(57)【要約】【課題】環境変化に対応しながらも高画質化及び小型化を図ることができる撮像ユニットを提供する。【解決手段】制御回路３０６が、温度センサ３１５からの温度信号に応じて、画素の読み出しモードを変更しているが、その変形例としては、手動により、画素の読み出しモードを変更することも考えられる。具体的には、ユーザーが、別の温度計などを視認して、周囲の温度が所定温度範囲内（例えば０〜４０℃）と判断した場合、操作ボタンＰを用いて第１の操作を行うと、それに応じて制御回路１０６が全画素読出モードを設定し、所定温度範囲外（例えば０℃以下、もしくは４０℃以上）と判断した場合、操作ボタンＰを用いて第２の操作を行うと、それに応じて制御回路１０６が部分画素読出モードを設定することができる。【選択図】      図７
2005012302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む撮影レンズと、
前記撮影レンズを介して被写体光を受光し画素信号に変換する複数の画素を有する撮像素子と、
前記撮像素子から画素信号を読み出す読出手段と、
周囲の温度を測定し温度信号として出力する温度センサと、を有し、
前記読出手段は、前記温度センサから出力された温度信号に基づいて、画素信号を読み出す画素のいずれかを選択することを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記温度センサからの温度信号に基づいて、周囲の温度が所定温度範囲内である判断したときは、前記読出手段は、第１のグループの画素から画素信号を読み出し、周囲の温度が所定温度範囲外であるときは、第１のグループの画素の数より少ない第２のグループの画素から画素信号を読み出すことを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記第２のグループの画素は、前記第１のグループの画素の列を間引いてなることを特徴とする請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む撮影レンズと、
前記撮影レンズを介して被写体光を受光し画素信号に変換する複数の画素を有する撮像素子と、
前記撮像素子から画素信号を読み出す読出手段と、
操作部材と、を有し、
前記操作部材が操作されたことに応動して、読出手段は、画素信号を読み出す画素のいずれかを選択することを特徴とする撮像ユニット。
【請求項５】
前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、第１のグループの画素から画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、第１のグループの画素の数より少ない第２のグループの画素から画素信号を読み出すことを特徴とする請求項４に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、静止画用の画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、動画用の画素信号を読み出すことを特徴とする請求項４に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、静止画用の画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、動画用の画素信号を読み出すことを特徴とする請求項４に記載の撮像ユニット。
【請求項８】
前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、全ての画素から画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、一部の画素から画素信号を読み出すことを特徴とする請求項４に記載の撮像ユニット。
【請求項９】
前記操作部材を用いて第２の操作が行われたときは、前記読出手段は、読み出した画素信号に対して画素加算処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】
前記操作部材を用いて第２の操作が行われたときは、前記読出手段は、列を間引いて選択した画素から画素信号を読み出すことを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の撮像ユニット。
【請求項１１】
前記撮像ユニットは、温度に関する情報を表示する表示部材を有することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の撮像ユニット。
【請求項１２】
前記表示部材は、周囲の温度変化に応じて視認可能な化学反応を生じさせることを特徴とする請求項１１に記載の撮像ユニット。
【請求項１３】
前記撮像ユニットは携帯電話に搭載されており、前記操作部材は、前記携帯電話のボタンであることを特徴とする請求項４乃至１２に記載の撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像ユニットに関し、特に携帯電話やパソコン（パーソナルコンピューター）などに搭載可能な撮像ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、ＣＰＵの高性能化、画像処理技術の発達などにより、デジタル画像データを手軽に取り扱えるようになってきた。特に、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）において、画像を表示できるディスプレイを備えた機種が出回っており、近い将来、無線通信速度の飛躍的な向上が期待できることから、このような携帯電話やＰＤＡ間で画像データの転送が頻繁に行われることが予想される。
【０００３】
特に最近は、特許文献１に記載されているようなＣＣＤなどの固体撮像素子を含む撮像ユニットを搭載した携帯電話が市販されており、これを用いて手軽に撮像を行うことができる。又、撮像した画像に対応する画像データは、パソコンなどを介することなく別な携帯電話に手軽に送信することができる。
【特許文献１】
特開２００３−３７７５８号公報
【特許文献２】
特開平０５−０９３８３２号公報
【特許文献３】
特開２００３−１３１１０３号公報
【特許文献４】
特開２００２−０７２０４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示された撮像ユニットは、小型低コストで、組み立て時の光学的な調整も不要で生産性が良いという利点がある。又、その撮影光学系にプラスチックが使用されているが、それにより温度変化でピント位置のズレは生じるものの、特許文献１の技術は、低画素の撮像素子を用いた場合に好適なものであるので、いわゆるパンフォーカスレンズを採用し、フォーカス合わせのためにレンズを移動させることなく、レンズを近側から遠側まで、ある許容された画質のなかで撮影できるようにしている。
【０００５】
しかし、最近は、たとえ携帯電話であろうとも高画質な画像を撮像できることが望まれており、従って撮像素子はより高画素なものが搭載される傾向がある。一方、携帯電話等は、例えば洋服のポケットに入れてもかさばらないように、コンパクト性が特に重視されるため、大型の撮像素子を搭載することは通常困難である。このような撮像素子の高画素化と小型化により、従来より画素ピッチが小さくなると、プラスチックレンズの温度変化によりピントの位置ズレが生じた場合、フォーカス合わせのためにレンズを移動させないと、近側から遠側まで、良好な画質での撮影ができなくなるという問題がある。
【０００６】
そのような問題を解決するために、小型撮像ユニットのレンズの一部または全部を移動させてフォーカシングが可能となるように構成した上で、特許文献２，３に記載されているように、温度を検知して、その検知結果に基づいてレンズを移動するよう方法や、特許文献４に記載されているように、新たに温度変化を補正する補正部材を設けるなどの方法が考えられる。しかしながら、新たに温度検知結果に応じてレンズを移動させたり、移動量を記録させるためのメモリを新たに設けたり、補正部材を設けるなどすると、構成が複雑化し撮像ユニットが大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
一方、撮像ユニットの仕様上の動作保証温度は、その用途として撮像を考えた場合、寒冷地や高温の車内などでの使用も考慮し一般的には−２０〜７０℃程度に設定される。しかし、実際にユーザーが撮影を行う機会は、概ね０〜４０℃程度の条件下がほとんどであり、この範囲で、画質の劣化が気にならないレベルの撮影を行うことができれば、ユーザーの要求を概ね満たすことができるといえる。
【０００８】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、環境変化に対応しながらも高画質化及び小型化を図ることができる撮像ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明の撮像ユニットは、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズを介して被写体光を受光し画素信号に変換する複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子から画素信号を読み出す読出手段と、周囲の温度を測定し温度信号として出力する温度センサと、を有し、前記読出手段は、前記温度センサから出力された温度信号に基づいて、画素信号を読み出す画素のいずれかを選択するので、例えば前記温度センサの温度信号により周囲の温度が所定範囲内の温度と判断すれば、画素信号を読み出す画素を全ての画素と選択して、それにより高画質な画像を得ることができる。
【００１０】
一方、前記温度センサの温度信号により周囲の温度が所定範囲外の温度と判断すれば、前記撮影レンズにおける屈折率変化により生じるピントズレが大きくなると予想されることから、画素信号を読み出す画素を間引いて選択することで、ピントズレが目立たない画像を得ることができる。
【００１１】
尚、周囲の温度が所定範囲外の環境下では、撮影を禁止するという考えもあるが、たとえ低画質でも撮影したいというユーザーの要求は存在し、又実際に撮影を行ったとしても、実用上、極端に鑑賞に耐えられない画像となってしまうこともないわけであり、むしろ撮影が不能になるより、ユーザーに対する使い勝手はよいと考えられる。但し、小型で高画素の撮像素子の場合、画素ピッチが狭いので、ピントずれが生じている分、隣り合っている画素同士で、同じ光線を検出している場合が多いと考えられるので、画素数分の信号処理を行っても、メリットは殆どなく、むしろ処理時間の時間的なロスと無駄な電力消費につながり、使い勝手が悪くなる。従って、周囲の温度が所定範囲外であれば、画素信号を読み出す画素を制限しようとする本発明には、相応のメリットがあるといえる。
【００１２】
更に、前記温度センサからの温度信号に基づいて、周囲の温度が所定温度範囲内である判断したときは、前記読出手段は、第１のグループの画素から画素信号を読み出し、周囲の温度が所定温度範囲外であるときは、第１のグループの画素の数より少ない第２のグループの画素から画素信号を読み出すと好ましい。
【００１３】
更に、前記第２のグループの画素は、前記第１のグループの画素の列を間引いてなると好ましい。
【００１４】
第２の本発明の撮像ユニットは、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズを介して被写体光を受光し画素信号に変換する複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子から画素信号を読み出す読出手段と、操作部材と、を有し、前記操作部材が操作されたことに応動して、読出手段は、画素信号を読み出す画素のいずれかを選択するので、例えば周囲の温度が所定範囲内の温度と判断したユーザーが、前記操作部材を操作することによって、画素信号を読み出す画素を全ての画素と選択すれば、それにより高画質な画像を得ることができる。
【００１５】
一方、周囲の温度が所定範囲外の温度と判断したユーザーが、前記操作部材を操作することによって、画素信号を読み出す画素を間引いて選択することで、ピントズレが目立たない画像を得ることができる。このように、本発明によれば、前記撮像ユニットは温度センサも読出手段も備える必要がないため、より簡素且つ低コストな構成を提供できる。
【００１６】
更に、前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、第１のグループの画素から画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、第１のグループの画素の数より少ない第２のグループの画素から画素信号を読み出すと好ましい。
【００１７】
更に、前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、静止画用の画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、動画用の画素信号を読み出すと好ましい。
【００１８】
更に、前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、静止画用の画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、動画用の画素信号を読み出すと好ましい。
【００１９】
更に、前記操作部材を用いて第１の操作が行われたときは、前記読出手段は、全ての画素から画素信号を読み出し、第２の操作が行われたときは、一部の画素から画素信号を読み出すと好ましい。
【００２０】
更に、前記操作部材を用いて第２の操作が行われたときは、前記読出手段は、読み出した画素信号に対して画素加算（画素混合とも言う）処理を行うと好ましい。
【００２１】
更に、前記操作部材を用いて第２の操作が行われたときは、前記読出手段は、列を間引いて選択した画素から画素信号を読み出すと好ましい。
【００２２】
更に、前記撮像ユニットは、温度に関する情報を表示する表示部材を有する、その情報に基づいて、ユーザーが前記操作部材を適切に操作できるので好ましい。
【００２３】
更に、前記表示部材は、周囲の温度変化に応じて視認可能な化学反応を生じさせると好ましい。このような表示部材としては、温度変化により色が変わるシールなどが考えられる。
【００２４】
更に、前記撮像ユニットは携帯電話に搭載されており、前記操作部材は、前記携帯電話のボタン（例えばテンキー、十字キー、ジョグダイヤル等）であると、操作しやすいので好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態における撮像ユニット１００の斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における撮像ユニット１００の一部省略断面図である。図３は、撮像ユニット１００の基板ＰＣの一部省略上面図である。図４は、撮像ユニット１００に備えられた光学部材１０１の斜視図であり、図５は、同光学部材１０１の下面図である。図６は、図２のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【００２６】
図１から図３に示されるように、撮像ユニット１００は、開口部１１０が形成された基板ＰＣと、その基板ＰＣの裏面側から開口部１１０を塞ぐように備えられた撮像素子１０２と、基板ＰＣの表面側から開口部１１０を通じて、その撮像素子１０２の表面である受光面に当接し、撮像素子１０２に集光させるための光学部材１０１と、この光学部材１０１に入射する光の量を調節する絞り板１０３と、撮像素子１０２と開口部１１０とを覆い隠す外枠部材としての鏡枠１０４と、鏡枠１０４に備えられた遮光性を有する遮光板１０５と、遮光板１０５に支持されるフィルタ１０６と、遮光板１０５と光学部材１０１の間に備えられ、光学部材１０１を基板ＰＣ側へ押圧する押圧部材１０７と、光学部材１０１の位置決めを行うために基板ＰＣ上の所定位置に配置された位置決め電気部品１０８ａ・・・と、その他基板ＰＣ上に配置された電気部品１０８・・・等により構成されている。
【００２７】
撮像素子１０２は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ型イメージセンサからなり、矩形薄板状の撮像素子１０２の端部における上面が、基板ＰＣの裏面側に取り付けられている。撮像素子１０２の上面中央には、画素が２次元的に配列され、撮像面としての光電変換部１０２ａが形成されており、撮像素子１０２が基板ＰＣの裏面に取り付けられた際、基板ＰＣに形成された開口部１１０の位置に光電変換部１０２ａが対応するようになっている。
【００２８】
また、撮像素子１０２の端部における上面と、基板ＰＣの裏面側とは、電極としてのバンプ１１２を介して取り付けられており、撮像素子１０２と基板ＰＣとはバンプ１１２により電気的に接続されている。なお、撮像素子１０２と基板ＰＣとは、ＡＣＦ（導電性フィルム）等を用いた圧着や、溶着、溶接等により取り付けられ、接続されている。
【００２９】
光学部材１０１は、透明なプラスチック材料を素材とし、図２及び図４から図６に示されるように、管状の脚部１０１ｃと、この脚部１０１ｃに支持される凸レンズ形状のレンズ部（レンズともいう）１０１ａとが一体的に形成されている。脚部１０１ｃは、下端に形成された４つの当接部１０１ｄと、上端周囲に形成された上脚部１０１ｅと、当接部１０１ｄと上脚部１０１ｅとの間に形成された下脚部１０１ｆとを備えている。また、脚部１０１ｃの上端を塞ぐ板状の上面部１０１ｂの中央にレンズ部１０１ａが形成されている。
【００３０】
下脚部１０１ｆは、水平断面視において円の外周の２点を結ぶ線（弦）によって切り欠かれた略Ｄ字形状となっており、被嵌合部を形成している。
【００３１】
また、上面部１０１ｂの上面であって、レンズ部１０１ａの周囲には、遮光性のある素材からなり、凸レンズ部１０１ａのＦナンバーを規定する第１の絞りとしての開口１０３ａを有する絞り板１０３が接着剤により固定されている。
【００３２】
光学部材１０１の外側には、遮光性のある素材からなり外枠部材を構成する鏡枠１０４が配置されている。鏡枠１０４には、図１に示すように、角柱状の下部１０４ａと、円筒状の上部１０４ｂとが設けられている。鏡枠１０４の上部１０４ｂの上端には、遮光板１０５が接着剤Ｂにより取り付けられている。遮光板１０５は、その中央に第２の絞りとしての開口１０５ａを有している。遮光板１０５の中央の開口１０５ａの下方に、赤外線吸収特性を有する素材からなるフィルタ１０６が接着剤Ｂにより接合されている。そして、この遮光板１０５とフィルタ１０６とでカバー部材１１１を構成する。
【００３３】
また、下部１０４ａの下端部１０４ａａは、基板ＰＣ上に鏡枠１０４が取り付けられる際の接着部位となる箇所であって、鏡枠１０４の下部１０４ａが基板ＰＣ上に当接され取り付けられる際には、下部１０４ａの下端部１０４ａａと、基板ＰＣとの間に接着剤Ｂが塗布され、固着される。
【００３４】
このように、基板ＰＣと鏡枠１０４とカバー部材１１１とが密着し接合しているので、基板ＰＣと鏡枠１０４とカバー部材１１１等に覆われる光学部材１０１や撮像素子１０２の表面は、環境外乱である埃などのゴミや湿気等の付着や傷等の損傷から防がれ、保護される。
【００３５】
つまり、鏡枠１０４とカバー部材１１１とで構成される外枠部材が、光学部材１０１や基板ＰＣの開口部１１０、撮像素子１０２の表面を覆うことにより、撮像ユニット１００は、防塵、防湿の構造、光学部材１０１等の保護構造を有する。
【００３６】
また、鏡枠１０４の下部１０４ａと上部１０４ｂとの間の隔壁１０４ｃの内周面には、光学部材１０１の被嵌合部である下脚部１０１ｆに対応した嵌合部としてのＤ溝１４４が形成されており、図６に示されるように、このＤ溝１４４に下脚部１０１ｆが密着的に嵌合している。このような、下脚部１０１ｆとＤ溝１４４との嵌合により、光学部材１０１は、例えば、光学部材１０１のレンズ部１０１ａの光軸を中心とした回転が防止されるように、鏡枠１０４に位置規制されている。
【００３７】
更に、光学部材１０１は鏡枠１０４に位置規制されているので、基板ＰＣの所定位置に、例えば、後述する位置決め電気部品１０８ａに基づき、鏡枠１０４を位置決めして配置することにより、基板ＰＣの所定位置に光学部材１０１を配置することができ、例えば、基板ＰＣに備えられた撮像素子１０２の光電変換部１０２ａの中心と、鏡枠１０４に嵌合された光学部材１０１のレンズ部１０１ａの光軸の中心を一致させるように備えることができる。
【００３８】
また、光学部材１０１は鏡枠１０４に位置規制されているため、基板ＰＣの所定位置に鏡枠１０４が配置され、固定された状態においては、光学部材１０１は所定の位置からずれにくく、例えば、光学部材１０１のレンズ部１０１ａの光軸の中心と、撮像素子１０２の光電変換部１０２ａの中心とが一致した状態を維持しやすい。
【００３９】
図２において、光学部材１０１と、遮光板１０５との間には、例えば、コイルばねなどの弾性部材により構成された押圧部材１０７が配置されている。遮光板１０５が鏡枠１０４に取り付けられることで、遮光板１０５が押圧部材１０７を押圧して、押圧部材１０７が弾性変形する。この押圧部材１０７は、光学部材１０１を図２中、下方に向かって所定の押圧力により押圧して、光学部材１０１を撮像素子１０２に付勢する。ここで、遮光板１０５から下方の撮像素子１０２に向かう力が加わった際、押圧部材１０７が弾性変形することにより、その力を吸収する緩衝作用が働くので、その力は直接撮像素子１０２には伝達されず、撮像素子１０２が破損することを防ぐ効果がある。
【００４０】
電気部品１０８・・・は、撮像ユニット１００を動作させ、画像処理を行うために必要な電気部品である。このように電気部品１０８・・・が基板ＰＣ上に設けられているので、撮像ユニット１００を一つのユニットとして、様々な電子機器に搭載しやすくなる。
【００４１】
位置決め電気部品１０８ａ・・・は、例えば、コンデンサ、抵抗、ダイオード等であり、図２、図３において、基板ＰＣ上の鏡枠１０４と、開口部１１０との間であって、鏡枠１０４に近接し、鏡枠１０４の４隅に対応して配置されている。この位置決め電気部品１０８ａ・・・は、鏡枠１０４を基板ＰＣ上に固着する際の固定位置の近傍にあり、鏡枠１０４の位置決め指標となる。なお、位置決め電気部品１０８は、例えば、コンデンサ、抵抗、ダイオード等に限らず、撮像ユニット１００に必要な電気部品であればよい。
【００４２】
また、電気部品１０８・・・のうち、鏡枠１０４等からなる外枠部材の外部における環境外乱から保護したい電気部品１０８（例えば、ＣＰＵなどの電子部品）は、位置決め電気部品１０８ａのように、鏡枠１０４（外枠部材）の内側に配置すればよい。
【００４３】
このように、撮像ユニット１００において、撮像素子１０２が基板ＰＣの裏面側から基板ＰＣの開口部１１０を塞ぐように備えられるとともに、基板ＰＣの表面側から開口部１１０を通じて、その撮像素子１０２の受光面に当接するように光学部材１０１が備えられているので、基板ＰＣの厚さ分、基板ＰＣ表面から垂直方向への光学部材１０１の突出を抑えることができる。よって、その光学部材１０１の突出を抑えた分、撮像ユニット１００の厚みを薄くすることができる。
【００４４】
特に、光学部材１０１や、光学部材１０１が備えられた撮像素子１０２の表面は、鏡枠１０４とカバー部材１１１等の外枠部材により覆われていることにより、光学部材１０１や撮像素子１０２は、撮像ユニット１００の外部からの埃などのゴミや湿気等の付着や傷等の損傷から防がれ、保護される。
【００４５】
また、光学部材１０１は、鏡枠１０４に嵌合され、位置規制されているので、鏡枠１０４を基板ＰＣの所定の位置に固着することに基づき、光学部材１０１を基板ＰＣや基板ＰＣに備えられた撮像素子１０２に対し、所定の位置合わせを行うように備えることができるとともに、光学部材１０１が基板ＰＣや基板ＰＣに備えられた撮像素子１０２の所定位置からずれることを防ぐことができる。
【００４６】
図７は、第１の実施の形態にかかる撮像ユニットのブロック図である。図７において、光学部材１０１を介して入射した被写体光は、画素をマトリクス状に並べた撮像素子１０２において光電変換処理され、Ａ／Ｄ変換回路３０１、３０２を介して信号処理回路３０５へと入力される。信号処理回路３０５は、撮像素子１０２の出力信号をＹＵＶ信号に変換し、またＮＴＳＣやＰＡＬ等の標準テレビ信号を生成する機能を有する。尚、図７において、３０８は撮像素子を駆動する駆動回路、３０９は画像データを記録する記録媒体、３１０はＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）等の方式で画像の圧縮および伸長を行なう圧縮伸長回路である。記録媒体は、フラッシュメモリ等の半導体メモリや、ハードディスク等の磁気ディスク等を用いる。ＰＣカード等着脱可能な媒体を用いても良い。３０６は、各ブロックの動作タイミングを制御したり、画像データの入出力制御を行う制御回路である。読出手段を構成する制御回路３０６は、撮像ユニットの周囲温度を測定する温度センサ３１５から、測定した温度に応じた温度信号を入力し、又、操作部材である操作ボタンＰから操作に応じた信号を入力するようになっている。
【００４７】
本実施の形態における撮像ユニットの動作について説明する。図８は、本実施の形態の撮像素子の構成を示す図である。ここでは、インターライン型のＣＣＤ撮像素子を例に挙げて説明するが、これに限られないことは言うまでもない。
【００４８】
なお、撮像素子１０２は、後述するように全画素から画素信号を読み出す全画素読み出しモードと、一部の画素から画素信号を読み出す部分画素読み出しモードに対応して、信号出力が可能な構成を有している。
【００４９】
図８において３１０は画素であり、通常フォトダイオードで構成する。画素数は一般には任意であるが、本実施の形態では、一般に動画撮像に使用する垂直画素数約５００画素のほぼ２倍の１０００画素程度とし、垂直方向の有効画素数を９６０として説明する。３１２は垂直転送部であり、４相駆動のＣＣＤを用いる。３１１は画素３１０に蓄積した信号（画素信号）を垂直転送部３１２に転送するための転送部であるが、垂直転送部３１２のゲートと共通化している。垂直転送部３１２は、その４相ゲートにハイ、ミドル、ローの３レベルからなる３値パルスを入力して駆動するが、画素３１０から画素信号の垂直転送部への読み出しは、ハイレベルを供給することによって行ない、垂直転送部内における転送の際は、ミドル、ローレベルの２値パルスによる４相駆動によって行なう。なお、垂直転送部３１２は１画素あたり２ゲートと構成となっており、転送できる画素数は垂直画素数の半分の４８０である。また、図中でＲは赤、Ｇは緑、Ｂは青のカラーフィルタを示している。
【００５０】
本撮像素子の基本的な動作は、一般的なインターライン型のＣＣＤと同様であるが、その概要をビデオ信号生成のための動画撮像の場合の例を説明する。垂直部ブランキング期間中に画素信号を垂直転送部３１２に読み出し、垂直転送部３１２では水平のブランキング期間に画素信号を垂直方向に順次転送する。水平転送部では垂直転送部から転送された１ライン分の画素信号を、出力アンプ３１４を介して出力端子３１５より水平走査期間中に順次出力する。
【００５１】
本実施の形態では、高画質の動画、または静止画の撮像が可能であるように、信号を読み出す際に複数種類の間引き読み出しを行なうことができる。このため垂直転送部の４相ゲートＶ１，  Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、画素に接続されているＶ１およびＶ３ゲートをおのおの２系統に分離することによって、１行毎あるいは２行毎の間引き読み出しの２種類に対応できるようにした。このとき垂直方向の間引き画素数を等間隔とするため、本実施の形態ではＶ１ゲートについては１画素毎に交互にＶ１，Ｖ１’に分離し、Ｖ３も同様に１画素毎Ｖ３，Ｖ３’に分離した。さらに、カラーフィルタは、等間隔で間引きが行えるように、ＲＧＢ３原色を、１行目にＲＧ、以下２行目以降８行目まで各行にＢＧ、ＧＲ、ＢＧ、ＧＲ、ＧＢ、ＧＧ、ＧＲの水平２画素、垂直８画素周期で配列した。
【００５２】
このようなカラーフィルタ配列を用いて撮像素子からフィールドあたり２４０ラインのインターレース信号を出力するために、４画素の混合を行なうことができる。図９は、４画素混合を行う場合の垂直転送と信号読み出しを行うためのＶゲートパルスの動作タイミングを示したものである。同図において、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４およびＶ１’，Ｖ３’に対応する波形は、垂直転送部の各ゲートに入力するパルスのタイミングを示しており、この時、信号の読み出しは、以下の通りとなる。まずＶ１、Ｖ１’をハイレベルにして、偶数行の電荷をすべて読み出す。そして、Ｖ３、Ｖ３’をミドルレベルにすると共に、Ｖ１、Ｖ１’をローレベルにして読み出した電荷をＶ２、Ｖ３、Ｖ３’のゲート下に転送する。
【００５３】
次に、Ｖ３、Ｖ３’をハイレベルにして、奇数行の電荷をすべて読み出す。これによって、１行目と２行目、３行目と４行目といった具合で垂直転送部で奇数行と遇数行の電荷が混合される。以上のようにして垂直転送部内で混合した電荷を、１水平周期毎に２行ずつ水平転送部に転送を行えば、水平転送部内で２行分の電荷が混合される。そして然る後に、これら電荷水平転送部からを読み出せば、垂直方向に隣接した４画素を混合した信号が得られることになる。
【００５４】
以上の様にして得られる信号をインタレースさせるにはフィールド毎に次の様な処理を行えば良い。先ず、第１のフィールドでは、垂直走査期間の開始から通常通り２行ずつ垂直転送を行う。次いで、第２のフィールドでは、垂直ブランキング期間中に１行だけ垂直転送を行い水平転送部の信号を掃き出してしまい、然る後に垂直走査期間の開始時から２行ずつ垂直転送を行い信号を読み出す。これにより水平転送部で加算される信号の組み合わせがフィールド毎に変化して、インターレースした信号を得ることが出来る。このように４画素混合を行なった場合、１行目から４行目まで混合したラインの出力は、Ｒ＋２Ｂ＋Ｇと、Ｒ＋３Ｇの点順次出力となり、次のラインでは３Ｇ＋Ｂと２Ｒ＋Ｇ＋Ｂの点順次信号である。このようにライン毎に点順次信号の組成が変化する線順次信号となっている。
【００５５】
このような信号から輝度信号と色信号を生成するには、以下のように処理すれば良い。輝度信号については、各ラインの平均の組成は２Ｒ＋４Ｇ＋２Ｂであり、全てのラインで等しくなり、通常のフィルタリング処理を行なうだけで良い。色信号については、各ラインの点順次信号を引き算すると、おのおの２Ｂ−２Ｇと、２Ｒ−２Ｇが生成される。おのおの輝度信号Ｙを引き算することで、Ｂ−Ｙ、Ｒ−Ｙの２種類の色差信号を生成することができ、カラー映像信号が得られる。以上のように、本実施の形態では、４行の混合を行なって２４０ラインのインターレース信号を出力できる。４行の混合を行なうので、２行混合より更に高感度化が可能であるが、２行混合でもかまわない。また、通常、４行分の混合を行なうと色信号の生成が不可能となるが、本発明で示した２×８画素構成のフィルタを用いることで、４行の混合を行なっても常に色信号の生成が可能である。
【００５６】
一方、静止画を撮影する場合は、以下のような処理を行う。温度センサ３１５から温度信号を入力した制御回路３０６は、それに基づき周囲の温度が所定温度範囲内（例えば０〜４０℃）と判断した場合、光学部材１０１の屈折率変化は許容範囲内と判断して、全画素から画素信号を読み出す（全画素読出モードを設定する）こととする。具体的には、動画像の撮像時とは異なり、画素混合せずに、画素の全データを読み出す。すなわち全画素を第１グループとして選択する。
【００５７】
これに対し、制御回路３０６は、入力した温度信号に基づき周囲の温度が所定温度範囲外（例えば０℃以下、もしくは４０℃以上）と判断した場合、光学部材１０１の屈折率変化は許容範囲を超えたと判断して、画素を間引いて画素信号を読み出す（部分画素読出モードを設定する）こととする。具体的には、１，４，７、・・・というように、３ｎ＋１（ｎは０以上の整数）ラインの画素を第２グループとして選択し、そこから画素信号を読み出すことで、低画素の画像を得ることができる。これは、撮像素子１０２が特にベイヤー方式のカラーフィルタを有する場合に有効である。
【００５８】
以上の実施の形態では、制御回路３０６が、温度センサ３１５からの温度信号に応じて、画素の読み出しモードを変更しているが、その変形例としては、手動により、画素の読み出しモードを変更することも考えられる。具体的には、ユーザーが、別の温度計（例えば図１１の温度シールＴＳ）などを視認することで、周囲の温度が所定温度範囲内（例えば０〜４０℃）と判断した場合、操作ボタンＰを用いて第１の操作を行うと、それに応じて制御回路１０６が全画素読出モードを設定し、一方、所定温度範囲外（例えば０度以下、もしくは４０℃以上）と判断した場合、操作ボタンＰを用いて異なる第２の操作を行うと、それに応じて制御回路１０６が部分画素読出モードを設定することができる。
【００５９】
尚、ユーザーが、操作ボタンＰを用いて第１の操作を行うと、静止画撮影が行われ、操作ボタンＰを用いて異なる第２の操作を行うと、動画撮影を行うようにしても良い。
【００６０】
更に、例えばベイヤー方式のカラーフィルタを配列した撮像素子の場合、ラインごとにフィルタの配列が異なるので、垂直方向へ３ラインを１つのグループにし、同じカラーフィルタが使用されている１つ目３つ目のラインのみを加算（混合）して読み出し、公知の画像信号処理を行い、１枚の静止画像データを作成し、それを動画撮影時間分生成されたファイルを動画ファイルをして保存することもできる（１５ｆｐｓで記録）。この場合、画素間引きのみで画像信号を得るより、感度が高くなるので低輝度での被写体に対しで良好な撮影が行える。また、以上は垂直方向のラインに対する間引きや加算について述べたが、もちろん撮像素子の仕様により水平方向へ間引いたり加算しても、発明の要旨を逸脱するものでない。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の箇所の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図１０は、本発明の第２の実施の形態における撮像ユニット２００の一部省略断面図である。
【００６２】
図１０に示されるように、撮像ユニット２００における光学部材は、基板の表面側から開口部１１０を通じて、撮像素子１０２の表面に当接する第１の光学部材１５０と、この第１の光学部材１５０に入射する光の量を調節する絞り板１３３を介し、第１の光学部材１５０の上方に備えられた補助光学部材としての第２の光学部材１６０とにより構成されている。なお、第１の光学部材１５０と第２の光学部材１６０との光軸は一致している。
【００６３】
第１の光学部材１５０は、レンズ部（レンズともいう）１５０ａの周囲に管状の下脚部１５０ｆを備えたものであり、下脚部１５０ｆの下端部には撮像素子１０２に当接する当接部１５０ｄが設けられている。また、第１の光学部材１５０の外周部は、鏡枠１０４の隔壁１０４ｃに当接し嵌合されており、第１の光学部材１５０の位置決めを確実なものとしている。
【００６４】
第１の光学部材１５０の管状の下脚部１５０ｆの上面であって、レンズ部１５０ａの周囲には、遮光性のある素材からなり、レンズ部１５０ａのＦナンバーを規定する絞りとしての開口１３３ａを有する絞り板１３３が接着剤により、固定されている。
【００６５】
第２の光学部材１６０は、レンズ部（レンズともいう）１６０ａの周囲に管状の上脚部１６０ｅを備えたものであり、上脚部１６０ｅの下面側には、絞り板１３３が接着剤により、固定されている。また、第２の光学部材１６０は、第２の光学部材１６０と、遮光板１０５との間に配置された押圧部材１０７により、第２の光学部材１６０を図７中、下方に向かって所定の押圧力により押圧して、絞り板１３３を介し第１の光学部材１５０を撮像素子１０２に付勢する。
【００６６】
このように、撮像ユニット２００において、第１の光学部材１５０と第２の光学部材１６０とを複合して用いる、すなわち複数のレンズを用いることにより、第１の光学部材１５０と第２の光学部材１６０との、それぞれの光学素子としての機能等を複合することにより、光学部材としての機能の幅を広げることができる。よって、薄型化した撮像ユニットであっても、より高機能な撮像ユニットとすることができる。
【００６７】
次に、上記撮像ユニット１００，２００を搭載した携帯端末について説明する。図１１に示すように、携帯端末は、例えば、折り畳み式携帯電話機Ｔ（以下、携帯電話機Ｔという）であり、表示画面Ｄを備えたケースとしての上筐体１７１と、操作ボタンＰを備えた下筐体１７２とがヒンジ１７３を介して連結されている。撮像ユニット１００（２００）は、上筐体１７１の内表面側（表示画面Ｄを有する側）の表示画面Ｄの下方に内蔵されており、撮像ユニット１００（２００）が上筐体１７１の外表面から光を取り込めるようになっている。
【００６８】
表示画面Ｄの下方には、ユーザーから視認可能な位置に、温度シールＴＳが貼り付けられている。表示部材である温度シールＴＳは、周囲の温度変化に応じて化学反応が生じ色が変わる素材から形成されており、ユーザーは、温度シールＴＳの色を見ることで、周囲温度を推定し、上述したようにして操作ボタンＰを奏さしながら適切な撮像を行うことができる。尚、表示部材は、温度シールに限らず、デジタルで温度を表示する液晶温度計でも良いし、温度変化に応じて携帯電話全体の色が変わるようにしても良い。
【００６９】
携帯電話機Ｔに薄型化された撮像ユニット１００を内蔵することにより、携帯電話機Ｔをより薄型化することができ、撮像対象との距離や、撮像環境に合わせて撮像ユニット１００（２００）の機能を使い分けることにより、付加価値の高い携帯電話機Ｔとすることができる。なお、携帯電話機Ｔのその他の構成要素は、公知のものであるため、説明を省略する。
【００７０】
また、撮像ユニット２００は、第１の光学部材１５０と第２の光学部材１６０とによるレンズ部２枚構成を例に説明したが、光学部材、レンズ部の数はこれに限らず、任意であり、複数の光学部材の積層形状、積層方法等も任意である。また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００７１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。カラーフィルタとしては、実施の形態にあげた原色系のフィルタの他、補色系のフィルタを用いることもできる。本発明の撮像ユニットは、携帯電話、パソコン、ＰＤＡ、ＡＶ装置、テレビ、家庭電化製品など種々のものに組み込むことが可能と考えられる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、環境変化に対応しながらも高画質化及び小型化を図ることができる撮像ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における撮像装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における撮像ユニット１００の一部省略断面図である。
【図３】撮像ユニット１００の基板ＰＣの一部省略上面図である。
【図４】撮像ユニット１００に備えられた光学部材１０１の斜視図である。
【図５】光学部材１０１の下面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図７】第１の実施の形態の撮像ユニットのブロック図である。
【図８】本実施の形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図９】４画素混合を行う場合の垂直転送と信号読み出しを行うためのＶゲートパルスの動作タイミングを示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における撮像ユニットを示す一部省略断面図である。
【図１１】本発明の撮像ユニットを搭載した携帯電話機の一例を示す正面図及び背面図である。
【符号の説明】
１０１、１５０，１６０  光学部材
１０１ａ、１５０ａ、１６０ａ  レンズ部
１００，２００  撮像ユニット
１０２ａ  撮像素子
【図１】
2005012302.tif 000003
【図２】
2005012302.tif 000004
【図３】
2005012302.tif 000005
【図４】
2005012302.tif 000006
【図５】
2005012302.tif 000007
【図６】
2005012302.tif 000008
【図７】
2005012302.tif 000009
【図８】
2005012302.tif 000010
【図９】
2005012302.tif 000011
【図１０】
2005012302.tif 000012
【図１１】
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