JP2023132446A - カメラモジュールおよび携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサーに依存することなく、像面位相差オートフォーカス機能を実現することができる。【解決手段】カメラモジュールは、入射光の光電変換を行うイメージセンサーと、前記イメージセンサーへ向かう前記入射光を集光するレンズ系と、前記レンズ系へ向かう前記入射光を通過させる開口を有する開口絞りと、前記開口の少なくとも一部を遮蔽し得る遮蔽装置と、を備え、前記遮蔽装置は、少なくとも、前記開口の全体を通過する全光線束の主光線に対して非対称な第１光線束のみを通過させる第１遮蔽状態、および、前記第１光線束とは異なりかつ前記主光線に対して非対称な第２光線束のみを通過させる第２遮蔽状態のそれぞれに変化する。【選択図】図３

Description

本開示は、カメラモジュールおよび携帯端末に関するものである。

近年、スマートフォン等の携帯端末に搭載されるカメラモジュールの開発が行われている。そのようなカメラモジュールにおいては、オートフォーカスを高速で実行する技術として、下記の特許文献１に開示されているように、像面位相差オートフォーカスが知られている。

この像面位相差オートフォーカスにおいては、イメージセンサー上に成型された１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を含む画素によって、複数の分割像が取得される。それにより、取得された複数の分割像同士の位相差を決定する。その後、カメラモジュールの制御部は、その位相差に基づいて、焦点が合うように、レンズ系を構成する少なくとも１つのレンズを移動させる。

特開平２００８－１３４３８９号公報

上記の特許文献１に開示された技術によれば、像面位相差オートフォーカスは高速でフォーカス（合焦）を実現することができる。しかしながら、複数の分割像を取得するために、イメージセンサーに位相検出用の画素を形成すること、すなわち、位相差センサーを有する画素を形成することが必要になる。したがって、上記の特許文献１に開示された技術を用いる場合、カメラモジュールに適用され得るイメージセンサーの種類が限定される。そのため、カメラモジュールのコストが増加するおそれがある。

また、上記の特許文献１に開示された技術によれば、オートフォーカスの精度を高めるためには、位相差センサーを有する画素の数を増加させることが必要になる。しかしながら、撮像画素の総数を維持するために、位相差センサーを有する画素を、位相差検出用の画素としてだけでなく、撮像用の画素としても利用する場合には、画像の補正処理が必要になる。この場合、補正処理を行うと、データ処理の負荷が増加する。一方、補正処理を行わなければ、画質の劣化が生じ得る。

本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相差センサーを有するイメージセンサーに依存することなく、像面位相差オートフォーカス機能を実現することができるカメラモジュールおよび携帯端末を提供することである。

本開示のカメラモジュールは、入射光の光電変換を行うイメージセンサーと、前記イメージセンサーへ向かう前記入射光を集光するレンズ系と、前記レンズ系へ向かう前記入射光を通過させる開口を有する開口絞りと、前記開口の少なくとも一部を遮蔽し得る遮蔽装置と、を備え、前記遮蔽装置は、少なくとも、前記開口の全体を通過する全光線束の主光線に対して非対称な第１光線束のみを通過させる第１遮蔽状態、および、前記第１光線束とは異なりかつ前記主光線に対して非対称な第２光線束のみを通過させる第２遮蔽状態のそれぞれに変化する。

本開示の携帯端末は、前述のカメラモジュールを備えた携帯端末であって、遮蔽装置は、透過／非透過切替パネル部を含み、前記透過／非透過切替パネル部は、前記第１遮蔽状態で透過状態になり、かつ、前記第２遮蔽状態で非透過状態になる第１領域と、前記第２遮蔽状態で非透過状態になり、かつ、前記第２遮蔽状態で透過状態になる第２領域と、を含み、前記透過／非透過切替パネル部が、画像を表示する表示パネルの一部である。

実施の形態１のカメラモジュールが組み込まれた携帯端末を示す正面図である。 実施の形態１のカメラモジュールの斜視図である。 実施の形態１のカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。 実施の形態１のカメラモジュールの合焦状態を説明するための断面図である。 実施の形態１のカメラモジュールの合焦位置と非合焦位置とを説明するための模式図である。 実施の形態１のカメラモジュールの合焦状態でイメージセンサーにより撮像された画像の一例を示す図である。 実施の形態１のカメラモジュールの非合焦状態でイメージセンサーにより撮像された画像の一例を示す図である。 実施の形態１のカメラモジュールの遮蔽装置の第１遮蔽状態、イメージセンサーへの入射光、およびイメージセンサーによって得られた画像の関係を示す図である。 実施の形態１のカメラモジュールの遮蔽装置の第２遮蔽状態、イメージセンサーへの入射光、およびイメージセンサーによって得られた画像の関係を示す図である。 実施の形態１の第１遮蔽状態でイメージセンサーにより取得された画像の座標と第２遮蔽状態でイメージセンサーにより取得された画像の座標とがずれることを説明するための図である。 実施の形態１のカメラモジュールの像面位相差オートフォーカスにおける位相差と焦点ズレとの関係の説明図である。 実施の形態１のカメラモジュールのオートフォーカスの手順を示すフローチャートである。 実施の形態２のカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。 実施の形態２のカメラモジュールの遮蔽装置が開口を覆っている状態を示す図である。 実施の形態２のカメラモジュールの遮蔽装置の第１遮蔽状態を示す図である。 実施の形態２のカメラモジュールの遮蔽装置の第２遮蔽状態を示す図である。 実施の形態３のカメラモジュールの遮蔽装置の第１遮蔽状態を示す断面図である。 実施の形態３のカメラモジュールの遮蔽装置の第２遮蔽状態を示す断面図である。 実施の形態３のカメラモジュールが組み込まれた携帯端末を示す図である。

以下、本開示の実施の形態のカメラモジュールおよびそれが搭載された携帯端末を、図面を参照しながら説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１～図１２を用いて、実施の形態１のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００を説明する。

図１は、本実施の形態のカメラモジュール１００が組み込まれた携帯端末５００を示す正面図である。

図１に示されるように、本実施の形態の携帯端末５００は、表示パネル４００と、表示パネル４００の外周に沿って、表示パネル４００を取り囲むベゼル４５０と、を備えている。また、携帯端末５００は、制御部５０を内蔵している。ただし、制御部５０は、カメラモジュール１００の一部であってもよいし、カメラモジュール１００の外部に設けられていてもよい。

カメラモジュール１００は、携帯端末５００の正面視（図示せず）において、表示パネル４００のノッチ４００Ａの内側の領域であって、かつ、ベゼル４５０の突出領域に設けられている。カメラモジュール１００は、レンズ系１０および遮蔽装置４０を含んでいる。

図２は、本実施の形態のカメラモジュール１００の斜視図である。図３は、本実施の形態１のカメラモジュール１００の概略構成を示す断面図である。

図２および図３に示されるように、カメラモジュール１００は、レンズ系１０、レンズ駆動装置２０、撮像部３０、および遮蔽装置４０を備えている。

レンズ系１０は、イメージセンサー３１へ向かう入射光を集光する２枚以上のレンズ１１と、２枚以上のレンズを内包する円筒状のレンズバレル１２と、を備えている。レンズバレル１２は、被写体側の一部が開口絞り１３と一体化されている。開口絞り１３は、レンズ系１０へ向かう入射光を通過させる開口１３ａの面積を調節することによって、イメージセンサー３１へ向かう光の量を制御する。なお、図示されていないが、開口１３ａは、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、円形をなしている。

また、レンズ系１０において、たとえば、２枚以上のレンズの代わりに、液体レンズに代表される可変焦点レンズを用いられてもよい。可変焦点レンズが用いられる場合、２枚以上のレンズ１１を移動させることによって、２枚以上のレンズ１１を合焦させることが不要になる。そのため、開口絞り１３の位置にかかわらず、開口絞り１３と２枚以上のレンズ１１との相対的な位置関係を変更する必要がない。したがって、焦点検出の精度を向上させることが可能である。

レンズ駆動装置２０は、レンズバレル１２を保持するように、レンズバレル１２の外周を取り囲むレンズホルダ２１を備えている。レンズ駆動装置２０は、レンズホルダ２１をレンズ系１０の光軸に沿って移動させることにより、レンズ系１０を構成する少なくとも１つのレンズ１１を移動させる。つまり、レンズ駆動装置２０は、レンズ系１０の合焦する機能を有している。レンズ駆動装置２０は、ステッピングモータを用いる装置、圧電素子を用いる装置、およびＶＣＭ（Voice Coil Motor）を用いる装置等、合焦する機能を有しているのであれば、いかなる装置であってもよい。

撮像部３０は、イメージセンサー３１、基板３２、リッドガラス３３、およびセンサーカバー３４を備えている。イメージセンサー３１は、入射光ＩＬ（図４参照）の光電変換を行う。イメージセンサー３１は、基板３２の正面側の表面に搭載されている。リッドガラス３３は、イメージセンサー３１よりも被写体側に位置付けられている。センサーカバー３４は、イメージセンサー３１の外周部に沿って、イメージセンサー３１の正面側の外周部を覆う。

イメージセンサー３１は、レンズ系１０によって集光された光線束を光電変換により電気信号に変換する。電気信号は、ソフトによって処理された後、画像へ変換される。その画像がカメラモジュール１００から制御部５０へ出力される。

リッドガラス３３は、イメージセンサー３１へ入射される入射光ＩＬ（図４参照）のうち赤外線光を遮断する役割を有している。リッドガラス３３がイメージセンサー３１よりも被写体側に設けられている。これによれば、異物がイメージセンサー３１に直接付着するリスクを低減することができる。なお、イメージセンサー３１に異物、たとえば、ゴミが直接付着すると、入射光ＩＬが遮られることにより、画像が大きく劣化する。

遮蔽装置４０は、遮蔽部材４１および開閉機構４２を備えている。遮蔽部材４１は、カメラモジュール１００の正面において、開口１３ａを覆ったり、開口１３ａを露出させたりする。開閉機構４２は、遮蔽部材４１を開閉させる。遮蔽部材４１は、本実施の形態において、第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂを含んでいる。第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂそれぞれは、独立して開閉動作を行うことができる。

遮蔽装置４０は、制御部５０によって開閉機構４２が駆動されることにより、第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂのそれぞれを独立して開閉させる。それにより、イメージセンサー３１へ向かう光線束を、透過させたり、主光線に対して非対称に遮蔽したり、または、透過させなかったりする。

遮蔽装置４０は、第１シャッター部材４１ａと第２シャッター部材４１ｂとからなる複数の遮蔽部材４１を含んでいる。そのため、遮蔽装置４０は、開口１３ａの一部だけを覆うことができる。具体的には、第１シャッター部材４１ａは、制御部５０の制御によって、第１遮蔽状態で開かれ、かつ、第２遮蔽状態で閉じられる。一方、第２シャッター部材４１ｂは、制御部５０の制御によって、第１遮蔽状態で閉じられ、かつ、第２遮蔽状態で開かれる。本実施の形態のカメラモジュール１００によれば、第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂのような簡単な構造により、前述のような機能を発揮する遮蔽装置４０を実現することができる。

遮蔽装置４０は、第１遮蔽状態および第２遮蔽状態のそれぞれに変化する。ただし、遮蔽装置４０は、少なくとも２つの遮蔽状態のそれぞれに変化するものであれば、いかなるものであってもよい。遮蔽装置４０は、第１遮蔽状態では、開口１３ａの全体を通過する全体の光線束ＩＬ（図４参照）の主光線ＩＬＭに対して非対称な第１光線束ＩＬ１（図８参照）のみを通過させる。遮蔽装置４０は、第２遮蔽状態では、第１光線束とは異なりかつ主光線に対して非対称な第２光線束ＩＬ２（図９参照）のみを通過させる。そのため、イメージセンサー３１に位相差センサーを設けることなく、像面位相差オートフォーカス機能を実現する構造を提供することができる。

また、遮蔽装置４０は、第１遮蔽状態では、第１光線束が射出瞳の外周における一点ＩＬａ（図８参照）を通過するように開口１３ａの一部を覆う。一方、遮蔽装置４０は、第２遮蔽状態では、射出瞳の面内で第２光線束が一点ＩＬａに対向する他点ＩＬｂ（図９参照）を通過するように開口１３ａの他の一部を覆う。なお、前述の一点ＩＬａおよび他点ＩＬｂは、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、円形の射出瞳の中心点を通過する仮想直線が前述の円形の射出瞳の外周と交差する２点（図４参照）である。そのため、像面位相差オートフォーカスをより高い精度で実現することができる。

遮蔽装置４０は、開口１３ａを塞ぎ得るように開口絞り１３に隣接した位置に設けられている。つまり、遮蔽装置４０と開口絞り１３とは接している。そのため、像面位相差オートフォーカスをより高い精度で実行することができる。

制御部５０は、第１遮蔽状態でイメージセンサー３１によって取得された第１光線束の第１画像（図８の画像１）と、第２遮蔽状態でイメージセンサー３１によって取得された第２光線束の第２画像（図９の画像２）と、の位相差を決定する。また、制御部５０は、前述の位相差に基づいて、レンズ系１０の焦点が合うように、レンズ駆動装置２０に少なくとも１つのレンズ１１を移動させる制御を実行する。そのため、位相差センターを有するイメージセンサー３１を用いることなく、像面位相差オートフォーカス機能を実現する制御を実現することができる。

制御部５０は、レンズ駆動装置２０を制御する。それにより、レンズ駆動装置２０が駆動する。その結果、レンズ系１０を構成する少なくとも１つのレンズが移動する。したがって、レンズ系１０の合焦が行われる。また、制御部５０は、遮蔽装置４０を第１遮蔽状態にする第１制御と、遮蔽装置４０を第２遮蔽状態にする第２制御と、を実行する。

本実施の形態の制御部５０によれば、レンズ系１０の合焦のために、遮蔽装置４０を第１遮蔽状態および第２遮蔽状態のそれぞれに自動的に変化させることができる。また、制御部５０は、第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂの双方を閉じた状態に遮蔽装置４０を制御することができる。また、遮蔽装置４０は、第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂの双方を開いた状態に遮蔽装置４０を制御することができる。

図４～図１１を用いて、本実施の形態のカメラモジュール１００により実現される像面位相差オートフォーカス機能を説明する。なお、説明を簡単にするため、撮像の被写体は、無限遠方に存在するものとする。

図４は、本実施の形態のカメラモジュール１００のフォーカス状態を説明するための図である。

図４に示すように、ある点状の被写体から放出された光線束は、開口絞り１３の開口１３ａによって光線束の太さ、具体的には、光線束の主光線に垂直な円形断面の直径が決められる。光線束は、レンズ系１０によって屈折する。

図５は、本実施の形態のカメラモジュール１００の合焦位置と非合焦位置とを説明するための図である。図６は、本実施の形態のカメラモジュール１００の合焦状態でイメージセンサー３１により撮像された画像の一例を示す図である。図７は、本実施の形態のカメラモジュール１００の非合焦状態でイメージセンサー３１により撮像された画像の一例を示す図である。

図５に示されるレンズ系１０が、その焦点が合っている位置に存在する場合、光線束（入射光ＩＬ）は、イメージセンサー３１上で概ね一点Ｃに集光される。それにより、図６に示されるように、レンズ系１０のピントの合った像、すなわち、像ＦＰがイメージセンサー３１によって取得される。

図５に示されるレンズ系１０が、その焦点合っていない位置、言い換えると、合焦していない位置に存在する場合、光線束（入射光ＩＬ）は、イメージセンサー３１上に広がりを有する状態で集光する。それにより、図７に示されるように、滲みが生じた画像、すなわち、ピンボケの画像、言い換えると、非合焦像ＮＦＰがイメージセンサー３１によって取得される。なお、非合焦像ＮＦＰは、レンズ系１０が合焦位置よりも被写体側および被写体とは反対側のいずれの位置に存在する場合においても、同程度にぼけた状態になる。

なお、本実施の形態においては、被写体は、カメラモジュール１００の光軸に沿った無限遠方に存在すると仮定している。しかしながら、実際には、被写体がどの位置に存在するかは不確定である。そのため、合焦のために最適なレンズ系１０を構成する各レンズ１１の位置がいずれの位置であるのかを判断することは難しい。つまり、通常、レンズ系１０が非合焦状態であることが分かっているとしても、レンズ系１０を構成する各レンズ１１をいずれの位置に移動させれば、レンズ系１０が合焦しているのか否かを即座に判断することは困難である。

図８は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０の第１遮蔽状態、イメージセンサー３１への入射光ＩＬ、およびイメージセンサー３１によって得られた画像（図８の画像１参照）の関係を示す図である。図９は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０の第２遮蔽状態、イメージセンサー３１への入射光ＩＬ、およびイメージセンサー３１によって得られた画像（図９の画像２参照）の関係を示す図である。

図８および図９に示されるように、イメージセンサー３１よりも奥側に、すなわち、イメージセンサー３１のレンズ系１０が設けられている側とは反対側に、焦点位置が存在する場合がある。この場合、射出瞳の一方側、たとえば、左側を通る半光線束は、イメージセンサー３１上において、一方側に、すなわち左側に偏って入射する。一方、射出瞳の他方側、すなわち、右側を通る半光線束は、イメージセンサー３１上において、他方側、すなわち、右側に偏って入射する。

図１０は、本実施の形態の第１遮蔽状態でイメージセンサー３１により取得された画像（図８の画像１参照）の座標と第２遮蔽状態でイメージセンサー３１により取得された画像（図９の画像２参照）の座標とがずれることを説明するための図である。図１１は、本実施の形態のカメラモジュール１００の像面位相差オートフォーカスにおける位相差と焦点ズレとの関係の説明図である。

つまり、図１０および図１１に示すように、瞳分割された光線束によって形成される分割像は、レンズ系１０のフォーカス状態に応じて、一方側または他方側に、たとえば、右側または左側に偏って形成される。このときの分割像同士の左右の位置ずれ量は、一般的には、位相差と呼ばれることもある。ここで言う位相差とは、被写体で反射された光に対する、図１０に示すような分割像の出力波形同士の位相の差のことである。つまり分割像同士の位置ずれそのものが位相差である。また、位相差と焦点のずれ量とは、０を原点とする非常に相関の強い１次関数に近似する関係を有することが知られている。

位相差が０であるとき、焦点のズレ量も０であるので、この位相差と相関式から焦点ズレ量を導出することができる。この位相差に基づいて焦点ズレ量を導出することが、像面位相差オートフォーカスの基本的な原理である。

一方、本実施の形態のカメラモジュール１００は、同様に瞳分割された光線束による複数の画像の位相差を決定し、決定された位相差に基づいて焦点ズレ量を導出する。この位相差を決定する方法は、次のようなものである。

遮蔽装置４０は、イメージセンサー３１に向かって進行する光線束を、少なくとも２種類以上の状態で遮蔽する。たとえば、遮蔽装置４０は、第１遮蔽状態では、光線束を、主光線に対して非対称で、かつ、射出瞳の任意の一端を通過するように遮蔽する。遮蔽装置４０は、たとえば、第２の遮蔽状態では、光線束を主光線に対して非対称で、かつ、射出瞳の第１の遮蔽状態の任意の一端とは異なる他の任意の一端を通過するように遮蔽する。

上記の構成によれば、遮蔽装置４０だけで瞳分割を行うことができる。そのため、位相差センサーを備えるイメージセンサーを必要としない。その結果、カメラモジュール１００は、イメージセンサーに依存することなく、像面位相差オートフォーカス機能を実現することが可能となる。

また、本実施の形態のカメラモジュール１００によれば、開口絞り１３の位置で光線の瞳分割が行われる。そのため、イメージセンサー３１の位置（像高）にかかわらず、レンズ系１０の全光線束が瞳分割される。そのため、画像のいかなる位置にいても、焦点位置の検出が可能となる。これにより、像面位相差オートフォーカスの精度を向上させる。また、カメラ撮影のプレビュー画像から、カメラモジュール１００のユーザーが選択する任意の場所からの入射光の位相差を取得し、その場所に対してレンズ系１０の焦点を合せることができる。

次に、本実施の形態のカメラモジュール１００を用いて、オートフォーカスを実現する方法を説明する。

図１２は、本実施の形態のカメラモジュール１００によるオートフォーカスの手順を示すフローチャートである。

図１２に示されるように、まず、ステップＳ０１において、制御部５０は、遮蔽装置４０の開閉機構４２を動作させる。それにより、第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂのそれぞれが独立して動作し、入射光ＩＬが選択的に遮蔽される。

より詳細に言うと、ステップＳ０１において、制御部５０は、遮蔽装置４０を第１遮蔽状態にする。それにより、遮蔽装置４０は、光線束を、光線束の主光線に対して非対称で、かつ、光線束が射出瞳の任意の一端を通過するように遮蔽する。つまり、本実施の形態においては、第１遮蔽状態では、制御部５０は、遮蔽装置４０を、第１シャッター部材４１ａが開口１３ａを覆っていないが、第２シャッター部材４１ｂが開口１３ａを覆っている状態にする（図８参照）。

次に、ステップＳ０２において、制御部５０は、遮蔽装置４０を第１遮蔽状態にする。それにより、制御部５０は、イメージセンサー３１に第１遮蔽状態での第１光線束の画像１（図８の画像１参照）の撮像を行わせる。

その後、ステップＳ０３において、制御部５０は、遮蔽装置４０を第１遮蔽状態にする。それにより、本実施の形態においては、ステップＳ０３において、遮蔽装置４０は、光線束を、光線束の主光線に対して非対称で、かつ、光線束がステップＳ０１とは別の射出瞳の任意の一端を通過するように遮蔽する。つまり、制御部５０は、遮蔽装置４０を、第１シャッター部材４１ａが開口１３ａを覆っているが、第２シャッター部材４１ｂが開口１３ａを覆っていない状態にする（図９参照）。

次に、ステップＳ０４において、制御部５０は、遮蔽装置４０を第２状態にする。それにより、制御部５０は、イメージセンサー３１に第２遮蔽状態での第２光線束の画像２（図９の画像２参照）の撮像を行わせる。

その後、ステップＳ０５において、制御部５０は、画像１と画像２との位置ずれ量として、画像１と画像２との間の位相差（図１０参照）の算出を行う。画像１と画像２との間の位相差は、制御部５０に記憶されたデータテーブルによって決定されてもよい。

次に、ステップＳ０６において、制御部５０は、決定された位相差を用いて、図１１に示される位相差と焦点ズレ量との間の既知の相関関係に基づいて、焦点ズレ量の導出を行う。制御部５０は、たとえば、決定された位相差および前述の位相差と焦点ズレ量との相関関係を表す演算式を用いて、焦点ズレ量を算出してもよい。また、制御部５０は、位相差と焦点ズレ量との相関関係をデータテーブルの形式で記憶しており、決定された位相差およびデータテーブルを用いて、焦点ズレ量（デフォーカス料）を導出してもよい。

なお、ステップＳ０５における位相差の決定方法、および、ステップＳ０６における焦点ズレ量の導出方法のそれぞれの詳細は、たとえば、前述の特許文献１等で既知である像面位相差オートフォーカスと同一のプロセスで行われる。そのため、それらの詳細な説明は、本明細書では省略される。

その後、ステップＳ０７において、制御部５０は、前述の焦点ズレ量に基づいて、レンズ系１０が合焦状態であるか否かを判定する。ステップＳ０７において、制御部５０が、レンズ系１０が合焦状態ではないと判定した場合には、ステップＳ０８において、レンズ系１０の合焦を行った後、ステップＳ０１の焦点ズレ量の導出を再び実行する。一方、制御部５０は、レンズ系１０が合焦状態であると判定した場合には、オートフォーカス処理を終了する。

以上のように、本実施の形態のカメラモジュール１００は位相差センサーを必要としない。そのため、イメージセンサー３１に依存することなく、像面位相差オートフォーカス機能を実現することができる。

（実施の形態２）
図１３を用いて、実施の形態２のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００を説明する。なお、下記において実施の形態のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００と同様である点についての説明は繰り返さない。本実施の形態のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００は、以下の点で、実施の形態１のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００と異なる。

図１３は、本実施の形態のカメラモジュール１００の概略構成を示す断面図である。

図１３に示されるように、遮蔽装置４０は、開口絞り１３に隣接した位置から被写体側へ距離を置いた位置に設けられている。つまり、遮蔽装置４０と開口絞り１３との間には空間が存在する。そのため、カメラモジュール１００の設計の自由度が向上する。なお、この場合、焦点のズレ量は、レンズ系１０の光軸の近傍の画像から導き出される。

本実施の形態のカメラモジュール１００によれば、光線の瞳分割は光軸近傍の画像を用いてしか行われない。そのため、フォーカスの精度の向上および任意箇所でのフォーカスを実現することが難しくなる。しかしながら、本実施の形態のカメラモジュール１００によれば、遮蔽装置４０をカメラモジュール１００の外部に設けることがきる。そのため、遮蔽装置４０の配置の自由度が高くなるという利点が生じる。

図１４は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０が開口１３ａを覆っている状態を示す図である。図１５は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０の第１遮蔽状態を示す図である。図１６は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０の第２遮蔽状態を示す図である。

図１４に示されるように、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、遮蔽装置４０は、完全な遮蔽状態では、第１シャッター部材４１ａと第２シャッター部材４１ｂとが開口１３ａの全体を覆っている。開口１３ａは、円形である。第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂのそれぞれは、半円形をなす部分を有している。第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂは、いずれもが閉じられている状態では、開口１３ａの円形と同心円の円形をなす部分を形作る。

図１５から理解され得るように、第１遮蔽状態では、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、第１シャッター部材４１ａは、第１ヒンジ４１ａｐ回りに回転することにより、開口１３ａの一部を露出させている。一方、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、第２シャッター部材４１ｂは、開口１３ａの他の一部を覆っている。

図１６から理解され得るように、第２遮蔽状態では、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、第１シャッター部材４１ａが開口１３ａの一部を覆っている。一方、第２遮蔽状態では、カメラモジュール１００の正面視（図示せず）において、第２シャッター部材４１ｂは、第２ヒンジ４１ｂｐ回りに回転することにより、開口１３ａの他の一部を露出させている。

本実施の形態の遮蔽装置４０は、前述のような第１シャッター部材４１ａおよび第２シャッター部材４１ｂにより、第１遮蔽状態と第２遮蔽状態とを簡単に形成することができる。

（実施の形態３）
図１７～図１９を用いて、実施の形態３のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００を説明する。なお、下記において実施の形態のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００と同様である点についての説明は繰り返さない。本実施の形態のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００は、以下の点で、実施の形態１のカメラモジュール１００およびそれが搭載された携帯端末５００と異なる。

図１７は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０の第１遮蔽状態を示す断面図である。図１８は、本実施の形態のカメラモジュール１００の遮蔽装置４０の第２遮蔽状態を示す断面図である。図１９は、本実施の形態のカメラモジュール１００が組み込まれた携帯端末５００を示す図である。

図１７および図１８に示されるように、遮蔽装置４０は、透過／非透過切替パネル部（表示パネル４００の一部）である。透過／非透過切替パネル部（表示パネル４００の一部）は、第１領域４０ａと第２領域４０ｂとを備えている。制御部５０は、透過／非透過切替パネル部を制御することにより、第１領域４０ａおよび第２領域４０ｂのそれぞれを独立して透過状態および非透過状態のいずれかに制御する。

第１領域４０ａは、前述の第１遮蔽状態で透過状態になり、かつ、前述の第２遮蔽状態で非透過状態になる。第２領域４０ｂは、前述の第２遮蔽状態で非透過状態になり、かつ、前述の第２遮蔽状態で透過状態になる。そのため、透過／非透過切替パネル部を用いて遮蔽装置４０を形成することができる。

透過／非透過切替パネル部は、携帯端末５００の画像を表示する表示パネル４００の一部である。そのため、携帯端末５００の表示パネル４００を利用して遮蔽装置４０を形成することができる。

具体的には、図１９に示されるように、カメラモジュール１００の遮蔽装置４０が、マートフォンと呼ばれる携帯端末の液晶パネルまたは有機ＥＬ（electro-luminescence）パネル等の表示パネル４００の一部によって実現される。

本実施の形態においては、制御部５０が、表示パネル４００の一部の領域、すなわち、前述の第１領域４０ａおよび第２領域４０ｂのそれぞれを透過領域および不透過領域のいずれかに選択的に切り替える。これによれば、透過／非透過切替パネル部を用いて遮蔽装置４０を実現することができる。

一般に、スマートフォンにフロントカメラを搭載する場合、フロントカメラを設けるためのスペースが必要である。そのスペースは、スマートフォンのベゼル、表示パネルのノッチの内側のベゼルの内側のスペース、または、表示パネルのピンホール等の内側のスペースであることが一般的である。いずれのスペースにフロントカメラを設けても、表示パネル４００の有効画面サイズが小さくなってしまうという問題が生じる。

しかしながら、近年では、上記した問題を解決する、アンダーディスプレイカメラと呼ばれる技術が知られている。アンダーディスプレイカメラにおいては、フロントカメラが表示パネルの内側に搭載される。この場合、カメラを使用するときには、光線に表示パネルを透過させることにより、イメージセンサーの領域に光線束を取り込むことができる。一方、カメラを使用しないときには、非透過の表示パネルとして利用することが可能である。そのため、スマートフォンの表示パネルを最大限に活用することができる。

本実施の形態では、カメラモジュール１００が前述のアンダーディスプレイのフロントカメラに適用される。そのため、新たに遮蔽装置を設けることなく、表示パネル４００の一部の領域を透過および非透過のいずれかに切り替えることによって、遮蔽装置４０を実現することがきる。また、遮蔽装置４０の透過と不透過とは瞬時に切替ることができるため、オートフォーカスを迅速に行うことができる。

前述の実施の形態１～３のそれぞれに記載のカメラモジュール１００の用途はスマートフォンに限定されない。カメラモジュール１００は、たとえば、工場のラインで、部品、半完品、または製品の検査などに使用されるマシンビジョンカメラにも適用することができる。

一般的に工場のラインで製品の奥行き方向の寸法検査を行うためには、カメラ以外に赤外光等の光源を有する測距手段が用いられるか、２つ以上のカメラで測距が実行されるか、または、カメラ内に２つ以上のセンサーを有する特殊なカメラが用いられる。

上記した本実施の形態のカメラモジュール１００をマシンビジョンカメラに適用すれば、画像内における焦点位置の検出を瞬時に行える。そのため、製品の奥行き方向の寸法異常を単一のカメラ、つまり、単一のセンサーという簡単な構成で検出することがきる。また、マシンビジョンカメラの導入コストおよび設置スペースを抑制することができる。

以上述べたられた各実施の形態のカメラモジュール１００は、特に、スマートフォンなどの通信機器をはじめとするデジタルカメラ、携帯通信端末、ノートブック型もしくはタブレット型のパーソナルコンピュータなどの各種の電子機器に適用され得る。また、以上述べたられた各実施の形態のカメラモジュール１００は、ドローン、自動運転、もしくは運転補助機能付き移動手段に搭載されるカメラモジュールに適用され得るとともに、工場ラインにおけるマシンビジョンカメラにも適用され得る。

１，２ 画像
１０ レンズ系
１１ レンズ
１３ 開口絞り
１３ａ 開口
２０ レンズ駆動装置
３１ イメージセンサー
４０ 遮蔽装置
４０ａ 第１領域
４０ｂ 第２領域
４１ａ 第１シャッター部材
４１ｂ 第２シャッター部材
５０ 制御部
１００ カメラモジュール
４００ 表示パネル（透過／非透過パネル）
５００ 携帯端末
ＩＬ 入射光（全光線束）
ＩＬ１ 第１光線束
ＩＬ２ 第２光線束

Claims (8)

1. 入射光の光電変換を行うイメージセンサーと、
   前記イメージセンサーへ向かう前記入射光を集光するレンズ系と、
   前記レンズ系へ向かう前記入射光を通過させる開口を有する開口絞りと、
   前記開口の少なくとも一部を遮蔽し得る遮蔽装置と、を備え、
   前記遮蔽装置は、少なくとも、
   前記開口の全体を通過する全光線束の主光線に対して非対称な第１光線束のみを通過させる第１遮蔽状態、および、
   前記第１光線束とは異なりかつ前記主光線に対して非対称な第２光線束のみを通過させる第２遮蔽状態
   のそれぞれに変化する、カメラモジュール。
2. 前記遮蔽装置は、
   前記第１遮蔽状態では、前記第１光線束が射出瞳の外周における一点を通過するように前記開口の一部を遮蔽し、
   前記第２遮蔽状態では、前記射出瞳の面内で前記第２光線束が前記一点に対向する他点を通過するように前記開口の他の一部を遮蔽する、請求項１に記載のカメラモジュール。
3. 前記レンズ系を構成する少なくとも１つのレンズを移動させるレンズ駆動装置と、
   前記レンズ駆動装置を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１遮蔽状態で前記イメージセンサーによって取得された前記第１光線束の第１画像と、前記第２遮蔽状態で前記イメージセンサーによって取得された前記第２光線束の第２画像と、の位相差を決定し、
   前記位相差に基づいて、前記レンズ系の焦点が合うように、前記レンズ駆動装置に前記少なくとも１つのレンズを移動させる、請求項１または２に記載のカメラモジュール。
4. 前記制御部は、前記遮蔽装置を前記第１遮蔽状態にする第１制御と、前記遮蔽装置を前記第２遮蔽状態にする第２制御と、を実行する、請求項３に記載のカメラモジュール。
5. 前記遮蔽装置は、前記開口を塞ぎ得るように前記開口絞りに隣接した位置に設けられている、請求項１～４のいずれかに記載のカメラモジュール。
6. 前記遮蔽装置は、前記開口絞りに隣接した位置から被写体側へ距離を置いた位置に設けられた、請求項１～５のいずれかに記載のカメラモジュール。
7. 前記遮蔽装置は、
   前記第１遮蔽状態で開かれ、かつ、前記第２遮蔽状態で閉じられる第１シャッター部材と、
   前記第１遮蔽状態で閉じられ、かつ、前記第２遮蔽状態で開かれる第２シャッター部材と、を含む、請求項１～５のいずれかに記載のカメラモジュール。
8. 請求項１～６のいずれかに記載のカメラモジュールを備えた携帯端末であって、
   前記遮蔽装置は、透過／非透過切替パネル部を含み、
   前記透過／非透過切替パネル部は、
   前記第１遮蔽状態で透過状態になり、かつ、前記第２遮蔽状態で非透過状態になる第１領域と、
   前記第２遮蔽状態で非透過状態になり、かつ、前記第２遮蔽状態で透過状態になる第２領域と、を含み、
   前記透過／非透過切替パネル部が、画像を表示する表示パネルの一部である、携帯端末。

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