JP4510546B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光軸上に切替可能な中間光学系を備えた撮像装置に関する。

従来の撮像装置は、光軸上に切替可能な中間光学系を備えることがある（例えば特許文献１参照）。中間光学系は、例えば、テレコンバージョンレンズまたは光学フィルタである。

中間光学系がテレコンバージョンレンズの場合、レンズの挿入状態と退避状態とが切り替えられる。退避状態では、テレコンバージョンレンズが光軸の外にある。そして、挿入状態では、レンズ後部にテレコンバージョンレンズが挿入され、これにより画角を変更できる。

また、中間光学系が光学フィルターの場合、例えば、ＩＲフィルタ（赤外線フィルタ）とダミーのガラス板とが切り替えられる。通常の撮影状態では、撮像素子の前にＩＲフィルタが配置される。そして、赤外線撮影モードでは、ＩＲフィルタがガラス板へと切り替えられる。
特開２００１−１０００８５号公報（第３ページ、図１）

しかしながら、従来の撮像装置においては、下記のように、モータ等の駆動源が生じる駆動力を用いて中間光学系を切替可能に構成した場合に、切替に伴って焦点がずれたり、あるいは、構成が複雑化してしまうという問題があった。

例えば、中間光学系がテレコンバージョンレンズの場合、テレコンバージョンレンズの挿入に伴って焦点位置が移動する。焦点位置を移動させないためには、複雑な光学設計が必要になり、そして、テレコンバージョンレンズの挿入だけでなく、他の光学系の移動等が必要になる。

また、中間光学系がＩＲフィルタの場合、フィルタ切替に伴ってフィルタを通過する光の波長が変わり、そして、色収差の影響で焦点の位置がずれて、ピンぼけが生じる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切替可能な撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、光軸上に切替可能に設けられたコンバージョンレンズを含んだ光学系と、前記光学系と共に設けられた撮像素子と、前記コンバージョンレンズ及び前記撮像素子を駆動する駆動機構と、を備えた撮像装置であって、前記駆動機構は、駆動源機構と、レンズ駆動機構と、撮像素子駆動機構とで構成され、前記駆動源機構は、回転軸が前記光軸と平行な回転力を発生するモータと、前記モータの回転力を前記レンズ駆動機構と前記撮像素子駆動機構とに伝達する減速ギアとを備え、前記レンズ駆動機構は、前記コンバージョンレンズを保持するレンズ枠と、外周部に前記減速ギアに噛み合う被駆動ギアを有するレンズ駆動リングとを備え、前記撮像素子駆動機構は、前記光軸を中心に回転するカムリングと、前記撮像素子を保持する素子ホルダとを備え、前記カムリングは、外周に前記減速ギアに噛み合うギア部と、カム面が前記素子ホルダに向いているカム部とで構成され、前記素子ホルダは、前記カム面に当接する従動ピンを備え、前記駆動機構は、前記モータの回転力を前記減速ギアを介して前記カムリングに伝達し、前記カムリングの回転により前記素子ホルダを前記光軸方向に移動させて、前記中間光学系を光軸上に挿入する前に前記撮像素子を後方へ移動させ、前記モータの回転力を前記減速ギアを介して前記レンズ駆動リングに伝達し、前記レンズ駆動リングが前記コンバージョンレンズを前記光軸に平行な回転軸を中心に回転させて、前記撮像素子を移動することにより作られた空間に前記コンバージョンレンズを挿入する構成を備えている。前記レンズ駆動機構は、前記レンズ枠と前記レンズ枠を駆動する前記レンズ駆動リングとによるゼネバーストップ機構である。

この構成により、モータの駆動力で中間光学系を切り替えるとともに、同じモータの駆動力で中間光学系の切替に伴う撮像素子の位置補正ができる。すなわち、同じモータの一連の動きで中間光学系の切替と撮像素子の位置補正ができる。同じモータで動かしているので、複雑な制御を行わずとも、両要素の動きが自ら連動する。したがって、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切り替えることができ、また、撮像装置の小型化を図ることができる。

また、本発明の別態様の撮像装置は、光軸上に切替可能に設けられた中間光学系を含んだ光学系と、前記光学系と共に撮像光学系を構成する撮像素子と、駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源が発生した駆動力を前記中間光学系に伝達して、前記中間光学系を切替のために光軸に交差する方向に駆動する中間光学系駆動機構と、前記駆動源が発生した駆動力を前記撮像光学系の少なくとも一の被駆動要素に伝達して、該被駆動要素を光軸方向に駆動する被駆動要素駆動機構とを備えている。上記の被駆動要素は、駆動力で駆動される構成要素である。被駆動要素は例えば、上述の態様と同様に撮像素子であり、この場合、上述の撮像素子駆動機構が、被駆動要素駆動機構に相当する。また、被駆動要素は、切替対象の中間光学系を除く光学系でもよい。この被駆動要素は、後述の実施の形態における基準光学系に相当する。あるいは、撮像装置と光学系の両方が動かされてもよい。このように、本発明では、光軸方向に移動するのが撮像素子以外の部材でもよい。そして、本態様によっても、上述した本発明の利点が得られる。

本発明は、モータの駆動力を中間光学系および撮像素子にそれぞれ伝える中間光学系駆動機構および撮像素子駆動機構を設けることにより、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切り替えられるという効果を有する小型の撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の撮像装置について、図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施の形態の撮像装置を図１〜図３に示す。本実施の形態では、撮像装置１０が、テレコンバージョンレンズを退避状態と挿入状態の間で切り替える。図１は、挿入状態の斜視図であり、図２は、退避状態の断面図であり、図３は、挿入状態の断面図である。

撮像装置１０は、全体構成としては、光学系１２と撮像素子１４とを備えている。光学系は、基準光学系１６と、基準光学系１６の後ろに挿入される中間光学系であるコンバージョンレンズ１８とを含む。撮像素子１４は、ＣＣＤ等であり、光学系１２が被写体の像を結ぶ位置に配置されており、光学像から画像信号を生成する。

撮像装置１０は、さらに、コンバージョンレンズ１８および撮像素子１４を駆動するための駆動機構２０を備えている。駆動機構２０は、駆動源を備えた駆動源機構２２と、レンズ駆動機構２４と、撮像素子駆動機構２６とで構成されている。レンズ駆動機構２４は、中間光学系駆動機構であり、駆動源が発生した駆動力をコンバージョンレンズ１８に伝達して、コンバージョンレンズ１８を駆動する。コンバージョンレンズ１８は、中間光学系部品の一例である。撮像素子駆動機構２６は、駆動源が発生した駆動力を撮像素子１４に伝達して、撮像素子１４を光軸方向に駆動する。以下に、各機構について説明する。

駆動源機構２２は、モータ３０と、モータ３０の回転を伝える減速ギア列３２とを備えている。モータ３０は、駆動源の一形態であるが、本発明はこれに限定されなくてよい。減速ギア列３２は、モータ３０のロータ軸に取り付けられたモータギア３４と、モータギア３４と噛み合う第１減速ギア３６と、第１減速ギア３６と噛み合う第２減速ギア３８とで構成されている。モータ３０および各ギアの回転軸は、光軸Ｌと平行である。そして、第２減速ギア３８は、減速ギア列３２の最終ギアである。

レンズ駆動機構２４は、図示のように、レンズ枠４０と、レンズ枠４０を駆動するレンズ駆動リング４２とで構成されている。レンズ枠４０およびレンズ駆動リング４２は、光軸Ｌに平行な回転軸を中心に回転可能に設けられている。レンズ駆動リング４２の外周部は被駆動ギアであり、駆動源機構２２の第２減速ギア３８と噛み合っている。これにより、モータ３０の回転力がレンズ駆動リング４２に伝達され、レンズ駆動リング４２が回転し、レンズ枠４０を駆動する。本実施の形態では、レンズ駆動機構２４が、レンズ駆動リング４２の一部の回動範囲のみでコンバージョンレンズ１８を切り替えるゼネバーストップ機構で構成されている。ゼネバーストップ機構は、駆動力伝達過程の一部の区間で駆動対象を駆動することができ、間欠駆動機構の一つである。

図４および図５は、レンズ枠４０とレンズ駆動リング４２とを示している。図４は退避状態であり、コンバージョンレンズ１８が、基準光学系１６の光軸Ｌから外れた退避位置にある。一方、図５は挿入状態であり、コンバージョンレンズ１８が、光軸Ｌ上の挿入位置にある。

レンズ枠４０は、板状の部材であり、光軸Ｌに平行なレンズ枠回転軸４４を中心に回動可能に備えられている。レンズ枠４０は、コンバージョンレンズ１８を保持するレンズ保持領域４６と、レンズ駆動リング４２により駆動される構成が設けられた被駆動領域４８とで構成されている。レンズ保持領域４６はレンズ枠回転軸４４の一方の側であり、被駆動領域４８はレンズ枠回転軸４４の他方の側である。

レンズ保持領域４６には円形の開口５０が設けられ、この開口５０にコンバージョンレンズ１８が保持されている。開口５０の中心とレンズ枠回転軸４４の距離は、光軸Ｌとレンズ枠回転軸４４の距離に等しい。これにより、レンズ枠回転軸４４を中心にレンズ枠４０が回転して、コンバージョンレンズ１８が光軸Ｌから出し入れされる。図示のように、本実施の形態では、退避状態と挿入状態では、レンズ枠４０が９０度回転した位置にある。

被駆動領域４８の端部には、切込み部５２が設けられている。切込み部５２はスリット形状を有している。スリットは、レンズ枠回転軸４４と切込み部入口５４とを結ぶ線に沿って延びている。また、被駆動領域４８には、切込み部５２の両側に円弧部５６、５８が設けられている。２つの円弧部５６、５８は、レンズ枠回転軸４４と切込み部入口５４を結ぶ線に対して線対称である。

一方、レンズ駆動リング４２は、駆動リング回転軸６０を中心に回動可能に備えられている。駆動リング回転軸６０は光軸Ｌと平行であり、したがって、レンズ枠回転軸４４と平行である。レンズ駆動リング４２は、リングベース部６２と、枠保持部６４と、駆動ピン６６で構成されており、これらは一体化されている。

リングベース部６２は円板形状を有しており、その中心は駆動リング回転軸６０と一致している。リングベース部６２の外周にはギア部６８（歯の形状は図示せず）が設けられており、ギア部６８は上述のように駆動源機構２２の最終ギアと噛み合っている。

枠保持部６４は円形のボスであり、リングベース部６２の一方の面に突設されており、枠保持部６４の中心はリングベース部６２と同じである。

枠保持部６４の直径はリングベース部６２より小さく、レンズ枠４０の円弧部５６、５８の直径と等しく設定されている。そして、円弧部５６、５８の一方が枠保持部６０の外周面に接し、これにより、レンズ枠４０の姿勢が決まり、レンズ枠４０が所定の位置に保持されている。図４の退避状態では円弧部５６が枠保持部６４に接し、図５の挿入状態では、もう一つの円弧部５８が枠保持部６４に接する。

駆動ピン６６は円形であり、リングベース部６２に突設されている。駆動ピン６６は、枠保持部６４と同じ側に設けられている。駆動ピン６６と駆動リング回転軸６６の距離は、枠保持部６４の半径より大きい。そして、駆動ピン６６は、レンズ駆動リング４２が回転したときにレンズ枠４０の切込み部５２に嵌り込む位置に設けられている。

また、枠保持部６４は、駆動ピン６６の近傍に凹部７０を有している。凹部７０の形状は、駆動ピン６６を中心とする円である。凹部７０は、レンズ枠４０が回転するときの干渉を避けるために設けられている。

図４の状態では、駆動ピン６６が、切込み部５２の入口に位置している。図４よりも時計回り方向にレンズ枠４０が回動しているときは、コンバージョンレンズ１８が退避状態にあり、すなわち、光軸Ｌからずれた位置にある。レンズ枠４０は、円弧部５６が枠保持部６４に接した状態で位置決めされている。

図４の状態からレンズ駆動リング４２が反時計回りに回動すると、駆動ピン６６が切込み部５２に進入していく。このとき、切込み部５２は従動カムとして機能する。駆動ピン６６は切込み部５２内でスライドし、奥に入っていく。これに伴い、レンズ枠４０は、レンズ枠回転軸４４を中心として時計方向に回動する。

図４の状態からのレンズ駆動リング４２の回動角が４５度を超えると、駆動ピン６６は切込み部５２の入口へ向かってスライドする。そして、図５に示すように、回動角が９０度に達すると、駆動ピン６６は、切込み部５２の入口へ達する。このとき、レンズ枠４０も退避状態から９０度回動して、挿入状態に切り替わる。コンバージョンレンズ１８は光軸Ｌ上に移動している。

図５の状態では、レンズ枠４０の円弧部５８が枠保持部６４に接しており、これによりレンズ枠４０が位置決めされ、コンバージョンレンズ１８が光軸Ｌ上に位置している。図５の状態からレンズ駆動リング４２が反時計方向に回動しているときは、円弧部５８が枠保持部６４に接しており、コンバージョンレンズ１８が挿入状態に維持される。

図１〜図３に戻り、撮像素子駆動機構２６の構成を説明する。撮像素子駆動機構２６は、カム機構であり、モータ３０の回転を、撮像素子１４の光軸方向の運動に変換するように構成されている。

撮像素子駆動機構２６は、カムリング８０を備えており、カムリング８０は、光軸Ｌを中心に回動可能に設けられており、そして、撮像素子１４を保持する素子ホルダ８２を取り囲んでいる。

カムリング８０の外周には、ギア部８４が設けられており、ギア部８４は、駆動源機構２２の第２減速ギア３８と噛み合っている。すなわち、第２減速ギア３８には、カムリング８０のギア部８４と前述のレンズ駆動リング４２のギア部６８とが噛み合っており、これにより、モータ回転力がコンバージョンレンズ１８と撮像素子１４の両者に伝えられる。

カムリング８０には、カム部８６が設けられている。カム部８６は、いわゆる端面カムである。カム部８６は、カムリング８０の一方の面に設けられた円弧状の突起で構成されており、円弧の中心は光軸Ｌであり、突起の端面がカム面である。そして、カムの設定に従い、突起の高さが円周方向に沿って変化している。図示のように、３つの同一形状のカム部８６が、等間隔で設けられている。

一方、素子ホルダ８２の後端には、フランジ部８８が設けられている。そして、フランジ部８８は、カム部８６に対応する位置に従動ピン９０を備えており、従動ピン９０は、カム部８８に向けて突設されている。そして、３つのカム部８６に対応して、３つの従動ピン９０が等間隔で設けられている。

さらに、素子ホルダ８２の後方には、ベース部９２が、図示されない筐体に対して固定されている。そして、ベース部９２には、素子ホルダ８２に向けて、光軸Ｌに沿って平行に２本の直進ピン９４が突設されている。直進ピン９４は、素子ホルダ８２のフランジ部８８の穴９６に挿入されている。素子ホルダ８２は、直進ピン９４にガイドされて、回転することなく光軸Ｌ方向に移動する。

また、直進ピン９４の周りには、ばね９８が取り付けられている。ばね９８は、コイルばねであり、ベース部９２とフランジ部８８の間に圧縮状態で挟まれている。ばね９８により素子ホルダ８２がカムリング８０に向けて付勢され、従動ピン９０がカム部８６に当接する。これにより、従動ピン９０が撮像素子１４と共に、カム部８６のカム面の設定に従って光軸Ｌ方向に移動する。

図６は、本実施の形態の駆動機構の設定を示しており、上側が撮像素子駆動機構２６のカム機構の設定であり、下側がレンズ駆動機構２４のゼネバーストップ機構の設定である。

図６において、横軸は、モータ回転角であり、モータ３０は位置Ａ〜Ｇの範囲で回転する。カム機構およびゼネバーストップ機構の回動角はモータ回転角に比例することから、図６では、モータ回転角を使って両機構の設定を説明する。

また、図６のカム設定では、縦軸が素子位置であり、素子位置は、撮像素子１４の光軸Ｌ方向の位置であり、カム高さと対応している。素子位置が下の方である程、すなわち、カム高さが低いほど、撮像素子１４が前方に位置する。一方、ゼネバーストップの設定では、縦軸はレンズ位置である。レンズ位置は、コンバージョンレンズ１８の位置であり、退避位置（ノーマル側）と挿入位置（テレ側）の間で切り替わる。

図６において、区間Ａ−Ｂは、レンズ退避側の素子位置微調整区間である。この区間では、レンズ位置は退避側である。そして、コンバージョンレンズ１８が退避しているときに適当な場所に撮像素子１４が位置するように、素子位置が設定されている。さらに、微調整区間では、素子位置を微調整して焦点を合わせられるように、素子位置すなわちカム高さがなだらかに変化する。

区間Ｂ−Ｃは、素子移動区間である。素子移動区間では、レンズ位置が退避側である。そして、素子位置は、レンズ退避状態に適した位置から、レンズ挿入状態に適した位置へと変化する。区間Ｃ〜Ｄでは、レンズ位置が退避側であり、素子位置は一定である。

区間Ｄ−Ｅは、レンズ移動区間である。レンズ移動区間では、レンズ位置が退避側から挿入側へ切り替わる。位置Ｄ、Ｅは、それぞれ、図４および図５と対応している。したがって、区間Ｄ〜Ｅは、レンズ駆動リング４２の回動角に換算すると、９０度に相当する。また、レンズ移動区間では、素子位置は一定である。

区間Ｅ−Ｆでは、レンズ位置が挿入側であり、素子位置が一定である。さらに、区間Ｆ−Ｇはレンズ挿入側の素子位置微調整区間である。レンズ位置は挿入側である。そして、素子位置を微調整して焦点を合わせられるように、素子位置すなわちカム高さがなだらかに変化する。

図７は、図６の設定を、レンズ駆動機構２４におけるレンズ駆動リング４２の駆動ピン６６の位置を用いて示している。駆動ピン６６は、Ａ−Ｇの範囲で回動する。図７の位置Ａ〜Ｇは、図６の位置Ａ〜Ｇと対応している。

図７および前出の図４、図５を参照すると、区間Ａ〜Ｄでは、駆動ピン６６は、図４の位置よりも時計方向にあり、レンズ枠４０と係合しておらず、レンズ枠４０およびコンバージョンレンズ１８は退避位置にある。

位置Ｄでは、駆動ピン６６が図４に示す位置にあり、位置Ｅでは、駆動ピン６６が図５に示す位置にある。したがって、駆動ピン６６が位置Ｄから位置Ｅまで移動する間に、レンズ枠４０およびコンバージョンレンズ１８は退避位置から挿入位置まで移動する。そして、区間Ｅ〜Ｇでは、レンズ枠４０およびコンバージョンレンズ１８が挿入位置に保持される。

図８は、本実施の形態の駆動機構２０を制御するための構成例を示している。図８において、制御部１００は、撮像装置１０の全体を制御するコンピュータであり、モータ３０も制御している。モータ３０は例えばステッピングモータである。そして、モータドライバに制御信号が送られ、モータドライバが制御信号に従ってモータを回転させ、これによりモータ回転角が制御される。

制御部１００には、スイッチ１０２から切替信号が供給される。切替信号は、コンバージョンレンズ１８の退避状態と挿入状態の切替を指示する信号である。スイッチ１０２はユーザにより操作されてよい。制御部１００は、切替信号に従ってモータ３０の回転角を制御し、駆動機構２０の状態を、図６に従ってレンズ退避側とレンズ挿入側の間で切り替える。

さらに、制御部１００には、撮像素子１４から画像情報が供給される。画像情報は、適当な画像処理を経た後に供給されてよい。画像情報は、素子位置の微調整のために使われる。すなわち、制御部１００は、図６の区間Ａ−Ｂ、および区間Ｆ−Ｇの微調整区間において、画像情報に基づき、焦点が正確に合うように、モータ３０を回転させて素子位置を微調整する。例えば、画像情報が分析され、画像の周波数成分に基づいて、焦点調整が行われる。

次に、本実施の形態の撮像装置１０の動作を説明する。まず、コンバージョンレンズ１８を退避位置から挿入位置へ切り替えるときの動作を説明する。

図２に示すように、コンバージョンレンズ１８が退避位置にあるときは、駆動ピン９０が、カム高さの低い場所でカム面に接しており、撮像素子１４は光軸Ｌに沿って前方に位置している。

このとき、駆動機構２０は、図６の区間Ａ−Ｂの微調整区間にある。すなわち、制御部１００は、モータ回転角が区間Ａ−Ｂの範囲に入るようにモータ３０を制御している。そして、制御部１００は、画像情報に基づき、区間Ａ−Ｂの範囲内で、焦点が最もよく合うようにモータ回転角を制御している。

微調整は、例えば下記のようにして行われる。微調整区間内でモータ３０が回転すると、この回転は、減速ギア列２２を介して、カムリング８０およびレンズ駆動リング４２に伝達される。微調整区間では、カム高さの変化がなだらかであり、撮像素子１４が少しずつ移動し、画像の鮮明さが変化する。そこで、制御部１００は、画像が最も鮮明になるようにモータ回転角を制御する。これにより焦点が微調整される。制御部１００は、焦点の合った状態が維持されるように、モータ回転角を制御する。なお、本発明の範囲内で、焦点微調整の構成は変形可能であり、上記の処理によって行われなくてもよい。また、微調整区間では、レンズ駆動リング４２も回動するが、駆動ピン６６がレンズ枠４０に係合しないので、コンバージョンレンズ１８は動かない。

スイッチ１０２がユーザにより操作されると、切替信号が制御部１００に供給される。そして、制御部１００は、モータ３０を制御し、モータ回転角を図６の区間Ａ−Ｂから、区間Ｆ−Ｇへと変化させる。モータ３０の回転は、減速ギア列２２を介してカムリング８０およびレンズ駆動リング４２へと伝えられる。

区間Ｂ−Ｃでは、カムリング８０のカム面の高さが大きくなり、これに伴い、撮像素子１４が後退し、コンバージョンレンズ１８の入る空間が作られる。

次に、区間Ｄ−Ｅにてコンバージョンレンズ１８が移動する。位置Ｄにて、レンズ駆動リング４２の駆動ピン６６が、レンズ枠４０の切込み部５２に入る。そして、位置Ｄから位置Ｅまでモータ３０が回転すると、前述したように、駆動ピン６６が切込み部５２内でスライドし、レンズ駆動リング４２が図４の状態から図５の状態まで回転する。これにより、レンズ枠４０が９０度回転し、コンバージョンレンズ１８が光軸Ｌ上に移動する。

このようにして、モータ回転角が図６の位置Ｂ〜位置Ｆに変化する過程で、撮像素子１４が移動し、続いて、コンバージョンレンズ１８が移動する。そして、退避位置から挿入位置へとレンズ位置が切り替えられ、かつ、撮像素子１４が、コンバージョンレンズ１８の挿入に伴う焦点位置変化に応じた適当な距離だけ後退する。

さらに、制御部１００は、画像情報に基づき、区間Ｆ−Ｇの範囲内で、焦点が最もよく合うようにモータ回転角を制御する。ここでも、区間Ａ−Ｂと同様にして、画像が鮮明になるようにモータ３０が制御される。

以上に、コンバージョンレンズ１８を退避位置から挿入位置へ切り替えるときの動作を説明した。次に、コンバージョンレンズ１８を挿入位置から退避位置へ切り替えるときの動作を説明する。この動作は、上述の動作の逆である。したがって、モータ３０が逆方向に回転し、レンズ駆動機構２４および素子駆動機構２６も逆方向に動く。そして、図６の区間Ｅ−Ｄにて、コンバージョンレンズ１８が移動し、光軸Ｌから外れる。続いて、区間Ｃ−Ｂにて、撮像素子１４がカム設定に従って前進し、コンバージョンレンズ１８がないときの適当な位置まで達する。

以上に本発明の第１の実施の形態を説明した。本実施の形態の撮像装置１０は、同じモータ３０の駆動力をコンバージョンレンズ１８および撮像素子１４にそれぞれ伝える中間光学系駆動機構２４および撮像素子駆動機構２６を備えている。これにより、モータ３０の駆動力でコンバージョンレンズ１８が切り替えられるとともに、同じモータ３０の駆動力で撮像素子１４の位置が補正され、そして、コンバージョンレンズ１８の切り替えに伴う焦点位置変化に応じて素子位置が変化する。

このようにして、本実施の形態によれば、同じ駆動源の一連の制御で、中間光学系と撮像素子の両者の移動を好適に制御できる。中間光学系と撮像素子を別々の駆動源で駆動し、それらの駆動を別々に制御するといった複雑な構成が不要である。したがって、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切り替えることができる。

また、本実施の形態の撮像装置１０は、モータの回転運動を分配し、中間光学系を光軸に交差する方向に動かし、撮像素子を光軸方向の動かしており、したがって、同じ駆動源でもって中間光学系と撮像素子を好適に駆動できる。

また、本実施の形態の撮像装置１０では、中間光学系駆動機構が、駆動源の駆動力を受ける過程のうちの一部の区間で中間光学系を切り替える間欠駆動機構で構成されており、したがって、中間光学系が動いていない区間で駆動力を有効利用できる。上述のように、素子位置の微調整を好適に行うことができる。

また、本実施の形態の撮像装置１０では、間欠駆動機構がゼネバーストップを備えており、この構成により、中間光学系を好適に間欠的に駆動できる。

また、本実施の形態の撮像装置１０では、撮像素子駆動機構が、撮像素子１４の光軸方向の位置を規定したカム機構で構成されており、これにより、撮像素子１４の位置を好適に調整できる。

また、本実施の形態の撮像装置１０では、カム機構に素子移動区間が設けられ、さらに、素子移動区間と別に微調整区間が設けられ、微調整区間では、撮像素子の位置が焦点調整のために微調整される。このように微調整区間を設けたカム設定を採用したことで、駆動力を有効に使って、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切り替えられる。

また、本実施の形態の撮像装置１０では、微調整区間が、素子移動区間の両側に設定されており、これにより、中間光学系の切替の前後で、焦点を微調整できる。

また、本実施の形態の撮像装置１０では、素子移動区間が、中間光学系の移動する中間光学系移動区間とずらして設定されており、この構成により、中間光学系と撮像素子とを適当な順番で移動することができる。

なお、本実施の形態では、撮像素子１４が撮像素子駆動機構２６により駆動された。変形例としては、撮像素子１４の変わりに基準光学系１６を駆動するように、基準光学系１６の駆動機構が設けられてもよい。この変形例の駆動機構も、カム機構でよい。変形例によっても本実施の形態の利点が得られる。この点は、下記の第２の実施の形態においても同様である。

次に、本発明の第２の実施の形態の撮像装置について説明する。第１の実施の形態では中間光学系がコンバージョンレンズであったのに対して、第２の実施の形態では中間光学系が光学フィルターである。そして、中間光学系部品である２枚のフィルタが切り替えられる。本実施の形態では、２枚のフィルタは、赤外線遮断フィルタと、ダミーのガラス板である。中間光学系の種類の違いを除くと、第２の実施の形態は、第１の実施の形態と原理的に同様である。そこで、下記の説明では、第１の実施の形態と共通する事項の説明は適宜省略する。

本実施の形態の撮像装置２１０の構成を図９に示す。図９において、撮像装置２１０は、全体構成としては、光学系２１２と撮像素子２１４とを備えている。光学系２１２は、基準光学系２１６、第１フィルタ２１８および第２フィルタ２１９で構成されている。

第１フィルタ２１８および第２フィルタ２１９は、基準光学系２１６の後ろであって、撮像素子２１４の直前に配置されており、光軸Ｌ方向に同じ位置にある。第１フィルタ２１８および第２フィルタ２１９は、後述する駆動機構により、片方のフィルタが光軸Ｌ上に位置するように切り替えられる。上述のように、本実施の形態では、第１フィルタ２１８が赤外線遮断フィルタであり、第２フィルタ２１９がガラス板である。

撮像装置２１０は、さらに、フィルタおよび撮像素子を駆動するための駆動機構２２０を備えている。駆動機構２２０は、駆動源を備えた駆動源機構２２２と、フィルタ駆動機構２２４と、撮像素子駆動機構２２６とで構成されている。フィルタ駆動機構２２４は、中間光学系駆動機構であり、駆動源が発生した駆動力を第１フィルタ２１８および第２フィルタ２１９に伝達し、それらを駆動する。撮像素子駆動機構２２６は、駆動源が発生した駆動力を撮像素子２１４に伝達して、撮像素子２１４を光軸方向に駆動する。

駆動源機構２２２は、第１の実施の形態と同様に、モータ２３０と減速ギア列２３２とを備えており、減速ギア列２３２は、モータギア２３４、第１減速ギア２３６および第２減速ギア２３８で構成されている。

フィルタ駆動機構２２４は、図１０および図１１に示されるように、第１の実施の形態のレンズ駆動機構と同様のゼネバーストプ機構であり、フィルタ枠２４０とフィルタ駆動リング２４２とで構成されている。図１０では光軸Ｌ上に第１フィルタ２１８が位置しており、図１１では光軸Ｌ上に第２フィルタ２１９が位置している。

フィルタ駆動機構２２４において、フィルタ枠２４０は、フィルタ枠回転軸２４４を中心として回動可能に設けられている。フィルタ枠２４０のフィルタ保持領域２４６には、２つの円形の開口２５０、２５１が設けられており、開口２５０、２５１にそれぞれ第１フィルタ２１８および第２フィルタ２１９が保持されている。

第１フィルタ２１８および第２フィルタ２１９は、フィルタ枠回転軸２４４から等距離にある。そして、第１フィルタ２１８の配置は、フィルタ枠２４０が図１０の姿勢にあるときに光軸Ｌ上に位置するように設定されている。また、第２フィルタ２１９の配置は、フィルタ枠２４０が図１１の姿勢にあるときに光軸Ｌ上に位置するように設定されている。ゼネバーストップ機構が動作し、フィルタ枠２４０が９０度回動し、フィルタ枠２４０の姿勢が図１０から図１１へ、またはその逆に変わり、これにより、光軸Ｌ上のフィルタが入れ替わる。

フィルタ駆動機構２２４のその他の構成は、第１の実施の形態のレンズ駆動機構と同様である。すなわち、フィルタ枠２４０の被駆動領域２４８には、切込み部２５２および円弧部２５６、２５８が設けられている。フィルタ駆動リング２４２は、駆動リング回転軸２６０を中心に回動可能であり、リングベース部２６２と、枠保持部２６４と、駆動ピン２６６で構成されており、これらは一体化されている。リングベース部２６２の外周のギア部２６８が、駆動源機構２２２の最終ギアと噛み合っている。また、枠保持部２６４は、レンズ枠２４０の円弧部２５６、２５８の一方と接しており、駆動ピン２６６は、レンズ枠２４０の切込み部２５２に入るように配置されている。さらに、枠保持部２６４には、フィルタ枠２４０との干渉を避けるための凹部２７０が設けられている。

図９に戻り、撮像素子駆動機構２２６は、第１の実施の形態と同様に、カム機構である。すなわち、カムリング２８０がカム部２８６を備えており、素子ホルダ２８２が従動ピン２９０を備えている。そして、素子ホルダ２８２が直進ピン２９４にガイドされ、ばね２９８で前方に付勢され、これにより従動ピン２９０がカム部２８６に当接している。カムリング２８０の外周のギア部２８４が駆動源機構２２の第２減速ギア２３８と噛み合っており、カムリング２８０が回転すると、カム面の設定に従って従動ピン２９０が動き、撮像素子２１４が光軸Ｌ方向に移動する。

ただし、本実施の形態では、カム面の設定が第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、第１フィルタ２１８と第２フィルタ２１９が切り替えらる。第１フィルタ２１８は赤外線遮断フィルタであり、第２フィルタ２１９はガラス板である。フィルタ切替に伴い、フィルタを通過する光の波長が変わり、収差の影響で焦点の位置がずれる。この位置ずれに応じて撮像素子１４の位置が変わるように、カム面が設定されている。

図１２は、本実施の形態の駆動機構の設定例を示しており、上記のカム面の設定も示されている。図１２は、第１の実施の形態の図６と対応している。図１２において、上側が撮像素子駆動機構２２６のカム機構の設定であり、下側がフィルタ駆動機構２２４のゼネバーストップ機構の設定である。

図１２において、区間Ａ−Ｂは、第１フィルタ側の素子位置微調整区間であり、第１の実施の形態における同区間と同じである。この区間では、第１フィルタ２１８が光軸Ｌ上に位置している。そして、この区間で、焦点が正確に合うように、素子位置が微調整される。

区間Ｂ−Ｅは、素子移動区間であり、この区間で、撮像素子１４が移動する。位置Ｂと位置Ｅでは、位置Ｅの方が撮像素子１４が後方に位置する。

また、区間Ｂ−Ｅの中の区間Ｃ−Ｄは、フィルタ移動区間である。この区間で、フィルタが切り替えられる。位置Ｂから位置Ｅへ向かうときは、第１フィルタ２１８が第２フィルタ２１９へ切り替えられる。位置Ｅから位置Ｂへ向かうときは、第２フィルタ２１９が第１フィルタ２１８へ切り替えられる。このように、本実施の形態では、フィルタ移動と素子移動が同時に行われる。

区間Ｅ−Ｆは、第２フィルタ側の素子位置微調整区間である。ただし、区間Ｅ−Ｆでは、モータ角が大きくなるほど、カム高さが小さくなり、撮像素子１４が前進するように設定されており、この点は第１の実施の形態と異なっている。

図１３は、本実施の形態の駆動機構２２０を制御するための構成例を示している。図１３の構成は、第１の実施の形態と同様であり、すなわち、制御部３００が、スイッチ３０２からの切替信号に応じてモータ２３０を制御し、また、撮像素子２１４の画像信号に基づいてモータ２３０を制御する。ただし、本実施の形態では、スイッチ３０２が、フィルタを切り替えるために設けられている。そして、スイッチ３０２が操作されると、制御部３００は、フィルタ切替を指示する信号を受け取る。

次に、本実施の形態の撮像装置２１０の動作を説明する。まず、第１フィルタ２１８が光軸Ｌ上に位置するときは、フィルタ枠２４０が図１０の位置にある。フィルタ駆動リング２４２の駆動ピン２６６は、フィルタ枠２４０の切込み部２５２よりも時計方向の領域に位置している。このとき、駆動機構２２０は、図１２の区間Ａ−Ｂの微調整区間にある。制御部３００は、モータ回転角が区間Ａ−Ｂの範囲に入るようにモータ２３０を制御している。そして、制御部３００は、画像情報に基づき、区間Ａ−Ｂの範囲内で、焦点が最もよく合うようにモータ回転角を制御している。

スイッチ３０２がユーザにより操作されると、切替信号が制御部３００に供給される。そして、制御部３００は、モータ２３０を制御し、モータ回転角を図１２の区間Ａ−Ｂから、区間Ｅ−Ｆへと変化させる。モータ２３０の回転は、減速ギア列２２２を介してカムリング２８０およびレンズ駆動リング２４２へと伝えられる。

そして、区間Ｂ−Ｅにて、カムリング８０のカム面の高さが大きくなり、これに伴い、撮像素子１４が、第２フィルタ２１９に適合する位置まで後退する。

また、区間Ｂ−Ｅのうちの区間Ｃ−Ｄにおいては、第１フィルタ２１８が第２フィルタ２１９に切り替えられる。位置Ｃにて、フィルタ駆動リング２４２の駆動ピン２６６が、フィルタ枠２４０の切込み部２５２に入る。そして、位置Ｃから位置Ｄまでモータ２３０が回転すると、駆動ピン２６６が切込み部２５２内でスライドし、フィルタ駆動リング２４２が図１０の状態から図１１の状態まで回転する。これにより、フィルタ枠２４０が９０度回転し、光軸Ｌ上のフィルタが変わる。すなわち、第１フィルタ２１８が光軸Ｌから退避し、第２フィルタ２１９が光軸Ｌ上に移動する。

さらに、制御部３００は、画像情報に基づき、区間Ｅ−Ｆの範囲内で、焦点が最もよく合うようにモータ回転角を制御する。ここでも、区間Ａ−Ｂと同様にして、画像が鮮明になるようにモータ３０が制御される。

以上に、第１フィルタ２１８から第２フィルタ２１９への切替動作を説明した。次に、第２フィルタ２１９から第１フィルタ２１８への切替動作を説明する。この動作は、上記の逆である。すなわち、モータ２３０が逆方向に回転し、レンズ駆動機構２２４および素子駆動機構２２６も逆方向に動く。そして、図１２の区間Ｅ−Ｂにて、撮像素子１４が前進する。また、第２フィルタ２１９が光軸Ｌから退避し、第１フィルタ２１８が光軸Ｌ上に移動する。

以上、本発明の第２の実施の形態を説明した。本実施の形態の撮像装置２１０は、同じモータ２３０の駆動力をフィルタおよび撮像素子にそれぞれ伝える中間光学系駆動機構２２４および撮像素子駆動機構２２６を備えている。これにより、第１の実施の形態と同様に、同じ駆動源の一連の制御で、中間光学系と撮像素子の両者の移動を好適に制御でき、したがって、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切り替えることができる。

なお、本実施の形態では、２種類のフィルタが切り替えられた。しかし、本発明の範囲内で、３つ以上のフィルタが切り替えられてもよい。

その他、なお、本発明は上述の第１および第２の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。

以上のように、本発明にかかる撮像装置は、駆動源の駆動力を中間光学系および撮像素子にそれぞれ伝える中間光学系駆動機構および撮像素子駆動機構を設けることにより、簡単な構成で、焦点の合った状態を保ちつつ、中間光学系を切り替えられるという効果を有し、カメラ等として有用である。

本発明の第１の実施の形態における撮像装置の斜視図 本発明の第１の実施の形態における撮像装置のレンズ退避状態の断面図 本発明の第１の実施の形態における撮像装置のレンズ挿入状態の断面図 レンズ退避状態におけるレンズ駆動機構を示す図 レンズ挿入状態におけるレンズ駆動機構を示す図 駆動機構の設定を示す図 レンズ駆動機構の設定を示す図 駆動機構を制御するための構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態における撮像装置の斜視図 第１フィルタ使用状態におけるフィルタ駆動機構を示す図 第２フィルタ使用状態におけるフィルタ駆動機構を示す図 駆動機構の設定を示す図 駆動機構を制御するための構成を示すブロック図

符号の説明

１０ 撮像装置
１２ 光学系
１４ 撮像素子
１６ 基準光学系
１８ コンバージョンレンズ
２０ 駆動機構
２２ 駆動源機構
２４ レンズ駆動機構
２６ 撮像素子駆動機構
３０ モータ
４０ レンズ枠
４２ レンズ駆動リング
８０ カムリング
８４ ギア部
８６ カム部
９０ 従動ピン
２１８ 第１フィルタ
２１９ 第２フィルタ

Claims (1)

1. 光軸上に切替可能に設けられたコンバージョンレンズを含んだ光学系と、
   前記光学系と共に設けられた撮像素子と、
   前記コンバージョンレンズ及び前記撮像素子を駆動する駆動機構と、
   を備えた撮像装置であって、
   前記駆動機構は、駆動源機構と、レンズ駆動機構と、撮像素子駆動機構とで構成され、
   前記駆動源機構は、回転軸が前記光軸と平行な回転力を発生するモータと、前記モータの回転力を前記レンズ駆動機構と前記撮像素子駆動機構とに伝達する減速ギアとを備え、
   前記レンズ駆動機構は、前記コンバージョンレンズを保持するレンズ枠と、外周部に前記減速ギアに噛み合う被駆動ギアを有するレンズ駆動リングとを備えたゼネバーストップ機構であり、
   前記撮像素子駆動機構は、前記光軸を中心に回転するカムリングと、前記撮像素子を保持する素子ホルダとを備え、前記カムリングは、外周に前記減速ギアに噛み合うギア部と、カム面が前記素子ホルダに向いているカム部とで構成され、前記素子ホルダは、前記カム面に当接する従動ピンを備え、
   前記駆動機構は、
   前記モータの回転力を前記減速ギアを介して前記カムリングに伝達し、前記カムリングの回転により前記素子ホルダを前記光軸方向に移動させて、前記中間光学系を光軸上に挿入する前に前記撮像素子を後方へ移動させ、
   前記モータの回転力を前記減速ギアを介して前記レンズ駆動リングに伝達し、前記レンズ駆動リングが前記コンバージョンレンズを前記光軸に平行な回転軸を中心に回転させて、前記撮像素子を移動することにより作られた空間に前記コンバージョンレンズを挿入することを特徴とする撮像装置。

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