JP2010164841A - 撮像モジュール、撮像装置及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴーストやフレアの発生を抑制する撮像モジュール、撮像装置および光学機器を提供する。
【解決手段】本発明の撮像モジュール３は、直角プリズムＰが、撮像光学系の最も物体側に配置されており、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部が切り取られた切り取り面Ｐｄを有している。切り取り面Ｐｄは、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光路を反射面で略直角に折り曲げる直角プリズムを含む撮像光学系を備える撮像モジュール、該撮像モジュールを備える撮像装置及び光学機器に関するものである。

近年、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：パーソナルデジタル アシスタント）と呼ばれる携帯情報端末、および、携帯電話等が普及し、それらの多くにデジタルカメラ等の撮像装置が搭載されるようになっている。一般的に、これらの撮像装置は、小型のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ:電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ:コンプリメンタリ メタル オキサイド セミコンダクタ）センサを用いることで小型化を図っている。

しかし、これらの撮像装置に対して、数百万画素といった高い画素数に対応する撮像光学系の実現が要求される一方、撮像装置の小型化、薄型化、および軽量化に対する要求も日々高まっている。また、撮像装置に限らず、複数枚のレンズを用いた光学機器においても、高性能化、およびサイズの小型化の要望は同様に有る。さらには、撮像装置および光学機器の製造におけるタクトタイムを短縮する要望も高まっている。

従って、携帯情報端末および携帯電話の筐体などの薄い空間に、撮像装置のズームレンズなどの光学部品をよりコンパクトに搭載することが要求される。

例えば、携帯情報端末や携帯電話に搭載されるズームレンズの中に、従来の沈胴式と呼ばれる最も物体側のレンズが駆動されるタイプのものがある。しかし、このタイプは、筐体の厚さの制限、防塵および耐衝撃性の観点から好まれなかった。これに対し、撮像光路を略９０°に折り曲げる折り曲げ光学系を適用すると、携帯情報端末や携帯電話の厚さ方向のサイズを小さくできる点で有利である。

しかし、このような折り曲げ光学系では、光路を略９０°に折り曲げるために直角プリズムが用いられる。このため、直角プリズムの内部反射に起因する光が撮像面に到達することによって、画像の質を低下させる原因となるゴーストやフレアが発生する。

そこで、直角プリズムを用いた折り曲げ光学系においては、結像に寄与しない不要な光線が、撮像面に到達しないようにする工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、直角プリズムの反射面と対向する面に植毛紙などの反射防止手段を設けることで、直角プリズムの出射面で内部反射して反射面を透過した光を吸収する撮像装置が開示されている。この撮像装置によると、不要な光が撮像面に到達しないようになり、ゴーストやフレアの発生を防止することができる。

特開２００６−２０８４２８号（公開日：２００６年８月１０日）

しかしながら、従来の構成では、ゴーストおよびフレア対策が不十分である共に、製造が困難であるという問題がある。

具体的には、特許文献１の構成では、直角プリズムの反射面を透過しない光は、反射防止手段によって、十分に吸収されるとはいえない。このため、吸収されなかった光が、直角プリズムの反射面で内部反射された後、最終的に撮像面に到達する。従って、ゴーストやフレアが発生するという問題が依然として存在する。

また、特許文献１の構成では、直角プリズムよりも物体側にレンズが配置されている。このため、直角プリズムの組立誤差（傾き誤差）が生じると、直角プリズムよりも物体側のレンズの光軸と、像側に配置されたレンズの光軸とが大きくずれてしまい、画質が低下する。したがって、直角プリズムよりも物体側にレンズが配置される場合、直角プリズムの取り付け精度の要求が非常に高く、製造が困難となるという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ゴーストやフレアの発生を抑制することのできる撮像モジュール、および該撮像モジュールを備える撮像装置および光学機器を提供することにある。また、本発明の別の目的は、撮像光学系が組み立てやすい撮像モジュール、および該撮像モジュールを備える撮像装置および光学機器を提供することにある。

本発明に係る撮像モジュールは、上記課題を解決するために、入射面、反射面および出射面を有し、上記反射面により撮像の光路を直角に折り曲げるプリズムと、上記プリズムよりも像側に配置された光学系とを含む撮像光学系を備えた撮像モジュールであって、上記プリズムは、上記撮像光学系における光路の最も物体側に配置され、かつ、上記反射面と出射面との挟角部が切り取られた切り取り面を有しており、上記切り取り面は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、プリズムが、入射面、反射面および出射面に加えて、切り取り面を有している。この切り取り面は、プリズムの反射面と出射面との挟角部が切り取られて形成されたものである。

ここで、物体（被写体）からの光のうち、プリズムの入射面に入射し出射面で全反射した光は、プリズムの反射面と出射面との挟角部に到達する。挟角部に到達した光が挟角部の反射面で反射されると、プリズムよりも像側に配置された光学系に入射してしまう。このような経路を辿る光は、結像に不要な光であり、ゴーストやフレアの発生原因となる。

上記の構成によれば、このような結像に不要な光が光学系に入射する原因となる、プリズムの反射面と出射面との挟角部が、切り取られている。これにより、プリズムの入射面に入射し出射面で全反射した光が、挟角部に到達しない。このため、結像に不要な光が、挟角部の反射面で反射し、プリズムの像側にある光学系に入射することはない。従って、ゴーストやフレアの発生を抑制することができる。

また、上記の構成によれば、プリズムの切り取り面は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲外に形成されている。つまり、プリズムの反射面および出射面の撮像に必要な有効範囲内には、切り取り面が形成されていない。従って、撮像に必要な光は、確実に光学系に入射される。

また、上記の構成によれば、撮像光学系は、互いに分離して配置されたプリズムと光学系とを含んでいる。しかし、プリズムが最も物体側に配置され、光学系がプリズムよりも像側に配置されている。つまり、従来のように、プリズムよりも物体側には、光学系は存在しない。このため、プリズムが組立誤差により傾いたり、偏芯したりしたとしても、光学系の光軸がずれることはない。従って、撮像光学系が組み立てやすい撮像モジュールを提供することができる。

本発明に係る撮像モジュールでは、上記プリズムの反射面の短辺の長さをＡ（ｍｍ）、上記プリズムの入射面の短辺の長さをＬ（ｍｍ）、上記プリズムの屈折率をｎ、上記プリズムの入射面の短辺に入射する最大画角をｗ（°）としたとき、上記プリズムが、下記の数式（１）を満たすことが好ましい。

上記の構成によれば、プリズムが数式（１）を満たすため、プリズムの大きさを最小限に小さくしつつ、確実にゴーストやフレアの発生を防ぐことができる。

本発明に係る撮像モジュールでは、上記切り取り面が、光吸収性を有する面になっていることが好ましい。

上記の構成によれば、切り取り面が光吸収性を有するため、プリズムの出射面で内部反射して切り取り面に到達した光が、切り取り面で吸収される。これにより、結像に不要な光が、プリズムの像側にある光学系に入射しない。従って、ゴーストやフレアの発生を抑制することができる。

本発明に係る撮像モジュールでは、上記切り取り面が、光散乱性を有する面になっていることが好ましい。

上記の構成によれば、切り取り面が光散乱性を有するため、プリズムの出射面で内部反射して切り取り面に到達した光が、切り取り面で散乱される。これにより、切り取り面に到達した光がゴーストやフレアの要因となる光であっても、あらゆる方向に散乱されてその強度が低下する。従って、ゴーストやフレアの発生を防ぐことができる。

本発明に係る撮像モジュールでは、上記切り取り面が、上記入射面に平行であることが好ましい。

上記の構成によれば、プリズムの入射面と切り取り面とが互いに平行であるため、プリズムの出射面で内部反射して切り取り面に到達した光が、入射面の方向に反射されやすくなる。これにより、結像に不要な光が、プリズムの像側にある光学系に入射しない。従って、ゴーストやフレアの発生を防ぐことができる。

本発明に係る撮像モジュールでは、上記光学系が、ズームレンズであり、上記ズームレンズは、上記光路において物体側から像側に、上記プリズムと、上記プリズムに対し位置が固定され、負の屈折力を有する第１レンズ群と、上記プリズムに対し位置が変更可能な開口絞りと、上記プリズムに対し位置が変更可能であり、複数のレンズにより構成され、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから構成されており、広角端から望遠端へのズーミング時に、上記第２レンズ群が物体側に移動し、上記第３レンズ群が第２レンズ群の移動による像面の変動を補正するように移動するようになっていることが好ましい。

上記の構成によれば、プリズムに最も近い第１レンズ群が、プリズムに対して位置が固定されている。これにより、負の屈折力を有する第１レンズ群をできる限りプリズムの近くに配置し、撮像モジュールを小型化することができる。

また、上記の構成によれば、開口絞りが、第２レンズ群の物体側に配置される。このため、ズーミング時に、開口絞りを第２レンズ群と共に移動させることにより、第１レンズ群が、負の屈折力を有するために発生するＦｎｏの低下を抑えることができる。

また、上記の構成によれば、第２レンズ群が正の屈折力を有するため、広角端から望遠端へのズーミング時に物体側に移動させることで焦点距離を変化することができる。

さらに、第２レンズ群は、正の屈折力を有する複数のレンズで構成されている。このため、第２レンズ群全体の屈折力を大きくし、ズーミング時の移動量を小さくすることができる。また、この場合、第２レンズ群の主点は第２レンズ群の内側になる。このため、第１レンズ群と第２レンズ群との主点間隔は広くなるものの、前述のように第２レンズ群の移動量を小さくすることができる。従って、撮像モジュールを小型化することができる。さらに、第２レンズ群を正の屈折力を有する複数のレンズから構成すると、開口絞り以降の発散していく光束を収束させることができる。これにより、第２レンズ群から射出する光束の広がりを抑え、第２レンズ群、および第３レンズ群の外径を小さくすることが可能となる。

また、上記の構成によれば、負の屈折力を有する第３レンズ群が、広角端から望遠端へのズーミング時に移動することによって、像面の変動を補正している。つまり、第３レンズ群は、第２レンズ群で強く収束させられた光を広げると共に、像面湾曲の補正機能を果たす。さらに、上述のように、第２レンズ群が光束の広がりを抑えるため、第３レンズ群の負の屈折力を比較的強く設定することができる。従って、第３レンズ群による像面湾曲の補正に有利である。

また、上記の構成によれば、第４レンズ群が正の屈折力を有するため、像を結像することができる。また、第４レンズは、歪曲収差の補正機能も果たす。

本発明に係る撮像モジュールでは、上記プリズムは、直角プリズムまたは台形プリズムであることができる。

本発明の撮像モジュールにおけるプリズムは、反射面により撮像の光路を直角に折り曲げることができるものであればよい。例えば、プリズムとして、直角プリズム、または台形プリズムなどを用いることができる。

本発明に係る撮像モジュールは、上記課題を解決するために、入射面、反射面および出射面を有し、上記反射面により撮像の光路を直角に折り曲げるプリズムと、上記プリズムよりも像側に配置された光学系とを含む撮像光学系を備えた撮像モジュールであって、
上記プリズムは、上記撮像光学系における光路の最も物体側に配置され、かつ、上記反射面と出射面との挟角部に迷光対策部が形成されており、上記迷光対策部は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されており、上記迷光対策部に、光吸収性を有する材料または光散乱性を有する材料がドープされていることを特徴としている。

上述のように、物体（被写体）からの光のうち、プリズムの入射面に入射し出射面で全反射した光は、プリズムの反射面と出射面との挟角部に到達する。挟角部に到達した光が挟角部の反射面で反射されると、プリズムよりも像側に配置された光学系に入射してしまう。このような経路を辿る光は、結像に不要な光であり、ゴーストやフレアの発生原因となる。

上記の構成によれば、このような結像に不要な光が光学系に入射する原因となる、プリズムの反射面と出射面との挟角部に、迷光対策部が形成されている。しかも、この迷光対策部には、光吸収性を有する材料または光散乱性を有する材料がドープされている。これにより、プリズムの入射面に入射し出射面で全反射した光が、迷光対策部（挟角部）に到達したとしても、迷光対策部が、その光を吸収または散乱させる。つまり、迷光対策部は、結像に不要な光を、吸収または散乱させる。このため、結像に不要な光が、挟角部の反射面で反射し、プリズムの像側にある光学系に入射することはない。従って、ゴーストやフレアの発生を抑制することができる。

また、上記の構成によれば、迷光対策部が、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されている。つまり、プリズムの反射面および出射面の撮像に必要な有効範囲内には、迷光対策部が、形成されていない。従って、撮像に必要な光は、確実に光学系に入射される。

また、上記の構成によれば、撮像光学系は、互いに分離して配置されたプリズムと光学系とを含んでいる。しかし、プリズムが最も物体側に配置され、光学系がプリズムよりも像側に配置されている。つまり、従来のように、プリズムよりも物体側には、光学系は存在しない。このため、プリズムが組立誤差により傾いたり、偏芯したりしたとしても、光学系の光軸がずれることはない。従って、撮像光学系が組み立てやすい撮像モジュールを提供することができる。

本発明に係る撮像装置は、上記課題を解決するために、上記撮像モジュールと、撮像面を有する固体撮像素子とを備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明の撮像モジュールを備えているため、プリズムの内部反射に起因する結像に寄与しない不要な光を遮断してゴーストやフレアの発生を抑制することができる。また、撮像光学系が組み立てやすい撮像装置を提供することができる。

本発明に係る光学機器は、上記課題を解決するために、上記撮像モジュール、または、上記撮像装置を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明の撮像モジュールまたは撮像装置を備えているため、プリズムの内部反射に起因する結像に寄与しない不要な光を遮断してゴーストやフレアの発生を抑制することができる。また、撮像光学系が組み立てやすい光学機器を提供することができる。

本発明に係る撮像モジュールは、以上のように、上記プリズムは、上記撮像光学系における光路の最も物体側に配置され、かつ、上記反射面と出射面との挟角部が切り取られた切り取り面を有しており、上記切り取り面は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成された構成である。

また、本発明に係る撮像モジュールは、以上のように、上記プリズムは、上記撮像光学系における光路の最も物体側に配置され、かつ、上記反射面と出射面との挟角部に迷光対策部が形成されており、上記迷光対策部は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されており、上記迷光対策部に、光吸収性を有する材料または光散乱性を有する材料がドープされている構成である。

また、本発明に係る撮像装置は、以上のように、上記撮像モジュールと、撮像面を有する固体撮像素子を備える構成である。

また、本発明に係る光学機器は、以上のように、上記撮像モジュールまたは上記撮像装置を備える構成である。

それゆえ、ゴーストやフレアの発生を抑制することができるという効果を奏する。さらに、撮像光学系が組み立てやすい撮像モジュール、撮像装置、および光学機器を提供できるという効果も奏する。

本発明の撮像装置の構成を示す断面図である。 図１の撮像装置における撮像光学系の構成を示す断面図であり、（ａ）は、広角端のズーム位置を示し、（ｂ）は、望遠端のズーム位置を示す。 図１の撮像装置における直角プリズムを説明するための図であり、（ａ）は、従来の直角プリズムにおける光の経路を示す概略図であり、（ｂ）は、直角プリズムの物体側に負の屈折力を有するレンズが配置された場合の、レンズの屈折力と、直角プリズムの入射面および出射面の有効径との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、（ａ）において直角プリズムよりも物体側に屈折力を有するレンズがない場合の光の経路を示す概略図であり、（ｄ）は、図１の撮像装置の直角プリズムにおける図３（ａ）と同じ画角で入射した光の経路を示す概略図である。 本発明の別の撮像モジュールにおける直角プリズムＰ’の構造を示す概略図である。 （ａ）は、上記実施形態の撮像モジュールの広角端での無限遠の収差図を示し、（ｂ）は、中間焦点距離での無限遠の収差図を示し、（ｃ）は、望遠端での無限遠の収差図を示す。

以下、本発明の実施形態について、図１〜４に基づいて説明する。

〔実施の形態１〕
本実施形態の撮像モジュールは、プリズムの内部反射に起因する結像に寄与しない不要な光を遮断することによって、ゴーストやフレアの発生を防ぐものである。

図１は、本実施形態の撮像装置１の構成を示す断面図である。図１に示すように、撮像装置１は、固体撮像部２と撮像モジュール３とを備える。

固体撮像部２は、固体撮像素子７、支持基板８、およびフレキシブルプリント基板９を備える。固体撮像素子７は、撮像装置１のフレキシブルプリント基板９に搭載された支持基板８に支持されている。固体撮像素子７の物体側（撮像モジュール３側）の表面には、電子撮像素子等の像を受光する素子が配置されており、この表面が像面（撮像面）ＩＭＧとなる。また、像面ＩＭＧの物体側には、撮像面を保護する目的で、カバーガラスＣＧが配置される。

撮像モジュール３は、互いに分離して配置された直角プリズム（プリズム）Ｐとレンズ群（光学系）４とを含む撮像光学系を備えている。撮像モジュール３は、直角プリズムＰ、レンズ群４、直角プリズム保持部５およびレンズユニット６を備えている。

直角プリズムＰは、光路を直角に折り曲げる機能を有する。直角プリズムＰは、撮像装置１の撮像光学系の中で、物体からの光が通過する経路（光路）の最も物体側に配置される。具体的には、直角プリズムＰは、図１に示すように、いずれも平面の入射面Ｐａ、反射面Ｐｂ、出射面Ｐｃおよび切り取り面Ｐｄを有しており、底面が台形である角柱形状になっている。これにより、入射面Ｐａから入射した光は、反射面Ｐｂで直角に折り曲げられ、出射面Ｐｃから出射される。直角プリズムＰにより直角に折り曲げられた光は、直角プリズムＰよりも像面ＩＭＧ側に配置されたレンズ群４に入射する。また、本実施形態では、直角プリズムＰは、屈折力を持たず光路を折り曲げる機能のみを有する。なお、図１は、入射面Ｐａ、反射面Ｐｂ、出射面Ｐｃおよび切り取り面Ｐｄに対して、垂直方向に切断した断面を示している。

なお、直角プリズムＰは、光路を直角に折り曲げる機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。ここで、本明細書において、「直角」とは、厳密に９０°であることを示すのではなく、実質的に直角とみなせる９０°前後の範囲を示している。つまり、直角プリズムＰは、実質的に直角とみなせる範囲で（略直角に）光路を折り曲げる機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。また、この機能を有する限り、直角プリズムＰの形状も特に限定されるものではない。例えば、直角プリズムＰに代えて、台形プリズムなどを用いることもできる。

レンズ群４は、６枚のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６を、直角プリズムＰ側からこの順に備える。後述のように、レンズＬ１〜Ｌ６のうち、レンズＬ２，レンズＬ３，レンズＬ４，およびレンズＬ５が、シャフト（図示しない）に繋がっており、モーター等の駆動部（図示しない）により駆動される。すなわち、直角プリズムＰとレンズ群４で構成される撮像光学系は、ズーム光学系を形成することになる。

直角プリズム保持部５は、直角プリズムＰを保持するためのものである。直角プリズム保持部５は、光を吸収する樹脂等の材料から構成されており、例えば成型などにより形成される。

レンズユニット６は、レンズ群４を保持するためのものである。レンズユニット６は、光を吸収する樹脂等の材料から構成されており、例えば成型などにより形成される。

図２は、撮像装置１の撮像光学系の構成を説明する断面図であり、図２（ａ）は広角端のズーム位置を示し、図２（ｂ）は望遠端のズーム位置を示す。また、図２において、プリズムＰ側（図では左側）が物体側であり、像面ＩＭＧ側（図では右側）が像側である。

図２に示すように、本実施形態では、撮像光学系が、直角プリズムＰと、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳＴＯと、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。上記撮像光学系は、物体側から像側に、この順に配置されている。本実施形態では、ズーミング時に、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が、上記駆動部によって、移動する。しかし、直角プリズムＰ、第１レンズ群Ｇ１（レンズＬ１）、および第４レンズ群Ｇ４は、ズーミング時に移動しない。

第１レンズ群Ｇ１は、レンズＬ１から構成されて負の屈折力を有する。これにより、直角プリズムＰを小さくすることができる。また、第１レンズ群Ｇ１は、直角プリズムＰに対する位置が固定されている。つまり、第１レンズ群Ｇ１の位置は、常に固定されているため、ズーミング時に、第１レンズ群Ｇ１を直角プリズムＰ側に繰り出す必要がない。このため、直角プリズムＰと、レンズＬ１（第１レンズ群Ｇ１）との間の機械的なクリアランスを別途設ける必要がない。これにより、レンズＬ１を、可能な限り直角プリズムＰに接近させて配置することができる。従って、撮像装置１のサイズを小さくすることができる。

開口絞りＳＴＯは、第２レンズ群Ｇ２の物体側に配置されている。開口絞りＳＴＯは、ズーミング時には、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。つまり、開口絞りＳＴＯは、直角プリズムＰに対し位置が変動する。これにより、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１によるＦｎｏの低下を抑えることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、ズーミング時に、直角プリズムＰに対する位置が変動する。第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する２枚のレンズＬ２およびＬ３から構成されている。このため、収差を抑えながら第２レンズ群Ｇ２全体の屈折力を大きくし、ズーミング時の移動量を小さくすることができる。第２レンズ群Ｇ２を正の屈折力を有する複数のレンズから構成すると、開口絞りＳＴＯ以降の発散していく光束を収束させることができる。これにより、第２レンズ群Ｇ２から射出する光束の広がりを抑え、第２レンズ群Ｇ２、および第３レンズ群Ｇ３の外径を小さくすることが可能となる。

第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有する２枚のレンズＬ４とレンズＬ５とが一体に構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、ズーミング時に、直角プリズムＰに対する位置が変動することによって、像面ＩＭＧの変動を補正することが可能となっている。つまり、第３レンズ群Ｇ３は、第２レンズ群Ｇ２で強く収束させられた光を広げると共に、像面湾曲を補正する機能を果たす。また、上述のように、第２レンズ群Ｇ２が光束の広がりを抑えるため、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間で光束が開口絞りＳＴＯと同程度に小さくなる。このため、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に小型のシャッターを配置することができる。これにより、光束の広がりを抑えることで第３レンズ群Ｇ３の負の屈折力を比較的に強く設定することができる。従って、第３レンズ群Ｇ３による像面湾曲の補正に有利になる。

第４レンズ群Ｇ４は、正の屈折力を有するレンズＬ６から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、像を結像する機能を果たす。また、第４レンズ群Ｇ４は、歪曲収差を補正する機能も果たす。

このような撮像光学系が、広角端（図２（ａ））から望遠端（図２（ｂ））へズーミングする時、直角プリズムＰ、第１レンズ群Ｇ１、第４レンズ群Ｇ４およびカバーガラスＣＧは固定されている。一方、ズーミングする時、第２レンズ群Ｇ２が物体側に単調に移動すると共に、第３レンズ群Ｇ３が第２レンズ群Ｇ２の移動による像面の変動を補正するために物体側に向かって移動する。これにより、ズーミングしながら物体を撮像することができる。

なお、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１が１枚のレンズＬ１から、第４レンズ群Ｇ４が１枚のレンズＬ６から構成されている。しかし、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｌ４は、複数のレンズから構成することもできる。すなわち、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は、設計次第で、１枚以上のレンズから構成することができる。

ここで、本実施形態の撮像モジュール３が備える直角プリズムＰの特徴部分について詳細に説明する。従来の直角プリズムは、一般的に、いずれも平面の入射面、反射面、出射面を有しており、その形状は、これら各面を側面とする三角柱である。

これに対し、本実施形態の直角プリズムＰは、図１のように、いずれも平面の入射面Ｐａ、反射面Ｐｂ、出射面Ｐｃに加えて、平面の切り取り面Ｐｄを有している。このため、直角プリズムＰの形状は、これら各面を側面とする四角柱である。直角プリズムＰは、切り取り面Ｐｄを有することを最大の特徴としている。

この切り取り面Ｐｄは、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部が切り取られて形成されたものである。すなわち、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとに挟まれる先端部分が切り取られて形成されている。さらに、切り取り面Ｐｄは、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分が切り取られて形成されている。

ここで、図３（ａ）〜図３（ｄ）に基づいて、従来の直角プリズムｐの問題点を説明しつつ、本実施形態の直角プリズムＰにおいて切り取り面Ｐｄを設ける理由について、具体的に説明する。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、従来の直角プリズムｐおよび本実施形態の直角プリズムＰを説明するための図であり、図３（ａ）は、従来の直角プリズムにおける光の経路を示す概略図である。

図３（ａ）に示すように、従来の直角プリズムｐは、直角プリズムｐよりも物体側に、不の屈折力を有するレンズＬ０が配置される。このため、図３（ａ）に示すように、直角プリズムｐの入射面ｐａ外の画角で入射した光（入射面ｐａの短辺の画角外の光）は、レンズＬ０によって屈折され、直角プリズムｐの内部で直角プリズムＰの出射面Ｐｃに対しほぼ平行な光線となって反射面ｐｂに到達する。その結果、到達した光は、反射面ｐｂで反射され、一点鎖線で示す、直角プリズムｐよりも像面側にある光学系（図示しないレンズ群４）に出射される。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す構成において、直角プリズムｐよりも物体側に負の屈折力を有するレンズが配置された場合の、レンズＬ０の屈折力と、直角プリズムｐの入射面ｐａおよび出射面ｐｃの有効径との関係を示すグラフである。図３（ｂ）のグラフから分かるように、レンズＬ０の屈折力が大きいほど、入射面ｐａの有効径と、出射面Ｐｃの有効径との差が小さくなる。また、直角プリズムｐより物体側に屈折力を有するレンズがない場合（すなわち、パワーがゼロの場合）、入射面ｐａの有効径と出射面Ｐｃの有効径との差が最も大きくなる。

図３（ｃ）は、図３（ａ）において直角プリズムｐよりも物体側に屈折力を有するレンズＬ０がない場合の光の経路を示す概略図である。図３（ｃ）に示すように、物体からの光線のうち、直角プリズムｐの入射面ｐａから、反射面ｐｂを経由せずに、直接出射面ｐｃに入射し、出射面ｐｃで全反射した光は、反射面ｐｂの先端部分で反射する。その結果、反射面ｐｂで反射した光が、出射面ｐｃから出射され、直角プリズムｐよりも像面側に配置された光学系（レンズ群）に入射する。図３（ｃ）中の破線部は、直接出射面ｐｃに入射した光が出射面ｐｃで全反射された部分、および、出射面ｐｃで全反射された光が反射面ｐｂで反射された部分を示している。このような経路を辿る光は、結像に不要な光であり、ゴーストやフレアの発生原因となる。

そこで、本実施形態の直角プリズムＰは、ゴーストやフレアの発生原因となる結像に不要な光を遮断するために、切り取り面Ｐｄを有している。図３（ｄ）は、本実施形態の直角プリズムＰにおける図３（ａ）と同じ画角で入射した光の経路を示す概略図である。

直角プリズムＰでは、結像に不要な光が光学系に入射する原因となる、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部Ｐｅを切り取ることによって、切り取り面Ｐｄが形成される。すなわち、図３（ｃ）における、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの先端部分の破線部に沿って、切り取られている。また、切り取り面Ｐｄは、反射面Ｐｂおよび出射面Ｐｃの有効範囲（結像に寄与する有効な光が通る範囲）の外側部分が切り取られて形成されている。

直角プリズムＰは撮像光学系の最も物体側に配置されているため、直角プリズムＰよりも物体側に、屈折力を有するレンズは存在しない。このため、図３（ｄ）のように、直角プリズムＰに対し、図３（ａ）と同じ画角の光が入射しても、切り取り面Ｐｄの有無に関係なく挟角部Ｐｅには到達しない。このため、図３（ａ）の直角プリズムｐのように、挟角部Ｐｅに到達した光が、一点鎖線で示す直角プリズムＰよりも像側の光学系に出射されることもない。

しかも、直角プリズムＰは、結像に不要な光が直角プリズムＰよりも像側の光学系に入射する原因となる、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部Ｐｅが、切り取られている。これにより、直角プリズムＰの入射面Ｐａに入射し出射面Ｐｃで全反射した光が、挟角部Ｐｅに到達しない。このため、結像に不要な光が、挟角部Ｐｅの反射面Ｐｂで反射し、直角プリズムＰよりも像側の光学系に入射することはない。従って、ゴーストやフレアの発生を抑制することができる。

なお、挟角部Ｐｅは、反射面Ｐｂおよび出射面Ｐｃの有効範囲（結像に寄与する有効な光が通る範囲）の外側部分である。このため、挟角部Ｐｅには、結像に寄与する有効な光線が通らない。従って、挟角部Ｐｅが切り取られ、切り取り面Ｐｄが形成されていても、直角プリズムＰにおいては、結像に寄与する有効な光線が遮られることがない。

また、上述のように、直角プリズムＰよりも物体側にレンズが配置されない。このため、直角プリズムＰは、図３（ｂ）のグラフのように、入射面Ｐａの有効径と、出射面Ｐｃの有効径との差は、最大になる構成であるといえる。従って、このような構成だからこそ、挟角部Ｐｅを切り取ることによって、切り取り面Ｐｄを形成することができる。図３（ａ）のように、直角プリズムｐよりも物体側にレンズＬ０が配置された構成では、上記の有効径の差が小さくなる。このため、従来の直角プリズムｐに切り取り面を形成したとすると、結像に寄与する有効な光線が遮られることになる。

また、本実施形態では、撮像光学系は、直角プリズムＰと、直角プリズムＰより像面側に配置された光学系（レンズ群４）とを含んでいる。しかし、直角プリズムＰが最も物体側に配置され、光学系が直角プリズムＰよりも像側に配置されている。このため、直角プリズムＰが組立誤差により傾いたり、偏芯したりしたとしても、光学系の光軸がずれることはない。従って、撮像光学系が組み立てやすい撮像モジュールを提供することができる。

また、図３（ｄ）における、直角プリズムＰの反射面Ｐｂの短辺の長さをＡ（ｍｍ）、直角プリズムＰの入射面Ｐａの短辺の長さをＬ（ｍｍ）、直角プリズムＰの屈折率をｎ、直角プリズムＰの入射面Ｐａの短辺方向に入射する最大画角をｗ（°）としたとき、直角プリズムＰは、下記（１）式を満たすことが好ましい。なお、図３（ｄ）において、出射面Ｐｃと、入射光光線とのなす角度が、ｗ／２(半画角)となる。

直角プリズムＰが上記数式（１）を満たすと、直角プリズムＰの大きさを最小限に小さくしつつ、確実にゴーストやフレアの発生を防ぐことができる。なお、上記数式（１）の下限を下回ると、直角プリズムＰの反射面Ｐｂの有効領域の一部を切り取ることになり、撮像に必要な光線が遮られ画質が低下する場合がある。また、上記数式（１）の上限を上回ると、直角プリズムＰを形成することができなくなる場合がある。

直角プリズムＰの反射面Ｐｂの有効範囲の外側部分で反射した光が撮像光学系に入射するのを防ぐためには、直角プリズムＰは、上記数式（１）の下限に近いことがより好ましい。

また、図３（ｄ）のように、切り取り面Ｐｄは、直角プリズムＰの入射面Ｐａと平行になるようにカットされていることが好ましい。これにより、直角プリズムＰの出射面Ｐｃで内部反射して切り取り面Ｐｄに到達した光が、入射面Ｐａの方向に反射されやすくなる。これにより、結像に不要な光が、直角プリズムＰの像側にある光学系に入射しない。従って、ゴーストやフレアの発生をより効果的に防ぐことができる。

また、切り取り面Ｐｄは、例えば墨塗りを施した面など、光吸収性を有する面であることが好ましい。これにより、切り取り面Ｐｄが光吸収性を有するため、直角プリズムＰの出射面Ｐｃで内部反射して切り取り面Ｐｄに到達した光が、切り取り面Ｐｄで吸収される。これにより、結像に不要な光が、直角プリズムＰの像側にある光学系に入射しない。従って、ゴーストやフレアの発生をより効果的に抑制することができる。

また、切り取り面Ｐｄは、光散乱性を有する面であってもよい。この場合、切り取り面Ｐｄが光散乱性を有するため、出射面Ｐｃで内部反射して切り取り面Ｐｄに到達した光が、切り取り面Ｐｄで散乱する。これにより、切り取り面Ｐｄに到達した光がゴーストやフレアの要因となる光であっても、あらゆる方向に散乱されてその強度が低下する。従って、ゴーストやフレアの発生をより効果的に防ぐことができる。

なお、本実施形態において、光路を折り曲げる素子として直角プリズムＰを用いたが、上記撮像装置における撮像光学系のズームレンズの構成に合致するものであれば、台形プリズム等を用いても良い。

〔実施の形態２〕
実施の形態２の撮像モジュールは、直角プリズムＰを直角プリズムＰ’で変換したことを除いて、実施形態１と同じ構造である。

実施の形態１では、直角プリズムＰは、直角プリズムＰの反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部Ｐｅが切り取られた切り取り面Ｐｄを有していた。

これに対し、本実施形態の直角プリズムＰ’は、切り取り面Ｐｄを有していない。図４は、直角プリズムＰ’の構成を示す概略図である。図４に示すように、直角プリズムＰ’は、直角プリズムＰの挟角部Ｐｅを切り取る代わりに、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部が迷光対策部Ｐｆとなっている。

迷光対策部Ｐｆは、反射面Ｐｂと出射面Ｐｃとの挟角部に、光吸収性を有する材料をドープすることによって形成される。これにより、迷光対策部Ｐｆが光吸収性を有するため、直角プリズムＰ’の出射面Ｐｃで内部反射して迷光対策部Ｐｆに到達した光が、迷光対策部Ｐｆで吸収される。これにより、結像に不要な光が、直角プリズムＰ’の像側にある光学系に入射しない。従って、ゴーストやフレアの発生をより効果的に抑制することができる。

また、迷光対策部Ｐｆは、光散乱性を有する材料をドープすることによって形成することもできる。この場合、迷光対策部Ｐｆが光散乱性を有するため、出射面Ｐｃで内部反射して迷光対策部Ｐｆに到達した光が、迷光対策部Ｐｆで散乱する。これにより、迷光対策部Ｐｆに到達した光がゴーストやフレアの要因となる光であっても、あらゆる方向に散乱されてその強度が低下する。従って、ゴーストやフレアの発生をより効果的に防ぐことができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態１および２の撮像モジュールは、例えば、撮像装置または光学機器に適用することができる。

具体的には、本発明の撮像装置は、実施の形態１または２の撮像モジュールと、撮像面を有する固体撮像素子を備える構成である。そして、上述した撮像モジュールが、光学設計などによって固体撮像素子の撮像面に結像する撮像光学系として、固体撮像素子と一体化させて構成される。

このような撮像装置としては、例えば、デジタルスチルカメラや携帯電話といった撮像装置に搭載されるカメラモジュールが挙げられる。このようなカメラモジュールにおいては、撮像において、結像に寄与しない不要な光を遮断することが要求されている。したがって、上述した撮像モジュールを備えることにより、直角プリズムの内部反射に起因する結像に寄与しない不要な光を遮断してゴーストやフレアの発生を抑制し、且つ組立性に優れる撮像装置を提供することができる。

また、本発明の光学機器は、上述した撮像モジュールまたは上記撮像装置を搭載して構成される。

このような光学機器としては、デジタルスチルカメラや携帯電話といった撮像装置や、撮像モジュールを搭載した情報読み取りゲーム機、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末等の機器が挙げられる。したがって、上述した撮像モジュールまたは上記撮像装置を備えることにより、直角プリズムの内部反射に起因する結像に寄与しない不要な光を遮断してゴーストやフレアの発生を抑制し、且つ組立性に優れる撮像装置を提供することができる。

本発明は、以下のように表現することもできる。

すなわち、本発明の撮像モジュールは、光路を反射面で略直角に折り曲げるための直角プリズムと、直角プリズムの像側に配置された光学系を含む撮像モジュールにおいて、前記プリズムは、光軸上の最も物体側に配置され、いずれも平面の入射面、反射面、出射面の３面を有し、反射面と出射面の有効範囲外側部分が切り取り面となっている構成であるともいえる。

このような構成によれば、直角プリズムが最も物体側に配置されているため、直角プリズムの反射面と出射面の先端部分には撮像に寄与する有効光線が存在しない。したがって、反射面と出射面の有効範囲外側部分を切り取り面とすることができ、有効画角外の角度で入射して直角プリズム反射面の有効範囲外側部分で反射した光が光学系に入射するのを防ぐことができ、ゴーストやフレアの発生を抑制することができる。
また、直角プリズムより物体側にレンズを配置した場合、直角プリズムの組立誤差（傾き）により、直角プリズムより物体側のレンズと像面側のレンズの光軸が大きくずれてしまい、画質が低下する。直角プリズムが屈折力を有する場合も同様であり、直角プリズムの組立誤差により画質が低下する。従って、直角プリズムより物体側にレンズを配置した場合、直角プリズムの取り付け精度の要求が非常に高く、製造が困難となる。
これに対し、屈折力を持たず光路を折り曲げる機能のみを有する直角プリズムを最も物体側に配置し、直角プリズムよりも像面側に屈折力を有する光学素子を全て配置することで、結像に関与しているレンズ群と直角プリズムとを分離している。このため直角プリズムが組立誤差により傾く、あるいは偏芯した場合にも、画質の劣化は全く発生しないため、組立を容易にすることができる。

上述した各実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定がなされているが、本発明の範囲は、上述の各実施形態および図面の記載に限定されるものではない。すなわち、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、表１〜表３、図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて、図１の撮像モジュール３における撮像光学系の光学特性について説明する。また、表１および表２における非球面は、以下の数式（２）の非球面式で表される非球面形状となっている。

ただし、Ｋは円錐定数であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数であり、Ｙは光軸からの高さであり、Ｒは非球面頂点の曲率半径（ｍｍ）であり、Ｚは光軸から高さＹの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの垂直方向の距離（ｍｍ）である。

表１は、図１の撮像モジュール３における撮像光学系の面データを示す数値例である。表１には、物体側から像側まで順に各面の曲率半径（ｍｍ）、軸上面間隔（レンズ厚または空気間隔）（ｍｍ）、ｄ線（波長５８９．３ｎｍ）に対する屈折率、およびｄ線に対するアッベ数を示している。

表１において、面番号１は、直角プリズムＰの入射面Ｐａに対応し、面番号２は、直角プリズムＰの反射面Ｐｂに対応し、面番号３は、直角プリズムＰの出射面Ｐｃに対応し、面番号４は、レンズＬ１の物体側の面に対応し、面番号５は、レンズＬ１の像側の面に対応し、面番号６は、開口絞りＳＴＯに対応し、面番号７は、レンズＬ２の物体側の面に対応し、面番号８は、レンズＬ２の像側の面に対応し、面番号９は、レンズＬ３の物体側の面に対応し、面番号１０は、レンズＬ３の像側の面に対応し、面番号１１は、レンズＬ４の物体側の面に対応し、面番号１２は、レンズＬ４の像側の面に対応し、面番号１３は、レンズＬ５の像側の面に対応し、面番号１４は、レンズＬ６の物体側の面に対応し、面番号１５は、レンズＬ６の像側の面に対応し、面番号１６は、カバーガラスＣＧの物体側の面に対応し、面番号１７は、カバーガラスＣＧの像側の面に対応し、面番号１８は、像面ＩＭＧに対応する。

表２は、図１の撮像モジュール３の撮像光学系におけるズームレンズの非球面データを示す。なお、表２中の浮動小数点形式の表現では、指数底１０は記号Ｅで表わし且つ掛け算記号「×」は省略しており、例えば、−０.１２５５Ｅ−１５は、−０.１２５５×１０（−１５乗）を指す。

表３は、図１の撮像モジュール３の撮像光学系におけるズームレンズのズームデータを示す。表３において、「面間隔５」とは、面番号５の面と面番号６の面との間の距離（ｍｍ）を示し、「面間隔１０」とは、面番号１０の面と面番号１１の面との間の距離（ｍｍ）を示し、「面間隔１３」とは、面番号１３の面と面番号１４の面との間の距離（ｍｍ）を示す。

また、本実施例において、直角プリズムＰは、それぞれ以下の数値を取る。

Ｌ ＝ ９．７４ｍｍ
Ａ ＝ １１．７３ｍｍ
ｗ ＝ ４０°
ｎ ＝ １．８６
したがって、直角プリズムＰは、下記数式（３）および数式（４）を満たすようになる。

図５（ａ）は、図１の撮像モジュール３におけるズームレンズの広角端での無限遠の収差図を示し、図５（ｂ）は、図１の撮像モジュール３におけるズームレンズの中間焦点距離での無限遠の収差図を示し、図５（ｃ）は図１の撮像モジュール３におけるズームレンズの望遠端での無限遠の収差図を示す。各収差図において、左から右への順に球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。

各球面収差図において、点線はｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、実線はＣ線（波長６５６.３ｎｍ）、一点鎖線はｇ線（波長４６．０ｎｍ）を示す。各非点収差図において、実線Ｓがサジタル像面、点線Ｍがタンジェンシャル像面を示す。

図５（ａ）〜図５（ｃ）から明らかに分かるように、図１の撮像モジュール３の撮像光学系におけるズームレンズでは、球面収差、非点収差および歪曲収差の各特性について、広角端、中間焦点距離および望遠端で良好な光学特性が得られている。

本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置が搭載される携帯電話、ＰＤＡなどの携帯情報端末、情報読み取りゲーム機、パーソナルコンピュータ等の用途に適用することができる。

１ 撮像装置
２ 固体撮像部
３ 撮像モジュール
４ レンズ群（光学系）
７ 固体撮像素子
Ａ 反射面の底辺
Ｌ 入射面の底辺
Ｐ 直角プリズム（プリズム）
Ｐａ 入射面
Ｐｂ 反射面
Ｐｃ 出射面
Ｐｄ 切り取り面
Ｐｅ 挟角部
Ｐｆ 迷光対策部（挟角部）
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
ＳＴＯ 開口絞り
ＣＧ カバーガラス
ＩＭＧ 像面（撮像面）

Claims (10)

1. 入射面、反射面および出射面を有し、上記反射面により撮像の光路を直角に折り曲げるプリズムと、上記プリズムよりも像側に配置された光学系とを含む撮像光学系を備えた撮像モジュールであって、
   上記プリズムは、上記撮像光学系における光路の最も物体側に配置され、かつ、上記反射面と出射面との挟角部が切り取られた切り取り面を有しており、
   上記切り取り面は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されていることを特徴とする撮像モジュール。
2. 上記プリズムの反射面の短辺の長さをＡ（ｍｍ）、上記プリズムの入射面の短辺の長さをＬ（ｍｍ）、上記プリズムの屈折率をｎ、上記プリズムの入射面の短辺に入射する最大画角をｗ（°）としたとき、上記プリズムが、下記の数式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
   

   
3. 上記切り取り面が、光吸収性を有する面になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像モジュール。
4. 上記切り取り面が、光散乱性を有する面になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像モジュール。
5. 上記切り取り面が、上記入射面に平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
6. 上記光学系は、ズームレンズであり、
   上記ズームレンズは、上記光路において物体側から像側に、
   上記プリズムと、
   上記プリズムに対し位置が固定され、負の屈折力を有する第１レンズ群と、
   上記プリズムに対し位置が変更可能な開口絞りと、
   上記プリズムに対し位置が変更可能であり、複数のレンズにより構成され、正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   負の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群とから構成されており、
   広角端から望遠端へのズーミング時に、上記第２レンズ群が物体側に移動し、上記第３レンズが第２レンズ群の移動による像面の変動を補正するように移動するようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
7. 上記プリズムは、直角プリズムまたは台形プリズムであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
8. 入射面、反射面および出射面を有し、上記反射面により撮像の光路を直角に折り曲げるプリズムと、上記プリズムよりも像側に配置された光学系とを含む撮像光学系を備えた撮像モジュールであって、
   上記プリズムは、上記撮像光学系における光路の最も物体側に配置され、かつ、上記反射面と出射面との挟角部に迷光対策部が形成されており、
   上記迷光対策部は、結像に寄与する有効な光線が通る有効範囲の外側部分に形成されており、
   上記迷光対策部に、光吸収性を有する材料または光散乱性を有する材料がドープされていることを特徴とする撮像モジュール。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像モジュールと、撮像面を有する固体撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像モジュール、または、請求項９に記載の撮像装置を備えることを特徴とする光学機器。

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