(57)【要約】【課題】  鏡筒の構造を複雑化させずにレンズの移動調節を簡便に行うことができるレンズ装置を提供する。【解決手段】  支持プレート１５と第一鏡筒１６との間に光軸と平行なガイドロッド１９を設ける。前群レンズ６ａの外周に穴２０を形成し、穴２０にガイドロッド１９を貫通させて第一鏡筒１６内に前群レンズ６ａを光軸方向に移動自在に支持する。前群レンズ６ａは光軸と交差する方向にも移動自在で、かつ傾けることも可能である。前群レンズ６ａの外周に光変形シート２２の一端が固定され、他端は第一鏡筒１６に固定される。第一鏡筒１６に開口２３が形成され、この開口２３を通して光変形シート２２に紫外線光と可視光とを選択的に照射して光変形シート２２を変形させる。紫外線光と可視光との照射光量をそれぞれ調節して光変形シート２２の形状を制御し、その変形形状に応じて前群レンズ６ａの位置調整を行う。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、このレンズを移動自在に収納する鏡筒と、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形シートとを有し、前記光変形シートはその一端がレンズに固定され他端が鏡筒に固定されるとともに、前記鏡筒には光変形シートに向かって鏡筒の外部から照射された第一及び第二の波長域の光を通過させる開口が形成されていることを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
レンズと、このレンズを移動自在に収納する鏡筒と、第一波長域の光を受けて変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形シートとを有し、前記光変形シートの一端がレンズに固定されその他端が鏡筒に固定されるとともに、鏡筒には前記光変形シートに第一または第二の波長域の光を選択的に照射する光源装置が組み込まれていることを特徴とするレンズ装置。
【請求項３】
前記光変形シートは３枚用いられ、各々の一端が光軸に関して１２０°の回転対称となる三個所でレンズの外周部分に固定されていることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ装置。
【請求項４】
前記レンズを光軸方向に移動するようにガイドするガイド手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のレンズ装置。
【請求項５】
請求項４記載のレンズ装置と、このレンズ装置で結像された被写体像を撮像信号に光電変換するイメージセンサとを備え、イメージセンサからの撮像信号に基づいて光変形シートに第一または第二の波長域の光を選択的に照射することによってピント合わせが行われることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型の写真カメラやデジタルカメラに好適なレンズ装置に関し、またこのレンズ装置を用いたカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯型カメラのコンパクト化及び軽量化が進み、特に携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant) に組み込まれるデジタルカメラでは、撮像素子として用いられているＣＣＤ型あるいはＭＯＳ型のイメージセンサの小型化とともに、プラスチック製の非球面レンズの利用により撮影レンズ自体も小型化されてきている。撮影レンズは、被写体の光学画像を結像面に配置された写真フイルムや撮像素子の光電面上に鮮明に結像させる目的で用いられ、最近の携帯型カメラの中には撮影レンズとしてピント合わせが不要なパンフォーカスレンズも多用されている。
【０００３】
撮影レンズをカメラに組み込むにあたっては、特許文献１などで知られるように、光軸合わせや偏心調節などの調整作業を必要とする。これらの調整作業は、撮影レンズの結像面上に撮像素子を配置して所定のチャート図を撮影し、撮像素子から出力されてくる撮像信号を評価しながら撮影レンズ全体あるいはその一部のレンズを移動させたり傾けたりすることによって行うことができる。この調整作業は、例えば小型化されたデジタルカメラの場合には、イメージセンサとの相対位置合わせも同時に行うことができるように、撮影レンズとイメージセンサとを組み合わせた状態で行う方が有利である。
【０００４】
また、パンフォーカスレンズを利用しながらも、近接撮影機能をもたせようとする場合には、撮影レンズの少なくとも一部を光軸方向に移動させる必要がある。さらに、撮影レンズに明るいレンズを使用してより鮮明な被写体画像を得ようとするには、ピント合わせのためにやはり撮影レンズの少なくとも一部を光軸方向に移動できるようにしなければならない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１４１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、カメラ組み立て時の調整作業や、あるいはピント合わせ機能を付加するために、撮影レンズには、その少なくとも一部のレンズを移動調節できるように組み込んでおくことが望まれる。ところが、携帯電話機に内蔵されるようなデジタルカメラでは撮影レンズも外径数ミリ以下と非常に小さいため、レンズの移動調節のために鏡筒にカム機構などを設けることが難しく、また精度もだしにくい。さらに、ピント合わせのためにレンズを自動的に移動させようとすると、モータなどのアクチュエータが必要になって鏡筒回りの構造がさらに複雑化しコンパクト化も難しくなる。
【０００７】
本発明は上記背景を考慮してなされたもので、撮影レンズ回りをほとんど大型化させることなく、簡便にレンズの位置調整やピント合わせのための移動調節を行うことができるようにしたレンズ装置及びカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するにあたり、レンズ移動用のアクチュエータとして第一波長域の光を照射すると平坦な形状から屈曲変形し、第二波長域の光を照射すると元の平坦な形状に復元する性質をもった光変形シートを用いたもので、移動対象となるレンズに光変形シートの一端を固定し、その他端はレンズを移動自在に収納している鏡筒に固定してある。鏡筒には開口が形成され、この開口を通して光変形シートに第一または第二波長域の光を照射し、光変形シートの変形によりレンズを適宜に変位させて光軸合わせや偏心の調節を可能にしている。
【０００９】
このような目的で用いられる光変形シートとしては、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料（プラスチック）をシート状にしたものが英国雑誌「ＮＡＴＵＲＥ」（Vol.245 11 SEPTEMBER 2003 ）などで知られている。この光変形シートは、波長が３６６ｎｍ程度の紫外線の照射により平坦な形状から屈曲変形（湾曲）し、波長が５４０ｎｍ程度の可視光の照射により元の平坦な形状に戻る性質を有している。
【００１０】
レンズの光軸合わせや偏心調節のためにレンズを移動させるだけでなく、レンズを光軸方向に移動するようにガイドしておき、光変形シートの形状に応じてレンズを光軸方向にのみ移動させることもできるので、鏡筒に第一，第二波長域の光を発光する光源装置を組み込んでおけば、これをピント合わせに用いることも可能である。光変形シートを３枚使用し、各々の一端を光軸に関して１２０°の回転対称となる３個所でレンズの外周部分に固定しておけば、レンズを光軸に対して自在に傾けることができ、ント合わせに用いる場合にはレンズを円滑に直線移動させることができる。なお、本発明をデジタルカメラに適用するには、このレンズ装置を通して得た被写体像を撮像するイメージセンサからの撮像信号に基づいて選択的に第一，第二波長域の光を照射し、光変形シートの変形をフィードバック制御するのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズを移動自在に収納した鏡筒内に光変形シートを組み込んでその端部をそれぞれレンズと鏡筒に固定し、そして第一，第二波長域の光を光変形シートに照射できるように鏡筒に開口を形成しておけばよいので、鏡筒の構造自体を複雑化させずに、簡便にレンズの移動調節を行うことが可能となる。また、第一，第二の波長域の光を発光する光源装置を鏡筒に設けておけば、光の照射だけでレンズを非接触で移動させることも可能となり、モータなどの電磁的なアクチュエータを用いずにピント合わせを行うこともでき、鏡筒回りのコンパクト化に資するところが大きい。さらに、第一，第二波長域の光を発光ダイオードから得るようにすれば、モータなどの電磁的なアクチュエータと比較して電源消耗を防ぐ上でも格段に有利である
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１にデジタルカメラ内蔵型の携帯電話機の外観を示す。この携帯電話機は、ヒンジ部２により折り畳み自在に連結された受話器ユニット３と送話器ユニット４とからなる。受話器ユニット３にカメラユニット５が内蔵され、撮影レンズ６が受話器ユニット３の外面に露出している。受話器ユニット３の外面には、さらに液晶表示パネル７、暗い被写体を撮影するときに補助照明を放射するフラッシュ窓８が設けられている。
【００１３】
送話器ユニット４の内面側には送話マイク１０のほか、送話時のダイヤル操作を行うためのダイヤルキーや各種の設定キーなどからなるキー操作部１２が設けられている。送話器ユニット４の一方の側面にメモリカード１３を装填したときには、デジタルカメラで撮影し内蔵メモリに保存しておいた画像データをこのメモリカード１３に転送して保存することができる。
【００１４】
カメラユニット５の要部断面を示す図２において、カメラユニット５は、受話器ユニット３の筐体に裏面側からビス止めされる支持プレート１５と、支持プレート１５の内面側に組み付けられる第一鏡筒１６と、第一鏡筒１６の後端面に固定される第二鏡筒１７とを備えている。支持プレート１５には撮影窓１４が開口し、撮影窓１４には防塵用の透明なカバー１８が嵌め込まれている。前記第一，第二鏡筒１６，１７は、後述する二群構成の撮影レンズを収納する鏡筒を構成している。
【００１５】
第一鏡筒１６の後端壁には３本のガイドロッド１９が光軸Ｐと平行に突設され、それぞれの先端は支持プレート１５に設けたボスに嵌め込まれている。ガイドロッド１９は、図３に示すように光軸Ｐに関して１２０°の回転対称となる位置に設けられている。このガイドロッド１９は、撮影レンズ６の一部を構成するプラスチック製の前群レンズ６ａを保持している。このため、前群レンズ６ａの外周には穴２０が形成され、各々の穴２０にガイドロッド１９がそれぞれ貫通している。穴２０の内径はガイドロッド１９の外径よりも大きく、その内外径の差分だけ前群レンズ６ａを光軸Ｐと交差する方向に移動させ、あるいは光軸Ｐに対して前群レンズ６ａを傾けることができるようにしてある。そして、前群レンズ６ａの移動調節を完了した後には、図２に示すように接着剤２１を滴下・硬化させることによって前群レンズ６ｂはガイドロッド１９に固着される。
【００１６】
前群レンズ６ａを自在に移動調節することができるように、前群レンズ６の外周縁の３個所に、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料で作られた光変形シート２２の一端が固定され、その他端は第一鏡筒１６の前端部に固定されている。これらの光変形シート２２は、図３に示すように、それぞれガイドロッド１９の相互間に位置するように、光軸Ｐに関して１２０°の回転対称となる位置にある。光変形シート２２は、３６６ｎｍの紫外線の照射量に応じて一定量を越えない範囲で湾曲し、５４０ｎｍの可視光を照射したときには湾曲状態から元の平坦な形状に戻る性質を有している。そして、この光変形シート２２に外部から光を照射することができるように、第一鏡筒１６には開口２３が形成されている。
【００１７】
第二鏡筒１７にはやはりプラスチック製の後群レンズ６ｂが組み込まれ、前群レンズ６ａ、第一鏡筒１６の後端壁に形成された絞り開口２４、後群レンズ６ｂによってパンフォーカスタイプの撮影光学系が構成される。第二鏡筒１７の後端壁に開口が形成され、この開口を塞ぐようにセンサ基板２５が固定されている。センサ基板２５にはイメージセンサ２６が実装され、撮影光学系を通して得られる被写体像がイメージセンサ２６の光電面に結像される。イメージセンサ２６から出力される撮像信号は、フレキシブル配線及びコネクタを通してカメラ基板２７に実装された信号処理回路に入力され、公知のデジタル変換処理及び画像データ処理が施される。
【００１８】
イメージセンサ２６からは一定の周期で撮像信号が出力され、これに同期して上述した種々の信号処理が行われるから、こうして得られた画像データに基づいて受話器ユニット３の内面側に組み込まれた液晶ディスプレイを駆動することにより、被写体のスルー画像の表示が可能となる。そして、適宜のタイミングでシャッタレリーズ操作を行うと、その直後に得られた一画面分の画像データが内蔵メモリに書き込まれ、さらに保存操作を行ったときには、その画像データはメモリカード１３に書き込まれる。
【００１９】
ところで、プラスチック製の前群レンズ６ａや後群レンズ６ｂは、その成形工程時の条件などにより、レンズ面となる球面形状や非球面形状、外形寸法や厚みなどに誤差が入ることがあり、さらには屈折率が設計値どおりにならないことがある。そこで、カメラユニット５を受話器ユニット３に組み込む前に、撮影レンズ６には光軸合わせや偏心調節などの調整作業が行われる。この調整作業は、概念的に図４に示す調整システムを利用し、特に調整効果が大きい前群レンズ６ａについて行われる。カメラユニット５の前方に所定のパターン図柄が描かれたチャート図３０を配置し、これをカメラユニット５で撮影する。パンフォーカスタイプの撮影レンズ６のベストピント位置が撮影距離１．５ｍであるときには、チャート図３０は撮影レンズ６から１．５ｍの位置に置かれる。
【００２０】
イメージセンサ２６からの撮像信号は画像処理装置３２に入力される。画像処理装置３２は撮像信号を画像データにデジタル変換し、デジタルカメラと同様の画像データ処理を行って撮影したチャート像をモニタ３３に表示する。この表示画像を観察して適正な品位であるかどうかの評価が行われる。撮影レンズ６の光軸が傾いていたり偏心があると、チャート像には独特のボケが現れるから、これを補正するようにマニュアル入力部３４からコントローラ３５に補正信号を入力する。コントローラ３５は、第一鏡筒１６の開口２３に対応して設置されたレーザ装置３６に制御信号を送る。各々のレーザ装置３６は、制御信号に応じて３６６ｎｍの紫外線を含む第一レーザ光Ｌ１又は、５４０ｎｍの緑色光を含む第二レーザ光Ｌ２を開口２３を通して選択的に光変形シート２２に照射する。
【００２１】
この結果、光変形シート２２は照射された第一，第二レーザ光の種類に応じて屈曲し、あるいは平坦な形状に戻るように変形し、これに伴って前群レンズ６ａは光軸Ｐに関して傾けられ、あるいは光軸方向に移動するようになる。光変形シート２２は光軸Ｐを中心に１２０°の回転対称となる位置にそれぞれ設けられているので、前群レンズ６ａはあらゆる方向に自在に傾けることができ、もちろん光軸方向にも進退させることができる。こうして前群レンズ６ａの移動調節が行われるとモニタ３３に表示されるチャート像も変化するから、そのチャート像を観察しながらマニュアル入力部３４の操作を行う。そして、表示画面全体でピントが合った適切なチャート像が得られた時点で第一，第二レーザ光の照射を絶つ。光変形シート２２は第一，第二レーザ光が絶たれた時点での形状を記憶しているから、上記調整操作を終えてから接着剤２１を滴下して前群レンズ６ａをガイドロッド１９に固着することによって調整作業が完了する。
【００２２】
なお、前群レンズ６ａを調節するときの移動量はガイドロッド１９と穴２０との内外径差及び光変形シート２２の最大変形量で制約されるが、各レンズ６ａ，６ｂ及び第一，第二鏡筒１６，１７の成形精度を考慮すれば、ガイドロッド１９と穴２０との内外径差は０．５ｍｍ〜１ｍｍもあれば十分であり、また光変形シート２２にしても光軸方向での長さが１ｍｍ程度変化すれば十分なので問題はない。さらに、前群レンズ６ａを組み込んだときの初期位置の設定を、設計上での適正位置よりも光軸上で像面側にくるようにしておけば、初期状態で平坦な形状のままの光変形シート２２を用いて調整作業を開始することができる。もちろん、光変形シート２２を予め屈曲させた状態のものを用いることもでき、この場合には調整作業時に最初から前群レンズ６ａを任意に方向に変位させることが可能となる。
【００２３】
また、上記実施形態では前群レンズ６ａを移動させて調節を行っているが、光学系の構成によっては後群レンズや中間のレンズ群で調節を行うこともでき、もちろん単レンズ構成のものにも本発明は等しく適用が可能である。なお、光変形シート２２の光変形特性が、ある程度高い温度環境のもとで有効に発揮される場合には、開口２３を通して赤外線（熱線）を照射するようにしておけばよい。接着剤２１でレンズを固定した後には、たとえ外光が入射して光変形シート２２が変形しようとしても、その力はレンズを動かすほどではないのでそのままでもよいが、調整作業が済んだら光変形シート２２を取り除くようにしてもよい。
【００２４】
図５に示す実施形態は、光変形シートを用いてピント調節を行うことができるようにした例で、先の実施形態と共通に用いられる部材には共通の符号を付してある。カメラユニット４０の第一鏡筒４２に組み込まれた前群レンズ６ａは、ガイドロッド１９により光軸Ｐに沿って移動自在に支持され、穴２０との間には特にガタは設けられていない。ガイドロッド１９は、先の実施形態と同様に前群レンズ６ａを光軸Ｐに関して１２０°の回転対称となる位置に設けられている。ガイドロッド１９の前端側を受けるボス１５ａは先の実施形態よりも後方に延び、前群レンズ６ａが前進したときのストッパとして機能する。また、ガイドロッド１９の後端側を受けるボス４２ａは、前群レンズ６ａが後退したときのストッパとして機能する。そして、この両ストッパで規制される範囲が前群レンズ６ａの移動範囲となり、この間で前群レンズ６ａのピント調節が行われる。
【００２５】
光変形シート２２はガイドロッド１９の相互間に位置するように、互いに光軸Ｐに関して１２０°の回転対称となる位置に設けられ、一端が前群レンズ６ａの外周面に、他端が第一鏡筒４２に固着されている。各々の光変形シート２２に対面するように、第一鏡筒４２にＬＥＤ基板４５がそれぞれ固定されている。各ＬＥＤ基板４５には、３６６ｎｍの紫外線を放射する発光ダイオード（以下、紫外線ＬＥＤ）４６と、５４０ｎｍの緑色光を放射する発光ダイオード（以下、緑色ＬＥＤ）４７とが実装され、それぞれからの光を光変形シート２２に照射することができるようにしてある。
【００２６】
ＬＥＤ基板４５はフレキシブル配線及びコネクタを介してカメラ基板２７と結線され、カメラ基板２７に実装されたコントローラからの信号に応じ、各々のＬＥＤ基板４５に実装された紫外線ＬＥＤ４６，緑色ＬＥＤ４７の点灯制御が行われる。これらのＬＥＤ４６，４７の点灯制御はイメージセンサ２６からの撮像信号に基づいて行われる。撮像信号はカメラ基板２７に実装された信号処理回路に入力され、一画面分の画像データに関してコントラストの評価が行われる。一般に、画像のコントラストはピントが合致したときが最も高くなるから、そのコントラストが最も高くなるように前群レンズ６ａを光軸方向に移動調節することによって、ピント合わせを行うことができる。
【００２７】
前群レンズ６ａを前方に移動させるには、三個の紫外線ＬＥＤ４６を一斉に点灯させる。紫外線ＬＥＤ４６を連続点灯させ、光変形シート２２をいっぱいに屈曲させたときには、図６に示すように前群レンズ６ａは前方のストッパに当接する至近撮影位置まで移動する。光変形シート２２の屈曲変形量は紫外線の照射光量に応じて可変されるから、前群レンズ６ａを図６に示す至近撮影位置まで移動させる過程で、イメージセンサ２６から得られる撮像信号を監視しながらフィードバック制御を行い、最適位置で紫外線ＬＥＤ４６を消灯させれば、被写体までの撮影距離に応じたピント合致位置で前群レンズ６ａを停止させることが可能となる。
【００２８】
コントラストが最も高くなる位置を探索しながら前群レンズ６ａを移動調節する際には前群レンズ６ａを後退させることも必要になるが、この場合には紫外線ＬＥＤ４６を消灯して緑色ＬＥＤ４７を点灯させる。これにより、光変形シート２２は屈曲した形状から平坦形状に戻る方向に変形して前群レンズ６ａは後退するようになるから、最適位置で緑色ＬＥＤ４７を消灯させれば被写体までの撮影距離に適した位置で前群レンズ６ａを停止させることができる。
【００２９】
なお、前群レンズ６ａの被写界深度が深く、例えば前群レンズ６ａを３ｍでベストピント位置となる遠距離撮影位置、１．２ｍでベストピント位置となる近距離撮影位置との二段階で位置調節すれば十分である場合には、先の実施形態で図５が遠距離撮影位置、図６が近距離撮影位置となるように前群レンズ６ａの移動範囲を設定しておけばよい。そして、三角測距方式の簡単な測距装置を組み込んでおき、その測距信号に応じて紫外線ＬＥＤ４６，緑色ＬＥＤ４７を選択的に点灯させればよい。もちろん、この手法は通常撮影位置と近接撮影位置との間で前群レンズ６ａを移動調節する場合にも等しく適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を用いたデジタルカメラ内蔵型携帯電話機の外観図である。
【図２】携帯電話機に内蔵されたカメラ部分の要部概略断面図である。
【図３】ガイドロッド及び光変形シートの配置を示す概略正面図である。
【図４】前群レンズの移動調節システムの概念図である。
【図５】本発明の別の実施態様を示す要部概略断面図である。
【図６】図５に示す実施形態の作用説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
２  携帯電話機
５，４０  カメラユニット
６  撮影レンズ
６ａ  前群レンズ
１６  第一鏡筒
１７  第二鏡筒
１９  ガイドロッド
２０  穴
２２  光変形シート
２３  開口
２６  イメージセンサ
２７  カメラ基板
３６  レーザ装置
４６  紫外線ＬＥＤ
４７  緑色ＬＥＤ
【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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