(57)【要約】【課題】撮像素子の移動機構を備える撮像装置において、当該移動機構を薄型化すること。【解決手段】撮像素子３を撮像光学系の光軸に沿って移動させる移動機構には、板金５に取り付けられた支点部６が光軸に直交する方向から見て撮像素子３と重なる位置に配置されている。板金５は撮像素子３から延設されたリードフレーム４に接続固定されている。アクチュエータ部は駆動制御部からの印加電圧に従い、圧電素子７の伸縮により板金５を変形させることで撮像素子３を光軸方向に変位させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系の光軸に沿って撮像素子を移動させる移動機構を有する撮像装置であって、
前記撮像素子に取り付けられた弾性部材と、
前記光軸に直交する方向から見て前記撮像素子と重なる位置に配置されて前記弾性部材を支持する支持部材と、
前記弾性部材を変形させることによって前記撮像素子を前記光軸の方向に変位させるアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部の駆動制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子から延設されたフレーム部材に前記弾性部材を接続し、
前記光軸に直交する平面内で前記撮像素子の周囲に前記支持部材を配置して前記弾性部材に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ部は、前記光軸方向における前記弾性部材の両面にそれぞれ設けた圧電素子を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
複数の前記アクチュエータ部は、前記撮像素子の短辺方向にて当該撮像素子を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体を観察するためのファインダを備え、
光軸方向から見た前記撮像素子の中心部と前記ファインダとを結ぶ線に対して直交する方向に前記アクチュエータ部を配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。
【請求項６】
前記弾性部材に取り付けた慣性体を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に関し、特に撮像素子を撮像光学系の光軸方向に移動させながら撮像する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一眼レフタイプのレンズ交換式デジタルカメラにおいても静止画撮影に加えて動画撮影機能をもつ製品が注目されている。動画撮影時に有利なコントラスト検出方式のオートフォーカス（ＡＦ）機構を備えた装置が開発されている。
交換レンズ内のフォーカスレンズ移動機構に加えて、カメラ本体内の撮像素子の移動機構を備える撮像装置では、撮像素子を撮影光軸方向にウォブリング動作させることでレンズの合焦方向を判定する。その判定結果に基づいてフォーカスレンズを走査することにより、合焦動作が行われる。例えば、ビデオカメラ本体内に撮像素子のウォブリング機構を設けた構成において、圧電素子がアクチュエータ部に使用される。圧電素子を用いることで構成の簡素化が可能となり、構成部品点数を少なく抑えつつ精度を高めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、圧電素子を用いたウォブリング機構を採用したとしても、これを現行のレンズ交換式デジタルカメラの本体内部に配置することを想定すると大型化の原因となり、特に厚さ方向の寸法が長くなることが問題である。
そこで本発明は、撮像素子の移動機構を備える撮像装置において、当該移動機構の薄型化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために本発明に係る装置は、撮像光学系の光軸に沿って撮像素子を移動させる移動機構を有する撮像装置であって、前記撮像素子に取り付けられた弾性部材と、前記光軸に直交する方向から見て前記撮像素子と重なる位置に配置されて前記弾性部材を支持する支持部材と、前記弾性部材を変形させることによって前記撮像素子を前記光軸の方向に変位させるアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部の駆動制御手段を備える。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、撮像素子の移動機構を光軸方向において薄型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図２乃至５と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、撮像装置の構成例を示す水平断面上視図（Ａ）、垂直断面図（Ｂ）である。
【図２】撮像装置をマウント部１ａ側から見た場合の斜視図（Ａ）と、背面側から見た場合の斜視図（Ｂ）である。
【図３】撮像部の正面図（Ａ）、水平断面上視図（Ｂ）、垂直断面図（Ｃ）である。
【図４】撮像部の斜視図（Ａ）と要部の分解斜視図（Ｂ）である。
【図５】撮像部の正面図（Ａ）、要部の水平断面上視図（Ｂ−１乃至３）、要部の垂直断面図（Ｃ−１乃至３）である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る撮像部の正面図（Ａ）、要部の水平断面上視図（Ｂ−１および２）、要部の垂直断面図（Ｃ）である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る撮像部の正面図（Ａ）、要部の水平断面上視図（Ｂ）、要部の垂直断面図（Ｃ）である。
【図８】図７の撮像部の斜視図（Ａ）と要部の分解斜視図（Ｂ）である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る撮像部とファインダの位置関係を示す背面図（Ａ）と水平断面上視図（Ｂ）である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る撮像部の正面図（Ａ）と要部の水平断面上視図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明に係る各実施形態について添付図面を用いて説明する。以下の実施形態に係る撮像装置は、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等の撮像素子により被写体像を光電変換して画像情報を生成し、任意の記録媒体にその画像情報を記録するデジタル撮像装置である。 
【０００８】
［第１実施形態］
以下、図１乃至５を参照して、本発明の第１実施形態に係る撮像装置について説明する。
図１は撮像レンズを装着していない状態の撮像装置を示し、図１（Ａ）は水平断面上視図、図１（Ｂ）は垂直断面図である。
撮像装置の本体部１は、レンズ取り付け面にマウント部１ａを有する。この面は図示しない撮像光学系の光軸方向（図１のｚ方向）に対する基準面である。センサ地板２は、後述の撮像素子３の移動機構全体を支持する。センサ地板２がマウント部１ａから所定の距離をもって位置し、かつ撮像光学系の光軸に対して直交する平面性が得られるように、センサ地板２は本体部１に取り付けられる。例えば、センサ地板２と本体部１との間の３箇所にて、調整用ワッシャ２ａをそれぞれ挟み込むことにより、ｚ方向の高さ調整が可能である。図２は撮像装置を正面側から見た場合の外観例を示す斜視図（Ａ）と、背面方向からの見た場合の外観例を示す斜視図（Ｂ）である。
撮像素子３には被写体から撮像光学系を通して光が結像され、撮像素子内部の撮像面に投影された像を電気信号に変換する。この撮像面がレンズの予定結像面にあることでピントの合った画像が撮影されることになる。撮像素子３は、いわゆる電子シャッタ機能を備え、画像信号の取り込み開始となる電子シャッタとしての電子先幕、及び取り込み中止を行う電子後幕の機能を有している。すなわち撮像素子３は、電子先幕の動作により画像の電荷の蓄積を開始し、電子後幕の動作により所定時間の経過後に蓄積を終了する。その後、蓄積した画像の電荷読み出し動作が行われ、撮像信号は不図示の信号処理回路に送られる。
【０００９】
図３は撮像素子３の移動機構を含む撮像部の構成例を示す。図３（Ａ）は光軸方向から見た場合の正面図であり、図３（Ｂ）は水平断面上視図であり、図３（Ｃ）は垂直断面図を示している。また、図４（Ａ）は撮像部の斜視図であり、図４（Ｂ）はその分解斜視図を示す。
リードフレーム４は撮像素子３から延設されたフレーム部材であり、平坦部４ａとその両側の腕部４ｂから構成される。腕部４ｂは、平坦部４ａの長手方向に対して略直交する方向に延在する、薄い略コ字形状をなしている。図３（Ａ）に示すように、平坦部４ａの両端部が幅広とされ、腕部４ｂは、図４（Ｂ）に示すように、幅広の両端部からそれぞれ屈曲された形状となっている。リードフレーム４は撮像素子３を構成するパッケージに一体成型された部材であり、具体的には、撮像信号を外部に出力する端子（リード）をその一部とする板金部材である。
【００１０】
板金５は撮像素子３のリードフレーム４に取り付けられた弾性部材であり、本例ではニッケルと鉄の合金である４２アロイ材によって、矩形板材を曲げて加工される。板金５は平面部５ａと、その両端から略直角に屈曲された腕部５ｂからなる、薄い略コ字形状を有する。図４（Ｂ）で示すように、板金５は撮像素子３の上下に２組配置されている。腕部５ｂは、撮像素子３の撮像面と平面部５ａが略平行となる状態で、リードフレーム４の腕部４ｂと精度良く半田付けで固定されている。なお、板金５と撮像素子３は光軸方向に直交する上下方向から見た場合の位置が重なるように配置され、板金５は撮像素子３の厚み内に収まっている。また、板金５はアクチュエータ部を構成する圧電素子７により弾性変形を被る。本構成にて、撮像素子３の撮像面が光軸方向に対する垂直度を保ったままで、板金５はその中央部を中心に前後方向（厚み方向）に撓むことが可能である。
【００１１】
板金５は支点部６と接合することで、光軸方向と直交する面内で固定される。板金５の支持部材である支点部６は、光軸に直交する平面内で撮像素子３の周囲に配置される。本例では、図３（Ａ）に示すように４つの支点部６が撮像素子３の上下にそれぞれ配置されており、１つの板金５を１対の支点部で支持している。光軸方向における支点部６の厚みは、光軸方向における撮像素子３の厚みに対し、光軸に直交する方向から見て重なっているので、撮像部全体としての厚みが小さく抑えられる。図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、支点部６は２箇所の支点調整板６ａを挟んでセンサ地板２に対し、調整可能に取り付けられており、これにより板金５及び撮像素子３の、撮像装置の基準面に対する位置が決定される。支点調整板６ａは支点部６の各端部にてそれぞれ２箇所設けられており、本例では合計８箇所に配置されている。各支点部６は板金５をその長手方向における中央部から略等距離の位置にて、圧電素子７の撓み変形に支障のない状態で板金５及び撮像素子３を支持している。
【００１２】
圧電素子７は板金５にそれぞれ配置され、本例ではＰＺＴなどの材料を用いた薄板状の圧電セラミック素子を使用している。圧電素子７は、板金５の平面部５ａの一方の面に設けた圧電素子７ａと、その背面に設けた圧電素子７ｂからなる。つまり、板金５の平面部５ａの表裏面にそれぞれ貼り付けた圧電素子７ａ、７ｂと、これらの間に挟まれた板金５が組み合わされて駆動手段を構成している。圧電素子７ａ、７ｂは駆動制御部（図５（Ａ）の１００参照）により印加電圧と電流方向を制御することで、その伸縮方向と大きさが制御される。本例では、パラレル型と称する接続方法により、一定の電圧を各圧電セラミック素子に印加した場合、前後の圧電セラミック素子が互いに逆方向に伸縮する構成となっている。
板金５の中央部には慣性体としてのカウンタウェイト８が取り付けられており、これは同時に放熱性能を有している。カウンタウェイト８は真鍮などの比重が大きく、かつ放熱性の良好な材料からなり、多数のフィン（不図示）を備えた形状を有する。その質量は撮像素子３の質量とストロークの積をカウンタウェイト８のストロークで割ったもので、駆動時の撮像素子３の移動による振動を打ち消す質量として設計されている。カウンタウェイト８は光軸方向の厚みが、撮像素子３の厚み以下とされ、光軸方向に直交する方向から見た場合に両者が重なる配置になっている。つまり、撮像部全体の厚みを増さないように配慮されている。また、カウンタウェイト８は、図３（Ａ）に示すように板金５の前面（被写体側）の中央部の上下２点のみを取り付け部９として板金５に固定されている。このため、圧電素子７の駆動による板金５の撓み変形には影響しない。
【００１３】
図５は撮像素子３の移動機構の動作を示す。図５（Ａ）は図３（Ａ）と同様の正面図であり、（Ｂ−１乃至３）は水平断面上視図であり、（Ｃ−１乃至３）は垂直断面図である。Ｐはフォーカスレンズの予定結像面を示している。以下の説明では、撮像素子３が被写体側に移動する方向を前方とする。
図５（Ｂ−１）および（Ｃ−１）は撮像素子３が基準位置にある状態を示す。また、図５（Ｂ−２）および（Ｃ−２）は撮像素子３が前進した状態を示し、図５（Ｂ−３）および（Ｃ−３）は撮像素子３が後退した状態を示す。例えば、駆動制御部１００からの正電圧の印加により圧電素子７ａは収縮し、圧電素子７ｂは伸長するので、板金５は前側に凹の状態に変形する。したがって、図５（Ａ）の上下で板金５と半田付けで固定されたリードフレーム４を有する撮像素子３は、図５（Ｂ−２）および（Ｃ−２）に示すように前進する。
逆に駆動制御回路からの負電圧の印加によって、圧電素子７ａは伸長し、圧電素子７ｂは収縮するので、図５（Ｂ−３）および（Ｃ−３）に示すように、板金５は前側に凸の状態に変形して撮像素子３が後退する。なお、印加電圧の大きさに応じて変位量が制御されるので、支点部６に関して、板金５の平面部５ａの中央と両端の腕部５ｂとの間にそれぞれ変位が生じる。
【００１４】
第１実施形態では、複数のアクチュエータ部が撮像素子３の短辺方向にて該撮像素子を挟んで互いに反対側に配置されている。板金５および支点部６、圧電素子７ａ、７ｂを用いて構成した撮像素子３の移動機構は、電圧印加によって圧電素子７ａ、７ｂが伸縮すると、板金５の平面部５ａが撓み変形し、腕部５ｂが前後に変位する。その為、撮像素子３は光軸方向に直交する撮像面を維持したまま、撮像レンズのフランジバック位置から光軸方向において前進又は後退する。その際、カウンタウェイト８は後退又は前進し、すなわち撮像素子３とカウンタウェイト８は互いに逆方向に移動する。移動機構のストローク制御については、駆動制御部１００による電圧制御で圧電素子７ａ、７ｂの伸縮量を変化させることで行われる。
【００１５】
一方、２箇所の支点部６については板金５の長手方向の間隔を調整することで、撮像素子３の移動ストロークとカウンタウェイト８の移動ストロークとの比を変えることができる。また、板金５の長手方向に直交する幅方向において、支点調整板６ａにより支点部６の、光軸方向における位置を変えることができる。つまり、板金５を捻ることで撮像素子３の撮像面の倒れ方が変化する。このように支点部６の位置を前後および左右方向、あるいは傾き方向にて微調整できるので、部品の製造ばらつきを低減できる。すなわち製造工程にて撮像素子３の撮像面が光軸に対して傾かず、フランジバック距離の基準位置となるように調整できる。さらに、アクチュエータ部を撮像素子３の上下に配置し、それぞれの移動ストロークを独立に制御できるので、撮像面の光軸に対する傾きを調整することができる。
以上のように板金５を支持する支点部６を、光軸に直交する方向からみて撮像素子３と重なる位置に配置することで、光軸方向における撮像部の薄型化を実現できる。
【００１６】
［第２実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、リードフレーム４の構造、板金５による撮像素子３の支持方法、カウンタウェイト８が第１実施形態と異なる。以下では、主として相違点を説明し、第１実施形態の場合と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることで、それらの詳細な説明を省略する。なお、このような説明の省略の仕方は後述する実施形態でも同様とする。
図６（Ａ）は撮像部の正面図であり、図６（Ｂ−１）および（Ｂ−２）は水平断面上視図であり、図６（Ｃ）は垂直断面図である。図６（Ｂ−１）は撮像素子３が基準位置にある状態を示し、図６（Ｂ−２）は撮像素子３が前進した状態を示す。
【００１７】
リードフレーム４は、その両端部がシャフト１０の中央部に固定されている。板金５はその両端部が各シャフト１０の端部に接続固定され、撮像素子３の上下に配置されている。板金５に付設した圧電素子７ａ、７ｂへの電圧印加により、例えば、板金５が前側に凹むように変形すると、シャフト１０を介して上下で板金５と接続固定された撮像素子３は前進する（図６（Ｂ−２）参照）。これによって板金５の平面部５ａの中央と、シャフト１０に接続固定された先端部分との間に変位が生じる。
カウンタウェイト８ａ、８ｂは板金５の平面部５ａの表裏両面にそれぞれ取り付けられている。カウンタウェイト８ａが前面側に位置し、カウンタウェイト８ｂが背面側に位置する。カウンタウェイト８ａ、８ｂを板金５の平面部５ａに関して対称的に配置し、板金５の表裏両面に慣性質量を振り分けている。これにより、第２実施形態では、光軸方向における各カウンタウェイトの厚みを小さくすることができる。
【００１８】
［第３実施形態］
次に、図７乃至９を参照して、本発明の第３実施形態に係る撮像装置について説明する。第３実施形態では、リードフレーム４の構造、撮像素子３に対する板金５の位置関係が第１施形態と異なる。
図７は第３実施形態に係る撮像部を示し、図７（Ａ）は正面図、図７（Ｂ）は水平断面上視図、図７（Ｃ）は垂直断面図である。リードフレーム４は平坦部４ａと、その幅広の上下端部から略直角に屈曲された腕部４ｂを有し、薄い略コ字形状をなしている。
図８（Ａ）は撮像部の斜視図であり、図８（Ｂ）はその分解斜視図である。リードフレーム４の腕部４ｂは、平坦部４ａの幅広部分から折り曲げられて、その長手方向に延在し、板金５の腕部５ｂに対して精度良く半田付けで固定されている。各板金５は、光軸に直交する平面内にて撮像素子３の左右両側に配置され、撮像素子３の撮像面と板金５の平面部５ａが略平行となる状態で、リードフレーム４に取り付けられている。板金５は、光軸に直交する左右方向から見て、撮像素子３と重なるように配置され、撮像素子３の厚さ内に収まっている。
【００１９】
図９（Ａ）は撮像光学系とは反対側から撮像部を見た場合の背面図であり、図９（Ｂ）は水平断面上視図である。
ファインダ１２は被写体を観察する光学系を構成し、図９（Ａ）に示すように、撮像部の上方に配置されている。板金５にそれぞれ取り付けられた圧電素子７（７ａ，７ｂ）は、撮像素子３の左右両側、すなわち、撮像素子３の中心部とファインダ１２を結ぶ線（図９（Ａ）の縦線Ｖ参照）に対して直交する方向（横線Ｈ参照）に配置される。
第３実施形態では、光軸に直交する面内における撮像素子３とファインダ１２との位置関係に配慮し、ファインダ１２と位置的に干渉しないように撮像素子３の移動機構を当該撮像素子３の側方に配置できる。
【００２０】
［第４実施形態］
次に、図１０を参照して本発明の第４実施形態に係る撮像装置について説明する。第４実施形態では、板金５による撮像素子３の支持方法、板金５の構造、支点部６が第２実施形態と異なる。
図１０（Ａ）は撮像部の正面図であり、図１０（Ｂ）は水平断面上視図である。
撮像素子３は板金５に取り付けられており、その取り付け部１１を図１０（Ｂ）に示す。本例では、板金５の前面中央の上下２点のみを取り付け位置として、撮像素子３が板金５に固定されているので、撮像素子３による板金５の撓み変形に影響しない。
板金５はクランク状をしており、平面部５ａと、その両側から略直角に屈曲された段差部５ｂと、さらに屈曲されてその先に位置する平坦な先端部５ｃからなる。板金５は、平面部５ａにてその表裏面にそれぞれ取り付けた圧電素子７ａ、７ｂによって弾性変形を被る。
【００２１】
支点部６は、図１０（Ｂ）に示すように撮像素子３の左右両側にそれぞれ配置されている。支点部６は板金５の先端部５ｃを前後から挟む１対の支持部材であり、光軸方向の厚みが、撮像素子３の光軸方向の厚みと重なるように配置することで、撮像部全体としての厚みが小さく抑えられる。またカウンタウェイト８ａ、８ｂは、２箇所の支点部６よりもさらに端寄りの先端部５ｃにおいて、取り付け部９で表裏にそれぞれ取り付けられている。
圧電素子７ａ、７ｂは、駆動制御部１００によって印加電圧と電流方向を制御することで、その撓み方向と大きさが制御される。例えば、板金５が前側に凹むように変形すると、板金５に取り付け部１１で固定された撮像素子３が後退する。これによって、板金５の平面部５ａの中央と、カウンタウェイト８ａ、８ｂを取り付けた先端部５ｃとの間に変位が生じる。
第４実施形態では、撮像素子３の背面に位置する板金５の平面部５ａに圧電素子７ａ、７ｂを取り付けた構成において、板金５の支点部６を撮像素子３の横方向に配置して撮像部を薄型化できる。
【符号の説明】
【００２２】
３  撮像素子
４  リードフレーム
５  板金（弾性部材）
６  支点部（支持部材）
７  圧電素子
８  カウンタウェイト（慣性体）
１２  ファインダ
１００  駆動制御部
【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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