JP4349947B2

JP4349947B2 - レンズ装置及びカメラモジュール

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Publication number: JP4349947B2
Application number: JP2004085774A
Authority: JP
Inventors: 亮宏内田; 浩司綛田; 嘉広伊藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP2005274796A

Description

本発明は、携帯電話機などのように特に小型化，軽量化が要求される携帯型の情報端末機器に組み込まれるデジタルカメラに好適なレンズ装置及びカメラモジュールに関するものである。

特開平１０−１７２１５７号公報特開２０００−１３１５８６号公報

近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子を用いたデジタルカメラが携帯電話機やＰＤＡなどの小型の情報端末機器に組み込まれている。デジタルカメラは撮影レンズで光学的に得た被写体像を固体撮像素子を用いて撮像信号に変換し、電子的にその画像を撮影、記録するもので、固体撮像素子の小型化及び画素の高密度化に伴ってその撮影機能も高められてきている。

このようなデジタルカメラの中には、撮影レンズに変倍機能を付加し、あるいはより鮮明な画像を得るためにピント合わせ機能をもたせたものがある。そして、これらの機能をよりコンパクトな機構で実現するために、特許文献１で知られる装置ではコイルと永久磁石との間に発生する磁気的な吸引力，反発力を利用してフォーカス用のレンズを光軸方向に移動させている。また特許文献２の装置では、磁気的な吸引力，反発力を利用して鏡筒を回転させることによって、変倍用のレンズを光軸方向に移動している。

特許文献１，２で知られるレンズ装置は、通常のＤＣモータなどを用いずに所要のレンズを移動させるため、構造が簡単で部品点数も少なく小型化できる利点はあるが、コイルと永久磁石との１セットで所要のレンズを移動させるだけの構成である。したがって、変倍のほかにピント合わせを行おうとしたり、変倍にしてもたとえば広角、標準、望遠というように変倍レンズを３個所に移動させようとすると、少なくともさらに１セット分のコイルと永久磁石とが必要になる。

本発明は上記背景を考慮してなされたもので、変倍あるいはピント合わせのためにレンズを移動させるべき位置を増やす際に単にコイルと永久磁石とのセット数を増やすのではなく、コイルまたは永久磁石を複合的に利用することによってこれらの組み込み個数を減らし、変倍やピント合わせの機能を高めながらも構造を簡略化して小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するにあたり、本発明のレンズ装置は、鏡筒内に移動自在に組み込まれ永久磁石が固定された変倍レンズと前記鏡筒内に固定された複数のレンズとからなるレンズ群と、前記永久磁石を光軸方向に関して前後から挟むように鏡筒に固定され、供給電流の向きに応じた磁界を発生する第一及び第二コイルとを備えており、前記第一及び第二コイルに供給する電流の向きに応じて変倍が行われるように構成され、変倍レンズを２個所に移動させることができるようにしてある。さらに、前記鏡筒を移動自在に支持するベース部材に前記コイルの一方と対面するように固定され、供給電流の向きに応じた磁界を発生する第三コイルを併用することにより、前記レンズ群を前記鏡筒ごと光軸方向に移動させて２段階にピント合わせを行うことができるようになる。また、永久磁石が第一と第二コイルとのいずれに吸引されるかに応じて変倍レンズを光軸方向に関して前進位置と後退位置とに移動させるだけではなく、永久磁石が第一及び第二コイルの双方に反発されたときには変倍レンズを中間位置に移動させることも可能となる。

本発明はまた、鏡筒内に移動自在に組み込まれ、供給電流の向きに応じた磁界を発生する第一コイルが固定された変倍レンズと前記鏡筒内に固定された複数のレンズとからなるレンズ群と、前記第一コイルに後方から対面するように鏡筒に固定された永久磁石と、前記鏡筒を移動自在に支持するベース部材に前記永久磁石と対面するように固定され、供給電流の向きに応じた磁界を発生する第二コイルとを利用する形態でも実現することができ、前記第一コイルに供給する電流の向きに応じて変倍を行い、第二コイルに供給する電流の向きに応じ、前記レンズ群を前記鏡筒ごと光軸方向に移動させてピント合わせを行うことができる。この場合、前記第一コイルに変えて永久磁石を用い、前記鏡筒に固定された永久磁石に変えて供給電流の向きに応じた磁界を発生するコイルを用いることも可能である。

さらに、上記レンズ装置と、レンズ装置によって結像された被写体像を撮像信号に変換して出力する撮像手段とを組み合わせたカメラモジュールでは、変倍レンズの移動による光学的変倍が行われる間に変倍操作が継続して行われたときには、撮像信号の電気的な処理による電子的変倍を行うことも可能で、さらには鏡筒に固定されたコイルを利用して撮影光路を開閉するシャッタを動作させることも可能となる。

本発明を用いることにより、コイルと永久磁石との間に発生する磁気的な吸引力あるいは反発力を利用して変倍レンズを移動させて変倍を行い、あるいはレンズ群を鏡筒ごと移動させてピント合わせを行うにあたって、これらの移動位置が増えてもコイルと永久磁石とのセット単位で部品を増やさずに済むようになり、レンズ装置を小型化するうえで有用である。また、このレンズ装置と撮像手段とを組み合わせてカメラモジュールにした場合には、電子変倍の併用により連続的な変倍も可能となり、さらには静止画像の撮影に際して撮像手段から撮像信号を読み出すときに有害となる光束の入射を遮るメカニカルなシャッタを鏡筒に固定されたコイルを利用して駆動することも可能で、カメラモジュールのコンパクト化を図るうえでも有利である。

図１及び図２に本発明を用いたカメラモジュールを組み込んだ携帯電話機の外観を示す。携帯電話機は受話器ユニット２と送話器ユニット３とからなり、これらはヒンジ部４により折り畳み自在に連結されている。受話器ユニット２には、アンテナ５，受話スピーカ６，液晶モニタ（ＬＣＤモニタ）７が設けられている。なお、ＬＣＤモニタ７に代えてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどの電子表示器を用いてもよい。

受話器ユニット３にはさらにカメラモジュール８が組み込まれている。カメラモジュール８は、図３に示すようにレンズ装置９と撮像手段となるＣＣＤイメージセンサ１０とからなり、携帯電話機の筐体に固定された回路基板１１で支持されている。防塵用の透明なカバープレート１２を通って入射した被写体光はレンズ装置８によってＣＣＤイメージセンサ１０の光電面に被写体像として結像され、ＣＣＤイメージセンサ１０は光学的な被写体像を光電変換した撮像信号が出力される。

受話器ユニット３には周知のアクティブ方式の測距装置が組み込まれ、測距用の投光窓１３ａと受光窓１３ｂとが筐体表面に露呈している。シャッタレリーズ操作に連動して投光窓１３ａから被写体に向かって測距光（近赤外光）が投光され、受光窓１３ｂにその反射光が入射する。受光窓１３ｂの奥に受光素子が設けられており、前記反射光の入射位置に応じて被写体の位置がたとえば２ｍの標準距離よりも近距離にあるか遠距離にあるのかが識別できるようになっている。

なお、上記アクティブ方式の測距装置の代わりに、ＣＣＤイメージセンサ１０から得られる撮像信号（輝度信号）のコントラスト成分に基づいて合焦の度合いを二段階に識別する合焦装置を用いることもできる。この場合には、たとえば撮影レンズの全群を光軸方向の二カ所に移動させ、撮像信号のコントラスト成分が高くなる方を合焦位置とみなすようにすればよい。撮影レンズが前進位置にあるときには近距離、後退位置にあるときには遠距離にピント合わせが行われていることになる。

送話器ユニット３には、送話マイク１５、選択キー１６やダイヤルキー１７などからなる操作部１８が設けられている。これらのキーは、基本的に通話用あるいはメール送信用の操作部として用いられるが、選択キー１６の中には指標Ｔ（テレ），Ｗ（ワイド）が付されたテレ変倍キー２１とワイド変倍キー２２と、レリーズボタン２４とが含まれる。符号２５は送話器ユニット３のメモリスロットに装着されたメモリカードを示し、デジタルカメラで撮影した画像データの記録に用いられる。

デジタルカメラの一部を構成するカメラモジュール８は、図３に示すように、レンズ装置９とＣＣＤイメージセンサ１０からなる。レンズ装置９は、Ｇ１レンズ２７、Ｇ２レンズ２８、Ｇ３レンズ２９が組み込まれた可動の鏡筒３０と、この鏡筒３０を移動自在に支持するベース部材となる固定鏡筒３１を含む。固定鏡筒３１にはＣＣＤイメージセンサ１０が固定され、固定鏡筒３１の後端のフランジ部は回路基板１１に固定されている。図面の煩雑化を避けるために図示は省略したが、ＣＣＤイメージセンサ１０はフレキシブル配線板などを介して回路基板１１の所要の回路ユニット部分と電気的に接続されている。

Ｇ１レンズ２７は鏡筒３０の前端側に固定されている。鏡筒３０には、光軸を中心とする円周を三等分する位置に、それぞれ光軸と平行に後方に延びた３本のガイドロッド３３が固定されている。このガイドロッド３３にはＧ２レンズ２８を固定したレンズ枠３４が移動自在に支持されており、このＧ２レンズ２８が光軸方向に移動して変倍レンズとなる。ガイドロッド３３の後端にはＧ３レンズ２９を保持したレンズ枠３５が接着剤３６で固着されている。したがって、Ｇ１レンズ２７とＧ３レンズ２９とが鏡筒３０に対して固定され、Ｇ２レンズ２８が鏡筒３０に対して相対的に光軸方向に移動自在となる。

鏡筒３０の後端側に光軸方向に延びたスロット３０ａが形成され、このスロット３０ａには固定鏡筒３１に突設したピン３１ａが係合している。なお、図示は省略したが、ピン３１ａとスロット３０ａは、ガイドロッド３３と同様に、光軸を中心とする円周を三等分する位置にそれぞれ設けられている。これらのスロット３０ａ，ピン３１ａとの係合により鏡筒３０は光軸方向への移動がガイドされる。そして、図３に示すようにスロット３０ａの後端にピン３１ａが当接した前進位置と、鏡筒３０の後端縁が固定鏡筒３１の後端側フランジ部の根元に形成した段差部に当接した後退位置（図６参照）との２位置で位置決めされるようになっている。

鏡筒３０の前端側内部に光軸を中心に巻回した第一コイル３８が固定されている。この第一コイル３８は、＋方向に電流を供給すると鏡筒３０の前側（被写体側）に磁極Ｎ、鏡筒３０の後側（ＣＣＤイメージセンサ側）に磁極Ｓを発生し、−方向に電流を供給すると逆向きの磁極が発生する。Ｇ２レンズ２８を保持したレンズ枠３４にはリング状の永久磁石４０が固定され、鏡筒３０の前側が磁極Ｎ、後側が磁極Ｓとなっている。さらに、Ｇ３レンズ２９のレンズ枠の外周には第二コイル４１が固定されている。第二コイル４１に＋方向に電流を供給すると、第一コイル３８と同様に鏡筒３０の前側に磁極Ｎ、後側に磁極Ｓが発生し、−方向の電流では鏡筒３０の前側に磁極Ｓ、後側に磁極Ｎが発生する。

第一コイル３８に＋方向の電流を供給し、第二コイル４０にマイナス方向の電流を供給すると、第一コイル３８の背面側に磁極Ｓが発生し第二コイル４１の前面側に磁極Ｎが発生するから、前面側が磁極Ｎ背面側が磁極Ｓである永久磁石４０が図３に示すように鏡筒３０の前方に移動し、これとともにＧ２レンズ２８が前進してテレ側変倍位置に移動する。なお、レンズ枠３４の前面に位置決めピン３４ａが一体に形成され、その先端が、図示のようにＧ１レンズ２７の背面を保持しているフランジ面に当接してＧ２レンズ２８が位置決めされる。

逆に、第一コイル３８に−方向、第二コイル４１に＋方向の電流を供給すると、それぞれのコイル３８，４１に逆向きの磁界が生じるから、Ｇ２レンズ２８は後退してワイド変倍位置に移動する。その位置決めは、Ｇ３レンズ２９を保持したレンズ枠から前方に向けて突設した位置決めピンにレンズ枠３４の背面が当接することによって行われる。

固定鏡筒３１に対して相対的に固定されるように、ＣＣＤイメージセンサ１０を保持したセンサ枠４２に第三コイル４３が設けられている。第三コイル４３は、＋方向への電流供給により鏡筒３０の前側に磁極Ｎ、後側に磁極Ｓを発生する。第三コイル４３は第二コイル４１と対面し合うように設けられ、第二コイル４１を吸引あるいは反発するかに応じ、鏡筒３０を前方に繰り出すか後方に繰り込むかを決定する。鏡筒３０が前方に繰り出されると、Ｇ１レンズ２７，Ｇ２レンズ２８，Ｇ３レンズ２９からなるレンズ系全体が前進した近距離側へのピント合わせが行われ、鏡筒３０が後方に繰り込まれると全群繰り込みによる遠距離側へのピント合わせが行われる。

図４に上記カメラモジュール８の電気的構成を機能ブロックで示す。マイクロコンピュータで構成されたシステムコントローラ４５は、データバス４６を介して選択キー１６からの入力操作に応答してカメラモジュール８の作動を管制する。携帯電話機をデジタルカメラとして使用するモードに切り替えるとシステムコントローラ４５はプログラムＲＯＭ４８に書き込まれた処理プログラムにしたがってカメラモジュール８を駆動し、ＣＣＤイメージセンサ１０から撮像信号が出力される。

ＣＣＤイメージセンサ１０から順次に出力されてくる撮像信号は利得可変型のプリアンプ４９で適切なレベルに増幅され、Ａ／Ｄコンバータ５０によりデジタル化された画像データに変換される。こうして得られた画像データは、画像データ処理回路５１によって周知の画像処理を施された後、一画面ごとの画像データとして内蔵の画像データメモリ５２に順次に書き込まれる。画像データメモリ５２に書き込まれた画像データは、システムコントローラ４５からのコマンドにより読み出され、画像データ処理回路５１によるそれぞれの画像処理が加えられた後、ＬＣＤドライバ５３を介してＬＣＤモニタ７での画像表示に用いられ、あるいはメモリコントローラ５４を介してメモリカード２５への画像データ記録に用いられる。

測距装置５６は、前述した投光窓１３ａと受光窓１３ｂとを含み、被写体までの距離を近距離、遠距離の２段階に測定する。例えば、測定して得られた被写体距離が２ｍ以内であるときには近距離信号をデータバス４６を通してシステムコントローラ４５に入力し、被写体距離が２ｍを越えているときには遠距離信号を入力する。これらの距離信号は、カメラモジュール８でピント合わせ処理を行うときに用いられる。

操作信号入力回路５７は選択キー１６が操作されたときに、その操作信号をシステムコントローラ４５に入力する。カメラモード下では、テレ変倍キー２１が押されたときにテレ変倍信号が、ワイド変倍キー２２が押されたときにワイド変倍信号が入力され、またレリーズボタン２４が半押しされたときにＳ１信号が、レリーズボタン２４が全押しされたときにＳ２信号が入力される。コイルドライバ５８は、システムコントローラ４５からのコマンドにしたがって第一コイル３８、第二コイル４１、第三コイル４３のオン／オフを制御し、またこれらのコイルに供給される電流の向きを制御する。

上記カメラモジュール８の作用について、さらに図５のフローチャートを参照しながら説明する。カメラモードに切替えられると初期設定が行われ、システムコントローラ４５はコイルドライバ５８に初期化信号を入力する。この初期化信号により、コイルドライバ５８は第一コイル３８をオンさせて−方向への電流を供給し、第二コイル４１をオンさせて＋方向の電流を供給する。この結果、永久磁石４０とともにＧ２レンズ２８を保持したレンズ枠３４が後退し、レンズ装置９はワイド側に変倍された状態となる。

カメラモジュール８の起動とともにＣＣＤイメージセンサ１０からは撮像信号が出力され、プリアンプ４９，Ａ／Ｄコンバータ５０，画像データ処理回路５１を経て一画面分の画像データが画像データメモリ５２に書き込まれる。画像データメモリ５２は、例えば静止画像二画面分のメモリ容量を有し、順次に出力されてくる二画面分の画像データが画像データメモリ５２内で順次に更新される。最新の一画面分の画像データは順次にシステムコントローラ４５によって読み出され、画像データ処理回路５１を経てＬＣＤドライバ５３に供給され、これによりＬＣＤモニタ７にスルー画像が表示される。

ＬＣＤモニタ７の表示画素数はＣＣＤイメージセンサ１０の撮像画素数よりも小さいため、スルー画像の表示に際しては、画像データ処理回路５１は画像データメモリ５２から読み出した画像データに対して適宜の間引き処理，データ圧縮処理を行った上でＬＣＤドライバ５３に表示用の画像データを送る。また、測距装置５６は動作しておらず、ピント調節は行われないが、レンズ装置８に組み込まれている光学系の被写界深度をある程度深くしておけば、ＬＣＤモニタ７の表示画素数も少ないことから、ピント調節を行わなくてもスルー画像の観察には支障はない。

フレーミングに際してテレ変倍キー２１が押圧操作されると、システムコントローラ４５はテレ変倍信号をコイルドライバ５８に入力する。これに応答し、コイルドライバ５８は第一コイル３８への供給電流の向きを−方向からプラス方向に変更し、第二コイル４１への供給電流の向きを＋方向から−方向に変更する。この結果、永久磁石４０とともにＧ２レンズ２８を保持したレンズ枠３４が前進してテレ側への変倍が行われ、ＬＣＤモニタ７にはテレ側に変倍された状態の被写体像が表示されるようになる。そして、レリーズボタン２４を押圧操作する前であれば、テレ変倍キー２１，ワイド変倍キー２２を押圧操作するたびに、Ｇ２レンズ２８がテレ変倍位置とワイド変倍位置との２個所に交互に移動して２段階の変倍を行うことができる。

シャッタボタン２４を半押し操作してＳ１信号が入力されると、システムコントローラ４５はその時点での変倍位置を検出した後、距離信号の検出を行う。変倍位置の検出は、その時点でシステムコントローラ４５がコイルドライバ５８に入力している変倍信号がテレ変倍信号とワイド変倍信号とのいずれであるかによって識別することができる。また、距離信号の検出のために測距装置５６が作動し、投光窓１３ａから被写体に向けて測距光が投光される。その反射光が受光窓１３ｂの奥の受光素子に入射し、その入射位置に応じて測距装置５６から距離信号が入力される。

被写体距離が２ｍ以内であるときには近距離信号が入力される。近距離信号が入力されると、システムコントローラ４５はテレ設定状態あるいはワイド設定状態を保存したままレンズ装置９を近距離ピント位置に移動させる。このため、変倍位置がテレ側であるときには、システムコントローラ４５は供給電流の向きを＋方向にして第三コイル４３をオンさせる。テレ設定状態の場合には、第二コイル４１が−方向でオンされその背面側には磁極Ｎが生じているから、第三コイル４３を＋方向でオンさせるとその前面側には磁極Ｎが生じて両者間には磁気的な反発力が生じる。第二コイル４１は相対的に鏡筒３０に固定され、第三コイル４３はベース部材、すなわち鏡筒３０を光軸方向に移動自在に支持している固定鏡筒３１に固定されているから、両者間に生じる反発力によって鏡筒３０が前進位置に移動して近距離に対するピント合わせが行われる。

一方、測距装置５６から遠距離信号が入力されると、レンズ装置９がテレ設定状態であれば第三コイル４３が−方向でオンされる。これにより、第三コイル４３の前面側には磁極Ｓが生じて第二コイル４１を吸引するため、図６に示すように鏡筒３０が一体的に後退位置へと移動して遠距離に対するピント合わせが行われる。また、Ｓ１信号の入力時点でレンズ装置９がワイド側に変倍されているときには、第二コイル４１が＋方向への供給電流でオンしているから、その背面側には磁極Ｓが生じている。したがって、距離信号として近距離信号が入力されたときには第三コイル４３は−方向への供給電流でオンされ、両者間の反発力によって鏡筒３０は図７に示すように前進位置に移動し、ワイド変倍状態で近距離へのピント合わせが行われる。なお、変倍及びピント合わせの組合せによる第一コイル３８、第二コイル４１、第三コイル４３の供給電流の向きをまとめると、次の第１表のとおりである。

ピント合わせはシャッタボタン２４の半押し操作に応答して行われるが、その処理は変倍状態及び距離信号に応じて第三コイル４３をオンさせ、鏡筒３０を前進位置または後退位置に移動させるだけなので瞬時にその処理は完了する。そして、引き続きシャッタボタン２４を全押ししてＳ２信号が入力されると、その直後にＣＣＤイメージセンサ１０から出力されてくる撮像信号に基づいて１コマの撮影が行われ、その画像データが画像データメモリ５２に書き込まれる。なお、シャッタボタン２４を半押ししてピント合わせが行われた後にシャッタボタン２４の押圧を解除した場合には、変倍状態は保存されたままになるがピント合わせについてはクリアされ、再度シャッタボタン２４を半押し操作したときに新たに測距が行われることになる。

以上のように、変倍用に用いられている第二コイル４１を、第三コイル４３との協同によりピント合わせにも用いるようにしているから、レンズの移動個所を増やしながらも、永久磁石とコイルとのセット個数を増やさずに済み、部品点数及び組み込みスペースの節約を図ることができる。したがって、携帯電話機やＰＤＡなどに組み込むデジタルカメラのレンズ装置あるいはカメラモジュールとして好適である。

図８及び図９に第二実施形態を示す。なお、先の実施形態で用いられている部品と機能的に共通なものについては同符号を付してある。この実施形態においても、Ｇ１レンズ２７は可動の鏡筒３０に固定され、Ｇ２レンズ２８がレンズ枠３４とともにガイドバー３３に沿って光軸方向に進退自在となっている。Ｇ３レンズ２９を保持したレンズ枠はガイドバー３３の後端に接着剤などにより固定され、Ｇ３レンズ２９はＧ１レンズ２７とともに鏡筒３０と一体化されている。

Ｇ２レンズ２８を保持したレンズ枠３４に第一コイル６０が固定され、Ｇ３レンズ２９を保持したレンズ枠に永久磁石６１が固定され、センサ枠４２に第二コイル６２が固定されている。鏡筒３０は、先の実施形態と同様に、スロット３０ａとピン３１ａとの係合により固定鏡筒３１に対して進退自在である。第一コイル６０，第二コイル６２は、それぞれ＋方向に電流を供給したときには、鏡筒３０の前側に磁極Ｎを発生し後側に磁極Ｓを発生する。また、電流を逆向きの−方向に供給したときには、それぞれ逆の磁極を発生する。永久磁石６１は鏡筒３０の前側に磁極Ｎ、後側に磁極Ｓを向けている。

この実施形態では、図１０のフローチャートにしたがい、第一コイル６０に供給する電流の向きによって変倍が制御され、第二コイル６２に供給する電流の向きによってピント合わせが行われる。永久磁石６１は前側が磁極Ｎとなっているから、第一コイル６０に−方向の電流を供給すると永久磁石６１が反発されレンズ枠３４が前方に移動してテレ側への変倍が行われる。また、永久磁石６１は後側に磁極Ｓを向けているから、第二コイル６２に−方向の電流を供給すると互いに反発し合う。これにより鏡筒３０は図８に示す前進位置に移動し、近距離用のピント合わせが行われる。

逆に、第二コイル６２に＋方向の電流を供給すると永久磁石６１が吸引されるから、図９に示すように鏡筒３０が後退位置に移動し、遠距離用のピント合わせが行われる。この実施形態にあっては、第一コイル６０と永久磁石６１とを入れ替えることも可能である。ただし、この場合にはテレ変倍、ワイド変倍によって第一コイル６０への供給電流の向きが変わるので、先の実施形態と同様に、ピント合わせを行うときには第一コイル６０への供給電流の向きに応じて第二コイル６２に供給する電流の向きを変える必要がある。なお、図示した実施形態にあっては、変倍及びピント合わせの組合せによる第一コイル６０及び第二コイル６２の供給電流の向きは次の第２表のとおりである。

図１１に示す第三実施形態では、Ｇ２レンズ２８を保持するレンズ枠３４に永久磁石６５を固定し、この永久磁石６５を前後から挟むように第一コイル６６，第二コイル６７を設けて３段階に変倍を行うことができるようにしている。Ｇ１レンズ２７とＧ３レンズ２９とは、それぞれ鏡筒内部に固定され、その間でＧ２レンズ２８がレンズ枠３４とともにガイドロッド３３により光軸方向に移動自在となっている。

永久磁石６５は前方に磁極Ｎ、後方に磁極Ｓを向けて組み込まれている。第一，第二コイル６６，６７は、それぞれ＋方向の供給電流により前方に磁極Ｎ、後方に磁極Ｓを発生し、−方向への供給電流により逆向きの磁極を発生する。

第一コイル６６に＋方向の電流を、第二コイル６７に−方向の電流を供給すると、第一コイル６６による吸引力と第二コイル６７による反発力によって、レンズ枠３４は同図（Ａ）に示すように前方のテレ変倍位置に移動する。また、第一コイル６６に−方向の電流を、第二コイル６７に＋方向の電流を供給すると、逆に第一コイル６６からの反発力と第二コイル６７からの吸引力によってレンズ枠３４は同図（Ｂ）に示すように後退したワイド変倍位置に移動する。

さらに、第一コイル６６，第二コイル６７の双方に−方向の電流供給を行うと、永久磁石６５は双方のコイルからの反発力を受け、同図（Ｃ）に示すように、レンズ枠３４とともにＧ２レンズ２８はＧ１レンズ２７とＧ３レンズ２９とのほぼ中間位置に移動する。したがって、テレ位置とワイド位置との間のミドル変倍を行うことができる。なお、表３に各変倍位置と第一，第二コイルへの供給電流の向きを示す。

以上の３段階に変倍可能なレンズ装置は、図１２に示す処理手順を用いて図２に示すテレ変倍キー２１，ワイド変倍キー２２の操作により利用することができる。テレ変倍キー２１が継続して押圧操作されたときには、その時点での変倍位置がワイド変倍位置またはミドル変倍位置であるときに有効に受け付けられ、Ｇ２レンズ２８をミドル変倍位置そしてテレ変倍位置に移動させることが可能となる。そして、テレ変倍位置に移動された後は、引き続きテレ変倍キー２１の押圧操作を継続しても第一，第二コイル６６，６７の駆動は行われず、そのままテレ変倍位置で保持される。もちろん、ワイド側への変倍操作を継続的に行った場合も、Ｇ２レンズ２８がワイド変倍位置に移動した後は、同様にワイド側への変倍操作を行ったとしても第一，第二コイル６６，６７の駆動は行われない。

例えば図３及び図８に挙げた実施形態のように、Ｇ２レンズ２８をワイド変倍位置とテレ変倍位置との二箇所に移動させて光学変倍を行うようにしたカメラモジュールに、さらに電子ズーム機能を組み合わせる場合のタイミングチャートを図１３に示す。電子ズーム機能は、よく知られるようにＣＣＤイメージセンサ１０から出力されてくる撮像信号に画像処理を加え、画像を擬似的に拡大，縮小する処理である。なお、以下の説明は、Ｇ２レンズ２８をワイド変倍位置に移動したときの像倍率に対し、Ｇ２レンズ２８をテレ変倍位置に移動したときに像倍率が３倍になることを前提とする。

Ｇ２レンズ２８がワイド変倍位置にある状態でテレ変倍キー２１を押圧すると、その押圧操作が行われている間、一定周期のクロックパルスがカウントされ、変倍カウンタが初期値「０」から押圧操作時間に比例してカウントアップされる。なお、変倍カウンタが初期値以外のある計数値になっているときにワイド変倍キー２２が押圧操作されると、変倍カウンタの計数値は押圧操作時間に応じて初期値「０」までカウントダウンされる。

テレ変倍キー２１を押圧操作すると、Ｇ２レンズ２８がワイド変倍位置のままで電子ズームにより望遠側への変倍が連続的に行われ、変倍カウンタ５７のカウント値は例えば０．２秒ごとにカウントアップされてゆく。そして、図１３に示すように、変倍カウンタのカウント値が「０」から「Ｃ１」達するまでは、画像データ処理回路５１は画像データメモリ５２から読み出した一画面分の画像データに基づいて画像を３倍まで拡大処理を行い、その画像がＬＣＤモニタ７に表示される。

電子ズームによる変倍は、変倍カウンタの計数値が初期値から「Ｃ２」になるまでの間に連続的に行われるが、テレ側への変倍操作が継続され変倍カウンタの計数値が「Ｃ１」なった時点でＧ２レンズ２８がテレ変倍位置に移動して光学変倍が行われる。これと同時に電子ズーム倍率は初期値の１倍に戻される。さらに望遠側への変倍操作が行われると、光学変倍によって３倍まで拡大された画像が電子ズームによりさらに拡大される。したがって、電子ズームの倍率が最大で３倍までとすると、光学変倍との併用によりトータルズーム倍率９倍までの連続的な変倍ができるようになる。

ワイド変倍キー２２の押圧操作によりワイド側への変倍操作が行われると変倍カウンタがカウントダウンされてゆき、その計数値が「Ｃ１」になるまでの間は、Ｇ２レンズ２８はテレ変倍位置に置かれたまま電子ズーム倍率が１倍まで連続的に小さくなってゆく。そして、変倍カウンタの計数値が「Ｃ１」になった時点でＧ２レンズ２８がワイド変倍位置に移動すると同時に、電子ズーム倍率が３倍になって電子ズームのみによる３倍の画像が得られる。さらにワイド側への変倍が継続されると、電子ズーム倍率が３倍から１倍への連続的に変化し、変倍カウンタの計数値が初期値「０」になった時点で電子ズーム倍率が１倍となり、最初のワイド変倍位置に画像が得られるようになる。

図１４にメカニカルシャッタを組み込んだカメラモジュールの第四の実施形態を示す。Ｇ１レンズ２７は鏡筒６８に固定され、Ｇ３レンズ２９はガイドロッド３３の後端に固定され、Ｇ２レンズ２８はガイドロッド３３に沿って移動自在である。鏡筒６８に第一コイル７０が固定され、Ｇ３レンズ２９のレンズ枠に第二コイル７１が固定されている。第一，第二コイル７０，７１は、＋方向への電流供給により前方に磁極Ｎ，後方に磁極Ｓを生じ、−方向への電流供給により前方に磁極Ｓ，後方に磁極Ｎを生じる。また、Ｇ２レンズ２８のレンズ枠３４に固定された永久磁石７２は前方に磁極Ｎ、後方に磁極Ｓを向けている。

Ｇ３レンズ２９とＣＣＤイメージセンサ１０との間に、光軸に対して斜めに出入り自在にシャッタプレート７５が組み込まれている。シャッタプレート７５の外周に永久磁石７６が固定され、永久磁石７６は前方が磁極Ｎ，後方が磁極Ｓとなっている。図示のように、常態ではシャッタプレート７５は光軸上から退避しており、第三コイル７７に対面している。第三コイル７７は＋方向への電流供給により前方に磁極Ｎを向けているときに、永久磁石７６を吸引してシャッタプレート７５を開き位置に保持している。

第一コイル７０に＋方向の電流が供給され、第二コイル７１に−方向の電流が供給されると、永久磁石７２に加わる磁気的な吸引力，反発力によってＧ２レンズ２８は図示のテレ変倍位置に移動する。逆に、第一コイル７０に−方向，第二コイル７１に＋方向の電流が供給されると、Ｇ２レンズ２８は後退してワイド変倍位置に移動する。

シャッタプレート７５は、撮影直後に図中二点鎖線で示す閉じ位置に移動してＣＣＤイメージセンサ１０への光入射を阻止する。ＣＣＤイメージセンサ１０には、露光によって得られた信号電荷を転送する電荷転送路が設けられているが、ＣＣＤイメージセンサ１０の構造によっては、特に露光後に電荷転送路に光入射があると、信号電荷にスミアノイズが重畳することがあり、画像の品質を劣化させる原因になる。シャッタプレート７５はこの弊害を除去するためのものである。

この実施形態は、シャッタプレート７５の移動のために変倍用の第二コイル７１を兼用したことが特徴となっており、図１５にその処理手順を示す。撮影のためにシャッタボタン２４を全押しすると、まずその時点における変倍位置の検出が行われた後、ＣＣＤイメージセンサ１０によって信号電荷の蓄積が開始される。信号電荷の蓄積時間は例えば被写体輝度に応じて決められ、この蓄積時間が経過したことに応答して第二コイル７１に＋方向、第三コイル７７に−方向への電流供給が行われる。

第三コイル７７に−方向への電流が供給されると、常態では第三コイル７７に対面していた永久磁石７５が磁気的な反発力を受ける。シャッタプレート７５は永久磁石７７とともに光軸に対して斜め方向に移動するようにガイドされているから、これらは磁気的な反発力によって光軸方向へと移動する。また、＋方向への電流供給により第二コイル７１は背面側に磁極Ｓを生じており、シャッタプレート７５に固定した永久磁石７５を吸引するから、シャッタプレート７５は瞬時に閉じ位置へと移動してＣＣＤイメージセンサ１０を遮光する。なお、シャッタプレート７５を閉じ位置に移動させるために第二コイル７１に＋方向の電流供給を行うと、その時点でＧ２レンズ２８がワイド変倍位置にあったときには、Ｇ２レンズ２８がわずかに前進してしまうことになるが、信号電荷の蓄積時間はすでに経過して新たに信号電荷の蓄積は行われることがないので問題はない。

シャッタプレート７５が閉じ位置に移動した後、ＣＣＤイメージセンサ１０の電荷転送路を通して信号電荷の読み出しが行われる。このとき、シャッタプレート７５は閉じ位置にあり電荷転送路に光が入射してくることはないので、スミアノイズのない高品位のＣＣＤ画像の読込みを行うことが可能となる。ＣＣＤ画像の読込み処理の後、第二コイル７１に−方向、第三コイル７７に＋方向への電流供給が行われる。これにより、永久磁石７６とともにシャッタプレート７５は実線で示す開き位置に戻る。その後、撮影時点における変倍位置がテレ変倍位置であったかワイド変倍位置であったかに応じて第一コイル７０，第二コイル７１にそれぞれの向きで電流が供給され、撮影開始前の状態に復元する。

以上、図示した実施形態にしたがって本発明について説明してきたが、レンズ装置に組み込まれるレンズの個数や変倍の段数，ピント合わせの段数は適宜に増減してもよい。また、このレンズ装置あるいはカメラモジュールは、携帯電話機以外の携帯機器，情報機器に組み込むことが可能であり、ローコストタイプのデジタルカメラ専用機にも用いることができる。

本発明を用いた携帯電話機の半折り畳み状態を示す外観図である。携帯電話機を開いた状態を示す外観図である。携帯電話機の要部断面図である。携帯電話機に内蔵されるカメラモジュールの機能ブロック図である。カメラモジュールの基本的な処理の流れを示すフローチャートである。テレ変倍、遠距離撮影時のセット状態を示す要部断面図である。ワイド変倍、近距離撮影時のセット状態を示す要部断面図である。本発明の第二実施形態を示す要部断面図である。テレ変倍，遠距離撮影時のセット状態を示す要部断面図である。第二実施形態の基本的な処理の流れを示すフローチャートである。本発明の第三実施形態を示す要部断面図である。第三実施形態の基本的な処理の流れを示すフローチャートである。電子ズームを組み合わせる場合のタイミングチャートである。本発明の第四実施形態を示す要部断面図である。第四実施形態の基本的な処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

７ＬＣＤパネル
８カメラモジュール
９レンズ装置
１０ＣＣＤイメージセンサ
２８Ｇ２レンズ（変倍レンズ）
３０鏡筒
３１固定鏡筒
３３ガイドロッド
３４レンズ枠
３８，６０，６６，７０第一コイル
４０，６１，６５，７２，７６永久磁石
４１，６２，６７，７１，第二コイル
４３，７７第三コイル
７５シャッタプレート

Claims

鏡筒内に移動自在に組み込まれ永久磁石が固定された変倍レンズと前記鏡筒内に固定された複数のレンズとからなるレンズ群と、
前記永久磁石を光軸方向に関して前後から挟むように鏡筒に固定され、供給電流の向きに応じた磁力を発生する第一及び第二コイルと、
前記鏡筒を移動自在に支持するベース部材に前記コイルの一方と対面するように固定され、供給電流の向きに応じた磁力を発生する第三コイルとを備え、
前記第一及び第二コイルに供給する電流の向きに応じて変倍が行われ、
前記第三コイルに供給する電流の向きに応じ、前記レンズ群が前記鏡筒ごと光軸方向に移動されてピント合わせが行われることを特徴とするレンズ装置。
変倍レンズは、永久磁石が第一，第二コイルのいずれに吸引されるかに応じて光軸方向に関して前進位置と後退位置とに移動され、第一及び第二コイルの双方に反発されたときには中間位置に移動されることを特徴とする請求項１記載のレンズ装置。
鏡筒内に移動自在に組み込まれ、供給電流の向きに応じた磁力を発生する第一コイルが固定された変倍レンズと前記鏡筒内に固定された複数のレンズとからなるレンズ群と、
前記第一コイルに後方から対面するように鏡筒に固定された永久磁石と、
前記鏡筒を移動自在に支持するベース部材に前記永久磁石と対面するように固定され、供給電流の向きに応じた磁力を発生する第二コイルとを有し、
前記第一コイルに供給する電流の向きに応じて変倍が行われ、
第二コイルに供給する電流の向きに応じ、前記レンズ群が前記鏡筒ごと光軸方向に移動されてピント合わせが行われることを特徴とするレンズ装置。
前記第一コイルに変えて永久磁石が用いられ、前記鏡筒に固定された永久磁石に変えて供給電流の向きに応じた磁力を発生するコイルが用いられていることを特徴とする請求項３記載のレンズ装置。
請求項１〜４のいずれか記載のレンズ装置と、このレンズ装置によって結像された被写体像を撮像信号に変換して出力する撮像手段とを備え、前記変倍レンズの移動による光学的変倍が行われる間に変倍操作が継続して行われたときには、前記撮像信号の電気的な処理による電子的変倍が行われることを特徴とするカメラモジュール。
請求項１，２，４のいずれか記載のレンズ装置と、このレンズ装置によって結像された被写体像を撮像信号に変換して出力する撮像手段とを備え、前記鏡筒に固定されたコイルに吸引されることにより撮影光路外から撮影光路内に進入して撮像手段に光束が入射することを阻止するシャッタを備えたことを特徴とするカメラモジュール。