JP2001128038A

JP2001128038A - 撮像ユニットおよびこれを備えた装置、テレビ電話、携帯端末、コンピュータ、車載カメラ、監視カメラ、内視鏡

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Publication number: JP2001128038A
Application number: JP30541499A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sunaga; 須永　　敏弘
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-11
Also published as: US6831693B1

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像視野を変化させるためにカメラ全体を動
かす構造では、これを搭載する装置の形態によって大き
く影響を受けるため、装置ごとに撮像系を設計する必要
が生ずる。【解決手段】撮像媒体２と、この撮像媒体に物体像を
結像させる光学系Ｌと、この光学系よりも物体側に配置
され、物体からの光を上記光学系に入射させるように反
射する反射部材３とを備え、この反射部材を駆動（例え
ば、回転駆動）して撮像媒体による撮像範囲を変更させ
る撮像ユニットに、反射部材を駆動する反射部材駆動手
段４，５と、この撮像ユニットを搭載してこの撮像ユニ
ットの動作を制御するための信号を生成する装置本体と
の通信を可能とするインターフェース１４と、装置本体
に対して撮像ユニット側の情報を送信するとともに装置
本体から受信した信号に基づいて反射部材駆動手段を制
御するマイクロコンピュータ１３とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像範囲（視野）
の変更が可能な撮像ユニットに関し、例えばテレビ電
話、携帯端末、コンピュータ、車載カメラ、監視カメラ
および内視鏡等の装置に搭載するのに好適な撮像ユニッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に視野を変更することのできる装置
は、監視カメラ等に見られるように、撮像系を構成する
カメラ全体を動かす構造になっているため、撮影に必要
なスペースが大きく、消費電力も大きい。

【０００３】一方、ビデオカメラやデジタルカメラにお
いても、撮影者本人を容易に撮影できるようにするため
に、レンズを回転させてカメラ本体の前後の画像を撮影
することができるようになっているものがある。

【０００４】図１８には、特開平９−３３１４７３号公
報にて提案された撮像装置を示している。また、図１９
には、この撮像装置に備えられたレンズユニットの概略
構成を示している。このレンズユニットと撮像媒体（Ｃ
ＣＤ）の間には反射ミラーが設けられており、レンズユ
ニットと反射ミラーを水平方向に回転させることにより
視野を変更することができる。

【０００５】このように、光学系の内部に物体からの光
を折り曲げる反射部材を設け、反射部材から撮像媒体ま
での光軸を軸として反射部材、ならびに反射部材から物
体側の光学系を回転させることにより視野を変更する構
造にすれば、撮影に必要なスペースを少なくすることが
でき、撮像装置をコンパクトにすることができる。

【０００６】図２０には、特開平６−３２６９００号公
報にて提案されたビデオカメラを示している。このビデ
オカメラにおいては、カメラ本体を固定するとともに、
このカメラ本体のレンズの前面に設けた導光手段によっ
て、被写体からの光をレンズに入射させるようにしてい
る。また、導光手段を回転部材に取り付けることによっ
て、導光手段がカメラ本体に対して３６０°の回転動作
ができるようになっている。さらに、映像処理回路を用
いることにより、導光手段の回転に応じて、撮影された
画像を正立画像として画面表示することができる。

【０００７】このように、光学系の前に反射部材を設
け、この反射部材を動かすことにより視野を変更するこ
とも可能である。

【０００８】一方、非共軸光学系においては、特開平９
−５６５０号公報にその設計法が、特開平８−２９２３
７１号公報、特開平８−２９２３７２号公報、特開平０
９−２２２５６１号公報にその設計例が示されるよう
に、基準軸という概念を導入し構成面を非対称非球面に
することで、十分収差が補正された光学系が構築可能で
ある。

【０００９】こうした非共軸光学系はオフアキシャル光
学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
た時、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸
上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系とし
て定義される光学系で、この時、基準軸は折れ曲がった
形状となる）と呼ばれる。このオフアキシャル光学系
は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレ
が生じることがないため、反射面を使った光学系の構築
がしやすい。また、構成面を一体成形する手法で一体型
の光学系を作りやすいという特徴をも持っている。

【００１０】一方、従来の屈折光学素子のみの光学系
は、入射瞳が光学系の奥深くにある場合が多く、絞りか
ら見て最も物体側に位置する入射面までの間隔が大きほ
ど、入射面の光学有効径は画角の拡大に伴って大きくな
ってしまうという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】視野変更が可能な撮像
系は、前述した例のみならず、テレビ電話に用いられる
撮像系や、コンピュータや携帯端末に内蔵されるデジタ
ルカメラ、さらには内視鏡、車載カメラ等の観察者が撮
像系を直接動かせない装置に必須となる。このように視
野を変更することがことができる撮像系の用途は多い。

【００１２】しかしながら、前述のようにカメラ全体を
動かす構造では、これを搭載する装置の形態によって大
きく影響を受けるため、結局、装置ごとに撮像系を設計
する必要が生ずる。このため、撮像系が高コスト化する
とともに、これを搭載する装置の高価格化につながる。
また、撮像系が大きくなると、携帯端末等に内蔵するこ
とができない。さらに、視野を変更する時の消費電力が
大きいと、携帯端末等の使用時間を短くする原因とな
る。

【００１３】そこで、本発明は、撮像範囲（視野）の変
更操作が可能な撮像系の共通部分を抽出してユニット化
することにより汎用性を高め、撮像系が搭載される各種
装置の低コスト化に有効な撮像ユニットを提供すること
を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、撮像媒体と、この撮像媒体
に物体像を結像させる光学系と、この光学系よりも物体
側に配置され、物体からの光を上記光学系に入射させる
ように反射する反射部材とを備え、この反射部材が駆動
（例えば、回転駆動）されることにより撮像媒体による
撮像範囲が変更される撮像ユニットに、反射部材を駆動
する反射部材駆動手段と、この撮像ユニットを搭載して
この撮像ユニットの動作を制御するための信号を生成す
る装置本体との通信を可能とするインターフェースと、
装置本体に対して撮像ユニット側の情報を送信するとと
もに装置本体から受信した信号に基づいて反射部材駆動
手段を制御するマイクロコンピュータとを設けている。
この撮像ユニットを搭載してこの撮像ユニットの動作を
制御するための信号を生成する装置本体との通信を可能
とするインターフェースを設けるとともに、少なくと
も、装置本体に対して撮像ユニット側の情報を送信する
とともに装置本体から受信した信号に基づいて上記反射
部材の駆動を制御するマイクロコンピュータを設けてい
る。

【００１５】また、本願第２の発明では、撮像媒体と、
この撮像媒体に物体像を結像させる光学系と、この光学
系内に配置された反射部材とを備え、この反射部材より
も物体側の光学系構成部分を通じて入射した物体からの
光を上記反射部材で反射させてこの反射部材よりも像面
側の光学系構成部分に入射させるとともに、上記反射部
材および上記物体側の光学系構成部分が駆動（例えば、
回転駆動）されることにより撮像媒体による撮像範囲が
変更される撮像ユニットに、反射部材を駆動する反射部
材駆動手段と、この撮像ユニットを搭載してこの撮像ユ
ニットの動作を制御するための信号を生成する装置本体
との通信を可能とするインターフェースと、装置本体に
対して撮像ユニット側の情報を送信するとともに装置本
体から受信した信号に基づいて反射部材駆動手段を制御
するマイクロコンピュータとを設けている。

【００１６】すなわち、これら第１および第２の発明で
は、光学系よりも物体側に配置された反射部材を駆動す
ることにより、又は光学系内に配置された反射部材およ
びこの反射部材よりも物体側の光学系構成部分を駆動す
ることにより撮像媒体による撮像範囲を変更させる撮像
系を採用することによって、撮像範囲を可変とするため
に必要なスペースを少なくして、撮像系さらにはこれを
含む撮像ユニットのコンパクト化を図るとともに、反射
部材又は反射部材とこれよりも物体側の光学系構成部分
のみを駆動して撮像範囲変更を行うことによってカメラ
全体又は撮像系全体を回転させる場合に比べて消費電力
を小さくしている。

【００１７】しかも、上記第１および第２の発明では、
撮像ユニット内に、撮像範囲変更駆動を行う駆動手段
や、テレビ電話、携帯端末、コンピュータ、車載カメ
ラ、監視カメラ、内視鏡等の装置本体との通信を可能と
するインターフェースや、装置本体からの信号に基づい
て撮像範囲変更駆動を制御するマイクロコンピュータを
備え、撮像ユニット内に少なくとも撮像系の視野変更動
作に関する処理機能を集約している。

【００１８】このため、コンパクトで汎用化された、撮
像範囲の変更可能な撮像ユニットを実現することが可能
となり、この撮像ユニットを様々な装置に搭載すること
ができるようになる。

【００１９】なお、撮像ユニットに、上記視野変更動作
のほか、ズーミング、フォーカシング、露出補正動作等
の処理機能を持たせてもよい。

【００２０】また、上記第１の発明に係る撮像ユニット
の光学系としては、最も物体側に絞りを有するものを用
いるのが好ましい。一方、上記第２の発明に係る撮像ユ
ニットの光学系としては、光学系内に絞りを有してお
り、絞りよりも物体側において、絞りの像が、この絞り
よりも物体側の光学系構成部分により負の倍率で結像す
るものを用いるのが好ましい。

【００２１】これらにより、従来の屈折光学素子のみの
光学系に比べて、入射面における光学有効径が大きくな
ることを抑えることができ、光学系および撮像ユニット
のコンパクト化に有効となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である撮像ユニットの概略構成を示し
ている。この図において、１は視野変更操作が可能な撮
像系であり、図中の平面ミラー（反射部材）３とこの平
面ミラー３よりも物体側の光学系構成部分（以下、これ
らの部分を回転部分という）が、平面ミラー３よりも像
面側の光学系構成部分の光軸を中心として回転させるこ
とにより、撮像素子（撮像媒体）２による撮像範囲（視
野）を変更することができるようになっている。

【００２３】撮像系１に含まれる撮像素子２は、光学系
によって撮像面に結像された被写体像を光電変換して映
像信号に変換する。

【００２４】このように、平面ミラー３とこれよりも物
体側の光学系構成部分のみを回転させる方が、最も物体
側の光学面から撮像面まで（すなわち、撮像系全体）を
回転させる場合に比べて、視野変更のために必要なスペ
ースは小さくなる。

【００２５】また、本実施形態のように、光学系内に絞
りＳを設ける場合に、絞りＳを平面ミラー３の近傍に配
置すれば、平面ミラー３の大きさを小さくすることがで
きる。

【００２６】４は上記回転部分を回転駆動するモータで
あり、５はモータ４を駆動する視野変更駆動回路であ
る。なお、これらモータ４および視野変更駆動回路５が
請求の範囲にいう反射部材駆動手段に相当する。また、
１０は回転部分の回転位置を検出するエンコーダであ
る。

【００２７】６は撮像系１に含まれる光学系のうちズー
ムレンズ群を移動させるモータであり、７はモータ６を
駆動するズーム駆動回路である。なお、これらモータ６
およびズーム駆動回路７が請求の範囲にいうズーム駆動
手段に相当する。

【００２８】８は撮像系１に含まれる光学系のうちフォ
ーカスレンズを移動させるモータであり、９はモータ８
を動かすフォーカス駆動回路である。なお、これらモー
タ８およびフォーカス駆動回路９が請求の範囲にいうフ
ォーカス駆動手段に相当する。

【００２９】１１は撮像素子２からの映像信号を標準テ
レビジョン信号に変換してビデオ出力端子から出力する
カメラプロセス回路である。このカメラプロセス回路１
１から出力されるテレビジョン信号は、撮像ユニットに
設けられた、後に詳述するインターフェース１４を通じ
てテレビ電話、携帯端末等の装置本体に送られる。

【００３０】１２は撮像素子２からの映像信号中から被
写体像のいわゆるぼけ幅（被写体像のエッジ部分の幅）
を検出するぼけ幅検出回路（合焦検出手段）で、合焦状
態に近付く程、被写体のぼけ幅が小さくなる性質を利用
して合焦検出を行うものである。

【００３１】１３はＩ／Ｏポート、Ａ／Ｄコンバータ、
ＲＯＭ、ＲＡＭを有するシステム全体の制御を司るマイ
クロコンピュータである。このマイクロコンピュータ１
３には、上述のぼけ幅検出回路１２から出力されるぼけ
幅情報および図示を省略したバンドパスフィルタからの
高周波成分のピーク値情報が入力される。

【００３２】マイクロコンピュータ１３は、これらの情
報に基づいて映像の１フィールド期間におけるぼけ幅が
最小となるように、且つ高周波成分のピーク値が最大と
なるように、撮像系１をフォーカス駆動すべくフォーカ
ス駆動回路９に所定の駆動制御信号を出力する。

【００３３】１４は画像データ又は撮像ユニットの動作
状態を示す信号を装置本体に対して送信したり、装置本
体にて生成された撮像ユニットの動作を制御するための
動作信号を受信するために用いられるインターフェース
である。このインターフェース１４にて、本撮像ユニッ
トが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の装置本体と接
続される。

【００３４】次に、撮像ユニットの動作を説明する。こ
の撮像ユニットが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の
装置本体側のマイクロコンピュータ（図示せず）から視
野変更に関する動作信号が、インターフェース１４を通
じて撮像ユニット内のマイクロコンピュータ１３に伝え
られると、マイクロコンピュータ１３は動作信号を解析
し、駆動信号を視野変更駆動回路５に送る。視野変更駆
動回路５は送られてきた駆動信号に基づいて、モータ４
を駆動し、撮像系１の回転部分を回転させて撮像系１が
写す視野を変更する。

【００３５】また、マイクロコンピュータ１３は、エン
コーダ１０を通じて回転部分の位置検出を行い、エンコ
ーダ１０から得られた位置情報を処理し、撮像系１が映
し出している視野情報としてインターフェース１４を通
して装置本体側のマイクロコンピュータに送る。

【００３６】同様に、装置本体からズーム動作に関する
動作信号がインターフェース１４を通じて撮像ユニット
内のマイクロコンピュータ１３に伝えられた場合、マイ
クロコンピュータ１３はその動作信号を解析し、駆動信
号をズーム駆動回路７へ送る。ズーム駆動回路７は送ら
れてきた駆動信号に基づいてモータ６を駆動させ、撮像
系１のズームレンズ群を移動させて撮像系１のズーム状
態を変更する。

【００３７】一方、撮像系１によって撮像素子２の撮像
面上に結像した被写体像は、撮像素子２によって光電変
換されて映像信号に変換され、不図示のプリアンプによ
り増幅される。

【００３８】増幅された映像信号は、カメラプロセス回
路１１によりガンマ補正、ブランキング処理、同期信号
の付加等、所定の処理を施して規格化された標準テレビ
ジョン信号に変換され、インターフェース１４を通って
装置本体に送られる。

【００３９】このように、本実施形態では、平面ミラー
３およびこれよりも物体側の光学系構成部分のみを回転
することにより視野を変更できる撮像系を用いてコンパ
クト化が図られている。これにより、装置本体側の形態
の自由度を増すこともできる。また、撮像系１における
回転部分が小さいので、消費電力が小さくなり、装置全
体としての消費電力を抑えることができるそしてこれに
加え、本実施形態では、撮像ユニット内にマイクロコン
ピュータ１３を設け、このマイクロコンピュータ１３に
より各駆動回路５〜９を通じて撮像系１の動作に関する
処理を行うようにしている。つまり、撮像系１の動作に
関する処理機能を撮像ユニットに集約させているので、
本実施形態の撮像ユニットを汎用ユニットとして様々な
装置に搭載することができる。このため、搭載される装
置に応じて撮像系を設計する場合に比べて、撮像ユニッ
トを廉価に提供でき、装置の低価格化に有効である。さ
らに、装置本体側のマイクロコンピュータに撮像ユニッ
ト側の動作に関する処理機能を持たせる場合に比べて、
装置本体側のマイクロコンピュータの負担を減らすこと
ができる。

【００４０】なお、本実施形態では、撮像素子２により
得られた画像データを、装置本体に送信する際に標準テ
レビジョン信号に変換しているが、本発明はこのような
画像データの送信方式を用いる場合に限定されない。

【００４１】また、本実施形態では、ぼけ幅検出回路１
２を設け、撮像素子２からの映像信号中から被写体像の
ぼけ幅を検出し、ぼけ幅が最小になるようにフォーカシ
ングを行う場合について説明したが、本発明ではこの方
式以外のフォーカシング方式を採用してもよい。例え
ば、被写体までの距離を測定する測距部を設け、その出
力結果に応じてマイクロコンピュータ１３がフォーカス
駆動回路に駆動信号を送り、フォーカスレンズを動かし
てフォーカシングを行うようにしてもよい。

【００４２】また、本実施形態では、フォーカスレンズ
を駆動してフォーカシングを行う場合について説明した
が、これに代えて撮影素子２を移動させるようにしても
よい。さらに、被写体の明るさを測定する測光部を設
け、この測光部から得られる情報に基づいてマイクロコ
ンピュータ１３が絞りＳを駆動する等して露出補正制御
を行うようにしてもよい。

【００４３】また、本実施形態では、ズーム駆動回路
７、フォーカス駆動回路９を含む場合について説明した
が、本発明においてこれらは必須の構成ではない。すな
わち、本発明においては、撮像ユニット内に撮像系の処
理機能を集約させることが重要であり、撮像系が単焦点
の光学系を用いる場合にはズーム駆動回路を搭載する必
要がなく、撮像系がパンフォーカスであればフォーカス
駆動回路を搭載する必要はない。

【００４４】さらに、本実施形態では、反射部材として
平面ミラー３を用いているが、これに代えて、入射屈折
面と、射出屈折面と、入射屈折面から入射した光を反射
して射出屈折面から射出させる少なくとも１つの反射面
を有するプリズムを用いてもよい。

【００４５】また、反射部材の反射面若しくは屈折面に
曲率を持たせれば、撮像系をより小さくすることができ
る。この場合、反射部材にて像の歪みが生ずることが多
いので、例えば撮像素子により撮像された画像の歪みを
補正する画像処理回路を設けるのが望ましい。

【００４６】（第２実施形態）図２には、本発明の第２
実施形態である撮像ユニットの概略構成を示している。
この図において、２１は視野変更操作が可能な撮像系で
あり、Ｌはこの撮像系２１に含まれる光学系である。

【００４７】２３は光学系Ｌよりも物体側に配置された
平面ミラー（反射部材）であり、この平面ミラー２３を
光学系Ｌの光軸を中心として回転させることにより、撮
像素子（撮像媒体）２２による撮像範囲（視野）を変更
することができるようになっている。

【００４８】撮像系２１に含まれる撮像素子２２は、光
学系によって撮像面に結像された被写体像を光電変換し
て映像信号に変換する。

【００４９】このように、平面ミラー２３のみを回転さ
せる方が、撮像系全体を回転させる場合に比べて、視野
変更のために必要なスペースは小さくなる。

【００５０】また、本実施形態では、光学系Ｌの最も物
体側（平面ミラー２３の近傍）に絞りＳを設けているの
で、後述するように平面ミラー２３の大きさを小さくす
ることができる。

【００５１】２４は平面ミラー２３を回転駆動するモー
タであり、２５はモータ２４を駆動する視野変更駆動回
路である。なお、これらモータ２４および視野変更駆動
回路２５が請求の範囲にいう反射部材駆動手段に相当す
る。また、３０は反射ミラー２３の回転位置を検出する
エンコーダである。

【００５２】２８は光学系Ｌのうちフォーカスレンズ
（図示せず）を移動させるモータであり、２９はモータ
２８を動かすフォーカス駆動回路である。なお、これら
モータ２８およびフォーカス駆動回路２９が請求の範囲
にいうフォーカス駆動手段に相当する。

【００５３】３１は撮像素子２２からの映像信号を標準
テレビジョン信号に変換してビデオ出力端子から出力す
るカメラプロセス回路である。このカメラプロセス回路
３１から出力されるテレビジョン信号は、撮像ユニット
に設けられたインターフェース３４を通じてテレビ電
話、携帯端末等の装置本体に送られる。

【００５４】３２は撮像素子２２からの映像信号中から
被写体像のいわゆるぼけ幅（被写体像のエッジ部分の
幅）を検出するぼけ幅検出回路（合焦検出手段）で、合
焦状態に近付く程、被写体のぼけ幅が小さくなる性質を
利用して合焦検出を行うものである。

【００５５】３３はＩ／Ｏポート、Ａ／Ｄコンバータ、
ＲＯＭ、ＲＡＭを有するシステム全体の制御を司るマイ
クロコンピュータである。このマイクロコンピュータ３
３には、上述のぼけ幅検出回路３２から出力されるぼけ
幅情報および図示を省略したバンドパスフィルタからの
高周波成分のピーク値情報が入力される。

【００５６】マイクロコンピュータ３３は、これらの情
報に基づいて映像の１フィールド期間におけるぼけ幅が
最小となるように、且つ高周波成分のピーク値が最大と
なるように、撮像系２１をフォーカス駆動すべくフォー
カス駆動回路２９に所定の駆動制御信号を出力する。

【００５７】３４は画像データ又は撮像ユニットの動作
状態を示す信号を装置本体に対して送信したり、装置本
体にて生成された撮像ユニットの動作を制御するための
動作信号を受信するために用いられるインターフェース
である。このインターフェース３４にて、本撮像ユニッ
トが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の装置本体と接
続される。

【００５８】次に、撮像ユニットの動作を説明する。こ
の撮像ユニットが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の
装置本体側のマイクロコンピュータ（図示せず）から視
野変更に関する動作信号が、インターフェース３４を通
じて撮像ユニット内のマイクロコンピュータ３３に伝え
られると、マイクロコンピュータ３３は動作信号を解析
し、駆動信号を視野変更駆動回路２５に送る。視野変更
駆動回路２５は送られてきた駆動信号に基づいて、モー
タ２４を駆動し、平面ミラー２３を回転させて撮像系２
１が写す視野を変更する。

【００５９】また、マイクロコンピュータ３３は、エン
コーダ３０を通じて平面ミラー２３の位置検出を行い、
エンコーダ３０から得られた位置情報を処理し、撮像系
２１が映し出している視野情報としてインターフェース
３４を通して装置本体側のマイクロコンピュータに送
る。

【００６０】一方、撮像系２１によって撮像素子２２の
撮像面上に結像した被写体像は、撮像素子２２によって
光電変換されて映像信号に変換され、不図示のプリアン
プにより増幅される。

【００６１】増幅された映像信号は、カメラプロセス回
路３１によりガンマ補正、ブランキング処理、同期信号
の付加等、所定の処理を施して規格化された標準テレビ
ジョン信号に変換され、インターフェース３４を通って
装置本体に送られる。

【００６２】ここで、図３には、本実施形態の撮像ユニ
ットに用いられる撮像系２１のみを抜き出して示してい
る。本実施形態のように、絞りＳが光学系Ｌの最も物体
側に配置されている場合（いわゆる前絞りの場合）は、
平面ミラー２３の大きさは内部の光学系Ｌに依存せず、
光学系の仕様で決まってしまうので、ここでは光学系の
内部の具体的構成の図示は省略している。一方、図４に
は、絞りＳ′が光学系を構成する光学素子と光学素子の
間に配置された光学系と、光学系の物体側に平面ミラー
２３′を設けた場合を示している。

【００６３】これら図３および図４の縮尺は互い同じで
あり、これらの図を比較すると分かるように、図３の平
面ミラー２３の大きさは、図４の平面ミラー２３′の大
きさに比べて大幅に小さい。これは、図４に示す光学系
Ｌ′を用いた場合、入射瞳が光学系の奥深くにあるた
め、前玉の光学有効径が大きくなり、これに伴い平面ミ
ラー２３′を光学系Ｌよりも大きくしなければならない
からである。

【００６４】このように本実施形態では、前絞りの光学
系Ｌを用いることにより、平面ミラー２３を小さくし、
さらにこの小さな平面ミラー２３のみを回転させること
により視野を変更するようにしているので、撮像系全体
を回転させる場合に比べてはもとより、第１実施形態の
ように平面ミラー３とこれよりも物体側の光学系構成部
分を回転させる場合に比べても、視野を変更するための
スペースをより小さくし、撮像ユニットをよりコンパク
トにすることができる。

【００６５】これにより、装置本体側の形態の自由度を
増すこともできる。また、撮像系２１における回転部分
が小さいので、消費電力が小さくなり、装置全体として
の消費電力を抑えることができるそしてこれに加え、本
実施形態では、撮像ユニット内にマイクロコンピュータ
３３を設け、このマイクロコンピュータ３３により各駆
動回路２５〜２９を通じて撮像系２１の動作に関する処
理を行うようにしている。つまり、撮像系２１の動作に
関する処理機能を撮像ユニットに集約させているので、
本実施形態の撮像ユニットを汎用ユニットとして様々な
装置に搭載することができる。このため、搭載される装
置に応じて撮像系を設計する場合に比べて、撮像ユニッ
トを廉価に提供でき、装置の低価格化に有効である。さ
らに、装置本体側のマイクロコンピュータに撮像ユニッ
ト側の動作に関する処理機能を持たせる場合に比べて、
装置本体側のマイクロコンピュータの負担を減らすこと
ができる。

【００６６】なお、本実施形態では、撮像素子２２によ
り得られた画像データを、装置本体に送信する際に標準
テレビジョン信号に変換しているが、本発明はこのよう
な画像データの送信方式を用いる場合に限定されない。

【００６７】また、本実施形態では、ぼけ幅検出回路３
２を設け、撮像素子２２からの映像信号中から被写体像
のぼけ幅を検出し、ぼけ幅が最小になるようにフォーカ
シングを行う場合について説明したが、本発明ではこの
方式以外のフォーカシング方式を採用してもよい。例え
ば、被写体までの距離を測定する測距部を設け、その出
力結果に応じてマイクロコンピュータ３３がフォーカス
駆動回路に駆動信号を送り、フォーカスレンズを動かし
てフォーカシングを行うようにしてもよい。

【００６８】また、本実施形態では、フォーカスレンズ
を駆動してフォーカシングを行う場合について説明した
が、これに代えて撮影素子２２を移動させるようにして
もよい。さらに、被写体の明るさを測定する測光部を設
け、この測光部から得られる情報に基づいてマイクロコ
ンピュータ３３が絞りＳを駆動する等して露出補正制御
を行うようにしてもよい。

【００６９】また、本実施形態では、フォーカス駆動回
路２９を含む場合について説明したが、本発明において
これは必須の構成ではない。すなわち、本発明において
は、撮像ユニット内に撮像系の処理機能を集約させるこ
とが重要であり、撮像系がパンフォーカスであればフォ
ーカス駆動回路を搭載する必要はない。

【００７０】さらに、本実施形態では、反射部材として
平面ミラー２３を用いているが、これに代えて、入射屈
折面と、射出屈折面と、入射屈折面から入射した光を反
射して射出屈折面から射出させる少なくとも１つの反射
面を有するプリズムを用いてもよい。

【００７１】また、反射部材の反射面若しくは屈折面に
曲率を持たせれば、撮像系をより小さくすることができ
る。この場合、反射部材にて像の歪みが生ずることが多
いので、例えば撮像素子により撮像された画像の歪みを
補正する画像処理回路を設けるのが望ましい。

【００７２】また、本実施形態では、光軸を中心として
平面ミラー２３を回転させることによって視野を変更す
る場合について説明したが、光軸以外の軸を中心に回転
させるようにしてもよい。また、反射部材が平行移動し
て視野が変更される構成としてもよい。次に、本発明の
第３実施形態について説明するが、この第３実施形態を
説明する前に、第３実施形態および第４実施形態にて用
いられるタイプの光学素子の光学的な構成諸元および共
通事項について説明する。

【００７３】図１０は、第３実施形態および第４実施形
態にて用いられるタイプの光学素子の構成データを定義
する座標系を説明するためのモデル図である。ここで
は、物体側から像面に進む１つの光線（図１０中に一点
鎖線で示すもので、基準軸光線という）に沿ってｉ番目
の面を第ｉ面とする。

【００７４】図１０に示す光学素子では、第１面Ｒ１は
屈折面、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトされた
反射面、第３面Ｒ３および第４面Ｒ４は各々の前の面に
対してシフト、チルトされた反射面、第５面Ｒ５は第４
面Ｒ４に対してシフト、チルトされた屈折面である。

【００７５】第１面Ｒ１から第５面Ｒ５までの各々の面
はガラス、プラスチック等の媒質で構成される１つの光
学素子上に構成されている。

【００７６】従って、図１０では、不図示の物体面から
第１面Ｒ１までの媒質は空気、第１面Ｒ１から第５面Ｒ
５まではある共通の媒質、第５面Ｒ５から不図示の第６
面Ｒ６までの媒質は空気で構成される。

【００７７】この光学素子は、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ光学
系を構成するため、この光学系を構成する各面は共通の
光軸を持っていない。このため、ここでの説明において
は、第１面の中心を原点とする絶対座標系を設定する。

【００７８】そして、上記原点と最終結像面の中心とを
通る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義
する。さらに、基準軸は方向（向き）を持っている。そ
の方向は基準軸光線が結像に際して進行する方向であ
る。

【００７９】なお、光学系の基準となる軸の決め方は光
学設計上、収差の取り纏め上、若しくは光学系を構成す
る各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すればよ
い。しかし、一般的には像面の中心と、絞り又は入射瞳
又は射出瞳又は光学系の第１面の中心若しくは最終面の
中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準となる
基準軸に設定する。

【００８０】ここでは、第１面の中心点を通り、最終結
像面の中心へ至る光線（基準軸光線）が各屈折面及び反
射面によって屈折・反射する経路を基準軸に設定してい
る。また、各面の順番は基準軸光線が屈折・反射を受け
る順番に設定している。従って、基準軸は設定された各
面の順番に沿って屈折若しくは反射の法則に従ってその
方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。

【００８１】上記光学素子モデルでは、チルト面は基本
的にすべてが同一面内でチルトしている。そこで、絶対
座標系の各軸を以下のように定める。

【００８２】Ｚ軸：原点と物体面中心を通る直線（物体
面から第１面Ｒ１に向かう方向を正とする）Ｙ軸：原点を通りチルト面内（図１０の紙面内）でＺ軸
に対して反時計回り方向に９０゜をなす直線Ｘ軸：原点を通りＺ、Ｙ各軸に垂直な直線（図１０の紙
面に垂直な直線）。

【００８３】また、光学系を構成する第ｉ面の面形状を
表すには、絶対座標系にてその面の形状を表記するよ
り、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル
座標系を設定して、ローカル座標系でその面の面形状を
表した方が形状を認識する上で理解し易いため、ここで
も第ｉ面の面形状をローカル座標系で表わす。

【００８４】また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は絶
対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度
θｉ（単位°）で表す。よって、ここでは、各面のロー
カル座標の原点は、図１０中のＹＺ平面上にある。ま
た、ＸＺおよびＸＹ面内での面の偏心はない。

【００８５】さらに、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，
ｚ）のｙ，ｚ軸は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して
ＹＺ面内で角度θｉ傾いており、具体的には以下のよう
に設定する。

【００８６】ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のＺ方向に対しＹＺ面内において反時計方向に角度
θｉをなす直線ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ方向に対しＹＺ面
内において反時計回り方向に９０゜をなす直線ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面に対し垂直な
直線。

【００８７】また、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面の
ローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄ
ｉ、νｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率
とアッベ数とする。

【００８８】また、第４実施形態のように複数の光学素
子を移動させて全体の焦点距離を変化させる（つまり、
変倍をする）場合、広角端（Ｗ）、望遠端（Ｔ）とこれ
らの中間位置（Ｍ）の３つの位置での光学系断面図、数
値データを示す。

【００８９】ここで、図１０の光学素子モデルにおいて
ＹＺ面内で光学素子が移動すると各変倍位置で値が変わ
るのは、各面の位置を表すローカル座標の原点（Ｙｉ、
Ｚｉ）であるが、変倍のために移動する光学素子はＺ方
向の移動のみとして表しているため、座標値Ｚｉを光学
系が広角端、中間、望遠端の状態の順にＺｉ（Ｗ）、Ｚ
ｉ（Ｍ）、Ｚｉ（Ｔ）で表すこととする。

【００９０】なお、各面の座標値は広角端での値を示
し、中間、望遠端では広角端との差で記述する。具体的
には広角端（Ｗ）に対する中間位置（Ｍ）、望遠端
（Ｔ）での移動量を各々ａ，ｂとすれば、以下の式で表
すことができる。

【００９１】Ｚｉ（Ｍ）＝Ｚｉ（Ｗ）＋ａＺｉ（Ｔ）＝Ｚｉ（Ｗ）＋ｂａ，ｂの符号は各面がＺプラス方向に移動する場合を
正、Ｚマイナス方向に移動する場合を負としている。ま
た、この移動に伴い変化する面間隔Ｄｉは変数であり、
各変倍位置での値を別表にまとめて示す。

【００９２】また、上記光学素子モデルは球面及び回転
非対称の非球面を有している。その内の球面部分は球面
形状としてその曲率半径Ｒｉを記している。曲率半径Ｒ
ｉの符号は第１面から像面に進む基準軸（図１０中の一
点鎖線）に沿って曲率中心が第１面側にある場合をマイ
ナス、結像面側にある場合をプラスとする。

【００９３】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある：

【００９４】

【数１】

【００９５】また、光学素子は少なくとも回転非対称な
非球面を一面以上有し、その形状は以下の式により表
す： z =C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4+C0
5y5+C23x2y3+C41x4y+C06y6+C24x2y4+C42x4y2+C60x6 上記曲面式はｘに関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とする
面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場
合はｘｚ面に対して対称な形状を表す。

【００９６】C03 =C21 =t =0 さらに、 C02 =C20，C04=C40 = C22/2 ，C06=C60 =C24/3 =C42/3 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。

【００９７】なお、水平半画角ｕＹとは、図１０のＹＺ
面内においてＲ１に入射する光束の最大画角、垂直半画
角ｕＸとは、ＸＺ面内においてＲ１に入射する光束の最
大画角である。また、絞りの直径を絞り径として示して
いる。これは光学系の明るさに関係する。

【００９８】また、像面上での有効像範囲を像サイズと
して示す。像サイズはローカル座標のｙ方向のサイズを
水平、ｘ方向のサイズを垂直とした矩形領域で表してい
る。

【００９９】（第３実施形態）図５には、本発明の第３
実施形態である撮影ユニットの概略構成を示している。
また、図６には、本実施形態の撮像ユニットに用いられ
る、視野変更が可能な撮像系４１の構成を示している。

【０１００】図６において、Ｂは撮像系４１内の光学系
を構成する光学素子である。この光学素子Ｂは、透明体
の表面に、曲率を有した２つの屈折面（入射屈折面：第
１面Ｒ１および射出屈折面：第７面Ｒ７）と、曲率を有
した５つの反射面（第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６）とが一体
に形成されたものである。

【０１０１】具体的には、この光学素子Ｂは、物体側よ
り順に、凹屈折面（入射屈折面）、凹面鏡・凸面鏡・凹
面鏡・凸面鏡・凹面鏡の５つの反射面および凹屈折面
（射出屈折面）を有する。入射屈折面に入射した光は、
上記複数の反射面での反射を繰り返しながら射出屈折面
から射出する。

【０１０２】そして、この光学素子Ｂは、両屈折面と曲
率を有する５つの反射面での光学作用により、所望の光
学性能が得られるとともに全体として実結像をするレン
ズユニットとして機能する。なお、本実施形態の光学素
子Ｂに入射する基準軸（この基準軸については後述す
る）の方向と光学素子Ｂから出射する基準軸の方向は互
いに略平行でかつ逆方向である。

【０１０３】４３は光学素子Ｂよりも物体側に配置され
た平面ミラー（反射部材）であり、本実施形態では、こ
の平面ミラー３を光学素子Ｂの入射基準軸を中心として
回転させることにより、撮像素子（撮像媒体）４２によ
る撮像範囲（視野）を変更することができる。また、光
学素子Ｂとともに光学系を構成する絞りＳが、この光学
系のうち最も物体側（平面ミラー４３の近傍）に配置さ
れている。

【０１０４】撮像系４１に含まれる撮像素子４２は、光
学系によって撮像面に結像された被写体像を光電変換し
て映像信号に変換する。本実施形態では、この撮像素子
４２を光軸方向に移動させることによってフォーカシン
グを行うようになっている。

【０１０５】図５において、４４は平面ミラー４３を回
転駆動するモータであり、４５はモータ４４を駆動する
視野変更駆動回路である。なお、これらモータ４４およ
び視野変更駆動回路４５が請求の範囲にいう反射部材駆
動手段に相当する。また、５０は反射ミラー４３の回転
位置を検出するエンコーダである。

【０１０６】４８は撮像素子４２を光軸方向に移動させ
るモータであり、４９はモータ４８を動かすフォーカス
駆動回路である。なお、これらモータ４８およびフォー
カス駆動回路４９が請求の範囲にいうフォーカス駆動手
段に相当する。

【０１０７】５１は撮像素子４２からの映像信号を標準
テレビジョン信号に変換してビデオ出力端子から出力す
るカメラプロセス回路である。このカメラプロセス回路
５１から出力されるテレビジョン信号は、撮像ユニット
に設けられたインターフェース５４を通じてテレビ電
話、携帯端末等の装置本体に送られる。

【０１０８】５２は撮像素子４２からの映像信号中から
被写体像のいわゆるぼけ幅（被写体像のエッジ部分の
幅）を検出するぼけ幅検出回路（合焦検出手段）で、合
焦状態に近付く程、被写体のぼけ幅が小さくなる性質を
利用して合焦検出を行うものである。

【０１０９】５３はＩ／Ｏポート、Ａ／Ｄコンバータ、
ＲＯＭ、ＲＡＭを有するシステム全体の制御を司るマイ
クロコンピュータである。このマイクロコンピュータ５
３には、上述のぼけ幅検出回路５２から出力されるぼけ
幅情報および図示を省略したバンドパスフィルタからの
高周波成分のピーク値情報が入力される。

【０１１０】マイクロコンピュータ５３は、これらの情
報に基づいて映像の１フィールド期間におけるぼけ幅が
最小となるように、且つ高周波成分のピーク値が最大と
なるように、撮像系４１（撮像素子４２）をフォーカス
駆動すべくフォーカス駆動回路４９に所定の駆動制御信
号を出力する。

【０１１１】５４は画像データ又は撮像ユニットの動作
状態を示す信号を装置本体に対して送信したり、装置本
体にて生成された撮像ユニットの動作を制御するための
動作信号を受信するために用いられるインターフェース
である。このインターフェース５４にて、本撮像ユニッ
トが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の装置本体と接
続される。

【０１１２】次に、撮像ユニットの動作を説明する。こ
の撮像ユニットが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の
装置本体側のマイクロコンピュータ（図示せず）から視
野変更に関する動作信号が、インターフェース５４を通
じて撮像ユニット内のマイクロコンピュータ５３に伝え
られると、マイクロコンピュータ５３は動作信号を解析
し、駆動信号を視野変更駆動回路４５に送る。視野変更
駆動回路４５は送られてきた駆動信号に基づいて、モー
タ４４を駆動し、平面ミラー４３を回転させて撮像系４
１が写す視野を変更する。

【０１１３】また、マイクロコンピュータ５３は、エン
コーダ５０を通じて平面ミラー４３の位置検出を行い、
エンコーダ５０から得られた位置情報を処理し、撮像系
４１が映し出している視野情報としてインターフェース
５４を通して装置本体側のマイクロコンピュータに送
る。

【０１１４】一方、撮像系４１によって撮像素子２２の
撮像面上に結像した被写体像は、撮像素子４２によって
光電変換されて映像信号に変換され、不図示のプリアン
プにより増幅される。

【０１１５】増幅された映像信号は、カメラプロセス回
路５１によりガンマ補正、ブランキング処理、同期信号
の付加等、所定の処理を施して規格化された標準テレビ
ジョン信号に変換され、インターフェース５４を通って
装置本体に送られる。

【０１１６】このように本実施形態では、第２実施形態
と同様に、前絞りの光学系を用いることにより、平面ミ
ラー４３を小さくし、さらにこの小さな平面ミラー４３
のみを回転させることにより視野を変更するようにして
いるので、撮像系全体を回転させる場合に比べてはもと
より、第１実施形態のように平面ミラー３とこれよりも
物体側の光学系構成部分を回転させる場合に比べても、
視野を変更するためのスペースをより小さくし、撮像ユ
ニットをよりコンパクトにすることができる。

【０１１７】これにより、装置本体側の形態の自由度を
増すこともできる。また、撮像系２１における回転部分
が小さいので、消費電力が小さくなり、装置全体として
の消費電力を抑えることができるそしてこれに加え、本
実施形態では、撮像ユニット内にマイクロコンピュータ
５３を設け、このマイクロコンピュータ５３により各駆
動回路４５，４９を通じて撮像系４１の動作に関する処
理を行うようにしている。つまり、撮像系４１の動作に
関する処理機能を撮像ユニットに集約させているので、
本実施形態の撮像ユニットを汎用ユニットとして様々な
装置に搭載することができる。このため、搭載される装
置に応じて撮像系を設計する場合に比べて、撮像ユニッ
トを廉価に提供でき、装置の低価格化に有効である。さ
らに、装置本体側のマイクロコンピュータに撮像ユニッ
ト側の動作に関する処理機能を持たせる場合に比べて、
装置本体側のマイクロコンピュータの負担を減らすこと
ができる。

【０１１８】なお、本実施形態では、撮像素子４２によ
り得られた画像データを、装置本体に送信する際に標準
テレビジョン信号に変換しているが、本発明はこのよう
な画像データの送信方式を用いる場合に限定されない。

【０１１９】また、本実施形態では、ぼけ幅検出回路５
２を設け、撮像素子４２からの映像信号中から被写体像
のぼけ幅を検出し、ぼけ幅が最小になるようにフォーカ
シングを行う場合について説明したが、本発明ではこの
方式以外のフォーカシング方式を採用してもよい。例え
ば、被写体までの距離を測定する測距部を設け、その出
力結果に応じてマイクロコンピュータ３３がフォーカス
駆動回路に駆動信号を送り、フォーカスレンズを動かし
てフォーカシングを行うようにしてもよい。

【０１２０】また、本実施形態では、撮影素子２２を移
動させてフォーカシングを行う場合について説明した
が、他の方法によりフォーカシングを行うようにしても
よい。さらに、被写体の明るさを測定する測光部を設
け、この測光部から得られる情報に基づいてマイクロコ
ンピュータ５３が絞りＳを駆動する等して露出補正制御
を行うようにしてもよい。

【０１２１】また、本実施形態では、フォーカス駆動回
路４９を含む場合について説明したが、本発明において
これは必須の構成ではない。すなわち、本発明において
は、撮像ユニット内に撮像系の処理機能を集約させるこ
とが重要であり、撮像系がパンフォーカスであればフォ
ーカス駆動回路を搭載する必要はない。

【０１２２】さらに、本実施形態では、反射部材として
平面ミラー４３を用いているが、これに代えて、入射屈
折面と、射出屈折面と、入射屈折面から入射した光を反
射して射出屈折面から射出させる少なくとも１つの反射
面を有するプリズムを用いてもよい。

【０１２３】また、反射部材の反射面若しくは屈折面に
曲率を持たせれば、撮像系をより小さくすることができ
る。この場合、カメラプロセス回路３１に、反射部材に
て発生し、撮像素子で撮像された像の歪みを補正する画
像処理回路を設けるのが望ましい。

【０１２４】また、本実施形態では、光軸を中心として
平面ミラー４３を回転させることによって視野を変更す
る場合について説明したが、光軸以外の軸を中心に回転
させるようにしてもよい。また、反射部材が平行移動し
て視野が変更される構成としてもよい。

【０１２５】さらに、本実施形態の光学素子Ｂは、入射
基準軸の方向と出射基準軸の方向とが互いに略平行でか
つ逆方向である場合について説明したが、例えば特開平
８−２９２３７１号公報、特開平８−２９２３７２号公
報および特開平９−２２２５６１号公報にて提案されて
いるもののように、入射基準軸の向きと射出基準軸の向
きが異なる様々な光学素子を用いることもできる。この
ことから、反射部材の動きを撮像媒体に対して自由に選
ぶことができ、ユニット全体のコンパクト化が図れる。

【０１２６】また、本実施形態では、１つの結像光学素
子によって、所望の光学性能が得られるとともに全体と
して実結像をするレンズユニットとして機能している場
合について説明したが、光学系をこのような光学素子を
少なくとも１つ含む複数の光学素子群で構成するように
してもよい。

【０１２７】また、光学素子としては、特開平８−２９
２３７１号公報や特開平８−２９２３７２号公報にて提
案されているように、全て反射面で構成される中空タイ
プの光学素子を用いてもよい。

【０１２８】さらに、複数の光学素子を用いる場合に、
少なくとも２つの光学素子の相対的位置を変化させるこ
とによりズーミングを行うようにしてもよい。

【０１２９】（第４実施形態）図７には、本発明の第４
実施形態である撮影ユニットの概略構成を示している。
また、図８には、本実施形態の撮像ユニットに用いられ
る、視野変更が可能な撮像系６１の構成を示している。

【０１３０】図８において、Ｂ１〜Ｂ３は撮像系６１内
の光学系を構成する光学素子である。これら光学素子Ｂ
１〜Ｂ３はそれぞれ、透明体の表面に、曲率を有した２
つの屈折面（入射屈折面：第１面Ｒ１，第８面Ｒ８，第
１５面Ｒ１５および射出屈折面：第７面Ｒ７，第１３面
Ｒ１３，第２１面Ｒ２１）と、曲率を有した複数の反射
面（第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６，第９面Ｒ９〜第１２面Ｒ
１２，第１６面Ｒ１６〜第２０面Ｒ２０）とが一体に形
成されたものである。入射屈折面に入射した光は、上記
複数の反射面での反射を繰り返しながら射出屈折面から
射出する。６２は最終像面を構成する撮像素子（撮像媒
体）である。なお、本実施形態の各光学素子Ｂ１〜Ｂ３
に入射する基準軸（この基準軸については後述する）の
方向と各光学素子Ｂ１〜Ｂ３から出射する基準軸の方向
は互いに略平行でかつ逆方向である。

【０１３１】本実施形態では、上記３つの光学素子Ｂ１
〜Ｂ３により変倍比が約３倍の３群ズームレンズが構成
される。また、Ｂ４は平行平板からなる光学補正板であ
り、水晶を材料とするローパスフィルタや赤外カットフ
ィルタ等から構成される。

【０１３２】６３は光学素子Ｂ１よりも物体側に配置さ
れた平面ミラー（反射部材）であり、本実施形態では、
この平面ミラー６３を光学素子Ｂ１の入射基準軸を中心
として回転させることにより、撮像素子６２による撮像
範囲（視野）を変更することができる。また、光学素子
Ｂ１〜Ｂ３とともに光学系を構成する絞りＳが、この光
学系のうち光学素子Ｂ２と光学素子Ｂ３との間に配置さ
れている。

【０１３３】ここで、上記光学系の具体的な構成データ
を示す。広角端中間望遠端水平半画角２６．３１３．９９．３垂直半画角２０．３１０．５７．０絞り径１．８２１．８２１．８２画像サイズ（水平×垂直）３．５５４ｍｍ×２．６６６ｍｍ第１光学素子 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 1 0.00 1.00 0.00 12.80 1.57250 57.76 屈折面 2 0.00 13.80 32.91 9.00 1.57250 57.76 反射面 3 -8.21 10.11 16.95 9.00 1.57250 57.76 反射面 4 -12.97 17.75 0.14 8.50 1.57250 57.76 反射面 5 -17.50 10.56 -19.56 8.50 1.57250 57.76 反射面 6 -25.55 13.28 -35.53 5.20 1.57250 57.76 反射面 7 -25.58 8.08 0.28 変数 1 屈折面第２光学素子 8 -25.59 5.08 0.28 5.50 1.57250 57.76 屈折面 9 -25.62 -0.42 38.01 7.20 1.57250 57.76 反射面 10 -18.64 1.35 37.25 7.20 1.57250 57.76 反射面 11 -18.48 -5.84 33.44 6.80 1.57250 57.76 反射面 12 -12.17 -3.31 34.24 5.50 1.57250 57.76 反射面 13 -12.21 -8.81 0.37 変数 1 屈折面絞り 14 -12.27 -18.32 0.37 変数 1 絞り第３光学素子 15 -12.28 -20.32 0.37 6.60 1.57250 57.76 屈折面 16 -12.33 -26.92 -35.35 9.60 1.57250 57.76 反射面 17 -21.41 -23.80 -20.80 10.00 1.57250 57.76 反射面 18 -26.33 -32.51 -6.23 9.50 1.57250 57.76 反射面 19 -32.68 -25.44 11.22 10.00 1.57250 57.76 反射面 20 -41.70 -29.77 32.17 5.00 1.57250 57.76 反射面 21 -41.70 -24.77 -0.04 変数 1 屈折面光学補正板 22 -41.69 -20.72 0.00 4.00 1.51633 64.15 屈折面 23 -41.69 -16.72 0.00 1.00 1 屈折面像面 -41.69 -15.72 -0.00 1 像面広角端中間望遠端 D 7 3.00 6.82 8.75 D13 9.51 5.38 2.71 D14 2.00 2.57 2.00 D21 4.05 4.31 3.00 D 1~ 7面 Zi(M) = Zi(W) - 0.00 Zi(T) = Zi(W) - 0.00 D 8~13面 Zi(M) = Zi(W) - 3.82 Zi(T) = Zi(W) - 5.75 D14~14面 Zi(M) = Zi(W) + 0.31 Zi(T) = Zi(W) + 1.05 D15~21面 Zi(M) = Zi(W) - 0.26 Zi(T) = Zi(W) + 1.05 D22 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 1 面 r 1= -10.000 R 7 面 r 7= -15.561 R 8 面 r 8= 34.119 R13 面 r13= 8.858 R15 面 r15= 26.889 R21 面 r21= 9.484 非球面形状 R 2 面 C02=-2.12342e-02 C20=-4.20269e-02 C03= 1.81374e-04 C21= 9.17118e-05 C04=-1.85211e-05 C22=-2.40729e-05 C40=-6.48161e-05 R 3 面 C02=-7.61864e-03 C20=-9.02818e-02 C03= 1.92614e-04 C21=-1.72415e-03 C04=-2.70968e-04 C22=-1.24810e-03 C40= 1.09034e-02 R 4 面 C02=-2.43274e-02 C20=-4.36675e-02 C03= 6.68845e-05 C21=-5.93107e-04 C04=-6.16416e-05 C22=-1.24891e-04 C40=-1.39581e-04 R 5 面 C02=-1.84925e-02 C20=-8.18249e-03 C03=-1.08792e-04 C21= 1.60755e-03 C04=-1.79570e-04 C22=-1.21026e-03 C40=-4.14091e-04 R 6 面 C02=-2.65562e-02 C20=-2.11329e-02 C03= 7.38808e-05 C21= 2.82041e-04 C04=-3.46320e-05 C22=-2.49266e-04 C40= 2.48610e-05 R 9 面 C02= 2.43116e-02 C20= 3.12150e-02 C03= 8.60449e-04 C21=-1.74279e-03 C04= 6.03223e-05 C22=-1.46771e-04 C40= 7.87587e-05 R10 面 C02=-2.50756e-02 C20= 8.47992e-04 C03=-9.16289e-06 C21=-6.12416e-03 C04=-6.54263e-05 C22=-1.77537e-04 C40= 2.46426e-04 R11 面 C02= 4.04553e-02 C20= 4.59632e-02 C03=-1.85442e-03 C21= 2.67661e-03 C04= 4.88193e-04 C22= 1.23645e-03 C40=-6.35068e-05 R12 面 C02=-2.90408e-02 C20=-8.00000e-02 C03=-6.81882e-05 C21= 1.16013e-02 C04= 3.36006e-04 C22=-2.43191e-03 C40= 8.31150e-04 R16 面 C02= 1.87672e-02 C20= 5.27232e-02 C03= 1.12373e-04 C21=-1.64190e-03 C04= 1.89013e-05 C22= 5.46061e-05 C40= 2.11500e-04 R17 面 C02= 5.63146e-03 C20=-4.66337e-02 C03= 9.10393e-04 C21=-1.82539e-03 C04= 3.21114e-05 C22=-7.82380e-04 C40= 4.32072e-04 R18 面 C02= 2.34915e-02 C20= 2.96401e-02 C03=-2.98888e-04 C21= 1.64372e-03 C04= 1.33834e-05 C22= 1.42034e-04 C40= 7.77143e-06 R19 面 C02=-2.63915e-03 C20=-5.37233e-03 C03=-1.99724e-03 C21= 3.35104e-03 C04= 2.06405e-04 C22= 1.27901e-04 C40= 6.50230e-05 R20 面 C02= 2.84444e-02 C20= 8.06324e-03 C03=-4.36035e-04 C21=-9.98362e-04 C04= 8.30716e-06 C22= 1.99710e-04 C40= 1.40741e-04 また、図１１〜１２には上記光学系の横収差図を示して
いる。この横収差図は、広角端（Ｗ）、中間位置
（Ｍ）、望遠端（Ｔ）の状態について、Ｒ１への垂直入
射角、水平入射角が夫々（０，−ｕＹ），（０，０），
（０，ｕＹ），（ｕＸ，−ｕＹ），（ｕＸ，０），（ｕ
Ｘ，ｕＹ），となる入射角の光束の横収差を示す。この
横収差図においては、横軸は瞳への入射高さを表し、縦
軸は収差量を表している。本実施形態の光学素子では、
基本的に各面がｙｚ面を対称面とする面対称の形状とな
っているため、横収差図においても垂直画角のプラス、
マイナス方向は同一となるので、マイナス方向の横収差
図は省略している。

【０１３４】次に、図９を用いて、物体位置を無限遠と
したときの上記３つの光学素子Ｂ１〜Ｂ３による結像作
用について説明する。なお、図９は光学系のＹＺ面内で
の光学断面図であり、この図中では絞りＳを第１４面Ｒ
１４として示している。

【０１３５】まず、平面ミラー６３で反射した物体光
は、第１の光学素子Ｂ１に入射する。第１の光学素子Ｂ
１に入射した物体光は、第１の光学素子Ｂ１の第１面Ｒ
１で屈折し、第２面Ｒ２，第３面Ｒ３，第４面Ｒ４，第
５面Ｒ５および第６面Ｒ６で反射し、さらに第７面Ｒ７
で屈折して第１の光学素子Ｂ１から射出する。ここで、
物体光は、第１面Ｒ１と第２面Ｒ２との間に入射瞳を形
成する。また、第７面Ｒ７の近傍で瞳を形成する。さら
に、第３面Ｒ３と第４面Ｒ４との間で中間結像をする。

【０１３６】第１の光学素子Ｂ１から射出した物体光
は、第２の光学素子Ｂ２に入射する。第２の光学素子Ｂ
２に入射した物体光は、第２の光学素子Ｂ２の第８面Ｒ
８で屈折し、第９面Ｒ９，第１０面Ｒ１０，第１１面Ｒ
１１および第１２面Ｒ１２で反射し、さらに第１３面Ｒ
１３で屈折して第２の光学素子Ｂ２から射出する。ここ
で、物体光は、第９面Ｒ９付近と第１２面Ｒ１２付近で
中間結像をする。また、第１０面Ｒ１０の付近で瞳を形
成する。

【０１３７】第２の光学素子Ｂ２から射出した物体光
は、絞りである第１４面Ｒ１４を通過し、第３の光学素
子Ｂ３に入射する。第３の光学素子Ｂ３に入射した物体
光は、第３の光学素子Ｂ３の第１５面Ｒ１５で屈折し、
第１６面Ｒ１６，第１７面Ｒ１７，第１８面Ｒ１８，第
１９面Ｒ１９および第２０面Ｒ２０で反射し、さらに第
２１面Ｒ２１で屈折して第３の光学素子Ｂ３から射出す
る。ここで、物体光は、第１９面Ｒ１９近傍で瞳を形成
する。さらに、第１８面Ｒ１８の近傍で中間結像をす
る。

【０１３８】第３の光学素子Ｂ３を射出した物体光は、
光学補正板Ｂ４を通り、最終結像面上に結像する。

【０１３９】次に、変倍動作に伴う各光学素子の移動に
ついて説明する。変倍に際して第１の光学素子Ｂ１は固
定であり、動かない。第２の光学素子Ｂ２を、図９中、
Ｚマイナス方向に移動させて広角端から望遠端への変倍
を行い、変倍に伴う像面変動を第３の光学素子Ｂ３を移
動させて補正すると共に、フォーカスを行う。像面は変
倍に際して移動しない。第１の光学素子Ｂ１は撮影光学
系のいわゆる前玉に相当し、第２の光学素子Ｂ２はバリ
エーターに、第３の光学素子Ｂ３はコンペンセーターに
相当する。

【０１４０】本実施形態においては、第１の光学素子Ｂ
２と第３の光学素子Ｂ３の間に絞りＳを設けているが、
絞りの像が絞り位置よりも物体側の光学素子Ｂ１，Ｂ２
により負の倍率の結像をする構成になっているため、入
射瞳は入射面近く（第１面Ｒ１と第２面Ｒ２との間）に
ある。このため、入射面の有効径を小さくすることがで
きる。よって、最も物体側に設けられた平面ミラー６３
を小さくすることができ、光学系を全体的にコンパクト
にすることができる。

【０１４１】そして、本実施形態では、平面ミラー６３
のみを回転させて視野を変更するため、反射部材とこれ
よりも物体側の光学系およびこれらを固定する鏡筒を回
転させるような場合に比べて、視野を変更するためのス
ペースは少なくて済む。これにより撮像ユニットがコン
パクトになり、撮像ユニットが搭載される装置本体の形
態の自由度が増す。また、小さな平面ミラー６３のみを
回転させればよいため、消費電力が小さくて済む。

【０１４２】図７において、６４は平面ミラー６３を回
転させるモータであり、６５はモータ６３を動かす視野
変更駆動回路である。なお、これらモータ６４および視
野変更駆動回路６５が請求の範囲にいう反射部材駆動手
段に相当する。また、７０は反射ミラー６３の回転位置
を検出するエンコーダである。

【０１４３】６６は、撮像系６１中の第２の光学素子Ｂ
２（バリエータ）を移動させるモータであり、６７はモ
ータ６６を動かすズーム駆動回路である。なお、これら
モータ６６およびズーム駆動回路６７が請求の範囲にい
うズーム駆動手段に相当する。

【０１４４】６８は、撮像系６１の第３の光学素子Ｂ３
（コンペンセーター）を移動させるモータであり、６９
はモータ６８を動かすフォーカス駆動回路である。な
お、これらモータ６８およびフォーカス駆動回路６９が
請求の範囲にいうフォーカス駆動手段に相当する。

【０１４５】７１は撮像素子からの映像信号を標準テレ
ビジョン信号に変換してビデオ出力端子より出力するカ
メラプロセス回路である。このカメラプロセス回路７１
から出力されるテレビジョン信号は撮像ユニットから装
置本体に伝送される。

【０１４６】７２は撮像素子６２からの映像信号中から
被写体像のぼけ幅（被写体像のエッジ部分の幅）を検出
するぼけ幅検出回路であり、合焦状態に近付く程、被写
体のぼけ幅が小さくなる性質を利用して合焦検出を行う
ものである。

【０１４７】７３はＩ／Ｏポート、Ａ／Ｄコンバータ、
ＲＯＭ、ＲＡＭを有するシステム全体の制御を司るマイ
クロコンピュータである。このマイクロコンピュータ７
３には、上述のボケ幅検出回路１２から出力されるぼけ
幅情報および図示を省略したバンドパスフィルタからの
高周波成分のピーク値情報が入力される。マイクロコン
ピュータ７３は、これらの情報に基づいて映像の１フィ
ールド期間におけるぼけ幅が最小となるように、且つ高
周波成分のピーク値が最大となるように、第３の光学素
子Ｂ３を駆動すべくフォーカス駆動回路６９に所定の駆
動制御信号を出力する。

【０１４８】７４は画像データ又は撮像ユニットの動作
状態を示す信号を装置本体に対して送信したり、装置本
体にて生成された撮像ユニットの動作を制御するための
動作信号を受信するために用いられるインターフェース
である。このインターフェース７４にて、本撮像ユニッ
トが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の装置本体と接
続される。

【０１４９】次に、撮像ユニットの動作を説明する。こ
の撮像ユニットが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の
装置本体側のマイクロコンピュータ（図示せず）から視
野変更に関する動作信号が、インターフェース７４を通
じて撮像ユニット内のマイクロコンピュータ７３に伝え
られると、マイクロコンピュータ７３は動作信号を解析
し、駆動信号を視野変更駆動回路６５に送る。視野変更
駆動回路６５は送られてきた駆動信号に基づいて、モー
タ６４を駆動し、平面ミラー６３を回転させて撮像系６
１が写す視野を変更する。

【０１５０】また、マイクロコンピュータ７３は、エン
コーダ７０を通じて平面ミラー６３の位置検出を行い、
エンコーダ７０から得られた位置情報を処理し、撮像系
６１が映し出している視野情報としてインターフェース
７４を通して装置本体側のマイクロコンピュータに送
る。

【０１５１】同様に、装置本体からズーム動作に関する
動作信号がインターフェース７４を通じて撮像ユニット
内のマイクロコンピュータ７３に伝えられた場合、マイ
クロコンピュータ７３はその動作信号を解析し、駆動信
号をズーム駆動回路６７へ送る。ズーム駆動回路６７は
送られてきた駆動信号に基づいてモータ６６を駆動さ
せ、第２の光学素子Ｂ２を移動させて撮像系６１のズー
ム状態を変更する。

【０１５２】一方、撮像系６１によって撮像素子６２の
撮像面上に結像した被写体像は、撮像素子６２によって
光電変換されて映像信号に変換され、不図示のプリアン
プにより増幅される。

【０１５３】増幅された映像信号は、カメラプロセス回
路７１によりガンマ補正、ブランキング処理、同期信号
の付加等、所定の処理を施して規格化された標準テレビ
ジョン信号に変換され、インターフェース７４を通って
装置本体に送られる。

【０１５４】本実施形態では、上述したように撮像ユニ
ットのコンパクト化や省電力化に加え、撮像ユニット内
にマイクロコンピュータ７３を設け、このマイクロコン
ピュータ７３により各駆動回路６５〜６９を通じて撮像
系６１の動作に関する処理を行うようにしている。つま
り、撮像系６１の動作に関する処理機能を撮像ユニット
に集約させているので、本実施形態の撮像ユニットを汎
用ユニットとして様々な装置に搭載することができる。
このため、搭載される装置に応じて撮像系を設計する場
合に比べて、撮像ユニットを廉価に提供でき、装置の低
価格化に有効である。さらに、装置本体側のマイクロコ
ンピュータに撮像ユニット側の動作に関する処理機能を
持たせる場合に比べて、装置本体側のマイクロコンピュ
ータの負担を減らすことができる。

【０１５５】なお、本実施形態では、撮像素子６２によ
り得られた画像データを、装置本体に送信する際に標準
テレビジョン信号に変換しているが、本発明はこのよう
な画像データの送信方式を用いる場合に限定されない。

【０１５６】また、本実施形態では、ぼけ幅検出回路７
２を設け、撮像素子６２からの映像信号中から被写体像
のぼけ幅を検出し、ぼけ幅が最小になるようにフォーカ
シングを行う場合について説明したが、本発明ではこの
方式以外のフォーカシング方式を採用してもよい。例え
ば、被写体までの距離を測定する測距部を設け、その出
力結果に応じてマイクロコンピュータ７３がフォーカス
駆動回路に駆動信号を送り、フォーカスレンズを動かし
てフォーカシングを行うようにしてもよい。

【０１５７】また、本実施形態では、第３の光学素子Ｂ
３を駆動してフォーカシングを行う場合について説明し
たが、これに代えて撮影素子６２を移動させるようにし
てもよい。さらに、被写体の明るさを測定する測光部を
設け、この測光部から得られる情報に基づいてマイクロ
コンピュータ７３が絞りＳを駆動する等して露出補正制
御を行うようにしてもよい。

【０１５８】また、本実施形態では、ズーム駆動回路６
７およびフォーカス駆動回路６９を含む場合について説
明したが、本発明においてこれらは必須の構成ではな
い。すなわち、本発明においては、撮像ユニット内に撮
像系の処理機能を集約させることが重要であり、第２の
光学素子Ｂ２が所定のズーム状態で固定されているもの
であればズーム駆動回路６７は必要がなく、また撮像系
がパンフォーカスであればフォーカス駆動回路を搭載す
る必要はない。

【０１５９】さらに、本実施形態では、反射部材として
平面ミラー６３を用いているが、これに代えて、入射屈
折面と、射出屈折面と、入射屈折面から入射した光を反
射して射出屈折面から射出させる少なくとも１つの反射
面を有するプリズムを用いてもよい。

【０１６０】また、反射部材の反射面若しくは屈折面に
曲率を持たせれば、撮像系をより小さくすることができ
る。この場合、カメラプロセス回路７１に、反射部材に
て発生し、撮像素子で撮像された像の歪みを補正する画
像処理回路を設けるのが望ましい。

【０１６１】また、本実施形態では、光軸を中心として
平面ミラー６３を回転させることによって視野を変更す
る場合について説明したが、光軸以外の軸を中心に回転
させるようにしてもよい。また、反射部材が平行移動し
て視野が変更される構成としてもよい。

【０１６２】さらに、本実施形態では、３つの光学素子
Ｂ１〜Ｂ３がそれぞれ、入射基準軸の方向と出射基準軸
の方向とが互いに略平行でかつ逆方向である場合につい
て説明したが、例えば特開平８−２９２３７１号公報、
特開平８−２９２３７２号公報および特開平９−２２２
５６１号公報にて提案されているもののように、入射基
準軸の向きと射出基準軸の向きが異なる様々な光学素子
を用いることもできる。このことから、反射部材の動き
を撮像媒体に対して自由に選ぶことができ、ユニット全
体のコンパクト化が図れる。

【０１６３】また、光学素子としては、特開平８−２９
２３７１号公報や特開平８−２９２３７２号公報にて提
案されているように、全て反射面で構成される中空タイ
プの光学素子を用いてもよい。

【０１６４】さらに、本実施形態では、第１の光学素子
Ｂ１を固定とした場合について説明したが、第１の光学
素子Ｂ１を移動させることによりフォーカシングを行え
るようにしてもよい。

【０１６５】（第５実施形態）図１４には、本発明の第
５実施形態である撮像ユニットの概略構成を示してい
る。この図において、８１は視野変更操作が可能な撮像
系であり、Ｌはこの撮像系８１に含まれる光学系であ
る。

【０１６６】８３は光学系Ｌよりも物体側に配置された
平面ミラー（反射部材）であり、この平面ミラー８３を
光学系Ｌの光軸を中心として回転させることにより、撮
像素子（撮像媒体）８２による撮像範囲（視野）を変更
することができるようになっている。

【０１６７】撮像系８１に含まれる撮像素子８２は、光
学系によって撮像面に結像された被写体像を光電変換し
て映像信号に変換する。

【０１６８】このように、平面ミラー８３のみを回転さ
せる方が、最も物体側の光学面から撮像面まで（すなわ
ち、撮像系全体）を回転させる場合に比べて、視野変更
のために必要なスペースは小さくなる。

【０１６９】また、本実施形態では、光学系Ｌの最も物
体側（平面ミラー８３の近傍）に絞りＳを設けているの
で、第２実施形態にて説明したように、平面ミラー８３
の大きさを小さくすることができる。

【０１７０】８４は平面ミラー８３を回転駆動するモー
タであり、８５はモータ８４を駆動する視野変更駆動回
路である。なお、これらモータ８４および視野変更駆動
回路８５が請求の範囲にいう反射部材駆動手段に相当す
る。また、９０は反射ミラー８３の回転位置を検出する
エンコーダである。

【０１７１】８８は光学系Ｌのうちフォーカスレンズ
（図示せず）を移動させるモータであり、８９はモータ
８８を動かすフォーカス駆動回路である。なお、これら
モータ８８およびフォーカス駆動回路８９が請求の範囲
にいうフォーカス駆動手段に相当する。

【０１７２】９１は撮像素子８２からの映像信号を標準
テレビジョン信号に変換してビデオ出力端子から出力す
るカメラプロセス回路である。このカメラプロセス回路
９１から出力されるテレビジョン信号は、撮像ユニット
に設けられたインターフェース９４を通じてテレビ電
話、携帯端末等の装置本体に送られる。

【０１７３】９２は撮像素子８２からの映像信号中から
被写体像のいわゆるぼけ幅（被写体像のエッジ部分の
幅）を検出するぼけ幅検出回路（合焦検出手段）で、合
焦状態に近付く程、被写体のぼけ幅が小さくなる性質を
利用して合焦検出を行うものである。

【０１７４】９３はＩ／Ｏポート、Ａ／Ｄコンバータ、
ＲＯＭ、ＲＡＭを有するシステム全体の制御を司るマイ
クロコンピュータである。このマイクロコンピュータ９
３には、上述のぼけ幅検出回路９２から出力されるぼけ
幅情報および図示を省略したバンドパスフィルタからの
高周波成分のピーク値情報が入力される。

【０１７５】マイクロコンピュータ９３は、これらの情
報に基づいて映像の１フィールド期間におけるぼけ幅が
最小となるように、且つ高周波成分のピーク値が最大と
なるように、撮像系８１をフォーカス駆動すべくフォー
カス駆動回路８９に所定の駆動制御信号を出力する。

【０１７６】９４は画像データ又は撮像ユニットの動作
状態を示す信号を装置本体に対して送信したり、装置本
体にて生成された撮像ユニットの動作を制御するための
動作信号を受信するために用いられるインターフェース
である。このインターフェース９４にて、本撮像ユニッ
トが搭載されるテレビ電話や携帯端末等の装置本体と接
続される。

【０１７７】９５はカメラプロセス回路９１から出力さ
れるテレビジョン信号により表される信号が、反射ミラ
ー８３の回転位置（すなわち、視野）にかかわらず、正
立画像となるように画像処理を行う画像処理回路であ
る。テレビジョン信号はこの画像処理回路９５を通って
撮像ユニットから装置本体に伝送される。

【０１７８】ここで、この画像処理回路９５の動作を図
１５〜１７を用いて説明する。撮像素子８２の撮像面に
結像する像の方向は、平面ミラー８３を含む光学系内で
の反射面の数に依存するので、ここでは、被写体１を撮
影したときに撮像面での像が左右反転像であると仮定す
る。

【０１７９】図１５（ｂ）に示すように、被写体１を撮
影したときと比べて平面ミラー８３が光軸に対して−９
０°回転したときに被写体２を撮影したとすると、この
ときにできる像は、被写体１と比べて、図１６に示すよ
うに−９０°回転した像となる。

【０１８０】平面ミラー８３が光軸に対して更に−９０
°回転したときに被写体を撮影すると、このときにでき
る像は、被写体１と比べて上下反転した像となる。さら
に、平面ミラー８３が−９０°回転したときにできる像
は、被写体１と比べて９０°回転した像となる。このよ
うに、平面ミラー８３の回転に伴い、図１６に示すよう
に撮像面にできる像も回転することになる。

【０１８１】そこで、画像処理回路９５は、図１６に示
すように、視野変更に伴って、それぞれの方向に対応し
た左右反転、９０°反転、もしくは上下反転等の正立画
像を得るための画像処理を行い、出力する。

【０１８２】このような画像処理回路９５を設けること
で、３６０°の視野変更を行った場合においても、常に
正立した被写体画像を装置本体に供給することができ
る。

【０１８３】また、図１７に示すように像の回転に伴っ
て、像が撮像面からはみ出してしまい、得られる画像に
ケラレが生じるおそれがある。

【０１８４】そこで、これを防ぐために、実際の仕様よ
り大きい撮影面を持った撮像素子を用い、必要な画像を
抽出する構成にするとよい。

【０１８５】なお、本実施形態では、正立した被写体画
像を得るために、画像処理を行う画像処理回路を設けた
場合について説明したが、視野変更に応じて撮像素子を
回転させるようにしてもよい。

【０１８６】次に、本実施形態の撮像ユニットの動作を
説明する。この撮像ユニットが搭載されるテレビ電話や
携帯端末等の装置本体側のマイクロコンピュータ（図示
せず）から視野変更に関する動作信号が、インターフェ
ース９４を通じて撮像ユニット内のマイクロコンピュー
タ９３に伝えられると、マイクロコンピュータ９３は動
作信号を解析し、駆動信号を視野変更駆動回路２５に送
る。視野変更駆動回路８５は送られてきた駆動信号に基
づいて、モータ８４を駆動し、平面ミラー８３を回転さ
せて撮像系８１が写す視野を変更する。

【０１８７】また、マイクロコンピュータ９３は、エン
コーダ９０を通じて平面ミラー８３の位置検出を行い、
エンコーダ９０から得られた位置情報を処理し、撮像系
８１が映し出している視野情報としてインターフェース
９４を通して装置本体側のマイクロコンピュータに送
る。

【０１８８】一方、撮像系８１によって撮像素子８２の
撮像面上に結像した被写体像は、撮像素子２２によって
光電変換されて映像信号に変換され、不図示のプリアン
プにより増幅される。

【０１８９】増幅された映像信号は、カメラプロセス回
路９１によりガンマ補正、ブランキング処理、同期信号
の付加等、所定の処理を施して規格化された標準テレビ
ジョン信号に変換される。そして、画像処理回路９５に
て、マイクロコンピュータ９３から送られてきた処理信
号に基づいて、カメラプロセス回路９１から得られたテ
レビジョン信号に対して正立画像を得るための画像処理
が行われ、インターフェース９４を通って装置本体に送
られる。

【０１９０】このように本実施形態では、前絞りの光学
系Ｌを用いることにより、平面ミラー８３を小さくし、
さらにこの小さな平面ミラー８３のみを回転させること
により視野を変更するようにしているので、撮像系全体
を回転させる場合に比べてはもとより、第１実施形態の
ように平面ミラー３とこれよりも物体側の光学系構成部
分を回転させる場合に比べても、視野を変更するための
スペースをより小さくし、撮像ユニットをよりコンパク
トにすることができる。

【０１９１】これにより、装置本体側の形態の自由度を
増すこともできる。また、撮像系８１における回転部分
が小さいので、消費電力が小さくなり、装置全体として
の消費電力を抑えることができるそしてこれに加え、本
実施形態では、撮像ユニット内にマイクロコンピュータ
９３を設け、このマイクロコンピュータ９３により各駆
動回路８５，８９を通じて撮像系８１の動作に関する処
理を行うとともに、画像処理回路９５により視野にかか
わらず常に正立画像を得るための処理を行うようにして
いる。つまり、撮像系８１の動作や撮像画像に関する処
理機能を撮像ユニットに集約させているので、本実施形
態の撮像ユニットを汎用ユニットとして様々な装置に搭
載することができる。このため、搭載される装置に応じ
て撮像系を設計する場合に比べて、撮像ユニットを廉価
に提供でき、装置の低価格化に有効である。さらに、装
置本体側のマイクロコンピュータに撮像ユニット側の動
作に関する処理機能を持たせる場合に比べて、装置本体
側のマイクロコンピュータの負担を減らすことができ
る。

【０１９２】なお、本実施形態では、撮像素子８２によ
り得られた画像データを、装置本体に送信する際に標準
テレビジョン信号に変換しているが、本発明はこのよう
な画像データの送信方式を用いる場合に限定されない。

【０１９３】また、本実施形態では、ぼけ幅検出回路９
２を設け、撮像素子８２からの映像信号中から被写体像
のぼけ幅を検出し、ぼけ幅が最小になるようにフォーカ
シングを行う場合について説明したが、本発明ではこの
方式以外のフォーカシング方式を採用してもよい。例え
ば、被写体までの距離を測定する測距部を設け、その出
力結果に応じてマイクロコンピュータ９３がフォーカス
駆動回路に駆動信号を送り、フォーカスレンズを動かし
てフォーカシングを行うようにしてもよい。

【０１９４】また、本実施形態では、フォーカスレンズ
を駆動してフォーカシングを行う場合について説明した
が、これに代えて撮影素子８２を移動させるようにして
もよい。さらに、被写体の明るさを測定する測光部を設
け、この測光部から得られる情報に基づいてマイクロコ
ンピュータ９３が絞りＳを駆動する等して露出補正制御
を行うようにしてもよい。

【０１９５】また、本実施形態では、フォーカス駆動回
路８９を含む場合について説明したが、本発明において
これは必須の構成ではない。すなわち、本発明において
は、撮像ユニット内に撮像系の処理機能を集約させるこ
とが重要であり、撮像系がパンフォーカスであればフォ
ーカス駆動回路を搭載する必要はない。

【０１９６】さらに、本実施形態では、反射部材として
平面ミラー８３を用いているが、これに代えて、入射屈
折面と、射出屈折面と、入射屈折面から入射した光を反
射して射出屈折面から射出させる少なくとも１つの反射
面を有するプリズムを用いてもよい。

【０１９７】また、反射部材の反射面若しくは屈折面に
曲率を持たせれば、撮像系をより小さくすることができ
る。この場合、反射部材にて像の歪みが生ずることが多
いので、例えば撮像素子により撮像された画像の歪みを
補正する画像処理回路を設けるのが望ましい。

【０１９８】また、本実施形態では、光軸を中心として
平面ミラー８３を回転させることによって視野を変更す
る場合について説明したが、光軸以外の軸を中心に回転
させるようにしてもよい。また、反射部材が平行移動し
て視野が変更される構成としてもよい。

【０１９９】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１および第
２の発明によれば、光学系よりも物体側に配置された反
射部材を駆動することにより、又は光学系内に配置され
た反射部材およびこの反射部材よりも物体側の光学系構
成部分を駆動することにより撮像媒体による撮像範囲を
変更させる撮像系を採用しているので、撮像範囲（視
野）を可変とするために必要なスペースを少なくして、
撮像系さらにはこれを含む撮像ユニットのコンパクト化
を図ることができる。これにより、この撮像ユニットが
搭載される装置本体側の形態の自由度を増すこともでき
る。さらに、反射部材又は反射部材とこれよりも物体側
の光学系構成部分のみを駆動して撮像範囲変更を行うよ
うにしているので、カメラ全体又は撮像系全体を回転さ
せる場合に比べて消費電力を小さくすることができる。

【０２００】しかも、上記第１および第２の発明では、
撮像ユニット内に、撮像範囲変更駆動を行う駆動手段
や、装置本体との通信を可能とするインターフェース
や、装置本体からの信号に基づいて撮像範囲変更駆動を
制御するマイクロコンピュータを備え、撮像ユニット内
に少なくとも撮像系の視野変更動作に関する処理機能を
集約しているので、コンパクトで汎用化された、撮像範
囲の変更可能な撮像ユニットを実現することができ、こ
の撮像ユニットを様々な装置に搭載することができる。
したがって、撮像ユニットの低コスト化、さらにはこれ
を搭載する装置の低価格化に極めて有効である。

【０２０１】なお、第１の発明に係る撮像ユニットの光
学系として、最も物体側に絞りを有するものを用いた
り、第２の発明に係る撮像ユニットの光学系として、光
学系内に絞りを有しており、絞りよりも物体側におい
て、絞りの像が、この絞りよりも物体側の光学系構成部
分により負の倍率で結像するものを用いたりすれば、従
来の屈折光学素子のみの光学系に比べて、入射面におけ
る光学有効径が大きくなることを抑えることができ、光
学系および撮像ユニットのコンパクト化により有効とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である撮像ユニットの構
成を示すブロック図。

【図２】本発明の第２実施形態である撮像ユニットの構
成を示すブロック図。

【図３】上記第２実施形態の撮像ユニットに用いられる
撮像系の構成を示す図。

【図４】光学系の物体側に反射部材を設け、光学系内に
絞りを設けた一般的な撮像系の構成図。

【図５】本発明の第３実施形態である撮像ユニットの構
成を示すブロック図。

【図６】上記第３実施形態の撮像ユニットに用いられる
撮像系の構成を示す図。

【図７】本発明の第４実施形態である撮像ユニットの構
成を示すブロック図。

【図８】上記第３実施形態の撮像ユニットに用いられる
撮像系の構成を示す図。

【図９】上記第４実施形態の撮像系のＹＺ面内での光学
断面図。

【図１０】上記第３および第４実施形態にて用いられる
光学素子のモデル図。

【図１１】上記第４実施形態にて用いられる光学系の横
収差図（広角端）。

【図１２】上記第４実施形態にて用いられる光学系の横
収差図（中間位置）。

【図１３】上記第４実施形態にて用いられる光学系の横
収差図（望遠端）。

【図１４】本発明の第５実施形態である撮像ユニットの
構成を示すブロック図。

【図１５】上記第５実施形態の撮像ユニットの動作を示
す図。

【図１６】上記第５実施形態の撮像ユニットに設けられ
た画像処理回路の動作を示す図。

【図１７】反射部材の回転に伴い、撮像素子に対して像
が回転することを示す図。

【図１８】従来の視野変更可能なカメラの図。

【図１９】従来の視野変更可能なカメラの動作を示す
図。

【図２０】従来の視野変更可能な撮像装置の略図。

【符号の説明】

１，２１，４１，６１，８１撮像系２，２２，４２，６２，８２撮像素子３，２３，４３，６３，８３平面ミラー１４，３４，５４，７４，９４インターフェースＲｉ，Ｒｍ，ｎ面Ｂｉ第ｉの光学素子Ｄｉ基準軸に沿った面間隔Ｎｄｉ屈折率 νｄｉアッベ数Ｌ光学系Ｓ絞り

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年９月４日（２０００．９．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９５】また、光学素子は少なくとも回転非対称な
非球面を一面以上有し、その形状は以下の式により表
す： z =C02y²+C20x²+C03y³+C21x²y+C04y⁴+C22x²y²+C40x⁴ +C0
5y⁵+C23x²y³+C41x⁴y+C06y⁶+C24x²y⁴+C42x⁴y²+C60x⁶ 上記曲面式はｘに関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とする
面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場
合はｘｚ面に対して対称な形状を表す。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９６】C03 =C21 =C05=C23=C41=0 さらに、C02 =C20，C04=C40 = C22/2 ，C06=C60 =C24/3
=C42/3が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以
上の条件を満たさない場合は非回転対称な形状である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 27/02 Ｇ０２Ｂ 27/02 Ｚ５Ｃ０６４Ｇ０３Ｂ 15/00 Ｇ０３Ｂ 15/00 Ｓ 17/17 17/17 19/02 19/02 Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｈ０４Ｎ 5/232 Ａ 5/235 5/235 7/14 7/14 Ｆターム(参考） 2H040 BA04 CA22 CA25 2H054 BB02 2H087 KA03 KA10 LA03 MA02 MA14 PA04 PA18 PB05 QA02 QA07 QA17 QA21 QA26 QA34 QA41 QA46 RA32 RA34 RA41 RA43 SA11 TA01 TA06 TA08 2H101 FF00 5C022 AA01 AA04 AA09 AA12 AB02 AB12 AB22 AB62 AB65 AB66 AB67 AC42 AC51 AC69 AC74 AC75 5C064 AA01 AA02 AA06 AC02 AC03 AC22 AD07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像媒体と、この撮像媒体に物体像を結
像させる光学系と、この光学系よりも物体側に配置さ
れ、物体からの光を前記光学系に入射させるように反射
する反射部材とを備え、この反射部材が駆動されること
により前記撮像媒体による撮像範囲が変更される撮像ユ
ニットであって、前記反射部材を駆動する反射部材駆動手段と、この撮像ユニットを搭載してこの撮像ユニットの動作を
制御するための信号を生成する装置本体との通信を可能
とするインターフェースと、前記装置本体に対して撮像ユニット側の情報を送信する
とともに前記装置本体から受信した信号に基づいて前記
反射部材駆動手段を制御するマイクロコンピュータとを
備えていることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】前記光学系は、最も物体側に絞りを有す
ることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】前記光学系が、透明体の表面に、入射屈
折面と、射出屈折面と、前記入射屈折面から前記透明体
の内部に入射した光を繰り返し反射させて前記射出屈折
面から射出させる複数の反射面とを有する光学素子によ
り構成されていることを特徴とする請求項２に記載の撮
像ユニット。
【請求項４】前記光学系が、入射した光を繰り返し反
射して射出させる複数の反射鏡を一体的に組み合わせて
構成される光学素子により構成されていることを特徴と
する請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項５】撮像媒体と、この撮像媒体に物体像を結
像させる光学系と、この光学系内に配置された反射部材
とを備え、この反射部材よりも物体側の光学系構成部分
を通じて入射した物体からの光を前記反射部材で反射さ
せてこの反射部材よりも像面側の光学系構成部分に入射
させるとともに、前記反射部材および前記物体側の光学
系構成部分が駆動されることにより前記撮像媒体による
撮像範囲が変更される撮像ユニットであって、前記反射部材を駆動する反射部材駆動手段と、この撮像ユニットを搭載してこの撮像ユニットの動作を
制御するための信号を生成する装置本体との通信を可能
とするインターフェースと、前記装置本体に対して撮像ユニット側の情報を送信する
とともに前記装置本体から受信した信号に基づいて前記
反射部材駆動手段を制御するマイクロコンピュータとを
備えていることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項６】前記光学系内に絞りを有しており、前記光学系は、前記絞りよりも物体側において、前記絞
りの像が、前記絞りよりも物体側の光学系構成部分によ
り負の倍率で結像するものであることを特徴とする請求
項５に記載の撮像ユニット。
【請求項７】前記絞りよりも物体側の光学系構成部分
が、透明体の表面に、入射屈折面と、射出屈折面と、前
記入射屈折面から前記透明体の内部に入射した光を繰り
返し反射させて前記射出屈折面から射出させる複数の反
射面とを有する光学素子により構成されていることを特
徴とする請求項６に記載の撮像ユニット。
【請求項８】前記絞りよりも物体側の光学系構成部分
が、入射した光を繰り返し反射して射出させる複数の反
射鏡を一体的に組み合わせて構成される光学素子により
構成されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像
ユニット。
【請求項９】前記絞りが前記反射部材にの近傍に配置
されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか
に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】前記反射部材が、平面ミラーであるこ
とを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の撮像
ユニット。
【請求項１１】前記反射部材が、入射屈折面と、射出
屈折面と、前記入射屈折面から入射した光を反射させて
前記射出屈折面から射出させる少なくとも１つの反射面
とを有するプリズムであることをことを特徴とする請求
項１から９のいずれかに記載の撮像ユニット。
【請求項１２】前記プリズムの入射屈折面および射出
屈折面のうち少なくとも一方が曲率を有することを特徴
とする請求項１１に記載の撮像ユニット。
【請求項１３】前記プリズムの反射面のうち少なくと
も１つが曲率を有することを特徴とする請求項１２に記
載の撮像ユニット。
【請求項１４】前記反射部材において発生した物体像
の歪みを、前記撮像媒体により得られた画像データを処
理することによって補正する画像処理手段を有すること
を特徴とする請求項１２又は１３に記載の撮像ユニッ
ト。
【請求項１５】前記光学系が複数の光学素子により構
成されており、これら光学素子の相対位置を変化させることによりズー
ミングを行うことを特徴とする請求項１から１４のいず
れかに記載の撮像ユニット。
【請求項１６】前記光学素子の相対位置を変化させる
よう光学素子を駆動するズーム駆動手段を有しており、前記マイクロコンピュータは、前記装置本体からの信号
に基づいて前記ズーム駆動手段を制御することを特徴と
する請求項１５に記載の撮像ユニット。
【請求項１７】前記光学系を構成する光学素子のうち
少なくとも１つを移動させてフォーカシングを行うこと
を特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の撮像
ユニット。
【請求項１８】前記撮像媒体を移動させてフォーカシ
ングを行うことを特徴とする請求項１から１６のいずれ
かに記載の撮像ユニット。
【請求項１９】撮像物体までの距離を測定する測距手
段と、フォーカシングのための駆動を行うフォーカス駆
動手段とを有しており、前記マイクロコンピュータは、前記測距手段による測定
結果に基づいて前記フォーカス駆動手段を制御すること
を特徴とする請求項１７又は１８に記載の撮像ユニッ
ト。
【請求項２０】撮像物体に対する合焦状態を検出する
合焦検出手段と、フォーカシングのための駆動を行うフ
ォーカス駆動手段とを有しており、前記マイクロコンピュータは、前記合焦検出手段による
検出結果に基づいて前記フォーカス駆動手段を制御する
ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の撮像ユニ
ット。
【請求項２１】撮像物体の明るさを測定する測光手段
と、前記撮像媒体の露出補正を行う露出補正手段とを有
しており、前記マイクロコンピュータは、前記測光手段による検出
結果に基づいて前記露出補正手段を制御することを特徴
とする請求項１から１９のいずれかに記載の撮像ユニッ
ト。
【請求項２２】前記撮像範囲にかかわらず、前記撮像
媒体により撮像された画像が正立像となるように画像デ
ータの処理を行う画像処理手段を有することを特徴とす
る請求項１から２１のいずれかに記載の撮像ユニット。
【請求項２３】前記撮像範囲の変更に応じて前記撮像
媒体を回転させる撮像媒体回転手段を有することを特徴
とする請求項１から２２のいずれかに記載の撮像ユニッ
ト。
【請求項２４】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とする装置。
【請求項２５】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とするテレビ電話。
【請求項２６】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とする携帯端末。
【請求項２７】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とするコンピュー
タ。
【請求項２８】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とする車載カメラ。
【請求項２９】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とする監視カメラ。
【請求項３０】請求項１から２３のいずれかに記載の
撮像ユニットを搭載したことを特徴とする内視鏡。