JP4748385B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、例えばＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置などに用いられると好適な撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化に伴い、オートフォーカス機構（以降ＡＦ機構という）を備えた撮像装置が搭載された携帯電話が普及しつつある。ここで、携帯電話は衣服のポケットなどに収容されて持ち運びされる場合もあるため、多機能であってもコンパクトであることが要求されている。ところが、撮影レンズを駆動するために、一般的なモータやアクチュエータを用いると、比較的大きな設置スペースが必要となるという問題がある。

これに対し、特許文献１には、コの字形円筒形状のヨークと、ヨークの外壁内面に取付けられるマグネットと、中央位置にレンズを備えるキャリアと、キャリアに装着されるコイルと、ヨークが装着されるベースと、ベースを支えるフレームと、キャリアを支持する２個のスプリングとを備えたレンズ駆動装置が開示されている。コイルを通電することにより、キャリヤと共にレンズが光軸方向に移動するので、フォーカシング動作を行うことができる。
特開２００４−２８００３１号公報

ここで、可動のキャリヤにコイルを装着しているので、外部の電源よりどのようにして通電するかが問題となる。すなわち、単純に配線によりコイルに電力を供給するようにすると、配線自体の剛性によりキャリヤの移動が阻害される恐れがある。これに対し、特許文献１の技術によれば、スプリングを介して電力供給を行うことで配線の問題を解消しているが、それだけでは十分とはいえない。かかる場合、ハンダ付けにより外部の電源からの配線をスプリングに接続しょうとすると、ハンダを溶融する際の熱がレンズに伝わるが、プラスチック製のレンズの場合には、熱によりその光学特性が著しく劣化する恐れがある。又、レンズの重量は極めて軽いので、ハンダ付けを行うことでアンバランスが生じ、フォーカシング動作に悪影響を及ぼす恐れがある。更に、複数枚のレンズを駆動する場合には、アクチュエータの駆動力を高める必要があるが、キャリヤに装着したコイルの巻線数を増加させることは、スペース上及び熱の問題から困難であるといえる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、組付性に優れ、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した撮像装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の撮像装置は、
筐体と、
前記筐体に対して光軸方向に移動可能な可動レンズを少なくとも１つ含む撮影レンズと、
前記筐体に対して前記可動レンズを弾性的に支持する弾性部材と、
前記可動レンズの外周に連結し、円筒状に配置された磁石と、外周面は外側に露出し、内周面は前記磁石に対して前記撮影レンズの光軸直交方向に対向するようにして前記筐体に固定された円筒状のコイルとを含むアクチュエータと、を有し、
前記筐体は、上筒と下筒からなり前記コイルを光軸方向に挟持するよう設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、前記可動レンズに磁石が連結されているので、外部からの電力を供給する配線を可動部に接続する必要がなくなり、組付性や耐久性が向上する。又、前記筐体側に前記コイルを固定しているので、配線を容易に行えると共に、その配線をハンダ付けする場合でも 前記可動レンズに熱が伝わりにくいので、その光学特性を損ねることが抑制される。更に、前記コイルは前記筐体側に設けられているので、設置スペースを確保しやすく、それにより巻線数を増大させることができるため、駆動力を高めることができる。又、外気に触れやすくなることで放熱性も高まる。

請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に記載の発明において、前記コイルに対向する面を除き、前記磁石の周囲を取り巻くようにしてヨークが配置されているので、前記コイルと前記磁石間の磁束密度を高めることにより、高い駆動力を発揮することができる。

請求項２に記載の撮像装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記アクチュエータは円筒状であり、前記可動レンズにおける最も像側の最像側レンズは、前記アクチュエータの内径よりも大きい外径を有し、前記最像側レンズ以外の前記可動レンズのうちの少なくとも２つのレンズは、前記内径の光軸直交方向内側に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、組付性に優れ、複数枚のレンズを駆動する場合でも十分な駆動力を発揮できるアクチュエータを搭載した撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる撮像装置を含む撮像装置５０の斜視図であり、図２は、図１の撮像装置５０の上面図であり、図３は、図１の撮像装置５０をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。

上記撮像装置５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させる撮像レンズとしての撮像レンズ１０と、イメージセンサ５１と撮像レンズ１０との間に配置されたＩＲカットフィルタＦと、イメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５４（図１）を有する基板５２と、撮像レンズを支持する組立筐体２０と、フォーカシングレンズを駆動するアクチュエータ（フォーカスアクチュエータともいう）３０とを備え、これらが一体的に形成されている。尚、本撮像装置５０の光軸方向高さΔは、１０ｍｍ以下である。

上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａが形成されており、その周囲には信号処理回路（不図示）が形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤＷを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、ワイヤＷを介して基板５２上の所定の回路に出力する。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ−Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ−Ｙ）は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。

基板５２は、その一平面上で上記イメージセンサ５１及び外筒２１を支持する支持平板５２ａと、支持平板５２ａに一端部が接続されたフレキシブル基板５２ｂ（図１）とを備えている。

支持平板５２ａは、表面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、これが前述したイメージセンサ５１からのワイヤＷと接続され、且つフレキシブル基板５２ｂと接続されている。

フレキシブル基板５２ｂは、上記の如くその一端部が支持平板５２ａと接続され、その他端部に設けられた外部接続用端子５４を介して支持平板５２ａと外部回路（例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。さらに、フレキシブル基板５２ｂの長手方向の中間部が可撓性又は変形容易性を備え、その変形により、支持平板５２ａに対して外部出力端子の向きや配置に自由度を与えている。

遮光性部材からなる組立筐体２０は、イメージセンサ５１を囲うようにして配置され支持平板５２ａに対して接着剤Ｂを用いて下端が接着されてなる下筒２１Ａと、下筒２１Ａと同軸であって、それとの間にアクチュエータ３０のコイルを３３を挟持する上筒２１Ｂとからなる。図１に示すように、下筒２１Ａは円筒状であり、支持平板５２ａは矩形状であるから、矩形の角近傍にスペースが生じる。そこで、このスペースを利用して、下筒２１Ａと上筒２１Ｂとは、光軸に平行に延在する架橋部２１Ｃにより連結されている。

図３において、下筒２１Ａの内周から半径方向内方に延在するフランジ部２１ａには、ＩＲカットフィルタＦが取り付けられている。

組立筐体２０に対して移動可能に配置された移動筒２２は、大円筒部２２ａと、その上端に連結された小円筒部２２ｂと、その上端に形成されたフランジ部２２ｃとを有し、物体側から第１レンズｌ１，第２レンズＬ２，第３レンズＬ３，第４レンズＬ４の順序で、これらを固定的に内包保持している。フランジ部２２ｃの中央開口が開口絞りＳとなっている。

移動筒２２の小円筒部２２ｂの外周には、上下面及び内周面をヨーク３１に覆われた環状体を４分割したごとき形状の磁石３２が円筒状に４つ配置されている。ヨーク３１に覆われていない磁石３２の外周面は、円筒状のコイル３３の内周に対向しているが、大円筒部２２ａの外周面より小径であると好ましい。コイル３３と支持平板５２ａとの間を連結する電力供給用の配線Ｈが、下筒２１Ａの外壁に密着して取り付けられている。ヨーク３１，磁石３２，コイル３３により円筒状のアクチュエータ３０を構成する。

径の異なるドーナツ円板同士を連結位置の位相をずらせて連結した形状のばね部材２７は、その外周側を下筒２１Ａの下端近傍に固定し、その内周側を第４レンズＬ４のフランジ部下面に固定している。一方、ばね部材２７に類似の形状（図２参照）のばね部材２８は、その外周側を上筒２１Ｂの上端に固定し、その内周側を移動筒２２の上端に固定している。弾性部材であるばね部材２７，２８は、レンズｌ１〜Ｌ４と共に移動筒２２が光軸方向に移動することに応じて付勢力を発生するようになっている。

撮像レンズ１０は、物体側より順に、開口絞りＳ、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２，正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有する第４レンズＬ４とを有している。各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、互いにフランジ部同士を嵌合させることで光軸方向と光軸に垂直な方向の位置決めがされ、その光軸が一致した状態で移動筒２２に保持されている。本実施の形態では、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４がフォーカシングレンズ（可動レンズともいう）を構成するが、レンズＬ３，４に比べ、レンズＬ１，Ｌ２の外径を小さくしているため、この外径差を利用して厚みのある磁石３２を移動筒２２に組み込めるようになっている。このように構成することで、最も像側のレンズＬ４（最像側レンズ）がアクチュエータの内径（対向するヨーク３１の間隔）よりも大きい外径を有していても、２つのレンズ（Ｌ１，Ｌ２）を、アクチュエータの内径の光軸直交方向内側に配置できるので、光軸に垂直方向の径をあまり大きくすることなくアクチュエータを配置することができる。なお、アクチュエータの内径の光軸直交方向内側に配置するレンズは２つに限らずＬ３を含む３つとしても良い。

この撮像レンズ１０は、開口絞りＳ及び各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を光学系として、固体撮像素子に対して被写体像の結像を行うためのものである。開口絞りＳは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する部材である。

撮像レンズ１０とイメージセンサ５１との間において外筒２１のフランジ部２１ａに保持されたＩＲカットフィルタＦは、例えば略矩形状や円形状に形成された部材である。

さらに、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に、遮光マスクが配置されていていてもよく、それにより固体撮像素子に近い第４レンズＬ４有効径の外側に不要光が入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。

上述した撮像装置５０の使用態様について説明する。図４は、撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。また、図５は携帯電話機１００の制御ブロック図である。

撮像装置５０は、例えば、撮像レンズにおける外筒２１の物体側端面が携帯電話機１００の背面（液晶表示部側を正面とする）に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置になるよう配設される。

撮像装置５０の外部接続用端子５４は、携帯電話機１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。

一方、携帯電話機１００は、図５に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、番号等をキーにより支持入力するための入力部６０と、所定のデータの他に撮像した画像や映像等を表示する表示部７０と、外部サーバとの間の各種清報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置５０により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。

携帯電話機１００を把持する撮影者が、被写体に対して撮像装置５０の撮像レンズ１０の光軸を向けると、イメージセンサ５１に画像信号が取り込まれるが、例えば像面ＡＦ処理などを行うことで、ピントズレを検出できる。制御部１０１は、このピントズレを解消する方向にレンズＬ１〜Ｌ４を駆動するように、アクチュエータ３０に対して電力を供給するので、外部接続用端子５４より配線Ｈを介してコイル３３に電力が供給される。このとき、磁石３２の周囲に配置されたヨーク３１により磁束密度が高められ、効率よく電力を磁力に変換できる。これにより発生した磁力と、変形したばね部材２７，２８の付勢力とを釣り合わせることにより、移動筒２２と共に最適な合焦位置にレンズＬ１〜Ｌ４を移動させ且つ保持することができるので、適切なオートフォーカス動作を実現できる。なお、電力供給の中断により、アクチュエータ３０の駆動力が消失すれば、移動筒２２は元の位置へと復帰する。

本実施の形態によれば、移動筒２２に磁石３２が取り付けられているので、外部からの電力を供給する配線を可動部に接続する必要がなくなり、組付性や耐久性が向上する。又、組立筐体２０側にコイル３３を固定しているので、配線を容易に行えると共に、その配線を支持平板５２ａにハンダ付けする場合でも レンズＬ１〜Ｌ４に熱が伝わりにくいので、その光学特性を損ねることが抑制される。更に、コイル３３は組立筐体２０側に設けられているので、設置スペースを確保しやすく、それにより巻線数を増大させることができるため、駆動力を高めることができる。又、コイル３３は外周が露出しているので、外気に触れることで、その放熱性も高められている。

所望のシャッタチャンスで、図４に示すボタンＢＴを撮影者が押すことでレリーズが行われ、画像信号が撮像装置５０に取り込まれることとなる。撮像装置５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御系により、記憶部９２に記憶されたり、或いは表示部７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信されることとなる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、可動レンズはレンズＬ１〜Ｌ４のいずれか１枚以上であれば良く、更にレンズ総数は４枚に限られない。

本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図である。 図１の撮像装置５０の上面図である。 図１の撮像装置５０をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。 携帯電話機１００の制御ブロック図である。

符号の説明

１０ 撮像レンズ
２０ 組立筐体
２１ 外筒
２１Ａ 下筒
２１Ｂ 上筒
２１Ｃ 架橋部
２１ａ フランジ部
２２ 移動筒
２２ａ 大円筒部
２２ｂ 小円筒部
２２ｃ フランジ部
２７ ばね部材
２８ ばね部材
３０ アクチュエータ
３１ ヨーク
３２ 磁石
３３ コイル
５０ 撮像装置
５１ イメージセンサ
５１ａ 光電変換部
５２ 基板
５２ａ 支持平板
５２ｂ フレキシブル基板
５４ 外部接続用端子
６０ 入力部
７０ 表示部
８０ 無線通信部
９２ 記憶部
１００ 携帯電話機
１０１ 制御部
Ｂ 接着剤
ＢＴ ボタン
Ｆ カットフィルタ
Ｌ１〜Ｌ４ レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｗ ワイヤ

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体に対して光軸方向に移動可能な可動レンズを少なくとも１つ含む撮影レンズと、
   前記筐体に対して前記可動レンズを弾性的に支持する弾性部材と、
   前記可動レンズの外周に連結し、円筒状に配置された磁石と、外周面は外側に露出し、内周面は前記磁石に対して前記撮影レンズの光軸直交方向に対向するようにして前記筐体に固定された円筒状のコイルとを含むアクチュエータと、を有し、
   前記筐体は、上筒と下筒からなり前記コイルを光軸方向に挟持するよう設けられたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記上筒と前記下筒を連結し、光軸に平行に延在する架橋部を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記コイルに対向する面を除き、前記磁石の周囲を取り巻くようにしてヨークが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記アクチュエータは円筒状であり、前記可動レンズにおける最も像側の最像側レンズは、前記アクチュエータの内径よりも大きい外径を有し、前記最像側レンズ以外の前記可動レンズのうちの少なくとも２つのレンズは、前記内径の光軸直交方向内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。

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