JP2005020718A - Multifocal imaging device and mobile device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin multifocal imaging device that can be mounted on a mobile such as a cell phone or the like. <P>SOLUTION: The multifocal imaging device comprises: an image sensor placed on the same plane; and a plurality of imaging optical systems for each forming images of different imaging magnifications on different imaging areas on the image sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、薄型の多焦点撮像デバイス及びモバイル機器に関する。   The present invention relates to a thin multifocal imaging device and a mobile device.

デジタルカメラの小型化高精細化は留まるところを知らず、最近は、カメラとしての形態と、カメラ付き携帯電話(モバイル)との棲み分けが問題になっている。
特開平10-107975号公報 特開2000-102040号公報 特開2000-227332号公報 特開2001-61109号公報
The miniaturization and high-definition of digital cameras are unknown, and recently, there is a problem of distinguishing between the form as a camera and the mobile phone with a camera (mobile).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-107975 JP 2000-102040 A JP 2000-227332 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-61109

現在の棲み分けの境界は、100万画素程度であると言われているが、モバイル搭載カメラは、薄型化の要求から固定焦点に限られているのが実情であった。
本発明は、携帯電話(モバイル)に搭載可能な薄型の多焦点撮像デバイスを得ることを目的とする。
The current boundary of segregation is said to be about 1 million pixels, but in reality, mobile-equipped cameras are limited to a fixed focus because of the demand for thinning.
An object of the present invention is to obtain a thin multifocal imaging device that can be mounted on a mobile phone (mobile).

本発明による多焦点撮像デバイスは、同一平面上に配置されたイメージセンサー上に異なる複数の結像エリアを設定し、該複数の結像エリアにそれぞれ、結像倍率の異なる像を結像させる複数の結像光学系を設けたことを特徴としている。   A multifocal imaging device according to the present invention sets a plurality of different imaging areas on an image sensor arranged on the same plane, and forms a plurality of images with different imaging magnifications on the plurality of imaging areas, respectively. The image forming optical system is provided.

複数の結像エリアは、単一のイメージセンサー上に形成されることが好ましい。   The plurality of imaging areas are preferably formed on a single image sensor.

複数の異なる像を結像させる各結像光学系による結像エリアは、互いに重複させることなく分離させることも、一部を重複させて共用することも可能である。   The imaging areas formed by the imaging optical systems that form a plurality of different images can be separated without overlapping each other, or can be partially overlapped and shared.

複数の結像エリアのいずれかひとつを機械的に選択するために、選択されたエリア以外の光路を遮蔽する手段を設けることが好ましい。   In order to mechanically select any one of the plurality of imaging areas, it is preferable to provide means for shielding an optical path other than the selected area.

本発明の多焦点撮像デバイスは、各結像光学系のいずれかの光学素子を、該光学素子が属する結像光学系とは別の結像光学系の光学素子とモジュール化することができる。   In the multifocal imaging device of the present invention, any optical element of each imaging optical system can be modularized with an optical element of an imaging optical system different from the imaging optical system to which the optical element belongs.

具体的には、例えば、複数の結像光学系の最も物体側には、物体側の面が各光学系に共通の平面で、像側の面が各光学系に固有のレンズ面が構成された外面平面共通光学要素を配置することが好ましい。   Specifically, for example, on the most object side of a plurality of imaging optical systems, the object side surface is a plane common to each optical system, and the image side surface is a lens surface unique to each optical system. It is preferable to arrange the outer plane common optical element.

この外面平面共通光学要素の物体側の平面の一部は、複数の結像光学系の光路として重複させることが可能であり、重複させることで平面的な大きさを縮小できる。   A part of the object-side plane of the outer-plane common optical element can be overlapped as an optical path of a plurality of imaging optical systems, and the planar size can be reduced by overlapping.

また、この外面平面共通光学要素とイメージセンサーとの間にはさらに、各結像光学系に固有のレンズ要素を有するモジュール化された中間光学要素ブロックを配設することで、構成を単純化し、組立性を高めることができる。   In addition, by arranging a modularized intermediate optical element block having a lens element unique to each imaging optical system between the outer plane common optical element and the image sensor, the configuration is simplified. Assemblability can be improved.

また、本発明の多焦点撮像デバイスでは、別の態様によると、複数の結像光学系を、物体側に位置する、各結像光学系用の光学要素を一体化した第一レンズモジュールと、この第一レンズモジュールとイメージセンサーとの間に位置する、各結像光学系用のレンズ要素を一体化した第二レンズモジュール(中間光学要素ブロック)と、複数の結像光学系用の複数の結像エリアを有する単一の上記イメージセンサーとによって構成することができる。   In the multifocal imaging device of the present invention, according to another aspect, a plurality of imaging optical systems, a first lens module integrated with optical elements for each imaging optical system located on the object side, A second lens module (intermediate optical element block), which is integrated between the lens elements for each imaging optical system, located between the first lens module and the image sensor, and a plurality of imaging optical systems. A single image sensor having an imaging area can be used.

また複数の結像光学系中のレンズ要素を共通化してコストダウンを図るため、各結像光学系には、光軸方向の相対的な位置だけが異なる共通のレンズ要素を少なくとも1つ設けて、撮影距離や焦点距離を変えることができる。   In order to reduce the cost by making the lens elements in a plurality of imaging optical systems common, each imaging optical system is provided with at least one common lens element that differs only in the relative position in the optical axis direction. The shooting distance and focal length can be changed.

複数の結像光学系は、撮影距離(焦点位置あるいは結像倍率)を異ならせることができるが、少なくとも1つの光学系の焦点距離を他の光学系の焦点距離と異ならせるのが実際的である。   The plurality of imaging optical systems can vary the shooting distance (focal position or imaging magnification), but it is practical to make the focal distance of at least one optical system different from the focal distance of other optical systems. is there.

複数の結像光学系には、例えば望遠、標準、広角に相当する焦点距離を与えることができる。具体的には、最も焦点距離が長い光学系の焦点距離は、最も焦点距離が短い光学系の焦点距離の1.5倍以上とするのがよい。   For example, focal lengths corresponding to telephoto, standard, and wide-angle can be given to the plurality of imaging optical systems. Specifically, the focal length of the optical system with the longest focal length is preferably 1.5 times or more the focal length of the optical system with the shortest focal length.

また、複数の結像光学系中には、マクロに相当する焦点距離を与えることができる。具体的には、その焦点距離の200倍以下の距離にある物点に対して合焦する結合光学系とすることが好ましい。   In addition, a focal length corresponding to a macro can be given to a plurality of imaging optical systems. Specifically, a coupling optical system that focuses on an object point at a distance of 200 times or less of the focal length is preferable.

複数の結像エリアの前には、イメージセンサーの性質に応じ、全ての結像エリア用の単一の赤外カットフィルター、あるいは単一の光学ローパスフィルターを配置することが好ましい。   In front of the plurality of imaging areas, it is preferable to arrange a single infrared cut filter or a single optical low-pass filter for all the imaging areas in accordance with the properties of the image sensor.

本発明の多焦点撮像デバイスは、携帯電話を初めとするモバイル機器に搭載して有用である。   The multifocal imaging device of the present invention is useful when mounted on a mobile device such as a mobile phone.

本発明によれば、超薄型で携帯電話等のモバイルに搭載可能な多焦点撮像デバイスを得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the multi-focal imaging device which can be mounted in mobiles, such as a mobile phone, is ultra-thin.

図1、図2は、本発明による多焦点カラー撮像デバイスを携帯電話10に搭載した概念図である。携帯電話10には、その一面に撮像窓11が形成され、他面に表示手段としてのLCDパネル12が設けられている。   1 and 2 are conceptual diagrams in which a multifocal color imaging device according to the present invention is mounted on a mobile phone 10. An imaging window 11 is formed on one surface of the mobile phone 10, and an LCD panel 12 as display means is provided on the other surface.

撮像窓11(携帯電話10)内には、平面的に分布する4個の結像エリア(画像形成エリア)を有する多焦点撮像デバイス20が位置している。図3ないし図7に示す多焦点撮像デバイス20は、物体側から順に、外面平面共通光学要素21、異なる光軸上に位置する4個の異なる光学要素22A、22B、22C及び22D、共通の赤外カットフィルタ23、及び単一のカラーイメージセンサー(カラーCCD、固体撮像素子)24が位置している。   A multifocal imaging device 20 having four imaging areas (image forming areas) distributed in a plane is located in the imaging window 11 (mobile phone 10). The multifocal imaging device 20 shown in FIGS. 3 to 7 includes, in order from the object side, an outer surface common optical element 21, four different optical elements 22A, 22B, 22C and 22D located on different optical axes, a common red An outer cut filter 23 and a single color image sensor (color CCD, solid-state image sensor) 24 are located.

外面平面共通光学要素21は、物体側の面が平面21pをなす入射面からなり、像側の面が各結像光学系用のレンズ面21A、21B、21C及び21Dをなしており、これらレンズ面21Aないし21Dは、光学要素22Aないし22D(各結像光学系用のレンズ要素)と協働して、焦点距離(結像倍率)の異なる4個の結像光学系A、B、C、Dを構成している。赤外カットフィルタ23は、4個の結像光学系AないしDをカバーする単一の平行平面板である。赤外カットフィルタ23に代えて、4個の結像光学系AないしDをカバーする単一の光学ローパスフィルターを設置することもできる。4個の結像光学系の間には各光路を分離する光路分離素子としての光路分離壁28が設置されている。   The outer-plane common optical element 21 includes an incident surface whose surface on the object side forms a plane 21p, and the image-side surface forms lens surfaces 21A, 21B, 21C, and 21D for each imaging optical system. The surfaces 21A to 21D cooperate with the optical elements 22A to 22D (lens elements for each imaging optical system) to form four imaging optical systems A, B, C, having different focal lengths (imaging magnifications). D is constituted. The infrared cut filter 23 is a single plane parallel plate that covers the four imaging optical systems A to D. Instead of the infrared cut filter 23, a single optical low-pass filter that covers the four imaging optical systems A to D may be installed. Between the four imaging optical systems, an optical path separation wall 28 is installed as an optical path separation element for separating the optical paths.

4個の結像光学系AないしDによる像は、単一のイメージセンサー24上の異なるエリアに結像する。この実施形態では、イメージセンサー24の矩形の結像エリアを2×2に4分割している。イメージセンサー24のサイズと画素数を、1/4” (対角線長)と1280×1024(≒1.3M)とすると、一つの結像エリアのサイズと画素数は、例えば、1/8”と640×512(≒0.3M)とすることができる。   Images by the four imaging optical systems A to D are formed in different areas on the single image sensor 24. In this embodiment, the rectangular imaging area of the image sensor 24 is divided into 4 × 2 × 2. Assuming that the size and the number of pixels of the image sensor 24 are 1/4 "(diagonal length) and 1280 × 1024 (≈1.3M), the size and the number of pixels of one imaging area are, for example, 1/8" 640 × 512 (≈0.3M).

結像光学系Aは、外面平面共通光学要素21の像側の面21Aを凹面、光学要素22Aを正レンズの構成とし、広角焦点距離の結像光学系を構成し、遠距離物体(結像光学系Aの焦点距離の1000倍程度の物体)に対して合焦させた状態で固定している。   The imaging optical system A has a wide-angle focal length imaging optical system in which the image-side surface 21A of the outer-plane common optical element 21 is a concave surface and the optical element 22A is a positive lens. The object is fixed in a focused state with respect to an object (approximately 1000 times the focal length of the optical system A).

結像光学系Bは、結像光学系Aのマクロ状態を構成するマクロ撮影光学系である。外面平面共通光学要素21の像側の面21Bと光学要素22Bはそれぞれ、結像光学系Aの面21Aと光学要素22Aと同一であるが、光学要素(正レンズ)22Bを光学要素22Aより物体寄りに設置することによって、マクロ域物体(近接物体、結像光学系Bの焦点距離の200倍以下の物体)に対して合焦する光学系を構成している。   The imaging optical system B is a macro imaging optical system that constitutes the macro state of the imaging optical system A. The image-side surface 21B and the optical element 22B of the outer-plane common optical element 21 are the same as the surface 21A and the optical element 22A of the imaging optical system A, respectively, but the optical element (positive lens) 22B is moved from the optical element 22A to the object. By disposing it closer, an optical system that focuses on a macro area object (a close object, an object having a focal length of 200 times or less of the focal length of the imaging optical system B) is configured.

結像光学系Dは、望遠焦点距離の結像光学系であり、外面平面共通光学要素21の像側の面21Dを凸面、光学要素22Dを正レンズで構成することにより、全長を長くすることなく結像光学系Aの約3倍の焦点距離の結像光学系を構成している。   The imaging optical system D is an imaging optical system having a telephoto focal length, and the overall length is increased by forming the image-side surface 21D of the outer-plane common optical element 21 as a convex surface and the optical element 22D as a positive lens. Thus, an imaging optical system having a focal length approximately three times that of the imaging optical system A is formed.

結像光学系Cは、結像光学系Aと結像光学系Dの中間の焦点距離を有する結像光学系で、外面平面共通光学要素21のレンズ面21Cと光学要素22Cは、結像光学系Aのレンズ面21Aと光学要素22Aと同じであるが、光学要素(正レンズ)22Cを光学要素(正レンズ)22Aより物体寄りに位置する固有の光学要素として全系として結像光学系Aの約2倍の焦点距離の結像光学系を構成している。   The image forming optical system C is an image forming optical system having an intermediate focal length between the image forming optical system A and the image forming optical system D. The lens surface 21C and the optical element 22C of the outer plane common optical element 21 include image forming optics. The optical system A is the same as the lens surface 21A and the optical element 22A of the system A, but the optical element (positive lens) 22C is the entire system as a unique optical element positioned closer to the object than the optical element (positive lens) 22A. An imaging optical system having a focal length approximately twice as large as that of the image forming apparatus is formed.

イメージセンサー24は、図8に示すように、演算処理装置(CPU)30に接続されており、レリーズスイッチ32を押すと、イメージセンサー24上の4つの結像エリアの画像信号、つまりAないしDを介して結像した異なる焦点距離の画像信号が演算処理装置30内に取り込まれる。選択手段33は、予めまたは撮像後に、4つの画像信号から一つを選択し、LCDパネル(表示手段)12に表示する。演算処理装置30には、記憶手段34が備えられており、選択した画像を記憶する。   As shown in FIG. 8, the image sensor 24 is connected to an arithmetic processing unit (CPU) 30. When the release switch 32 is pressed, image signals of four image forming areas on the image sensor 24, that is, A to D are displayed. The image signals of different focal lengths imaged via the are taken into the arithmetic processing unit 30. The selection means 33 selects one of the four image signals in advance or after imaging and displays it on the LCD panel (display means) 12. The arithmetic processing unit 30 is provided with a storage unit 34 and stores the selected image.

すなわち、各結像光学系A〜Dの画像は、イメージセンサー24の独立した領域に画像を作るので、同時に複数の画像を得ることが可能である。勿論、光路を機械的に選択したり、画像処理等によりソフト的に選択することで、単一の結像光学系のみの画像を得ることも可能である。   That is, since the images of the imaging optical systems A to D are formed in independent regions of the image sensor 24, a plurality of images can be obtained simultaneously. Of course, it is also possible to obtain an image of only a single imaging optical system by selecting the optical path mechanically or by software selection by image processing or the like.

外面平面共通光学要素21の物体側の面が平面21pとなっており、図4ないし図7に示すように、複数の結像光学系AないしDの光路はレンズ面の一部を共有して使用している。   The object-side surface of the outer plane common optical element 21 is a plane 21p. As shown in FIGS. 4 to 7, the optical paths of the plurality of imaging optical systems A to D share a part of the lens surface. I use it.

1つの光軸上を各レンズ群が相対移動することによって焦点距離を変更する通常のズームレンズカメラも、近年のように電気制御でズーミングさせる場合には複数の不連続な焦点距離ステップを有するのが普通であるから、この実施形態の撮像デバイスは、3ステップ(4ステップ)の焦点距離を有するズームレンズカメラとみることができ、より多数の結像光学系を備えれば、さらに上記通常のズームレンズカメラに近づく。勿論、記憶された画像信号は、送信することができるが、本発明はこれら送信手段を問わない。   An ordinary zoom lens camera that changes the focal length by relatively moving each lens group on one optical axis also has a plurality of discontinuous focal length steps when zooming by electric control as in recent years. Therefore, the imaging device of this embodiment can be regarded as a zoom lens camera having a focal length of 3 steps (4 steps). Close to the zoom lens camera. Of course, the stored image signal can be transmitted, but the present invention is not limited to these transmission means.

図9ないし図11の実施形態は、各結像光学系A〜Dの光学要素22A、22B、22C、22Dを単一のモジュール(中間光学要素ブロック、合成樹脂材料の成形体)から構成した例である。すなわち、外面平面共通光学要素21を第1レンズモジュールとし、光学要素(レンズ)22A、22B、22C、22Dを第2レンズモジュール22上に形成している。図3ないし図7で示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。このようにモジュール化すると、組立、調整が簡単になり、小型薄型の多焦点撮像デバイスを容易に得ることができる。   9 to 11 are examples in which the optical elements 22A, 22B, 22C, and 22D of the imaging optical systems A to D are configured from a single module (intermediate optical element block, molded body of synthetic resin material). It is. That is, the outer plane common optical element 21 is the first lens module, and the optical elements (lenses) 22A, 22B, 22C, and 22D are formed on the second lens module 22. The same components as those shown in FIGS. 3 to 7 are denoted by the same reference numerals. When modularized in this way, assembly and adjustment are simplified, and a small and thin multifocal imaging device can be easily obtained.

次に、図12、図13は、イメージセンサー24を2分割で使用する実施形態、すなわち、2つの結像光学系A、Bを構成する例を示している。縦横比4:3のイメージセンサー24は、図12に示すように、画素を無駄なく使うべく中央部で2分割されている。結像光学系A、Bに共通の赤外カットフィルタ23、及び単一のカラーイメージセンサー(カラーCCD)24は、上述の実施形態と同一の要素である。結像光学系A、Bは、第1レンズモジュール(外面平面共通光学要素)25、第2レンズモジュール(中間光学要素ブロック、合成樹脂材料の成形体)26、及び第3レンズモジュール(中間光学要素ブロック、合成樹脂材料の成形体)27によって構成されており、第1レンズモジュール25の第1面は平面25pからなっている。   Next, FIGS. 12 and 13 show an embodiment in which the image sensor 24 is divided into two, that is, an example in which two imaging optical systems A and B are configured. As shown in FIG. 12, the image sensor 24 having an aspect ratio of 4: 3 is divided into two at the center so that the pixels can be used without waste. The infrared cut filter 23 common to the imaging optical systems A and B and the single color image sensor (color CCD) 24 are the same elements as those in the above-described embodiment. The imaging optical systems A and B include a first lens module (outer plane common optical element) 25, a second lens module (intermediate optical element block, a synthetic resin material molded body) 26, and a third lens module (intermediate optical element). The first surface of the first lens module 25 is a flat surface 25p.

第1レンズモジュール25の第2面のレンズ面25A、25Bは同一であり、第2レンズモジュール26の第1レンズ26Aと第2レンズ26Bは、光軸方向位置を異ならせた同一レンズ形状をなし、第3レンズモジュール27の第1レンズ27Aと第2レンズ27Bは同一である。そして、図の下段の結像光学系Bの第2レンズ26Bは上段の結像光学系Aの第2レンズ26Aより物体側に位置していて、上段は遠距離物体に合焦する撮影光学系、下段は近距離物体(マクロ)に合焦する撮影光学系を構成している。第1レンズモジュール25と第2レンズモジュール26の間、赤外カットフィルタ23の前方、及び赤外カットフィルタ23とイメージセンサー24の間にはそれぞれ、光路分離壁28a、28b、28cが配置されていて、結像光学系A、Bによる画像が同一のイメージセンサー24上に分離させて(互いに重複することなく)形成される。   The lens surfaces 25A and 25B of the second surface of the first lens module 25 are the same, and the first lens 26A and the second lens 26B of the second lens module 26 have the same lens shape with different positions in the optical axis direction. The first lens 27A and the second lens 27B of the third lens module 27 are the same. The second lens 26B of the lower image forming optical system B is positioned on the object side of the second lens 26A of the upper image forming optical system A, and the upper image capturing optical system focuses on a distant object. The lower part constitutes a photographing optical system for focusing on a short-distance object (macro). Optical path separation walls 28a, 28b, and 28c are disposed between the first lens module 25 and the second lens module 26, in front of the infrared cut filter 23, and between the infrared cut filter 23 and the image sensor 24, respectively. Thus, images formed by the imaging optical systems A and B are formed on the same image sensor 24 (without overlapping each other).

この多焦点撮像デバイスでは、使用時にいずれかの画像を選択することも可能であるし、また、同時に遠距離、近距離の画像を処理することにより、コントラストの高いほうの画像をソフト的に判別して自動記録することも可能である。また、フォーカシング機構を機械的に持たなくてすむので、光軸方向に非常に薄い空間に、広い距離範囲の物体を高いコントラストで撮影可能な光学系を収納することが可能となる。   With this multifocal imaging device, it is possible to select one of the images at the time of use, and the image with the higher contrast is discriminated softly by simultaneously processing the images at long and short distances. It is also possible to record automatically. In addition, since it is not necessary to mechanically have a focusing mechanism, it is possible to store an optical system capable of photographing an object in a wide distance range with high contrast in a very thin space in the optical axis direction.

図14は、図12、図13の実施形態の変形例で、第1レンズモジュール(外面平面共通光学要素)25、第2レンズモジュール26、及び第3レンズモジュール27に構成するレンズ面形状の別の例である。図13の実施形態と同様に、第1レンズモジュール25のレンズ面25A、25Bは同一であり、第2レンズモジュール26の第1レンズ26Aと第2レンズ26Bは、光軸方向位置を異ならせた同一レンズ形状をなし、第3レンズモジュール27の第1レンズ27Aと第2レンズ27Bは同一である。図の下段の結像光学系Bの第2レンズ26Bは上段の結像光学系Aの第2レンズ26Aより物体側に位置していて、上段は短い焦点距離(広い画角)、下段は長い焦点距離(狭い画角=高い倍率)の撮影光学系を構成している。   FIG. 14 is a modification of the embodiment of FIGS. 12 and 13, and shows different lens surface shapes that are configured in the first lens module (outer plane common optical element) 25, the second lens module 26, and the third lens module 27. It is an example. Similarly to the embodiment of FIG. 13, the lens surfaces 25A and 25B of the first lens module 25 are the same, and the first lens 26A and the second lens 26B of the second lens module 26 have different positions in the optical axis direction. The same lens shape is formed, and the first lens 27A and the second lens 27B of the third lens module 27 are the same. The second lens 26B of the lower imaging optical system B in the figure is located on the object side from the second lens 26A of the upper imaging optical system A, the upper is a short focal length (wide field angle), and the lower is long. The photographic optical system has a focal length (narrow field angle = high magnification).

この実施形態においても、前述の遠距離、近距離用光学系と同様に、各レンズを全く移動させることなく、広い画角と狭い画角(高い倍率)の撮影が可能である。レンズを移動させてズームや焦点距離切替えを行う従来の撮影光学系と比較し、移動機構が必要ないため、光学系を狭い空間に効率良く収納することが可能である。また、耐衝撃性に優れ、コスト的にも有利である。   Also in this embodiment, similarly to the above-described long-distance and short-distance optical systems, it is possible to shoot with a wide field angle and a narrow field angle (high magnification) without moving each lens at all. Compared to a conventional photographing optical system that moves a lens and performs zooming and focal length switching, a moving mechanism is not required, so that the optical system can be efficiently stored in a narrow space. Moreover, it is excellent in impact resistance and is advantageous in terms of cost.

図15、図16は、イメージセンサー24に、広角側と望遠側の結像領域に重複部分ABを設けることにより分割前後で撮像画面の縦横比を維持しつつ、全撮像素子を有効に利用する実施形態を示している。この実施形態では、広角焦点距離および望遠焦点距離の二つの結像光学系A、Bが、同様に、第1レンズモジュール(外面平面共通光学要素)25、第2レンズモジュール26、及び第3レンズモジュール27によって構成されていて、第1レンズモジュール25の2つのレンズ面25Aと25B、及び第3レンズモジュール27の2つのレンズ面27Aと27Bはそれぞれ同一である。一方、第2レンズモジュール26の2つのレンズ26A、26Bはそれぞれ広角用、望遠用の固有のレンズにより構成されている。   15 and 16, the image sensor 24 is provided with overlapping portions AB in the wide-angle side and telephoto side imaging regions so that the entire imaging device is effectively used while maintaining the aspect ratio of the imaging screen before and after the division. An embodiment is shown. In this embodiment, the two imaging optical systems A and B having a wide-angle focal length and a telephoto focal length are similarly provided with a first lens module (outer plane common optical element) 25, a second lens module 26, and a third lens. The two lens surfaces 25A and 25B of the first lens module 25 and the two lens surfaces 27A and 27B of the third lens module 27 are the same. On the other hand, the two lenses 26 </ b> A and 26 </ b> B of the second lens module 26 are constituted by unique lenses for wide angle and telephoto, respectively.

この実施形態では、イメージセンサー24上で画像の重複部分があるため、選択した結像光学系以外の光路を遮蔽するような光路選択手段(光路を遮蔽する手段)29を第2レンズモジュール26と第3レンズモジュール27の間に設けている。   In this embodiment, since there is an overlapping portion of the image on the image sensor 24, an optical path selection means (means for shielding the optical path) 29 that shields the optical path other than the selected imaging optical system is connected to the second lens module 26. It is provided between the third lens modules 27.

図17は、イメージセンサー24に設定する2つの結像エリアを重複させることなく、各結像エリアの縦横比を、元のイメージセンサー24の縦横比を維持して分割した例である。   FIG. 17 shows an example in which the two image forming areas set in the image sensor 24 are divided without maintaining the aspect ratio of each image forming area while maintaining the aspect ratio of the original image sensor 24.

イメージセンサー24は、単一の基板であることが好ましいが、一平面状(上)に配置されている限り、複数枚に分割されていてもよい。
The image sensor 24 is preferably a single substrate, but may be divided into a plurality of sheets as long as the image sensor 24 is arranged in one plane (upper).

本発明による多焦点撮像デバイスを携帯電話に搭載したときの外観例である。It is an external appearance example when the multifocal imaging device by this invention is mounted in a mobile telephone. 同携帯電話の表示手段(LCD)の外観例である。It is an external appearance example of the display means (LCD) of the mobile phone. 本発明による多焦点撮像デバイスの一実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows one Embodiment of the multifocal imaging device by this invention. 図3のIV-IVに沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along IV-IV in FIG. 3. 図3のV-Vに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows VV of FIG. 図3のVI-VIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows VI-VI of FIG. 図3のVII-VIIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VII-VII of FIG. 本発明による多焦点撮像デバイスのブロック図である。1 is a block diagram of a multifocal imaging device according to the present invention. FIG. 本発明による多焦点撮像デバイスのレンズモジュールの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the lens module of the multifocal imaging device by this invention. 図9の上段の結像光学系の横断面図である。FIG. 10 is a transverse sectional view of the upper imaging optical system in FIG. 9. 図9の下段の結像光学系の横断面図である。FIG. 10 is a transverse sectional view of the lower imaging optical system in FIG. 9. 結像光学系が2つで結像エリアが独立している本発明による多焦点撮像デバイスの正面図である。1 is a front view of a multifocal imaging device according to the present invention having two imaging optical systems and independent imaging areas. FIG. 図12のXIII-XIII線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the XIII-XIII line | wire of FIG. 図13の断面図に対応させて描いた、他の多焦点撮像デバイスの実施形態を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing an embodiment of another multifocal imaging device drawn corresponding to the cross-sectional view of FIG. 13. 結像光学系が2つで結像エリアが一部重複している本発明による多焦点撮像デバイスの正面図である。1 is a front view of a multifocal imaging device according to the present invention in which there are two imaging optical systems and the imaging areas partially overlap. 図15のXVI-XVI線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the XVI-XVI line of FIG. イメージセンサーに設定する2つの結像エリアを重複させることなく、各結像エリアの縦横比を元のイメージセンサーの縦横比を維持して分割した例を示す正面図である。It is a front view which shows the example which divided | segmented the aspect ratio of each image formation area, maintaining the aspect ratio of the original image sensor, without making two image formation areas set to an image sensor overlap.

符号の説明Explanation of symbols

A B C D 結像光学系
10 携帯電話
11 撮像窓
12 LCDパネル(表示手段)
20 多焦点撮像デバイス
21 25 外面平面共通光学要素(第1レンズモジュール)
21p 平面
22A 22B 22C 22D 光学要素(レンズ要素、レンズ面)
22 第2レンズモジュール(中間光学要素ブロック)
23 赤外カットフィルタ
24 イメージセンサー
26 27 レンズモジュール(中間光学要素ブロック)
28 28a 28b 28c 光路分離壁(光路分離素子)
29 光路選択手段(光路を遮蔽する手段)
30 演算処理装置
32 レリーズスイッチ
33 選択手段
34 記憶手段

ABCD Imaging optical system 10 Mobile phone 11 Imaging window 12 LCD panel (display means)
20 Multifocal imaging device 21 25 External plane common optical element (first lens module)
21p plane 22A 22B 22C 22D optical element (lens element, lens surface)
22 Second lens module (intermediate optical element block)
23 Infrared cut filter 24 Image sensor 26 27 Lens module (intermediate optical element block)
28 28a 28b 28c Optical path separation wall (optical path separation element)
29 Optical path selection means (means to block the optical path)
30 arithmetic processing unit 32 release switch 33 selection means 34 storage means

Claims (18)

同一平面上に配置されたイメージセンサーと、該イメージセンサー上の異なる複数の結像エリアにそれぞれ、結像倍率の異なる像を結像させる複数の結像光学系を有することを特徴とする多焦点撮像デバイス。 A multifocal system comprising: an image sensor arranged on the same plane; and a plurality of imaging optical systems that form images with different imaging magnifications in a plurality of different imaging areas on the image sensor. Imaging device. 請求項1記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像エリアは、単一のイメージセンサー上に形成されている多焦点撮像デバイス。 The multifocal imaging device according to claim 1, wherein the plurality of imaging areas are formed on a single image sensor. 請求項1または2記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の異なる像を結像させる各結像光学系による結像エリアは互いに重複することなく分離している多焦点撮像デバイス。 3. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein imaging areas formed by the imaging optical systems that form the plurality of different images are separated without overlapping each other. 請求項2記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の異なる像を結像させる各結像光学系による結像エリアは一部が互いに重複している多焦点撮像デバイス。 3. The multifocal imaging device according to claim 2, wherein imaging areas formed by the respective imaging optical systems that form the plurality of different images partially overlap each other. 請求項1ないし4のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像エリアのいずれかひとつを選択するために、選択された結像エリア以外の光路を遮蔽する手段を有する多焦点撮像デバイス。 5. The multifocal imaging device according to claim 1, further comprising means for shielding an optical path other than the selected imaging area in order to select any one of the plurality of imaging areas. Focus imaging device. 請求項1ないし5のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記各結像光学系のいずれかの光学素子が、該光学素子が属する結像光学系とは別の結像光学系の光学素子とモジュール化されている多焦点撮像デバイス。 6. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein any one of the imaging optical systems includes an imaging optical system different from the imaging optical system to which the optical element belongs. Multifocal imaging device modularized with optical elements. 請求項6記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像光学系の最も物体側には、物体側の面は各結像光学系に共通の平面をなし、像側の面は各結像光学系用のレンズ面からなる外面平面共通光学要素が配置されている多焦点撮像デバイス。 7. The multifocal imaging device according to claim 6, wherein the object side surface of the plurality of image forming optical systems is a plane common to the image forming optical systems, and the image side surface is formed of each image forming optical system. A multifocal imaging device in which an outer-plane common optical element including a lens surface for an optical system is arranged. 請求項7記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記外面平面共通光学要素の物体側の平面上では、上記複数の結像光学系の光路の一部が重複している多焦点撮像デバイス。 8. The multifocal imaging device according to claim 7, wherein a part of optical paths of the plurality of imaging optical systems overlaps on a plane on the object side of the outer plane common optical element. 請求項7または8記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記外面平面共通光学要素とイメージセンサーとの間に、各結像光学系用のレンズ要素を有するモジュール化された中間光学要素ブロックが配設されている多焦点撮像デバイス。 9. The multifocal imaging device according to claim 7 or 8, wherein a modularized intermediate optical element block having lens elements for each imaging optical system is disposed between the outer plane common optical element and the image sensor. Multifocal imaging device. 請求項1ないし9のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像光学系は、物体側に位置する、各結像光学系用の光学要素を一体化した第一レンズモジュールと、この第一レンズモジュールとイメージセンサーとの間に位置する、各結像光学系用のレンズ要素を一体化した第二レンズモジュールと、複数の結像光学系用の複数の結像エリアを有する単一の上記イメージセンサーとによって構成されている多焦点撮像デバイス。 10. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein the plurality of imaging optical systems are integrated with optical elements for the respective imaging optical systems that are located on the object side. A second lens module, which is located between the first lens module and the image sensor, in which the lens elements for each imaging optical system are integrated, and a plurality of imaging areas for a plurality of imaging optical systems. A multifocal imaging device comprising a single image sensor. 請求項1ないし10のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、各結像光学系は、光軸方向の相対的な位置だけが異なり、光学面形状、レンズ厚及び光学材料が同一のレンズ要素を少なくとも1つ有する多焦点撮像デバイス。 11. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein each imaging optical system is different only in a relative position in an optical axis direction, and has the same optical surface shape, lens thickness, and optical material. A multifocal imaging device having at least one element. 請求項1ないし11のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像光学系のうち、少なくとも1つの光学系が他の光学系と焦点距離が異なる多焦点撮像デバイス。 12. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of imaging optical systems has a focal length different from that of another optical system. 請求項12記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像光学系のうち、最も焦点距離が長い光学系の焦点距離は、最も焦点距離が短い光学系の焦点距離の1.5倍以上である多焦点撮像デバイス。 13. The multifocal imaging device according to claim 12, wherein a focal length of an optical system having the longest focal length among the plurality of imaging optical systems is 1.5 times or more of a focal length of an optical system having the shortest focal length. A multifocal imaging device. 請求項1ないし13のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像光学系のうち少なくとも1つの光学系は、その焦点距離の200倍以下の距離にある物点に対してのみ合焦するように設定されている多焦点撮像デバイス。 14. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of imaging optical systems has an object point at a distance equal to or less than 200 times the focal length. A multifocal imaging device that is set to focus only. 請求項1ないし14のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像エリアの前に、全ての結像エリア用の単一の赤外カットフィルターが配置されている多焦点撮像デバイス。 15. The multifocal imaging device according to any one of claims 1 to 14, wherein a single infrared cut filter for all the imaging areas is arranged in front of the plurality of imaging areas. device. 請求項1ないし15のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像エリアの前に、全ての結像エリア用の単一の光学ローパスフィルターが配置されている多焦点撮像デバイス。 16. The multifocal imaging device according to any one of claims 1 to 15, wherein a single optical low-pass filter for all imaging areas is arranged in front of the plurality of imaging areas. . 請求項1ないし16のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスにおいて、上記複数の結像光学系の光路を分離する光路分離素子が各結像光学系間に配置されている多焦点撮像デバイス。 17. The multifocal imaging device according to claim 1, wherein an optical path separation element that separates optical paths of the plurality of imaging optical systems is disposed between the imaging optical systems. 請求項1ないし17のいずれか1項記載の多焦点撮像デバイスを備えたモバイル機器。

A mobile device comprising the multifocal imaging device according to claim 1.

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