JP2005134834A - 撮像装置および電子的撮像機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、被写体の撮像距離に応じてプリズムユニットを第１の位置と第２の位置に切り換えることができ、より好ましくはｆｃ調整も可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、プリズムユニットと撮像素子と固定部材とリンク機構と切換部材とを備える。プリズムユニットは、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有する。撮像素子は、固定部材によって結像面に配置されて、プリズムユニットにより形成される物体像を電気信号に変換する。リンク機構は、固定部材と前記プリズムユニットとを動作的に連結し、プリズムユニットの姿勢を保持しながら撮像素子の受光面と直交する方向に沿ってプリズムユニットを平行移動させる。切換部材は、プリズムユニットを受光面と直交する方向に沿って、第１の位置と第２の位置とに選択的に位置決め保持する。
【選択図】 図１２

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、これを用いた撮像用機器に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。
特開２００１−２７２５８７号公報 特開２００２−２６７９２８号公報 特開２００２−１２０１２２号公報 特開平１１−１２６７６６号公報 特開２００２−１９６２４３号公報 特開２００３−８４２００号公報

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。

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。

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個々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。

この問題を解決するために、個々の撮像装置に対して、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）を行なう必要があるが、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。

そこで、本発明の目的は、被写体の撮像距離に応じてプリズムユニットを第１の位置と第２の位置に切り換えることができ、より好ましくはｆｃ調整も可能な撮像装置と、これを用いた撮像用機器を提供することにある。

本発明に係る撮像装置は、プリズムユニットと撮像素子と固定部材とリンク機構と切換部材とを備える。プリズムユニットは、物体からの光側が入射されて、結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられる。撮像素子は、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る物体像を電気信号に変換する。固定部材は、前記撮像素子を固定する。リンク機構は、前記プリズムユニットの姿勢を保持しながら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を平行移動させるべく、前記固定部材と前記プリズムユニットとを動作的に連結する。切換部材は、前記プリズムユニットを前記受光面と直交する方向に沿って、第１の位置と、前記第１の位置に比べて前記受光面から遠い第２の位置と、に選択的に位置決め保持する。

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ほぼ無限位置までの間にある場合に対応して撮像を行な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近い場合に対応して撮像を行なうためのマクロ撮像位置である。この明細書において、標準撮像位置とは、至近距離から無限遠まで同じ設定でほぼ焦点が合うパンフォーカスの撮像状態にプリズムユニットが設定される位置を意味する。マクロ撮像位置とは、前記至近距離よりも更に接近した被写体に焦点が合わされるいわゆる接写を行なうことのできる撮像状態にプリズムユニットが設定される位置を意味する。

本発明において、前記プリズムユニットの好ましい形態の１つは、２つのプリズムとこれらの間に配置される絞り部材とを備え、それぞれのプリズムは、少なくとも１面以上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する。

本発明の好ましい形態の撮像装置は、前記切換部材に連動するマニュアル操作部材を有し、このマニュアル操作切換部材は、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する第１設定位置または前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決め保持する第２設定位置に前記切換部材を切り換える。

また、本発明の好ましい形態において、前記固定部材は、第１リンク支持部を有し、前記プリズムユニットは、第２リンク支持部を有し、前記リンク機構は、それぞれ一端と他端との途中で支持ピンによって互いに枢支される第１腕部および第２腕部を有する。そして、前記第１腕部は、一端が前記第１リンク支持部に枢支され、他端が前記第２リンク支持部にスライド可能に支持される。また、前記第２腕部は、一端が前記第２リンク支持部に枢支され、他端が前記第１リンク支持部にスライド可能に支持される。

本発明において、前記切換部材の好ましい形態の１つは、前記プリズムユニットを第１の位置に位置決め保持する第１設定位置と前記プリズムユニットを第２の位置に位置決め保持する第２設定位置との間で、前記撮像素子の受光面と平行な方向に沿って移動可能であり、前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当接して前記プリズムユニットの位置を前記第１の位置と前記第２の位置とに選択的に位置決めする当接部を有する。この場合、前記当接部の好ましい形態の１つは、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する第１当接部と、前記プリズムユニットを第２の位置に位置決め保持する第２当接部とをそれぞれ有する。言い換えると、本発明において、前記切換部材の好ましい形態の１つは、前記プリズムユニットを第１の位置に位置決めする第１設定位置と前記プリズムユニットを第２の位置に位置決めする第２設定位置との間で、前記撮像素子の受光面と平行な方向に沿って移動可能であり、前記第１設定位置にある場合に前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当て付く第１当接部と、前記第２設定位置にある場合に前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当て付く第２当接部を有する。

また、本発明における撮像装置の好ましい形態の１つは、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沿って微調整する調整手段を有する。この調整手段として、例えば、前記プリズムユニットの第１の位置を前記撮像素子の受光面と直交する方向に沿って微調整するべく、前記第１当接部の位置を微調整する微調機構を有する。調整手段の好ましい形態の１つは、前記第１当接部または前記第２当接部が前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当接する状態で、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位置を微調整するための微調機構を有する。

本発明に係る他の形態の撮像装置は、プリズムユニットと撮像素子と固定部材と支持部材とリンク機構と切換部材と調整機構とを備える。プリズムユニットは、物体からの光束が入射されて、結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光側が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられる。撮像素子は、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。固定部材は、前記撮像素子を固定する。支持部材は、前記プリズムユニットを支持する。リンク機構は、前記プリズムユニットの姿勢を保持しながら前記撮像素子の受光面と直交する方向に沿って前記支持部材に支持された前記プリズムユニットを平行移動させるべく、前記固定部材と前記支持部材とを動作的に連結する。切換部材は、前記支持部材に支持されたプリズムユニットを前記受光面と直交する方向に沿って、第１の位置と、前記第１の位置に比べて前記受光面から遠い第２の位置と、に選択的に位置決め保持する。微調機構は、前記支持部材と前記プリズムユニットとの相対位置関係を前記撮像素子の受光面に直交する方向に沿って微調整する。

本発明に係る撮像用装置は、上述されている撮像装置を備え、この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、適用された情報記録媒体に前記処理手段からの前記画像データを記録する記録手段とを具備する。撮像用機器の一例は、デジタルカメラやカメラ付携帯電話を含む撮像装置付電子機器である。

本発明の撮像装置によれば、被写体の撮像距離に応じて、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沿って撮像素子寄りの第１の位置と撮像素子から離れた第２の位置とに、プリズムユニットの姿勢を平行に保ちながら、切り換えることができる。したがって、撮像装置は、２つの異なる焦点位置設定が可能であり、これによって得られる２つの撮像設定を選択して撮像を行なうことができる。

本発明に係る第１の実施形態の撮像用機器について、カメラを一例に図１から図２０を参照して説明する。図１に示すようにデジタルカメラ１は、レリーズボタン２０、フラッシュ２１、ファインダ光学系２２、撮像光学系２３、および画像モニタ２４（図２参照）がハウジング２の外部に面して設けられている。ハウジング２は、図２に示すように、撮像光学系２３の主要部を構成する撮像装置１０、処理手段としての画像処理回路２５、記録手段としての記録部２６などを内蔵している。画像処理回路２５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２６は、画像処理回路２５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。

撮像装置１０は、入射光軸λｉと射出光軸λｏとが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられる偏心光学系の一例であるプリズムユニット３０と、基板１１に実装された撮像素子１２とを含んでいる。プリズムユニット３０の一例は、図３〜図１１に示す。プリズムユニット３０は、第１プリズム４１と第２プリズム４２と絞り部材４３とを有している。撮像素子１２は、例えばＣＣＤなどの光を電気信号に変換する素子であって、プリズムユニット３０の射出側に配置されている。撮像素子１２の受光面には、カバーガラス１２ａが取り付けられている。カバーガラス１２ａの代わりに偏光フィルタなどの光学部材を取り付けても良い。

第１プリズム４１は、図３に示すように、入射面５１と、回転非対称な反射面５２と、射出面５３とで構成される偏心プリズムである。第１プリズム４１の射出面５３は、図５に示すように、光路の有効径部５３ａの外側領域に平坦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とを有している。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。本実施形態では、図４および図５に示すように、位置決め部５３ｃ，５３ｄは、入射光軸λｉに沿う方向に有効径部５３ａを横切る面Ａ１を挟んで対称の位置に配置されている。

突起部５３ｅ，５３ｇは、面Ａ１に対して有効径部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までの距離のほうが長い。突起部５３ｆは、有効径部５３ａの外側であって、面Ａ１に対して位置決め部５３ｃ，５３ｄの内側位置に設けられている。本実施形態では、面Ａ１が平面部５３ｂと交差する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。

第２プリズム４２は、図３に示すように、入射面６１と、反射面６２と、反射面６３と、射出面６４とで構成される偏心プリズムである。反射面６２と反射面６３のうち少なくとも１つは回転非対称に形成されている。第２プリズム４２の入射面６１は、図６に示すように、光路の有効径部６１ａの外側領域に平坦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の外側位置に設けられている。位置決め部６１ｃ，６１ｄは、射出光軸λｏに沿って有効径部６１ａを横切る面Ａ２を挟んで対称の位置に配置される。

突起部６１ｅ，６１ｇは、面Ａ２に対して有効径部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、面Ａ２に対して位置決め部６１ｃ，６１ｄより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上において面Ａ２に対して非対称に配置されている。

絞り部材４３は、図７から図９に示すように、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が設けられている。また、絞り部材４３は、第１プリズム４１と第２プリズム４２の相対位置関係を維持する保持部材としても機能する。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を開口部６２ａに臨む両面に有している。

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、位置決め部５３ｃ，５３ｃ，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。

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。

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、絞り部材４３に対する第１プリズム４１の位置が決まる。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、絞り部材４３に対する第１プリズム４１の傾きが決まる。

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、絞り部材４３に対する第２プリズムの位置が決まる。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、絞り部材４３に対する第２プリズム４２の傾きが決まる。

このようにして、第１プリズム４１と第２プリズム４２は、図１０に示すように絞り部材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上で同一直線状にこないように、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、異なる位置に設けられている。

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、第１プリズム４１と第２プリズム４２の傾きを簡単に調整することができる。

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、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、物体面からの光束が入射される入射光軸λｉとプリズムユニット３０から結像面４５に光束を射出する射出光軸λｏとが互いに所定の間隔だけ離れてほぼ平衡に設けられるプリズム光学系によって構成されている。このように、構成されることによって、本実施形態のプリズムユニット３０は、物体からの光束が入射されて物体像を結像面４５に形成する。

次に、以上に説明したプリズムユニット３０を撮像素子１２の受光面に対して交差する方向、好ましくは、直交する方向に移動させる撮像装置１０の機構について、図１２〜図２０を用いて説明する。便宜上、各図において、撮像素子１２の受光面と直交する方向をＸ方向、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶ方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して直交する方向をＺ方向とする。撮像装置１０は、図１２に示すように、上述のプリズムユニット３０と撮像素子１２の他に、固定部材１３とケース部材１４とリンク機構１５と切換部材１６と微調機構７０とを備える。

固定部材１３は、プリズムユニット３０と撮像素子１２との間に配置される。固定部材１３の中央部には、窓１３ａが設けられている。固定部材１３は、プリズムユニット３０の第２プリズム４２から射出される光束がこの窓１３ａを通過して撮像素子１２の受光面で結像するように、射出光軸λｏ上に撮像素子１２の受光面を位置決め固定している。第１プリズム４１側の固定部材１３には、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶＹ方向に沿ってガイド部１３ｂが設けられている。入射光軸λｉと射出光軸λｏとが通るＸ-Ｙ面と直交するプリズムユニット３０の幅方向（Ｚ方向）の固定部材１３の両側部１３ｃには、第１プリズム４１寄りおよび第２プリズム４２寄りの合計４か所に取付穴１３ｄ，１３ｅが凹設され、リンク機構１５を支持する第１リンク支持部となる第１支持軸１３ｆ，１３ｇが差し込まれるている。

ケース部材１４は、固定部材１３側の面を除いてプリズムユニット３０を覆う箱型に設けられており、プリズムユニット３０が内部に装着される。ケース部材１４は、プリズムユニット３０の第１プリズム４１に入射される光束を通過させる部分に入射窓１４ａが設けられている。入射窓１４ａには、保護ガラス１４ｂが嵌め込まれている。保護ガラス１４ｂとして、ＩＲカットガラスを使用すると良い。また、Ｚ方向にケース部材１４の両側部１４ｃには、第１プリズム４１寄りおよび第２プリズム４２寄りの合計４か所に取付穴１４ｄ，１４ｅが凹設され、リンク機構１５の第２リンク支持部となる第２支持軸１４ｆ，１４ｇが差し込まれるている。

プリズムユニット３０は、図１５および図１６に示すように、入射光軸λｉおよび射出光軸λｏが通る面Ａ１，Ａ２（Ｘ-Ｙ面）と平行に配置されて第１プリズム４１と第２プリズム４２とを幅方向（Ｚ方向）に両側から挟み込む保持板３１を備えている。保持板３１は、絞り部材４３と一体に形成されていてもよいし、別部品として取付けられるものでも良い。また、Ｚ方向に延びる係合ピン３２が保持板３１の両側に設けられており、ケース部材１４に設けられている係合孔１４ｈに通されて、ケース部材１４とプリズムユニット３０とを連結している。固定部材１３に面した保持板３１の４つの角には、固定部材１３に向かって凸状に形成された第１微調当接部３１ａが設けられている。

なお、係合ピン３２と係合孔１４ｈとを嵌合させてプリズムユニット３０をケース部材１４に装着する以外に、保持板３１をケース部材１４の内面に直接接着固定しても良いし、これら以外の方法でプリズムユニット３０をケース部材１４の内側に固定しても良い。

リンク機構１５は、プリズムユニット３０の姿勢を保持しながら、撮像素子１２の受光面と直交する方向に沿ってプリズムユニット３０を平行移動させるべく、固定部材１３とプリズムユニット３０とを動作的に連結している。これを実現する一形態として、本実施形態では、リンク機構１５は、第１腕部１５ａと第２腕部１５ｂと支持ピン１５ｃと付勢部材１５ｄとを備える。

第１腕部１５ａは、一端１５ｅに回動孔１５ｆが設けられ、他端１５ｇに第１腕部１５ａに沿う方向に長径を有した長孔１５ｈが設けられている。第２腕部１５ｂは、一端１５ｐに回動孔１５ｑが設けられ、他端１５ｒに第２腕部１５ｂに沿う方向に長径を有した長孔１５ｓが設けられている。第１腕部１５ａと第２腕部１５ｂとは、一端１５ｅ，１５ｐと他端１５ｇ，１５ｒとの途中で支持ピン１５ｃによって互いに枢支されている。

そして、第１腕部１５ａは、一端１５ｅが第１プリズム４１側の第１支持軸１３ｆに枢支され、他端１５ｇが第２プリズム４２側の第２支持軸１４ｇにスライド可能に支持されている。第２腕部１５ｂは、一端１５ｐが第１プリズム４１側の第２支持軸１４ｆに枢支され、他端１５ｒが第２プリズム４２側の第１支持軸１３ｇにスライド可能に支持されている。付勢部材１５ｄは、支持ピン１５ｃを支点に第１腕部１５ａと第２腕部１５ｂとを回動させて互いに重なり合う方向に付勢している。

本実施形態においては、第１プリズム４１側で第１腕部１５ａおよび第２腕部１５ｂがそれぞれ第１支持軸１３ｆおよび第２支持軸１４ｆに枢支されているが、第２プリズム４２側で第１腕部１５ａが第１支持軸１３ｇに、第２腕部１５ｂが第２支持軸１４ｇにそれぞれ枢支されていても良い。また、リンク機構１５は、プリズムユニット３０を撮像素子１２の受光面と直交する方向に姿勢を維持しながら平行移動するように、固定部材１３とプリズムユニット３０とを動作的に連結していれば良いので、ケース部材１４の代わりに、プリズムユニット３０をリンク機構１５に対して連結できるように構成された支持部材を適用しても良い。

切換部材１６は、プリズムユニット３０を撮像素子１２の受光面と直交する方向に沿って、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に比べて受光面から遠い第２の位置（一例として図２に示すマクロ撮像位置）Ｐ２とに選択的に位置決め保持する機能を有している。この切換動作を可能にする一形態として、本実施形態では、切換部材１６は、図１３〜図１６に示されるように、リンク機構１５と固定部材１３との間に配置されている。切換部材１６は、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶＹ方向に移動可能である。切換部材１６は、当接部１６ａとスライド孔１６ｂを有している。

当接部１６ａは、第１腕部１５ａと第２腕部１５ｂとを互いに枢着してプリズムユニット３０側に突出する支持ピン１５ｃに当接する。当接部１６ａは、プリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１に位置決めする第１当接部１６ｃと、プリズムユニットを第２の位置Ｐ２に位置決めする第２当接部１６ｄと、支持ピン１５ｃがこれらの間を摺接した状態で移動可能にする斜面１６ｅとを有している。この場合、リンク機構１５が付勢部材１５ｄを備えているので、支持ピン１５ｃは、常に当接部１６ａに向かって押圧されている。

スライド孔１６ｂは、切換部材１６が移動する方向に長径が配置される長孔である。切換部材１６は、第１支持軸１３ｆ，１３ｇに対応する位置にスライド孔１６ｂを有している。切換部材１６は、図１５に示すように、スライド孔１６ｂに第１支持軸１３ｆ，１３ｇが通されている。また、第１腕部１５ａと第２腕部１５ｂと切換部材１６とがＺ方向に重なるように配置される。したがって、第１腕部１５ａと第２腕部１５ｂと切換部材１６とが捩れたりしないように、それぞれの板厚に応じてスペーサワッシャ１８が第１支持軸１３ｆ，１３ｇおよび第２支持軸１４ｆ，１４ｇのそれぞれに適宜必要数、必要な位置に取り付けられる。

切換部材１６は、撮像素子１２の受光面と平行な方向に沿って、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶＹ方向に第１設定位置Ｓ１と第２設定位置Ｓ２との間で移動可能に設けられている。切換部材１６は、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部材９５と連動している。

微調機構７０は、図１２に示すように固定部材１３とプリズムユニット３０との間に設けられている。微調機構７０は、撮像素子１２の受光面と直交する方向に沿ってプリズムユニット３０の第１の位置Ｐ１を微調整する。微調機構７０は、保持板３１の角に設けられた第１微調当接部３１ａのそれぞれに対応して第２微調当接部７１が設けられている。

第２微調当接部７１は、プリズムユニット３０が第１の位置Ｐ１に位置決め保持されている状態で、第１微調当接部３１ａに当接する。第２微調当接部７１は、撮像素子１２の受光面と直交するＸ方向に対して、第１プリズム４１側にやや傾斜している。したがって、微調機構７０をＹ方向に移動させると、プリズムユニット３０は、ケース部材１４とともにリンク機構１５に支持されて、Ｘ方向に変位する。微調機構７０は、第１プリズム４１側において、端部７０ａが固定部材１３のガイド部１３ｂと嵌合している。微調機構７０は、プリズムユニット３０の第１の位置Ｐ１を適切な位置に調整した後、そのまま固定部材１３に接着剤などによって固定される。

次に、プリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とに切り換える場合の撮像装置１０の動作について説明する。図１７および図１８は、微調機構７０によってプリズムユニット３０の第１の位置Ｐ１が微調整された状態を示している。このように、微調機構７０によって第１の位置Ｐ１が微調整されると、図１８に示すように、第１微調当接部３１ａと第２微調当接部７１とが当接することによって、図１７に示すように支持ピン１５ｃと第１当接部１６ｃとが離れた状態となる。

プリズムユニット３０を第２の位置Ｐ２に切り換えるべく切換部材１６がＹ方向に移動されると、リンク機構１５の支持ピン１５ｃは、切換部材１６の移動途中で当接部１６ａの斜面１６ｅに接触し、第２当接部１６ｄまで撮像素子１２の受光面と直交するＸ方向に沿って、受光面から離れる方向に変位する。支持ピン１５ｃがＸ方向に移動することによって、第１腕部１５ａおよび第２腕部１５ｂの角度が変わる。この結果、プリズムユニット３０は、図１９および図２０に示すように、ケース部材１４とともに撮像素子１２の受光面から離れる方向に移動し、第２の位置Ｐ２に位置決めされる。

このように、例えば、マニュアル操作切換部材９５が操作されることによって、図１７および図１８に示す第１設定位置Ｓ１と、図１９および図２０に示す第２設定位置Ｓ２とに切換わる。第１設定位置Ｓ１において切換部材１６は、図１８に示すように、プリズムユニット３０を微調整された第１の位置Ｐ１に位置決め保持する。第２設定位置Ｓ２において切換部材１６は、図２０に示すようにプリズムユニットを第２の位置Ｐ２に位置決め保持する。

なお、本実施形態において、切換部材１６は、固定部材１３とリンク機構１５との間に配置したが、リンク機構１５の外側に配置し、第１腕部１５ａおよび第２腕部１５ｂを貫通してプリズムユニット３０から離れる方向に突出した支持ピン１５ｃを当接部１６ａで支持するようにしても良い。

本発明に係る第２の実施形態の撮像装置１０ａについて、図２１〜図２６を参照して説明する。なお、第１の実施形態の撮像装置１０の構成と同じ機能を有する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２１に示す撮像装置１０ａは、第１の実施形態の撮像装置１０と比較して、固定部材１３と微調機構７０との間にケース部材１４の支持枠１４ｋを備えており、この支持枠１４ｋに微調機構７０が固定される点が異なる。したがって、微調機構７０は、プリズムユニット３０の保持板３１に設けられる第１微調当接部３１ａに第２微調当接部７１を当接させた状態で、プリズムユニット３０と一体的にリンク機構１５によって撮像素子１２の受光面と直交する方向に沿って移動される。

また、プリズムユニット３０は、微調機構７０によってケース部材１４の中で撮像素子１２の受光面と直交するＸ方向に移動される。したがって、ケース部材１４は、プリズムユニット３０の保持板３１に設けられた係合ピン３２に対応する部分にＸ方向に長径を有した係合長孔１４ｍが設けられる。

上記構造の撮像装置１０ａは、プリズムユニット３０と共にケース部材１４と微調機構７０とが１体となって移動する。したがって、第１の位置Ｐ１において、支持ピン１５ｃは、図２３に示すように第１設定位置Ｓ１にある切換部材１６の第１当接部１６ｃに接触し、かつ保持板３１の第１微調当接部３１ａは、図２４に示すように微調機構７０の第２微調当接部７１に接触している。また、第２の位置Ｐ２において、支持ピン１５ｃは、図２５に示すように第２設定位置Ｓ２にある切換部材１６の第２当接部１６ｄに接触し、かつ保持板３１の第１微調当接部３１ａは、図２６に示すように微調機構７０の第２微調当接部７１に接触している。

つまり、この撮像装置１０ａは、微調機構７０を用いて第１の位置Ｐ１または第２の位置Ｐ２の少なくともどちらか一方の位置を微調整することができる。この場合、第１の位置Ｐ１および第２の位置Ｐ２の双方の条件を比較して、どちらか一方に重みをおいて調整しても良いし、両方の条件のバランスの良い状態に設定しても良い。

本発明に係る第３の実施形態の撮像装置に適用される調整手段としての調整機構８６について、図２７および図２８を参照して説明する。図２７の調整機構８６は、上述の実施形態の切換部材１６と微調機構７０との両方の機能を兼ね備えている。調整機構８６は、調整部材８６ａと、第１微調カム８６ｂと、第２微調カム８６ｃとを備える。

調整部材８６ａは、第１プリズム４１側に傾斜した調整斜面８６ｄを有している。なお、調整斜面８６ｄは、第２プリズム４２側に傾斜していても良い。調整斜面８６ｄは、この斜面の一部に第１当接部１６ｃと第２当接部１６ｄとが設けられる。第１当接部１６ｃは、プリズムユニット３０を図２で示した第１の位置Ｐ１に位置決めする位置である。第２当接部１６ｄは、プリズムユニット３０を図２で示した第２の位置Ｐ２に位置決めする位置である。調整部材８６ａは、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶ方向である図中のＹ方向に沿って移動可能に設けられている。

第１微調カム８６ｂは、調整部材８６ａが第１設定位置Ｓ１にある場合に第２当接部１６ｄ側の調整部材８６ａの端部８６ｅと当接し、Ｘ方向に沿って配置された第１カム軸Ｍ１を中心にＹ方向に偏心するカムである。そして、プリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１に設定する調整部材８６ａの第１設定位置Ｓ１をＹ方向に微調整する。これによって、プリズムユニット３０の第１の位置Ｐ１が適した位置に設定される。

第２微調カム８６ｃは、調整部材８６ａが第２設定位置Ｓ２にある場合に第１当接部１６ｃ側の調整部材８６ａの端部８６ｆと当接し、Ｘ方向に沿って配置された第２カム軸Ｍ２を中心にＹ方向に偏心するカムである。そして、プリズムユニット３０を第２の位置Ｐ２に設定する調整部材８６ａの第２設定位置Ｓ２をＹ方向に微調整する。これによって、プリズムユニット３０の第２の位置Ｐ２が適した位置に設定される。

以上のように、調整部材８６ａは、調整斜面８６ｄを使って、プリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とに位置決めするとともに、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とをそれぞれ微調整することができる。

本発明に係る撮像用機器の一例として、撮像装置をカメラ付携帯電話１６０に組み込んだ例を図２９に示す。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。

図３０〜図３２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機構により、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とを切り換えることができるようになっている。

図３０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。

図３１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。

図３２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。

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。

また前記実施形態では、マニュアル操作切換部材９５によって切換機構の切換部材１６を第１設定位置Ｓ１と第２設定位置Ｓ２とに切り換えるようにしたが、マニュアル操作切換部材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り換えることができるように構成してもよい。

本発明に係る第１の実施形態の撮像装置を備えたデジタルカメラの斜視図。 図１に示されたデジタルカメラの内部を模式的に示す断面図。 図１に示されたデジタルカメラのプリズムユニットの側面図。 図３に示されたプリズムユニットの分解斜視図。 図３に示されたプリズムユニットの第１プリズムの斜視図。 図３に示されたプリズムユニットの第２プリズムの斜視図。 図３に示されたプリズムユニットの絞り部材の斜視図。 図３に示されたプリズムユニットの絞り部材の正面図。 図３に示されたプリズムユニットの絞り部材の背面図。 図３に示されたプリズムユニットの斜視図。 図３に示されたプリズムユニットの第１プリズムと第２プリズムの側面図。 図１に示されたデジタルカメラに内蔵された撮像装置の分解斜視図。 図１２に示された撮像装置の斜視図。 図１３に示された撮像装置のケース部材とプリズムユニットとを外した状態を示す斜視図。 図１３に示された撮像装置を入射側から見た状態を一部切欠いて示す平面図。 図１３に示された撮像装置を第２プリズム側から見た状態を一部切欠いて示す側面図。 図１３に示された撮像装置の切換機構が第１設定位置のときの側面図。 図１７に示された撮像装置の断面図。 図１３に示された撮像装置の切換機構が第２設定位置のときの側面図。 図１９に示された撮像装置の断面図。 本発明に係る第２の実施形態の撮像装置を示す分解斜視図。 図２１に示された撮像装置を第２プリズム側から見た状態を一部切欠いて示す側面図。 図２１に示された撮像装置の切換機構が第１設定位置のときの側面図。 図２３に示された撮像装置の断面図。 図２１に示された撮像装置の切換機構が第２設定位置のときの側面図。 図２５に示された撮像装置の断面図。 本発明に係る第３の実施形態の撮像装置の調整機構と支持ピンとを抜き出して示す斜視図。 図２７に示された切換機構と微調機構と支持ピンとを側面から見たときの位置関係を模式的に示す図。 本発明に係る撮像用機器の他の例としてカメラ付携帯電話を示す斜視図。 プリズム光学系の他の例を模式的に示す断面図。 プリズム光学系のさらに他の例を模式的に示す断面図。 プリズム光学系のさらに他の例を模式的に示す断面図。

符号の説明

１…デジタルカメラ（撮像用機機）、１０，１０ａ…撮像装置、１２…撮像素子、１３…固定部材、１３ｆ，１３ｇ…第１支持軸（第１リンク支持部）、１４ｆ，１４ｇ…第２支持軸（第２リンク支持部）、１５…リンク機構、１５ａ…第１腕部、１５ｂ…第２腕部、１５ｃ…支持ピン、１５ｅ…（第１腕部の）一端、１５ｇ…（第１腕部の）他端、１５ｐ…（第２腕部の）一端、１５ｒ…（第２腕部の）他端、１６…切換部材、１６ａ…当接部、１６ｃ…第１当接部、１６ｄ…第２当接部、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…プリズムユニット、４１，４１ａ…第１プリズム、４２，４２ａ…第２プリズム、４３…絞り部材、４５…結像面、５１、６１…入射面、５２，６２，６３…反射面、５３，６４…射出面、７０…微調機構、８６…調整機構、８６ａ…調整部材、９５…マニュアル操作切換部材、１０６…カメラ付携帯電話（撮像用機機）、λｉ…入射光軸、λｏ…射出光軸、Ｐ１…第１の位置、Ｐ２…第２の位置、Ｓ１…第１設定位置、Ｓ２…第２設定位置。

Claims (13)

1. 物体からの光側が入射されて、結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられ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る物体像を電気信号に変換するための撮像素子と、
   前記撮像素子を固定するための固定部材と、
   前記プリズムユニットの姿勢を保持しながら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を平行移動させるべく、前記固定部材と前記プリズムユニットとを動作的に連結するリンク機構と、
   前記プリズムユニットを前記受光面と直交する方向に沿って、第１の位置と、前記第１の位置に比べて前記受光面から遠い第２の位置と、に選択的に位置決め保持する切換部材と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置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、
   適用された情報記録媒体に前記処理手段からの前記画像データを記録する記録手段と
   を有することを特徴とする電気的撮像機器。
3. 前記第１の位置は、撮像すべき物体の位置が所定の位置からほぼ無限位置までの間にある場合に対応して撮像を行なうための標準撮像位置であり、
   前記第２の位置は、撮像すべき物体の位置が前記所定の位置より近い場合に対応して撮像を行なうためのマクロ撮像位置である
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記プリズムユニットは、２つのプリズムとこれらの間に配置される絞り部材とを備え、それぞれのプリズムは、少なくとも１面以上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することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記切換部材に連動し、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する第１設定位置または前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決め保持する第２設定位置に前記切換部材を切り換えるマニュアル操作切換部材を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記固定部材は、第１リンク支持部を有し、
   前記プリズムユニットは、第２リンク支持部を有し、
   前記リンク機構は、それぞれ一端と他端との途中で支持ピンによって互いに枢支される第１腕部および第２腕部を有し、
   前記第１腕部は、一端が前記第１リンク支持部に枢支され、他端が前記第２リンク支持部にスライド可能に支持され、
   前記第２腕部は、一端が前記第２リンク支持部に枢支され、他端が前記第１リンク支持部にスライド可能に支持される
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記切換部材は、前記プリズムユニットを第１の位置に位置決め保持する第１設定位置と前記プリズムユニットを第２の位置に位置決め保持する第２設定位置との間で、前記撮像素子の受光面と平行な方向に沿って移動可能であり、
   前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当接して前記プリズムユニットの位置を前記第１の位置と前記第２の位置とに選択的に位置決めする当接部を有することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記当接部は、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する第１当接部と、前記プリズムユニットを第２の位置に位置決め保持する第２当接部とをそれぞれ有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記第１当接部または前記第２当接部が前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当接する状態で、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位置を微調整するための微調機構を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 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沿って微調整する調整手段を有することを特徴とする請求項１または請求項６に記載の撮像装置。
11. 前記切換部材は、前記プリズムユニットを第１の位置に位置決めする第１設定位置と前記プリズムユニットを第２の位置に位置決めする第２設定位置の間で、前記撮像素子の受光面と平行な方向に沿って移動可能であり、
    前記切換部材は、前記第１設定位置にある場合に前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当て付く第１当接部と、前記第２設定位置にある場合に前記支持ピンまたは前記プリズムユニットの一部に当て付く第２当接部を有する
    ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
12. 前記プリズムユニットの第１の位置を前記撮像素子の受光面と直交する方向に沿って微調整するべく、前記第１当接部の位置を微調整する微調機構を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
13. 物体からの光束が入射されて、結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光側が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられ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ための撮像素子と、
    前記撮像素子を固定するための固定部材と、
    前記プリズムユニットを支持するための支持部材と、
    前記プリズムユニットの姿勢を保持しながら前記撮像素子の受光面と直交する方向に沿って前記支持部材に支持された前記プリズムユニットを平行移動させるべく、前記固定部材と前記支持部材とを動作的に連結するリンク機構と、
    前記支持部材に支持されたプリズムユニットを前記受光面と直交する方向に沿って、第１の位置と、前記第１の位置に比べて前記受光面から遠い第２の位置と、に選択的に位置決め保持する切換部材と、
    前記支持部材と前記プリズムユニットとの相対位置関係を前記撮像素子の受光面に直交する方向に沿って微調整する微調機構と
    を備えることを特徴とする撮像装置。

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