JP2004096673A - Drive mechanism for pixel sliding, and driving device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize miniaturization of a drive mechanism for pixel shifting. <P>SOLUTION: In a space surrounded by the outermost peripheral part including a region 1A, and by a region 1B inside the region 1A, a piezoelectric element 4 is arranged, in such a manner that one and the other of two facing surfaces perpendicular to a driving direction are fixed with the regions 1A, 1B, respectively. The regions 1A and 1B are linked with each other, by using metal sections 1C at four parts which are symmetrical with a driven shaft AX passing a center of the two facing surfaces of the piezoelectric element 4, thin in the direction of the driven shaft AX and thick in a direction perpendicular to the driven shaft AX. The one and the other of the two facing surfaces of the piezoelectric element 4 are positioned on the sides which are opposite to each other to a center line CL, which is perpendicular to the driven shaft AX and is isolated at equal distance from the two metal sections 1C, which are positioned on the same side of the driven shaft AX. At least a pair of holes 2, 3 for fixing against the outside are arranged respectively on both sides of the center line CL in the region 1A and both sides of the driven shaft AX in the region 1B, thereby constituting the drive mechanism. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素ずらしを行うためのイメージセンサの駆動機構及び駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ビデオカメラや電子スチルカメラ等においてイメージセンサの分解能(解像度)を高める方法として、「画素ずらし」という方法が存在する。以下、イメージセンサの分解能について説明し、続いて画素ずらしの方法について説明し、続いて画素ずらしのために従来提案されていた駆動機構,駆動装置について説明する。
【0003】
〔1.イメージセンサの分解能〕
イメージセンサでは、一般に、図1に示すように複数の画素Pが水平方向(図の横方向)及び垂直方向(図の縦方向)に離散的に配列されている。Px,Pyは、それぞれ水平方向,垂直方向の画素ピッチである。
【0004】
図2に示すように、ピッチOxの縦ストライプ(黒線(図の斜線部分)と白線との組み合せ)の被写体51をこのイメージセンサで撮像したとすると、カメラ内の光学系(レンズ)52により、ピッチlxの縦ストライプ像53がイメージセンサに投影される。
【0005】
このとき、図3に示すように縦ストライプ像53のピッチlxが水平方向の画素ピッチPxの2倍であれば、縦ストライプの隣り合う黒線(図の斜線部分),白線からの光がそれぞれ水平方向に隣り合う画素Pに投影されるので、隣り合う黒線,白線を識別できるような状態で被写体51を撮像することができる。これに対し、ピッチlxが画素ピッチPxの2倍未満であると、隣り合う黒線,白線を識別できるような状態で被写体51を撮像することはできなくなる。
【0006】
したがって、ピッチlxが画素ピッチPxの2倍である縦ストライプ像が投影されるときが、イメージセンサの水平方向の分解能の限界である。このとき、イメージセンサからは、図4に示すように、水平転送クロック(周期τph)に同期してハイレベルとロウレベルとを繰り返す信号が出力する。
【0007】
テレビジョンの分野では、イメージセンサの水平方向の分解能は次の(1)式によって定義されている。
RPh=Kh×Nh …(1)
但し、RPhは水平方向の分解能、Khはイメージセンサの撮像面の縦横比(例えば3対4のときは0.75)、Nhはイメージセンサの水平方向の画素数である。
【0008】
水平方向の分解能の限界では、図3に示したように画素ピッチPxの2倍のピッチlxの縦ストライプ像がイメージセンサに投影されるので、水平方向の画素数の半分の本数のストライプ(1本のストライプは1本の黒線と1本の白線との組み合せ)がイメージセンサに投影されることになる。したがって、(1)式は、このストライプの本数を用いて次の(2)式のように表現することもできる。
RPh=Kh×Noh …(2)
但し、Nohは、イメージセンサに投影される縦ストライプ像のストライプの最大本数の2倍の数である。
【0009】
図2〜図4では水平方向について示したが、垂直方向についても、図5に示すようなピッチOyの横ストライプの被写体54を撮像したとすると、イメージセンサに投影される横ストライプ像のピッチが図1の垂直方向の画素ピッチPyの2倍であるときが、垂直方向の分解能の限界である。
【0010】
この垂直方向の分解能は、上記(1)式,(2)式に代えて、次の(3)式,(4)式で表現される。
RPv=Kv×Nv …(3)
但し、RPvは垂直方向の分解能、Kv=1、Nvはイメージセンサの垂直方向の画素数である。
【0011】
RPv=Kv×Nov …(4)
但し、Novは、イメージセンサに投影される横ストライプ像の最大ストライプ数の2倍の数である。
【0012】
〔2.画素ずらしの方法〕
〔2−1.通常のイメージセンサへの適用〕
図1に示した画素配列のイメージセンサで、一定のタイミング毎に、図6に示すように、各画素Pを実線の箇所に位置させた状態と、各画素Pをこの実線の位置から水平方向にPx/2だけずらした破線の箇所に位置させた状態とを交互に繰り返しながら、同じ被写体を撮像する。具体的には、テレビジョン画像の撮影であれば、例えば奇数フレームでは各画素Pを実線の箇所に位置させ、偶数フレームでは各画素Pを破線の箇所に位置させる。
【0013】
そして、各画素Pを実線の箇所に位置させた際のイメージセンサの出力信号と、各画素Pを破線の箇所に位置させた際のイメージセンサの出力信号とを合成する。
【0014】
図2に示したピッチOxの縦ストライプの被写体51をこの方法で撮像したとすると、図7に示すように、イメージセンサに投影される縦ストライプ像53のピッチlxが水平方向の画素ずらし量Px/2の2倍であれば(すなわち画素ピッチPxと同じであれば)、縦ストライプの隣り合う黒線(図の斜線部分),白線からの光がそれぞれ水平方向に隣り合う画素Pに投影されるので、隣り合う黒線,白線を識別できるような状態で被写体51を撮像することができる。
【0015】
このとき、画素ピッチが1/2のPx/2になったのと同等であり、図3との対比からも明らかなように、イメージセンサの水平方向の分解能が2倍になる。
【0016】
また、このとき、水平方向の画素数が2倍になったのと同等であるから、図4に示した水平転送クロックの周期がτph/2になったのに相当し、また、前述のテレビジョンの分野での定義((1)式)からは水平方向の分解能が次の(5)式のように表される。
RPh=Kh×2Nh …(5)
【0017】
ここでは、各画素Pを画素ピッチPxの1/2であるPx/2だけずらした例を挙げたが、各画素Pを水平方向に画素ピッチPxの1/Mh(Mhは整数)ずつずらした箇所に順次位置させて撮像した場合には、前述のテレビジョンの分野での定義からは水平方向の分解能が次の(6)式のように表されることになる。
RPh=Kh×Nh×Mh …(6)
【0018】
また、ここでは水平方向について説明したが、垂直方向についても、各画素Pを垂直方向に画素ピッチPyの1/Mv(Mvは整数)ずつずらした箇所に順次位置させて撮像した場合には、前述のテレビジョンの分野での定義((3)式)からは垂直方向の分解能が次の(7)式のように表されることになる。
RPv=Kv×Nv×Mv …(7)
【0019】
〔2−2.1チップカラーイメージセンサへの適用〕
この画素ずらしの方法は、画素上にカラーフィルターを配列したイメージセンサである1チップカラーイメージセンサにも適用できる。例えば、RGBのカラーフィルターを図8に示すように配列した1チップカラーイメージセンサについて、グリーンの画素にのみ着目すると、図9に示すように、水平方向,垂直方向の画素ピッチはそれぞれ図1のイメージセンサの画素ピッチと同じくPx,Pyであるが、斜め方向の画素ピッチは図1のイメージセンサの画素ピッチPsの2倍の2Psになる。したがって、そのままでは、斜め方向のグリーンの分解能が図1のイメージセンサの斜め方向の分解能の1/2になってしまう。
【0020】
そこで、この1チップカラーイメージセンサで、画素ずらし量を水平方向にPxだけとって画素ずらしを行う。すると、グリーンの画素については、図10に示すように、実線の箇所に位置する状態と、この実線の位置から水平方向にPxだけずれた破線の箇所に位置する状態とが交互に繰り返すようになる。
【0021】
このとき、グリーンの画素の斜め方向の画素ピッチが1/2のPsになったのと同等であり、グリーンの画素についての斜め方向の分解能が2倍(図1のイメージセンサの斜め方向の分解能と同じ)になる。
【0022】
なお、1チップカラーイメージセンサに対して前出の〔2−1.通常のイメージセンサへの適用〕で説明した画素ずらしを併せて行うことによって水平方向,垂直方向の分解能を高める(例えば、図8の1チップカラーイメージセンサでレッドやブルーの画素の水平方向,垂直方向の分解能を高める)ことももちろん可能である。
【0023】
〔3.従来の画素ずらしのための駆動機構,駆動装置〕
以上のような画素ずらしを行うためにイメージセンサの位置を周期的に変化させる手段については従来からいくつかのものが提案されているが、特開平1−123580号公報には、図19に示すような、圧電素子を用いた駆動装置が開示されている。この駆動装置は、最小単位の駆動機構である水平方向微少変位板150,垂直方向微少変位板151と、CCD基板取付ブラケット169とを主な構成要素としている。
【0024】
水平方向微少変位板150,垂直方向微少変位板151は、互いに同一構造をしており、バネ状金属片(150s,151s)で連結された固定部(150a,151a)と可動部(150m,151m)とを圧電アクチュエータ(圧電素子)(152,153)で相対的に変位させるようになっている。CCD基板取付ブラケット169は、CCD基板101a(CCD101を固定し、配線パターンが形成された基板)を固定するようになっている。
【0025】
垂直方向微少変位板151の固定部151aは、レンズマウント167に対して固定された取付板172に固定される。水平方向微少変位板150の固定部150aは、固定部と可動部との相対的変位の向きを垂直方向微少変位板151とは直交させるようにして、垂直方向微少変位板151の可動部151mに固定される。CCD基板取付ブラケット169は、水平方向微少変位板150の可動部150mに固定される。
【0026】
フィールド信号に同期した電圧を圧電アクチュエータ152,153に供給すると、垂直方向微少変位板151の可動部151mが変位することにより水平方向微少変位板150全体が(したがってCCD基板取付ブラケット169に固定されたCCD101の位置が)レンズマウント167に対して周期的に変位するとともに、水平方向微少変位板150の可動部150mが(したがってCCD101の位置が)それとは直交する向きに周期的に変位する。これにより、水平方向,垂直方向の画素ずらしが行われる。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビデオカメラや電子スチルカメラは近年カメラ本体の小型化が進んでおり、それに伴い、画素ずらしを行うためのイメージセンサの駆動装置にも小型化が要求されている。
【0028】
このイメージセンサの駆動装置を小型化するためには、次の(a)及び(b)の点を検討することが必要である。
(a)駆動機構の小型化。
(b)イメージセンサの保持機構の小型化。
【0029】
さらに、この駆動装置を設けるカメラ本体の小型化を実現するためには、次の(c)の点の検討も必要である。
(c)イメージセンサを駆動装置に搭載(保持機構に保持)した状態で、イメージセンサに電気的に接続する回路(電源を供給する回路や、駆動パルスを供給する回路や、イメージセンサの出力信号を処理する回路)の設置スペースを節約すること。
【0030】
しかし、上記公報に開示された従来の駆動装置は、以下のように、この(a)〜(c)のいずれの点からも小型化に限界があった。
【0031】
〔(a)の点について〕
駆動機構(水平方向微少変位板,垂直方向微少変位板)を小型化するためには、相対変位する2つの領域(固定部,可動部),圧電素子それぞれの配置関係が重要である。しかるに、上記公報には、この配置関係を考慮した記載は存在していない。また、図19にも表れているように、圧電アクチュエータ152,153がそれぞれ駆動機構の端のほう(水平方向微少変位板150では固定部150a,可動部150mのうち外側の領域である固定部150aの端のほう、垂直方向微少変位板151では固定部151a,可動部151mのうち外側の領域である可動部151mの端のほう)に位置しているので、固定部150a,可動部151mのサイズ(面積)を大きくしなければならず、そのため駆動機構が大型化して(面積が広くなって)しまう。
【0032】
〔(b)の点について〕
CCD基板取付ブラケット169は、CCD101自体を直接保持するのではなく、図19にも表れているようにCCD101よりもかなり面積の広いCCD基板101aを保持するようになっている。そのため、CCD基板取付ブラケット169が大型化して(面積が広くなって)しまう。
【0033】
この(a)及び(b)の点から、上記公報に開示された駆動装置は、図19にも表れているようにCCD101の面積に対してかなり幅の太い形状になっており、したがって小型化には限界があった。
【0034】
〔(c)の点について〕
上記公報には、CCD基板101aに配線パターンを形成している旨の記載はあるが、CCD101に電気的に接続する回路を、この配線パターンとつないでどこに配置するのかについての記載は存在しない。また、図19に表れている駆動装置の形状からは、駆動装置の内側にはこの回路を配置することはできず、駆動装置の側方にこの回路を配置せざるを得ない。
【0035】
そのため、駆動装置とその側方の回路とを合わせた幅はCCD101の面積に対してさらに一層太くなってしまうので、この(c)の点からも、この駆動装置を設けるカメラ本体の小型化に限界があった。
【0036】
本発明は、上述の点に鑑み、圧電素子を用いた画素ずらし用の駆動装置を小型化することや、さらには、この駆動装置を設けるカメラ本体を、駆動装置に搭載したイメージセンサに電気的に接続する回路の設置スペースの点でも小型化できるようにすることを課題としてなされたものである。
【0037】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、まず、圧電素子を用いた画素ずらし用の駆動機構において、上記公報で考慮がなされていなかった相対変位する2つの領域,圧電素子それぞれの配置関係を明確にすることにより、駆動機構の小型化(上記(a)の点)の実現を図った。
【0038】
それは、最外周部を含む第1の領域と、この第1の領域の内側の第2の領域とに囲まれた空間に、圧電素子が、駆動方向に直交する2つの対向面の一方の面,他方の面をそれぞれこの第1の領域,第2の領域に固定されて設けられており、この第1の領域と第2の領域とは、この圧電素子のこの2つの対向面の中心を通る駆動軸に対して対称な、この駆動軸の方向に薄くこの駆動軸に直交する方向に厚い4箇所の金属部位で互いに連結されており、この圧電素子のこの2つの対向面の一方の面,他方の面は、この駆動軸と直交し且つこれらの4箇所の金属部位のうちこの駆動軸に対して同一側にある2つの金属部位から等距離にある中心線に対して互いに反対側に位置しており、この第1の領域におけるこの中心線の両側と、この第2の領域におけるこの駆動軸の両側とに、この駆動機構を外部に対して固定するための穴及び/または突起がそれぞれ少なくとも一対ずつ設けられており、この圧電素子に電圧を供給することにより、この第1の領域と第2の領域とがこの駆動軸の方向に相対的に変位するようにしたものである。
【0039】
この駆動機構では、圧電素子に周期的に変化する電圧を供給すると、圧電素子が周期的に駆動されることにより各連結部位が湾曲と復元とを周期的に繰り返すので、第1の領域と第2の領域とが駆動軸の方向での相対的な変位を周期的に繰り返す。
【0040】
したがって、第1の領域,第2の領域のうちの一方の領域を穴及び/または突起を介してイメージセンサに対して固定することにより、この駆動軸方向にイメージセンサの画素ずらしを行うことができる。
【0041】
この画素ずらしの周期や量(第1の領域と第2の領域との相対的変位の周期や量)は、圧電素子に供給する電圧の周期やレベルを調整することにより、容易且つ高精度に制御することができる。
【0042】
また、この駆動機構は、次のような点から、小型化が実現される。すなわち、まず、圧電素子の2つの固定面の一方の面,他方の面が、駆動軸と直交し且つ4箇所の連結部位のうち駆動軸に対して同一側にある2つの連結部位から等距離にある中心線に対して互いに反対側に位置している。これにより、駆動機構の中央部分(最外周部を含む第1の領域の中央部分)に圧電素子が収まっているので、上記公報に開示された従来の駆動装置のように駆動機構の面積が広くなることがなく、駆動機構の小型化(面積の狭い駆動機構)が実現される。
【0043】
さらに、この駆動機構では、第1の領域には中心線の両側に穴及び/または突起が設けられているのに対し、第2の領域には駆動軸の両側に穴及び/または突起が設けられている。このようにして、小型の駆動機構の第1の領域,第2の領域の両方を外部に対して固定することができる。
【0044】
このようにして、この駆動機構は、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができる。
【0045】
次に、本出願人は、圧電素子を用いた画素ずらし用の駆動装置において、従来検討されていなかった駆動機構の小型化(前述の(a)の点)及びイメージセンサの保持機構の小型化(前述(b)の点)を検討することにより、駆動装置の小型化を図った。
【0046】
それは、前述の本発明に係る駆動機構(但し、前述の駆動軸と中心線との交点からの第1の領域の穴及び/または突起の距離と、この交点からの第2の領域の穴及び/または突起の距離とを互いに等しくしたもの)が、水平駆動用駆動機構,垂直駆動用駆動機構として1つずつ用いられており、この水平駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちの一方の領域と、この垂直駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域とが、前述の穴及び/または突起を介し、且つ、この水平駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域とこの垂直駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちのこの一方の領域とが接触しないようにして、互いに固定されており、イメージセンサを保持するホルダーが、この水平駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域と、この垂直駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちのこの一方の領域とのうちのいずれか一方の領域に、前述の穴及び/または突起を介して固定されているものである。
【0047】
この駆動装置では、水平駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちの一方の領域と、この垂直駆動用駆動機構の第1の領域,第2の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域とが互いに固定されることにより、水平駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向と垂直駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向とが互いに直交する。
【0048】
イメージセンサをこの駆動装置のホルダーに保持し、水平駆動用駆動機構,垂直駆動用駆動機構のうちホルダーと固定されていないほうの駆動機構を、そのイメージセンサを設けるカメラの基準となる部位に固定した状態で、水平駆動用駆動機構の圧電素子,垂直駆動用駆動機構の圧電素子にそれぞれ周期的に変化する電圧を供給すると、水平駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向と垂直駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向との両方(互いに直交する方向)でイメージセンサが周期的に変位するので、イメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向,垂直配列方向の両方で行うことができる。
【0049】
前述のように、この駆動機構(水平駆動用駆動機構,垂直駆動用駆動機構)は、小型(狭い面積)の構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができる。また、このホルダーは、上記公報に開示された駆動装置のCCD基板取付ブラケット169のようにイメージセンサ(CCD101)よりもかなり面積の広いCCD基板101aを保持するものではなく、イメージセンサそのものを直接保持するものである。したがって、イメージセンサよりもわずかに広い面積を有すれば足りるので、小型化することができる。
【0050】
したがって、この水平駆動用駆動機構,垂直駆動用駆動機構及びホルダーから成る駆動装置は、上記公報に開示された駆動装置のようにイメージセンサ(CCD101)の面積に対してかなり幅の太い形状になることはなく、イメージセンサの面積に対してあまり幅の太くない細長い形状になる。これにより、小型な構成イメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向,垂直配列方向の両方向で行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができる。
【0051】
さらに、本出願人は、この本発明に係る画素ずらし用の駆動装置において、ホルダーに保持したイメージセンサに電気的に接続する回路の設置スペースを節約すること(前述の(c)の点)を検討することにより、この駆動装置を設けるカメラ本体の小型化を図った。
【0052】
それは、このホルダーを、イメージセンサを保持するための領域を上部に有し、ホルダーを駆動機構に対して固定するための領域を下部に有し、そのイメージセンサの電気的接続を行うための開口領域を側部に有し、この上部の領域と下部の領域との間に、イメージセンサと電気的に接続する回路を収納するためのスペースをさらに有する構造のものにすることである。
【0053】
このように、イメージセンサの電気的接続を行うための開口領域がホルダーの側部に(すなわちホルダー及び各駆動機構が固定された方向に直交する方向に口を開けて)存在することにより、この駆動装置に搭載したイメージセンサの電気的接続を容易に行うことができるようになる。
【0054】
そして、このようにホルダーそのものに回路の収納スペースを設けることにより、上記公報に開示された駆動装置のように駆動装置の側方に回路を配置する場合と異なり、回路の設置スペースを節約し、駆動装置と回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができる。したがって、その点でも、この駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるようになる。
【0055】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて具体的に説明する。
【0056】
図11は、本発明に係る画素ずらし用のアクチュエータ(駆動機構)の構成を示す平面図である。このアクチュエータ1は、平たい円筒形の金属片を加工することによって構成した直径,厚さがそれぞれ22mm,5.8mmの寸法のものであり、最外周部を含む円環状の領域(外周領域)1Aと、外周領域1Aの内側のU字状の領域(内周領域)1Bとに囲まれて、アクチュエータ1の中心(外周領域1Aの最外周円の中心)を含む直方体状の空間が存在している。
【0057】
この空間には、直方体状の圧電素子4が、駆動方向(直方体の長手方向)に直交する2つの対向面(図の左端の面及び右端の面)の一方の面,他方の面をそれぞれ接着剤で外周領域1A,内周領域1Bに固定することによって設けられている。
【0058】
この空間内での圧電素子4の位置は、圧電素子4の2つの固定面(前述の2つの対向面)の中心を結ぶ駆動軸AXがアクチュエータ1の中心を通るように決定されている。図にも表れているように、圧電素子4のこの2つの固定面の一方の面,他方の面は、駆動軸AXと直交し且つアクチュエータ1の中心を通る線である中心線CLに対して互いに反対側に位置している。
【0059】
また、この空間の幅(図の縦方向の寸法)は圧電素子4の幅よりも大きくなっており、圧電素子4の側面(長手方向の面)は外周領域1Aや内周領域1Bには接触していない。
【0060】
図12は、この圧電素子4の形状を示す斜視図である。圧電素子4の厚さHは、前述の金属片の厚さ未満になっている。圧電素子4には、電圧を供給する電極5が接続されている。
【0061】
図11に示すように、この電極5は、内周領域1Bの側面,外周領域1Aの側面にそれぞれ形成された穴(図示略)を通して、アクチュエータ1の側方に延びている。
【0062】
外周領域1Aと内周領域1Bとは、圧電素子4の駆動軸AXに対して対称な4箇所の連結部位1Cで互いに連結されている(図では、金属片のうちのこの連結部位1Cに、わかりやすくするために斜線を付している)。
【0063】
これらの連結部位1Cのうち、駆動軸AXに対して同一側にある2つの連結部位1Cは、互いに中心線CLから等しい距離にある。
【0064】
各金属部位1Cは、駆動軸AXの方向に薄く駆動軸AXに直交する方向に厚い板バネ形状をしており、圧電素子4が駆動されると、その駆動圧によって湾曲するともにその湾曲位置においてその駆動圧よりも弱い戻し圧を有し、その後駆動圧がなくなると、戻し圧によって速やかに元の位置に復元するようになっている。
【0065】
外周領域1Aにおける中心線CLの両側であって中心線CLと駆動軸AXとの交点(すなわち円筒の中心部)に対して対称な位置には、アクチュエータ1を外部に対して固定するための一対の穴2が形成されている。
【0066】
また、内周領域1Bにおける中心線CLの両側であって中心線CLと駆動軸AXとの交点に対して対称な位置にも、アクチュエータ1を外部に対して固定するための一対の穴3が形成されている。
【0067】
各穴2,3は、中心線CLと駆動軸AXとの交点から互いに等しい距離にあるとともに、互いに内径が等しくなっている。
【0068】
このアクチュエータ1の動作は、次の通りである。電極5を介して圧電素子4に周期的に変化する電圧を供給すると、圧電素子4が周期的に駆動されることにより各連結部位1Cが湾曲と復元とを周期的に繰り返すので、外周領域1Aと内周領域1Bとが駆動軸AXの方向での相対的な変位を周期的に繰り返す。
【0069】
したがって、外周領域1A,内周領域1Bのうちの一方の領域を穴(領域1Aでは穴2,領域1Bでは穴3)を介してイメージセンサに対して固定することにより、駆動軸AX方向にイメージセンサの画素ずらしを行うことができる。
【0070】
この画素ずらしの周期や量(外周領域1Aと内周領域1Bとの相対的変位の周期や量)は、圧電素子4に供給する電圧の周期やレベルを調整することにより、容易且つ高精度に制御することができる。
【0071】
また、このアクチュエータ1は、次のような点から、小型化が実現されている。すなわち、まず、圧電素子4の2つの固定面の一方の面,他方の面が、駆動軸AXと直交し且つ4箇所の連結部位1Cのうち駆動軸AXに対して同一側にある2つの連結部位1Cから等距離にある中心線CLに対して互いに反対側に位置している。これにより、アクチュエータ1の中央部分(外周領域1Aの中央部分)に圧電素子4が収まっているので、アクチュエータ1の小型化(面積の狭いアクチュエータ)が実現されている。
【0072】
これに対し、仮にこの2つの固定面を中心線CLに対して同一側に位置させた場合には、圧電素子4がアクチュエータ1の端のほう(外周領域1Aの端のほう)に位置するようになるので、外周領域1Aのサイズ(アクチュエータ1を構成する金属片自体のサイズ)を大きくしなければならず、そのためアクチュエータ1が大型化(面積が広くなって)してしまう。
【0073】
さらに、このアクチュエータ1では、外周領域1Aには中心線CLの両側に穴2が設けられているのに対し、内周領域1Bには駆動軸AXの両側に穴3が設けられている。このようにして、小型のアクチュエータ1の外周領域1A,内周領域1Bの両方を外部に対して固定することができるようになっている。
【0074】
これに対し、仮に内周領域1Bでも外周領域1Aと同じく中心線CLの両側に穴3を設けた場合には、駆動軸AX方向での内周領域1Bのサイズを大きくしなければならないので、やはりアクチュエータ1が大型化してしまう。
【0075】
このようにして、このアクチュエータ1は、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことがで、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができるようになっている。
【0076】
したがって、このアクチュエータ1は、高画素化や小型化が進んだビデオカメラや電子スチルカメラにおいてイメージセンサの画素ずらしを行うために用いるのに非常に適したものになっている。
【0077】
次に、図13は、本発明に係る画素ずらし用の駆動装置の構成要素を示す斜視図である。この駆動装置は、図11に示したアクチュエータ1を水平駆動用,垂直駆動用として1つずつ用いるとともに、CCDホルダー7を用いて構成される。
【0078】
アクチュエータ1(水平駆動用)の内周領域1Bと、アクチュエータ1(垂直駆動用)の外周領域1Aとが、この内周領域1Bの穴3とこの外周領域1Aの穴2とにワッシャ6(厚さ0.1mm)を挟んでビス(図示略)を通すことにより、アクチュエータ1(水平駆動用)の外周領域1Aとアクチュエータ1(垂直駆動用)の内周領域1Bとが接触しないようにして、互いに固定される。
【0079】
アクチュエータ1(水平駆動用)とアクチュエータ1(垂直駆動用)とをこのように固定することにより、アクチュエータ1(水平駆動用)の圧電素子4の駆動方向(図のX)とアクチュエータ1(垂直駆動用)の圧電素子4の駆動方向(図のY方向)とが互いに直交する。
【0080】
CCDホルダー7は、アクチュエータ1に用いた円筒形の金属片と略等しい直径の円筒形の金属片を加工することによって構成した直径,高さがそれぞれ20mm,7mmの寸法のU字状のものであり、その上部が、画素ずらしの対象であるCCD8(イメージセンサ)を直接保持するための領域になっている。CCD8の寸法は、一辺が12mm程度である。
【0081】
CCDホルダー7の下部は、アクチュエータ1の穴2,3と同じ内径の一対の穴(図示略)を、保持するCCD8の画素の水平配列方向と同じ方向上に穴2同士や穴3同士の間隔と同じ間隔で形成することにより、アクチュエータ1に対して固定するための領域になっている。
【0082】
また、CCDホルダー7の側部には、保持するCCD8と外部との電気的接続を行うための開口領域が設けられている。
【0083】
CCDホルダー7は、この下部領域の穴とアクチュエータ1(垂直駆動用)の内周領域1Bの穴3とにワッシャ6を挟んでビス(図示略)を通すことにより、アクチュエータ1(垂直駆動用)の内周領域1Bに対して固定される。
【0084】
CCDホルダー7とアクチュエータ1(垂直駆動用)とをこのように固定することにより、CCDホルダー7に保持するCCD8の画素の水平配列方向,垂直配列方向が、それぞれアクチュエータ1(水平駆動用)の圧電素子4の駆動方向(図のX),アクチュエータ1(垂直駆動用)の圧電素子4の駆動方向(図のY方向)と一致するようになる。
【0085】
アクチュエータ1(水平駆動用),アクチュエータ1(垂直駆動用),CCDホルダー7を互いにこのようにして固定することにより、画素ずらし用の駆動装置が構成される。図にも表れているように、この駆動装置は、アクチュエータ1を3つ重ねた程度のサイズであり、CCD8の面積に対してあまり幅の太くない細長い形状になっているので、やはり小型になっている。
【0086】
CCD8は、CCDホルダー7の上部領域に保持されることによってこの駆動装置に搭載される。
【0087】
図13には図示を省略しているが、CCDホルダー7に保持されたCCD8には、図14に示すように、CCDホルダー7の側部の開口領域を介して、フレキシブルプリント板9が接続される。フレキシブルプリント板9には、CCD8に電源を供給する電源回路や、CCD8に駆動パルスを供給する駆動回路や、CCD8の出力信号を処理する信号処理回路が搭載される。
【0088】
このように、CCD8の電気的接続を行うための開口領域がCCDホルダー7の側部に(すなわちCCDホルダー7及び各アクチュエータ1が固定された方向に直交する方向に口を開けて)存在することにより、この駆動装置に搭載したCCD8の電気的接続を容易に行うことができるようになっている。
【0089】
なお、CCDホルダー7の形状は、このようなU字形状である代わりに、図15Aに示すように側面の中程に電気的接続のための開口領域を設けた円筒形状であってもよく、あるいはまた、図15Bに示すように、側面の下端に電気的接続のための開口領域を設けた円筒形状であってもよい。
【0090】
さらに、CCDホルダー7を、CCD8を保持するための上部の領域と、アクチュエータ1に対して固定するための下部の領域との間に、CCD8と電気的に接続する回路を収納するためのスペースを有する構造のもの(この収納スペースの分だけ高くした形状のもの)にしてもよい。
【0091】
図17A,Bは、CCDホルダー7をそのような構造にした例をそれぞれ示しており、図13と共通する部分には同一符号を付している。図17Aの例では、電源回路,駆動回路及び信号処理回路を1個にモジュール化した回路10が、CCDホルダー7の収納スペース内で、CCD8と共通の基板(例えば、CCDホルダー7に固定できる硬さを持ったリジットな部分と、折り曲げができるフレキシブルな部分とを組み合わせたフレックス・リジット板)11に搭載されている。基板11には、CCDホルダー7の側部の開口領域を介して、回路10に対して信号の入出力を行う一対の信号線12が接続される。図17Bの例は、回路10を2個に分けた例である。
【0092】
このように、CCDホルダー7そのものに回路の収納スペースを設けることにより、画素ずらし用駆動装置の側方に回路を配置する場合と異なり、回路の設置スペースを節約し、駆動装置と回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができる。したがって、その点でも、この画素ずらし用駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるようになる。
【0093】
また、このようにCCDホルダー7内の収納スペースに電源回路や駆動回路や信号処理回路を収納することにより、これらの回路をCCD8の近くに配置することができるので、ノイズの影響が軽減されること等によりこれらの回路の動作精度も高くなる。
【0094】
なお、イメージセンサとしてはCCD以外にCMOSセンサーも広く用いられているが、図17Cは、画素ずらしの対象をCMOSとした場合に、CMOSを保持するホルダー(図13のCCDホルダー7と同様な構造のもの)にこの回路の収納スペースを設けた例である。CMOS用の電源回路や駆動回路や信号処理回路はCCD用のものよりも小型でCMOSと一体化させることが可能であり、この例では、このようにCMOS13と一体化された回路14が、CMOSホルダー12の収納スペース内に位置している。回路14には、CMOSホルダー12の側部の開口領域を介して、回路14に対して信号の入出力を行う一対の信号線15が接続される。
【0095】
ところで、図17にはホルダー内の収納スペースに全ての回路を収納する例を示したが、CCDホルダー7の場合には、CCD用の回路の規模(特に電源回路の規模)が大きいために、全ての回路を収納するスペースを設けようとするとCCDホルダー7が大型化してしまうこともある。
【0096】
図18は、そうした場合のためのCCDホルダー7内の収納スペースの例を示しており、図13,図17と共通する部分には同一符号を付している。この例では、CCDホルダー7には、駆動回路16及び信号処理回路17だけを収納するスペースが設けられている。これらの回路16及び17は、図17A,Bの回路10と同様に、CCDホルダー7の収納スペース内で、CCD8と共通の基板11に搭載されている。
【0097】
また、画素ずらし用駆動装置の下部(CCDホルダー7からみてアクチュエータ1(水平駆動用)の後方(図の右側))の空間に、電源回路18が基板21に搭載されて配置されている。そして、基板11と基板21とがCCDホルダー7の側部の開口領域を介してフレキシブルプリント板19でつながれ、各回路16〜18に対して信号の入出力を行う一対の信号線20が基板21に接続される。
【0098】
このように、特に回路規模の大きい電源回路のための収納スペースはCCDホルダー7には設けず、画素ずらし用駆動装置の下部の空間のほうに電源回路を配置することにより、CCDホルダー7の大型化を避け、且つ、画素ずらし用駆動装置と電源回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができる。
【0099】
図17,図18の例では、それぞれイメージセンサに電気的に接続する回路に対して信号の入出力を行う信号線を設けているが、例えば信号処理回路から無線で信号を出力させることにより、信号の出力を行う信号線のほうは省略するようにしてもよい。さらに、電源回路として、外部からの信号の入力が不要なバッテリーを用いることにより、信号の入力を行う信号線のほうも省略してよい。それにより、この画素ずらし用駆動装置を設けるカメラ本体を、さらに小型で且つ携帯性に優れたものにすることができる。
【0100】
図13において、アクチュエータ1(水平駆動用)の外周領域1Aは、穴2にワッシャ6を挟んでビス(図示略)を通すことにより、CCD8を設けるビデオカメラまたは電子スチルカメラ等の基準となる所定の部位(カメラのレンズに対して、レンズの光軸に直交する面における位置が固定された部位)に対して固定される。
【0101】
この駆動装置の動作は、次の通りである。アクチュエータ1(水平駆動用)の圧電素子4,アクチュエータ1(垂直駆動用)の圧電素子4に、それぞれ周期的に変化する電圧を供給する。
【0102】
すると、アクチュエータ1(水平駆動用)の外周領域1Aはカメラの基準となる部位に対して固定されているので、アクチュエータ1(水平駆動用)の内周領域1Bのほうが、カメラに対して駆動軸AXの方向(X方向)に周期的に変位する。
【0103】
アクチュエータ1(水平駆動用)の内周領域1Bとアクチュエータ1(垂直駆動用)の外周領域1Aとは互いに固定されているので、アクチュエータ1(垂直駆動用)も全体としてX方向に周期的に変位する。CCDホルダー7はアクチュエータ1(垂直駆動用)の内周領域1Bに対して固定されているので、CCDホルダー7もX方向に周期的に変位する。これにより、CCDホルダー7に保持されているCCD8が、画素の水平配列方向(X方向)に周期的に変位する。
【0104】
また、アクチュエータ1(垂直駆動用)の内周領域1Aが駆動軸AXの方向(Y方向)に周期的に変位するので、CCDホルダー7はY方向にも周期的に変位する。これにより、CCD8が画素の垂直配列方向(Y方向)にも周期的に変位する。
【0105】
このようにして、CCD8の画素ずらしを画素の水平配列方向,垂直配列方向の両方で行うことができる。
【0106】
図16は、アクチュエータ1(水平駆動用)の圧電素子4に供給する電圧のレベルの変化に対するCCD8のX方向での変位量(画素ずらし量)を測定した結果を示す。変位量が電圧レベルに比例して直線的に変化する(したがって変位量の高精度な制御が容易である)という結果が得られた。
【0107】
図示は省略するが、CCD8のY方向での変位量も、やはりアクチュエータ1(垂直駆動用)の圧電素子4に供給する電圧のレベルに比例して直線的に変化するという測定結果が得られた。
【0108】
このように、この駆動装置は、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向,垂直配列方向の両方向で行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行えるようになっている。
【0109】
また、前述のように、この駆動装置に搭載したCCD8の電気的接続も容易に行えるようになっている。また、図17,図18に示したようにCCDホルダー7そのものに回路の収納スペースを設けることにより、回路の設置スペースを節約し、駆動装置と回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができるので、その点でも、この駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるようになる。
【0110】
なお、以上の例では、アクチュエータ1の外周領域1A,内周領域1Bを、それぞれ穴2,穴3を介して外部(CCDホルダー7や、もう1つのアクチュエータ1や、カメラの基準となる部位)に対して固定している。しかし、別の例として、こうした穴の代わりに突起を設け、その突起を介して外周領域1Aや内周領域1Bを外部に対して固定するようにしてもよい。
【0111】
また、以上の例では、アクチュエータ1は円筒形状(外周領域1Aが円環状)になっている。しかし、これに限らず、円筒形以外の形状の金属片(例えば平たい直方体状の金属片)を加工することにより、アクチュエータ1を円筒形以外の形状にする(例えば外周領域1Aを四角い枠状にする)ようにしてもよい。
【0112】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【0113】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る画素ずらし用駆動機構によれば、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができるという効果が得られる。
【0114】
また、本発明に係る画素ずらし用駆動装置によれば、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向,垂直配列方向の両方向で行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができるという効果が得られる。
【0115】
さらに、本発明に係る画素ずらし用駆動装置によれば、この駆動装置に搭載したイメージセンサの電気的接続を容易に行えるという効果も得られる。
【0116】
さらに、本発明に係る画素ずらし用駆動装置によれば、この駆動装置に搭載したイメージセンサに電気的に接続する回路の設置スペースを節約することができるので、その点でも、この駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】イメージセンサの離散的画素構造を示す図である。
【図2】縦ストライプの被写体をイメージセンサで撮像する様子を示す図である。
【図3】縦ストライプ像のピッチと水平方向の画素ピッチとの関係を示す図である。
【図4】イメージセンサの出力信号を示す図である。
【図5】横ストライプの被写体を示す図である。
【図6】水平方向の画素ずらしの例を示す図である。
【図7】縦ストライプ像のピッチと水平方向の画素ずらし量との関係を示す図である。
【図8】1チップカラーイメージセンサの色フィルター配列を例示する図である。
【図9】1チップカラーイメージセンサのグリーンの画素ピッチを示す図である。
【図10】画素ずらしを行った1チップカラーイメージセンサのグリーンの画素を示す図である。
【図11】本発明の画素ずらし用アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図12】図11のアクチュエータに用いる圧電素子の形状を示す斜視図である。
【図13】本発明の画素ずらし用駆動装置の構成を示す斜視図である。
【図14】図13の駆動装置に保持したCCDの電気的接続の様子を示す図である。
【図15】図13の駆動装置のCCDホルダーの形状の変更例を示す図である。
【図16】図13の駆動装置によるCCDの変位量の測定結果を示す図である。
【図17】イメージセンサを保持するホルダーに回路の収納スペースを設けた例を示す図である。
【図18】イメージセンサを保持するホルダーに回路の収納スペースを設けた例を示す図である。
【図19】圧電素子を用いた従来の画素ずらし用駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータ、 2,3 穴、 4 圧電素子、 5 電極、 6 ワッシャ、 7 CCDホルダー、 8 CCD、 9 フレキシブルプリント板、 10 モジュール化した回路、 16 駆動回路、 17 信号処理回路、
18 電源回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving mechanism and a driving device of an image sensor for performing pixel shift.
[0002]
[Prior art]
As a method of increasing the resolution (resolution) of an image sensor in a video camera, an electronic still camera, or the like, there is a method called “pixel shift”. Hereinafter, the resolution of the image sensor will be described, a pixel shifting method will be described, and then a driving mechanism and a driving device that have been conventionally proposed for pixel shifting will be described.
[0003]
[1. Image sensor resolution)
In an image sensor, generally, as shown in FIG. 1, a plurality of pixels P are discretely arranged in a horizontal direction (horizontal direction in the figure) and a vertical direction (vertical direction in the figure). Px and Py are the pixel pitches in the horizontal and vertical directions, respectively.
[0004]
As shown in FIG. 2, assuming that a subject 51 of a vertical stripe (a combination of a black line (hatched portion in the figure) and a white line) with a pitch Ox is imaged by this image sensor, an optical system (lens) 52 in the camera is used. , A vertical stripe image 53 having a pitch lx is projected on the image sensor.
[0005]
At this time, as shown in FIG. 3, if the pitch lx of the vertical stripe image 53 is twice the pixel pitch Px in the horizontal direction, the light from the adjacent black line (hatched portion in the figure) and the white line of the vertical stripe are respectively Since the image is projected on the pixels P adjacent in the horizontal direction, the subject 51 can be imaged in a state where the adjacent black line and white line can be identified. On the other hand, if the pitch lx is less than twice the pixel pitch Px, the subject 51 cannot be imaged in a state where adjacent black lines and white lines can be identified.
[0006]
Therefore, when a vertical stripe image whose pitch lx is twice as large as the pixel pitch Px is projected, the resolution of the image sensor in the horizontal direction is the limit. At this time, as shown in FIG. 4, the image sensor outputs a signal that alternates between a high level and a low level in synchronization with the horizontal transfer clock (period τph).
[0007]
In the field of television, the horizontal resolution of an image sensor is defined by the following equation (1).
RPh = Kh × Nh (1)
Here, RPh is the resolution in the horizontal direction, Kh is the aspect ratio of the imaging surface of the image sensor (for example, 0.75 for 3 to 4), and Nh is the number of pixels in the horizontal direction of the image sensor.
[0008]
At the limit of the resolution in the horizontal direction, a vertical stripe image having a pitch lx twice as large as the pixel pitch Px is projected on the image sensor as shown in FIG. In the case of one stripe, a combination of one black line and one white line) is projected on the image sensor. Therefore, Expression (1) can also be expressed as Expression (2) below using the number of stripes.
RPh = Kh × Noh (2)
Here, Noh is twice the maximum number of stripes of the vertical stripe image projected on the image sensor.
[0009]
2 to 4 show the horizontal direction, but also in the vertical direction, assuming that the image of the horizontal stripe object 54 having the pitch Oy as shown in FIG. 5 is taken, the pitch of the horizontal stripe image projected on the image sensor becomes The vertical resolution is twice as large as the vertical pixel pitch Py in FIG. 1.
[0010]
This vertical resolution is expressed by the following equations (3) and (4) instead of the above equations (1) and (2).
RPv = Kv × Nv (3)
Here, RPv is the resolution in the vertical direction, Kv = 1, and Nv is the number of pixels in the vertical direction of the image sensor.
[0011]
RPv = Kv × Nov (4)
Here, Nov is twice the maximum number of stripes of the horizontal stripe image projected on the image sensor.
[0012]
[2. Pixel shifting method)
[2-1. Application to normal image sensor)
In the image sensor having the pixel array shown in FIG. 1, at a certain timing, each pixel P is positioned at a position indicated by a solid line as shown in FIG. The same object is imaged while alternately repeating the state of being positioned at the broken line shifted by Px / 2. Specifically, in the case of shooting a television image, for example, each pixel P is positioned at a position indicated by a solid line in an odd-numbered frame, and each pixel P is positioned at a position indicated by a broken line in an even-numbered frame.
[0013]
Then, the output signal of the image sensor when each pixel P is positioned at the position indicated by the solid line and the output signal of the image sensor when each pixel P is positioned at the position indicated by the broken line are synthesized.
[0014]
Assuming that a vertical stripe object 51 having a pitch Ox shown in FIG. 2 is imaged by this method, the pitch lx of the vertical stripe image 53 projected on the image sensor is equal to the horizontal pixel shift amount Px as shown in FIG. If it is twice (ie, the same as the pixel pitch Px), the light from the adjacent black line (hatched portion in the figure) and the white line of the vertical stripe are projected onto the pixel P adjacent in the horizontal direction. Therefore, the subject 51 can be imaged in a state where adjacent black lines and white lines can be identified.
[0015]
At this time, the pixel pitch is equal to Px / 2, which is 1 /, and the horizontal resolution of the image sensor is doubled as is apparent from comparison with FIG.
[0016]
Also, at this time, the number of pixels in the horizontal direction is equivalent to doubling, so that the period of the horizontal transfer clock shown in FIG. 4 is equivalent to τph / 2. From the definition in John's field (Equation (1)), the horizontal resolution is expressed as in the following Equation (5).
RPh = Kh × 2Nh (5)
[0017]
Here, an example is described in which each pixel P is shifted by Px / 2 which is 1 / of the pixel pitch Px, but each pixel P is shifted by 1 / Mh (Mh is an integer) of the pixel pitch Px in the horizontal direction. In the case where images are sequentially taken at different locations, the resolution in the horizontal direction is expressed by the following expression (6) according to the definition in the television field described above.
RPh = Kh × Nh × Mh (6)
[0018]
Although the horizontal direction has been described here, also in the vertical direction, when each pixel P is sequentially positioned at a position shifted by 1 / Mv (Mv is an integer) of the pixel pitch Py in the vertical direction, an image is taken. From the definition in the television field described above (Equation (3)), the resolution in the vertical direction is expressed by the following Equation (7).
RPv = Kv × Nv × Mv (7)
[0019]
[2-2.1 Application to chip color image sensor]
This pixel shifting method can also be applied to a one-chip color image sensor that is an image sensor in which color filters are arranged on pixels. For example, in a one-chip color image sensor in which RGB color filters are arranged as shown in FIG. 8, focusing only on the green pixels, as shown in FIG. 9, the pixel pitches in the horizontal and vertical directions are respectively as shown in FIG. Although Px and Py are the same as the pixel pitch of the image sensor, the pixel pitch in the oblique direction is 2Ps, which is twice the pixel pitch Ps of the image sensor of FIG. Therefore, as it is, the resolution of the green in the oblique direction is 1 / of the resolution in the oblique direction of the image sensor of FIG.
[0020]
Therefore, with this one-chip color image sensor, pixel shift is performed by taking the amount of pixel shift by Px in the horizontal direction. Then, for the green pixel, as shown in FIG. 10, the state of being located at the position of the solid line and the state of being located at the position of the broken line horizontally shifted by Px from the position of the solid line are alternately repeated. Become.
[0021]
At this time, the pixel pitch of the green pixel in the oblique direction is equal to 1/2 Ps, and the resolution of the green pixel in the oblique direction is double (the oblique resolution of the image sensor of FIG. 1). And the same).
[0022]
The above-mentioned [2-1. Application to Normal Image Sensors] to increase the resolution in the horizontal and vertical directions (for example, in the one-chip color image sensor shown in FIG. 8, the horizontal and vertical resolutions of the red and blue pixels). It is of course possible to increase the resolution in the direction).
[0023]
[3. Conventional drive mechanism and drive for pixel shifting]
As means for periodically changing the position of the image sensor in order to perform the above-described pixel shift, some means have been conventionally proposed. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-123580 discloses a means shown in FIG. Such a driving device using a piezoelectric element is disclosed. The main components of this driving device are a horizontal minute displacement plate 150, a vertical minute displacement plate 151, and a CCD board mounting bracket 169, which are the minimum unit driving mechanisms.
[0024]
The horizontal minute displacement plate 150 and the vertical minute displacement plate 151 have the same structure as each other, and are fixed (150a, 151a) and movable (150m, 151m) connected by spring-like metal pieces (150s, 151s). ) Are relatively displaced by piezoelectric actuators (piezoelectric elements) (152, 153). The CCD board mounting bracket 169 fixes the CCD board 101a (a board on which the CCD 101 is fixed and a wiring pattern is formed).
[0025]
The fixing portion 151a of the vertical minute displacement plate 151 is fixed to a mounting plate 172 fixed to the lens mount 167. The fixed portion 150a of the horizontal minute displacement plate 150 is attached to the movable portion 151m of the vertical minute displacement plate 151 such that the direction of relative displacement between the fixed portion and the movable portion is orthogonal to the vertical minute displacement plate 151. Fixed. The CCD board mounting bracket 169 is fixed to the movable part 150m of the horizontal minute displacement plate 150.
[0026]
When a voltage synchronized with the field signal is supplied to the piezoelectric actuators 152 and 153, the movable portion 151m of the vertical-direction minute displacement plate 151 is displaced, so that the entire horizontal-direction minute displacement plate 150 is fixed to the CCD substrate mounting bracket 169. The position of the CCD 101 is periodically displaced with respect to the lens mount 167, and the movable portion 150m of the horizontal minute displacement plate 150 (the position of the CCD 101) is periodically displaced in a direction orthogonal to the position. As a result, pixel shifting in the horizontal and vertical directions is performed.
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the size of a video camera or an electronic still camera has recently been reduced in size, and accordingly, a driving device for an image sensor for performing pixel shift has also been required to be reduced in size.
[0028]
In order to reduce the size of the image sensor driving device, it is necessary to consider the following points (a) and (b).
(A) Miniaturization of the drive mechanism.
(B) Downsizing of the image sensor holding mechanism.
[0029]
Further, in order to realize the miniaturization of the camera body provided with this driving device, it is necessary to consider the following point (c).
(C) A circuit that electrically connects to the image sensor while the image sensor is mounted on the driving device (held by the holding mechanism) (a circuit that supplies power, a circuit that supplies driving pulses, and an output signal of the image sensor). Processing circuit) to save installation space.
[0030]
However, the conventional driving device disclosed in the above publication has a limitation in miniaturization from any of the points (a) to (c) as described below.
[0031]
[About point (a)]
In order to reduce the size of the driving mechanism (horizontal minute displacement plate, vertical minute displacement plate), the positional relationship between the two regions (fixed portion and movable portion) and the piezoelectric element that are relatively displaced is important. However, there is no description in the above-mentioned publication that takes this arrangement relationship into consideration. As shown in FIG. 19, the piezoelectric actuators 152 and 153 are respectively located at the ends of the driving mechanism (in the horizontal minute displacement plate 150, the fixed portion 150a which is the outer region of the fixed portion 150a and the movable portion 150m). (The end of the movable portion 151m, which is the outer region of the fixed portion 151a and the movable portion 151m in the vertical minute displacement plate 151), the size of the fixed portion 150a and the movable portion 151m. (Area) must be increased, which results in an increase in the size of the drive mechanism (increase in area).
[0032]
[About point (b)]
The CCD board mounting bracket 169 does not directly hold the CCD 101 itself, but holds the CCD board 101a having a considerably larger area than the CCD 101 as shown in FIG. Therefore, the size of the CCD board mounting bracket 169 is increased (the area is increased).
[0033]
In view of the points (a) and (b), the driving device disclosed in the above publication has a considerably large shape with respect to the area of the CCD 101 as shown in FIG. Had limitations.
[0034]
[About point (c)]
Although the above-mentioned publication describes that a wiring pattern is formed on the CCD substrate 101a, there is no description as to where a circuit electrically connected to the CCD 101 is connected to this wiring pattern and disposed. Also, from the shape of the driving device shown in FIG. 19, this circuit cannot be arranged inside the driving device, and this circuit must be arranged on the side of the driving device.
[0035]
For this reason, the combined width of the driving device and the circuit on the side thereof is further increased with respect to the area of the CCD 101. From this point (c), the size of the camera body provided with the driving device can be reduced. There was a limit.
[0036]
In view of the above, the present invention reduces the size of a driving device for pixel shift using a piezoelectric element, and furthermore, electrically connects a camera body provided with the driving device to an image sensor mounted on the driving device. Another object of the present invention is to make it possible to reduce the size of an installation space of a circuit to be connected to a computer.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present applicant firstly proposes, in a pixel shifting drive mechanism using a piezoelectric element, the relative positions of two relatively displaced regions and the piezoelectric element, which are not considered in the above publication. By clarifying the above, the miniaturization of the drive mechanism (point (a) above) was achieved.
[0038]
That is, in a space surrounded by a first region including the outermost peripheral portion and a second region inside the first region, the piezoelectric element is provided with one of two opposing surfaces orthogonal to the driving direction. , The other surface is fixed to the first region and the second region, respectively, and the first region and the second region are defined by the centers of the two opposing surfaces of the piezoelectric element. One of the two opposing surfaces of the piezoelectric element is connected to each other by four metal portions which are symmetrical with respect to the drive shaft passing therethrough and thin in the direction of the drive shaft and thick in the direction perpendicular to the drive shaft. , The other surface is opposite to a center line which is perpendicular to the drive shaft and is equidistant from two metal portions of the four metal portions on the same side with respect to the drive shaft. Located on either side of the center line in the first region and in the second region At least one pair of holes and / or protrusions for fixing the drive mechanism to the outside are provided on both sides of the drive shaft in the drive shaft. And the second region are relatively displaced in the direction of the drive shaft.
[0039]
In this drive mechanism, when a voltage that changes periodically is supplied to the piezoelectric element, the piezoelectric element is periodically driven so that each connecting portion periodically repeats bending and restoring. The second region periodically repeats the relative displacement in the direction of the drive shaft.
[0040]
Therefore, by fixing one of the first area and the second area to the image sensor through the hole and / or the protrusion, it is possible to perform the pixel shift of the image sensor in the drive axis direction. it can.
[0041]
The period and amount of the pixel shift (the period and amount of relative displacement between the first region and the second region) can be easily and accurately adjusted by adjusting the period and level of the voltage supplied to the piezoelectric element. Can be controlled.
[0042]
In addition, this drive mechanism is downsized from the following points. That is, first, one surface and the other surface of the two fixed surfaces of the piezoelectric element are equidistant from two connection portions orthogonal to the drive shaft and on the same side of the drive shaft among the four connection portions. Are located on opposite sides of a center line at As a result, the piezoelectric element is accommodated in the central portion of the driving mechanism (the central portion of the first region including the outermost peripheral portion), so that the area of the driving mechanism is large as in the conventional driving device disclosed in the above publication. Therefore, the drive mechanism can be downsized (a drive mechanism having a small area).
[0043]
Further, in this drive mechanism, holes and / or protrusions are provided on both sides of the center line in the first region, whereas holes and / or protrusions are provided on both sides of the drive shaft in the second region. Have been. In this manner, both the first region and the second region of the small drive mechanism can be fixed to the outside.
[0044]
In this way, this driving mechanism can perform pixel shift of the image sensor with a small configuration, and can easily perform high-precision control of the cycle and amount of pixel shift.
[0045]
Next, the present applicant, in a pixel shift driving device using a piezoelectric element, reduced the size of the driving mechanism (point (a) described above) and the size of the holding mechanism of the image sensor, which had not been studied before. By examining (point (b) above), the drive device was downsized.
[0046]
This is because the driving mechanism according to the present invention described above (however, the distance of the hole and / or the protrusion in the first region from the intersection of the driving shaft and the center line, the hole in the second region from this intersection, and the like) And / or the distances of the projections are equal to each other) are used one by one as a driving mechanism for horizontal driving and a driving mechanism for vertical driving, and the first area and the second area of the driving mechanism for horizontal driving are used one by one. And one of the first region and the second region of the vertical drive mechanism, which is different from the one region, is formed via the hole and / or the protrusion, and An area different from the one of the first area and the second area of the horizontal drive mechanism and the one of the first area and the second area of the vertical drive mechanism. The areas are fixed to each other so that they do not touch A holder for holding the sensor is different from one of the first area and the second area of the horizontal drive mechanism, and a first area and a second area of the vertical drive mechanism. Are fixed to any one of these areas through the holes and / or protrusions described above.
[0047]
In this drive device, one of the first area and the second area of the horizontal drive mechanism and the one of the first area and the second area of the vertical drive mechanism are provided. Since the region different from the region is fixed to each other, the driving direction of the piezoelectric element of the horizontal drive mechanism is orthogonal to the drive direction of the piezoelectric element of the vertical drive mechanism.
[0048]
The image sensor is held in the holder of this drive unit, and the drive mechanism that is not fixed to the holder, of the drive mechanism for horizontal drive and the drive mechanism for vertical drive, is fixed to the reference position of the camera where the image sensor is installed. In this state, when a voltage that periodically changes is supplied to the piezoelectric element of the horizontal drive mechanism and the piezoelectric element of the vertical drive mechanism, the drive direction of the piezoelectric element of the horizontal drive mechanism and the vertical drive mechanism Since the image sensor is periodically displaced in both directions (directions orthogonal to each other) of the piezoelectric element, the pixels of the image sensor can be shifted in both the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction of the pixels.
[0049]
As described above, this driving mechanism (driving mechanism for horizontal driving and driving mechanism for vertical driving) can perform the pixel shift of the image sensor with a small (small area) configuration, and the period and amount of the pixel shift. Can be easily controlled with high accuracy. Further, this holder does not hold the CCD substrate 101a having a considerably larger area than the image sensor (CCD 101) like the CCD substrate mounting bracket 169 of the driving device disclosed in the above publication, but directly holds the image sensor itself. Is what you do. Therefore, it is sufficient to have a slightly larger area than the image sensor, so that the size can be reduced.
[0050]
Therefore, the driving device including the driving mechanism for horizontal driving, the driving mechanism for vertical driving, and the holder has a considerably large width with respect to the area of the image sensor (CCD 101) like the driving device disclosed in the above publication. That is, the shape becomes an elongated shape that is not too thick with respect to the area of the image sensor. As a result, the pixel shift of the small-sized image sensor can be performed in both the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction of the pixels, and the period and amount of the pixel shift can be easily controlled with high accuracy.
[0051]
Furthermore, the applicant of the present invention has realized that in the pixel shift driving device according to the present invention, it is possible to save the installation space of a circuit electrically connected to the image sensor held by the holder (the above point (c)). By studying, the size of the camera body provided with this drive device was reduced.
[0052]
It has an area for holding the image sensor at the top, an area for fixing the holder to the drive mechanism at the bottom, and an opening for making an electrical connection of the image sensor. A structure having a region on a side portion and further having a space between the upper region and the lower region for accommodating a circuit electrically connected to the image sensor.
[0053]
As described above, since the opening area for making the electrical connection of the image sensor exists on the side of the holder (that is, by opening the mouth in a direction orthogonal to the direction in which the holder and each driving mechanism are fixed), this opening area is formed. The electrical connection of the image sensor mounted on the driving device can be easily performed.
[0054]
And, by providing the circuit storage space in the holder itself in this way, unlike the case where the circuit is arranged on the side of the drive device as in the drive device disclosed in the above publication, the installation space of the circuit is saved, The combined width of the driving device and the circuit can also maintain an elongated shape. Therefore, also in this respect, the camera body provided with the driving device can be downsized.
[0055]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0056]
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of an actuator (drive mechanism) for pixel shift according to the present invention. The actuator 1 has a diameter and a thickness of 22 mm and 5.8 mm, respectively, formed by processing a flat cylindrical metal piece, and has an annular region (outer peripheral region) 1A including the outermost peripheral portion. And a U-shaped region (inner peripheral region) 1B inside the outer peripheral region 1A, there is a rectangular parallelepiped space including the center of the actuator 1 (the center of the outermost circle of the outer peripheral region 1A). I have.
[0057]
In this space, a rectangular parallelepiped piezoelectric element 4 is bonded to one of two opposing surfaces (left end surface and right end surface in the figure) orthogonal to the driving direction (longitudinal direction of the rectangular solid) and the other surface, respectively. It is provided by fixing to the outer peripheral area 1A and the inner peripheral area 1B with an agent.
[0058]
The position of the piezoelectric element 4 in this space is determined so that the drive axis AX connecting the centers of the two fixed surfaces (the two opposite surfaces) of the piezoelectric element 4 passes through the center of the actuator 1. As shown in the figure, one surface and the other surface of the two fixed surfaces of the piezoelectric element 4 are perpendicular to the drive axis AX and with respect to a center line CL which is a line passing through the center of the actuator 1. They are located on opposite sides of each other.
[0059]
The width of this space (vertical dimension in the figure) is larger than the width of the piezoelectric element 4, and the side surface (longitudinal surface) of the piezoelectric element 4 is in contact with the outer peripheral area 1 </ b> A and the inner peripheral area 1 </ b> B. I haven't.
[0060]
FIG. 12 is a perspective view showing the shape of the piezoelectric element 4. The thickness H of the piezoelectric element 4 is smaller than the thickness of the above-described metal piece. An electrode 5 for supplying a voltage is connected to the piezoelectric element 4.
[0061]
As shown in FIG. 11, the electrode 5 extends to the side of the actuator 1 through holes (not shown) formed in the side surface of the inner peripheral region 1B and the side surface of the outer peripheral region 1A.
[0062]
The outer peripheral region 1A and the inner peripheral region 1B are connected to each other at four connection portions 1C symmetrical with respect to the drive axis AX of the piezoelectric element 4 (in the figure, the connection portion 1C of the metal piece is (Diagonally shaded for clarity.)
[0063]
Of these connection parts 1C, two connection parts 1C on the same side with respect to the drive shaft AX are mutually at the same distance from the center line CL.
[0064]
Each metal part 1C has a leaf spring shape that is thin in the direction of the drive axis AX and thick in the direction perpendicular to the drive axis AX. When the piezoelectric element 4 is driven, the metal part 1C is bent by the drive pressure and at the bending position. It has a return pressure weaker than the drive pressure, and when the drive pressure disappears thereafter, it is quickly restored to the original position by the return pressure.
[0065]
At both sides of the center line CL in the outer peripheral region 1A and at a position symmetrical with respect to the intersection of the center line CL and the drive axis AX (that is, the center of the cylinder), a pair of members for fixing the actuator 1 to the outside is provided. Hole 2 is formed.
[0066]
Further, a pair of holes 3 for fixing the actuator 1 to the outside are provided at both sides of the center line CL in the inner peripheral region 1B and at positions symmetrical with respect to the intersection of the center line CL and the drive axis AX. Is formed.
[0067]
The holes 2 and 3 are located at the same distance from the intersection of the center line CL and the drive shaft AX, and have the same inner diameter.
[0068]
The operation of the actuator 1 is as follows. When a voltage that changes periodically is supplied to the piezoelectric element 4 via the electrode 5, the piezoelectric element 4 is periodically driven, so that each connecting portion 1C periodically repeats bending and restoration. And the inner peripheral region 1B periodically repeat relative displacement in the direction of the drive axis AX.
[0069]
Therefore, by fixing one of the outer peripheral area 1A and the inner peripheral area 1B to the image sensor through the hole (hole 2A in the area 1A and hole 3 in the area 1B), the image in the drive axis AX direction is obtained. Pixel shift of the sensor can be performed.
[0070]
The period and amount of the pixel shift (the period and amount of relative displacement between the outer peripheral region 1A and the inner peripheral region 1B) can be easily and accurately adjusted by adjusting the period and level of the voltage supplied to the piezoelectric element 4. Can be controlled.
[0071]
Further, the actuator 1 is downsized from the following points. That is, first, one of the two fixed surfaces of the piezoelectric element 4 and the other surface are orthogonal to the drive shaft AX and two of the four connection portions 1C on the same side with respect to the drive shaft AX. They are located on opposite sides of a center line CL equidistant from the part 1C. Thus, since the piezoelectric element 4 is accommodated in the central portion of the actuator 1 (the central portion of the outer peripheral region 1A), the actuator 1 can be downsized (an actuator having a small area).
[0072]
On the other hand, if the two fixed surfaces are positioned on the same side with respect to the center line CL, the piezoelectric element 4 is positioned closer to the end of the actuator 1 (the end of the outer peripheral area 1A). Therefore, the size of the outer peripheral region 1A (the size of the metal piece itself constituting the actuator 1) must be increased, so that the size of the actuator 1 is increased (the area is increased).
[0073]
Further, in the actuator 1, holes 2 are provided on both sides of the center line CL in the outer peripheral area 1A, whereas holes 3 are provided on both sides of the drive shaft AX in the inner peripheral area 1B. In this way, both the outer peripheral area 1A and the inner peripheral area 1B of the small actuator 1 can be fixed to the outside.
[0074]
On the other hand, if the holes 3 are provided on both sides of the center line CL in the inner peripheral region 1B as in the outer peripheral region 1A, the size of the inner peripheral region 1B in the drive axis AX direction must be increased. Again, the size of the actuator 1 increases.
[0075]
In this manner, the actuator 1 can perform pixel shift of the image sensor with a small configuration, and can easily perform high-accuracy control of the cycle and amount of pixel shift. .
[0076]
Therefore, the actuator 1 is very suitable for use in a video camera or an electronic still camera, in which the number of pixels has been increased and the size of the image sensor has been advanced, for performing pixel shift of an image sensor.
[0077]
Next, FIG. 13 is a perspective view showing components of a driving device for pixel shift according to the present invention. This driving device is configured by using the actuators 1 shown in FIG. 11 one by one for horizontal driving and one for vertical driving, and using the CCD holder 7.
[0078]
An inner peripheral region 1B of the actuator 1 (for horizontal driving) and an outer peripheral region 1A of the actuator 1 (for vertical driving) are provided with a washer 6 (thickness) in the hole 3 of the inner peripheral region 1B and the hole 2 of the outer peripheral region 1A. By passing a screw (not shown) across 0.1 mm), the outer peripheral area 1A of the actuator 1 (for horizontal driving) and the inner peripheral area 1B of the actuator 1 (for vertical driving) do not come into contact with each other. Fixed to each other.
[0079]
By fixing the actuator 1 (for horizontal driving) and the actuator 1 (for vertical driving) in this way, the driving direction (X in the drawing) of the piezoelectric element 4 of the actuator 1 (for horizontal driving) and the actuator 1 (for vertical driving) And the driving direction (Y direction in the drawing) of the piezoelectric element 4 is orthogonal to each other.
[0080]
The CCD holder 7 is a U-shaped CCD having a diameter and a height of 20 mm and 7 mm, respectively, formed by processing a cylindrical metal piece having a diameter substantially equal to the cylindrical metal piece used for the actuator 1. The upper part is an area for directly holding the CCD 8 (image sensor) to be shifted. The size of the CCD 8 is about 12 mm on one side.
[0081]
The lower part of the CCD holder 7 is provided with a pair of holes (not shown) having the same inner diameter as the holes 2 and 3 of the actuator 1 in the same direction as the horizontal arrangement direction of the pixels of the CCD 8 to be held. By forming them at the same interval as described above, an area for fixing to the actuator 1 is formed.
[0082]
Further, an opening area for making an electrical connection between the CCD 8 to be held and the outside is provided on a side portion of the CCD holder 7.
[0083]
The CCD holder 7 is provided with the actuator 1 (for vertical driving) by passing a screw (not shown) with a washer 6 between the hole in the lower region and the hole 3 in the inner peripheral region 1B of the actuator 1 (for vertical driving). Is fixed with respect to the inner peripheral area 1B.
[0084]
By fixing the CCD holder 7 and the actuator 1 (for vertical driving) in this manner, the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction of the pixels of the CCD 8 held in the CCD holder 7 can be adjusted by the piezoelectric actuator of the actuator 1 (for horizontal driving). The driving direction of the element 4 (X in the figure) coincides with the driving direction of the piezoelectric element 4 of the actuator 1 (for vertical driving) (Y direction in the figure).
[0085]
By fixing the actuator 1 (for horizontal driving), the actuator 1 (for vertical driving), and the CCD holder 7 to each other in this manner, a driving device for shifting pixels is configured. As shown in the figure, the size of this driving device is approximately three actuators 1 stacked, and it has a small and long shape which is not too large with respect to the area of the CCD 8, so that the driving device is also miniaturized. ing.
[0086]
The CCD 8 is mounted on the driving device by being held in an upper region of the CCD holder 7.
[0087]
Although not shown in FIG. 13, the flexible printed board 9 is connected to the CCD 8 held by the CCD holder 7 through an opening area on the side of the CCD holder 7 as shown in FIG. You. The flexible printed board 9 includes a power supply circuit for supplying power to the CCD 8, a drive circuit for supplying a drive pulse to the CCD 8, and a signal processing circuit for processing an output signal of the CCD 8.
[0088]
As described above, the opening area for making the electrical connection of the CCD 8 exists on the side of the CCD holder 7 (that is, the opening is opened in a direction orthogonal to the direction in which the CCD holder 7 and each actuator 1 are fixed). Thus, the electrical connection of the CCD 8 mounted on the driving device can be easily performed.
[0089]
Note that the shape of the CCD holder 7 may be a cylindrical shape having an opening area for electrical connection in the middle of the side surface as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 15B, a cylindrical shape having an opening area for electrical connection at the lower end of the side surface may be used.
[0090]
Further, a space for housing a circuit electrically connected to the CCD 8 is provided between an upper area for holding the CCD 8 and the lower area for fixing the CCD 8 to the actuator 1. It may have a structure having a structure (a shape that is raised by the amount of the storage space).
[0091]
FIGS. 17A and 17B each show an example in which the CCD holder 7 has such a structure, and portions common to FIG. 13 are denoted by the same reference numerals. In the example of FIG. 17A, a circuit 10 in which a power supply circuit, a drive circuit, and a signal processing circuit are modularized into one is provided in a storage space of the CCD holder 7 with a substrate common to the CCD 8 (for example, a hard disk that can be fixed to the CCD holder 7). It is mounted on a flex-rigid plate (combination of a rigid part having a rigidity and a flexible part that can be bent). A pair of signal lines 12 for inputting and outputting signals to and from the circuit 10 are connected to the substrate 11 through an opening area on the side of the CCD holder 7. The example of FIG. 17B is an example in which the circuit 10 is divided into two.
[0092]
By providing the circuit storage space in the CCD holder 7 itself, unlike the case where the circuits are arranged beside the pixel shift driving device, the circuit installation space can be saved and the driving device and the circuit can be combined. The slender width can also maintain an elongated shape. Therefore, in this respect, the camera body provided with the pixel shift driving device can be downsized.
[0093]
In addition, since the power supply circuit, the drive circuit, and the signal processing circuit are housed in the housing space in the CCD holder 7 as described above, these circuits can be arranged near the CCD 8, so that the influence of noise is reduced. As a result, the operation accuracy of these circuits also increases.
[0094]
Although a CMOS sensor is widely used as an image sensor in addition to a CCD, FIG. 17C shows a holder for holding a CMOS when a pixel to be shifted is a CMOS (the same structure as the CCD holder 7 in FIG. 13). ) Is provided with a storage space for this circuit. The power supply circuit, drive circuit, and signal processing circuit for CMOS are smaller than those for CCD and can be integrated with CMOS. In this example, the circuit 14 integrated with CMOS 13 is a CMOS. It is located in the storage space of the holder 12. A pair of signal lines 15 for inputting and outputting signals to and from the circuit 14 are connected to the circuit 14 via an opening region on the side of the CMOS holder 12.
[0095]
FIG. 17 shows an example in which all the circuits are stored in the storage space in the holder. However, in the case of the CCD holder 7, since the scale of the circuit for the CCD (particularly the scale of the power supply circuit) is large, If a space for accommodating all the circuits is provided, the size of the CCD holder 7 may be increased.
[0096]
FIG. 18 shows an example of a storage space in the CCD holder 7 for such a case, and portions common to FIGS. 13 and 17 are denoted by the same reference numerals. In this example, the CCD holder 7 has a space for accommodating only the drive circuit 16 and the signal processing circuit 17. These circuits 16 and 17 are mounted on the common substrate 11 with the CCD 8 in the storage space of the CCD holder 7 as in the circuit 10 of FIGS. 17A and 17B.
[0097]
In addition, a power supply circuit 18 is mounted on the substrate 21 in a space below the pixel shift driving device (the rear side (right side in the drawing) of the actuator 1 (for horizontal driving) when viewed from the CCD holder 7). The substrate 11 and the substrate 21 are connected by a flexible printed board 19 through an opening area on the side of the CCD holder 7, and a pair of signal lines 20 for inputting and outputting signals to and from the circuits 16 to 18 are connected to the substrate 21. Connected to.
[0098]
As described above, the storage space for the power supply circuit having a particularly large circuit scale is not provided in the CCD holder 7, and the power supply circuit is arranged in the space below the pixel shift driving device, so that the CCD holder 7 has a large size. In addition, the width of the pixel shift driving device and the power supply circuit can be kept slender.
[0099]
In the examples of FIGS. 17 and 18, signal lines for inputting and outputting signals to and from a circuit electrically connected to the image sensor are provided. For example, by outputting a signal wirelessly from a signal processing circuit, The signal line for outputting a signal may be omitted. Further, a signal line for inputting a signal may be omitted by using a battery which does not require external signal input as a power supply circuit. Thus, the camera body provided with the pixel shift driving device can be made smaller and more excellent in portability.
[0100]
In FIG. 13, an outer peripheral area 1A of the actuator 1 (for horizontal driving) is passed through a screw (not shown) through a hole 2 with a washer 6 therebetween, so that a predetermined reference serving as a reference for a video camera or an electronic still camera having a CCD 8 can be obtained. (A part whose position on a plane orthogonal to the optical axis of the lens is fixed with respect to the camera lens).
[0101]
The operation of this driving device is as follows. A periodically changing voltage is supplied to the piezoelectric element 4 of the actuator 1 (for horizontal driving) and the piezoelectric element 4 of the actuator 1 (for vertical driving).
[0102]
Then, since the outer peripheral area 1A of the actuator 1 (for horizontal driving) is fixed with respect to the reference portion of the camera, the inner peripheral area 1B of the actuator 1 (for horizontal driving) is more driven with respect to the camera. It is periodically displaced in the AX direction (X direction).
[0103]
Since the inner peripheral region 1B of the actuator 1 (for horizontal driving) and the outer peripheral region 1A of the actuator 1 (for vertical driving) are fixed to each other, the actuator 1 (for vertical driving) is also periodically displaced as a whole in the X direction. I do. Since the CCD holder 7 is fixed to the inner peripheral area 1B of the actuator 1 (for vertical driving), the CCD holder 7 is also displaced periodically in the X direction. Thereby, the CCD 8 held in the CCD holder 7 is periodically displaced in the horizontal arrangement direction (X direction) of the pixels.
[0104]
Since the inner peripheral area 1A of the actuator 1 (for vertical driving) is periodically displaced in the direction of the drive axis AX (Y direction), the CCD holder 7 is also displaced periodically in the Y direction. As a result, the CCD 8 is periodically displaced in the vertical arrangement direction (Y direction) of the pixels.
[0105]
In this manner, the pixel shift of the CCD 8 can be performed in both the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction of the pixels.
[0106]
FIG. 16 shows the result of measuring the amount of displacement (pixel shift amount) in the X direction of the CCD 8 with respect to the change in the level of the voltage supplied to the piezoelectric element 4 of the actuator 1 (for horizontal driving). The result was obtained that the displacement amount changed linearly in proportion to the voltage level (hence, it is easy to control the displacement amount with high accuracy).
[0107]
Although not shown, a measurement result was obtained in which the displacement amount of the CCD 8 in the Y direction also changed linearly in proportion to the level of the voltage supplied to the piezoelectric element 4 of the actuator 1 (for vertical driving). .
[0108]
As described above, this driving device can perform the pixel shift of the image sensor in both the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction of the pixels with a small configuration, and can control the cycle and amount of the pixel shift with high accuracy. It is easy to do.
[0109]
Further, as described above, the electrical connection of the CCD 8 mounted on the driving device can be easily performed. Also, as shown in FIGS. 17 and 18, by providing a circuit storage space in the CCD holder 7 itself, the circuit installation space can be saved, and the width of the combined drive device and circuit can be kept slender. Therefore, the camera body provided with the driving device can be downsized.
[0110]
In the above example, the outer peripheral area 1A and the inner peripheral area 1B of the actuator 1 are connected to the outside (the CCD holder 7, another actuator 1, and a reference part of the camera) through the holes 2 and 3, respectively. Fixed against. However, as another example, a projection may be provided instead of such a hole, and the outer peripheral region 1A and the inner peripheral region 1B may be fixed to the outside via the projection.
[0111]
In the above example, the actuator 1 has a cylindrical shape (the outer peripheral area 1A is annular). However, the present invention is not limited to this, and the actuator 1 is formed into a shape other than the cylindrical shape by processing a metal piece having a shape other than the cylindrical shape (for example, a flat rectangular parallelepiped metal piece). Do).
[0112]
Further, the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, according to the pixel shifting drive mechanism of the present invention, it is possible to perform pixel shifting of an image sensor with a small configuration, and to easily perform high-precision control of the cycle and amount of pixel shifting. The effect that it can be obtained is obtained.
[0114]
Further, according to the pixel shift driving device of the present invention, the pixel shift of the image sensor can be performed in both the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction with a small configuration, and the period and amount of the pixel shift can be performed. The effect is that high-precision control can be easily performed.
[0115]
Further, according to the pixel shifting driving device according to the present invention, an effect is obtained that an image sensor mounted on the driving device can be easily electrically connected.
[0116]
Further, according to the driving device for pixel shifting according to the present invention, it is possible to save the installation space for a circuit electrically connected to the image sensor mounted on the driving device. The effect that the camera body can be miniaturized can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a discrete pixel structure of an image sensor.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which an image sensor captures an image of a vertically striped subject.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a pitch of a vertical stripe image and a pixel pitch in a horizontal direction.
FIG. 4 is a diagram illustrating an output signal of an image sensor.
FIG. 5 is a diagram showing an object having a horizontal stripe.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of horizontal pixel shifting.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a pitch of a vertical stripe image and a pixel shift amount in a horizontal direction.
FIG. 8 is a diagram illustrating a color filter array of a one-chip color image sensor.
FIG. 9 is a diagram showing a pixel pitch of green of the one-chip color image sensor.
FIG. 10 is a diagram showing green pixels of a one-chip color image sensor that has undergone pixel shift.
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a pixel shifting actuator of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a shape of a piezoelectric element used for the actuator of FIG.
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a pixel shifting driving device according to the present invention.
14 is a diagram showing a state of electrical connection of the CCD held by the driving device of FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a modified example of the shape of the CCD holder of the driving device in FIG.
16 is a diagram showing a measurement result of a displacement amount of a CCD by the driving device of FIG. 13;
FIG. 17 is a diagram showing an example in which a circuit storage space is provided in a holder that holds an image sensor.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example in which a circuit storage space is provided in a holder that holds an image sensor.
FIG. 19 is a diagram showing a conventional pixel shift driving device using a piezoelectric element.
[Explanation of symbols]
1 Actuator, 2, 3 holes, 4 piezoelectric element, 5 electrodes, 6 washer, 7 CCD holder, 8 CCD, 9 flexible printed board, 10 modularized circuit, 16 drive circuit, 17 signal processing circuit,
18 Power supply circuit

Claims (3)

イメージセンサの画素ずらし用の駆動機構において、
最外周部を含む第1の領域と、前記第1の領域の内側の第2の領域とに囲まれた空間に、圧電素子が、駆動方向に直交する2つの対向面の一方の面,他方の面をそれぞれ前記第1の領域,前記第2の領域に固定されて設けられており、
前記第1の領域と前記第2の領域とは、前記圧電素子の前記2つの対向面の中心を通る駆動軸に対して対称な、前記駆動軸の方向に薄く前記駆動軸に直交する方向に厚い4箇所の金属部位で互いに連結されており、
前記圧電素子の前記2つの対向面の一方の面,他方の面は、前記駆動軸と直交し且つ前記4箇所の金属部位のうち前記駆動軸に対して同一側にある2つの金属部位から等距離にある中心線に対して互いに反対側に位置しており、
前記第1の領域における前記中心線の両側と、前記第2の領域における前記駆動軸の両側とに、前記駆動機構を外部に対して固定するための穴及び/または突起がそれぞれ少なくとも一対ずつ設けられており、
前記圧電素子に電圧を供給することにより、前記第1の領域と前記第2の領域とが前記駆動軸の方向に相対的に変位する
ようにしたことを特徴とする画素ずらし用駆動機構。
In a driving mechanism for shifting pixels of an image sensor,
In a space surrounded by a first region including an outermost peripheral portion and a second region inside the first region, the piezoelectric element is provided with one of two opposing surfaces orthogonal to the driving direction and the other. Are fixed to the first area and the second area, respectively.
The first region and the second region are symmetric with respect to a drive axis passing through the centers of the two opposing surfaces of the piezoelectric element, are thin in the direction of the drive axis, and are perpendicular to the drive axis. It is connected to each other by four thick metal parts,
One surface and the other surface of the two opposing surfaces of the piezoelectric element are, for example, from two metal portions orthogonal to the drive shaft and on the same side with respect to the drive shaft among the four metal portions. Are located on opposite sides of the center line at a distance,
At least one pair of holes and / or protrusions for fixing the drive mechanism to the outside are provided on both sides of the center line in the first area and on both sides of the drive shaft in the second area. Has been
A driving mechanism for shifting a pixel, wherein a voltage is supplied to the piezoelectric element so that the first area and the second area are relatively displaced in a direction of the driving axis.
イメージセンサの画素ずらし用の駆動装置において、
最外周部を含む第1の領域と、前記第1の領域の内側の第2の領域とに囲まれた空間に、圧電素子が、駆動方向に直交する2つの対向面の一方の面,他方の面をそれぞれ前記第1の領域,前記第2の領域に固定されて設けられており、
前記第1の領域と前記第2の領域とは、前記圧電素子の前記2つの対向面の中心を通る駆動軸に対して対称な、前記駆動軸の方向に薄く前記駆動軸に直交する方向に厚い4箇所の金属部位で互いに連結されており、
前記圧電素子の前記2つの対向面の一方の面,他方の面は、前記駆動軸と直交し且つ前記4箇所の金属部位のうち前記駆動軸に対して同一側にある2つの金属部位から等距離にある中心線に対して互いに反対側に位置しており、
前記第1の領域における前記中心線の両側であって前記中心線と前記駆動軸との交点に対して対称な位置と、前記第2の領域における前記駆動軸の両側であって前記交点に対して対称な位置とに、前記駆動機構を外部に対して固定するための穴及び/または突起が、前記交点からの距離を互いに等しくしてそれぞれ少なくとも一対ずつ設けられており、
前記圧電素子に電圧を供給することにより、前記第1の領域と前記第2の領域とが前記駆動軸の方向に相対的に変位する
ようにした駆動機構が、水平駆動用駆動機構,垂直駆動用駆動機構として1つずつ用いられており、
前記水平駆動用駆動機構の前記第1の領域,前記第2の領域のうちの一方の領域と、前記垂直駆動用駆動機構の前記第1の領域,前記第2の領域のうちの前記一方の領域とは異なる領域とが、前記穴及び/または突起を介し、且つ、前記水平駆動用駆動機構の前記第1の領域,前記第2の領域のうちの前記一方の領域とは異なる領域と前記垂直駆動用駆動機構の前記第1の領域,前記第2の領域のうちの前記一方の領域とが接触しないようにして、互いに固定されており、
イメージセンサを保持するためのホルダーが、前記水平駆動用駆動機構の前記第1の領域,前記第2の領域のうちの前記一方の領域とは異なる領域と、前記垂直駆動用駆動機構の前記第1の領域,前記第2の領域のうちの前記一方の領域とのうちのいずれか一方の領域に、前記穴及び/または突起を介して固定されている
ことを特徴とする画素ずらし用駆動装置。
In a driving device for shifting pixels of an image sensor,
In a space surrounded by a first region including an outermost peripheral portion and a second region inside the first region, the piezoelectric element is provided with one of two opposing surfaces orthogonal to the driving direction and the other. Are fixed to the first area and the second area, respectively.
The first region and the second region are symmetric with respect to a drive axis passing through the centers of the two opposing surfaces of the piezoelectric element, are thin in the direction of the drive axis, and are perpendicular to the drive axis. It is connected to each other by four thick metal parts,
One surface and the other surface of the two opposing surfaces of the piezoelectric element are, for example, from two metal portions orthogonal to the drive shaft and on the same side with respect to the drive shaft among the four metal portions. Are located on opposite sides of the center line at a distance,
Positions on both sides of the center line in the first region and symmetrical with respect to the intersection between the center line and the drive shaft, and positions on both sides of the drive shaft in the second region with respect to the intersection Holes and / or protrusions for fixing the driving mechanism to the outside at equal distances from the intersection are provided at at least one pair at each symmetrical position,
By supplying a voltage to the piezoelectric element, a driving mechanism that relatively displaces the first region and the second region in the direction of the driving shaft is provided by a driving mechanism for horizontal driving and a driving mechanism for vertical driving. Are used one by one as drive mechanisms for
One of the first area and the second area of the horizontal drive mechanism and the one of the first and second areas of the vertical drive mechanism. An area different from the area is provided through the hole and / or the projection, and an area different from the one of the first area and the second area of the horizontal drive mechanism is defined as The first region and the one of the second regions of the vertical drive mechanism are fixed to each other so as not to contact with each other;
A holder for holding the image sensor includes a region different from the one of the first region and the second region of the horizontal drive mechanism, and a holder of the vertical drive mechanism. A pixel shift driving device fixed to one of the first region and the one of the second regions via the hole and / or the protrusion. .
請求項2に記載の画素ずらし用駆動装置において、
前記ホルダーは、イメージセンサを保持するための領域を上部に有し、前記駆動機構に対して固定するための領域を下部に有し、前記イメージセンサの電気的接続を行うための開口領域を側部に有し、前記上部の領域と前記下部の領域との間に、イメージセンサと電気的に接続する回路を収納するためのスペースを有することを特徴とする画素ずらし用駆動装置。
The pixel shift driving device according to claim 2,
The holder has a region for holding the image sensor at an upper portion, a region for fixing the image sensor to the driving mechanism at a lower portion, and an opening region for making an electrical connection of the image sensor. And a space for accommodating a circuit electrically connected to the image sensor between the upper region and the lower region.
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