JP2014116731A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の前面に位置する光学素子の表面に付着した塵埃をより効率よく除去し、かつ撮像素子の位置をずらすことが可能な撮像装置を提供すること
【解決手段】本発明にかかる撮像装置は、撮像光束が通過する光学素子１２が一体化された撮像素子１１と、第１の圧電素子１３と、第１の圧電素子１３の一部に連結し、第１の圧電素子１３の伸縮を拡大して撮像素子を変位させる変位拡大機構１４と、を有し、少なくとも第１の圧電素子１３は、その長さの一部が光学素子１２に接着されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置に関する。

レンズを透過した光束をＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）等の撮像素子で受光し、撮像素子の光電変換出力を処理して画像データを生成する撮像装置が知られている。

このような撮像装置において、近年は撮像素子の画素ピッチが微小化し、画質の向上が著しい。そのため、撮像素子の表面や、撮像素子の前面に位置する透明部材の表面に、塵埃が付着することで、生成される画像に塵埃による影が生じることが大きな問題となっている。

特許文献１には、ＣＣＤに入射する光が透過する板状の底面部と、底面部の一辺から所定の角度だけ各々が接触しないように傾斜して延出した壁面部とを有する防塵フィルタと、防塵フィルタの壁面部上に固定された圧電素子とを備える振動装置が記載されている。

また、撮像装置において、撮像素子を面に対して平行に微小変位させることで、画像の解像度を上げたり、ローパスフィルタ効果を生じさせる技術が知られている。
画像の解像度をあげようとするときは、撮影の際に、撮像素子の位置を面に対して平行に画素のピッチより小さく（例えば画素ピッチの１／２程度）ずらして撮影した画像と、撮像素子をずらす前の元の位置で撮影した画像と、を、合成処理する。
また、ローパスフィルタ効果を生じさせようとするときは、撮像素子を面に対して平行に所定の周波数で微小変位させる。

特許文献２には、被写体からの光束を受光して光電変換する撮像素子と、撮像素子を微小変位させるためのアクチュエータと、アクチュエータの変位を拡大して撮像素子に伝達し、撮像素子をその受光面に沿う方向に微小変位させる拡大機構とを有する撮像装置が記載されている。

特開２０１２−１３４８１８号公報 特開２００８−１４８１７８号公報

特許文献１に記載の技術では、防塵ガラスを防塵ガラス面に対してうねらせるよう振動させるものである。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、撮像素子の位置を変位させることはできず、撮像素子を変位させるための機構を別途設けなくてはならないという問題がある。

特許文献２に記載の技術では、変位拡大機構により、撮像素子を面に対して微小変位させる。また、アクチュエータの微小変位を繰り返すことで、撮像素子の前面に配置された保護ガラスに付着したごみを払い落す。しかしながら、特許文献２に記載の技術では、アクチュエータの伸縮による振動は、保護ガラス面に対して平行な方向に保護ガラスが振動するものであるため、ゴミを払い落す効果が低いという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためのものであり、撮像素子の前面に位置する光学素子の表面に付着した塵埃をより効率よく除去し、かつ撮像素子の位置をずらすことが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる撮像装置は、撮像光束が通過する光学素子が一体化された撮像素子と、第１の圧電素子と、第１の圧電素子の一部に連結し、第１の圧電素子の伸縮を拡大して撮像素子を変位させる変位拡大機構と、を有し、少なくとも第１の圧電素子は、その長さの一部が光学素子に接着されているものである。

これにより、第１の圧電素子に所定の周波数の電圧を印加することで、光学素子を光学素子の面に対して垂直方向に振動させ、第１の圧電素子に直流電流を印加することで、撮像素子の位置を変位させることができる。

本発明によれば、撮像素子の前面に位置する光学素子の表面に付着した塵埃をより効率よく除去し、かつ撮像素子の位置をずらすことが可能な撮像装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる撮像装置を示す図である。 実施の形態１にかかる撮像装置の圧電素子を交流電源で駆動制御した状態を示す図である。 実施の形態１にかかる変位拡大機構により、撮像素子ユニットの位置がずれた状態を示す図である。 実施の形態２にかかる撮像装置を示す図である。 実施の形態３にかかる撮像装置を示す図である。

実施の形態１
本発明にかかる撮像装置は、図示しないレンズユニットを透過した撮像光束を撮像素子で受光し、撮像素子が出力した光電変換信号を処理して画像データを生成するカメラに用いられるものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１
図１〜３は、本実施の形態にかかる撮像装置１を示す図である。
本願発明は、固定枠１５と、固定枠１５の内側で変位可能に支持された撮像素子ユニット１０と、固定枠１５と撮像素子ユニット１０とを連結する変位拡大機構１４と、撮像素子ユニット１０と変位拡大機構１４との間に接続された第１の圧電素子としての圧電素子１３と、を備える。
固定枠１５は、長方形の枠構造である。
撮像素子ユニット１０は、撮像素子１１と、撮像素子１１と一体化された光学素子１２とを備える。

撮像素子１１は、板状に配置された光電変換素子で構成され、例えば２次元形状のＣＣＤイメージセンサや２次元形状のＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）等である。

光学素子１２は、具体的には水晶等からなる板状のローパスフィルタである。光学素子１２は、撮像素子１１の前面すなわちレンズユニット側に、撮像素子１１と略平行に配置されている。上述のレンズユニットを透過した光は、光学素子１２を透過して、撮像素子１１上に結像する。

圧電素子１３は、単層、又は積層の圧電素子であり、略直方体の形状である。圧電素子１３は、その長さの一部（ここでは一方の端部側の部分）が光学素子１２に接着されている。図１に示すように、圧電素子１３の接着部分１３１は、光学素子１２に接着される。ここでは、光学素子１２の前面すなわちレンズユニット側の面に接着される。なお、圧電素子１３は、光学素子１２の前面のみでなく、側面に接着されていてもよい。

圧電素子１３において、光学素子１２に接着されている部分を接着部分１３１とし、光学素子１２に接着されていない部分を伸縮部分１３２として以降は説明する。ここで、図１において、圧電素子１３の長さの９／１０程度が光学素子１２に接着された接着部分１３１であるが、接着部分１３１の長さは、例えば圧電素子１３の長さの２／３、１／２程度でもよい。

圧電素子１３は、長辺がｘ軸と略平行に配設され、電源の駆動制御により、ｘ軸方向に伸縮する。伸縮部分１３２側の端部は、変位拡大機構１４に接続されている。
ここで説明のため、図１の紙面左右方向をｘ軸とし、上下方向をｙ軸とする。なお、ｙ軸の正方向を上側とし、ｙ軸の負方向を下側と称することがある。

変位拡大機構１４は、圧電素子１３の端部に連結され、圧電素子１３の伸縮を拡大して撮像素子ユニット１０を変位させる。
変位拡大機構１４は、固定枠１５の枠内に設けられ、第１のリンク１４１と、第２のリンク１４２と、接続リンク１４３、１４４と、を有する。

第１のリンク１４１と第２のリンク１４２は互いに平行である。第１のリンク１４１の一端に、接続リンク１４３の一端が接続され、第２のリンク１４２の一端に、接続リンク１４４の一端が接続されている。
接続リンク１４３の他端は、撮像素子ユニット１０の一方の側面に接続され、接続リンク１４４の他端は撮像素子ユニット１０の他方の側面に接続されている。
すなわち、第１リンク１４１の他端は固定枠１５の上部の枠の内側に接続され、一端は接続リンク１４３の一端に接続されている。接続リンク１４３の他端は撮像素子ユニット１０の一方の側面に接続され、撮像素子ユニット１０の他方の側面には、接続リンク１４４の他端が接続されている。接続リンク１４４の一端は第２のリンク１４２の一端に接続され、第２のリンク１４２の他端は固定枠１５の上部の枠の内側に接続されている。

圧電素子１３は、他端側つまり伸縮部分１３２の側の端部が、第２のリンク１４２の中間部であって、かつ第２のリンクの一端側に接続される。

図２は、本実施の形態にかかる撮像装置１の圧電素子１３を交流電源で駆動制御した状態を示す図である。圧電素子１３に所定の周波数で電圧を印加すると、電圧の変化に伴い圧電素子１３が高速で伸縮振動する。圧電素子１３の所定長さが光学素子１２に貼りつけられているので、このような圧電素子１３の伸縮振動により、光学素子１２の面に高速のうねりが発生する。

本実施の形態によれば、光学素子１２に圧電素子１３の長さの一部を接着する構造により、圧電素子１３を交流電源で駆動制御すると、光学素子１２の面に対して垂直な方向に変位する振動を発生させることができる。これにより、光学素子１２に付着した塵埃をより効率よく落とすことができる。

図３は、本実施の形態にかかる変位拡大機構１４により、撮像素子ユニット１０の位置がずれた状態を示す図である。

撮像素子ユニット１０の位置をずらそうとする場合には、圧電素子１３を直流電源で駆動制御する。圧電素子１３は、直流電源で駆動制御されると、伸縮部分１３２の部分が伸長する。伸縮部分１３２が伸長すると、光学素子１２と、第２のリンク１４２における圧電素子１３が接続された点との距離が広がる。すると、第１のリンク１４１及び第２のリンク１４２が、それぞれ固定枠１５と接続された点を支点として、下端がｘ軸の負の方向に移動するように傾く。これにより、圧電素子１３に接続された撮像素子ユニット１０は、ｘ軸負の方向にずれることとなる。

本実施の形態にかかる撮像装置１は、圧電素子１３が直流電源で駆動制御されることにより、撮像素子ユニット１０の位置をｘ軸方向にずらすことができる。
本実施の形態にかかる撮像装置１は、圧電素子ひとつで、光学素子の塵埃を確実に落とし、更に撮像素子を移動させることができる。

実施の形態２
図４は、圧電素子１７と、固定枠１８とを備えた撮像装置２を示す図である。
図４に示すように、撮像装置２は、固定枠１５の外側に、更に第２の圧電素子としての圧電素子１７と、保持部としての固定枠１８と、を備える。
固定枠１８は、固定枠１５より大きな長方形型の枠の形状である。
圧電素子１７の一端は、固定枠１５の上辺の外側に接続され、他端は固定枠１８の上辺の内側に接続される。圧電素子１７は、直流電源での駆動制御により、ｘ軸方向に伸縮する。
本実施の形態によれば、撮像装置２の圧電素子１７を直流電源で駆動制御することにより、圧電素子１７が伸縮し、撮像素子ユニット１０をさらにｙ軸方向にずらすことが可能になる。

実施の形態３
変位拡大機構は、図１〜図４に示すような平行リンク機構に限られず、光学素子１２に圧電素子の長さの一部が接着され、かつ圧電素子の伸縮によりｙ軸方向か若しくはｘ軸方向またはその両方に変位可能な構造を有するものであればよい。

図５は、撮像装置３を示す図である。
撮像装置３は、固定枠２１と、固定枠２１の内側で変位可能に支持された撮像素子ユニット１０と、固定枠２１の内側で固定枠２１と撮像素子ユニット１０とを連結する変位拡大機構１６と、撮像素子ユニット１０と変位拡大機構１６との間に接続された第１の圧電素子としての圧電素子１９と、を備える。

変位拡大機構１６は、第１のリンク１６１と、第２のリンク１６２と、支持リンク１６３と、第１の作用リンク１６４と、第２の作用リンク１６５と、作用部材１６６と、を有する。変位拡大機構１６は、支持リンク１６３を底面とした略五角形の形状である。

第１のリンク１６１及び第２のリンク１６２は、略台形の形状であり、平行な２辺はｙ軸に平行である。また、第１のリンク１６１及び第２のリンク１６２の平行な２辺を結ぶ辺のうち、下側にある一辺は、ｘ軸に平行である。そして、第１のリンク１６１及び第２のリンク１６２は、それぞれの平行な２辺のうち、短い方の辺（以後、短辺という）を内側にして向かい合うように配置される。

支持リンク１６３は、第１のリンク１６１と第２のリンク１６２とを接続する。支持リンク１６３は、略直方体の形状であり、長辺がｘ軸に沿って平行に設けられ、第１のリンク１６１の短辺の下側と、第２のリンク１６２の短辺の下側に接続されている。

第１の作用リンク１６４は、一端は第１のリンク１６１の上の端部に接続され、他端は作用部材１６６の底面に接続され、一端側が他端側に比べて低くなるように傾いて接続されている。

第２の作用リンク１６５は、一端は第２のリンク１６２の上の端部に接続され、他端は作用部材１６６の底面に接続され、他端側が一端側に比べて低くなるように傾いて接続されている。
作用部材１６６は、上面が固定枠２１の上辺の内側に接続され、下面が第１の作用リンク１６４の他端と、第２の作用リンク１６５の他端と、接続されている。

圧電素子１９は、第１のリンク１６１の短辺の上側と、第２のリンク１６２の短辺の上側との間に、支持リンク１６３と略平行になるように接続されている。また、圧電素子１９は、略直方体の形状であり、電源で駆動制御されることにより、ｘ軸に平行な方向に伸縮する。

圧電素子１９は、長さの一部（ここでは中間部分）が光学素子１２に接着されている。以下、圧電素子１９が光学素子１２に接着されている部分を接着部分１９２とし、光学素子１２に接着されていない部分を伸縮部分１９１、１９３とする。なお、実施の形態１及び２と同様に、接着部分１９２の長さは、圧電素子１９の長さの９／１０としてもよいし、２／３や１／２としてもよい。

圧電素子１９を交流電源により駆動制御すると、圧電素子１９が交流電源の周期で伸縮する。すると、接着部分１９２が光学素子１２に接着されたまま伸縮するため、光学素子１２の面に対して垂直方向に変位する振動すなわち光学素子１２の面に対するうねりが発生する。これにより、光学素子１２に付着した塵埃を効率よく除去することができる。

また、圧電素子１９を直流電源により駆動制御すると、圧電素子１９が伸長し、とくに、光学素子１２に接着されていない部分である、伸縮部分１９１、１９３が伸長する。すると、第１のリンク１６１と第２のリンク１６２とが、それぞれ支持リンク１６３と接続されている点を中心として左右に開く。

第１のリンク１６１と第２のリンク１６２とが左右に開くと、第１のリンク１６１と第２のリンク１６２の上端部の間隔が広くなる。
すると、第１の作用リンク１６４及び第２の作用リンク１６５の、ｘ軸に対する傾きが小さくなり、圧電素子１９及び支持リンク１６３が上に移動する。
言い換えれば、圧電素子１９を直流電源で駆動制御すると、変位拡大機構１６が構成する五角形が上下に若干つぶれたような形状となり、撮像素子ユニット１０をｙ軸正の方向にずらすことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、２、３ 撮像装置
１０ 撮像素子ユニット
１１ 撮像素子
１２ 光学素子
１３、１７、１９ 圧電素子
１３１、１９１、１９３ 接着部分
１３２、１９２ 伸縮部分
１４ 変位拡大機構
１４１ 第１のリンク
１４２ 第２のリンク
１４３、１４４ 接続リンク
１５、１８、２１ 固定枠
１６ 変位拡大機構
１６１ 第１のリンク
１６２ 第２のリンク
１６３ 支持リンク
１６４ 第１の作用リンク
１６５ 第２の作用リンク
１６６ 作用部材

Claims (7)

1. 撮像光束が通過する光学素子が一体化された撮像素子と、
   第１の圧電素子と、
   前記第１の圧電素子の一部に連結し、前記第１の圧電素子の伸縮を拡大して前記撮像素子を変位させる変位拡大機構と、を有し、
   少なくとも前記第１の圧電素子は、その長さの一部が前記光学素子に接着されている、撮像装置。
2. 前記第１の圧電素子は、
   直流電源で駆動制御されることにより、前記撮像素子の位置をずらし、
   交流電源で駆動制御されることにより、前記光学素子を変形振動させる、請求項１記載の撮像装置。
3. 前記変位拡大機構を保持する保持部と、
   前記保持部と前記変位拡大機構とを連結し、前記変位拡大機構の変位方向に対して略直角方向に沿って伸縮する第２の圧電素子と、を有する請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記変位拡大機構は、
   互いに平行に設けられた一対のリンクと、
   一端が前記一対のリンクの一方に接続され、他端が前記一対のリンクの他方に接続された接続リンクと、を有し、
   前記撮像素子は、前記接続リンクに一辺を固定され、
   前記第１の圧電素子は、一端側はその長さの一部が前記光学素子に接着され、他端側は前記一対のリンクのいずれか一方に接続される、請求項１乃至３のうちいずれか１記載の撮像装置。
5. 前記光学素子は、保護ガラスを備えることを特徴とする、請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の撮像装置。
6. 前記光学素子は、ローパスフィルターを備えることを特徴とする、請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の撮像装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の撮像装置を有するカメラ。

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