(57)【要約】【目的】電力を要することなく高精度にかつ簡単な構造でマクロ撮像位置と通常撮像位置との２の焦点位置に設定できるようにする。【構成】撮像素子１１を搭載した基板１上に設けたホルダ２２にレンズホルダ２３を光軸方向のみに移動可能に係合し、このレンズホルダの外周に円周方向に４分割した領域が交互にＮＳ極となるように着磁した第１の永久磁石２４を設ける。ホルダ２２に回転自在に設けたスペーサ２６に第１の永久磁石２４と同じ第２の永久磁石２５を光軸方向に対向するように装着する。スペーサ２６に設けた回転レバー２６ａを９０度回転させることによって、第１の永久磁石２４と第２の永久磁石２５との互いに対向する磁極間の磁力を吸引力と反発力とに変化させてレンズホルダ２３を通常撮像位置とマクロ撮像位置とに移動し保持する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子を搭載する基板と、この撮像素子に被写体像を結像するレンズを保持するレンズユニットを有し、
上記レンズユニットは、上記撮像素子を包囲するように上記基板に固定されるホルダと、上記レンズを保持すると共にその光軸方向に移動自在であるレンズホルダと、このレンズホルダに設けられた第１の永久磁石と、上記ホルダに設けられた第２の永久磁石と、このレンズホルダを移動させる駆動手段とを有し、
上記駆動手段は、上記第１の永久磁石と上記第２の永久磁石との相対位置を変化させて両者が互いに及ぼす磁力を変化させることによって、上記レンズホルダを第１の位置およびこの第１の位置から光軸方向に移動した第２の位置に駆動する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、上記第１の永久磁石と上記第２の永久磁石とは、互いに光軸方向に対向して配置され、少なくともいずれかの一方が、
光軸方向と直交する方向に異なる磁極を有し、かつ上記レンズホルダまたはホルダに光軸方向と直交する方向に移動自在に係合され、
上記駆動手段は、上記第１の永久磁石または上記第２の永久磁石のいずれか一方を光軸方向に直交する方向に移動させる
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２において、上記駆動手段は、上記第２の永久磁石を光軸方向に直交する方向に移動させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項２〜３にいずれかにおいて、上記駆動手段は、上記レンズの光軸を中心とするリング形状を有し、上記ホルダに回転自在に係合していることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかの１つにおいて、上記第１の永久磁石と上記第２の永久磁石とは、いずれも上記レンズの光軸を中心とするリング形状を有し、その周方向に沿って異なる磁極を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの１つにおいて、上記レンズホルダは、上記ホルダと光軸方向に移動自在に係合していることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの１つにおいて、上記第１の位置は、通常撮像領域に位置する被写体像を撮像する通常撮像位置であり、上記第２の位置は、近距離撮像領域に位置する被写体像を撮像するマクロ撮像位置であることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を用いて撮像する固体撮像装置に関し、特にマクロ撮影も可能な固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、焦点深度が深い光学レンズを使用した固定焦点距離カメラが広く使用されているが、この固定焦点距離カメラを用いて、数十センチメーター以内まで被写体に近接して撮影する、いわゆるマクロ撮影が容易にできれば、利用価値が高い。しかるにマクロ撮影を行う場合と、数メーター以上離れた被写体を撮影する通常撮影を行う場合とでは、レンズの焦点位置が相違するため、焦点位置を変更する手段が必要になる。
【０００３】
ところでレンズの焦点位置を変更する手段としては、従来からネジ機構を用いて、手動あるいは電動によって、レンズホルダを光軸方向に移動させるものが広く使用されている。このような手段は、機構が複雑となり、消費電力も多くかつ騒音も高いため、これに替わる手段として、電磁石を用いてレンズ位置を調整する簡易な手段が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている手段を図６に示す。
【０００４】
すなわちこのレンズの駆動装置は、それぞれコの字断面形状を有するリング状のレンズ枠１と、このコの字断面の凹溝に係合するヨーク２とを備えており、このレンズ枠には電磁石１１が配置され、この電磁石に対向するように、このヨーク２には、永久磁石１２が固定してある。そして電磁石１１に電流を流すことによって、レンズ枠１を光軸方向（図中水平方向）に推進可能としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５‐３４５６２号公報（２‐３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記手段を用いて通常撮影とマクロ撮影とができるようにする場合には、電磁石１１を使用して、レンズ枠１を所定の焦点位置等に移動し、かつ保持させているので、レンズ枠１をマクロ撮影位置と通常撮像位置とに正確に停止させることができず、しかも電磁石１１への電力が必要になる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、電力を要することなく、マクロ撮像位置と通常撮像位置とに正確に焦点位置を設定できる、構造が簡単な固体撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明による固体撮像装置の第１の特徴は、撮像素子を搭載する基板と、この撮像素子に被写体像を結像するレンズを保持するレンズユニットを有し、このレンズユニットは、この撮像素子を包囲するように、この基板に固定されるホルダと、このレンズを保持すると共に、その光軸方向に移動自在であるレンズホルダと、このレンズホルダに設けられた第１の永久磁石と、ホルダに設けられた第２の永久磁石と、このレンズホルダを移動させる駆動手段とを有することにある。そして上記駆動手段は、上記第１の永久磁石と第２の永久磁石との相対位置を変化させて、両者が互いに及ぼす磁力を変化させることによって、上記レンズホルダを第１の位置、およびこの第１の位置から光軸方向に移動した第２の位置に駆動する。
【０００９】
このように発明を構成することにより、次の作用効果を奏することができる。第１に、第１の永久磁石と第２の永久磁石との相対位置を変化させ、両者が互いに及ぼす磁力の変化を利用することによって、何ら電力を要さずに、レンズホルダを第１及び第２の位置に駆動し、かつ保持することができる。第２に、例えば第１の位置を通常撮像位置に、そして第２の位置をマクロ撮像位置に設定し、レンズを保持するレンズホルダをこの第１の位置と第２の位置とに駆動することによって、２つの相異なる撮像位置に、このレンズホルダを正確に移動して保持することができる。したがって、この２つの相異なる撮像位置において、ピントを正確かつ容易に合わせることができる。第３に、基本的な構成は、レンズホルダに設けた第１の永久磁石と、このレンズホルダを光軸方向に移動自在に係合するホルダに設けた第２の永久磁石だけであるため、構造を簡単かつ小型にすることができる。
【００１０】
本発明による固体撮像装置の第２の特徴は、上記特徴１に記載した第１の永久磁石と第２の永久磁石とは、互いに光軸方向に対向して配置され、少なくともいずれかの一方が、光軸方向と直交する方向に異なる磁極を有し、かつ上記レンズホルダまたはホルダに光軸方向と直交する方向に移動自在に係合され、上記駆動手段は、この第１の永久磁石または第２の永久磁石のいずれか一方を、光軸方向に直交する方向に移動させることにある。本発明による固体撮像装置の第３の特徴は、上記特徴２に記載した駆動手段は、上記第２の永久磁石を光軸方向に直交する方向に移動させることにある。
【００１１】
すなわち上記発明は、第１の永久磁石と第２の永久磁石とを、互いに光軸方向に対向して配置して、例えば、両永久磁石をそれぞれ光軸方向と直交する方向にＮ極とＳ極との磁極に着磁して、第２の永久磁石を光軸方向に直交する方向に移動させることによって、第１の永久磁石とこれに対向する第２の永久磁石とのＮ極及びＳ極の相対位置を変化させて、両者が互いに光軸方向に沿って及ぼす磁力を変化させることを特徴としている。このように発明を構成すれば、両永久磁石が、光軸方向に沿って互いに磁力を及ぼし合うため、レンズホルダを光軸方向へ駆動するための磁力を効率的に利用することができ、構造をより簡単かつ小型にすることができる。
【００１２】
本発明による固体撮像装置の第４の特徴は、上記特徴２〜３のいずれかに記載した駆動手段は、上記レンズの光軸を中心とするリング形状を有し、上記ホルダに回転自在に係合していることにある。また本発明による固体撮像装置の第５の特徴は、上記特徴２〜４のいずれかの１に記載した第１の永久磁石と、上記第２の永久磁石とは、いずれも上記レンズの光軸を中心とするリング形状を有し、その周方向に沿って異なる磁極を有することにある。
【００１３】
すなわち本発明によるレンズホルダの光軸方向への駆動手段は、レンズの光軸を中心とするリング形状を有し、ホルダに回転自在に係合されていることに特徴がある。したがって上記駆動手段を、光軸を中心として回転させれば、例えばホルダに設けた第２の永久磁石と、レンズホルダに設けた第１の永久磁石との、光軸を中心とする回転方向の相対位置が変化し、両者が互いに及ぼす磁力を容易に変化させることができる。また第１の永久磁石と、第２の永久磁石とを、いずれも光軸を中心とするリング形状に形成すれば、永久磁石の重量と磁力のバランスがよくなると共に、駆動手段を上述したようにリング形状に形成することと相俟って、構造をより簡単かつ小型にすることができる。
【００１４】
本発明による固体撮像装置の第６の特徴は、上記特徴２〜５のいずれかの１つに記載したレンズホルダは、上記ホルダと光軸方向に移動自在に係合していることにある。このようにレンズホルダを、ホルダに直接係合させることによって、このレンズホルダを移動自在に係合する他の部材が不要になり、構造をより簡単かつ小型にすることができる。
【００１５】
本発明による固体撮像装置の第７の特徴は、上記特徴１〜６のいずれかの１つに記載した第１の位置は、通常撮像領域に位置する被写体像を撮像する通常撮像位置であり、上記第２の位置は、近距離撮像領域に位置する被写体像を撮像するマクロ撮像位置であることにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照しつつ、本発明による固体撮像装置の構成について説明する。固体撮像装置は、ＣＣＤからなる撮像素子１１を搭載する基板１と、この撮像素子に被写体像を結像するレンズ２１を保持するレンズユニット２を有している。
そしてレンズユニット２は、基板１に固定されるホルダ２２と、このホルダにレンズ２１の光軸方向に移動自在に係合するレンズホルダ２３と、このレンズホルダに設けられた第１の永久磁石２４と、このホルダに設けられた第２の永久磁石２５と、このレンズホルダを移動させる駆動手段２６とを有している。
【００１７】
さてホルダ２２は、円筒部２２ａとこの円筒部の上端に設けた水平フランジ部２２ｂとを有し、この円筒部が、撮像素子１１を包囲するように基板１に固定されている。また円筒部２２ａの上端面には、円周溝２２ｃが形成してある。一方レンズホルダ２３は、略円筒形状であって、その中心にレンズ２１がレンズキャップ２７によって保持されている。またレンズホルダ２３の下端部２３ａは、上述したホルダ２２の円周溝２２ｃに挿入され係合している。なお円周溝２２ｃには、その円周上の少なくとも１箇所に、光軸と平行な突起部からなるキー２２ｄが設けてあり、このキーに、レンズホルダ２３の下端部２３ａに設けたキー溝２３ｂが係合している。したがって、レンズホルダ２３は、キー２２ｄによって円周方向の移動が拘束され、ホルダ２２に対して光軸方向にのみ移動可能になっている。
【００１８】
レンズホルダ２３の外周には、雄ねじ２３ｂが螺刻してあり、この雄ねじに、リング状のマグネットホルダ２８の雌ねじ２８ａが螺合している。そしてマグネットホルダ２８の外周部にはリング形状をした第１の永久磁石２４が装着してある。第１の永久磁石２４は、その円周方向に沿って、４分割した領域が交互にＮ極とＳ極とになるように着磁されている。なお図５に示すように、第１の永久磁石２４の着磁方法は、リング部材の内側に磁性体９０を挿入するとともに、このリング部材の外側４箇所に電磁石等の着磁装置９を置いて行う。
【００１９】
ホルダ２２の水平フランジ部２２ｂの上面には、光軸を中心とするリング形状をしたスペーサ２６が、回転自在に当接しており、このスペーサが上述した駆動手段２６を構成している。スペーサ２６の上面には、第１の永久磁石２４と同一形状及び磁極を有する第２の永久磁石２５が、この第１の永久磁石と光軸方向に対向する位置に装着してあり、また円周上の少なくとも１箇所に、駆動レバー２６ａが突設してある。またホルダ２２の水平フランジ部２２ｂの外周部には円筒部２２ｅが設けてあり、この円筒部の光軸方向高さは、スペーサ２６の厚さよりもこのスペーサの回転に支障をきたさない程度にわずかに大きくなっている。
【００２０】
ホルダ２２の円筒部２２ｅの上端面には、中空の円筒形状をした位置決めホルダ２９が接着してある。そして位置決めホルダ２９の下端面２９ａは、スペーサ２６の外周部上面を覆うように、円筒部２２ｅの上端面に当接しており、このスペーサの光軸方向の移動を拘束している。また位置決めホルダ２９の上部には、光軸に直交する蓋部２９ｂが形成され、この蓋部の下面は、レンズホルダ２３に螺合するマグネットホルダ２８の上端面と、光軸方向に所定の間隔を隔てて対向している。また位置決めホルダ２９の蓋部２９ｂには、スペーサ２６に突設した駆動レバー２６ａが挿入可能であって、光軸を中心として９０度だけ回転可能な溝２９ｃが設けてある。
【００２１】
次に上述した固体撮像装置の作用について説明する。図１及び図２は、レンズホルダ２３を、通常撮像領域に位置する被写体像を撮像する通常撮像位置に設定した場合を示している。すなわちスペーサ２６に突設した駆動レバー２６ａは、位置決めホルダ２９の蓋部２９ｂに設けた溝２９ｃと、図１の１２時位置にある終端部２９ｅにおいて当接している。そしてこの位置では、第１の永久磁石２４と、第２の永久磁石２５とは、円周方向に４分割された磁極が、それぞれＳ極とＮ極とが対向するように組み立ててある。したがって図２に示すように、第１の永久磁石２４と第２の永久磁石２５とは、互いの磁力で吸引し合って吸着し、レンズホルダ２３は、これに装着した第１の永久磁石２４が第２の永久磁石２５と吸着する位置で保持され、この光軸方向位置において通常撮像位置が精密に設定される。
【００２２】
一方、図３及び図４は、レンズホルダ２３を、近距離撮像領域に位置する被写体像を撮像するマクロ撮像位置に設定した場合を示している。すなわちスペーサ２６に突設した駆動レバー２６ａを、上述した位置から図３の反時計方向に９０度回転させて、位置決めホルダ２９の蓋部２９ｂに設けた溝２９ｃと、図３の９時位置にある終端部２９ｆにおいて当接させると、このスペーサに装着した第２の永久磁石２５も反時計方向に９０度回転し、第１の永久磁石２４と、円周方向に４分割された磁極が、それぞれＮ極とＮ極、及びＳ極とＳ極が対向するようになる。したがって図４に示すように、第１の永久磁石２４と第２の永久磁石２５とは、互いの磁力で反発し合い、この第１の永久磁石を上方に移動させる。したがって第１の永久磁石２４を装着したレンズホルダ２３は、これに装着したマグネットホルダ２８の上端面が、位置決めホルダ２９の蓋部２９ｂの下面に当接する位置に移動して保持され、この光軸方向位置においてマクロ撮像位置が精密に設定される。
【００２３】
以上説明したように、スペーサ２６に突設した駆動レバー２６ａを、反時計方向あるいは時計方向に９０度回転させ、位置決めホルダ２９の蓋部２９ｂの溝２９ｃの終端部２９ｆ、２９ｅにそれぞれ当接させるだけで、レンズホルダ２３を、通常撮像位置とマクロ撮像位置とに容易に、かつ精密に設定することができる。また組み立て時に、レンズホルダ２３に螺合するマグネットホルダ２８を回転させることによって、容易にピント調整を行うことができる。
【００２４】
また、第１の永久磁石２４及び第２の永久磁石２５の相対位置を変化させ、それぞれが互いに及ぼす吸引力及び反発力によって第１の永久磁石２４を光軸方向に駆動するので、簡単な構成で全く電力を消費することなくレンズホルダ２３を光軸方向に駆動でき、かつレンズホルダを通常撮像位置及びマクロ撮像位置の２つの位置に確実に保持できる。
【００２５】
また、第１の永久磁石２４及び第２の永久磁石２５を光軸方向に対向配置し、この第２の永久磁石を回転させて、この両者が互いに光軸方向に沿って及ぼす磁力を変化させるので、レンズホルダ２３を光軸方向へ駆動するための磁力を効率的に利用することができる。
【００２６】
また、第１の永久磁石２４及び第２の永久磁石２５がいずれも光軸を中心とするリング形状であるので、重量バランスが良く、レンズ２１の光軸が傾くことなくレンズホルダ２３を安定して駆動できる。
【００２７】
また、第２の永久磁石２５を駆動するスペーサ２６がリング形状であり、かつホルダ２２に対して回転可能に係合しているので、容易に第２の永久磁石を回転できる。さらに、このスペーサにレバー２６ａが形成してあるので、より容易に第２の永久磁石を回転できる。
【００２８】
また、ホルダ２２にはレンズホルダ２３の下端部２３ａに光軸方向に係合する円周溝２２ｃが形成されているので、レンズホルダ２３を案内するための専用の機構を用いることなく、簡単な構成でレンズホルダの光軸方向への移動を案内できる。また、この円周溝２２ｃとレンズホルダ２３との係合により、外部からの不必要な光の侵入を防止できる。
【００２９】
また、円周溝２２ｃにキー２２ｄが形成され、このキーにレンズホルダ２３の下端部２３ａに形成されたキー溝２３ｂが係合しているので、レンズホルダ２３の円周方向の移動が拘束され、第２の永久磁石２５の回転に伴って第１の永久磁石２４が回転することを防止できる。
【００３０】
また、マグネットホルダ２８がレンズホルダ２２にレンズ２１の光軸方向へ沿って移動可能に螺合しているので、このレンズホルダまたはマグネットホルダを回転させることにより、このレンズホルダに対する第１の永久磁石２４及びマグネットホルダの光軸方向の位置、すなわち固体撮像装置のピントを容易に調整できる。
【００３１】
なお第１の永久磁石２４と第２の永久磁石２５とは、上述したように円周方向に４分割し領域毎に異なる磁極を着磁する場合に限らず、それぞれ２分割、あるいは６分割して異なる磁極を着磁するようにしても良い。ここで、円周方向の磁極数が多いほど、永久磁石の回転角度が小さくなり、より容易にレンズホルダを駆動できる。また第１の永久磁石２４と第２の永久磁石２５との双方、又はいずれかの一方を棒磁石にして、例えば光軸を中心として半径方向に延伸するように、円周方向に沿って４個配列し、この棒磁石の一方の磁極が、他方永久磁石の一方の磁極と、光軸方向に対向するように構成することもできる。
【００３２】
また第１の永久磁石２４と第２の永久磁石２５との双方、又はいずれかの一方を棒磁石にした場合には、棒磁石を直進移動させて、この棒磁石の例えばＮ極端を、他方の永久磁石のＮ極とＳ極とに交互に光軸方向に対向させるように構成することもできる。
【００３３】
なお、本実施例では、位置決めホルダ２９を円筒部２２ｅの上端面に接着したが、円筒部２２ｅの外周に雄ねじまたは雌ねじを螺刻し、位置決めホルダにこのねじに螺合可能なねじ部を設けることにより、位置決めホルダと円筒部を光軸方向に沿って移動可能に螺合させても良い。このようにすると、蓋部２９ｂの光軸方向の位置、すなわちマクロ撮像位置を容易に調整できる。また、位置決めホルダ２９の下端面２９ａと蓋部２９ｂを別部材で構成して、それぞれを光軸方向に沿って移動可能に螺合させてもマクロ撮像位置を容易に調整できる。
【００３４】
また、本実施例では、レバー２６ａを９０°回転させることにより第１及び第２の永久磁石２４、２５の相対位置を変化させたが、レバーの回転角度はこれに限るものではない。例えば、第１及び第２の永久磁石の円周方向の異なる磁極数が少ない場合にはレバーの回転角度は大きくなり、第１及び第２の永久磁石の円周方向の異なる磁極数が多い場合にはレバーの回転角度は小さくて良い。
【００３５】
また、本実施例では、第２の永久磁石２５を回転させることによって第１及び第２の永久磁石２４、２５の相対位置を変化させたが、第１の永久磁石を回転させることによって第１及び第２の永久磁石の相対位置を変化させても良い。
【００３６】
また、本実施例において、円周溝２２ｃにキー２２ｄを形成することによってレンズホルダ２３の円周方向の移動を拘束したが、位置決めホルダ２９の蓋部２９ｂ等にマグネットホルダ２８またはレンズホルダの円周方向の移動を拘束する拘束部を設けても良い。
【００３７】
また、本実施例において、第１及び第２の位置をそれぞれ通常撮像位置及びマクロ撮像位置としたが、第１及び第２の位置はこれに限るものではない。
【００３８】
なお本発明は、撮像素子１１として上述したようなＣＣＤ素子を使用する場合に限らず、例えばＣＭＯＳ素子や通常のフィルムを使用する場合にも容易に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
第１に、第１の永久磁石と第２の永久磁石との相対位置を変化させ、両者が互いに及ぼす磁力の変化を利用することによって、何ら電力を要さずに、レンズホルダを第１及び第２の位置に駆動することができる。第２に、例えば第１の位置を通常撮像位置に、そして第２の位置をマクロ撮像位置に設定し、レンズを保持するレンズホルダをこの第１の位置と第２の位置とに駆動することによって、２つの相異なる撮像位置に、このレンズホルダを正確に移動して保持することができる。したがって、この２つの相異なる撮像位置において、ピントを容易かつ精密に合わせることができる。
【００４０】
第３に、基本的な構成は、レンズホルダに設けた第１の永久磁石と、このレンズホルダを光軸方向に移動自在に支持するホルダに設けた第２の永久磁石だけであるため、構造を簡単かつ小型にすることができる。第４に、第１の永久磁石と、これに光軸方向に対向する第２の永久磁石とを、それぞれレンズの光軸を中心とするリング形状に形成して、その円周方向に異なる磁極を有するように着磁して、両者を相対的に回転させ、相互の磁力の吸引と反発とを利用して、レンズホルダを光軸方向に移動させるように構成することによって、永久磁石の重量と磁力のバランスを向上させると共に、構造をより簡単かつ小型にすることができる。第５に、第２の永久磁石を回転駆動するスペーサに回転レバーを取付け、この回転レバーを、第１の位置と第２の位置とにおいて、それ以上回転しないように制止することによって、それぞれの位置への切り替え操作に確実感が得られ、誤操作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常撮像を行う場合の固体撮像装置の上面図である。
【図２】通常撮像を行う場合の固体撮像装置の断面図である。
【図３】マクロ撮像を行う場合の固体撮像装置の上面図である。
【図４】マクロ撮像を行う場合の固体撮像装置の断面図である。
【図５】リング形状の永久磁石を着磁する方法の説明図である。
【図６】従来例によるレンズの駆動装置の断面図である。
【符号の説明】
１              基板
１１            撮像素子
２              レンズユニット
２１            レンズ
２２            ホルダ
２３            レンズホルダ
２４            第１の永久磁石
２５            第２の永久磁石
２６            スペーサ（駆動手段）
【図１】
2004222064.tif 000003
【図２】
2004222064.tif 000004
【図３】
2004222064.tif 000005
【図４】
2004222064.tif 000006
【図５】
2004222064.tif 000007
【図６】
2004222064.tif 000008