(57)【要約】【課題】過熱による撮像素子の特性劣化を防止することができる蓋体、撮像装置、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】凹部を有する容器と、前記凹部に収納されている撮像素子と、水晶基板の主面と水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）とのなす角度θが、−３°００’≦θ≦＋３°００’、の関係を満足している水晶基板から構成され、前記凹部を塞ぐ蓋体と、を備え、前記水晶基板の主面と前記撮像素子とが対向するように前記水晶基板を前記容器に固定している撮像装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子を収納する容器の蓋体であって、
前記蓋体は水晶基板であり、
前記水晶基板の主面と水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）とのなす角度θが、
−３°００’≦θ≦＋３°００’、
の関係を満足していることを特徴とする蓋体。
【請求項２】
凹部を有する容器と、
前記凹部に収納されている撮像素子と、
水晶基板の主面と水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）とのなす角度θが、
−３°００’≦θ≦＋３°００’、
の関係を満足している水晶基板から構成され、前記凹部を塞ぐ蓋体と、
を備え、
前記水晶基板の主面と前記撮像素子とが対向するように前記水晶基板を前記容器に固定していることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記容器の熱伝導率をＫ１とし、
前記蓋体の熱伝導率をＫ２としたとき、
Ｋ１＜Ｋ２、
の関係を満足していることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記蓋体を前記容器に固定する接合材の熱伝導率をＫ３としたとき、
Ｋ１＜Ｋ３、
の関係を満足していることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓋体、撮像装置、電子機器および移動体に関し、特に、撮像装置を構成する撮像素子を収納する容器の蓋体に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラに用いられる撮像装置は、被写体からの反射光を入射光として受光する撮像素子と、当該撮像素子を収納する容器と、容器に固定され撮像素子を外部からの塵などから保護する蓋体と、を備え、蓋体の材料にはガラスが使用されていた。ところが、ガラスの中に含まれるα線放出性元素から放出されたα線が撮像素子の受光部分、等に入射することによってノイズが発生するという問題があり、ノイズの発生を抑圧するために、特許文献１に提案されている如くα線放出核の少ない高純度石英ガラスで蓋体を構成されるようになってきた。しかし、高純度石英ガラスは製造に係る費用がコスト高であるため、近年、コスト削減の観点からα線放出性元素を有しない、つまりα線を放出しない水晶製の蓋体を使用する要求が増加している。
そこで、特許文献２では、蓋体に水晶を適用し、水晶製蓋体の入出射面（光の透過面）が水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）に対して垂直にカットされてなる、所謂Ｚカット水晶基板を用いることが提案されている。周知の通り、水晶は複屈折性を有しているが、Ｚカット水晶基板を採用した場合、入出射面に光が入射しても、入射光の光軸とＺ軸とが平行であるため複屈折性は生じないので、入射光は分離されることがない。従って、高純度石英ガラスからＺカット水晶基板に単に置きかえるだけで、Ｚカット水晶基板を蓋体として使用することが可能となるので、製造コストを下げるだけでなく、デジタルカメラに搭載される撮像装置を含む撮像ユニット上においてコンパチブルとして使用することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１７３６３９号公報
【特許文献２】特開２００８−０３４５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２において提案されているＺカット水晶基板を用いた蓋体は、その熱伝達率が撮像素子を収容する容器の熱伝達率よりも小さいため、撮像素子が収容されている容器に蓄積される熱の放熱が不十分となり、撮像素子が過熱することで光学特性に影響を及ぼすという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る蓋体は、撮像素子を収納する容器の蓋体であって、前記蓋体は水晶基板であり、前記水晶基板の主面と水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）とのなす角度θが、−３°００’≦θ≦＋３°００’、の関係を満足していることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、水晶基板の主面と水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）とのなす角度θが、０°００’−３°００’≦θ≦０°００’＋３°００’、の関係を満足している水晶基板を撮像素子を収納する容器の蓋体に用いることで、従来用いられていたＺカット水晶基板より熱伝導率が大きいため、容器に蓄積された熱を蓋体に伝導させることができ、撮像素子の過熱が抑えられ、撮像素子の光学特性の劣化を防止することができるという効果がある。
【０００８】
［適用例２］本適用例に係る撮像装置は、凹部を有する容器と、前記凹部に収納されている撮像素子と、水晶基板の主面と水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）とのなす角度θが、−３°００’≦θ≦＋３°００’、の関係を満足している水晶基板から構成され、前記凹部を塞ぐ蓋体と、を備え、前記水晶基板の主面と前記撮像素子とが対向するように前記水晶基板を前記容器に固定していることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、蓋体である水晶基板の主面と撮像素子とが対向するように容器に固定することで、入射光が蓋体を透過し、ほぼ垂直に撮像素子に照射されるので、撮像素子が正規の状態に近い入射光を受光することができるという効果がある。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の撮像装置において、前記容器の熱伝導率をＫ１とし、
前記蓋体の熱伝導率をＫ２としたとき、Ｋ１＜Ｋ２、の関係を満足していることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、蓋体の熱伝導率Ｋ２が撮像素子を収納する容器の熱伝導率Ｋ１よりも大きくすることで、容器に蓄積された熱を蓋体により伝導させることができ、撮像素子の過熱が抑えられ、撮像素子の光学特性の劣化をより防止することができるという効果がある。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の撮像装置において、前記蓋体を前記容器に固定する接合材の熱伝導率をＫ３としたとき、Ｋ１＜Ｋ３、の関係を満足していることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、蓋体を容器に固定する接合材の熱伝導率Ｋ３が撮像素子を収納する容器の熱伝導率Ｋ１よりも大きくすることで、容器に蓄積された熱が接合部材に伝達され、更に蓋体に伝導させることができ、撮像素子の過熱が抑えられ、撮像素子の光学特性の劣化をより防止することができるという効果がある。
【００１４】
［適用例５］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、上記適用例に記載の撮像装置を電子機器に用いることにより、撮像素子の過熱による光学特性の劣化の虞がなく、信頼性の高い電子機器が構成できるという効果がある。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、上記適用例に記載の撮像装置を移動体に用いることにより、撮像素子の過熱による光学特性の劣化の虞がなく、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る蓋体であるＹカット水晶基板の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る蓋体であるＸカット水晶基板の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図。
【図４】蓋体に入射する光の分離状態を示す概略断面図。
【図５】蓋体の結晶軸に対する角度ａばらつきに対する入射光の分離幅ｄを示す図。
【図６】本発明に係る撮像装置を備える電子機器の一例としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。
【図７】本発明に係る撮像装置を備える移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
＜撮像装置＞
先ず、本発明の実施形態に係る撮像装置１について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略断面図である。
図１に示すように、撮像装置１は、例えば一眼レフデジタルカメラに用いられ、対象物の入射光を受光する撮像素子１０と、撮像素子１０を収納する容器１２と、容器１２の凹部１４に収納された撮像素子１０を外部（例えば、塵など）から保護する水晶基板からなる蓋体１８と、を有している。
【００２１】
撮像素子１０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）であり、入射光の光の強さに応じて蓄電容量が変化するフォトダイオードからなる光電素子（画素）をマトリクス状に配列して構成されている。この撮像素子１０を用いて対象物を撮影すると、規則的に配列された画素上の蓄電容量が変化し、これを空間的にサンプリングすることにより、対象物に対応する電気信号を生成し、それを変換して像を構成する。このような撮像素子１０によって、蓋体１８を介して入射される入射光が電気信号に変換される。
【００２２】
容器１２は、一方（図示上方）が開口する凹状に形成されており、撮像素子１０は、図１に示すように、蓋体１８である水晶基板の主面２０と対向するように容器１２の凹部１４に固定されている。従って、蓋体１８である水晶基板の主面２０と撮像素子１０とが対向しているため、入射光が蓋体１８を透過し、ほぼ垂直に撮像素子１０に照射されるので、撮像素子１０が正規の状態に近い入射光を受光することができるという効果がある。
【００２３】
蓋体１８は、接合部材１６を介して、容器１２の開口する領域を覆うように固定されている。また、この接合部材１６によって、蓋体１８と容器１２との間が密封されている。
【００２４】
＜蓋体＞
次に、本発明の実施形態に係る蓋体１８である水晶基板について説明する。
図２と図３は、本発明の実施形態に係る蓋体に用いられるＹカット水晶基板とＸカット水晶基板の平面図（ａ）とＡ−Ａ線またはＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
一般的に水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有し、それぞれ電気軸、機械軸、光軸と呼称される。水晶の電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、光学軸としてのＺ軸からなる直交座標系の前記Ｘ軸を回転軸として、回転角度θだけ傾けた軸をＺ’軸、Ｙ’軸とし、前記Ｙ軸を回転軸として、回転角度θだけ傾けた軸をＺ’軸、Ｘ’軸とする。
【００２５】
本発明の実施形態に係る蓋体１８に用いられる水晶基板は、図２に示すように、水晶のＺ軸とＸ軸とを含む面を主面２０ａとし、Ｙ軸に沿った方向を厚さ方向としたＹカット水晶基板１８ａである。また、図３に示すように、水晶のＺ軸とＹ軸とを含む面を主面２０ｂとし、Ｘ軸に沿った方向を厚さ方向としたＸカット水晶基板１８ｂである。
【００２６】
Ｙカット水晶基板１８ａとＸカット水晶基板１８ｂとの熱伝導率Ｋ２は９．３Ｗ／ｍＫであり、従来の蓋体１８として用いられていたＺカット水晶基板（水晶のＸ軸とＹ軸とを含む面を主面とし、Ｘ軸に沿った方向を厚さ方向とする）の５．４Ｗ／ｍＫに比べ、大きい。そのため、Ｙカット水晶基板１８ａとＸカット水晶基板１８ｂはＺカット水晶基板に比べ、容器１２に蓄積された熱を蓋体１８側へより伝導させることができ、撮像素子１０の過熱が抑えられ、撮像素子１０の光学特性の劣化を防止することができるという効果がある。
【００２７】
また、耐熱性や耐湿性に優れたＬＴＣＣ（Low Temperature Co−fired Ceramics）パッケージを容器１２として用いた場合には、ＬＴＣＣパッケージの熱伝導率Ｋ１が１．８〜４．３Ｗ／ｍＫと小さいので、熱伝導率Ｋ２が９．３Ｗ／ｍＫのＹカット水晶基板１８ａやＸカット水晶基板１８ｂを蓋体１８として用いると容器１２に蓄積された熱を放出する効果がより大きい。従って、容器１２の熱伝導率Ｋ１と蓋体１８の熱伝導率Ｋ２との関係をＫ１＜Ｋ２とすることは、容器１２に蓄積された熱を蓋体１８側へより伝導させることができ、撮像素子１０の過熱が抑えられ、撮像素子１０の光学特性の劣化をより防止することができるという効果がある。
【００２８】
更に、蓋体１８と容器１２とを密封して固定する接合部材１６についても、接合部材１６の熱伝導率Ｋ３と容器１２の熱伝導率Ｋ１との関係をＫ１＜Ｋ３とすることにより、容器１２に蓄積された熱が接合部材１６に伝達され、更に蓋体１８に伝導させることができ、撮像素子１０の過熱が抑えられ、撮像素子１０の光学特性の劣化をより防止することができるという効果がある。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る蓋体１８に用いられる水晶基板１８ａ，１８ｂの主面２０ａ，２０ｂとＺ軸（光学軸）とのなす角度θについて詳細に説明する。
図４は、蓋体に用いられる水晶基板に入射する光の分離状態を示す概略断面図である。また、図５は、蓋体に用いられる水晶基板の主面と結晶軸であるＺ軸とのなす角度θの角度ばらつきａに対する入射光の分離幅ｄを示す図である。
【００３０】
一般的に水晶には複屈折性という性質があり、結晶中を光が通るときに、光の偏光方向により２つの屈折率が存在する。現象的には印刷された文字の上に結晶を置くと文字が２重に見えることであり、この２重像の分離幅ｄは結晶の方向により変化する。図４に示すように、水晶のＺ軸（光学軸）に対し角度αで入射した入射光は、分離幅ｄの間隔で常光と異常光とに分離される。なお、分離幅ｄ（μｍ）は、下記式（１）で表される。
ｄ＝Ｔ×｛（No2−Ne2）×tanα｝／｛（No2×tan2α）＋Ne2｝・・・（１）
ここで、Ｔは水晶基板の板厚（ｍｍ）、Ｎｏは常光屈折率（１．５４６０）、Ｎｅは異常光屈折率（１．５５５１）、αは入射光とＺ軸（光学軸）とのなす角度（ｄｅｇ）である。
【００３１】
本発明の実施形態に係る蓋体１８に用いられる図２と図３に示す水晶基板１８ａ，１８ｂは、水晶の結晶軸であるＺ軸（光学軸）に対しそれぞれの主面２０ａ，２０ｂが平行であるため、Ｚ軸（光学軸）とのなす角度θは０ｄｅｇであり、入射光に対する角度αは９０ｄｅｇである。そこで、水晶基板１８ａ，１８ｂのそれぞれの主面２０ａ，２０ｂがＺ軸（光学軸）とのなす角度θを０ｄｅｇ〜±５ｄｅｇ変化した場合に常光と異常光との分離幅ｄがどのように変化するか式（１）を用い、水晶基板１８ａ，１８ｂの板厚０．５ｍｍの条件で計算した。その結果、図５に示すように、Ｚ軸（光学軸）とのなす角度θが大きくなるにつれ、分離幅ｄは大きくなる傾向を示した。
【００３２】
この分離幅ｄの許容範囲を検討すると、近年の一眼レフデジタルカメラに用いられている３５ｍｍフルサイズの撮像素子に比べ、サイズが小さく生産性に優れたＡＰＳ−Ｃサイズ（２３．４ｍｍ×１６．７ｍｍ）の撮像素子は画素ピッチが３．２μｍである。そのため、画素ピッチの１／１０までを分離幅ｄの許容範囲とすると、０．３２μｍ以下である角度θ±３ｄｅｇまでの範囲であれば使用することができる。従って、Ｚ軸（光学軸）とのなす角度θが、−３°００’≦θ≦＋３°００’、の関係を満足する水晶基板１８ａ，１８ｂを用いることで、ＡＰＳ−Ｃサイズの撮像素子の画素ピッチでも許容でき、使用することができる。
【００３３】
＜デジタルカメラ＞
図６は、本発明の実施形態に係る撮像装置を備える電子機器の一例としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図である。尚、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像装置１により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００３４】
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）や撮像装置１などを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【００３５】
撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点における撮像装置１の撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター（ＰＣ）１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
【００３６】
なお、本発明の実施形態に係る撮像装置１を備える電子機器には、図６のデジタルカメラ１３００の他にも、例えば、ビデオカメラ、カメラ付携帯電話、複写機、ファクシミリ、胃カメラ（上部消化管内視鏡）等がある。
【００３７】
＜移動体＞
図７は、本発明の実施形態に係る撮像装置を備える移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００の車体１５１０内部のルームミラー１５２０付近に撮像装置１を含む車載カメラ装置を搭載し、車体１５１０に大きな衝撃が加わった前後十数秒の時刻、位置、前方映像、加速度、ウィンカー操作、ブレーキ操作等を記録する映像記録型ドライブレコーダーを構成することができる。
【００３８】
また、ルームミラー１５２０の両側に撮像装置１を含む車載カメラを備え、前方の状況を立体的に監視、車載カメラから立体的に取り入れた前走車との車間距離や相対速度、歩行者、自転車等の情報を３Ｄ画像処理エンジンや画像認識ソフトウェアが瞬時に認識する。その後、ブレーキが必要なのか、シフトチェンジが必要か、等の判断を車両制御ソフトウェアが行い、状況に応じてブレーキ、アクセル、トランスミッション、ＶＤＣ（Vehicle Dynamics Control）等を制御するシステムを構成することができる。
【００３９】
以上、本発明の蓋体、撮像装置、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…撮像装置、１０…撮像素子、１２…容器、１４…凹部、１６…接合部材、１８…蓋体、２０…主面、１００…表示部、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…自動車、１５１０…車体、１５２０…ルームミラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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