JP4211761B2

JP4211761B2 - 撮影レンズユニット

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Publication number: JP4211761B2
Application number: JP2005169360A
Authority: JP
Inventors: 祥人相馬; 康山本; 努本田
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: US7458735B2; US20060280498A1; JP2006343554A

Description

本発明は撮影レンズユニットに関するものであり、例えば、被写体の映像を撮像素子で取り込むデジタルカメラ，画像入力機能付きデジタル機器等の撮像装置と、それに適した薄型で高い変倍機能を有する撮影レンズユニットに関するものである。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及しつつある。それに伴ってより薄型のデジタルカメラが求められるようになってきており、撮影レンズ系にもより一層の薄型化が要望されている。また、撮像素子のカメラ内での配置の自由度を生かし、撮影レンズ系中に光路を折り曲げるプリズムを用いることによって、大幅な薄型化を達成したデジタルカメラも市場化されている。そのデジタルカメラに搭載されている一般的な撮影レンズユニット１０の概略断面構造を図９に示す。

図９から分かるように、撮影レンズユニット１０の厚さΔは光路折り曲げ後のレンズの外径に影響される。したがって、光路折り曲げ後のレンズの有効径を小さくすることができれば、撮影レンズユニット１０の薄型化を達成することができる。しかし、有効径は焦点距離，Ｆナンバー等の仕様である程度決まってしまうため、設計努力で有効径を小さくする余地は少ない。ただし、撮像に使用される光束が通過しない領域を削ることにより、レンズ外径を特定方向に小さくすることは可能である。一般的な撮像素子の撮像領域は矩形であり、絞りから離れたレンズにおいて光束が通過する領域は円形でないからである。この観点から、光路折り曲げ前後の第１，第２レンズの外形形状を非円形状にすることにより、そのレンズ間隔を最小限にして撮影レンズ系を薄型化した撮影レンズユニットが、特許文献１で提案されている。
特開２００３−１６１８７８号公報

一般に、レンズ外形を樹脂により非円形状に成形すると、円形状に成形した場合よりもアス(すなわちレンズ面の方向による曲率の差)が生じやすくなる。特許文献１記載の第１，第２レンズの場合、撮像領域の長辺と短辺にそれぞれ対応する方向のアスが生じやすくなる。光学ガラスによる成形は難しく、ガラスの場合は後加工により非円形状とするため、コストアップになる。また、特許文献１記載の撮影レンズユニットでは、第１，第２レンズを通過する光束の軸上光線高さが比較的高くなっている。したがって、第１，第２レンズの外形形状を非円形状にしたことが、撮像領域の長辺と短辺にそれぞれ対応する方向の非点収差の増大を招くことになる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、薄型で高性能の撮影レンズユニットと、それを備えた撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の撮影レンズユニットは、物体の光学像を形成する撮影レンズ系と、前記光学像を長方形状の撮像領域で受光して電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮影レンズユニットであって、前記撮影レンズ系が光路を折り曲げる反射光学素子を含み、前記撮影レンズ系を構成するレンズのうち最も像側に位置するレンズを最終レンズとすると、前記最終レンズが樹脂から成り、前記最終レンズの外形が以下の条件式(1)を満たす非円形状であり、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする。
１＜ＴＬ／ＴＳ …(1)
４≦ＬＤ・ＦＮ／ＬＢ …(2)
ただし、
ＴＳ：撮像領域の短辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＴＬ：撮像領域の長辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＬＤ：撮像領域の対角長、
ＦＮ：撮影レンズ系のＦナンバー(変化する場合にはその最小値)、
ＬＢ：最終レンズの像側面の面頂点から像面までの空気換算距離(変化する場合にはその最大値)、
である。

第２の発明の撮影レンズユニットは、上記第１の発明において、前記最終レンズが前記撮像素子を保持する部材と一体で成形されていることを特徴とする。

第３の発明の撮影レンズユニットは、上記第２の発明において、前記最終レンズにおいて、前記光学像を形成するために光を通過させることが必要な部分と、その部分と比較して透過率が低くなるような処理が施された部分と、を有することを特徴とする。

第４の発明の撮影レンズユニットは、物体の光学像を形成する撮影レンズ系と、前記光学像を長方形状の撮像領域で受光して電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮影レンズユニットであって、前記撮影レンズ系が光路を折り曲げる反射光学素子を含み、前記撮影レンズ系を構成するレンズのうち最も像側に位置するレンズを最終レンズとすると、前記最終レンズが樹脂から成り、前記最終レンズの外形が以下の条件式(1)を満たす非円形状であり、前記最終レンズが前記撮像素子を保持する部材と一体で成形されており、前記最終レンズにおいて、前記光学像を形成するために光を通過させることが必要な部分と、その部分と比較して透過率が低くなるような処理が施された部分と、を有することを特徴とする。
１＜ＴＬ／ＴＳ …(1)
ただし、
ＴＳ：撮像領域の短辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＴＬ：撮像領域の長辺に平行な方向の最大外形寸法、
である。

第５の発明の撮像装置は、第１〜第４のいずれか１つの発明に係る撮影レンズユニットを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、最終レンズが樹脂から成り、その外形が所定の条件を満たす非円形状になっているため、薄型化と高性能化とを効果的にバランスさせることが可能となる。したがって、薄型で高性能の撮影レンズユニットと、それを備えた撮像装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮影レンズユニットをデジタルカメラ，携帯情報機器等の撮像装置に用いれば、その薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。

最終レンズの材質がプラスチックであるため、ガラスよりも製造容易で軽量・低コスト化が可能であり、軸外収差の補正や瞳合わせに有効な非球面化も容易である。また、最終レンズでは面形状誤差，屈折率に対する感度が比較的低いため、材質としてプラスチックを採用しやすいというメリットもある。また、最終レンズと撮像素子保持部材とを一体で成形すれば、部品点数の削減、最終レンズと撮像素子との相対位置精度の向上、ゴミの侵入防止等の効果が得られる。

以下、本発明を実施した撮影レンズユニット，撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮影レンズユニットは、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する光学装置であって、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成すものである。そのようなカメラの例としては、デジタルカメラ；ビデオカメラ；監視カメラ；車載カメラ；テレビ電話用カメラ；ドアホーン用カメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)，これらの周辺機器(マウス，スキャナー，プリンター等)，その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮影レンズユニットを用いることにより撮像装置としてのカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮影レンズユニットを搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を、撮像装置として構成することが可能である。

なお、従来「デジタルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ，デジタルムービーカメラ，ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮影レンズ系，その光学像を電気映像信号に変換する撮像素子等を備えた撮影レンズユニットを主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。

図８に、カメラＣＵ(デジタルカメラ，画像入力機能付きデジタル機器等の撮像装置に相当する。)の概略光学構成例を模式的断面で示す。カメラＣＵに搭載されている撮影レンズユニットＬＵは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(ＩＭ：像面)を変倍可能に形成するズームレンズ系ＺＬ(撮影レンズ系としての変倍光学系に相当する。ＳＴ：絞り)と、平行平面板ＰＴ(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター；撮像素子ＳＲのカバーガラス等に相当する。)と、ズームレンズ系ＺＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲとを備えており、デジタルカメラ，画像入力機能付きの携帯情報機器(つまり、携帯電話，ＰＤＡ等の小型で携帯可能な情報機器端末)等に相当するカメラＣＵの一部を成している。この撮影レンズユニットＬＵでデジタルカメラを構成する場合、通常そのカメラのボディ内部に撮影レンズユニットＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮影レンズユニットＬＵをカメラボディに対して着脱自在又は回動自在に構成してもよく、ユニット化した撮影レンズユニットＬＵを携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)に対して着脱自在又は回動自在に構成してもよい。

図８に示す撮影レンズユニットＬＵでは、ズームレンズ系ＺＬ内の光路の途中に平面状の反射面ＲＬが配置されており、反射面ＲＬの前側と後側には各々少なくとも１枚のレンズが配置されている。この反射面ＲＬにより、ズームレンズ系ＺＬを屈曲光学系として使用するための光路の折り曲げが行われ、その際、光軸ＡＸが略９０度(つまり９０度又は実質的に９０度)折り曲げられるようにして光束が反射される。このようにズームレンズ系ＺＬの光路中に光路を折り曲げる反射面ＲＬを設ければ、撮影レンズユニットＬＵの配置の自由度が高まるとともに、撮影レンズユニットＬＵの厚さ方向のサイズを変化させて、撮影レンズユニットＬＵの見かけ上の薄型化を達成することが可能となる。特に、後述する第１，第２の実施の形態(図１，図４等)のように最も物体側に負レンズを１枚配置し、その負レンズの像側に反射面ＲＬを配置した場合には、薄型化の大きな効果を得ることができる。なお、光路の折り曲げ位置はズームレンズ系ＺＬの途中に限らず、必要に応じてズームレンズ系ＺＬの前側又は後ろ側に設定してもよい。光路の適正な折り曲げにより、撮影レンズユニットＬＵが搭載されるカメラＣＵの見かけ上の薄型化やコンパクト化を効果的に達成することが可能となる。

上記反射面ＲＬは、プリズム類(直角プリズム等)，ミラー類(平面ミラー等)等の反射光学素子により構成される。例えば、後述する第１，第２の実施の形態(図１，図４等)では、反射光学素子としてプリズムＰＲ(好ましくは直角プリズム)が用いられているが、使用する反射光学素子はプリズム類に限らない。平面ミラー等のミラー類を反射光学素子として用いることにより、反射面ＲＬを構成してもよい。また、２つ以上の反射面でズームレンズ系ＺＬの光軸ＡＸを略９０度折り曲げるように光束を反射させる反射光学素子を用いてもよい。光路を折り曲げるための光学的作用も反射に限らず、屈折，回折，又はそれらの組み合わせでもよい。つまり、反射面，屈折面，回折面，又はそれらを組み合わせて有する屈曲光学部材を用いてもよい。

後述する第１，第２の実施の形態に用いられているプリズムＰＲは、光学的なパワー(つまり焦点距離の逆数で定義される量)を有していないが、光路を折り曲げる光学部材に光学的なパワーを持たせてもよい。例えば、プリズムＰＲの反射面ＲＬ，光入射側面，光射出側面等に、ズームレンズ系ＺＬの光学的なパワーを一部負担させれば、レンズ素子のパワー負担を減らして光学性能を向上させることが可能となる。例えば、図１等に示すズームレンズ系ＺＬではプリズムＰＲの物体側に負レンズが配置されているが、その負レンズを配置する代わりに、プリズムＰＲの物体側面(すなわち光入射側面)に曲率をつけて、負(又は正)のパワーをもたせてもよい。

ズームレンズ系ＺＬは複数のレンズ群から成っており、少なくとも１つのレンズ群が光軸ＡＸに沿って移動し、少なくとも１つのレンズ群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行う構成になっている。後述する第１の実施の形態(図１，図２)の場合、負・正・負・正の４成分ズーム構成を採用しており、第２，第３レンズ群Ｇｒ２，Ｇｒ３が移動群、第１，第４レンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ４が固定群になっている。また、第２の実施の形態(図４，図５)のズームレンズ系ＺＬの場合、正・負・正・正の４成分ズーム構成を採用しており、第２，第３，第４レンズ群Ｇｒ２，Ｇｒ３，Ｇｒ４が移動群、第１レンズ群Ｇｒ１が固定群になっている。なお、撮影レンズユニットＬＵに使用する撮影レンズ系はズームレンズ系ＺＬに限らない。ズームレンズ系ＺＬの代わりに、他のタイプの変倍光学系(例えば、バリフォーカルレンズ系，複数焦点距離切り替え型レンズ等の焦点距離可変の結像光学系)や単焦点光学系を撮影レンズ系として用いてもよい。

ズームレンズ系ＺＬで形成されるべき光学像は、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図８中の平行平面板ＰＴに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、撮影レンズ系に光学的ローパスフィルターを用いる必要がない。

なお、光学的ローパスフィルターとしては、複屈折型ローパスフィルターや位相型ローパスフィルター等が適用可能である。複屈折型ローパスフィルターとしては、結晶軸方向が所定方向に調整された水晶等の複屈折材料から成るもの、偏光面を変化させる波長板等を積層して成るもの等が挙げられる。位相型ローパスフィルターとしては、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により達成するもの等が挙げられる。

撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。そして、ズームレンズ系ＺＬにより(撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に)形成された光学像は、撮像素子ＳＲにより電気的な信号に変換される。撮像素子ＳＲで生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。

なお、図８に示す撮影レンズユニットＬＵでは、ズームレンズ系ＺＬによって拡大側の被写体から縮小側の撮像素子ＳＲへの縮小投影が行われるが、撮像素子ＳＲの代わりに２次元画像を表示する表示素子(例えば液晶表示素子)を用い、ズームレンズ系ＺＬを投影レンズ系として使用すれば、縮小側の画像表示面から拡大側のスクリーン面への拡大投影を行う画像投影装置を構成することができる。つまり、以下に説明するズームレンズ系ＺＬは、撮影レンズ系としての使用に限らず、投影レンズ系としても好適に使用することが可能である。

図１，図４は、第１，第２の実施の形態を構成するズームレンズ系ＺＬにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(Ｗ)でのレンズ配置及び光路を屈曲光学系の光路折り曲げ状態における光学断面でそれぞれ示している。図１，図４中、(Ａ)は撮像素子ＳＲの撮像領域の短辺に平行であって光軸ＡＸを含む平面での光学断面を示しており、(Ｂ)は撮像素子ＳＲの撮像領域の長辺に平行であって光軸ＡＸを含む平面での光学断面を示している。

図２，図５は、第１，第２の実施の形態を構成するズームレンズ系ＺＬにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(Ｗ)，ミドル(Ｍ)，望遠端(Ｔ)でのレンズ配置を屈曲光学系の光路折り曲げ状態における光学断面でそれぞれ示している。図２，図５中、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された面は物体側から数えてｉ番目の面(ｒｉに＊印が付された面は非球面)であり、ｄｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された軸上面間隔は、物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。ラインｍ２，ｍ３は、広角端(Ｗ)からミドル(Ｍ)、ミドル(Ｍ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおける第２レンズ群Ｇｒ２，第３レンズ群Ｇｒ３の移動をそれぞれ模式的に示す移動軌跡であり、ラインｍ４は、広角端(Ｗ)からミドル(Ｍ)、ミドル(Ｍ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおける第４レンズ群Ｇｒ４，平行平面板ＰＴ及び撮像素子ＳＲの移動を模式的に示す移動軌跡である。なお、移動軌跡の付されていないレンズ群、その他の構成要素はズーミングにおいて位置固定である。

第１の実施の形態を構成しているズームレンズ系ＺＬ(図１，図２)は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇｒ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇｒ２と、負のパワーを有する第３レンズ群Ｇｒ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇｒ４と、の４成分から成っており、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)までの変倍において、第１レンズ群Ｇｒ１と第４レンズ群Ｇｒ４から撮像素子ＳＲまでの位置が固定であるとともに、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３が移動する構成になっている。つまり、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第２レンズ群Ｇｒ２は物体側へ単調に移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は望遠端(Ｔ)の少し手前で最も物体側に位置した後、望遠端(Ｔ)に向けてやや像側に戻るように移動する。そして、負・正・負・正の４成分ズーム構成において、各レンズ群は以下のように構成されている。

第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズと、プリズムＰＲと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、絞りＳＴと、両凸の正レンズと、両凸の正レンズ及び両凹の負レンズから成る接合レンズと、両面が非球面から成る物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズ１枚のみで構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ(最終レンズＬＭ)１枚のみで構成されている。

第２の実施の形態を構成しているズームレンズ系ＺＬ(図４，図５)は、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負のパワーを有する第２レンズ群Ｇｒ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇｒ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇｒ４と、の４成分から成っており、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)までの変倍において、第１レンズ群Ｇｒ１の位置が固定であるとともに、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３と第４レンズ群Ｇｒ４以降とがそれぞれ移動する構成になっている。つまり、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、ズーム位置固定の第１レンズ群Ｇｒ１に対し、第２レンズ群Ｇｒ２は像側へ単調に移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は広角端(Ｗ)のやや望遠側で最も物体側に位置した後、像側へ単調に移動し、第４レンズ群Ｇｒ４と像面ＩＭは望遠端(Ｔ)のやや広角端(Ｗ)寄りで最も像側に位置した後、望遠端(Ｔ)に向けてやや物体側に戻るように移動する。そして、正・負・正・正の４成分ズーム構成において、各レンズ群は以下のように構成されている。

第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、プリズムＰＲと、両凸の正レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、絞りＳＴと、物体側面が非球面から成る両凸の正レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズ及び両凹の負レンズから成る接合レンズと、両面が非球面から成る物体側に凹の負メニスカスレンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、両面が非球面から成る物体側に凸の正メニスカスレンズ(最終レンズＬＮ)１枚のみで構成されている。

上記第１，第２の実施の形態のように、物体の光学像を形成する撮影レンズ系と、前記光学像を長方形状の撮像領域で受光して電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮影レンズユニットでは、前記撮影レンズ系が光路を折り曲げる反射光学素子を含むことにより、その薄型化が達成可能となる。前述したように撮影レンズユニットの厚さは光路折り曲げ後のレンズの外径に影響されるので、撮像に使用される光束が通過しない領域を積極的に削ってレンズ外径を特定方向に小さくすれば、撮影レンズユニットの更なる薄型化が可能となる。ただし、レンズ外形を非円形状に成形すると、円形状に成形した場合よりもアス(すなわちレンズ面の方向による曲率の差)が生じやすくなるので、そのレンズを通過する光束の軸上光線高さが比較的高くなっていると、非点収差の増大を招くことになる。これを回避するには、撮影レンズ系の最終レンズ(すなわち、撮影レンズ系を構成するレンズのうち最も像側に位置するレンズ)の外形を、以下の条件式(1)を満たす非円形状(例えば、長方形状，略長方形状，楕円形状，略楕円形状，小判形状，略小判形状等)とすることが好ましい。
１＜ＴＬ／ＴＳ …(1)
ただし、
ＴＳ：撮像領域の短辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＴＬ：撮像領域の長辺に平行な方向の最大外形寸法、
である。

最終レンズは像面に近いため、最終レンズを通過する光束の軸上光線高さは低い。このため、最終レンズの外形を非円形状にしても、それにより生じるアスが収差に及ぼす影響は僅かである。また条件式(1)を満足すれば、非円形状の最終レンズ外形を撮像領域形状と対応するように小さくすることができる。撮影レンズ系を構成する一般的なレンズは光軸を中心とした円形状を成しているが、その光束通過領域の形状は像面に近いレンズほど撮像領域の形状に近くなる。このため、撮像領域に到達する光束(すなわち撮像に使用される光束)が通過しない領域は増すことになる。したがって、最終レンズの外形を条件式(1)を満たす非円形状にすれば、撮影レンズ系の高い光学性能を保持しつつ撮影レンズユニットを薄型化することが可能となる。また、最終レンズの外形が条件式(1)を満たす非円形状であれば、第１，第２の実施の形態のように撮影レンズ系として高変倍の変倍光学系を用いた場合でも、収差性能の劣化なしに撮影レンズユニットの薄型化と高性能化とを効果的にバランスさせることが可能となる。したがって、高性能・高変倍でありながら薄型の撮影レンズユニットを実現することができる。そして、その撮影レンズユニットをデジタルカメラ，画像入力機能付きデジタル機器等の撮像装置に用いれば、それらの薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。

以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
４／３＜ＴＬ／ＴＳ …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。この条件式(1a)を満たすことにより、撮影レンズユニットの薄型化と高性能化とのバランスをとりながら、一般的な長方形状の撮像領域を有する撮像素子に対応することが可能となる。

最終レンズは樹脂から成ることが望ましい。つまり、最終レンズとしてプラスチックレンズを用いることが望ましい。最終レンズの材質をプラスチックにすることで、レンズ面の成形と同時に最適なレンズ外形を形成することができ、外形が円形状のガラスレンズを切断するよりも低コストで望ましい形状を容易に得ることができる。最終レンズは面形状誤差や屈折率変動に対する感度が比較的低いため、最終レンズの材質としては、成形時の面精度，熱膨張係数，屈折率の温度依存性等の特性がガラスよりも劣るプラスチックを採用しやすい。また、最終レンズに非球面を配置することは、軸外収差の補正や瞳合わせに有効である。プラスチック成形レンズには、非球面化するのにコストアップが伴わないというメリットがあり、一般的にはガラス球面レンズよりも低コストで実現可能である。

最終レンズのアスが収差に及ぼす影響を効果的に抑えるには、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
４≦ＬＤ・ＦＮ／ＬＢ …(2)
ただし、
ＬＤ：撮像領域の対角長、
ＦＮ：撮影レンズ系のＦナンバー(変化する場合にはその最小値)、
ＬＢ：最終レンズの像側面の面頂点から像面までの空気換算距離(変化する場合にはその最大値)、
である。

軸上光線高さはＦナンバーＦＮと距離ＬＢで決まるので、軸上アスの感度はＦナンバーＦＮに依存し、ＦナンバーＦＮが小さいほど発生する収差量は大きくなる。条件式(2)では、アスが収差に及ぼす影響と撮影レンズユニットの厚さとを共に小さくするための好ましい条件範囲を、撮像領域の対角長ＬＤで規格化することにより規定している。この条件式(2)の条件範囲を外れると、光束通過領域の形状が撮像領域の形状から遠ざかって絞り形状に近づいてしまうため、最終レンズにおいてカットできる領域が減少する。したがって、最終レンズの外形を非円形状にする効果が薄れることになる。また、軸上光線高さが高くなるため、プラスチックレンズを長方形状に近い外形で成型することによって発生しやすくなる面形状誤差(つまりアス)の影響を受けやすくなる。

なお、第１，第２の実施の形態のように撮影レンズ系がズームレンズ系等の変倍光学系の場合、焦点距離が短いほどＦナンバーは通常小さくなるため、条件式(2)におけるＦナンバーＦＮはそれが最も小さくなる広角端(Ｗ)でのＦナンバーである。また、変倍時に距離ＬＢが変化する場合には、その最大値が距離ＬＢである。したがって、撮影レンズ系が変倍光学系の場合には、全焦点距離範囲において条件式(2)を満足することが望ましい。

図３に、第１の実施の形態(図１，図２)における最終レンズＬＭの外形形状とその前面での光束通過領域ＰＭを示す。光束通過領域ＰＭは、長方形状の撮像領域に到達する光線が通過する範囲であり、像面ＩＭ(図１等)に近いレンズほど、その形状は撮像領域の形状に近づく。したがって、最終レンズＬＭの外形を条件式(1)を満たす非円形状(この実施の形態では略長方形状)にするとともに、図３に示すように光束通過領域ＰＭに最終レンズＬＭの外形を近づければ、撮影レンズユニットの効果的な薄型化とともにフレアカットも可能となる。つまり、最終レンズＬＭの外形を撮像領域の相似形に近づけることによって最終レンズＬＭの外形を光束通過領域ＰＭに近づければ、撮影レンズユニットＬＵの薄型化を達成するだけでなく、最終レンズＬＭを光束規制板(例えばフレアカッター)として不要光をカットすることも可能となる。

図７に、第１の実施の形態(図１，図２)に用いることができる他の最終レンズＬＭ’の外形形状を示す。図７中、(Ａ)は最終レンズＬＭ’を光軸ＡＸ方向に沿って見たときの外観を示しており、(Ｂ)は(Ａ)におけるＰ−Ｐ’線断面を示している。この最終レンズＬＭ’の外形も略長方形状を成しているが、その両短辺部分には鏡胴固定用のコバ部分ＫＢが形成されている。コバ部分ＫＢは最終レンズＬＭ’の長辺方向に延びるように設けられているため、撮影レンズユニットＬＵの厚さには影響しない。

図６に、第２の実施の形態(図４，図５)における最終レンズＬＮの外形形状を示す。図６中、(Ａ)は撮像素子ＳＲの撮像領域の短辺に平行であって光軸ＡＸを含む平面での光学断面を示しており、(Ｂ)は撮像素子ＳＲの撮像領域の長辺に平行であって光軸ＡＸを含む平面での光学断面を示している。この最終レンズＬＮは、撮像素子ＳＲを保持する部材と一体で成形されている。そして、破線で囲まれた部分には光線の透過率を下げるための処理が施されている(例えば迷光対策のために墨が塗られている)。つまり、最終レンズＬＮは、光学像を形成するために光を通過させることが必要な部分と、その部分と比較して透過率が低くなるような処理が施された部分と、を有している。

最終レンズＬＮと撮像素子ＳＲの保持部材とを一体で成形することにより、部品点数の削減、最終レンズＬＮと撮像素子ＳＲとの相対位置精度の向上、最終レンズＬＮと撮像素子ＳＲとの間へのゴミの侵入の防止等の効果が得られる。さらに、図６に示す最終レンズＬＮは、第４レンズ群Ｇｒ４として撮像素子ＳＲと一体でズーム移動するための玉枠構造も有している。したがって、上記効果と共にズーム構成の簡略化も可能となる。また、最終レンズＬＮにおいて光を通過させる必要のない部分(破線で囲まれた部分)の透過率が低くなるように、迷光対策のための墨の塗布等を行えば、迷光に起因する画質劣化を防止することが可能となる。

第１，第２の実施の形態のように、物体の光学像を変倍可能に形成する焦点距離可変の撮影レンズ系と、前記光学像を長方形状の撮像領域で受光して電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮影レンズユニットでは、前述したように最終レンズの外形が前記条件式(1)を満たす非円形状であり、前記撮影レンズ系が光路を折り曲げる反射光学素子を含むと共に以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。第１，第２の実施の形態のように撮影レンズ系がズームレンズ系等の変倍光学系の場合、変倍比が大きいほど撮影レンズユニットの薄型化は難しくなるので、条件式(3)を満足する高変倍の変倍光学系を撮影レンズ系として用いた場合には、前述した撮影レンズユニットの薄型化の効果がより一層顕著に現れる。
３≦ｆｔ／ｆｗ …(3)
ただし、
ｆｗ：広角端での撮影レンズ系全体の焦点距離、
ｆｔ：望遠端での撮影レンズ系全体の焦点距離、
である。

第１，第２の実施の形態を構成しているズームレンズ系ＺＬには、入射光線を屈折作用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)が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用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を用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、屈折率分布の均一な均質素材レンズを用いることが望ましい。また、ズームレンズ系ＺＬには、光学素子としてレンズ以外に絞りＳＴが用いられているが、不要光をカットするための光束規制板(例えばフレアカッター)等を必要に応じて配置してもよい。また、最終レンズは非球面により構成されていれば、近軸的にはパワーを有しなくてもよい。

以下、本発明を実施した撮影レンズユニットの構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１，第２の実施の形態を表す光学構成図(図１〜図６)は、対応する実施例１，２のレンズ構成をそれぞれ示している。

表１〜表４に、実施例１，実施例２のコンストラクションデータを示す。表１，表３に示す基本的な光学構成(ｉ：面番号)において、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径(ｍｍ)、ｄｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面と(ｉ＋１)番目の面との間の軸上面間隔(ｍｍ)を示しており、Ｎｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)，νｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は軸上面間隔ｄｉに位置する光学材料のｄ線に対する屈折率(Ｎｄ)，アッベ数(νｄ)をそれぞれ示している。また、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔ｄｉは、広角端(最短焦点距離状態，Ｗ)〜ミドル(中間焦点距離状態，Ｍ)〜望遠端(最長焦点距離状態，Ｔ)での可変空気間隔であり、ｆ，ＦＮＯ，２ωは各焦点距離状態(Ｗ)，(Ｍ)，(Ｔ)に対応する全系の焦点距離(ｍｍ)，Ｆナンバー，全画角(°)をそれぞれ示している。

曲率半径ｒｉのデータに＊印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。表２，表４中に、各実施例の非球面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０^-nである。
Ｘ(Ｈ)＝(Ｃ０・Ｈ²)／{１＋√(１−ε・Ｃ０²・Ｈ²)}＋Σ(Ａｊ・Ｈ^j) …(AS)
ただし、式(AS)中、
Ｘ(Ｈ)：高さＨの位置での光軸ＡＸ方向の変位量(面頂点基準)、
Ｈ：光軸ＡＸに対して垂直な方向の高さ、
Ｃ０：近軸曲率(＝１／ｒｉ)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｊ：ｊ次の非球面係数、
である。

表５に、各実施例の条件式対応値を示す。表６に、最終レンズ面で面形状アスが５本発生した場合の軸上での非点隔差発生量(μｍ)を、実施例１とその比較例について示す。比較例では、実施例１の最終レンズ面の曲率とその後の軸上面間隔(最終レンズの像側面の面頂点から像面ＩＭまでの空気換算距離ＬＢに相当する。)を変更し、レンズ構成，硝種の変更は無いものとして、軸上面間隔の変更に伴う収差を補正するために曲率を最適にしている。

第１の実施の形態(実施例１)における撮像領域の短辺に平行な断面と長辺に平行な断面を示す広角端での光路図。第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。第１の実施の形態(実施例１)における最終レンズの外形形状とその前面での光束通過領域を示す正面図。第２の実施の形態(実施例２)における撮像領域の短辺に平行な断面と長辺に平行な断面を示す広角端での光路図。第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。第２の実施の形態(実施例２)における最終レンズの外形形状を示す断面図。鏡胴固定用のコバを有する最終レンズを示す図。撮影レンズユニットを搭載したカメラの概略光学構成例を模式的断面で示す側面図。従来の撮影レンズユニットを搭載したカメラの概略光学構成例を模式的断面で示す側面図。

符号の説明

ＣＵカメラ(撮像装置)
ＬＵ撮影レンズユニット
ＺＬズームレンズ系(撮影レンズ系)
Ｇｒ１第１レンズ群
Ｇｒ２第２レンズ群
Ｇｒ３第３レンズ群
Ｇｒ４第４レンズ群
ＰＲプリズム(反射光学素子)
ＲＬ反射面
ＳＴ絞り
ＬＭ，ＬＭ’，ＬＮ最終レンズ
ＰＴ平行平面板
ＳＲ撮像素子
ＳＳ受光面(撮像領域)
ＩＭ像面
ＡＸ光軸

Claims

物体の光学像を形成する撮影レンズ系と、前記光学像を長方形状の撮像領域で受光して電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮影レンズユニットであって、前記撮影レンズ系が光路を折り曲げる反射光学素子を含み、前記撮影レンズ系を構成するレンズのうち最も像側に位置するレンズを最終レンズとすると、前記最終レンズが樹脂から成り、前記最終レンズの外形が以下の条件式(1)を満たす非円形状であり、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする撮影レンズユニット；
１＜ＴＬ／ＴＳ …(1)
４≦ＬＤ・ＦＮ／ＬＢ …(2)
ただし、
ＴＳ：撮像領域の短辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＴＬ：撮像領域の長辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＬＤ：撮像領域の対角長、
ＦＮ：撮影レンズ系のＦナンバー(変化する場合にはその最小値)、
ＬＢ：最終レンズの像側面の面頂点から像面までの空気換算距離(変化する場合にはその最大値)、
である。
前記最終レンズが前記撮像素子を保持する部材と一体で成形されていることを特徴とする請求項１記載の撮影レンズユニット。
前記最終レンズにおいて、前記光学像を形成するために光を通過させることが必要な部分と、その部分と比較して透過率が低くなるような処理が施された部分と、を有することを特徴とする請求項２記載の撮影レンズユニット。
物体の光学像を形成する撮影レンズ系と、前記光学像を長方形状の撮像領域で受光して電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮影レンズユニットであって、前記撮影レンズ系が光路を折り曲げる反射光学素子を含み、前記撮影レンズ系を構成するレンズのうち最も像側に位置するレンズを最終レンズとすると、前記最終レンズが樹脂から成り、前記最終レンズの外形が以下の条件式(1)を満たす非円形状であり、前記最終レンズが前記撮像素子を保持する部材と一体で成形されており、前記最終レンズにおいて、前記光学像を形成するために光を通過させることが必要な部分と、その部分と比較して透過率が低くなるような処理が施された部分と、を有することを特徴とする撮影レンズユニット；
１＜ＴＬ／ＴＳ …(1)
ただし、
ＴＳ：撮像領域の短辺に平行な方向の最大外形寸法、
ＴＬ：撮像領域の長辺に平行な方向の最大外形寸法、
である。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮影レンズユニットを備えたことを特徴とする撮像装置。