JP2001352470A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラを固定したままの状態でカメラの撮像
範囲を可変にした小型カメラを提供する。 【解決手段】 半導体撮像素子５と、半導体撮像素子５
の前方に配設され、半導体撮像素子５の前面に光を結像
させるレンズ８、９と、レンズ８、９の前方に配設さ
れ、光を非直線に屈折させるプリズム12とを備えてい
る。底辺の厚さの異なるプリズムに変えることで撮像範
囲を変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体撮像素子を備
えた小型撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被写体からの光をレンズにより半導体撮
像素子の前面に結像させ、結像した光に対応する電気信
号を生成する小型カメラは監視、状況確認、観察等に使
用されている。

【０００３】このような小型カメラの基本構造を図１０
に示す。なお、以下、この明細書では、カメラにおいて
被写体からの光が入射する側を前面側とする。この小型
カメラは、カメラ筐体１とカメラベース２とを備えてい
る。カメラ筐体１は略円筒状もしくは円管状であり、か
つその前端部には前面ガラス３が固定されている。カメ
ラ筐体１の内部の後部には前述したカメラベース２が固
定されている。カメラベース２は略円板状であり、その
周面がカメラ筐体１の内面に固定されている。そして、
カメラベース２の前面にはプリント基板４が固定され、
プリント基板４の上（前面）には半導体撮像素子５、お
よび半導体撮像素子５で生成された映像信号の増幅回路
や半導体撮像素子５を駆動するためのＬＳＩ等が搭載さ
れている。また、カメラベース２は後方への突出部を有
し、そこに出力ケーブル６が接続されている。さらに、
プリント基板４の前面側には鏡筒７が固定されている。
そして、鏡筒７には第１のレンズ８と第２のレンズ９と
が固定されている。ここで、前面ガラス３、第１のレン
ズ８、第２のレンズ９、および半導体撮像素子５は、そ
れぞれの中心を一本の光軸10が通るように位置決めされ
ている。

【０００４】以上のように構成された小型カメラにおい
て、被写体（図示せず）からの光は前面ガラス３、第１
のレンズ８、および第２のレンズ９を通って半導体撮像
素子５の受光面に結像する。そして、ここで電気信号に
変換され、出力ケーブル６を介して外部のモニター装置
等（図示せず）へ送られる。このとき、撮像範囲11内の
被写体の映像を取得することができる。

【０００５】このような従来構成による小型カメラを使
用する場合、カメラ前面の固定された撮像範囲11内の映
像のみでなく、その周囲の映像を取得するため撮像範囲
を変化させたいことががある。そして、従来、撮像範囲
を変化させるためには、手動あるいはモーター駆動によ
り回転する回転台にカメラを固定して、回転台を回転さ
せてカメラの周囲の映像を撮像するか、複数のカメラを
用意してそれらの映像を切替えて撮像範囲の制御を行っ
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カメラ
を回転台に一体的に固定した装置にすると、カメラを小
型化しても、カメラを小型化した効果が発揮できない。
また、複数のカメラを用いてカメラ映像の切替えを行っ
たのではカメラ装置が大型になりコストも高くなるとい
った問題もあった。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、カメラを固定したままの状態でカメラ
の撮像範囲を可変にした小型カメラを提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、半
導体撮像素子と、前記半導体撮像素子の前方に配設さ
れ、前記半導体撮像素子の前面に光を結像させるレンズ
と、前記レンズの前方に配設され、光を非直線に屈折さ
せるプリズムとを備え、前記プリズムの屈折率を利用し
て撮像範囲を可変設定することを特徴とする。この構成
により、プリズムの屈折率によりレンズの光軸が非直線
となり、屈折するために、撮像装置の正面以外の範囲の
映像を撮像でき、プリズムの底辺の厚さを変えることで
光軸の屈折率が変化することを利用して用途に合わせた
撮像範囲の可変設定ができる。

【０００９】また、前記プリズムをカメラ筐体の前端部
に配置し、前記前面ガラスと兼用させたことを特徴とす
る。この構成により、撮像装置の撮像範囲が広くなると
同時に前面ガラスの構造部分を無くすことで撮像装置全
体が小型化できる。

【００１０】さらに、前記レンズの中心と前記半導体撮
像素子の中心とを通る光軸の周りに前記プリズムを回転
可能にしたことを特徴とする。この構成により、撮像装
置本体を固定したままプリズムを回転させるだけで、撮
像装置本体を回転させた場合と同様な撮像範囲の可変が
できる。

【００１１】そして、外部の遠隔制御手段から前記回転
部材を回転制御することを特徴とする。この構成によ
り、遠隔地から回転部材を回転させ、撮像範囲を変化さ
せることができる。

【００１２】また、プリズムをバリアブルプリズムと
し、かつ前記バリアブルプリズムの屈折角度を可変する
手段を設けたことを特徴とする。この構成により、バリ
アブルプリズムの屈折角度を変化させることで、プリズ
ムの交換無しに撮像範囲を変化させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００１４】〔第１の実施の形態〕図１は、本発明の第
１の実施の形態の小型カメラの構成を示す断面図であ
る。この図において、図１０と対応する構成要素には図
１０で使用した符号と同一の符号を付した。この小型カ
メラは、カメラ筐体１とカメラベース２とを備えてい
る。カメラ筐体１は略円筒状もしくは円管状であり、そ
の前端部には、レンズおよび撮像素子を外気条件から保
護すると共に防塵を行うための前面ガラス３が固定され
ている。カメラ筐体１の内部の後部には前述したカメラ
ベース２が固定されている。カメラベース２は略円板状
であり、その周面がカメラ筐体１の内面に固定されてい
る。そして、カメラベース２の前面にはプリント基板４
が固定され、プリント基板４の上（前面）にはＣ−ＭＯ
ＳやＣＣＤ等の半導体撮像素子５、および半導体撮像素
子５で生成された映像信号の増幅回路や半導体撮像素子
５を駆動するためのＬＳＩ等が搭載されている。また、
カメラベース２は後方への突出部を有し、そこに出力ケ
ーブル６が接続されている。さらに、プリント基板４の
前面側には鏡筒７が固定されている。そして、鏡筒７に
は第１のレンズ８と第２のレンズ９とが固定されてい
る。また、前面ガラス３と第１のレンズ８との間にはプ
リズム12が配設されている。ここで、前面ガラス３、第
１のレンズ８、第２のレンズ９、および半導体撮像素子
５は、それぞれの中心を一本の光軸10が通るように位置
決めされている。また、プリズム12は下方から上方へ向
かって光軸10の方向（奥行き）の長さが直線的に薄くな
る断面形状（図では下端が底辺となる三角形）を有して
いる。

【００１５】以上のように構成された小型カメラにおい
て、被写体（図示せず）からの光は前面ガラス３、プリ
ズム12、第１のレンズ８、および第２のレンズ９を通っ
て半導体撮像素子５の受光面に結像する。そして、ここ
で電気信号に変換され、出力ケーブル６を介して外部の
モニター装置等（図示せず）へ送られる。

【００１６】このとき、前面ガラス３と第１のレンズ８
との間にプリズム12を設けることで、光軸が従来の光軸
10から反時計回りに角度θ1偏角して光軸10bとなる。同
様にプリズム12における奥行きが最大の側を通過する光
も角度θ3偏角し、奥行きが最小の側を通過する光も角
度θ2偏角する。その偏角の角度はプリズム12の底辺の
長さにより異なり、光軸10と撮像範囲11aの最大幅と最
小幅を通過する偏角の関係は以下のようになる。 θ3＞θ1＞θ2

【００１７】つまり、光軸10がプリズム12の最大奥行き
方向（図では反時計回り）に偏角し、撮像範囲の端面も
光軸10の方向に全体が偏角するので、プリズム12を有し
ない光軸10の撮像範囲11に対してプリズム12を備えたカ
メラは撮像範囲11aとなり、撮像範囲が正面ではなく、
プリズム12により撮像中心を偏移した撮像範囲とするこ
とができる。そして、プリズム12の種類を変えること
で、偏角の大きさを変え、撮像範囲を変化させることが
できる。

【００１８】このように、本発明の第１の実施の形態の
小型カメラによれば、前面ガラスと第１のレンズとの間
に設けたプリズムにより光軸を屈折させることで正面を
向いたまま正面以外の範囲の被写体を撮像することがで
き、さらに底辺の厚さの異なるプリズムに変えることで
撮像範囲を変化させることができる。

【００１９】〔第２の実施の形態〕本発明の第２の実施
の形態の小型カメラでは、プリズムをカメラ筐体の前端
に配設して前面レンズと兼用させることにより、撮像範
囲の拡大と装置全体の小型化とを実現した。

【００２０】図２は、本発明の第２の実施の形態の小型
カメラの構成を示す断面図である。この図において、図
１と対応する構成要素には図１で使用した符号を付し
た。図１の小型カメラと比較した場合の本実施の形態の
小型カメラの特徴は、前面ガラス３を除去し、プリズム
12をカメラ筐体１の前端に配置して前面ガラスと兼用さ
せたことである。その他の構成は図１の小型カメラと同
様である。

【００２１】以上のように構成された小型カメラにおい
て、被写体（図示せず）からの光はプリズム12、第１の
レンズ８、および第２のレンズ９を通って半導体撮像素
子５の受光面に結像する。そして、ここで電気信号に変
換され、出力ケーブル６を介して外部のモニター装置等
（図示せず）へ送られる。

【００２２】このとき、カメラ筐体１の前端にプリズム
12を設けることで、光軸が従来の光軸10から反時計回り
に角度θ1偏角して光軸10bとなる。またプリズム12にお
ける奥行きが最大の側を通過する光は角度θ4偏角し、
奥行きが最小の側を通過する光は角度θ2偏角する。こ
こで、第１の実施の形態における偏角θ3と本実施の形
態における偏角θ4との関係は以下のようになる。 θ3＜θ4

【００２３】その理由は、図１の小型カメラでは、カメ
ラ筐体１が前面ガラス３の外周部を前後から保持する構
造を有しており、その前側の部分である前端面1aによっ
てプリズム12における奥行きが最大の側を通過する光の
角度θ3が制約されるのに対し、本実施の形態の小型カ
メラではプリズム12はカメラ筐体１の内面に固定されて
いるのみで、その前方には入射光を遮る部材が存在しな
いためである。

【００２４】したがって、本実施の形態の小型カメラの
撮像範囲11bと第１の実施の形態の小型カメラの撮像範
囲11aとを比較すると、本実施の形態の撮像範囲11bのほ
うが奥行きが最大の側への偏角が大きくなり、第１の実
施の形態の小型カメラよりも広範囲の映像を取得するこ
とができる。また、本実施の形態の小型カメラは、前面
ガラスとそれを保持していた構造部分がなくなることで
重量が軽くなり、かつコストを下げることもできる。

【００２５】このように、本発明の第２の実施の形態の
小型カメラによれば、前面ガラスをプリズムで兼用させ
ることにより、小型カメラが正面を向いたままで撮像範
囲を大きく変化させることができると共に、さらなる小
型化と重量の軽減を図ることができる。

【００２６】〔第３の実施の形態〕本発明の第３の実施
の形態の小型カメラでは、前面レンズと兼用させたプリ
ズムを回転可能にすることにより、カメラ本体を固定し
たままそれを回転させた場合と同様な撮像範囲を取得で
きるようにした。

【００２７】図３は、本発明の第３の実施の形態の小型
カメラの構成を示す断面図であり、図４は、その撮像範
囲を説明するための図である。図３において図２と対応
する構成要素には図２で使用した符号と同一の符号を付
した。図２の小型カメラと比較した場合の本実施の形態
の小型カメラの特徴は、カメラ筐体１の前端に略円筒状
もしくは円管状の回転部材13を回転自在に係合させると
共に、その回転部材13の内面にプリズム12を固定したこ
とである。その他の構成は図２の小型カメラと同様であ
る。

【００２８】以上のように構成された小型カメラにおい
て、プリズム12を備えていない従来装置の撮像範囲11に
対して、プリズム12を備えることで撮像範囲11bとなる
ことは第１および第２の実施の形態と同様である。さら
に、回転部材13を回転させることでプリズム12を回転さ
せると、プリズム12で屈折した光軸3bはプリズム12の回
転に対応して移動し、その回転角度に応じて撮像範囲を
連続的に変化させることができる。例えば図４のの角
度のときに撮像範囲11dとなり、の角度にすると撮像
範囲11eとなり、の角度にすると11fとなる。

【００２９】このように、本発明の第３の実施の形態の
小型カメラによれば、前面レンズと兼用させたプリズム
を回転部材13に固定し、回転部材13を回転させることで
プリズム12を回転させ、カメラを正面に向けたままで撮
像範囲を変化させることができる。

【００３０】〔第４の実施の形態〕本発明の第４の実施
の形態の小型カメラでは、外部の遠隔制御装置によりプ
リズムの回転制御を行えるように構成した。

【００３１】図５は、本発明の第４の実施の形態の小型
カメラの構成を示す断面図であり、図６はその回転機構
を示す図である。この図において図３と対応する構成要
素には図３で使用した符号と同一の符号を付した。図３
の小型カメラと比較した場合の本実施の形態の小型カメ
ラの特徴は、回転部材13をモータ14の駆動力により回転
可能に構成したことである。すなわち、回転部材13の内
面にギヤ13bを一体的に設け、モータ14のシャフトに固
定された回転ギヤ15をギヤ13bに噛み合わせる。後述す
るように、モータ14は外部の遠隔制御装置から供給され
る制御信号により、その回転が制御される。その他の構
成は図３の小型カメラと同様である。

【００３２】以上の構成を有する小型カメラにおいて、
遠隔制御信号によりモータ14が回転すると、そのシャフ
トに固定された回転ギヤ15も回転する。そして、回転ギ
ヤ15と噛み合っているギヤ13bが回転することで、回転
部材13が回転するので、回転部材13と一体的に固定され
たプリズム12も回転する。

【００３３】図７は、小型カメラ装置に同軸ケーブルで
接続されたモニター装置から遠隔制御を行うシステムの
構成例であり、図８は映像信号とデータ信号のタイミン
グ関係を説明するための図である。

【００３４】小型カメラ21は同軸ケーブル22によりモニ
ター装置23に接続されている。そして、小型カメラ21か
らモニター装置23へ映像信号25を伝送し、モニター装置
23から小型カメラ21へデータ信号26を伝送する。モニタ
ー装置23には映像を表示するためのモニター24が接続さ
れている。

【００３５】小型カメラ21は映像回路31、信号分離回路
32、および駆動回路33を備えている。モニター装置23は
操作部41、同期発生回路42、データ変換回路43、入力回
路44および映像増幅回路45を備えている。

【００３６】小型カメラ21において、映像回路31は半導
体撮像素子５で生成された映像信号に対して所定の処理
を施し、信号分離回路33へ出力する。信号分離回路33は
入力された映像信号25を同軸ケーブル22を介してモニタ
ー装置23へ送信する。また、モニター装置23が同軸ケー
ブル22へ送出したデータ信号26を受信し、駆動回路33へ
送る。駆動回路33は受け取ったデータ信号26をもとにモ
ータ駆動信号を生成してモータ14を駆動する。

【００３７】モニター装置23において、操作部41はユー
ザーが各種指令を入力するためのキーやスイッチ等であ
る。同期発生回路42は同期信号を生成してデータ変換回
路43と映像増幅回路45へ出力する。データ変換回路43
は、ユーザーが操作部41から入力した指令を受け取る
と、図８に示すように映像の水平同期27の部分に信号の
無い同期期間（映像信号25以外の部分）にモニター装置
23より小型カメラ21にデータ信号を送るようにデータ変
換し、入力回路44へ送る。入力回路44は入力されたデー
タ信号26を同軸ケーブル22を介して小型カメラ21へ送
る。また、小型カメラ21から同軸ケーブル22へ送出され
た映像信号25を受信し、映像増幅回路45へ出力する。映
像増幅回路45は入力回路44から入力された映像信号を増
幅し、モニター24へ出力する。

【００３８】以上のように構成されたシステムにおい
て、ユーザーが操作部41から小型カメラ21の撮影範囲を
変化させるための指令を入力すると、データ変換回路43
は、モータ14の回転指示のためのデータ信号26を映像信
号の水平同期27のタイミングで送信するようにデータ変
換する。このデータ信号は入力回路44を経て同軸ケーブ
ル22へ送出され、小型カメラ21で受信される。小型カメ
ラ21では、受信したデータ信号26を信号分離回路32で分
離し、駆動回路33へ送る。駆動回路33は受け取ったデー
タ信号26に従ってモータ駆動信号を生成し、モータ14を
回転させる。この結果、ユーザーが操作部41から入力し
た指令に従ってモータ14が回転し、図４に示したように
プリブム12が所望の角度に設定されるので、モニター装
置23に接続されたモニター24に所望の撮像範囲の映像を
表示することができる。

【００３９】以上のように、本発明の第４の実施の形態
によれば、小型カメラの前面に備えたプリズムをモニタ
ー装置側からの遠隔操作により回転させて撮像範囲の可
変ができる。この結果、危険な場所や人の手の届かない
ところの映像を撮像するときに小型カメラを固定したま
まで周囲の状況を見ることができる。また、小型カメラ
を自動車の周囲の状況を見るように自動車の側面や後面
に設置して車内より外の状況を見るときに、プリズムを
車内から遠隔操作して撮像範囲を変化させ、状況を見る
モニタリングシステムとすることができる。

【００４０】なお、プリズムの回転のためのデータ信号
の伝送は、映像信号伝送用の信号線を使用せずに専用の
モータ制御回線を用意してもよい。また、遠隔地より機
械的にプリズムを回転させてもよい。

【００４１】〔第５の実施の形態〕本発明の第５の実施
の形態の小型カメラでは、小型カメラの前面に備えたプ
リズムをバリアブルプリズムとし、かつ前記バリアブル
プリズムの屈折角度を可変にした。

【００４２】図９は、本発明の第５の実施の形態の小型
カメラの構成を示す断面図である。この図において図２
と対応する構成要素には図２で使用した符号と同一の符
号を付した。図２の小型カメラと比較した場合の本実施
の形態の小型カメラの特徴は、カメラ筐体１の前端に設
けたプリズムをバリアブルプリズム50とし、さらにバリ
アブルプリズム50の屈折角度を変化させるための一対の
可変アーム51、52を設けたことである。その他の構成は
図２の小型カメラと同様である。なお、バリアブルプリ
ズムは、内部に液体を充填して、周辺を押すあるいは引
くことで周囲の厚さが変化する構造としてすでに小型ビ
デオカメラの手ぶれ補正用の部品として実用化されてい
る。

【００４３】以上のように構成された小型カメラにおい
て、被写体（図示せず）の光像はバリアブルプリズム5
0、第１のレンズ８、および第２のレンズ９を通って半
導体撮像素子５の受光面に結像する。そして、ここで電
気信号に変換され、出力ケーブル６を介して外部のモニ
ター装置等（図示せず）へ送られる。この時、可変アー
ム51、52でバリアブルプリズム50の後面の角度をθaに
すると第１の撮像範囲12aの被写体を撮像することがで
き、バリアブルプリズム50の後面の角度をθbに変化さ
せると第２の撮像範囲12bの被写体を撮像することがで
きる。

【００４４】このように、本発明の第５の実施の形態の
小型カメラによれば、プリズムの回転でなく変形で撮像
範囲の可変を実現することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カメラを固定したままの状態でカメラの撮像範囲を可変
にした撮像装置を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の小型カメラの構成
を示す断面図、

【図２】本発明の第２の実施の形態の小型カメラの構成
を示す断面図、

【図３】本発明の第３の実施の形態の小型カメラの構成
を示す断面図、

【図４】本発明の第３の実施の形態の小型カメラの撮像
範囲を説明するための図、

【図５】本発明の第４の実施の形態の小型カメラの構成
を示す断面図、

【図６】本発明の第４の実施の形態の小型カメラの回転
機構を示す図、

【図７】本発明の第４の実施の形態の小型カメラ装置の
回転機構をモニター装置から遠隔制御するシステムの構
成例を示す図、

【図８】図７のシステムにおける映像信号とデータ信号
のタイミング関係を説明するための図、

【図９】本発明の第５の実施の形態の小型カメラの構成
を示す断面図、

【図１０】従来の小型カメラの構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ カメラ筐体 ３ 前面ガラス ５ 半導体撮像素子 ８、９ レンズ 12 プリズム 13 回転部材 22 モニター装置 50 バリアブルプリズム 51、52 可変アーム

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体撮像素子と、前記半導体撮像素子
   の前方に配設され、前記半導体撮像素子の前面に光を結
   像させるレンズと、前記レンズの前方に配設され、光を
   非直線に屈折させるプリズムとを備え、前記プリズムの
   屈折率を利用して撮像範囲を可変設定することを特徴と
   する撮像装置。
2. 【請求項２】 前記プリズムの前方に、前面ガラスを設
   けたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記プリズムをカメラ筐体の前端部に配
   置し、前記プリズムを前記前面ガラスと兼用させたこと
   を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記レンズの中心と前記半導体撮像素子
   の中心とを通る光軸の周りに前記プリズムを回転可能に
   したことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 前記カメラ筐体の前端に対して回転自在
   に係合する回転部材を設け、前記回転部材の内面に前記
   プリズムを固定したことを特徴とする請求項４記載の撮
   像装置。
6. 【請求項６】 外部の遠隔制御手段から前記回転部材を
   回転制御することを特徴とする請求項５記載の撮像装
   置。
7. 【請求項７】 前記プリズムをバリアブルプリズムと
   し、かつ前記バリアブルプリズムの屈折角度を可変させ
   る手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいず
   れかに記載の撮像装置。