JPS61176907A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）技術分野 本発明は、撮像装置、特に自動合焦検出或いは高解鐵力
を有する撮像装置に関する。

（２）従来技術 従来、撮像素子よシ得られる面縁信号を用いて撮像素子
上の像の鮮鋭度を検出し、鮮鋭度が最大となるように撮
影レンズを駆動することによシ自動焦点合わせを行なう
方式が知られている。その際、撮影レンズの駆動方向を
知る為、撮影レンズを周期的に微小量前後させて撮像素
子上の像の結像状態を変え、それに伴なう縁の鮮鋭度変
化を検出してい次。しかしながら上記方法では撮影レン
ズを駆動するモータの消費電力が増大し、又、高速駆動
ができない為に自動焦点合わせの応答速度が遅くなると
いう欠点を有していた。

更に、撮像素子上の像の結像状態を変える為、光路中に
配置した平板ガラスを周期的に傾けたシ、特開昭５８−
１８８９６７の如く、２つのプリズムの相対位置を変え
たシする方法もある。しかし、いずれ本平板ガラスやプ
リズムを駆動する為に大きな力の駆動手段が必要であシ
、又、光学性能を劣化させない為には高精度の平板ガラ
スやプリズムを精度良く光学系に配置する必要があった
。

又、高解慮度の画像を得る為に撮像素子の見かけの画素
密度を向上させる方法がある。この方法は撮像素子自体
を光軸と垂直方向に微小振動させるものであるが、撮像
素子自体が動く為撮像素子の取シ付けが難しく、その上
、カメラ自体の振動の影響等によ多画像が劣化する場合
があっ友。

（３）発明の概要 本発明の目的は、従来の欠点を除去し、簡便且つ安価な
構成を有し、自動合焦検出あるいは撮歇素子の見かけの
画素密度向上等に使用可能な撮像装置を提供する事にあ
る。

上記目的を達成する為に、本発明に係る撮鍬装置は、撮
像素子と、該撮像素子の受光面に密着もしくは近接した
弾性体と、該弾性体を変形させる手段とを有している。

前記弾性体としては、透明性や安定性に優れ、小さな力
で変形する高弾性を備えたものが望ましく、例、ｔ［、
シリコーンゴムやエチレンプロピレンゴム等が好適であ
る。特にダウコーニング社製のシルボッ）１７０Ａ＆Ｂ
や信越シリコーン社製のＫＥ　１０４　Ｇｅｌ　等のゲ
ル状のシリコーンゴムは極めて小さな力で変形すること
ができ有用である。又前記弾性体を変形させる手段には
、圧電体バイモルフ素子、積層型の圧電素子、モータ、
電磁石等を利用したものが挙げられる。尚、前記弾性体
に上記変形手段金剛いて力を加える場合、直接前記弾性
体に力を加えても良く、他の部材を介して間接的に力を
加えても構わない。

本撮像装置に於いて、前記弾性体を所定の形状に変形さ
せる事によジ、被写体と撮像素子受光面間の光路長を変
化させたり、又は被写体に対する撮像素子の見かけの位
置をずらすことなどが可能となる。従って、自動合焦検
出によるオートフォーカスや撮像素子の見かけの画素密
度向上による両画の高解像度化等に応用ができる。

（４）実施例 第１図は本発明に係る撮滓装置の構成例を示し、ｌはＣ
ＣＤ等の撮像素子、２は撮Ｉ＆累子ｌの受光面、３は透
明な弾性体、４はカバーガラス、５は撮像素子ｉｆｔ支
持する支持体、６．６’は各々圧電体バイモルフ素子で
ある。圧電体バイモルフ素子６゜６′の両端は支持体５
とカバーガラス４に固定され、更にカバーガラス４と弾
性体３及び弾性体３と撮像素子ｌは接着しである。圧電
体バイモルフ素子６．６′に印加される電圧に従って、
圧電体バイモルフ素子６，６′は紙面左右方向に伸縮し
、カバーガラス４を介して弾性体３の被写体側（紙面左
方向）の面と受光面２との距離を変化させたシ、被写体
側の面を傾けたシする。以下、本撮像装置の動作原理を
詳細に説明する。

第２図及び第３図は第１図に示した本撮像装置の動作原
理説明図で、第１図と同様の部材に同番号を付している
。尚、第１図、第２図及び第３図（ａ）は本撮縁装置ｌ
ｌを上方よシ見た断面図で、第３図（ｂ）は第３図（ａ
）の左方よプ見た時の図を簡略に描いたものである。

本撮嶽装置の圧電体６　、６’、にその伸縮が同相とな
るよう電圧を印加すると、第２図に示す矢印の如くカバ
ーガラス４は受光面２と垂直な方向（紙面左右方向）に
平行移動する。その結果、弾性体３の厚さが増減して被
写体と撮像素子ｌとの光路長が変化する。従って圧電体
６．６′　　に伸縮が同相となるように交流電圧を印加
する事で、受光面２上に於ける律の結像状態が変化し、
この変ｆヒに伴なう像の鮮鋭度変化を検出する事によシ
自動焦点検出を行なうことができる。

又、圧電体６．６′　　にその伸縮が逆位相となるよう
電圧を印加すると、第３図（ａ）に示す如くカバーガラ
ス４は紙面内で傾き、弾性体３が楔状に変形してプリズ
ム効果を生ずる。この結果、被写体側（紙面左方向）か
ら見た時、撮像素子１の見かけの位置は第３図（ｂ）の
如く紙面上下方向に移動する事になる。図中に示す撮像
素子１の見かけの移動量Δｙは１弾性体３の成すプリズ
ム頂角をθ、弾性体３の屈折率と平均厚さを各々ｎ、ｄ
とすると、Δｙ〜（ｎ−１）ｌｔｄで与えられる。従っ
て、撮像素子１の画素間ピッチｆ：ｐとする時、Δｙ＝
±）Ｐの２つの状態が周期的に入れ替わるように圧電体
６．６′に印加する交流電圧を調整して弾性体３の放す
プリズム頂角θを変化されば、所謂空間画素すらしの方
法によって撮像素子ｌの解像力を向上させる事が可能と
なる。

又、本実施例では圧電体バイモルフ素子７，７′２個を
使用して紙面内でカバーガラス４′ｔ−傾けているが、
３個以上の圧電体バイモルフ素子を用いれば紙面内ンで
限らずあらゆる方向に傾ける事が可能である。従って、
撮像素子ｌの見かけの位置を任意の方向にずらせる事が
でき、例えば、画像の水平方向及び垂直方向の解像力を
共に向上させる事も可能となる。

本姥明に於いて、弾性体を撮は素子の受光面上に形成す
る方法には、シリコーンゴム等を予め平板状に成形して
おき、受光面に接着するが、受光面上に設けたカラーモ
ザイクフィルターや適当す保護層を介して密着させるか
、所定の間隔で近接させるよう固定する方法がある。第
４図は弾性体′ｆ：撮鐵製鐵素子光面上に形成する方法
の一例を示し、第１図と同様の部材には同番号を付し、
７゜７′ハスペーｔ−１ｓｕカバーｉラス４、スペーサ
ー７．７’で形成された空隙である。撮像素子１に於け
る受光面２の有効域を覆うようにスペーサー７．７′と
カバーガラス４を撮像素子１に圧接して空隙８を作シ、
空隙８に例えばダウコーニング社製シルボッ）１７０Ａ
＆ＢＯＡ液とＢ液ｔｌ：　ｌの割合で混合したものを注
入し、常温もしくは撮像素子ｌに損傷を与えない程度の
高温で重合、固化させた後、スペーサー７．７′を取シ
去る。その際、必要に応じて＠緻素子ｌの受光面あるい
はカバーガラス４の表面をプライマー処理することにょ
シ、弾性体３と撮像素子１の受光面及びカバーガラス４
との接着を強固にすることができる。

以上の実施例で用いているカバーガラス４ば、埃等の付
着防止と弾性体３の表面の変形を防ぐ為に設ける事が望
ましいが、必須の部材ではなく、例えば、弾性体３とし
てゲル状のシリコーンゴムを用いた場合、ゲル状シリコ
ーンゴムの被写体側の表面に紫外線硬化型の高硬度シリ
コーンゴム材料を塗布し、紫外線照射により硬化させて
も同様の効果が得られる。

第５図及び第６図は本撮像装置の別の構成例で、第１図
と同様の部材には同番号を付す。又、９は支持体５に設
けられた嵌合部、１０はカバーガラス４に設けられた回
転軸を示す。

前記実施例の撮像装置では第２図の如く弾性体表面の位
Ｒｋ変えて光路長を変化させる機能と、第３図の如く弾
性体表面の傾きを変えて撮像素子の見かけの位置をずら
せる機能とを有していたが、第５図に示す撮像装置は、
カバーガラス４を支持体ｌに設けた嵌合部９で滑らかに
変位させる構造を有し、焦点位置検出の機能のみを備え
た装置で軸を支持してカバーガラス４を任意の方向に傾
ける構造を有し、撮像素子の見かけの位置をずらせる機
能のみを備えた装置である。以上の様に本発明は用途に
応じてその機能を使い分ける事ができる。

第７図は本撮像装置の応用例で、Ｉ！１図に示した装置
を用いて自動焦点合わせと空間画素ずらしによる高解像
力化を行なうものである。又、第８図は本実施例に於い
て圧電体バイモルフ素子に与える信号電圧を示し、第９
図は本実例で用いる方向検出回路を示す。ここで、ｌは
ＣＣＤ等の撮像素子、１１は撮像素子１からの画像信号
を増巾するプリアンプ、１２は画像信号に同期信号を混
合してテレビ信号を作成するエンコーダー、１３は画像
信号よシ撮廉素子ｌ上の鍬の鮮鋭度を検出する鮮鋭度検
出回路、１４はＡ／Ｄ変換器、１５は後述の異なる３つ
のフレームに於いて検出された鮮鋭度８１４を記憶、比
較して撮影レンズの駆動方向を判断する方向検出回路、
１５−１．１５−２．１５−．３は３つのフレームに於
ける鮮鋭度を各々記憶するメモリ、１５−４は記憶され
た鮮鋭度を比較する比較器、１６は方向検出回路工５か
らの信号８１５に応じて撮影レンズを駆動する為のモー
タ駆動回路、１７は撮影レンズ駆動用モータ、１８は全
系のタイミング信号を発生するタイミング発生回路、１
９は１フイールド毎に撮像素子ｌの読み出し走査のタイ
ミングｆ：匈画素相当の時間遅延させる遅延回路、２０
は撮像素子ｌの駆動回路、２１は圧電体バイモルフ素子
６．６′に信号電圧Ｓｓ　、　Ｓｓ’　５ｆ与える圧電
体駆動回路である。尚、撮像素子ｌの水平走査方向は第
１図に於ける紙面上下方向に対応する。

圧電体駆動回路２１はタイミング発生回路１８の出力す
るタイミング信号に従って、第８図の如く圧電体バイモ
ルフ素子６，６′に信号電圧Ｓ藝。

Ｂ、ｔを与える。Ｓｓ　、　Ｓ・′は第８図に於ける期
間Ａを除いた期間では、振幅焉、周期ｌフレームの互い
に逆位相の電圧であり、奇数フィールドに於いては第・
３図の如く弾性体表面を０傾け、偶数フィールドに於い
ては一〇傾ける事によシ、撮像素子１の見かけの位置を
第１図の紙面上下方向に奇数フィールドと偶数フィール
ドの間で匈画素相当ずらせる。これに対応して遅延回路
１９によシ、撮像素子ｌの読み出し走査は奇数フィール
ドと偶数フィールドの間で翅　画素相当の時間だけずれ
て行なわれる。この結果、撮像素子ｌよシ得られる画像
信播の２フイールドをインタレース走査によって再生す
れば、撮像素子ｌの見かけの水平解像力を２倍にする事
ができる。一方、圧電体ノ（イモルフ素子６．６′に印
加される電圧Ｓ・　３．１は、期１フレームの逆位相の
電圧に加えて同位相の電圧が重ね合わされる。この同相
底分け、例えば、期間Ａの第１フレームではＶｓ、第２
フレームではＯ，第３フレームでは−Ｖｅ、！：力る。

従って、第２図を用いて前述した如く、期間Ａ中の３７
レームの各々のフレームに於ける撮像素子ｌ上の慮の結
像状態が異なる。鮮鋭度検出回路１３はこれら３フレー
ムに於ける像の鮮鋭度を１フレーム毎に検出し、Ａ／Ｄ
変換器１４によｊ５　Ａ　／　Ｄ変換された鮮鋭度８１
４は９９図に示す如く方向検出回路１５の３つのメモリ
１５−１　、１５−２　、１５−３に順次記憶され、こ
れらの記憶が完了した時点で比較器１５−４によシ各フ
レームに於ける鮮鋭度の大小が比較される。メモリ１５
−１．１５−２゜１５−３の内容ｔ−Ｍ１．鵬、鳩とす
る時、Ｍｔ　＞鳩〉鳩であるならば、比較器１５−４は
期間Ａの第１フレームに於ける像の結像状態が得られる
方向に撮像レンズを駆動する為に、モータ駆動回路１６
に信号Ｓ４を与える。具体的には、例えば、期間Ａの第
１．第２．第３フレームの順に弾性体の厚みが増加する
場合、撮影レンズの結像面が被写体側に移動する様に撮
影レンズを駆動する。逆に騰＜　Ｍｌ　＜　Ｍｓならば
逆方向、即ち撮藏素子工側へ撮影レンズを駆動し、にく
に且つＭｌ　＞　Ｈａならば撮影レンズを停止させる。

その他の場合、例えば、ぬ＞　Ｍｌ且つＭｔ　＜　Ｍｌ
の場合や、に＝鳩＝鳩の場合等は、期間Ａの各フレーム
に於ける鮮鋭度の変化が充分でない為、撮影レンズを予
め定められた基準状態、例えば中距離の物体に合焦状態
となる様に駆動する。又、Ｖｅの値を増加させることに
よシ期間Ａに於ける各フレームの鮮鋭度の変化を増大さ
せることも可能である。更に、Ｖｅの値を撮影レンズの
絞りの状態に応じて変化させるのも効果的である。

本実施例に於いて、弾性体の厚み変化によシ鮮鋭度変化
を検出する期間Ａを１０フレーム中に３フレームとした
のは、合焦状態で弾性体の厚みを変化させる場合は撮像
素子の鐵がぼけ、全期間で弾性体の厚み変化を行なうと
面識が劣化する為である。この面識の劣化を防ぐ為には
、弾性体の厚み変化を小さくして、画像のぼけが目立た
ぬようにすればよいが、この場合鮮鋭度の変化量が小さ
く、更に回路のＳＮ比等の影響から鮮鋭度検出が困難に
なる。従って、本実施例では画鐵のほけが生じる期間を
短くする事によシ、実際に目で見た時の画ｌの劣化を低
減しているのである。

尚、本発明に係る製鐵装置の別の応用には、例えば、カ
メラの振れに伴なう撮像素子上のはの振れを補正する為
、カメラの振れを検出して前記実施例で示した弾性体の
成すプリズム頂角θを制御するものや、撮像素子上の鍬
の動きを検出し、慮の動きが停止する様にプリズム頂角
θを制御する事で物体の自動追尾を行なうもの等が挙げ
られる。

以上の実施例からも解る様に、本撮像装置は被写体と撮
は素子間の光路長変化や撮像素子の見かけの位置の移動
を小さな力で且つ高速に行なえる。

従って、高速応答の自動焦点検出や空間画素ずらしによ
る高所は労化が可能となる。又、本撮像装置は、撮像素
子に弾性体及び該弾性体を変形させる手段を一体化して
設ける事が可能な為、光学系への取シ付けが極めて容易
に行なえる。更に、弾性体やカバーガラス等は撮ぼ素子
の受光面に密着もしくは近接して配置されてお）、カバ
ーガラスＱ面精度や弾性体の屈折率の不均一等は光学系
の性能に影響を及はさない為安価に製造できる。

（５）　　発明の詳細 な説明した様に、本発明に係る撮像装置は、高速応答の
焦点検出や撮像素子の高解像力化等多種多様な応用が可
能であり、撮像素子と一体化した簡便な構成を有する装
置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る撮像装置の構成例を示す図、＠２
図及び第３図は本撮像装置の動作原理図、第４図は弾性
体を撮像素子の受光面上に形成する方法の一例を示す図
、第５図及び第６図は本撮像装置の別構成を示す図、第
７図、第８図及び第９図は本撮像装置の応用例を示す図
。 １・・・製置素子、２・・・製鐵素子の受光面、３・・
・透明弾性体、４・・・カバーガラス、５・・・支持体
、６゜６′・・・バイモルフｌ子、　７　、７’・・・
スペー？＋、８・・・空隙、９・・・支持体の嵌合部、
１０・・・カバーガラスの回転軸、１１・・・プリアン
プ、１２・・・エンコーダー、１３・・・鮮鋭度検出回
路、１４・・・Ａ／Ｄ変換器、１５・・・方向検出回路
、１５−１．１５−２．１５−３・・・メモ！Ｊ−１１
５−４・・・比較器、１６・・・モータ駆動回路、１７
・・・撮影レンズ駆動用モータ、１８・・・タイミング
発生回路、１９・・・遅延回路、２０・・・撮像素子の
駆動回路、２１・・・圧電体駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子と、該撮像素子の受光面に密着もしくは
   近接した弾性体と、該弾性体を変形させる手段とを有す
   る事を特徴とする撮像装置。