JP7291669B2 - 調整機構および撮像装置 - Google Patents

Description

本開示は、調整機構および撮像装置に関する。

近年、撮像装置に対してさらなる高画素化が求められており、画素ピッチの縮小化に伴って許容される誤差が小さくなっている。撮像装置の組み立てにおいて、例えば撮像素子が実装された基板を接着剤で固定する場合に、硬化時に接着剤が収縮することにより撮像素子の位置が変化することがある。光の向きを調整可能な調整機構によって、このような位置の変化に対応することが可能である。

例えば特許文献１は、２枚のプリズムの相対関係を変化させて、光の向きを調整する機構を開示する。

特開２００２－１７４７８５号公報

ここで、撮像装置に対しては、さらなる小型化も求められている。特許文献１の機構は、２枚のプリズムに平行移動および回転のそれぞれを行わせるために、少なくとも２つの駆動装置を必要とする。そのため、小型化が困難であった。

かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、小型化を実現可能な光の向きの調整機構および撮像装置を提供することにある。

本開示の一実施形態に係る調整機構は、
第１の光学素子と、
前記第１の光学素子と光軸を共有する第２の光学素子と、
前記第１の光学素子を光軸まわりに第１の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する回転角度を変化させ、前記第１の光学素子を光軸まわりに第２の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する前記回転角度を変化させずに前記第１の光学素子を回転させる回転機構と、を備える。

本開示の一実施形態に係る撮像装置は、
第１の光学素子と、
前記第１の光学素子と光軸を共有する第２の光学素子と、
前記第１の光学素子を光軸まわりに第１の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する回転角度を変化させ、前記第１の光学素子を光軸まわりに第２の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する前記回転角度を変化させずに前記第１の光学素子を回転させる回転機構と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを通った光が結像する位置に受光面が配置される撮像素子と、を備える。

本開示の一実施形態によれば、小型化を実現可能な光の向きの調整機構および撮像装置が提供される。

図１は、本開示の一実施形態に係る撮像装置の外観図である。 図２は、撮像装置の主な要素を示す断面図である。 図３は、第１の方向に回転した場合の第１のホルダと第２のホルダとの関係を説明するための図である。 図４は、第１の光学素子と第２の光学素子との位置関係と光の向きを例示する図である。 図５は、第１の光学素子と第２の光学素子との位置関係と光の向きを例示する図である。 図６は、第２の方向に回転した場合の第１のホルダと第２のホルダとの関係を説明するための図である。 図７は、撮像素子と光の向きとの関係を説明するための図である。

図１は、本開示の一実施形態に係る撮像装置１０の外観図である。また、図２は、筐体１１を除く、撮像装置１０の主な要素を示す断面図である。図２は図１に示されるＡ－Ａにおける撮像装置１０の断面において、筐体１１の内部にある主な要素を示す。撮像装置１０は、後述するように、光の向きの調整機構を備える。

ここで、図１および図２に示すように、撮像装置１０の向きに対応する直交座標が設定される。ｚ軸方向は、撮像装置１０の光軸Ｌ_１と平行な方向である。撮像装置１０は、撮像装置１０よりｚ軸正方向に存在する物体である被写体を撮像する。ｚ軸正方向を物体側または前方と表現することがある。また、ｚ軸負方向を像側または後方と表現することがある。ｙ軸方向は、撮像装置１０の幅方向に対応する。また、ｘ軸方向は、撮像装置１０の高さ方向に対応する。以下において、この直交座標の軸または平面を用いて、位置関係を説明することがある。

図１に示すように、撮像装置１０は筐体１１で覆われている。図２に示すように、撮像装置１０は、撮像光学系２０と、レンズバレル２１と、内部フレーム３０と、撮像素子３１と、基板３２と、駆動装置５０と、伝動部材５１と、第１のホルダ６１と、第２のホルダ６２と、回転機構６３と、ボールベアリング６４と、を備える。つまり、撮像装置１０は、図２に示される要素が、図１に示される筐体１１で覆われる構造を有する。撮像装置１０が備える構成要素の詳細については後述する。ここで、図１および図２は例示である。撮像装置１０は図１および図２に示す構成要素の全てを含まなくてよい。また、撮像装置１０は図１および図２に示す以外の構成要素を備えていてよい。

筐体１１は、衝撃等から内部の部品を保護する。本実施形態において、筐体１１は３つのパーツで構成されるが、１つ、２つまたは４つ以上のパーツで構成されてよい。筐体１１が複数のパーツで構成される場合に、パーツ同士は例えば接着剤によって接続されるが、溶着、嵌合またはネジ留め等の別の手法によって接続されてよい。

筐体１１の材料は例えば樹脂であるが、樹脂に限定されない。筐体１１の材料となる樹脂は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリスチレン（ＰＳ）等であってよいが、これらに限定されない。別の例として、放熱性を高めるために、筐体１１の少なくとも一部のパーツの材料は金属であってよい。筐体１１の材料となる金属は、例えばアルミ、銅、ニッケル、洋白、マグネシウム合金および亜鉛合金等であり得るが、これらに限定されない。

筐体１１は、撮像光学系２０への入射光を遮らない第１の開口を有する。第１の開口は、筐体１１の前方に設けられ、撮像光学系２０およびレンズバレル２１の一部を露出させる。筐体１１は、例えば筐体１１の第１の開口とレンズバレル２１の一部とが嵌合することによって、レンズバレル２１と接続されてよい。別の例として、筐体１１とレンズバレル２１とは、接着剤または溶着等の別の手法によって接続されてよい。筐体１１は、撮像光学系２０を後方へと押圧し、撮像光学系２０が第１の開口から脱落することを防止する機能も有する。

筐体１１は、配線のための第２の開口を有する。配線は、撮像装置１０への電力供給線、撮像素子３１からの画像信号を出力する信号線および駆動装置５０を駆動する駆動信号を受け取る制御信号線等を含む。配線は、筐体１１の後方に設けられた第２の開口から撮像装置１０の外部に出て、撮像装置１０の外部にある電子機器と接続されてよい。

撮像光学系２０は、光学部材を有し、焦点距離および焦点深度等の所望の光学特性を満たすように設計される。本実施形態において、撮像光学系２０は、光学部材として、第１の光学素子２０１と、第２の光学素子２０２と、第１のレンズ２１１と、第２のレンズ２１２と、保護カバー２１３と、を有する。第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２は、それぞれ、平行でない２つの面が光軸Ｌ_１に対して交差するように配置されるプリズムである。第２の光学素子２０２は、第１の光学素子２０１と光軸Ｌ_１を共有する。第１の光学素子２０１は、本実施形態において第２の光学素子２０２と同一の形状であるが、第２の光学素子２０２と異なる形状であってよい。本実施形態において、第１のレンズ２１１は凸レンズであるが、別の種類のレンズであってよい。また、第２のレンズ２１２は凹レンズであるが、別の種類のレンズであってよい。保護カバー２１３は、撮像光学系２０へ入射する光を遮らずに、後方に配置される光学部材を埃などの異物から保護する透明のカバーである。

第１の光学素子２０１、第２の光学素子２０２、第１のレンズ２１１、第２のレンズ２１２および保護カバー２１３の材料は例えば樹脂であるが、樹脂に限定されない。例えばこれらの少なくとも一部が樹脂と異なる材料で構成されてよい。例えば、第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２がガラス製のプリズムであってよい。また、例えば、第１のレンズ２１１および第２のレンズ２１２がガラスレンズであってよい。撮像光学系２０はさらに絞りおよび光学フィルタ等を含み得る。撮像光学系２０が含む光学部材の数は、１つ以上かつ４つ以下であってよいし、６つ以上であってよい。また、保護カバー２１３は、入射光の波長を選択するフィルタの機能を備えてよい。

レンズバレル２１は、撮像光学系２０を構成する光学部材のうち少なくともレンズを保持する部材である。レンズバレル２１は、撮像光学系２０の光軸Ｌ_１を囲む筒状の形状を有する。レンズバレル２１の物体側の端部は、ｚ軸正方向に突出した部分を有し、筐体１１と接続されてよい。本実施形態において、レンズバレル２１は、第１のレンズ２１１、第２のレンズ２１２および保護カバー２１３を直接的に保持する。レンズバレル２１の材料は例えば樹脂であるが、樹脂に限定されない。レンズバレル２１の材料となる樹脂は、例えば筐体１１の説明で列挙した樹脂であるが、それらに限定されない。レンズバレル２１の材料となる樹脂は、吸湿性の低いものが好ましい。別の例として、レンズバレル２１の材料は、アルミ合金、マグネシウム合金または亜鉛合金等の金属であってよい。

撮像素子３１は、撮像光学系２０の像側で、撮像光学系２０を介して結像する被写体像を受光可能に配置される。つまり、撮像素子３１は、第１の光学素子２０１と第２の光学素子２０２とを通った光が結像する位置に受光面が配置される。撮像素子３１は、受光面上に結像される被写体像を撮像して画像信号に変換して出力する。撮像素子３１としては、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等を用いることができる。

基板３２は、回路基板であって、少なくとも撮像素子３１を含む電子部品を実装する。基板３２は、前方の面に撮像素子３１を実装する。つまり、基板３２は、撮像素子３１の受光面が、撮像光学系２０介して結像する被写体像を受光できるように実装する。基板３２は、接着剤によって内部フレーム３０に対して位置が固定される。

内部フレーム３０は、レンズバレル２１に取り付けられる。内部フレーム３０は、本実施形態において接着剤によってレンズバレル２１に取り付けられるが、これに限定されない。別の例として、内部フレーム３０は、レンズバレル２１にネジ留めによって取り付けられてよい。内部フレーム３０の材料は例えば樹脂であるが、樹脂に限定されない。内部フレーム３０の材料となる樹脂は、例えば筐体１１の説明で列挙した樹脂であるが、それらに限定されない。内部フレーム３０の材料となる樹脂は、吸湿性の低いものが好ましい。別の例として、内部フレーム３０の材料は、アルミ合金、マグネシウム合金または亜鉛合金等の金属であってよい。

駆動装置５０は、第１の光学素子２０１等に動力を伝えて動かすための装置である。本実施形態において、駆動装置５０は、回転軸Ｌ_２まわりにシャフトを回転させるモータである。

伝動部材５１は、駆動装置５０の一部に取り付けられ、駆動装置５０の動力を第１の光学素子２０１に伝える部材である。本実施形態において、伝動部材５１は、駆動装置５０のシャフトに取り付けられた歯車である。

第１のホルダ６１は、第１の光学素子２０１を保持する筒状の部材である。第１のホルダ６１は、伝動部材５１を介して駆動装置５０の動力が伝えられることによって、光軸Ｌ_１を中心に第１の方向または第２の方向に回転する。第１のホルダ６１の回転に伴い、保持される第１の光学素子２０１が回転する。ここで、第１の方向は例えば時計回りの方向である。また、第２の方向は例えば反時計回りの方向である。第１のホルダ６１の材料は例えば樹脂であるが、樹脂に限定されない。第１のホルダ６１の材料となる樹脂は、例えば筐体１１の説明で列挙した樹脂であるが、それらに限定されない。

第２のホルダ６２は、第２の光学素子２０２を保持する筒状の部材である。また、本実施形態において、第２のホルダ６２は第１のホルダ６１の少なくとも一部を収納する。第２のホルダ６２は、回転可能なようにボールベアリング６４を用いてレンズバレル２１の内部に収納される。第２のホルダ６２は、レンズバレル２１に対して、光軸Ｌ_１を中心に第１の方向または第２の方向に回転する。つまり、第２のホルダ６２は、レンズバレル２１に対して第２の光学素子２０２の光軸Ｌ_１まわりに回転自在に設けられている。第２のホルダ６２の材料は例えば樹脂であるが、樹脂に限定されない。第２のホルダ６２の材料となる樹脂は、例えば筐体１１の説明で列挙した樹脂であるが、それらに限定されない。

ボールベアリング６４は、ボールを使った転がり軸受である。ボールベアリング６４は、筒状の第２のホルダ６２とレンズバレル２１との間に、光軸Ｌ_１を囲むように設けられる。ボールベアリング６４は、例えばボール状の高炭素高クロム鋼材で構成されるが、これに限定されない。

回転機構６３は、第１のホルダ６１と第２のホルダ６２との間に設けられ、第１のホルダ６１の動きを回転方向に応じて第２のホルダ６２に伝える機構である。本実施形態において、回転機構６３はワンウェイクラッチである。回転機構６３は、第１のホルダ６１および第２のホルダ６２を介して、第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２を回転させる。

図３は、第１の方向に回転した場合の第１のホルダ６１と第２のホルダ６２との関係を説明するための図である。図３の例では、第１の方向すなわち時計回りＣＷに回転させるように、第１のホルダ６１に対して、伝動部材５１を介して駆動装置５０の動力が伝えられている。回転機構６３は、第１の光学素子２０１を保持する第１のホルダ６１を光軸Ｌ_１まわりに第１の方向に回転させる場合に、第２の光学素子２０２を保持する第２のホルダ６２に対する回転角度θ_１を変化させる。

図４および図５は、第１のホルダ６１を第２のホルダ６２に対して回転角度θ_１を変化させる場合における、第１の光学素子２０１と第２の光学素子２０２との位置関係と光の向きを例示する図である。図４の例では、第１の光学素子２０１の第１面２０１Ａに入射した光が、第１面２０１Ａと平行でない第２面２０１Ｂからｚ軸方向に対して角度をもって出射する。そして、光は、第１の光学素子２０１の第２面２０１Ｂと平行な第２の光学素子２０２の第１面２０２Ａに入射して、ｚ軸に平行な方向に進み、第１面２０２Ａと平行でない第２面２０２Ｂから出射する。ここで、回転機構６３が第１のホルダ６１を第１の方向に回転させると、第１の光学素子２０１と第２の光学素子２０２との位置関係が変化して、出射される光の向きが変化する。例えば図５のように、第１の光学素子２０１の第１面２０１Ａに入射したｚ軸に平行な光が、ｚ軸方向に対して角度θ_２をもって第２の光学素子２０２の第２面２０２Ｂから出射する。このように、回転機構６３が第１の光学素子２０１を第１の方向に回転させて、第２の光学素子２０２に対して回転角度θ_１を持たせた場合に、光を角度θ_２だけ曲げて出射させることができる。ここで、回転角度θ_１と角度θ_２との関係は、第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２のそれぞれの形状および相対位置などの光学設計で定まる。

図６は、第２の方向に回転した場合の第１のホルダ６１と第２のホルダ６２との関係を説明するための図である。図６の例は、第１の方向に回転させて第２のホルダ６２に対して回転角度θ_１を有するようにした第１のホルダ６１（図３参照）を、第２の方向に回転した様子を示す。この例では、第２の方向すなわち反時計回りＣＣＷに回転させるように、第１のホルダ６１に対して、伝動部材５１を介して駆動装置５０の動力が伝えられている。回転機構６３は、第１の光学素子２０１を保持する第１のホルダ６１を光軸Ｌ_１まわりに第２の方向に回転させる場合に、第２の光学素子２０２を保持する第２のホルダ６２に対する回転角度θ_１を変化させずに、第１のホルダ６１を回転させる。つまり、図３および図６に示すように、回転機構６３は、第１の光学素子２０１を第２の光学素子２０２に対して第１の方向に回転自由とし、第２の方向に回転不可とする。そのため、光軸Ｌ_１まわりの第２の方向への回転では、第１のホルダ６１とともに第２のホルダ６２が回転する。

図７は、撮像素子３１と光の向きとの関係を説明するための図である。本実施形態に係る撮像装置１０は、第１の光学素子２０１と、第２の光学素子２０２と、回転機構６３と、を備える調整機構によって、撮像素子３１の受光面に対する光の向きを調整できる。図７のａは、第２の光学素子２０２の第２面２０２Ｂから出射される光の当初の向きを示す。上記のように、第１の光学素子２０１を保持する第１のホルダ６１が光軸Ｌ_１まわりに第１の方向に回転することによって、出射される光を角度θ_２だけ曲げることができる。そして、第１の光学素子２０１を保持する第１のホルダ６１が光軸Ｌ_１まわりに第２の方向に回転することによって、角度θ_２を有する光（つまり、当初の光の向きから角度θ_２だけ曲げられた光）は図７のａを中心に回転する。このように、調整機構は、第１の光学素子２０１を第１の方向に回転させてから第２の方向に回転させることによって、撮像素子３１の受光面に対して、所望の向きで光が入射するように調整することができる。例えば、基板３２と内部フレーム３０との間に存在する接着剤の硬化時の収縮により撮像素子３１の位置が変化したような場合に、この調整機構を備える撮像装置１０は、撮像素子３１の受光面に対して垂直に光が入射するように調整することが可能である。

ここで、上記の調整機構は、１つの駆動装置５０によって第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２を回転させることができる。また、従来技術と違い、平行移動によって第１の光学素子２０１と第２の光学素子２０２との間隔を変化させなくても、撮像素子３１の受光面に対して所望の向きで光が入射するように調整することができる。そのため、撮像装置１０の小型化を実現することができる。

撮像装置１０の調整機構は、上記の例のように、撮像装置１０の製造における接着剤の収縮による撮像素子３１の位置変化に対して、入射する光の向きを調整することに用いられ得る。また、撮像装置１０の調整機構は、例えば撮像装置１０が車両等に搭載されて使用される場合に、高温環境下における基板３２の膨張による撮像素子３１の位置変化に対して、入射する光の向きを調整することに用いられ得る。また、撮像装置１０の調整機構は、例えば撮像装置１０がデジタルスチルカメラで使用される場合に、撮像素子３１の受光面での焦点位置を意図的にずらすアオリ撮影に用いられ得る。

本開示を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上記の実施形態において、第１の光学素子２０１の第２面２０１Ｂと、第２の光学素子２０２の第１面２０２Ａとが互いに向き合うように配置される。つまり、プリズムである第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２の斜面が互いに向き合っている。ここで、第１の光学素子２０１および第２の光学素子２０２の向きは限定されるものでなく、斜面以外で向き合うように配置されてよい。例えば、第１の光学素子２０１の第１面２０１Ａと、第２の光学素子２０２の第２面２０２Ｂとが、互いに向き合うように配置されてよい。

上記の実施形態において、撮像光学系２０は、物体側から像側に向かって、第２のレンズ２１２と、第１のレンズ２１１と、第１の光学素子２０１と、第２の光学素子２０２とが、順に配置されている。これらの光学部材の配置の順番は、これに限定されるものでない。例えば、第２のレンズ２１２のすぐ後方に、第１の光学素子２０１が配置されてよい。

また、第１のホルダ６１と、第２のホルダ６２と、レンズバレル２１との包含関係も、上記の実施形態の例に限定されるものではない。例えば、第１のホルダ６１が第２のホルダ６２の少なくとも一部を収納する構成であってよい。また、撮像装置１０は、レンズバレル２１を備えず、第１のホルダ６１または第２のホルダ６２がレンズも保持する構成であってよい。

上記の実施形態において、第１の方向が時計回りの方向であり、第２の方向が反時計回りの方向である。これらの方向の対応は逆であってよい。すなわち、第１の方向が反時計回りの方向であり、第２の方向が時計回りの方向であってよい。

上記の実施形態において、駆動装置５０の動力は、伝動部材５１を介して第１のホルダ６１に伝えられる。別の形態として、駆動装置５０の動力は、伝動部材５１を介して第２のホルダ６２に伝えられてよい。このとき、回転機構６３は、第２の光学素子２０２を第１の光学素子２０１に対して第１の方向に回転自由とし、第２の方向に回転不可とするように設けられてよい。

１０ 撮像装置
１１ 筐体
２０ 撮像光学系
２１ レンズバレル
３０ 内部フレーム
３１ 撮像素子
３２ 基板
５０ 駆動装置
５１ 伝動部材
６１ 第１のホルダ
６２ 第２のホルダ
６３ 回転機構
６４ ボールベアリング
２０１ 第１の光学素子
２０２ 第２の光学素子
２１１ 第１のレンズ
２１２ 第２のレンズ
２１３ 保護カバー
ＣＷ 時計回り
ＣＣＷ 反時計回り
Ｌ_１ 光軸
Ｌ_２ 回転軸
θ_１ 回転角度

Claims (8)

1. 第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子と光軸を共有する第２の光学素子と、
   前記第１の光学素子を光軸まわりに第１の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する回転角度を変化させ、前記第１の光学素子を光軸まわりに第２の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する前記回転角度を変化させずに前記第１の光学素子を回転させる回転機構と、を備える調整機構。
2. 前記回転機構は、前記第１の光学素子を前記第２の光学素子に対して前記第１の方向に回転自由とし、前記第２の方向に回転不可とする、請求項１に記載の調整機構。
3. 前記第１の光学素子を保持する筒状の第１のホルダと、
   前記第１のホルダの少なくとも一部を収納し、前記第２の光学素子を保持する筒状の第２のホルダと、備え、
   前記回転機構は、前記第１のホルダと前記第２のホルダとの間に設けられる、請求項１または２に記載の調整機構。
4. 前記第２のホルダを収納するレンズバレルを有し、
   前記第２のホルダは、前記レンズバレルに対して前記第２の光学素子の光軸まわりに回転自在に設けられている、請求項３に記載の調整機構。
5. 前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、それぞれ、平行でない２つの面が前記光軸に対して交差するように配置されるプリズムである、請求項１から４のいずれか一項に記載の調整機構。
6. 前記回転機構は、前記第１の光学素子が前記第２の方向に回転する際には、前記第２の光学素子をともに前記第２の方向に回転させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の調整機構。
7. 前記回転機構は、ワンウェイクラッチを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の調整機構。
8. 第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子と光軸を共有する第２の光学素子と、
   前記第１の光学素子を光軸まわりに第１の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する回転角度を変化させ、前記第１の光学素子を光軸まわりに第２の方向に回転させる場合に前記第２の光学素子に対する前記回転角度を変化させずに前記第１の光学素子を回転させる回転機構と、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを通った光が結像する位置に受光面が配置される撮像素子と、を備える撮像装置。

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