JP2006054658A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、撮像画像に影響することなく光学系を制御するカメラモジュールを提供する。
【解決手段】カメラモジュール２０は、信号線Ｌ１及び信号線Ｌ２からのメインＣＰＵ１１の制御信号により、ズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、及びシャッタ２１５を制御して、撮像素子２２０上の結像の状態を調整する。また、カメラモジュール２０ａは、信号線Ｌ１１、信号線Ｌ１２、及び信号線Ｌ１３からのメインＣＰＵ１１の制御信号により、撮像素子２２０上の結像の状態を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラモジュールに関する。

近年、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、及び携帯電話などのデータ処理装置では、デジタルカメラなどの様々な機能を付加したものがあり、それらの機能を効率よく実現するための各種モジュールが開発されている。その各種モジュールの中には、デジタルカメラ機能を実現したカメラモジュールがある。
そして、カメラモジュールの技術としては、カメラモジュール側にマイクロプロセッサを搭載し、撮像素子からの画像信号を加工し、画像データとしてホスト側に送出する方法などが公知である（特許文献１を参照）。
特開２００３−６９８７１号公報

カメラモジュールは、小型の携帯電話などに搭載するため、小型なものの開発が望まれている。また、カメラモジュールの機能の面では、撮像素子の高画素化による画質の向上とともに、オートフォーカスによる高精度な焦点調整、メカシャッターなどによる露光調整、及びズームレンズによる画角の調整などの光学系を制御することができるカメラモジュールの開発が望まれている。
しかし、例えば公知の技術を元にカメラモジュール側のマイクロプロセッサで光学系の駆動制御を行うカメラモジュールの開発では、画像処理と駆動制御とを行う専用のマイクロプロセッサを開発しなければならず、多くの手間が必要であった。また、本体側の制御部から駆動制御をする部分ごとに制御信号を送信する信号線を設ける構成の場合は、信号線の増加に伴いノイズが発生して画像データや制御信号に影響を及ぼす恐れがあった。そして、上述のカメラモジュール又は本体側による駆動制御では、マイクロプロセッサの大型化や信号線の増加による基板面積の増大を招き、より小型のカメラモジュールの提供は困難であった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型で、撮像画像に影響することなく光学系を制御するカメラモジュールの提供を課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、撮像面に結像される画像を画像データとして取得する撮像手段と、前記撮像手段により取得された画像データを外部装置へ送信する画像送信手段と、前記外部装置の制御部から２本又は３本の信号線により送信される制御信号に基づいて前記撮像手段に結像する画像を調整する複数の調整手段と、を備える事を特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、ズームレンズの位置により焦点距離を調整することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、フォーカスレンズの位置により焦点を調整することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、絞りにより光量を調整することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、シャッターにより前記結像する画像の有無を調整することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、２本又は３本の信号線により結像する画像を制御する構成であるため、調整手段ごとに信号線を用意する必要がなく、信号線によるノイズを抑えることができる。また、外部機器との接続を汎用化することができるため、外部機器とモジュールとのレイアウトを自由にできると同時に、モジュールの制御を変更する場合に外部機器との信号線の変更を行う手間がない。また、外部装置による制御と信号線の数を２本又は３本とすることで、基板面積を抑えることができるため、小型なものにすることができる。

請求項２〜５に記載の発明によれば、ズームレンズの位置、フォーカスレンズの位置、絞り、シャッターにより、撮像面に結蔵される画像を調整することで、カメラモジュールから得られる画像データを調節することができる。

［第１の実施の形態］
図面を参照して、本発明に係るデータ処理装置１０について説明する。ただし、本発明の範囲は図示例に限定されない。

図１にデータ処理装置１０の内部構成を示す。図１に示すように、データ処理装置１０は、カメラ付き携帯電話であり、メインＣＰＵ１１、表示部１２、入力部１３、ＲＡＭ１４、通信制御部１５、記憶部１６、音声入出力部１７、電源部１８、及びカメラモジュール２０を備えて構成され、各部はバス１９により接続されてなる。ここで、カメラモジュール２０が特許請求の範囲に記載のカメラモジュールであり、データ処理装置１０からカメラモジュール２０を除いたものが特許請求の範囲に記載の外部装置である。

制御部であるメインＣＰＵ１１は、後述する記憶部１６に格納されているシステムプログラムを読み出し、後述するＲＡＭ１４内に形成されたワークメモリに展開し、該システムプログラムに従って各部を制御する。また、メインＣＰＵ１１は、記憶部１６に記憶されている各種処理プログラムやメールソフト等のアプリケーションプログラムを読み出してワークメモリに展開し、各種処理を実行し、それらの処理結果をＲＡＭ１４内のワークメモリに記憶するとともに表示部１２に表示させる。そして、ワークメモリに格納した処理結果を記憶部１６内の指定の保存先に保存させる。

また、メインＣＰＵ１１は、後述するカメラモジュール２０において、フォーカスレンズ２１３を駆動して撮像素子２２０上に結像して得られる被写体の画像データから高域周波数成分を抽出し、その高域周波数成分から画像の鮮鋭度（画像のコントラスト）を示す焦点評価値を求めて焦点評価値の最大（極大）点を検出して、自動合焦（オートフォーカス）を行う。

また、メインＣＰＵ１１は、カメラモジュール２０からＩ／Ｆ回路２２３を介して出力される画像信号を画像信号に重畳された同期信号のタイミングに基づいて表示部１２に表示させる、いわゆるファインダー機能を実現させる。このファインダー機能により、ユーザは表示部１２を介してカメラモジュール２０が撮影している領域を即時に確認することができ、入力部１３を介してズームレンズ２１２で画角の調整を行うことができる。

表示部１２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル等により構成され、メインＣＰＵ１１から入力される表示データに基づいて画面表示を行う。

入力部１３は、カーソルキー、文字／数字キー、各種機能キー等を有し、そのキー操作による押下信号をメインＣＰＵ１１に出力する。

ＲＡＭ１４（Random Access Memory）は、例えばＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic RAM）などで構成される揮発メモリであり、メインＣＰＵ１１が各種処理を実行する際に各種データやバッファを展開するメモリ領域を形成する。

通信制御部１５は、無線信号の送受信を行う無線通信部と、前記無線信号の複合化又は無線信号への変換などを行う通信処理部とで構成される。通信制御部１５は、メインＣＰＵ１１から入力される指示に従って、各種携帯電話や無線モデムの規格や通信方式により、通信業者の無線通信局を介して通信ネットワークＮ上の各機器との間で音声通話や各種情報の送受信を行う。

記憶部１６は、電気的に消去及び書き換えが可能な不揮発メモリであり、１ビット単位で書き込み・消去するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）やチップ一括又はブロック単位で消去するフラッシュメモリなどにより構成される。記憶部１６は、メインＣＰＵ１１からの指示によりメインＣＰＵ１１に対応するシステムプログラム、及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラム、アプリケーションプログラム及びこれらのプログラムで処理されたデータ等の記録や従来のデータの消去を行う。また、記憶部１６は、カメラモジュール２０からＩ／Ｆ回路２２３を介して出力される画像データを記録する。

音声入出力部１７は、マイク、スピーカ、増幅器、Ａ／Ｄ変換部、及びＤ／Ａ変換部等を有し、マイクから入力されるユーザの音声信号をデジタル音声信号に変換し、その音声情報をメインＣＰＵ１１に出力すると共に、受話中にメインＣＰＵ１１から入力される音声情報や、着信音、操作確認音等の音声情報をアナログの音声信号に変換して増幅し、スピーカから出力する。

電源部１８は、特に図示しない充電池や電源用回路により構成され、メインＣＰＵ１１から入力される指示に基づいて、データ処理装置１０が有する各部へ電源の供給を行う。

カメラモジュール２０は、図２に示すように、サブＣＰＵ２１１、ズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、シャッタ２１５、ドライバ２１６〜２１９、撮像素子２２０、ＡＥＦ２２１、ＤＳＰ２２２、及びＩ／Ｆ回路２２３などから構成され、メインＣＰＵ１１とサブＣＰＵ２１１とは２本の信号線Ｌ１及び信号線Ｌ２により接続されてなる。また、画像データはＩ／Ｆ回路２２３によりメインＣＰＵ１１へ送信される。

サブＣＰＵ２１１は、メインＣＰＵ１１の制御信号により、ドライバ２１６〜２１９に信号線Ｌを介して制御指示を送る。これにより、調整手段である、ズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、及びシャッタ２１５の動作が制御される。

信号線Ｌ１、信号線Ｌ２の２本の信号線によるサブＣＰＵ２１１とメインＣＰＵ１１との情報伝送は、Ｉ２Ｃ（登録商標）などを用い、ＳＣＬ（Serial CLock）、ＳＤＡ（Serial DAta）によって情報伝達を行うシリアル伝送方式である。

なお、本実施の形態では、メインＣＰＵ１１によるドライバ２１６〜２１９の制御を上述のシリアル伝送方式を用い、サブＣＰＵ２１１を介して行う形態としたが、ドライバ２１６〜２１９をＳＣＬ、ＳＤＡである信号線Ｌ１、信号線Ｌ２にバス構成（Ｉ２Ｃバス）で直接接続してメインＣＰＵ１１によりＩ２Ｃバス付ドライバを用いて制御される形態であってもよい。この場合は、サブＣＰＵ２１１を必要としない構成とすることができ、さらに回路を簡略にすることができる。

ズームレンズ２１２は、撮像素子２２０に結像される被写体の大きさ（画角）を変更する光学レンズであり、フォーカスレンズ２１３は、撮像素子２２０に結像される被写体のピントを調整する光学レンズであり、絞り２１４は、ズームレンズ２１２及びフォーカスレンズ２１３の開口部の大きさを調整し、撮像素子２２０上に露光される被写体の光量を調整する。シャッタ２１５は、撮像素子２２０上に露光される被写体の光量を、機械的に開放／遮断することにより調整する。ドライバ２１６〜２１９は、制御データに基づいて、それぞれ、ズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、シャッタ２１５を、ステップモータ等のアクチュエータを介して駆動する。

撮像手段としての撮像素子２２０は、撮像面に結蔵された光画像を電気信号（光量に応じた電荷量）に光電変換し、ＡＥＦ２２１に出力する。撮像素子２２０として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等が用いられる。撮像素子２２０はメインＣＰＵ１１より制御線Ｌ３により制御される。なお、撮像素子２２０の制御は、メインＣＰＵ１１からの制御信号によりサブＣＰＵ２１１を介してサブＣＰＵ２１１から制御される構成でもよい。更に、撮像素子２２０がＩ２Ｃバス付きである場合には、信号線Ｌ１、Ｌ２を直接接続してメインＣＰＵ１１により直接制御される形態であってもよい。

ＡＥＦ２２１は、センサ駆動回路、センサ出力のノイズを軽減させるＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路、信号の増幅を行うＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）回路、Ａ／Ｄ変換回路等から構成され、ＤＳＰ２２２へデジタル画像データを出力する。

ＤＳＰ２２２は、入力されたデジタル画像データに対し、輝度処理や色処理を施し、デジタルビデオ信号（例えば、輝度信号と色差信号）に変換して出力する。ここで、デジタルビデオ信号とは、画像を表現する信号全般をいい、ビデオフォーマットに制限されたものではない。また、ＤＳＰ２２２は、Ａ／Ｄ変換後の未加工の画像データであって、階調変換、明るさ補正、色調補正等の画像信号処理を経ていないデータであるＲＡＷデータを出力する構成であってもよい。

画像送信手段としてのＩ／Ｆ回路２２３は、メインＣＰＵ１１に画像データ（デジタルビデオ信号）を出力するインターフェイス回路である。ここで、画像データは、転送フォーマットに準じた形式に変換される。

以上のように、データ処理装置１０は、カメラモジュール２０内のズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、及び２１５を信号線Ｌ１と信号線Ｌ２とにより制御することで、撮像素子２２０上の結像の状態を調整して、画像データとして得ることができる。このことにより、画角・合焦・絞り・シャッタの制御を２本の信号線で行うことができ、それぞれの制御ごとに信号線を持つ場合と比較して信号線によるノイズを低減させることができる。また、信号線を少なくする構成であるため、基板面積を抑えることができ、モジュールを小型化できるとともに、作成にかかるコストを抑えることができる。

なお、結像する画像の調整は、ズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、シャッタ２１５が行う構成としたが、さらにストロボ調整などの構成を加えてもよく、特に限定するものではない。

［第２の実施の形態］
次に、図３を参照して、第２の実施の形態に係るデータ処理装置１０ａについて説明する。なお、簡略化のため、データ処理装置１０と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。以下、第２の実施の形態に特徴的な構成について説明する。

図３に示すように、データ処理装置１０ａは、メインＣＰＵ１１が信号切替部２１１ａと信号線Ｌ１１〜１３の３本の信号線で接続され、信号切替部２１１ａに接続されたズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、及びシャッタ２１５を信号線Ｌ３１〜３８を介してＨｉ信号又はＬｏｗ信号により制御する構成である。

信号切替部２１１ａは、その内部において、ともにＨｉ信号が入力端子側（信号線Ｌ１１〜１３）から入力された時にＨｉ信号を出力端子側（信号線Ｌ２１〜２４）に出力するＡＮＤ回路３０１〜３０４と、Ｌｏｗ信号が入力された時にＨｉ信号に、あるいはＨｉ信号が入力された時にＬｏｗ信号に反転する機能をもつインバータ３０５と、出力先のドライバ２１６〜２１９と信号線Ｌ３１〜３８を介して接続し、信号線Ｌ２１、２２の信号の出力先を信号線Ｌ２３、２４からの信号により切り替える切替ドライバ３０６とから構成される。

ここで、メインＣＰＵ１１による切替ドライバ３０６への信号の入力について説明する。信号線Ｌ１１がＨｉ信号の場合においては、信号線Ｌ１２がＨｉ信号の場合に信号線Ｌ２１にＨｉ信号が出力され、信号線Ｌ１３がＨｉ信号の場合に信号線Ｌ２２にＨｉ信号が出力される。信号線Ｌ１１がＬｏｗ信号の場合においては、信号線Ｌ１２がＨｉ信号の場合に信号線Ｌ２３にＨｉ信号が出力され、信号線Ｌ１３がＨｉ信号の場合に信号線Ｌ２４にＨｉ信号が出力される。上述の信号以外では、信号線Ｌ２１〜２４にＬｏｗ信号が出力される。これにより、信号線Ｌ１１〜１３での信号を組み合わせることで、切替ドライバ３０６への入力信号を制御し、ドライバ２１６〜２１９への制御信号の送信を切り替える。

上述の構成により、データ処理装置１０ａは、カメラモジュール２０ａ内のズームレンズ２１２、フォーカスレンズ２１３、絞り２１４、及び２１５を信号線Ｌ１１、１２、１３によりＨｉ信号又はＬｏｗ信号を送信することで、撮像素子２２０上の結像の状態を調整して、画像データとして得ることができる。このことにより、画角・合焦・絞り・シャッタの制御を３本の信号線で行うことができ、それぞれの制御ごとに信号線を持つ場合と比較して信号線によるノイズを低減させることができる。また、信号線を少なくするとともに信号切替部２１１ａを単純な論理回路で構成することにより、基板面積を抑えることができ、モジュールを小型化できるとともに、作成にかかるコストを抑えることができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるカメラモジュールやデータ処理装置の細部構成又は詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、メインＣＰＵとサブＣＰＵの通信に関しては、Ｉ２Ｃ通信などに限定するものではなく、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）、他の２線式シリアル通信、及び信号線を３本使用する３線式シリアル通信であってよい。

本発明におけるデータ処理装置１０、１０ａの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 第１の実施の形態におけるカメラモジュール２０の機能的構成を模式的に示すブロック図である。 第２の実施の形態におけるカメラモジュール２０ａの機能的構成を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３ 信号線
Ｎ 通信ネットワーク
１０、１０ａ データ処理装置
１１ メインＣＰＵ
１２ 表示部
１３ 入力部
１４ ＲＡＭ
１５ 通信制御部
１６ 記憶部
１７ 音声入出力部
１８ 電源部
１９ バス
２０、２０ａ カメラジュール
２１１ サブＣＰＵ
２１１ａ 信号切替部
２１２ ズームレンズ
２１３ フォーカスレンズ
２１４ 絞り
２１５ シャッタ
２１６、２１７、２１８、２１９ ドライバ
２２０ 撮像素子
２２１ ＡＥＦ
２２２ ＤＳＰ
２２３ Ｉ／Ｆ回路
３０１、３０２、３０３、３０４ ＡＮＤ回路
３０５ インバータ
３０６ 切替ドライバ

Claims (5)

1. 撮像面に結像される画像を画像データとして取得する撮像手段と、
   前記撮像手段により取得された画像データを外部装置へ送信する画像送信手段と、
   前記外部装置の制御部から２本又は３本の信号線により送信される制御信号に基づいて前記撮像手段に結像する画像を調整する複数の調整手段と、
   を備える事を特徴とするカメラモジュール。
2. 前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、ズームレンズの位置により焦点距離を調整することを特徴とする請求項１記載のカメラモジュール。
3. 前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、フォーカスレンズの位置により焦点を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のカメラモジュール。
4. 前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、絞りにより光量を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
5. 前記複数の調整手段のうちのいずれか一つは、シャッターにより前記結像する画像の有無を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

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