(57)【要約】【課題】簡易且つコンパクトな構成であり、更に低コストで大量生産を可能とする撮像光学系及び小型撮像ユニットを提供する。【解決手段】光軸上の最も物体側にプリズムＰを配置することで、かかる撮像光学系を搭載する小型撮像ユニットの厚みを薄くすることができる。又、第１レンズ群Ｇ１を負の屈折力を有するようにしたので、ズーム光学系ＺＯＳの光軸方向長さを抑えることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿って物体側より順に、光路を折り曲げるための反射光学系と、前記反射光学系の像側に配置されたズーム光学系と、を有する小型撮像ユニット用の撮像光学系であって、
前記ズーム光学系は、変倍の際に光軸上を移動する負の屈折力を有する第１レンズ群を有することを特徴とする小型撮像ユニット用の撮像光学系。
【請求項２】
前記反射光学系は、内部反射面を有する１つのプリズムからなり、前記プリズムの入射面及び射出面及び内部反射面は平面により構成されることを特徴とする請求項１に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系。
【請求項３】
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系。
ｎｄ≧１．７      （１）
ただし、
ｎｄ：プリズムのｄ線の屈折率
【請求項４】
前記ズーム光学系は、光軸に沿って物体側より順に負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群の３つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大するように、少なくとも前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が光軸上を移動して変倍を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系。
【請求項５】
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系。
Ｌｗ≧ＬＴ      （２）
ただし、
Ｌｗ：ズーム光学系の広角端における第１レンズ群の光軸上物体側面から像側焦点までの光軸上の距離
ＬＴ：ズーム光学系の望遠端における第１レンズ群の光軸上物体側面から像側焦点までの光軸上の距離
【請求項６】
前記ズーム光学系は前記第１レンズ群を光軸上の物体側に移動させることにより、近距離物体撮影時の合焦を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像光学系と、
前記ズーム光学系の像側に配置された固体撮像素子と、を有することを特徴とする小型撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射光学系及びズーム光学系を有する小型撮像ユニット用の撮像光学系及び小型撮像ユニットに関し、特に携帯電話や情報端末用の小型撮像ユニットに好適な撮像光学系及び小型撮像ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子を備えた小型撮像ユニットを搭載した携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯端末が急速に普及しつつある。
【０００３】
従来、この様な用途の小型撮像ユニットは、単焦点の簡易な構成の撮像レンズを用いたものが一般的であったが、最近では、固体撮像素子の高画素化、高性能化に伴い、より光学性能を重視した光学式ズーム機能を有するものが求められている。
【０００４】
しかるに、携帯端末にズーム光学系を搭載する際には、如何に小型撮像ユニットの厚みを薄くするかが課題となる。小型撮像ユニットの厚みを薄く抑えるための手段としてプリズムを用いた光路折り曲げ光学系を備えた撮像光学系が知られており、このような構成の撮像光学系は、例えば、以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開２００３−４３３５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の撮像光学系は、プリズムは両凹負レンズと等価となっており、すなわち物体側の光学面及び像側の光学面を凹面としているので、プリズム自体の加工が難しく量産性が低い。またプリズムとズーム光学系の光軸合わせの精度が要求されるなど、組み立て時に手間がかかるという問題もある。すなわち、市場に対し安価に大量に供給されるべき携帯端末用の撮像光学系としては適していないこととなる。更に、特許文献１に記載の撮像光学系は、第１レンズ群が負の屈折力を有していないため、構成をコンパクトにしにくいという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易且つコンパクトな構成であり、更に低コストで大量生産を可能とする撮像光学系及び小型撮像ユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系は、光軸に沿って物体側より順に、光路を折り曲げるための反射光学系と、前記反射光学系の像側に配置されたズーム光学系と、を有する小型撮像ユニット用の撮像光学系であって、前記ズーム光学系は、変倍の際に光軸上を移動する負の屈折力を有する第１レンズ群を有することを特徴とする。
【０００８】
薄型の小型撮像ユニットを得るための、本発明の撮像光学系の基本構成は、光軸上の最も物体側に配置された前記反射光学系と、負の屈折力の第１レンズ群を有する前記ズーム光学系からなる。光軸上の最も物体側に前記反射光学系を配置することで、かかる撮像光学系を搭載する小型撮像ユニットの厚みを薄くすることができる。又、前記第１レンズ群を負の屈折力を有するようにしたので、ズーム光学系の光軸方向長さを抑えることができる。
【０００９】
尚、前記反射光学系よりも物体側にレンズを配置することで反射光学系のサイズをさらに小さくすることはできるが、前記反射光学系より物体側にレンズを設けると小型撮像ユニットの厚みがあまり薄くならず、又、前記反射光学系の偏芯誤差等に対する光学性能の劣化が大きくなる恐れもある。従って、前記反射光学系と前記ズーム光学系は別個の光学系として構成する方が、小型撮像ユニットの構成や組立が簡易になり、製造コストを抑えた大量生産に向いているといえる。
【００１０】
請求項２に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系は、請求項１に記載の撮像光学系において、前記反射光学系は、内部反射面を有する１つのプリズムからなり、前記プリズムの入射面及び射出面及び内部反射面は平面により構成されることを特徴とする。
【００１１】
前記反射光学系は、物体に対して傾斜したミラーでもよいし、内部反射面を有するプリズムでもよいが、反射光学系内部の屈折率が高いほど厚みを薄くできることから、小型撮像ユニットの薄型化という点においてはプリズムであることが望ましい。
【００１２】
プリズムを用いることで、前記反射光学系の厚みを薄くできる理由について説明する。図３はプリズムの断面を示す図であり、ここで、反射光学系を１つのプリズムで構成した際の、反射光学系の厚み方向の長さをＤ、反射光学系の射出面の有効半径をｈ、ズーム光学系の広角端での半画角をθとする。例えば光軸を９０度折り曲げる反射光学系の厚みサイズは、（３）式により表される。（３）式によると、ズーム光学系の最も物体側のレンズの有効径を小さくすること、及び反射光学系内部の屈折率を高く設定することで反射光学系の厚みを薄くすることができる。従って、前記ズーム光学系は、変倍比２〜３倍クラスの小型な撮影レンズとして多く用いられている、第１レンズ群が負の屈折力を有する、所謂、負群先行タイプとすることで、最も物体側のレンズの有効径を小さくでき、それにより反射光学系の厚みも薄く抑えることができる。
【数１】
2004309951.tif 000003
ただし、
Ｄ：反射光学系の厚み方向の長さ
ｈ：反射光学系の射出面の有効半径
ｎ：反射光学系の内部屈折率
θ：ズーム光学系の広角端での半画角
【００１３】
尚、前記プリズムの入射面、射出面、及び内部反射面を曲面として構成することにより前記反射光学系のサイズを小さく抑えたり、収差補正の効果を得ることもできるが、前記プリズムの偏芯誤差等に対する光学性能の劣化が大きくなると共に、前記ズーム光学系のレンズ群との光軸調整が困難となることが多い。従って、プリズムの光学面は平面により構成する方が、製造コストを抑えた大量生産に向いているといえる。
【００１４】
請求項３に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系は、請求項２に記載の撮像光学系において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｎｄ≧１．７      （１）
ただし、
ｎｄ：プリズムのｄ線の屈折率
【００１５】
（１）式は、プリズムの屈折率を適切に設定する条件を規定する。（１）式を満たすことにより、前記反射光学系を小さくすることができ、機構部を含めた小型撮像ユニットの厚みを効果的に薄くすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系は、請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像光学系において、前記ズーム光学系は、光軸に沿って物体側より順に負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群の３つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大するように、少なくとも前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が光軸上を移動して変倍を行うことを特徴とする。
【００１７】
前記ズーム光学系は、変倍比２〜３倍クラスの小型な撮影レンズとして多く用いられている、物体側から順に負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群により構成される、所謂、負群先行３群ズームタイプとすることで、全長を短く抑えながらも高い光学性能を得ることができる。
【００１８】
尚、変倍は少なくとも第１レンズ群及び第２レンズ群を移動させることにより行うが、この際に第３レンズ群を移動させることで光学性能の向上及び、光軸方向の全長を小型化することもできる。しかしながら、機械的な駆動部が増えることから、小型撮像ユニット全体としてはあまり小さくならないことが多い。従って、第３レンズ群を固定にした方が小型撮像ユニットを簡易な構成とするのに有利であり、低コスト化、軽量化及び量産性の面において適しているといえる。
【００１９】
請求項５に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系は、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、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系。
Ｌｗ≧ＬＴ      （２）
ただし、
Ｌｗ：ズーム光学系の広角端における第１レンズ群の光軸上物体側面から像側焦点までの光軸上の距離
ＬＴ：ズーム光学系の望遠端における第１レンズ群の光軸上物体側面から像側焦点までの光軸上の距離
【００２０】
（２）式は、前記ズーム光学系の広角端と望遠端の全長を適切に設定する条件を規定する。この条件を満たすことにより、画角の大きい広角端で前記反射光学系と前記ズーム光学系の間隔を最も小さくすることができ、前記反射光学系の厚みを薄く抑えることができる。
【００２１】
請求項６に記載の小型撮像ユニット用の撮像光学系は、請求項４又は５に記載の撮像光学系において、前記ズーム光学系は前記第１レンズ群を光軸上の物体側に移動させることにより、近距離物体撮影時の合焦を行うことを特徴とする。
【００２２】
負群先行３群ズーム光学系では、近距離物体撮影時の合焦は、第１レンズ群又は、第３レンズ群の移動のいずれかにより行うことができるが、第３レンズ群による合焦では、第３レンズ群の移動による収差の変動が大きく、光学性能の劣化に繋がる他、可動群が増えることにより、機械的な駆動部が多くなり、小型撮像ユニットの大型化を招くということもある。これに対し、第３レンズ群を合焦の際に固定とし、移動による収差変動が少ない第１レンズ群により合焦を行う方が、近距離撮影時の光学性能の劣化を抑えることができるだけでなく、小型撮像ユニットを簡易な構成とすることができ、低コスト化、軽量化及び量産性の面において適しているといえる。
【００２３】
請求項７に記載の小型撮像ユニットは、請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像光学系と、前記ズーム光学系の像側に配置された固体撮像素子と、を有することを特徴とする。
【００２４】
なお、本発明でいう厚みとは、物体から反射光学系までの光軸方向と同一方向の（小型撮像ユニットの）厚みのことである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態にかかる小型撮像ユニットの概略構成図である。小型撮像ユニットは、光軸に沿って物体側より順に、光路を折り曲げるための反射光学系であるプリズムＰと、プリズムＰの像側に配置されたズーム光学系ＺＯＳと、ＣＣＤなどの固体撮像素子ＩＥとからなる。プリズムＰとズーム光学系ＺＯＳとで、撮像光学系を構成する。プリズムＰは、入射面、反射面、出射面はいずれも平面である。
【００２６】
ズーム光学系ＺＯＳは、光軸に沿って物体側より順に負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群の３つのレンズ群Ｇ３を有し、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大するように、少なくとも第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２が光軸上を移動して変倍を行うようになっている。尚、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を駆動する機構については省略する。
【００２７】
以下に、本発明の撮像光学系の実施例を示すが、これに限定されるものではない。
（仕様））
焦点距離：ｆ＝５．０２ｍｍ〜１１．９５ｍｍ
Ｆナンバー：Ｆ２．８８〜４．７３
画角：２ω＝＝６３．４°〜２７．６°
【００２８】
各実施例において、非球面の形状は、面の頂点を原点とし光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、頂点曲率をＣ、円錐定数をＫ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２として、以下の式で表す。
【数２】
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【００２９】
（実施例）
実施例にかかる撮像光学系のレンズデータを表１に示す。また、図２に実施例にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。（Ａ）は焦点距離５．０２ｍの収差図である。（Ｂ）は焦点距離７．６０ｍの収差図である。（Ｃ）は焦点距離１１．９５ｍの収差図である。
【表１】
2004309951.tif 000005
【００３０】
なお、本実施例においては、プリズムにより撮像素子の長辺方向と同一方向に光軸を９０度折り曲げているが、撮像素子の短辺方向と同一方向に光軸を折り曲げてもよい。短辺方向の光軸折り曲げの場合には、プリズムの大きさを小さく出来るため、小型撮像ユニットの小型化に有利である。また、短辺方向の光軸折り曲げでは、像面上で画像の左右のみが反転し、長辺方向の光軸折り曲げでは、像面上で画像の上下のみが反転する。一般的に固体撮像素子にＣＣＤを用いた場合、短辺方向の光軸折り曲げでは垂直ラインでの折り曲げになるため、フレームメモリ、またはフレーム蓄積が必要となるのに対し、長辺方向の折り曲げではライン蓄積、またはラインメモリによる反転読み出しが可能となり、従って、長辺折り曲げの方が正転させるためのハードウェアの要求内容が小さくなるというメリットがある。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明の小型撮像ユニットは、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末に搭載されると好ましいが、パソコンカメラなど他の用途にも用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易且つコンパクトな構成であり、更に低コストで大量生産を可能とする撮像光学系及び小型撮像ユニットを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる小型撮像ユニットの概略構成図である。
【図２】本実施例にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図である。
【図３】プリズムの断面図である。
【符号の説明】
Ｐ  プリズム
ＺＯＳ  ズーム光学系
ＩＥ  固体撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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