JP2005148109A - 撮像装置及び該撮像装置を備えた携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化に好適で、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで、マクロ撮影のために撮像光学系を移動させても姿勢差のない正確な位置決めが可能な撮像装置を得ること。
【解決手段】 撮像素子と、撮像光学系と、撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、少なくとも撮像素子と撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、アクチュエータは、コイルと磁石で構成され、外枠部材の側周面もしくは撮像光学系の外周面に、アクチュエータの少なくとも一部を周回して配置した撮像装置とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に携帯端末等に内蔵される小型で薄型の撮像装置の焦点調節機構に関するものである。

従来より小型で薄型の撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の小型、薄型の電子機器に搭載されるようになり、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。

これらの撮像装置に使用される撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用されている。

近年、これらの撮像装置は、より機能の充実を目指し、撮像光学系を固定して深い被写界深度を利用したパンフォーカス撮影のみならず、撮像光学系を移動させマクロ撮影を可能としたものも市販されるようになってきた。

これら、マクロ撮影を可能とした撮像装置としては、撮影レンズと筒状のホルダーに、突起と傾斜溝を相互に形成し、撮影レンズを回動させることにより撮影レンズを光軸方向に移動させ、組み立て時のピント調整をおこない、さらにこの傾斜溝を利用して近接撮影を可能とするものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、静電アクチュエータを用いて、光軸方向に直進駆動される可動子内にレンズを配置し、焦点調節をおこなうものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−８２２７１号公報 特開２００３−９２８９０号公報

上記のような、携帯端末に内蔵される撮像装置は、携帯端末に内蔵するため非常に小型に構成しなくてはならず、その占有体積にして１ｃｍ³以下のサイズに収める必要がある。

このような極めて小型の撮像装置においては、撮像光学系の焦点距離が非常に短いことと、Ｆｎｏ．が２〜４程度であるため、物体側の被写界深度は非常に深いが、像側の焦点深度は非常に浅くなり、撮像面に対する撮像光学系の光軸方向の位置決めには厳しい精度が要求されることになる。このことは、マクロ撮影のために撮像光学系を移動可能に構成した場合も同様である。

これに対し、上記の特許文献１に記載の撮像装置のように、突起と傾斜溝で相対的に移動可能に構成する場合、この突起の寸法形状に対し傾斜溝は必然的にクリアランスを持った形状とせざるを得ず、撮像装置が上向きの時は、突起は傾斜溝の下方に当接し、撮像装置が下向きの時は、突起は傾斜溝の上方に当接することになり、ピントはクリアランス分だけずれるという姿勢差の問題があり好ましくない。

また、特許文献２に記載の撮像装置は、駆動電極を細かく配置することにより非常に細かく移動させることが可能であるが、各電極への電圧印加方法と回路構成及びこれらを構成するアクチュエータの構造が複雑なため、高価とならざるを得ない。

本発明は上記問題に鑑み、小型化に好適で、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで、マクロ撮影のために撮像光学系を移動させても姿勢差のない正確な位置決めが可能な撮像装置を得ることを目的とするものである。

上記の課題は以下のようにすることで解決される。

１） 被写体光を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の撮像領域に被写体光を導く撮像光学系と、該撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、少なくとも前記撮像素子と前記撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、前記アクチュエータは、コイルと磁石で構成され、前記外枠部材の側周面に、前記アクチュエータの少なくとも一部が周回して配置されていることを特徴とする撮像装置。

２） 前記コイルが前記外枠部材の内周面または外周面に配置され、前記磁石が撮像光学系に配置されている１）の撮像装置。

３） 前記磁石の近傍に金属部材を有し、前記コイルへの通電を断った後、前記磁石と前記金属部材との吸引力により前記撮像光学系を保持するよう構成した１）又は２）の撮像装置。

４） 被写体光を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の撮像領域に被写体光を導く撮像光学系と、該撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、前記アクチュエータと前記撮像素子と前記撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、前記アクチュエータはコイルと磁石で構成され、前記撮像光学系の外周面に前記アクチュエータの少なくとも一部が配置されていることを特徴とする撮像装置。

５） 前記コイルが前記撮像光学系の外周面に配置されている４）の撮像装置。

６） 前記磁石近傍に金属部材を有し、前記磁石と前記金属部材との吸引力により、前記撮像光学系を保持するよう構成した４）又は５）の撮像装置。

７） 前記撮像光学系を前記撮像素子方向へ付勢する弾性部材を有し、前記撮像光学系は前記弾性部材により付勢され停止する位置と、前記アクチュエータにより移動した位置と、の少なくとも２箇所の停止位置を有する１〜６）の撮像装置。

８） 被写体光を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の撮像領域に被写体光を導く撮像光学系と、該撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、少なくとも前記撮像素子と前記撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、アクチュエータは、コイルと磁石で構成されると共に、コイルと磁石の少なくともいずれか一方を複数設け、撮像光学系が、光軸方向に少なくとも３箇所で停止が可能となるように構成したことを特徴とする撮像装置。

９） １）〜８）のいずれかの撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

本発明によれば、撮像素子と、撮像光学系と、撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるアクチュエータと、少なくとも撮像素子と撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、アクチュエータは、コイルと磁石で構成され、外枠部材の側周面に、アクチュエータの少なくとも一部を周回して配置した撮像装置、とすることにより、アクチュエータを体積効率よく周囲に配置でき、小型化できると共に、ユニット全体が異形化せず、携帯端末等の小型の電子機器への内蔵を容易とする外形に収めることができるようになる。更に、コイルへの通電により発生する磁界と磁石とによる吸着力又は斥力を利用することで、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで、マクロ撮影可能な撮像装置を得ることが可能となる。更に、撮像光学系の移動を手動で行うのと異なり、外部との機械的連動機構を要しないため、撮像装置内部を封止することも可能になり、外部からの塵の侵入を防止することができる。

また、この撮像装置は、コイルを外枠部材の内周面または外周面に配置し、磁石を撮像光学系に配置することが好ましく、このようにすることで電気的に接続を要するコイルを固定して使用でき、断線等の故障の発生を防止できるようになる。また、外周面に配置した場合には、基板へのリード線の接続が容易となる。

また、この撮像装置は、磁石の近傍に金属部材を配置し、コイルへの通電を断った後も、磁石と金属部材との吸引力により撮像光学系を保持するよう構成することが好ましく、このようにすることで、撮像光学系の移動時のみ通電し、保持のための電力消費を不要とでき、省電化が可能となる。

一方、撮像素子と、撮像光学系と、撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、アクチュエータと撮像素子と撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、アクチュエータはコイルと磁石で構成され、撮像光学系の外周面にアクチュエータの少なくとも一部を配置した撮像装置、とすることによっても、アクチュエータを体積効率よく周囲に配置でき、小型化できると共に、ユニット全体が異形化せず、携帯端末への内蔵を容易とする外形に収めることができるようになる。更に、コイルへの通電により発生する磁界と磁石とによる吸着力又は斥力を利用することで、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで、マクロ撮影可能な撮像装置を得ることが可能となる。更に、撮像光学系の移動を手動で行うのと異なり、外部との機械的連動機構を要しないため、撮像装置内部を密閉することも可能になり、外部からの塵の侵入を防止することができる。

また、この撮像装置はコイルを撮像光学系の外周面に配置することが好ましく、このようにすることで、円形であるレンズの外周にあわせることができ、体積効率を向上させることでより小型化できるようになる。

また、この撮像装置は、磁石の近傍に金属部材を配置し、コイルへの通電を断った後も、磁石と金属部材との吸引力により撮像光学系を保持するよう構成することが好ましく、このようにすることで、撮像光学系の移動時のみ通電し、保持のための電力消費を不要とでき、省電化が可能となる。

更に上記の撮像装置は、撮像光学系を撮像素子方向へ付勢する弾性部材を有し、撮像光学系は弾性部材により付勢され停止する位置と、アクチュエータにより移動した位置との少なくとも２箇所の停止位置を有するよう構成してもよく、この場合には、弾性部材により付勢され停止する位置では、電力消費がなく省電化できる。

また、撮像素子と、撮像光学系と、撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、少なくとも撮像素子と撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、アクチュエータは、コイルと磁石で構成されると共に、コイルと磁石の少なくともいずれか一方を複数設け、撮像光学系が、光軸方向に少なくとも３箇所で停止が可能となるように構成したことを特徴とする撮像装置、とすることにより、撮像光学系の停止箇所を増加できるようになり、より細かい焦点合わせが可能となり、撮像画質をより向上させることが可能となる。

更に、携帯端末に上記のいずれかの撮像装置を備えることにより、上記の効果を有する撮像装置を備えた携帯端末を得ることが可能になる。

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、本発明の撮像装置を内蔵し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Ｄ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Ｄの下方に内蔵されており、撮像装置Ｓが上筐体７１の外表面側から被写体光を取り込めるよう配置されている。

なお、この撮像装置Ｓの位置は上筐体７１内の表示画面Ｄ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。

（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１００の斜視図である。この撮像装置１００が図１に示す撮像装置Ｓに相当する。

図２に示すように撮像装置１００の外表面は、撮像素子の実装されたプリント基板１１と、携帯端末の他の基板に接続のためのコネクト基板１７、このプリント基板１１とコネクト基板１７を接続するフレキシブルプリント基板ＦＰＣ、外枠部材１２、この外枠部材１２の上面に組み込まれ、被写体光が入射するための開口部７を有する蓋部材１４で構成されている。

図３は、本発明の撮像装置１００を図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面図である。同図は、撮像光学系の光軸Ｏを境に、右側は撮像光学系の焦点を過焦点距離に合わせた状態を示し、左側は撮像光学系の焦点を被写体側に所定量移動させ近距離に焦点を合わせた状態を示している。

同図において、外枠部材１２の内部は、第１レンズ１、撮像光学系の開口Ｆ値を決める開口絞り４、第２レンズ２、不要光遮断のための固定絞り５、第３レンズ３、で構成された撮像光学系５０と、赤外光を遮断するための赤外カットフィルタ７、プリント基板１１上に実装された撮像素子８、弾性部材である圧縮コイルバネ９、蓋部材１４で構成されている。また外部では、外枠部材１２とプリント基板１１、外枠部材１２と蓋部材１４は、例えば紫外線硬化型の接着剤Ｂによりその周囲が封止されている。

図示のように第１レンズ１、第２レンズ２は、光学有効面以外のフランジ部で相互に当接され、接着剤等で互いに固着することでユニット化されており、他の部材を介さず構成することで、相互のレンズ間隔を誤差無く組み立てることができるようになっている。

第３レンズ３には、撮像素子８に当接する当接部３ｄが形成されている。この当接部３ｄにより第３レンズ３は、撮像素子８との光軸方向の間隔を直接的に決めることができるようになっている。更に、撮像素子８側に赤外カットフィルタ７が接着剤Ｂにより接着固定されている。この第３レンズ３は、ボス３ｃが一体で形成されプリント基板１１に形成された穴を貫通してプリント基板１１と接着剤Ｂにより接着固定されている。これにより光軸と直交する方向の位置決めがなされる。

更に、第３レンズ３の被写体側にはリング状の凸部３ｔが形成されており、この凸部３ｔと嵌合するように第２レンズ２にリング状の溝部２ｍが形成されている。この嵌合部により、第３レンズ３に対して、一体化された第１レンズ１及び第２レンズ２は光軸方向への移動が可能となっている。なお、この嵌合部は少なくとも２箇所のボスとこれに嵌合する穴部で形成することでもよい。

第２レンズ２には弾性部材である圧縮コイルバネ９が掛けられ、第１レンズ１及び第２レンズ２を撮像素子８の方向に付勢している。更に、図示のように本発明に係るアクチュエータであるリング状の磁石２１が接着固定されている。

また、外枠部材１２の内周面には、本発明に係るアクチュエータである筒状に形成されたコイル２２が周回して固定されており、コイル２２は図示しないプリント基板１１又はフレキシブルプリント基板ＦＰＣの接続端子と接続され電気的に断続できるようになっている。

以上のように構成された撮像装置１００の動作について説明する。

図３に示す撮像装置１００は、コイル２２に通電しない時は、光軸Ｏの右側に示すように圧縮コイルバネ９の付勢力により第１レンズ１及び第２レンズ２は撮像素子８方向に付勢され、第２レンズ２と第３レンズ３は図中Ａで示した面で当接する。

この時、撮像光学系５０は、無限遠を被写界深度内に含む過焦点位置に焦点の合った状態となる。

一方、磁石２１とコイル２２の間で斥力が発生する方向、即ち反発する方向に磁界が発生するようにコイル２２に通電すると、この斥力により磁石２１と共に接着固定された第１レンズ１、第２レンズ２は、圧縮コイルバネ９の付勢力に抗して、第３レンズ３の凸部３ｔと第２レンズ２の溝部２ｍに沿って光軸方向の被写体側へ移動する。この時、図示光軸Ｏの左側に示すように、第１レンズ１のフランジ部と蓋部材１４に形成された突起部１４ｔが当接した位置まで移動する。この時、撮像光学系は近距離に焦点の合った状態となる。

即ち、図３に示す撮像装置は、外枠部材１２の内周面に周回して配置されているコイル２２に通電を行わない時は、圧縮コイルバネ９の付勢力で第１レンズ及び第２レンズ２を第３レンズ３に当接させることにより撮像素子８側に位置させて過焦点距離に焦点の合った状態とし、磁石２１とコイル２２の間で斥力の生じる方向に磁界が発生するようコイル２２に通電することで付勢力に抗して第１レンズ及び第２レンズ２を蓋部材１４に当接するまで移動させ近距離側に焦点の合った状態とするものである。

このように、外枠部材の内周面に、アクチュエータの一部であるコイルを周回して配置することにより、撮像光学系の周囲に体積効率よく配置でき、撮像装置を小型に保ったまま、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで姿勢差のない正確な位置決めのできる近接撮影可能な撮像装置を得ることが可能となる。

また、弾性部材により付勢され停止する位置と、アクチュエータにより移動した位置との停止位置とすることにより、弾性部材により付勢され停止する位置では、通電が不要であり省電化できる。

なお、蓋部材１４の開口部に防塵プレートを配置し、撮像装置１００の内部に塵が侵入しないよう構成することも可能となる。これは、本発明の撮像装置は、撮像光学系の移動を手動で行うのと異なり、外部との機械的連動機構を要しないため容易に内部を外界から隔離することができる。

また、この防塵プレートを赤外カットフィルタで形成し、第３レンズ３の撮像素子８側に配置した赤外カットフィルタ７の代わりとしてもよい。

なお、コイルを外枠部材１２の内周面に周回したもので説明したが、コイルを外枠部材１２の外周面に周回して配置したものでもよいのは勿論である。

図４は、図３に示した撮像装置１００の、動作概略のフローチャートの一例である。同図は、撮像装置１００が図１に示す携帯端末に内蔵され、カメラモードに設定された場合のフローの一例を示している。携帯端末には、全体の動作を制御するＣＰＵがあり、このＣＰＵからの命令がコネクト基板１７（図２参照）を経由して伝達されることにより撮像装置１００は動作するようになっている。また撮像装置１００により、得られた記録画像はこのコネクト基板を経由して携帯端末内のメモリに格納されるようになっている。

同フローチャートにおいて、まずカメラモードにセットされたかどうか判断（Ｓ１０１）し、カメラモードにセットされたと判断した場合には、撮像素子を動作させ表示画面Ｄ（図１参照）にスルー画像表示を行いつつ撮影時の露光条件を決定する（Ｓ１０２）。

この後、レリーズ機能を付与された釦（例えば、図１に示す操作ボタンＰのいずれかでよい）がＯＮされるのを待機する（Ｓ１０３）。レリーズ機能を付与された釦がＯＮされるまでの待機中はＳ１０１とＳ１０３でループを形成し、Ｓ１０２を通過するのが２回目以降は、スルー画像表示と露光条件の更新を繰り返すことになる。これは、使用者がフレーミングのために携帯端末を移動させ被写体条件が変化するのに対応するためである。

レリーズ機能を付与された釦がＯＮされると、撮像素子内の電荷をクリアした後、撮像光学系を弾性部材９で付勢されて停止している過焦点位置と、コイル２２に通電し撮像光学系５０（図３参照）を移動させた近接撮影の位置で、それぞれ撮影し双方の撮像信号が取り込まれる（Ｓ１０４）。この時の露光条件は、Ｓ１０２で最後に決められた露光条件が用いられる。

この後、この撮像信号をＡ／Ｄ変換し（Ｓ１０５）、得られた２つの撮像信号を評価しピントの良好な方を残し、ピントの悪い方を消去する（Ｓ１０６）。この後、残されたピントの良好な方を画像処理及び圧縮処理をおこなう（Ｓ１０７）。次いで、記録用メモリに圧縮された画像データを格納する（Ｓ１０８）。以上で１枚の撮影が終了する。

この後、Ｓ１０１へ戻り、再度カメラモードか確認し、カメラモードであればＳ１０２へ移行し、カメラモードが解除された場合には、Ｓ１２１へ移行し、カメラモード終了動作をおこない、他の所定のモードへ戻る（Ｓ１２２）ことになる。

このように、本発明の撮像装置１００においては、撮影時のみ撮像光学系を移動させ双方の画像を得、この後一方を消去することで、撮像光学系を近接位置に長時間保持する必要が無くなり、消費電力を抑制することも可能である。

以上が、図３に示す撮像装置１００を備えた携帯端末が、カメラモードに設定されたときの動作概略フローの一例である。

なお、動作フローについては、これに限るものでなく、図１に示す携帯電話機Ｔの操作ボタンＰのいずれかを近接撮影のマニュアル設定釦と兼用させ、この釦で近接撮影を指示されたときのみ、撮像光学系を近接撮影位置に移動させ撮影するように構成してもよいのは勿論である。このようにすると、撮影は１回のみでよい。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１５０の断面図である。この撮像装置１５０の斜視図は図２と同様である。この撮像装置１５０が図１に示す撮像装置Ｓに相当する。同図及び以降の図は、図３に示した撮像装置１００と大部分が同じため、同機能部材には同符号を付与し、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示す撮像装置１５０は、図３に示す撮像装置１００の蓋部材１４の内側に、磁石に吸着される金属部材２４を付加したものである。前述と同様に、磁石２１とコイル２２の間で斥力が発生する方向、即ち反発する方向に磁界が発生するようにコイル２２に通電すると、この斥力により磁石２１と共に接着固定された第１レンズ１、第２レンズ２は、圧縮コイルバネ９の付勢力に抗して、光軸方向の被写体側へ移動する。

即ち、図示光軸Ｏの左側に示すように、第１レンズ１のフランジ部と蓋部材１４に形成された突起部１４ｔが当接した位置まで移動する。この時、金属部材２４と磁石２１の間には、空隙を有するように設定されている。これにより磁石の割れを防止している。

この状態の時の金属部材２４と磁石２１の吸着力は、圧縮コイルバネ９の付勢力と第１レンズ１、第２レンズ２、開口絞り４の自重の総和よりも大きくなるように設定されている。このためコイル２２への通電を遮断しても、この状態を保持することが可能であり、移動時のみ通電することで光学系位置の切り替えができ、保持のための電力消費を無くすことができ省電化も可能である。。

また、図示光軸Ｏの左側に示した近接撮影位置から、光軸Ｏの右側に示す過焦点距離撮影位置への移動は、磁石２１とコイル２２の間で吸着力が発生する方向に磁界が発生するようにコイル２２に通電することでなされる。なお、圧縮コイルバネ９の付勢力は、離間した金属部材２４と磁石２１の吸着力と、第１レンズ１、第２レンズ２、開口絞り４の自重の総和よりも大きくなるように設定されている。

このようにしても上述と同様に、外枠部材の内周面に、アクチュエータの一部であるコイルを周回して配置することにより、撮像光学系の周囲に体積効率よく配置でき、撮像装置を小型に保ったまま、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで姿勢差のない正確な位置決めのできる近接撮影可能な撮像装置を得ることが可能となることに加え、撮像光学系を移動させる時のみコイルに通電し、移動後は通電を断ってもその状態を保持することができるようになり、長時間にわたって撮像光学系を近接撮影位置に置いても、保持電力を必要とせず、省電化することが可能になる。

図６は、図５に示した撮像装置１５０の、動作概略のフローチャートの一例である。同図は、撮像装置１５０が図１に示す携帯端末に内蔵され、カメラモードに設定された場合のフローの一例を示している。

同フローチャートにおいて、まずカメラモードにセットされたかどうか判断（Ｓ２０１）し、カメラモードにセットされたと判断した場合には、撮像素子を動作させ表示画面Ｄ（図１参照）にスルー画像表示をおこなう（Ｓ２０２）。次に、撮影時の露光条件を決定する（Ｓ２０３）。更に、撮像光学系を図５で説明した方法で移動させ、各々の位置での画像を評価し、ピントのよい方の位置を選択し、この位置に光学系をセットする（Ｓ２０４）。

この後、タイマーをリセットし（Ｓ２０４）、タイマーカウントをスタートさせる（２２０５）。この後、レリーズ機能を付与された釦（例えば、図１に示す操作ボタンＰのいずれかでよい）がＯＮされるのを待機する（Ｓ２０６）。次に、カメラモードが解除されていないことを確認し（Ｓ２０７）、タイマーの計時が所定時間内の場合（Ｓ２０８）はＳ２０６とＳ２０８でループを形成し、レリーズ機能を付与された釦がＯＮされないで、カメラモードのままタイマーの計時が所定時間を越えた場合はＳ２０３に戻り、再度Ｓ２０３からＳ２０８までの動作を繰り返し、露光条件の更新と光学系のセット位置の更新を繰り返すことになる。これは、使用者がフレーミングのために携帯端末を移動させ被写体条件が変化するのに対応するためである。

Ｓ２０６で、レリーズ機能を付与された釦がＯＮされると、撮像素子内の電荷をクリアした後、撮影がおこなわれ撮像信号が取り込まれる（Ｓ２０９）。この時の露光条件は、Ｓ２０４で最後に決められた露光条件及び光学系セット位置が用いられる。

この後、この撮像信号をＡ／Ｄ変換し（Ｓ２１０）、画像処理及び圧縮処理をおこなう（Ｓ２１１）。次いで、記録用メモリに圧縮された画像データを格納する（Ｓ２１２）。以上で１枚の撮影が終了する。

この後、Ｓ２０１へ戻り、再度カメラモードか確認し、カメラモードであればＳ２０２へ移行し、カメラモードが解除された場合には、Ｓ２２１へ移行し、カメラモード終了動作をおこない、他の所定のモードへ戻る（Ｓ２２２）ことになる。

このように、撮像装置１５０は、保持電力を必要とせずに、被写体距離に応じてレンズ位置をセットできるため、スルー画像で長時間撮影待機しても消費電力を抑制することができる。

以上が、図５に示す撮像装置１５０を備えた携帯端末が、カメラモードに設定されたときの動作概略フローの一例である。

図７は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１７０の断面図である。この撮像装置１７０の斜視図は図２と同様である。この撮像装置１７０が図１に示す撮像装置Ｓに相当する。同図も、図３と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示す撮像装置１７０は、撮像光学系の位置を多数箇所に停止できるように構成したものである。同図に示す光軸Ｏを境にして、右側に過焦点位置の時、左側に光学系が移動した状態を示している。

同図に示す撮像装置１７０は、外枠部材１２の内周面に２つのコイル２２ａ、２２ｂがそれぞれ独立に通電可能に配置されている。また、このコイルに対向して円筒状の磁石２１が、第２レンズ２と一体に形成された外周部２ｇの外周面に固着されている。

この２つのコイル２２ａ、２２ｂへの通電方向とその組み合わせにより、磁石２１を移動及び停止させ、磁石が固着された光学系を多数箇所に停止させるようにしたものである。

図８は、図７に示すコイル２２ａ、２２ｂに付与する磁界により、磁石２１即ち光学系が移動する順序を模式的に示したものである。同図は、コイル２２ａ、２２ｂ、磁石２１の断面を示している。以下、同図を用いて、通電方向とその組み合わせによる、磁石２１の移動シーケンスを説明する。なお磁石２１は、Ｎ極を被写体側、Ｓ極を像面側とした場合を例にとり、コイル２２ａ、２２ｂ、及びそのコイルの間隔と、磁石２１の長さは、それぞれ２：２：１：３の比率の場合で説明する。

図８（ａ）は初期状態を示しており、この状態ではコイルへの通電の必要はない。即ち、圧縮コイルバネ９の付勢力により、第３レンズ３と第２レンズ２は図示Ａ部で当接して停止している（図７参照）。また図示のように磁石２１の像面側の端部は、コイル２２ａの像面側の端部より被写体側に位置するように設定されている。この時、撮像光学系の位置は過焦点位置に設定されている。なお、図７に示す圧縮コイルバネ９の付勢力は、第１レンズ１、第２レンズ２及び開口絞り４が姿勢を変えた時に自重により移動しない程度のものである。

次に、図８（ｂ）に示すように、上記の位置関係で、コイル２２ａに被写体側をＮ極、像面側をＳ極となる磁界を発生させるように通電すると共に、コイル２２ｂには被写体側をＳ極、像面側をＮ極となる磁界を発生させるように通電する。これにより、磁石２１のＳ極はコイル２２ａのＳ極側と斥力を生じ、Ｎ極とは引き合い、磁石２１のＮ極はコイル２２ｂのＮ極側と斥力を生じ、結果的に被写体側へ移動しようとする力が発生する。

この被写体側へ移動しようとする力により、図８（ｃ）に示すように、磁石２１は被写体側へ移動し、磁界と平衡を保った位置で停止する。この時、撮像光学系は中距離に焦点の合った位置に設定される。

更に、図８（ｄ）に示すように、コイル２２ｂへの通電はそのままに、コイル２２ａの通電を逆にして像面側をＮ極、被写体側をＳ極となる磁界を発生させるようにする。これにより、磁石２１のＳ極はコイル２２ａのＳ極側と斥力を生じ、磁石２１のＮ極はコイル２２ｂのＮ極側と斥力を生じると共にＳ極側と引き合い、結果的に、更に被写体側へ移動しようとする力が発生する。

この、更に被写体側へ移動しようとする力により、図８（ｅ）に示すように、磁石２１は更に被写体側へ移動し、コイル２２ｂのＮ極と磁石２１のＳ極の引き合う力と、コイル２２ｂのＳ極と磁石２１のＮ極の引き合う力とが平衡を保った位置で停止する。この時、撮像光学系は近距離に焦点の合った位置に設定される。

即ち、この２つのコイル２２ａ、２２ｂへの通電方向とその組み合わせを順次切り替えることにより、磁石２１を移動させた後、停止させ、この磁石が固着された光学系を（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示す３箇所に停止させるようにしたものである。なお、この方法はコイルの個数を増加させることで、停止位置を更に増加させることが可能である。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置２００の断面図である。この撮像装置２００の斜視図は図２と同様である。この撮像装置２００が図１に示す撮像装置Ｓに相当する。同図は、撮像光学系の光軸Ｏを境に、右側は撮像光学系の焦点を無限遠または過焦点距離に合わせた状態を示し、左側は撮像光学系の焦点を被写体側に所定量移動させ近距離に焦点を合わせた状態を示している。同図は、図３に示す撮像装置の磁石とコイルの配置を異ならせたものである。

同図に示すように、撮像装置２００は、外枠部材１２の内周面に円筒状の磁石２１を配置し、この磁石２１に対向して円筒状のコイル２２を、第２レンズ２と一体に形成された外周部２ｇの外周面に固着したものである。コイル２２は図示しないリードにより基板１１又はフレキシブルプリント基板ＦＰＣと接続され通電が可能となっている。

同図において、撮像装置２００は、コイル２２に通電しない時は、光軸Ｏの右側に示すように圧縮コイルバネ９の付勢力により第１レンズ１及び第２レンズ２は撮像素子８方向に付勢され、第２レンズ２と第３レンズ３は図中Ａで示した面で当接している。この時、無限遠または無限遠を被写界深度内に含む過焦点位置に焦点の合った状態となる。以下の説明では、過焦点位置に位置させた場合で説明する。

一方、磁石２１とコイル２２の間で斥力が発生する方向、即ち反発する方向に磁界が発生するようにコイル２２に通電すると、この斥力によりコイル２２と共に接着固定された第１レンズ１、第２レンズ２は、圧縮コイルバネ９の付勢力に抗して、第３レンズ３の凸部３ｔと第２レンズ２の溝部２ｍに沿って光軸方向の被写体側へ移動する。この時、図示光軸Ｏの左側に示すように、第１レンズ１のフランジ部と蓋部材１４に形成された突起部１４ｔが当接した位置まで移動する。この時、撮像光学系は近距離に焦点の合った状態となる。

即ち、図９に示す撮像装置は、撮像光学系の外周面に周回して配置されているコイル２２に通電を行わない時は、圧縮コイルバネ９の付勢力で第１レンズ及び第２レンズ２を第３レンズ３に当接させることにより撮像素子８側に位置させて過焦点距離に焦点の合った状態とし、磁石２１とコイル２２の間で斥力の生じる方向に磁界が発生するようコイル２２に通電することで付勢力に抗して第１レンズ及び第２レンズ２を蓋部材１４に当接するまで移動させ近距離側に焦点の合った状態とするものである。

このように、撮像光学系の外周面に、アクチュエータの一部であるコイルを周回して配置することにより、組み立ても容易に、撮像光学系の周囲に効率よくアクチュエータを配置でき、撮像装置を小型に保ったまま、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで姿勢差のない正確な位置決めのできる近接撮影可能な撮像装置を得ることが可能となる。

なお、磁石を外枠部材の内周面に配置したもので説明したが、外枠部材の外面に配置してもよいのは勿論である。

（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置３００の断面図である。この撮像装置３００の斜視図は図２とほぼ同様であるので省略する。この撮像装置３００が図１に示す撮像装置Ｓに相当する。同図は、撮像光学系の光軸Ｏを境に、右側は撮像光学系の焦点を無限遠または過焦点距離に合わせた状態を示し、左側は撮像光学系の焦点を被写体側に所定量移動させ近距離に焦点を合わせた状態を示している。

同図は、撮像光学系の全群を移動させるようにしたものであり、圧縮コイルバネを廃止し、磁石と磁石に吸着される金属部材で撮像光学系をそれぞれの位置で保持するよう構成したものである。

同図において、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３は、光学有効面以外のフランジ部で相互に当接され、接着剤等で互いに固着することで、開口絞り４、固定絞り５と共に撮像光学系５０としてユニット化されており、他の部材を介さず構成することで、相互のレンズ間隔を誤差を最少に組み立てることができるようになっている。

第３レンズ３の撮像素子８側には台座１５が配置され、この台座１５には撮像素子８に当接する当接部１５ｄが形成されている。この当接部１５ｄにより上記の撮像光学系５０は、撮像素子８との光軸方向の間隔を間接的に決めることができるようになっている。更に、撮像素子８側に赤外カットフィルタ７が接着剤Ｂにより接着固定されている。また台座１５は、ボス１５ｃが一体で形成されプリント基板１１に形成された穴を貫通してプリント基板１１と接着剤Ｂにより接着固定されている。これにより光軸と直交する方向の位置決めがなされる。

更に、台座１５の被写体側にはリング状の凸部１５ｔが形成されており、この凸部１５ｔと嵌合するように第３レンズ３にリング状の溝部３ｍが形成されている。この嵌合部により、台座１５に対して、一体化された撮像光学系５０は一体で光軸方向への移動が可能となっている。なお、この嵌合部は少なくとも２箇所のボスとこれに嵌合する穴部で形成することでもよい。

また、第３レンズ３の外周面３ｇには、筒状に形成されたコイル２２が周回して固定されており、コイル２２は図示しないプリント基板１１又はフレキシブルプリント基板ＦＰＣの接続端子と接続され電気的に断続できるようになっている。

また、蓋部材１４には磁石２６が、台座１５には磁石２７が図示のような極性で固着されている。更に磁石２６に対向して磁石に吸着される金属部材２８、磁石２７に対向して磁石に吸着される金属部材２９がそれぞれ撮像光学系５０に固着されている。

以上のように構成された撮像装置３００の焦点合わせ動作概略を説明する。

図１０において、光軸Ｏの右側に示す撮像光学系５０が過焦点距離に焦点を合わせた状態である。この状態では、金属部材２９が磁石２７と接近することにより、金属部材２８と磁石２６の引き合う力よりも大きな力で引き合うことになり、撮像光学系５０は撮像素子８に接近した、過焦点距離に焦点を合わせた状態で停止している。

この後、コイル２２の被写体側にＮ極、像面側にＳ極となる磁界を発生させるようコイル２２に通電する。これによりコイル２２は磁石２７とは斥力、磁石２６とは引き合い、この合力により、同図光軸Ｏの左側に示すように、撮像光学系５０は被写体側へ移動させられ、第１レンズ１のフランジ部と蓋部材１４に形成された突起部１４ｔが当接した位置で停止する。この時、金属部材２８と磁石２６の間には、空隙を有するように設定されている。これにより磁石の割れを防止している。この移動により、金属部材２８と磁石２６は接近し引き合っているため、コイル２２への通電を断っても、この状態を保持することができ、近距離側に焦点の合った状態となる。

一方、この近距離側に焦点の合った状態で、コイル２２の被写体側にＳ極、像面側にＮ極となる磁界を発生させるようコイル２２に通電する。これによりコイル２２は磁石２６とは斥力、磁石２７とは引き合い、この合力により、同図光軸Ｏの右側に示すように、撮像光学系５０は像面側へ移動させられ、第３レンズ３と台座１５が図示Ａ部で当接し停止する。この時、金属部材２９と磁石２７の間には、空隙を有するように設定されている。これにより磁石の割れを防止している。この移動により、金属部材２９と磁石２７は接近し引き合っているため、コイル２２への通電を断っても、この状態を保持することができ、過焦点距離に焦点の合った状態となる。

なおそれぞれの場合において、磁石と金属部材の引き合う力は、撮像光学系及びそれに付随するコイルの重量に勝り、どのような姿勢においても、保持が可能に設定されているのは勿論である。

このように、撮像光学系の外周にコイルを周回して配置し、磁石と磁石に吸着される金属部材で撮像光学系をそれぞれの位置で保持するよう構成することにより、移動時のみコイルに通電することで焦点位置を変化させることのできる、低コストで姿勢差のない近接撮影可能な、省電化した撮像装置を得ることができる。

（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置４００の斜視図である。この撮像装置４００が図１に示す撮像装置Ｓに相当する。

図１１に示すように撮像装置４００の外表面は、撮像素子の実装されたプリント基板１１と、携帯端末の他の基板に接続のためのコネクト基板１７、このプリント基板１１とコネクト基板１７を接続するフレキシブルプリント基板ＦＰＣ、外枠部材１２、外枠部材１２の外周面にコイル４１が周回するように配置され、また外枠部材１２の上面には被写体光が入射するための開口部７を有する蓋部材１４で構成されている。

図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置４００を図１１に示すＧ−Ｇ線で切断した断面図である。同図に示す撮像装置４００は、図５に示す撮像装置１５０と類似しているが、コイル４１が外枠部材１２の外周面に配置され、磁石が撮像光学系に配置されているものである。

同図において、コイル４１は図示しないプリント基板１１又はフレキシブルプリント基板ＦＰＣの接続端子と接続され電気的に断続できるようになっている。この撮像装置４００は、図５で説明したのと同様に動作させることができる。

磁石２１とコイル４１の間で斥力が発生する方向、即ち反発する方向に磁界が発生するようにコイル４１に通電し、この斥力により磁石２１と共に接着固定された第１レンズ１、第２レンズ２は、圧縮コイルバネ９の付勢力に抗して、光軸方向の被写体側へ移動する。これにより、図示光軸Ｏの左側に示すように、第１レンズ１のフランジ部と蓋部材１４に形成された突起部１４ｔが当接した位置まで移動する。

更に、この状態でコイル４１への通電を遮断しても、この状態を保持することが可能である。即ち、この状態の時の金属部材２４と磁石２１の吸着力は、圧縮コイルバネ９の付勢力と第１レンズ１、第２レンズ２、開口絞り４の自重の総和よりも大きくなるように設定されている。

また、図示光軸Ｏの左側に示した近接撮影位置から、光軸Ｏの右側に示す過焦点距離撮影位置への移動は、磁石２１とコイル４１の間で吸着力が発生する方向に磁界が発生するようにコイル４１に通電することでなされる。

このように、外枠部材の外周面にアクチュエータの一部であるコイルを配置することでも、小型に保ったまま、簡単な構成及び簡単な駆動方法により低コストで姿勢差のない正確な位置決めのできる近接撮影可能な撮像装置を得ることが可能となることに加え、撮像光学系を移動させる時のみコイルに通電し、移動後は通電を断ってもその状態を保持することができるようになり、長時間にわたって撮像光学系を近接撮影位置に置いても、保持電力を必要とせず、省電化した撮像装置を得ることが可能になる。またコイルが外部に露出しているため、組み立て性が向上するという利点も発生する。

更に、第１〜第４の実施の形態で説明した撮像装置は、非使用時には過焦点位置に停止させるようにすることで、撮像光学系５０を外枠部材１２及び蓋部材１４と離間させることができ、外枠部材１２もしくは蓋部材１４が衝撃等の外力を受けた場合にも、撮像光学系５０に直接的に外力が掛かることを防止でき、衝撃に対する信頼性に富み、その精度を長年にわたり保証することができる。

また、第１〜第４の実施の形態で説明した撮像装置は、蓋部材１４の開口部に透明部材等を用い、撮像装置内部を外気から隔離することにより、塵等が内部に侵入することを防止した撮像装置とすることも可能である。

本発明の撮像装置を内蔵した携帯端末の一例である携帯電話機Ｔの外観図である。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１００の斜視図である。 本発明の撮像装置１００を図２に示すＦ−Ｆ線で切断した断面図である。 図３に示した撮像装置１００の、動作概略のフローチャートの一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１５０の断面図である。 図５に示した撮像装置１５０の、動作概略のフローチャートの一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１７０の断面図である。 図７に示すコイルに付与する磁界により、磁石即ち光学系が移動する順序を模式的に示したものである。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置２００の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置３００の断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置４００の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置４００を図１１に示すＧ−Ｇ線で切断した断面図である。

符号の説明

１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 開口絞り
７ 赤外カットフィルタ
８ 撮像素子
９ 圧縮コイルバネ
１１ プリント基板
１２ 外枠部材
１４ 蓋部材
２１ 磁石
２２ コイル
２４ 金属部材
ＦＰＣ フレキシブルプリント基板

Claims (9)

1. 被写体光を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の撮像領域に被写体光を導く撮像光学系と、該撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、少なくとも前記撮像素子と前記撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、
   前記アクチュエータは、コイルと磁石で構成され、
   前記外枠部材の側周面に、前記アクチュエータの少なくとも一部が周回して配置されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記コイルが前記外枠部材の内周面または外周面に配置され、前記磁石が撮像光学系に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記磁石の近傍に金属部材を有し、前記コイルへの通電を断った後、前記磁石と前記金属部材との吸引力により前記撮像光学系を保持するよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 被写体光を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の撮像領域に被写体光を導く撮像光学系と、該撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、前記アクチュエータと前記撮像素子と前記撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、
   前記アクチュエータはコイルと磁石で構成され、
   前記撮像光学系の外周面に前記アクチュエータの少なくとも一部が配置されていることを特徴とする撮像装置。
5. 前記コイルが前記撮像光学系の外周面に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記磁石近傍に金属部材を有し、前記磁石と前記金属部材との吸引力により、前記撮像光学系を保持するよう構成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の撮像装置。
7. 前記撮像光学系を前記撮像素子方向へ付勢する弾性部材を有し、前記撮像光学系は前記弾性部材により付勢され停止する位置と、前記アクチュエータにより移動した位置と、の少なくとも２箇所の停止位置を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 被写体光を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の撮像領域に被写体光を導く撮像光学系と、該撮像光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、少なくとも前記撮像素子と前記撮像光学系を内包する外枠部材と、を有し、
   前記アクチュエータは、コイルと磁石で構成されると共に、該コイルと該磁石の少なくともいずれか一方を複数設け、
   前記撮像光学系が、光軸方向に少なくとも３箇所で停止が可能となるように構成したことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

Images