JP2006209029A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピント位置を補正する機能を有した撮像装置を提供する。
【解決手段】 撮像装置（２０）は、レンズ（１）と、レンズ枠（２）と、固定筒（３）と、前記レンズとレンズ枠を前記固定筒に対して光軸方向に移動可能に支持する支持部材（４）と、前記レンズユニットを前記光軸方向に移動させるバイモルフ型圧電素子（６）と、バイモルフ型圧電素子を制御するコントローラ（１２）と、光軸方向の加速度が検知可能な加速度センサ（５）と、前記加速度センサからの信号によりレンズの変位量を求める変位量演算手段（１０）とを備えている。前記コントローラは、前記変位量演算手段の出力信号に応じて、前記バイモルフ型圧電素子を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バイモルフ型圧電素子と加速度センサ又は傾斜角センサを用いた、ピント位置を補正する機能を有した撮像装置に関する。

近年、バイモルフ型圧電素子をオートフォーカス用レンズの駆動源に使う撮像装置が種々提案されている。特許文献１は、このような撮像装置について開示している。図４は、従来の撮像装置５０の構成を示す斜視図である。撮像装置５０は、図４に示すように、レンズ５１と、レンズを保持する保持部５２と、固定部５３と、一端を保持部５２に固定し、他端を固定部５３に固定されるバネ部材５４と、固定部５３から突出させた比較的剛性が低く撓み易いＬ字部材５５と、Ｌ字部材５５を挟持するように設置されたバイモルフ型圧電素子５６と、バイモルフ型圧電素子５６に電圧を印加する電源部５７を有している。この撮像装置５０は、電源部５７によって、バイモルフ型圧電素子５６に電圧を印加すると、バイモルフ型圧電素子５６は、ほぼＣ字状に屈曲変位する。従って、バイモルフ型圧電素子５６に挟持されるＬ字部材５５も、屈曲する。よって、レンズ５１を保持する保持部５２を光軸方向に移動させることができる。

ここで、バイモルフ型圧電素子である程度大きな移動量を得るには、印加する電圧をあげるか、バイモルフ型圧電素子の全長（スパン）を長くする必要がある。しかし、撮像装置の消費電力の関係上、印加する電圧はむやみに上げることができない。従って、バイモルフ型圧電素子の全長を長くすることが提案されている。バイモルフ型圧電素子の全長を長くすることにより、バイモルフ型圧電素子の変位量が大きくなるからである。
特開平５−２１０８６１

しかしながら、バイモルフ型圧電素子の全長を長くすると、バイモルフ型圧電素子が支持するオートフォーカス用レンズの重量によっては、バイモルフ型圧電素子自身の弾性変形が大きくなる。しかも、近年ＣＣＤ（電荷結合素子）の高画素化にともない、撮像装置が備えるレンズの枚数が増加している。このため、オートフォーカス用レンズの重量が重くなる傾向にある。従って、撮像装置を水平方向に対して、上下方向に構えた時にレンズの重量により、レンズが所望位置より移動してしまう場合がある。この結果、ピントが定まらないという問題がある。

そこで、本発明の目的はバイモルフ型圧電素子と加速度センサ又は傾斜角センサを用いた、ピント位置を補正する機能を有した撮像装置を提供する。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被写体像を所定の位置に結像可能なレンズを備えたレンズユニットと、前記レンズユニットが設けられる固定部材と、前記レンズユニットを前記固定部材に対して光軸方向に移動可能に支持する支持部材と、前記レンズユニットを前記光軸方向に移動させる圧電素子と、前記圧電素子を制御するコントローラ部と、前記レンズユニットの光軸方向の加速度が検知可能な加速度センサと、前記加速度センサからの信号によりレンズユニットの変位量を求める変位量演算手段とを備え、前記コントローラ部は、前記変位量演算手段の出力信号に応じて、前記アクチュエータを制御することのできる撮像装置である。

この構成により、レンズユニットの光軸方向の加速度が検知され、レンズユニットの重量や姿勢よる意図しない移動量を補正して、レンズユニットを所定の位置に移動することができる。従って、レンズユニットの重量や傾きに影響されることなくピントの位置を保つことができる。

また請求項２に記載の発明は、被写体像を所定の位置に結像可能なレンズを備えたレンズユニットと、前記レンズユニットが設けられる固定部材と、前記レンズユニットを前記固定部材に対して光軸方向に移動可能に支持する支持部材と、前記レンズユニットを前記光軸方向に移動させる圧電素子と、前記アクチュエータを制御するコントローラ部と、前記レンズユニットの水平に対する光軸の傾きが検知可能な傾斜角センサと、前記傾斜角センサからの信号により前記レンズユニットの変位量を求める変位量演算手段とを備え、前記コントローラ部は、前記変位量演算手段の出力信号に応じて、前記アクチュエータを制御する撮像装置である。

この構成によっても、レンズユニットの水平に対する光軸方向の傾斜角が検知され、レンズユニットの重量や姿勢よる意図しない移動量を補正して、レンズユニットを所定の位置に移動することができる。従って、レンズユニットの重量や傾きに影響されることなくピントの位置を保つことができる。

請求項３に記載の発明は、前記加速度センサは、前記レンズユニット又は前記固定部材に設けられている撮像装置である。この構成により、設計上の自由度を高くすることができる。また、レンズユニットの加速度を正確に検出することができる。

請求項４に記載の発明は、前記傾斜角センサは、前記レンズユニット又は前記固定部材に設けられている撮像装置である。この構成により、設計上の自由度を高くすることができる。また、レンズユニット又は固定部材の加速度を正確に検出することができる。

請求項５に記載の発明は、前記圧電素子は、バイモルフ型圧電素子である撮像装置である。この構成により、バイモルフ型圧電素子の弾性係数と、レンズユニットの重量と、加速度センサ又は傾斜角センサの出力によって、意図しない移動量を簡単に計算することができる。

請求項６に記載の発明は、前記支持部材に、平行リンク機構を用いる撮像装置である。この構成により、撮像素子面とレンズユニットのレンズ面は常に平行に保つことができる。

請求項７に記載の発明は、前記支持部材は、ガイドシャフトとガイドスリーブである撮像装置である。この構成によっても、撮像素子面とレンズユニットのレンズ面は常に平行に保つことができる。

本発明によると、バイモルフ型圧電素子と加速度センサ又は傾斜角センサを用いて、ピント位置を補正する機能を有した撮像装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る撮像装置の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る撮像装置２０の構成図と、撮像装置２０の制御方法を示した簡単なブロック図である。図２は、撮像装置２０の正面図である。本実施形態における撮像装置２０は、図１に示すように、レンズ１、レンズ枠２、固定筒３、レンズ枠支持部材４、加速度センサ５、バイモルフ型圧電素子６、撮像素子７、加速度センサドライバ８、アンプ９、変位量演算手段１０、レンズ移動指示手段１１、コントローラ１２、圧電素子ドライバ１３を備える。

レンズ１は、１又は複数のレンズで構成されている。レンズ枠２は、レンズ１を支持するように構成されている。固定筒３は、少なくともレンズ枠支持部４、バイモルフ型圧電素子６、撮像素子７を設けている。レンズ枠支持部４は、長さが等しい一対のレバー４Ａ、４Ｂで構成される。レバー４Ａ、４Ｂは、一端はレンズ枠２に、他端は固定筒３に設置され、それぞれ回動可能に接続されている。また、レバー４Ａ、４Ｂは平行に設置されており、平行リンク機構を構成している。バイモルフ型圧電素子６は、厚み方向に分極された２枚の圧電素子を張り合わせた構造になっている。バイモルフ型圧電素子６は、長手方向の一端は固定筒３に固定され、他端はレンズ枠２の係り止め部２Ａ、２Ｂに係合されている。ここで、バイモルフ型圧電素子６は、電圧を印加すると自由端がほぼ光軸方向に曲がり変形する。従って、バイモルフ型圧電素子６に電圧を印加することによって、レンズ１を光軸方向に移動させることができる。尚、バイモルフ型圧電素子６は、無通電のときは、無限遠の位置に設定される。撮像素子７は、レンズ２により結像された被写体像の光を電気信号に変換する。加速度センサ５は、レンズ枠２に固設されていて、光軸方向の加速度を検知する。加速度センサ５については、詳しくは後述する。

加速度センサドライバ８は、加速度センサ５に電源を供給する。アンプ９は、加速度センサ５からの出力信号を増幅する。変位量演算手段１０は、アンプ９からの出力信号に応じて重力によるレンズ枠２の移動量と移動方向を演算し、その結果をコントローラ１２に出力する。レンズ移動指示手段１１は、オートフォーカス撮影時あるいはマニュアル撮影時に、撮影者の意図に従ってレンズを所定量移動するよう指示する。コントローラ１２は、レンズ移動指示手段１１と変位量演算手段１０からの入力に応じて、最適なレンズ移動量を演算し移動を指示する。圧電素子ドライバ１３は、コントローラ１２からの出力信号に応じて、バイモルフ型圧電素子６に電圧を印加する働きをする。このような構成で、撮影者は、レンズ１を光軸方向に移動させ、ピントの調整を行う。

次に、本実施形態の作用について説明する。図３は、撮像装置２０の傾きと、地面の垂直方向及び水平方向の関係を簡単に示した図である。地面に対して垂直方向をＹ軸、水平方向をＸ軸とする。撮像装置２０の光軸２１方向をｘ軸とし、光軸２１方向に垂直方向をｙ軸とする。図３に示すように、垂直方向に働く重力加速度を２２とし、光軸２１方向に働く重力加速度を２３とする。ここで、光軸２１の水平面に対する傾きをθｘとし、レンズ１とレンズ枠２の合計の重量をｍとし、バイモルフ型圧電素子６の弾性係数をｋ、バイモルフ型圧電素子６の変位量をδ、垂直方向に働く重力加速度をＧとし、光軸２１方向に働く重力加速度をＡｘとすると、重力とバイモルフ型圧電素子６の弾性力のつりあいは次式で表される。但しレンズ枠支持部４との間の摩擦はゼロと仮定する。

したがってバネの変位量δは、次式で求められる。

ここで、重力加速度Ｇとの関係を次式で示す。

すなわち、撮像装置２０の光軸２１方向の加速度を測定することで、光軸２１が傾いた事と、それに伴うバイモルフ型圧電素子６の変位量δが求まる。そしてバイモルフ型圧電素子６を、同じ変形量で逆方向に変形させることで、位置の補正を行うことができる。

例えば、撮像装置２０の光軸が水平（θｘ=０）である場合について、以下に説明する。加速度センサ５は、Ｘ軸の加速度を検出する。θｘ=０の場合、（２）の式から、Ｘ軸加速度Ａｘは「０」である。従って、加速度センサ５は、Ｘ軸加速度Ａｘを「０」として、アンプ９を介して、変位量演算手段１０に信号を送信する。変位量演算手段１０は変位量δを「０」としてコントローラ１２へ出力する。コントローラ１２は、変位量δが「０」なので、レンズ移動指示手段１１からの指示どおりの移動量を駆動するべく、圧電素子ドライバ１３に対して、バイモルフ型圧電素子６に所定の電圧を印加するよう指示を出す。電圧が印加されるとバイモルフ型圧電素子６は曲がり変形する。この変形により、バイモルフ型圧電素子６の自由端に係合している係り止め部２Ａ、２Ｂを介してレンズ枠２に力を伝える。この結果、平行リンクを構成している支持部４に支持されたレンズ枠２は、光軸方向に所定量移動することになる。

次に、撮像装置２０の光軸がθｘ傾いている場合について、以下に説明する。θｘ傾いている場合、（２）の式から、Ｘ軸加速度Ａｘは「Ｇｓｉｎθｘ」である。従って、加速度センサ５は、Ｘ軸加速度Ａｘを「Ｇｓｉｎθｘ」として、アンプ９を介して、変位量演算手段１０に信号を送信する。変位量演算手段１０は（１）の式から変位量を演算する。従って、変位量演算手段１０は、変位量δを「（ｍ／ｋ）Ｇｓｉｎθｘ」としてコントローラ１２へ出力する。コントローラ１２は、レンズ移動指示手段１１による移動量に、変位量演算手段１０の変位量を加減算した移動量を駆動するべく、圧電素子ドライバ１３に対して、バイモルフ型圧電素子６に所定の電圧を印加するよう指示を出す。その結果、レンズ枠２は水平に対する光軸の傾きによる変形量を補正して移動することが可能になる。従って、撮像装置２０は、撮像装置２０の傾きに関わらず、常にピントを正しく保持することが可能となる。

このように、レンズ１及びレンズ枠２の光軸方向の加速度が検知され、レンズ１及びレンズ枠２の重量や姿勢よる意図しない移動量を補正して、レンズ１及びレンズ枠２を所定の位置に移動することができる。従って、レンズ１及びレンズ枠２の重量や傾きに影響されることなくピントの位置を保つことができる。加えて、バイモルフ型圧電素子６の弾性係数と、レンズ１及びレンズ枠２の重量と、加速度センサ又は傾斜角センサの出力によって、意図しない移動量を簡単に計算することができる。更に、平行リンク機構により、撮像素子７とレンズ１を常に平行に保つことができる。

尚、レンズ枠支持部４は図１に示すような平行リンク機構に限らず、固定筒３に固設されたガイドシャフトに、レンズ枠２に設けられたガイドスリーブが摺動するといったガイドシャフト−ガイドスリーブ機構でも良い。また、加速度センサ５はレンズ枠２に固設しているが、これに限らず固定筒３に固設していてもよい。

次に、実施例２の撮像装置について説明する。実施例２の撮像装置と、実施例１の撮像装置２０との相違は、実施例１の撮像装置２０には、加速度センサ５が用いられていたのに対し、実施例２の撮像装置は、傾斜角センサを用いる点で異なる。その他の構成は、実施例１の撮像装置と同様である。傾斜角センサから求まる撮像装置の水平に対する傾き角度と、（２）式から加速度Ａｘを求めても、同様の効果を得ることが可能である。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で、さらに、種々の態様で実施可能である。

本実施例に係る撮像装置の簡単な構成を示した図である。 本実施例に係る撮像装置の正面図である。 撮像装置の傾きと、地面の垂直方向及び水平方向の関係を簡単に示した図である。 従来の撮像装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ レンズ
２ レンズ枠
２Ａ、２Ｂ 係り止め部
３ 固定筒
４ レンズ枠支持部
４Ａ、４Ｂ レバー
５ 加速度センサ
６ バイモルフ型圧電素子
７ 撮像素子
８ 加速度センサドライバ
９ アンプ
１０ 変位量演算手段
１１ レンズ移動支持手段
１２ コントローラ
１３ 電素子ドライバ
２０ 装置
２１ 光軸
２２ 重力加速度
２３ 重力加速度の光軸方向成分

Claims (7)

1. 被写体像を所定の位置に結像可能なレンズを備えたレンズユニットと、
   前記レンズユニットが設けられる固定部材と、
   前記レンズユニットを前記固定部材に対して光軸方向に移動可能に支持する支持部材と、
   前記レンズユニットを前記光軸方向に移動させる圧電素子と、
   前記圧電素子を制御するコントローラ部と、
   前記レンズユニットの光軸方向の加速度が検知可能な加速度センサと、
   前記加速度センサからの信号により前記レンズユニットの変位量を求める変位量演算手段とを備え、
   前記コントローラ部は、前記変位量演算手段の出力信号に応じて、前記圧電素子を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 被写体像を所定の位置に結像可能なレンズを備えたレンズユニットと、
   前記レンズユニットが設けられる固定部材と、
   前記レンズユニットを前記固定部材に対して光軸方向に移動可能に支持する支持部材と、
   前記レンズユニットを前記光軸方向に移動させる圧電素子と、
   前記圧電素子を制御するコントローラ部と、
   前記レンズユニットの水平に対する光軸の傾きが検知可能な傾斜角センサと、
   前記傾斜角センサからの信号により前記レンズユニットの変位量を求める変位量演算手段とを備え、
   前記コントローラ部は、前記変位量演算手段の出力信号に応じて、前記圧電素子を制御することを特徴とする撮像装置。
3. 前記加速度センサは、前記レンズユニット又は前記固定部材に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記傾斜角センサは、前記レンズユニット又は前記固定部材に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記圧電素子は、バイモルフ型圧電素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
6. 前記支持部材は、平行リンク機構であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
7. 前記支持部材は、ガイドシャフトとガイドスリーブであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
   

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