(57)【要約】【課題】可動部を有さずに焦点距離を変化させることのできる安価で小型の撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子と焦点距離の異なる複数の光学系と透過率可変素子と反射光学素子を有し、透過率可変素子の透過率を制御することで、光学系を選択し焦点距離を変化させるように構成したことを特徴とする。構造がコンパクトで、小型の多焦点撮像装置を提供することができる。【選択図】  図１
2004279556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と焦点距離の異なる複数の光学系と、透過率可変素子と、反射光学素子を有し、前記透過率可変素子の透過率を制御することで、焦点距離を変化させることを特徴とした撮像装置。
【請求項２】
撮像素子と、焦点距離の異なる複数の光学系と、透過率可変素子を有し、前記複数の光学系よりも物体側に配置された前記透過率可変素子の透過率を制御することで、焦点距離を変化させることを特徴とした撮像装置。
【請求項３】
撮像素子と、局所的に焦点距離が異なるレンズと、透過率可変素子を有し、透過率可変素子の透過率を局所的に変化させることで、焦点距離を変化させることを特徴とした撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる焦点距離を実現する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話を始めとするモバイル機器に光学系を搭載するニーズが強まっている。これらのモバイル機器等に用いられる光学系は現状では単焦点光学系である。そのため電気的な拡大機能を用いた搭載機器が多い。しかし、電気的な拡大では、拡大時の画質劣化が避けられないため、光学的に焦点距離を変えることのできる撮像系が求められている。このような光学系としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラや銀塩カメラなどの光学系がある。この光学系では、異なる焦点距離を実現するためには、光学系中に移動群を含むズーム光学系を用いている。
【０００３】
ところが、特にモバイル機器においては、前述のデジタルカメラやビデオカメラとは異なり、取り扱い時の落下など、衝撃に対する耐性要求が厳しい。そのため、機械的な可動機構を設けることは極めて困難である。また、セキュリティー用途の撮像装置、車や電車など移動物体に搭載する撮像装置等においても、衝撃や振動による機械的な耐久性が要求される。そのため可動機構を設けた光学系を有する撮像装置は好ましくない。そこで、上述の各種産業分野を始めとして様々な分野で機械的な可動部を有さずに安価な値段で光学系のスペックを可変とすることのできる撮像装置が近年、強く求められている。このような要望に応えるものとして、特許文献１に示された多焦点カメラがある。特許文献１の多焦点カメラは、液晶素子などの調光素子を用い、光路を切り替えることにより異なる焦点距離の光学系を選択できるようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３１１８３２公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記引用文献１に示される多焦点カメラでは、焦点距離の違いに応じて、単に像面からの距離を変えて光学系を配置している。そのため、例えば、焦点距離の長い光学系を用いた場合に全長の極めて長い光学系となってしまう。また、横に並べた複数の光学系に対して一つの撮像素子を配置し、撮像エリアを分割して画像を取り込んでいる。そのため、半分の画角の光束しか取り込むことができず、極めて非効率な構成となっている。
【０００６】
本発明は、可動部を有さずに焦点距離を変化させることのできる撮像装置を実現することを目的としている。また安価で小型の撮像装置を実現することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、撮像装置において、撮像素子と、焦点距離の異なる複数の光学系と、透過率可変素子と、反射光学素子を有している。そして、透過率可変素子の透過率を制御することで、光学系の焦点距離を変化させることを特徴とする。
【０００８】
機械的な可動部を有さずに焦点距離可変の撮像装置を実現するには、焦点距離などスペックの異なる光学系を複数用いることが望ましい。その際、複数の光学系のいずれもが同じ撮像素子に結像するよう配置されているのが良い。さらに、光路中に透過率が可変する光学素子を用いれば、これを制御することで光路を切り替えることができる。その結果、所望の光学スペックを選択することが可能となる。さらに、複数の光学系を用いながらコンパクトな構成とするには、反射光学素子を用いることが望ましい。反射光学素子を光路中に配置し、光路を折り曲げることで複数の光学系を有しながら、コンパクトな撮像装置を実現することが可能となる。
【０００９】
また、本発明は、撮像装置において撮像素子と焦点距離の異なる複数の光学系と透過率可変素子を有している。そして前記複数の光学系よりも物体側に配置された透過率可変素子の透過率を制御することで、光学系の焦点距離を変化させることを特徴とする。
【００１０】
機械的な可動部を有さずに焦点距離可変の撮像装置を実現するには、焦点距離などスペックの異なる光学系と透過率可変素子を用いることが望ましい。さらに、安価な構成とするには、複数の光学系よりも物体側に、透過率可変素子を配置することが望ましい。本発明の撮像装置に適する機器としては携帯電話などのモバイル機器や車載カメラ等がある。これらの機器においては、落下を想定した環境や振動などによる衝撃が大きい環境で用いられることが多い。そのため透過率可変素子の破損や、機能劣化が懸念される。最も物体側に、透過率可変素子を配置することが望ましい。このようにすれば、透過率可変素子の交換が容易にできる。透過率可変素子を光学系内部に用いた場合は、交換が容易でないためコストが高くなってしまう。
【００１１】
さらにまた、本発明は、撮像装置において、撮像素子と局所的に焦点距離が異なるレンズと、透過率可変素子を有している。そして透過率可変素子の透過率を局所的に変化させることで、焦点距離を変化させることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成のように、局所的に焦点距離が異なるレンズと透過率可変素子を用いることで、可動部を持たずに焦点距離を変化させることも可能である。例えば、一つの光学系において、あるレンズの光軸近傍の曲率半径と光軸周辺の曲率半径を異なるものとする。このようにすることで、異なる焦点距離を持つ光学系が実現できる。この光学系に、透過率可変素子を用い、透過率を局所的に変化させる。このようにすることで、レンズを透過する光束の透過領域を制御し、所望の焦点距離を選択することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の撮像装置において複数の光学系を用いる場合は、１つの撮像素子に対して複数の光学系が対応するのが望ましい。その際前記撮像素子の撮像エリア中心と複数の光学系光軸が一致していることが望ましい。
【００１４】
１つの撮像素子の撮像エリアを分割し、複数の光学系のそれぞれに対応させることは効率的でなく、また、光学系どうしのクロストークの問題もあるため好ましくない。
【００１５】
また、本発明の撮像装置において用いる透過率可変素子は液晶素子（ＬＣＤ）や電圧印加により可逆的に着色、消色を示すエレクトロクロミック素子（ＥＣＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）、また、マグネシウム・ニッケル系合金薄膜を用いた調光ミラーを用いることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る撮像装置の実施の形態を図１乃至図１２を参照して詳細に説明する。
実施例１
図１は、本発明による撮像装置の第１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。図において、１１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子であり、１２及び１３はそれぞれ異なるスペックの光学系を表している。１４は光学系１２に対応した透過率可変素子、１５は光学系１３に対応した透過率可変素子である。１６は反射機能と透過機能を有するいわゆるハーフミラー、１７は反射機能のみを有するミラーで構成された撮像装置である。
【００１７】
本実施例の透過率可変素子は電圧印加により可逆的に着色、消色を示すエレクトロクロミック素子（ＥＣＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いているが、液晶素子（ＬＣＤ）を用いることも可能である。
光学系１２，１３はそれぞれ焦点距離の異なる光学系である。光学系１２は広角側レンズとしての機能を有し、光学系１３は望遠レンズとしての機能を有している。光学系１２と光学系１３は平行に配置されている。そして、光学系１２の光軸上に撮像素子１１が配置されている。このような構成において、本実施例では、反射光学素子を用いたことで、いずれの光学系を透過した光束も撮像素子１１へ導くことを可能としている。つまり、光学系１２を透過した光束は、ハーフミラー１６を透過して撮像素子１へ導かれる。また、光学系１３を透過した光束はミラー１７で反射し、ハーフミラー１６によって撮像素子１１へ導かれる構成である。
【００１８】
このように、本発明の撮像装置では、１つの撮像素子に対して複数の光学系が対応する構成となっている。しかも、前記撮像素子の撮像エリア中心と複数の光学系光軸が略一致している。そのため、撮像素子が一つであるにもかかわらず、コンパクトで安価な構成とすることを可能としている。
本実施例の撮像装置で広角画像を撮影する場合には、透過率可変素子１４を所望の透過率を得られるよう透明な状態とし、透過率可変素子１５が遮光状態となるように制御する。また、望遠画像を撮影する場合は、透過率可変素子１５を所望の透過率を得られるよう透明な状態とし、透過率可変素子１４を遮光状態とするように制御する。
【００１９】
第１実施例の光学系１２は、物体側より順に、負の第１レンズ群Ｇ１１、正の第２レンズ群Ｇ１２の２群で構成されている。また、第１レンズ群Ｇ１１と第２レンズ群Ｇ１２の間に明るさ絞りＳを配置している。また、光学系１２は画角が広い光学系であり、かつ、第２レンズ群Ｇ１２と撮像素子の間に反射光学素子を配置する必要があることから、バックフォーカスの長い構成が必要となる。そのため、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１１が先行するレトロフォーカスタイプとなっている。また、第１レンズ群Ｇ１１は負レンズ１枚、第２レンズ群Ｇ１２は正レンズと負レンズを用いた構成としている。このように、負正負と対称なパワー配置とすることで、特に広角レンズでありながら軸外収差を良好に補正している。また、特に倍率の色収差を良好に補正するために、第２レンズ群Ｇ１２は接合レンズとしている。
【００２０】
また、光学系１３は物体側より順に負の第１レンズ群Ｇ２１、正の第２レンズ群Ｇ２２の２群で構成されている。また、第１レンズ群Ｇ２１と第２レンズ群Ｇ２２の間に明るさ絞りＳを配置している。光学系１３も第２レンズ群Ｇ２２とと撮像素子の間に反射光学素子を用いることから、バックフォーカスの長い構成が必要となる。そのため、望遠レンズでありながら負の屈折力の第１レンズ群が先行するレトロフォーカスタイプとなっている。また、第１レンズ群Ｇ２１は負レンズ１枚、第２レンズ群Ｇ２２は正レンズ１枚の構成となっている。
【００２１】
本実施例での光学系は広角レンズ（光学系１２）と望遠レンズ（光学系１３）で組み合わせた例を示しているが、これに限られるわけでわない。、本発明の撮像装置においては、遠距離物体と近距離物体が撮影できる複数の光学系の組み合わせや、異なるＦ値を持つ複数の光学系で構成することも可能である。
また、ハーフミラー１７の透過率、反射率はほぼ等しい構成となっているが、所望の割合を選ぶことも可能である。
【００２２】
次に、第１実施例乃至実施例３の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
なお、第１実施例の数値データにおいて、ｒ１、ｒ２…は各レンズ面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、…は各レンズの肉厚又は空気間隔、ｎｄ１、ｎｄ２、…は各レンズのｄ線での屈折率、νｄ１、νｄ２、…は各レンズのアッべ数、Ｆｎｏ．はＦナンバー、ｆは全系焦点距離、Ｄ０は物体から第１面までの距離を表している。ｒ，ｄ，ｆ，Ｄ０の単位はｍｍである。
なお、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０としたとき、次の式で表される。
2004279556.tif 000003
なお、これらの記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
また、本発明の撮像装置において、可変焦点の効果を得るには次の条件を満足することが望ましい。
１．９＜ｆＴ／ｆＷ
ただし、ｆＴは望遠レンズの焦点距離、ｆＷは広角レンズの焦点距離である。
【００２３】
2004279556.tif 000004
【００２４】
2004279556.tif 000005
【００２５】
2004279556.tif 000006
【００２６】
2004279556.tif 000007
【００２７】
実施例２
図２は、本発明による撮像装置の第２実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
実施例２は実施例１とほぼ同様の構成であるが、反射光学素子にプリズム光学系を用いた例である。図２において、２１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子である。また、２２及び２３は実施例１の光学系１２及び１３と同等の光学系である。２１０は透過率可変素子であり、２４は光学系２に対応した透過率可変領域、２５は光学系３に対応した透過率可変領域である。２１１は光学系２２，２３の間に配置された遮光部材であり、フレアーやゴーストを防止する作用を有している。２８及び２９はプリズムであり、２６は反射機能と透過機能を有するハーフミラー面であり、２７は反射機能を有するミラー面である。
【００２８】
光学系２２を透過した光束は、プリズム２８とプリズム２９及び両プリズムの境界のハーフミラー面２６を透過して撮像素子２１へ導かれる。また、光学系２３を透過した光束はプリズム７のミラー面７で反射し、ハーフミラー面２６によって撮像素子２１へ導かれる構成である。
【００２９】
プリズム２８を用いずにプリズム２７だけで構成することも可能である。ただし、光学系２２を透過する光束がプリズム２７のくさび効果により、偏心してしまうため好ましくない。プリズム２８は偏心を補正する効果を有している。また、ハーフミラー面２６はプリズム２７あるいはプリズム２８の側面いずれに設けることも可能である。
【００３０】
本実施例では反射光学素子にプリズムを用いたことで、位置調整や鏡枠機構の簡素化を実現でき、組立性に優れた撮像装置を達成している。
また、透過率可変領域を制御可能な透過率可変素子１枚で二つの光学系の透過光制御を可能としているため、コスト的に有利な構成となっている。
また、本実施例の遮光部材２１１は光学系の鏡枠で兼ねることも可能である。
【００３１】
実施例３
図３は、本発明による撮像装置の第３実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
実施例３は組立性をも考慮した例である。図３において、３１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子である。また、３２及び３３は焦点距離の異なる光学系であり、実施例１の光学系１２及び１３と同等の光学系を用いることができる。３４は光学系３２に対応した透過率可変素子、３５は光学系３３に対応した透過率可変素子である。３６及び３７は反射機能を有する光学素子であり、３６は反射機能と透過機能を有するハーフミラー、３７は反射機能を有するミラーである。また、３８は光学系３２を保持している鏡枠、３９は光学系３を保持している鏡枠であり、３１０は透過率可変素子を保持している鏡枠である。
【００３２】
透過率可変素子は、繰り返して使用することにより、その応答速度の劣化や透過及び遮光性能が劣化する可能性がある。よって、本発明の撮像装置に用いる場合、透過率可変素子を容易に交換できることが望ましい。そこで、本実施例に示すごとく、透過率可変素子を保持する鏡枠３１０を光学系を保持する鏡枠とは別体で構成する。このようにすることで、透過率可変素子を容易に交換することが可能となる。また、透過率可変素子を容易に交換可能な構成とするには、透過率可変素子を光学系よりも物体側に配置することが望ましい。
【００３３】
実施例４
図４は、本発明による撮像装置の第４実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
実施例４は前述の実施例とは異なり、３つ以上の光学系を用いた撮像装置の例である。図４において、４１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子である。また、４２、４３及び４４は焦点距離の異なる光学系であり、光学系の一部４１１を共有していることを表している。４５は光学系４２に対応した透過率可変素子、４６は光学系３に対応した透過率可変素子、４７は光学系４４に対応した透過率可変素子である。４８、４９及び４１０は反射機能を有する光学素子であり、４８及び４９は反射機能と透過機能を有するハーフミラー、４１０は反射機能を有するミラーである。
【００３４】
本発明の撮像装置では、複数の光学系を用いることで複数の焦点距離切り替え装置を実現することが可能である。
また、本発明の撮像装置においては、光学系の一部を複数の光学系で共有することが可能となる。そのため、コンパクトで安価な構成を実現することができる。
【００３５】
実施例５
図５は、本発明による撮像装置の第５実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
実施例５は反射光学素子に透過率可変機能を持たせた例である。図５において、５１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子である。また、５２及び５３は光学系であり、実施例１の光学系１２及び１３と同等の光学系を用いることができる。５４及び５５は反射機能及び透過率可変機能を併せ持つ光学素子である。また、５６は反射機能と透過機能を有するハーフミラー面、５７は反射機能を有するミラー面、５８、５９は透過率可変機能を持つ光学素子である。本実施例では、反射光学素子に透過率可変機能を持たせたことで、コンパクトで安価な撮像装置の実現を可能にしている。
【００３６】
本実施例の撮像装置で光学系５２を用いて撮影する場合には、透過率可変素子５８を所望の透過率を得られるよう透明な状態とし、透過率可変素子５９を遮光状態とするように制御する。また、光学系５３を用いて撮影する場合は、透過率可変素子５９を所望の透過率を得られるよう透明な状態とし、透過率可変素子５８を遮光状態とするように制御する。
【００３７】
また、遮光時に透過率可変素子の透過率を完全に０とすることは難しい場合がある。そこで、本発明の撮像装置において、遮光の際の透過率を小さくしたい場合には、一つの光学系中に複数の透過率可変素子を用いることが望ましい。例えば、実施例５の構成に加えて、実施例１で示した如く、二つの光学系５２，５３よりも物体側に透過率可変素子を配置すれば、遮光性能をより高めることが可能である。
また、本発明の撮像装置においては、遮光しきれずに透過する光を電気的に閾値を設けてカットすることも可能である。
【００３８】
実施例６
図６は、本発明による撮像装置の第６実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
図６（ａ）の中で、６１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子である。また、６２は光学系、６３は透過率可変素子である。また、６４は多焦点レンズであり、物体側の面が局所的に曲率半径の異なる形状になっている。図６（ｂ）は図６（ａ）に対して、透過率可変素子の透過率を局所的に変化させた説明図である。
【００３９】
図６（ａ）は透過率可変素子６３の光軸中心部が円形状に遮光されている状態、周辺部が輪帯状の透過状態を表している。これに対して、図６（ｂ）は透過率可変素子の周辺部が遮光の状態、光軸中心部が透過の状態を表している。
実施例６の光学系６２は、物体側より順に負レンズ群Ｇ６１、正レンズ群Ｇ６２の構成であり、この構成により比較的広画角なレンズ系を実現している。負レンズ群Ｇ６１は負レンズ１枚の構成であり、正レンズ群Ｇ６２は正レンズと負レンズの構成である。また、正レンズ群Ｇ６２は特に倍率の色収差の補正のため接合レンズとしている。また、負レンズ群Ｇ６１と正レンズ群Ｇ６２の間に、透過率可変素子６３を配置している。また、明るさ絞りＳも負レンズ群Ｇ６１と正レンズ群Ｇ６２との間に配置している。
【００４０】
なお、光軸近傍と周辺部の透過光量を均一にかつ、より効率的に可変にさせるには、透過率可変素子と明るさ絞りの位置が略一致していることが望ましい。両者の位置が離れると、光量のロス及び光量ムラが発生するため好ましくない。また、透過率可変素子と多焦点レンズの位置は同様の理由で近接配置することが望ましい。
【００４１】
本実施例では、正レンズ群Ｇ６２の正レンズが多焦点レンズである。この正レンズの物体側の凸面は、光軸近傍の曲率半径に対して光軸周辺の曲率半径が大きくなっている。つまり、透過率可変素子の周辺部が透過である６（ａ）の状態では、焦点距離が長い光学系になっている。これに対して、中心部が透過である６（ｂ）の状態では、焦点距離が短い光学系になっている。
【００４２】
透過率可変素子としては、電圧印加により可逆的に着色、消色を示すエレクトロクロミック素子（ＥＣＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶素子（ＬＣＤ）を用いることが可能である。このような素子を用いることで電気的な制御することで可動部を持たせずに、フォーカス機能やマクロ撮影機能を持たせることが可能である。
また、多焦点面は非球面や自由曲面とすることも可能である。
本実施例は、機械的な可動部を有さずに、ピント調整あるいはマクロ撮影を行うことを可能とした撮像装置の例である。
【００４３】
2004279556.tif 000008
【００４４】
2004279556.tif 000009
【００４５】
2004279556.tif 000010
【００４６】
実施例７
図７は、本発明による撮像装置の第７実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
図７（ａ）において、７１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子である。また、７２は光学系、７３は透過率可変素子である。また、７４は多焦点レンズであり、物体側の面が局所的に曲率半径の異なる形状になっている。図７（ｂ）は図７（ａ）に対して、透過率可変素子の透過率を局所的に変化させた状態の説明図である。
【００４７】
図７（ａ）は透過率可変素子７３の光軸中心部が円形状に遮光されている状態、周辺部が輪帯状の透過状態を表している。これに対して、図７（ｂ）は透過率可変素子の周辺部が遮光の状態、光軸中心部が透過の状態を表している。
【００４８】
実施例７の光学系は、物体側より順に正レンズ群Ｇ７１、正レンズ群Ｇ７２の構成である。正レンズ群Ｇ７１は負レンズと正レンズの構成である。正レンズ群Ｇ７２は正レンズ１枚の構成である。実施例７の光学系は、負レンズ先行の光学系として、比較的広画角なレンズ系を実現している。また、正レンズ群Ｇ７１と正レンズ群Ｇ７２の間に、透過率可変素子を配置している。
【００４９】
本実施例では、正レンズ群Ｇ７２の正レンズが多焦点レンズである。このレンズは、物体側の面の光軸近傍における曲率半径に対して光軸周辺の曲率半径が小さくなっている。透過率可変素子の周辺部が透過である図７（ａ）の状態では、焦点距離が短い光学系になっている。一方、中心部が透過である図７（ｂ）の状態では焦点距離が長い光学系になっている。遠点物体にピントがあっている状態を表している。多焦点面は、非球面や自由曲面とすることも可能である。
本実施例は、機械的な可動部を有さずに、ピント調整あるいはマクロ撮影を行うことを可能とした撮像装置の例である。
【００５０】
2004279556.tif 000011
【００５１】
2004279556.tif 000012
【００５２】
2004279556.tif 000013
【００５３】
実施例８
図８は、本発明による撮像装置の第８実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
この実施例の撮像装置は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子８１、８２と光学系８３、８４と透過率可変素子８５、８６で構成され、１つの撮像素子に対して１つの光学系と一つの透過率可変素子からなる撮像ユニットを複数用いたことを特徴としている。光学系８３及び光学系８４はそれぞれ異なるスペックである。また、２つ以上の撮像ユニットを用いることも可能である。
本実施例は撮像素子を複数個用いているため、そのためのコストがかかるが、撮像ユニットを安価に大量生産できる場合などに用いるとよい。
【００５４】
実施例９
図９は、本発明による撮像装置の第９実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
この実施例はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子９１と、反射面にパワーを有するプリズムで構成された光学系９１１と、透過率可変素子９４、９５で構成された撮像装置である。本実施例は、面にパワーを有するプリズムを用いたことで、光学系をユニット化し、コンパクトで組み立て性に優れた撮像装置を実現している。
【００５５】
光学系９１１はプリズム９２とプリズム９３で構成され、それぞれ焦点距離の異なる２つの光路を実現している。プリズム９２は光束の入射面９６と反射面９７、接合面９８と射出面９９を有している。また、プリズム９３は入射面９１０と接合面８を有している。プリズム９２とプリズム９３は接合面９８にて接合されている。
【００５６】
透過率可変素子９４を透過した光束は、プリズム９３の入射面９１０、接合面９８、プリズム９２の射出面９９を順に透過し撮像素子９１に入射する。これが第１の光路である。プリズム９３は入射面９１０、及び射出面９９がパワーを有する形状を持つことでレンズの作用を有している。一方、透過率可変素子９５を透過した光束は、プリズム９２の入射面９６、反射面９７、接合面９８、射出面９９を順に経由して撮像素子９１に入射する。これが第２の光路である。プリズム９２は入射面９６、反射面９７、射出面９９がパワーを有する形状を持つことでレンズの作用を有している。また、接合面９８はハーフミラーの作用を有しており、第１の光路では光束を透過させ、第２の光路では光束を反射させる作用を有している。反射面９８はパワーを持つような形状とすることも可能である。また、射出面９９は第１の光路及び第２の光路で共有している面である。
【００５７】
上記の各透過面、反射面は球面、非球面、自由曲面などで構成することが可能である。特に、反射面がパワーを持つことで偏心収差が発生することを考えると、これを補正するために自由曲面を用いることが好ましい。
【００５８】
実施例１０
図１０は、本発明の撮像装置の第１０実施例の概略構成図である。
ここでは、携帯電話や携帯端末などのモバイル機器やデジタルカメラなどに適用する場合の例を示している。この実施例の撮像装置１において、１０２は撮像ユニットであって、透過可変素子１０１と、光学系と撮像素子を有する。１０３は撮影状態を確認するための表示部である。１０４は、表示部１０３に表示された撮影状態を確認する確認部である。１０５は、所望のスペックの光学系を選択するための操作部である。また、１０６は透過率可変素子１０１を制御するための制御部である。１０７は、電力を必要とする各機能に電力を供給する電源部である。１０５は、撮影した画像を記録する記録部である。
【００５９】
この撮像装置においては、撮影者が表示部１０３に表示された画像を確認し、所望の光学系を選択操作する。この選択情報は制御部１０６に送られる。制御部１０６は選択情報に基づいて透過率可変素子１０１の透過率を所望の値に制御する。その後、撮像ユニット１０２により撮影する。撮影した画像は表示部１０３に表示するとともに、記録部１０８への記録を行う。
また、電源部１０７からは表示部１０３、透過率可変素子１０１、制御部１０６、記録部１０８等への電源供給を行う。
また、撮影が終了した後には、次の撮影に備えて透過率可変素子１０１を初期の状態に戻すことが望ましい。
【００６０】
実施例１１
図１１は、本発明の撮像装置の第１１実施例の概略構成図である。
ここでは、車載カメラやセキュリティー、ＦＡ用のカメラなど、主にオートマチックに撮影条件を選択することが求められる場合に適用する場合の例を示している。この実施例の撮像装置は透過率可変素子１１１と光学系と撮像素子を有する撮像ユニット１１２と撮影状態を確認するためのセンサー部１１３と、このセンサー部１１３からの信号を演算する演算処理部１１４と、演算結果から所望のスペックの光学系を選択するために透過率可変素子１１１を制御する制御部１１５と電源部１１６及び記録部１１７で構成されている。
【００６１】
この撮像装置においては、撮影画像からの情報あるいは他のセンサー部からの情報を演算処理し、撮影環境に適した光学系を自動で選択する。選択した信号により、透過率可変素子１１１の透過率を所望の値に制御し、その後に、撮像ユニット１１２により撮影する。撮影した画像は、必要に応じて記録部１１７へ記録される。電源部１１６からは、透過率可変素子１１１、演算処理部１１４、制御部１１５、記録部１１７への電源供給を行う。撮影が終了した後には、次の撮影に備えて透過率可変素子１１１を初期の状態に戻すことが望ましい。また、本実施例の構成に表示部を設けることも可能である。
【００６２】
実施例１２
図１２は、本発明の撮像装置の第１２実施例の概略構成図である。
この実施例は本発明の撮像装置を携帯電話に適用した例を示している。図１２において、１２１は電波を送受信するためのアンテナ、１２２はＬＣＤなどの表示部、１２３は音声を聞き取るためのスピーカー部、１２４は操作部、１２５はマイク部であり、これらの反対側に配置された１２６は撮像装置部、１２７はバッテリー部、１２８は背面モニター部である。
この実施例では撮像装置に二つの光学系１２９及び１３０が配置された例であり、１２９及び１３０はそれぞれ焦点距離や撮影倍率などスペックの異なる光学系である。
本実施例の撮像装置には上記各実施例で示された各種光学系が搭載可能である。
【００６３】
以上説明したように、本発明の撮像装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
（１）１つの撮像素子に対して複数の光学系が対応し、前記撮像素子の撮像エリア中心と複数の光学系光軸が略一致していることを特徴とした請求項１または２に記載の撮像装置。
（２）少なくとも一つの光学素子が反射機能と透過率可変機能を兼ね備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
（３）少なくとも１つの反射機能を有する光学素子を透過する光と反射する光の光量割合が略等価であることを特徴とした請求項１に記載の撮像装置。
（４）１つの撮像素子と１つの光学系からなる撮像ユニットを複数用いたことを特徴とした請求項２に記載の撮像装置。
（５）多焦点レンズと透過率可変素子が近接配置されたことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
（６）一つの光学系中に透過率可変素子を２つ以上用いたことを特徴とした請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（７）透過率可変素子が光学系の明るさ絞りを兼ねる位置に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（８）透過率可変素子が透過率分布を有することを特徴とした上記（６）に記載の撮像装置。
（９）透過率可変素子は撮影の際に機械的に可動する部位を有さないことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１０）光学系を保持する鏡枠と透過率可変素子とを保持する鏡枠は、それぞれ別に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１１）焦点距離の異なる複数の光学系の間に光束を遮蔽する機能を有する遮光部材が配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
（１２）透過率可変素子として酸化還元反応によるエレクトロクロミック（ＥＣ）材料を用いたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１３）撮影状態を確認する表示部と所望の焦点距離を選択するための操作部と透過率制御装置を動作させるための電源部を有し、焦点距離を選択操作したことにより発生する信号により透過率可変素子の透過率を制御し、その後に、撮像動作を行うことを特徴とした請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１４）被写体状況を確認するためのセンサー部とセンサー部からの信号により被写体状況を認識するため演算処理部と透過率制御装置を動作させるための電源部を有し、認識した被写体状況に応じて透過率可変素子の透過率を制御し、その後に、撮像動作を行うことを特徴とした請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１５）撮像動作が終了した後に、撮像のために行った透過率可変素子の透過率制御を初期状態に戻すことを特徴とした上記（１３）又は（１４）に記載の撮像装置。
（１６）少なくとも１つの光学系が物体側より順に負の第１群と正の第２群で構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１７）少なくとも１つの光学系が少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも１枚の正レンズで構成され、最も物体側が負レンズで構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
（１８）以下の条件を満足することを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。
１．９＜ｆＴ／ｆＷ
ただし、ｆＴは望遠レンズの焦点距離、ｆＷは広角レンズの焦点距離である。
（１９）携帯電話に用いたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置
（２０）移動物体に搭載したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本願の発明の構成によれば、簡単で、かつコンパクトな構成で可動部を有さずに焦点距離を変化させることのできる安価で小型の撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の第１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図２】本発明による撮像装置の第２実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図３】本発明による撮像装置の第３実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図４】本発明による撮像装置の第４実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図５】本発明による撮像装置の第５実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図６】本発明による撮像装置の第６実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、透過率可変素子の透過率を局部的に変化させた場合の説明図である。
【図７】本発明による撮像装置の第７実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、透過率可変素子の透過率を局部的に変化させた場合の説明図である。
【図８】本発明による撮像装置の第８実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図９】本発明による撮像装置の第９実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１０】本発明に係る撮像装置の第１０実施例の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る撮像装置の第１１実施例の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明に係る撮像装置の第１２実施例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１                    撮像素子
１２、２２、３２、４２、５２              光学系（広角側）
１３、２３、３３、４４、５３              光学系（望遠側）
１４、１５、２４、２５、３４、３５、４５、４６、４７、１０１、１１１透過率可変素子
１６、２６、３６、４８、５６              ハーフミラー
１７、２７、３７、４９、４１０、５９      ミラー
２８、２９                                プリズム
９２、９３                                パワープリズム
２１１                                    遮光部材
５４                                      反射機能と透過可変機能を有する光学素子
６４、７４                                多焦点レンズ系
１０２、１１２                            撮像ユニット
１０８、１１７                            記録部
１０３、１２２                            表示部
１１３                                    センサー部
１０５、１２４                            操作部
１１４                                    演算処理部
１０６、１１５                            制御部
１１７、１１６                            電源部
１２６                                    撮像装置部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月8日(2004.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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