JP2005134835A - Imaging apparatus and imaging device equipped with imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルカメラ、カメラ付携帯電話等に用いる撮像装置に係り、特に、反射面等に自由曲面を用いたプリズムを使用する撮像装置と、それを用いた撮像用機器に関する。 The present invention relates to an imaging device used for a digital camera, a camera-equipped mobile phone, and the like, and more particularly, to an imaging device using a prism using a free curved surface as a reflecting surface and an imaging device using the imaging device.
近年、デジタルカメラやカメラ付携帯電話に使用される撮像装置として、共軸系の光学系を用いた撮像装置が多数出願されている。共軸系とは、光学系の光軸（撮像系の絞りと撮像画面の中心を結ぶ軸）に対してレンズ等の光学素子が回転対称に設けられた光学系である。共軸系の撮像装置は例えば、下記特許文献１〜３に開示されている。
In recent years, a large number of imaging apparatuses using a coaxial optical system have been filed as imaging apparatuses used for digital cameras and camera-equipped mobile phones. The coaxial system is an optical system in which optical elements such as lenses are provided in a rotationally symmetrical manner with respect to the optical axis of the optical system (the axis connecting the aperture of the imaging system and the center of the imaging screen). A coaxial imaging device is disclosed in, for example, the following
最近のデジタルカメラやカメラ付携帯電話は、小型化、薄型化、高性能化が要求されてきており、これらの機器に共軸系の光学系を使用した撮像装置においては、撮像装置の大きさをコンパクトにしようとすると、レンズの枚数を少なくする必要がある。しかしレンズの枚数を少なくすると光学系で発生する収差を小さく抑えることが困難になり、画質が低下する。また画質を良くしようとすると、レンズの枚数を多くする必要が発生し、この結果、撮像装置が大きくなるという問題が発生する。 Recent digital cameras and camera-equipped mobile phones are required to be smaller, thinner, and higher in performance. In an imaging apparatus using a coaxial optical system for these devices, the size of the imaging apparatus is required. To make the lens compact, it is necessary to reduce the number of lenses. However, if the number of lenses is reduced, it becomes difficult to reduce the aberration generated in the optical system, and the image quality deteriorates. Further, when trying to improve the image quality, it is necessary to increase the number of lenses, and as a result, there arises a problem that the image pickup apparatus becomes large.
これらの問題点を解決するための一つの手段として、偏心光学系を使用した撮像装置が提案されている。例えば自由曲面等を使用したプリズムを使用した撮像光学系を使用した撮像装置が下記の特許文献４〜６に記載されている。 As one means for solving these problems, an imaging apparatus using a decentered optical system has been proposed. For example, Patent Documents 4 to 6 below describe an imaging apparatus using an imaging optical system using a prism using a free-form surface or the like.
これらの特許文献４〜６に記載されている技術の狙いは、プリズムを使用して撮像光学系を形成し、そのプリズムの光入射面や、光射出面、あるいは反射面に自由曲面を使用することによって、コンパクトでかつ画質の良い画像を得ることができる点である。特に、特許文献５（特開２００２−１９６２４３号公報）や特許文献６（特開２００３−８４２００号公報）では、２個のプリズムを組合わせ、物体に近い方の第１プリズムの光入射面、反射面、光射出面、および撮像面に近い方の第２プリズムの光入射面、二つの反射面、光射出面、の合計７面の全てに自由曲面を使用することが記載されている。 The aim of the techniques described in Patent Documents 4 to 6 is to form an imaging optical system using a prism, and use a free-form surface for the light incident surface, light exit surface, or reflecting surface of the prism. Thus, a compact and high-quality image can be obtained. In particular, in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-196243) and Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-84200), two light prisms are combined, and the light incident surface of the first prism closer to the object, It is described that free curved surfaces are used for all seven surfaces in total, that is, the light incident surface, the two reflective surfaces, and the light exit surface of the second prism closer to the reflective surface, the light exit surface, and the imaging surface.
このような光学系の特徴としては、
（１）３面ある反射面はパワー（屈折力）を有する自由曲面を使用しているが、これらの反射面はレンズ等の屈折光学系に対して、大きなパワーを得ることができると同時に色収差の影響を受けない。
As a feature of such an optical system,
(1) The three reflecting surfaces use free-form surfaces having power (refractive power), but these reflecting surfaces can obtain a large power with respect to a refractive optical system such as a lens, and at the same time, chromatic aberration. Not affected.
（２）コンパクトな空間内に７面の光学面を有することができる。従って限られた空間内に光学要素を凝縮して設定することができる。 (2) It can have seven optical surfaces in a compact space. Accordingly, the optical elements can be condensed and set in a limited space.
（３）光学性能を高めるには光学系全体の光路長をある程度長くすることが望ましいが、このようなプリズム光学系を使用することにより、光路を折り曲げていることによって、光路長は長いが全体の大きさをコンパクトにすることができる。
以上の理由により、コンパクトでありながら、画質を高めることが可能である。
(3) Although it is desirable to increase the optical path length of the entire optical system to some extent in order to improve the optical performance, by using such a prism optical system, the optical path is bent, but the entire optical path length is long. The size of can be made compact.
For the above reasons, it is possible to improve image quality while being compact.
なお、特開平７−３３３５０５号公報に記載されている光学系では、被写体側から順に反射鏡、レンズによる光学系、反射鏡により構成されているが、この方式に比べて特許文献５や特許文献６に記載示されている光学系は、横幅を小さくすることができるため、よりコンパクトな撮像装置を提供することができる。
前記撮像装置を小型、薄型のデジタルカメラ、またはカメラ付携帯電話に使用する場合に、撮像光学系の画角を広角系に設定して、パンフォーカス（固定焦点でありながら、全被写体距離範囲において概略ピントが合うようにする設定）にする方法が考えられる。 When the imaging device is used in a small and thin digital camera or a camera-equipped mobile phone, the angle of view of the imaging optical system is set to a wide-angle system, and pan-focus (in the entire subject distance range while being a fixed focus) A method of setting the focus to be in general focus) can be considered.
また最近の傾向としてこの撮像装置を搭載したデジタルカメラまたはカメラ付携帯電話を使用してバーコードを読取ったり、書物、原稿等の文字を読取ったりするニーズが発生している。これらのニーズに応えるためには、パンフォーカスの撮像装置にマクロ撮影に適合した機構が必要であるが、上記の特許文献１〜６にはこの技術に関する記載がない。
Further, as a recent trend, there is a need to read a bar code using a digital camera or a camera-equipped mobile phone equipped with this imaging device, or to read characters such as a book or a document. In order to meet these needs, the pan-focus imaging device needs a mechanism suitable for macro photography, but the above-mentioned
またこのような撮像装置を量産する場合において、光学系や光学系の保持枠の部品の寸法ばらつきや特性のばらつき、組み上がり上のばらつき等により、画像を読取るための撮像素子の撮像面に正確に被写体像を結像することが困難になる。 In addition, when mass-producing such an imaging device, the imaging surface of the imaging device for reading an image is accurately detected due to dimensional variations, characteristic variations, assembly variations, and the like of the optical system and the holding frame of the optical system. This makes it difficult to form a subject image.
この問題を解決するために、個々の撮像素子において、撮像素子の入射面の位置と結像面との関係がベストになるようにピント面調整（以降ｆｃ調整と呼ぶ）を行う必要があるが、このような撮像装置に好適なｆｃ調整機構について前記特許文献１〜６には記載されていない。また前記のマクロ撮影に適合した機構と、ｆｃ調整機構の両方を少ない部品によって実現する手段についても開示されていない。
In order to solve this problem, it is necessary to perform focus surface adjustment (hereinafter referred to as fc adjustment) so that the relationship between the position of the incident surface of the image sensor and the imaging plane is the best in each image sensor. The fc adjustment mechanism suitable for such an image pickup apparatus is not described in
従ってこの発明の目的は、第１の撮像距離に適した位置と第２の撮像距離に適した位置とを切換えることができ、より好ましくはｆｃ調整も可能な撮像装置と、それを用いた撮像用機器を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to switch between a position suitable for the first imaging distance and a position suitable for the second imaging distance, and more preferably an imaging apparatus capable of fc adjustment, and imaging using the same. It is to provide equipment.
第１の観点に基く本発明の撮像装置は、物体からの光束を入射して結像面に物体像を形成するためのプリズムユニットであって、少なくとも２つの自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束を入射するための入射光軸と当該プリズムユニットから前記結像面に光束を射出するための射出光軸とが互いに略平行でかつ所定の間隔を有するプリズムユニットと、前記結像面に配置されて、前記プリズムユニットにより形成された物体像を電気信号に変換する撮像素子と、前記プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と直交する方向に沿って前記プリズムユニットの姿勢を保持した状態で移動させる第１のガイド機構と、前記プリズムユニットを前記第１のガイド機構に沿って、第１の位置と、該第１の位置に比べて前記撮像素子の受光面から遠い位置にある第２の位置と、に選択的に位置決め保持する切換え機構とを具備している。 An image pickup apparatus according to a first aspect of the present invention is a prism unit for forming an object image on an imaging surface by entering a light beam from an object, and has at least two free-form reflecting surfaces. A prism unit in which an incident optical axis for entering a light beam from an object and an exit optical axis for emitting the light beam from the prism unit to the imaging plane are substantially parallel to each other and have a predetermined interval; An image sensor that is disposed on the image plane and converts an object image formed by the prism unit into an electrical signal, and holds the posture of the prism unit along a direction perpendicular to the light receiving surface of the image sensor. A first guide mechanism for moving the prism unit along the first guide mechanism, a first position, and a light-receiving surface of the image sensor compared to the first position. It is provided distant and a second position in the position, and a switching mechanism for holding selectively positioned.
第２の観点に基く本発明の撮像用機器は、前記撮像装置によって得られる電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、前記処理手段からの前記画像データを、適用された情報記録媒体に記録するための記録手段とを具備している。撮像用機器の一例は、デジタルカメラやカメラ付きの携帯電話である。 The imaging apparatus of the present invention based on the second aspect applies processing means for obtaining image data by applying predetermined electrical processing to an electrical signal obtained by the imaging device, and the image data from the processing means. Recording means for recording on the recorded information recording medium. An example of the imaging device is a digital camera or a mobile phone with a camera.
前記第１の位置は、例えば、撮像すべき物体の位置が所定の位置から略無限遠までの間にある場合に対応して撮像を行うための標準撮像位置であり、前記第２の位置は、例えば、撮像すべき物体の位置が前記所定の位置よりも近いマクロ撮像位置である。この明細書で言う標準撮像位置とは、至近距離から無限遠までほぼピントが合うパンフォーカスの撮像状態を意味する。マクロ撮像位置は、前記至近距離よりもさらに被写体までの距離が短い超至近領域での撮影に適した撮像状態を意味する。 The first position is, for example, a standard imaging position for imaging corresponding to a case where the position of an object to be imaged is between a predetermined position and approximately infinity, and the second position is For example, it is a macro imaging position where the position of the object to be imaged is closer than the predetermined position. The standard imaging position in this specification means a pan-focus imaging state in which the focus is almost in focus from a close range to infinity. The macro imaging position means an imaging state suitable for shooting in a very close range where the distance to the subject is further shorter than the close range.
この発明の好ましい形態では、前記プリズムユニットは２つのプリズムを有し、各プリズムは、それぞれ、少なくとも１つの自由曲面形状の反射面と、屈折力を有する光入射面と、屈折力を有する光射出面とを有し、さらに前記両プリズム間に配置された絞り部材を有している。 In a preferred embodiment of the present invention, the prism unit has two prisms, and each prism has at least one free-form reflecting surface, a light incident surface having a refractive power, and a light exit having a refractive power. And a diaphragm member disposed between the prisms.
この発明の好ましい形態では、前記切換え機構は、前記撮像素子の受光面と平行な方向に沿って第１の設定位置と第２の設定位置の間で移動可能であり、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決めするための第１の面部と、前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決めするための第２の面部とを含む位置決め面を有しており、前記切換え機構を前記受光面と平行な方向に沿って直進させるための第２のガイド機構と、前記プリズムユニットに設けられ、前記切換え機構の前記位置決め面に当接する当接部と、前記プリズムユニットの前記当接部を前記切換え機構の位置決め面に押圧する押圧機構とをさらに有している。 In a preferred aspect of the present invention, the switching mechanism is movable between a first setting position and a second setting position along a direction parallel to the light receiving surface of the image sensor, and the prism unit is moved to the first setting position. A positioning surface including a first surface portion for positioning to the first position and a second surface portion for positioning the prism unit to the second position, and the switching mechanism as the light receiving surface. A second guide mechanism for linearly moving along a direction parallel to the prism unit, a contact portion provided on the prism unit and contacting the positioning surface of the switching mechanism, and the contact portion of the prism unit And a pressing mechanism that presses against the positioning surface of the switching mechanism.
前記位置決め面の一例は、前記受光面と平行な方向に沿って、前記受光面と平行な第１の平面部と、前記受光面と平行でかつ前記第１の平面部とは前記受光面と直交する方向の位置が異なる第２の平面部とを有し、前記第１の面部は前記第１の平面部内の所定の部分であり、前記第２の面部は前記第２の平面部内の所定の部分である。 An example of the positioning surface includes: a first plane portion parallel to the light receiving surface along a direction parallel to the light receiving surface; and the first plane portion parallel to the light receiving surface and the light receiving surface. A second plane portion having a different position in the orthogonal direction, the first surface portion being a predetermined portion in the first plane portion, and the second surface portion being a predetermined portion in the second plane portion. It is a part of.
前記位置決め面の他の例は、前記受光面と平行な方向に沿って、該受光面に直交する方向の位置が異なる斜面を有し、前記第１の面部は該斜面の中の第１の部分であり、前記第２の面部は前記斜面の中の前記第１の部分とは異なる第２の部分である。 Another example of the positioning surface has a slope whose position in a direction orthogonal to the light receiving surface is different along a direction parallel to the light receiving surface, and the first surface portion is a first surface in the slope. And the second surface portion is a second portion different from the first portion in the inclined surface.
前記プリズムユニットの前記当接部は、前記プリズムユニットを構成するプリズムの一部に形成されている。あるいは前記プリズムユニットの前記当接部は、前記プリズムユニットを構成する前記絞り部材の一部に形成されている。これらの例によれば、プリズムユニットを構成する部品数を削減することが可能となる。 The abutting portion of the prism unit is formed on a part of the prism constituting the prism unit. Alternatively, the contact portion of the prism unit is formed on a part of the diaphragm member that constitutes the prism unit. According to these examples, the number of parts constituting the prism unit can be reduced.
この発明の好ましい形態では、前記切換え機構に連動するマニュアル操作切換え部材であって、前記切換え機構を前記第１の設定位置と前記第２の設定位置とに切換えるマニュアル操作切換え部材、をさらに有している。これにより、撮像装置の外部からのマニュアル操作に応じて、前記撮像状態（第１の位置と第２の位置）の切換えを行うことが可能となる。 In a preferred embodiment of the present invention, there is further provided a manual operation switching member interlocking with the switching mechanism, wherein the manual operation switching member switches the switching mechanism between the first setting position and the second setting position. ing. Thus, the imaging state (first position and second position) can be switched in accordance with a manual operation from the outside of the imaging apparatus.
また、前記プリズムユニットの前記第１の位置と前記第２の位置の少なくともどちらか一方を前記撮像素子の受光面と直交する方向において微調整するための微調機構をさらに有していてもよい。また、前記切換え機構を前記撮像素子の受光面と直交する方向において微調整するための微調機構をさらに有していてもよい。 Further, a fine adjustment mechanism for finely adjusting at least one of the first position and the second position of the prism unit in a direction orthogonal to the light receiving surface of the imaging element may be further included. Further, a fine adjustment mechanism for finely adjusting the switching mechanism in a direction orthogonal to the light receiving surface of the image sensor may be further provided.
また、前記切換え機構の前記第１の設定位置と前記第２の設定位置の少なくともどちらか一方を前記受光面と平行な方向の位置において微調整して前記プリズムユニットの前記第１の位置と第２の位置の少なくともどちらか一方を前記受光面と直交する方向において微調整するための微調機構をさらに有していてもよい。微調機構を備えた撮像装置では、前記切換え機構による二つの撮像状態（例えば標準撮像位置とマクロ撮像位置）の切換え機能に加えて、ピント状態の微調整を行う機能が付加される。 Further, at least one of the first setting position and the second setting position of the switching mechanism is finely adjusted at a position in a direction parallel to the light receiving surface, and the first position and the second position of the prism unit are adjusted. A fine adjustment mechanism for finely adjusting at least one of the two positions in a direction orthogonal to the light receiving surface may be further included. In the imaging apparatus provided with the fine adjustment mechanism, in addition to the switching function of two imaging states (for example, the standard imaging position and the macro imaging position) by the switching mechanism, a function of performing fine adjustment of the focus state is added.
前記微調機構の一例は、前記切換え機構を前記受光面と平行な方向に沿って移動する移動限界位置を規制するための規制部材を有し、この規制部材の位置を前記受光面と平行な方向において微調整する。 An example of the fine adjustment mechanism has a restricting member for restricting a movement limit position for moving the switching mechanism along a direction parallel to the light receiving surface, and the position of the restricting member is set in a direction parallel to the light receiving surface. Make fine adjustments.
本発明によれば、プリズムユニットを撮像素子の受光面と直交する方向に関して第１の位置と第２の位置とに切換えることが可能であるため、二つの撮像状態すなわち撮像すべき物体の位置が第１の距離範囲にある場合と、第２の距離範囲にある場合のそれぞれに適した撮像を行うことができる。 According to the present invention, the prism unit can be switched between the first position and the second position with respect to the direction orthogonal to the light receiving surface of the image sensor. Imaging suitable for each of the case of being in the first distance range and the case of being in the second distance range can be performed.
以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図１４を参照して説明する。
図１は撮像用機器の一例としてのデジタルカメラ１を示している。図２に示すようにデジタルカメラ１のハウジング２の内部に、撮像装置１０と、処理手段としての画像処理回路１１と、記録部１２などが収容されている。画像処理回路１１は、撮像装置１０によって得られる電気信号に所定の電気的処理を施すことにより、画像データを得る機能を担っている。記録部１２は、画像処理回路１１からの画像データを、適用された記録媒体に記録するための記録手段として機能する。ここで、「適用された記録媒体」とは、このデジタルカメラ１に内蔵されたフラッシュメモリや、外部から挿脱可能なメモリカード等のことである。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a
ハウジング２に、レリーズボタン２０やフラッシュ２１、ファインダ光学系２２、カバーガラス２３等が設けられている。ハウジング２の背面に画像モニタ２４が設けられている。
The
撮像装置１０は、偏心光学系を構成するプリズムユニット３０と、固定枠３１を含んでいる。固定枠３１の所定位置には、基板上に実装された例えばＣＣＤ等の撮像素子３２が位置決め保持されている。
The
プリズムユニット３０の一例が図３〜図１１に示されている。このプリズムユニット３０は、第１プリズム４１と、開口絞りを備えた絞り部材４３と、第２プリズム４２とを有している。絞り部材４３は、第１および第２プリズム４１，４２を所定位置に保持するための保持部材としても機能する。
An example of the
第２プリズム４２の射出側にフィルタ等の光学部材４４が配置されている。第２プリズム４２から出た光は結像面４５にて結像する。この結像面４５に、プリズムユニット３０により形成された物体像を電気信号に変換するための撮像素子３２の受光面が配置されている。
An
図３に示されるように、第１プリズム４１は、入射面５１と、回転非対称な反射面５２と、射出面５３とを有する偏心プリズムである。図５に示されるように第１プリズム４１の射出面５３は、その有効径部５３ａの外側領域に平面に形成された平面部５３ｂを有している。平面部５３ｂは、円柱状に形成された２つの位置決め部５３ｃ，５３ｄと、半球面状に形成された３つの突起部５３ｅ，５３ｆ，５３ｇなどを有している。位置決め部５３ｃ，５３ｄは、有効径部５３ａの外側位置に設けられている。図４では、位置決め部５３ｃ，５３ｄは、有効径部５３ａを挟んで、互いに対向するように設けられている。
As shown in FIG. 3, the
突起部５３ｅ，５３ｇは、有効径部５３ａを挟む位置決め部５３ｃ，５３ｄの外側位置に設けられている。よって、有効径部５３ａの中心位置からの距離で比べると、位置決め部５３ｃ，５３ｄまでの距離に比べて、突起部５３ｅ，５３ｇまでの距離の方が長い。突起部５３ｆは、有効径部５３ａの外側であって、位置決め部５３ｃ，５３ｄの内側位置に設けられている。このように、３つの突起部のうち、少なくとも２つの突起部は、有効径部５３ａの中心位置からの距離で比べると、位置決め部までの距離に比べて長い（遠い）位置に設けられている。
The
図３に示すように第２プリズム４２は、入射面６１と、反射面６２と、反射面６３と、射出面６４とを有する偏心プリズムで構成されている。反射面６２と反射面６３のうち少なくとも一つは回転非対称な面である。
As shown in FIG. 3, the
第２プリズム４２の入射面６１は、図６に示すように、その有効径部６１ａの外側領域に平面に形成された平面部６１ｂを有している。平面部６１ｂは、円柱状に形成された２つの位置決め部６１ｃ，６１ｄと、半球面状に形成された３つの突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇを有している。位置決め部６１ｃ，６１ｄは、有効径部６１ａを挟む外側位置に設けられている。突起部６１ｅ，６１ｇは、有効径部６１ａを挟む位置決め部６１ｃ，６１ｄの外側位置に設けられている。突起部６１ｆは、有効径部６１ａの外側であって位置決め部６１ｃ，６１ｄの内側位置に設けられている。また、突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇは、入射面６１上において非対称に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
図７〜図９に示すように、保持部材としても機能する絞り部材４３は、２つのプリズム４１，４２の光学作用面の有効径に合わせて構成された開口部６２ａを備えている。絞り部材４３は、開口部６２ａの外側に平面状に形成された平面部６２ｂ，６２ｃを両面に有している。
As shown in FIGS. 7 to 9, the
平面部６２ｂ，６２ｃには、位置決め保持部６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇが形成されている。これらの位置決め保持部６２ｄ〜６２ｇは、第１および第２プリズム４１，４２の位置決め部５３ｃ，５３ｄ，６１ｃ，６１ｄに対応する位置に形成され、位置決め部５３ｃ，５３ｄ，６１ｃ，６１ｄの形状に合わせて、嵌合可能な貫通孔として形成されている。
Positioning and holding
絞り部材４３の肉厚Ｈの一例は、Ｈ＝１．１２ｍｍ、第１および第２プリズム４１，４２の位置決め部の長さｔの一例は、それぞれｔ＝０．５５ｍｍで設計されている。この場合、ｔ／Ｈ＝０．４９である。
An example of the thickness H of the
このように構成されたプリズムユニット３０は、第１プリズム４１を、絞り部材４３の平面部６２ｂ側から、位置決め部５３ｃを位置決め保持部６２ｄに嵌合させ、位置決め部５３ｄを位置決め保持部６２ｅに嵌合させる。これにより、第１プリズム４１の位置が決まる。
In the
このとき、第１プリズム４１の突起部５３ｅ，５３ｆ，５３ｇが絞り部材４３の平面部６２ｂに当接することで、第１プリズム４１の絞り部材４３に対する傾きが決まる。同様に、第２プリズム４２を、絞り部材４３の平面部６２ｃ側から、位置決め部６１ｃを位置決め保持部６２ｆに嵌合させ、かつ、位置決め部６１ｄを位置決め保持部６２ｇに嵌合させる。これにより、第２プリズム４２の位置が決まる。このとき、第２プリズム４２の突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇが絞り部材４３の平面部６２ｃに当接することで、第２プリズム４２の絞り部材４３に対する傾きが決まる。
At this time, the
このようにして、図１０に示すように、第１プリズム４１と第２プリズム４２は絞り部材４３の両側に保持される。なお図１１に示すように、第１プリズム４１の重心を通る直線と、第２プリズム４２の重心を通る直線とが絞り部材４３上で同一直線上にこないように、一方の位置決め保持部６２ｄ，６２ｅと他方の位置決め保持部６２ｆ，６２ｇとは、互いに異なる位置に設けられている。
In this way, the
図１０の状態において、第１および第２プリズム４１，４２の絞り部材４３に対する傾きの調整が必要な場合には、傾き方向および傾きの度合いに応じて第１プリズム４１の突起部５３ｅ，５３ｆ，５３ｇと、第２プリズム４２の突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇを所定量削ることで、プリズム４１，４２の傾きを簡単に調整することができる。
In the state of FIG. 10, when it is necessary to adjust the inclination of the first and
以上説明したように本実施形態のプリズムユニット３０は、物体からの光束を入射して結像面４５に物体像を形成するためのものであって、少なくとも２面の自由曲面形状の反射面５２，６２，６３を有している。しかも、物体からの光束を入射するための入射光軸とプリズムユニット３０から結像面４５に光束を射出するための射出光軸とが略平行であり、かつ所定の間隔を有するプリズム光学系によって構成されている。
As described above, the
前記プリズムユニット３０は、図１２に示されるようにケース７０に収容される。ケース７０には、第１プリズム４１の入射面５１に対向する位置に入射窓７１が形成されている。図１３に示されるように、固定枠３１に一対のガイド部材７５，７６が形成されている。これらガイド部材７５，７６は、ケース７０に形成された係合部７７（一方のみ図示する）に嵌合する。
The
この撮像装置１０は、プリズムユニット３０を撮像素子３２の受光面と直交する方向に移動可能に案内するための第１のガイド機構８０を備えている。このガイド機構８０は、撮像素子３２の受光面と直交する方向（図１２中に矢印Ｘで示す方向）に沿って、プリズムユニット３０の姿勢を保持しながらプリズムユニット３０を矢印Ｘ方向に移動可能に案内するものである。
The
第１のガイド機構８０は、ケース７０に形成されたガイド部の一例であるガイド溝８１と、このガイド溝８１に対して矢印Ｘ方向に移動自在に嵌合する凸形状の被ガイド部８２と、後述する切換え部材９１に当て付く当接部８３などを含んでいる。これら被ガイド部８２と当接部８３は、絞り部材４３の両側面に形成されている。被ガイド部８２と当接部８３は、第１のプリズム４１または第２のプリズム４２に形成されていてもよい。
The
被ガイド部８２は、それぞれ、互いに平行な二面８５，８６を有する凸部からなり、互いに平行な二面８５，８６をガイド溝８１の内側面に接触させることにより、プリズムユニット３０が矢印Ｘ方向に真っ直ぐに移動することができるようになっている。当接部８３の形状は問わないが、一例として円柱状のピンのような形状であり、切換え機構９０を構成する下記切換え部材９１の位置決め面９２に接するようになっている。
Each of the guided
切換え部材９１は、プリズムユニット３０を、前記第１のガイド機構８０に沿って、第１の位置（一例として図２に示す標準撮像位置）Ｐ１と、第１の位置Ｐ１に比べて撮像素子３２の受光面より遠い位置にある第２の位置Ｐ２（一例としてマクロ撮像位置）とに選択的に位置決め保持する機能を有している。この切換え部材９１は、固定枠３１とケース７０に対し、図１２中に矢印Ｙで示す方向（撮像素子３２の受光面と平行な方向）に往復移動可能に設けられている。
The switching
切換え部材９１は、例えば図１に示すデジタルカメラ１のハウジング２に設けられたマニュアル操作切換え部材９５によって、第１の設定位置Ｓ１と第２の設定位置Ｓ２とに切換えることができるようになっている。マニュアル操作切換え部材９５は切換え機構９０の切換え部材９１に連動しており、切換え機構９０を第１の設定位置Ｓ１および第２の設定位置Ｓ２に切換えて位置決めする際に使用される。
For example, the switching
切換え部材９１は、撮像素子３２の受光面と平行な方向（図１２に矢印Ｙで示す方向）に沿って、第１の設定位置Ｓ１と第２の設定位置Ｓ２との間で移動可能である。この切換え部材９１に形成されている位置決め面９２は、撮像素子３２の受光面と平行な方向（矢印Ｙ方向）に沿って、撮像素子３２の受光面と平行な第１の平面部９２ａと、前記受光面と平行でありかつ第１の平面部９２ａとは前記受光面と直交する方向の位置が異なる第２の平面部９２ｂと、これら第１および第２の平面部９２ａ，９２ｂの間に位置する斜面部９２ｃとを有している。
The switching
第１の平面部９２ａの長手方向の途中の所定の部分は、プリズムユニット３０を前記第１の位置Ｐ１に位置決めするための第１の面部として機能する。第２の平面部９２ｂの長手方向の途中の所定の部分は、プリズムユニット３０を前記第２の位置Ｐ２に位置決めするための第２の面部として機能する。
A predetermined portion in the longitudinal direction of the first
ケース７０に、第２のガイド機構としてのガイド部１００が設けられている。このガイド部１００は、切換え機構９０の切換え部材９１を撮像素子３２の受光面と平行な方向（矢印Ｙ方向）に沿って直進させるためのものである。
The
切換え部材９１に形成された位置決め面９２が、プリズムユニット３０の当接部８３に当接するようになっている。位置決め面９２を構成する第１の平面部９２ａと第２の平面部９２ｂとの間に斜面部９２ｃが形成されているため、当接部８３は第１の平面部９２ａと第２の平面部９２ｂとの間を円滑に移動することができる。
A
また、前記当接部８３を位置決め面９２に当て付けるための押圧機構の一例として、ばね１０１が設けられている。ばね１０１の弾力によって、当接部８３が位置決め面９２に向かって付勢されている。このばね１０１は、例えばケース７０に取付けられている。
A
この撮像装置１０は、前記第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の少なくともどちらか一方（例えば第１の位置Ｐ１）を撮像素子３２の受光面と直交する方向において微調整するための微調機構１１０を有している。微調機構１１０の一例は、固定枠３１に設けられた前記ガイド部材７５，７６と、ケース７０に設けられた係合部７７（図１２に一方のみ図示する）を含んでいる。
The
ガイド部材７５，７６と係合部７７は、撮像素子３２の受光面と直交する方向（矢印Ｘ方向）に相対移動することができる。すなわち前記プリズムユニット３０は、ケース７０および切換え機構９０と一体に、矢印Ｘ方向に移動することが可能である。このことにより、プリズムユニット３０は、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の少なくとも一方を微調整することが可能となる。つまり、プリズムユニット３０の位置を撮像素子３２の受光面と直交する方向において微調整することができるようになっている。
The
この撮像装置１０のｆｃ調整を行う場合、一例として、図１４に示すように、把持機構１２０を有する治具１２１によってケース７０を保持し、例えばねじ等の調整部材１２２によって把持機構１２０とベース部材１２３との相対位置を微調整することにより、固定枠３１とケース７０との間の距離Ｇを調整する。
When the fc adjustment of the
固定枠３１とケース７０との間の距離Ｇを調整することにより、例えば標準撮像位置においてｆｃ調整をなすことができる。この場合、ｆｃ調整中に固定枠３１が動かないようにするために、固定用治具１２５によって固定枠３１が所定位置に保持される。なお、詳細な説明は省略するが、このｆｃ調整を行うときには、標準撮像に適合した物***置に調整用テストチャートを置き、撮像素子からの電気信号に基いて画像データのコントラスト値を評価して、そのコントラスト値が最大になる位置に微調整を行う。
By adjusting the distance G between the fixed
ｆｃ調整が行われたのち、例えば接着剤によってガイド部材７５，７６と係合部７７とを接着することにより、撮像素子３２に対するピント面が調整された位置にて、プリズムユニット３０から撮像素子３２まで距離が固定される。
After the fc adjustment is performed, for example, the
本実施形態では、標準撮像位置の結像状態がベストになるようにしたが、マクロ撮像位置の結像状態がベストになるようにｆｃ調整を行い、標準撮像位置の結像状態がなりゆきになるようにしてもよい。 In the present embodiment, the imaging state at the standard imaging position is the best, but the fc adjustment is performed so that the imaging state at the macro imaging position is the best, and the imaging state at the standard imaging position gradually decreases. It may be made to become.
次に、前記切換え機構９０と微調機構１１０等を備えた撮像装置１０の動作について説明する。
図１に示すマニュアル操作切換え部材９５等によって、切換え部材９１を第１の設定位置Ｓ１に移動させる。この場合、当接部８３が第１の平面部９２ａ内の第１の面部に当接することにより、プリズムユニット３０が標準撮像位置となる。切換え部材９１を第２の設定位置Ｓ２に移動させると、当接部８３が第２の平面部９２ｂ内の第２の面部に当接することにより、プリズムユニット３０がマクロ撮像位置となる。ここでは詳細な機構について図示しないが、マニュアル操作切換え部材９５と切換え部材９１とが、互いに動作的に連結されている。
Next, the operation of the
The switching
この撮像装置１０は、前記ｆｃ調整によってピント面の位置を微調整することができるため、撮像装置１０の組立時等に不可避的に生じる部品各部のばらつきや部品の形状精度等に起因するプリズムユニット３０の結像面４５と撮像素子３２の受光面との位置ずれを極小とすることができる。このため、撮像装置１０は良質な画像を結ぶことができる。
Since the
図１５から図１８は、本発明をより具体化した第２の実施形態の撮像装置１０ａを示している。この撮像装置１０ａの基本的な構成と作用は前記第１の実施形態の撮像装置１０と共通であるため、第１の実施形態の撮像装置１０と共通の部位に共通の符号を付してある。
15 to 18 show an imaging apparatus 10a according to a second embodiment that further embodies the present invention. Since the basic configuration and operation of the imaging apparatus 10a are the same as those of the
第２の実施形態の撮像装置１０ａは、第１の実施形態と同様に、撮像素子３２が設けられた固定枠３１と、ケース７０と、ケース７０内に収容されたプリズムユニット３０と、第１のガイド機構８０と、第２のガイド機構として機能するガイド部１００と、微調機構１１０を構成するガイド部材７５，７６および係合部７７，７７´などを備えている。
Similar to the first embodiment, the imaging device 10a of the second embodiment includes a fixed
図１５に示すように切換え機構９０は、図１６に示す第１の設定位置Ｓ１と図１８に示す第２の設定位置Ｓ２とに移動可能な切換え部材９１を有している。切換え部材９１を第１の設定位置Ｓ１に移動させたとき、図１７に示すようにプリズムユニット３０が第１の位置Ｐ１（例えば標準撮像位置）に移動し、切換え部材９１を第２の設定位置Ｓ２に移動させたときに、プリズムユニット３０が第２の位置Ｐ２（例えばマクロ撮像位置）に移動する。この撮像装置１０ａは、切換え部材９１を第１の設定位置Ｓ１あるいは第２の設定位置Ｓ２で止めるための規制部材１２９（図１５と図１６に示す）を備えている。
As shown in FIG. 15, the
図１９は、本発明の第３の実施形態の撮像装置１０ｂを示している。この撮像装置１０ｂの基本的な構成と作用は前記第１の実施形態の撮像装置１０と共通であるが、ｆｃ調整用の微調機構１１０として、ねじ部材１３０を備えている。このねじ部材１３０は、固定枠３１に対する螺進量を調整することにより、固定枠３１とケース７０の間の距離Ｇを微調整することで、プリズムユニット３０のピント面調整（ｆｃ調整）を行うことができるようになっている。
FIG. 19 shows an imaging apparatus 10b according to the third embodiment of the present invention. Although the basic configuration and operation of the imaging apparatus 10b are the same as those of the
図２０は本発明の第４の実施形態の撮像装置１０ｃを示している。この撮像装置１０ｃの切換え機構９０の位置決め面９２は、撮像素子の受光面と直交する方向の座標が異なる斜面によって構成されるカム斜面１４０を含んでいる。このカム斜面１４０に当接部８３が当接している。
FIG. 20 shows an
カム斜面１４０は、プリズムユニット３０を前記第１の位置Ｐ１に位置決めするための第１の面部として機能する第１の面部１４１と、プリズムユニット３０を前記第２の位置Ｐ２に位置決めするための第２の面部１４２とを有している。これら第１および第２の面部１４１，１４２は、撮像素子と平行な方向に沿って並んで形成されている。第１の面部１４１はカム斜面１４０の中の第１の部分であり、第２の面部１４２はカム斜面１４０の中の前記第１の部分とは異なる第２の部分である。
The
この実施形態の撮像装置１０ｃのように、カム斜面１４０の途中の第１の面部１４１または第２の面部１４２に当接部８３を当接させることによって、第１の位置（例えば標準撮像位置）と第２の位置（例えばマクロ撮像位置）とを切換えることができる。この撮像装置１０ｃは、規制部材１５０，１５１を備えている。規制部材１５０，１５１は、切換え部材９１が撮像素子の受光面と平行な方向に移動する範囲を規制するためのストッパとして機能する。
Like the
規制部材１５０，１５１の一例は軸１５２，１５３を中心に回転する偏心ピンであり、これら規制部材１５０，１５１を回転させ、切換え部材９１の位置（第１の設定位置Ｓ１と、第２の設定位置Ｓ２）を規制することにより、当接部８３と接する第１の面部１４１と第２の面部１４２の位置を微調整することができるようになっている。こうすることにより、プリズムユニット３０を第１の位置（例えば標準撮像位置）と第２の位置（例えばマクロ撮像位置）に切換えることができるとともに、プリズムユニット３０のピント面の微調整（ｆｃ調整）を行うことができる。
An example of the restricting
図２１と図２２は、本発明の第５の実施形態の撮像装置１０ｄを示している。この撮像装置１０ｄの基本的な構成と作用は前記第４の実施形態の撮像装置１０ｃと共通であるため、第４の実施形態の撮像装置１０ｃと共通の部位に共通の符号を付したが、切換え部材９１の形状をはじめとして、ケース７０、固定枠３１、ばね１０１等の態様が、第４の実施形態よりもさらに具体化されている。
21 and 22 show an
この撮像装置１０ｄの切換え機構９０の位置決め面９２も、第４の実施形態の撮像装置１０ｃと同様に、撮像素子３２の受光面と直交する方向の座標が異なる斜面からなるカム斜面１４０を含み、カム斜面１４０に当接部８３が当接している。
The
カム斜面１４０は、プリズムユニット３０を前記第１の位置Ｐ１に位置決めするための第１の面部として機能する第１の面部１４１と、プリズムユニット３０を前記第２の位置Ｐ２に位置決めするための第２の面部１４２とが、撮像素子３２と平行な方向に沿って並んで形成されている。
The
このように構成された撮像装置１０ｄも、当接部８３がカム斜面１４０の第１の面部１４１または第２の面部１４２に選択的に当接することにより、標準撮像位置とマクロ撮像位置とを切換えることができる。また、規制部材１５０，１５１によって切換え部材９１の位置を微調整することにより、当接部８３と接する第１の面部１４１と第２の面部１４２の位置を微調整することができ、プリズムユニット３０のピント面の微調整（ｆｃ調整）を行うことができる。
The
図２３は、撮像用機器の一例として、本発明の撮像装置をカメラ付携帯電話１６０に組み込んだ例である。このカメラ付携帯電話１６０に、前記各実施形態で説明した撮像装置（例えば撮像装置１０）を組込むことにより、カメラ付携帯電話１６０の小型化および薄型化、そして高画質化が可能である。
FIG. 23 shows an example in which the imaging apparatus of the present invention is incorporated in a camera-equipped
図２４〜図２６は、それぞれ本発明の撮像装置に適用されるプリズムユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃの互いに異なる例を示している。いずれのプリズムユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃも、前記実施形態の撮像装置と同様の切換え機構により、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とを切換えることができるようになっている。
24 to 26 show different examples of the
図２４に示したプリズムユニット３０ａは、第１プリズム４１ａと第２プリズム４２ａの各面２０１〜２０６が全て自由曲面からなる。第１面２０１より入射した光は、第１面２０１で屈折して第２面２０２で全反射し、次に、第３面２０３で屈折したのち、第４面２０４で屈折する。さらに第５面２０５で全反射したのち、第６面２０６で全反射し、第５面２０５で屈折したのち結像面４５にて結像する。
In the prism unit 30a shown in FIG. 24, the
図２５に示したプリズムユニット３０ｂの偏心プリズム２１０は、自由曲面からなる第１面２１１と、第２面２１２と、第３面２１３とを有している。絞り部材２１４を通って入射した光は、第１面２１１で屈折して偏心プリズム２１０に入射し、第２面２１２で内部反射し、再び第１面２１１に入射して今度は全反射し、第３面２１３で内部反射し、三たび第１面２１１にて全反射し、再び第３面２１３にて内部反射し、四たび第１面２１１で屈折されて結像面４５にて結像する。
The
図２６に示されたプリズムユニット３０ｃは、第１プリズム２２１と第２プリズム２２２の各面２３１〜２３８が全て自由曲面からなる。第１面２３１より入射した光は、第１面２３１で屈折して第２面２３２で全反射し、さらに第３面２３３で全反射したのち、第４面２３４と第５面２３５で屈折し、さらに第６面２３６と第７面２３７で全反射したのち、第８面２３８で屈折し、結像面４５にて結像する。
In the prism unit 30c shown in FIG. 26, the
なお、この発明を実施するに当たり、プリズム光学系やガイド機構、撮像素子、切換え機構をはじめとして、発明の構成要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。 Needless to say, in implementing the present invention, various components of the invention, such as a prism optical system, a guide mechanism, an imaging device, and a switching mechanism, can be implemented without departing from the spirit of the invention.
また前記実施形態では、マニュアル操作切換え部材９５によって切換え機構９０の位置を切換えるようにしたが、マニュアル操作切換え部材９５を使用する代りに、モータやソレノイド等のアクチュエータを使用して電動で切換えることができるように構成してもよい。
In the above-described embodiment, the position of the
１…デジタルカメラ（撮像用機器）
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…撮像装置
１１…画像処理回路
１２…記録部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…プリズムユニット
３２…撮像素子
４１…第１プリズム
４２…第２プリズム
４３…絞り部材（保持部材）
４５…結像面
８０…第１のガイド機構
８３…当接部
９０…切換え機構
９１…切換え部材
９２…位置決め面
９５…マニュアル操作切換え部材
１００…ガイド部（第２のガイド機構）
１０１…ばね（押圧機構）
１１０…微調機構
１３０…ねじ部材（微調機構）
１４０…カム斜面
１４１…第１の面部
１４２…第２の面部
１５０，１５１…規制部材
１６０…カメラ付携帯電話（撮像用機器）
1. Digital camera (imaging equipment)
DESCRIPTION OF
45 ...
101 ... Spring (pressing mechanism)
110: Fine adjustment mechanism 130: Screw member (fine adjustment mechanism)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記結像面に配置されて、前記プリズムユニットにより形成された物体像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と直交する方向に沿って前記プリズムユニットの姿勢を保持した状態で移動させる第１のガイド機構と、
前記プリズムユニットを前記第１のガイド機構に沿って、第１の位置と、該第１の位置に比べて前記撮像素子の受光面から遠い位置にある第２の位置と、に選択的に位置決め保持する切換え機構と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。 A prism unit for entering a light beam from an object to form an object image on an imaging plane, having at least two free-form reflecting surfaces, and an incident optical axis for entering the light beam from the object And a prism unit having an emission optical axis for emitting a light beam from the prism unit to the image plane and substantially parallel to each other and a predetermined interval;
An image sensor that is disposed on the imaging plane and converts an object image formed by the prism unit into an electrical signal;
A first guide mechanism for moving the prism unit in a state in which the posture of the prism unit is maintained along a direction orthogonal to a light receiving surface of the image sensor;
The prism unit is selectively positioned along the first guide mechanism at a first position and a second position that is farther from the light receiving surface of the image sensor than the first position. A switching mechanism to hold,
An imaging apparatus comprising:
前記処理手段からの前記画像データを、適用された情報記録媒体に記録するための記録手段と、
を具備したことを特徴とする撮像用機器。 Processing means for performing predetermined electrical processing on an electrical signal obtained by the imaging apparatus according to claim 1 to obtain image data;
Recording means for recording the image data from the processing means on an applied information recording medium;
An imaging apparatus comprising:
前記切換え機構を前記受光面と平行な方向に沿って直進させるための第２のガイド機構と、
前記プリズムユニットに設けられ、前記切換え機構の前記位置決め面に当接する当接部と、
前記プリズムユニットの前記当接部を前記切換え機構の位置決め面に押圧する押圧機構と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 The switching mechanism is movable between a first set position and a second set position along a direction parallel to the light receiving surface of the image sensor, and positions the prism unit at the first position. A positioning surface including a first surface portion and a second surface portion for positioning the prism unit at the second position,
A second guide mechanism for causing the switching mechanism to go straight along a direction parallel to the light receiving surface;
An abutting portion provided on the prism unit and abutting against the positioning surface of the switching mechanism;
A pressing mechanism that presses the contact portion of the prism unit against the positioning surface of the switching mechanism;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
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