(57)【要約】【課題】携帯機器に内蔵され、メカシャッタを内蔵した手振れ補正機能付きのカメラモジュールをコンパクト化する。【解決手段】鏡筒４８に撮影光学系６０を組み込んだレンズユニット５０を第二フレーム３２で保持する。ジャイロＩＣ１１から得られる変位信号に基づいて第一，第二アクチュエータ２２，３４を駆動し、第二フレーム３２を撮影光軸Ｐと垂直な面内で移動して手振れ補正を行う。シャッタアクチュエータ５７及びシャッタ羽根５８を備えたシャッタユニット５５はレンズユニット５０の前面に位置するように第二フレーム３２に連結される。第一，第二アクチュエータ２２，３４の駆動により、シャッタユニット５５とレンズユニット５０とが第二フレーム３２とともに撮影光軸Ｐと垂直な面内で移動し、手振れ補正が行われる。【選択図】図７
2011158553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体のブレを検出して変位信号を出力するブレ検出センサと、
撮影光学系が組み込まれたレンズユニットと、
前記筐体に対し、撮影光軸と直交する面内で前記レンズユニットを移動自在に支持するレンズユニット支持手段と、
前記変位信号に基づいて算出された前記撮影光軸と直交する面内における目標位置に向かって前記レンズユニットを移動させる手振れ補正手段と、
前記撮影光学系に被写体光を入射させる撮影開口を有し、前記撮影開口を開閉するシャッタ羽根及びそのアクチュエータが組み込まれ、前記レンズユニットの前面に位置し、かつ撮影光軸と直交する面内でレンズユニットと一体に移動するように支持されたシャッタユニットと、
を備えたことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項２】
前記レンズユニット支持手段は、前記筐体に固定されたベースフレームと、前記ベースフレームに前記撮影光軸と直交する面内で第一方向に移動自在に支持された第一フレームと、前記第一フレームに前記撮影光軸と直交する面内で前記第一方向と直交する第二方向に移動自在に支持された第二フレームとからなり、前記レンズユニットが前記第二フレームに前記撮影光軸と直交する面内で移動しないように保持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】
前記シャッタユニットが前記第二フレームに固定されていることを特徴とする請求項２記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記第二フレームは、前記レンズユニットを撮影光軸方向に移動自在に支持するとともに、前記レンズユニットを撮影光軸方向に移動させるアクチュエータを有することを特徴とする請求項２または３記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記シャッタ羽根は、一定の周期で順次に行われるスルー画像の撮影時には前記撮影開口を開放する開き位置で保持されるとともに、レリーズ信号に応答してイメージセンサの全画素のリセット処理に伴う露光開始の後、露光を終了させるときに前記開き位置から閉じ位置に移動し、前記全画素から撮像信号を読み出す期間中は閉じ位置に保たれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記ブレ検出センサは、前記スルー画像の撮影の周期よりも短い周期で前記筐体のブレを検出して前記変位信号を出力す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】
前記手振れ補正手段はピエゾアクチュエータを含み、前記レンズユニットは前記ピエゾアクチュエータの駆動により前記目標位置に向かって移動されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載のカメラモジュール。
【請求項８】
前記イメージセンサの画素数は、５Ｍピクセル以上であることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のカメラモジュール。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか記載の前記カメラモジュールを備えたことを特徴とする携帯電話機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯機器にコンパクトに組み込まれるカメラモジュールに関し、詳しくは高品質の画像が撮影できるようにメカシャッタを備えるとともに、手振れなどの振動が加わっても画像のブレを光学的に抑える機能を備えたカメラモジュールと、このカメラモジュールを備えた携帯電話機とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラは携帯電話機やＰＤＦなどの携帯端末機器にもカメラモジュールとして内蔵され、その利便性が広く認められている。こうしたカメラモジュールには、一般普及型のデジタルカメラと比較して格段のコンパクト化が必要で、例えば携帯電話機用のカメラモジュールでは直方体換算で各辺の長さが略１２ｍｍを越えない程度にまでコンパクト化しておかないと、電話機本体のサイズが大きくなって携帯性を損なう。
【０００３】
一方、上記カメラモジュールに対しても高精細な撮影画像が要求され、イメージセンサとして画素数が５Ｍピクセルを越えるもの、また撮影光学系としてレンズの構成枚数が４枚以上の高解像度用のものが用いられる例もある。さらに、このようなイメージセンサや撮影光学系の性能をより活かすことができるように、焦点調節を自動化するＡＦ装置、あるいは撮影時の手振れに伴う画質の劣化を防ぐ手振れ補正装置を備えたカメラモジュール（特許文献１）も検討され、簡便な操作で高画質の画像を撮影することができるようになっている。
【０００４】
手振れ補正装置の中には、補正のために撮影光学系やイメージセンサを移動させる必要のない電子補正方式もあるが、この方式では撮影画面全体から得られる画像データの一部が有効に利用できない不利があるため、特に高精細な撮影画像を得ようとする場合には光学補正方式の手振れ補正装置が用いられる。手振れ補正装置は、基本的に加速度センサやジャイロスコープなどの検出器により筐体の変位を検出し、この検出信号に応じて撮影光学系の少なくとも一部あるいはイメージセンサ、または撮影光学系とイメージセンサとを一体化したカメラモジュール全体を変位させて筐体のブレを相殺する構造となっている。
【０００５】
こうしたカメラモジュールのイメージセンサには、ＣＣＤ型あるいはＣＭＯＳ型のものが用いられている。ＣＣＤイメージセンサは、センサ自体の電子シャッタ機能により全画素に同時に露光を与えることができるためメカシャッタがなくても撮影が可能であるが、スミアの発生を抑えるためにメカシャッタを併用する必要がある。また、ＣＭＯＳイメージセンサは、全画素への同時露光が難しく、これまでの電子的なローリングシャッタでは特に移動する被写体を撮影したときに撮影画像に歪みがでやすいという欠点がある。こうした画像歪みを防いで画像の高品質化を図るうえでは、やはりメカシャッタの併用が好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、イメージセンサの画素数が増え、撮影光学系の解像度が高くなり、さらに手振れ補正機能やメカシャッタの併用により撮影画像の高品質化が追求されるに伴って
カメラモジュールは大型化しやすい。ところが、前述のように携帯電話機やＰＤＦなどの携帯端末機器に組み込むことが前提であるカメラモジュールは、その組み込み適性も製品化の上では重要な要素であり、特に光学補正方式の手振れ補正装置やメカシャッタなどの機械的な機構部分をカメラモジュールの筐体内にいかにコンパクトにまとめるかということは大きな課題となっている。
【０００８】
本発明は以上の背景を考慮してなされたもので、特に光学補正方式の手振れ補正手段とメカシャッタとが組み込まれたカメラモジュールを、その構造を複雑化させることなくコンパクト化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するにあたり、本発明のカメラモジュールは、筐体のブレを検出して変位信号を出力するブレ検出センサと、撮影光学系が組み込まれたレンズユニットと、前記筐体に対し、撮影光軸と直交する面内で前記レンズユニットを移動自在に支持するレンズユニット支持手段と、前記変位信号に基づいて算出された前記撮影光軸と直交する面内における目標位置に向かって前記レンズユニットを移動させる手振れ補正手段と、前記撮影光学系に被写体光を入射させる撮影開口を有し、前記撮影開口を開閉するシャッタ羽根及びそのアクチュエータが組み込まれ、前記レンズユニットの前面に位置し、かつ撮影光軸と直交する面内でレンズユニットと一体に移動するように支持されたシャッタユニットとから構成される。
【００１０】
前記レンズユニット支持手段は、前記筐体に固定されたベースフレームと、前記ベースフレームに前記撮影光軸と直交する面内で第一方向に移動自在に支持された第一フレームと、前記第一フレームに前記撮影光軸と直交する面内で前記第一方向と直交する第二方向に移動自在に支持された第二フレームとからなり、前記レンズユニットが前記第二フレームに前記撮影光軸と直交する面内で移動しないように保持される。前記シャッタユットは、レンズユニットを保持する第二フレームに固定することができ、これによりシャッタユニットはレンズユニットとともに撮影光軸と直交する面内で移動するようになる。第二フレームに前記レンズユニットを撮影光軸方向に移動自在に支持させ、この第二フレームに設けたアクチュエータを駆動してレンズユニットを撮影光軸方向に移動させることにより、さらにオートフォーカス機能を追加することもできる。
【００１１】
イメージセンサとしてＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを用いる場合、前記シャッタ羽根は一定周期で順次に行われるスルー画像の撮影時には前記撮影開口を開放する開き位置で保持される。レリーズ信号に応答して本撮影の露光が開始された後、シャッタ羽根を開き位置から閉じ位置に移動して露光を終了させ、さらに本撮影で得た撮像信号の読出し期間中は閉じ位置に保持するのが好適である。また、スルー画像の撮影周期よりも短い周期で前記ブレ検出センサから変位信号を得、こうして得られる変位信号に基づいて手振れ補正を行うのがよい。また、手振れ補正のために前記レンズユニットを目標位置に向けて移動させるアクチュエータとしてはピエゾアクチュエータが好適に用いられる。また、本発明のカメラモジュールを備えた携帯電話機も本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、手振れ補正時に移動されるレンズユニットの前面を覆うようにシャッタ羽根及びそのアクチュエータを組み込んだシャッタユニットが設けられ、手振れ補正時にはこれらを一体に移動すればよいから、構造的には非常に簡略化され全体的にはコンパクトにまとめることが可能となり、またレンズユニット内の撮影光学系とシャッタ羽根との相対位置を不変に保つことができるから、シャッタ羽根作動時の露光ムラやケラレの問題は全く生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】携帯電話機の表裏を示す外観図である。
【図２】フロントカバーを外した状態のカメラモジュール外観図である。
【図３】カメラモジュールの要部分解斜視図である。
【図４】第一アクチュエータの駆動軸と第一フレームとの連結部を示す要部垂直断面図である。
【図５】第一アクチュエータの駆動軸と第一フレームとの連結部を示す要部水平断面図である。
【図６】手振れ補正用の駆動軸の配置を示す説明図である。
【図７】カメラモジュールの電気的構成の要部を示すブロック図である。
【図８】カメラモジュール作動時のタイミングチャートである。
【図９】手振れ補正時のレンズユニットの移動処理を示す説明図である。
【図１０】手振れ補正処理を示すフローチャートである。
【図１１】シャッタユニットをレンズユニットに固定した例の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のカメラモジュールを内蔵した携帯電話機の外観を図１に示す。同図（Ａ）が正面側、同図（Ｂ）が背面側の外観で、表示パネル２の下方に設けられた操作部から入力操作を行うと表示パネル２に操作メニューが表示される。表示パネル２はタッチパネルになっており、以後は表示パネル２に表示された適宜のアイコンに指先を触れてダイヤル通話操作などを行うことができる。
【００１５】
同図（Ｂ）に示すように、携帯電話機の背面側に撮影窓３が設けられ、その奥にカメラモジュール５が組み込まれている。表示パネル２へのタッチ操作によりカメラモードで起動すると、撮影窓３を通してカメラモジュール５で撮影された画像がリアルタイムで表示パネル２にスルー画像として表示される。このスルー画像を観察しながらフレーミングを行い、適宜のタイミングでレリーズ操作すれば静止画の撮影を行うことができる。カメラモードで起動した後、動画モードを選択すれば動画の撮影も可能となる。カメラモジュール５は、その外装体形状が略直方体形状をなし、正面視のサイズがほぼ１３ｍｍ×１３ｍｍ□で、厚みはほぼ１０ｍｍである。
【００１６】
カメラモジュール５の外観を示す図２において、外装体の要部となるフロントカバー６とセンサ基板７との間にカメラモジュール５の機構部８が組み込まれている。符号９はフレキシブルプリント板からなる配線材を示し、機構部８の所要部に引き出された端子に接続される。センサ基板７にはエリア型のイメージセンサが設けられるほか、カメラモジュール５の変位を検出するジャイロセンサを内蔵したジャイロＩＣ１１、イメージセンサを駆動し、また得られた撮像信号に各種の信号処理を行うドライブＩＣ１２、配線材９が接続されるコネクタ１３が設けられている。
【００１７】
機構部８の要部を分解して示す図３において、センサ基板７にホルダを介してイメージセンサ１５が固定されている。イメージセンサ１５には画素数５Ｍピクセルの１／２．５型ＣＭＯＳセンサが用いられている。センサ基板７の前面には、矩形状をしたイメージセンサ１５の周囲を取り囲むように矩形枠状のベースフレーム１６が固着される。ベースフレーム１６の縦辺及び横辺はそれぞれ約１３ｍｍで、天面側と底面側に一対の第一ガイド軸１８ａ，１８ｂが水平に挿通され固定される。なお、ＣＭＯＳセンサの代わりにＣＣＤ型イメージセンサを用いることも可能であるが、携帯電話機の電源容量を考慮するとＣＭＯＳ型の方が有利である。
【００１８】
一対の第一ガイド軸１８ａ，１８ｂの支持により、ベースフレーム１６に対して第一フレーム２０が水平方向に移動自在に組み付けられる。第一フレーム２０はベースフレーム１６よりも一回り小さく、水平方向の移動範囲はベースフレーム１６の左右の側壁内面に接しない範囲にしてある。第一フレーム２０を水平方向に移動させるために、第一アクチュエータ２２がベースフレーム１６に一体成形された枠部１６ａに組み込まれる。
【００１９】
第一アクチュエータ２２は、後端に慣性が大きい錘２２ａが固定されたピエゾ素子２２ｂと、ピエゾ素子２２ｂに接着され水平に延びた断面円形の駆動軸２２ｃとからなる。ピエゾ素子２２ｂにはフレキシブルプリント板が接続され、ピエゾ素子２２ｂは駆動パルスの入力により軸方向に細かく伸縮し、その伸縮運動が駆動軸２２ｃに伝達される。ピエゾ素子２２ｂの伸縮運動の速度は入力される駆動パルスの波形に応じて伸長時と収縮時とで異なり、その遅い方の運動が駆動軸２２ｃを介して第一フレーム２０を移動させる推進力として伝達される。したがって、ピエゾ素子２２ｂに入力される駆動パルスの波形を切替え制御することによって、駆動軸２２ｃからは水平方向の左右いずれか一方への推進力が得られるようになる。なお、アクチュエータの駆動源としてピエゾ素子の代わりにＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を利用することも可能であるが、細径で小型化しやすいこと、駆動力が大きいこと、応答が高速で移動制御を高精度に行い得る点でピエゾ素子を用いる方が有利である。
【００２０】
駆動軸２２ｃの先端側は第一フレーム２０の受け部２０ａに挿通される。そして、図４及び図５に示すように、駆動軸２２ｃの軸方向への機械的な往復運動が第一フレーム２０に的確に伝達されるように、駆動軸２２ｃの前側の外周面に平板状の押圧板２４が押し付けられる。受け部２０ａの内部には、押圧板２４に対向する位置に水平な折り線でバネ板をＶ字形に屈曲させた受け板２３が組み込まれている。そして、ブラケット２５を圧縮バネ２６とともに受け部２０ａに前面側から組み付けると、駆動軸２２ｃは受け板２３と押圧板２４との間に弾性的に挟持される。受け板２３は水平方向に移動しないように第一フレーム２０に組み込まれているから、駆動軸２２ｃから伝達される推進力は第一フレーム２０を水平な第一方向に移動させるように作用する。
【００２１】
ベースフレーム１６に対する第一フレーム２０の水平方向への移動量を検知するために、ベースフレーム１６にマグネット対２８が固着されている。マグネット対２８は、水平方向にＮ極とＳ極とが並ぶように微小な永久磁石を配列したもので、これと対向するように第一フレーム２０に第一ホール素子２９が固着されている。この第一ホール素子２９からの出力はマグネット対２８との相対位置に応じて変化し、したがって第一ホール素子２９からは第一フレーム２０の水平方向における現在の位置信号が得られるようになる。
【００２２】
ベースフレーム１６によって水平方向に移動自在に支持された第一フレーム２０には、垂直に延びた一対のガイド軸３１ａ，３１ｂを介して第二フレーム３２が移動自在に支持される。左側のガイド軸３１ａは第二フレーム３２，第一フレーム２０，第二フレーム３２の順に挿通され、第二フレーム３２に固着され、右側のガイド軸３１ｂは第一フレーム２０に固着され、その上端側が第二フレーム３２のガイド溝に挿通される。
【００２３】
第二フレーム３２を垂直方向に移動させるために、第二アクチュエータ３４が第二フレーム３２に一体成形された枠部３２ａに組み込まれる。第二アクチュエータ３４は第一アクチュエータ２２と同様に、後端に錘３４ａが固定されたピエゾ素子３４ｂと、ピエゾ素子３４ｂに接着され垂直上方に延びた断面円形の駆動軸３４ｃとからなる。ピエゾ素子３４ｂにはフレキシブルプリント板を通して駆動パルスが入力され、駆動軸３４ｃを介してその機械的な伸縮運動が第一フレーム２０に伝達されるが、第一フレーム２０はガイド軸１８ａ，１８ｂで水平な第一方向にのみ移動自在に支持されているから、第二フレーム３２は第一フレーム２０から逆向きの推進力を受けるようになる。
【００２４】
駆動軸３４ｃの先端側は第一フレーム２０の受け部２０ｂに挿通され、図５にも示すように駆動軸３４ｃの機械的な往復運動が第一フレーム２０に伝達されるように、駆動軸３４ｃの前側の外周面に平板状の押圧板３６が押し付けられる。受け部２０ｂの内部には押圧板３６に対向する位置に、垂直な折り線でバネ板をＶ字形に屈曲させた受け板３７が組み込まれている。ブラケット３８を圧縮バネ３９とともに受け部２０ｂの前面側から組み付けると、前述の駆動軸２２ｃと同様に駆動軸３４ｃが受け板３７と押圧板３６との間に挟持され、駆動軸３４ｃからの推進力は的確に第一フレーム２０に伝達される。前述のように第一フレーム２０はガイド軸１８ａ，１８ｂによって垂直方向には移動できないように支持されているため、駆動軸３４ｃの機械的振動により第二フレーム３２が垂直方向への推進力を受けて駆動パルスの波形に応じて上下いずれかに移動する。
【００２５】
第一フレーム２０に対する第二フレーム３２の垂直方向への移動量を検知するために、第一フレーム２０にマグネット対４０が固着されている。マグネット対４０は、垂直方向にＮ極とＳ極とが並ぶように微小な永久磁石を配列したもので、これと対向するように第二フレーム３２に第二ホール素子４１が固着されている。第二フレーム３２が第一フレーム２０に対して垂直方向に移動すると、第二ホール素子４１からは第二フレーム３２の垂直方向における位置信号が得られる。
【００２６】
第二フレーム３２には背面側から第三アクチュエータ４５が組み付けられる。第三アクチュエータ４５も前述した第一、第二アクチュエータ２２，３４と同様、後端に錘４５ａを固定したピエゾ素子４５ｂに駆動軸４５ｃを連結したもので、その駆動軸４５ｃは光軸Ｐと平行に第二フレーム３２の前方に突出する。また、光軸Ｐに関し、駆動軸４５ｃの反対側にはガイドピン４６が光軸Ｐと平行に突出して設けられている。
【００２７】
駆動軸４５ｃとガイドピン４６は、円筒状の鏡筒４８に撮影光学系を組み込んだレンズユニット５０を光軸Ｐに沿って移動自在に支持する。このため鏡筒４８の外周の一部には、駆動軸４５ｃを受け入れる受け部５０ａと、ガイドピン４６を受け入れるフォーク状の受け部５０ｂとが設けられている。受け部５０ａには、光軸Ｐと平行な折り線でバネ板をＶ字形に屈曲させた、前述の受け板２３，３７と同様の受け板が組み込まれ、駆動軸４５ｃの外周面を左側から受ける。また、レンズユニット５０には、先端部に同様のＶ字形屈曲部を整形した板バネ５１が組み込まれ、そのＶ字形の先端部で駆動軸４５ｃの外周面右側を前記受け板に向かって押圧するから、駆動軸４５ｃは受け板と板バネ５１の先端部との間に弾性的に挟持される。
【００２８】
駆動軸４５ｃの往復運動の一方はレンズユニット５０を光軸Ｐ方向に移動させる駆動力となり、駆動パルスの波形に応じてレンズユニット５０は光軸Ｐに沿って進退移動する。よく知られるように、イメージセンサ１５から出力される一画面分の撮像信号に含まれる各画素間のコントラストの積分値は、レンズユニット５０に組み込まれた撮影光学系の合焦状態と相関をもっているから、前記積分値の変化を監視しながらレンズユニット５０を光軸方向に移動させることによって、ピント合わせを自動化することができる。
【００２９】
なお、レンズユニット５０の上面には信号板５３が固着され、第二フレーム３２に固定された反射型のフォトセンサ５４で信号板５３を光電監視することにより、レンズユニット５０がピント合わせのホームポジョンに位置していること、あるいは規定のピント調節範囲内に位置していることなどを確認することができる。
【００３０】
第二フレーム３２及びレンズユニット５０の前面を覆うように、第二フレーム３２にはシャッタユニット５５が組み付けられる。このため、シャッタユニット５５の上面と下面に後方に舌片状に延びた係合片５５ｃ，５５ｄが一体成形され、これらの係合片に設けられた係止孔に第二フレーム３２に形成された係合爪３２ｃ，３２ｄがそれぞれ係合する。シャッタユニット５５には、レンズユニット５０に組み込まれた撮影光学系に被写体光を通過させる撮影開口５５ａが形成され、さらに撮影開口５５ａを開閉するシャッタ羽根５８（図７参照）と、シャッタ羽根５８を開閉動作させる例えばロータリソレノイドなどのシャッタアクチュエータが組み込まれている。シャッタアクチュエータはフレキシブルプリント板５５ｂを介して入力される開閉信号を受けて動作する。
【００３１】
そして図２に示すように、上記機構部８は、センサ基板７とともにこのカメラモジュール５の外装体となる四角筒形状のフロントカバー６でカバーされ、全体としてほぼ直方体形状にまとめられる。このため、図１に示すように携帯電話機に組み込む際に電話機筐体の内部に複雑な形状の組み込みスペースを確保せずに済み、メーカーや機種によらず、様々な携帯電話機に適用しやすくなる利点がある。なお、センサ基板７の裏面にジャイロＩＣ１１、ドライブＩＣ１２、コネクタ１３を固着することも可能で、この場合にはカメラモジュール５を完全な直方体形状あるいは立方体形状にまとめることも可能となる。
【００３２】
イメージセンサ１５とドライブＩＣ１２との電気的接続、及びジャイロＩＣ１１とドライブＩＣとの電気的接続はセンサ基板７に形成されたプリント配線によって行われる。また、このカメラモジュール５の機構部８で用いられている各アクチュエータ類とセンサ類から引き出されたフレキシブルプリント板は、その信号端子が配線材９の所要部に接続され、さらに配線材９の入出力端子はコネクタ１３を経由してドライブＩＣ１２に接続される。そして、ドライブＩＣ１２に実装されたシステムコントローラの管制下で各アクチュエータ類及びセンサ類が適宜のタイミングで制御される。
【００３３】
カメラモジュール５の機構部８の中で、手振れ補正のための構造を図６に模式的に示す。第一フレーム２０は、ベースフレーム１６で保持された一対のガイド軸１８ａ，１８ｂにより水平方向に移動自在である。また、レンズユニット５０を光軸方向に移動自在に保持した第二フレーム３２は、第一フレーム２０との間に設けられた一対のガイド軸３１ａ，３１ｂにより第一フレーム２０に対して垂直方向に移動自在である。
【００３４】
ベースフレーム１６に組み込まれた第一アクチュエータ２２の駆動軸２２ｃは、カメラモジュール５を正面視したときに、ガイド軸１８ａと前後に重なるように水平方向に延び、第一フレーム２０の受け部２０ａで摩擦係合している。同様に、第二フレーム３２に組み込まれた第二アクチュエータ３４の駆動軸３４ｃは、ガイド軸３１ａと前後に重なるように垂直方向に延び、第一フレーム２０の受け部２０ｂで摩擦係合している。そして図示のように、駆動軸２２ｃ，３４ｃのそれぞれの軸芯線２２ｘ，３４ｘはレンズユニット５０の外周輪郭の外側に位置し、かつ光軸Ｐからの距離Ａ，Ｂがほぼ等しくなる位置に設けられている。
【００３５】
上記のように、駆動軸２２ｃ，３４ｃに対して光軸Ｐを挟む位置に設けられたガイド軸１８ｂ，３１ｂのほかに、駆動軸２２ｃ，３４ｃに接近して同方向に延びるガイド軸１８ａ，３１ａを設けておくことにより、駆動軸２２ｃ，３４ｃの駆動力が回転モーメントとして第一フレーム２０，第二フレーム３２に伝わることを防ぎ、各フレーム２０，３２を円滑に水平，垂直に移動させることができ、また駆動音を小さく抑える効果もある。
【００３６】
さらに、軸芯線２２ｘ，３４ｘを互いに直交させたレイアウトで、軸方向に細長い第一，第二アクチュエータ２２，３４を組み込むに際しては、上記のように第一，第二アクチュエータ２２，３４それぞれの長手方向をフロントカバー６の天面と側面に平行にするのがスペース効率の点で最善で、カメラモジュール５全体のコンパクト化に有利である。しかも、これらの組み込み位置をほぼ円筒形状をしたレンズユニット５０の外周輪郭の外側することにより、カメラモジュール５の厚み方向でのコンパクト化を図ることができる。
【００３７】
また、図示した形態では、ベースフレーム１６に組み込んだ第一アクチュエータ２２の駆動により第一フレーム２０を第一方向に移動させ、第二フレーム３２に組み込んだ第二アクチュエータ３４の駆動により、第二方向への移動が阻止された第一フレーム２０を衝にした反作用で第二フレーム３２を第二方向に移動させる構造であるが、第二フレーム３２を第二方向に移動させるには、第一フレーム２０に第二アクチュエータ３４を組み込んでその駆動で第二フレーム３２を移動させる構造を採ることも可能である。ただし、第一，第二アクチュエータ２２，３４の駆動源として特にピエゾ素子を用いる場合には、その伸縮運動に伴う機械的な振動や摩擦音を軽減するとともに、第一，第二フレーム２０，３２を円滑かつ高精度に移動させる上では図示の形態の方が有利である。
【００３８】
以下、カメラモジュール５の電気的構成を概略的に示す図７及び、図８に示すタイミングチャートを参照しながら本発明の作用について説明する。携帯電話機を静止画撮影用のカメラモードで作動させると、カメラモジュール５のシーケンシャル動作を管制するシステムコントローラ６２からの起動信号を受けてシャッタドライバ５６が作動し、シャッタアクチュエータ５７によりシャッタ羽根５８が撮影開口５５ａを全開する開き位置で保持される。
【００３９】
鏡筒４８に組み込まれた４枚構成の撮影光学系６０を通して被写体像がイメージセンサ１５の光電面に結像される。また、ＣＭＯＳドライバ６３からイメージセンサ１５をスルー画像取り込み用の駆動信号が供給される。これにより、イメージセンサ１５はローリングシャッタ方式で駆動され、シャッタ羽根５８を全開状態に維持したまま一画面分の撮像信号が順次に読み出される。ローリングシャッタ方式で撮像信号の読出しが行われるときには、図８に示すようにイメージセンサ１５の画素配列のラインごとに順次にリセット信号が送出された後、露光時間Ｔ０経過後に画素配列のラインごとに順次に撮像信号の読出しが行われる。したがって、イメージセンサ１５の全画素に同時に露光が行われることはなく、線順次式に露光と撮像信号の読み出しが行われることになる。
【００４０】
こうして読み出された撮像信号は画像信号処理回路に入力される。画像信号処理回路６４は、一画面単位で画素ごとに入力される撮像信号に対して初段増幅，ゲイン調節，Ａ／Ｄ変換など公知の信号処理を施し、デジタル化した画像データとしてバスライン６５に供給する。バスライン６５に供給された一画面分の画像データは、一旦、フラッシュメモリ６６に格納された後、画像データ処理ＩＣ６７によって読み出され、マトリクス演算，信号補間，γ補正，輝度・色差変換，データ圧縮などの画像処理が施される。そして一画面分の画像データはモニタドライバ６８により順次に表示パネル２に送られ、表示パネル２にはスルー画が一定の周期で順次に表示される。
【００４１】
スルー画像の表示を行っている間には、一画面分の画像データが順次に読み込まれるから、次画面の明るさを前画面の輝度情報に応じて調節することができる。この調節のためには、露光時間Ｔ０を変えるだけでなく、絞りの開口径の調節、ＮＤフィルタの挿脱、撮像信号の増幅率の調節などで対応することが可能である。また、一画面分ごとの画像データに基づいてＡＦ処理部６９はＡＦ評価値を算出する。システムコントローラ６２は一画面ごとに算出されるＡＦ評価値を監視し、ＡＦ評価値が最大値となるようにＡＦ−ＰＺドライバ７０にＡＦ制御信号を送る。
【００４２】
ＡＦ−ＰＺドライバ７０は、入力されるＡＦ制御信号に応答して第三アクチュエータ４５に駆動パルスを送る。これにより、第二フレーム３２で保持されたレンズユニット５０が駆動パルスの入力波形に応じて光軸Ｐ方向に進退し、フィードバック方式で自動的にピント合わせが行われる。なお、撮影光学系６０のレンズ構成によっては、その一部のレンズを光軸方向に移動してピント合わせを行うことも可能ではあるが、構造的には複雑化しやすくコンパクト化には不向きであるから、上記のようにレンズユニット５０の全体を移動してピント合わせを行う方がよい。
【００４３】
表示パネル２に表示されているスルー画を観察しながらフレーミングを行い、適宜のタイミングで静止画撮影用に割り当てられたレリーズボタンを押圧操作すると、バスライン６５を経てシステムコントローラ６２にレリーズ信号が入力される。レリーズ信号が入力されると、システムコントローラ６２はシャッタドライバ５６とＣＭＯＳドライバ６３が本撮影シーケンスで作動するように制御する。
【００４４】
本撮影シーケンスでは、スルー画の撮影時のローリングシャッタに変えてシャッタ羽根５８を利用したメカシャッタによる撮影が行われる。図８に示すように、レリーズ信号の入力に応答し、まずＣＭＯＳドライバ６３によりイメージセンサ１５の全画素を一斉にリセットするグローバルリセット処理が行われる。このグローバルリセット処理は、スルー画撮影時のローリングシャッタによる撮影に割り込む形で強制的に行われる。したがって、表示パネル２にはそれ以前に読み込まれた一画面分の画像データによる被写体像が表示されたままとなる。
【００４５】
グローバルリセット処理が完了した直後からイメージセンサ１５の全画素には同時に露光が開始され、露光時間Ｔ１の経過後にシャッタ羽根５８が閉じる。露光時間Ｔ１は、一般にはレリーズ信号が入力される直前に読み込まれた一画面分の露光時間と一致するように決められる。シャッタ羽根５８が閉じられることによって、イメージセンサ１５の全画素に対する露光は同時に終了する。したがってローリングシャッタによる撮影時と異なり、全画素は同時に露光を開始して同時に露光を終了する。
【００４６】
シャッタ羽根５８が閉じることによって露光が終了するが、シャッタ羽根５８は引き続き一定時間Ｔ２は閉じ位置で保持される。この一定時間Ｔ２が経過する間に、露光時間Ｔ１で撮影された本撮影一画面分の撮像信号の読出しが行われる。撮像信号は画素配列のラインごとに線順次式に読み出されるが、その間シャッタ羽根５８は全閉しているから、全画素は遮光状態となっている。読み出された撮像信号は、スルー画の撮影時と同様に画像信号処理回路６４を経て画像データ処理ＩＣ６７に送られ、本撮影一画面分の画像データはフラッシュメモリ６６の所定アドレス領域に確保されたメモリエリアに記録される。こうして記録された本撮影画像は全画素同時露光によるものであるから、たとえ動きを伴う被写体であっても記録された画像に目立った変形が生じることはない。
【００４７】
本撮影で得られた一画面分の撮像信号の読出しの完了を待ってシャッタ羽根５８が全開する。シャッタ羽根５８が全開すると、システムコントローラ６２は当初のスルー画の撮影シーケンスに戻り、ローリングシャッタによる撮影を行うようになる。
【００４８】
一方、カメラモードで作動が開始されたときには、撮影シーケンスとは別に手振れ補正処理が並行して行われ、ジャイロＩＣ１１に組み込まれたジャイロセンサが作動して携帯電話機の筐体に加わる手振れ変位の加速度に応じた変位信号をバスライン６５に送出する。こうして入力される変位信号は、システムコントローラ６２によってサンプリング周期Ｔａごとに読み込まれる。
【００４９】
手振れ補正処理が行われる間には、変位信号の読込みを行うサンプリング周期Ｔａに対し、さらに短い周期でレンズユニット５０の現在位置の検出が行われる。レンズユニット５０の現在位置は、ホール素子２９，４１から個別に得られる水平位置信号と垂直位置信号とを合成した位置信号として検出することができる。例えば変位信号読込みのサンプリング周期Ｔａが１ｍｓｅｃであるとき、レンズユニット５０の現在位置は０．１ｍｓｅｃ周期で検出され、その一検出周期ごとにレンズユニット５０の位置調節が行われる。
【００５０】
図１０のフローチャートに示すように、システムコントローラ６２は初期設定されたサンプリング周期Ｔａごとに読み込まれる変位信号に基づき、その変位に伴う撮像光学系６０の光軸ブレを補正するために必要なレンズユニット５０の目標位置ＬＭを算出する。続いて第一，第二ホール素子２９，４１からの信号が読み込まれレンズユニット５０の現在位置ＬＮが検出される。現在位置ＬＮが検出されると目標位置ＬＭとの比較が行われ、その差分の絶対値に応じて第一，第二アクチュエータ２２，３４に供給する駆動パルスの個数が決められる。なお、駆動パルスの供給個数は、現在位置ＬＮの検出一周期の間に例えば最大で１０個に設定され、目標位置ＬＭに対して現在位置ＬＮが離れているほど最大個数に近く、現在位置ＬＮが目標位置ＬＭに近づくほど少なくなる。
【００５１】
第一，第二ピエゾ素子２２ｂ，３４ｂは駆動パルスが一個入力されるごとに一回の伸縮を行い、駆動パルスの波形に応じて伸長期間または収縮期間のいずれか一方で駆動力を発生する。第一，第二ピエゾ素子２２ｂ，３４ｂが発生する駆動力は第一，第二駆動軸２２ｃ，３４ｃに伝達され、それぞれ受け部２０ａ，２０ｂを介して第一，第二フレーム２０，３２を駆動パルス一個あたり一定距離だけ移動させる。したがって、第一，第二アクチュエータ２２，３４に供給される駆動パルスの個数によって、現在位置ＬＮの検出一周期の間の移動距離が決まり、供給される駆動パルスの波形により移動方向が決まる。ただし、第一，第二駆動軸２２ｃ，３４ｃは受け部２０ａ，２０ｂに組み込まれた受け板及び押圧板との摩擦係合により第一，第二フレーム２０，３２を移動させるため、移動量に関しては誤差を伴うことが避けられない。そこで、上述したように現在位置ＬＮを周期的に検出しながらレンズユニット５０の移動調節を行うようにしている。
【００５２】
システムコントローラ６２は以上のように現在位置ＬＮを監視しながら目標位置ＬＭとの差分をチェックし、Ｘ−ＰＺドライバ７４，Ｙ−ＰＺドライバ７５を駆動する。そして、現在位置ＬＮが目標位置ＬＭに達するまでは第一，第二アクチュエータ２２，３４をフォワード（ＦＷＤ）駆動し、現在位置ＬＮが目標位置ＬＭを越えた後はリバース（ＲＥＶ）駆動する。もちろん、水平方向または垂直方向のいずれか一方の現在位置が目標位置を越えた後は、その一方だけがＲＥＶ駆動に切り替えられる。
【００５３】
次周期の現在位置ＬＮが検出されると同様に目標位置ＬＭと比較され、両者が合致した時点で第一，第二アクチュエータ２２，３４の駆動が停止される。最初のサンプリング周期Ｔａの経過を待って再び新たな変位信号が読み込まれ、同様の手順が繰り返される。この様子を図９（Ａ）に示す。「０」時点で読み込まれた変位信号に基づき、目標位置ＬＭが算出されると、少なくともサンプリング周期Ｔａ（１ｍｓｅｃ）が経過するまでに現在位置ＬＮが目標位置ＬＭと合致するように、光軸と垂直な面内でレンズ位置の調節処理が行われる。この調節処理は、破線で示す現在位置ＬＮの検出周期ごとに行われる。
【００５４】
「０」時点では、現在位置ＬＮ（＝Ｌ０位置）と目標位置ＬＭ（＝Ｌ１位置）との差が大きいため、現在位置ＬＮの検出一周期の間に、最大個数である１０個の駆動パルスが第一，第二アクチュエータ２２，３４に入力される。この結果、レンズユニット５０は最大の移動量で移動する。続いて「ｎ１」時点で検出される現在位置ＬＮも目標位置ＬＭからは大きく離れているので、同様に１０個の駆動パルスによりレンズユニット５０は同様に最大の移動量で直線的にＬ１位置に向けて移動される。
【００５５】
「ｎ２」時点で検出された現在位置ＬＮは目標位置ＬＭに近いため、駆動パルスの供給個数が制限され、例えば５個の駆動パルスが供給された後に駆動パルスの供給が断たれる。このため、レンズユニット５０は次に現在位置ＬＮの検出が行われる「ｎ３」時点までは移動せずに停止したままとなる。ただし図示の例では、この停止した位置がすでに目標位置ＬＭを越えており、したがって「ｎ３」時点で検出される現在位置ＬＮは目標位置ＬＭをわずかに越えたものとして検出される。
【００５６】
このため「ｎ３」時点以降に入力される駆動パルスはＲＥＶ駆動の波形に切り替わり、また目標位置ＬＭとの差分もわずかであるから、例えば４個の駆動パルスでＲＥＶ駆動される。このように、現在位置ＬＮの検出周期ごとにＦＷＤ駆動とＲＥＶ駆動が繰り返されることによって、レンズユニット５０の現在位置ＬＮが目標位置ＬＭと合致し、それ以降は新たに現在位置ＬＮの検出が行われてもレンズユニット５０は停止したままとなる。
【００５７】
最初の現在位置ＬＮの検出が行われた「０」時点から１ｍｓｅｃ経過した時点で変位信号の読込み周期Ｔａが経過し、次の新たな変位信号の読込みが行われる。一般に、手振れ変位の周期に対して変位信号の読込み周期Ｔａ（＝１ｍｓｅｃ）は十分に短く設定されているから、新たに読み込まれる変位信号は直前に読み込まれた変位信号とほとんど差がでない。したがって、新たに読み込まれた変位信号に基づいて決まる目標位置ＬＭは、図９（Ａ）に一点鎖線で示す直線上の位置Ｌ２になるから、レンズユニット５０は前回と同様の経路でＬ２位置に移動して位置調節が行われる。このような移動調節処理をサンプリング周期Ｔａ及び現在位置の検出周期が経過するごとに繰り返すことにより、多様な手振れが筐体に加わったとしても、細かい周期で順次に読み込まれる変位信号及び、さらに細かい周期で順次に検出される現在位置信号に追随してレンズユニット５０が移動調節され、良好な手振れ補正機能を得ることができる。
【００５８】
上記の手振れ処理は、第一，第二ピエゾ素子２２ｂ，３４ｂの伸縮を第一，第二駆動軸２２ｃ，３４ｃに機械的な振動として伝達し、これらの駆動軸の振動で第一，第二フレーム２０，３２を移動させることによって行われるため、機械的な振動音がでやすい。特に、静止している状態で第一，第二ピエゾ素子２２ｂ，３４ｂに駆動パルスを入力した直後や、入力する駆動パルスの波形を切り替えた直後は、第一，第二フレーム２０，３２に加わる加速度が大きく変化するため振動音も大きくなる。このことは、図９（Ａ）に示す現在位置ＬＮの経路線上での屈曲点で振動音が発生しやすいことを意味する。
【００５９】
こうして発生する振動音はそれほど大きいものではないにしても、例えば動画の撮影と並行して録音を行う場合には騒音として記録されるという不都合がある。動画の撮影時には、シャッタ羽根５８を全開状態に保ち、ローリングシャッタ方式で撮影される画像を順次に記録するためシャッタ羽根５８の開閉音はなくすことはできるが、手振れ補正時に生じる振動音はなくすことができないから、これをできるだけ小さくしておくことが好ましい。振動音を減らすには、移動調節の過程で現在位置ＬＮの経路線上に現れる屈曲点の個数を減らし、また移動調節の速さを抑えて加速度の変化を小さくするとよい。そのためには、図８に示す変位信号の読込み周期Ｔａを長くし、これに対応して現在位置の検出周期も短くするのが最も簡便である。
【００６０】
例えば図８に示す変位信号を読込むサンプリング周期Ｔａを１ｍｓｅｃから２ｍｓｅｃに延長すると、現在位置の検出周期が読込み周期Ｔａの１／１０である場合、図９（Ｂ）に示すように、２ｍｓｅｃが経過する間に現在位置ＬＮの経路線上に現れる屈曲点の個数は「０」時点も含めて「４」個となる。これに対し、同図（Ａ）では２ｍｓｅｃの間に「１２」個の屈曲点が現れるから、同図（Ｂ）の方が振動音の発生を防ぐ上では格段に有効となる。ただし、変位信号読込みの分解能が粗くなって手振れ補正の精度が幾分は低下するから、必要に応じてこれらを使い分けできるようにしておくことが好ましい。例えば、静止画撮影時には同図（Ａ）の通常モードで、動画撮影時には同図（Ｂ）の静音モードで手振れ補正を行うと効果的で、その切り替えを自動化することも可能である。
【００６１】
上述のように、シャッタ羽根５８は露光の終了タイミングを決定し、かつ撮像信号の読出し期間中に閉じ状態を維持するように作用するが、この作用を得るためにはシャッタ羽根５８は鏡筒４８の内部や後端、さらにはイメージセンサ１５の前面に組み込むことも可能である。しかし、これらの位置にシャッタ羽根５８を組み込むことは、撮影光学系６０を内蔵した鏡筒４８を含むレンズユニット５０全体を変位させる手振れ補正装置の構造を複雑化させ、カメラモジュール全体のコンパクトを阻害する大きな要因にならざるを得ない。この点、上記実施形態のように、レンズユニット５０の前面に位置するように、レンズユニット５０を保持する第二フレーム３２にシャッタユニット５５を固定すれば、構造の簡略化、コンパクト化、組立ての容易性などの利点があり、製造コストを抑える意味でも非常に効果的である。
【００６２】
なお、シャッタアクチュエータ５７およびシャッタ羽根５８として小型で軽量なものを用いてシャッタユニット５５を全体に小型化すれば、図１１に示すように、シャッタユニット５５を鏡筒４８の先端に連結してレンズユニット５０の前面に一体化することも可能である。この場合、手振れ補正時やピント合わせ時にレンズユニット５０と一体にシャッタユニット５５が移動するから、シャッタ羽根５８で開閉される撮影開口と撮影光学系６０との相対位置を常に一定に保つことができる。そして、外装となるベースフレーム１６をフロントカバー６に連結すれば、シャッタユニット５５以降の構造部分は保護される。この構造であっても、すでに説明した実施態様と全く共通の撮影シーケンス及び手振れ制御のもとで撮影を行うことができる。
【００６３】
以上、図示した実施形態をもとに説明してきたが、本発明に用いられるイメージセンサ１５としてＣＣＤ型のものを用いることも可能である。ＣＣＤイメージセンサを用いる場合には、イメージセンサ自体がいわゆる電子シャッタ機能を有するので、全画素同時露光のための上記シャッタ羽根５８は不要となる。しかし、ＣＣＤイメージセンサでは、電子シャッタの動作後に各画素に蓄積した信号電荷を転送する転送路に強い光が入射すると、スミアが発生して画像に輝線として重畳されるという難点がある。これを防ぐために、上記シャッタ羽根５８と同様、全画素への露光終了をシャッタ羽根５８を閉じることで行った後、各画素からの信号電荷の読出し期間中はシャッタ羽根５８を閉じ状態に保つようにすることが効果的である。したがって、本発明はＣＭＯＳイメージセンサだけでなくＣＣＤイメージセンサを用いたカメラモジュールにも等しく適用可能である。
【００６４】
また、本発明を実施するうえでは、手振れ補正用の第一，第二アクチュエータ２２，３４、さらにはＡＦ用の第三アクチュエータ４５にしても、必ずしもピエゾアクチュエータに限らず、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）やステッピングモータなどを利用することも可能である。なお、撮影光学系６０にパンフォーカス系のものを用いれば、オートフォーカス機能は省略することも可能である。さらに、上記実施形態では鏡筒４８に４枚構成の撮影光学系６０の全てが組み込まれているが、鏡筒４８に撮影光学系の主要部を組み込んで手振れ補正時に変位させ、手振れ補正時に変位させることを要しない後端側のレンズをベースフレーム１６あるいはイメージセンサ１５の前面に固定することもできる。
【符号の説明】
【００６５】
５  カメラモジュール
７  センサ基板
９  配線材
１５  イメージセンサ
１６  ベースフレーム
２０  第一フレーム
２２  第一アクチュエータ
３２  第二フレーム
３４  第二アクチュエータ
４５  第三アクチュエータ
５０  レンズユニット
５５  シャッタユニット
５８  シャッタ羽根
【図１】
2011158553.tif 000003
【図２】
2011158553.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011158553.tif 000006
【図５】
2011158553.tif 000007
【図６】
2011158553.tif 000008
【図７】
2011158553.tif 000009
【図８】
2011158553.tif 000010
【図９】
2011158553.tif 000011
【図１０】
2011158553.tif 000012
【図１１】
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