(57)【要約】【課題】本発明の目的は、光学システムを薄型化、小型化する際に必要となる光学素子の形状を提案することにある。【解決手段】入射面および出射面を有する光学素子であって、前記光学素子の外径と前記入射面の光学有効径との比が、略１であり、前記入射面の光学有効径と前記出射面の光学有効径との比が、略１である、光学素子。【選択図】図１
2010256779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面および出射面を有する光学素子であって、
前記光学素子の外径と前記入射面の光学有効径との比が、略１であり、
前記入射面の光学有効径と前記出射面の光学有効径との比が、略１である、
光学素子。
【請求項２】
入射面および出射面に光学機能面を有する光学素子であって、
光軸方向から見たとき前記光学機能面内に矩形状の光学有効領域を有し、
前記光学有効領域の頂点が前記光学素子の外周近傍に位置しており、
前記入射面側の前記光学有効領域の対角線と、前記出射面側の前記光学有効領域の対角線との長さの比が、略１である、
光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置等の光学システムに使用される光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置等の光学システムには、薄型化、小型化が求められており、光学素子自体の小型化、薄型化が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、レンズ成形品のフランジ部を切除してフランジ面積を小さくしたレンズを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５４４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄型の光学システムを実現するには、光学素子自体の形状を薄くする必要がある。特に凸レンズや凸メニスカスレンズにおいては、光学素子の中心部や外周部の厚みが、光学システムの薄型化に影響を及ぼす。したがって、光学素子の厚みをできるかぎり薄くする必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１が開示する光学素子では、薄型化に関しては検討されていない。
【０００７】
また、凸レンズや凸メニスカスレンズのような、光を集光する光学素子に入射した光は、光学素子の入射面で光軸側に屈折し、出射面から出射される。入射面で光が屈折するので、入射面側の光学有効径より、出射面側の光学有効径の方が小さくなる。しかし、出射面側（光学有効径が小さい方の面）の外径は、入射面側（光学有効径が大きい方の面）の外径にあわせて設計されている。そのため、出射面側の光学有効径外の領域が無駄になっており、光学素子の小型化や軽量化の妨げとなっている。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学システムを薄型化、小型化する際に必要となる光学素子の形状を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する光学素子は、入射面および出射面を有する光学素子であって、前記光学素子の外径と前記入射面の光学有効径との比が、略１であり、前記入射面の光学有効径と前記出射面の光学有効径との比が、略１である、構成を有する。
【００１０】
また、上記課題を解決する光学素子は、入射面および出射面に光学機能面を有する光学素子であって、光軸方向から見たとき前記光学機能面内に矩形状の光学有効領域を有し、前記光学有効領域の頂点が前記光学素子の外周近傍に位置しており、前記入射面側の前記光学有効領域の対角線と、前記出射面側の前記光学有効領域の対角線との長さの比が、略１である、という構成を有する。
【発明の効果】
【００１１】
上記光学素子によれば、光学システムの薄型化、小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る光学素子の断面図
【図２】（ａ）第２実施形態に係る光学素子を入射面側から見たときの概略上面図（ｂ）対角線X−X’で切断したときの断面図、（ｃ）対角線以外の場所Y−Y’で切断したときの断面図
【図３】その他の実施形態に係る凸メニスカスレンズの断面図
【図４】その他の実施形態に係る芯取り加工をした光学素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態において同様の動作を行う構成要素に同じ符号を付し、再度の説明を省略する場合がある。
【００１４】
また、本明細書における「光学機能面」とは、光学素子に要求される光学特性を生み出すために必要な面のことであり、光線の経路になる面を意味する。
【００１５】
また、本明細書における「光学有効径」とは、光学機能面の直径を意味する。
【００１６】
また、本明細書における「光学有効領域」とは、光学機能面内に存在する領域であり、例えば光学素子が撮像装置等に搭載された場合に、光学機能面の中で実際に使用される領域を意味する。
【００１７】
また、本明細書における「光学有効長」とは、両端点が少なくとも光学機能面上にある線分の長さを意味する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光学素子１の側面図である。
【００１９】
図１に示すように、光学素子１は、両凸形状の光学素子である。
【００２０】
光学素子１は、光が入射する入射面２と、入射した光が出射する出射面３とを有する。この入射面２および出射面３は、ほぼ全面が光学機能を有する光学機能面である。
【００２１】
したがって、入射面２の光学有効径Ａと、光学素子１の外径Ｂとは、略同一（Ａ≒Ｂ）の関係を有する。また、出射面３の光学有効径Ａ’と、光学素子１の外径Ｂとは、略同一（Ａ’≒Ｂ）の関係を有する。つまり、光学素子１は、外周近傍までを光学有効径とする光学素子である。
【００２２】
さらに、入射面２の光学有効径Ａと出射面３の光学有効径Ａ’との比は、略１（Ａ／Ａ’≒１）の関係を有する。言い換えると、光学有効径Ａと同じ径を有する光が入射面２に入射した場合、入射面２に入射する入射光の径と、出射面３から出射する出射光の径とが略同一の径となる。
【００２３】
このような構成は、外周近傍までを光学有効径とする光学素子１の外周部分の光軸方向の厚さを薄くすることで実現できる。
【００２４】
具体的に説明すると、光学素子１の外周部分が薄くなることで、入射面２の端部と出射面３の端部とが近くなる。なお、ここでいう「端部」とは、入射面２および出射面３の円周上に存在する点を意味する。
【００２５】
入射面２および出射面３はそれぞれ光学機能面なので、入射面２の端部と出射面３の端部とが近くなると、入射面２の端部から出射面３の端部までの光路が短くなる。光路が短いので、入射面２の端部に入射した光は、すぐに出射面３の端部に到達する。したがって、光軸方向から見たとき、入射面２の端部と、出射面３の端部とがほぼ同じ位置になる。したがって、入射面２の光学有効径Ａと、出射面３の光学有効径Ａ’との比が略１（Ａ／Ａ’≒１）となる。
【００２６】
従来の光学素子は、入射面の光学有効径よりも出射面の光学有効径の方が小さくなっていたので、出射面の光学有効径外の領域が無駄になっていた。しかし、本実施形態に係る光学素子１は、入射面２の光学有効径Ａと出射面３の光学有効径Ａ’との比が、略１（Ａ／Ａ’≒１）なので、出射面３全面を活用できる。
【００２７】
したがって、出射面３に従来のような無駄な領域が少なくなり、出射面３を効果的に使用することができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る光学素子１は、入射面２の端部から出射面３の端部までの光路が短いので、従来の光学素子よりも外周部分を薄くすることができる。外周部分が薄くなるのに伴い、光学素子１の中心部も薄くすることができる。したがって、光学素子１全体を薄くすることができる。
【００２９】
このような光学素子１を撮像装置等の光学システムに採用することで、光学システムを従来よりも薄型化、小型化することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
図２（ａ）は、本実施形態に係る光学素子１０を入射面側から見たときの概略上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の光学素子１をX−X’で切断したときの断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）をY−Y’で切断したときの断面図である。
【００３１】
通常、撮像装置における撮像素子は、矩形状の撮像領域を有している。したがって、撮像装置における光学素子の光学機能面も矩形状になることが多い。
【００３２】
そこで、図２（ａ）に示すように、光学素子１０の入射面６は、矩形状の光学有効領域（以下、単に光学有効領域と称する場合もある。）５と、光学有効領域５の外周に設けられた外周面４を有する。なお、図は省略しているが、出射面７も矩形の光学有効領域と、その外周に設けられた外周面を有している。
【００３３】
また、入射面６および出射面７は、第1実施形態と同様に、ほぼ全面が光学機能を有する光学機能面である。しかし、第２実施形態に係る光学素子１０では、少なくとも矩形の光学有効領域５が光学機能を有する面であればよいので、外周面４は光学機能面でなくてもよい。
【００３４】
光学有効領域５の各頂点は、光学素子１０の外周近傍に設けられている。したがって、光学有効領域５の対角線の長さＣ（以下、光学有効長Ｃと称する場合もある）と、光学素子１０の外径Ｅとが略同一（Ｃ≒Ｅ）の関係を有する。
【００３５】
また、出射面７も同様に、出射面７の光学有効領域の対角線の長さＣ’（以下、光学有効長Ｃ’と称する場合もある）と、光学素子１０の外径Ｅとが略同一（Ｃ’≒Ｅ）の関係を有する。
【００３６】
さらに、入射面６の光学有効長Ｃと、出射面７の光学有効長Ｃ’との比は、略１（Ｃ／Ｃ’≒１）となる。言い換えると、入射面および出射面の光学有効領域の対角線を含む線（図２（ａ）のX−X’）で切断したときの断面に垂直な方向から見たとき（図２（ｂ））、入射面６に入射する入射光の径と、出射面７から出射する出射光の径とが略同一の径となる。
【００３７】
このような構成は、外周近傍に光学有効領域の各頂点を有する光学素子１０の外周部分における光軸方向の厚さを薄くすることで実現できる。
【００３８】
具体的に説明すると、光学素子１０の外周部分が薄くなることで、入射面６の光学有効領域の頂点と出射面７の光学有効領域の頂点とが近くなる。入射面６の光学有効領域の頂点と出射面７の光学有効領域の頂点とが近くなると、入射面６の光学有効領域の頂点から出射面７の光学有効領域の頂点までの光路が短くなる。光路が短いので、入射面６の光学有効領域の頂点に入射した光は、すぐに出射面７の光学有効領域の頂点に到達する。したがって、光軸方向から見たとき、入射面６の光学有効領域の頂点と、出射面７の光学有効領域の頂点とがほぼ同じ位置になる。したがって、入射面６の光学有効長Ｃと、出射面７の光学有効長Ｃ’との比は、略１（Ｃ／Ｃ’≒１）となる。
【００３９】
一方、光学有効領域５の対角線以外の線（図２（ａ）のY−Y’）で切断したときの断面に垂直な方向から見たとき（図２（ｃ））、入射面６の光学有効長Ｄに対して、出射面７の光学有効長Ｄ’は短い。つまり、対角線以外の光学有効長どうしの比は略１とはならない（Ｄ／Ｄ’≠１）。このことについて説明する。
【００４０】
上述したように、光学有効領域５の各頂点部分は光学素子１０の外周近傍に位置するため、光軸方向の厚さが薄くなっている。しかし、光学有効領域５の各辺における光軸方向の厚さは、光学有効領域５の各頂点における光軸方向の厚さよりも厚い。光軸方向の厚さが厚いので、光路が長くなる。入射面６の光学有効領域５の各辺に入射した光は入射面６で屈折され出射面７に到達するので、光路が長い分、屈折された光は光軸側に寄ることになる。したがって、出射面７の光学有効長Ｄ’は、入射面６の光学有効長ＤＤよりも短くなる。よって、対角線以外の光学有効長の比は略１とはならない（Ｄ／Ｄ’≠１）
従来の光学素子は、矩形の光学有効領域の頂点が光学素子の外周近傍に位置していなかったので、矩形の光学有効領域以外の領域が無駄になっていた。しかし、本実施形態に係る光学素子１０は、矩形の光学有効領域の頂点が光学素子の外周近傍に位置しており、入射面側の光学有効領域の対角線と、出射面側の光学有効領域の対角線との長さの比が、略１となるので、入射面および出射面における光学有効領域が占める割合を多くすることができる。したがって、従来の光学素子よりも光学有効領域以外の領域を少なくすることができるので、光学素子自体の小型化、軽量化を実現することができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る光学素子１０は、入射面６の光学有効領域の頂点から出射面７の光学有効領域の頂点までの光路が短いので、従来の光学素子よりも外周部分を薄くすることができる。外周部分が薄くなるのに伴い、光学素子１０の中心部も薄くすることができる。したがって、光学素子１０全体を薄くすることができる。
【００４２】
このような光学素子１０を撮像装置等の光学システムに採用することで、光学システムを従来よりも薄型化、小型化することができる。
【００４３】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、光学素子を両凸レンズとしてあるが、これに限らず、例えば、図３に示すように、凸メニスカスレンズ８であってもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、側面の加工をしていないエッジが切り立った形状で示しているが、これに限らず、例えば、図４に示すように、最小の芯取り加工９が施されていてもよい。
また上記実施形態は、製作工法に限りはなく、研磨加工、プレス成形、射出成形等、いずれの工法において形成してもよい。
また、上記実施形態は、材料に限りはなく、ガラス、プラスチック、セラミックス等、いずれの材料でもよい。
なお、本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る光学素子は、カメラやムービー等の撮像装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１、８、１０  光学素子
２、６      入射面
３、７      出射面
４          外周面
５          光学有効領域
９          芯取り加工部
Ａ          入射面の光学有効径
Ａ’        出射面の光学有効径
Ｂ、Ｅ      光学素子の外径
Ｃ、Ｃ’、Ｄ、Ｄ’  光学有効長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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