JP2007108539A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成を有し、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した撮像装置を提供する。
【解決手段】第４レンズＬ４は、アクチュエータ３０のヨーク３３の最小内径よりも大きい外径を有するので、その有効径を、十分な光学特性を確保できる程度に拡大することができる。又、第４レンズＬ４以外のレンズＬ１〜Ｌ３は、ヨーク３３の光軸直交方向内側に配置されているので、第４レンズＬ４と、レンズＬ１〜Ｌ３との外径の差を利用して、アクチュエータ３０を配置できるので、コイル３３の巻線数の増大や長さの増大を図ることができ、駆動力を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関し、例えば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撮像装置などに用いられると好適な撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ 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。

ところで、複数のレンズを備えた撮像装置において、１枚のレンズを光軸方向に移動させてフォーカシングを行う場合、レンズの移動により光軸のチルトやシフトが生じると、光学性能が劣化する恐れがある。かかる問題は、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いてレンズを移動させた場合に生じやすい。これに対し、フォーカシング時に複数のレンズ全てを光軸方向に移動させる試みがあり、それによればレンズ間の光軸のチルトやシフトが抑制されるので、高い光学性能を得ることができる。ところが、複数枚のレンズ全てを移動させるためには、アクチュエータの駆動力を高める必要が生じる。

例えばボイスコイルモータの場合、コイル巻線数の増大、コイル長の増大、電流の増大、磁束密度の高密度化などにより駆動力を高めることができる。しかしながら、一般的に磁束密度は磁石の性能に依存して決まるものであるので、その高密度化を大幅に図ることは困難である。また電流を増大させると発熱量が増大し、駆動対象がプラスチックレンズの場合には、光学性能の低下を招く恐れがある。これに対し、コイル巻線数の増大、コイル長の増大は比較的容易にできるが、アクチュエータの大型化を招くこととなる。
特開２００４−３４７８９０号公報

ところで、特許文献１に記載の撮像装置は、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、その光軸直交方向外側に、レンズを駆動するためのアクチュエータを配置しているので、大きな径方向の寸法を有する。このような構成を用いて、例えば４枚のレンズを駆動するためには、更にコイル巻線数の増大、コイル長の増大が必要となり、径方向の寸法が増大することによって、携帯電話機などに搭載することが困難となる。一方、レンズの有効径を小さくすれば、その分だけアクチュエータを大きくできるが、必要な光学特性を確保することが困難となる。

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、コンパクトな構成を有し、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した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、
筐体と、
前記筐体に対して光軸方向に移動可能な可動レンズを少なくとも１つ含む撮影レンズと、
前記可動レンズを光軸方向に駆動する円筒状のアクチュエータと、を有し、
前記可動レンズにおける最も像側の最像側レンズは、前記アクチュエータの内径よりも大きい外径を有し、前記最像側レンズ以外の前記可動レンズは、前記内径の光軸直交方向内側に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記最像側レンズは、前記アクチュエータのヨークの内径よりも大きい外径を有するので、その有効径を、十分な光学特性を確保できる程度に拡大することができる。又、前記最像側レンズ以外の前記可動レンズは、前記内径の光軸直交方向内側に配置されているので、前記最像側レンズと、それ以外の前記可動レンズとの外径の差を利用して、前記アクチュエータを配置できるので、コイルの巻線数の増大や長さの増大を図ることができ、駆動力を高めることができる。

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、前記アクチュエータは、コイルと、磁石と、ヨークとを有するボイスコイルモータであることを特徴とする。

請求項３に記載の撮像装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記可動レンズは４枚のレンズからなることを特徴とするが、３枚或いは５枚以上のレンズを用いても良い。

本発明によれば、コンパクトな構成を有し、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した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を含む撮像装置５０の斜視図であり、図２は、図１の撮像装置５０をII-II線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。

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（フォーカスアクチュエータともいう）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基板５２に対して接着剤Ｂを用いて下端が接着されてなる下筒２１Ａと、下筒２１Ａの上部に取り付けられた短円筒状の上筒２１Ｂとからなる外筒２１を含む。

図２において、下筒２１Ａの内周から光軸直交方向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。

組立筐体２０に対して移動可能に配置された移動筒２２は、大円筒部２２ａと、その上端に連結された小円筒部２２ｂと、その上端に形成された小フランジ部２２ｃと、大円筒部２２ａの下端から半径方向に延在する大フランジ部２２ｄと、大円筒部２２ａを塞ぐようにして取り付けられる保持部材２２ｅとを有し、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の順序で、これらを固定的に内包保持している。小フランジ部２２ｃの中央開口が開口絞りＳとなっている。

第１レンズＬ１のフランジ部Ｌ１ｆは、第２レンズＬ２のフランジ部Ｌ２ｆの上部を内包するようにして突き当て嵌合している。又、第３レンズＬ３のフランジ部Ｌ３ｆは、第２レンズＬ２のフランジ部Ｌ２ｆの下部を内包するようにして突き当て嵌合している。第１レンズＬ１と第２のレンズＬ２の外径は、第３レンズＬ３の外径より若干小さくなっている。従って、第１レンズＬ１を小フランジ部２２ｃに突き当てるようにして、レンズＬ１〜Ｌ３を小円筒部２２ｂ内に組み付けたとき、移動筒２２に対するレンズの光軸は、小円筒部２２ｂの内周面と第３レンズＬ３の外径との嵌合により精度良く位置決めされ、且つフランジ部同士の嵌合によって、第３レンズＬ３の光軸と、第１レンズＬ１と第２のレンズＬ２の光軸が精度良く位置決めされることとなる。

一方、最像側レンズである第４レンズＬ４のフランジ部Ｌ４ｆは、大円筒部２２ａの内周に突き当て嵌合しているので、それにより移動筒２２に対する第４レンズＬ４の光軸の位置決めを精度良く行える。保持部材２２ｅは、第４レンズＬ４のフランジ部Ｌ４ｆの下面に取り付けられている。

移動筒２２の小円筒部２２ｂの光軸直交方向外方には、円筒状のアクチュエータ３０が配置されている。アクチュエータ３０は、移動筒２２の大フランジ部２２ｄに取り付けられ光軸方向に延在し、光軸を中心として円周方向に巻回して構成された円筒状コイル３３と、上筒２１Ｂの上方においてコイル３３を内包するように円筒状に配置された磁石３２と、磁石３２を支持すると共に、上方からコイル３３の内周までを覆うようにして、上筒２１Ｂに下端を取り付けられた円筒状のヨーク３１とからなっている。なお、磁石３２を移動筒２２に取り付けて、コイル３３を上筒２１Ｂに取り付けても良い。

径の異なるドーナツ円板同士を連結位置の位相をずらせて連結した形状のばね部材２７は、その外周側を上筒部２１Ｂの下端近傍に固定し、その内周側を保持部材２２ｅの下面に固定している。一方、ばね部材２７に類似の形状を有するばね部材２８は、その外周側をヨーク３１の上面に固定し、その内周側を移動筒２２の上端に固定している。ばね部材２７，２８は、移動筒２２が光軸方向に移動することに応じて付勢力を発生するようになっている。

アクチュエータ３０のコイル３３のプラス端子は、移動筒２２の大フランジ部２２ｄを抜け保持部材２２ｅの外壁を延在する配線Ｈ１＋を介してばね部材２７に接続されている。更に、ばね部材２７は上筒２１Ｂの外壁を貫通し下筒２１Ａの外壁を延在するＨ２＋を介して基板５２に接続されている。又、コイル３３のマイナス端子は、移動筒２２の小円筒部２２ｂの外壁を延在する配線Ｈ１−を介してばね部材２８に接続されている。ばね部材２８はヨーク３１，上筒２１Ｂ、下筒２１Ａの外壁を延在するＨ２−を介して基板５２に接続されている。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Ｈ１＋、Ｈ２＋、Ｈ１−、Ｈ２−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Ｓ、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。本実施の形態では、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４がフォーカシングレンズ（可動レンズともいう）を構成するが、レンズＬ４に比べ、レンズＬ１〜Ｌ３の外径を小さくしているため、この外径差を利用して、大型のアクチュエータ３０を搭載できるようになっている。

この撮像レンズ１０は、開口絞りＳ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Ｓ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の間及び第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に、遮光マスクＳＭが配置されており、それにより固体撮像素子に近いレンズＬ３，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。

本実施の形態によれば、第４レンズＬ４は、アクチュエータ３０のヨーク３３の最小内径よりも大きい外径を有するので、その有効径を、十分な光学特性を確保できる程度に拡大することができる。又、第４レンズＬ４以外のレンズＬ１〜Ｌ３は、ヨーク３３の光軸直交方向内側に配置されているので、第４レンズＬ４と、レンズＬ１〜Ｌ３との外径の差を利用して、アクチュエータ３０を配置できるので、コイル３３の巻線数の増大や長さの増大を図ることができ、駆動力を高めることができる。

上述した撮像装置５０の使用態様について説明する。図３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４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５２ａ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４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５２ａより配線Ｈ１＋、Ｈ２＋、Ｈ１−、Ｈ２−を介してコイル３３に電力が供給される。このとき、磁石３２の周囲に配置されたヨーク３１により磁束密度が高められ、効率よく電力を磁力に変換できる。こ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、移動筒２２と共に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。なお、電力供給の中断により、アクチュエータ３０の駆動力が消失すれば、移動筒２２は元の位置へと復帰する。

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の制御系に送信され、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５は、本実施の形態の変形例にかかる移動筒及び可動レンズの断面図である。本変形例においては、レンズＬ１’〜Ｌ３’のフランジ部は互いに嵌合していない。その代わりに、移動筒２２’の小円筒部２２ｂ’の内径が、上方（像側）に向かうにつれてステップ的に小さくなっている。即ち、小円筒部２２ｂ’は、小フランジ部２２ｃ’に近い方から、内径ｄ１，内径ｄ２，内径ｄ３の順で大きくなる形状を有している。又、レンズＬ１’の外径ｄ１、レンズＬ２’の外径ｄ２、レンズＬ３’の外径ｄ３の順位大きくなっている。

このように径を合わせることで、小円筒部２２ｂ’内に、レンズＬ１’〜Ｌ３’を組み付けたときに、それぞれガタなく嵌合することができるので、移動筒２２’に対するレンズＬ１’〜Ｌ３’の光軸を精度良く位置決めすることができる。なお、レンズＬ１’〜Ｌ３’は、それぞれ小円筒部２２ｂ’の対応する内径に対して一部のみ（即ち光軸方向外側に突出するようにして）嵌合すると望ましい。第４レンズＬ４を含め、それ以外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。

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、可動レンズはレンズＬ１〜Ｌ４のいずれか１枚以上であれば良く、更にレンズ総数は４枚に限られない。

本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図である。 図１の撮像装置５０をII-II線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。 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。 本実施の形態の変形例にかかる移動筒及び可動レンズの断面図である。

符号の説明

１０ 撮像レンズ
２０ 組立筐体
２１ 外筒
２１Ａ 下筒
２１Ｂ 上筒
２１ａ フランジ部
２１ｂ 凹部
２２ 移動筒
２２ａ 大円筒部
２２ｂ 小円筒部
２２ｃ 小フランジ部
２２ｄ 大フランジ部
２２ｅ 保持部材
２７ ばね部材
２８ ばね部材
３０ アクチュエータ
３１ ヨーク
３２ 磁石
３３ コイル
５０ 撮像装置
５１ イメージセンサ
５１ａ 光電変換部
５２ 基板
５２ａ 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
Ｈ１＋、Ｈ２＋、Ｈ１−、Ｈ２− 配線
Ｌ１〜Ｌ４ レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｗ ワイヤ

Claims (3)

1. 筐体と、
   前記筐体に対して光軸方向に移動可能な可動レンズを少なくとも１つ含む撮影レンズと、
   前記可動レンズを光軸方向に駆動する円筒状のアクチュエータと、を有し、
   前記可動レンズにおける最も像側の最像側レンズは、前記アクチュエータの内径よりも大きい外径を有し、前記最像側レンズ以外の前記可動レンズは、前記内径の光軸直交方向内側に配置されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記アクチュエータは、コイルと、磁石と、ヨークとを有するボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記可動レンズは４枚のレンズからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。

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