(57)【要約】【課題】シャッタ羽根駆動用のアクチュエータとして小型のものを使用できることでシャッタ装置を小型化でき、これによりユニット全体を小型に構成できる光学ユニットを提供する。【解決手段】撮像素子３２に被写体像を結像する光学系２０−３０と、光束が通過する絞り開口部７４を開閉するシャッタ羽根７８，８２を有するシャッタ装置７０とを備えた光学ユニット１０であって、シャッタ装置７０に、絞り開口部７４を通過する光量を制限する光量制限位置と絞り開口部７４から退避した退避位置との間でシャッタ羽根７８，８２とは独立して駆動される光量制限部材９０を設けた。【選択図】図１
2006030602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子に被写体像を結像する光学系と、光束が通過する絞り開口部を開閉するシャッタ羽根を有するシャッタ装置とを備えた光学ユニットであって、
前記シャッタ装置に、前記絞り開口部を通過する光量を制限する光量制限位置と前記絞り開口部から退避した退避位置との間で前記シャッタ羽根とは独立して駆動される光量制限部材を設けたことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
光軸方向から見た前記光学ユニットの幅と前記絞り開口部の口径との寸法比を３：１ないし５：１にしたことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記光量制限部材は、前記絞り開口部の口径よりも小径の開口部により光量を制限するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記光量制限部材は、ＮＤフィルタにより光量を制限するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯情報端末（ＰＤＡ）や携帯電話などに内蔵されるカメラに用いられる光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯情報端末や携帯電話などの携帯機器にカメラが内蔵されている。そして、近年では、このような携帯機器に内蔵されるカメラにおいて、高画素数の撮像素子に対応したズームレンズ装置が要望されている。
【０００３】
携帯機器にズームレンズ装置を搭載するためには、ズームレンズ装置を非常に小型に構成する必要があると同時に、高輝度時において撮像素子への露光制御を精度良く行えるシャッタ装置を備える必要がある。
【０００４】
シャッタ装置による露光制御を高精度に行うには、絞り開口部を開閉するシャッタ羽根を高速で動かす必要があるが、そのためにはシャッタ羽根を駆動するアクチュエータとして強力なものを使用しなければならない。しかしながら、このように強力なアクチュエータは大きなものになるため、シャッタ装置が大型化するという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、高画素数の撮像素子に対応したズームレンズ機構およびシャッタ装置を備えた光学ユニットにおいて、シャッタ羽根駆動用のアクチュエータとして小型のものを使用できることでシャッタ装置を小型化でき、これによりユニット全体を小型に構成できる光学ユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、撮像素子に被写体像を結像する光学系と、光束が通過する絞り開口部を開閉するシャッタ羽根を有するシャッタ装置とを備えた光学ユニットであって、
前記シャッタ装置に、前記絞り開口部を通過する光量を制限する光量制限位置と前記絞り開口部から退避した退避位置との間で前記シャッタ羽根とは独立して駆動される光量制限部材を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
この構成からなる光学ユニットによれば、シャッタ羽根とは独立して駆動される光量制限部材を用いて絞り開口部を通過する光量を制限するようにしたので、シャッタ羽根を高速で駆動する必要がないためにシャッタ羽根駆動用アクチュエータとして小型のものを使用することができ、これによりシャッタ装置ひいてはユニット全体を小型化することができる。
【０００９】
本発明の光学ユニットでは、光軸方向から見た前記光学ユニットの幅と前記絞り開口部の口径との寸法比を３：１ないし５：１にすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の光学ユニットでは、前記光量制限部材が、前記絞り開口部の口径よりも小径の開口部により光量を制限するものであってもよい。
【００１１】
さらに、本発明の光学ユニットでは、前記光量制限部材が、ＮＤフィルタにより光量を制限するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学ユニットによれば、シャッタ羽根を高速で駆動する必要がないためにシャッタ羽根駆動用アクチュエータとして小型のものを使用することができ、これによりシャッタ装置ひいてはユニット全体を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態である光学ユニット１０の内部構造を示し、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、光学ユニット１０においては、被写体側を前といい、反対側（すなわち撮像素子側）を後という。
【００１４】
光学ユニット１０は、矩形筒状の中筒１２と、中筒１２前端に取り付けられた前蓋１４と、中筒１２後端に取り付けられた後蓋１６とからなるケース１８を備えている。ケース１８内には、第１レンズ２０、第２レンズ２２、第３レンズ２４、第４レンズ２６、第５レンズ２８および第６レンズ３０が光軸Ｌに沿って前方から順に配設されている。これら６つのレンズ２０，２２，２４，２６，２８，３０が、後蓋１６に固定された例えばＣＣＤからなる撮像素子３２に被写体像を結像する光学系を構成する。
【００１５】
第１レンズ２０および第２レンズ２２は、互いに隣接した状態で前蓋１４の中央開口部に保持されている。第３レンズ２４および第４レンズ２６は、互いに隣接した状態で第１枠体３６に保持されている。第５レンズ２８は、第２枠体３８に保持されている。そして、第６レンズ３０は、後蓋１６の中央開口部に保持されている。
【００１６】
撮像素子３２は、プリント基板３４上に配置されている。また、撮像素子３２の前面には、赤外線をカットするためのフィルタ３３が貼着されている。
【００１７】
第３レンズ２４および第４レンズ２６を保持する第１枠体３６の下部は、突部４０が設けられており、この突部４０には光軸方向（すなわち前後方向）に延びる貫通孔が形成されている。前記突部４０の貫通孔には、円柱状の駆動軸４２が挿入されている。前記駆動軸４２の外周面と前記貫通孔の内周面とは、図示しないばねの付勢力によって適度な摩擦力でもって摩擦結合されている。駆動軸４２の両端部は、中筒１２の内面に所定間隔を置いて突設された２つの支持壁４４，４６によって摺動可能に支持されている。また、駆動軸４２の前端は、一端が前蓋１４に固定された圧電素子４８の他端に連結されている。
【００１８】
一方、第１枠体３６の上部にも突部５０が設けられており、この突部５０には切り欠き部５２が形成されている。この切り欠き部５２には、円柱状の案内軸５４が嵌り込んで係合している。案内軸５４の両端は、前蓋１４内面に突設した突出部１５と、中筒１２内面に突設した支持壁５６とにそれぞれ固定されている。このように突部５０の切り欠き部５２が案内軸５４に係合していることで、案内軸５４は、第１枠体３６の駆動軸４２を中心とする回転を規制する回転規制部材としての役割と、第１枠体３６が光軸方向に移動するときの案内部材としての役割とを果たす。
【００１９】
第５レンズ２８を保持する第２枠体３８の上部には突部５８が設けられており、この突部５８には光軸方向に延びる貫通孔が形成されている。前記突部５８の貫通孔には、円柱状の駆動軸６０が挿入されている。前記駆動軸６０の外周面と前記貫通孔の内周面とは、図示しないばねの付勢力によって適度な摩擦力でもって摩擦結合されている。前記駆動軸６０の前端部は、中筒１２内面に突設された支持壁５６によって摺動可能に支持されている。また、駆動軸６０の後端は、一端が後蓋１６に固定された圧電素子６２の他端に連結されている。
【００２０】
一方、第２枠体３８の下部には第１枠体３６の上部と同様に切り欠き部が形成されており、この切り欠き部に円柱状の案内軸６４が嵌り込んで係合している。案内軸６４の両端は、中枠１２の内面に突設された支持壁４６と後蓋１６とにそれぞれ固定されている。このように下部切り欠き部が案内軸６４に係合していることで、案内軸６４は、第２枠体３８の駆動軸６０を中心とする回転を規制する回転規制部材としての役割と、第２枠体３８が光軸方向に移動するときの案内部材としての役割とを果たす。
【００２１】
第１枠体３６の前面には、シャッタ装置７０が取り付けられている。シャッタ装置７０は、中空状の基板７２を備えている。基板７２には、光束が通過する円形状の絞り開口部７４が光軸Ｌを中心として形成されている。この絞り開口部７４が第３レンズ２４に対向している。
【００２２】
図３に示すように、シャッタ装置７０の基板７２内であって絞り開口部７４の周囲には、第１軸７６を中心に回動可能な第１シャッタ羽根と、第２軸８０を中心に回転可能な第２シャッタ羽根８２とが部分的に重なるようにして設けられている。第１および第２シャッタ羽根７８，８２は、電磁コイル８４とこの電磁コイル８４の磁力で作動する駆動機構部８６とからなるシャッタ用アクチュエータ８８によって同時に駆動される。これにより、第１および第２シャッタ羽根７８，８２は、絞り開口部７４を開放した状態と、第１シャッタ羽根７８が反時計回り方向に回動するととともに第２シャッタ羽根８２が時計回り方向に回動することによって絞り開口部７４を閉じた状態とに作動するようになっている。
【００２３】
なお、本実施形態では２枚のシャッタ羽根７８，８２を設けているが、シャッタ羽根は１枚であってもよい。また、シャッタ羽根７８，８２を駆動するシャッタ用アクチュエータ８８の構成および動作は、従来周知なものであるため、ここでの詳細な説明を省略する。
【００２４】
さらに、シャッタ装置７０の基板７２内であって絞り開口部７４の周囲には、第３軸９２を中心に回動可能な光量制限部材９０が設けられている。光量制限部材９０は、細長い略扇状をなす薄い板で構成されており、その先端部には絞り開口部７４の口径よりも小径の円形状開口部９４が形成されている。また、光量制限部材９０は、電磁コイル９６とこの電磁コイル９６の磁力で作動する駆動機構部９８とからなる光量制限部材用アクチュエータ１００によって、前記第１および第２シャッタ羽根７８，８２とは独立して駆動される。これにより、光量制限部材９０は、絞り開口部７４から退避した退避位置と、図３に示す位置から時計回り方向に回動して開口部９４の中心が光軸Ｌに重なる光量制限位置との間で駆動され、前記光量制限位置にあるとき絞り開口部７４よりも小径の開口部９４によって絞り開口部７４を通過する光量を制限するようになっている。
【００２５】
なお、光量制限部材９０は、光量制限位置に作動したときにも第１および第２シャッタ羽根７８，８２とは干渉しないように光軸方向にずれた位置関係で配置されている。また、光量制限部材９０を駆動する光量制限部材用アクチュエータ１００の構成および動作もシャッタ用アクチュエータ８８と同様に従来周知なものであるため、ここでの詳細な説明を省略する。
【００２６】
前記構成からなる光学ユニット１０では、光軸方向から見た光学ユニット１０の短い方の幅をＷ、シャッタ装置７０の絞り開口部７４の口径をＤとしたとき、ＷとＤの寸法比が３：１ないし５：１になるように構成可能であり、前記Ｗは例えば１３ｍｍ以下になるように構成されている。
【００２７】
続いて、前記光学ユニット１０の動作について説明する。
光学ユニット１０では、第３レンズ２４および第４レンズ２６を保持する第１枠体３６を光軸方向に移動させることによりズーミングが行われ、第５レンズ２８を保持する第２枠体３８を光軸方向に移動させることによりピント合わせが行われる。第１枠体３６の移動原理と第２枠体３８の移動原理は同じであるため、ここでは第１枠体３６の移動原理についてだけ説明する。
【００２８】
圧電素子４８に、立ち上がり部が急で立ち下がり部が緩やかな三角波形のパルス電圧が印加されると、圧電素子４８は急速に伸長変形した後に緩慢に収縮変形する。このような変形は、圧電素子４８に連結された駆動軸４２に伝達される。すなわち、駆動軸４２は、後方へ急速に変位した後、前方へ緩慢に変位する。
【００２９】
駆動軸４２が後方へ急速に変位したとき、駆動軸４２は、駆動軸４２と第１枠体３６の突部４０の貫通孔内面との間の摩擦力に打ち勝って摺動するため、第１枠体３６は移動することなくその場所に留まる。その後、駆動軸４２が前方へ緩慢に変位するとき、突部４０において駆動軸４２と摩擦結合する第１枠体３６は、駆動軸４２の変位に伴って前方へ移動する。
【００３０】
このように立ち上がり部が急で立ち下がり部が緩やかな波形のパルス電圧が印加されて圧電素子４８が急速に伸長変形した後に緩慢に収縮変形する振動を繰り返すことで、第１枠体３６が前方へ移動し、印加パルス数を制御することで所望の移動距離を得ることができる。これにより、第３レンズ２４および第４レンズ２６は、ユーザが所望するズーミング位置へ移動する。
【００３１】
一方、第１枠体３６を後方へ移動させるときには、圧電素子４８に、立ち上がり部が緩やかで立ち下がり部が急な三角波形のパルス電圧を印加する。これにより、第１枠体３６は、上述したのとは逆の動作でもって後方へ移動する。
【００３２】
光学ユニット１０を内蔵した携帯機器で撮影を行うとき、光学ユニット１０のシャッタ装置７０は次のように動作する。
携帯機器のシャッタスイッチがオンされると、携帯機器の図示しない制御部は、撮像素子３２に結像された被写体像の輝度が高すぎると判断したとき、シャッタ羽根７８，８２を駆動するのに先立って、電磁コイル９６に通電して光量制限部材用アクチュエータ１００を駆動する。これにより、光量制限部材９０が退避位置から光量制限位置へ回動し、光量制限部材９０の開口部９４が絞り開口部７４上に重なる。その結果、絞り開口部７４を通過する光量がより小径の開口部９４によって制限され、撮像素子３２に結像する被写体像の輝度が抑えられる。この状態で、シャッタ羽根７８，８２が作動して撮影が行われ、適度な輝度の被写体像が得られる。
【００３３】
ここで、本実施形態のような光量制限部材９０を設けることなく、シャッタ羽根７８，８２の作動速度を高速化して光量を制限しようとすると、図４に示すように、シャッタ用アクチュエータ８８'を強力なものにしなければならず、そうするには電磁コイル８４'および駆動機構部８６'がそれぞれ大きなものになってシャッタ用アクチュエータ８８'が大型化し、シャッタ装置７０'ひいては光学ユニットが大型化することになる。
【００３４】
これに対し、本実施形態の光学ユニット１０によれば、シャッタ羽根７８，８２とは独立して駆動される光量制限部材９０を用いて絞り開口部７４を通過する光量を制限するようにしたので、シャッタ羽根７８，８２を高速で駆動する必要がないためにシャッタ用アクチュエータ８８として小型のものを使用することができ、これによりシャッタ装置７０ひいてはユニット全体を小型化することができる。
【００３５】
なお、本実施形態の光学ユニット１０では、絞り開口部７４より小径の開口部９４を有する光量制限部材９０を用いて光量を制限するようにしたが、ＮＤフィルタを設けた光量制限部材を用いて、前記ＮＤフィルタを絞り開口部７４上に重ねることで光量を制限するようにしてもよい。
【００３６】
また、第１枠体３６および第２枠体３８の駆動機構は、圧電素子を用いたものに限らず、小型モータとボールねじを用いたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】光学ユニットの内部構造図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】シャッタ装置の平面図と側面図。
【図４】シャッタ用アクチュエータが大型化したシャッタ装置の平面図と側面図。
【符号の説明】
【００３８】
１０…光学ユニット
２０…第１レンズ
２２…第２レンズ
２４…第３レンズ
２６…第４レンズ
２８…第５レンズ
３０…第６レンズ
３２…撮像素子
３６…第１枠体
３８…第２枠体
４２…駆動軸
４８…圧電素子
５４…案内軸
６０…駆動軸
６２…圧電素子
６４…案内軸
７０…シャッタ装置
７２…基板
７４…絞り開口部
７８…第１シャッタ羽根
８２…第２シャッタ羽根
８８…シャッタ用アクチュエータ
９０…光量制限部材
９４…開口部
１００…光量制限部材用アクチュエータ
【図１】
2006030602.tif 000003
【図２】
2006030602.tif 000004
【図３】
2006030602.tif 000005
【図４】
2006030602.tif 000006