JP2005128578A - 撮像装置及び該撮像装置を備えた携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な構成で、姿勢差が発生せず、撮像素子と撮像光学系の光軸方向の正確な位置決めが可能で、撮像素子の高画素化にも対応できるマクロ撮影可能な撮像装置及びこの撮像装置を備えた携帯端末を得る。
【解決手段】 撮像素子と、撮像素子が実装されたプリント基板と、プリント基板に取り付けられた外枠部材と、外枠部材の外周に回動可能に組み込まれたカム部材と、カム部材に被写体側から当接する当接部と外枠部材の内周に嵌合する外周と撮像素子の撮像領域に被写体光を導く光学部材を有する撮像光学系と、撮像光学系を撮像素子方向に付勢する弾性部材とを有し、カム部材の回動により、弾性部材の付勢力に抗して撮像光学系を光軸方向に移動可能に構成した撮像装置とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、撮像装置の焦点調節に関し、特に携帯端末に内蔵される撮像装置の近接撮影のための機構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。

これら携帯端末に内蔵される撮像装置は、撮像光学系の焦点距離が非常に短いことと、Ｆｎｏ．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る。このため、撮像装置の撮像光学系の位置設定方法に関し、種々の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）。

また、撮影レンズと筒状のホルダーに、突起と傾斜溝を相互に形成し、撮影レンズを回動させることにより撮影レンズを光軸方向に移動させ、組み立て時のピント調整をおこない、さらにこの調整機構を利用して近接撮影を可能とするものが開示されている（例えば、特許文献２参照）
特開２００３−３７７５８号公報 特開２００２−８２２７１号公報

上述の携帯端末に搭載される撮像装置も、普及率の増大に伴い高画質化・多機能化が要望され、高画素数の撮像素子の搭載や近接撮影（マクロ撮影）の可能な撮像装置が要望されている。

高画質化に関しては、高画素数の撮像素子を用いることになり、これに対応して撮像光学系を高解像力とするために光学部材は複数枚化され、光学部材間相互の位置決めと共に、この光学部材で構成される撮像光学系の撮像素子に対する光軸方向の正確な位置決めが必要となる。

また、マクロ撮影に関しても、撮像面に対する撮像光学系の光軸方向の移動量及びその設定位置は上記と同様、非常に厳しい精度が要求されることになる。

これに対し、上記特許文献１に記載の撮像装置は、撮像素子と光学部材との光軸方向の位置決めに調整工程を要せず、簡便で有効な方法であるが撮像光学系を被写体方向に移動させるまでに至っていない。

また、特許文献２に記載の撮像装置のように、突起と傾斜溝を相対的に移動可能に構成する場合、この突起の寸法形状に対し傾斜溝は必然的にクリアランスを持った形状とせざるを得ず、撮像装置が上向きの時は、突起は傾斜溝の下方に当接し、撮像装置が下向きの時は、突起は傾斜溝の上方に当接することになり、ピントはクリアランス分だけずれるという姿勢差の問題が発生する。

本発明は上記の問題に鑑み、簡便な構成で、姿勢差が発生せず、撮像素子と撮像光学系の光軸方向の正確な位置決めが可能で、撮像素子の高画素化にも対応できるマクロ撮影可能な撮像装置及びこの撮像装置を備えた携帯端末を得ることを目的とするものである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１） 撮像素子と、該撮像素子が実装されたプリント基板と、該プリント基板に取り付けられた外枠部材と、該外枠部材の外周に回動可能に組み込まれたカム部材と、該カム部材に被写体側から当接する当接部と前記外枠部材の内周に嵌合する外周と前記撮像素子の撮像領域に被写体光を導く光学部材を有する撮像光学系と、該撮像光学系を前記撮像素子方向に付勢する弾性部材とを有し、前記カム部材の回動により、前記弾性部材の付勢力に抗して前記撮像光学系を光軸方向に移動可能に構成したことを特徴とする撮像装置。

２） 前記カム部材は、高さの低い平坦部と、高さの高い平坦部と、前記高さの低い平坦部と高さの高い平坦部とを滑らかに繋ぐ傾斜部が、それぞれ略１２０度間隔で３個所設けられている１）の撮像装置。

３） １）又は２）の撮像装置を備えた携帯端末。

本発明によれば、簡便な構成で、姿勢差が発生せず、撮像素子と撮像光学系の光軸方向の正確な位置決めが可能で、撮像素子の高画素化にも対応できるマクロ撮影可能な撮像装置を得ることが可能となる。

加えて、上記の撮像装置を備えた携帯端末とすることで、上述の効果を有する撮像装置を備えた携帯端末を得ることが可能となる。

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の外観を示す図である。

図１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Ｓ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Ｓが上筐体７１の外表面側から光を取り込めるよう配置されている。

上筐体７１の表示画面Ｄの下方には、円弧状の開口部７４とこの開口部７４から操作部材１５が露出するよう配置されている。この操作部材１５を開口部７４内で図示上方へ移動させることによりマクロ撮影時のピント位置に設定される。

なお、この撮像装置の位置は上筐体７１内の表示画面Ｄの上方や側面に配置してもよいし、操作部材１５の位置に関しても同様である。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。同図の撮像装置１００が、図１における撮像装置Ｓに相当する。

図２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、携帯端末の他の制御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と１２ａ、この外枠部材１２ａの上面に組み込まれる蓋部材１３、外枠部材１２の円筒部外周に組み込まれたカム部材１４、外枠部材１２に一体的に形成されたボス１２ｂ上に回動可能に取り付けられる操作部材１５、操作部材１５を回動可能に固定する段付きネジ１６で構成されている。

図３は、本発明の撮像装置１００を図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面図である。

図３において、外枠部材１２及び１２ａの内部は、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５、第３レンズ３、で構成された撮像光学系５０と、赤外光カットフィルタ７、プリント基板１１上に実装された撮像素子８、弾性部材である圧縮コイルバネ９、蓋部材１３で構成されている。また外部には、図２で説明したように、外枠部材１２の外側に組み付けられたカム部材１４、操作部材１５、段付きネジ１６で構成されている。また、外枠部材１２とプリント基板１１は接着剤Ｂによりその周囲が封止されている。

撮像光学系５０は、図示のように第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３を、光学有効面以外のフランジ部で相互に当接させ、接着剤等で互いに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。

同図において、本発明に係る撮像光学系５０を構成する第３レンズ３には、撮像素子８に当接する当接部３ｄが形成されている。また、図示のように側面にも腕部３ｓが一体で形成され、この腕部３ｓには、カム部材１４と当接する当接部３ｔが形成されている。この腕部３ｓ及び当接部３ｔは略１２０度間隔で形成されている。なお図示のように、当接部３ｄが撮像素子８に当接しているときは、腕部３ｓの当接部３ｔはカム部材１４とは離間しているよう設定されている。

この当接部３ｄが撮像素子８に当接した状態では、撮像光学系５０は無限遠や過焦点距離等の遠距離側にピントが合った状態となるよう当接部３ｄの高さが設定されている。

即ち、本発明に係る第１の当接部が上記の当接部３ｄに相当し、第２の当接部が上記の当接部３ｔに相当するものである。

また、第３レンズ３の外周３ｒとこれに対応する外枠部材１２の内周１２ｒは嵌合され、この外周３ｒと内周１２ｒの少なくとも一方には潤滑油が薄く塗布され、第３レンズ３の撮像素子８側の空間は略密閉された状態とされている。

更に、第３レンズ３には気体流路としての穴部３ｐを有し、この穴部３ｐには防塵フィルタ３ｇが配置され、撮像光学系５０の光軸方向の移動による密閉された撮像素子８側の空間の容積の増加に対応して、穴部３ｐから撮像素子８側へ気体の流入が可能とされている。このような穴部３ｐが、第３レンズ３に、少なくとも１個形成されている。

このように構成された撮像光学系５０は、圧縮コイルバネ９により撮像素子８方向に付勢され、この付勢力により当接部３ｄを撮像素子８に当接させている。

一方、外枠部材１２の円筒部外周に配置されたカム部材１４は、外枠部材１２の円筒部外周に沿って回動可能とされている。このカム部材１４の外周の少なくとも一部に歯車部１４ｇが形成され、操作部材１５に形成された歯車部１５ｇと噛み合わされている。

カム部材１４は、詳細は後述するが、第３レンズ３の腕部３ｓの当接部３ｔに対応する位置にカム形状を有し、当接部３ｔとカム部材１４とが離間した図示の状態から外枠部材１２の円筒部外周に沿って回動し、当接部３ｔに当接し弾性部材９の付勢力に抗して、撮像光学系５０を撮像素子８から離間する方向に移動させるよう構成されている。

図４は、本発明の撮像装置１００に使用される、カム部材１４の形状を示す斜視図である。

同図に示すように、カム部材１４は、外周の一部に操作部材１５の歯車部１５ｇ（図３参照）と噛み合う歯車部１４ｇが形成され、高さの低い３箇所の平坦部Ａと、高さの高い３箇所の平坦部Ｍと、この平坦部ＡとＭを滑らかに繋ぐ３箇所の傾斜部Ｂが、それぞれ略１２０度間隔で形成されている。

これらのカム形状のうち、高さの低い平坦部Ａは、撮像装置１００に組み込まれたとき、第３レンズ３の腕部３ｓの当接部３ｔと当接しない高さに設定され、高さの高い平坦部Ｍは、当接部３ｔと当接し、弾性部材９の付勢力に抗して当接部３ｔを移動させる高さに設定されている。

この、平坦部Ｍの高さは、当接部３ｔを移動させることにより撮像光学系５０が所望の近接撮影を可能とする光軸上の位置となるように設定されるものである。

図３に戻り、以上のように構成された撮像装置１００は、操作部材１５を操作することにより、操作部材１５は段付きネジ１６を中心に回動し、歯車部１５ｇと１４ｇで噛み合ったカム部材１４を回動させる。この時、まずカム部材１４の傾斜部Ｂと当接部３ｔが当接し、この傾斜部Ｂに沿って当接部３ｔを弾性部材９の付勢力に抗して光軸方向に移動させ、カム部材１４の高さの高い平坦部Ｍ（図４参照）と当接部３ｔとが当接することになる。これにより第３レンズ３と一体的に構成された撮像光学系５０は、光軸方向に撮像素子８から離間する方向に移動することができる。

図５は、本発明の撮像装置１００のカム部材１４と撮像光学系５０の位置関係を示す断面図である。同図は光軸Ｏを境として、右側を遠距離にピントを合わせる状態を示し、左側が近接撮影時の状態を示している。

同図右側の遠距離にピントを合わせる状態のときは、当接部３ｄが撮像素子８と当接し、当接部３ｔはカム部材１４の低い平坦部Ａと離間している。一方、カム部材１４を回動させ、高い平坦部Ｍと当接部３ｔが当接すると、当接部３ｄは撮像素子８と離間する。これにより、撮像装置１００の撮像光学系は物体側へ移動し近接撮影が可能となる。

以上、図３〜図５で説明したように、弾性部材である圧縮コイルバネ９は、撮像光学系５０を撮像素子８側へ終始付勢している。このため撮像光学系５０は、どのような姿勢であっても撮像素子８との間隔を常に一定に、傾くこと無く保つことができ、姿勢差の問題を解消したマクロ撮影可能な撮像装置を得ることができる。

また、遠距離にピントを合わせる状態のときは、撮像光学系と一体の当接部３ｄを撮像素子８と当接させ、他の介在部品を用いず構成することで、設定ピント位置の変動要素が無くなり、撮像素子と撮像光学系の光軸方向の正確な位置決めが可能となり、ピント調整を廃止することができる。

更に、第３レンズ３の撮像素子８側の空間を略密閉された状態とすることで、撮像素子８の受光面側を囲い込むことができ、外部から侵入する塵や、作動により発生する塵が受光面上に付着することを防止することができる。更に、これに伴う空間内の撮像光学系の移動による負圧もしくは加圧状態は、撮像光学系に形成した気体流路３ｐと防塵フィルタ３ｇにより、塵の排除された気体を流出入させることで解消できる。

また、撮像光学系５０が弾性部材である圧縮コイルバネ９を介して外枠部材１２内に保持されていることにより、撮像装置１００の移送時や携帯端末Ｔへの組み込み時に外枠部材１２に衝撃や外圧がかかった場合にも内部の撮像光学系５０に直接的に力が伝わらず、主要部である撮像光学系５０に狂いの無い信頼性の高い撮像装置とすることができる。

同様に、操作部材１５の回動は携帯端末Ｔの開口部７４（図１参照）で規制され、操作部材１５に大きな作用力がかけられても開口部７４がその力を受け、撮像光学系５０には伝達されないため故障しにくい構造とできる。

なお、弾性部材として圧縮コイルバネで説明したが、これに限るものでなくスポンジ状の弾性部材や板バネを用いるものも、本発明を逸脱するものでない。

図６は、本発明の撮像装置１００のその他の例を示す断面図である。同図は、図５と同様に光軸Ｏを境として、右側を遠距離にピントを合わせる状態を示し、左側が近接撮影時の状態を示している。説明の重複を避けるため、図３及び図５に示した撮像装置と同機能の部材には同符号を付与し、異なる部分について説明する。

同図において、外枠部材１２とその内周１２ｒと外枠部材１２ａの内周１２ｓを段差のない形状に形成したものである。一方、第３レンズ３の外周３ｒは外枠部材１２ａの内周１２ｓとも嵌合するように延長され、この外周３ｒは、既に説明したカム部材１４により、第３レンズ３が、光軸方向に移動しても、内周１２ｒ、１２ｓ共に嵌合するよう形成されている。また同様に、この外周３ｒと内周１２ｒ、１２ｓには潤滑油が薄く塗布されている。第３レンズ３で分断された撮像素子８側の空間と赤外光カットフィルタ７側の空間の気体流路３ｐが第３レンズ３に形成されている。

このように、第３レンズ３が、光軸方向に移動しても、内周１２ｒ、１２ｓ共に嵌合するよう構成することにより、第３レンズ３の腕部３ｓが外部へ突出しても撮像装置内部への塵の侵入を防ぐことができる。これにより、図３で説明した防塵フィルタ３ｇを廃止することができ、上記と同様の効果を得つつ、部品削減によるコスト削減が可能になる。

なお、図６において、第３レンズ３で分断された撮像素子８側の空間と赤外光カットフィルタ７側の空間の、撮像光学系移動による容積変化を、第３レンズ３に設けた気体流路３ｐで圧力変化を吸収するよう構成したが、外枠部材１２と１２ａの外側にダクトパイプ等を用いて双方の空間を接続し、気体流路としてもよいのは勿論である。更に、外枠部材１２の撮像素子８を配置した空間側に防塵フィルタを設けた穴を設け、外部との気体流路としてもよい。

図７は、本発明の撮像装置の別の例を示す断面図である。説明の重複を避けるため、図３及び図５に示した撮像装置と同機能の部材には同符号を付与して説明する。以下、図７に示す撮像装置１５０の、図５に示す撮像装置１００の構成と異なる部分について説明する。

同図に示す撮像装置１５０は、赤外光カットフィルタ７（図３参照）を使用せず、撮像光学系の一部に赤外光カットコーティングを施したものである。この赤外光カットコーティングは、光の入射角に対応してその特性が変化するため、撮像光学系のうち像高が変化しても入射角もしくは射出角の変化の少ない面に施すことが望ましく、同図に示す撮像光学系では第３レンズ３の物体側の面に施すことが望ましい。その他の構成は図３に示したのと同様である。

このようにすることで、上記と同様の効果を得つつ、撮像装置１５０を赤外光カットフィルタの厚み分だけ薄く構成することができる。また、図３に示す蓋部材１３を廃止でき部品削減によるコスト削減が可能になる。

なお、本実施の形態においては、撮像光学系を遠距離側の撮影と近接撮影の位置の２箇所に移動させて説明したが、前述のカム部材の傾斜部で停止させることにより、上記２箇所の間の中間距離での撮影が可能なのは言うまでもない。

また、撮像光学系を構成する光学部材に第１、第２の当接部を一体成形したもので説明したが、当接部を別部品として光学部材に接着して一体化したものでもよいのは勿論である。

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を示す図である。 本発明の撮像装置の斜視図である。 本発明の撮像装置を図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面図である。 本発明の撮像装置に使用される、カム部材の形状を示す斜視図である。 本発明の撮像装置のカム部材と撮像光学系の位置関係を示す断面図である。 本発明の撮像装置のその他の例を示す断面図である。 本発明の撮像装置の別の例を示す断面図である。

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
５ 固定絞り
７ 赤外光カットフィルタ
８ 撮像素子
９ 弾性部材
１１ プリント基板
１２ 外枠部材
１３ 蓋部材
１４ カム部材
１５ 操作部材
１６ 段付きネジ
５０ 撮像光学系
１００ 撮像装置

Claims (3)

1. 撮像素子と、該撮像素子が実装されたプリント基板と、該プリント基板に取り付けられた外枠部材と、該外枠部材の外周に回動可能に組み込まれたカム部材と、該カム部材に被写体側から当接する当接部と前記外枠部材の内周に嵌合する外周と前記撮像素子の撮像領域に被写体光を導く光学部材を有する撮像光学系と、該撮像光学系を前記撮像素子方向に付勢する弾性部材とを有し、
   前記カム部材の回動により、前記弾性部材の付勢力に抗して前記撮像光学系を光軸方向に移動可能に構成したことを特徴とする撮像装置。
2. 前記カム部材は、高さの低い平坦部と、高さの高い平坦部と、前記高さの低い平坦部と高さの高い平坦部とを滑らかに繋ぐ傾斜部が、それぞれ略１２０度間隔で３個所設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 請求項１又は２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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