JP2012185209A

JP2012185209A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2012185209A
Application number: JP2011046461A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyawaki; 宮脇　　誠
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】撮像素子の移動ストロークを大きくし、かつ、撮像素子の移動中の像面の倒れを抑えることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置が、被写体からの光束が結像される撮像素子１と、撮像素子１を保持し、複数の支点に支持され、光軸に沿った方向に撓み変形する板ばね２と、撮像装置本体に片端支持され、圧電素子への電圧印加により駆動して、撮像素子１を光軸Ｌに沿って前方または後方へ移動させるバイモルフとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

静止画撮影機能に加えて動画撮影機能を備える撮像装置が開発されている。また、この撮像装置が備える動画撮影時のオートフォーカス機構として、被写体の動きに追従するために、フォーカスレンズをウォブリング動作させる方式が提案されている。また、撮像素子を光軸方向に移動させてウォブリングさせる技術も提案されている。

なお、特許文献１は、中央部に被変位部材を取り付けた撓み部材を、圧電素子の駆動によって屈曲させることを通じて、被変位部材を変位させる圧電アクチュエータを開示している。

特開２００３−２５８３３０号公報

圧電素子は、低温時に変形量が減少するので、圧電素子を備えるバイモルフには、予め大きい撓み変形量を持たせる必要がある。ここで、バイモルフの撓み変形量を利用して撮像素子を直進させる方法として、バイモルフを、長手方向中央部に設けた２つの支点で支持し、支点から両端部の撓み変形量を直進ストロークとする方法が考えられる。この方法によれば、両端部の撓みのトルクは大きいが、撓み変形量が小さく、直進ストロークが小さい。従って、このバイモルフの撓み変形により移動する撮像素子の移動ストロークが小さくなるというデメリットがある。バイモルフの撓み変形量を利用して撮像素子を直進させる場合、撮像素子の移動中の像面の倒れを少なくすることが必要である。

本発明は、撮像素子の移動ストロークを大きくし、かつ、撮像素子の移動中の像面の倒れを抑えることができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態の撮像装置は、被写体からの光束が結像される撮像素子と、前記撮像素子を保持する部材であって、光軸に沿った方向に撓み変形する弾性部材と、前記弾性部材の中央を基準として互いに対称となる位置に設けられ、前記弾性部材を支持する複数の支持部と、撮像装置本体に片端支持され、圧電素子への電圧印加により駆動して、前記撮像素子を前記光軸に沿って前方または後方へ移動させる駆動手段とを備える。

本発明の撮像装置が備える撮像素子は、弾性部材の中央を基準として互いに対称となる位置に設けられた支持部が支持する当該弾性部材によって保持されている。また、撮像素子が、撮像装置本体に片端支持されたバイモルフによって駆動される。従って、本発明の撮像装置によれば、撮像素子の移動ストロークを大きくし、かつ、撮像素子の移動中の像面の倒れを抑えることができる。

実施例１の撮像装置の構成例を示す図である。実施例２の撮像装置の構成例を示す図である。

図１は、本発明の実施例１の撮像装置の構成例を示す図である。図１（Ａ）は、撮像装置の要部である撮像素子移動機構の上視図の例である。図１（Ｂ）は、当該撮像素子移動機構の背面視図の例である。図１（Ａ）、（Ｂ）に示す撮像装置は、基準位置の状態にある。なお、本実施例において、被写体側を前側または前方、その反対側を後側または後方と称することがある。

本実施例の撮像装置は、デジタルビデオカメラであるが、デジタルスチルカメラ、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話に搭載されるカメラなどその種類は限定されない。また、撮像装置は、撮像素子を光軸方向に微小移動させるウォブリングを行うことによって合焦位置（コントラストのピーク位置）がある方向を判別する自動焦点調節（ＡＦ）機能を有する。

撮像素子１は、撮像光学系により被写体からの光束が結像されるＣＭＯＳやＣＣＤセンサなどの撮像素子である。ＣＭＯＳは、ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略称である。また、ＣＣＤは、ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅの略称である。撮像素子１は、コントラストＡＦ時に撮像光学系の光軸方向に微小移動（ウォブリング）するように構成されている。

板ばね２は、撮像素子１を保持する弾性部材である。板ばね２は、その前端部にて撮像素子１の左右のそれぞれの側面に固定されている。板ばね２は、撓み変形が可能な弾性を有する金属などの薄板部材を有し、図１（Ａ）に示すようにコの字形状である。また、板ばね２は、図１（Ｂ）に示すように、上下方向に分かれて配置された横断部を有する。板ばね２は、複数の支持部４で支持されており、光軸Ｌに沿った方向に撓み変形する。

錘３は、板ばね２の背面の横断部の中央にそれぞれ取り付けられている錘である。錘３は、例えば真鍮などからなる。支持部４は、板ばね２を２箇所で支持し、板ばね２の撓み変形の節となる。図１（Ｂ）に示すように、支持部４は、板ばね２の背面の横断部の中央から互いに同じ距離の位置（対称な位置）に配置されており、板ばね２の横断部を２か所で支持している。また、支持部４は、図示しない撮像装置本体などに固定されている。

撮像素子１、板ばね２、支持部４は、撮像素子１の支持機構部を構成している。この支持機構部は、２点で支持された板ばね２に撮像素子１が取り付けられた構成を有するので、撮像素子の移動中の像面の倒れを抑えることができる。なお、この支持機構部において、板ばね２の横の長さ、２つの支持部の距離などは、撮像素子１の移動ストロークに関係する設計要件である。

バイモルフ５は、第１のバイモルフである。図１（Ｂ）に示す例では、２つのバイモルフ５が、後述するバイモルフ６を挟んで上下に配置されている。この例では、２つのバイモルフ５は、同じ幅を有する。バイモルフ５は、ニッケルと鉄の合金である４２アロイ材などからなる薄板部材の両面に圧電素子５ａを貼り付けた構成を有する。バイモルフ５は、長手方向の一端が固定部５ｃに固定されている。固定部５ｃは、撮像装置本体に固定されている。また、バイモルフ５は、長手方向の他端の連結部５ｂが撮像素子１の背面に取り付けられている。すなわち、バイモルフ５は、撮像装置本体に片端支持されている。

バイモルフ６は、第２のバイモルフである。バイモルフ６は、ニッケルと鉄の合金である４２アロイ材などからなる薄板部材の両面に圧電素子６ａを貼り付けた構成を有する。バイモルフ６は、長手方向の一端が固定部６ｃに固定されている。固定部６ｃは、撮像装置本体に固定されている。また、バイモルフ６は、長手方向の他端の連結部６ｂが撮像素子１の背面に取り付けられている。すなわち、バイモルフ６は、バイモルフ５と同様に、撮像装置本体に片端支持されている。この例では、バイモルフ６に貼り付けられた圧電素子６ａの幅は、バイモルフ５に貼り付けられた圧電素子５ａの幅の２倍である。

次に、本実施例の撮像装置の動作例について説明する。上述したバイモルフ５とバイモルフ６とは、圧電素子への電圧印加により駆動して、撮像素子１を光軸Ｌに沿って前方または後方へ移動させる駆動手段として機能する。

具体的には、バイモルフ５に貼り付けられた圧電素子５ａへの電圧の印加により、バイモルフ５は、固定部５ｃを支点として撓み変形する。また、バイモルフ６に貼り付けられた圧電素子６ａへの電圧の印加により、バイモルフ６は、固定部６ｃを支点として撓み変形する。バイモルフ５、６が撓み変形すると、各々の長手方向の一端の連結部が、撮像素子１に対して、光軸Ｌに沿って前方または後方へ移動させる力を加える。本実施例では、３つのバイモルフの発生する力が撮像素子１に対して均等に作用するように構成されている。このために、本実施例の撮像装置は、３つのバイモルフの発生する力が撮像素子１に対して均等に作用するように圧電素子へ印加する電圧の大きさおよび方向を制御する電圧制御手段を備える。

バイモルフから撮像素子１が力を受けると、板ばね２の前端部も同時に力を受ける。撮像装置が備える３つのバイモルフがそれぞれ光軸方向前方へ撓み変形した場合を想定する。この場合、撮像素子１と共に板ばね２の前端部も光軸方向前方に移動する。その結果、支持部４を節として、バイモルフの横断部の中央部が錘３と共に後方へ移動する。

本実施例の撮像装置においては、バイモルフ５、６は、それぞれ撮像装置本体に片端支持されている。従って、本実施例の撮像装置によれば、バイモルフの両端または両端近傍の２点を固定する（両端支持する）構成を有する撮像装置に比べて、バイモルフの撮像素子１に取り付けられた一端の変位量は４倍となる。その結果、撮像素子１の移動ストロークが大きくなる。

また、本実施例の撮像装置においては、撮像素子１と錘３とは、常に光軸方向について互いに反対方向に移動する。すなわち、錘３の移動が、撮像素子１の移動による振動の発生を打ち消している。

圧電素子へ印加する電圧の方向を反転させると、当該圧電素子が貼り付けられたバイモルフの撓み変形も反転する。これにより、撮像素子１が、光軸方向後方へ大きく移動し、錘３は光軸方向前方へ移動する。

本実施例の撮像装置においては、撮像素子１の支持機構部と駆動手段とが独立して構成されている。従って、撮像素子１の移動ストロークに関係する設計要件を、駆動手段と独立に決めることができる。

また、上述したように、本実施例の撮像装置は、３つのバイモルフの発生する力が撮像素子１に対し、均等に作用するように構成されている。さらに、板ばね２及び撮像素子の支持機構部は、上下左右対称形状であって、駆動手段に対して、その平面方向外側に配置されている。従って、撮像素子１の支持機構部は、レバー比により駆動手段の光軸方向の固定位置のばらつきが影響しにくく、撮像素子１の撮像面を光軸Ｌに対して垂直に保持しながら撮像素子１をウォブリングするために有利な配置を有している。

図１（Ａ）では、駆動手段と支持機構部とが前後にずれた構成を示しているが、駆動手段と支持機構部とが同一平面内に配置されていてもよい。例えば、板ばね２とバイモルフ５、６とが、撮像素子１の後方の同一平面内に配置されていてもよい。撮像装置が、駆動手段と支持機構部とが同一平面内に配置されている構成をとるようにすれば、撮像素子の移動機構の厚さを薄くすることができ、撮像装置全体を小型化することができる。なお、本実施例では、駆動手段としてバイモルフを用いた構成について説明したが、駆動手段として、圧電素子が一面のみに貼り付けられたユニモルフを用いてもよい。

図２は、実施例２の撮像装置の構成例を示す図である。図２（Ａ）は、撮像装置の要部である撮像素子移動機構の上視図の例である。図２（Ｂ）は、当該撮像素子移動機構の背面視図の例である。図２（Ａ）、（Ｂ）に示す撮像装置は、基準位置の状態にある。実施例２の撮像装置の構成、動作のうち、実施例１の撮像装置と共通の構成、動作については、その説明を省略する。

実施例２の撮像装置が備える板ばね１２は、撮像素子１を保持する弾性部材である。板ばね１２は、その両端先端部にて撮像素子１の背面に固定されている。板ばね２は、撓み変形が可能な弾性を有する金属などの薄板部材を有し、図２（Ａ）に示すようにコの字形状である。

錘１３は、板ばね１２の前側の中央部に連結部１３ａを介して取り付けられている。錘１３は、例えば真鍮などからなる。支持部１４は、板ばね１２を２箇所で支持し、板ばね２の撓み変形の節となる支点として機能する。図１（Ｂ）に示すように、支持部４は、板ばね１２の背面の中央から同じ距離の位置にそれぞれ配置されており、板ばね１２を２か所で支持している。また、支持部４は、図示しない撮像装置本体に固定されている。

撮像素子１、板ばね１２、支持部１４は、撮像素子１の支持機構部を構成している。この支持機構部は、２点で支持された板ばね２に撮像素子１が取り付けられた構成を有するので、撮像素子の移動中の像面の倒れを抑えることができる。なお、この支持機構部において、板ばね１２の横の長さ、２つの支持部の距離などは、撮像素子１の移動ストロークに関係する設計要件である。

バイモルフ１５は、ニッケルと鉄の合金である４２アロイ材などからなる薄板部材の両面に圧電素子１５ａを貼り付けた構成を有する。図２（Ｂ）に示すように、撮像装置は、２組すなわち４つのバイモルフ１５を備える。各々のバイモルフ１５は、同じ構成を有している。バイモルフ１５の組は、撮像素子１の背面空間の上下に対称に配置されている。バイモルフに貼り付けられた圧電素子１５ａの長さは、撓み変形量すなわち撮像素子１の移動ストロークに関係する設計要件である。

バイモルフ１５は、長手方向の一端が固定部１５ｂに固定されている。固定部１５ｃは、撮像装置本体に固定されている。すなわち、バイモルフ１５は、撮像装置本体に片端支持されている。また、バイモルフ１５は、長手方向の他端が、板ばね１２の中央部に設けられた錘１３の連結部１３ａに取り付けられている。

次に、本実施例の撮像装置の動作例について説明する。バイモルフ１５は、圧電素子１５ａへの電圧印加により駆動して、撮像素子１を光軸Ｌに沿って前方または後方へ移動させる駆動手段として機能する。

具体的には、バイモルフ１５に貼り付けられた圧電素子１５ａへの電圧の印加により、バイモルフ１５は、固定部１５ｂを支点として撓み変形する。バイモルフ１５が撓み変形すると、錘１３の連結部１３ａに取り付けられたバイモルフ１５の長手方向の端が錘１３に対して光軸Ｌに沿って前方または後方へ移動させる力を加える。この時、板ばね１２の中央部も同時に力を受ける。例えば、４つのバイモルフ１５が光軸方向後方へ撓み変形した場合、錘１３と共に板ばね１２の中央部も光軸方向後方に移動する。板ばね１２の中央部が光軸方向後方に移動すると、支持部１４を節として、板ばね１２の両端先端部が前方へ移動する。これにより、板ばねの両端先端部が固定されている撮像装置が、光軸Ｌに沿って前方に移動する。

本実施例の撮像装置においては、４つのバイモルフ１５は、それぞれ撮像装置本体に片端支持されている。従って、本実施例の撮像装置によれば、バイモルフの両端または両端近傍の２点を固定する（両端支持する）構成を有する撮像装置に比べて、錘１３の連結部１３ａに取り付けられた端の変位量は４倍となる。その結果、撮像素子１の移動ストロークが大きくなる。

また、本実施例の撮像装置は、４つのバイモルフの発生する力が錘１３に対し、均等に作用するように構成されている。このために、本実施例の撮像装置は、４つのバイモルフの発生する力が錘１３に対して均等に作用するように圧電素子へ印加する電圧の大きさおよび方向を制御する電圧制御手段を備える。さらに、板ばね２及び撮像素子の支持機構部は、上下左右対称形状に配置されている。従って、撮像素子１の支持機構部は、撮像素子１の撮像面を光軸と垂直に保持しながら撮像素子１をウォブリングするために有利な配置を有している。

図２（Ａ）では、駆動手段と支持機構部とが前後にずれた構成を示しているが、駆動手段と支持機構部とが同一平面内に配置されていてもよい。撮像装置が、駆動手段と支持機構部とが同一平面内に配置されている構成をとるようにすれば、撮像素子の移動機構の厚さを薄くすることができ、撮像装置全体を小型化することができる。なお、本実施例では、駆動手段としてバイモルフを用いた構成について説明したが、駆動手段として、圧電素子が一面のみに貼り付けられたユニモルフを用いてもよい。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１撮像素子
２板ばね
５バイモルフ

Claims

被写体からの光束が結像される撮像素子と、
前記撮像素子を保持する部材であって、光軸に沿った方向に撓み変形する弾性部材と、
前記弾性部材の中央を基準として互いに対称となる位置に設けられ、前記弾性部材を支持する複数の支持部と、
撮像装置本体に片端支持され、圧電素子への電圧印加により駆動して、前記撮像素子を前記光軸に沿って前方または後方へ移動させる駆動手段とを備える
ことを特徴とする撮像装置。
前記駆動手段は、長手方向の一端が撮像装置本体に固定され、他端が前記撮像素子に取り付けられており、前記圧電素子への電圧印加により、前記撮像素子に取り付けられた前記駆動手段の長手方向の他端が、前記撮像素子に対して、前記光軸に沿って前方または後方へ移動させる力を加える
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記弾性部材と前記駆動手段とが、前記撮像素子の後方の同一平面内に配置されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記駆動手段は、長手方向の一端が撮像装置本体に固定され、他端が前記弾性部材の中央部に設けられた錘に取り付けられており、
前記圧電素子への電圧印加により、前記錘に取り付けられた前記駆動手段の長手方向の他端が前記錘に対して前記光軸に沿って前方または後方へ移動させる力を加えることを通じて前記弾性部材を撓み変形させ、該弾性部材の撓み変形により、前記撮像素子が前記光軸に沿って前方または後方へ移動する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記駆動手段は、前記圧電素子を備えたバイモルフまたはユニモルフである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。