JP2020106566A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要光がよく抑えられた反射屈折光学系を提供する。【解決手段】反射屈折素子を有する結像光学系１であって、反射屈折素子２は、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面３と、凸形状の反射面である第２面４と、拡大側に向かって凹形状の第３面５と、屈折面である第４面６と、を含み、回転対称軸９を含む光学系の垂直断面において、光学系の回転対称軸９に最も近い画角Ａであって第２面４に入射する光束と第２面４で反射される光束の間に第一の遮蔽部１１を有し、光学系の回転対称軸９から最も遠い画角Ｃのうち第２面４で反射する光束と、光学系の回転対称軸９に最も近い画角Ａのうち第３面５から第４面６へ向かう光束との間に第二の遮蔽部１２を有し、第二の遮蔽部１２は、第一の遮蔽部１１のうち第２面４に近い点１１ａと、結像面の最外結像位置２０ａとを結ぶ軸５０を交差するように配置されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光学系を用いて被写体の像を撮像素子上に結像して撮影する撮像装置の不要光除去に関する。特にデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、ウェアラブルカメラ、医療用カメラ、測距カメラ等において、良好に不要光を除去できる小型の撮像装置に関する。

屈折面と反射面との両方を有する反射屈折部材を用いた光学系の例が開示されている。

特許文献１には、入射面から１次ミラーに至る光路、１次ミラーから２次ミラーに至る光路、２次ミラーから射出面に至る光路が硝材により満たされたソリッド型カタディオプトリック光学系が開示されている。

特許文献２には、１つのみのプリズム部材を有し、プリズム部材は光束をプリズム内に入射する第１面と、光束をプリズム内で反射する第２面と、光束をプリズム内で反射する第３面と、光束をプリズム外に射出する第４面とを有する結像光学系が開示されている。

このような光学系は、二回の反射で光路を折り曲げるため、通常の透過型結像光学系に対して光学系全体のサイズを小型に形成することができる。

特開２００４−３６１７７７号公報 特開２０００−０６６１０５号公報

特許文献１では、入射面と２次ミラーとの間に第１の溝、及び、１次ミラーと射出面との間に第２の溝を形成し、溝の内面に黒色処理を施すことで、結像に寄与しない不要な光を散乱させるとしている。しかし、実施例の光路図を確認すると、実施例中に記載の像面内に不要光が到達しており、不要光を十分に除去できていない。

特許文献２は、不要光の除去についての記載がないものの、バックフォーカスを長く取っており、一見不要光が像面に入らないように見えるが、画角によっては像面の端側に不要光が到達しており、不要光を十分に除去できていない。

本発明は、屈折面と反射面との両方を有する反射屈折部材を用いた光学系において、不要光を良好に除去できる反射屈折光学系を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
反射屈折素子を有する結像光学系を有し、前記反射屈折素子は、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面と、凸形状の反射面である第２面と、拡大側に向かって凹形状第３面と、屈折面である第４面を有する。回転対称軸を含む光学系の垂直断面において、光学系の回転対称軸に最も近い画角であって前記第２面に入射する光束と前記第２面で反射される光束の間に第一の遮蔽部を配置する。回転対称軸を含む光学系の垂直断面において、光学系の回転対称軸から最も遠い画角のうち前記第２面で反射する光束と、光学系の回転対称軸に最も近い画角のうち前記第３面から前記第４面へ向かう光束との間に第二の遮蔽部を配置する。そして、前記第二の遮蔽部は、回転対称軸を含む光学系の垂直断面において、前記第一の遮蔽部のうち前記第２面に近い点と、結像面において回転対称軸から最も遠い画角とを結ぶ軸を交差するように配置する。

本発明によれば、屈折面と反射面との両方を有する反射屈折レンズを用いた光学系において、不要光を除去できる。ゆえに、不要光のない良質な撮影が可能な撮像装置を提供することができる。

反射屈折部材を有する光学系に対して二つの遮蔽部を配置した図 反射屈折部材を有する光学系と不要光を表す図 二つの遮光部によって不要光が遮光されていることを表す図 反射屈折部材と反射部材を有する光学系に対して二つの遮蔽部を配置した図 反射屈折部材と反射部材を有する光学系と不要光を表す図 二つの遮光部によって不要光が遮光されていることを表す図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明の撮像装置の実施例について説明する。

屈折面と反射面との両方を有する反射屈折レンズを用いた光学系において、本発明の遮蔽を実施して不要光を除去できる撮像装置１及び光路図を図１に示す。

２は一体型の反射屈折部材であり、軸９に対して回転対称な光学部材がベースとなっており、面３と面５の曲率半径は同じである。

そして、面３は入射光に対して凸形状の透過屈折面、面４は入射光に対して凸面形状の反射面、面５は入射光に対して凹形状の反射面で、面６は透過屈折面を有する。

この例では面６は入射光に対して凸面であるが、凹面や平面であってもよい。

また、二つの硝材から構成され、各々は実線ＪＳで表わされる面で接合されている。

面３から入射した光は、面４で反射され、面５で再び反射され、面６から射出し、カバーガラス２１を通って撮像素子２０で結像する。

Ａ〜Ｃは、回転対称軸９を含む垂直断面において、上記の順番で結像する各画角の光束の光路であり、反射屈折部材２に対して最も軸９に近い画角の光束Ａ、中間画角の光束Ｂ、最も軸９から遠い画角の光束Ｃを表す。

面４は、各画角の光束を制限している。

２は、各画角Ａ〜Ｃの光が通るように、面３に入射開口を有し、面６に射出開口を有する。そしてその他の面は、反射面以外はすべて黒色処理されており、外部からの光を遮蔽するようになっている。

そして、不要光を遮蔽するための二つの遮蔽部１１と１２を有している。

遮蔽部１１は入射面側から形成された溝であり、結像光を遮蔽しないように、反射面４で反射する前後の光束Ａが分離されている領域に配置されている。

そして、図１に示すように、遮蔽部１２は遮蔽部１１とはその対面する面に形成された溝であり、結像光を遮蔽しないように、反射面４で反射される光束Ｃと反射面５で反射される光束Ａが重ならない領域に配置される。

遮蔽部１１と遮蔽部１２は、おのおの黒色処理されている。

そして、遮蔽部１２は、遮蔽部１１の端部１１ａと撮像素子の最軸外２０ａが結ぶ軸５０を交差するように配置される。

撮像素子の最軸外２０ａは、回転対称軸９を含む垂直断面において、軸９から最も遠い画角の光束Ｃが、撮像面で結像する位置を表す。

この種の光学系は、小型に形成するために、光路が硝材で満たされており、空気中を通る光路が少ない。よって不要光は、大半が硝材中を通るためさほど屈折せず、入射面３から射出面６を通って撮像素子までほぼ一直線に透過する。

例えば、不要光は図２の点線Ｐのような光路を通る。

ゆえに、上記のように入射面と撮像素子の間を遮るように遮蔽部を設けると、図３で示すように、遮蔽部で不要光Ｐは遮蔽され、入射面から撮像素子に不要光が到達することはない。

そしてその遮蔽部は、遮蔽部１１と遮蔽部１２のように異なる方向から配置することで、入射開口から来るあらゆる方向からの不要光を確実に遮蔽することができる。

このように、第一の遮蔽部と撮像素子の最軸外までの間を結ぶ直線に対して、第一の遮蔽部とは異なる方向から上記直線を交差するように第二の遮蔽部を設けることで、入射開口から直接射出開口を通って撮像素子に到達する不要光を十分に遮蔽することができる。

なお本実施例では、複雑な例を示すために、反射屈折部材は二つの硝材で構成されているが、同一硝材で構成されていてもよい。

実施例１に対して、面５を透過面とし、その後に反射部材を配置し、光学系の自由度を上げて、広角かつ小型の光学系とした撮像装置１０１とその光路図を図４にて示す。

１０２は一体型の反射屈折部材であり、軸１０９に対して回転対称な光学部材がベースとなっており、面１０３と面１０５の曲率半径は異なる。

面１０３は入射光に対して凸形状の透過屈折面、面１０４は入射光に対して凸形状の反射面、面１０５は入射光に対して凹形状の透過屈折面で、面１０７は凸形状の透過屈折面を有する。

この例では面１０７は入射光に対して凸面であるが、凹面や平面であってもよい。

また、反射屈折部材１０２は三つの硝材から構成され、各々は実線ＪＳで表わされる面で接合されている。

１０６は反射部材であり、面１０７は反射屈折部材１０２の透過面１０５からの光を再び透過面１０５に折り返す凹面ミラーである。

面１０３から入射した光は、面１０４で反射され、面１０５を透過し、面１０７で反射され再び面１０５を透過し、面１０８から射出し、カバーガラス１２１を通って撮像素子２０で結像する。

Ａ〜Ｃは、上記の順番で結像する各画角の光束の光路であり、反射屈折部材１０２に対して最も軸１０９に近い画角の光束Ａ、中間画角の光束Ｂ、最も軸１０９から遠い画角の光束Ｃを表す。

面１０４は、各画角の光束を制限している。

１０２も、実施例１の２と同様に、各画角Ａ〜Ｃの光が通るように、面１０３に入射開口を有し、面１０８に射出開口を有する。そしてその他の面は、反射面以外はすべて黒色処理されており、外部からの光を遮蔽するようになっている。

さらに、反射屈折素子１０２と反射部材１０６は、軸１０９を基準として、各々の間の空間に結像光以外の光が入らないように、両者の間を鏡筒で保持・遮光されている。

実施例２の光学系は、小型に構成するためにバックフォーカスが短くなっているため、実施例１に対して不要光が入りやすい。

そのような光学系に対しても、二つの遮蔽部１１１と１１２があれば、不要光を遮蔽することができる。

実施例１と同様に、遮蔽部１１１は入射面側から形成された溝であり、結像光を遮蔽しないように、反射面１０４で反射する前後の光束Ａが分離されている領域に配置されている。

そして、遮蔽部１１２は遮蔽部１１１とはその対面する面に形成された溝であり、結像光を遮蔽しないように、反射面１０４で反射される光束Ｃと透過面１０５から縮小側に透過される光束Ａが重ならない領域に配置される。

遮蔽部１１１と遮蔽部１１２も、各々黒色処理されている。

そして、遮蔽部１１２は、遮蔽部１１１の端部１１１ａと撮像素子の最軸外１２０ａが結ぶ軸１５０を交差するように配置される。

最軸外１２０ａは、軸１０９から最も遠い画角の光束Ｃが、撮像面で結像する位置を表す。

この光学系は、小型に形成するために、実施例１よりもさらに光路が硝材で満たされており、空気中を通る光路が少ない。

よって不要光は、大半が硝材中を通るためさほど屈折しない。例えば図５の点線Ｐで示す不要光が入射面１０３から射出面１０８を通って撮像素子までほぼ一直線に透過する。

そこで、上記のように入射面と撮像素子の間を遮るように遮蔽部を設けると、図６で示すように、遮蔽部で不要光Ｐは遮蔽され、入射面から撮像素子に不要光が到達することはない。

このように、反射屈折部材の反射部の構成が変わっても、二つの遮蔽部を適切に配置することで、不要光を十分に遮光することができる。

すなわち、第一の遮蔽部と撮像素子の最軸外までの間を結ぶ直線に対して、第一の遮蔽部とは異なる方向から上記直線を交差するように第二の遮蔽部を設ける。

実施例２のようにバックフォーカスが極端に短い場合においても、本発明を実施することで、入射開口から直接射出開口を通って撮像素子に到達する不要光を十分に遮蔽することができる。

以上、本発明の光学系の実施例を示した。本発明は、一体型の反射屈折部材を有する光学系において不要光を除去できるため、この光学系を有する撮像装置に利用できる。特にデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、ウェアラブルカメラ、医療用カメラ、測距カメラ等の、小型の撮像装置に利用できる。

１ 撮像光学系、２ 反射屈折部材、３ 反射屈折部材２の透過面（入射面）、
４ 反射屈折部材２の反射面、５ 反射屈折部材２の反射面、
６ 反射屈折部材２の透過面（射出面）、
９ 反射屈折部材の回転対称軸、１１ 第一の遮光部、
１１ａ 第一の遮光部の端部、１２ 第二の遮光部、２０ 撮像素子、
２０ａ 光学系の像面の最軸外結像位置、２１ カバーガラス、
５０ 第一の遮蔽部の端部１１ａと光学系の像面の最軸外結像位置２０ａを結ぶ軸、
Ａ 反射屈折部材の軸に最も近い画角の光束、
Ｂ 反射屈折部材の画角の中間光束、
Ｃ 反射屈折部材の軸から最も遠い画角の光束、
ＪＳ 反射屈折部材２および反射屈折部材１０２を構成する硝材の接合面、
１０１ 撮像光学系、１０２ 反射屈折部材、
１０３ 反射屈折部材１０２の透過面（入射面）、
１０４ 反射屈折部材１０２の反射面、１０５ 反射屈折部材１０２の透過面、
１０６ 反射部材、１０７ 反射部材１０６の反射面、
１０８ 反射屈折部材１０２の透過面（射出面）、
１０９ 反射屈折部材の軸、１１１ 第一の遮光部、
１１１ａ 第一の遮光部の端部、１１２ 第二の遮光部、１２０ 撮像素子、
１２０ａ光学系の像面の最軸外結像位置、１２１ カバーガラス、
１５０ 第一の遮蔽部の端部１１１ａと光学系の像面の最軸外結像位置１２０ａを結ぶ軸

Claims (3)

1. 反射屈折素子を有する結像光学系であって、
   前記反射屈折素子は、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面と、凸形状の反射面である第２面と、拡大側に向かって凹形状の第３面と、屈折面である第４面と、を含み、
   前記第２面は、入射光の光束幅を制限しており、
   拡大側からの光は、前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記第４面、を順に介して縮小側へ向かうことを特徴とし、
   回転対称軸を含む光学系の垂直断面において、光学系の回転対称軸に最も近い画角であって前記第２面に入射する光束と前記第２面で反射される光束の間に第一の遮蔽部を有し、
   光学系の回転対称軸から最も遠い画角のうち前記第２面で反射する光束と、光学系の回転対称軸に最も近い画角のうち前記第３面から前記第４面へ向かう光束との間に第二の遮蔽部を有し、
   前記第二の遮蔽部は、前記第一の遮蔽部のうち前記第２面に近い点と、結像面において回転対称軸から最も遠い画角とを結ぶ軸を交差するように配置されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記第３面は、反射面であることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記第３面は透過面であり、
   前記第３面からの光を前記第３面に反射する反射部材を有し、
   拡大側からの光は、前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記反射部材の反射面、前記第３面、前記第４面、を順に介して縮小側へ向かうことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。