望遠／広角モジュール

专利摘要:
望遠／広角モジュールは、第１のレンズ群と、所定の位置の組を有する第２のレンズ群と、所定の位置の組から第１の位置を選択するセレクタと、撮像素子とを備える。セレクタは、第２のレンズ群に機械的に接続されており、ユーザにより手で直接操作される。第１のレンズ群は、選択された第１の位置に基づいた焦点を、撮像素子に形成する。レンズ配置調整方法は、第２のレンズ群に機械的に接続されたセレクタを、ユーザが手で直接操作することにより、所定の位置の組から第１の位置を選択するステップと、選択された第１の位置に基づいて、第２のレンズ群を、位置が固定された第１のレンズ群に対して配置するステップと、第１のレンズ群及び第２のレンズ群を通して、画像を撮像素子に供給するステップとを有する。 Ｂ
公开号:JP2011508280A
申请号:JP2010540626
申请日:2008-07-23
公开日:2011-03-10
发明作者:カーギル、エレン；トール、ジョン；ベテンスキー、エリス；ラシュケ、アレクサンダー；ラシュケ、クラウス
申请人:フレクストロニクス エーピー，リミテッド ライアビリティ カンパニー；
IPC主号:G02B7-08

专利说明:

[0001] 本発明は、カメラレンズ（camera optics）に関する。より詳細には、本発明は、望遠／広角モジュール（tele wide module）に関する。]
背景技術

[0002] 近年、デジタルカメラ技術において多数の成果があった。技術成果の一例として、更なる小型化により、ミリメータあるいはサブミリメータ未満の光学部品及び機構部品が実現されている。カメラの可動部品を小さくすることにより、最新のデジタルカメラ技術及び光技術を、更に幅広い機器に実装することが可能となった。また、これらの機器は、絶えず、より小さいフォームファクタ（form factor）で設計され、製造され続けている。近年、典型的な個人向け電子機器、例えば携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、腕時計及び／又は懐中時計は、小型のデジタルカメラを備えている。さらに、より大きなフォームファクタの機器であっても、追加機能としてデジタルカメラを内蔵している。例えば、典型的なビデオカメラ（video camcorder）は、多くの場合、動画を記録するための機構及び回路に加えて、「静止画」用の完全なデジタルカメラを内蔵している。]
[0003] しかしながら、通常、最新のデジタルカメラの実装には、様々な制約があり、困難を伴う。これらの制約の幾つかには、コスト、サイズ、機能及び複雑さがある。例えば、寸法を小さくすると、コストが増加し、機能が低下し、及び／又は複雑さが増大する。]
課題を解決するための手段

[0004] 望遠／広角モジュールは、第１のレンズ群と、所定の位置の組を有する第２のレンズ群と、所定の位置の組から第１の位置を選択するセレクタと、撮像素子とを備える。セレクタは、第２のレンズ群に機械的に接続されており、ユーザにより手で直接操作される。第１のレンズ群は、選択された第１の位置に基づいた焦点を、撮像素子上に形成する。]
[0005] 幾つかの実施の形態において、所定の位置の組は、マクロ位置と、広角位置と、望遠位置とからなる。好ましくは、マクロ位置は、所定の位置の組のうちの、望遠位置と広角位置との間の位置である。これらの実施の形態において、マクロ位置は、セレクタを所定の位置の組のうちの特定のマクロ位置に手で移動して、保持することによってのみ選択されるような一時的に選択されるものである。セレクタは、解放されたときに、所定の位置の組のうちの他の位置に自動的に戻る。特定の実施の形態においては、第１のレンズ群は、固定されており、第１のレンズ群と第２のレンズ群は、物理的に隣接しており、一方、他の実施の形態では、第１のレンズ群と第２のレンズ群は、所定の距離だけ離間されている。]
[0006] 幾つかの実施の形態における望遠／広角モジュールは、第１のレバーと、ねじりコイルばね（omega spring）とを更に備えている。第１のレバーの方向は、所定の位置の組から１つの位置を選択し、ねじりコイルばね（omega spring）は、時計回りの力と反時計回りの力の両方を第１のレバーに加える。ねじりコイルばねによって加えられる回転力の方向は、第１のレバーの方向に依存する。]
[0007] 好ましくは、セレクタは、第１の位置を選択する手動セレクタ（manual selector）からなり、モータを用いずに、当該望遠／広角モジュールを構成する。幾つかの実施の形態におけるセレクタは、回転ダイヤルに接続されたつまみ（knob）からなり、一方、他の実施の形態におけるセレクタは、スライドスイッチ（sliding switch）からなる。一実施の形態における撮像素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）からなり、一方、他の実施の形態における撮像素子は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）からなる。また、一実施の形態の望遠／広角モジュールは、第１のレンズ群に接続されたプリズム素子を備える。プリズム素子は、望遠／広角モジュールの平面に対してある角度を有する画像からの光を、第１のレンズ群の方向に反射する。]
[0008] 幾つかの実施の形態は、レンズ配置を調整するレンズ配置調整方法を含んでいる。このレンズ配置調整方法では、第２のレンズ群に機械的に接続されたセレクタを、ユーザが手で直接操作することにより、所定の位置の組から第１の位置を選択する。選択された第１の位置に基づいて、第２のレンズ群を、第１のレンズ群に対して配置する。通常、第１のレンズ群の位置は、固定されている。第１のレンズ群及び第２のレンズ群を通して、画像を撮像素子に供給する。幾つかの実施の形態のレンズ配置調整方法においては、過焦点設定（hyper focal setting）による合焦点画像（focused image）を、撮像素子に供給する。]
[0009] 通常、第２のレンズ群をマクロ位置に配置することは、第２のレンズ群を望遠位置と広角位置との間に配置することである。より詳しくは、幾つかの実施の形態においては、所定の位置の組からマクロ位置を選択することは、セレクタを、手で所定の位置の組のうちのマクロ位置に移動して、保持することである。そして、セレクタをこのマクロ位置から解放すると、セレクタは、レンズ配置を、所定の位置の組のうちのマクロ位置とは異なる位置に自動的に戻す。]
[0010] 幾つかの実施の形態において、第２のレンズ群を配置することは、第２のレンズ群を、第１のレンズ群に物理的に隣接して配置することであり、あるいは、第２のレンズ群を、第１のレンズ群から所定の距離だけ離間して配置することである。幾つかの実施の形態のレンズ配置調整方法では、所定の位置の組から第２の位置を選択して、第２のレンズ群を、第１のレンズ群からの所定の距離より短い距離に配置する。]
[0011] 通常、このレンズ配置調整方法では、第１のレバーを、選択された第１の位置に基づいた方向に向ける。これらの実施の形態においては、第１のレバーの方向により、第１のレンズ群と第２のレンズ群間の直線距離が決定される。レンズ配置調整方法では、１つの機構部品を用いて、時計回りの回転力と反時計回りの回転力を発生する。１つの機構部品によって発生される回転力の方向は、第１のレバーの方向に依存する。好ましくは、１つの機構部品は、ねじりコイルばねからなる。]
[0012] 第１の位置を選択することは、多くの場合、回転ダイヤルに接続されたつまみを回転させることであり、あるいは、スイッチを誘導パスに沿って摺動させることである。いずれの場合も、好ましくは、第１の位置を選択することは、モータを用いることを必要としない手動操作により行われる。]
図面の簡単な説明

[0013] 本発明の幾つかの実施の形態に基づく望遠／広角モジュールの構成を示す斜視図である。
望遠／広角モジュールの望遠位置におけるレンズ鏡筒の配置を示す断面図である。
望遠／広角モジュールの望遠位置における機械式レバーを示す斜視図である。
幾つかの実施の形態に基づいた望遠位置における望遠／広角モジュールを示す斜視図である。
望遠位置における望遠／広角モジュールを詳細に示す斜視図である。
望遠／広角モジュールの広角位置におけるレンズ鏡筒の配置を示す断面図である。
望遠／広角モジュールの広角位置における機械式レバーを示す斜視図である。
幾つかの実施の形態に基づいた広角位置における望遠／広角モジュールを示す斜視図である。
広角位置における望遠／広角モジュールを詳細に示す斜視図である。
望遠／広角モジュールのマクロ位置におけるレンズ鏡筒の配置を示す断面図である。
望遠／広角モジュールのマクロ位置における機械式レバーを示す斜視図である。
望遠／広角モジュールのマクロ機能をより詳細に示す斜視図である。
望遠／広角モジュールのマクロ機能をより詳細に示す斜視図である。
望遠／広角モジュールのマクロ機能をより詳細に示す斜視図である。
幾つかの実施の形態に基づいた望遠／広角モジュールのガイドピンの配置を示す斜視図である。
幾つかの実施の形態におけるプリズム機構を示す斜視図である。
幾つかの実施の形態におけるプリズム機構を示す斜視図である。
幾つかの実施の形態におけるプリズム機構を示す斜視図である。
幾つかの実施の形態におけるプリズム機構を示す斜視図である。
幾つかの実施の形態におけるプリズム機構を示す斜視図である。
幾つかの実施の形態における段階的なズーム機能の具体的な実装例を示す斜視図である。
本発明の幾つかの実施の形態に基づいて、レンズ配置を調整するレンズ配置調整方法を示すフローチャートである。]
実施例

[0014] 以下の説明においては、多数の具体例及び変形例について説明するが、当業者は、これらの特定の実施の形態を用いずに、本発明を実施することができる。本発明の説明を、不必要な詳細によって不明確にしないために、周知の構造及び機器も示す。]
[0015] Ｉ．構造の概要
図１に、本発明の幾つかの実施の形態に基づく望遠／広角モジュール１００を示す。図１に示すように、望遠／広角モジュール１００は、前部レンズ群１０２と、望遠／広角レバー１１０に取り付けられたつまみと、撮像素子１３０とを備えている。つまみを回転して、望遠／広角レバー１１０を３つの位置、すなわちマクロ位置１０４、広角位置１０６及び望遠位置１０８のいずれかに切り換える。前部レンズ群１０２は、通常、１つ以上の光学素子、例えばレンズを備えている。例えば、図１に示す望遠／広角モジュール１００は、前部レンズ群１０２内に、１つの光学レンズを備える。したがって、以下、この前部レンズ群１０２を単に前部レンズ（the front lens）１０２とも呼ぶ。なお、当業者は、前部レンズ群１０２をより複雑な構成とすることができる。] 図１
[0016] マクロ位置１０４は、前部レンズ１０２の焦点を、所定のマクロ視野設定（predetermined macro view setting）に合わせるためのものである。マクロ位置１０４は、接写視野（closeup viewing）及び／又は、例えば前部レンズ１０２から約０．４ｍ未満の被写体の写真撮影を行うのに用いられる。特に、幾つかの実施の形態におけるマクロ位置１０４は、約７．２ｃｍ〜約９．０ｃｍ、すなわち約２．８インチ〜約３．６インチの焦点距離に最適化されている。]
[0017] 広角位置１０６は、前部レンズ１０２の焦点を、所定の広角視野設定（predetermined wide angle view）に合わせるためのものである。広角視野は、例えば前部レンズ１０２から約０．４ｍよりも遠い、より広角の写真撮影場面を含んでいる。幾つかの実施の形態における広角位置１０６の画角は、約６４°である。]
[0018] 望遠位置１０８は、前部レンズ１０２の焦点を、カメラ被写体の望遠視野（telephoto view）に適した所定の位置に合わせるためのものであり、この所定の位置は、例えば前部レンズ１０２から、約０．８ｍよりも遠い。幾つかの実施の形態における望遠位置１０８の画角は、約３２°である。図１では、つまみ及び望遠／広角レバー１１０は、望遠位置１０８を選択している。] 図１
[0019] Ａ．望遠位置
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、望遠位置１０８に設定された望遠／広角モジュール２００の詳細図である。図２Ａ〜２Ｃに示すように、望遠／広角モジュール２００は、前部レンズ２０２と、望遠／広角レバー２１０を有するつまみと、ズームレバー２１２と、後部レンズ鏡筒２１４と、前部レンズ鏡筒２１６と、ばねレバー２１８と、ねじりコイルばね（omega spring）２２０と、撮像素子２３０とを備える。] 図２Ａ 図２Ｂ 図２Ｃ
[0020] 前部レンズ鏡筒２１６は、通常、前部レンズ２０２を収納しているが、後部レンズ鏡筒２１４は、通常、１つ以上のレンズ及び／又は更なる光学素子を収納している。図２Ｂは、望遠／広角レバー２１０の機構を、望遠／広角モジュール２００の他の部品とともに更に詳細に示している。望遠位置１０８においては、望遠／広角レバー２１０は、ズームレバー２１２を、後部レンズ鏡筒２１４がばねレバー２１８によって前部レンズ鏡筒２１６に押し付けられるような所定の位置に保持する。より詳細には、ねじりコイルばね２２０は、後部レンズ鏡筒２１４を前部レンズ鏡筒２１６に押し付ける力を、ばねレバー２１８に加える。] 図２Ｂ
[0021] 図２Ａに示すように、後部レンズ鏡筒２１４が前部レンズ鏡筒２１６に対して前進位置（forward position）にあるとき、後部レンズ鏡筒２１４の光学素子は、前部レンズ２０２の焦点を、望遠画像、すなわち拡大された画像が撮像素子２３０上に投影されるように、調整する。例えば、図２Ｃは、幾つかの実施の形態に基づいた望遠位置１０８における望遠／広角モジュール２００の斜視図である。図２Ｃに示すように、後部レンズ鏡筒２１４は、所定の望ましい望遠設定においては、前部レンズ２０２を通過した画像の光が撮像素子２３０上に投射されるように、前部レンズ鏡筒２１６に保持される。] 図２Ａ 図２Ｃ
[0022] 望遠／広角モジュール２００は、望遠位置１０８に加えて、異なる焦点視野の画像を提供する更なる位置に調整することができる。例えば、望遠／広角モジュール２００は、更に、画像を広角で撮像素子２３０に供給することができる。]
[0023] Ｂ．広角位置
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、広角位置１０６における望遠／広角モジュール３００を示す。図３Ｂに示すように、つまみ及び望遠／広角レバー３１０が広角位置１０６にあるとき、ズームレバー３１２は、望遠／広角レバー３１０から解放され、これにより、後部レンズ鏡筒３１４は、前部レンズ鏡筒３１６から離れた位置に静止することができ、好ましくは、望遠／広角モジュール３００の後部筐体（rear housing）に後退することができる。通常、望遠／広角モジュール３００の後部筐体は、焦点調整カム（focal adjuster cam）３２３を備えている。したがって、後部レンズ鏡筒３１４は、広角位置１０６においては、焦点調整カム３２３の表面に静止する。より詳しくは、ねじりコイルばね３２０は、後部レンズ鏡筒３１４を焦点調整カム３２３に保持する力を、ばねレバー３１８を介して後部レンズ鏡筒３１４に加える。] 図３Ａ 図３Ｂ
[0024] 図３Ａに示すように、後部レンズ鏡筒３１４が焦点調整カム３２３に対してこの後退位置（aft ward position）にあるとき、前部レンズ３０２の焦点は、広角画像、すなわち縮小された画像が撮像素子３３０上に投影されるように調整される。] 図３Ａ
[0025] 例えば、図３Ｃは、幾つかの実施の形態に基づいた広角位置１０６における望遠／広角モジュール３００の斜視図である。図３Ｃに示すように、後部レンズ鏡筒３１４は、所定の広角設定においては、前部レンズ３０２を通過した画像の光が撮像素子３３０上に投射されるように、前部レンズ鏡筒３１６から離間して、好ましくは焦点調整カム３２３で保持される（図３Ａ、３Ｂ参照）。幾つかの実施の形態において、前部レンズ鏡筒３１６から後部レンズ鏡筒３１４までの距離は、約４．７〜約９．４ｍｍである。] 図３Ａ 図３Ｃ
[0026] 望遠位置１０８及び広角位置１０６に加えて、幾つかの実施の形態において、望遠／広角モジュール３００は、更なる設定を有する。例えば、望遠／広角モジュール３００は、更に、画像をマクロ、すなわち接写レベルで撮像素子３３０に供給することができる。]
[0027] Ｃ．マクロ視野位置（Macroview Position）
図４Ａ、４Ｂは、マクロ位置１０４における望遠／広角モジュール４００を示す。図４Ｂに示すように、望遠／広角レバー４１０は、マクロ位置１０４に回転されている間は、マクロ／広角調整カム４２２がズームレバー４１２を押すように保持され、後部レンズ鏡筒４１４は、撮像素子４３０から離れる。幾つかの実施の形態において、マクロ位置１０４と広角位置１０６間の距離の変化は、約１．０ｍｍ未満である。より詳しくは、望遠／広角レバー４１０が、後部レンズ鏡筒４１４をねじりコイルばね４２０の力に対して所定の位置に保持している間、ねじりコイルばね４２０は、ばねレバー４１８を介して、後部レンズ鏡筒４１４を望遠／広角レバー４１０に押し付ける。] 図４Ａ 図４Ｂ
[0028] 図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、望遠／広角モジュール５００のマクロ機能を更に詳細に示す。図５Ａにおいて、望遠／広角レバー５１０は、マクロ位置１０４にある。図５Ａに示すように、マクロ戻しばね（macro return spring）５２４は、望遠／広角レバー５１０に接続されており、反時計回りの力を望遠／広角レバー５１０に加える。この実施の形態において、マクロ戻しばね５２４は、マクロ位置１０４にある間は、望遠／広角モジュール５００の筐体を押すような力が付勢される。]
[0029] また、図５Ａ、５Ｂに示すように、マクロ位置１０４においては、望遠／広角レバー５１０は、マクロ／広角調整カム５２２を押し、マクロ／広角調整カム５２２は、ズームレバー５１２を時計回りに回転させて、後部レンズ鏡筒５１４を撮像素子５３０から更に離れた位置に配置する。幾つかの実施の形態において、上述したように、望遠／広角レバー５１０がズームレバー５１２を横方向に動かす距離は、約１．０ｍｍ未満である。]
[0030] 次に、図５Ｃに示すように、望遠／広角レバー５１０がマクロ位置１０４から解放されたとき、マクロ戻しばね５２４は、望遠／広角レバー５１０を、広角位置１０６に戻るまで反時計回りに回転させる。この実施の形態において、切欠部（notch）５２６は、望遠／広角レバー５１０を、それが時計回り及び反時計回りに回転されている間は、広角位置１０６に位置決めする。望遠／広角モジュール５００の光学素子の広角位置１０６が選択されているときは、戻止め（detent）５２７は、切欠部５２６に係合して、望遠／広角レバー５１０を静止状態に保持する。好ましくは、戻止め５２７は、望遠／広角レバー５１０の広角位置１０６と望遠位置１０８用の２つの別々の切欠部に係合する。上述の切欠部５２６は、望遠／広角レバー５１０が、マクロ位置１０４から解放された後に広角位置１０６を通り越して反時計回りに回転されるのを、防止する。望遠／広角レバー５１０は、好ましくは、望遠位置１０８用の第２の切欠部を更に有しており、この第２の切欠部は、望遠／広角レバー５１０が誤って望遠位置１０８から回転されるのを防止する。]
[0031] 望遠／広角モジュール５００の幾つかの実施の形態において、後部レンズ鏡筒５１４は、前部レンズ鏡筒５１６と撮像素子５３０間で、一組のガイドピン上を摺動する。]
[0032] Ｄ．ガイドピンの配置
幾つかの実施の形態における望遠／広角モジュール５００は、スナップフィット（snap fit approach）により互いに接続される前部筐体（front housing）と後部筐体（rear housing）とによって構成されており、その構成において、２つのガイドピンが位置合わせのために用いられている。さらに、これらのガイドピンは、孔と隣接したスロットとを有する後部レンズ鏡筒５１４を、所定の望遠位置、広角位置及びマクロ位置に移動するときの案内にも用いられる。後部筐体には、撮像素子５３０が取り付けられており、オプションとして、赤外線（ＩＲ）フィルタ及び／又はローパスフィルタが取り付けられる。前部筐体には、前部レンズ鏡筒５１６が取り付けられており、オプションとして、プリズムが取り付けられる。望遠／広角モジュール５００の筐体は、好ましくは、ケース（casing）と、カバー機構（cover mechanism）とを更に備え、カバー機構は、例えば、カバーと、カバーレバーと、カバーばねと、ブラケットとからなる。カバー機構は、好ましくは、光の漏れ及びほこりの混入が望遠／広角モジュール５００の内部部品、特にレンズ群及び撮像素子５３０に影響を及ぼすのを防ぐ。]
[0033] 図６は、幾つかの実施の形態に基づいた望遠／広角モジュール６００のガイドピン６３２の配置を示す。図６に示すように、望遠／広角モジュール６００は、一組のガイドピン６３２を更に備えている。幾つかの実施の形態においては、一対のガイドピン６３２を用いているが、異なる幾つかの実施の形態においては、異なる数のガイドピンを用いている。ガイドピン６３２の数にかかわらず、ガイドピン６３２は、通常、望遠／広角モジュール６００の長軸（linear axis）に沿って取り付けられており、後部レンズ鏡筒６１４は、前部レンズ鏡筒６１６（望遠位置１０８）から撮像素子６３０（広角位置１０６）の方向に摺動することができる。幾つかの実施の形態において、ガイドピン６３２により提供される後部レンズ鏡筒６１４の可動域は、約４．７ｍｍ〜約９．４ｍｍである。] 図６
[0034] しかしながら、この可動域に起因して、幾つかの実施の形態におけるガイドピン６３２によって、多くの場合、望遠／広角モジュール６００のフォームファクタ（form factor）が影響を受ける。したがって、幾つかの実施の形態では、望遠／広角モジュール６００のフォームファクタを変更及び／又は隠す手段を更に備えている。]
[0035] Ｅ．プリズム機構（prism feature）
例えば、幾つかの実施の形態では、プリズム機構を更に備える。このプリズム機構により、望遠／広角モジュールを様々な方向に向けて配置及び／又は取り付けることができる。例えば、特定の実装における横幅（horizontal width）は、多くの場合、制限されるので、望遠／広角モジュールは、好ましくは、筐体の鉛直面において縦方向に配置される。この配置方向により、上述したようなガイドピンに沿った後部レンズ鏡筒の可動域を、狭い幅及び／又は狭い奥行きのフォームファクタを有する機器内に設けることができる。]
[0036] 図７Ａ〜７Ｃ、８Ａ、８Ｂは、これらの実施の形態の幾つかにおけるプリズム機構を示す。図７Ａ〜７Ｃは、前部レンズ鏡筒７１６に取り付けられたプリズム７４０を備える望遠／広角モジュール７００を示す。プリズム７４０は、画像からの光を、前部レンズ鏡筒７１６の方向に反射する。上述したように、前部レンズ鏡筒７１６は、通常、前部レンズ群を収納している。前部レンズ群は、１つ以上の前部光学素子、例えば図１に示す前部レンズ１０２を含んでいる。したがって、プリズム７４０により、望遠／広角モジュール７００は、機器内に様々な方向で配置することができ、通常は、見る及び／又は写真を撮影する被写体に対して、ある角度をもって保持することができる。] 図１ 図７Ａ 図７Ｂ 図７Ｃ
[0037] 図８は、幾つかの実施の形態に基づく望遠／広角モジュール８００に取り付けられた小さなフォームファクタのプリズム８４０を示す。これらの実施の形態において、プリズム８４０は、プリズムホルダとプリズムブラケットとを組み合せることにより、望遠／広角モジュール８００の前部レンズ８０２に隣接して取り付けることができるという効果が得られる。上述したように、プリズム８４０は、通常、被写体画像からの光を、望遠／広角モジュール８００の前部レンズ８０２の方向に反射する。]
[0038] Ｆ．その他の構成
図９は、狭い奥行きのフォームファクタを有する望遠／広角モジュールの段階的なズーム機能の具体的な実装例を示している。図９に示すように、図１に示すつまみの代わりに、スライドスイッチ（sliding selector）９５０を用いて、望遠／広角レバーを操作する。スライドスイッチ９５０は、望遠／広角レバーの位置を、上述したマクロ位置１０４、広角位置１０６及び望遠位置１０８のモードのうちの１つを選択するように合わせる。これらのモードについて、詳細に説明する。] 図１ 図９
[0039] ＩＩ．設定及び動作
上述した実施の形態において、望遠／広角モジュールの光学部品の配置は、前部レンズ鏡筒内に固定された前部レンズ群と、後部レンズ鏡筒内で移動可能な後部レンズ群とからなる。例示した実施の形態においては、前部レンズ鏡筒は、１つのレンズ、すなわち１つの光学素子を含んでいるが、後部レンズ鏡筒は、３つのレンズ、すなわち３つの光学素子を含んでいる。しかしながら、当業者には、異なる実施の形態において、前部レンズ鏡筒及び後部レンズ鏡筒が、異なる数及び／又は種類のレンズ及び光学素子を含んでもよいことは明らかである。光学素子の数及び／又は種類に関係なく、幾つかの実施の形態において、望遠／広角モジュールには様々な構成がある。これらの実施の形態における幾つかの機構の特定の動作について、詳細に説明する。]
[0040] 例えば、図２Ｄは、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃの機構を更に詳細に示したものである。図２Ｄに示すように、望遠／広角レバー２１０の係合溝２１１は、ズームレバー２１２と相互に作用する。幾つかの実施の形態においては、望遠／広角レバー２１０の係合溝２１１には、ズームレバー２１２上の円柱ピン２１３が係合する。ズームレバー２１２に接する望遠／広角レバー２１０の（係合溝２１１と円柱ピン２１３の係合による）回転力によって、ズームレバー２１２は回転する。また、ズームレバー２１２は、係合溝２１５を有しており、この係合溝２１５には、後部レンズ鏡筒２１４上の第１のピン２１７Ａが係合する。図２Ｄに示す実施の形態において、ズームレバー２１２上の係合溝２１５と円柱ピン２１３とは、互いに約９０°オフセットされている。] 図２Ａ 図２Ｄ
[0041] 幾つかの実施の形態における後部レンズ鏡筒２１４は、第２のピン２１７Ｂを有しており、この第２のピン２１７Ｂは、後部レンズ鏡筒２１４がガイドピン上を摺動している間、ばねレバー２１８の係合溝２１９に係合している。また、ばねレバー２１８は、時計回りにも、反時計回りにも回転する。後部レンズ鏡筒２１４が、ガイドピン上を前方又は後方に摺動すると、ばねレバー２１８は、ねじりコイルばね２２０から付勢力を受ける。ねじりコイルばね２２０は、好ましくは、２つのフック（end loops）を有し、後述する「オーバザセンタ」機構（"over-the-center" mechanism）の主ばね（main spring）として機能する。ねじりコイルばね２２０の一方のフックは、後部筐体上のピン２２１に接続されており、他方のフックは、ばねレバー２１８に接続されている。]
[0042] 「オーバザセンタ機構」
様々なレバーと、前部レンズ鏡筒及び後部レンズ鏡筒との上述した回転係合（rotational engagement）によるねじりコイルばね２２０の動作について、説明する。ねじりコイルばね２２０の２つのフックは、常に離れるように付勢されており、ねじりコイルばね２２０は、時計周りの回転力と反時計周りの回転力のいずれかを発生する。ばねレバー２１８の回転力の方向及び程度は、ばねレバー２１８の「オーバザセンタ」機構の角度及び程度に依存している。例えば、ばねレバー２１８の反時計回りの回転において、ねじりコイルばね２２０は、（ばねレバー２１８による上述した係合溝２１９と第２のピン２１７Ｂの係合により）、後部レンズ鏡筒２１４を望遠位置１０８の方向に押している。一方、ばねレバー２１８の時計回りの回転において、ねじりコイルばね２２０は、（ばねレバー２１８により）、後部レンズ鏡筒２１４を、広角位置１０６の方向に押す。さらに、ねじりコイルばね２２０は、望遠／広角レバー２１０をマクロ位置１０４に回転させることができる力を発生する。]
[0043] Ａ．望遠の設定及び動作
望遠／広角モジュール２００の望遠位置１０８においては、後部レンズ鏡筒２１４は、直接前部レンズ鏡筒２１６に接触するように配置される。したがって、望遠位置１０８においては、前部レンズ群と後部レンズ群は、物理的に互いに隣接して配置される。望遠／広角モジュール２００を、望遠位置１０８において適切な焦点距離に調整するためには、前部レンズ鏡筒２１６を、前部筐体にねじ接続（thread connection）するとともに、時計回り又は反時計回りに回転させて、前部レンズ鏡筒２１６と後部レンズ鏡筒２１４とを一緒に、好ましい鮮明な画像の（合焦点）位置に移動させる。合焦点位置（focused position）は、好ましくは過焦点距離である。]
[0044] 以下の機構により、幾つかの実施の形態における望遠位置１０８が設定される。望遠／広角レバー２１０が反時計回りに回転されると、同時に、ズームレバー２１２は、（円柱ピン２１３と係合溝２１１の係合により）時計回りに回転され、一方、後部レンズ鏡筒２１４は、（第１のピン２１７Ａと係合溝２１５の係合により）前方レンズ鏡筒２１６に向かって前方に移動される。このような前進移動の結果、後部レンズ鏡筒２１４は、（第２のピン２１７Ｂと係合溝２１９の係合により）ばねレバー２１８を反時計回りに動かし、それによって、ねじりコイルばね２２０は、「オーバザセンタ」機構を経て、ばねレバー２１８を反時計回りに押す。ばねレバー２１８は、その作用として、後部レンズ鏡筒２１４を、前部レンズ鏡筒２１６にもたれ掛かる位置（leaning position）に押して、望遠位置１０８が定まる。]
[0045] Ｂ．広角位置の設定及び動作
図３Ｄは、望遠／広角モジュール３００を広角位置１０６に設定する機構を示している。現在望遠位置１０８にある望遠／広角レバー３１０が時計回りに回転されると、ズームレバー３１２は、反時計回りに回転され、後部レンズ鏡筒３１４は、撮像素子３３０に向かって後方に移動される。このような後方への移動中に、後部レンズ鏡筒３１４は、ばねレバー３１８を時計回りに動かし、それによって、ねじりコイルばね３２０は、「オーバザセンタ」機構を経て、ばねレバー３１８を時計回りに押す。ばねレバー３１８は、その作用として、後部レンズ鏡筒３１４を、焦点調整カム３２３にもたれ掛かる位置に押す。焦点調整カム３２３を時計回り又は反時計回りに回転させることにより、後部レンズ鏡筒３１４は、広角位置１０６において、好ましい鮮明な画像の位置に設定される。上述したように、この好ましい焦点位置は、通常、広角位置１０６の過焦点距離である。] 図３Ｄ
[0046] そして、図５Ｃに示すように、望遠／広角レバー５１０は、戻止め５２７及びマクロ戻しばね５２４によって、広角位置１０６に保持される。戻止め５２７は、通常、金属製の板ばねであり、マクロ戻しばね５２４は、通常、ねじりコイルばね（torsion spring）である。上述したように、広角位置１０６において、マクロ戻しばね５２４は、望遠／広角レバー５１０が時計回りに回転するのを防止し、一方、戻止め５２７は、望遠／広角レバー５１０が反時計回りを回転するのを防止している。]
[0047] Ｃ．マクロ位置における設定及び動作
図４Ａ、４Ｂ、図５Ａ〜５Ｃは、望遠／広角レバー５１０をマクロ位置に設定する機構を示している。図５Ａに示すように、現在広角位置１０６にある望遠／広角レバー５１０は、マクロ戻しばね５２４の力に逆らって、望遠／広角レバー５１０の係合溝５１１を形成している突出アーム部（protruding arm）が望遠／広角モジュール５００の後部筐体にもたれ掛かるまで、時計回りに回転される。望遠／広角レバー５１０は、好ましくは、突出接触点（protruding contact point）を有するマクロ／広角調整カム５２２を備えており、この突出接触点は、ねじりコイルばね５２０を押しながら、ズームレバー５１２を横方向に移動させる。したがって、マクロ／広角調整カム５２２は、後部レンズ鏡筒５１４を前方に押し出し、後部レンズ鏡筒５１４は、ガイドピンに沿って所定のマクロ位置１０４に摺動される。例えば、幾つかの実施の形態において、望遠／広角レバー５１０がマクロ位置１０４（図１に示す）に保持されている間は、マクロ／広角調整カム５２２は、後部レンズ鏡筒５１４が好ましい鮮明な画像の焦点に設定されるまで、回転される。通常、マクロ／広角調整カム５２２は、好ましい固定（合焦点）位置に接着剤で固定されている。] 図１ 図４Ａ
[0048] Ｄ．広角位置への自動リセット
図５Ａのマクロ位置１０４から、望遠／広角レバー５１０が解放された場合、望遠／広角モジュール５００は、図５Ｃの広角位置１０６に自動的に復帰する。マクロ戻しばね５２４は、マクロ戻しばね５２４のアームが後部筐体に対して静止するまで、望遠／広角レバー５１０を反時計回りに回転させる。広角位置１０６は、再び、ねじりコイルばね５２０の一定の力によって定まり、望遠／広角レバー５１０の保持位置は、上述したように、戻止め５２７及びマクロ戻しばね５２４によって定まる。したがって、マクロ位置１０４は、用いる毎に、意図的に選択され、所定の位置に、手で保持しなければならない。幾つかの実施の形態において、この「自動リセット」機能により、普通の写真撮影に対して、マクロ位置１０４が不注意に設定されることを防止することができる。従来技術においては周知のとおり、ユーザの誤操作により、すなわち以前の広角又は望遠での撮影中に選択したマクロオプションを外すことを忘れてしまうことにより、多くの場合、焦点がぼけた写真が撮影されていた。]
[0049] 図１０は、本発明の幾つかの実施の形態に基づいて、レンズ配置を調整するレンズ配置調整方法を示すフローチャートである。図１０に示すように、フローチャート１０００は、ステップ１００５から開始し、第１の位置は、所定の位置の組から選択される。幾つかの実施の形態において、選択される位置は、３つの光学焦点位置、すなわちマクロ位置、広角位置及び望遠位置である。そして、ステップ１００５の後、処理は、ステップ１０１０に進み、ステップ１０１０において、第２のレンズ群は、選択された位置に基づき、第１のレンズ群に対して配置される。通常及び上述したように、第１のレンズ群の位置は、固定されている。第２のレンズ群は、好ましくは、１つ以上の過焦点画像（hyper focal images）を提供するために第１のレンズ群から所定の距離だけ離れた過焦点位置（hyper focal position）に配置される。幾つかの実施の形態においては、第２のレンズ群は、嵩張る及び／又はモータ付の部品を用いることなく、ばね及びレバーからなる小型で、フォームファクタが小さいアセンブリを用いている。幾つかの実施の形態では、可動部品が非常に少ない摺動アセンブリを採用しており、この１つの摺動アセンブリを用いて、３つの焦点位置を実現している。これらの実施の形態では、通常、小型であり、費用対効果が良く、また、様々なフォームファクタが小さいレンズ用途であるので、信頼性が高い。第２のレンズ群を、選択された位置に配置した後、処理は、ステップ１０１５に進み、ステップ１０１５において、第１のレンズ群及び第２のレンズ群を通して、画像を撮像素子に供給する。ステップ１０１５の後、処理は終了する。] 図１０
[0050] ＩＩＩ．効果
上述した実施の形態で説明したように、幾つかの実施の形態の望遠／広角モジュールは、機械的な直接回転動作（direct rotational mechanical movement）によって、３つの異なる光学位置、すなわち望遠位置、広角位置及びマクロ位置に設定される。これらの異なる光学位置により、様々な写真撮影モードを提供できるという効果が得られる。個々の（最適な又は過焦点の）焦点距離のそれぞれに適切に調整した後、様々な位置及び／又は写真撮影モードは、望遠／広角モジュールの固定焦点として最適に予め設定される。したがって、上述した幾つかの実施の形態では、３つの固定焦点距離を小さなフォームファクタで提供している。これらの実施の形態により、通常、マルチ焦点光学機構及び／又はカメラ機構用の容積が制限されている小型の機器に対して、より洗練された実装を行うことができるという効果が得られる。例えば、幾つかの実施の形態により、３つの焦点位置、すなわち望遠位置、広角位置及びマクロ位置を、他の単純で小型の機器に実装できるという効果が得られる。上述の実施の形態では、限られた可動域を必要とし、最小の設置スペースを有しているので、本発明は、超小型携帯機器、例えば携帯電話機及び他の民生用電子機器において、様々に用途がある。]
[0051] 幾つかの実施の形態における回転つまみにより、光学位置が設定され、一方、幾つかの実施の形態における機械的なスライドスイッチにより、予め設定された焦点距離が切り換えられ、光学素子が移動される。これらの実施の形態における機構は、通常、手で操作される。さらに、上述した実施の形態では、殆どスペースを必要とすることなく、すなわち限られた可動域のみを必要とし、マルチ焦点機能の効果が得られるとともに、低コストである。例えば、幾つかの実施の形態では、複雑で、コストが高い、嵩張るオートフォーカスシステムは必要でないが、その代わりに、焦点距離が、無限遠点に設定される。さらに、電気的なアクチュエータモータ及び／又は駆動回路も必要でない。これらの実施の形態において、所定の光学焦点位置及び配置の自動操作又は手動（レバーによる）操作を、採用している。]
[0052] 実施の形態において、「２倍の望遠／広角モジュール（2xTele Wide Module）」は、更なるマクロ設定を有する２倍の望遠拡大を１つのモジュールに効率よく実装している。この実施の形態では、画素サイズが２．８μｍ、対角寸法が５．６ｍｍの、１６００×１２００画素（２００万画素）のセンサを採用している。他の実施の形態において、画素サイズが２．２μｍの、２０００×１５００画素（３００万画素）のセンサを用いている。これらの実施の形態における撮像素子は、通常、ＣＭＯＳ型撮像素子である。なお、当業者にとって、他の撮像素子、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いてもよいことは、明らかである。]
[0053] 幾つかの実施の形態における光学素子は、２倍の望遠レンズ／広角レンズの構成を含んでいる。上述したように、幾つかの実施の形態における光学素子は、２つのレンズ群に分割されており、１つは、前部レンズ鏡筒に収納されたレンズ群であり、他方は、後部レンズ鏡筒に収納されたレンズ群である。好ましくは、１つのレンズ群は、製造時に所定の位置に固定されている。したがって、限られたスペースにもかかわらず、これらの実施の形態における２倍の望遠／広角モジュールは、１つの可動レンズ群を用いて、複数の光学モードを実現することができる。通常、上述した機構を用いて、この１つのレンズ群を、限られたスペース内で正確に動かすことができる。幾つかの実施の形態において、それぞれのレンズ群は、各群について３つのレンズを有する。これらの実施の形態の幾つかにおいては、好ましくは、４枚のプラスチックレンズと、２枚のガラスレンズとを有する。]
[0054] また、上述したように、幾つかの実施の形態においては、１つ以上のモード、すなわちマクロモード、広角モード及び／又は望遠モードを有する。したがって、これらの実施の形態においては、これらのモードをサポートするカメラ及びレンズ機構を含んでいる。例えば、幾つかの実施の形態においては、開放Ｆ値（F-stop）は、広角モード及びマクロモード設定ではＦ３であり、望遠モード設定ではＦ４．２である。これらの実施の形態においては、焦点距離は、約４．７ｍｍ〜約９．４ｍｍであり、画角は、約３２°〜約６４°である。さらに、幾つかの実施の形態においては、固定焦点は、各モード設定毎に適切な距離を有する。例えば、幾つかの実施の形態における焦点距離は、広角モードでは０．４ｍ〜無限遠点であり、望遠モードでは０．８ｍ〜無限遠点であり、マクロモードでは約７．２ｃｍ〜約９．０ｃｍ（約２．８インチ〜約３．６インチ）である。これらの実施の形態における歪曲収差（distortion）は、通常、最大で約３％フレア（flare）を有する約３％である。幾つかの実施の形態の望遠／広角モジュールのフォームファクタは、約２１ｍｍ×１２ｍｍ×１１．５ｍｍである。幾つかの実施の形態において、ユーザ入力は、手動であり、機械式ダイヤル又はスライドセレクタ（slide selector）によって、広角設定、望遠設定及びマクロ設定が選択される。これらの焦点距離が固定された構成では、機械式ダイヤル及び／又はスライドセレクタによって、好ましくは、上述のような方法で、１つのレンズ群を特定の距離に移動させることにより、３つの焦点距離が切り換えられる。]
[0055] 本発明を、多数の特定の実施の形態を用いて説明したが、当業者にとって、発明を、その精神を逸脱することなく、他の様々な形態で実施できることは明らかである。したがって、当業者には、発明が上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されることは、明らかである。]
[0056] １００望遠／広角モジュール、１０２前部レンズ、１０４マクロ位置、１０６広角位置、１０８望遠位置、１１０ 望遠／広角レバー、１３０撮像素子、２００ 望遠／広角モジュール、２０２ 前部レンズ、２１０ 望遠／広角レバー、２１１係合溝、２１２ズームレバー、２１３円柱ピン、２１４後部レンズ鏡筒、２１５ 係合溝、２１６前部レンズ鏡筒、２１７Ａ 第１のピン、２１７Ｂ 第２のピン、２１８ ばねレバー、２１９ 係合溝、２２０ねじりコイルばね、２２１ ピン、２３０ 撮像素子、３００ 望遠／広角モジュール、３０２ 前部レンズ、３１０ 望遠／広角レバー、３１２ ズームレバー、３１４ 後部レンズ鏡筒、３１６ 前部レンズ鏡筒、３１８ ばねレバー、３２０ ねじりコイルばね、３２３焦点調整カム、３３０ 撮像素子、４００ 望遠／広角モジュール、４１０ 望遠／広角レバー、４１２ ズームレバー、４１４ 後部レンズ鏡筒、４２０ ねじりコイルばね、４２２マクロ／広角調整カム、４３０ 撮像素子、５００ 望遠／広角モジュール、５１０ 望遠／広角レバー、５１２ ズームレバー、５１４ 後部レンズ鏡筒、５１６ 前部レンズ鏡筒、５２０ ねじりコイルばね、５２２ マクロ／広角調整カム、５２４ マクロ戻しばね、５２６ 戻止め、５３０ 撮像素子、６００ 望遠／広角モジュール、６１４ 後部レンズ鏡筒、６１６ 前部レンズ鏡筒、６３０ 撮像素子、６３２ガイドピン、７００ 望遠／広角モジュール、７１６ 前部レンズ鏡筒、７４０プリズム、８００ 望遠／広角モジュール、８０２ 前部レンズ、８４０ プリズム、９５０スライドスイッチ]

权利要求:

請求項1
第１のレンズ群と、所定の位置の組を有する第２のレンズ群と、上記所定の位置の組から第１の位置を選択するセレクタと、撮像素子とを備え、上記セレクタは、上記第２のレンズ群に機械的に接続されており、ユーザにより手で直接操作され、上記第１のレンズ群は、上記選択された第１の位置に基づいた焦点を、上記撮像素子に形成することを特徴とする望遠／広角モジュール。
請求項2
上記所定の位置の組は、マクロ位置と、広角位置と、望遠位置とを含むことを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項3
上記マクロ位置は、上記所定の位置の組のうちの、上記望遠位置と上記広角位置との間の位置であることを特徴とする請求項２記載の望遠／広角モジュール。
請求項4
上記マクロ位置は、上記セレクタを上記所定の位置の組のうちの特定のマクロ位置に手で移動することによってのみ選択されるような一時的なものであり、上記セレクタは、解放されたときに、上記所定の位置の組のうちの他の位置に自動的に戻ることを特徴とする請求項２記載の望遠／広角モジュール。
請求項5
上記第１のレンズ群の位置は、固定されており、上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群は、物理的に隣接していることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項6
上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群は、所定の距離だけ離間されていることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項7
その方向により、上記所定の位置の組から１つの位置を選択する第１のレバーと、上記第１のレバーに、時計回りの力と反時計回りの力の両方を加えるねじりコイルばねとを更に備え、上記ねじりコイルばねによって加えられる回転力の方向は、上記第１のレバーの方向に依存していることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項8
上記セレクタは、上記第１の位置を選択する手動セレクタからなり、モータを用いずに、当該望遠／広角モジュールを構成することを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項9
上記セレクタは、回転ダイヤルに接続されたつまみからなることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項10
上記セレクタは、スライドスイッチからなることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項11
上記撮像素子は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）からなることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項12
上記撮像素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）からなることを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項13
上記第１のレンズ群に接続されたプリズム素子を更に備え、上記プリズム素子は、当該望遠／広角モジュールの平面に対してある角度を有する画像からの光を、上記第１のレンズ群の方向に反射することを特徴とする請求項１記載の望遠／広角モジュール。
請求項14
レンズ配置を調整するレンズ配置調整方法において、第２のレンズ群に機械的に接続されたセレクタを、ユーザが手で直接操作することにより、所定の位置の組から第１の位置を選択するステップと、上記選択された第１の位置に基づいて、上記第２のレンズ群を、位置が固定された第１のレンズ群に対して配置するステップと、上記第１のレンズ群及び上記第２のレンズ群を通して、画像を撮像素子に供給するステップとを有するレンズ配置調整方法。
請求項15
上記撮像素子に、過焦点設定による合焦点画像を、上記撮像素子に供給するステップを更に有する請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項16
上記所定の位置の組は、マクロ位置と、広角位置と、望遠位置とを含むことを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項17
上記第１の位置は、上記マクロ位置であり、上記第２のレンズ群を配置するステップは、上記第２のレンズ群を上記望遠位置と上記広角位置との間に配置するステップであることを特徴とする請求項１６記載のレンズ配置調整方法。
請求項18
上記所定の位置の組から上記マクロ位置を選択するステップは、上記セレクタを、該所定の位置の組のうちの特定のマクロ位置に手で移動して、保持するステップと、上記セレクタは、解放すると、上記レンズ配置を、上記所定の位置の組のうちの上記マクロ位置とは異なる位置に自動的に戻すステップとを含むことを特徴とする請求項１６記載のレンズ配置調整方法。
請求項19
上記第２のレンズ群を配置するステップは、上記第２のレンズ群を、上記第１のレンズ群に物理的に隣接して配置するステップであることを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項20
上記第２のレンズ群を配置するステップは、上記第２のレンズ群を、上記第１のレンズ群から所定の距離だけ離間して配置するステップであることを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項21
上記所定の位置の組から第２の位置を選択するステップを更に有し、上記第２の位置を選択することは、上記第２のレンズ群を、上記第１の位置から所定の距離よりも短い距離に配置することであることを特徴とする請求項２０記載のレンズ配置調整方法。
請求項22
第１のレバーを、上記選択された第１の位置に基づいた方向に向けるステップを更に有し、上記第１のレバーの方向により、上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群間の直線距離が決定されることを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項23
１つの機構部品を用いて、時計回りの回転力と反時計回りの回転力を発生するステップを更に有し、上記１つの機構部品によって発生される回転力の方向は、上記第１のレバーの方向に依存することを特徴とする請求項２２記載のレンズ配置調整方法。
請求項24
上記機構部品は、ねじりコイルばねからなることを特徴とする請求項２３記載のレンズ配置調整方法。
請求項25
上記第１の位置を選択することは、回転ダイヤルに接続されたつまみを回転することであることを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項26
上記第１の位置を選択することは、スイッチを誘導パス沿って摺動させることであることを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。
請求項27
上記第１の位置を選択することは、モータを用いることを必要としない手動操作で行われることを特徴とする請求項１４記載のレンズ配置調整方法。