(57)【要約】【課題】本発明は、被写体の撮像距離に応じてプリズムユニットを第１の位置と第２の位置に切り換えることができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１０は、プリズムユニット３０と、撮像素子１２と、固定部材１３と、ケース部材１４と、レバー部材（支持部材）１５と、切換部材１６および連結ばね１７（切換機構）とを備える。プリズムユニット３０は少なくとも２面の自由曲面形状の反射面を有している。レバー部材１５は、Ｘ方向に沿って、プリズムユニット３０を所定の可動範囲内で移動可能に支持する。切換部材１６は、プリズムユニット３０を固定部材１３に当接させる第１の位置と、プリズムユニット３０をケース部材に当接させる第２の位置とに、レバー部材１５と連動して、プリズムユニット３０を選択的に移動させる。【選択図】      図１２
2005134832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光束が入射されて結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられるプリズムユニットと、
前記結像面に配置されて、前記プリズムユニットにより形成される物体像を電気信号に変換するための撮像素子と、
前記撮像素子を位置決め保持するための固定部材と、
前記固定部材に対して位置決め保持されるケース部材と、
前記撮像素子の受光面と交差する方向に沿って、前記プリズムユニットを所定の可動範囲内で移動可能に支持する支持部材と、
前記固定部材に設けられて、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子に近い第１の位置に前記プリズムユニットを位置決めする第１当接部と、
前記ケース部材に設けられて、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子から離れた第２の位置に前記プリズムユニットを位置決めする第２当接部と、
前記プリズムユニットに設けられて前記第１当接部に当接し、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する第３当接部と、
前記プリズムユニットに設けられて前記第２当接部に当接し、前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決め保持する第４当接部と、
前記支持部材と連動して、前記プリズムユニットを前記第１の位置と前記第２の位置とに選択的に移動させる切換機構と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置によって得られる電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、
適用された情報記録部に前記処理手段からの前記画像データを記録する記録手段と、
を具備したことを特徴とする撮像用機器。
【請求項３】
前記第１の位置は、撮像すべき物体の位置が所定の位置からほぼ無限位置までの間にある場合に対応して撮像を行なうための標準撮像位置であり、
前記第２の位置は、撮像すべき物体の位置が前記所定の位置より近い場合に対応して撮像を行うためのマクロ撮像位置である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記支持部材は、前記固定部材に対して所定の位置に配置される回転軸に枢支されるレバー部材であり、
前記切換機構は、マニュアル操作によって前記プリズムユニットを前記第１の位置と前記第２の位置とに切り換えるための切換部材である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記切換部材は、前記固定部材に対して所定の位置に配置される回転軸に枢支され、
前記切換機構は、前記切換部材と前記レバー部材とを連結する連結ばねを有し、
前記連結ばねは、前記プリズムユニットを前記第１の位置に保持する第１安定姿勢と、前記プリズムユニットを前記第２の位置に保持する第２安定姿勢とに、前記切換部材と前記レバー部材とを付勢する
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記プリズムユニットは、２つのプリズムを有し、それぞれのプリズムは、少なくとも１面以上の自由曲面形状の反射面と、屈折力を有する光入射面と、屈折力を有する光射出面とを有し、さらに、両プリズム間に絞り部材を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第３当接部および前記第４当接部の少なくとも一方は、前記絞り部材の一部に形成されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１当接部と前記第３当接部とは、各々平面を形成し、それぞれの平面を一致させることにより前記プリズムユニットの位置決めおよび姿勢保持を行なうことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第２当接部と前記第４当接部とは、各々平面を形成し、それぞれの平面を一致させることにより前記プリズムユニットの位置決めおよび姿勢保持を行なうことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１当接部と前記第３当接部とが各々形成する平面のどちらか一方は、少なくとも３か所に設けられる突部の先端によって構成されることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第２当接部と前記第４当接部とが各々形成する平面のどちらか一方は、少なくとも３か所に設けられる突部の先端によって構成されることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第３当接部または前記第４当接部の少なくとも一方は、前記プリズムユニットを構成するプリズムの一部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の位置を前記撮像素子の受光面に対して直交する方向に変位させる微調機構を前記固定部材と前記プリズムユニットとの間に設け、
前記第１当接部は、前記第３当接部と当接する前記微調機構の一部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記微調機構は、
前記撮像素子の受光面に対して傾斜して前記第１当接部が設けられる斜面と、
前記微調機構を前記撮像素子の受光面に沿って、前記斜面が傾斜している方向に移動させるガイド機構と、
を有し、前記ガイド機構に沿って前記微調機構を移動させることによって前記第１の位置を微調整することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記微調機構を所定の位置に位置決め保持するための位置決め保持部をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記微調機構は、同じ方向に同じ角度で傾斜する少なくとも３つの斜面を有し、前記第３当接部は、各々の前記斜面に当接される少なくとも３つの突部を有することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１７】
物体からの光束が入射されて結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられるプリズムユニットと、
前記結像面に配置されて、前記プリズムユニットにより形成された物体像を電気信号に変換するための撮像素子と、
前記撮像素子を位置決め保持するための固定部材と、
前記撮像素子の受光面と交差する方向に沿って、前記プリズムユニットを所定の可動範囲内で移動可能に支持する支持部材と、
前記固定部材に設けられて、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子に近い第１の位置に前記プリズムユニットを位置決めする第１当接部と、
前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子から離れた第２の位置に前記プリズムユニットを位置決めするための第２当接部と、
前記プリズムユニットに設けられて前記第１当接部と当接し、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する第３当接部と、
前記プリズムユニットに設けられて前記第２当接部と当接し、前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決め保持する第４当接部と、
前記支持部材と連動して、前記プリズムユニットを前記第１の位置と前記第２の位置とに選択的に移動させる切換機構と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、カメラ付携帯電話等に用いる撮像装置に係り、特に、反射面等に自由曲面を用いたプリズムを使用する撮像装置と、これを用いた撮像用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラやカメラ付携帯電話に使用される撮像装置として、共軸系の光学系を用いた撮像装置が多数出願されている。共軸系とは、光学系の光軸（撮像系の絞りと撮像画面の中心を結ぶ軸）に対してレンズ等の光学素子が回転対称に設けられた光学系である。共軸系の撮像装置は例えば、下記特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
最近のデジタルカメラやカメラ付携帯電話は、小型化、薄型化、高性能化が要求されてきており、これらの機器に共軸系の光学系を使用した撮像装置においては、撮像装置の大きさをコンパクトにしようとすると、レンズの枚数を少なくする必要がある。しかしレンズの枚数を少なくすると光学系で発生する収差を小さく抑えることが困難になり、画質が低下する。また画質を良くしようとすると、レンズの枚数を多くする必要が発生し、この結果、撮像装置が大きくなるという問題が発生する。
【０００４】
これらの問題点を解決するための一つの手段として、偏心光学系を使用した撮像装置が提案されている。例えば自由曲面等を使用したプリズムを使用した撮像光学系を使用した撮像装置が下記の特許文献４〜６に記載されている。
【０００５】
これらの特許文献４〜６に記載されている技術の狙いは、プリズムを使用して撮像光学系を形成し、そのプリズムの光入射面や、光射出面、あるいは反射面に自由曲面を使用することによって、コンパクトでかつ画質の良い画像を得ることができる点である。特に、特許文献５（特開２００２−１９６２４３号公報）や特許文献６（特開２００３−８４２００号公報）では、２個のプリズムを組合わせ、物体に近い方の第１プリズムの光入射面、反射面、光射出面、および撮像面に近い方の第２プリズムの光入射面、二つの反射面、光射出面、の合計７面の全てに自由曲面を使用することが記載されている。
【０００６】
このような光学系の特徴としては、  
（１）３面ある反射面はパワー（屈折力）を有する自由曲面を使用しているが、これらの反射面はレンズ等の屈折光学系に対して、大きなパワーを得ることができると同時に色収差の影響を受けない。
【０００７】
（２）コンパクトな空間内に７面の光学面を有することができる。従って限られた空間内に光学要素を凝縮して設定することができる。
【０００８】
（３）光学性能を高めるには光学系全体の光路長をある程度長くすることが望ましいが、このようなプリズム光学系を使用することにより、光路を折り曲げていることによって、光路長は長いが全体の大きさをコンパクトにすることができる。  
以上の理由により、コンパクトでありながら、画質を高めることが可能である。
【０００９】
なお、特開平７−３３３５０５号公報に記載されている光学系では、被写体側から順に反射鏡、レンズによる光学系、反射鏡により構成されているが、この方式に比べて特許文献５や特許文献６に記載示されている光学系は、横幅を小さくすることができるため、よりコンパクトな撮像装置を提供することができる。
【特許文献１】特開２００１−２７２５８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７９２８号公報
【特許文献３】特開２００２−１２０１２２号公報
【特許文献４】特開平１１−１２６７６６号公報
【特許文献５】特開２００２−１９６２４３号公報
【特許文献６】特開２００３−８４２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記撮像装置を小型、薄型のデジタルカメラ、またはカメラ付携帯電話に使用する場合に、撮像光学系の画角を広角系に設定して、パンフォーカス（固定焦点でありながら、全被写体距離範囲において概略ピントが合うようにする設定）にする方法が考えられる。
【００１１】
また最近の傾向としてこの撮像装置を搭載したデジタルカメラまたはカメラ付携帯電話を使用してバーコードを読取ったり、書物、原稿等の文字を読取ったりするニーズが発生している。これらのニーズに応えるためには、パンフォーカスの撮像装置にマクロ撮影に適合した機構が必要であるが、上記の特許文献１〜６にはこの技術に関する記載がない。
【００１２】
またこのような撮像装置を量産する場合において、光学系や光学系の保持枠の部品の個々の寸法ばらつきや特性のばらつき、組み上がり上のばらつき等により、画像を読取るための撮像素子の撮像面に正確に被写体像を結像することが困難になる。
【００１３】
この問題を解決するために、個々の撮像装置に対して、撮像素子の入射面の位置と結像面との関係がベストになるようにピント面調整（以降ｆｃ調整と呼ぶ）を行う必要があるが、このような撮像装置に好適なｆｃ調整機構について前記特許文献１〜６には記載されていない。また前記のマクロ撮影に適合した機構と、ｆｃ調整機構の両方を少ない部品によって実現する手段についても開示されていない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、被写体の撮像距離に応じてプリズムユニットを第１の位置と第２の位置に切り換えることができ、より好ましくはｆｃ調整も可能な撮像装置と、これを用いた撮像用機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、プリズムユニットと撮像素子と固定部材とケース部材と支持部材と第１当接部と第２当接部と第３当接部と第４当接部と切換機構とを備える。プリズムユニットは、物体からの光束が入射されて結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられる。撮像素子は、前記結像面に配置されて、前記プリズムユニットにより形成される物体像を電気信号に変換する。固定部材は、前記撮像素子を位置決め保持する。ケース部材は、前記固定部材に対して位置決め保持される。支持部材は、前記撮像素子の受光面と交差する方向に沿って、前記プリズムユニットを所定の可動範囲内で移動可能に支持する。第１当接部は、前記固定部材に設けられて、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子に近い第１の位置に前記プリズムユニットを位置決めする。第２当接部は、前記ケース部材に設けられて、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子から離れた第２の位置に前記プリズムユニットを位置決めする。第３当接部は、前記プリズムユニットに設けられて前記第１当接部に当接し、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する。第４当接部は、前記プリズムユニットに設けられて前記第２当接部に当接し、前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決め保持する。切換機構は、前記支持部材と連動して、前記プリズムユニットを前記第１の位置と前記第２の位置とに選択的に移動させる。
【００１６】
前記第１の位置は、例えば、撮像すべき物体の位置が所定の位置からほぼ無限位置までの間にある場合に対応して撮像を行なうための標準撮像位置であり、前記第２の位置は、例えば、撮像すべき物体の位置が前記所定の位置より近い場合に対応して撮像を行なうためのマクロ撮像位置である。この明細書において、標準撮像位置とは、至近距離から無限遠まで同じ設定でほぼ焦点が合うパンフォーカスの撮像状態にプリズムユニットが設定される位置を意味する。マクロ撮像位置とは、前記至近距離よりも更に接近した被写体に焦点が合わされる、いわゆる接写を行なうことのできる撮像状態にプリズムユニットが設定される位置を意味する。
【００１７】
前記支持部材は、例えば、前記固定部材に対して所定の位置に配置される回転軸に枢支されるレバー部材であり、前記切換機構は、例えば、マニュアル操作によって前記プリズムユニットを前記第１の位置と前記第２の位置とに切り換えるための切換部材である。
【００１８】
また、プリズムユニットを第１の位置と第２の位置とに簡素な機構で保持するために、前記切換部材は、前記固定部材に対して所定の位置に配置される回転軸に枢支し、前記切換機構は、前記切換部材と前記レバー部材とを連結する連結ばねを有する。そして、この連結ばねは、前記プリズムユニットを前記第１の位置に保持する第１安定姿勢と、前記プリズムユニットを前記第２の位置に保持する第２安定姿勢とに、前記切換部材と前記レバー部材とを付勢する。
【００１９】
本発明の好ましい形態において、前記プリズムユニットは、２つのプリズムを有し、それぞれのプリズムは、少なくとも１面以上の自由曲面形状の反射面と、屈折力を有する光入射面と、屈折力を有する光射出面とを有し、さらに、両プリズム間に絞り部材を有する。
【００２０】
また、前記第３当接部および前記第４当接部の少なくとも一方は、前記絞り部材の一部に形成する。
【００２１】
前記第１当接部と前記第３当接部とは、各々平面を形成し、それぞれの平面を一致させることにより前記プリズムユニットの位置決めおよび姿勢保持を行なう。前記第２当接部と前記第４当接部とは、各々平面を形成し、それぞれの平面を一致させることにより前記プリズムユニットの位置決めおよび姿勢保持を行なう。
【００２２】
第１当接部と第３当接部、第２当接部と第４当接部の各平面同士を一致させる微調整を容易にするために、前記第１当接部と前記第３当接部とが各々形成する平面のどちらか一方は、少なくとも３か所に設けられる突部の先端によって構成する。また、前記第２当接部と前記第４当接部とが各々形成する平面のどちらか一方は、少なくとも３か所に設けられる突部の先端によって構成する。
【００２３】
撮像装置の構成部品点数を減らすために、例えば、前記第３当接部または前記第４当接部の少なくとも一方は、前記プリズムユニットを構成するプリズムの一部に形成する。
【００２４】
第１の位置において、結像面を撮像素子の受光面に対して微調整するために、前記第１の位置を前記撮像素子の受光面に対して直交する方向に変位させる微調機構を前記固定部材と前記プリズムユニットとの間に設け、前記第１当接部は、前記第３当接部と当接する前記微調機構の一部に設ける。この場合、好ましくは、前記微調機構は、前記撮像素子の受光面に対して傾斜して前記第１当接部が設けられる斜面と、前記微調機構を前記撮像素子の受光面に沿って、前記斜面が傾斜している方向に移動させるガイド機構とを有し、前記ガイド機構に沿って前記微調機構を移動させることによって前記第１の位置を微調整する。そして、前記微調機構を所定の位置に位置決め保持するための位置決め保持部を設ける。または、前記微調機構は、同じ方向に同じ角度で傾斜する少なくとも３つの斜面を有し、前記第３当接部は、各々の前記斜面に当接される少なくとも３つの突部を有する。
【００２５】
本発明に係る他の撮像装置は、プリズムユニットと撮像素子と固定部材と支持部材と第１当接部と第２当接部と第３当接部と第４当接部と切換機構とを備える。プリズムユニットは、物体からの光束が入射されて結像面に物体像を形成するプリズムユニットであって、少なくとも２面以上の自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束が入射される入射光軸と当該プリズムユニットから結像面へ光束を射出する射出光軸とが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられる。撮像素子は、前記結像面に配置されて、前記プリズムユニットにより形成された物体像を電気信号に変換する。固定部材は、前記撮像素子を位置決め保持する。支持部材は、前記撮像素子の受光面と交差する方向に沿って、前記プリズムユニットを所定の可動範囲内で移動可能に支持する。第１当接部は、前記固定部材に設けられて、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子に近い第１の位置に前記プリズムユニットを位置決めする。第２当接部は、前記プリズムユニットの一部と当接し、前記プリズムユニットの前記可動範囲の中で最も撮像素子から離れた第２の位置に前記プリズムユニットを位置決めする。第３当接部は、前記プリズムユニットに設けられて前記第１当接部と当接し、前記プリズムユニットを前記第１の位置に位置決め保持する。第４当接部は、前記プリズムユニットに設けられて前記第２当接部と当接し、前記プリズムユニットを前記第２の位置に位置決め保持する。切換機構は、前記支持部材と連動して、前記プリズムユニットを前記第１の位置と前記第２の位置とに選択的に移動させる。
【００２６】
本発明に係る撮像用機器は、上述されている撮像装置を備え、この撮像装置によって得られる電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、適用された情報記録部に前記処理手段からの前記画像データを記録する記録手段とを具備する。撮像用機器の一例は、デジタルカメラやカメラ付携帯電話を含む、撮像装置付電子機器である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る撮像装置によれば、プリズムユニットを撮像素子の受光面に対して直交する方向について、第１当接部と第３当接部とを当接させてプリズムユニットを第１の位置に位置決めし、第２当接部と第４当接部とを当接させてプリズムユニットを第２の位置に位置決めすることで、選択的にプリズムユニットの位置を切り換えることができる。したがって、撮像素子の受光面から被写体までの距離について２つの焦点位置設定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係る第１の実施形態の撮像用機器について、カメラを一例に図１から図２０を参照して説明する。図１に示すようにデジタルカメラ１は、レリーズボタン２０、フラッシュ２１、ファインダ光学系２２、撮像光学系２３、および画像モニタ２４（図２参照）がハウジング２の外部に面して設けられている。ハウジング２は、図２に示すように、撮像光学系２３の主要部を構成する撮像装置１０、処理手段としての画像処理回路２５、記録手段としての記録部２６などを内蔵している。画像処理回路２５は、撮像装置１０によって得られる電気信号に所定の電気的処理を施すことにより、画像データを得る機能を担っている。記録部２６は、画像処理回路２５からの画像データを、適用された記録媒体に記録するための記録手段として機能する。
【００２９】
撮像装置１０は、入射光軸λｉと射出光軸λｏとが互いに所定の間隔を有してほぼ平行に設けられる偏心光学系の一例であるプリズムユニット３０と、基板１１に実装された撮像素子１２とを含んでいる。プリズムユニット３０の一例は、図３〜図１１に示す。プリズムユニット３０は、第１プリズム４１と第２プリズム４２と絞り部材４３とを有している。撮像素子１２は、例えばＣＣＤなどの光を電気信号に変換する素子であって、プリズムユニット３０の射出側に配置されている。撮像素子１２の受光面には、カバーガラス１２ａが取り付けられている。カバーガラス１２ａの代わりに偏光フィルタなどの光学部材を取り付けても良い。
【００３０】
第１プリズム４１は、図３に示すように、入射面５１と、回転非対称な反射面５２と、射出面５３とで構成される偏心プリズムである。第１プリズム４１の射出面５３は、図５に示すように、光路の有効径部５３ａの外側領域に平坦に形成された平面部５３ｂを有している。平面部５３ｂは、円柱状に形成された２つの位置決め部５３ｃ，５３ｄと、半球面状に形成された３つの突起部５３ｅ，５３ｆ，５３ｇとを有している。位置決め部５３ｃ，５３ｄは、有効径部５３ａの外側位置に設けられている。本実施形態では、図４および図５に示すように、位置決め部５３ｃ，５３ｄは、入射光軸λｉに沿う方向に有効径部５３ａを横切る面Ａ１を挟んで対称の位置に配置されている。
【００３１】
突起部５３ｅ，５３ｇは、面Ａ１に対して有効径部５３ａを挟む位置決め部５３ｃ，５３ｄの外側位置に設けられている。よって、有効径部５３ａの中心位置からの距離で比べると、位置決め部５３ｃ，５３ｄまでの距離に比べて、突起部５３ｅ，５３ｇまでの距離のほうが長い。突起部５３ｆは、有効径部５３ａの外側であって、面Ａ１に対して位置決め部５３ｃ，５３ｄの内側位置に設けられている。本実施形態では、面Ａ１が平面部５３ｂと交差する位置に設けられている。このように、３つの突起部のうち、少なくとも２つの突起部は、有効径部５３ａの中心位置から距離で比べると、位置決め部までの距離に比べて長い（遠い）位置に設けられている。
【００３２】
第２プリズム４２は、図３に示すように、入射面６１と、反射面６２と、反射面６３と、射出面６４とで構成される偏心プリズムである。反射面６２と反射面６３のうち少なくとも１つは回転非対称に形成されている。第２プリズム４２の入射面６１は、図６に示すように、光路の有効径部６１ａの外側領域に平坦に形成された平面部６１ｂを有している。平面部６１ｂは、円柱状に形成された２つの位置決め部６１ｃ，６１ｄと、半球面状に形成された３つの突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇを有している。位置決め部６１ｃ，６１ｄは、有効径部６１ａの外側位置に設けられている。位置決め部６１ｃ，６１ｄは、射出光軸λｏに沿って有効径部６１ａを横切る面Ａ２を挟んで対称の位置に配置される。
【００３３】
突起部６１ｅ，６１ｇは、面Ａ２に対して有効径部６１ａを挟む位置決め部６１ｃ，６１ｄの外側位置に設けられている。突起部６１ｆは、有効径部６１ａの外側であって、面Ａ２に対して位置決め部６１ｃ，６１ｄより内側位置に設けられている。また、突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇは、入射面６１上において面Ａ２に対して非対称に配置されている。
【００３４】
絞り部材４３は、図７から図９に示すように、２つのプリズム４１，４２の光学作用面の有効径に合わせて構成された開口部６２ａが設けられている。また、絞り部材４３は、第１プリズム４１と第２プリズム４２の相対位置関係を維持する保持部材としても機能する。絞り部材４３は、開口部６２ａの外側に平面状に形成された平面部６２ｂ，６２ｃを開口部６２ａに臨む両面に有している。
【００３５】
平面部６２ｂ，６２ｃには、位置決め保持部６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇが形成されている。これらの位置決め保持部６２ｄ〜６２ｇは、第１および第２プリズム４１，４２の位置決め部５３ｃ，５３ｄ，６１ｃ，６１ｄに対応する位置に、位置決め部５３ｃ，５３ｃ，６１ｃ，６１ｄの形状に合わせて、嵌合可能な貫通孔として形成されている。
【００３６】
絞り部材４３の肉厚Ｈの一例は、Ｈ＝１．１２ｍｍ、第１および第２プリズム４１，４２の位置決め部の長さｔの一例は、それぞれｔ＝０．５５ｍｍで設計されている。この場合、ｔ／Ｈ＝０．４９である。
【００３７】
このように構成されたプリズムユニット３０は、第１プリズム４１を、絞り部材４３の平面部６２ｂ側から、位置決め部５３ｃを位置決め保持部６２ｄに嵌合させ、位置決め部５３ｄを位置決め保持部６２ｅに嵌合させる。これにより、絞り部材４３に対する第１プリズム４１の位置が決まる。このとき、第１プリズム４１の突起部５３ｅ，５３ｆ，５３ｇが絞り部材４３の平面部６２ｂに当接することで、絞り部材４３に対する第１プリズム４１の傾きが決まる。
【００３８】
同様に、第２プリズム４２を、絞り部材４３の平面部６２ｃ側から、位置決め部６１ｃを位置決め保持部６２ｆに嵌合させ、かつ位置決め部６１ｄを位置決め保持部６２ｇに嵌合させる。これにより、絞り部材４３に対する第２プリズムの位置が決まる。このとき第２プリズム４２の突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇが絞り部材４３の平面部６２ｃに当接することで、絞り部材４３に対する第２プリズム４２の傾きが決まる。
【００３９】
このようにして、第１プリズム４１と第２プリズム４２は、図１０に示すように絞り部材４３の両側に保持される。なお、図１１に示すように、第１プリズム４１の重心を通る直線と、第２プリズム４２の重心を通る直線とが絞り部材４３上で同一直線状にこないように、一方の位置決め保持部６２ｄ，６２ｅと他方の位置決め保持部６２ｆ，６２ｇとは、異なる位置に設けられている。
【００４０】
図１０の状態において、第１および第２プリズム４１，４２の絞り部材４３に対する傾きの調整が必要な場合には、傾き方向および傾きの度合いに応じて第１プリズム４１の突起部５３ｅ，５３ｆ，５３ｇと、第２プリズム４２の突起部６１ｅ，６１ｆ，６１ｇを所定量削ることで、第１プリズム４１と第２プリズム４２の傾きを簡単に調整することができる。
【００４１】
以上説明したように本実施形態のプリズムユニット３０は、少なくとも２面の自由曲面形状の反射面５２，６２，６３を有している。しかも、物体面からの光束が入射される入射光軸λｉとプリズムユニット３０から結像面４５に光束を射出する射出光軸λｏとが互いに所定の間隔だけ離れてほぼ平行に設けられるプリズム光学系によって構成されている。このように、構成されることによって、本実施形態のプリズムユニット３０は、物体からの光束が入射されて物体像を結像面４５に形成する。
【００４２】
次に、以上に説明したプリズムユニット３０を撮像素子１２の受光面に対して交差する方向、好ましくは、直交する方向に移動させる撮像装置１０の機構について、図１２〜図２０を用いて説明する。便宜上、各図において、撮像素子１２の受光面と直交する方向をＸ方向、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶ方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して直交する方向をＺ方向とする。撮像装置１０は、図１２に示すように、上述のプリズムユニット３０と撮像素子１２のほかに、固定部材１３とケース部材１４とレバー部材１５と切換部材１６と連結ばね１７とを備えている。
【００４３】
固定部材１３は、プリズムユニット３０と撮像素子１２との間に配置される。固定部材１３の中央部には、窓１３ａが設けられている。固定部材１３は、プリズムユニット３０の第２プリズム４２から射出される光束がこの窓１３ａを通過して撮像素子１２の受光面で結像するように、射出光軸λｏ上に撮像素子１２の受光面を位置決め保持する。プリズムユニット３０に面した側の固定部材１３には、プリズムユニット３０の一部と当接する第１当接部１３ｂが設けられている。
【００４４】
ケース部材１４は、図１３に示すように、プリズムユニット３０を覆って固定部材１３に固定されている。ケース部材１４は、プリズムユニット３０の第１プリズム４１に入射される光束を通過させる部分に入射窓１４ａが設けられている。入射窓１４ａには、保護ガラス１４ｂが嵌め込まれている。保護ガラス１４ｂとして、ＩＲカットガラスを使用すると良い。プリズムユニット３０に面した側とななるケース部材１４の内側には、プリズムユニット３０の一部と当接する第２当接部１４ｃが設けられている。
【００４５】
プリズムユニット３０の絞り部材４３には、入射光軸λｉおよび射出光軸λｏが通る面Ａ１，Ａ２と平行に設けられ、図１４に示すように第１プリズム４１と第２プリズム４２を両側から挟みこむように、案内板３１が設けられている。案内板３１は、絞り部材４３と一体に形成されていても良いし、別部品として取り付けられたものでも良い。案内板３１は、図１５に示すように、ケース部材１４の内面と摺接し、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶＹ方向および撮像素子１２の受光面に対して直交するＸ方向を、それぞれ横切るプリズムユニット３０の幅方向（Ｚ方向）にプリズムユニット３０がずれることを防止する。
【００４６】
案内板３１は、絞り部材４３の平面部６２ｂ，６２ｃに沿う方向に延びる円筒状に形成されたボス３１ａを有している。ボス３１ａには、プリズムユニット３０とレバー部材１５と回動可能に連結する支持ピン３２が装着される。したがって、ケース部材１４には、ボス３１ａおよび支持ピン３２が通るスリット１４ｄが形成されている。
【００４７】
固定部材１３に面した案内板３１の４つの角には、固定部材１３に向かって膨出する突部が形成されている。この突部の先端は、第１当接部１３ｂに当接することによって、プリズムユニット３０を撮像素子１２に最も近い第１の位置Ｐ１に位置決めする第３当接部３１ｂを構成する。このように、第１当接部１３ｂと第３当接部３１ｂとは、各々平面を形成し、それぞれの平面を一致させることにより、プリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１に位置決めしている。
【００４８】
また、ケース部材１４に面した案内板３１の４つの角には、第２当接部１４ｃに向かって膨出する凸部が形成されている。この突部の先端は、第２当接部１４ｃに当接することによってプリズムユニット３０を撮像素子１２に最も遠い第２の位置Ｐ２に位置決めする第４当接部３１ｃを構成する。このように、第２当接部１４ｃと第４当接部３１ｃとは、各々平面を形成し、それぞれの平面を一致させることにより、プリズムユニット３０を第２の位置Ｐ２に位置決めしている。
【００４９】
なお、本実施形態においては、第３当接部３１ｂと第４当接部３１ｃとを突部の先端によって構成される平面として例示しているが、各々第１当接部１３ｂおよび第２当接部１４ｃに一致する形状に設けられていても良い。また、第３当接部３１ｂおよび第４当接部３１ｃを平面上に形成し、第１当接部１３ｂおよび第２当接部１４ｃを各々第３当接部３１ｂおよび第４当接部３１ｃに一致する平面上に先端部が配置される突部として設けても良い。
【００５０】
レバー部材１５は、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶＹ方向に沿って、ケース部材１４の両外側に配置されている。レバー部材１５は、第２プリズムユニット側のケース部材１４の角部に取り付けられる回転軸Ｒ１に基端部１５ａが枢支されている。回転軸Ｒ１は、ボス３１ａおよび支持ピン３２の延びる方向と平行に配置されている。レバー部材１５は、回転軸Ｒ１を中心に回動することによって、支持ピン３２で連結されているプリズムユニット３０を撮像素子１２の受光面と交差する方向、好ましくは直交する方向に移動させる。このように、レバー部材１５は、撮像素子１２の受光面と交差する方向に沿って、プリズムユニット３０を所定の可動範囲内で移動可能に支持する支持部材として機能する。
【００５１】
切換部材１６は、レバー部材１５の基端部１５ａと同軸に回転軸Ｒ１に基端１６ａが枢支されている。回転軸Ｒ１から半径方向に離れたレバー部材１５の先端１５ｂと切換部材１６の先端１６ｂとは、連結ばね１７によって連結されている。切換部材１６の先端１６ｂは、レバー部材１５の先端１５ｂよりも回転軸Ｒ１に近い位置に設けられている。これにより、レバー部材１５の先端１５ｂと切換部材１６の先端１６ｂとは、連結ばね１７およびこの連結ばね１７をそれぞれの先端１５ｂ，１６ｂで回動自在に支持するばね架け１８ａ，１８ｂと干渉せずにすれ違うことができる。
【００５２】
連結ばね１７は、レバー部材１５の先端１５ｂと切換部材１６の先端１６ｂとを互いに離れる方向に付勢する。したがって、図１７に示すように、切換部材１６の先端１６ｂをレバー部材１５の先端１５ｂよりも撮像素子１２および固定部材１３から離れた位置に回動させると、レバー部材１５を固定部材１３に近づく方向に付勢した状態に維持する第１安定姿勢Ｓ１となる。また、図１８に示すように、切換部材１６の先端１６ｂをレバー部材１５の先端１５ｂよりも撮像素子１２および固定部材１３に近い位置に回動させると、レバー部材１５を撮像素子１２および固定部材１３から離れる方向に付勢した状態に維持する第２安定姿勢Ｓ２となる。
【００５３】
プリズムユニット３０は、支持ピン３２によってレバー部材１５に連結されているので、レバー部材１５が回動することにともなって、プリズムユニット３０もＸ方向に移動される。したがって、第１安定姿勢の状態で、プリズムユニット３０は、図１９に示すように、固定部材１３に向かって付勢されて、第３当接部３１ｂが第１当接部１３ｂと当接し、可動範囲の中で撮像素子１２に対して最も近づいた第１の位置Ｐ１に位置決めされる。そして、第２安定姿勢の状態で、プリズムユニット３０は、図２０に示すように、ケース部材１４に向かって付勢されて、第４当接部３１ｃが第２当接部１４ｃと当接し、可動範囲の中で撮像素子１２に対して最も離れた第２の位置Ｐ２に位置決めされる。
【００５４】
このように、切換部材１６と連結ばね１７とは、支持部材であるレバー部材１５と連動して、第１安定姿勢Ｓ１と第２安定姿勢Ｓ２とをとることで、プリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２に移動させて選択的に位置決めする切換機構として機能する。
【００５５】
撮像装置１０は、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との２つの焦点設定に切り換えるために、第１当接部１３ｂに第３当接部３１ｂを当接させてプリズムユニット３０を第１の位置Ｐ１に位置決めし、第２当接部１４ｃに第４当接部３１ｃを当接させてプリズムユニット３０を第２の位置Ｐ２に位置決めする。したがって、プリズムユニット３０を移動させるために、光軸がずれないように平行移動させる特別な機構が不要であり、撮像装置１０の構造を簡素化することができる。
【００５６】
また、連結ばね１７によって、第１の位置Ｐ１においては固定部材１３に、第２の位置Ｐ２においてはケース部材１４にプリズムユニット３０が付勢されているので、プリズムユニット３０が、がたつくことなく第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とに確実に維持される。
【００５７】
第３当接部および第４当接部を突部の先端によって構成しているので、撮像装置１０を量産化した場合に生じる製造公差内におけるプリズムユニット３０の位置決め誤差は、突部の先端の高さを調整することで、容易に補正することができる。
【００５８】
また、図２に示すように、本実施形態において、第１の位置Ｐ１は、例えば標準撮像位置であり、第２の位置Ｐ２は、例えばマクロ撮像位置である。切換部材１６は、図１に示されるデジタルカメラ１のハウジング２から露出するマニュアル操作切換部材９５と連動しており、マニュアル操作切換部材９５が操作されることで、第１安定姿勢Ｓ１と第２安定姿勢Ｓ２とに切換わる。したがって、マニュアル操作切換部材９５を操作することによってプリズムユニット３０が第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とに選択的に切換わり、２つの焦点位置設定ができる。また、切換部材１６をマニュアル操作ではなく、電動モータなどのアクチュエータを使用して電動切換できるようにしても良い。
【００５９】
本実施形態において、第３当接部３１ｂと第４当接部３１ｃとは、いずれも絞り部材４３に設けられた案内板３１に形成しているが、絞り部材４３に設けても良いし、第１プリズム４１および第２プリズム４２の一部に設けても良いし、第１プリズム４１と第２プリズム４２と絞り部材４３とのそれぞれにまたがって設けられても良い。また、ケース部材１４を設ける代わりに、第２の位置Ｐ２におけるプリズムユニット３０の第４当接部３１ｃと当接する第２当接部を備えるブラケットを固定部材１３から延ばして設けても良い。
【００６０】
次に、本発明に係る第２の実施形態の撮像装置１０について、図２１から図２６を参照して説明する。本実施形態の撮像装置１０ａは、第１の実施形態の撮像装置１０に対して、微調機構７０をさらに備える点が異なる。したがって、微調機構７０にかかわらない構成については、第１の実施形態と同様なので、同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
微調機構７０は、図２１に示すように、固定部材１３とプリズムユニット３０との間に装着されている。微調機構７０は、図２４〜図２６に示すように、第１プリズム４１と第２プリズム４２とが並ぶＹ方向に移動可能に設けられている。固定部材１３には、Ｙ方向に沿って第１プリズム４１側に張り出したガイド部１３ｅが形成されている。第１プリズム４１側の微調機構７０の先端部７１は、ガイド部１３ｅと基板１１との間に通されている。また、第２プリズム４２側の微調機構７０の基端部７２は、図２２〜図２６に示すように、ケース部材１４の外側に露出している。
【００６２】
微調機構７０は、Ｙ方向に沿って延びる調整部７３を備えている。調整部７３は、図２２および図２３に示すように、窓１３ａを挟む両側に配置され、プリズムユニット３０の固定部材１３寄りの部分を挟み、ケース部材１４の内側を通るように設けられている。調整部７３は、図２１に示すように、固定部材１３側の案内板３１の４つの角に設けられる第３当接部に対応する位置に、斜面７３ａが形成されている。この斜面７３ａには、第１当接部７３ｂを備える。また、斜面７３ａは、微調機構７０の移動方向について同じ勾配に形成されている。
【００６３】
以上のように構成された微調機構７０を備える撮像装置１０ａは、図２４〜図２６に示すように、プリズムユニット３０が第１の位置Ｐ１に位置決めされる第１安定姿勢Ｓ１の状態において、プリズムユニット３０に設けられる第３当接部３１ｂを微調機構７０に設けられる第１当接部７３ｂに当接させている。この状態において、調整機構を図２４の状態から図２５の状態、あるいは図２４の状態から図２６の状態に移動させると、斜面７３ａの勾配に相当する量（距離）だけ撮像素子１２の受光面と直交するＸ方向に沿って変位する。
【００６４】
本実施形態では、斜面７３ａは、第１プリズム４１側に傾いているので、図２４の状態から図２５の状態に移動させることによって、プリズムユニット３０は、撮像素子１２に接近する方向に変位する。また、図２４の状態から図２６の状態に微調機構７０を移動させることによって、プリズムユニット３０は、撮像素子１２から離れる方向に変位する。
【００６５】
このように、微調機構７０を備える撮像装置１０ａは、プリズムユニット３０の第３当接部３１ｂが微調機構７０の第１当接部７３ｂに当接する第１の位置Ｐ１において、プリズムユニット３０の位置の調整、すなわちピント面の微調整（ｆｃ調整）を行なうことができる。なお、ｆｃ調整を行なった後、微調機構７０は、先端部７１とガイド部１３ｅ、基端部７２と固定部材１３またはケース部材１４の間において、接着剤やレーザ溶融することによって固定する。
【００６６】
なお、第１および第２の実施形態において、第３当接部３１ｂおよび第４当接部３１ｃは、ぞれぞれ４か所ずつ設けているが、少なくとも３つ設けられていれば、撮像素子の受光面に対してプリズムユニット３０の姿勢を所望の角度に設定することができる。したがって、第２実施形態において、第３当接部３１ｂに対応する微調機構７０の斜面７３ａについても同様に少なくとも３か所設けられていれば良いものである。
【００６７】
本発明に係る撮像用機器の一例として、撮像装置をカメラ付携帯電話１６０に組み込んだ例を図２７に示す。このカメラ付携帯電話１６０に、前記各実施形態で説明した撮像装置（例えば撮像装置１０）を組込むことにより、カメラ付携帯電話１６０の小型化および薄型化、そして高画質化が可能である。
【００６８】
図２８〜図３０は、それぞれ本発明の撮像装置に適用されるプリズムユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃの互いに異なる例を示している。いずれのプリズムユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃも、前記実施形態の撮像装置と同様の切換機構により、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とを切り換えることができるようになっている。
【００６９】
図２８に示したプリズムユニット３０ａは、第１プリズム４１ａと第２プリズム４２ａの各面２０１〜２０６が全て自由曲面からなる。第１面２０１より入射した光は、第１面２０１で屈折して第２面２０２で全反射し、次に、第３面２０３で屈折したのち、第４面２０４で屈折する。さらに第５面２０５で全反射したのち、第６面２０６で全反射し、第５面２０５で屈折したのち結像面４５にて結像する。
【００７０】
図２９に示したプリズムユニット３０ｂの偏心プリズム２１０は、自由曲面からなる第１面２１１と、第２面２１２と、第３面２１３とを有している。絞り部材２１４を通って入射した光は、第１面２１１で屈折して偏心プリズム２１０に入射し、第２面２１２で内部反射し、再び第１面２１１に入射して今度は全反射し、第３面２１３で内部反射し、三たび第１面２１１にて全反射し、再び第３面２１３にて内部反射し、四たび第１面２１１で屈折されて結像面４５にて結像する。
【００７１】
図３０に示されたプリズムユニット３０ｃは、第１プリズム２２１と第２プリズム２２２の各面２３１〜２３８が全て自由曲面からなる。第１面２３１より入射した光は、第１面２３１で屈折して第２面２３２で全反射し、さらに第３面２３３で全反射したのち、第４面２３４と第５面２３５で屈折し、さらに第６面２３６と第７面２３７で全反射したのち、第８面２３８で屈折し、結像面４５にて結像する。
【００７２】
なお、この発明を実施するに当たり、プリズム光学系やガイド機構、撮像素子、切換機構をはじめとして、発明の構成要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。
【００７３】
また前記実施形態では、マニュアル操作切換部材９５によって切換機構の切換部材１６を第１安定姿勢Ｓ１と第２安定姿勢Ｓ２とに切り換えるようにしたが、マニュアル操作切換部材９５を使用する代りに、モータやソレノイド等のアクチュエータを使用して電動で切り換えることができるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の撮像装置を備えたデジタルカメラの斜視図。
【図２】図１に示されたデジタルカメラの内部を模式的に示す断面図。
【図３】図１に示されたデジタルカメラのプリズムユニットの側面図。
【図４】図３に示されたプリズムユニットの分解斜視図。
【図５】図３に示されたプリズムユニットの第１プリズムの斜視図。
【図６】図３に示されたプリズムユニットの第２プリズムの斜視図。
【図７】図３に示されたプリズムユニットの絞り部材の斜視図。
【図８】図３に示されたプリズムユニットの絞り部材の正面図。
【図９】図３に示されたプリズムユニットの絞り部材の背面図。
【図１０】図３に示されたプリズムユニットの斜視図。
【図１１】図３に示されたプリズムユニットの第１プリズムと第２プリズムの側面図。
【図１２】図１に示されたデジタルカメラに内蔵された撮像装置の分解斜視図。
【図１３】図１２に示された撮像装置の斜視図。
【図１４】図１３に示された撮像装置のケース部材を外した状態を示す斜視図。
【図１５】図１３に示された撮像装置の入射側から見た状態を一部切欠いて示す平面図。
【図１６】図１３に示された撮像装置の第２プリズム側から見た状態を一部切欠いてい示す側面図。
【図１７】図１３に示された撮像装置の第１安定姿勢を示す側面図。
【図１８】図１３に示された撮像装置を第２安定姿勢を示す側面図。
【図１９】図１７に示された撮像装置の断面図。
【図２０】図１８に示された撮像装置の断面図。
【図２１】本発明に係る第２の実施形態の撮像装置を示す分解斜視図。
【図２２】図２１に示された撮像装置の入射側から見た状態を一部切欠いて示す平面図。
【図２３】図２１に示された撮像装置の第２プリズム側から見た状態を一部切欠いて示す側面図。
【図２４】図２１に示された撮像装置のプリズムの並ぶ方向に沿う断面図。
【図２５】図２４の状態から微調機構を第２プリズム側に移動させた状態を示す撮像装置の断面図。
【図２６】図２４の状態から微調機構を第１プリズム側に移動させた状態を示す撮像装置の断面図。
【図２７】本発明に係る撮像用機器の他の例としてカメラ付携帯電話を示す斜視図。
【図２８】プリズム光学系の他の例を模式的に示す断面図。
【図２９】プリズム光学系のさらに他の例を模式的に示す断面図。
【図３０】プリズム光学系のさらに他の例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００７５】
１…デジタルカメラ（撮像用機器）、１０，１０ａ…撮像装置、１２…撮像素子、１３…固定部材、１３ｂ…第１当接部、１３ｅ…ガイド部（ガイド機構）、１４…ケース部材、１４ｃ…第２当接部、１５…レバー部材（支持部材）、１６…切換部材（切換機構）、１７…連結ばね（切換機構）、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…プリズムユニット、３１ｂ…第３当接部、３１ｃ…第４当接部、４１，４１ａ…第１プリズム、４２，４２ａ…第２プリズム、４３…絞り部材、７０…微調機構、７３ａ…斜面、７３ｂ…第１当接部、９５…マニュアル操作切換部、１６０…カメラ付携帯電話、λｉ…入射光軸、λｏ…反射光軸、Ｐ１…第１の位置、Ｐ２…第２の位置、Ｓ１…第１安定姿勢、Ｓ２…第２安定姿勢、Ｒ１…回転軸。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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