JP2004085725A

JP2004085725A - 撮像レンズ、集光光学素子及び撮像装置

Info

Publication number: JP2004085725A
Application number: JP2002244024A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Yamada; 山田　隆俊; Hiroyuki Ueda; 上田　博之
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】１枚構成のレンズにおいて長焦点距離でも全長を短くする。
【解決手段】撮像装置は、第１の撮像レンズ１１及び第２の撮像レンズ１２をレンズ保持部１３により保持し、レンズ保持部１３を回転させることで、撮像素子１４に対向する撮像レンズを切り替える。また、この第１の撮像レンズ１１は、第１の中心部２１及び周辺部２２からなる物体側面１１ａと第２の中心部２３及び周辺部２４からなる結像側面１１ｂとを有し、第１の外周部２２へ入射した物体からの光を内部に透過させ、第２の外周部２４で内面反射させ、第１の中心部２１でさらに内面反射させ、第２の中心部２３を透過させて外部に出射する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像に用いる撮像レンズ、この撮像レンズを有する集光光学素子及びこの集光光学素子を備える撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型の無線電話装置やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の薄型で小型の機器には、撮像装置が備えられたものがある。この薄型で小型の機器では、取り付けられる撮像装置が、小型の撮像レンズと小型のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ｍｅｎｔａｌ−ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子とを有することで小型化されており、機器全体の小型化が図られている。
【０００３】
上述した薄型で小型の機器が備える撮像装置の撮像レンズは、広い範囲を撮像するために短焦点距離とされている。一方、薄型で小型の機器が備える撮像装置の撮像素子は、例えば、対角線の長さが略１／４インチ（略６．３ｍｍ）である略方形状の受光面を有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ｍｅｎｔａｌ−ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｄｅｖｉｃｅ）等の光電変換素子であり、格子状に画素が配設され、画素ごとの受光量に応じた電気信号を出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した撮像装置では、狭い範囲を拡大して撮像したい場合に、光学的に焦点距離を変えることができないため、撮像素子から出力される電気信号に基づく画像データを処理することで画像の中央部分を拡大する、いわゆるデジタルズーム等を行っていた。デジタルズームでは、画像の中央部のみを抽出して拡大処理をするため、撮像素子の受光面の有効範囲が通常よりも狭い、すなわち有効な画素数が少なくなる。このため、撮像した画像は粗くなり、細かいものは識別が難しくなってしまう。特に、文章などを画像として保存する場合には、文字データを識別できる程度の解像度、すなわち有効な画素数が要求されるが、デジタルズームを行い撮像した場合には、画像から文字の認識をすることが容易でない場合がある。
【０００５】
また、上述した撮像装置では、小型で薄型の機器に収納できるように、例えば、撮像レンズの焦点距離にかかわらず撮像素子を含めた厚みを所定の厚み以下となるようにしている。このため、撮像装置は、焦点距離の長い望遠用の撮像レンズを用いると、所定の厚みよりも全長の長い光学設計となってしまい、小型化の妨げとなってしまう。
【０００６】
さらに、上述した撮像装置では、全長を抑えるための光学設計をすることも可能であるが、レンズ枚数が増えてしまい、部品点数が増加し重量も増加するといった問題がある。また、撮像装置は、全長を抑えた光学設計がなされた望遠用のレンズを用いた場合、逆に広い範囲が撮像できないといった問題もある。
【０００７】
さらにまた、感光体として３５ｍｍフィルムを用いる撮像装置において、ミラーを用いて１００ｍｍを超えるような長焦点距離の撮像レンズがあるが、このような撮像レンズは、ミラー面の傾きを高精度に調整する必要があるため製作が困難であり、薄型で小型の機器に備える撮像装置に用いる場合、調整機構やミラーの空中保持の必要性があるため好適であるとはいえない。
【０００８】
本発明は、上述した問題を鑑みて創案されたものであり、小型で長焦点距離の撮像レンズ、この撮像レンズを備える集光光学素子及びこの集光光学素子を備える撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像レンズは、上述した問題を解決するために、光を透過する第１の透過部と光を反射する第１の反射部とを有する物体側の面と、光を透過する第２の透過部と光を反射する第２の反射部とを有する結像側の面とを備え、第１の透過部へ入射した物体から光を内部に透過させ、第１の透過部から内部に入射した光を第２の反射部で内面反射させ、第２の反射部で内面反射された光を第１の反射部でさらに内面反射させ、第１の反射部で内面反射された光を第２の透過部を透過させて外部に出射することを特徴とする。
【００１０】
以上のように構成された撮像レンズは、全長の短い１枚構成のレンズでありながら、第１の反射部及び第２の反射部を用いて光を内面反射させることで長焦点距離を可能とし、高倍率の撮像を行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係る集光光学素子は、焦点距離の異なる２つ以上の撮像レンズと、２つ以上の撮像レンズを保持し、２つ以上の撮像レンズを選択的に所定の位置に移動する保持手段とを備え、２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも一つは、光を透過する第１の透過部と光を反射する第１の反射部とを有する物体側の面と、光を透過する第２の透過部と光を反射する第２の反射部とを有する結像側の面とを有し、第１の透過部へ入射した光を内部に透過させ、第１の透過部から内部に入射した光を第２の反射部で内面反射させ、第２の反射部で内面反射された光を第１の反射部でさらに内面反射させ、第１の反射部で内面反射された光を第２の透過部を透過させて外部に出射することを特徴とする。
【００１２】
以上のように構成された集光光学素子は、異なる焦点距離の撮像レンズを選択的に用いることができ、少なくとも一つの撮像レンズが、全長の短い１枚構成のレンズでありながら、第１の反射部及び第２の反射部を用いて光を内面反射させることで長焦点距離を可能とし、高倍率の撮像を行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る撮像装置は、焦点距離の異なる２つ以上の撮像レンズと、２つ以上の撮像レンズを保持し、２つ以上の撮像レンズを選択的に所定の位置に移動する保持手段と、保持手段により選択的に所定の位置に移動された撮像レンズが物体からの光を集光する位置に配設され、撮像レンズが集光した光を受光する受光素子とを備え、２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも一つは、光を透過する第１の透過部と光を反射する第１の反射部とを有する物体側の面と、光を透過する第２の透過部と光を反射する第２の反射部とを有する結像側の面とを有し、第１の透過部へ入射した物体からの光を内部に透過させ、第１の透過部から内部に入射した光を第２の反射部で内面反射させ、第２の反射部で内面反射された光を第１の反射部でさらに内面反射させ、第１の反射部で内面反射された光を第２の透過部を透過させて外部に出射することを特徴とする。
【００１４】
上述したように構成された撮像装置は、異なる焦点距離の撮像レンズを選択的に用いることができ、少なくとも一つの撮像レンズが、全長の短い１枚構成のレンズでありながら、第１の反射部及び第２の反射部を用いて光を内面反射させることで長焦点距離を可能とし、高倍率の撮像を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００１６】
撮像装置は、例えば、携帯型の無線電話装置やＰＤＡ等の内部に備えられて用いられる。
【００１７】
撮像装置１は、図１に示すように、第１の撮像レンズ１１と、第２の撮像レンズ１２と、第１の撮像レンズ１１及び第２の撮像レンズ１２を保持するレンズ保持部１３と、第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２により選択的に集光された光を受光する撮像素子１４とを備えている。
【００１８】
第１の撮像レンズ１１は、第２の撮像レンズ１２と比して長焦点距離の望遠型レンズであり、焦点距離が１５．０ｍｍとされた１枚構成のレンズである。なお、この第１の撮像レンズ１１の焦点距離は、３５ｍｍフィルム換算で２００ｍｍに相当する。
【００１９】
第２の撮像レンズ１２は、第１の撮像レンズ１１と比して短焦点距離のズームレンズであり、焦点距離が２．５ｍｍ〜７．５ｍｍの範囲で可変可能な変倍光学系を有するレンズ群である。なお、第２の撮像レンズ１２の焦点距離は、３５ｍｍフィルム換算で３５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に相当する。
【００２０】
レンズ保持部１３は、第１の撮像レンズ１１と第２の撮像レンズ１２とを保持して、回転軸ｃを中心に回転可能とされている。レンズ保持部１３は、第１の撮像レンズ１１の光軸中心及び第２の撮像レンズ１２の光軸中心から回転軸ｃまでの距離が等しくなる位置に第１の撮像レンズ１１と第２の撮像レンズ１２とを保持している。レンズ保持部１３は、回転することで第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２を、図示しないベースに固定された撮像素子１４と対向する位置へ選択的に移動させることができる。
【００２１】
第１の撮像レンズ１１、第２の撮像レンズ１２及びレンズ保持部１３は、集光機能を有する光学ブロックを形成し、上述したようにレンズ保持部１３が回転されることにより第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２を選択的に利用することができる構成とされている。なお、この光学ブロックを以下では集光光学素子２と称する。
【００２２】
撮像素子１４は、例えば、対角線の長さが略１／６インチ（略３．０ｍｍ）である略方形状の後述する受光面１４ａを有するＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子であり、受光面１４ａに略格子状に画素が配設され、それぞれの画素ごとの受光量に基づく電気信号を出力する。撮像素子１４は、例えば、縦横に３５２×２８８個の画素が配設されたＣＩＦ（Ｃｏｍｍｏｎ　Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　Ｆｏｒｍａｔ）規格や、６４０×４８０個の画素が配設されたＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ａｒｒａｙ）規格に対応する解像度とされている。
【００２３】
また、撮像素子１４は、図２に示すように、受光面１４ａが望む方向にシールガラス１５を有する。シールガラス１５は、形状が平行平板状とされており、撮像素子１４の受光面１４ａを保護する。シールガラス１５を構成する材料としては、透光性を有するガラス材料や樹脂材料を用いる。シールガラス１５は、第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２により選択的に集光される光が入射される入射面１５ａと、入射面１５ａから入射された光を出射する出射面１５ｂとが互いに平行な平面とされている。
【００２４】
撮像素子１４は、第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２が選択的に受光面１４ａと対向する位置にあるときに、対向する撮像レンズの光軸方向の適切な位置に受光面１４ａが合うように調整されている。そして、撮像素子１４は、第１の撮像レンズ１１及び第２の撮像レンズ１２が集光する光を受光することで、物体像を撮像する。撮像素子１４は、各画素の受光量に基づく電気信号を後述する制御回路に出力する。なお、制御回路に出力された電気信号は、この制御回路内においてデジタル信号に変換され、画像データとして各種記憶媒体に記録される。
【００２５】
以上のように構成された撮像装置１は、集光光学素子２を撮像素子１４に対して回転させることで、レンズ保持部１３に保持された第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２を撮像素子１４の受光面１４ａと対向する位置に選択的に移動させて、第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２を切り替えて物体からの光を集光することができる。そして、撮像装置１は、第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２により物体像を撮像素子１４の受光面１４ａに結像することで、物体を撮像する。
【００２６】
以下では、具体的な第１の撮像レンズ１１の構造について説明する。
【００２７】
第１の撮像レンズ１１は、第２の撮像レンズ１２と比して長焦点距離の望遠型レンズであり、撮像素子１４の受光面１４ａの対角線の長さであるイメージャサイズが略１／６インチ（略３．０ｍｍ）であるのに対して、入射面から撮像素子１４の受光面１４ａまでの距離である全長が５．５ｍｍ、焦点距離が１５．０ｍｍ、Ｆ値が２．８、有効像円直径が３．１ｍｍ、ＴＶ歪曲が２％以下とされた１枚構成のレンズ素子である。
【００２８】
第１の撮像レンズ１１は、屈折率が１．５３２２６、アッベ数が５５．７であるモールドガラス材料により形成されており、図２及び図３に示すように、撮像対象となる物体と対向する物体側面１１ａと、結像面となる受光素子１４の受光面１４ａと対向する結像側面１１ｂとを有した１枚構成のレンズである。
【００２９】
物体側面１１ａは、光軸を中心に略円形状の第１の中心部２１と、第１の中心部２１の外側に略リング状の第１の外周部２２とを有している。第１の中心部２１と第１の外周部２２とは、それぞれ異なる曲率の面形状とされている。第１の外周部２２の最大外径は、Φ５．３ｍｍであり、第１の中心部２１の最大外径は、Φ２．０ｍｍである。ここで、第１の外周部２２の面積を１００％とした場合、第１の中心部２１の面積は、略１７％となる。
【００３０】
第１の中心部２１は、内面が光を反射するミラー面とされており、内面に入射した光を反射し、表面から光が入射しないようになっている。第１の中心部２１は、アルミ等の金属薄膜が成膜されており、この金属薄膜によりミラー面が形成されている。
【００３１】
第１の外周部２２は、光を透過する透過面とされており、物体からの光を第１の撮像レンズ１１の内部に導くようになっている。
【００３２】
結像側面１１ｂは、光軸を中心に略円形状の第２の中心部２３と、第２の中心部２３の外側に略リング状の第２の外周部２４とを有している。第２の中心部２３と第２の外周部２４とは、それぞれ異なる曲率の面形状とされている。第２の外周部２４の最大外径は、Φ５．３ｍｍであり、第２の中心部２３の最大外径は、Φ２．０ｍｍである。ここで、第２の外周部２４の面積を１００％とすると第２の中心部２３の面積は、略１７％の大きさとなる。
【００３３】
第２の中心部２３は、光を透過する透過面とされており、第１の撮像レンズ１１の内部から光を透過させて撮像素子１４側に出射するようになっている。
【００３４】
第２の外周部２４は、内面が光を反射するミラー面とされており、内面に入射した光を反射し、表面から光が入射しないようになっている。第２の外周部２４は、アルミ等の金属薄膜が成膜されており、この金属薄膜によりミラー面が形成されている。
【００３５】
なお、第１の撮像レンズ１１は、物体側面１１ａ及び結像側面１１ｂに誘電体層等の図示しない反射防止膜が形成されている。
【００３６】
以上のように構成された第１の撮像レンズ１１に向かう物体からの光は、物体側面１１ａの第１の外周部２２を透過して結像側面１１ｂの第２の外周部２４に入射し、第２の外周部２４で反射されて物体側面１１ａの第１の中心部２１に入射し、第１の中心部２１で反射されて結像面側１１ｂの第２の中心部２３から出力される。
【００３７】
そこで、光学的な第１面を図示しないフード面として、第２面を第１の外周部２２、第３面を第２の外周部２４、第４面を第１の中心部２１、第５面を第２の中心部２３として、具体的な各面の形状を示すパラメータを以下の表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
ここで、表１において、ｒは曲率半径、ＴＨＩは次の面までの距離（面と光軸との交点の間隔）、ｋは円錐係数、ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ非球面係数を示し、各非球面係数は以下の式１に示す非球面の式に対応している。
【００４０】
【数１】

【００４１】
第２面である第１の外周部２２は、透過面とされており、曲率半径ｒが１３ｍｍ、非球面係数ａが−０．８９３４２９×１０^−３、非球面係数ｂが−０．６７７２３５×１０^−５とされた非球面である。
【００４２】
第３面である第２の外周部２４は、ミラー面とされており、曲率半径ｒが−１２ｍｍ、非球面係数ａが０．１３３２８７×１０^−３とされた非球面である。
【００４３】
第４面である第１の中心部２１は、ミラー面とされており、曲率半径ｒが−４．５ｍｍとされた球面である。
【００４４】
第５面である第２の中心部２３は、透過面とされており、曲率半径ｒが５．０ｍ、円錐係数ｋが１５．７９３０９０、非球面係数ａが−０．９９７７４７×１０^−２とされた非球面である。
【００４５】
なお、表１における第６面及び第７面は、シールガラス１５の入射面１５ａ及び出射面１５ｂに対応している。シールガラス１５の入射面１５ａ及び出射面１５ｂは、平面であるため曲率半径ｒが無限大である。
【００４６】
第１の撮像レンズ１１は、上述のような構成とすることで、焦点距離を１５ｍｍと長くしても、全長が焦点距離の略１／３の５．５ｍｍと短くすることができ、小型化が達成できる。
【００４７】
このような第１の撮像レンズ１１は、上述したように１枚構成のレンズでありながら、４つの面を有効利用することができるため、光学収差の適切な補正をすることができる。具体的に、第１の撮像レンズ１１は、第２面の第１の外周部２２、第３面の第２の外周部２４及び第５面の第２の中心部２３を上述したように非球面とすることで光学収差を補正し、図４乃至１０に示すような良好な光学特性を得ることができる。
【００４８】
ここで、図４乃至図６は、縦収差図であり、それぞれ球面収差、非点・像面湾曲、歪曲収差を示している。また、図７乃至図１０は、横収差図であり、それぞれ最大像高に対する比が、１．００，０．８０，０．６０，０．００である場合のタンジェンシャル方向及びサジタル方向の横収差を示している。
【００４９】
図４乃至図１０に示すように、第１の撮像レンズ１１は、各収差が補正されており、良好な光学特性が得られる。
【００５０】
なお、第２の撮像レンズ１２は、一般的なズームレンズであるが、撮像装置を小型化するために第１の撮像レンズ１１と比して略同等の厚みである。第２の撮像レンズ１２は、第１の撮像レンズ１１と略同等の厚みとするために焦点距離が２．５ｍｍ〜７．５ｍｍの範囲で可変するレンズである。
【００５１】
以下では、上述したような撮像装置を備える携帯型の無線電話装置（以下では短に無線電話装置と記述する。）について、第１の撮像レンズ１１及び第２の撮像レンズ１２を切り替えて撮像する動作を説明する。
【００５２】
無線電話装置は、図１１及び図１２に示すように、上述した撮像装置１と、撮像した画像や各種情報を表示する表示部３２と、各種入力を行う操作部３３と、無線電波の送受信を行うアンテナ部３４と、これら撮像装置１、表示部３２、入力部３３を内蔵する筐体３５とを備えている。
【００５３】
表示部３２は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示デバイスであり、撮像装置１により撮像された画像や、各種情報を表示する。
【００５４】
操作部３３は、撮像を実行する命令や無線電話を行うための入力がされる複数の釦を有し、使用者がこの釦を押下することにより無線電話装置が撮像や無線電話を行うことができる。
【００５５】
アンテナ部３４は、後述する通信部４２から出力された信号を無線電波として空間に出力し、外部から入力される無線電波を受信して通信部４２へ出力する。
【００５６】
筐体３５は、上述した撮像装置１、表示部３２、入力部３３を内蔵しており、撮像装置１のレンズ保持部１３の一部が外部に露呈されている。この外部に露呈されているレンズ保持部１３の一部は、集光光学素子２を回転するための回転操作部１３ａである。使用者が、この回転操作部１３ａを回転することで、集光光学素子２が回転軸ｃを中心に回転する。
【００５７】
また、この無線電話装置の制御回路は、図１３に示すように、撮像素子１４から出力された電気信号が入力されてデジタル処理を行う信号処理部４１と、無線電話の通信制御を行う通信部４２と、信号処理部４１で処理されたデジタル信号に基づく画像データを記憶保持する記録部４３と、各部の制御を行う制御部４４とを備えている。
【００５８】
信号処理部４１は、撮像素子１４から出力された電気信号をデジタル信号に変換し、画像データとして制御部４４へ出力する。
【００５９】
通信部４２は、制御部４４からの制御信号に基づき、撮像した画像データを含む各種データや無線電話の音声を高周波信号に変換してアンテナ部３４へ出力する。また、通信部４２は、アンテナ部３４から入力された高周波信号を、画像データを含む各種データや無線電話の音声に変換して制御部４４へ出力する。
【００６０】
記録部４３は、例えば、ＲＡＭや等の半導体を用いた記録手段であり、画像データや無線電話のための各種データが記録する。なお、記録部４３は、着脱自在の他の記録部を有するようにしてもよく、例えば、着脱可能な記録部として、ＩＣカードや、磁気ディスク、光磁気ディスク等を用いることができる。
【００６１】
制御部４４は、入力部３３から入力された各種命令に基づき各部を制御する。具体的に、制御部４４は、入力部３３から撮像命令が入力されて場合、撮像素子１４を制御して受光面１４ａの受光量に基づく電気信号を信号処理部４１に出力させ、信号処理部４１を制御して撮像素子１４から入力された電気信号をデジタル信号に変換し画像データとして制御部４４に出力させる。そして、制御部４４は、画像データを記録部４３に記録する。
【００６２】
また、制御部４４は、通信部４２を制御して、記録部４３に記録した画像データを外部に送信し、また画像データを外部から受信し記録部４３に記録することができる。
【００６３】
以上のような構成とされた無線電話装置により所望の被写体を撮像するときは、入力部３３から撮像命令を入力し、無線電話装置を撮像モードにする。
【００６４】
次に、無線電話装置の回転操作部１３ａを回転操作し、第２の撮像レンズ１２を撮像素子１４の受光面１４ａと対向する位置に移動させ、第２の撮像レンズ１２が撮像対象を向くように、筐体３５の裏面を撮像対象に向ける。
【００６５】
このとき、制御部４４は、撮像素子１４を制御して第２の撮像レンズ１２により集光された光に基づく信号を信号処理部４１に出力させて、信号処理部４１が出力する画像データを表示部３２に表示する。
【００６６】
次に、表示部３２に表示された画像を見て、撮像対象を視認しながら、筐体３５を微動させて所望の範囲が画面に納まるようにする。そして、入力部３２により撮像決定の入力がされると、制御部４４は、表示部３２に表示されている画像を、画像データを記録部４３に記録する。
【００６７】
ここで、表示部３２に表示されている画像を視認した際に、画像を拡大して撮像した場合には、無線電話装置の回転操作部１３ａを回転操作し、第１の撮像レンズ１１を撮像素子１４の受光面１４ａと対向する位置に移動させる。
【００６８】
このとき、制御部４４は、撮像素子１４を制御して第１の撮像レンズ１１により集光された光に基づく信号を信号処理部４１に出力させて、信号処理部４１が出力する画像データを表示部３２に表示する。
【００６９】
次に、表示部３２に表示された画像を見て、撮像対象を視認しながら、筐体３５を微動させて所望の範囲が画面に納まるようにする。そして、入力部３２により撮像決定の入力がされると、制御部４４は、表示部３２に表示されている画像を、画像データを記録部４３に記録する。
【００７０】
以上のような手順で撮像を行うことにより、無線電話装置は、焦点距離の異なる第１のレンズ１１及び第２の撮像レンズ１２を選択的に切り替えて、光学倍率を容易に変えることができる。
【００７１】
以下では、上述した第１の撮像レンズ１１の製造方法について図１４に示すフローチャートに基づき説明する。
【００７２】
まず、ステップＳ１において、図１５に示すように、ガラス材料を略球状に研磨してプリフォーム５１を成形する。
【００７３】
次に、ステップＳ２において、図１６に示すように、プリフォーム５１を熱間成形することで、第１の撮像レンズ１１の概形と略々同等の形状のレンズベース５２を成形する。
【００７４】
次に、ステップＳ３において、図１７に示すように、第１の撮像レンズ１１の物体側面１１ａの第１の外周部２２に対応するレンズベース５２の部分にレジスト５３を塗布する。
【００７５】
次に、ステップＳ４において、図１８に示すように、第１の撮像レンズ１１の物体側面１１ａに対応するレンズベース５２の一方の面に、アルミ等の金属薄膜５４を成膜する。
【００７６】
次に、ステップＳ５において、図１９に示すように、第１の撮像レンズ１１の物体側面１１ａの第１の外周部２２に対応するレンズベース５２の部分に塗布されたレジスト５３を除去することで、第１の撮像レンズ１１の物体側面１１ａの内周部２１に対応する部分にのみ金属薄膜５４が残り、ミラー面を形成する。
【００７７】
次に、ステップＳ６において、図２０に示すように、第１の撮像レンズ１１の結像側面１１ｂの内周部２３に対応するレンズベース５２の部分にレジスト５５を塗布する。
【００７８】
次に、ステップＳ７において、図２１に示すように、第１の撮像レンズ１１の結像側面１１ｂに対応するレンズベース５２の他方の面に、アルミ等の金属薄膜５６を成膜する。
【００７９】
次に、ステップＳ８において、図２２に示すように、第１の撮像レンズ１１の結像側面１１ｂの内周部２３に対応するレンズベース５２の部分に塗布されたレジスト５５を除去することで、第１の撮像レンズ１１の結像側面１１ｂの第２の外周部２４に対応する部分にのみ金属薄膜５６が残り、ミラー面を形成する。
【００８０】
次に、ステップＳ９では、レジスト５５が除去されたレンズベース５２の物体側面１１ａ及び結像側面１１ｂに、ＭｇＦ_２等を蒸着することで、図示しない反射防止膜を成膜する。
【００８１】
なお、反射防止膜は、第１の撮像レンズ１１の物体側面１１ａの第１の外周部２２及び結像側面１１ｂの第２の中心部２３を透過する光の反射を防止し、また物体側面１１ａの第１の中心部２１及び結像側面１１ｂの第２の外周部２４に対して保護膜となるように設けられている。この反射防止膜は、上述したＭｇＦ_２のような誘電体を用いる。
【００８２】
このような手順により第１の撮像レンズ１１を作成することができる。
【００８３】
なお、第１の撮像レンズ１１は、上述の製造方法に限定されず、例えば、第１の撮像レンズ１１の物体側面１１ａ及び結像側面１１ｂに対応するレンズベース５２の両面に、レジスト５３，５５の塗布、金属薄膜５４，５６の成膜、レジスト５３，５５の除去を同時に行うようにしてもよい。
【００８４】
以上のように本発明を適用した撮像装置１は、無線電話装置等に内蔵され、焦点距離の異なる第１の撮像レンズ１１及び第２の撮像レンズ１２を備えることで、デジタルズーム機能を用いなくとも望遠と広角とを切り替えて、撮像することができる。これにより、撮像装置１では、望遠で撮像した場合においても、画像が粗くならずに、細かいものまで識別することができる。
【００８５】
また、撮像装置１は、長焦点距離の第１の撮像レンズ１１が、焦点距離に比して十分に全長が短くされているため、薄型で小型の筐体３５内に十分納まる大きさとすることができる。
【００８６】
さらに、撮像装置１は、長焦点距離の第１の撮像レンズ１１を、ミラー面を有する１枚構成のレンズ素子とすることで全長を短くすることができ、小型化及び軽量化が可能となる。
【００８７】
さらにまた、撮像装置１は、第１の撮像レンズ１１のミラー面が物体側面１１ａ及び結像側面１１ｂに固定されているため、ミラー面の傾きが調整不要となり、またミラー面の空中保持の必要もなくなる。そして、撮像装置１は、第１の撮像レンズ１１が内面反射を用いることでミラー面へのごみの付着や結露による汚れが発生しない。また、撮像装置１は、第１の撮像レンズ１１のミラー面が内面反射のみを利用しているため、耐候性に優れており、第１の撮像レンズ１１が１枚構成のレンズ素子であるために面の偏芯の精度や、傾きの精度、すなわちティルト精度を高めることができる。
【００８８】
さらにまた、撮像装置１は、第１の撮像レンズ１１が４つの面を有効利用することができるため、光学収差の適切な補正をすることができ、良好な光学特性を得ることができる。
【００８９】
なお、上述では、第２の撮像レンズ１２をズームレンズとしたが、第１の撮像レンズ１１よりも短焦点距離の固定焦点のレンズであってもよい。この場合は、ズームレンズよりもレンズ素子の枚数を減らし、部品点数や重量を少なくすることができる。
【００９０】
また、上述では、レンズ保持部１３が回転軸ｃを中心に回転することで、第１の撮像レンズ１１又は第２の撮像レンズ１２を所定の位置へ移動させていたが、レンズ保持部１３を直線方向へスライドするようにしてもよい。この場合にレンズ保持部１３は、スライド方向に沿って第１の撮像レンズ１１及び第２の撮像レンズ１２を保持する。
【００９１】
さらに、上述しでは、第１の撮像レンズ１１をガラス成形により作成したが、ガラス成形に限定されず、樹脂材料を射出成形するようにしてもよい。
【００９２】
【発明の効果】
上述したように、本発明では、第１の撮像レンズが１枚構成のレンズ素子でありながら内部反射を行うミラー面を有することで、長焦点距離で短い全長とすることができる。
【００９３】
また、本発明では、第１の撮像レンズのミラー面の傾きが調整不要となり、またミラー面の空中保持の必要もなくなり、内面反射を用いることでミラー面へのごみの付着や結露による汚れが発生しない。
【００９４】
さらに、本発明では、第１の撮像レンズのミラー面が内面反射のみを利用しているため、耐候性に優れている。
【００９５】
さらにまた、本発明では、第１の撮像レンズが１枚構成のレンズ素子であるために面の偏芯の精度や、ティルト精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した撮像装置の構成を説明するための斜視図である。
【図２】本発明を適用した撮像装置が備える第１の撮像レンズと撮像素子を説明するための側面図である。
【図３】本発明を適用した撮像装置が備える第１の撮像レンズと撮像素子を説明するための斜視図である。
【図４】第１の撮像レンズの球面収差を測定した結果を示す図である。
【図５】第１の撮像レンズの非点・像面湾曲を測定した結果を示す図である。
【図６】第１の撮像レンズの歪曲収差を測定した結果を示す図である。
【図７】第１の撮像レンズの像高の割合が１．００における横収差図である。
【図８】第１の撮像レンズの像高の割合が０．８０における横収差図である。
【図９】第１の撮像レンズの像高の割合が０．６０における横収差図である。
【図１０】第１の撮像レンズの像高の割合が０．００における横収差図である。
【図１１】撮像装置を内蔵する携帯型の無線電話装置の構成を説明するための斜視図である。
【図１２】撮像装置を内蔵する携帯型の無線電話装置の構成を説明するための他の斜視図である。
【図１３】撮像装置を内蔵する携帯型の無線電話装置の回路構成を説明するためのブロック図である。
【図１４】第１の撮像レンズの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、ガラス材料を球形状に研磨したプリフォームを説明するための図である。
【図１６】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、プリフォームの成形を説明するための図である。
【図１７】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、第１の撮像レンズの物体側面の外周部に対応する部分にレジストを塗布する工程を説明するための図である。
【図１８】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、第１の撮像レンズの物体側面に対応する面に金属薄膜を成膜する工程を説明するための図である。
【図１９】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、第１の撮像レンズの物体側面に対応する面のレジストを除去する工程を説明するための図である。
【図２０】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、第１の撮像レンズの結像側面の内周部に対応する部分にレジストを塗布する工程を説明するための図である。
【図２１】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、第１の撮像レンズの結像側面に対応する面に金属薄膜を成膜する工程を説明するための図である。
【図２２】第１の撮像レンズの製造方法を説明するための図であり、第１の撮像レンズの結像側面に対応する面のレジストを除去する工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１　撮像装置、２　集光光学素子、１１　第１の撮像レンズ、１１ａ　物体側面、１１ｂ　結像側面、１２　第２の撮像レンズ、１３　レンズ保持部、１３ａ回転操作部、１４　撮像素子、１５　シールガラス、１５ａ　入射面、１５ｂ出射面、２１　第１の中心部、２２　第１の外周部、２３　第２の中心部、２４　第２の外周部、３２　表示部、３３　入力部、３４　アンテナ部、３５　筐体、４１　信号処理部、４２　通信部、４３　記録部、４４　制御部、５１　プリフォーム、５２　レンズベース、５３　レジスト、５４　金属薄膜、５５　レジスト、５６　金属薄膜

Claims

光を透過する第１の透過部と光を反射する第１の反射部とを有する物体側の面と、光を透過する第２の透過部と光を反射する第２の反射部とを有する結像側の面とを備え、
上記第１の透過部へ入射した物体からの光を内部に透過させ、上記第１の透過部から内部へ入射した光を上記第２の反射部で内面反射させ、上記第２の反射部で内面反射された光を上記第１の反射部でさらに内面反射させ、上記第１の反射部で内面反射された光を上記第２の透過部を透過させて外部に出射することを特徴とする撮像レンズ。
上記物体側の面は、上記第１の反射部が光軸を中心とした中央部に設けられ、上記第１の透過部が上記第１の反射部の外側に設けられており、上記結像側の面は、上記第２の透過部が光軸を中心とする中央部に設けられ、上記第２の反射部が上記第２の透過部の外側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
上記第１の透過部及び第１の反射部は、互いに曲率が異なる面形状とされ、
上記第２の透過部及び第２の反射部は、互いに曲率が異なる面形状とされていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
透光性を有するガラス材料又は樹脂材料により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
上記第１の透過部、第１の反射部、第２の透過部及び第２の透過部のうち少なくとも一つの面形状が非球面とされていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
上記第１の透過部は、曲率中心が上記物体側の面よりも結像側とされ、
上記第１の反射部は、曲率中心が上記物体側の面よりも物体側とされ、
上記第２の透過部は、曲率中心が上記結像側の面よりも結像側とされ、
上記第２の反射部は、曲率中心が上記結像側の面よりも物体側とされていることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
焦点距離の異なる２つ以上の撮像レンズと、
上記２つ以上の撮像レンズを保持し、上記２つ以上の撮像レンズを選択的に所定の位置に移動する保持手段とを備え、
上記２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも一つは、光を透過する第１の透過部と光を反射する第１の反射部とを有する物体側の面と、光を透過する第２の透過部と光を反射する第２の反射部とを有する結像側の面とを有し、上記第１の透過部へ入射した物体からの光を内部に透過させ、上記第１の透過部から内部に入射した光を上記第２の反射部で内面反射させ、上記第２の反射部で内面反射された光を上記第１の反射部でさらに内面反射させ、上記第１の反射部で内面反射された光を上記第２の透過部を透過させて外部に出射することを特徴とする集光光学素子。
上記保持手段は、上記２つ以上の撮像レンズのそれぞれの光軸中心までの距離が等しい位置を回転軸として回転することで、上記２つ以上の撮像レンズを選択的に所定の位置へ移動することを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
上記物体側の面は、上記第１の反射部が光軸を中心とした中央部に設けられ、上記第１の透過部が上記第１の反射部の外側に設けられており、上記結像側の面は、上記第２の透過部が光軸を中心とする中央部に設けられ、上記第２の反射部が上記第２の透過部の外側に設けられていることを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
上記第１の透過部及び第１の反射部は、互いに曲率が異なる面形状とされ、
上記第２の透過部及び第２の反射部は、互いに曲率が異なる面形状とされていることを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
上記２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも一つは、透光性を有するガラス材料又は樹脂材料により形成されてなることを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
上記第１の透過部、第１の反射部、第２の透過部及び第２の透過部のうち少なくとも一つの面形状が非球面とされていることを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
上記第１の透過部は、曲率中心が上記物体側の面よりも結像側とされ、
上記第１の反射部は、曲率中心が上記物体側の面よりも物体側とされ、
上記第２の透過部は、曲率中心が上記結像側の面よりも結像側とされ、
上記第２の反射部は、曲率中心が上記結像側の面よりも物体側とされていることを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
上記２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも他の一つは、変倍光学系を有する複数枚のレンズ素子からなることを特徴とする請求項７記載の集光光学素子。
焦点距離の異なる２つ以上の撮像レンズと、
上記２つ以上の撮像レンズを保持し、上記２つ以上の撮像レンズを選択的に所定の位置に移動する保持手段と、
上記保持手段により選択的に所定の位置に移動された上記撮像レンズが物体からの光を集光する位置に配設され、上記撮像レンズが集光した光を受光する受光素子とを備え、
上記２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも一つは、光を透過する第１の透過部と光を反射する第１の反射部とを有する物体側の面と、光を透過する第２の透過部と光を反射する第２の反射部とを有する結像側の面とを有し、上記第１の透過部へ入射した上記物体からの光を内部に透過させ、上記第１の透過部から内部に入射した光を上記第２の反射部で内面反射させ、上記第２の反射部で内面反射された光を上記第１の反射部でさらに内面反射させ、上記第１の反射部で内面反射された光を上記第２の透過部を透過させて外部に出射することを特徴とする撮像装置。
上記保持手段は、上記２つ以上の撮像レンズのそれぞれの光軸中心までの距離が等しい位置を回転軸として回転することで、上記２つ以上の撮像レンズを選択的に所定の位置へ移動することを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。
上記物体側の面は、上記第１の反射部が光軸を中心とした中央部に設けられ、上記第１の透過部が上記第１の反射部の外側に設けられており、
上記結像側の面は、上記第２の透過部が光軸を中心とする中央部に設けられ、上記第２の反射部が上記第２の透過部の外側に設けられていることを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。
上記第１の透過部及び第１の反射部は、互いに曲率が異なる面形状とされ、
上記第２の透過部及び第２の反射部は、互いに曲率が異なる面形状とされていることを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。
上記２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも一つは、透光性を有するガラス材料又は樹脂材料により形成されてなることを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。
上記第１の透過部、第１の反射部、第２の透過部及び第２の透過部のうち少なくとも一つの面形状が非球面とされていることを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。
上記第１の透過部は、曲率中心が上記物体側の面よりも結像側とされ、
上記第１の反射部は、曲率中心が上記物体側の面よりも物体側とされ、
上記第２の透過部は、曲率中心が上記結像側の面よりも結像側とされ、
上記第２の反射部は、曲率中心が上記結像側の面よりも物体側とされていることを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。
上記２つ以上の撮像レンズのうち少なくとも他の一つは、変倍光学系を有する複数枚のレンズ素子からなることを特徴とする請求項１５記載の撮像装置。