JP4280779B2

JP4280779B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4280779B2
Application number: JP2007021131A
Authority: JP
Inventors: 太小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008187616A; CN101236280B; US7973854B2; US20080180562A1; CN101236280A

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、鏡筒内での撮像素子の固定技術に特徴のある撮像装置に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳのような撮像素子を用いて、撮影光学系によって結像された被写体象を電気信号に変換する電子スチルカメラ、いわゆるデジタルカメラが普及している。これら撮像素子には、人間の目には見えない赤外光に対して感度を持つものがあり、赤外光による画質の低下を防止するために、撮影光学系内部に赤外カットフィルタを配置したものがある。

また、撮像素子の画素ピッチによって決まるサンプリング周波数を含む被写体を撮像した場合に発生する偽色やモアレによる画質低下を防止するために、複屈折現象を呈する水晶により作られた光学ローパスフィルタを撮像素子の被写体側前面に配置した撮像装置もある。

これら赤外カットフィルタまたは光学ローパスフィルタ（以降、光学フィルタ類と称する）またはその両方の保持には、撮影光束が通る開口を有するとともに光学フィルタ類を大きくずれること無く位置決めするための窪みを有する地板が用いられる。即ち、地板に光学フィルタ類を嵌め込み、接着固定することにより光学フィルタ類を保持する。

ところで、撮像素子表面にごみが付着した場合、そのごみの部分は光が当たらないため、被写体像にごみの影が入り、撮影画像にごみの影が写り込んでしまう問題がある。さらに、撮像素子は、通常、撮影レンズの内部に位置しており、ユーザーが撮像素子を掃除することできないので、ごみが写り込まないようにするためには、ごみが撮像素子に付かないような構造にする必要がある。そのため、撮像素子は、通常、その前面が保護ガラスにより覆われている。

しかし、ごみが大きい場合は、保護ガラス面にごみが付いても画像にごみが写り込んでしまう場合がある。そこで、光学フィルタ類と保護ガラスの間を密閉された空間とすることで、ごみが保護ガラス表面に付着しないようにした撮像装置がある。

さらには、撮影光学系の製造誤差を吸収するために、撮像面の位置及び姿勢を微調整する機構が必要とされる場合がある。また、光学フィルタ類や撮像素子の組み立て性の向上は、組立コスト削減のため常に求められるものである。加えて、撮像装置の携帯性を向上するために、光軸方向への光学系の厚さは薄い方が良い。

保護ガラスと光学フィルタ類の間を密閉した構造を有し、かつ、それら構造が占める光学系の光軸方向への厚さを薄くするために、撮像素子及び光学フィルタ類を鏡筒に保持する機構については従来から種種の提案が成されている。

例えば、特許文献１記載の技術では、光学フィルタ類を保持する薄板状の金属部材からなるローパスフィルタホルダを配置し、光軸方向への厚さを薄くしている。また、特許文献１記載の技術では、光学フィルタ類と撮像素子を接着固定することにより保持している。
特開２００６−６７３５６号公報特開２００５−１２３３４号公報

上記特許文献１には、ローパスフィルタホルダ内に保持された光学フィルタ類にゴム製の弾性部材を敷き、撮像素子と光学フィルタ類との間にこの弾性部材を挟み込む構成が開示されている。そのため、光学フィルタ類の厚さのばらつきによっては、光学フィルタ類に過度の圧力が加わり、破損する恐れがある。

また、上記特許文献２記載の技術では、光学フィルタ類と撮像素子とを接着しており、接着剤が硬化するまで、光学フィルタ類を保持しなければならないので、組み立て性が悪かった。また、分離が困難であるので、仮に、光学フィルタ類か撮像素子のどちらかが破損した場合には、破損していない方の部品も損品となり、廃棄しなければならない。

さらに、特許文献１と２の両方において、撮像面の光軸方向の位置及び光軸に対する傾きを調整することはできない。

本発明の目的は、光学フィルタ類の保持機構の薄型化を可能にしつつ、光学フィルタ類が破損する虞のない撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、撮像光学系と、前記撮像光学系を通過した被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子を固定、保持する保持部材と、前記撮像素子の被写体側の面上に配置された第一の弾性部材と、前記第一の弾性部材の被写体側の面上に配置された光学素子と、前記第一の弾性部材に対向し、前記第一の弾性部材との間で前記光学素子を挟み込む第二の弾性部材とを備え、前記第一の弾性部材は中空枠形状を成し、前記撮像素子と光学素子に密着するとともに、前記撮像素子、前記保持部材、前記第一の弾性部材、前記光学素子及び前記第二の弾性部材が一体となるように、前記第二の弾性部材が前記保持部材に固定されていることを特徴とする。

本発明の撮像装置は、撮像光学系と、撮像光学系を通過した被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子を固定、保持する保持部材と、撮像素子の被写体側の面上に配置された第一の弾性部材とを備える。また、第一の弾性部材の被写体側の面上に配置された光学素子と、第一の弾性部材に対向し、第一の弾性部材との間で光学素子を挟み込む第二の弾性部材とを備える。そして、第一の弾性部材は中空枠形状を成し、撮像素子と光学素子に密着するとともに、撮像素子、保持部材、第一の弾性部材、光学素子及び第二の弾性部材が一体となるように、第二の弾性部材が保持部材に固定されている。

この構成により、光学フィルタ類の保持機構の薄型化を可能にしつつ、光学フィルタ類の破損を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの沈胴状態の外観斜視図である。

以下、他の図も含めて、その構成を動作と併せて説明する。

図１おいて、撮影レンズ１は、電源がオフ状態で撮影に供せず、保管するための状態であるところの沈胴状態にある。電源ボタン２を操作することにより、デジタルカメラの電源をオンにすることができる。さらに、モードダイヤル３の操作により使用者は撮影モードを選択することができる。レリーズボタン４は後述する。

図２は、本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの撮影状態の外観斜視図である。

図２において、撮影モード状態では、レリーズボタン４を押圧操作することにより、撮影レンズ１を通して、被写体を撮像することができる。一群ホルダ１１、一群案内筒２１は後述する。

図３は、図１における撮影レンズの沈胴状態の構成図である。

図３において、第一群レンズ１０は一群ホルダ１１に保持される。同様に、第二群レンズ１２は二群ホルダ１３に保持され、第三群レンズ１４は三群ホルダ１５に保持され、第四群レンズ１６は四群ホルダ１７に保持される。

カム環１８は、筒状を成し、図示しないが、その内面には二群ホルダ１３及び三群ホルダ１５を光軸方向へ変位させるカム溝を有する。また、二群ホルダ１３及び三群ホルダ１５にはカムフォロワーピンが植設されており、それぞれカム環１８の内面のカム溝にカム係合する。さらに、カム環１８の外面には、一群ホルダ１１を光軸方向へ変位させるカム溝を有しており、一群ホルダ１１に植設されたカムフォロワーピンがカム係合する。

固定筒１９は、その内面にカム環１８を光軸方向へ繰り出すカム溝を有する。駆動環２０は、デジタルカメラの電源オン及び撮影モードへの移行に伴い、駆動源からの駆動力により光軸周りに回転する筒部材である。カム環１８は、駆動環２０に係合しており、駆動環２０の回転とともに回転する。その際に、カム環１８は固定筒１９のカム溝に倣って、回転しながら光軸方向へ進退する。

一群案内筒２１は、一群ホルダ１１を光軸方向へ進退可能に支持するとともに、撮影レンズ１の繰り出し時に、一群ホルダ１１と固定筒１９の間にできる隙間を隠す役割を有する、外観に現れる部品である。

第四群レンズ１６は、被写体距離に応じてねじ送り機構により光軸方向へ進退し、撮像面に被写体のピントを位置させる機能を有する、いわゆるフォーカシングレンズである。

図３においては、撮影レンズ１は沈胴状態にあり、沈胴時の鏡筒長さを縮めるために、四群ホルダ１７、第四群レンズ１６は最も撮像面に近い位置に移動している。

上記第一群レンズ１０乃至第四群レンズ１６を通して結像した被写体像は、撮像素子であるところのＣＣＤ２２において電気信号に変換される。ＣＣＤ２２には、その被写体側前面にＣＣＤ２２を保護する保護ガラス２３が固着されている。さらに、ＣＣＤ２２は、ＣＣＤプレート２４に接着固定される。ＣＣＤプレート２４は、ＣＣＤホルダ２５の所定位置にビスにより締結される。

保護ガラス２３の被写体側前面には、被写体光束が通過する開口を有するＣＣＤゴム２６が配置される。さらに、ＣＣＤゴム２６の被写体側前面には光学ＬＰＦ２７、ＣＣＤマスク２８が順に積層される。

そして、ＣＣＤマスク２８の被写体側前面にはＬＰＦカバー２９が配置され、ＬＰＦカバー２９は、後述するビス３０によりＣＣＤプレート２４に固定される。次に、図４により、ＣＣＤ２２周りの構成についてより詳細に説明する。

図４は、図３におけるＣＣＤ周りの部品の第１の例を示す分解斜視図である。

図４において、ＣＣＤプレート２４には３つの突起２４Ａがあり、この突起２４ＡにＣＣＤ２２の底面が当接するように固定した状態で接着剤を硬化させ、ＣＣＤ２２とＣＣＤプレート２４を一体化する。

尚、突起２４ＡによってＣＣＤ２２とＣＣＤプレート２４の間には所定の隙間ができる。不図示であるが、この隙間にはＣＣＤ２２への配線となるフレキシブルプリント基板が配置される。

次に、前述したように、ＣＣＤゴム２６が保護ガラス２３の被写体側前面に配置される。ＣＣＤゴム２６は、ゴムからなり保護ガラス２３に密着する。ＣＣＤゴム２６のさらに前面には、光学ＬＰＦ２７がＣＣＤゴム２６に密着するように配置される。

このような順番で各部品を配置することにより、保護ガラス２３と光学ＬＰＦ２７の間がＣＣＤゴム２６により密封されることになり、保護ガラス２３の表面にごみが付着しなくなるので、被写体像に付着したごみの影が映り込むのを防止できる。

尚、本実施の形態においては、保護ガラス２３の被写体側前面に位置する光学素子を光学ＬＰＦ２７としているが、赤外カットフィルタまたは赤外カットフィルタと光学ＬＰＦの積層部品であっても良い。さらには、何らフィルタ作用を有しない平行平板ガラスであっても構わないし、パワーをもつ光学レンズであっても構わない。

また、ＣＣＤゴム２６は、本実施の形態においてはゴムであるが、スポンジであっても良いし、エラストマーであっても良い。また、ＣＣＤゴム２６は、本実施の形態では額縁形状をしているが、保護ガラス２３と光学ＬＰＦ２７との間を密閉することができれば、形状は問わない。例えば、Ｏリングであっても良い。

光学ＬＰＦ２７の被写体側前面にはＣＣＤマスク２８が配置される。ＣＣＤマスク２８は、被写体像以外の光線が撮像面に入り込みゴーストとなるのを防止する。よって、撮影光学系によっては不要となることもある。

また、本実施の形態では、ＣＣＤマスク２８は、光学ＬＰＦ２７の前面に配置されているが、保護ガラス２３とＣＣＤゴム２６の間に配置されても良いし、ＣＣＤ２６と光学ＬＰＦ２７の間に配置されても良い。

ＣＣＤマスク２８の前面に配置されるＬＰＦカバー２９は薄い金属板からなる。反射防止のため黒色のような光の反射率の低い色で塗装またはメッキされている。ＣＣＤプレート２４には、ＣＣＤプレート２４上の面である面２４Ｂに２箇所の突起２４Ｃがある。

ＬＰＦカバー２９には、ＬＰＦカバー２９上の面である面２９Ａと面２９Ａに空いた穴２９Ｂ及び長穴２９Ｃがある。これら、突起２４Ｃは穴２９Ｂ及び長穴２９Ｃに嵌合し、ＣＣＤプレート２４に対するＬＰＦカバー２９の位置決めを行うことができる。

ＬＰＦカバー枠部２９Ｄは、ＬＰＦカバー２９の一部を曲げ加工して作成された、ＬＰＦカバー２９と一体の枠形状部であり、ＣＣＤマスク２８より少し大きく形成されている。このＬＰＦカバー枠部２９Ｄの中には、ＣＣＤマスク２８、光学ＬＰＦ２７及びＣＣＤゴム２６が収納される。最後にビス３０により、ＣＣＤプレート２４とＬＰＦカバー２９が締結される。

これにより、ＣＣＤ２２、ＣＣＤプレート２４、不図示のフレキシブルプリント基板、ＣＣＤゴム２６、光学ＬＰＦ２７、ＣＣＤマスク２８及びＬＰＦカバー２９が一体となる。以降、この一体部品をＣＣＤユニットと称する。

尚、ビス３０を外すことにより各部品に分解することができるので、例えば、密閉空間にごみが入っていた場合、または保護ガラス２３表面が汚れていた場合には、容易に分解し、ごみを取り除いたり、表面を清掃することができる。

図５は、図３におけるＣＣＤ周りの構成図である。

図５において、保護ガラス２３上にＣＣＤゴム２６から順にＬＰＦカバー２９まで各部品を配置していった構成が示されている。

ここで、図４に示すＣＣＤプレート２４の面２４ＢとＬＰＦカバー２９の面２９Ａには所定の隙間が設けられている。ビス３０を締め込むことにより、ＬＰＦカバー２９の周辺部が弾性変形により撓み、上記所定の隙間を埋めるように面２４Ｂと面２９Ａが当接する。

ＬＰＦカバー２９は薄い金属板からできている、さらに弾性部材であるＣＣＤゴム２６が光学ＬＰＦ２７の被写体側背面に配置されているので、ビス３０を絞め込んでも光学ＬＰＦ２７に過度な圧力が加わることは無い。

ＣＣＤユニットは、ＣＣＤホルダ２５にビスにより締結される。また、ＣＣＤホルダ２５には固定筒１９が締結され、さらに、ＣＣＤホルダ２５はデジタルカメラ本体に締結される。

ＣＣＤユニットの最被写体側には薄い金属板からなるＬＰＦカバー２９が配置されているので、図３に示すように、第四群レンズ１６と光学ＬＰＦ２７の間隔を小さくすることができる。

図６は、図３におけるＣＣＤユニットとＣＣＤホルダの取り付け構造を説明するための分解斜視図である。

組立時にはまず、３つの圧縮ばね３１をそれぞれＣＣＤホルダ２５の有底穴２５Ａに入れる。次に、ＣＣＤユニットを、ＣＣＤホルダ２５の位置決めダボ２５Ｂをガイドとして利用し、ＣＣＤホルダ２５に組み込む。

このとき、圧縮ばね３１は、ＬＰＦカバー２９に当接することにより、ＣＣＤユニットをＣＣＤホルダ２５から離間する方向へ付勢することになる。

この状態で、ＣＣＤビス３２をＣＣＤユニットのＣＣＤプレート２４側からＣＣＤホルダ２５にねじ込むことにより、ＣＣＤユニットはＣＣＤビス３２に追従するよう構成される。

これにより、ＣＣＤビス３２のねじ込み量を変化させることで、ＣＣＤユニットの光軸方向の位置を微調整することができる。また、位置決めダボ２５ＢのＣＣＤユニットへの嵌合を緩くすることで、３本のＣＣＤビス３２のそれぞれのねじ込み量を変えて、ＣＣＤユニットの傾きを微調整することもできる。

図７は、図３におけるＣＣＤ周りの部品の第２の例を示す分解斜視図である。

図７は、図６のＬＰＦカバー２９とＣＣＤプレート２４の保持構造を分解して示すものである。圧縮ばね３１は、ＬＰＦカバー２９を押圧するので、この押圧力を利用して、図７に示すように、ＬＰＦカバー２９とＣＣＤプレート２４を一体的に構成することも可能である。

図７に示すように、圧縮ばね３１は、ＬＰＦカバー２９をＣＣＤプレート２４側に押圧するとともに、ＣＣＤビス３２がＣＣＤプレート２４を圧縮ばね３１の付勢力と逆方向へ押圧する。

そのため、圧縮ばね３１の付勢力を十分大きくすることで、図４のビス３０に代わり、ＣＣＤ２２、ＣＣＤプレート２４、不図示のフレキシブルプリント基板、ＣＣＤゴム２６、光学ＬＰＦ２７、ＣＣＤマスク２８及びＬＰＦカバー２９を一体とすることができる。

この構成ではねじが不要になるので、部品点数を減らすことができる。一方、ビス３０により、ＣＣＤユニット化した場合は、別工程でＣＣＤユニットを作ることができるので、工程設計の自由度が向上する。

つまり、本発明の撮像装置の光学フィルタ類の保持機構では、それぞれの長所を活かすように、図４と図７の２通りの構成のいずれかを選択することができる。

本発明によれば、光学フィルタ類の保持機構の薄型化を可能にしつつ、光学フィルタ類が破損する虞のない撮像装置を提供することができる。また、光学フィルタ類と撮像素子の組み立て性を良くするとともに、光学フィルタ類と撮像素子を容易に分離することができる。さらに、撮像素子の光軸方向への位置や光軸に対する傾きを調整可することができる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの沈胴状態の外観斜視図である。本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの撮影状態の外観斜視図である。図１における撮影レンズの沈胴状態の構成図である。図３におけるＣＣＤ周りの部品の第１の例を示す分解斜視図である。図３におけるＣＣＤ周りの構成図である。図３におけるＣＣＤユニットとＣＣＤホルダの取り付け構造を説明するための分解斜視図である。図３におけるＣＣＤ周りの部品の第２の例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１撮影レンズ（撮影光学系）
２電源ボタン
３モードダイヤル
４レリーズボタン
１０第一群レンズ
１１一群ホルダ
１２第二群レンズ
１３二群ホルダ
１４第三群レンズ
１５三群ホルダ
１６第四群レンズ
１７四群ホルダ
１８カム環
１９固定筒
２０駆動環
２１一群案内筒
２２ＣＣＤ（撮像素子）
２３保護ガラス
２４ＣＣＤプレート（保持部材）
２５ＣＣＤホルダ（鏡筒）
２６ＣＣＤゴム（第一の弾性部材）
２７光学ＬＰＦ（光学素子）
２８ＣＣＤマスク
２９ＬＰＦカバー（第二の弾性部材）
３０ビス
３１圧縮ばね（第三の弾性部材）
３２ＣＣＤビス

Claims

撮像光学系と、
前記撮像光学系を通過した被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子を固定、保持する保持部材と、
前記撮像素子の被写体側の面上に配置された第一の弾性部材と、
前記第一の弾性部材の被写体側の面上に配置された光学素子と、
前記第一の弾性部材に対向し、前記第一の弾性部材との間で前記光学素子を挟み込む第二の弾性部材とを備え、
前記第一の弾性部材は中空枠形状を成し、前記撮像素子と光学素子に密着するとともに、前記撮像素子、前記保持部材、前記第一の弾性部材、前記光学素子及び前記第二の弾性部材が一体となるように、前記第二の弾性部材が前記保持部材に固定されていることを特徴とする撮像装置。
前記第二の弾性部材は、ビスによって前記保持部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記第二の弾性部材は、圧縮ばねによって前記保持部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。