JP4917060B2 - 撮像ユニット及び携帯用電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、撮像光学系と撮像センサを有する撮像ユニットに関する。本発明はまた、撮像ユニットを備えた携帯用電子機器に関する。

近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機や携帯情報端末といった、撮影を目的とした、あるいは付随的に撮影機能を備えた携帯電子機器が広く普及しており、こうした携帯電子機器の携帯性向上の一環として、搭載される撮像装置を薄型化することが望まれている。例えば、特許文献１のように、撮影対象（物体）に臨む入射側と撮像センサに臨む出射側にそれぞれプリズムを配して光路を屈曲させて薄型化を狙ったタイプの光学系が提案されている。
特開２００６−１５４７０５

特許文献１では薄型タイプの撮像光学系を提案するに留まり、電子機器に搭載するための撮像装置としての具体的構造が示されていない。よって本発明は、この種の薄型タイプの撮像光学系を電子機器に搭載させるための好ましい構造を備えた撮像ユニットを提供することを目的とする。より詳細には、製造時やメンテナンス時の取り扱いが容易でコンパクトな撮像ユニットを提供することを目的とする。本発明はまた、撮像ユニットをスペース効率良く配置した携帯用電子機器を提供することを目的とする。

本発明の撮像ユニットは、入射側プリズム、出射側プリズム及びこの入射側プリズムと出射側プリズムの間に位置する中間光学系を、該入射側プリズムの入射光軸と反射光軸、中間光学系の光軸及び出射側プリズムの入射光軸と反射光軸を全て一平面内に位置させて支持したハウジングと、このハウジングの出射側プリズムの出射面に対向するように撮像センサが配置された、該ハウジングのカバー部材を兼ねるカバー基板とを有し、
・上記ハウジングは、上記中間光学系の光軸と平行な上壁部と下壁部、この上壁部と下壁部に直交する互いに平行な右壁部と左壁部及びこれら各壁部の奥部を接続する奥壁部を有する本体部を備えていて、これらの上壁部、下壁部、左壁部及び右壁部によって平面矩形の前面開口が形成されていること、
・上記カバー基板は、このハウジングの上壁部、下壁部、左壁部及び右壁部上に周縁が位置する平面矩形をしていてハウジング本体の上記前面開口を閉塞していること、
・上記ハウジングの本体部内に、上記右壁部側から左壁部側に順に、上記中間光学系と、出射光軸が上記前面開口に向かう上記出射側プリズムが配置されていること、及び
・上記ハウジングはさらに、上記右壁部から上記本体部外方に突出する、上記入射側プリズムを収納する第１プリズム収納部を有しており、該右壁部には、該第１プリズム収納部を上記ハウジング本体部に連通させ、該入射側プリズムから入射した光束を上記中間光学系及び出射側プリズムに与える貫通孔が形成されていること、
を特徴としている。
なお、上壁部、下壁部、右壁部、左壁部は、字義通りの上下左右を意味するものではなく、実施形態の説明に倣い、入射側プリズムが存在する側の壁を右壁部、出射側プリズムが存在する側の壁を左壁部と定義したものである。

この撮像ユニットにおいては、カバー基板の撮像センサ配置面と中間光学系の光軸とが略平行な位置関係にあることが好ましい。

カバー基板は、撮像センサの出力信号に基づき、表示デバイスで表示可能な画像信号を生成する画像処理手段も有していることが好ましい。

中間光学系は、その光軸に沿って移動可能な可動レンズ群を備えていてもよい。この場合、可動レンズ群を中間光学系の光軸に沿って移動させる支持駆動機構のアクチュエータをハウジング本体内に内蔵させることで、機構の小型化を図ることができる。可動レンズ群は、移動によって光学系の焦点距離を変化させるズーム光学系を構成することが可能である。あるいは、この可動レンズ群を移動によって合焦動作を行うフォーカシングレンズ群とさせることもできる。

入射側プリズムの入射光軸と、中間光学系の光軸と、出射側プリズムの出射光軸とはコ字状をなしていることが好ましい。

ハウジングの第１プリズム収納部は、入射側プリズムの入射面に対応する位置に、該ハウジングとカバー基板の結合体の唯一の光学開口である光入射開口を有していることが好ましい。

本発明の撮像ユニットを携帯電子機器に搭載するに際して、該撮像ユニットから延出される画像信号ＦＰＣを携帯電子機器の制御回路に接続することにより撮像システムが完成されるようにすると、生産やメンテナンスが容易であり好ましい。

以上の各態様の撮像ユニットにおいて、入射側プリズムの入射面と出射面は、凹面と凸面、もしくはいずれも凹面とすることが好ましい。さらに、入射光軸上に位置する入射側光学要素として、入射側プリズムに加えて、該入射側プリズムよりも物体側に別の前方レンズ群を備えてもよい。

以上の各態様の撮像ユニットは、ヒンジ部を介した回動動作によって展開状態と折り畳み状態になる中折れ形状の筐体部とを備えた携帯用電子機器に組み込むことができる。すなわち、上記筐体部内に、上記中間光学系の光軸と上記ヒンジ部の回動中心軸とを略平行の関係として配置して携帯用電子機器として用いることが好ましい。

この構造は、筐体部に設けた表示デバイスとヒンジ部の間のスペースに撮像ユニットが配置されている携帯用電子機器に好適である。

以上の本発明によれば、コンパクトで取り扱いも容易な、電子機器への搭載に好適な撮像ユニットを得ることができる。

図１及び図２に示す携帯電話機１０は、数字ボタンなどの複数の操作キー１５を有する操作キー部１１と、液晶ディスプレイ（表示デバイス）１６を有するディスプレイ部１２からなる筐体部を備え、ヒンジ部１３に設けたヒンジピン１３ａの軸線Ｑを中心として、図１及び図２のように操作キー部１１とディスプレイ部１２を展開した状態と、操作キー部１１とディスプレイ部１２が重なるように折り畳まれた状態（不図示）とにさせることができる。ディスプレイ部１２における液晶ディスプレイ１６の背面（折り畳み状態で外面に位置する側の面）には、ヒンジ部１３の近傍に位置させて撮影窓１４が形成されている。ディスプレイ部１２内には、この撮影窓１４の背後に位置させて撮像ユニット２０（撮像モジュール）が設けられている。

図３以下を参照して撮像ユニット２０の詳細を説明する。図３ないし図６、図１１に示すように、撮像ユニット２０は、撮像光学系を構成する第１プリズム（入射側プリズム、入射側光学要素）ＬＰ１と、負のパワーを有する第１変倍レンズ群ＬＧ１と、正のパワーを有する第２変倍レンズ群ＬＧ２と、第２プリズム（出射側プリズム）ＬＰ２がハウジング２１によって保持された構造となっている。撮像ユニット２０に搭載された光学系は焦点距離可変のズーム光学系であり、第１変倍レンズ群ＬＧ１と第２変倍レンズ群ＬＧ２が可動の変倍用光学系（中間光学系）を構成している。

ハウジング２１は、携帯電話機１０のディスプレイ部１２における横幅方向のサイズをＷ、高さ方向のサイズをＨ、厚み方向のサイズをＴとした場合、Ｗ＞Ｈ＞Ｔの関係をなす横長の箱状体である（図３及び図４参照）。以下、撮像ユニット２０における横幅Ｗの方向をＸ方向、高さＨの方向をＹ方向、厚みＴの方向をＺ方向と称する。なお、撮像ユニット２０における上下や左右の概念は携帯電話機１０の向きによって変化するものであるが、以下の説明では便宜的に、図６を基準として撮像ユニット２０における上下左右方向を定義する。

ハウジング２１は、撮影時に物体側を向く前面部が開放されて前面開口２２が形成されており、この前面開口２２の上下に上壁部２３と下壁部２４が設けられ、前面開口２２の左右に右壁部２５と左壁部２６が設けられている。また、Ｚ方向における前面開口２２と反対側の領域は奥壁部２７によって塞がれている。上壁部２３と下壁部２４はＸ方向成分とＺ方向成分からなる互いに平行な平面部であり、右壁部２５と左壁部２６はＹ方向成分とＺ方向成分からなる互いに平行な平面部であり、奥壁部２７はＸ方向成分とＹ方向成分からなる平面部である。上壁部２３と奥壁部２７の間は傾斜壁部２８で接続されている。

ハウジング２１には、Ｘ方向における一端部に、第１プリズムＬＰ１を収納する第１プリズム収納部３０が設けられ、他端部に第２プリズムＬＰ２を収納する第２プリズム収納部３１（図６）が設けられている。図６に示すように、第２プリズム収納部３１はハウジング２１内において左壁部２６に隣接する位置に設けた間仕切り状の壁部として形成されているのに対し、第１プリズム収納部３０は右壁部２５から側方に突出する箱状部として形成されている。そして第１プリズム収納部３０は、撮影時に物体側を向く前面部（撮影窓１４に向く側の面）が前面開口２２と同様に入射開口３０ａとして開口されている。すなわち、ハウジング２１は奥壁部２７に対向する前面側の略全体が開口された形状となっている。ハウジング２１の右壁部２５には、第１プリズム収納部３０とハウジング２１本体部内を連通させるＸ方向への貫通孔２９（図６、図１１）が形成されている。

第１プリズムＬＰ１は、入射面ＬＰ１‐ｉから入射する光束を、反射面ＬＰ１‐ｒによって出射面ＬＰ１‐ｏ側に向けて略直角に反射させるプリズムである。入射面ＬＰ１‐ｉは凹面、出射面ＬＰ１‐ｏは凸面である。また、第２プリズムＬＰ２は、入射面ＬＰ２‐ｉから入射する光束を、反射面ＬＰ２‐ｒによって出射面ＬＰ２‐ｏ側に向けて略直角に反射させるプリズムである。第１プリズム収納部３０に収納された第１プリズムＬＰ１は、その入射面ＬＰ１‐ｉが第１プリズム収納部３０の入射開口３０ａを通して物体側に露出され、出射面ＬＰ１‐ｏがハウジング２１の右壁部２５に形成したＸ方向の貫通孔２９に面して位置される。第２プリズム収納部３１に収納された第２プリズムＬＰ２は、その入射面ＬＰ２‐ｉが第１プリズムＬＰ１の出射面ＬＰ１‐ｏに対してＸ方向に離間して位置され、出射面ＬＰ２‐ｏがハウジング２１の前面開口２２側に向く。すなわち第１プリズムＬＰ１の入射面ＬＰ１‐ｉと第２プリズムＬＰ２の出射面ＬＰ２‐ｏがそれぞれ物体側に向くように配置される。

ハウジング２１内には、Ｘ方向に向けて、互いに平行をなす一対のガイドバー３２、３３が設けられている。ガイドバー３２とガイドバー３３は、Ｙ方向及びＺ方向における互いの位置を異ならせており、ガイドバー３２は、Ｙ方向においては上壁部２３に近い上方に位置し、かつＺ方向においては奥壁部２７に近いハウジング奥側に位置する。これに対しガイドバー３３は、Ｙ方向においては下壁部２４に近い下方に位置し、かつＺ方向においては前面開口２２に近く位置する。このガイドバー３２とガイドバー３３に対して、第１変倍レンズ群ＬＧ１を保持する第１群枠３４と第２変倍レンズ群ＬＧ２を保持する第２群枠３５がそれぞれＸ方向へ摺動自在に支持されている。第１群枠３４は、ガイドバー３２に対してＸ方向へ摺動自在に嵌まる円筒状のガイド筒部３６と、ガイドバー３３に係合して回転規制を受ける回転規制腕部３７を、互いに略反対の半径方向に突出させている。第２群枠３５は、ガイドバー３３に対してＸ方向へ摺動自在に嵌まる円筒状のガイド筒部３８と、ガイドバー３２に係合して回転規制を受ける回転規制腕部３９を、互いに略反対の半径方向に突出させている。これらガイド筒部や回転規制腕部とガイドバー３２及びガイドバー３３との係合関係により、第１群枠３４と第２群枠３５はそれぞれＸ方向へ直進移動自在に支持される。ガイドバー３２、３３を介して第１群枠３４と第２群枠３５を支持した状態では、図３、図４、図６ないし図８及び図１１に示すように、第１変倍レンズ群ＬＧ１と第２変倍レンズ群ＬＧ２がＸ方向において第１プリズムＬＰ１と第２プリズムＬＰ２の間に位置され、第１変倍レンズ群ＬＧ１が第１プリズムＬＰ１の出射面ＬＰ１‐ｏに対向し、第２変倍レンズ群ＬＧ２が第２プリズムＬＰ２の入射面ＬＰ２‐ｉに対向する。

以上のようにハウジング２１内に光学系を支持した状態では、図１１に示すように、物体側からの光束はＺ方向に向く入射光軸ＯＰ‐１に沿って第１プリズムＬＰ１の入射面ＬＰ１‐ｉに入射する。第１プリズムＬＰ１は、その入射光束を反射面ＬＰ1‐ｒで略直角に反射させ、反射された光束はＸ方向に向く中間光軸ＯＰ‐Ｃに沿って第１変倍レンズ群ＬＧ１、第２変倍レンズ群ＬＧ２を通って進み、第２プリズムＬＰ２の入射面ＬＰ２‐ｉに入射する。第２プリズムＬＰ２は反射面ＬＰ２‐ｒで光束を物体側に向けて略直角に反射し、Ｚ方向に向く出射光軸ＯＰ‐２に沿って出射面ＬＰ２‐ｏから出射させる。つまり、コ字状に屈曲された入射光軸ＯＰ‐１、中間光軸ＯＰ‐Ｃ、出射光軸ＯＰ‐２を有する光学系となっている。入射光軸ＯＰ‐１、中間光軸ＯＰ‐Ｃ及び出射光軸ＯＰ‐２のＹ方向位置は共通しており、これら各光軸ＯＰ‐１、ＯＰ‐Ｃ及びＯＰ‐２は共通の平面内に位置される。

第１群枠３４と第２群枠３５はそれぞれ外径方向に突出するナット係合部４０、４１を備えており、第１群枠３４側のナット係合部４０に対してナット４２が係合し、第２群枠３５側のナット係合部４１に対してナット４３が係合している。図９に拡大して示すように、ナット４２はナット係合部４０に対して、一対の保持突起４４の間に被保持突起４５が挟まれた状態で係合保持（スナップフィット）されており、第１群枠３４とナット４２がＸ方向に一緒に移動するようになっている。同様に、図１０に拡大して示すように、ナット４３はナット係合部４１に対して、一対の保持突起４６の間に被保持突起４７が挟まれた状態で係合保持（スナップフィット）されており、第２群枠３５とナット４３がＸ方向に一緒に移動するようになっている。

ナット４２に形成されたねじ孔は、第１モータ（アクチュエータ）５０のドライブシャフト（送りねじ軸）５１に螺合し、ナット４３に形成されたねじ孔は第２モータ（アクチュエータ）５２のドライブシャフト（送りねじ軸）５３に螺合している。第１モータ５０は、ハウジング２１内において上壁部２３に隣接する領域に形成したモータ支持部５４（図６）に、円筒状をなすモータ本体部５５がその軸線をＸ方向に向けて支持されており、該モータ本体部５５から右壁部２５に接近する方向にドライブシャフト５１が延設されている。第２モータ５２は、ハウジング２１内において下壁部２４に隣接する領域に形成したモータ支持部５６（図６）に、円筒状をなすモータ本体部５７がその軸線をＸ方向に向けて支持されており、該モータ本体部５７から右壁部２５に接近する方向にドライブシャフト５３が延設されている。すなわち、ガイドバー３２、３３に加えて、第１モータ５０（ドライブシャフト５１）と第２モータ５２（ドライブシャフト５３）もそれぞれその長手方向（軸方向）がＸ方向と略平行になるようにハウジング２１内に配設されている。また、Ｚ方向において、第１モータ５０は前面開口２２に近い物体側に位置しているのに対し、第２モータ５２は奥壁部２７に近い奥側に位置されている。

ナット４２はナット係合部４０との係合状態において回転が規制されているため、第１モータ５０のドライブシャフト５１が回転されると、送りねじによってナット４２にＸ方向への移動が与えられ、これに伴って第１群枠３４がＸ方向へ移動される。同様に、ナット４３はナット係合部４１との係合状態において回転が規制されているため、第２モータ５２のドライブシャフト５３が回転されると、送りねじによってナット４３にＸ方向への移動が与えられ、これに伴って第２群枠３５がＸ方向へ移動される。

前述の通り、撮像ユニット２０に搭載された光学系はズーム光学系であり、第１群枠３４と第２群枠３５、すなわち第１変倍レンズ群ＬＧ１と第２変倍レンズ群ＬＧ２をＸ方向に所定の軌跡で相対移動させることにより焦点距離が変化する。さらに、第１変倍レンズ群ＬＧ１と第２変倍レンズ群ＬＧ２のいずれかをＸ方向に移動させることによって、合焦動作を行わせることができる。いずれのレンズ群をフォーカシングレンズ群として機能させるかは任意であるが、本実施形態では第２変倍レンズ群ＬＧ２がフォーカシングレンズ群として機能する。

第１モータ５０は、図５に示す第１モータ保持部材６０によって保持される。第１モータ保持部材６０はＸ方向に長い板状部材であり、その一端部と他端部に形成した取付腕部６１と位置決め孔６２をそれぞれ取付部６３と位置決め突起６４に係合させることによってハウジング２１に取り付けられる。この取り付け状態において、第１モータ保持部材６０の中間部分に設けた保持接片６５が第１モータ５０のモータ本体部５５に弾接して保持する。なお、図６はハウジング２１から第１モータ保持部材６０を取り外した状態を示している。第２モータ５２は、図５に示す第２モータ保持部材６６によって保持される。第２モータ保持部材６６はＸ方向の両端部に一対の取付腕部６７を有し、一方の取付腕部６７に隣接する位置に位置決め孔６８を有している。第１モータ保持部材６０が前面開口２２側から取り付けられるのに対し、第２モータ保持部材６６は奥壁部２７側から取り付けられる。図５に示すように奥壁部２７には第２モータ保持部材６６を取り付けるための凹部が形成され、この凹部内に、一対の取付腕部６７を挿入係合させる一対の取付部６９（図には一方のみが表れている）と、位置決め孔６８を係合させる位置決め突起７０が設けられている。この奥壁部２７側の凹部内に第２モータ保持部材６６を取り付けた状態において、該第２モータ保持部材６６の中間部分に設けた保持接片７１が第２モータ５２のモータ本体部５７に弾接して保持する。

第１モータ５０のモータ本体部５５に設けたモータ端子７２は、ハウジング２１に形成した貫通孔７３を通して傾斜壁部２８の外面側に露出される。また、第２モータ５２のモータ本体部５７に設けたモータ端子７４は、前面開口２２側を向くように位置される。

撮像ユニット２０は、以上の各構成要素をハウジング２１に組み付けた上で、前面開口２２を塞ぐようにカバー基板（センサ基板）８０を取り付けることで完成される。図１２に示すように、カバー基板８０は、撮像センサ８３、デジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰ）８４、水晶発振器８５、読み出し専用メモリ（以下、ＲＯＭ）８６、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭ）８７、モータドライバ８８といった電子回路部品を平板状のベース基板９０上に位置を異ならせて配設したものである。カバー基板８０上の各電子回路部品（チップ）は、ベアチップをベース基板９０に対してワイヤーボンディングで接続することによって取り付けられる。

図１３は、カバー基板８０上の電子回路部品の制御関係を示したものである。撮像センサ８３はＣＣＤやＣＭＯＳといった周知の撮像素子からなっており、その撮像面（受光面）に入射した光を光電変換して電気信号を出力する。液晶ディスプレイ１６に画像を表示するライブビュー時には、撮像センサ８３からの信号がＤＳＰ８４の制御により逐次読み出され、ＤＳＰ８４内で処理されて液晶ディスプレイ１６の表示素子が表示可能な信号（ＹＵＶ信号）が生成される。撮影時にはＤＳＰ８４からの制御信号により撮像センサ８３の全画素信号が読み出されＤＳＰ８４内で処理され、ＪＰＥＧなどの形式で圧縮され、外部のメモリ手段（メモリカードなど）に保存できる画像信号として出力される。ＤＳＰ８４はまた、モータドライバ８８を介して第１モータ５０と第２モータ５２を駆動制御する。前述のように、ズーム光学系の焦点距離を変化させるときには第１モータ５０と第２モータ５２をそれぞれ動作させ、フォーカシングを行うときは第２モータ５２を動作させる。ＲＯＭ８６には、ＤＳＰ８４を動作させるプログラムが記録されている。携帯電話機１０の電源起動時にＲＯＭ８６内のプログラムが読み込まれて一連の起動処理を行い、撮像センサ８３からの信号をＤＳＰ８４で処理して被写体画像（ライブビュー）を出力することで撮影準備状態になったことを操作者に知らせることができる。ＲＡＭ８７は撮像センサ８３から入力された画像信号を処理するために一時記憶領域として用いられる。水晶発振器８５は設定したクロックのタイミング信号を出力する。

カバー基板８０はＸ方向に長い矩形（長方形）をなしており、そのＸ方向とＹ方向のサイズは、ハウジング２１の前面開口２２におけるサイズとほぼ対応している。図１１に示すように、前面開口２２を塞ぐようにしてカバー基板８０をハウジング２１に取り付けると、撮像センサ８３の撮像面が第２プリズムＬＰ２の出射面ＬＰ２‐ｏに対向して位置される。換言すれば、撮像センサ８３が出射光軸ＯＰ‐２上に位置される。カバー基板８０の取り付けに際しては、ハウジング２１に支持される光学系（第１プリズムＬＰ１、第１変倍レンズ群ＬＧ１、第２変倍レンズ群ＬＧ２、第２プリズムＬＧ２）によって形成される被写体像が撮像センサ８３の撮像面上に正確に結像されるように、カバー基板８０の位置が厳密に調整される。カバー基板８０は接着などの手段によってハウジング２１に固定される。

また、カバー基板８０をハウジング２１に取り付ける際には、カバー基板８０から延設されたモータ接続基板８１が第１モータ５０のモータ端子７２に接続され、同じくカバー基板８０から延設されたモータ接続基板８２が第２モータ５２のモータ端子７４に接続される。モータ接続基板８１、８２はそれぞれモータドライバ８８に接続しており、カバー基板８０の組み付けが完了すると、第１モータ５０と第２モータ５２がモータドライバ８８によって駆動制御される状態になる。

カバー基板８０とハウジング２１が結合されて完成した状態の撮像ユニット２０は、第１プリズムＬＰ１の入射面ＬＰ１‐ｉが露出される入射開口３０ａのみが開口され、前面開口２２などその他の部分は閉じられている。すなわち、完成状態の撮像ユニット２０においては、入射開口３０ａが光束を入射させるための唯一の光学開口となり、その他に光束を入射または出射させる光学開口は備えない。そして撮像ユニット２０は、図１及び図２に示すように、第１プリズムＬＰ１の入射面ＬＰ１‐ｉが撮影窓１４の背後に位置するようにして携帯電話機１０のディスプレイ部１２内に取り付けられる。このとき、カバー基板８０から延設された画像信号ＦＰＣ９１が携帯電話機１０内に設けた制御回路（不図示）に接続される。

携帯電話機１０の制御回路からは、操作キー１５などの操作手段を用いて入力された操作信号が画像信号ＦＰＣ９１を介して撮像ユニット２０に送られる。この操作信号とは、撮影実行信号、ライブビュー（画像表示）実行信号、ズーミング動作信号などである。撮影実行信号が入力されると、撮像ユニット２０において前述したフォーカシング動作（第２モータ５２による第２変倍レンズ群ＬＧ２の移動）を含む撮影動作が行われ、ＤＳＰ８４によって処理されたメモリ記録用のフォーマット済み画像信号が画像信号ＦＰＣ９１を介して制御回路へ送られる。ライブビュー実行信号が入力されると、ＤＳＰ８４によって処理された画面表示用の画像信号（ＹＵＶ信号）が画像信号ＦＰＣ９１を介して制御回路へ送られる。また、ズーミング動作信号が入力されると、モータドライバ８８を介して第１モータ５０と第２モータ５２が駆動され、撮像ユニット２０の光学系における焦点距離が変化する。また、画像信号ＦＰＣ９１を介して撮像ユニット２０に対する給電も行われる。

以上のように、撮像ユニット２０から延出される画像信号ＦＰＣ９１を携帯電話機１０の制御回路に接続することにより撮像システムが完成する。製造工程においては、カバー基板８０上の電子回路部品を含めて予めモジュール化された撮像ユニット２０を取り付けるだけなので、繁雑な部品組み付けが不要であり組立作業性に優れている。同様の観点から、撮像ユニット２０の修理や交換などのメンテナンス時の作業性にも優れている。そして、撮像ユニット２０からはＤＳＰ８４で処理済みの画像信号が出力されるため、携帯電話機１０本体側の制御回路には画像処理の負担がかからない。また、第１変倍レンズ群ＬＧ１や第２変倍レンズ群ＬＧ２を移動させるための支持駆動機構（ガイドバー３２、３３などの支持ガイド機構や、第１モータ５０、第２モータ５２などのアクチュエータ類）も撮像ユニット２０内に備えられているので、携帯電話機１０本体に複雑な駆動機構を設ける必要がない。換言すれば、撮影に関する要素が全て撮像ユニット２０にモジュール化されているため、撮像ユニット２０は様々な携帯電子機器へ搭載可能な高い汎用性を有している。

撮像ユニット２０はまた、構成要素をスペース効率良くユニット化してコンパクトに構成されており、搭載される電子機器の小型化にも寄与する。まず、撮像ユニット２０の光学系は、前述のように撮影窓１４を通して物体側から入射する光束を第１プリズムＬＰ１でＸ方向に屈曲させ、さらに第２プリズムＬＰ２で再び物体側に屈曲させて撮像センサ８３の撮像面に結像させる屈曲光学系になっている。そして、第１変倍レンズ群ＬＧ１や第２変倍レンズ群ＬＧ２は、第１プリズムＬＰ１と第２プリズムＬＰ２に挟まれたＸ方向の光路内に配置されており、かつ変倍動作や合焦動作における第１変倍レンズ群ＬＧ１や第２変倍レンズ群ＬＧ２の移動方向もＸ方向である。よって、Ｚ方向において光学系が占めるサイズは、第１プリズムＬＰ１及び第２プリズムＬＰ２の厚み程度で足り、ズーム光学系を内蔵していながらもＺ方向の厚みが小さく抑えられている。

さらに撮像ユニット２０においては、撮像センサ８３をはじめとする電子回路部品を有するカバー基板８０が、光学系を支持するハウジング２１のカバー部材を兼ねている。カバー基板８０とハウジング２１を結合させた状態で自動的に撮像センサ８３の撮像面が第２プリズムＬＰ２の出射面ＬＰ２‐ｏに対向するため、複雑な支持機構を要することなく撮像センサ８３を光学系の結像位置に位置させることができる。また、Ｘ方向に長い前面開口２２を塞ぐ関係上、カバー基板８０もＸ方向に長い形状にすることができ、撮像センサ８３やＤＳＰ８４をはじめとする複数の電子回路部品を、Ｘ方向（一部はＹ方向）に位置を異ならせて分散配置することが可能になった。その結果、これらの電子回路部品がＺ方向に占めるスペース（厚み）を最小限にすることができ、光学系のみならず電気回路を含めた撮像ユニット２０全体としてＺ方向の薄型化が達成されている。

特に本実施形態の光学系では、図１１に示すように、第２プリズムＬＰ２、第１変倍レンズ群ＬＧ１及び第２変倍レンズ群ＬＧ２といった他の光学要素に比して第１プリズムＬＰ１のＺ方向サイズが大きく、第１プリズムＬＰ１の入射面ＬＰ１‐ｉは他の光学要素よりも物体側に若干突出されている。カバー基板８０は、この第１プリズムＬＰ１の物体側突出部分のＸ方向の延長上に位置しており、いわば、第１プリズムＬＰ１と他の光学要素の間に生じたＺ方向の空間（デッドスペース）を利用してカバー基板８０が配置されている。これにより、スペース効率がより一層向上している。特に画角の広い撮像光学系を構成する場合には、第１プリズムＬＰ１が大きくなる傾向があるので、このカバー基板８０の配置が効果的である。

携帯電話機１０のようにユーザーに対面する表示デバイスを有する電子機器では、表示デバイスの面方向（Ｘ及びＹ方向）には表示デバイス自体が所定の面積を占めるので、部材の配設スペースを得やすい。例えば、撮像ユニット２０におけるＸ方向は液晶ディスプレイ１６の横幅方向に相当するため、ディスプレイ部１２において当該Ｘ方向には比較的長い光路長を確保しやすい。一方、液晶ディスプレイ１６の厚み方向（Ｚ方向）においては、ディスプレイ以外の内蔵部材の大きさ（厚み）がディスプレイ部１２の厚みに影響を及ぼしやすい。逆に言えば、撮像ユニット２０のような内蔵物をＺ方向に薄型化できれば、携帯電話機１０全体の薄型化を図ることができる。そして、撮像ユニット２０では以上のような構造によってＺ方向のサイズが抑えられており、携帯電話機１０の薄型化に寄与することが可能となっている。

また、撮像ユニット２０は、その長手方向（Ｘ方向）が、ディスプレイ部１２の横幅方向（ヒンジピン１３ａの軸線Ｑと略平行な方向）を向き、短手方向（Ｙ方向）が、ディスプレイ部１２の長手方向（ヒンジピン１３ａの軸線Ｑと略直交する方向）を向く態様で、ディスプレイ部１２内に配置されている。言い換えれば、図１及び図２に示すように、撮像ユニット２０内の撮像光学系の中間光軸ＯＰ‐Ｃが、ヒンジピン１３ａの軸線Ｑと略平行な位置関係となっている。撮像ユニット２０は、ディスプレイ部１２の長手方向においてヒンジ部１３と液晶ディスプレイ１６の間に配置されているので、当該方向における撮像ユニット２０の配置スペースは、液晶ディスプレイ１６の大きさによる制約を受けることになる。一方、ディスプレイ部１２の横幅方向には、液晶ディスプレイ１６が撮像ユニット２０の配置スペースを制約する関係にない。そのため、以上のような向きに設定することによって、液晶ディスプレイ１６と干渉することなく、スペース効率良く撮像ユニット２０を配置することができる。換言すれば、それだけ表示面積の広い液晶ディスプレイ１６を用いることが可能となる。

以上のように、本実施形態の撮像ユニット２０は、コンパクトさ、製造時やメンテナンス時における取り扱いやすさといった点で優れており、携帯電話機１０のような携帯電子機器に搭載するのに好適である。

図１４は、撮像ユニット２０における光学系の変形例を示しており、第１プリズムＬＰ１′は、入射面ＬＰ１‐ｉ′と出射面ＬＰ１‐ｏ′がいずれも凹面となっている。第１変倍レンズ群ＬＧ１′と第２変倍レンズ群ＬＧ２′はいずれも正のパワーを有している。

図１５は、撮像ユニット２０の撮像光学系の変形例として、図１４の光学系に加えて、第１プリズムＬＰ１′の入射面ＬＰ１‐ｉ′より物体側に、入射光軸ＯＰ‐１上に位置させて前方レンズ群ＬＧＦが設けられている態様を示している。すなわち、入射光軸ＯＰ‐１上に位置する入射側光学要素として、前方レンズ群ＬＧＦと第１プリズムＬＰ１′を備えている。前方レンズ群ＬＧＦは、物体側を向く入射面が凸面で、第１プリズムＬＰ１′の入射面ＬＰ１‐ｉ′を向く出射面が凹面のレンズによって構成されている。ハウジング２１には、入射開口３０ａに連通する前方位置に、前方レンズ群ＬＧＦを保持するための前方レンズ保持部３０ｂが形成されている。

先に説明した図１１と同様に、図１４や図１５の撮像光学系においても、第２プリズムＬＰ２、第１変倍レンズ群ＬＧ１′及び第２変倍レンズ群ＬＧ２′に比して第１プリズムＬＰ１′のＺ方向サイズが大きく、第１プリズムＬＰ１′の入射面ＬＰ１‐ｉ′は、他の光学要素よりも物体側に若干突出されている。そして、カバー基板８０は、この第１プリズムＬＰ１′の物体側突出部分のＸ方向の延長上に位置しており、スペース効率が向上している。

加えて、前方レンズ群ＬＧＦを有する図１５の形態では、他の光学要素（第２プリズムＬＰ２、第１変倍レンズ群ＬＧ１′及び第２変倍レンズ群ＬＧ２′）に対する入射側光学要素（前方レンズ群ＬＧＦと第１プリズムＬＰ１′）の物体側への突出量が大きくなるため、Ｚ方向のサイズが大きい（搭載する回路構成部品が大型の）カバー基板８０を配置することができる。具体的には、図１５では、前方レンズ群ＬＧＦのＸ方向の延長上に、カバー基板８０を構成するベース基板９０が位置し、該ベース基板上９０のＤＳＰ８４、水晶発振器８５、ＲＯＭ８６、ＲＡＭ８７、モータドライバ８８といった電子回路部品が、概ね第１プリズムＬＰ１′の前方突出領域のＸ方向の延長上に位置する関係となっている。前方レンズ群ＬＧＦのＸ方向の延長上にベース基板９０を位置させることで、Ｚ方向における該ベース基板９０と中間光軸ＯＰ‐Ｃの間隔を図１４の形態よりも大きくするとことができ、該ベース基板９０上の回路構成部品の配設スペースに余裕ができている。

なお以上の各実施形態では、図１１、図１４及び図１５に示すように、カバー基板８０において撮像センサ８３が設けられている側、すなわちカバー基板８０をハウジング２１に取り付けたときハウジング２１内に向く内面側に、ＤＳＰ８４など撮像センサ８３以外の回路構成要素が設けられている。この構成によればハウジング２１の内部空間の使用効率を高めてより一層のコンパクト化を図ることができ、また電子回路部品に対する保護や防塵性の観点からも有効である。但し、図１６に示す撮像ユニット１２０のように、カバー基板１８０における撮像センサ１８３以外の電子回路部品であるＤＳＰ１８４、水晶発振器１８５、ＲＯＭ１８６、ＲＡＭ１８７、モータドライバ１８８を、撮像センサ１８３とは裏面側の、ベース基板１９０の外面側（物体側）に配置することも可能である。この撮像ユニット１２０では、カバー基板１８０以外の構成は図１１に示す第１の実施形態と共通しており、共通する部分は図１１と同符号で示している。撮像ユニット１２０においても、カバー基板１８０がハウジング２１の前面開口２２を覆うカバー部材を兼ねている。そして、カバー基板１８０の外面側に支持されたＤＳＰ１８４などの電子回路部品は、第１プリズムＬＰ１の入射面ＬＰ１‐ｉよりも物体側に突出されていないので、撮像ユニット１２０のＺ方向の薄型化は維持される。

以上、図示実施形態に基づいて説明したが、本発明は図示実施形態に限定されるものではなく、発明の要点を逸脱しない限りにおいて異なる形態とすることが可能である。例えば、本発明の撮像ユニットは、携帯電話機以外にも、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルコンピューター、モバイルコンピューターなどの各種デジタル機器に搭載することができる。また、図示実施形態では２つのプリズムの間に２つの可動変倍レンズ群を備えるズーム光学系に適用しているが、本発明はズームタイプの撮像ユニットに限定されるものではない。

本発明を適用した撮像ユニットを搭載した携帯電話機を開いた状態で示す斜視図である。 図１とは反対側から見た携帯電話機の斜視図である。 内蔵される光学系を透視して示した撮像ユニットの外観斜視図である。 図３とは反対の物体（正面）側から見た撮像ユニットの外観斜視図である。 撮像ユニットの分解斜視図である。 カバー基板を取り外した状態の撮像ユニットの正面図である。 撮像ユニットに内蔵される光学系と、該光学系のうち第１変倍レンズ群と第２変倍レンズ群を移動可能に支持する支持ガイド機構とアクチュエータ（モータ）とをハウジングから取り出して示した斜視図である。 図７とは反対側から見た、撮像ユニットの光学系、第１変倍レンズ群と第２変倍レンズ群の支持ガイド機構及びアクチュエータ（モータ）をハウジングから取り出して示した斜視図である。 図７における第１群枠のナット係合部と第１モータ側のナットとの係合部分付近を拡大して示した斜視図である。 図８における第２群枠のナット係合部と第２モータ側のナットとの係合部分付近を拡大して示した斜視図である。 図６のXI‐XIに沿って示す撮像ユニットの断面図である。 カバー基板上の回路構成要素の配置関係を示す正面図である。 カバー基板上の回路構成要素の制御関係を示すブロック図である。 図１１とは撮像光学系の構成を異ならせた撮像ユニットの断面図である。 図１４の光学系に加えて第１プリズムの物体側に前方レンズ群を設けた形態の撮像ユニットの断面図である。 撮像センサを除いた回路構成要素を図１１とは逆にカバー基板の外面側に配した実施形態を示す撮像ユニットの断面図である。

符号の説明

１０ 携帯電話機（携帯電子機器）
１１ 操作キー部（筐体部）
１２ ディスプレイ部（筐体部）
１６ 液晶ディスプレイ（表示デバイス）
２０ １２０ ２２０ ３２０撮像ユニット
２１ ２２１ ハウジング
２２ 前面開口
３２ ３３ ガイドバー
３４ 第１群枠
３５ 第２群枠
５０ 第１モータ（アクチュエータ）
５２ 第２モータ（アクチュエータ）
６０ 第１モータ保持部材
６６ 第２モータ保持部材
８０ １８０ カバー基板（センサ基板）
８３ １８３ 撮像センサ
８４ １８４ ＤＳＰ
８５ １８５ 水晶発振器
８６ １８６ ＲＯＭ
８７ １８７ ＲＡＭ
８８ １８８ モータドライバ
９０ １９０ ベース基板
９１ 画像信号ＦＰＣ
ＬＧ１ ＬＧ１′ 第１変倍レンズ群（中間光学系）
ＬＧ２ ＬＧ２′ 第２変倍レンズ群（中間光学系）
ＬＧＦ 前方レンズ群（入射側光学要素）
ＬＰ１ ＬＰ１′ 第１プリズム（入射側プリズム、入射側光学要素）
ＬＰ２ 第２プリズム（出射側プリズム）
ＯＰ‐１ 入射光軸
ＯＰ‐Ｃ 中間光軸
ＯＰ‐２ 出射光軸

Claims (15)

1. 入射側プリズム、出射側プリズム及びこの入射側プリズムと出射側プリズムの間に位置する中間光学系を、該入射側プリズムの入射光軸と反射光軸、中間光学系の光軸及び出射側プリズムの入射光軸と反射光軸を全て一平面内に位置させて支持したハウジング；及び
   このハウジングの出射側プリズムの出射面に対向するように撮像センサが配置された、該ハウジングのカバー部材を兼ねるカバー基板；
   を有し、
   上記ハウジングは、上記中間光学系の光軸と平行な上壁部と下壁部、この上壁部と下壁部に直交する互いに平行な右壁部と左壁部及びこれら各壁部の奥部を接続する奥壁部を有する本体部を備えていて、これらの上壁部、下壁部、左壁部及び右壁部によって平面矩形の前面開口が形成されていること、
   上記カバー基板は、このハウジングの上壁部、下壁部、左壁部及び右壁部上に周縁が位置する平面矩形をしていてハウジング本体の上記前面開口を閉塞していること、
   上記ハウジングの本体部内に、上記右壁部側から左壁部側に順に、上記中間光学系と、出射光軸が上記前面開口に向かう上記出射側プリズムが配置されていること、及び
   上記ハウジングはさらに、上記右壁部から上記本体部外方に突出する、上記入射側プリズムを収納する第１プリズム収納部を有していて、該右壁部には、該第１プリズム収納部を上記ハウジング本体部に連通させ、該入射側プリズムから入射した光束を上記中間光学系及び出射側プリズムに与える貫通孔が形成されていること、
   を特徴とする撮像ユニット。
2. 請求項１記載の撮像ユニットにおいて、上記カバー基板の撮像センサ配置面と上記中間光学系の光軸が略平行である撮像ユニット。
3. 請求項１または２記載の撮像ユニットにおいて、上記カバー基板は撮像センサの出力信号に基づき、表示デバイスで表示可能な画像信号を生成する画像処理手段を有している撮像ユニット。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の撮像ユニットにおいて、上記中間光学系は、該中間光学系の光軸に沿って移動可能な可動レンズ群を備えている撮像ユニット。
5. 請求項４記載の撮像ユニットにおいて、上記可動レンズ群を上記中間光学系の光軸に沿って移動させる支持駆動機構のアクチュエータを上記ハウジングの本体内に備えている撮像ユニット。
6. 請求項４または５記載の撮像ユニットにおいて、上記可動レンズ群は移動によって光学系の焦点距離を変化させるズーム光学系を構成している撮像ユニット。
7. 請求項４または５記載の撮像ユニットにおいて、上記可動レンズ群は移動によって合焦動作を行うフォーカシングレンズ群である撮像ユニット。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載の撮像ユニットにおいて、入射側プリズムの入射光軸と、中間光学系の光軸と、出射側プリズムの出射光軸とはコ字状をなしている撮像ユニット。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項記載の撮像ユニットにおいて、ハウジングの上記第１プリズム収納部は、入射側プリズムの入射面に対応する位置に、該ハウジングとカバー基板の結合体の唯一の光学開口である光入射開口を有している撮像ユニット。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項記載の撮像ユニットは携帯電子機器に搭載され、該撮像ユニットから延出される画像信号ＦＰＣを携帯電子機器の制御回路に接続することにより撮像システムが完成する撮像ユニット。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項記載の撮像ユニットにおいて、上記入射側プリズムの入射面が凹面で、出射面が凸面である撮像ユニット。
12. a
    請求項１ないし１１のいずれか１項記載の撮像ユニットにおいて、上記入射側プリズムの入射面と出射面がいずれも凹面である撮像ユニット。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項記載の撮像ユニットにおいて、入射側プリズムよりも物体側に位置する別の前方レンズ群を有している撮像ユニット。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１項記載の撮像ユニットが、ヒンジ部を介した回動動作によって展開状態と折り畳み状態になる中折れ形状の筐体部とを備えた携帯用電子機器の上記筐体部内に、上記中間光学系の光軸と上記ヒンジ部の回動中心軸とを略平行の関係とさせて、配置されている携帯用電子機器。
15. 請求項１４記載の携帯用電子機器において、撮像ユニットは、上記筐体部に設けた表示デバイスと上記ヒンジ部の間のスペースに配置されている携帯用電子機器。

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