JP2012037575A - 電子撮像系 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安価な電子撮像系を提供する。
【解決手段】複数のレンズを備え、物体の像を結像する結像光学系と、結像光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像面をもつ撮像素子と、結像光学系の最も像側に配置された最像側レンズ群と撮像面との間、又は、撮像面内に配置された自己発光素子と、を有し、自己発光素子が発光し、結像光学系を投射光学系とすることによって、画像を投射する。自己発光素子は透明なＥＬ発光素子であり、撮像面と隣接していることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子撮像系に関するものである。

プロジェクタを内蔵したカメラとして、特許文献１及び特許文献２に記載されたカメラが提案されている。特許文献１に記載のプロジェクタ内蔵カメラは、カメラユニットとプロジェクタモジュールとの配置を工夫することによって、カメラの小型化を図っている。特許文献２に記載のプロジェクタ内蔵デジタルカメラは、プロジェクタ機能を有するデジタルカメラでありながら、小型化及び低コスト化を実現するための構成として、光を発する光源と、撮影レンズを含む第１の光学系と、光源からの光を複数のミラーによって折り返して、第１の光学系に導く第２の光学系と、第２の光学系内への進入、及び第２の光学系内からの退避が可能である撮像素子と、を具備し、撮像素子が第２の光学系内に位置する場合に、撮像素子が第１の光学系を介して被写体光束を受光する。

特開２００８−２５２４７８号公報 特開２００６−１３５８９４号公報

特許文献１及び特許文献２に記載のカメラは、デジタルカメラにプロジェクタ機能を搭載しながら装置全体の小型化を目指したものであるが、撮像光学系と投射光学系が別構成であるため、カメラの小型化としては不十分であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で安価な電子撮像系を提供することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電子撮像系は、複数のレンズを備え、物体の像を結像する結像光学系と、結像光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像面をもつ撮像素子と、結像光学系の最も像側に配置された最像側レンズ群と撮像面との間、又は、撮像面内に配置された自己発光素子と、を有し、自己発光素子が発光し、結像光学系を投射光学系とすることによって、画像を投射することを特徴としている。

本発明に係る電子撮像系において、自己発光素子は透明なＥＬ発光素子であり、撮像面と隣接していることが好ましい。

本発明に係る電子撮像系において、自己発光素子は撮像面上に離散的に分布配置されていることが好ましい。

本発明に係る電子撮像系において、自己発光素子と撮像素子が同一面内にあるときの撮像素子と自己発光素子の存在比率が次式（１）を満足することが好ましい。
０．０１２＜自己発光素子数／撮像有効画素数＜０．２５ ・・・（１）
ここで、自己発光素子数／撮像有効画素数は存在比率、
撮像有効画素数は撮像素子における有効な撮像画素数、である。

本発明に係る電子撮像系において、自己発光素子を含む表示ユニットと、撮像素子を含む撮像ユニットと、を備え、表示ユニットと撮像ユニットが離間して配置されており、表示ユニットは次式（２）を満足することが好ましい。
０＜ｘ／Ｌ＜０．９ ・・・（２）
ここで、Ｌは、最像側レンズ群のリアレンズのＲ面から撮像面までの距離、
ｘは、撮像面から自己発光素子までの距離、
である。

本発明に係る電子撮像系は、小型で安価な電子撮像系を提供することができる、という効果を奏する。

第１実施形態に係る電子撮像系の概略構成を示す図である。 第１実施形態の電子撮像系を適用したカメラの内部構成を示す概念的に示すブロック図である。 図２のカメラの制御関係を示すブロック図である。 第１実施形態に係る電子撮像系の実施例１の構成を示す断面図である。 撮像及び投射の処理の全体の流れを示すフローチャートである。 モード設定の処理の流れを示すフローチャートである。 投射設定の処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る電子撮像系の実施例２の構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る電子撮像系の構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る電子撮像系の撮像素子及び自己発光素子の配置例を示す平面図である。

以下に、本発明に係る電子撮像系の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施形態及び実施例の説明に先立って本発明による作用・効果について説明する。
本発明に係る電子撮像系は、複数のレンズを備え、物体の像を結像する結像光学系と、結像光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像面をもつ撮像素子と、結像光学系の最も像側に配置された最像側レンズ群と撮像面との間、又は、撮像面内に配置された自己発光素子と、を有し、自己発光素子が発光し、結像光学系を投射光学系とすることによって、画像を投射することを特徴としている。

この構成によって、撮像光学系と投射光学系を共用することができる。さらに、透明な自己発光素子を用いることで、撮像光学系の光路上に自己発光素子を配置しても、撮影時に自己発光素子を光路から外すことなく通常の撮影を行うことができる。また、結像光学系と投射光学系が同一の光学系なので光学系を小型化することができる。また、自己発光素子を移動させる必要がなく、駆動部と格納部が必要ないので、メカ簡略化・カメラ本体の小型化・コスト低減が可能となる。

本発明に係る電子撮像系においては、自己発光素子と撮像素子が同一面内にあるときの撮像素子と自己発光素子の存在比率が次式（１）を満足することが好ましい。
０．０１２＜自己発光素子数／撮像有効画素数＜０．２５ ・・・（１）
ここで、自己発光素子数／撮像有効画素数は存在比率、
撮像有効画素数は撮像素子における有効な撮像画素数、である。

上記存在比率が、上式（１）の最小値を下回るとユニット内の発光素子の割合が低すぎて投射時に十分な光量・解像度が得られなくなる。
上記存在比率が、上式（１）の最大値を上回ると撮像素子のＲＧＢのバランスが崩れ、撮像時の解像・発色に影響が出てきてしまう。

本発明に係る電子撮像系において、自己発光素子を含む表示ユニットと、撮像素子を含む撮像ユニットと、を備え、表示ユニットと撮像ユニットが離間して配置されており、表示ユニットは次式（２）を満足することが好ましい。
０＜ｘ／Ｌ＜０．９ ・・・（２）
ここで、Ｌは、最像側レンズ群のリアレンズのＲ面から撮像面までの距離、
ｘは、撮像面から自己発光素子までの距離、
である。

上式（２）において、撮像ユニットと表示ユニットは異なるユニットを用いるため、上式（２）の最小値は０より大きい。
ｘ／Ｌが上式（２）の最大値を超えてしまうと、リアレンズ群が稼動した際にぶつかる可能性がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電子撮像系の概略構成を示す図である。図１に示す電子撮像系は、複数のレンズを備え、物体の像を結像する結像光学系Ｌ０と、結像光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像面Ｉをもつ撮像素子と、結像光学系Ｌ０と撮像面Ｉの間に配置された自己発光素子Ｅと、を有する。自己発光素子Ｅと撮像面Ｉは、結像光学系Ｌ０の光軸Ｏ上に、結像光学系Ｌ０側から順に配置されている。自己発光素子Ｅと撮像面Ｉの距離ｘはゼロ以上であり、自己発光素子Ｅは、結像光学系Ｌ０と撮像面Ｉとの間に配置してもよいし、撮像面Ｉ上に配置しても良い。

図１（ａ）は結像光学系Ｌ０により撮像素子の撮像面Ｉに結像する状態（撮像状態）を示している。図１（ｂ）は、自己発光素子Ｅが発光し、投射光学系としての結像光学系Ｌ０によって、画像が投射される状態（投射状態）を示している。
図１（ａ）に示すように、撮像状態では、結像光学系Ｌ０に入射した光は、略透明な状態になっている自己発光素子Ｅを透過して撮像面Ｉに結像する。一方、図１（ｂ）に示す投射状態では、自己発光素子Ｅからの光は、投射光学系としての結像光学系Ｌ０から出射して、外部に画像を投射する。すなわち、結像光学系Ｌ０は、撮像状態と投射状態で共通の光学系である。また、撮像素子は撮像ユニットの一部を構成し、自己発光素子Ｅは表示ユニットの一部を構成し、結像光学系Ｌ０は撮像ユニット及び表示ユニットに共通の光学系である。

自己発光素子Ｅは、撮像状態では透明であることが好ましく、例えばＥＬ素子（エレクトロルミネッセント素子）を用いることができる。撮像素子としては、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）を用いる。

第１実施形態の電子撮像系は、例えば、結像光学系Ｌ０を備えたＣＣＤユニットにＥＬ素子をアッセンブリすることにより実現可能である。
図２は、第１実施形態の電子撮像系を適用したカメラの内部構成を示す概念的に示すブロック図である。図３は、図２のカメラの制御関係を示すブロック図である。

図２に示すように、撮像素子としてのＣＣＤ１１１、自己発光素子としてのＥＬ素子１１２（ＥＬ発光素子）は、ＳＷ１２１及びＣＰＵ１２２にそれぞれ接続されている。ＣＰＵ１２２（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）には、メモリ１２３及び液晶パネル１２４が接続されている。また、図３に示すように、ＣＣＤ１１１は、駆動回路としてのＤＲＶ１３１を介してＣＰＵ１２２に接続され、ＥＬ素子１１２は、駆動回路としてのＤＲＶ１３２を介してＣＰＵ１２２に接続されている。ＣＰＵ１２２には、ユーザがＳＷ１２１を操作することにより操作モードに関する信号が入力される。図２のＳＷ１２１は、操作モードの設定に入るためのスイッチ、及び、操作モードを選択するためのスイッチを兼ねたスイッチである。メモリ１２３には、投射モードで投射する画像の情報や液晶パネル１２４に表示する情報が記憶されている。

ＣＰＵ１２２は、操作モードに関する信号に基づいて、ＤＲＶ１３１、１３２に対して、ＣＣＤ１１１及びＥＬ素子１１２を動作させるための制御信号を出力する。ＣＣＤ１１１は、制御信号に応じて動作するＤＲＶ１３１によって駆動され、ＥＬ素子１１２は、制御信号に応じて動作するＤＲＶ１３２によって駆動される。

図４は、第１実施形態に係る電子撮像系の実施例１の構成を示す断面図である。
図４に示す結像光学系Ｌ０は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、明るさ絞りＳと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５との結合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、からなる。

負メニスカスレンズＬ７は、結像光学系Ｌ０の最も像側に配置された最像側レンズ群Ｇａを構成する。負メニスカスレンズＬ７の像側の面Ｒａと撮像面Ｉ（像面）の距離Ｌと、自己発光素子Ｅと撮像面Ｉとの距離ｘと、は次式（２）を満足する。
０＜ｘ／Ｌ＜０．９ ・・・（２）
なお、最像側レンズ群Ｇａが複数のレンズで構成された場合、距離Ｌは、最も撮像面Ｉ側のリアレンズの撮像面Ｉ側の面から前記撮像面までの距離となる。

つづいて、図２、図３に示すカメラの場合の撮像及び投射の処理の流れについて、図面を参照しつつ説明する。ここで、図５は、撮像及び投射の処理の全体の流れを示すフローチャートである。図６は、モード設定の処理の流れを示すフローチャートである。図７は、投射設定の処理の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、電源を入れてカメラを起動する（ステップＳ１００）と、ＣＰＵ１２２は、結像光学系Ｌ０（ズームレンズ）をボディから繰り出して、各レンズを初期位置に配置する（ステップＳ１０１）。

つづいて、ＣＰＵ１２２は、撮像設定を行う（ステップＳ１０２）。撮像設定は、撮像を行うために必要なパラメータの設定である。パラメータとしては、例えば、シャッタースピード、露光条件、ホワイトバランスがある。

その後、ＣＰＵ１２２は、モード設定ボタンとしてのＳＷ１２１が押されたか否か（ステップＳ１０３）、及び、電源がオフにされたか否か（ステップＳ１０４）を継続的に判断する。モード設定ボタンが押された場合（ステップＳ１０３でＹ）、ＣＰＵ１２２は、図６に示すモード設定（ステップＳ２００）を実行する。電源がオフになった場合（ステップＳ１０４でＹ）、ＣＰＵ１２２は、レンズ鏡筒をボディ内に収納する（ステップＳ１０５）。

ここで、カメラは、撮像設定（ステップＳ１０２）の後、モード設定状態ではなく（ステップＳ１０３でＮ）、電源がオフではない（ステップＳ１０４でＮ）状態において、撮像可能な状態となっている。

図６に示すモード設定（ステップＳ２００）においては、まず、ＣＰＵ１２２は、液晶パネル１２４に選択可能なモードとして、撮像モード及び投射モードを表示させる（ステップＳ２０１）。カメラの使用者は、ＳＷ１２１を操作することによって、希望するモードを入力（選択）する（ステップＳ２０２）。

入力されたモードが撮像モードである場合（ステップＳ２０３でＹ）、ＣＰＵ１２２は、図５の撮像設定（ステップＳ１０２）を再び実行する。
これに対して、入力されたモードが投射モードである場合（ステップＳ２０３でＮ）、ＣＰＵ１２２は、図７に示す投射設定（ステップＳ３００）を実行する。

投射設定（ステップＳ３００）においては、まず、ＣＰＵ１２２は、メモリ１２３に予め記憶された画像データを読み込み（ステップＳ３０１）、読み込んだ画像データの一覧を液晶パネル１２４にサムネイル表示させる（ステップＳ３０２）。

カメラの使用者は、液晶パネル１２４に表示された画像の一覧から投射を希望する画像を、不図示のスイッチを操作することによって選択する（ステップＳ３０３）。ＣＰＵ１２２は、使用者の操作に対応して、選択された画像データをＤＲＶ１３２に転送し（ステップＳ３０４）、ＥＬ素子１１２（自己発光素子）を発光させる（ステップＳ３０５）。さらに、ＣＰＵ１２２は、結像光学系Ｌ０のフォーカスレンズを調整する（ステップＳ３０６）。

次に、ＣＰＵ１２２は、モード設定ボタンとしてのＳＷ１２１が押されたか否か（ステップＳ３０７）、及び、電源がオフにされたか否か（ステップＳ３０８）を継続的に判断する。
モード設定ボタンが押された場合（ステップＳ３０７でＹ）、ＣＰＵ１２２は、ＥＬ素子を消灯させる（ステップＳ３０９）。電源がオフになった場合（ステップＳ３０８でＹ）、ＣＰＵ１２２は、レンズ鏡筒をボディ内に収納する（ステップＳ３１０）。

これに対して、フォーカスレンズの調整（ステップＳ３０６）の後、モード設定状態ではなく（ステップＳ３０７でＮ）、電源がオフではない状態（ステップＳ３０８でＮ）において、投射状態が継続する。

図８は、第１実施形態に係る電子撮像系の実施例２の構成を示す断面図である。
図８に示す結像光学系Ｌ０は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、プリズムＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凹負レンズＬ４と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と平凹正レンズＬ６との接合レンズと、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と平凹正レンズＬ９との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１との接合レンズと、両凸正レンズＬ１２と、からなる。

両凸正レンズＬ１２は、結像光学系Ｌ０の最も像側に配置された最像側レンズ群Ｇａを構成する。両凸正レンズＬ１２の像側の面Ｒａと撮像面Ｉ（像面）の距離Ｌと、自己発光素子Ｅと撮像面Ｉとの距離ｘと、は次式（２）を満足する。
０＜ｘ／Ｌ＜０．９ ・・・（２）
なお、最像側レンズ群Ｇａが複数のレンズで構成された場合、距離Ｌは、最も撮像面Ｉ側のリアレンズの撮像面Ｉ側の面から前記撮像面までの距離となる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る電子撮像系の構成を示す断面図である。
図９に示す結像光学系Ｌ０は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、プリズムＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凹負レンズＬ４と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と平凹正レンズＬ６との接合レンズと、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と平凹正レンズＬ９との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１との接合レンズと、両凸正レンズＬ１２と、からなる。
両凸正レンズＬ１２は、結像光学系Ｌ０の最も像側に配置された最像側レンズ群Ｇａを構成する。両凸正レンズＬ１２の像側の面Ｒａと撮像面Ｉ（像面）の距離をＬとしている。

図９に示すように、第２実施形態に係る電子撮像系においては、撮像面Ｉ上に自己発光素子Ｅを配置している。この具体例について、図１０を参照しつつ説明する。
図１０は、第２実施形態に係る電子撮像系の撮像素子及び自己発光素子の配置例を示す平面図である。
第２実施形態に係る電子撮像系においては、画素３０１（図１０の○印、撮像素子）の一部を自己発光素子３０２（図１０の□印）に置き換えることにより、撮像素子の各画素３０１が配置された面と同一の面上に複数の自己発光素子３０２が離散的に分布配置されている。図１０において、Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青の各原色を検出する画素３０１又は自己発光素子３０２を示している。

図１０に示す配置例では、画素３０１に対する自己発光素子の割合は１／１６であり、例えば８００万画素の撮像素子では自己発光素子を５０万画素そろえることができる。したがって、投射光学系についてはＶＧＡレベルの画像を確保できる。

第２実施形態に係る電子撮像系の撮像においては、各画素３０１のうち、自己発光素子３０２に置き換えられた画素の位置の画像情報については、その位置の左右上下方向の同色の画素による検出結果を用いて補間を行う。
一方、投射においては、それぞれの自己発光素子の発光、消灯により投射画像の形成を行う。

図１０に示すように撮像素子としての各画素３０１と自己発光素子３０２が同一面内にあるとき、画素３０１と自己発光素子３０２の存在比率は次式（１）を満足することが好ましい。
０．０１２＜自己発光素子数／撮像有効画素数＜０．２５ ・・・（１）
ここで、自己発光素子数／撮像有効画素数は存在比率、
撮像有効画素数は撮像素子における有効な撮像画素数、である。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

以上のように、本発明に係る電子撮像系は、結像光学系を撮像ユニットと表示ユニットで共通に使用する構成により、小型で安価な電子撮像系を実現することに有用である。

１１１ ＣＣＤ
１１２ ＥＬ素子
１２２ ＣＰＵ
１２３ メモリ
１２４ 液晶パネル
１３１、１３２ ＤＲＶ（駆動回路）
３０１ 画素
３０２ 自己発光素子
Ｅ 自己発光素子
Ｇａ 最像側レンズ群
Ｉ 撮像面（像面）
Ｌ０ 結像光学系
Ｌ１〜Ｌ１２ 各レンズ

Claims (5)

1. 複数のレンズを備え、物体の像を結像する結像光学系と、
   前記結像光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像面をもつ撮像素子と、
   前記結像光学系の最も像側に配置された最像側レンズ群と前記撮像面との間、又は、前記撮像面内に配置された自己発光素子と、を有し、
   前記自己発光素子が発光し、前記結像光学系を投射光学系とすることによって、画像を投射することを特徴とする電子撮像系。
2. 前記自己発光素子は透明なＥＬ発光素子であり、前記撮像面と隣接していることを特徴とする請求項１に記載の電子撮像系。
3. 前記自己発光素子は前記撮像面上に離散的に分布配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子撮像系。
4. 前記自己発光素子と前記撮像素子が同一面内にあるときの前記撮像素子と前記自己発光素子の存在比率が次式（１）を満足することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の電子撮像系。
   ０．０１２＜自己発光素子数／撮像有効画素数＜０．２５ ・・・（１）
   ここで、自己発光素子数／撮像有効画素数は前記存在比率、
   撮像有効画素数は前記撮像素子における有効な撮像画素数、である。
5. 前記自己発光素子を含む表示ユニットと、前記撮像素子を含む撮像ユニットと、を備え、
   前記表示ユニットと前記撮像ユニットが離間して配置されており、前記表示ユニットは次式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の電子撮像系。
   ０＜ｘ／Ｌ＜０．９ ・・・（２）
   ここで、Ｌは、前記最像側レンズ群のリアレンズのＲ面から前記撮像面までの距離、
   ｘは、前記撮像面から前記自己発光素子までの距離、
   である。