JP2007058203A - 複数光学系を有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の撮像光学系を有するデジタルカメラにおいて、駆動モータ数を削減する。
【解決手段】デジタルカメラは第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００を備える。第１撮像光学系２００は変倍系レンズ群２０３ａと焦点調節系レンズ群２０３ｂを有し、第２撮像光学系３００は変倍系レンズ群３０３ａと焦点調節系レンズ群３０３ｂを有する。変倍系レンズ群２０３ａ及び３０３ａはズーミング用駆動モータ４００で共通に駆動し、焦点調節系レンズ群２０３ｂ及び３０３ｂはフォーカシング用駆動モータ４１０で共通に駆動することで、駆動モータ数を２個に抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は複数光学系を有する撮像装置に関し、特にズーミングあるいはフォーカシングの駆動機構に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置において、レンズのズーミングとフォーカシングを別々の駆動機構及び別々の駆動モータで実行しており、特にコンパクトなデジタルカメラにおいて小型化及び低コスト化の妨げとなっている。

下記の特許文献には、前群レンズと後群レンズを駆動リングの回転で互いに独立して動かせるように構成することで、単一の駆動モータでズーミングとフォーカシングを行うことのできる構成が開示されている。

特開平５−２４９３６２号公報

一方、単一の撮像光学系ではなく複数の撮像光学系を有するデジタルカメラが想定され、それぞれの焦点距離を異にすることでレンズを交換することなく広範な撮影範囲をカバーすることが可能であるが、その内部構成は単一の撮像光学系に比して複雑化する問題がある。

図４Ａ及び図４Ｂに複数の撮像光学系を備えるデジタルカメラの外観例を示し、図５に内部構造例を示す。第１撮像光学系２００は３５ｍｍフィルム換算で３９ｍｍ−１１７ｍｍの焦点距離範囲のズームレンズを有する。ユーザはズームボタン１２０を操作してズーム位置を設定する。所望のズーム位置に達すると、シャッタボタン１３０を操作して撮影する。被写体の明るさに応じて適宜ストロボ１５０が発光制御され、撮影された画像はＬＣＤ１６０に表示される。ズームレンズは図５に示すようにいわゆる屈曲光学系となっており、第１レンズ群２０１から入射した被写体光はプリズム２０２で直角に曲げられ、レンズ群２０３を介して第１撮像素子２０４に被写体の像を結像する。

レンズ群２０３は変倍（ズーミング）系のレンズ群２０３ａと焦点調節（フォーカシング）系のレンズ群２０３ｂを含む。これらはそれぞれロッド２１０によりガイドされ、光軸方向に移動可能に構成される。変倍系のレンズ群２０３ａは駆動モータ２１１の回転軸に直結された送りねじ２１２とナット２１３で駆動され、その移動によりレンズ全体の合成焦点距離を変更する。焦点調節系のレンズ群２０３ｂは駆動モータ２１４の回転軸に直結された送りねじ２１５とナット１１６で駆動され、その移動により第１撮像光学系２００の焦点調節を行う。

第２撮像光学系３００は３５ｍｍフィルム換算で１３０ｍｍ−３９０ｍｍの焦点距離範囲のズームレンズを有する。このズームレンズも屈曲光学系であり、第１レンズ群３０１から入射した被写体光はプリズム３０２で直角に曲げられ、レンズ群３０３を介して第２撮像素子３０４に被写体の像を結像する。

レンズ３０３は変倍系のレンズ群３０３ａと焦点調節系のレンズ群３０３ｂを含む。これらはそれぞれロッド３１０によりガイドされ、光軸方向に移動可能に構成される。変倍系のレンズ群３０３ａは駆動モータ３１１の回転軸に直結された送りねじ３１２とナット３１３で駆動され、その移動によりレンズ全体の合成焦点距離を変更する。焦点調節系のレンズ３０３ｂは駆動モータ３１４の回転軸に直結された送りねじ３１５とナット３１６で駆動され、その移動により第２撮像光学系３００の焦点調節を行う。

このように、第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００を備えたデジタルカメラでは、合計４個の駆動モータ２１１，３１１，２１４，３１４が必要となり、デジタルカメラのサイズ増大とコストアップを招いてしまう。上記従来技術に開示されているように、第１撮像光学系２００の駆動モータ２１１，２１４を共有化し、あるいは第２撮像光学系３００の駆動モータ３１１，３１４を共有化することも考えられるが、さらなる構成の簡易化が望まれる。

本発明の目的は、複数の撮像光学系を備える撮像装置において、駆動モータの数を減らし、構成を簡易化して低コストを実現することにある。

本発明は、第１撮像光学系と、前記第１撮像光学系と画角の異なる第２撮像光学系とを備える複数光学系を有する撮像装置であって、前記第１撮像光学系及び前記第２撮像光学系のズーミング用駆動モータ、あるいは前記第１撮像光学系及び前記第２撮像光学系のフォーカシング用駆動モータの少なくともいずれかを共有することを特徴とする。本発明の好適な実施形態では、ズーミング用駆動モータとフォーカシング用駆動モータがいずれも共有される。

また、本発明の１つの実施形態では、前記第２撮像光学系は前記第１撮像光学系よりも画角が狭く設定され、前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系はズーム位置に応じて選択的に切替制御され、ズームアップ時であって前記第１撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第１撮像光学系の焦点距離を増大させる方向に駆動するとともに前記第２撮像光学系の焦点距離を減少させる方向に駆動し、ズームアップ時であって前記第２撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第２撮像光学系の焦点距離を増大させる方向に駆動する。また、ズームダウン時であって前記第２撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第２撮像光学系の焦点距離を減少させる方向に駆動するとともに前記第１撮像光学系の焦点距離を増大させる方向に駆動し、ズームダウン時であって前記第１撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第１撮像光学系の焦点距離を減少させる方向に駆動する。

また、本発明の他の実施形態では、前記フォーカシング用駆動モータは前記第１撮像光学系及び第２撮像光学系の合焦距離が互いに一致するように駆動する。

本発明によれば、複数の撮像光学系においてズーミング用駆動モータあるいはフォーカシング用駆動モータを共有するため、構成を簡易化して撮像装置のサイズ縮小化を図ることができるとともにコストを抑制できる。また、複数の撮像光学系のズーミング方向あるいはフォーカシング方向を所定方向に制御することで、複数の撮像光学系の切り替えをスムーズに行うことができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。なお、本実施形態にかかるデジタルカメラの外観構成は図４Ａ，図４Ｂに示された構成と同一であり、互いに焦点距離の異なるズームレンズを備える２つの撮像光学系を備える。

図１に、本実施形態のデジタルカメラの内部構成を示す。図５と異なる点は、ズーミング用駆動モータ４００とフォーカシング用駆動モータ４１０の２個のみが設けられる点である。

ズーミング用駆動モータ４００には送りねじ４０１が直結されており、これにナット２１３と３１３が螺合している。また、フォーカシング用駆動モータ４１０には送りねじ４１１が直結されており、これにナット２１６と３１６が螺合している。

ズーミング用駆動モータ４００はズームボタン１２０（図４Ｂ参照）の操作により図示しない制御回路からの指令により正逆の方向に回転してズーミングを行うが、このとき１つの駆動モータ４００の回転により第１撮像光学系２００の変倍系のレンズ群２０３ａと、第２撮像光学系３００の変倍系のレンズ群３０３ａの両方を動かし、ズーミングを行う。このとき、第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００とは互いに焦点距離の変化する方向が逆になるように設定される。すなわち、ズーミング用駆動モータ４００の一方向の回転で第１撮像光学系２００がワイド端（３５ｍｍフィルム換算で３９ｍｍ）からテレ端（同１１７ｍｍ）に向けて焦点距離が増大する方向に変化する場合は、第２撮像光学系３００はテレ端（同３９０ｍｍ）からワイド端（１３０ｍｍ）に向けて焦点距離が減少する方向に変化する。

フォーカシング用駆動モータ４１０は制御回路からの指令により正逆の方向に回転し、オートフォーカス動作を行うが、このとき両方の撮像光学系の焦点の合っている被写体距離が同一となるように設定される。すなわち、第１撮像光学系２００が無限遠に焦点が合っている状態のときは第２撮像光学系３００も無限遠に焦点が合っており、第１撮像光学系２００が２ｍの被写体距離に焦点が合っている状態のときには第２撮像光学系３００も２ｍの被写体距離に焦点が合っているような設定である。

デジタルカメラの電源をＯＮにすると、制御回路によりデジタルカメラを初期状態に設定する。この初期状態では第１撮像光学系２００が動作状態となり、第１撮像光学系２００のズーム位置はワイド端（同３９ｍｍ）に設定され、第２撮像光学系３００のズーム位置はテレ端（同３９０ｍｍ）に設定される。

ユーザがズーム位置あるいは撮影画角を選択する方法は２種類ある。第１は切替ボタン１１０を操作して第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００を切り替えて動作させるものである。切替ボタン１１０を使用して撮像光学系を切り替える場合、カメラで可能な範囲で最もワイド側の画角か、最もテレ側の画角のいずれかが必要な場合が多いので、上記のように初期設定することが有効である。第２はズームボタン１２０を操作するものである。初期状態からズームボタン１２０のテレ側を操作すると、ズーミング用駆動モータ４００が回転し、第１撮像光学系２００の焦点距離を増大させる方向に動かす（ズームアップ）とともに、第２撮像光学系３００の焦点距離を減少させる方向に動かす（ズームダウン）。

初期設定では第１撮像光学系２００が動作しているので、ＬＣＤ１６０に表示される画像は第１撮像光学系２００で得られた画像で、これがワイド端（３９ｍｍ）からズームアップされた画像に変化していく。ズームボタン１２０のテレ側を操作し続けると、第１撮像光学系２００のテレ端（１１７ｍｍ）に到達するが、さらに操作し続けると第１撮像光学系２００の画像に電子ズームを施した画像が表示される。そして、第２撮像光学系３００のワイド端（１３０ｍｍ）に設定が到達したところで撮像光学系が自動的に切り替わり、第２撮像光学系３００が動作状態となってその画像がＬＣＤ１６０に表示される。

このとき、上記のように第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００では互いに焦点距離の変化する方向が逆になるようにズーミングするので、第１撮像光学系２００がテレ端に到達した時点では第２撮像光学系３００はワイド端に到達しており、切替時に改めて第２撮像光学系の変倍系レンズ群３０３ａを動かすことなくスムーズに切り替えることができる。

さらにズームボタン１２０をテレ側に操作し続けると、今後はズーミング用駆動モータ４００が逆転し、第２撮像光学系３００の焦点距離を増大させる方向に動かす（ズームアップ）。

ズームボタン１２０をワイド側に操作すると、上記のズームアップ時と逆の動作になる。すなわち、ズーミング用駆動モータ４００が回転し、第１撮像光学系２００の焦点距離を増大させる方向に動かす（ズームアップ）とともに、第２撮像光学系３００の焦点距離を減少させる方向に動かす（ズームダウン）。ズームボタン１２０のワイド側を操作し続けると、第２撮像光学系３００のワイド端に到達するが、さらに操作し続けると撮像光学系が自動的に切り替わり、第１撮像光学系２００が動作状態となってその画像がＬＣＤ１６０に表示される。第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００では互いに焦点距離の変化する方向が逆になるようにズーミングするので、第２撮像光学系３００がワイド端に到達した時点では第１撮像光学系２００はテレ端に到達しており、切替時に改めて第１撮像光学系２００の変倍系レンズ群２０３ａを動かすことなくスムーズに切り替えることができる。さらにズームボタン１２０をワイド側に操作し続けると、今後はズーミング用駆動モータ４００が逆転し、第１撮像光学系２００の焦点距離を減少させる方向に動かす（ズームダウン）。

所望の画角が設定された時点でシャッタボタン１３０を操作すると、公知の方法でオートフォーカス動作が行われる。動作中の撮像素子からの画像信号を読み出して処理を施し、その結果に応じてフォーカシング用駆動モータ４１０が回転し、両方の撮像光学系の焦点を調節する。上記のように両方の撮像光学系の合っている被写体距離が同一となるように設定されているため、この状態で切替ボタン１１０操作して撮像光学系を切り替えた場合でも、最初からオートフォーカス動作をやり直す必要がなく、そのまま次のシーケンスに移ることができる。

この状態でさらにシャッタボタン１３０を操作すると、そのときに動作中の撮像光学系からの画像信号は処理されてメモリカード等の記憶媒体に記憶される。

本実施形態では単一の送りねじ４０１，４１１で両方の撮像光学系を駆動するように構成しているが、両方の撮像光学系で互いに焦点距離の変化する方向が逆になるように制御したり、両方の撮像光学系の焦点の合っている被写体距離が同一となるように制御することが困難となる場合には、撮像光学系毎に送りねじなどの駆動機構を別途備え、これに駆動用モータ４００，４１０の動力を歯車列やベルト等で伝達するように構成してもよい。

また、本実施形態における駆動モータ４００，４１０は屈曲光学系の略中央で上下に隣接配置されているが、駆動用モータ４００，４１０を他の位置に配置してもよい。

図２に、デジタルカメラの他の内部構成を示す。この例でもズーミング用駆動モータ４００及びフォーカシング用駆動モータ４１０のみが設けられ、第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００とで駆動モータが共有される。ズーミング用駆動モータ４００は屈曲光学系においてレンズ群３０３ａ近傍に配置され、フォーカシング用駆動モータ４１０は第１撮像素子３０４近傍に配置される。すなわち、屈曲光学系の両端部に配置される。

図３に、デジタルカメラのさらに他の内部構成を示す。この例でもズーミング用駆動モータ４００及びフォーカシング用駆動モータ４１０のみが設けられ、第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００とで駆動モータが共有される。ズーミング用駆動モータ４００は図１と同様な位置に配置されるが、フォーカシング用駆動モータ４１０は屈曲光学系の略中央であって屈曲光学系を挟んだ対向側に配置される。

図６に、デジタルカメラのさらに他の内部構成を示す。ズーミング用駆動モータ４００には送りねじ３５０が直結されており、また、ズーミング用駆動モータ４００にはギアＧ１、Ｇ２を介して送りねじ２５０が連結されている。送りねじ２５０と送りねじ３５０は互いに平行に位置し、ズーミング用駆動モータ４００の回転により互いに逆方向に回転する。送りねじ２５０は第１撮像光学系２００の変倍系のレンズ群２０３ａを駆動するための送りねじであり、送りねじ３５０は第２撮像光学系の変倍系のレンズ群３０３ａを駆動するための送りねじである。送りねじ２５０にはナットを介してレンズ群２０３ａが螺合し、送りねじ２５０の回転に従い送りねじ２５０の軸方向に移動する。また、送りねじ３５０にはナットを介してレンズ群３０３ａが螺合し、送りねじ３５０の回転に従い送りねじ３５０の軸方向に移動する。送りねじ２５０及び３５０は互いに逆回転するから、レンズ群２０３ａ及び３０３ａの移動方向も逆になる。すなわち、レンズ群２０３ａが図中Ａ方向に移動する場合には、レンズ群３０３ａは図中Ｂ方向に移動する。レンズ群２０３ａがワイド端に位置する場合にはレンズ群３０３ａはテレ端に位置し、レンズ群２０３ａがワイド端からテレ端に向けて移動する場合、レンズ群３０３ａはテレ端からワイド端に向けて移動する。なお、レンズ群２０３ａとレンズ群３０３ａの移動量には光学設計上差が生じることになるが、この差は送りねじ２５０と送りねじ３５０のピッチを異にすることで解消できる。ピッチで解消しきれない差はギアＧ１、Ｇ２のギア比を調整することで解消し得る。第１撮像光学系２００と第２撮像光学系３００においてそれぞれ送りねじ２５０、３５０を用いることで、鏡筒の長さ方向の小型化を図ることができる。また、レンズ群２０３ａとレンズ群３０３ａの移動方向を逆とすることで、レンズ群２０３ａがテレ端に達したときにはレンズ群３０３ａはワイド端に達することになるため、第１撮像光学系のテレ端から第２撮像光学系３００のワイド端への切替を円滑に行うことができる。

一方、フォーカス用駆動モータ４１０にはギアを介して送りねじ３６０が連結されるとともに、ギアを介してレンズ案内環２６０が連結される。送りねじ３６０は第２撮像光学系の焦点調節系レンズ群３０３ｂを駆動するための送りねじである。送りねじ３６０にはナットを介してレンズ群３０３ｂが螺合し、送りねじ３６０の回転に従い送りねじ３６０の軸方向に移動する。また、レンズ案内環２６０は中空円筒形状をなし、外周にフォーカス用駆動モータ４１のギアと噛み合うギア２６０ａが形成されている。また、レンズ案内環２６０の内周にはねじが形成されており、内周のねじが第１撮像光学系の焦点調節系のレンズ群２０３ｂを保持するとともに軸方向に移動させる。フォーカス用駆動モータ４１０の回転によりレンズ案内環２６０が回転し、内周ねじによりレンズ群２０３ｂを移動させる。なお、第１撮像光学系の変倍系のレンズ群はレンズ群２０３ａに加えレンズ群２０４ａから構成されていてもよく、レンズ群２０３ａはシャッタ・絞りアセンブリ５００の前側（被写体側）に配置し、レンズ群２０４ａはシャッタ・絞りアセンブリ５００の後側（イメージセンサ側）に配置することができる。この場合、レンズ群２０３ａは上記のとおりズームレンズ用駆動モータ４００でレンズ群３０３ａとともに駆動されるが、レンズ群２０４ａは別の駆動モータ４２０及び送りねじ３７０で駆動すればよい。

このように、本実施形態では第１撮像光学系２００のズーミング用駆動モータと第２撮像光学系３００のズーミング用駆動モータを共有するとともに、第１撮像光学系２００のフォーカシング用駆動モータと第２撮像光学系３００のフォーカシング用駆動モータを共有することで駆動モータ数の削減を図ることができる。

実施形態にかかるデジタルカメラの内部構成図である。 実施形態にかかるデジタルカメラの他の内部構成図である。 実施形態にかかるデジタルカメラのさらに他の内部構成図である。 ２つの撮像光学系を有するデジタルカメラの外観図（正面）である。 ２つの撮像光学系を有するデジタルカメラの外観図（背面）である。 デジタルカメラの内部構成図である。 実施形態にかかるデジタルカメラのさらに他の内部構成図である。

符号の説明

２０１ 第１レンズ群（第１撮像光学系）、２０２ プリズム（第１撮像光学系）、２０３ レンズ群（第１撮像光学系）、２０３ａ 変倍系レンズ群（第１撮像光学系）、２０３ｂ 焦点調節系レンズ群（第１撮像光学系）、２０４ 第１撮像素子、３０１ 第１レンズ群（第２撮像光学系）、３０２ プリズム（第２撮像光学系）、３０３ レンズ群（第２撮像光学系）、３０３ａ 変倍系レンズ群（第２撮像光学系）、３０３ｂ 焦点調節系レンズ群（第２撮像光学系）、３０４ 第２撮像素子、４００ ズーミング用駆動モータ、４０１ 送りねじ、４１０ フォーカシング用駆動モータ、４１１ 送りねじ。

Claims (7)

1. 第１撮像光学系と、
   前記第１撮像光学系と画角の異なる第２撮像光学系と、
   を備える複数光学系を有する撮像装置であって、
   前記第１撮像光学系及び前記第２撮像光学系のズーミング用駆動モータ、あるいは前記第１撮像光学系及び前記第２撮像光学系のフォーカシング用駆動モータの少なくともいずれかを共有することを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記第２撮像光学系は前記第１撮像光学系よりも画角が狭く設定され、
   前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系はズーム位置に応じて選択的に切替制御され、
   ズームアップ時であって前記第１撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第１撮像光学系の焦点距離を増大させる方向に駆動するとともに前記第２撮像光学系の焦点距離を減少させる方向に駆動し、ズームアップ時であって前記第２撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第２撮像光学系の焦点距離を増大させる方向に駆動することを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記第２撮像光学系は前記第１撮像光学系よりも画角が狭く設定され、
   前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系はズーム位置に応じて選択的に切替制御され、
   ズームダウン時であって前記第２撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第２撮像光学系の焦点距離を減少させる方向に駆動するとともに前記第１撮像光学系の焦点距離を増大させる方向に駆動し、ズームダウン時であって前記第１撮像光学系が選択されているときには前記ズーミング用駆動モータは前記第１撮像光学系の焦点距離を減少させる方向に駆動することを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   前記フォーカシング用駆動モータは前記第１撮像光学系及び第２撮像光学系の合焦距離が互いに一致するように駆動することを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。
5. 請求項１記載の装置において、
   前記第１撮像光学系は第１変倍用レンズ群を有し、
   前記第２撮像光学系は第２変倍用レンズ群を有し、
   前記第１変倍用レンズ群及び前記第２変倍用レンズ群はそれぞれ前記ズーミング用駆動モータで回転駆動される共有送りねじに螺合するナットに接続される
   ことを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。
6. 請求項１記載の装置において、
   前記第１撮像光学系は第１焦点調節用レンズ群を有し、
   前記第２撮像光学系は第２焦点調節用レンズ群を有し、
   前記第１焦点調節用レンズ群及び前記第２焦点調節用レンズ群はそれぞれ前記フォーカシング用駆動モータで回転駆動される共有送りねじに螺合するナットに接続される
   ことを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。
7. 請求項１記載の装置において、
   前記第１撮像光学系は第１変倍用レンズ群を有し、
   前記第２撮像光学系は第２変倍用レンズ群を有し、
   前記第１変倍用レンズ群は前記ズーミング用駆動モータで回転駆動される第１送りねじに螺合するナットに接続され、
   前記第２変倍用レンズ群は前記ズーミング用駆動モータで前記第１送りねじとは逆方向に回転駆動される第２送りねじに螺合するナットに接続される
   ことを特徴とする複数光学系を有する撮像装置。

Images