JP2006251037A - 折り曲げ光学系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メカ機構的にも制御的にも実現容易であり、反射部材の後方のスペースを有効活用することで撮像装置の小型化・薄型化を達成しつつ、反射部材の回転に起因する画像の台形状変形が発生することのない手振れ補正機能を有する折り曲げ光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決する手段】 光軸を折り曲げる反射部材Ｐを含む折り曲げ光学系１であって、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群Ｇ１とを入射光軸方向ｘ及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸ｘ′とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は新規な折り曲げ光学系及び撮像装置に関する。詳しくは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクト性に優れ、光学性能を良好に維持したままで予期せぬ振動による像ブレを補正することができる手振れ補正機能を有する折り曲げ光学系及び上記折り曲げ光学系を備えた撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の個体撮像素子を用いた撮像装置が普及しつつある。中でも、デジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い個体撮像素子に対応すべく結像性能に優れた撮影用レンズが望まれている。また、小型化、特に薄型なレンズへの要求も強く、これを達成するために撮像素子のセルピッチを微細化し撮像素子を小型化することでレンズの小型化を達成し、さらに、反射部材を用い光軸を折り曲げることで厚み方向の薄型化を図った折り曲げ光学系を用いた撮影用レンズが普及しつつある。

例えば、特許文献１には、高い結像性能を保ちつつ、反射部材を用いることにより入射光軸方向での薄型化を達成した折り曲げ光学系が示されている。しかし、特許文献１に示された折り曲げ光学系を用いた撮像装置においては、小型化・薄型化を達成したことと撮像素子の高画素化・小型化も相まって、撮影時において手振れを起こす場合が非常に多くなり、手振れ補正機能の付加が望まれている。

以上の問題を解決するために、特許文献２や特許文献３では、光路折り曲げ用の反射部材を光軸上の一点を中心としてチルトさせることによって、手振れ補正機能を追加した折り曲げ光学系が示されている。

特開２０００−１３１６１０号公報 特開２００２−３０３７９１号公報 特開２００４−２１９９３０号公報

しかしながら、特許文献２や特許文献３に示された折り曲げ光学系のように、光路折り曲げ用の反射部材を光軸上の一点を中心としてチルトさせて、被写体画像側の光軸の角度が変わるように手振れ補正を行った場合、得られる被写体画像が台形状に変形し、好ましくない。また、反射部材をチルトさせることによって手振れを行う場合、光軸上のある任意の一点を中心に反射部材を回転させることが必要であり、それを達成するためには、メカ機構的にも制御的にも課題が非常に多い。

本発明は、上記したような問題に鑑み、メカ機構的にも制御的にも実現容易であり、反射部材の反射面後方のスペースを有効活用することで撮像装置の小型化・薄型化を達成しつつ、反射部材の回転に起因する画像の台形状変形が発生することのない手振れ補正機能を有する折り曲げ光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明折り曲げ光学系は、上記した課題を解決するために、光軸を折り曲げる反射部材を含み、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群（以下、「補正レンズ群」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせるものである。

別の本発明折り曲げ光学系は、上記した課題を解決するために、光軸を折り曲げる反射部材を最も物体側に有し、上記反射部材は屈折力を有し、該反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせるものである。

従って、本発明折り曲げ光学系及び別の本発明折り曲げ光学系にあっては、補正レンズ群又は屈折力を有する反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせるものであり、光学像に台形状の変形が生じることが無く、また、駆動機構は、直交する２方向への直線移動機構であるので、光軸上の一点を中心に回転させる機構に比較して機構が簡単であると共に制御も容易である。

また、本発明撮像装置及び別の本発明撮像装置は、上記した本発明折り曲げ光学系又は別の本発明折り曲げ光学系を備えるので、手振れ補正機能を備えながら小型に構成することが出来、且つ、補正後の画像に台形状変形が生じることがない。

本発明折り曲げ光学系は、光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系であって、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群（以下、「補正レンズ群」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせることを特徴とする。

また、別の本発明折り曲げ光学系は、光軸を折り曲げる反射部材を最も物体側に有する折り曲げ光学系であって、上記反射部材は屈折力を有し、該反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせることを特徴とする。

本発明撮像装置は、光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系と上記折り曲げ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、上記撮像素子本体の振れを検出する手振れ検出手段と、上記手振れ検出手段が検出した撮像素子本体の振れに応じて少なくとも上記反射部材を移動させる駆動手段を駆動させて、上記被写体像の結像位置の変動を抑制する手振れ補正制御手段とを備えた撮像装置であって、上記折り曲げ光学系は、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群（以下、「補正レンズ群」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせることを特徴とする。

また、別の本発明撮像装置は、光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系と上記折り曲げ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、上記撮像素子本体の振れを検出する手振れ検出手段と、上記手振れ検出手段が検出した撮像素子本体の振れに応じて上記反射部材を移動させる駆動手段を駆動させて、前記被写体像の結像位置の変動を抑制する手振れ補正制御手段とを備えた撮像装置であって、上記反射部材は屈折力を有し、該反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせることを特徴とする。

従って、本発明折り曲げ光学系及び別の本発明折り曲げ光学系にあっては、補正レンズ群又は最も物体側に位置する屈折力を有する反射部材（以下、単に「屈折力を有する反射部材」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせるので、光学像に台形状の変形が生じること無しに光軸のブレによる光学像のブレを補正することが出来る。また、補正レンズ群又は屈折力を有する反射部材を駆動するための駆動機構は、直交する２方向への直線移動機構であるので、光軸上の一点を中心に回転させる機構に比較して機構が簡単であると共にその駆動制御も容易である。さらに、補正レンズ群又は屈折力を有する反射部材の駆動機構を反射部材の反射面の背面側空間を利用して配置することにより、小型化及び薄型化を損なうことがない。

また、本発明撮像装置及び別の本発明撮像装置は、上記した本発明折り曲げ光学系又は別の本発明折り曲げ光学系を備えるので、手振れ補正機能を備えながら小型に構成することが出来、且つ、補正後の画像に台形状変形が生じることがない。

請求項２、請求項９、請求項１５及び請求項２１に記載した発明にあっては、補正レンズ群及び屈折力を有する反射部材の焦点距離をｆｓとして、条件式（１）５＜ |ｆs|＜１００を満足するので、補正レンズ群や屈折力を有する反射部材の移動範囲を適当な範囲に設定することが出来ると共に、望遠端での球面収差の発生を抑えることが出来る。

請求項４、請求項１１、請求項１６及び請求項２２に記載した発明にあっては、補正レンズ群及び屈折力を有する反射部材は少なくとも１つの非球面を有するので、手振れ時に発生する歪曲収差や像面湾曲などの諸収差を効果的に補正することが出来る。

請求項５、請求項１２、請求項１７及び請求項２３に記載した発明にあっては、上記反射部材はプリズムであるので、レンズ系全体、特に前玉径の小型化を達成することが出来る。

請求項６、請求項１３、請求項１８及び請求項２４に記載した発明にあっては、上記反射部材はプラスチックで形成されているので、反射部材の軽量化を図り、駆動機構の小型化を達成できるばかりでなく、非球面形状の付加が容易で、歪曲収差の補正に有利になるほか、製造コストの低減に寄与する。

請求項７及び請求項１９に記載した発明にあっては、上記反射部材はミラーであるので、反射部材の軽量化を図り、駆動機構の小型化を達成できるばかりでなく、製造時の組み付けが容易になる。

以下に、本発明及び別の本発明折り曲げ光学系並びに撮像装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明折り曲げ光学系は、光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系であって、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群（以下、「補正レンズ群」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせるものである。

また、別の本発明折り曲げ光学系は、光軸を折り曲げる反射部材を最も物体側に有する折り曲げ光学系であって、上記反射部材は屈折力を有し、該反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせるものである。

上記したように、補正レンズ群（図１６（ｃ）のａ、ｂ参照）、又は、最も物体側に配置される屈折力を有する反射部材（図１６（ｂ）のｃ参照）を、入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させることによって、レンズシフト方式を用いた手振れ補正機構と同様の効果を得ることができる。但し、屈折力を有しない反射光学系（図１６（ａ）のｄ参照）のみを移動した場合は、手振れ補正機能を付加できないばかりか、倍率の変動が起こってしまうので、上記したように、屈折力を有しない反射部材ｂと共に該反射部材ｂより物体側に配置されるレンズ（群）ａを移動すること、あるいは、反射部材ｃに屈折力を持たせることが必要となる。

また、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群を一体的に、又は屈折力を有する反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させることによって、反射部材を回転させることで手振れ補正を行った場合に問題であった撮影画像が台形形状になる現象を解決することができ、また、メカ機構的にも制御的にも課題の多い光軸上の任意の一点を中心に回転させる必要もなくなり、単純に補正レンズ群又は屈折力を有する反射部材を２次元方向にシフトさせるのみで手振れ補正が可能になる。加えて、補正レンズ群又は屈折力を有する反射部材の駆動機構を反射部材の反射面の後方スペースを利用して配置ことで、小型化・薄型化を損なうことなく手振れ補正機能の付加が可能である。

上記補正レンズ群や屈折力を有する反射部材は、補正レンズ群及び屈折力を有する反射部材の焦点距離をｆｓとして、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
（１）５＜ |ｆs|＜１００
まず、補正レンズ群の変位量と焦点距離との関係について説明する。

光軸に垂直な方向へのレンズ移動に対する像ブレ補正量を示す値としてブレ補正係数をＥとする。手振れ補正を行うレンズ群の倍率をβS、補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率をβEとすると、ブレ補正係数Ｅは
Ｅ=(1-βS) βＥ
で表される。特に本発明のように、最も物体側に位置するレンズ群で手振れ補正を行う場合、βS=０（最も物体側のレンズ群の倍率は０である）となるのでＥは、
Ｅ=βＥ
で表される。

また、補正レンズ群の変位量Ｘは、レンズ全系の焦点距離をｆとして、
Ｘ=ｆ・TAN（θ）/E
で与えられ、補正レンズ群の焦点距離をｆｓとすると
f=fs・βE
とも書けるので、これを上記の式に代入すると変位量Ｘは
Ｘ=ｆ・TAN（θ）/Ｅ=ｆS・βE・TAN（θ）/βE=ｆS ・TAN（θ）
となる。

つまり、補正レンズ群の変位量は、補正レンズ群の焦点距離と手振れ補正角のみで決まり、仮に光学系がズームレンズだとしても、ズームポジションに関係なく一定である。一般的に手振れ補正角は０．３度から０．５度であり、結局、補正レンズ群の変位量は補正レンズ群の焦点距離に依存するともいえる。

上記したように、本発明においては、手振れ補正角度が決まると、補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の変位量は、補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の焦点距離によって決まるので、補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材を駆動するアクチュエータの最大変位量や最小分解能に応じたレンズ設計を行うことができる。さらに、光学系がズームレンズである場合は、ズームポジションによらず可動範囲が同じであることより、駆動範囲を無駄なく手振れ補正機能に使うことが可能である。

上記条件式（１）は補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の焦点距離を規定するものである。｜fs｜の値が５を下回ると、補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の負のパワーが強くなりすぎて、望遠端での球面収差の発生が大きくなり、レンズ全系で補正することは困難になり、ブレ補正係数も大きくなりすぎて補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の駆動範囲が狭くなりすぎて、駆動機構の分解能や制御機構において好ましくない。また、｜fs｜の値が１００を上回ると、補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の負のパワーが弱くなりすぎて、レンズ全系の小型化・薄型化が達成されないばかりか、ブレ補正係数も小さくなりすぎブレ補正に必要な補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の変位量が大きくなり、手振れ補正機構が大型化し、好ましくない。

中でも、−５０＞ｆs＞−７の範囲で条件式（１）を満たす場合は、性能を良好に保ちつつ、反射部材を小さくすることが可能になり、補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材の駆動機構のサイズ、分解能を考慮するうえで非常に好ましい。

上記補正レンズ群又は最も物体側に位置した屈折力を有する反射部材は少なくとも１つの非球面を有することが好ましい。これによって、手振れ時に発生する歪曲収差や像面湾曲など諸収差を効果的に補正することが可能である。

上記反射部材は、プリズムであることが好ましい。これによって、レンズ系全体、特に前玉径の小型化を達成することができる。

プリズム反射部材は、プラスチックで形成することによって、反射部材の軽量化を図り駆動機構の小型化を達成できるばかりでなく、安価に非球面形状を付加することが可能であり、歪曲収差などの補正に有利である。

上記反射部材を、ミラーで構成することによって、反射部材の軽量化を図り駆動機構の小型化を達成できるばかりでなく、製品組み立て上容易になる。

また、本発明又は別の本発明にかかる折り曲げ光学系の組み立て時においては、光学系の偏芯を上記反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群や屈折力を有する反射部材を移動させて調芯することが望ましい。これによって、組み立て時における各レンズ群の偏芯を、補正レンズ群や屈折力を有する反射部材を移動させて調整することで標準状態の光学特性の劣化を防ぐことができる。

以下に、折り曲げ光学系の４つの実施の形態及びこれら実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について図１乃至図１４及び表１乃至表１２を参照して説明する。

なお、各実施の形態において非球面が用いられるが、非球面形状は次の数１式によって表される。

ここで、 ｙ：光軸と垂直な方向の高さ ｘ：レンズ面頂点からの光軸方向の距離 ｃ：レンズ頂点での近軸曲率 Ｋ：コーニック定数 Ａｉ：第ｉ次の非球面係数である。

図１は本発明折り曲げ光学系の第１の実施の形態１によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＰ及び両面に非球面を有する正レンズＧ２で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ３、負レンズＧ４と正レンズＧ５との接合レンズ及び負レンズ６で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面に非球面を有する正レンズＧ７で構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側に非球面を有する正レンズＧ８と負レンズＧ９との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ１０と正レンズＧ１１の接合レンズ及び負レンズ１２と正レンズＧ１３との接合レンズで構成されている。また、開口絞りＳは第３レンズ群ＧＲ３の像側に近接して配置され、変倍に際して第３レンズ群ＧＲ３と共に固定である。そして、広角端から望遠端への変倍に際しては、図１に矢印で示すように、第２レンズ群ＧＲ２及び第４レンズ群ＧＲ４が光軸上を移動し、第１レンズ群ＧＲ１、第３レンズ群ＧＲ３及び第５レンズ群ＧＲ５は固定である。

折り曲げ光学系の最終面と撮像面ＩＭＧとの間に平行平面板の形状の光学的ローパスフィルターＬＰＦが配置される。なお、上記ローパスフィルターＬＰＦとしては、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等が適用可能である。

上記折り曲げ光学系１において、手振れが発生したときには、補正レンズ群、すなわち、プリズムＰと該プリズムＰより物体側に配置されたレンズＧ１を入射光軸ｘ方向及び入射光軸ｘとプリズムＰによる反射後の光軸ｘ′とによって作られる平面に垂直な方向（図１の紙面に垂直な方向）に一体的に移動させて、手振れによる画像のブレを補正する。

表１に上記した第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を示す。この数値実施例１及び後に説明する各数値実施例の諸元表中の面Ｎｏ．は物体側からｉ番目の面を示し、Ｒは第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間のレンズ面間隔、Ｎｄは物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率、Ｖｄは物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線に対するアッベ数を示す。また、「ＡＳＰ」で示した面は非球面であることを示す。曲率半径「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は平面であることを、「ＲＦＦ」は反射面であることを示す。

上記第１の実施の形態１において、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ７、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔Ｄ１４、開口絞りＳと第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１７及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔Ｄ２０が変化する。そこで、数値実施例１における上記可変面間隔の広角端、中間焦点距離、望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、半画角ωと共に表２に示す。

上記第１の実施の形態１において、第６面、第７面、第１５面、第１６面及び第１８面が非球面で構成される。そこで、数値実施例１における上記各面の非球面係数を表３に示す。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

図２乃至図４に上記数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図２は広角端（ｆ＝6.51）、図３は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝12.05）、図４は望遠端（ｆ＝31.26）における諸収差図を示すものである。

図２乃至図４の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

上記数値実施例１にあっては、後述する表１２に示すように、条件式１を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。

図５は本発明折り曲げ光学系の第２の実施の形態２によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。第１レンズ群ＧＲ１は、両面が非球面で構成されて負の屈折力を有し光軸を９０°折り曲げるためのプリズムＰ及び両面に非球面を有する正レンズＧ１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ２及び負レンズＧ３と正レンズＧ４との接合レンズで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面に非球面を有する正レンズＧ５で構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側に非球面を有する正レンズＧ６と負レンズＧ７との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ８と正レンズＧ９との接合レンズで構成されている。また、開口絞りＳは第３レンズ群ＧＲ３の像側に近接して配置され、変倍に際して第３レンズ群ＧＲ３と共に移動する。そして、広角端から望遠端への変倍に際しては、図５に矢印で示すように、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３及び第４レンズ群ＧＲ４が光軸上を移動し、第１レンズ群ＧＲ１及び第５レンズ群ＧＲ５は固定である。

折り曲げ光学系の最終面と撮像面ＩＭＧとの間に平行平面板の形状の光学的ローパスフィルターＬＰＦが配置される。なお、上記ローパスフィルターＬＰＦとしては、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等が適用可能である。

上記折り曲げ光学系２において、手振れが発生したときには、プリズムＰを入射光軸ｘ方向及び入射光軸ｘとプリズムＰによる反射後の光軸ｘ′とによって作られる平面に垂直な方向（図５の紙面に垂直な方向）に移動させて、手振れによる画像のブレを補正する。

表４に上記した第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を示す。

上記第２の実施の形態２において、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔Ｄ１０、開口絞りＳと第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１３及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔Ｄ１６が変化する。そこで、数値実施例２における上記可変面間隔の広角端、中間焦点距離、望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、半画角ωと共に表５に示す。

上記第２の実施の形態２において、第１面、第３面、第４面、第５面、第１１面、第１２面及び第１４面が非球面で構成される。そこで、数値実施例２における上記各面の非球面係数を表６に示す。

図６乃至図８に上記数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図６は広角端（ｆ＝6.91）、図７は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝11.98）、図８は望遠端（ｆ＝20.74）における諸収差図を示すものである。

図６乃至図８の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

上記数値実施例２にあっては、後述する表１２に示すように、条件式１を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。

図９は本発明折り曲げ光学系の第３の実施の形態３によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４が配列されて成る。第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１及び光軸を９０°折り曲げるためのミラーＭで構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、両面に非球面を有する負レンズＧ２及び正レンズＧ３で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面に非球面を有する正レンズＧ４、正レンズＧ５と負レンズＧ６との接合レンズ及び正レンズＧ７で構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、両面に非球面を有する正レンズＧ８で構成されている。また、開口絞りＳは、第３レンズ群ＧＲ３の物体側に近接して配置され、変倍に際して第３レンズ群ＧＲ３と共に移動する。そして、広角端から望遠端への変倍に際しては、図９に矢印で示すように、第２レンズ群ＧＲ２及び第３レンズ群ＧＲ３が光軸上を移動し、第１レンズ群ＧＲ１及び第４レンズ群ＧＲ４は固定である。

折り曲げ光学系の最終面と撮像面ＩＭＧとの間に平行平面板の形状の光学的ローパスフィルターＬＰＦが配置される。なお、上記ローパスフィルターＬＰＦとしては、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等が適用可能である。

上記折り曲げ光学系３において、手振れが発生したときには、補正レンズ群、すなわち、レンズＧ１及びミラーＭを入射光軸ｘ方向及び入射光軸ｘとミラーＭによる反射後の光軸ｘ′とによって作られる平面に垂直な方向（図９の紙面に垂直な方向）に一体的に移動させて、手振れによる画像のブレを補正する。

表７に上記した第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を示す。

上記第３の実施の形態３において、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ３、第２レンズ群ＧＲ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ７及び第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１５が変化する。そこで、数値実施例３における上記可変面間隔の広角端、中間焦点距離、望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、半画角ωと共に表８に示す。

上記第３の実施の形態３において、第４面、第５面、第９面、第１０面、第１６面及び第１７面が非球面で構成される。そこで、数値実施例３における上記各面の非球面係数を表９に示す。

図１０乃至図１２に上記数値実施例３の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１０は広角端（ｆ＝4.85）、図１１は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝9.22）、図１２は望遠端（ｆ＝14.07）における諸収差図を示すものである。

図１０乃至図１２の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

上記数値実施例３にあっては、後述する表１２に示すように、条件式１を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。

図１３は本発明折り曲げ光学系の第４の実施の形態４によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、物体面が非球面で負の屈折力を有し光軸を９０°折り曲げるためのプラスチックプリズムＰと、物体側面に非球面を有する正プラスチックレンズＧ１と、両面に非球面を有する負プラスチックレンズＧ２と、両面に非球面を有する正プラスチックレンズＧ３とが配列されて構成されている。そして、プラスチックプリズムＰと正プラスチックレンズＧ１との間に開口絞りＳが配置されている。

折り曲げ光学系の最終面と撮像面ＩＭＧとの間に平行平面板の形状の光学的ローパスフィルターＬＰＦが配置される。なお、上記ローパスフィルターＬＰＦとしては、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等が適用可能である。

上記折り曲げ光学系４において、手振れが発生したときには、プラスチックプリズムＰを入射光軸ｘ方向及び入射光軸ｘとプラスチックプリズムＰによる反射後の光軸ｘ′とによって作られる平面に垂直な方向（図１３の紙面に垂直な方向）に移動させて、手振れによる画像のブレを補正する。

表１０に上記した第４の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例４の諸元の値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、半画角ωと共に示す。

上記第４の実施の形態４において、第１面、第５面、第７面、第８面、第９面及び第１０面が非球面で構成される。そこで、数値実施例４における上記各面の非球面係数を表１１に示す。

図１４に上記数値実施例４の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

上記数値実施例４にあっては、後述する表１２に示すように、条件式１を満足し、また、各収差図に示すように、各収差ともバランス良く補正されている。

表１２に上記各数値実施例の条件式（１）対応値を示す。

なお、上記第１の実施の形態１、第２の実施の形態２、第３の実施の形態３及び第４の実施の形態４を構成している各レンズ群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されているが、これに限らず、例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で、各レンズ群を構成してもよい。

また、第２及び第４の実施の形態を構成している屈折力を有する反射部材として、レンズ面が一体的に成形されたものを示したが、図１７に示すように、直角プリズムＰにレンズＬを接合したものを用いてもよい。

図１５に本発明撮像装置の実施の形態を示す。

撮像装置１０は折り曲げ光学系２０を備え、折り曲げ光学系２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０、撮像素子３０本体の振れを検出する手振れ検出手段８０、上記手振れ検出手段が検出した撮像素子３０本体の振れに応じて上記折り曲げ光学系２０の補正レンズ群（Ｇ１＋Ｐ）を移動させる駆動手段を駆動させて、上記被写体像の結像位置の変動を抑制する手振れ補正制御手段９０とを有する。なお、撮像素子としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記折り曲げ光学系２０には本発明にかかる折り曲げ光学系を適用することができ、図１５では、図１に示した第１の実施の形態にかかる折り曲げ光学系１の各レンズ群を単レンズに簡略化して示してある。勿論、第１の実施の形態にかかる折り曲げ光学系１だけでなく、第２の実施の形態乃至第４の実施の形態にかかる折り曲げ光学系や本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明折り曲げ光学系を使用することができる。

上記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。

制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路６０、７０を介して駆動部６１、７１を動作させて、第２レンズ群ＧＲ２及び第４レンズ群ＧＲ４を所定の位置へと移動させる。各センサ６２、７２によって得られた第２レンズ群ＧＲ２及び第４レンズ群ＧＲ４の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０、７０へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は上記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように、例えば、第４レンズ群ＧＲ４をドライバ回路７０を介して制御する。

また、制御回路５０には、撮像素子３０本体の振れを検出する手振れ検出手段８０、例えば、ジャイロセンサーからの信号により、手振れを補償するための振れ角が算出される。算出された振れ角に基づく補正レンズ群位置とすべく、ドライバ回路９０（手振れ補正制御手段）を介して駆動部９１を動作させて、補正レンズ群（Ｇ１＋Ｐ）を所定の位置へと移動させる。各センサ９２によって得られた補正レンズ群（Ｇ１＋Ｐ）の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路９０へ指令信号を出力する際に参照される。 上記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。

なお、上記各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状及び構造並びに数値は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

折り曲げ光学系を使用して小型化及び薄型化を実現した撮像装置において、簡易な機構によって手振れ補正機構を組み込むことが出来、且つ、上記手振れ補正機構の制御も容易である。

本発明折り曲げ光学系の第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図３及び図４と共に本発明折り曲げ光学系の第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の各種収差図を示すものであり、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明折り曲げ光学系の第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図７及び図８と共に本発明折り曲げ光学系の第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の各種収差図を示すものであり、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明折り曲げ光学系の第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１１及び図１２と共に本発明折り曲げ光学系系の第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の各種収差図を示すものであり、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明折り曲げ光学系の第４の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 本発明折り曲げ光学系系の第４の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例４の球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。 手振れ補正の原理を説明する説明図である。 屈折力を有する反射部材の変形例を示す図である。

符号の説明

１…折り曲げ光学系、２…折り曲げ光学系、３…折り曲げ光学系、４…折り曲げ光学系、Ｐ…プリズム（反射部材）、Ｍ…ミラー（反射部材）、ｘ…入射光軸、ｘ′…反射部材による反射後の光軸１０…撮像装置、２０…折り曲げ光学系、３０…撮像装置、８０…手振れ検出手段、９０…ドライバ回路（手振れ補正制御手段）、９１…駆動部（駆動手段）

Claims (24)

1. 光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系であって、
   反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群（以下、「補正レンズ群」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせる
   ことを特徴とする折り曲げ光学系。
2. 補正レンズ群の焦点距離をｆｓとして、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の折り曲げ光学系。
   （１）５＜ |ｆs|＜１００
3. 上記補正レンズ群は上記折り曲げ光学系が振動したときに生ずる画像ぶれを補正する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の折り曲げ光学系。
4. 上記補正レンズ群は少なくとも１つの非球面を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３に記載の折り曲げ光学系。
5. 上記反射部材はプリズムである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４に記載の折り曲げ光学系。
6. 上記反射部材はプラスチックで形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５に記載の折り曲げ光学系。
7. 上記反射部材はミラーである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４に記載の折り曲げ光学系。
8. 光軸を折り曲げる反射部材を最も物体側に有する折り曲げ光学系であって、
   上記反射部材は屈折力を有し、該反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせる
   ことを特徴とする折り曲げ光学系。
9. 上記屈折力を有する反射部材の焦点距離をｆｓとして、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項８に記載の折り曲げ光学系。
   （１）５＜ |ｆs|＜１００
10. 上記屈折力を有する反射部材は上記折り曲げ光学系が振動したときに生ずる画像ぶれを補正する
    ことを特徴とする請求項８から請求項９に記載の折り曲げ光学系。
11. 上記反射部材は少なくとも１つの非球面を有する
    ことを特徴とする請求項８から請求項１０に記載の折り曲げ光学系。
12. 上記反射部材はプリズムである
    ことを特徴とする請求項８から請求項１１に記載の折り曲げ光学系。
13. 上記反射部材はプラスチックで形成されている
    ことを特徴とする請求項８から請求項１２に記載の折り曲げ光学系。
14. 光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系と上記折り曲げ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、上記撮像素子本体の振れを検出する手振れ検出手段と、上記手振れ検出手段が検出した撮像素子本体の振れに応じて少なくとも上記反射部材を移動させる駆動手段を駆動させて、上記被写体像の結像位置の変動を抑制する手振れ補正制御手段とを備えた撮像装置であって、
    上記折り曲げ光学系は、反射部材と該反射部材よりも物体側に配置されるレンズ群（以下、「補正レンズ群」という）を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に一体的に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせる
    ことを特徴とする撮像装置。
15. 補正レンズ群の焦点距離をｆｓとして、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
    （１）５＜ |ｆs|＜１００
16. 上記補正レンズ群は少なくとも１つの非球面を有する
    ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の撮像装置。
17. 上記反射部材はプリズムである
    ことを特徴とする請求項１４から請求項１６に記載の撮像装置。
18. 上記反射部材はプラスチックで形成されている
    ことを特徴とする請求項１４から請求項１７に記載の撮像装置。
19. 上記反射部材はミラーである
    ことを特徴とする請求項１４から請求項１６に記載の撮像装置。
20. 光軸を折り曲げる反射部材を含む折り曲げ光学系と上記折り曲げ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、上記撮像素子本体の振れを検出する手振れ検出手段と、上記手振れ検出手段が検出した撮像素子本体の振れに応じて上記反射部材を移動させる駆動手段を駆動させて、上記被写体像の結像位置の変動を抑制する手振れ補正制御手段とを備えた撮像装置であって、
    上記反射部材は屈折力を有し、該反射部材を入射光軸方向及び入射光軸と上記反射部材による反射後の光軸とによって作られる平面に垂直な方向に移動させて光学像を上記反射後の光軸に垂直な方向にシフトさせる
    ことを特徴とする撮像装置。
21. 上記屈折力を有する反射部材の焦点距離をｆｓとして、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２０に記載の撮像装置。
    （１）５＜ |ｆs|＜１００
22. 上記反射部材は少なくとも１つの非球面を有する
    ことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の撮像装置。
23. 上記反射部材はプリズムである
    ことを特徴とする請求項２０から請求項２２に記載の撮像装置。
24. 上記反射部材はプラスチックで形成されている
    ことを特徴とする請求項２０から請求項２３に記載の撮像装置。

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