  • nd_lp refractive index of the positive lens
  • nd_p2 the refractive index of the prism material constituting the reflecting surface of the second prism
  • Conditional expression (4) defines a preferable condition range regarding the refractive index of the second prism P2.
  • the second prism P2 By increasing the refractive index of the second prism P2 so as to satisfy the conditional expression (4), the second prism P2 By reducing the P2 conversion surface interval, the entire optical configuration can be reduced in size. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the refractive index of the second prism P2 will be low, and the converted surface spacing of the second prism P2 will be large, making it difficult to ensure back focus.
  • the positive power group Lp located adjacent to the front of the second prism P2 as a power group has at least one positive lens that satisfies the following conditional expression (5).
  • ⁇ d_lp Abbe number of positive lens
  • ⁇ d_p2 Abbe number of the prism material constituting the reflecting surface of the second prism
  • Conditional expression (5) defines a preferable condition range regarding the Abbe number (that is, dispersion) of the second prism P2, and by satisfying this conditional expression (5), chromatic aberration generated in the second prism P2 is corrected well. It becomes possible to do. If the lower limit of conditional expression (5) is not reached, it will be difficult to correct chromatic aberration generated in the second prism P2. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the chromatic aberration generated in the second prism P2 is excessively corrected, and the chromatic aberration on the image plane is deteriorated.
  • At least one optical member disposed on the optical path sandwiched between the two prism reflection surfaces RL1 and RL2 is driven during focusing.
  • at least one optical member to be driven at the time of focusing is located on the optical path sandwiched between the two reflecting prisms P1 and P2.
  • a focusable lens such as a liquid lens (for example, a liquid optical element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-292663) may be used as an optical member that is driven during focusing.
  • a liquid lens for example, a liquid optical element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-292663
  • an interface between two kinds of liquids (for example, water and oil) that are not mixed is deformed by electrical control, and the power is changed by changing the curvature.
  • Focusing is also possible by driving such a focusable lens, but even in that case, the focusable lens is placed on the optical path sandwiched between the two prism reflecting surfaces RL1 and RL2, or the two reflecting prisms P1 and P2. It is preferable to install on the optical path sandwiched between. If a focusable lens is used, it is not necessary to perform mechanical driving at the time of focusing, thus eliminating the need for a lens element driving device. Accordingly, since the configuration can be simplified, the imaging optical device OU and the digital
  • a plurality of optical members arranged on the optical path sandwiched between the two prism reflection surfaces RL1 and RL2 are positioned on an optical path sandwiched between two reflecting prisms P1 and P2. If comprised in this way, the change of the optical performance accompanying a focus can be made small at the time of a focus.
  • At least one of the two reflecting prisms P1 and P2 is made of a glass material.
  • the prism material is a glass material, a material having a high refractive index can be used. Since the conversion surface interval can be reduced by increasing the refractive index, it is possible to effectively achieve a compact optical configuration. Since the glass material has an advantage that the birefringence, which is a problem with the resin material, is small, it is possible to realize good optical performance. Further, by forming the prism by the glass mold method, it is possible to realize an imaging optical system that can easily reduce aberrations on the refractive surface.
  • At least one of the two reflecting prisms P1 and P2 is made of a resin material.
  • a resin material As the prism material, a reflecting prism having power on the surface can be easily manufactured.
  • an athermal resin resin material having a small refractive index change due to a temperature change
  • the resin material has a large refractive index change at the time of temperature change, so that when the ambient temperature changes, there is a problem that the characteristics fluctuate due to the influence.
  • the influence of temperature change can be reduced by mixing inorganic fine particles in a resin material.
  • the size of the fine particles is smaller than the wavelength of the transmitted light beam. By doing so, scattering can be substantially prevented from occurring.
  • the refractive index of the resin material decreases as the temperature increases
  • the refractive index of the inorganic particles increases as the temperature increases.
  • a resin material with extremely low temperature dependency of the refractive index can be obtained.
  • niobium oxide (Nb 2 O 5 ) in an acrylic resin a change in refractive index due to a temperature change can be reduced.
  • the change A due to the temperature of the refractive index is expressed by the following formula (FA) by differentiating the refractive index n by the temperature t based on the Lorentz-Lorentz formula.
  • the contribution of the second term is generally smaller than the first term in the formula (FA) and can be almost ignored.
  • the linear expansion coefficient ⁇ is 7 ⁇ 10 ⁇ 5
  • A ⁇ 1.2 ⁇ 10 ⁇ 4 [/ ° C.]
  • the absolute value can be suppressed to less than 6 ⁇ 10 ⁇ 5 [/ ° C.].
  • At least one of the two reflecting prisms P1 and P2 is made of a composite material.
  • a composite material as the prism material, aberration correction using the difference in material characteristics can be performed.
  • At least one of the two reflecting prisms P1 and P2 preferably has a prism portion made of a glass material and a lens portion whose power surface is made of a resin material on its optical surface. That is, it is preferable that at least one reflecting prism is made of a composite material in which a power surface is formed of a resin material on the optical surface of the glass prism. It is preferable to construct the reflecting prism with such a composite material because the degree of freedom in selecting the prism material is increased. Since a prism material having a high refractive index can be used, the conversion surface interval can be reduced. Therefore, it is possible to effectively achieve a compact optical configuration. Moreover, since the birefringence seen when using a resin material can be reduced, favorable optical performance can be realized.
  • the composite structure as described above is obtained, for example, by forming a lens portion with an ultraviolet curable resin on a glass prism portion (for example, first and second prisms P1 and P2 in Example 3 described later). ).
  • a glass prism portion for example, first and second prisms P1 and P2 in Example 3 described later.
  • Employing such a manufacturing method is preferable from the viewpoint of mass productivity because a reflecting prism having power can be easily obtained.
  • the reflecting prisms P1 and P2 are composed of a prism portion made of a glass material and a lens portion whose power surface is made of a resin material on its optical surface, the optical characteristics usually differ between the prism portion and the lens portion. . Therefore, in the conditional expressions (4) and (5), the reflecting surface RL2 of the second prism P2 is configured so as to obtain an effect related to shortening of the conversion surface interval in the prism portion and correction of chromatic aberration occurring in the prism portion.
  • the conditions are set by the refractive index and Abbe number of the prism material used.
  • the imaging optical system OP preferably has an infrared cut filter on an optical path sandwiched between two reflecting prisms P1 and P2. If comprised in this way, compared with the case where the filter for an infrared cut is arrange
  • an infrared component may become noise and deteriorate the output image.
  • measures have been conventionally taken to place an infrared cut filter or the like at a required position in the imaging optical system so that the infrared component does not enter the imaging element SR.
  • the imaging optical system OP having the two reflecting prisms P1 and P2 it is desirable to arrange the infrared cut filter on the optical path between the first prism P1 and the second prism P2, and by arranging at that position. It is possible to avoid an increase in the thickness of the imaging optical system OP due to the filter arrangement.
  • one of the two reflecting prisms P1 and P2 has an infrared cut function for reducing the infrared component contained in the incident light.
  • an infrared cut coat may be applied to the incident surface or the exit surface of the prism, or a material that absorbs infrared light may be used for the prism material itself.
  • FIGS. 1 to 5 show the first to fifth embodiments of the imaging optical system OP in the infinite focus state in optical cross sections in the optical path unfolded state, respectively, and FIGS. 6 to 10 show the infinite focus.
  • First to fifth embodiments of the imaging optical system OP in a state are shown as optical sections in a state where the optical path is bent. 1 to 5, in order from the optical axis AX side, the axis that reaches the image plane IM position at the maximum height in the short side direction, the maximum height in the long side direction, and the maximum height in the diagonal direction of the screen, respectively.
  • the external luminous flux is shown. 6 to 10 show off-axis light beams that reach the image plane IM position at the maximum height in the short side direction of the screen.
  • the imaging optical system OP of each embodiment is a single focus lens that forms an optical image IM with respect to the imaging element SR (FIG. 21).
  • the first and second prisms P1 and P2 that bend incident light at a substantially right angle and a lens system LN having a positive power disposed between the two prisms P1 and P2 are provided.
  • a bending optical system is configured in which the optical axis AX is bent twice along a virtual plane (for example, the paper surfaces of FIGS. 6 to 10).
  • the first prism P1 includes a prism portion P1b, a lens portion P1a bonded to the object side surface of the prism portion P1b, and a lens portion P1c bonded to the image side surface of the prism portion P1b.
  • the incident surface of P1 has a concave surface shape on the object side.
  • the second prism P2 includes a prism portion P2b, a lens portion P2a bonded to the object side surface of the prism portion P2b, and a lens portion P2c bonded to the image side surface of the prism portion P2b.
  • the incident surface of P2 has a concave surface shape on the object side.
  • the lens system LN has two or three positive lenses and one negative lens.
  • the positive power group is composed of at least one positive lens
  • the negative power group is composed of one negative lens.
  • a positive power group is disposed as a power group adjacent to the exit surface of the first prism P1
  • a positive power group is disposed as a power group adjacent to the entrance surface of the second prism P2.
  • a negative power group is arranged between the two positive power groups. Further, as indicated by an arrow mF in FIGS. 1 to 5, focusing from an infinite object to a close object is performed by moving at least one power group to the object side.
  • the lens system LN (FIGS. 1 and 6) of the first embodiment includes, in order from the object side, a stop ST, a positive power group including a first lens L1 (biconvex positive lens), and a second lens L2. It is composed of a negative power group composed of (a biconcave negative lens), a positive power group composed of a third lens L3 (a biconvex positive lens), and an infrared cut filter FR.
  • the lens system LN (FIGS. 2 and 7) of the second embodiment includes, in order from the object side, a stop ST, a positive power group including a first lens L1 (biconvex positive lens), and a second lens L2. It is composed of a negative power group composed of (a biconcave negative lens) and a positive power group composed of a third lens L3 (a biconvex positive lens).
  • a positive power group composed of (a biconcave negative lens)
  • a positive power group composed of a third lens L3 (a biconvex positive lens).
  • an infrared cut function is provided by applying an infrared cut coat on the prism incident surface or the prism exit surface, or by using a material that absorbs infrared rays in the prism material itself. May be.
  • the lens system LN (FIGS. 3 and 8) according to the third embodiment includes, in order from the object side, a stop ST, a positive power group including a first lens L1 (biconvex positive lens), and a second lens L2. It is composed of a negative power group composed of (a biconcave negative lens), a positive power group composed of a third lens L3 (a biconvex positive lens), and an infrared cut filter FR.
  • the lens system LN (FIGS. 4 and 9) of the fourth embodiment includes, in order from the object side, a first lens L1 (a positive meniscus lens convex toward the object side) and a second lens L2 (a biconvex positive lens).
  • an infrared cut filter FR a positive power group consisting of a stop ST, a negative power group consisting of a third lens L3 (negative meniscus lens concave on the object side), and a positive power group consisting of a fourth lens L4 (biconvex positive lens).
  • the lens system LN (FIGS. 5 and 10) of the fifth embodiment includes, in order from the object side, a first lens L1 (a positive meniscus lens convex toward the object side) and a second lens L2 (a biconvex positive lens).
  • an infrared cut filter FR an infrared cut filter FR.
  • Examples 1 to 5 listed here are numerical examples corresponding to the first to fifth embodiments, respectively, and are optical configuration diagrams showing the first to fifth embodiments (FIGS. 1 to 5). 10) shows the lens configurations of the corresponding Examples 1 to 5, respectively.
  • Various data include focal length (f, mm), F number (Fno.), Half angle of view ( ⁇ , °), image height (y'max, mm), total lens length (TL, mm), back focus (BF , Mm).
  • the back focus expresses the distance from the last lens surface to the paraxial image surface in terms of air length, and the total lens length is the distance from the front lens surface to the last lens surface plus the back focus. .
  • the corresponding example values are shown in Table 1.
  • FIGS. 11 to 20 are aberration diagrams of Examples 1 to 5.
  • a spherical aberration diagram LONGITUDINAL SPHERICAL ABER.
  • An astigmatism diagram ASTIGMATIC FIELD ⁇ CURVES
  • DISTORTION distortion aberration diagram
  • the spherical aberration diagram shows the spherical aberration for the d-line (wavelength 587.56 nm) indicated by the solid line, the spherical aberration for the C-line (wavelength 656.28 nm) indicated by the short broken line, and the spherical aberration for the g line (wavelength 435.84 nm) indicated by the long broken line.
  • the amount is expressed as the amount of deviation in the optical axis AX direction from the paraxial image plane (unit: mm, horizontal axis scale: -0.200 to 0.200 mm), and the vertical axis indicates the maximum incident height to the pupil.
  • the value normalized by the length that is, the relative pupil height is expressed.
  • the broken line Y represents the tangential image plane with respect to the d line
  • the solid line X represents the sagittal image plane with respect to the d line
  • the amount of deviation in the optical axis AX direction from the paraxial image plane (unit: mm, horizontal scale:
  • the vertical axis represents the image height (IMG HT, unit: mm).
  • the horizontal axis represents distortion with respect to the d-line (unit:%, horizontal axis scale: -5.0 to 5.0%), and the vertical axis represents image height (IMGIMHT, unit: mm).
  • the maximum value of the image height IMG HT corresponds to the maximum image height y′max (half the diagonal length of the light receiving surface SS of the image sensor SR) on the image plane IM.
  • Imaging optical device OP Imaging optical system P1 First prism (reflection prism) P2 Second prism (reflective prism) RL1 Reflective surface RL2 Reflective surface LN Lens system Lp Positive power group Ln Negative power group ST Aperture SR Image sensor SS Light receiving surface IM Image surface (optical image) AX optical axis 1 signal processing unit 2 control unit 3 memory 4 operation unit 5 display unit

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Abstract

　撮像光学系ＯＰは、入射光を略直角に屈曲させる第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２を有する。第１プリズムＰ１の入射面での光軸ＡＸと、第２プリズムＰ２の射出面での光軸ＡＸと、は略平行である。第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２で挟まれた光路上には、少なくとも１つのパワー群を構成するレンズ要素を有しており、第２プリズムＰ２の入射面に最も近いパワー群が正パワー群である。第２プリズムＰ２の入射面は、物体側に凹の面形状を有し、条件式:-4.2<fp2／f<-0.2(fp2:第２プリズムの焦点距離、f:撮像光学系全体の焦点距離)，0.2<｜f_lp／fp2｜<1.5(f_lp:第２プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離)を満足する。

Description

撮像光学系，撮像光学装置及びデジタル機器
　本発明は撮像光学系，撮像光学装置及びデジタル機器に関するものである。更に詳しくは、被写体の映像を撮像素子で取り込む撮像光学装置と、それを搭載した画像入力機能付きデジタル機器と、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と、に関するものである。
　近年、デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ，カメラ付き携帯電話機，カメラ付き携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)等の、画像入力機能を有する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、撮像素子に被写体の光学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。また、上記のような各デジタル機器には携帯性が要求されるので、その小型化も必要である。
　デジタル機器の小型化の一手段としては、撮像光学系のコンパクト化が考えられる。そして、撮像光学系のコンパクト化の手段として、反射プリズムが従来より知られている。例えば特許文献１には、撮像光学系の光路中に、光路を折り曲げる反射プリズムを１個配置したものが提案されている。また特許文献２には、撮像光学系の光路中に、光路を折り曲げる反射プリズムを２個配置したものが提案されている。
特開２００３－２０２５００号公報 特開２００６－５８８４０号公報
　特許文献１で提案されているように反射プリズムを１個用いた構成では、光学構成全体の厚さが撮像素子の大きさによって決定される。このため、撮像素子サイズの拡大が光学構成全体の厚さの増大につながる、という問題がある。
　特許文献２で提案されているように反射プリズムを２個用いた構成では、光路が２回折り曲げられる。このため、撮像素子サイズの拡大が光学構成全体の厚さの増大につながることを解消することができる。また、反射プリズムの入射面と射出面にパワーを持たせているため、撮像光学系で発生する収差を補正することも可能である。しかしながら、特許文献２に記載されている構成では、像側に設置されている反射プリズムのサイズが大きいため、光学構成全体の薄型化が不十分である。また特許文献２には、撮像光学系の性能を確保するために必要な非点収差および色収差など、プリズムを有する光学系で顕著となる収差の補正についての記載がない。したがって、特許文献２に記載されている光学構成では、撮像素子の高画素化に対応することは困難である。
　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、撮像素子の高画素化に対応できる高い光学性能を有するとともに、光学構成全体の薄型化を達成することの可能な撮像光学系，それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。
　上記目的を達成するために、第１の発明の撮像光学系は、撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系であって、入射光を略直角に屈曲させる反射プリズムを２個有しており、そのうち、光路上物体側に位置する反射プリズムを第１プリズムとし、光路上像側に位置する反射プリズムを第２プリズムとするとき、前記第１プリズムの入射面での光軸と、前記第２プリズムの射出面での光軸と、が略平行であり、前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に少なくとも１つのパワー群を構成するレンズ要素を有しており、前記第２プリズムの入射面に最も近いパワー群が正パワー群であり、前記第２プリズムの入射面が物体側に凹の面形状を有しており、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする。
-4.2＜fp2／f＜-0.2 …(1)
0.2＜｜f_lp／fp2｜＜1.5 …(2)
　ただし、
fp2：第２プリズムの焦点距離、
f：撮像光学系全体の焦点距離、
f_lp：第２プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
である。
　第２の発明の撮像光学系は、上記第１の発明において、前記２個の反射プリズムの反射面間の光路上に、絞りと、その絞りよりも像側に位置する少なくとも１つの負パワー群と、を有することを特徴とする。
　第３の発明の撮像光学系は、上記第２の発明において、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
0.5＜｜f_ln／f_lp｜＜1.5 …(3)
　ただし、
f_ln：絞りよりも像側に位置する負パワー群の焦点距離、
である。
　第４の発明の撮像光学系は、上記第１～第３のいずれか１つの発明において、前記正パワー群が、以下の条件式(4)を満たす正レンズを少なくとも１枚有することを特徴とする。
0.56＜nd_lp／nd_p2＜0.97　…(4)
　ただし、
nd_lp：正レンズの屈折率、
nd_p2：第２プリズムの反射面を構成しているプリズム材料の屈折率、
である。
　第５の発明の撮像光学系は、上記第１～第４のいずれか１つの発明において、前記正パワー群が、以下の条件式(5)を満たす正レンズを少なくとも１枚有することを特徴とする。
1.1＜νd_lp／νd_p2＜4 …(5)
　ただし、
νd_lp：正レンズのアッベ数、
νd_p2：第２プリズムの反射面を構成しているプリズム材料のアッベ数、
である。
　第６の発明の撮像光学系は、上記第１～第５のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に駆動させる少なくとも１つの光学部材が位置することを特徴とする。
　第７の発明の撮像光学系は、上記第１～第６のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に移動させる複数の光学部材が位置することを特徴とする。
　第８の発明の撮像光学系は、上記第１～第７のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、ガラス材料から成ることを特徴とする。
　第９の発明の撮像光学系は、上記第１～第８のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、樹脂材料から成ることを特徴とする。
　第１０の発明の撮像光学系は、上記第１～第９のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、複合材料から成ることを特徴とする。
　第１１の発明の撮像光学系は、上記第１～第１０のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、を有することを特徴とする。
　第１２の発明の撮像光学系は、上記第１～第１１のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを有することを特徴とする。
　第１３の発明の撮像光学系は、上記第１～第１１のいずれか１つの発明において、前記２個の反射プリズムのいずれかに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を有することを特徴とする。
　第１４の発明の撮像光学装置は、上記第１～第１３のいずれか１つの発明に係る撮像光学系と、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
　第１５の発明のデジタル機器は、上記第１４の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。
　本発明によれば、第２プリズムの薄型化と収差補正効果により、撮像素子の高画素化に対応できる高い光学性能が得られるとともに、光学構成全体の薄型化を達成することが可能である。そして、本発明に係る撮像光学系を用いれば、薄型化と高画素化とを両立した撮像光学装置及びデジタル機器を実現することができる。
第１の実施の形態(実施例１)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第２の実施の形態(実施例２)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第３の実施の形態(実施例３)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第４の実施の形態(実施例４)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第５の実施の形態(実施例５)を光路展開状態での光学断面で示す光学構成図。 第１の実施の形態(実施例１)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第２の実施の形態(実施例２)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第３の実施の形態(実施例３)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第４の実施の形態(実施例４)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 第５の実施の形態(実施例５)を光路折り曲げ状態での光学断面で示す光学構成図。 実施例１の無限遠合焦状態での収差図。 実施例２の無限遠合焦状態での収差図。 実施例３の無限遠合焦状態での収差図。 実施例４の無限遠合焦状態での収差図。 実施例５の無限遠合焦状態での収差図。 実施例１の近接距離合焦状態での収差図。 実施例２の近接距離合焦状態での収差図。 実施例３の近接距離合焦状態での収差図。 実施例４の近接距離合焦状態での収差図。 実施例５の近接距離合焦状態での収差図。 本発明に係る画像入力機能付きデジタル機器等の概略構成例を示す模式図。
　以下、本発明に係る撮像光学系等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮像光学系は、画像入力機能付きデジタル機器用の撮像光学系としての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。
　カメラの例としては、デジタルカメラ，ビデオカメラ，監視カメラ，テレビ電話用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ，携帯情報機器(例えば、モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末)，これらの周辺機器(スキャナー，プリンター等)，その他のデジタル機器；家電製品等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種デジタル機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
　図２１に、画像入力機能を有するデジタル機器ＤＵの概略構成例を模式的断面で示す。図２１に示すデジタル機器ＤＵに搭載されている撮像光学装置ＯＵは、物体側から順に、物体の光学像(像面)ＩＭを形成する撮像光学系ＯＰと、撮像光学系ＯＰにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲ(ＣＧ：カバーガラス)と、を備えている(なお、図２１中に示す光学面形状，パワー配置，絞り配置等は単なる一例であり、これに限るものではない。)。この撮像光学装置ＯＵで画像入力機能付きデジタル機器ＤＵを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置ＯＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置ＯＵをデジタル機器ＤＵの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
　撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像光学系ＯＰは、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に被写体の光学像ＩＭが形成されるように設けられているので、撮像光学系ＯＰによって形成された光学像ＩＭは、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。
　デジタル機器ＤＵは、撮像光学装置ＯＵの他に、信号処理部１，制御部２，メモリ３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像素子ＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ３(半導体メモリ，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。制御部２はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能(静止画撮影機能，動画撮影機能等)，画像再生機能等の機能の制御；フォーカシングのためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部２により撮像光学装置ＯＵに対する制御が行われる。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子ＳＲによって変換された画像信号あるいはメモリ３に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン(例えばレリーズボタン)，操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部２に伝達する。
　撮像光学系ＯＰは、入射光を略直角に屈曲させる(つまり光軸ＡＸを略９０度折り曲げる)反射プリズムを２個有しており、その２個の反射プリズムで光軸ＡＸが仮想的な一平面(例えば図２１の紙面)に沿って２回屈曲するように配置された屈曲光学系を構成している。２個の反射プリズムのうち、光路上物体側(被写体側)に位置する反射プリズムが第１プリズムＰ１であり、光路上像側(撮像素子ＳＲ側)に位置する反射プリズムが第２プリズムＰ２である。なお、画面中心に入射する光束の中心主光線が光軸ＡＸに相当する。
　撮像光学系ＯＰでは、第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２の反射面ＲＬ１，ＲＬ２での反射により、それぞれの入射光の光路が略直角(略９０度)に折り曲げられて、第１プリズムＰ１の入射面(プリズムの光入射側面)での光軸ＡＸと、第２プリズムＰ２の射出面(プリズムの光射出側面)での光軸ＡＸと、が略平行になっている。撮像光学系ＯＰの最も物体側での光軸ＡＸと最も像側での光軸ＡＸとが略平行であることから、それらの光軸ＡＸ方向が光学構成の厚さ方向に相当する。撮像素子ＳＲの受光面ＳＳは、第２プリズムＰ２の射出面での光軸ＡＸに対して略垂直になっているため、受光面ＳＳのサイズが大きくても、それが撮像光学装置ＯＵ全体の厚さの増大につながることはない。言い換えれば、像面ＩＭのサイズによらずに、撮像光学装置ＯＵの薄型化が可能となる。したがって、上記のように反射プリズムを２個配置すれば、光学構成全体の薄型化と高画素化との両立が可能となる。
　上記のように光路を略９０度折り曲げることにより、反射面ＲＬ１，ＲＬ２近傍では物体光の光路を重ね合わせることができる。したがって、空間を有効に活用することができるため、撮像光学系ＯＰの薄型化を効果的に達成することができる。また、光路の折り曲げに反射プリズムを使用することにより、プリズム入射面とプリズム射出面との換算面間隔を小さくすることができる。したがって、撮像光学系ＯＰのコンパクト化を効果的に達成することができる。
　撮像光学系ＯＰにおいて、第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２の少なくとも一方は光学的パワーを有している。第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２のそれぞれにおいて、入射面，射出面のうちの少なくとも一方が光学的パワーを有することが好ましく、それによって、撮像光学系ＯＰで発生する収差を補正することが可能である。
　第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａは物体側に凹の面形状を有することが好ましい。パワーを持たないプリズムは両面共が平面の厚い平行平板に相当するので、そこに収束光が斜めに入射すると、プリズムの厚さに比例した大きな非点収差が発生することになる。第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａを凹形状にすれば、第２プリズムＰ２で発生する非点収差を補正することが可能である。
　第２プリズムＰ２の射出面のパワーが強いと、プリズムサイズが大きくなるため、撮像光学系ＯＰの薄型化が難しくなる。プリズムサイズを小さくするには、第２プリズムＰ２の射出面のパワーを弱くする必要がある。したがって、第２プリズムＰ２の厚さに影響を及ぼすことなく非点収差を補正するには、射出面よりも入射面の方にパワーを持たせることが好ましい。つまり、第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａを凹面形状にすることが、収差補正とプリズムサイズとを両立させる上で好ましく、結果として、第２プリズムＰ２は負パワーを持つことになる。
　第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間には、全体として正のパワーを有するレンズ系ＬＮが配置されている。レンズ系ＬＮは、複数のレンズ素子(レンズ要素)，絞りＳＴ(開口絞り)等を含んでおり、必要に応じてフィルター(例えば、赤外線カットフィルター，光学的ローパスフィルター等の光学フィルター)等の光学素子を含んでもよい。第１プリズムＰ１の物体側や第２プリズムＰ２の像側にレンズ素子を配置すると、それによって撮像光学系ＯＰの厚さが増大してしまうが、第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間にレンズ素子を配置すれば、レンズ素子の配置による撮像光学系ＯＰの厚さの増大を回避することが可能である。したがって、撮像光学系ＯＰにおいて、第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間にレンズ素子を配置することが望ましい。ただし、レンズ素子以外の光学素子として、保護用のカバーガラスを第１プリズムＰ１の物体側に配置したり、赤外線カットフィルター等の平行平板を第２プリズムＰ２の像側に配置したりしてもよい。
　第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２間に位置するレンズ系ＬＮは、少なくとも１つのパワー群を有することが好ましい。つまり、２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２で挟まれた光路上には、少なくとも１つのパワー群を構成するレンズ要素を有することが好ましい。パワー群は、レンズタイプのパワー配置を構成する群に相当する。したがってパワー群は、パワーを有する光学素子として１枚の単レンズのみを有するもの、パワーを有する光学素子として１枚の接合レンズのみを有するもの、又はパワーを有する光学素子として複数枚の独立したレンズを有するものであり、平行平板のようにパワーを持たない光学素子を含んでもよい。
　第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａに最も近いパワー群は、正パワーを有することが好ましい。つまり、正パワー群Ｌｐであることが好ましい。この正パワー群Ｌｐは、パワーを有する光学素子として１枚の単レンズのみを有するもの、又はパワーを有する光学素子として１枚の接合レンズのみを有するものである。正パワー群Ｌｐは、平行平板のようにパワーを持たない光学素子を含んでいてもよいが、パワーを有する光学素子として複数枚の独立したレンズを有するものは、その配置等との関係から、正パワー群Ｌｐに含まれない。第２プリズムの厚さは、画面短辺方向（後述する図６～図１０参照）断面における、入射面および射出面の有効領域サイズによって決まる。入射面および射出面の有効領域サイズの最大値を小さくするには、両者の有効領域サイズをなるべく一致させることが望ましく、これはプリズム内で各画角の主光線が光軸に平行に近い状態となることを意味する。第２プリズムの入射面は負のパワーを有するため、第２プリズムの前方に隣り合って正のパワー群を配置することにより、プリズム内で各画角の主光線が光軸となす角度を小さくしている。これにより、第２プリズムＰ２の薄型化が可能となる。
　第２プリズムＰ２に関しては、その薄型化と収差補正の観点から、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
-4.2＜fp2／f＜-0.2 …(1)
　ただし、
fp2：第２プリズムの焦点距離、
f：撮像光学系全体の焦点距離、
である。
　条件式(1)は、像面上での良好な像性能と、光学構成全体の薄型化と、を達成するための好ましい条件範囲を規定している。条件式(1)の下限を下回ると、第２プリズムＰ２のパワーが弱くなり、非点収差(つまり、第２プリズムＰ２に対する斜め入射により発生する非点収差)の補正が不十分となる。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、第２プリズムＰ２のパワーが強くなり、画面短辺方向の光束をテレセントリックにすることが困難になる。このため、プリズム有効径が増すことにより、プリズム厚さが増大して、撮像光学系ＯＰの厚さが増すことになる。また、光学性能の観点から言えば、コマ収差が増大することになる。
　以下の条件式(1a)を満たすことが望ましく、条件式(1b)を満たすことが更に望ましい。
-3.6＜fp2／f＜-0.2 …(1a)
-3.0＜fp2／f＜-0.2 …(1b)
　これらの条件式(1a),(1b)は、前記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。好ましくは条件式(1a)、更に好ましくは条件式(1b)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
　第２プリズムＰ２と正パワー群Ｌｐに関しては、光学構成の薄型化と収差補正の観点から、以下の条件式(2)を満足することが望ましく、条件式(1)及び(2)を満足することが更に望ましい。
0.2＜｜f_lp／fp2｜＜1.5 …(2)
　ただし、
f_lp：第２プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
fp2：第２プリズムの焦点距離、
である。
　条件式(2)は、第２プリズムＰ２内で画面短辺方向の光束をテレセントリックにするための好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(2)を満たすことにより、第２プリズムＰ２を薄くコンパクトにすることが可能となる。条件式(2)の下限を下回ると、第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａに最も近いパワー群(正パワー群Ｌｐ)の正パワーが強くなり、その正パワー群Ｌｐの有効径が拡大してしまう。光学構成全体の厚さはレンズ系ＬＮの有効径によって決定されるため、光学構成の薄型化が困難になる。また、光学性能の観点から言えば、コマ収差の補正が困難になる。逆に、条件式(2)の上限を上回ると、第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａに最も近いパワー群(正パワー群Ｌｐ)のパワーよりも、第２プリズムＰ２のパワーが強くなるため、第２プリズムＰ２内部で画面短辺方向の光束をテレセントリックにすることが困難になり、第２プリズムＰ２の厚さが増大する。
　上述した条件式(1)や条件式(2)は、第２プリズムＰ２の薄型化と光学性能の向上とを達成する上で有効な条件範囲を規定している。条件式(1)を満たすような第２プリズムＰ２の強いパワーは、非点収差の補正に有効であるため、高画素の撮像素子ＳＲに対しても高い光学性能を確保することが可能である。また、第２プリズムＰ２の前方に隣り合って位置するパワー群Ｌｐが、条件式(2)を満たす正パワーを有することは、第２プリズムＰ２内で光束をテレセントリックにする上で効果的である。このため、第２プリズムＰ２の入射側と射出側とで有効径をほぼ同じにして、第２プリズムＰ２を薄くすることが可能である。このように、第２プリズムＰ２の薄型化と収差補正効果により、撮像素子ＳＲの高画素化に対応できる高い光学性能が得られるとともに、光学構成全体の薄型化を達成することが可能である。そして、そのような撮像光学系ＯＰを用いれば、光学構成全体の薄型化と高画素化とを両立した撮像光学装置ＯＵ及びデジタル機器ＤＵを実現することができる。上記効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能，薄型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
　２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２の反射面ＲＬ１，ＲＬ２間の光路上に、絞りＳＴと、その絞りＳＴよりも像側に位置する少なくとも１つの負パワー群Ｌｎと、を有することが望ましい。負パワー群Ｌｎで各画角の主光線と光軸ＡＸとの成す角度を増大させることにより、第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａに最も近いパワー群Ｌｐの入射面上において、各画角の光束の入射位置を分離することができるため、収差補正が容易になる。
　第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２間において、レンズ系ＬＮは正負正のパワー配置を有することが好ましい。第１プリズムＰ１の射出面近傍に配置された正パワー群は、第１プリズムＰ１で発生する色収差を補正するのに有効である。さらに、その正パワー群により、光束と光軸ＡＸとの成す角度を小さくして、その正パワー群よりも物体側の光学部材上での有効径の拡大を防ぐことができる。一方、第２プリズムＰ２の入射面Ｓ２ａの近くに配置した正パワー群Ｌｐに関しては、前述したように第２プリズムＰ２の薄型化に効果がある。また、正パワーを有する２つのパワー群の間に配置された負パワー群は、歪曲収差及び像面湾曲の補正に有効である。
　第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２間に位置するレンズ系ＬＮにおいて、絞りＳＴよりも物体側に正パワーを有するパワー群を配置すれば、歪曲収差及びコマ収差を良好に補正することの可能な構成にすることができる。また、絞りＳＴよりも前方に複数の正レンズを配置すれば、第１プリズムＰ１で発生する色収差の補正と、歪曲収差及びコマ収差の補正と、をそれぞれのレンズに分担させることができるので、光学性能の向上に有効である。
　第１プリズムＰ１の入射面Ｓ１ａは物体側に凹の面形状を有することが好ましい。第１プリズムＰ１の入射面Ｓ１ａが負のパワーを有することにより、第１プリズムＰ１内で光線が光軸ＡＸに対して成す角度を小さくすることができる。これにより、第１プリズムＰ１のコンパクト化が可能となる。
　絞りＳＴよりも像側に位置する負パワー群Ｌｎに関しては、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.5＜｜f_ln／f_lp｜＜1.5 …(3)
　ただし、
f_ln：絞りよりも像側に位置する負パワー群の焦点距離、
f_lp：第２プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
である。
　条件式(3)は、前述した負パワー群Ｌｎと正パワー群Ｌｐとのパワー比に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)の下限を下回ると、正パワー群での有効径が拡大してしまい、光学構成全体の厚さが大きくなる。逆に、条件式(3)の上限を上回ると、負パワー群Ｌｎのパワーが弱くなり、正パワー群Ｌｐの有効径内で各画角の光束が重なり合うため、収差補正上不利になる。また、光学性能の観点から言えば、条件式(3)の下限を下回ると、負パワーが強くなるため、像面湾曲の補正が困難になる。逆に、条件式(3)の上限を上回ると、正パワーが強くなるため、歪曲収差やコマ収差を補正することが困難になる。
　前述したようにパワー群として第２プリズムＰ２の前方に隣り合って位置する正パワー群Ｌｐは、以下の条件式(4)を満たす正レンズを少なくとも１枚有することが望ましい。
0.56＜nd_lp／nd_p2＜0.97　…(4)
　ただし、
nd_lp：正レンズの屈折率、
nd_p2：第２プリズムの反射面を構成しているプリズム材料の屈折率、
である。
　条件式(4)は、第２プリズムＰ２の屈折率に関する好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(4)を満たすように第２プリズムＰ２の屈折率を高くすることにより、第２プリズムＰ２の換算面間隔を小さくして、光学構成全体の小型化を図ることが可能となる。条件式(4)の上限を上回ると、第２プリズムＰ２の屈折率が低くなるため、第２プリズムＰ２の換算面間隔が大きくなって、バックフォーカスを確保することが困難になる。逆に、条件式(4)の下限を下回ると、正パワー群Ｌｐ中の正レンズの屈折率が低くなるため、正パワー群Ｌｐ中の正パワー面の曲率が強くなって、色収差の補正が困難になる。
　前述したようにパワー群として第２プリズムＰ２の前方に隣り合って位置する正パワー群Ｌｐは、以下の条件式(5)を満たす正レンズを少なくとも１枚有することが望ましい。
1.1＜νd_lp／νd_p2＜4 …(5)
　ただし、
νd_lp：正レンズのアッベ数、
νd_p2：第２プリズムの反射面を構成しているプリズム材料のアッベ数、
である。
　条件式(5)は、第２プリズムＰ２のアッベ数(つまり分散)に関する好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(5)を満たすことにより第２プリズムＰ２で発生する色収差を良好に補正することが可能となる。条件式(5)の下限を下回ると、第２プリズムＰ２で発生する色収差の補正が困難となる。条件式(5)の上限を上回ると、第２プリズムＰ２で発生する色収差が過剰に補正され、像面上での色収差が悪化する。
　２つのプリズム反射面ＲＬ１，ＲＬ２で挟まれた光路上に配置された少なくとも１つの光学部材を、フォーカス時に駆動させることが好ましい。例えば、２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２で挟まれた光路上に、フォーカス時に駆動させる少なくとも１つの光学部材が位置することが好ましい。あるいは、第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間に位置する単一又は複数のレンズ素子を、フォーカス時に駆動することが好ましい。フォーカス時に、２つの反射面ＲＬ１，ＲＬ２で挟まれた光路上で光学部材(例えば、レンズ素子，光学フィルター等)を機械的にシフトさせる構成にすれば、光学構成全体の厚さを変化させることなく、フォーカスを実施することができる。なお、フォーカス時に反射プリズムを動かす構成やフォーカス時に反射プリズムを含む光学構成全体を駆動する構成では、質量の大きい反射プリズムを動かすために駆動機構に大きな負担を強いることになる。したがって、駆動用モータの大型化を招く等の問題が生じるため好ましくない。
　フォーカス時に駆動させる光学部材として、液体レンズ(例えば、特開２００５－２９２７６３号公報記載の液体光学素子)等の可焦点レンズを用いてもよい。液体レンズは、混合しない２種類の液体(例えば、水と油)の界面を電気制御で変形させて、その曲率変化によりパワーを変化させるものである。そのような可焦点レンズを駆動することによってもフォーカスは可能であるが、その場合でも可焦点レンズを２つのプリズム反射面ＲＬ１，ＲＬ２に挟まれた光路上、あるいは２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２で挟まれた光路上に設置することが好ましい。可焦点レンズを用いれば、フォーカス時に機械的な駆動を行う必要がなくなるため、レンズ素子の駆動装置が不要となる。したがって、構成の簡略化が可能になるため、撮像光学装置ＯＵ及びデジタル機器ＤＵのコンパクト化を達成することができる。
　２つのプリズム反射面ＲＬ１，ＲＬ２で挟まれた光路上に配置された複数の光学部材を、フォーカス時に移動させることが好ましい。例えば、２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２で挟まれた光路上に、フォーカス時に移動させる複数の光学部材が位置することが好ましい。このように構成すれば、フォーカス時に、フォーカスに伴う光学性能の変化を小さくすることができる。
　２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２のうちの少なくとも１つは、ガラス材料から成ることが好ましい。プリズム材料がガラス材料であれば、屈折率の高い材料の使用が可能となる。屈折率を高くすることにより換算面間隔の減少が可能となるため、光学構成のコンパクト化を効果的に達成することができる。ガラス材料には、樹脂材料で問題となる複屈折が少ないという長所があるため、良好な光学性能の実現が可能である。また、ガラスモールド法によってプリズムを成型することにより、屈折面での収差を低減しやすい撮像光学系を実現することができる。
　２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２のうちの少なくとも１つは、樹脂材料から成ることが好ましい。プリズム材料として樹脂材料を用いることにより、面にパワーを有する反射プリズムを容易に作製することが可能となる。
　撮像光学系ＯＰにおいて、反射プリズムＰ１，Ｐ２やレンズ系ＬＮ中のレンズ素子を構成する光学材料として、アサーマル樹脂(温度変化による屈折率変化の小さい樹脂材料)を用いることが望ましい。樹脂材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、周囲の温度が変化した際に、その影響を受けて特性が変動してしまうという問題を抱えている。しかし最近では、樹脂材料中に無機微粒子を混合させることにより、温度変化の影響を小さくできることが分かってきている。一般に、透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じて透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにすることができる。
　また、樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して、互いに打ち消し合うように作用させることにより、屈折率変化が殆ど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に、最大長が２０ｎｍ以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料を得ることができる。例えば、アクリル樹脂に酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることにより、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。反射プリズム等の光学素子の材料として、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、温度変化時の特性変動を小さく抑えることが可能となる。
　次に、屈折率の温度による変化Ａについて詳細に説明する。屈折率の温度による変化Ａは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、以下の式(FA)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　…(FA)
　ただし、式(FA)中、
α：線膨張係数、
［Ｒ］：分子屈折、
である。
　樹脂材料の場合は、一般に式(FA)中の第１項に比べて第２項の寄与が小さく、ほぼ無視することができる。例えば、ＰＭＭＡ(polymethyl methacrylate)樹脂の場合、線膨張係数αは７×１０－５であり、上記式(FA)に代入すると、Ａ＝－１．２×１０－４［／℃］となり、実測値とおおむね一致する。具体的には、従来は－１．２×１０－４［／℃］程度であった屈折率の温度による変化Ａを、絶対値で８×１０－５［／℃］未満に抑えることが好ましい。また、絶対値で６×１０－５［／℃］未満に抑えることができれば更に好ましい。
　２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２のうちの少なくとも１つは、複合材料から成ることが好ましい。プリズム材料として複合材料を用いることにより、材料特性の違いを利用した収差補正が可能となる。
　２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２のうちの少なくとも１つは、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、を有することが好ましい。つまり、少なくとも１つの反射プリズムが、ガラスプリズムの光学面上に樹脂材料でパワー面が形成された複合材料から成ることが好ましい。このような複合材料で反射プリズムを構成するようにすれば、プリズム材料の選択の自由度が増すため好ましい。屈折率の高いプリズム材料を用いることができるため、換算面間隔を減少させることができる。したがって、光学構成のコンパクト化を効果的に達成することができる。また、樹脂材料を用いた場合に見られる複屈折が低減できるため、良好な光学性能を実現することができる。上記のような複合構造は、例えば、ガラス製のプリズム部分の上に紫外線硬化樹脂でレンズ部分を形成することにより得られる(例えば、後述する実施例３中の第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２)。このような作製方法を採用すると、パワーを有する反射プリズムが容易に得られるため、量産性の観点から好ましい。
　反射プリズムＰ１，Ｐ２を、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、で構成した場合、通常、プリズム部分とレンズ部分とで光学特性は異なる。このため前記条件式(4),(5)では、プリズム部分での換算面間隔の短縮やプリズム部分で発生する色収差の補正に関する効果が得られるように、第２プリズムＰ２の反射面ＲＬ２を構成しているプリズム材料の屈折率，アッベ数で条件設定を行っている。
　２つのプリズム反射面ＲＬ１，ＲＬ２で挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを配置することが望ましい。例えば撮像光学系ＯＰが、２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２で挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを有することが好ましい。このように構成すれば、第２プリズムＰ２の射出面から像面ＩＭまでの間に赤外線カット用フィルターを配置した場合と比較して、撮像光学系ＯＰを薄型化することができる。
　撮像素子ＳＲ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って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ＳＲに入射させないように、撮像光学系中の必要に応じた箇所に赤外線カットフィルター等を配置する対策が従来から講じられている。２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２を有する撮像光学系ＯＰにおいては、赤外線カットフィルターを第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間の光路上に配置することが望ましく、その位置に配置することにより、フィルター配置に伴う撮像光学系ＯＰの厚さの増大を回避することが可能となる。
　２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２のいずれかに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を有することが望ましい。赤外線カット機能を持たせるには、プリズムの入射面又は射出面に赤外線カットコートを施してもよいし、プリズム材料自体に赤外線を吸収する材料を用いてもよい。反射プリズムに赤外線カット機能を持たせることにより、赤外線カットフィルターを設置するためのスペースが必要なくなるので、光学構成全体のコンパクト化及び部品点数の抑制が可能である。
　次に、第１～第５の実施の形態を挙げて、撮像光学系ＯＰの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図１～図５に、無限遠合焦状態にある撮像光学系ＯＰの第１～第５の実施の形態を光路展開状態における光学断面でそれぞれ示し、図６～図１０に、無限遠合焦状態にある撮像光学系ＯＰの第１～第５の実施の形態を光路折り曲げ状態における光学断面でそれぞれ示す。図１～図５では、光軸ＡＸ側から順に、画面短辺方向の最大高さ、画面長辺方向の最大高さ、画面対角線方向の最大高さ、で像面ＩＭ位置にそれぞれ到達する軸外光束を示している。また、図６～図１０では、画面短辺方向の最大高さで像面ＩＭ位置に到達する軸外光束を示している。
　各実施の形態の撮像光学系ＯＰはいずれも、撮像素子ＳＲ(図２１)に対して光学像ＩＭを形成する単焦点レンズである。そして、入射光を略直角に屈曲させる第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２と、その間に配置された正パワーを有するレンズ系ＬＮと、で構成されており、２個の反射プリズムＰ１，Ｐ２で光軸ＡＸが仮想的な一平面(例えば図６～図１０の紙面)に沿って２回屈曲するように配置された屈曲光学系を構成している。
　第１プリズムＰ１は、プリズム部分Ｐ１ｂと、プリズム部分Ｐ１ｂの物体側面に接合されたレンズ部分Ｐ１ａと、プリズム部分Ｐ１ｂの像側面に接合されたレンズ部分Ｐ１ｃと、で構成されており、第１プリズムＰ１の入射面は物体側に凹の面形状を有している。第２プリズムＰ２は、プリズム部分Ｐ２ｂと、プリズム部分Ｐ２ｂの物体側面に接合されたレンズ部分Ｐ２ａと、プリズム部分Ｐ２ｂの像側面に接合されたレンズ部分Ｐ２ｃと、で構成されており、第２プリズムＰ２の入射面は物体側に凹の面形状を有している。
　レンズ系ＬＮは、２枚又は３枚の正レンズと１枚の負レンズとを有している。少なくとも１枚の正レンズで正パワー群が構成されており、１枚の負レンズで負パワー群が構成されている。第１プリズムＰ１の射出面に隣接するパワー群として正パワー群が配置されており、第２プリズムＰ２の入射面に隣接するパワー群として正パワー群が配置されている。そして、２つの正パワー群の間に負パワー群が配置されている。また、図１～図５中の矢印ｍＦで示すように、少なくとも１つのパワー群を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う構成になっている。
　第１の実施の形態のレンズ系ＬＮ(図１，図６)は、物体側から順に、絞りＳＴと、第１レンズＬ１(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、第２レンズＬ２(両凹の負レンズ)から成る負パワー群と、第３レンズＬ３(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターＦＲと、で構成されている。
　第２の実施の形態のレンズ系ＬＮ(図２，図７)は、物体側から順に、絞りＳＴと、第１レンズＬ１(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、第２レンズＬ２(両凹の負レンズ)から成る負パワー群と、第３レンズＬ３(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、で構成されている。なお、赤外線カット用フィルターＦＲは配置されていないが、プリズム入射面又はプリズム射出面に赤外線カットコートを施すか、あるいはプリズム材料自体に赤外線を吸収する材料を用いることにより、赤外線カット機能を持たせてもよい。
　第３の実施の形態のレンズ系ＬＮ(図３，図８)は、物体側から順に、絞りＳＴと、第１レンズＬ１(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、第２レンズＬ２(両凹の負レンズ)から成る負パワー群と、第３レンズＬ３(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターＦＲと、で構成されている。
　第４の実施の形態のレンズ系ＬＮ(図４，図９)は、物体側から順に、第１レンズＬ１(物体側に凸の正メニスカスレンズ)及び第２レンズＬ２(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、絞りＳＴと、第３レンズＬ３(物体側に凹の負メニスカスレンズ)から成る負パワー群と、第４レンズＬ４(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターＦＲと、で構成されている。
　第５の実施の形態のレンズ系ＬＮ(図５，図１０)は、物体側から順に、第１レンズＬ１(物体側に凸の正メニスカスレンズ)及び第２レンズＬ２(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、絞りＳＴと、第３レンズＬ３(像側に凹の負メニスカスレンズ)から成る負パワー群と、第４レンズＬ４(両凸の正レンズ)から成る正パワー群と、赤外線カット用フィルターＦＲと、で構成されている。
　以下、本発明を実施した撮像光学系の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１～５は、前述した第１～第５の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１～第５の実施の形態を表す光学構成図(図１～図１０)は、対応する実施例１～５のレンズ構成をそれぞれ示している。
　各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号，曲率半径r(mm)，軸上での面間隔d(mm)，ｄ線(波長587.56nm)に関する屈折率nd，ｄ線に関するアッベ数vdを示す。面番号に*が付された面は非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用いた以下の式(AS)で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してE-n=×10－ｎである。
z＝(c・h２)／[1＋√{1－(1＋K)・c２・h２}]＋Σ(Aj・hｊ) …(AS)
　ただし、
h：z軸(光軸ＡＸ)に対して垂直な方向の高さ(h２=x２+y２)、
z：高さhの位置での光軸ＡＸ方向のサグ量(面頂点基準)、
c：面頂点での曲率(曲率半径rの逆数)、
K：円錐定数、
Aj(j=4,6,8,10)：ｊ次の非球面係数、
である。
　各種データとして、焦点距離(f，mm)，Ｆナンバー(Fno.)，半画角(ω，°)，像高(y'max，mm)，レンズ全長(TL，mm)，バックフォーカス(BF，mm)を示す。Ｆナンバー，半画角及びバックフォーカスは、レンズ全長及び物体距離(d0=∞)における実効値である。また、バックフォーカスは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表記しており、レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。さらに、フォーカスデータとして、フォーカシングにより変化する可変間隔(つまり、無限遠合焦時(d0=∞)と近接距離合焦時(d0=100mm)の軸上面間隔)を示し、また、各条件式に対応する実施例の値を表１に示す。
　図１１～図２０は実施例１～実施例５の収差図である。図１１～図１５は実施例１～５の無限遠合焦状態(d0=∞)での諸収差を示しており、図１６～図２０は実施例１～５の近接距離合焦状態(d0=100mm)での諸収差をそれぞれ示している。図１１～図２０のそれぞれにおいて、左側から順に、球面収差図(LONGITUDINAL SPHERICAL ABER.)、非点収差図(ASTIGMATIC FIELD CURVES)、歪曲収差図(DISTORTION)である。球面収差図は、実線で示すｄ線(波長587.56nm)に対する球面収差量、短い破線で示すＣ線(波長656.28nm)に対する球面収差量、長い破線で示すｇ線(波長435.84nm)に対する球面収差量を、それぞれ近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量(単位：mm，横軸スケール：-0.200～0.200mm)で表しており、縦軸は瞳への入射高さをその最大高さで規格化した値(すなわち相対瞳高さ)を表している。非点収差図において、破線Ｙはｄ線に対するタンジェンシャル像面、実線Ｘはｄ線に対するサジタル像面を、近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量(単位：mm，横軸スケール：-0.200～0.200mm)で表しており、縦軸は像高(IMG HT，単位：mm)を表している。
　歪曲収差図において、横軸はｄ線に対する歪曲(単位：％，横軸スケール：-5.0～5.0％)を表しており、縦軸は像高(IMG HT，単位：mm)を表している。なお、像高IMG HTの最大値は、像面ＩＭにおける最大像高y'max(撮像素子ＳＲの受光面ＳＳの対角長の半分)に相当する。
　実施例１
単位：mm
　面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -5.117 0.000 1.525 56.45
2 ∞ 3.433 1.525 56.45
3 ∞ 0.298 1.525 56.45
4* -9.386 0.112
5(絞り) ∞ 0.500
6 3.500 1.330 1.531 49.33
7 -5.000 0.787
8* -4.857 0.600 1.607 27.10
9* 4.054 d9
10* 9.611 1.975 1.532 56.57
11* -3.418 0.050
12 ∞ 0.300 1.517 64.17
13 ∞ d13
14* -18.247 0.100 1.607 27.10
15 ∞ 3.418 1.607 27.10
16* 6.016 0.400
17 ∞ 0.100 1.517 64.17
18 ∞ 0.100
像面 ∞
　非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 3.4946E-03
A6=-9.8255E-05
A8= 3.3987E-06
A10= 9.6167E-08
第4面
K= 0.0
A4= 4.4700E-03
A6= 1.7029E-04
A8=-3.1054E-05
A10= 3.5086E-05
第8面
K= 0.0
A4=-1.3095E-02
A6= 3.3028E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第9面
K= 0.0
A4=-9.4446E-03
A6= 8.5964E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第10面
K= 0.0
A4= 8.3207E-04
A6= 4.7273E-05
A8= 8.9464E-06
A10=-1.7525E-06
第11面
K= 0.0
A4=-1.3020E-04
A6= 6.7620E-04
A8=-6.9850E-06
A10=-7.4777E-07
第14面
K= 0.0
A4=-9.1262E-03
A6= 5.7247E-04
A8=-2.0648E-05
A10=-6.1550E-06
第16面
K= 0.0
A4=-6.9941E-03
A6= 0.0000E+00
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
　各種データ
f 5.901
Fno. 3.000
ω 29.658
y'max 3.360
TL 15.109
BF 0.560
　フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d9 0.752 0.500
d13 0.894 1.147
　実施例２
単位：mm
　面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -7.934 0.000 1.768 49.23
2 ∞ 3.620 1.768 49.23
3 ∞ 0.355 1.768 49.23
4* -10.540 0.805
5(絞り) ∞ d5
6 4.349 1.012 1.815 43.33
7 -20.408 0.750
8 -8.931 0.600 1.804 24.32
9 5.412 0.700
10* 6.647 1.584 1.525 56.45
11* -4.709 d11
12* -14.256 0.100 1.607 27.60
13 ∞ 3.384 1.607 27.60
14* 6.813 0.400
15 ∞ 0.100 1.517 64.17
16 ∞ 0.100
像面 ∞
　非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 9.0280E-04
A6= 2.3895E-05
A8=-4.7532E-06
A10= 3.3500E-07
第4面
K= 0.0
A4= 1.3480E-03
A6=-1.0479E-04
A8= 2.9829E-05
A10=-1.9600E-06
第10面
K= 0.0
A4= 1.3224E-04
A6= 3.6821E-04
A8= 1.2316E-05
A10=-1.2100E-05
第11面
K= 0.0
A4= 2.7992E-03
A6= 3.7041E-04
A8= 1.3723E-04
A10=-2.6100E-05
第12面
K= 0.0
A4=-6.7420E-03
A6= 2.7071E-04
A8= 2.2032E-05
A10=-1.6200E-05
第14面
K= 0.0
A4=-5.8922E-03
A6= 0.0000E+00
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
　各種データ
f 5.900
Fno. 3.000
ω 29.661
y'max 3.360
TL 15.199
BF 0.550
　フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d5 0.745 0.500
d11 0.995 1.240
　実施例３
単位：mm
　面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -5.934 0.000 1.525 56.45
2 ∞ 3.389 1.849 33.11
3 ∞ 0.255 1.525 56.45
4* -13.149 0.313
5(絞り) ∞ 0.500
6 3.885 1.060 1.701 47.99
7 -11.520 0.741
8* -11.141 0.600 1.607 27.10
9* 3.524 d9
10* 7.519 1.884 1.525 56.45
11* -3.727 0.050
12 ∞ 0.300 1.517 64.17
13 ∞ d13
14* -11.880 0.100 1.583 29.90
15 ∞ 3.398 1.850 40.00
16 ∞ 0.100 1.583 29.90
17* 6.263 0.400
18 ∞ 0.100 1.517 64.17
19 ∞ 0.100
像面 ∞
　非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 3.4627E-03
A6=-1.0819E-04
A8= 5.6463E-07
A10= 1.6782E-07
第4面
K= 0.0
A4= 4.0674E-03
A6=-7.0872E-04
A8= 3.4454E-04
A10=-6.1112E-05
第8面
K= 0.0
A4=-1.0957E-02
A6= 6.9421E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第9面
K= 0.0
A4=-8.7710E-03
A6= 8.9598E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第10面
K= 0.0
A4= 7.5247E-04
A6= 5.8420E-05
A8= 1.4003E-05
A10=-5.9029E-06
第11面
K= 0.0
A4= 2.1554E-03
A6= 2.6520E-04
A8= 6.4542E-05
A10=-1.2244E-05
第14面
K= 0.0
A4=-6.6764E-03
A6= 3.6403E-04
A8= 8.3826E-06
A10=-1.0961E-05
第17面
K= 0.0
A4=-7.4111E-03
A6= 0.0000E+00
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
　各種データ
f 5.900
Fno. 3.000
ω 29.661
y'max 3.360
TL 14.986
BF 0.556
　フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d9 0.809 0.564
d13 0.930 1.175
　実施例４
単位：mm
　面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -8.928 0.000 1.754 51.60
2 ∞ 4.196 1.754 51.60
3 ∞ 0.500 1.754 51.60
4* 29.147 0.100
5 5.151 0.584 1.847 23.80
6 5.807 0.200
7 3.332 1.000 1.651 55.93
8* -31.867 0.150
9(絞り) ∞ 1.290
10* -2.757 0.600 1.847 23.80
11* -6.547 d11
12* 4.731 2.168 1.487 70.40
13* -3.148 0.050
14 ∞ 0.300 1.517 64.17
15 ∞ d15
16* -5.680 0.100 1.682 54.42
17 ∞ 3.364 1.682 54.42
18* 5.610 0.400
19 ∞ 0.100 1.517 64.17
20 ∞ 0.100
像面 ∞
　非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 3.2352E-03
A6=-1.2253E-04
A8= 4.4719E-06
A10=-6.8483E-08
第4面
K= 0.0
A4= 4.4952E-03
A6= 5.7967E-05
A8= 6.9903E-06
A10= 6.4427E-06
第8面
K= 0.0
A4=-2.4011E-03
A6= 2.7807E-05
A8=-8.3182E-05
A10= 1.9177E-05
第10面
K= 0.0
A4= 2.4555E-02
A6=-4.2439E-03
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第11面
K= 0.0
A4= 1.7981E-02
A6=-2.0334E-03
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第12面
K= 0.0
A4=-7.0179E-03
A6= 7.4670E-04
A8=-7.7546E-06
A10= 0.0000E+00
第13面
K= 0.0
A4= 5.5182E-03
A6= 4.8806E-04
A8= 3.5935E-05
A10= 5.0591E-06
第16面
K= 0.0
A4=-1.7693E-03
A6= 9.8615E-04
A8=-7.5299E-05
A10=-1.2959E-07
第18面
K= 0.0
A4=-8.2257E-03
A6=-3.6133E-04
A8= 9.3060E-05
A10=-4.6862E-06
　各種データ
f 6.200
Fno. 3.000
ω 28.455
y'max 3.360
TL 17.308
BF 0.559
　フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d11 1.125 0.941
d15 1.022 1.206
　実施例５
単位：mm
　面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞ d0
1* -9.371 0.000 1.525 56.45
2 ∞ 5.190 1.525 56.45
3 ∞ 0.500 1.525 56.45
4* 2.813 0.452
5 4.222 2.000 1.783 24.61
6 5.169 0.200
7 3.009 1.311 1.532 56.57
8* -3.383 0.150
9(絞り) ∞ 0.838
10* 65.418 0.600 1.607 27.10
11* 2.604 d11
12* 4.863 1.872 1.532 56.57
13* -4.236 0.050
14 ∞ 0.30 1.517 64.17
15 ∞ d15
16* -166.541 0.663 1.607 27.10
17 ∞ 3.383 1.607 27.10
18* 6.103 0.400
19 ∞ 0.100 1.517 64.17
20 ∞ 0.126
像面 ∞
　非球面データ
第1面
K= 0.0
A4= 2.4038E-03
A6=-9.6979E-05
A8= 2.9376E-06
A10=-4.8813E-08
第4面
K= 0.0
A4= 5.3244E-03
A6=-6.6668E-05
A8= 6.9887E-05
A10=-1.4599E-05
第8面
K= 0.0
A4= 1.4750E-02
A6=-3.2415E-03
A8= 1.1006E-03
A10=-1.8811E-04
第10面
K= 0.0
A4=-7.5633E-03
A6=-4.5409E-03
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第11面
K= 0.0
A4=-2.4244E-02
A6= 1.8499E-04
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
第12面
K= 0.0
A4=-2.7218E-03
A6= 4.1767E-04
A8=-7.1888E-05
A10= 3.9475E-06
第13面
K= 0.0
A4= 9.1236E-04
A6=-8.9090E-06
A8=-3.3174E-06
A10=-1.8336E-07
第16面
K= 0.0
A4=-5.5126E-03
A6=-5.3005E-05
A8=-2.6405E-05
A10=-2.5136E-06
第18面
K= 0.0
A4=-6.3172E-03
A6=-4.6837E-05
A8= 0.0000E+00
A10= 0.0000E+00
　各種データ
f 4.650
Fno. 3.000
ω 35.851
y'max 3.360
TL 19.708
BF 0.589
　フォーカスデータ
d0 ∞ 100.000
d11 0.680 0.500
d15 0.931 1.111
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ＤＵ　画像入力機能付きデジタル機器
　ＯＵ　撮像光学装置
　ＯＰ　撮像光学系
　Ｐ１　第１プリズム(反射プリズム)
　Ｐ２　第２プリズム(反射プリズム)
　ＲＬ１　反射面
　ＲＬ２　反射面
　ＬＮ　レンズ系
　Ｌｐ　正パワー群
　Ｌｎ　負パワー群
　ＳＴ　絞り
　ＳＲ　撮像素子
　ＳＳ　受光面
　ＩＭ　像面(光学像)
　ＡＸ　光軸
　１　信号処理部
　２　制御部
　３　メモリ
　４　操作部
　５　表示部

Claims (15)

  1. 　撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系であって、
    　入射光を略直角に屈曲させる反射プリズムを２個有しており、そのうち、光路上物体側に位置する反射プリズムを第１プリズムとし、光路上像側に位置する反射プリズムを第２プリズムとするとき、前記第１プリズムの入射面での光軸と、前記第２プリズムの射出面での光軸と、が略平行であり、
    　前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に少なくとも１つのパワー群を構成するレンズ要素を有しており、前記第２プリズムの入射面に最も近いパワー群が正パワー群であり、前記第２プリズムの入射面が物体側に凹の面形状を有しており、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする撮像光学系；
    -4.2＜fp2／f＜-0.2 …(1)
    0.2＜｜f_lp／fp2｜＜1.5 …(2)
    　ただし、
    fp2：第２プリズムの焦点距離、
    f：撮像光学系全体の焦点距離、
    f_lp：第２プリズムの入射面に最も近いパワー群の焦点距離、
    である。
  2. 　前記２個の反射プリズムの反射面間の光路上に、絞りと、その絞りよりも像側に位置する少なくとも１つの負パワー群と、を有することを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
  3. 　以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項２記載の撮像光学系；
    0.5＜｜f_ln／f_lp｜＜1.5 …(3)
    　ただし、
    f_ln：絞りよりも像側に位置する負パワー群の焦点距離、
    である。
  4. 　前記正パワー群が、以下の条件式(4)を満たす正レンズを少なくとも１枚有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の撮像光学系；
    0.56＜nd_lp／nd_p2＜0.97　…(4)
    　ただし、
    nd_lp：正レンズの屈折率、
    nd_p2：第２プリズムの反射面を構成しているプリズム材料の屈折率、
    である。
  5. 　前記正パワー群が、以下の条件式(5)を満たす正レンズを少なくとも１枚有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の撮像光学系；
    1.1＜νd_lp／νd_p2＜4 …(5)
    　ただし、
    νd_lp：正レンズのアッベ数、
    νd_p2：第２プリズムの反射面を構成しているプリズム材料のアッベ数、
    である。
  6. 　前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に駆動させる少なくとも１つの光学部材が位置することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  7. 　前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に、フォーカス時に移動させる複数の光学部材が位置することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  8. 　前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、ガラス材料から成ることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  9. 　前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  10. 　前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、複合材料から成ることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  11. 　前記２個の反射プリズムのうちの少なくとも１つが、ガラス材料から成るプリズム部分と、その光学面上に樹脂材料でパワー面を構成するレンズ部分と、を有することを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  12. 　前記２個の反射プリズムで挟まれた光路上に、赤外線カット用フィルターを有することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  13. 　前記２個の反射プリズムのいずれかに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を有することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の撮像光学系。
  14. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載の撮像光学系と、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像光学装置。
  15. 　請求項１４記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。
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