(57)【要約】【課題】  撮像距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍの人物撮像をする場合でも、十分な解像度品質の画像を撮像できる小型の撮像装置及び、その撮像装置を搭載した携帯端末装置を得る。【解決手段】  レンズホルダー１９の光軸方向の位置を３段階に切替えられるようにし、第１の位置では５０ｃｍ以上の被写体距離に焦点が合っており、第２の位置では２０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲内の被写体距離に焦点が合っており、第３の位置では１０ｃｍ以内の被写体に焦点が合っているようにしたものである。【選択図】        図１
2006251653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の画像を集光するレンズと、このレンズを搭載したレンズホルダーと、前記レンズによって結像した光の像を電気信号に変換する撮像素子チップと、この撮像素子チップを搭載した収納容器と、この収納容器に固定されるマウントと、このマウントに対して前記レンズホルダーの光軸方向の位置を移動させるための移動機構とを備える撮像装置において、前記移動機構は、前記レンズホルダーの光軸方向の位置を、被写体距離５０ｃｍ以上に焦点が合うよう設定された第１の位置、被写体距離２０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲内に焦点が合うよう設定された第２の位置、及び被写体距離１０ｃｍ以内に焦点が合うよう設定された第３の位置の３段階に切替えられることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置が搭載され、前記撮像装置の焦点位置を３段階に切替えられることを特徴とする携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話搭載用カメラ、電子スチルカメラ、ビデオカメラ等のカメラにおいて、通常撮像モードとマクロ撮像（接写）モードの他に、携帯電話等の自分撮りに適した撮像距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍの人物撮像モードを有する撮像装置及びその撮像装置を搭載した携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、例えば特開２００４−２００８４６号公報に示された従来の携帯端末装置を示す図であり、（ａ）はフリップ式携帯電話機の展開した状態の裏面図、（ｂ）は展開した状態の側面図、（ｃ）は展開した状態の正面図である。携帯端末装置１は、上蓋部１ａと基部１ｃが、ジョイント部１ｂ部分で折り曲がる構造である。図において、２は風景や人物、バーコードなどを撮影するカメラであり、カバー３の内側に組み込まれている。４はカメラ２で撮像された画像を表示する裏面用液晶表示部であり、カメラ２起動状態で、カメラ２を使用者自身に向けて顔などを撮像するのに用いる。５は正面用液晶表示部であり、カメラ起動状態で、遠方の景色や、マクロ撮影をするのに用いる。６は撮影モード切替スイッチであり、上方にスライドすれば通常撮像モードに、下方にスライドすれば、マクロ撮像モードに設定される。
【０００３】
通常撮像モードでは、焦点はパンフォーカス（レンズの被写界深度を広くとることで、５０ｃｍ〜∞までピントがあったような画像を得る方法。機構が簡単なので低価格機によく使われる撮像方法）であり、数メートル以上離れた被写体を撮像する場合に使用する。また、マクロ撮像モードでは、５から１０ｃｍ程度まで被写体に接近して撮像する場合に使用する。正面用液晶表示部５の上端部にはスピーカ７が設けられている。携帯端末装置１の基部１ｃの上部には、カメラモード遷移スイッチ８、撮影シャッタースイッチ９が設置されている。基部１ｃ及び中央部には、操作スイッチ１０、電源スイッチ１１、発信スイッチ１２が配置され、その下部には、テンキー、文字入力キーなどの機能を有するキー群１３、マイク１４が配置されている。
【０００４】
次に動作について説明する。携帯端末装置１の電源スイッチ１１を入れて装置を起動させた後、カメラモード遷移スイッチ８を押して、装置起動時の待ち受け状態などから、カメラモードに移行する。カメラモードへの移行により液晶表示部５には、カメラ２で撮像された被写体画像が表示される。被写体画像が表示された状態で、撮影シャッタースイッチ９を押すことにより、表示画像の電子データが携帯端末装置１内のメモリに保存される。携帯端末装置１の使用者自身にカメラ２を向けて、使用者の顔などを撮像する場合には、操作スイッチ１０によって、カメラ２で撮像される被写体画像の表示を、正面用液晶表示部５から、裏面用液晶表示部４に切替えることで、使用者自身の顔の画像を確認しながら撮影シャッタースイッチ９を押すことができる。遠方の風景や建物、人物などの被写体に対しては、撮影モード切替スイッチ６を通常撮像モードに設定した状態で撮影し、バーコードや文字などカメラ２を接近させる被写体に対しては、撮影モード切替スイッチ６をマクロ撮像モードに設定した状態で撮影する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２００８４６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこのような従来の携帯端末装置１では、通常撮像モードが、数メートル以上離れた被写体に対して合焦した画像を得ることができるパンフォーカスの設定であり、撮像距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍとなる使用者自身の顔の画像に対しては、パンフォーカスの合焦範囲から外れてしまい、画像の解像度品質が不十分となる問題点を有していた。
【０００７】
通常撮像モードの合焦範囲の近傍側が２０ｃｍ〜４０ｃｍになるように撮像装置を調整することはできるが、その場合は、遠方の風景画像の解像度品質が不十分となる。また、撮像装置に搭載しているレンズの焦点距離を十分に小さくすることで、通常撮像モードの合焦範囲を近側２０ｃｍ〜４０ｃｍから遠方まで広げることは可能であるが、この場合は、レンズの有効像円径が小さくなるため、適応可能な撮像素子の撮像エリアは小さくなる。よって、画素数がメガピクセルの撮像素子を搭載した撮像装置には適用できない。
【０００８】
また、撮像装置の画角を狭くして、４０ｃｍを超える距離で、使用者自身の顔の画像が適当な大きさで撮れるようにした場合は、携帯端末装置１を手に持った使用者が腕を伸ばして扱わなければならないなど、不便であり製品価値が損なわれる。また、オートフォーカス機構を具備する撮像装置の場合は、任意の距離で合焦した画像品質を得ることは出来るが、駆動部やフォーカス処理用ソフトウエアなど多数の追加要素があり、撮像装置が大きく複雑になり、かつ高価になってしまう問題が生じる。なお、マクロ撮像モードは、１０ｃｍ以下の撮像距離に合焦するように設定するため、合焦範囲は極端に狭くなり、このモードで撮像距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍとなる使用者自身の顔の画像を撮った場合は、解像度品質が著しく悪い。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮像距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍの人物撮像をする場合でも、複雑な構成を追加することなく、十分な解像度品質の画像を撮像できる小型の撮像装置、及び、その撮像装置を搭載した携帯端末装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る撮像装置は、被写体の画像を集光するレンズと、このレンズを搭載したレンズホルダーと、前記レンズによって結像した光の像を電気信号に変換する撮像素子チップと、この撮像素子チップを搭載した収納容器と、この収納容器に固定されるマウントと、このマウントに対して前記レンズホルダーの光軸方向の位置を移動させるための移動機構とを備える撮像装置であって、前記移動機構は、前記レンズホルダーの光軸方向の位置を、被写体距離５０ｃｍ以上に焦点が合うよう設定された第１の位置、被写体距離２０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲内に焦点が合うよう設定された第２の位置、及び被写体距離１０ｃｍ以内に焦点が合うよう設定された第３の位置の３段階に切替えられることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項１に係る携帯端末装置は、請求項１記載の撮像装置が搭載され、前記撮像装置の焦点位置を３段階に切替えられることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の撮像装置によれば、レンズホルダーの光軸方向の位置設定において、２０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲内の被写体距離に焦点が合うようにしたので、被写体として自己を撮影する場合に良好な解像度品質を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例１．
以下、本発明の実施例１を図を用いて説明する。図１は本発明に係わる撮像装置の実施例を示す図である。図において、１５は撮影する被写体からの入射光１６を集光して画像を結像するレンズであり、３枚のプラスチックレンズ玉（図では等価的に１枚のレンズで模式的に示している）で構成されている。１７はレンズ１５を搭載するバレルであり、バレル１７を光軸方向に動かして、撮像素子チップ２３に結像位置を合わせるピント調整用のネジ式調整機構１８を介して、レンズホルダー１９に取付けられる。２０は、２つのカム面を具備する調整リングであり、光軸を中心に回転させることで、レンズホルダー１９の光軸方向の位置を３段階に変化せしめる。
【００１４】
２３はレンズ１５によって結像した光の像を電気信号に変換して映像信号を出力する撮像素子チップであり、例えば２００万個のＣＣＤ素子からなる。２４は撮像素子チップ２３を搭載するセラミック製の収納容器であり、配線導体を介してプリント基板２６と電気的に接続される。また、２５は収納容器２４に接着固定されたカバーガラスであり、撮像素子チップ２３を異物を含まないクリーンな雰囲気内に密閉している。２６はカメラ或いは携帯電話等のアプリケーションのメイン基板であるプリント基板である。２１は収納容器２４に接着固定されるとともに、調整リング２０を介してレンズホルダー１９と勘合するマウントであり、レンズホルダー１９とマウント２１は、バネ２２によって３箇所を付勢されて接合される。
【００１５】
撮像素子チップ２３に対するレンズ１５の高さ方向の位置は、調整リング２０のレバー２０Ａを通常の位置にした通常撮像モードの状態で、焦点がパンフォーカスになるようネジ式調整機構１８によって所定の位置にピント調整される。図２（ａ）に示すように、通常撮像モードでは撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離はｄ１となり、主に数メートル以上離れた被写体を撮像する場合に使用する
【００１６】
そして、レバー２０Ａを使って調整リング２０を一定の角度θ１回転させることで、図２（ｂ）に示すように調整リング２０のテーパ状段差を有する第１のカム部で決まる高さだけレンズホルダー１９の位置が高くなり、撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離が撮像距離３０ｃｍに焦点が合ったｄ２となる。撮像距離が３０ｃｍの人物撮像モードは、画角が５０度程度の撮像装置を使用者が手に持ち腕を軽く伸ばした状態で、主に使用者自身の顔やツーショットの画像を撮像する場合に使用する。
【００１７】
更に、レバー２０Ａを一定の角度θ２回転させることで、図２（ｃ）に示すように調整リング２０のテーパ状段差を有する第２のカム部で決まる高さだけレンズホルダー１９の位置が更に高くなり、撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離が撮像距離７ｃｍに焦点があったｄ３となる。撮像距離が７ｃｍのマクロ撮像モードは、主にバーコードや印刷文字、植物などの被写体に接近して撮像する場合に使用する。
【００１８】
レンズ１５を搭載したレンズホルダー１９は、撮像素子チップ２３を内部に搭載した収納容器２４に固定されたマウント２１にバネ２２によって付勢されており、調整リング２０の第１のカム部と第２のカム部を含む段差部を介して、マウント２１の凸部に押し当てられて保持されている。マクロ撮像モードからの撮像モードの切替えは、レバー２０Ａを使って上述とは逆向きに調整リング２０を一定の角度θ２回転させることで人物撮像モードに切替えられ、更に角度θ１回転させることで通常撮像モードに切替えられる。
【００１９】
次に、撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離と、合焦範囲について説明する。数百万個のＣＣＤ素子を搭載する撮像素子チップ２３など、出力画素数がメガピクセル級の撮像装置に使用される撮像素子チップは、有効画素領域の対角長が約５ｍｍ以上となり、対応するレンズ１５の焦点距離ｆ（複数のレンズでレンズ光学系が構成される本実施例のような場合には、等価的な単一レンズに置き換えた場合の焦点距離）は約５ｍｍ以上が必要となる。一方、レンズ１５と被写体までの距離をＬとした場合、撮像素子チップ２３すなわち結像面とレンズ１５間の結像距離ｄは、ｄ＝ｆ×Ｌ／（Ｌ−ｆ）となる。
【００２０】
また、過焦点距離Ｈ＝ｆ×ｆ／Ｆ／φとし、被写体距離Ｌに焦点を合せた場合、合焦範囲の近側Ｌｎは、Ｌｎ＝Ｈ×Ｌ／（Ｈ＋Ｌ）、合焦範囲の遠側Ｌｆは、Ｌｆ＝Ｈ×Ｌ／（Ｈ−Ｌ）となる。過焦点距離Ｈは、レンズ光学系の特性により一義的に決まる固有値である。ここで、Ｆは撮像装置のレンズ光学系の明るさを示すＦナンバー（焦点距離をレンズの有効口径で割って求められる。数値が小さいほど明るい）、φは結像面に集光される光の錯乱円の直径である（被写体の１点から出た光は、レンズによって撮像素子の受光面上で１点には集光されず、必ず有限の大きさに分布する。この有限の集光スポット直径を錯乱円と呼ぶ。この錯乱円は、最も集光されるピントの合った位置の前後で大きくなる。撮像素子の場合、一般的な画像で解像度性能に殆ど劣化が見られない許容できる錯乱円の大きさを考慮する。許容錯乱円は、素子配列ピッチの２倍の長さ以下を目安にする）。Ｆナンバーは、２．８、３．２、４．０といった値がよく使われ、値が小さい方が明るい。ここでは２．８とする。また錯乱円としては、撮像素子チップの素子配列ピッチ長の２倍の長さ以下とすれば、撮像素子チップの解像度性能を十分に引き出せる。素子配列ピッチは、０．００３ｍｍ以上のものが一般的であり、ここでは錯乱円φを０．００６ｍｍとする。
【００２１】
通常撮像モードでは、焦点をパンフォーカスにする方法として、焦点を合せる被写体距離Ｌを過焦点距離Ｈにするのが一般的である。ここでは、Ｈ＝５×５／２．８／０．００６＝１４８８ｍｍなので、Ｌ＝１４８８ｍｍとして、図３（ａ）に示す撮像素子チップ２３とレンズ１５間の結像距離ｄ１は、ｄ１＝５×１４８８／（１４８８−５）＝５．０１７ｍｍとなり、合焦範囲の近側Ｌｎは、Ｌｎ＝１４８８×１４８８／（１４８８＋１４８８）＝７４４ｍｍ、合焦範囲の遠側Ｌｆは、Ｌｆ＝１４８８×１４８８／（１４８８−１４８８）＝∞となる。従って、距離が３０００ｍｍの被写体に対しては、合焦範囲内であり十分な解像度品質の画像を撮像することができるが、距離が３００ｍｍの被写体に対しては、合焦範囲から外れてしまい、画像の解像度品質が不十分となる問題が生じる。
【００２２】
合焦範囲の近側が３００ｍｍ程度になるように焦点を合せる被写体距離Ｌを過焦点距離Ｈよりも近くにした場合は、遠方が合焦範囲から外れてしまい、遠方画像の解像度品質が不十分となり問題が生じる。なお、レンズ１５の焦点距離ｆを３ｍｍ程度に短くすることで、合焦範囲の遠側Ｌｆを∞に、合焦範囲の近側を３００ｍｍ程度にした場合は、複数枚のレンズ玉で構成できなくなりレンズ光学系の光学性能が低下したり、複数枚のレンズ構成ができたとしても、画像周辺部の解像度や光量比、歪などの点でメガピクセル級の撮像装置としての画質としては不十分となり実用的ではない。
【００２３】
また、マクロ撮像モードでは、焦点を合せる被写体距離Ｌを７０ｍｍ程度に合せるのが一般的であり、Ｌ＝７０ｍｍとして、図３（ｃ）に示す撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離ｄ３は、ｄ３＝５×７０／（７０−５）＝５．３８５ｍｍとなり、合焦範囲の近側Ｌｎは、Ｌｎ＝１４８８×７０／（１４８８＋７０）＝６６ｍｍ、合焦範囲の遠側Ｌｆは、Ｌｆ＝１４８８×７０／（１４８８−７０）＝７３ｍｍとなる。従って、距離が７０ｃｍの被写体に対しては、合焦範囲内であり十分な解像度品質の画像を撮像することができるが、距離が３００ｍｍの被写体に対しては、合焦範囲から大きく外れてしまい、画像の解像度品質が著しく悪い。
【００２４】
一方、人物撮像モードでは、焦点を合せる被写体距離Ｌを３００ｍｍにしており、Ｌ＝３００ｍｍとして、図３（ｂ）に示す撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離ｄ２は、ｄ２＝５×３００／（３００−５）＝５．０８５ｍｍとなり、合焦範囲の近側Ｌｎは、Ｌｎ＝１４８８×３００／（１４８８＋３００）＝２５０ｍｍ、合焦範囲の遠側Ｌｆは、Ｌｆ＝１４８８×３００／（１４８８−３００）＝３７６ｍｍとなる。従って、距離が２５０ｍｍ〜３７６ｍｍの範囲内の被写体に対して、十分な解像度品質の画像を撮像することができる。
【００２５】
よって、調整リング２０のレバー２０Ａを通常の位置にした通常撮像モードの状態で、焦点が１４８８ｍｍに合うようネジ式調整機構１８によってピント調整をすることで、撮像素子チップ２３とレンズ１５間の距離ｄ１は５．０１７ｍｍとなり、第１のカム部のテーパ状段差を０．０６８ｍｍとすることで、合焦範囲が３００ｍｍ前後の人物撮像モードへの切替えができ、第２のカム部のテーパ状段差を０．３００ｍｍとすることで、合焦範囲が７０ｍｍ前後のマクロ撮像モードへの切替えができる構造を得ることができる。
【００２６】
このようにして、数メートル以上離れた遠方の景色撮影や、１０ｃｍ以内に近づいた接写撮影以外に、撮像距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍ程度の被写体に対しても、撮像装置を大きくて複雑な構造にして高価にすることなく、良好な解像度品質の画像を得ることができる。また、焦点の合う被写体距離が、遠方から接写に近づく順あるいは接写から遠方に遠ざかる順に一定方向に切替えられ、使用者の操作感覚に適合した撮像装置を得ることができる。
【００２７】
実施例２．
図５は本発明に係わる携帯端末装置の実施例を示す図である。これに使用した符号は、上述した従来例と同一部分について、同一符号を付している。図において、６は撮影モード切替スイッチであり、上部にスライドすればマクロ撮像モードに、中間部にスライドすれば人物撮像モードに、下部にスライドすれば通常撮像モードに設定される。また、マクロ撮像モードの時は撮影モード切替スイッチ６が従来のチューリップのマークの位置にあり、人物撮像モードの時は撮影モード切替スイッチ６が顔などの人物を示すマークの位置にあり、通常撮像モードの時は撮影モード切替スイッチ６が従来の山のマークの位置にある。２７は撮像モード切替スイッチ６と撮像装置２のレバー２０Ａとを機械的に接続するための継ぎ手である。
【００２８】
携帯端末装置１の使用者が自分自身の顔を含む撮像をする場合、操作スイッチ１０によって、撮像される被写体画像の表示を裏面用液晶表示部４に切替えた後、撮影モード切替スイッチ６を人物撮像モードにセットして、撮像装置２を自分自身に向けて撮像する。携帯端末装置１に搭載する撮像装置２の画角は、携帯端末装置１を手に持った使用者が軽く腕を伸ばした状態の３００ｍｍ前後の距離で、使用者の顔が適度な大きさで撮影できる長辺画角５０度付近に設定される。
【００２９】
撮像装置２の人物撮像モードでは、合焦範囲が２０ｃｍ〜４０ｃｍ程度になるように設定されているので、使用者の顔の画像に対して、良好な解像度品質を得ることができる。なお、遠方の風景や建物、人物などの被写体に対しては、撮影モード切替スイッチ６を通常撮像モードに設定した状態で撮影し、バーコードや印刷物、植物などカメラ２を接近させる被写体に対しては、撮影モード切替スイッチ６をマクロ撮像モードに設定した状態で撮影する。
【００３０】
更に、２０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲内の被写体距離に焦点が合った人物撮像モードを示す、顔などの人物を示すマークを具備するようにしたので、携帯端末装置１の使用者が認識し易くすることができ、また操作感覚に適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施例１による撮像装置を示す図である。
【図２】この発明の実施例１による撮像装置を示す図である。
【図３】この発明の実施例１による撮像装置の結像光学系を説明する図である。
【図４】この発明の実施例２による携帯端末装置を示す図である。
【図５】従来の携帯端末装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  携帯端末装置、  １ａ  上蓋部、  １ｂ  ジョイント部、  １ｃ  基部、  ２  カメラ３  カバー、  ４  裏面用液晶表示部、  ５  正面用液晶表示部、  ６  撮影モード切替スイッチ、  ７  スピーカ、  ８  カメラ遷移スイッチ、  ９  撮影シャッタースイッチ、  １０  操作スイッチ、  １１  電源スイッチ、  １２  発信スイッチ、  １３  キー群、  １４  マイク、  １５  レンズ、  １６  入射光、  １７  バレル、  １８  ネジ式調整機構、  １９  レンズホルダー、  ２０  調整リング、  ２０Ａ  レバー、  ２１  マウント、  ２２  バネ、  ２３  撮像素子チップ、  ２４  収納容器、  ２５  カバーガラス、  ２６  プリント基板、２７  継ぎ手。
【図１】
2006251653.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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