(57)【要約】【課題】  薄い携帯電話機搭載カメラに用いるのに適した、全長が短く高画質の光学ユニットを提案すること。【解決手段】  光学ユニット１は、同心円上に等角度間隔でテレ、ワイドおよびノーマルの３種類の単焦点レンズ光学系２１〜２３が搭載された回転板４を備えている。回転板４を回転することにより、選択的にレンズ光学系２１〜２３の一つを受光素子５の中心光軸５ａに一致した使用位置に位置決めでき、被写体に応じて焦点位置を制御できる。また、ズームレンズを用いる場合とは異なり、全長を短くできるので携帯電話機搭載カメラに用いるのに適している。レンズ光学系２１〜２３の光学特性をテレ、ワイド、ノーマルに最適なものに設定しておくことができるので、撮影画像も高品質になる。【選択図】  図１
2006058830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子と、
撮影画像を前記受光素子に導くための焦点距離が相互に異なる複数のレンズ光学系と、
前記レンズ光学系が搭載されている回転板とを有し、
前記回転板の回転角度位置に応じて、選択的に一つの前記レンズ光学系が前記受光素子の受光面上に光像を結ぶ位置に位置決めされるようになっていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
前記レンズ光学系として、テレ用、ワイド用、ノーマル用の３種類の単焦点レンズ光学系のうち、少なくとも２種類のレンズ光学系を備えていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項３】
請求項２において、
各レンズ光学系は、前記回転板の回転中心を中心とする同一円周上において等角度間隔に配列されていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項４】
請求項３において、
前記回転板は複数のレンズ装着穴を備えており、
各レンズ装着穴には、各レンズ光学系を構成している光学素子が直接組み込まれていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項５】
請求項４において、
前記レンズ装着穴にねじ込み固定あるいは接着固定したレンズ押さえリングと、
前記レンズ装着穴の内周面部分から内側に円環状に突出したレンズ受けとを有し、
前記レンズ受けと前記レンズ押さえリングの間に前記レンズ光学系を構成している光学素子が保持されていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項６】
請求項３において、
前記回転板は、複数のレンズ装着穴と、各レンズ装着穴に挿入固定された筒状のレンズ枠とを備え、
各レンズ枠内に、各レンズ光学系を構成している光学素子が組み込まれていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項７】
請求項６において、
前記レンズ枠が前記レンズ装着穴にねじ込み固定あるいは接着固定されていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項８】
請求項６において、
前記レンズ装着穴にねじ込み固定あるいは接着固定したレンズ枠押さえリングと、
前記レンズ装着穴の内周面部分から内側に円環状に突出させることにより形成したバネ受けと、
前記バネ受けと前記レンズ枠の端面の間に挿入されているバネ部材とを有していることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項９】
請求項６、７または８において、
前記レンズ枠にねじ込み固定あるいは接着固定したレンズ押さえリングと、
前記レンズ枠の内周面部分から内側に円環状に突出したレンズ受けとを有し、
前記レンズ受けと前記レンズ押さえリングの間に前記レンズ光学系を構成している光学素子が保持されていることを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【請求項１０】
請求項２ないし９のいずれかにおいて、
前記レンズ光学系の焦点位置を任意の位置に変更できるようにしたことを特徴とする携帯電話機搭載カメラの光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた携帯電話機搭載カメラに用いられる光学ユニットに関し、特に、焦点距離の異なる複数のレンズ光学系を切り換えて使用する光学ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機搭載カメラにおいては、携帯電話機自身の厚みが極めて薄く、これに取り付けられる光学素子としてのズームレンズなどはレンズ全長が長いので、例えば下記特許文献１、２に開示されているような屈折式のズームレンズが採用されるようになってきている。
【特許文献１】特開２００４−０５４０１３号公報
【特許文献２】特開２００４−０７０２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ズームレンズの場合、レンズの小型化と性能保持のために、非球面が多用され、しかも機構が複雑となり組み込み調整も煩わしく、ズームの全域において均一な解像度を得ることが難しい。特に、画素数の増加に伴ってズーム全域において均一な解像度を得ることは極めて困難である。このために、ズーム倍率は３倍程度が上限となっている。また、ズームの駆動機構には、極めて高い位置決め精度を備えたマイクロアクチュエータを用いる必要があるが、このような駆動機構は高価であり、また、消費電力も多いという問題点がある。
【０００４】
このように、携帯電話機搭載カメラのズームレンズにおいては、ズーム全域において安定した光学性能を得ることが難しい。特に、テレ端またはワイド端のいずれかにおいて解像度が犠牲となり、良好な画質を得ることが難しい。
【０００５】
本発明の課題は、このような問題点を解消するために、ズームの各ポジションに対応し十分な光学性能を備えた単焦点レンズを複数用いて、これを切り換えて使用する携帯電話機搭載カメラの光学ユニットを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の携帯電話機搭載カメラの光学ユニットは、受光素子と、撮影画像を前記受光素子に導くための焦点距離が相互に異なる複数のレンズ光学系と、前記レンズ光学系が搭載されている回転板とを有し、前記回転板の回転角度位置に応じて、選択的に一つの前記レンズ光学系が前記受光素子の受光面上に光像を結ぶ位置に位置決めされるようになっていることを特徴としている。
【０００７】
例えば、前記レンズ光学系として、テレ用、ワイド用、ノーマル用の３種類の単焦点レンズ光学系のうち、少なくとも２種類のレンズ光学系を備えた構成とすることができる。
【０００８】
この場合、各レンズ光学系を、前記回転板の回転中心を中心とする同一円周上に配列すればよい。
【０００９】
各レンズ光学系を回転板に搭載する機構として、前記回転板に複数のレンズ装着穴を形成し、各レンズ装着穴に、各レンズ光学系を構成している光学素子を直接組み込む機構を採用することができる。
【００１０】
この場合、前記レンズ装着穴に組み込まれた前記光学素子を固定するために、当該レンズ装着穴にねじ込み固定あるいは接着固定したレンズ押さえリングと、前記レンズ装着穴の内周面部分から内側に円環状に突出したレンズ受けとを有していることが望ましい。
【００１１】
各レンズ光学系を回転板に搭載する機構として、上記のように、回転板のレンズ装着穴に直接に光学素子を組み込む代わりに、レンズ枠を用いる機構を採用することができる。すなわち、複数のレンズ装着穴と、各レンズ装着穴に挿入固定された筒状のレンズ枠とを備え、各レンズ枠内に、各レンズ光学系を構成している光学素子を組み込む構成を採用できる。
【００１２】
この場合には、レンズ枠を直接、レンズ装着穴にねじ込み固定することができる。この代わりに、前記レンズ装着穴にねじ込み固定あるいは接着固定したレンズ枠押さえリングと、前記レンズ装着穴の内周面部分を内側に円環状に突出させることにより形成したバネ受けと、前記バネ受けと前記レンズ枠の端面の間に挿入されているバネ部材とを用いることができる。
【００１３】
この構成においては、レンズ枠に光学素子を組み込んだ後に、レンズ装着穴に、バネ部材、レンズ枠を挿入し、しかる後に、レンズ枠押さえリングをねじ込む。この結果、バネ受けとレンズ枠押さえリングの間に、バネ部材を挟みレンズ枠が保持される。レンズ枠押さえのねじ込み量を調節することにより、ピント調節を行うことができる。なお、ピント調節後には、レンズ枠押さえリングがその位置に接着固定される。
【００１４】
レンズ枠に光学素子を組み込む場合においても、前記レンズ枠に組み込まれた前記光学素子を固定するために、当該レンズ枠にねじ込み固定あるいは接着固定したレンズ押さえリングと、前記レンズ受けと前記レンズ押さえリングの間に前記レンズ光学系を構成している光学素子が保持された構成を採用することができる。
【００１５】
ここで、上記の各構成において、各レンズ光学系と受光素子の相対位置を調整可能な機構を搭載することにより、前記レンズ光学系の焦点位置を任意の位置に変更できるようにしてもよい。例えば、各レンズ光学系を受光素子に対して接近および離れる方向に移動させる機構を搭載することができる。受光素子の側を移動させる機構を搭載してもよい。なお、このような機構による位置制御は、例えば、受光素子から得られる映像信号のコントラストが最大となるように行えば、被写体の位置に応じて最適な位置に、レンズ光学系および受光素子の相対位置を保持できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の携帯電話機搭載カメラの光学ユニットでは、テレ、ワイド、ノーマルなどの各ズーム位置に最適の光学特性を備えた単焦点レンズ光学系を回転板に搭載し、これらを選択的に切り換えて使用する構成となっている。したがって、屈折式のズームレンズなどのように全長の長い光学系を用いる場合とは異なり、薄い携帯電話機に搭載するのに適した光学ユニットを実現できる。また、各単焦点レンズ光学系は各ズーム位置に最適な収差補正を行うことができるため、画質の改善が可能である。さらに、ズームレンズの場合にはズーム倍率に制約があるが、本発明の光学ユニットではそのような制約が緩和されるという利点もある。加えて、各単焦点レンズの焦点位置が多少違っていても上記動作によって受光素子との距離を常に最適な条件に保つことができるため、レンズユニットの組み込み時に厳密な焦点位置調整をする必要がなくなるので工数の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した携帯電話機搭載カメラの光学ユニットの実施例を説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明を適用した携帯電話機搭載カメラの光学ユニットの主要部分を示す概略構成図である。光学ユニット１は、ユニット基盤２と、このユニット基盤２の表面に回転中心軸３を中心として回転可能な状態で搭載されている所定厚さの円形の回転板４とを有している。回転板４には、その回転中心線４ａを中心とする同一円周上に位置するように、等角度間隔で３箇所にレンズ装着穴１１、１２、１３が形成されている。各レンズ装着穴１１〜１３は回転板４の厚さ方向に貫通している円形穴であり、レンズ装着穴１１にはワイド用の単焦点レンズ光学系２１が組み込まれており、レンズ装着穴１２にはノーマル用の単焦点レンズ光学系２２が組み込まれており、レンズ装着穴１３にはテレ用の単焦点レンズ光学系２３が組み込まれている。これらのレンズ光学系２１〜２３の光軸２１ａ〜２３ａ(図においては光軸２１ａ、２２ａのみを示してある。)は回転中心線４ａに平行である。
【００１９】
ユニット基盤２には受光素子５が組み込まれており、その受光面の中心光軸５ａは回転中心線４ａに平行である。回転板４を回転させることにより、各レンズ光学系２１〜２３の光軸２１ａ〜２３ａを、当該受光素子５の中心光軸５ａに一致させることができるように、当該受光素子５の組み付け位置が設定されている。したがって、回転板４を回転させることにより、各レンズ光学系２１〜２３を順次に、受光素子５の中心光軸５ａに一致した使用位置に位置決めすることができる。図１(ｂ)においては、ノーマル用のレンズ光学系２２を使用位置に位置決めした状態を示してある。
【００２０】
レンズ装着穴１２は全体として一定の内径の円形穴であり、その下側の開口端部分は内側に突出した円環状のバネ受け３１となっている。また、レンズ装着穴２１の上側の開口端部分は大径内周面となっており、当該大径内周面は、雌ねじが切られた雌ねじ部３２となっている。この形状のレンズ装着穴１２には、その上側開口から、コイルバネ３３、レンズ枠３４がこの順序で挿入され、しかる後に、レンズ枠押さえリング３５が装着されている。
【００２１】
レンズ枠３４はレンズ装着穴１２の内径に対応する外径の円筒枠であり、その軸長はレンズ装着穴１２よりも短い。また、その上側開口端の外周面部分には、レンズ枠押さえリング３５が当接する円環状段面３４ａが形成されている。したがって、レンズ枠押さえリング３５をレンズ装着穴１２にねじ込むと、バネ受け３１とレンズ枠３４の下側の円環状段面３４ａの間にコイルバネ３３が挟まれた状態で、レンズ枠３４が下方に押し込まれる。レンズ枠押さえリング３５のねじ込み量を調整することにより、レンズ枠３４の上下方向の位置を調節できる。
【００２２】
次に、レンズ枠３４の内側にはノーマル用の単焦点レンズ光学系２２が組み込まれている。例えば、レンズ光学系２２は２枚のレンズ２４、２５を備えている。レンズ枠３４の下端開口部は内側に突出したレンズ受け３４ｂとなっており、その上端開口部は、その内周面部分に雌ねじが切られた雌ねじ部３４ｃとなっている。レンズ枠３４には、その上端開口部の側からレンズ２４、円環状の板バネ２６およびレンズ２５がこの順序で挿入され、さらに、レンズ押さえリング２７が装着されている。レンズ押さえリング２７の外周面には雌ねじ部３４ｃにねじ込み可能な雄ねじが切られている。したがって、レンズ押さえリング２７をねじ込むと、板絞り２６を挟み、レンズ２４、２５が、レンズ受け３４ｂとレンズ押さえリング２７の間に保持される。レンズ押さえリング２７をねじ込み、接着剤によって接着固定することにより、レンズ２４、２５が所定の位置に固定される。
【００２３】
このようにレンズ光学系２２が組み込まれているレンズ枠３４は、前述のように、レンズ枠押さえリング３５のねじ込み量を調節することにより、レンズ装着穴１２内の取り付け位置を上下に移動させることができ、これにより、光学系のピント調整を行うことができる。調節後は、レンズ枠押さえリング３５が接着固定される。
【００２４】
なお、レンズ装着穴１１、１３の構成、およびこれらに組み込まれているレンズ光学系２１、２３を構成している各光学素子の取り付け構造も同様であるので、説明は省略する。
【００２５】
（レンズ枠取り付け構造の別の例）
図２には、レンズ枠押さえリングを用いずにレンズ枠をレンズ装着穴に取り付けた実施例を示してある。この例では、レンズ枠１３４の外周面における上半部分が雄ねじが切られた雄ねじ部１３４ａとなっている。レンズ装着穴１２の内周面における上半部分には、雄ねじ部１３４ａをねじ込み可能な雌ねじ部１２１ａが形成されている。レンズ装着穴１２にレンズ枠１３４を直接ねじ込み固定することができ、ねじ込み量を調整することにより、レンズ枠１３４に組み込まれているレンズ光学系２２のピント出しを行うことができる。なお、上記以外の構成は図１に示す光学ユニット１と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態２）
図３は光学ユニットの別の例を示す概略構成図である。基本構成は図１に示す光学ユニット１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００２７】
本例の光学ユニット１００では、回転板に形成したレンズ装着穴１１〜１３に、レンズ枠を用いずに、直接、レンズ光学系２１〜２３が組み込まれている。
【００２８】
例えば、ノーマル用レンズ光学系２２が組み込まれているレンズ装着穴１２は、その下側開口部が内側に突出した円環状のレンズ受け１２１とされ、その上側開口部の内周面部分には雌ねじ部１２２が形成されており、ここに、外周面に雄ねじが切られている円環状のレンズ押さえ枠１２３をねじ込み固定可能となっている。レンズ光学系２２を構成している二枚のレンズ２４、２５は、レンズ受け１２１とレンズ押さえ枠１２３の間に保持され、所定位置に固定されている。レンズ押さえ枠１２３をねじ込み固定する代わりに、接着固定するようにしてもよい。
【００２９】
ここで、受光素子５をその光軸５ａの方向に移動させてピント合わせを行うための駆動機構１０１が取り付けられている。回転板４を回転させて、各レンズ光学系２１〜２３を選択的に受光素子５の中心光軸５ａに一致した使用位置に位置決めすると、それに連動して、ステッピングモータ等からなる駆動機構１０１により、使用位置に位置決めされたレンズ光学系に対応したピント調節を行うようになっている。勿論、手動によりピント調節を行うことができるようにしてもよい。
【００３０】
（実施の形態３）
図４(ａ)および(ｂ)は光学ユニットの別の例を示す概略構成図である。基本構成は図１に示す光学ユニット１、あるいは図２に示す光学ユニット１００と同一とすることができるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３１】
図４(ａ)に示す光学ユニット２００は、３ヶ所のレンズ装着穴１１〜１３を極力近くに配置することにより、回転板４Ａの形状を所定の角度の弧を張る扇形として、その最小面積化を図ったものであり、この扇形の回転板４Ａに、テレ、ワイド、ノーマルの各レンズ光学系２１、２２、２３が組み込まれている。図４(ｂ)に示す光学ユニット３００は、２個のレンズ光学系２１、２２が搭載されたものであり、その小型化を図るために、回転板４Ｂを所定角度の弧を張る扇形としてある。
【００３２】
なお、上記の各例において、回転板４の回転駆動機構については説明を省略したが、手動により各レンズ光学系２１〜２３を使用位置に位置決めできるようにしてもよい。また、駆動機構を取り付けて回転板４を回転駆動させるようにしてもよい。
【００３３】
（レンズ光学系の移動機構）
先に述べた光学ユニット１００では、受光素子５を光軸方向に移動させるための駆動機構１０１が備わっている。この代わりに、上記の各例において、各レンズ光学系１１、１２、１３が搭載されている回転板４、４Ａ、４Ｂを光軸方向に移動させて、そこに搭載されている各レンズ光学系の焦点位置を移動させることもできる。
【００３４】
図５は、図１の光学ユニット１、図４の光学ユニット２００、３００において、回転板４、４Ａ、４Ｂを光軸方向に移動してオートフォーカスさせる駆動機構の概略構成図である。この図に示すように、駆動機構４００は、回転板４(４Ａ、４Ｂ)の回転中心部に対峙しているユニット基盤２の表面に取り付けた台座４０１を備えている。この台座４０１は、回転板４の回転中心軸３として機能すると共に、回転板４(４Ａ、４Ｂ)がユニット基盤２側の受光素子５に対して上下動するためのガイドとして機能する。台座４０１にはステッピングモータ４０２が内蔵されており、モータの出力はスクリュー４０３によって台座４０１の上側から出力される。このスクリュー４０３は、円盤４０４の中心に形成された、当該スクリューに噛み合っているスクリュー溝が内周面に形成されているねじ孔４０４ａに噛み合っている。モータ４０２によってスクリュー４０３が回転すると、円盤４０４は、台座４０１の上面に光軸方向に平行となるように立てられたガイドピン４０５に沿って上下に移動する。
【００３５】
円盤４０４の外周縁部分４０４ｂは、回転板４(４Ａ、４Ｂ)に形成した中心孔４ｂの内周面に形成した円環状の溝４ｃに差し込まれおり、回転板と一体となって上下に移動可能である。したがって、円盤４０４によって、回転板４(４Ａ、４Ｂ)は光軸方向に沿って上下に移動するので、そこに搭載されている単焦点レンズ光学系２１、２２、２３の焦点位置を変更することができる。なお、図３に示すように、受光素子５が組み込まれているユニット基盤２の側において駆動機構１０１によってフォーカスを行うことも何ら差し支えない。
【００３６】
ここで、回転板４(４Ａ、４Ｂ)を上下動させるためのステッピングモータ４０２の駆動を、受光素子５から得られる映像信号のコントラストが最大となるように制御すれば、被写体の位置に応じて最適な位置に保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用した光学ユニットの主要部分の平面図、断面図および部分断面図である。
【図２】図１の光学ユニットの変形例を示す部分断面図である。
【図３】本発明を適用した光学ユニットの別の例の主要部分を示す平面図および断面図である。
【図４】本発明を適用した光学ユニットにおいて回転板の小型化を図った二例を示す平面図である。
【図５】本発明を適用した回転板によるオートフォーカス機構の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１００、２００、３００  光学ユニット
２    ユニット基盤
３    回転軸
４    回転板
４ａ  回転中心
５    受光素子
５ａ  中心光軸
１１、１２、１３  レンズ装着穴
２１、２２、２３  単焦点レンズ光学系
２１ａ、２２ａ、２３ａ  光軸
２４、２５  レンズ
２６  板絞り
２７  レンズ押さえリング
３１  バネ受け
３２  雌ねじ部
３３  コイルバネ
３４、１３４  レンズ枠
３４ａ  円環状段面
３４ｂ  レンズ受け
３５  レンズ枠押さえリング
１０１  駆動機構
１２１  レンズ受け
１２１ａ  雌ねじ部
１２２  雌ねじ部
１２３  レンズ押さえリング
１３４ａ  雄ねじ部
４０１  台座
４０２  ステッピングモータ
４０３  スクリュー
４０４  円盤
４０５  ガイドピン
【図１】
2006058830.tif 000003
【図２】
2006058830.tif 000004
【図３】
2006058830.tif 000005
【図４】
2006058830.tif 000006
【図５】
2006058830.tif 000007