CN1910493A - 固体摄像装置及具有该固体摄像装置的便携用电子设备 - Google Patents

Abstract

一种固体摄像装置，具有：基板(106)，其上安装有摄像元件(161)；以及镜头单元(101)，其可移动地保持镜头(113)，并通过脚部(111k)立设在基板(106)上，在基板(106)与镜头单元(101)之间配置有外围电路装置(160)。因此，与将外围电路装置(160)配置在基板(113)上的设有镜头单元(101)的一侧的相反侧的情况相比，可以在光轴方向上降低固体摄像装置的高度。

Description

固体摄像装置及具有该固体摄像装置的便携用电子设备

技术领域

本发明涉及一种使用摄像元件来拍摄图像的固体摄像装置，特别涉及除通常的摄像功能外还具有宏观(特写)摄像功能的固体摄像装置。

背景技术

以往，广泛使用的是通过光学镜头使被摄体像在具有CCD(电荷耦合装置)等的摄像元件上成像的、所谓的数码照相机。该数码照相机提出了多种类型，但是如果能容易地实现与被摄体接近到数十厘米以内进行拍摄的、所谓的宏观摄像，则使用价值较高。为了进行宏观摄像，与拍摄相距数米以上的被摄体的情况相比，需要变更镜头位置。

而作为变更镜头位置的装置，公知有：使用螺旋机构来手动或电动地使镜头架沿着光轴方向移动；或使用电磁铁来调整镜头位置。

作为使用电磁铁的镜头位置调整机构，公知有专利文献1所公开的发明。该专利文献1中公开的装置如图11所示。

即，该镜头驱动装置包括：分别具有コ字形截面形状的环状的镜头框1；以及与该コ字形截面的凹槽卡合的轭铁(york)2，在镜头框1上配置有线圈(电磁铁)3，在轭铁2上与线圈3对置地固定有(永久)磁铁4。并且通过使电流在线圈3中流动可以使镜头框1沿光轴方向移动。

专利文献1：日本专利公报特开平5-34562号(第2～3页、图1)

但是，在使用上述装置将镜头位置切换至通常摄像位置与宏观摄像位置的情况时存在以下问题。即，上述文献记载有通过使电流在线圈3中流动来使镜头框1移动，但是并没有记载怎样使镜头框正确地停止在预定的变焦位置或者焦点位置。另外，为了正确地将镜头框1保持在预定的变焦位置或者焦点位置，需要在使电流在线圈3中流动的状态下保持磁力。因此，在上述装置中，为了将镜头框1保持在预定位置需要使电流在线圈3中流动，导致电力消耗增大。

以解决这样的问题为目的，本申请人提出了日本专利申请2003-182018号中的固体摄像装置。

对于安装于便携电话等的固体摄像装置、特别是具有宏观和变焦等镜头驱动机构的固体摄像装置，希望尽可能地降低固体摄像装置在光轴方向上的高度。该光轴方向上的高度(当然是包括镜头和摄像元件的镜头单元高度)被处理摄像元件的信号的DSP(数字信号处理器)等外围电路装置的位置所左右。但是在日本专利申请2003-182018号的固体摄像装置中，没有关于DSP的配置的记载。因此，若如图12所示那样将DSP配置于在表面侧安装有固体摄像装置的基板的背面侧，则存在由于DSP的厚度使得固体摄像装置在光轴方向上的高度变高的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供实现了小型化的固体摄像装置、以及具有该装置的便携用电子设备。

为了实现上述目的，本发明第一方面的固体摄像装置，其特征在于，包括：基板，其上安装有摄像元件；镜头架，其上安装有镜头；支架，其可移动地保持所述镜头架，并立设在所述基板上；驱动部，其向第一位置和第二位置驱动所述镜头架，所述第二位置是从所述第一位置沿所述镜头的光轴方向移动了预定距离的位置；和外围电路装置，其配置在所述基板与所述支架之间，或者配置在所述基板与所述驱动部之间。

第一方面的发明，将外围电路装置配置在基板与支架之间或者基板与驱动部之间。因此，与将外围电路装置配置在设有包括支架等的镜头单元的一侧的相反侧相比，能够降低固体摄像装置在光轴方向上的高度。

第二方面的固体摄像装置，在第一方面的固体摄像装置的基础上，其特征在于，所述支架或者所述驱动部与所述外围电路装置抵接。

第二方面的发明，使支架或者驱动部与外围电路装置抵接。可以通过周边电路装置减轻由于镜头单元、驱动部的重量而施加在支架或支承驱动部的部件上的负荷，从而能够将镜头单元稳定地立设在基板上。

第三方面的固体摄像装置，在第二方面的固体摄像装置的基础上，其特征在于，所述驱动部是与所述支架连接配置的电磁驱动部。

第三方面的发明中，可以通过周边电路装置减轻由于镜头单元和与支架连接的电磁驱动部的重量而施加在支架上的负荷。因此，能够将支架稳定地立设在基板上。

第四方面的固体摄像装置，在第二方面的固体摄像装置的基础上，其特征在于，所述驱动部是配置在所述支架的外周部的镜头位置调整部件。

第四方面的发明中，可以通过外围电路装置减轻由于镜头单元和镜头位置调整部件的重量而施加在支架上的负荷。因此，可以将支架稳定地立设在基板上。

另外，第五方面是一种便携用电子设备，其特征在于，具有第一至第四方面中任一方面所述的固体摄像装置。

第五方面的发明通过设置降低了在光轴方向上的高度的固体摄像装置，能够提供一种实现节省空间的便携用电子设备。

本发明由于将外围电路装置配置在基板与支架之间，或者配置在基板与驱动部之间，因此能够使固体摄像装置小型化。

附图说明

图1是实施例1的固体摄像装置的俯视图。

图2是表示沿图1所示的AA线剖开固体摄像装置的截面图。

图3是用于说明永久磁铁的磁化方法的图。

图4是表示沿图1所示的BB线剖开固体摄像装置的截面图，是表示永久磁铁位于上侧的状态的图。

图5是表示沿图1所示的BB线剖开固体摄像装置的截面图、是表示永久磁铁位于下侧的状态的图。

图6是支架111的俯视图，是表示在圆筒部111j的外周面设有突起部150的结构的图。

图7是表示外围电路装置160的其他配置示例的图。

图8是表示外围电路装置160的其他配置示例的图。

图9是表示实施例2的固体摄像装置的结构的图。

图10是旋转部件221的凸轮面的局部放大图。

图11是现有例的镜头驱动装置的截面图。

图12是表示现有的外围电路装置的配置示例的图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行说明。

实施例1

首先，参照图1和图2对本实施例的结构进行说明。另外，在图1中，示出了本发明的固体摄像装置的俯视图，在图2中示出了沿图1所示的AA线剖开的截面的形状。

如图2所示，本实施例的固体摄像装置具有：安装有由CCD等构成的摄像元件161的基板106；和镜头单元101，其安装在该基板106上，并保持有使被摄体像成像在摄像元件161上的镜头113。镜头单元101包括：支架111，其以包围摄像元件161的方式固定在基板106上；镜头架112，其以可沿镜头113的光轴方向移动的方式与支架111卡合，用于保持镜头113；以及电磁驱动单元(驱动部)，其向第一位置和第二位置驱动该镜头架112，所述第二位置是从所述第一位置沿着镜头113的光轴方向移动了预定距离的位置。

镜头架112是中空的大致圆筒形状，在其中心轴上通过镜头盖114安装有镜头113。另外，在镜头架112上形成有圆筒状的导槽112a，形成支架111的上部的圆筒部111j与该导槽112a卡合，并可沿光轴方向移动。另外第一位置是对位于通常摄像区域的被摄体像进行拍摄的通常摄像位置，第二位置设定为宏观摄像位置，该宏观摄像位置是对位于近距离摄像区域的被摄体像进行拍摄的位置。

另外，电磁驱动单元包括：电磁铁103；通过向该电磁铁103通电而被磁化的第一磁性体133、134；在光轴方向上与该第一磁性体133、134对置的第二磁性体104；在第一磁性体133、134与第二磁性体104之间沿镜头架112的外周设置的永久磁铁102。以下为了便于说明，按照永久磁铁102、电磁铁103、第一磁性体133、134以及第二磁性体104的顺序进行说明。

永久磁铁102通过环部件121安装在磁铁架115上，所述环部件121由安装在该永久磁铁102的内周上的磁性体所构成。此外，磁铁架115旋合在镜头架112的外周上。另外，永久磁铁102磁化成将永久磁铁102的圆周方向的区域分为N极和S极两部分。即如图3所示，若首先通过电磁铁等磁化装置192沿直径方向磁化环部件，则在将圆周方向分成两部分的每一个区域中，外周侧和内周侧磁化成不同的磁极。接下来，当在该磁化后的永久磁铁102的内侧安装磁性体的环部件121时，在内周侧形成闭合磁路(未图示)，可以防止永久磁铁102内侧的磁通泄漏。

另一方面，如图1和图2所示，电磁铁103具有中空的大致圆筒状的绕线管131；以及卷绕设在该绕线管131上的电线圈132，电线圈132通过设在基板106上的端子部132a与切换单元(未图示)连接。并且，在绕线管131的内周插入有矩形截面形状的一对细长的第一磁性体133、134的一端部，第一磁性体133、134各自的另一端部呈以镜头113的光轴为中心的半圆弧状延伸，并配置在支架111上。

参照图4、5对将第一磁性体133、134配置在支架111上进行更详细的说明。另外图4和图5示出了将固体摄像装置沿着如图1所示的BB线剖开的截面的形状，特别示出了使镜头架112移动至上述第一位置和第二位置的状态。如图4和图5所示，在支架111的外周形成有水平凸缘部111a，在该水平凸缘部111a的上部形成有以光轴为中心的多个定位部111e、111f。并且，在定位部111e、111f的外周，在分别从下方与永久磁铁102的圆周上的分成两部分的N极和S极区域对置的位置处，形成有槽111g、111h。并且，在槽111g、111h中插入有第一磁性体133、134，通过定位部111e、111f以及槽111g、111h，第一磁性体133、134定位在支架111上。

接下来，对第二磁性体104进行说明。如图1所示，第二磁性体104是在中心具有开口孔的圆板形状，在该圆板的外周上沿圆周方向等间隔地设有向外侧突出的3个突起部104b。另一方面，支架111的水平凸缘部111a的外周部上形成有圆筒部111b，在该圆筒部111b上形成有开口111i，所述开口111i用于将第一磁性体133、134配置在支架111上。另外，在圆筒部111b的上端面111c上，沿圆周方向在等间隔的3个部位，分别形成有光轴方向上的高度沿圆周方向变化的斜面部111d。并且，第二磁性体104安装在支架111的圆筒部111b上，并使其3个突起部104b分别与斜面部111d抵接。因此在将第二磁性体104组装到支架111的圆筒部111b上时，通过使该第二磁性体104沿圆周方向旋转，第二磁性体104在光轴方向上的高度会变化，所以能够进行第二磁性体104的光轴方向位置、即镜头架112的宏观摄像位置的初始设定。

下面参照图6对支架111的结构进行说明。在图6中为了说明支架111的结构，示出了将镜头架112和第二磁性体104从固体摄像装置去除后的结构。在作为支架111的外周部的水平凸缘部111a的上部，形成有确定第一磁性体133、134的配置位置的定位部111e、111f。在定位部111e、111f的外侧形成有槽部111g、111h(参照图4、图5)，在该槽部111g、111h中插入有第一磁性体133、134。通过定位部111e、111f，插入在槽部111g、111h中的第一磁性体133、134在水平凸缘部111a上的位置被确定。另外在水平凸缘部111a的最外侧形成有圆筒部111b，所述圆筒部111b成为固体摄像装置的侧面部。

此外，在支架111的中央部形成有开口部151，该开口部151用于将通过镜头113会聚的光导向摄像元件161。在开口部151的周围形成有圆筒部111j，该圆筒部111j包围该开口部151。如图2所示，圆筒部111j与镜头架112的导槽112a卡合。

另外，如图4和图5所示，支架111通过包围摄像元件161周围的脚部111k立设在基板106上。当对保持在镜头架112上的镜头113进行定位时，该脚部111k成为确定支架111的高度的基准。

如图2所示，在通过脚部111k而形成的基板106与支架111的水平凸缘部111a之间的空间中，插入有外围电路装置160。在本实施例中，配置DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)作为外围电路装置160，但是也可以配置除DSP以外的电路元件。DSP是用于将通过摄像元件161得到的信号变换成图像信号的元件。

由于DSP是比较大的元件，所以如图12所示，在其设置于基板的背面侧时，存在这样的问题：在光轴方向上的高度变高，不能使固体摄像装置小型化。特别是在如本实施例那样的、具有镜头113的驱动机构、并安装在便携电话等小型设备上的固体摄像装置中，希望使光轴方向上的高度尽可能的低。如本实施例那样，通过在基板106与水平凸缘部111a之间的空间中配置外围电路装置160，可以降低在光轴方向的高度。

另外，如图2所示，外围电路装置160的上表面与支架111的水平凸缘部111a的下表面抵接。镜头单元101具有镜头架112和电磁驱动单元，并可使镜头架112的位置移动到第一位置和第二位置，上述镜头架112为了对应高象素而设有多枚镜头113，与摄像元件161相比，镜头单元101的尺寸更大，对支承镜头架112的支架111的负荷也较大。如本实施例那样，通过使支架111的水平凸缘部111a抵接在外围电路装置160上，可以减轻施加在支架111的脚部111k上的负荷。因此，可以使镜头单元101稳定地立设在基板106上。

另外，如图7所示，外围电路装置160也可以设在电磁铁103侧。在电磁铁103的下侧配置外围电路装置160，使电磁铁103的下表面与外围电路装置160的上表面抵接。因此，可以通过外围电路装置160减轻施加在支承电磁铁103的端子部132a上的负荷。另外，如图1所示，作为电磁驱动单元的第一磁性体133、134从绕线管131沿水平凸缘部111a的外周部配置，通过该第一磁性体133、134，支架111和电磁铁103被连接起来。因此，施加在设于支架111的中央部的脚部111k上的负荷较大。因此，通过在外围电路装置160上方设置电磁铁103，并使外围电路装置160与电磁铁103抵接，可以进一步减轻施加在支架111的脚部111k上的负荷。此外，如图8所示，也可以调整电磁铁103的安装以使电磁铁103的下表面与水平凸缘部111a的下表面的位置一致，并将外围电路装置160配置在电磁铁103与水平凸缘部111a的下侧。由此可以进一步稳定地将镜头单元立设在基板106上。

接下来，对上述固体摄像装置的作用进行说明。对使电流在电磁铁103中流动、以使一端部分别插入在绕线管131内的一对第一磁性体133、134分别被磁化成N极和S极时，一对第一磁性体133、134和永久磁铁102的、分别与该第一磁性体133、134对置的N极和S极是相同磁极，在这种情况下，如图4所示，向上方排斥永久磁铁102，并且使该永久磁铁102与第二磁性体104抵接。永久磁铁102通过磁铁架115固定在镜头架112上，所以镜头架112移动到作为第二位置的宏观摄影位置。当在该状态下切断在电磁铁103中流动的电流时，通过永久磁铁102自身的磁力，永久磁铁102吸附保持在第二磁性体104的抵接面上。这样，镜头架112被驱动保持在宏观摄像位置上。

此外，在本实施例中，镜头架112在通常摄像位置处的保持力，大于镜头架112在宏观摄像位置处保持力。即，作用在永久磁铁102与一对第一磁性体133、134之间的吸附力，大于作用在永久磁铁102与第二磁性体104之间的吸附力。这能够通过例如这样的方式实现：使永久磁铁102与一对第一磁性体133、134的接触面积大于永久磁铁102与第二磁性体104的接触面积。

由此，在使用频度高于宏观摄像位置的通常摄像位置处拍摄被摄体像时，可以防止镜头架112意外偏离通常摄像位置而不能正确地拍摄被摄体像。另外，在宏观摄像位置的使用频度高于通常摄像位置的使用频度高的情况下，也可以使镜头架112在宏观摄像位置的保持力，大于镜头架112在通常摄像位置的保持力。

接下来，当通过切换单元(未图示)来切换电磁铁103的电流方向时，一对第一磁性体133、134变成与永久磁铁102的、和第一磁性体133、134分别对置的N极和S极不同的磁极，由此向下方吸引该永久磁铁102，如图5所示，该永久磁铁102离开第二磁性体104，吸附在第一磁性体133、134上。伴随永久磁铁102的移动，镜头架112移动到作为第一位置的通常摄影位置。当在该状态下切断电磁铁103的电流时，通过永久磁铁102自身的磁力，永久磁铁102吸附保持在第二磁性体104的抵接面上。这样，镜头架112被驱动保持在通常摄像位置上。

这样，本实施例，通过切换开关等切换单元(未图示)来改变电磁铁103中流动的电流的方向，从而可以正确且可靠地向宏观摄像位置和通常摄像位置驱动镜头架112。另外，一旦将镜头架112驱动到宏观摄像位置和通常摄像位置，则即使切断电流，如上所述，永久磁铁102也会通过自身的磁力保持在各位置上，所以能够大幅度地节省电力。

另外，向宏观摄像位置和通常摄像位置驱动镜头架112，通过设置在支架111与镜头架112的抵接部的突起部(未图示)来减小它们的接触面积，所以能够降低镜头驱动时的摩擦力，可以顺利地驱动镜头113。

此外，如果在圆筒部111j的外周部分设置该突起部、并使突起部与镜头架112抵接，则不会产生下列问题：由于将镜头架112驱动到宏观摄像位置和通常摄像位置而产生的碎屑，侵入到镜头113的有效径内，并附着在摄像元件161的摄像面上。

此外，如图2所示，在第二磁性体104的与永久磁铁102对置的面上，形成有具有预定高度的半球状的突起部104a，该永久磁铁通过该突起部104a的顶部，与该第二磁性体104抵接。因此，可以防止与第二磁性体104的吸附力过大，并能够可靠地向相反方向拉开永久磁铁102。此外，若在第一磁性体133、134的吸附面上也形成同样的突起部，则能够可靠地将永久磁铁102从第一磁性体133、134拉开。

另外，在本实施例中，在永久磁铁102的内周设有由磁性体构成的环部件121，但是在永久磁铁的内周侧形成有闭合磁路的方法并不仅限于此，可以做适当地变更。例如，可以通过磁性体形成磁铁架115，并使其沿永久磁铁的内周进行配置。

另外，在本实施例中，使用了在将圆周方向和半径方向分别分成两份的区域中具有不同磁极的永久磁铁102作为永久磁铁，但是永久磁铁并不限定于此，例如也可以使用在将圆周分成4部分的区域中具有不同磁极的永久磁铁。

实施例2

接下来，参照图9、10对本发明的第二实施例进行说明。本实施例也具有：基板106，其上安装有由CCD等构成的摄像元件161；和镜头单元101，其安装在该基板106上，并保持使被摄体像在摄像元件161上成像的镜头113。镜头单元101包括：支架111，其以包围摄像元件161的方式固定在基板106上；镜头架112，其以可沿镜头113的光轴方向移动方式与支架111卡合，用于保持镜头113；以及作为镜头位置调整部件(驱动部)的旋转部件221，其向第一位置和第二位置驱动该镜头架112，所述第二位置是从所述第一位置沿光轴方向移动了预定距离的位置。

圆筒状的镜头架112的外周上设有调整部件220。使安装在调整部件220上的镜头架112绕镜头113的光轴旋转，来调整调整部件220与镜头架112的安装位置。镜头架112的位置调整后，在旋合部分涂敷粘接剂，并将镜头架112固定在调整部件220上。此外，固定在镜头架112上的调整部件220作为镜头架112的一部分发挥作用。

此外，在调整部件220与支架111的外周部的水平凸缘部111a之间，夹有入环状的旋转部件221，通过圆形的施力部件222从上方对上述这些部件施力。施力部件222钩挂在圆筒部111b的爪上以施加作用力，其中圆筒部111b设置于支架111的圆周方向的端部。在环状的旋转部件221的下表面形成有凸轮面(形成有凸轮轮廓的面，所述凸轮轮廓用于通过凸轮来实现预定的驱动力)，该凸轮面用于赋予使镜头架112沿光轴方向进退的驱动力。通过使旋转部件221绕镜头113的光轴旋转，如图10所示，夹在支架111与调整部件220之间的旋转部件221的面的厚度发生改变，从而使调整部件220和固定在调整部件220上的镜头架112沿镜头113的光轴方向移动。

在本实施例中，也在通过脚部111k而形成的基板106与支架111的水平凸缘部111a之间的空间中，插入有外围电路装置160。通过在基板106与水平凸缘部111a之间的空间中配置外围电路装置160，可以降低在光轴方向上的高度。

此外，如图9所示，通过使外围电路装置160的上表面与支架111的水平凸缘部111a的下表面抵接，可以减轻施加在支架111的脚部111k上的负荷。如图9所示，本实施例中，旋转部件221赋予使镜头架112沿光轴方向进退的驱动力，该旋转部件221相比于支架111向外侧伸出更大。因此，仅通过配置在摄像元件161的周围的脚部111k来支承镜头单元101是不稳定的状态。由此通过在施力部件222的下方设置外围电路装置160可以使镜头单元101稳定地立设在基板106上，其中上述施力部件222对重叠的旋转部件221和调整部件220向基板106的方向施力。

此外，如果要在便携用电子设备上安装上述各实施例的固定摄像装置，则通过安装降低了高度的固体摄像装置，可以提供实现了节省空间的便携用电子设备。

上述的实施例是本发明的优选实施例。但是并不仅限定于此，在不脱离本发明主旨的范围内可以实施各种变形。例如在上述实施例中，应用于由电磁铁来调整镜头位置的电磁宏观、通过手动来调整镜头位置的手动宏观，但是也可以应用于这样的机构：使用步进电动机等驱动镜头，来变更焦点距离的自动聚焦或变焦机构。即，也可以将外围电路装置160插入在步进电动机等致动器与基板之间。

Claims (5)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，包括：

基板，其上安装有摄像元件；

镜头架，其上安装有镜头；

支架，其可移动地保持所述镜头架，并立设在所述基板上；

驱动部，其向第一位置和第二位置驱动所述镜头架，所述第二位置是从所述第一位置沿所述镜头的光轴方向移动了预定距离的位置；和

外围电路装置，其配置在所述基板与所述支架之间，或者配置在所述基板与所述驱动部之间。

2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述支架或者所述驱动部与所述外围电路装置抵接。

3.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述驱动部是与所述支架连接配置的电磁驱动部。

4.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述驱动部是配置在所述支架的外周部的镜头位置调整部件。

5.一种便携用电子设备，其特征在于，

具有权利要求1至4中的任一项所述的固体摄像装置。

Images