JP4924095B2

JP4924095B2 - 撮像装置および光学装置

Info

Publication number: JP4924095B2
Application number: JP2007047525A
Authority: JP
Inventors: 光宏岡崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP2008211629A

Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を備えた撮像装置、および、その撮像装置を備えた光学装置に関する。

レンズ交換可能な一眼レフ方式のデジタルカメラでは、レンズ交換時に大気中の塵が撮像装置のカバーガラスや光学ローパスフィルタの表面に付着し、それが画像中に写し込まれて良好な画像を得られないという問題がある。そのため、光学ローパスフィルタの前方に防塵用の光学部材を配置し、その光学部材を圧電素子で屈曲振動させて光学部材表面に付着した塵を取り除く装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３３８９６１号公報

ところで、撮像素子が収納された空間に塵が侵入するのを防ぐために、振動する光学部材の気密部材を設けて収納空間の気密を保持する必要がある。しかしながら、上述した従来技術に記載されている円形の光学部材の場合、部材周辺部に形成される振動の節の部分に気密部材を設けることで気密が可能ではあるが、矩形の撮像素子に対して光学部材の寸法が大きくなりすぎる欠点がある。一方、矩形の光学部材の場合、振動の節および腹が形成されている部分に気密部材を設ける必要があり、十分な気密性が得られないという欠点があった。

請求項１に記載の撮像装置は、光透過性を有し第１方向に複数の振動の節と複数の振動の腹が生じるように振動する振動部と、前記振動部に対向して備えられ、像を撮像する撮像部と、前記振動部と前記撮像部との空間を気密する気密部とを含み、前記気密部は、前記振動部の前記第１方向における前記複数の振動の節に対応する部分に備えられる第１の気密部材と、前記第１の気密部材よりも剛性が低く前記振動部の前記第１方向における前記複数の振動の腹に対応する部分に備えられる第２の気密部材とを有することを特徴とする。
請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記振動部は、前記第１方向と平行に備えられ前記複数の振動の節及び前記複数の振動の腹が生じる第１辺と、前記第１辺と直交する方向に備えられ振動の節が生じる第２辺とを有し、前記第１辺には、前記複数の振動の節に対応する部分に前記第１の気密部材が備えられ、前記複数の振動の腹に対応する部分に前記第２の気密部材が備えられ、前記第２辺には、前記振動の節に対応する部分に前記第１の気密部材が備えられることを特徴とする。
請求項３に記載の撮像装置は、請求項２に記載の撮像装置であって、前記振動部は、透明の矩形のカバープレートと該カバープレートの前記第２辺に設けられた振動素子とから構成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の撮像装置は、請求項２または３に記載の撮像装置であって、前記振動部の外形は、長方形または正方形であることを特徴とする。
請求項５に記載の撮像装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記第１および第２の気密部材は一体に形成されていることを特徴とする。
請求項６に記載の撮像装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記第１および第２の気密部材は、互いに弾性率の異なる材料で形成されていることを特徴とする。
請求項７に記載の光学装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、振動部の振動に対する気密部の影響を低減することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による撮像装置の一実施の形態を示す図であり、レンズ交換式のデジタルスチルカメラの概略構成を示したものである。カメラボディ１には、交換レンズ２が着脱可能に設けられている。カメラボディ１内の光軸上にはミラー５が挿脱可能に設けられており、ミラー５が図１のように光軸上に配設された状態（非露光状態）では、交換レンズ２を通過した被写体光は、ミラー５により不図示のファインダ光学系へと反射される。

一方、露光時にはミラー５が光軸外へと退避移動されるとともに、シャッタユニット６が開閉動作される。その結果、交換レンズ２により結像された被写体像が撮像ユニット３に設けられた撮像素子３０により撮像される。撮像素子３０はＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子で構成される。撮像ユニット３には、撮像素子３０が設けられたベース３１と、撮像素子３０を覆うように設けられたケース３２とを備えている。

ケース３２には、光学ローパスフィルタ３３およびカバープレート３４が設けられている。カバープレート３４とケース３２との間には、気密シール３６が設けられている。カバープレート３４には圧電素子３５が接着されており、その圧電素子３５は駆動部４によって駆動制御される。圧電素子３５によって振動する振動部を構成するカバープレート３４は、光学ガラス等の透明部材で形成されている。

図２は、撮像ユニット３を示す図であり、（ａ）はシャッタユニット６側から見た正面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。なお、カバープレート３４は透明部材であることから、図２（ａ）の正面図では、カバープレート３４の裏面側にある圧電素子３５や撮像素子３０や光学ローパスフィルタ３３を実線で示した。カバープレート３４は、図示左右方向に長い矩形状をしている。カバープレート３４の裏面に接着された一対の圧電素子３５は、カバープレート３４の左右各辺に沿ってそれぞれ平行に設けられている。

カバープレート３４は、ケース３２の気密シール３６上に載置され、加圧部材３８によって気密シール３６へと押圧されている。ここでは、加圧部材３８に金属板を用い、加圧部材３８の変形に起因する弾性力により、カバープレート３４を気密シール３６方向へと付勢している。その結果、撮像素子３０および光学ローパスフィルタ３３が設けられた収納空間が気密状態となり、塵等がケース外部から収納空間に入るのを防止することができる。加圧部材３８はケースにビス止めされており、カバープレート３４の上下方向の位置は加圧部材３８により位置決めされ、左右方向の位置は位置決めピン３７によって位置決めされる。

図３（ａ）は図２（ａ）に示す撮像ユニット３から加圧部材３８を外した状態を示した図であり、透明なカバープレート３４を通して気密シール３６が見えている。また、図３（ｂ）はカバープレート３４の裏面側に接着された圧電素子３５と、裏面側に配設された気密シール３６とを示す図である。

気密シール３６は、カバープレート３４の各短辺（図示左右の辺）に平行に設けられた第１の気密部材３６ａと、カバープレート３４の各長辺（図示上下の辺）に平行に設けられた第２の気密部材３６ｂとから成る。第２の気密部材３６ｂは、第１の気密部材３６ａよりも変形しやすい剛性の低い、すなわち弾性率の小さな材料で形成されている。例えば、第１の気密部材３６ａをソリッドゴムで形成し、第２の気密部材３６ｂをスポンジゴム（スポンジ状に形成されたゴム）で形成する。

ソリッドゴムの場合にはひずみ２０％の圧縮弾性率は１〜１０ＭＰａ程度であり、スポンジゴムの場合には０．０１〜１ＭＰａ程度である。ただし、圧縮弾性率は以下の式で定義される。式において、Ｅは圧縮弾性率、Ｆは荷重、Ａは断面積、εはひずみ（＝０．２）である。
Ｅ＝Ｆ／（Ａ・ε）
ここでは、第１の気密部材３６ａと第２の気密部材３６ｂとは、一体成形されている。

本実施の形態では、駆動部４によりカバープレート３４に設けられた圧電素子３５に周期的な電圧を印加して、振動部であるカバープレート３４に振動を発生させ、カバープレート３４の表面に付着した塵等を除去するようにしている。このときの共振周波数は、カバープレート３４の形状や板厚・材質等により決まる。図４はカバープレート３４の振動を模式的に示したものであり、（ａ）は５次の曲げ振動を示しており、（ｂ）は９次の曲げ振動を示している。

図４では、カバープレート３４を長手方向（図３（ｂ）の図示左右方向）に断面したものを示しており、図の左右方向がカバープレート３４の長手方向である。図３（ｂ）に示すように配置された圧電素子３５によりカバープレート３４を振動させると、振動の節がカバープレート３４の短辺に平行に所定間隔で形成される。振動の節と腹とは、カバープレート３４の長手方向に沿って交互に形成される。

圧電素子５３に印加する電圧の周波数を変えることで、図４（ａ）に示すような５次の曲げ振動や、図４（ｂ）に示すようなより高次の曲げ振動を発生させることができる。いずれの次数の場合も、カバープレート３４の左右両端に節が形成され、その節の位置は次数に依らずほぼ一定の場所に形成される。気密シール３６の第１の気密部材３６ａは、この両端の節が形成される位置に接するように配置されている。そのため、カバープレート３４の振動を阻害することがない。ここで、節が形成される位置に配置するとは、厳密に節が形成される位置だけではなく、その近傍位置を含むものとする。

なお、加圧部材３８は、カバープレート３４の節が形成される位置を加圧するように設けられている。また、上述したように第１の気密部材３６ａは第２の気密部材３６ｂよりも剛性の高い材料で形成されているので、カバープレート３４を介して気密シール３６に加わる加圧部材３８の加圧力は、主にこの第１の気密部材３６ａにより支えられる。

一方、第２の気密部材３６ｂはカバープレート３４の長手方向に沿って配置されているので、振動の節および腹を横切るようにカバープレート３４に接している。しかしながら、第２の気密部材３６ｂは第１の気密部材３６ａよりも剛性が低く変形しやすいので、第２の気密部材３６ｂの各所は、図４（ａ），（ｂ）に示すようなカバープレート３４の変形に追従して変形することができる。その結果、撮像素子３０および光学ローパスフィルタ３３が収納される空間の気密を保つことができる。また、第２の気密部材３６ｂは僅かな力で変形するので、カバープレート３４の振動に与える影響を低減することができる。

上述した実施の形態では、剛性の異なる材料を用いることによって第２の気密部材３６ｂの剛性を第１の気密部材３６ａの剛性よりも低くしたが、異なる材料を代わりに第２の気密部材３６ｂの断面形状を工夫することで剛性を低くするようにしても良い。図５（ａ），（ｂ）は、剛性を低くすることができる断面形状の例を示したものである。なお、第１の気密部材３６ａの断面については、上述した実施の形態と同様に円形であるとする。

図５（ａ）では、第２の気密部材３６ｂのカバープレート３４側（図示上側）の面に凸部３６０を形成し、その凸部３６０をカバープレート３４に接触させてシールするようにした。凸部３６０の断面はその下部の半円形断面部分３６１に比べて小さく、かつ、先端に近づくほど幅が狭くなっている。そのため、僅かな力でも変形しやすく、カバープレート３４の振動に与える影響を低減することができる。

一方、図５（ｂ）に示す例では、第２の気密部材３６ｂの半円形断面部分３６１の上部に可撓性のリップ部３６２を形成した。カバープレート３４が振動により変形すると、その変形に応じてリップ部３６２が撓み変形する。なお、いずれの場合にも、カバープレート３４から受ける加圧力は主に第１の気密部材３６ａにより支えられるので、凸部３６０およびリップ部３６２はシール性を確保できる程度まで変形代を小さくすることができ、それにより、振動に与える影響を十分小さくすることができる。

上述した実施の形態では、ケース３２とカバープレート３４との間に別体で気密シール３６を配置したが、ケース３２をゴム等の弾性体で形成し、ケース３２と気密シール３６とを一体で形成するようにしても良い。光学ローパスフィルタ３３がカバープレートの機能も兼用していて、光学ローパスフィルタ３３を振動させて塵を除去するような構成の場合には、光学ローパスフィルタ３３とケース３２との間に上述したような気密シール３６を配置するようにすれば良い。

図６は気密シール３６の他の変形例を示したものである。斜線で施した部分は第１の気密部材３６ａから成り、斜線が施されていない部分は第２の気密部材３６ｂから成る。気密シール３６の内、振動の節および腹を横切るようにカバープレート３４の上下辺に平行に配置される部分においては、振動の節に接する部分は第１の気密部材３６ａで形成し、振動の腹に接する部分は第２の気密部材３６ｂで形成するようにした。この場合にも、振動する部分（振動の腹）に接するのは剛性の低い第２の気密部材３６ｂであるため、振動が気密シール３６によって阻害されるのを低減することができる。第２の気密部材３６ｂの構造は、図５（ａ），（ｂ）に示すような構造であってもかまわない。

なお、図６に示すカバープレート３４では四隅をＲ形状とし丸みを付けたが、このように。カバープレート３４の形状は厳密に矩形でなくても良い。すなわち、気密シール３６が振動の腹を横切るような場合には、その腹に接する部分の剛性を節に接する部分の剛性よりも低くすれば良い。

上述した実施の形態では、レンズ交換式のデジタルカメラを例に説明したが、これに限定されるものではなく、レンズ一体型のデジタルカメラにも適用できるとともに、さらに、撮像装置を備えた光学装置にも適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による撮像装置の一実施の形態を示す図である。撮像ユニット３を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。（ａ）は加圧部材３８を外した状態の撮像ユニット３を示す図であり、（ｂ）はカバープレート３４の裏面側に設けられた圧電素子３５および気密シール３６を示す。カバープレート３４の振動を模式的に示す図であり、（ａ）は５次の曲げ振動を、（ｂ）は９次の曲げ振動をそれぞれ示す。第２の気密部材３６ｂの断面形状を示す図であり、（ａ）は凸部３６０を示し，（ｂ）はリップ部３６２を示す。気密シール３６の他の変形例を示す図である。

符号の説明

３：撮像ユニット、３０：撮像素子、３１：ベース、３２：ケース、３３：光学ローパスフィルタ、３４：カバープレート、３５：圧電素子、３６：気密シール、３６ａ：第１の気密部材、３６ｂ：第２の気密部材、３８：加圧部、３６０：凸部、３６２：リップ部

Claims

光透過性を有し第１方向に複数の振動の節と複数の振動の腹が生じるように振動する振動部と、
前記振動部に対向して備えられ、像を撮像する撮像部と、
前記振動部と前記撮像部との空間を気密する気密部とを含み、
前記気密部は、前記振動部の前記第１方向における前記複数の振動の節に対応する部分に備えられる第１の気密部材と、前記第１の気密部材よりも剛性が低く前記振動部の前記第１方向における前記複数の振動の腹に対応する部分に備えられる第２の気密部材とを有することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記振動部は、前記第１方向と平行に備えられ前記複数の振動の節及び前記複数の振動の腹が生じる第１辺と、前記第１辺と直交する方向に備えられ振動の節が生じる第２辺とを有し、
前記第１辺には、前記複数の振動の節に対応する部分に前記第１の気密部材が備えられ、前記複数の振動の腹に対応する部分に前記第２の気密部材が備えられ、
前記第２辺には、前記振動の節に対応する部分に前記第１の気密部材が備えられることを特徴とする撮像装置。
請求項２に記載の撮像装置であって、
前記振動部は、透明の矩形のカバープレートと該カバープレートの前記第２辺に設けられた振動素子とから構成されていることを特徴とする撮像装置。
請求項２または３に記載の撮像装置であって、
前記振動部の外形は、長方形または正方形であることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記第１および第２の気密部材は一体に形成されていることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記第１および第２の気密部材は、互いに弾性率の異なる材料で形成されていることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする光学装置。