(57)【要約】【課題】安定した撮像素子移動動作と高い信頼性を有する撮像素子の支持構造を実現する。【解決手段】撮像手段を回動支持する支持手段と、支持手段を回動駆動する駆動手段と、撮像手段信号の像高に応じた読み出しタイミングを制御する読み出し制御手段と駆動手段との動作を関連付けて撮像信号を読み出す調整手段で撮像装置を構成する。【選択図】図５
2016018170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ−Ｙアドレス型の撮像手段と、
該撮像手段を回動支持する支持手段と、
該支持手段を回動駆動する駆動手段と、
前記撮像手段信号の像高に応じた読み出しタイミングを制御する読み出し制御手段と前記駆動手段との動作を関連付けて撮像信号を読み出す調整手段で構成されることを特徴とする撮像装置。
【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装置などの撮像装置に関し、特に、撮像素子をレンズの光軸方向に移動して撮像する撮像装置に関する。
【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に加えて動画撮影機能が追加された製品が注目され、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機構（以降、コントラストＡＦ）を備える撮像装置の開発がなされている。そのオートフォーカス機構としては動画撮影時には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が提案されている。それらは撮像素子を撮影光軸方向にウォブリング動作させる事でレンズの合焦方向を判定し、その判定結果に基づいてフォーカスレンズを走査して合焦を行う様に構成されている。撮像素子とフォーカスレンズを連携させて合焦精度を上げる方式は先行文献１などで開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６-１４５８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮像素子の移動機構を備える撮像装置においては、撮像素子の安定した移動動作が求められる。しかしながら特許文献１に開示される様に安定した移動動作の為には撮像素子の支持機構が複雑になってしまい信頼性に欠けると云う問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、安定した撮像素子移動動作と高い信頼性を有する撮像素子の支持構造実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の撮像装置では、Ｘ−Ｙアドレス型の撮像手段と、撮像手段を回動支持する支持手段と、支持手段を回動駆動する駆動手段とで撮像装置を構成している。そして撮像手段信号の像高に応じた読み出しタイミングを制御する読み出し制御手段と駆動手段との動作を関連付けて撮像信号を読み出す構成にしている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の撮像装置の支持構成によれば、安定した撮像素子移動動作と高い信頼性を実現する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例における撮影装置の横断面図。
【図２】本発明の第１実施例における撮像装置の要部説明図。
【図３】本発明の第１実施例における撮像素子の読み出し位置説明図。
【図４】本発明の第１実施例における撮像装置のウォブリング説明図。
【図５】本発明の第１実施例における撮像素子の読み出しタイミング説明図。
【図６】本発明の第１実施例における撮像状態説明図。
【図７】本発明の第１実施例におけるブロック図。
【図８】本発明の第２実施例における撮像装置の要部説明図。
【図９】本発明の第２実施例における撮像素子の読み出しタイミング説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
［実施例１］
本実施例の撮像装置は、Ｘ−Ｙ読み出し型撮像素子（ＣＭＯＳセンサ）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、任意のメモリ等の電子的記録媒体にその画像情報を記録する撮影機器に好適に利用できる。 
【００１１】
図１は本発明の第１実施例である撮像装置の断面図であり１０は撮影光軸、１１はカメラ本体、１２は交換レンズ、１３は交換レンズに設けられた撮影光学系、１３ａは撮影光学系１３のなかで合焦動作を行うＡＦレンズ、１４は絞りである。
【００１２】
また、１５は撮影光学系１３の像を撮像素子１６およびプリズム１７に分岐するクイックリターンミラー、１８はプリズム１７に入射した光束を接眼面に導く観察光学系、１９は撮像素子１６への入射を制御するシャッタ、１１０は撮影光学系１３により撮像素子１６上に結像された画像を再生する背面液晶モニターである。ここで、撮影光学系１３の焦点調節はＡＦレンズ１３ａを矢印１３ｂ方向に駆動する事で行う。焦点状態の検出は撮像素子１６の画像のコントラストを検出し評価値とする。
【００１３】
即ち、ＡＦレンズ１３ａを所定量ずつ移動させながら撮像素子１６で得られる画像の評価値を求め、最も評価値の高い結果が得られるＡＦレンズ１３ａの位置を合焦位置としている。この様な合焦調節処理は山登りＡＦ、或いはＴＶ−ＡＦなどと称され、合焦検出の為に専用のセンサが不要である利点があるが、問題点も有している。それはコントラストの大小は検出できるがＡＦレンズ１３ａを移動させないとコントラスト変化の方向がわからない事である。
【００１４】
具体的には、ＡＦレンズ１３ａを所定方向（例えば撮像素子１６側）に移動していきながら画像の評価値を求めてゆき、その評価値が低くなってゆく場合にはピントが外れてゆく方向にＡＦレンズ１３ａが駆動されていると判断し、その駆動方向を反転させる必要がある。
【００１５】
上記の様な状態を避ける為にウォブリングと称される合焦検出処理が一般的に行われている。図１においては撮像素子１６を矢印１６ａ方向に交番に移動（実際には図２以降で説明がある様に振り子運動）させる事でウォブリング動作を行っている。ここで、撮像素子１６が撮影光学系１３側に移動している時の画像の評価値と背面液晶モニター１１０側に移動している時の画像の評価値を比較し、画像評価値の高い側が合焦方向と判定する。その後その方向に向かってＡＦレンズ１３を駆動して最も画像評価値の高いレンズ位置を求める。
【００１６】
図２（ａ）、図２（ｂ）は撮像素子１６周辺を拡大した図であり、図２（ａ）は図１の撮影光軸に沿って交換レンズ１２側から見た平面図、図２（ｂ）は図１を拡大した側面図である。これを用いて撮像素子１６のウォブリング動作を説明する。図２（ａ）において撮像素子１６は次板２１上に固定されている。地板２１の上腕部２１ａ、２１ｂには軸勘合部２１ｃ、２１ｄが設けられており、軸２１ｅ、２１ｆが勘合している。この軸２１ｅ、２１ｆはカメラ本体１１に設けられた軸受部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが回動可能に軸支されている。その為この軸２１ｅ、２１ｆ周りに地板２１は回動可能であり、図２（ｂ）で矢印２８方向に振り子運動を行う。
【００１７】
地板２１の下腕部２１ｇ、２１ｈに挟まれて永久磁石２５が固定されており、カメラ本体１１に固定される基板２７に設けられたコイル２６との関連により地板２１は前述矢印２８方向に駆動される。２９は基板２７に設けられたホール素子などの磁気検出手段であり、永久磁石２５の磁束変化を検出する事で地板２１の駆動状態を検出する。ホール素子２９とコイル２６に流す電流との間は公知の負帰還構成になっており、外部からの駆動目標値に対して地板２１は高精度に駆動応答する。地板２１の背面には撮像素子１６の信号を取り出す回路２４を設けた基板２３が設けられている。
【００１８】
図３は撮像素子１６を矢印２８方向に駆動し、その時の信号を取り出す様子を説明する図であり、説明に不要な部品は取り外して図示している。ここでは、撮像素子１６は軸２１ｆ周りに矢印２８方向に駆動されその上死点にある。この時撮像信号を取り出すと取り出す領域によってピント方向の位置が異なってくる問題がある。例えば、３３ａで示すポイントの画素においては光軸３１ａ方向での受光位置は平面３２、３３ｂで示すポイントの画素においては平面３３となる。この様に画素毎に受光位置が異なってしまい同一平面での結像状態を評価する事が出来ない。
【００１９】
そこで、図４に示したように撮像素子１６がまだ上死点に達しない状態（撮像素子１６’）の時に３３ｃで示すポイントの画素を読み出し、その後撮像素子が上死点に達した時に３３ａで示すポイントの画素を読み出すように画素の読み出しを時間とともに読み出す。この様にＣＭＯＳセンサなどで行われるローリング読み出しを行い、その読み出しタイミングと撮像素子１６の揺動タイミングを制御すると、どのポイントの画素においても平面３２における位置で画像信号を読み出す事が出来る。
【００２０】
図５（ａ）から図５（ｇ）は上記読み出しと撮像素子１６の揺動のタイミングを説明する図である。撮像素子１６の各画素信号は図５ｇに示すように３３ｃのポイントから３３ａのポイントに向けて所定の時定数で読み出してゆく（矢印３３ｄ）。この読み出しを模式的に表すと図５（ｆ）に示すように撮像信号のリセット区間５１ａ、読み出し時間５１ｂ、像信号の蓄積区間５１ｃの平行四辺形で表す事が出来る。ここで、平行四辺形の上辺が３３ｃで示すポイント、下辺が３３ａで示すポイントである。図５（ｂ）から図５（ｅ）は撮像素子１６の揺動を４コマに分けて説明した図であり、その時の３３ａで示すポイントと３３ｃで示すポイントの位置変化及び図５ｆの読み出しタイミングを重ねた説明図が図５（ａ）である。
【００２１】
図５（ａ）は横軸が時間、縦軸が撮像素子１６の変位であり波形５５ａ、５５ｃはそれぞれ３３ａ、３３ｃで示すポイントの変位の時間的変化である。読み出し５１におけるタイミング５１ｄ、５１ｅはそれぞれ３３ｃ、３３ａで示すポイントの蓄積期間の時間的に中央の位置であり、タイミング５２ｄ、５２ｅ、５３ｄ、５３ｅ、５４ｄ、５４ｅもそれぞれ３３ｃ、３３ａ、３４ｃ、３４ａで示すポイントの蓄積期間の時間的に中央の位置である。ここで、図５（ｂ）の状態においてタイミング５１ｄの時の３３ｃで示すポイントの位置（波形５５ｃと時間５１ｄの交点）は平面３３となっており、またタイミング５１ｅの時の３３ａで示すポイントの位置（波形５５ａと時間５１ｅの交点）も平面３３となる。すなわち、３３ａで示すポイントも３３ｃで示すポイントも同じ平面になることが分かる。
【００２２】
同様に、図５（ｃ）の状態においてタイミング５２ｄの時の３３ｃで示すポイントの位置（波形５５ｃと時間５１ｄの交点）は平面３３となっており、またタイミング５２ｅの時の３３ａで示すポイントの位置（波形５５ａと時間５２ｅの交点）も平面３３となる。ここで、図５（ｂ）の状態での読み出し５１と図５（ｃ）の状態の読み出し５２は読み出し方向を逆にしており、図５（ｃ）の状態では３３ａで示すポイントより読み出しと開始し、３３ｃで示すポイントで読み出しを終了させている。図５（ｄ）の状態においてタイミング５３ｄの時の３３ｃで示すポイントの位置（波形５５ｃと時間５３ｄの交点）は平面３４となっており、またタイミング５３ｅの時の３３ａで示すポイントの位置（波形５５ａと時間５１ｅの交点）も平面３４となる。
【００２３】
すなわち、３３ａで示すポイントも３３ｃで示すポイントも同じ平面になることが分かる。同様に図５（ｅ）の状態においてタイミング５４ｄの時の３３ｃで示すポイントの位置（波形５５ｃと時間５４ｄの交点）は平面３４となっており、またタイミング５４ｅの時の３３ａで示すポイントの位置（波形５５ａと時間５４ｅの交点）も平面３４となる。ここで、図５（ｄ）の状態での読み出し５３と図５（ｅ）の状態の読み出し５４は読み出し方向を逆にしており、図５（ｅ）の状態では３３ａで示すポイントより読み出しと開始し、３３ｃで示すポイントで読み出しを終了させている。
【００２４】
この様に撮像素子１６が軸周りに揺動（チルト駆動）してもその駆動速度と読み出し速度を調整すると撮像素子１６の各撮像エリアは常に一定の平面３３、３４での像を捉える事が出来る。
【００２５】
図６（ａ）は図３の様に撮像信号を読み出した場合の像状態を説明する模式図、図６（ｂ）は図４の様に撮像信号を読み出した場合の像状態を説明する模式図である。図３の様に読み出す場合を説明する。この時例えば３３ｂで示すポイントが合焦位置とすると、それに対して３３ａで示すポイントはピントずれが生じる（平面３２と３３で光軸方向にずれている為）。その為、点が２次元方向に並んだ像を撮像した場合には図６（ａ）に示すように３３ｂのポイントにおける点像６１ａ_１はシャープに記録されるが３３ａのポイントにおける点像６１ａ＿nはピントがぼける為に点がぼやけて大きく記録されるだけではなく横方向にも像が歪む。
【００２６】
次に、図４の様に読み出す場合を説明する。この時例えば３３ｃで示すポイントが合焦位置とすると、それに対して３３ａで示すポイントも合焦位置となる（ポイント毎の読み出しタイミングを撮像素子１６の揺動角度と調整している為。）。
【００２７】
その為、点が２次元方向に並んだ像を撮像した場合には図６（ｂ）に示すように３３ｃのポイントにおける点像６１ａ＿１も３３ａのポイントにおける点像６１ａ＿nもシャープに記録され、像の歪みも発生しない。
【００２８】
尚、ここでは３３ｂ等のポイントが合焦位置として説明したが、たとえ合焦位置でなくても（ピントがずれていても）図６（ａ）の場合には撮像素子平面内でピントのずれの影響（点像の大きさや歪み）が発生し図６（ｂ）の場合には全体のピントはズレていても撮像素子平面内で相対的なピントの差や歪みの発生は起きない。
【００２９】
以上の様な３３ａ、３３ｃなどのポイントの撮像信号読み出しと撮像素子１６の駆動タイミングの調整は図７のブロック図となる。図７において調整手段７１は撮像素子１６の撮像信号を読み出す読み出し制御手段７２の読み出しタイミングと撮像素子を駆動する駆動手段の駆動ドライバ７３への駆動タイミングを同期制御している。これにより撮像素子１６の撮像平面内における像信号のピント差や像歪みを防ぐ事が出来る。読み出し制御手段７２に従って読み出された撮像素子の像信号は信号処理手段７４で処理されコントラスト評価手段７５でそのコントラストを評価される。
【００３０】
これにより前述したように評価値の高い方向（撮像素子の揺動方向）を合焦方向としてＡＦレンズ１３ａをその方向に駆動する。また、信号処理手段７４の信号は表示手段７６に入力され、その像を液晶モニターなどに表示する。その為表示手段に表示される像は一様にピントが揃い、像歪みの無い画像となる。この様に撮像素子を軸周りに回動可能に支持する事で安定して信頼性の高い撮像面ウォブリング構造を実現でき、また、その場合に問題になる撮像平面内でのピントずれをＣＭＯＳセンサなどで行われるローリング読み出しを撮像素子の回動角度と同期させて制御する事で抑える事が出来た。
【００３１】
以上説明した様にＸ−Ｙアドレス型の撮像手段（撮像素子１６）と、撮像手段を回動支持する支持手段（軸勘合部２１ｃ、２１ｄ、軸２１ｅ、２１ｆ、軸受部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、支持手段を回動駆動する駆動手段（永久磁石２５、コイル２６）とで撮像装置を構成している。そして撮像手段信号の像高に応じた読み出しタイミング（図５ａの波形５５ａ、５５ｃ、読み出し５１、５２、５３、５４の関係）を制御する読み出し制御手段７２と駆動手段との動作を関連付けて撮像信号を読み出す調整手段７１を設けている。
【００３２】
［実施例２］
図８は本発明の第２の実施例における撮像装置の機構を示しており、図８（ａ）は図１の撮影光軸に沿って交換レンズ１２側から見た平面図、図８（ｂ）は図１を拡大した側面図、図８ｃは撮像素子１６の揺動駆動を説明する概念図である。第２の実施例の目的は揺動ストロークの拡大であり、時に図３におけるポイント３３ａの光軸３１ａ方向の変位を拡大する事である。そのための手段として第２の実施例の構成では回転中心を２か所設けている。図８（ａ）において撮像素子１６は次板２１上に固定されている。
【００３３】
地板２１の上腕部２１ａ、２１ｂには軸勘合部２１ｃ、２１ｄが設けられており、軸２１ｅ、２１ｆが勘合している。この軸２１ｅ、２１ｆは揺動腕８１ａ、８１ｂに勘合しており、揺動腕８１ａ、８１ｂ周りに回動可能に軸支されている。揺動腕８１ａ、８１ｂはカメラ本体１１に設けられた軸受け８２ａ、８２ｂの軸８３ａ、８３ｂと勘合しており。この軸８３ａ、８３ｂ周りに回動可能に軸支される。その為地板２１は軸８３ａ、８３ｂ周りに回動可能であり、且つ軸２１ｅ、２１ｆ周りにも回動可能になっている。
【００３４】
図８（ａ）において地板２１の背面にはカム８４ａが当接しており、揺動腕８１ａの背面にはカム８４ｂが当接している。そしてカム８４ａ、８４ｂはモーター８４ｃの軸８４ｄに同軸で圧入されており、モーター８４ｃの駆動により同時に回転する。ばね８５ａはカメラ本体１１と揺動腕８１ａの軸２１ｅの間にかけられ、揺動腕８１ａをカム８４ｂに付勢する。ばね８５ｂはカメラ本体１１と地板２１のピン２１ｉの間にかけられ、地板２１をカム８４ａに付勢する。その為地板２１および揺動腕８１ａはカム８４ａ、８４ｂから離れる事はない。
【００３５】
カム８４ａのカムリフトはカム８４ｂの倍になっており、モーター８４ｃの回転によりカム８４ａの当接ポイントにおける地板２１の変位はカム８４ｂの当接ポイントにおける揺動腕８１ａの変位の倍となる。
【００３６】
図８（ｃ）は図８（ｂ）の状態からカム８４ａ、８４ｂが９０度回転した状態を示している。揺動腕８１ａはカム８４ｂの回転により軸８３ａ周りに矢印８７ａ方向にばね８５ａに逆らって回転する。一方、地板２１はカム８４ａの回転により軸２１ｅ周りに矢印８７ｂ方向にばね８５ｂに逆らって回転する。この様に第１の実施例では固定であった軸２１ｅ、２１ｆが軸８３ａ、８３ｂ周りに回動する為に撮像素子１６の揺動範囲が拡大する。
【００３７】
また第１の実施例では軸２１ｅ、２１ｆ周りの回動であった為、その回動角度が大きくなってゆくと撮像素子１６の中心と光軸３１ａがずれてゆくが第２の実施例では回動軸が２か所光軸３１ａを挟んで設けられているので回動角度にかかわらず撮像素子１６の中心と光軸中心がずれる事はない。
【００３８】
図９は第２の実施例における読み出しと撮像素子１６の揺動のタイミングを説明する図である。第１の実施例である図５ａとの違いは読み出し５２、５４（逆読み出し）が省かれ、演算の簡略化を図っている点である。そして読み出しを省かれた区間においては読み出し５１、５３の画像情報の表示を継続する事で表示品位の低下を防いでいる。この様に撮像素子を軸周りに回動可能に支持する事で安定して信頼性の高い撮像面ウォブリング構造を実現でき、また、回動軸を複数にすることでそのウォブリング範囲を拡大する事が出来た。
【符号の説明】
【００３９】
１１  カメラ本体、１２  交換レンズ、１５  クイックリターンミラー、
１６  撮像素子、２１  地板、２１ｅ，２１ｆ  軸、２５  永久磁石、
２６  コイル
【図１】
2016018170.tif 000003
【図２】
2016018170.tif 000004
【図３】
2016018170.tif 000005
【図４】
2016018170.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016018170.tif 000008
【図７】
2016018170.tif 000009
【図８】
2016018170.tif 000010
【図９】
2016018170.tif 000011