JP2007108540A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関し、例えばCCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置などに用いられると好適な撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus suitable for use in an imaging apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
近年、CCD(Charge Coupled Device)型あるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化に伴い、オートフォーカス機構(以降AF機構という)を備えた撮像装置が搭載された携帯電話が普及しつつある。 2. Description of the Related Art In recent years, an image pickup apparatus equipped with an autofocus mechanism (hereinafter referred to as an AF mechanism) is mounted along with improvement in performance of an image pickup apparatus using a charge coupled device (CCD) type or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type solid-state image pickup device. Mobile phones are becoming popular.
ところで、複数のレンズを備えた撮像装置において、1枚のレンズを光軸方向に移動させてフォーカシングを行う場合、レンズの移動により光軸のチルトやシフトが生じると、光学性能が劣化する恐れがある。かかる問題は、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いてレンズを移動させた場合に生じやすい。これに対し、フォーカシング時に複数のレンズ全てを光軸方向に移動させる試みがあり、それによればレンズ間の光軸のチルトやシフトが抑制されるので、高い光学性能を得ることができる。ところが、複数枚のレンズ全てを移動させるためには、アクチュエータの駆動力を高める必要が生じる。 By the way, in an imaging device having a plurality of lenses, when focusing is performed by moving one lens in the optical axis direction, if the optical axis tilts or shifts due to the movement of the lens, the optical performance may be deteriorated. is there. Such a problem is likely to occur when a lens is moved using a voice coil motor as an actuator. On the other hand, there is an attempt to move all of the plurality of lenses in the optical axis direction during focusing. According to this, tilting or shifting of the optical axis between the lenses is suppressed, so that high optical performance can be obtained. However, in order to move all the plurality of lenses, it is necessary to increase the driving force of the actuator.
例えばボイスコイルモータの場合、コイル巻線数の増大、コイル長の増大、電流の増大、磁束密度の高密度化などにより駆動力を高めることができる。しかしながら、一般的には磁束密度は磁石の性能に依存して決まるものであるので、その高密度化を大幅に図ることは困難である。また電流を増大させると発熱量が増大し、駆動対象がプラスチックレンズの場合には、光学性能の低下を招く恐れがある。これに対し、コイル巻線数の増大、コイル長の増大は比較的容易にできるが、アクチュエータの大型化を招くこととなる。
ところで、特許文献1に記載の撮像装置は、撮像レンズを構成するレンズ群の外径がほぼ等しくなっており、その光軸直交方向外側に、レンズを駆動するためのアクチュエータを配置しているので、大きな径方向の寸法を有する。このような構成を用いて、例えば4枚のレンズを駆動するためには、更にコイル巻線数の増大、コイル長の増大が必要となり、径方向の寸法が増大することによって、携帯電話機などに搭載することが困難となる。又、4枚のレンズを同軸に精度良く配置するための鏡枠などが必要となり、その肉厚分だけ外径が大きくなる。一方、レンズの有効径を小さくすれば、その分だけアクチュエータを大きくできるが、必要な光学特性を確保することが困難となる。 By the way, in the imaging apparatus described in Patent Document 1, the outer diameters of the lens groups constituting the imaging lens are substantially equal, and an actuator for driving the lens is disposed outside the optical axis orthogonal direction. , Have large radial dimensions. In order to drive, for example, four lenses using such a configuration, it is necessary to further increase the number of coil windings and the coil length. It becomes difficult to install. Further, a lens frame or the like for accurately arranging the four lenses on the same axis is required, and the outer diameter is increased by the thickness. On the other hand, if the effective diameter of the lens is reduced, the actuator can be increased by that amount, but it is difficult to ensure necessary optical characteristics.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成を有し、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides an imaging apparatus having an actuator that has a compact configuration and can exhibit sufficient driving force even when driving a plurality of lenses. The purpose is to do.
請求項1に記載の撮像装置は、
筐体と、
前記筐体に対して光軸方向に移動可能な可動レンズを少なくとも1つ含む撮影レンズと、
コイルと、磁石と、ヨークとを含み、前記可動レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータと、を有し、
前記可動レンズにおける少なくとも2つのレンズは、相互に連結されており、前記連結されたレンズの光軸直交方向外側に前記アクチュエータの少なくとも一部が配置されていることを特徴とする。
An imaging apparatus according to claim 1 is provided.
A housing,
A photographic lens including at least one movable lens movable in the optical axis direction with respect to the housing;
An actuator including a coil, a magnet, and a yoke, and driving the movable lens in the optical axis direction;
At least two lenses in the movable lens are connected to each other, and at least a part of the actuator is disposed outside the connected lenses in the direction perpendicular to the optical axis.
本発明によれば、前記可動レンズにおける少なくとも2つのレンズは、相互に連結されているため、これらのレンズを内包保持する鏡枠を設ける必要がなくなり、それにより前記レンズの光軸直交方向外側の空間の有効利用を図れることができ、かかる空間にアクチュエータを配置することで、そのコイルの巻線数の増大や長さの増大を図ることができ、駆動力を高めることができる。 According to the present invention, since the at least two lenses in the movable lens are connected to each other, it is not necessary to provide a lens frame for holding these lenses. Effective use of the space can be achieved, and by arranging the actuator in such a space, the number of windings and the length of the coil can be increased, and the driving force can be increased.
請求項2に記載の撮像装置は、請求項1に記載の発明において、前記連結されたレンズは、フランジ部同士を突き当て嵌合していることを特徴とするので、前記連結されたレンズの光軸ずれを抑制し、レンズ間距離を精度良く設定することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the invention of the first aspect, the connected lens is characterized in that the flange portions are abutted and fitted to each other. Axial deviation can be suppressed and the distance between lenses can be set with high accuracy.
請求項3に記載の撮像装置は、請求項1又は2に記載の発明において、前記連結されたレンズと前記アクチュエータとの間には、遮光シートが配置されていることを特徴とするので、外部の不要光がレンズ内に入射することを抑制できる。 The imaging device according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, a light shielding sheet is disposed between the connected lens and the actuator. The unnecessary light can be prevented from entering the lens.
請求項4に記載の撮像装置は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記アクチュエータは円筒状であり、前記可動レンズにおける最も像側の最像側レンズは、前記アクチュエータの内径よりも大きい外径を有し、前記最像側レンズ以外の前記可動レンズのうちの少なくとも2つのレンズは、前記内径の光軸直交方向内側に配置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention of any one of the first to third aspects, the actuator is cylindrical, and the most image-side lens on the most image side of the movable lens is an inner diameter of the actuator. And at least two of the movable lenses other than the most image side lens are arranged on the inner side in the optical axis orthogonal direction of the inner diameter.
請求項5に記載の撮像装置は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記アクチュエータは、コイルと、磁石と、ヨークとを有するボイスコイルモータであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any of the first to fourth aspects, the actuator is a voice coil motor having a coil, a magnet, and a yoke.
請求項6に記載の撮像装置は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記可動レンズは4枚のレンズからなり、最も像側のレンズを除いた3枚のレンズの光軸直交方向外方に前記アクチュエータの少なくとも一部が配置されていることを特徴とするので、光学特性を確保しつつ前記連結されたレンズの周囲における空間を広く確保できるが、前記可動レンズは3枚或いは5枚以上のレンズを用いても良い。 An imaging apparatus according to a sixth aspect is the invention according to any one of the first to fifth aspects, wherein the movable lens includes four lenses, and the optical axes of the three lenses excluding the most image side lens. Since at least a part of the actuator is arranged outward in the orthogonal direction, it is possible to secure a wide space around the connected lenses while ensuring optical characteristics. Alternatively, five or more lenses may be used.
本発明によれば、コンパクトな構成を有し、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus equipped with an actuator that has a compact configuration and can exhibit a sufficient driving force even when driving a plurality of lenses.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態にかかる撮像装置を含む撮像装置50の斜視図であり、図2は、図1の撮像装置50をII-II線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an
上記撮像装置50は、光電変換部51aを有する固体撮像素子としてのCMOS型イメージセンサ51と、このイメージセンサ51の光電変換部51aに被写体像を撮像させる撮像レンズとしての撮像レンズ10と、イメージセンサ51と撮像レンズ10との間に配置されたIRカットフィルタFと、イメージセンサ51を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子54(図1)を有する基板52と、撮像レンズを支持する組立筐体20と、フォーカシングレンズを駆動するアクチュエータ(フォーカスアクチュエータともいう)30とを備え、これらが一体的に形成されている。尚、本撮像装置50の光軸方向高さΔは、10mm以下である。
The
上記イメージセンサ51は、その受光側の平面の中央部に、画素(光電変換素子)が2次元的に配置された、受光部としての光電変換部51aが形成されており、その周囲には信号処理回路(不図示)が形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するA/D変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、イメージセンサ51の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド(図示略)が配置されており、ワイヤWを介して基板52に接続されている。イメージセンサ51は、光電変換部51aからの信号電荷をデジタルYUV信号等の画像信号等に変換し、ワイヤWを介して基板52上の所定の回路に出力する。ここで、Yは輝度信号、U(=R−Y)は赤と輝度信号との色差信号、V(=B−Y)は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記CMOS型のイメージセンサに限定されるものではなく、CCD等の他のものを使用しても良い。
In the
基板52は、その一平面上で上記イメージセンサ51及び外筒21を支持する支持平板52aと、支持平板52aに一端部が接続されたフレキシブル基板52b(図1)とを備えている。
The
支持平板52aは、表面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、これが前述したイメージセンサ51からのワイヤWと接続され、且つフレキシブル基板52bと接続されている。
The support
フレキシブル基板52bは、上記の如くその一端部が支持平板52aと接続され、その他端部に設けられた外部接続用端子54を介して支持平板52aと外部回路(例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路)とを接続し、外部回路からイメージセンサ51を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルYUV信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。さらに、フレキシブル基板52bの長手方向の中間部が可撓性又は変形容易性を備え、その変形により、支持平板52aに対して外部出力端子の向きや配置に自由度を与えている。
As described above, one end of the
遮光性部材からなる組立筐体20は、イメージセンサ51を囲うようにして配置され基板52に対して接着剤Bを用いて下端が接着されてなる下筒21Aと、下筒21Aの上部に取り付けられた短円筒状の上筒21Bとからなる外筒21を含む。
An
図2において、下筒21Aの内周から光軸直交方向に延在するフランジ部21aには、IRカットフィルタFが取り付けられている。
In FIG. 2, an IR cut filter F is attached to a
組立筐体20の光軸直交方向内方には、可動レンズとして、第1レンズL1,第2レンズL2,第3レンズL3,第4レンズL4が、物体側からこの順序で配置されている。
A first lens L1, a second lens L2, a third lens L3, and a fourth lens L4 are arranged in this order from the object side as movable lenses inside the
第1レンズL1のフランジ部L1fは、第2レンズL2のフランジ部L2fの上部を内包するようにして突き当て嵌合している。又、第3レンズL3のフランジ部L3fの上部は、第2レンズL2のフランジ部L2fの下部を内包するようにして突き当て嵌合している。更に、第3レンズL3のフランジ部L3fの下部は、第4レンズL4のフランジ部L4fを内包するようにして突き当て嵌合している。このように、レンズl1〜L4を相互に連結することで、鏡枠を用いることなく、光軸ずれを防止できると共に、レンズ間距離を精度良く設定している。 The flange portion L1f of the first lens L1 is abutted and fitted so as to include the upper portion of the flange portion L2f of the second lens L2. The upper portion of the flange portion L3f of the third lens L3 is abutted and fitted so as to include the lower portion of the flange portion L2f of the second lens L2. Further, the lower portion of the flange portion L3f of the third lens L3 is abutted and fitted so as to include the flange portion L4f of the fourth lens L4. In this way, by connecting the lenses 11 to L4 to each other, the optical axis shift can be prevented without using a lens frame, and the distance between the lenses is set with high accuracy.
第1レンズのフランジ部L1fには、開口絞りSを規定する中央開口を有するフランジ部材22cが取り付けられている。第3レンズL3のフランジ部L3fには、第1保持部材22dが取り付けられている。第4レンズL4のフランジ部L4fの下面には、第2保持部材22eが取り付けられている。図2から明らかなように、フランジ部材22c、第1保持部材22d、第2保持部材22eは、剛的に連結されておらず、鏡枠の機能を有していない。なお、フランジ部材22cと第1保持部材22dとの間には、薄い円筒状の遮光シート23が設けられ、外部から不要光が入射することを抑制している。
A
レンズL1〜L3の光軸直交外方には、円筒状のアクチュエータ30が配置されている。アクチュエータ30は、第1保持部材22dに取り付けられ光軸方向に延在するコイル33と、上筒21Bの上方においてコイル33を内包するように配置された磁石32と、磁石32を支持すると共に、上方からコイル33の内周までを覆うようにして、上筒21Bに下端を取り付けられたヨーク31とからなっている。ヨーク31の内周は、遮光シート23を介して、レンズL1〜L3の外周に対峙している。なお、磁石32を第1保持部材22dに取り付けて、コイル33を上筒21Bに取り付けても良い。
A
径の異なるドーナツ円板同士を連結位置の位相をずらせて連結した形状のばね部材27は、その外周側を上筒21Bの下端近傍に固定し、その内周側を第2保持部材22eの下面に固定している。一方、ばね部材27に類似の形状を有するばね部材28は、その外周側をヨーク31の上面に固定し、その内周側をフランジ部材22cの上面に固定している。ばね部材27,28は、レンズL1〜L4が光軸方向に一体的に移動することに応じて付勢力を発生するようになっている。
The
アクチュエータ30のコイル33のプラス端子は、第1保持部材22dを抜け第2保持部材22eの外壁を延在する配線H1+を介してばね部材27に接続されている。更に、ばね部材27は上筒21Bの外壁を貫通し下筒21Aの外壁を延在するH2+を介して基板52に接続されている。又、コイル33のマイナス端子は、遮光シート23の外周を延在する配線H1−を介してばね部材28に接続されている。ばね部材28はヨーク31,上筒21B、下筒21Aの外壁を延在するH2−を介して基板52に接続されている。ボイスコイルモータの駆動原理は良く知られているので省略するが、外部よりばね部材27,28,配線H1+、H2+、H1−、H2−を介してコイル33に電力を供給することで発生する磁力により、磁石32に対してコイル33を、供給された電力に応じて変位させることができるものである。
The plus terminal of the
撮像レンズ10は、物体側より順に、開口絞りS、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第1レンズL1、負の屈折力を有する第2レンズL2,正の屈折力を有する第3レンズL3、負の屈折力を有する第4レンズL4とを有している。本実施の形態では、レンズL1、L2、L3、L4がフォーカシングレンズ(可動レンズともいう)を構成するが、レンズL3,L4に比べ、レンズL1、L2の外径を小さくしているため、この外径差を利用して、大型のアクチュエータ30を搭載できるようになっている。
The
この撮像レンズ10は、開口絞りS及び各レンズL1、L2、L3、L4を光学系として、固体撮像素子に対して被写体像の結像を行うためのものである。開口絞りSは、撮像レンズ全系のFナンバーを決定する部材である。
The
撮像レンズ10とイメージセンサ51との間において外筒21のフランジ部21aに保持されたIRカットフィルタFは、例えば略矩形状や円形状に形成された部材である。
The IR cut filter F held by the
さらに、第1レンズL1と第2レンズL2の間、第2レンズL2と第3レンズL3との間、第3レンズL3と第4レンズL4との間に、遮光マスクSMが配置されており、それにより固体撮像素子に近いレンズL4有効径の外側に不要光が入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。 Further, a light shielding mask SM is disposed between the first lens L1 and the second lens L2, between the second lens L2 and the third lens L3, and between the third lens L3 and the fourth lens L4. Thereby, it is possible to prevent unnecessary light from entering the outside of the effective diameter of the lens L4 close to the solid-state imaging device, and to suppress the occurrence of ghost and flare.
本実施の形態によれば、可動レンズを構成する4つのレンズL1〜L4は、相互に連結されているため、これらのレンズL1〜L4を内包保持する鏡枠を設ける必要がなくなり、それによりレンズL1〜L4の光軸直交方向外側の空間の有効利用を図れることができ、かかる空間にアクチュエータ30を配置することで、そのコイル33の巻線数の増大や長さの増大を図ることができ、駆動力を高めることができる。なお、連結されるレンズは、少なくとも2枚以上であれば足りる。
According to the present embodiment, since the four lenses L1 to L4 constituting the movable lens are connected to each other, there is no need to provide a lens frame that holds and holds these lenses L1 to L4. It is possible to effectively use the space outside L1 to L4 in the direction perpendicular to the optical axis, and by arranging the
上述した撮像装置50の使用態様について説明する。図3は、撮像装置50を携帯端末としての携帯電話機100に装備した状態を示す図である。また、図4は携帯電話機100の制御ブロック図である。
A usage mode of the
撮像装置50は、例えば、撮像レンズにおける外筒21の物体側端面が携帯電話機100の背面(液晶表示部側を正面とする)に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置になるよう配設される。
In the
撮像装置50の外部接続用端子52aは、携帯電話機100の制御部101と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部101側に出力する。
The
一方、携帯電話機100は、図4に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部(CPU)101と、番号等をキーにより支持入力するための入力部60と、所定のデータの他に撮像した画像や映像等を表示する表示部70と、外部サーバとの間の各種清報通信を実現するための無線通信部80と、携帯電話機100のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ID等の必要な諸データを記憶している記憶部(ROM)91と、制御部101によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置50により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部(RAM)92とを備えている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
携帯電話機100を把持する撮影者が、被写体に対して撮像装置50の撮像レンズ10の光軸を向けると、イメージセンサ51に画像信号が取り込まれるが、例えば像面AF処理などを行うことで、ピントズレを検出できる。制御部101は、このピントズレを解消する方向にレンズL1〜L4を駆動するように、アクチュエータ30に対して電力を供給するので、外部接続用端子52aより配線H1+、H2+、H1−、H2−を介してコイル33に電力が供給される。このとき、磁石32の周囲に配置されたヨーク31により磁束密度が高められ、効率よく電力を磁力に変換できる。これにより発生した磁力と、変形したばね部材27,28の付勢力とを釣り合わせることにより、移動筒22と共に最適な合焦位置にレンズL1〜L4を移動させ且つ保持することができるので、適切なオートフォーカス動作を実現できる。なお、電力供給の中断により、アクチュエータ30の駆動力が消失すれば、移動筒22は元の位置へと復帰する。
When the photographer holding the
所望のシャッタチャンスで、図3に示すボタンBTを撮影者が押すことでレリーズが行われ、画像信号が撮像装置50に取り込まれることとなる。撮像装置50から入力された画像信号は、上記携帯電話機100の制御系に送信され、記憶部92に記憶されたり、或いは表示部70で表示され、さらには、無線通信部80を介して映像情報として外部に送信されることとなる。
When the photographer presses the button BT shown in FIG. 3 at a desired photo opportunity, release is performed, and the image signal is taken into the
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、可動レンズはレンズL1〜L4のいずれか1枚以上であれば良く、更にレンズ総数は4枚に限られない。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the movable lens may be any one or more of the lenses L1 to L4, and the total number of lenses is not limited to four.
10 撮像レンズ
20 組立筐体
21 外筒
21A 下筒
21B 上筒
21a フランジ部
21b 凹部
22c フランジ部材
22d 第1保持部材
22e 第2保持部材
23 遮光シート
27 ばね部材
28 ばね部材
30 アクチュエータ
31 ヨーク
32 磁石
33 コイル
50 撮像装置
51 イメージセンサ
51a 光電変換部
52 基板
52a 外部接続用端子
60 入力部
70 表示部
80 無線通信部
92 記憶部
100 携帯電話機
101 制御部
B 接着剤
BT ボタン
F カットフィルタ
H1+、H2+、H1−、H2− 配線
L1〜L4 レンズ
S 開口絞り
W ワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記筐体に対して光軸方向に移動可能な可動レンズを少なくとも1つ含む撮影レンズと、
前記可動レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータと、を有し、
前記可動レンズにおける少なくとも2つのレンズは、相互に連結されており、前記連結されたレンズの光軸直交方向外側に前記アクチュエータの少なくとも一部が配置されていることを特徴とする撮像装置。 A housing,
A photographic lens including at least one movable lens movable in the optical axis direction with respect to the housing;
An actuator for driving the movable lens in the optical axis direction,
At least two lenses in the movable lens are connected to each other, and at least a part of the actuator is disposed outside the connected lenses in the direction perpendicular to the optical axis.
2. The movable lens includes four lenses, and at least a part of the actuator is disposed outward in the direction perpendicular to the optical axis of the three lenses excluding the most image side lens. The imaging apparatus in any one of -5.
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