JP2005084470A - 撮像光学系及び撮像装置並びに該撮像装置を備えた携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像光学系が３枚以上の多数枚で構成される場合でも、レンズ間隔及び光軸合わせを容易に保証することができ、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像光学系及び撮像装置を得ること。
【解決手段】 撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズに、撮像光学系を支持する支持部を一体で形成し、この支持部を撮像素子に当接させると共に、支持部を形成したレンズに、撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させる当接部を一体で形成した撮像装置とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に携帯端末への内蔵に好適な小型で薄型の撮像装置と該撮像装置に用いられる撮像光学系に関するものである。

従来より、小型で薄型の撮像装置が携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の小型、薄型の電子機器に搭載されるようになっており、これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。これらの撮像装置に用いられる撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用されている。

これら携帯端末に内蔵される撮像装置は、撮像素子の画素ピッチが非常に小さいことと、開口Ｆ値が２〜４程度のものであるため、像側の焦点深度は非常に浅くなり、撮像面に対する撮像光学系の光軸方向の位置決めには厳しい精度が要求されている。

これに対し、撮像装置の撮像光学系の位置設定方法に関して提案がなされている。例えば、撮像装置の製造時のピント調整を不要とすべく、光学部材と一体で形成された脚部（支持部）を撮像素子に当接させ、弾性部材で光学部材を撮像素子方向に付勢することにより、撮像素子と光学部材の光軸方向の位置決めをおこなうものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３７７５８号公報

近年、携帯端末に内蔵される撮像装置は、より高画質を目指し、高画素の撮像素子の搭載されるものが増加しつつある。この高画素化は、上記の撮像光学系の光軸方向の位置決めに関して、従来より更に厳しい精度が必要となる。また、この撮像素子の高画素化により、要求される撮像光学系の結像性能についても、従来に比べ、より向上させる必要がある。

この撮像光学系の結像性能の向上策としては、撮像光学系を構成するレンズ枚数を増加させることで対応可能である。しかし、撮像光学系のレンズ構成枚数を増加させた場合、個々のレンズの間隔や光軸合わせをばらつき無く正確に組み立てる必要がある。これは、レンズ相互の間隔や光軸合わせに誤差を生じると、焦点位置のみならず結像性能にも変化が及ぶためである。

一方、撮像光学系と撮像素子の光軸方向の位置決めを正確に保つ方法として提案されている、上記特許文献１に記載のレンズ枚数を複数にした撮像装置の例の場合、以下の問題がある。

像側レンズと被写体側レンズは、径方向で嵌合して軸合わせがなされ、光軸方向では絞り板をスペーサとして、レンズ間距離を規制している。このように撮像光学系を構成すると、光軸方向のレンズ間隔がスペーサの厚みのばらつきに依存することになる。撮像光学系のレンズ構成枚数が更に増加した場合、このスペーサのばらつきの累積がレンズ間隔の誤差となり、上述の焦点位置と結像性能のばらつきとなる問題を生じることになる。

また、積み上げ式にレンズを当接して撮像光学系を組み立てる場合、レンズを３枚以上使用すると、両端に配置されたレンズの光軸及び間隔の誤差は間挿されたレンズの誤差が累積された状態になる。このため、撮像光学系の焦点位置と結像性能が安定せず、この撮像光学系を使用した撮像装置は、量産時の良品率の低下を誘引することになる。

本発明は上記問題に鑑み、撮像光学系が３枚以上の多数枚で構成される場合でも、レンズ間隔及び光軸合わせを容易に保証することができ、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像光学系及び撮像装置を得ることを目的とするものである。

上記の目的は、以下のようにすることで解決される。

１） 被写体像を結像させる、少なくとも３枚のレンズで構成された撮像光学系であって、前記撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズは、前記撮像光学系を支持する支持部と、他の複数のレンズを個々に当接させる当接部と、を有することを特徴とする撮像光学系。

２） 前記撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズは、前記支持部と前記当接部が一体で形成されている１）の撮像光学系。

３） 前記支持部と前記当接部を有するレンズは、他の複数のレンズと径方向で嵌合する嵌合部が一体で形成されている１）又は２）の撮像光学系。

４） 前記支持部を形成したレンズは、前記撮像光学系を構成するレンズのうち最も誤差感度が高いレンズである１）〜３）のいずれかの撮像光学系。

５） 撮像素子と、該撮像素子の光電変換領域に被写体光を導く、少なくとも３枚のレンズで構成された撮像光学系と、を有する撮像装置において、前記撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズに、前記撮像光学系を支持する支持部を一体で形成し、前記支持部を前記撮像素子に当接させると共に、前記支持部を形成したレンズに、前記撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させる当接部を一体で形成したことを特徴とする撮像装置。

６） 前記撮像装置は弾性部材を有し、該弾性部材は前記撮像光学系を撮像素子方向に付勢する５）の撮像装置。

７） 前記支持部を形成したレンズは、前記撮像光学系を構成するレンズのうち最も誤差感度が高いレンズである５）又は６）の撮像装置。

８） ５）〜７）の撮像装置を備えた携帯端末。

本発明によれば、少なくとも３枚で構成された撮像光学系のレンズのうちのいずれか１枚のレンズに、撮像光学系を支持する支持部と、他の複数のレンズを個々に当接させる当接部とを有する撮像光学系とすることにより、他の要素の誤差が介在せず、レンズ相互の光軸及び間隔の組み立て誤差やばらつきを最少に抑えることができ、撮像光学系の焦点位置と結像性能を安定させ量産時の良品率を向上させることができる。

また、支持部と当接部を一体で形成することにより、撮像素子との位置関係を正確に設定した撮像光学系とすることができる。

また、この支持部と当接部を有するレンズに、他の複数のレンズと径方向で嵌合する嵌合部を一体で形成することにより、レンズ相互の偏芯誤差を最少に抑えることができる。

更に、この支持部と当接部を形成するレンズは、撮像光学系を構成するレンズのうち最も誤差感度が高いレンズとすることにより、撮像素子との位置関係をばらつきを最少に抑えて正確に設定できる撮像光学系とすることができる。

更に、本発明によれば、少なくとも３枚で構成された撮像光学系のレンズのうちのいずれか１枚のレンズに、撮像光学系を支持する支持部を一体で形成し、この支持部を形成したレンズに、撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させ保持し、支持部を撮像素子に当接させた撮像装置とすることにより、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像装置を得ることができ、量産時の良品率を向上させることができる。

また、弾性部材を有し、撮像光学系を撮像素子方向に付勢した撮像装置とすることにより、撮像装置に外力が作用した場合でも撮像光学系には直接的に力がかからなくすることができ、その性能を長期にわたって維持することができる。

また、上記の支持部を形成するレンズは、撮像光学系を構成するレンズのうち最も誤差感度が高いレンズが望ましく、これにより撮像素子との位置関係を正確に設定し、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像装置を得ることができる。

更に、この撮像装置を備えた携帯端末とすることで、上記の効果を有する携帯端末を得ることができるようになる。

以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機Ｔの外観図である。

同図に示す携帯電話機Ｔは、表示画面Ｄを備えたケースとしての上筐体７１と、操作ボタンＰを備えた下筐体７２とがヒンジ７３を介して連結されている。撮像装置１００は、上筐体７１内の表示画面Ｄの下方に内蔵されており、撮像装置１００が上筐体７１の外表面側から被写体光を取り込めるよう配置されている。

なお、この撮像装置１００の位置は上筐体７１内の表示画面Ｄの上方や側面に配置してもよい。また携帯電話機は折りたたみ式に限るものではないのは、勿論である。

図２は、本発明の撮像装置１００の斜視図である。

同図に示すように撮像装置１００の外表面は、撮像素子の実装されたプリント基板１１と、携帯端末の他の基板に接続のためのコネクト基板１７、このプリント基板１１とコネクト基板１７を接続するフレキシブルプリント基板ＦＰＣ、外枠部材１２、この外枠部材１２の上面に組み込まれる赤外光カットフィルタ７とフィルタ押さえ１４で構成されている。

以下、本発明の撮像光学系及び撮像装置について、実施の形態に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像光学系及び撮像装置の一部省略断面図である。同図は、図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面を示している。以下説明の重複を避けるため、同部材には同符号を付与して説明する。

同図において、外枠部材１２の内部は、第１レンズ１、撮像光学系の開口Ｆ値を決める開口絞り４、第２レンズ２、不要光遮断のための固定絞り５ａ、５ｂ、第３レンズ３、で構成された撮像光学系５０と、プリント基板１１上に実装された撮像素子８、弾性部材であるコイルバネ９、蓋部材１３で構成されている。

なお、外枠部材１２はプリント基板１１に接着剤Ｃにより接着固定され、蓋部材１３は外枠部材１２に接着剤Ｂにより接着固定されている。

同図に示すように、第１レンズ１は、他の第２レンズ２及び第３レンズ３を個々に当接させる当接部１ｂ及び１ｃが一体で形成されている。この当接部１ｂには第２レンズ２が当接され、接着固定される。当接部１ｃには第３レンズ３が当接され、接着固定されて撮像光学系５０はユニット化されている。また、第２レンズ２、第３レンズ３の径方向では、それぞれ第１レンズ１に形成された嵌合部１ｆ、１ｇと嵌合している。この嵌合部１ｆ、１ｇは、第２レンズ２、第３レンズ３の径方向の寸法と精密に嵌合するよう形成されている。

この当接部１ｂ、１ｃと嵌合部１ｆ、１ｇにより、第１レンズ１に対して第２レンズ２と第３レンズ３は、それぞれの光軸方向の間隔と光軸のずれを最少にした撮像光学系とすることができる。

更に、第１レンズ１には、図示のように、撮像光学系５０を支持する支持部１ｄが一体で形成されており、光軸に直交する方向は外枠部材１２に形成された嵌合部１２ｋにより嵌合されて位置決めされ、光軸方向ではコイルバネ９による付勢力により支持部１ｄが撮像素子８上に当接するようになっている。この第１レンズ１に形成された支持部１ｄにより、撮像素子８の光電変換面と撮像光学系５０との光軸方向の位置決めがなされるようになっている。

このように、撮像光学系５０を、構成するレンズのみで他の部材を介さず構成することにより、撮像光学系５０の相互のレンズ間隔に関する誤差やばらつきを最少にして組み立てることができ、撮像光学系の焦点位置と結像性能を安定させ量産時の良品率を向上させることができる。

また、第１レンズ１の片側（本例では像面側）に第２レンズ２と第３レンズ３を当接させる当接部１ｂ、１ｃ及び嵌合部１ｆ、１ｇを形成することで、第１レンズ１を成形する金型の一方に一体で当接部１ｂ、１ｃ及び嵌合部１ｆ、１ｇの形状を形成することができる。このことは、間隔に関わる寸法精度を確保できるだけでなく、偏芯誤差をも抑えることが可能となり、相互のレンズ間隔の精度向上に加えて、各レンズ間の光軸合わせ精度も向上させることが可能となる。

なお、本例は第１レンズ１の光軸方向の位置ずれが、焦点位置ずれに対し最も敏感な撮像光学系に好適な構成である。

即ち、第１レンズ１が焦点位置のずれに関する誤差感度の最も高いレンズである場合に好適なものであり、誤差感度の最も高い第１レンズに支持部１ｄを設けて、第１レンズ１と撮像素子８との位置関係を他の部材を介さないことで正確に設定でき、この第１レンズ１に撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させ保持することで、光学系内のレンズ間隔に関する誤差を最少にすることができ、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像装置を得ることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像光学系及び撮像装置の一部省略断面図である。同図は、図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面を示している。

同図において、外枠部材１２の内部は図３と同様に、第１レンズ１、撮像光学系の開口Ｆ値を決める開口絞り４、第２レンズ２、不要光遮断のための固定絞り５ａ、５ｂ、第３レンズ３、で構成された撮像光学系５０と、プリント基板１１上に実装された撮像素子８、弾性部材であるコイルバネ９、蓋部材１３で構成され、外枠部材１２はプリント基板１１に接着剤Ｃにより接着固定され、蓋部材１３は外枠部材１２に接着剤Ｂにより接着固定されている。

同図に示すように、第３レンズ３は、他の第１レンズ１及び第２レンズ２を個々に当接させる当接部３ｂ及び３ｃが一体で形成されている。この当接部３ｃには第２レンズ２が当接され、接着固定される。当接部３ｂには第１レンズ１が当接され、接着固定され撮像光学系５０はユニット化されている。また、第１レンズ１、第２レンズ２の径方向では、それぞれ第３レンズ３に形成された嵌合部３ｆ、３ｇと嵌合している。この嵌合部３ｆ、３ｇは、第１レンズ１、第２レンズ２の径方向の寸法と精密に嵌合するよう形成されている。

この当接部３ｂ、３ｃと嵌合部３ｆ、３ｇにより、第３レンズ３に対して第１レンズ１と第２レンズ２は、それぞれの光軸方向の間隔と光軸のずれを最少にした撮像光学系とすることができる。

更に、第３レンズ３には、図示のように、撮像光学系５０を支持する支持部３ｄが一体で形成されており、光軸に直交する方向は外枠部材１２に形成された嵌合部１２ｋにより嵌合されて位置決めされ、光軸方向ではコイルバネ９による付勢力により支持部３ｄが撮像素子８上に当接するようになっている。この第３レンズ３に形成された支持部３ｄにより、撮像素子８の光電変換面と撮像光学系５０との光軸方向の位置決めがなされるようになっている。

この第２の実施の形態においても、撮像光学系５０を、構成するレンズのみで他の部材を介さず構成することにより、撮像光学系５０の相互のレンズ間隔に関する誤差やばらつきを最少にして組み立てることができ、撮像光学系の焦点位置と結像性能を安定させ量産時の良品率を向上させることができる。

また、第３レンズ３の片側（本例では被写体側）に第１レンズ１と第２レンズ２を当接させる当接部３ｂ、３ｃ及び嵌合部３ｆ、３ｇを形成することで、第３レンズ３を成形する金型の一方に一体で当接部３ｂ、３ｃ及び嵌合部３ｆ、３ｇに相当する形状を形成することができる。このことは、間隔に関わる寸法精度を確保できるだけでなく、偏芯誤差をも抑えることが可能となり、相互のレンズ間隔の精度向上に加えて、各レンズ間の光軸合わせ精度も向上させることが可能となる。

なお、本例は第３レンズ３の光軸方向の位置ずれが、焦点位置ずれに対し最も敏感な撮像光学系に好適な構成である。

即ち、第３レンズ３が焦点位置のずれに関する誤差感度の最も高いレンズである場合に好適なものであり、誤差感度の最も高い第３レンズ３に支持部３ｄを設けて、第３レンズ３と撮像素子８との位置関係を他の部材を介さないことで正確に設定でき、この第３レンズ３に撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させ保持することで、光学系内のレンズ間隔に関する誤差を最少にすることができ、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像装置を得ることが可能となる。

（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る撮像光学系及び撮像装置の一部省略断面図である。同図は、図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面を示している。

同図において、外枠部材１２の内部は図３と同様に、被写体側より第１レンズ１、撮像光学系の開口Ｆ値を決める開口絞り４、第２レンズ２、不要光遮断のための固定絞り５ａ、５ｂ、第３レンズ３、で構成された撮像光学系５０と、プリント基板１１上に実装された撮像素子８、弾性部材であるコイルバネ９、蓋部材１３で構成され、外枠部材１２はプリント基板１１に接着剤Ｃにより接着固定され、蓋部材１３は外枠部材１２に接着剤Ｂにより接着固定されている。

同図に示すように、第２レンズ２は、他の第１レンズ１及び第３レンズ３を個々に当接させる当接部２ｂ及び２ｃが一体で形成されている。この当接部２ｂには第１レンズ１が当接され、接着固定される。当接部２ｃには第３レンズ３が当接され、接着固定され撮像光学系５０はユニット化されている。また、第１レンズ１、第３レンズ３の径方向では、それぞれ第２レンズ２に形成された嵌合部２ｆ、２ｇと嵌合している。この嵌合部２ｆ、２ｇは、第１レンズ１、第３レンズ３の径方向の寸法と精密に嵌合するよう形成されている。

この当接部２ｂ、２ｃと嵌合部２ｆ、２ｇにより、第２レンズ２に対して第１レンズ１と第３レンズ３は、それぞれの光軸方向の間隔と光軸のずれを最少にした撮像光学系とすることができる。

更に、第２レンズ２には、図示のように、撮像光学系５０を支持する支持部２ｄが一体で形成されており、光軸に直交する方向は外枠部材１２に形成された嵌合部１２ｋにより嵌合されて位置決めされ、光軸方向ではコイルバネ９による付勢力により支持部２ｄが撮像素子８上に当接するようになっている。この第２レンズ２に形成された支持部２ｄにより、撮像素子８の光電変換面と撮像光学系５０との光軸方向の位置決めがなされるようになっている。

この第３の実施の形態においても、撮像光学系５０を、構成するレンズのみで他の部材を介さず構成することにより、撮像光学系５０の相互のレンズ間隔に関する誤差やばらつきを最少にして組み立てることができ、撮像光学系の焦点位置と結像性能を安定させ量産時の良品率を向上させることができる。

なお、本例は第２レンズ２の光軸方向の位置ずれが、焦点位置ずれに対し最も敏感な撮像光学系に好適な構成である。

即ち、第２レンズ２が焦点位置のずれに関する誤差感度の最も高いレンズである場合に好適なものであり、誤差感度の最も高い第２レンズ２に支持部２ｄを設けて、第２レンズ２と撮像素子８との位置関係を他の部材を介さないことで正確に設定でき、この第２レンズ２に撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させ保持することで、光学系内のレンズ間隔に関する誤差を最少にすることができ、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像装置を得ることが可能となる。

以上説明したように、撮像光学系の光学設計に応じて、撮像光学系を構成するレンズのうち焦点位置に関する誤差感度の最も大きいレンズに撮像素子との間隔を保証する支持部を形成し、この支持部を撮像素子に当接させることで位置決めし、更にこのレンズに撮像光学系を構成する他のレンズを当接してユニット化することにより、撮像光学系が３枚以上の枚数で構成される場合でも、レンズ間隔及び光軸合わせを容易に保証することができ、組み立て時に無調整で所定の被写体距離に焦点の合った撮像装置を得ることが可能になった。

なお、上述の第１〜第３の実施の形態においては３枚構成の撮像光学系で説明したが、これに限るものでなく、３枚以上で構成された撮像光学系に適用可能なことは勿論である。

本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機の外観図である。 本発明の撮像装置の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像光学系及び撮像装置の一部省略断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像光学系及び撮像装置の一部省略断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る撮像光学系及び撮像装置の一部省略断面図である。

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
７ 赤外光カットフィルタ
８ 撮像素子
９ コイルバネ
１１ プリント基板
１２ 外枠部材
１３ 蓋部材
１４ フィルタ押さえ
１７ コネクト基板
５０ 撮像光学系
１００ 撮像装置
ＦＰＣ フレキシブルプリント基板

Claims (8)

1. 被写体像を結像させる、少なくとも３枚のレンズで構成された撮像光学系であって、
   前記撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズは、前記撮像光学系を支持する支持部と、他の複数のレンズを個々に当接させる当接部と、を有することを特徴とする撮像光学系。
2. 前記撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズは、前記支持部と、前記当接部が一体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
3. 前記支持部と前記当接部を有するレンズは、他の複数のレンズと径方向で嵌合する嵌合部が一体で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
4. 前記支持部を形成したレンズは、前記撮像光学系を構成するレンズのうち最も誤差感度が高いレンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
5. 撮像素子と、該撮像素子の光電変換領域に被写体光を導く、少なくとも３枚のレンズで構成された撮像光学系と、を有する撮像装置において、
   前記撮像光学系を構成するレンズのうちのいずれか１枚のレンズに、前記撮像光学系を支持する支持部を一体で形成し、前記支持部を前記撮像素子に当接させると共に、
   前記支持部を形成したレンズに、前記撮像光学系を構成する他のレンズを個々に当接させる当接部を一体で形成したことを特徴とする撮像装置。
6. 前記撮像装置は弾性部材を有し、該弾性部材は前記撮像光学系を撮像素子方向に付勢することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記支持部を形成したレンズは、前記撮像光学系を構成するレンズのうち最も誤差感度が高いレンズであることを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
8. 請求項５〜７に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

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