JP4524535B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ビデオカメラやデジタルカメラ等に用いることが可能な撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
このようにビデオカメラやデジタルカメラ等に用いることが可能な撮像装置として、例えば図8に示すように、被写体を撮像する撮像光学系100と、撮像光学系100による光学像を電気信号に変換する撮像素子110と、撮像光学系100のレンズを移動させるための撮像光学系移動手段120とを備えるものがある。
【0003】
撮像光学系100は、レンズ100a〜100f、フィルタ100g等から構成され、レンズ100e,100fがレンズ枠101に保持され、このレンズ枠101を撮像光学系移動手段120で移動する。このレンズの移動は、例えば特開平4−46307号公報に記載されるように、ステッピングモータ121が用いられ、モータ軸122には、リードスクリュ123aを有する駆動軸123が同軸上に一体もしくは直結して連結され、ホルダ124に保持されて駆動軸123とモータ軸122とは一体回転になっている。
【0004】
駆動軸123のリードスクリュ123aにナット部材125を螺合すると共に、駆動軸123と平行に配置されたガイド軸126に摺動可能に挿通し、駆動軸123の回転によってナット部材125が移動すると、レンズ枠101が移動してレンズ100e,100fを移動するようになっている。
【0005】
このステッピングモータ121は、図9に示すような励磁シーケンスで駆動される。このステッピングモータ121の4相は、モータ駆動入力パルスによって1−2相励磁され、モータ軸122と一体に駆動軸123が回転してナット部材125が駆動軸上を移動し、このナット部材125の移動刻み量はXである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、撮像装置では、解像度を向上させるため等の理由から撮像素子の画素ピッチが小さくなっており、このため有効段場数が増加、レンズの移動ピッチはより微細になってきている。
【0007】
レンズの移動は、リードスクリュ直動式のステッピングモータに代表されるステッピングモータによる駆動が一般的だが、このタイプのPM型ステッピングモータは、モータ径が例えばφ6〜φ10が一般的で、1回転当たりの停止ステップが少なく、28〜40ステップ/1回転が一般的(1−2相励磁)である。
【0008】
また、小負荷がかかっている場合において、入力パルスの自起動周波数は1000PPS(1−2相励磁)程度が限界となっており、1秒当たりのパルス数を大きくして移動速度を速くするには限界がある。
【0009】
また、ステッピングモータの1回転当たりのステップ数(1−2相励磁で40ステップが一般的)や、図10に示すように、駆動軸のリードスクリュを小さくすると移動刻み量Xが小さくなるが、小リードピッチ化にも限界があり、これらが制約になっている。
【0010】
さらに、駆動軸の1回転当たりのステップ数や、小リードピッチ化の問題を解決しても、自起動周波数に限界がある以上、レンズ移動速度が遅くなってしまう等の問題がある。
【0011】
また、撮像素子の画素ピッチが小さくなってきていることで、レンズ焦点面と撮像素子の撮像面の姿勢差が、片ボケの原因になっており、あおり調整が必要となってきている。しかも、ズームレンズでは、各焦点距離でのレンズ焦点面のあおり調整が必要である。
【0012】
この発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、簡単かつコンパクトな構造で、レンズ移動ピッチの制約、レンズ移動速度の制約を同時に解決し、微小かつ高速な焦点調節が可能な撮像装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【0014】
請求項1に記載の発明は、『被写体を撮像する撮像光学系と、
前記撮像光学系による光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系の1部もしくは全体を所定の移動範囲を移動させるための撮像光学系移動手段と、
前記撮像素子を光軸方向に前記撮像光学系移動手段の移動範囲より小さい所定の移動範囲を移動させるための撮像素子移動手段とを備え、
前記撮像光学系移動手段の駆動による前記撮像光学系が移動する移動刻み量をA、前記撮像素子移動手段の駆動による前記撮像素子が移動する移動刻み量をBとした時、A>Bを満足するよう設定され、
前記撮像光学系移動手段の駆動による前記撮像光学系の移動と、前記撮像素子移動手段の駆動による前記撮像素子の移動との双方移動量の組み合わせで焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。』である。
【0015】
この請求項1に記載の発明によれば、撮像光学系移動手段の駆動による撮像光学系が移動する移動刻み量をA、撮像素子移動手段の駆動による撮像素子が移動する移動刻み量をBとした時、A>Bを満足するよう設定され、撮像光学系移動手段の駆動による撮像光学系の移動と、撮像素子移動手段の駆動による撮像素子の移動との双方移動量の組み合わせで焦点調節を行うことで、簡単かつコンパクトな構造で、レンズ移動ピッチの制約、レンズ移動速度の制約を同時に解決し、微小かつ高速な焦点調節を行なうことができる。
【0016】
請求項2に記載の発明は、『前記撮像光学系移動手段が、ステッピングモータを含むことを特徴する請求項1に記載の撮像装置。』である。
【0017】
請求項3に記載の発明は、『前記撮像素子移動手段が、圧電素子を含むことを特徴する請求項1に記載の撮像装置。』である。
【0018】
請求項4に記載の発明は、『前記撮像素子が移動する移動刻み量Bが、前記撮像光学系が移動する移動刻み量Aの複数分の1に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。』である。
【0019】
この請求項4に記載の発明によれば、撮像素子が移動する移動刻み量Bが、撮像光学系が移動する移動刻み量Aの複数分の1に設定され、簡単な構成で微小かつ高速な焦点調節を行なうことができる。
【0020】
請求項5に記載の発明は、『前記撮像素子移動手段は、前記撮像素子の光束入射面側もしくは、背面側の少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置。』である。
【0021】
この請求項5に記載の発明によれば、撮像素子の光束入射面側もしくは、背面側の少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段を有し、この移動手段によりレンズ焦点面のあおり調整を簡単かつ確実に行なうことができる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、『前記撮像光学系は変倍可能であり、各焦点距離における前記撮像素子の撮像面の傾きを予め記憶する記憶手段を有し、
前記記憶手段に予め記憶した各焦点距離における撮像面の傾きに基づき、前記少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段を駆動し、
前記撮像素子の撮像面と光軸のなす角度を調整可能であることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。』である。
【0023】
この請求項6に記載の発明によれば、記憶手段に予め記憶した各焦点距離における撮像素子の撮像面の傾きに基づき、少なくとも3箇所の独立変位可能な移動手段を駆動して、撮像素子の撮像面と光軸のなす角度の調整を行ない、レンズ焦点面のあおり調整を簡単かつ確実に行なうことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の撮像装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されない。
【0027】
図1はデジタルカメラに適用した撮像装置の断面図、図2は撮像素子移動手段の配置を示す図である。
【0028】
この実施の形態のデジタルカメラ1は、ハウジング3に第1〜第6レンズ群4a〜4fからなる焦点レンズ4、フィルタ5からなる被写体を撮像する撮像光学系Cが組み付けられ、また撮像光学系Cによる光学像を電気信号に変換する撮像素子6が組み付けられている。撮像素子6は、CCDで構成され、ユニット化してハウジング3に組み付けられ、支持プレート21と弾性部材11とで保持されている。支持プレート21はボルト22によりハウジング3に取り付けられている。
【0029】
第5レンズ4e及び第6レンズ4fはレンズ枠80に取り付けられている。このレンズ枠80は平行にハウジング3に取り付けられた支持軸8,9に光軸方向に移動可能に支持され、この撮像光学系Cの1部は撮像光学系移動手段Dにより所定の移動範囲を移動可能になっている。
【0030】
この撮像光学系移動手段Dは、次のように構成される。撮像光学系移動手段Dは、第5レンズ4e及び第6レンズ4fの初期位置を検知するレンズ位置検知センサS1を有し、初期位置情報が制御手段70に入力される。制御手段70は初期位置からのレンズ移動量を求め、この求めた移動量になるようにモータ駆動回路71を制御する。モータ駆動回路71は、制御手段70からの制御によりモータ12の電源端子12aに電流を流して駆動する。
【0031】
モータ12は、ステッピングモータが用いられる。モータ12のモータ軸13には駆動軸14が一体回転かつ軸方向に移動可能に設けられている。駆動軸14にはリードスクリュ14aが形成され、このリードスクリュ14aにナット部材15が螺合され、このナット部材15は駆動軸14と平行に配置されたガイド軸16に挿通可能に支持されている。
【0032】
モータ12の駆動によりモータ軸13に連結された駆動軸14が一体回転し、この駆動軸14の回転によりナット部材15がガイド軸16にガイドされて駆動軸14上を移動する。モータ軸13及び駆動軸14はホルダ17に回動可能に設けられ、ガイド軸16はホルダ17に固定されている。
【0033】
この撮像光学系移動手段Dは、ナット部材15によりレンズ枠80の第5レンズ4e及び第6レンズ4fを移動可能にすることで構成されるが、撮像光学系Cの全体を所定の移動範囲を移動させるように構成してもよい。
【0034】
また、この実施の形態のデジタルカメラ1には、撮像素子6を光軸方向に所定の移動範囲を移動させるための撮像素子移動手段Eが備えられている。この撮像素子移動手段Eは、撮像素子6の光束入射背面側の3箇所に配置された独立変位可能な移動手段であり、圧電素子20a〜20cで構成される。
【0035】
圧電素子20は所定の駆動周波数の圧電素子駆動入力パルスにより、ステップ状の微小の歪みが生じ、撮像素子6を矢印イ方向の軸方向に微小移動する。圧電素子20a〜20cは、例えばピエゾ素子で構成することができる。
【0036】
この3箇所の圧電素子20a〜20cは、支持プレート21と撮像素子6の間に配置され、圧電素子20a〜20cは、図2に示すように、撮像素子6を囲む三角形を形成するように配置され、圧電素子駆動回路72でそれぞれ独立して駆動される。この圧電素子20a〜20cを同時に駆動することによって撮像素子6が弾性部材11に抗して移動する。
【0037】
撮像素子移動手段Eは、撮像素子6を光軸方向に移動させるが、撮像光学系移動手段Cの移動範囲より小さい所定の移動範囲を移動させるように構成され、かつ撮像素子移動手段Eが圧電素子20a〜20cであり、駆動電源を印加する簡単な制御で撮像素子6を微少かつ高速に移動することができる。
【0038】
次に、撮像光学系移動手段Dと撮像素子移動手段Eの作動を図3に基づいて詳細に説明する。図3はモータの励磁シーケンスを示す図である。
【0039】
撮像光学系移動手段Dは、モータ12の電源端子12aから所定の駆動周波数のパルス電流を流して駆動し、この実施の形態のモータ12は、4相構成であり、所定の駆動周波数のモータ駆動入力パルスによって1−2相励磁され、これによりモータ軸13と一体に駆動軸14が回転してナット部材15が駆動軸14上を移動する。この撮像光学系移動手段Dの移動刻み量AはX1であり、ステッピングモータの1回転当たりのステップ数とリードスクリュ14aのリードピッチとにより設定される。
【0040】
この実施の形態では、撮影時、及び撮影準備時に、撮像光学系移動手段Dの駆動軸14の回転によりナット部材15が駆動軸上を移動し、この移動した後に撮像素子移動手段Eの圧電素子20a〜20cに所定の駆動周波数の圧電素子駆動入力パルスの電流を流すと、圧電素子20a〜20cに歪みが生じ、撮像素子6を矢印イ方向の軸方向に微小移動する。この撮像素子移動手段Eの移動刻み量Bは、X2である。
【0041】
このように、撮像光学系移動手段Dの移動刻み量をA、撮像素子移動手段Eの移動刻み量をBとした時、A>Bを満足するよう設定され、撮像光学系移動手段Dと、撮像素子移動手段Eとの双方移動量の組み合わせで焦点調節を行うことで、簡単かつコンパクトな構造で、レンズ移動ピッチの制約、レンズ移動速度の制約を同時に解決し、微小かつ高速な焦点調節を行なうことができる。
【0042】
この実施の形態では、撮像素子移動手段Eの移動刻み量Bを、撮像光学系移動手段Dの移動刻み量Aの2分の1に設定することで、ナット部材15の移動方向に限定されず撮像素子6を同じ微小かつ高速に移動して焦点調節でき好ましいが、これに限定されず複数分の1に設定することができる。
【0043】
また、撮像素子移動手段Eは、撮像素子6の光束入射背面側に配置された3個の独立変位可能な移動手段であり、この移動手段の圧電素子20a〜20cを独立して駆動することで、撮像素子6の撮像面の傾き調整が可能である。例えば、圧電素子20aのみを駆動させ、あるいは圧電素子20bのみを駆動させ、あるいは圧電素子20cのみを駆動させ、または圧電素子20a,20bのみを駆動させ、あるいは圧電素子20b,20cのみを駆動させ、あるいは圧電素子20c,20aのみを駆動させる等して撮像素子6の撮像面と光軸のなす角度を調整可能であり、これによりレンズ焦点面のあおり調整を簡単かつ確実に行なうことができる。
【0044】
次に、撮像素子移動手段Eの配置の他の実施の形態を、図4乃至図6に基づいて説明する。図4の実施の形態は、ハウジング3の段部3aと撮像素子6の光束入射面側に圧電素子20a〜20cが三角形状を形成するように配置されている。支持プレート21がボルト22に移動可能に保持され、この支持プレート21はスプリング30により常にハウジング3の端面3bに圧接する方向に付勢され、圧電素子20a〜20cに所定の駆動周波数の圧電素子駆動入力パルスの電流を流すと、圧電素子20a〜20cに歪みが生じ、撮像素子6を矢印ロ方向の軸方向に微小移動し、焦点調節を行なう。
【0045】
図5の実施の形態は、ハウジング3の端面3bと支持プレート21との間、即ち撮像素子6の光束入射背面側に圧電素子20a〜20cが3箇所に三角形状を形成するように配置されている。支持プレート21がボルト22に移動可能に保持され、この支持プレート21はスプリング30により常に圧電素子20a〜20cに圧接する方向に付勢され、圧電素子20a〜20cに所定の駆動周波数の圧電素子駆動入力パルスの電流を流すと、圧電素子20a〜20cに歪みが生じ、撮像素子6を矢印ロ方向の軸方向に微小移動し、焦点調節を行なう。
【0046】
図6の実施の形態は、撮像素子6と支持プレート21との間、即ち撮像素子6の光束入射面側に圧電素子20a〜20cが三角形状を形成するように3箇所に配置されている。弾性部材11により撮像素子6が移動可能に保持され、圧電素子20a〜20cに所定の駆動周波数の圧電素子駆動入力パルスの電流を流すと、圧電素子20a〜20cに歪みが生じ、撮像素子6を矢印イ方向の軸方向に微小移動し、焦点調節を行なう。
【0047】
図7はデジタルカメラに適用した撮像装置の他の実施の形態の断面図である。この実施の形態では、図1及び図2の実施の形態と同様に構成されるが、撮像光学系Cはズームレンズ40を有し、ズームレンズ40をズームモータ駆動回路41により制御されるズームモータ42で駆動されて変倍可能である。
【0048】
この実施の形態の制御手段70では、各焦点距離における撮像面の傾きを予め記憶手段50に記憶しておき、記憶手段50に予め記憶した各焦点距離における撮像面の傾きに基づき、撮影時、及び撮影準備時に3箇所の独立変位可能な移動手段である圧電素子20a〜20cを駆動し、撮像素子6の撮像面と光軸のなす角度を調整可能である。
【0049】
このように、撮像光学系移動手段Dによる撮像光学系Cの1部もしくは全体の移動と、撮像素子移動手段Eを構成する圧電素子20a〜20cによる撮像素子6の移動の双方移動量の組み合わせで焦点調節を行うとともに、ズームレンズ40の各焦点距離におけるあおり姿勢差に基づく変位量を記憶手段50に予め記憶しておき、この予め記憶された値に基づいて、撮影時、及び撮影準備時に圧電素子20a〜20cを独立に駆動して変位量を可変させ、撮像素子6による撮像面の傾き調整を行なうことで、レンズ焦点面のあおり調整を簡単かつ確実に行なうことができる。
【0050】
なお、前記各実施の形態では、撮像素子移動手段Eを構成する3箇所に1個ずつ圧電素子20a〜20cを設けたが、3箇所以上に配置して移動できるようにしてもよく、また圧電素子は1個ずつに限定されず、複数個積層して配置してもよい。
【0051】
撮像素子6の微小移動を行なう場合には、圧電素子が1個の場合、あるいは複数個の場合も、対応する個所で同じ個数の圧電素子を駆動して撮像素子6を微小移動させる。また、あおり調整を行なう場合には、3箇所以上に配置した1個の場合、あるいは複数個の所定の圧電素子を駆動したり、駆動しないことで撮像素子6の撮像面の傾きを調整することができる。
【0052】
【発明の効果】
前記したように、請求項1に記載の発明では、撮像光学系移動手段の駆動による撮像光学系が移動する移動刻み量をA、撮像素子移動手段の駆動による撮像素子が移動する移動刻み量をBとした時、A>Bを満足するよう設定され、手段の駆動による撮像素子の移動との双方移動量の組み合わせで焦点調節を行うことで、簡単かつコンパクトな構造で、レンズ移動ピッチの制約、レンズ移動速度の制約を同時に解決し、微小かつ高速な焦点調節を行なうことができる。
請求項2に記載の発明では、撮像光学系移動手段が、ステッピングモータを含み、請求項3に記載の発明では、撮像素子移動手段が、圧電素子を含む。
【0053】
請求項2に記載の発明では、撮像光学系移動手段の移動刻み量をA、撮像素子移動手段の移動刻み量をBとした時、A>Bを満足するよう設定され、撮影時、及び撮影準備時に、撮像光学系移動手段と撮像素子移動手段の双方移動量の組み合わせで微小かつ高速な焦点調節を行なうことができる。
【0054】
請求項4に記載の発明では、撮像素子が移動する移動刻み量Bが、撮像光学系が移動する移動刻み量Aの複数分の1に設定され、簡単な構成で微小かつ高速な焦点調節を行なうことができる。
【0055】
請求項5に記載の発明では、撮像素子の光束入射面側もしくは、背面側に少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段を有し、この移動手段によりレンズ焦点面のあおり調整を簡単かつ確実に行なうことができる。
【0056】
請求項6に記載の発明では、記憶手段に予め記憶した各焦点距離における撮像素子の撮像面の傾きに基づき、少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段を駆動して、撮像素子の撮像面の傾き調整を行ない、レンズ焦点面のあおり調整を簡単かつ確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】デジタルカメラに適用した撮像装置の断面図である。
【図2】撮像素子移動手段の配置を示す図である。
【図3】モータの励磁シーケンスを示す図である。
【図4】撮像素子移動手段の配置の他の実施の形態を示す図である。
【図5】撮像素子移動手段の配置の他の実施の形態を示す図である。
【図6】撮像素子移動手段の配置の他の実施の形態を示す図である。
【図7】デジタルカメラに適用した撮像装置の他の実施の形態の断面図である。
【図8】従来のデジタルカメラに適用した撮像装置の断面図である。
【図9】従来のモータの励磁シーケンスを示す図である。
【図10】従来の駆動軸のリードスクリュを小さくしたモータの励磁シーケンスを示す図である。
【符号の説明】
6 撮像素子
12 モータ
13 モータ軸
14 駆動軸
14a リードスクリュ
15 ナット部材
16 ガイド軸
20a〜20c 圧電素子
70 制御手段
72 圧電素子駆動回路
C 撮像光学系
D 撮像光学系移動手段
E 撮像素子移動手段
Claims (6)
- 被写体を撮像する撮像光学系と、
前記撮像光学系による光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系の1部もしくは全体を所定の移動範囲を移動させるための撮像光学系移動手段と、
前記撮像素子を光軸方向に前記撮像光学系移動手段の移動範囲より小さい所定の移動範囲を移動させるための撮像素子移動手段とを備え、
前記撮像光学系移動手段の駆動による前記撮像光学系が移動する移動刻み量をA、前記撮像素子移動手段の駆動による前記撮像素子が移動する移動刻み量をBとした時、A>Bを満足するよう設定され、
前記撮像光学系移動手段の駆動による前記撮像光学系の移動と、前記撮像素子移動手段の駆動による前記撮像素子の移動との双方移動量の組み合わせで焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像光学系移動手段が、ステッピングモータを含むことを特徴する請求項1に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子移動手段が、圧電素子を含むことを特徴する請求項1に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子が移動する移動刻み量Bが、前記撮像光学系が移動する移動刻み量Aの複数分の1に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子移動手段は、前記撮像素子の光束入射面側もしくは、背面側の少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像光学系は変倍可能であり、各焦点距離における前記撮像素子の撮像面の傾きを予め記憶する記憶手段を有し、
前記記憶手段に予め記憶した各焦点距離における撮像面の傾きに基づき、前記少なくとも3箇所に配置された独立変位可能な移動手段を駆動し、
前記撮像素子の撮像面と光軸のなす角度を調整可能であることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。」
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