JP2004184775A

JP2004184775A - カメラ付き電子機器

Info

Publication number: JP2004184775A
Application number: JP2002352987A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Sasaki; 竜太佐々木
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【目的】可変焦点式の撮像光学系を簡便でかつローコストで組み込む。
【構成】形状記憶合金製伸縮部材２９を第１及び第２レンズ保持枠２４，２５の間に設け、第１及び第２レンズ保持枠２４，２５を２個のバネ２８，３０の付勢で形状記憶合金製伸縮部材２９にそれぞれ当接させる。形状記憶合金製伸縮部材２９はリング状となっており、加熱手段により変態温度以上に加熱されることで光軸方向に伸びるように変形する。また加熱手段の加熱を止めることで変態温度以下に冷却されて元の形に戻る。加熱手段の加熱を制御することで形状記憶合金製伸縮部材２９の変形時のレンズ群間隔に応じた第１変倍位置と、元の形に戻ったときのレンズ群間隔に応じた第２変倍位置との間で撮影レンズの焦点距離を可変することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、携帯情報端末などの電子機器に電子カメラを内蔵したカメラ付き電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話、携帯情報端末などの携帯用の電子機器に小型の電子カメラを内蔵したものが提案されている（特許文献１）。電子カメラは、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子と撮像光学系とで構成されており、撮像光学系により結像する被写体像を固体撮像素子で撮像する。撮像した画像は、電子機器に設けた液晶モニタで確認することが可能であり、また公衆回線などを通じて別の電子機器に撮像画像を送信することが可能である。しかし、撮像光学系は、一般的に単焦点レンズを用いたパンフォーカスタイプとなっている。そこで、焦点距離を変更することができる撮像光学系を組み込むことが望まれている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２３９２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焦点距離を変更するには、撮影レンズのうちの一部のレンズを光軸方向に移動する機構が必要になる。従来写真用カメラなどでは、モータの駆動を用いてカム筒などを回転してカムの回転に対する光軸方向の変位によりレンズを予め決められた位置に移動している。しかし、このようなモータやカム機構を組み込むスペースが携帯用電子機器にはなかった。また、カム機構を用いる場合にはカムフォロアピンなどが必要になり部品点数が増えるとともに組立にも手間がかかる欠点があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可変焦点式の撮像機構をコンパクトにして簡便に組み込むことができるように工夫した電子機器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のカメラ付き電子機器では、撮影レンズを構成する一レンズ群を保持するレンズ保持部材と、該レンズ保持部材のうちの少なくとも１つのレンズ部材に対して変形方向が光軸方向に伸縮する姿勢で前記レンズ保持部材のうちの光軸方向に沿った一方側に配される形状記憶合金製伸縮部材と、他方側に配され前記レンズ保持部材を形状記憶合金製伸縮部材の方向に押し付ける付勢手段と、前記形状記憶合金製伸縮部材を加熱する加熱手段とを備えたものである。
【０００７】
加熱手段形としては、形状記憶合金製伸縮部材に直接通電して生じるジュール熱を利用する直接加熱手段と、外部ヒーターなどによる間接加熱手段とがある。このような加熱手段を用いて形状記憶合金製伸縮部材を加熱すると、形状記憶合金製伸縮部材が光軸方向に伸びる。そして、加熱を止めると冷却されて形状記憶合金製伸縮部材が元の形状に縮む。形状記憶合金製伸縮部材が光軸方向に伸びるとレンズ保持部材を付勢手段の付勢に抗して移動する。レンズ群が二位置間で移動することで隣接する他のレンズ群との間隔が変わりこれにより撮影レンズの焦点距離を変更することが可能となる。
【０００８】
複数、例えば２個のレンズ群を移動して焦点距離を変更する場合には、隣接する一対のレンズ保持部材の間に形状記憶合金製伸縮部材を配し、付勢手段で一対のレンズ保持部材を互いが接近する方向に付勢する構成にする。これにより、１個の形状記憶合金製伸縮部材のみを用いて２個のレンズ群を移動することができるからローコストで望ましい。この場合、加熱手段の加熱を制御することで形状記憶合金製伸縮部材の変形時のレンズ群間隔に応じた第１変倍位置と、元の形に戻ったときのレンズ群間隔に応じた第２変倍位置との間で撮影レンズの焦点距離を可変することができる。
【０００９】
２個の形状記憶合金製伸縮部材を用いる場合には、一対のレンズ保持部材の両外側に形状記憶合金製伸縮部材をそれぞれ配し、レンズ保持部材の間に付勢手段を配し、付勢手段で一対のレンズ保持部材を形状記憶合金製伸縮部材にそれぞれ当接する構成にするのが好適である。
【００１０】
形状記憶合金製伸縮部材とレンズ保持部材とを常に当接させて形状記憶合金製伸縮部材の伸縮によりレンズ保持部材を二位置に位置決めするのは形状記憶合金製伸縮部材の伸縮精度の面で難しい。そこで、当接ピンと当接面とからなる位置決め手段を別に設け、位置決め手段でレンズ保持部材を二位置に正確に位置決めするのが好適である。この場合、形状記憶合金製伸縮部材の伸びを利用して一方の位置に向けてレンズ保持部材を移動させ、また形状記憶合金製伸縮部材が縮んだときにレンズ保持部材を他方の位置に向けて移動させる。この場合、形状記憶合金製伸縮部材の伸縮を二位置の光軸方向に沿う長さ以上とする必要がある。そして、形状記憶合金製伸縮部材の伸縮長さが二位置の長さを超える場合には形状記憶合金製伸縮部材の弾性変形などで吸収することが必要となる。この場合には形状記憶合金製伸縮部材を圧縮コイルバネの形状に製造するのが好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
携帯電話１０は、図１及び図２に示すように、本体部１１と折畳部１２とで構成されており、本体部１１に対して折畳部１２を起伏することができる。本体部１１には、操作部１３、シャッターボタン１４、テレ／ワイド切替ボタン１５などが露呈して設けられている。操作部１３は、電話やメールの操作を行うための多数の操作ボタンからなる。シャッターボタン１４、テレ／ワイド切替ボタン１５は、本体部１１の側面に設けられており、倒伏時でも操作することができる。折畳部１２の裏面には、撮像した画像を表示する液晶表示部１６が設けられている。倒伏時に露呈される折畳部の表面には、撮影窓１７が露呈して設けられ、撮影窓１７の奥にカメラ部が配されている。
【００１２】
カメラ部は、図３に示すように、撮像光学系２０と固体撮像素子２１とで構成されている。撮像光学系２０は、撮影レンズを構成する第１及び第２レンズ群２２，２３とからなり、互いの間隔を変更することでテレ位置とワイド位置とで焦点距離を変更する二焦点切替式の光学系となっている。
【００１３】
第１及び第２レンズ群２２，２３は、それぞれ第１及び第２レンズ保持枠２４，２５に保持されている。撮像光学系２０は鏡筒に保持され、鏡筒は、図４にも示すように、固定筒２６、前ストッパ環２７、前バネ２８、第１レンズ保持枠２４、形状記憶合金製伸縮部材２９、第２レンズ保持枠２５、及び後バネ３０で構成されている。
【００１４】
第１及び第２レンズ保持枠２４，２５は、固定筒２６の内面に組み込まれ、ガイド手段（図示なし）により光軸方向に移動自在となっている。なお、ガイド手段としては、ガイド突起とガイド溝とで構成するのが好適である。ガイド突起は、第１及び第２レンズ保持枠２４，２５の外周面に設けられている。ガイド溝は、固定筒２６の内周面に光軸方向に沿って直線的に形成されており、ガイド突起が係合する。これらガイド突起とガイド溝とを光軸を中心とする周方向の３分割位置にそれぞれ設けることで各レンズ群２２，２３の回転止めも行える。
【００１５】
固体撮像素子２１は折畳部１２の内部に設けた基板１９に取り付けられている。基板１９には、保持部材３２を介して撮影光学系２０の結像面が固体撮像素子２１の撮像面に一致するように固定筒２６の後端が取り付けられている。固定筒２６の内周面には、後バネ３０、第２レンズ保持枠２５、形状記憶合金製伸縮部材２９、第１レンズ保持枠２４、及び前バネ２８が順に挿入され、最初に挿入した後バネ３０の抜け止め用として内周に向けて突出する後ストッパ３１が後端に設けられている。そして、固定筒２６の前に前ストッパ環２７を取り付けることにより前バネ２８の脱落が阻止される。
【００１６】
前・後バネ２８，３０は、被写体光路を遮らない内径で作成されたコイルバネとなっている。後バネ３０の後端は後ストッパ３１に当接し、前端は第２レンズ保持枠２５の後面に当接する。前バネ２８は、前端が前ストッパ環２７に当接し、後端が第１レンズ保持枠２４の前面に当接する。これら前・後バネ２８，３０は、第１及び第２レンズ保持枠２４，２５を互いの間隔が接近する方向にそれぞれ付勢する。
【００１７】
形状記憶合金製伸縮部材２９は、第１及び第２レンズ保持枠２４，２５との間に配され、外周が固定筒２６の内周面に接する寸法で、かつ内周が撮影光路に入り込まない寸法のリング形状の輪郭に形成されている。形状記憶合金製伸縮部材の前面は第１レンズ保持枠２４の後面と対峙し、また後面は第２レンズ保持枠２５の前面に対峙して、後述するように前・後バネ２８，３０による付勢力と形状記憶合金製伸縮部材２９の伸縮力とによりそれぞれのレンズ枠２４，２５をテレ／ワイド用の位置へ移動させる。
【００１８】
ところで、形状記憶合金は、レンズ移動に必要な精度の面から見ると伸縮の精度が悪い。この傾向は伸縮のストロークを例えば０．５ｍｍ以上となる大きなストロークに設定するほど顕著に表れる。そこで、形状記憶合金製伸縮部材２９の伸縮でレンズを移動して位置決めするのではなく、形状記憶合金製伸縮部材２９の伸縮を利用してレンズを移動し、位置決めとしては、位置決め手段を別に設けるのが望ましい。位置決め手段としては、図３及び図４に示したように当接ピン３３，３５と一対の当接面３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂとで構成する。当接ピン３３，３５は、第１及び第２レンズ枠２４，２５の外周に突出して設けられている。また、当接面３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂは、固定筒２６の内周に設けた２つの溝３４，３６のうちの光軸方向に沿う前後の壁となっている。溝３４，３６は、光軸方向に直進的に形成されており、光軸方向で対面する当接面３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ同士の長さが各レンズ２２，２３を移動させる長さに応じて作られている。
【００１９】
撮影光学系２０は、当接ピン３３が当接面３４ｂに、当接ピン３５が当接面３６ａにそれぞれ当接したレンズ位置のときにワイド位置となり、また当接ピン３３が当接面３４ａに、当接ピン３５が当接面３６ｂにそれぞれ当接したレンズ位置のときにテレ位置となる。この位置決め手段を前述したガイド手段に持たせるのが複雑化しないため好適である。
【００２０】
この形状記憶合金製伸縮部材２９には加熱手段３７が接続されている。加熱手段３７は、固定筒２６の外に配され、形状記憶合金製伸縮部材２９に直接通電する。形状記憶合金製伸縮部材２９は、通電により生じるジュール熱により一定温度（以下、「変態温度」と称す）以上に加熱されることで変形し、変態温度以下に冷却されることで元の形に戻るタイプの素子である。この変形は、光軸方向に沿った幅長さの中間位置に対して光軸方向の前・後に伸びる変形となる。
【００２１】
固定筒２６には、形状記憶合金製伸縮部材２９をセットビスによってネジ止めするためのネジ穴３８が形成されている。このネジ穴３８を光軸方向に長い長穴とすることで、固定筒２６に対して形状記憶合金製伸縮部材２９の取り付け位置を光軸方向に沿って変えることができ、これにより、テレ位置又はワイド位置の何れか一方での結像面を固体撮像素子２１の撮像面に合わせるバック長調整を組立時に行うことができる。
【００２２】
加熱手段３７の駆動は、制御手段３９に制御される。制御手段３９は、携帯電話１０の各部を統括的に制御するもので、テレ／ワイド切替ボタン１５の操作に応じて加熱手段３７の駆動を制御する。
【００２３】
上記構成の作用を簡単に説明する。撮影光学系２０の初期状態は、形状記憶合金製伸縮部材２９が冷却されており、よって図３（Ａ）に示すように、前・後バネ２８，３０の付勢により第１及び第２レンズ枠２４，２５が接近する方向に押されて当接ピン３３が当接面３４ｂに、当接ピン３５が当接面３６ａにそれぞれ当接したワイド位置となっている。この状態では、第１及び第２レンズ保持枠２４，２５と形状記憶合金製伸縮部材２９との間に隙間が生じている。
【００２４】
撮影するときには、操作部１３で操作して携帯電話１０をカメラモードにする。これにより固体撮像素子２１が駆動して撮影光学系２０で結像した被写体像の画像が液晶表示部１６に表示される。このモードで折畳部１２の表面を被写体に向けてフレーミングした後にシャッターボタン１４を押すと、その時点で撮像している被写体画像がメモリに記憶される。この撮影光学系２０は、前景から後景まで明快にピントが合うパンフォーカスとなっている。
【００２５】
撮像光学系２０をワイド位置からテレ位置に切り替える場合には、テレ／ワイド切替ボタン１５を操作する。この操作に応答して制御手段３９が加熱手段３７を駆動する。これにより加熱手段３７は、形状記憶合金製伸縮部材２９に直接通電する。形状記憶合金製伸縮部材２９は通電されることで生じるジュール熱により加熱され、瞬時に一定温度以上となる。この時点で光軸方向に沿う前面と後面との長さが光軸方向の前後にそれぞれ一定長さだけ長くなる変形が生じる。
【００２６】
このときの伸び量は、第１及び第２レンズ保持枠２４，２５をワイド位置からテレ位置に移動させる長さと、ワイド位置のときの第１及び第２レンズ保持枠２４，２５と形状記憶合金製伸縮部材２９との間に隙間長さとを加算した長さ以上となっている。これにより、図３（Ｂ）に示すように、第１レンズ保持枠２４が前バネ２８の付勢に抗して光軸方向の前方に向けて移動し、また、第２レンズ保持枠２５が後バネ３０の付勢に抗して光軸方向の後方に向けて移動する。これにより当接ピン３３が当接面３４ａに、当接ピン３５が当接面３６ｂにそれぞれ当接し撮像光学系２０がテレ位置となる。
【００２７】
なお、例えば形状記憶合金製伸縮部材２９の変形量が光軸方向に３ｍｍとし、このうちの隙間分も含めた第１レンズ保持枠２４の移動量を１．５ｍｍ、第２レンズ保持枠２５の移動量を０．７ｍｍにそれぞれ割り当てると、残り０．８ｍｍの長さが形状記憶合金製伸縮部材２９のオーバストロークの長さとなる。このオーバストローク分は、自身の弾性変形、及び取り付けに生じるガタにより吸収することができる。自身の弾性変形を考慮すると、形状記憶合金製伸縮部材２９を圧縮コイルバネの形状に製造するのが好適である。
【００２８】
上記実施形態の構成によれば形状記憶合金製伸縮部材２９を直接加熱する方式を採用しているから応答速度が速くなり、よって撮像光学系２０の変倍駆動手段としては最適である。なお、過熱を防止するために、形状記憶合金製伸縮部材２９の温度をサーミスタを用いて計測し、形状記憶合金製伸縮部材２９の温度を、変態温度と形状記憶合金製伸縮部材２９が過熱による破断する手前の制限温度との間になるように温度管理形状記憶合金製伸縮部材２９への通電のＯＮ−ＯＦＦを制御するのが好適である。また、冷却を迅速にするために形状記憶合金性伸縮部材に放熱部材を設けても良い。
【００２９】
加熱手段３７としては、間接加熱としてもよい。この場合には、形状記憶合金製伸縮部材２９の外周に加熱部材を配し、加熱部材が発する熱を形状記憶合金製伸縮部材２９に間接的に与える構成としてもよい。
【００３０】
形状記憶合金製伸縮部材２９の形状としては、リング環形状に限らず、図５に示すように、リング環部５０とそのリング環部５０から内部に突出した複数のスイッチ部５１，５２とを持つ形状としてもよい。複数のスイッチ部５１，５２は、リング環部５０の付け根から突出先端５１ａ，５２ａまでの長さの範囲で撮影光路４９を遮らないように突出先端５１ａ，５２ａがリング環部５０に設けた凹部５３，５４の内に突出している。変態温度以下のときには、リング環部５０に第１レンズ保持枠２４と第２レンズ保持枠２５とが当接してリング環部５０の厚みで第１及び第２レンズ群２２，２３の間隔を一定に決めている。変形時には突出先端５１ａが凹部５３から光軸方向の前方に突出する位置に第１スイッチ部５１が変形して第１レンズ保持枠２４をその方向に押す。同時に第２スイッチ部５２も突出先端５２ａが凹部５４から光軸方向の後方に突出する位置に変形して第２レンズ保持枠２５をその方向に押す。これにより、互いのレンズ群２２，２３の間隔が広がって焦点距離を変更することができる。この場合も位置決め手段を設けてレンズの位置決めを精度良く行うのが好適である。
【００３１】
上記実施形態では、１個の形状記憶合金製伸縮部材２９を２つのレンズ群で挟む構成としているが、本発明ではこれに限らず、２個の形状記憶合金製伸縮部材を隣接するレンズ群の両外側に配してこれらレンズ群の間にコイルバネを介在してコイルバネで各レンズ群を各形状記憶合金製伸縮部材に押し当てる構成としてもよい。この場合、２個の形状記憶合金製伸縮部材のそれぞれを別々に加熱する個別制御を行うことで、２個の形状記憶合金製伸縮部材の変形の有・無により決まる２種類のレンズ位置に、２個の形状記憶合金製伸縮部材のうちの何れか一方のみの変形により２種類のレンズ位置が加わるため、可変焦点位置を最高４位置取ることができる。また、この実施形態では、変形量が異なる２個の形状記憶合金製伸縮部材を用いることで多種の可変焦点位置を取ることができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、本発明を用いたカメラを携帯電話に内蔵しているが、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ（Ｄａｔａ）Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）〔携帯情報端末〕などの電子機器に内蔵する構成としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明では、レンズ保持枠の光軸方向に沿う一方側に形状記憶合金製伸縮部材を当接し、他方側に付勢手段で形状記憶合金製伸縮部材をレンズ保持枠に向けて付勢するように配して、形状記憶合金製伸縮部材の加熱による変形を利用してレンズ保持枠を光軸方向に移動するようにしたから、カム機構などの複雑な構成に比べて組立が簡便であり、また、モータなどの駆動手段を用いることがないからコンパクト化を図ることができる。また、別の発明では、１個の形状記憶合金製伸縮部材で２つのレンズ群を移動してレンズ間隔を変更するように構成したから、組立が簡便でかつローコストで二焦点可変式の撮像光学系を作ることができる。また、位置決め手段を用いた発明では、形状記憶合金製伸縮部材の伸縮を利用してレンズ保持部材を移動させるだけなのでレンズの移動精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた携帯電話を示す斜視図であり、倒伏状態を示している。
【図２】起立状態の携帯電話を示す斜視図である。
【図３】携帯電話に内蔵される鏡筒を示す断面図であり、（Ａ）は形状記憶合金製伸縮部材の変形なしの状態を、（Ｂ）は変形有りの状態を示している。
【図４】撮像光学系を示す分解斜視図である。
【図５】形状記憶合金製伸縮部材を別の形状にした実施形態を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は被写体側から見た正面図である。
【符号の説明】
１０携帯電話
２１固体撮像素子
２２第１レンズ
２３第２レンズ
２４第１レンズ保持枠
２５第２レンズ保持枠
２６固定筒
２８前バネ
２９形状記憶合金製伸縮部材
３０後バネ
３３，３５当接ピン
３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ当接面

Claims

撮影レンズを組み込んだカメラ部を備えたカメラ付き電子機器において、前記撮影レンズを構成する一レンズ群を保持するレンズ保持部材と、該レンズ保持部材のうちの少なくとも１つのレンズ保持部材に対して変形方向が光軸方向に伸縮する姿勢で該レンズ保持部材のうちの光軸方向に沿った一方側に配される形状記憶合金製伸縮部材と、他方側に配され該レンズ保持部材を形状記憶合金製伸縮部材の方向に押し付ける付勢手段と、前記形状記憶合金製伸縮部材を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とするカメラ付き電子機器。
前記レンズ保持部材を光軸方向上の異なる二位置に位置決めする位置決め手段を設け、前記形状記憶合金製伸縮部材の伸びで二位置のうちの一方の位置に向けて前記レンズ保持部材を移動させ、また前記形状記憶合金製伸縮部材が縮んだときに付勢手段の付勢により他方の位置に向けて移動させることを特徴とする請求項１記載のカメラ付き電子機器。
撮影レンズを組み込んだカメラ部を備えたカメラ付き電子機器において、前記撮影レンズを構成する複数のレンズ群のうちの隣接するレンズ群をそれぞれ保持する一対のレンズ保持部材と、変形方向が光軸方向に伸縮する姿勢で前記一対のレンズ保持部材の間に組み込まれる形状記憶合金製伸縮部材と、前記一対のレンズ保持部材を互いが接近する方向に付勢する付勢手段と、前記形状記憶合金製伸縮部材を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とするカメラ付き電子機器。
前記一対のレンズ保持部材を光軸方向上の異なる二位置にそれぞれ位置決めする位置決め手段を設け、前記形状記憶合金製伸縮部材の伸びで二位置のうちの前記互いのレンズ保持部材が接近する位置に向けて前記一対のレンズ保持部材を移動させ、また前記形状記憶合金製伸縮部材が縮んだときに前記付勢手段の付勢により前記互いのレンズ保持部材が離れる位置に向けて前記一対のレンズ保持部材を移動させることを特徴とする請求項３記載のカメラ付き電子機器。
撮影レンズを組み込んだカメラ部を備えたカメラ付き電子機器において、前記撮影レンズを構成する一レンズを保持するレンズ保持部材と、該レンズ保持部材を光軸上の異なる二位置に位置決めする位置決め手段と、伸びた時に前記レンズ保持部材を二位置のうちの一方の位置に向けて移動させる形状記憶合金製伸縮部材と、前記形状記憶合金製伸縮部材が縮んだときに前記レンズ保持部材を他方の位置に向けて移動させる付勢手段と、前記形状記憶合金製伸縮部材を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とするカメラ付き電子機器。