JP2006194957A - 撮像装置、レンズ鏡筒及び回路基板 - Google Patents

撮像装置、レンズ鏡筒及び回路基板 Download PDF

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恵慈 大久保
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Abstract

【課題】 携帯性を向上させた撮像装置、及びこれに用いられるレンズ鏡筒及び回路基板を提供する。
【解決手段】 FPC22には、CCD61及びIC部品65が実装されている。このFPC22は、CCD61が実装された実装面22aを内側にして、CCD61とIC部品65との間で略直角に折り曲げられている。また、下部鏡筒32の光軸方向後端には、CCD61が収納される収納部60が形成されている。さらに、下部鏡筒32の前面には、IC部品65が収納される収納部32aが形成されている。FPC22を下部鏡筒32に取り付けた時に、CCD61が収納部60に収納され、IC部品65は収納部32aに収納される。また、FPC22の裏面には、CCD61に対応する位置に補強板68が取り付けられている。
【選択図】 図7

Description

本発明は、レンズ鏡筒の光軸方向後端部に撮像素子を備えた撮像装置と、この撮像装置に用いられるレンズ鏡筒及び回路基板に関する。
近年、撮影レンズによって結像された被写体像を撮像する撮像素子を備え、この撮像素子によって得られた画像データをメモリカード等の記憶媒体に記憶させる撮像装置であるデジタルカメラが一般に普及している。このようなデジタルカメラは、ユーザによって屋外に持ち出されて使用されることが多いため、カメラ本体の薄型化及び小型化して携帯性を向上させることが望まれている。
このような課題を解決するために、被写体光束が透過する撮影光学系の光路中に被写体光束の光軸を略直角方向に折り曲げる反射光学部材を配置し、被写体光束を結像させるのに必要な光路長を確保して、カメラ本体の小型化を実現したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−66309号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載のデジタルカメラでは、撮影レンズの背後に配置される撮像素子が実装される撮像基板と、画像信号処理回路等の回路部品が実装されている回路基板とを屈曲性を有する回路基板であるFPC(Flexible Printed Circuit)を用いて電気的に接続している。このため、デジタルカメラの本体内に、撮像基板及び回路基板の2つの基板を配置するスペースを設ける必要があり、デジタルカメラ本体を小型化して、携帯性を向上させることが難しいという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、携帯性を向上させた撮像装置、及びこの撮像装置に用いられるレンズ鏡筒並びに回路基板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、レンズを保持するレンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒に保持され、前記レンズによって結像された被写像を撮像する撮像素子とを備えた撮像装置であり、前記レンズ鏡筒の光軸方向後端部に形成され、前記撮像素子が収納される第1収納部と、前記撮像素子及び所定部品が実装され、前記撮像素子が実装された実装面を内側にして、前記撮像素子と前記所定部品との間で折り曲げられた屈曲性を有する回路基板とを備え、前記回路基板を前記レンズ鏡筒に取り付けた時に、前記撮像素子が前記第1収納部内に収納され、前記所定部品は前記レンズ鏡筒の側面に配置されることを特徴とするものである。
また、前記レンズ鏡筒の側面に形成され、前記所定部品が収納される第2収納部を備え、前記回路基板を前記レンズ鏡筒に取り付けた時に、前記所定部品が前記第2収納部に収納されることが好ましい。
さらに、前記実装面の裏面には、前記撮像素子に対応する位置に補強板が設けられていることが好ましい。また、前記補強板をガラスエポキシ樹脂で形成しても良いし、金属で形成しても良い。
さらに、前記回路基板には、前記所定部品が複数実装されており、前記第2収納部は、前記レンズ鏡筒の側面の各所定部品に対応する位置に複数形成されていることが好ましい。また、前記所定部品は、前記撮像素子によって取得された画像データのノイズ成分を除去する回路部品であることが好ましい。
さらに、前記レンズ鏡筒の光軸方向後端部を覆うように取り付けられる板バネを備え、この板バネによって、前記回路基板及び前記撮像素子が前記第1収納部に向けて付勢されて、前記レンズ鏡筒に固定されることが好ましい。また、前記回路基板は、前記レンズ鏡筒の側面にネジ止めされることが好ましい。
また、本発明のレンズ鏡筒は、上記記載の撮像装置に用いられ、前記第1及び第2収納部を備えていることを特徴とするものである。さらに、本発明の回路基板は、上記記載の撮像装置に用いられ、前記撮像素子及び所定部品が実装され、前記撮像素子が実装された実装面を内側にして前記撮像素子と前記所定部品との間で折り曲げられていることを特徴とするものである。
本発明の撮像装置によれば、撮像素子と所定部品とが屈曲性を有する回路基板に実装されており、この回路基板は、撮像素子が実装された実装面を内側にして撮像素子と所定部品との間で折り曲げられているので、回路基板をレンズ鏡筒に取り付けた時に、撮像素子がレンズ鏡筒の光軸方向後端部に形成された第1収納部に収納され、所定部品がレンズ鏡筒の側面に配置される。このため、所定部品を実装する基板を別個に配置する必要がないため、撮像装置本体内のスペースを有効利用して撮像装置の小型化及び携帯性の向上を実現できる。
また、所定部品がレンズ鏡筒の側面に形成された第2収納部に収納されるので、所定部品がレンズ鏡筒の側面から突出しない。このため、撮像装置本体内でのスペースを有効利用して、撮像装置本体をさらに小型化することができる。
さらに、撮像素子が実装された実装面の裏側には、撮像素子に対応する位置に補強板が設けられているので、撮像素子が実装された部分の回路基板の平面性が維持され、半田浮きを防止することができる。
また、所定部品は、撮像素子によって取得された画像データのノイズ成分を除去する回路部品であり、この回路部品を撮像素子と同じ回路基板上に配置することにより、撮像素子との距離が短くなり、ノイズの発生を少なくすることができる。
図1及び図2に示すデジタルカメラ10は、カメラ本体11の前面に、前レンズ12及びストロボ発光部13が設けられており、上面には、電源ボタン14及びシャッタボタン15が設けられている。
カメラ本体11の背面には、LCD(Liquid Crystal Display)16、ズーム操作ボタン17、カーソルボタン18、及びモード切替ボタン19が設けられている。モード切替ボタン19は、撮影画像をメモリカードに記録する撮影モードと、メモリカードに記録された画像を再生する再生モードと、各種設定を行うセットアップモードとを切り替える際にユーザによって操作される。
LCDパネル16は、画像再生に使用される他、撮影モード時には、フレーミング用のスルー画を表示する電子ビューファインダとしても機能する。また、LCDパネル16は、セットアップモードに設定された時にメニュー画面を表示する。カーソルボタン18は、このメニュー画面上でのカーソルの移動や、メニュー画面に表示された項目を選択する際に操作される。ズーム操作ボタン17は、ズーム倍率を変更する際に操作される。
また、カメラ本体11には、前述の前レンズ12を備えた撮像ユニット20が組み込まれている。以下に、この撮像ユニット20の構成を説明する。図3に示す撮像ユニット20は、レンズ鏡筒21と、このレンズ鏡筒21の下面を覆うように設けられ、屈曲性を有する回路基板であるFPC(Flexible Printed Circuit)22と、このFPC22を覆うように設けられ、FPC22をレンズ鏡筒21に向けて付勢して固定する板バネ23とを備えている。
レンズ鏡筒21は、上部鏡筒31と、下部鏡筒32と、これらの間に配置されたシャッタユニット33とを備えており、これらがネジによって連結されている。
図4に示すように、上部鏡筒31は、前レンズ12と、プリズム41と、後レンズ群42とからなる第1レンズ群43と、第2レンズ群44とを保持している。上部鏡筒31は、上部に形成され断面形状が略三角形のフレームからなるプリズム収納部45と、プリズム収納部45の下方に形成され略直方体形状のフレームからなるレンズ収納部46とを備えている。
プリズム収納部45の前面には、前レンズ12を保持するレンズ枠47が取り付けられており、前レンズ12の背後には、横長な矩形の開口45aが形成されている。また、前レンズ12と開口45aとの間には、遮光マスク48が設けられている。この遮光マスク48は、撮影画像に悪影響を及ぼす光、つまり開口45aの上方から入射する太陽光などの有害光を遮光する。
プリズム収納部45内には、三角柱形状の直角プリズム41が収納され、前レンズ12の背後に配置されている。この直角プリズム41は、前レンズ12と対面し、前レンズ12を透過した被写体光束が入射する入射面41aと、入射面41aと鋭角をなして連なるとともに入射面41aから入射した被写体光束を略直角に反射する反射面41bと、入射面41aと直角をなして連なるとともに反射面41bで反射された被写体光束をプリズム外に出射させる出射面41cとを有する。
前レンズ12を透過した被写体光束は、入射面41aと略直交するように直角プリズム41内に入射して、反射面41bによって略直角に反射され、出射面41cと略直交するように出射する。このため、前レンズ12の光軸L1は、直角プリズム42によって光軸L1と略直角な光軸L2に屈曲される。
また、レンズ収納部46には、後レンズ群42及び第2群レンズ44が収納され、屈曲された光軸L2上に配置されている。後レンズ群42は、レンズ42aとレンズ42bとで構成されており、レンズ枠49によって保持されている。このレンズ枠49は、直角プリズム41の出射面41cの下方に配置されており、レンズ収納部46に固定されている。また、第2レンズ群44は、レンズ44a〜44cの3枚のレンズで構成されており、レンズ枠50によって保持されている。
また、この第2レンズ群44はズームレンズ群であり、レンズ収納部46には光軸L2と平行に配置された2本のガイド軸(図示せず)が設けられている。レンズ枠50は、これらのガイド軸によって進退自在に保持されており、第2レンズ群44が光軸L2に沿って進退移動する。これらのガイド軸は、一端がレンズ収納部46によって保持され、他端がレンズ枠55によって保持されている。レンズ枠50は、モータ51の駆動によって、これらのガイド軸に沿って移動される。
また、モータ51はステッピングモータであり、レンズ枠50の原点位置は、光学的位置検出手段であるフォトインタラプタ(図示せず)によって検出され、この検出信号に基づいて第2レンズ群44の位置が制御される。これにより、第2光軸L2上において、第2レンズ群44と、後述する第4レンズ群58との相対的な距離が変化して被写体画像のズーミングが行われる。
シャッタユニット33は上部鏡筒31の下部に取り付けられており、箱形に形成されたユニット本体52と、ユニット本体52に取り付けられたモータ53とから構成されている。また、このユニット本体52の上面には、第3レンズ群54が設けられている。この第3レンズ群54は、レンズ54aを備えており、このレンズ54aがレンズ枠55によって保持されている。このレンズ枠55は、上部鏡筒31の下端に固定されている。
また、ユニット本体52の内部には、絞り機能を有するシャッタ装置56が設けられており、互いに対向する一対のシャッタ羽根等によって構成されている。ユニット本体52の上下の両面には開口が形成されており、シャッタ羽根はモータ53によって駆動され、開口に入射する被写体光の光量、すなわち、後述する第4レンズ群58に入射する被写体光の光量を調節する。
下部鏡筒32には、第4レンズ群58が収納されている。この第4群レンズ58は、レンズ58a,58b,58cの3枚のレンズで構成され、レンズ枠59によって保持されている。この第4レンズ群59はフォーカスレンズ群であり、下部鏡筒32内には、光軸L2と平行に配置された2本のガイド軸(図示せず)が設けられている。レンズ枠59は、これらのガイド軸によって光軸L2に沿って進退自在に保持されている。
このレンズ枠59は、下部鏡筒32の外壁に配置されたモータ(図示せず)の駆動によって光軸L2上で進退移動する。このモータは、モータ51と同様にステッピングモータであり、レンズ枠の原点位置は、光学的位置検出手段であるフォトインタラプタによって検出され、この検出信号に基づいて第4レンズ群58の位置が制御される。ズーミングが行われた後、第4レンズ群58が第2光軸L2上で移動し、被写体像のピントが調節される。
第4レンズ群58の下方、すなわち下部鏡筒32の光軸方向後端には、凹部である収納部(第1収納部)60が形成されている。この収納部60には、前述の第1〜4レンズ群によって結像された被写体像を撮像する撮像素子であるCCDイメージセンサ(以下、単にCCDと称する)61が収納される。また、この収納部60の上方、すなわちCCD61の前方には、光学的ローパスフィルタ62が設けられている。この光学的ローパスフィルタ62は、水晶の複屈折を利用して画像を劣化させる高周波成分を光学的に抑制するフィルタである。
図5及び図6に示すように、下部鏡筒32には、下面を覆うようにFPC22が設けられている。このFPC22には、CCD61及びIC(Integrated Circuit)部品(所定部品)65,66が実装されている。CCD61は、FPC22の一方の面に実装されており、この実装面22aを内側にして、CCD61とIC部品65との間、及びCCD61とIC部品66との間で略直角に折り曲げられており、下部鏡筒32の側面に沿う形状にされている。また、FPC22は、IC部品66の側部でも略直角に折り曲げられており、下部鏡筒32の背面に沿う形状にされている。なお、これらの折り曲げ角度は、FPC22が取り付けられる下部鏡筒32の壁面形状に合わせて決められるものであり、適宜決められる。
さらに、実装面22aの裏面22bには、CCD61に対応する位置に略正方形状の補強板68が取り付けられている。この補強板68は、ガラスエポキシ樹脂や金属等の材質で形成されており、接着剤によって取り付けられている。この補強板68によって、CCD61が実装された部分のFPC22の平面性が維持されて、半田浮きを防止することができる。
また、このFPC22は、IC部品65の上方の端部にネジが挿通される穴69が形成されている。この穴69にネジ70が挿通され、下部鏡筒32の前面に形成されたネジ穴80に螺合させることによって、FPC22の一端が取り付けられる。また、下部鏡筒32の背面側に配置されたFPC22の他端は、デジタルカメラ10内に設けられた基板(図示せず)と接続される。
上記構成のFPC22は、金属製の板バネ23によって固定される。この板バネ23は、板状部材である本体90と、この本体90の一端を略直角に折り曲げて形成され、下部鏡筒32の側面に配置されたFPC22と当接する当接片91と、この当接片91を挟んで左右の端部を折り曲げて形成され、下部鏡筒32の壁面に形成された2つの係止爪81によって係止される2つの被係止片92とを備えている。被係止片92には、係止爪81によって係止される被係止穴92aが形成されている。
また、本体90の上面には、FPC22の裏面22bと当接して押圧する突起93が3個形成されている。さらに、本体90には、ネジ94が挿通される穴95が2個形成されている。板バネ23を下部鏡筒32に取り付ける際、当接片91を下部鏡筒32の側面に位置するFPC22に当接させ、係止爪81によって被係止穴92aを係止させる。その後、2つの穴95の各々にネジ94を挿通させて、下部鏡筒32の下面に形成されたネジ穴82に螺合させることにより、板バネ23が下部鏡筒32に取り付けられる。
この時、図7に示すように、突起93がFPC22の裏面22bと当接するが、この突起93は周辺部分よりも高いので、本体90が下方に向かって僅かに湾曲する。本体90は、元の形状に復帰する方向に力が作用するため、突起93がFPC22の裏面22b側からCCD61を上方に押し上げる方向に付勢する。これにより、CCD61は収納部60の所定位置に固定され、FPC22も下部鏡筒32に固定される。また、IC部品65は、下部鏡筒32の前面に形成された凹部である収納部32a(第2収納部)に収納され、IC部品66は、下部鏡筒32の側面に形成された凹部である収納部31b(第2収納部)に収納される。これらの収納部31a,31bを形成せずに、IC部品65,66を下部鏡筒32の側面に当接させても良いが、収納部31a,31bを形成することにより、IC部品65,66をレンズ鏡筒21の外形からはみ出さずに配置することができる。
次に、デジタルカメラ10の電気的構成について説明する。図8に示すように、デジタルカメラ10には、カメラ全体を制御するシステムコントローラ100が設けられている。システムコントローラ100は、各部を制御する制御プログラムが記憶されたROM100aと、作業用データを一時的に記憶するRAM100bとを備えている。システムコントローラ100は、この制御プログラムに基づいて各部を制御する。
システムコントローラ100は、モータドライバ101を介してモータ51,53,102に接続されており、システムコントローラ100がモータドライバ101を制御して、モータ51,53,102を駆動する。モータ51は、前述の第2レンズ群44を光軸L2に沿って進退移動させ、モータ53はシャッタ装置56を駆動する。また、モータ102は、第4レンズ群58を光軸L2に沿って進退移動させる。
また、システムコントローラ100には、CCDドライバ103を介してCCD61が接続されている。システムコントローラ100は、CCDドライバ103を制御することによりCCD61を駆動する。CCD61は、光電変換により被写体像を電気信号に変換して、アナログ信号である画像データを取得する。さらに、このCCD61は、画像信号処理部104と接続されており、CCD61によって撮像された画像データが画像信号処理部104に出力される。この画像信号処理部104は、データバス105を介してシステムコントローラ100に接続されており、システムコントローラ100によって制御される。
画像信号処理部104は、相関二重サンプリング回路(CDS)、増幅器(AMP)、A/D変換器、信号処理回路、メモリ、圧縮伸張処理回路等を備えて構成されている。CDSは、CCD61によって取得された画像データのノイズを除去する。AMPは、ノイズが除去された画像データを増幅してA/D変換器に出力する。A/D変換器は、増幅された画像データをアナログ信号からデジタル信号の画像データに変換して信号処理回路に出力する。
信号処理回路は、デジタル信号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補正等の各種画像処理と、YC変換処理とを施す。前述のIC部品65,66は、この画像信号処理部を構成するものであり、IC部品65は、画像データのノイズを除去するCDSである。
撮影モード時において、撮影処理が実行される前に画像信号処理部104に入力された画像データは、簡易な画像処理と簡易なYC処理とが施されてLCDドライバ106に出力される。システムコントローラ100は、LCDドライバ106を制御して画像データをLCD16にスルー画として表示させる。
また、撮影処理が実行された時に、画像信号処理部104に入力された画像データは、画像処理、YC変換処理、及び圧縮処理(例えばJPEG方式)等が施される。システムコントローラ100は、メディアコントローラ107を制御して圧縮された画像データをメモリカード108に記憶させる。また、再生モードでは、メモリカード108に記憶された画像データに対して伸張処理が施されて、LCD16に再生画像として表示させる。
また、システムコントローラ100には、電源ボタン14、シャッタボタン15、ズーム操作ボタン17、カーソルボタン18、モード切替ボタン19が接続されている。システムコントローラ100は、各ボタンから操作信号を取得して、各操作信号に対応する処理を実行する。
前述したように、FPC22は、CCD61及びIC部品65,66が実装されており、CCD61の実装面22aを内側にして、CCD61とIC部品65,66との間で折り曲げられている。このFPC22をレンズ鏡筒に取り付けた時に、CCD61が収納部60に収納され、IC部品65,66が収納部32a,32bにそれぞれ収納される。このため、IC部品65,66をCCD61とは別の回路基板に設けた場合と比べて、カメラ本体11内で占めるスペースが小さくなり、カメラ本体11を小型化することができる。
また、IC部品65は、画像データのノイズを除去するCDSであり、CCD61と共にFPC22に実装されている。このため、CCD61とIC部品65との距離が短くなり、IC部品65がCCD61から画像データを取得する時に、画像データのノイズ成分が少なくなる。
なお、上記実施形態において、撮像素子としてCCDイメージセンサを用いる場合を例に説明したが、これに限るものではなく、例えばCMOSイメージセンサを用いても良い。
また、上記実施形態において、屈曲性を有する回路基板に2個の所定部品を実装させた場合を例に説明したが、これに限るものではなく、回路基板に1個の所定部品を実装させても良いし、3個以上の所定部品を実装させても良い。
さらに、上記実施形態では、屈曲光学系のレンズ鏡筒を備えた撮像装置を例に説明したが、これに限るものではなく、被写体光束を屈曲させずに結像させる通常のレンズ鏡筒にも本発明を適用できる。また、レンズ鏡筒の形状も本実施形態に限定されるものではなく、本発明を円筒状のレンズ鏡筒に適用しても良い。
さらに、上記実施形態において、本発明の撮像装置をデジタルカメラに適用した場合を例に説明したが、これに限るものではなく、例えばデジタルビデオカメラに適用しても良い。
デジタルカメラの前面側の構成を示す斜視図である。 デジタルカメラの背面側の構成を示す斜視図である。 撮像ユニットの構成を示す斜視図である。 レンズ鏡筒の構成を示す断面図である。 撮像ユニットの構成を示す分解斜視図である。 FPCの構成を示す斜視図である。 FPC及び板バネの取り付け状態を示す断面図である。 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
符号の説明
10 デジタルカメラ
21 レンズ鏡筒
22 FPC
22a 実装面
23 板バネ
60 収納部
32a,32b 収納部
61 CCD
65,66 IC部品
68 補強板

Claims (11)

  1. レンズを保持するレンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒に保持され、前記レンズによって結像された被写像を撮像する撮像素子とを備えた撮像装置において、
    前記レンズ鏡筒の光軸方向後端部に形成され、前記撮像素子が収納される第1収納部と 、
    前記撮像素子及び所定部品が実装され、前記撮像素子が実装された実装面を内側にして、前記撮像素子と前記所定部品との間で折り曲げられた屈曲性を有する回路基板とを備え、
    前記回路基板を前記レンズ鏡筒に取り付けた時に、前記撮像素子が前記第1収納部内に収納され、前記所定部品は前記レンズ鏡筒の側面に配置されることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記レンズ鏡筒の側面に形成され、前記所定部品が収納される第2収納部を備え、前記回路基板を前記レンズ鏡筒に取り付けた時に、前記所定部品が前記第2収納部に収納されることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記実装面の裏面には、前記撮像素子に対応する位置に補強板が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の撮像装置。
  4. 前記補強板は、ガラスエポキシ樹脂で形成されていることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
  5. 前記補強板は、金属で形成されていることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
  6. 前記回路基板には、前記所定部品が複数実装されており、前記第2収納部は、前記レンズ鏡筒の側面の各所定部品に対応する位置に複数形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか記載の撮像装置。
  7. 前記所定部品は、前記撮像素子によって取得された画像データのノイズ成分を除去する回路部品であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか記載の撮像装置。
  8. 前記レンズ鏡筒の光軸方向後端部を覆うように取り付けられる板バネを備え、この板バネによって、前記回路基板及び前記撮像素子が前記第1収納部に向けて付勢されて、前記レンズ鏡筒に固定されることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか記載の撮像装置。
  9. 前記回路基板は、前記レンズ鏡筒の側面にネジ止めされることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか記載の撮像装置。
  10. 請求項2ないし請求項9いずれか1つ記載の撮像装置に用いられ、前記第1及び第2収納部を備えていることを特徴とするレンズ鏡筒。
  11. 請求項1ないし請求項9いずれか1つ記載の撮像装置に用いられ、前記撮像素子及び所定部品が実装され、前記撮像素子が実装された実装面を内側にして前記撮像素子と前記所定部品との間で折り曲げられていることを特徴とする回路基板。
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