JP4642646B2 - レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置のレンズユニットに関し、より詳細には、不要な光がレンズを介して結像面に入射することを防止するための遮光構造を備えたレンズユニット、及びそれを用いた撮像装置に関する。

カメラ等の撮像装置では、撮像レンズを介して結像面に不要な光（結像に寄与しない光）が入射すると、ゴーストやフレアを発生する場合がある。そこで、撮像レンズの被写体側には、撮像レンズに不要な光が入射しないようにするためのフードが取り付けられている。フードの表面には、光をレンズ側に反射しないような反射防止処理が施されている。一般には、遮光線と呼ばれる環状の溝がフード表面に多数形成され、この溝により光を被写体側に反射するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−５４０４４号公報（図１、段落００１７）

しかしながら、フードの被写体側に絞り板（光を通過させる絞り孔を有するもの）を備えた撮像装置では、フードの遮光線によって被写体側に反射された光が、絞り板の内面で撮像レンズ側に反射される可能性がある。撮像レンズと絞り孔との距離が長い場合、絞り板の内面で反射された光が迷光となって撮像レンズに入射し、ゴーストやフレアが発生する原因となる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、結像面に不要な光が入射することを確実に防止できるレンズユニット及び撮像装置を提供することにある。

本発明に係るレンズユニットは、結像面に被写体の像を結像させるレンズと、レンズを保持するレンズ枠と、レンズに対して被写体側に配置され、光を透過させる絞り孔と、レンズと絞り孔との間に設けられ、絞り孔側に配置された第１の反射面およびレンズ側に配置された第２の反射面とを備える。第１の反射面には、第２の反射面側に光を透過させる開口部が形成され、第２の反射面が、前記レンズの光軸に近い側から順に、第１の面領域と第２の面領域とを有している。第１の面領域は、絞り孔の円周上で絞り孔の直径の両端をなす２点から、当該２点とレンズの光軸とを含む平面と第１の反射面とが交わる曲線上の同一点に２直線を引いた場合に、当該２直線のなす角度を二等分する直線に対して垂直となるよう構成されている。第２の面領域は、絞り孔の円周上の前記２点のうちの一方の点と、開口部の円周上で絞り孔の前記２点のうちの他方の点に対応する点とから、前記平面と第２の反射面とが交わる曲線上の同一点に２直線を引いた場合に、前記２直線のなす角度を二等分する線に垂直な面となるよう構成されている。

本発明によれば、絞り孔から入射して反射面で反射された光は、絞り孔から外部に出射される。すなわち、反射面で反射された光が絞り板の内面で反射してレンズに向かうことがない。そのため、撮像レンズと絞り孔との距離がフレアやゴーストの原因となる迷光を発生させる程度に長い場合でも、これらの発生を防止することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレンズユニット１０を備えた撮像装置の構成例を示す断面図である。図１では、上方を被写体側とする。図１に示す撮像装置は、画像情報を取り込む撮像素子８と、この撮像素子８の撮像面（結像面）８ａに被写体像を結像させるためのレンズ１を含むレンズユニット１０と、レンズユニット１０を保持する鏡筒６とを備えている。レンズユニット１０は、レンズ１を保持するレンズ枠２を含み、このレンズ枠２の外周面に形成された雄ねじ２ａが、鏡筒６の先端部の内周面に形成された雌ねじ６ａに螺合している。また、鏡筒６の基端部には、例えば接着剤Ｃにより基板７が固定されている。上記の撮像素子８は、基板７の表面に例えば接着剤Ｃにより固定され、図示しない電気的な接続がなされている。

図２は、本発明の実施の形態１に係るレンズユニット１０を示す断面図である。レンズユニット１０は、上記のレンズ１を保持するレンズ枠２と、レンズ１をレンズ枠２に対して固定するレンズ押さえ３と、レンズ枠２の被写体側（図中上側）に設けられた絞り板４とを有している。

レンズ枠２は、その撮像素子８（図１）側に、レンズ枠２を保持するための円筒状の穴２ｈを有している。レンズ１は、レンズ枠２の穴２ｈに挿入され、穴２ｈの被写体側の端縁に形成されたレンズ位置決め面２ｂに当接している。また、穴２ｈの撮像素子８側からリング状のレンズ押さえ３が挿入されており、レンズ２は、位置決め面２ｂとレンズ押さえ３とにより光軸方向に挟まれた状態で固定される。

絞り板４は、レンズ枠２の被写体側の端面２ｆに固定されており、その中心部に、光を透過させる絞り孔４ａが形成されている。絞り孔４ａは、例えば、レンズ２の光軸Ｘの延長線上に形成された円形の開口である。

レンズ枠２のレンズ１よりも被写体側の内壁は、絞り板４の絞り孔４ａから入射した光を反射する迷光反射面２ａとなっている。迷光反射面２ａは、被写体側を向いた曲面であり、以下で説明する条件を満足するよう構成されている。

絞り板４の絞り孔４ａから光５ａがレンズユニット１０内に入射すると、その入射光５ａはレンズ１を透過し、図１に示した撮像面８ａに結像する。一方、絞り孔４ａから入射した光のうち、レンズ１に直接入射しない角度で入射した光５ｂは、迷光反射面２ａで反射される。迷光反射面２ａが適切に形成されていない場合は、迷光反射面２ａで反射された光が被写体側に向かい、絞り板４の内面でレンズ１側に反射され、レンズ１を透過して撮像面８ａに入射する。この光５ｂは、撮像面８ａで結像しない、いわゆる迷光である。絞り板４とレンズ１との距離が長い場合には、この迷光によりフレアやゴーストが生じうる。

図３は、本実施の形態１に係るレンズユニット１０の迷光反射面２ａの作用を示す断面図である。ここでは、絞り孔４ａからレンズユニット１０内に侵入した光の迷光反射面２ａのレンズ１に最も近い点Ａでの反射を例に取って説明する。絞り孔４ａから点Ａに向かう光は、絞り孔４ａの円周上でその直径の両端をなす２点Ｃ，Ｄの間を通過する。そのため、点Ｄを通って入射した光を点Ｃに向けて反射するように点Ａの面を設定すれば、絞り孔４ａから点Ａに侵入する光は全て絞り孔４ａからレンズユニット１０外に出射されることになる。つまり、迷光反射面２ａの点Ａにおける微小面を、線ＣＡと線ＤＡのなす角度を二等分する線６ａに垂直な面とすることにより、迷光を全て絞り孔４ａからレンズユニット１０外に反射させることができる。

同様に、迷光反射面２ａ上の任意の点Ｂ（すなわち、点Ｃ，Ｄと光軸Ｘとを含む平面と迷光反射面２ａとが交わる曲線上の点）における微小面を、線ＣＢと線ＤＢのなす角度を二等分する線６ｂに垂直な面とすることにより、絞り孔４ａから入射して迷光反射面２ａで反射された光が、全て絞り孔４ａからレンズユニット１０の外部に出射される。

このように、迷光反射面２ａで反射された光が全て絞り孔４ａから外部に出射されるため、反射光が絞り板４の内面で更に反射されてレンズ１に向かうことを防止できる。そのため、撮像面８ａに迷光が入射することを防止でき、フレアやゴーストの発生を防止することができる。

このように、本実施の形態によれば、絞り板４とレンズ１の間でレンズ枠２の内壁（迷光反射面２ａ）で反射された光がレンズ１を透過して撮像面８ａに入射することが防止されるため、撮像素子８ａに迷光が入射することを防止でき、その結果、フレアやゴーストなどの発生を防止することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るレンズユニット２０の基本構成を示す断面図である。図５は、図４に示したレンズユニット２０の迷光反射面の形状を説明するための図である。この実施の形態２では、反射面を２段構成とし、レンズ枠２の直径が大きくならないようにしたものである。実施の形態１のレンズユニット１０（図２〜図３）と共通する部分には同符号を付す。

実施の形態２のレンズユニット２０では、レンズ枠２の絞り板４側に、迷光反射面２ｄ（第１の反射面）を有する反射リング２ｃ（反射部材）が取り付けられている。この反射リング２ｃは、レンズ枠２の絞り板４側に形成された円筒状の穴２ｉに挿入されている。反射リング２ｃの中央には、光を透過させるリング開口部２ｇが形成されている。レンズ枠２において反射リング２ｃよりもレンズ１側（図中下側）には、迷光反射面２ａ（第２の反射面）が形成されている。レンズ１は、実施の形態１と同様、レンズ枠２の撮像面側に形成された穴２ｈの内側で、レンズ押さえ３により固定されている。また、絞り板４は、レンズ枠２の被写体側端面２ｆ及び反射リング２ｃの被写体側端面に固定されている。

絞り孔４ａから入射した光のうち、レンズ１の光軸方向に対する傾斜角度が比較的大きい光は、反射リング２ｃの迷光反射面２ｄに入射し、傾斜角度が比較的小さい光は、リング開口部２ｇを通過してレンズ枠２の迷光反射面２ａに入射する。言い換えると、レンズ枠２の迷光反射面２ａは、絞り孔４ａから入射した全ての迷光に対応しない形状を有しており、この迷光反射面２ａが対応していない迷光に対応する範囲に、迷光反射面２ｄが形成されている。

反射リング２ｃの迷光反射面２ｄは、実施の形態１と同様、絞り孔４ａの円周上でその直径の両端をなす２点Ｃ，Ｄから迷光反射面２ｄ上の同一点に引いた２直線がなす角度を二等分する直線に対して垂直となるよう構成されている。ここで、リング開口部２ｇの円周上で、上記点Ｃ，Ｄと光軸Ｘとを含む平面上に位置する２点Ｅ，Ｆ（リング開口部２ｇの直径の両端をなす２点でもある）のうち、点Ｃに対応する側の点をＥとし、点Ｄに対応する側の点をＦとする。

図５に示した断面（点Ｃ，Ｄと光軸Ｘとを含む平面）において、迷光反射面２ａのレンズ１に最も近い点をＡ１とし、絞り孔４ａの円周上の点Ｃとリング開口部２ｇの円周上の点Ｅとを通った光が入射する点をＡ２とする。迷光反射面２ａの点Ａ１，Ａ２の間の曲面領域Ａ（第１の面領域）においては、実施の形態１でも説明したように、絞り孔４ａの円周上の点Ｄから迷光反射面２ａに入射した光は、絞り孔４ａの円周上の点Ｃに向かって反射される。すなわち、迷光反射面２ａの点Ａ１，Ａ２との間の曲面領域Ａは、点Ｃ，Ｄから迷光反射面２ａ上の同一点に引いた２直線のなす角度を二等分する直線に対して垂直となるよう構成されている。

一方、迷光反射面２ａの曲面領域Ａよりも外側（レンズ１から離れた側）の曲面領域Ｂ（第２の面領域）では、この曲面領域Ｂで反射した反射光が反射リング２ｃの裏面（レンズ１側の面）に入射すると、当該裏面で反射された光がレンズ１を介して撮像面８ａに入射する可能性がある。そのため、迷光反射面２ａの曲面領域Ｂにおける反射光が、反射リング２ｃの裏面に入射しないようにする必要がある。

そこで、迷光反射面２ａの曲面領域Ｂでは、絞り孔４ａの円周上の点Ｄからの入射光を、リング開口部２ｇの円周上の点Ｅに向けて反射するよう構成されている。具体的には、迷光反射面２ａの曲面領域Ｂの任意の点（すなわち、点Ｃ，Ｄと光軸Ｘとを含む平面と迷光反射面２ａとが交わる曲線上の点）をＢ１とすると、点Ｂ１を含む微小面は、絞り孔４ａの円周上の点Ｄと点Ｂ１とを結ぶ直線Ｄ−Ｂ１と、リング開口部２ｇの円周上の点Ｅと点Ｂ１とを結ぶ直線Ｅ−Ｂ１とのなす角度を二等分する線６ｂに垂直な面となる。

このように構成することにより、迷光反射面２ａの曲面領域Ｂにて反射された光は、反射リング２ｃの裏面に入射することなく、絞り孔４ａからレンズユニット２０外に出射される。その結果、迷光反射面２ａの反射光が反射リング２ｃの裏面で再び反射されて撮像面８ａに入射することを防止できる。

なお、迷光反射面２ａの曲面領域Ｂは、曲面領域Ａの端点である点Ａ２から、絞り孔４ａの円周上の点Ｄとリング開口部２ｇの円周上の点Ｅとを結ぶ直線上に位置する点Ｂ２までの領域となる。

このように、本実施の形態では、絞り孔４ａから入射した迷光が、迷光反射面２ａ，２ｄで反射されてレンズユニット外に出射されるため、撮像素子８ａへの迷光の入射を防止することができ、その結果、フレアやゴーストなどの発生を防止することができる。さらに、本実施の形態では、迷光反射面２ａ，２ｄとの２段構成としたことにより、実施の形態１（一つの迷光反射面２ａを有する場合）と比較して、レンズ枠２の外径を小さくすることができる。これにより、撮像装置の小型化を実現することができる。

さらに、本実施の形態では、迷光反射面２ａを二種類の曲面領域Ａ，Ｂで構成することにより、反射リング２ｃの裏面で反射された光が撮像面８ａに入射することを防止できる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係るレンズユニット３０の構成を示す断面図である。この実施の形態３では、実施の形態２と同様、反射面を２段構成とし、レンズ枠２の直径が大きくならないようにしたものである。実施の形態２のレンズユニット２０（図４，５）と共通する部分には同符号を付す。

実施の形態３のレンズユニット３０は、実施の形態２のレンズユニット２０と同様、レンズ枠２の絞り板４側に、迷光反射面２ｄ（第１の反射面）を有する反射リング２ｃを有しており、反射リング２ｃよりもレンズ１側に迷光反射面２ａ（第２の反射面）を有している。また、反射リング２ｃの迷光反射面２ｄは、実施の形態２と同様、絞り孔４ａの円周上でその直径の両端をなす２点Ｃ，Ｄから迷光反射面２ｄ上の同一点に引いた２直線がなす角度を二等分する直線に対して垂直となるよう構成されている。

上述した実施の形態２では、レンズ枠２の迷光反射面２ａが２つの曲面領域Ａ，Ｂを有していたが、本実施の形態３では、レンズ枠２の迷光反射面２ａは一つの曲面領域で構成されている。すなわち、迷光反射面２ａのレンズ１に最も近い点Ａ１に、絞り孔４ａの円周上の２点Ｃ，Ｄから引いた２直線（直線Ｃ−Ａ１と直線Ｄ−Ａ１）のなす角度を二等分する直線に対して、迷光反射面２ａの点Ａ１を含む微小面が垂直となるよう構成されている。迷光反射面２ａ上の任意の点における微小面についても、同様に構成されている。

このように迷光反射面２ａが一つの曲面領域で構成されているため、迷光反射面２ａにおける反射光が、反射リング２ｃの裏面に入射して再びレンズ１側に反射されないようにする必要がある。そこで、本実施の形態では、反射リング２ｃの裏面側（レンズ１側）に、さらに迷光反射面２ｅを形成している。

図６に示す断面において、絞り孔４ａの円周上の点Ｃとリング開口部２ｇの円周上の点Ｅ１とを通る直線と、迷光反射面２ａとが交わる点（点Ｃ，Ｄと光軸Ｘとを含む平面と迷光反射面２ａとが交わる曲線上の点）をＡ２とする。迷光反射面２ａにおいて、点Ａ２よりも外側の領域内の一点を点Ａ３とすると、絞り孔４ａの円周上の点Ｄを通って点Ａ３で反射した光は、反射リング２ｃの裏面の点Ｅ２に入射する。反射リング２ｃの裏面の点Ｅ２で反射した光は、迷光反射面２ａの点Ａ４で反射され、リング開口部２ｇの円周上の点Ｅ１に向かう。すなわち、反射リング２ｃの裏面には、直線Ａ４−Ｅ２と直線Ａ３−Ｅ２とのなす角の二等分線６ｂに垂直な連続曲面からなる迷光反射面２ｅが形成されている。

この迷光反射面２ｅの端点Ｅ３は、絞り孔４ａの円周上の点Ｄとリング開口部２ｇの円周上の点Ｅ１とを通る直線Ｄ−Ｅ１の延長線が迷光反射面２ａと交わる点をＡ５とすると、この点Ａ５と点Ｃとを結んだ直線Ａ５−Ｃと曲面Ｅとが交わった点となる。また、迷光反射面２ｅは、反射リング２ｃのリング開口部２ｇの周縁に形成した薄肉部のレンズ１側の面として形成される（薄肉部の被写体側の面は、迷光反射面２ｄの一部をなす）。

このように、本実施の形態では、迷光反射面２ａ，２ｄ，２ｅを設けたことにより、実施の形態１（一つの迷光反射面２ａを有する場合）と比較して、レンズ枠２の外径を小さくすることができる。これにより、撮像装置の小型化を実現することができる。

また、本実施の形態では、反射リング２ｃの裏面に迷光反射面２ｅを形成することにより、反射リング２ｃの裏面で反射された光が撮像面８ａに入射することを防止できる。

なお、一般に、カメラ等では、鏡筒の内面に小さな凹凸形状を形成し、当該内面に入射した光を散乱させる場合が多いが、上述した実施の形態１〜３では、迷光反射面で光を確実に反射させて絞り孔４ａから出射する必要があるため、迷光反射面を鏡面とすることが最も好ましい。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係るレンズユニット４０の構成を示す断面図である。この実施の形態４では、実施の形態３と同様、反射面を２段構成とし、レンズ枠２の直径が大きくならないようにしたものである。実施の形態３のレンズユニット３０（図６）と共通する部分には同符号を付す。

実施の形態４のレンズユニット４０は、その反射リング２ｃの裏面側に、実施の形態３で説明した迷光反射面２ｅの代わりに、遮光線２ｊを形成したものである。

図７に示した断面において、絞り孔４ａの円周上の点Ｃとリング開口部２ｇの円周上の点Ｅ１とを通る直線（直線Ｃ−Ｅ１の延長線）と迷光反射面２ａとが交わる点（点Ｃ，Ｄと光軸Ｘとを含む平面と迷光反射面２ａとが交わる曲線上の点）をＡ２とすると、迷光反射面２ａの点Ａ２よりも外周側の点Ａ３では、絞り孔４ａの円周上の点Ｄから入射した光が反射し、この反射光は、反射リング２ｃの裏面側の遮光線２ｊに入射する。本実施の形態では、遮光線２ｊ内の点Ｅ２に入射した光が、迷光反射面２ａ上の点Ａ４に向けて反射され、さらに点Ａ４で反射された光が開口部２ｇの円周上の点Ｅ１に向かうよう構成されている。

すなわち、遮光線２ｊの点Ｅ２を含む微小面は、直線Ａ４−Ｅ２と直線Ａ３−Ｅ２とのなす角の二等分線６ｂに垂直に形成されている。例えば、遮光線２ｊは、開口部２ｇの中心（レンズ光軸Ｘ）を中心とした環状の多数の溝で構成され、溝の内面のうち迷光反射面２ａに対向する面が、上述した点Ｅ２を含む面となる。絞り孔４ａの円周上の点Ｄとリング開口部２ｇの円周上の点Ｅ１とを通って迷光反射面２ａ上の点Ａ５で反射した光が、反射リング２ｃの裏面に入射する点をＥ３とすると、遮光線２ｊの形成される範囲は、点Ｅ１から点Ｅ３までの範囲であればよい。

反射リング２ｃの裏面の遮光線２ｊで反射された光の大部分は、絞り孔４ａを介してレンズユニット４０の外部に出射されるため、反射リング２ｃの裏面で反射された光が撮像面８ａに入射することを防止できる。反射リング２ｃの裏面に遮光線２ｊを形成することにより、実施の形態３のように反射リング２ｃに迷光反射面２ｅ（図６）を設けた場合と異なり、迷光反射面２ｅを形成するための薄肉部を設ける必要がなくなる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、反射リング２ｃの裏面側に遮光線２ｊを設けたため、迷光により発生するフレア等の画質劣化を確実に抑制することができる。また、反射リング２ｃに（図６に示した迷光反射面２ｅを形成する場合のような）薄肉部を形成する必要がないため、反射リング２ｃの形成が容易になる。

上述した実施の形態２〜４では、２つの迷光反射面２ａ，２ｄ（及び迷光反射面２ｅ又は遮光線２ｊ）を設けた場合について説明したが、迷光反射面の数には特に制限はなく、さらに光軸方向に迷光反射面を追加してもよい。

上述した各実施の形態に係るレンズユニットは、撮像レンズとその被写体側の絞りとの距離が大きいレンズ系を備えた撮像装置に適用すると、特に有用である。また、絞り孔は、レンズの光学的な絞りだけではなく、迷光を減少させるために用いる遮光枠板の開口部であってもよい。

本発明の実施の形態１に係るレンズユニットを有する撮像装置の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るレンズユニットの断面図である。 本発明の実施の形態１に係るレンズユニットにおける迷光の反射状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズユニットの断面図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズユニットの迷光反射面の形状を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３に係るレンズユニットの断面図である。 本発明の実施の形態４に係るレンズユニットの断面図である。

符号の説明

１ レンズ、 ２ レンズ枠、 ２ａ，２ｄ 迷光反射面、 ２ｂ レンズ位置決め面、 ２ｃ 反射リング、 ２ｅ 迷光反射面、 ２ｇ 開口部、 ２ｊ 遮光線、 ３ レンズ押さえ、 ４ 絞り板、 ４ａ 絞り孔、 ５ａ，５ｂ 入射光、 １０，２０，３０，４０ レンズユニット。

Claims (6)

1. 結像面に被写体の像を結像させるレンズと、
   前記レンズを保持するレンズ枠と、
   前記レンズに対して被写体側に配置され、光を透過させる絞り孔と、
   前記レンズと前記絞り孔との間に設けられ、前記絞り孔側に配置された第１の反射面および前記レンズ側に配置された第２の反射面と
   を備え、
   前記第１の反射面に、前記第２の反射面側に光を透過させる開口部が形成され、
   前記第２の反射面が、前記レンズの光軸に近い側から順に、第１の面領域と第２の面領域とを有し、
   前記第１の面領域は、前記絞り孔の円周上で前記絞り孔の直径の両端をなす２点から、当該２点と前記レンズの光軸とを含む平面と前記第１の反射面とが交わる曲線上の同一点に２直線を引いた場合に、前記２直線のなす角度を二等分する直線に対して垂直となるよう構成され、
   前記第２の面領域は、前記絞り孔の円周上の前記２点のうちの一方の点と、前記開口部の円周上で前記絞り孔の前記２点のうちの他方の点に対応する点とから、前記平面と前記第２の反射面とが交わる曲線上の同一点に２直線を引いた場合に、前記２直線のなす角度を二等分する線に垂直な面となるよう構成されている
   ことを特徴とするレンズユニット。
2. 前記第１の反射面の結像面側に、前記第２の反射面からの光を前記第２の反射面側に反射させて前記絞り光から外部に出射させるための第３の反射面を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記第１の反射面の結像面側に、前記第２の反射面からの光を前記第２の反射面側に反射させて前記絞り光から外部に出射させるための遮光線を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
4. 前記第２の反射面は、前記レンズ枠の内壁に形成され、
   前記第１の反射面は、前記レンズ枠の前記絞り孔側に取り付けられた反射部材に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のレンズユニット。
5. 前記第１の反射面は、前記絞り孔の円周上で前記絞り孔の直径の両端をなす２点から、当該２点と前記レンズの光軸とを含む平面と前記反射面とが交わる曲線上の同一点に２直線を引いた場合に、前記２直線のなす角度を二等分する直線に対して垂直となるように構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のレンズユニット。
6. 請求項１から５までのいずれかに記載のレンズユニットと、
   前記結像面を有する撮像素子と
   を備えた撮像装置。

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