(57)【要約】【課題】小型および薄型であって、解像度が劣化しない拡大写真機能を有するカメラモジュールを提供する。【解決手段】少なくとも１枚のレンズを有しているレンズ系１と、レンズ系１を透過して入射される光を電気信号である検出情報に変換する撮像素子２と、撮像素子２の画素の対角線上の任意の位置を中心とし、撮像素子２およびレンズ系１の少なくともどちらか一方を回転させることで、レンズ系１と撮像素子３との相対位置をレンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる移動手段３と、撮像素子２から出力される検出情報に基づいて検出画像を作り上げる演算回路４とを備えている。【選択図】  図１
2005328393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚のレンズを有しているレンズ系と、
前記レンズ系を透過して入射される光を電気信号である検出情報に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の画素の対角線上の任意の位置を中心とし、前記撮像素子および前記レンズ系の少なくともどちらか一方を回転させることで、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる移動手段と、
前記撮像素子から出力される前記検出情報に基づいて検出画像を作り上げる演算回路とを備えたカメラモジュール。
【請求項２】
前記移動手段は、前記撮像素子の画素の対角線上で、かつ前記画素の対角線の長さの１／４だけ、前記画素の中心よりずれた位置を中心とし、前記撮像素子および前記レンズ系の少なくともどちらか一方を回転させることで、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる請求項２に記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記演算回路は、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させて得た複数の前記検出情報を用いて、前記検出画像を作り上げる請求項１に記載のカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカメラモジュ−ルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラが搭載された携帯電話などの携帯機器が普及している。これら携帯機器の小型化、薄型化および高性能化に伴い、小型、薄型および高性能なカメラモジュールが要求されている。
【０００３】
従来のカメラモジュールとしては、組み合わせレンズと撮像素子を用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。図６は、従来のカメラモジュール用のズームレンズの構成図である。
【０００４】
従来のズームレンズは、組み合わせレンズと呼ばれるものである。具体的には、図６に示すように、両凹レンズ９１からなる第１のレンズ群と、両凸レンズ９２よりなる第２のレンズ群と、赤外線カットフィルタまたはローパスフィルタ等よりなるガラスフィルタ９３とが物体側（図６において左側）から像面側（図６において右側）に並べて設置されている。また、前記両凸レンズ９２の物体側直前には、開口絞り９４が設置されている。なお、図６においてＸ軸は光軸である。
【０００５】
従来のズームレンズは、両凹レンズ９１からなる第１のレンズ群と両凸レンズ９２からなる第２のレンズ群とが、光軸方向にそれぞれ別々に動くことで、広角から望遠まで変倍動作を行いながら、変倍動作に伴う像面補正を行う。
【０００６】
従来のズームレンズでは、ズームおよび像面補正において、各レンズ（両凹レンズ９１および両凸レンズ９２）を光軸方向に移動させる必要があった。したがって、光学系を設計する際には、各レンズ（両凹レンズ９１および両凸レンズ９２）の可動域を加味して、光学長を設計しなければならない。
【０００７】
このように、従来の組み合わせレンズを用いたカメラモジュールは、レンズの光学長には、組み合わせレンズの厚みに加え、レンズの移動長を加える必要がある。したがって、カメラモジュールを薄くすることが困難であった。このように、組み合わせレンズを用いた従来のカメラモジュールでは薄型化には限界がある。そのため、薄型の携帯機器に組み合わせレンズを搭載することは困難である。
【０００８】
そこで、レンズが固定されていて、撮像素子に結像される像の一部を信号処理で切り出し、それを信号処理で拡大するデジタルズーム技術を用いて、変倍操作を行うカメラモジュールが普及している。このような、カメラモジュールは、薄型化および小型化が可能である。しかし、このようなカメラモジュールでは、画像を拡大することで解像度が劣化し、撮像素子が有する解像度の拡大画像を得ることは不可能であった。
【特許文献１】特開２００３−２５５２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたもので、小型および薄型であって、解像度が劣化しない拡大写真機能を有するカメラモジュール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】
【００１０】
本発明のカメラモジュールは、少なくとも１枚のレンズを有しているレンズ系と、前記レンズ系を透過して入射される光を電気信号である検出情報に変換する撮像素子と、前記撮像素子の画素の対角線上の任意の位置を中心とし、前記撮像素子および前記レンズ系の少なくともどちらか一方を回転させることで、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる移動手段（移動装置）と、前記撮像素子から出力される前記検出情報に基づいて検出画像を作り上げる演算回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明では、小型および薄型であって、解像度が劣化しない拡大写真機能を有するカメラモジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のカメラモジュールは、レンズ系と撮像素子との相対位置をレンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させて得た画像を基に、画像の拡大を行うので、レンズ系の光軸方向に、レンズを移動させる必要がない。そのため、本発明のカメラモジュールは、小型および薄型であって、解像度が劣化しない拡大写真機能を有する。
【００１３】
また、好ましくは、前記移動手段は、前記撮像素子の画素の対角線上で、かつ前記画素の対角線の長さの１／４だけ、前記画素の中心よりずれた位置を中心とし、前記撮像素子および前記レンズ系の少なくともどちらか一方を回転させることで、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる。それにより、解像度が劣化していない拡大画像を得ることができる。
【００１４】
また、好ましくは、前記演算回路は、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させて得た複数の前記検出情報を用いて、前記検出画像を作り上げる。それにより、解像度が劣化していない拡大画像を得ることができる。
【００１５】
以下、本発明の実施形態のさらに具体的な例について図を用いて説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るカメラモジュールについて図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るカメラモジュールの一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態のカメラモジュール１０は、レンズ系１、撮像素子２、移動装置３（移動手段）および演算回路４を備えている。
【００１７】
レンズ系１は、光を曲げる役割のレンズを少なくとも１枚有している。撮像素子２は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳを用いて構成されていて、レンズ系１を透過した光の情報を電気信号である検出情報に変換し出力する。
【００１８】
移動装置３は、レンズ系１と撮像素子２との相対位置を、レンズ系１の光軸方向に垂直な方向に変化させる。
【００１９】
演算回路４は、ＲＩＳＣマイコンやＤＳＰを用いて構成され、撮像素子２から出力された検出情報に基づき検出画像を作り上げる。
【００２０】
図２は、本実施の形態に係るカメラモジュールにおけるレンズ系と撮像素子との相対位置を示す概略構成図である。なお、本実施の形態のレンズ系１は、一枚のレンズで構成されているとする。図２に示すように、レンズ系１は、撮像素子２に対向して配置される。また、撮像素子２に対して、レンズ系１の光軸２１方向にレンズ系１が設置されている。本実施の形態のレンズ系１は固定されていて、撮像素子２は移動装置（図示せず）により、所定の位置を中心として回転させられる。それにより、撮像素子２とレンズ系１との相対位置はレンズ系１の光軸２１方向に垂直な方向に変化する。
【００２１】
次に、本実施の形態のカメラモジュール１０におけるズームの方法について説明する。図３は、本実施の形態に係るカメラモジュールの画素の構成図であり、図４は、本実施の形態に係るカメラモジュールの２倍ズームの方法について説明する概略図である。
【００２２】
図３において、１つの赤色波長帯域（Ｒ）、２つの緑色波長帯域（Ｇ）および１つの青色波長帯域（Ｂ）の受光部からなる正方形は、撮像素子の各画素３１である。撮像素子２は、複数の画素３１を備えている。各画素３１の中心３２を●（黒丸）で表している。各受光部の中心間隔を２μｍとすれば、各画素３１の中心３２同士の間隔は４μｍになる。
【００２３】
本実施の形態のカメラモジュールは、撮像素子２を所定の位置を中心に高速に９０度毎に回転させることで複数の画像データを取り込み、取り込んだ複数の画像データに基づいて、撮像素子２の解像度より高解像度の画像を構築し、この画像の一部を切り取って拡大することにより拡大画像を得る。
【００２４】
本実施の形態に係るカメラモジュールにおける、２倍のズームを行う方法について、図４を用いて説明する。図４は、図３と同様に、撮像素子の各画素３１を表しているが、各受光部は記載を省略している。
【００２５】
撮像素子２の回転中心は、画素３１の対角線４２上で、かつ対角線４２の長さの１／４だけ、画素３１の中心よりずれた個所とすればよい。対角線４２の長さは４・２1/2μｍであるので、その１／４の長さは２1/2μｍである。したがって、撮像素子２の回転の中心は、対角線４２上であって、画素３１の中心“１”より２1/2μｍだけずれた個所すなわち点４１とすればよい。移動装置３（図１参照）は、この点４１を中心に撮像素子２を回転させる。
【００２６】
まず図４に示すように、画素３１の中心が“１”にあるとき（撮像素子２の原点位置）、撮像素子２は第１の画像データを取り込む。画像データは、レンズ系１（図２参照）を透過してきた被写体光の情報である。次に点４１を中心にして、撮像素子２を時計方向へ９０度回転させる。それにより、画素３１の中心は“１”から“２”に移動する。“２”が画素３１の中心である状態で、撮像素子２は第２の画像データを取り込む。このとき、第１の画像データを取り込んだ際には、例えば“１１”に入射していた被写体光は、第２の画像データを取り込む際には“１２”に入射している。
【００２７】
さらに、点４１を中心にして撮像素子２を時計方向に９０度回転させる。それにより、画素３１の中心は“３”に移動する。この状態で、撮像素子２は第３の画像データを取り込む。このとき、第１の画像データを取り込んだ際には、例えば、“１１”に入射していた被写体光は、第３の画像データを取り込む際には“１３”に入射している。
【００２８】
最後に、点４１を中心にして、撮像素子２を時計方向に９０度回転させる。それにより、画素３１の中心は“４”に移動し、この状態で撮像素子２は第４の画像データを取り込む。このとき、第１の画像データを取り込んだ際には、例えば、“１１”に入射していた被写体光は、第４の画像データを取り込む際には“１４”に入射している。
【００２９】
以上、画素３１の中心が４カ所にずれて存在する、異なる４つの画像データが得られる。撮像素子２を９０度ずつ回転させながら各画像データを取り込んでいるため、各画像データにおける上下左右は４つとも異なっている。これら４つの画像データの上下左右を同一方向にそろえると、これらは互いに１／２画素ずつ、ずれている。撮像素子２は、これらの画像データを電気信号である検出情報に変換して、撮像素子２の後段に位置するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）またはそれに類する演算装置である演算回路４（図１参照）に送信する。演算回路４は、４つの画像データの上下左右方向をそろえてから、一定の法則で一枚の画像となるように再配置する。それにより、撮像素子２の４倍の画素数を有する１フレームの画像データを形成することができる。
【００３０】
次に、演算回路４によって、元の画像データの４倍の画素密度を有するデータの一部を２倍に拡大する事により、元の画像データの画素数と同様の画素密度を有する２倍拡大画像データを得ることができる。このようにして得た拡大画像データは、解像度が劣化することがない。
【００３１】
また、２倍以上のズームを行う場合も、上述の２倍ズームと同様に、撮像素子の画素の対角線上にある任意の位置を中心とし、撮像素子およびレンズ系の少なくともどちらか一方を回転させて、画像データを取り込むことで、ズームを実現することができる。
【００３２】
図５は、本実施の形態に係るカメラモジュールの３倍ズームの方法について説明する概略図である。図５は、撮像素子の１つの画素３１を表しているが、各受光部の記載は省略している。３倍ズームの場合は、例えば図５に示している点４３、４４および４５の３点を中心に撮像素子を回転させて、画像データを取り込めばよい。点４３は画素３１の対角線４２上で、かつ対角線４２の長さの１／１２だけ、画素３１の中心３２よりずれた個所である。また、点４４は、画素３１の対角線４２上で、かつ画素の中心３２よりずれた個所である。具体的に示すと、点４４は、画素３１の中心３２と、図５において中心３２から上に画素３１の一辺の長さの１／６進み、左に一辺の長さの１／３進んだ個所である点３５と、図５において中心３２から上に画素３１の一辺の長さの１／３進み、左に一辺の長さの１／６進んだ個所である点３６との３点を通る円の中心である。点４４は対角線４２上にある。また、点４５は、画素３１の対角線４２上で、かつ対角線４２の長さの１／６だけ、画素３１の中心３２よりずれた個所である。
【００３３】
点４３を撮像素子の回転中心として画像データを取り込む場合について説明する。まず、画素３１の中心が中心３２である状態で画像データを取り込む。次に、撮像素子を９０°回転させると、画素３１の中心が点３３に移動するので、この状態で画像データを取り込む。次に、撮像素子を９０°回転させると、画素３１の中心が点４５に移動するので、この状態で画像データを取り込む。次に、撮像素子を９０°回転させると、画素３１の中心が点３４に移動するので、この状態で画像データを取り込む。このようにして、異なる４つの画像データを取り込む。
【００３４】
次に、点４４を撮像素子の回転中心として画像データを取り込む場合について説明する。画素３１の中心が中心３２である状態の画像データは、前述の点４３を回転中心とした場合に取り込んでいるので取り込む必要がない。まず、点４４を回転中心にして撮像素子を回転させ、画素３１の中心を点３５に移動して、この状態で画像データを取り込む。次に、撮像素子を回転させ、画素３１の中心を点３６に移動して、この状態で画像データを取り込む。このようにして、異なる２つの画像データを取り込む。
【００３５】
次に、点４５を撮像素子の回転中心とする場合について説明する。画素３１の中心が中心３２である状態の画像データは、前述の点４３を回転中心とした場合に取り込んでいるので取り込む必要がない。次に、撮像素子を９０°回転させると、画素３１の中心が点３７に移動するので、この状態で画像データを取り込む。次に、撮像素子を９０°回転させると、画素３１の中心が点３８に移動するので、この状態で画像データを取り込む。次に、撮像素子を９０°回転させると、画素３１の中心が点３９に移動するので、この状態で画像データを取り込む。このようにして、異なる３つの画像データを取り込む。
【００３６】
上述の２倍ズームと同様に、点４３、４４および４５の３点を中心に撮像素子を回転させて取り込んだ９つの画像データをもとにして、元の画像データの画素数と同様の画素密度を有する３倍拡大画像データを得ることができる。このようにして得た拡大画像データは元の画像データに比べて、解像度が劣化することがない。
【００３７】
以上のように、本実施の形態に係るカメラモジュール１０は、レンズ系１をレンズ系１の光軸方向に移動させる必要なしに、画質の劣化のないズームを実現することができる。したがって、本実施の形態に係るカメラモジュール１０は小型および薄型であって、解像度が劣化しない拡大写真機能を有する。
【００３８】
なお、レンズ系１と撮像素子２との相対位置を変化させる駆動装置３としては、これらの相対位置を、レンズ系１の光軸の垂直方向に変化させることができ、所定の中心に対して回転させることができる機構を有していればかまわない。また、
なお、本実施の形態では、一枚のレンズからなるレンズ系１を用いたが、レンズは複数でもよい。例えば、レンズがその光軸方向に複数個並んだ構成のレンズ系１や、レンズが光軸方向と垂直方向に複数個並んだレンズ系１を有するカメラモジュール１０であっても、同様の効果を得ることができる。さらに、撮像素子２が複数個並んだ構成のカメラモジュール１０であっても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、駆動装置３により撮像素子２を移動させたが、駆動装置３は撮像素子２とレンズ系１の相対位置を変化させればいいので、撮像素子２を固定し、レンズ系１を移動させてもよく、あるいは、撮像素子２およびレンズ系１の両方を移動させてもよい。なお、レンズ系１のみ移動させる場合は、取り込んだ各画像データの上下左右方向が同一であるため、それらを一枚の画像とする際に、それらの方向をそろえる処理が不要である。
【００４０】
さらに、図４において、画素３１の中心が、“１”→“２”→“３”→“４”→“１”となるように、撮像素子２を９０度毎に時計方向に回転させて、画像データを取り込んでいたが、例えば、画素３１の中心が、“１”→“２”→“３”→“２”→“１”となるように、撮像素子２を回転させてもよい。つまり、撮像素子２が、１８０度回転した時点で再び逆方向にすなわち反時計方向に回転して、画像データを取り込んでもよい。
【００４１】
なお、本実施の形態で具体的に示した、構成および回転中心の位置等については、あくまでも一例であり、本発明はこれらの具体例のみに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のカメラモジュールは、小型、薄型および高性能であり、拡大写真機能を有する。そのため、例えば、カメラを備えた携帯電話、デジタルスチルカメラおよび監視カメラなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係るカメラモジュールの一構成例を示すブロック図
【図２】本実施の形態に係るカメラモジュールにおけるレンズ系と撮像素子との相対位置を示す概略構成図
【図３】本実施の形態に係るカメラモジュールの画素の構成図
【図４】本実施の形態に係るカメラモジュールの２倍ズームの方法について説明する概略図
【図５】本実施の形態に係るカメラモジュールの３倍ズームの方法について説明する概略図
【図６】従来のカメラモジュール用のズームレンズの構成図
【符号の説明】
【００４４】
１    レンズ系
２    撮像素子
３    移動装置
４    演算回路
１０  カメラモジュール
２１  光軸
３１  画素
３２  中心
３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４１、４３、４４、４５、  点
４２  対角線
【図１】
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【図２】
2005328393.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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