JP2008129470A - 撮像装置及び携帯型電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器にも搭載可能なコンパクトで、正確な測距が行える撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置２０は、撮影光学系２００と、該撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子５４と、撮影光学系の少なくとも一部と撮像素子との相対位置を撮影光学系の光軸方向とは異なる方向に変化させる駆動機構とを有する。情報生成手段８１ｐ，８１ｙは、該相対位置が異なる状態で撮像素子により得られた複数の撮影画像を用いて被写体までの距離に関する情報を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯型電子機器への搭載に適した撮像装置に関する。

デジタルカメラは、被写体像を光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子の出力に基づいて生成される映像信号の輝度情報を用いることにより、ピント合わせを行うことができる。これは、撮影レンズを微小駆動して、映像のコントラストが良好になるフォーカスレンズ位置を求める方式で、一般にコントラストＡＦ又はＴＶ−ＡＦ方式と称されている。（例えば、特許文献１参照）。

一方、一眼レフレックスカメラにおいては、ＴＴＬ（Through the Taking Lens）位相差検出方式によるオートフォーカス（ＡＦ）が採用される場合が多い。この位相差検出方式では、撮影レンズを介して取り込まれた被写体からの光束が、可動ミラーよって反射されて撮像素子又は銀塩フィルムの受光面と等価な面（一次結像面）上に導かれる。該等価面に導かれた光束は、セパレータレンズを含む二次結像光学系によって２つに分割（瞳分割）されてＡＦ用の一対のラインセンサ上に導かれる。そして、該一対のラインセンサ上の２像のずれ（位相差）を検出することによって、撮影レンズ中のフォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を求める（例えば、特許文献２参照）。

さらに、撮影レンズ内の異なる領域を通過するＡＦ光束を時分割にて取り出し、時分割形成される２像の相関から合焦と非合焦を判断する方式も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平６−１２５４９３号公報（段落００２４〜００３２、図１〜３等） 特開昭６１−１８９１２号公報（１頁右欄２０行〜２頁左下欄５行、図１，２等） 特開平８−９４９２３号公報（段落００２２〜００２９、図１，３等）

携帯型電子機器、例えば携帯電話には撮像装置が搭載されることが多い。但し、携帯型電子機器は小さく軽いので、手振れによる像振れが大きくなる傾向にある。この場合、画像を記録するための撮像時の手振れによる像振れだけでなく、撮像前のピント合わせ時にも手振れによる像振れが問題となる。

前述したコントラストＡＦ方式では、一般にＡＦ速度が遅いという欠点があり、速度を追求する構成としては前述したＴＴＬ位相差検出方式などが適している。ただし、特許文献２にて開示されているタイプのＴＴＬ位相差検出方式では、ＡＦ専用のセンサユニットが新たに必要であり、携帯型電子機器内のきわめて小さなスペースに配置することは難しい。

特許文献３にて開示されている時系列瞳分割方式では、撮像素子をＴＴＬ位相差信号を検出するためのセンサとして流用しているために、ＡＦ専用のセンサユニットを必要とせず、小型化に向いている。しかしながら、時系列に瞳を分割している間に手振れが生じた場合は、正確な測距が行えず、ＡＦ性能を確保することが困難となる。

本発明は、電子機器にも搭載可能なコンパクトで、正確な測距が行える撮像装置を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、撮影光学系の少なくとも一部と撮像素子との相対位置を撮影光学系の光軸方向とは異なる方向に変化させる駆動機構と、駆動機構によって撮影光学系の少なくとも一部の撮像素子との相対位置が変化した場合に、撮像素子により得られた複数の撮影画像を用いて被写体までの距離に関する情報を生成する情報生成手段とを有することを特徴とする。

なお、上記撮像装置を搭載した電子機器も本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、携帯型電子機器等の小型の電子機器にも搭載可能なコンパクトであり、かつ防振機能を併せ持たせることによって手振れ等があっても正確な測距を行うことが可能な撮像装置を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１Ａ〜図１Ｃには、本発明の実施例である撮像装置を搭載した携帯型電子機器である携帯電話（折り畳み状態）の全体構成を示す。

図１Ａは携帯電話を裏面から見た図であり、筐体１０ａ、保護窓２０ａ及び蓋２８ａが示されている。２８ｂは蓋２８ａを開けるための爪掛け部である。

図１Ｃは携帯電話を正面から見た図である。携帯電話は、ヒンジ１１を中心に折り畳み可能な筐体１０ａ，１０ｂにより構成されている。

１２は筐体１０ｂ上に設けられたサブディスプレイであり、電話やメールの着信状態を表示したり、折り畳み状態での撮影用サブモニタとして機能したりする。１３は電話やメールの着信表示用のＬＥＤである。

図１Ｂは、図１Ａに示した携帯電話のＡ−Ａ線での断面を示している。

図１Ｂにおいて、１２ａはサブディスプレイ１２を覆う保護窓、１３ａはＬＥＤ１３を覆う窓である。

２０は筐体１０ａ内に設けられた撮像装置としてのメインカメラであり、手振れ等による像振れを抑制するための防振機能を有する。２１は筐体１０ａ内に固定された振動センサであり、手振れ等の振動を検出する。２０ａはメインカメラ２０の保護窓である。

２２は筐体１０ａ内に固定されている基板であり、導電性ゴムなどで形成された操作パッド２１０やＩＣ２２ａ等が実装されている。操作パッド２１０には、番号やローマ字等が印刷された化粧板２１０ａが設けられている。

メインカメラ２０は、後述する撮像素子を有し、該撮像素子は、基板２２上に設けられた固定鏡筒５３ｅにより保持されている。また、撮像素子は、フレキシブル基板２０ｂを介して基板２２上のコネクタ２０ｃに接続されている。

２３は筐体１０ｂ内に固定されたサブ基板であり、ＩＣ２３ａが実装されている。

２４は筐体１０ｂ内に固定されたメインディスプレイであり、電話番号やメールの内容を表示したり、ゲーム用ディスプレイや撮影用メインモニタとして使用されたりする。２４ａはメインディスプレイ２４を覆う保護窓である。

２４ｂはメインディスプレイ２４とサブ基板２３上のコネクタ２４ｃとを接続するフレキシブル基板である。１２ｂはサブディスプレイ１２とサブ基板２３上のコネクタ１２ｃとを接続するフレキシブル基板である。

２５ａは筐体１０ｂ内に設けられたサブカメラ用の撮像素子であり、サブ基板２３上に実装されている。２５ｂはサブカメラ用の光学系であり、２５ｃはその保護窓である。撮像素子２５ａ及び光学系２５ｂによりサブカメラ２５が構成される。

２６は電話用のスピーカーであり、２７はマイクであり、それぞれ筐体１０ｂ，１０ａに固定されている。

２８は筐体１０ａに設けられたバッテリー室内に装填されたバッテリーであり、蓋２８ａによって覆われている。２９は筐体１０ａ内に固定されたアンテナである。

図２は、図１Ａ〜図１Ｃに示した携帯電話を展開した状態を示している。この状態ではメインカメラ２０により取得された映像をメインディスプレイ２４で確認しながら撮影を行うことができる。また、サブカメラ２５とメインディスプレイ２４を用いて、ユーザー自身を撮像したり、テレビ電話を行ったりすることができる。

図３には、メインカメラ２０及びその周辺の断面を拡大して示している。図３において、撮影光学系２００は、メイン光軸ＡＸＬを有し、レンズ５１，５２を含む。メイン光軸ＡＸＬは、後述するように撮影光学系２００がピッチ方向及びヨー方向の中立位置にある状態でのレンズ５１，５２の中心と撮像素子５４の受光面の中心とを結んだ線に一致する。撮影光学系２００は、絞り５３ａを物体側前端部に有する可動鏡筒５３内に収容及び保持されている。

また、撮影光学系２００の像側には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子５４が配置されている。前述したように、撮像素子５４は、フレキシブル基板２０ｂ及びコネクタ２０ｃを介して基板２２と電気的に接続されている。但し、撮像素子５４を基板２２に直接実装してもよい。

可動鏡筒５３は、筐体１０ａにおける可動鏡筒収納部内に、矢印１３２ｐの方向（メイン光軸ＡＸＬに直交するピッチ方向）及びこれに直交するヨー方向（図の紙面に垂直な方向）１３２ｙに移動可能に収容されている。可動鏡筒５３の外径部５３ｃと可動鏡筒収納部の内径部１０ｄの間には、可動鏡筒５３をピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙの方向にて支える支持バネ１００が配置されている。１０１は保護窓２０ａを通して支持バネ１００等が外部から見えないように、保護窓２０ａに貼り付けられたカバーである。

筐体１０ａにおいて可動鏡筒収納部内に突出した突出部１０ｃは、可動鏡筒５３の外径部５３ｃと隙間を挟んで対向する。該隙間は、可動鏡筒５３のピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙへの移動のためのスペースである。外部からの衝撃などで可動鏡筒５３がある程度大きく移動すると、突出部１０ｃによってそれ以上の可動鏡筒５３の移動が阻止される。

可動鏡筒５３の後端部に形成された凹部５３ｂと基板２２との間には、可動鏡筒５３をピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙにガイドするためのボール５５が配置されている。圧縮コイルバネ５６は、筐体１０ａと可動鏡筒５３との間にチャージ状態で配置されており、可動鏡筒５３を基板２２に対して押し付けている。このため、ボール５５は可動鏡筒５３と基板２２間に常に挟み込まれる。ボール５５を用いることで、可動鏡筒５３の移動時に発生する摩擦を小さく抑え、可動鏡筒５３の駆動負荷を軽減することができる。

圧縮コイルバネ５６は、図３に示すように撮像素子５４側に向かって径が小さくなっていく螺旋形状を有する。これにより、可動鏡筒５３がピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙに移動するときに、圧縮コイルバネ５６が可動鏡筒５３に干渉することがない。なお、可動鏡筒５３の可動方向は、メイン光軸ＡＸＬに対して直交する方向等、メイン光軸ＡＸＬの方向とは異なる方向であればよい。

また、圧縮コイルバネ５６は、ピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙでの弾性力により、可動鏡筒５３のメイン光軸ＡＸＬを撮像素子５４の中心に一致させる中心位置調整も行う。

可動鏡筒５３には、強磁性材料により形成されたヨーク５７ｐが固定されている。ヨーク５７ｐには、ネオジウム等からなる永久磁石５８ｐが吸着固定されている。

基板２２において、永久磁石５８ｐに対向する位置には、ヨーク９０ｐとともにコイル５９ｐが固定されている。ヨーク９０ｐは、コイル５９ｐに対して永久磁石５８ｐ側とは反対側の磁路を閉じるための部材である。図３の例では、基板２２とコイル５９ｐとが別部品で構成されているが、コイル５９ｐを、基板２２上に配線とともにプリントされたプリントコイルとしてもよい。

コイル５９ｐに電流を流すと、該コイル５９ｐと永久磁石５８ｐとの間に作用する電磁力によって可動鏡筒５３はピッチ方向１３２ｐに駆動される。ヨー方向１３２ｙへの駆動も同様に行われるが、これについては後述する。

基板２２には、永久磁石５８ｐに対向するように位置センサとしてのホール素子（hall element；図３には示さず）が実装されている。位置センサからの出力に基づいて、可動鏡筒５３のピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙの移動位置を検出することができる。

振動センサ２１は、基板２２のうちメインカメラ２０とは反対側の面に実装されている。振動センサ２１は、図中に矢印２１ａで示すピッチ方向回転及び矢印２１ｂで示すヨー方向回転での角速度を検出する振動ジャイロである。なお、振動センサ２１は、１つでピッチ方向回転２１ａ及びヨー方向回転２１ｂの角速度を検出するものでもよいし、２つでピッチ方向回転２１ａ及びヨー方向回転２１ｂの角速度を検出するものでもよい。

図３に示すように、振動センサ２１を基板２２のうちメインカメラ２０とは反対側の面に実装することで、実装面の有効利用ができ、携帯電話のコンパクト化に有利である。

可動鏡筒５３内には、物体側から順に、ズームレンズ５２と、フォーカスレンズ５１とがそれぞれ可動枠５２ａ，５１ａに保持されて収容されている。可動枠５２ａと可動鏡筒５３の前端内面との間には、可動枠５２ａを像面方向に付勢するバネ５２ｂが配置されている。また、可動枠５１ａと固定鏡筒５３ｅとの間には、可動枠５１ａを物体側に付勢するバネ５２ｂが配置されている。

基板２２には、可動枠５２ａ（ズームレンズ５１）及び可動枠５１ａ（フォーカスレンズ５１）をそれぞれメイン光軸ＡＸＬの方向に移動させる駆動源となるアクチュエータ（例えば、ステッピングモータ）５２ｃ，５１ｃが保持されている。各アクチュエータの出力軸には、リードスクリューが形成されている。

アクチュエータ５２ｃのリードスクリューには、連結部材５２ｄに一体に設けられたナット５２ｅが係合している。連結部材５２ｄは、可動枠５２ａに連結されており、アクチュエータ５２ｃが回転することでズームレンズ５２がメイン光軸ＡＸＬの方向（矢印５２ｆの方向）に移動する。これと同様に、アクチュエータ５１ｃのリードスクリューには、連結部材５１ｄに一体に設けられたナット５１ｅが係合している。連結部材５１ｄは、可動枠５１ａに連結されており、アクチュエータ５１ｃが回転することでフォーカスレンズ５１がメイン光軸ＡＸＬの方向（矢印５１ｆの方向）に移動する。これらレンズ５２，５１のメイン光軸ＡＸＬの方向への移動により、ズーミング及びフォーカシングが行われる。

図４には、可動鏡筒５３を背面側（像側）から見て示している。

上述したように、可動鏡筒５３には、ピッチ方向１３２ｐへの駆動用の永久磁石５８ｐがヨーク５７ｐを介して固定されている。また、可動鏡筒５３におけるヨーク５７ｐ及び永久磁石５８ｐの位置に対して９０度回転した位置には、可動鏡筒５３をヨー方向１３２ｙに駆動するための永久磁石５８ｙがヨーク５７ｙを介して固定されている。

また、前述したボール５５は、可動鏡筒５３の周方向３箇所にほぼ等間隔で配置されている。

図５には、基板２２のうちメインカメラ２０に関連する部分を正面側（物体側）から見て示している。

基板２２には、ピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙへの駆動用のコイル５９ｐ，５９ｙがそれぞれ、図４に示したのピッチ方向１３２ｐ及びヨー方向１３２ｙへの駆動用の永久磁石５８ｐ，５８ｙに対向するように固定されている。基板２２のうちコイル５９ｐ，５９ｙの中心スペースに対向する領域には、可動鏡筒５３のピッチ及びヨー方向１３２ｐ，１３２ｙでの位置を検出するための前述したホール素子５１０ｐ，５１０ｙが実装されている。

また、基板２２のうちボール５５に当接する領域には、銅箔等の金属のパターンが形成されている。これにより、ボール５５がスムーズに転動し、可動鏡筒５３のピッチ及びヨー方向１３２ｐ，１３２ｙへの駆動負荷がより軽減される。

撮像素子５４は、前述したように基板２２に対して固定鏡筒５３ｅを介して固定されている。撮像素子５４は、フレキシブル基板２０ｂ及びコネクタ２０ｃを介して基板２２に電気的に接続されている。

前述したように、コイル５９ｐに電流を流すと可動鏡筒５３はピッチ方向１３２ｐに駆動される。また、コイル５９ｙに電流を流すと、可動鏡筒５３はヨー方向１３２ｙに駆動される。

図６には、上記撮像装置の構成を利用した防振システムの構成を示す。

ピッチ方向及びヨー方向用の振動センサ２１ｐ，２１ｙの出力である角速度信号は、情報生成手段としての信号処理回路８１ｐ，８１ｙにそれぞれ入力される。

信号処理回路８１ｐ，８１ｙは、角速度信号を積分処理して角度（変位）信号に変換する。さらに、信号処理回路８１ｐ，８１ｙは、角度信号に対して直流（ＤＣ）成分の除去処理やパンニング対策処理などを行って防振目標位置を示す信号（目標位置信号）に変換する。

一方、位置センサ（ホール素子）５１０ｐ，５１０ｙは、可動鏡筒５３の位置を示す信号（検出位置信号）を出力する。そして、目標位置信号と検出位置信号の差分に対応する駆動信号がコイル５９ｐ，５９ｙに電流として与えられる。これにより、可動鏡筒５３はピッチ方向及びヨー方向に防振駆動される。この構成では、位置センサ５１０ｐ，５１０ｙからの検出位置信号がフィードバックされるかたちとなるので、可動鏡筒５３は防振目標位置に正確に駆動される。

図７には、上記撮像装置の構成を利用した測距システムの原理を示す。図７は、撮像素子５４に対して、撮影光学系２００（図には、レンズ５１，５２及び可動鏡筒５３をまとめて模式的に示している）を、メイン光軸ＡＸＬを中心として該メイン光軸ＡＸＬに直交する方向にΔＬだけシフト（変位）した状態を示している。２０１は被写体である。

ここで、撮影光学系２００から被写体２０１までの実質距離（撮影光学系２００の前側主面から被写体までの空気換算光路長）をＤとする。また、撮影光学系２００と撮像素子５４との実質距離（撮影光学系２００の後側主面から撮像素子５４の受光面までの空気換算光路長）をｆとする。この場合、撮像素子５４上での被写体像の振れ量ΔＰは、
ΔＰ＝ΔＬｘ（Ｄ＋ｆ）／Ｄ …（１）
となる。（１）式を展開することにより、被写体距離Ｄは、
Ｄ＝ｆｘΔＬ／（ΔＰ−ΔＬ） …（２）
により求めることができる。

（２）式は、ＴＴＬ位相差検出方式での基線長がΔＬであることを示し、被写体距離Ｄが、撮影光学系２００の光学倍率（撮影倍率）ｍ（＝ｆ／Ｄ）によって像ずれ位相差量（ΔＰ−ΔＬ）に変換されていることを意味する。すなわち、
（ΔＰ−ΔＬ）＝ｍｘΔＬ …（３）
が成り立つ。

図８では、焦点距離ｆ０が２．４ｍｍ、４．８ｍｍ、７．２ｍｍのときの被写体距離Ｄと像ずれ位相差量（ΔＰ−ΔＬ）μｍとの関係を表にして示している。ただし、ここでは撮影光学系２００と撮像素子５４との間の実質距離と撮影光学系２００の焦点距離とが等しいと仮定している。また、撮影光学系２００のシフト量ΔＬを１ｍｍ（メイン光軸ＡＸＬに対して正及び負の方向に０．５ｍｍ）で固定したと仮定している。

被写体にピントを合わせたときに、無限遠が焦点深度の後端ぎりぎりに入る距離（過焦点距離）Ｈは、焦点距離ｆ０、絞りＦｎｏ及び許容錯乱円σに依存し、具体的には次のように計算される。

Ｈ＝ｆ０^２／（Ｆｎｏｘσ） …（４）。

図９には、許容錯乱円を５μｍと仮定したときの焦点距離２．４ｍｍ、４．８ｍｍ、７．２ｍｍでの過焦点距離Ｈを、Ｆｎｏ２．８及びＦｎｏ４に対して計算した結果を示す。

カメラのＡＦ性能を考える上では、過焦点距離以上の被写体距離に対しては同一のフォーカスレンズ位置を設定する。このため、過焦点距離までの被写体に対して測距分解能が確保されればよい。

図１０Ａ〜１０Ｃには、各焦点距離での被写体距離と位相差量（ΔＰ−ΔＬ）μｍとの関係をグラフ化して示している。これらの図から、本実施例の撮像装置は、特に至近被写体に対して測距分解能が高いことが分かる。また、撮影光学系の焦点距離が短いほど、全被写体距離範囲内での位相差量の変化率（傾き）が小さく、測距分解能のバランスがよいことが分かる。

一般に、携帯電話に搭載されるカメラでは、被写体距離を短くして撮影することが多い。また、マクロ（近接）撮影も多く行われるため、本実施例の撮像装置は、携帯電話等の携帯型電子機器に搭載するのに特に適していると言える。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、本実施例での測距動作を示す。図１１Ａはメイン光軸ＡＸＬに対して読み出し位置Ｒ１にシフトした撮影光学系２００により形成された被写体像Ｏ１を撮像素子（ＣＣＤ）５４から画像として取り込む様子を示す。図１１Ｂはメイン光軸ＡＸＬに対して、読み出し位置Ｒ１とは反対側の読み出し位置Ｒ２にシフトした撮影光学系２００により形成された被写体像Ｏ２を撮像素子５４から画像として取り込む様子を示す。

図１１Ａでは、撮影光学系２００をメイン光軸ＡＸＬに対して上（＋）方向に０．５ｍｍシフトさせている。また、図１１Ｂでは、撮影光学系２００をメイン光軸ＡＸＬに対して下（−）方向に０．５ｍｍシフトさせている。（２）式における撮影光学系２００のトータルのシフト量（測距用レンズシフト量）ΔＬは１ｍｍである。

図１２は、防振と測距のために撮影光学系２００をメイン光軸ＡＸＬに対して直交する方向にシフト駆動するためのシステム構成を示している。

ここでは、図６で示した防振駆動が行われている状態で、測距のための撮影光学系２００のシフト動作（レンズシフト動作）を同時に行う。

すなわち、まず振動センサ２１ｐ，２１ｙからの角速度信号を受けた第１の信号処理回路８１ｐ，８１ｙは、前述した防振目標位置への移動量である防振用レンズシフト量ΔＬＢを算出する。そして、第２の信号処理回路８５は、防振用レンズシフト量ΔＬＢと測距用レンズシフト量ΔＬとを加算（合成）し、コイル５９ｐ，５９ｙへの駆動信号を生成する。これにより、測距時は手振れによる像変位がキャンセルされるために、精度の良い測距が可能となる。

図１３は、本実施例におけるＡＦ制御動作を示すフローチャートである。まず、図１１Ａ及び図１１Ｂで示した読み出し位置Ｒ１，Ｒ２での被写体像Ｏ１，Ｏ２を個別に撮像する（ステップ５００，５０１）。この間は、防振動作が連続して行われる。

次に、従来のＴＴＬ位相差検出方式でも用いられる、いわゆる画像ビットずらし方法による相関演算を行って、被写体像Ｏ１，Ｏ２のずれ量ΔＰを算出する（ステップ５０２）。撮像素子５４の画素ピッチは２μｍ程度であり、相関演算では画素ピッチの１／５〜１／１０程度の分解が可能である。このため、位相差量（ΔＰ−ΔＬ）の分解能としては０．５μｍ程度を確保でき、ずれ量ΔＰを精度良く算出することが可能となる。

撮影光学系２００と撮像素子５４との実質距離ｆは、アクチュエータ（ここでは、ステッピングモータとする）５１ｃ，５２ｃの位置（駆動パルス数）から求めることができる。また、撮影光学系２００のトータルシフト量ΔＬは、前述した位置センサ５１０ｐ，５１０ｙを用いることで精度良く設定される（ステップ５０３）。このため、（２）式により被写体距離Ｄが正確に求めることができる（ステップ５０４）。

被写体距離Ｄは、上記位相差量と、撮影光学系２００の焦点距離、撮影倍率及びフォーカスレンズ位置のうちいずれかとに基づいて算出することができる。

こうして求められた被写体距離Ｄに基づいて、図３に示したフォーカス制御手段としてのコントローラ３００は、所定の演算式を用いて合焦が得られるフォーカスレンズ位置（合焦位置）を算出する。また、不図示のメモリに記憶されたデータの中から該被写体距離に対応する合焦位置を読み出してもよい。そして、コントローラ３００は、ステッピングモータ５１ｃを駆動してフォーカスレンズ５１を合焦位置に移動させる。これにより、ＡＦ動作が完了する（ステップ５０５）。

ここで、撮影光学系２００がズームレンズである場合においても、撮影光学系２００と撮像素子５４との実質距離ｆの値はアクチュエータ５１ｃ，５２ｃの駆動パルス数により求めることができる。このため、上述した流れの処理を行うことによって、被写体距離Ｄを正確に求めることができる。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、焦点距離２．４〜７．２ｍｍ、倍率３倍での被写体距離Ｄと位相差量との関係を示し、本実施例にそのまま適用することができる。

以上のように、本実施例によれば、カメラ付き携帯型電子機器に搭載するのに適したコンパクトな撮像装置を実現することができる。また、本実施例では、測距のためのレンズシフト機構（駆動機構）を、防振機能にも兼用している。つまり、測距システムに防振機能が付加されたことになり、測距システムの性能及び精度の向上及び安定化を図ることができる。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、本発明の実施例２である撮像装置での測距動作を示す。撮像装置自体の構成は、実施例１と同じである。

図１４Ａはメイン光軸ＡＸＬに対して読み出し位置Ｒ１にシフトした撮影光学系２００により形成された被写体像Ｏ１を撮像素子（ＣＣＤ）５４から画像として取り込む様子を示す。図１４Ｂはメイン光軸ＡＸＬに対して、読み出し位置Ｒ１とは反対側の読み出し位置Ｒ２にシフトした撮影光学系２００により形成された被写体像Ｏ２を撮像素子５４から画像として取り込む様子を示す。

図１４Ａでは、撮影光学系２００をメイン光軸ＡＸＬに対して上（＋）方向に０．５ｍｍシフトさせている。また、図１４Ｂでは、撮影光学系２００をメイン光軸ＡＸＬに対して下（−）方向に０．５ｍｍシフトさせている。（２）式における撮影光学系２００のトータルのシフト量（測距用レンズシフト量）ΔＬは１ｍｍである。

本実施例では、撮像素子５４により取得された画像（画面）のうち一部の領域を測距のために切り出す。そして、撮影光学系２００のシフトに伴って該切り出し領域（読み込み領域）もシフトさせる。

２０２−１，２０２−２はそれぞれ、撮影光学系２００が上下にシフトした読み出し位置Ｒ１，Ｒ２での測距用画像の切り出し領域を示す。読み出し位置Ｒ１では、切り出し領域２０２−１は、撮像素子５４の中心に対して上（＋）方向に０．５ｍｍにシフトする。また、読み出し位置Ｒ２では、切り出し領域２０２−１は、撮像素子５４の中心に対して下（−）方向に０．５ｍｍにシフトする。すなわち、メイン光軸ＡＸＬに対する測距用画像の切り出し領域の中心を、撮影光学系２００のメイン光軸ＡＸＬに対する測距用レンズシフト量ΔＬと一致させている。

図１５は、本実施例におけるＡＦ制御動作を示すフローチャートである。まず、図１４Ａ及び図１４Ｂで示した画像切り出し領域２０２−１，２０２−２の被写体像Ｏ１，Ｏ２を個別に撮像する（ステップ５００，５０１′）。この間は、防振動作が連続して行われる。

次に、実施例１と同様に、切り出し領域２０２−１，２０２−２の画像に対して画像ビットずらし方法による相関演算を行い、被写体像Ｏ１，Ｏ２のずれ量ΔＰ２を算出する（ステップ５０２′）。

被写体像のずれ量ΔＰ２は、実施例１に示した（２）式のΔＬの項を、画像切り出し領域をシフトさせることでキャンセルするため、被写体距離Ｄは次式で表せる。

Ｄ＝ｆｘΔＬ／ΔＰ２ …（５）
撮影光学系２００と撮像素子５４との実質距離ｆは、アクチュエータ（ここでは、ステッピングモータとする）５１ｃ，５２ｃの位置（駆動パルス数）から求めることができる（ステップＳ５０３′）。

そして、（５）式から被写体距離Ｄが正確に求めることができる（ステップ５０４′）。

こうして求められた被写体距離Ｄに基づいて、図３に示したコントローラ３００は、所定の演算式を用いて合焦が得られるフォーカスレンズ位置（合焦位置）を算出する。また、不図示のメモリに記憶されたデータの中から該被写体距離に対応する合焦位置を読み出してもよい。そして、コントローラ３００は、ステッピングモータ５１ｃを駆動してフォーカスレンズ５１を合焦位置に移動させる。これにより、ＡＦ動作が完了する（ステップ５０５）。

本実施例によれば、測距のために読み込む画像領域を小さくすることができ、また位相差の相関演算での画像ビットずらし量を小さくすることができる。したがって、演算処理の高速化に有効である。

以上のように、本実施例によれば、カメラ付き携帯型電子機器に搭載するのに適したコンパクトな撮像装置を実現することができる。また、本実施例では、測距のためのレンズシフト機構（駆動機構）を、防振機能にも兼用している。つまり、測距システムに防振機能が付加されたことになり、測距システムの性能及び精度の向上及び安定化を図ることができる。

上記各実施例では、撮影光学系２００の全体をメイン光軸ＡＸＬに対してシフトさせる場合について説明した。しかし、撮影光学系２００の一部をシフトさせてもよい。この場合、基本的に撮影光学系２００の入射瞳のシフト量ΔＬ３が、前述した（３）式中のΔＬに相当する。また、撮像素子５４上での画像のシフト量は、シフトさせるレンズよりも像側のレンズの横倍率により変動するが、基線長に対応する実質的な像ずれ位相差量ΔＰ３は、（６）式のように、撮影光学系２００の光学倍率ｍ（＝ｆ／Ｄ）により決定される。さらに、実質的な測定感度は入射瞳のシフト量ΔＬ３と光学倍率ｍにより決定される。

ΔＰ３＝ｍｘΔＬ３ …（６）。

また、上記各実施例では、手振れによる像ずれ量分を、撮影光学系２００をシフトさせることで補正したが、測距中は撮影光学系２００を測距のためのみにシフトさせ、画像信号の処理によって手振れによる像ずれをキャンセルするようにしてもよい。

また、手振れがあまり問題とならない場合には、防振機能を持たせなくてもよい。この場合、振動センサ２１が不要となり、よりコンパクトで高速なＡＦが可能となる。

さらに、上記各実施例では、固定された撮像素子５４に対して撮影光学系２００をシフトさせる場合について説明したが、固定した撮影光学系に対して撮像素子をシフトさせるようにしてもよい。

また、上記各実施例では、携帯電話に搭載する撮像装置について説明したが、本発明の撮像装置は、携帯電話に限らず、各種のカメラ付き電子機器や、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像専用装置としての電子機器にも適用することができる。

本発明の実施例１である撮像装置を搭載した携帯電話（折り畳み状態）の構成を示す背面図。 実施例１の携帯電話の構成を示す側面断面図。 実施例１の携帯電話の構成を示す正面図。 実施例１の携帯電話（展開状態）の側面断面図。 実施例１の携帯電話におけるメインカメラ部周辺の拡大断面図。 実施例１のメインカメラの可動鏡筒を示す背面図。 実施例１のメインカメラの基板を示す正面図。 実施例１のメインカメラの防振システムを示すブロック図。 実施例１のメインカメラでの測距原理を説明する図。 実施例１における被写体距離と像ずれ位相差量との関係を示す表図。 実施例１における各焦点距離及びＦナンバーでの過焦点距離を示す表図。 実施例１における被写体距離と位相差量との関係を示すグラフ図。 実施例１における被写体距離と位相差量との関係を示すグラフ図。 実施例１における被写体距離と位相差量との関係を示すグラフ図。 実施例１における撮像装置の測距動作を示す図。 実施例１における撮像装置の測距動作を示す図。 実施例１のメインカメラにおける測距及び防振システムの構成を示すブロック図。 実施例１のメインカメラにおけるＡＦ制御動作を示すフローチャート。 本発明の実施例２である撮像装置の測距動作を示す図。 実施例２における撮像装置の測距動作を示す図。 実施例２のメインカメラにおけるＡＦ制御動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ 筐体
２０ メインカメラ
２１ 振動センサ
２２ 基板
５３ 可動鏡筒
５４ 撮像素子
５８ｐ，５８ｙ 永久磁石
５９ｐ，５９ｙ コイル
５１０ｐ，５１０ｙ ホール素子（位置センサ）
２００ 撮影光学系
２０１ 被写体

Claims (7)

1. 撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記撮影光学系の少なくとも一部と前記撮像素子との相対位置を前記撮影光学系の光軸方向とは異なる方向に変化させる駆動機構と、
   前記駆動機構によって前記撮影光学系の少なくとも一部の前記撮像素子との相対位置が変化した場合に、前記撮像素子により得られた複数の撮影画像を用いて被写体までの距離に関する情報を生成する情報生成手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記距離に関する情報に基づいて前記撮影光学系のフォーカス制御を行うフォーカス制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記情報生成手段は、前記各撮影画像のうち前記距離に関する情報を求めるために読み込む領域を前記相対位置の変化に応じて変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 振れを検出する振れ検出手段を有し、
   前記駆動機構は、該振れ検出手段からの出力に基づく防振用変位量と前記距離に関する情報を生成するための測距用変位量とを合成した変位量で前記相対位置を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像装置。
5. 前記情報生成手段は、更に前記撮影光学系の焦点距離に基づいて被写体までの距離に関する情報を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. 前記情報生成手段は、前記撮影光学系のフォーカスレンズの位置に基づいて被写体までの距離に関する情報を生成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の撮像装置を備えたことを特徴とする電子機器。