(57)【要約】【課題】可変形状ミラーの特徴を有効に利用した、小型化並びに低消費電力化された光学装置を提供する。【解決手段】結合されたレンズ開口部１ａをもつ前ケース１と後ケース２の内部に、相互に段部を介して５つの自由曲面をもつ自由曲面プリズム４を係合保持させ、第１の光学面５には間隔をおいてレンズ受けにより第１のレンズ１０を前ケースのレンズ開口部に対応させて取り付け、第４の光学面８には間隔をおいてミラー受けにより可変形状ミラー１２を、そのミラー面が外部から遮蔽されるように取り付け、第５の光学面９には間隔をおいてレンズ受けにより第２のレンズ１４を取り付けると共に、更に第２のレンズに間隔をおいて撮像素子１６を取り付けて光学装置を構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を反射させる反射面を有し、該反射面の形状を通電によって変形させることができる可変形状ミラーユニットと、入射光を内部に導くレンズとを備え、該レンズには、前記可変形状ミラーユニットを保持するミラー保持部が形成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記レンズを通過した光を光電変換する撮像素子を備え、前記レンズには、更に前記撮像素子を保持する撮像素子保持部が形成されていることを特徴とする請求項１に係る光学装置。
【請求項３】
前記レンズは、少なくとも一部に自由曲面が形成されたプリズムであることを特徴とする請求項１又は２に係る光学装置。
【請求項４】
前記可変形状ミラーユニットは、その反射面が外部から遮蔽されるように、前記レンズに保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る光学装置。
【請求項５】
前記レンズ及び該レンズに保持された前記可変形状ミラーユニットを内部に保護するケースを備え、前記レンズには、前記ケースとの当接部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に係る光学装置。
【請求項６】
前記レンズには、当該光学装置を適用する撮像機器に取り付けるための取付け部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に係る光学装置。
【請求項７】
前記可変形状ミラーユニットは、前記反射面の形状によって入射光の合焦位置を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に係る光学装置。
【請求項８】
前記可変形状ミラーユニットは、前記反射面の形状によってズーム比を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に係る光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変形状ミラーの特徴を有効に利用した光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カメラ等の撮像機器や表示機器では、その光学系が機器全体のサイズや性能を左右することが多い。そこで、カメラに限らず、撮像機器や表示機器の性能の向上、特に小型化・低消費電力の性能を向上させるために、光学系に対しては、小型化・低消費電力化させることが常に要請されている。特に、デジタル系撮像機器である、デジタルカメラや携帯電話のカメラユニットの分野では、その要請が強い。
【０００３】
この光学系の小型化・低消費電力化を解決する手段として、可変形状ミラーが、例えば特開平１１−３１７８９４号公報に提案されている。この可変形状ミラーは、反射面を構成する薄膜とこの薄膜に対向して配置した電極とで構成されていて、薄膜と電極との間に電圧を印加し、静電気力によって、反射面を構成する薄膜の湾曲形状を変化させ、その焦点距離を調整できるようになっている。そして、この可変形状ミラーは、従来のモータ駆動の光学系に比較して、小型で且つ低消費電力であり、またモータ駆動音や伝達系での騒音を発生させないという特徴をもつものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公開公報においては、可変形状ミラー自体について種々の提案がなされているが、具体的な光学装置としては、この可変形状ミラーの特徴を十分に生かした光学系を構成する必要がある。例えば、この可変形状ミラーを従来の鏡枠内の固定ミラーの代わりに、そのまま代替えさせただけでは、この可変形状ミラーの特徴を十分に生かした光学系を構成することはできない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するためになされたもので、可変形状ミラーの特徴を有効に利用した光学装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、入射光を反射させる反射面を有し、該反射面の形状を通電によって変形させることができる可変形状ミラーユニットと、入射光を内部に導くレンズとを備え、該レンズには、前記可変形状ミラーユニットを保持するミラー保持部を形成して光学装置を構成するものである。なお、ここでレンズとは広義のレンズであって、プリズム等を含むものである。
【０００７】
このように構成された光学装置においては、可変形状ミラーユニットとレンズとの組み合わせで小型化を図ると共に、ミラー保持部を介してレンズに可変形状ミラーユニットを容易に保持させることができ、レンズと可変形状ミラーユニットの相対位置精度を向上させることがてきる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る光学装置において、前記レンズを通過した光を光電変換する撮像素子を備え、前記レンズには、更に前記撮像素子を保持する撮像素子保持部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
このように構成することにより、小型化を図ると共に、レンズと可変形状ミラーユニットと撮像素子の相対位置精度を向上させた撮像装置用の光学装置を実現することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る光学装置において、前記レンズは、少なくとも一部に自由曲面が形成されたプリズムであることを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成された光学装置においては、少なくとも一部に自由曲面が形成されたプリズムでレンズを構成しているので、光学装置の一層の小型化を図ることができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る光学装置において、前記可変形状ミラーユニットは、その反射面が外部から遮蔽されるように、前記レンズに保持されていることを特徴とするものである。
【００１３】
このように構成された光学装置においては、可変形状ミラーユニットの反射面が外部から遮蔽されるようにレンズに保持されているので、可変形状ミラーユニットの反射面の専用の遮蔽部品が不要となると共に、可変形状ミラーユニットの反射面へのゴミの付着等が防止され、取り扱い上有利となる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る光学装置において、前記レンズ及び該レンズに保持された前記可変形状ミラーユニットを内部に保護するケースを備え、前記レンズには、前記ケースとの当接部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
このように構成された光学装置においては、可変形状ミラーユニットを保持したレンズを、保護ケース内に容易に位置決め保持することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る光学装置において、前記レンズには、当該光学装置を適用する撮像機器に取り付けるための取付け部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成された光学装置においては、可変形状ミラーユニットを保持したレンズを、当該光学装置を適用する撮像装置に容易に位置決めして取り付けることができると共に、撮像装置の小型化に寄与することができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項に係る光学装置において、前記可変形状ミラーユニットは、前記反射面の形状によって入射光の合焦位置を調整することを特徴とするものである。
【００１９】
このように構成することにより、小型化を図ると共にレンズと可変形状ミラーユニットの相対位置精度を向上させた光学装置において、低消費電力で且つ駆動音を発生させずに焦点調整を行うことができる。
【００２０】
請求項８に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項に係る光学装置において、前記可変形状ミラーユニットは、前記反射面の形状によってズーム比を調整することを特徴とするものである。
【００２１】
このように構成することにより、小型化を図ると共にレンズと可変形状ミラーユニットの相対位置精度を向上させた光学装置において、低消費電力で且つ駆動音を発生させずにズーム比を調整することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る光学装置の第１の実施の形態を示す概略構成図で、図１の（Ａ）は上面図、図１の（Ｂ）は正面図、図１の（Ｃ）は側面外観図、図１の（Ｄ）は側面断面図である。この実施の形態は、本発明に係る光学装置を撮像素子の光学系に適用したもので、図に示すように内部部材を保護するための鏡枠としての機能をもつ前ケース１と後ケース２とを備え、前ケース１にはレンズ開口部１ａを有しており、前ケース１と後ケース２とはネジ３等により適宜相互に結合されている。そして、結合されたケース１，２内には、自由曲面プリズム４が、その外周縁に設けた段部４ａを前ケース１に形成した内側段部１ｂに係合させて保持されている。
【００２３】
上記自由曲面プリズム４には、５つの自由曲面（光学面）を備えている。すなわち前面上部に第１の光学面５，背面上部に第２の光学面６，前面中央部に第３の光学面７，背面下部に第４の光学面８，前面下部に第５の光学面９が、それぞれ形成されている。そして、第１の光学面５には、間隔をおいて対向させて、第１のレンズ（凹レンズ）１０が、第１の光学面５の外縁部に自由曲面プリズム４と一体的に突出形成されているレンズ受け１１により取り付けられている。また、この第１のレンズ１０は、前ケース１のレンズ開口部１ａに表出するように配置されている。
【００２４】
また、自由曲面プリズム４の第４の光学面８には、間隔をおいて対向させて、可変形状ミラー１２が、同様に第４の光学面８の外縁部に自由曲面プリズム４と一体的に突出形成されているミラー受け１３により、可変形状ミラー１２のミラー本体面が外部より遮蔽されるように取り付けられている。更に、自由曲面プリズム４の第５の光学面９には、間隔をおいて対向させて、第２のレンズ（凸レンズ）１４が、同様に第５の光学面９の外縁部に自由曲面プリズム４と一体的に突出形成されているレンズ受け１５により取り付けられており、更にまたレンズ受け１５の突出延長部には撮像素子受け１５ａが一体的に形成されていて、この撮像素子受け１５ａには、第２のレンズ１４と間隔をおいて対向させて、撮像素子１６が取り付け配置されている。
【００２５】
次に、自由曲面プリズム４の第４の光学面８に対向配置している可変形状ミラーの詳細な構成を、図２の（Ａ），（Ｂ）に基づいて説明する。図２の（Ａ）は平面図で、図２の（Ｂ）は図２の（Ａ）のＸ−Ｘ′矢視断面図である。可変形状ミラー１２は、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように、円盤型の基板１２ａの一側面上にリング状支持壁１２ｂを突設し、このリング状支持壁１２ｂで囲まれた領域内に、三つの周辺電極Ａ，Ｂ，Ｃと一つの中心電極Ｄとからなる固定電極を配設すると共に、リング状支持壁１２ｂの開口端にミラー本体１２ｃの周辺部を接合固定して構成されている。なお、固定電極のパターンは、図示のものに限らず、種々の形態のものが適用可能である。
【００２６】
三つの周辺電極Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ略　１２０°の角度範囲毎に配設された円弧状をなす電極板からなっている。また中心電極Ｄは、上記三つの周辺電極Ａ、Ｂ、Ｃの中心部に存在する円形領域内に配設された円板状の電極板からなっている。ミラー本体１２ｃは、例えばポリアミド樹脂で形成された円盤状ディスクの外側面に、可動電極と反射部材（ミラー面）とを兼ねたアルミニウムを被着して構成されている。
【００２７】
このように構成されている可変形状ミラー１２は、前記固定電極（Ａ〜Ｄ）と可動電極（ミラー本体１２ｃ）との間に所定の電圧が印加されると、その静電気力によって、反射面（ミラー本体１２ｃ）の湾曲形状が可変制御されるようになっている。因みに各電極Ａ〜Ｄに共通に印加する同一レベルの電圧を漸次増大させた場合、ミラー本体１２ｃは印加電圧の増大に伴って強まる静電気力によって、次第にその湾曲度が大きくなる。
【００２８】
図３は、印加電圧に対する湾曲特性の具体的な一例を示している。図３に示すように、印加電圧の増大に伴ってミラー本体１２ｃの曲率半径は漸次小さくなり、ピントの合う被写体距離が漸次短くなる。例えば印加電圧を６０Ｖにすると、ミラー本体１２ｃの曲率半径は　３２４ｍｍとなり、ピントの合う被写体距離は５０ｃｍとなる。
【００２９】
次に、このような構成の可変形状ミラー１２を用いた本実施の形態の動作について説明する。前ケース１のレンズ開口部１ａを介して第１のレンズ１０に入射した軸上光線１７は、自由曲面プリズム４の第１の光学面５を通過して第２の光学面６に到達して反射され、その反射光は更に第３の光学面７に到達して再び反射される。この第３の光学面７からの反射光は第４の光学面８に向けて出射され、第４の光学面８を通過し可変形状ミラー１２のミラー本体１２ｃのミラー面に到達して反射される。この反射光は、再び第４の光学面８を通過して、更に第５の光学面９及び第２のレンズ１４を通過して撮像素子１６に入射する。この際、可変形状ミラー１２への印加電圧を調整して曲率半径を変え、被写体距離の調整を行って、撮像素子１６にピントを合わせて結像させるようにする。
【００３０】
このように可変形状ミラー１２と複数個の光学面をもつ自由曲面プリズム４と通常のレンズを組み合わせて光学系を構成することにより、光学系ひいては光学装置の小型化を図れると共に、可変形状ミラーへの印加電圧の調整により、撮像素子１６へのピント調整を、駆動音等を発生させずに且つ低消費電力で容易に実行することが可能となる。
【００３１】
次に、第２の実施の形態を、図４の（Ａ），（Ｂ）に基づいて説明する。図４の（Ａ）は、第２の実施の形態の前カバーを一部を残して除いた状態の概略正面図で、図４の（Ｂ）は側面断面図である。この実施の形態は、第１の実施の形態と同様な構成の、自由曲面プリズムに可変形状ミラーと通常のレンズと撮像素子とを組み合わせて構成した撮像素子用の光学系を、直接電子カメラ本体に取り付けるように構成したものである。
【００３２】
まず、図５の（Ａ），（Ｂ）の前面及び背面斜視図に示すように、第１〜第５の光学面５，６，７，８，９と、第１及び第２のレンズ受け１１，１５と、更に係合用凹部４ｂ及び係合用突出段部４ｃを形成した自由曲面プリズム４を用い、第１の実施の形態と同様に、第１及び第２のレンズ１０，１４と可変形状ミラー１２と撮像素子１６とを、それぞれ受けを介して取り付け、撮像素子用の光学系２０を構成する。
【００３３】
そして、この光学系２０を前カバー２１と後カバー２２とからなる電子カメラの本体内に配置し、前カバー２１の内側に一体的に突出形成した上部つめ部２３と、同じく一体的に突出形成した２つの下部つめ部２４ａ，２４ｂとに対して、前記光学系２０を構成する自由曲面プリズム４に形成した係合用凹部４ｂと係合用突出段部４ｃを係合させて、該光学系２０を直接カメラ本体に取着する。なお、図４の（Ａ），（Ｂ）において、２５はカメラ本体内に配設されている光学ファインダ、２６は同じくカメラ本体内に配設されているフラッシュ機構、２７はカメラ本体内に収納されている電池である。
【００３４】
このように構成することにより、可変形状ミラー等を保持した自由曲面プリズムからなる小型化された光学系を、カメラ本体を構成する前カバーに直接容易に位置決めして取り付けることができ、電子カメラの小型化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記各実施の形態では、自由曲面プリズムに対して一つの可変形状ミラーを組み合わせて、印加電圧による可変形状ミラーのミラー本体の調整でフォーカス調整を行うようにしたものを示したが、自由曲面プリズムに対して二つの可変形状ミラーを組み合わせ、印加電圧の調整で一方の可変形状ミラーのミラー面を平板状から凹形状に、他方の可変形状ミラーのミラー面を凹形状から平板状へ逆向きに変形調整することにより、光学系のズーム調整も行わせることが可能である。
【００３６】
また、上記各実施の形態では、可変形状ミラーとして静電気力により駆動されるものを示してきたが、可変形状ミラーとしては静電気力により駆動されるものの他、磁石と反射変形面に流す電流で生ずる電磁気力で駆動するもの、反射変形面に圧電材料を用いて圧電効果により変形させるもの等を用いてもよい。また、これまで本発明を適用する光学系として、撮像系に可変形状ミラーと保持部を有するレンズを用いた場合を述べてきたが、これに限らずファインダー・投影装置等の他の光学装置に対しても、同様の構成を適用できるものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、請求項１に係る発明によれば、可変形状ミラーユニットとレンズとの組み合わせで小型化を図ると共に、ミラー保持部を介してレンズに可変形状ミラーユニットを容易に保持させることができ、レンズと可変形状ミラーユニットの相対位置精度を向上させることがてきる。また請求項２に係る発明によれば、小型化を図ると共に、レンズと可変形状ミラーユニットと撮像素子の相対位置精度を向上させた撮像装置用の光学装置を実現することができる。また請求項３に係る発明によれば、少なくとも一部に自由曲面が形成されたプリズムでレンズを構成しているので、光学装置の一層の小型化を図ることができる。また請求項４に係る発明によれば、可変形状ミラーユニットの反射面が外部から遮蔽されるようにレンズに保持されているので、可変形状ミラーユニットの反射面の専用の遮蔽部品が不要となると共に、可変形状ミラーユニットの反射面へのゴミの付着等が防止され、取り扱い上有利となる。また請求項５に係る発明によれば、可変形状ミラーユニットを保持したレンズを、保護ケース内に容易に位置決め保持することができる。また請求項６に係る発明によれば、可変形状ミラーユニットを保持したレンズを、当該光学装置を適用する撮像装置に容易に位置決めして取り付けることができると共に、撮像装置の小型化に寄与することができる。また請求項７に係る発明によれば、小型化を図ると共にレンズと可変形状ミラーユニットの相対位置精度を向上させた光学装置において、低消費電力で且つ駆動音を発生させずに焦点調整を行うことができる。また請求項８に係る発明によれば、小型化を図ると共にレンズと可変形状ミラーユニットの相対位置精度を向上させた光学装置において、低消費電力で且つ駆動音を発生させずにズーム比を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した第１の実施の形態における可変形状ミラーの詳細な構成を示す図である。
【図３】図２に示した可変形状ミラーの印加電圧に対するミラー本体の湾曲特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図５】図４に示した第２の実施の形態における自由曲面プリズムの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　前ケース
１ａ　レンズ開口部
２　後ケース
３　ネジ
４　自由曲面プリズム
４ａ　段部
４ｂ　係合用凹部
４ｃ　係合用突出段部
５　第１の光学面
６　第２の光学面
７　第３の光学面
８　第４の光学面
９　第５の光学面
１０　第１のレンズ
１１　レンズ受け
１２　可変形状ミラー
１２ａ　基板
１２ｂ　リング状支持壁
１２ｃ　ミラー本体
１３　ミラー受け
１４　第２のレンズ
１５　レンズ受け
１５ａ　撮像素子受け
１６　撮像素子
１７　軸上光線
２０　光学系
２１　前カバー
２２　後カバー
２３　上部つめ部
２４ａ，２４ｂ　下部つめ部
２５　光学ファインダ
２６　フラッシュ機構
２７　電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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