JP4381842B2

JP4381842B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4381842B2
Application number: JP2004038812A
Authority: JP
Inventors: 賢明小柴
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: JP2005227713A

Description

本発明は、単一の駆動源と、駆動源により回転される一本の駆動軸とで、被写体像のズーミングを行うためのズームレンズ、および被写体像の焦点合わせを行うためのフォーカスレンズを含む少なくとも２種類のレンズを光軸方向に移動させる撮像装置に関する。

撮像装置として、ＣＣＤイメージセンサ（ＣＣＤ）などの固体撮像素子で撮像した被写体光をデジタルの画像データに変換し、内蔵メモリやメモリカードなどの記録媒体に記録するデジタルカメラやカメラ付き携帯電話が普及している。

上記のような撮像装置には、被写体像のズーミングを行うためのズームレンズや、被写体像の焦点合わせを行うためのフォーカスレンズを保持するレンズ鏡胴が組み込まれている。従来のレンズ鏡胴には、ズームレンズ用、フォーカスレンズ用の少なくとも２つの駆動モータが搭載されていた。このため、コストダウン・小型化を図る上で障害となるという問題があった。

上記問題を解決するために、単一の駆動モータを用い、ズームレンズ、フォーカスレンズへの駆動モータの駆動力の伝達を機械的に切り換えるレンズ鏡胴が提案されている（特許文献１参照）。また、単一の駆動モータで複数のスクリュー軸を回転させ、レンズを保持する保持枠とスクリュー軸との連動を解除する解除機構を有するレンズ鏡胴が提案されている（特許文献２参照）。

特開平６−２４２３６２号公報特開２００２−１６２５５５号公報

昨今の電子機器の低価格・小型化傾向に伴い、カメラ付き携帯電話に搭載される撮像装置には、より一層のコストダウン・小型化が要求される。しかしながら、特許文献１および２に記載のレンズ鏡胴は、駆動モータの駆動力の伝達を切り換える機構や、複数のスクリュー軸、保持枠とスクリュー軸との連動を解除する解除機構を有しているため、上記要求を満たすことができないおそれがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、さらなるコストダウン・小型化に寄与することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、単一の駆動源と、駆動源により回転される一本の駆動軸と、被写体像のズーミングを行うためのズームレンズ、および被写体像の焦点合わせを行うためのフォーカスレンズを含み、前記被写体像を結像面に結像させる複数のレンズと、レンズを保持する複数の保持枠と、前記駆動軸の回転に連動して、前記ズームレンズ、および前記フォーカスレンズを保持する少なくとも２つの保持枠を、前記レンズの光軸方向に往復移動させる少なくとも２つの動力伝達機構とを備え、少なくとも１つの前記動力伝達機構は、前記駆動軸に設けられたカム溝、および前記保持枠に設けられ前記カム溝と係合し前記カム溝に沿って移動するカムピン、若しくは前記駆動軸に設けられたピン、および前記保持枠に設けられ前記ピンと当接し前記ピンに沿って移動する変位部材のうち少なくともいずれか１つからなり、前記カム溝または前記変位部材は、前記フォーカスレンズを保持する保持枠が、前記結像面側の一端から前記被写体像側の一端に移動する往路と、前記被写体像側の一端から前記結像面側の一端に移動する復路とで、前記フォーカスレンズを保持する保持枠の移動量の変化率が前記往路で高くなるように形成されており、前記往路では、前記フォーカスレンズを保持する保持枠を連続的に移動させて前記フォーカス評価値を算出し、算出したフォーカス評価値から前記合焦位置を予測するとともに、前記復路では、予測した合焦位置付近で前記フォーカスレンズを保持する保持枠を移動させて、前記合焦位置を探索する制御手段を備えたことを特徴とする。

ここで、前記カム溝または前記変位部材は、前記駆動軸の１回転に対して、前記往復移動を複数回周期的に繰り返すように形成されていることが好ましい。

本発明の撮像装置によれば、単一の駆動源と、駆動源により回転される一本の駆動軸と、被写体像のズーミングを行うためのズームレンズ、および被写体像の焦点合わせを行うためのフォーカスレンズを含み、被写体像を結像面に結像させる複数のレンズと、レンズを保持する複数の保持枠と、駆動軸の回転に連動して、ズームレンズ、およびフォーカスレンズを保持する少なくとも２つの保持枠を、レンズの光軸方向に往復移動させる少なくとも２つの動力伝達機構とを備え、少なくとも１つの前記動力伝達機構は、前記駆動軸に設けられたカム溝、および前記保持枠に設けられ前記カム溝と係合し前記カム溝に沿って移動するカムピン、若しくは前記駆動軸に設けられたピン、および前記保持枠に設けられ前記ピンと当接し前記ピンに沿って移動する変位部材のうち少なくともいずれか１つからなり、前記カム溝または前記変位部材は、前記フォーカスレンズを保持する保持枠が、前記結像面側の一端から前記被写体像側の一端に移動する往路と、前記被写体像側の一端から前記結像面側の一端に移動する復路とで、前記フォーカスレンズを保持する保持枠の移動量の変化率が前記往路で高くなるように形成されており、前記往路では、前記フォーカスレンズを保持する保持枠を連続的に移動させて前記フォーカス評価値を算出し、算出したフォーカス評価値から前記合焦位置を予測するとともに、前記復路では、予測した合焦位置付近で前記フォーカスレンズを保持する保持枠を移動させて、前記合焦位置を探索する制御手段を備えたので、部品コストおよび部品の設置スペースが節約され、さらなるコストダウン・小型化に寄与することができる。また、最近の低価格・小型化傾向に適応した装置を提供することができる。

図１および図２において、本発明を適用したカメラ付き携帯電話２は、上部本体１０と、下部本体１１と、これらの本体１０、１１を回動自在に連結するヒンジ部１２とから構成されている。ヒンジ部１２には、カメラ付き携帯電話２の使用時に、上部本体１０と下部本体１１とが所定の角度で係止されるようにクリック機構（図示せず）が設けられている。上部本体１０と下部本体１１とは、このヒンジ部１２により展開および折り畳み可能となっており、カメラ付き携帯電話２の非使用時には、上部本体１０の正面１０ａと下部本体１１の正面１１ａとが対面するように折り畳まれる。

上部本体１０には、その正面１０ａに液晶表示器（ＬＣＤ）１３および受話スピーカ１４が設けられており、上面からアンテナ１５の先端が突出している。また、上部本体１０の背面１０ｂには、撮像装置１６が搭載されている。

下部本体１１には、その正面１１ａに操作部１７および送話マイク１８が設けられており、下面１１ｂには、パーソナルコーンピュータなどの外部機器とケーブル接続するためのソケット１９、およびメモリーカード２０が着脱可能に装填されるメモリカードスロット２１が設けられている。

ＬＣＤ１３は、メニュー画面や着信相手の電話番号、撮像装置１６から得られる被写体のスルー画像や、メモリカード２０に記録された画像などを表示する。受話スピーカ１４は、通信相手の音声や着信音などを出力する。アンテナ１５は、通話や電子メールサービス、インターネット接続サービスを利用する際に、他の携帯電話やインターネットサーバからの電波信号を受信するとともに、カメラ付き携帯電話２から発信される電波信号を外部に送信する。

操作部１７は、十字キー１７ａ、レリーズボタン１７ｂ、決定・選択ボタン１７ｃ、通話開始ボタン１７ｄ、通話中止ボタン１７ｅ、およびダイヤルキー１７ｆからなる。十字キー１７ａは、各種メニュー画面内でカーソルを移動させる際や、撮像装置１６のズーム操作を行う際に操作される。決定・選択ボタン１７ｃは、ＬＣＤ１３にメニュー画面を表示させる際や、選択内容を決定する際に操作される。ダイヤルキー１７ｆは、電話番号や電子メールの文章などを入力する際に操作される。送話マイク１８は、話し手の音声を集音する。メモリカード２０は、撮像装置１６で取得した画像データを記録する。

レリーズボタン１７ｂは、２段階押しのスイッチとなっている。ＬＣＤ１３による被写体のフレーミングの後に、レリーズボタン１７ｂを軽く押圧（半押し）すると、自動露光調整、自動焦点調整などの各種撮影準備処理が施される。この状態でレリーズボタン１７ｂをもう１度強く押圧（全押し）すると、撮影準備処理が施された１画面分の撮像信号が画像データに変換された後、後述する画像処理および圧縮処理が施され、メモリカード２０に記録される。

図３において、本発明の第１の実施形態に係るレンズ鏡胴３０は、単一のレンズモータ３１と、レンズモータ３１により回転される一本のスクリュー軸３２と、フォーカスレンズ３３ａ、３３ｂ、およびズームレンズ３３ｃと、フォーカスレンズ３３ａ、３３ｂ、およびズームレンズ３３ｃを保持する第１、第２保持枠３４ａ、３４ｂと、これら第１、第２保持枠３４ａ、３４ｂを、レンズの光軸３５の方向に往復移動させる第１、第２動力伝達機構３６ａ、３６ｂとからなる。

レンズモータ３１はステッピングモータからなり、モータドライバ５４（図５参照）から送信される駆動パルスにより動作制御され、レリーズボタン１７ｂの半押しに伴う撮影準備処理や、十字キー１７ａによるズーム操作を行う際に駆動される。スクリュー軸３２は、光軸３５と平行に延設されたレンズモータ３１の回転軸に、直接ネジ山３７が形成されたものである。

第１動力伝達機構３６ａは、スクリュー軸３２の根元に固定された円柱３８の周面を一周するように穿たれたカム溝３９と、第１保持枠３４ａから延設され、カム溝３９と係合するカムピン４０と、第１保持枠３４ａに取り付けられたガイド部材４１と、光軸３５と平行になるように上部本体１０に固定された第１ガイドバー４２ａとから構成される。カムピン４０は、スクリュー軸３２の回転に連動して、カム溝３９に沿って移動する。ガイド部材４１には、挿通穴４３が設けられており、この挿通穴４３に第１ガイドバー４２ａが挿通されている。

第２動力伝達機構３６ｂは、前述のネジ山３７と、第２保持枠３４ｂに形成され、ネジ山３７と螺合するネジ穴４４と、光軸３５と平行になるようにレンズモータ３１に固定された第２ガイドバー４２ｂとから構成される。第２保持枠３４ｂには、挿通穴４５が設けられており、この挿通穴４５に第２ガイドバー４２ｂが挿通されている。これにより、第２保持枠３４ｂの紙面垂直方向の回転が制限される。

レンズモータ３１が駆動してスクリュー軸３２が回転すると、第１保持枠３４ａに保持されたフォーカスレンズ３３ａ、３３ｂ、および第２保持枠３４ｂに保持されたズームレンズ３３ｃは、それぞれ図４に示すような軌跡Ｌａ〜Ｌｃを描きながら光軸３５の方向に移動する。すなわち、フォーカスレンズ３３ａ、３３ｂは、レンズ鏡胴３０の背後に配置されたＣＣＤ４６の結像面４７側を始端として、被写体像側の終端に向かい、被写体像側の終端に停まった後、被写体像側の終端から再び結像面４７側の始端に向かうという往復移動をスクリュー軸３２が１回転する間に行い、これを周期的に繰り返す。ズームレンズ３３ｃは、結像面４７側を始端として、被写体像側を終端とする範囲を移動し、十字キー１７ａの操作量に応じて、段階的に複数箇所のズーム位置Ｚに停止する。

カメラ付き携帯電話２の電気的構成を示す図５において、レンズ鏡胴３０に配置された各レンズおよび絞り５０（図３には不図示）を透過した被写体光は、ＣＣＤ４６により撮像信号として出力される。信号処理回路５１は、ＣＣＤ４６から出力された撮像信号に対して、サンプリング、増幅、およびＡ／Ｄ変換を施し、デジタルの画像データを出力する。フレームメモリ５２は、信号処理回路５１から出力されたデジタルの画像データを一旦格納する。

ＣＰＵ５３は、カメラ付き携帯電話２の全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ５３は、フレームメモリ５２に格納された画像データに対して、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理、ＹＣ変換処理、圧縮処理などの各種画像処理を施す。このＣＰＵ５３には、前述の操作部１７の他に、レンズモータ３１の駆動を制御するモータドライバ５４、受話スピーカ１４および送話マイク１８で入出力される音声に対して、ノイズ除去などの各種処理を施す音声処理回路５５、ＬＣＤ１３の表示制御を行うＬＣＤドライバ５６、メモリカード２０へのデータの入出力制御を行うメディアコントローラ５７、アンテナ１５を介して電波信号の送受信を行う無線通信Ｉ／Ｆ５８、ソケット１９を介して外部機器とのデータの送受信を行う外部通信Ｉ／Ｆ５９が接続されている。

実際の被写体撮影時には、ＣＰＵ５３は、十字キー１７ａの操作に応じて、モータドライバ５４を介してレンズモータ３１を駆動し、ズームレンズ３３ｃを保持する第２保持枠３４ｂを移動させ、ズームレンズ３３ｃを所望のズーム位置Ｚに停止させた後、第１動力伝達機構３６ａで規制される図４に示す焦点調節範囲Ｅｆ内で、再びモータドライバ５４を介してレンズモータ３１を駆動し、フォーカスレンズ３３ａ、３３ｂを保持する第１保持枠３４ａを、焦点調節範囲Ｅｆの一端から他端に向けて連続的に移動させて、被写体像の合焦状態を示すフォーカス評価値ｆを算出する。

フォーカス評価値ｆの算出は、例えば特開２００２−７２０７３号公報に開示される公知技術を用いて行う。すなわち、ＣＣＤ４７から出力される撮像信号のうち、被写体像の中央部分などの評価対象エリアを表す撮像信号から高周波成分を抽出し、その絶対値を積算する。図６に示すように、ＣＰＵ５３は、焦点調節範囲Ｅｆ内の各点でフォーカス評価値ｆを算出し、前回の算出結果と比較して増加している場合には、前回と同方向に第２保持枠３４ｂを移動させ続け、反対に減少している場合には、前回と逆方向に第２保持枠３４ｂを移動させて、被写体像の合焦位置Ｐを探索する。

次に、上記構成を有するカメラ付き携帯電話２の動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。まず、操作部１７を操作するなどして撮像装置１６による被写体の撮影が可能な状態とすると、レンズ鏡胴３０の各レンズ３３ａ〜３３ｃおよび絞り５０を透過した被写体光がＣＣＤ４６の結像面４７に結像され、ＣＣＤ４６により撮像信号に変換される。

ＣＣＤ４６から出力された撮像信号は、信号処理回路５１でデジタルの画像データに変換され、フレームメモリ５２に一旦格納される。フレームメモリ５２に格納された画像データは、ＣＰＵ５３で各種画像処理を施され、再びフレームメモリ５２に格納される。

画像処理後の画像データは、ＬＣＤドライバ５６を介してＬＣＤ１３にスルー画像として表示される。撮影者は、このスルー画像を見ながら被写体のフレーミングを行い、必要に応じて十字キー１７ａを操作して被写体のズーミングを行う。

十字キー１７ａが操作されると、モータドライバ５４を介してレンズモータ３１が駆動され、スクリュー軸３２が回転される。スクリュー軸３２が回転されると、第２動力伝達機構３６ｂにより、ズームレンズ３３ｃを保持する第２保持枠３４ｂが光軸３５の方向に移動され、十字キー１７ａの操作量に応じたズーム位置Ｚに停止される。

被写体のフレーミング後、レリーズボタン１７ｂが半押しされると、ＣＰＵ５３により、再びモータドライバ５４を介してレンズモータ３１が駆動され、スクリュー軸３２が回転される。スクリュー軸３２が回転されると、第１動力伝達機構３６ａにより、フォーカスレンズ３３ａ、３３ｂを保持する第１保持枠３４ａが、焦点調節範囲Ｅｆの一端から他端に向けて連続的に移動され、その各点で被写体像の合焦状態を示すフォーカス評価値ｆが算出される。そして、この算出されたフォーカス評価値ｆに基づいて、被写体像の合焦位置Ｐの探索が行われる。

ＣＰＵ５３により被写体像の合焦位置Ｐが探索されると、合焦位置Ｐにフォーカスレンズ３３ａ、３３ｂを保持する第１保持枠３４ａが停止され、このときフレームメモリ５２に格納されていた画像データがデータロックされる。この状態でレリーズボタン１７ｂが全押しされて撮影が実行されると、データロックされていた画像データは、ＣＰＵ５３でＹＣ変換、圧縮処理などが施され、メディアコントローラ５７を経由してメモリカード２０に記録される。

上記のような構成であると、単一のレンズモータ３１、一本のスクリュー軸３２といった、簡単且つ部品点数の少ない構成で被写体像の焦点合わせおよびズーミングを行うことができる。また、単一の駆動系を制御することで、被写体像の焦点合わせおよびズーミングを行うので、撮影準備処理に伴う制御シーケンスを簡略化することができる。

図８において、本発明の第２の実施形態に係るレンズ鏡胴６０は、図３に示すレンズ鏡胴３０の第１動力伝達機構３６ａの代わりに、第３動力伝達機構３６ｃを有している。また、第１保持枠３４ａには、これを結像面４８側に付勢するバネ６１が取り付けられている。

第３動力伝達機構３６ｃは、スクリュー軸３２の軸方向に対して垂直な方向に突設されたピン６２と、第１保持枠３４ａに取り付けられ、ピン６２と当接する変位部材６３とを備えている。変位部材６３は、スクリュー軸３２の回転に連動して、ピン６２に沿って移動する。この変位部材６３には、第１、第２挿通穴６４ａ、６４ｂが設けられており、第１挿通穴６４ａにはスクリュー軸３２が、第２挿通穴６４ｂには第１ガイドバー４２ａが挿通されている。

レンズモータ３１が駆動してスクリュー軸３２が回転すると、第１の実施形態と同様に、フォーカスレンズ３３ａ、３３ｂは、ＣＣＤ４６の結像面４７側を始端として、被写体像側の終端に向かい、被写体像側の終端に停まった後、被写体像側の終端から再び結像面４７側の始端に向かうという往復移動をスクリュー軸３２が１回転する間に行い、これを周期的に繰り返す。

上記実施形態では、第１、第３動力伝達機構３６ａ、３６ｃを１つずつ設けたレンズ鏡胴３０、６０を例に挙げて説明したが、例えば図９に示すように、第１動力伝達機構３６ａと略同様の構成を有する第４、第５動力伝達機構３６ｄ、３６ｅを２つ設けるなど、第１、第３動力伝達機構３６ａ、３６ｃをそれぞれ、あるいは組み合わせて複数設けてもよい。このようにすると、複雑なレンズの移動を簡単に実現させることができ、多種多様なレンズ光学系への適用が可能となる。

また、図１０に示すように、フォーカスレンズ３３ｃを保持する第１保持枠３４ａが、結像面４７側の一端から被写体像側の一端に移動する往路Ｇと、被写体像側の一端から結像面４７側の一端に移動する復路Ｒとで、第１保持枠３４ａの移動量の変化率（傾き）が往路Ｇで高くなるように、カム溝３９または変位部材６３を形成してもよい。この場合、ＣＰＵ５３は、往路Ｇでは、第１保持枠３４ａを連続的に移動させて、焦点調節範囲Ｅｆｇの各点でフォーカス評価値ｆを算出し、算出したフォーカス評価値ｆから合焦位置Ｐを予測するとともに、復路Ｒでは、焦点調節範囲Ｅｆｒにおいて、図１１に示すように、予測した合焦位置Ｐ付近で第１保持枠３４ａを移動させて、合焦位置Ｐを探索する。このように、往路Ｇで合焦位置Ｐを比較的粗く探索しておき、復路Ｒで詳細な合焦位置Ｐの探索を行うので、上記実施形態のように、前回のフォーカス評価値ｆの算出結果と比較して合焦位置Ｐを探索するいわゆる山登りサーボ方式よりも、より速く合焦位置Ｐを探索することができる。

なお、図１２に示すように、スクリュー軸３２の１回転に対して、第１保持枠３４ａの往復移動が複数回周期的に繰り返されるように、カム溝３９または変位部材６３を形成してもよい。このようにすると、ズーム位置Ｚの数を相対的に増加させることができ、ズーム倍率をより細かく設定することが可能となる。

上記実施形態では、撮像装置としてカメラ付き携帯電話２を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、デジタルカメラやビデオカメラなどの他の撮像装置についても適用可能である。

本発明を適用したカメラ付き携帯電話の正面外観斜視図である。カメラ付き携帯電話の背面外観斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るレンズ鏡胴の構成を示す概略図である。スクリュー軸の回転数に対する各レンズの移動軌跡を示すグラフである。カメラ付き携帯電話の電気的構成を示すブロック図である。焦点調節範囲に対するフォーカス評価値の変化を示すグラフである。被写体撮影時のカメラ付き携帯電話の動作手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係るレンズ鏡胴の構成を示す概略図である。別の実施形態に係るレンズ鏡胴の構成を示す概略図である。さらに別の実施形態に係るスクリュー軸の回転数に対する各レンズの移動軌跡を示すグラフである。さらに別の実施形態に係る焦点調節範囲に対するフォーカス評価値の変化を示すグラフである。さらに別の実施形態に係るスクリュー軸の回転数に対する各レンズの移動軌跡を示すグラフである。

符号の説明

２カメラ付き携帯電話
１３液晶表示器（ＬＣＤ）
１６撮像装置
１７操作部
１７ａ十字キー
１７ｂレリーズボタン
２０メモリカード
３０、６０、７０レンズ鏡胴
３１レンズモータ
３２スクリュー軸
３３ａ、３３ｂフォーカスレンズ
３３ｃズームレンズ
３４ａ、３４ｂ第１、第２保持枠
３５光軸
３６ａ〜３６ｅ第１〜第５動力伝達機構
３９カム溝
４０カムピン
４６ＣＣＤ
４７結像面
５１信号処理回路
５３ＣＰＵ
５４モータドライバ
６２ピン
６３変位部材

Claims

単一の駆動源と、
駆動源により回転される一本の駆動軸と、
被写体像のズーミングを行うためのズームレンズ、および被写体像の焦点合わせを行うためのフォーカスレンズを含み、前記被写体像を結像面に結像させる複数のレンズと、
レンズを保持する複数の保持枠と、
前記駆動軸の回転に連動して、前記ズームレンズ、および前記フォーカスレンズを保持する少なくとも２つの保持枠を、前記レンズの光軸方向に往復移動させる少なくとも２つの動力伝達機構とを備え、
少なくとも１つの前記動力伝達機構は、前記駆動軸に設けられたカム溝、および前記保持枠に設けられ前記カム溝と係合し前記カム溝に沿って移動するカムピン、若しくは前記駆動軸に設けられたピン、および前記保持枠に設けられ前記ピンと当接し前記ピンに沿って移動する変位部材のうち少なくともいずれか１つからなり、
前記カム溝または前記変位部材は、前記フォーカスレンズを保持する保持枠が、前記結像面側の一端から前記被写体像側の一端に移動する往路と、前記被写体像側の一端から前記結像面側の一端に移動する復路とで、前記フォーカスレンズを保持する保持枠の移動量の変化率が前記往路で高くなるように形成されており、
前記往路では、前記フォーカスレンズを保持する保持枠を連続的に移動させて前記フォーカス評価値を算出し、算出したフォーカス評価値から前記合焦位置を予測するとともに、前記復路では、予測した合焦位置付近で前記フォーカスレンズを保持する保持枠を移動させて、前記合焦位置を探索する制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記カム溝または前記変位部材は、前記駆動軸の１回転に対して、前記往復移動を複数回周期的に繰り返すように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。