JP4963387B2 - 携帯機器 - Google Patents

Description

本発明は、画像の振れを補正する機能を有する携帯電話などの携帯機器に関するものである。

現在のカメラは露出決定やピント合わせ等の撮影にとって重要な作業は全て自動化され、カメラ操作に未熟な人でも撮影失敗を起こす可能性は非常に少なくなっている。また、最近では、カメラに加わる手振れによる画像の振れを防ぐ振れ補正装置も多くの製品に搭載されてきており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因は殆ど無くなってきている。

ここで、振れ補正装置ついて簡単に説明する。撮影時のカメラの手振れは、周波数として通常１Ｈｚないし１０Ｈｚの振動である。撮影時点において上記のような手振れを起こしていても像振れの無い写真を撮影可能とする為には、手振れによるカメラの振動を検出し、その検出値に応じて振れを相殺する方向にレンズを変位させる。その為、第１に、手振れを正確に検出し、第２に、手振れによる光軸変化を補正することが必要となる。

手振れの検出は、原理的にいえば、加速度、角加速度、角速度、角変位等を検出し、振れ補正の為にその出力を適宜演算処理する手段をカメラに搭載することによって行う。そして、この検出情報に基づき、撮影光軸を偏心させる補正レンズを駆動させて像振れ抑制が行われる。

図１２は振れ補正装置を有するデジタルコンパクトカメラの外観図であり、光軸１２０に対するカメラ縦振れ１２２ｐ及び横振れ１２２ｙに対して振れ補正を行う。尚、カメラ本体１２１において、１２１ａはレリーズボタン、１２１ｂはモードダイアル（メインスイッチを含む）、１２１ｃはリトラクタブルストロボである。

図１２ではカメラ本体１２１の背面に配置されて見えないが、カメラ本体１２１の背面には液晶モニターが設けられており、後述の撮像素子５４で撮像される像を確認できるようになっている。撮影者は液晶モニターで撮影画像の構図を確認して、その後撮影を行う。

図１３は、図１２の内部斜視図である。図１３において、５４は撮像手段である撮像素子、１３１は補正レンズ１３０を図中１３２ｐ，１３２ｙ方向に自在に駆動して矢印１２２ｐ，１２２ｙ方向の像振れ補正を行う補正機構である。２１ｐ，２１ｙは各々矢印２１ａ，２１ｂ回りの振れを検出する角速度計や角加速度計等の振動検出部である。振動検出部２１ｐ，２１ｙの出力は演算部８１ｐ，８１ｙを介して振れ補正の駆動目標値に変換され、補正機構１３１に入力され、該補正機構１３１にて振れ補正が行われる。

ところで、最近のデジタルカメラにおいては、撮像素子は非常に小型になってきており、携帯電話にまで搭載されるようになってきている。そして、これまでも携帯電話に搭載することを目的とした提案が行われている。特許文献１では、撮影光学系と撮像手段である撮像素子の両者を一体にして基板に対して揺動させる構成になっている。特許文献２では、携帯電話用の像振れ補正装置として、振動検出部を振れ補正部の側面に貼り付け、振動検出部の出力が常にゼロになるように振れ補正部を制御している。
特開２００５−１７３３７２号公報 特開２００４−１５３５０３号公報

携帯電話は小さく、軽いので、撮影時の手振れが大きいという問題がある。そのため、手振れによる画像の振れ対策は重要な課題である。しかしながら、今までの振れ補正装置では、特に振れ補正手段が大きく、複雑である為に携帯電話に搭載することは難しい。上記特許文献１においては、撮影光学系と撮像素子の両者を一体にして基板に対して揺動させる構成になっているので、大型であり、且つ、撮像素子の基板に対する接続が駆動負荷になるという問題がある。

また、上記特許文献２のような制御方法（ゼロメソッド）は、振動検出部の出力リニアリティ不足や温度変動に対して安定するというメリットがある。しかしながら、振れ補正部と振動検出部を一体にまとめる必要があるので、装置が大型化してしまう。像振れ補正装置の小型の為には、振動検出部と該振れ補正部を分散させて携帯機器の空いているスペースに配置することが好ましい。

（発明の目的）
本発明の目的は、像振れ補正機能を有しながら、小型化を達成することのできる携帯機器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、撮像手段と、該撮像手段を保持する基板と、光軸方向に複数のレンズが配設された撮影光学系を有するレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒と前記基板との間に挟まれる３つの転動部材と、前記基板が取り付けられる筐体のうち前記レンズ鏡筒の光軸方向被写体側の部分と前記レンズ鏡筒との間に取り付けられ、前記レンズ鏡筒を前記基板に対して押し付ける方向へ付勢する付勢部材と、前記鏡筒を駆動する駆動部材とを有し、前記駆動部材はコイルとマグネットからなり、前記コイルとマグネットのいずれか一方が前記基板に配置され、当該コイルもしくはマグネットと対向する前記鏡筒の部位に、前記コイルとマグネットのもう一方が配置されることを特徴とする携帯機器とするものである。

本発明によれば、撮像手段に被写体光束を結像させるためのレンズを全て保持して小型化した鏡筒を揺動させるようにしたので、小型でかつ簡易な構成により振れ補正機能を実現できる。また、鏡筒というユニット単位で揺動させるようにしたので、組み立て作業性も向上する。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし４に示す通りである。

図１は像振れ補正装置を搭載する携帯機器である携帯電話の正面図であり、ヒンジ１１により折りたたみ可能な筐体１０ａ，１０ｂにより構成される。１２はサブディスプレイであり、電話やメールの着信状態表示を行うと共に、折りたたみ状態での撮影の時のモニターとなる。１３は電話やメール着信時の表示用のＬＥＤ（発光ダイオード）である。

図２は、図１の携帯電話のＡ−Ａ断面図であり、図１と同じ部分は同一符号を付してある。図２において、１２ａはサブディスプレイ用保護窓、１３ａはＬＥＤ窓である。２０は振れ補正装置を備えたメインカメラ部、２１は振動検出部である。２０ａは透明材よりなる保護窓である。２２は筐体１０ａに固定されている基板であり、導電性ゴムなどで形成された操作パッド２１０、ＩＣ（集積回路）２２ａなどを実装している。操作パッド２１０には化粧板２１０ａが設けられている。メインカメラ部２０の後述する撮像素子はフレキシブル基板２０ｂにより基板２２上のコネクタ２０ｃに接続されている。２３はサブ基板であり、ＩＣ２３ａが実装されている。

２４はメインディスプレイであり、電話番号の表示等と共にゲームや撮影時のモニターとして使用される。２４ｂはメインディスプレイ２４の接続用フレキシブル基板であり、サブ基板２３上のコネクタ２４ｃに接続される。２４ａはメインディスプレイ保護窓である。同様に、サブディスプレイ１２もフレキシブル基板１２ｂによりコネクタ１２ｃに接続される。２５ａはサブカメラ用の撮像素子、２５ｂはサブカメラ部用の光学系であり、２５ｃはその保護窓である。撮像素子２５ａと光学系２５ｂでサブカメラ部２５（図４参照）を構成する。２６は電話使用時のスピーカー、２７はマイクである。２８はバッテリーであり、２８ａはその蓋である。２９はアンテナである。

図３は、図１の携帯電話の裏面図であり、図１および図２に示した筐体１０ａ、保護窓２０ａ、蓋２８ａが見える。２８ｂは蓋２８ａを開けるための爪掛け部である。

図４は、図２の携帯電話を開いた状態を示している。この状態では、メインカメラ部２０の映像をメインディスプレイ２４で確認しながら撮影ができる。また、サブカメラ部２５とメインディスプレイ２４を用いて、自分撮り撮影やテレビ電話が可能になる。

図５は、メインカメラ部２０の詳細断面図であり、本発明に直接関係ない部材は省略して図示している。

図５において、共通の光軸５０を有する撮影光学系を構成するレンズ５１，５２は、絞り５３ａを対物面に有する鏡筒５３に収められている。又、撮影光学系に対向して撮像手段である撮像素子５４が基板２２上に固定されている。上記したように撮像素子５４はフレキシブル基板２０ｂ、コネクタ２０ｃにより基板２２と電気的に接続されている（図２参照）。ここで、撮像素子５４は基板２２に直接実装されていても良い。ここで、レンズ５１，５２は、撮像素子５４に被写体光束を結像させるためのレンズの全てである。

鏡筒５３には強磁性材料のヨーク５７ｐが取り付けられ、ヨーク５７ｐにはネオジウム等の永久磁石５８ｐが吸着固定されている。鏡筒５３の凹部５３ｂに転動ボール５５が配置されており、転動ボール５５は基板２２と鏡筒５３に挟まれている。圧縮コイルバネ５６は筐体１０ａと鏡筒５３の間でチャージされて配置されており、鏡筒５３を基板２２に対して押し付けている。そのため、転動ボール５５が鏡筒５３から外れることは無い。尚、圧縮コイルバネ５６は図５のようにテーパ−状になっており、鏡筒５３が矢印１３２ｐ方向に揺動する時に鏡筒５３に当たらないようになっている。又、圧縮コイルバネ５６の矢印１３２ｐ方向の弾性力により鏡筒５３の中心出しも行っている。

筐体１０ａの内径部１０ｃは鏡筒５３の外径部５３ｃと僅かの隙間をおいて対向しており、鏡筒５３の揺動範囲を規制している。そのため、外乱衝撃などで鏡筒５３が大きく揺動されることは無く、破損は生じない。基板２２には永久磁石５８ｐに対向してコイル５９ｐが実装されている。図５の例では、基板２２とコイル５９ｐは別部品で示し、接着などで固定されているが、コイル５９ｐは基板２２内に一体にプリントされたプリントコイルとしても良い。

コイル５９ｐに電流を流すと、鏡筒５３は光軸５０に対して略直交する方向（基板２２の撮像素子５４の実装面に平行な矢印１３２ｐ方向）に駆動する。基板２２上にはホール素子などの位置検出部５１０ｐが実装されており、対向する永久磁石５８ｐとの関連により鏡筒５３の揺動量を検出している。

振動検出部２１は基板２２のメインカメラ部２０とは反対の面に実装されており、矢印２１ａ回り及びそれと直交する矢印２１ｂ回りの回転角速度を検出する振動ジャイロである。振動検出部２１は一つで上記２軸回りの回転を検出する振動ジャイロで構成された例にて構成で図示しているが、１軸検出の振動ジャイロを二つ検出方向に向けて配置しても良い。

図５のように、振動検出器２１をメインカメラ部２０とは反対の面に実装すると、実装面積の有効利用ができ、全体をコンパクトにまとめられる。

図６は、メインカメラ部２０の正面図である。図５で説明したように、鏡筒５３にはヨーク５７ｐを介して永久磁石５８ｐが設けられているが、それと直交する方向にもヨーク５７ｙ，永久磁石５８ｙが設けられている。図６では、永久磁石５８ｐ，５８ｙを図示するためにヨーク５７ｐ，５７ｙは輪郭だけで示している。転動ボール５５は鏡筒５３に対して３箇所に配置されている。図６の正面図では実際には転動ボールは見えないが、説明の為、配置を示している。

図７は、基板２２のメインカメラ部２０付近の拡大正面図である。基板２２にはコイル５９ｐ，５９ｙが図６の永久磁石５８ｐ，５８ｙに対向する位置に配置されている。そして、コイル５９ｐ，５９ｙの中心には位置検出部５１０ｐ，５１０ｙが実装されている。また、図６の転動ボール５５を受ける位置には銅箔など金属パターン６０が施されており、転動ボール５５がスムーズに転動するようにしている。撮像素子５４は基板２２に固定されており、フレキシブル基板２０ｂ、コネクタ２０ｃを介して基板２２に電気的に接続されている。

図６および図７の平面構成において、コイル５９ｐ，５９ｙに電流を流すと、鏡筒５３は矢印１３２ｐ，１３２ｙの２方向に揺動される。

図８は、像振れ補正装置の主要部分の回路構成を示すブロック図である。振動検出部２１である振動ジャイロからの（２軸方向の角速度検出のため、２１ｐ，２１ｙに区別している）の角速度信号は、信号処理部８１ｐ，８１ｙに入力される。信号処理部８１ｐ，８１ｙでは角速度信号が積分処理されて角度信号に変換されると共に、ＤＣ成分の除去、パンニング対策などが施されて、像振れ補正目標値に変換される。求められた目標値に基づいてコイル５８ｐ，５８ｙに電流が与えられ、鏡筒５３が像振れ補正のために揺動を始める。位置検出部５１０ｐ，５１０ｙは鏡筒５３の揺動を検出してコイル５８ｐ，５８ｙに電流を与える負帰還（破線８３）構成の公知のフィードバック制御を構築している。このため、鏡筒５３は像振れ補正目標値にしたがって正確に駆動される。

以上の実施例１においては、撮像素子５４を携帯電話の基板２２に固定し、それに対してレンズ５１，５２よりなる撮影光学系を有する鏡筒５３を基板２２に対して揺動させる像振れ補正装置を構成しているので、振れ補正装置が小型化し、これにより携帯電話の小型化に寄与している。また、レンズ５１，５２は、被写体光束を撮像素子に結像させるためのレンズの全てであり、共に鏡筒５３に組み込まれて一体的なユニットを成すので、組立作業性の向上にも貢献している。

図９は本発明の実施例２に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。上記実施例１と同様な部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。

図５と異なるのは、永久磁石５８ｐ，５８ｙが基板２２に設けられ、コイル５９ｐ，５９ｙが鏡筒５３に設けられている点である。また、それに伴い、ヨーク５７ｐも基板２２に設けられ、磁路を閉じるためにヨーク９０ｐが筐体１０ａに設けられている点である。

上記のように磁路を閉じた構成にすると、撮影時や携帯電話使用時の磁気ノイズの影響を少なくすることができると共に、コイル５９ｐ，５９ｙを貫く磁束密度も高くできる。よって、駆動効率を上げることができる。

図１０は本発明の実施例３に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。上記実施例１と同様な部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施例３における携帯電話は、鏡筒５３と筐体１０ａとの間に圧縮コイルバネ１００が設けられ、位置検出部５１０ｐ，５１０ｙが省かれている。そして、保護窓２０ａには圧縮コイルバネ１００を隠す印刷１０１が施されている。

上記圧縮コイルバネ１００は、鏡筒５３を撮像素子５４の中心に合わせるようにバネ掛けされている。そして、必要な場合には保護窓２０ａを外してバネ調整（鏡筒５３の光軸５０と撮像素子５４の中心が合うように最適なバネに交換する）を行えるようになっている。

上記実施例１，２では、フィードバック制御していたが、本発明の実施例３では、バネ１００と釣り合う推力が発生するようにコイル５９ｐ，５９ｙに電流を流す事で、鏡筒５３の位置を制御している。そのため、位置検出部５１０ｐ，５１０ｙを省くことができ、簡単な構成で像振れ補正装置を実現できている。

図１１は本発明の実施例４に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。上記実施例１と同様な部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。

上記の実施例１ないし３と異なるのは、鏡筒５３内のレンズ５１，５２が光軸５０方向に可動であり、各々ピント調整、ズームを行う点である。

レンズ５１は保持枠５１ａに保持されており、保持枠５１ａの外径は鏡筒５３の内径と嵌合している。よって、光軸５０方向には移動可能であるが、それと垂直の方向（矢印１３２ｐ、１３２ｙ方向）には鏡筒５３に対して移動できない。同様に、レンズ５２は保持枠５２ａに保持されており、保持枠５２ａの外径は鏡筒５３の内径と嵌合している。よって、光軸５０方向には移動可能であるが、それと垂直の方向（矢印１３２ｐ，１３２ｙ方向）には鏡筒５３に対して移動できない。

保持枠５１ａは圧縮コイルバネ５１ｂにより矢印５１ｆ方向に付勢されている。その付勢力に対向するように腕５１ｄが設けられている。腕５１ｄは保持枠５１ａに対して光軸５０と垂直の方向（矢印１３２ｐ，１３２ｙの方向）には摺動可能になっている。同様に、保持枠５２ａは圧縮コイルバネ５２ｂにより矢印５１ｆ方向に付勢されている。その付勢力に対向するように腕５２ｄが設けられている。腕５２ｄは保持枠５２ａに対して光軸５０と垂直の方向（矢印１３２ｐ，１３２ｙの方向）には摺動可能になっている。

腕５１ｄはナット５１ｅを介してねじ軸を有するフォーカスモータ５１ｃに螺結合されている。そのため、フォーカスモータ５１ｃを回転させると、レンズ５１ａは光軸５０方向に移動してピント調節を行う。ピント調節の為のデフォーカスは撮像素子５４に結像される像のコントラストの変化、いわゆるＴＶ−ＡＦ方式で検出する。腕５２ｄはナット５２ｅを介してねじ軸を有するズームモータ５２ｃに螺結合されている。そのため、ズームモータ５２ｃを回転させると、レンズ５２ａは光軸５０方向に移動して変倍動作を行う。変倍量は撮影者がメインディスプレイ２４などで被写体の大きさを確認しながら調節する。

鏡筒５３の光軸５０と垂直な方向（矢印１３２ｐ，１３２ｙ）への動作は、上記実施例３と同様に、バネ１００と釣り合う推力が発生するようにコイル５９ｐ，５９ｙに電流を流す事で鏡筒５３の位置を制御している。

上記のように、撮影光学系を構成するレンズ５１，５２は各々鏡筒５３内に保持されているが、それらは鏡筒５３外のフォーカスモータ５１ｃ、ズームモータ５２ｃにより光軸５０方向に駆動されてピント調節やズームを行う構成になっている。よって、各モータの大きさや重さが像振れ補正手段による鏡筒５３の駆動負荷にならない構成にできている。

以上、携帯電話における像振れ補正装置を例にして説明を続けてきたが、この像振れ補正装置は小型にまとめることが出来るので、携帯電話に限らず、モバイル機器、携帯端末機器などにも展開できる。

本発明の実施例１に係る携帯電話を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例１に係る携帯電話を示す裏面図である。 本発明の実施例１に係る携帯電話の展開状態を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る携帯電話のメインカメラ部に具備された像振れ補正装置の一部を示す平面図である。 本発明の実施例１に係る携帯電話のメインカメラ部に具備された像振れ補正装置の一部を示す平面図である。 本発明の実施例１に係る像振れ補正装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。 本発明の実施例４に係る携帯電話のメインカメラ部付近を示す断面図である。 従来の防振カメラを示す斜視図である。 従来の防振カメラの像振れ補正装置を示す斜視図である。

符号の説明

１０ａ 筐体
２０ メインカメラ部
２０ａ 保護窓
２１ 振動検出部
２２ 基板
５１，５２ レンズ
５３ 鏡筒
５４ 撮像素子
５５ 転動ボール
５６ 圧縮コイルバネ
５７ｐ，５７ｙ ヨーク
５８ｐ，５８ｙ 永久磁石
５９ｐ，５９ｙ コイル
５１０ｐ，５１０ｙ 位置検出部

Claims (5)

1. 撮像手段と、
   該撮像手段を保持する基板と、
   光軸方向に複数のレンズが配設された撮影光学系を有するレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒と前記基板との間に挟まれる３つの転動部材と、
   前記基板が取り付けられる筐体のうち前記レンズ鏡筒の光軸方向被写体側の部分と前記レンズ鏡筒との間に取り付けられ、前記レンズ鏡筒を前記基板に対して押し付ける方向へ付勢する付勢部材と、
   前記鏡筒を駆動する駆動部材とを有し、
   前記駆動部材はコイルとマグネットからなり、前記コイルとマグネットのいずれか一方が前記基板に配置され、当該コイルもしくはマグネットと対向する前記鏡筒の部位に、前記コイルとマグネットのもう一方が配置されることを特徴とする携帯機器。
2. 装置の振れを検出する振動検出手段と、
   前記振動検出手段の検出結果に基づいて前記鏡筒の駆動量を演算する制御手段を更に有し、
   前記駆動手段は、前記制御手段によって演算された駆動量に基づいて前記鏡筒を駆動することを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
3. 前記鏡筒の位置を検出する位置検出手段を更に有し、
   前記位置検出手段は、前記基板の、前記撮像手段が固定される面に設けられ、前記振動検出手段は、前記基板の、前記撮像手段が固定される面とは異なる面に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の携帯機器。
4. 前記基板のうち、少なくとも前記転動部材を受ける箇所に金属パターンを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の携帯機器。
5. 前記撮像光学系は、前記複数のレンズの一部が前記撮影光学系の光軸の方向に移動することでズーム動作および／並びにフォーカス動作をおこなうことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の携帯機器。

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