JP2012145637A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の移動機構を有する撮像装置において、撮像面精度を維持しつつ撮像素子を移動させるコンパクトな移動機構を提供すること。
【解決手段】撮像装置は、被写体からの光が撮像光学系１００を通して結像される撮像素子６と、該撮像素子６を移動させる移動機構を備える。第１駆動部１０１はメインコイル２とメインマグネット８を有し、撮像素子６の支持板７を撮像光学系１００の光軸に沿って移動させる。第２駆動部１０２はアシストコイル３とアシストマグネット９を有し、撮像素子６の撮像面を撮像光学系１００の光軸に直交する面に対して傾動させる。第１駆動部１０１の力定数Kmは、第２駆動部１０２の力定数Kcよりも大きい（Km＞Kc）。
【選択図】図２

Description

本発明は、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に関し、特に撮像素子を撮像光学系の光軸方向に沿って移動させながら撮像する装置に関するものである。

近年、静止画撮影に加えて動画撮影の機能をもつ撮像装置が開発されている。動画撮影時のオートフォーカス機構としては被写体の動きに追従する為、フォーカスレンズをウォブリング動作させる方式が知られている。一方では、撮像素子を撮像光学系の光軸方向に沿って移動させてウォブリング動作を行う撮像装置も提案されている。
撮像素子の位置精度に関する特許文献１では、光学素子駆動装置において、光学素子の光軸の傾きを検出しやすい位置にセンサを配置し、光学素子の位置検出精度を向上させる方式が開示されている。

特開２００３−９８４２０号公報

撮像素子の移動機構を有する撮像装置では、撮像光学系の光軸に対する撮像面の直角度、倒れなどの撮像面精度に関し、従来方式の装置と同等の精度を維持する必要がある。つまり、撮像面精度が低いと撮像した画像の品質に影響を及ぼすおそれがある。
そこで本発明は、撮像素子の移動機構を有する撮像装置において、撮像面精度を維持しつつ撮像素子を移動させるコンパクトな移動機構の提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、被写体からの光が撮像光学系を通して結像される撮像素子と、該撮像素子を移動させる移動機構を備えた撮像装置であって、前記撮像素子の支持部材を前記撮像光学系の光軸に沿って移動させる第１駆動手段と、前記撮像素子の撮像面を前記撮像光学系の光軸に直交する面に対して傾動させる第２駆動手段を備え、前記第１駆動手段の力定数が前記第２駆動手段の力定数よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の移動機構を有する撮像装置において、撮像面精度を維持しつつ撮像素子を移動させるコンパクトな移動機構を実現できる。

第１実施形態に係る撮像装置の撮像素子とその移動機構を例示する正面図（Ａ）および側面から見た場合の部分断面図（Ｂ）である。 第１実施形態に係る撮像装置の要部を示すブロック図（Ａ）、制御部の構成例を示す図（Ｂ）、目標値の波形変化を示すグラフ（Ｃ）である。 第２実施形態の撮像装置に係る撮像装置の撮像素子とその移動機構を例示する正面図（Ａ）および側面から見た場合の部分断面図（Ｂ）である。 第３実施形態の撮像装置に係る撮像装置の撮像素子とその移動機構を例示する正面図（Ａ）および側面から見た場合の部分断面図（Ｂ）である。 第４実施形態の撮像装置に係る撮像装置の撮像素子とその移動機構を例示する正面図（Ａ）および側面から見た場合の部分断面図（Ｂ）である。

［第１実施形態］
以下、図１および２を参照して、本発明の第１実施形態に係る撮像装置について説明する。
図１は、撮像装置の要部である撮像素子の移動機構について構成例を示す。図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面から見た場合の部分断面図であり、撮像素子が基準位置にある状態を示す。
撮像装置の本体１には、１対のメインコイル２が図１の左右方向（ＨＰ参照）に所定の距離を置いて固定されている。アシストコイル３は図１の上下方向（ＶＰ参照）の中央上部において本体１に固定されており、メインコイル２に比べて巻数が少なく、巻き径の小さい薄型コイルである。

検出手段を構成する複数の位置センサ４ａ、４ｂは、図１の左右方向の中央における本体１の上下にそれぞれ取り付けられており、本例ではホール素子が用いられている。位置センサ４ａは、アシストコイル３の裏側、つまり図１の上側で本体１に固定され、後述のアシストマグネット９に対向し、撮像素子６の支持板７の上端部の位置を検出する。一方、位置センサ４ｂは図１の下側で本体１に固定され、支持板７に固定された後述のセンサマグネット１０に対向し、支持板７の下端部の位置を検出する。
撮像素子６および該素子の支持板７は撮像装置の本体１に対し、スライド及び傾動可能な状態で支持されている。撮像素子６にはＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどが使用され、その撮像面に被写体からの光が結像される。撮像素子６は支持板７に対し、その撮像面が平行になるように固定されている。支持板７を案内するガイドバー５はステンレス製の軸などで形成されたガイド部材であり、本例では左右１対のガイドバー５が撮像素子６を挟んで、撮像光学系の光軸を含む平面上（ＨＰ参照）に配置されている。ガイドバー５は撮像光学系の光軸方向に平行な方向に沿って延在し、それらの端部は本体１の固定部（不図示）に固定されている。支持板７には、撮像素子６の両側にガイド穴７ａがそれぞれ形成され、１対のガイドバー５がガイド穴７ａにそれぞれ挿通されており、それらの軸摩擦が均等になるように構成することで左右方向の傾きが生じないように防止される。撮像素子６の支持板７は、ガイドバー５に沿って光軸方向にて滑らかに移動する。

メインマグネット８は支持板７の左右側面にそれぞれ固定された永久磁石であり、各メインコイル２に対して所定のギャップをおいてそれぞれに対向する。メインマグネット８とメインコイル２からなる電磁駆動機構は、電力の供給により所定の力定数（以下、Kmと記す）の駆動力を発生する。当該機構はメインコイル２への電流の向きを制御することで、支持板７をガイドバー５に沿って前後方向（被写体側を前方とする）に移動させることができる。
アシストマグネット９は支持板７の上端部の中央に固定され、アシストコイル３に対して所定のギャップをおいて対向する。アシストマグネット９はメインマグネット８より小型で、磁力の小さい永久磁石であり、所定の力定数（以下、Kcと記す）の駆動力を発生させる。アシストコイル３への電流の向きを制御することで、支持板７の上端部を、光軸に直交する面に対して前後方向に傾けることができる。
メインコイル２とメインマグネット８により支持板７を移動させる第１駆動部１０１（図２（Ａ）参照）が構成される。第１駆動部１０１を構成するメインコイル２およびメインマグネット８と、ガイドバー５は、撮像光学系の光軸を含む第１の平面上（図１のＨＰ参照）に配置される。また、アシストコイル３とアシストマグネット９により支持板７を傾動させる第２駆動部１０２（図２（Ａ）参照）が構成される。第２駆動部１０２を構成するアシストコイル３とアシストマグネット９は、撮像光学系の光軸を含んで第１の平面ＨＰに直交する第２の平面上（図１のＶＰ参照）に配置される。
図１に示すセンサマグネット１０は支持板７の下端部の中央に固定された永久磁石であり、位置センサ４ｂに対向している。センサマグネット１０と位置センサ４ｂからなる第１検出部、そして、アシストマグネット９と位置センサ４ａからなる第２検出部は、光軸を含む垂直面上（ＶＰ参照）に位置している。本例では第１検出部が図１の下方に配置され、第２検出部が図１の上方に配置されている。位置センサ４ａと４ｂの各出力を比較することで、支持板７及び撮像素子６の、光軸に対する傾き角が検出される。

図２（Ａ）は撮像素子の移動機構と駆動部、および制御部を示すブロック図である。
本実施形態の撮像装置は、撮像素子６により被写体像を光電変換して画像情報を生成し、電子的記録媒体に記録する。
図２（Ａ）に単レンズで示す撮像光学系１００は、ズームレンズやフォーカスレンズ、手ブレ補正用のシフトレンズなどを含む。撮像素子６は撮像光学系１００の光軸上にて、第１駆動部１０１によりガイドバー５に沿って移動可能である。また、撮像素子６は第２駆動部１０２により、撮像光学系１００の光軸に直交する面に対して前後方向に傾動可能である。第１駆動部１０１は第１制御部１０３からの制御信号に従って、メインコイル２とメインマグネット８の電磁力により撮像素子６の支持板７を移動させる。また、第２駆動部１０２は第２制御部１０４からの制御信号に従って、アシストコイル３とアシストマグネット９の電磁力により支持板７を傾動させる。システム制御部１０５は第１制御部１０３、第２制御部１０４にそれぞれ制御信号を送って撮像素子６の移動制御を行う。
図２（Ｂ）は撮像素子の移動機構と、第１制御部１０３および第２制御部１０４の構成例を示す。
第１制御部１０３は、加算部１０３ａ、係数乗算部１０３ｂ、差分演算部１０３ｃを備える。加算部１０３ａには、位置センサ４ａと４ｂの各検出信号が入力され、両者の加算結果は係数乗算部１０３ｂに出力される。係数乗算部１０３ｂは加算結果に係数「１／２」を乗算して差分演算部１０３ｃに出力する。差分演算部１０３ｃは、目標位置を示す信号と、係数乗算部１０３ｂからの信号との差分を演算し、演算結果である出力信号をメインコイル２にそれぞれ供給して第１駆動部１０１を制御する。
第２制御部１０４は、差分演算部１０４ａ、１０４ｂを備える。差分演算部１０４ａには位置センサ４ａと４ｂの各検出信号が入力され、差分演算部１０４ａは両者の差分を演算して出力信号を差分演算部１０４ｂに送る。差分演算部１０４ｂは、差分演算部１０４ａの出力信号と基準値を示す信号との差分を演算し、演算結果である出力信号をアシストコイル３に供給して第２駆動部１０２を制御する。

以下、図２（Ｂ）および（Ｃ）を用いて、本実施形態の動作を説明する。図２（Ｃ）は、ウォブリング駆動の目標信号波形を例示し、横軸に時間ｔを示し、縦軸に信号レベルｄを示す。本例では矩形波である。
先ず、撮像素子６をウォブリング中、撮像光学系１００の光軸に沿って前後方向に移動させる制御を説明する。ウォブリングの駆動開始に際し、システム制御部１０５（図２（Ａ）参照）は第１制御部１０３に制御指令を送って、図２（Ｃ）に示す目標値を設定する。次に、撮像素子６の現在位置情報が検出される。つまり、アシストマグネット９に対向する位置センサ４ａの出力と、センサマグネット１０に対向する位置センサ４ｂの出力が加算部１０３ａに入力されて加算され、係数乗算部１０３ｂで加算値の２分の１の値、つまり平均値が算出される。差分演算部１０３ｃはこの平均値と目標値との差分を算出し、その結果を駆動信号として２つのメインコイル２に供給する。これにより、第１駆動部１０１は駆動力に係る力定数Kmを発生し、算出された差分がゼロになるまで撮像素子６が移動する。ここでは最も撮像素子６が前進した位置で停止するものとする。次の目標値は、例えば待機位置とされ、その後、撮像光学系１００とは反対の方向にて最も後退した位置に設定される。これに従って撮像素子６は次々に、その目標位置が変更されて移動するので、これらを繰り返すことで撮像素子６は所定の距離だけ前後にウォブリング動作する。

次に、第２制御部１０４による撮像素子６の傾き制御について説明する。差分演算部１０４ａは、位置センサ４ａの出力と位置センサ４ｂの出力との差分を演算する。この差分演算結果と基準値との差分を差分演算部１０４ｂが算出し、算出結果に基づく駆動信号をアシストコイル３に供給する。これにより第２駆動部１０２は駆動力に係る力定数Kcを発生し、支持板７を傾動させる。差分演算部１０４ｂの基準値には、撮像素子６の撮像面が撮像光学系１００の光軸と直交した時の位置センサ４ａおよび４ｂの各出力の差分値が設定されている。撮像素子６及び支持板７の平行度を保ったまま、これらを光軸に沿って前後方向に移動させる駆動力に比べて、モーメントを利用して撮像素子６及び支持板７の端部を駆動して傾ける駆動力の方が小さくて済むことがわかる。つまり、第２駆動部１０２では、メインコイル２とメインマグネット８を含む第１駆動部１０１よりも力定数が小さく、外形も小さいアシストコイル３とアシストマグネット９を使用できる。
以上により、撮像素子６は、その撮像面が常に光軸と直交する状態を維持しながら、所定量に亘るウォブリング動作が可能である。
第１実施形態では、撮像素子６の支持部材（支持板７）を案内するガイド部材（１対のガイドバー５）を用いて、撮像素子６の移動機構が構成される。第１駆動部１０１は、メインコイル２とメインマグネット８により、力定数Kmの駆動力を発生させる。光軸に対する撮像面の傾きを検出する検出手段は、位置センサ４ａと４ｂで構成される。第２駆動部１０２は、アシストコイル３とアシストマグネット９により、力定数Kcの駆動力を発生させる。力定数KmとKcの関係は「Km＞Kc」である。つまり、ガイド部材により移動可能に支持された撮像素子６を、光軸方向に移動させる第１駆動部１０１に比べて力定数の小さい第２駆動部１０２で撮像面の傾動が制御される。従って、メインコイル２より巻数が少なく、外形の小さいアシストコイル３と、メインマグネット８より小さいアシストマグネット９或いは両方の組合せにより、コンパクトで撮像面の精度が高い、撮像素子の移動機構を低コストで実現できる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態に係る撮像装置の構成において第１実施形態の場合と同様の部分については既に使用した符号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。このような説明の省略の仕方は後述の第３実施形態および第４実施形態でも同様とする。
図３は第２実施形態における撮像素子の移動機構を示す。図３（Ａ）は移動機構の要部を示す正面図であり、図３（Ｂ）は側面から見た場合の部分断面図であり、撮像素子６が基準位置にある状態を示す。第１実施形態と相違する部分は、撮像素子６を傾動させる第２駆動部１０２の構成であり、該駆動部は支持部材或いは撮像装置の固定部に固定される。
圧電アクチュエータ２５は、先端を摺動可能に加工した板バネに圧電素子２５ａを貼り合わせて形成される。圧電アクチュエータ２５は、その先端部が撮像素子６の支持板７に固定されており、その他の部分が撮像素子６の後方（被写体とは反対側）に配置されている。第２制御部１０４は、圧電素子２５ａに対して、プラス或いはマイナスの電圧を印加することで駆動制御を行う。これにより、圧電アクチュエータ２５は図３の上方または下方へ、その印加電圧に応じた量だけ撓んで変形し、板ばねの先端が本体部２０ａの上面または下面に当接して、支持板７を後方または前方へ傾ける反力が発生する。撮像素子６の前後移動に伴い、その傾きが不図示の位置センサにより検出され、その傾き量に応じて第２制御部１０４から信号により圧電アクチュエータ２５への電圧印加が適宜に制御される。
一般に、圧電素子２５ａへの印加電圧は高いことがあるが、抵抗値も高い為、電流値は小さく、力定数（Kc2と記す）も小さい。また、その撓み変形の量も小さいが、本例では撮像素子６の後方で回転モーメントを発生させることにより、撮像面の傾きを制御している。第２駆動部１０２を構成する圧電アクチュエータ２５は薄型の構成とされ、その力定数Kc2と第１駆動部１０１の力定数Kmとの関係は、「Km＞Kc2」である。
第２実施形態によれば、薄型の圧電アクチュエータ２５を用いることで、第２駆動部１０２をコンパクト化できる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態を説明する。前記実施形態との相違点は、撮像素子６の支持板７を弾性支持部材によってカメラ本体に支持したことである。
図４（Ａ）は撮像素子の移動機構の正面図であり、図４（Ｂ）は側面から見た場合の部分断面図であり、撮像素子が基準位置にある状態を示す。
コイルバネ３０は、撮像素子６の支持板７の上下４箇所に取り付けられている。これらのコイルバネ３０は、ガイドバー５を挟んで上下方向にて対称的に配置され、撮像素子６及び支持板７を後方に、つまり撮像光学系とは反対側に付勢している。コイルバネ３０は、その一端部３０ａが支持板７のバネ掛け部３１に取り付けられ、他端部３０ｂが本体１のバネ掛け部３２に取り付けられている。
第３実施形態では、メインコイル２とメインマグネット８による、前方（被写体側）への駆動力に対し、バネ負荷として後方への付勢力がコイルバネ３０によって支持板７に与えられる。これにより、外乱や環境変化に強く、安定した機構が実現される。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態を説明する。前記実施形態との相違点は、撮像素子６の支持板７をダンパ構造によってカメラ本体に支持したことである。
図５（Ａ）は撮像素子の移動機構の正面図であり、図５（Ｂ）は側面から見た場合の部分断面図であり、撮像素子が基準位置にある状態を示す。
ダンパ部材４０は、撮像素子６の支持板７の上下４箇所に取り付けられている。これらのダンパ部材４０は、ガイドバー５を挟んで上下方向にて対称的に位置し、本体１の凹部４１内に圧縮された状態で収納されている。撮像素子６の支持板７に設けた被支持部７ｂは、ダンパ部材４０によって、基準位置などの所定位置に保持されている。
第４実施形態では、メインコイル２とメインマグネット８による、前方（被写体側）への駆動力に対し、常に中立位置に支持板７を保持しようとするダンパ構造により、外乱や環境変化に強く、安定した機構が実現される。

２ メインコイル
３ アシストコイル
４ａ，４ｂ 位置センサ
５ ガイドバー
６ 撮像素子
７ 支持板
８ メインマグネット
９ アシストマグネット
１００ 撮像光学系
１０１ 第１駆動部
１０２ 第２駆動部
１０３ 第１制御部
１０４ 第２制御部

Claims (7)

1. 被写体からの光が撮像光学系を通して結像される撮像素子と、該撮像素子を移動させる移動機構を備えた撮像装置であって、
   前記撮像素子の支持部材を前記撮像光学系の光軸に沿って移動させる第１駆動手段と、
   前記撮像素子の撮像面を前記撮像光学系の光軸に直交する面に対して傾動させる第２駆動手段を備え、
   前記第１駆動手段の力定数が前記第２駆動手段の力定数よりも大きいことを特徴とする撮像装置。
2. 前記移動機構は、前記撮像素子の支持部材を前記撮像光学系の光軸に沿って移動可能に案内するガイド部材を有し、
   前記第１駆動手段は、前記支持部材に取り付けた永久磁石と、該永久磁石に対向するコイルを備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記第２駆動手段は、前記支持部材に取り付けた永久磁石と、該永久磁石に対向するコイルを備えることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記第２駆動手段は前記支持部材又は撮像装置の固定部に固定された圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
5. 前記第１駆動手段および前記ガイド部材は前記撮像光学系の光軸を含む第１の平面上に配置され、
   前記第２駆動手段は、前記撮像光学系の光軸を含み、かつ前記第１の平面に直交する第２の平面上に配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子の撮像面が前記撮像光学系の光軸に直交する面に対してなす傾きを検出するために、前記第２の平面上に設けられた複数の検出手段と、
   前記複数の検出手段による検出信号の平均値を算出し、該平均値と目標値との差分から前記第１駆動手段への駆動信号を生成する第１制御手段と、
   前記複数の検出手段による検出信号の差分を算出し、前記撮像素子の撮像面が前記撮像光学系の光軸と直交するように前記第２駆動手段への駆動信号を生成する第２制御手段と、を備えること特徴とする請求項５記載の撮像装置。
7. 前記支持部材を弾性支持部材又はダンパ部材によって支持する機構を有すること特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の撮像装置。

Images