JP2005221896A - 結像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的な全長を短縮し搭載される機器の小型化、薄型化を可能とする撮像装置において、安価に光学系を形成することができる結像素子を提供する。
【解決手段】 入射した光を２つの反射面で２回反射させた後に入射側とは異なる方向へ出射させて所定の位置に結像する結像素子であって、入射面３ａ、３ｃ、反射面２ａ、２ｂ及び出射面３ｂ、３ｄを有するプリズム状の光学素子１ａ、１ｂを一対組み合わせ配置して構成され、一対の光学素子が有する入射面、反射面及び出射面を合わせた６面の内の少なくとも２面にレンズ機能を設けるとともに、各光学素子のそれぞれの入射面と垂直な平面上に基準位置が存在し、一方の光学素子の入射面と垂直な方向に伸長する部分を有する複数の位置決め部を設け、位置決め部は、各光学素子と一体に形成された嵌合部４ｂと被嵌合部４ａとにより互いに嵌め合わせられる構造を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＰＣ（Personal Computer）や携帯情報端末などに搭載されるビデオカメラや電子スチルカメラの内部に配設され、被写体の像を撮像素子の光電変換面上に結像させる結像素子に関する。

近年、携帯電話、ＰＣ、携帯情報端末、テレビ電話装置などに搭載されたり、あるいはセキュリティのために要所に設置されたりして用いられるビデオカメラや電子スチルカメラなどの内部に配設されて、撮影を行おうとする被写体の像を、所定の結像面（撮像素子の光電変換面）上に結像するための結像素子として、薄型化を図ったものが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

図６（Ａ）と（Ｂ）は、特許文献１に開示された結像素子を示す断面図と平面図である。図６に示すように、レンズ系は、前方レンズ群ｅと、後方レンズ群ｇと、反射要素ｆと、追加の反射要素ｈとを備えており、このレンズ系によって形成された光学画像が、光電変換面ｉによって電気信号に変換される。

光学情報は、光学軸ｊを有する前方レンズ群ｅを介して受け取られ、その後、反射要素ｆによって角度ａで反射されて、後方レンズ群ｇの光学軸ｋに結合される。追加の反射要素ｈは、集束されていない未集束画像を光学軸ｄを有する光電変換面ｉに反射させる。

しかしながら、図６に示す結像素子の場合、レンズと反射要素がそれぞれ個別の光学部品として構成されているため、中心線の光軸を正確に同一平面内で９０°ずつ２回屈折させることが困難であり、搭載精度を確保する為には安価な部品構成では製作できないという問題点がある。

また、図７から図９は、本出願人が既に提案した結像素子を備えた撮像装置及び結像素子を示すもので、図７と図８は、結像素子を備えた撮像装置の要部構成を示す側断面図と分解斜視図を示し、図９は、結像素子の詳細説明図を示している。

図８に示す撮像装置１０において、プリント基板１１上に撮像素子１２がベース１３及びホルダー１４により側方及び上方より囲まれる形で装着される。ホルダー１４の内部の凹嵌部９には凹部１５、１６、１７、１８が形成され、光学素子２０及び光学素子３０に形成された位置決め用の凸部２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂが撮像素子１２に対向するように凹部１５、１６、１７、１８内に収納される。また、ＩＲカットフィルター５０は、ホルダー１４の凹嵌部９の上方に取り付けられる矩形上のカバー４０の受け部に固定される。

このとき、図９に示すように、光軸９５は光学素子２０の反射面２３及び光学素子３０の反射面３３において反射され、９０°の角度で折り曲げられて撮像素子面に入射する。図７の例においては、光学素子２０及び光学素子３０はそれぞれ独立しており、図８に示されるホルダー１４に形成された凹嵌部９にはめ込まれて固定される。プリント基板１１とホルダー１４との組み立てが完了すると、フォーカス調整用の略コ字状のスライドプレート６０を側方（矢印方向）より装着する。

実際に組み立てた場合、凹部それぞれの搭載精度により、光学素子２０、３０の光軸を同一平面上で９０°ずつ曲げた状態で正確に組み立てることは困難であり、光軸がずれる状態が発生しやすい。
特表２０００-５１５２５５号公報（図２Ａ、図２Ｂ）

しかしながら、従来の結像素子を備えた撮像装置において、上述のとおり、ホルダー１４内に設けられる光学素子２０、３０は、それぞれ位置決め用の凹部１５、１６、１７、１８に光学素子２０、３０に設けられた位置決め用の凸部２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂを嵌め込むことによって光軸を合わせて組み立てられるが、この嵌め合いの精度により光軸がずれたり捩れるという不具合が発生しやすい。このように、光学素子２０、３０の位置を調整しながら組み立てる構成の場合には光学系が複雑になり、そのまま用いることはできないという問題点がある。

そこで、本発明は、機械的な全長を短縮し搭載される機器の小型化、薄型化を可能とする撮像装置において、安価に光学系を形成することができる結像素子を提供することを目的とする。

本発明に係る結像素子は、かかる目的を達成するためになされたものであり、入射光を２つの反射面で２回反射させた後に入射側とは異なる方向へ出射させて所定の位置に結像する結像素子であって、第１の入射面と第１の反射面と第１の出射面を有する第１の光学素子と、第２の入射面と第２の反射面と第２の出射面を有する第２の光学素子を、前記第１の出射面と前記第２の入射面が互いに対向するよう配置して構成され、前記第１及び第２の入射面、反射面及び出射面を合わせた６面の内の少なくとも２面にレンズ機能を設けるとともに、前記各光学素子のそれぞれの入射面と垂直な平面上に基準位置が存在し、前記第２の光学素子の前記第２の入射面と垂直な方向に伸長する部分を有する複数の位置決め部を設け、前記位置決め部は、前記第１の出射面と一体に形成された嵌合部と前記第２の入射面と一体に形成された被嵌合部とにより互いに嵌め合わせられる構造を有する。

この構成によれば、相互に光学素子同士を結合させることによって、光学素子の所定の光学的性能を維持しつつ光学系を安価に構成でき、機械的な全長を短縮し搭載される機器の小型化、薄型化を可能とする。

また、本発明に係る結像素子は、前記第１及び第２の光学素子の間にレンズが設けられ、前記レンズは、前記嵌合部と前記被嵌合部とにより挟まれて固定されることを特徴とする。

この構成によれば、位置決め部の嵌合部と被嵌合部を利用して嵌め合う際にレンズを固定することができる。

さらに、本発明に係る結像素子は、前記各光学素子の光の透過面と有効なレンズ面及び有効な反射面以外のすべての面を粗面処理及び黒化処理したことを特徴とする。

この構成によれば、有効な面以外での光の反射及び透過を防止して所定の光学性能を維持できる。

本発明は、各光学素子の入射面と垂直な平面上に、前記入射面と垂直な方向に位置決め部を設け、各光学素子の位置決め部は、光学素子と一体に形成された嵌合部と被嵌合部とにより互いに嵌め合わせられる構造を有することにより、相互に光学素子同士を結合することによって、光学素子の所定の光学的性能を維持しつつ光学系を安価に構成でき、機械的な全長を短縮し搭載される機器の小型化、薄型化を可能とする結像素子を提供することができる。

以下、本発明に係る結像素子の好ましい実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、具体例として技術的な種々の要素や要件が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る結像素子を示す図で、図１（Ａ）は側面図、図１（Ｂ）は上平面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る結像素子の一対の光学素子の位置決め部となる嵌合部と被嵌合部の説明図である。

図１に示すように、実施の形態１に係る結像素子は、プリズム状の一対の光学素子１ａ、１ｂを備えており、光学素子１ａは、ＩＲカットフィルターを介して入射面３ａより入射した光を反射面２ａにより９０°反射させて出射面３ｂより出射させ、光学素子１ｂは、その出射光を入射面３ｃより入射して反射面２ｂにより９０°反射させて出射面３ｄより出射させることで、レンズ機能を有し、所定の位置に結像させる。

この結像素子の一対の光学素子１ａ、１ｂの光軸ｄを一致させるために、光学素子１ａ、１ｂの入射面３ａ、３ｃと垂直な平面上に基準位置が存在し、入射面３ａ、３ｃと垂直な方向に伸長する部分を有する複数の位置決め部が設けられている。この位置決め部は、図２に詳細に示すように、光学素子１ａの出射面３ｂの形成されている平面上の出射面３ｂを外れた部分に形成された被嵌合部としての突部４ａ、４ａと、光学素子１ｂの入射面３ｃの形成されている平面上の入射面３ｃを外れた部分に形成された嵌合部としての突部４ｂ、４ｂとにより互いに嵌め合わせられる構造を有しており、突部４ａと４ｂは、それぞれ光学素子１ａ及び１ｂと同一の透明樹脂で一体的に形成されている。なお上記基準位置とは、突部４ａ、４ａのそれぞれの上端部あるいは下端部や突部４ｂ、４ｂのそれぞれの上端部あるいは下端部などを言う。

嵌合部としての突部４ｂ、４ｂは、断面Ｌ字状に形成されて被嵌合部としての突部４ａ、４ａが挿入される嵌合凹部を有し、被嵌合部としての突部４ａ、４ａの部材間の外寸（外周壁間距離）が嵌合部としての突部４ｂ、４ｂの部材間の内寸（凹部壁面間距離）に一致するように設けられており、軸ずれが生じないように形成されている。なお、突部４ｂは、図示されない側壁に形成された位置決め部分に嵌め合わされるホルダーにもなっている。

上述した構成を有する実施の形態１において、光学素子１ａ及び１ｂは、正しい光学位置になっている場合はフォーカス調整を行う必要がなく、固定焦点となっているものであり、光学素子１ａと光学素子１ｂの相対的な位置関係を設計通りに固定すれば光学性能が達成できる結像素子となる。

また光学素子１ａは、光学樹脂の光透過性を利用したプリズムを形成すると同時に、レンズの効果も併せ持つ素子であり、上述したように、光が直進する順に、入射面３ａ、平面反射面２ａ、出射面３ｂより構成され、光学素子１ａの出射面３ｂの形成されている平面上には、有効な光路に影響しない面に、位置決め用の突部４ａが形成されている。

同じく、光学素子１ｂも、光学樹脂の光透過性を利用したプリズムを形成すると同時に、レンズの効果も併せ持つ素子であり、光が直進する順に、入射面３ｃ、平面反射面２ｂ、出射面３ｄより構成され、光学素子１ｂの入射面３ｃの形成されている平面上には、有効な光路に影響しない面に、位置決め用の突部４ｂが形成されている。

さらに突部４ａ、４ａの外寸が突部４ｂ、４ｂの内寸とほぼ一致し、突部４ａ、４ａを突部４ｂ、４ｂに挿入する形となっており、突部４ａと４ｂの相対的位置関係は、一義的に決まる。この設計によって、光学素子１ａと光学素子１ｂの光軸が、同一平面内で９０°ずつ折れ曲がっているように位置関係を決定することができる。突部４ａと４ｂ部分で結合固定された光学素子１ａ、１ｂを１つの構成ブロックとして、撮像装置上にセットし結像素子を形成する。

このように、実施の形態１によれば、各光学素子の入射面と垂直な平面上に、入射面と垂直な方向に位置決め部を設け、各光学素子の位置決め部は、光学素子と一体に形成された嵌合部と被嵌合部とにより互いに嵌め合わせられる構造を有することにより、相互に光学素子同士を結合することによって、光学素子の所定の光学的性能を維持しつつ光学系を安価に構成でき、機械的な全長を短縮し搭載される機器の小型化、薄型化を可能とする結像素子を提供することができる。

＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係る結像素子を示す側面図である。また、図４は、本発明の実施の形態２に係る結像素子の一対の光学素子の位置決め部となる嵌合部と被嵌合部の説明図である。

本発明の実施の形態２に係る結像素子は、図３に示すように、実施の形態１に係る結像素子に対して、光学素子１ａと１ｂとの間に、レンズ１ｃが更に加えられた実施の形態を示すものである。図４に詳細に示すように、光学素子１ａの出射面３ｂの形成されている平面上には、有効な光路に影響しない面に、位置決め用の嵌合部として、突部５ａ、５ａが形成され、その突部５ａには凹部５ａ１が設けられるとともに、先端にレンズ１ｃの端部付近の湾曲部を狭持する狭持片５ａ２が設けられている。また、光学素子１ｂの入射面３ｃの形成されている平面上には、有効な光路に影響しない面に、位置決め用の被嵌合部として、突部５ｂ、５ｂが形成され、その突部５ｂには先端がレンズ１ｃの端部を支持するとともに、端部付近の湾曲部を狭持する支持部５ｂ１が設けられている。

本発明の実施の形態２に係る結像素子において、光学素子１ａ、１ｂは、図１及び図２に示す実施の形態１と同様に、突部５ａ、５ｂはそれぞれ光学素子１ａ、１ｂと同一の透明樹脂で一体に形成され、突部５ｂ、５ｂの支持部５ｂ１、５ｂ１がレンズ１ｃの両端部を支持するようにしてその先端が突部５ａ、５ａの凹部５ａ１、５ａ１に挿入されることにより、光学素子１ａ、１ｂは直接接続され、レンズ１ｃは、狭持されて固定される。この固定方法は、突部５ａ−レンズ１ｃ−突部５ｂの連結構造によりレンズ１ｃを介在して固定され、光軸がずれないための精度を上げることができる。

すなわち、実施の形態２によれば、位置決め部の嵌合部と被嵌合部を利用して嵌め合う際にレンズ１ｃを固定することができ、レンズ１ｃが突部５ａと５ｂで固定された空間に嵌め合わされ、距離を変えることによって、ピントを合わせることができ、又は、画角を変えることができる光学系として設計することが可能である。

＜実施の形態３＞
図５は、図１に示す実施の形態１に対応して示す本発明の実施の形態３に係る結像素子を説明する図であり、図５（Ａ）は側面図、図５（Ｂ）は上平面図を示す。この実施の形態３においては、上述した実施の形態１及び２における各光学素子１ａ、１ｂの光の透過面と有効なレンズ面及び有効な反射面以外のすべての面を粗面処理及び黒化処理した実施の形態を示す。

上述した実施の形態１及び２の構造は、光学的な有効径以外の面積が大きくなり、反射面を持つ構成であることから、画角外からの入射光が存在しやすいため、光学素子１ａ、１ｂ内での乱反射や迷光が発生し、ゴーストやフレアとして出現しやすい。その結果、レンズ性能としてＭＴＦの劣化や、コントラストの劣化が発生する。

本発明の実施の形態３においては、このようなレンズ性能の劣化を防止するために、レンズ面を含む有効な光の透過面と、反射面以外の面を粗面化（粗面処理）し黒化（黒化処理）する。具体的方法としては、射出成型後にレンズ面などの有効径部分をマスキングした後にブラスト処理をして露出面のみを粗面化し、その後黒色無反射塗料を塗布して黒色化し、光が透過しないよう加工する。あるいは、射出金型の該当面を粗面化し、射出時にレンズ面など有効径部分以外を粗面の状態として成型する方法をとることもできる。この場合においても、粗面部に黒色無反射塗料を塗布し黒色化し光が透過しないよう加工する。

また、有効径部分以外の構造面の全面に対して、組み立て後、有効径部分をマスキングしブラスト加工し、黒色塗料を塗布することによっても作成できる。さらに、有効径部分以外の構造面の全面に対して、組み立て前に、有効径部分をマスキングした後ブラスト加工し、黒色塗料を塗布することによって光学素子を作成し、この後組み立てることによっても作成できる。図５において、斜線部は、各光学素子１ａ、１ｂの光の透過面と有効なレンズ面及び有効な反射面以外の面に相当し、粗面処理及び黒化処理した部分６を示す。

このように、実施の形態３によれば、有効な面以外の面を粗面処理及び黒化処理することで、光の反射及び透過を防止して所定の光学性能を維持できる。

以上のように、本発明によれば、光学素子の所定の光学的性能を維持しつつ小型化を可能とする結像素子を提供することができ、結像素子を搭載した撮像装置全体の薄型化が可能になり、かつ、安価に撮像装置を提供するのに有用である。

本発明の実施の形態１に係る結像素子を示す図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上平面図である。 本発明の実施の形態１に係る結像素子の一対の光学素子の位置決め部となる嵌合部と被嵌合部の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る結像素子を示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る結像素子の一対の光学素子の位置決め部となる嵌合部と被嵌合部の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る結像素子を説明する図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上平面図である。 特許文献１に開示された結像素子を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 本出願人が既に提案した結像素子を備えた撮像装置及び結像素子の要部構成を示す側断面図である。 本出願人が既に提案した結像素子を備えた撮像装置及び結像素子の要部構成を示す分解斜視図である。 本出願人が既に提案した結像素子の詳細説明図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 光学素子
１ｃ レンズ
２ａ、２ｂ 反射面（平面反射面）
３ａ、３ｃ 入射面
３ｂ、３ｄ 出射面
４ａ、５ｂ 被嵌合部としての突部
４ｂ、５ａ 嵌合部としての突部
５ａ１ 凹部
５ａ２ 狭持片
５ｂ１ 支持部
６ 粗面処理及び黒化処理した部分
ｄ 光軸

Claims (3)

1. 入射光を２つの反射面で２回反射させた後に入射側とは異なる方向へ出射させて所定の位置に結像する結像素子であって、
   第１の入射面と第１の反射面と第１の出射面を有する第１の光学素子と、第２の入射面と第２の反射面と第２の出射面を有する第２の光学素子を、前記第１の出射面と前記第２の入射面が互いに対向するよう配置して構成され、
   前記第１及び第２の入射面、反射面及び出射面を合わせた６面の内の少なくとも２面にレンズ機能を設けるとともに、
   前記各光学素子のそれぞれの入射面と垂直な平面上に基準位置が存在し、前記第２の光学素子の前記第２の入射面と垂直な方向に伸長する部分を有する複数の位置決め部を設け、
   前記位置決め部は、前記第１の出射面と一体に形成された嵌合部と前記第２の入射面と一体に形成された被嵌合部とにより互いに嵌め合わせられる構造を有する結像素子。
2. 前記第１及び第２の光学素子の間にレンズが設けられ、前記レンズは、前記嵌合部と前記被嵌合部とにより挟まれて固定される請求項１に記載の結像素子。
3. 前記各光学素子の光の透過面と有効なレンズ面及び有効な反射面以外のすべての面を粗面処理及び黒化処理した請求項１又は２に記載の結像素子。
   

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