JP6356231B2 - カメラモジュールおよび端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットを介して受光した光信号を電気信号に変換する撮像素子を備えたカメラモジュール、および該カメラモジュールを備えた端末装置に関する。

近年、スマートフォンや携帯電話などの端末装置に搭載されるカメラモジュールの高画素化が進んでいる。カメラモジュールの高画素化が進み、画素数が増加する一方で、受光感度の向上のため、撮像素子のセルサイズはなかなか小さくならない。

また、所望の画角と有効像円径とを満たすために必要な光学全長はある程度決まっており、画素数が増加するほど、モジュール高さは大きくなる傾向がある。従来は、光学全長を短くするために特許文献３に記載された技術のように、開口絞りを最物体側もしくは第１レンズと第２レンズとの間に設置する構成がほとんどである。

光学全長を短くするための従来技術の一例として、特許文献１に開示された技術がある。同文献に記載の技術では、レンズユニットの天面上にメカニカルシャッタを設け、レンズの先端部に形成された突出部を、メカニカルシャッタの裏面に形成された凹部内に収容している。

日本国公開特許公報「特開２００９−２８８３２７号公報（２００９年１２月１０日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００８−５２１９６号公報（２００８年３月６日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１４−２９５４７号公報（２０１４年２月１３日公開）」

しかしながら、上述のような従来技術には、高画素化が進みカメラモジュールのサイズが大きくなる一方、端末装置には軽量薄型化が求められるという相容れない状況にあるという問題点がある。また、上記特許文献１に記載の技術では、メカニカルシャッタをアクチュエータの肩上に配置しているが、近年ではこのメカニカルシャッタの配置は不要となっている。これは、固体撮像素子についてＣＣＤ（Charge Coupling Device）からＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide semiconductor）への移行が進み、ＣＣＤで懸念されたスミアの問題が無くなったためである。このため、今後は、メカニカルシャッタを除外した部分について、端末内部におけるカメラモジュールの収容高さをさらに低減させる技術が要望される。

本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであり、端末内部におけるカメラモジュールの収容高さを低減させることができるカメラモジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るカメラモジュールは、レンズユニットを介して受光した光信号を電気信号に変換する撮像素子を備えたカメラモジュールであって、上記カメラモジュールの肩部に、カメラ窓を保持するためのカメラ窓保持機構を備えており、上記カメラ窓保持機構の中央部に開口部が形成されており、上記開口部の内部に、上記レンズユニットの対物側のレンズの一部が収容されており、さらに、上記レンズユニットを構成する複数のレンズを組み付けた筐体であるレンズバレルを備えており、上記レンズバレルの先端部側が小径化されており、上記レンズユニットの対物側のレンズが、他のレンズよりも小径化されており、上記カメラ窓保持機構の開口部の壁面は、上記レンズユニットの対物側のレンズのコバ部に近接していることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、端末内部におけるカメラモジュールの収容高さを低減させることができるという効果を奏する。

本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

本発明の実施形態１に係るカメラモジュールの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るカメラモジュールの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係るカメラモジュールの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係るカメラモジュールの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態５に係る端末装置（スマートフォン）の背面側を示す外観図である。 比較例のカメラモジュールの構造を示す断面図である。

本発明の実施の形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。

〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係るカメラモジュール１０ａの構造を示す断面図である。カメラモジュール１０ａは、レンズユニット４ａを介して受光した光信号を電気信号に変換するセンサ（撮像素子）７を備えたカメラモジュールである。同図に示すように、カメラモジュール１０ａは、アクチュエータ１、カメラ窓保持機構２、端末カメラ窓（カメラ窓）３、レンズユニット４ａ、レンズバレル５ａ、基板６、センサ７、カバーガラス保持機構８、カバーガラス９、および機構系１１を備える。また、本実施形態のカメラモジュール１０ａでは、基板６、センサ７、カバーガラス９、レンズユニット４ａ、および端末カメラ窓３のそれぞれがこの順で紙面に対して上下方向に沿って配置されている。

（アクチュエータ１、機構系１１）
アクチュエータ１は、機構系１１を介してレンズユニット４ａを光軸方向に駆動するものである。また、機構系１１は、駆動コイルおよびマグネットを備えており、マグネットによって形成される磁界中の駆動コイルに電流を流すことで発生する電磁力によって、レンズユニット４ａを光軸方向に駆動する。上記の駆動コイルに流す電流を制御することにより、レンズユニット４ａの光軸方向の駆動を制御することができる。これにより、オートフォーカス（ＡＦ）機能を実現することができる。

なお、上述したアクチュエータ１（および機構系１１）は、ＶＣＭ（Voice Coil Motor：ボイスコイルモータ）タイプのアクチュエータである。しかし、アクチュエータ１は、ＶＣＭタイプに限定されるものではない。例えば、ステッピングモータを利用するタイプ、および圧電素子を利用するタイプ等、種々の方式のアクチュエータを適用することができる。

（カメラ窓保持機構２、端末カメラ窓３）
カメラ窓保持機構２は、スペーサおよび緩衝材を含み、端末カメラ窓３を保持する。端末カメラ窓３は、強化ガラスで構成されており、この端末カメラ窓３を設けることにより、後述するスマートフォン（端末装置）２０の筐体の内部への塵埃や水分の浸入を防ぐことができる。図１に示すように、本実施形態のカメラ窓保持機構２は、カメラモジュール１０ａの肩部、より具体的には、アクチュエータ１の肩上に配置されている。これにより、カメラ窓保持機構２の設置スペースを確保しつつ、コンパクトにスマートフォン２０内部に収納されるカメラモジュール１０ａを実現することができる。なお、本実施形態のように、ＡＦ機能実現などのためにアクチュエータ１（および機構系１１）を用いる場合、端末カメラ窓３とレンズユニット４ａとの間には、レンズユニット４ａの繰り出し分のマージンを設ける必要がある。

（レンズユニット４ａ）
レンズユニット４ａは複数枚のレンズから構成されており、図１では、３枚のレンズから構成されている様子が示されている。なお、レンズユニット４ａを構成するレンズの枚数は３枚に限定されない。図１に示すカメラモジュール１０ａのカメラ窓保持機構２の中央部には、開口部Ｈが形成されており、開口部Ｈの内部に、レンズユニット４ａの対物側のレンズの一部が収容されている。これに対し、図６に示す比較例のカメラモジュール１００では、カメラ窓保持機構１０２の開口部Ｈの内部にレンズユニット１０４の対物側のレンズの一部が収容されていない。本実施形態のカメラモジュール１０ａは、カメラモジュール１００と比較して、カメラ窓保持機構２の開口部Ｈの内部にレンズユニット４ａの対物側のレンズの一部が収容されている分だけ、スマートフォン２０内部におけるカメラモジュール１０ａの収容高さを低減させることができる。

（レンズバレル５ａ）
レンズバレル５ａは、上述した複数のレンズを組み付けた筐体である。レンズバレル５ａは、機構系１１を介してアクチュエータ１によってレンズユニット４ａとともに光軸方向に駆動される。

（基板６、センサ７）
センサ７は、レンズユニット４ａを介して受光した光信号を電気信号に変換する撮像素子であり、本実施形態では、ＣＭＯＳで構成されている。なお、メカニカルシャッタを用いる場合は、センサ７は、ＣＭＯＳに替えて、ＣＣＤを用いても良い。センサ７は、基板６上にワイヤボンディングにて固定されている。本実施形態の基板６はワイヤボンドタイプを図示しているがフリップチップ等でも同様の効果を得ることができる。

（カバーガラス保持機構８、カバーガラス９）
カバーガラス９〔主にＩＲ（Infrared；赤外線）カットガラス〕には、レンズユニット４ａによって透過された撮影光が入射される。カバーガラス９は、所定の波長を有する光を透過させ、それ以外の波長を有する光（主として赤外線）を遮断する透過特性を有している。カバーガラス保持機構８は、カバーガラス９を保持するものである。

本実施形態のカメラモジュール１０ａは、上記のようにアクチュエータ１の肩上にカメラ窓保持機構２を設置し、開口部Ｈの内部にレンズユニット４ａの対物側のレンズの一部を収容する（レンズユニット４ａの対物側のレンズの一部を開口部Ｈの内部に突出させる）ことでスマートフォン２０の内部の収容高さを低減するようにしている。

よって、図６に示すカメラ窓保持機構１０２の開口部Ｈの内部にレンズユニット１０４の対物側の一部が収容されていない比較例のカメラモジュール１００と比較して、スマートフォン２０内部におけるカメラモジュール１０ａの収容高さを低くすることができる。具体的には、図１に示す距離ａおよび距離ｂを同じ値に保った状態で、距離ｃの値を低減させることができる。ここで、距離ａは、レンズバレル５ａの頂部（または天面）から像面までの距離であり、通常一定の値を取る。また、距離ｂは、カバーガラス９の天面から像面までの距離であり、一定以上の値であることが好ましい。また、距離ｃは、端末カメラ窓３の内側からカメラモジュール１０ａの底面までの距離であり、スマートフォン２０の内部におけるカメラの収納スペースのサイズに相当する。

〔実施形態２〕
図２は、本発明の実施形態２に係るカメラモジュール１０ｂの構造を示す断面図である。本実施形態のカメラモジュール１０ｂでは、レンズユニット４ｂの対物側のレンズが、他のレンズよりも小径化されており、カメラ窓保持機構２の開口部Ｈの壁面（カメラ窓保持機構２の受け部）が、レンズユニット４ｂの対物側のレンズのコバ部Ｋに近接している点で、上述したカメラモジュール１０ａと異なっている。特許文献２には、レンズ有効径の差を利用して小径部にアクチュエータを収納し、小型化を図る構成が開示されている。しかしながら、本実施形態では、小径化して空いたスペースにカメラ窓保持機構２を詰めて開口窓サイズ（開口部Ｈのサイズ）を小径化している。本実施形態のカメラモジュール１０ｂの構造によれば、開口部Ｈのサイズ（開口窓サイズ）が小さくなることで、端末カメラ窓３に対するカメラ窓保持機構２の保持面積比が増え、シンプルな外観や、強度の向上、強度の向上による薄型化が可能となる。

また、本実施形態では、レンズユニット４ｂの対物側のレンズの小径化に伴い、先絞りレンズバレル５ｂの先端部直径も併せて小径化している。例えば、特許文献３の実施例１によれば、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の有効半径は最大１．４４ｍｍであるのに対して第５レンズＬ５はレンズ径が最大で、有効半径は３．１５ｍｍである。絞り側のレンズ径が小さく、コバ部およびレンズバレルの肉厚を一定とし、有効径の差分だけ小径化できると考えると、この場合、レンズバレル４ｂの先端部直径は約−３．４２ｍｍだけ小径化できる。

〔実施形態３〕
図３は、本発明の実施形態３に係るカメラモジュール１０ｃの構造を示す断面図である。本実施形態のカメラモジュール１０ｃでは、非回転対称なアクチュエータ１Ｌ，１Ｒ（同図では、紙面に対して左側のみに機構系１１Ｌが存在し、右側に機構系が存在していない）に対してカメラ窓保持機構の光軸方向に対する厚みを部分的に異ならせてカメラ窓保持機構２Ｒを配置している点で、上述したカメラモジュール１０ａと異なっている。便宜上、図３に示すカメラ窓保持機構のうち、紙面に対して右側に存在する部分をカメラ窓保持機構２Ｒ、左側に存在する部分をカメラ窓保持機構２Ｌと呼称する。このとき、カメラ窓保持機構２Ｒの光軸方向の厚みは、カメラ窓保持機構２Ｌの厚みと比較して厚くなっている。

また、別の観点から見ると、本実施形態のカメラモジュール１０ｃでは、紙面に対して右側と左側とでアクチュエータの光軸方向の高さが異なっている点で、上述したカメラモジュール１０ａと異なっている。便宜上、図３に示すアクチュエータのうち、紙面に対して右側に存在する部分をアクチュエータ１Ｒ、左側に存在する部分をアクチュエータ１Ｌと呼称する。このとき、アクチュエータ１Ｒの光軸方向の高さは、アクチュエータ１Ｌの光軸方向の高さと比較して低くなっている。

言い換えれば、本実施形態のカメラモジュール１０ｃでは、アクチュエータの光軸方向の高さが他の部分よりも低くなっている箇所（アクチュエータ１Ｒ）と端末カメラ窓３との間が、カメラ窓保持機構の光軸方向に沿う厚みが他の部分よりも厚くなっている部分（カメラ窓保持機構２Ｒ）で埋められている。これにより、カメラ窓保持機構を収容するより大きなスペースを確保することができ、そのスペースに収容されるカメラ窓保持機構２Ｒの光軸方向に沿う厚みが他の部分よりも厚くなるため（緩衝材の厚みが厚くなるため）、対衝撃性を向上させることができる。

〔実施形態４〕
図４は、本発明の実施形態４に係るカメラモジュール１０ｄの構造を示す断面図である。本実施形態のカメラモジュール１０ｄでは、実施形態２と同様に、レンズユニット４ｂの対物側のレンズが、他のレンズよりも小径化されており、カメラ窓保持機構２の開口部Ｈの壁面が、レンズユニット４ｂの対物側のレンズのコバ部Ｋに近接している点で、上述したカメラモジュール１０ａと異なっている。これにより、開口部Ｈのサイズが小さくなることで、端末カメラ窓３に対するカメラ窓保持機構２の保持面積比が増え、シンプルな外観や、強度の向上、強度の向上による薄型化が可能となる。

また、本実施形態のカメラモジュール１０ｄでは、上述した機構系が存在していない点で、カメラモジュール１０ａと異なっている。このため、本実施形態では、ＡＦ調整用のレンズユニット４ｂの対物側のレンズの操り出しを考慮する必要が無く、搭載マージン分限界までレンズユニット４ｂの対物側のレンズを開口部Ｈの内部に突出させて（端末カメラ窓３の内側に近接させて）、さらなる低スペース収納を可能にしている。

言い換えれば、本実施形態のカメラモジュール１０ｄでは、ＡＦ機能を使用しないため、レンズユニット４ｂの対物側のレンズを、端末カメラ窓３の内側により近接させることができる。これにより、ＡＦ機能の使用により、レンズユニットの対物側のレンズをカメラ窓に近接させることができないカメラモジュールと比較して、スマートフォン２０内部におけるカメラモジュール１０ｄの収容高さを低減させることができる。なお、本実施形態では、実施形態２と同様に、レンズユニット４ｂの対物側のレンズの小径化に伴い、先絞りレンズバレル５ｂの先端部直径も併せて小径化している。

〔実施形態５〕
図５は、本発明の実施形態５に係るスマートフォン２０の背面側を示す外観図である。同図に示すように、本実施形態のスマートフォン２０は、上述した実施形態１〜４のカメラモジュール１０ａ〜１０ｄのいずれかを筐体の背面側に備える構成である。本実施形態のスマートフォン２０によれば、スマートフォン２０内部におけるカメラモジュール１０ａ〜１０ｄの収容高さを低減させることができるので、スマートフォン２０の薄型化が可能になる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るカメラモジュール（１０ａ〜１０ｄ）は、レンズユニット（４ａ，４ｂ）を介して受光した光信号を電気信号に変換する撮像素子（センサ７）を備えたカメラモジュールであって、上記カメラモジュールの肩部に、カメラ窓（端末カメラ窓３）を保持するためのカメラ窓保持機構（２，２Ｌ，２Ｒ）を備えており、上記カメラ窓保持機構の中央部に開口部（Ｈ）が形成されており、上記開口部の内部に、上記レンズユニットの対物側のレンズの一部が収容されている構成である。上記構成によれば、カメラ窓保持機構の開口部の内部に、レンズユニットの対物側のレンズの一部が収容されている。従って、カメラ窓保持機構の開口部の内部にレンズユニットの対物側のレンズの一部が収容されていないカメラモジュールと比較して、端末内部におけるカメラモジュールの収容高さを低減させることができる。

本発明の態様２に係るカメラモジュールは、上記態様１において、上記レンズユニットを光軸方向に駆動するためのアクチュエータ（１，１Ｌ）を備えており、上記カメラ窓保持機構は、上記アクチュエータの肩上に配置されていても良い。上記構成によれば、アクチュエータの肩上にカメラ窓保持機構を配置することで、カメラ窓保持機構の設置スペースを確保しつつ、コンパクトに端末内部に収納されるカメラモジュールを実現することができる。

本発明の態様３に係るカメラモジュールは、上記態様１または２において、上記レンズユニットの対物側のレンズが、他のレンズよりも小径化されており、上記カメラ窓保持機構の開口部の壁面は、上記レンズユニットの対物側のレンズのコバ部に近接していても良い。上記構成によれば、開口部のサイズが小さくなることで、カメラ窓に対するカメラ窓保持機構の保持面積比が増え、シンプルな外観や、強度の向上、強度の向上による薄型化が可能となる。

本発明の態様４に係るカメラモジュールは、上記態様３において、上記レンズユニットの対物側のレンズは、上記カメラ窓に近接していても良い。上記構成によれば、レンズユニットの対物側のレンズはカメラ窓に近接しているため、レンズユニットの対物側のレンズがカメラ窓に近接していないカメラモジュールと比較して、端末内部におけるカメラモジュールの収容高さを低減させることができる。

本発明の態様５に係るカメラモジュールは、上記態様２において、上記アクチュエータの光軸方向の高さが他の部分よりも低くなっている箇所と上記カメラ窓との間が、上記カメラ窓保持機構の光軸方向に沿う厚みが他の部分よりも厚くなっている部分で埋められていても良い。上記構成によれば、カメラ窓保持機構を収容するより大きなスペースを確保することができ、そのスペースに収容されるカメラ窓保持機構の光軸方向に沿う厚みが他の部分よりも厚くなるため、対衝撃性を向上させることができる。

また、本発明の態様６に係る端末装置は、上記態様１〜５のいずれかのカメラモジュールを備えていても良い。上記構成によれば、端末内部におけるカメラモジュールの収容高さを低減させることができるので、端末装置の薄型化が可能になる。

〔本発明の別の表現〕
また、本発明は、以下のように表現することもできる。

すなわち、本発明の一態様に係るカメラモジュールは、モジュール肩上に端末カメラ窓保持部を有し、レンズを突出させた構成であっても良い。上記構成によれば、必要なカメラ窓保持機構を備え、等しく光学全長の制約のあるカメラモジュールをコンパクトに端末に収容することができる。

また、本発明の別の態様に係るカメラモジュールは、アクチュエータ肩上に端末カメラ窓保持部を有し、レンズを突出させた構成であっても良い。上記構成によれば、アクチュエータの肩上部にカメラ窓保持機構を収容することで、必要なカメラ窓保持機構の設置スペースを確保しつつ、コンパクトに端末に収納されるカメラモジュールを実現することができる。

本発明のさらに別の態様に係るカメラモジュールは、前絞りもしくは第１および第２レンズ間に絞りを設定するレンズ構成をとり、レンズ物体側を小径化して、カメラ窓保持機構の受け部をモジュール内側に寄せた構成であっても良い。また、アクチュエータ有り、無しの両仕様を含んでも良い。上記構成によれば、窓開口サイズが小さくなることで、保持面積比が増え、シンプルな外観や、強度ＵＰ、強度ＵＰによる薄型化が可能となる。

本発明のさらに別の態様に係るカメラモジュールは、非回転対称なアクチュエータに対して保持機構を部分配置する構成であっても良い。上記構成によれば、保持部材スペースを確保し、緩衝材の厚さが増えるため耐衝撃性が向上する。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、スマートフォン、携帯電話、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）などの端末装置、および該端末装置に搭載されるカメラモジュールに好適に利用することができる。

１，１Ｌ アクチュエータ
２，２Ｌ，２Ｒ カメラ窓保持機構
３ 端末カメラ窓（カメラ窓）
４ａ，４ｂ レンズユニット
７ センサ（撮像素子）
１０ａ〜１０ｄ カメラモジュール
２０ スマートフォン（端末装置）
Ｈ 開口部
Ｋ コバ部

Claims (5)

1. レンズユニットを介して受光した光信号を電気信号に変換する撮像素子を備えたカメラモジュールであって、
   上記カメラモジュールの対物側に、カメラ窓を保持するためのカメラ窓保持機構を備えており、
   上記カメラ窓保持機構の光軸付近に開口部が形成されており、
   上記開口部の内部に、上記レンズユニットの対物側のレンズの一部が収容されており、
   さらに、上記レンズユニットを構成する複数のレンズを組み付けた筐体であるレンズバレルを備えており、
   上記レンズバレルの先端部側が小径化されており、
   上記レンズユニットの対物側のレンズが、他のレンズよりも小径化されており、
   上記カメラ窓保持機構の開口部の壁面は、上記レンズユニットの対物側のレンズのコバ部に近接していることを特徴とするカメラモジュール。
2. 上記レンズユニットを光軸方向に駆動するためのアクチュエータを備えており、
   上記カメラ窓保持機構は、上記アクチュエータの肩上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
3. 上記レンズユニットの対物側のレンズは、上記カメラ窓に近接していることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
4. 上記アクチュエータの光軸方向の高さが他の部分よりも低くなっている箇所と上記カメラ窓との間が、上記カメラ窓保持機構の光軸方向に沿う厚みが他の部分よりも厚くなっている部分で埋められていることを特徴とする請求項２に記載のカメラモジュール。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のカメラモジュールを備えていることを特徴とする端末装置。
   

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