撮像光学系及び撮像装置

【課題】鮮明な画像及びコンパクトな形態を保持した上で、より広い画角を得ること、確実、かつ簡単に焦点調節をすることが可能な、より安価な撮像光学系を提供すること。
【解決手段】負の屈折力を有する屈折型光学素子群２と、正の屈折力を有する反射型光学素子群３とを備える。前記屈折型光学素子群２を被写体側に配置して回転対称軸Ｓ１に沿って移動可能に支持し、前記反射型光学素子群３を光軸Ｓが折り畳まれて反射するように配置する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話用、車載用、監視用、工業用等の、被写体を撮像する撮像装置に用いられる撮像光学系及びこの撮像光学系を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像素子は、携帯電話用、車載用、監視用、工業用等に多く利用されている。これら各用途に組み合わされる光学系は、鮮明な画像であること、小型であること、低価格であること等が要求される。鮮明な画像を得るという点に関しては、低ノイズ光であり、色収差が発生しない反射面を採用することが好ましい。また、小型とする点についても、複数の反射面を光軸が折り畳まれるように配置することにより、レンズ等の屈折光学系に比べて光学系全体をコンパクトにすることができる。
【０００３】
反射面の利点を備えた撮像光学系に関連する先行技術文献情報として、例えば、次の特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０４３５８３号公報
【特許文献２】特開２００５−６２８０３号公報
【０００５】
特許文献１、２には、複数の反射面を利用した反射型光学系の撮像装置が開示されている。このような撮像装置は、低ノイズ光(低フレア、低ゴースト)であって、色収差が発生しない反射面を使用しているため、鮮明な画像を得ることができる。さらに、複数の反射面が光軸を折り畳むように配置されているため、レンズ等の屈折光学系に比べて、撮像装置全体をコンパクトにすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のような反射型光学系は、撮像装置全体をコンパクトにできるという反面、画角が狭いという問題があった。広い画角を得る手段として入射口を拡げることが挙げられる。ただし、入射口を拡げられる範囲は、入射口と反射面が光線の入射方向で重ならない範囲である。すなわち、入射口と反射面が光線の入射方向で重なってしまうと、重なった反射面に入射した光線が当たり、結像した画像に当たった部分の影が生じてしまうためである。また、この場合、反射面を拡げた入射口に対応させて径方向にずらして配置することで影の発生を防ぐことができるが、このずらした距離分、撮像装置が大きくなってしまう。すなわち、撮像装置の小型化という点を考慮すると、入射口を拡げて広い画角を得る手段には、おのずと限界がある。
【０００７】
また、特許文献１、２には、焦点調節の構造について開示されていないが、このような反射型光学系の焦点調節構造として、一般的に用いられている、反射面を前後に移動させて焦点調節を行う全体操出法を用いた場合、繰出機構により撮像装置が大きくなる上に、重くなってしまう。さらに、反射面単体を移動させて焦点調節することが考えられるが、この場合、反射時において画像のずれが生じ、このずれを補正することが困難であった。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、鮮明な画像及びコンパクトな形態を保持した上で、より広い画角を得ること、確実、かつ簡単に焦点調節をすること等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明による開閉装置及び開閉装置の基準位置補正方法は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
【００１０】
本発明に係る撮像光学系は、負の屈折力を有する屈折型光学素子群と、正の屈折力を有する反射型光学素子群と、を備え、この屈折型光学素子群は、被写体側に配置されている。
【００１１】
前述の反射型光学素子群が複数の反射鏡部材で構成され、この複数の反射鏡部材は、光軸を折り畳むように配置されている。
【００１２】
前述の屈折型光学素子群は、アッベ数が異なる複数のレンズ部材である。
【００１３】
前述の複数のレンズ部材は、互いに接合されている。
【００１４】
前述の屈折型光学素子群は、共通する回転対称軸を有するとともに、この回転対称軸に沿って移動可能に支持されている。
【００１５】
前述の撮像光学系を備えた撮像装置であって、この撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像素子を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鮮明な画像及びコンパクトな形態を保持でき、しかもより広い画角を得ることができるとともに、確実、かつ簡単に焦点調節をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１実施形態の撮像光学系を用いた撮像装置の断面図。
【図２】図１の撮像光学系の断面光路を示す模式図(側面視)。
【図３】図１の撮像光学系の断面光路を示す模式図(平面視)。
【図４】第１実施形態の撮像光学系の仕様諸元。
【図５】同、撮像光学系の構成データ。
【図６】同、撮像光学系の横収差。
【図７】第２実施形態の撮像光学系の断面光路を示す模式図(側面視)。
【図８】同、撮像光学系の断面光路を示す模式図(平面視)。
【図９】第２実施形態の撮像光学系の仕様諸元。
【図１０】同、撮像光学系の構成データ。
【図１１】同、撮像光学系の横収差。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る撮像光学系及び撮像装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る撮像光学系を用いた撮像装置の第１実施形態を示す断面図であり、図２及び図３は、図１の撮像光学系の断面光路を示す模式図であり、図２は側面視の光路を示し、図３は平面視の光路を示す。
【００１９】
撮像装置Ａは、筐体１に、負の屈折力を有する屈折型光学素子群２及び正の屈折力を有する反射型光学素子群３を内蔵してなる撮像光学系Ｂと、筐体１に内蔵され、撮像光学系Ｂにより被写体の光学像を結像する撮像素子４を備えている。
【００２０】
筐体１は、屈折型光学素子群２を支持するとともに、光線Ｒを撮像光学系Ｂに取り込む入射口１０と、入射口１０から入射する光線Ｒが撮像素子４に到達するまで確保された光路空間１１とが形成されている。入射口１０の開口方向は、その軸線が中心の光線Ｒにおける光軸Ｓと同軸となる方向である。
【００２１】
また、筐体１は、光路空間１１の内面で、少なくとも、撮像素子４への反射成分に影響を与える内面を反射防止処理(図示せず)している。この反射防止処理により、反射成分を吸収し、撮像素子４へ到達させないようにしてフレアの低減を図っている。
【００２２】
光路空間１１内には、被写体に対して赤外光線又は可視光線を照射する光源１２が設けられている。光源１２は、この光源１２からの光線(図示せず)が屈折型光学素子群２に向かうように配置してあり、この光線が屈折型光学素子郡２を通過して被写体(図示せず)に照射されるようにしている。屈折型光学素子郡２を通過する光線の光軸(図示せず)は、屈折型光学素子群２の負の屈折力により広がる方向に拡散するため、被写体に対する照射が広範囲に行われるようになっている。
【００２３】
屈折型光学素子群２は、接合された２枚のレンズ部材２０、２１から構成される素子群である。レンズ部材２０は、被写体側に配した平凸レンズであり、レンズ部材２１は、撮像素子４側に配した平凹レンズであって、互いの平坦面を重ね合わせて接合することにより、負の屈折力を有した屈折型光学素子群２を構成している。すなわち、屈折型光学素子群２の負の屈折力により、入射する光軸Ｓを集束する方向に屈折させることができる(図２及び図３参照)。
【００２４】
また、レンズ部材２０、２１同士の接合により空気界面数が減少するため、レンズ部材２０、２１の表面反射が低減してこの表面反射による光損失が抑制され、鮮明な画像を結像することができる。
【００２５】
また、屈折型光学素子群２は、屈折による色収差の補正をするために、夫々、適切に選択された異なるアッベ数のレンズ部材２０、２１を用いており、この異なるアッベ数のレンズ部材２０、２１により色収差の補正を行って、赤外光線〜可視光線の広い波長域に亘って良好な画像を得るようにしている。
【００２６】
さらに、屈折型光学素子群２は、レンズ部材２０、２１の回転対称軸Ｓ１を共通とするとともに、回転対称軸Ｓ１に沿って移動可能に支持されており、この回転対称軸Ｓ１に沿う移動により焦点調節を行うようにしている。
【００２７】
屈折型光学素子群２の焦点調節構造を具体的に説明する。屈折型光学素子群２は、筐体１の入射口１０に対し、入射口１０の軸線と同軸として螺合取り付けされたレンズ鏡筒５内に嵌合支持されている。屈折型光学素子群２は、回転対称軸Ｓ１がレンズ鏡筒５の軸線に対して同軸線となるように配置され、レンズ鏡筒５の被写体側の内周に螺合されるレンズ押さえリング５０により固定されている。レンズ鏡筒５は、入射口１０の内周に螺合されるとともに、レンズ鏡筒５の外周に螺合された鏡筒固定リング５１により固定されている。
【００２８】
このような焦点調節構造によると、鏡筒固定リング５１が締め付け螺合しているときには、レンズ鏡筒５が入射口１０に対して固定状態である。この固定状態から鏡筒固定リング５１を緩める方向(螺合を外す方向)に回転させることにより、レンズ鏡筒５のねじ回転が可能となる。そして、レンズ鏡筒５をねじ回転させることにより、このレンズ鏡筒５の繰出し量を調整して焦点を調節する。焦点調節後には、再度鏡筒固定リング５１を締め付け方向に回転させて締め付け螺合することにより、レンズ鏡筒５が入射口１０に対して固定状態となる。
【００２９】
本実施形態では、入射口１０とレンズ鏡筒５及びレンズ鏡筒５と鏡筒固定リング５１の螺合に、ヘリコイドねじを用いている。ヘリコイドねじは送り動作が円滑で力も強く、一方送りから逆に戻すときにも「あそび」がないため、焦点調節のような精密な動きが要求される構造に適している。
【００３０】
なお、本発明は、焦点調節を行う構成において例示したヘリコイドねじに限られず、ヘリコイドねじ以外の構成による焦点調節が含まれる。
【００３１】
本実施形態では、レンズ鏡筒５に固定された屈折型光学素子群２で入射口１０を閉塞することにより、光路空間１１内への埃等の侵入を防いでいる。この構成により、光路空間１１内に面するレンズ部材２１の面、反射型光学素子群３、撮像素子４、光源１２等の汚れを防ぎ、この汚れによる不鮮明な画像が発生しないようにしている。
【００３２】
なお、屈折型光学素子群２は、レンズ部材２０、２１を接合してなる構成に限られず、レンズ部材２０、２１を離間させた構成も含まれる。この場合、レンズ部材２０、２１の表面に、表面反射を抑制するための多層膜コーティングを施すことにより、表面反射による光損失を抑制するとよい(図示せず)。前述の多層膜コーティングは、レンズ部材２０、２１同士を接合する構成に行ってもよい(図示せず)。
【００３３】
反射型光学素子群３は、第１反射鏡部材３０、第２反射鏡部材３１、第３反射鏡部材３２、第４反射鏡部材３３の４枚の反射鏡部材から構成される素子群である。各反射鏡部材は、入射口１０から入射した光軸Ｓが、第１反射鏡部材３０〜第４反射鏡部材３３へ順次折り畳まれるように反射して撮像素子４に到達するように、各反射鏡部材の反射面３０Ａ、３１Ａ、３２Ａ、３３Ａの反射面中心(中心の光線Ｒの光軸Ｓが反射する面)を合わせて配置されている。また、各反射鏡部材は、筐体１に形成された保持部１３に、反射面３０Ａ、３１Ａ、３２Ａ、３３Ａの反射面中心の精度を確保できるように固定して保持されている。
【００３４】
本実施形態では、入射口１０に最も近い位置の第２反射鏡部材３１の一部分を、入射口１０と光線Ｒの入射方向で重なるように配置することにより、撮像装置Ａの小型化に貢献している。通常であれば、入射する光線Ｒが第２反射鏡部材３１の一部分に当たるが、本実施形態の撮像光学系Ｂにおいては、光軸Ｓが屈折型光学素子群２の負の屈折力により集束する方向に屈折して、重なっている第２反射鏡部材３１の一部分をよけて第１反射鏡部材３０に到達するようにしている(図２参照)。したがって、第２反射鏡部材３１の一部分を、入射口１０と光線Ｒの入射方向で重なるように配置しても結像した画像に影が生じない。
【００３５】
本実施形態では、第１反射鏡部材３０、第２反射鏡部材３１、第４反射鏡部材３３の反射面３０Ａ、３１Ａ、３３Ａをアナモルフィック非球面とし、第３反射鏡部材３２の反射面３２Ａを球面としている。また、第３反射鏡部材３２の反射面３２Ａは、絞り面を兼用しており、この絞り面によりコントラスト性能の向上を図っている。
【００３６】
本実施形態の撮像素子４は、撮像光学系Ｂを通って撮像素子４に到達した光線を、電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の感光素子である。そして、変換された電気信号は、筐体１に設けられた電気基板１４で各種処理されるとともに、表示装置(図示せず)に送信されて画像として表示される。
【００３７】
本実施形態の第１反射鏡部材３０、第２反射鏡部材３１、第４反射鏡部材３３のアナモルフィック非球面は、次の数式１で定義される。
【００３８】
【数１】

【００３９】
ただし、数式１において各係数は次のとおりである。

Ｒｘ：面中心におけるＸ方向の曲率半径Ｋｘ：Ｘ方向のコーニック係数
Ｒｙ：面中心におけるＹ方向の曲率半径Ｋｙ：Ｙ方向のコーニック係数

Ａｙ：回転対称成分の４次非球面係数Ａｘ：非回転対称成分の４次非球面係数
Ｂｙ：回転対称成分の６次非球面係数Ｂｘ：非回転対称成分の６次非球面係数
Ｃｙ：回転対称成分の８次非球面係数Ｃｘ：非回転対称成分の８次非球面係数
Ｄｙ：回転対称成分の１０次非球面係数Ｄｘ：非回転対称成分の１０次非球面係数
【００４０】
図４は、撮像光学系Ｂの仕様諸元、図５は、撮像光学系Ｂの構成データ、図６は、撮像光学系Ｂの横収差である。
【００４１】
本実施形態の撮像装置Ａ及び撮像光学系Ｂによれば、鮮明な画像及びコンパクトな形態を保持でき、しかもより広い画角を得ることができるとともに、確実、かつ簡単に焦点調節をすることができる。
【００４２】
すなわち、入射口１０側に配置された負の屈折力を有する屈折型光学素子群２により、広い画角を得ることができ、光路空間１１側に配置された正の屈折力を有する反射型光学素子群３により、光軸Ｓを折り畳みコンパクトな形態にできるとともに、低ノイズ光での鮮明な画像を結像できる。さらに、焦点調節が屈折型光学素子群２の回転対称軸Ｓ１に沿う移動によるものであり、しかも、この移動がねじ回転によるものであるので、焦点調節を簡単な構造で、確実に行うことができる上に、全体操出法のように撮像装置Ａが大きくなったり、重くなったりするようなことも防ぐことができる。また、レンズ部材２０、２１におけるアッベ数の適切な選択やレンズ表面への多層膜コーティングにより、屈折面による色収差の補正、フレアの発生を最小限に抑制できる。
【００４３】
図７〜図１１は、本発明に係る撮像光学系の第２実施形態を示している。図７及び図８は、本実施形態の撮像光学系Ｃの断面光路を示す模式図である(図７は側面視、図８は平面視)。図９は、撮像光学系Ｃの仕様諸元、図１０は、撮像光学系Ｃの構成データ、図１１は、撮像光学系Ｃの横収差である。
【００４４】
撮像光学系Ｃは、前述の撮像光学系Ｂよりも、屈折型光学素子群２及び反射型光学素子群３並びに撮像素子４の外形寸法を小さくして、よりコンパクトな形態にしたものである。これら、屈折型光学素子群２及び反射型光学素子群３並びに撮像素子４の構造は、第１実施形態の撮像光学系Ｂと同様であるので、同符号を付すことにより説明は省略する。
【００４５】
本実施形態の撮像光学系Ｃによれば、第１実施形態の撮像光学系Ｂと同様の効果を有する上に、よりコンパクトな形態にできる。そして、第１実施形態の撮像装置Ａと同構造、かつより小型の撮像装置(図示せず)に適用することができる。
【００４６】
なお、本発明の撮像光学系は、例示したようなカメラ等の撮像装置に用いるのに限られず、プロジェクタ等の投影装置に用いることができる。また、撮像素子は、ＣＣＤやＣＭＯＳに限られず、これ以外の感光素子とすることができる。また、撮像装置及び撮像光学系は、例示した実施形態に限られず、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ：撮像装置Ｂ：撮像光学系Ｃ：撮像光学系２：屈折型光学素子群
３：反射型光学素子群３０〜３３：反射鏡部材２０、２１：レンズ部材
４：撮像素子Ｓ：光軸Ｓ１：回転対称軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
負の屈折力を有する屈折型光学素子群と、
正の屈折力を有する反射型光学素子群と、
を備え、
前記屈折型光学素子群は、被写体側に配置されている撮像光学系。
【請求項２】
前記反射型光学素子群が複数の反射鏡部材で構成され、前記複数の反射鏡部材は、光軸を折り畳むように配置されている請求項１記載の撮像光学系。
【請求項３】
前記屈折型光学素子群は、アッベ数が異なる複数のレンズ部材である請求項１又は２記載の撮像光学系。
【請求項４】
前記複数のレンズ部材は、互いに接合されている請求項３記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記屈折型光学素子群は、共通する回転対称軸を有するとともに、該回転対称軸に沿って移動可能に支持されている請求項１ないし４いずれか１項記載の撮像光学系。
【請求項６】
前記請求項１ないし５いずれか記載の撮像光学系を備えた撮像装置であって、該撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像素子を備えていることを特徴とする撮像装置。

【図１】