CN1964436A - 包括用于去除光学构件表面所附异物的装置的摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括用于去除光学构件表面所附异物的装置的摄像设备，该摄像设备能够轻松去除附着于滤光片表面的异物。保持低通滤光片的橡胶构件密封摄像传感器和低通滤光片，压电元件励振低通滤光片在光轴方向上的周缘部分，且低通滤光片受到绕与摄像光轴垂直的轴的转动力。

Description

包括用于去除光学构件表面所附异物的装置的摄像设备

技术领域

本发明涉及一种摄像设备(imaging apparatus)，该摄像设备包括用于去除附着在光学构件表面上的异物的装置。

背景技术

在数字单透镜反射式照相机中，当更换摄像透镜时灰尘和残杂物经常从外界侵入，或者通过急回反射镜和焦平面快门的操作在照相机内部产生的磨损尘等异物在照相机体内运动并且附着在摄像传感器的保护盖玻璃、红外截止滤光片的表面和布置在摄像传感器附近的低通滤光片上。当在附着有所述异物的状态下进行摄像时，异物的阴影与被摄体一起通过摄像传感器摄像，从而对图像产生不利影响。

为了避免上述问题，可通过设置防尘构件来阻止异物的附着，可如日本特开2002-204379号公报所述通过励振防尘构件来去除附着在防尘构件表面上的异物。根据该方法，可以去除异物而不损坏防尘构件的表面，并可以防止异物的阴影被拍摄到所拍摄的图像中。

然而，根据日本特开2002-204379号公报所述的防尘构件，为了去除异物，需要沿光轴方向对异物施加超过异物在防尘构件上的附着力的力，需要大的能量。

为了解决该问题，可以在与作用在滤光片上的异物附着力垂直的方向上，也就是说，在与光轴垂直的方向上，产生振动。通过异物对滤光片的附着力乘以静摩擦系数的量来移动异物。此外，在附着力减小的状态下在光轴方向上励振滤光片。这样，异物从滤光片上去除并且沿重力方向落下。也就是说，与仅在光轴方向上进行振动相比，通过在与滤光片的光轴垂直的方向上的振动，可以用更小的力去除异物。也就是说，滤光片在光轴方向上振动的目标是以减小的力附着的异物，因此，可仅用微小的力清除异物。因此，在上述结构中，用于去除异物的能耗变小。

为了实施上述结构，可以在与滤光片光轴水平的面和垂直的面上布置用于励振滤光片的装置。然而，要安装两个或更多个励振装置需要更多空间，这带来了数字单透镜反射式照相机的尺寸增加的问题。

此外，作为实施上述结构的另一方法，可以相对于滤光片与光轴倾斜地布置用于励振滤光片的装置，则滤光片可以在光轴的垂直方向与光轴方向的合成方向上振动。图9是该结构的剖视图，其中异物301所附着的滤光片302沿从光轴倾斜的方向连接压电元件303(即，励振装置)。然而，存在如下问题：当去除异物所需的加速度施加到滤光片时，对诸如压电元件、超磁致伸缩元件等励振装置产生如图9中箭头所示的大的弯矩，且有励振装置会被损坏的担心。

发明内容

本发明意在提供一种摄像设备，该摄像设备能够容易地去除附着在滤光片表面上的异物。

根据本发明的一个方面，提供一种摄像设备，其包括：摄像传感器，用于将被摄体的光学图像转换成电信号；光学构件，与该摄像设备的摄像光轴轴向对准地布置在该摄像传感器的前面；励振装置，具有用于在振荡方向上振动的励振面；控制装置，用于控制该励振装置的振动；以及挠性保持构件，用于将该光学构件保持在壳体中，其中，该振荡方向垂直于该摄像光轴，该励振面与该光学构件的周缘部分相接触且通常定位成与该光轴平行以使该光学构件受到绕垂直于该摄像光轴的轴的转动力。

根据本发明的另一个方面，该控制装置执行控制以使该励振装置产生正弦波振荡、梯形波振荡和锯齿波振荡中的至少一个。此外，根据本发明的另一个方面，该保持构件密封该摄像传感器和该光学构件。

根据本发明的另一个方面，提供一种摄像设备，其包括：摄像传感器，用于将被摄体的光学图像转换成电信号；光学构件，与该摄像设备的摄像光轴轴向对准地布置在该摄像传感器的前面；励振装置，具有用于在振荡方向上振动的励振面；控制装置，用于控制该励振装置的振动；挠性保持构件，用于将该光学构件保持在壳体中；以及刚性保持构件，用于将该光学构件保持在壳体中，该刚性保持构件的刚度大于该励振装置的刚度；其中，该振荡方向垂直于该摄像光轴，该励振面与第二保持构件沿该光轴方向的周缘部分相接触以使该光学构件受到绕垂直于该摄像光轴的轴的转动力。

而且，根据本发明的再一个方面，该控制装置执行控制以使该励振装置产生正弦波振荡、梯形波振荡和锯齿波振荡中的至少一个。此外，根据本发明的另一个方面，该挠性保持构件密封该摄像传感器和该光学构件。

从以下参考附图对示例性实施例的详细说明中，本发明的进一步实施例、特征和方面将变得明显。

附图说明

包含在说明书中且构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例、特征和方面，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是根据本发明一方面的示例性数字单透镜反射式照相机的中央剖视图。

图2A和图2B是根据本发明一方面的示例性异物去除单元的立体图。

图3是说明根据本发明一方面的示例性数字单透镜反射式照相机设为清洁模式的状态的功能结构方框图。

图4A至图4C是图解根据本发明一方面的施加到图3所示的异物去除单元的压电元件的电压的图。

图5A至图5C是根据本发明一方面的按时间顺序示出当异物去除单元的低通滤光片依次执行正弦波振荡时附着在表面的异物的行为的图。

图6A至图6D是根据本发明一方面的按时间顺序示出当异物去除单元的低通滤光片依次执行锯齿振荡时附着在表面的异物的行为的图。

图7A至图7C是根据本发明一方面的按时间顺序示出当异物去除单元的低通滤光片在光轴方向上执行共振振荡时附着在表面的异物的行为的图。

图8A至图8B是根据另一实施例的异物去除单元的立体图和剖视图。

图9是传统的异物去除单元的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和各个方面。

第一示例性实施例

图1是根据第一实施例的数字单透镜反射式照相机体101和可换透镜201的中央剖视图。

可以从照相机体101拆卸的可换透镜201通过照相机体101的安装部分102和可换透镜201的安装部分202固定。当安装可换透镜201时，照相机体101的接触部分103和可换透镜201的接触部分203相接触。通过该接触，形成电连接，照相机101检测到可换透镜201被安装。此外，从照相机体101给可换透镜201供电，通过接触部分103和203执行用于控制可换透镜201的通信。

已穿过可换透镜201的摄像透镜204的光通量进入照相机体101的主反射镜104。主反射镜104是单向透视玻璃(half mirror)，由该主反射镜104反射的光通量被导向至取景器。已穿过主反射镜104的光通量由副反射镜105向下反射，并被导向至聚焦检测单元106。聚焦检测单元106检测摄像透镜204的离焦量，并计算移动摄像透镜204以使摄像透镜204置于对焦状态的透镜驱动量。当将计算出的透镜驱动量通过接触部分103和203发送到可换透镜201时，可换透镜201控制电动机(未示出)，通过移动作为摄像透镜204的一部分的聚焦透镜执行调焦。

主反射镜104固定到主反射镜保持架107，且由铰接轴(hingeaxis)108可转动地支撑。副反射镜105固定到副反射镜保持架109。副反射镜保持架109由铰接轴(未示出)相对于主反射镜保持架107可转动地支撑。通过主反射镜104导向至取景器的光通量在聚焦板110上形成被摄体图像。使用者通过五棱镜111和目镜透镜112观察在聚焦板110上的被摄体图像。

在副反射镜105后布置快门113，其快门叶片114通常处于闭合状态。在快门113后布置低通滤光片10。在低通滤光片10后布置摄像传感器116和盖构件117。摄像传感器116由摄像传感器保持架115保持，该摄像传感器保持架115由紧固件(未示出)固定到壳体。盖构件117保护摄像传感器116。弹性构件11(例如橡胶构件)保持低通滤光片10并且密封低通滤光片10与摄像传感器116之间的间隔。构件11抑制向周围传播的振动而不阻碍低通滤光片10的振荡，并且防止异物侵入到摄像传感器116内。

当拍摄图像时，已穿过该低通滤光片10的光通量进入摄像传感器116。弹性构件11可由各种材料制成，包括但不限于橡胶构件、海绵状材料、凝胶构件、或者具有预定厚度的双面带等。为了去除附着在滤光片10上的异物，操作单元22将照相机体101设为清洁模式。

压电元件12的励振面12b结合到低通滤光片10的周缘面(或部分)10a(参见图2B和图5A)。这样，大体上，滤光片10的周缘部分10a定位在与光轴1平行的平面中。此外，与压电元件12的励振面12b相对的相对面12c(如图2B和5A所示)结合到由例如铜或铁等具有相对大比重的材料制成的低通滤光片保持架13。此外，用于保持低通滤光片10的弹性构件11连接到通过螺钉(未示出)等紧固件固定到摄像传感器保持架115的低通滤光片保持架13，构成示例性异物去除单元14。

图2A是示例性异物去除单元14的立体图，图2B是表示异物去除单元14中的低通滤光片10与压电元件12之间关系的立体图，其中与图1相同的部分用相同的附图标记标注。

图2A中，弹性构件11保持低通滤光片10的外周，并且密封盖构件117与低通滤光片10之间的间隔。从稍后说明的低通滤光片励振控制电路20通过导线12a施加周期性电压到压电元件12，使得压电元件12的励振面12b在垂直于光轴1的方向上振动。

如上所述，如图2B所示，压电元件12固定到滤光片10的通常在平行于低通滤光片10的光轴1的平面中的周缘面10a。更具体地，安装压电元件12使得励振力相对于恰低于低通滤光片10的重心的点在光轴1的方向上偏置。也就是说，励振力矢量不通过低通滤光片10的重心。换句话说，安装压电元件12使得在光轴1的方向上偏离低通滤光片10的光轴1方向的中心的位置给出励振力。这样，如箭头所示，给低通滤光片10以绕垂直于光轴1的轴2的转动力。

图3是图解关于用于去除根据第一实施例的数字单透镜反射式照相机的异物的清洁模式的示例性结构的方框图，其中与上述附图相同的部分用相同的附图标记标注。

当用户操作操作单元22时，照相机体101的CPU 21接收开始清洁模式的指令并且使照相机101切换到清洁模式。注意，操作单元22是用于指示照相机101切换到清洁模式的操作构件，可以包括例如机械按钮或开关。或者，操作单元22可以采用使用光标键或者使用在稍后说明的显示单元24中显示的菜单中的指令按钮来设定照相机101的结构。

此外，可以将清洁模式设为根据由使用操作单元22的使用者任意设定的摄像次数、日期等自动开始该模式。

电源电路25根据需要从可拆卸的电源26给照相机体101的各单元提供清洁模式所需的电力。另外，电源电路25检测电源26的电池剩余电量，并将该检测结果传送到CPU 21。

一旦接收到清洁模式的指令信号，CPU 21将驱动信号传送到低通滤光片励振控制电路20。CPU 21包括用于暂时存储控制处理中所需的各种数据的RAM 30和用于存储将被执行的控制程序的ROM 31。

显示电路23通过CPU 21接收操作单元22的操作结果和电源电路25的电源状态，执行控制以将这些信息显示在设置于照相机体101中的显示单元24上。显示单元24安装到照相机体101的背面，使得使用者可以直接观察显示单元24的显示。

一旦接收到来自CPU 21的驱动信号，低通滤光片励振控制电路20产生用于驱动压电元件12的周期性电压。该周期性电压以存储在RAM 30中的波形数据被励振控制电路20放大且D/A转换的方式供给到压电元件12。该波形数据可以是正弦波、矩形波、梯形波和锯齿波中的任一种。以下将参考图4A至图4C详细说明使用这些波形数据中的任一种的振动方式。

图4A至图4C示出通过施加到压电元件上的周期性电压中的任一种产生的振动方式，该压电元件在与励振的振荡方向相同的方向(即，厚度方向)上被极化。图4A示出正弦波振荡，图4B示出梯形波振荡，图4C示出锯齿波振荡。当利用正弦波振荡和梯形波振荡时，可以容易地设计低通滤光片励振控制电路20。另一方面，稍后将说明锯齿波振荡可以沿一个方向去除异物。

图5A至图5C是示例性异物去除单元14和盖构件117的剖视图。在图5A至图5C中，按时间顺序示出在电压施加到压电元件12的情况下以及在低通滤光片10内附着到低通滤光片10表面的异物15的行为，并且在垂直于光轴的方向上产生如图4A所示的正弦波振荡。

在图5A中，在振动开始前，不施加电压且异物15附着于低通滤光片10。在图5B中，压电元件12被施加正电压并延伸。虚线示出图5A中的低通滤光片10的位置。在图5B中，低通滤光片10在垂直于光轴的方向上被加速。

此外，压电元件12和低通滤光片10的光轴方向上的中心轴被布置成相互不一致，因此，通过压电元件12的励振力，对低通滤光片10施加绕与光轴垂直的轴的转动力。保持低通滤光片10的弹性构件11被弯曲，在低通滤光片10中还产生在光轴方向具有分量的振动，异物15如箭头所示地被施加沿垂直于光轴的方向与光轴方向的合成方向的力。

当由低通滤光片10加速的异物15的惯性力超过异物15的附着力乘以静摩擦系数的量时，异物15发生移动。此时，接触面积变得更小，异物15与低通滤光片10之间的距离变得更短。因此，主要构成异物15的附着力的范德华(van der Waals)力、液桥力(liquid bridging force)和静电力减弱，异物15的附着力与移动前的附着力相比急剧减小。

如图5C所示，当低通滤光片10返回图5A中的状态时，如果沿光轴方向对异物15施加比在低通滤光片10上移动的异物15的附着力强的力，则异物15从低通滤光片10分离并且沿重力方向落下。

此外，在产生如图4B所示的梯形波振荡的情况下，异物同样类似图5A至图5C地分离。然而，由于该情况中的加速度大于正弦波振荡，所以，当梯形波与正弦波频率相同时，能以较小的振幅去除异物。

图6A至图6D是异物去除单元14和盖构件117的剖视图，按时间顺序示出在压电元件12被施加电压以及在低通滤光片10中沿垂直于光轴的方向产生如图4C所示的锯齿波振荡的情况下，附着到低通滤光片10表面上的异物15的行为。

在图6A中，在振动开始前，不施加电压且异物15附着于低通滤光片10。图6B示出压电元件12延伸。压电元件12和低通滤光片10的光轴方向上的中心轴被布置成相互不一致，因此，低通滤光片10受到绕与光轴垂直的轴的转动力。保持低通滤光片10的橡胶构件11被弯曲，低通滤光片10具有同样在光轴方向上产生的振动，异物15如箭头所示地被施加沿垂直于光轴的方向与光轴方向的合成方向的力。

图6C示出压电元件12从图6B的状态收缩的状态，在低通滤光片10中产生比图6A至图6B中的加速度大的加速度。此时，当异物15的惯性力超过异物15的附着力乘以静摩擦系数的量时，异物15沿如图6B中所受的惯量方向移动，并且如上所述，异物15的附着力急剧减小。此外，异物15被如箭头所示地施加同样沿光轴方向的力，当该力超过在低通滤光片10上移动的异物15的附着力时，异物15从低通滤光片10分离并且沿重力方向落下。以该方式，在低通滤光片10中产生锯齿波振荡，使得可以在一个方向上去除异物。

图7A至图7C是异物去除单元14和盖构件117的剖视图，示出施加到压电元件12的电压和传送到低通滤光片10的所产生的振动。此外，图7A至图7C按时间顺序示出当此时的频率与低通滤光片10的固有频率相互一致时异物15的行为。

在图7A中，在振动开始前，不施加电压且异物15附着于低通滤光片10。在图7B中，压电元件12被施加正电压，低通滤光片10开始振动。此时，低通滤光片10产生固有振动方式的振动并且还在光轴方向上引起大的振动。如图7C所示，当由低通滤光片10施加给异物15的惯性力超过异物15的附着力乘以静摩擦系数的量时，异物15发生移动，并且如上所述，异物15的附着力急剧减小。此外，通过低通滤光片的固有振动方式的振动，异物15如箭头所示地被施加同样在光轴方向上的大的力。当在光轴方向上的该力超过在低通滤光片10上移动的异物15的附着力时，异物15从低通滤光片10分离并且沿重力方向落下。

以该方式，低通滤光片10被给予固有振动方式的振动，使得可获得光轴方向上的大振幅，能以更小的能量去除异物。

此外，可以从如下公式(1)获得压电元件12的共振频率。

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{m}}\left(\mathrm{Hz}\right)$                         ...公式(1)

在该公式(1)中，m代表低通滤光片10的质量(kg)，k代表压电元件12的弹簧常数(N/m)。例如，当低通滤光片10的质量m为3×10^-3kg，压电元件12的弹簧常数k为100×10⁶N/m时，共振频率f为29kHz。由公式(1)明显可得，当低通滤光片10的质量小或弹簧常数k大时，共振频率变大，振动发生在超声范围中。在本实施例中，通过施加压电元件12的共振频率的电压，可由尽可能小的能量产生大振幅，从而可容易地去除异物。

第二示例性实施例

图8A和图8B示出根据本发明第二实施例的示例性异物去除单元14，该异物去除单元14设置有用于保持低通滤光片10的保持构件16。图8A是立体图，图8B是包括盖构件117的剖视图。异物去除单元14的其余部分与第一实施例相同，因此，使用相同的附图标记，不再重复其说明。

保持构件16固定到低通滤光片10的光轴方向上的端面。此外，在保持构件16的与低通滤光片10相对的端面中固定压电元件12，压电元件12被安装成使得励振力相对于恰低于低通滤光片10的重心的点在光轴1方向上偏置。压电元件12的励振面的振荡方向垂直于光轴1。这样，如箭头所示地对低通滤光片10施加绕与光轴1垂直的轴的转动力。保持构件16的杨氏模量至少大于压电元件12(例如，5×10¹⁰N/m²)，以便将压电元件12的振动传到低通滤光片10。

在第二实施例中，当低通滤光片10光轴方向上的厚度小于压电元件12的励振面的长度时，压电元件12的振动能通过保持构件16充分传递。此外，通过保持构件16，压电元件12的励振力可以从低通滤光片10的重心在光轴方向上分解，可给出绕与低通滤光片10的光轴1垂直的轴的大的转动力。

此外，在本实施例中，虽然压电元件已用作励振装置，但是该装置不限于此元件，如超磁致伸缩元件等任何可以提供去除异物的振动的装置都可行。此外，在本实施例中，低通滤光片已用作异物附着其上的光学元件。然而，光学元件不限于此滤光片，还可以使用红外截止滤光片、摄像传感器的盖玻璃和独立设置的玻璃板。

尽管已参考示例性实施例说明了本发明，但应当理解本发明不限于该公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被给予最宽的解释，以覆盖所有的变型例以及等同结构和功能。

本申请要求于2005年11月7日提交的日本专利申请No.2005-322376的优先权，其全部内容包含于此以供参考。

Claims (6)

1.一种摄像设备，其包括：

摄像传感器，用于将被摄体的光学图像转换成电信号；

光学构件，与所述摄像设备的摄像光轴轴向对准地布置在所述摄像传感器的前面；

励振装置，具有用于在振荡方向上振动的励振面；

控制装置，用于控制所述励振装置的振动；以及

挠性保持构件，用于将所述光学构件保持在壳体中，

其中，所述振荡方向垂直于所述摄像光轴，所述励振面与所述光学构件的周缘部分相接触且通常定位成与所述光轴平行以使所述光学构件受到绕垂直于所述摄像光轴的轴的转动力。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制装置执行控制以使所述励振装置产生正弦波振荡、梯形波振荡和锯齿波振荡中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述保持构件密封所述摄像传感器和所述光学构件。

4.一种摄像设备，其包括：

摄像传感器，用于将被摄体的光学图像转换成电信号；

光学构件，与所述摄像设备的摄像光轴轴向对准地布置在所述摄像传感器的前面；

励振装置，具有用于在振荡方向上振动的励振面；

控制装置，用于控制所述励振装置的振动；

挠性保持构件，用于将所述光学构件保持在壳体中；以及

刚性保持构件，用于将所述光学构件保持在壳体中，所述刚性保持构件的刚度大于所述励振装置的刚度；

其中，所述振荡方向垂直于所述摄像光轴，所述励振面与第二保持构件沿所述光轴方向的周缘部分相接触以使所述光学构件受到绕垂直于所述摄像光轴的轴的转动力。

5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，所述控制装置执行控制以使所述励振装置产生正弦波振荡、梯形波振荡和锯齿波振荡中的至少一个。

6.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，所述挠性保持构件密封所述摄像传感器和所述光学构件。

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