JP3696917B2 - 光学装置 - Google Patents

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】
請求項１記載の発明は、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、前記撮影光学系を構成する光学部材および前記固体撮像素子が同一平面の基板に装着され、前記撮影光学系を構成する光学部材は、前記基板に移動可能に取り付けられている可動光学部材と、前記基板に固定されている固定光学部材とから構成され、前記可動光学部材の移動によって前記固体撮像素子に対する焦点調節が行われることを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、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、前記撮影光学系を構成する光学部材および前記固体撮像素子が同一平面の基板に装着され、前記撮影光学系は、前記基板に移動可能に取り付けられている複数の可動光学部材と、前記基板に固定されている固定光学部材とから構成され、前記移動光学部材の少なくとも１つの移動によって前記撮影光学系の焦点調節が行われ、他の移動光学部材の移動によって前記撮影光学系の焦点距離が可変されることを特徴とする。
【００２６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光学装置において、前記可動光学部材をその移動方向に案内する案内手段が前記基板に設けられていることを特徴とする。
【００２７】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の光学装置において、前記可動光学部材の移動方向は、前記基板面に平行な方向であることを特徴とする。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の光学装置において、前記固体撮像素子の撮像面は、前記基板に対し平行であり、前記撮影光学系は、入射光束を前記基板に沿って導く第１の部分と、前記入射光束を前記撮像面に垂直な方向に導く部分とを有することを特徴とする。
【００２９】
【作用】
請求項１記載の光学装置の構成では、撮影光学系を構成する光学部材および固体撮像素子が同一平面の基板に装着され、撮影光学系を構成する光学部材は、基板に移動可能に取り付けられている可動光学部材と、基板に固定されている固定光学部材とから構成され、可動光学部材の移動によって固体撮像素子に対する焦点調節が行われるから、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、撮影光学系を構成する光学部材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。
【００３０】
請求項２記載の光学装置の構成では、撮影光学系を構成する光学部材および固体撮像素子が同一平面の基板に装着され、撮影光学系は、基板に移動可能に取り付けられている複数の可動光学部材と、基板に固定されている固定光学部材とから構成され、移動光学部材の少なくとも１つの移動によって撮影光学系の焦点調節が行われ、他の移動光学部材の移動によって撮影光学系の焦点距離が可変されるから、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、撮影光学系を構成する光学部材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。
【００３９】
【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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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３２，３２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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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が形成され、各溝部１０，１２と対応するレール部１５，１６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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
次に、本実施例の光学装置の組立手順について説明する。
【００７８】
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。
【００７９】
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９０４と基板１の端子９０７とは電気的に接続される。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
次に、光学装置の動作について説明する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
次に、撮像光学系６０１の動作について説明する。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
（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。
【０１３０】
（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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
次に、基板８２１の製造方法について説明する。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
それぞれのサブ基板８２１ａ，８２１ｂは絶縁性の接着剤を介して積層される。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
（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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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、および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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
なお、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ができる。
【０１８４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、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り、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。
【０１８５】
また、撮影光学系を構成する光学部材および固体撮像素子の基板に対する位置決めが平面的（２次元的）に行うことができ、光学部材および固体撮像素子との相対的な位置のずれなど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。
【０１９２】
請求項３記載の光学装置によれば、可動光学部材をその移動方向に案内する案内手段が基板に設けられているから、この案内手段によって可動光学部材をその移動方向に正確にかつ安定に案内することができ、可動光学部材の移動時における揺れなどに起因する撮影画像のぼけ、揺れなどを未然に防止することができる。
【０１９３】
請求項４記載の光学装置によれば、可動光学部材の移動方向が基板面に平行な方向であるから、移動光学部材の移動距離が撮影光学系の厚さ方向の寸法に影響を与えず、撮影光学系の厚さの増大を抑制することができる。
【０１９４】
請求項５記載の光学装置によれば、固体撮像素子の撮像面が基板に対し平行であり、撮影光学系が、入射光束を基板に沿って導く部分と、入射光束を撮像面に垂直な方向に導く部分とを有するから、撮影光学系の構成によって基板の厚さ方向における厚さが増大されることが阻止される。
【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
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

Claims (5)

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、
   前記撮影光学系を構成する光学部材および前記固体撮像素子が同一平面の基板に装着され、
   前記撮影光学系を構成する光学部材は、前記基板に移動可能に取り付けられている可動光学部材と、前記基板に固定されている固定光学部材とから構成され、前記可動光学部材の移動によって前記固体撮像素子に対する焦点調節が行われることを特徴とする光学装置。
2. 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、
   前記撮影光学系を構成する光学部材および前記固体撮像素子が同一平面の基板に装着され、
   前記撮影光学系は、前記基板に移動可能に取り付けられている複数の可動光学部材と、前記基板に固定されている固定光学部材とから構成され、前記移動光学部材の少なくとも１つの移動によって前記撮影光学系の焦点調節が行われ、他の移動光学部材の移動によって前記撮影光学系の焦点距離が可変されることを特徴とする光学装置。
3. 前記可動光学部材をその移動方向に案内する案内手段が前記基板に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光学装置。
4. 前記可動光学部材の移動方向は、前記基板面に平行な方向であることを特徴とする請求項１または２記載の光学装置。
5. 前記固体撮像素子の撮像面は、前記基板に対し平行であり、前記撮影光学系は、入射光束を前記基板に沿って導く第１の部分と、前記入射光束を前記撮像面に垂直な方向に導く部分とを有することを特徴とする請求項１記載の光学装置。

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