JP3658033B2 - Optical device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、被写体像を撮影光学部材を介して固体撮像素子に結像させる光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、固体撮像素子を用いている光学装置には、所望の撮影範囲が得られるように、ズームレンズ機構が設けられている。
【0003】
この光学装置のズームレンズ機構の構成について図27を参照しながら説明する。図27は従来の光学装置のズームレンズ機構の構成を示す縦断面図である。
【0004】
光学装置は、図27に示すように、第1レンズ群101a,第2レンズ群101b、第3レンズ群101c、第4レンズ群101dからなる複数のレンズ群を備える。第2レンズ群101bおよび第4レンズ群101dは所定の範囲内で光軸方向に沿ってそれぞれ移動される。第2レンズ群101bの移動によってズーム動作が行われ、第4レンズ群101dの移動によって焦点調節が行われる。
【0005】
第4レンズ群101dの後方の光軸上には、光学ローパスフィルタ102およびCCDなどの固体撮像素子103が順次に配置されている。
【0006】
第1レンズ群101a、第3レンズ郡101c、光学ローパスフィルタ102、固体撮像素子103などは筐筒104に保持されている。
【0007】
これに対し、第2レンズ群101bは光学保持部材105に保持されている。光学保持部材105は、光軸方向に平行に伸びるガイドピン106およびねじ部材107によって光軸方向に移動可能に支持されている。ガイドピン106の各端部は筐筒104にそれぞれ支持されている。
【0008】
ねじ部材107には光学保持部材105に係合されるねじ部が形成されている。ねじ部材107の各端部は筐筒104にそれぞれ回転可能に支持され、ねじ部材107にはギア群101を介してステップモータ110からの駆動力が伝達される。ねじ部材107がステップモータ110からの駆動力によって回転されると、ねじ部材107の回転に伴い光学保持部材105は、ガイドピン106に案内されながら光軸方向に移動され、光学保持部材105の移動によって第2レンズ101bによるズーム動作が行われる。ねじ部材107と光学保持部材105との間における遊びは、片寄せばね108と片寄せ部材109とによって取り除かれる。
【0009】
第4レンズ群101dは、第2レンズ群101bと同様に、光学保持部材116に保持されている。光学保持部材116は、光軸方向に平行に伸びるガイドピン117およびねじ部材113によって光軸方向に移動可能に支持されている。ガイドピン117の各端部は筐筒104にそれぞれ支持されている。
【0010】
ねじ部材113には光学保持部材116に係合されるねじ部が形成されている。ねじ部材113の一端部は筐筒104に回転可能に支持されている。ねじ部材113の他端部は、筐筒104に回転可能に支持されるとともに、ステップモータ112の出力軸に直接接続されている。ねじ部材113がステップモータ112からの駆動力によって回転されると、ねじ部材113の回転に伴い光学保持部材116は、ガイドピン117に案内されながら光軸方向に移動され、光学保持部材116の移動によって第4レンズ101dによる焦点調節が行われる。ねじ部材113と光学保持部材116との間における遊びは、片寄せばね108と片寄せ部材109とによって取り除かれる。
【0011】
第2レンズ群102bと第3レンズ群101cとの間には絞り114が配置され、絞り114の開口径は、モータ115からの駆動力によって調節される。
【0012】
【発明が解決しようする課題】
近年、メモリ、マイコンなどの半導体チップの進歩により、携帯型情報機器が普及し、その小型化、高性能化がさらに進められている。この携帯型情報機器には、携帯性が必要条件として要求されているが、その携帯性の中で特に、薄くすることが強く要求されている。
【0013】
このような携帯型情報機器としては、被写体像を撮像する光学装置、またはこの光学装置を含む情報機器などがあるが、この光学装置を薄型化するためには、撮像光学系(例えば、図27に示す各レンズ群、絞りおよび固体撮像素子から構成される系)、機構系(例えば、図27に示すレンズ群を駆動するギア、モータ、絞りを駆動するモータなどから構成される系)を含めて装置全体を薄くしなければならない。
【0014】
しかし、従来の光学装置では、筐筒104内部に、第1レンズ群101a、第2レンズ群101b、第3レンズ郡101c、第4レンズ101d、光学ローパスフィルタ102、固体撮像素子103などが保持され、筐筒104外部に、絞り114を駆動するためのモータ115、第2レンズ群101bを駆動するためのモータ110、第4レンズ群101dを駆動するためのモータ112などが保持されていることにより、筐筒104は3次元的に複雑な形状になるから、通常プラスチックモールドで作成される筐筒用金型製作コストが高くなるとともに、筐筒104成形時、筐筒104の一部の熱収縮によってひけ、そりなどが発生し、高い寸法精度で筐筒104を製作することが困難である。その結果、撮像素子103に対する各レンズ群の位置決めおよびその保持部材の位置決めなどを高い精度で行うことは難しく、各レンズ群の傾き、レンズ群の移動中におけるレンズの揺れなどが発生することがあり、ひいては、撮影画像のぼけ、または撮影画像の揺れなどを招くことになる。
【0015】
また、固体撮像素子を駆動するための撮像素子駆動回路および機構系に含まれるモータを駆動するためのアクチュエータ駆動回路が実装されている電気回路基板と、前記固体撮像素子、前記モータとをリード線、またはフレキシブル基板などで接続する必要があり、組込みに多数の手順が掛かり、組立作業が複雑になる。
【0016】
さらに、機構系に含まれる光学保持部材105は、通常、光軸対称に軸支されているから、筐筒104の外形寸法は、レンズ系に比して大きくなり、また、モータなどは筐筒104の外部に配置されているから、装置全体の外形寸法はさらに大きくなり、光軸に直交する方向の寸法を小さくすること、すなわち光軸に直交する方向に対して薄くすることは非常に困難である。
【0017】
さらに、組立時に、機構部品、電気部品を様々な方向から組み込む必要があるから、組立作業に手間が掛かり、コストが掛かる。
【0018】
本発明の目的は、組立性が良く、コストを低く抑えることができるとともに、厚さを薄くすることができる光学装置を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被写体像を撮影光学系を介して固体撮像素子に結像させる光学装置において、前記撮影光学系が搭載され、前記固体撮像素子が固定されている基板を有し、前記撮影光学系は前記基板と平行な方向に移動して焦点調節を行う可動光学部材を含む複数の光学部材から構成され、前記可動光学部材が固定された移動部材には前記基板と平行な方向に配列された永久磁石が設けられ、前記基板には、前記永久磁石との間に磁路を形成するヨークとコイルが固定され、前記コイルに電流が供給されることで生じる磁力と電流との相互作用によって前記可動光学部材を前記基板と平行な方向に移動させる駆動力を発生することを特徴とする。
【0036】
【作用】
本発明の構成では、撮影光学系が搭載され、固体撮像素子が固定されている基板を有し、撮影光学系は基板と平行な方向に移動して焦点調節を行う可動光学部材を含む複数の光学部材から構成され、可動光学部材が固定された移動部材には基板と平行な方向に配列された永久磁石が設けられ、基板には、永久磁石との間に磁路を形成するヨークとコイルが固定され、コイルに電流が供給されることで生じる磁力と電流との相互作用によって可動光学部材を基板と平行な方向に移動させる駆動力を発生するから、従来のように、撮影光学系を収容、保持する筐筒を用いる必要がなくなるとともに、撮影光学系、それに含まれる可動光学部材、アクチュエータの構成部材の少なくとも一部および固体撮像素子の基板に対する位置決めを平面的(2次元的)に行うことができる。
【0053】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。
【0054】
(第1実施例)
図1は本発明の光学装置の第1実施例の構成を示す分解斜視図、図2は図1の光学装置の絞り部の構成を示す分解斜視図、図3は図1の光学装置の光学部材G2のアクチュエータの構成を示す縦断面図、図4は図3のB−B線に沿って得られた断面図、図5は図3のA−A線に沿って得られた断面図、図6は光学部材G2のアクチュエータの他の構成例を示す縦断面図、図7は図1の光学装置の固体撮像素子の周辺を示す縦断面図、図8は図1の光学装置の固体撮像素子の周辺を示す分解斜視図、図9は図1の光学装置の固体撮像素子の基板裏面側の周辺を示す分解斜視図、図10は固体撮像素子の撮像面を保護するガラス部材の他の取付例を示す縦断面図、図11は固体撮像素子の撮像面を保護するガラス部材の他の取付例を示す縦断面図、図12は図1の光学装置の構成を示すブロック図、図13はフォーカシング時の合焦特性図、図14はズームトラッキングカーブを示す図である。
【0055】
光学装置は、図1に示すように、表面に撮像光学系および機構系が搭載されている基板1を備える。基板1には、複数の開口部1a,1b,1cが形成されている。開口部1aは、ガラスなどで密閉部材で光束通過可能に密閉され、基板1とシールドケース49との間に形成された搭載部品の収容空間内にごみ、埃などの侵入が防止されている。
【0056】
基板1に搭載されている撮像光学系は、開口部1aから導かれた被写体の光量を調節する絞り部30と、自由曲面の反射面が形成されているガラス、プラスチックなどのプリズム状の複数の光学部材G1,G2,G3,G4と、光学部材G4から射出された光を受光し、この光を電気信号に変換する固定撮像素子2とを有する。
【0057】
紋り部30は、図2に示すように、開口部1aの軸線に一致する光軸Kを中心に点対称に配置されている2枚の絞り羽根31,32を有する。各絞り羽根31,32は、それぞれに設けられた軸33,34を中心として回転するように構成されている。絞り羽根31の軸33は基板1に設けられている位置決め穴37に回転可能に挿入され、絞り羽根32の軸34が基板1の位置決め穴41に回転可能に挿入されている。各絞り羽根31,32の回転によって絞り閉口量が変化し、光量が調整される。各絞り羽根31,32の回転によって規制される絞り閉口の位置と光軸Kとは一致する。
【0058】
各絞り羽根31,32には、アクチュエータの一部としてそれぞれ永久磁石35,36が設けられている。この永久磁石35,36は、それぞれ紋り羽根31,32の位置を検出するための磁気スケールとしても用いられている。各永久磁石35,36は、各絞り羽根31,32の回転方向に垂直な方向にかつ基板1に対し垂直方向に磁極が配置されるように着磁されている。
【0059】
永久磁石35に対向する基板1上の位置には、コイル38およびヨーク39と位置センサ40とが配置され、永久磁石36に対向する基板1上の位置には、コイル42およびヨーク43と位置センサ44とが配置されている。
【0060】
永久磁石35は、コイル38およびヨーク39と共働して絞り羽根31を駆動するためのアクチュエータを構成する。このアクチュエータにおいては、永久磁石35とヨーク39との間に磁束が通過する状態でコイル38に電流を流すと、前記磁束と電流との相互作用によって永久磁石35すなわち紋り羽根31を、軸33を中心として回転させる。位置センサ40はホールセンサからなり、このホールセンサは、紋り羽根31の回転による永久磁石35の磁界の変化を検出する。位置センサ40による検出値は、所定の紋り値になるように絞り羽根31の回転量を制御するための制御量として用いられる。
【0061】
永久磁石36は、コイル42およびヨーク43と共働して絞り羽根32を駆動するためのアクチュエータを構成する。位置センサ44は、位置センサ42と同様に、紋り羽根32の回転による永久磁石36の磁界の変化を検出するホールセンサからなる。
【0062】
なお、永久磁石35,36をプラスチックマグネットで構成し、プラスチックマグネットを絞り羽根31,32の一部分となるように一体化することもできる。
【0063】
各光学部材G1,G2,G3,G4は、例えば、開口部1aから絞り部30を介して入射された光が、光学部材G1の内部で複数回の反射を繰り返した後に、光学部材G2に導かれるように、複数の球面レンズを組み合わせて構成されたレンズ群と同等の機能を有する。
【0064】
光学部材G1は基板1に固定されている。光学部材G1には、基板1に対する位置決めをするための1対の軸G1aが設けられ、各軸G1aを対応する基板1の開口部1bに嵌合することによって、基板1に対する光学部材G1の位置決め固定が行われている。なお、本実施例では、各軸G1aと対応する開口部1bとの嵌合によって、基板1と光学部材G1との位置決め固定をしているが、これに代えて、基板1に対し光学部材G1を位置決め手段で位置決めをした後に、基板1と光学部材G1とを接着剤で固定する方法を用いることもできる。
【0065】
光学部材G2,G3のそれぞれは、基板1の表面に対し平行に所定の方向(基板1の長手方向)に移動されることによって、ズーミング(焦点距離調整)動作、フォーカシング(焦点調整)動作を行うための光学部材である。
【0066】
光学部材G2は、移動台3に接着剤で固定されている。移動台3は、平板状に形成された鉄などの高透磁率材からなる。移動台3には、それを基板1に対し平行にかつ所定の方向に移動させるためのアクチュエータの一部、移動位置を検出するための位置検出部と、移動方向をガイドするとともに移動位置を規制するための位置規制部とが設けられている。
【0067】
本実施例では、図1、図3ないし図5に示すように、アクチュエータの一部として永久磁石5が、位置検出部として磁気スケール7が、位置規制部として移動方向に垂直な面内においてV字の断面形状を有する溝部9および凹状の溝部11がそれぞれ設けられている。永久磁石5は、光学部材G2移動方向に対して直角方向に着磁された2組の磁石から構成され、各磁石は基板1に平行な方向に配列されている。
【0068】
移動台3、永久磁石5と共働してアクチュエータを構成するコイル17およびヨーク19は基板1に設けられている。
【0069】
磁気スケール7の磁力は、MRセンサ、ホールセンサなどからなる位置センサ21で検出され、この位置センサ21は磁気スケール7に対向するように基板1に設けられている。
【0070】
各溝部9,11に対向する基板1上のそれぞれの位置には、移動台3の移動方向をガイドするとともに移動位置を規制するためのレール部13,14が設けられている。レール部13,14には、移動台3の移動方向に垂直な面内においてV字の断面形状を有する溝が形成されている。各溝部9,11と対応するレール部13,14との間には、ボール46が挿入されている。
【0071】
移動台3、永久磁石5、コイル17、ヨーク19によって構成されたアクチュエータにおいては、コイル17に電流を流すと、後述する磁気回路と電流との相互作用により駆動力が発生し、この駆動力によって移動台3すなわち光学部材G2が光軸方向(図3において紙面と垂直方向)に移動される。具体的には、図5(b)に示すように、永久磁石5、透磁性がある移動台3、ヨーク19の間には図中に点線で示す磁路が形成されている。永久磁石5とヨーク19との間の磁路中に存在するコイル17に電流を流すと、磁力と電流との相互作用により発生する駆動力によって移動台3すなわち光学部材G2は図中に示す矢印方向に移動される。電流の流れ方向を変化させることによって移動台3の移動方向は変化し、例えば、移動台3を図5(b)に示す位置から図5(a)に示す位置へ移動させることができ、移動台3を図5(b)に示す位置から図5(c)に示す位置へ移動させることができる。
【0072】
移動台3の移動時、図4に示すように、永久磁石5とヨーク19との間には磁力による吸引力が働いているから、移動台3とレール部13とはボール46を介してガタなく密着している。移動台3が図4(a)に示す方向に移動するときにはボール46は右回転をし、また図4(c)に示す方向に移動するときにはボール46は左回転をし、移動台3の姿勢はレール部13に対しボール46を介して安定に保持される。また、移動台3に移動中、ボール46は転がるから、ボール46に対して移動台3およびレール部13との接触面に働く転がり摩擦は、従来例で記載したガイドピンとレンズの保持部材の接触部に働くすべり摩按に比べると、無視できるほど小きく、摩擦による光学部材G2の移動時における負荷を低減することができる。移動台3の移動に伴い磁気スケール7の磁界は変化し、その変化は位置センサ21で読み取られる。位置センサ21からの検出値は、移動台3の移動制御に用いられる。
【0073】
本実施例では、基板1に平行な方向に配列されている2組の磁石からなる永久磁石5を用いているが、これに代えて、図6に示すように、それぞれ光軸と垂直方向に着磁されている永久磁石51,52を用い、各永久磁石51,52をバックヨーク53に固着するように構成することもできる。このような構成によって、磁路は最も空間的ギャップが少ない永久磁石51,52の下面とヨーク19との間に集中し、駆動力および磁路の安定化を図ることができる。
【0074】
同様に、光学部材G3は、移動台4に接着剤で固定されている。移動台4は、移動台3と同じ構成を有し、移動台4には、アクチュエータの一部として永久磁石6が、位置検出部として磁気スケール8が、位置規制部として移動台4の移動方向に垂直な面内においてV字の断面形状を有する溝部10および凹状の溝部12がそれぞれ設けられている。
【0075】
移動台4、永久磁石6と共働してアクチュエータを構成するコイル18およびヨーク20は、基板1に設けられている。移動台4、永久磁石6、コイル18、ヨーク20によって構成されたアクチュエータは、上述の永久磁石5、コイル17、ヨーク19によって構成されたアクチュエータと同じ動作を行う。
【0076】
磁気スケール9の磁力は、MRセンサ、ホールセンサなどからなる位置センサ22で検出され、この位置センサ22は磁気スケール9に対向するように基板1に設けられている。
【0077】
各溝部10,12に対向する基板1上のそれぞれの位置には、移動台4の移動方向をガイドするとともに移動位置を規制するためのレール部15,16が設けられている。レール部15,16には、移動台3の移動方向に垂直な面内においてV字の断面形状を有する溝が形成され、各溝部9,11と対応するレール部13,14との間にはボール47が挿入されている。この移動台4の移動に伴い光学部材G3は所定の方向に移動され、移動台4の移動時に溝部10,12と対応するレール部15,16との間に発生する摩擦力は、ボール47の転がりによって低減される。
【0078】
なお、本実施例では、各光学部材G2,G3と各移動台3,4とを接着剤で固定しているが、これに代えて、各光学部材G2,G3を各移動台3,4に対しインサート成形またはアウトサート成形することによって各光学部材G2,G3と各移動台3,4と一体化することもできる。
【0079】
光学部材G4は、基板1に接着剤で固定されている。光学部材G4は、その射出光の光軸が基板1の開口部1cの軸線に一致するように、基板1上に配置されている。光学部材G4には、被写体像に含まれる不要な高周波成分、赤外線を取り除くための光学フィルタ(図示せず)が貼り付られている。なお、この光学フィルタを蒸着によって光学部材G4に一体的に形成することもできる。
【0080】
各光学部材G1,G2,G3,G4で構成される光学系においては、光学部材G1で基板1の開口部1aから絞り部30を介して入射した光を基板1の表面に平行な方向に反射し、その反射された光を光学部材G2,G3で光学部材G4に導き、光学部材G4で光を基板1の表面に対し垂直な方向に射出する。
【0081】
光学部材G4から射出された光は、基板1の開口部1cを介して固体撮像素子2に導かれる。
【0082】
固体撮像素子2は、図1、図7ないし図9に示すように、基板1の裏面に取り付けられている。固体撮像素子2は、図8に示すように、蓄積された信号を出力するための端子、タイミングパルスなどを入力するための端子を含む複数の端子904を有する。各端子904は、固体撮像素子2の撮像面905側に設けられている。固体撮像素子2は、撮像面905の光軸が基板1の開口部1cの軸線に一致するように、基板1の裏面側に配置されている。各端子904は、基板1の裏面に設けられている端子907にそれぞれ直接にはんだ付けなどによって接続されているから、ノイズなどの影響を受け難くなる。
【0083】
固体撮像素子2はその裏面側から樹脂部材903で封止されている。この樹脂部材903によって、固体撮像素子2が保護されるとともに、固体撮像素子2の基板1に対する取付強度が増す。
【0084】
基板1の開口部1cは、ガラス部材50で覆われ、ガラス部材50は、光学部材G4と基板1との間に配置されている。このガラス部材50によって、固体撮像素子2の撮像面905は保護されている。
【0085】
なお、本実施例では、撮像面905を保護するためのガラス部材50が基板1と光学部材G4との間に配置されているが、これに代えて、図10に示すように、固体撮像素子2の撮像面905を保護するためのガラス部材902を基板1の開口部901にはめ込むように構成することもできる。この構成では、ガラス部材902が基板1の表面に突出せず、固体撮像素子2周辺の基板1の厚さ方向に沿う厚さの増大を抑制することができ、ひいては、装置全体の厚さを薄くすることができる。
【0086】
また、ガラス部材50に代えて、図11に示すように、光学部材G4の一部を基板1の開口部901にはめ込むように構成することによって、光学部材G4を固体撮像素子2の撮像面905を保護するためのガラス部材として兼用することもできるとともに、固体撮像素子2に対する光学部材G4に位置決めが容易になる。
【0087】
さらに、本実施例では、撮像面側に電極904が形成されている固体撮像素子2を用いているが、この固体撮像素子2をセラミックなどの基板に予め装着した組立体を用いることもできる。この組立体では、固体撮像素子2の電極904とを接続する電極が設けられ、この電極と基板1の裏面に設けられている電極とを直接接続するようにすることもできる。
【0088】
基板1には、図1に示すように、上述の光学撮像系を構成する部品に加えて、。複数の回路素子45a,45bが搭載されている。各回路素子45aは、光学部材G2,G3を搭載する各移動台3,4のアクチュエータ、絞り部3のアクチュエータ、各位置センサの駆動回路を構成する素子からなる。回路素子45bは、固体撮像素子2の駆動回路および映像信号処理回路を構成する素子からなる。
【0089】
基板1には、各回路素子45a,45bを外部回路に接続するためのコネクタ48が設けられている。
【0090】
基板1には、基板1に搭載されている部品を磁気およぴ外部からの光から遮蔽し、内面反射を抑え、外部からのほこりの侵入を防ぐように、シールドケース49が取り付けられ、シールドケース49は、例えぱ内面を黒く塗装した鉄板などから形成されている。
【0091】
次に、本実施例の光学装置の組立手順について説明する。
【0092】
まず、第1工程では、固接部品の基板1上への配置を行う。この固接部品としては、固体撮像素子2と、光学部材G1,G4と、各光学部材G2,G3のアクチュエータを構成するコイル17,18、ヨーク19,20、レール部13,14,15,16と、位置センサ21,22と、絞り部30のコイル38,42、ヨーク39,43、位置センサ40,44と、各回路素子45a,45bとがある。
【0093】
まず、固体撮像素子2は、基板1の裏面に半田付け、接着などによって固設され、固体撮像素子2の端子905と基板1の端子907とは電気的に接続される。
【0094】
次いで、ガラス部材50が開口部1aを覆うように取り付けられ、光学部材G4が基板1の表面に固定される。光学部材G4は、基板1に対して接着剤などにより固着されている。
【0095】
光学部材G4の取り付け後、光学部材G1の軸G1aは対応する開口部1bに嵌合され、光学部材G1の基板1上での位置が決定される。
【0096】
次いで、他の固設部品が順次に位置決めされ、半田付け、接着などにより基板1に対し固定される。コイル17,18、ヨーク19,20、位置センサ21,22、コイル38,42、ヨーク39,43、位置センサ40,44、各回路素子45a,45bは基板1に形成された配線パターンに接続される。
【0097】
この第1工程の完了に伴い、固設部品の基板1上への搭載、絞り部30の絞り羽根31,32、光学部材G2,G3を搭載する移動台3、4などの可動部材を駆動制御するためのコイル、位置センサなどの電気的接続は完了する。このように、固体撮像素子2を含む基板1と電気的接続が必要な固設部品は、リード線、フレキシブルプリント板を介さずに、直接基板1にハンダなどに電気的に接続されるから、電気配線に要する組立工程が省略され、コストが低減する。
【0098】
次に、第2工程が実行される。この第2工程では、可動部材である絞り羽根31,32が基板1に装着される。具体的には、絞り羽根31の軸33が基板1の穴37に挿入され、同様に、絞り羽根32の軸34が基板1の穴41に挿入される。
【0099】
次に、第3工程が実行される。この第3工程では、撮像光学系である光学部材G2,G3およびそのアクチュエータを構成する可動部材の装着を行う。移動台3,4がそれぞれボール46,47を介してレール部13,…,16に搭載され、移動第3,4に対し光学部材G2,G3の位置が定められる。
【0100】
次に、第4工程が実行され、この第4工程では、シールドケース49の取り付けを行う。このシールドケース49は、基板1の表面を覆うように基板1に置かれ、対応する部位を基板1のグランドパターンにハンダ付けをすることによって、固定が行われる。
【0101】
第4工程の完了によって、基板1上への部品の装着は終了する。
【0102】
このように、従来レンズ等の光学系を保持していた筐体という複雑で高価な部品を用いることなく、また組立工程を簡略化することができ、低コストな撮像光学系を堤供することができる。また、平面的な基板1上に上述の各部材または部品を配置することによって、基板1の厚さ方向の寸法が極力増加しないように各部品の配置、姿勢を決定することが容易になり、その結果、薄型の光学装置を簡単に得ることができる。さらに、固体撮像素子2が装着された基板1に対して各光学部材、光学部材の規制部、絞り部30が配置されるから、それぞれの位置精度を高精度化することができる。
【0103】
なお、本実施例では、各光学部材G1,G2,G3,G4による撮像光学系を例に説明したが、従来例で説明したような屈折光学系によるレンズ群による撮像光学系あるいは屈折光学系によるレンズ群を付け加えた撮像光学系において、これらの光学系を基板上に直接または移動台上に配置することによって可動とするように構成することは可能である。
【0104】
次に、本実施例の構成を電気的に図12を参照しながら説明する。図12は図1の光学装置の構成を示すブロック図である。
【0105】
光学装置は、図12に示すように、撮像光学系601を備える。撮像光学系601は、入射光の光量を制限する絞り部G12(図1に示す絞り部30)と、位置固定の光学部材G1と、位置移動によって撮影倍率を変化させる光学部材G2と、位置移動により焦点調節を行う光学部材G3と、位置固定で、被写体像の不要な高周波成分や赤外線を除去するための光学フィルタが形成されている光学部材G4とからなる。
【0106】
光学部材G4から射出された光は固体撮像素子2に入射され、その入射光は、固体撮像素子2で電気信号に変換される。固体撮像素子2は、撮像素子駆動回路604で駆動され、撮像素子駆動回路604は、クロック回路603が発生するタイミング信号を増幅し、その増幅された信号で固体撮像素子2を駆動する。クロック回路603におけるタイミング信号の発生タイミングは、CPU616によって制御される。
【0107】
固体撮像素子2から出力された電気信号は、前置処理回路605に与えられる。前置処理回路605は、固体撮像素子2からの電気信号に対し増幅、CDS処理などを行う。前置処理回路605からの信号は、A/D変換器606でデジタル信号化され、このデジタル信号はプロセス回路607に与えられる。プロセス回路607は、デジタル信号に対し各種の処理を行い、映像化する。
【0108】
プロセス回路607からの映像信号は、D/A変換器608を介して表示装置609に、D/A変換器610を介してアナログ出力611に、メモリ612に、デジタル出力に、合焦情報検出回路614、輝度情報検出回路615にそれぞれ与えられる。
【0109】
表示装置609は、映像信号が示す映像を表示するLCDからなる。アナログ出力611は、例えばテレビモニタなどに信号を出力するためのアナログ信号出力端子からなる。メモリ612は、映像信号を記録する。デジタル出力613は、例えば外部の記録媒体などに信号を出力するための端子からなる。
【0110】
合焦情報検出回路614は、プロセス回路607からの映像信号に基づき被写体像の合焦状態を検出する。その検出結果は、CPU616に与えられる。
【0111】
輝度情報検出回路615は、プロセス回路607からの映像信号に基づき被写体像の明るさ情報を検出する。その検出結果は、CPU616に与えられる。
【0112】
光学部材G2は、アクチュエータ617で所定の方向に移動される。このアクチュエータ617は、図1に示すように、移動台3、永久磁石5、コイル17、ヨーク19によって構成される。アクチュエータ617の駆動制御はアクチュエータ制御回路619からの制御信号によって行われ、この制御信号はドライブ回路620で増幅された後にアクチュエータ617に与えられる。光学部材G2の位置は位置検出器618で検出され、この位置検出器618は、図1に示す位置センサ21から構成される。位置検出器618からの信号は、増幅器621で増幅された後に、A/D変換器622を介してCPU616に与えられる。
【0113】
光学部材G3は、アクチュエータ623で所定の方向に移動される。このアクチュエータ623は、図1に示すように、移動台4、永久磁石6、コイル18、ヨーク20によって構成される。アクチュエータ623の駆動制御はアクチュエータ制御回路625からの制御信号によって行われ、この制御信号はドライブ回路626で増幅された後にアクチュエータ623に与えられる。光学部材G3の位置は位置検出器624で検出され、この位置検出器624は、図1に示す位置センサ22から構成される。位置検出器624からの信号は、増幅器627で増幅された後に、A/D変換器628を介してCPU616に与えられる。
【0114】
絞り部G12は、アクチュエータ629で所定の絞り量になるように駆動される。このアクチュエータ629は、図1に示すように、絞り羽根31,32、永久磁石35,36、コイル38,42、ヨーク39,43によって構成される。アクチュエータ629の駆動制御はアクチュエータ制御回路631からの制御信号によって行われ、この制御信号はドライブ回路632で増幅された後にアクチュエータ629に与えられる。絞り部G12の絞り量すなわち絞り羽根31,32の回転位置は位置検出器630で検出され、この位置検出器630は、図1に示す位置センサ40,44から構成される。位置検出器630からの信号は、増幅器633で増幅された後に、A/D変換器634を介してCPU616に与えられる。
【0115】
CPU616は、各検出器618,624,630からの検出結果、合焦情報検出回路614からの検出結果、および輝度情報検出回路615からの検出結果に基づき対応するアクチュエータ制御回路620,626,630を制御する。
【0116】
CPU616には、操作部635から操作指示信号が与えられる。操作部635は撮影者による操作に対応する操作指示信号を生成する。
【0117】
このような回路構成において、撮像光学系601とアクチュエータ駆動回路636と固体撮像素子2からの電気信号を処理する映像信号処理回路637とに分類することができる。アクチュエータ駆動回路636には、各アクチュエータ制御回路619,625,631が含まれ、アクチュエータ駆動回路636は、図1に示す回路素子45a内に構成される。映像信号処理回路637は、撮像素子駆動回路604とクロック回路603とともに、図1に示す回路素子45b内に構成される。
【0118】
なお、CPU616、合焦情報検出回路614、輝度情報検出回路615は、基板1上に搭載することも可能であるが、特に、その搭載位置は限定されない。
【0119】
表示装置609、メモリ612および操作部635は、外部に配置されている。
【0120】
次に、光学装置の動作について説明する。
【0121】
まず、撮影者が操作部635を操作することにより、撮影開始の命令がCPU616に入力される。CPU616では、その命令を受けて各回路の電源を入れ、クロック回路603に固体撮像素子2用のタイミング信号の出力を命令する。クロック回路603から出力されたタイミング信号は、撮像素子駆動回路604で、固体撮像素子2を駆動可能な信号に増幅される。この駆動信号により固体撮像素子2に入射された光は電気信号に変換され、この電気信号は前置直処理部回路605に与えられる。前置処理回路605は、固体撮像素子602からの電気信号に対し、例えばCDS処理、非線形化、信号増幅などの処理を行う。前置処理回路605の出力信号は、A/D変換器606でデジタル化された後、プロセス回路607に与えられる。プロセス回路607は、A/D変換器606からのデジタル信号を映像化するための各種処理、例えば原色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正、アパーチャ補正、輝度信号、色差信号の生成などの処理を行う。この映像化信号はD/A変換器608でアナログ信号に変換され、アナログ信号が示す映像が表示装置609に表示される。また、映像信号は必要に応じてメモリ612にデジタル信号として記録され、または外部の機器に出力される。
【0122】
次に、撮像光学系601の動作について説明する。
【0123】
フォーカシングは通常、自動的に行われる。合焦情報検出回路614にプロセス回路607からの映像信号が入力されると、合焦情報検出回路614は、入力された映像信号の高域成分の量(以下、合焦情報という)を検出する。合焦情報は、図13に示すように、撮像光学系601が被写体に対して合焦状態にある場合に最大となり、デフォーカスするに従い減少していく特性を示す。
【0124】
CPU616は、光学部材G3を動かしながら合焦情報の変化を検出し、合焦情報が最大となる位置まで以下のように光学部材G3を移動させるようにアクチュエータ制御回路625を制御する。CPU616は、合焦情報より算出される目標レンズ位置と実際のレンズ位置が迫従するようにフォーカスレンズ移動信号を出力する。光学部材G3の実際のレンズ位置は、位置検出器624で検出された位置情報が増幅器627で増幅され、A/D変換器628でデジタル化された後、CPU616に入力され、算出される。
【0125】
アクチュエータ制御回路625はフォーカスレンズ移動信号に基づきアクチュエータ制御信号を発生する。アクチュエータ制御信号はドライブ回路626でアクチュエータ623を駆動可能な信号に増幅され、アクチュエータ623が駆動される。アクチュエータ623の駆動に伴い光学部材G3は移動され、フォーカシングが行われる。
【0126】
ズーミングは撮影者が操作部635を操作することにより行われる。操作部635より入力された指示に従い、CPU616は、光学部材G2の目標位置を算出する。現在の光学部材G2のレンズ位置は、位置検出器618で検出される。位置検出器618の出力信号は増幅器621で増幅され、A/D変換器622に入力される。A/D変換器622でデジタル化された位置検出器618からの出力は、CPU616に入力され、光学部材G2のレンズ位置情報が算出される。CPU616は、目標レンズ位置と実際のレンズ位置が追従するように光学部材G2に対する移動信号を出力する。アクチュエータ制御回路619は、光学部材G2に対する移動信号に基づきアクチュエータ制御信号を発生する。アクチュエータ制御信号は、ドライブ回路620でアクチュエータを駆動可能な信号に増幅され、アクチュエータ617が駆動される。アクチュエータ617の駆動に伴い光学部材G2は移動され、ズーミングが行われる。
【0127】
本実施例のように、インナーフォーカス方式ズームレンズにおいて、被写体にピントがあった状態でズーミングを行うためには、光学部材G2の位置と光学部材G3の位置とは決められた曲線(ズームトラッキングカーブ)上を移動する必要がある。ズームトラッキングカーブの例を図14に示す。図中、0.6m、1.2m、1.0mは、被写体距離を表す。
【0128】
位置検出器618から得られる光学部材G2の位置情報と位置検出器624から得られる光学部材G3の位置情報とから、現在の被写体距離が算出され、ズーミング中は現在の被写体距離に対応するトラッキングカーブに基づき光学部材G3の目標位置が算出される。光学部材G2と同様に、現在の光学部材G3のレンズ位置は位置検出器624で検出され、位置検出器624の出力信号は増幅器627で増幅され、A/D変換器628に人力される。A/D変換器628でデジタル化された位置検出器624の出力は、CPU616に入力され、光学部材G3のレンズ位置情報が算出される。CPU616は、目標レンズ位置と実際のレンズ位置とが迫従するようにフォーカスレンズ移動信号を出力する。アクチュエータ制御回路625はフオーカスレンズ移動信号に基づきアクチュエータ制御信号を発生する。アクチュエータ制御信号はドライブ回路626でアクチュエータを駆動可能な信号に増幅され、アクチュエータ623が駆動され、光学部材G3が移動される。従って、ズーミング中も被写体がぼやけることなく固体撮像素子2に結像される。
【0129】
露光量は、アクチュエータ629で絞り部材G12を制御し、撮像光学系601に対する開口量を変化させることで調節される。通常、この露光量は自動的に行われる。輝度情報検出回路615には、プロセス回路607からの映像信号が入力される。輝度情報検出回路615は入力された映像信号から被写体像の明るさ(以下、輝度情報とい)を検出する。現在の絞り部G12の位置は、位置検出器630で検出される。位置検出器630の出力信号は増幅器633で増幅され、A/D変換器634に入力される。A/D変換器634でデジタル化された位置検出器630の出力は、CPU616に入力され、紋り部G12の絞り位置情報が求められる。CPU616は、入力された被写体像の輝度情報に基づき最適な露光量を算出し、さらに最適な露光量と現在の絞り位置情報とから、目標絞り位置を算出する。この目標絞り位置と実際の紋り位置とが追従するように絞り移動信号が出力される。アクチュエータ制御回路631は、紋り移動信号に基づきアクチュエータ制御信号を発生する。アクチュエータ制御信号は、ドライブ回路632でアクチュエータ629を駆動可能な信号に増幅され、アクチュエータ629が駆動される。アクチュエータ629の駆動に伴い絞り部G12が駆動され、露光量調節が行われる。
【0130】
次に、基板1の構成、製造方法について図を参照しながら説明する。図15は図1の光学装置の基板の構成を示す縦断面図、図16は図1の光学装置の基板の製造方法における工程の一部を示す分解斜視図である。
【0131】
基板1は、図15に示すように、セラミックベース801、鉄ベース801a、およびアルミニウムベース801bから構成される。セラミックベース801の材質には、寸法安定性、放熱性に優れたセラミックが用いられ、セラミックベース801は基板1の骨組を形成するベ一スである。鉄ベース801aの材質には、透磁率の高い鉄が用いられ、鉄ベース801aはアクチュエータの一部を形成するヨーク(図1の19,20、図2の39,44に相当する)を構成する。アルミニウムベース801bは、撮像素子駆動回路または映像信号処理回路を形成し、熱伝導率が高いアルミニウムをベ一スとしている。これらのベース801,801a,801bの材質は、上記のものに限るものではなく、例えば、ベース801aの材質としては、透磁率の高い材質すなわち、電磁軟鉄、パーマロイなどを用いることもできる。ベース801bの材質としては、銅などの熱伝導率が高い材質を用いることもできる。各ベース801,801a,801bの表面には、絶縁層801cが形成されている。
【0132】
次に、基板1の製造方法について図16を参照しながら説明する。
【0133】
図16を参照するに、まず、鉄ベ一ス801aとアルミニウムベース801bに相当する部分に予め穴を形成したセラミックベース801と、鉄ベース801aと、アルミニウムベース801bとが準備される。
【0134】
次いで、セラミックベース801の一方の穴に鉄ベース801aが、他方の穴にアルミニウムベース801bがそれぞれ嵌め込まれる。セラミックベース801と鉄ベース801aとが、セラミックベース801とアルミニウムベース801bとがそれぞれ接着剤で固定され、1枚のベース材が形成される。
【0135】
次いで、樹脂を銅箔に塗布し、ベ一ス材に積層することにより、図15に示すセラミックベース801、鉄ベース801a、アルミニウムベース801bの各表面に絶縁層801cが形成される。なお、この方法に代わる絶縁層801cの形成方法としては、ベース材側に絶縁層を形成する樹脂を塗布した後に銅箔を積層する方法もあるが、連続加工が可能な点で前者の方が優れている。
【0136】
絶縁層801cの形成後、銅箔をエッチングすることにより配線パターンの形成、ソルダーレジストの塗布、露出した銅箔表面へのはんだメッキ、はんだレベラーなどの表面処理が順次に実行される。
【0137】
次いで、固体撮像素子2、コイル17,18,38,42、回路素子45a,45b、位置センサ21,22がそれぞれはんだなどによって基板1に形成された配線パターンと電気的に接続される。コイル17,18,38,42およびレール部13,14,15,16が基板1上に接着剤で接着される。
【0138】
このように、基板1のベース材として一つの部材を用いるのではなく、基板1上に実装される部品が要求する特性に適合した性質を有する材料がベース材として用いられている。すなわち、基板の骨組となり平面性など寸法安定性に優れたセラミックベース材、アクチュエータが形成される部分に透磁率が高い鉄ベ一ス材、電子部品の放熱を必要とする撮像素子駆動回路または映像信号処理回路が実装される部分にアルミニウムあるいは銅べース材と、基板1上のそれぞれの部位において最適な材質を選択することで、それぞれのベース材の長所が生かせる基板を作ることができる。特に、電子部品の放熱に極めて効果があり、電子部品の発熱による基板の変形を未然に防止することができ、基板1の変形に起因よる各光学部材と固体撮像素子2との相対的な位置のずれ、光学部材の倒れなどを抑制することができる。よって、基板1の変形に起因する撮影画像の劣化を未然に防止することができる。
【0139】
なお、本実施例では、コイルとしてシート状のコイルを用い、このコイルを基板1上に接着剤などで接着するようにしたが、基板1上のパターンと同様に、銅箔をエッチングすることによりコイルを形成することも可能である。この場合、コイルの巻数にある程度の限界があるが、配線パターンと同様に形成できるから、シートコイルの接着などの工程を省略することができ、かつシートコイルの基板1に対する位置決め作業をなくすことができる。
【0140】
次に、基板のベース材として1つの部材を用いた場合について図17を参照しながら説明する。図17は図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図である。
【0141】
基板802は、図17に示すように、金属板上に絶縁層を介して配線パターンを形成した金属基板からなる。金属の材質は、透磁率が高い鉄、または放熱性に優れたアルミニウムまたは銅などである。絶縁層、配線パターンの形成は前述したものと同様であるから、その説明は省略する。
【0142】
基板802の準備後、まず、撮像素子2は基板802の裏面から、コイル17,18,38,42、回路素子45a,45b、位置センサー21,22は基板802の表面から、それぞれはんだなどによって基板802に形成された配線パターンと電気的に接続され、コイル17,18,38,42、レール部13,…,16は基板802に接着剤などで固着される。本方法によると、1枚の金属板をベースに基板を形成することができるから、低コストで、平面性が良い基板を形成することができるという効果に加え、基板の金属部の材質に応じて、それぞれ以下の効果(a)、(b)を奏する。
【0143】
(a)鉄などの透磁率が高い材料の場合
駆動により光学系を駆動する場合、基板の一部がヨークとして作用するから、部品としてのヨークが不要になり、コストダウンに寄与する。
【0144】
(b)アルミニウムなどの放熱性が良い材料の場合
撮像素子駆動回路または映像信号処理回路の周辺、アクチュエータのコイルなどの周辺で発生した熱が良好に放散され、基板の反りなどの変形を防止することができる。
【0145】
次に、基板上の電子部品の発熱による変形、さらに機械的な変形を防ぐより効果的な方法について図18ないし図20を参照しながら説明する。図18は図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図、図19は図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図、図20は図19の基板の取付状態を示す図である。
【0146】
この方法としては、図18に示すように、放熱を必要とするCPUなどの電子部品812の周囲に切欠809を設ける方法、図19に示すように、基板の平面性を保つ必要がある光学系全体の周囲にV溝810を設ける方法がある。
【0147】
これらの方法による基板1の機器への取付方法について図18ないし図20を参照しながら説明する。
【0148】
各方法による基板1に四隅には、図18および図19に示すように、取付穴811がそれぞれ設けられている。基板1における発熱が大きいCPUなどの電子部品の搭載領域は、切欠809またはV溝810で区分けされている。
【0149】
これらの基板1の取付方法を図19に示す基板1を例に説明する。
【0150】
基板1は、図20に示すように、取付穴811に挿通されたビス813で機器内部に設けられた基板取付部814に固定される。
【0151】
基板取付部814が機器外部からの力により変形され、または加工の精度により変形しているとき、基板1には外力が作用するが、その外力によってV溝810の部分が変形されるだけで、基板1の他の部分は平面を保つことができる。
【0152】
なお、図18に示す切欠809を設けた基板1の場合も同様の効果を奏する。
【0153】
次に、図18に示す基板1における熱的変形の吸収構造について説明する。
【0154】
具体的には、電子部品812を切欠809と縁部との間の領域に配置することによって、電子部品812の発熱時、その周辺の基板1の反りなどの変形は、前記機械的変形がV溝810で吸収されたとのと同じように、熱的変形は切欠809で吸収され、切欠809からの内方に向かう領域は平面を保つことができる。
【0155】
次に、他の基板構成例について図21および図22を参照しながら説明する。図21は図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図、図22は図21の基板を示す縦断面図である。
【0156】
図21および図22を参照するに、基板821は、金属板上に絶縁層を介して配線パターンを形成した2つのザブ基板821a,821bから構成される。
【0157】
アクチュエータを形成するサブ基板821aには透磁率が高い鉄をベースとして、撮像素子駆動回路または映像信号処理回路を形成するサブ基板821bには熱伝導率が高い銅、アルミニウムなどをベースとして用いている。各サブ基板821a,821bの表面には絶縁層821c,821dが形成されている。サブ基板821aおよび絶縁層821cには、同軸上に伸びる開口部829が形成され、サブ基板821bおよび絶縁層821dには、同軸上に伸びる開口部830が形成されている。開口部830には、固体撮像素子2が挿入され、固体撮像素子2はサブ基板821bの裏面に装着されている。固体撮像素子2には、開口部830を介して被写体光が入射される。
【0158】
次に、基板821の製造方法について説明する。
【0159】
まず、アクチュエータを形成する鉄ベースのサブ基板821aと、銅ベースまたはアルミニウムベ一スのサブ基板821bとが準備される。
【0160】
次いで、樹脂を銅箔に塗布し、それぞれのベース材に積層することにより、サブ基板821a,821bの表面に絶縁層821c,821dが形成される。
【0161】
絶縁層821c,821dの形成後,箔をエッチングして、サブ基板821aにはアクチュエータ回路の配線パターンが、サブ基板821bには撮像素子駆動回路または映像信号処理回路の配線パターンがそれぞれ形成される。
【0162】
次いで、ソルダーレジストの塗布、露出した銅箔表面に対するはんだメッキ、はんだレベラーなどの表面処理が順次に行われる。
【0163】
それぞれのサプ基板821a,821bは絶縁性の接着剤を介して積層される。
【0164】
この基板821を用いることによって、図15に示す基板と同様の効果が得られることに加え、ノイズの発生源となるアクチュエータ駆動系すなわち回路素子45aおよびアクチュエータを形成するサブ基板821aに対して、ノイズの影,を受け易い撮像素子駆動回路または映像信号処理のための回路素子45bおよび撮像素子駆動回路または映像信号処理回路を形成するサブ基板821bとを基板821上の全く異なる層に形成することができ、基板821内でのノイズの影響を極力小さくすることができる。なお、上記映像信号処理回路は、図12に示す映像信号処理回路637と等価であるが、その内部構成は限定されることはない。
【0165】
また、基板821の製造においては、先に図16で示した基板1のように、予めベースに形成された穴に他のベースを嵌め込み、1枚のベースとすることをせず、2枚のベースをそれぞれ独立に従来の形成方法で製造することができ、製造工程の簡略化が図れ、製造コストを下げることが可能となる。
【0166】
(第2実施例)
次に、本発明の第2実施例について図23ないし図26を参照しながら説明する。図23は本発明の光学装置の第2実施例の構成を示す分解斜視図、図24は図23の光学装置の第2光学部材の駆動制御部の構成を示す縦断面図、図25は図23の光学装置の絞り羽根の駆動制御部の構成を示す縦断面図、図26は図25のC−C線に沿って得られた断面図である。
【0167】
本実施例は、屈折光学系によるズームレンズ機構を有する光学装置である。
【0168】
光学装置は、図23に示すように、固体撮像素子2が装着された基板1を備える。なお、基板1の構成は、第1実施例の基板の構成と同じように、異なる材質の複数のベース材から構成され、その説明は省略する。
【0169】
基板1には、第1レンズ群60、第2レンズ群61、第3レンズ群62および第4レンズ群63が搭載されている。
【0170】
第1レンズ群60は、基板1に接着剤などで固定されている。第2レンズ群61はズーミング動作を行うためのレンズ群からなり、このレンズ群は基板1に所定範囲内で光軸64方向に移動可能に搭載されている。第3レンズ群62は、第1レンズ群60と同様に、基板1に接着剤などで固定されている。第4レンズ群63はフォーカシング動作を行うためのレンズ群からなり、このレンズ群は基板1に所定範囲内で光軸64方向に移動可能に搭載されている。光軸64は、基板1の表面に平行になるように設定され、すなわち第2レンズ群61、第4レンズ群63の可動方向は、基板1の表面に対して平行になるように設定されているから、可動範囲が長い場合でも基板1の表面と垂直方向の厚さの増大がないズームレンズ機構を実現することができる。
【0171】
第4レンズ群63の後方には、三角プリズムなどの光学部材65が配置されている。光学部材65は、被写体像を撮像素子2に結像させるように、光軸を基板1に対して垂直方向に屈曲させる。なお、固体撮像素子2の基板1への実装構造は、第1実施例と同じであり、その説明は省略する。
【0172】
第2レンズ群61と第3レンズ群62との間には、紋り羽根66が配置されている。絞り羽根66は光軸64に対して垂直方向に駆動し、絞り開口を変化させる。この絞り開口の変化によって、被写体像の光量が調整される。
【0173】
第2レンズ群61は駆動制御部67で、第4レンズ群63は駆動制御部68で、絞り羽根66は駆動制御部69で、それぞれ駆動、制御される。各駆動制御部67,68,69は、アクチュエータ、位置センサなどから構成される。
【0174】
基板1には、各駆動制御部67,68,69を制御するための回路素子、固体撮像素子2を駆動するための回路素子、固体撮像素子2からの信号を処理をするための回路素子などの電子部品71および外部の回路と接続するためのコネクタ部71が設けられている。
【0175】
基板1は、1対のケース部分72,73から構成されるシールドケースに収容されている。各ケース部分72,73は、電磁気およぴ外部からの光を遮蔽し、内面反射を抑え、また外部からのほこりの進人を防ぐように、例えば内面を黒く塗装した鉄板などから構成されている。各ケース部分72,73は、それぞれの対応する部位を基板1上のグランドパターンにはんだ付けすることによって、固定される。
【0176】
次に、第2レンズ群61の駆動制御部67の構成について図24を参照しながら説明する。
【0177】
第2レンズ群61は、図24に示すように、光学保持部材80に保持されている。光学保持部材80には、第2レンズ群61を支持する枠部と、枠部から基板1に平行に光軸64に直交する方向へ突出する平板状の1対の支持部とからなる。一方の支持部の基板1に対向する面には、光軸64に沿って伸びるV溝81が形成され、他方の支持部の基板1に対向する面には、光軸64に沿って伸びる凹状断面の溝82が形成されているとともに、光軸64に沿って伸びる磁気スケール87が取り付けられている。各支持部の基板1に対向する面には、永久磁石83がそれぞれ取り付けられている。
【0178】
基板1には、基板1と光学保持部材80との干渉を避けるように開口部1dが形成されている。
【0179】
基板1には、光軸64に沿って伸びるV溝が形成されている1対のレール部86と、位置センサ88とが取り付けられている。
【0180】
一方のレール部86は、そのV溝が光学保持部材80のV溝81に対向するように配置され、他方のレール部86は、そのV溝が光学保持部材80の溝82に対向するように配置されている。一方のレール部86のV溝とV溝81との間にはボール85が介在し、他方のレール部86のV溝と溝82との間にはボール85が介在している。
【0181】
位置センサ88は、磁気スケール87の磁力を検出するセンサからなる。
【0182】
光学保持部材80、それに設けられた永久磁石83および磁気スケール87と、基板1に設けられたコイル84、ヨーク89、レール部86および位置センサ88と、ボール85とは互いに共働して駆動制御部67を構成する。
【0183】
この駆動制御部67の基本的駆動原理は第1実施例と同じであり、その説明は省略する。
【0184】
次に、絞り羽根66の駆動制御部69の構成について図25および図26を参照しながら説明する。
【0185】
各絞り羽根66は、図25に示すように、光軸に直交する方向(図中の矢印が示す方向)に移動可能な1対の羽根91a,91bから構成される。各羽根91a,91bには、V字状の切欠がそれぞれ形成されている。各羽根91a,91bは互いにその切欠形成部分が重なり合うように配置され、各切欠が共働して絞り開口92を形成する。絞り開口92の開口面積は各羽根91a,91bの移動量に応じて決定される。
【0186】
羽根91aの基板1に対向する面には、図26に示すように、光軸64に直交する方向に伸びるV溝および凹状断面の溝が形成されているとともに、光軸64に直交する方向に伸びる磁気スケール97が取り付けられている。各羽根91a,91bの基板1に対向する面には、永久磁石93がそれぞれ取り付けられている。
【0187】
基板1には、1対のコイル93が装着され、各コイル93は対応する永久磁石93に対向するように基板1上に配置されている。各コイル93の下方位置には、ヨーク95がそれぞれ配置されている。
【0188】
基板1には、光軸64に直交する方向に伸びるV溝が形成されている1対のレール部と、位置センサ98とが取り付けられている。
【0189】
一方のレール部は、そのV溝が羽根91aのV溝に対向するように配置され、他方のレール部は、そのV溝が羽根91aの凹状断面の溝に対向するように配置されている。一方のレール部のV溝と羽根91aのV溝との間にはボール96が介在し、他方のレール部のV溝と羽根91aの凹状断面の溝との間にはボール96が介在している。
【0190】
位置センサ98は、磁気スケール97の磁力を検出するセンサからなる。
【0191】
各羽根91a,91b、それに設けられた永久磁石93および磁気スケール97と、基板1に設けられたコイル94、ヨーク95、レール部および位置センサ98と、ボール96とは互いに共働して絞り羽根66の駆動制御部69を構成する。
【0192】
この駆動制御部69で絞り羽根66を駆動するとき、絞り羽根91a,91bは、永久磁石93に比してべ極めて軽量であるから、永久磁石93、羽根91a,91bからなる可動部の重心は永久磁石93の近辺となり、アクチュエータの駆動力が前記重心に作用する。よって、安定した状態で羽根91a,91bを駆動することができる。
【0193】
以上により、第2実施例では、アクチュエータ部および基板1が光学系に対して厚さ方向に重ならないように構成されているから、光学保持部材80、または光学系である第2レンズ群61の厚さd(この場合は光学保持部材80の直径寸法)が、光学装置全体の厚さtを決定することになり、光学装置の厚さを薄くすることができる。
【0194】
また、固体撮像素子2が装着されている基板1上に光学部材、アクチュエータ、およぴその駆動回路などに代表される機構部材、光学部材、電気部材を配置することによって、従来レンズなどの光学系を保持していた鏡筒という複雑で高価な部品を用いることな〈、また組立工程なども簡略化することができ、低コストな光学装置を堤供することができる。
【0195】
さらに、平面面的に広がる基板1上に上記機構部材、光学部材、電気部材を配置することによって、基板1の厚さ方向に対して極力厚くならないよう各部品の配置、姿勢を決定することが容易になり、その結果、薄型の光学装置を堤供することができる。
【0196】
さらに、固体撮像素子2に対する各光学部材、光学部材の規制部、紋り部を基板に配置することによって、それぞれの位置精度を高精度化することができる。
【0197】
なお、上述の各実施例では、1つの基板を用いているが、同一平面上に配置された複数の分割基板を用いることもできる。
【0198】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮影光学系が搭載され、固体撮像素子が固定されている基板を有し、撮影光学系は基板と平行な方向に移動して焦点調節を行う可動光学部材を含む複数の光学部材から構成され、可動光学部材が固定された移動部材には基板と平行な方向に配列された永久磁石が設けられ、基板には、永久磁石との間に磁路を形成するヨークとコイルが固定され、コイルに電流が供給されることで生じる磁力と電流との相互作用によって可動光学部材を基板と平行な方向に移動させる駆動力を発生するから、従来のように、撮影光学系を収容、保持する筐筒を用いる必要がなくなるとともに、撮影光学系、それに含まれる可動光学部材、アクチュエータの構成部材の少なくとも一部および固体撮像素子の基板に対する位置決めを平面的(2次元的)に行うことができる。その結果、組立性が良く、コストを低く抑えることができるとともに、厚さを薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学装置の第1実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図2】図1の光学装置の絞り部の構成を示す分解斜視図である。
【図3】図1の光学装置の光学部材G2のアクチュエータの構成を示す縦断面図である。
【図4】は図3のB−B線に沿って得られた断面図である。
【図5】図3のA−A線に沿って得られた断面図である。
【図6】光学部材G2のアクチュエータの他の構成例を示す縦断面図である。
【図7】図1の光学装置の固体撮像素子の周辺を示す縦断面図である。
【図8】図1の光学装置の固体撮像素子の周辺を示す分解斜視図である。
【図9】図1の光学装置の固体撮像素子の基板裏面側の周辺を示す分解斜視図である。
【図10】固体撮像素子の撮像面を保護するガラス部材の他の取付例を示す縦断面図である。
【図11】固体撮像素子の撮像面を保護するガラス部材の他の取付例を示す縦断面図である。
【図12】図1の光学装置の構成を示すブロック図である。
【図13】フォーカシング時の合焦特性図である。
【図14】ズームトラッキングカーブを示す図である。
【図15】図1の光学装置の基板の構成を示す縦断面図である。
【図16】図1の光学装置の基板の製造方法における工程の一部を示す分解斜視図である。
【図17】図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図である。
【図18】図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図である。
【図19】図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図である。
【図20】図19の基板の取付状態を示す図である。
【図21】図1の光学装置に用いられる他の基板を示す斜視図である。
【図22】図21の基板を示す縦断面図である。
【図23】本発明の光学装置の第2実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図24】図23の光学装置の第2光学部材の駆動制御部の構成を示す縦断面図である。
【図25】図23の光学装置の絞り羽根の駆動制御部の構成を示す縦断面図である。
【図26】図25のC−C線に沿って得られた断面図である。
【図27】従来の光学装置の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1,802 基板
2 固体撮像素子
3,4 移動台
7 磁気スケール
5,6 永久磁石
13,14,15,16 レール部
17,18 コイル
19,20 ヨーク
21,22 位置センサ
30 絞り部
31,32 絞り羽根
45a,45b 回路素子
46,47 ボール
60 第1光学部材
61 第2光学部材
62 第3光学部材
64 第4光学部材
66 絞り羽根
67,68,69 駆動制御部
G1 光学部材
G2 光学部材
G3 光学部材
G4 光学部材
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an optical device that forms an image of a subject on a solid-state imaging device via a photographing optical member.
[0002]
[Prior art]
In general, an optical apparatus using a solid-state image sensor is provided with a zoom lens mechanism so that a desired shooting range can be obtained.
[0003]
The configuration of the zoom lens mechanism of this optical apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 27 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a zoom lens mechanism of a conventional optical device.
[0004]
As shown in FIG. 27, the optical device includes a plurality of lens groups including a first lens group 101a, a second lens group 101b, a third lens group 101c, and a fourth lens group 101d. The second lens group 101b and the fourth lens group 101d are respectively moved along the optical axis direction within a predetermined range. The zoom operation is performed by the movement of the second lens group 101b, and the focus adjustment is performed by the movement of the fourth lens group 101d.
[0005]
On the optical axis behind the fourth lens group 101d, an optical low-pass filter 102 and a solid-state image sensor 103 such as a CCD are sequentially arranged.
[0006]
The first lens group 101a, the third lens group 101c, the optical low-pass filter 102, the solid-state image sensor 103, and the like are held in the casing 104.
[0007]
On the other hand, the second lens group 101 b is held by the optical holding member 105. The optical holding member 105 is supported by a guide pin 106 and a screw member 107 extending in parallel with the optical axis direction so as to be movable in the optical axis direction. Each end of the guide pin 106 is supported by the casing 104.
[0008]
The screw member 107 is formed with a screw portion that is engaged with the optical holding member 105. Each end of the screw member 107 is rotatably supported by the casing 104, and the driving force from the step motor 110 is transmitted to the screw member 107 via the gear group 101. When the screw member 107 is rotated by the driving force from the step motor 110, the optical holding member 105 is moved in the optical axis direction while being guided by the guide pin 106 as the screw member 107 rotates, and the optical holding member 105 is moved. Thus, the zoom operation by the second lens 101b is performed. Play between the screw member 107 and the optical holding member 105 is removed by the biasing spring 108 and the biasing member 109.
[0009]
The fourth lens group 101d is held by the optical holding member 116, similarly to the second lens group 101b. The optical holding member 116 is supported by a guide pin 117 extending parallel to the optical axis direction and a screw member 113 so as to be movable in the optical axis direction. Each end of the guide pin 117 is supported by the casing 104.
[0010]
The screw member 113 is formed with a screw portion that is engaged with the optical holding member 116. One end of the screw member 113 is rotatably supported by the casing 104. The other end of the screw member 113 is rotatably supported by the casing 104 and is directly connected to the output shaft of the step motor 112. When the screw member 113 is rotated by the driving force from the step motor 112, the optical holding member 116 is moved in the optical axis direction while being guided by the guide pin 117 as the screw member 113 is rotated, and the optical holding member 116 is moved. Thus, the focus adjustment by the fourth lens 101d is performed. Play between the screw member 113 and the optical holding member 116 is removed by the biasing spring 108 and the biasing member 109.
[0011]
A diaphragm 114 is disposed between the second lens group 102b and the third lens group 101c, and the aperture diameter of the diaphragm 114 is adjusted by the driving force from the motor 115.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, portable information devices have spread due to advances in semiconductor chips such as memories and microcomputers, and their miniaturization and high performance have been further promoted. In this portable information device, portability is required as a necessary condition, but in particular, it is strongly required to make it thin in the portability.
[0013]
Examples of such portable information devices include an optical device that captures a subject image, or an information device that includes the optical device. In order to reduce the thickness of the optical device, an imaging optical system (for example, FIG. 27) is used. Including a lens group, a diaphragm and a solid-state imaging device), and a mechanical system (for example, a system including a gear, a motor, a motor for driving a diaphragm, and the like for driving the lens group illustrated in FIG. 27). The entire device must be thinned.
[0014]
However, in the conventional optical device, the first lens group 101a, the second lens group 101b, the third lens group 101c, the fourth lens 101d, the optical low-pass filter 102, the solid-state image sensor 103, and the like are held in the casing 104. A motor 115 for driving the diaphragm 114, a motor 110 for driving the second lens group 101b, a motor 112 for driving the fourth lens group 101d, and the like are held outside the casing 104. Since the casing 104 has a three-dimensionally complicated shape, the manufacturing cost of the casing mold, which is usually made of a plastic mold, is increased, and a part of the casing 104 is thermally contracted when the casing 104 is formed. As a result, sink marks, warpage, and the like occur, and it is difficult to manufacture the casing 104 with high dimensional accuracy. As a result, it is difficult to position each lens group with respect to the image sensor 103 and its holding member with high accuracy, and tilting of each lens group and lens shaking during movement of the lens group may occur. As a result, the photographed image is blurred or the photographed image is shaken.
[0015]
In addition, an imaging circuit driving circuit for driving the solid-state imaging device and an electric circuit board on which an actuator driving circuit for driving a motor included in the mechanism system is mounted, and the solid-state imaging device and the motor are connected to lead wires. In other words, it is necessary to connect with a flexible substrate or the like, and a large number of procedures are required for assembling, and the assembling work becomes complicated.
[0016]
Further, since the optical holding member 105 included in the mechanism system is normally supported axially symmetrically with the optical axis, the outer dimension of the casing 104 is larger than that of the lens system. Since the outer dimensions of the entire apparatus are further increased, it is very difficult to reduce the dimension in the direction orthogonal to the optical axis, that is, to reduce the thickness in the direction orthogonal to the optical axis. It is.
[0017]
Furthermore, since it is necessary to incorporate mechanical parts and electrical parts from various directions during assembly, the assembly work takes time and costs.
[0018]
An object of the present invention is to provide an optical device that is easy to assemble, can be reduced in cost, and can be reduced in thickness.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an optical apparatus that forms an image of a subject on a solid-state image sensor via a photographing optical system, and includes a substrate on which the photographing optical system is mounted and on which the solid-state image sensor is fixed. Is composed of a plurality of optical members including a movable optical member that moves in a direction parallel to the substrate to adjust the focus, The moving member to which the movable optical member is fixed is provided with permanent magnets arranged in a direction parallel to the substrate, The substrate includes A yoke and a coil forming a magnetic path with the permanent magnet are fixed, and the coil Supply current Between magnetic force and current Generates a driving force for moving the movable optical member in a direction parallel to the substrate. Ruko And features.
[0036]
[Action]
The present invention In this configuration, a plurality of optical members including a movable optical member that has a substrate on which a photographing optical system is mounted and a solid-state imaging device is fixed, and the photographing optical system moves in a direction parallel to the substrate and performs focus adjustment. Consisting of The moving member to which the movable optical member is fixed is provided with permanent magnets arranged in a direction parallel to the substrate, On the board A yoke and a coil that form a magnetic path between the permanent magnet and the coil are fixed. Supply current Between magnetic force and current Generates a driving force that moves the movable optical member in a direction parallel to the substrate. Ruka In addition, it is not necessary to use a housing that houses and holds the photographic optical system as in the past, and at the same time, the photographic optical system, the movable optical member included in the photographic optical system, at least part of the constituent members of the actuator, and the substrate of the solid-state imaging device Positioning can be performed planarly (two-dimensionally).
[0053]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0054]
(First embodiment)
1 is an exploded perspective view showing the configuration of a first embodiment of the optical device of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the aperture portion of the optical device of FIG. 1, and FIG. 3 is an optical diagram of the optical device of FIG. FIG. 4 is a sectional view obtained along the line BB in FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view obtained along the line AA in FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another configuration example of the actuator of the optical member G2, FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the periphery of the solid-state imaging device of the optical apparatus in FIG. 1, and FIG. 8 is a solid-state imaging of the optical apparatus in FIG. 9 is an exploded perspective view showing the periphery of the element, FIG. 9 is an exploded perspective view showing the periphery of the back side of the substrate of the solid-state image sensor of the optical device of FIG. 1, and FIG. 10 is another glass member that protects the imaging surface of the solid-state image sensor FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing another attachment example of a glass member that protects the imaging surface of the solid-state imaging device. Figure 12 is a block diagram showing the configuration of an optical device of FIG. 1, FIG. 13 is the focusing characteristic diagram during focusing, FIG. 14 is a diagram showing a zoom tracking curve.
[0055]
As shown in FIG. 1, the optical apparatus includes a substrate 1 on which an imaging optical system and a mechanism system are mounted. The substrate 1 has a plurality of openings 1a, 1b, 1c. The opening 1a is hermetically sealed with a sealing member made of glass or the like so that light can pass therethrough, and intrusion of dust, dust, and the like is prevented in the housing space of the mounting component formed between the substrate 1 and the shield case 49.
[0056]
The imaging optical system mounted on the substrate 1 includes a plurality of prism-shaped prisms such as glass and plastic on which a diaphragm 30 for adjusting the amount of light of a subject guided from the opening 1a and a free-form reflecting surface is formed. It has optical members G1, G2, G3, and G4, and a fixed imaging device 2 that receives light emitted from the optical member G4 and converts this light into an electrical signal.
[0057]
As shown in FIG. 2, the pattern portion 30 includes two diaphragm blades 31 and 32 that are arranged point-symmetrically about the optical axis K that coincides with the axis of the opening 1a. The diaphragm blades 31 and 32 are configured to rotate around shafts 33 and 34 provided respectively. The shaft 33 of the diaphragm blade 31 is rotatably inserted into a positioning hole 37 provided in the substrate 1, and the shaft 34 of the diaphragm blade 32 is rotatably inserted into the positioning hole 41 of the substrate 1. As the aperture blades 31 and 32 rotate, the aperture closing amount changes, and the amount of light is adjusted. The position of the aperture closed regulated by the rotation of the aperture blades 31 and 32 coincides with the optical axis K.
[0058]
The diaphragm blades 31 and 32 are provided with permanent magnets 35 and 36, respectively, as a part of the actuator. The permanent magnets 35 and 36 are also used as magnetic scales for detecting the positions of the patterned blades 31 and 32, respectively. The permanent magnets 35 and 36 are magnetized so that magnetic poles are arranged in a direction perpendicular to the rotation direction of the diaphragm blades 31 and 32 and in a direction perpendicular to the substrate 1.
[0059]
A coil 38, a yoke 39, and a position sensor 40 are disposed at a position on the substrate 1 facing the permanent magnet 35, and a coil 42, a yoke 43, and a position sensor are disposed at a position on the substrate 1 facing the permanent magnet 36. 44 are arranged.
[0060]
The permanent magnet 35 constitutes an actuator for driving the diaphragm blade 31 in cooperation with the coil 38 and the yoke 39. In this actuator, when a current is passed through the coil 38 in a state where a magnetic flux passes between the permanent magnet 35 and the yoke 39, the permanent magnet 35, that is, the patterned blade 31 is moved to the shaft 33 by the interaction between the magnetic flux and the current. Rotate around. The position sensor 40 comprises a hall sensor, and this hall sensor detects a change in the magnetic field of the permanent magnet 35 due to the rotation of the crest blade 31. The value detected by the position sensor 40 is used as a control amount for controlling the amount of rotation of the aperture blade 31 so that a predetermined pattern value is obtained.
[0061]
The permanent magnet 36 constitutes an actuator for driving the diaphragm blade 32 in cooperation with the coil 42 and the yoke 43. As with the position sensor 42, the position sensor 44 is a Hall sensor that detects a change in the magnetic field of the permanent magnet 36 due to the rotation of the pattern blade 32.
[0062]
The permanent magnets 35 and 36 may be made of plastic magnets, and the plastic magnets may be integrated so as to become part of the diaphragm blades 31 and 32.
[0063]
Each of the optical members G1, G2, G3, and G4 is guided to the optical member G2 after, for example, light incident from the opening 1a through the diaphragm 30 is repeatedly reflected a plurality of times inside the optical member G1. As shown, it has a function equivalent to a lens group configured by combining a plurality of spherical lenses.
[0064]
The optical member G1 is fixed to the substrate 1. The optical member G1 is provided with a pair of shafts G1a for positioning with respect to the substrate 1. The optical member G1 is positioned with respect to the substrate 1 by fitting each axis G1a into the corresponding opening 1b of the substrate 1. Fixing has been done. In the present embodiment, the positioning of the substrate 1 and the optical member G1 is fixed by fitting the corresponding shaft G1a with the corresponding opening 1b. Instead, the optical member G1 is fixed to the substrate 1. It is also possible to use a method in which the substrate 1 and the optical member G1 are fixed with an adhesive after positioning with a positioning means.
[0065]
Each of the optical members G2 and G3 is moved in a predetermined direction (longitudinal direction of the substrate 1) in parallel to the surface of the substrate 1, thereby performing a zooming (focal length adjustment) operation and a focusing (focus adjustment) operation. It is an optical member for.
[0066]
The optical member G2 is fixed to the moving table 3 with an adhesive. The movable table 3 is made of a high permeability material such as iron formed in a flat plate shape. The moving table 3 includes a part of an actuator for moving it parallel to the substrate 1 and in a predetermined direction, a position detecting unit for detecting the moving position, and guiding the moving direction and restricting the moving position. And a position restricting portion for doing so.
[0067]
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the permanent magnet 5 as a part of the actuator, the magnetic scale 7 as the position detection unit, and the V V in the plane perpendicular to the moving direction as the position regulation unit. A groove 9 having a cross-sectional shape and a groove 11 having a concave shape are provided. The permanent magnet 5 is composed of two sets of magnets magnetized in a direction perpendicular to the moving direction of the optical member G2, and each magnet is arranged in a direction parallel to the substrate 1.
[0068]
A coil 17 and a yoke 19 constituting an actuator in cooperation with the movable table 3 and the permanent magnet 5 are provided on the substrate 1.
[0069]
The magnetic force of the magnetic scale 7 is detected by a position sensor 21 including an MR sensor, a Hall sensor, and the like. The position sensor 21 is provided on the substrate 1 so as to face the magnetic scale 7.
[0070]
Rail portions 13 and 14 for guiding the moving direction of the movable table 3 and for restricting the moving position are provided at respective positions on the substrate 1 facing the groove portions 9 and 11. In the rail parts 13 and 14, grooves having a V-shaped cross-sectional shape are formed in a plane perpendicular to the moving direction of the moving table 3. Balls 46 are inserted between the groove portions 9 and 11 and the corresponding rail portions 13 and 14.
[0071]
In the actuator constituted by the movable table 3, the permanent magnet 5, the coil 17, and the yoke 19, when an electric current is passed through the coil 17, a driving force is generated due to an interaction between a magnetic circuit described later and the electric current. The moving table 3, that is, the optical member G2 is moved in the optical axis direction (in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3). Specifically, as shown in FIG. 5B, a magnetic path indicated by a dotted line in the figure is formed between the permanent magnet 5, the movable table 3 having permeability, and the yoke 19. When a current is passed through the coil 17 existing in the magnetic path between the permanent magnet 5 and the yoke 19, the movable table 3, that is, the optical member G <b> 2 is shown in the figure by the driving force generated by the interaction between the magnetic force and the current. Moved in the direction. By changing the current flow direction, the moving direction of the moving table 3 changes. For example, the moving table 3 can be moved from the position shown in FIG. 5B to the position shown in FIG. The table 3 can be moved from the position shown in FIG. 5B to the position shown in FIG.
[0072]
At the time of movement of the movable table 3, as shown in FIG. 4, an attractive force due to magnetic force acts between the permanent magnet 5 and the yoke 19. It is closely attached. When the moving table 3 moves in the direction shown in FIG. 4A, the ball 46 rotates to the right. When the moving table 3 moves in the direction shown in FIG. Is stably held via the ball 46 with respect to the rail portion 13. Further, since the ball 46 rolls while moving to the movable table 3, the rolling friction acting on the contact surface between the movable table 3 and the rail portion 13 against the ball 46 is caused by the contact between the guide pin and the lens holding member described in the conventional example. Compared with the sliding friction that acts on the part, it is small enough to be ignored, and the load during movement of the optical member G2 due to friction can be reduced. The magnetic field of the magnetic scale 7 changes as the moving table 3 moves, and the change is read by the position sensor 21. The detection value from the position sensor 21 is used for movement control of the movable table 3.
[0073]
In this embodiment, the permanent magnets 5 composed of two sets of magnets arranged in a direction parallel to the substrate 1 are used. Instead, as shown in FIG. The permanent magnets 51 and 52 that are magnetized may be used so that the permanent magnets 51 and 52 are fixed to the back yoke 53. With such a configuration, the magnetic path is concentrated between the lower surfaces of the permanent magnets 51 and 52 having the smallest spatial gap and the yoke 19, so that the driving force and the magnetic path can be stabilized.
[0074]
Similarly, the optical member G3 is fixed to the moving table 4 with an adhesive. The moving table 4 has the same configuration as the moving table 3. The moving table 4 includes a permanent magnet 6 as a part of the actuator, a magnetic scale 8 as a position detecting unit, and a moving direction of the moving table 4 as a position restricting unit. A groove portion 10 having a V-shaped cross-sectional shape and a concave groove portion 12 are provided in a plane perpendicular to each other.
[0075]
A coil 18 and a yoke 20 constituting an actuator in cooperation with the movable table 4 and the permanent magnet 6 are provided on the substrate 1. The actuator constituted by the movable table 4, the permanent magnet 6, the coil 18 and the yoke 20 performs the same operation as the actuator constituted by the permanent magnet 5, the coil 17 and the yoke 19 described above.
[0076]
The magnetic force of the magnetic scale 9 is detected by a position sensor 22 composed of an MR sensor, a Hall sensor, etc., and the position sensor 22 is provided on the substrate 1 so as to face the magnetic scale 9.
[0077]
Rail portions 15 and 16 are provided at the respective positions on the substrate 1 facing the groove portions 10 and 12 to guide the moving direction of the moving base 4 and to restrict the moving position. The rail portions 15 and 16 are formed with grooves having a V-shaped cross section in a plane perpendicular to the moving direction of the movable table 3, and between the respective groove portions 9 and 11 and the corresponding rail portions 13 and 14. A ball 47 is inserted. As the moving table 4 moves, the optical member G3 is moved in a predetermined direction, and the frictional force generated between the groove portions 10 and 12 and the corresponding rail portions 15 and 16 when the moving table 4 is moved is Reduced by rolling.
[0078]
In this embodiment, the optical members G2 and G3 and the moving bases 3 and 4 are fixed with an adhesive. Instead, the optical members G2 and G3 are attached to the moving bases 3 and 4, respectively. On the other hand, the optical members G2 and G3 and the movable tables 3 and 4 can be integrated by insert molding or outsert molding.
[0079]
The optical member G4 is fixed to the substrate 1 with an adhesive. The optical member G4 is disposed on the substrate 1 so that the optical axis of the emitted light coincides with the axis of the opening 1c of the substrate 1. An optical filter (not shown) for removing unnecessary high frequency components and infrared rays contained in the subject image is attached to the optical member G4. In addition, this optical filter can also be formed integrally with the optical member G4 by vapor deposition.
[0080]
In the optical system composed of the optical members G1, G2, G3, and G4, the optical member G1 reflects light incident from the opening 1a of the substrate 1 through the diaphragm 30 in a direction parallel to the surface of the substrate 1. Then, the reflected light is guided to the optical member G4 by the optical members G2 and G3, and the light is emitted in the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 by the optical member G4.
[0081]
The light emitted from the optical member G4 is guided to the solid-state imaging device 2 through the opening 1c of the substrate 1.
[0082]
The solid-state imaging device 2 is attached to the back surface of the substrate 1 as shown in FIGS. 1 and 7 to 9. As shown in FIG. 8, the solid-state imaging device 2 has a plurality of terminals 904 including a terminal for outputting accumulated signals and a terminal for inputting timing pulses and the like. Each terminal 904 is provided on the imaging surface 905 side of the solid-state imaging device 2. The solid-state imaging device 2 is disposed on the back side of the substrate 1 so that the optical axis of the imaging surface 905 coincides with the axis of the opening 1 c of the substrate 1. Since each terminal 904 is directly connected to the terminal 907 provided on the back surface of the substrate 1 by soldering or the like, it is difficult to be affected by noise or the like.
[0083]
The solid-state imaging device 2 is sealed with a resin member 903 from the back side. The resin member 903 protects the solid-state imaging device 2 and increases the mounting strength of the solid-state imaging device 2 with respect to the substrate 1.
[0084]
The opening 1c of the substrate 1 is covered with a glass member 50, and the glass member 50 is disposed between the optical member G4 and the substrate 1. The glass member 50 protects the imaging surface 905 of the solid-state imaging device 2.
[0085]
In this embodiment, the glass member 50 for protecting the imaging surface 905 is disposed between the substrate 1 and the optical member G4. Instead, as shown in FIG. A glass member 902 for protecting the second imaging surface 905 may be fitted into the opening 901 of the substrate 1. In this configuration, the glass member 902 does not protrude from the surface of the substrate 1, and an increase in the thickness along the thickness direction of the substrate 1 around the solid-state imaging device 2 can be suppressed. As a result, the thickness of the entire apparatus can be reduced. Can be thinned.
[0086]
Further, instead of the glass member 50, as shown in FIG. 11, a part of the optical member G4 is fitted into the opening 901 of the substrate 1, so that the optical member G4 is imaged on the imaging surface 905 of the solid-state imaging device 2. The glass member can also be used as a glass member for protecting the optical member G4, and positioning on the optical member G4 with respect to the solid-state imaging device 2 is facilitated.
[0087]
Further, in this embodiment, the solid-state image pickup device 2 having the electrode 904 formed on the image pickup surface side is used. However, an assembly in which the solid-state image pickup device 2 is mounted in advance on a substrate such as a ceramic can also be used. In this assembly, an electrode for connecting the electrode 904 of the solid-state imaging device 2 is provided, and this electrode and the electrode provided on the back surface of the substrate 1 can be directly connected.
[0088]
In addition to the components constituting the optical imaging system described above, as shown in FIG. A plurality of circuit elements 45a and 45b are mounted. Each circuit element 45a is composed of an element that constitutes a drive circuit for each position sensor, and an actuator for each moving table 3, 4 on which the optical members G2, G3 are mounted, an actuator for the aperture section 3. The circuit element 45b includes elements that constitute a drive circuit of the solid-state imaging device 2 and a video signal processing circuit.
[0089]
The board 1 is provided with a connector 48 for connecting each circuit element 45a, 45b to an external circuit.
[0090]
A shield case 49 is attached to the substrate 1 so as to shield components mounted on the substrate 1 from magnetism and light from outside, suppress internal reflection, and prevent dust from entering from outside. The case 49 is formed of, for example, an iron plate whose inner surface is painted black.
[0091]
Next, a procedure for assembling the optical device according to the present embodiment will be described.
[0092]
First, in the first step, the component parts are arranged on the substrate 1. The fixed parts include the solid-state imaging device 2, optical members G1 and G4, coils 17 and 18 constituting the actuators of the optical members G2 and G3, yokes 19 and 20, and rail portions 13, 14, 15, and 16. The position sensors 21, 22; the coils 38 and 42 of the diaphragm 30; the yokes 39 and 43; the position sensors 40 and 44; and the circuit elements 45a and 45b.
[0093]
First, the solid-state imaging device 2 is fixed to the back surface of the substrate 1 by soldering, bonding, or the like, and the terminals 905 of the solid-state imaging device 2 and the terminals 907 of the substrate 1 are electrically connected.
[0094]
Next, the glass member 50 is attached so as to cover the opening 1a, and the optical member G4 is fixed to the surface of the substrate 1. The optical member G4 is fixed to the substrate 1 with an adhesive or the like.
[0095]
After the optical member G4 is attached, the axis G1a of the optical member G1 is fitted into the corresponding opening 1b, and the position of the optical member G1 on the substrate 1 is determined.
[0096]
Next, other fixed components are sequentially positioned and fixed to the substrate 1 by soldering, bonding, or the like. Coils 17 and 18, yokes 19 and 20, position sensors 21 and 22, coils 38 and 42, yokes 39 and 43, position sensors 40 and 44, and circuit elements 45 a and 45 b are connected to a wiring pattern formed on the substrate 1. The
[0097]
Along with the completion of the first step, driving control of movable members such as mounting of fixed parts on the substrate 1, the diaphragm blades 31 and 32 of the diaphragm unit 30, and the movable bases 3 and 4 on which the optical members G2 and G3 are mounted is performed. Electrical connection such as a coil and a position sensor is complete. In this way, the fixed component that needs to be electrically connected to the substrate 1 including the solid-state imaging device 2 is directly connected to the solder 1 or the like directly to the substrate 1 without using a lead wire or a flexible printed board. The assembly process required for the electrical wiring is omitted, and the cost is reduced.
[0098]
Next, the second step is performed. In the second step, the diaphragm blades 31 and 32 which are movable members are mounted on the substrate 1. Specifically, the shaft 33 of the diaphragm blade 31 is inserted into the hole 37 of the substrate 1, and similarly, the shaft 34 of the diaphragm blade 32 is inserted into the hole 41 of the substrate 1.
[0099]
Next, the third step is performed. In this third step, the optical members G2 and G3, which are image pickup optical systems, and the movable members constituting the actuators are mounted. The movable bases 3 and 4 are mounted on the rail portions 13,..., 16 via balls 46 and 47, respectively, and the positions of the optical members G2 and G3 are determined with respect to the movable third and fourth.
[0100]
Next, the fourth step is executed, and in this fourth step, the shield case 49 is attached. The shield case 49 is placed on the substrate 1 so as to cover the surface of the substrate 1 and is fixed by soldering a corresponding portion to the ground pattern of the substrate 1.
[0101]
By completing the fourth step, the mounting of the component on the substrate 1 is completed.
[0102]
Thus, it is possible to simplify the assembly process without using complicated and expensive parts such as a housing that holds an optical system such as a conventional lens, and to provide a low-cost imaging optical system. it can. Further, by arranging the above-described members or components on the planar substrate 1, it becomes easy to determine the arrangement and posture of each component so that the thickness direction dimension of the substrate 1 does not increase as much as possible. As a result, a thin optical device can be easily obtained. Furthermore, since each optical member, the restricting portion of the optical member, and the aperture portion 30 are disposed on the substrate 1 on which the solid-state imaging device 2 is mounted, the positional accuracy of each can be increased.
[0103]
In this embodiment, the imaging optical system using the optical members G1, G2, G3, and G4 has been described as an example. However, the imaging optical system or the refractive optical system using the lens group using the refractive optical system as described in the conventional example is used. An imaging optical system to which a lens group is added can be configured to be movable by arranging these optical systems directly on a substrate or on a moving table.
[0104]
Next, the configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the optical apparatus of FIG.
[0105]
As shown in FIG. 12, the optical device includes an imaging optical system 601. The imaging optical system 601 includes a diaphragm unit G12 (the diaphragm unit 30 shown in FIG. 1) that limits the amount of incident light, a position-fixed optical member G1, an optical member G2 that changes the photographing magnification by the position movement, and a position movement. The optical member G3 for adjusting the focus by the optical member G4, and the optical member G4 on which an optical filter for removing unnecessary high-frequency components and infrared rays of the subject image is formed.
[0106]
The light emitted from the optical member G4 enters the solid-state image sensor 2, and the incident light is converted into an electric signal by the solid-state image sensor 2. The solid-state imaging device 2 is driven by the imaging device driving circuit 604, and the imaging device driving circuit 604 amplifies the timing signal generated by the clock circuit 603 and drives the solid-state imaging device 2 with the amplified signal. The timing signal generation timing in the clock circuit 603 is controlled by the CPU 616.
[0107]
The electrical signal output from the solid-state imaging device 2 is given to the preprocessing circuit 605. The pre-processing circuit 605 performs amplification, CDS processing, and the like on the electrical signal from the solid-state imaging device 2. The signal from the preprocessing circuit 605 is converted into a digital signal by the A / D converter 606, and this digital signal is given to the process circuit 607. The process circuit 607 performs various kinds of processing on the digital signal and visualizes it.
[0108]
A video signal from the process circuit 607 is converted into a display device 609 via a D / A converter 608, an analog output 611 via a D / A converter 610, a memory 612, a digital output, and a focus information detection circuit. 614 and the luminance information detection circuit 615, respectively.
[0109]
The display device 609 includes an LCD that displays a video indicated by the video signal. The analog output 611 includes an analog signal output terminal for outputting a signal to, for example, a television monitor. The memory 612 records a video signal. The digital output 613 includes a terminal for outputting a signal to an external recording medium, for example.
[0110]
The focus information detection circuit 614 detects the focus state of the subject image based on the video signal from the process circuit 607. The detection result is given to the CPU 616.
[0111]
The luminance information detection circuit 615 detects brightness information of the subject image based on the video signal from the process circuit 607. The detection result is given to the CPU 616.
[0112]
The optical member G2 is moved in a predetermined direction by the actuator 617. As shown in FIG. 1, the actuator 617 is composed of a movable table 3, a permanent magnet 5, a coil 17, and a yoke 19. Driving control of the actuator 617 is performed by a control signal from the actuator control circuit 619, and this control signal is amplified by the drive circuit 620 and then given to the actuator 617. The position of the optical member G2 is detected by a position detector 618, and this position detector 618 is composed of the position sensor 21 shown in FIG. A signal from the position detector 618 is amplified by the amplifier 621 and then supplied to the CPU 616 via the A / D converter 622.
[0113]
The optical member G3 is moved in a predetermined direction by the actuator 623. As shown in FIG. 1, the actuator 623 includes a moving base 4, a permanent magnet 6, a coil 18, and a yoke 20. The drive control of the actuator 623 is performed by a control signal from the actuator control circuit 625, and this control signal is amplified by the drive circuit 626 and then given to the actuator 623. The position of the optical member G3 is detected by a position detector 624, and the position detector 624 is composed of the position sensor 22 shown in FIG. A signal from the position detector 624 is amplified by the amplifier 627 and then supplied to the CPU 616 via the A / D converter 628.
[0114]
The diaphragm G12 is driven by an actuator 629 so that a predetermined diaphragm amount is obtained. As shown in FIG. 1, the actuator 629 includes diaphragm blades 31 and 32, permanent magnets 35 and 36, coils 38 and 42, and yokes 39 and 43. Drive control of the actuator 629 is performed by a control signal from the actuator control circuit 631, and this control signal is amplified by the drive circuit 632 and then given to the actuator 629. The aperture amount of the aperture G12, that is, the rotational position of the aperture blades 31 and 32 is detected by a position detector 630, and the position detector 630 includes position sensors 40 and 44 shown in FIG. A signal from the position detector 630 is amplified by the amplifier 633 and then supplied to the CPU 616 via the A / D converter 634.
[0115]
The CPU 616 outputs corresponding actuator control circuits 620, 626, 630 based on the detection results from the detectors 618, 624, 630, the detection results from the focus information detection circuit 614, and the detection results from the luminance information detection circuit 615. Control.
[0116]
An operation instruction signal is given to the CPU 616 from the operation unit 635. The operation unit 635 generates an operation instruction signal corresponding to the operation by the photographer.
[0117]
Such a circuit configuration can be classified into an imaging optical system 601, an actuator driving circuit 636, and a video signal processing circuit 637 that processes electrical signals from the solid-state imaging device 2. The actuator drive circuit 636 includes actuator control circuits 619, 625, and 631, and the actuator drive circuit 636 is configured in the circuit element 45a shown in FIG. The video signal processing circuit 637 is configured in the circuit element 45 b shown in FIG. 1 together with the image sensor driving circuit 604 and the clock circuit 603.
[0118]
Note that the CPU 616, the focus information detection circuit 614, and the luminance information detection circuit 615 can be mounted on the substrate 1, but the mounting positions are not particularly limited.
[0119]
The display device 609, the memory 612, and the operation unit 635 are arranged outside.
[0120]
Next, the operation of the optical device will be described.
[0121]
First, when the photographer operates the operation unit 635, a shooting start command is input to the CPU 616. In response to the instruction, the CPU 616 turns on the power of each circuit, and instructs the clock circuit 603 to output a timing signal for the solid-state imaging device 2. The timing signal output from the clock circuit 603 is amplified by the image sensor driving circuit 604 to a signal that can drive the solid-state image sensor 2. The light incident on the solid-state imaging device 2 by this drive signal is converted into an electric signal, and this electric signal is given to the front-end direct processing unit circuit 605. The pre-processing circuit 605 performs processing such as CDS processing, non-linearization, and signal amplification on the electrical signal from the solid-state imaging device 602, for example. The output signal of the preprocessing circuit 605 is digitized by the A / D converter 606 and then supplied to the process circuit 607. The process circuit 607 performs various processes for visualizing the digital signal from the A / D converter 606, such as primary color separation, white balance, gamma correction, aperture correction, luminance signal, and color difference signal generation. This imaging signal is converted into an analog signal by the D / A converter 608, and an image indicated by the analog signal is displayed on the display device 609. Further, the video signal is recorded as a digital signal in the memory 612 as necessary, or is output to an external device.
[0122]
Next, the operation of the imaging optical system 601 will be described.
[0123]
Focusing is usually done automatically. When the video signal from the process circuit 607 is input to the focus information detection circuit 614, the focus information detection circuit 614 detects the amount of the high frequency component of the input video signal (hereinafter referred to as focus information). . As shown in FIG. 13, the focusing information is maximized when the imaging optical system 601 is in focus with respect to the subject, and shows a characteristic that decreases as the focus is defocused.
[0124]
The CPU 616 detects a change in focusing information while moving the optical member G3, and controls the actuator control circuit 625 so as to move the optical member G3 to a position where the focusing information becomes maximum as follows. The CPU 616 outputs a focus lens movement signal so that the target lens position calculated from the focusing information closely matches the actual lens position. The actual lens position of the optical member G3 is calculated by inputting the position information detected by the position detector 624 by the amplifier 627, digitizing it by the A / D converter 628, and then inputting it to the CPU 616.
[0125]
The actuator control circuit 625 generates an actuator control signal based on the focus lens movement signal. The actuator control signal is amplified to a signal that can drive the actuator 623 by the drive circuit 626, and the actuator 623 is driven. As the actuator 623 is driven, the optical member G3 is moved to perform focusing.
[0126]
Zooming is performed by the photographer operating the operation unit 635. In accordance with an instruction input from the operation unit 635, the CPU 616 calculates a target position of the optical member G2. The current lens position of the optical member G2 is detected by the position detector 618. The output signal of the position detector 618 is amplified by the amplifier 621 and input to the A / D converter 622. The output from the position detector 618 digitized by the A / D converter 622 is input to the CPU 616, and the lens position information of the optical member G2 is calculated. The CPU 616 outputs a movement signal for the optical member G2 so that the target lens position and the actual lens position follow. The actuator control circuit 619 generates an actuator control signal based on the movement signal for the optical member G2. The actuator control signal is amplified to a signal capable of driving the actuator by the drive circuit 620, and the actuator 617 is driven. As the actuator 617 is driven, the optical member G2 is moved and zooming is performed.
[0127]
As in the present embodiment, in the inner focus type zoom lens, in order to perform zooming with the subject in focus, the position of the optical member G2 and the position of the optical member G3 are determined curves (zoom tracking curves). Need to move on). An example of the zoom tracking curve is shown in FIG. In the figure, 0.6 m, 1.2 m, and 1.0 m represent subject distances.
[0128]
The current subject distance is calculated from the position information of the optical member G2 obtained from the position detector 618 and the position information of the optical member G3 obtained from the position detector 624, and a tracking curve corresponding to the current subject distance during zooming. Based on this, the target position of the optical member G3 is calculated. Similar to the optical member G 2, the current lens position of the optical member G 3 is detected by the position detector 624, and the output signal of the position detector 624 is amplified by the amplifier 627 and manually input to the A / D converter 628. The output of the position detector 624 digitized by the A / D converter 628 is input to the CPU 616, and the lens position information of the optical member G3 is calculated. The CPU 616 outputs a focus lens movement signal so that the target lens position and the actual lens position are closely matched. The actuator control circuit 625 generates an actuator control signal based on the focus lens movement signal. The actuator control signal is amplified to a signal capable of driving the actuator by the drive circuit 626, the actuator 623 is driven, and the optical member G3 is moved. Therefore, the subject is imaged on the solid-state imaging device 2 without blurring during zooming.
[0129]
The exposure amount is adjusted by controlling the diaphragm member G12 with the actuator 629 and changing the aperture amount with respect to the imaging optical system 601. Normally, this exposure amount is automatically performed. A video signal from the process circuit 607 is input to the luminance information detection circuit 615. The luminance information detection circuit 615 detects the brightness of the subject image (hereinafter referred to as luminance information) from the input video signal. The current position of the diaphragm unit G12 is detected by the position detector 630. The output signal of the position detector 630 is amplified by the amplifier 633 and input to the A / D converter 634. The output of the position detector 630 digitized by the A / D converter 634 is input to the CPU 616, and the aperture position information of the print portion G12 is obtained. The CPU 616 calculates an optimal exposure amount based on the input luminance information of the subject image, and further calculates a target aperture position from the optimal exposure amount and current aperture position information. A diaphragm movement signal is output so that the target diaphragm position and the actual pattern position follow. The actuator control circuit 631 generates an actuator control signal based on the pattern movement signal. The actuator control signal is amplified to a signal that can drive the actuator 629 by the drive circuit 632, and the actuator 629 is driven. As the actuator 629 is driven, the diaphragm portion G12 is driven to adjust the exposure amount.
[0130]
Next, the configuration of the substrate 1 and the manufacturing method will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing the structure of the substrate of the optical device of FIG. 1, and FIG. 16 is an exploded perspective view showing a part of the steps in the method of manufacturing the substrate of the optical device of FIG.
[0131]
As shown in FIG. 15, the substrate 1 includes a ceramic base 801, an iron base 801a, and an aluminum base 801b. As the material of the ceramic base 801, ceramic having excellent dimensional stability and heat dissipation is used, and the ceramic base 801 is a base that forms a framework of the substrate 1. As the material of the iron base 801a, iron having high magnetic permeability is used, and the iron base 801a constitutes a yoke (corresponding to 19 and 20 in FIG. 1 and 39 and 44 in FIG. 2) forming a part of the actuator. . The aluminum base 801b forms an image sensor driving circuit or a video signal processing circuit, and is based on aluminum having a high thermal conductivity. The materials of these bases 801, 801a, 801b are not limited to those described above. For example, as the material of the base 801a, a material having high magnetic permeability, that is, electromagnetic soft iron, permalloy, or the like can be used. As the material of the base 801b, a material having high thermal conductivity such as copper can be used. An insulating layer 801c is formed on the surface of each base 801, 801a, 801b.
[0132]
Next, a method for manufacturing the substrate 1 will be described with reference to FIG.
[0133]
Referring to FIG. 16, first, a ceramic base 801 having holes formed in advance in portions corresponding to the iron base 801a and the aluminum base 801b, an iron base 801a, and an aluminum base 801b are prepared.
[0134]
Next, the iron base 801a is fitted into one hole of the ceramic base 801, and the aluminum base 801b is fitted into the other hole. The ceramic base 801 and the iron base 801a are fixed to each of the ceramic base 801 and the aluminum base 801b with an adhesive, thereby forming a single base material.
[0135]
Next, an insulating layer 801c is formed on each surface of the ceramic base 801, the iron base 801a, and the aluminum base 801b shown in FIG. 15 by applying the resin to the copper foil and laminating it on the base material. As an alternative method of forming the insulating layer 801c, there is a method of laminating a copper foil after applying a resin for forming an insulating layer on the base material side, but the former is more preferable in that continuous processing is possible. Are better.
[0136]
After the formation of the insulating layer 801c, the copper foil is etched to form a wiring pattern, apply a solder resist, solder plating on the exposed copper foil surface, surface treatment such as a solder leveler, and so on.
[0137]
Next, the solid-state imaging device 2, the coils 17, 18, 38, and 42, the circuit elements 45a and 45b, and the position sensors 21 and 22 are electrically connected to a wiring pattern formed on the substrate 1 by solder or the like. The coils 17, 18, 38, 42 and the rail parts 13, 14, 15, 16 are bonded onto the substrate 1 with an adhesive.
[0138]
In this way, instead of using one member as the base material of the substrate 1, a material having properties suitable for the characteristics required by the components mounted on the substrate 1 is used as the base material. That is, a ceramic base material that is a framework of the substrate and has excellent dimensional stability such as flatness, an iron base material with high permeability in the part where the actuator is formed, an image sensor drive circuit or an image that requires heat dissipation of electronic components By selecting the optimal material for each part on the substrate 1 and aluminum or copper base material for the portion where the signal processing circuit is mounted, a substrate that can take advantage of the advantages of each base material can be made. In particular, the heat dissipation of the electronic component is extremely effective, the deformation of the substrate due to the heat generation of the electronic component can be prevented in advance, and the relative positions of the optical members and the solid-state imaging device 2 due to the deformation of the substrate 1 can be prevented. Displacement, the falling of the optical member, and the like can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the captured image due to the deformation of the substrate 1.
[0139]
In this embodiment, a sheet-like coil is used as the coil, and this coil is adhered to the substrate 1 with an adhesive or the like. However, by etching the copper foil in the same manner as the pattern on the substrate 1. It is also possible to form a coil. In this case, the number of turns of the coil is limited to some extent, but since it can be formed in the same manner as the wiring pattern, the process of bonding the sheet coil can be omitted, and the positioning operation of the sheet coil with respect to the substrate 1 can be eliminated. it can.
[0140]
Next, the case where one member is used as the base material of the substrate will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a perspective view showing another substrate used in the optical apparatus of FIG.
[0141]
As shown in FIG. 17, the substrate 802 is made of a metal substrate in which a wiring pattern is formed on a metal plate via an insulating layer. The material of the metal is iron having high magnetic permeability or aluminum or copper having excellent heat dissipation. Since the formation of the insulating layer and the wiring pattern is the same as described above, the description thereof is omitted.
[0142]
After the substrate 802 is prepared, first, the imaging device 2 is formed from the back surface of the substrate 802, the coils 17, 18, 38, and 42, the circuit elements 45a and 45b, and the position sensors 21 and 22 are formed from the surface of the substrate 802 by soldering or the like. The coils 17, 18, 38, 42 and the rail parts 13,..., 16 are fixed to the substrate 802 with an adhesive or the like. According to this method, since the substrate can be formed on the basis of a single metal plate, it is possible to form a substrate with good flatness at low cost, and depending on the material of the metal part of the substrate. The following effects (a) and (b) are obtained respectively.
[0143]
(A) For materials with high magnetic permeability such as iron
When the optical system is driven by driving, a part of the substrate acts as a yoke, so that a yoke as a part becomes unnecessary, which contributes to cost reduction.
[0144]
(B) For materials with good heat dissipation such as aluminum
Heat generated in the periphery of the image sensor driving circuit or the video signal processing circuit and in the periphery of the actuator coil and the like is dissipated well, and deformation such as warpage of the substrate can be prevented.
[0145]
Next, a more effective method for preventing deformation due to heat generation of the electronic components on the substrate and further mechanical deformation will be described with reference to FIGS. 18 is a perspective view showing another substrate used in the optical device shown in FIG. 1, FIG. 19 is a perspective view showing another substrate used in the optical device shown in FIG. 1, and FIG. 20 shows a mounting state of the substrate shown in FIG. FIG.
[0146]
As this method, as shown in FIG. 18, a method of providing a notch 809 around an electronic component 812 such as a CPU that requires heat dissipation, or an optical system that needs to maintain the flatness of the substrate as shown in FIG. There is a method of providing a V-groove 810 around the whole.
[0147]
A method of attaching the substrate 1 to the device by these methods will be described with reference to FIGS.
[0148]
As shown in FIGS. 18 and 19, mounting holes 811 are respectively provided at the four corners of the substrate 1 by each method. A mounting area of the electronic component such as a CPU that generates a large amount of heat on the substrate 1 is divided by a notch 809 or a V groove 810.
[0149]
A method for attaching these substrates 1 will be described with reference to the substrate 1 shown in FIG.
[0150]
As shown in FIG. 20, the substrate 1 is fixed to a substrate mounting portion 814 provided inside the apparatus with screws 813 inserted through the mounting holes 811.
[0151]
When the substrate mounting portion 814 is deformed by a force from the outside of the device or is deformed by the processing accuracy, an external force acts on the substrate 1, but only the portion of the V groove 810 is deformed by the external force. Other portions of the substrate 1 can be kept flat.
[0152]
Note that the same effect can be obtained in the case of the substrate 1 provided with the notches 809 shown in FIG.
[0153]
Next, a thermal deformation absorbing structure in the substrate 1 shown in FIG. 18 will be described.
[0154]
Specifically, by disposing the electronic component 812 in a region between the notch 809 and the edge, when the electronic component 812 generates heat, deformation such as warpage of the substrate 1 around the electronic component 812 is caused by the mechanical deformation being V. The thermal deformation is absorbed by the notch 809, and the inward region from the notch 809 can remain flat, just as it was absorbed by the groove 810.
[0155]
Next, another substrate configuration example will be described with reference to FIGS. 21 is a perspective view showing another substrate used in the optical apparatus of FIG. 1, and FIG. 22 is a longitudinal sectional view showing the substrate of FIG.
[0156]
Referring to FIGS. 21 and 22, the substrate 821 is composed of two sub-substrates 821a and 821b in which a wiring pattern is formed on a metal plate via an insulating layer.
[0157]
The sub-substrate 821a forming the actuator is based on iron with high magnetic permeability, and the sub-substrate 821b forming the image sensor driving circuit or the video signal processing circuit is based on copper, aluminum or the like having high thermal conductivity. . Insulating layers 821c and 821d are formed on the surfaces of the sub-substrates 821a and 821b. An opening 829 extending coaxially is formed in the sub-substrate 821a and the insulating layer 821c, and an opening 830 extending coaxially is formed in the sub-substrate 821b and the insulating layer 821d. The solid-state image sensor 2 is inserted into the opening 830, and the solid-state image sensor 2 is mounted on the back surface of the sub-board 821b. Subject light is incident on the solid-state imaging device 2 through the opening 830.
[0158]
Next, a method for manufacturing the substrate 821 will be described.
[0159]
First, an iron-based sub-substrate 821a for forming an actuator and a copper-based or aluminum-based sub-substrate 821b are prepared.
[0160]
Next, resin is applied to the copper foil and laminated on the respective base materials, whereby insulating layers 821c and 821d are formed on the surfaces of the sub-substrates 821a and 821b.
[0161]
After the formation of the insulating layers 821c and 821d, the foil is etched to form the wiring pattern of the actuator circuit on the sub-substrate 821a and the wiring pattern of the image sensor driving circuit or the video signal processing circuit on the sub-substrate 821b.
[0162]
Next, surface treatments such as solder resist application, solder plating on the exposed copper foil surface, and solder leveler are sequentially performed.
[0163]
Each of the sub substrates 821a and 821b is laminated via an insulating adhesive.
[0164]
By using this substrate 821, the same effect as that of the substrate shown in FIG. 15 is obtained, and in addition to the actuator drive system that is a noise generation source, that is, the circuit element 45a and the sub substrate 821a that forms the actuator, The image sensor driving circuit or the video signal processing circuit element 45b and the sub-substrate 821b for forming the image sensor driving circuit or the video signal processing circuit are formed on completely different layers on the substrate 821. The influence of noise in the substrate 821 can be minimized. The video signal processing circuit is equivalent to the video signal processing circuit 637 shown in FIG. 12, but the internal configuration is not limited.
[0165]
Further, in the manufacture of the substrate 821, as in the substrate 1 previously shown in FIG. 16, other bases are fitted into holes formed in the base in advance, so that one base is not used. Each base can be independently manufactured by a conventional forming method, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0166]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is an exploded perspective view showing the configuration of the second embodiment of the optical device of the present invention, FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the drive control unit of the second optical member of the optical device of FIG. 23, and FIG. FIG. 26 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 25. FIG.
[0167]
The present embodiment is an optical apparatus having a zoom lens mechanism based on a refractive optical system.
[0168]
As shown in FIG. 23, the optical device includes a substrate 1 on which a solid-state imaging device 2 is mounted. In addition, the structure of the board | substrate 1 is comprised from the several base material of a different material similarly to the structure of the board | substrate of 1st Example, The description is abbreviate | omitted.
[0169]
On the substrate 1, a first lens group 60, a second lens group 61, a third lens group 62, and a fourth lens group 63 are mounted.
[0170]
The first lens group 60 is fixed to the substrate 1 with an adhesive or the like. The second lens group 61 includes a lens group for performing a zooming operation, and this lens group is mounted on the substrate 1 so as to be movable in the direction of the optical axis 64 within a predetermined range. Similarly to the first lens group 60, the third lens group 62 is fixed to the substrate 1 with an adhesive or the like. The fourth lens group 63 includes a lens group for performing a focusing operation, and this lens group is mounted on the substrate 1 so as to be movable in the direction of the optical axis 64 within a predetermined range. The optical axis 64 is set to be parallel to the surface of the substrate 1, that is, the movable directions of the second lens group 61 and the fourth lens group 63 are set to be parallel to the surface of the substrate 1. Therefore, even when the movable range is long, a zoom lens mechanism that does not increase in thickness in the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 can be realized.
[0171]
An optical member 65 such as a triangular prism is disposed behind the fourth lens group 63. The optical member 65 bends the optical axis in a direction perpendicular to the substrate 1 so as to form a subject image on the image sensor 2. The mounting structure of the solid-state imaging device 2 on the substrate 1 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0172]
A patterned blade 66 is disposed between the second lens group 61 and the third lens group 62. The diaphragm blade 66 is driven in a direction perpendicular to the optical axis 64 to change the aperture of the diaphragm. The amount of light of the subject image is adjusted by changing the aperture.
[0173]
The second lens group 61 is driven and controlled by a drive control unit 67, the fourth lens group 63 is driven and controlled by a drive control unit 68, and the diaphragm blade 66 is driven and controlled by a drive control unit 69. Each drive control unit 67, 68, 69 includes an actuator, a position sensor, and the like.
[0174]
On the substrate 1, circuit elements for controlling the drive control units 67, 68, 69, circuit elements for driving the solid-state image sensor 2, circuit elements for processing signals from the solid-state image sensor 2, etc. The connector part 71 for connecting with the electronic component 71 and an external circuit is provided.
[0175]
The substrate 1 is accommodated in a shield case composed of a pair of case portions 72 and 73. Each of the case portions 72 and 73 is made of, for example, an iron plate whose inner surface is painted black so as to shield electromagnetic light and light from the outside, suppress internal reflection, and prevent the advance of dust from the outside. Yes. The case portions 72 and 73 are fixed by soldering their corresponding portions to the ground pattern on the substrate 1.
[0176]
Next, the configuration of the drive control unit 67 of the second lens group 61 will be described with reference to FIG.
[0177]
The second lens group 61 is held by an optical holding member 80 as shown in FIG. The optical holding member 80 includes a frame portion that supports the second lens group 61 and a pair of flat plate-like support portions that protrude in a direction perpendicular to the optical axis 64 in parallel to the substrate 1 from the frame portion. A V-groove 81 extending along the optical axis 64 is formed on the surface of the one support portion facing the substrate 1, and a concave shape extending along the optical axis 64 is formed on the surface of the other support portion facing the substrate 1. A groove 82 having a cross section is formed, and a magnetic scale 87 extending along the optical axis 64 is attached. Permanent magnets 83 are respectively attached to the surfaces of the support portions facing the substrate 1.
[0178]
An opening 1 d is formed in the substrate 1 so as to avoid interference between the substrate 1 and the optical holding member 80.
[0179]
A pair of rail portions 86 each having a V-groove extending along the optical axis 64 and a position sensor 88 are attached to the substrate 1.
[0180]
One rail portion 86 is arranged such that its V-groove faces the V-groove 81 of the optical holding member 80, and the other rail portion 86 has its V-groove facing the groove 82 of the optical holding member 80. Is arranged. A ball 85 is interposed between the V groove and the V groove 81 of one rail portion 86, and a ball 85 is interposed between the V groove and the groove 82 of the other rail portion 86.
[0181]
The position sensor 88 is a sensor that detects the magnetic force of the magnetic scale 87.
[0182]
The optical holding member 80, the permanent magnet 83 and the magnetic scale 87 provided on the optical holding member 80, the coil 84, the yoke 89, the rail portion 86 and the position sensor 88 provided on the substrate 1, and the ball 85 cooperate with each other to drive control. Part 67 is configured.
[0183]
The basic drive principle of the drive controller 67 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0184]
Next, the configuration of the drive control unit 69 of the diaphragm blade 66 will be described with reference to FIGS. 25 and 26. FIG.
[0185]
As shown in FIG. 25, each diaphragm blade 66 includes a pair of blades 91a and 91b that are movable in a direction perpendicular to the optical axis (the direction indicated by the arrow in the drawing). Each blade 91a, 91b is formed with a V-shaped notch. The blades 91a and 91b are arranged so that the notch forming portions overlap each other, and the notches cooperate to form a diaphragm opening 92. The opening area of the aperture 92 is determined according to the movement amount of each blade 91a, 91b.
[0186]
As shown in FIG. 26, a V-groove extending in a direction orthogonal to the optical axis 64 and a groove having a concave cross section are formed on the surface of the blade 91 a facing the substrate 1, and in the direction orthogonal to the optical axis 64. An extending magnetic scale 97 is attached. Permanent magnets 93 are attached to the surfaces of the blades 91a and 91b facing the substrate 1, respectively.
[0187]
A pair of coils 93 is attached to the substrate 1, and each coil 93 is disposed on the substrate 1 so as to face the corresponding permanent magnet 93. A yoke 95 is disposed below each coil 93.
[0188]
A pair of rail portions in which V-grooves extending in a direction orthogonal to the optical axis 64 and a position sensor 98 are attached to the substrate 1.
[0189]
One rail portion is arranged so that the V groove faces the V groove of the blade 91a, and the other rail portion is arranged so that the V groove faces the groove of the concave cross section of the blade 91a. A ball 96 is interposed between the V groove of one rail portion and the V groove of the blade 91a, and a ball 96 is interposed between the V groove of the other rail portion and the groove of the concave cross section of the blade 91a. Yes.
[0190]
The position sensor 98 is a sensor that detects the magnetic force of the magnetic scale 97.
[0191]
The blades 91a and 91b, the permanent magnets 93 and the magnetic scale 97 provided on the blades 91, the coil 94, the yoke 95, the rail portion and the position sensor 98 provided on the substrate 1, and the ball 96 cooperate with each other to stop the diaphragm blades. 66 drive control units 69 are configured.
[0192]
When the diaphragm blades 66 are driven by the drive control unit 69, the diaphragm blades 91a and 91b are extremely lighter than the permanent magnets 93. Therefore, the center of gravity of the movable part composed of the permanent magnets 93 and the blades 91a and 91b is Near the permanent magnet 93, the driving force of the actuator acts on the center of gravity. Therefore, the blades 91a and 91b can be driven in a stable state.
[0193]
As described above, in the second embodiment, since the actuator unit and the substrate 1 are configured so as not to overlap the optical system in the thickness direction, the optical holding member 80 or the second lens group 61 that is the optical system can be used. The thickness d (in this case, the diameter dimension of the optical holding member 80) determines the thickness t of the entire optical device, and the thickness of the optical device can be reduced.
[0194]
Further, by arranging a mechanical member, an optical member, and an electrical member represented by an optical member, an actuator, and a drive circuit thereof on the substrate 1 on which the solid-state image pickup device 2 is mounted, an optical device such as a conventional lens can be used. Do not use complicated and expensive parts such as a lens barrel that holds the system. Also, the assembly process can be simplified, and a low-cost optical device can be provided.
[0195]
Furthermore, by disposing the mechanical member, optical member, and electric member on the substrate 1 that spreads in a plane, the arrangement and posture of each component can be determined so as not to be as thick as possible in the thickness direction of the substrate 1. As a result, a thin optical device can be provided.
[0196]
Furthermore, each optical member with respect to the solid-state image sensor 2, the restriction | limiting part of an optical member, and a pattern part are arrange | positioned on a board | substrate, and each position accuracy can be made highly accurate.
[0197]
In each of the embodiments described above, one substrate is used, but a plurality of divided substrates arranged on the same plane can also be used.
[0198]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the imaging optical system is mounted and the solid-state imaging device is fixed, and the imaging optical system is movable to adjust the focus by moving in a direction parallel to the substrate. It is composed of a plurality of optical members including an optical member, The moving member to which the movable optical member is fixed is provided with permanent magnets arranged in a direction parallel to the substrate, On the board A yoke and a coil that form a magnetic path between the permanent magnet and the coil are fixed. Supply current Between magnetic force and current Generates a driving force that moves the movable optical member in a direction parallel to the substrate. Ruka In addition, it is not necessary to use a housing that houses and holds the photographic optical system as in the past, and at the same time, the photographic optical system, the movable optical member included in the photographic optical system, at least part of the constituent members of the actuator, and the substrate of the solid-state imaging device Positioning can be performed planarly (two-dimensionally). As a result, the assemblability is good, the cost can be kept low, and the thickness can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a first embodiment of an optical apparatus according to the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a configuration of a diaphragm portion of the optical device of FIG. 1. FIG.
3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an actuator of an optical member G2 of the optical device of FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3. FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another configuration example of the actuator of the optical member G2.
7 is a longitudinal sectional view showing the periphery of a solid-state image sensor of the optical device of FIG. 1. FIG.
8 is an exploded perspective view showing the periphery of a solid-state image sensor of the optical device of FIG. 1. FIG.
9 is an exploded perspective view showing the periphery of the back surface side of the substrate of the solid-state imaging device of the optical device of FIG. 1. FIG.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing another example of attachment of a glass member that protects the imaging surface of a solid-state imaging device.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing another example of attachment of a glass member that protects the imaging surface of a solid-state imaging device.
12 is a block diagram showing a configuration of the optical device in FIG. 1. FIG.
FIG. 13 is a focusing characteristic diagram during focusing.
FIG. 14 is a diagram illustrating a zoom tracking curve.
15 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a substrate of the optical device in FIG. 1. FIG.
16 is an exploded perspective view showing a part of the steps in the method for manufacturing the substrate of the optical device in FIG. 1. FIG.
17 is a perspective view showing another substrate used in the optical apparatus of FIG. 1. FIG.
18 is a perspective view showing another substrate used in the optical apparatus of FIG. 1. FIG.
19 is a perspective view showing another substrate used in the optical device of FIG. 1. FIG.
20 is a diagram showing a mounting state of the substrate of FIG. 19;
FIG. 21 is a perspective view showing another substrate used in the optical device of FIG. 1;
22 is a longitudinal sectional view showing the substrate of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is an exploded perspective view showing the configuration of the second embodiment of the optical apparatus of the present invention.
24 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a drive control unit of a second optical member of the optical device of FIG. 23. FIG.
25 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a drive control unit of a diaphragm blade of the optical device of FIG. 23. FIG.
26 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 25. FIG.
FIG. 27 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional optical device.
[Explanation of symbols]
1,802 substrate
2 Solid-state image sensor
3,4 moving table
7 Magnetic scale
5,6 Permanent magnet
13, 14, 15, 16 Rail section
17, 18 coils
19, 20 York
21, 22 Position sensor
30 Aperture
31, 32
45a, 45b circuit elements
46, 47 balls
60 First optical member
61 Second optical member
62 Third optical member
64 Fourth optical member
66 Aperture blade
67, 68, 69 Drive controller
G1 Optical member
G2 Optical member
G3 Optical member
G4 optical member

Claims (1)

被写体像を撮影光学系を介して固体撮像素子に結像させる光学装置において、前記撮影光学系が搭載され、前記固体撮像素子が固定されている基板を有し、前記撮影光学系は前記基板と平行な方向に移動して焦点調節を行う可動光学部材を含む複数の光学部材から構成され、前記可動光学部材が固定された移動部材には前記基板と平行な方向に配列された永久磁石が設けられ、前記基板には、前記永久磁石との間に磁路を形成するヨークとコイルが固定され、前記コイルに電流が供給されることで生じる磁力と電流との相互作用によって前記可動光学部材を前記基板と平行な方向に移動させる駆動力を発生することを特徴とする光学装置。In an optical apparatus for forming an image of a subject on a solid-state image sensor via a photographing optical system, the optical apparatus includes a substrate on which the photographing optical system is mounted and to which the solid-state image sensor is fixed. It is composed of a plurality of optical members including a movable optical member that moves in a parallel direction to adjust the focus, and a permanent magnet arranged in a direction parallel to the substrate is provided on the moving member to which the movable optical member is fixed. is, on the substrate, wherein the yoke and coil for forming a magnetic path between the permanent magnet is fixed, the movable optical member by interaction between the magnetic force and the current generated by current supplied to the coil optical device comprising a Turkey to generate a driving force for moving the substrate in a direction parallel.
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