JP2007086221A

JP2007086221A - 光学装置、撮像装置及び携帯端末装置

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Publication number: JP2007086221A
Application number: JP2005272828A
Authority: JP
Inventors: Toramasa Ikeda; 虎正池田; Toru Minematsu; 徹峰松
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications Japan Inc
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】携帯電話機に設けられている固定焦点カメラ装置の小型、安価、耐衝撃性の利点を損なうことなく、明るさ及び被写界深度を調整可能な絞り機能を付加する。
【解決手段】
携帯電話機に設けられている固定焦点カメラ装置であるカメラ部８において、撮像素子２１の前段に設けられている光学系２０の前段レンズ２２及び後段レンズ２３の間に液晶絞り部２４を設ける。液晶絞り部２４は、撮像光の光軸を中心とした同心円状に分割された第１〜第４の液晶絞り領域部３１〜３４を有しており、オン制御された液晶絞り領域部は撮像光を透過し、オフ制御された液晶絞り領域部は撮像光を遮蔽するようになっている。撮像素子２１からの撮像信号の輝度レベルに応じて、第２〜第４の液晶絞り領域部３２〜３４をオンオフ制御することで、撮像素子２１に入射する撮像光の光量及び入射範囲を調整することができ、明るさ及び被写界深度の調整を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラ機能を有する例えば携帯電話機、ＰＨＳ電話機（PHS：Personal Handyphone System）、ＰＤＡ装置（PDA：Personal Digital Assistant）、ノート型のパーソナルコンピュータ装置等に適用して好適な光学装置、撮像装置及び携帯端末装置に関する。

今日において、カメラモジュールを有する携帯電話機が広く普及している。このカメラモジュールには、携帯電話機がユーザにより携帯されるものであるため、小型化された筐体に対応可能なように小型であることが求められ、また、携帯電話機の携帯時における衝撃に耐えうる耐衝撃性が求められるうえ、当該携帯電話機をユーザに対して安価に提供するためにも安価であることが求められる。

このような小型、安価、耐衝撃性を兼ね備えたカメラモジュールとして、固定焦点レンズのカメラモジュールが知られており、通常、携帯電話機には、この固定焦点レンズのカメラモジュールが設けられている。

しかし、この固定焦点レンズのカメラモジュールは、取り込みを行う撮像光の範囲の調整が困難なため、被写界深度の調整が困難となる。

ここで、通常のデジタルカメラ装置やフィルムを用いるカメラ装置の場合、機械式の絞り装置が設けられている。そして、この絞り装置を用いて取り込みを行う撮像光の光量の調整や、取り込みを行う撮像光の範囲の調整を行うことで、撮像する被写体の明るさや被写界深度の調整を行うようになっている。

なお、特開２００３−２１５６６４号の公開特許公報（特許文献１）に、カメラレンズの全段に、当該カメラレンズのカバーとして液晶装置を設け、この液晶装置の液晶分子の配向角度を制御することで、取り込みを行う撮像光の光量の調整を行う携帯端末が開示されている。

特開２００３−２１５６６４号公報（第４頁：図６）

固定焦点レンズのカメラモジュールに対して機械式の絞り装置を設けることで、上記明るさの調整や被写界深度の調整を行うことが可能となるが、この機械式の絞り装置を設けることで耐衝撃性が下がるうえ、カメラモジュール自体が高価なものとなる。このため、機械式の絞り装置を設けた場合、小型、安価、耐衝撃性という固定焦点レンズのカメラモジュールの利点の一部が失われる問題がある。

また、特許文献１に開示されている携帯端末の場合、液晶装置により、カメラレンズ全体に対して入射する撮像光の光量を調整しているため、明るさの調整は行うことができるのであるが、カメラレンズに対する入射範囲を調整することが困難であるため、被写界深度の調整を行うことが困難となる問題がある。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、小型、安価、耐衝撃性を兼ね備えたうえで、明るさ及び被写界深度の調整を可能とした光学装置、撮像装置及び携帯端末装置の提供を目的とする。

本発明に係る光学装置は、上述の課題を解決するための手段として、
一枚或いは複数枚の撮像レンズと
上記撮像レンズの前段、上記撮像レンズの後段、或いは複数の上記撮像レンズの間に設けられ、同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部に対してそれぞれ供給される制御信号に応じて、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御が該各液晶絞り領域部毎に可能となっている液晶絞り部とを有する。

また、本発明に係る撮像装置は、上述の課題を解決するための手段として、
一枚或いは複数枚の撮像レンズと
上記撮像レンズの前段、上記撮像レンズの後段、或いは複数の上記撮像レンズの間に設けられ、同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部に対してそれぞれ供給される制御信号に応じて、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御が該各液晶絞り領域部毎に可能となっている液晶絞り部と、
上記液晶絞り部を介して入射する撮像光に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを有する。

また、本発明に係る携帯端末装置は、上述の課題を解決するための手段として、当該携帯端末装置に設けられたカメラ部が、
一枚或いは複数枚の撮像レンズと
上記撮像レンズの前段、上記撮像レンズの後段、或いは複数の上記撮像レンズの間に設けられ、同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部を備えた液晶絞り部と、
上記液晶絞り部を介して入射する撮像光に応じた撮像信号を出力する撮像素子と、
上記撮像素子からの撮像信号に基づいて輝度レベルを検出し、この輝度レベルに応じた制御信号を、上記液晶絞り部の上記各液晶絞り領域部に対してそれぞれ供給することで、該各液晶絞り領域部毎に、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御を行う制御手段と
を有する。

このような本発明は、液晶絞り部の各液晶絞り領域部毎に、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御を行うことで、本発明が適用されるカメラ装置の小型、安価、耐衝撃性を維持したうえで、明るさ及び被写界深度の調整を可能とする。

本発明は、本発明が適用されるカメラ装置の小型、安価、耐衝撃性の各利点を維持したうえで、明るさ及び被写界深度の調整を可能とすることができる。

本発明は、カメラ機能を備えた携帯電話機に適用することができる。

［携帯電話機の構成］
この本発明の実施の形態となる携帯電話機は、図１に示すように無線基地局との間で無線通信を行うアンテナ１及び通信回路２と、着信音や受話音声の音響出力を得るためのスピーカ部３と、送話音声等を集音するためのマイクロホン部４と、画像（動画像、静止画像等）や文字等を表示するための表示部５と、所定の入力操作を行うための操作部６とを有している。

また、この携帯電話機は、発着信等を光で知らせるための発光部７（LED：Light Emitting Diode）と、所望の被写体の静止画像或いは動画像を撮像するためのカメラ部８と、カメラ部８で撮像された被写体の動画像或いは静止画像の撮像信号の信号処理を行う画像信号処理部９と、当該携帯電話機の筐体を振動させることで着信等をユーザに知らせるためのバイブレーションユニット１０とを有している。

また、この携帯電話機は、例えばスケジュール帳、電話帳、アドレス帳、音楽データ、静止画像データ、動画像データ、送受信した電子メールデータ等の各種データや、通信処理を行うための通信処理プログラム（コミュニケーションプログラム）、及び上記カメラ部８の撮像制御を行うためのカメラアプリケーションプログラム等の各種アプリケーションプログラムが記憶されたメモリ１１と、このメモリ１１に記憶されている上記コミュニケーションプログラムや各種アプリケーションプログラムに基づいて当該携帯電話機全体の動作を制御する制御部１２とを有している。

〔カメラ部の構成〕
図２にカメラ部８の光学系を概略的に示す。この図２からわかるように、カメラ部８は固定焦点カメラ装置となっており、被写体の撮像光に応じた撮像信号を形成する、例えばＣＣＤイメージセンサ（CCD：Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）等の半導体撮像素子２１（撮像素子２１）の前段に位置するように設けられた光学系２０を有している。

この光学系２０は、前段レンズ２２（撮像光が入射する側のレンズ）及び後段レンズ２３（撮像素子２１の手前のレンズ）の間に、例えばＳＴＮ液晶（STN：Super Twisted Nematic liquid crystal）やＤＳＴＮ液晶（DSTN：Dual-scan Super Twisted Nematic）、或いはＴＦＴ液晶（TFT：Thin Film Transistor）等で形成された液晶絞り部２４を有している。

なお、この図２においては、前後段の各レンズ２２、２３をそれぞれ１枚のレンズとして図示しているが、前後段の各レンズは、複数枚のレンズを用いてそれぞれ構成するようにしてもよい。

液晶絞り部２４は、この図２及び図３に示すように撮像光の光軸を中心とした所定の大きさの略真円形の第１の液晶絞り領域部３１を中心として、この第１の液晶絞り領域部３１の外周に沿って設けられた第２の液晶絞り領域部３２、この第２の液晶絞り領域部３２の外周に沿って設けられた第３の液晶絞り領域部３３、この第３の液晶絞り領域部３３の外周に沿って設けられた第４の液晶絞り領域部３４を有している。

これら各液晶絞り領域部３１〜３４は、制御部１２により、それぞれ独立して駆動されるようになっており、制御部１２によりオン制御された場合には撮像光を透過し、制御部１２によりオフ制御された場合には撮像光を遮蔽するようになっている。

なお、この例では、液晶絞り部２４に対して第１〜第４の計４つの液晶絞り領域部３１〜３４を設けることとしたが、これは、２つの液晶絞り領域部や５つの液晶絞り領域部を設ける等のように、設計等に応じて任意の数の液晶絞り領域部を設ければよい。また、液晶絞り部２４の第１の液晶絞り領域部３１の代わりに、当該第１の液晶絞り領域部３１の大きさに相当する孔部を設け、この孔部を介して、常時、撮像光が透過する構成としてもよい。この場合、上記第２〜第４の液晶絞り領域部３２〜３４がオン／オフ制御されることとなる。

また、この例では、液晶絞り部２４を前後段の各レンズ２２、２３の間に設けることとしたが、前段のレンズ２２の前段（撮像光が入射する側）に液晶絞り部２４を設けてもよいし、後段のレンズ２３の後段（撮像素子２１側）に液晶絞り部２４を設けてもよい。

［カメラ部の動作］
この実施の形態の携帯電話機において、ユーザにより操作部６を介してカメラ部８の起動が指定されると、制御部１２はメモリ１１に記憶されているカメラアプリケーションプログラムに基づいてカメラ部８を起動制御して撮像光の取り込みを開始する。

この撮像光の取り込みを開始する際、制御部１２は、例えば液晶絞り部２４の第１及び第２の液晶絞り領域部３１、３２をオン制御し、この他の第３及び第４の液晶絞り領域部３３、３４をそれぞれオフ制御する。これにより、液晶絞り部２４に入射した撮像光のうち、第１及び第２の液晶絞り領域部３１、３２に入射した撮像光が当該液晶絞り部２４を透過して撮像素子２１に入射し、第３及び第４の液晶絞り領域部３３、３４に入射した撮像光は遮蔽されることとなる。

撮像素子２１は、この第１及び第２の液晶絞り領域部３１、３２を透過することで入射した撮像光の光量に対応する撮像信号を形成し、これを画像処理部９に供給する。画像処理部９は、撮像素子２１から供給された撮像信号の輝度レベルを検出し、この検出出力を制御部１２に供給する。制御部１２は、この画像処理部９から供給された上記輝度レベルに基づいて、
１．撮像素子２１のシャッタースピードを制御するか、
２．撮像素子２１から出力される撮像信号を増幅処理する信号アンプの利得を制御するか、
３．液晶絞り部２４の絞り値を制御するか
を判別する。

これら各制御は、単的或いは複合的に行われるようになっており、例えば輝度レベルが大きい場合（＝露出オーバー）、制御部１２は、撮像素子２１のシャッタースピードを上げる制御を行い、又は（及び）、上記信号アンプの利得を下げる制御を行い、又は（及び）、液晶絞り部２４の絞り値を下げる制御を行う。また、輝度レベルが小さい場合（＝露出アンダー）、制御部１２は、撮像素子２１のシャッタースピードを下げる制御を行い、又は（及び）、上記信号アンプの利得を上げる制御を行い、又は（及び）、液晶絞り部２４の絞り値を上げる制御を行う。なお、どのような制御を行うかは、撮像各部の状況や撮像モードに応じて決定されるようになっている。

〔絞り値の制御〕
制御部１２は、液晶絞り部２４の絞り値の制御を以下のように行う。上述のように、この例の場合、制御部１２は、撮像光の取り込み開始の際に、液晶絞り部２４の第１及び第２の液晶絞り領域部３１、３２をオン制御し、第３及び第４の液晶絞り領域部３３、３４をそれぞれオフ制御するのであるが、この状態で画像信号処理部９から供給された輝度レベルが大きい場合（＝露出オーバー）、制御部１２は、図４に示すように液晶絞り部２４に対して絞り制御信号を供給し、オン制御している第２の液晶絞り領域部３２をオフ制御する。

これにより、第１の液晶絞り領域部３１のみが透過状態となり、第２〜第４の液晶絞り領域部３２〜３４が遮蔽状態となる。そして、液晶絞り部２４に入射した撮像光のうち、第１の液晶絞り領域部３１に入射した光のみが透過して撮像素子２１に入射し、第２〜第４の液晶絞り領域部３２〜３４に入射した光は遮蔽される。従って、露出オーバーの場合に、適正な露出に制御することができる。また、撮像素子２１に対する撮像光の入射範囲を調整しているため、被写界深度の深い高画質な画像の撮像を可能とすることができる。

これに対して、画像信号処理部９から供給された輝度レベルが小さい場合（＝露出アンダー）、制御部１２は、図４に示すように液晶絞り部２４に対して絞り制御信号を供給し、オフ制御している第３の液晶絞り領域部３３（及び第４の液晶絞り領域部３４）をオン制御する。

これにより、第１〜第３の液晶絞り領域部３１〜３３或いは第１〜第４の液晶絞り領域部３１〜３４がそれぞれ透過状態となり、液晶絞り部２４に入射した撮像光のうち、第１〜第３の液晶絞り領域部３１〜３３に入射した光、或いは第１〜第４の液晶絞り領域部３１〜３４に入射した光が透過して撮像素子２１に入射する。従って、露出アンダーの場合でも、適正な露出に制御することができる。また、撮像素子２１に対する撮像光の入射範囲を調整しているため、被写界深度の深い高画質な画像の撮像を可能とすることができる。

［実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、この実施の形態の携帯電話機は、撮像素子２１の前段に、撮像光の光軸を中心とした同心円状の液晶絞り領域部３１〜３４を有する液晶絞り部２４を設け、これら各液晶絞り領域部３１〜３４をオンオフ制御することで、当該液晶絞り部２４を透過して撮像素子２１に入射する撮像光の光量、及び撮像素子２１に入射する撮像光の入射範囲を調整する。これにより、適正な露出に調整することができるうえ、被写界深度の深い高画質な画像の撮像を可能とすることができる。

また、機械式の絞り装置ではなく、上記複数の液晶絞り領域部３１〜３４を備えた液晶絞り部２４を設けることで絞り機能を実現している。このため、カメラ部８の小型、安価、耐衝撃性を損なうことなく、該カメラ部８に対して絞り機能を付加することができる。

［変形例］
上述の実施の形態では、主に第２〜第４の液晶絞り領域部３２〜３４をオンオフ制御して露出等の調整を行うこととしたが、図５に示すように第１〜第４の液晶絞り領域部３１〜３４を全体的にオンオフ制御して、液晶絞り部２４をシャッタとして用いてもよい。これにより、より高画質な画像の撮像を可能とすることができる。

最後に、上述の実施の形態の説明では、本発明を携帯電話機に適用することとしたが、本発明は、この他、ＰＨＳ電話機（PHS：Personal Handyphone System）、ＰＤＡ装置（PDA：Personal Digital Assistant），ノート型のパーソナルコンピュータ装置等の他の携帯端末装置に適用してもよい。この場合でも上述と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施の形態は、あくまでも本発明の一例として開示したに過ぎない。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、上述の実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論であることを付け加えておく。

本発明を適用した実施の形態となる携帯電話機のブロック図である。実施の形態の携帯電話機のカメラ部に設けられている光学系の模式図である。実施の形態の携帯電話機のカメラ部に設けられている液晶絞り部の模式図である。実施の形態の携帯電話機のカメラ部に設けられている液晶絞り部の制御系のブロック図である。実施の形態の携帯電話機のカメラ部に設けられている液晶絞り部をシャッタとして用いた場合の該液晶絞り部の模式図である。

符号の説明

１アンテナ、２通信回路、３スピーカ部、４マイクロホン部、５表示部、６操作部、７発光部（ＬＥＤ）、８カメラ部、９画像信号処理部、１０バイブレーションユニット、１１メモリ、１２制御部、１３制御部、２０光学系、２１撮像素子、２２前段のレンズ、２３後段のレンズ、２４液晶絞り部、３１液晶絞り部の第１の液晶絞り領域部、３２液晶絞り部の第２の液晶絞り領域部、３３液晶絞り部の第３の液晶絞り領域部、３４液晶絞り部の第４の液晶絞り領域部

Claims

一枚或いは複数枚の撮像レンズと
上記撮像レンズの前段、上記撮像レンズの後段、或いは複数の上記撮像レンズの間に設けられ、同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部を備えた液晶絞り部とを有し、
上記液晶絞り部は、上記各液晶絞り領域部に対してそれぞれ供給される制御信号に応じて、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御が上記各液晶絞り領域部毎に可能となっていること
を特徴とする光学装置。
請求項１に記載の光学装置であって、
上記液晶絞り部の略中心部分には撮像光を透過させる所定の大きさの孔部が設けられていること
を特徴とする光学装置。
請求項１又は請求項２に記載の光学装置であって、
上記撮像レンズは固定焦点レンズとなっていること
を特徴とする光学装置。
一枚或いは複数枚の撮像レンズと
上記撮像レンズの前段、上記撮像レンズの後段、或いは複数の上記撮像レンズの間に設けられ、同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部を備えた液晶絞り部と、
上記液晶絞り部を介して入射する撮像光に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを有し、
上記液晶絞り部は、上記各液晶絞り領域部に対してそれぞれ供給される制御信号に応じて、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御が上記各液晶絞り領域部毎に可能となっていること
を特徴とする撮像装置。
請求項４に記載の撮像装置であって、
上記液晶絞り部の略中心部分には撮像光を透過させる所定の大きさの孔部が設けられていること
を特徴とする撮像装置。
請求項４又は請求項５に記載の撮像装置であって、
上記撮像レンズは固定焦点レンズとなっていること
を特徴とする撮像装置。
カメラ部を備えた携帯端末装置において、
上記カメラ部は、
一枚或いは複数枚の撮像レンズと
上記撮像レンズの前段、上記撮像レンズの後段、或いは複数の上記撮像レンズの間に設けられ、同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部を備えた液晶絞り部と、
上記液晶絞り部を介して入射する撮像光に応じた撮像信号を出力する撮像素子と、
上記撮像素子からの撮像信号に基づいて輝度レベルを検出し、この輝度レベルに応じた制御信号を、上記液晶絞り部の上記各液晶絞り領域部に対してそれぞれ供給することで、該各液晶絞り領域部毎に、入射する光を透過し、入射する光を遮蔽し、或いは所定光量の光を透過させる透過光量の調整制御を行う制御手段と
を有することを特徴とする携帯端末装置。
請求項７に記載の携帯端末装置であって、
上記液晶絞り部の略中心部分には撮像光を透過させる所定の大きさの孔部が設けられていること
を特徴とする携帯端末装置。
請求項７又は請求項８に記載の携帯端末装置であって、
上記撮像レンズは固定焦点レンズとなっていること
を特徴とする携帯端末装置。