JP2013165438A - 撮像ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塵埃除去用の振動素子として例えば圧電素子を用いる場合に、圧電素子を光学素子の撮像素子側へ貼着すると、撮像ユニットの厚みを軽減できる反面、圧電素子からの配線の引き出しにより、光学素子と撮像素子の間の空間の防塵性が低下した。
【解決手段】撮像ユニットは、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材と、撮像素子と光学部材に挟持されるゴム部材と、光学部材を振動させる振動素子と、を備え、ゴム部材は、少なくとも一部に、振動素子を振動させる回路基板と振動素子とを接続する導電部を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像ユニットおよび撮像装置に関する。

レンズ交換式のカメラにおいて、撮像素子を覆うカバーガラス等の光学素子に塵埃が付着すると、撮影画像データに黒点が写り込む。この塵埃を除去すべく光学素子に振動素子を設け、共振周波数を含む周波数帯域で振動制御を行う技術が知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００９−１０７３６号公報

例えば振動素子として圧電素子を用いる場合に、圧電素子を光学素子の撮像素子側へ貼着すると、撮像ユニットの厚みを軽減できる反面、圧電素子からの配線の引き出しにより、光学素子と撮像素子の間の空間の防塵性が低下した。

本発明の第１の態様における撮像ユニットは、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材と、撮像素子と光学部材に挟持されるゴム部材と、光学部材を振動させる振動素子と、を備え、ゴム部材は、少なくとも一部に、振動素子を振動させる回路基板と振動素子とを接続する導電部を有する。

本発明の第２の態様における撮像装置は、上記の撮像ユニットと、振動素子を振動させる振動制御部とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一眼レフカメラの要部断面図である。 一眼レフカメラのシステム構成を概略的に示すブロック図である。 撮像ユニットを分解した様子と組み立てた様子を示す斜視図である。 撮像ユニットの正面図等である。 図４のＣ部拡大図である。 図４のＧ部拡大図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る一眼レフカメラ１０の要部断面図である。一眼レフカメラ１０は、入射する被写体光束を結像させるレンズユニット２０と、撮像装置本体としてのカメラユニット３０が組み合わされて構成される。

レンズユニット２０は、光軸１１に沿って配列されたレンズ群２１を備える。レンズ群２１は、入射する被写体光束をカメラユニット３０へ導く。レンズ群２１は、鏡筒２２に支持されている。レンズユニット２０は、カメラユニット３０との接続部にレンズマウント２３を備え、カメラユニット３０が備えるカメラマウント３１と係合して、カメラユニット３０と一体化する。レンズマウント２３とカメラマウント３１はそれぞれ通信端子を備えており、マウント同士が係合したときに互いの通信端子が接続される。

カメラユニット３０は、レンズユニット２０から入射される被写体光束を反射するメインミラー３２と、メインミラー３２で反射された被写体光束が結像するピント板３３を備える。メインミラー３２は、ミラーボックス３５の内部でメインミラー回転軸３４周りに揺動して、光軸１１を中心とする被写体光束中に斜設される反射状態と、被写体光束から退避する退避状態を取り得る。メインミラー回転軸３４は、ミラーボックス３５の側壁に支持される。

ピント板３３は、撮像素子３６の受光面と共役の位置に配置されている。ピント板３３で結像した被写体像は、ペンタプリズム３７で正立像に変換され、接眼光学系３８を介してユーザに観察される。また、ペンタプリズム３７の射出面上方には測光センサ３９が配置されており、被写体像の輝度分布を検出する。

斜設状態におけるメインミラー３２の光軸１１の近傍領域は、ハーフミラーとして形成されており、入射される被写体光束の一部が透過する。透過した被写体光束は、メインミラー３２と連動して揺動するサブミラー４０で反射されて、合焦光学系４１へ導かれる。合焦光学系４１を通過した被写体光束は、合焦センサ４２へ入射される。合焦センサ４２は、受光した被写体光束から位相差信号を検出する。なお、サブミラー４０は、メインミラー３２が被写体光束から退避する場合は、メインミラー３２に連動して被写体光束から退避する。

斜設されたメインミラー３２の後方には、光軸１１に沿って、フォーカルプレーンシャッタ４３と撮像ユニット４５が配列されている。撮像ユニット４５は、撮像素子３６を含む。被写体光束は、レンズ群２１を透過してカメラユニットへ入射し、メインミラー３２およびサブミラー４０が退避状態となったミラーボックス３５の内部と開放状態のフォーカルプレーンシャッタ４３を通過して、撮像素子３６の受光面で結像する。撮像ユニット４５の構造については後に詳述するが、本実施形態においては、撮像ユニット４５の一部を振動させることにより表面に付着した塵埃９０を弾き飛ばす。

撮像素子３６は、例えばＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子であり、受光面で結像した被写体像を電気信号に変換する。撮像素子３６は、メイン基板４６と電気的に接続されている。メイン基板４６には、カメラユニット３０の全体を制御するカメラシステム制御部４７等の電気素子が搭載されている。

カメラユニット３０の背面には液晶モニタ等による表示ユニット４８が配設されており、画像処理された被写体画像が表示される。表示ユニット４８は、撮影後の静止画像に限らず、各種メニュー情報、撮影情報、告知情報等を表示する。また、カメラユニット３０には着脱可能な二次電池４９が収容され、二次電池４９は、カメラユニット３０に限らず、レンズユニット２０にも電力を供給する。

撮影光路中に存在する塵埃は、撮像素子３６の受光面に影を落とし、生成される画像データに陰影領域を生じさせる。例えば、陰影領域が存在する画像データからプリントされた写真は、被写体像の一部が欠落して黒点を生じているので、鑑賞の対象とするには著しく品位に欠けたものになり得る。

塵埃は、様々な形態をもって撮影光路中に侵入する。例えば、レンズユニット２０がカメラユニット３０から取り外されたときに、カメラユニット３０の周辺で浮遊する塵埃が、外界に対して曝されたミラーボックス３５に侵入する。そして、フォーカルプレーンシャッタ４３の開放時に移動して、撮像ユニット４５の表面に付着し得る。また、カメラユニット３０の内部において、メインミラー３２、フォーカルプレーンシャッタ４３などの駆動部の摺動を原因とする削りかす等の飛散によっても、これらが塵埃となって撮影光路中に侵入し得る。そこで、本実施形態における撮像ユニット４５は、撮影光路中の塵埃でも画像データに与える影響が特に大きい、撮像ユニット４５の表面に付着する塵埃９０を弾き飛ばす機構を備える。

図２は、本実施形態に係る一眼レフカメラ１０のシステム構成を概略的に示すブロック図である。一眼レフカメラ１０のシステムは、レンズユニット２０とカメラユニット３０のそれぞれに対応して、レンズシステム制御部２７を中心とするレンズ制御系と、カメラシステム制御部４７を中心とするカメラ制御系により構成される。そして、レンズ制御系とカメラ制御系は、レンズマウント２３とカメラマウント３１によって接続される通信端子を介して、相互に各種データ、制御信号の授受を行う。

カメラ制御系に含まれる画像処理部５４は、カメラシステム制御部４７からの指令に従って、撮像素子３６で光電変換された撮像信号を画像データに処理する。処理された画像データは、表示制御部５３へ送られて、例えば撮影後の一定時間の間、表示ユニット４８に表示される。これに並行して、処理された画像データは、予め定められた画像フォーマットに加工され、外部接続ＩＦ５５を介して外部メモリに記録される。

カメラメモリ５１は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、一眼レフカメラ１０を制御するプログラム、各種パラメータなどを記憶する役割を担う。ワークメモリ５２は、例えばＲＡＭなどの高速アクセスできるメモリであり、処理中の画像データを一時的に保管する役割などを担う。

カメラ動作制御部５６は、カメラシステム制御部４７からの指令に従ってメインミラー３２、サブミラー４０、フォーカルプレーンシャッタ４３等を動作させる。圧電素子制御部５７は、カメラシステム制御部４７からの指令に従って後述する圧電素子を振動させる。電源制御部５８は、二次電池４９が供給する電力を監視すると共に、二次電池４９の充電制御を実行する。操作入力部５９は、レリーズボタン等の操作部材がユーザに操作されたことを検出して、カメラシステム制御部４７へ出力する。レンズシステム制御部２７は、カメラシステム制御部４７からの制御信号を受けて各種動作を制御する。

図３は、撮像ユニット４５を分解した様子（図３（ａ））と組み立てた様子（図３（ｂ））を示す斜視図である。撮像ユニット４５は、撮像素子３６の他に、固定板６１、回路基板６２、ゴム部材６４、圧電素子６５、光学ＬＰＦ６６、シールリング６７、押圧板６８およびビス６９を含む。光学ＬＰＦ６６は、撮像素子３６の前面に配設されている。したがって、撮像ユニット４５においては、光学ＬＰＦ６６が撮影光路に露出されて配置されるので、飛来する塵埃は光学ＬＰＦ６６の表面に付着することになる。

固定板６１は、撮像ユニット４５のベースとなる部材である。したがって、固定板６１は、剛性の高い、例えば金属板で形成されている。撮像素子３６は、固定板６１に保持されており、固定板６１を介してメイン基板４６に実装されている。

回路基板６２は、圧電素子６５を駆動する駆動回路の少なくとも一部が搭載されている硬質板状の基板であり、例えばガラスエポキシ基板である。回路基板６２は、メイン基板４６と接続されると共に、後述するように圧電素子６５とも接続される。これにより、メイン基板４６に搭載されたカメラシステム制御部４７の制御に従って圧電素子６５が振動する。

光学ＬＰＦ６６は、レンズユニット２０を透過した被写体光束から高周波成分等を取り除いて、光学像としての被写体光束を撮像素子３６へと導く板状の光学フィルタである。光学ＬＰＦ８３は、枠体状に形成されたゴム部材６４により、撮像素子３６の表面と一定の距離を保って撮像素子３６と一体的に支持される。

撮像ユニット４５は、図示するように１つの圧電素子６５を有する。圧電素子６５は、光学ＬＰＦ６６のうち撮像素子３６側表面のｙマイナス方向縁部の領域に、ｘ方向を長手方向として貼着される。圧電素子６５は、鋸歯状の波形の電圧を連続的に印加することにより、繰り返し伸張して振動をする振動素子である。圧電素子６５は、例えば３０ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲の周波数で振動して、光学ＬＰＦ６６を振動させる。光学ＬＰＦ６６の表面に付着した塵埃は、光学ＬＰＦ６６が比較的大きな加速度をもって振動することにより、弾き飛ばされる。

ゴム部材６４は、上述のように、光学ＬＰＦ８３と撮像素子３６との間に介在して閉塞された空間を形成すると共に、その一部は、回路基板６２と圧電素子６５とに挟圧されて、両者を電気的に導通させる。詳細については後述する。

押圧板６８は、シールリング６７を介して、光学ＬＰＦ６６、圧電素子６５、ゴム部材６４、撮像素子３６、回路基板６２を固定板６１へ向かって押圧する。押圧板６８は、これらを押圧した状態で、ビス６９により固定板６１に対してビス止めされる。したがって、押圧板６８は、面方向に若干の可撓性を有し、例えばＳＵＳによって形成される。シールリング６７は、撮像素子３６の有効光束を妨げないようにこれを取り囲む環状の弾性部材である。

なお、圧電素子６５による振動は、光学ＬＰＦ６６からゴム部材６４およびシールリング６７にも伝わるが、これらの振動は、その弾性により吸収されて減衰する。このため、圧電素子６５の振動は、撮像素子３６、押圧板６８等の支持部材と共振し合うことはない。

図４は、撮像ユニット４５の正面図等である。具体的には、中心部に押圧板６８の一部を切り欠いた正面図を示し、正面図の右側には右側面図を、下側には正面図のＡ−ＡラインにおけるＡ−Ａ断面図を、左側には正面図のＢ−ＢラインにおけるＢ−Ｂ断面図を示す。

正面図に示すように、光学ＬＰＦ６６は、撮像素子３６の有効画素領域（略シールリングに囲まれた領域）を覆うのみならず、当該領域から更に下方向（ｙマイナス方向）に延出した矩形形状を成す。上述のように、この延出した領域の撮像素子３６側の表面には、点線で示すように、圧電素子６５が貼着されている。

圧電素子６５の両端には電極部が設けられており、それぞれの電極部に対して、ゴム部材６４の導電部である第１導電部７１と第２導電部７２が接触している。圧電素子制御部５７は、例えば第１導電部７１にプラスマイナスの電圧を交互に印加すると共に第２導電部７２をグランド接続する交流電圧により、あるいは、第１導電部７１および第２導電部７２に互いに異なる極性の電圧を交互に印加する交流電圧により、圧電素子６５を振動させる。なお、ゴム部材６４は第１導電部７１および第２導電部７２と隣接する他の部分は、導電性を有さない非導電部７０である。

上述のように、ゴム部材６４は、光学ＬＰＦ８３と撮像素子３６との間に閉塞空間を形成するが、この閉塞空間を完全に密封するわけではなく、空気溝７６を介して外部空間と接続させる。この空気溝の作用により、周辺環境の温度、湿度等に伴う閉塞空間の膨張収縮による光学ＬＰＦ８３の歪み等を排除する。ただし、空気溝７６を介して外部空間から塵埃が進入しないように、外部空間から閉塞空間までの空気溝７６の経路は、クランク状、Ｓ字状等に形成される。この場合、空気溝７６は、導電部を避けて形成される。

図５は、図４のＣ部拡大図である。ゴム部材６４のうち第１導電部７１（２本の点線に挟まれた部分）は、非導電部７０と左右方向（ｘｙ平面方向）に隣接している。第１導電部７１および第２導電部７２の内部には、導電材として直径数十μｍである球状の、金または銀でメッキされたフィラー７４が多数混入されている。第１導電部７１は、上下方向（ｚ方向）のそれぞれの端部において圧電素子６５の電極８１と回路基板６２の電極８２とに接している。押圧板６８の作用により第１導電部７１が圧電素子６５と回路基板６２とに挟圧されると、単位体積当たりのフィラー７４の密度が増して、電極８１と電極８２の導通が実現する。

非導電部７０にはフィラー７４が混入されておらず、たとえ回路基板６２と非導電部７０が接触したとしても、予想外なショートを招くことがない。また、挟圧状態が妨げられないように、非押圧状態における第１導電部７１および第２導電部７２の上下方向、すなわち回路基板６２と圧電素子６５の接続方向の高さは、隣接する周囲の非導電部７０よりも若干突出する高さに設定されている。

非導電部７０は、例えば耐熱性と耐寒性に優れたシリコーンゴムである。また、第１導電部７１および第２導電部７２は、例えばフィラー７４が混入されたシリコーンゴムである。ゴム部材６４は、例えば、一次金型により先に形成された第１導電部７１および第２導電部７２を二次金型にセットして非導電部７０を形成する二色成形により、第１導電部７１、第２導電部７２および非導電部７０が一体的に形成される。

図６は、図４のＧ部拡大図である。撮像素子３６は、パッケージ構造を有し、光電変換を行うチップ９３が、セラミックパッケージ９１に収容され、収容空間を保護ガラス９２が密封する。ゴム部材６４は、撮像素子３６のうち保護ガラス９２の外面と光学ＬＰＦ６６の間に介在して、閉塞空間１０１を形成する。ただし、上述のように、ゴム部材６４の表面には空気溝７６が形成されており、閉塞空間１０１は、この空気溝７６により外部空間と接続されている。

また、光学ＬＰＦ６６の端部には、ゴム部材６４、押圧板６８およびシールリング６７により、密封空間１０２が形成される。図示するように、圧電素子６５は、密封空間１０２の内部に配置されている。したがって、例えば銀ペーストが施された電極８１も密封空間１０２の内部に存在することになるので、大気中の硫黄成分との反応による電極８１の腐食を軽減することができる。

以上の実施形態においては、撮像素子３６の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材として光学ＬＰＦ６６を説明したが、光学部材は光学ＬＰＦ６６に限らず、被写体光学像から赤外線をカットする赤外カットフィルタ、回路が設けられたガラス基板などでも良い。また、ゴム部材６４は、二色成形による一体化の他にも、接着による一体化など、他の手法を用いても良い。

また、撮像装置としては、一眼レフカメラ１０の形態に限らず、メインミラー３２等のミラーユニットを含まないレンズユニット交換式のカメラでも良いし、レンズユニットとカメラユニットが一体的に構成されたカメラであっても良い。もちろん、ビデオカメラにおいても適用し得る。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ 一眼レフカメラ、１１ 光軸、２０ レンズユニット、３０ カメラユニット、２１ レンズ群、２２ 鏡筒、２３ レンズマウント、３１ カメラマウント、３２ メインミラー、３３ ピント板、３４ メインミラー回転軸、３５ ミラーボックス、３６ 撮像素子、３７ ペンタプリズム、３８ 接眼光学系、３９ 測光センサ、４０ サブミラー、４１ 合焦光学系、４２ 合焦センサ、４３ フォーカルプレーンシャッタ、４５ 撮像ユニット、４６ メイン基板、４７ カメラシステム制御部、４８ 表示ユニット、４９ 二次電池、５４ 画像処理部、５３ 表示制御部、５５ 外部接続ＩＦ、５１ カメラメモリ、５２ ワークメモリ、５６ カメラ動作制御部、５７ 圧電素子制御部、５８ 電源制御部、５９ 操作入力部、６１ 固定板、６２ 回路基板、６４ ゴム部材、６５ 圧電素子、６６ 光学ＬＰＦ、６７ シールリング、６８ 押圧板、６９ ビス、７０ 非導電部、７１ 第１導電部、７２ 第２導電部、８１、８２ 電極、９０ 塵埃、９１ セラミックパッケージ、９２ 保護ガラス、９３ チップ、１０１ 閉塞空間、１０２ 密封空間

Claims (9)

1. 光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子の前面に配設されて前記光学像を透過させる光学部材と、
   前記撮像素子と前記光学部材に挟持されるゴム部材と、
   前記光学部材を振動させる振動素子と、
   を備え、
   前記ゴム部材は、少なくとも一部に、前記振動素子を振動させる回路基板と前記振動素子とを接続する導電部を有する撮像ユニット。
2. 前記ゴム部材は、前記導電部と、隣接する非導電部とが一体的に形成されている請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記導電部は、前記回路基板と前記振動素子の接続方向に、前記非導電部よりも突出している請求項２に記載の撮像ユニット。
4. 前記ゴム部材は、前記撮像素子と前記光学部材の間に閉塞空間を形成する請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
5. 前記ゴム部材は、前記閉塞空間と外部空間とを接続する空気溝を有する請求項４に記載の撮像ユニット。
6. 前記空気溝は、前記導電部以外の部分に設けられた請求項５に記載の撮像ユニット。
7. 前記撮像素子を固定する固定板と、
   前記光学部材を前記固定板側へ押圧する押圧板と
   を備え、
   前記振動素子は、前記ゴム部材と前記押圧板との間に形成された密封空間に配置された請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
8. 前記振動素子は圧電素子であり、
   前記ゴム部材は、前記圧電素子の両端部に対応して２つの前記導電部を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像ユニットと、
   前記振動素子を振動させる振動制御部と
   を備える撮像装置。

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