成像装置的制作方法

专利名称：成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括至少一个可移动光学元件和图象传感器的成像装 置，并尤其涉及这种成像装置的电路板结构。
背景技术：
近年来，使用例如CCD传感器或CMOS传感器而不是银-盐底片 (silver-salt film)作为图象采集装置的图象传感器的成像装置已被广泛 使用。此外，移动成像光学系统的一部分光学元件以执行变焦操作或 调焦操作的成像装置类型也已被广泛使用。不过，为了提高并入这类成像装置的电子设备(例如数码相机、 移动电话等)的便携性，对小型化成像装置提出了很高的要求。另一 方面，包括至少一个可移动光学元件的成像装置受到设置在成像装置 中的光学系统最小化的限制，这是因为需要提供允许可移动光学元件 移动的内部空间。此外，在成像装置具有这种可移动光学元件的情况 下，用于可移动光学元件的驱动电路^"能成为千扰照片图象信号的噪 声源，而为了保持满意的图象质量驱动电路和图象传感器之间的相对 位置也受到一些限制。换句话说，要是驱动电路和图象传感器相互离 得太近就不令人满意了。由于这种问题，在特别是包含图象传感器和 至少一个可移动光学元件的成像装置类型中，难以在获得高品质图象和较低噪声、与最小化/简单化结构之间获得平衡。传统的成像装置(例 如日本未经审查的专利申请2006-78891，和日本未经审查的专利申请 2003-5267)设计时没有考虑到最小化和降噪控制两者。发明内容考虑到传统成像装置中存在的上述问题，本发明提供一种成像装置，其能够以较低水平噪声获得高水平的图象品质而其在结构上同样 是简单和紧凑的。根据本发明的一个方面，提供一种成像装置，包括包括至少一 个可移动光学元件的成像光学系统；图象传感器，其成像表面处在成 像光学系统的图象形成平面上；图象传感器安装于其上的电路板；用 于处理从图象传感器输出的图象信号的图象处理电路和用于可移动光 学元件的驱动电路，图象处理电路和驱动电路两者都安装在电路板上。 图象处理电路和驱动电路按照从更接近于图象传感器的侧面的顺序依 次布置在电路板上。较为理想的，电路板上图象处理电路和驱动电路之间的距离大于 电路板上图象传感器和图象处理电路之间的距离。较为理想的，可移动光学元件在成像光学系统的主光轴方向上可 移动。成像光学系统包括分别布置在主光轴相反末端以使主光轴的相 反末端以直角转弯的入射侧棱镜和出射侧棱镜。电路板平行于主光轴， 包括面对出射侧棱镜的出射表面的电路板表面上的图象传感器，并进 一歩包括驱动电路，使驱动电路位于紧邻入射侧棱镜处。较为理想的，成像光学系统是变焦光学系统，以及较为理想的， 可移动光学元件是沿着主光轴移动的改变所述变焦光学系统焦距的透 镜组。较为理想的，成像装置包括布置在电路板上图象处理电路和驱动 电路之间区域中的电路部件。较为理想的，电路板是钢性板。较为理想的，电路板是多层布线板(wiring board)。较为理想的，图象传感器和驱动电路分别被布置在电路板上电路 板纵向方向上的相反末端处。在实施例中，提供一种成像装置，包括成像光学系统和图象传感 器，图象传感器的成像表面处在成像光学系统的图象形成平面上，成 像光学系统包括至少一个沿着成像光学系统主光轴可移动的可移动光 学元件；以及经过可移动光学元件的光沿着基本上垂直于主光轴的出 射光轴从出射部分出射。将图象传感器安装在基本平行于主光轴的电 路板上，电路板在主光轴方向上的相反末端之一处，以便面对成像光 学系统的出射部分。成像装置进一歩包括驱动电路和图象处理电路， 驱动电路用于可移动光学元件并安装—在电路板上、处于电路板在主光轴方向上的相反末端的另一个末端处，图象处理电路用于处理从图象 传感器输出的图象信号并安装在图象传感器和驱动电路之间的电路板 上，以便在主光轴方向上位于比驱动电路更靠近图象传感器的位置处。 在实施例中，提供一种成像装置，包括包括至少一个可移动光 学元件的成像光学系统；其成像表面处在成像光学系统的图象形成平 面上的图象传感器；以及图象传感器安装于其上的电路板。每个图象 传感器和电路板基本上都是矩形形状的。将图象传感器布置在电路板 上，使图象传感器的纵向方向基本上垂直于电路板的纵向方向。将用 于处理从图象传感器输出的图象信号的图象处理电路和用于可移动光 学元件的驱动电路布置在电路板上临近图象传感器一个长侧的区域中。 。根据本发明，能够得到以较低水平噪声获得高水平的图象品质而且还结构简单紧凑的成像装置。


下面本发明将参考附图进行详细介绍，其中图l是根据本发明的成像单元装入其中的移动电话中的折叠类型 的透视图，示出移动电话全部打开的状态(非折叠状态)；图2是从图1中所示移动电话的其它侧观看时图1中所示移动电话 的透视图；图3是成像单元的透视图，示出其外观，并进一步示出成像单元的 内部以通过虚线示出包含在成像单元中的成像光学系统；图4是从图3中(从物侧)示出的成像单元其它侧(前侧)观看到 的成像单元的透视图；图5是成像单元的分解透视图；图6是盖板去掉时成像单元的前方正视图；图7是装在成像单元外壳中的成像单元的内部元件透视图，其中内 部元件包括成像光学系统、用于支承成像光学系统的第一透镜组和第 二透镜组的支承和导向机构，以及用于移动第一透镜组和第二透镜组 的执行器(电动机)。图8是从图7中所示内部元件的其它侧观看时，图7中所示内部元件的透视图；图9是在第一透镜组框架的螺母配合部分和在第一电动机侧上的 螺母之间的配合部分附近的、图7中所示部分内部元件的放大透视图；图10是在第二透镜组框架的螺母配合部分和在第二电动机侧上螺 母之间的配合部分附近的、图8中所示部分内部元件的放大透视图；图11是沿着图6中示出的XI-XI线获得的横截面图；图12是外壳盖板的简化前视图，示出盖板上包含的电路部件的布 局图；图13是盖板上包含的电子电路部件的框图，示出电子电路部件之 间用于控制的连接；图14示出盖板的横截面结构图；图15是成像单元另一个实施例的横截面图，与图ll中示出的电子 电路部件对比而言，其中除了图象传感器之外的盖板上的电子电路部 件都安装到盖板的外表面；图16是成像单元另一个实施例的横截面图，其中盖板被固定到外 壳的后侧，第二棱镜的反射方向被翻转，从而使第二棱镜将入射光反 射到与图11中所示第二棱镜的反射方向相反的方向上；图17是成像单元另一个实施例的横截面图，与图16中示出的电子 电路部件对比而言，其中除了图象传感器之外的盖板上的电子电路部 件都安装到盖板的外表面；以及图18是类似于图12的视图，示出在盖板上放置图象传感器的另一 个实施例，其中图象传感器的长侧和短侧的位置被颠倒。
具体实施方式
图1和2中所示的移动电话10 (蜂窝电话)是折叠型的，其设有包 括操作部分11和显示部分12的可折叠外壳，并进一步在操作部分ll和 显示部分12之间设有铰链部分13。操作部分11和显示部分12经由铰链 部分13相互铰接，以允许围绕铰链部分13的一对同轴铰链销13a的轴Q 彼此相对转动，从而使移动电话10能够在图1和2中所示的、其中操作 部分11和显示部分12是完全打开的操作状态(完全打开状态/非折叠状 态)和折叠状态(未示出)之间变化，在折叠状态(未示出)中移动电话10被折叠从而操作部分11和显示部分12互相重叠。操作部分ll设 有例如数字键和功能键的多个操作键15，而显示部分12设有用作显示装置的液晶显示器(LCD) 16。显示部分12在其后面(无论移动电话 处于折叠状态或完全打开状态都暴露出的显示部分12的外表面)的铰 链部分13附近设有照相孔14 (见图2)。移动电话10在关于图2的照相 孔14后面设有成像单元(成像模块)20。将参考图3到14详细介绍成像单元20。如图3到6和图11所示，成像 单元20设有构成成像光学系统的第一棱镜(入射侧棱镜，入射侧光学 元件)LP1、具有负折射率的第一透镜组LG1、具有正折射率的第二透 镜组LG2和第二棱镜(出射侧棱镜)LP2，并将成像单元20构造成使成 像单元20的外壳21支承这四个光学元件。安装在成像单元20中的成像 光学系统是焦距可改变的变焦光学系统，并由在其光轴方向上可移动 的第一透镜组LG1和第二透镜组LG2构成。将外壳21形成为盒状体，其在水平方向上伸长以满足下列条件表 达式W>H>T，其中W、 H和T分别表示移动电话10的显示部分12的宽 度、高度和厚度(见图3和4)。在下面的介绍中，在宽度W、高度H和 厚度T方向上的成像单元20的方向分别被称为X方向、Y方向和Z方向。 虽然成像单元20的上、下、左和右侧可根据移动电话10的方位发生变 化，但在下面的介绍中，出于说明的目的，参考图6中示出的成像单元 20确定成像单元20的垂直和水平方向。拍照时面对物侧的外壳21的前部是打开的以形成前孔22。外壳21 在前孔22的上侧和下侧上分别设有上壁23和下壁24，并进一步在前孔 22的右手侧和左手侧上分别设有右壁25和左壁26。外壳21在Z方向上前 孔22的对侧上设有关闭外壳21后面的后壁27。上壁23和下壁24是相互 平行的平板，每个都包括X方向部分和Z方向部分。右壁25和左壁26是 相互平行的平板，每个都包含Y方向部分和Z方向部分。后壁27是包含 X方向部分和Y方向部分的平板。上壁23和后壁27经由倾斜壁28相互连 接(见图3和5)。外壳21在其X方向上的一个末端和另一个末端处设有分别容纳第 一棱镜LP1和第二棱镜LP2的第一棱镜容纳部分30和第二棱镜容纳部分 31 (见图6)。如图6中所示，将第二棱镜容纳部分31形成为位于临近外壳21的左壁26的隔离壁，而将第一棱镜容纳部分30形成为从右壁25 向侧面(相对于图6的右侧)伸出的盒状部分。拍照时面对物侧(朝向 照相孔14)的第一棱镜容纳部分30的前方设有入射孔30a，类似于前孔 22。也就是，使外壳21的形状能够使面对后壁27的外壳21前方的几乎 整个部分形成为孔。在外壳21右壁25中形成通孔29 (见图6和11)以使 第一棱镜容纳部分30的内部空间和外壳21的主要部件的内部空间在X 方向上经由通孔29通畅地相互连接。第一棱镜LPl是设有入射表面LPl-i、出射表面LPl-o和反射表面 LPl-r的直角棱镜。第一棱镜LPl通过反射表面LPl-r大致直角地将从入 射表面LPl-i入射的光反射到出射表面LPl-o。入射表面LPl-i是凹表面 而出射表面LPl-o是凸表面。第二棱镜LP2是设有入射表面LP2-i、出射 表面LP2-o和反射表面LP2-r的直角棱镜。第二棱镜LP2通过反射表面 LP2-r大致直角地将入射到入射表面LP2-i上的光反射到出射表面 LP2-o。在被容纳于第一棱镜容纳部分30中的第一棱镜LP1中，入射表 面LPl-i通过入射孔30a暴露于物侧而出射表面LPl-o被定位成面对通孔 29，通孔29形成在外壳21的右壁25中以在X方向上延伸。在被容纳于第 二棱镜容纳部分31中的第二棱镜LP2中，入射表面LP2-i与第一棱镜LPl 的出射表面LPl-o间隔开而出射表面LP2-o被定位成面对前孔22。也就 是，将第一棱镜LP1和第二棱镜LP2定位成使第一棱镜LP1的入射表面 LP 1-i和第二棱镜LP2的出射表面LP2-o两者都面对物侧。成像单元20在外壳21中设有在X方向上相互平行延伸的一对导向 杆32和33。将导向杆32和33布置在Y方向上的不同位置处。将导向杆32 定位在导向杆33的上面以便在Y方向上比导向杆33更靠近外壳21的上 壁23、并在Z方向上比导向杆33更靠近外壳21后面的后壁27。将导向杆 33定位在导向杆32下面以便在在Y方向上比导向杆32更靠近下壁24、并 在Z方向上比导向杆32更靠近前孔22。成像单元20在外壳21中设有分别 支承第一透镜组LG1和第二透镜组LG2的第一透镜组框架34和第二透 镜组框架35。通过导向杆32和33的支承，第一透镜组框架34和第二透 镜组框架35在导向杆32和33上可以沿着X方向自由滑动。第一透镜组框 架34设有圆柱导引部分36和转动限制臂37，它们在径向上彼此离开而 基本相对的伸出。将圆柱导引部分36安装在导向杆32上以便在其上可以沿着X方向滑动。转动限制臂37的径向外端是分开的以便与导向杆33 配合从而避免第一透镜组框架34围绕导向杆32转动。第二透镜组框架 35设有圆柱导引部分38和转动限制臂39，它们在径向上彼此离开而基 本相对的伸出。将圆柱导引部分38安装在导向杆33上以便在其上可以 沿着X方向滑动。转动限制臂39的径向外端是分开的以便与导向杆32 配合从而避免第二透镜组框架35围绕导向杆33转动。由于转动限制臂 37与导向杆33的配合和转动限制臂39与导向杆32的配合，由导向杆32 和33支承的第一透镜组框架34和第二透镜组框架35可在X方向上线性 自由移动。在通过导向杆32和33支承第一透镜组框架34和第二透镜组 框架35的状态下，在X方向上第一透镜组LG1和第二透镜组LG2位于第 一棱镜LP1和第二棱镜LP2之间，同时第一透镜组LG1和第二透镜组 LG2分别面对第一棱镜LPl的出射表面LPl-o和第二棱镜LP2的入射表 面LPl-i，如图3、 4、 6、 7、 8和11中所示。在如上所述通过外壳21支承成像光学系统的状态下，来自物侧的 光沿着在Z方向上延伸的入射光轴0P-1入射到第一棱镜LP1的入射表 面LPl-i上，如图11所示。第一棱镜LPl通过反射表面LPl-r大致直角地 反射入射光，如此通过反射表面LP 1 -r反射的光沿着X方向上延伸的中 间光轴(主光轴)0P-C经过第一透镜组LG1和第二透镜组LG2传播， 从而入射到第二棱镜LP2的入射表面LP2-i上。第二棱镜LP2通过反射表 面LP2-r将入射光大致直角地向物侧反射，从而使由反射表面LP2-r反射 的光沿着Z方向上延伸的出射光轴OP-2从第二棱镜LP2通过出射表面 LP2-o出射。因此，将设在成像单元20中的成像光学系统配置成包括构 成大致U形折叠的单个光轴的入射光轴OP-l、中间光轴OP-C和出射光 轴OP-2的光学系统。入射光轴OP-l、中间光轴OP-C和出射光轴OP-2的 位置是互相等同的，从而使入射光轴OP-l、中间光轴OP-C和出射光轴 OP-2都处在公共平面上。第一棱镜LP1的出射光轴和第二棱镜LP2的入 射光轴与中间光轴OP-C—致。第一透镜组框架34设有螺母配合部分40而第二透镜组框架35设有 螺母配合部分41 。螺母42与螺母配合部分40配合而螺母43与螺母配合 部分41配合。如图9中的放大视图所示，利用(从螺母42径向伸出的) 支持伸出部(held projection) 45使螺母42与螺母配合部分40配合，以使第一透镜组框架34和螺母42在X方向上一起移动，支持伸出部45被保 持(扣合，snap — fitted)在从螺母配合部分40伸出的一对保持伸出部 44之间。同样，如图10的放大视图中'所示，利用(从螺母43径向伸出 的)支持伸出部47使螺母43与螺母配合部分41配合，以使第二透镜组 框架35和螺母43在X方向上一起移动，支持伸出部47被保持(扣合)在 从螺母配合部分41伸出的一对保持伸出部46之间。成像单元20中设有用于驱动第一透镜组LG1的第一电动机(执行 器)50和用于驱动第二透镜组LG2的第二电动机(执行器)52。螺母42 设有螺纹孔(通孔)，第一电动机50的驱动杆(进给螺纹杆)51在螺 纹孔中被螺纹配合，同时螺母43设有螺纹孔(通孔)，第二电动机52 的驱动杆(进给螺纹杆)53在螺纹孔中被螺纹配合。通过外壳21支承 第一电动机50;特别是，第一电动机50设有圆柱电动机体55，而外壳 21中设有电动机支承部分54 (见图6)，其形成在外壳21的临近上壁23 的部分上，以便利用其在X方向上延伸的轴支承电动机体55。第一电动 机50的驱动杆51从第一电动机50的电动机体55延伸到接近右壁25的方 向上。第二电动机52也由外壳21支承；特别是，第二电动机52设有圆 柱电动机体57，而外壳21中设有电动机支承部分56 (见图6)，其形成 在外壳21的临近下壁24的部分上，以便利用其在X方向上延伸的轴支承 电动机体57。第二电动机52的驱动杆53从第二电动机52的电动机体57 延伸到接近右壁25的方向上。因而，除了导向杆32和33之外，第一电 动机50 (其驱动杆51)和第二电动机52 (其驱动杆53)也被布置成其 纵向方向(轴向)成为大致平行于X方向。此外，使第一电动机50在Z 方向上位于前孔22的附近(比第二电动机52更靠近物侧的位置处)， 同时使第二电动机52在Z方向上位于外壳21的后面的后壁27附近。第一电动机50的驱动杆51的转动使螺母42因为螺母42与驱动杆51 上进给螺纹线的螺纹配合而在X方向上移动，因此使第一透镜组框架34 在X方向上移动，这是因为在螺母42与螺母配合部分40配合的状态下螺 母42被防止转动。同样，第二电动机52的驱动杆53的转动使螺母43因 为螺母43与驱动杆53上进给螺纹线的螺纹配合而在X方向上移动，因此 使第二透镜组框架35在X方向上移动，这是因为在螺母43与螺母配合部 分41配合的状态下螺母43被防止转动。如上所述，设置在成像单元20中的光学系统是焦距可改变的变焦 光学系统，其中通过以预定的移动方式在X方向上使第一透镜组框架34和第二透镜组框架35 (也就是，第一透镜组LG1和第二透镜组LG2)彼 此相对移动来改变焦距。另外，可以通过在X方向上移动第一透镜组 LG1或第二透镜组LG2的其中之一而进行调焦操作。虽然第一透镜组 LG1和第二透镜组LG2的哪一个被用作调焦透镜组是可选的，但在成像 单元20的当前实施例中将第二透镜组LG2用作调焦透镜组。通过第一电动机保持件60保持第一电动机50 (见图5)。第一电动 机保持件60是在X方向上伸长的板状件。第一电动机保持件60在其X方 向上的一个末端和另一个末端处分别设有安装臂61和定位孔62。安装 臂61和定位孔62分别与从外壳21伸出的固定部分(固定伸出部)63和 定位销64配合(见图6)，以便将第一电动机保持件60固定到外壳21上。 在第一电动机保持件60固定于外壳21的状态下，在第一电动机保持件 60中心处形成的保持伸出部与第一电动机50的电动机体55压紧接触(in press contact w他)以保持第一电动机50。图6示出将第一电动机保持件 60从外壳21上除去的状态。由第二电动机保持件66保持第二电动机52 (见图5)。第二电动机保持件66在X方向上其相对末端处分别设有两 个安装臂67，并进一歩在临近两个安装臂67之一的位置处设有定位孔 68。第一电动机保持件60从前孔22—侧固定到外壳21上，而第二电动 机保持件66从后壁27—侧固定到外壳21上。如图5中所示，第二电动机 保持件66固定定位在其中的凹部/切口形成在后壁27中。外壳21在其上 述凹部中设有两个安装部分69 (图5中仅显示出其中一个)，第二电动 机保持件66的两个安装臂67与这两个安装部分69配合，并进一步在所 述凹部中设有定位伸出部70，定位孔68与定位伸出部70配合。在第二 电动机保持件66固定到外壳21上以便位于后壁27侧上的凹部内的状态 下，在第二电动机保持件66中心处形成的保持伸出部71与第二电动机 52的电动机体57压紧接触以保持第二电动机52。从电动机体55伸出的第一电动机50的电动机端子(motorterminal) 72通过外壳21中形成的通孔73暴露到外壳21的外侧。从电动机体57伸 出的第二电动机57的电动机端子74向前孔22延伸。通过把要安装到外壳21的上述元件安装到外壳21上之后、将盖板(传感器板)80固定到外壳21上从而关闭前孔22，而使成像单元20完 整。如图12中所示，盖板80设有电子电路部件，例如图象传感器83、 数字信号处理器(此后称为DSP) 84、石英振荡器85、只读存储器(此 后称为ROM) 86、随机存取存储器(此后称为RAM) 87和电动机驱动 器88，这些都安装在平板形状基底90上的不同位置处。通过引线接合 法(wire bonding)连接裸芯片与基底90，将盖板80上含有的每个电子 部件(芯片)都固定到盖板80上。图13示出盖板80上含有的电子电路部件之间用于控制的连接。图 象传感器83为传统类型的、诸如CCD或CMOS的、将入射到其成像表 面(光接收表面)上的光转换成电信号以便输出该信号的图象传感器。 在将现场图象(现场预览)显示在液晶显示器16上的现场观看模式中， 通过DSP 84的控制从图象传感器83顺序读出信号以便由DSP 84进行处 理，从而产生成能够由液晶显示器16的显示单元进行可视显示的信号(YUV信号)。当拍摄照片以捕捉静止图象时，根据从DSP84输出的 控制信号读出图象传感器83的全部像素信号(像素数据)，以便由DSP 84进行处理，由DSP84压縮成例如JPEG的预定格式，并从DSP 84输出 为能够存储在外部存储器(例如可拆卸存储器卡)中的图象信号。DSP 84还经由电动机驱动器88控制第一 电动机50和第二电动机52的操作。 如上所述，当执行变焦操作时第一电动机50和第二电动机52被开动以 改变变焦光学系统的焦距，而当执行调焦操作时开动第二电动机52。 用于操作DSP84的程序存储在ROM86中。在开启移动电话10电源时， DSP 84从ROM 86读入该程序以执行一系列启动处理，并对图象传感器 83输出的信号进行处理以输出目标图象(现场预览)，该目标图象可 视地通知用户移动电话10已经进入准备照相状态。RAM 87用于暂时存 储以便DSP 84处理从图象传感器83输入的图象信号。石英振荡器85以 预设的时钟速度输出定时信号。图14示出盖板80的横截面结构。盖板80是钢性板，其中基底90由 非柔性绝缘材料制成。此外，盖板80是包括从A层到F层的六层布线图 案90a的多层布线板。如果将图象处理电路(DSP84)和电动机驱动器 88安装在相同电路板上，至少从图象处理中降噪的观点看，较为理想 的，盖板80是这种多层板。盖板80是在X方向上伸长的矩形形状。盖板80在X方向和Y方向上 的二维尺寸与前孔22的二维尺寸基本相等。如图ll中所示，当将盖板 80固定到外壳21上以关闭前孔22时，图象传感器83的成像表面被定位 成面对第二棱镜LP2的出射表面LP2-Q。换言之，图象传感器83被定位 在出射光轴0P-2上。当将盖板80固定到外壳21上时，对盖板80相对于 外壳21的固定位置进行精细调节，以使通过外壳21支承的成像光学系 统(其包括第一棱镜LP1、第一透镜组LG1、第二透镜组LG2和第二棱 镜LP2)形成的目标图象精细地形成在图象传感器83的成像表面上。通 过例如黏合剂的固定方式将盖板80固定到外壳21上。当盖板80被固定到外壳21上时，从盖板80延伸出的电动机连接板 (印刷线路板)81与第一电动机50的电动机端子72相连，同样从盖板 80延伸出的电动机连接板(印刷线路板)82与第二电动机52的电动机 端子74相连。电动机连接板81和82与电动机驱动器88相连，从而在盖 板80被安装到外壳21上的安装完成时，第一电动机50和第二电动机52 的操作可受控于电动机驱动器88。在盖板80和外壳21已经相互连接之后处于其完整状态的成像单元 20中，使第一棱镜LPl的入射表面LPS;-i暴露到成像单元20外部的入射 孔30a是成像单元20中唯一的孔；也就是，成像单元20的剩余部分被关 闭。换言之，在完整的成像单元20中，入射孔30a是外壳21中允许光从 外壳21的外部进入成像单元20的唯一光学孔，从而在外壳21中不提供 允许光从外壳21的外部进入成像单元20的其它光学孔。将成像单元20 安装在移动电话10的显示部分12中，从而使第一棱镜LP1的入射表面 LPl-i位于照相孔14后面，如图1和2中所示。在该安装操作中，从盖板 80延伸出的图象信号柔性PCB (印刷电路板)91与移动电话10中提供 的控制电路(未示出)相连。移动电话10的控制电路将通过例如操作键15的操作装置输入的控 制信号经由图象信号柔性PCB 91发送给成像单元20。控制信号是例如 照相操作执行信号、现场观看(图象显示)执行信号或变焦操作信号。 在输入照相操作执行信号后，成像单元20执行包括上述调焦操作(其 中通过第二电动机52驱动第二透镜组LG2)的照相操作，并且成像单元 20将已经由DSP 84处理和格式化、以便存储在存储器中的图象信号经由图象信号柔性PCB 91发送给控制电路。在输入现场观看执行信号后，成像单元20将己经由DSP 84处理过的用于屏上显示的图象信号(YUV 信号)经由柔性PCB 91发送给控制电路。此外，紧随成像单元20输入 变焦操作信号之后，经由电动机驱动器88启动第一 电动机50和第二电 动机52，以改变成像单元20的成像光学系统的焦距。另外，经由柔性 PCB 91为成像单元20供电。如上所述，通过将从成像单元20延伸出的柔性PCB 91连接到移动 电话10的控制电路而使移动电话10的成像系统完整。在移动电话10的 制造过程中，包括盖板80上的电子电路部件并被预先组装成模块的成 像单元20被简便的安装在显示部分12中，从而安装成像单元20不需要 复杂的操作，因此，移动电话10在其装配的工作能力方面是出色的。 从类似的观点看，当维修或替换成像单元20时，移动电话10在可维护 性方面是出色的。此外，因为从成像单元20输出的图象信号已经由DSP 84处理过，所以没有给移动电话10的控制电路增加图象处理的负担。 另外，可以不必在移动电话10中设有用于移动电话10的成像系统的任 何复杂驱动机构，这是因为在成像单元20中还安装了用于移动第一透 镜组LG1和第二透镜组LG2的支承和驱动机构(其包括由导向杆32和33 构成的支承和导向机构，以及例如第一电动机50和第二电动机52的执 行器)。换言之，由于用于照相操作的所有元件都设计在成像单元20 的模块中，成像单元20的通用性较高，所以可以将成像单元20装入到 多种移动电子设备中。此外，通过将成像单元20的元件设置成节省空间模式的单元，可 以制造紧凑尺寸的成像单元20，这有助于安装在移动电话10中电子设 备的小型化。成像单元20的成像光学系统被设计成折叠光学系统，其 中通过照相孔14从物侧入射的光被第一棱镜LP1弯转成沿着X方向传 播并接着被第二棱镜LP2弯转成向物侧传播返回，以在图象传感器83 的成像表面上形成为图象。此外，第一透镜组LG1和第二透镜组LG2 设置在X方向上第一棱镜LP1和第二棱镜LP2之间的光路上，也就是在 与X方向相应的倍率改变(变焦)操作或调焦操作中，第一透镜组LG1 和第二透镜组LG2的运动方向。另外，Z方向上由成像单元20的成像光 学系统占据的成像单元20的内部空间尺寸，能够处在Z方向上第一棱镜LP1或第二棱镜LP2的尺寸(厚度)范围内，这有助于在Z方向上减小 成像单元20的厚度，即使成像单元20包括变焦光学系统。此外，在成像单元20中，包含具有图象传感器83的电子电路部件 的盖板80用作支承光学系统的外壳21的遮盖件。由于盖板80适当固定 到外壳21上后图象传感器83的成像表面自动面对第二棱镜LP2的出射 表面LP2-o，所以可以将图象传感器83安装在成像单元20的光学系统的 图象形成平面处，而不需要任何复杂的支承结构。此外，为了关闭X方 向上伸长的前孔22，还可以将盖板80形成为X方向上伸长的形状，这使 得有可能将多个电子电路部件(包括图象传感器83和DSP 84)分散布 置在X方向上(部分在Y方向上)的不同位置处。作为结果，可以最小 化由这些电子电路部件占据的Z方向上的空间(或Z方向上这些电路部 件的厚度)，从而成功地将不仅包含光学系统而且包含电路的成像单 元20在整个Z方向上变薄。特别是，在成像光学系统的当前实施例中，如图ll中所示，Z方向 上第一棱镜LP1的尺寸大于成像单元20的任何其它光学元件(第二棱镜 LP2、第一透镜组LG1和第二透镜组LG2)的尺寸；也就是，第一棱镜 LPl设有入射表面LPl-i形成其上的伸出部分，伸出部分通过比成像单 元20的其它光学元件在Z方向上稍微更大的量向物侧伸出。盖板80处在 X方向上第一棱镜LP1的该稍微伸出部分的延伸处。换言之，盖板80处 在第一棱镜LP1的该稍微伸出位置大致处于的平面内。不妨说，利用Z 方向上第一棱镜LP1和其它光学元件之间产生的空间(死空间)对盖板 80进行定位。这在节省空间效率方面获得进一步改善。特别是，在成 像光学系统被设计成具有宽的观察视角的情况下，由于第一棱镜LP1 倾向于具有较大尺寸，因此盖板80的这种特殊定位是有效的。在例如移动电话10的具有面对用。户的显示装置的电子设备中，由 于显示装置自己在二维方向(X-Y方向)上占据一定区域，所以可轻松 获得用于安装多个部件的空间。例如，由于成像单元20的X方向对应于 液晶显示器16的宽度，所以可以在显示部分12的X方向上轻松获得相对 长的光路长度。另一方面，在液晶显示器16的厚度方向(即Z方向)上， 显示部分12的内部元件的尺寸(厚度)相对于液晶显示器16更易于影 响(增加)显示部分12的厚度。反之，如果诸如成像单元20的显示部分12的内部组件可以在Z方向上变薄，则可以最小化移动电话10的整个厚度。成像单元20的上述结构可以在Z方向上缩减成像单元20的尺寸， 由此可能有助于縮减移动电话10的厚度。在显示部分12中布置成像单元20,使得成像单元20的长度方向(即 X方向)与显示部分12的横向方向(即大致平行于一对铰链销13a的轴 Q的方向) 一致，并使得成像单元20的短长度(高)方向(即Y方向) 与显示部分12的纵向方向(即大致垂直于一对铰链销13a的轴Q的方向) 一致。换句话说，如图1和2中所示，将成像单元20定位在显示部分12 中，从而安装在成像单元20中成像光学系统的中间光轴OP-C成为大致 平行于一对铰链销13a的轴Q。由于成像单元20在显示部分12的纵向方 向上被安装在铰链部分13和液晶显示器16之间，所以用于安装在显示 部分12的所述纵向方向上延伸的成像单元20的空间受到液晶显示器16 尺寸的限制。另一方面，液晶显示器16在显示部分12的横向方向上对 安装成像单元20的空间没有限制。因此，成像单元20相对于显示部分 12的上述方向，使按照节省空间的模式在显示部分12中安装成像单元 20、而成像单元20不妨碍液晶显示器16成为可能。换句话说，可以采 用具有宽显示区域的液晶显示器16。在成像单元20中，与成像(图象捕捉)相关的电路部件被集成在 盖板80上从而不需要复杂的导线，这使简化成像单元20的电子装备结 构成为可能。此外，还将盖板80设计成使电子噪声不容易加到经由图 象传感器83和DSP 84输出的照片图象的图象信号上。如上所述，在成 像单元20的成像光学系统中，在沿着中间光轴OP-C的X方向上的光路 长度较长，以保证第一透镜组LG1和第二透镜组LG2的移动范围。盖板 80具有基本平行于中间光轴OP-C的平板表面，并且是沿着中间光轴 OP-C在X方向上伸长的矩形形状，中间光轴OP-C是成像单元20的主光 轴。如图11和12中所示，在盖板80上的元件中，图象传感器83布置在 紧邻盖板80在X方向上相反末端之一的基底90部分上，面对第二棱镜 LP2的出射表面LP2-o，而DSP 84布置在基底90上在X方向上与图象传 感器83相邻的位置(比图象传感器83相对更靠近第一棱镜LP1的位置) 处。石英振荡器85布置在X方向上与DSP84基本相同的位置处，当然在 Y方向上与DSP 84的位置不同。对照用于产生图象的电子部件图象传感器83和DSP 84，将电动机驱动器88布置在盖板80在X方向上紧邻另一个^■1^丄山Ll 口n 丄r- a a丄^V 、 f /VA"丄+. AA T b -厶L An,l上L il7入r HJh一 ^一 0 ^不乂而^j:， Ki」显个仄su耳文t安虹先一个夂niLP丄tr、J一i则H'、J糸"邻处。a守ij:sr 84布置 在X方向上比电动机驱动器88更靠近图象传感器83的位置处。根据这种配置，用作第一透镜组LG1和第二透镜组LG2的驱动电路 的电动机驱动器88和图象传感器83可以布置在相同盖板80上，而可能 成为照片图象信号的噪声源的电动机驱动器88可以布置在充分远离图 象传感器83和DSP 84的位置处。从而，即使将包括盖板80的成像单元 20设计成结构简单和大小紧凑(特别是在Z方向上变薄)，也能够以较 低噪声获得高品质照片图象。此外，在盖板80中，DSP 84与电动机驱 动器88之间的X方向区域被有效用于安装ROM86和RAM87。因此，盖 板80通常也具有出色的空间节省效率。在图12中示出的实施例中，将具有大致矩形形状的图象传感器83 布置在盖板80上，使图象传感器83的长侧和短侧分别在X方向和Y方向 上延伸，并将例如DSP 84、电动机驱动器88和其它部件的盖板80上的 其余电路部件布置在与图象传感器83'的一个短侧(关于图12的图象传 感器83的左手侧)相邻的盖板80的区域中。对照这种安排，如图18中 所示，还可以用矩形形状图象传感器83的纵向方向在Y方向上延伸的方 式将图象传感器83布置在盖板80上，从而使图象传感器83的长侧和短 侧分别在Y方向和X方向上延伸，即图象传感器83的纵向方向基本上垂 直于盖板80的纵向方向。在这种情况下，例如DSP 84和其它部件的盖 板80上的其余电路部件位于盖板80的与图象传感器83的一个长侧相邻 的区域(关于图18的图象传感器83的左手侧)中，类似于图12中示出 的安排。在图18中示出的实施例中，DSP 84也被布置在盖板80上在X 方向上比电动机驱动器88更靠近图象传感器83的位置处，类似于图12 中示出的布置。在图12或图18中示出的实施例中，例如上述成像单元 20的最小化和照片图象的降噪两者都得到保证，这是由于除了图象传 感器83之外的所有电路部件的位置仅被集中在盖板80上与矩形形状图 象传感器83的四个侧面之一相邻的区域中。特别是在图18中示出的实 施例中，由于图象传感器83被布置成长侧的方向向盖板80短侧的方向 (Y方向)延伸，所以在盖板80长侧的方向(盖板80的主光轴方向，即 X方向)上可以保证盖板80上较大的安装空间，这使增大图象传感器83与电动机驱动器88之间的距离成为可能，因此对于干扰照片图象信号 的噪声的降低是有利的。如上所述，成像单元20的当前实施例在制造和维护期间易于处理 方面是出色的。此外，将成像单元20的当前实施例配置成即使成像单 元20尺寸紧凑也不容易经由图象传感器83和DSP 84把电子噪声加到所 获得的照片图象上。从而，成像单元20的当前实施例适于安装在例如 移动电话10的便携式电子设备中。在如图ll中所示的上述实施例中，将除了图象传感器83之外的盖 板80上的电子电路部件(其包括例如DSP 84)安装到图象传感器83安 装于其上的盖板80的表面，g卩，安装到当将盖板80固定到外壳21上时 面对外壳21内部的盖板80的内表面。该结构增强了外壳21内部空间的 使用性，由此使成像单元20进一步小型化成为可能。另外，该结构在 保护盖板80上的电子电路部件免于受损和防尘方面是有效的。不过，在图15中示出的成像单元120中，有可能使盖板180上含有 的并非是图象传感器183的电子电路部件，即DSP 184、石英振荡器185、 ROM 186、 RAM187和电动机驱动器188 (其分别对应于图ll中示出的 那些)布置在基底190 (对应于图11中示出的基底90的)的外表面(面 对物侧的表面)上，所述外表面在基底190的与图象传感器183侧相反 表面上。除了盖板180之外的成像单元120的结构与图11中示出的成像 单元20的第一实施例的结构相同，而与成像单元20的元件相同的成像 单元120的元件用相同的附图标记表示。在成像单元120中，盖板180用 作用于关闭(覆盖)外壳21前孔22的覆盖件。由盖板180的外表面支承 于其上的例如DSP 184的电子电路部件不进一步从入射表面LPl-i向物 侧伸出，由此不妨碍Z方向上成像单元120的最小化。此外，根据本发明，安装在显示郁分12中的成像单元可以象图16 中所示的成像单元220和图17中所示的成像单元320那样构造。不同于 图11中示出的成像单元20和图15中示出的成像单元120，图16中示出的 成像单元220构造成使沿着中间光轴OP-C入射在第二棱镜LP2'的入射 表面LP2-i'上的光向后反射向成像单元220的后面(即，反射向物侧的 对侧)，以便沿着与入射光轴OP-l方向相同的出射光轴OP-2'从成像单 元220射出。在支承包括第二棱镜LP2'的光学元件的成像单元220的外壳221中，关闭对应于图11和15中所示外壳21的前孔22的外壳221的那 一部分，而后孑L227形成在面对第二棱镜LP2'的出射表面LP2-o'的外壳 221后壁的一部分中。后孔227形成为从位于出射光轴OP-2'延伸处的出 射部分(由第二棱镜LP2'的反射表面LP2-r'反射的光从该处射出外壳 221)向X方向上沿着中间光轴OP-C侧面(平行于中间光轴OP-C)的区 域延伸，而后孔227被其上包含图象传感器283的盖板280覆盖。盖板280 设有例如全都安装在基底290相同侧上不同位置处的诸如图象传感器 283、 DSP284、石英振荡器285、 ROM 286、 RAM 287和电动机驱动器 288的电子电路部件。在盖板280被固定到外壳221上的情况下，图象传 感器283被定位成使图象传感器283面对第二棱镜LP2'的出射表面 LP2-o'，从而使装在基底290相同侧上的DSP 284、石英振荡器285、ROM 286、 RAM 287和电动机驱动器288被容纳在沿着(平行于)中间光轴 OP-C延伸的外壳221的空间中。图17示出在移动电话10的显示部分12中成像单元的另一个实施 例。图17中示出的成像单元320中包含的成像光学系统的光学配置与图 16中示出的成像单元220中包含的成像光学系统的光学配置相同，而成 像单元320与成像单元220的不同之仅在于盖板380上包含的图象传感 器383和其它电路部件(DSP 384、石英振荡器385、 ROM 386、 RAM 387 和电动机驱动器388)安装在成像单元320的基底390的两侧上，并非基 底390的同一侧上，从而不是安装在图16中示出的成像单元220中基底 2卯的相同侧上。也就是，当盖板380固定到外壳221上时，图象传感器 383被定位成面对第二棱镜LP2'的出射表面LP2-o'，类似于图16中示出 的图象传感器283。不过，DSP384、石英振荡器385、 ROM 386、 RAM 387和电动机驱动器388被定位在成像单元320的后面，从而暴露于外 部。即使在上述成像单元220和320的配置中，成像单元220和320与图 11中示出的成像单元20及图15中示出的成像单元120也是共同的，原因 在于包含图象传感器(83、 183、 283或383)的盖板(80、 18、 280或 380)用作对外壳(21或221)的覆盖件，从而，成像单元220和320也 可以获得与图11中示出的成像单元20中获得的上述效果相同的效果。 由于在成像单元的每个上述实施例中都将电动机驱动器(188、 228或388)定位成在X方向上与图象传感器(183、 283或383)充分间隔开， 因此电动机驱动器引起的电子噪声只对照片图象产生很小的影响。类似于盖板80的第一实施例，分别在图15、 16和17中示出的各盖 板180、 280和380都是钢性板，其中基底(190、 290或390)由非柔性 绝缘材料制成；此外，各盖板180、 280和380也是包括多层布线图案的 多层布线板。虽然已经参考上述实施例和附图讨论了本发明，但本发明不只限 于这些特殊实施例，不背离其精神和必要特征对成像单元进行多种更 改是可行的。例如，根据本发明的成像单元不仅可以被装入移动电话中而且可以 被装入例如数码相机(静态视频照相机)、数码摄像机(运动视频照 相机)、个人数字助理(PDAs)、个人计算机和移动计算机的任何类 型移动设备中。另外，本发明不限于使用变焦光学系统的成像单元类 型，尽管成像单元的每个上述实施例都使用了包括布置在两个棱镜之 间的两个可移动透镜组的变焦光学系统。可以在这里介绍的本发明的特殊实施例中进行多种变化，这种 变体要在本发明要求的精神和范围内。要指出这里包含的全部内容都 是示例性的并不限制本发明的范围。
权利要求
1、一种成像装置，包括成像光学系统，包括至少一个可移动光学元件；图象传感器，其成像表面处在所述成像光学系统的图象形成平面上；电路板，所述图象传感器被安装在其上；以及用于处理从所述图象传感器输出的图象信号的图象处理电路和用于所述可移动光学元件的驱动电路，所述图象处理电路和所述驱动电路两者都被安装在所述电路板上，其中所述图象处理电路和所述驱动电路按照从更接近于所述图象传感器的侧面的顺序依次布置在所述电路板上。
2、 根据权利要求1所述的成像装置，其中在所述电路板上所述 图象处理电路和所述驱动电路之间的距离大于在所述电路板上所述图 象传感器和所述图象处理电路之间的距离。
3、 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述可移动光学元件 在所述成像光学系统的主光轴方向上可移动，其中所述成像光学系统包括分别被布置在所述主光轴的相反末端 以使所述主光轴的所述相反末端以直角转弯的入射侧棱镜和出射侧棱 镜，以及其中所述电路板平行于所述主光轴，包括面对所述出射侧棱镜的 出射表面的所述电路板表面上的所述图象传感器，并进一步包括所述 驱动电路，使所述驱动电路位于紧邻所述入射侧棱镜处。
4、 根据权利要求3所述的成像装置，其中所述成像光学系统包 括变焦光学系统，以及其中所述可移动光学元件是沿着所述主光轴移 动的改变所述变焦光学系统焦距的透镜组。
5、 根据权利要求1所述的成像装置，进一步包括在所述图象处理电路和所述驱动电路之间的所述电路板区域中被布置的电路部件。
6、 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述电路板包括钢性板。
7、 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述电路板包括多层 布线板。
8、 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述图象传感器和所 述驱动电路分别被布置在所述电路板上所述电路板纵向方向上的相反 末端处。
9、 一种成像装置，包括成像光学系统和图象传感器，所述图象 传感器的成像表面处在所述成像光学系统的图象形成平面上，所述成像光学系统包括至少一个沿着所述成像光学系统的主光轴可移动的可移动光学元 件；以及经过所述可移动光学元件的光沿着基本上垂直于所述主光轴的出 射光轴从出射部分出射，其中所述图象传感器被安装在基本平行于所述主光轴的电路板的 所述电路板在所述主光轴方向上的相反末端之一处，以便面对所述成 像光学系统的所述出射部分，其中所述成像装置进一步包括驱动电路和图象处理电路，所述驱 动电路用于所述可移动光学元件并安装在所述电路板上、在所述主光 轴方向上处于所述电路板的所述相反末端的另一个末端处，图象处理 电路用于处理从所述图象传感器输出的图象信号并安装在所述图象传 感器和所述驱动电路之间的所述电路板上，以便在所述主光轴的所述 方向上位于比所述驱动电路更靠近所述图象传感器的位置处。
10、 根据权利要求9所述的成像装置，其中所述电路板包括钢性
11、 根据权利要求9所述的成像装置，其中所述电路板包括多层 布线板。
12、 根据权利要求9所述的成像装置，其中所述图象传感器和所 述驱动电路分别被布置在所述电路板上所述电路板的纵向方向上的相 反末端处。
13、 一种成像装置，包括. 成像光学系统，包括至少一个可移动光学元件；图象传感器，其成像表面位于所述成像光学系统的图象形成平面 上；以及电路板，所述图象传感器被安装在该电路板上，其中每个所述图象传感器和所述电路板基本上都是矩形形状的，其中所述图象传感器被布置在所述电路板上，所述图象传感器的纵向方向基本上垂直于所述电路板的纵向方向，以及其中用于处理从所述图象传感器输出的图象信号的图象处理电路和用于所述可移动光学元件的驱动电路被布置在所述电路板上临近所述图象传感器的一个长侧的区域中。
14、 根据权利要求13所述的成像装置，其中所述电路板包括钢 性板。
15、 根据权利要求13所述的成像装置，其中所述电路板包括多 层布线板。
16、 根据权利要求13所述的成像装置，其中所述图象传感器和 所述驱动电路分别被布置在所述电路板上所述电路板的纵向方向上的 相反末端处。
全文摘要
一种成像装置包括包括至少一个可移动光学元件的成像光学系统；图象传感器，其成像表面位于成像光学系统的图象形成平面上；图象传感器安装于其上的电路板；以及用于处理从图象传感器输出的图象信号的图象处理电路和用于可移动光学元件的驱动电路，图象处理电路和驱动电路两者都安装在电路板上。图象处理电路和驱动电路按照从更接近于图象传感器的侧面的顺序依次布置在电路板上。
文档编号H04N5/225GK101256345SQ20081008222
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月26日 优先权日2007年2月26日
发明者多田英二郎, 奥田功, 野村博, 金子敦美 申请人:宾得株式会社