JP4761159B2 - 撮像装置の調整方法 - Google Patents

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Description

本発明は、紐状に形成された形状記憶合金を用いてレンズ群を光軸方向に移動させるよう構成した撮像装置の調整方法に関するものである。
従来より、カメラでは撮影レンズのフォーカシングやズーミングに際し、モータ及びモータに連設されたギア列により鏡胴を駆動してレンズ群を移動させるのが一般的である。一方、これらレンズ群の移動に関し、モータ及びモータに連設されたギア列の代わりに、形状記憶合金を用いてレンズ群を移動させ、これによりカメラの省スペース化を図るものが提案されている。
この形状記憶合金を用いた駆動装置として、紐状の形状記憶合金と、被駆動体の位置を検知する検知手段を備え、検知手段の情報に基づいて形状記憶合金の駆動を制御するものや、紐状の形状記憶合金を長手方向に分割し、個々に制御することで被駆動体の位置制御を行うものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、紐状の形状記憶合金をくの字型にして使用し、略中央部で被駆動体と当接し、両端を固定した駆動機構が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
近年、小型で薄型の撮像装置が携帯電話機やPDA等の小型、薄型の電子機器に搭載されるようになっており、これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。
これら携帯端末の普及の増大に伴い、携帯端末に内蔵される撮像装置も、より高画質の画像を得るために、レンズ群を移動させ、マクロ機能のみならずAF機能を有するものや、光学ズームを有したものが搭載されるようになりつつある。
しかし、携帯端末に内蔵される撮像装置は、例えば1cm3以下というような、非常に小型であることが要求されるものである。
この様な要求に対し、上記特許文献1に記載された、被駆動体の位置検知手段を有する駆動装置は被駆動体の位置制御が正確になる利点を有するが、携帯端末に内蔵する撮像装置に適用すると検知手段のスペースを必要とし撮像装置が大型化してしまう欠点がある。また、長手方向に形状記憶合金を分割し、個々の形状記憶合金を制御する駆動装置は、制御のための回路構成が複雑となると共に、形状記憶合金を直線的に配置しているため小さくまとめることができないという問題がある。
更に、上記特許文献2に記載された、紐状の形状記憶合金を、くの字型にして使用するものは、双眼鏡等の大きい機器に内蔵するにはそれほど問題とならないが、両端の固定部が被駆動体の両側に大きく張り出すことになり、携帯端末に内蔵しようと小型の撮像装置に適用するには、何らかの工夫を必要とするものである。また、上記特許文献2に記載された、紐状の形状記憶合金を、くの字型にして使用するものも位置検知手段を有しており、検知手段無しに正確な位置制御を行うことは困難であり、同様に大型化してしまう欠点がある。
更に、上述のような小型の携帯端末に内蔵される撮像装置に、形状記憶合金を用いてレンズ群を移動させようとした場合、レンズ群の位置検知のための検知手段を内蔵するスペースは無く、また、組み込まれた形状記憶合金の長さに個体差があると、一律の駆動方法では、収縮量に差を生じレンズ群の位置に個体差が発生する問題がある。
特開平10−307628号公報 特開2002−99019号公報
発明は、形状記憶合金を用いてレンズ群を移動させるに際し、検知手段を要せず、組み込まれた形状記憶合金の長さに個体差があっても、一律の駆動方法で所定の被写体距離に焦点合わせの可能な小型薄型の、携帯端末に内蔵するに好適な撮像装置の調整方法を得ることを目的とするものである。
上記の目的を達成するため、本発明は以下の方法を含む
)被写体光を導くためのレンズ群と、前記レンズ群を内包する第1の鏡枠と、前記第1の鏡枠を前記レンズ群の光軸方向に移動可能に保持した第2の鏡枠と、前記レンズ群により導かれた被写体光を光電変換する撮像素子と、前記第2の鏡枠を前記撮像素子方向に付勢する付勢部材と、前記第2の鏡枠を前記付勢部材に抗して被写体方向に移動させるための、紐状に形成され前記第2の鏡枠と略中央部で当接する形状記憶合金と、前記形状記憶合金の両端部を固定する地板と、前記地板に対し移動可能に組み付けられ、前記第2の鏡枠の一部と当接可能となされた当接部材と、を有する撮像装置の調整方法であって、前記第2の鏡枠を前記付勢部材の付勢力と前記形状記憶合金の無通電時の張力とが釣り合う位置で停止させる工程と、前記当接部材を移動させ前記第2の鏡枠の一部と当接させ、該当接した位置から更に所定量だけ前記第2の鏡枠を被写体方向に移動させる工程と、前記第2の鏡枠に対して、前記第1の鏡枠を前記レンズ群の光軸方向に移動させ、ピント調整をおこなう工程と、を有することを特徴とする撮像装置の調整方法。
実施の形態に係る撮像装置を備えた携帯端末の一例である携帯電話機の外観図である。 実施の形態に係る撮像装置のユニット状態のときの斜視図である。 撮像装置の内部構造を示す断面図である。 撮像装置内部のレンズ鏡胴を示す斜視図である。 撮像装置内部のレンズ鏡胴の各部品の配置を示した正面図である。 紐状の形状記憶合金の張られている各部の関係を示した模式図である。 紐状の形状記憶合金が組み付けられた後の、各部の調整順序の一例とそのときの関連する各部の状態を示した模式図である。 紐状の形状記憶合金が組み付けられた後の、各部の調整順序のその他の例とそのときの関連する各部の状態を示した模式図である。
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、実施の形態に係る撮像装置を備えた携帯端末の一例である携帯電話機Tの外観図である。
同図に示す携帯電話機Tは、表示画面D1及びD2を備えたケースとしての上筐体71と、操作ボタンPを備えた下筐体72とがヒンジ73を介して連結されている。撮像装置100は、上筐体71内の表示画面D2の下方に内蔵されており、撮像装置100が上筐体71の外表面側から光を取り込めるよう配置されている。
なお、この撮像装置100の位置は上筐体71内の表示画面D2の上方や側面に配置してもよい。また携帯電話機は折りたたみ式に限るものではないのは、勿論である。
図2は、実施の形態に係る撮像装置のユニット状態のときの斜視図である。
同図に示すように、実施の形態に係る撮像装置の外表面は、レンズ群11が被写体光を取り込めるよう開口部を有した箱状の蓋部材12と、ネジ14により蓋部材12が固定されると共に内部に配置される各部材を保持している地板13と、地板13の下面に固着され、内部に撮像素子が実装されたプリント基板31と、このプリント基板31に接続されたフレキシブルプリント基板32で構成されている。また、後述の形状記憶合金へ電流を供給するためのフレキシブルプリント基板32fが配置されている。このフレキシブルプリント基板32fは、フレキシブルプリント基板32と一体でも、別体で構成してもよい。
なお、フレキシブルプリント基板32には、携帯端末の他の基板と接続するための接点部32tが形成され、裏面には補強板33が糊付けされている。なお、Oはレンズ群11の光軸である。また接点部32tは電源、コントロール信号、画像信号出力、形状記憶合金への入力端子等で20ピン以上となるが、模式的に示している。
次いで、図3、図4及び図5を用いて、実施の形態に係る撮像装置の内部構造について、説明する。なお、以下の図においては、同機能部材には同符号を付与して説明する。
図3は、撮像装置の内部構造を示す断面図である。同図は、図2に示すF−F線で切断し、撮像装置内部のレンズ鏡胴を示している。
図4は、撮像装置内部のレンズ鏡胴を示す斜視図である。同図は、図2に示す撮像装置100から蓋部材12、プリント基板31及びフレキシブルプリント基板32、32fを外した状態を示している。
図5は、撮像装置内部のレンズ鏡胴の各部品の配置を示した正面図である。同図は、図3に示すレンズ鏡胴を光軸O方向の被写体側から見た図である。
撮像装置100内部のレンズ鏡胴は、単玉もしくは複数枚のレンズで構成されたレンズ群11を内包する第1の鏡枠17(以下、鏡枠17とも称す)と、この鏡枠17の外側で鏡枠17を保持する第2の鏡枠18(以下、鏡枠18とも称す)が配置されている。即ちレンズ群11は、鏡枠17と鏡枠18により、保持されていることになる。
鏡枠17と鏡枠18は、ネジ部17n及び18nで螺合されており、鏡枠18に対し鏡枠17を回転させることで、鏡枠17を鏡枠18に対し光軸O方向に移動させることができるようになっている。なお、鏡枠17と鏡枠18は、ヘリコイドやその他の構成で光軸O方向に相対的に移動が可能になっていてもよい。
地板13は光軸O方向から見て略四辺形に形成され、光軸Oを挟んで略対角の位置に、光軸Oと略平行にガイド軸15が地板13に植設され、ガイド軸16が一体に形成されている。なお、ガイド軸15も地板13に一体で形成してもよいし、ガイド軸16を植設してもよい。
鏡枠18には、ガイド軸15が嵌合して貫通する筒状部18pが一体的に形成されると共に、ガイド軸16に係合するU字状の係合部18uが形成されている。これにより、鏡枠18はガイド軸15、16に沿って光軸方向に移動可能であり、この鏡枠18と共に鏡枠17及びレンズ群11も光軸方向に移動可能となっている。また、この筒状部18pは、付勢部材である圧縮コイルバネ19によりガイド軸15の軸方向へ付勢されている。本例では、レンズ群11の後方に配置される撮像素子34側に付勢されている。
また、鏡枠18の側面には、突起部18tが一体的に形成されている。一方、地板13にはボス20が形成され、ボス20の図示しない穴にネジ21が組み付けられている。突起部18tは、このネジ21の頭部に当接している。即ち、鏡枠18は付勢部材である圧縮コイルバネ19により撮像素子側へ付勢されているが、この地板13に配置された当接部材であるネジ21の頭部に突起部18tが当接することにより、鏡枠18の撮像素子34側の位置が決められている。
更に、地板13には、一体的に2つの柱状部22が形成されており、2つの柱状部22はレンズ群11の光軸Oと筒状部18pの中心を結ぶ線を挟む位置に形成され、この2つの柱状部22の上部で、紐状の形状記憶合金23の両端が固定され、紐状の形状記憶合金23はレンズ群11の光軸Oと筒状部18pの間で、鏡枠18の撮像素子34側の下部に当接して張られている。
このように、正面から見て略四辺形の地板13の内側で、ガイド軸15、16を光軸Oを挟み略対角位置に配置し、紐状の形状記憶合金23の両端の固定を、レンズ群の光軸Oと筒状部18pの中心を結ぶ線を挟む位置に設けられた柱状部22の上部で固定することにより、他の配置の場合に比べて正面面積を最も小さくすることができる。
図6は、紐状の形状記憶合金23の張られている各部の関係を示した模式図である。
同図に示すように、紐状の形状記憶合金23は、地板13に一体的に形成された2つの柱状部22の上部に、その両端が固定されている。この固定部の双方から対称的に形状記憶合金23は、柱状部22の一部で角度を変えられた後、略中央部で鏡枠18の下部に当接するよう張られている。
また、形状記憶合金23の両端部は、板部材23kで挟み込まれて切断されており、この板部材23kが柱状部22の上部に固定されている。
このように張られた、形状記憶合金23に、図2で示したフレキシブルプリント基板32fから板部材23kを経由して形状記憶合金23に所定の電流を供給することにより、抵抗体である形状記憶合金23は発熱して温度が上昇し、その全長を短縮する方向に変化、即ち収縮する。これにより鏡枠18は、付勢部材である圧縮コイルバネ19に抗して、ガイド軸15及び16に沿って光軸O方向に移動させられる。即ち、鏡枠18と鏡枠17により保持されているレンズ群11は、光軸Oに沿って被写体方向に移動し、より近距離に焦点を合わせることができるようになる。
なお、形状記憶合金23に供給する電流値は、単一の値でもよいし、複数の値としてレンズ群11の光軸O方向の位置を選択して駆動するように構成してもよい。
以上が、撮像装置100の内部の実施の形態に係るレンズ鏡胴の構造である。
以上説明したように、レンズ群を光軸方向に移動させるに際し、レンズ群の光軸に略平行に一対のガイド軸を形成し、このガイド軸の一方が貫通する筒状部を鏡枠に一体的に形成して、紐状の形状記憶合金の両端をレンズ群の光軸と筒状部の中心を結ぶ線を挟む位置で固定し、その略中央部で鏡枠の一部に当接するよう構成することにより、内部空間を有効に利用でき、必要とする体積、正面面積を最少とでき、小型薄型の撮像装置のレンズ鏡胴を得ることが可能となる。
また、レンズ群の光軸と筒状部の中心との間で、形状記憶合金を鏡枠に当接させることで、鏡枠の光軸方向への移動をより円滑に作動させることができるようになる。
次に、本実施形態のように第1の鏡枠と第2の鏡枠の2つに分割された鏡枠とする場合の、紐状の形状記憶合金23が組み付けられた後の、撮像装置100の各部の調整方法について説明する。これは、組み込まれた紐状の形状記憶合金23の長さに誤差があっても、一律の駆動方法で形状記憶合金23の収縮時のレンズ群11の位置を、個体差無く安定駆動させるためのものである。
図7は、紐状の形状記憶合金23が組み付けられた後の、各部の調整順序の一例とそのときの関連する各部の状態を示した模式図である。同図は、当接部材であるネジ21と第2の鏡枠18に形成された突起部18tの関係及び、形状記憶合金23の第2の鏡枠18との関係を抜き出して示した図である。なお、以下の調整は図1に示す撮像装置100から蓋部材12を取り外し、図4のように撮像装置100の内部が露出された状態で、撮像装置100を治具に取り付けて行われるものである。
まず、同図(a)に示すように、当接部材であるネジ21を上方へ繰り出した状態とした後、形状記憶合金23の両端を柱状部22に固定し、第2の鏡枠18及び付勢部材19、ガイド軸15(図4参照)が組み込まれる。このときネジ21は上方に位置するため、ネジ21と突起部18tが図示の如く当接して、形状記憶合金23と鏡枠18は当接せず、形状記憶合金23は図示の如くたるんだ状態となる。
次いで、同図(b)に示すように、ネジ21と突起部18tとが離間するまで、ネジ21がねじ込まれる。これにより、第2の鏡枠18は付勢部材19により撮像素子方向へ移動し、形状記憶合金23と鏡枠18が当接し、付勢部材19の付勢力と形状記憶合金23とが釣り合う位置で停止する。
一方、図示していないが、治具には第2の鏡枠18の位置を検知する検知装置が設けられている。この検知装置は、非接触型のものが好ましく、例えばレーザビームを第2の鏡枠18の被写体側の面に照射し、反射光を受光して、検知装置と被測定物(この場合は、鏡枠18の被写体側の面)との距離を三角測量の原理で測定するようなものが適用できる。この検知装置の出力が変化しなくなったところが第2の鏡枠18の停止位置である。
次いで、同図(c)に示すように、ネジ21を繰り出し、ネジ21の頭部と突起部18tが当接した位置(破線で示す位置)から、所定量だけ突起部18tを被写体方向に付勢部材19に抗して戻す移動動作を行う。この動作は、例えば上述の検知装置の変化しなくなった出力値から所定量だけ被写体方向に変化したところで、ネジ21の繰り出しを停止することで、戻し量を個体差なく実行することができる。これにより、形状記憶合金23は、図示の如く、所望の張力が掛かって第2の鏡枠18と当接した状態とすることができる。この、戻す量は予め実験により決められた値が用いられる。
ここまでの調整により、組み込まれた紐状の形状記憶合金23の長さに個体差があっても、形状記憶合金23に掛かる張力をほぼ均一化することができる。
更に、この後、第1の鏡枠17を第2の鏡枠18に対し回転させ、ネジ部17n及び18nにより、第1の鏡枠17、即ちレンズ群11を光軸O方向に移動させ、図示しない撮像素子の撮像面に対してピント調整を行った後、第1の鏡枠17を第2の鏡枠18に接着等で固定する。このピント調整は、例えば無限遠もしくは過焦点距離に対し行われることが好ましい。このピント調整は、コリメータを用いて行ってもよいし、レンズ群を移動させる度に撮像素子出力を評価してピント位置を求めてもよい。
以上が、撮像装置100の各部の調整順序の一例である。
このようにすることで、組み込まれた形状記憶合金23の長さの誤差を吸収すると共に、形状記憶合金23に掛かる張力を略均一な状態とでき、形状記憶合金23に通電した際に安定した収縮量が得られ、一律の駆動方法でレンズ群11を所望の位置まで移動させることが可能になり、所定の被写体距離に焦点合わせの可能な小型薄型の撮像装置の製造方法を得ることができる。
図8は、紐状の形状記憶合金23が組み付けられた後の、各部の調整順序のその他の例とそのときの関連する各部の状態を示した模式図である。同図も図7と同様に、当接部材であるネジ21と第2の鏡枠18に形成された突起部18tの関係及び、形状記憶合金23の第2の鏡枠18との関係を抜き出して示した図である。なお、以下の調整も同様に図1に示す撮像装置100から蓋部材12を取り外し、図4のように撮像装置100の内部が露出された状態で、治具に取り付けて行われるものである。
まず、同図(a)に示すように、当接部材であるネジ21を下方へねじ込んだ後、形状記憶合金23の両端を柱状部22に固定し、第2の鏡枠18及び付勢部材19、ガイド軸15(図4参照)が組み込まれる。このときネジ21は下方に位置するため、図示の如く、形状記憶合金23と鏡枠18は当接した状態となる。
次いで、形状記憶合金23に通電すると、同図(b)に示すように、形状記憶合金23は収縮し、第2の鏡枠18は付勢部材19に抗して、破線で示す被写体方向に移動させられる。なお、この通電は、使用時の最大電流値と同程度の電流値が用いられる。
この後、形状記憶合金23への通電を断つと、第2の鏡枠18は撮像素子方向へ移動しつつ、付勢部材19の付勢力と形状記憶合金23とが釣り合う、実線で示す位置で停止する。
一方、図示していないが、治具には鏡枠18の位置を検知する検知装置が設けられている。この検知装置は、非接触型のものが好ましく、例えばレーザビームを鏡枠18の被写体側の面に照射し、反射光を受光して、検知装置と被測定物(この場合は、鏡枠18の被写体側の面)との距離を三角測量の原理で測定するようなものが適用できる。この検知装置の出力が変化しなくなったところが鏡枠18の停止位置である。
次いで、同図(c)に示すように、ネジ21を繰り出し、ネジ21の頭部と突起部18tが当接した位置(破線で示す位置)から、所定量だけ突起部18tを被写体方向に付勢部材19に抗して戻す移動動作を行う。この動作は、例えば上述の検知装置の変化しなくなった出力値から所定量だけ被写体方向に変化したところで、ネジ21の繰り出しを停止することで、戻し量を個体差なく実行することができる。これにより、形状記憶合金23は、図示の如く、所望の張力が掛かって第2の鏡枠18と当接した状態とすることができる。この、戻す量は予め実験により決められた値が用いられる。
このように、当接部材であるネジ21と第2の鏡枠の一部である突起部18tが当接した位置から、所定量だけ付勢部材19に抗して移動させる工程の前に、形状記憶合金23に通電して収縮させ、第2の鏡枠18を付勢部材19に抗して光軸方向に移動させる工程を備える方法でも、組み込まれた紐状の形状記憶合金23の長さに個体差があっても、形状記憶合金23に掛かる張力をほぼ均一化することができる。
更に、この後、第1の鏡枠17を第2の鏡枠18に対し回転させ、ネジ部17n及び18nにより、第1の鏡枠17、即ちレンズ群11を光軸O方向に移動させ、図示しない撮像素子の撮像面に対してピント調整を行った後、第1の鏡枠17を第2の鏡枠18に接着等で固定する。このピント調整は、例えば無限遠もしくは過焦点距離に対し行われることが好ましい。このピント調整は、コリメータを用いて行ってもよいし、レンズ群を移動させる度に撮像素子出力を評価してピント位置を求めてもよい。
以上が、撮像装置100の各部の調整順序のその他の例である。
このようにすることでも、組み込まれた形状記憶合金23の長さの誤差を吸収すると共に、形状記憶合金23に掛かる張力を略均一な状態とでき、形状記憶合金23に通電した際に安定した収縮量が得られ、一律の駆動方法でレンズ群11を所望の位置まで移動させることが可能になり、所定の被写体距離に焦点合わせの可能な小型薄型の撮像装置の製造方法を得ることができる。
以上、説明したように、上記の図7又は、図8で説明した製造方法とすることにより、撮像装置内に検知手段を設けることなく、撮像装置に組み込まれた形状記憶合金への通電に際し、個別対応の必要のない一律の駆動方法で所望の位置にレンズ群を移動させることが可能となり、携帯端末に内蔵するに好適な小型薄型の撮像装置のレンズ鏡胴及びこのレンズ鏡胴を備えた撮像装置を得ることが可能となる。
本発明は以下の構成および方法を含む。
)被写体光を導くためのレンズ群と、前記レンズ群を内包する第1の鏡枠と、前記第1の鏡枠を前記レンズ群の光軸方向に移動可能に保持した第2の鏡枠と、前記レンズ群により導かれた被写体光を光電変換する撮像素子と、前記第2の鏡枠を前記撮像素子方向に付勢する付勢部材と、前記第2の鏡枠を前記付勢部材に抗して被写体方向に移動させるための、紐状に形成され前記第2の鏡枠と略中央部で当接する形状記憶合金と、前記形状記憶合金の両端部を固定する地板と、前記地板に対し移動可能に組み付けられ、前記第2の鏡枠の一部と当接可能となされた当接部材と、を有する撮像装置の調整方法であって、前記第2の鏡枠を前記付勢部材の付勢力と前記形状記憶合金の無通電時の張力とが釣り合う位置で停止させる工程と、前記当接部材を移動させ前記第2の鏡枠の一部と当接させ、該当接した位置から更に所定量だけ前記第2の鏡枠を被写体方向に移動させる工程と、前記第2の鏡枠に対して、前記第1の鏡枠を前記レンズ群の光軸方向に移動させ、ピント調整をおこなう工程と、を有することを特徴とする撮像装置の調整方法。
)前記当接部材を移動させ前記第2の鏡枠の一部と当接させ、該当接した位置から更に所定量だけ前記第2の鏡枠を被写体方向に移動させる工程の前に、
前記形状記憶合金に通電し、その後通電を断つ程を有する)の撮像装置の調整方法。
上記1)又は2)によれば、形状記憶合金を用いてレンズ群を移動させるに際し、検知手段を要せず、組み込まれた形状記憶合金の長さに個体差があっても、一律の駆動方法で所定の被写体距離に焦点合わせの可能な小型薄型の撮像装置の調整方法を得ることができる。

Claims (2)

  1. 被写体光を導くためのレンズ群と、
    前記レンズ群を内包する第1の鏡枠と、
    前記第1の鏡枠を前記レンズ群の光軸方向に移動可能に保持した第2の鏡枠と、
    前記レンズ群により導かれた被写体光を光電変換する撮像素子と、
    前記第2の鏡枠を前記撮像素子方向に付勢する付勢部材と、
    前記第2の鏡枠を前記付勢部材に抗して被写体方向に移動させるための、紐状に形成され前記第2の鏡枠と略中央部で当接する形状記憶合金と、
    記形状記憶合金の両端部を固定する地板と、
    前記地板に対し移動可能に組み付けられ、前記第2の鏡枠の一部と当接可能となされた当接部材と、を有する撮像装置の調整方法であって、
    前記第2の鏡枠を前記付勢部材の付勢力と前記形状記憶合金の無通電時の張力とが釣り合う位置で停止させる工程と、
    前記当接部材を移動させて前記第2の鏡枠の一部と当接させ、該当接した位置から更に所定量だけ前記第2の鏡枠を被写体方向に移動させる工程と、
    前記第2の鏡枠に対して、前記第1の鏡枠を前記レンズ群の光軸方向に移動させ、ピント調整をおこなう工程と、を有することを特徴とする撮像装置の調整方法
  2. 前記当接部材を移動させて前記第2の鏡枠の一部と当接させ、該当接した位置から更に所定量だけ前記第2の鏡枠を被写体方向に移動させる工程の前に、
    前記形状記憶合金に通電し、その後通電を断つ工程を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置の調整方法
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