JP2005024599A

JP2005024599A - 撮像ユニット

Info

Publication number: JP2005024599A
Application number: JP2003186780A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kobayashi; 宏至木林; Sadahito Katagiri; 禎人片桐
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP4396813B2

Abstract

【課題】環境変化に対応しながらも高画質化及び小型化を図ることができる撮像ユニットを提供する。
【解決手段】撮像光学系５０を構成するレンズ１〜３が温度変化により屈折率が変化するプラスチックから形成されていることにより、撮影環境で温度変化が生じるとピント位置のズレが生じる恐れがあるが、マイクロコンピュータ２８がＡＦ処理を行って撮像光学系５０を合焦位置へ移動させることで、温度変化に関わらず、常にピントが合った状態で撮影を行うことができ、それにより高画質な画像を得ることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像ユニットに関し、特に携帯電話やパソコン（パーソナルコンピューター）などに搭載可能な撮像ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、ＣＰＵの高性能化、画像処理技術の発達などにより、デジタル画像データを手軽に取り扱えるようになってきた。特に、携帯電話やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）において、画像を表示できるディスプレイを備えた機種が出回っており、近い将来、無線通信速度の飛躍的な向上が期待できることから、このような携帯電話やＰＤＡ間で画像データの転送が頻繁に行われることが予想される。
【０００３】
特に最近は、特許文献１に記載されているようなＣＣＤなどの固体撮像素子を含む撮像ユニットを搭載した携帯電話が市販されており、これを用いて手軽に撮像を行うことができる。又、撮像した画像に対応する画像データは、パソコンなどを介することなく別な携帯電話に手軽に送信することができる。
【特許文献１】
特開２００３−３７７５８号公報
【特許文献２】
特開平０５−０９３８３２号公報
【特許文献３】
特開２００３−１３１１０３号公報
【特許文献４】
特開２００２−０７２０４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示された撮像ユニットは、小型低コストで、組み立て時の光学的な調整も不要で生産性が良いという利点がある。又、その撮影光学系にプラスチックが使用されているが、それにより温度変化でピント位置のズレは生じるものの、特許文献１の技術は、低画素の撮像素子を用いた場合に好適なものであるので、いわゆるパンフォーカスレンズを採用し、フォーカス合わせのためにレンズを移動させることなく、レンズを近側から遠側まで、ある許容された画質のなかで撮影できるようにしている。
【０００５】
しかし、最近は、たとえ携帯電話であろうとも高画質な画像を撮像できることが望まれており、従って撮像素子はより高画素なものが搭載される傾向がある。一方、携帯電話等は、例えば洋服のポケットに入れてもかさばらないように、コンパクト性が特に重視されるため、大型の撮像素子を搭載することは困難である。このような撮像素子の高画素化と小型化により、従来より画素ピッチが小さくなると、プラスチックレンズの温度変化によりピントの位置ズレが生じた場合、フォーカス合わせのためにレンズを移動させないと、近側から遠側まで、良好な画質での撮影ができなくなるという問題がある。
【０００６】
より具体的には、Ｕ≒ｆ^２／（Ｆ×２Ｐ）（ただし、ｆ：レンズの焦点距離、Ｆ：レンズのＦナンバー、Ｐ：撮像素子の画素ピッチ）で表せる過焦点距離において、幾何光学的には、無限遠方からＵ／２の距離の物体にピントが合っているとみなせる状態となる。例えば、ｆ＝３．８ｍｍ、Ｆ＝２．８、Ｐ＝０．００３２の場合、基準被写体距離として、過焦点距離Ｕ≒ｆ^２／（Ｆ×２Ｐ）≒０．８ｍにおけるレンズの像点位置と、撮像素子の受光面の光軸方向の位置を一致させるようにすれば、無限遠方から約０．４ｍの距離までピントが合っている状態になる。ところが、常温で以上の設定にした場合、これから±２０℃以上外気温が変化したとすると、ピント位置のズレにより撮影可能な距離が０．１５〜０．３５ｍずれたり、無限遠方の被写体にピントが合わなくなったりするという問題がある。
【０００７】
そのような問題を解決するために、小型撮像ユニットのレンズの一部または全部を移動させてフォーカシングが可能となるように構成した上で、特許文献２，３に記載されているように、温度を検知して、その検知結果に基づいてレンズを移動するよう方法や、特許文献４に記載されているように、新たに温度変化を補正する補正部材を設けるなどの方法が考えられる。しかしながら、新たに温度検知手段を設けたり、移動量を記録させるためのメモリを新たに設けたり、補正部材を設けるなどすると、構成が複雑化し撮像ユニットが大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
更に別な問題として、撮像ユニットを搭載した撮像装置において、低温時にはバッテリーの性能が低下することから、電力消費を極力抑えたいということがある。加えて、温度変化に起因したピント位置のズレを、どこまで補正すべきかという問題もある。
【０００９】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、環境変化に対応しながらも高画質化及び小型化を図ることができる撮像ユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明の撮像ユニットは、外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、駆動手段の動力に応じて移動するピント調整用レンズを含み、全てプラスチックレンズで構成される撮影レンズと、前記撮影レンズのピント調整用レンズを光軸方向に移動可能に案内する案内部材と、前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段と、前記ピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ、前記案内部材を保持する回路基板と、を備えているので、温度変化に起因するピント位置のズレが生じた場合でも、前記ピント検出手段が、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出して、その検出結果に基づいて前記駆動制御手段が前記駆動手段を制御することで、最適なピント位置を得ることができるため、より高画質な画像を得ることができる。かかる本発明は、前記撮像素子が高画素且つ小型の場合に、より高い効果を発揮する。又、前記回路基板において、前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ、前記案内部材、前記案内部材が保持されているので、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００１１】
第２の本発明の撮像ユニットは、外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、駆動手段の動力に応じて移動するピント調整用レンズを含み、全てプラスチックレンズで構成される撮影レンズと、前記撮影レンズのピント調整用レンズを光軸方向に移動可能に案内する案内部材と、前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、前記撮像素子及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ、前記案内部材を保持する回路基板と、を備えているので、温度変化に起因するピント位置のズレが生じた場合でも、前記ピント検出手段が、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出して、その検出結果に基づいて前記駆動制御手段が前記駆動手段を制御することで、最適なピント位置を得ることができるため、より高画質な画像を得ることができる。かかる本発明は、前記撮像素子が高画素且つ小型の場合に、より高い効果を発揮する。又、前記回路基板において、前記撮像素子及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ、前記案内部材、前記駆動手段が保持されているので、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００１２】
更に、前記駆動手段を内蔵すると、外部から動力を供給する必要がなく撮像ユニットを独立させることができるので好ましい。
【００１３】
更に、前記駆動手段は、前記撮像ユニット外に配置されていると、外部のモータを兼用できるので、撮像ユニットを搭載する装置トータルでの低コスト化が図れる。
【００１４】
更に、前記ピント調整用レンズは、前記撮影レンズ全てのレンズであり、ピント調整は前記撮影レンズを一体的に移動することにより行うと好ましい。
【００１５】
更に、前記ピント調整用レンズは、前記撮影レンズの一部のレンズであると好ましい。
【００１６】
更に、前記撮影レンズを収容する部材又は前記撮影レンズの物体側端面から、前記回路基板の像側面までの距離が１０ｍｍ以下であると、前記撮像ユニットを、携帯電話などの薄形の撮像装置に搭載するのに好適である。
【００１７】
第３の本発明の撮像ユニットは、外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段と、前記ピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、前記撮影レンズの初期位置を、最低保証温度で無限遠の距離にある被写体が被写界深度内に入る過焦点位置としたので、例えば低温時など、電力供給用のバッテリーの性能が低下したような場合には、前記ピント調整用レンズを駆動しなくても合焦が達成されることから、バッテリーの負担が減少し、最適なシャッターチャンスを逃すことなく撮影を行うことができる。
【００１８】
更に、前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたので、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００１９】
第４の本発明の撮像ユニットは、外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、前記撮影レンズの初期位置を、最低保証温度で無限遠の距離にある被写体が被写界深度内に入る過焦点位置としたので、例えば低温時など、電力供給用のバッテリーの性能が低下したような場合には、前記ピント調整用レンズを駆動しなくても合焦が達成されることから、バッテリーの負担が減少し、最適なシャッターチャンスを逃すことなく撮影を行うことができる。
【００２０】
更に、前記撮像素子と前記駆動制御手段とが載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたので、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００２１】
更に、前記駆動手段を内蔵すると、外部から動力を供給する必要がなく撮像ユニットを独立させることができるので好ましい。
【００２２】
更に、前記駆動手段は、前記撮像ユニット外に配置されていると、外部のモータを兼用できるので、撮像ユニットを搭載する装置トータルでの低コスト化が図れる。
【００２３】
更に、前記最低保証温度は０℃であると好ましい。
【００２４】
更に、前記撮像素子及び前記制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ及び前記駆動手段を保持する回路基板を備えていると、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００２５】
第３の本発明の撮像ユニットは、外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段と、前記ピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、前記駆動手段により駆動されるピント調整用レンズの移動可能範囲の撮像面側の端部位置を、許容最低温度において無限の距離にある被写体に対して合焦する位置、またはそれよりも撮像面に近い位置とし、前記移動可能範囲の被写体側の端部位置を、許容最高温度において撮影を可能とする最至近距離の被写体に合焦する位置、またはそれよりも被写体側の位置としたので、前記許容最低温度と前記許容最高温度との間で高画質な画像を撮像でき、ユーザーに不満を与えることがない。
【００２６】
更に、前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたので、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００２７】
第６の本発明の撮像ユニットは、外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、前記駆動手段により駆動されるピント調整用レンズの移動可能範囲の撮像面側の端部位置を、許容最低温度において無限の距離にある被写体に対して合焦する位置、またはそれよりも撮像面に近い位置とし、前記移動可能範囲の被写体側の端部位置を、許容最高温度において撮影を可能とする最至近距離の被写体に合焦する位置、またはそれよりも被写体側の位置としたので、前記許容最低温度と前記許容最高温度との間で高画質な画像を撮像でき、ユーザーに不満を与えることがない。
【００２８】
更に、前記撮像素子と前記駆動制御手段とが載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたので、より厚みの薄い撮像ユニットを提供できる。
【００２９】
更に、前記駆動手段を内蔵すると、外部から動力を供給する必要がなく撮像ユニットを独立させることができるので好ましい。
【００３０】
更に、前記駆動手段は、前記撮像ユニット外に配置されていると、外部のモータを兼用できるので、撮像ユニットを搭載する装置トータルでの低コスト化が図れる。
【００３１】
更に、前記許容最低温度は、前記撮像ユニットの性能を保証する温度範囲の最低温度であり、前記許容最高温度とは、前記撮像ユニットの性能を保証する温度範囲の最高温度であると好ましい。
【００３２】
更に、前記合焦する位置は、無限距離又は撮影を保証する最至近距離距離が被写界深度内に入っている位置であると好ましい、
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる撮像ユニットを内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機Ｔの外観を示す図である。
【００３４】
図１において、携帯電話機Ｔは、表示画面Ｄを備えた上部ボディ７１と、操作ボタン群Ｐを備えた下部ボディ７２とを、ヒンジ７３を介して連結した折り畳み自在な構成となっている。撮像ユニット１００は、上部ボディ７１内の表示画面Ｄの下方に内蔵されており、撮像光学系５０（図３）を介して外表面側から光学像を取り込めるように配置されている。なお、撮像ユニット１００は、上部ボディ７１内の表示画面Ｄの上方や側面に配置してもよい。また携帯電話機Ｔは、折りたたみ式に限るものではないことは言うまでもない。
【００３５】
図２は、本実施の形態の撮像ユニット１００の斜視図である。図２に示すように、撮像ユニット１００は、撮像素子８（図４）が実装されたプリント基板１１を有している。プリント基板１１は雄コネクタＣＭを有し、この雄コネクタＣＭに対して、周辺回路ユニット１０２の基板１７に接続されたフレキシブルプリント基板ＦＰＣの雌コネクタＣＦを挿抜可能となっており、コネクタＣＭ、ＣＦを接続することで、フレキシブルプリント基板ＦＰＣを介して撮像ユニット１００は、周辺回路ユニット１０２に対して信号伝達可能に接続される。周辺回路ユニット１０２については、具体的には図６を参照して説明するが、図２では、基板１７上にマイクロコンピュータ２８を代表的に実装して示しており、その他の電子回路は省略している。なお、本実施のようにコネクタを用いず、それぞれ予め対応した基板のパターンを用意し、ハンダ接続により実装するようにしてもよい
【００３６】
尚、本実施の形態では、マイクロコンピュータ２８等の電気部品は、撮像ユニット１００にフレキシブルプリント基板ＦＰＣにて接続される周辺回路ユニット１０２側に搭載されているが、これらの電気部品をプリント基板１１の裏面に予め実装した上で、表面側に外枠部材１２や撮像素子１０２を搭載すれば、より小型の構成を得ることができる。
【００３７】
側面に開口部１２ｋを形成し下端に板状のベースを形成した略円管状の外枠部材１２が、そのベース部１２ｆを、プリント基板１１上に載置するようにして取り付けられている。ベース部１２ｆ上には、モータ１２ｂが取り付けられており、その回転軸（不図示）に、ねじ１６によりギヤ１５ｇが一体的に回転するように取り付けられている。外枠部材１２の上端には、開口を有する蓋部材１３が取り付けられている。
【００３８】
図３は、図２の構成をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。図４は、図２、３に示す構成要素を分解して示す斜視図である。図３に示すように、外枠部材１２の内部には、プリント基板１１上に撮像素子８が載置され、撮像素子８上には、赤外線カットフィルタ７を内挿した短円管状の台座６が載置されている。
【００３９】
台座６は、像面側（図で下側）に撮像素子８に当接する脚部６ｄを有し、また物体側（図で上側）に、高さの異なる水平面６ａ、６ｂと、水平面６ａ、６ｂを連続的に繋ぐ傾斜面６ｃと（以下、カム面と称す）を略１２０°間隔で３組有している（そのカムプロファイルを図５に示す）。また、台座６の側面には凹部６ｅが形成され、これに対向する外枠部材１２の内周には凸部１２ｅが形成されており、凸部１２ｅを凹部６ｅに嵌合させることで、外枠部材１２に対して台座６の位置決めと回動を禁止するようになっている。
【００４０】
台座６の物体側に配置される撮影レンズである撮像光学系５０は、全てプラスチックから形成された第１レンズ１と第２レンズ２と第３レンズ３とを、光学有効面以外のフランジ部で相互に当接させて固着することでユニット化されており、他の部材を介さず構成することで、相互のレンズ間隔を誤差無く組み立てることができるようになっている。
【００４１】
この撮像光学系５０を構成する最も像側の第３レンズ３の下端には、対向する台座６に形成されたカム面６ｃに当接するようにして、突起３ａが略１２０°間隔で形成されている。また、第３レンズ３の側面には、外枠部材１２の開口部１２ｋに面した部位において、歯車１５ｇに噛合する歯車部３ｇが形成されている。尚、外枠部材１２の凸部１２ｅが案内部材を構成し、台座６のカム面６ｃと，第３レンズ３の凸部３ａ及び歯車部３ｇと，歯車１５ｇと、モータ１２ｂとが駆動手段を構成する。本実施の形態においては、プリント基板（回路基板）１１が、撮影レンズと、案内部材と、駆動手段とを保持している。
【００４２】
更に、第１レンズ１のフランジ部の物体側には座金１０が配置され、圧縮コイルバネ９が蓋部材１３と座金１０の間に組み込まれている。組み付け状態では、この圧縮コイルバネ９により撮像光学系５０と、台座６は撮像素子８方向に付勢されているため、がたつきが抑えられる。尚、本実施の形態において、撮像光学系５０を収容した部材である外枠部材１２の物体側端面から、プリント基板１１の像側面までの距離Δは１０ｍｍ以下となっている。
【００４３】
図６は、本実施の形態にかかる撮像ユニットを搭載可能な携帯電話の撮影機能ブロック図であり、撮像ユニット１００と、周辺回路ユニット１０２と、通信ユニット１０１とを分離して示している。周辺回路ユニット１０２は、撮像ユニット１００に対して撮影を行うために必要な各種制御を行うと共に、撮像ユニット１００で得られた画像信号を入力して、所定の画像処理を行い、画像データとしてメモリ等に記憶したり、外部に送信したりする機能を有するものである。具体的には、撮像ユニット１００は、撮像素子８，アナログ信号回路２５，Ａ／Ｄ変換器２６等を有し、周辺回路ユニット１０２は、マイクロコンピュータ２８、インタフェース８ｃ、不図示の電力供給部等を有している。
【００４４】
図６において、蓋部材１３の開口及び撮像光学系５０を介して、多数の光電変換素子としてのＣＭＯＳセンサを２次元的に配列してＸ−Ｙアドレス方式に形成した固体撮像素子（以下、ＣＭＯＳイメージセンサというが、ＣＣＤでも良い）８に被写体像が結像される。このＣＭＯＳイメージセンサ８は、例えば特開平１０−２２４６９６号公報に記載されているようにフォトダイオード、増幅トランジスタ及び垂直選択トランジスタ及びリセットトランジスタで構成される画素を表す単位セルをＸＹ方向にｎ×ｍ個マトリックス配列した２次元センサ部８Ａと、この２次元センサ部８Ａの垂直アドレス及び水平アドレスを指定して画素の出力を選択する垂直走査部８Ｖ及び水平走査部８Ｈとを備えている。
【００４５】
そして、２次元センサ部８Ａから読出されるアナログ画素信号は、これらに対してノイズ低減処理、増幅処理、ガンマ処理やクランプ処理を行うアナログ信号処理部２５に供給され、このアナログ信号処理部２５から出力されるアナログ画素信号がアナログ／デジタル変換器２６でデジタル画素データに変換されてインタフェース部２７を経て撮影モードを制御するマイクロコンピュータ２８に入力される。
【００４６】
ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ８及びアナログ／デジタル変換器２６は、マイクロコンピュータ２８から入力されるコマンドに応じて制御信号を発生するタイミング信号発生回路２９（周辺回路ユニット１０２側に配置される）によって駆動制御される。このタイミング信号発生回路２９で、ＣＭＯＳイメージセンサ８の垂直走査部８Ｖ及び水平走査部８Ｈに垂直走査信号ＳＹ及び水平走査信号ＳＸを供給することにより、タイミング信号ＳＹ及びＳＸに応じた画素信号が読出されると共に、アナログ／デジタル変換器２６に対してデジタル処理信号を供給することにより、読出されたアナログ画素信号をデジタル画素データに変換する。
【００４７】
タイミング信号発生回路２９では、マイクロコンピュータ２８から撮影モードを示すコマンドが入力されたときに、全ての光電変換素子から画素信号を読出す垂直走査信号ＳＹ及び水平走査信号ＳＸを出力する。タイミング信号発生回路は、撮像ユニット１００に設けてもよい。この場合は、周辺回路ユニット１０２のマイクロコンピュータ２８と接続されている（図示しない）発振子からの基準パルスを、撮像ユニット１００側のタイミング信号発生回路が入力することで、それに応動してＣＭＯＳやＡ／Ｄ変換器を駆動させるために必要なパルスを分周させて出力させるようにできる。
【００４８】
また、インタフェース部２７は、アナログ／デジタル変換器２６から入力されるデジタル画素データをマイクロコンピュータ２８に出力すると共に、マイクロコンピュータ２８から入力されるコマンドをタイミング信号発生回路２９に出力する。
【００４９】
通信ユニット１０１は、大容量メモリＭと、液晶ディスプレイＤと、テンキーやジョグダイヤル等を含む操作部Ｐと、スピーカＳと、マイクＣと、アンテナを有し外部と無線通信を行う送受信部Ｋと、これらを制御するＣＰＵ６０とを有しており、コネクタｃｍ、ｃｆにより周辺回路ユニット１０２に着脱可能に接続されている。尚、通信ユニット１０１は不図示のバッテリを備え、コネクタｃｍ、ｃｆ、ＣＭ、ＣＦを介して、周辺回路ユニット１０２，撮像ユニット１００に電力を供給するようになっている。又、本実施の形態では、周辺回路ユニット１０２のマイクロコンピュータ２８は、通信ユニット１０１のＣＰＵ６０をホストとして制御されるようになっている。ただし、周辺回路ユニット１０２のマイクロコンピュータ２８が、ホストとして機能するようにしても良く、それは、撮像ユニット１００が組み込まれる機器に応じて適宜選択すればよい。
【００５０】
制御手段であるマイクロコンピュータ２８は、通信ユニット１０１の操作部（ボタン）Ｐの操作によりスイッチオン状態となったとき、不図示のバッテリから電力が供給され、撮影を含む所定の動作を行える状態になる。その後、通信ユニット１０１のＣＰＵ６０から、撮影などの制御コマンドが送信されたときは、マイクロコンピュータ２８は、それに応じて、撮像ユニット１００側に撮影に関する指示（ＡＦ処理に関するものを含む）を出力するようになっている。撮像ユニット１００は、マイクロコンピュータ２８の指示により撮影を行い、デジタル画素データを周辺ユニット１０２に出力する。
【００５１】
マイクロコンピュータ２８では、受信したデジタル画素データを、圧縮回路８ａに送信し、圧縮処理などの画像処理を行うことができ、受信したデジタル画素データをバッファメモリ８ｂに送信し、一時的に記憶でき、又、処理した画像信号をインタフェース８ｃを介して、通信ユニット１０１より外部の基地局に無線送信したり、画像信号や撮影条件等をメモリＭに記憶したり、電子ファインダーとしての液晶ディスプレイＤに対して、表示用の画像信号を送信したり、ＡＦ検出回路３０に画像信号を送信したりする機能を有する。
【００５２】
ピント検出手段であるＡＦ検出回路３０で行われるＡＦ処理について説明する。ＡＦ処理とは、ＣＭＯＳイメージセンサ８より入力された１画面分、若しくは画面内の所定領域を対象としてＡＦ評価値の算出を行い、その算出結果に基づいて、駆動制御手段であるレンズ駆動回路３１を制御して、撮像光学系５０を駆動する処理である。
【００５３】
このＡＦ評価値は、焦点が合うほど大きい値になる特性を有しており、撮像光学系５０の位置を横軸に、ＡＦ評価値を縦軸にとりグラフを作成すると、合焦点を頂点とした山が形成される。すなわち、撮像光学系５０を移動させながら求めたＡＦ評価値を互いに比較することにより、山の頂点、つまり合焦点を求めることができる。このようにしてＡＦ評価値を求める動作を探索動作という。なお、ＡＦ評価値は、入力された１画面分、若しくは画面内の所定領域に対して画像信号の周波数を分析することにより算出される。周波数分析では、ソフト的に帯域通過フィルタを構成し、この帯域通過フィルタを通過した画像信号強度の積分値を算出して、その算出結果をＡＦ評価値とする。すなわち、ＡＦ評価値は、コントラスト（明暗の差）情報であり、その画像に含まれる特定周波数の強度を求める演算を行うことにより算出される。
【００５４】
本実施の形態の動作について説明する。撮像光学系５０は、撮影モード終了後には、初期位置として、最低保証温度（例えば０℃）で無限遠の距離にある被写体が被写界深度内に入る過焦点位置に戻るようになっている。従って、ユーザーが、携帯電話Ｔの操作ボタンＰを操作することで、電源スイッチをオン操作（もしくは撮影モードに設定）し撮像可能状態とした時点では、撮影光学系５０は初期位置にあるので、撮影環境において、たとえ最低保証温度であっても、撮像光学系５０を移動させることなく無限遠の被写体を撮影できるため、携帯電話Ｔのバッテリーの残量が少ない場合でも撮影を行うことができ、シャッタチャンスを逃す恐れが少ない。
【００５５】
しかるに、撮影環境の温度変化に応じて、ピントの位置ズレが生じる恐れがある。そこで、本実施の形態においては、適切なＡＦ処理を行って、撮像光学系５０をピントの合う位置へと駆動することにしている。
【００５６】
例えば撮影を所望するユーザーが、被写体に撮像光学系５０を向けた状態で操作ボタンＰを半押し等すると、それに応じてＡＦ検出回路３０でＡＦ処理が開始される。かかるＡＦ処理結果に応じて、レンズ駆動回路３１が、外部（携帯電話Ｔのバッテリ）から電力供給を受けて駆動手段であるモータ１２ｂを駆動する。モータ１２ｂの回転軸と共に歯車１５ｇが回転すると、歯車部３ｇを介してそれに噛合する撮像光学系５０を回転させる。それによりレンズ３の凸部３ｇが、カム面６ｃに沿って周方向に移動するので、撮像光学系５０は光軸方向に沿って移動することとなる。移動する位置に応じて撮像光学系５０により結像された光学像が、ＣＭＯＳイメージセンサ８で画素信号に変化されるため、ＡＦ検出回路３０は、それに基づきＡＦ評価値を求め、相互に比較して、最大ＡＦ評価値である撮像光学系５０の位置を合焦点として検出し、レンズ駆動回路３１が、その合焦点へと撮像光学系５０を駆動する。その後、ユーザーが操作ボタンＰを全押し等することで撮影開始信号を入力すると、それに応じてシャッタレリーズがなされ、ＣＭＯＳイメージセンサ８から出力された画素信号に基づき得られた画像信号がメモリＭに記憶されることとなる。
【００５７】
撮像光学系５０を構成するレンズ１〜３が温度変化により屈折率が変化するプラスチックから形成されていることにより、撮影環境で温度変化が生じるとピント位置のズレが生じる恐れがあるが、本実施の形態のように、ＡＦ検出回路３０がＡＦ処理を行って、レンズ駆動回路３１が撮像光学系５０を合焦位置へ移動させることで、温度変化に関わらず、常にピントが合った状態で撮影を行うことができ、それにより高画質な画像を得ることができる。尚、本実施の形態では、ＡＦ処理において撮像光学系５０全体を光軸方向に移動しているが、レンズ１〜３のいずれかを移動させても良い。
【００５８】
又、モータ１２ｂにより駆動されるピント調整用レンズ（ここでは撮像光学系５０のレンズ１〜３）の移動可能範囲（カム面６ｃの高低差により定まる）の撮像面側（像側）の端部位置を、許容最低温度（例えば−１０℃）において無限の距離にある被写体に対して合焦する位置、またはそれよりも撮像面に近い位置とし、移動可能範囲の被写体側の端部位置を、許容最高温度（例えば８０℃）において撮影を可能とする最至近距離の被写体に合焦する位置、またはそれよりも被写体側の位置としているので、許容最低温度と許容最高温度との間で高画質な画像を撮像でき、ユーザーに不満を与えることがない。
【００５９】
図７は、別な実施の形態を示す図６と同様な機能ブロック図である。図６に示す実施の形態では、レンズ駆動回路３１と、ＡＦ検出回路３０とは、撮像ユニット１００に組み込まれており、一方、図７に示す実施の形態では、レンズ駆動回路３１は撮像ユニット１００に組み込まれ、ＡＦ検出回路３０は周辺回路ユニット１０２に組み込まれている。すなわち、図６の実施の形態では、撮像ユニット１００の回路基板において、撮像素子であるイメージセンサ８と、ＡＦ検出回路３０とレンズ駆動回路３１とが載置されて電気的に接続され、かつ撮像光学系５０、案内部材である凸部１２ｅを含む鏡枠１２を保持しており、図７の実施の形態では、撮像ユニット１００の回路基板において、撮像素子であるイメージセンサ８と、レンズ駆動回路３１とが載置されて電気的に接続され、かつ撮像光学系５０、案内部材である凸部１２ｅを含む鏡枠１２を保持している。その他の構成については、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６０】
図８は、更に別な実施の形態を示す図２と同様な図である。図８に示す実施の形態においては、撮像ユニットは駆動手段としてのモータを内蔵しておらず、外部のモータの動力を用いて撮像光学系５０を移動させている。より具体的には、撮像ユニットを搭載する携帯電話において内蔵されたモータ１６は、その回転軸に結合された駆動歯車１５ａと、駆動歯車１５ａに噛合する中間歯車１５ｂと、中間歯車１５ｂに噛合する従動歯車１５ｃと、歯車１５ａ〜１５ｃを回転自在に支承するアーム１５ｄとを有している。
【００６１】
本来的には、モータ１６は、携帯電話のフリップを回動させたり、アンテナを伸ばすなどの機能のために動力を供給するものである。図８に示す点線の位置にアーム１５ｄが位置しているときは、従動歯車１５ｃが、不図示の歯車に噛合することで、歯車１５ａ〜１５ｃを介してモータ１６の動力を伝達でき、それにより携帯電話のフリップを回動させたり、アンテナを伸ばすことができる。
【００６２】
一方、図８に示す実線の位置にアーム１５ｄが位置しているときは、従動歯車１５ｃが、外枠部材１２の開口部１２ｋから露出した歯車部３ｇに噛合することで、歯車１５ａ〜１５ｃを介してモータ１６の動力を伝達でき、それにより撮像光学系５０のＡＦ駆動を行えるようになっている。尚、本実施の形態では、図６，７に示すように、レンズ駆動回路３１を撮像ユニット内に設けるようにしているが、撮像ユニットの外部に設けても良い。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明の撮像ユニットは、小型のデジタルスチルカメラや、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末に搭載されることが好ましいが、パソコンカメラなど他の用途にも用いることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、環境変化に対応しながらも高画質化及び小型化を図ることができる撮像ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる撮像ユニットを内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機Ｔの外観を示す図である。
【図２】本実施の形態の撮像ユニット１００の斜視図である。
【図３】図２の構成をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】図２、３に示す構成要素を分解して示す斜視図である。
【図５】台座６の展開図である。
【図６】本実施の形態にかかる携帯電話の撮影機能ブロック図である。
【図７】別な実施の形態を示す図６と同様な機能ブロック図である。
【図８】更に別な実施の形態を示す図２と同様な図である。
【符号の説明】
１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４開口絞り
５固定絞り
６台座
７赤外線カットフィルタ
８撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）
９弾性部材
１０座金
１１プリント基板
１２外枠部材
１２ｂモータ
１３蓋部材
１６ネジ
３０ＡＦ検出回路
３１レンズ駆動回路
５０撮像光学系
１００撮像ユニット

Claims

外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、
駆動手段の動力に応じて移動するピント調整用レンズを含み、全てプラスチックレンズで構成される撮影レンズと、
前記撮影レンズのピント調整用レンズを光軸方向に移動可能に案内する案内部材と、
前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段と、
前記ピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、
前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ、前記案内部材を保持する回路基板と、を備えたことを特徴とする撮像ユニット。
外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、
駆動手段の動力に応じて移動するピント調整用レンズを含み、全てプラスチックレンズで構成される撮影レンズと、
前記撮影レンズのピント調整用レンズを光軸方向に移動可能に案内する案内部材と、
前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、
前記撮像素子及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズ、前記案内部材を保持する回路基板と、を備えたことを特徴とする撮像ユニット。
前記駆動手段を内蔵することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像ユニット。
前記駆動手段は、前記撮像ユニット外に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像ユニット。
前記ピント調整用レンズは、前記撮影レンズ全てのレンズであり、ピント調整は前記撮影レンズを一体的に移動することにより行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記ピント調整用レンズは、前記撮影レンズの一部のレンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記撮影レンズを収容する部材又は前記撮影レンズの物体側端面から、前記回路基板の像側面までの距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像ユニット。
外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、
温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、
前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段と、
前記ピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、
前記撮影レンズの初期位置を、最低保証温度で無限遠の距離にある被写体が被写界深度内に入る過焦点位置としたことを特徴とする撮像ユニット。
前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたことを特徴とする請求項８に記載の撮像ユニット。
外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、
温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、
前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、
前記撮影レンズの初期位置を、最低保証温度で無限遠の距離にある被写体が被写界深度内に入る過焦点位置としたことを特徴とする撮像ユニット。
前記撮像素子と前記駆動制御手段とが載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の撮像ユニット。
前記駆動手段を内蔵することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記駆動手段は、前記撮像ユニット外に配置されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記最低保証温度は０℃であることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の撮像ユニット。
外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、
温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、
前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段と、
前記ピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、
前記駆動手段により駆動されるピント調整用レンズの移動可能範囲の撮像面側の端部位置を、許容最低温度において無限の距離にある被写体に対して合焦する位置、またはそれよりも撮像面に近い位置とし、
前記移動可能範囲の被写体側の端部位置を、許容最高温度において撮影を可能とする最至近距離の被写体に合焦する位置、またはそれよりも被写体側の位置としたことを特徴とする撮像ユニット。
前記撮像素子、前記ピント検出手段及び前記駆動制御手段が載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の撮像ユニット。
外部から電力が供給されて撮像可能状態となり、外部から撮影開始信号が入力されることにより撮像を開始し、撮像した画像信号を出力する撮像ユニットにおいて、
温度の変化によりピント位置が光軸方向に移動する撮影レンズであって、駆動手段に駆動されるピント調整用レンズを含む撮影レンズと、
前記撮影レンズにより光学像を結像され、それに応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の信号に基づいてピント状態を検出するピント検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動する駆動制御手段と、を有し、
前記駆動手段により駆動されるピント調整用レンズの移動可能範囲の撮像面側の端部位置を、許容最低温度において無限の距離にある被写体に対して合焦する位置、またはそれよりも撮像面に近い位置とし、
前記移動可能範囲の被写体側の端部位置を、許容最高温度において撮影を可能とする最至近距離の被写体に合焦する位置、またはそれよりも被写体側の位置としたことを特徴とする撮像ユニット。
前記撮像素子と前記駆動制御手段とが載置されて電気的に接続され、かつ前記撮影レンズを保持する回路基板を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の撮像ユニット。
前記駆動手段を内蔵することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記駆動手段は、前記撮像ユニット外に配置されていることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記許容最低温度は、前記撮像ユニットの性能を保証する温度範囲の最低温度であり、前記許容最高温度とは、前記撮像ユニットの性能を保証する温度範囲の最高温度であることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載の撮像ユニット。
前記合焦する位置は、無限距離又は撮影を保証する最至近距離距離が被写界深度内に入っている位置であることを特徴とする請求項１５乃至２１のいずれかに記載の撮像ユニット。