CN101419382B - 用于摄像装置的防尘单元和具有该单元的摄像装置 - Google Patents

Abstract

一种用于摄像装置的防尘单元和具有该单元的摄像装置，该摄像装置通过摄像单元内的防尘单元，能够可靠且快速地抑制对输入图像的拍摄造成不良影响的灰尘和尘埃在光学构件上的附着，可实现更简单的结构，能够提高组装性。本发明的摄像装置在考虑组装性的同时，将由以下部分构成的防尘单元(6)安装到摄像单元中：用于防止尘埃附着于摄像元件上的可在该摄像元件前面振动的防尘滤镜(36)；用于使该防尘滤镜(36)振动的压电元件(44)；至少安装了能驱动上述压电元件(44)并使其振动的驱动电路的挠性印制电路板(38)；设置了该挠性印制电路板(38)、压电元件(44)、防尘滤镜(36)的支撑座(30、34)。

Description

用于摄像装置的防尘单元和具有该单元的摄像装置

本申请是申请号为200410050125.1、申请日为2004年6月23日、发明名称为“用于摄像装置的防尘单元和具有该单元的摄像装置”的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及例如数字照相机等摄像装置，特别涉及抑制灰尘及尘埃附着或堆积于CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)等摄像元件的表面等的摄像装置。 

背景技术

专利文献1：特开2000-29132号公报 

近年来，可交换镜头的数字照相机等已经得到广泛使用，该照相机在具备所谓的单镜头反射式的取景器的同时，可以将摄影光学系统自由装卸于照相机主体，通过任意装卸并交换用户所希望的摄影光学系统，可在一个照相机主体上选择使用多种摄影光学系统。这种数字照相机，在将摄影光学系统从照相机主体上卸下时，浮游于空气中的尘埃等有可能侵入照相机主体内部。另外，由于在照相机主体的内部设置有快门单元和反射镜单元等各机构，因此，有时在这些机构工作时会产生灰尘等。而且，将摄影光学系统从照相机主体卸下时，由于配置在该摄影光学系统后方的摄像元件的感光面被暴露在照相机内部的空气中，所以，尘埃等由于带电作用等原因而附着在摄像元件的感光面附近。目前，这种灰尘或尘埃对输入图像的拍摄造成的不良影响已成为问题，为了抑制该灰尘及尘埃等的附着，提出了各种技术。 

例如，在专利文献1中，公开了通过使设置在光学器械的光路中的光学构件和光电转换元件带电来抑制灰尘和尘埃附着的技术。即，在该技术中，在覆盖照相机内部的摄像元件的感光面的盖构件的表面上设置 透明电极，通过对该电极施加直流电压等，利用带电作用抑制尘埃等附着于摄像元件的感光面上。 

然而，在上述专利文献1的技术中，由于通过与带电的摄像元件的电荷进行中和来抑制尘埃附着，因此，可以认为：对于不是由于静电而附着或堆积在摄像元件感光面附近的灰尘和尘埃等，该抑制效果比较差。另外，在上述专利文献1的技术中，对摄像单元的组装性没有进行充分的考虑。 

发明内容

本发明是鉴于以上的问题而提出的，其目的是提供一种摄像装置，该摄像装置利用摄像单元内的防尘单元，能够可靠且快速地抑制对输入图像的拍摄造成不利影响的灰尘和尘埃在光学构件上的附着，以实现更简单的结构，提高组装性。 

为了实现上述目的，发明1的用于摄像装置的防尘单元，为了防止尘埃附着于摄像元件上而设置在摄像元件的前面，其特征在于，具有：透光构件，其可以在上述摄像元件的上述前面振动；电致伸缩元件，其用于使上述透光构件振动；电路板，其至少安装有驱动上述电致伸缩元件并使其振动的驱动电路的一部分；和支撑座，其设置有上述电路板、上述电致伸缩元件以及上述透光构件。 

发明2的特征在于，在发明1所述的防尘单元中，将支撑上述摄像元件的基板固定于上述支撑座上。 

发明3的特征在于，在发明1所述的防尘单元中，上述电路板是挠性印制电路板。 

发明4的特征在于，在发明1所述的防尘单元中，上述驱动电路的一部分包含驱动变压器。 

发明5的特征在于，在发明1所述的防尘单元中，上述透光构件由圆板玻璃构成。 

发明6的防止尘埃附着于摄像元件上的摄像装置，其特征在于，具有：摄像元件，其获取与照射的光对应的图像信号；透光构件，其配置 于上述摄像元件的前面，用于防止尘埃附着于上述摄像元件，并可以在上述摄像元件前面振动；电致伸缩元件，其用于使上述透光构件振动；电路板，其至少安装有驱动上述电致伸缩元件并使其振动的驱动电路的一部分；和支撑座，其设置有上述电路板、上述电致伸缩元件以及上述透光构件。 

发明7的特征在于，在发明6所述的摄像装置中，将支撑上述摄像元件的基板固定在上述支撑座上。 

发明8的特征在于，在发明6所述的摄像装置中，上述驱动电路的一部分包含驱动变压器。 

发明9的特征在于，在发明6所述的摄像装置中，上述透光构件由圆板玻璃构成。 

发明10的特征在于，在发明6所述的摄像装置中，上述电路板是挠性印制电路板。 

发明11的特征在于，在发明6所述的摄像装置中，还具有遮挡摄影光的快门单元；在该快门单元的后方，依次设置上述透光构件、上述摄像元件。 

发明12的特征在于，在发明11所述的摄像装置中，在上述快门单元和上述透光构件之间配置有嵌合装置；在不摄影时，该快门单元覆盖上述透光构件的前面及周围。 

发明13的特征在于，在发明12所述的摄像装置中，上述嵌合装置的嵌合是由设置在上述快门单元上的凹形状与上述透光构件的周围面的嵌合构成的。 

发明14的抑制尘埃附着于摄像元件上的摄像装置，其特征在于，具有摄像单元，该摄像单元中依次设置有：前板单元，其上可以安装摄影光学系统；反射镜单元，其固定于上述前板单元上；快门单元，其固定于上述反射镜单元上；防尘单元，其配置于上述快门单元的后方并固定于上述前板单元上；上述摄像元件，其配置于上述防尘单元的规定的开口部上；摄像元件支撑板，其支撑上述摄像元件；和电路板，其至少固定于上述前板单元上；上述防尘单元具有防尘滤镜和用于使该防尘滤 镜振动的电致伸缩元件，通过对该电致伸缩元件进行电驱动，使上述防尘滤镜振动，来抑制尘埃的附着。 

发明15的特征在于，在发明14所述的摄像装置中，上述摄像装置是单镜头反射照相机。 

附图说明

图1是作为本发明的一种实施方式的摄像装置的数字照相机1的主要电气系统的结构图。 

图2是表示摄像单元3的详细结构的图。 

图3是表示防尘单元6的详细结构的图。 

图4是表示防尘单元6内的压电元件44的详细结构的图。 

图5是沿图3的A—A线的截面图。 

图6是摄像单元的局部截面图。 

图7表示只取出摄像单元3的防尘滤镜36及与其一体设置的压电元件44进行图示的正面图。 

图8是沿图7的B—B线的截面图。 

图9是沿图7的C—C线的截面图。 

图10是表示通过压电元件44的振动，除去附着在防尘滤镜36上的尘埃等的状态的图。 

符号说明 

1：照相机；2：镜头；3：摄像单元；4：反射镜单元；5：快门单元；6：防尘单元；7：摄像元件；8：图像信号处理电路；9：LCD；10：显示电路；11：防尘滤镜驱动部；12：记录介质接口；13：CPU；14：记录介质；15：电源电路；16：电池；20：前板单元；21：反射/测光单元；22：快门底板保护片；23：摄像元件支撑板；24：电路板；25：AF单元。 

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 

本发明的一种实施方式的摄像装置的特征在于：把用于防尘的各个 结构与具有驱动元件的一部分的电路板一起做成一个防尘单元，配置在具有摄像元件的电路板的前面，将该防尘单元安装在安装了快门单元的前板单元的后方，以提高组装性。以下，以此为基础，对实施方式进行详细叙述。 

首先，图1中示出了作为本发明的一种实施方式的摄像装置的数字照相机1的主要电气系统的结构，对该结构及作用进行说明。 

此处，假定是单镜头反射方式的数字照相机，即，是单镜头反射照相机。 

如该图1所示，数字照相机1中设置了用来控制全体的CPU13。该CPU13通过控制总线，以可通信的方式，连接用于向记录介质14发送图像数据的记录介质接口12、驱动并控制LCD显示部9的显示电路10、图像信号处理电路8、工作存储器17、防尘滤镜驱动部11。而且，在摄影镜头2的后方设置了摄像单元3。该摄像单元3由反射镜单元4、快门单元5、防尘单元6及摄像元件7等构成。 

在该结构中，经过摄像镜头2入射的被摄体光，通过摄像单元3内的反射镜单元4、快门单元5以及防尘单元6，在摄像元件7的感光面成像。反射镜单元4具备用于把被摄体光导向此处未图示的观察光学系统的可动的快速返回反射镜等。快门单元5具备对被摄体光束照射到摄像元件7的感光面的时间等进行控制的快门机构等，例如，采用焦平面方式的快门机构等。另外，防尘单元6设置在摄像元件7的前面的规定位置，具备抑制尘埃等附着于该摄像元件7的感光面的薄板状平面玻璃即防尘滤镜。这时，由振荡器等组成的防尘滤镜驱动部11驱动防尘单元6内的防尘滤镜。 

摄像元件7通过将透过摄影镜头2的被摄体光束接收到自己的光电变换面并进行光电转换处理，来获取与在该光电变换面上形成的被摄体像对应的图像信号，例如，它可以采用电荷耦合元件(CCD)等。摄像元件7输出与根据透过摄影镜头2的被摄体光束而形成的被摄体像对应的图像信号。 

图像信号处理电路8接收该图像信号，并对该图像信号进行各种图 像处理。工作存储器17暂时存储由该图像信号处理电路8处理完成的图像信号、图像数据以及它们所附带的各种信息等。记录介质14通过记录介质接口12，接收由图像信号处理电路8生成的规定形式的记录用图像数据，记录在自身的规定区域中。显示电路10接收由图像信号处理电路8处理完成的图像信号，生成最适于用LCD显示部9进行显示的显示用的图像信号。LCD显示部9根据该图像信号进行规定的显示。 

除此之外，电池16由例如干电池等二次电池等构成。另外，电源电路15接收来自电池16或通过规定的连接电缆等供给的外部电源(AC)的电力，并对其进行控制，使其适合于使数字照相机1工作，并向各电路配电。 

然后，参照图2至图6，对作为本发明的一种实施方式的摄像装置的数字照相机1具备的摄像单元3的详细结构进行说明。 

图2是对摄像单元3进行分解图示的重要部分的分解斜视图，图3是对防尘单元6进行分解图示的分解斜视图，图4是详细地表示防尘滤镜36和压电元件44的设置关系的分解斜视图，图5是沿图3的A—A线的截面图，图6表示当防尘单元6、摄像元件7、摄像元件支撑板23、电路板24等构成一体时的局部截面图。 

如图2所示，在前板单元20的沿光轴方向延伸出来的4根支柱所限定的空间内，把反射镜单元4从前板单元20的背面一侧插入。然后，将从前板单元20的前面一侧通过开口部20b插入的螺钉20a拧到该反射镜单元4的未图示的螺钉孔中。由此，把反射镜单元4固定在前板单元20上。反射/测光单元21被固定在该反射镜单元4的侧面部上，另外，AF单元25被固定在反射镜单元4的下面部上。 

然后，使设置在反射镜单元4的背面一侧的凸部4a、4b和快门底板保护片22的开口部22a、22b的位置相吻合，夹着该快门底板保护片，将从快门单元5的后面一侧通过开口部5b插入的螺钉5a拧到反射镜单元4的螺钉孔4c中。由此，快门单元5夹着快门底板保护片22被固定在反射镜单元4上。快门底板保护片22主要发挥作为决定被摄体光束的必要光束的孔径的遮光框的功能，同时也兼备保护快门底板免受不必要 的太阳光照射的保护功能。 

在快门单元5的后方一侧，即在摄像元件一侧的快门单元5的背面，设置了大致呈圆形的槽部5c(凹形状)，此处，设置在防尘单元6上的防尘滤镜36被设置成与其位置相吻合的形状。即，该槽部5c的槽内周面5d和防尘滤镜36的外径相嵌合。通过该嵌合装置，两者被大致气密地嵌合。利用该结构，也可抑制附着在滤镜表面的灰尘和尘埃等。 

但是，该嵌合最好是游嵌状态，即，槽内周面与防尘滤镜外径面之间多少留有间隙5e的间隙配合状态(clearance fit)。这是因为，如果槽内周面与防尘滤镜外径面抵接，在对防尘滤镜施加超声波振动时，有可能妨碍该振动。此外，如果无论如何都想把该环状的间隙掩埋，则可以用环状的、不妨碍该振动的、相当柔软的材料的橡胶等进行覆盖。 

然后，摄像元件7与摄像元件支撑板23，以使该摄像元件7的电极从摄像元件支撑板23的开口部23f延伸出来的形式，通过粘接剂进行固定。 

把摄像元件7的长边方向以被防尘单元6的开口部6b限制位置的形式从背面一侧插入防尘单元6中。然后，将从摄像元件支撑板23的背面一侧通过开口部23d插入的螺钉23a拧到防尘单元6的螺钉孔6a中。由此，摄像元件支撑板23被固定在防尘单元6上。此时，将从摄像元件支撑板23的背面一侧通过开口部23c插入的螺钉23b拧到前板单元20的螺钉孔20c中，使摄像元件支撑板23的开口部23e与前板单元20的凸部20e嵌合。由此，摄像元件支撑板23被固定在前板单元20上。 

然后，将电路板24从背面一侧插入，使得摄像元件7的电极从电路板24的开口部24c延伸出来，将从电路板24的背面一侧通过开口部24b插入的螺钉24a拧到前板单元20的螺钉孔20d中。由此，以至少将反射镜单元4、快门底板保护片22、快门单元5、防尘单元6、摄像元件7、摄像元件支撑板23夹在中间的形式，将电路板24固定在前板单元20上。在该电路板24上安装了由图像信号处理电路8和工作存储器17等组成的摄像系统的电路，但是由于它们是以往的数字照相机等中所通常采用的结构，因此省略更详细的说明。

此处，对防尘单元6的结构进行更加详细地说明。 

如图3所示，支撑座34和挠性印制电路板38用的支撑座30被成形为一体。在支撑座34上设置了用于装填摄像元件7和光学低通滤波器(以下称为光学滤镜)63的开口部32，另外，设置了O形环(防尘密封构件)35用的防尘槽部31。此处，如图4所示，在由陶瓷形成的压电元件44上设置了前面侧电极44a、监视用电极44b以及后面侧电极44c；其中，前面侧电极44a和监视用电极44b设置在压电元件44的板的厚度方向的被摄体一侧的面上；后面侧电极44c设置在前面侧电极44a的里面。监视用电极44b用于监视在制造工序中压电体44是否正在驱动。 

在图4中未图示，但前面侧电极44a设置在与压电元件44的防尘滤镜36的接合面上，为了使与作为电路板的挠性印制电路板38的电接合变得容易，如图所示，通过压电元件44的外周侧面的一部分，将其延伸到压电元件44的后面一侧。电极44a、44b、44c通过绝缘区域被划分为相互独立的区域。 

根据该结构，挠性印制电路板38的电触点具有针对电极44a、44b、44c的触点，只将其与压电元件44的后面一侧接合，以与各个电极连接。然后，用粘接剂将防尘滤镜36接合在压电元件44的前面一侧。并且，如图3所示，在挠性印制电路板38上设置了驱动变压器39、开关晶体管等用于驱动压电元件44的驱动电路的一部分。 

另外，如图3、图6所示，将O形环35嵌合在支撑座34的防尘槽部31中，并且，使与上述防尘滤镜36相接合的压电元件44的后面侧抵接到该O形环35上。然后，在该防尘滤镜36的前面侧设置压片构件43，通过压簧构件41将其固定在支撑座34上(该例中有3处)。 

此时，在压片构件43的平面和压簧构件41之间，夹着粘接片42，该粘接片42用于抑制驱动防尘滤镜36振动时所产生的压簧构件41的振动。而且，之所以使用压簧构件41，是为了不妨碍由压电元件44进行的驱动，使其有效地发挥作用。 

然后，如图3所示，设置在挠性印制电路板38后面的支撑基板37，以与支撑座30的平面相抵接的位置关系，将该挠性印制电路板38通过螺钉40固定到支撑座30上。 

此处，沿图3A—A线的位置的截面图如图5所示，为了防止在防尘滤镜36振动时支撑座34的边缘损坏挠性印制电路板38，在支撑座30的一部分区域上设置了橡胶构件46等吸收动能的材料。另外，通过将0形环35夹在防尘槽部31和压电元件44(一部分是挠性印制电路板38)之间，提高支撑座34的开口部32附近的气密性。根据该结构，也能抑制附着在滤镜表面的灰尘和尘埃等。 

另外，如图6所示，在防尘单元6被设置在摄像元件支撑板23上的时候，由接收部68进行位置限制。然后，在摄像元件7的前面，依次设置保护玻璃70和光学滤镜(低通滤波器)63。光学滤镜63的周缘被由橡胶材料构成的防尘构件72覆盖。通过将该防尘构件72的抵接部69与支撑座34的内面抵接，可防止空间71内的灰尘和尘埃等进入到光学滤镜63的前面。而且，通过使防尘构件72的薄壁状的抵接部64密合于保护玻璃70和光学滤镜63之间，防止空间71内的灰尘和尘埃等进入到保护玻璃70的前面和光学滤镜63的后面。该光学滤镜63和防尘构件72隔着按压构件61，在光轴方向的摄像元件7一侧的后面方向上，接受弹簧部60产生的沿光轴方向的弹性力，而被压向摄像元件7一侧。另外，在按压构件61和光学滤镜63之间，设置了用于保护该光学滤镜63的保护片62。 

接着，在图7至图10中，示出了使防尘滤镜36发生二次振动的状态。图7表示只取出数字照相机1的摄像单元3内的防尘滤镜36、以及与其设置成一体的压电元件44进行图示的正面图。图8和图9表示对图7的压电元件44施加电压时的防尘滤镜36和压电元件44的状态变化，图8是沿图7的B—B线的截面图，图9是沿图7的C—C线的截面图。另外，图10是表示通过振动将实际附着的尘埃等除去的状态的图。 

在向压电元件44施加交流电压的情况下，防尘滤镜36一方面如图8及图9中实线所示的那样发生变形，另一方面如该图中虚线所示的那样进行变形振动。在该情况下，如图8、图9所示的符号36a、36b所示，在该振动中存在着两对节，但由于在振幅的节的位置上，振幅实际为零，因此，通过设定成将防尘滤镜36的压簧构件41的凸部抵接于与节36a对应的部位的近旁的状态，可以高效率地支撑防尘滤镜36，而不会妨碍振动。 

在该状态下，通过在规定的时候控制防尘滤镜驱动部11，对压电元件44施加周期性的电压，可使防尘滤镜36振动，除去附着在该防尘滤镜36表面上的尘埃等。另外，此时的谐振频率是由防尘滤镜36的形状、板的厚度/板的材质等决定的。在该实施方式中，作为一例，将谐振频率设为30kHz，将板的厚度设为0.65mm，但是，当然，并不限于此设定。 

以上表示的是发生2次振动的例子，由此也可以使其发生高次振动。在发生2次振动的情况下，根据防尘滤镜36的振幅生成的封闭空间的容积变化是从用符号D1表示的区域中减去用符号D2表示的区域×2的部分即(D1-(D2×2))。 

此处，如图10所示，振动圆弧轨迹的旋转曲率随着靠近节36a、36b的位置而变大，附着在防尘滤镜36表面上的尘埃等在该圆弧的切线方向上因受力而飞出，集中在节36a、36b的位置上。但是，在实施方式中，如图9所示，由于设置了防尘滤镜36，实际上尘埃因重力的原因而落下，集中到尘埃接收部33中。 

另外，权利要求中所述的所谓的透光构件相当于防尘滤镜36等；所谓的超声波振动元件相当于压电元件44等；所谓的驱动电路的一部分包含例如驱动变压器39和开关晶体管等；所谓的电路板相当于挠性印制电路板38等；所谓支撑座相当于支撑座30、34等。另外，快门包含在快门单元5中。但是，当然并不仅限于这些关系。 

如以上说明，根据本发明的实施方式，将用于防尘的防尘滤镜36和压电元件44、具有驱动元件的一部分的挠性印制电路板38做成一个防尘单元6，将该防尘单元6配置在具有摄像元件7的摄像元件支撑板23的前面，通过采用在安装了反射镜单元4和快门单元5的前板单元20的后方安装该防尘单元6的摄像单元3，可提供提高了组装性的摄像装置。 

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，当然，本发明并不限定于此，在不脱离其宗旨的范围内，可进行各种改良、变更。当然也可以在摄像单元中追加用于防尘的其它结构。 

如以上详细叙述的那样，根据本发明，可提供一种摄像装置，该摄像装置利用摄像单元内的防尘单元，能够可靠且快速地抑制给输入图像的拍摄造成不利影响的、灰尘和尘埃在光学构件上的附着，实现更简单的结构，并提高了组装性。

Claims (3)

1.一种具有防尘装置的数字照相机，其特征在于，具有：

摄像元件(7)，

所述防尘装置包括：

透光构件(36)，其设置在上述摄像元件的前面；

压电元件(44)，用粘接剂将上述透光构件(36)接合在该压电元件的前面一侧，用于使上述透光构件振动；

支撑座(34)，其用于支撑上述透光构件；

压片构件(43)，其设置在上述透光构件(36)的前面侧；

压簧构件(41)，其将上述压片构件(43)固定在上述支撑座(34)上；以及

粘接片(42)，其夹在上述压片构件(43)的平面和上述压簧构件(41)之间，用于抑制驱动上述透光构件(36)振动时所产生的上述压簧构件(41)的振动。

2.上述权利要求1所述的具有防尘装置的照相机，其特征在于，

在上述支撑座与上述透光构件之间配置有O形环(35)。

3.上述权利要求1或2所述的具有防尘装置的照相机，其特征在于，

上述透光构件是薄板状平面玻璃。

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