JP2006303892A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自由曲面を有するプリズムを使用して、装置全体を小型化することのできる撮像装置を提供することである。
【解決手段】撮影光学系は、第１反射面１６ｂを有する第１プリズム１６と、第２、第３反射面１７ｂ、１７ｃを有する第２プリズム１７から構成され、上記撮影光学系が形成する物体像が撮像素子１８にて電気信号に変換される。上記第２プリズム１７の第３反射面１７ｃには、第２反射面１７ｂから入射した光束を撮像素子１８側へ反射する反射状態と、素子外部へ透過する透過状態とに切り換える液晶シャッタ２３が設けられる。そして、システムコントローラ２０が、上記撮像素子１８を制御して上記物体像の電気信号を取得する動作に応じて、液晶シャッタ２３を反射状態と透過状態とに所定のタイミングで切り換える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、デジタルカメラカメラ付き携帯電話機等に用いられる撮像装置に係り、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に関するものである。

最近のデジタルカメラやカメラ付き携帯電話機は、小型化、薄型化、高性能化が要求されてきている。これらの機器に共軸系の光学系を使用した撮像装置に於いては、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。

しかしながら、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、画質を向上させようとすると、レンズの枚数を多くする必要が発生し、その結果、撮像装置が大きくなるという問題が発生する。

これらの問題点を解決するための１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知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２００２−１９６２４３号公報 特開２００３−８４２００号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２には、自由曲面を含んだプリズムを２つ用いた撮像光学系が記載されている。撮影光学系の焦点面にＣＣＤ等の撮像素子を配置して撮影動作を行うには、撮像素子の露光時間を制御するためのシャッタが必要なる。シャッタの配置可能な位置は、撮像光学系の絞りが配置される位置、若しくは撮像素子の結像面の近傍位置である。何れの位置も、光学系が小型化されると、シャッタを実装する空間が狭いため、シャッタを駆動する機構系を実装することも困難を伴う。撮影光学系が小型であってもシャッタを駆動する機構系が小型化できないと、撮影装置全体の小型化には寄与せず、自由曲面を有するプリズムを敢えて使用する利点が発生しない。

したがって本発明の目的は、上記実情に鑑みてなされたものであり、自由曲面を有するプリズムを使用して、装置全体を小型化することのできる撮像装置を提供することを目的とする。

すなわち請求項１に記載の発明は、少なくとも１つの反射面を有する第１、第２の光学素子から構成された撮影光学系と、上記撮影光学系が形成する物体像を電気信号に変換する撮像素子と、上記第１、第２の光学素子の何れか一方の光学素子の１つの面に配置され、光学素子内部から該１つの面へ入射した光束を上記光学素子内部へ反射する反射状態と、この光束を素子外部へ透過する透過状態とに切り換える光路切り換え手段と、上記撮像素子を制御して上記物体像の電気信号を取得する動作に応じて、上記光路切り換え手段を上記反射状態と上記透過状態とに所定のタイミングで切り換える制御手段と、を具備することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記光路切り換え手段が透過状態に設定された際に素子外へ透過された光束を吸収するためのもので、上記光路切り換え手段が配置された反射面に対向して配置されている光吸収部材を更に具備することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記光路切り換え手段は保持枠を有し、上記光路切り換え手段が配置される光学素子に設けられた係止部と、上記保持枠に設けられた被係止部とがスナップ結合されることで上記光路切り換え手段が保持されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記第１、第２の光学素子は、光軸に沿う面に対して鏡像で、且つ回転非対称の自由曲面から構成されるプリズムであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、物体からの光束が第１入射面から入射されて少なくとも１つの自由曲面形状の第１反射面で上記光束を反射させた後で第１射出面から上記光束を射出する第１プリズムと、上記第１射出面から射出され上記光束が第２射出面から入射されて少なくとも１つの自由曲面形状の第２反射面で上記光束を反射した後で第２射出面から上記光束を射出する第２プリズムと、上記第１プリズム及び第２プリズムを含む撮像光学系の結像面に配置されて上記撮影光学系によって形成される物体像を電気信号に変換する撮像素子と、上記第２プリズムの１つの面に配置され、プリズム内部から該第２プリズムの１つの面へ入射した光束をプリズム内部へ反射して上記撮像素子上に物体像を形成する状態と、この光束を上記プリズム外部へ透過させて上記撮像素子上に物体を形成しない状態とに設定する液晶素子と、上記第２プリズムに設けられた係止部とスナップ結合する被係止部を有した上記液晶素子を保持するための保持枠と、上記保持枠の開口部に配置され、上記液晶素子を透過した光束を吸収する光吸収部材と、上記第１反射面に対して光束が反射される側と反対の背面側の空間に配置され上記液晶素子を駆動する回路と、を具備することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、第１及び第２の光学素子を有するもので、該第１及び第２の光学素子の何れか一方が少なくとも１つの反射面を有する撮影光学系と、上記撮影光学系を通過する被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、上記第１及び第２の光学素子の何れか一方の光学素子の上記反射面に配置され、上記光学素子内部から該反射面へ入射した光束を上記光学素子内部へ反射する反射状態と、この光束を上記光学素子外部へ透過する透過状態とに切り換える光路切り換え手段と、上記撮像素子を制御して上記被写体像の電気信号を取得する動作に応じて、上記光路切り換え手段を上記反射状態と上記透過状態とに所定のタイミングで切り換える制御手段と、を具備することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明に於いて、上記光路切り換え手段が透過状態に切り換えられた際に上記光学素子外へ透過された光束を吸収するためのもので、上記光路切り換え手段が配置された反射面に対向して配置された光吸収部材を更に具備することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明に於いて、上記光路切り換え手段は保持枠を有し、上記光路切り換え手段が配置される光学素子に設けられた係止部と、上記保持枠に設けられた被係止部とがスナップ結合されることで上記光路切り換え手段が保持されることを特徴とする。

本発明によれば、自由曲面を有するプリズムを使用して、装置全体を小型化することのできる撮像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施形態のデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。
図１に於いて、デジタルカメラ１の外装であるハウジング２上面部には、撮影操作を行うためのレリーズ釦３が設けられている。また、デジタルカメラ１の前面となるハウジング２には、フラッシュ装置４、ファインダ光学系５、撮像光学系６が設けられている。

上記撮像光学系６は、図２に示されるように、基板１０上に取り付けられた保持枠１１、ケース１２が保持されることによって全体が密閉されている。そして、ケース１２の一部に、図示されない被写体からの光束が通過する入射窓６ａが設けられている。尚、７ａ及び７ｂは、後述する絞り板を取り付けるためのボスである。

図３は、図１に示されるデジタルカメラの内部構成を模式的に示した図である。
撮像光学系６を構成する撮像モジュール１５は、第１プリズム１６と、第２プリズム１７と、撮像素子１８と、液晶シャッタ２３を備えている。上記第１プリズム１６は、第１入射面１６ａと、第１反射面１６ｂと、第１射出面１６ｃとを備えており、第１反射面１６ｂが回転非対称な自由曲面形状に形成された偏心プリズムで構成される。また、上記第２プリズム１７は、第２入射面１７ａと、第２反射面１７ｂ及び第３反射面１７ｃと、第２射出面１７ｄとを備えており、上記第２反射面１７ｂ及び第３反射面１７ｃが、それぞれ回転非対称な自由曲面形状に形成された偏心プリズムで構成される。

また、この撮像光学系６は、撮像素子１８と、撮像素子インターフェース（ＩＦ）回路１９と、システムコントローラ２０と、液晶駆動回路２２と、液晶シャッタ２３を有するシャッタ部２４と、通信インターフェース（ＩＦ）回路２５とを備えて構成される。

上記撮像素子１８は、上記第１プリズム１６及び第２プリズム１７を介して入射される被写体像を光電変換するための撮像手段であり、ＣＣＤ等により構成される。また、この撮像素子１８は、受光面が結像面となるように配置されている。システムコントローラ２０は、上記撮像素子インターフェース回路１９を介して撮像素子１８を駆動制御すると共に、液晶駆動回路２２を介してシャッタ部２４内の液晶シャッタ２３を駆動制御する。尚、シャッタ部２４の詳細な構成については後述する。また、上記液晶シャッタ２３は、第２プリズム１７の平坦な面となる第３反射面１７ｃに設けられるもので、液晶駆動回路２２及びシステムコントローラ２０によってシャッタの開閉時間が制御される。

この液晶シャッタ２３は、例えば、図４に示されるように、液晶駆動回路２２によって所定の液晶駆動電圧が印加されると反射状態となり、該駆動電圧が印加されないと透過状態になる。Ｎａｔｕｒｅ ｖｏｌ ３９２ ｐｐ４７６２ Ａｐｒｉｌ １９９８には、電圧を印加すると反射状態と透過状態と共に変化する液晶が発表されている。このような液晶を、液晶シャッタ２３として利用することができる。つまり、液晶シャッタ２３が反射状態の場合、第１プリズムの第１入射面１６ａ、第１反射面１６ｂ、第１射出面１６ｃ及び第２プリズム１７の第２入射面１７ａ、第２反射面１７ｂを通った被写体光束は、液晶シャッタ２３によって第３反射面１７ｃで反射されて、第２射出面１７ｄから撮像素子１８に導かれる。一方、液晶シャッタ２３が透過状態の場合は、第１プリズムの第１入射面１６ａ、第１反射面１６ｂ、第１射出面１６ｃ及び第２プリズム１７の第２入射面１７ａ、第２反射面１７ｂを通った被写体光束は、第３反射面１７ｃ及び液晶シャッタ２３を透過するので、第２射出面１７ｄ及び撮像素子１８には導かれない。したがって、この液晶シャッタ２３の反射状態の時間を制御することにより、露光時間が決定される。

更に、上記通信インターフェース回路２５は、撮像モジュール１５の外部の外部制御装置２６と通信を行うためのものである。例えば、本撮像モジュールを携帯電話機に組み込んで使用する際は、外部制御は携帯電話機のシステムコントローラに相当する。

このような構成の撮像モジュール１５に於いて、図示されない被写体からの光束は、図３に一点鎖線で示されるように、第１プリズム１６の第１入射面１６ａから入射し、第１反射面１６ｂで反射された後、第１射出面１６ｃから射出される。そして、第１プリズム１６の第１射出面１６ｃから射出された光束は、第２プリズム１７の第２入射面１７ａから入射し、第２反射面１７ｂで反射される。

ここで、液晶シャッタ２３が反射状態になっていれば、上記第２反射面１７ｂで反射された光束は、第３反射面１７ｃでも反射されて、第２射出面１７ｄから射出される。そして、第２射出面１７ｄから射出された光束は、撮像素子１８の結像面に物体像を形成する。

一方、液晶シャッタ２３が透過状態であれば、第２反射面１７ｂで反射された光束は、第３反射面１７ｃを透過するので、第２射出面１７ｄ及び撮像素子１８には導かれない。

図５は上述した撮像光学系６の構造を示した断面図であり、図６は図５にＡで示される部分を拡大して示した図である。

上述した撮像モジュール１５は、保持枠１１とケース１２によって覆われている。撮像素子１８は基板１０に実装されているもので、この基板１０にケース１２を保持するための保持枠１１が取り付けられている。そして、この保持枠１１内に基板３１が設けられており、該基板３１に液晶駆動回路２２が実装されている。また、上記ケース１２と保持枠１１には、第１プリズム１６及び第２プリズム１７を保持するための絞り板３０が固定されている。

第１プリズム１６及び第２プリズム１７は、それぞれ第１射出面１６ｃと第２入射面１７ａが、絞り板３０に形成された開口３０ａに実装されて固定される。そして、第２プリズム１７の第３反射面１７ｃには、上述した液晶シャッタ２３を含むシャッタ部２４が取り付けられている。このシャッタ部２４は、以下のように構成されている。

第２プリズム１７の第３反射面１７ｃの外側の面とガラス４４との間に形成された空間に、反射状態と透過状態とに変化する液晶が封止されている。この液晶がシャッタとして働き、すなわち、液晶シャッタ２３である。第３反射面とガラス４４には、それぞれ透明な導電膜（透明電極）である透明導電膜４２ａと４２ｂが、スパッタによって形成されている。この導電膜に電圧を印加することで、液晶シャッタ２３を透過と反射とに制御することができる。この２つの透明導電膜は、コネクタ等を（図示せず）を介して液晶駆動回路２２へ繋がるケーブルと接続される。スペーサ４３は、第３反射面とガラス４４の間を所定の間隔に保つために配置される。シール３６は、シャッタ保持枠３５によって第３反射面１７ｃに対して押圧され、第３反射面とガラス４４との間で封止された液晶が漏れることを防止している。

シャッタ保持枠３５上には、反射防止部材４０として、光を吸収する機能を有する植毛布３９及びラバー３８が設けられている。植毛布３９は、ラバー３８に貼り付けられているもので、少なくともシャッタ保持枠３５に形成された開口３５ａよりも大きな形状となっている。第２プリズム１７の第３反射面１７ｃ及びガラス４４を透過し、シール３６の開口３６ａ、シャッタ保持枠３５の開口３５ａを通過して植毛布３９に吸収される。したがって、第２プリズム１７の外へ射出した光がプリズム内部へ戻ってくることはない。また、上記ラバー３８は、絞り板３０の第２プリズム１７と対向する面に貼り付けられている。

図７は、上述した撮像モジュール１５の内部を構成する第１及び第２プリズム１６及び１７、絞り板３０、シャッタ保持枠３５及びその周辺部の構造を示す分解斜視図である。

第２プリズム１７の何れの反射面の側面部に延出されて、一対の係止部４７ａ及び４７ｂが形成されている。これらの係止部４７ａ及び４７ｂは、液晶シャッタ２３を内部に有したシャッタ保持枠３５の被係止部４８ａ及び４８ｂとスナップ結合することによって、該シャッタ保持枠３５を保持するためのものである。また、シャッタ保持枠３５に係止部を設け、第２プリズム１７側に被係止部を設けてスナップ結合してもよい。シャッタ保持枠３５の中央部は、上述したように液晶シャッタ２３の透過状態時に光束を導く開口が形成されている。

一方、絞り板３０のボス７ａ及び７ｂの形成面と反対側の面には、シャッタ保持枠３５と対向するようにして、反射防止部材４０が貼り付けられている。この反射防止部材４０が上記シャッタ保持枠３５の開口に押圧されることにより、第２プリズム１７を通る光束が反射防止部材４０内の植毛布（図５、図６参照）に吸収される。

また、絞り板３０に形成された開口３０ａには、第１プリズム１６の第１射出面１６ｃと、第２プリズム１７の第２入射面１７ａが嵌挿されて固定される。上記第１プリズム１６の第１反射面と対向する部分には、液晶駆動回路２２等が実装された基板が配置されている。そして、この基板にケーブル５０が接続されている。

尚、第２プリズム１７とシャッタ保持枠３５との結合は、上述した実施形態では係止部と被係止部によるスナップ結合としたが、これに限られるものではない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を実施するに当たり、プリズム光学系や、撮像素子をはじめとして、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。

本発明に係る第１の実施形態のデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。 図１に示されたデジタルカメラの撮像光学系を示す外観斜視図である。 図１に示されるデジタルカメラの内部構成を模式的に示した図である。 液晶シャッタに印加される駆動電圧と露光時間との関係を示した図である。 撮像光学系６の構造を示した断面図である。 図５にＡで示される部分を拡大して示した図である。 撮像モジュール１５の内部を構成する第１及び第２プリズム１６及び１７、絞り板３０、シャッタ保持枠３５及びその周辺部の構造を示す分解斜視図である。

符号の説明

１…デジタルカメラ、２ハウジング、３…レリーズ釦、６…撮像光学系、６ａ…入射窓、１０…基板、１１…保持枠、１２…ケース、１５…撮像モジュール、１６…第１プリズム、１６ａ…第１入射面、１６ｂ…第１反射面、１６ｃ…第１射出面、１７…第２プリズム、１７ａ…第２入射面、１７ｂ…第２反射面、１７ｃ…第３反射面、１７ｄ…第２射出面、１８…撮像素子（ＣＣＤ）、１９…撮像素子インターフェース（ＩＦ）回路、２０…システムコントローラ、２２…液晶駆動回路、２３…液晶シャッタ、２４…シャッタ部、２５…通信インターフェース（ＩＦ）回路、２６…外部制御装置、３０…絞り板、３０ａ…開口、３５…シャッタ保持枠、３５ａ…開口、３６…シール、３６ａ…開口、３８…ラバー、３９…植毛布、４０…反射防止部材、４２ａ、４２ｂ…透明導電膜（透明電極）、４３…スペーサ、４４…ガラス、４７ａ、４７ｂ…係止部、４８ａ、４８ｂ…被係止部。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの反射面を有する第１、第２の光学素子から構成された撮影光学系と、
   上記撮影光学系が形成する物体像を電気信号に変換する撮像素子と、
   上記第１、第２の光学素子の何れか一方の光学素子の１つの面に配置され、光学素子内部から該１つの面へ入射した光束を上記光学素子内部へ反射する反射状態と、この光束を素子外部へ透過する透過状態とに切り換える光路切り換え手段と、
   上記撮像素子を制御して上記物体像の電気信号を取得する動作に応じて、上記光路切り換え手段を上記反射状態と上記透過状態とに所定のタイミングで切り換える制御手段と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 上記光路切り換え手段が透過状態に設定された際に素子外へ透過された光束を吸収するためのもので、上記光路切り換え手段が配置された反射面に対向して配置されている光吸収部材を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記光路切り換え手段は保持枠を有し、上記光路切り換え手段が配置される光学素子に設けられた係止部と、上記保持枠に設けられた被係止部とがスナップ結合されることで上記光路切り換え手段が保持されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記第１、第２の光学素子は、光軸に沿う面に対して鏡像で、且つ回転非対称の自由曲面から構成されるプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 物体からの光束が第１入射面から入射されて少なくとも１つの自由曲面形状の第１反射面で上記光束を反射させた後で第１射出面から上記光束を射出する第１プリズムと、
   上記第１射出面から射出され上記光束が第２射出面から入射されて少なくとも１つの自由曲面形状の第２反射面で上記光束を反射した後で第２射出面から上記光束を射出する第２プリズムと、
   上記第１プリズム及び第２プリズムを含む撮像光学系の結像面に配置されて上記撮影光学系によって形成される物体像を電気信号に変換する撮像素子と、
   上記第２プリズムの１つの面に配置され、プリズム内部から該第２プリズムの１つの面へ入射した光束をプリズム内部へ反射して上記撮像素子上に物体像を形成する状態と、この光束を上記プリズム外部へ透過させて上記撮像素子上に物体を形成しない状態とに設定する液晶素子と、
   上記第２プリズムに設けられた係止部とスナップ結合する被係止部を有した上記液晶素子を保持するための保持枠と、
   上記保持枠の開口部に配置され、上記液晶素子を透過した光束を吸収する光吸収部材と、
   上記第１反射面に対して光束が反射される側と反対の背面側の空間に配置され上記液晶素子を駆動する回路と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
6. 第１及び第２の光学素子を有するもので、該第１及び第２の光学素子の何れか一方が少なくとも１つの反射面を有する撮影光学系と、
   上記撮影光学系を通過する被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、
   上記第１及び第２の光学素子の何れか一方の光学素子の上記反射面に配置され、上記光学素子内部から該反射面へ入射した光束を上記光学素子内部へ反射する反射状態と、この光束を上記光学素子外部へ透過する透過状態とに切り換える光路切り換え手段と、
   上記撮像素子を制御して上記被写体像の電気信号を取得する動作に応じて、上記光路切り換え手段を上記反射状態と上記透過状態とに所定のタイミングで切り換える制御手段と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
7. 上記光路切り換え手段が透過状態に切り換えられた際に上記光学素子外へ透過された光束を吸収するためのもので、上記光路切り換え手段が配置された反射面に対向して配置された光吸収部材を更に具備することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 上記光路切り換え手段は保持枠を有し、上記光路切り換え手段が配置される光学素子に設けられた係止部と、上記保持枠に設けられた被係止部とがスナップ結合されることで上記光路切り換え手段が保持されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

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