成像设备和可更换镜头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及成像设备和可更换镜头。一种照相机包括铁磁部件（102），其由铁磁性材料形成为板状和膜状之一，并且，被设置在线圈和成像元件之间，使得平坦表面的一部分与线圈相对。铁磁部件（102）具有小于趋肤深度的厚度，该趋肤深度由线圈（101）的驱动频率、铁磁性材料的磁导率和铁磁性材料的电导率确定。因此，利用具有比以前的厚度小的厚度的铁磁部件，可以降低在线圈处产生的磁通量到达成像元件处的到达的量。
【专利说明】成像设备和可更换镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抑制由在成像设备主体或可更换镜头中实现的线圈所产生的磁场噪声在成像元件上重叠的技术。
【背景技术】
[0002]要安装在诸如数字摄像机或数字静态照相机的成像设备中的成像元件近年来提高了 ISO灵敏度，从而，能够甚至在例如夜视的不能获得充分光量的场景中也成像得到更加清楚的图像。但是，灵敏度的提高导致这样的问题，即，迄今为止不是问题的小噪声影响成像元件以产生图像干扰。
[0003]例如，在数字单镜头反射照相机中，用于驱动镜头的具有线圈的马达被设置在可更换镜头中，并且，由该线圈产生的磁通量会影响成像元件以导致在产生的图像中的干扰。
[0004]在日本专利申请公开N0.2011-54643中，公开了一种在成像元件周围设置板状或膜状的导电部件的结构，该导电部件由非磁性材料制成并具有开口。当由于来自外部的高频电磁波、磁场变化等引起的磁场噪声被输入到成像元件中时，涡流流过该导电部件。在该日本专利申请公开N0.2011-54643中，来自外部的磁场噪声通过由涡流产生的退磁场而被抵消，从而降低被输入到成像元件中的磁场噪声。
[0005]—般来说，由趋肤效应导致的趋肤深度(skin depth) d由下式表示:趋肤深度
<Ι=.^1/(π*?.σ.μ))?其中，f是频率，μ是磁导率，。是电导率。当由非磁性材料形成的
导电部件的厚度小于趋肤深度d时，该厚度小，但是流过该导电部件的涡流不够。结果，抵消磁场噪声的效果小，并且，磁场噪声穿透导电部件以输入到成像元件中，这影响拾取的图像。因此，为了允许足够的涡流流过导电部件并为了获得通过由涡流产生的退磁场来抵消磁场噪声的效果，导电部件的厚度需要是趋肤深度d或更大。
[0006]如上所述，采用在日本专利申请公开N0.2011-54643中描述的导电部件，厚度需要是趋肤深度或更大，并且，因为非磁性材料具有约I的相对磁导率，所以，导电部件的厚度不可避免地增加。因此，为了获得在避免干扰另一部件的同时通过导电部件抵消磁场噪声的效果，成像设备和可更换镜头的尺寸不可避免地增大了。
[0007]鉴于上述原因，本发明针对通过具有比以前的厚度小的厚度的铁磁部件来降低在线圈处产生的磁通量到达成像元件处的到达量。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个方面的成像设备包括:成像元件，被设置为与成像光学系统相对，用于对由成像光学系统形成的光学图像进行光电转换；线圈，用于通过被供应交流电流而产生磁通量；以及铁磁部件，所述铁磁部件由铁磁性材料被形成为板状和膜状之一，并且，被设置在线圈和成像元件之间，使得与厚度方向垂直的平坦表面的一部分与线圈相对，其中，铁磁部件具有小于趋肤深度的厚度，该趋肤深度由线圈的驱动频率、铁磁性材料的磁导率和铁磁性材料的电导率确定。[0009]根据下面参照附图的对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将会变得清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1A和IB是图示根据本发明的第一实施例的成像设备的示意性配置的说明图。
[0011]图2A和2B是图示根据比较例的成像设备的示意性配置的说明图。
[0012]图3A、3B和3C是图示根据第一实施例的成像设备的模拟模型的说明图。
[0013]图4是示出根据第一实施例的铁磁性材料的磁导率和成像元件的总磁通量之间的关系的曲线图。
[0014]图5A和5B是取决于由铁磁性材料制成的铁磁部件的设置方向的磁场分布的不意图。
[0015]图6是图示根据本发明的第二实施例的成像设备的前视图。
[0016]图7A、7B、7C和7D是图示由铁磁性材料制成的铁磁部件的形状的说明图。
[0017]图8是示出取决于铁磁部件的形状的到达成像元件处的磁通量的密度的测量结果的曲线图。
[0018]图9是根据本发明的第三实施例的成像设备的透视图。
【具体实施方式】
[0019]在下文中，参照附图详细地描述本发明的实施例。
[0020]第一实施例
[0021]图1A和IB是图示作为根据本发明的第一实施例的成像设备的照相机的示意性配置的说明图。图1A是照相机的前视图，图1B是当从上方观看照相机时的横截面图。
[0022]作为成像设备的数字静态照相机(照相机)100是数字单镜头反射照相机，并且包括作为成像设备主体的照相机主体200和可更换镜头(透镜镜筒)300，该可更换镜头可以被附接到照相机主体200并可以从照相机主体200拆卸下来。
[0023]照相机主体200包括外部照相机箱201和印刷电路板202，该外部照相机箱201是包括可更换镜头300所附接到的安装部分201a的壳体，印刷电路板202被容纳在外部照相机箱201中，并且在其中实现用于控制图像信号的电路组件。照相机主体200还包括成像元件203，该成像元件203被容纳在外部照相机箱201中并且包括光接收表面203a。印刷电路板202和成像元件203被固定到金属框架204，该金属框架被固定到外部照相机箱201。
[0024]可更换镜头300包括作为壳体的透镜壳体301和成像光学系统302,该成像光学系统302由透镜壳体301支撑，并且，当可更换镜头300 (透镜壳体301)被附接到外部照相机箱201时在成像元件203的光接收表面203a上形成光学图像。可更换镜头300还包括驱动马达的线圈101，其被容纳在透镜壳体301中并调整成像光学系统302的焦点。
[0025]成像光学系统302包括设置在透镜壳体301的光入射侧的透镜312和设置在光出射侧上的透镜311。透镜311被固定到透镜壳体301，并且，如图1A所示，透镜311被固定到透镜安装部304，透镜安装部304被形成为在前视图中为圆形的环形。透镜安装部304由例如导电的非磁性材料形成。
[0026]成像元件203是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CXD)图像传感器等，并且被形成为在前视图中具有四边形的外部形状(当从与成像元件203的光接收表面203a垂直的方向观看时)。
[0027]成像元件203被设置在外部照相机箱201中，使得当可更换镜头300被附接到外部照相机箱201时，光接收表面203a与成像光学系统302 (透镜311)相对。
[0028]当可更换镜头300被附接到外部照相机箱201时成像元件203对由成像光学系统302在光接收表面203a上形成的光学图像进行光电转换，并且成像元件203将图像信号输出到印刷电路板202。
[0029]线圈101被设置在不阻挡从成像光学系统302到成像元件203的光接收表面203a的光路的位置处，即，如图1A所示，被设置为当从与成像元件203的光接收表面203a垂直的方向观看时位于成像元件203的周边。此外，如图1B所示，线圈101被设置在相对于透镜安装部304与照相机主体200侧相反的一侧。
[0030]线圈101通过被供应交流电流来操作，在第一实施例中，该交流电流是具有I [kHz]或更大且小于I [MHz]的驱动频率(在kHz频带中)的驱动电流。线圈101通过被通电(energize)而产生磁通量,并且是对于成像元件203的磁场噪声源。
[0031]因此，在第一实施例中，由铁磁性材料制成的板状或膜状铁磁部件102被放置在线圈101和成像元件203之间。铁磁部件102被容纳在透镜壳体301中。具体地，如图1B所示，铁磁部件102被放置在线圈101和透镜安装部304之间，使得与厚度方向垂直的平坦表面102a的一部分与线圈101相对。换句话说，铁磁部件102处于该平坦表面102a的一部分与线圈101相对的位置，并且，当可更换镜头300被附接到照相机主体200时，铁磁部件102被放置在线圈101和成像元件203之间。构成铁磁部件102的铁磁性材料也是导电部件。
[0032]如图1A所示，铁磁部件102被形成为当在可更换镜头300被附接到照相机主体200的状态中从与成像元件203的光接收表面203a垂直的方向观看时沿着成像元件203的周边延伸。铁磁部件102由此被形成为`沿着成像元件203的周边延伸，使得如稍后所详细描述的，铁磁部件102有效地吸收磁通量，否则，该磁通量流入成像元件203中。优选的是，铁磁部件102延伸的方向与成像元件203的光接收表面203a的切线方向基本上平行，尤其是，与成像元件203的光接收表面203a的切线方向平行。还优选的是，铁磁部件102的平坦表面102a与成像元件203的光接收表面203a基本上平行，尤其是，与成像元件203的光接收表面203a平行。
[0033]在第一实施例中，铁磁部件102被形成为当从成像光学系统302观看成像元件203时沿着成像元件203的周边从线圈101的中心点延伸到两侧。更具体地，当从成像光学系统302观看成像元件203时，铁磁部件102被形成为包围成像元件203的形状，即，如图1A所示，被形成为在前视图中为圆形的环形。
[0034]注意，优选的是，框架状铁磁部件102具有内径和外径均匀的环形，但是，内径和外径可以不均匀，只要成像光学系统302内的光路以及成像光学系统302和成像元件203之间的光路不被阻挡即可。
[0035]此外，铁磁部件102被形成为如图1A所示在前视图中为圆形的环形。但是，不限于圆形，铁磁部件102可以被形成为在前视图中为椭圆形或者在前视图中为多边形的环形。
[0036]由趋肤效应导致的趋肤深度d由下式表达:d=A/(l/(?rf.<rH)),其中,f是线圈101的驱动频率，μ是铁磁性材料的磁导率，O是铁磁性材料的电导率。在第一实施例中，铁磁部件102的厚度小于趋肤深度d。
[0037]铁磁部件102由具有比非磁性材料的相对磁导率大的相对磁导率的铁磁性材料形成，因此，由趋肤效应导致的趋肤深度d小于以前的趋肤深度d。此外，铁磁部件102的厚度小于趋肤深度d，因此，可以使得铁磁部件102的厚度小于以前的厚度。
[0038]现在，描述铁磁部件102的作用。图2A和2B是图示作为在从图1A和IB的照相机100中省略由铁磁性材料制成的铁磁部件的情况中的比较例的照相机的说明图。图2A是照相机的前视图，图2B是当从上方观看照相机时的横截面图。注意，图1A和IB以及图2A和2B所示的虚箭头指示磁通量(磁力线)。
[0039]如图2A和2B所示，当线圈101被驱动以产生磁通量(磁场)时，允许涡流根据伦兹定律(Lentz’s law)流过导电的透镜安装部304。涡流具有抵消与透镜安装部304的表面垂直地输入的法线方向上的磁场的作用。
[0040]但是，在透镜安装部304的表面的切线方向上的磁场在没有被涡流抵消的情况下直接被传送。在从透镜311到成像元件203的光路中没有金属部件，并且，从光路输入的切线方向上的磁场被直接传送到成像元件203的方向，结果，噪声分量到达成像元件203处。
[0041]相反，在第一实施例中，如图1A和IB所示，使用由铁磁性材料制成的铁磁部件102，并且，铁磁部件102的厚度小于趋肤深度d。利用该配置，减少了产生的形成退磁场的涡流，增大了铁磁部件102的有效磁导率，并且，铁磁部件102的磁阻变得低于外部空气(air)的磁阻。
[0042]因此，由线圈101产生的磁通量被铁磁部件102有效地吸收，并且被传送通过由铁磁性材料制成的铁磁部件102的内部。具体地，从线圈101产生的磁通量(磁场)被吸收到如图1A所示在线圈101的正下方的由铁磁性材料制成的铁磁部件102中。
[0043]被吸收到铁磁部件102中的磁通量与非磁性材料的情况相反不会穿透，但是，如图1A中图示的虚箭头所示，基本上沿着铁磁部件102延伸的方向从与线圈101相对的部分向着两侧通过铁磁部件102的内部。然后，磁通量在与线圈101相对的部分相反的一侧从远端102e发出到空气中。
[0044]如图1B所示，在与线圈101相对的部分相反的一侧从远端102e发出到空气中的磁通量(磁场)通过透镜壳体301，并且从与透镜安装部304相对的一侧返回到线圈101。
[0045]注意，磁通量的方向由图1A和IB中的虚箭头指示，但是，在虚箭头的方向和相反方向之间交替地切换，因为磁通量是由交流电流产生的AC磁场。
[0046]由铁磁性材料制成的铁磁部件102不具有在铁磁性材料内闭合的磁闭路结构，但是，磁通量被传送通过空气。但是，铁磁部件102充当成像元件203的旁路，结果，可以减少在线圈101处产生的磁通量到达成像元件203处的到达量，因此，可以抑制拾取的图像中的干扰。换句话说，可以减少到达成像元件203处的磁场噪声。
[0047]现在，给出对小于趋肤深度的由铁磁性材料制成的铁磁部件102的厚度的详细描述。在第一实施例中，作为铁磁部件102，使用在l[kHz]至l[MHz]的频带(kHz频带)中具有高磁导率的诸如坡莫合金的铁磁性材料，该频带是线圈101的驱动频率。该材料是具有高磁导率的导电材料，因此，该材料具有两种作用，即，吸收磁通量的作用和当涡流根据伦兹定律流动时抵消入射的磁场的作用。[0048]随着驱动频率变高，抵消入射磁场的作用随着趋肤深度<1=._ν(?/(7Τ十σ.μ_” 一起
变高。当趋肤深度d变成小于铁磁部件102的厚度时，磁场仅仅存在于由铁磁性材料制成的铁磁部件102的表面处的浅部分(趋肤深度d部分)中，并且，内部的磁场变成零，因此，作为用于吸收磁通量的磁路的功能消失。
[0049]因此，在第一实施例中，对于铁磁部件102，在线圈101的驱动频率处具有高磁导率的材料用于吸收磁通量的作用，并且，厚度小于趋肤深度山以便抑制抵消入射磁场的作用。
[0050]关于铁磁部件102的厚度对磁导率μ的影响，执行如下测量。30 [mm] XllO [mm] X厚度d[mm]的样本由坡莫合金PC制成。然后，通过普通的单板磁测量方法，在线圈101的驱动频率被设置为30[kHz]的情况中，对样本施加200[A/m]的磁场，以通过检测线圈来测量输出电压和电流并从这些测量结果计算磁导率。通过测量获得的磁导率是包括涡流效应的有效的磁导率。因此，当涡流效应变成主导时，磁性消失，以基本上等于空气中的磁导率，并且，当没有涡流效应时，磁性变成等于具有零电导率的磁性物质的磁性。在表1中示出样本的厚度、磁导率的测量结果、以及通过使用作为测量结果的磁导率计算出的趋肤深度。
[0051]表1
[0052]坡莫合金PC的磁导率的测量结果和趋肤深度
[0053]
【权利要求】
1.一种成像设备，包括: 成像光学系统； 成像元件，被设置为与成像光学系统相对，用于对由成像光学系统形成的光学图像进行光电转换； 线圈，用于通过被供应交流电流而产生磁通量；以及 铁磁部件，由铁磁性材料形成为板状和膜状之一，并且设置在线圈和成像元件之间，使得与厚度方向垂直的平坦表面的一部分与线圈相对， 其中，所述铁磁部件具有小于趋肤深度的厚度，该趋肤深度由线圈的驱动频率、铁磁性材料的磁导率和铁磁性材料的电导率确定。
2.根据权利要求 1所述的成像设备，其中，所述线圈的驱动频率包括IkHz或更大且小于IMHz的频率。
3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述铁磁部件被形成为当从与成像元件的光接收表面垂直的方向观看时沿着成像元件的周边延伸。
4.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述铁磁部件被形成为当从与成像元件的光接收表面垂直的方向观看时沿着成像元件的周边从所述线圈的中心点延伸到两侧。
5.根据权利要求4所述的成像设备，其中，所述铁磁部件被形成为使得:当从与成像元件的光接收表面垂直的方向观看时，两个端部与成像元件的各边之中的离所述线圈的中心点最远的边处的切线接触或与所述切线相比更远离所述线圈的中心点。
6.根据权利要求4所述的成像设备，其中，所述铁磁部件被形成为当从与成像元件的光接收表面垂直的方向观看时包围成像元件的形状。
7.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述铁磁部件具有100或更大且1000或更小的相对磁导率。
8.根据权利要求7所述的成像设备，其中，所述铁磁部件包含坡莫合金作为主要成分。
9.根据权利要求7所述的成像设备，其中，所述铁磁部件包含如下之一:选自于由镍、钴和铁构成的组中的任何一种金属，以及包含镍、钴和铁中的至少两种作为主要成分的合金。
10.一种成像设备主体,包括: 壳体，包括成像光学系统和用于通过被供应交流电流而产生磁通量的线圈的可更换镜头能够被附接到壳体和从该壳体拆卸下来； 成像元件，所述成像元件被容纳在壳体中，以与壳体的可更换镜头被附接到和从其拆卸的附接/拆卸表面相对，所述成像元件用于对由成像光学系统形成的光学图像进行光电转换；以及 铁磁部件，由铁磁性材料形成为板状和膜状之一，并且，被容纳在壳体中，使得当可更换镜头被附接到壳体时，与厚度方向垂直的平坦表面的一部分与所述线圈相对， 其中，所述铁磁部件具有小于趋肤深度的厚度，该趋肤深度由所述线圈的驱动频率、铁磁性材料的磁导率和铁磁性材料的电导率确定。
11.根据权利要求10所述的成像设备主体，其中，所述铁磁部件具有100或更大且1000或更小的相对磁导率。
12.—种可更换镜头，该可更换镜头能够被附接到包括成像元件的成像设备主体和从该成像设备主体拆卸，包括: 线圈，用于通过被供应交流电流而产生磁通量； 成像光学系统，用于当被附接到成像设备主体时在成像元件上形成光学图像；以及铁磁部件，由铁磁性材料形成为板状和膜状之一，被设置在垂直于厚度方向的平坦表面的一部分与所述线圈相对的位置处，并且在被附接到成像设备主体时位于所述线圈和成像元件之间， 其中，所述铁磁部件具有小于趋肤深度的厚度，该趋肤深度由线圈的驱动频率、铁磁性材料的磁导率和铁磁性材料的电导率确定。
13.根据权利要求12所述的可更换镜头，其中，所述铁磁部件具有100或更大且1000或更小的相对磁导率。
14.根据权利要求12所述的可更换镜头，其中，所述线圈的驱动频率包括IkHz或更大且小于IMHz的频率。`
【文档编号】H04N5/225GK103676415SQ201310426030
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年9月19日
【发明者】青木诚 申请人:佳能株式会社