JP2006119298A - Imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus which can switch imaging conditions. <P>SOLUTION: Between an emission face 63 and an imaging element 22 of a prism optical system 21, an optical member 80 is arranged so as to be able to enter and leave. A driving mechanism 81 can move the optical member 80 between an insertion position facing the imaging element 22 and a retracting position facing no imaging element 22. An example of the optical member 80 is optical sheet glass with refractive index of ≥1. When the optical member 80 is inserted between the imaging element 22 and the emission face 63, a focal point of the prism optical system 21 is formed at a position suitable for 1st photographing condition. When the optical member 80 is retracted from between the imaging element 22 and the emission face 63, the focal point of the prism optical system 21 is moved to a position suitable for 2nd photographing condition. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えばデジタルカメラやカメラ付携帯電話等に用いることができる撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus that can be used for, for example, a digital camera, a camera-equipped mobile phone, and the like.

デジタルカメラやカメラ付携帯電話に使用可能な小型の撮像装置として、偏心光学系を使用した撮像装置が提案されている。例えば自由曲面等からなるプリズムを使用する撮像光学系を備えた撮像装置が下記の特許文献1〜3に記載されている。   An image pickup apparatus using a decentered optical system has been proposed as a small image pickup apparatus usable for a digital camera or a camera-equipped mobile phone. For example, the following Patent Documents 1 to 3 describe an imaging apparatus including an imaging optical system that uses a prism formed of a free-form surface or the like.

これらの特許文献1〜3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2(特開2002−196243号公報)や特許文献3(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。   The aim of the techniques described in Patent Documents 1 to 3 is to form an imaging optical system using a prism, and to use a free-form surface for the light incident surface, light exit surface, or reflecting surface of the prism. Thus, a compact and high-quality image can be obtained. In particular, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-196243) and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-84200), two light prisms are combined, and the light incident surface of the first prism closer to the object, It is described that free curved surfaces are used for all seven surfaces in total, that is, the light incident surface, the two reflective surfaces, and the light exit surface of the second prism closer to the reflective surface, the light exit surface, and the imaging surface.

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。
As a feature of such an optical system,
(1) Although the three reflecting surfaces use free-form curved surfaces having power, these reflecting surfaces can obtain a large power with respect to a refractive optical system such as a lens and are also affected by chromatic aberration. Absent.

(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。
(2) It can have seven optical surfaces in a compact space. Accordingly, the optical elements can be condensed and set in a limited space.
(3) Although it is desirable to increase the optical path length of the entire optical system to some extent in order to improve the optical performance, by using such a prism optical system, the optical path is bent, but the entire optical path length is long. The size of can be made compact.

以上述べたコンパクトな撮像装置において、撮像光学系から被写体までの距離が数cm〜数10cmのマクロ撮影を行うに場合には、撮像光学系を標準撮像位置からマクロ撮像位置に切換えることが望まれる。この明細書で言う標準撮像位置とは、至近距離から無限遠までほぼピントが合うパンフォーカスの撮像状態を意味する。マクロ撮像位置は、前記至近距離よりもさらに被写体までの距離が短い超至近領域での撮影に適した撮像状態を意味する。   In the compact imaging apparatus described above, when performing macro photography with a distance from the imaging optical system to the subject of several centimeters to several tens of centimeters, it is desirable to switch the imaging optical system from the standard imaging position to the macro imaging position. . The standard imaging position referred to in this specification means a pan-focus imaging state that is in focus from close range to infinity. The macro imaging position means an imaging state suitable for shooting in a very close range where the distance to the subject is further shorter than the close range.

共軸光学系の撮像装置では、例えば下記特許文献4に記載されているカメラ付き携帯電話のように、標準撮像位置とマクロ撮像位置とを切換えるために、共軸光学系レンズを光軸方向に移動させる機構が考えられている。
特開平11−326766号公報 特開2002−196243号公報 特開2003−84200号公報 特開2002−107612号公報
In a coaxial optical system imaging device, for example, like a camera-equipped mobile phone described in Patent Document 4 below, a coaxial optical system lens is placed in the optical axis direction in order to switch between a standard imaging position and a macro imaging position. A mechanism for movement is considered.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-326766 JP 2002-196243 A JP 2003-84200 A JP 2002-107612 A

しかし以上述べたコンパクトな撮像装置では、光学系を移動させるための機構を小さな撮像装置の内部に組込むことが難しい。また、移動可能な小形の光学系を撮像素子に対して所定の位置に正確に位置決めすることに格別な配慮が必要である。   However, in the compact imaging device described above, it is difficult to incorporate a mechanism for moving the optical system into a small imaging device. In addition, special consideration is required to accurately position the movable small optical system at a predetermined position with respect to the image sensor.

例えば特許文献4に記載されているマクロ撮影機構では、マクロ撮影時に像の拡大とピント合わせのために、複数のレンズを光軸方向に移動させる精密な駆動機構と制御回路が必要である。また、レンズを光軸方向に移動させる構造は撮像装置が大形化し、コストも高くなる傾向がある。   For example, the macro photographing mechanism described in Patent Document 4 requires a precise driving mechanism and a control circuit for moving a plurality of lenses in the optical axis direction in order to enlarge and focus an image during macro photographing. In addition, the structure for moving the lens in the optical axis direction tends to increase the size of the imaging apparatus and increase the cost.

従ってこの発明の目的は、自由曲面形状の反射面を有するプリズムを用いた小形の光学系において、比較的簡単な構成により撮像状態を切換えることができる撮像装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of switching an imaging state with a relatively simple configuration in a small optical system using a prism having a free-form curved reflecting surface.

第1の観点に基く本発明の撮像装置は、入射面と射出面および自由曲面形状の反射面を有するプリズム光学系と、前記プリズム光学系の射出側に配置された撮像素子と、前記撮像素子と前記射出面との間に配置され、前記プリズム光学系の射出光軸を横切る方向に移動可能な光学部材と、前記光学部材を前記撮像素子に対向する挿入位置と該撮像素子に対向しない退避位置とにわたって移動させる駆動機構とを具備している。   An imaging apparatus according to a first aspect of the present invention includes a prism optical system having an entrance surface, an exit surface, and a free-form reflecting surface, an image sensor disposed on the exit side of the prism optical system, and the image sensor An optical member that is disposed between the projection surface and the exit surface and is movable in a direction crossing the exit optical axis of the prism optical system, an insertion position that opposes the optical member to the image sensor, and a retreat that does not oppose the image sensor And a drive mechanism for moving the position.

第2の観点に基く本発明の撮像装置は、筐体と、前記筐体に収容され、それぞれが入射面と射出面および自由曲面形状の反射面を有する第1および第2のプリズムを含むプリズム光学系と、前記第2のプリズムの射出側に配置された撮像素子と、前記撮像素子と前記第2のプリズムの射出面との間に配置され、前記第2のプリズムの射出光軸を横切る方向に移動可能な光学部材と、前記光学部材を前記撮像素子に対向する挿入位置と該撮像素子に対向しない退避位置とにわたって移動させる駆動機構とを具備している。   An imaging device according to a second aspect of the present invention includes a housing, and a prism that is housed in the housing and includes first and second prisms each having an entrance surface, an exit surface, and a free-form reflecting surface. An optical system, an image sensor disposed on the exit side of the second prism, and disposed between the image sensor and the exit surface of the second prism, crossing the exit optical axis of the second prism An optical member that is movable in a direction, and a drive mechanism that moves the optical member across an insertion position that faces the imaging element and a retracted position that does not face the imaging element.

本発明によれば、プリズム光学系の射出面と撮像素子との間に、例えば板ガラス等の光学部材を出し入れするという比較的簡単な構成により、撮像状態(例えば標準撮像位置とマクロ撮像位置)を切換えることができる。本発明の駆動機構は、前記光学部材を射出光軸を横切る方向に移動させるだけでよいため、プリズム光学系を光軸方向に移動させる方式と比較して構造が簡単で制御が容易であり、しかも小形に構成することができる。   According to the present invention, an imaging state (for example, a standard imaging position and a macro imaging position) can be achieved by a relatively simple configuration in which an optical member such as a plate glass is inserted and removed between the exit surface of the prism optical system and the imaging element. Can be switched. Since the drive mechanism of the present invention only needs to move the optical member in the direction crossing the emission optical axis, the structure is simple and easy to control compared to the method of moving the prism optical system in the optical axis direction. Moreover, it can be made small.

以下に本発明の第1の実施形態について、図1から図7を参照して説明する。
図1は撮像用機器の一例としてのデジタルカメラ1を示し、図2はその内部を示している。図1に示されるように、デジタルカメラ1のハウジング2に、レリーズボタン3やフラッシュ4、ファインダ光学系5、撮像光学系のカバーガラス6等が設けられている。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a digital camera 1 as an example of an imaging device, and FIG. 2 shows its inside. As shown in FIG. 1, a release button 3, a flash 4, a finder optical system 5, an imaging optical system cover glass 6, and the like are provided in a housing 2 of the digital camera 1.

図2に示すように、ハウジング2の内部に、撮像装置10と、画像処理回路11と、記録部12などが収容されている。画像処理回路11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、画像データを得るものである。記録部12は、画像処理回路11からの画像データを記録媒体に記録する。ハウジング2の背面に画像モニタ13が設けられている。   As shown in FIG. 2, an imaging device 10, an image processing circuit 11, a recording unit 12, and the like are accommodated in the housing 2. The image processing circuit 11 obtains image data by performing predetermined electrical processing on the electrical signal obtained by the imaging device 10. The recording unit 12 records the image data from the image processing circuit 11 on a recording medium. An image monitor 13 is provided on the back surface of the housing 2.

図3に示すように撮像装置10は筐体20を備えている。筐体20の内部に偏心光学系を構成するプリズム光学系21(図4に示す)が収容されている。図5は撮像装置10の内部を示している。この撮像装置10は、プリズム光学系21の結像面に配置されたCCD等の撮像素子22と、基板23が固定された枠部材(固定枠)24などを含んでいる。基板23の所定位置に前記撮像素子22が実装されている。筐体20の入射側の開口部(入射窓)25に前記カバーガラス6が装着されている。筐体20の射出側の開口部にフィルタ等の光学部材として機能するカバーガラス26が装着されている。   As illustrated in FIG. 3, the imaging device 10 includes a housing 20. A prism optical system 21 (shown in FIG. 4) constituting a decentered optical system is accommodated in the housing 20. FIG. 5 shows the inside of the imaging apparatus 10. The imaging device 10 includes an imaging element 22 such as a CCD disposed on the imaging surface of the prism optical system 21, a frame member (fixed frame) 24 to which a substrate 23 is fixed, and the like. The image sensor 22 is mounted at a predetermined position on the substrate 23. The cover glass 6 is attached to an opening (incident window) 25 on the incident side of the housing 20. A cover glass 26 that functions as an optical member such as a filter is attached to an opening on the exit side of the housing 20.

図5に示すように、筐体20の一部20aを枠部材24に嵌合させ、遮光性と防塵機能を兼ねる黒色系の接着剤27によって両者が互いに固定され、筐体20の内側に、密閉された防塵空間が構成されている。筐体20と枠部材24の材料は、接着剤27に対する接着性が良好なポリカーボネート等の合成樹脂である。   As shown in FIG. 5, a part 20 a of the housing 20 is fitted to the frame member 24, and both are fixed to each other by a black adhesive 27 that has both light shielding properties and a dustproof function. A sealed dustproof space is constructed. The material of the housing 20 and the frame member 24 is a synthetic resin such as polycarbonate having good adhesion to the adhesive 27.

プリズム光学系21は、光学素子として機能する第1のプリズム31および第2のプリズム32と、絞り部材33とを有している。絞り部材33は、絞り孔34が形成された絞り部36と、筐体20の天井壁20b(図5に示す)に固定される取付部37とを有している。絞り孔34は円形であり、プリズム31,32を通る光束を制限する機能を担っている。絞り部材33の一方の面に第1のプリズム31が固定され、絞り部材33の他方の面に第2のプリズム32が固定されている。   The prism optical system 21 includes a first prism 31 and a second prism 32 that function as optical elements, and a diaphragm member 33. The throttle member 33 has a throttle part 36 in which a throttle hole 34 is formed, and an attachment part 37 fixed to the ceiling wall 20b (shown in FIG. 5) of the housing 20. The aperture hole 34 is circular and has a function of limiting the light beam passing through the prisms 31 and 32. The first prism 31 is fixed to one surface of the diaphragm member 33, and the second prism 32 is fixed to the other surface of the diaphragm member 33.

第1のプリズム31は、入射面50と、回転非対称で1つの対称面を有する自由曲面形状の反射面51と、射出面52とを有する偏心プリズムである。反射面51には、例えばアルミニウム蒸着等によるコーティング層54が形成されている。   The first prism 31 is an eccentric prism having an incident surface 50, a free-form reflecting surface 51 having a rotationally asymmetric and symmetric surface, and an exit surface 52. A coating layer 54 is formed on the reflective surface 51 by, for example, aluminum vapor deposition.

第2のプリズム32は、入射面60と、2つの反射面61,62と、射出面63とを有する偏心プリズムである。2つの反射面61,62のうち少なくとも一方は回転非対称で1つの対称面を有する自由曲面形状をなしている。これら反射面61,62に、例えばアルミニウム蒸着等によるコーティング層65,66が形成されている。   The second prism 32 is an eccentric prism having an incident surface 60, two reflecting surfaces 61 and 62, and an exit surface 63. At least one of the two reflecting surfaces 61 and 62 is rotationally asymmetric and has a free-form surface shape having one symmetric surface. On these reflection surfaces 61 and 62, coating layers 65 and 66 are formed by, for example, aluminum vapor deposition.

図5に示すように、入射光軸λ1に沿って入射側の開口部25から第1のプリズム31に入射した光束は、第1のプリズム31の反射面51で反射し、射出面52から入射面60を経て第2のプリズム32に入射する。そして反射面61,62にて反射し、射出光軸λ2に沿って射出面63からカバーガラス26を経て、撮像素子22にて結像する。入射光軸λ1と射出光軸λ2とは略平行である。   As shown in FIG. 5, the light beam incident on the first prism 31 from the incident side opening 25 along the incident optical axis λ 1 is reflected by the reflecting surface 51 of the first prism 31 and incident from the exit surface 52. The light enters the second prism 32 through the surface 60. Then, the light is reflected by the reflection surfaces 61 and 62, and is imaged by the image sensor 22 from the emission surface 63 through the cover glass 26 along the emission optical axis λ 2. The incident optical axis λ1 and the outgoing optical axis λ2 are substantially parallel.

絞り部材33の取付部37に、凸部(ボス部)70が形成されている。筐体20の天井壁20bに孔72が形成されている。この孔72に凸部70を挿入し、接着剤等の固定手段によって、絞り部材33の取付部37が筐体20の天井壁20bに固定される。   A convex portion (boss portion) 70 is formed on the attachment portion 37 of the aperture member 33. A hole 72 is formed in the ceiling wall 20 b of the housing 20. The convex portion 70 is inserted into the hole 72, and the attachment portion 37 of the throttle member 33 is fixed to the ceiling wall 20b of the housing 20 by fixing means such as an adhesive.

図3に示すように、筐体20の両側壁20cにそれぞれ開口部75が形成されている。これらの開口部75に供給される接着剤76によって、第1および第2のプリズム31,32の両側面が筐体20の両側壁20cに固定される。   As shown in FIG. 3, openings 75 are formed in both side walls 20 c of the housing 20. Both side surfaces of the first and second prisms 31 and 32 are fixed to the both side walls 20 c of the housing 20 by the adhesive 76 supplied to these openings 75.

図5に示すように、第2のプリズム32の射出面63と撮像素子22との間に、本発明で言う光学部材80が出入り可能に配置されている。光学部材80の一例は、光学的に透明な平板光学ガラスである。なお、光学部材80は透明な合成樹脂製からなるものでもよい。要するに光学部材80は、屈折率が1よりも大きい透明な材料からなるものであればよい。光学部材80と撮像素子22との間に前記カバーガラス26が配置されている。   As shown in FIG. 5, an optical member 80 referred to in the present invention is disposed between the exit surface 63 of the second prism 32 and the image sensor 22 so as to be able to enter and exit. An example of the optical member 80 is an optically transparent flat optical glass. The optical member 80 may be made of a transparent synthetic resin. In short, the optical member 80 may be made of a transparent material having a refractive index larger than 1. The cover glass 26 is disposed between the optical member 80 and the image sensor 22.

光学部材80は駆動機構81によって、図5に矢印M1,M2で示す方向に往復移動することができるようになっている。すなわちこの光学部材80は、プリズム光学系21の射出光軸λ2を横切る方向(射出光軸λ2に対し直角な方向)に移動する。駆動機構81は、移動体85と、移動体85を移動させるモータ86と、駆動力伝達系87などを含んでいる。移動体85に光学部材80が取付けられている。移動体85は、枠部材24に設けられた支持体90,91によって、前記矢印M1,M2方向に移動できるように支持されている。   The optical member 80 can be reciprocated in a direction indicated by arrows M1 and M2 in FIG. That is, the optical member 80 moves in a direction crossing the emission optical axis λ2 of the prism optical system 21 (a direction perpendicular to the emission optical axis λ2). The drive mechanism 81 includes a moving body 85, a motor 86 that moves the moving body 85, a driving force transmission system 87, and the like. An optical member 80 is attached to the moving body 85. The moving body 85 is supported by the supports 90 and 91 provided on the frame member 24 so as to be movable in the directions of the arrows M1 and M2.

一例として、支持体90,91のそれぞれの端部90a,91aを、移動体85に形成された長孔92,93(図6に示す)に挿入し、長孔92,93に沿って移動体85が直線方向に移動できるようにすることにより、移動体85が矢印M1,M2方向に所定のストロークで移動できるようにしている。   As an example, the end portions 90 a and 91 a of the supports 90 and 91 are inserted into the long holes 92 and 93 (shown in FIG. 6) formed in the moving body 85, and the moving body is moved along the long holes 92 and 93. By allowing 85 to move in the linear direction, the moving body 85 can move in the directions of arrows M1 and M2 with a predetermined stroke.

この明細書では、図5と図6に示すように光学部材80が撮像素子22と射出面63との間に位置している状態を挿入位置と称している。この挿入位置では、光学部材80が撮像素子22と対向し、撮像素子22が光学部材80によって覆われる。また、図6に2点鎖線Xで示すように、光学部材80が撮像素子22と射出面63との間から退避した状態を退避位置と称する。この退避位置では、光学部材80が撮像素子22と対向しないため、撮像素子22が光学部材80によって覆われなくなる。   In this specification, as shown in FIGS. 5 and 6, a state where the optical member 80 is located between the imaging element 22 and the exit surface 63 is referred to as an insertion position. At this insertion position, the optical member 80 faces the image sensor 22, and the image sensor 22 is covered with the optical member 80. In addition, as indicated by a two-dot chain line X in FIG. 6, a state where the optical member 80 is retracted from between the imaging element 22 and the exit surface 63 is referred to as a retracted position. At this retracted position, the optical member 80 does not face the image sensor 22, so the image sensor 22 is not covered by the optical member 80.

駆動機構81は、前記移動体85と、駆動源として機能するアクチュエータとしての前記モータ86などによって構成されている。図5に示すようにモータ86は、第1のプリズム31の反射面51と筐体20の内壁とによって囲まれる空間Sに収容される。この空間Sは、入射光軸λ1に対して傾斜している反射面51と筐体20との間のデッドスペースであるから、この空間Sを有効に利用してモータ86を収容することができる。   The drive mechanism 81 includes the moving body 85 and the motor 86 as an actuator that functions as a drive source. As shown in FIG. 5, the motor 86 is accommodated in a space S surrounded by the reflecting surface 51 of the first prism 31 and the inner wall of the housing 20. Since this space S is a dead space between the reflecting surface 51 inclined to the incident optical axis λ1 and the housing 20, the motor 86 can be accommodated by effectively using this space S. .

モータ86の出力軸86aにギヤ95が取付けられている。移動体85にはギヤ95と噛み合うラック部96が設けられている。モータ86によってギヤ95が回転すると、移動体85が前述の挿入位置と退避位置とにわたって、矢印M1,M2方向に移動する。   A gear 95 is attached to the output shaft 86 a of the motor 86. The movable body 85 is provided with a rack portion 96 that meshes with the gear 95. When the gear 95 is rotated by the motor 86, the moving body 85 moves in the directions of arrows M1 and M2 across the aforementioned insertion position and retracted position.

光学部材80と駆動機構81は、プリズム光学系21の入射面50側から見たプリズム光学系21の投影面積の内側に配置されている。ここで言う投影面積は、第1および第2のプリズム31,32と絞り部材33を入射光軸λ1に沿う方向から射出側に投影することによって得られる仮想の領域(図6に示す2点鎖線L1で囲まれる領域)である。   The optical member 80 and the drive mechanism 81 are disposed inside the projected area of the prism optical system 21 as viewed from the incident surface 50 side of the prism optical system 21. The projected area referred to here is a virtual region (two-dot chain line shown in FIG. 6) obtained by projecting the first and second prisms 31 and 32 and the diaphragm member 33 from the direction along the incident optical axis λ1 to the exit side. (Region surrounded by L1).

以下に、上記構成の撮像装置10の作用について説明する。
標準撮影かマクロ撮影かに応じて、駆動機構81によって光学部材80を挿入位置または退避位置に移動させる。標準撮影を行う場合には、光学部材80を挿入位置(撮像素子22と射出面63との間)に挿入する。マクロ撮影を行う場合には、光学部材80を退避位置、すなわち撮像素子22を覆わない位置に移動させる。
Hereinafter, the operation of the imaging apparatus 10 having the above configuration will be described.
The optical member 80 is moved to the insertion position or the retracted position by the drive mechanism 81 in accordance with the standard photographing or the macro photographing. When performing standard imaging, the optical member 80 is inserted into the insertion position (between the imaging device 22 and the exit surface 63). When performing macro photography, the optical member 80 is moved to a retracted position, that is, a position where the image sensor 22 is not covered.

図7は、プリズム光学系21の一部と撮像素子22および光学部材80を模式的に示している。ここでは、光学部材80が屈折率n=1.5の平板ガラスからなる場合を想定する。このプリズム光学系21は、撮像素子22と射出面63との間に光学部材80を挿入したきに、プリズム光学系21の焦点fが撮像素子22の受光面(図7にP1で示す位置)に形成されるように、射出面63と撮像素子22との位置関係が設定されている。   FIG. 7 schematically shows a part of the prism optical system 21, the image sensor 22 and the optical member 80. Here, it is assumed that the optical member 80 is made of flat glass having a refractive index n = 1.5. In the prism optical system 21, when the optical member 80 is inserted between the image pickup device 22 and the exit surface 63, the focal point f of the prism optical system 21 is the light receiving surface of the image pickup device 22 (position indicated by P1 in FIG. 7). The positional relationship between the emission surface 63 and the image sensor 22 is set so as to be formed as follows.

撮像素子22と射出面63との間から光学部材80を退避させると、撮像素子22が光学部材80と対向しなくなるため、射出面63から撮像素子22に向かう光は空気のみを通る。このためプリズム光学系21の焦点fが、射出面63寄りの位置(図7にP2で示す位置)に移動する。移動量ΔLは、光学部材80の厚みをT、屈折率をnとするとき、ΔL=T・[1−(1/n)]で求められる。従って焦点fの移動距離(P2−P1)は、光学部材80の厚さTが0.3mm、屈折率nが1.5の場合、約0.1mmである。   When the optical member 80 is retracted from between the image pickup device 22 and the emission surface 63, the image pickup device 22 does not face the optical member 80. Therefore, light traveling from the emission surface 63 toward the image pickup device 22 passes only air. For this reason, the focal point f of the prism optical system 21 moves to a position closer to the exit surface 63 (position indicated by P2 in FIG. 7). The movement amount ΔL is obtained by ΔL = T · [1− (1 / n)] where the thickness of the optical member 80 is T and the refractive index is n. Accordingly, the moving distance (P2-P1) of the focal point f is about 0.1 mm when the thickness T of the optical member 80 is 0.3 mm and the refractive index n is 1.5.

一般の共軸光学系の場合には、マクロ撮影時にレンズを被写体(対物)側に数mm以上繰り出す必要がある。これに対し自由曲面を用いるプリズム光学系21の場合、約0.1mm移動させるだけでマクロ撮影に必要な光学条件を満たすことができる。   In the case of a general coaxial optical system, it is necessary to extend the lens to the object (object) side by several mm or more during macro photography. On the other hand, in the case of the prism optical system 21 using a free-form surface, it is possible to satisfy the optical conditions necessary for macro photography only by moving about 0.1 mm.

このため、撮像素子22と射出面63との間に光学部材80が存在するときに、プリズム光学系21の焦点fを撮像素子22の受光面に合わせておけば、その位置が標準撮影に適した光学条件となる。また光学部材80を撮像素子22と射出面63との間から退避させれば、焦点fが対物側に0.1mm移動し、実質的にプリズム光学系21が対物側に移動したことになるため、マクロ撮影に適した光学条件を満たすことができる。焦点fの移動距離(P2−P1)は、光学部材80の屈折率と厚さTに応じて、最適な値を選ぶことが可能である。   For this reason, when the optical member 80 exists between the image sensor 22 and the exit surface 63, if the focal point f of the prism optical system 21 is aligned with the light receiving surface of the image sensor 22, the position is suitable for standard imaging. Optical conditions. Further, if the optical member 80 is retracted from between the imaging element 22 and the exit surface 63, the focal point f moves 0.1 mm toward the objective side, and the prism optical system 21 substantially moves toward the objective side. The optical conditions suitable for macro photography can be satisfied. The moving distance (P2-P1) of the focal point f can be selected to an optimum value according to the refractive index and the thickness T of the optical member 80.

このように構成された本実施形態の撮像装置10によれば、駆動機構81によって光学部材80をプリズム光学系21の横長方向、すなわち第1および第2のプリズム31,32が並ぶ方向に移動させるだけで、標準撮像位置とマクロ撮像位置とを切換えることができ、プリズム光学系21を射出光軸λ2方向に移動させる必要がない。このためプリズム光学系21と駆動機構81の構成が簡単なものですむ。   According to the imaging apparatus 10 of the present embodiment configured as described above, the optical member 80 is moved by the drive mechanism 81 in the laterally long direction of the prism optical system 21, that is, in the direction in which the first and second prisms 31 and 32 are arranged. Thus, the standard imaging position and the macro imaging position can be switched, and there is no need to move the prism optical system 21 in the direction of the emission optical axis λ2. Therefore, the configuration of the prism optical system 21 and the drive mechanism 81 can be simplified.

しかも本実施形態の撮像装置10の光学部材80と駆動機構81は、プリズム光学系21の投影面積(図6に2点鎖線L1で示す領域)の内側に収まっているため、駆動機構81は撮像装置10を大形化させる要因とならない。言い換えると撮像装置10の小形化に寄与できる。また光学部材80に単純な形状の板ガラスを用いれば、特殊な光学部材を用いる必要がなく低コストで実施可能である。   In addition, since the optical member 80 and the drive mechanism 81 of the imaging apparatus 10 according to the present embodiment are within the projected area of the prism optical system 21 (the region indicated by the two-dot chain line L1 in FIG. 6), the drive mechanism 81 captures images. This is not a factor for increasing the size of the device 10. In other words, it can contribute to downsizing of the imaging device 10. Further, if a plate glass having a simple shape is used for the optical member 80, it is not necessary to use a special optical member, which can be implemented at a low cost.

図8と図9は、本発明の第2の実施形態を示している。この実施形態では、駆動機構81としてリニアアクチュエータ100が採用されている。光学部材80はリニアアクチュエータ100によって、プリズム光学系21の射出光軸λ2を横切る方向(例えば射出光軸λ2に対し直角方向)に移動する。光学部材80と駆動機構81は、第1の実施形態と同様に、プリズム光学系21の投影面積(図9に2点鎖線L1で示す領域)の内側に配置されている。   8 and 9 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the linear actuator 100 is employed as the drive mechanism 81. The optical member 80 is moved by the linear actuator 100 in a direction crossing the emission optical axis λ2 of the prism optical system 21 (for example, a direction perpendicular to the emission optical axis λ2). Similar to the first embodiment, the optical member 80 and the drive mechanism 81 are arranged inside the projected area of the prism optical system 21 (region indicated by a two-dot chain line L1 in FIG. 9).

リニアアクチュエータ100は、直線状に形成されたステータ部101と、ステータ部101に沿って直線方向に移動可能なスライド部材102とを有している。ステータ部101には、図示しない3種類の電極が形成されている。これらの電極にそれぞれプラス,マイナス,ゼロの電位を印加すると、スライド部材102に設けられた抵抗体にステータ部101の電位と反対の誘導電荷(マイナス,プラス,ゼロ)が付与される。   The linear actuator 100 includes a stator portion 101 formed in a linear shape and a slide member 102 that can move in a linear direction along the stator portion 101. The stator portion 101 is formed with three types of electrodes (not shown). When positive, negative, and zero potentials are applied to these electrodes, induced charges (minus, positive, and zero) opposite to the potential of the stator portion 101 are applied to the resistors provided on the slide member 102.

このような誘導電荷が発生した状態で、ステータ部101の前記電極の電位を切換えると、前記誘導電荷は元の状態にとどまろうとするため、同一電荷どうしによる反発力が働くと同時に、電極間で引力が作用する。このことによりスライド部材102が1ピッチ移動したのち、スライド部材102がステータ部101に吸着される。この一連のプロセスを繰返すことにより、スライド部材102を図9中の矢印M1またはM2の方向に移動させることができる。それ以外の構成は第1の実施形態と共通であるため説明は省略する。   When the potential of the electrode of the stator unit 101 is switched in a state where such an induced charge is generated, the induced charge tends to stay in the original state. Attraction acts. As a result, the slide member 102 is attracted to the stator portion 101 after the slide member 102 has moved one pitch. By repeating this series of processes, the slide member 102 can be moved in the direction of the arrow M1 or M2 in FIG. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

この第2の実施形態も、光学部材80を前記挿入位置と退避位置とに切換えることにより、標準撮影とマクロ撮影に適した光学条件を得ることができる。そして光学部材80と駆動機構81をプリズム光学系21の投影面積内に収めることができるため、撮像装置10をコンパクトに構成することができる。また、光学部材80をリニアアクチュエータ100のスライド部材102に直接取付けるため、第1の実施形態の駆動力伝達系87を省略することができ、駆動機構81の簡略化と小形化に寄与できる。   In the second embodiment as well, optical conditions suitable for standard photography and macro photography can be obtained by switching the optical member 80 between the insertion position and the retracted position. Since the optical member 80 and the drive mechanism 81 can be accommodated within the projection area of the prism optical system 21, the imaging device 10 can be configured compactly. Further, since the optical member 80 is directly attached to the slide member 102 of the linear actuator 100, the driving force transmission system 87 of the first embodiment can be omitted, which can contribute to simplification and miniaturization of the driving mechanism 81.

なお、駆動機構81は前述のリニアアクチュエータ100に限ることはなく、例えばリニア超音波モータでもよいし、あるいは直線移動形のソレノイドを用いてもよい。要するに、第1および第2のプリズム31,32が並ぶ方向に移動できるような可動部材を有するリニアアクチュエータであればよい。   The drive mechanism 81 is not limited to the linear actuator 100 described above, and may be, for example, a linear ultrasonic motor or a linear movement type solenoid. In short, any linear actuator having a movable member that can move in the direction in which the first and second prisms 31 and 32 are arranged may be used.

図10と図11は本発明の第3の実施形態を示している。この実施形態の駆動機構81は、回動可能なアーム110を有している。このアーム110に光学部材80が取付けられている。アーム110は、モータ111によって、図11に矢印R1で示す第1の方向と、矢印R2で示す第2の方向に回転駆動される。すなわちこの光学部材80も、プリズム光学系21の射出光軸λ2を横切る方向(例えば射出光軸λ2に対し直角方向)に移動する。モータ111は図示しない制御回路によって、第1または第2の方向への回転が制御される。   10 and 11 show a third embodiment of the present invention. The drive mechanism 81 of this embodiment has a pivotable arm 110. An optical member 80 is attached to the arm 110. The arm 110 is rotationally driven by a motor 111 in a first direction indicated by an arrow R1 in FIG. 11 and a second direction indicated by an arrow R2. That is, the optical member 80 also moves in a direction crossing the emission optical axis λ2 of the prism optical system 21 (for example, a direction perpendicular to the emission optical axis λ2). The motor 111 is controlled to rotate in the first or second direction by a control circuit (not shown).

アーム110が第1の方向に回転したとき、光学部材80が撮像素子22と対向することにより、光学部材80によって撮像素子22が覆われる。アーム110が第2の方向に回転したとき、光学部材80は撮像素子22を覆わない位置に退避する。モータ111は、筐体20の外側に形成されたモータ取付部112に固定されている。それ以外の構成は第1の実施形態と共通であるため説明は省略する。   When the arm 110 rotates in the first direction, the optical member 80 is opposed to the imaging element 22, so that the imaging element 22 is covered by the optical member 80. When the arm 110 rotates in the second direction, the optical member 80 retreats to a position that does not cover the image sensor 22. The motor 111 is fixed to a motor mounting portion 112 formed outside the housing 20. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

このように構成された第3の実施形態によれば、アーム110の一部とモータ111を筐体20の外側に配置できるため、筐体20の大きさに関して制限を受けることなく駆動機構81を配置することができる。また、モータ111の出力軸に取付けたアーム110の回転運動を光学部材80に直接伝達できるため、駆動機構81の構成が簡単となる。   According to the third embodiment configured as described above, a part of the arm 110 and the motor 111 can be arranged outside the housing 20, so that the drive mechanism 81 is not limited with respect to the size of the housing 20. Can be arranged. Further, since the rotational movement of the arm 110 attached to the output shaft of the motor 111 can be directly transmitted to the optical member 80, the configuration of the drive mechanism 81 is simplified.

図12は本発明の第4の実施形態を示している。この実施形態は、第1のアーム121と第2のアーム122を有している。これらのアーム121,122は、モータ111の出力軸に取付けられて、第1の方向R1と第2の方向R2に回転させることができる。第1のアーム121には第1の実施形態と同様の光学部材80が取付けられている。第2のアーム122には、光学部材の他の例として、例えば減光用の光学フィルタ123が取付けられている。それ以外の構成は第3の実施形態と共通であるため説明は省略する。   FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention. This embodiment has a first arm 121 and a second arm 122. These arms 121 and 122 are attached to the output shaft of the motor 111 and can be rotated in the first direction R1 and the second direction R2. The same optical member 80 as that of the first embodiment is attached to the first arm 121. As another example of the optical member, for example, an optical filter 123 for dimming is attached to the second arm 122. Since the other configuration is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

モータ111によってアーム121,122を第1の方向R1に回転させると、光学部材80が撮像素子22と対向して撮像素子22を覆うことにより、第1の実施形態と同様にプリズム光学系21の焦点が第1の位置に形成される。モータ111によって光学部材80を退避位置(撮像素子22を覆わない位置)まで回転させれば、プリズム光学系21の焦点が第2の位置に形成される。光学フィルタ123を撮像素子22と対向させれば、プリズム光学系21の射出光が減光される。   When the arms 121 and 122 are rotated in the first direction R <b> 1 by the motor 111, the optical member 80 faces the image sensor 22 and covers the image sensor 22, so that the prism optical system 21 is similar to the first embodiment. A focal point is formed at the first position. If the optical member 80 is rotated by the motor 111 to the retracted position (position not covering the image sensor 22), the focal point of the prism optical system 21 is formed at the second position. If the optical filter 123 is opposed to the image sensor 22, the light emitted from the prism optical system 21 is reduced.

このような第4の実施形態によれば、光学部材80以外に光学フィルタ123等の光学機能部品を追加することができる。そして光学部材80と光学フィルタ123等の複数種類の光学機能部品を選択的に使用することができるため、撮像装置10の機能をさらに多様化することができる。   According to the fourth embodiment, an optical functional component such as the optical filter 123 can be added in addition to the optical member 80. Since a plurality of types of optical functional components such as the optical member 80 and the optical filter 123 can be selectively used, the functions of the imaging device 10 can be further diversified.

図13は、撮像用機器の一例として、本発明の撮像装置をカメラ付携帯電話130に組み込んだ例を示している。このカメラ付携帯電話130に、前記各実施形態で説明したプリズム光学系21を備えた撮像装置を組込むことにより、カメラ付携帯電話130のさらなる小型化と薄型化および光学性能の向上が可能となる。   FIG. 13 shows an example in which the imaging apparatus of the present invention is incorporated in a camera-equipped mobile phone 130 as an example of imaging equipment. By incorporating the imaging device including the prism optical system 21 described in the above embodiments into the camera-equipped mobile phone 130, the camera-equipped cellular phone 130 can be further reduced in size and thickness and improved in optical performance. .

なお、この発明を実施するに当たり、プリズム光学系、光学部材、駆動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、プリズム光学系は2個に限らず1個あるいは3個以上のプリズムからなるものであってもよい。   Needless to say, in implementing the present invention, the constituent elements of the invention including the prism optical system, the optical member, and the driving mechanism can be variously modified without departing from the gist of the present invention. The prism optical system is not limited to two, and may be composed of one or three or more prisms.

本発明の第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。1 is a perspective view of a digital camera including an imaging device according to a first embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the inside of the digital camera shown in FIG. 1. 本発明の第1の実施形態を示す撮像装置の斜視図。1 is a perspective view of an imaging apparatus showing a first embodiment of the present invention. 図3に示された撮像装置のプリズム光学系の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a prism optical system of the imaging device shown in FIG. 3. 図3中のF5−F5線に沿う撮像装置の断面図。Sectional drawing of the imaging device which follows F5-F5 line | wire in FIG. 図5中のF6−F6線に沿う撮像装置の断面図。Sectional drawing of the imaging device in alignment with F6-F6 line in FIG. 図3に示された撮像装置の一部を模式的に示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a part of the imaging apparatus shown in FIG. 3. 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の断面図。Sectional drawing of the imaging device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図8中のF9−F9線に沿う撮像装置の断面図。Sectional drawing of the imaging device which follows F9-F9 line | wire in FIG. 本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の断面図。Sectional drawing of the imaging device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図10中のF11−F11線に沿う撮像装置の断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view of the imaging device along the line F11-F11 in FIG. 本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の断面図。Sectional drawing of the imaging device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. カメラ付き携帯電話の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the mobile phone with a camera.

符号の説明Explanation of symbols

10…撮像装置
20…筐体
21…プリズム光学系
22…撮像素子
31…第1のプリズム
32…第2のプリズム
80…光学部材
81…駆動機構
86…モータ
100…リニアアクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Imaging device 20 ... Housing 21 ... Prism optical system 22 ... Imaging element 31 ... 1st prism 32 ... 2nd prism 80 ... Optical member 81 ... Drive mechanism 86 ... Motor 100 ... Linear actuator

Claims (13)

入射面と射出面および自由曲面形状の反射面を有するプリズム光学系と、
前記プリズム光学系の射出側に配置された撮像素子と、
前記撮像素子と前記射出面との間に配置され、前記プリズム光学系の射出光軸を横切る方向に移動可能な光学部材と、
前記光学部材を前記撮像素子に対向する挿入位置と該撮像素子に対向しない退避位置とにわたって移動させる駆動機構と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
A prism optical system having an entrance surface, an exit surface, and a free-form reflecting surface;
An image sensor disposed on the exit side of the prism optical system;
An optical member disposed between the imaging element and the exit surface and movable in a direction crossing the exit optical axis of the prism optical system;
A drive mechanism for moving the optical member across an insertion position facing the image sensor and a retracted position not facing the image sensor;
An imaging apparatus comprising:
請求項1に記載の撮像装置において、前記光学部材が前記挿入位置にあるとき前記プリズム光学系の焦点が前記撮像素子に対して第1の位置に形成され、前記光学部材が前記退避位置にあるとき前記焦点が前記射出面寄りの第2の位置に移動することを特徴とする撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein when the optical member is at the insertion position, a focal point of the prism optical system is formed at a first position with respect to the imaging element, and the optical member is at the retracted position. The imaging apparatus is characterized in that the focal point moves to a second position near the exit surface. 筐体と、
前記筐体に収容され、それぞれが入射面と射出面および自由曲面形状の反射面を有する第1および第2のプリズムを含むプリズム光学系と、
前記第2のプリズムの射出側に配置された撮像素子と、
前記撮像素子と前記第2のプリズムの射出面との間に配置され、前記第2のプリズムの射出光軸を横切る方向に移動可能な光学部材と、
前記光学部材を前記撮像素子に対向する挿入位置と該撮像素子に対向しない退避位置とにわたって移動させる駆動機構と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
A housing,
A prism optical system including first and second prisms, which are housed in the housing and each have an entrance surface, an exit surface, and a free-form reflecting surface;
An image sensor disposed on the exit side of the second prism;
An optical member disposed between the imaging element and the exit surface of the second prism and movable in a direction crossing the exit optical axis of the second prism;
A drive mechanism for moving the optical member across an insertion position facing the image sensor and a retracted position not facing the image sensor;
An imaging apparatus comprising:
請求項3に記載の撮像装置において、前記光学部材が前記挿入位置にあるとき前記プリズム光学系の焦点が前記撮像素子に対して第1の位置に形成され、前記光学部材が前記退避位置にあるとき前記焦点が前記2のプリズムの射出面寄りの第2の位置に移動することを特徴とする撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 3, wherein when the optical member is at the insertion position, a focal point of the prism optical system is formed at a first position with respect to the imaging element, and the optical member is at the retracted position. The imaging device is characterized in that the focal point moves to a second position near the exit surface of the second prism. 請求項2または4に記載の撮像装置において、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略無限遠までの間にある場合に対応して撮像を行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も近い場合に対応して撮像を行うためのマクロ撮像位置であることを特徴とする撮像装置。   5. The imaging device according to claim 2, wherein the first position is standard imaging for performing imaging corresponding to a case where the position of an object to be imaged is between a predetermined position and approximately infinity. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the second position is a macro imaging position for performing imaging in response to a case where an object to be imaged is closer to the predetermined position. 請求項3に記載の撮像装置において、前記駆動機構は、前記射出光軸に対し直角方向に移動可能な移動部材と、
前記移動部材を前記方向に駆動するアクチュエータと、
を有することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the driving mechanism is a movable member that is movable in a direction perpendicular to the emission optical axis;
An actuator for driving the moving member in the direction;
An imaging device comprising:
請求項6に記載の撮像装置において、前記移動部材が前記第1のプリズムと第2のプリズムが並ぶ方向に延びていて、該移動部材が前記アクチュエータによって前記射出光軸に対し直角方向に移動することを特徴とする撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 6, wherein the moving member extends in a direction in which the first prism and the second prism are arranged, and the moving member moves in a direction perpendicular to the emission optical axis by the actuator. An imaging apparatus characterized by that. 請求項7に記載の撮像装置において、前記アクチュエータがモータであり、該モータによって回転するギヤを有する駆動力伝達機構を介して前記移動部材が移動することを特徴とする撮像装置。   8. The imaging apparatus according to claim 7, wherein the actuator is a motor, and the moving member moves through a driving force transmission mechanism having a gear rotated by the motor. 請求項8に記載の撮像装置において、前記第1のプリズムが該プリズムの入射光軸に対して傾斜した反射面を有し、
該反射面と前記筐体の内壁との間に形成される空間に前記モータが収容されていることを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 8, wherein the first prism has a reflecting surface inclined with respect to an incident optical axis of the prism,
An imaging apparatus, wherein the motor is accommodated in a space formed between the reflecting surface and an inner wall of the casing.
請求項3に記載の撮像装置において、前記駆動機構は、前記射出光軸に対し直角方向に移動可能なスライド部材と、
前記スライド部材を前記方向に駆動するステータ部と、
を有するリニアアクチュエータであることを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the drive mechanism is a slide member that is movable in a direction perpendicular to the emission optical axis;
A stator portion for driving the slide member in the direction;
An imaging apparatus, characterized by being a linear actuator.
請求項3に記載の撮像装置において、前記光学部材と前記駆動機構が、前記第1のプリズムの入射面側から見た前記プリズム光学系の投影面積の領域内に配置されていることを特徴とする撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 3, wherein the optical member and the driving mechanism are arranged in a region of a projected area of the prism optical system as viewed from an incident surface side of the first prism. An imaging device. 請求項3に記載の撮像装置において、前記駆動機構は、前記筐体に回動可能に支持され前記光学部材を取付けたアームと、
前記筐体に配置されて前記アームを前記挿入位置と前記退避位置とにわたって回動させるモータと、
を有することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the drive mechanism is rotatably supported by the housing and has an arm attached with the optical member;
A motor arranged in the housing to rotate the arm between the insertion position and the retracted position;
An imaging device comprising:
請求項3に記載の撮像装置において、前記駆動機構は、前記筐体に回動可能に支持され前記光学部材を取付けた第1のアームと、
前記光学部材以外の光学機能部品を取付けた第2のアームと、
前記筐体に配置されて前記第1および第2のアームを前記挿入位置と前記退避位置とにわたって回動させるモータと、
を有することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the drive mechanism is rotatably supported by the housing and has a first arm attached with the optical member;
A second arm to which an optical functional component other than the optical member is attached;
A motor disposed in the housing for rotating the first and second arms between the insertion position and the retracted position;
An imaging device comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113507553A (en) * 2021-07-21 2021-10-15 Tcl通讯(宁波)有限公司 Camera module and mobile terminal thereof

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