JP2016020982A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体感振動の発生が少なく且つ小型の撮像素子移動によるウォブリング機構を備えた撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像手段３と、撮像手段３を弾性支持する弾性支持手段５と、弾性支持手段５と光軸上の位置が重なる領域で弾性支持手段５に取り付けられる慣性手段９と、で構成されることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、スチルカメラやビデオカメラ装置などの撮像装置に関し、特に撮像素子をレンズの光軸方向に移動して撮像する撮像装置に関する。

近年、一眼レフタイプのレンズ交換式デジタルカメラにおいても静止画に加えて動画撮影機能が追加された製品が注目され、動画撮影時に有利なコントラスト検出方式のオートフォーカス機構（以降、コントラストＡＦ）を備える撮像装置の開発がなされている。
そのオートフォーカス機構としては交換レンズ内のフォーカスレンズ移動機構に加えて、カメラ本体内の撮像素子の移動機構を備える撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。それらは撮像素子を撮影光軸方向にウォブリング動作させることでレンズの合焦方向を判定し、その判定結果に基づいてフォーカスレンズを走査して合焦を行う様に構成されている。

特開平０５−０４８９５７号公報

ビデオカメラ本体内での撮像素子のウォブリング機構においてはそれにより発生する体感振動の抑制が問題になる。これは撮像素子が重く、それをウォブリングさせることにより発生する反作用である。そしてその体感振動を相殺する手法として、ウォブリングと反対方向に所定質量の錘を振動させるいわゆるカウンタバランス構造が考えられる。

しかしながら、カウンタバランスを得る為の錘（ここではカウンタウェイトと称する）を新たに設ける必要がある為に、装置そのものが大きくなってしまうという問題が出てくる。そこで本発明の目的は、撮像素子の移動機構を備えた撮像装置において、カウンタウェイトを設けつつ、機器の小型化を実現することとする。

上記目的を達成するために本発明の撮像装置は、撮像手段と、撮像手段を弾性支持する弾性支持手段と、弾性支持手段と光軸上の位置が重なる領域で弾性支持手段に取り付けられる慣性手段と、で構成されることを特徴としている。

本発明によれば、撮像素子の移動機構を備える撮像装置において、体感振動の発生が少なく、且つ小型の移動機構を有した撮像装置を提供することができる。

本発明における撮像装置全体の断面図 （ａ）本発明の実施例における撮像装置要部の水平断面上視図、（ｂ）本発明の実施例における撮像装置要部の垂直断面図 本発明の撮像装置の外観および背面の斜視図 （ａ）本発明の実施例における撮像装置の要部の水平断面上視図で、撮像素子が基準位置にある状態、（ｂ）本発明の実施例における撮像装置の要部の水平断面上視図で、撮像素子が光軸方向に前進した状態、（ｃ）本発明の実施例における撮像装置の要部の水平断面上視図で、撮像素子が光軸方向に後退した状態 本発明の実施例における、回転モーメント抑制する変形例を説明する撮像装置要部の垂直断面図 本発明における解決手段を用いない場合の撮像装置要部の水平断面上視図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

本実施例の撮像装置はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子により被写体像を光電変換して画像情報を生成し、任意のメモリ等の電子的記録媒体にその画像情報を記録するデジタル撮像装置である。以下、図１から図６を参照して、本発明の実施例における撮像装置について説明する。

図１は撮像装置全体の垂直断面図であり、撮像装置全体の構成を示す。図２は撮像レンズをつけていない状態の撮像装置を示し、図２（ａ）は要部の水平断面上視図で、図２（ｂ）は要部の垂直断面図であり、それぞれの撮像素子は基準位置にある状態を示している。図３は撮像装置の要部の正面と背面方向からの見た外観斜視図である。

図４は撮像素子の要部の水平断面の上視図で、後述する圧電素子の駆動による撮像素子移動機構の動作中を示す。図４（ａ）は撮像素子が基準位置にある状態で撮像面が撮影レンズの予定結合面Ｐにあることを示す。図４（ｂ）は撮像素子が光軸方向に前進した状態、図４（ｃ）は撮像素子が光軸方向に後退した状態を示す。

図５は、本実施例における変形例の撮像装置要部の垂直断面図であり、装置の発生する回転モーメントを抑制する変形例を説明する。図６は、本実施例の解決手段を用いない場合の撮像装置要部の水平断面上視図であり、薄型化が困難な構造を示している。

（本発明の構成）
図１は撮像装置であるデジタルカメラおよびレンズの断面図を示し、２１はカメラ本体、２２は交換レンズ、２３は交換レンズに設けられた撮影光学系である。２３ａは撮像光学系２３の中で合焦動作を行うＡＦレンズである。２４は撮像光学系２３の像を撮像素子２５およびプリズム２６に分岐するクイックリターンミラー、２７はプリズムに入射した光束を接眼面に導く観察光学系、２８は撮像素子２５への入射を制御するシャッタ、２９は撮影光学系２３により撮像素子２５上に結像された画像を再生する背面液晶モニターである。ここで撮像光学系２３の焦点調節はＡＦレンズ２３ａを矢印２３ｂ方向に駆動することで行う。

焦点状態の検出は撮像素子２５の画像のコントラストを検出した評価値を用いて行う。すなわち、ＡＦレンズ２３ａを所定量ずつ移動させながら撮像素子２５で得られる画像の評価値を求め、最も評価値の高い結果が得られるＡＦレンズ２３ａの位置を合焦位置としている。

このような合焦調節動作は山登りＡＦ、或いはＴＶ−ＡＦ、コントラストＡＦなどと称され、合焦検出の為に専用のセンサが不要であるという利点を有している。

しかしながら、コントラストの大小は検出できるがＡＦレンズ２３ａを移動させないとコントラスト変化の方向が分からないという課題も有している。具体的にはＡＦレンズ２３ａを所定方向（例えば撮像素子２５側）に移動して行きながら画像の評価値を求めていき、その評価値が低くなっていく場合にはピントが外れていく方向にＡＦレンズ２３ａが駆動されている判断し、その駆動方向を反転させる必要がある。

上記の課題を達成する為、ウォブリングと称する合焦検出処理が一般的に行われている。詳細は後述するが、図１において矢印２５ａ方向に撮像素子２５を交番に移動させることでウォブリング動作を行う。この時、撮像素子２５が撮像光学系２３側に移動している時の画像の評価値と背面液晶モニター２９側に移動している時の画像の評価値を比較し、画像評価値の高い側が合焦方向と判定する。その後、合焦方向に向かってＡＦレンズ２３ａを駆動して最も画像評価値が高くなるレンズ位置を求める。

図２から図３において、１は撮像装置である本体、１ａは本体１のレンズ取り付け面であり、レンズ光軸と光軸方向（ｚ方向）の基準面であるマウント部である。

２は弾性支持手段５の固定手段であるところのセンサ地板で、後述の撮像素子３の移動機構全体を備えている。センサ地板は、センサ地板２の位置がマウント部１ａから所定の距離と撮像レンズの光軸に直交する平面性が得られるように、例えば３箇所に調整ワッシャ２ａを挟みこんでその高さ調整が可能となって本体１に取り付けられている。

３は被写体からの光束が結像される撮像手段であるところの撮像素子で、撮像素子内部の撮像面に投影された画像を電気信号に変換する。この撮像面がレンズの予定結像面にあることでピントの合った画像が撮影されることになる。この撮像素子３はいわゆる電子シャッタの機能を備えて、画像信号取り込み開始となる電子シャッタとしての電子先幕、及び取り込み中止を行う電子後幕の機能を有している。すなわち、電子先幕の動作により画像の電荷の蓄積を開始し、電子後幕の動作により所定の時間後に蓄積を終了することが可能である。その後、蓄積した画像の電荷の読み出し動作を行い、撮像手段からの電気的な接続手段である撮像素子側フレキシブル基板８を経由して、後述する信号処理手段へと画像信号を伝達する。

撮像素子３は撮像素子保持板４へ取り付けられる。撮像素子保持板４は平面部４ｂと略直径に曲げられた腕部４ａからなる略コの字形状としている。（尚、撮像素子保持板４は撮像素子を構成するパッケージに一体成型され、撮像信号を外部に出力する端子（リード）をその一部とする金属板としても良い。）撮像素子保持部材４は、その腕部４ａの先端において、後述の板バネ５の平面部５ｂと撮像素子３の撮像面が概略平行となる状態で、板バネ５の腕部５ａと精度良く、半田付け固定されている。

５は撮像手段を弾性支持する弾性支持手段であり、薄板部材であるところの板バネで形成されている。板バネ５はここでは弾性を有するニッケルと鉄の合金である４２アロイ材からなる矩形の板材を曲げて加工してあり、中央の平面部５ｂと両端の略直径に曲げられた腕部５ａからなる略コの字形状としている。板バネ５はその腕部５ａの先端において、撮像素子３の撮像面と板金５の平面部５ｂが概略平行となる状態で、撮像素子保持板の腕部４ａと精度良く半田付け固定されている。板バネ５は、後述の駆動手段により弾性変形させられる。

このような構成で、板バネ５が、撮像素子３の撮像面の光軸方向に対する垂直を保ったまま、その中央部を中心に前後の厚板方向に弾性変形（たわむこと）が可能である。板バネ５は接合部において、後述の支点６と接合し、光軸方向と直交する平面方向において固定される。

６は弾性支持手段を支持する支点であり、板バネ５を上下から挟むような一対の支持部材で、光軸の左右に複数配されている。支点６は４箇所の支点調整板６ａを挟んでセンサ地板２に対し、調整可能に取り付けられて板バネ５及び撮像素子３の撮像装置の基準に対する位置を決定している。支点調節板６ａは板バネ５の短手方向において、支点６の端部のそれぞれ１箇所ずつ備える。

支点６は支持接線６ｂにおいて板バネ５の中央部から、略等距離の位置で、後述の圧電素子７のたわみ変形に支障なく板バネ５及び撮像素子３を支持している。

７ａ、７ｂは、弾性支持手段５に配置された圧電素子であり、駆動手段である。ここではＰＺＴなどの材料とし薄板状の圧電セラミック素子としている。圧電素子７ａ、７ｂは板バネ５の平面部５ｂの表裏面に貼り付けられており、挟んだ板バネ５と組み合わされて駆動手段を構成している。ここでは圧電素子７ａ、７ｂに不図示の回路から印加する電圧と電流方向を制御することによりそのたわみ方向と大きさが制御される。ここでは、パラレル型と言われる接続方法により、一定の電圧を上下の圧電素子に印加した場合、上下の圧電セラミックスが互いに逆方向に伸縮する構成としてある。例えば、プラス電圧により、圧電素子７ａは伸縮し、圧電素子７ｂは伸長するので、一体となって接着された板バネ５が前側に凹むように変形し、したがって撮像素子３は前進する（図４ｂ）。

逆にマイナス電圧により、圧電素子７ａは伸長し、圧電素子７ｂは収縮するので、一体となって接着された板バネ５は前板が突出する様に変形し、したがって撮像素子３は後退する。（図４ｃ）また、これらは電圧の大きさに応じて変位量が生じる。これによって支点６を支点として、板バネ５の中央の平面部と腕部の先端部分の間に変位を生じる。

１０は後述するカウンタウェイトの保持部材であり、その中央部において前述の板バネ５に固定される。また、カウンタウェイト保持部材１０は、板バネ５前面の中央上下２点のみを取り付け位置として板バネ５に固定される為、圧電素子７による板バネ５のたわみ変形に影響しない。

９は慣性手段であるところのカウンタウェイトであり、同時に放熱性能を有している。ここでは真鍮などの比重が大きく、かつ放熱の良好な材料からなり、多数のフィンを備えた形状とする。質量は撮像素子３の質量とストロークの積をカウンタウェイトのストロークで割ったもので、駆動時の撮像素子移動による振動を打ち消す質量としてある。

この時、カウンタウェイト９はカウンタウェイト保持部材１０により、撮像素子保持板４及び板バネ５にて構成する略矩形構造の内部において、撮像素子３や圧電素子７、支点６を避けた位置に導かれる構造とする。このことにより、カウンタウェイト９は、図２（ａ）に示すように撮像素子３や圧電素子７、支点６と光軸上の位置が重なる位置に配置され、撮像装置全体の光軸方向の寸法を増加しない。

また、図２（ａ）示すようにカウンタウェイト９は光軸に対して対称に配置され、重心が光軸上に位置する様にする。このことにより、図に示す矢印Ａ方向に移動する際に、図５の回転矢印Ｂに示す回転モーメントを発生することなく、安定して振動を打ち消すことが可能となる。尚、その重心が光軸上に保たれ且つ撮像装置全体の光軸方向の寸法を増加させない位置、構造で配置されるのであれば、実施例に示すように複数のカウンタウェイト有しても、一体のカウンタウェイトであっても構わない。

一方で外力による衝撃などの原因により、図５の回転矢印Ｂ方向の回転モーメントが発生してしまうことは考えられる。そのため、撮像素子移動の周波数と回転矢印Ｂに示す回転モードの周波数を異ならせることが望ましい。これにより、撮像素子移動により回転モーメントが発生することを避けることができる。

また、回転モーメントの発生を避ける為に、図５に示す本実施例の変形例も考えられる。図５の１１に示す弾性接続手段であるところのコイルバネを、カウンタウェイト保持部材１０及びカウンタウェイト９とセンサ地板２との間に設けることで、発生した回転モーメント吸収することができる。この時、コイルバネ１１は光軸から離れた位置に対称に配置し、その弾性係数が板バネ５の弾性係数より小さな値であることが望ましい。このことにより、光軸方向の撮像素子移動の阻害を低く抑え、なお且つ回転モーメントの吸収を大きくすることができる。

このように板バネ５、支点６、駆動源である圧電素子７ａ、７ｂを含めて撮像素子移動機構を構成している。この撮像素子移動機構は、電圧印加により圧電素子７が伸縮すると、板バネ５の平面部５ｂがたわみ変形するが腕部５ａは前後に移動する。その為撮像素子３は光軸方向に直交する撮像面を維持したまま、フランジバック位置から光軸方向に前進あるいは後退する。同時にカウンタウェイト９は後退あるいは前進し、撮像素子３とカウンタウェイト８は互いに逆方向に移動する。

撮像素子移動に伴う振動を打つ消す為には、撮像素子３とカウンタウェイト９とは、それぞれの移動振幅と質量の積が等しくなるようにしなければならない。そのため撮像素子３のストロークを大きくするためには、カウンタウェイト９のストロークを大きくするか、もしくはカウンタウェイト９の質量を大きくする必要がある。結果、カウンタウェイト９は一定量以上の容積を持たなければならず、撮像装置全体の小型化、薄型化のネックとなる。

そこで、本実施例のようにカウンタウェイト９を撮像素子３と光軸上の位置が重なる位置に、その重心が光軸上に位置するように複数配置すれば、撮像素子移動に伴う振動を消す効果を得ながら、撮像装置全体を小型化、薄型化することができる。

図６に示すようにカウンタウェイト９を板バネ５と光軸上の位置が重ならない領域に配置する場合において、カウンタウェイト９の厚さは矢印Ｃに示される。この矢印Ｃが、撮像素子３及び板バネ５、支点６の厚さである矢印Ｄ光軸上の位置が重ならない領域に、略直線に配置されることで、移動機構全体の厚さは厚くなる。

一方、図２（ａ）に示す本実施例において、一定量の容積が必要であるカウンタウェイト９の厚さは矢印Ｃに示される。この矢印Ｃが、撮像素子３及び板バネ５、支点６の厚さである矢印Ｄと光軸上の位置が重なる領域に配置されることで、移動機構全体の薄型化が可能となる。

また、この移動機構のストローク制御は、電圧制御によって圧電素子７たわみ量を変化させ、撮像素子３が前後するストロークを変化させることで行う。

一方、２箇所の支点６の、板バネ５の長手方向の間隔を調整することで撮像素子３が移動するストロークとカウンタウェイト９が移動するストロークの比を変化させることができる。また、板バネ５の短手方向において、支点調整板６ａにより支点６の光軸方向の高さを変化させて板バネ５を捻ることで撮像素子３の撮像面の倒れ方が変化する。このように支点６の位置を前後、左右、あるいは傾けて微調整することによって、部品の製造ばらつきがあっても撮像素子３の撮像面が光軸に対し傾きがなく、フランジバック距離の基準位置にあるように調整することができる。

このように、慣性手段であるところのカウンタウェイト９を、弾性支持手段であるところの板バネ５と光軸上の位置が重なる領域で取り付けることで、駆動に伴う振動が少なく、小型で薄型の撮像素子移動によるウォブリング機構を備えた撮像装置を提供することができた。

１ 本体、１ａ マウント、２ センサ地板、２ａ 調整ワッシャ、３ 撮像素子、
４ 撮像素子保持部材、４ａ 撮像素子保持部材腕部、４ｂ 撮像素子保持部材平面部、
５ 板金、５ａ 板金腕部、５ｂ 板金平面部、６ 支点、６ａ 支点調整板、
６ｂ 支持接線、７ 圧電素子、７ａ 圧電素子、７ｂ 圧電素子、
９ カウンタウェイト、１０ カウンタウェイト保持部材、１１ コイルバネ、
Ｐ フォーカスレンズ予定結像面

Claims (8)

1. 撮像手段と、
   撮像手段を弾性支持する弾性支持手段と、
   弾性支持手段と光軸上の位置が重なる領域で弾性支持手段に取り付けられる慣性手段と、
   で構成されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記弾性支持手段に貼り付けられた圧電素子を駆動手段として備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記駆動手段の駆動周波数と前記慣性手段の持つ回転モードの周波数とを異ならせることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記慣性手段が複数からなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記慣性手段の重心が光軸上に位置することを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記慣性手段の回転モーメントを吸収する慣性手段と弾性支持手段の固定手段とを弾性接続する弾性接続手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記弾性接続手段が光軸から離れた位置に配置され、前記弾性支持手段の弾性係数より小さな弾性係数を持つことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記弾性支持手段が矩形形状であり、前記慣性手段が前記矩形の内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。