撮像素子ユニット及び撮像装置
【課題】圧電素子と配線部材との接続部に劣化が生じることを抑えるとともに、塵除去性能を向上させる。
【解決手段】撮像素子ユニット２００は、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、撮像素子よりも被写体側に配置された振動部材１０４と、振動部材１０４に装着された圧電素子１１４と、圧電素子１１４の振動の節の位置に接続され、圧電素子１１４に駆動信号を伝達するＦＰＣ１１６と、を備える。
【解決手段】撮像素子ユニット２００は、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、撮像素子よりも被写体側に配置された振動部材１０４と、振動部材１０４に装着された圧電素子１１４と、圧電素子１１４の振動の節の位置に接続され、圧電素子１１４に駆動信号を伝達するＦＰＣ１１６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子ユニット及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このような問題に対処するため、下記の特許文献に記載されているように、被振動部材である光学素子（ローパスフィルタ等）を加振源により振動させて、塵埃を除去する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３９８９２９３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８９６９号公報
【特許文献３】特開２０１１−６１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術では、加振源である圧電素子に電圧を印加する配線が、圧電素子に対して半田付け等により接続される。しかしながら、圧電素子の振動により、配線の接続部に劣化が生じるという問題が生じていた。このため、圧電素子に所望の電圧を印加することができなかったり、接続部が断線してしまう問題が生じていた。
【０００６】
また、圧電素子に対して配線を半田付け等によって接続することにより、接続部の剛性が高くなり、圧電素子の振動が阻害されてしまう問題が生じていた。このため、塵除去性能を十分に高くすることができないという問題が生じていた。
【０００７】
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、圧電素子と配線部材との接続部に劣化が生じることを抑えるとともに、塵除去性能を向上させることが可能な、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記光学素子に装着された圧電素子と、前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、を備える撮像素子ユニットが提供される。
【０００９】
上記構成によれば、光学素子は撮像素子よりも被写体側に配置され、圧電素子は光学素子に装着され、配線部材は圧電素子の振動の節の位置に接続されて圧電素子に駆動信号を伝達する。従って、圧電素子と配線部材との電気的接続箇所に振動の負荷となる抵抗（剛性）が生じていた場合であっても、抵抗による振動への影響を最小限に抑えることができる。また、圧電素子と配線部材との電気的接続の耐久性を高めることができ、電気的接続の不良の発生を抑止できるとともに、配線部材のパターンにひび割れなどの不具合が発生することを抑止できる。
【００１０】
また、前記光学素子を支持する支持部材を備え、前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持する。この構成によれば、圧電素子の振動の節の位置で配線部材との電気的接続を行うとともに、光学素子の振動の節の位置で光学素子を保持する構造を、光学素子の面積を最小限に抑えた状態で構成することができる。
【００１１】
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、前記光学素子に装着された圧電素子と、前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、を備える撮像装置が提供される。
【００１２】
上記構成によれば、光学素子は撮像素子よりも被写体側に配置され、圧電素子は光学素子に装着され、配線部材は圧電素子の振動の節の位置に接続されて圧電素子に駆動信号を伝達する。従って、圧電素子と配線部材との電気的接続箇所に振動の負荷となる抵抗（剛性）が生じていた場合であっても、抵抗による振動への影響を最小限に抑えることができる。また、圧電素子と配線部材との電気的接続の耐久性を高めることができ、電気的接続の不良の発生を抑止できるとともに、配線部材のパターンにひび割れなどの不具合が発生することを抑止できる。
【００１３】
また、前記光学素子を支持する支持部材を備え、前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持する。この構成によれば、圧電素子の振動の節の位置で配線部材との電気的接続を行うとともに、光学素子の振動の節の位置で光学素子を保持する構造を、光学素子の面積を最小限に抑えた状態で構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電素子と配線部材との接続部に劣化が生じることを抑えるとともに、塵除去性能を向上させることが可能な、撮像素子ユニット及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】振動源としての圧電素子が取り付けられた振動部材の構成を示す模式図である。
【図３】圧電素子の共振モードを示す模式図である。
【図４】図３（Ｂ）に示す振動モードで圧電素子を駆動した場合に、圧電素子及び振動部材が振動する様子をシミュレーションした結果を示す模式図である。
【図５】圧電素子１１４の長手方向の位置（横軸）と、振幅の大きさ（縦軸）との関係を示す特性図である。
【図６】図５の比較例として、振動の腹の近傍で圧電素子とＦＰＣを接続した例を示す模式図である。
【図７】塵除去性能試験の結果を示す特性図である。
【図８】撮像素子ユニットを示す概略斜視図である。
【図９】図８の一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す模式図である。
【図１０】図９において、圧電素子を振動部材の上面（被写体側の面）に装着した例を示す模式図である。
【図１１】振動部材を長さＬだけ拡大することなく、振動の節の位置を支持した例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置１００の概略構成について説明する。図１に示すように、撮像装置１００は、撮像素子１０２、振動部材１０４、シャッターユニット１０６、撮像光学系１０８、圧電素子駆動制御回路１１０、カメラ制御部１１２、圧電素子１１４を備える。撮像素子１０２は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の素子から構成される。撮像装置１００は、被写体像を撮像光学系１０８によって撮像素子１０２の撮像面上に結像し、撮像素子１０２による光電変換によって被写体像を電気信号に変換する。
【００１８】
図１に示す撮像装置１００は、振動部材１０４の振動源である圧電素子１１４に対して圧電素子駆動制御回路１１０を介して１の周波数の入力信号を送る。そして、撮像素子１０２の側面に配置された振動部材１０４を振動させて、振動部材１０４に付着した塵埃を除去する動作を実現している。
【００１９】
撮像素子１０２と振動部材１０４とは一体の撮像素子ユニット２００として構成されており、撮像素子１０２の撮像面と振動部材１０４との間の空間は密封されている。これにより、撮像素子１０２の撮像面に塵埃が付着することを抑止できるとともに、振動部材１０４に付着した塵埃を除去できるため、塵埃による像が撮像面に形成されることを確実に抑止できる。
【００２０】
図２は、振動源としての圧電素子１１４が取り付けられた振動部材１０４の構成を示す模式図である。図２に示すように、振動部材１０４の上部の側面には、圧電素子１１４が取り付けられている。圧電素子１１４には、圧電素子駆動制御回路１１０から送られた駆動信号を入力するためのＦＰＣ１１６が取り付けられている。振動部材１０４は、撮像光学系１０８から入射した光が透過する光学素子であって、ここではローパスフィルタ（ＬＰＦ）を例示する。なお、本実施形態では、圧電素子１１４によって振動される光学素子としてローパスフィルタを例示しているが、光学素子はレンズ、またはガラス板などであっても良い。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すような振動部材１０４に塵埃除去効果のある振動を生じさせる。このため、振動源である圧電素子１１４を振動させるが、圧電素子１１４の振動変位は非常に小さい。このため、図３に示すような共振モードを作り出すことにより、振動部材１０４に塵埃除去効果のある振動を発生させる。ここで、図３（Ａ）は、圧電素子１１４に２つの節と１つの腹が生じる振動モードで振動が発生する場合を示している。また、図３（Ｂ）は、圧電素子１１４に３つの節と２つの腹が生じる振動モードで振動が発生する場合を示している。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）よりも圧電素子１１４へ入力される信号の周波数が高い場合に相当する。図３に示すように、共振モードでは、振動に腹の部分と節の部分が生成される。振動の腹の部分では振幅が最大となり、振動の節の部分では振幅が０となる。
【００２２】
図４は、図３（Ｂ）に示す振動モードで圧電素子１１４を駆動した場合に、圧電素子１１４及び振動部材１０４が振動する様子をシミュレーションした結果を示す模式図である。図４では、濃淡の濃度が濃い場所ほど、振動の振幅が大きくなることを示している。このように、圧電素子１１４上では、振動の節の位置（圧電素子１１４の長手方向の中央）の振幅が最も小さくなることが判る。
【００２３】
このため、本実施形態では、振動の節の位置で圧電素子１１４とＦＰＣ１１６を接続するようにしている。以下では、図３（Ｂ）の振動モードで圧電素子１１４を駆動した場合について説明するが、図３（Ａ）の振動モードであっても、節の位置にＦＰＣ１１６を接続することで同様に構成することができる。図５は、圧電素子１１４の長手方向の位置（横軸）と、振幅の大きさ（縦軸）との関係を示す特性図である。図５に示すように、圧電素子１１４の長手方向の中央の位置は、振動の節の位置に相当するため、最も振幅が小さくなる。このため、ＦＰＣ１１６と接続される電極１１４ａ，１１４ｂは、圧電素子１１４の長手方向の中央の節の位置に配置される。これにより、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされる位置での振動量を最小限に抑えることができ、半田付けによる接続の耐久性を大幅に高めることができる。また、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされると、半田の硬化物により剛性（負荷抵抗）が生じるが、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされる位置を節の位置とすることで、半田硬化物の剛性によって圧電素子１１４の振動が阻害されることを確実に抑止できる。
【００２４】
図６は、図５の比較例として、振動の腹の近傍で圧電素子１１４とＦＰＣ１１６を接続した例を示す模式図である。図６に示す例では、ＦＰＣ１１６と接続される電極１１４ａ，１１４ｂは、圧電素子１１４の長手方向の端部に配置されている。この場合、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされる位置での振動量が大きくなり、半田付けの耐久性が低下してしまい、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂとの接続に不良が生じてしまう可能性がある。また、振動によってＦＰＣ１１６のパターンにひび割れなどの不具合が発生する可能性がある。このため、ＦＰＣ１１６から電極１１４ａ，１１４ｂへ所望の駆動信号を伝達できなくなったり、断線が生じるなどの不具合が想定される。また、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされると、半田付けによる半田の硬化物による剛性が生じるが、半田付けの位置が振動の腹の位置に対応しているため、半田硬化物の剛性によって圧電素子１１４の振動が阻害されてしまう問題が生じる。
【００２５】
図７は、塵除去性能試験の結果を示す特性図である。図７において、実線は図５に示した本実施形態の構成による結果を示しており、破線は、図６に示した比較例における結果を示している。図７において、縦軸は塵除去性能を示しており、振動部材１０４に元々付着していた塵埃が何パーセント除去されたかを示している。また、図７の横軸は、圧電素子１１４の駆動回数（Ｄｒｉｖｅ Ｔｉｍｅ）を示している。１回の駆動における圧電素子１１４の振動は、1秒間あたり６万回程度の振動が約１．４秒間程度駆動されている。図７に示すように、本実施形態によれば、３回の駆動により８０％程度の塵埃が除去されている。一方、図６の比較例の場合、３回の駆動後も５０％程度の塵埃しか除去することができず、残りの５０％程度は振動部材１１４に付着したままである。これは、本実施形態の場合、圧電素子１１４の振動の節の位置にＦＰＣ１１６を接続したことにより、ＦＰＣ１１６の接続部の剛性が圧電素子１１４の振動に影響を与えることがなく、圧電素子１１４が所望の状態で振動したためと考えられる。一方、図６の比較例の場合、ＦＰＣ１１６の接続部の剛性によって圧電素子１１４の振動が阻害されてしまい、塵除去性能を十分に発揮することができない。従って、圧電素子１１４の振動の節の位置にＦＰＣ１１６を接続した本実施形態と、腹の位置にＦＰＣ１１６を接続した比較例とでは、塵除去性能に顕著な差が生じることが判る。従って、節の位置でＦＰＣ１１６を接続することによって、塵除去のための振動効率が向上し、塵除去性能を大幅に高めることが可能である。
【００２６】
また、本発明者は、本実施形態の構成により、１００，０００回の駆動回数の耐久試験を行った後であっても、ＦＰＣ１１６のパターンにひび割れが生じないことを確認するとともに、半田付け部においても接続不良が生じないことを確認した。一方、図６に示す比較例の構成では、同じ耐久試験を行った場合に、７０００回の駆動時点でＦＰＣ１１６のパターンにひび割れが生じ、配線が断線してスパーク延焼が発生することを確認した。従って、本実施形態によれば、１００，０００回の耐久試験後においても良好な電気的接続を確保することが可能である。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、振動の節の位置でＦＰＣ１１６と圧電素子１１４を接続するため、接続の耐久性を大幅に高めることができ、且つ、半田硬化物の剛性が振動に悪影響を与えることを確実に抑止することができる。
【００２８】
次に、振動部材１０４を支持する構造について説明する。図８は、撮像素子ユニット２００を示す概略斜視図である。また、図９は、図８の一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す模式図である。図８に示すように、ＦＰＣ１１６は、圧電素子１１４の長手方向の中央部分（振動の節の位置）に接続され、圧電素子１１４に沿って撮像素子ユニット２００の外側へ延在している。振動部材１０４は、金属性の支持部材１２０をＣＣＤホルダー１２２に取り付けることによって固定されている。ＣＣＤホルダー１２２には、撮像素子１０２が装着されている。
【００２９】
上述したように、本実施形態では、振動部材１０４の側面に圧電素子１１４が装着されている。振動部材１０４は圧電素子１１４の振動によって圧電素子１１４とともに振動し、振動部材１０４の表面においても、振動の腹と振動の節が生じる。支持部材１２０は、振動の節１３０の位置において振動部材１０４と当接し、振動部材１０４を支持している。このような構成により、振動の振幅が０となる節の位置で振動部材１０４を支持することができるため、振動部材１０４及び圧電素子１１４を安定的して確実に支持することができる。また、節の位置で振動部材１０４を支持することによって、振動部材１０４の振動が支持部材１２０によって阻害されてしまうことを確実に抑止できる。
【００３０】
また、図１０は、図９において、圧電素子１１４を振動部材１０４の上面（被写体側の面）に装着した例を示す模式図である。図１０に示すように、圧電素子１１４を振動部材１０４の上面に装着する場合、図９と比較して振動部材１０４を長さＬだけ拡大する必要がある。従って、図９に示す本実施形態の構成によれば、図１０の構成に比べて、振動部材１０４を縮小化することができ、材料費を抑えてコストを低減することが可能となる。なお、図１０において、支持部材１２０と振動部材１０４とが当接する箇所をより左側へ移動すると、支持部材に１２０によって光路が遮られてしまう。従って、光路を遮ることなく支持部材１２０によって振動部材１０４を節の位置で保持するためには、振動部材１０４を長さＬだけ拡大する必要が生じる。
【００３１】
また、図１１に示すように、圧電素子１１４を振動部材１０４の上面に装着した場合において、図１０のように振動部材１０４を長さＬだけ拡大することなく、振動の節の位置を支持しようとすると、圧電素子１１４上の節の位置を支持部材１２０で支持することになる。このため、節の位置で圧電素子１１４とＦＰＣ１１６を接続しようとしても、圧電素子１１４上の節の位置は支持部材１２０で保持されているため、電気的接続を行うことができなくなる。従って、本実施形態のように電気的接続の信頼性を確保することは困難である。
【００３２】
従って、本実施形態によれば、振動部材１０４の側面に圧電素子１１４を接着することで、振動モードの節の近傍で駆動電力との電気接続を行い、同時に節の近傍において振動部材１０４を保持する構造を、振動部材１０４の面積を拡大することなく実現することができる。これにより、製造コストを大幅に削減することが可能である。
【００３３】
以上説明したように本実施形態によれば、圧電素子１１４の振動の節の位置にＦＰＣ１１６を接続するようにしたため、圧電素子１１４と駆動電力との電気的接続を行う箇所に振動の負荷となる抵抗（半田による剛性）が生じていた場合であっても、抵抗（剛性）による振動への影響を最小限に抑えることができる。また、
【００３４】
また、振動部材１０４の側面に圧電素子１１４を装着することで、振動の節の近傍で駆動電力との電気的接続を行うとともに、節の近傍で振動部材１０４を保持する構造を、振動部材１０４の面積を最小限に抑えた状態で構成することができる。
【００３５】
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３６】
１００ 撮像装置
１０２ 撮像素子
１０４ 振動部材
１０８ 撮像光学系
１１４ 圧電素子
１１６ ＦＰＣ
１２０ 支持部材
２００ 撮像素子ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子ユニット及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このような問題に対処するため、下記の特許文献に記載されているように、被振動部材である光学素子（ローパスフィルタ等）を加振源により振動させて、塵埃を除去する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３９８９２９３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８９６９号公報
【特許文献３】特開２０１１−６１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術では、加振源である圧電素子に電圧を印加する配線が、圧電素子に対して半田付け等により接続される。しかしながら、圧電素子の振動により、配線の接続部に劣化が生じるという問題が生じていた。このため、圧電素子に所望の電圧を印加することができなかったり、接続部が断線してしまう問題が生じていた。
【０００６】
また、圧電素子に対して配線を半田付け等によって接続することにより、接続部の剛性が高くなり、圧電素子の振動が阻害されてしまう問題が生じていた。このため、塵除去性能を十分に高くすることができないという問題が生じていた。
【０００７】
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、圧電素子と配線部材との接続部に劣化が生じることを抑えるとともに、塵除去性能を向上させることが可能な、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記光学素子に装着された圧電素子と、前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、を備える撮像素子ユニットが提供される。
【０００９】
上記構成によれば、光学素子は撮像素子よりも被写体側に配置され、圧電素子は光学素子に装着され、配線部材は圧電素子の振動の節の位置に接続されて圧電素子に駆動信号を伝達する。従って、圧電素子と配線部材との電気的接続箇所に振動の負荷となる抵抗（剛性）が生じていた場合であっても、抵抗による振動への影響を最小限に抑えることができる。また、圧電素子と配線部材との電気的接続の耐久性を高めることができ、電気的接続の不良の発生を抑止できるとともに、配線部材のパターンにひび割れなどの不具合が発生することを抑止できる。
【００１０】
また、前記光学素子を支持する支持部材を備え、前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持する。この構成によれば、圧電素子の振動の節の位置で配線部材との電気的接続を行うとともに、光学素子の振動の節の位置で光学素子を保持する構造を、光学素子の面積を最小限に抑えた状態で構成することができる。
【００１１】
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、前記光学素子に装着された圧電素子と、前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、を備える撮像装置が提供される。
【００１２】
上記構成によれば、光学素子は撮像素子よりも被写体側に配置され、圧電素子は光学素子に装着され、配線部材は圧電素子の振動の節の位置に接続されて圧電素子に駆動信号を伝達する。従って、圧電素子と配線部材との電気的接続箇所に振動の負荷となる抵抗（剛性）が生じていた場合であっても、抵抗による振動への影響を最小限に抑えることができる。また、圧電素子と配線部材との電気的接続の耐久性を高めることができ、電気的接続の不良の発生を抑止できるとともに、配線部材のパターンにひび割れなどの不具合が発生することを抑止できる。
【００１３】
また、前記光学素子を支持する支持部材を備え、前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持する。この構成によれば、圧電素子の振動の節の位置で配線部材との電気的接続を行うとともに、光学素子の振動の節の位置で光学素子を保持する構造を、光学素子の面積を最小限に抑えた状態で構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電素子と配線部材との接続部に劣化が生じることを抑えるとともに、塵除去性能を向上させることが可能な、撮像素子ユニット及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】振動源としての圧電素子が取り付けられた振動部材の構成を示す模式図である。
【図３】圧電素子の共振モードを示す模式図である。
【図４】図３（Ｂ）に示す振動モードで圧電素子を駆動した場合に、圧電素子及び振動部材が振動する様子をシミュレーションした結果を示す模式図である。
【図５】圧電素子１１４の長手方向の位置（横軸）と、振幅の大きさ（縦軸）との関係を示す特性図である。
【図６】図５の比較例として、振動の腹の近傍で圧電素子とＦＰＣを接続した例を示す模式図である。
【図７】塵除去性能試験の結果を示す特性図である。
【図８】撮像素子ユニットを示す概略斜視図である。
【図９】図８の一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す模式図である。
【図１０】図９において、圧電素子を振動部材の上面（被写体側の面）に装着した例を示す模式図である。
【図１１】振動部材を長さＬだけ拡大することなく、振動の節の位置を支持した例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置１００の概略構成について説明する。図１に示すように、撮像装置１００は、撮像素子１０２、振動部材１０４、シャッターユニット１０６、撮像光学系１０８、圧電素子駆動制御回路１１０、カメラ制御部１１２、圧電素子１１４を備える。撮像素子１０２は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の素子から構成される。撮像装置１００は、被写体像を撮像光学系１０８によって撮像素子１０２の撮像面上に結像し、撮像素子１０２による光電変換によって被写体像を電気信号に変換する。
【００１８】
図１に示す撮像装置１００は、振動部材１０４の振動源である圧電素子１１４に対して圧電素子駆動制御回路１１０を介して１の周波数の入力信号を送る。そして、撮像素子１０２の側面に配置された振動部材１０４を振動させて、振動部材１０４に付着した塵埃を除去する動作を実現している。
【００１９】
撮像素子１０２と振動部材１０４とは一体の撮像素子ユニット２００として構成されており、撮像素子１０２の撮像面と振動部材１０４との間の空間は密封されている。これにより、撮像素子１０２の撮像面に塵埃が付着することを抑止できるとともに、振動部材１０４に付着した塵埃を除去できるため、塵埃による像が撮像面に形成されることを確実に抑止できる。
【００２０】
図２は、振動源としての圧電素子１１４が取り付けられた振動部材１０４の構成を示す模式図である。図２に示すように、振動部材１０４の上部の側面には、圧電素子１１４が取り付けられている。圧電素子１１４には、圧電素子駆動制御回路１１０から送られた駆動信号を入力するためのＦＰＣ１１６が取り付けられている。振動部材１０４は、撮像光学系１０８から入射した光が透過する光学素子であって、ここではローパスフィルタ（ＬＰＦ）を例示する。なお、本実施形態では、圧電素子１１４によって振動される光学素子としてローパスフィルタを例示しているが、光学素子はレンズ、またはガラス板などであっても良い。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すような振動部材１０４に塵埃除去効果のある振動を生じさせる。このため、振動源である圧電素子１１４を振動させるが、圧電素子１１４の振動変位は非常に小さい。このため、図３に示すような共振モードを作り出すことにより、振動部材１０４に塵埃除去効果のある振動を発生させる。ここで、図３（Ａ）は、圧電素子１１４に２つの節と１つの腹が生じる振動モードで振動が発生する場合を示している。また、図３（Ｂ）は、圧電素子１１４に３つの節と２つの腹が生じる振動モードで振動が発生する場合を示している。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）よりも圧電素子１１４へ入力される信号の周波数が高い場合に相当する。図３に示すように、共振モードでは、振動に腹の部分と節の部分が生成される。振動の腹の部分では振幅が最大となり、振動の節の部分では振幅が０となる。
【００２２】
図４は、図３（Ｂ）に示す振動モードで圧電素子１１４を駆動した場合に、圧電素子１１４及び振動部材１０４が振動する様子をシミュレーションした結果を示す模式図である。図４では、濃淡の濃度が濃い場所ほど、振動の振幅が大きくなることを示している。このように、圧電素子１１４上では、振動の節の位置（圧電素子１１４の長手方向の中央）の振幅が最も小さくなることが判る。
【００２３】
このため、本実施形態では、振動の節の位置で圧電素子１１４とＦＰＣ１１６を接続するようにしている。以下では、図３（Ｂ）の振動モードで圧電素子１１４を駆動した場合について説明するが、図３（Ａ）の振動モードであっても、節の位置にＦＰＣ１１６を接続することで同様に構成することができる。図５は、圧電素子１１４の長手方向の位置（横軸）と、振幅の大きさ（縦軸）との関係を示す特性図である。図５に示すように、圧電素子１１４の長手方向の中央の位置は、振動の節の位置に相当するため、最も振幅が小さくなる。このため、ＦＰＣ１１６と接続される電極１１４ａ，１１４ｂは、圧電素子１１４の長手方向の中央の節の位置に配置される。これにより、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされる位置での振動量を最小限に抑えることができ、半田付けによる接続の耐久性を大幅に高めることができる。また、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされると、半田の硬化物により剛性（負荷抵抗）が生じるが、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされる位置を節の位置とすることで、半田硬化物の剛性によって圧電素子１１４の振動が阻害されることを確実に抑止できる。
【００２４】
図６は、図５の比較例として、振動の腹の近傍で圧電素子１１４とＦＰＣ１１６を接続した例を示す模式図である。図６に示す例では、ＦＰＣ１１６と接続される電極１１４ａ，１１４ｂは、圧電素子１１４の長手方向の端部に配置されている。この場合、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされる位置での振動量が大きくなり、半田付けの耐久性が低下してしまい、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂとの接続に不良が生じてしまう可能性がある。また、振動によってＦＰＣ１１６のパターンにひび割れなどの不具合が発生する可能性がある。このため、ＦＰＣ１１６から電極１１４ａ，１１４ｂへ所望の駆動信号を伝達できなくなったり、断線が生じるなどの不具合が想定される。また、ＦＰＣ１１６と電極１１４ａ，１１４ｂが半田付けされると、半田付けによる半田の硬化物による剛性が生じるが、半田付けの位置が振動の腹の位置に対応しているため、半田硬化物の剛性によって圧電素子１１４の振動が阻害されてしまう問題が生じる。
【００２５】
図７は、塵除去性能試験の結果を示す特性図である。図７において、実線は図５に示した本実施形態の構成による結果を示しており、破線は、図６に示した比較例における結果を示している。図７において、縦軸は塵除去性能を示しており、振動部材１０４に元々付着していた塵埃が何パーセント除去されたかを示している。また、図７の横軸は、圧電素子１１４の駆動回数（Ｄｒｉｖｅ Ｔｉｍｅ）を示している。１回の駆動における圧電素子１１４の振動は、1秒間あたり６万回程度の振動が約１．４秒間程度駆動されている。図７に示すように、本実施形態によれば、３回の駆動により８０％程度の塵埃が除去されている。一方、図６の比較例の場合、３回の駆動後も５０％程度の塵埃しか除去することができず、残りの５０％程度は振動部材１１４に付着したままである。これは、本実施形態の場合、圧電素子１１４の振動の節の位置にＦＰＣ１１６を接続したことにより、ＦＰＣ１１６の接続部の剛性が圧電素子１１４の振動に影響を与えることがなく、圧電素子１１４が所望の状態で振動したためと考えられる。一方、図６の比較例の場合、ＦＰＣ１１６の接続部の剛性によって圧電素子１１４の振動が阻害されてしまい、塵除去性能を十分に発揮することができない。従って、圧電素子１１４の振動の節の位置にＦＰＣ１１６を接続した本実施形態と、腹の位置にＦＰＣ１１６を接続した比較例とでは、塵除去性能に顕著な差が生じることが判る。従って、節の位置でＦＰＣ１１６を接続することによって、塵除去のための振動効率が向上し、塵除去性能を大幅に高めることが可能である。
【００２６】
また、本発明者は、本実施形態の構成により、１００，０００回の駆動回数の耐久試験を行った後であっても、ＦＰＣ１１６のパターンにひび割れが生じないことを確認するとともに、半田付け部においても接続不良が生じないことを確認した。一方、図６に示す比較例の構成では、同じ耐久試験を行った場合に、７０００回の駆動時点でＦＰＣ１１６のパターンにひび割れが生じ、配線が断線してスパーク延焼が発生することを確認した。従って、本実施形態によれば、１００，０００回の耐久試験後においても良好な電気的接続を確保することが可能である。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、振動の節の位置でＦＰＣ１１６と圧電素子１１４を接続するため、接続の耐久性を大幅に高めることができ、且つ、半田硬化物の剛性が振動に悪影響を与えることを確実に抑止することができる。
【００２８】
次に、振動部材１０４を支持する構造について説明する。図８は、撮像素子ユニット２００を示す概略斜視図である。また、図９は、図８の一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す模式図である。図８に示すように、ＦＰＣ１１６は、圧電素子１１４の長手方向の中央部分（振動の節の位置）に接続され、圧電素子１１４に沿って撮像素子ユニット２００の外側へ延在している。振動部材１０４は、金属性の支持部材１２０をＣＣＤホルダー１２２に取り付けることによって固定されている。ＣＣＤホルダー１２２には、撮像素子１０２が装着されている。
【００２９】
上述したように、本実施形態では、振動部材１０４の側面に圧電素子１１４が装着されている。振動部材１０４は圧電素子１１４の振動によって圧電素子１１４とともに振動し、振動部材１０４の表面においても、振動の腹と振動の節が生じる。支持部材１２０は、振動の節１３０の位置において振動部材１０４と当接し、振動部材１０４を支持している。このような構成により、振動の振幅が０となる節の位置で振動部材１０４を支持することができるため、振動部材１０４及び圧電素子１１４を安定的して確実に支持することができる。また、節の位置で振動部材１０４を支持することによって、振動部材１０４の振動が支持部材１２０によって阻害されてしまうことを確実に抑止できる。
【００３０】
また、図１０は、図９において、圧電素子１１４を振動部材１０４の上面（被写体側の面）に装着した例を示す模式図である。図１０に示すように、圧電素子１１４を振動部材１０４の上面に装着する場合、図９と比較して振動部材１０４を長さＬだけ拡大する必要がある。従って、図９に示す本実施形態の構成によれば、図１０の構成に比べて、振動部材１０４を縮小化することができ、材料費を抑えてコストを低減することが可能となる。なお、図１０において、支持部材１２０と振動部材１０４とが当接する箇所をより左側へ移動すると、支持部材に１２０によって光路が遮られてしまう。従って、光路を遮ることなく支持部材１２０によって振動部材１０４を節の位置で保持するためには、振動部材１０４を長さＬだけ拡大する必要が生じる。
【００３１】
また、図１１に示すように、圧電素子１１４を振動部材１０４の上面に装着した場合において、図１０のように振動部材１０４を長さＬだけ拡大することなく、振動の節の位置を支持しようとすると、圧電素子１１４上の節の位置を支持部材１２０で支持することになる。このため、節の位置で圧電素子１１４とＦＰＣ１１６を接続しようとしても、圧電素子１１４上の節の位置は支持部材１２０で保持されているため、電気的接続を行うことができなくなる。従って、本実施形態のように電気的接続の信頼性を確保することは困難である。
【００３２】
従って、本実施形態によれば、振動部材１０４の側面に圧電素子１１４を接着することで、振動モードの節の近傍で駆動電力との電気接続を行い、同時に節の近傍において振動部材１０４を保持する構造を、振動部材１０４の面積を拡大することなく実現することができる。これにより、製造コストを大幅に削減することが可能である。
【００３３】
以上説明したように本実施形態によれば、圧電素子１１４の振動の節の位置にＦＰＣ１１６を接続するようにしたため、圧電素子１１４と駆動電力との電気的接続を行う箇所に振動の負荷となる抵抗（半田による剛性）が生じていた場合であっても、抵抗（剛性）による振動への影響を最小限に抑えることができる。また、
【００３４】
また、振動部材１０４の側面に圧電素子１１４を装着することで、振動の節の近傍で駆動電力との電気的接続を行うとともに、節の近傍で振動部材１０４を保持する構造を、振動部材１０４の面積を最小限に抑えた状態で構成することができる。
【００３５】
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３６】
１００ 撮像装置
１０２ 撮像素子
１０４ 振動部材
１０８ 撮像光学系
１１４ 圧電素子
１１６ ＦＰＣ
１２０ 支持部材
２００ 撮像素子ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記光学素子に装着された圧電素子と、
前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、
を備えることを特徴とする、撮像素子ユニット。
【請求項２】
前記光学素子を支持する支持部材を備え、
前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、
前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持することを特徴とする、請求項１に記載の撮像素子ユニット。
【請求項３】
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、
前記光学素子に装着された圧電素子と、
前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、
を備えることを特徴とする、撮像装置。
【請求項４】
前記光学素子を支持する支持部材を備え、
前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、
前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持することを特徴とする、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項１】
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、
前記光学素子に装着された圧電素子と、
前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、
を備えることを特徴とする、撮像素子ユニット。
【請求項２】
前記光学素子を支持する支持部材を備え、
前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、
前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持することを特徴とする、請求項１に記載の撮像素子ユニット。
【請求項３】
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、
前記光学素子に装着された圧電素子と、
前記圧電素子の振動の節の位置に接続され、前記圧電素子に駆動信号を伝達する配線部材と、
を備えることを特徴とする、撮像装置。
【請求項４】
前記光学素子を支持する支持部材を備え、
前記圧電素子は、前記光学素子の側面に装着され、
前記支持部材は、前記光学素子の振動の節の位置を支持することを特徴とする、請求項３に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６２６０８（Ｐ２０１３−６２６０８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８６４１（Ｐ２０１１−１９８６４１）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]