JP2010141756A - 撮像装置及び一眼レフ式デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵等の除去効率を下げることなく、小型で低コストな撮像装置及び一眼レフ式デジタルカメラを提供すること。
【解決手段】被写体光束の入射側から順にローパスフィルタ１０と撮像素子２０を基板３０上に配置してなる撮像装置１において、ローパスフィルタ１０と少なくとも部分的に接触し、ローパスフィルタ１０を基板３０上に保持する保持枠４０と、保持枠４０にローパスフィルタ１０とは非接触で設けられた圧電素子５０とを有し、駆動電圧を印加して圧電素子５０を振動させ、圧電素子５０の振動をローパスフィルタ保持枠４０を介してローパスフィルタ１０に伝達する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置及び一眼レフ式デジタルカメラに関する。

一眼レフ式デジタルカメラのカメラ本体には、撮影レンズ交換時に侵入する空気中の浮遊ゴミ、フォーカルプレーンシャッタの羽根の磨耗片、及び接着剤の剥離による樹脂片などの粉塵（以下これらを「粉塵等」と総称する）が存在する場合がある。この粉塵等が撮像装置のローパスフィルタの表面（特に被写体光束の通過面）に付着すると画像として写ってしまい好ましくないので、撮像装置に防塵部材を設けることが提案されている（特許文献１）。

また、ローパスフィルタに付着した粉塵等をより効率的に除去するために、ローパスフィルタに直接圧電素子を貼付し、この圧電素子に駆動電圧を印加して振動させることにより、ローパスフィルタに付着した粉塵等を振り落とす撮像装置がある。
特開２００４−３２１９１号公報

しかしながら、ローパスフィルタに直接圧電素子を貼付する従来の撮像装置にあっては、高い粉塵等の除去効率を期待できるものの、被写体光束の通過面の他に圧電素子の貼付面をローパスフィルタに設けなければならず、ローパスフィルタが巨大化してしまうという問題がある。また、ローパスフィルタは他の部品と比べて高価なので、ローパスフィルタの巨大化は撮像装置のコストアップにつながる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、粉塵等の除去効率を下げることなく、小型で低コストな撮像装置及び一眼レフ式デジタルカメラを提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、被写体光束の入射側から順にローパスフィルタと撮像素子を基板上に配置してなる撮像装置において、上記ローパスフィルタと少なくとも部分的に接触し、上記ローパスフィルタを上記基板上に保持する保持枠と、上記保持枠に上記ローパスフィルタとは非接触で設けられた圧電素子とを有し、駆動電圧を印加して上記圧電素子を振動させ、該圧電素子の振動を上記ローパスフィルタ保持枠を介して上記ローパスフィルタに伝達することを特徴とする。

上記保持枠は、上記ローパスフィルタの周縁部近傍と接触し、上記ローパスフィルタを上記基板に向けて押し付ける爪部を有する。また、上記保持枠は、上記爪部と連続して形成された、上記ローパスフィルタの表面と略平行をなす中空四角状フレーム部を有する。

上記圧電素子は、上記保持枠の中空四角状フレーム部の全周に亘って設けることができる。また、上記圧電素子は、上記保持枠の中空四角状フレーム部の対向するフレームに対応して一対設けることもできる。更に、上記圧電素子は、上記保持枠の中空四角状フレーム部に連続して形成された、上記ローパスフィルタの表面と略直交する側面部に設けることもできる。

上記ローパスフィルタと上記保持枠の爪部の接触部分は接着されていることが好ましく、この接着は粘着材でなされていることがより好ましい。

上記ローパスフィルタと上記保持枠の爪部は、点接触していてもよい。

上記保持枠のいずれかの部分には、上記圧電素子の振動による保持枠の可動領域を拡げて、上記ローパスフィルタへの振動伝達率を高める振動伝達助長孔を設けることができる。

本発明の一眼レフ式デジタルカメラは、上述したいずれかの撮像装置を有するカメラ本体と、上記カメラ本体と着脱可能な撮影レンズとを有することを特徴とする。

本発明の撮像装置は、圧電素子とローパスフィルタが非接触であるにもかかわらず、圧電素子の振動がローパスフィルタ保持枠を介してローパスフィルタに伝達されるので、ローパスフィルタに付着した粉塵等を高効率で振り落とすことができ、ローパスフィルタに圧電素子の貼付面が不要となって装置を小型化することができ、この装置の小型化により低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置１の構成を示す斜視図であり、図２は、同断面図である。

撮像装置１は、カメラ本体と撮影レンズを着脱可能な一眼レフ式デジタルスチルカメラのカメラ本体に収納され、撮影レンズから入射した被写体光束（以下単に「光束」という）の入射側から順に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））１０と撮像素子（ＣＣＤ（Charged Coupled Device））２０を基板３０上に配置してなる。カメラ本体には、撮像装置１の他に、画像処理部、表示部、外部メモリ挿入部、電源部、及びこれらを制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の各種の装置部が収納されているが、これらの装置部は本発明には直接関係が無いので図示及び説明を省略する。

ローパスフィルタ１０は、水晶又はニオブ酸リチウム等の材料からなる略矩形状の光学部材であり、基板３０上の撮像素子２０前面に配置されている。ローパスフィルタ１０は、入射光束のうちの高周波成分だけを除去し、そのカットオフ周波数は、出力画像の解像度等に応じて設定される。

撮像素子２０は、基板３０上に配置された略矩形状の電子部品であり、ローパスフィルタ１０を通って入射した光束を撮像信号に変換する。具体的には、撮像素子２０は光電変換面２１を有しており、この光電変換面２１で受けた光束を処理して光電変換面２１に形成される被写体像に対応した撮像信号を取得する。撮像素子２０で取得された撮像信号はリード線２２により画像処理部（図示せず）に送られて画像処理され、表示部（図示せず）への表示又は外部メモリ（図示せず）からの読み出し等が可能な画像データになる。

撮像素子２０の光束の入射側には、撮像素子２０とローパスフィルタ１０の間に挟み込むように、撮像素子２０の光電変換面２１を保護するカバーガラス２３が被せられている。また、カバーガラス２３の周縁部には密閉部材２４が設けられ、更に密閉部材２４の周縁部の内側にローパスフィルタ１０が設けられている。よって、カバーガラス２３とローパスフィルタ１０の間には密閉空間２５が形成され、撮像素子２０の光電変換面２１は、カバーガラス２３と密閉空間２５の双方によって保護され、粉塵等の付着が防止される。

撮像装置１は、ローパスフィルタ１０と少なくとも部分的に接触し、ローパスフィルタ１０を基板３０上に保持するローパスフィルタ保持枠（以下単に「保持枠」という）４０を有している。保持枠４０はある程度の可撓性を有する材料からなり、外部から加えられた力に応じて伸縮することができる。

保持枠４０は、ローパスフィルタ１０の周縁部近傍と接触し、ローパスフィルタ１０を基板３０に向けて押し付ける爪部４１と、この爪部４１と連続して形成された、ローパスフィルタ１０の表面と略平行をなす中空四角状フレーム部４２と、この中空四角状フレーム部４２に連続して形成された、ローパスフィルタ１０の表面と略直交する側面部４３と、この側面部４３から更に連続して形成され、基板３０に接触する取付部４４とを有している。中空四角状フレーム部４２の中空部分からローパスフィルタ１０が露見され、光束がローパスフィルタ１０、更には撮像素子２０に進入可能となっている。取付部４４と基板３０にはそれぞれ貫通孔が設けられており、これら貫通孔に取付部４４の側からボルト４５が挿入され、このボルト４５に基板３０の側からナット４６が螺合されている。

ローパスフィルタ１０と保持枠４０の爪部４１の接触部分（つまり、ローパスフィルタ１０の周縁部近傍と保持枠４０の爪部４１内側の接触部分）は、例えば粘着材により接着されている。

圧電素子５０は、保持枠４０にローパスフィルタ１０とは非接触で設けられている。具体的には、圧電素子５０は四隅が丸みを帯びた中空四角形状を有し、保持枠４０の中空四角状フレーム部４２の全周に亘って（例えば、樹脂又は接着剤により）貼付されている。

圧電素子５０は、分極処理が施された圧電板を内部電極で挟んだ単層型圧電素子、又はこの単層型圧電素子を積層した積層型圧電素子である。圧電板は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ₃）等の酸化金属材料、又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｉｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子材料からなる。

圧電素子５０の内部電極間にはリード線（図示せず）が接続され、このリード線を介して駆動電圧を印加すると圧電板に駆動力が与えられ、圧電素子５０が振動する。圧電素子５０の振動動作は、圧電板の分極方向を変えることにより設定可能である。例えば、圧電板の分極方向を一方向に揃え、又は交互に反対方向にすることにより、圧電素子５０の振動の方向（光束の光軸と平行な方向、垂直な方向、又は斜行する方向）及び振動の種類（縦振動、横振動又は楕円振動）を設定することができる。

ここで、上述のように、カメラ本体内に存在する粉塵等がローパスフィルタ１０の表面（特に、光束の通過面）に付着すると画像の乱れ等の悪影響を及ぼすので、ローパスフィルタ１０に付着した粉塵等を除去する必要がある。

そのために、粉塵等を除去したいタイミング（例えば、カメラの電源をオンにしたタイミング、電源オン期間中の所定時間ごとのタイミング等）で、圧電素子５０の内部電極間に接続されたリード線に駆動電圧を印加する。これにより圧電素子５０が振動し、この振動は、保持枠４０を介してローパスフィルタ１０に伝達される。

従って、圧電素子５０とローパスフィルタ１０が非接触であるにもかかわらず、ローパスフィルタ１０は、圧電素子５０の振動力を駆動源として利用して振動し、表面に付着した粉塵等を振り落とすことができる。

しかも、ローパスフィルタ１０に圧電素子５０の貼付面を設ける必要がないので、ローパスフィルタ１０、ひいては撮像装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、保持枠４０の爪部４１がローパスフィルタ１０の周縁部近傍と接触し、ローパスフィルタ１０を基板３０に向けて押し付けるので、ローパスフィルタ１０と保持枠４０の接触を良好に維持することができるとともに、光束に対するローパスフィルタ１０の位置決めを高精度に行うことができる。

また、圧電素子５０が保持枠４０の中空四角状フレーム部４２の全周に亘って設けられているので、ローパスフィルタ１０の全周縁から圧電素子５０の振動力が伝達され、ローパスフィルタ１０の全面から粉塵等を満遍なく除去することができる。

また、ローパスフィルタ１０と保持枠４０の爪部４１の接触部分が接着されているので、ローパスフィルタ１０と保持枠４０が一体振動し、保持枠４０からローパスフィルタ１０への振動伝達率、ひいては粉塵等の除去効率を高めることができる。ローパスフィルタ１０と保持枠４０の爪部４１は粘着材により接着できるので、既存の粘着材により簡単に接着することができる。

尚、圧電素子５０への印加電圧の周波数は、保持枠４０の材質や形状等に応じた固有の共振周波数と同じ周波数とすることが好ましい。これにより、保持枠４０が圧電素子５０と共振状態で振動するので振幅を大きくとることができ、圧電素子５０の振動力がローパスフィルタ１０に伝達され易くなる。

更に、撮像装置１は、保持枠４０を介することによりローパスフィルタ１０と圧電素子５０を別部材とした構成となっているので、ローパスフィルタに直接圧電素子を貼付する構成と比較して以下の利点がある。

第１に、ローパスフィルタに直接圧電素子を貼付する場合、エポキシ系樹脂又はＵＶ接着剤等で強固に接着しなければならず、その貼付精度も問題になってくる。また、これらが接着の際に貼付面から漏れてローパスフィルタの光束通過面に付着し、又は圧電素子への配線時に発生したフラックスがローパスフィルタの光束通過面まで飛散すると、良好な画像を得ることはできず、歩留まり等の問題が生じ、ローパスフィルタとしての機能が著しく低下してしまう。その点、本願では、ローパスフィルタへの圧電素子の貼付という繊細な製造工程が不要なので組み立てが簡単であり、ローパスフィルタの光束通過面に樹脂又は接着剤等が付着することもない。

第２に、製品完成後のトラブルによりローパスフィルタのみ（又は圧電素子のみ）を交換する必要が生じ得るが、ローパスフィルタに直接圧電素子を貼付する構成では、ローパスフィルタと圧電素子が強固に接着されているので、ローパスフィルタと圧電素子の双方を一体として交換せざるを得ない。その点、本願では、保持枠を介することによりローパスフィルタと圧電素子が非接触なので、ローパスフィルタと圧電素子を物理的に引き離すこともでき、ローパスフィルタ又は圧電素子の一方のみを相互に依存することなく交換することができる。特に、ローパスフィルタは高価な材料なので、圧電素子の交換に伴い何ら異常のないローパスフィルタを交換するといった無駄を省くことができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置２の構成を示す斜視図である。

撮像装置２は、実施の形態１の撮像装置１において、圧電素子５０に代えて圧電素子６０、６１を設けた構成となっている。その他の構成要素は撮像装置１と同一なので、同一の符号を付して説明を省略する。

圧電素子６０、６１は細長形状を有しており、保持枠４０の中空四角状フレーム部４２の対向するフレーム（左右に対向するフレーム）に対応して一対設けられている。尚、圧電素子６０、６１は、保持枠４０の中空四角状フレーム部の上下方向に対向するフレームに対応して一対設けてもよい。

この構成によっても、駆動電圧を印加すると一対の圧電素子６０、６１が振動し、この振動が保持枠４０を介して伝達されることによりローパスフィルタ１０が振動する。これにより、ローパスフィルタ１０は、圧電素子６０、６１と非接触であるにもかかわらず、圧電素子６０、６１の振動力を駆動源として利用して振動し、表面に付着した粉塵等を振り落とすことができる。本実施の形態の圧電素子６０、６１によれば、圧電素子の使用量を低減でき、除去対象である粉塵等の量が少ない場合には特に効果的である。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置３の構成を示す斜視図である。

撮像装置３は、実施の形態１の撮像装置１において、圧電素子５０に代えて圧電素子７０又は７１を設けた構成となっている。その他の構成要素は撮像装置１と同一なので、同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態１、２では、保持枠４０の中空四角状フレーム部４２に圧電素子５０、６０、６１を設けているのに対し、本実施の形態では、中空四角状フレーム部４２に連続して形成された側面部４３に細長形状の圧電素子を設けている。側面部４３への圧電素子の貼付位置は任意であり、側面部４３のうち、中空四角状フレーム部４２の上側フレーム対応部分に圧電素子７０を設けてもよいし（図４（Ａ））、右側フレーム対応部分に圧電素子７１を設けてもよい（図４（Ｂ））。また、ローパスフィルタ１０と接触しない範囲であれば、圧電素子を保持枠４０の側面部４３の内側部分に設けてもよい。

この構成によっても、駆動電圧を印加すると圧電素子７０、７１が振動し、この振動が保持枠４０を介して伝達されることによりローパスフィルタ１０が振動する。これにより、ローパスフィルタ１０は、圧電素子７０、７１と非接触であるにもかかわらず、圧電素子７０、７１の振動力を駆動源として利用して振動し、表面に付着した粉塵等を振り落とすことができる。

［変形例］
１．ローパスフィルタと保持枠の爪部を点接触させる。
上記各実施の形態では、ローパスフィルタと保持枠の爪部の接触部分（つまり、ローパスフィルタの周縁部近傍と保持枠の爪部の内側部分）はともに平坦なので、これらは面接触している。これに対し、保持枠の爪部の内側部分に突起を設けることによりローパスフィルタと保持枠の爪部の接触を点接触とすることができる。この構成によれば、点接触部分（突起先端部分）を振動中心としてローパスフィルタの振動幅を大きくすることができ、粉塵等の除去効率を向上させることができる。
２．保持枠の一部を除去する。
保持枠は可撓性材料からなるので一定の振動伝達率を有しているが、その一部を除去することにより保持枠の可動領域が拡がり、更なる振動伝達率を得ることができる。具体的な例としては、保持枠の側面部のうち、左右方向の部分を除去すること（図５（Ａ））、保持枠の中空四角状フレーム部のうち左右方向に対向するフレームに一対の振動伝達助長孔を設けること（図５（Ｂ））、保持枠の側面部のうち、中空四角状フレーム部の上側フレーム対応部分に振動伝達助長孔を設けること（図５（Ｃ））が考えられる。また、保持枠の全体又は一部に、微細なドット状の孔を設けることにより、可撓性が高まり、保持枠が圧電素子の振動に共鳴し易くなる。結果として、ローパスフィルタへの振動伝達率を高めることができる。

尚、上記各実施の形態では、圧電素子を保持枠にローパスフィルタとは非接触で設ける場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、圧電素子を、保持枠とローパスフィルタの双方に接触するように跨って設けてもよい。また、保持枠に複数の圧電素子を設ける場合、圧電素子の全部を保持枠とローパスフィルタに跨って設けてもよいし、圧電素子の一部を保持枠とローパスフィルタに跨って設けてもよい。この構成によっても、圧電素子の貼付面を削減することができ、撮像装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る撮像装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る撮像装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１、２、３ 撮像装置
１０ ローパスフィルタ
２０ 撮像素子
２１ 光電変換面
３０ 基板
４０ ローパスフィルタ保持枠
４１ 爪部
４２ 中空四角状フレーム部
４３ 側面部
４４ 取付部
５０、６０、６１、７０、７１ 圧電素子

Claims (11)

1. 被写体光束の入射側から順にローパスフィルタと撮像素子を基板上に配置してなる撮像装置において、
   上記ローパスフィルタと少なくとも部分的に接触し、上記ローパスフィルタを上記基板上に保持する保持枠と、
   上記保持枠に上記ローパスフィルタとは非接触で設けられた圧電素子とを有し、
   駆動電圧を印加して上記圧電素子を振動させ、該圧電素子の振動を上記ローパスフィルタ保持枠を介して上記ローパスフィルタに伝達する、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、
   上記保持枠は、上記ローパスフィルタの周縁部近傍と接触し、上記ローパスフィルタを上記基板に向けて押し付ける爪部を有する撮像装置。
3. 請求項２記載の撮像装置において、
   上記保持枠は、上記爪部と連続して形成された、上記ローパスフィルタの表面と略平行をなす中空四角状フレーム部を有する撮像装置。
4. 請求項３記載の撮像装置において、
   上記圧電素子は、上記保持枠の中空四角状フレーム部の全周に亘って設けられている撮像装置。
5. 請求項３記載の撮像装置において、
   上記圧電素子は、上記保持枠の中空四角状フレーム部の対向するフレームに対応して
   一対設けられている撮像装置。
6. 請求項３記載の撮像装置において、
   上記圧電素子は、上記保持枠の中空四角状フレーム部に連続して形成された、上記ローパスフィルタの表面と略直交する側面部に設けられている撮像装置。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の撮像装置において、
   上記ローパスフィルタと上記保持枠の爪部の接触部分は、接着されている撮像装置。
8. 請求項７記載の撮像装置において、
   上記ローパスフィルタと上記保持枠の爪部の接触部分は、粘着材で接着されている撮像装置。
9. 請求項２記載の撮像装置において、
   上記ローパスフィルタと上記保持枠の爪部は、点接触している撮像装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の撮像装置において、
    上記保持枠のいずれかの部分に、上記圧電素子の振動による保持枠の可動領域を拡げて上記ローパスフィルタへの振動伝達率を高める振動伝達助長孔を設けた撮像装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の撮像装置を有するカメラ本体と、
    上記カメラ本体と着脱可能な撮影レンズと、
    を有することを特徴とする一眼レフ式デジタルカメラ。

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