JP2007086141A - 撮像光学ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射部材を使用状態から退避状態に切り換える場合、全長が長くなる。又複雑な機構を必要とし、部品点数が多くなる。又製造コストが高くなる。これらを、簡素であり、小型であり、光学部材の偏芯誤差の小さい撮像光学ユニットと撮像装置を提供する。
【解決手段】第1の光軸（７６）に沿って撮影対象側から入射する光束を第2の方向に折り曲げる反射部材（８１）保持する第１保持部材と、第2の光軸に沿って後続レンズ群（８６）を保持する後続群保持部材と、第1保持部材を回転させる回転軸と、回転させる駆動部とを備え、使用状態から退避状態に回転軸の周りに回転自在に構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光を撮像素子に導く撮像光学ユニットに関し、特に、折り曲げ光学系の光学部材を沈胴させる撮像光学ユニットに関する。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像をパーソナルコンピュータに取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐａｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このようなデジタルカメラの普及にともない、より小型であるデジタルカメラが要望されるようになり、撮像光学ユニットも一層の小型化する必要がある。

そこで、撮像光学ユニットを小型にするために、撮像光学系を光路の途中で折り曲げ、変倍しても光路長を変化させずに小型化を図る提案がされている。（特許文献１，２）これらは光路上に反射部材を設けて、光路を略９０度折り曲げた後、後続レンズ群で撮像素子上に光学像を形成させるものである。

しかしながら、上記２件の文献においては、反射部材より撮像物側にレンズが配置されるために、デジタルカメラの奥行き方向の大きさが、反射部材と撮像物側のレンズとの長さにより規制されていた。

この課題を解決するために、反射部材を移動させ、反射部材の移動により生じた空間にレンズを退避させて、未使用時に小型化する提案がされている。（特許文献３、４）
特開２０００−１３１６１０号公報 特開２００４−６９８０８号公報 特開２００３−４３３５４号公報 特開２００３−１６９２３６号公報

ところが、特許文献３、４においては、反射部材を使用状態から退避状態に切り換える場合に、反射部材を後続レンズ群の可動範囲位置に案内軸に沿って移動させることになり、また、退避状態から使用状態に切り換える場合に、反射部材を光軸上の所定位置に移動させ、レンズを別の移動手段により光軸上の所定位置に移動させることになる。

しかし、この構成では、撮像光学系の後続レンズ群のズームによる移動量を確保するのに全長が長くなるか、または、反射部材の収納空間を確保するのに後続レンズ群を沈胴させる複雑な機構が必要となる。さらに、撮像する使用状態において、レンズと反射部材を個別の移動手段で移動させ、また、レンズと反射部材を個別の保持部材で保持するために、レンズと反射部材との間で光軸の偏芯が発生し、撮像光学系の画質が低下する。また、レンズと反射部材を個々の保持部材で保持し、個々の移動手段が必要であるために、部品点数が多く、機構が複雑になり、製造コストが高くなる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、退避機構が簡素であり、小型であり、光学部材の偏芯誤差の小さい撮像光学ユニットと撮像装置を提供することを目的とする。

上記の課題は次の構成により解決される。

（１） 撮像素子に光を導く撮像光学ユニットにおいて、
第１の光軸に沿って撮像対象側から入射する光束を略直角の第２の光軸方向に折り曲げる反射部材と、
前記反射部材を保持する第１保持部材と、
第２の光軸に沿って前記反射部材からの光束を撮像素子に結像させる後続レンズ群を保持する後続群保持部材と、
前記第１保持部材に係合して前記第１保持部材を回転させる回転軸と、
前記回転軸を回転させる駆動部とを備え、
前記第１保持部材は、前記撮像光学ユニットの鏡枠に収納する位置と突出する使用位置との間を前記回転軸の周りに回転自在に構成されていることを特徴とする撮像光学ユニット。

（２） 前記第１保持部材は、前記反射部材とともにレンズを一体に保持し、前記後続群保持部材とは別体で前記鏡枠に保持されることを特徴とする（１）に記載の撮像光学ユニット。

（３） 前記回転軸は、第１の光軸に対して垂直であり、かつ第２の光軸に対して垂直であり、前記第１保持部材を収納位置と使用位置とに移動させるように前記回転軸の周りに回転させることを特徴とする（１）または（２）に記載の撮像光学ユニット。

（４） 前記回転軸は、第２の光軸の方向に移動し、前記第１保持部材を第２の光軸に沿って前記後続レンズ群に向かって移動させることを特徴とする（３）に記載の撮像光学ユニット。

（５） 前記回転軸は、第２の光軸に対して平行であり、前記第１保持部材を収納位置と使用位置とに移動させるように前記回転軸の周りに回転させることを特徴とする（１）または（２）に記載の撮像光学ユニット。

（６） 前記反射部材は、第１の光軸の方向からみて矩形の形状であり、折り曲げる方向を矩形の長手方向とすることを特徴とする（５）に記載の撮像光学ユニット。

（７） 前記第１保持部材は、円形状の外形の一部を光軸から所定高さ位置で切り欠いた形状を有するレンズを保持することを特徴とする（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。

（８） 前記後続群保持部材は、複数のレンズ群を変倍可能であるように第２の光軸方向に移動自在に保持することを特徴とする（１）乃至（７）のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。

（９） （１）乃至（８）のいずれか１項に記載の前記撮像光学ユニットと、前記撮像光学ユニットによって導かれた光を受けて画像を撮像する撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。

（１０） 電源をオンとオフに切り換えることができる電源ボタンを備え、前記第１保持部材が使用位置にある状態で、前記電源ボタンをオフにしたとき、前記駆動部を制御して前記第１保持部材を使用位置から収納位置へ移動させる制御手段を有することを特徴とする（９）記載の撮像装置。

本発明は、反射部材を保持する保持部材を収納する位置と突出する使用位置との間を回転軸の周りに回転自在に構成することにより、撮像光学ユニットの小型化、機構の簡素化、製造コストの低減化をすることができる。また、反射部材とともにレンズを一体に保持して、保持部材を回転軸の周りに回転させることにより、光学部材の偏芯誤差の小さい高画質の撮像光学ユニットとすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。デジタルカメラ１の外観を図１に模式的に示す。図１において、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図であり、点線部は後述するデジタルカメラ１の内部にある撮像光学ユニットを表している。

デジタルカメラ１は、概ね直方体状の筐体１０を有しており、通常の撮像時には筐体１０の最も短い辺の方向である、図１の紙面に垂直な方向を奥行き方向、図１の左右方向を横方向、図１の上下方向を縦方向と定める。なお、デジタルカメラ１が撮像する画面は、横方向に長く、縦方向に短い矩形の範囲である。

デジタルカメラ１は、前面に、対物窓１１、フラッシュ発光部１３、セルフタイマーランプ１４、背面に、表示部１５、モード設定スイッチ１６、十字キー１７、複数の操作キー１８、上面に、レリーズボタン１９、電源ボタン２０を備えている。

対物窓１１は開閉可能であり、対物窓１１を開くと、撮像光学ユニットに含まれる後述の第１レンズ群が現れる。フラッシュ発光部１３は撮像対象を照明するフラッシュ光を発する。セルフタイマーランプ１４は、セルフタイマー撮像の準備が進行中であることを点灯により示す。

表示部１５は、液晶表示器から成り、撮像した画像のほか、デジタルカメラ１の設定状況、操作案内等の諸情報を表示する。モード設定スイッチ１６は、スライド式であり、デジタルカメラ１の動作モードの設定に用いられる。

十字キー１７は、上下左右に４つの接点を有しており、表示部１５に表示されるカーソルの移動に用いられる。デジタルカメラ１は、撮像光学ユニットとしてズームレンズを備えており、十字キー１７はその焦点距離の調節にも使用される。操作キー１８は、表示部１５に表示する項目の切り換え、表示した項目の選択等、デジタルカメラ１の機能に関する設定に用いられる。レリーズボタン１９は２段階で動作し、記録する画像の撮像準備の指示と、記録する画像の撮像の指示に用いられる。

図２にデジタルカメラ１の構成を模式的に示す。デジタルカメラ１は、撮像光学系１２および表示部１５のほか、撮像素子２６、信号処理部２２、記録部２３、操作部２４、撮像光学系駆動部２５および制御部２６を有している。撮像素子２６はＣＣＤエリアセンサであり、画素ごとの受光量を表す信号を出力する。信号処理部２２は、撮像素子２６の出力信号を処理して、撮像した画像を表す画像データを生成する。記録部２３は、信号処理部２２が生成した画像データを着脱可能な記録媒体２３ａに記録し、また、画像の再生表示のために、記録媒体２３ａから画像データを読み出す。操作部２４は、前述の諸ボタン１６〜２０の総称であり、使用者が操作したボタンに関する情報を制御部２６に伝達する。

撮像光学系駆動部２５は、いくつかのモータとその駆動力を撮像光学系１２のレンズ群に伝達する伝達機構を有しており、撮像光学系１２の所望の焦点距離と焦点位置にするためにレンズ群を駆動させる。制御部２６は操作部２４を介して与えられる指示に応じて各部を制御する。

図３を参照しながら第１の実施形態を説明する。図３は、鏡枠７０に保持される撮像光学系の透視図であり、（ａ）は撮像光学系が使用状態にある場合を模式的に示し、（ｂ）は撮像光学系を収納した状態を模式的に示し、（ｃ）は撮像光学系をさらに収納した状態を模式的に示す。

第１の光軸７６は、図１において紙面に垂直な方向に相当し、デジタルカメラ１の奥行き方向にある。第２の光軸７７は、図１において左右方向であり、デジタルカメラ１の横方向にある。第１の光軸７６と第２の光軸７７は略直角に配置されている。

撮像光学系１２は、撮像対象側から順に、第１レンズ群８１と後続レンズ群８６からなり、図３（ａ）において、撮像対象を撮像素子８８に結像させる。

第１レンズ群８１は、撮像対象側から順に、レンズ８１ａ、プリズム８５、レンズ８１ｂを有し、レンズ８１ａ、８１ｂとプリズム８５は、後述する保持部材に一体に固定保持される。

レンズ８１ａは、撮像光学系１２の最も撮像対象側で第１の光軸上にあり、鏡枠７０から外に突出しており、レンズ８１ｂは、第２の光軸上にある。

プリズム８５は、断面が直角二等辺三角形の三角プリズムであり、互いに直交する２つの面８５ａ、８５ｂの一方の面８５ａがレンズ８１ａに対向し、他方の面８５ｂがレンズ８１ｂに対向し、さらに、斜面８５ｃが、第１の光軸７６と第２の光軸７７との交点上に位置し、かつ、第１の光軸７６と第２の光軸７７に対して４５°を成すように配置され、第１の光軸７６を第２の光軸７７の方向に略直角に折り曲げる。

後続レンズ群８６は、第１レンズ群８１の像面側にあり、少なくとも２つのレンズ群からなり、各レンズ群が移動することにより、撮像光学系１２が変倍される。

回転軸２７は、プリズム８５の面８５ｂと斜面８５ｃの頂点の近傍にあり、第１の光軸７６に対して垂直であり、かつ第２の光軸７７に対して垂直である位置にあり、第１レンズ群８１の保持枠に設けられている。また、回転軸２７は、回転可能であり、第２の光軸の方向に移動可能であるように鏡枠７０に軸支されている。

バリア２１は、鏡枠７０に移動可能に保持され、対物窓１１を開閉し、使用状態では第１の光軸７６からから退避して、第２の光軸に対してレンズ８１ａと並ぶように配置され、収納状態では第１の光軸７６上にあり、第１レンズ群８１を覆う位置にある。

撮像光学ユニットの使用状態と収納状態に至る動作を説明する。使用状態である図３（ａ）において、回転軸２７がプリズム８５を後続レンズ群８６から遠ざける方向（矢印方向）に回転して、プリズム８５の斜面８５ｃが第２の光軸７７とほぼ並行になるまで回転されると、レンズ８１ａ、８１ｂとプリズム８５を保持する保持枠が、図３（ｂ）に示す位置に至り、鏡枠７０から突出するレンズ８１ａが鏡枠７０内に収納される。レンズ８１ａが収納されると、バリア２１が第１の光軸７６に向かう方向に移動可能である状態となる。

次に、図３（ｂ）の状態において、回転軸２７が、矢印で示すように、第２の光軸７７の方向において像面側に駆動されると、第１レンズ群８１は、第２の光軸７７の方向において像面側に移動し、後続レンズ群８６に近接して配置され、図３（ｃ）に示す位置に至り、鏡枠７０内に収納される。このとき、バリア２１は、第１の光軸７６に向かう方向に駆動され、第１の光軸７６上に至り、第１レンズ群８１を覆う。

このことにより、使用しない状態において、撮像光学ユニットをデジタルカメラ１の奥行き方向に小さくすることができる。

なお、第１レンズ群８１の使用状態から収納状態への移動は、回転して平行移動する回転軸に替えて、カム機構を用いても良い。

次に、カム機構を用いた撮像光学ユニットを、図４、５を参照しながら説明する。図４は撮像光学ユニットの内部構成を模式的に示す正面透視図。図５は撮像光学ユニットの動作を示し、（ａ）は撮像光学ユニットの使用状態を示す模式図、（ｂ）は収納途上を示す模式図、（ｃ）は収納状態を示す模式図である。

撮像光学ユニットは、鏡枠７０内に、第１レンズ群８１と、第２レンズ群８２、第３レンズ群８３、および第４レンズ群８４より成る後続レンズ群８６とを有する撮像光学系１２を備え、撮像光学ユニットの後方に、ＣＣＤエリアセンサ等の撮像素子８８と、光学的ローパスフィルタ８７を備えていて、撮像対象からの光を撮像光学ユニットによって撮像素子８８上に結像させる。撮像光学ユニットおよび撮像素子８８は、デジタルカメラの筐体１０の横方向において中央付近に配設されている。撮像素子８８は筐体１０に固定されており、ローパスフィルタ８７は、撮像素子８８に固定されている。

第２レンズ群８２と第３レンズ群８３の移動によってズーミングすなわち焦点距離の変更が行われ、第３レンズ群８３の移動によってフォーカシングすなわち撮像対象に対する焦点の調節が行われる。ズーミングとフォーカシング時に、第１レンズ群８１と第４レンズ群８４は固定である。撮像時と非撮像時の切り換えにおいて、第１レンズ群８１は移動可能である。

撮像光学系１２の詳しい構成を図６に示す。撮像光学系１２は、撮像対象側から順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｇ４を有する。開口径可変の絞りＳが第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が図３、図４に示す後続レンズ群８６である。

また、図６は、撮像光学系の広角端における無限遠合焦状態を示し、矢印はズーミングに際してのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４の位置を表している。矢印の基端が広角端、先端が望遠端に対応する。なお、ズーミングに際し固定であるレンズ群には矢印を示していない。

ズーミングは第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３を移動させて行い、広角端から望遠端へのズーミングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が減少するように変化することによって行われる。

広角端および望遠端での焦点距離はそれぞれ７．１ｍｍおよび２０．８ｍｍであり、したがって、変倍比は３である。広角端および望遠端でのＦ数はそれぞれ２．７および５．１である。また、中間焦点距離が１４．６ｍｍであるときのＦ数は４．１６である。

撮像光学系１２のコンストラクションデータを表１に示す。表１において、曲率半径をｒで示し、撮像対象側から順に番号を付し、軸上間隔をｄで示し、撮像対象側からの軸上間隔を表の上から順に表している。ズーミングにより変化する軸上間隔については、広角端と中間の焦点距離と望遠端での値を、左から順に表している。屈折率、アッベ数をＮ、νで示し、撮像対象側からの屈折率、アッベ数を表の上から順に表している。また、屈折率およびアッベ数はｄ線に対するものであり、屈折率およびアッベ数は空気については省略してある。なお、非球面については面番号の末尾にアスタリスク（＊印）を付している。撮像素子が最終面の後ろに配置されている。距離の単位はｍｍである。

非球面は次の式１で定義している。

Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ²／｛１＋（１−ε・Ｃ²・Ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｋ・Ｈｋ ・・・式１
ここで、Ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘ（Ｈ）は高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃは近軸曲率、εは２次曲面パラメータ、ｋは非球面の次数、Ａｋはｋ次の非球面係数である。非球面に関するデータを表２に示す。

撮像光学系１２の収差を図７に示す。球面収差の線ｄはｄ線の収差、線ｇはｇ線の収差、線ｃはｃ線の収差である。線ＳＣは正弦条件不満足量を表している。また、非点収差の線ＤＭおよび線ＤＳはそれぞれメリジオナル面およびサジタル面での収差である。単位は、歪曲の横軸のみ百分率であり、他の軸については全てｍｍである。

次に、図４、図５に戻って、撮像光学系１２の保持構成、移動機構構成を説明する。第１レンズ群８１（図６のＧ１）は第１保持枠７１に保持されており、第２レンズ群８２（図６のＧ２）は第２保持枠７２に保持されており、第３レンズ群８３（図６のＧ３）は第３保持枠７３に保持されている。第４レンズ群８４（図６のＧ４）は第４保持枠７４に保持されている。

ガイド軸３６は、その端部が鏡枠７０に固定され、第２保持枠７２，第３保持枠７３の光軸方向への移動を案内する。

ガイド軸３７は、光軸７７に対してガイド軸３６と対向する位置に設けられ、その端部が鏡枠７０に固定され、第２保持枠７２，第３保持枠７３が回転しないように係合している。

駆動軸４７は、ガイド軸３６，３７と平行であり、モータ４２の回転軸と結合し、その外周面に螺旋状のねじが形成され、第１保持枠７１の後述する係合部、第２保持枠７２の後述する係合部のねじに螺合している。

駆動軸４８は、ガイド軸３６，３７と平行であり、モータ４３の回転軸と結合し、その外周面に螺旋状のねじが形成され、第３保持枠７３の後述する係合部のねじに螺合している。

第３保持部材７３は、ガイド軸３７に接する直進ガイド部３３ｂが設けられ、第３保持部材７３がガイド軸３６に対して回転しないように、ガイド軸３７に係合している。

また、第３保持部材７３は、ガイド軸３６に嵌合する摺動ガイド部３３ａが設けられ、第３保持部材７３が摺動時に傾かないように嵌合している。

また、第３保持部材７３は、モータ４３の駆動軸４８に螺合する係合部３３ｃが設けられ、駆動軸４８が回転すると、直進ガイド部３３ｂとの連係により、第３保持部材７３が光軸方向に直進移動する。

第２保持部材７２は、ガイド軸３７に接する直進ガイド部３２ｂが設けられ、第２保持部材７２がガイド軸３６に対して回転しないように、ガイド軸３７に係合している。

また、第２保持部材７２は、ガイド軸３６に嵌合する摺動ガイド部３２ａが設けられ、第２保持部材７２が摺動時に傾かないように嵌合している。

また、第２保持部材７２は、モータ４２の駆動軸４７に螺合する係合部３２ｃが設けられ、駆動軸４７が回転すると、直進ガイド部３２ｂとの連係により、第２保持部材７２が光軸方向に直進移動する。

また、第２保持部材７２は、鏡枠７０のストッパ６３に当接する当接部３２ｄが設けられ、また、鏡枠７０との間に圧縮ばね６１が架設され、焦点距離の広角端から収納端の間では、圧縮ばね６１に付勢され、常に当接部３２ｄがストッパ６３に当接し、広角端から望遠端の間では、第２保持部材７２が圧縮ばね６１に抗して移動可能になっている。

鏡枠７０は、第２の光軸７７と平行であるガイドスロット５５、収納の移動を案内する形状のカムスロット５７が設けられ、第１保持枠７１をガイドスロット５５、カムスロット５７に沿って移動させる。

また、鏡枠７０は、ストッパ６４が設けられ、使用状態である撮像時に、第１保持枠７１の当接部６５が常にストッパ６４に当接して、第１レンズ群８１の第１の光軸７６方向の位置決めをしているとともに、径方向において保持している。

第１保持部材７１は、鏡枠７０のガイドスロット５５に係合して移動するガイド軸５４、鏡枠７０のカムスロット５７に係合して移動するカム軸５６が設けられ、第１保持部材７１がガイドスロット５５、カムスロット５７に沿って移動して、使用位置と収納位置に至る。

連動部３１は、第１保持枠７１のガイド軸５４が固定されて係合するとともに、モータ４２の駆動軸４７に螺合する係合部３４ｃが設けられ、係合部３４ｃが駆動軸４７の回転に際し回転を規制して直進する構成であり、駆動軸４７が回転すると、連動部３１が光軸方向に直進移動する。

また、連動部３１は、鏡枠７０との間に引っ張りばね６０が架設され、焦点距離の広角端から望遠端の間では、引っ張りばね６０に付勢され、第１保持部材７１の当接部６５がストッパ６４に常に当接し、広角端から収納端の間では、引っ張りばね６０に抗して、連動部３１とともに第１保持部材７１が移動可能になっている。

また、撮像対象からの光を遮断して撮像素子８８の露光を制御するシャッタユニット５０を備えている。

以上のように構成された本実施形態のデジタルカメラ１の撮像光学ユニットの動作を、以下に説明する。

デジタルカメラ１が使用状態にあるときには、図４、図５（ａ）に示すように第１保持枠７１が鏡枠７０から突出している。

次に、撮像を終了するために、使用者が電源ボタン２０の操作を行うと、制御部２６は、電源の状態をオン状態からオフ状態に切換える制御を実行する。制御部２６は、第１保持枠７１を使用位置から収納位置へと移動させ、次にバリア２１を閉じるための制御を行う。

即ち、電源ボタン２０からの信号を受けて制御部２６は、モータ４２、４３を駆動制御して、第２保持枠７２、第３保持枠７３を広角端である初期位置へと移動させる。

次に、制御部２６は、モータ４２をさらに駆動制御して、駆動軸４７を回転駆動させる。

これにより、連動部３１は、引っ張りバネ６０の付勢力に抗して、第２の光軸７７に沿って撮像素子８８の方向に移動する。連動部３１の撮像素子８８の方向への移動に伴い、第１保持枠７１に備えられたガイド軸５４がガイドスロット５５に沿って案内されるとともに、カム軸５６がカムスロット５７沿って回転移動して、第１保持部材７１が第２の光軸７７に沿って撮像素子８８の方向に移動しながら回転して、図５（ａ）から（ｂ）に至る。

さらに移動して、図５（ｃ）に示す、第１保持枠７１が所定の退避位置に到着したときに、第１保持枠７１が位置検出部（不図示）により退避位置を検出されると、モータ４２を停止すべく信号が発生する。これを受けて制御部２６は、モータ４２の回転駆動を停止する制御を行う。また、第１保持枠７１の退避位置を検出すると、バリア２１を閉じ方向に駆動すべく信号が発生し、制御部２６は、バリア２１駆動用モータ（不図示）を駆動制御して、バリア２１を駆動させ、バリア２１は、第１保持枠７１が退避した空間を遮蔽する。

このようにして、使用状態において鏡枠７０から突出していた第１保持枠７１は、鏡枠７０内に収められるのと同時に、後続レンズ群８６の特定の焦点距離において、後続レンズ群８６に近接する空間に収納される。

なお、使用可能状態にしてズーミングするには、電源ボタン２０をオフ状態からオン状態に切り換えると、制御部２６は、バリア２１を開くための制御を行って、その後、モータ４２を駆動制御して、第１保持枠７１を収納位置から広角端である初期位置に移動させる。次に、十字キー１７で所望の焦点距離を設定すると、十字キー１７からの信号を受けて制御部２６は、モータ４２、４３を駆動制御して、第２保持枠７２、第３保持枠７３を設定された焦点距離に対応する位置に移動させる。

以上説明したように、光軸を折り曲げる光学系を備えた撮像光学ユニットにおいて、プリズム８５を有する第１保持部材７１を光軸に垂直である軸の周りに回転させる構成にすることにより、第１保持部材７１が使用位置と収納位置に移動可能であり、収納位置において撮像光学ユニットをデジタルカメラ１の奥行き方向に小さくすることができる。

使用位置と収納位置に至る機構を、第１保持部材７１のカムスロット５７とガイドスロット５５を有する連動部３１を用い、回転移動と平行移動とを同時に行う構成にすることにより、部品点数が削減し、作動機構の簡素化、製造コストの低減をすることができる。

第１保持部材７１に、第１レンズ群８１を構成する光学部材のすべて、つまりプリズム８５、レンズ８１ａ、８１ｂを一体に保持させて、使用位置と収納位置との間を移動させる構成とすることにより、作動機構の簡素が図れるとともに、使用位置において、特に繰り返しの切り換えにおける使用位置において、光学部材の位置が安定して、偏芯誤差が小さくなり、高画質の撮像光学ユニットとすることができる。

以下、第２の実施形態のデジタルカメラについて説明するが、デジタルカメラの外観、構成および撮像光学系の構成は第１の実施形態のものと同様であり、撮像光学ユニットの機構構成についてのみ述べる。また、撮像光学ユニットの機構構成において、第１実施形態と同じ機能の部材には同じ番号を付し、重複する説明は省略する。

図８乃至１１を参照しながら第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、第１レンズ群８１を第２の光軸７７を中心にして回転させることにより、使用状態と収納状態に至るものである。

図８（ａ）は、撮像光学系の使用状態を模式的に示す側面図、図８（ｂ）は収納状態を模式的に示す側面図である。

撮像素子８８の撮像画面は、デジタルカメラ１の横方向に長く、縦方向に短い矩形である。図８では、撮像画面は、上下方向に長く、紙面の垂直方向に短い矩形である。撮像光学系１２を通過する光線は、撮像画面に至る位置に応じて、光軸からの高さが異る。つまり、デジタルカメラ１の横方向の画面に至る光線は光軸から高く、その縦方向の画面に至る光線は光軸から低くなる。そこで、プリズム８５は、第１の光軸７６の方向からみて矩形の形状で、折り曲げる方向を矩形の長手方向として、折り曲げ方向に直交する方向を矩形の短手方向となる構成にしてある。

図９は、撮像光学ユニットが使用状態にある内部構成の側面透視図であり、透視図の上面が望遠端を示し、透視図の下面が広角端を示す。

第１レンズ群８１は第１保持枠７１に保持されており、第２レンズ群８２は第２保持枠７２に保持されており、第３レンズ群８３は第３保持枠７３に保持されている。第４レンズ群８４は第４保持枠７４に保持されている。

第１保持枠７１は、鏡枠７０と後述する直進ガイド筒に保持され、第２の光軸７７を中心に回転可能である。

第２保持枠７２は、その外周には、後述するズームカム環に設けられたカム溝に係合するカムフォロア１０４が３箇所に設けられている。

第３保持７３は、撮像対象側に伸びる腕部を介して、その外周には、後述するズームカム環に設けられたカム溝に係合するカムフォロア１０８が３箇所に設けられている。

直進ガイド筒１１４は、鏡枠７０に固定され、第２保持枠７２のカムフォロア１０４と第３保持枠７３のカムフォロア１０８を嵌めるガイド溝が設けられ、第２保持枠７２と第３保持枠７３の光軸方向への直進移動をガイドする。

また、直進ガイド筒１１４は、第１保持枠７１の嵌合部７１ｂに嵌合する嵌合部１１４ａが設けられ、第１保持枠７１を鏡枠７０ととも第２の光軸７７と同軸で回転可能に保持している。

ズームカム環１０３は、固定である直進ガイド筒１１４の外周に回転可能であるように嵌合し、第２保持枠７２を駆動するためのカム溝１０３ａ、第３保持枠７３を駆動するためのカム溝１０３ｂが設けられている。

また、ズームカム環１０３は、第１保持枠７１に有する突起状のガイド部７１ａに当接する係合部１０３ｆが設けられ、広角端からさらにズームカム環１０３の回転を伝達して第１保持枠７１を回転させる。

図１０に、ズームカム環１０３の展開図を示し、図１０に沿って説明をする。ズームカム環１０３には、第２保持枠７２を駆動するための３本のカム溝１０３ａと、第３保持枠７３を駆動するための３本のカム溝１０３ｂが設けられ、各カム溝１０３ａ、１０３ｂの広角端において、その延長上に第２の光軸７７と垂直である沈胴溝１０３ｄ、１０３ｅが設けられている。沈胴溝１０３ｄ、１０３ｅでは、ズームカム環１０３が広角端からさらに回転しても、第２保持枠７２、第３保持枠７３が移動しない。

また、ズームカム環１０３には、係合部１０３ｆを有する溝がズームカム環１０３の第１保持枠７１側の端面にあり、係合部１０３ｆは、望遠から広角のズーミング中では、第１保持枠７１のガイド部７１ａとは当接することがなく、広角端において、第１保持枠７１のガイド部７１ａに当接する。これにより、広角端からさらにズームカム環１０３の回転を伝達して第１保持枠７１を回転させる。

さらに、ズームカム環１０３には、その外周面上に、ギア部１０３ｃが設けられて、モータを含むズーム駆動系からの駆動力がギア部１０３ｃに伝達されることで、ズームカム環１０３が光軸を中心に回転する。カム環が回転すると、それぞれのカム溝１０３ａ、１０３ｂに係合されているカムフォロア１０４、１０８がそれぞれのカム溝に沿って移動する。

以上のように構成された本実施形態の撮像光学ユニットの動作を、以下に説明する。デジタルカメラ１が使用状態にあるときに、図８（ａ）、図９に示すように第１保持枠７１が鏡枠７０から突出し、撮像可能状態にある。

使用者が撮像を終了するために、電源ボタン２０の操作を行うと、電源ボタン２０からの信号を受けて制御部２６がズーム駆動用モータを駆動制御して、駆動力がズームカム環１０３のギア部１０３ｃに伝達されて、ズームカム環１０３が回転し、第２保持枠７２、第３保持枠７３がカム溝１０３ａ、１０３ｂに沿って広角端である初期位置へと移動する。

さらに、ズームカム環１０３が回転すると、第２保持枠７２のカムフォロア１０４、第３保持枠７３のカムフォロア１０８がズームカム環１０３の沈胴溝１０３ｄ、１０３ｅに嵌り、第２保持枠７２、第３保持枠７３が広角端に停止している。一方、ズームカム環１０３の係合部１０３ｆが第１保持枠７１のガイド部７１ａに当接し、ズームカム環１０３の回転が第１保持枠７１に伝達され、第１保持枠７１が直進ガイド筒１１４に嵌合した状態で、第２の光軸７７を中心にして９０度ほど回転する。

これにより、図８（ｂ）に示す、第１保持枠７１が所定の退避位置に到着し、第１保持枠７１が位置検出部（不図示）により退避位置を検出されると、ズーム駆動用モータの回転駆動を停止する。

このようにして、使用状態において鏡枠７０から突出していた第１保持枠７１のレンズ８１ａは、鏡枠７０内に収納される。

以上説明したように、光軸を折り曲げる光学系を備えた撮像光学ユニットにおいて、プリズム８５を有する第１保持部材７１を、第２の光軸７７を中心に回転させる構成にすることにより、第１保持部材７１が使用位置と収納位置に移動可能であり、収納位置において撮像光学ユニットをデジタルカメラ１の奥行き方向に小さくすることができる。

また、使用位置と収納位置に至る機構を、第１保持部材７１を鏡枠７０に回転可能に嵌合保持し、ズームカム環１０３のズーミング動作の延長において、第１保持枠７１を回転させる構成にすることにより、部品点数が削減し、作動機構の簡素化、製造コストの低減をすることができる。

また、第１保持部材７１に、第１レンズ群８１を構成する光学部材のすべて、つまりプリズム８５、レンズ８１ａ、８１ｂを一体に保持させて、使用位置と収納位置との間を移動させる構成とすることにより、作動機構の簡素が図れるとともに、使用位置において、特に繰り返しの切り換えにおける使用位置においても、光学部材の位置が安定して、偏芯誤差が小さくなり、高画質の撮像光学ユニットとすることができる。

また、プリズム８５は、第１の光軸の方向からみて矩形の形状であり、折り曲げる方向を矩形の長手方向として、折り曲げ方向に直交する方向を矩形の短手方向となる構成にすることにより、収納状態において、撮像光学ユニットをデジタルカメラ１の奥行き方向に小さくすることができる。

なお、第１レンズ群８１の最も撮像対象側のレンズ８１ａは、図１１に示す外周形状にしても良い。図１１（ａ）および（ｂ）は、図３、図８のレンズ８１ａの正面図、下側面図、左側面図を示す。

撮像素子８８の撮像画面は、デジタルカメラ１の横方向に長く、その縦方向に短い矩形である。レンズ８１ａを通過する光線は、撮像画面に至る位置に応じて、光軸からの高さが異なる。デジタルカメラ１の横方向の画面に至る光線は光軸から高く、その縦方向の画面に至る光線は光軸から低くなるため、レンズ８１ａは、通過する光線の高さに応じて、円形状の外形の一部を切り欠いた形状にしてある。

つまり、図１１（ａ）では、レンズ８１ａの形状は、横方向に長く、縦方向に短い矩形である。レンズ８１ａの四隅は、円形状として、第１保持枠７１に嵌合保持させる。図１１（ｂ）では、レンズ８１ａは、横方向を円形状として第１保持枠７１に嵌合保持させ、縦方向を直線状に切断している。

このように、通常は円形状であるレンズの一部を切断する構成にすることにより、収納状態において、撮像光学ユニットをデジタルカメラ１の奥行き方向に一層小さくすることができる。

なお、上記の各実施形態ではスチル画像を撮像するデジタルカメラの例を掲げたが、本発明の撮像光学ユニットは、動画を撮像するデジタルビデオカメラや、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末等の情報処理機器に組み込まれるカメラに採用することも可能である。

各実施形態のデジタルカメラの外観を模式的に示す正面図（ａ）および背面図（ｂ）。 各実施形態のデジタルカメラの構成を模式的に示す図。 第１の実施形態の撮像光学系の使用状態を示す模式図（ａ）、撮像光学系の収納状態を示す模式図（ｂ）、さらに収納した状態を示す模式図（ｃ）。 第１の実施形態の変形例を模式的に示す正面透視図。 第１の実施形態の変形例の使用状態を示す模式図（ａ）、収納途上を示す模式図（ｂ）、収納状態を示す模式図（ｃ）。 第１の実施形態の撮像光学ユニットの撮像光学系の構成を示す図。 第１の実施形態の撮像光学ユニットの撮像光学系の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）での収差を示す図。 第２の実施形態の撮像光学系の使用状態を示す模式図（ａ）、収納した状態を示す模式図（ｂ）。 第２の実施形態の撮像光学ユニット内部構成を模式的に示す側面透視図。 第２の実施形態の撮像光学ユニットのズームカム環の展開図。 第１レンズ群のレンズ形状を示す図。

符号の説明

１０ 筐体
１１ 対物窓
１２ 撮像光学系
１５ 表示部
１９ レリーズボタン
２０ 電源ボタン
２１ バリア
２７ 回転軸
３１ 連動部
３２ｄ 当接部
３６、３７ ガイド軸
４２、４３ モータ
４７、４８ 駆動軸
５０ シャッタユニット
５４ ガイドスロット
５５ ガイドスロット
５６ カム軸
５７ カムスロット
６０ 引っ張りばね
６１ 圧縮ばね
６３ ストッパ
６４ ストッパ
６５ 当接部
７０ 鏡枠
７１ 第１保持枠
７１ａ ガイド部
７１ｂ 嵌合部
７２ 第２保持枠
７３ 第３保持枠
７４ 第４保持枠
７６ 第１光軸
７７ 第２光軸
８１ 第１レンズ群
８１ａ、８１ｂ 第１レンズ群レンズ
８２ 第２レンズ群
８３ 第３レンズ群
８４ 第４レンズ群
８５ プリズム
８６ 後続レンズ群
８８ 撮像素子
１０３ ズームカム環
１０３ａ 第２レンズ群用カム溝
１０３ｂ 第３レンズ群用カム溝
１０３ｃ ギア部
１０３ｄ、１０３ｅ 沈胴溝
１０３ｆ 係合部
１０４、１０８ カムフォロア
１１４ 直進ガイド筒
１１４ａ 嵌合部

Claims (10)

1. 撮像素子に光を導く撮像光学ユニットにおいて、
   第１の光軸に沿って撮像対象側から入射する光束を略直角の第２の光軸方向に折り曲げる反射部材と、
   前記反射部材を保持する第１保持部材と、
   第２の光軸に沿って前記反射部材からの光束を撮像素子に結像させる後続レンズ群を保持する後続群保持部材と、
   前記第１保持部材に係合して前記第１保持部材を回転させる回転軸と、
   前記回転軸を回転させる駆動部とを備え、
   前記第１保持部材は、前記撮像光学ユニットの鏡枠に収納する位置と突出する使用位置との間を前記回転軸の周りに回転自在に構成されていることを特徴とする撮像光学ユニット。
2. 前記第１保持部材は、前記反射部材とともにレンズを一体に保持し、前記後続群保持部材とは別体で前記鏡枠に保持されることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学ユニット。
3. 前記回転軸は、第１の光軸に対して垂直であり、かつ第２の光軸に対して垂直であり、前記第１保持部材を収納位置と使用位置とに移動させるように前記回転軸の周りに回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学ユニット。
4. 前記回転軸は、第２の光軸の方向に移動し、前記第１保持部材を第２の光軸に沿って前記後続レンズ群に向かって移動させることを特徴とする請求項３に記載の撮像光学ユニット。
5. 前記回転軸は、第２の光軸に対して平行であり、前記第１保持部材を収納位置と使用位置とに移動させるように前記回転軸の周りに回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学ユニット。
6. 前記反射部材は、第１の光軸の方向からみて矩形の形状であり、折り曲げる方向を矩形の長手方向とすることを特徴とする請求項５に記載の撮像光学ユニット。
7. 前記第１保持部材は、円形状の外形の一部を光軸から所定高さ位置で切り欠いた形状を有するレンズを保持することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。
8. 前記後続群保持部材は、複数のレンズ群を変倍可能であるように第２の光軸方向に移動自在に保持することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像光学ユニット。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の前記撮像光学ユニットと、前記撮像光学ユニットによって導かれた光を受けて画像を撮像する撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
10. 電源をオンとオフに切り換えることができる電源ボタンを備え、前記第１保持部材が使用位置にある状態で、前記電源ボタンをオフにしたとき、前記駆動部を制御して前記第１保持部材を使用位置から収納位置へ移動させる制御手段を有することを特徴とする請求項９記載の撮像装置。

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