JP2007086159A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
フォーカシング動作を可能としながらも、よりコンパクトな構成を有する撮像装置を提供する。
【解決手段】
フォーカシングレンズＬ１〜Ｌ４を一体で駆動するためのアクチュエータ３０を、最も外径の小さいレンズＬ１の径方向外側の空間を利用して配置することにより、外形寸法を小さく抑えながら、フォーカシング動作を実現できる撮像装置を提供できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた、小型の撮像レンズおよび撮像装置に関し、特にフォーカシング機構を備えた撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化に伴い、オートフォーカス機構（以降ＡＦ機構という）を備えた撮像装置が搭載された携帯電話が普及しつつある。また、これらの撮像装置には、さらなる小型化への要求が高まっている。このようなＡＦ機構を有する撮像装置としては、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００４−３４７８９０号公報

しかるに、特許文献１に開示されている撮像装置は、撮像レンズを構成するレンズ群の外径がほぼ等しくなっており、その外側にレンズを駆動するための駆動手段を配置しているため、径方向の寸法が大きくなっている。ところが、例えば撮像装置を携帯電話等に搭載する場合など、搭載スペースが限られることから、他部品との干渉を回避するために、より小型の撮像装置が望まれているという実情がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、フォーカシング動作を可能としながらも、よりコンパクトな構成を有する撮像装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の撮像装置は、複数のレンズより構成される撮像レンズと、固体撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像レンズは、最も像側に位置する最像側レンズの有効径が他のレンズの有効径よりも大きく、前記最像側レンズを含む全てのレンズをフォーカシングレンズとして光軸方向に移動させることにより、フォーカシングを行うように構成されており、
前記撮像レンズの最も有効径の小さい最小レンズの外径と前記最像側レンズの外径の差により最小レンズ周囲に生じる空間に、フォーカシング時に移動するフォーカシングレンズを駆動するためのアクチュエータの少なくとも一部を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、前記最像側レンズを含む全てのレンズをフォーカシングレンズとして光軸方向に駆動するためのアクチュエータを、最も外径の小さいレンズの径方向外側の空間を利用して配置することにより、外形寸法を小さく抑えながら、フォーカシング動作を実現できる撮像装置を提供できる。

又、「最小レンズの外径と最像側レンズの外径の差により最小レンズ周囲に生じる空間」とは、「最小レンズの外径と最像側レンズの外径の差により結果として最小レンズ周囲に生じる空間」を含み、例えば最小レンズ、最像側レンズがともに保持部材に保持されている場合には、その保持部材の外径の差により最小レンズの周囲に生じる空間が、「最小レンズの外径と最像側レンズの外径の差により最小レンズ周囲に生じる空間」に相当する。

請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に記載の発明において、前記撮像レンズが、最も物体側に正の屈折力を有する第１レンズを有し、前記最小レンズは前記第１レンズであることを特徴とする。

最も物体側の第１レンズが正の屈折力を有するようにすれば、撮像レンズ全体の全長を小さく抑えることができ、結果として撮像装置全体の高さ（撮像レンズ光軸方向の厚み）を小さくすることができる。また、第１レンズを有効径最小のレンズとすれば、第１レンズより物体側の空間を更に利用できるため、アクチュエータを配置するスペースを確保しやすいという利点がある。

請求項３に記載の撮像装置は、請求項２に記載の発明において、前記第１レンズの物体側に開口絞りを有することを特徴とする。

請求項２の構成要件に対してさらに望ましくは、開口絞りを前記第１レンズの物体側に配置するのがよい。前記最も物体側の第１レンズの径を小さくできアクチュエータを配置するスペースがより確保しやすくなるからである。

請求項４に記載の撮像装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記フォーカシングレンズの移動をガイドするガイド部が、前記アクチュエータよりも固体撮像素子側に配置されていることを特徴とするので、前記ガイド部の競り合いなどを抑制でき、スムーズな駆動を実現できる。

請求項５に記載の撮像装置は、請求項１〜４いずれかに記載の発明において、前記フォーカシングレンズを保持する移動保持部の最像側レンズの周囲に形成した円筒面を、固定部材のガイド円筒面に対して移動可能に係合させることにより、前記フォーカシングレンズは光軸方向にガイドされることを特徴とするので、別個にガイドを設ける必要がなく、構成の簡素化・小型化を図れる。

請求項６に記載の撮像装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記アクチュエータがボイスコイルモータを含むことを特徴とする。ボイスコイルモータは、比較的小型でありながら高速・高精度駆動が可能であるため、フォーカシングレンズの駆動に好適である。

請求項７に記載の撮像装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記アクチュエータが形状記憶合金を含むことを特徴とするので、撮像装置の小型化が可能である。形状記憶合金とは、電圧を与えることで形状が変化する合金をいい、ワイヤの形で用いられる場合がある。

請求項８に記載の撮像装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、物体側からの光入射用の開口部を有し遮光性部材からなる筐体とが一体的に形成されており、前記撮像装置における前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０［ｍｍ］以下であることを特徴とするので、より小型の撮像装置を得ることができる。

本発明によれば、フォーカシング動作を可能としながらも、よりコンパクトな構成を有する撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図であり、図２，３は、図１の撮像装置５０をII-II線を含む面に沿って切断した断面図であるが、図２はアクチュエータのコイルに対して非通電状態にあり、図３はアクチュエータのコイルに対して通電状態にある。

上記撮像装置５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させる撮像レンズとしての撮像レンズ１０と、イメージセンサ５１と撮像レンズ１０との間に配置されたＩＲカットフィルタＦと、イメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５４（図１）を有する基板５２と、撮像レンズを支持する組立筐体２０と、フォーカシングレンズを駆動するアクチュエータ３０とを備え、これらが一体的に形成されている。尚、本撮像装置５０の光軸方向高さΔは、１０ｍｍ以下である。

上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａが形成されており、その周囲には信号処理回路（不図示）が形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤＷを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、ワイヤＷを介して基板５２上の所定の回路に出力する。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ−Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ−Ｙ）は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。

基板５２は、その一平面上で上記イメージセンサ５１及び外筒２１を支持する支持平板５２ａと、支持平板５２ａに一端部が接続されたフレキシブル基板５２ｂ（図１）とを備えている。

支持平板５２ａは、表面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、これが前述したイメージセンサ５１からのワイヤＷと接続され、且つフレキシブル基板５２ｂと接続されている。

フレキシブル基板５２ｂは、上記の如くその一端部が支持平板５２ａと接続され、その他端部に設けられた外部接続用端子５４を介して支持平板５２ａと外部回路（例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。さらに、フレキシブル基板５２ｂの長手方向の中間部が可撓性又は変形容易性を備え、その変形により、支持平板５２ａに対して外部出力端子の向きや配置に自由度を与えている。

遮光性部材からなる組立筐体２０は、イメージセンサ５１を囲うようにして配置され支持平板５２ａに対して接着剤Ｂを用いて下端が接着されてなる外筒（固定部材ともいう）２１と、外筒２１の内側に配置された移動可能な移動筒２３と、外筒２１の上方に配置されたカバー部材２４とからなっている。外筒２１の内周から半径方向内方に延在するフランジ部２１ａには、ＩＲカットフィルタＦが取り付けられている。

移動筒２３は、円筒大径部２３ａの上部に円筒小径部２３ｂを有し、更に円筒小径部２３ｂの上部が、中央の開口（開口絞り）２３ｃを除いて遮蔽された形状を有している。移動筒２３の内部には、物体側から第１レンズＬ１，第２レンズＬ２，第３レンズＬ３，第４レンズＬ４が、この順序で固定的に内包保持されている。より具体的には、円筒小径部２３ｂの内部には、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の一部が配置され、円筒大径部２３ａの内部には、残りのレンズ群が配置される。円筒小径部２３ｂの外周には、アクチュエータ３０により駆動される駆動筒２２が固定されている。アクチュエータ３０よりイメージセンサ５１側に位置し且つ少なくとも第４レンズＬ４の周囲に位置する円筒大径部２３ａの外周面２３ｄは、ガイド円筒部（ガイド部又は円筒面ともいう）となっており、外筒２１の内周面（ガイド円筒面ともいう）２１ｂに光軸方向に移動可能に嵌合している。

移動筒２３の円筒大径部２３ａの上面は、外筒２１の上端に螺合されたねじ部材２６により外周側が固定されたばね円板２７の上面に当接している。駆動筒２２の上部は、外筒２１の上端に取り付けられたカバー部材２４と、アクチュエータ３０のヨーク３１との間に外周側が挟持されたばね部材２８の下面に当接している。自由状態におけるばね部材２７，２８は、ほぼ図２に示す形状となっており、即ち図３に示す変形状態では、その弾性力により駆動筒２２を下方に向かって付勢している。

環状のボイスコイルモータであるアクチュエータ３０は、第１レンズＬ１の半径方向外方における駆動筒２２とカバー部材２４との間の空間に配置されているヨーク３１と、ヨーク３１内に固定された磁石３２と、下端を駆動筒２２のフランジ部２２ａに取り付けたコイル３３とを有している。コイル３３のプラス端子は、駆動筒２２の外周面に沿って延在するフレキシブルな配線Ｈ＋を介してばね部材２８に接続されている。又、コイル３３のマイナス端子は、駆動筒２２のフランジ部２２ａの外壁に沿って延在するフレキシブルな配線Ｈ−を介してばね部材２７に接続されている。ばね部材２７，２８の一部は、配線部２７ａ、２８ａ（これらは互いに絶縁されている）として、外筒２１の外壁を伝い基板５２に至るようにしている。ボイスコイルモータの駆動原理は良く知られているので省略するが、外部よりばね部材２７，２８，配線Ｈ＋、Ｈ−を介してコイル３３に電力を供給することで発生する磁力により、磁石３２に対してコイル３３を、供給された電力に応じて変位させることができるものである。

撮像レンズ１０は、物体側より順に、開口絞り２３ｃ、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２，正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有する第４レンズＬ４とを有している。全体としてフォーカシングレンズを構成するレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、その光軸と外筒２１の中心線とが一致した状態で組立筐体２０の内部に収容されている。本実施の形態では、第４レンズＬ４が最像側レンズを構成し、第１レンズＬ１が、その外径が最も小さい最小レンズであるため、第１レンズＬ１の半径方向外方にアクチュエータ３０を配置するのに好適な構成となっている。

この撮像レンズ１０は、開口絞り２３ｃ及び各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を光学系として、固体撮像素子に対して被写体像の結像を行うためのものである。開口絞り２３ｃは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する部材である。

撮像レンズ１０とイメージセンサ５１との間において外筒２１のフランジ部２１ａに保持されたＩＲカットフィルタＦは、例えば略矩形状や円形状に形成された部材である。

さらに、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に、遮光マスクＳＭが配置されている。また第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に、遮光マスクＳＭが配置されていて、固体撮像素子に近い第４レンズＬ４有効径の外側に不要光が入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。

上述した撮像装置５０の使用態様について説明する。図４は、撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。また、図５は携帯電話機１００の制御ブロック図である。

撮像装置５０は、例えば、撮像レンズにおける外筒２１の物体側端面が携帯電話機１００の背面（液晶表示部側を正面とする）に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置になるよう配設される。

撮像装置５０の外部接続用端子５４は、携帯電話機１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。

一方、携帯電話機１００は、図５に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、番号等をキーにより支持入力するための入力部６０と、所定のデータの他に撮像した画像や映像等を表示する表示部７０と、外部サーバとの間の各種清報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置５０により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。

携帯電話機１００を把持する撮影者が、被写体に対して撮像装置５０の撮像レンズ１０の光軸を向けると、イメージセンサ５１に画像信号が取り込まれるが、例えば像面ＡＦ処理などを行うことで、ピントズレを検出できる。制御部１０１は、このピントズレを解消する方向に第１レンズＬ１〜Ｌ４を駆動するように、アクチュエータ３０に対して電力を供給するので、外部接続用端子５４よりばね部材２７，２８，配線Ｈ＋、Ｈ−を介してコイル３３に電力が供給される。それにより発生した磁力と、変形したばね部材２７，２８の付勢力とを釣り合わせることにより、駆動筒２２と共に移動筒２３を光軸方向に変位させ、図２に示す位置と図３に示す位置の間の最適な合焦位置にレンズＬ１〜Ｌ４を移動させ且つ保持することができるので、適切なオートフォーカス動作を実現できる。このとき、円筒大径部２３ａの外周面２３ｄは、その光軸方向長を比較的長くとることができるので（この例の場合撮像装置の全長の１／３程度）、ガイド円筒部としてガイド機能を発揮しながら外筒２１の内周面２１ｂに沿って摺動したときに、両者間の競り合いが抑制され、スムーズなフォーカシング動作を実現できる。なお、電力供給の中断により、ボイスコイルモータ３０の駆動力が消失すれば、移動筒２３は図２に示す状態へと復帰する。

更に所望のシャッタチャンスで、図４に示すボタンＢＴを撮影者が押すことでレリーズが行われ、画像信号が撮像装置５０に取り込まれることとなる。撮像装置５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御系により、記憶部９２に記憶されたり、或いは表示部７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信されることとなる。

図６，７は、携帯電話機１００に用いることができる第２の実施の形態にかかる撮像装置におけるアクチュエータ３０’を光軸方向に見た図であり、図６は、アクチュエータ３０’に対して非通電状態にあり、図７は、アクチュエータ３０’に対して通電状態にある。なお、本実施の形態は、図１〜３に示す実施の形態に対して、アクチュエータの構成のみが異なるため、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態において、アクチュエータ３０’（以下、ワイヤＳＭＡという）は、形状記憶合金をワイヤの形で用いている。形状記憶合金とは、外部から電力を供給することで任意に変形する合金をいい、詳細は例えば特表２００３−５０７６２５号公報に記載されている。

図２，３を参照して、ばね板２８によりカバー部材２４に対して下方に付勢された移動筒２３’は、フランジ部２３ｂ’の下面にフォロワ２３ｃ’（図８、９）を形成している。一方、外筒２１の上部に取り付けられた調整リング３５（図６，７）は、その上面に、周方向に高さが連続して変わりフォロワ２３ｃ’が摺動するカム部３５ａ（図８、９）を形成している。

図６，７において、形状記憶合金からなるワイヤＳＭＡの左端を外筒２１にカシメ固定し、ワイヤＳＭＡの右端を移動筒２３’に固定している。ワイヤＳＭＡの左端は配線Ｈ＋に電気的に接続されており、ワイヤＳＭＡの右端は、配線Ｈ−に電気的に接続されている。又、移動筒２３’は、外筒２１に対して引っ張りばね３６により連結されており、図６，７で時計回りに付勢されている。

制御部１０１（図５）に制御により、配線Ｈ＋、Ｈ−を介してワイヤＳＭＡに電力が供給されると、その電力に応じた量だけ、ワイヤＳＭＡは図６に示す状態から縮長し、引っ張りばね３６の付勢力に抗して図７に示す状態へと変化する。このとき、ワイヤＳＭＡが移動筒２３’を外筒２１に対して回転させるが、図９に示すようにフォロワ２３ｃ’がカム３５ａに沿って移動することで、移動筒２３’はレンズＬ１〜Ｌ４を保持したまま、外筒２１に対して光軸方向へと移動するので、適切なフォーカシング動作を行えるようになっている。なお、電力供給の中断により、ワイヤＳＭＡが元の形状に戻れば、移動筒２３’は図６，８に示す状態へと復帰する。

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。例えば、アクチュエータとしては、例示した上記実施の形態以外にも種々の駆動源を用いることができる。

本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図である。 非通電状態にある図１の撮像装置５０をII-II線を含む面に沿って切断した断面図である。 通電状態にある図１の撮像装置５０をII-II線を含む面に沿って切断した断面図である。 撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。 携帯電話機１００の制御ブロック図である。 携帯電話機１００に用いることができる第２の実施の形態にかかるアクチュエータ３０’を光軸方向に見た図である。 携帯電話機１００に用いることができる第２の実施の形態にかかるアクチュエータ３０’を光軸方向に見た図である。 図６に対応してカム・フォロワの関係を示す図である。 図７に対応してカム・フォロワの関係を示す図である。

符号の説明

１０ 撮像レンズ
２０ 組立筐体
２１ 外筒
２１ａ フランジ部
２２ 駆動筒
２２ａ フランジ部
２３、２３‘ 移動筒
２３ａ 円筒大径部
２３ｂ 円筒小径部
２３ｂ‘ フランジ部
２３ｃ’ フォロワ
２３ｃ 開口絞り
２３d 外周面
２４ カバー部材
２６ ねじ部材
２７ ばね部材
２７ａ 配線部
２８ ばね部材
２８ａ 配線部
３０、３０’ アクチュエータ
３１ ヨーク
３２ 磁石
３３ コイル
３５ 調整リング
３５ａ カム
５０ 撮像装置
５１ イメージセンサ
５１ａ 光電変換部
５２ 基板
５２ａ 支持平板
５２ｂ フレキシブル基板
５４ 外部接続用端子
６０ 入力部
７０ 表示部
８０ 無線通信部
９２ 記憶部
１００ 携帯電話機
１０１ 制御部
Ｂ 接着剤
ＢＴ ボタン
Ｆ カットフィルタ
Ｈ＋、Ｈ− 配線
Ｌ１〜Ｌ４ レンズ
ＳＭ 遮光マスク
Ｗ ワイヤ

Claims (8)

1. 複数のレンズより構成される撮像レンズと、固体撮像素子とを有する撮像装置において、
   前記撮像レンズは、最も像側に位置する最像側レンズの有効径が他のレンズの有効径よりも大きく、前記最像側レンズを含む全てのレンズをフォーカシングレンズとして光軸方向に移動させることにより、フォーカシングを行うように構成されており、
   前記撮像レンズの最も有効径の小さい最小レンズの外径と前記最像側レンズの外径の差により最小レンズ周囲に生じる空間に、フォーカシング時に移動するフォーカシングレンズを駆動するためのアクチュエータの少なくとも一部を配置したことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像レンズは、最も物体側に正の屈折力を有する第１レンズを有し、前記最小レンズは前記第１レンズであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像レンズは、前記第１レンズの物体側に開口絞りを有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置
4. 前記フォーカシングレンズの移動をガイドするガイド部が、前記アクチュエータよりも固体撮像素子側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記フォーカシングレンズを保持する移動保持部の最像側レンズの周囲に形成した円筒面を、固定部材のガイド円筒面に対して移動可能に係合させることにより、前記フォーカシングレンズは光軸方向にガイドされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記アクチュエータは、ボイスコイルモータを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記アクチュエータは、形状記憶合金を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、物体側からの光入射用の開口部を有し遮光性部材からなる筐体とが一体的に形成されており、前記撮像装置における前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０［ｍｍ］以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の撮像装置。
   
   

Images