(57)【要約】  【課題】  光学ズームによる変倍機構を備えた小型・薄型のカメラモジュールを実現する。  【解決手段】  カメラモジュールにおいて、ズームレンズ群８と、ズームレンズ群８とは光軸が一致して配置されたフォーカスレンズ群７と、ズームレンズ群８を光軸方向に移動させるズームレンズアクチュエータ９ｂと、フォーカスレンズ群７を光軸方向に移動させるフォーカスレンズアクチュエータ９ａとを、同一の外部鏡筒１８内部に配設する。  【選択図】  図５
2006133413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体画像の変倍を行うズームレンズと、
前記ズームレンズとは光軸が一致して配置され、前記被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、
前記ズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ移動手段と、
前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備え、
前記ズームレンズと、前記フォーカスレンズと、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とは、同一の鏡筒内に配設されたことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項２】
前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとは、当該フォーカスレンズの方が被写体側に配置された２群レンズ構造で構成されたことを特徴とする請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記フォーカスレンズ移動手段は、前記ズームレンズの移動に合わせて、合焦状態を維持するように前記フォーカスレンズを移動させることを特徴とする請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項４】
被写体画像の変倍を行うズームレンズと、
前記ズームレンズとは光軸が一致して配置され、前記被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、
前記ズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ移動手段と、
前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備え、
前記ズームレンズ移動手段と前記フォーカスレンズ移動手段とは、前記光軸と直交する面内にて、当該光軸を中心として、Ｖ字を形成する位置に配置されたことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項５】
前記ズームレンズと、前記フォーカスレンズと、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とは、同一の鏡筒内に配設されたことを特徴とする請求項４記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとは、前記鏡筒の内側面にて前記光軸に沿って形成されたレールに沿って移動可能であることを特徴とする請求項５記載のカメラモジュール。
【請求項７】
前記ズームレンズ移動手段および前記フォーカスレンズ移動手段は、表面にネジ溝が形成されるとともに前記光軸と平行に配置されたシャフトと、当該シャフトと直接接続された回転軸を備えるとともに当該回転軸を回転させて当該シャフトを回転するモータとを有し、当該シャフトの各々が当該ネジ溝と嵌合するカムによって前記ズームレンズおよび前記フォーカスレンズと接合され、当該モータの回転によって当該ズームレンズおよび当該フォーカスレンズを移動させることを特徴とする請求項４記載のカメラモジュール。
【請求項８】
被写体画像の変倍を行うズームレンズと、
前記ズームレンズとは光軸が一致して配置され、前記被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、
前記ズームレンズを前記光軸に沿って移動させる可動部と、当該可動部を駆動する駆動部とを有するズームレンズ移動手段と、
前記フォーカスレンズを前記光軸に沿って移動させる可動部と、当該可動部を駆動する駆動部とを有するフォーカスレンズ移動手段と、
前記ズームレンズと、前記フォーカスレンズと、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とを内部に配設する鏡筒とを備え、
前記ズームレンズおよび前記フォーカスレンズの光軸と、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とは、それぞれの配置位置が、前記光軸と直交する面内にて略二等辺三角形を形成することを特徴とするカメラモジュール。
【請求項９】
前記ズームレンズおよび前記フォーカスレンズの光軸と、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とは、それぞれの配置位置が、前記光軸と直交する面内にて略正三角形を形成することを特徴とする請求項８記載のカメラモジュール。
【請求項１０】
前記ズームレンズ移動手段の前記可動部および前記フォーカスレンズ移動手段の前記可動部は、表面にネジ溝が形成されたシャフトからなり、当該シャフトとネジ嵌合するカムによって、それぞれが前記ズームレンズおよび前記フォーカスレンズと結合されたことを特徴とする請求項８記載のカメラモジュール。
【請求項１１】
前記ズームレンズ移動手段の前記駆動部および前記フォーカスレンズ移動手段の前記駆動部は、ステッピングモータで構成されたことを特徴とする請求項８記載のカメラモジュール。
【請求項１２】
静止画または動画を撮影可能なモバイル機器であって、
被写体画像の変倍を行うズームレンズと、
前記ズームレンズとは光軸が一致して配置され、前記被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、
前記ズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ移動手段と、
前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させるフォーカスレンズ移動手段と、
前記ズームレンズ及び前記フォーカスレンズを通過した光を電気信号に変換するイメージセンサとを備え、
前記ズームレンズと、前記フォーカスレンズと、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とは、同一の鏡筒内に配設されたことを特徴とするモバイル機器。
【請求項１３】
前記ズームレンズ移動手段と前記フォーカスレンズ移動手段とは、前記光軸と直交する面内にて、当該光軸を中心として、Ｖ字を形成する位置に配置されたことを特徴とする請求項１２記載のモバイル機器。
【請求項１４】
前記ズームレンズおよび前記フォーカスレンズの光軸と、前記ズームレンズ移動手段と、前記フォーカスレンズ移動手段とは、それぞれの配置位置が、前記光軸と直交する面内にて略二等辺三角形を形成することを特徴とする請求項１２記載のモバイル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等のモバイル機器に搭載されるカメラモジュール等に関し、より詳しくは光学ズーム機能を備えたカメラモジュール等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やＰＤＡ等のモバイル機器にもカメラシステムが搭載されるようになっている。このようなモバイル機器に搭載されるカメラシステムにおいては、マイクロレンズを用いて被写体画像をイメージセンサに結像させるカメラモジュールが広く使用されている。かかるカメラモジュールでは、焦点調整は、従来から単焦点が主流であったが、例えば無限大（∞）とマクロとを手動で切り替えて焦点距離の変更を行うものや、オートフォーカス機能を有するものが実用化されている。さらに、光学ズームによる変倍機構を備えたものも提案され、２段変倍の光学ズームを備えたものが一部で利用されている。
【０００３】
ところで、上記したようなモバイル機器においては、その携帯性を高めるため、カメラモジュールの小型化が必須条件となっている。そのため、モバイル機器に用いられるカメラモジュールに光学ズームを搭載する場合には、小型軽量化に適したインナーズーム方式の結像光学系を用いるのが好ましい。ところが、かかるインナーズーム方式の結像光学系の特徴として、被写体に対し、ピントを合わせた状態でズーミングを行なう際には、ズームレンズに連動してフォーカスレンズも別途移動（ズームトレース）させる必要がある。
【０００４】
ここで、ズームレンズに連動してフォーカスレンズも別途移動させる従来技術として、オートフォーカスが追従することが困難なズーム速度でも、ピント合焦を維持したままズーミングする高速ズームトレースに関する技術であって、第１の速度でズーミングを行う際は、被写体距離に応じたズームトレース特性でズームトレースを行い、第２の速度でズーミングを行う際は、被写体距離に応じたズームトレース特性とは異なるズームトレース特性でズームトレースを行う技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６１７０９号公報(第３−４頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した携帯電話機等のモバイル機器においては、さらなる小型化・薄型化が急速に進展している。また、それに加えて、所謂デジタルズーム処理では画像劣化が生じ易いことから、携帯電話機等においても、通常のデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等に搭載されるのと同様の光学ズームによる変倍機構に対するニーズが高まっている。このような市場ニーズに対応するべく、小型化・薄型化が進んだモバイル機器に搭載するカメラモジュールにおいて、光学ズームによる変倍機構を設けようとする場合には、小型軽量化に適したインナーズーム方式の結像光学系を用いて、例えば特許文献１に記載されたように、ズームレンズの移動に対応してフォーカスレンズを別途移動させる機構を設ける必要が生じる。
しかしながら、モバイル機器に搭載するカメラモジュールにおいて、ズームレンズとフォーカスレンズとを独立に制御しながらこれらを同時に移動させるには、ズームレンズおよびフォーカスレンズにそれぞれ個別に移動手段を配設する必要がある。そのため、このような構成を小型化・薄型化して実現することは大きな困難を伴うものであった。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、光学ズームによる変倍機構を備えた小型・薄型のカメラモジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明のカメラモジュールは、被写体画像の変倍を行うズームレンズと、ズームレンズとは光軸が一致して配置され、被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、ズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズを光軸方向に移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備え、ズームレンズと、フォーカスレンズと、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とは、同一の鏡筒内に配設されたことを特徴としている。かかる構成により、光学ズームによる変倍機構を備えたカメラモジュールの小型化・薄型化が可能となる。
ここで、ズームレンズとフォーカスレンズとは、フォーカスレンズの方が被写体側に配置された２群レンズ構造で構成されたことを特徴とすることができる。また、フォーカスレンズ移動手段は、ズームレンズの移動に合わせて、合焦状態を維持するようにフォーカスレンズを移動させることを特徴とすることができる。
【０００９】
また、本発明のカメラモジュールは、被写体画像の変倍を行うズームレンズと、ズームレンズとは光軸が一致して配置され、被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、ズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズを光軸方向に移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備え、ズームレンズ移動手段とフォーカスレンズ移動手段とは、光軸と直交する面内にて、光軸を中心として、Ｖ字を形成する位置に配置されたことを特徴としている。かかる構成により、小さなスペースに各レンズおよび各レンズ移動手段を同時に収納することができ、光学ズームによる変倍機構を備えたカメラモジュールの小型化・薄型化が可能となる。
【００１０】
ここで、ズームレンズと、フォーカスレンズと、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とは、同一の鏡筒内に配設されたことを特徴とすることができる。特に、ズームレンズとフォーカスレンズとは、鏡筒の内側面にて光軸に沿って形成されたレールに沿って移動可能であることを特徴とすることもできる。さらに、ズームレンズ移動手段およびフォーカスレンズ移動手段は、表面にネジ溝が形成されるとともに光軸と平行に配置されたシャフトと、シャフトと直接接続された回転軸を備えるとともにかかる回転軸を回転させてシャフトを回転するモータとを有し、シャフトの各々がネジ溝と嵌合するカムによってズームレンズおよびフォーカスレンズと接合され、モータの回転によってズームレンズおよびフォーカスレンズを移動させることを特徴とすることができる。
【００１１】
さらに、本発明のカメラモジュールは、被写体画像の変倍を行うズームレンズと、ズームレンズとは光軸が一致して配置され、被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、ズームレンズを光軸に沿って移動させる可動部と、可動部を駆動する駆動部とを有するズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させる可動部と、可動部を駆動する駆動部とを有するフォーカスレンズ移動手段と、ズームレンズと、フォーカスレンズと、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とを内部に配設する鏡筒とを備え、ズームレンズおよびフォーカスレンズの光軸と、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とは、それぞれの配置位置が、光軸と直交する面内にて略二等辺三角形を形成することを特徴としている。かかる構成により、小さなスペースに各レンズおよび各レンズ移動手段を同時に収納することができ、光学ズームによる変倍機構を備えたカメラモジュールの小型化・薄型化が可能となる。
【００１２】
ここで、ズームレンズおよびフォーカスレンズの光軸と、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とは、それぞれの配置位置が、光軸と直交する面内にて略正三角形を形成することを特徴とすることができる。また、ズームレンズ移動手段の可動部およびフォーカスレンズ移動手段の可動部は、表面にネジ溝が形成されたシャフトからなり、シャフトとネジ嵌合するカムによって、それぞれがズームレンズおよびフォーカスレンズと結合されたことを特徴とすることもできる。さらに、ズームレンズ移動手段の駆動部およびフォーカスレンズ移動手段の駆動部は、ステッピングモータで構成することができる。
【００１３】
また、本発明を携帯電話機やＰＤＡ、さらにはノートＰＣ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のモバイル機器として捉え、本発明のモバイル機器は、静止画または動画を撮影可能なモバイル機器であって、被写体画像の変倍を行うズームレンズと、ズームレンズとは光軸が一致して配置され、被写体画像の焦点調整を行なうフォーカスレンズと、ズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズを光軸方向に移動させるフォーカスレンズ移動手段と、ズームレンズ及びフォーカスレンズを通過した光を電気信号に変換するイメージセンサとを備え、ズームレンズと、フォーカスレンズと、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とは、同一の鏡筒内に配設されたことを特徴としている。かかる構成により、静止画または動画を撮影可能であって、光学ズームによる変倍機構を備えた小型・薄型のモバイル機器を実現することができる。
ここで、ズームレンズ移動手段とフォーカスレンズ移動手段とは、光軸と直交する面内にて、光軸を中心として、Ｖ字を形成する位置に配置されたことを特徴とすることができる。また、ズームレンズおよびフォーカスレンズの光軸と、ズームレンズ移動手段と、フォーカスレンズ移動手段とは、それぞれの配置位置が、光軸と直交する面内にて略二等辺三角形を形成することを特徴とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、光学ズームによる変倍機構を備えた小型・薄型のカメラモジュールの実現により、小型化・薄型化の進んだモバイル機器においても、画像劣化の極めて少ない鮮明なズーム画像を得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用されるカメラモジュール１のシステム構成を示したブロック図である。図１に示すカメラモジュール１は、入射光を画像信号に変換するイメージセンサ２、イメージセンサ２からの画像信号に対して画像処理を行う画像処理プロセッサ（ＩＳＰ）３、記憶されたソフトウェアプログラムに基づきカメラモジュール１内の各部の動作を制御するＭＰＵ（Micro Processing Unit）４、被写体からの光をイメージセンサ２に結像させるレンズユニット５、レンズユニット５内のレンズ群を駆動するアクチュエータの動作を制御するアクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂで構成されている。
また、レンズユニット５には、被写体の合焦のためのフォーカスレンズ群７、変倍を行なうためのズームレンズ群８、フォーカスレンズ群７を光軸に沿って移動させるフォーカスレンズ移動手段の一例としてのフォーカスレンズアクチュエータ９ａ、ズームレンズ群８を光軸に沿って移動させるズームレンズ移動手段の一例としてのズームレンズアクチュエータ９ｂ、フォーカスレンズ群７の位置を検出するフォーカスレンズ位置検出機構１０ａ、ズームレンズ群８の位置を検出するズームレンズ位置検出機構１０ｂが配設されている。
かかるカメラモジュール１は、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、さらにはノートＰＣ（Personal Computer）やデジタルカメラ等のモバイル機器に搭載することが可能である。
【００１６】
イメージセンサ２は、ＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）撮像素子等の、入射光を電圧に変換する光電変換デバイスである。
ＩＳＰ３は、イメージセンサ２からの画像信号に対して、ガンマ補正やエッジ補正、ホワイトバランス、露出調整等の画像に関する様々な処理を実行するデバイスである。また、ＩＳＰ３では、風景、人物、夜景などの撮影モードに適した画像処理を設定することも可能としている。さらに、イメージセンサ２としてＣＣＤ撮像素子を用いた場合には、垂直駆動クロックドライバやＡＦＥ（アナログフロントエンド）を付加して、ノイズを除去するＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路やＡＧＣ（自動利得制御）、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換）を行なうロジックを備えた構成とすることも可能である。また、ＩＳＰ３において、オートフォーカス制御のための焦点情報の出力も可能とすることができる。
【００１７】
ＭＰＵ４は、記憶されたソフトウェアプログラムにより、主にフォーカスレンズ群７やズームレンズ群８の動作を制御して、オートフォーカスや光学ズーム等を行なう。ただし、ＭＰＵ４は、かかるレンズ群の制御のみならず、カメラモジュール１内の各部の動作全般を制御する機能をも有している。なお、図１に示したブロック図では、ＭＰＵ４がＩＳＰ３の一部に取り込まれた構成によって説明したが、ＭＰＵ４とＩＳＰ３とは別個に構成してもよい。
アクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂは、それぞれフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８を駆動するフォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂの動作を制御するためのＩＣである。そして、アクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂはＭＰＵ４からの制御を受けて、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂのコントロールを担っている。ただし、ＭＰＵ４から直接フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂの動作を制御する構成とすることも可能であり、その場合には、アクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂは不要である。
【００１８】
フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂは、それぞれフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８を光軸に沿って移動させる際の動力源であって、例えば駆動部としてステッピングモータ、ボイスコイルモータ、超音波モータ等の小型のものが利用できる。また、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂと、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８との結合は、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂの動力によって、それぞれフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８が光軸に沿って移動するように、後段で述べるカムで結合されている。
【００１９】
フォーカスレンズ位置検出機構１０ａおよびズームレンズ位置検出機構１０ｂは、それぞれフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８の近傍に配設されている。そして、カメラモジュール１の電源リセット時にフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８の位置が不明となることから、原点位置を検出するために用いられている。フォーカスレンズ位置検出機構１０ａおよびズームレンズ位置検出機構１０ｂにおける位置の検出方法としては、例えば、発光させたＬＥＤをフォトインタラプト等を用いてセンシングする構成により、フォーカスレンズ群７やズームレンズ群８の所定部分が光路を遮ることを検出して、これらの位置を判断する方法を用いることができる。
【００２０】
続いて、カメラモジュール１におけるレンズユニット５の駆動構造について詳細に説明する。
図２は、レンズユニット５の駆動構造を説明する図である。図２に示したように、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８は、それぞれ単体または複数枚のレンズ玉１１から構成され、内部鏡筒１９ａ、１９ｂによってそれぞれが支持されている。さらに、フォーカスレンズ群７は、フォーカスレンズアクチュエータ９ａの一部であるシャフト（可動部）１２ａにカム１３ａを介して接続されている。そして、シャフト１２ａの表面には螺旋状のネジ山が形成され、フォーカスレンズアクチュエータ９ａの駆動によってシャフト１２ａが回転することで、フォーカスレンズ群７は、ネジ山に嵌合するカム１３ａを介してスライド移動することが可能に構成されている。また、ズームレンズ群８も同様にカム１３ｂを介してシャフト（可動部）１２ｂに接続され、ズームレンズアクチュエータ９ｂの駆動によってスライド移動することが可能に構成されている。さらには、これらのフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８は、それぞれフォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂによって、光軸方向への移動が各々独立に制御可能に構成されている。
【００２１】
ここで、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂに用いられる駆動手段の一例としてのステッピングモータの構成を説明する。図３は、ステッピングモータ５０の構成を説明する断面図である。図３に示すように、ステッピングモータ５０は、円筒内に固定された複数のステータ５１と、シャフト１２ａ（シャフト１２ｂ）を軸支する回転軸５３の外周面に固定された複数のロータ５２とで構成されている。ステッピングモータ５０では、ステータ５１にコイルが巻かれ、このコイルに電流を流すことで磁界を発生させ、その磁界によりロータ５２を回転させる。それによって、ロータ５２が固定された回転軸５３は回転し、それと同時にシャフト１２ａ（シャフト１２ｂ）を回転させることができる。
【００２２】
また、図４は、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８が、それぞれフォーカスレンズアクチュエータ９ａのシャフト１２ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂのシャフト１２ｂとに、カム１３ａ、１３ｂを介してスライド移動可能に接続される部分を説明する断面構成図である。図４に示したように、内部鏡筒１９ａ（図２参照）に結合されたカム１３ａおよび内部鏡筒１９ｂ（図２参照）に結合されたカム１３ｂの内部には、例えば断面が三角形の突起部１７が形成されており、この突起部１７は、それぞれシャフト１２ａ、１２ｂに形成されたネジ山１５の間のネジ溝１６に嵌合されている。このような構成により、シャフト１２ａ、１２ｂがそれぞれ回転すると、突起部１７はネジ溝１６に沿って移動し、それによって、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８を別々に制御しながら、それぞれを光軸方向に移動させることが可能となる。
フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８の光軸方向における移動の向きは、それぞれフォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂの回転方向によって制御され、例えば、所定の回転方向であれば被写体１４側（図２参照）に移動し、その逆方向への回転であればイメージセンサ２側に移動する。また、移動量に関しては、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂとして、パルス信号を与えることによって決められたステップ単位で回転する上記したステッピングモータを利用すれば、ステップ数から移動距離を把握することが可能である。それによって、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８の光軸方向への移動量に換算して、１０μｍ程度の精度で位置制御を行うことが可能である。
【００２３】
ここで、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａ、ズームレンズアクチュエータ９ｂの配置構成について述べる。
図５は、レンズユニット５の内部を光軸方向から見た図である。図５に示したように、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとは、レンズユニット５の外部鏡筒１８内部に配設されている。そして、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとは、レンズユニット５の外部鏡筒１８内における光軸と直交する面内において、二等辺三角形、より好ましくは正三角形を形成するように配置されていることを特徴としている。すなわち、フォーカスレンズ群７とズームレンズ群８とは光軸を共通とした同軸配置されているが、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとは、その中心軸の位置（例えば、シャフト１２ａ、１２ｂの配置位置）が光軸を中心としたＶ字形状を形成するように配置され、特に二等辺三角形（または、正三角形）に配置した場合に、二等辺三角形（または、正三角形）の底辺を形成する頂点位置に配置されている。
このように配置することによって、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとを外部鏡筒１８に収容することが可能となると同時に、外部鏡筒１８の断面積を極小とした構成が実現できるため、レンズユニット５全体の大きさを最小限に抑えることもできる。それによって、レンズユニット５が構成部分の大きな領域を占めるカメラモジュール１の小型化・薄型化を実現することが可能となる。
【００２４】
その場合において、図５に示したように、外部鏡筒１８の断面形状を四角形で構成した場合には、フォーカスレンズアクチュエータ９ａとズームレンズアクチュエータ９ｂとは、それぞれ外部鏡筒１８内部の隣り合った角隅に配置される。そして、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８は、フォーカスレンズアクチュエータ９ａとズームレンズアクチュエータ９ｂとが配置された角隅に対向する面側に配置される。その際に、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８は、光軸が位置ずれしないように、フォーカスレンズアクチュエータ９ａとズームレンズアクチュエータ９ｂとに対向する面に光軸方向に沿ったレール２６が形成され、このレール２６に沿って移動するように支持されている。
なお、外部鏡筒１８を円筒状に構成することも可能であり、この場合にも、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとを二等辺三角形に配置することによって、円筒状の外部鏡筒１８の半径を極小に構成することができる。特に、これらを正三角形に配置することにより、円筒状の外部鏡筒１８の半径を最小とすることができる。
【００２５】
このように、本実施の形態のカメラモジュール１では、レンズユニット５において、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとを、レンズユニット５の外部鏡筒１８内における光軸と直交する面内において、Ｖ字形状、特に二等辺三角形、より好ましくは正三角形を形成するように配置されているので、レンズユニット５を極めて小型・薄型に構成することができる。そのため、小型化・薄型化の進んだ携帯電話機等のモバイル機器においても、光学ズームによる変倍機能を備えるとともに、同時にオートフォーカスを実行することが可能なカメラモジュール１を搭載することができる。それにより、小型・薄型の携帯電話機等において、被写体１４の画像データを電気的に画像処理して拡大する所謂デジタルズーム処理を行った場合のような画像劣化を伴うことなく、鮮明なズーミングされた画像を撮影することができる。特に、同時にオートフォーカスを実行することが可能であるので、携帯電話機等での動画の撮影においても顕著な効果を発揮することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態のカメラモジュール１の具体的な構成を説明する。
図６は、本実施の形態のカメラモジュール１の具体的な構成を示した概略構成図である。図６において、ガラスエポキシやセラミック等の材質で形成された基板２０には、イメージセンサ２やＩＳＰ３がワイヤボンディングによって搭載され、アクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂ等の様々な半導体部品や、コンデンサや抵抗などの受動部品がハンダ付け等によって搭載されている。さらに、基板２０には、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂや、フォーカスレンズ位置検出機構１０ａおよびズームレンズ位置検出機構１０ｂとの接続を行なうフレキシブル基板（フレキ基板）２１が接続され、基板２０から延長されている。なお、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂとフレキ基板２１との接続は、アクチュエータコンタクト２４を介して行なわれる。また、フォーカスレンズ位置検出機構１０ａおよびズームレンズ位置検出機構１０ｂとフレキ基板２１との接続は、位置検出コンタクト２５を介して行なわれる。
さらに、基板２０には、コネクタ２３が接続されたフレキシブルリード（フレキリード）２２が設けられ、外部インターフェースとの接続を可能としている。
なお、レンズユニット５には、ズームレンズ群８とイメージセンサ２との間の光路中に、赤外領域の光を除去するフィルタ２７が配設されている。
【００２７】
また、基板２０には、光軸をイメージセンサ２の表面に合わせるように、レンズユニット５が配置されている。レンズユニット５では、上述したように、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８がそれぞれフォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂによって、独立に移動することが可能に構成されている。その際の動作の制御は、アクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂによって行なわれる。
アクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂは、ズーミングと同時にオートフォーカスを行う場合には、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８の動作を次のように制御する。ここでのオートフォーカスは、一例として、画像信号中の高周波成分の量（焦点電圧）を利用して焦点調節を行う方法を用いたものである。
ズームレンズ群８は、撮影する被写体１４に対してローパスフィルタの特性を示す特徴がある。すなわち、被写体画像の合焦時にはローパスフィルタの遮断周波数が最大になり、イメージセンサ２からの画像信号を受けたＩＳＰ３から出力される焦点電圧の量も最大になる。一方、ズーミングを行なう場合には、アクチュエータドライバＩＣ６ｂからの信号に基づいてズームレンズ群８を移動させるのに伴い、ズームレンズ群８がデフォーカスするが、その際には、遮断周波数は低域側に移行し、その結果、ＩＳＰ３から出力される焦点電圧も減少していく傾向にある。
そこで、ズームレンズ群８の移動に対応させて、フォーカスレンズ群７を一定方向に向けて移動させながら、ＩＳＰ３から出力される焦点電圧をモニターする。そして、フォーカスレンズ群７を移動させながらモニターされる焦点電圧が最大となれば、その点が合焦点である。このようにして、アクチュエータドライバＩＣ６ａは、ズームレンズ群８の移動に合わせて、焦点電圧が最大となるようにフォーカスレンズ群７を移動させて焦点調節を行うことで、ズーミングと同時にオートフォーカスを行うことができる。
【００２８】
続いて、本実施の形態のカメラモジュール１を搭載したモバイル機器の一例としての携帯電話機１００について説明する。
図７は、携帯電話機１００の構成を示したブロック図である。図７に示すように、携帯電話機１００は、携帯電話機１００における各種制御を行なうＭＰＵ１０１、このＭＰＵ１０１にユーザからの指示を与えるための入力キー１１０、例えば発信時および着信時の電話機番号や電池残量状態或いは電波受信状態等を表示するとともに、カメラモジュール１により撮影された被写体１４を映し出す画像出力手段の一例としての液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１０５、携帯電話機１００を制御するための各種情報等を記憶するメモリ１１２、画像データを記録する記録媒体の一例としてのメモリカード１０７を備えている。
さらに、携帯電話機１００は、アンテナ１０４を介して携帯電話帯や無線ＬＡＮ(Local Area Network)帯の電波を受信して、携帯電話事業者等が提供するサーバと無線通信を行なうＲＦ（Radio Frequency）部１０３、通信をするための信号を生成するベースバンド部１０２、通話時の音声や着信メロディ等の音を再生するオーディオコーデック部１０８、オーディオコーデック部１０８からの信号に基づき着信鳴動音を出力するためのスピーカ１０９、着信を光により通知するためＬＥＤ１０６を備えている。
また、カメラモジュール１は、例えばＩＩＣやＳＰＩ等のインターフェースによってＭＰＵ１０１との通信が行なわれて信号が送受信される。
【００２９】
携帯電話機１００では、入力キー１１０においてデジタルカメラ使用モードが選択されると、ＭＰＵ１０１はカメラモジュール１との通信を開始する。そして、ＭＰＵ１０１はカメラモジュール１に制御信号を送信する。すると、カメラモジュール１のフォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８を透過した被写体１４からの光は、イメージセンサ２によって電気信号に変換され、ＩＳＰ３で信号処理が施される。ＩＳＰ３で信号処理された画像信号は、携帯電話機１００のメモリ１１２に一時的に保存され、ＬＣＤ１０５にスルー画として表示される。
【００３０】
その際に、被写体１４をズーミングする場合には、ユーザが入力キー１１０から所定の操作を行なうことにより、ＭＰＵ１０１からカメラモジュール１のＭＰＵ４を経由してアクチュエータドライバＩＣ６ａ、６ｂに制御信号が送信される。制御信号を受けたアクチュエータドライバＩＣ６ｂは、ズームレンズアクチュエータ９ｂを規定量だけ回転させる。すると、ズームレンズ群８は規定量だけ移動し、所定の位置に停止する。それと同時に、制御信号を受けたアクチュエータドライバＩＣ６ａは、フォーカスレンズアクチュエータ９ａを規定量だけ回転させる。そして、例えば上記したようなオートフォーカス方法により、フォーカスレンズ群７を規定量だけ移動させて焦点調整を行い、ズーミングと同時にオートフォーカスを実行する。ユーザは、ＬＣＤ１０５に表示されたスルー画を見ながら、この操作を行ってズーム倍率を調整し、所望の撮影範囲において合焦された鮮明な画像を得ることができる。
【００３１】
このように、光学ズームによる変倍機構を備えた本実施の形態のカメラモジュール１では、レンズユニット５において、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとを、レンズユニット５の外部鏡筒１８内における光軸と直交する面内において、二等辺三角形、より好ましくは正三角形を形成するように配置することにより、極めて小型・薄型に構成できるので、小型化・薄型化の進んだ携帯電話機１００においても搭載することが可能となった。それによって、小型・薄型の携帯電話機１００において鮮明なズーミングされた画像を撮影することができる。
【００３２】
ところで、被写体１４の撮影は、入力キー１１０にあるシャッタボタンで行なわれる。シャッタボタンを押すと、ＭＰＵ１０１はカメラモジュール１のＩＳＰ３で処理された画像データをメモリ１１２に保存する。ＭＰＵ１０１には、ＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の手法による圧縮解凍回路が含まれており、メモリ１１２に保存された画像データは、ＭＰＵ１０１により圧縮処理されてメモリカード１０７に記録される。また、メモリカード１０７に記録された画像データをＭＰＵ１０１によって解凍してメモリ１１２に読み込み、ＬＣＤ１０５に再度表示させることも可能である。
なお、ＭＰＵ１０１では、入力キー１１０からの操作により、撮影モードの選択やホワイトバランスや露出、感度等の設定が可能である。また、カメラモジュール１のＩＳＰ３で処理された画像データをメモリ１１２に保存する際に、デジタルズーム処理を行うことも可能である。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態のカメラモジュール１では、レンズユニット５において、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとは、レンズユニット５の外部鏡筒１８内部に配設されている。そして、レンズユニット５の外部鏡筒１８内における光軸と直交する面内において、フォーカスレンズアクチュエータ９ａおよびズームレンズアクチュエータ９ｂの各々の中心軸が、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８の光軸を中心としたＶ字形状を形成するような位置に配置され、特に、光軸を頂点とした二等辺三角形（より好ましくは、正三角形）の底辺を形成する頂点位置に、それぞれ配置されて構成されている。このように配置することによって、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとを収容する外部鏡筒１８の断面積は極小となり、そのため、レンズユニット５の大きさを最小限に抑えることできる。それにより、レンズユニット５が構成部分の大きな領域を占めるカメラモジュール１の小型化・薄型化を実現することが可能となる。ただし、より薄型化を実現するために、フォーカスレンズ群７およびズームレンズ群８からなるレンズ群と、フォーカスレンズアクチュエータ９ａと、ズームレンズアクチュエータ９ｂとを横一列に配置した構造としてもよいことは言うまでもない。
【００３４】
そのため、小型化・薄型化の進んだ携帯電話機１００においても、光学ズームによる変倍機能を備えるとともに、同時にオートフォーカスを実行することが可能なカメラモジュール１を搭載することが可能となる。それにより、画像劣化を伴うデジタルズーム処理を用いることなく、鮮明なズーミングされた画像を撮影することができる。特に、ズーミングと同時にオートフォーカスを実行することが可能であるので、携帯電話機１００における動画の撮影において顕著な効果を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例として、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、さらにはノートＰＣ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像機能を備えたモバイル機器への適用がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】カメラモジュールのシステム構成を示したブロック図である。
【図２】レンズユニットの駆動構造を説明する図である。
【図３】ステッピングモータの構成を説明する断面図である。
【図４】フォーカスレンズ群およびズームレンズ群とシャフトとの接続部分を説明する断面構成図である。
【図５】レンズユニットの内部を光軸方向から見た図である。
【図６】カメラモジュールの具体的な構成を示した概略構成図である。
【図７】携帯電話機の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…カメラモジュール、２…イメージセンサ、３…画像処理プロセッサ（ＩＳＰ）、４,１０１…ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、５…レンズユニット、６ａ,６ｂ…アクチュエータドライバＩＣ、７…フォーカスレンズ群、８…ズームレンズ群、９ａ…フォーカスレンズアクチュエータ、９ｂ…ズームレンズアクチュエータ、１０ａ…フォーカスレンズ位置検出機構、１０ｂ…ズームレンズ位置検出機構、１２ａ,１２ｂ…シャフト、１３ａ,１３ｂ…カム、１８…外部鏡筒、１９ａ,１９ｂ…内部鏡筒、２０…基板、２１…フレキシブル基板（フレキ基板）、２２…フレキシブルリード（フレキリード）、２３…コネクタ、１００…携帯電話機、１０２…ベースバンド部、１０３…ＲＦ（Radio Frequency）部、１０４…アンテナ、１０５…液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、１０６…ＬＥＤ、１０７…メモリカード、１０８…オーディオコーデック部、１０９…スピーカ、１１０…入力キー、１１２…メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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