Imaging optical device, portable communication device, and imaging apparatus

Abstract

An imaging optical device with a zoom lens function, and a portable communication device and an imaging apparatus each including such an imaging optical device are provided. A zoom angle of view as wide as 1 / 3 inches or greater can be achieved with a small module size. An imaging optical device comprising: an optical unit including a first lens group and a second lens group arranged in this order from a side of an object, the first lens group having an optically positive focal length toward an imaging plane, the second lens group being arranged between the first lens group and the imaging plane and including at least one reflective optical element without a focal length, wherein the first lens group faces the object, and a first lens of the first lens group arranged closest to the object has a convex surface protruding toward the object, the reflective optical element arranged in the second lens group comprises at least a first reflective optical element and a second reflective optical element, the first reflective optical element is configured to totally reflect an incident light by a first reflection plane by satisfying a total internal reflection (TIR) condition, and then reflect the light via one or more internal reflection planes so as to output the light from the first reflection plane toward the second reflection plane, the first reflection plane is a plane inclined at an angle in the range of 40° to 50° with respect to an optical axis of the light incident on the reflective optical element, a field of view (FOV) of the optical unit is in a range of 4° to 40°, and a refractive index of the reflective optical element with respect to a d-line (with a wavelength of 587.6 nm) is in a range of 1.6 to 2.1.

Description

IMAGING OPTICAL DEVICE, PORTABLE COMMUNICATION DEVICE, AND IMAGING APPARATUSTechnical Field

[0001] The present invention relates to an imaging optical device, and to a portable communication device and an imaging apparatus each including such an imaging optical device.Background

[0002] With the spread of portable communication devices typified by smartphones in recent years, the types of needs for imaging lenses have diversified. The size of an imaging lens module has influence on the size of a product on which it is mounted. Therefore, it is desired to improve the lens performance specifications of an imaging lens while maintaining the thickness of the small module. Specific examples of improvements in the lens performance specifications of the imaging lens include an increase in the angle, an improvement in the telescopic function, an increase in the diameter, and an improvement in the optical performance.

[0003] In recent years, multi-camera systems have been commonly used as imaging apparatuses mounted on smartphones. In a family of smartphone products, a zoom lens plays an important role for distinguishing each product from the competitors' products. For example, there are many opportunities for users to use a zoom lens in, for example, viewing and imaging a subject in a distant place during a travel, a sports festival, or the like, and imaging the surrounding scene or celestial objects. Note that in this context of the present invention, a zoom lens means a long-focus lens (tele lens) , it does not mean a variable-magnification lens.

[0004] At present, as an imaging optical device used for such an imaging lens module with a zoom lens function, specifically, for a smartphone, a periscope-type imaging optical unit including a right-angle prism is used to reduce the height of the lens unit (for example, see Patent Literature 1) .

[0005] [Patent Literature 1] Chinese Patent No. 104898353Summary

[0006] Conventionally, a right-angle prism without refractive power is used for a periscope-type imaging optical unit such as the one disclosed in Patent Literature 1. However, such a configuration corresponds to the addition of a right-angle prism to the conventional zoom lens optical unit. Therefore, although it is possible to reduce the module size in its thickness direction by folding the optical path, the entire length of the zoom lens optical unit becomes long corresponding to the length of the prism added.

[0007] In particular, when a zoom lens with high magnification is attempted to be implemented with a sensor with a large number of pixels (i.e., a non-small sensor) , a considerably long optical path would be required for the zoom lens optical unit. As described above, even when a periscope-type configuration is employed to reduce the height of the lens unit, a certain length of the optical path would be required even after it is folded. Consequently, such a lens unit accounts for a large volume within the smartphone, thus hindering reductions in the size and thickness of the smartphone.

[0008] Therefore, since it is unavoidable to increase the optical path length of the optical unit to improve the specifications of the lens unit, which is adapted to be used for telescopic imaging, it follows that using a straight configuration without an element for folding the optical path would result in an increased thickness of the smartphone. Therefore, using a periscope-type configuration including an element for folding the optical path would result in an increased volume ratio of the lens unit to the entire internal volume of the smartphone, and thus would result in an increased thickness as well as an increased overall size of the smartphone, which is problematic.

[0009] The present invention has been made in view of the foregoing technical background, and it is an object of the present invention to provide a configuration in which, for an imaging optical device with a zoom lens function, and a portable communication device and an imaging apparatus each including such an imaging optical device, a zoom angle of view as wide as 1 / 3 inches or greater can be achieved with a small module size.

[0010] To solve the foregoing problems, the present invention provides the following means.

[0011] (1) An imaging optical device comprising:

[0012] an optical unit including a first lens group and a second lens group arranged in this order from a side of an object, the first lens group having an optically positive focal length toward an imaging plane, the second lens group being arranged between the first lens group and the imaging plane and including at least one reflective optical element without a focal length, wherein

[0013] the first lens group faces the object, and a first lens of the first lens group arranged closest to the object has a convex surface protruding toward the object,

[0014] the reflective optical element arranged in the second lens group comprises at least a first reflective optical element and a second reflective optical element,

[0015] the first reflective optical element is configured to totally reflect an incident light by a first reflection plane by satisfying a total internal reflection (TIR) condition, and then reflect the light via one or more internal reflection planes so as to output the light from the first reflection plane toward the second reflection plane,

[0016] the first reflection plane is a plane inclined at an angle in the range of 40° to 50° with respect to an optical axis of the light incident on the reflective optical element,

[0017] a field of view (FOV) of the optical unit is in a range of 4° to 40°, and

[0018] a refractive index of the reflective optical element with respect to a d-line (with a wavelength of 587.6 nm (nanonmeter) ) is in a range of 1.6 to 2.1.

[0019] (2) The imaging optical device according to (1) , wherein among the one or more internal reflection planes, a first internal reflection plane on which a reflected light that has been reflected by the first reflection plane of the reflective optical element is allowed to be incident directly is a plane inclined at an angle in the range of 21° to 24° with respect to the optical axis of the light incident on the reflective optical element.

[0020] (3) The imaging optical device according to (1) , wherein among the one or more internal reflection planes, a first internal reflection plane on which a reflected light that has been reflected by the first reflection plane of the reflective optical element is allowed to be incident directly is a plane inclined at an angle in the range  of -21° to -24° with respect to the optical axis of the light incident on the reflective optical element.

[0021] (4) The imaging optical device according to any one of (1) to (3) , in which a proportion of a maximum dimension (in mm (millimeter) ) from an incidence plane of the reflective optical element to an output plane of the reflective optical element to an optical path length (in mm) from the incidence plane of the reflective optical element to the imaging plane along a central optical axis is less than or equal to 45%.

[0022] (5) The imaging optical device according to any one of (1) to (4) , further comprising a shielding material between the first reflective optical element and the second reflective optical element of the second lens group, the shielding material being configured to partially shield the first reflection plane.

[0023] (6) The imaging optical device according to (5) , in which a proportion of a dimension (in mm) of the shielding material to an effective optical dimension (in mm) of the first reflection plane is in a range of 20%to 60%.

[0024] (7) The imaging optical device according to any one of (1) to (6) , in which the first lens constituting the first lens group has positive refractive power, and a focal length P1 (in mm) of the first lens and a focal length P2 (in mm) of the first lens group satisfy the following Expression (1) : 0.25 ≤ P1 / P2 ≤ 0.7 … (1) .

[0025] (8) The imaging optical device according to any one of (1) to (7) , wherein the optical unit is configured to allow the first lens group to be totally or partially  movable in a direction perpendicular to the optical axis, thereby performing optical image stabilization.

[0026] (9) The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical unit is configured to allow the imaging plane to be movable in a direction perpendicular to the optical axis, thereby performing optical image stabilization.

[0027] (10) The imaging optical device according to any one of (1) to (9) , in which the first lens group includes at least two lens elements, and the optical unit is configured to adjust a focal position by moving one or more of the lens elements of the first lens group or totally moving the first lens group in a direction of the optical axis.

[0028] (11) The imaging optical device according to any one of (1) to (10) , in which the optical unit is configured to adjust a focal position by moving the imaging plane along the optical axis.

[0029] A portable communication device including the imaging optical device according to any one of (1) to (11) .

[0030] An imaging apparatus including the imaging optical device according to any one of claims (1) to (11) .

[0031] The present invention can provide a configuration in which, for an imaging optical device with a zoom lens function, and a portable communication device and an imaging apparatus each including such an imaging optical device, a zoom angle of view as wide as 1 / 3 inches or greater can be achieved with a small module size.Brief Description of Drawings

[0032] Figure 1 is a configuration diagram illustrating an imaging optical device of a first embodiment of the present invention.

[0033] Figure 2 is a configuration diagram illustrating an imaging optical device of a second embodiment of the present invention.

[0034] Figure 3 is a configuration diagram illustrating an imaging optical device of a third embodiment of the present invention.

[0035] Figure 4 is a graph illustrating the results (spherical aberration) of Verification Example 1.

[0036] Figure 5 is a graph illustrating the results (astigmatism) of Verification Example 1.

[0037] Figure 6 is a graph illustrating the results (distortion) of Verification Example 1.

[0038] Figure 7 is a graph illustrating the results (spherical aberration) of Verification Example 2.

[0039] Figure 8 is a graph illustrating the results (astigmatism) of Verification Example 2.

[0040] Figure 9 is a graph illustrating the results (distortion) of Verification Example 2.

[0041] Figure 10 is a graph illustrating the results (spherical aberration) of Verification Example 3.

[0042] Figure 11 is a graph illustrating the results (astigmatism) of Verification Example 3.

[0043] Figure 12 is a graph illustrating the results (distortion) of Verification Example 3.Description of Embodiments

[0044] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description may illustrate the characteristic portions by enlarging them for purposes of clarification and for convenience sake. Thus, the dimensional proportions of the respective components are not necessarily the same as the actual ones. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplarily illustrated in the following description are only examples. Thus, the present invention is not necessarily limited thereto, and can be implemented by being appropriately changed within the range that the advantageous effects of the present invention are not changed.

[0045] (Imaging Optical Device: First Embodiment)

[0046] Figure 1 is a configuration diagram illustrating an imaging optical device of a first embodiment of the present invention.

[0047] An imaging optical device 1 of the present embodiment includes an optical unit 5, which includes a first lens group 10 having an optically positive focal length toward an imaging plane im, and a second lens group 20 arranged between the first lens group 10 and the imaging plane im and including at least one reflective optical element 20A without a focal length; and an imaging element 6 forming the imaging plane im.

[0048] The first lens group 10 faces an object Ob that is a subject, and includes four lenses (i.e., lens elements) that are a first lens 10A, a second lens 10B, a third lens 10C, and a fourth lens 10D as lens elements arranged in this order from the side of the object Ob. Among such lenses, at least the first lens 10A is a lens having a convex surface 10Ar protruding toward the object Ob.

[0049] The first lens 10A constituting the first lens group 10 has positive refractive power. Each of the first lens 10A, the second lens 10B, the third lens 10C, and the fourth lens 10D is preferably configured so that the focal length P1 (mm) of the first lens 10A and the focal length P2 (mm) of the first lens group 10 satisfy the following Expression (1) . 0.25 ≤ P1 / P2 ≤ 0.7 ... (1)

[0050] Such a first lens group 10 may include at least two lens elements, and the optical unit 5 may be configured to adjust the focal position of the imaging optical device 1 by moving one or more of the lens elements of the first lens group 10 or totally moving the first lens group 10 in the direction of the optical axis.

[0051] The second lens group 20 includes the reflective optical element (s) 20A. In the present embodiment, the reflective optical element 20A includes: a first prism 25 (first reflective optical element) arranged at the rear of the first lens group 10 and comprising an incidence plane Q1 of the second lens group 20; and a second prism (second reflective optical element) facing the imaging plane im and comprising an output plane Q2 of the second lens group 20.

[0052] The first prism 25 includes at least an incidence plane Q1, a first reflection plane 20A1, and a first internal reflection plane 21A. The first prism 25 may be formed of a solid optical glass material, and each plane of the first prism 25 may be subjected to directional light-reflective coating or light-transmissive coating, for example.

[0053] An incident light L1 from the incidence plane Q1 of the first prism 25 is reflected by the first reflection plane 20A1, then reflected by the first internal reflection plane 21A again toward the first reflection plane 20A1, then transmitted through the first reflection plane 20A1, and incident on the second reflection surface 20A2 of the second prism 26.

[0054] The first reflection plane 20A1 totally reflects an incident light L1, which has entered the first prism 25 through the incidence plane Q1, by satisfying the TIR (Total Internal Reflection) condition. An optical loss at the first reflection plane 20A1 is assumed to be less than 10%.

[0055] The first reflection plane 20A1 is a plane inclined at an angle of θ1, that is, an angle in the range of 40° to 50°, specifically, an angle of 45° in the present embodiment with respect to the optical axis of the incident light L1. Accordingly, the incident light L1 is reflected at an angle of substantially 90° in the direction of the first internal reflection plane 21A.

[0056] The first internal reflection plane 21A totally reflects a reflected light L2, which has been reflected by the first reflection plane 20A1, toward the second prism 26 as a reflected light L3. Such a reflected light L3 is allowed to be incident on the first reflection plane 20A1 at an angle substantially close to 90°, and then passes through the first reflection plane 20A1 to enter the second prism 26.

[0057] The first internal reflection plane 21A is a plane inclined at an angle of θ2, that is, an angle in the range of 21° to 24°, specifically, an angle of 22.5° in the present embodiment with respect to the optical axis of the incident light L1. Accordingly, a reflected light L3 reflected by the first internal reflection plane 21A is  allowed to be incident on an output plane Q2 of the second prism 26 at an angle of substantially 45°.

[0058] Note that instead of the angle of θ2, the first internal reflection plane 21 may be a plane inclined at an angle of θ3, that is, an angle in the range of -21° to -24°, specifically, an angle of -22.5° with respect to the optical axis of the incident light L1.

[0059] The second prism 26 includes at least a second reflection plane 20A2, which faces the first reflection plane 20A1 of the first prism 25, a second internal reflection plane 21B, and the output plane Q2. The second prism 26 may be formed of a solid optical glass material, and each plane of the second prism 26 may be subjected to directional light-reflective coating or light-transmissive coating, for example.

[0060] The incident light L3, which has been outputted from the first prism 25 and incident on the second reflection plane 20A2 of the second prism 26, is reflected by the output plane Q2, and then reflected by the second internal reflection plane 21B toward the second reflection plane 20A2 again, then reflected by the second reflection plane 20A2, transmitted through the output plane Q2 so as to be imaged on the imaging plane im of the imaging element 6.

[0061] The output plane Q2 transmits a light incident thereon at an angle of about 90°, and totally reflects a light incident thereon at an angle of about 45°. The output plane Q2 totally reflects the reflected light L3, which has been output from the first prism 25, passed through the second reflection plane 20A2, and been allowed to be incident on the output plane Q2 at an angle of substantially 45°, toward the second internal reflection plane 21B, by satisfying the TIR (Total Internal Reflection) condition..

[0062] The second internal reflection plane 21B reflects a reflected light L4, which has been reflected by the output plane Q2, toward the second reflection plane 20A2. The second internal reflection plane 21B is a plane inclined at an angle of θ3, that is, an angle of -22.5° for example, with respect to the optical axis of the incident light L1. Accordingly, a reflected light L5 reflected by the second internal reflection plane 21B is allowed to be incident on the second reflection plane 20A2 of the second prism 26 at an angle of substantially 45°. Note that the above angle of the second internal reflection plane 21B of the second prism 26 is merely illustrative, not limitative.

[0063] The second reflection plane 20A2 totally reflects the reflected light L5, which has been reflected by the second internal reflection plane 21B, by satisfying the TIR (Total Internal Reflection) condition. An optical loss at the second reflection plane 20A2 is assumed to be less than 10%.

[0064] The second reflection plane 20A2 is a plane inclined at an angle of θ1, that is, an angle of 45° for example with respect to the optical axis of the incident light L1. Accordingly, the reflected light L5 is reflected as a reflected light L6 at an angle of substantially 90° in the direction of the output plane Q2. Then, the reflected light L6 is allowed to be incident on the output plane Q2 at an angle of substantially 90°, and then passes through the output plane Q2 to be imaged on the imaging plane im. Note that the above angle of the second reflection plane 20A2 of the second prism 26 is merely illustrative, not limitative.

[0065] The imaging element 6 may be a known imaging element, such as a CCD sensor or a CMOS sensor, for example, and a light including an image, which has  entered the first lens group 10, is imaged on the imaging plane im that is a light receiving plane.

[0066] Note that a shielding material 22, which partially shields the first reflection plane 20A1 of the first prism 25, may be provided between the first reflection plane 20A1 and the second reflection plane 20A2 of the second prism 26. Such a shielding material 22 prevents stray light, which would degrade imaging quality, from entering the second prism 26.

[0067] Such a shielding material 22 is preferably formed so that the proportion of the dimension (mm) of the shielding material 22 to the effective optical dimension (mm) of the first reflection plane 20A1 is in the range of 20%to 60%.

[0068] In addition, an infrared cut filter 27 is preferably formed between the output plane Q2 of the second prism 26 and the imaging plane im of the imaging element 6. This can reduce the influence of infrared rays on an image formed on the imaging plane im.

[0069] In the imaging optical device 1 of the present embodiment with the foregoing configuration, the field of view (FOV) of the optical unit 5 is in the range of 4° to 40°.

[0070] Each of the first prism 25 and the second prism 26 constituting the reflective optical element 20A is formed of a material having a refractive index in the range of 1.6 to 2.1 with respect to a d-line (with a wavelength of 587.6 nm) .

[0071] The proportion of the maximum dimension (mm) from the incidence plane Q1 of the first prism 25 to the output plane Q2 of the second prism 26 in the reflective  optical element 20A constituting the second lens group 20 to the optical path length (mm) from the incidence plane Q1 of the first prism 25 in the reflective optical element 20A to the imaging plane im of the imaging element 6 along the central optical axis is preferably less than or equal to 45%.

[0072] When a support (not illustrated) , which supports the entire first lens group 10, is configured to be movable in the direction perpendicular to the optical axis of the first lens group 10, optical image stabilization can be performed. For example, an image stabilization function can be added by a device that permits shakes of the first lens group 10 in the direction perpendicular to the optical axis.

[0073] Further, when a support (not illustrated) , which supports the imaging element 6, is configured to be movable in the direction perpendicular to the optical axis of the reflected light L6 that is allowed to be incident on the imaging plane im, optical image stabilization can be performed. For example, an image stabilization function can be added by a device that permits shakes of the imaging element 6 in the direction perpendicular to the optical axis.

[0074] According to the imaging optical device 1 of the present embodiment with the foregoing configuration, a zoom angle of view as wide as 1 / 3 inches or greater, which corresponds to a field of view (FOV) in the range of 4° to 40° of the optical unit 5, can be achieved with a small module size.

[0075] (Imaging Optical Device: Second Embodiment)

[0076] Figure 2 is a configuration diagram illustrating an imaging optical device of a second embodiment of the present invention.

[0077] Components similar to those of the first embodiment are denoted by identical reference signs, and overlapped description will be omitted.

[0078] An imaging optical device 2 of the present embodiment includes the first lens group 10 and a second lens group 30, which has no focal length, constituting an optical unit 8.

[0079] The second lens group 30 includes two triangular prisms: a first prism 35 (first reflective optical element) and a second prism 36 (second reflective optical element) that constitute a reflective optical element 30A.

[0080] In the present embodiment, the first prism 35 with a triangular cross-section includes at least an incidence plane Q31, a first reflection plane 30A1, and a first internal reflection plane 31A. Such a first prism 35 may be formed of a solid optical glass material, and each plane of the first prism 35 may be subjected to directional light-reflective coating or light-transmissive coating, for example.

[0081] An incident light L31 from the incidence plane Q31 of the first prism 35 is reflected by the first reflection plane 30A1, then reflected by the first internal reflection plane 31A toward the incident plane Q31 again, then reflected by the incidence plane Q31 toward the first reflection plane 30A1 again, then transmitted through the first reflection plane 30A1, and incident on the second reflection plane 30A2 of the second prism 36.

[0082] Among them, the first reflection plane 30A1 totally reflects an incident light L31, which has entered the first prism 35 through the incidence plane Q31, by satisfying the TIR condition. Such a first reflection plane 20A1 is a plane inclined at an angle of θ1, that is, an angle in the range of 40° to 50°, specifically, an angle of 45° in the present embodiment with respect to the optical axis of the incident light  L31. Accordingly, the incident light L31 is reflected at an angle of substantially 90° in the direction of the first internal reflection plane 31A.

[0083] The second prism 36 with a triangular cross-section includes at least a second reflection plane 30A2, which faces the first reflection plane 30A1 of the first prism 35, a second internal reflection plane 31B, and an output plane Q32. Such a second prism 26 may be formed of a solid optical glass material, and each plane of the second prism 26 may be subjected to directional light-reflective coating or light-transmissive coating, for example.

[0084] An incident light L34, which has been outputted from the first prism 35 and incident on the second reflection plane 30A2 of the second prism 36, is reflected by the output plane Q32, then reflected by the second internal reflection plane 31B toward the second reflection plane 30A2 again, then reflected by the second reflection plane 30A2 toward the output plane Q32, then transmitted through the output plane Q32 so as to be imaged on the imaging plane im of the imaging element 6.

[0085] Further, a shielding material 32, which partially shields the first reflection plane 30A1 of the first prism 35, may be provided between the first prism 35 and the second prism 36. Such a shielding material 32 prevents stray light, which would degrade imaging quality, from entering the second prism 36.

[0086] According to the imaging optical device 2 of the present embodiment with the foregoing configuration, the incident light L31 corresponding to a transmission light including an image of the object Ob as a subject, which has passed through the first lens group 10 and entered the first prism 35 constituting the second lens group 30  through the incidence plane Q31, is reflected by the first reflection plane 30A1 at an angle of substantially 90° toward the first internal reflection plane 31A.

[0087] A reflected light L32 totally reflected by the first reflection plane 30A1 is reflected by the first internal reflection plane 31A inclined at an angle of θ2, that is, an angle in the range of 21° to 24°, specifically, an angle of 22.5° in the present embodiment with respect to the optical axis of the incident light L31. Then, a reflected light L33 reflected by the first internal reflection plane 31A is allowed to be incident on the incidence plane Q31 at an angle of about 45°, and is totally reflected thereby to become a reflected light L34.

[0088] The incidence plane Q31 transmits a light incident thereon at an angle of about 90°, and totally reflects a light incident thereon at an angle of about 45°. The reflected light L34 reflected by the incidence plane Q31 is allowed to be incident perpendicularly on the first reflection plane 30A1, and passes therethrough, and is then allowed to be incident on the output plane Q32 of the second prism 26 at an angle of substantially 45°.

[0089] The output plane Q32 transmits a light incident thereon at an angle of about 90°, and totally reflects a light incident thereon at an angle of about 45°. The output plane Q32 totally reflects the reflected light L34, which has entered the second prism 36, toward the second internal reflection plane 31B.

[0090] The second internal reflection plane 31B reflects a reflected light L35, which has been reflected by the output plane Q32, toward the second reflection plane 30A2. Such a second internal reflection plane 31B is a plane inclined at an angle of θ3, that is, an angle of -22.5° for example, with respect to the optical axis of the incident light  L31. Accordingly, a reflected light L36 reflected by the second internal reflection plane 31B is allowed to be incident on the second reflection plane 20A2 of the second prism 26 at an angle of substantially 45°. Note that the above angle of the second internal reflection plane 31B of the second prism 36 is merely illustrative, not limitative.

[0091] The reflected light L36 incident on the second reflection plane 30A2 is totally reflected by satisfying the TIR condition, and is reflected as a reflected light L37 at an angle of substantially 90° in the direction of the output plane Q32. Then, the reflected light L37 is allowed to be incident on the output plane Q2 at an angle of substantially 90°, and then passes through the output plane Q2 to be imaged on the imaging plane im.

[0092] In the imaging optical device 2 of the present embodiment with the foregoing configuration, the field of view (FOV) of the optical unit 8 is also in the range of 4° to 40°.

[0093] Each of the first prism 35 and the second prism 36 constituting the reflective optical element 30A is formed of a material having a refractive index in the range of 1.6 to 2.1 with respect to a d-line (with a wavelength of 587.6 nm) .

[0094] The proportion of the maximum dimension (mm) from the incidence plane Q31 of the first prism 35 to the output plane Q32 of the second prism 36 in the reflective optical element 30A constituting the second lens group 30 to the optical path length (mm) from the incidence plane Q31 of the first prism 35 in the reflective optical element 30A to the imaging plane im of the imaging element 6 along the central optical axis is preferably less than or equal to 45%.

[0095] (Imaging Optical Device: Third Embodiment)

[0096] Figure 3 is a configuration diagram illustrating an imaging optical device of a third embodiment of the present invention.

[0097] Components similar to those of the first embodiment are denoted by identical reference signs, and overlapped description will be omitted.

[0098] An imaging optical device 3 of the present embodiment includes a first lens group 40 and a second lens group 50, which has no focal length, constituting an optical unit 9.

[0099] The imaging optical device 3 of the present embodiment illustrates an arrangement example in which the incidence side of a light including an image of the object Ob and the imaging plane im of the imaging element 6 are positioned at substantially right angles (90°) to each other.

[0100] The first lens group 40 faces the object Ob that is a subject, and includes two lenses (i.e., lens elements) that are a first lens 40A and a second lens 40B as lens elements arranged in this order from the side of the object Ob. Among such lenses, at least the first lens 40A is a lens having a convex surface 40Ar protruding toward the object Ob.

[0101] The first lens 40A constituting the first lens group 40 has positive refractive power. Each of the first lens 40A and the second lens 40B is preferably configured so that the focal length P1 (mm) of the first lens 40A and the focal length P2 (mm) of the first lens group 40 satisfy the following Expression (1) . 0.25 ≤ P1 / P2 ≤ 0.7 ... (1)

[0102] Such a first lens group 40 may include at least two lens elements, and the optical unit 9 may be configured to adjust the focal position of the imaging optical  device 3 by moving one or more of the lens elements of the first lens group 40 or totally moving the first lens group 40 in the direction of the optical axis.

[0103] The second lens group 50 includes a reflective optical element 50A. In the present embodiment, the reflective optical element 50A includes two triangular prisms that are a first prism 55 and a second prism 56.

[0104] The first prism 55 includes at least an incidence plane Q51, a first reflection plane 50A1, and a first internal reflection plane 51A. The first prism 55 may be formed of a solid optical glass material, and each plane of the first prism 55 may be subjected to directional light-reflective coating or light-transmissive coating, for example.

[0105] The first reflection plane 50A1 totally reflects an incident light L41, which has entered the first prism 55 through the incidence plane Q51, by satisfying the TIR condition. The first reflection plane 50A1 is a plane inclined at an angle of θ1, that is, an angle in the range of 40° to 50°, specifically, an angle of 45° in the present embodiment with respect to the optical axis of the incident light L41. Accordingly, the incident light L41 is reflected at an angle of substantially 90° in the direction of the first internal reflection plane 51A.

[0106] The first internal reflection plane 51A totally reflects a reflected light L42, which has been reflected by the first reflection plane 50A1, toward the incidence plane Q51. The first internal reflection plane 51A is a plane inclined at an angle of θ2, that is, an angle in the range of 21° to 24°, specifically, an angle of 22.5° in the present embodiment with respect to the optical axis of the incident light L41.

[0107] The incidence plane Q51 transmits a light incident thereon at an angle of about 90°, and totally reflects a light incident thereon at an angle of about 45°. Accordingly, a reflected light L43, which has been reflected by the first internal reflection plane 51A, is reflected by the incidence plane Q51, and is then allowed to be incident perpendicularly on the first reflection plane 50A1 as a reflected light L44, and passes therethrough, and is further allowed to be incident on an output plane Q52 of the second prism 56 at an angle of substantially 45°.

[0108] The output plane Q52 of the second prism 56 transmits a light incident thereon at an angle of about 90°, and totally reflects a light incident thereon at an angle of about 45°. Accordingly, the reflected light L44 coming from the first prism 55 is reflected by the output plane Q52, and is then allowed to be incident on a second internal reflection plane 51B as a reflected light L45.

[0109] The second internal reflection plane 51B reflects the reflected light L45, which has been reflected by the output plane Q52, toward a second reflection plane 50A2.

[0110] The second reflection plane 50A2 totally reflects a reflected light L46, which has been reflected by the second internal reflection plane 51B, by satisfying the TIR condition. The second reflection plane 50A2 is a plane inclined at an angle of θ1, that is, an angle in the range of 40° to 50°, specifically, an angle of 45° in the present embodiment, for example with respect to the optical axis of the incident light L41. Accordingly, the reflected light L46 is reflected as a reflected light L47 at an angle of substantially 90° in the direction of the output plane Q52. Then, the reflected light L47 is allowed to be incident on the output plane Q52 at an angle of substantially 90°, and then passes through the output plane Q5 to be imaged on the imaging plane im  constituting the imaging element 6. Note that the above angle of the second internal reflection plane 50A2 of the second prism 56 is merely illustrative, not limitative.

[0111] Note that a shielding material 52, which partially shields the first reflection plane 50A1 of the first prism 55, may be provided between the first reflection plane 50A1 and the second reflection plane 50A2 of the second prism 56. Such a shielding material 52 prevents stray light, which would degrade imaging quality, from entering the second prism 56.

[0112] Such a shielding material 52 is preferably formed so that the proportion of the dimension (mm) of the shielding material 52 to the effective optical dimension (mm) of the first reflection plane 50A1 is in the range of 20%to 60%.

[0113] In addition, an infrared cut filter 27 is preferably formed between the output plane Q52 of the second prism 56 and the imaging plane im of the imaging element 6. This can reduce the influence of infrared rays on an image formed on the imaging plane im.

[0114] In the imaging optical device 3 of the present embodiment with the foregoing configuration, the field of view (FOV) of the optical unit 9 is in the range of 4° to 40°.

[0115] Each of the first prism 55 and the second prism 56 constituting the reflective optical element 50A is formed of a material having a refractive index in the range of 1.6 to 2.1 with respect to a d-line (with a wavelength of 587.6 nm) .

[0116] The proportion of the maximum dimension (mm) from the incidence plane Q51 of the first prism 55 to the output plane Q52 of the second prism 56 in the  reflective optical element 50A constituting the second lens group 50 to the optical path length (mm) from the incidence plane Q51 of the first prism 55 in the reflective optical element 50A to the imaging plane im of the imaging element 6 along the central optical axis is preferably less than or equal to 45%.

[0117] According to the imaging optical device 3 of the present embodiment with the foregoing configuration, a zoom angle of view as wide as 1 / 3 inches or greater, which corresponds to a field of view (FOV) in the range of 4° to 40° of the optical unit 5, can be achieved with a small module size. In addition, according to the present embodiment, the main plane of the first lens 40A constituting the first lens group 40 and the imaging plane im of the imaging element 6 may be arranged at right angles to each other.

[0118] (Portable Communication Device)

[0119] Using the foregoing imaging optical device as a built-in camera of a portable communication device, such as a smartphone, for example, it is possible to achieve a smartphone having a zoom lens with a wide angle of view and high magnification without an increase in the thickness of the smartphone.

[0120] (Imaging Apparatus]

[0121] Using the foregoing imaging optical device as an imaging optical unit of an imaging apparatus, such as a digital camera, for example, it is possible to achieve a thin, highly portable digital camera having a zoom lens with a wide angle of view and high magnification.

[0122] Although the embodiments of the present invention have been described above, such embodiments are only exemplary, and are not intended to limit the scope  of the invention. Such embodiments can be implemented in various other patterns, and can be partially omitted, replaced, or changed in various ways within the spirit of the invention. Such embodiments and their variations are included in the scope and spirit of the invention, and are similarly included in the scope of the claimed invention and its equivalents.

[0123] Examples

[0124] The advantageous effects of the foregoing embodiments were verified.

[0125] (Verification Example 1)

[0126] Spherical aberration (%) at each wavelength of the optical unit according to the imaging optical device of the first embodiment illustrated in Figure 1 was measured. Figure 4 illustrates the results. In addition, astigmatism (%) of the imaging optical device of the first embodiment was measured. Figure 5 illustrates the results. Further, distortion (%) of the imaging optical device of the first embodiment was measured. Figure 6 illustrates the results.

[0127] The measurement results illustrated in Figures 4 to 6 can confirm that each of the aberration, astigmatism, and distortion can be corrected sufficiently with the configuration of the first embodiment.

[0128] (Verification Example 2)

[0129] Spherical aberration (%) at each wavelength of the optical unit according to the imaging optical device of the second embodiment illustrated in Figure 2 was measured. Figure 7 illustrates the results. In addition, astigmatism (%) of the imaging optical device of the second embodiment was measured. Figure 8 illustrates the results. Further, distortion (%) of the imaging optical device of the second embodiment was measured. Figure 9 illustrates the results.

[0130] The measurement results illustrated in Figures 7 to 9 can confirm that each of the aberration, astigmatism, and distortion can also be corrected sufficiently with the configuration of the second embodiment.

[0131] (Verification Example 3)

[0132] Spherical aberration (%) at each wavelength of the optical unit according to the imaging optical device of the third embodiment illustrated in Figure 3 was measured. Figure 10 illustrates the results. In addition, astigmatism (%) of the imaging optical device of the first embodiment was measured. Figure 11 illustrates the results. Further, distortion (%) of the imaging optical device of the first embodiment was measured. Figure 12 illustrates the results.

[0133] The measurement results illustrated in Figures 10 to 12 can confirm that each of the aberration, astigmatism, and distortion can also be corrected sufficiently with the configuration of the third embodiment.

Claims

1.An imaging optical device comprising:an optical unit including a first lens group and a second lens group arranged in this order from a side of an object, the first lens group having an optically positive focal length toward an imaging plane, the second lens group being arranged between the first lens group and the imaging plane and including at least one reflective optical element without a focal length, whereinthe first lens group faces the object, and a first lens of the first lens group arranged closest to the object has a convex surface protruding toward the object,the reflective optical element arranged in the second lens group comprises at least a first reflective optical element and a second reflective optical element,the first reflective optical element is configured to totally reflect an incident light by a first reflection plane by satisfying a total internal reflection (TIR) condition, and then reflect the light via one or more internal reflection planes so as to output the light from the first reflection plane toward the second reflection plane,the first reflection plane is a plane inclined at an angle in the range of 40° to 50° with respect to an optical axis of the light incident on the reflective optical element,a field of view (FOV) of the optical unit is in a range of 4° to 40°, anda refractive index of the reflective optical element with respect to a d-line (with a wavelength of 587.6 nm (nanometer) ) is in a range of 1.6 to 2.1.2.The imaging optical device according to claim 1, wherein among the one or more internal reflection planes, a first internal reflection plane on which a reflected light that has been reflected by the first reflection plane of the reflective optical element is allowed to be incident directly is a plane inclined at an angle in the range  of 21° to 24° with respect to the optical axis of the light incident on the reflective optical element.3.The imaging optical device according to claim 1, wherein among the one or more internal reflection planes, a first internal reflection plane on which a reflected light that has been reflected by the first reflection plane of the reflective optical element is allowed to be incident directly is a plane inclined at an angle in the range of -21° to -24° with respect to the optical axis of the light incident on the reflective optical element.4.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein a proportion of a maximum dimension (in mm (millimeter) ) from an incidence plane of the reflective optical element to an output plane of the reflective optical element to an optical path length (in mm) from the incidence plane of the reflective optical element to the imaging plane along a central optical axis is less than or equal to 45%.5.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a shielding material between the first reflective optical element and the second reflective optical element of the second lens group, the shielding material being configured to partially shield the first reflection plane.6.The imaging optical device according to claim 5, wherein a proportion of a dimension (in mm) of the shielding material to an effective optical dimension (in mm) of the first reflection plane is in a range of 20%to 60%.7.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, whereinthe first lens constituting the first lens group has positive refractive power, anda focal length P1 (in mm) of the first lens and a focal length P2 (in mm) of the first lens group satisfy the following Expression (1) :0.25 ≤ P1 / P2 ≤ 0.7 … (1) .8.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical unit is configured to allow the first lens group to be totally or partially movable in a direction perpendicular to the optical axis, thereby performing optical image stabilization.9.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical unit is configured to allow the imaging plane to be movable in a direction perpendicular to the optical axis, thereby performing optical image stabilization.10.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, whereinthe first lens group includes two or more lens elements, andthe optical unit is configured to adjust a focal position by moving one or more of the lens elements of the first lens group or totally moving the first lens group in a direction of the optical axis.11.The imaging optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical unit is configured to adjust a focal position by moving the imaging plane along the optical axis.12.A portable communication device comprising the imaging optical device according to any one of claims 1 to 3.13.An imaging apparatus comprising the imaging optical device according to any one of claims 1 to 3.

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