JP3738777B1 - 撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な距離を動かしたいような場合にも、駆動精度の高い撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置を提供する。
【解決手段】レンズ部に対して位置が固定されたベース部６と、可動部７と、撮像面８３が光軸方向に対して直交する状態で可動部７に取り付けられた撮像素子１５と、可動部７を支持する第１の支持部８および第２の支持部９と、第１の回動部、第２の回動部、第３の回動部および第４の回動部とを備え、それぞれの回動中心軸が、互いに平行四辺形の頂点をなした状態で、レンズ部に対する撮像素子１５の位置が変化するように撮像素子１５の位置を駆動する駆動部とを備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、監視カメラ装置やビデオカメラ装置等の撮影装置に関し、特に、撮像素子をレンズの光軸方向に移動させるための撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置に関する。

まず、従来の撮影装置の技術について説明する。ここでは、撮影装置の一例として監視カメラ装置を用いて説明する。

近年、様々な監視カメラ装置に関する技術が提案されている。特に、昼夜を問わず監視を行う監視カメラ装置においては、昼間には、可視光を選択的に透過するとともに赤外光を吸収する赤外光カットフィルタを撮像素子の前面に配置して撮影を行う一方で、夜間に撮影を行う場合には、撮像素子の前面に配置された赤外光カットフィルタを取り外して、赤外領域の光線をも含めた撮影を行うことで、夜間の撮影感度を高くし、夜間の監視精度を向上する技術が提案されてきている。

このような構成の監視カメラ装置においては、可視光を用いて撮影を行う場合と赤外光を用いて撮影を行う場合とで、赤外光カットフィルタの有無によりその光路長が異なり、例えば、昼間時の可視光での撮影時の光路長に最適化された構成によって、夜間の赤外光も含めた撮影を行った場合には、撮影された映像がぼけてしまうという課題があった。

このような課題を解決するために、例えば、赤外光カットフィルタを光路上に配置する際および取り外す際に、撮像素子を自動的に光軸方向に移動させることによって、前述の可視光および赤外光の撮影時の光路長の違いを補正して、昼夜間を問わずにピントの合った鮮鋭な画像を得ることのできる監視カメラ装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

このような監視カメラ装置においては、撮像素子を移動させるためにリードスクリューを用い、リードスクリューに対して回転可能に設けられたナット部に撮像素子を取り付け、リードスクリューをステッピングモータで回転駆動する。このような構成により、ステッピングモータの回転によってリードスクリューを回転させることにより、撮像素子をレンズの光軸方向に所望の距離移動させることが可能であった。
特開２００３−２７４２２９号公報

しかしながら、前述のような監視カメラ装置においては、撮像素子の移動が、撮像素子の固定されたナット部に対するリードスクリューの回転によって行われる。このため、ナット部とリードスクリューとの間にどうしても機械的ながたつきが存在するので、特に微小な距離を動かしたいような場合に、そのがたつきが原因で、リードスクリューの回転に対する撮像素子の移動距離のリニアリティが低くなってしまい、駆動精度が低くなってしまうという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、微小な距離を動かしたいような場合にも、駆動精度の高い撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像素子駆動装置は、レンズ部に対して位置が固定されたベース部と、
前記ベース部に対向するように設けられた可動部と、
撮像面が光軸方向に対して直交する状態で前記可動部に取り付けられた撮像素子部と、
前記ベース部と第１の複数点によって回動可能に連結されるとともに、前記可動部と第２の複数点によって回動可能に連結され、前記第１の複数点と前記第２の複数点とが平面を保つように構成された第１の支持部と、
前記可動部および前記ベース部と回動可能に連結された第２の支持部と、
前記ベース部と前記第１の支持部とを前記第１の複数点において連結する第１の回動部と、
前記ベース部と前記第２の支持部との間に設けられ、前記第１の回動部から前記光軸方向
に平行移動した位置に配置された第２の回動部と、
前記可動部と前記第１の支持部とを前記第２の複数点において連結する第３の回動部と、前記可動部と前記第２の支持部との間の、前記第１の回動部、前記第２の回動部および前記第３の回動部に対して、平行四辺形の頂点をなすような位置に設けられた第４の回動部と、
前記レンズ部に対する前記撮像素子部の位置を変化させる駆動部とを備え、
前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部それぞれの回動中心軸が、前記光軸方向に対して直交し、かつ互いに平行であり、
前記駆動部の駆動により、前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部が互いに平行四辺形の頂点をなした状態で、前記レンズ部に対する前記撮像素子部の位置が変化することを特徴とする撮像素子駆動装置。

このような構成により、可動部は、それぞれの回動中心軸が光軸方向に直交し、かつ、一辺が光軸方向に平行な平行四辺形の頂点の位置に設けられた四つの回動部を介して保持されているので、可動部に撮像面を光軸方向に直交させた状態の撮像素子部を取り付けるという簡易な構成により、撮像面がレンズ部の光軸方向に対して垂直を保った状態で撮像素子部をレンズ部の光軸方向に移動させることができるので、リードスクリューとナット部とを用いたような機械的ながたつき等が発生する可能性を低くすることができ、微小な距離を動かしたいような場合にも、駆動精度の高い撮像素子駆動装置を実現することができる。

また、第１の回動部、第２の回動部、第３の回動部および第４の回動部のうち少なくとも一つが板ばね部である構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、それぞれの部材が接続される回動部のうち、板ばね部である部分には機械的ながたつきや摩擦が発生しないので、ヒステリシスの発生を抑制することができ、さらに駆動精度の高い構成を実現することができる。

さらに、第１の回動部、第２の回動部、第３の回動部および第４の回動部がそれぞれ板ばね部である構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、それぞれの部材が接続される回動部が板ばね部であるので、機械的ながたつきや摩擦が発生せず、ヒステリシスの発生を抑制することができ、もっとも駆動精度の高い構成を実現することができる。

さらに、可動部、第１の支持部、第２の支持部および板ばね部が一体に形成され、可動部、第１の支持部および第２の支持部の少なくとも一つが剛性を高める補強部を有する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、一体の部材を用いて、可動部、第１の支持部、第２の支持部および板ばね部を作成することができるので、簡易な構成を実現できるとともに、可動部、第１の支持部および第２の支持部の少なくとも一つが補強部を有するので、必要な剛性を有する構成を実現できる。

また、第１の回動部、第２の回動部、第３の回動部および第４の回動部のうち少なくとも一つが蝶番部である構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、それぞれの部材が接続される回動部において、蝶番部である部分における機械的な強度を高くすることができるので、耐衝撃性に優れた構成を実現することができる。

さらに、第１の回動部、第２の回動部、第３の回動部および第４の回動部がそれぞれ蝶番部である構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、それぞれの部材が接続される回動部において蝶番部であることにより、機械的な強度をさらに高くすることができるので、もっとも耐衝撃性に優れた構成を実現することができる。

また、第１の支持部と第２の支持部との間に弾性手段を有する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、蝶番部における機械的ながたつきの発生を抑制することのできる構成を実現できる。

また、可動部を所定の方向に付勢する付勢部を備え、駆動部は、付勢部によって可動部に付勢された付勢力を低減することにより可動部を駆動する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、あらかじめ所定の方向に可動部を付勢しておくので、耐衝撃性に優れるとともに、ヒステリシスの発生をさらに抑制することのできる構成を実現することができる。

次に、本発明の撮影装置は、レンズ部と、本発明の撮像素子駆動装置と、撮像素子駆動装置の撮像素子部から出力された信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部とを備えたことを特徴としている。

このような構成により、可動部は、それぞれの回動中心軸が光軸方向に直交し、かつ、一辺が光軸方向に平行な平行四辺形の頂点の位置に設けられた四つの回動部を介して保持されているので、可動部に撮像面を光軸に直交させた状態の撮像素子部を取り付けるという簡易な構成により、撮像面がレンズ部の光軸方向に対して垂直を保った状態で撮像素子部をレンズ部の光軸方向に移動させることができるので、リードスクリューとナット部とを用いたような機械的ながたつき等が発生する可能性を低くすることができ、微小な距離を動かしたいような場合にも、駆動精度の高い撮像素子駆動装置を搭載した、鮮鋭な画像の撮影が可能な撮影装置を実現することができる。

また、撮像素子部の光軸方向に垂直な方向の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、位置ずれ量算出部で算出された撮像素子部の光軸方向に垂直な方向の位置ずれ量にもとづいて、映像信号処理部で処理された映像信号を補正する補正部とを備えた構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、本発明の撮像素子駆動装置を搭載したことによる、撮像素子部の光軸方向に対して垂直な方向の移動を補正することのできる撮影装置を実現することができる。

次に、本発明の監視カメラ装置は、レンズ部と、本発明の撮像素子駆動装置と、照度変化を検知する照度変化検知部と、照度変化検知部が検知した照度変化に応じて、レンズ部の光軸上に赤外光カットフィルタを着脱するフィルタ部と、フィルタ部の赤外光カットフィルタの着脱の際に、撮像素子駆動装置の駆動部を駆動させる制御部とを備えたことを特徴としている。

このような構成により、ベース部の表面に対してレンズ部の光軸方向に移動可能な可動部に撮像素子部を取り付けるという簡易な構成により、撮像面がレンズ部の光軸方向に対して垂直を保った状態で撮像素子部をレンズ部の光軸方向に移動させることができるので、リードスクリューとナット部とを用いたような機械的ながたつきが発生する可能性を低くすることができ、微小な距離を動かしたいような場合にも、撮像素子部の駆動精度の高い、周辺の明るさを問わず撮影を行うことのできる監視カメラ装置を実現することができる。

次に、本発明の撮像素子駆動装置は、ベース部と、ベース部に対向させて配置され、撮像面を光軸方向に直交させた状態の撮像素子部を有し、撮像面の面方向を維持させたまま移動可能な可動部と、ベース部および可動部と、それぞれ回動部を介して連結された支持部と、支持部とベース部との角度または可動部と支持部との角度を変化させる駆動部とを備え、駆動部が、少なくともベース部および可動部のいずれか一方を移動させて、ベース部と支持部との角度、または、支持部と可動部との角度を変化させることによって、撮像素子部は撮像面を光軸方向と直交させた状態で移動することを特徴としている。

このような構成によれば、ベース部と可動部とをそれぞれ回動部を介して支持部により連結するという簡易な構成により、撮像素子部をその撮像面が光軸方向と直交した状態で光軸方向に移動させることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、微小な距離を動かしたいような場合にも、駆動精度の高い撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態）
まず、本発明の実施の形態における撮影装置１の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態における撮影装置１の構成を示す図である。また、図２は本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の構成を示す分解斜視図である。なお、説明を簡単にするために、図面中には互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向を示す。Ｘ軸方向はレンズ部の光軸方向であり、Ｙ軸方向およびＺ軸方向はそれぞれ光軸方向に垂直な方向である。

図１および図２に示したように、本発明の実施の形態の撮影装置１は、レンズ部１０１（図１および図２には図示せず）が取り付けられるレンズマウント部２、後述するベース部６とレンズマウント部２とを接続するベース部取付部３、ベース部取付部３に配置され、後述するフィルタ部５を光軸に垂直な方向（Ｙ軸方向）に移動させるＤＣモータ部４、ＤＣモータ部４に取り付けられ、ＤＣモータ部４の駆動によってＹ軸方向に移動可能なフィルタ駆動軸５２、フィルタ駆動軸５２に取り付けられ、フィルタ駆動軸５２とともにＹ軸方向に移動可能な、赤外光カットフィルタ５１を有するフィルタ部５、ベース部取付部３および後述するコの字部材８０が取り付けられる、レンズ部１０１に対して位置の固定されたベース部６、ベース部６に取り付けられ、撮像素子保持部１１の位置を検出する位置検出部６１、ベース部６の上面（以下、この面をベース面６２と記す）に第１の支持部８および第２の支持部９によって取り付けられ、ベース面６２に対向させて配置した可動部７、可動部７の強度を補強する補強板２７、可動部７をベース面６２に対して光軸方向に沿った方向（Ｘ軸方向）に移動させるために、可動部７と第１の支持部８との間、可動部７と第２の支持部９との間、ベース面６２と第１の支持部８との間およびベース面６２と第２の支持部９との間にそれぞれ設けられた板ばね部１０、第１の支持部８に対してビス２４によって取り付けられ、第１の支持部８の機械的な強度を補強する第１の補強板１６、第２の支持部９に対してビス２６によって取り付けられ、第２の支持部９の機械的な強度を補強する第２の補強板１７、可動部７に補強板２７を介してビス２８により取り付けられた撮像素子保持部１１、絶縁シート１３および撮像素子回路部１２を介してビス２５によって撮像素子保持部１１にねじ止めされる放熱板１４、放熱板１４と絶縁シート１３とを介して撮像素子回路部１２に取り付けられた撮像素子（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ等公知の撮像デバイス）１５、撮像素子保持部１１を後述する方法で光軸方向（Ｘ軸方向）に駆動するリニアアクチュエータ２０、ベース面６２に取り付けられた軸受部１８、リニアアクチュエータ２０に押圧され、軸受部１８を回動中心として回動することにより、リニアアクチュエータ２０の押圧力の方向を変換する駆動方向変換部２２、撮像素子保持部１１のベース面６２に対向する面に設けられたピン２９、駆動方向変換部２２に取り付けられ、駆動方向変換部２２との間でピン２９を挟み、このピン２９を摺動可能に保持する板ばね１９、駆動方向変換部２２を一方向に付勢した状態で保持するコイルばね２１、コイルばね２１を固定するばね止め部３０、ならびに、撮像素子１５から出力された電気信号に対する映像信号処理、フィルタ部５の切替制御処理および後述する補正処理を含む処理を行う回路部２３を備える。

本発明の実施の形態における撮影装置１は監視カメラ装置であり、昼夜を問わず撮影を行うために、周辺の明るさに応じてフィルタ部５を切り替えて撮影を行う。具体的には、周辺が明るいときには光軸上に赤外光カットフィルタ５１を配置して可視光領域でカラー画像の撮影を行い、周辺が暗いときには光軸上に配置された赤外光カットフィルタ５１を除去して赤外領域の光線をも含めた波長の光線による白黒画像の撮影を行う。撮影装置１における周辺の明るさ検知は、回路部２３に搭載された照度検知部（図示せず）によって検知された照度の値と所定の閾値との比較によって行うことができ、回路部２３は、照度検知部で検知される照度の値が所定の閾値を超えて変化した場合には昼間と夜間との時間帯が切り替わったものとしてフィルタ部５の切り替えを行う。また、フィルタ部５の切り替えは、ベース部取付部３に取り付けられたＤＣモータ部４によって行うことができる。

本発明の実施の形態における撮影装置１においては、照度変化があったときにフィルタ部５の切り替えが行われ、その際光軸上に赤外光カットフィルタ５１が配置されたり退避されたりする（以下、この動作を着脱と記す）ことから、光路長が変化してレンズ部１０１から撮像素子１５における光電変換素子が配置された面（以下、この面を撮像面８３と記す）までの最適な合焦位置が変化する。この光路長の変更を補正するために、本発明の実施の形態における撮影装置１は、撮像素子１５を、その撮像面８３をレンズ部１０１の光軸方向に対して垂直を保った状態（すなわち、図１におけるＹＺ平面に平行な面に位置する状態）で、光軸方向（Ｘ軸方向）に移動させる撮像素子駆動装置７０を搭載している。

ここで、本発明の実施の形態における撮影装置１に搭載された撮像素子駆動装置７０の構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の斜視図であり、図３（ａ）は撮像素子駆動装置７０をレンズ部１０１側から見た図であり、図３（ｂ）は撮像素子駆動装置７０をリニアアクチュエータ２０側から見た図である。なお、図２、図３（ａ）および図３（ｂ）においては、説明を簡単にするために、その構造を図１に示したものよりも簡略化して示している。

図２、図３（ａ）または図３（ｂ）に示したように、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０は、レンズ部１０１に対して位置の固定された、レンズマウント部２に取り付けられたベース部取付部３、ベース部取付部３にビス７２によって取り付けられたベース部６、ベース部６のベース面６２上に設けられ、互いにＹ軸方向の高さが等しく、かつ互いに平行な第１の支持部８および第２の支持部９、第１の支持部８および第２の支持部９が互いに平行な状態でベース面６２に対して平行になるように取り付けられた長方形状の可動部７、可動部７と第１の支持部８との間、可動部７と第２の支持部９との間、ベース部６と第１の支持部８との間、および、ベース部６と第２の支持部９との間にそれぞれ設けられた板ばね部１０、可動部７上面にビス２８によって取り付けられた補強板２７、第１の支持部８の機械的な剛性を補強する、第１の支持部８にビス２４によって取り付けられた第１の補強板１６、第２の支持部９の機械的な剛性を補強する、第２の支持部９にビス２６によって取り付けられた第２の補強板１７、可動部７の補強板２７が設けられた側（表面）とは反対側（裏面）にビス２８によって取り付けられ、ビス２５によって撮像素子１５を有する撮像素子回路部１２が取り付けられた撮像素子保持部１１、撮像素子保持部１１のベース面６２に対向する下面に設けられたピン２９、ベース面６２上に設けられたアクチュエータ保持部８１、アクチュエータ保持部８１によって保持されたリニアアクチュエータ２０、ベース面６２上に設けられた軸受部１８（図示せず）によって図面中Ｙ軸方向を回動軸として回動可能に軸支された駆動方向変換部２２、駆動方向変換部２２に設けられ、駆動方向変換部２２との間でピン２９を挟んで摺動させる板ばね１９、駆動方向変換部２２にリニアアクチュエータ２０から付与される付勢力と反対方向の弾性力を付与するコイルばね２１、ならびに、コイルばね２１を保持するばね止め部３０を備える。

図２、図３（ａ）または図３（ｂ）に示したように、本発明の実施の形態の撮像素子駆動装置７０においては、可動部７、第１の支持部８、第２の支持部９および板ばね部１０がコの字状に折り曲げ処理された一体のコの字部材８０によって形成されている。コの字部材８０の材料としては、比較的剛性の低い部材、例えば厚さ０．１２ｍｍのＳＵＳ材を用いることが可能である。

また、ベース部取付部３、ベース部６および撮像素子保持部１１はそれぞれアルミニウムを用いたダイキャスト法によって作成することができる。

さらに、補強板２７、第１の補強板１６および第２の補強板１７の材料としては、コの字部材８０の機械的な強度を補強できるような比較的剛性の高い部材、例えば厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ材を用いることができる。

本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、第１の支持部８、第２の支持部９、可動部７および板ばね部１０は、一体のコの字部材８０で形成されており、第１の支持部８および第２の支持部９の部分には、第１の補強板１６および第２の補強板１７がそれぞれ取り付けられるとともに、側面には折曲部７４が設けられており、第１の支持部８および第２の支持部９の剛性を板ばね部１０と比較して高くすることが可能となっている。

また、コの字部材８０の可動部７の部分にも折曲部７６が設けられるとともに、補強板２７が取り付けられていることにより可動部７の剛性を板ばね部１０と比較して高くすることが可能である。

さらに、コの字部材８０のベース面６２に取り付けられるべき取付面８２、８５の端部には折曲部７５が設けられており、この部分における剛性を高くすることが可能となっている。

一方で、コの字部材８０の可動部７と第１の支持部８および第２の支持部９との間の部分は、折り曲げ処理等の補強が行われず、しかも、他の部分よりも幅が細く形成されているので、これらの部分は板ばね部１０として機能する。

同様に、コの字部材８０の取付面８２、８５と第１の支持部８および第２の支持部９の間の部分も折り曲げ処理等の補強が行われず、しかも、他の部分よりも幅が細く形成されているので、これらの部分も板ばね部１０として機能する。

また、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、第１の支持部８とベース面６２とが接する取付面８２、および、第２の支持部９とベース面６２とが接する取付面８５が、それぞれ光軸方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な図面中Ｚ軸方向に互いに平行になるようにベース面６２にビス７１によって取り付けられている。

ここで、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の駆動部１００の構成についてさらに詳細に説明する。

図４は、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の駆動部１００の構成について説明するための平面図である。図４（ａ）は、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の駆動部１００の構成を示す平面図である。

図４（ａ）に示したように、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、リニアアクチュエータ２０が図面における上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能なその軸９８によって、駆動方向変換部２２を図面中下方向（−Ｚ軸方向）に押圧する。駆動方向変換部２２には、リニアアクチュエータ２０の付勢力に対して反対の方向に弾性的な付勢力を加えるコイルばね２１が設けられており、コイルばね２１はばね止め部３０によって一端が固定されている。図４（ａ）に示した状態では、リニアアクチュエータ２０による付勢力とコイルばね２１による付勢力とがつりあった状態であり、駆動方向変換部２２は停止した状態である。また、駆動方向変換部２２には、撮像素子保持部１１のピン２９を挟むように板ばね１９がビス９９により取り付けられており、ピン２９はリニアアクチュエータ２０の押圧力を変化させることによって駆動方向変換部２２と板ばね１９との間を摺動する。

図４（ｂ）は、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０において、リニアアクチュエータ２０の押圧力を上げたときの駆動部１００の状態を示す図である。

図４（ｂ）に示したように、図４（ａ）に示した状態から、リニアアクチュエータ２０の押圧力を上げた場合、すなわち軸９８を図面中下方向（−Ｚ軸方向）に伸ばした場合には、軸９８が駆動方向変換部２２を押圧し、駆動方向変換部２２は軸受部１８を回動中心として図面中時計回り方向に回動して、その結果、ピン２９は図面中右方向（Ｘ軸方向）に移動する。

このように、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、その駆動部１００にリニアアクチュエータ２０の出力方向を変換する駆動方向変換部２２を備えているので、リニアアクチュエータ２０を光軸方向（Ｘ軸方向）に配置する必要がなく、光軸方向に直交する方向（Ｚ軸方向）に配置することができ、装置全体の小型化を図ることができる。なお、小型化を行う必要がない場合には、駆動方向変換部２２を用いず、リニアアクチュエータ２０によって、直接ピン２９を押圧して移動させる構成とすることも可能であることはいうまでもない。

ここで、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の動作について図５を用いて詳細に説明する。

図５（ａ）は、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０の動作の一例を表す側面図であり、図５（ｂ）はその撮像素子１５の位置が変化した場合の一例を示す側面図である。

図５（ａ）においては、撮像素子駆動装置７０における、第１の支持部８および第２の支持部９がそれぞれベース面６２に対して垂直な状態を示している。第１の支持部８と第２の支持部９とのベース面６２上における距離Ａ_１は、可動部７との接続部分における第１の支持部８と第２の支持部９との光軸方向（Ｘ軸方向）の距離Ａ_２と等しくなるように設けられている。また第１の支持部８のベース面６２から可動部７までの高さＢ_１と第２の支持部９のベース面６２から可動部７までの高さＢ_２とが等しいので、可動部７はベース面６２に対して平行を保っている。また、ベース面６２はレンズ部１０１の光軸方向（Ｘ軸方向）と平行になるように設けられているので、可動部７もレンズ部１０１の光軸方向と平行な状態に保持されている。

本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、可動部７の下面に、撮像素子１５を有する撮像素子回路部１２を備えた撮像素子保持部１１を配置する。このとき、撮像素子１５の撮像面８３を撮像素子保持部１１の可動部７の表面に対して垂直になるように撮像素子保持部１１に取り付けることにより、撮像素子１５の撮像面８３は、光軸方向に対して垂直な状態で保持される。

図５（ａ）に示した状態においては、図４（ａ）で説明したように、リニアアクチュエータ２０の軸が駆動方向変換部２２を押圧する力と、コイルばね２１がその弾性力によって駆動方向変換部２２を反対向きに押圧する力がつりあっており、駆動方向変換部２２に設けられたピン２９は停止している。この状態から、リニアアクチュエータ２０を動作させて、駆動方向変換部２２に対する付勢力を弱める。すると、コイルばね２１が駆動方向変換部２２を押圧する力が、リニアアクチュエータ２０が駆動方向変換部２２を押圧する付勢力よりも大きくなり、駆動方向変換部２２は軸受部１８を中心に回動して、その先端に設けられたピン２９も図５（ａ）における左側に移動する。この移動によって、撮像素子保持部１１は、図５（ｂ）に示したように、紙面左方向（−Ｘ軸方向）に移動する。さらに、撮像素子保持部１１が紙面左方向に移動することによって、可動部７と第１の支持部８、可動部７と第２の支持部９、ベース面６２と第１の支持部８およびベース面６２と第２の支持部９の間にそれぞれ設けられた板ばね部１０が弾性変形する。よって、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、第１の支持部８および第２の支持部９は、それぞれ板ばね部１０を回動中心として、すなわち、光軸方向に垂直、かつ互いに平行な方向（図５におけるＺ軸方向）をそれぞれ回動中心軸の方向として、ベース部６および可動部７に対してそれぞれ回動する。

すなわち、撮像素子１５が図５（ａ）に位置する状態から図５（ｂ）に示したような状態に移動した場合には、前述のように、第１の支持部８の高さＢ_１と第２の支持部９の長さＢ_２とが等しく、かつ、可動部７との接続部における第１の支持部８と第２の支持部９との距離Ａ_２と、ベース面６２上における第１の支持部８と第２の支持部９との距離Ａ_１とが等しいことから、可動部７、第１の支持部８、第２の支持部９およびベース面６２の間で、略平行四辺形を形成した状態で変形する。よって、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、可動部７がベース面６２に対して平行な状態を保ったまま、撮像素子１５の位置を光軸方向に移動させることが可能となる。このとき、可動部７に垂直に設けられた撮像素子１５の撮像面８３は、光軸方向に対して垂直を保った状態で移動する。

本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０において、先程とは逆に、撮像素子１５をレンズ部１０１から遠ざける方向に移動させるためには、リニアアクチュエータ２０の押圧力を上げて、駆動方向変換部２２に対する付勢力を強める。すると、前述の図４（ｂ）に示したように、コイルばね２１が駆動方向変換部２２を付勢する付勢力よりも、リニアアクチュエータ２０が駆動方向変換部２２を付勢する付勢力が大きくなり、駆動方向変換部２２は軸受部１８を中心に先程とは反対方向（時計回り）に回動して、その先端に設けられたピン２９も図５（ａ）における右側に移動する。このピン２９の移動によって、撮像素子保持部１１は紙面右方向（Ｘ軸方向）に移動する。

このように、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、ベース面６２からの高さが互いに等しく、互いに平行で、かつ、光軸方向に沿った方向に回動可能な第１の支持部８および第２の支持部９によって可動部７が支持されているので、可動部７は常にベース面６２に対して平行な状態を維持したままで光軸方向に沿った方向に移動することができる。この可動部７に対して、垂直な方向に撮像素子１５の撮像面８３が配置されるように撮像素子保持部１１が取り付けられているため、撮像素子１５はその撮像面８３が光軸方向に垂直な状態を維持しながら、光軸方向に移動することができ、高精度に撮像素子１５を移動させることができる。

また、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０によれば、撮像素子１５を光軸方向に移動させるための機構、すなわち、ベース面６２と接する取付面８２から第１の支持部８、可動部７、第２の支持部９、取付面８５および板ばね部１０に至るまでの機構を全て、一体の板材を、例えば打ち抜き、成型加工等することによって作成することができる。これにより、摩擦やがたつきの発生が極めて小さく、このために、微小な駆動を行った場合にも高い精度で駆動を行うことが可能である。

ここで、微小な駆動を行った場合のリニアリティ特性について、従来例と比較しながら説明する。ここでは従来の技術で説明した、リードスクリューを用いて撮像素子１５を光軸方向に駆動するタイプの撮像素子駆動装置を比較例として説明する。図６は、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０と比較例とのリニアリティ特性の一例を示す図である。

図６においては、横軸にリニアアクチュエータ２０の駆動ステップ数をとり、縦軸にはそのときの撮像素子１５の位置を前述の位置検出部６１で測定したときの出力値を示している。このような関係において、リニアアクチュエータ２０の駆動ステップ数に対して、位置検出部６１の出力値がなめらかに変化している場合に、リニアリティ特性がよいと評価することができる。本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０においては、そのリニアアクチュエータ２０が１ステップ駆動される毎に、約５μｍずつ撮像素子１５が光軸方向に移動するような構成になっているものとする。

このような前提において、図６に示したように、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０のリニアリティ特性は、比較例の撮像素子駆動装置のリニアリティ特性と比較して、飛躍的に向上していることが分かる。これは、前述のように、その構成にリードスクリュー等の摩擦やがたつきを引き起こす要因となる部材が少ないためであると考えられる。

なお、図６は、撮像素子駆動装置７０に設けられた位置検出部６１の出力値とリニアアクチュエータ２０の駆動ステップ数との関係をプロットした結果である。よって、図６は撮像素子１５の光軸方向（Ｘ軸方向）の可動範囲の略中心（原点）位置付近でのリニアリティ特性を示している。さらに、図示しないが、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０において、撮像素子１５の光軸方向（Ｘ軸方向）の可動範囲（一例として、駆動ステップ数が約６５０で、可動距離が約３．３ｍｍ）の全域において、リニアアクチュエータ２０の駆動ステップ数に対して撮像素子１５の光軸方向（Ｘ軸方向）の移動距離を測定した結果、比較例と比べて非常に高いリニアリティ特性を得ることができることが確認できた。

なお、本発明の実施の形態の撮像素子駆動装置７０においては、可動部７と第１の支持部８、可動部７と第２の支持部９、ベース面６２と第１の支持部８およびベース面６２と第２の支持部９それぞれの間の部分に板ばね部１０が形成されている場合を示したが、本発明の撮像素子駆動装置はこの構成に限定されるものではない。

ここで、本発明の実施の形態における他の撮像素子駆動装置の例について説明する。

図７は本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置の他の例の構成を示す図であり、図８は、そのさらに他の例を示す図である。

例えば、図７に示した撮像素子駆動装置９０は、可動部７と第１の支持部８、可動部７と第２の支持部９、ベース面６２と第１の支持部８およびベース面６２と第２の支持部９それぞれの間の部分に蝶番部９１が形成されている。このような構成によれば、前述の効果に加えて、さらに耐衝撃性に優れた構成を実現することができる。なお、このような構成においては、図７に示したように、蝶番部９１におけるがたつきの発生を抑制するために、第１の支持部８と第２の支持部９とを互いに弾性的に連結するコイルばね等の弾性手段９６を設けておくことが望ましい。

なお、この例においては、可動部７と第１の支持部８、可動部７と第２の支持部９、ベース面６２と第１の支持部８およびベース面６２と第２の支持部９それぞれの間の部分にいずれも蝶番部９１が形成されている例を示したが、本発明の撮像素子駆動装置はこの例に限定されるものではない。例えば、可動部７と第１の支持部８、可動部７と第２の支持部９、ベース面６２と第１の支持部８およびベース面６２と第２の支持部９それぞれの間の部分のうち、いくつかの部分については板ばね部１０を有し、他の部分については蝶番部９１を有する構成であってもよいことはいうまでもない。

また、本発明の実施の形態においては、撮像素子駆動装置７０、９０が、一対の第１の支持部８および一対の第２の支持部９を備えた構成を示したが、本発明の撮像素子駆動装置はこれに限定されるものではない。例えば、図８（ａ）または図８（ｂ）に示した撮像素子駆動装置９５のように、第１の支持部８が一対の構成を有し、第２の支持部９は一つである構成であってもよいし、逆に、第２の支持部９が一対の構成を有し、第１の支持部８は一つである構成であってもよいことはいうまでもない。このような構成においても、第１の支持部８または第２の支持部９が一対の構成を有するので、光軸方向に垂直な方向の剛性を高くすることができる。

なお、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置においては、図５に示したような、ベース面６２および可動部７がそれぞれ光軸に平行で、第１の支持部８および第２の支持部９の高さが同じで、かつ互いに平行である例を示したが、本発明の撮像素子駆動装置はこの構成に限定されない。

図９に、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置７０のさらに別の例の側面図を示す。

図９に示した撮像素子駆動装置９３は、図示しないレンズ部に対して位置の固定されたベース部６、ベース部６と対向する位置に設けられた可動部７、ベース部６のベース面６２に設けられ、可動部７を支持する第１の支持部８および第２の支持部９、ベース部６と第１の支持部８との間に設けられた第１の回動部７５ａ、ベース部６の第２の支持部９との間に設けられた第２の回動部７５ｂ、第１の支持部８と可動部７との間に設けられた第３の回動部７５ｃ、第２の支持部９と可動部７との間に設けられた第４の回動部７５ｄ、ならびに、可動部７に設けられた撮像素子１５を有する撮像素子保持部１１を備えている。

なお、第１の回動部７５ａ、第２の回動部７５ｂ、第３の回動部７５ｃおよび第４の回動部７５ｄは、それぞれ前述の蝶番部９１と同様のヒンジ機能を有する。

図９に示した撮像素子駆動装置９３は、図５に示した前述の撮像素子駆動装置７０と比較して、可動部７およびベース部６がレンズ部の光軸方向に対して平行ではなく、第１の支持部８および第２の支持部９がそれぞれ直線状ではない。

しかしながら、撮像素子駆動装置９３においては、第１の回動部７５ａの回動軸中心（以下、第１の回動中心と記す）７６ａ、第２の回動部７５ｂの回動軸中心（以下、第２の回動中心と記す）７６ｂ、第３の回動部７５ｃの回動軸中心（以下、第３の回動中心と記す）７６ｃおよび第４の回動部７５ｄの回動軸中心（以下、第４の回動中心と記す）７６ｄがそれぞれ、互いに平行であり、かつ、光軸方向に垂直な方向を向くように配置されている。

また、撮像素子駆動装置９３においては、図９（ａ）に示すように、第１の回動中心７６ａおよび第２の回動中心７６ｂが光軸方向に平行な方向に位置するように設けられており、同様に、第３の回動中心７６ｃと第４の回動中心７６ｄとが光軸方向に平行な方向に位置し、かつ、第１の回動中心７６ａと第２の回動中心７６ｂとの距離Ａ_３と同じ距離離間した位置に設けられている。

言い換えれば、第１の回動中心７６ａ、第２の回動中心７６ｂ、第３の回動中心７６ｃおよび第４の回動中心７６ｄは、それぞれが平行四辺形の頂点に位置するような位置に配置されているということができる。

例えば、図９（ａ）に示した状態では、第１の回動中心７６ａ、第２の回動中心７６ｂ、第３の回動中心７６ｃおよび第４の回動中心７６ｄは、一辺の長さが距離Ａ_３であり、高さが高さＢ_３である平行四辺形の頂点をなしている。

このような状態から、図示しない駆動部の駆動によって、可動部７または撮像素子保持部１１を、撮像素子１５をレンズ部から離間させる方向（Ｘ軸方向）に移動させた場合の状態を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）に示したように、その高さは高さＢ_３から高さＢ_４に変化するものの、撮像素子１５は、第１の回動中心７６ａ、第２の回動中心７６ｂ、第３の回動中心７６ｃおよび第４の回動中心７６ｄが、それぞれが平行四辺形の頂点に位置する状態のままで（第１の回動中心７６ａおよび第２の回動中心７６ｂを結ぶ方向と第３の回動中心７６ｃおよび第４の回動中心７６ｄを結ぶ方向が光軸方向に平行な状態で）移動する。

これにより、可動部７は光軸方向となす角度を保持した状態で光軸方向に移動し、したがって撮像素子１５は、その撮像面８３の方向を保った状態で、光軸方向（Ｘ軸方向）に移動することが可能となる。

ここで、撮像素子１５の撮像面８３の中心位置は、撮像素子１５の光軸方向（Ｘ軸方向）に対してその移動に伴って変化するが、位置検出部６１によって撮像素子１５の光軸方向（Ｘ軸方向）の位置を検出し、その位置から撮像素子１５の光軸方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）の位置ずれ量を算出し、その量に応じて信号の読み出し領域をシフトさせて出力するように補正する回路を図示しない回路部２３に搭載しておくことにより、実用上撮像素子１５の光軸方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）の位置ずれの影響を除去することができる。なお、撮像素子１５の光軸方向（Ｘ軸方向）への移動量が小さい場合には、前述のような補正処理を行わなくても、実用上問題ない。

なお、本発明の実施の形態においては、撮像素子１５を保持する撮像素子保持部１１が、可動部７のベース部６に対向する面に設けられた例を用いて説明を行ったが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、可動部７のベース部６に対向する面とは反対側の面（例えば、図５における可動部７の上側の面）に設けられている場合にも前述のように、撮像素子１５の撮像面８３を光軸方向に垂直を保った状態で、撮像素子１５を光軸方向に移動させることができることはいうまでもない。

なお、本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置は、監視カメラ装置に搭載される例を用いて説明したが、本発明の撮影装置はその用途を監視カメラ装置に限定されるものではない。例えば、ビデオカメラやデジタルカメラ等公知のあらゆるカメラに搭載可能であることはいうまでもない。

以上述べたように、本発明にかかる撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置を用いれば、ベース面に対してレンズ部の光軸方向に移動可能な可動部に撮像素子を取り付けるという簡易な構成により、撮像面がレンズ部の光軸方向に対して垂直を保った状態で撮像素子をレンズ部の光軸方向に移動させることができるので、リードスクリューとナット部とを用いたような機械的ながたつきが発生する可能性を低くすることができ、微小な距離を動かしたいような場合にも、撮像素子の駆動精度の高い撮影装置を実現することができるという優れた効果を有し、監視カメラ装置やビデオカメラ装置等の撮影装置、特に、撮像素子をレンズ部の光軸方向に移動させるための撮像素子駆動装置およびそれを用いた撮影装置等として有用である。

本発明の実施の形態における撮影装置の構成を示す図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置の斜視図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置の駆動部の構成について説明するための平面図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置の動作を示す図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置と比較例とのリニアリティ特性の一例を示す図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置の他の例の構成を示す図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置のさらに他の例を示す図 本発明の実施の形態における撮像素子駆動装置のさらにまた他の例を示す図

符号の説明

１ 撮影装置
２ レンズマウント部
３ ベース部取付部
４ ＤＣモータ部
５ フィルタ部
６ ベース部
７ 可動部
８ 第１の支持部
９ 第２の支持部
１０ 板ばね部
１１ 撮像素子保持部
１２ 撮像素子回路部
１３ 絶縁シート
１４ 放熱板
１５ 撮像素子
１６ 第１の補強板
１７ 第２の補強板
１８ 軸受部
１９ 板ばね
２０ リニアアクチュエータ
２１ コイルばね
２２ 駆動方向変換部
２３ 回路部
２４，２５，２６，２８，７１，７２，９９ ビス
２７ 補強板
２９ ピン
３０ ばね止め部
５１ 赤外光カットフィルタ
５２ フィルタ駆動軸
６１ 位置検出部
６２ ベース面
７０，９０，９３，９５ 撮像素子駆動装置
７４，７５，７６ 折曲部
７５ａ 第１の回動部
７５ｂ 第２の回動部
７５ｃ 第３の回動部
７５ｄ 第４の回動部
７６ａ 第１の回動中心
７６ｂ 第２の回動中心
７６ｃ 第３の回動中心
７６ｄ 第４の回動中心
８０ コの字部材
８１ アクチュエータ保持部
８２，８５ 取付面
８３ 撮像面
９１ 蝶番部
９６ 弾性手段
９８ 軸
１００ 駆動部
１０１ レンズ部

Claims (11)

1. レンズ部に対して位置が固定されたベース部と、
   前記ベース部に対向するように設けられた可動部と、
   撮像面が光軸方向に対して直交する状態で前記可動部に取り付けられた撮像素子部と、
   前記ベース部と第１の複数点によって回動可能に連結されるとともに、前記可動部と第２の複数点によって回動可能に連結され、前記第１の複数点と前記第２の複数点とが平面を保つように構成された第１の支持部と、
   前記可動部および前記ベース部と回動可能に連結された第２の支持部と、
   前記ベース部と前記第１の支持部とを前記第１の複数点において連結する第１の回動部と、
   前記ベース部と前記第２の支持部との間に設けられ、前記第１の回動部から前記光軸方向に平行移動した位置に配置された第２の回動部と、
   前記可動部と前記第１の支持部とを前記第２の複数点において連結する第３の回動部と、前記可動部と前記第２の支持部との間の、前記第１の回動部、前記第２の回動部および前記第３の回動部に対して、平行四辺形の頂点をなすような位置に設けられた第４の回動部と、
   前記レンズ部に対する前記撮像素子部の位置を変化させる駆動部とを備え、
   前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部それぞれの回動中心軸が、前記光軸方向に対して直交し、かつ互いに平行であり、
   前記駆動部の駆動により、前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部が互いに平行四辺形の頂点をなした状態で、前記レンズ部に対する前記撮像素子部の位置が変化することを特徴とする撮像素子駆動装置。
2. 前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部のうち少なくとも一つが板ばね部であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動装置。
3. 前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部がそれぞれ板ばね部であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動装置。
4. 前記可動部、前記第１の支持部、前記第２の支持部および前記板ばね部が一体に形成され
   、前記可動部、前記第１の支持部および前記第２の支持部の少なくとも一つが剛性を高める補強部を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像素子駆動装置。
5. 前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部のうち少なくとも一つが蝶番部であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動装置。
6. 前記第１の回動部、前記第２の回動部、前記第３の回動部および前記第４の回動部がそれぞれ蝶番部であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動装置。
7. 前記第１の支持部と前記第２の支持部との間に弾性手段を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の撮像素子駆動装置。
8. 前記可動部を所定の方向に付勢する付勢部を備え、前記駆動部は、前記付勢部によって前記可動部に付勢された付勢力を低減することにより前記可動部を駆動することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の撮像素子駆動装置。
9. レンズ部と、
   請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の撮像素子駆動装置と、
   前記撮像素子駆動装置の前記撮像素子部から出力された信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部とを備えたことを特徴とする撮影装置。
10. 前記撮像素子部の前記光軸方向に垂直な方向の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
    前記位置ずれ量算出部で算出された前記撮像素子部の前記光軸方向に垂直な方向の位置ずれ量にもとづいて、前記映像信号処理部で処理された映像信号を補正する補正部とを備えたことを特徴とする請求項９に記載の撮影装置。
11. レンズ部と、
    請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の撮像素子駆動装置と、
    照度変化を検知する照度変化検知部と、
    前記照度変化検知部が検知した照度変化に応じて、前記レンズ部の光軸上に赤外光カットフィルタを着脱するフィルタ部と、
    前記フィルタ部の前記赤外光カットフィルタの着脱の際に、前記撮像素子駆動装置の前記駆動部を駆動させる制御部とを備えたことを特徴とする監視カメラ装置。

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