JP3907560B2 - 画素ずらし用駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素ずらしを行うためのイメージセンサの駆動機構及び駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラや電子スチルカメラ等においてイメージセンサの分解能（解像度）を高める方法として、「画素ずらし」という方法が存在する。以下、イメージセンサの分解能について説明し、続いて画素ずらしの方法について説明し、続いて画素ずらしのために従来提案されていた駆動機構，駆動装置について説明する。
【０００３】
〔１．イメージセンサの分解能〕
イメージセンサでは、一般に、図１に示すように複数の画素Ｐが水平方向（図の横方向）及び垂直方向（図の縦方向）に離散的に配列されている。Ｐｘ，Ｐｙは、それぞれ水平方向，垂直方向の画素ピッチである。
【０００４】
図２に示すように、ピッチＯｘの縦ストライプ（黒線（図の斜線部分）と白線との組み合せ）の被写体５１をこのイメージセンサで撮像したとすると、カメラ内の光学系（レンズ）５２により、ピッチｌｘの縦ストライプ像５３がイメージセンサに投影される。
【０００５】
このとき、図３に示すように縦ストライプ像５３のピッチｌｘが水平方向の画素ピッチＰｘの２倍であれば、縦ストライプの隣り合う黒線（図の斜線部分），白線からの光がそれぞれ水平方向に隣り合う画素Ｐに投影されるので、隣り合う黒線，白線を識別できるような状態で被写体５１を撮像することができる。これに対し、ピッチｌｘが画素ピッチＰｘの２倍未満であると、隣り合う黒線，白線を識別できるような状態で被写体５１を撮像することはできなくなる。
【０００６】
したがって、ピッチｌｘが画素ピッチＰｘの２倍である縦ストライプ像が投影されるときが、イメージセンサの水平方向の分解能の限界である。このとき、イメージセンサからは、図４に示すように、水平転送クロック（周期τｐｈ）に同期してハイレベルとロウレベルとを繰り返す信号が出力する。
【０００７】
テレビジョンの分野では、イメージセンサの水平方向の分解能は次の（１）式によって定義されている。
ＲＰｈ＝Ｋｈ×Ｎｈ …（１）
但し、ＲＰｈは水平方向の分解能、Ｋｈはイメージセンサの撮像面の縦横比（例えば３対４のときは０．７５）、Ｎｈはイメージセンサの水平方向の画素数である。
【０００８】
水平方向の分解能の限界では、図３に示したように画素ピッチＰｘの２倍のピッチｌｘの縦ストライプ像がイメージセンサに投影されるので、水平方向の画素数の半分の本数のストライプ（１本のストライプは１本の黒線と１本の白線との組み合せ）がイメージセンサに投影されることになる。したがって、（１）式は、このストライプの本数を用いて次の（２）式のように表現することもできる。
ＲＰｈ＝Ｋｈ×Ｎｏｈ …（２）
但し、Ｎｏｈは、イメージセンサに投影される縦ストライプ像のストライプの最大本数の２倍の数である。
【０００９】
図２〜図４では水平方向について示したが、垂直方向についても、図５に示すようなピッチＯｙの横ストライプの被写体５４を撮像したとすると、イメージセンサに投影される横ストライプ像のピッチが図１の垂直方向の画素ピッチＰｙの２倍であるときが、垂直方向の分解能の限界である。
【００１０】
この垂直方向の分解能は、上記（１）式，（２）式に代えて、次の（３）式，（４）式で表現される。
ＲＰｖ＝Ｋｖ×Ｎｖ …（３）
但し、ＲＰｖは垂直方向の分解能、Ｋｖ＝１、Ｎｖはイメージセンサの垂直方向の画素数である。
【００１１】
ＲＰｖ＝Ｋｖ×Ｎｏｖ …（４）
但し、Ｎｏｖは、イメージセンサに投影される横ストライプ像の最大ストライプ数の２倍の数である。
【００１２】
〔２．画素ずらしの方法〕
〔２−１．通常のイメージセンサへの適用〕
図１に示した画素配列のイメージセンサで、一定のタイミング毎に、図６に示すように、各画素Ｐを実線の箇所に位置させた状態と、各画素Ｐをこの実線の位置から水平方向にＰｘ／２だけずらした破線の箇所に位置させた状態とを交互に繰り返しながら、同じ被写体を撮像する。具体的には、テレビジョン画像の撮影であれば、例えば奇数フレームでは各画素Ｐを実線の箇所に位置させ、偶数フレームでは各画素Ｐを破線の箇所に位置させる。
【００１３】
そして、各画素Ｐを実線の箇所に位置させた際のイメージセンサの出力信号と、各画素Ｐを破線の箇所に位置させた際のイメージセンサの出力信号とを合成する。
【００１４】
図２に示したピッチＯｘの縦ストライプの被写体５１をこの方法で撮像したとすると、図７に示すように、イメージセンサに投影される縦ストライプ像５３のピッチｌｘが水平方向の画素ずらし量Ｐｘ／２の２倍であれば（すなわち画素ピッチＰｘと同じであれば）、縦ストライプの隣り合う黒線（図の斜線部分），白線からの光がそれぞれ水平方向に隣り合う画素Ｐに投影されるので、隣り合う黒線，白線を識別できるような状態で被写体５１を撮像することができる。
【００１５】
このとき、画素ピッチが１／２のＰｘ／２になったのと同等であり、図３との対比からも明らかなように、イメージセンサの水平方向の分解能が２倍になる。
【００１６】
また、このとき、水平方向の画素数が２倍になったのと同等であるから、図４に示した水平転送クロックの周期がτｐｈ／２になったのに相当し、また、前述のテレビジョンの分野での定義（（１）式）からは水平方向の分解能が次の（５）式のように表される。
ＲＰｈ＝Ｋｈ×２Ｎｈ …（５）
【００１７】
ここでは、各画素Ｐを画素ピッチＰｘの１／２であるＰｘ／２だけずらした例を挙げたが、各画素Ｐを水平方向に画素ピッチＰｘの１／Ｍｈ（Ｍｈは整数）ずつずらした箇所に順次位置させて撮像した場合には、前述のテレビジョンの分野での定義からは水平方向の分解能が次の（６）式のように表されることになる。
ＲＰｈ＝Ｋｈ×Ｎｈ×Ｍｈ …（６）
【００１８】
また、ここでは水平方向について説明したが、垂直方向についても、各画素Ｐを垂直方向に画素ピッチＰｙの１／Ｍｖ（Ｍｖは整数）ずつずらした箇所に順次位置させて撮像した場合には、前述のテレビジョンの分野での定義（（３）式）からは垂直方向の分解能が次の（７）式のように表されることになる。
ＲＰｖ＝Ｋｖ×Ｎｖ×Ｍｖ …（７）
【００１９】
〔２−２．１チップカラーイメージセンサへの適用〕
この画素ずらしの方法は、画素上にカラーフィルターを配列したイメージセンサである１チップカラーイメージセンサにも適用できる。例えば、ＲＧＢのカラーフィルターを図８に示すように配列した１チップカラーイメージセンサについて、グリーンの画素にのみ着目すると、図９に示すように、水平方向，垂直方向の画素ピッチはそれぞれ図１のイメージセンサの画素ピッチと同じくＰｘ，Ｐｙであるが、斜め方向の画素ピッチは図１のイメージセンサの画素ピッチＰｓの２倍の２Ｐｓになる。したがって、そのままでは、斜め方向のグリーンの分解能が図１のイメージセンサの斜め方向の分解能の１／２になってしまう。
【００２０】
そこで、この１チップカラーイメージセンサで、画素ずらし量を水平方向にＰｘだけとって画素ずらしを行う。すると、グリーンの画素については、図１０に示すように、実線の箇所に位置する状態と、この実線の位置から水平方向にＰｘだけずれた破線の箇所に位置する状態とが交互に繰り返すようになる。
【００２１】
このとき、グリーンの画素の斜め方向の画素ピッチが１／２のＰｓになったのと同等であり、グリーンの画素についての斜め方向の分解能が２倍（図１のイメージセンサの斜め方向の分解能と同じ）になる。
【００２２】
なお、１チップカラーイメージセンサに対して前出の〔２−１．通常のイメージセンサへの適用〕で説明した画素ずらしを併せて行うことによって水平方向，垂直方向の分解能を高める（例えば、図８の１チップカラーイメージセンサでレッドやブルーの画素の水平方向，垂直方向の分解能を高める）ことももちろん可能である。
【００２３】
〔３．従来の画素ずらしのための駆動機構，駆動装置〕
以上のような画素ずらしを行うためにイメージセンサの位置を周期的に変化させる手段については従来からいくつかのものが提案されているが、特開平１−１２３５８０号公報には、図１９に示すような、圧電素子を用いた駆動装置が開示されている。この駆動装置は、最小単位の駆動機構である水平方向微少変位板１５０，垂直方向微少変位板１５１と、ＣＣＤ基板取付ブラケット１６９とを主な構成要素としている。
【００２４】
水平方向微少変位板１５０，垂直方向微少変位板１５１は、互いに同一構造をしており、バネ状金属片（１５０ｓ，１５１ｓ）で連結された固定部（１５０ａ，１５１ａ）と可動部（１５０ｍ，１５１ｍ）とを圧電アクチュエータ（圧電素子）（１５２，１５３）で相対的に変位させるようになっている。ＣＣＤ基板取付ブラケット１６９は、ＣＣＤ基板１０１ａ（ＣＣＤ１０１を固定し、配線パターンが形成された基板）を固定するようになっている。
【００２５】
垂直方向微少変位板１５１の固定部１５１ａは、レンズマウント１６７に対して固定された取付板１７２に固定される。水平方向微少変位板１５０の固定部１５０ａは、固定部と可動部との相対的変位の向きを垂直方向微少変位板１５１とは直交させるようにして、垂直方向微少変位板１５１の可動部１５１ｍに固定される。ＣＣＤ基板取付ブラケット１６９は、水平方向微少変位板１５０の可動部１５０ｍに固定される。
【００２６】
フィールド信号に同期した電圧を圧電アクチュエータ１５２，１５３に供給すると、垂直方向微少変位板１５１の可動部１５１ｍが変位することにより水平方向微少変位板１５０全体が（したがってＣＣＤ基板取付ブラケット１６９に固定されたＣＣＤ１０１の位置が）レンズマウント１６７に対して周期的に変位するとともに、水平方向微少変位板１５０の可動部１５０ｍが（したがってＣＣＤ１０１の位置が）それとは直交する向きに周期的に変位する。これにより、水平方向，垂直方向の画素ずらしが行われる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビデオカメラや電子スチルカメラは近年カメラ本体の小型化が進んでおり、それに伴い、画素ずらしを行うためのイメージセンサの駆動装置にも小型化が要求されている。
【００２８】
このイメージセンサの駆動装置を小型化するためには、次の（ａ）及び（ｂ）の点を検討することが必要である。
（ａ）駆動機構の小型化。
（ｂ）イメージセンサの保持機構の小型化。
【００２９】
さらに、この駆動装置を設けるカメラ本体の小型化を実現するためには、次の（ｃ）の点の検討も必要である。
（ｃ）イメージセンサを駆動装置に搭載（保持機構に保持）した状態で、イメージセンサに電気的に接続する回路（電源を供給する回路や、駆動パルスを供給する回路や、イメージセンサの出力信号を処理する回路）の設置スペースを節約すること。
【００３０】
しかし、上記公報に開示された従来の駆動装置は、以下のように、この（ａ）〜（ｃ）のいずれの点からも小型化に限界があった。
【００３１】
〔（ａ）の点について〕
駆動機構（水平方向微少変位板，垂直方向微少変位板）を小型化するためには、相対変位する２つの領域（固定部，可動部），圧電素子それぞれの配置関係が重要である。しかるに、上記公報には、この配置関係を考慮した記載は存在していない。また、図１９にも表れているように、圧電アクチュエータ１５２，１５３がそれぞれ駆動機構の端のほう（水平方向微少変位板１５０では固定部１５０ａ，可動部１５０ｍのうち外側の領域である固定部１５０ａの端のほう、垂直方向微少変位板１５１では固定部１５１ａ，可動部１５１ｍのうち外側の領域である可動部１５１ｍの端のほう）に位置しているので、固定部１５０ａ，可動部１５１ｍのサイズ（面積）を大きくしなければならず、そのため駆動機構が大型化して（面積が広くなって）しまう。
【００３２】
〔（ｂ）の点について〕
ＣＣＤ基板取付ブラケット１６９は、ＣＣＤ１０１自体を直接保持するのではなく、図１９にも表れているようにＣＣＤ１０１よりもかなり面積の広いＣＣＤ基板１０１ａを保持するようになっている。そのため、ＣＣＤ基板取付ブラケット１６９が大型化して（面積が広くなって）しまう。
【００３３】
この（ａ）及び（ｂ）の点から、上記公報に開示された駆動装置は、図１９にも表れているようにＣＣＤ１０１の面積に対してかなり幅の太い形状になっており、したがって小型化には限界があった。
【００３４】
〔（ｃ）の点について〕
上記公報には、ＣＣＤ基板１０１ａに配線パターンを形成している旨の記載はあるが、ＣＣＤ１０１に電気的に接続する回路を、この配線パターンとつないでどこに配置するのかについての記載は存在しない。また、図１９に表れている駆動装置の形状からは、駆動装置の内側にはこの回路を配置することはできず、駆動装置の側方にこの回路を配置せざるを得ない。
【００３５】
そのため、駆動装置とその側方の回路とを合わせた幅はＣＣＤ１０１の面積に対してさらに一層太くなってしまうので、この（ｃ）の点からも、この駆動装置を設けるカメラ本体の小型化に限界があった。
【００３６】
本発明は、上述の点に鑑み、圧電素子を用いた画素ずらし用の駆動装置を小型化することや、さらには、この駆動装置を設けるカメラ本体を、駆動装置に搭載したイメージセンサに電気的に接続する回路の設置スペースの点でも小型化できるようにすることを課題としてなされたものである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、まず、圧電素子を用いた画素ずらし用の駆動機構において、上記公報で考慮がなされていなかった相対変位する２つの領域，圧電素子それぞれの配置関係を明確にすることにより、駆動機構の小型化（上記（ａ）の点）の実現を図った。
【００３８】
それは、最外周部を含む第１の領域と、この第１の領域の内側の第２の領域とに囲まれた空間に、圧電素子が、駆動方向に直交する２つの対向面の一方の面，他方の面をそれぞれこの第１の領域，第２の領域に固定されて設けられており、この圧電素子の位置は、この圧電素子のこの２つの対向面の中心を通る駆動軸がこの第１の領域の中心を通るように決定されており、この圧電素子のこの２つの対向面の一方の面，他方の面が、この駆動軸と直行し且つこの第１の領域の中心を通る中心線に対して互いに反対側に位置することにより、この第１の領域の中央部分にこの圧電素子が収まっており、この第１の領域とこの第２の領域とは、この駆動軸に対して対称な４箇所の金属部位で互いに連結されており、各々のこの金属部位は、この駆動軸の方向に薄くこの駆動軸に直交する方向に厚い板バネ形状をしており、これらの金属部位のうち、この駆動軸に対して同一側にある２つの金属部位は、互いにこの中心線から等しい距離にあり、この第１の領域におけるこの中心線の両側と、この第２の領域におけるこの駆動軸の両側とに、この駆動機構を外部に対して固定するための穴及び／または突起がそれぞれ少なくとも一対ずつ設けられており、この圧電素子に電圧を供給することにより、これらの４箇所の金属部位が湾曲と復元とを繰り返して、この第１の領域と第２の領域とがこの駆動軸の方向に相対的に変位するようにしたものである。
【００３９】
この駆動機構では、圧電素子に周期的に変化する電圧を供給すると、圧電素子が周期的に駆動されることにより各連結部位が湾曲と復元とを周期的に繰り返すので、第１の領域と第２の領域とが駆動軸の方向での相対的な変位を周期的に繰り返す。
【００４０】
したがって、第１の領域，第２の領域のうちの一方の領域を穴及び／または突起を介してイメージセンサに対して固定することにより、この駆動軸方向にイメージセンサの画素ずらしを行うことができる。
【００４１】
この画素ずらしの周期や量（第１の領域と第２の領域との相対的変位の周期や量）は、圧電素子に供給する電圧の周期やレベルを調整することにより、容易且つ高精度に制御することができる。
【００４２】
また、この駆動機構は、次のような点から、小型化が実現される。すなわち、まず、圧電素子の２つの固定面の一方の面，他方の面が、駆動軸と直交し且つ４箇所の連結部位のうち駆動軸に対して同一側にある２つの連結部位から等距離にある中心線に対して互いに反対側に位置している。これにより、駆動機構の中央部分（最外周部を含む第１の領域の中央部分）に圧電素子が収まっているので、上記公報に開示された従来の駆動装置のように駆動機構の面積が広くなることがなく、駆動機構の小型化（面積の狭い駆動機構）が実現される。
【００４３】
さらに、この駆動機構では、第１の領域には中心線の両側に穴及び／または突起が設けられているのに対し、第２の領域には駆動軸の両側に穴及び／または突起が設けられている。このようにして、小型の駆動機構の第１の領域，第２の領域の両方を外部に対して固定することができる。
【００４４】
このようにして、この駆動機構は、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができる。
【００４５】
次に、本出願人は、圧電素子を用いた画素ずらし用の駆動装置において、従来検討されていなかった駆動機構の小型化（前述の（ａ）の点）及びイメージセンサの保持機構の小型化（前述（ｂ）の点）を検討することにより、駆動装置の小型化を図った。
【００４６】
それは、前述の駆動機構（但し、前述の駆動軸と中心線との交点からの第１の領域の穴及び／または突起の距離と、この交点からの第２の領域の穴及び／または突起の距離とを互いに等しくしたもの）が、水平駆動用駆動機構，垂直駆動用駆動機構として１つずつ用いられており、この水平駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちの一方の領域と、この垂直駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域とが、前述の穴及び／または突起を介し、且つ、この水平駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域とこの垂直駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちのこの一方の領域とが接触しないようにして、互いに固定されており、イメージセンサを直接保持するための領域を上部に有し、駆動機構に対して固定するための領域を下部に有する、駆動機構と略等しい直径のホルダーが、この水平駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域と、この垂直駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちのこの一方の領域とのうちのいずれか一方の領域に、前述の穴及び／または突起を介して固定されているものである。
さらに、この画素ずらし用の駆動装置において、第１の領域の前述の穴及び／または突起は、この中心線の両側であって、この中心線とこの駆動軸との交点に対して対称な位置に設けられており、第２の領域の前述の穴及び／または突起は、この駆動軸の両側であって、この中心線とこの駆動軸との交点に対して対称な位置に設けられているものである。
さらに、この画素ずらし用の駆動装置において、ホルダーは、イメージセンサを上部の中央部分に直接保持するための領域を上部に有するものである。
【００４７】
この駆動装置では、水平駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちの一方の領域と、この垂直駆動用駆動機構の第１の領域，第２の領域のうちのこの一方の領域とは異なる領域とが互いに固定されることにより、水平駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向と垂直駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向とが互いに直交する。
【００４８】
イメージセンサをこの駆動装置のホルダーに保持し、水平駆動用駆動機構，垂直駆動用駆動機構のうちホルダーと固定されていないほうの駆動機構を、そのイメージセンサを設けるカメラの基準となる部位に固定した状態で、水平駆動用駆動機構の圧電素子，垂直駆動用駆動機構の圧電素子にそれぞれ周期的に変化する電圧を供給すると、水平駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向と垂直駆動用駆動機構の圧電素子の駆動方向との両方（互いに直交する方向）でイメージセンサが周期的に変位するので、イメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向，垂直配列方向の両方で行うことができる。
【００４９】
前述のように、この駆動機構（水平駆動用駆動機構，垂直駆動用駆動機構）は、小型（狭い面積）の構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができる。また、このホルダーは、上記公報に開示された駆動装置のＣＣＤ基板取付ブラケット１６９のようにイメージセンサ（ＣＣＤ１０１）よりもかなり面積の広いＣＣＤ基板１０１ａを保持するものではなく、イメージセンサそのものを直接保持するものである。したがって、イメージセンサよりもわずかに広い面積を有すれば足りるので、小型化することができる。
【００５０】
したがって、この水平駆動用駆動機構，垂直駆動用駆動機構及びホルダーから成る駆動装置は、上記公報に開示された駆動装置のようにイメージセンサ（ＣＣＤ１０１）の面積に対してかなり幅の太い形状になることはなく、イメージセンサの面積に対してあまり幅の太くない細長い形状になる。これにより、小型な構成イメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向，垂直配列方向の両方向で行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができる。
【００５１】
さらに、本出願人は、この本発明に係る画素ずらし用の駆動装置において、ホルダーに保持したイメージセンサに電気的に接続する回路の設置スペースを節約すること（前述の（ｃ）の点）を検討することにより、この駆動装置を設けるカメラ本体の小型化を図った。
【００５２】
それは、このホルダーを、上部の領域に保持したイメージセンサの電気的接続を行うための開口領域を側部に有し、この上部の領域と下部の領域との間に、イメージセンサと電気的に接続する回路を収納するためのスペースをさらに有する構造のものにすることである。
【００５３】
このように、イメージセンサの電気的接続を行うための開口領域がホルダーの側部に（すなわちホルダー及び各駆動機構が固定された方向に直交する方向に口を開けて）存在することにより、この駆動装置に搭載したイメージセンサの電気的接続を容易に行うことができるようになる。
【００５４】
そして、このようにホルダーそのものに回路の収納スペースを設けることにより、上記公報に開示された駆動装置のように駆動装置の側方に回路を配置する場合と異なり、回路の設置スペースを節約し、駆動装置と回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができる。したがって、その点でも、この駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるようになる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて具体的に説明する。
【００５６】
図１１は、本発明に係る画素ずらし用のアクチュエータ（駆動機構）の構成を示す平面図である。このアクチュエータ１は、平たい円筒形の金属片を加工することによって構成した直径，厚さがそれぞれ２２ｍｍ，５．８ｍｍの寸法のものであり、最外周部を含む円環状の領域（外周領域）１Ａと、外周領域１Ａの内側のＵ字状の領域（内周領域）１Ｂとに囲まれて、アクチュエータ１の中心（外周領域１Ａの最外周円の中心）を含む直方体状の空間が存在している。
【００５７】
この空間には、直方体状の圧電素子４が、駆動方向（直方体の長手方向）に直交する２つの対向面（図の左端の面及び右端の面）の一方の面，他方の面をそれぞれ接着剤で外周領域１Ａ，内周領域１Ｂに固定することによって設けられている。
【００５８】
この空間内での圧電素子４の位置は、圧電素子４の２つの固定面（前述の２つの対向面）の中心を結ぶ駆動軸ＡＸがアクチュエータ１の中心を通るように決定されている。図にも表れているように、圧電素子４のこの２つの固定面の一方の面，他方の面は、駆動軸ＡＸと直交し且つアクチュエータ１の中心を通る線である中心線ＣＬに対して互いに反対側に位置している。
【００５９】
また、この空間の幅（図の縦方向の寸法）は圧電素子４の幅よりも大きくなっており、圧電素子４の側面（長手方向の面）は外周領域１Ａや内周領域１Ｂには接触していない。
【００６０】
図１２は、この圧電素子４の形状を示す斜視図である。圧電素子４の厚さＨは、前述の金属片の厚さ未満になっている。圧電素子４には、電圧を供給する電極５が接続されている。
【００６１】
図１１に示すように、この電極５は、内周領域１Ｂの側面，外周領域１Ａの側面にそれぞれ形成された穴（図示略）を通して、アクチュエータ１の側方に延びている。
【００６２】
外周領域１Ａと内周領域１Ｂとは、圧電素子４の駆動軸ＡＸに対して対称な４箇所の連結部位１Ｃで互いに連結されている（図では、金属片のうちのこの連結部位１Ｃに、わかりやすくするために斜線を付している）。
【００６３】
これらの連結部位１Ｃのうち、駆動軸ＡＸに対して同一側にある２つの連結部位１Ｃは、互いに中心線ＣＬから等しい距離にある。
【００６４】
各金属部位１Ｃは、駆動軸ＡＸの方向に薄く駆動軸ＡＸに直交する方向に厚い板バネ形状をしており、圧電素子４が駆動されると、その駆動圧によって湾曲するともにその湾曲位置においてその駆動圧よりも弱い戻し圧を有し、その後駆動圧がなくなると、戻し圧によって速やかに元の位置に復元するようになっている。
【００６５】
外周領域１Ａにおける中心線ＣＬの両側であって中心線ＣＬと駆動軸ＡＸとの交点（すなわち円筒の中心部）に対して対称な位置には、アクチュエータ１を外部に対して固定するための一対の穴２が形成されている。
【００６６】
また、内周領域１Ｂにおける駆動軸ＡＸの両側であって中心線ＣＬと駆動軸ＡＸとの交点に対して対称な位置にも、アクチュエータ１を外部に対して固定するための一対の穴３が形成されている。
【００６７】
各穴２，３は、中心線ＣＬと駆動軸ＡＸとの交点から互いに等しい距離にあるとともに、互いに内径が等しくなっている。
【００６８】
このアクチュエータ１の動作は、次の通りである。電極５を介して圧電素子４に周期的に変化する電圧を供給すると、圧電素子４が周期的に駆動されることにより各連結部位１Ｃが湾曲と復元とを周期的に繰り返すので、外周領域１Ａと内周領域１Ｂとが駆動軸ＡＸの方向での相対的な変位を周期的に繰り返す。
【００６９】
したがって、外周領域１Ａ，内周領域１Ｂのうちの一方の領域を穴（領域１Ａでは穴２，領域１Ｂでは穴３）を介してイメージセンサに対して固定することにより、駆動軸ＡＸ方向にイメージセンサの画素ずらしを行うことができる。
【００７０】
この画素ずらしの周期や量（外周領域１Ａと内周領域１Ｂとの相対的変位の周期や量）は、圧電素子４に供給する電圧の周期やレベルを調整することにより、容易且つ高精度に制御することができる。
【００７１】
また、このアクチュエータ１は、次のような点から、小型化が実現されている。すなわち、まず、圧電素子４の２つの固定面の一方の面，他方の面が、駆動軸ＡＸと直交し且つ４箇所の連結部位１Ｃのうち駆動軸ＡＸに対して同一側にある２つの連結部位１Ｃから等距離にある中心線ＣＬに対して互いに反対側に位置している。これにより、アクチュエータ１の中央部分（外周領域１Ａの中央部分）に圧電素子４が収まっているので、アクチュエータ１の小型化（面積の狭いアクチュエータ）が実現されている。
【００７２】
これに対し、仮にこの２つの固定面を中心線ＣＬに対して同一側に位置させた場合には、圧電素子４がアクチュエータ１の端のほう（外周領域１Ａの端のほう）に位置するようになるので、外周領域１Ａのサイズ（アクチュエータ１を構成する金属片自体のサイズ）を大きくしなければならず、そのためアクチュエータ１が大型化（面積が広くなって）してしまう。
【００７３】
さらに、このアクチュエータ１では、外周領域１Ａには中心線ＣＬの両側に穴２が設けられているのに対し、内周領域１Ｂには駆動軸ＡＸの両側に穴３が設けられている。このようにして、小型のアクチュエータ１の外周領域１Ａ，内周領域１Ｂの両方を外部に対して固定することができるようになっている。
【００７４】
これに対し、仮に内周領域１Ｂでも外周領域１Ａと同じく中心線ＣＬの両側に穴３を設けた場合には、駆動軸ＡＸ方向での内周領域１Ｂのサイズを大きくしなければならないので、やはりアクチュエータ１が大型化してしまう。
【００７５】
このようにして、このアクチュエータ１は、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを行うことがで、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができるようになっている。
【００７６】
したがって、このアクチュエータ１は、高画素化や小型化が進んだビデオカメラや電子スチルカメラにおいてイメージセンサの画素ずらしを行うために用いるのに非常に適したものになっている。
【００７７】
次に、図１３は、本発明に係る画素ずらし用の駆動装置の構成要素を示す斜視図である。この駆動装置は、図１１に示したアクチュエータ１を水平駆動用，垂直駆動用として１つずつ用いるとともに、ＣＣＤホルダー７を用いて構成される。
【００７８】
アクチュエータ１（水平駆動用）の内周領域１Ｂと、アクチュエータ１（垂直駆動用）の外周領域１Ａとが、この内周領域１Ｂの穴３とこの外周領域１Ａの穴２とにワッシャ６（厚さ０．１ｍｍ）を挟んでビス（図示略）を通すことにより、アクチュエータ１（水平駆動用）の外周領域１Ａとアクチュエータ１（垂直駆動用）の内周領域１Ｂとが接触しないようにして、互いに固定される。
【００７９】
アクチュエータ１（水平駆動用）とアクチュエータ１（垂直駆動用）とをこのように固定することにより、アクチュエータ１（水平駆動用）の圧電素子４の駆動方向（図のＸ）とアクチュエータ１（垂直駆動用）の圧電素子４の駆動方向（図のＹ方向）とが互いに直交する。
【００８０】
ＣＣＤホルダー７は、アクチュエータ１に用いた円筒形の金属片と略等しい直径の円筒形の金属片を加工することによって構成した直径，高さがそれぞれ２０ｍｍ，７ｍｍの寸法のＵ字状のものであり、その上部が、画素ずらしの対象であるＣＣＤ８（イメージセンサ）を直接保持するための領域になっている。ＣＣＤ８の寸法は、一辺が１２ｍｍ程度である。
【００８１】
ＣＣＤホルダー７の下部は、アクチュエータ１の穴２，３と同じ内径の一対の穴（図示略）を、保持するＣＣＤ８の画素の水平配列方向と同じ方向上に穴２同士や穴３同士の間隔と同じ間隔で形成することにより、アクチュエータ１に対して固定するための領域になっている。
【００８２】
また、ＣＣＤホルダー７の側部には、保持するＣＣＤ８と外部との電気的接続を行うための開口領域が設けられている。
【００８３】
ＣＣＤホルダー７は、この下部領域の穴とアクチュエータ１（垂直駆動用）の内周領域１Ｂの穴３とにワッシャ６を挟んでビス（図示略）を通すことにより、アクチュエータ１（垂直駆動用）の内周領域１Ｂに対して固定される。
【００８４】
ＣＣＤホルダー７とアクチュエータ１（垂直駆動用）とをこのように固定することにより、ＣＣＤホルダー７に保持するＣＣＤ８の画素の水平配列方向，垂直配列方向が、それぞれアクチュエータ１（水平駆動用）の圧電素子４の駆動方向（図のＸ），アクチュエータ１（垂直駆動用）の圧電素子４の駆動方向（図のＹ方向）と一致するようになる。
【００８５】
アクチュエータ１（水平駆動用），アクチュエータ１（垂直駆動用），ＣＣＤホルダー７を互いにこのようにして固定することにより、画素ずらし用の駆動装置が構成される。図にも表れているように、この駆動装置は、アクチュエータ１を３つ重ねた程度のサイズであり、ＣＣＤ８の面積に対してあまり幅の太くない細長い形状になっているので、やはり小型になっている。
【００８６】
ＣＣＤ８は、ＣＣＤホルダー７の上部領域に保持されることによってこの駆動装置に搭載される。
【００８７】
図１３には図示を省略しているが、ＣＣＤホルダー７に保持されたＣＣＤ８には、図１４に示すように、ＣＣＤホルダー７の側部の開口領域を介して、フレキシブルプリント板９が接続される。フレキシブルプリント板９には、ＣＣＤ８に電源を供給する電源回路や、ＣＣＤ８に駆動パルスを供給する駆動回路や、ＣＣＤ８の出力信号を処理する信号処理回路が搭載される。
【００８８】
このように、ＣＣＤ８の電気的接続を行うための開口領域がＣＣＤホルダー７の側部に（すなわちＣＣＤホルダー７及び各アクチュエータ１が固定された方向に直交する方向に口を開けて）存在することにより、この駆動装置に搭載したＣＣＤ８の電気的接続を容易に行うことができるようになっている。
【００８９】
なお、ＣＣＤホルダー７の形状は、このようなＵ字形状である代わりに、図１５Ａに示すように側面の中程に電気的接続のための開口領域を設けた円筒形状であってもよく、あるいはまた、図１５Ｂに示すように、側面の下端に電気的接続のための開口領域を設けた円筒形状であってもよい。
【００９０】
さらに、ＣＣＤホルダー７を、ＣＣＤ８を保持するための上部の領域と、アクチュエータ１に対して固定するための下部の領域との間に、ＣＣＤ８と電気的に接続する回路を収納するためのスペースを有する構造のもの（この収納スペースの分だけ高くした形状のもの）にしてもよい。
【００９１】
図１７Ａ，Ｂは、ＣＣＤホルダー７をそのような構造にした例をそれぞれ示しており、図１３と共通する部分には同一符号を付している。図１７Ａの例では、電源回路，駆動回路及び信号処理回路を１個にモジュール化した回路１０が、ＣＣＤホルダー７の収納スペース内で、ＣＣＤ８と共通の基板（例えば、ＣＣＤホルダー７に固定できる硬さを持ったリジットな部分と、折り曲げができるフレキシブルな部分とを組み合わせたフレックス・リジット板）１１に搭載されている。基板１１には、ＣＣＤホルダー７の側部の開口領域を介して、回路１０に対して信号の入出力を行う一対の信号線１２が接続される。図１７Ｂの例は、回路１０を２個に分けた例である。
【００９２】
このように、ＣＣＤホルダー７そのものに回路の収納スペースを設けることにより、画素ずらし用駆動装置の側方に回路を配置する場合と異なり、回路の設置スペースを節約し、駆動装置と回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができる。したがって、その点でも、この画素ずらし用駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるようになる。
【００９３】
また、このようにＣＣＤホルダー７内の収納スペースに電源回路や駆動回路や信号処理回路を収納することにより、これらの回路をＣＣＤ８の近くに配置することができるので、ノイズの影響が軽減されること等によりこれらの回路の動作精度も高くなる。
【００９４】
なお、イメージセンサとしてはＣＣＤ以外にＣＭＯＳセンサーも広く用いられているが、図１７Ｃは、画素ずらしの対象をＣＭＯＳとした場合に、ＣＭＯＳを保持するホルダー（図１３のＣＣＤホルダー７と同様な構造のもの）にこの回路の収納スペースを設けた例である。ＣＭＯＳ用の電源回路や駆動回路や信号処理回路はＣＣＤ用のものよりも小型でＣＭＯＳと一体化させることが可能であり、この例では、このようにＣＭＯＳ１３と一体化された回路１４が、ＣＭＯＳホルダー１２の収納スペース内に位置している。回路１４には、ＣＭＯＳホルダー１２の側部の開口領域を介して、回路１４に対して信号の入出力を行う一対の信号線１５が接続される。
【００９５】
ところで、図１７にはホルダー内の収納スペースに全ての回路を収納する例を示したが、ＣＣＤホルダー７の場合には、ＣＣＤ用の回路の規模（特に電源回路の規模）が大きいために、全ての回路を収納するスペースを設けようとするとＣＣＤホルダー７が大型化してしまうこともある。
【００９６】
図１８は、そうした場合のためのＣＣＤホルダー７内の収納スペースの例を示しており、図１３，図１７と共通する部分には同一符号を付している。この例では、ＣＣＤホルダー７には、駆動回路１６及び信号処理回路１７だけを収納するスペースが設けられている。これらの回路１６及び１７は、図１７Ａ，Ｂの回路１０と同様に、ＣＣＤホルダー７の収納スペース内で、ＣＣＤ８と共通の基板１１に搭載されている。
【００９７】
また、画素ずらし用駆動装置の下部（ＣＣＤホルダー７からみてアクチュエータ１（水平駆動用）の後方（図の右側））の空間に、電源回路１８が基板２１に搭載されて配置されている。そして、基板１１と基板２１とがＣＣＤホルダー７の側部の開口領域を介してフレキシブルプリント板１９でつながれ、各回路１６〜１８に対して信号の入出力を行う一対の信号線２０が基板２１に接続される。
【００９８】
このように、特に回路規模の大きい電源回路のための収納スペースはＣＣＤホルダー７には設けず、画素ずらし用駆動装置の下部の空間のほうに電源回路を配置することにより、ＣＣＤホルダー７の大型化を避け、且つ、画素ずらし用駆動装置と電源回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができる。
【００９９】
図１７，図１８の例では、それぞれイメージセンサに電気的に接続する回路に対して信号の入出力を行う信号線を設けているが、例えば信号処理回路から無線で信号を出力させることにより、信号の出力を行う信号線のほうは省略するようにしてもよい。さらに、電源回路として、外部からの信号の入力が不要なバッテリーを用いることにより、信号の入力を行う信号線のほうも省略してよい。それにより、この画素ずらし用駆動装置を設けるカメラ本体を、さらに小型で且つ携帯性に優れたものにすることができる。
【０１００】
図１３において、アクチュエータ１（水平駆動用）の外周領域１Ａは、穴２にワッシャ６を挟んでビス（図示略）を通すことにより、ＣＣＤ８を設けるビデオカメラまたは電子スチルカメラ等の基準となる所定の部位（カメラのレンズに対して、レンズの光軸に直交する面における位置が固定された部位）に対して固定される。
【０１０１】
この駆動装置の動作は、次の通りである。アクチュエータ１（水平駆動用）の圧電素子４，アクチュエータ１（垂直駆動用）の圧電素子４に、それぞれ周期的に変化する電圧を供給する。
【０１０２】
すると、アクチュエータ１（水平駆動用）の外周領域１Ａはカメラの基準となる部位に対して固定されているので、アクチュエータ１（水平駆動用）の内周領域１Ｂのほうが、カメラに対して駆動軸ＡＸの方向（Ｘ方向）に周期的に変位する。
【０１０３】
アクチュエータ１（水平駆動用）の内周領域１Ｂとアクチュエータ１（垂直駆動用）の外周領域１Ａとは互いに固定されているので、アクチュエータ１（垂直駆動用）も全体としてＸ方向に周期的に変位する。ＣＣＤホルダー７はアクチュエータ１（垂直駆動用）の内周領域１Ｂに対して固定されているので、ＣＣＤホルダー７もＸ方向に周期的に変位する。これにより、ＣＣＤホルダー７に保持されているＣＣＤ８が、画素の水平配列方向（Ｘ方向）に周期的に変位する。
【０１０４】
また、アクチュエータ１（垂直駆動用）の内周領域１Ａが駆動軸ＡＸの方向（Ｙ方向）に周期的に変位するので、ＣＣＤホルダー７はＹ方向にも周期的に変位する。これにより、ＣＣＤ８が画素の垂直配列方向（Ｙ方向）にも周期的に変位する。
【０１０５】
このようにして、ＣＣＤ８の画素ずらしを画素の水平配列方向，垂直配列方向の両方で行うことができる。
【０１０６】
図１６は、アクチュエータ１（水平駆動用）の圧電素子４に供給する電圧のレベルの変化に対するＣＣＤ８のＸ方向での変位量（画素ずらし量）を測定した結果を示す。変位量が電圧レベルに比例して直線的に変化する（したがって変位量の高精度な制御が容易である）という結果が得られた。
【０１０７】
図示は省略するが、ＣＣＤ８のＹ方向での変位量も、やはりアクチュエータ１（垂直駆動用）の圧電素子４に供給する電圧のレベルに比例して直線的に変化するという測定結果が得られた。
【０１０８】
このように、この駆動装置は、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向，垂直配列方向の両方向で行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行えるようになっている。
【０１０９】
また、前述のように、この駆動装置に搭載したＣＣＤ８の電気的接続も容易に行えるようになっている。また、図１７，図１８に示したようにＣＣＤホルダー７そのものに回路の収納スペースを設けることにより、回路の設置スペースを節約し、駆動装置と回路とを合わせた幅も細長い形状を維持することができるので、その点でも、この駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるようになる。
【０１１０】
なお、以上の例では、アクチュエータ１の外周領域１Ａ，内周領域１Ｂを、それぞれ穴２，穴３を介して外部（ＣＣＤホルダー７や、もう１つのアクチュエータ１や、カメラの基準となる部位）に対して固定している。しかし、別の例として、こうした穴の代わりに突起を設け、その突起を介して外周領域１Ａや内周領域１Ｂを外部に対して固定するようにしてもよい。
【０１１１】
また、以上の例では、アクチュエータ１は円筒形状（外周領域１Ａが円環状）になっている。しかし、これに限らず、円筒形以外の形状の金属片（例えば平たい直方体状の金属片）を加工することにより、アクチュエータ１を円筒形以外の形状にする（例えば外周領域１Ａを四角い枠状にする）ようにしてもよい。
【０１１２】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【０１１３】
以上のように、本発明に係る画素ずらし用駆動装置によれば、小型な構成でイメージセンサの画素ずらしを画素の水平配列方向，垂直配列方向の両方向で行うことができ、且つ、画素ずらしの周期や量の高精度な制御を容易に行うことができるという効果が得られる。
【０１１５】
さらに、本発明に係る画素ずらし用駆動装置によれば、この駆動装置に搭載したイメージセンサの電気的接続を容易に行えるという効果も得られる。
【０１１６】
さらに、本発明に係る画素ずらし用駆動装置によれば、この駆動装置に搭載したイメージセンサに電気的に接続する回路の設置スペースを節約することができるので、その点でも、この駆動装置を設けるカメラ本体を小型化することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージセンサの離散的画素構造を示す図である。
【図２】縦ストライプの被写体をイメージセンサで撮像する様子を示す図である。
【図３】縦ストライプ像のピッチと水平方向の画素ピッチとの関係を示す図である。
【図４】イメージセンサの出力信号を示す図である。
【図５】横ストライプの被写体を示す図である。
【図６】水平方向の画素ずらしの例を示す図である。
【図７】縦ストライプ像のピッチと水平方向の画素ずらし量との関係を示す図である。
【図８】１チップカラーイメージセンサの色フィルター配列を例示する図である。
【図９】１チップカラーイメージセンサのグリーンの画素ピッチを示す図である。
【図１０】画素ずらしを行った１チップカラーイメージセンサのグリーンの画素を示す図である。
【図１１】本発明の画素ずらし用アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図１２】図１１のアクチュエータに用いる圧電素子の形状を示す斜視図である。
【図１３】本発明の画素ずらし用駆動装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３の駆動装置に保持したＣＣＤの電気的接続の様子を示す図である。
【図１５】図１３の駆動装置のＣＣＤホルダーの形状の変更例を示す図である。
【図１６】図１３の駆動装置によるＣＣＤの変位量の測定結果を示す図である。
【図１７】イメージセンサを保持するホルダーに回路の収納スペースを設けた例を示す図である。
【図１８】イメージセンサを保持するホルダーに回路の収納スペースを設けた例を示す図である。
【図１９】圧電素子を用いた従来の画素ずらし用駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ、 ２，３ 穴、 ４ 圧電素子、 ５ 電極、 ６ ワッシャ、 ７ ＣＣＤホルダー、 ８ ＣＣＤ、 ９ フレキシブルプリント板、 １０ モジュール化した回路、 １６ 駆動回路、 １７ 信号処理回路、１８ 電源回路

Claims (4)

1. イメージセンサの画素ずらし用の駆動装置において、
   最外周部を含む第１の領域と、前記第１の領域の内側の第２の領域とに囲まれた空間に、圧電素子が、駆動方向に直交する２つの対向面の一方の面，他方の面をそれぞれ前記第１の領域，前記第２の領域に固定されて設けられており、
   前記圧電素子の位置は、前記圧電素子の前記２つの対向面の中心を通る駆動軸が前記第１の領域の中心を通るように決定されており、
   前記圧電素子の前記２つの対向面の一方の面，他方の面が、前記駆動軸と直行し且つ前記第１の領域の中心を通る中心線に対して互いに反対側に位置することにより、前記第１の領域の中央部分に前記圧電素子が収まっており、
   前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記駆動軸に対して対称な４箇所の金属部位で互いに連結されており、
   各々の前記金属部位は、前記駆動軸の方向に薄く前記駆動軸に直交する方向に厚い板バネ形状をしており、
   前記金属部位のうち、前記駆動軸に対して同一側にある２つの金属部位は、互いに前記中心線から等しい距離にあり、
   前記第１の領域における前記中心線の両側と、前記第２の領域における前記駆動軸の両側とに、前記駆動機構を外部に対して固定するための穴及び／または突起がそれぞれ少なくとも一対ずつ設けられており、前記駆動軸と前記中心線との交点からの前記第１の領域の前記穴及び／または突起の距離と、前記駆動軸と前記中心線との交点からの前記第２の領域の前記穴及び／または突起の距離とが互いに等しくなっており、
   前記圧電素子に電圧を供給することにより、前記４箇所の金属部位が湾曲と復元とを繰り返して、前記第１の領域と前記第２の領域とが前記駆動軸の方向に相対的に変位する
   ようにした駆動機構
   が、水平駆動用駆動機構，垂直駆動用駆動機構として１つずつ用いられており、
   前記水平駆動用駆動機構の前記第１の領域，前記第２の領域のうちの一方の領域と、前記垂直駆動用駆動機構の前記第１の領域，前記第２の領域のうちの前記一方の領域とは異なる領域とが、前記穴及び／または突起を介し、且つ、前記水平駆動用駆動機構の前記第１の領域，前記第２の領域のうちの前記一方の領域とは異なる領域と前記垂直駆動用駆動機構の前記第１の領域，前記第２の領域のうちの前記一方の領域とが接触しないようにして、互いに固定されており、
   イメージセンサを直接保持するための領域を上部に有し、前記駆動機構に対して固定するための領域を下部に有する、前記駆動機構と略等しい直径のホルダーが、前記水平駆動用駆動機構の前記第１の領域，前記第２の領域のうちの前記一方の領域とは異なる領域と、前記垂直駆動用駆動機構の前記第１の領域，前記第２の領域のうちの前記一方の領域とのうちのいずれか一方の領域に、前記穴及び／または突起を介して固定されている
   ことを特徴とする画素ずらし用駆動装置。
2. 請求項１に記載の画素ずらし用駆動装置において、
   前記第１の領域の前記穴及び／または突起は、前記中心線の両側であって、前記中心線と前記駆動軸との交点に対して対称な位置に設けられており、
   前記第２の領域の前記穴及び／または突起は、前記駆動軸の両側であって、前記中心線と前記駆動軸との交点に対して対称な位置に設けられている
   ことを特徴とする画素ずらし用駆動装置。
3. 請求項１に記載の画素ずらし用駆動装置において、
   前記ホルダーは、前記イメージセンサを上部の中央部分に直接保持するための領域を上部に有することを特徴とする画素ずらし用駆動装置。
4. 請求項１に記載の画素ずらし用駆動装置において、
   前記ホルダーは、前記イメージセンサの電気的接続を行うための開口領域を側部に有し、前記上部の領域と前記下部の領域との間に、イメージセンサと電気的に接続する回路を収納するためのスペースを有することを特徴とする画素ずらし用駆動装置。

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