(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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