JP2004309954A - 撮像装置及びこれを備えた携帯端末 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像装置内にシャッタ及びその駆動部を内包しても大型化せず、携帯端末に内蔵可能なサイズを保ちつつ高画素数の撮像素子の搭載による高画質の撮像装置及びこれを備えた携帯端末を得る。
【解決手段】基板と、撮像素子と、光学部材で構成された撮像装置において、被写体光束を遮蔽するシャッタを備え、シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部を、光学部材の脚部の間に配置する、若しくは、シャッタを駆動する駆動部を、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置した撮像装置とする。
【選択図】 図5
【解決手段】基板と、撮像素子と、光学部材で構成された撮像装置において、被写体光束を遮蔽するシャッタを備え、シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部を、光学部材の脚部の間に配置する、若しくは、シャッタを駆動する駆動部を、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置した撮像装置とする。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機やモバイルコンピュータなどの携帯端末に内蔵される撮像装置及びこれを備えた携帯端末に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、小型で薄型の撮像装置が携帯電話機やパーソナルコンピュータ等の小型、薄型の電子機器に搭載されるようになった。かかる撮像装置には、基板に設けられた撮像素子と、この撮像素子の受光面に被写体光を導き結像させるための撮像光学系が一体化されているものが一般的である。
【0003】
また撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサやCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用されている。
【0004】
これらに用いられる撮像素子は、プログレッシブスキャン方式の撮像素子であり、機械的に光を遮断するシャッタを必要としないものであった。
【0005】
この様な携帯端末用の撮像装置として、開口部を有した基板の一方の面にその開口部を閉塞するように所謂フリップチップ実装法で撮像素子を接続し、基板の他方の面から撮像光学系を装着したものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
また撮像光学系を2枚以上の光学部材で構成し、最も像側の光学部材を脚部と一体に形成し、この脚部を撮像素子に当接することにより、光軸方向の位置決めを行う撮像装置がある(例えば、特許文献2参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−292354号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2002−139662号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
これら携帯端末用の撮像装置は民生用として普及するに伴い、デジタルカメラと同様に、より高画質化への要望が高まりつつある。このため、撮像装置を携帯端末内に内蔵可能な小型のサイズに保ちつつ撮像素子の高画素化が必須の条件となる。
【0010】
この解決策として、撮像素子については所謂インターレース読み出し方式にして、転送ラインを減らし、このスペースを用いて同等の外形サイズと感度を維持したまま画素数を増加させたCCDを使用することが考えられる。
【0011】
このインターレース読み出し方式のCCDの場合、光を遮光するシャッタが必要である。しかし、シャッタを組み込むには、その羽根の移動のためのスペース及び駆動部を配置するためのスペースを必要とし大型化する問題がある。
【0012】
また、前述の公知文献はそれぞれ薄型化、撮像光学系の調整の簡素化に効果を奏するものではあるが、撮像素子の高画素化に対応したシャッタの搭載までには至っていない。
【0013】
本発明は、上記問題に鑑み、薄型で調整が簡素化され、シャッタ及びその駆動部を内包しても大型化せず、且つ携帯端末に内蔵可能なサイズを保ちつつ高画素数の撮像素子を搭載した高画質の撮像装置及びこの撮像装置を備えた携帯端末を得ることを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
1) 基板と、該基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に被写体光束を導き、光軸方向の位置決めのための脚部を有する光学部材で構成される撮像光学系と、を有する撮像装置において、前記被写体光束を遮光するシャッタを備え該シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部が、前記光学部材の脚部の間に配置されたことを特徴とする撮像装置、とすることで達成される。
【0015】
これにより、シャッタを駆動するアクチュエータを光学部材の脚部の間に配置することにより、光軸方向の位置決めを妨げることなくシャッタ駆動部を組み込め、更に、撮像装置の体積の増加を最少におさえ、携帯端末に内蔵可能なサイズに保つことが可能となる。
【0016】
2) 基板と、該基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に被写体光束を導く複数の光学部材で構成され、該光学部材のうち少なくとも前記受光面に最も近い光学部材は光軸方向の位置決めのための脚部を有する撮像光学系と、を有する撮像装置において、前記被写体光束を遮光するシャッタを備え、該シャッタを駆動する駆動部は、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置されたことを特徴とする撮像装置、とすることで達成される。
【0017】
これにより、複数の光学部材で携帯端末用の撮像光学系を構成する場合、テレセントリック特性を確保するため像面に最も近い光学部材の径が大きく、これに比べ被写体側の光学部材の径が小径となり、この小径の光学部材の側面にシャッタを駆動するアクチュエータを配置することにより、撮像装置の体積の増加を最少におさえ、携帯端末に内蔵可能なサイズに保つことが可能となる。
【0018】
3) 前記シャッタの羽根は軸支されるための穴部を有し、該穴部を中心に回動するよう構成され、前記穴部に嵌合する軸を前記光学部材に一体で形成した1)又は2)の撮像装置、とすることが望ましい。
【0019】
4) 前記シャッタの羽根は1枚の板状部材で形成されている1)〜3)のいずれかの撮像装置、とすることが望ましい。
【0020】
この3)及び/又は4)により、コストの増加を最少に抑えることができる。
5) 前記撮像素子は、前記基板に所謂フリップチップ実装法で実装されている1)〜4)のいずれかの撮像装置、とすることが望ましく撮像装置の厚みを薄く保つことができる。
【0021】
6) 1)〜5)のいずれかの撮像装置をケース内に内蔵した携帯端末、とすることで高画素数による高画質の画像の得られる撮像装置を搭載した携帯端末を得ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0023】
図1は、本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機Tの外観を示す図である。
【0024】
図1に示す携帯電話機Tは、表示画面Dを備えたケースとしての上筐体71と、操作ボタンPを備えた下筐体72とがヒンジ73を介して連結されている。撮像装置100は、上筐体71内の表示画面Dの下方に内蔵されており、撮像装置100の光学部材が上筐体71の外表面側から光を取り込めるよう配置されている。なお、この撮像装置の位置は上筐体71内の表示画面Dの上方でもよいし、携帯電話機は折りたたみ式に限るものではない。
【0025】
(第一の実施の形態)
本発明の撮像装置の第一の実施の形態について以下に説明する。
【0026】
図2は、第一の実施の形態における撮像装置100の斜視図である。図2(a)は撮像装置を表面である光入射側から見た斜視図であり、図2(b)は裏面である撮像素子側から見た斜視図である。
【0027】
図2に示すように、撮像装置100の表面はフレキシブルプリント基板FPCと、このフレキシブルプリント基板FPCに光入射のための開口部を有する遮光板5と光学部材及びシャッタ等を内包する外枠部材4で構成されている。撮像装置100の裏面はフレキシブルプリント基板FPCの他方の面に撮像素子2が電気的接続されると共に取り付けられ、構成されている。
【0028】
また、フレキシブルプリント基板FPCには、撮像素子2を駆動したりシャッタを作動させるアクチュエータの駆動のための電子回路部品8a〜8d及び9等が実装され、端部には制御基板等との接続用の接続端子部15が設けられている。
【0029】
図3は、撮像装置100のフレキシブルプリント基板FPCの一部省略正面図である。図3は、撮像素子2(図2参照)が取り付けられる面側から見た図である。フレキシブルプリント基板FPCは、撮像素子が取り付けられる面側にパターン面を有している。
【0030】
図3に示すように、このフレキシブルプリント基板FPCには開口部10が形成されている。また開口部10の4隅には切り欠き部11が形成され発熱による変形や撓みから電気的接続の信頼性を確保するようになっている。この4隅の切り欠き部11以外の内縁部に、撮像素子の入出力端子に対応した位置に電気的接続のためのボンディングパッドBPが配置されている。このボンディングパッドBPは、例えば銅、ニッケル、金、パラジウムやこれらの合金単体、或いはそれら金属を積層したものにより構成される。
【0031】
この開口部10は、2aで示す撮像素子の入射光を電気信号に変換する光電変換部が相当する範囲より大きく形成される。なお同図において、2bで示す矩形部は撮像素子2が取り付けられた時の撮像素子の外形位置を示している。また撮像素子外形2bの内側で、4箇所の切り欠き部11の内側の1dは、後述の光学部材の当接位置を示している。
【0032】
図4は、撮像装置に内包された光学部材1の斜視図である。
同図に示すように光学部材1は透明なプラスチック材料を素材とし、光学有効面1a、固定絞り板の受け面1b、リング状のフランジ部1eと、このフランジ部から4箇所の光軸方向位置決め用の脚部1dが形成されている。この4箇所の脚部1dが、図3に示す切り欠き部11内の1dの位置で撮像素子に当接し、光電変換部と光学部材との間隔をばらつき無く設定することができるようになっている。
【0033】
また、この光学部材1には、リング状のフランジ部1eの周上に凹部1gとボス1h及びボス1hの周囲に台座1jとが一体に形成されている。
【0034】
図5は、本発明の撮像装置100の撮像部を図2に示すF−O−G線で切断した一部省略断面図である。この切断線は、図4のボス1j−光学部材1の中心−凹部1gを通る線である。
【0035】
同図に示すように、フレキシブルプリント基板FPC、撮像素子2、外枠部材4、遮光板5に加え、光学部材1、絞り板3、光学部材1を撮像素子2の方向へ押圧する弾性部材(図示せず)、赤外カットフィルタ6、シャッタ羽根24、ロータ20とステータ21、22で構成されるステッピングモータ、ロータ20と同軸に圧入されたピニオンギア23で構成されている。
【0036】
同図において、撮像素子2は例えばインターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサ等からなり、フレキシブルプリント基板FPCの開口部から撮像素子2の光電変換部2aが露出するように取り付けられる。またボンディングパッドBP(図3参照)と、撮像素子2の電極パッドに形成された突起電極(バンプ)13によりフリップチップ実装で接合される。この接合方法としては、例えば超音波溶着の他、ACF(異方性導電性フィルム)、ACP(異方性導電性ペースト)を用いた圧着等の方法がある。
【0037】
フレキシブルプリント基板FPCの他方の面には外枠部材4が取り付けられ、その外周部は例えば紫外線硬化型の接着剤Bにより固着される。外枠部材4の固着後、ステッピングモータを構成するピニオンギア23が同軸に圧入されたロータ20とステータ21、22が組み込まれ、光学部材1が組み込まれる。この光学部材1には、開口部3aを有する絞り板3が取り付けられている。
【0038】
図示のように、シャッタの駆動部であるステッピングモータを構成するロータ20とステータ21、22は光学部材1の脚部1d近傍に組み込まれ、更に後述のように脚部1dの間に配置される。
【0039】
この後、光学部材1に形成されているボス1hにシャッタ羽根24が組み付けられる。このシャッタ羽根24はカーボン入りの遮光性を有するポリエステルフィルム等の材料若しくは金属の板材で形成されている。更に、赤外カットフィルタ6の組み付けられた遮光板5が外枠部材4に接着されて撮像装置100が完成する。
【0040】
図6は、図5に示すN−N線で切断した一部省略断面図である。同図は遮光板5側から見た、外枠部材4と光学部材1とシャッタ羽根24とピニオンギア23の位置関係を示している。
【0041】
同図に示すように、シャッタ羽根24は穴24hを有し、この穴24hを光学部材1のボス1hに回動可能に嵌合させると共に、シャッタ羽根24に形成した歯車部24gとピニオンギア23を噛み合わせて組み立てられる。このため図5のステッピングモータのロータ20の正逆回転により同軸のピニオンギア23も正逆回転し、これと噛み合うシャッタ羽根24は穴24hを中心に回動させられる。このため実線で示すシャッタ羽根24は、開口部3aから退避した露光前の状態と、一点鎖線で示す開口部3aを遮蔽、即ち被写体光を遮光した露光後の状態が作り出され、シャッタ機能を有するようになる。
【0042】
なお光学部材1を撮像素子へ押圧する弾性部材は、このシャッタ羽根24と干渉しないよう、例えばハッチングで示す3箇所に圧縮コイルバネを配置し、遮光板と光学部材とで挟み込むことが望ましい。
【0043】
図7は、図5に示すM−M線で切断した一部省略断面図である。同図は遮光板5側から見た、外枠部材4と光学部材1の脚部1dとステッピングモータを構成するロータ20とステータ21、22の位置関係を示している。
【0044】
同図において、2aは撮像素子の光電変換部である。破線で示した円は上部に位置する光学部材1の外形を示しており、この光学部材1に形成された脚部1dが4箇所で撮像素子と当接している。この脚部1dの間で光学部材1の下方にかつ受光面2aへの光束と干渉しない位置に、永久磁石を有するロータ20と、このロータ20の周面と対向するステータ21、22と通電時にステータ21、22に磁極を生じさせるコイル25が配置され、このコイル25は、図示しないがフレキシブルプリント基板FPCの電子回路に接続されている。
【0045】
このコイル25への通電を制御することにより、ロータ20の回転を正逆回転可能とすることができ、ロータ20と同軸のピニオンギア23に噛み合うシャッタ羽根24(図6参照)の開閉がおこなわれる。
【0046】
例えば、インターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサの場合、電子シャッタにより電荷の蓄積を開始し、適正な電荷蓄積がなされ、転送をおこなう前に図示しない制御基板からの閉じ信号によりシャッタ閉じ動作をおこなうように制御される。
【0047】
また、非常に短い露光時間で電荷蓄積動作が終了するような高輝度の場合は、蓄積動作開始前或いは、開始と同時に閉じ信号が発せられシャッタ閉じ動作をおこなうよう制御される。これは、閉じ信号が発せられてから実際に機械的な閉じ動作がおこなわれるまでには、機械的な遅れが生じるためである。
【0048】
このように、シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部を、光学部材の脚部の間に配置し、スペースを活用した撮像装置とすることにより、撮像装置を大型化することなくシャッタを内蔵することが可能となる。また光学部材にシャッタ羽根を軸支するボスを形成し、このボスを中心にして一枚のシャッタ羽根を回動させることにより光路を開閉するため部品点数の増加を最少に抑えることができ、ひいてはコストアップを最少に抑えることができる。
【0049】
(第二の実施の形態)
本発明の撮像装置の第二の実施の形態について以下に説明する。
【0050】
図8は、第二の実施の形態における撮像装置100の斜視図である。図8(a)は撮像装置を表面である光入射側から見た斜視図であり、図8(b)は裏面である撮像素子側から見た斜視図である。
【0051】
同図は、図2と同様に、撮像装置100の表面外観はフレキシブルプリント基板FPCと、このフレキシブルプリント基板FPCに光入射のための開口部を有する遮光板5と光学部材及びシャッタ等を内包する外枠部材4で構成されている。撮像装置100の裏面はフレキシブルプリント基板FPCの他方の面に撮像素子2が電気的接続されると共に取り付けられ、構成されている。
【0052】
また、フレキシブルプリント基板FPCには、撮像素子2を駆動したりシャッタを作動させるアクチュエータの駆動のための電子回路部品8a〜8d及び9等が実装され、端部には制御基板等との接続用の接続端子部15が設けられている。
【0053】
図9は、本発明の第二の実施の形態に係る撮像装置100の撮像部を図8に示すF−F線で切断した一部省略断面図である。同図を用い、図5と同機能部材には同符号を付与して説明する。
【0054】
同図に示すように、撮像装置100は、フレキシブルプリント基板FPC、撮像素子2、外枠部材4、遮光板5、赤外カットフィルタ6で構成される。撮像素子2はフレキシブルプリント基板FPCの開口部から撮像素子2の光電変換部2aが露出するように取り付けられ、またボンディングパッドBP(図3参照)と、撮像素子2の電極パッドに形成された突起電極(バンプ)13によりフリップチップ実装で接合されている。撮像素子2は例えばインターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサ等が使用される。
【0055】
外枠部材4の内部には、撮像素子2側から光学部材31、32、33、34がそれぞれ当接してその間隔が一定に保たれるよう構成されている(光学部材34のみ当接部不図示)。光学部材の間には絞り部材31s、32s、34sが配置され、不要光の除去をおこなっている。また絞り部材33sは、開放F値を決定している絞り部材である。光学部材31には、脚部31dが4箇所に形成され、光学部材34が弾性部材7により押圧されることで光学部材31の脚部31dが撮像素子2に当接し、光電変換部2aとの間隔を保証している。
【0056】
また光学部材33に形成されているボス33hには、シャッタ羽根24が組み付けられている。さらに光学部材31のフランジ部の遮光板5側で、光学部材32〜34の側面の空間にロータ20と同軸に圧入されたピニオンギア23が配置される。
【0057】
以上が第二の実施の形態における撮像装置100の撮像部の断面構成である。
図10は、光学部材33の斜視図である。光学部材33は、その円周の一部に凸部33tを有し、この凸部33tにはボス33hが形成されている。
【0058】
図11は、第二の実施の形態における撮像装置100の撮像部のシャッタ羽根周辺の配置を示した図である。
【0059】
同図に示すように、光学部材33に形成されたボス33hと、シャッタ羽根24に形成された穴部24hが回動可能に嵌合され、シャッタ羽根24に形成された歯車部24gはピニオンギア23と噛み合うよう組み立てられている。
【0060】
また、永久磁石を有するロータと、このロータの周面と対向するステータ41、42と通電時にステータ41、42に磁極を生じさせるコイル44、45がさらに光学部材31のフランジ部の上方で、像面に最も近い光学部材31以外の光学部材32〜34の側面の空間に配置される。なお図示しないがコイル44、45はフレキシブルプリント基板FPCの電子回路に接続されている。
【0061】
このためステッピングモータのロータの正逆回転により同軸のピニオンギア23も正逆回転し、これと噛み合うシャッタ羽根24は穴24hを中心に回動させられる。このため実線で示すシャッタ羽根24は、開口部33aから退避した露光前の状態と、一点鎖線で示す開口部33aを遮蔽、即ち被写体光を遮光した露光後の状態が作り出され、シャッタ機能を有するようになる。
【0062】
例えば、インターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサの場合、電子シャッタにより電荷の蓄積を開始し、適正な電荷蓄積がなされ、転送をおこなう前に図示しない制御基板からの閉じ信号によりシャッタ閉じ動作をおこなうように制御される。
【0063】
また、非常に短い露光時間で電荷蓄積動作が終了するような高輝度の場合は、蓄積動作開始前或いは、開始と同時に閉じ信号が発せられシャッタ閉じ動作をおこなうよう制御される。これは、閉じ信号が発せられてから実際に機械的な閉じ動作がおこなわれるまでには、機械的な遅れが生じるためである。
【0064】
なお、光学部材33の円周上にハッチングで示した3箇所は、光学部材34が当接する部位であり、このようにシャッタ羽根24の動作範囲と干渉しない位置に当接部が配置される。
【0065】
このように、複数の光学素子で携帯端末用の撮像光学系を構成されている場合には、シャッタを駆動する駆動部は、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置することにより、撮像装置の体積の増加を最少におさえ、携帯端末に内蔵可能なサイズに保つことが可能となる。
【0066】
また光学部材にシャッタ羽根を軸支するボスを形成し、一枚のシャッタ羽根により光路を開閉するため部品点数の増加を最少に抑えることができ、ひいてはコストアップを最少に抑えることができる。
【0067】
なお前述の第一の実施の形態及び第二の実施の形態のシャッタは、図示していない制御基板からの制御信号をうけ、アクチュエータを駆動する電子部品を通して駆動されるものとして説明したが、シャッタ制御のための制御回路もフレキシブルプリント基板FPC側に実装してもよい。
【0068】
また前述の第一の実施の形態及び第二の実施の形態ではシャッタ羽根を1枚で構成した例で説明したが、複数枚で構成することも本発明を逸脱するものでない。また、シャッタを駆動する駆動部はステッピングモータで説明したが、これに限るものでなく公知のアクチュエータ、例えばソレノイドやDCモータ等で構成することも本発明を逸脱するものでないのは勿論である。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、薄型で調整が簡素化され、シャッタ及びその駆動部を内包しても大型化せず、且つ携帯端末に内蔵可能なサイズを保ちつつ高画素数の撮像素子を搭載した高画質の撮像装置及びこの撮像装置を備えた携帯端末を得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機の外観を示す図である。
【図2】第一の実施の形態における撮像装置の斜視図である。
【図3】撮像装置のフレキシブルプリント基板の一部省略正面図である。
【図4】撮像装置に内包された光学部材1の斜視図である。
【図5】本発明の撮像装置の撮像部を図2に示すF−O−G線で切断した一部省略断面図である。
【図6】図5に示すN−N線で切断した一部省略断面図である。
【図7】図5に示すM−M線で切断した一部省略断面図である。
【図8】第二の実施の形態における撮像装置の斜視図である。
【図9】本発明の第二の実施の形態に係る撮像装置の撮像部を図8に示すF−F線で切断した一部省略断面図である。
【図10】光学部材33の斜視図である。
【図11】第二の実施の形態における撮像装置の撮像部のシャッタ羽根周辺の配置を示した図である。
【符号の説明】
1 光学部材
2 撮像素子
3 絞り板
4 外枠部材
5 遮光板
6 赤外カットフィルタ
20 ロータ
21 ステータ
22 ステータ
23 ピニオンギア
24 シャッタ羽根
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機やモバイルコンピュータなどの携帯端末に内蔵される撮像装置及びこれを備えた携帯端末に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、小型で薄型の撮像装置が携帯電話機やパーソナルコンピュータ等の小型、薄型の電子機器に搭載されるようになった。かかる撮像装置には、基板に設けられた撮像素子と、この撮像素子の受光面に被写体光を導き結像させるための撮像光学系が一体化されているものが一般的である。
【0003】
また撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサやCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用されている。
【0004】
これらに用いられる撮像素子は、プログレッシブスキャン方式の撮像素子であり、機械的に光を遮断するシャッタを必要としないものであった。
【0005】
この様な携帯端末用の撮像装置として、開口部を有した基板の一方の面にその開口部を閉塞するように所謂フリップチップ実装法で撮像素子を接続し、基板の他方の面から撮像光学系を装着したものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
また撮像光学系を2枚以上の光学部材で構成し、最も像側の光学部材を脚部と一体に形成し、この脚部を撮像素子に当接することにより、光軸方向の位置決めを行う撮像装置がある(例えば、特許文献2参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−292354号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2002−139662号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
これら携帯端末用の撮像装置は民生用として普及するに伴い、デジタルカメラと同様に、より高画質化への要望が高まりつつある。このため、撮像装置を携帯端末内に内蔵可能な小型のサイズに保ちつつ撮像素子の高画素化が必須の条件となる。
【0010】
この解決策として、撮像素子については所謂インターレース読み出し方式にして、転送ラインを減らし、このスペースを用いて同等の外形サイズと感度を維持したまま画素数を増加させたCCDを使用することが考えられる。
【0011】
このインターレース読み出し方式のCCDの場合、光を遮光するシャッタが必要である。しかし、シャッタを組み込むには、その羽根の移動のためのスペース及び駆動部を配置するためのスペースを必要とし大型化する問題がある。
【0012】
また、前述の公知文献はそれぞれ薄型化、撮像光学系の調整の簡素化に効果を奏するものではあるが、撮像素子の高画素化に対応したシャッタの搭載までには至っていない。
【0013】
本発明は、上記問題に鑑み、薄型で調整が簡素化され、シャッタ及びその駆動部を内包しても大型化せず、且つ携帯端末に内蔵可能なサイズを保ちつつ高画素数の撮像素子を搭載した高画質の撮像装置及びこの撮像装置を備えた携帯端末を得ることを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
1) 基板と、該基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に被写体光束を導き、光軸方向の位置決めのための脚部を有する光学部材で構成される撮像光学系と、を有する撮像装置において、前記被写体光束を遮光するシャッタを備え該シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部が、前記光学部材の脚部の間に配置されたことを特徴とする撮像装置、とすることで達成される。
【0015】
これにより、シャッタを駆動するアクチュエータを光学部材の脚部の間に配置することにより、光軸方向の位置決めを妨げることなくシャッタ駆動部を組み込め、更に、撮像装置の体積の増加を最少におさえ、携帯端末に内蔵可能なサイズに保つことが可能となる。
【0016】
2) 基板と、該基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に被写体光束を導く複数の光学部材で構成され、該光学部材のうち少なくとも前記受光面に最も近い光学部材は光軸方向の位置決めのための脚部を有する撮像光学系と、を有する撮像装置において、前記被写体光束を遮光するシャッタを備え、該シャッタを駆動する駆動部は、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置されたことを特徴とする撮像装置、とすることで達成される。
【0017】
これにより、複数の光学部材で携帯端末用の撮像光学系を構成する場合、テレセントリック特性を確保するため像面に最も近い光学部材の径が大きく、これに比べ被写体側の光学部材の径が小径となり、この小径の光学部材の側面にシャッタを駆動するアクチュエータを配置することにより、撮像装置の体積の増加を最少におさえ、携帯端末に内蔵可能なサイズに保つことが可能となる。
【0018】
3) 前記シャッタの羽根は軸支されるための穴部を有し、該穴部を中心に回動するよう構成され、前記穴部に嵌合する軸を前記光学部材に一体で形成した1)又は2)の撮像装置、とすることが望ましい。
【0019】
4) 前記シャッタの羽根は1枚の板状部材で形成されている1)〜3)のいずれかの撮像装置、とすることが望ましい。
【0020】
この3)及び/又は4)により、コストの増加を最少に抑えることができる。
5) 前記撮像素子は、前記基板に所謂フリップチップ実装法で実装されている1)〜4)のいずれかの撮像装置、とすることが望ましく撮像装置の厚みを薄く保つことができる。
【0021】
6) 1)〜5)のいずれかの撮像装置をケース内に内蔵した携帯端末、とすることで高画素数による高画質の画像の得られる撮像装置を搭載した携帯端末を得ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0023】
図1は、本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機Tの外観を示す図である。
【0024】
図1に示す携帯電話機Tは、表示画面Dを備えたケースとしての上筐体71と、操作ボタンPを備えた下筐体72とがヒンジ73を介して連結されている。撮像装置100は、上筐体71内の表示画面Dの下方に内蔵されており、撮像装置100の光学部材が上筐体71の外表面側から光を取り込めるよう配置されている。なお、この撮像装置の位置は上筐体71内の表示画面Dの上方でもよいし、携帯電話機は折りたたみ式に限るものではない。
【0025】
(第一の実施の形態)
本発明の撮像装置の第一の実施の形態について以下に説明する。
【0026】
図2は、第一の実施の形態における撮像装置100の斜視図である。図2(a)は撮像装置を表面である光入射側から見た斜視図であり、図2(b)は裏面である撮像素子側から見た斜視図である。
【0027】
図2に示すように、撮像装置100の表面はフレキシブルプリント基板FPCと、このフレキシブルプリント基板FPCに光入射のための開口部を有する遮光板5と光学部材及びシャッタ等を内包する外枠部材4で構成されている。撮像装置100の裏面はフレキシブルプリント基板FPCの他方の面に撮像素子2が電気的接続されると共に取り付けられ、構成されている。
【0028】
また、フレキシブルプリント基板FPCには、撮像素子2を駆動したりシャッタを作動させるアクチュエータの駆動のための電子回路部品8a〜8d及び9等が実装され、端部には制御基板等との接続用の接続端子部15が設けられている。
【0029】
図3は、撮像装置100のフレキシブルプリント基板FPCの一部省略正面図である。図3は、撮像素子2(図2参照)が取り付けられる面側から見た図である。フレキシブルプリント基板FPCは、撮像素子が取り付けられる面側にパターン面を有している。
【0030】
図3に示すように、このフレキシブルプリント基板FPCには開口部10が形成されている。また開口部10の4隅には切り欠き部11が形成され発熱による変形や撓みから電気的接続の信頼性を確保するようになっている。この4隅の切り欠き部11以外の内縁部に、撮像素子の入出力端子に対応した位置に電気的接続のためのボンディングパッドBPが配置されている。このボンディングパッドBPは、例えば銅、ニッケル、金、パラジウムやこれらの合金単体、或いはそれら金属を積層したものにより構成される。
【0031】
この開口部10は、2aで示す撮像素子の入射光を電気信号に変換する光電変換部が相当する範囲より大きく形成される。なお同図において、2bで示す矩形部は撮像素子2が取り付けられた時の撮像素子の外形位置を示している。また撮像素子外形2bの内側で、4箇所の切り欠き部11の内側の1dは、後述の光学部材の当接位置を示している。
【0032】
図4は、撮像装置に内包された光学部材1の斜視図である。
同図に示すように光学部材1は透明なプラスチック材料を素材とし、光学有効面1a、固定絞り板の受け面1b、リング状のフランジ部1eと、このフランジ部から4箇所の光軸方向位置決め用の脚部1dが形成されている。この4箇所の脚部1dが、図3に示す切り欠き部11内の1dの位置で撮像素子に当接し、光電変換部と光学部材との間隔をばらつき無く設定することができるようになっている。
【0033】
また、この光学部材1には、リング状のフランジ部1eの周上に凹部1gとボス1h及びボス1hの周囲に台座1jとが一体に形成されている。
【0034】
図5は、本発明の撮像装置100の撮像部を図2に示すF−O−G線で切断した一部省略断面図である。この切断線は、図4のボス1j−光学部材1の中心−凹部1gを通る線である。
【0035】
同図に示すように、フレキシブルプリント基板FPC、撮像素子2、外枠部材4、遮光板5に加え、光学部材1、絞り板3、光学部材1を撮像素子2の方向へ押圧する弾性部材(図示せず)、赤外カットフィルタ6、シャッタ羽根24、ロータ20とステータ21、22で構成されるステッピングモータ、ロータ20と同軸に圧入されたピニオンギア23で構成されている。
【0036】
同図において、撮像素子2は例えばインターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサ等からなり、フレキシブルプリント基板FPCの開口部から撮像素子2の光電変換部2aが露出するように取り付けられる。またボンディングパッドBP(図3参照)と、撮像素子2の電極パッドに形成された突起電極(バンプ)13によりフリップチップ実装で接合される。この接合方法としては、例えば超音波溶着の他、ACF(異方性導電性フィルム)、ACP(異方性導電性ペースト)を用いた圧着等の方法がある。
【0037】
フレキシブルプリント基板FPCの他方の面には外枠部材4が取り付けられ、その外周部は例えば紫外線硬化型の接着剤Bにより固着される。外枠部材4の固着後、ステッピングモータを構成するピニオンギア23が同軸に圧入されたロータ20とステータ21、22が組み込まれ、光学部材1が組み込まれる。この光学部材1には、開口部3aを有する絞り板3が取り付けられている。
【0038】
図示のように、シャッタの駆動部であるステッピングモータを構成するロータ20とステータ21、22は光学部材1の脚部1d近傍に組み込まれ、更に後述のように脚部1dの間に配置される。
【0039】
この後、光学部材1に形成されているボス1hにシャッタ羽根24が組み付けられる。このシャッタ羽根24はカーボン入りの遮光性を有するポリエステルフィルム等の材料若しくは金属の板材で形成されている。更に、赤外カットフィルタ6の組み付けられた遮光板5が外枠部材4に接着されて撮像装置100が完成する。
【0040】
図6は、図5に示すN−N線で切断した一部省略断面図である。同図は遮光板5側から見た、外枠部材4と光学部材1とシャッタ羽根24とピニオンギア23の位置関係を示している。
【0041】
同図に示すように、シャッタ羽根24は穴24hを有し、この穴24hを光学部材1のボス1hに回動可能に嵌合させると共に、シャッタ羽根24に形成した歯車部24gとピニオンギア23を噛み合わせて組み立てられる。このため図5のステッピングモータのロータ20の正逆回転により同軸のピニオンギア23も正逆回転し、これと噛み合うシャッタ羽根24は穴24hを中心に回動させられる。このため実線で示すシャッタ羽根24は、開口部3aから退避した露光前の状態と、一点鎖線で示す開口部3aを遮蔽、即ち被写体光を遮光した露光後の状態が作り出され、シャッタ機能を有するようになる。
【0042】
なお光学部材1を撮像素子へ押圧する弾性部材は、このシャッタ羽根24と干渉しないよう、例えばハッチングで示す3箇所に圧縮コイルバネを配置し、遮光板と光学部材とで挟み込むことが望ましい。
【0043】
図7は、図5に示すM−M線で切断した一部省略断面図である。同図は遮光板5側から見た、外枠部材4と光学部材1の脚部1dとステッピングモータを構成するロータ20とステータ21、22の位置関係を示している。
【0044】
同図において、2aは撮像素子の光電変換部である。破線で示した円は上部に位置する光学部材1の外形を示しており、この光学部材1に形成された脚部1dが4箇所で撮像素子と当接している。この脚部1dの間で光学部材1の下方にかつ受光面2aへの光束と干渉しない位置に、永久磁石を有するロータ20と、このロータ20の周面と対向するステータ21、22と通電時にステータ21、22に磁極を生じさせるコイル25が配置され、このコイル25は、図示しないがフレキシブルプリント基板FPCの電子回路に接続されている。
【0045】
このコイル25への通電を制御することにより、ロータ20の回転を正逆回転可能とすることができ、ロータ20と同軸のピニオンギア23に噛み合うシャッタ羽根24(図6参照)の開閉がおこなわれる。
【0046】
例えば、インターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサの場合、電子シャッタにより電荷の蓄積を開始し、適正な電荷蓄積がなされ、転送をおこなう前に図示しない制御基板からの閉じ信号によりシャッタ閉じ動作をおこなうように制御される。
【0047】
また、非常に短い露光時間で電荷蓄積動作が終了するような高輝度の場合は、蓄積動作開始前或いは、開始と同時に閉じ信号が発せられシャッタ閉じ動作をおこなうよう制御される。これは、閉じ信号が発せられてから実際に機械的な閉じ動作がおこなわれるまでには、機械的な遅れが生じるためである。
【0048】
このように、シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部を、光学部材の脚部の間に配置し、スペースを活用した撮像装置とすることにより、撮像装置を大型化することなくシャッタを内蔵することが可能となる。また光学部材にシャッタ羽根を軸支するボスを形成し、このボスを中心にして一枚のシャッタ羽根を回動させることにより光路を開閉するため部品点数の増加を最少に抑えることができ、ひいてはコストアップを最少に抑えることができる。
【0049】
(第二の実施の形態)
本発明の撮像装置の第二の実施の形態について以下に説明する。
【0050】
図8は、第二の実施の形態における撮像装置100の斜視図である。図8(a)は撮像装置を表面である光入射側から見た斜視図であり、図8(b)は裏面である撮像素子側から見た斜視図である。
【0051】
同図は、図2と同様に、撮像装置100の表面外観はフレキシブルプリント基板FPCと、このフレキシブルプリント基板FPCに光入射のための開口部を有する遮光板5と光学部材及びシャッタ等を内包する外枠部材4で構成されている。撮像装置100の裏面はフレキシブルプリント基板FPCの他方の面に撮像素子2が電気的接続されると共に取り付けられ、構成されている。
【0052】
また、フレキシブルプリント基板FPCには、撮像素子2を駆動したりシャッタを作動させるアクチュエータの駆動のための電子回路部品8a〜8d及び9等が実装され、端部には制御基板等との接続用の接続端子部15が設けられている。
【0053】
図9は、本発明の第二の実施の形態に係る撮像装置100の撮像部を図8に示すF−F線で切断した一部省略断面図である。同図を用い、図5と同機能部材には同符号を付与して説明する。
【0054】
同図に示すように、撮像装置100は、フレキシブルプリント基板FPC、撮像素子2、外枠部材4、遮光板5、赤外カットフィルタ6で構成される。撮像素子2はフレキシブルプリント基板FPCの開口部から撮像素子2の光電変換部2aが露出するように取り付けられ、またボンディングパッドBP(図3参照)と、撮像素子2の電極パッドに形成された突起電極(バンプ)13によりフリップチップ実装で接合されている。撮像素子2は例えばインターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサ等が使用される。
【0055】
外枠部材4の内部には、撮像素子2側から光学部材31、32、33、34がそれぞれ当接してその間隔が一定に保たれるよう構成されている(光学部材34のみ当接部不図示)。光学部材の間には絞り部材31s、32s、34sが配置され、不要光の除去をおこなっている。また絞り部材33sは、開放F値を決定している絞り部材である。光学部材31には、脚部31dが4箇所に形成され、光学部材34が弾性部材7により押圧されることで光学部材31の脚部31dが撮像素子2に当接し、光電変換部2aとの間隔を保証している。
【0056】
また光学部材33に形成されているボス33hには、シャッタ羽根24が組み付けられている。さらに光学部材31のフランジ部の遮光板5側で、光学部材32〜34の側面の空間にロータ20と同軸に圧入されたピニオンギア23が配置される。
【0057】
以上が第二の実施の形態における撮像装置100の撮像部の断面構成である。
図10は、光学部材33の斜視図である。光学部材33は、その円周の一部に凸部33tを有し、この凸部33tにはボス33hが形成されている。
【0058】
図11は、第二の実施の形態における撮像装置100の撮像部のシャッタ羽根周辺の配置を示した図である。
【0059】
同図に示すように、光学部材33に形成されたボス33hと、シャッタ羽根24に形成された穴部24hが回動可能に嵌合され、シャッタ羽根24に形成された歯車部24gはピニオンギア23と噛み合うよう組み立てられている。
【0060】
また、永久磁石を有するロータと、このロータの周面と対向するステータ41、42と通電時にステータ41、42に磁極を生じさせるコイル44、45がさらに光学部材31のフランジ部の上方で、像面に最も近い光学部材31以外の光学部材32〜34の側面の空間に配置される。なお図示しないがコイル44、45はフレキシブルプリント基板FPCの電子回路に接続されている。
【0061】
このためステッピングモータのロータの正逆回転により同軸のピニオンギア23も正逆回転し、これと噛み合うシャッタ羽根24は穴24hを中心に回動させられる。このため実線で示すシャッタ羽根24は、開口部33aから退避した露光前の状態と、一点鎖線で示す開口部33aを遮蔽、即ち被写体光を遮光した露光後の状態が作り出され、シャッタ機能を有するようになる。
【0062】
例えば、インターレース読み出し方式のCCD型イメージセンサの場合、電子シャッタにより電荷の蓄積を開始し、適正な電荷蓄積がなされ、転送をおこなう前に図示しない制御基板からの閉じ信号によりシャッタ閉じ動作をおこなうように制御される。
【0063】
また、非常に短い露光時間で電荷蓄積動作が終了するような高輝度の場合は、蓄積動作開始前或いは、開始と同時に閉じ信号が発せられシャッタ閉じ動作をおこなうよう制御される。これは、閉じ信号が発せられてから実際に機械的な閉じ動作がおこなわれるまでには、機械的な遅れが生じるためである。
【0064】
なお、光学部材33の円周上にハッチングで示した3箇所は、光学部材34が当接する部位であり、このようにシャッタ羽根24の動作範囲と干渉しない位置に当接部が配置される。
【0065】
このように、複数の光学素子で携帯端末用の撮像光学系を構成されている場合には、シャッタを駆動する駆動部は、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置することにより、撮像装置の体積の増加を最少におさえ、携帯端末に内蔵可能なサイズに保つことが可能となる。
【0066】
また光学部材にシャッタ羽根を軸支するボスを形成し、一枚のシャッタ羽根により光路を開閉するため部品点数の増加を最少に抑えることができ、ひいてはコストアップを最少に抑えることができる。
【0067】
なお前述の第一の実施の形態及び第二の実施の形態のシャッタは、図示していない制御基板からの制御信号をうけ、アクチュエータを駆動する電子部品を通して駆動されるものとして説明したが、シャッタ制御のための制御回路もフレキシブルプリント基板FPC側に実装してもよい。
【0068】
また前述の第一の実施の形態及び第二の実施の形態ではシャッタ羽根を1枚で構成した例で説明したが、複数枚で構成することも本発明を逸脱するものでない。また、シャッタを駆動する駆動部はステッピングモータで説明したが、これに限るものでなく公知のアクチュエータ、例えばソレノイドやDCモータ等で構成することも本発明を逸脱するものでないのは勿論である。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、薄型で調整が簡素化され、シャッタ及びその駆動部を内包しても大型化せず、且つ携帯端末に内蔵可能なサイズを保ちつつ高画素数の撮像素子を搭載した高画質の撮像装置及びこの撮像装置を備えた携帯端末を得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機の外観を示す図である。
【図2】第一の実施の形態における撮像装置の斜視図である。
【図3】撮像装置のフレキシブルプリント基板の一部省略正面図である。
【図4】撮像装置に内包された光学部材1の斜視図である。
【図5】本発明の撮像装置の撮像部を図2に示すF−O−G線で切断した一部省略断面図である。
【図6】図5に示すN−N線で切断した一部省略断面図である。
【図7】図5に示すM−M線で切断した一部省略断面図である。
【図8】第二の実施の形態における撮像装置の斜視図である。
【図9】本発明の第二の実施の形態に係る撮像装置の撮像部を図8に示すF−F線で切断した一部省略断面図である。
【図10】光学部材33の斜視図である。
【図11】第二の実施の形態における撮像装置の撮像部のシャッタ羽根周辺の配置を示した図である。
【符号の説明】
1 光学部材
2 撮像素子
3 絞り板
4 外枠部材
5 遮光板
6 赤外カットフィルタ
20 ロータ
21 ステータ
22 ステータ
23 ピニオンギア
24 シャッタ羽根
Claims (6)
- 基板と、該基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に被写体光束を導き、光軸方向の位置決めのための脚部を有する光学部材で構成される撮像光学系と、を有する撮像装置において、
前記被写体光束を遮光するシャッタを備え
該シャッタを駆動する駆動部の少なくとも一部が、前記光学部材の脚部の間に配置されたことを特徴とする撮像装置。 - 基板と、該基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に被写体光束を導く複数の光学部材で構成され、該光学部材のうち少なくとも前記受光面に最も近い光学部材は光軸方向の位置決めのための脚部を有する撮像光学系と、を有する撮像装置において、
前記被写体光束を遮光するシャッタを備え、
該シャッタを駆動する駆動部は、像面に最も近い光学部材以外の光学部材の側面に配置されたことを特徴とする撮像装置。 - 前記シャッタの羽根は軸支されるための穴部を有し、該穴部を中心に回動するよう構成され、前記穴部に嵌合する軸を前記光学部材に一体で形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記シャッタの羽根は1枚の板状部材で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子は、前記基板に所謂フリップチップ実装法で実装されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置をケース内に内蔵したことを特徴とする携帯端末。
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JP2006201490A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | カメラモジュールおよびその製造方法 |
JP2015037309A (ja) * | 2013-08-16 | 2015-02-23 | 海華科技股▲分▼有限公司 | 全体厚さを低減させるイメージセンサモジュール及びその製造方法 |
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2003
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