JP5236432B2

JP5236432B2 - 撮像素子ユニット及び撮像装置

Info

Publication number: JP5236432B2
Application number: JP2008285350A
Authority: JP
Inventors: 方博城野
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-11-06
Also published as: JP2010114646A; US20100108871A1; KR101029080B1; US8299418B2; KR20100051013A

Description

本発明は、撮像素子ユニット及び撮像装置に関する。

近時においては、撮像素子の画素数の増加に伴い、画素ピッチが細かなものとなっている。このため、撮像素子の撮像面の近傍の光学素子面に付着した埃の影が撮像画像に写り込み、画質に影響を及ぼす問題が生じている。このような問題に対処するため、例えば下記の特許文献１には、撮像素子の密閉部を小さく済むように構成し、小型な防塵機構を構成し、カメラの組立後に発生する塵埃に対しても効果のあることを想定した撮像素子の防塵機構が記載されている。

特開２００２−２０４３７９号公報特開２００３−３１９２２２号公報特開２００３−３３８９６５号公報

しかしながら、上記従来の技術では、圧電素子によって防塵のためのフィルター、ガラス等の光学部材を振動させる構成としているが、これらの光学部材を保持枠で直接的に保持する構成としているため、保持のための領域（接着領域等）を光学部材に設ける必要がある。このため、光線が実際に通過する領域よりも十分に広い範囲で光学部材を構成する必要があり、光学部材の大型化を招来する問題がある。そして、光学部材が大型化することにより、撮像装置自体も大型化してしまう問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、撮像素子の近傍の光学部材から確実に埃等のゴミを除去することができ、且つ、更なる小型化を達成することが可能な、新規かつ改良された撮像素子ユニット及び撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、前記光学素子の周縁部に装着され、外形の少なくとも一部が前記光学素子の外形よりも外側に突出したプレートと、前記プレートに装着され、前記プレート及び前記光学素子を振動させる圧電素子と、前記プレートの前記光学素子の外形から突出した部位を保持する保持枠と、を備える撮像素子ユニットが提供される。

上記構成によれば、撮像素子は被写体の光学像が結像される撮像面を有し、撮像素子により被写体の光学像が電気信号に変換される。光学素子は、撮像素子よりも被写体側に配置される。プレートは光学素子の周縁部に装着され、外形の少なくとも一部が光学素子の外形よりも外側に突出する。圧電素子はプレートに装着され、圧電素子によりプレート及び光学素子が振動される。そして、保持枠により、プレートの光学素子の外形から突出した部位が保持される。従って、光学素子は、金属プレートを介して保持枠に保持されるため、光学素子が保持枠に直接保持されることがなく、光学素子に保持枠との接合のための領域を設ける必要がない。これにより、撮像素子ユニットの小型化を達成することが可能となる。

また、前記プレートは、前記光学素子を挟持する挟持部を備え、前記挟持部により前記光学素子を支持する。かかる構成によれば光学素子はプレートの挟持部によって挟持されるため、光学素子とプレートを接着する必要がなく、製造工程を簡略化することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体の光学像を結像する撮像光学系と、前記撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、前記光学素子の周縁部に装着され、外形の少なくとも一部が前記光学素子の外形よりも外側に突出したプレートと、前記プレートに装着され、前記プレート及び前記光学素子を振動させる圧電素子と、前記プレートの前記光学素子の外形から突出した部位を保持する保持枠と、を備える撮像装置が提供される。

上記構成によれば、撮像光学系により被写体の光学像が結像される。撮像素子は被写体の光学像が結像される撮像面を有し、撮像素子により被写体の光学像が電気信号に変換される。光学素子は、撮像素子よりも被写体側に配置される。プレートは光学素子の周縁部に装着され、外形の少なくとも一部が光学素子の外形よりも外側に突出する。圧電素子はプレートに装着され、圧電素子によりプレート及び光学素子が振動される。そして、保持枠により、プレートの光学素子の外形から突出した部位が保持される。従って、光学素子は、金属プレートを介して保持枠に保持されるため、光学素子が保持枠に直接保持されることがなく、光学素子に保持枠との接合のための領域を設ける必要がない。これにより、撮像装置の小型化を達成することが可能となる。

本発明によれば、撮像素子の近傍の光学部材から確実に埃等のゴミを除去することができ、且つ、撮像素子ユニット及び撮像装置の更なる小型化を達成することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の各実施形態に係る撮像装置２００の主要部を示す断面図であって、水平方向から撮像装置２００を見た状態を示している。撮像装置２００は、撮像素子の本体２００内に配置された結像レンズ２０２を有し、この結像レンズ２０２全体、あるいは結像レンズ２０２を構成する一部のレンズを光軸方向に移動することで結像位置を調節できる、不図示の焦点調節機構を備えている。

一方、結像レンズ２０２に対して被写体とは反対側には、撮像素子ユニット１００が配置されている。撮像素子ユニット１００は、光電変換素子であって、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ等のセンサから構成される撮像素子１０２を備えている。撮像素子１０２の撮像面には、結像レンズ２０２によって被写体像が結像される。

また、結像レンズ２０２と撮像素子ユニット１００との間には、撮像素子１０２への露光量を調整するシャッター２０４が設けられている。撮像素子ユニット１００は、不図示の支持部を本体２００に固定されている。

図２は、本発明の一実施形態に係る撮像ユニット１００の構成を示す断面図であって、図１中の撮像ユニット１００を拡大して示している。図１に示すように、撮像ユニット１００は、撮像素子１０２、保持枠１０４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０６、金属プレート１０８、圧電素子１１０、フレキシブルプリント基板１１１、クッション材１１２、１１４、内部保持枠１１６、基板１１８、を備える。なお、本実施形態では、圧電素子１１０によって振動される光学素子としてローパスフィルタ１０６を例示しているが、光学素子はレンズ、またはガラス板などであっても良い。

図２において、撮像素子１０２は基板１１８上に実装され、基板１１８は保持枠１０４及び内部保持枠１１６に対して固定されている。撮像素子１０２は、保持枠１０４の開口部１０４ａ側に撮像面を向けた状態で保持されている。

圧電素子１１２は、光軸に対して上下２箇所に配置されている。圧電素子１１０の撮像素子１０２側の面には、圧電素子１１０に信号を送るフレキシブルプリント基板１１１が貼り付けられている。そして、圧電素子１１０及びフレキシブルプリント基板１１１は、クッション材１１４を介して、内側保持枠１１６に取り付けられている。

また、圧電素子１１０は、金属プレート１０８を介してローパスフィルタ１０６に固定され、金属プレートはクッション材１１２を介して保持枠に装着されている。図３は、図２に示す構造のうち、保持枠１０４、ローパスフィルタ１０６、金属プレート１０８、及び圧電素子１１０の配置を示す断面図である。

図３に示すように、金属プレート１０８は、ローパスフィルタ１０６の撮像素子１０２側の面に装着されている。金属プレート１０８は、エポキシ系接着材、紫外線硬化型などの接着剤によりローパスフィルタ１０６に接着されている。

図４は、図３の矢印Ａ１方向から見た状態を示す平面図である。図４に示すように、ローパスフィルタ１０６は矩形形状とされ、４隅にはＲ形状が設けられている。ローパスフィルタ１０６は、保持枠１０４に設けられた、矩形形状の開口１０４ａ内に挿入されている。金属プレート１０８は、その外形がローパスフィルタ１０６の外形１０６ａよりも大きい矩形形状とされている。また、金属プレート１０８には、ローパスフィルタ１０６の外形１０６ａよりも狭い範囲に開口１０８ａが設けられている。従って、金属プレートは、開口１０８ａとローパスフィルタ１０６の外形１０６ａの間の領域を接着面として金属プレート１０８と接着されている。

図３に示すように、金属プレート１０８の撮像素子１０２側の面には、圧電素子１１０が接着されている。図４に示すように、圧電素子１１０は、金属プレート１０８の上下に２つ装着されている。また、各圧電素子１１０にはフレキシブルプリント基板１１１から周期電圧が印加される。各圧電素子１１０は圧電素子の板厚方向（結像レンズ１０２の光軸方向）で同じ向きに分極され、圧電体表面側の面に周期信号を発生する発振器により周期的な電圧が印加される。前記周期信号は矩形波でもサイン波でもかまわない。なお、２つの圧電素子には同相の周期的な電圧を印加しても良いし、逆相の周期的な電圧を印加しても良い。圧電素子１１０に電圧が印加されると、圧電素子１１０はその長さ方向への伸縮振動モードにて運動する。この際、圧電素子１１０に接着されている金属プレート１０８は、圧電素子１１０の伸び方向に対して殆ど伸びないために、その伸び率の差により圧電素子１１０と金属プレート１０８及びローパスフィルタ１０６の複合部材に屈曲振動が引き起こされる。これにより、圧電素子１１０の屈曲振動の腹の部分の質点は光軸方向に振動し、最大の振動巾を持つ。また、屈曲振動の節の位置では、質点の振動巾は零で回転振動のみ行なう。屈曲振動の腹と節との間では、質点は該質点から近い側の節を中心とした円弧状の振動をする。

このように、圧電素子１１０の伸縮運動に伴い、圧電素子１１０に対して接着された金属プレート１０８が屈曲運動を行い、金属プレート１０８に接着されたローパスフィルタ１０６は金属プレート１０８とともに屈曲運動を行う。これにより、ローパスフィルタ１０６が屈曲運動を行うことにより、ローパスフィルタ１０６の被写体側の面に付着したゴミ、パーティクル等を除去することができる。

金属プレート１０８は、保持枠１０４に対してクッション材１１２を介して取り付けられている。また、圧電素子１１０は、内側保持枠１１６に対してクッション材１１４を介して取り付けられている。従って、屈曲運動の保持枠１０４、内側保持枠１１６への伝播が抑止される。

また、クッション材１１２は、金属プレート１０８の周縁の全周に設けられている。従って、図２に示すように、保持枠１０４、クッション材１１２、金属プレート１０８、ローパスフィルタ１０６、基板１１８を組付けた状態では、ローパスフィルタ１０６と撮像素子１０２の間の空間が密閉される。従って、撮像素子１０２の撮像面、ローパスフィルタ１０６の撮像素子１０２側の面にゴミが付着することを確実に抑止できる。

そして、本実施形態では、金属プレート１０８の外形をガラスの外形１０６ａよりも大きくしたことにより、ローパスフィルタ１０６の周辺には、金属プレート１０８の撮像素子１０２側と反対の面に所定の領域が確保される。これにより、保持枠１０４の撮像素子１０２側の面と密着される領域を確保することができ、保持枠１０４に対して金属プレート１０８を密着させることで、ローパスフィルタ１０６及び圧電素子１１０を保持することができる。

ここで、保持枠１０４に対してローパスフィルタ１０６を直接密着させた場合、密着させた領域には、光軸方向に保持枠１０４とローパスフィルタ１０６の双方の部材が配置されるため、光軸方向により大きなスペースが必要となる。

図５は、比較例として、保持枠１０４に対して、クッション材１１２を介してローパスフィルタ１０６を密着させた例を示している。ここで、一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った位置では、保持枠１０４、クッション材１１２、ローパスフィルタ１０６、圧電素子１１０が光軸方向に重なって配置されるため、保持枠１０４の被写体側の面からローパスフィルタ１０６の被写体側の面までの距離ｔ１０が大きくなる。

一方、図３に示す本実施形態の例では、ローパスフィルタ１０６の輪郭の外側に保持枠１０４が配置され、保持枠１０４とローパスフィルタ１０６は光軸方向に重ならないため、保持枠１０４の被写体側の面からローパスフィルタ１０６の被写体側の面までの距離ｔ１を十分に小さくすることができる。これにより、撮像素子ユニット１００の厚さを最小限に抑えることが可能となり、撮像素子ユニット１００の更なる小型化を達成することができる。

また、図５に示す比較例の構成では、圧電素子１１０をローパスフィルタ１０６に固定するためには、ローパスフィルタ１０６の外形１０６ａを保持枠１０４の開口１０４ａよりも十分に大きくして、光軸方向でローパスフィルタ１０６と保持枠１０４が重なる領域を広く確保する必要がある。このため、ローパスフィルタ１０６の外形１０６ａが大きくなり、この結果、保持枠１０４の外形が大きくなるため、撮像素子ユニット１００の大型化を招来する問題がある。

本実施形態では、保持枠１０４に対して金属プレート１０８が固定されるため、ローパスフィルタ１０６の周縁に密着のための領域を設ける必要がない。従って、ローパスフィルタ１０６の大きさを最小限に抑えることができ、光軸と直交する方向においても、撮像素子ユニット１００の更なる小型化を達成できる。また、ローパスフィルタ１０６を縮小できるため、製造コストを大幅に低減することも可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、ローパスフィルタ１０６の周縁に金属プレート１０８を接着し、金属プレート１０８を保持枠１０４で保持するようにしたため、撮像素子ユニット１００の光軸方向の厚さを薄くすることができ、且つ、撮像素子ユニット１００の光軸と垂直方向の大きさも縮小することができる。従って、撮像素子ユニット１００の更なる小型化、軽量化を達成することが可能となり、結果として撮像装置２００を小型化、軽量化することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る撮像素子ユニット１００の構成を示す断面図であって、図３と同様に、保持枠１０４、ローパスフィルタ１０６、金属プレート１０８、及び圧電素子１１０の配置を示す模式図である。

第２の実施形態に係る撮像素子ユニット１００の基本的な構成は、図３に示したものと同様である。第２の実施形態では、金属プレート１０８とローパスフィルタ１０６を接着していない点で、第１の実施形態と相違している。

図６に示すように、第２の実施形態では、金属プレート１０８の開口１０８ａの対向する２つの辺に爪部１０８ｂが設けられている。爪部１０８ｂは、プレス加工により金属板１０８と一体に構成されている。

図７は、第２の実施形態に係る金属プレート１０８の平面構成を示す模式図であって、被写体側から金属プレートを見た状態を示している。図７に示すように、爪部１０８ｂは、開口１０８ａにおいて対向する金属プレート１０８の２辺のそれぞれに複数設けられている。また、爪部１０８ｂが設けられた開口１０８ａ内の各辺には、爪部１０８ｂと隣接して支持部１０８ｃが設けられている。

図８は、図７中の一点鎖線ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面を示す模式図である。図８に示すように、爪部１０８ｂは、金属プレート１０８の一側の面に突出して設けられている。一方、支持部１０８ｃは、金属プレート１０８の周縁部と同一面とされている。そして、爪部１０８ｂと支持部１０８ｃの間の間隔は、ローパスフィルタ１０６の厚さに対応しており、爪部１０８ｂと支持部１０８ｃによってローパスフィルタ１０６が挟持される。

このように、第２の実施形態では、金属プレート１０８の開口１０８ａにおいて、対向する２辺に爪部１０８ｂと支持部１０８ｃを形成したため、爪部１０８ｂと支持部１０８ｃの間にローパスフィルタ１０６を挟持することができる。従って、ローパスフィルタ１０６と金属プレート１０８を接着する必要がなく、製造工程を簡略化することができる。なお、ローパスフィルタ１０６は、図７中の矢印Ａ２方向から挿入することで、爪部１０８ｂと支持部１０８ｃの間の間隙に挿入することができる。

爪部１０８ｂと支持部１０８ｃが形成されていない２辺のうち、１辺には１つの爪部１０８ｄが形成されている。爪部１０８ｄの構成は、爪部１０８ｂと同様である。この爪部１０８ｄは、矢印Ａ２方向から挿入されたローパスフィルタ１０６の移動を規制するストッパーとして機能する。矢印Ａ２方向から挿入されたローパスフィルタ１０６は、爪部１０８ｄによって移動が規制されることにより、所定位置に配置される。

圧電素子１１０の振動によって金属プレート１０８が振動すると、ローパスフィルタ１０６が爪部１０８ｂと支持部１０８ｃの間に挟持されているため、爪部１０８ｂと支持部１０８ｃの間に挟持されたローパスフィルタ１０６は、金属プレート１０８とともに振動する。従って、金属プレート１０８とローパスフィルタ１０６を接着していない状態においても、圧電素子１１０の振動によりローパスフィルタ１０６を振動させることが可能である。

以上説明したように第２の実施形態によれば、金属プレート１０８に爪部１０８ｂと支持部１０８ｃを設け、爪部１０８ｂと支持部１０８ｃでローパスフィルタ１０６を挟持するようにしたため、金属プレート１０８をローパスフィルタ１０６に接着することなく、ローパスフィルタ１０６を振動させることが可能となる。従って、製造工程を大幅に簡略化することが可能となり、製造コストを大幅に低減することが可能となる。

また、金属プレート１０８とローパスフィルタ１０６を接着した場合、振動を繰り返すことによりローパスフィルタ１０６表面のガラスが剥離することが懸念されるが、接着をしないことにより剥離を確実に回避できる。更には、ローパスフィルタ１０６に他部材を接着する必要がないため、接着を考慮することなく、ローパスフィルタ１０６の表面に自由な表面処理を施すことも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の各実施形態に係る撮像装置の主要部を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る撮像ユニットの構成を示す断面図である。図２に示す構造のうち、保持枠、ローパスフィルタ、金属プレート、及び圧電素子１１０の配置を示す断面図である。図３の矢印Ａ１方向から見た状態を示す平面図である。比較例として、保持枠に対して、クッション材を介してローパスフィルタを密着させた例を示す模式図である。第２の実施形態に係る撮像素子ユニットの構造のうち、保持枠、ローパスフィルタ、金属プレート、及び圧電素子の配置を示す断面図である。第２の実施形態に係る金属プレートの平面構成を示す模式図である。図７中の一点鎖線ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面を示す模式図である。

符号の説明

１００撮像素子ユニット
１０２撮像素子
１０４保持枠
１０６ローパスフィルタ
１０８金属プレート
１１０圧電素子
２００撮像装置
２０２結像レンズ

Claims

被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、
前記光学素子の周縁部に装着され、外形の少なくとも一部が前記光学素子の外形よりも外側に突出したプレートと、
前記プレートに装着され、前記プレート及び前記光学素子を振動させる圧電素子と、
前記プレートの前記光学素子の外形から突出した部位を保持する保持枠と、
を備え、
前記プレートは、前記光学素子を挟持する挟持部を備え、前記挟持部により前記光学素子を支持する撮像素子ユニット。
被写体の光学像を結像する撮像光学系と、
前記撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、
前記光学素子の周縁部に装着され、外形の少なくとも一部が前記光学素子の外形よりも外側に突出したプレートと、
前記プレートに装着され、前記プレート及び前記光学素子を振動させる圧電素子と、
前記プレートの前記光学素子の外形から突出した部位を保持する保持枠と、
を備え、
前記プレートは、前記光学素子を挟持する挟持部を備え、前記挟持部により前記光学素子を支持する撮像装置。