JP2931809B1

JP2931809B1 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2931809B1
Application number: JP10084549A
Authority: JP
Inventors: 賀章浩古
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11281870A

Abstract

【要約】【課題】小型撮像装置における焦点調節機能の実現お
よび解像度の向上。【解決手段】櫛歯状電極６ａ、６ｂおよび６ｃ，６ｄ
をそれぞれ互いに対向して配置された固定子５ａおよび
５ｂにそれぞれ設け、レンズ８を内包した可動子７を静
電気力を利用して固定子電極に交互に吸着させながら光
軸方向に駆動し、固定子可動子間に働く摩擦の影響を低
減して十分なレンズ８の可動範囲を実現する。可動子７
は固定子間を振動しながら光軸方向に移動し、撮像素子
１への結像位置は可動子７の振動方向の変位に応じて変
化する。可動子７の振幅Ｌをホトディテクタ列（ＰＤ
列）１０４Ａ，Ｂ，・・のピッチの１／４に設定し、可
動子７の振動周波数を撮像素子１による映像のフィール
ド周波数に同期させる。ＰＤ列と入射光学像２５との相
対的位置関係がＰＤ列のピッチの１／２分ずれた互いに
異なる２つのフィールド映像を取得し、これを１フレー
ムの映像とする。ＰＤ列間の非感光部の欠落映像が補完
され解像度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に係り、と
りわけ小型化した場合にも焦点調節およびズーム機能を
実現でき、かつ高解像度の画像を撮像することが可能な
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各種プラントの配管や人体内
部等の狭隘部の目視検査が、小型撮像装置（例えばＣＣ
Ｄカメラ）を用いて行われており、特に近年、検査精度
を更に高めるため、撮像装置の高機能化・高解像度化の
要求が更に高まっている。このような小型撮像装置を例
えば医療用に適用することを考えた場合、患部の必要な
箇所を高い倍率・高い解像度で観察出来ることは、病根
の早期発見、早期治療につながるからである。

【０００３】しかし、これまでの直径が１０ｍｍを下回
るような小型撮像装置は、固定焦点・固定倍率のもので
あり、また画素数においても通常サイズの汎用型撮像装
置に比べると劣っている。これは、撮像装置を小さくか
つ細くしなくてはならないというサイズ上の制限がある
ため、焦点を可変としたり倍率を変更するために光学素
子（例えばレンズ）を駆動するアクチュエータを造り込
むスペースが確保できないことと、撮像素子の撮像面の
面積が制限されてしまうことが原因である。

【０００４】従来、各種の部品を駆動するためのアクチ
ュエータとしては電磁気力を利用したものが一般的であ
った。しかし、電磁気式アクチュエータは、サイズが小
さくなってくると、その出力が作用面の表面積により定
まる静電気力等を利用したアクチュエータと比べた場
合、出力の点で不利である。また、電磁気式アクチュエ
ータは、電磁気力を発生させる為にコイルや磁石等を配
置するスペースを必要とするため、上記の様な狭隘部に
適用する機器に組み込むに適したコンパクトで高性能な
アクチュエータを実現する事が困難であった。

【０００５】このため、最近では、静電気力により駆動
力を得る方式の静電アクチュエータが各種研究、開発さ
れているが、いまだ十分な性能を実現するには至ってい
ない。それは、微小化に伴い顕著となる摩擦力による悪
影響が主たる原因の一つである。

【０００６】この摩擦の問題を回避する為に、可動部を
弾性支持し、摺動面を持たないタイプの静電アクチュエ
ータが提案されている。しかし、このアクチュエータ
は、その可動領域がアクチュエータ全体のサイズと比較
すると非常に小さく、実用的・産業的な応用を図る上で
は十分ではない。特に、上述したような撮像装置のレン
ズを駆動して焦点調節やズーミング機能を実現するため
のアクチュエータとしては不適切である。

【０００７】ところで、撮像装置により得られた画像
は、通常はＮＴＳＣ方式に準拠したモニタテレビにより
観察されることになるため、撮像装置もこのＮＴＳＣ方
式に準拠した映像信号を生成するようにしている。

【０００８】ＮＴＳＣ方式では、垂直方向走査線５１２
本、飛び越し走査１フレーム２フィールド構成、画面ア
スペクト比３：４等の規格が定められており、現在、こ
の標準方式に適合する例えばインターライン転送方式Ｃ
ＣＤ（以下「ＩＴ−ＣＣＤ」と略す）における画素数は
８００（水平）×５００（垂直）程度である。

【０００９】この様なＩＴ−ＣＣＤの撮像動作を図９を
用いて簡単に説明する。このＩＴ−ＣＣＤは、例えばホ
トダイオード１０４（以下「ＰＤ」と略す）で形成され
た２Ｎ×Ｍ個（例えばＮ＝４００，Ｍ＝５００）の感光
部Ｐ１１、Ｐ１１’、Ｐ１２、Ｐ１２’、…、Ｐ１Ｎ、
Ｐ１Ｎ’、Ｐ２１、Ｐ２１’、…、Ｐ２Ｎ、Ｐ２Ｎ’、
…、ＰＭ１、ＰＭ１’、…、ＰＭＮ，ＰＭＮ’と、これ
ら感光部Ｐｉ（ｉ＝１１〜ＭＮ）およびＰｉ’（ｉ＝１
１’〜ＭＮ’）で光電変換されて蓄積された信号電荷を
読み出すための複数列（全部でＭ列ある）の垂直ＣＣＤ
（垂直転送部）１０５（Ｃ１，Ｃ２、…、ＣＭ）を有し
ている。ＰＤ１０４は垂直方向に延びる複数のＰＤ列１
０４Ａ、１０４Ｂ、…（全部でＭ列ある）を構成してお
り、ＰＤ列および垂直ＣＣＤは水平方向に交互に配列さ
れている。なお符号１０３はフィールドシフトゲートを
示している。

【００１０】ＰＤ１０４は発生した信号電荷を蓄積する
蓄積部の機能も果たしている。そして、垂直ＣＣＤ１０
５の信号電荷は、１段毎に水平ＣＣＤシフトレジスタ１
００に転送されて、一定時間内（水平有効期間）におい
て水平ＣＣＤシフトレジスタ１００内を転送された後、
順番に出力部１０１より読み出される。

【００１１】通常のテレビジョン標準方式においては、
１フレームは２フィールド（２フィールドはそれぞれＡ
フィールド，Ｂフィールドと呼ばれる）により構成され
ており、各フィールド映像はインターレス走査により取
得されている。従って、ＩＴ−ＣＣＤにおいてもこれに
適合した撮像動作を行っている。つまり、最初の走査に
おいては、２個の連続したＰＤ１０４（Ｐ１１とＰ１
１’、Ｐ１２とＰ１２’、…、Ｐ１ＮとＰ１Ｎ’、Ｐ２
１とＰ２１’、…、Ｐ２ＮとＰ２Ｎ’、…、ＰＭ１とＰ
Ｍ１’、…、ＰＭＮとＰＭＮ’；Ａフィールド）で蓄積
された信号電荷が読み出され、次の走査においては、先
の走査において読み出したＡフィールドの２個のＰＤ１
０４（Ｐｉ、Ｐｉ’）に対して、空間的に垂直方向に１
８０度位相がずれている以下の２個の連続したＰＤ１０
４（Ｐ１１’とＰ１２、Ｐ１２’とＰ１３、Ｐ１３’と
Ｐ１４、…、Ｐ２１’とＰ２２、Ｐ２２’とＰ２３、
…、ＰＭ１’とＰＭ２、ＰＭ２’とＰＭ３、…、ＰＭＮ
−１’とＰＭＮ；Ｂフィールド）で蓄積された信号電荷
が読み出されるようになっている。この様な信号電荷読
み出しモードをフィールド蓄積モードと呼ぶ。この場
合、垂直方向においてＡ，Ｂフィールドで読み出される
信号の空間的位相が１８０度異なるため、感光領域全域
からは２Ｎ×Ｍ個（８００×５００個）の信号が得られ
る。

【００１２】上述したように、ＰＤ列１０４Ａ、１０４
Ｂ、…の間には垂直ＣＣＤ１０５が設けられているた
め、ＩＴ−ＣＣＤの撮像面のうち垂直ＣＣＤ１０５が存
在する領域においては、映像信号を得ることができな
い。この垂直ＣＣＤ１０５が存在する領域において欠落
してしまう画像情報を補完して画像の解像度を向上させ
る手法として、いわゆるスイングＣＣＤ方式が知られて
いる。この方式は、ある初期位置からＩＴ−ＣＣＤを水
平方向に移動させて垂直ＣＣＤが元あった位置にＰＤ列
を移動させ、前記初期位置および移動後の位置の両方に
おいて画像を取得することにより画像の解像度を向上さ
せるものであり、通常サイズの撮像装置において利用さ
れている。

【００１３】しかし、この方式においては、光学素子を
駆動するためのアクチュエータに加えてＩＴ−ＣＣＤを
移動させるためのアクチュエータが更に必要となる。こ
のためコンパクト化が要求される狭隘部観察用の撮像装
置に適用するには適していない。また、撮像装置全体の
構成の複雑化ひいてはコストの増大を招くことになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実状に
鑑みなされたものであり、コンパクトで可動範囲が広く
かつ高性能な光学系駆動機構を提供するとともに、この
光学系駆動機構に固有の駆動形態を利用して高解像度化
を達成し、もって高機能高性能な小型撮像装置を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光学系と、交互に配列された感光部列と
垂直転送部とを有し、前記光学系からの光が結像する撮
像素子と、所定の間隙をもって互いに対向する第１面お
よび第２面を有する固定子と、前記固定子の第１面に設
けられるとともに、前記光学系の光軸方向に沿って配列
された複数の第１固定子電極と、前記固定子の第２面に
設けられるとともに、前記固定子の第２面に設けられる
とともに、前記光学系の光軸方向に沿って配置され、そ
れぞれが前記光学系の光軸方向に関して前記第１面の第
１固定子電極に対して所定量ずれた位置に位置する複数
の第２固定子電極と、前記光学系の少なくとも一部をな
す光学素子を保持するとともに前記固定子の第１面と第
２面との間に配置され、前記第１固定子電極および第２
固定子電極との間に働く静電気力により前記第１面と第
２面との間で前記感光部列の配列ピッチの１／４の振幅
で振動しながら前記光学系の光軸方向に移動することが
できる可動子と、前記垂直転送部による信号電荷の読み
出し周期にあわせて前記可動子が振動するように、前記
第１および第２固定子電極に電圧を印加する制御部と備
えた撮像装置を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００１７】［第１の実施形態］まず、図１乃至図４を
参照して第１の実施形態について説明する。

【００１８】図１に示すように、撮像装置は、大きく分
けて、レンズ８をその光軸方向に駆動するためのアクチ
ュエータ部９と撮像素子部１０の２つに区分される。

【００１９】撮像素子部１０は、撮像素子１と撮像素子
に入射する長波長の光を遮断するガラスフィルタ２とか
らなる。撮像素子１としては、従来技術で説明したＩＴ
−ＣＣＤが用いられており、これについての重複する説
明は省略する。

【００２０】一方、アクチュエータ部９は、レンズ８が
内部に装着された可動子７と、固定子５とを有してい
る。固定子５は２つの部分５ａ、５ｂ（以下、各部分５
ａ、５ｂを固定子５ａ、５ｂという）に分割されてお
り、可動子７は、固定子５ａ、５ｂによりその上下もし
くは左右から（本例では上下）所定のギャップ（間隙）
をもって挟み込まれている。

【００２１】固定子５ａおよび５ｂの表面（固定子５ａ
および固定子５ｂの互いに対向する面をそれぞれ第１面
および第２面という）上には、電極パタン６ａ、６ｂお
よび電極パタン６ｃ、６ｄがそれぞれ形成されている。
各電極パタン６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄおよび可動子７に
は、それぞれ配線が接続されており、この配線は高電圧
ドライバ４に電気的に接続されている。さらに高電圧ド
ライバ４は、アクチュエータ部９を駆動する為に特定の
信号を発生するコントローラ３に接続されている。コン
トローラ３は撮像素子１により生成される映像信号のフ
ィールド周期を検出するために、撮像素子１に接続され
ている。

【００２２】なお、撮像素子１および固定子５ａ、５ｂ
は、撮像装置の筐体（図示せず）に固着されている。

【００２３】次に、固定子５ａ、５ｂ上に形成された電
極パタン６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄについて詳細に説明す
る。図１に示すように、各電極パタン６ａ、６ｂ、６
ｃ、６ｄはそれぞれ、所定のピッチｐでこの撮像装置の
光軸方向、すなわちレンズ８の光軸方向に沿って配列さ
れるとともにレンズ８の光軸方向と直交する方向に延び
る電極（固定子電極）６ａi、６ｂi、６ｃi、６ｄiを複
数有し、全体として櫛歯状の形状を有している。なお、
本明細書において、電極６ａiおよび６ｂiを第１固定子
電極、電極６ｃiおよび６ｄiを第２固定子電極ともい
う。

【００２４】固定子５ａの電極パタン６ａ、６ｂは、電
極６ａi、６ｂi（櫛の歯の部分）がレンズ８の光軸方向
に沿って交互に現れるように、櫛歯同士を入れ子状に組
み合わせるように固定子５ａ上に配置されている。

【００２５】互いに隣接する電極６ａi、６ｂi間の間隔
は前記ピッチｐの１／２（すなわちｐ／２）となってい
る。固定子５ｂ上の電極パタン６ｃ、６ｄも同様の形態
となっている。電極６ａi、６ｃi、６ｂi、６ｄiは、レ
ンズ８の光軸方向に関して前記ピッチｐの１／４（すな
わちｐ／４）分だけずれて順次配置されている。

【００２６】可動子７の固定子５ａ，５ｂと対向する面
には、前記電極のピッチｐと同一のピッチをもってレン
ズ８の光軸方向に配列された複数の凸部７ａが形成され
ている。

【００２７】可動子７は好ましくは金属等の導電体から
形成される。また、固定子５ａ、５ｂはガラスまたはセ
ラミックス等の絶縁体からなる基板上にスパッタリング
等の手法により所定パタンの金属性の被膜を設けること
により形成される。なお、固定子５ａ，５ｂの電極上に
は絶縁体被膜（図２にのみ符号１２で示す）が設けられ
る。

【００２８】次に、アクチュエータ部９の駆動方法を図
２を用いて説明する。図２のステップ１に示す状態は、
固定子５ａ、５ｂの電極パタン６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ
のうち、電極パタン６ａに電圧を印加した状態であり、
このように電圧が加えられると、可動子７と固定子５ａ
上の電極パタン６ａの間に静電吸引力が発生し、可動子
７は固定子５ａ側に引き付けられる。

【００２９】その際、互いの電極が重なりあう面積がで
きるだけ多くなるように静電吸引力が働く為、可動子７
の各凸部７ａと固定子５ａ上の各電極６ａiが重なり合
う様に可動子７が固定子５ａ上に位置決めされる。

【００３０】続いて、各電極に加える電圧をステップ２
に示す様に切り替える。そうすると可動子７は上部の固
定子５ｂの電極６ｄiに引き付けられる。

【００３１】その際、上側の固定子５ｂの電極６ｄiと
下側の固定子５ａの電極６ａiとは、前記ピッチｐの１
／４（ｐ／４）だけずれている為、可動子７は単に上方
にではなく、少し斜め右上に引き上げられる。

【００３２】上記と同様にして、各電極パタン６ａ〜６
ｄに加える電圧をステップ３、ステップ４に示す様に切
り替えていくと、可動子７は上下に振動しながらレンズ
８の光軸方向（図２右方向）に駆動される。

【００３３】もちろん、各電極パタン６ａ〜６ｄに加え
る電圧の順番を逆にすれば、可動子７は光軸左方向に駆
動される。

【００３４】この様な駆動方法を採ることにより、可動
子７と固定子５ａ、５ｂの間の摩擦の影響を低減し、微
小なサイズであっても良好な駆動を実現している。

【００３５】なお、可動子７の表面に必ずしも凹凸を作
成する必要はなく、例えば平らな可動子の表面に、固定
子５ａ、５ｂの電極６ａi、６ｂi、６ｃi、６ｄiのピッ
チｐと同じピッチで電極を形成しても良い。

【００３６】次に、図３を参照して、可動子７の振動駆
動を利用した撮像動作について説明する。

【００３７】図２に示すように可動子７を駆動すると、
可動子７は固定子５ａの側にある状態と固定子５ｂの側
にある状態の２つの状態を持つことになるが、この状態
変化に伴いレンズ８の光軸位置が移動するため、撮像素
子１上への結像位置も変化する。

【００３８】図３（ａ）は可動子７が下方の固定子５ａ
側に位置する場合の撮像素子１上への結像２１の位置を
示しており、この場合、結像２１は撮像素子１の撮像面
の下側に位置する。なお、図３（ａ）は図２のステップ
１および３に対応しており、この状態を状態１という。

【００３９】一方、図３（ｂ）は可動子７が上方の固定
子５ｂ側に位置する場合の撮像素子１上への結像２１の
位置を示しており、この場合、結像２１は撮像素子１の
撮像面の上側に位置する。なお、図３（ｂ）は図２のス
テップ２および４に対応しており、この状態を状態２と
いう。

【００４０】本例においては、可動子７の上下方向の振
幅（振幅は可動子７の上下方向に関する最大変位量の１
／２で定義される）をＬ（図２〜図４を参照）とし、Ｐ
Ｄ列１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、…のピッチをＰpd
とした場合、２Ｌ＝Ｐpd／２、すなわちＬ＝Ｐpd／４な
る関係が成立するようになっている。このため、図３
（ａ）に示す状態１では、撮像素子１の撮像面上の結像
２１においてハッチングを付した部分２２ａに対応する
位置に撮像素子１の感光部分、つまりＰＤ列１０４Ａ、
１０４Ｂ、…がある。

【００４１】図３（ｂ）に示す状態２では、撮像素子１
の撮像面上の結像２１においてハッチングを付した部分
２２ｂに対応する位置に撮像素子１の感光部分、つまり
ＰＤ列１０４Ａ、１０４Ｂ、…がある。

【００４２】可動子７を駆動した場合、可動子７は状態
１および状態２を交互に採るため、可動子７の振動周期
をＡ，Ｂの２フィールドの期間により構成された１フレ
ームの周期を同期させることにより、状態１でＡフィー
ルド映像を、状態２でＢフィールド映像を取得すること
が可能となる。

【００４３】図４には、可動子７の振動位相に対するフ
ィールド切り替えのタイミングの一例を示す。図４に示
す例では、可動子７が変位０の位置（固定子５ａと固定
子５ｂとの間の中心位置）、各ＰＤ１０４にて蓄積され
た信号電荷を垂直ＣＣＤ１０５に転送するようにしてい
る。すなわち、図４に示すようにＩＴ−ＣＣＤ（撮像素
子１）のフィールドシフトゲート１０３（図９参照）に
パルス電圧２５を加え、各ＰＤ１０４より垂直ＣＣＤ１
０５への信号電荷移動と可動子７の移動を同期させてい
るわけである。

【００４４】このようにするには、例えば、撮像素子か
らのフィールド映像信号を検出する回路をコントローラ
３に設け、ここで検出されたフィールド周期に同期する
ように高電圧ドライバ４により固定子５ａ，５ｂの電極
にパルス駆動電圧を印加するようにすればよい。

【００４５】以上説明したように、フィールド切り替え
と同期をとって可動子７を駆動することにより、撮像素
子１の各垂直ＣＣＤＣ１、Ｃ２、…、ＣＭがある場所に
あたかも各ＰＤ列１０４Ａ、１０４Ｂ、…が存在してい
たかのように撮像を行うことができ、これにより解像度
を２倍に向上させることができる。

【００４６】なお、この撮像装置により得た画像を再生
する際には、Ａ，Ｂフィールドで１／２画素ピッチ（Ｐ
Ｄ列のピッチＰpdの１／２に相当する）分だけずらして
表示を行うことになる。

【００４７】なお、以上説明した可動子７の振動駆動に
同期したＡ，Ｂフィールド映像の取得は、焦点調節をま
さに実行している途中でも、焦点調節を行っていない時
でも実施することができる。すなわち、焦点調節中にお
いては、電極パタン６ａ、６ｃ、６ｂ、６ｄに順次（順
序は逆でもよい）電圧を印加することにより、焦点調節
を行いながらＡ，Ｂフィールド映像を取得することがで
きる。

【００４８】また、焦点調節を行っていない時、すなわ
ちレンズ８を光軸方向に動かす必要がない場合には、固
定子５ａの電極６ａ、６ｂに同時に電圧を印可した状態
と、固定子５ｂの電極６ｃ、６ｄに同時に電圧を印可し
た状態とを、フィールド周期に同期させて交互に切り替
えることにより、可動子７を光軸方向に移動させること
なく上下方向に振動させることができるため、焦点位置
を変更することなく解像度を向上させることができる。

【００４９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、固定子と可動子の間の摩擦の問題もなくかつ十分な
可動範囲を持ったアクチュエータを利用することによ
り、十分な駆動力および焦点調節範囲を有する焦点調節
機構が実現できる。そしてこの焦点調節機構を構成する
可動子の動きを利用して解像度向上をも実現することが
できる。

【００５０】また、本実施形態によれば、唯一つのアク
チュエータ装置により焦点調節および解像度向上が実現
できるため、装置の構成の複雑化や大型化を招くことも
ない。このため、小型で高機能・高性能な撮像装置を実
現することができる。

【００５１】なお、上記実施形態においては、固定子５
を平板状の２つの固定子部分５ａ、５ｂに分割し、これ
ら部分５ａ、５ｂを可動子７を挟んで互いに対向するよ
うに設けていたが、アクチュエータ部９の構成はこれに
限定されるものではない。すなわち、図５に示すよう
に、固定子５を円筒形状として固定子５の上半分の内周
面（第１面）に電極パタン６ａ、６ｂを下半分の内周面
（上半分の内周面に対向する内周面、すなわち第２面）
に電極パタン６ｃ，６ｄを設け、固定子５の内部にレン
ズ８を内包した円筒状の可動子７を設けることにより、
アクチュエータ部９を構成するようにしてもよい。

【００５２】すなわち、アクチュエータ部９の構造断面
は、可動子が少なくとも１組みの対となった固定子電極
の間で一定の振幅をもって駆動できるようになっていれ
ばよく、四角形状および円形形状の他、６角形形状や８
角形形状などの他の形状となっていてもよい。

【００５３】［第２の実施形態］次に、図６を参照して
第２の実施形態について説明する。周知の通り、垂直方
向の各ＰＤ列１０４Ａ、１０４Ｂ、…を構成するＰＤ同
士の間にも実際には隙間があり、この隙間では電荷信号
を生成することはできない。第２の実施形態は、ＰＤ列
間の隙間で欠落した映像情報のみならず、ＰＤ列を構成
するＰＤ同士間の隙間において欠落した映像情報をも補
完するものである。

【００５４】第２の実施形態は、可動子が上下方向に加
えて更に左右方向にも振動できるように構成されている
点において第１の実施形態と異なり、他は第１の実施形
態と略同一である。第２の実施形態において、第１の実
施形態と同一部分については、同一符号を付し、重複す
る説明は省略する。

【００５５】図６は、その左側の図が撮像装置を前方か
ら見た状態を示しており、その右側の図が可動子７の位
置変化に伴う撮像素子への結像２５位置の変化を示す図
である。

【００５６】図６に示すように、本実施形態に係る撮像
装置は、可動子７を左右方向から挟むような位置に配置
された、一対の固定子５ｃ，５ｄを更に有する。固定子
５ｃ，５ｄと可動子７との間には所定の間隔が設けられ
ている。

【００５７】第１の実施形態と同様に、固定子５ｃおよ
び５ｄの互いに対向する面（第３面および第４面）に
は、それぞれ一対の櫛歯状の電極パタン６ｅ、６ｆおよ
び６ｇ、６ｈが設けられている。

【００５８】第１の実施形態と同様に、櫛歯状電極パタ
ン６ｅおよび６ｆは櫛歯同士を入れ子状に組み合わせる
ように配置されており、櫛歯状電極パタン６ｇおよび６
ｈも櫛歯同士を入れ子状に組み合わせるように配置され
ている。

【００５９】固定子５ｃ，５ｄを設けたことに対応し
て、可動子７にはその上下面に設けられた凸部７ａに加
えて、左右面に凸部７ｂが更に設けられている。

【００６０】今、図６（ａ）左図に示すように、可動子
７が固定子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに囲まれた空間内の
左下位置（図７参照）にあるものとする。これを状態１
といい、状態１における撮像素子１の撮像面上への結像
２５の位置が、図６（ａ）右図に示される。

【００６１】次に、図６（ｂ）左図に示すように、固定
子５ｄの電極（電極パタン６ｇおよび電極パタン６ｈ）
に電圧を印加して、ＰＤ列を構成するＰＤ１０４同士の
ピッチの１／２だけ可動子７を水平方向右側に駆動し、
状態１から状態２（固定子が右下位置にある状態）へ変
移させると、結像２５に対するＰＤ列１０４Ａ、１０４
Ｂ、…の相対位置が、図６（ｂ）右図に示すように変化
する。

【００６２】続いて、図６（ｃ）左図に示すように、固
定子５ｂの電極パタン（電極パタン６ｃおよび電極パタ
ン６ｄ）に電圧を印加し、ＰＤ列のピッチの１／２だけ
可動子７を垂直方向に駆動し、状態２より状態３へ変移
させると、結像２５に対するＰＤ列１０４Ａ、１０４
Ｂ、…の相対位置が図６（ｃ）右図に示すように変化す
る。

【００６３】更に続いて、図６（ｄ）左図に示すよう
に、固定子５ｃの電極パタン（電極パタン６ｅおよび電
極パタン６ｆ）に電圧を印加して、ＰＤ列を構成するＰ
Ｄ１０４同士のピッチの１／２だけ可動子７を水平方向
左側に駆動し、状態３から状態４（固定子が右下位置に
ある状態）へ変移させると、結像２５に対するＰＤ列１
０４Ａ、１０４Ｂ、…の相対位置が、図６（ｄ）右図に
示すように変化する。

【００６４】以上の要領で、可動子７が左下に位置する
状態１（図６（ａ））、可動子７が右下に位置する状態
２（図６（ｂ））、可動子７が右上に位置する状態３
（図６（ｃ））、可動子７が左上に位置する状態４（図
６（ｄ））の各状態を順次採るようにする。

【００６５】そして可動子７の状態が状態１から状態２
に切り替わる際と、状態３および状態４に切り替わる際
に、各ＰＤ１０４にて蓄積された信号電荷を垂直ＣＣＤ
１０５に転送するようにする。

【００６６】つまり、可動子７をレンズ８の光軸方向か
ら見て斜めに駆動することにより、垂直ＣＣＤ１０５が
存在する箇所であり、かつＰＤ列１０４Ａ、１０４Ｂ、
…を構成する各ＰＤ１０４同士間のピッチの半分だけず
れた箇所にあたかもＰＤ１０４が存在するかのように撮
像を行うことができる。

【００６７】上記の手法を用いる事により、水平方向の
みならず垂直方向の解像度向上も併せて実現することが
できる。

【００６８】なお、本例においても、第１の実施形態と
同様に、可動子７を光軸方向に移動させながら撮像を行
うことも可能であるし、可動子７を光軸方向に移動させ
ることなく撮像を行うことも可能である。

【００６９】また、アクチュエータ部の形状は四角形形
状に限定されるものではなく、上述したような可動子の
水平方向駆動および垂直方向駆動が実現できるのであれ
ば、円筒形状をはじめとして別の形状であっても構わな
い。

【００７０】［第３の実施形態］次に、図７を参照して
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、
第１の実施形態に対して、一対の固定子間に複数（本例
では２つ）の可動子が設けられている点が異なり、他は
第１の実施形態と略同一である。第３の実施形態におい
て、第１の実施形態と同一部分については同一符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００７１】図７に示すように、固定子５ａおよび固定
子５ｂの間には、コンペンセーターレンズ８Ａを内包し
た第１の可動子７Ａと、バリエーターレンズ８Ｂを内包
した第２の可動子７Ｂとが設けられている。各可動子７
Ａ、７Ｂは、第１の実施形態における可動子７と同一の
構成を有している。第１の実施形態と同様、各可動子７
Ａ、７Ｂと、固定子５ａ，５ｂの各電極パタン６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄの電位は、高電圧ドライバ（図示せず）
により独立して制御できるようになっている。

【００７２】以下に、可動子７Ａ、７Ｂを別々に駆動す
る方法について説明する。今、図７のステップ１は、固
定子５ａの電極パタン６ｂに電圧が印加され所定の正の
電位になっており、かつ可動子７Ａ，７Ｂの電位が０と
なっている状態を示しており、この場合、可動子７Ａ，
７Ｂは共に固定子５ａの電極パタン６ａとの間の静電吸
引力により下方に引き付けられる。

【００７３】続いて、ステップ２の状態、すなわち固定
子５ｂの電極パタン６ｄと可動子７Ｂに電圧を印加し所
定の正の電位とする。すると可動子７Ａは電極パタン６
ｄとの間の静電吸引力により上方に引き上げられるが、
可動子７Ｂは固定子５ａの電極パタン６ｂとの間に発生
している静電吸引力により現状位置に留まる。

【００７４】同様にして、電圧をステップ３、ステップ
４に示す様に加えていくと、可動子７Ｂを固定して可動
子７Ａのみを駆動することができる。この時、加える電
圧の組み合わせを変更すれば、可動子７Ａを固定して可
動子７Ｂのみを駆動できることは言うまでもない。

【００７５】また、可動子７Ａと可動子７Ｂとの距離を
維持したまま、可動子７Ａ，７Ｂをレンズの光軸方向に
移動させたい場合には、可動子７Ａ，７Ｂの電位を０に
維持したまま、第１の実施形態と同様にして固定子５
ａ，５ｂの電極の電位を順次切り替えればよい。

【００７６】すなわち、撮像倍率を変化させる際、およ
び焦点の補正を行う際には、前記手法により可動子７
Ａ，７Ｂを各々個別に駆動すればよい。

【００７７】また、画像の分解能を向上させたい場合に
は、例えば、上方の固定子５ｂの電極パタン６ｃ，６ｄ
を一つのグループ、下方の固定子５ａの電極パタン６
ａ，６ｂを一つのグループとして各グループに同じ電圧
を印加する。このようにすれば、両可動子７Ａ，７Ｂを
現状の光軸方向位置に維持したまま上下振動のみを引き
起こさせることができ、第１の実施形態において説明し
たように可動子７Ａ，７Ｂの振動周期と撮像素子のフィ
ールド周波数を適合させることにより、解像度を向上さ
せることができる。

【００７８】なお、上記実施形態においては、可動子７
Ａ，７Ｂが一方向（上下方向）にのみ振動するようにな
っているが、これに限定されるものではなく、第２の実
施形態のように、両可動子７Ａ，７Ｂを左右方向から挟
むように配置された固定子５ｃ，５ｄを追加して設けて
もよい。

【００７９】［第４の実施形態］次に、図８を参照して
第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、
第３の実施形態に対して、固定子５ａ，５ｂの電極が各
可動子７Ａ，７Ｂ専用のものとして割り当てられている
点が異なり、他は第３の実施の形態と略同一である。別
の言い方をすれば、第４の実施形態は、第１の実施形態
のアクチュエータ部をレンズの光軸方向に沿って複数
（本例では２つ）設けたものと実質的に等価である。第
３の実施形態において、第１の実施形態と同一部分につ
いては同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【００８０】図８に示すように、固定子５ａには、可動
子７Ａの可動範囲に電極パタン６ａ，６ｂが、可動子７
Ｂの可動範囲に電極パタン６ａ，６ｂと同一形態の電極
パタン６ａ’，６ｂ’が設けられている。各電極パタン
６ａ，６ｂ，６ａ’，６ｂ’および各可動子７Ａ，７Ｂ
の電位は高電圧ドライバ（図示せず）により独立して調
節できるようになっている。

【００８１】図８のような構成を採ることにより、各可
動子７Ａ，７Ｂを全く独立して駆動することができる
（可動子を完全には独立して駆動することができない図
７の実施形態を比較参照）。図８では、ステップ１から
ステップ４に示すように各電極に電圧を印加することに
より、可動子７Ａをこれに内包されたコンペンセーター
レンズ８Ａの光軸方向に移動させるとともに可動子７Ｂ
を単に上下方向のみに振動させた例を示している。

【００８２】このように可動子７Ａ，７Ｂを完全に独立
して駆動可能とすることにより、倍率調節または焦点調
節を行っている際も、撮像素子上への結像とＰＤ列１０
４Ａ、１０４Ｂ、…との位置関係をＰＤ１０４からの信
号電荷の転送と同期を取りつつ変化させることができ、
解像度の向上を図ることができる。

【００８３】以上説明したように、上記各実施形態によ
れば、振動型の静電アクチュエータを用いる事により、
摩擦の影響を低減して撮像装置の光学的仕様上必要とな
る可動ストロークを得、かつ前記振動を利用して入射光
学像の撮像素子上のＰＤへ結像する位置をＰＤからの信
号電荷の転送時期と同期を取りつつ変化させることによ
り、解像度の向上を図ることができる。

【００８４】なお、上記各実施形態においては、光学系
を構成するレンズがすべて可動子保持されていたが、こ
れに限定されるものではなく、光学系の光軸方向に不動
のレンズが光学系に含まれていてもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高機能・高性能の小型の撮像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮像装置の第１の実施形態を示す
斜視図。

【図２】第１の実施形態の作用を示す作用図であって、
可動子の駆動方法を説明する図。

【図３】可動子の振動駆動を利用した解像度向上手法を
説明する図。

【図４】可動子の振動位相と信号電荷の転送のタイミン
グを説明する図。

【図５】第１の実施形態の変形例を示す図であって、図
５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は断面図、図５（ｃ）は
固定子の内周面を示す展開図。

【図６】本発明による撮像装置の第２の実施形態を示す
図であって、左側の図は光軸方向からの概略正面図、右
側の図は各状態における撮像素子の撮像面への結像位置
を示す図。

【図７】本発明による撮像装置の第３の実施形態を示す
概略断面図。

【図８】本発明による撮像装置の第４の実施形態を示す
概略断面図。

【図９】撮像素子の構造概略を示す図。

【符号の説明】

１撮像素子３コントローラ（制御部）５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、固定子６ａ、６ｂ（６ａi、６ｂi）第１固定子電極６ｃ、６ｄ（６ｃi、６ｄi）第２固定子電極６ｅ、６ｆ、第３固定子電極６ｇ、６ｈ、第４固定子電極７、７Ａ、７Ｂ可動子８，８Ａ，８Ｂレンズ（光学系）１０４ホトダイオード（ＰＤ）１０４Ａ，１０４Ｂ…ＰＤ列１０５垂直ＣＣＤ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｂ 13/36 Ｇ０２Ｂ 7/11 ＮＨ０２Ｎ 1/00 ＰＨ０４Ｎ 5/232 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335 H04N 5/225 - 5/232 G02B 7/04 G02B 7/09 G02B 7/28 G03B 5/00 G03B 13/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学系と、交互に配列された感光部列と垂直転送部とを有し、前記
光学系からの光が結像する撮像素子と、所定の間隙をもって互いに対向する第１面および第２面
を有する固定子と、前記固定子の第１面に設けられるとともに、前記光学系
の光軸方向に沿って配列された複数の第１固定子電極
と、前記固定子の第２面に設けられるとともに、前記光学系
の光軸方向に沿って配置され、それぞれが前記光学系の
光軸方向に関して前記第１面の第１固定子電極に対して
所定量ずれた位置に位置する複数の第２固定子電極と、前記光学系の少なくとも一部をなす光学素子を保持する
とともに前記固定子の第１面と第２面との間に配置さ
れ、前記第１固定子電極および第２固定子電極との間に
働く静電気力により前記第１面と第２面との間で前記感
光部列の配列ピッチの１／４の振幅で振動しながら前記
光学系の光軸方向に移動することができる可動子と、前記垂直転送部による信号電荷の読み出し周期にあわせ
て前記可動子が振動するように、前記第１および第２固
定子電極に電圧を印加する制御部と、を備えたことを特
徴とする撮像装置。
【請求項２】前記可動子は、前記光学系の光軸方向に移
動することなく前記第１面と第２面との間で振動可能な
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記固定子に設けられ、前記第１面および
第２面が向き合う方向に対して直交する方向に互いに向
き合うとともに前記可動子がその間に配置される第３面
および第４面と、前記固定子の第３面に設けられた第３固定子電極と、前記固定子の第４面に設けられた第４固定子電極と、を
更に備え、前記可動子は、前記第３固定子電極および第４固定子電
極との間に働く静電気力により前記第３固定子電極と前
記第４固定子電極との間で前記感光部列を構成する感光
部の配列ピッチの１／４の振幅で振動することができる
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の撮像装
置。
【請求項４】前記固定子の第１面と第２面との間に、互
いに独立して電位を変化させることが可能な複数の可動
子が設けら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】前記第１および第２固定子電極と、前記第
１および第２固定子電極の間に配置された可動子とが、
前記光学系の光軸方向に沿って複数組設けられ、前記制御装置は、各可動子を互いに同期して振動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。