JP2007093712A - 光学モジュール及び該光学モジュールを備えた携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向の薄型化に係わる設計の自由度を向上できる光学モジュールを提供する。
【解決手段】レンズ群２１を保持するレンズ保持体２２と、レンズ群２１の光軸に直交する方向に延びる出力軸１３ｂを有し、出力軸１３ｂを回転させるモータ１３と、出力軸１３ｂの回転を光軸方向への並進運動に変換してレンズ保持体２２に伝達する伝達機構５３とを備える。さらに、光軸方向において、被写体側から順に、被写体側カバー１１、シャッタユニット１２、レンズユニット１４、及び基板１６が積層され、撮像素子35が設けられる基板16は、シャッタユニット12とレンズユニット14と略同等の広さを有し、撮像素子35が設けられる面と反対側の面には面に沿って延びるフレキシブルプリント配線板３７のみが設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学モジュール及び該光学モジュールを備えた携帯端末に関する。

カメラ等に含まれるレンズを光軸方向に駆動する技術として、例えば以下の技術がある。

特許文献１では、駆動モータによって光軸に沿って駆動されるフォーカス用撮像レンズと、当該撮像レンズの入射光の光量を調整する開口絞りとを備える撮像装置が開示されている。なお、レンズ、絞り、モータの配置は開示されていない。

特許文献２では、モータの駆動力によって、撮像レンズを合焦位置に駆動した後シャッタの開閉駆動を行う撮像装置が開示されている。モータは、出力軸が光軸に平行になるように配置されている。

特許文献３では、レンズ群の被写体側に開口絞りが配置された前絞り２群ズームレンズが開示されている。なお、モータ等の配置については開示されていない。

なお、単一の駆動源によりレンズや絞りを駆動する撮像装置、モータにより近接撮影用の光学部材を光路に出し入れする携帯端末等の技術も知られている。
特開昭６４−１７０３０号公報 特開平０３−３８６２５号公報 特開平１０−１２３４１８号公報

上述の技術では、モータは出力軸が光軸に平行になるように配置されている。従って、光軸方向に、レンズの移動範囲、モータの出力軸の長さ、モータ本体の長さ等を積算した大きさだけ、各部の配置領域を確保する必要があり、光軸方向における薄型化が制限される。また、レンズの位置検出を正確に行うことも要求される。

本発明の目的は、光軸方向に薄型化され、さらにはレンズの位置制御を正確に行える光学モジュールを提供することにある。

本発明の光学モジュールは、レンズと、該レンズを該レンズの光軸方向に移動可能に保持するレンズ用基体と、駆動力を出力する出力軸を有する駆動源と、前記出力軸から出力される駆動力を前記レンズ用基体に伝達する伝達機構と、シャッタ羽根と、前記シャッタ羽根を前記レンズの光路を開閉可能に保持するシャッタ用基体と、前記レンズにより光像が結像される撮像素子と、前記撮像素子が設けられる基板と、を備え、前記光軸方向に対して一方向から前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体、前記基板の順に積層的に配置され、かつ、前記駆動源は、前記シャッタ用基体及び前記レンズ用基体に対して、前記光軸と略垂直な方向において並列的に配置され、前記基板は、前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体と略同等の広さを有し、前記撮像素子が設けられる面と反対側の面には、面に沿って延びるフレキシブルプリント配線板のみが設けられていることを特徴とする。あるいは、レンズと、該レンズを該レンズの光軸方向に移動可能に保持するレンズ用基体と、駆動力を出力する出力軸を有する駆動源と、前記出力軸から出力される駆動力を前記レンズ用基体に伝達する伝達機構と、シャッタ羽根と、前記シャッタ羽根を前記レンズの光路を開閉可能に保持するシャッタ用基体と、前記レンズにより光像が結像される撮像素子と、前記撮像素子が設けられる基板と、を備え、前記光軸方向に対して一方向から前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体、前記基板の順に積層的に配置され、かつ、前記駆動源は、前記シャッタ用基体及び前記レンズ用基体に対して、前記光軸と略垂直な方向において並列的に配置され、前記基板は、前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体と略同等の広さを有し、前記撮像素子が設けられる面と反対側の面への部品実装を行わないことを特徴とする。

さらに好適には、前記基板の前記撮像素子側に被せられるカバー部材を備え、前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体、前記カバー部材、前記基板の順に積層され、前記基板は、前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体及び前記カバー部材と同等の広さを有することを特徴とする。

さらに好適には、前記駆動源は、前記出力軸が前記光軸に対して略垂直になるように配置され、 前記伝達機構は、前記出力軸から出力される駆動力を伝え、前記光軸に対して略直交する軸周りに回転するウォームと、前記ウォーム又は前記ウォームの回転を伝達する歯車と噛合するギア部及び前記光軸に直交する面に対し傾斜するカム部を有し、前記光軸に略平行な軸回りに回転するカムギアと、を備え、前記レンズ用基体は、前記カム部に当接し前記光軸方向に案内されることを特徴とする。

さらに好適には、前記カムギアに配置された被検出部と、前記カムギアの近傍に配置された検出部とを有する位置検出手段と、を有し、前記位置検出手段は、前記検出部により前記カムギアの回転を検出することで前記レンズの位置を検出することを特徴とする。

さらに好適には、前記カムギアは、該カムギアの内側から前記被検出部、カム部の順に配置されることを特徴とする。さらに好適には、前記カムギアは、該カムギアの同心円状に前記カム部、ギア部が配置されることを特徴とする
さらに本発明の光学モジュールを備えた携帯端末は、上述の光学モジュールを収納する筐体と、電池と、を備え、前記駆動源は前記電池から電力供給を受けることを特徴とする。

本発明によれば、光軸方向に薄型化され、さらにはレンズの位置制御を正確に行える光学モジュールを提供することができる。

図１及び図２は、本発明を適用した携帯電話機の一実施形態を示す外観斜視図である。携帯電話機１はいわゆる折り畳み式の携帯電話機として構成されており、図１は開状態を、図２は閉状態を示している。

携帯電話機１は、受話筐体２と、送話筐体３とを備え、受話筐体２及び送話筐体３は連結部４により開閉可能に連結されている。受話筐体２及び送話筐体３は、閉状態で互いに対向する面（正面）側の正面側ケース２ｃ、３ｃと、その背面側の背面側ケース２ｄ、３ｄと、をそれぞれ備えている。これらケースは、例えば樹脂によりそれぞれ一体成形される。

受話筐体２には、正面側に画像を表示するメイン表示部５と、その背面側に画像を表示するサブ表示部６とが、それぞれ各面に沿って設けられている。メイン表示部５及びサブ表示部６は、例えば液晶表示ディスプレイによって構成される。また、受話筐体２には、背面側ケース２ｄに設けられた開口部２ｅから被写体を撮像するための光学モジュール７と、背面側から発光するストロボ８とが設けられている。

送話筐体３は正面側に操作部９を備えている。操作部９には、テンキーボタン９ａ等の携帯電話機１を操作するための各種ボタンが配置されている。携帯電話機１は、テンキーボタン９への入力操作に応じて、無線通信や光学モジュール７による撮像を行う。

なお、携帯電話機１の内部には、無線通信用の高周波回路やアンテナ、通話用のマイクやスピーカが設けられているが、図示は省略する。また、同様に図示は省略しているが、操作部９の反対面にはカバーを有し、カバーを開放すると電池収納があり、電池が収納されている。本発明では、本電池から光学モジュール７の駆動源に電力供給を供給することで、部品点数の削減、および携帯電話機１の小型化を実現している。

図３（ａ）は、光学モジュール７の概観斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。なお、図３のｙ軸方向が光軸方向であり、図３（ａ）の紙面左下側及び図３（ｂ）の紙面上方側が被写体側（図２の紙面上方側）である。

光学モジュール７は、光軸方向において、被写体側から順に、被写体側カバー１１、シャッタユニット１２、レンズユニット１４、基板カバー１５及び基板１６が積層され、全体形状が光軸方向に薄い薄型直方体に概ね形成されている。

具体的には、被写体側カバー１１、レンズユニット１４（後述するレンズ用基体２３）、基体カバー１５、基板１６は、光軸方向にみて略同程度の大きさの略矩形状に形成されており、これら各部の側面は全体形状の側面を構成し、被写体側カバー１１及び基板１６は全体形状の被写体側の面及びその裏面を構成している。光学モジュール７は比較的小型のモジュールとして構成されており、例えば、光軸に直交する面の広さは２２ｍｍ×１６ｍｍ、光軸方向の厚さは６．９ｍｍである。

なお、光学モジュール７は、図３（ｂ）に示すように、レンズを光軸方向に駆動するためのモータ１３を内蔵しており、レンズの光軸方向の移動による合焦位置の調整が可能である。

図４は、光学モジュール７を被写体側からみた分解斜視図、図５は、光学モジュール７を被写体側の反対側からみた分解斜視図である。なお、図５においては、基板カバー１５及び基板１６を省略して示している。

被写体側カバー１１は、全体として矩形の箱体状に形成され、被写体側の板面１１ａと、板面１１ａの外周を囲む側面１１ｂとを有している。ｘ軸方向の一端側には、被写体側カバー１１の広さの略半分の大きさの矩形状の開口部１１ｃが開口し、シャッタユニット１２の大部分が露出する。被写体側カバー１１は、例えば金属により形成されている。なお、光学モジュール７において、被写体側カバー１１は、省略してもよい。

シャッタユニット１２は、外形が、全体としてレンズユニット１３の略半分の広さを有する薄型の略直方体状に形成されている。図５に示すように、シャッタユニット１２のレンズユニット１４側には、光路を中心とする円形の凹部１２ａが設けられており、図３（ｂ）にも示すように、凹部１２ａには後述するレンズ群２１が挿入され、凹部１２ａはレンズ群２１の移動領域の一部を規定することも可能である。

図４及び図５に示すように、モータ１３は、光軸に対してシャッタユニット１２と並列に、すなわち、光軸に直交する方向においてシャッタユニット１２とモータ１３とが配列されるようにレンズユニット１４の被写体側に設けられている。また、図３（ｂ）に示すように、モータ１３は後述するレンズ群２１の径方向外側に位置する。

なお、図４及び図５に示すように、モータ１３の被写体側には、シャッタユニット１２、モータ１３等を基板１６に対して電気的に接続するためのフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）３２が設けられている。

レンズユニット１４は、レンズ群２１と、レンズ群２１を保持するレンズ保持体２２と、レンズ保持体２２をレンズ群２１の光軸方向に移動可能に保持するレンズ用基体２３と、を備えている。

レンズ群２１は、図４に示すように、例えば、３枚の光学レンズを含んで構成され、被写体側から第１レンズ２４、マスク２５、第２レンズ２６、マスク２７、第３レンズ２８の順に積層されている。第１レンズ２４、第２レンズ２６、第３レンズ２８は、被写体側から徐々に径が大きくなるように構成されている。なお、単一のレンズがレンズ保持体２２に保持されていてもよい。

レンズ保持体２２は、図３（ｂ）にも示すように、各レンズ２４、２６、２８がそれぞれ嵌合挿入されるように、階段状に縮径する円形の凹部を有している。当該凹部に第１レンズ２４、第２レンズ２６、第３レンズ２８の順に各レンズが収納されて積層され、さらにリング状のリテーナ２９が積層されるとともに、リテーナ２９がレンズ保持体２２に接着剤等の固定手段により固定されることにより、レンズ群２１はレンズ保持体２２に保持される。レンズ保持体２２は、例えば樹脂により形成されている。

レンズ用基体２３は、図４及び図５に示すように、例えば樹脂により形成され、全体形状は概ね薄型の直方体である。レンズ用基体２３の広さは被写体側カバー１１と同程度であり、被写体側カバー１１は、シャッタユニット１２及びモータ１３の上からレンズ用基体２３に被せられ、レンズ用基体２３に嵌合する。なお、被写体側カバー１１とレンズ用基体２３との固定は、例えば、レンズ用基体２３に設けられた複数の孔状の係止部２３ａに、被写体側カバー１１に設けられた爪部１１ｄが挿入されて係止されることにより行われる。

レンズ用基体２３の被写体側には、全体として略矩形の凹部２３ｂが設けられており、シャッタユニット１２は凹部２３ｂに嵌合挿入された状態でレンズ用基体２３に対して固定される。なお、凹部２３ｂは、光路を確保するために一部が抜け孔状に形成されている。シャッタユニット１２とレンズ用基体２３との固定は、例えばねじ１０１がレンズ用基体２３の貫通孔に挿入されてシャッタユニット１２に螺合されることにより行われる。

また、レンズ用基体２３の被写体側には、凹部２３ｂに隣接して凹部２３ｃが設けられており、モータ１３は凹部２３ｃに収容された状態でレンズ用基体２３に対して固定される。なお、凹部２３ｃは一部が抜け孔状に形成されていてもよい。モータ１３のレンズ用基体２３への固定は、例えばモータ１３が半田付けや溶接等によりモータ固定部材３１に固定され、モータ固定部材３１の貫通孔に挿通されたねじ１０２がレンズ用基体２３のねじ穴に螺合されることにより行われる。モータ固定部材３１は、例えば平板状の金属により形成され、モータ１３の被写体側に配置されている。

なお、シャッタユニット１２及びモータ１３がレンズ用基体２３の凹部２３ｂ又は凹部２３ｃに収容されることにより、レンズ用基体２３の被写体側の面、シャッタユニット１２の被写体側の面、モータ固定部材３１の被写体側の面は、光軸方向の位置が略同じとなっている。

基板カバー１５は、例えば樹脂により形成され、全体形状は概ね薄型の直方体である。基板カバー１５には、光路を確保するための開口部１５ａが設けられている。また、基板カバー１５の基板１６側には、基板１６に設けられる各種の部品を収容可能な凹部１５ｂ（図３（ｂ）参照）が複数設けられている。なお、基板カバー１５のレンズユニット２３側にはＩＲカットフィルタ３３が設けられている。

基板１６は、図４に示すように、硬質の基板材料により剛体の基板として構成され、全体として略矩形状に形成されている。基板１６は、例えば硬質の樹脂により形成された絶縁層に、パターン層、グランド層、電源層が積層された多層式のプリント基板である。

基板１６の被写体側の面１６ａには、レンズ群２１により光像が結像され、結像された光像に応じた信号を出力する撮像素子３５、ＦＰＣ３２のコネクタ部３２ｂと接続されるコネクタ部３６等の各種電子部品が設けられている。

一方、図３（ｂ）に示すように、基板１６の被写体とは反対側の面１６ｂには、面１６ｂに沿って延び、基板１６から延出するＦＰＣ３７が設けられているのみであり、面１６ｂ側は略平坦に形成されている。なお、ＦＰＣ３７を被写体側の面１６ａに接続し、被写体とは反対側の面１６ｂには何も実装しないようにしてもよい。このように、電子部品を撮像素子35が前記撮像素子が設けられる面にのみ電子部品を実装することにより、裏面が平坦となり、表面の電子部品の実装レイアウトを積層する基板カバー15やレンズユニット14を考慮して決めることにより光軸方向の薄型化を実現することができる。

なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基板１６は、光学モジュール７の全体形状における被写体側の反対側の面を構成しており、光学モジュール７が携帯電話機１に実装される際には、例えば、基板１６の被写体側と反対側の面１６ｂが、携帯電話機１の内部に設けられた不図示の基板等の適宜な部材に当接し、携帯電話機１に保持される。ＦＰＣ３７には、携帯電話機１の内部に設けられた基板等と接続するためのコネクタ３８が設けられている。このコネクタ３８の接続により携帯電話機１の電池から電力の供給を受けることができる。

撮像素子３５は、例えばＣＣＤであり、受光した光に応じた信号を出力する。撮像素子３５により出力された信号は、基板１６及びＦＰＣ３７を介して携帯電話機１の表示部用の基板等に設けられた画像処理部に出力されて処理される。そして光像の画像はメイン表示部５又はサブ表示部６に表示される。

図６は、シャッタユニット１２の分解斜視図であり、紙面上方が被写体側に対応する。シャッタユニット１２は、全体として箱状に形成されたシャッタ用基体４１と、シャッタ用基体４１に収容される減光フィルタ４２と、減光フィルタ４２を押さえる減光フィルタ押え板４３、シャッタ用基体４１に収容される複数のシャッタ羽根４４Ａ〜４４Ｄ、シャッタ羽根４４Ａ〜４４Ｄを押さえる押え板４５とを備えている。なお、シャッタ用基体４１と押え板４５とによりシャッタユニット１２の外形が概ね構成されている。

図４及び図５において示したように、携帯電話機１では、シャッタユニット１２と、レンズユニット１４とはそれぞれ独自にシャッタ用基体４１と、レンズ用基体２３と、を有して構成されている。そして、シャッタ用基体４１とレンズ用基体２３とが結合されることにより光学モジュール７の一部が構成されている。

図６に示すように、シャッタ用基体４１の底面には、入射光をレンズユニット１４へ透過させる開口部が設けられている。開口部の形状は適宜であるが、例えば矩形である。開口部の周囲には固定凸部４１ａ及び可動凸部４１ｂが複数設けられ、固定凸部４１ａ及び可動凸部４１ｂが減光フィルタ４２やシャッタ羽根４４Ａ〜４４Ｄに設けられた貫通孔に挿入され、可動凸部４１ｂを駆動して固定凸部４１ａ回りに減光フィルタ４２やシャッタ羽根４４Ａ〜４４Ｄを回転させることにより、減光フィルタ４２の出し入れやシャッタ羽根４４Ａ〜４４Ｄによる光路の開閉が行われる。

なお、可動凸部を駆動させるアクチュエータ（不図示）はシャッタ用基体４１に収容されている。例えば、凹部１２ａ（図５参照）の周囲の凸部４１ｃに収容されている。当該アクチュエータの動作は、ＦＰＣ３２、基板１６、ＦＰＣ３７を介して携帯電話機１の不図示の制御部により制御される。

図７は、レンズユニット１２を被写体とは反対側からみた斜視図であり、図８は、レンズユニット１２の内部構成を被写体側からみた斜視図である。

レンズ保持体２２は、レンズ２１の径方向外側に突出する被案内部２２ａ、２２ｂを備えている。被案内部２２ａには貫通孔２２ｃが設けられ、当該貫通孔２２ｃにガイド軸５１が挿通されている。ガイド軸５１は光軸方向に延びてレンズ用基体２３に固定されており、被案内部２２ａを光軸方向に案内する。被案内部２２ｂは、レンズ用基体２３に設けられた凹状のレール部２３ｄに挿入されている。レール部２３ｄは光軸方向に延びるように形成されて被案内部２２ｂを光軸方向に案内する。

モータ１３は、例えばステッピングモータにより構成され、ロータ等を含むモータ本体１３ａと、モータ本体１３ａから延出し、回転駆動される出力軸１３ｂとを有している。モータ本体１３ａは例えば略円筒形に形成され、出力軸１３ｂは当該円筒形の端面から延出する。

図７及び図８に示すように、モータ本体１３ａは、出力軸１３ｂ方向の長さが出力軸１３ｂに直交する方向の幅よりも大きい。また、モータ本体１３ａの長さと出力軸１３ｂの長さとを積算した長さは、レンズ群２１の径よりも大きく、モータ本体１３ａの出力軸１３ｂに直交する方向の幅はレンズ群２１の光軸方向の厚さよりも小さい（図３（ｂ）参照）。

モータ１３は、出力軸１３ｂが、光軸に直交する方向であってシャッタユニット１２との配列方向に対して直交する方向（ｚ軸方向、図４及び図５も参照）に沿って延びるように配置されている。すなわち、モータ１３の全体形状における長手方向を光軸に直交に、短手方向を光軸に平行にして配置されている。

モータ本体１３ａのシャッタユニット１２と反対側の側面には、端子フォルダ５２が設けられており、端子フォルダ５２の端子５２ａは、ＦＰＣ３２に接続されている（図４及び図５参照）。モータ１３の動作は、携帯電話機１の不図示の制御部により、ＦＰＣ３７、基板１６、ＦＰＣ３２、端子フォルダ５２を介して制御される。

図７及び図８に示すように、レンズユニット１２には、モータ１３の出力軸１３ｂの回転を光軸方向の直線運動に変換してレンズ保持体２２に伝達する伝達機構５３が設けられている。

伝達機構５３は、モータ１３の出力軸１３ｂに設けられるウォーム５４と、ウォーム５４と噛合するウォームホイール５５と、ウォームホイール５５と噛合するカムギア５６とを備えている。なお、ウォーム５４、ウォームホイール５５及びカムギア５６は後述するカム部５６ｂを駆動するカム駆動部として機能する。

ウォーム５４とウォームホイール５５とはウォーム歯車装置を構成し、出力軸１３ｂの光軸に直交する軸回りの回転を光軸に平行な軸回りの回転に変換する。すなわち、ウォーム５４は光軸に直交する軸回りに回転し、ウォームホイール５５はウォーム５４により伝達された駆動力により光軸に平行な軸回りに回転する。

また、ウォームホイール５５は、ウォーム５４と噛合する大径ギア部５５ａと、大径ギア部５５ａよりも歯数が少なく、カムギア５６と噛合する小径ギア部５５ｂとを備えており、ウォーム５４から伝達された回転を所定の減速比で減速して伝達する。なお、ウォームホイール５５は、図５に示すように、レンズ用基体２３に設けられた一部が切り欠かれた円形の凹部２３ｅに挿入されるとともに、モータ保持部材３１から突出する軸部３１ｂに軸支されている。

図９（ａ）は、カムギア５６を被写体側からみた斜視図、図９（ｂ）は、カムギア５６を回転軸方向にみた正面図である。

カムギア５６は、外周部の一部にギア部５６ａを、外周部の他の一部にカム部５６ｂを備えている。ギア部５６ａ及びカム部５６ｂは、それぞれカムギア５６の略半周に亘って形成されている。ギア部５６ａはウォームホイール５５と噛合し、カムギア５６は光軸に平行な軸回りに回転する。

カム部５６ｂは、カムギア５６の回転軸に直交する面に対して傾斜する、すなわち、光軸に直交する面に傾斜するカム面５６ｃを有している。一方、図８に示すように、レンズ保持体２２は、カム面５６ｃに当接する当接部２２ｄを有しており、当接部２２ｄはカムギア５６の回転に伴ってカム面５６ｃに摺動可能である。また、レンズ保持体２２は、ばね５７によりカム面５６ｃへ付勢されている。従って、カムギア５６の回転に伴ってレンズ保持体２２は光軸方向に案内される。ばね５７は、例えばコイル状の圧縮ばねであり、レンズ保持体２２とレンズ用基体２３との間に所定の圧縮力で挟持されている。

なお、カム面５６ｃの傾斜角は適宜に設定してよいが、例えば、図９に示すように、両端側の端部側カム面５６ｅ1,56e2における傾斜角を、当該両端の間における中央側カム面５６ｄの傾斜角よりも緩やかに、あるいは傾斜角を０°とし、カムギア５６のオーバーランが生じた際のレンズ保持体２２の光軸方向への移動が抑制されるようにしてもよい。なお、中央カム面５６ｃの傾斜角は、９°±２０％程度、すなわち7〜11°にすればよい。この範囲は、光学モジュール内に搭載するカムギア５６としての小型化を目指しながらも必要最低限の大きさ、およびレンズ保持体２２の光軸方向の移動量を考慮し、妥当な駆動分解能と駆動速度で、かつスムーズに駆動できる範囲である。具体的には、７°よりも小さいと、カムギア５６が小型であり、レンズ保持体２２の必要移動量を確保するために中央カム面５６ｃが１周分で足りない場合があり、足りるとしてもカムギア５６の回転量が多くなり、レンズ保持体２２が所定位置に到達するのに駆動時間を要してしまう。逆に１１°よりも大きいと、レンズ保持体２２を細かい刻みで保持させることができなくなり駆動分解能が落ちてしまい、かつレンズ保持体２２の重力により当接部２２ｄと中央カム面５６ｃとの間で滑りが生じやすくなってしまう。

図８に示すように、レンズユニット１２には、カムギア５６の回転位置の検出、ひいてはレンズ保持体２２の光軸方向の位置の検出をするための光電センサ６１が設けられている。

図９に示すように、位置検出手段における検出部としての光電センサ６１は、反射型の光電センサにより構成され、発光部６１ａと、受光部６１ｂとを備えている。光電センサ６１はカムギア５６の回転軸に直交する面に対して対向するように配置されており、発光部６１ａはカムギア５６に光を照射し、受光部６１ｂはカムギア５６により反射された光を受光し、受光した光に応じた電気信号を出力する。

また、受光した光量が所定量である位置を基準位置として、レンズの位置を検出することもできる。特に受光した光量の変化が急な変化ではなく、なだらかな変化をする場合には、該なだらかな変化の途中の所定光量におけるレンズの位置を基準としてレンズの位置を把握することができる。

例えば、光電センサ６１は、受光部６１ｂにより受光した光量に応じた電気信号（例えば、電流値、電圧値、あるいは電力値）を出力するセンサにより構成されており、光量が一定の閾値を超えたか否かにより、出力する信号をオン信号とオフ信号との間で切り換える。

光電センサ６１は、カムギア５６と対向する側と反対側に設けられた端子６１ｃ（図８参照）にＦＰＣ３２（図４及び図５参照）が接続されることにより、基板１６と接続されている。光電センサ６１の動作は、ＦＰＣ３２、基板１６、ＦＰＣ３７を介して携帯電話機１の不図示の制御部により制御される。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、カムギア５６の光電センサ６１と対向する位置、すなわち、カム部５６ｂと同心円状の位置は、発光部６１ａからの光を受光部６１ｂに反射する被検出部５６ｆとして機能する。被検出部５６ｆは、例えばカム部５６ｂの内周側に位置する。被検出部５６ｆには、第１の反射部５６ｇと、第２の反射部５６ｈとが含まれている。

第１の反射部５６ｇは、第２の反射部５６ｈよりも光電センサ６１側に突出する突条に形成されている（以下、突出部または突条部ともいう）。また、本実施例では第１の反射部５６ｇは、第２の反射部５６ｈよりも光の反射率が高く設定されている。例えば、第１の反射部５６ｇの光電センサ６１側の表面に金属蒸着等による鏡面加工や色塗装（例えば、白色塗装等）を施したり、高い反射率の部材（例えば、ミラー）を貼付したり、第２の反射部５６ｈの表面を梨地処理することなどにより、第１の反射部５６ｇの反射率が第２の反射部５６ｈの反射率よりも高く設定されている。なお、カムギア５６は、樹脂製で第１の反射部５６ｇである突条部も一体成形して上述した光高反射加工を行ってもよく、第１の反射部５６ｇ（突条部）を有しない状態で成形し、その後第１の反射部５６ｇ（突条部）をカムギア５６よりも光高反射材料で製造し、あるいは表面に光高反射加工を行い第２の反射部５６ｈ上に接着するようにしてもよい。

このように、位置検出手段として発光部６１a（発光素子）と受光部６１ｂ（受光素子）を有する光電センサ６１（光学センサ）を用い、突条に形成された第１の反射部５６ｇを有することにより、光電センサ６１との距離が短くなることで受光部６１ｂの受光量が増すために、駆動先であるレンズの位置検出を正確に行えることができる。具体的には、光電センサ61は検出に最適な被検出体との距離が決まっているが、第１の反射部５６ｇの高さをこの最適な距離とし、第２の反射部５６ｈをより離れた距離とすることで、光電センサ６１の出力信号に大きな差が生じるようにし、誤検出の防止や検出精度の向上を図ることができる。

本実施例のように、光学モジュールを小型化するには、この最適距離が短い光電センサを用いることが好ましく、例えば反射型の光電センサの距離と相対出力電流のグラフから最適距離を見ると、ＮＪＬ５１９６／９７Ｋ（新日本無線社製）は約０．６ｍｍ、ＣＮＢ１０１１（松下社製）は約０．８ｍｍ、ＥＥ−ＳＹ１２５（ＯＭＲＯＮ社製）は約０．７ｍｍ、ＰＲ−３０−Ｔ（シチズン電子社製）は約０．４ｍｍであり、この最適距離をピークに近くおよび離れるにつれ相対出力電流が低下している。そして、この最適距離で得られる電流値を１００％とした時に、６０％を閾値とし、それを超えたか否かにより、出力する信号をオン信号とオフ信号との間で切り換えることとした場合、上述したいずれの光電センサでも被検出物が１．５ｍｍ以内の距離とする必要がある。ところが、光学モジュールの光電センサを固定するための構造上、及びカム部５６ｂと当接部２２ｄとの摺擦クズの影響防止、あるいはカム部５６ｂに塗布する潤滑剤の飛び散り影響防止等の理由から、光電センサ６１と第２の反射部５６ｈとを１．５ｍｍよりも離れさせざるを得ない。そこで、本発明では、第１の反射部５６ｇを突条させて形成し、これにより光電センサ６１がオン信号と切り換えるのに適した位置まで距離を短くでき、誤検出の防止や検出精度の向上を図ることができるようになる。また、光電センサ６１は、被検出物との距離が僅かに変わった時に、受光部６１ｂで得る電流値が大幅に低減するものが好ましく、例えば、最適距離で得る電流値を１００％とした時に、その最適距離から１ｍｍ離れた時に５０％以上ダウンするものが好ましい。

さらに、レンズの位置検出を正確に行うために、第１の反射部５６ｇを第２の反射部５６ｈよりも反射率を高くする、具体的には第１の反射部５６ｇを上述したような光高反射加工または光高反射材料で構成してもよい。この光高反射加工を行う際に、突条部分にのみ加工を行えばよいため、容易にかつ精度よく加工することができる。なお、本発明の光高反射とは、第１の反射部５６ｇが第２の反射部５６ｈよりも同条件で測定した際に、反射率が高いことを意味する。

また、被検出部となる第１の反射部５６ｇは、カムギア５６の光軸に直交する面においてカム部５６ｂの内周側に設けられるものに限定されず、例えば、カム部５６の外周側に設定してもよい。さらに、本実施例では、第１の反射部５６ｇとカム部５６ｂとを別に設けたが、カム部５６ｂの突条部分に光電センサ６１を配設し、カム部５６ｂの第１の反射部５６ｇと兼用するようにしてもよい。また、レンズ保持体２２がカム部５６ｂの端部間に当接するときに光電センサ１６により検出される第１の反射部５６ｇは、円周方向の位置がカム部５６ｂと重複していなくてもよい。例えば、回転軸を挟んでカム部５６ｂと対向する位置に設けられていてもよい。この場合であっても、第１の反射部５６ｇの長さをカム部５６ｂの長さよりも短くし、光電センサ１６とレンズ保持体２２の当接部２２ｄとのずれ量をカム部５６ｂと第１の反射部５６ｇとのずれ量と等しくすればよい。

なお、本実施例では、光電センサ６１を用いた場合について説明したが、光電センサは、発光部と受光部を有し、発光部から照射された光の反射光の変化に応じて出力信号を変化させるものであればよく、光量に応じた信号を出力するものに限定されない。例えば、光電センサとして位置検出素子（ＰＳＤ）や２分割フォトダイオードを有する光電センサを用い、光電センサとカムギアとの距離の変化のみに基づいてカムギアの位置を特定してもよい。また、光電センサの代わりにメカニカルスイッチセンサを用い、第１の反射部５６ｇの突条形成部分にのみ接触し、その接触によりオン信号となるセンサであってもよい。

第１の反射部５６ｇは、円周方向において、カム部５６ｂよりも短く、カム部５６ｂの範囲内に収まるように形成されている。具体的には、第１の反射部５６ｇの長さは、中央側カム面５６ｄの長さと同等である。そして、光電センサ６１は、レンズ保持体２２が中央側カム面５６ｄと当接しているときは、第１の反射面５６ｇからの反射光を受光して信号を出力し、レンズ保持体２２が端部側カム面５６ｅに当接したとき、すなわち、レンズ保持体２２が光軸方向の移動範囲の端部に到達したときは、第２の反射面５６ｈからの反射光を受光して信号を出力する。なお、第１の反射部５６ｇと中央側カム面５６ｄとの円周方向の位置は、光電センサ６１とレンズ保持体２２の当接部２２ｄとの位置のずれに相当する量だけずれて設定されている。

このように、レンズ保持体２２が基準位置、あるいは基準エリアに位置している時に、第１の反射部５６ｇが光電センサ１６に対向する位置に来ていることが好ましい。なお、基準位置としては、収納位置（光学レンズ系の非駆動、非ズーム位置）、予め決められたズーム位置、無限の焦点位置、至近の焦点位置、あるいは任意の焦点位置等であればよく、これらを組み合わせて複数の基準位置を設けてもよい。また、基準エリアとしては、収容エリア、ズームエリア、任意の焦点エリア等であればよく、これも組み合わせて複数の基準エリアを設けてもよい。

また、カム部５６ｂの高さは必要とされるレンズの繰り出し量に応じて決まり、第１の反射部５６ｇの高さは光電センサ６１との最適条件に応じて決まるが、本実施例では第１の反射部５６ｇの突条をカム部５６ｂや端部側カム面５６ｅよりも高く形成している。これにより、第１の反射部５６ｇを光高反射加工する際（例えば、白色塗装）に、カム部５６ｂに影響を及ぼす（例えば、カム部５６ｂにも白色塗装されてしまう）ことなく加工することができる。

携帯電話機１の不図示の制御部は、光電センサ６１からの信号がオン信号とオフ信号との間で切り換えられたときの位置に基づいてカムギア５６の原点位置を特定し、当該原点位置に基づいてカムギア５６の回転位置を制御する。

以上の実施形態によれば、モータ１３を、出力軸１３ｂがレンズ群２１の光軸に直交する方向に延びるように配置し、出力軸１３ｂの回転を伝達機構５３により光軸方向への並進運動に変換してレンズ保持体２２に伝達することから、レンズ群２１と、モータ本体１３ａと、モータの出力軸１３ｂとを光軸方向に直列に配置する場合に比較して薄型化を図ることが可能となる。換言すれば、従来、出力軸１３ｂを光軸に平行とする配置のみであったのに対し、出力軸１３ｂを光軸に直交させるという選択肢が増え、設計の自由度が向上する。

例えば、モータ１３をレンズ群２１の径方向外側に設けることにより、あるいは、シャッタユニット１２（シャッタ用基体４１）と並列に配置することにより、薄型化が図られる。そして、シャッタ用基体４１、レンズ用基体２３、基板カバー１５、基板１６の順に積層した全体の形状を光軸方向に薄い薄型形状に構成できる。

基板１６は、シャッタ用基体４１、モータ１３、レンズ用基体２３及び基板カバー１５と同等以上の広さを有し、基板１６の撮像素子３５が設けられる面１６ａと反対側の面１６ｂは光学モジュール９の全体形状の一面を構成し、当該反対側の面１６ｂには、面に沿って延びるＦＰＣ３７のみが設けられていることから、光学モジュール９を実装する際には、基板１６を携帯電話機１内部の平坦部、例えばメイン基板に当接させて載置させることができる。従って、光学モジュール９の実装が容易化され、固定も確実に行われる。このように、本発明の構成によれば、シャッタ羽根をレンズの光路を開閉可能に保持するシャッタ用基体を備えた光学モジュールに対しても薄型形状に構成することができる。

伝達機構５３に、光軸に直交する面に対して傾斜するカム面５６ｃを有するカム部５６ｂを設け、当該カム部の光軸に直交する面に沿った移動に伴ってレンズ保持体２２を光軸方向に案内することから、カム面５６ｃの傾斜角や高さの調整によりレンズ保持体２２の移動特性を設定することができ、例えば、モータ１３の回転速度が一定であってもレンズ保持体２２の移動速度を変化させたり、モータ１３がオーバーランしてもレンズ保持体２２が光軸方向に移動しないようにすることができる。換言すれば、モータ１３の制御の容易化や制御精度の緩和が図られる。

レンズ保持体２２をカム面５６ｃへ付勢するばね５７を設けることにより、カム面５６ｃの上昇によりレンズ保持体２２を押し上げて案内するだけでなく、カム面５６ｃの下降にレンズ保持体２２を追従させて案内することができる。

光軸に平行な軸回りに回転するカムギア５６にカム部５６ｂを設けてレンズ保持体２２を案内していることから、光軸方向において薄型化が図られる。すなわち、一般にカムギアは回転軸方向に薄い薄型形状であるから、回転軸を光軸に直交させるよりも回転軸を光軸に平行にしたほうが光軸方向の配置領域が小さくなり、薄型化が図られる。

ギア部５６ａは、カムギア５６の外周部の一部に設けられ、カム部５６ｂは、カムギア５６の外周部の他の一部に設けられていることから、形状が比較的簡素であり、形状や配置領域の設定、組み立て等が比較的容易化される。また、カム部５６ｂが外周部に設けられることにより、内周側に設けられた場合に比較して回転角度に対するカム部５６ｂの長さが長くなるから、カム面５６ｃの傾斜角を緩やかにして、レンズ保持体２２を円滑に案内することができる。

光電センサ６１を配置し、カムギア５６の回転に伴う反射光の変化に基づいてレンズ保持体２２の位置を検出することから、レンズ保持体２２の位置を簡便かつ正確に検出することができる。

例えば、反射光の光量の変化に応じて異なる信号を出力する光電センサ６１を設け、レンズ保持体２２が移動範囲の中央側の範囲にあるときに第１の反射部５６ｇにより光電センサ６１の光が反射され、レンズ保持体２２が移動範囲の端部にあるときに第１の反射部５６ｇとは反射光の光量が異なる第２の反射部５６ｈにより光電センサ６１の光が反射されることにより、簡単にレンズ保持体２２の移動範囲の端部位置を検出することができる。

第１の反射部５６ｇを第２の反射部５６ｈよりも光電センサ側に突出させるとともに、第１の反射部５６ｇの表面の反射率が第２の反射部５６ｈよりも高くなるように処理しているため、両者の間で光電センサ６１へ反射される光量の差がより大きくなり、第１の反射部５６ｇと第２の反射部５６ｈとの境界がより正確に検出される。

また、カムギア56は、同心円状の内側から順に被検出部56f、カム部56b、ギア部56aの順に配置されることによりカムギア56、およびカムギアの周辺部品を必要最低限のスペースで納めることができる。

本実施例では、カムギア56を内側から被検出部５６ｆ（第1の反射部56ｇと、第2の反射部56h）、カム部56bの順に配置したことを特徴とする。これにより、カムギア56、およびカムギア56の周辺部品を必要最低限のスペースで納めながらも、長期間レンズの位置制御を正確に行うことができる。具体的には、被検出部56fを最も内側に形成することにより、対向して配置される光電センサ61をカムギア56の同心円の中心側に寄せることができるために光軸と垂直な方向の小型化が可能となる。また、カム部56bを外側に形成することにより、上述した傾斜角度を内側に形成するよりも緩やかにすることができるために、上述したレンズ保持体２２の重力により当接部２２ｄと中央カム面５６ｃとの間で滑りが生じにくくなる。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。
本発明の光学モジュールが適用される対象は携帯電話機に限定されず、デジタルカメラ、監視カメラ等の種々の機器に適用してよい。
駆動源は、出力軸が光軸に直交する方向に配置されていれば、レンズ、シャッタ、撮像素子等に対して適宜な位置に配置してよい。
伝達機構は、駆動源の光軸に直交する軸回りの回転を、光軸方向への並進運動に変換してレンズ保持体に伝達するものであればよく、カムを用いるものに限定されない。例えばラックとピニオンを含むスライダリンク機構により、光軸に直交する軸回りの回転を光軸方向への並進運動に変換してもよい。

また、カムにより光軸方向への並進運動を実現する場合、カムの移動によりカム面の光軸方向の高さが変化すればよく、光軸に平行な軸回りに回転するカムギアにカムを設けるものに限定されない。例えば、光軸に直交する軸回りに回転し、回転軸から周縁部への距離が周方向の位置に応じて変化するカムにより光軸方向への並進運動に変換してもよいし、光軸に直交する面に傾斜するカム面を光軸に直交する面に沿って直線的に駆動して光軸方向への並進運動に変換してもよい。

光軸に平行な軸回りに回転するカムギアにより光軸方向への並進運動に変換する場合、カムギアがウォームに噛合してカムギアがウォームホイールを兼ねてもよい。また、ウォームホイールとカムギアとの間に他の歯車を介在させてもよい。ウォームを出力軸に設けずに、例えば出力軸の回転が伝達される出力軸と平行な軸にウォームを設けてもよい。また、カム部56bは、本実施例のようにギア部56aと相違する場所に配置し、同心円状にカム部56bとギア部56aを配置することにより、カムギア５６の小型化を実現することができる。

これらの発明においては、レンズを移動させるための構成はなくてもよい。また、全体形状が薄型形状でなくてもよい。そして、当該発明においても、本願の発明と同様の各種の好ましい態様を含んでいてもよい。

本発明の実施形態の携帯電話機の外観を開状態で示す斜視図である。 図１の携帯電話機の外観を閉状態で示す斜視図である。 図１の携帯電話機の光学モジュールの外観斜視図と断面図である。 図３の光学モジュールを被写体側からみた分解斜視図である。 図３の光学モジュールを被写体側の反対側からみた分解斜視図である。 図３の光学モジュールのシャッタユニットの分解斜視図である。 図３の光学モジュールのレンズユニットの斜視図である。 図７のレンズユニットの内部構成を示す斜視図である。 図７のレンズユニットのカムギアを示す図である。

符号の説明

２４、２６、２８…レンズ
２２…レンズ保持体
２３…レンズ用基体
１３…駆動源
５３…伝達機構。

Claims (8)

1. レンズと、該レンズを該レンズの光軸方向に移動可能に保持するレンズ用基体と、駆動力を出力する出力軸を有する駆動源と、前記出力軸から出力される駆動力を前記レンズ用基体に伝達する伝達機構と、シャッタ羽根と、前記シャッタ羽根を前記レンズの光路を開閉可能に保持するシャッタ用基体と、前記レンズにより光像が結像される撮像素子と、前記撮像素子が設けられる基板と、を備え、
   前記光軸方向に対して一方向から前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体、前記基板の順に積層的に配置され、かつ、前記駆動源は、前記シャッタ用基体及び前記レンズ用基体に対して、前記光軸と略垂直な方向において並列的に配置され、
   前記基板は、前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体と略同等の広さを有し、前記撮像素子が設けられる面と反対側の面には、面に沿って延びるフレキシブルプリント配線板のみが設けられていることを特徴とする光学モジュール。
2. レンズと、該レンズを該レンズの光軸方向に移動可能に保持するレンズ用基体と、駆動力を出力する出力軸を有する駆動源と、前記出力軸から出力される駆動力を前記レンズ用基体に伝達する伝達機構と、シャッタ羽根と、前記シャッタ羽根を前記レンズの光路を開閉可能に保持するシャッタ用基体と、前記レンズにより光像が結像される撮像素子と、前記撮像素子が設けられる基板と、を備え、
   前記光軸方向に対して一方向から前記シャッタ用基体、前記レンズユニット、前記基板の順に積層的に配置され、かつ、前記駆動源は、前記シャッタ用基体及び前記レンズユニットに対して、前記光軸と略垂直な方向において並列的に配置され、
   前記基板は、前記シャッタ用基体、前記レンズユニットと略同等の広さを有し、前記撮像素子が設けられる面と反対側の面への部品実装を行わないことを特徴とする光学モジュール。
3. 前記基板の前記撮像素子側に被せられるカバー部材を備え、
   前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体、前記カバー部材、前記基板の順に積層され、
   前記基板は、前記シャッタ用基体、前記レンズ用基体及び前記カバー部材と同等の広さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
4. 前記駆動源は、前記出力軸が前記光軸に対して略垂直になるように配置され、
   前記伝達機構は、前記出力軸から出力される駆動力を伝え、前記光軸に対して略直交する軸周りに回転するウォームと、前記ウォーム又は前記ウォームの回転を伝達する歯車と噛合するギア部及び前記光軸に直交する面に対し傾斜するカム部を有し、前記光軸に略平行な軸回りに回転するカムギアと、を備え、
   前記レンズ用基体は、前記カム部に当接し前記光軸方向に案内されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学モジュール。
5. 前記カムギアに配置された被検出部と、前記カムギアの近傍に配置された検出部とを有する位置検出手段と、を有し、
   前記位置検出手段は、前記検出部により前記カムギアの回転を検出することで前記レンズの位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の光学モジュール。
6. 前記カムギアは、該カムギアの内側から前記被検出部、カム部の順に配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学モジュール。
7. 前記カムギアは、該カムギアの同心円状に前記カム部、ギア部が配置されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の光学モジュール。
8. 前記請求項１乃至７のいずれかに記載の光学モジュールを収納する筐体と、電池と、を備え、前記駆動源は前記電池から電力供給を受けることを特徴とする携帯端末。

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