JP2006091770A - 光学系ユニット、光学系システム、撮影装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 組み合わせに自由度をもたせた光学系ユニットの組み合わせを識別し、その光学系システムに適合する制御ソフトを誤りなく的確に対応づけすることができるようにした光学系ユニット、光学系システムを提供する。
【解決手段】 光学系システム１８は、適宜取捨選択された複数の光学系ユニット、例えば、第１レンズユニット２３，第２レンズユニット２４，シャッタユニット２５，撮像ユニット２６からなり、各光学系ユニットは、着脱自在にユニット化されている。各ユニット２３〜２６は、各ユニットの種類を識別するための識別データを記憶したメモリ１３０〜１３３をそれぞれ備えており、ユニット識別回路１３５によって識別データが読み出され、識別された光学ユニットに適した制御が行なわれる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、複数種類の光学系ユニットと、これら光学系ユニットを組み合わせてなる光学系システムと、この光学系システムを利用する撮影装置及び光学装置とに関する。

従来より、撮影レンズや撮像素子からなる撮像装置を内蔵して撮影機能を付与した小型電子機器、例えば携帯電話機が各種販売されている。携帯電話機等の小型電子機器に内蔵される撮像装置は、通常のデジタルカメラと比較して小型であるため、使用することのできるレンズや撮像素子等の構成要素の大きさが制限されていた。このため、撮影機能を備えた小型電子機器をデジタルカメラの代替機器として用いるには、撮影機能や画質等が不十分であり、メモ代わりに画像を得る場合や、携帯電話機等の待ち受け画面用の画像を得る場合などのように、画質を要求されない撮影に用途が限定される場合が多い。

これらの点に関して、近年では、高画素の小型ＣＣＤや、小型レンズなどが開発されてきており、携帯電話やＰＤＡなどといった小型電子機器を使って撮影される撮影画像の高画質化が急速に進んでいる。残る課題である撮影機能の充実においては、特に、通常のデジタルカメラには標準的に搭載されているオートフォーカス機能やズーム機能をこれらの小型機器に搭載することが望まれている。最近のカメラ付き携帯電話では、光学２倍ズーム機能と、オートフォーカス機能の両方を備えた端末機がある（例えば、非特許文献１参照）。

カメラのオートフォーカス機能やズーム機能は、撮像装置内で複数のレンズを光軸に沿う方向に移動させることによって実現される。デジタルカメラやデジタルビデオカメラでは、レンズ駆動方法として、ＤＣモータやステッピングモータなどの回転を利用する方法や、圧電素子の圧縮伸長を利用する方法などが知られている。これらの方法を携帯電話のような小型機器に適用する場合は、装置の小型化、およびレンズの移動制御の精度などの点から、レンズが保持されたレンズ鏡胴の外周を取り囲む円筒形状の中空ロータを、その中空ロータの外周を取り囲むステータにパルス電流を与えてレンズを駆動させる中空ステッピングモータ用いる方法が好ましいと考えられている。この中空ステッピングモータを適用したレンズ駆動方法として、例えば、レンズユニット（固定筒）の中でレンズ群を光軸方向に進退させる方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。

また、デジタルカメラでは、異なる変倍率のズームレンズや、異なる画素数の撮像素子等を組み合わせて製品を多様化させている。しかし、ズームレンズや撮像素子の取り付け部等は、各デジタルカメラで専用設計しているため、他のデジタルカメラでは使用することができず、コストアップの要因の一つとなっていた。これを解決するために、撮影レンズと撮像素子とからレンズユニットを構成し、取り付けるレンズユニットを選択することによって、性能を変更できるようにしたデジタルカメラが発明されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５６−１４７１３２号公報 特開２００２−０７７７３９号公報 "Ｖ６０２ＳＨ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、シャープ株式会社、［平成１６年９月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；http://www.sharp.co.jp/products/v602sh/index.html＞

しかし、小型電子機器の撮像装置にズーム機能やオートフォーカス機能を搭載すると部品点数が多くなる等の理由でカメラユニットとして組み立てが難しく、製造コストが高くなるという問題があった。また、複数のレンズ群の位置ずれ等を抑えて精度よく複数のレンズ群の光軸を合うように調整することが難しいという問題もあった。また、特許文献２記載の発明では、レンズと撮像素子とを組み合わせているため、製品を多様化できる範囲が狭いという問題がある。

こうした背景を考慮し、多種多様な製品設計を効率的に行うことができるように、撮影光学系の構成ユニットとなるレンズ、絞りやシャッタなどの光量調節手段、撮像素子などの光学ユニットをいくつか予め用意しておき、製品の種類に応じてこれらの光学ユニットの中から適切なものを取捨選択して組み合わせることによって対応する設計手法が考えられている。そして、オートフォーカス機能やズーム機能を実現させるための光学ユニットにはレンズ移動用のアクチュエータも内蔵させ、また絞りやシャッタなどの光量調節機能を実現させるための光学ユニットには同様にそのアクチュエータをも組み込んでおけば、各々の光学ユニットにその機能に応じた制御信号を送るだけでそれぞれのアクチュエータを介してレンズの移動制御や、絞り，シャッタの制御を行うことが可能となる。

ところが、様々な光学ユニットを予め用意しておき、製品の種類に応じて光学ユニットの組み合わせ方を変える手法を採る場合、その組み合わせ方に自由度をもたせればもたせるほど全体の光学系システムの種類が増え、光学系システムを構成している個々の光学ユニットの制御が面倒にならざるを得ない。例えば、光学系システムとしてオートフォーカス機能だけをもたせた場合と、オートフォーカス機能の他にズーム機能をももたせた場合とでは、光学ユニットの組み合わせ方が変わるだけでなく、光学系システム全体の制御の仕方も変更しなくてはならない。

光学系システムの制御はマイクロコンピュータによって行うことができるため、製品の種類に応じて光学ユニットの組み合わせが決まれば、それに対応する制御ソフトをプログラムＲＯＭに格納すればよいが、製品の種類が増え、それに応じて制御ソフトも増えてくると、光学系システムがどのような光学ユニットで構成されているのかを確認した上で専用の制御ソフトを選択する必要がある。ところが、光学ユニットの組み合わせに自由度をもたせていることから、個々の光学ユニットは外観だけからはその機能が確認しにくく、光学系システム全体の外観からもどのような光学ユニットが組み合わされているのかが識別しにくい。したがって、その光学系システムに適合する専用の制御ソフトを的確に対応づけするには厳密な工程管理が不可欠になり、その対応づけに誤りが生じた場合には修正も非常に困難なものになる。

本発明は上記背景を考慮してなされたもので、組み合わせに自由度をもたせた光学ユニットがどのように組み合わされたとしても、その光学系システムに適合する制御ソフトを誤りなく的確に対応づけすることができるようにした光学系ユニット、光学系システムを提供することを目的とし、またこの光学系システムを用いた撮影装置及び光学装置を提供することを目的とする。

本発明の光学系ユニットは、光軸方向に沿う前端に設けられた第１の連結部と、光軸方向に沿う後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備えた筐体と、この筐体内に組み込まれた光学系部品と、第１の連結部の近傍に配置された第１の接続端子と、第２の連結部の近傍に配置され、該第２の連結部に第１の連結部が連結されたときに第１の接続端子と電気的に接続される第２の接続端子と、光学系部品の種類を表す識別データを記憶する記憶手段とから構成し、第１の接続端子または第２の接続端子を通して識別データを読み出すようにした。また、前記第１及び第２の接続端子を用いる代わりに、光学系ユニットの筐体から引き出され外部回路に接続可能な信号線を設けるようにしてもよい。

また、光学系部品として、レンズ群と、このレンズ群を光軸方向に移動させるレンズ駆動機構と、このレンズ駆動機構を駆動するアクチュエータとを用い、光学系ユニットとしてレンズユニットを構成し、あるいは光学系部品として、量を調整する光量調整手段を用い、光学系ユニットとして光量調整ユニットを構成してもよい。

光量調整手段として、光軸に直交する面上に配置されて絞り開口を形成する絞り羽根と、この絞り羽根を撮影光軸に直交する方向で移動させて絞り開口の大きさを変化させる絞り駆動機構と、この絞り駆動機構を駆動するアクチュエータとを用い、光量調整ユニットとして絞りユニットを構成すること、また、光量調整手段として、光軸に直交する面上に配置されて撮影開口を開閉するシャッタ羽根と、このシャッタ羽根を撮影光軸に直交する方向で移動させて撮影開口を開閉させるシャッタ駆動機構と、このシャッタ駆動機構を駆動するアクチュエータとを用い、光量調整ユニットとしてシャッタユニットを構成することも可能である。なお、このシャッタユニットに絞り機能を設けてもよい。さらに、光学系部品として、撮像光軸に直交するように撮像面が配置された撮像素子を用い、光学系ユニットとして撮像ユニットを構成することも効果的である。

また、上記光学系ユニットに用いられるアクチュエータを、筐体の内側に設けられて磁場を形成する円筒形状のステータと、前記円筒形状と同軸の円筒形状を有し、前記ステータによって形成された磁場によって前記ステータに対して回転駆動するロータとから構成した。

更に、第１の連結部と第２の連結部とによって光軸方向に連結され、各第１の接続端子と第２の接続端子とが電気的に接続された複数の光学系ユニットと、これらの光学系ユニットを制御する制御手段とから光学系システムを構成した。この光学系システムは、撮影装置や光学装置等に用いることができる。

更に、光学系システムに対し、光学系部品を制御する制御手段を設けた。また、この制御手段は、第１及び第２の接続端子、または信号線を通して各々の光学系ユニットの記憶手段から個別に識別データを読み出し、制御するようにした。

また、光学系システムとして、光軸方向に連結される複数の光学系ユニットからなり、少なくとも一つの前記光学系ユニットは、レンズ群と、レンズ駆動源と、レンズ群の種類を識別する識別データを記憶した記憶手段と、光軸方向の前端に設けられた第１の連結部と、後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備え、この第１の連結部及び第２の連結部の形状を他の光学系ユニットの第１の連結部及び第２の連結部の形状と共通にした。

また、複数の光学系ユニットの内、少なくとも一つの光学系ユニットに、光量を調整する光量調整手段と、この光量調整手段の種類を識別する識別データを記憶した記憶手段を備えた。

更に、複数の光学系ユニットの内、少なくとも一つの光学系ユニットに、撮像素子と、この撮像素子の種類を識別する識別データを記憶した記憶手段を備えた。

また、複数の光学系ユニットの内、少なくとも一つの光学系ユニットに、手振れ防止手段と、この手振れ防止手段の種類を識別する識別データを記憶した記憶手段を備えた。

また、レンズ駆動源として、圧電素子またはモータを用いた。

また、光学系ユニットが取り付けられる部品に、前記連結部と嵌合する連結部を備えた。

また、本発明の光学系ユニットは、光軸方向に連結される光学系ユニットであって、少なくとも光学系部品と、この光学系部品を駆動する駆動源と、レンズ群の種類を識別する識別データを記憶した記憶手段と、光軸方向の前端に設けられた第１の連結部と、後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備え、この第１の連結部及び第２の連結部の形状を他の光学系ユニットの第１の連結部及び第２の連結部の形状と共通にした。

また、複数の光学系部品は、レンズ群を備えた光学系部品、光量を調整する光量調整手段を備えた光学系部品、撮像素子を備えた光学系部品、手振れ防止手段を備えた光学系部品の内、いずれか一つの光学系部品を含むようにした。

また、駆動源として、圧電素子またはモータを用いた。また、レンズ群を駆動する駆動源として、磁場を形成する円筒形状のステータと、前記円筒形状と同軸の円筒形状を有し、前記ステータによって形成された磁場によって前記ステータに対して回転駆動するローラと、前記ロータの更に内側に位置し、前記レンズ群を保持し、前記レンズ群の光軸が前記円筒形状の軸に沿うように保持するレンズ枠と、前記ロータの回転駆動による力の方向を前記光軸に沿う方向へ変換して前記レンズホルダに伝達する変換機構とを用いた。

更に、光学系ユニットが取り付けられる部品に、前記連結部と嵌合する連結部を備えた。

また、本発明の撮影装置は、光軸方向に連結される複数の光学系ユニットからなり、少なくとも一つの前記光学系ユニットは、レンズ群とレンズ駆動源と、レンズ群の種類を識別する識別データを記憶した記憶手段と、光軸方向の前端に設けられた第１の連結部と、後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備え、この第１の連結部及び第２の連結部の形状を他の光学系ユニットの第１の連結部及び第２の連結部の形状と共通にした。

更に、レンズ群及びレンズ駆動源は、前後に連結部を備えた筐体に組み込むようにした。

本発明によれば、光学ユニットを適宜に組み合わせて光学系システムを構成する手法を採りながらも、組み合わされた光学ユニットの各々から個別に割り当てられた識別データを読み込むことによって光学系システムの構成を的確に把握することができるようになる。したがって、どのような光学ユニットの組み合わせであっても、その光学系システムに適合した専用の制御ソフトの対応づけを確実に行うことが可能となり、また不適切な光学ユニットの組み合わせがある場合にはその識別も可能となる。さらに、光学系システムの種類に応じて予め複数種類の制御ソフトをプログラムＲＯＭに格納しておけば、光学ユニットからそれぞれ読み込まれた識別データに基づいて特定の制御ソフトを自動的に選択して使用することもできるようになる。

本発明に係るカメラ付き携帯電話の実施形態を以下に詳述する。本発明にかかわる実施形態のカメラ付き携帯電話は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、縦長の箱状の筐体からなる電話本体１で構成され、携帯電話としての機能を有する電話部と、デジタルカメラとしての機能を有するカメラ部とを備えている。

電話本体１の正面の中央部上方には、通信情報や画像を表示する液晶ディスプレイ（表示手段）２が配置される。電話本体１の背面の上方には、カメラ部の一部を構成する撮像部３が配置される。また、電話本体１は、電池パックを取り出しするための取り出し蓋１１を備えている。撮像部３の詳細は後述するが、被写体光を結像する撮像レンズと、この撮像レンズによって結像された画像を撮像する撮像素子とを備えている。この撮像素子で撮像された被写体の映像が液晶ディスプレイ２に表示される。

電話本体１には、液晶ディスプレイ２の下方に電話番号、文字、画像データの指定・選択を実行するボタン群４が配置されている。ボタン群４の下方には、電話の受話器の一部を構成するマイク５が配置されている。また、液晶ディスプレイ２の下方の右側のボタン１０は、撮影モード機能の起動および停止を入力する撮影モードボタン１０である。

撮影モードボタン１０により、撮影モードが起動されると、撮像部３を含むカメラ部が動作を開始し、撮像素子で撮像された被写体の映像が液晶ディスプレイ２に表示される。撮影モード中は、液晶ディスプレイ２の下方中央の十字キー８の左右のボタンが、ズーム倍率（光学ズーム、電子ズーム含む）を変更するボタンとして機能する。十字キー８の右ボタンを押すことにより、ズーム倍率を上げ、十字キー８の左ボタンを押すことによりズーム倍率を下げることができる。また、液晶ディスプレイ２の下方中央の十字キー８の中央に配置されているボタンは、撮影モード中、デジタルカメラで被写体を撮影するためのレリーズボタン９となる。

また、液晶ディスプレイ２の上方には、電話の受話器の一部を構成するスピーカ６が配置されている。さらに、電話本体１の上面には、公衆回線と無線通信するためのアンテナ７が設けられている。なお、液晶ディスプレイ２は、撮影モード下で、ビューファインダとして使用され、撮像素子からの撮像信号に基づいて被写体確認用のスルー画像を表示する。

このカメラ付き携帯電話を使用して被写体を撮影するに際しては、電話本体１の背面に設けられた撮影部３を被写体に向けることにより、撮像素子で撮像された被写体の映像が液晶ディスプレイ２に表示され、その液晶ディスプレイ２に表示された映像を確認した上で、電話本体１の前面に設けられたレリーズボタン９を押すことにより被写体を撮影することができる。さらに、電話本体１は、撮影を行う撮影モード以外に撮影済みの画像を再生表示する再生モードを備える。

また、電話本体１は、外部のメモリーカード１３を差し込める挿入部１２を備え、メモリーカード１３が電話本体１と接続され、再生モード下において、メモリーカード１３に記録された撮影画像データを再生画像として液晶ディスプレイ２に表示することができる。

図２は、撮像部３の断面図である。撮像部３には、被写体光が通過する開口１６と、この開口１６を保護する透明板１７と、開口１６に対面して配置された光学系システム１８とが設けられている。光学系システム１８は、カメラ部の各種回路が設けられたプリント基板１９に取り付けられた台座部２０に保持され、かつプリント基板１９上の回路に電気的に接続されている。

図３に連結した状態を、図４及び図５に分解した状態を示すように、光学系システム１８は、円筒形状をした複数の光学系ユニット２３〜２６から構成されており、各光学系ユニット２３〜２６は、撮像光軸２７に沿って連結されて光学系システム１８を構成する。各光学系ユニットは、例えば、先端側から、第１レンズユニット２３、第２レンズユニット２４、絞り機能付きシャッタユニット（以下、シャッタユニットと省略する）２５、撮像ユニット２６となっている。

各ユニット２３〜２６の撮像光軸２７に沿う前端及び後端には、一対の切欠３０を有する第１連結部３１〜３４と、この第１連結部３１〜３４の切欠３０に係合される一対の突起３５を有する第２連結部３６〜３９とがそれぞれ形成されている。各ユニット２３〜２６の第１連結部３１〜３４、及び第２連結部３６〜３９は同形状であるため、撮像光軸２７方向で任意に順番を入れ換えて連結することもできる。各ユニット２３〜２６を連結する際には、後方に配置される光学系ユニットの前端に設けられた第1連結部に、前方に配置される光学系ユニットの第2連結部を嵌合させ、前方の光学系ユニットを撮像光軸２７の回りで回動させる。これにより、突起３５が切欠３０に対面しない位置にずれ、二つの光学系ユニットがしっかりと連結される。

また、各ユニット２３〜２６の前端及び後端には、複数の接点を有する第１接続端子４２〜４５と第2接続端子４７〜５０とが設けられている。これらの接続端子４２〜５０は、各光学系ユニット２３〜２６が第1連結部３１〜３４及び第2連結部３６〜３９で連結された際に電気的に接続される。これらの接続端子４２〜５０は、各光学系ユニット２３〜２６を制御する際の制御信号の伝達に利用される。なお、後端の撮像ユニット２６は、第２連結部３９により、図２に示すプリント基板１９の台座部２０に連結されるが、この連結時に第２接続端子５０によって台座部２０を介してプリント基板１９に電気的に接続ｓされる。

第１レンズユニット２３及び第２レンズユニット２４は、ズームレンズを構成する。光学系システム１８の断面図である図6に示すように、第1レンズユニット２３は、第一固定筒５４と、第一レンズ群５５を保持した第一レンズ枠５６とを備え、第一固定筒５４は、第一レンズ枠５６を光軸２７方向に進退自在に保持している。また、この第一固定筒５４は、第一レンズ枠５６を光軸方向に移動させる中空ステッピングモータ５７を内蔵している。

中空ステッピングモータ５７は、プラスチック材料からなる第一固定筒５４内に磁場を形成する円筒形状の第一ステータ６０と、この第一ステータ６０と同軸の円筒形状を有し、第一ステータ６０によって形成された磁場によって第一ステータ６４０対して回転駆動する第一ロータ６１とを備える。また、第一ロータ６１の内側には、第一レンズ群５５の光軸が第一ロータ６１の軸に沿うように保持する第一レンズ枠５６を備える。

第一レンズ枠５６は、第一レンズ群５５を保持する。また、第一レンズ枠５６の一部と第一ロータ６１の一部は、接着剤にて固着されている。なお、第一ロータ６１と第一ステータ６０と対面しないところで、第一レンズ枠５６と第一ロータ６１が固着されていることが好ましい。また、第一レンズ枠５６は、第一レンズ枠５６の外側に雄ヘリコイド５６ａを備えている。第一ヘリコイド５６ａは、第一ロータ６１の回転駆動による力の方向を第一レンズ群５５の光軸に沿う方向へ変換するための機構であり、第一固定筒５６に固定されている。また、第一ヘリコイド筒６３は、雄ヘリコイド６３ａが内周に形成される。この雄ヘリコイド６３ａは、第一レンズ枠５６の雄ヘリコイド５６ａと噛み合う螺旋溝である。

この第一ロータ６１の回転によって第一レンズ枠５６も第一ロータ６１と一体に回転し、この回転が第一レンズ枠５６の雄ヘリコイド５６ａを介して第一ヘリコイド筒６３の雄ヘリコイド６３ａに伝達され、第一レンズ枠５６を回転させながら光軸方向に移動することができる。すなわち、この変換機構は、第一ロータ６１の回転により第一レンズ群５５を光軸方向に進退する機構となっている。

第2レンズユニット２４は、組み込まれている第２レンズ群６６が異なっている以外は、第1レンズユニット２３と同じ構成であり、中空ステッピングモータ６７を備えている。第1レンズユニット２３と第2レンズユニット２４とは、撮像時にそれぞれ別々に中空ステッピングモータ５７、６７でレンズ群５５，６６が移動されることによって、2群ズームレンズを構成する。なお、レンズユニットを3段、または4段と連結させて3群ズームレンズや4群ズームレンズを構成することも簡単に行なうことができる。

シャッタユニット２５は、図７（Ａ），（Ｂ）及び図８に示すように、ユニット２５内で回転される回転円板７０と、この回転円板７０の上で回動される４枚のシャッタ羽根７１〜７４とから構成されている。このシャッタユニット２５も、詳しくは説明しないが、第１レンズユニット２３と同構成の中空ステッピングモータ７６によって駆動される。

シャッタユニット２５の第２連結部３８が設けられたユニット基部７８には、開放絞り開口７９が設けられている。回転円板７０には、この開放絞り開口７９よりも大径の開口８０と、ユニット基部７８の前面に立設された４本の基準ピン８１〜８４が挿通される円弧形状の長穴８５〜８８と、４枚のシャッタ羽根７１〜７４をリンクさせる４本のリンクピン９０〜９３と、中空ステッピングモータ７６のロータの一部が係合される突出部９５とが設けられている。各シャッタ羽根７１〜７４は、ユニット基部７８の基準ピン８１〜８４に回転自在に支持されている。また、各シャッタ羽根７１〜７４には、回転円板７０のリンクピン９０〜９３が挿入される円弧形状の長穴９７〜１００を備えている。

中空ステッピングモータ７６によって、回転円板７０が図７（Ａ）に示す位置にあるときには、各シャッタ羽根７１〜７４は長穴９７〜１００がリンクピン９０〜９３によって押され、開放絞り開口７９を完全に塞ぐ閉じ位置にセットされる。これとは逆に、同図（Ｂ）に示すように、回転円板７０が中空ステッピングモータ７６によって図中反時計方向に回転すると、リンクピン９０〜９３と長穴９７〜１００とによって各シャッタ羽根７１〜７４も反時計方向に回転され、開放絞り開口７９が全開される。

また、図８に示すように、中空ステッピングモータ７６が途中の回転位置で回転円板７０を停止させると、４枚のシャッタ羽根７１〜７４によって小径の絞り開口１０３が形成され、撮像と同時に撮像光量を制限することができる。

撮像ユニット２６は、内部にＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子１０６を備え、その前方には、スペーサー１０７、フィルタ１０８、規制枠１０９等が組み込まれている。なお、撮像ユニット２６以降に被写体光を通過させる必要はないため、撮像ユニット２６の第２連結部３９には開口が設けられていない。

次に、本発明に係るカメラ付き携帯電話のカメラ部１２０の電気的構成について、図９のブロック図を用いて説明する。システムコントローラ１２１は、例えばマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ１２２，ＲＯＭ１２３，ＲＡＭ１２４を備え、ＣＰＵ１２２はレリーズボタン９から入力される操作信号に応じて、カメラ部１２０の各部を制御する。ＲＯＭ１２３には、ＣＰＵ１２２によって実行される制御プログラムが格納されており、この制御プログラムには、動作モードの切り替えを行うモード制御プログラムが含まれている。ＲＡＭ１２４は、ＣＰＵ１２２が制御プログラムを実行する際の作業用メモリである。

第１レンズユニット２３、第２レンズユニット２４、シャッタユニット２５の各中空ステッピングモータ５７、６７、７６は、モータドライバ１２７によって駆動される。このモータドライバ１２７は、システムコントローラ１２１によって制御される。モータドライバ１２７の駆動信号は、各ユニット２３〜２６間で接続された接続端子を通して、所定のユニットの中空ステッピングモータに入力される。

第１レンズユニット２３、第２レンズユニット２４、シャッタユニット２５、撮像ユニット２６には、それぞれのユニットの種類を表すデータが記憶されたメモリ１３０〜１３３が内蔵されている。システムコントローラ１２１は、カメラ付き携帯電話機が撮影モードにセットされたときに、ユニット識別回路１３５によって各ユニット２３〜２６のメモリ１３１〜１３３からデータを読み出し、接続されているユニットの種類と、光軸方向での連結位置を特定する。そして、ＲＯＭ１２３に記憶されている動作プログラムの中から、その光学系ユニットの組み合わせに用いられる動作プログラムを読み出し、この動作プログラムに基づいて各ユニットを制御する。

撮像ユニット２６の撮像素子１０６は、第１レンズ群５５，第２レンズ群６６を通過してその受光面に結像された被写体光を撮像し、アナログの撮像信号を出力する。シャッタユニット２５は、前述のレリーズボタン９の操作に応じてシャッタレリーズ動作を行ない、その際に絞りも調整する。撮像素子１０６は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３７から入力されるタイミング信号（クロックパルス）に基づいて動作を行なう。これら、システムコントローラ１２１、モータドライバ１２７、ユニット識別回路１３５、ＴＧ１３７等が、各光学系ユニットを制御する制御手段として機能する。

撮像素子１０６から出力されたアナログの撮像信号は、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路１３９に入力される。ＣＤＳ／ＡＭＰ回路１３９は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）と、増幅器（ＡＭＰ）とからなる。ＣＤＳは、撮像素子１０６のアナログ信号からＲ、 Ｇ、 Ｂの画像データを生成し、ＡＭＰは、ＣＤＳによって生成されたＲ、 Ｇ、 Ｂの画像データを増幅する。この後にＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１４０によってアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像データがデジタルのＲ、Ｇ、Ｂの画像データに変換される。画像入力コントローラ１４０は、システムコントローラ１２１に接続され、ＣＰＵ１２２の制御命令に応じて撮像素子１０６、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路１３９、Ａ／Ｄ変換器１４０を制御する。

画像信号処理回路１４３は、デジタルのＲ、Ｇ、Ｂの画像データに対して、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理と、ＹＣ変換処理とを施す。撮影モード下で撮影処理が実行される前には、画像信号処理回路１４３に入力された画像データは、簡易な画像処理とＹＣ変換処理とが施されてＶＲＡＭ１４４に一時的に書き込まれる。ビデオエンコーダ１４５は、ＶＲＡＭ１４４に書き込まれた画像データをコンポジット信号に変換し、液晶ディスプレイ２にスルー画像として表示する。一方、撮影処理が実行されたときには、画像信号処理回路１４３に入力された画像データは、本格的な画像処理とＹＣ変換処理とが施され、ＳＤＲＡＭ１４６に撮影画像データとして記録される。

圧縮伸張回路１４８は、撮影モード下でＳＤＲＡＭ１４９に記録された撮影画像データを所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で圧縮して画像ファイルを生成する。この圧縮された画像ファイルがメディアコントローラ１５０によってメモリーカード１３に記録される。また、圧縮伸長回路１４８は、再生モード下で、メディアコントローラ１５０によってメモリーカード１３から読み出された画像ファイルを伸張処理し、液晶ディスプレイ２に再生画像として表示する。

バス１５２には、画像データの輝度から露出値とホワイトバランス値とを算出するＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５３と、画像データのコントラストから第２レンズ群６６のピント位置を算出するＡＦ検出回路１５４とが接続されている。各検出回路１５３、１５４は、撮影モード下でレリーズボタン９が半押し操作されたことに応答し、バス１５２を介してＣＰＵ１２２に検出結果を入力する。ＣＰＵ１２２は、各検出回路１５３、１５４から入力された検出結果に基づいて、露出値、ホワイトバランス、焦点距離を算出する。システムコントローラ１２１は、この算出結果に基づいてモータドライバ１２７で第１レンズユニット２３、第２レンズユニット２４、シャッタユニット２５の各中空ステッピングモータ５７，６７，７６を個別に駆動制御する。また、撮像ユニット２６も同様に、システムコントローラ１２１で個別に制御される。

第１レンズユニット２３、第２レンズユニット２４の中空ステッピングモータ５７，６７が回転すると、各ユニットのレンズ群５５，６６が光軸方向に移動され、焦点合わせが実施される。また、シャッタユニット２５の中空ステッピングモータ７６が回転すると、回転円板７０の回転によって各シャッタ羽根７１〜７４が揺動され、開放絞り開口７９の一部または全部が開放される。

カメラ部１２０は、レリーズボタン９が全押し操作されたことに応答して撮影処理を実行する。すなわち、レリーズボタン９が全押しされると、これに応答して撮像素子１０６からの撮像信号から得られた撮影画像データを予備記憶手段としてのＳＤＲＡＭ１４６に記憶する撮影処理を実行する。この撮影処理の後にＳＤＲＡＭ１４６に記録された撮影画像データをプレビュー再生画像として液晶ディスプレイ２に表示する。撮影処理では、撮像素子１０６からの撮像信号から得られた画像データをメモリーカード１３に記録する。

本発明のカメラ部１２０の動作について説明する。図１０のフローチャートに示すように、本発明に係るカメラ付き携帯電話１自体の電源をＯＮにした状態で、撮影モードボタン１０を押し撮影モードを起動させる。撮影モードが起動されると、システムコントローラ１２１はユニット識別回路１３５によって各光学系ユニット２３〜２６のメモリ１３０〜１３３からデータを読み出して各光学系ユニット２３〜２６の種類を識別する。そして、その種類に応じた動作プログラムをＲＯＭ１２３から読み出す。システムコントローラ１２１は、撮像素子１０６に撮像を行なわせ、撮像された被写体の映像を液晶ディスプレイ２にスルー表示する。

撮影モード下で、十字キー８の右ボタン又は左ボタンの一方のボタンが押されると、ＣＰＵ１２２は、それに応答して、光学ズーム倍率を可変する信号をモータドライバ１２７へ送信する。なお、本発明の撮像装置では、第一レンズユニット２３，第二レンズユニット２４の各レンズ群５５，５６別々に移動して光学ズームの倍率を変えることになるが、これらの移動量データは、光学系ユニットの種類に合せてＲＯＭ１２３から読み出した動作プログラムに用意されている。

例えば、十字キー８の右ボタンを押すと、ＣＰＵ１２２から光学ズームの倍率を上げる信号がモータドライバ１２７へ送られ、モータドライバ１２７は、ＣＰＵ１２２からの命令に応じて駆動信号を第１レンズユニット２３と第２レンズユニット２４に送信する。これにより、各レンズユニット２３，２４の中空ステッピングモータ５７，６７が回転して第一レンズ群５５と第二レンズ群６６とを別々に光軸方向に進退させ、光学レンズの倍率を上げることができる。同様に、十字キー８の左ボタンを押すと、ズーム倍率を下げることができる。

光学ズームの倍率決定後、被写体を撮影するためのレリーズボタン９を半押し操作すると、それに応答して、自動露出設定（ＡＥ制御）、自動ホワイトバランス調整（ＡＷＢ制御）、ピント合わせ（ＡＦ制御）の各処理が実行される。レリーズボタン９の半押し操作に伴い、ＣＰＵ１２２からＡＦ検出回路１５４に応答信号が送られ、ＡＦ検出回路１５４は、コントラストＡＦ制御を行なうようにＣＰＵ１２２に応答信号を送る。ＣＰＵ１２２は、その応答信号に従ってモータドライバ１２７に応答信号を送信する。この応答信号に従ってモータドライバ１２７は、第２レンズユニット２４の中空ステッピングモータ６７を駆動させ第二レンズ群６６を進退させる。第２レンズ群６６を進退させて撮像素子１０６のコントラスト信号が一番高いところをサーチし、一番コントラストが高いところに、第２レンズ群６６を移動させてピント合わせが完了する。

この半押し操作に引き続きレリーズボタン９を全押しすると、それに応答してシャッタユニットが動作して撮影処理を実行する。すなわち、レリーズボタン９が全押しされると、シャッタユニット２５の回転円板７０が回転してシャッタ羽根７１〜７４が開放し、撮像素子１０６に撮像が行なわれる。これに応答して撮像素子１０６からの撮像信号から得られた撮影画像データを予備記憶手段としてのＳＤＲＡＭ１４６に記憶する撮影処理を実行する。この撮影処理の後にＳＤＲＡＭ１４６に記録された撮影画像データをプレビュー再生画像として液晶ディスプレイ２に表示される。撮影処理では、撮像素子１０６からの撮像信号から得られた撮影画像データをメモリーカード１３に記録される。

なお、上記実施形態では、各光学系ユニットの第１接続端子と第２接続端子とによって各光学系ユニットをシステムコントローラ等に接続していたが、図１１に示すように、第１レンズユニット１６０、第２レンズユニット１６１、シャッタユニット１６２、撮像ユニット１６３の各光学系ユニットに、外部に引き出される信号線を設けておき、この信号線とプリント基板１６５との間を各フレキシブルプリント基板１６６〜１６９等で個別に接続してもよい。なお、各光学系ユニット１６０〜１６３を個別にプリント基板１６５に接続すると、各光学系ユニットの光軸方向での位置を特定することができない。そのため、例えばプリント基板１６５のフレキシブルプリント基板１６６〜１６９が取り付けられる位置に応じて、光軸方向の取り付け位置を特定するようにしてもよい。この場合、フレキシブルプリント基板の接続間違いが発生する可能性があるが、フレキシブルプリント基板の長さを変える等して、接続可能な位置を限定すればよい。

更に、光学系ユニットとして、レンズユニット、シャッタユニット、撮像ユニット等を説明したが、図１２に示すように、振動等を検知して、モータ１７２の駆動により手振れを補正する手振れ防止部１７３を備えた手振れ防止ユニット１７４を光学系ユニットとして用いることもできる。更に、上記各実施形態では、各光学系ユニットのアクチュエータとして中空ステッピングモータを用いたが、通常のステッピングモータを用いてもよい。また、図１３のレンズユニット１８０に示すように、入力された電圧に応じて機械的動作を行なう圧電素子１８１をアクチュエータとして組み込んでもよい。

また、上記実施形態では、絞り機能付きシャッタユニットを用いたが、絞りユニットとシャッタユニットとを別々に使用してもよい。また、光学系ユニットとしては、上述した以外に、フィルタを挿脱するフィルタユニット等、各種のものを用いることができる。更に、カメラ付き携帯電話機を例に説明したが、通常のデジタルカメラや、銀塩カメラ、ビデオカメラ等の各種カメラに用いることもできる。

また、図１４に示すように、例えば第１〜第３のレンズユニット１９０〜１９２を接続した３群構成の光学系システム１９３と、ダイクロイックプリズム１９４、ＬＣＤ等の透過型画像表示器１９５、投映ランプ１９６等を用いて、プロジェクタ１９７を構成することも簡単に実施することができる。同様に、写真やプリント基板、半導体装置等に用いられる露光装置等の各種光学装置にも利用することができる。

カメラ付き携帯電話機の外観形状を示す斜視図である。 撮像部の断面図である。 光学系システムの外観斜視図である。 各光学系ユニットの前面形状を示す外観斜視図である。 各光学系ユニットの背面形状を示す外観斜視図である。 光学系システムの断面図である。 シャッタユニットの閉じ状態及び開放状態を示す動作説明図である。 シャッタユニットの絞り調整状態を示す動作説明図である。 カメラ部の構成を示すブロック図である。 光学系ユニットの識別手順を示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態を用いた撮像部の断面図である。 手振れ防止ユニットの一例を示すブロック図である。 圧電素子を用いたレンズユニットの一例を示すブロック図である。 本発明の光学系ユニット及び光学系システムを用いたプロジェクタの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ カメラ付き携帯電話機
３ 撮像部
１８ 光学系システム
２３ 第１レンズユニット
２４ 第２レンズユニット
２５ シャッタユニット
２６ 撮像ユニット
３１〜３４ 第１連結部
３６〜３９ 第２連結部
４２〜４５ 第１接続端子
４７〜５０ 第２接続端子
５５ 第１レンズ群
５７，６７，７６ 中空ステッピングモータ
６６ 第２レンズ群
７１〜７４ シャッタ羽根
１０６ 撮像素子
１２１ システムコントローラ
１２７ モータドライバ
１３０〜１３３ メモリ
１３５ ユニット識別回路
１６６〜１６９ フレキシブルプリント基板
１７４ 手振れ防止ユニット
１８１ 圧電素子
１９７ プロジェクタ

Claims (28)

1. 光軸方向に沿う前端に設けられた第１の連結部と、光軸方向に沿う後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備えた筐体と、
   この筐体内に組み込まれた光学系部品と、
   第１の連結部の近傍に配置された第１の接続端子と、
   第２の連結部の近傍に配置され、該第２の連結部に第１の連結部が連結されたときに第１の接続端子と電気的に接続される第２の接続端子と、
   光学系部品の種類を表す識別データを記憶し、前記第１の接続端子または第２の接続端子を通して識別データが読み出される記憶手段とを備えたことを特徴とする光学系ユニット。
2. 光軸方向に沿う前端に設けられた第１の連結部と、光軸方向に沿う後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備えた筐体と、
   この筐体内に組み込まれた光学系部品と、
   前記筐体から引き出され、電気信号の授受に用いられる信号線と、
   光学系部品の種類を表す識別データを記憶した記憶手段と、
   前記筐体から引き出され前記記憶手段から読み出された識別データを外部回路に入力する信号線とを備えたことを特徴とする光学系ユニット。
3. 前記光学系ユニットは、前記光学系部品としてレンズ群と、このレンズ群を光軸方向に移動させるレンズ駆動機構と、このレンズ駆動機構を駆動するアクチュエータとを含むレンズユニットであることを特徴とする請求項１または２記載の光学系ユニット。
4. 前記光学系ユニットは、前記光学系部品として光量を調整する光量調整手段を含む光量調整ユニットであることを特徴とする請求項１または２記載の光学系ユニット。
5. 前記光量調整手段は、光軸に直交する面上に配置されて絞り開口を形成する絞り羽根と、この絞り羽根を撮影光軸に直交する方向で移動させて絞り開口の大きさを変化させる絞り駆動機構と、この絞り駆動機構を駆動するアクチュエータとからなる絞りユニットであることを特徴とする請求項４記載の光学系ユニット。
6. 前記光量調整手段は、光軸に直交する面上に配置されて撮影開口を開閉するシャッタ羽根と、このシャッタ羽根を撮影光軸に直交する方向で移動させて撮影開口を開閉させるシャッタ駆動機構と、このシャッタ駆動機構を駆動するアクチュエータとからなるシャッタユニットであることを特徴とする請求項４記載の光学系ユニット。
7. 前記シャッタユニットは、撮影開口を開放する際にシャッタ羽根を途中で停止させ、撮影開口の開放面積を変化させる絞り機能を備えていることを特徴とする請求項６記載の光学系ユニット。
8. 前記光学系ユニットは、前記光学系部品として撮像光軸に直交するように撮像面が配置された撮像素子を含む撮像ユニットであることを特徴とする請求項１または２記載の光学系ユニット。
9. 前記アクチュエータは、筐体の内側に設けられて磁場を形成する円筒形状のステータと、前記円筒形状と同軸の円筒形状を有し、前記ステータによって形成された磁場によって前記ステータに対して回転駆動するロータとからなり、このロータの回転によって光学系部品を駆動することを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の光学系ユニット。
10. 前記第１の連結部と第２の連結部とによって光軸方向に連結され、各第１の接続端子と第２の接続端子とが電気的に接続された請求項１ないし８いずれか記載の複数の光学系ユニットと、これらの光学系ユニットを制御する制御手段とから構成したことを特徴とする光学系システム。
11. 請求項１０記載の光学系システムを用いたことを特徴とする撮影装置。
12. 請求項１０記載の光学系システムを用いたことを特徴とする光学装置。
13. 請求項１ないし９いずれか記載の複数の光学系ユニットと、前記記憶手段から読み取られた識別データに応じて各々の光学系ユニットに個別に制御信号を送る制御手段を含むことを特徴とする光学系システム。
14. 請求項１、または請求項３ないし９いずれか記載の複数の光学系ユニットと、前記記憶手段から読み取られた識別データに応じ、前記第１または第２の接続端子を通して各々の光学系ユニットに個別に制御信号を送る制御手段を含むことを特徴とする光学系システム。
15. 請求項２ないし９いずれか記載の複数の光学系ユニットと、前記記憶手段から読み取られた識別データに応じ、前記信号線を通して各々の光学系ユニットに個別に制御信号を送る制御手段を含むことを特徴とする光学系システム。
16. 光軸方向に連結される複数の光学系ユニットからなり、
    少なくとも一つの前記光学系ユニットは、
    レンズ群と、
    レンズ駆動源と、
    該レンズ群の種類を識別する識別データを記憶する記憶手段と、
    光軸方向の前端に設けられた第１の連結部と、
    後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備え、
    この第１の連結部及び第２の連結部の形状を他の光学系ユニットの第１の連結部及び第２の連結部の形状と共通にしたことを特徴とする光学系システム。
17. 前記複数の光学系ユニットの内、少なくとも一つの光学系ユニットは、光量を調整する光量調整手段と、この光量調整手段の種類を識別する識別データを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１６記載の光学系システム。
18. 前記複数の光学系ユニットの内、少なくとも一つの光学系ユニットは、撮像素子と、この撮像素子の種類を識別する識別データを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１６または１７記載の光学系システム。
19. 前記複数の光学系ユニットの内、少なくとも一つの光学系ユニットは、手振れ防止手段と、この手振れ防止手段の種類を識別する識別データを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１６ないし１８いずれか記載の光学系システム。
20. 前記レンズ駆動源が、圧電素子またはモータであることを特徴とする請求項１６ないし１９いずれか記載の光学系システム。
21. 前記光学系ユニットが取り付けられる部品に、前記連結部と嵌合する連結部を備えたことを特徴とする請求項１６ないし２０いずれか記載の光学系システム。
22. 光軸方向に連結される光学系ユニットであって、
    少なくとも光学系部品と、
    この光学系部品を駆動する駆動源と、
    該光学系部品の種類を識別する識別データを記憶する記憶手段と、
    光軸方向の前端に設けられた第１の連結部と、
    後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備え、
    この第１の連結部及び第２の連結部の形状を他の光学系ユニットの第１の連結部及び第２の連結部の形状と共通にしたことを特徴とする光学系ユニット。
23. 前記複数の光学系部品は、レンズ群を備えた光学系部品、光量を調整する光量調整手段を備えた光学系部品、撮像素子を備えた光学系部品、手振れ防止手段を備えた光学系部品の内、いずれか一つの光学系部品を含むことを特徴とする請求項２２記載の光学系ユニット。
24. 前記駆動源が、圧電素子またはモータであることを特徴とする請求項２２または２３記載の光学系ユニット。
25. 前記レンズ群を駆動する駆動源は、磁場を形成する円筒形状のステータと、前記円筒形状と同軸の円筒形状を有し、前記ステータによって形成された磁場によって前記ステータに対して回転駆動するローラと、前記ロータの更に内側に位置し、前記レンズ群を保持し、前記レンズ群の光軸が前記円筒形状の軸に沿うように保持するレンズ枠と、前記ロータの回転駆動による力の方向を前記光軸に沿う方向へ変換して前記レンズホルダに伝達する変換機構とを備えたことを特徴とする請求項２３または２４記載の光学系ユニット。
26. 前記光学系ユニットが取り付けられる部品に、前記連結部と嵌合する連結部を備えたことを特徴とする請求項２２ないし２５いずれか記載の光学系ユニット。
27. 光軸方向に連結される複数の光学系ユニットからなり、
    少なくとも一つの前記光学系ユニットは、
    レンズ群及びレンズ駆動源と、
    該レンズ群の種類を識別する識別データを記憶する記憶手段と、
    光軸方向の前端に設けられた第１の連結部と、
    後端に設けられ第１の連結部と連結可能な形状を有する第２の連結部とを備え、
    この第１の連結部及び第２の連結部の形状を他の光学系ユニットの第１の連結部及び第２の連結部の形状と共通にしたことを特徴とする撮影装置。
28. 前記レンズ群及びレンズ駆動源は、前後に連結部を備えた筐体に組み込まれていることを特徴とする請求項２７記載の撮影装置。
    

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