(57)【要約】【課題】  コストアップを抑制しつつ、高い光学性能を有して、携帯電話機や携帯情報端末への搭載可能なコンパクトな撮像光学系を提供する。【解決手段】  撮像光学系を、光路上物体側から順に、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム１、光学絞り、正の光学的パワーを持つ第１レンズ２、負の光学的パワーを持つ第２レンズ３、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム４を有して構成した。第１反射プリズム１は、入射面が負の光学的パワーを、射出面が正の光学的パワーを有し、入射面と射出面との間の光路上に平面状の反射面ＲＬ１を備える。第２反射プリズム４は、入射面が正の光学的パワーを、射出面が負の光学的パワーを有し、入射面と射出面との間の光路上に平面状の反射面ＲＬ２を備える。反射面ＲＬ１，ＲＬ２は、入射光を略９０度に屈曲して第１レンズ２又は平行平面板５に向かって反射する。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像光学系であって、
入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する２個の反射プリズムが、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置されてなり、少なくとも一方の反射プリズムの入射面又は射出面が光学的パワーを有することを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
前記反射プリズムによる入射光の屈曲角は、略９０度であることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
前記２個の反射プリズムは、それぞれ入射面及び射出面の少なくとも一面が光学的パワーを有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
前記２個の反射プリズムは、それぞれ入射面及び射出面のいずれの面も光学的パワーを有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
【請求項５】
光路上の被写体側に配置された反射プリズムの射出面側に光学絞りが備えられている場合において、
少なくとも前記光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面が、負の光学的パワーを有するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面との間の光路上にのみ、前記反射プリズムを含む光学的パワーを有する光学素子が備えられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項７】
前記２つの反射プリズムの間にレンズ又はレンズ群を配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項８】
前記レンズ又はレンズ群を、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と略平行に移動させることでフォーカシングを行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像光学系。
【請求項９】
前記反射プリズムは、樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１０】
前記反射プリズムを構成する樹脂材料の吸水率が、０．０１％以下であることを特徴とする請求項９に記載の撮像光学系。
【請求項１１】
前記反射プリズムは、ガラスモールド法により作製されたものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１２】
前記他方の反射プリズムに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を具備させたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の撮像光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成することを特徴とする撮像レンズ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の撮像レンズ装置と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを含み、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部とを含むことを特徴とするデジタル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系と、その撮像光学系を備える撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラあるいは、カメラ付き携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等のデジタル機器の普及が目覚しく、これらに搭載される撮像素子の高画素化・高機能化が急速に進んでいる。このため、高画素化等がなされた撮像素子の性能を十分に活かすため、該撮像素子に被写体の光像を導く撮像光学系にも高い光学性能が要求されている。
【０００３】
また、前記各デジタル機器は、携帯性も要求されるものであり、該デジタル機器の小型化の一手段として撮像光学系のコンパクト化が考えられる。従来では、撮像光学系のコンパクト化の手段として、例えば撮像光学系の沈胴構造が採用されている。
【０００４】
しかしながら、沈胴構造の撮像光学系にあっては、鏡胴の構成が複雑化し、コストアップを招来することとなるとともに、特に機器の電源オン後にレンズを繰り出すようにした場合には、撮影準備が完了するために所定の時間を要するため、その間に撮像したい対象があっても、シャッターチャンスを逃すという問題もある。
【０００５】
撮像光学系のコンパクト化を図る他の手段として、撮像光学系の光路上に反射面を設ける技術が知られており、この種の撮像光学系につき、例えば下記特許文献１〜３において種々の提案がなされている。特許文献１には、屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成された第１プリズム、第２プリズムを有し、物体側から順に、第１プリズムを含む前群と、開口絞りと、第２プリズムを含む後群とで構成され、中間像を形成しない結像光学系が記載されている。特許文献２には、光学系の小型化・薄型化を目的として、光路を折りたたむように反射面を配置した結像光学系が提案されている。特許文献３は、物体からの光の入射順に、入射面である第１屈折面と、第１屈折面である基準軸に対して傾いた凸面鏡と、第２反射面である基準軸に対して傾いた凹面鏡と、負のパワーを有する第２屈折面とを有して構成された光学素子からなる光学系が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１９６２４３号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１７１６号公報
【特許文献３】特開平９−２１１３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記各特許文献１〜３においては、それぞれ次のような改良すべき点がある。すなわち、前記特許文献１の撮像光学系においては、いずれのプリズムも反射面に光学的パワーを有している偏心光学系である。偏心光学系は、軸対称の光学系では生じなかった偏心収差が新たに発生するために、光学系の製造や評価を行うための設備として従来のものを使用することができず、新規の設備を導入する必要がある。また、この場合、補正すべき収差が多数生じるため、撮像光学系の製造難易度が高くなる。さらに、理論上で屈折光学系の約４倍程度の偏心誤差感度を有する反射面を２つも有していることから、反射面同士の高い位置精度が要求される。
【０００７】
特許文献２は、結像光学系の薄型化を図るために撮像素子の配置を工夫したものであるが、通常撮像素子に付属する配線等の配置に要する十分なスペースを確保しようとすると、結像光学系の薄型化を達成することが困難である。また、特許文献３においては、特許文献１と同様、プリズムの製造難易度に問題があるとともに、光学系が２つの反射面を備えた１つの反射プリズムのみの構成であるため、数１０万画素程度の撮像素子に対応する光学性能は有しているが、数１００万画素を有する撮像素子には十分対応できるものではない。このように、特許文献１〜３は、いずれもコストアップを招来するという問題や、コンパクト化が十分でないという問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コストアップを抑制しつつ、高い光学性能を有して、携帯電話機や携帯情報端末への搭載可能なコンパクトな撮像光学系、撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１にかかる撮像光学系は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像光学系であって、入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する２個の反射プリズムが、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置されてなり、少なくとも一方の反射プリズムの入射面又は射出面が光学的パワーを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２にかかる撮像光学系は、請求項１に記載の撮像光学系において、前記反射プリズムによる入射光の屈曲角は、略９０度であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３にかかる撮像光学系は、請求項１または２に記載の撮像光学系において、前記２個の反射プリズムは、それぞれ入射面及び射出面の少なくとも一面が光学的パワーを有するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４にかかる撮像光学系は、請求項１または２に記載の撮像光学系において、前記２個の反射プリズムは、それぞれ入射面及び射出面のいずれの面も光学的パワーを有するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５にかかる撮像光学系は、請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像光学系において、光路上の被写体側に配置された反射プリズムの射出面側に光学絞りが備えられている場合において、少なくとも前記光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面が、負の光学的パワーを有するものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６にかかる撮像光学系は、請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像光学系において、光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面との間の光路上にのみ、前記反射プリズムを含む光学的パワーを有する光学素子が備えられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７にかかる撮像光学系は、請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像光学系において、前記２つの反射プリズムの間にレンズ又はレンズ群を配置したことを特徴とする。
【００１６】
請求項８にかかる撮像光学系は、請求項７に記載の撮像光学系において、前記レンズ又はレンズ群を、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と略平行に移動させることでフォーカシングを行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項９にかかる撮像光学系は、請求項１乃至８のいずれかに記載の撮像光学系において、前記反射プリズムは、樹脂により構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０にかかる撮像光学系は、請求項９に記載の撮像光学系において、前記反射プリズムを構成する樹脂材料の吸水率が、０．０１％以下であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１にかかる撮像光学系は、請求項１乃至８のいずれかに記載の撮像光学系において、前記反射プリズムは、ガラスモールド法により作製されたものであることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２にかかる撮像光学系は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の撮像光学系において、前記他方の反射プリズムに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を具備させたことを特徴とする。
【００２１】
請求項１３にかかる撮像レンズ装置は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の撮像光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成することを特徴とする。
【００２２】
請求項１４にかかるデジタル機器は、請求項１３に記載の撮像レンズ装置と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを含み、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する２個の反射プリズムが、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置して構成したので、コストアップを抑制しつつ、コンパクトな撮像光学系を実現することが可能となる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、前記反射プリズムによる入射光の屈曲角を略９０度としたので、最もコンパクトな撮像光学系を実現することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、２個の反射プリズムの入射面及び射出面の少なくとも一面が光学的パワーを有するものとし、反射プリズムに反射の機能のみならずレンズの機能をも具備させているために、これらの機能を別個の光学素子で実現する構成に比して、部品点数を低減することができ、撮像光学系をよりコンパクト化することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、前記２個の反射プリズムを、それぞれ入射面及び射出面が光学的パワーを有するものとし、反射プリズムにレンズの機能と反射の機能とを兼ね備えることで、これらの機能を別個の光学素子で実現する構成に比して、部品点数を低減することができ、撮像光学系をより一層コンパクト化することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、反射プリズム自体の小型化を図ることができる。すなわち、反射プリズムの小型化を図るには、プリズム内の最周辺部位を通過する光線が光軸と平行に近いことが望ましいが、光学絞りが光路上の被写体側に配置された反射プリズムの射出面側に配置されている場合は、前記反射プリズムの入射面に負の光学的パワーを具備させることで前記光軸との平行性を担保し易くなる。これにより、反射プリズムのサイズを小さくすることが可能となり、ひいては撮像光学系の小型化を図ることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面との間の光路上にのみ、前記反射プリズムを含む光学的パワーを有する光学素子を備えるようにしたので、前記光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面より光路上被写体側又は前記他方の反射プリズムの射出面より光路上像側に光学素子を配置する場合に比して、撮像光学系をコンパクト化することができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、２つの反射プリズムの間にレンズ又はレンズ群を配置したので、このレンズ又はレンズ群により収差等の補正を行うことができ、光学性能を向上することができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明によれば、２つの反射プリズムの間に配置されたレンズ又はレンズ群を、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と略平行に移動させることでフォーカシングを行うようにしたので、撮像光学系全体を駆動する構成に比して、フォーカシングのための駆動部に要求される駆動力を小さくすることができる結果、駆動部をコンパクト化することができる。また、反射プリズムを駆動しないので、光軸のずれが発生するなどの不具合が発生することなく又は抑制し、反射プリズムの位置精度を確保することができる。
【００３１】
請求項９に記載の発明によれば、反射プリズムを樹脂で構成したので、軽量で安価な撮像光学系を実現することができる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、反射プリズムを樹脂で構成する場合において、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を用いるので、当該反射プリズムについて吸湿に伴う光学特性（屈折率等）の変動の影響を受けない撮像光学系を実現できるようになる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明によれば、高精度で高屈折率な反射プリズムを比較的容易に得ることができるガラスモールド法により作製された反射プリズムを用いるので、光路長の短縮や屈折面での収差の発生を低減し易い撮像光学系を提供できる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明によれば、当該撮像光学系を経た入射光の光像を撮像素子で撮像するような場合に、画像劣化要因となる赤外線成分を、反射プリズムの付随機構を用いて減少させるので、赤外線をカットするための光学部品の使用を省くことができるようになる。これにより、撮像光学系の構成を簡素化でき、さらには撮像光学系の小型化を図ることが可能となる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１乃至１２のいずれかに記載の撮像光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像レンズ装置を構成したので、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能なコンパクトで、高精細な撮像レンズ装置を提供することが可能となる。
【００３６】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１３に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子とを含み、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部とを含むデジタル機器を構成したので、コンパクトで、高精細な携帯電話機や携帯情報端末等のデジタル機器を実現し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜撮像光学系の構成の説明＞
図１は、本発明にかかる撮像光学系１００の構成を模式的に示す図である。この撮像光学系１００は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１０５の受光面上に被写体Ｈの光学像を形成するものであって、入射光をそれぞれ所定の角度（略９０度）だけ屈曲して反射する２個の反射プリズム、すなわち光路上被写体Ｈ側に配置された第１反射プリズム１０１（ここでの説明において「入射側プリズム１０１」という）と、光路上撮像素子１０５側に配置された第２反射プリズム１０２（ここでの説明において「像面側プリズム１０２」という）とが備えられている。なお、入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間には、必要に応じてフォーカシング用のレンズ１０３、光学絞り１０４が配置される。
【００３８】
そして、前記入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂとが、略平行となるように配置されている。つまり、被写体Ｈから撮像素子１０４までの光軸ＡＸは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の反射面１０１ｃ、１０２ｃによりそれぞれ９０度折り曲げられたものとされている。このような撮像光学系１００は、各種デジタル機器（例えば携帯電話等）の筐体ＢＤ内に収容される。
【００３９】
このように構成された撮像光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の少なくとも一方の入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂが、光学的パワーを有する構成とされる。例えば、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａ又は射出面１０１ｂのいずれか、及び／又は像面側プリズム１０２の入射面１０２ａ又は射出面１０２ｂのいずれかに、光学的パワーを具備させる構成とすることができる。或いは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂのいずれもが、光学的パワーを具備する構成とすることもできる。これらの構成によれば、前記入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂのうちの少なくとも一面がレンズ機能面として活用されるので、その分だけ別個の光学素子の使用を省くことができ、撮像光学系１００のコンパクト化を図ることができるようになる。
【００４０】
前記撮像素子１０５は、当該撮像光学系１００により結像された被写体Ｈの光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１０５としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）が２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。
【００４１】
ここで、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１の射出面１０１ｂ側に位置している場合において、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａが、負の光学的パワーを有する構成とすれば、次のような利点がある。図２は、入射側プリズム１０１（１０１’）と光線との関係を示す光路図である。いま、入射側プリズム１０１（１０１’）から所定の光線幅ＢＴを射出させる場合、プリズム自体を小型化するためには、プリズム内の最も周辺側を通過する光線ｏｐについて、その射出光線ｏｐ−ｏｕｔが光軸ＡＸと平行に近いことが望ましい。
【００４２】
すなわち、図２（ａ）の入射側プリズム１０１’のように、入射面１０１ａ’が平面である場合、この入射面１０１ａ’へ入射する光線のうち最も周辺側の角度θ１を持った入射光線ｏｐ−ｉｎの光線角度を、光軸ＡＸに対して小さくすることができず、結果として出射光線ｏｐ−ｏｕｔは光軸ＡＸに対して傾き角を持った状態で射出される。従って、所定の光線幅ＢＴを得るためには、前記傾き角を考慮して、入射面１０１ａ’及び射出面１０１ｂ’を大きくする必要があり、このためプリズムのサイズを大きくせねばならない。
【００４３】
一方、図２（ｂ）の入射側プリズム１０１のように、入射面１０１ａが負の光学的パワー（凹面）とされている場合、この入射面１０１ａへ入射する光線のうち最も周辺側の角度θ１を持った入射光線ｏｐ−ｉｎの光線角度は、光軸ＡＸに対して小さくなり、結果として出射光線ｏｐ−ｏｕｔは光軸ＡＸに対して平行に近い状態で射出される。従って、所定の光線幅ＢＴを得るためのプリズムのサイズを、図２（ａ）の場合に比べて大幅に小さくすることができ、ひいては撮像光学系１００もコンパクト化できるようになる。
【００４４】
なお、前述のような入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２を備える代わりに、反射鏡を備えた撮像光学系１００とすることも考えられるが、この場合、反射鏡を保持する部材等を別途備える必要があり、撮像光学系１００のコストアップや大型化を招来することとなるので、前記のような２個の反射プリズムを採用することが望ましい。
【００４５】
また、反射面による入射光の屈曲角は９０度に限られないが、屈曲角が９０度から離れるほど撮像光学系１００のサイズが、図１の矢印Ａ方向に大きくなるため、前記屈曲角を９０度に設定するのが撮像光学系１００のコンパクト化を達成する上で最も望ましい。
【００４６】
ここで、撮像素子１０５が長辺と短辺とを有する矩形状のものである場合、その屈曲方向としては、撮像素子１０５の短辺方向（図１に矢印ａを付している幅方向が短辺方向）に光線を屈曲させるようにすることが好ましい。撮像素子１０５の長辺方向に光線を屈曲することでも相応に撮像光学系１００の薄型化を達成することができるが、撮像素子１０５の短辺方向に光線を屈曲する方がより撮像光学系１００の薄型化を達成することができる。
【００４７】
図１に示す撮像光学系１００のように、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａより光路上被写体Ｈ側や、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂより光路上像側（撮像素子１０５側）には、屈折力（光学的パワー）を有する光学素子を配置せず、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂとの間の光路上にのみ屈折力を有する光学素子を配置する構成とすることが望ましい。これにより、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａより光路上被写体Ｈ側等に屈折力を有する光学素子を配置する場合に比して、撮像光学系１００の厚み（矢印Ａ方向のサイズ）を薄くすることができ、撮像光学系１００の大型化を抑制することができる。
【００４８】
また、前記撮像光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間に、レンズ又はレンズ群を配置することが望ましい。これは、該レンズにより像面湾曲や収差等の補正を行うことができ、撮像光学系１００の光学性能を向上することができるからである。なお、前記のようなレンズ等を配置する場合に、このレンズとして反射プリズムより矢印Ａの方向に小さいレンズを採用することで、該レンズの搭載による矢印Ａの方向の大型化の問題は発生しない。
【００４９】
そして、このレンズ又はレンズ群を光軸方向（入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと略平行な方向）に駆動してフォーカシングを行うように構成するのが好ましい。これは、反射プリズムを含む撮像光学系全体を光軸方向に駆動するように構成した場合、駆動対象物の重量増加によりモータの大型化を招来したり、前記駆動による光軸のずれが発生したり、撮像光学系の各光学素子の保持機構が複雑となるからであり、２つの反射プリズムの間にレンズ又はレンズ群を配置することで、反射プリズムや光学絞りを固定することができるとともに、このレンズ又はレンズ群を光軸方向に駆動するようにすることで、モータの大型化、光軸のずれの発生、前記保持機構の複雑化の問題を解消することができる。
【００５０】
図１に示す撮像光学系１００においては、上述のような要請を満たすため、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間にフォーカシング用のレンズ１０３が配置されているものである。すなわち、このフォーカシング用のレンズ１０３が、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと平行な方向に移動されることで、フォーカシングが行われる構成とされている。
【００５１】
なお、前記撮像光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２やレンズ１０３の製造の容易性の点から、撮像光学系１００の各光学面は、光軸ＡＸを中心に軸対称な面（回転対称面）とすることが好ましい。軸非対称な光学系は、製造難易度を上げるばかりでなく、組み込み時の評価や、調整に対しても難易度を押し上げるために、コストが高くなるために望ましくない。逆に、コストが高くなることを許容するならば、軸非対称な面を反射面に用いることも可能である。
【００５２】
次に、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との望ましい配置関係について説明する。撮像光学系１００自体の矢印Ａ方向のサイズは、上述のような光学構成とすることで薄型化が可能であるが、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂに撮像素子１０５を対向配置し、これを筐体ＢＤ内に収容する場合、前記筐体ＢＤの薄型化を図るには、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との距離も可及的に短縮することが望ましい。
【００５３】
いま、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面との距離をｄとし（両者間に光学部品が介在されている場合も含む物理距離とする）、当該撮像光学系１００の光路折り曲げ面内（図１における紙面が相当する）における撮像素子１０５の受光面の高さをａ（例えば撮像素子１０５の短辺方向）と定義するとき、次の（１）式の関係を満たすよう、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との配置関係を設定することが、筐体ＢＤの薄型化を図る観点からは望ましい。
０．０≦ｄ／ａ＜０．８    ・・・（１）
【００５４】
上記（１）式において、ｄ／ａが０．８以上となると、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との距離ｄが大きくなりすぎて、筐体ＢＤの薄型化には不向きとなる。すなわち、距離ｄが大きいということは、そのような環境において撮像素子１０５の受光面に結像させるには像面側プリズム１０２のサイズも大きなものとなることから、全体として撮像光学系１００が大型化（厚肉化）することとなる。
【００５５】
一方、ｄ／ａ＝０として、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面とを密着させる態様は、矢印Ａ方向のサイズの極小化を図り得る態様であり、薄型化という観点からは望ましい態様である。しかし、前記射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面とが接触することから組み付けの困難性が招来され、また射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面との間における面間反射によるゴーストの発生が懸念される。このような不都合を解消するため、ｄ／ａの下限値は０．１以上とすることが望ましい。
【００５６】
以上のように像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との配置関係を設定するだけでなく、前記像面側プリズム１０２の大きさ（長さ）を最適化することで、一層薄型化を図ることが可能となる。いま、図３に示すように、像面側プリズム１０２の屈折率をｎ、像面側プリズム１０２内を通過する光軸ＡＸ上の主光線の距離（プリズムを展開したときの厚み）をｔ、射出瞳距離をｐとすると、次の（２）式の関係を満たすようにすることが望ましい。
−１．５＜（ｔ＊ｎ）／ｐ＜１．０    ・・・（２）
【００５７】
上記（２）式において、（ｔ＊ｎ）／ｐが１．０以上となると、プリズムの大きさに対して射出瞳距離ｐが長くなることから、その光学系はテレセントリックに近づくことになる。従って、プリズム内での光線幅が大きくなってしまい、そのような光線幅のものを折り返すためにはプリズムのサイズを大きく（長く）する必要が生じることから、結果的に撮像光学系１００のコンパクト化を図れなくなる傾向が顕著になる。
【００５８】
一方、（ｔ＊ｎ）／ｐが−１．５以下になると、プリズムの大きさに対して射出瞳距離ｐが短くなることから、テレセントリックとは反対に、その光学系は光軸に対する傾きが大きい光線が多く含まれるようになる。一般に、撮像素子１０５の受光面には、集光効率を高くするために、画素毎にマイクロレンズが配置されている。テレセントリックな光学系の場合、前記マイクロレンズを各画素の略直上に配置すれば良く、比較的マイクロレンズの配置は容易である。しかし、射出瞳距離ｐが短く光線の傾きがある場合、この傾き角を考慮してマイクロレンズを各画素に対して所定量ずらした状態で配置せねばならない。ここで、（２）式の下限値以下のように光線の傾き角が大きくなる場合、所定の集光量を担保できるようマイクロレンズを配置することが困難となり、結果として集光効率が悪化して周辺光量が低下する傾向が顕著となる。
【００５９】
さらに、射出瞳距離ｐが短いということは、光学絞り１０４と像面（撮像素子１０５の受光面）との距離が短くなるということに帰着するが、像面側プリズム１０２の入射面１０２ａより像面側には光学絞り１０４を配置できない（プリズム内に絞りを設けることはできない）ことから、（２）式の下限値以下の場合、光学絞り１０４の適切な配置が出来にくくなるという傾向も顕著となる。
【００６０】
ところで、撮像素子１０５として、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合、赤外線成分がノイズとなり出力画像を劣化させる場合がある。このため、赤外線成分を撮像素子１０５に入射させないよう、従来から赤外線カットフィルタ等を撮像光学系の適宜な箇所に配置する対策が講じられている。しかし、このような赤外線カット機能を有する光学部品が別途必要となることから、撮像光学系のコンパクト化、部品点数の抑制の阻害要因となっていた。
【００６１】
そこで、像面側プリズム１０２自体に、入射光に含まれる赤外線成分を減少乃至は除去する赤外線カット機能を具備させることが望ましい。図４は、赤外線カット機能を具備させた像面側プリズム１０２の例を示す断面図である。図４（ａ）は、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂに、赤外線反射膜１０２ｄを一体的に設けた例を示している。これにより、入射光に含まれる赤外線成分は赤外線反射膜１０２ｄにて反射され、撮像素子１０５に入射されないようになる。このような赤外線反射膜１０２ｄとしては、例えば赤外波長の光を反射させる誘電体多層膜のコーティング層が好適である。なお、このような赤外線反射膜１０２ｄを、像面側プリズム１０２の入射面１０２ａに設けるようにしても良い。
【００６２】
また図４（ｂ）は、像面側プリズム１０２の反射面１０２ｃに、赤外線吸収膜１０２ｅを一体的に設けた例を示している。これにより、入射光に含まれる赤外線成分は赤外線吸収膜１０２ｅにて吸収され、撮像素子１０５に入射されないようになる。このような赤外線吸収膜１０２ｅとしては、例えば赤外波長の光を吸収させる誘電体多層膜のコーティング層が好適である。なお、このような赤外線吸収膜１０２ｅに代えて、赤外線透過膜を反射面１０２ｃに設け、赤外線成分のみを像面側プリズム１０２から放射させるようにしても良い。
【００６３】
続いて、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の材質並びに製法について説明する。これらプリズムの材質については特に制限はなく、所定の光透過率や屈折率などを備えている光学材料であれば良く、各種ガラス材料や樹脂（プラスチック）材料を用いることができる。しかし、樹脂材料を用いれば、軽量で、且つインジェクションモールド等により大量生産が可能であることから、ガラス材料で作製する場合に比して、コストの抑制や撮像光学系１００の軽量化の面で有利である。さらに、上述のように入射面及び／又は射出面に屈折力を具備する反射プリズムを作成する場合、ガラス材料によれば研磨工程を経て作製する必要があるが、樹脂材料の場合は型枠等を用いて容易に作製することができるという利点もある。
【００６４】
但し、インジェクションモールドによると、成型後に若干の熱収縮が避けられないため、高い精度が要求される光学部品の場合は、かえって製造難易度が高くなる場合がある。ところで、高い精度を要求される度合いは、像面側プリズム１０２よりも入射側プリズム１０１の方が高い。これは、像面側プリズム１０２の方が撮像素子１０５に近く、比較的誤差感度が小さいからである。従って、少なくとも像面側プリズム１０２を樹脂材料で構成し、要求される精度に応じて入射側プリズム１０１を樹脂材料とするか或いはガラス材料とするかの選択を行うことが望ましい。
【００６５】
ここで、入射側プリズム１０１及び／又は像面側プリズム１０２を樹脂材料で構成する場合、その樹脂材料として、例えばポリカーボネートやＰＭＭＡ等の各種光学樹脂材料を用いることができる。この中でも、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を選択することが望ましい。樹脂材料には、空気中の水分と結合する吸湿作用があり、このような吸湿が生じると、設計値通りにプリズムを製作しても吸湿により屈折率等の光学特性が変化する場合がある。従って、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を用いることで、吸湿の影響を受けない撮像光学系１００を構築できるようになる。このような樹脂材料としては、例えばＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社商品名）を用いることができる。
【００６６】
次に、入射面及び／又は射出面に光学的パワーを有するプリズムを製造する方法としては、例えば所定のプリズムに光学的パワーを有するレンズを接合する方法、プリズムを曲面研磨する方法、インジェクションモールド或いはガラスモールドによる方法などを例示することができる。但し、プリズムにレンズを接合する方法やプリズムを曲面研磨する方法は、反射面と前記レンズ又は曲面との位置関係や傾きなどを調整するために手間のかかる調芯を行う必要があり、製造難易度が比較的高くなってしまう。これに比べ、樹脂材料を用いたインジェクションモールドは、前述の通り量産性に優れるため、好ましい製造方法の一つである。
【００６７】
上記インジェクションモールドにて製造されたプリズムを採用する場合、次の点に留意することが望ましい。インジェクションモールドを行う場合、樹脂を金型に注入するためのゲートが必要となる。そのようなゲートはプリズムのどの面に対向させても良いが、プリズムにおいて光の入射、出射及び反射が行われない面に配置することが望ましい。これは、一般にゲート付近は樹脂流の痕跡が残留するなどして複屈折が発生し易く、光学特性に影響を与える可能性があることから、仮に複屈折が発生してもその影響を低減できるからである。
【００６８】
図５は、図１に示した撮像光学系１００を立体的に描いた斜視図である。図５に基づいて、上記の望ましい構成を説明すると、入射側プリズム１０１をインジェクションモールドで形成する場合においては、金型注入用のゲートを、入射面１０１ａ、射出面１０１ｂ及び反射面１０１ｃには配置せず、これらの面の側面である不使用面１０１ｍに配置する。この場合、通常ゲートは断面長方形の角柱状を呈していることから、そのような角柱状のゲート痕Ｇｅ１（入射面１０１ａと広幅面が平行なゲート痕Ｇｅ１）が前記不使用面１０１ｍに残存するようになる（このゲート痕Ｇｅ１は誇張して描いている）。このようにゲートを配置すると、当該ゲート近傍で複屈折が発生したとしても、入射側プリズム１０１の有効使用領域ｐｗ１（図中のハッチング部位；光線が通過可能な領域）に与える影響を低減することができる。
【００６９】
像面側プリズム１０２も同様に、金型注入用のゲートを、入射面１０２ａ、射出面１０２ｂ及び反射面１０２ｃには配置せず、これらの面の側面である不使用面１０２ｍに配置する。この場合、角柱状のゲート痕Ｇｅ２（反射面１０２ｃと広幅面が平行なゲート痕Ｇｅ２）が前記不使用面１０２ｍに残存するようになるが、同様に当該ゲート近傍で複屈折が発生したとしても、像面側プリズム１０２の有効使用領域ｐｗ２（図中のハッチング部位）に与える影響を低減することができる。
【００７０】
インジェクションモールドを行った後、その成型品（この場合はプリズム）を金型から取り出すときに、イジェクトピンで当該成型品を押圧する手法が汎用されている。このようなイジェクトピンの当接部位には、やはり痕跡が残り、この部分においても光学特性が乱れる場合がある。そこで図５に示す例では、入射側プリズム１０１については、その入射面１０１ａにおける不使用領域に対応する部位にイジェクトピンを配置し、前記不使用領域にピン痕跡ｅｐ１が現れるようにしている。また像面側プリズム１０２については、その反射面１０２ｃにおける不使用領域に対応する部位にイジェクトピンを配置し、前記不使用領域にピン痕跡ｅｐ２が現れるようにしている。なお、前記ピン痕跡ｅｐ１、ｅｐ２が、それぞれ不使用面１０１ｍ、１０２ｍと対向する反対側の不使用面１０１ｎ、１０２ｎに現れるよう、イジェクトピンを配置するようにしても勿論良い。
【００７１】
さらに、この撮像光学系１００のように、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間に配置されている場合において（図１参照）、組み付け時において、図５に示すように、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２のゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２が同じ方向に存在するように、ゲート方向を調整することが望ましい。この点を、図６に基づいて説明する。
【００７２】
図６は、図５に示した撮像光学系１００についての、模式的な光路図である。図示するように、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２についてのゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２は、同方向に存在するそれぞれの不使用面１０１ｍ、１０２ｍに形成されている。なお、この不使用面１０１ｍ、１０２ｍに対向するもう一方の不使用面１０１ｎ、１０２ｎは、ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２が存在しないフラット面（形状的に安定した面）でもあることから、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２共通のプリズム保持部材１０６（筐体ＢＤのフレーム部材等に相当）に固定されている。これにより、プリズムの高精度な組み付けが行えるようになる。
【００７３】
ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２をそれぞれの不使用面１０１ｍ、１０２ｍに設けることで、複屈折等の影響を低減できるとはいえ、完全にその影響を取り除くことは難しい。このような、ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２近傍の光学特性に影響を与えるような領域を、図６においてそれぞれゲート影響領域Ｇｅ１ｍ、Ｇｅ２ｍとして示している（図中のハッチング部位が相当する）。
【００７４】
ところで、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間に配置されている場合、該光学絞り１０４の前後で光像が反転するようになる。いま、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａのゲート痕Ｇｅ１側から入射する光線ｏｐの光路を考える。入射側プリズム１０１内において、光線ｏｐはゲート影響領域Ｇｅ１ｍを通過することから複屈折率等の影響を受けてしまう。しかし、光学絞り１０４を通過すると光線ｏｐはゲート痕Ｇｅ１側から離間する方向に屈折する。そして、像面側プリズム１０２に入射すると、ゲート影響領域Ｇｅ２ｍから離れた領域を通過するようになる。従って、光線ｏｐは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２のゲート影響領域Ｇｅ１ｍ、Ｇｅ２ｍを重畳的に通過するようなことはなく、残存複屈折の影響は分散され、画面の片側だけ複屈折等の影響が偏在するような不具合は発生しなくなる。
【００７５】
上述したような樹脂材料を用いたインジェクションモールド法は、量産化に適し、また反射プリズムの入射面や射出面に高精度な凹面等を形成できるという利点があるが、樹脂材料を用いる関係上、高い屈折率を有する反射プリズムを製作することはできない。そこで、高精度で高屈折率のプリズムが求められる場合は、高屈折率のガラス素材をプリズム形状の金型を用いて加熱加圧するガラスモールド法により製作することが望ましい。高屈折率のプリズムを適用すると、光路長の短縮化や屈折面における収差の発生の低減化を図ることができ、これにより撮像光学系１００の小型化、レンズ枚数の削減が可能となり、コンパクト化に有利となる。
【００７６】
＜撮像光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような撮像光学系１００が組み込まれたデジタル機器について説明する。図７は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、カメラ付携帯電話機２００の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラは、被写体の映像を光学的に取り込んだ後、その映像につき半導体素子を使って電気信号に変換し、デジタルデータとしてフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶する撮像レンズ装置である。更に本発明では、被写体の静止又は動きのある映像を光学的に取り込む、コンパクトな撮像レンズ装置を内蔵する仕様を備えた携帯電話機、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器も含んでいる。
【００７７】
図７（ａ）は、携帯電話機２００の操作面を、図７（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示している。携帯電話機２００には、上部にアンテナ２０１、操作面には図の上下方向に長辺Ｌｔ１を有する長方形のディスプレイ２０２、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２０３、シャッターボタン２０４及びダイヤルボタン２０５が備えられている。
【００７８】
携帯電話機２００には、本発明に係る撮像光学系１００によって構成された撮像レンズ装置（カメラ）２０６及びＣＣＤ等の撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の被写体光が入射される撮影レンズ２０７が背面に露出している。なお、該撮影レンズ２０７の裏面には、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａが配置されている。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ２０２とは、携帯電話機２００の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ２０２で表示させながら撮像を行うことができるようになる。
【００７９】
ここで、撮像素子１０５は、撮像エリアの縦横比が例えば４：３の長方形を呈するものが用いられている。汎用型の撮像素子は、一般的にこのような長方形であるが、このような撮像素子１０５を備える撮像レンズ装置２０６の携帯電話機２００への組み込み形態は、前記長方形のディスプレイ２０２との関係において、図７に示すような態様とすることが望ましい。
【００８０】
すなわち、ディスプレイ２０２が図７（ａ）の上下方向に長辺Ｌｔ１を有している場合、撮像素子１０５もまた、図７（ｂ）の上下方向にその長辺Ｌｔ２を有する組み込み構成とすることが望ましい。換言すると、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（同一方向）になるように組み付けられることが望ましい。これにより、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像は、長方形のディスプレイ２０２上に有効に表示されるようになる。
【００８１】
つまり、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向に配置されていると、撮像素子１０５により取得された画像の長辺方向と、表示画像の長辺方向とが一致することから、ディスプレイ２０２の表示エリアを有効に活用した表示が行え、画像を大きく表示させることができる。すなわち、ディスプレイ２０２の面積を最大に生かした表示が可能となり、撮影時の構図の確認等に有利である。
【００８２】
上記撮像レンズ装置２０６は、被写体の光学像を形成する撮像光学系１００以外に光学的ローパスフィルタ等に相当する平行平面板を備えていてもよい。光学的ローパスフィルタとして、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、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実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。
【００８３】
なお、光学的ローパスフィルタは必ずしも備える必要はなく、また、光学的ローパスフィルタに代えて、撮像素子１０５の画像信号に含まれるノイズを低減するために赤外線カットフィルタを搭載する（この場合、上述のように反射プリズムに赤外線カット機能を具備させることが望ましい）ようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタの表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。
【００８４】
以上の通り構成された携帯電話機２００の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２０３を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２０３を一度押すことで、動画撮影モードに切り替わるとする。静止画撮影モードが起動すると、撮像レンズ装置２０６を通して被写体の像がＣＣＤ等の撮像素子１０５で周期的に繰り返し撮像され、表示用メモリに転送された後に、ディスプレイ２０２に導かれる。ディスプレイ２０２を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッターボタン２０４を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリに画像データが格納される。
【００８５】
また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２０３を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２０３を押して動画撮影モードに切り替える。後は静止画撮影のときと同様にして、ディスプレイ２０２を覗き、撮像レンズ装置２０６を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。この状態でシャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影が開始される。そして、もう一度シャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影は終了する。動画像は、ディスプレイ２０２のための表示メモリに導かれると共に、動画像用のメモリに導かれて格納される。
【００８６】
上記実施形態においては、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが、図７の上下方向に揃って平行であるとしたが、それに限られることなく、例えば図７の左右方向など、ある一方向に揃って平行であることが望ましい。この場合にも、ディスプレイ２０２の面積を最大に生かした表示が可能となるので、撮影時の構図の確認等が有効に行える。
【００８７】
このことは、上記のような携帯電話機２００のほか、同様に表示素子としてのディスプレイを備える各種デジタル機器においても同様であり、例えば折り畳み式の携帯電話機や、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器においても同様である。
【００８８】
図８は、折り畳み式の携帯電話機３００の外観構成図であり、図８（ａ）は、携帯電話機３００の操作面を、図８（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示している。この携帯電話機３００は、第１の筐体３１０と第２の筐体３２０とがヒンジ３３０によって連結された折り畳み可能な構造であって、第１の筐体１１０の操作面には上下方向に長いディスプレイ３１１が備えられている。また第２の筐体３２０には、操作部としてのキー入力部３２１が設けられている。
【００８９】
このような携帯電話機３００において、第１の筐体３１０には、上述の撮像光学系１００によって構成された撮像レンズ装置２０６及び撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の撮影レンズ２０７が背面に露出している。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ３１１とは、第１の筐体３１０の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ３１１で表示させながら撮像を行うことができるようになる。そして、ディスプレイ３１１の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（同一方向）になるように組み付けられている。このような構成によっても、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像を、長方形のディスプレイ３１１上に有効に表示させることができる。
【００９０】
また図９は、携帯情報端末機４００の外観構成図であり、図９（ａ）は、携帯情報端末機４００の操作面を、図９（ｂ）は背面を示している。この携帯情報端末機４００の操作面には、左右方向に長いディスプレイ４０１と、操作部としてのキー入力部４０２とが設けられている。
【００９１】
このような携帯情報端末機４００において、上述の撮像光学系１００によって構成された撮像レンズ装置２０６及び撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の撮影レンズ２０７が背面に露出している。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ４０１とは、当該携帯情報端末機４００の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ４０１で表示させながら撮像を行うことができるようになる。そして、ディスプレイ４０１の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（この場合水平方向）になるように組み付けられている。このような構成によっても、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像を、長方形のディスプレイ４０１上に有効に表示させることができる。
【００９２】
以下、図１に示したような撮像光学系１００、すなわち図７〜図９に示したようなカメラ付携帯電話機２００、３００或いは携帯情報端末機４００に搭載される撮像レンズ装置２０６を構成する撮像光学系１００の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
【００９３】
［実施形態１］
図１０は、実施形態１の撮像光学系５１の構成を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。図１０に示すように、本実施形態の撮像光学系５１は、光路上物体側から順に、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム１（図１における入射側プリズム１０１が相当）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、正の光学的パワーを持つ第１レンズ２、負の光学的パワーを持つ第２レンズ３、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム４（図１における像面側プリズム１０２が相当）を有してなる。第２反射プリズム４に対し第２レンズ３と反対側の位置には、平行平面板５及び撮像素子６が配置されている。
【００９４】
なお、この図１０及び後述する実施形態２，３の図１３，図１５は、無限遠に合焦させた状態の光学素子の配置を示している。また、図１１、図１４、図１６は、図１０、図１３、図１５における反射プリズム（第１、第２反射プリズム）を、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した撮像光学系の構成を示す図であり、図１１、図１４、図１６に示す矢印Ｄの方向は、撮像素子６の対角方向に相当する。また、図１０、図１３、図１５に示す撮像光学系は、撮像素子６の短辺方向に光線を屈曲した撮像光学系を示すものである。なお、以下にいう光学的パワーは、光学面の両側の媒質が空気である場合のパワーと定義する。また、撮像素子６は、縦横比が例えば３：４の撮像素子であり、例えば縦１．８ｍｍ、横２．４ｍｍの撮像素子である。矢印Ａの方向は、図１１の表裏方向に対応する。
【００９５】
第１反射プリズム１は、入射面１ａが負の光学的パワーを、射出面１ｂが正の光学的パワーを有しており、入射面１ａと射出面１ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ１を備えている。また、第２反射プリズム４は、入射面４ａが正の光学的パワーを、射出面４ｂが負の光学的パワーを有しており、入射面４ａと射出面４ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ２を備えている。第１反射プリズム１及び第２反射プリズム４に設けられた反射面ＲＬ１，ＲＬ２は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して第１レンズ２又は平行平面板５に向かって反射させるものである。
【００９６】
第１、第２反射プリズム１，４及び光学絞り（ＳＴ）は固定されており、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うとき、レンズ２，３は、図中の矢印Ｂの方向に移動する。
【００９７】
以下、本明細書においては、レンズの形状について、「凸」，「凹」及び「メニスカス」という術語を用いるが、これらの光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を現しているものであり、レンズ全体又はレンズの端部付近の形状を表しているのではない。このことは、球面レンズでは問題にならないが、非球面レンズでは一般に、レンズの中心付近と端部付近での形状が異なるので注意が必要である。非球面レンズとは、放物面、楕円面、双曲面、４次曲面等の面を有するレンズである。
【００９８】
図１１に示す番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目の光学面である。第１レンズ２は、両凸レンズであり、第２レンズ３は、像側に凸の負メニスカスレンズである。なお、図１１において、図１０に示す第１反射プリズム１及び第２反射プリズム４を、これらと略等価な機能を有するレンズに置換して表現している関係上、それぞれ第１反射プリズム１’及び第２反射プリズム４’として描いている（以下に述べる図１４、図１６でも同様）。
【００９９】
このような構成の下で、図１０の物体側（被写体側）から入射した光線は、順に、第１反射プリズム１の入射面１ａに入射して反射面ＲＬ１で略９０度に屈曲して反射された後、第１，第２レンズ２，３そして第２反射プリズム４の入射面４ａに入射する。そして、反射面ＲＬ２はこの入射光を略９０度屈曲して反射し、射出面４ｂから射出してそこで物体の光学像を形成する。そして、これらの光学素子で形成された光学像は、第２反射プリズム４に隣り合って配置された平行平面板５を通過する。このとき、光学像は、撮像素子６において電気的な信号に変換される際に発生する所謂折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板５は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。
【０１００】
最後に、撮像素子６において、平行平面板５で修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、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図７〜図９に示すような携帯電話機２００、３００や携帯情報端末機４００等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。なお、撮像光学系、特に第１反射プリズム１の汚損を防止するため、第１反射プリズム１の入射面より被写体側の位置にカバーガラスを設けても良い。
【０１０１】
以下、図を参照しながら、実施形態１と同様にして、実施形態２及び実施形態３のレンズ構成を順に説明していく。このとき、図１３〜図１６までの図中の符号の意味は、図１０，図１１と同様とする。
【０１０２】
［実施形態２］
図１３は、実施形態２の撮像光学系５２の構成を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施形態２の撮像光学系５２は、光路上物体側から順に、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム７、負の光学的パワーを持つ第１レンズ８、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム９を有してなる。
【０１０３】
第１反射プリズム７は、入射面７ａが正の光学的パワーを、射出面７ｂも正の光学的パワーを有しており、入射面７ａと射出面７ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ３を備えている。第２反射プリズム９は、入射面９ａが正の光学的パワーを、射出面９ｂが負の光学的パワーを有しており、入射面９ａと射出面９ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ４を備えている。
【０１０４】
本実施形態では、光学絞り（ＳＴ）、第１反射プリズム７及び第２反射プリズム９は固定されており、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うとき、第１レンズ８は、図中の矢印Ｃの方向に移動する。第１レンズ８は、像側に凸の負メニスカスレンズからなる。
【０１０５】
［実施形態３］
図１５は、実施形態３の撮像光学系５３の構成を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施形態３の撮像光学系５３は、光路上物体側から順に、全体として正の光学的パワーを持つ第１反射プリズム１０、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、正の光学的パワーを持つ第１レンズ１１、負の光学的パワーを持つ第２レンズ１２、全体として正の光学的パワーを持つ第２反射プリズム１３を有してなる。
【０１０６】
第１反射プリズム１０は、入射面１０ａが負の光学的パワーを、射出面１０ｂが正の光学的パワーを有しており、入射面１０ａと射出面１０ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ５を備えている。第２反射プリズム１３は、入射面１３ａが負の光学的パワーを、射出面が正の光学的パワーを有しており、入射面１３ａと射出面１３ｂとの間の光路上に平面状の反射面ＲＬ６を備えている。
【０１０７】
本実施形態では、第１、第２反射プリズム１０、１３及び光学絞り（ＳＴ）は固定されており、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うとき、レンズ１１，１２は、図中の矢印Ｂの方向に移動する。第１レンズ１１は、正の光学的パワーを持つ両凸レンズからなり、第２レンズ１２は、像側に凸の負メニスカスレンズ（負の光学的パワーを持つレンズ）からなり、第１レンズ１１及び第２レンズ１２は、接合されている。
【０１０８】
以上説明した前記各実施形態にかかる撮像光学系５１、５２、５３のように、入射光をそれぞれ略９０度折り曲げて反射する２個の反射プリズムを、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置することにより、撮像光学系のコンパクト化を図ることができる。
【０１０９】
すなわち、例えば図１１に示すような、反射プリズムを備えずに（入射光をそれぞれ略９０度折り曲げて反射する反射面を１つも設けずに）、図１０に示す撮像光学系５１と略等価な撮像光学系５０１を構成し、携帯電話機２００等に搭載する場合、矢印Ｂに示す方向と携帯電話機２００の厚み方向（図７の表裏方向）とが対応するから、携帯電話機２００の厚みは撮像光学系の光学全長以上となる。この構成にあっては、携帯電話機２００は非常に厚みが厚くなり、大型となる。
【０１１０】
そこで、図１２に示す撮像光学系５０２ように、反射面を１つ設けた撮像光学系（図１１に示すレンズ１’に代えてプリズム１を備えた撮像光学系）を構成すると、撮像光学系における矢印Ａの方向を携帯電話機２００の厚み方向に対応させることができ、図１１に示す場合に比して、携帯電話機２００を薄型化することができる。
【０１１１】
しかしながら、撮像素子６は、パッケージや電気配線を備えて構成されており、これらの存在によって受光面と平行な面方向に大きな構造を有している。そのため、携帯電話機２００の厚みは、撮像素子６の前記面方向の長さ以上（図１２に示す長さＬ以上）となり、携帯電話機２００の薄型化は十分でない。
【０１１２】
そこで、本実施形態では、図１０に示すように、前記反射面を２つ備えた撮像光学系５１（図１１に示すレンズ１’，４’に代えて第１、第２反射プリズム１，４を備えた撮像光学系）を構成することにより、撮像光学系の厚みが、第１反射プリズム１０の幅方向（矢印Ａ方向）Ｌ’（＜Ｌ）に相当することとなり、携帯電話機２００の更なる薄型化（コンパクト化）を達成することができる。
【０１１３】
以下、本発明に係る撮像光学系の実施例を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。
【実施例１】
【０１１４】
実施形態１（実施例１）の撮像光学系５１における、各レンズのコンストラクションデータを表１、表２に示す。
【０１１５】
【表１】
2006058840.tif 000003
【０１１６】
【表２】
2006058840.tif 000004
【０１１７】
ここに示したものは、表の左から順に、各光学面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、無限遠合焦状態及び近接距離合焦状態における光軸上での各光学面の間隔（軸上面間隔、単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッベ数である。軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。軸上面間隔における近接距離合焦状態の空欄は、左の無限遠合焦状態の値と同じであることを表している。ここで、各光学面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図１１に示したように、図１０の光路図と略等価な光路図において、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）である。
【０１１８】
また、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板５の両面、そして撮像素子６の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。
【０１１９】
光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、以下の数式により定義する。
【０１２０】
【数１】
2006058840.tif 000005
【０１２１】
ただし、ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。上記（３）式から分かるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの面頂点付近の値を示している。
【０１２２】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例１における全光学系の球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（DISTORTION）を、図１７の左側から順に示す。この図において、上段は無限遠合焦状態における各収差、下段は近接距離合焦状態における各収差を表している。また、球面収差は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する％で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高、単位ｍｍ）で表している。
【０１２３】
さらに球面収差の図には、破線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして二点鎖線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差をそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、破線（Ｔ）は、タンジェンシャル（メリディオナル）像面を近軸像面からの光軸（ＡＸ）方向のずれ量（横軸、単位ｍｍ）で表したものであり、実線（Ｓ）は、サジタル（ラディアル）像面を近軸像面からの光軸（ＡＸ）方向のずれ量（横軸、単位ｍｍ）で表したものである。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。
【０１２４】
この図１７から分かるように、本実施例１の撮像光学系５１は、無限遠合焦状態及び近接距離合焦状態のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。また、この実施例１における無限遠合焦状態での焦点距離（単位ｍｍ）、Ｆ値及び最大像高を、表７にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、明るい光学系が実現できていることがわかる。
【実施例２】
【０１２５】
次に、実施形態２（実施例２）の撮像光学系５２における、各レンズのコンストラクションデータを表３、表４に示す。
【０１２６】
【表３】
2006058840.tif 000006
【０１２７】
【表４】
2006058840.tif 000007
【実施例３】
【０１２８】
さらに、実施形態３（実施例３）の撮像光学系５３における、各レンズのコンストラクションデータを表５、表６に示す。
【０１２９】
【表５】
2006058840.tif 000008
【０１３０】
【表６】
2006058840.tif 000009
【０１３１】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例２，３の全光学系の球面収差、非点収差そして歪曲収差を、図１８、図１９の左側から順に示す。いずれの実施例における撮像光学系５２、５３も、無限遠合焦状態及び近接距離合焦状態のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。また、この実施例２，３における無限遠合焦状態における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表７にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１同様、明るい光学系が実現できていることがわかる。
【０１３２】
【表７】
2006058840.tif 000010
【０１３３】
上記実施例１〜３においては、撮像光学系のコンパクト化を図るために、第２反射プリズム４、９、１３と撮像素子６との配置関係を、次の表８の通りに設定した。すなわち、撮像素子６の光路折り曲げ面（図１０、図１３、図１５における紙面）内における受光面高さａ、第２反射プリズム４、９、１３の射出面４ｂ、９ｂ、１３ｂと撮像素子６の受光面との距離ｄ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（１）式による値を表８の通りにそれぞれ設定した。
【０１３４】
【表８】
2006058840.tif 000011
【０１３５】
さらに、第２反射プリズム４、９、１３の大きさ（長さ）を最適化するために、上記実施例１〜３において各々表９に示すようなパラメータの第２反射プリズム４、９、１３を採用した。すなわち、第２反射プリズム４、９、１３の屈折率ｎ、主光線の距離ｔ、射出瞳距離ｐ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（２）式による値を表９の通りにそれぞれ設定した。
【０１３６】
【表９】
2006058840.tif 000012
【０１３７】
表８及び表９に示すパラメータを採用することで、実施形態１〜３にかかる撮像光学系５１〜５３は、その厚さ方向（図１０の矢印Ｌ’の方向）のサイズが抑制され、十分な薄型化が図られている。
【０１３８】
以上説明したように、本発明に係る撮像光学系は、小型・軽量であるため、デジタル機器、とりわけ携帯電話機２００等の携帯機器に搭載するのに好適である。さらに、本発明に係る撮像光学系は、高画素の撮像素子（２００万画素クラス以上の撮像素子）にも対応可能な高い光学性能を有しているので、補間を必要とする電子ズーム方式を採用する撮像機器に好適である。
【０１３９】
なお、前記第１反射プリズム１，７，１０及び第２反射プリズム４，９，１３は、特許請求の範囲における反射プリズムに相当するものであり、レンズ２，３，８，１１，１２は、特許請求の範囲におけるレンズ又はレンズ群の一例である。
【０１４０】
なお、本発明は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて次の形態（ａ），（ｂ）に説明する変形形態も採用可能である。
（ａ）前記各実施例の撮像光学系は、各レンズ群や絞り、あるいはシャッターの駆動にあたり、カムやステッピングモータを用いても良いし、あるいは、移動量が少ない場合や駆動対象のレンズ群が比較的軽量である場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いることで、駆動部のサイズや電力消費の増加を抑えつつ、各レンズ群を独立に駆動させることも可能となり、装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
【０１４１】
（ｂ）前記実施形態では、各部品の配置（撮像光学系のコンパクト化）を考慮して、第１反射プリズムの被写体側の面と第２反射プリズムの像側の面とを、矢印Ａの方向に最も離間するように配置したが、これに限らず、前記２つの面が矢印Ａの方向に最も近接する（第１反射プリズム及び第２反射プリズムに対して同じ側方領域）ように配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明にかかる撮像光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】入射側プリズムと光線との関係を示す光路図であり、（ａ）は光学的パワーを有していないプリズム、（ｂ）は光学的パワーを有するプリズムについての光路図をそれぞれ示している。
【図３】射出瞳距離についての説明図である。
【図４】赤外線カット機能を具備させた像面側プリズムを示す断面図であり、（ａ）は像面側プリズムの射出面に赤外線反射膜を一体的に設けた例、（ｂ）は像面側プリズムの反射面に赤外線吸収膜を一体的に設けた例をそれぞれ示している。
【図５】図１に示した撮像光学系を立体的に描いた斜視図である。
【図６】図５に示した撮像光学系についての、模式的な光路図である。
【図７】本発明に係る撮像光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。
【図８】折り畳み式のカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。
【図９】携帯情報端末機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。
【図１０】本発明に係る撮像光学系の実施形態１における無限遠に合焦させた状態の光学素子の配置を示す図である。
【図１１】図１１における反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した撮像光学系の構成を示す図である。
【図１２】図１１における光路上物体側に位置するレンズに代えてプリズムを設けた撮像光学系の構成を示す図である。
【図１３】本発明に係る撮像光学系の実施形態２における無限遠に合焦させた状態の光学素子の配置を示す図である。
【図１４】図１３における反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した撮像光学系の構成を示す図である。
【図１５】本発明に係る撮像光学系の実施形態３における無限遠に合焦させた状態の光学素子の配置を示す図である。
【図１６】図１５における反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した撮像光学系の構成を示す図である。
【図１７】実施例１の撮像光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図１８】実施例２の撮像光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【図１９】実施例３の撮像光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０１    入射側プリズム
１０１ａ  入射側プリズムの入射面
１０１ｂ  入射側プリズムの射出面
１０２    像面側プリズム
１０２ａ  像面側プリズムの入射面
１０２ｂ  像面側プリズムの射出面
１０３    フォーカシング用のレンズ
１０４、ＳＴ    光学絞り
１０５、６    撮像素子
１，７，１０    第１反射プリズム（入射側プリズム）
２，８，１１    第１レンズ
３，１２    第２レンズ
４，９，１３    第２反射プリズム（像面側プリズム）
２００  携帯電話機
２０６  撮像レンズ装置（カメラ）
２１０  変倍ボタン
３００  折り畳み式携帯電話機
４００  携帯情報端末機
ＡＸ    光軸
ＲＬ１〜ＲＬ６    反射面
Ｈ      被写体
【図１】
2006058840.tif 000013
【図２】
2006058840.tif 000014
【図３】
2006058840.tif 000015
【図４】
2006058840.tif 000016
【図５】
2006058840.tif 000017
【図６】
2006058840.tif 000018
【図７】
2006058840.tif 000019
【図８】
2006058840.tif 000020
【図９】
2006058840.tif 000021
【図１０】
2006058840.tif 000022
【図１１】
2006058840.tif 000023
【図１２】
2006058840.tif 000024
【図１３】
2006058840.tif 000025
【図１４】
2006058840.tif 000026
【図１５】
2006058840.tif 000027
【図１６】
2006058840.tif 000028
【図１７】
2006058840.tif 000029
【図１８】
2006058840.tif 000030
【図１９】
2006058840.tif 000031