JP5226166B2 - 折り曲げ結像光学系 - Google Patents

Description

本発明は、折り曲げ結像光学系に関し、カメラ、特にデジタルスチルカメラ及び携帯電話や携帯モバイルパソコン等に備えられている撮像装置に好適なレトロフォーカスタイプの撮影光学系に関するものである。

ＣＣＤ等の電子撮像素子を用いた小型カメラや、携帯端末、携帯電話等への内蔵用の結像光学系では、小型化、特に薄型化の要求が強い。

このような中、特表２０００−５１５２５５号において、光学系を折り曲げて薄型化する折り曲げ光学系の例が記載されている。

また、折り曲げ光学系自体の例としては、特開２０００−２９２６９２、特開平１０−２０１９１号に、折り曲げ時の条件や折り曲げ要素の位置を述べた例がある。さらに、特開平９−２１１２８７号、特開平１０−２３９５９４号には、折り曲げ要素に用いるプリズムにパワー（屈折力、発散力）を与えた例が記載されている。

発明が解決しようとする課題

しかしながら、これら先行例には、実際に薄型化するに当たっての条件については十分述べられていない。例えば、折り曲げ要素にパワーを持たせない場合は、光学系の構成要素の数が増えてしまい、光学系が長くなったり大型化してしまう。また、プリズムにパワーを持たせる例でも、光学系の小型化、薄型化の観点からパワーを持たせたものではない。

本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型デジタルスチルカメラ、携帯端末等に搭載可能な薄型光学系であって、薄型化のため光軸を曲げ、かつ、折り曲げプリズムにパワーを持たせた折り曲げ結像光学系を提供することである。

課題を解決するための手段

上記目的を達成する本発明の折り曲げ結像光学系は、物体側より順に、負のパワーを持つ第１群と、絞りと、正のパワーを持つ第２群とを備えており、前記第１群中にパワーを持たせた光軸折り曲げ部材を有しており、前記光軸折り曲げ部材は、平面の反射面を有すると共に、光軸に回転対称な曲面によって構成される面を入射面、射出面の少なくとも一方に用いているプリズムからなることを特徴とするものである。

以下、本発明において上記構成をとる理由とその作用について説明する。

本発明では、折り曲げ結像光学系として、
▲１▼光学系の構成をレトロフォーカスタイプにし、
▲２▼折り曲げ要素にパワーを持たせたプリズムを用い、
▲３▼プリズムを絞りより前（第１群）に置く、
ことで、結像光学系の小型化、薄型化を実現するものである。

まず、▲１▼の光学系の構成を負のパワーを持つ第１群と、絞りと、正のパワーを持つ第２群とを備えたレトロフォーカスタイプにすることにより、広角化が図れ、また、第１群を負にしたことによって入射瞳が第１群近傍になり、そのために第１群の径を小さくでき、また、第２群に入射する軸外光線の光線高を低くでき第２群の径も小さくできる。したがって、結像光学系の径の小型化が可能になる。

また、▲２▼については、光軸折り曲げ部材のプリズムにパワーを持たせることにより、レンズとプリズムを別体のもので構成する場合に比べて、レンズ−プリズム間隔がなくなるので全長が短くでき、プリズムがレンズの代わりにもなっているので、レンズ枚数の削減にもなる。

プリズムにパワーを持たせる方法については、反射面は平面のままにして、光軸に回転対称な曲面によって入射面、射出面の少なくとも一方を構成する。反射面を曲面としてパワーを持たせると、回転非対称な収差が発生するため、製作が容易な回転対称光学系では光学性能を出すことができなくなる。

また、▲３▼については、バックフォーカスを確保し、▲１▼のように小型化するためにレトロフォーカスタイプとして、光軸折り曲げ部材のプリズムを第１群中に持ってくることで、系全体の薄型化が可能になる。

また、本発明において、第１群を、物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズと、正のパワーを持つ光軸折り曲げ部材のプリズムとから構成することができる。

第１群中のパワー配置として、負レンズと正のパワーを持つプリズムとの負・正とすることにより、諸収差、特に倍率色収差を効果的に補正可能になる。

この場合に、プリズムが次の条件式（１）を満たしていることが望ましい。

（１） ０．０１＜ｆ／ｆprism ＜３
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、 ｆｐｒｉｓｍ はプリズムの焦点距離である。

条件（１）の下限値の０．０１以下だと、レンズ要素を追加することが必要になり、厚みやレンズ枚数の削減につながらない。逆に、上限値の３以上になると、それに対応して物体側の負レンズのパワーも強くなる。物体側の負レンズは軸外主光線の高さが高いため、そのパワーが強くなるとディストーションが負に傾き、倍率色収差も大きくなるため、補正がし難くなる。この状態でプリズムの寸法を小さくすると、光軸方向の厚みも減るが、ディストーションが負側になるため、小型化に対しても不利となる。

上記条件は、好ましくは、
（１−１） ０．０５＜ｆ／ｆprism ＜２
さらに好ましくは、
（１−２） ０．１＜ｆ／ｆprism ＜１
がより適当である。

また、上記プリズムに負のパワーを持たすことができる。

この場合は、第１群の負のパワーをプリズムが担うことができ、第１群の構成枚数を減らすことが可能になる。

そして、そのプリズムを最も物体側に位置させることが可能になり、さらには、第１群をそのプリズムのみから構成することが可能になる。

プリズムを負のパワーを持つようにする場合に、プリズムが次の条件式（２）を満たしていることが望ましい。

（２） −３＜ｆ／ｆprism ＜−０．０５
条件（２）の上限値の−０．０５以上であると、パワーが弱いためレンズ要素を追加することが必要になり、厚みやレンズ枚数の削減につながらない。逆に、下限値の−３以下では、プリズムの負のパワーが強くなり、前述のようにディストーションが負に傾き、倍率色収差も大きくなるため補正がし難くなる。プリズムの寸法を小さくし難くなるのも、前述の通りである。

上記条件は、好ましくは、
（２−１） −２．５＜ｆ／ｆprism ＜−０．１
さらに好ましくは、
（２−２） −２＜ｆ／ｆprism ＜−０．２
がより適当である。

また、本発明において、プリズムが次の条件式（３）を満たしていることが望ましい。

（３） ０．１＜Ｌep／ｆ＜１．５
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、Ｌepは第１群の最も物体側の面からレンズ系全体の入射瞳位置までの距離である。

第１群による絞りの像位置である入射瞳位置が深いと、それだけ物体側レンズへの入射光線高が高くなると共に、第１群に置いたプリズムへの入射光線高も高くなり、プリズムの寸法を小型化することができなくなる。条件式（３）は、この小型化のための入射瞳位置を規定したものである。その上限値の１．５以上では、入射瞳が深くなってゆくのでプリズムの小型化には向かなくなる。下限値の０．１以下では、入射瞳が浅くなり、小型化にはよいが、そのために物体側の負レンズのパワーを強くして軸外光線を強く折り曲げて実現することになる。第１群のパワーが大きくなると、それと対応して第２群のパワーも強くなるので、絞りを挟んで対称性が崩れて光学性能が出し難くなる。

上記条件は、好ましくは、
（３−１） ０．２＜Ｌep／ｆ＜１．０
さらに好ましくは、
（３−２） ０．４＜Ｌep／ｆ＜０．８
がより適当である。

また、本発明において、プリズムが次の条件式（４）を満たしていることが望ましい。

（４） ０．８＜２・Ｌep／ｆ＋１／（Ｆ_NO・ｔａｎω）＜３．５
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、Ｌｅｐは第１群の最も物体側の面からレンズ系全体の入射瞳位置までの距離、ωはレンズ系の半画角、Ｆ_NOはレンズ系のＦナンバーである。

各種装置に本発明の結像光学系を組み込む場合、物体側のレンズの外径は小さい方が望ましい。条件式（４）は光学系の仕様から物体側レンズ有効径の大小を推定するパラメータである。上限値の３．５以上では、物体側のレンズへの軸外人射光の光線高が高くなり外径が大きくなる。そのため、同じ第１群に置いたプリズムへの軸外入射光の光線高も同様に大きくなり、プリズム寸法の小型化が難しくなる。下限値の０．８以下では、物体側のレンズの外径が小さくなるが、入射瞳位置の条件（３）で述べたのと同様な理由で、光学性能を出すことが難しくなる。

上記条件は、好ましくは、
（４−１） １＜２・Ｌep／ｆ＋１／（Ｆ_NO・ｔａｎω）＜３
さらに好ましくは、
（４−２） １．４＜２・Ｌep／ｆ＋１／（Ｆ_NO・ｔａｎω）＜２．３
がより適当である。

また、第１群に少なくとも１面の回転対称非球面を用いることが望ましい。

その場合に、第１群の負のパワーを持つ素子、プリズムの少なくとも１面に回転対称非球面を用いることが望ましい。その回転対称非球面はプリズムに用いることができる。

また、本発明において、次の条件式（５）を満たしていることが望ましい。

（５） ０．０８＜Ｌ１／Ｌ２＜１
ここで、Ｌ１は第１群の最も物体側の面からプリズムの反射面までの軸上の距離、Ｌ２はプリズムの反射面から像面までの軸上の距離である。

携帯端末等各種装置に本発明の折り曲げ結像光学系を組み込む場合、厚さ方向の制約がある場合は同様に折り曲げた後の部分の長さや容積も小さくする要求があることが多く、小型モジュール化し難い。折り曲げの縦横比を規定する条件式（５）の上限値の１以上となると、薄型化の意味がなくなる。下限値の０．０８以下となると、薄型化は実現できるが、細長くなりすぎ携帯端末等に内蔵するには適さない。

上記条件は、好ましくは、
（５−１） ０．１＜Ｌ１／Ｌ２＜０．６
さらに好ましくは、
（５−２） ０．１２＜Ｌ１／Ｌ２＜０．４
がより適当である。

また、以上のような本発明の結像光学系と、その結像光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と、操作者がその処理手段に入力したい情報信号を入力するための入力部と、その処理手段からの出力を表示する表示素子と、その処理手段からの出力を記録する記録媒体とを含み、その処理手段は、結像光学系によって電子撮像素子に受光された物体像を表示素子に表示するように構成されている情報処理装置を本発明に基づいて構成することができる。

この場合に、その入力部がキーボードにて構成され、結像光学系と電子撮像素子とが表示素子の周辺部又はキーボードの周辺部に内蔵されているパソコン装置を本発明に基づいて構成することができる。

また、以上のような本発明の結像光学系と、その結像光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、電話信号を送信及び受信するためのアンテナと、電話番号等の信号を入力するための入力部と、その電子撮像素子によって受光された物体像を送信可能な信号に変換する信号処理部とを含んでいる電話装置を本発明に基づいて構成することができる。

また、以上のような本発明の結像光学系と、その結像光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と、その電子撮像素子で受光された物体像を観察可能に表示する表示素子とを有し、電子撮像素子で受光された物体像の像情報を記録するための記録部材を内蔵又は挿脱するように構成され、その処理手段が、電子撮像素子に受光された物体像を表示素子に表示する表示処理機能と、電子撮像素子に受光された物体像を記録媒体に記録する記録処理機能とを有する電子カメラ装置を本発明に基づいて構成することができる。

以下、本発明の折り曲げ結像光学系の実施例１〜７について説明する。実施例１〜７のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図７に示す。各図中、第１群はＧＦ、絞りはＳ、第２群はＧＲ、光軸折り曲げプリズムはＰ、ローパスフィルターはＬＦ、赤外カットフィルターはＩＦ、電子撮像素子であるＣＣＤの像面はＩで示してある。

何れの実施例においても、光軸の折り曲げ面は撮像素子の撮像面の短辺に平行になるように光軸を折り曲げている。このように折り曲げると、長辺に平行になるように折り曲げる場合に比べてプリズムＰを小型化できる。

また、光学系の最も物体側の面（赤外カットフィルター等の平行平面板を除く。）は非球面である。この位置に非球面を配置することにより、軸外光線を比較的大きく折り曲げることで収差発生量を減らすことができる。

以下の実施例１においては、焦点距離ｆ＝４．７ｍｍ、ＦナンバーＦ_NO＝２．９、画角２ω＝６１．５７°であり、実施例２〜７においては、焦点距離ｆ＝４．７ｍｍ、ＦナンバーＦ_NO＝２．８、画角２ω＝６１．５７°である。

以下の実施例１〜４は、正パワーを持ったプリズムＰを使った例である。

実施例１の折り曲げ結像光学系は、図１に示すように、物体側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凹の負メニスカスレンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰとからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、像面側に凸の負メニスカスレンズと、両凹負レンズと、両凸正レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなり、一般的な電子撮像モジュールと同様に、その光学系と像面Ｉの間に光学的ローパスフィルターＬＦ、赤外カットフィルターＩＦが配置されている。

非球面は、第１群ＧＦの物体側の負メニスカスレンズの物体側の面、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの物体側の面、最も像面側の両凸正レンズの像面側の面の３面に用いられている。

なお、以下の実施例２〜７には、光学的ローパスフィルターは配置されていない。これは、撮像素子の画素の大きさが光学系による分解能と同程度若しくはそれ以下にあるため、通常問題になるモアレが生じ難いためである。したがって、これら実施例では、光学的ローパスフィルターの厚み分のスペースを費やさずにすむ。

実施例２の折り曲げ結像光学系は、図２に示すように、両凹負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰとからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズと、両凸正レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなり、その光学系と像面Ｉの間に赤外カットフィルターＩＦが配置されている。

非球面は、第１群ＧＦの両凹負レンズの物体側の面、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの像面側の面、最も像面側の両凸正レンズの物体側の面の３面に用いられている。

実施例３の折り曲げ結像光学系は、図３に示すように、物体側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凹の正メニスカスレンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰとからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、両凹負レンズと、両凸正レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなり、その光学系と像面Ｉの間に赤外カットフィルターＩＦが配置されている。

非球面は、第１群ＧＦの負メニスカスレンズの物体側の面、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの物体側の面、最も像面側の両凸正レンズの像面側の面の３面に用いられている。

実施例４の折り曲げ結像光学系は、図４に示すように、両凹負レンズと、両凸正レンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰとからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、両凹負レンズと、両凸正レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなり、その光学系と像面Ｉの間に赤外カットフィルターＩＦが配置されている。

非球面は、第１群ＧＦの両凹負レンズの物体側の面、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの物体側の面、最も像面側の両凸正レンズの像面側の面の３面に用いられている。

以下の実施例５〜７は、負パワーを持ったプリズムＰを使った例である。なお、実施例５は、本願請求項１、２に係る発明で規定する条件式（３−３）の規定範囲から外れたものであるため、以下、参考例として記載する。何れの実施例も、プリズムＰは最も物体側に配置されている。このような負パワーを持った要素を最も物体側に持ってくることで、軸外主光線の角度を小さくしている。また、プリズムＰの物体側に光学要素がないため（赤外カットフィルターＩＦを除く）、薄型化に適している。なお、プリズムＰの物体側の面は非球面である。この面に非球面を配置することにより、軸外光線を比較的大きく折り曲げることで収差発生量を減らすことができる。

実施例５の折り曲げ結像光学系は、図５に示すように、両凹負レンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰと、物体側に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズと、両凸正レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなり、その光学系と像面Ｉの間に赤外カットフィルターＩＦが配置されている。

非球面は、プリズムＰの物体側の面（入射面）、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの像面側の面、最も像面側の両凸正レンズの物体側の面の３面に用いられている。

実施例６の折り曲げ結像光学系は、図６に示すように、両凹負レンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰと、物体側に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズと、両凸正レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなり、その光学系と像面Ｉの間に赤外カットフィルターＩＦが配置されている。

非球面は、プリズムＰの物体側の面（入射面）、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの像面側の面、最も像面側の両凸正レンズの物体側の面の３面に用いられている。

実施例７の折り曲げ結像光学系は、図７に示すように、最も物体側に配置された赤外カットフィルターＩＦ、物体側に凹の負メニスカスレンズに相当し光軸に対して４５°の角度で配置された平面の内面反射面を有するプリズムＰからなる負屈折力の第１群ＧＦ、開口絞りＳ、両凸正レンズと、両凹負レンズと、像面側に凸の正メニスカスレンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる正屈折力の第２群ＧＲからなる。

非球面は、プリズムＰの物体側の面（入射面）、第２群ＧＲの最も物体側の両凸正レンズの物体側の面、その後の両凹負レンズの物体側の面の３面に用いられている。

この実施例７の第１群ＧＦはプリズムＰのみで構成されており、光軸に沿った光学系の全長は短くなり、プリズムＰの前に光学要素（赤外カットフィルターＩＦを除く）がないため、厚みも薄くできる。

実施例７では、プリズムＰにプラスティックを用いている。ガラスを用いたプリズムに比べて成形が容易という利点がある。ただし、プラスティックはガラスに比べて硬度が低く傷つきやすいため、第１群ＧＦの物体側に使用する場合は保護ガラスを使うのが望ましい。実施例７では、一般的には光学系と撮像素子との間に入れる赤外カットフィルターＩＦを保護ガラスとして物体側に入れて保護ガラスとしている。そのため、光学系と撮像系との間に改めて赤外カットフィルターを入れる必要がなくなり、バックフォーカスを十分取らなくてもよくなり、設計上の自由度が増す。

以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。また、“ＲＥ”は反射面を示す。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。

ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A₄、A₆、A₈、A₁₀はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。

実施例１

実施例２

実施例３

実施例４

実施例５

実施例６

実施例７

以上の実施例１、５、７の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図８、図９、図１０に示す。これらの収差図において、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差を示す。図中、“ＦＩＹ”は像高を表す。

なお、光軸折り曲げプリズムＰに負のパワーを持たせる場合、上記実施例とは別に、例えば図１１に模式的に示すように、負のパワーを持つ第１群ＧＦを、このプリズムＰ以外に、２枚以上のレンズを含む構成とすることも可能である。

さて、以上のような本発明の折り曲げ結像光学系は、結像光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。

図１２〜図１４は、本発明による結像光学系をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図１２はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１３は同後方斜視図、図１４はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例５の折り曲げ結像光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、近赤外カットフィルターＩＦを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピーディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポロプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。

このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が広画角であり、収差が良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォーカスの大きな光学系であるので、高性能・低コスト化が実現できる。

なお、図１４の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。

次に、本発明の結像光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図１５〜図１７に示される。図１５はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１６はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１７は図１５の状態の側面図である。図１５〜図１７に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。

この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による例えば実施例５の折り曲げ結像光学系からなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。

ここで、撮像素子チップ１６２上には近赤外カットフィルターＩＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端（図示略）には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。

撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図１５には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。

次に、本発明の結像光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１８に示される。図１８（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１８（ｂ）は側面図、図１８（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による例えば実施例５の折り曲げ結像光学系からなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。

ここで、撮像素子チップ１６２上には近赤外カットフィルターＩＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端（図示略）には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。

撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。

以上の本発明の折り曲げ結像光学系は例えば次のように構成することができる。

〔１〕 物体側より順に、負のパワーを持つ第１群と、絞りと、正のパワーを持つ第２群とを備えており、
前記第１群中にパワーを持たせた光軸折り曲げ部材を有しており、
前記光軸折り曲げ部材は、平面の反射面を有すると共に、光軸に回転対称な曲面によって構成される面を入射面、射出面の少なくとも一方に用いているプリズムからなることを特徴とする折り曲げ結像光学系。

〔２〕 前記第１群は、物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズと、正のパワーを持つ前記プリズムとからなることを特徴とする上記１記載の折り曲げ結像光学系。

〔３〕 前記プリズムが次の条件式（１）を満たしていることを特徴とする上記２記載の折り曲げ結像光学系。

（１） ０．０１＜ｆ／ｆprism ＜３
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、ｆprism はプリズムの焦点距離である。

〔４〕 前記プリズムは負のパワーを持つことを特徴とする上記１記載の折り曲げ結像光学系。

〔５〕 前記プリズムは最も物体側に位置することを特徴とする上記４記載の折り曲げ結像光学系。

〔６〕 前記第１群は前記プリズムのみからなることを特徴とする上記５記載の折り曲げ結像光学系。

〔７〕 前記プリズムが次の条件式（２）を満たしていることを特徴とする上記４から６の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系。

（２） −３＜ｆ／ｆprism ＜−０．０５
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、ｆprism はプリズムの焦点距離である。

〔８〕 前記プリズムが次の条件式（３）を満たしていることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系。

（３） ０．１＜Ｌep／ｆ＜１．５
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、Ｌepは第１群の最も物体側の面からレンズ系全体の入射瞳位置までの距離である。

〔９〕 前記プリズムが次の条件式（４）を満たしていることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系。

（４） ０・８＜２・Ｌep／ｆ＋１／（Ｆ_NO・ｔａｎω）＜３．５
ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、Ｌepは第１群の最も物体側の面からレンズ系全体の入射瞳位置までの距離、ωはレンズ系の半画角、Ｆ_NOはレンズ系のＦナンバーである。

〔１０〕 前記第１群に少なくとも１面の回転対称非球面を用いていることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系。

〔１１〕 前記第１群の負のパワーを持つ素子の少なくとも１面に回転対称非球面を用いていることを特徴とする上記１０記載の折り曲げ結像光学系。

〔１２〕 前記回転対称非球面は前記プリズムに用いられていることを特徴とする上記１１記載の折り曲げ結像光学系。

〔１３〕 次の条件式（５）を満たしていることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系。

（５） ０．０８＜Ｌ１／Ｌ２＜１
ここで、Ｌ１は第１群の最も物体側の面からプリズムの反射面までの軸上の距離、Ｌ２はプリズムの反射面から像面までの軸上の距離である。

〔１４〕 上記１から１３の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系と、前記折り曲げ結像光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と、操作者が前記処理手段に入力したい情報信号を入力するための入力部と、前記処理手段からの出力を表示する表示素子と、前記処理手段からの出力を記録する記録媒体とを含み、
前記処理手段は、前記折り曲げ結像光学系によって前記電子撮像素子に受光された物体像を前記表示素子に表示するように構成されていることを特徴とする情報処理装置。

〔１５〕 上記１４において、
前記入力部がキーボードにて構成され、前記折り曲げ結像光学系と前記電子撮像素子とが前記表示素子の周辺部又は前記キーボードの周辺部に内蔵されていることを特徴とするパソコン装置。

〔１６〕 上記１から１３の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系と、前記折り曲げ結像光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、電話信号を送信及び受信するためのアンテナと、電話番号等の信号を入力するための入力部と、前記電子撮像素子によって受光された物体像を送信可能な信号に変換する信号処理部とを含んでいることを特徴とする電話装置。

〔１７〕 上記１から１３の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系と、前記折り曲げ結像光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と、前記電子撮像素子で受光された物体像を観察可能に表示する表示素子とを有し、前記電子撮像素子で受光された物体像の像情報を記録するための記録部材を内蔵又は挿脱するように構成され、前記処理手段が、前記電子撮像素子に受光された物体像を前記表示素子に表示する表示処理機能と、前記電子撮像素子に受光された物体像を前記記録媒体に記録する記録処理機能とを有することを特徴とする電子カメラ装置。

発明の効果

本発明によると、薄型化のため光軸を曲げ、かつ、折り曲げプリズムにパワーを持たせているので、小型デジタルスチルカメラ、携帯端末等に搭載可能な薄型の折り曲げ結像光学系を提供することができる。

本発明の折り曲げ結像光学系の実施例１のレンズ断面図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の実施例２のレンズ断面図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の実施例３のレンズ断面図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の実施例４のレンズ断面図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の実施例５のレンズ断面図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の実施例６のレンズ断面図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の実施例７のレンズ断面図である。 実施例１の収差図である。 実施例５の収差図である。 実施例７の収差図である。 本発明の折り曲げ結像光学系の第１群をプリズム以外に２枚以上のレンズを含む構成とする場合の模式図である。 本発明による折り曲げ結像光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。 図１２のデジタルカメラの後方斜視図である。 図１２のデジタルカメラの断面図である。 本発明による折り曲げ結像光学系を対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。 パソコンの撮影光学系の断面図である。 図１５の状態の側面図である。 本発明による折り曲げ結像光学系をを対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。

ＧＦ…第１群
ＧＲ…第２群
Ｐ…光路折り曲げプリズム
Ｓ…開口絞り
ＩＦ…赤外カットフィルター
ＬＦ…ローパスフィルター
Ｉ…像面
Ｅ…観察者眼球
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…ポロプリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路

Claims (7)

1. 物体側より順に、実質的に、負のパワーを持つ第１群と、絞りと、正のパワーを持つ第２群からなり、
   前記第１群中にパワーを持たせた光軸折り曲げ部材を有しており、
   前記光軸折り曲げ部材は、平面の反射面を有すると共に、光軸に回転対称な曲面によって構成される面を入射面、射出面の少なくとも一方に用いているプリズムからなり、
   前記プリズムが次の条件式（３−３）を満たしていることを特徴とする折り曲げ結像光学系。
   （３−３） ０．１＜Ｌep／ｆ≦０．６８９
   ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、Ｌepは第１群の最も物体側の面からレンズ系全体の入射瞳位置までの距離である。
   
2. 物体側より順に、実質的に、負のパワーを持つ第１群と、絞りと、正のパワーを持つ第２群からなり、
   前記第１群が有している光軸折り曲げ部材は、平面の反射面を有すると共に、入射面、射出面のうち一方が正のパワー、もう一方が負のパワーを持ち、その少なくとも一方が光軸に回転対称な曲面によって構成されるプリズムからなり、
   前記プリズムが次の条件式（３−３）を満たしていることを特徴とする折り曲げ結像光学系。
   （３−３） ０．１＜Ｌep／ｆ≦０．６８９
   ここで、ｆは全レンズ系の焦点距離、Ｌepは第１群の最も物体側の面からレンズ系全体の入射瞳位置までの距離である。
   
3. 前記第１群は、物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズと、正のパワーを持つ前記プリズムとからなることを特徴とする請求項１または２記載の折り曲げ結像光学系。
   
4. 前記プリズムは負のパワーを持つことを特徴とする請求項１または２記載の折り曲げ結像光学系。
   
5. 全レンズ系の焦点距離をｆ、前記プリズムの焦点距離をｆprism としたとき、前記プリ
   ズムが以下の条件式を満足する請求項３記載の折り曲げ結像光学系。
   （１） ０．０１＜ｆ／ｆprism ＜３
   
6. 全レンズ系の焦点距離をｆ、前記プリズムの焦点距離をｆprism としたとき、前記プリズムが以下の条件式を満足する請求項４記載の折り曲げ結像光学系。
   （２） −３＜ｆ／ｆprism ＜−０．０５
   
7. 前記光軸折り曲げ部材が有する前記平面の反射面が１面のみであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の折り曲げ結像光学系。
   

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