JP2005208377A

JP2005208377A - 固体撮像装置及びこれを備えた携帯用電子機器

Info

Publication number: JP2005208377A
Application number: JP2004015406A
Authority: JP
Inventors: Mikio Amakasu; 幹夫甘粕
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】レンズの有効径内へのごみの侵入を防止した固体撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子１６１を搭載した基板１０６と、レンズ１１３を保持したレンズホルダ１１２とレンズホルダ１１２を移動可能に保持したホルダ１１１とを有し、基板上に立設したレンズユニット１０１とを備えている。ホルダ１１１は、撮像素子１６１の周囲を取り囲む円筒部１１１ｊを有し、レンズホルダ１１２が撮像素子１６１の周囲を取り囲む円筒部１１１ｊと外周側で当接している。従って、レンズホルダ１１２と円筒部１１１ｊとの接触によって生じるごみがレンズ１１３の有効径内に入り込むことがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像素子を用いて画像を撮影する固体撮像装置に関し、特に、通常撮影機能の他にマクロ（接写）撮像機能を備えた固体撮像装置及び携帯用電子機器に関する。

従来から、光学レンズによって被写体像をＣＣＤ（電荷結合デバイス）等を備えた撮像素子に結像させる、いわゆるデジタルカメラが広く使われている。このデジタルカメラには種々のタイプのものが提案されているが、被写体と数十センチメートル以内に近接して撮像する、いわゆるマクロ撮像が容易にできれば、利用価値が高い。マクロ撮像を行うためには、数メートル以上離れた被写体を撮像する場合と比べて、レンズ位置を変更する必要がある。

ところでレンズ位置を変更する手段としては、ネジ機構を用いて手動あるいは電動でレンズホルダを光軸方向に移動させるものや、電磁石を用いてレンズ位置を調整するものが知られている。

電磁石を用いたレンズ位置の調整機構として特許文献１に開示された発明が知られている。この特許文献１に開示されている手段を図９に示す。

すなわちこのレンズの駆動装置は、それぞれコの字断面形状を有するリング状のレンズ枠１と、このコの字断面の凹溝に係合するヨーク２とを有しており、レンズ枠１にはコイル（電磁石）３が配置され、コイル３に対向するようにヨーク２には（永久）磁石４が固定してある。そしてコイル３に電流を流すことによってレンズ枠１を光軸方向へ移動可能としている。

特開平５‐３４５６２号公報（２‐３頁、第１図）

しかし、上記手段を用いてレンズ位置を通常撮像位置とマクロ撮像位置とに切り換える場合には次の問題があった。すなわちレンズ枠１は、コイル３に電流を流すことによって移動させると記載されているが、どのようにして所定のズーム位置あるいは焦点位置にレンズ枠を正確に停止させるのかについては記載されていない。また、所定のズーム位置あるいは焦点位置にレンズ枠１を正確に保持するためには、コイル３に電流を流したままにしておき、磁力を保持しておく必要がある。したがって上記手段では、レンズ枠１を所定位置に保持するためにはコイル３に電流を流しておく必要があり電力の消費が大きくなる。

このような課題を解決することを目的として、本出願人は特願２００３−１８２０１８号の固体撮像装置を提案しているが、新たな課題が見つかった。

特願２００３−１８２０１８号の固体撮像装置では、レンズを備えたレンズホルダをホルダによって移動可能に保持しているが、ホルダにレンズホルダを当接させる位置について考慮していないので、レンズホルダを駆動した時にレンズホルダとホルダとの接触によって生じるごみがレンズの有効径内（実際に光を集めることができる有効な直径）に侵入し、撮像素子の撮像面に付着するという問題がある。撮像素子の撮像面にごみが付着すると、撮像した画像にごみが映り込み、画像が不鮮明になってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レンズの有効径内へのごみの侵入を防止した固体撮像装置及び携帯用電子機器を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、受光部を含む撮像素子を搭載した基板と、レンズを保持したレンズホルダと、前記レンズホルダを前記レンズの光軸方向に摺動可能に保持したホルダとを有する固体撮像装置であって、前記ホルダは、前記受光部の中心を中心とするように配置した円筒部を有し、前記レンズホルダは、前記円筒部の外周側で前記ホルダと摺動していることを特徴としている。

請求項１記載の発明は、レンズホルダが撮像素子の受光部の中心を中心とするように配置した円筒部と外周側で摺動している。従って、レンズホルダと円筒部との接触によって生じるごみがレンズの有効径内に入り込むことがない。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の固体撮像装置を備えた携帯用電子機器である。これにより、不鮮明な画像を防止した撮像機能を備えた携帯用電子機器を提供できる。

本発明は、レンズの有効径内へのごみの侵入を防止した固体撮像装置及び携帯用電子機器を提供することができる。

次に、添付図面を参照しながら本発明の最良の実施例を説明する。

まず、図１及び図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。なお、図１には、固体撮像装置の上面図が示され、図２には、図１に示すＡＡ線で切断した切断面の形状が示されている。

本実施例の固体撮像装置は、図２に示すようにＣＣＤ等からなる撮像素子１６１を搭載した基板１０６と、この基板１０６に搭載されて撮像素子１６１に被写体像を結像するレンズ１１３を保持するレンズユニット１０１とを有している。レンズユニット１０１は、撮像素子１６１を包囲するように基板１０６に固定されるホルダ１１１と、レンズ１１３を保持しレンズ１１３の光軸方向に移動自在となるようにホルダ１１１に係合するレンズホルダ１１２と、このレンズホルダ１１２を、第１の位置及びこの第１の位置から光軸方向へ所定距離だけ移動した第２の位置に駆動する電磁駆動手段とを備えている。

レンズホルダ１１２は、中空の略円筒形状であって、その中心軸上にレンズ１１３をレンズキャップ１１４によって装着している。またレンズホルダ１１２には円筒状の案内溝１１２ａが形成してあって、この案内溝１１２ａにホルダ１１１の上部を形成する円筒部１１１ｊが係合し、光軸方向へ移動自在になっている。また第１の位置は、通常撮像領域に位置する被写体像を撮像する通常撮像位置であって、第２の位置は、近距離撮像領域に位置する被写体像を撮像するマクロ撮像位置に設定してある。

さて、電磁駆動手段は、電磁石１０３と、この電磁石１０３への通電によって磁化される第１の磁性体１３３、１３４と、この第１の磁性体１３３、１３４に対して光軸方向に対向する第２の磁性体１０４と、第１の磁性体１３３、１３４と第２の磁性体１０４との間においてレンズホルダ１１２の外周に沿って設けられた永久磁石１０２とを備えている。以下説明を容易にするため、永久磁石１０２、電磁石１０３、第１の磁性体１３３、１３４及び第２の磁性体１０４の順に説明する。

永久磁石１０２は、この永久磁石１０２の内周に装着された磁性体からなるリング部材１２１を介してマグネットホルダ１１５に装着されている。なおマグネットホルダ１１５は、レンズホルダ１１２の外周に螺合している。また永久磁石１０２は、永久磁石１０２の円周方向に２分割した領域がＮ極とＳ極となるように磁化してある。すなわち図３に示すように、まず電磁石等の着磁装置１９２によってリング部材を直径方向に磁化すると、円周方向を２分割した領域毎に、外周側と内周側とに異なる磁極が着磁される。次にこの着磁した永久磁石１０２の内側に、磁性体のリング部材１２１を装着すると、内周側に閉磁路（図示せず）が形成され、永久磁石１０２の内側の磁束の漏れを防止できる。

一方、電磁石１０３は、図１および図２に示すように中空の略円筒のボビン１３１と、このボビン１３１に巻設した電気コイル１３２とを備えており、電気コイル１３２は、基板１０６に設けられた端子部１３２ａを介して切り換え手段（図示せず）に接続されている。そしてボビン１３１の内周には、矩形断面形状の細長い一対の第１の磁性体１３３、１３４の一端部が挿入されており、それぞれの他端部はレンズ１１３の光軸を中心とする半円弧状に延伸し、ホルダ１１１上に配置されている。

図４、５を参照しながら第１の磁性体１３３、１３４のホルダ１１１上への配置についてより詳細に説明する。なお、図４及び図５には、固体撮像装置を図１に示すＢＢ線で切断した切断面の形状が示され、特に、レンズホルダ１１２を前述した第１の位置と第２の位置に移動させた状態が示されている。図４及び図５に示すようにホルダ１１１の外周には水平フランジ部１１１ａが形成されており、この水平フランジ部１１１ａの上部には光軸を中心とする複数の位置決め部１１１ｅ、１１１ｆが形成されている。そして位置決め部１１１ｅ、１１１ｆの外周には、永久磁石１０２の円周上２分割されたＮ極及びＳ極領域にそれぞれ下方から対向する位置において、溝１１１ｇ、１１１ｈが形成してある。そして溝１１１ｇ、１１１ｈには、第１の磁性体１３３、１３４が挿入されており、位置決め部１１１ｅ、１１１ｆ及び溝１１１ｇ、１１１ｈによって第１の磁性体１３３、１３４がホルダ１１１に位置決めされる。

次に第２の磁性体１０４について説明する。図１に示すように第２の磁性体１０４は、中心に開口穴を有する円板形状であって、この円板の外周には外側に突出する３つの突起部１０４ｂが円周方向に沿って等間隔に設けてある。一方ホルダ１１１の水平フランジ部１１１ａの外周部には円筒部１１１ｂが形成してあり、この円筒部１１１ｂには第１の磁性体１３３、１３４をホルダ１１１上に配置するための開口１１１ｉが形成されている。また円筒部１１１ｂの上端面１１１ｃには、円周方向に沿って等間隔の３個所において、円周方向に沿って光軸方向の高さが変化する斜面部１１１ｄがそれぞれ形成してある。そして第２の磁性体１０４は、その３つの突起部１０４ｂが斜面部１１１ｄにそれぞれ当接するようにしてホルダ１１１の円筒部１１１ｂに装着されている。したがって第２の磁性体１０４をホルダ１１１の円筒部１１１ｂに組み付ける際に、この第２の磁性体１０４を円周方向に回転させることによって、第２の磁性体１０４の光軸方向の高さが変化するので、第２の磁性体１０４の光軸方向位置、すなわちレンズホルダ１１２のマクロ撮像位置の初期設定を行うことができる。

次にホルダ１１１の構成について図６を参照しながら説明する。図６には、ホルダ１１１の構成を説明するために、固体撮像装置からレンズホルダ１１２及び第２の磁性体１０４を取り除いた構成が示されている。ホルダ１１１の外周部である水平フランジ部１１１ａ上には、第１の磁性体１３３、１３４の配置位置を決定する位置決め部１１１ｅ、１１１ｆが形成されている。位置決め部１１１ｅ，１１１ｆの外側には、溝部１１１ｇ，１１１ｈ（図４、５参照）が形成されており、この溝部１１１ｇ，１１１ｈに第１の磁性体１３３、１３４が挿入されている。溝部１１１ｇ，１１１ｈに挿入された第１の磁性体１３３、１３４は位置決め部１１１ｅ，１１１ｆによって水平フランジ部１１１ａ上での位置が決められる。また水平フランジ部１１１ａの最も外側には、円筒部１１１ｂが形成してあり、固体撮像装置の側面部となる。

また、ホルダ１１１の中央部には、レンズ１１３によって集光された光を撮像素子１６１に導くための開口部１５１が形成されている。開口部１５１の周囲には、この開口部１５１を取り囲むように、撮像素子１６１の受光部の中心を中心とするように円筒部１１１ｊが形成されている。円筒部１１１ｊは、図２に示すようにレンズホルダ１１２の案内溝１１２ａと係合する。

次にホルダ１１１とレンズホルダ１１２との係合部分について説明する。図２、４、５に示すようにレンズホルダ１１２の案内溝１１２ａにホルダ１１１の上部を形成する円筒部１１１ｊが係合して、レンズホルダ１１２が光軸方向へ移動可能に保持されている。レンズホルダ１１２はホルダ１１１に対して移動可能に取り付けられているので、レンズホルダ１１２の移動によってレンズホルダ１１２とホルダ１１１とが擦れあい、ごみが発生する。レンズホルダ１１２とホルダ１１１とを円筒部１１１ｊの内周側で接触させた場合、発生したごみがレンズ１１３の有効径内に侵入し、撮像素子１６１の撮像面に付着することになる。本実施例では、レンズホルダ１１２とホルダ１１１の接触部分で発生するごみが、レンズ１１３の有効径内に侵入しないようにするために、円筒部１１１ｊの外周面でホルダ１１１とレンズホルダ１１２とを当接させている（図２、４、５参照）。

次に上述した固体撮像装置の作用を説明する。電磁石１０３に電流を流し、それぞれの一端部がボビン１３１内に挿入された一対の第１の磁性体１３３、１３４がそれぞれＮ極とＳ極とに磁化すると、一対の第１の磁性体１３３、１３４と、この第１の磁性体１３３、１３４にそれぞれ対向する永久磁石１０２のＮ極とＳ極とが同じ磁極である場合には、図４に示すように、永久磁石１０２を上方に反発させて第２の磁性体１０４に当接させる。永久磁石１０２は、マグネットホルダ１１５によってレンズホルダ１１２に固定されているので、レンズホルダ１１２は第２の位置であるマクロ撮影位置に移動する。この状態で電磁石１０３に流れる電流を切ると、永久磁石１０２自体の磁力によって永久磁石１０２が第２の磁性体１０４の当接面に吸着保持される。このようにしてレンズホルダ１１２がマクロ撮像位置に駆動保持される。

なお、本実施例においては、通常撮像位置におけるレンズホルダ１１２の保持力がマクロ撮像位置におけるレンズホルダ１１２の保持力よりも大きくなっている。すなわち、永久磁石１０２と一対の第１の磁性体１３３、１３４との間に作用する吸着力が、永久磁石１０２と第２の磁性体１０４との間に作用する吸着力よりも大きくなっている。これは、例えば永久磁石１０２と一対の第１の磁性体１３３、１３４との接触面積を永久磁石１０２と第２の磁性体１０４との接触面積よりも広くすることで実現できる。

これにより、マクロ撮像位置よりも使用頻度の高い通常撮像位置で被写体像を撮像する際に、レンズホルダ１１２が通常撮像位置から不用意に位置ずれして被写体像が正確に撮像できなくなることを防止できる。なお、マクロ撮像位置の使用頻度が通常撮像位置の使用頻度よりも高い場合には、マクロ撮像位置におけるレンズホルダ１１２の保持力を通常撮像位置におけるレンズホルダ１１２の保持力よりも大きくすればよい。

次に切り換え手段（図示せず）により電磁石１０３の電流の方向を切り換えると、一対の第１の磁性体１３３、１３４が、それぞれ対向する永久磁石１０２のＮ極とＳ極と異なる磁極となり、この永久磁石１０２を下方に吸引して、図５に示すように第２の磁性体１０４から引き離し、第１の磁性体１３３、１３４に吸着させる。永久磁石１０２の移動に伴って、レンズホルダ１１２は第１の位置である通常撮影位置に移動する。この状態で電磁石１０３の電流を切ると、永久磁石１０２自体の磁力によって第２の磁性体１０４の当接面に吸着保持される。このようにしてレンズホルダ１１２が通常撮像位置に駆動保持される。

このように本実施例は、切り替えスイッチ等の切り替え手段（図示せず）によって、電磁石１０３に流す電流の方向を変更することにより、マクロ撮像位置と通常撮像位置とにレンズホルダ１１２を正確かつ確実に駆動することができる。また一旦レンズホルダ１１２をマクロ撮像位置と通常撮像位置とに駆動すれば、電流を切っても上述したように永久磁石１０２自体の磁力によってそれぞれの位置に保持されるので、大幅な省電力化が可能になる。

また、レンズホルダ１１２をマクロ撮影位置と通常撮影位置とに駆動しても、円筒部１１１ｊの外周面でホルダ１１１とレンズホルダ１１２とを当接させているので、ホルダ１１１とレンズホルダ１１２の接触部で発生するごみがレンズ１１３の有効径内に侵入することがない。

なお、図２に示すように、第２の磁性体１０４の永久磁石１０２に対向する面には、所定の高さを有する半球形状の突起部１０４ａが形成してあり、この永久磁石は、この突起部１０４ａの頂部を介して、この第２の磁性体１０４に当接する。したがって第２の磁性体１０４への吸着力が過大になることを防止でき、永久磁石１０２を反対方向に確実に引き離すことができる。なお同様な突起部を、第１の磁性体１３３、１３４の吸着面にも形成すると、永久磁石１０２を第１の磁性体１３３、１３４から確実に引き離すことができるようになる。

また本実施例では、永久磁石１０２の内周に磁性体からなるリング部材１２１を設けているが、永久磁石の内周側に閉磁路を形成する手段はこれに限らず、適宜変更可能である。例えば、マグネットホルダ１１５を磁性体で形成し、永久磁石の内周に沿って配置しても良い。

また、本実施例において、永久磁石として円周方向及び半径方向をそれぞれ２分した領域に異なる磁極を有する永久磁石１０２を用いたが、永久磁石はこれに限るものではなく、例えば円周を４分した領域に異なる磁極を有する永久磁石を用いても良い。

次に、本発明に係る第２実施例について図７、８を参照しながら説明する。本実施例もＣＣＤ等からなる撮像素子１６１を搭載した基板１０６と、この基板１０６に搭載されて撮像素子１６１に被写体像を結像するレンズ１１３を保持するレンズユニット１０１とを有している。レンズユニット１０１は、撮像素子１６１を包囲するように基板１０６に固定されるホルダ１１１と、レンズ１１３を保持しレンズ１１３の光軸方向に移動自在となるようにホルダ１１１に係合するレンズホルダ１１２と、このレンズホルダ１１２を第１の位置およびこの第１の位置から光軸方向へ所定距離だけ移動した第２の位置に駆動する回転部材２２１とを備えている。

円筒状のレンズホルダ１１２の外周には調整部材２２０が設けられている。調整部材２２０に取り付けられたレンズホルダ１１２をレンズ１１３の光軸周りに回転させて、調整部材２２０とレンズホルダ１１２との取り付け位置を調整する。レンズホルダ１１２の位置調整後は、螺合部分に接着剤を塗布し、レンズホルダ１１２を調整部材２２０に固定する。なお、レンズホルダ１１２に固定された調整部材２２０は、レンズホルダ１１２の一部として機能する。

また、調整部材２２０とホルダ１１１との間には、リング状の回転部材２２１が挟み込まれ、これらの部材を円形状の付勢部材２２２によって上から付勢している。付勢部材２２２は、ホルダ１１１の円周方向の端部に設けた円筒部１１１ｂの爪に掛けられて付勢力を働かせている。リング状の回転部材２２１の下面には、レンズホルダ１１２を光軸方向に進退させる駆動力を与えるカム面（所定の駆動力をカムによって実現するためのカム輪郭が形成された面）が形成されている。回転部材２２１をレンズ１１３の光軸周りに回転させることによって、図８に示されるようにホルダ１１１と調整部材２２０との間に挟み込まれる回転部材２２１の面の厚みが変わり、調整部材２２０と、調整部材２２０に固定されたレンズホルダ１１２とをレンズ１１３の光軸方向に移動させる。

本実施例においても、図７に示すようにレンズホルダ１１２とホルダ１１１の接触部分で発生するごみが、レンズ１１３の有効径内に侵入しないようにするために、円筒部１１１ｊの外周面でホルダ１１１とレンズホルダ１１１２とを当接させている。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施例では、電磁石によってレンズ位置を調整する電磁マクロや、手動によってレンズ位置を調整する手動マクロに適用しているが、ステッピングモータ等を用いてレンズを駆動し、焦点距離を変更するオートフォーカスやズーム機構にも適用することができる。

また、上述した各実施例に記載の固体撮像装置を携帯用電子機器に搭載すれば、ごみによる不鮮明な画像を防止した撮像機能を備えた携帯用電子機器を提供できる。

実施例１の固体撮像装置の上面図である。図１に示すＡＡ線で切断した固体撮像装置の断面を示す図である。永久磁石の着磁方法を説明するための図である。図１に示すＢＢ線で切断した固体撮像装置の断面を示す図であり、永久磁石が上側にある状態を示す図である。図１に示すＢＢ線で切断した固体撮像装置の断面を示す図であり、永久磁石が下側にある状態を示す図である。固体撮像装置からレンズホルダ１１２を取り除き、ホルダ１１１の上面を示す図である。実施例２の固体撮像装置の構成を示す図である。回転部材２２１のカム面の部分拡大図である。従来例によるレンズの駆動装置の断面図である。

符号の説明

１０１レンズユニット１０２永久磁石
１０３電磁石１０６基板
１１１ホルダ１１２レンズホルダ
１２１リング部材１１３レンズ
１１５マグネットホルダ１３２電気コイル
１３３、１３４第１の磁性体１０４第２の磁性体
１０４ａ突起部１０４ｂ突起部
１５１開口部１６１撮像素子

Claims

受光部を含む撮像素子を搭載した基板と、
前記受光部に結像するレンズを保持したレンズホルダと、
前記レンズホルダを前記レンズの光軸方向に摺動可能に保持したホルダとを有する固体撮像装置であって、
前記ホルダは、前記受光部の中心を中心とするように配置した円筒部を有し、
前記レンズホルダは、前記円筒部の外周側で前記ホルダと摺動することを特徴とする固体撮像装置。
請求項１記載の固体撮像装置を備えたことを特徴とする携帯用電子機器。