JP2009288502A - レンズ装置及びそのレンズ装置を用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で、駆動精度に優れた撮像装置用のレンズ装置を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するため、本発明は、被写体側から光束を入射する入射面と、当該入射面より入射した光束を偏向させる反射面と、当該反射面で偏向された光束を撮像面側へ出射する出射面とを有するプリズムと、当該プリズムを保持するプリズムホルダーと、被写体側レンズ群と、撮像面側レンズ群とを含むレンズ装置であって、当該被写体側レンズ群は当該プリズムの入射面に固定したものであり、当該撮像面側レンズ群は当該プリズムの出射面に固定したものであることを特徴とするレンズ装置を採用する。
【選択図】図６

Description

本発明は、レンズ装置及びそのレンズ装置を用いた撮像装置に関する。

近年、単焦点レンズ付き携帯電話が急速に普及しているが、ズームレンズを搭載した機種はまだ少ない。このとき、デジタルスチルカメラの多くに採用されている沈胴式ズームレンズを用いると、レンズ系を伸縮させるためのアクチュエータや機構部品が必要となり、レンズ鏡筒の構成が複雑になる。

また、デジタルビデオカメラの多くに採用されているインナーズームを用いると、光軸方向の長さがある程度必要になるため、これを携帯電話に用いた場合には、携帯電話の側面にレンズを配置しなくてはならないため、携帯電話の液晶表示画面に対して光軸が直行して使いづらいものとなる。液晶表示を回転自在にして光軸に一致させる携帯電話もあるが、回動機構が複雑で高価なものとなってしまう。また、ズームレンズは一般に前玉が大きくなるため、側面に前玉を配置すると携帯電話の厚さが厚くなってしまう。

そこで従来より、プリズム（反射部材）を備えることによって被写体側から入射される光束を反射偏向させ、この反射偏向された光束を撮像面側へ出射させることで、装置本体の水平方向の長さを短縮することが可能な撮像装置が提案されている。

このように、屈曲光学系を持つズームレンズを携帯電話に配置した場合は、レンズ系の前玉の光軸と液晶表示の面を平行に配置しやすい。また、前玉も携帯電話の厚さ方向に配置されないので、携帯電話を薄くすることが可能となる。プリズムの入射面及び出射面は高い精度で加工され、入射面側に配置される被写体側レンズ群と、出射面側に配置される像面側レンズ群もそれぞれの面に対して各レンズ群の光軸が正確に直交するように配置されることで光軸の角度精度を高精度に維持することが可能となる。

例えば、特許文献１には、撮影系の物体側に光束を反射偏向させる斜面を内面反射面としたプリズム体を装着し、当該プリズム体を介して撮像していることを特徴とする撮像装置が開示されている。

また、特許文献２には、三角柱形状の直角プリズムが有する側面のうち、物体と対面する第１側面から光束を入射させ、前記第１側面と鋭角をなして連なる第２側面によって略直角な方向に反射された光束を前記第１側面と略直角をなして連なる第３側面から出射させる。そして、前記第３側面から出射された光束を光電変換素子上に結像させるレンズ鏡筒において、前記直角プリズムが組み込まれる保持枠には、前記第３側面が固定されかつ前記第３側面から出射された光束が通る開口が形成された台座フレームが一体に形成されており、前記第３側面から出射された光束を受ける像側レンズを薄肉形成されたレンズ枠で保持するとともに、前記像側レンズが前記第３側面に当接するように前記レンズ枠を前記開口に嵌め込むことを特徴とするレンズ鏡筒が開示されている。

特開平９−２１１２８７号公報 特開２００６−９１４０５号公報

従来の屈曲光学系のレンズ装置は、屈曲光学系を構成する光学部品が一つのユニットとしてカメラ本体に組み込まれるため、これら光学部品を同一のレンズ鏡筒に組み付けることが一般的である。しかし、光学部品を構成するレンズ群を移動させてズーム倍率を変更できる屈曲光学系の場合には、ズーム倍率の変更時に移動するレンズ群を組み付ける際の組付調整が難しいため、屈曲光学系全体の光学性能を高精度に保つことが難しいという問題があった。近年では、ズーム倍率が高い屈曲光学系を備えたデジタルカメラが主流になってきており、ズーム倍率が高いほど、屈曲光学系の光学性能を高精度に保つことが困難となる。

特許文献１に開示の撮像装置は、撮影系の物体側に光束を反射偏向させる斜面を内面反射面としたプリズム体を装着し、当該プリズム体を介して撮像するものである。しかし、特許文献１に開示の技術は、プリズムと像面側レンズ群はプリズムカバーと固定鏡筒とを介して位置決めされるので、プリズムと像面側レンズ群との間に介在する部材の存在により、光学性能を高精度に保つことが困難であった。

また、特許文献２に開示のレンズ鏡筒は、物体側から第１レンズ、プリズム、第２レンズ、第３レンズが配置され、第２レンズ、第３レンズは金属製の肉薄なレンズ保持枠によって保持される。プリズム保持枠には第１の光軸Ｌ１が通る第１開口、第２の光軸Ｌ２が通る第２開口が形成され、第１開口の下端部と第２開口の前端部との間は切り抜かれている。プリズムはプリズム保持台座に載置され、レンズ保持枠は第２開口内に組み込まれる。第１レンズは第１レンズ固定枠によって固定される。第２開口の前側の端部からはレンズ保持枠の外周が露呈し、この露呈したレンズ保持枠の外周に第１レンズの縁部が当接する構造となっている。

しかし、特許文献２に開示のレンズ鏡筒は、像面側レンズ群はプリズムに対してシート材のみを介して当接しているが、被写体側レンズ群はプリズム保持枠に当接した構造が採用されており、光学性能を高精度に保つことが困難であった。

以上のことから、従来より小型軽量化が可能で、且つ、高精度な光学性能を有するレンズ装置が望まれてきた。

そこで、本件発明者等は、課題を解決するため、鋭意研究の結果、以下のようなレンズ装置及びそのレンズ装置を用いた撮像装置を採用し、上記課題を解決するに至った。以下、本件発明の概略を説明する。

本件発明に係るレンズ装置は、被写体側から光束を入射する入射面と、当該入射面より入射した光束を偏向させる反射面と、当該反射面で偏向された光束を撮像面側へ出射する出射面とを有するプリズムと、当該プリズムを保持するプリズムホルダーと、被写体側レンズ群と、撮像面側レンズ群とを含むレンズ装置であって、当該被写体側レンズ群は当該プリズムの入射面に固定したものであり、当該撮像面側レンズ群は当該プリズムの出射面に固定したものであることを特徴とする。

本件発明に係るレンズ装置は、前記プリズムは当該プリズムの出射面及び反射面を前記プリズムホルダーに当接して配置したことが好ましい。

本件発明に係るレンズ装置は、前記撮像面側レンズ群のプリズムに固定したレンズは、レンズ形状が凹形状であることが好ましい。

本件発明に係るレンズ装置は、前記被写体側レンズ群のプリズムに固定したレンズは、レンズ形状が凹形状であることが好ましい。

本件発明に係る撮像装置は、前記レンズ装置を用いたことを特徴とする。

本件発明に係るレンズ装置は、保持枠に組み込まれるプリズムにおいて、光束が入射する入射面側に配置される被写体側レンズ群と、光束が出射する出射面側に配置される撮像面側レンズ群とがそれぞれ当該プリズムに固定されることにより、当該被写体側レンズ群及び当該撮像側レンズ群と当該プリズムとの間の距離を短くとることができ、レンズ装置としてよりコンパクト化が図れると共に、レンズ群の位置決めをより正確に行うことができる。よって、本件発明のレンズ装置を撮像装置に用いた場合、コンパクトで高品質な撮像装置を提供することが可能になる。

本件発明に係るレンズ装置は、光軸を略直角に曲げる反射面を持つプリズムと、プリズムを保持するプリズムホルダーと、被写体側レンズ群と、撮像面側レンズ群とを含む。ここで、本件発明に係るレンズ装置は、当該被写体側レンズ群は当該プリズムの入射面に固定したものであり、当該撮像面側レンズ群は当該プリズムの出射面に固定したものであることが好ましい。このように、プリズムの入射面に被写体側レンズ群が、また、プリズムの出射面に撮像レンズ群が、それぞれ当接して固定されることで、当該プリズムに当接される各レンズ群の光軸角度精度の向上を図ることができる。

なお、当該プリズムと当該撮像面側レンズ群、及び当該プリズムと当該被写体側レンズ群を固定する際に、シート状の遮光マスクを介して固定しても良い。当該遮光マスクを介して当該プリズムにレンズ群を固定することで、光軸角度精度の低下を最小限に抑え、且つ、ゴースト等の発生を抑えて小型に最適な屈曲光学系を有したレンズ装置を提供することができる。

本実施形態では、小型軽量化が可能で、且つ、高精度な光学性能を有するレンズ装置を提供することを目的としており、以下にこれらの目的を実現する構成を図を用いて詳しく説明していく。

図１は、本件発明に係るレンズ装置１の実施形態を撮像面側レンズ３が配置されている正面側から示した斜視図である。図１には、被写体側レンズ２と撮像面側レンズ３とがプリズムホルダー４に固定配置されている状態が示されている。図２は、本件発明に係るレンズ装置１の実施形態を背面側から示した斜視図である。図２には、被写体側レンズ２がプリズムホルダー４に固定配置されている状態が示されている。また、図３には、本件発明に係るレンズ装置１の背面図を示している。更に、図３におけるレンズ装置をＡ−Ａ’線で切断したときの断面図を図４に示し、当該レンズ装置をＢ−Ｂ’線で切断したときの断面図を図５に示す。以下、図４及び図５について説明していく。

図４には、プリズムホルダー４に当接配置されたプリズム５に被写体側レンズ２及び撮像面側レンズ３が固定配置されている状態が示されている。図４において、撮像面に垂直な光軸をＸ光軸、プリズム反射面で略直角に曲げられた光軸をＹ光軸とした場合、プリズムのＸ光軸方向に撮像面側レンズ群が当接した状態で配置され、プリズムのＹ光軸方向に被写体側レンズ群が固定して配置されている。このとき、プリズムと被写体側レンズとの間に何ら部材を介さずに当接配置させることで、光軸の角度精度を更に向上させることができる。しかし、図４に示したように、被写体側レンズ２とプリズム５との間には、遮光マスク６を配置しても良い。レンズとプリズムとの間に遮光マスクを配置することで、プリズムの有効光束以外の光束が遮断され、撮影の際に入射した強い光がレンズやカメラ本体内部で反射を繰り返すことによって発生するゴーストやフレアを防ぐことができる。更に、当該遮光マスク６は、厚みの異なるものを準備して入れ替えることで、光学性能の微調整が可能になる。

図５には、プリズムホルダー４にプリズム５が当接配置され、当該プリズム５に撮像面側レンズ３が当接配置されている状態が示されている。図４及び図５に示すように、プリズム５は、プリズムホルダー４に対して当該プリズム５の出射面側を当接することでＸ光軸方向に、当該プリズム５の反射面側を当接することでＹ軸方向に、それぞれ光軸の位置を正確に保持した状態で位置決めされる。このとき、当該プリズムホルダー４に撮像面側レンズ３を径嵌合保持することで、当該レンズの軸を出すことができる。また、当該プリズムホルダー４でガイドポール及びベースプレートの位置決めをすることで、撮像面側レンズ３以降に配置されるレンズの軸を出すことができる。このように、プリズム５と被写体側レンズ２及び撮像面側レンズ３とがそれぞれ固定配置されることによって、光軸の角度精度が低下するのを抑えることができる。

図６は、図３におけるＡ−Ａ’線で切断したときの、本件発明に係るプリズム５と被写体側レンズ２と撮像面側レンズ３との配置に関する要部断面図である。図６に示すように、撮像面側レンズ３のレンズ形状は凹形状をしている。撮像面側レンズ３の有効径の外側は、光軸Ｌに直交する面で芯取りされているため、芯取り面がプリズム５の入射面に当接可能となる。また、図６に示すように、被写体側レンズ２のレンズ形状も凹形状をしている。撮像面側レンズ３及び被写体側レンズ２の有効径の外側は、光軸Ｌに直交する面で芯取りされているので、芯取り面がプリズム５の入射面に当接可能となる。このように、プリズム５と被写体側レンズ２及び撮像側レンズ３とは光学素子が部材を介さず当接することができ、光軸Ｌの角度精度を高いレベルで維持することができる。

また、被写体側レンズ２と撮像面側レンズ３との双方のレンズ形状が凹形状であることによって、当該レンズ２，３をプリズム５に固定したとき、プリズムの入射面及び出射面に対しての平行度が出しやすく、且つ、プリズムに対して空気間隔の精度が出しやすいといった効果も得ることができる。これらの効果によって、プリズムとレンズとの関係において、部品精度のばらつきを考慮する必要が生じなくなる。

また、図６に示すように、プリズム５は面５ｂを反射面とし、光軸Ｌ上の光束を平面よりなる入射面５ａより入射させ、反射面５ｂで９０度反射偏向させて出射面５ｃより射出させている。なお、光束を反射面５ｂで反射させる角度は必ずしも９０度でなくてもよい。

次に、凹レンズのレンズ凹面をプリズムに固定させる場合の、当該レンズ及びプリズムの好ましい寸法条件について以下に述べる。凹レンズをプリズムの平面に固定する際の好ましい寸法条件については、図７に示す図において、ｄをレンズの有効径、ｒをレンズの曲率、Δｈをレンズの高さ、Ｄをプリズム対角線長さとすることで求めることができる。

図７において円の中に三角形が存在することに着目し、この三角形について三平方の定理を適用させると、数１に示す式が成立する。

上記数１の式を展開して、レンズの有効径ｄについて整理すると、数２の式が得られる。

もし、レンズの有効径の長さｄがプリズムの対角線長さＤを上回ると、レンズをプリズムに直接当接することが不可能となる。また、プリズムで折り曲げられない光の領域が発生してしまう。よって、有効径ｄはプリズムの対角線長さＤ以下であることが好ましい。したがって、プリズムの対角線長さＤはＤ≧ｄでなければならない。このｄに数２の式を当てはめれば、数３の式が得られる。

数３の条件を満たす寸法のレンズとプリズムとの組合せを選択することで、レンズをプリズムに直接当接することが可能となり、且つ、プリズムで折り曲げられない光の領域の発生を防ぐことができる。また、数２の式を用いることで、レンズの曲率、レンズの有効径、レンズの厚さの関係を導き出すことができる。

上述してきたように、本件発明に係るレンズ装置によれば光学素子が部材を介さず、互いに直接当接配置され、屈曲した光軸の角度精度を高精度に維持することができるため、撮像装置として小型化が図れ、且つ、レンズ駆動精度に優れたレンズ装置を提供することが可能となる。

本件発明に係るレンズ装置を採用することにより、小型化が図れ、且つ、高精度な屈曲光学系を備えた撮像装置を提供することが可能となる。

本件発明に係るレンズ装置の実施形態を正面側から示した外観斜視図である。 本件発明に係るレンズ装置の実施形態を背面側から示した外観斜視図である。 本件発明に係るレンズ装置の背面図である。 図３に示すレンズ装置のＡ−Ａ’線における断面図である。 図３に示すレンズ装置のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図３に示すレンズ装置のＡ−Ａ’線におけるレンズ及びプラズマに関する要部断面図である。 プリズムの対角線長さとレンズ有効径との好ましい寸法条件について示す図である。

符号の説明

１ レンズ装置
２ 被写体側レンズ
３ 撮像面側レンズ
４ プリズムホルダー
５ プリズム
５ａ 入射面
５ｂ 反射面
５ｃ 出射面
６ 遮光マスク

Claims (5)

1. 被写体側から光束を入射する入射面と、当該入射面より入射した光束を偏向させる反射面と、当該反射面で偏向された光束を撮像面側へ出射する出射面とを有するプリズムと、当該プリズムを保持するプリズムホルダーと、被写体側レンズ群と、撮像面側レンズ群とを含むレンズ装置であって、
   当該被写体側レンズ群は当該プリズムの入射面に固定したものであり、当該撮像面側レンズ群は当該プリズムの出射面に固定したものであることを特徴とするレンズ装置。
2. 前記プリズムは当該プリズムの出射面及び反射面を前記プリズムホルダーに当接して配置したものである請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記撮像面側レンズ群のプリズムに固定したレンズは、レンズ形状が凹形状である請求項１又は請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記被写体側レンズ群のプリズムに固定したレンズは、レンズ形状が凹形状である請求項１又は請求項２に記載のレンズ装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレンズ装置を用いたことを特徴とする撮像装置。

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