JP2004170681A

JP2004170681A - 撮像光学系及びこの撮像光学系を備えた携帯型装置

Info

Publication number: JP2004170681A
Application number: JP2002336484A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Amauchi; 隆裕天内
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】従来の銀塩カメラやデジタルカメラと同様の撮影範囲だけでなく、従来の撮像範囲よりも更に被写体が非常に近くある場合でも、鮮明な像が撮像できる光学系及び携帯型装置を提供することを目的とする。
【解決手段】撮像素子上に像を形成する撮像光学系を２つのレンズと絞りで構成し、この撮像光学系を光軸に沿って一体に移動させ、以下の条件を満足するようにした。
（１）１０＜Ｆ^２／√｜β｜＜２００
ここで、Ｆは無限遠での撮像光学系のＦナンバー、βは撮像光学系の倍率であって、撮像光学系が撮像素子から最も離れた位置にある時の倍率である。また、上記撮像光学系を携帯型装置に用いた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型の撮像光学系、特に非常に近接した撮影対象も良好に撮像できる小型の撮像光学系に関する。また、この小型の撮像光学系を備えた携帯型装置、例えば携帯電話や携帯情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話用のモニタレンズやノート型パソコン用モニタレンズには、小型な光学系が必要とされる。これらの撮像光学系としては、２枚のレンズからなる光学系がある。（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１８３５７８号公報（図１、図２）
【特許文献２】
特開２００２−２５８１５５号公報（図１乃至図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の撮像光学系は、従来の銀塩カメラやデジタルカメラと同様に使用することを想定している。すなわち、撮像範囲は従来の銀塩カメラやデジタルカメラとほぼ同じである。そのため、被写体が撮像光学系に対して非常に近くにある場合、鮮明な像を得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、従来の銀塩カメラやデジタルカメラと同様の撮像範囲だけでなく、従来の撮像範囲よりも更に被写体が非常に近くある場合でも、鮮明な像が撮像できる光学系及び携帯型装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の撮像光学系は、撮像素子上に像を形成する撮像光学系であって、２つのレンズと絞りを備え、前記２つのレンズと前記絞りは光軸に沿って一体に移動し、以下の条件を満足する。
（１）１０＜Ｆ^２／√｜β｜＜２００
ここで、Ｆは無限遠での前記撮像光学系のＦナンバー、βは前記撮像光学系の倍率であって、前記撮像光学系が前記撮像素子から最も離れた位置にある時の倍率である。
また、上記発明発明において、更に、以下の条件を満足する。
（２）５ｍｍ＜ｆ／｜β｜＜５０ｍｍ
ここで、ｆは前記撮像光学系の焦点距離（ｍｍ）である。
また、上記目的を達成するために、本発明の携帯型装置は、上記に記載の撮像光学系を備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る携帯型装置について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る携帯型装置であって、携帯電話の例である。図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ正面図、側面図である。また、図２は図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。携帯電話本体１は、マイク部２、スピーカ部３、入力部４、モニタ部５、撮像部６、アンテナ７を備える。入力部４は、文字記号や指令信号をボタンやダイヤルで入力できるようになっている。また、アンテナ７は無線電波の送信や受信を行う。
【０００８】
撮像部６は図２に示すように、カバーガラス９、撮像光学系１０、ＣＣＤ１１、回路基板１２を備えている。撮像光学系１０は２つのレンズからなり、２つのレンズの間に絞りが配置されている。撮像光学系１０及び絞りは第１の保持部材１３によって保持されている。一方、ＣＣＤ１１、回路基板１２は第２の保持部材１４で保持されている。また、この例では、矢印で示したように、第１の保持部材１３を光軸８に沿って移動するようになっている。なお、第１の保持部材１３を移動させる機構は図示しないが、公知のスライド機構等が用いられる。
このように、本実施例の撮像光学系は第１の保持部材１３が光軸に沿って移動する。これにより、撮像光学系１０とＣＣＤ１１との間隔が変化する。その結果、本実施例の撮像光学系では２つの撮影状態を有することができる。
【０００９】
ここで、第１の撮影状態を、撮像光学系１０がＣＣＤ１１に最も近くに位置している状態とする。第１の撮影状態では、撮像光学系１０は無限遠から所定の最近接距離までの範囲を撮影することができる。この範囲は、従来の銀塩カメラや電子カメラで撮影可能な範囲とほぼ等しい。
【００１０】
一方、第２の撮影状態を、撮像光学系１０がＣＣＤ１１から最も離れている状態とする。この場合、第１の撮影状態における最近接距離よりも、更に近い位置にある被写体を撮影することができる。
【００１１】
本実施の形態の装置では、後述の数値データで例示された撮像光学系を使用することにより、第１の撮影状態における最近接距離は２５０ｍｍとなる。そして、第２の撮影状態では、これよりも更に近く、１７．１１ｍｍ〜１５．９ｍｍの位置にある被写体を撮像することができる。この結果、第２の撮影状態では２次元バーコードなど、２値化されたパターン情報を読み取ることができる。すなわち、携帯電話を情報読み取り端末として使用することが可能になる。
【００１２】
本実施の形態の撮像光学系は、上述のように、第２の撮影状態の時（接写時）にレンズが繰り出す。第２の撮影状態における有効Ｆナンバーは、像側のＮＡが小さくなることから、無限遠でのＦナンバーに比べ暗くなる。従って、光量の確保および撮影時の利便性から以下の条件を満足することが重要である。
（１）１０＜Ｆ^２／√｜β｜＜２００
ここで、Ｆは無限遠での前記撮像光学系のＦナンバー、βは前記撮像光学系の倍率であって、前記撮像光学系が前記撮像素子から最も離れた位置にある時の倍率である。
【００１３】
条件式（１）は、被写体を近接撮影する際に、被写体を良好に撮像するための条件である。本実施の形態の携帯型装置では、従来に比べてより近接した被写体を撮影することができる。この時、条件（１）を満足することで、適切な焦点深度を得られるので、ピント合わせが容易に行える。また、多少手ぶれが生じても、被写体を良好に撮影することができる。また、近接撮影時、装置本体が被写体を覆うので被写体が暗くなるが、条件式を満足すれば、撮影光学系にある程度の明るさを持たせることができる。そのため、撮影時に被写体を照明する為の照明光源を、別に用意する必要がない。
【００１４】
（２）５ｍｍ＜ｆ／｜β｜＜５０ｍｍ
ここで、ｆは前記撮像光学系の焦点距離（ｍｍ）である。
【００１５】
条件式（２）も、被写体を近接撮影する際に、被写体を良好に撮像するための条件である。前述のように、本実施の形態の携帯型装置では、近接撮影時、装置本体が被写体を覆うので被写体が暗くなる。しかしながら、本実施例を満足すれば、焦点深度内において撮像可能な明るさを確保できる。よって、被写体に近づき過ぎることによって、暗くて撮影できないというようなことが生じない。
なお、Ｆ、β、ｆは、いずれも撮像光学系全系におけるパラメータである。
【００１６】
また望ましくは、それぞれ次の条件式を満足することが重要である。
（１−１）２０＜Ｆ^２／√｜β｜＜１２０
（２−１）１０ｍｍ＜ｆ／｜β｜＜２０ｍｍ
【００１７】
更に望ましくは、それぞれ次の条件式を満足することが重要である。
（１−３）２５＜Ｆ^２／√｜β｜＜１００
（２−３）１２ｍｍ＜ｆ／｜β｜＜１８ｍｍ
【００１８】
また、図１のように撮像部６がモニタ部５に同じ方向に向いている場合、撮影時にモニタ部５を白色に発光させても良い。このようにすれば、多少なりとも、被写体を照明することができるので、被写体を良好に撮像することができる。
【００１９】
また、図１では、撮像部６がモニタ部５に同じ方向に向いているが、撮像部６とモニタ部５が互いに逆方向に向いていても良い。このようにすると、撮像部６を被写体に向けたまま、撮像した結果をモニタ部５で見ることができる。
【００２０】
また、折畳式携帯電話の場合、撮像部６とモニタ部５を互いに逆方向に向け、更に撮像部６を傾けて装置内に保持すればよい。例えば図１において、携帯電話１が、入力部４とモニタ部５の間で折り曲がるとする折畳式だとする。まず、入力部４がある部分とモニタ部５がある部分を、机上に接した状態にしておく。この状態から、モニタ部５がある部分を折り曲げて起こす。このようにすると、モニタ部５がある部分は、机上から離れた状態になる。この時、折り曲げ角度を適当にすれば、机上から一定の位置、すなわち上述の第２の撮影状態（近接時）における撮影距離となるように、撮像部６を位置させることができる。よって、この状態で撮影すれば、安定して被写体を撮像することができる。このとき、撮像部６の光軸が机上に対して直交するように、撮像部６を装置本体に格納しておけば、歪みのない像を撮像することができる。なお、クリック機構を使えば、第２の撮影状態（近接撮影時）での撮影距離になる折り曲げ角度で、一旦、撮像部６を固定することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態の携帯型装置では、携帯電話を例にして説明したが、ＰＤＡのような情報端末装置であっても構わない。
【００２２】
（第１実施例）
本発明の撮像光学系に係る第１実施例について説明する。本実施例の撮像光学系のレンズ断面図を図３に示す。撮像光学系は、被写体側から順に、被写体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、絞りと、被写体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとからなる。そして、第１の撮影状態から第２の撮影状態に変わる際に、２つのレンズと絞りは一体となって被写体側に移動する。
また、ＣＣＤの撮像面の前（被写体側）には、撮像面から０．０５ｍｍ離れた位置にカバーガラス（ｒ６￣ｒ７）が配置されている。
この撮像光学系の焦点距離は２．３５ｍｍ、Ｆナンバーは４．０、像高は１．３２ｍｍである。また、第１の撮影状態における撮像距離は、過焦点距離近傍に設定されている。そして、第１の撮影状態における撮像距離は、無限遠〜２５０ｍｍで、第２の撮影状態における撮像距離は１５．９ｍｍである。
【００２３】

【００２４】

【００２５】
（第２実施例）
本発明の撮像光学系に係る第２実施例について説明する。本実施例の撮像光学系のレンズ断面図を図４に示す。撮像光学系は、被写体側から順に、被写体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、絞りと、両凸レンズとからなる。そして、第１の撮影状態から第２の撮影状態に変わる際に、２つのレンズと絞りは一体となって被写体側に移動する。
また、ＣＣＤの撮像面の前（被写体側）には、撮像面から０．０５ｍｍ離れた位置にカバーガラス（ｒ６￣ｒ７）が配置されている。
この撮像光学系の焦点距離は２．３５ｍｍ、Ｆナンバーは４．０、像高は１．３２ｍｍである。また、第１の撮影状態における撮像距離は、過焦点距離近傍に設定されている。そして、第１の撮影状態における撮像距離は、無限遠〜２５０ｍｍで、第２の撮影状態における撮像距離は１６．１６ｍｍである。
【００２６】

【００２７】

【００２８】
（第３実施例）
本発明の撮像光学系に係る第３実施例について説明する。本実施例の撮像光学系のレンズ断面図を図５に示す。撮像光学系は、被写体側から順に、被写体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、絞りと、被写体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなる。そして、第１の撮影状態から第２の撮影状態に変わる際に、２つのレンズと絞りは一体となって被写体側に移動する。
また、ＣＣＤの撮像面の前（被写体側）には、撮像面から０．０５ｍｍ離れた位置にカバーガラス（ｒ６￣ｒ７）が配置されている。
この撮像光学系の焦点距離は２．３５ｍｍ、Ｆナンバーは４．０、像高は１．３２ｍｍである。また、第１の撮影状態における撮像距離は、過焦点距離近傍に設定されている。そして、第１の撮影状態における撮像距離は、無限遠〜２５０ｍｍで、第２の撮影状態における撮像距離は１６．７１ｍｍである。
【００２９】

【００３０】

【００３１】
（第４実施例）
本発明の撮像光学系に係る第４実施例について説明する。本実施例の撮像光学系のレンズ断面図を図６に示す。撮像光学系は、被写体側から順に、絞りと、両凸レンズとからなる。そして、第１の撮影状態から第２の撮影状態に変わる際に、２つのレンズと絞りは一体となって被写体側に移動する。
また、ＣＣＤの撮像面の前（被写体側）には、撮像面から０．０５ｍｍ離れた位置にカバーガラス（ｒ６￣ｒ７）が配置されている。
この撮像光学系の焦点距離は２．３５ｍｍ、Ｆナンバーは４．０、像高は１．３２ｍｍである。また、第１の撮影状態における撮像距離は、過焦点距離近傍に設定されている。そして、第１の撮影状態における撮像距離は、無限遠〜２５０ｍｍで、第２の撮影状態における撮像距離は１７．１１ｍｍである。
【００３２】

【００３３】

【００３４】
上記の各実施例において、ｒ１，ｒ２，……は曲率半径（ｍｍ）、ｄ１，ｄ２，……は面間隔（ｍｍ）、ｎｄ１，ｎｄ２，……はｄ線における屈折率、νｄ１，νｄ２……はｄ線におけるアッベ数である。
【００３５】
また、本発明における光学面を非球面にすることで、光学系の結像性能が向上するのでより望ましい。非球面の形状は、光軸方向Ｚ、光軸に直交する方向をＸ、Ｙにとり、曲率をＣ’、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと表したとき、次式で表せる。
Ｚ＝Ｃ’ｈ^２／［１＋√（１−（Ｋ＋１）Ｃ’^２ｈ^２）］＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０
ただし、ｈ^２＝Ｘ^２＋Ｙ^２である。
【００３６】
なお、上記実施例の光学系は、バーコードのような情報コードを読み取るのに適している。例えば、雑誌の広告などの一端にバーコードのような情報コードが設けられていた場合、近接撮影の状態（第２の撮影状態）にすることにより、情報コードを撮像することができる。そして、この情報コードから、広告主のＵＲＬやＥｍａｉｌアドレスや電話番号といった電子情報を瞬時に入手することが可能になる。
【００３７】
本実施例１〜４においては、前記情報コードを読み取ることも考慮し、近接撮影時の倍率βを次のように決定した。近接撮影時の倍率はβ＝Ｐ×γ／δという式で表される。ここで、Ｐは撮像素子の画素間隔、δは情報コードの最小ドットの大きさ、γは撮像素子の何画素数で情報コード１ドットを取り込むかという比率である。本実施例１〜４においては、Ｐ＝３．３μｍ、δ＝８４．５μｍ、γ＝４という情報コードを撮像するようにしているので、倍率はβ＝−０．１５６に設定している。
【００３８】
このように、本発明の撮像光学系は、第２の撮影状態において、Ｐ＝３．３μｍ、δ＝８４．５μｍ、γ＝４という情報コードを良好に撮像することができる光学系である。また、また上記情報コードを良好に撮像するために、第２の撮影状態において、３８本／ｍｍの空間周波数でのＭＴＦが、中心部から周辺部わたる全面で６０％以上となる特徴を有する。これにより、情報コードを良好に撮像することができるように、ディストーションは２％以下に抑えられている。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、従来の銀塩カメラやデジタルカメラと同様の撮影範囲だけでなく、従来の撮像範囲よりも更に被写体が非常に近くある場合でも、鮮明な像が撮像できる光学系及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る携帯型装置であって、携帯電話の例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】本発明の撮像光学系の第１実施例であって、レンズ断面図を示す図である。
【図４】本発明の撮像光学系の第２実施例であって、レンズ断面図を示す図である。
【図５】本発明の撮像光学系の第３実施例であって、レンズ断面図を示す図である。
【図６】本発明の撮像光学系の第４実施例であって、レンズ断面図を示す図である。
【符号の説明】
１携帯電話本体
２マイク
３スピーカ部
４入力部
５モニタ部
６撮像部
７アンテナ
８光軸
９カバーガラス
１０撮像光学系
１１ＣＣＤ
１２回路基板
１３第１の保持部材
１４第２の保持部材

Claims

撮像素子上に像を形成する撮像光学系であって、２つのレンズと絞りを備え、前記２つのレンズと前記絞りは光軸に沿って一体に移動し、以下の条件を満足することを特徴とする撮像光学系。
（１）１０＜Ｆ^２／√｜β｜＜２００
ここで、Ｆは無限遠での前記撮像光学系のＦナンバー、βは前記撮像光学系の倍率であって、前記撮像光学系が前記撮像素子から最も離れた位置にある時の倍率である。
更に、以下の条件を満足する請求項１記載の撮像光学系。
（２）５ｍｍ＜ｆ／｜β｜＜５０ｍｍ
ここで、ｆは前記撮像光学系の焦点距離（ｍｍ）である。
請求項１あるいは請求項２に記載の撮像光学系を備えた携帯型装置。