(57)【要約】【課題】  コンパクトに構成することが可能な自由曲面プリズムおよびピント合わせ機構を有す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３２と、圧電アクチュエータ８０とを有している。駆動部として機能する圧電アクチュエータ８０は、複数の圧電体を撮像素子３２の受光面と平行な方向に積層してなる圧電素子８１と、圧電素子８１の伸縮変位を拡大するとともに伸縮変位の方向を撮像素子３２の受光面と直交する方向に変換するための屈折部材８４，８５と、連絡部材８６を有し、前記変位をプリズムユニット３０に伝達して該プリズムユニット３０を撮像素子３２の受光面と直交する方向に移動させる。この撮像装置１０は、圧電素子８１に所定の電圧を印加してプリズムユニット３０のピント状態を制御するためのピント制御手段を備えている。【選択図】    図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光束を入射して結像面に物体像を形成するための結像光学系をなすプリズムユニットであって、少なくとも２つの自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束を入射するための入射光軸と該結像光学系から前記結像面に光束を射出するための射出光軸とが略平行でかつ互いに離間されているプリズム光学系を含む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撮像素子と、
前記プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と平行な面内の所定の位置に規制するための規制手段と、
複数の圧電体を前記撮像素子の受光面と平行な方向に積層してなる圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮変位を拡大するための変位拡大機構と、
前記圧電素子の伸縮変位の方向を前記撮像素子の受光面と直交する方向に変換するための変位方向変換手段と、
前記変位拡大機構および前記変位方向変換手段によって拡大されかつ方向変換された変位を前記プリズムユニットに伝達して該プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と直交する方向に移動させる変位伝達部材と、
前記圧電素子に対して所定の電圧を印加して前記プリズムユニットのピント状態を制御するためのピント制御手段と、
を具備した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、
前記処理手段からの前記画像データを、適用された情報記録媒体に記録するための記録手段と、
を具備したことを特徴とする撮像用機器。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記入射光軸と前記射出光軸とが並ぶ方向に前記複数の圧電体が積層されてい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】
前記プリズムユニットは２つのプリズムを有し、各プリズムは、それぞれ、少なくとも１つ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、さらに前記両プリズム間に配置された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５】
前記変位拡大機構および前記変位方向変換手段が互いに共通の部材によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記変位拡大機構および前記変位方向変換手段は、前記圧電素子を挟んで該圧電素子の積層方向に延びるように各々配置されかつ略中央部分が屈折されかつ両端部分で前記圧電素子の積層方向の両端面を連結する一対の屈折部材と、略中央部分が屈折されていて両端部で前記一対の屈折部材の各々の略中央部を連絡する連絡部材とを有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記ピント制御手段は、前記プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と直交する方向の第１の位置と、該第１の位置よりも前記受光面から遠い第２の位置とを選択的に切換えて該プリズムユニットを位置決めする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
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略無限遠までの間にある場合に対応して撮像を行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も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７に記載の撮像装置。
【請求項９】
物体までの距離を測定するための測距手段をさらに有し、前記ピント制御手段は、前記測距手段からの距離検出信号を入力して前記ピント制御を行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】
ピント状態を検出するためのピント検出手段をさらに有し、前記ピント制御手段は、前記ピント検出手段からのピント検出信号を入力して前記ピント制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
ｆｃ調整のためのｆｃ調整データを記録するための調整値記録手段をさらに有し、前記ピント制御手段は、前記調整値記録手段からの前記ｆｃ調整データを加味して前記圧電素子に印加する電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【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、そ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１１−２６４９２７号公報に、共軸の光学系のピント調整方法として、圧電素子の変位を増幅する機構が記載されている。
【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２００２−３２０１２２号公報
【特許文献４】特開平１１−３２６７６６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
【特許文献７】特開平１１−２６４９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光軸系の光学系を使用した撮像装置において、ピント合わせのための機構として、直流モータや、ステッピングモータ等を用いるものが公知であるが、これらのモータを使用する場合は、モータのサイズが大きいという問題がある。しかもモータの駆動力を減速するための減速機構がさらに必要となるため、撮像装置全体がさらに大きくなってしまう。このため、例えば薄型のデジタルカメラやカメラ付携帯電話に適用する上で不利である。
【００１１】
また、減速機構を使用しない駆動源として、超音波モータを使用したピント合わせ機構が提案されている。しかしながらが、超音波モータを使用したピント合わせ機構は構造が複雑であり、コストが高くなってしまうという問題がある。
【００１２】
従ってこの発明の目的は、コンパクトに構成することが可能な自由曲面プリズムおよびピント合わせ機構を有する撮像装置と、そ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】
【００１３】
第１の観点に基く本発明の撮像装置は、物体からの光束を入射して結像面に物体像を形成するための結像光学系をなすプリズムユニットであって、少なくとも２つの自由曲面形状の反射面を有し、物体からの光束を入射するための入射光軸と該結像光学系から前記結像面に光束を射出するための射出光軸とが略平行でかつ互いに離間されているプリズム光学系を含む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撮像素子と、前記プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と平行な面内の所定の位置に規制するための規制手段と、複数の圧電体を前記撮像素子の受光面と平行な方向に積層してなる圧電素子と、前記圧電素子の伸縮変位を拡大するための変位拡大機構と、前記圧電素子の伸縮変位の方向を前記撮像素子の受光面と直交する方向に変換するための変位方向変換手段と、前記変位拡大機構および前記変位方向変換手段によって拡大されかつ方向変換された変位を前記プリズムユニットに伝達して該プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と直交する方向に移動させる変位伝達部材と、前記圧電素子に対して所定の電圧を印加して前記プリズムユニットのピント状態を制御するためのピント制御手段と、を具備している。
【００１４】
第２の観点に基く本発明の撮像用機器は、前記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、前記処理手段からの前記画像データを、適用された情報記録媒体に記録するための記録手段とを具備している。撮像用機器の一例は、デジタルカメラやカメラ付きの携帯電話である。
【００１５】
この発明の好ましい形態では、前記圧電素子は、前記入射光軸と前記射出光軸とが並ぶ方向に前記複数の圧電体が積層されている。この構成によれば、結像光学系（プリズムユニット）の長手方向に多数の圧電体を積層することができるため、圧電体の積層方向の合計長さを大きくすることができ、ピント調整範囲を広げることが可能となる。
【００１６】
前記プリズムユニットの一例は、２つのプリズムを有し、各プリズムは、それぞれ、少なくとも１つ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、さらに前記両プリズム間に配置された絞り部材を有している。
【００１７】
この発明の好ましい形態では、前記変位拡大機構および前記変位方向変換手段が互いに共通の部材（例えばプレート部材）によって構成されている。この構成によれば、変位拡大機構と変位方向変換手段とを共通の部材としたので、部品点数の削減により、コストの削減と圧電素子の設置スペースを小さくすることが可能となる。
【００１８】
この発明の好ましい形態では、前記変位拡大機構および前記変位方向変換手段は、前記圧電素子を挟んで該圧電素子の積層方向に延びるように各々配置されかつ略中央部分が屈折されかつ両端部分で前記圧電素子の積層方向の両端面を連結する一対の屈折部材と、略中央部分が屈折されていて両端部で前記一対の屈折部材の各々の略中央部を連絡する連絡部材とを有している。
【００１９】
前記ピント制御手段の一例は、前記プリズムユニットを前記撮像素子の受光面と直交する方向の第１の位置と、該第１の位置よりも前記受光面から遠い第２の位置とを選択的に切換えて該プリズムユニットを位置決めする制御を行う。
【００２０】
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略無限遠までの間にある場合に対応して撮像を行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も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。この構成によれば、標準撮像位置とマクロ撮像位置の切換えが可能となり、広い撮像領域に対応できる。
【００２１】
この明細書で言う標準撮像位置とは、至近距離から無限遠までほぼピントが合うパンフォーカスの撮像状態を意味する。マクロ撮像位置は、前記至近距離よりもさらに被写体までの距離が短い超至近領域での撮影に適した撮像状態を意味する。
【００２２】
この発明の好ましい形態では、物体までの距離を測定するための測距手段をさらに有し、前記ピント制御手段は、前記測距手段からの距離検出信号を入力して前記ピント制御を行うためのものであり、いわゆるオートフォーカス機構を構成するものである。
【００２３】
この発明の好ましい他の形態では、ピント状態を検出するためのピント検出手段をさらに有し、前記ピント制御手段は、前記ピント検出手段からのピント検出信号を入力して前記ピント制御を行うものであり、いわゆる山登り制御が適用される。
【００２４】
この発明の好ましい他の形態では、ｆｃ調整のためのｆｃ調整データを記録するための調整値記録手段をさらに有し、前記ピント制御手段は、前記調整値記録手段からの前記ｆｃ調整データを加味して前記圧電素子に印加する電圧を決定する。
【００２５】
この構成によれば、撮像装置を製造する上で不可避的に生じる各部品の寸法ばらつきや、組み上がり上のばらつき等によって、プリズムユニットの結像面と撮像素子の受光面の位置がずれても、そのことによる結像状態の悪化を、前記ｆｃ調整データ等を用いて矯正するようピント制御が行われる。このため常にベストの結像状態で良質な画像データを得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、積層型圧電素子を構成する複数の圧電体を、撮像素子の受光面と平行な方向に積層して配置し、さらに圧電素子の伸縮変位を拡大するとともに変位の方向を受光面に平行な方向から受光面と直交する方向に変換するようにしたので、圧電体の積層方向を受光面と直交する方向に配置する場合と比較して、圧電素子の積層方向の長さを大きくすることが可能となる。
【００２７】
このため、プリズムユニットの可動範囲、すなわち撮像素子の受光面と直交する方向の可動範囲を大きくすることができ、ひいては、物体位置が至近から無限までの広い撮影領域を確保すること、および小型で薄型の撮像装置を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図１７を参照して説明する。  
図１は撮像用機器の一例としてのデジタルカメラ１を示している。図２に示すようにデジタルカメラ１のハウジング２の内部に、撮像装置１０と、処理手段としての画像処理回路１１と、記録部１２などが収容されている。画像処理回路１１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１２は、画像処理回路１１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。ここで、「適用された記録媒体」とは、このデジタルカメラ１に内蔵されたフラッシュメモリや、外部から挿脱可能なメモリカード等のことである。
【００２９】
ハウジング２に、レリーズボタン２０やフラッシュ２１、ファインダ光学系２２、カバーガラス２３等が設けられている。ハウジング２の背面に画像モニター２４が設けられている。
【００３０】
撮像装置１０は、偏心光学系を構成するプリズムユニット３０と、固定枠３１を含んでいる。固定枠３１の所定位置には、基板上に実装された例えばＣＣＤ等の撮像素子３２が位置決め保持されている。
【００３１】
プリズムユニット３０の一例が図３〜図１０に示されている。このプリズムユニット３０は、第１プリズム４１と、開口絞りを備えた絞り部材４３と、第２プリズム４２とを有している。絞り部材４３は、第１および第２プリズム４１，４２を所定位置に保持するための保持部材としても機能する。
【００３２】
第２プリズム４２の射出側にフィルタ等の光学部材４４が配置されている。第２プリズム４２から出た光は結像面４５にて結像する。この結像面４５に、プリズムユニット３０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３２の受光面が配置されている。
【００３３】
図３に示されるように、第１プリズム４１は、入射面５１と、回転非対称な反射面５２と、射出面５３とを有する偏心プリズムである。図５に示されるように第１プリズム４１の射出面５３は、その有効径部５３ａの外側領域に平面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などを有している。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。図４では、位置決め部５３ｃ，５３ｄは、有効径部５３ａを挟んで、互いに対向するように設けられている。
【００３４】
突起部５３ｅ，５３ｇは、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までの距離の方が長い。突起部５３ｆは、有効径部５３ａの外側であって、位置決め部５３ｃ，５３ｄの内側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の中心位置からの距離で比べると、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。
【００３５】
図３に示すように第２プリズム４２は、入射面６１と、反射面６２と、反射面６３と、射出面６４とを有する偏心プリズムで構成されている。反射面６２と反射面６３のうち少なくとも一つは回転非対称な面である。
【００３６】
第２プリズム４２の入射面６１は、図６に示すように、その有効径部６１ａの外側領域に平面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を挟む外側位置に設けられている。突起部６１ｅ，６１ｇは、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の外側であって位置決め部６１ｃ，６１ｄの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上において非対称に配置されている。
【００３７】
図７〜図９に示すように、保持部材としても機能する絞り部材４３は、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を備えている。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を両面に有している。
【００３８】
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に対応する位置に形成され、位置決め部５３ｃ，５３ｄ，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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、第１プリズム４１の位置が決まる。
【００４１】
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、第１プリズム４１の絞り部材４３に対する傾きが決まる。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、第２プリズム４２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、第２プリズム４２の絞り部材４３に対する傾きが決まる。
【００４２】
このようにして、図１０に示すように、第１プリズム４１と第２プリズム４２は絞り部材４３の両側に保持される。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、プリズム４１，４２の傾きを簡単に調整することができる。
【００４３】
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、物体からの光束を入射して結像面４５に物体像を形成するためのものであって、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、物体からの光束を入射するための入射光軸とプリズムユニット３０から結像面４５に光束を射出するための射出光軸とが略平行であり、かつ所定の間隔を有するプリズム光学系によって構成されている。
【００４４】
前記プリズムユニット３０は、図１１から図１３に示されるようにケース７０に収容される。ケース７０には、第１プリズム４１の入射面５１に対向する位置に入射窓７１が形成されている。プリズムユニット３０はケース７０の内部の所定位置に固定されている。例えば、絞り部材４３の側部に形成された凸部からなる受け部材７２をケース７０の凹部（切欠き部）７３に嵌合させ、かつ、両者が互いに接着される。
【００４５】
図１２と図１３に示されるように、固定枠３１に一対のガイド部材７５，７６が形成されている。これらガイド部材７５，７６は、ケース７０に形成された係合部７７，７８に嵌合する。ガイド部材７５，７６は、ケース７０が撮像素子３２の受光面と平行な方向（図１１に矢印ＸおよびＺで示す方向）に移動することを規制するとともに、ケース７０が撮像素子３２の受光面と直交する方向（矢印Ｙで示す方向）に移動することを許容する。これらガイド部材７５，７６と係合部７７，７８によって、プリズムユニット３０を撮像素子３２の受光面と平行な面内の所定位置に規制するための規制手段が構成されている。
【００４６】
この撮像装置１０は、プリズムユニット３０を撮像素子３２の受光面と直交する方向に駆動するための駆動部として機能する圧電アクチュエータ８０を備えている。この圧電アクチュエータ８０は、プリズムユニット３０をガイド部材７５，７６に沿って、プリズムユニット３０の姿勢を保持しながらプリズムユニット３０を前記Ｙ方向に移動可能に駆動する機能を担っている。
【００４７】
以下に圧電アクチュエータ８０について説明する。  
図１４に示すように、圧電アクチュエータ８０は、圧電効果（ピエゾ効果）を利用する積層型の圧電素子８１と、圧電素子８１を保持する保持部材８２，８３と、変位拡大機構および変位方向変換手段を兼ねる一対の薄板ばね状の屈折部材８４，８５と、屈折部材８４，８５の各々の略中央部を連絡しかつ変位拡大機構を兼ねる連絡部材８６，８７などを備えている。
【００４８】
圧電素子８１は、個々が板状をなす複数の圧電体９０を、前記撮像素子３２の受光面と平行な方向に積層したものであり、圧電体９０の一つ一つの変位量は小さいが、このように多数の圧電体９０を厚み方向に積層することにより、圧電素子８１全体として大きな変位が得られるようになっている。
【００４９】
拡大ばね部材として機能する屈折部材８４，８５は、圧電素子８１を挟んで圧電素子８１の積層方向に延びるように配置されている。屈折部材８４，８５のそれぞれの両端部８４ａ，８５ａは、圧電素子８１の積層方向の両端面に設けられた保持部材８２，８３に、接着等によって固定されている。
【００５０】
屈折部材８４，８５の略中央部分８４ｂ，８５ｂは、それぞれが外側に凸となるように所定の角度（鈍角）をなして山形に屈折されている。一方の屈折部材８４の中央部分８４ｂの両側に腕部８４ｃ，８４ｄが形成されている。他方の屈折部材８５の中央部分８５ｂの両側にも腕部８５ｃ，８５ｄが形成されている。
【００５１】
屈折部材８４，８５の中央部分８４ｂ，８５ｂを連結する連絡部材８６，８７は、それぞれ、略中央部分８６ｂ（図１４では一方のみ示す）が外側に凸となるように所定の角度（鈍角）をなして山形に屈折されている。
【００５２】
一方の連絡部材８６の中央部分８６ｂの両側に腕部８６ｃ，８６ｄが形成されている。連絡部材８６の腕部８６ｃ，８６ｄは、それぞれ中央部分８６ｂに向かって幅が広くなるようなテーパ−形状となっている。腕部８６ｃ，８６ｄがこのようなテーパ−形状となっている理由は、腕部８６ｃ，８６ｄが変形する際の曲げモーメントを均一化するためである。他方の連絡部材８７の中央部分の両側にも同様の腕部が形成されている。
【００５３】
このように構成された積層型圧電素子８１に所定の電圧を印加することで、圧電素子８１がその積層方向に伸縮する。一方の連絡部材８６の中央部分８６ｂは、出力部として機能し、この中央部分８６ｂに、プリズムユニット３０側の受け部材７２の当て付け面７２ａが当接するようになっている。
【００５４】
このように構成された圧電アクチュエータ８０において、圧電素子８１に電圧が印加されると、圧電素子８１が図１４中に矢印Ｘ１で示す一次変位の方向に変位する。この一次変位Ｘ１は、保持部材８２，８３を介して、屈折部材８４，８５に伝達され、印加された電圧の極性に応じて、屈折部材８４，８５の腕部８４ｃ，８４ｄ，８５ｃ，８５ｄの屈曲状態が増す方向または伸びる方向に増幅されるとともに、屈折部材８４，８５の中央部分８４ｂ，８５ｂが矢印Ｘ２で示す二次変位の方向に変位する。
【００５５】
この二次変位Ｘ２が連絡部材８６，８７に伝達されることにより、腕部８６ｃ，８６ｄ（図１４では一方の連絡部材８６のみ示す）の屈曲状態が増す方向または伸びる方向に増幅されるとともに、中央部分８６ｂが矢印Ｙ１で示す三次変位の方向に変位する。例えば二次変位Ｘ２は、一次変位Ｘ１の数倍から数十倍に拡大され、さらに三次変位Ｙ１では、一次変位Ｘ１の数十倍以上に拡大される。他方の連絡部材８７においても同様の増幅作用が生じる。
【００５６】
これら屈折部材８４，８５と連絡部材８６，８７によって、この発明で言う変位拡大機構（圧電素子８１の伸縮変位を拡大するための機構）と、変位方向変換手段（圧電素子８１の伸縮変位の方向を撮像素子３２の受光面と直交する方向に変換する手段）とを兼ねる増幅部９１が構成されている。
【００５７】
この結果、圧電素子８１の変位は、増幅部９１によって数十倍以上に拡大され、出力部として機能する連絡部材８６の中央部分８６ｂから、受け部材７２を介して、プリズムユニット３０に伝達される。連絡部材８６の中央部分８６ｂは、前記変位拡大機構と変位方向変換手段とによって拡大されかつ方向変換された圧電素子８１の変位を、プリズムユニット３０に伝達してプリズムユニット３０を撮像素子３２の受光面と直交する方向に移動させるための変位伝達部材としても機能する。
【００５８】
このように構成された本実施形態の圧電アクチュエータ８０の増幅部９１は、拡大ばね部材として機能する屈折部材８４，８５と連絡部材８６，８７の座屈変形を利用して変位を拡大するものであり、ばね性を有するプレート部材によって一体に構成することができる。このため、積層型圧電素子８１の変位を効率良く拡大して出力部まで伝達することができ、駆動部としての圧電アクチュエータ８０自体も小形に構成することができる。
【００５９】
また、圧電素子８１を構成する複数の圧電体９０を、撮像素子３２の受光面と平行な方向、すなわち入射光軸と射出光軸とが並ぶ方向に積層して配置し、圧電素子８１の伸縮変位を拡大するとともに、変位の方向を、前記受光面に平行な方向（矢印Ｘで示す方向）から、受光面と直交する方向（矢印Ｙで示す方向）に変換するため、圧電体８１が前記受光面と直交する方向に積層される場合と比較して、圧電素子８１の積層方向の長さを大きく取ることが可能となる。
【００６０】
言い換えると、結像光学系（プリズムユニット３０）の長手方向に多数の圧電体９０を積層することができるため、圧電体９０の積層方向の合計長さを大きくすることができ、ピント調整範囲を広げることが可能となる。
【００６１】
この撮像装置１０は、さらに、圧電素子８１に所定の電圧を印加してプリズムユニット３０のピント状態を制御するためのピント制御手段１００（図１５に示す）を備えている。以下にこのピント制御手段１００について説明する。
【００６２】
図１５は、ピント制御手段１００を内蔵するデジタルカメラ１の回路構成等を示すブロック図である。ピント制御手段１００は、プリズムユニット３０のピント合わせを行うために、該プリズムユニット３０をガイド部材７５，７６に沿って移動させるべく圧電アクチュエータ８０を制御する機能と、プリズムユニット３０を図２に示す標準撮像位置Ｐ１とマクロ撮像位置Ｐ２とに選択的に位置決め保持する機能とを兼ねている。
【００６３】
そしてこの実施形態のピント制御手段１００は、測距手段として機能する測距装置１０１を具備し、この測距装置１０１と前記圧電アクチュエータ８０とを用いて、プリズムユニット３０のピント合わせを行うものである。
【００６４】
測距装置１０１は、周知の測距装置と同様に、発光装置１０２から光ビームを物体に向けて射出し、その反射光を受光装置１０３で受光することによって、例えば三角測量の原理により、測距回路１０４にて距離を演算するようになっている。測距回路１０４によって検出された物体までの距離は、シーケンス制御回路１１０に入力される。
【００６５】
シーケンス制御回路１１０には、操作部材群１１１や、測距データを調整する際に用いるＡＦ調整データおよびｆｃ調整データを記憶する調整値メモリ１１２、あるいはフレームメモリ１１３等が接続されている。操作部材群１１１には、レリーズボタン２０や、標準撮像とマクロ撮像を切換えるためのモード切換え用スイッチ等が含まれている。
【００６６】
撮像素子３２によって得られた画像の電気信号は、ＣＣＤインタフェース１１４を介して、処理手段としての画像処理回路１１に入力され、さらに圧縮／伸長回路１１５と記録部１２を経て、画像の記録媒体１１６に記録される。その画像は、モニターインタフェイス１１７を介してモニター２４に映し出すことができる。
【００６７】
圧電アクチュエータ８０を構成する圧電素子８１には、圧電素子駆動回路１２０が接続されており、前記測距装置１０１から出力される距離検出信号に基いて、前記圧電アクチュエータ８０に印加する電圧を制御するようになっている。
【００６８】
図１６は測距装置１０１を使用するデジタルカメラ１の撮影時の処理の流れを示している。図１６のステップＳ１においてレリーズボタンが押されたことが検出されると、ステップＳ２において、前記操作部材群１１１の切換えスイッチがマクロモードであるか否かが判断される。
【００６９】
マクロモードの場合、図１６のステップＳ３においてマクロ撮像に対応したプリズムユニット３０の駆動量が演算され、所定の電圧が圧電アクチュエータ８０に印加されることにより、プリズムユニット３０がマクロ撮像位置（図２に示す）まで一気に移動したのち下記ステップＳ７に移行する。なお、プリズムユニット３０は、屈折力を有するプリズム４１，４２がレンズとしての機能も果たすため、図１６，図１８，図１９では“レンズ”という語句を用いている。
【００７０】
マクロモードでない場合、ステップＳ４において、前記測距装置１０１を用いて物体までの測距データ（ＡＦＤ）を求める。図１７は、実際の物体距離と測距データとの関係を示している。この図に示されるように、物体距離と測距データとの関係（設計上の対応関係）は、線分Ｌ１で示すように、おおむね比例関係にある。
【００７１】
しかし製品によっては線分Ｌ２あるいはＬ３で示すように、設計上の対応関係（Ｌ１）に対して、偏差（ΔＡＦＤ１あるいはΔＡＦＤ２）が生じることがある。この偏差（例えばΔＡＦＤ１あるいはΔＡＦＤ２）を、製品ごとに実測等によって求めておき、ＡＦ調整データとして、予め調整値メモリ１１２（図１５に示す）に記憶しておく。
【００７２】
さらに、プリズムを含む結像光学系や、この結像光学系の保持部材の部品の出来ばえ上の寸法や、特性のばらつき等による組み上がり上のばらつきにより、所定の距離にある物体に対して最良のピント状態を得るのに必要な結像光学系の光軸方向（前記Ｙ方向）の位置がずれてしまうことがある。このずれを、製品個々において調整するための調整データがｆｃ調整データである。このｆｃ調整データについても、予め調整値メモリ１１２に記憶しておく。
【００７３】
図１６のステップＳ５では、前記ステップＳ４で求めた測距データ（ＡＦＤ）に前記調整値メモリ１１２からのＡＦ調整データを加算する。さらにステップＳ６において、レンズ駆動量（ＬＤ値）を求めたのち、ステップＳ７において、前記調整値メモリ１１２からのｆｃ調整データを加算し、最終的な駆動量を求める。
【００７４】
そしてステップＳ８において、前記レンズ駆動量に対応した電圧が圧電アクチュエータ８０に印加されることにより、プリズムユニット３０のピント合わせが行われ、さらに、ステップＳ９において撮像が行われる。撮像データは、ステップＳ１０にて画像処理がなされ、ステップＳ１１にて圧縮処理がなされたのち、ステップＳ１２にて画像データとして、例えば記録媒体１１６（図１４に示す）に記録される。最後にステップＳ１３にてプリズムユニット３０の位置が圧電アクチュエータ８０によって無限大の位置に駆動され、ステップＳ１に戻る。
【００７５】
この撮像装置１０は、前記ｆｃ調整によってピント面の位置を微調整することができるため、撮像装置１０の組立時等に不可避的に生じる部品各部のばらつきや部品の形状精度等に起因するプリズムユニット３０の結像面４５と撮像素子３２の受光面との位置ずれを極小とすることができる。このため、撮像装置１０は良質な画像を結ぶことができる。
【００７６】
図１８と図１９は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前記測距装置１０１を用いる代りに、ピント状態を検出するためのピント検出手段を備えた例である。この実施形態のピント検出手段は、いわゆる山登り制御（図１８に模式的に示す）によって、最適なピント状態を得るようにしている。
【００７７】
図１９は、山登り制御を利用したピント合わせの処理の流れを示している。図１９のステップＳ２０において、レリーズボタンが押されたことが検出されると、ステップＳ２１において、マクロモードであるか否かが判断される。マクロモードでない場合には、下記ステップＳ２５に移行する。
【００７８】
マクロモードの場合には、ステップＳ２２においてマクロ撮像に対応したプリズムユニット３０の駆動量が演算される。ステップＳ２３では、前記第１の実施形態と同様に求めたｆｃ調整値が加算される。そののちステップＳ２４において所定の電圧が圧電アクチュエータ８０に印加されることにより、プリズムユニット３０がマクロ撮像位置まで一気に移動したのち、ピント合わせのための撮像を行うステップＳ２５に移行する。
【００７９】
ステップＳ２５において撮像が行われたのち、ステップＳ２６において像のコントラストが検出され、さらにステップＳ２７においてコントラスト値がピークであるか否かが判断される。コントラスト値がピークでない場合には、ステップＳ２８において、圧電アクチュエータ８０によって、プリズムユニット３０が第１の方向に一段階移動させられる。
【００８０】
すなわち図１８に示すように、スタート値から第１の方向にプリズムユニット３０が移動してゆき、コントラスト値がピークを超えた時点で、プリズムユニット３０がそれまでとは逆の第２の方向に一段階戻って停止する。その位置をジャストピント位置とする。このように、ステップＳ２５からステップＳ２８までの一連の処理によって、いわゆる山登り制御が行われ、プリズムユニット３０のピント合わせが行われる。
【００８１】
ピント合わせが終了したのち、ステップＳ２９において撮像が行われる。その撮像データは、ステップＳ３０にて画像処理がなされ、ステップＳ３１にて圧縮処理がなされたのち、ステップＳ３２にて画像データとして、例えば記録媒体１１６（図１４に示す）に記録される。そののち、ステップＳ２０に戻る。
【００８２】
この第２の実施形態の撮像装置１０も前記第１の実施形態と同様に、調整値メモリ１１２からの調整値に基くｆｃ調整によってピント面の位置を微調整することができるため、撮像装置１０の組立時等に不可避的に生じる部品各部のばらつきや部品の形状精度等に起因するプリズムユニット３０の結像面４５と撮像素子３２の受光面との位置ずれを極小とすることができる。このため、撮像装置１０は良質な画像を結ぶことができる。
【００８３】
図２０は、撮像用機器の一例として、本発明の撮像装置をカメラ付携帯電話１６０に組み込んだ例である。このカメラ付携帯電話１６０に、前記撮像装置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。
【００８４】
このカメラ付携帯電話１６０に、前記実施形態の測距装置１０１（図１５）を設け、ピント制御手段１００によってピント合わせを行うようにしてもよい。測距装置１０１を用いない場合には、前述の山登り制御（図１８，図１９）によるピント合わせが行われる。
【００８５】
図２１〜図２３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圧電アクチュエータにより、標準撮像位置Ｐ１とマクロ撮像位置Ｐ２の切換えと、ピント合わせを行うことができるようになっている。
【００８６】
図２１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。
【００８７】
図２２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。
【００８８】
図２３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。
【００８９】
なお、この発明を実施するに当たり、プリズム光学系や、撮像素子、規制手段、圧電素子、変位拡大機構、変位方向変換手段、変位伝達部材、ピント制御手段をはじめとして、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。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第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１に示されたデジタルカメラに内蔵された撮像装置の斜視図。
【図１２】図１１に示された撮像装置の分解斜視図。
【図１３】図１１に示された撮像装置の側面図。
【図１４】図１１に示された撮像装置に使われる圧電アクチュエータの斜視図。
【図１５】図１に示されたデジタルカメラの回路構成等を示すブロック図。
【図１６】図１に示されたデジタルカメラのピント合わせ処理のフローチャート。
【図１７】図１に示されたデジタルカメラの測距データと物体距離との関係を示す図。
【図１８】山登り制御を行う際のレンズ駆動位置とコントラスト値との関係を示す図。
【図１９】本発明の第２の実施形態を示すデジタルカメラのピント合わせ処理のフローチャート。
【図２０】撮像用機器の他の例としてカメラ付き携帯電話を示す斜視図。
【図２１】プリズム光学系の他の例を模式的に示す断面図。
【図２２】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２３】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】
【００９１】
１…デジタルカメラ（撮像用機器）
１０…撮像装置
１１…画像処理回路
１２…記録部（記録手段）
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…プリズムユニット
３２…撮像素子
４１…第１プリズム
４２…第２プリズム
４５…結像面
７５，７６…ガイド部材（規制手段）
８０…圧電アクチュエータ（駆動部）
８４，８５…屈折部材（変位拡大機構，変位方向変換手段）
８６，８７…連絡部材（変位方向変換手段，変位伝達部材）
１０１…測距装置（ピント制御手段）
１１２…調整値メモリ（調整値記録手段）
Ｓ２５〜Ｓ２８…山登り制御のためのステップ（ピント制御手段）
１６０…カメラ付携帯電話（撮像用機器）
【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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