JP2002204379A

JP2002204379A - カメラ

Info

Publication number: JP2002204379A
Application number: JP2000401291A
Authority: JP
Inventors: Sumio Kawai; 澄夫川合
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: US7006138B2; US20070171295A1; US7609315B2; JP4282226B2; US7724299B2; US20050280712A1; US20040012714A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】撮像素子部の密閉部を小さく済む様に構成
し、簡単で小型な防塵機構を構成でき、カメラの組立て
後に発生する塵挨に対しても効果のある撮像素子の防塵
機構を有するカメラを提供する。【解決手段】カメラは、被写体の光学像を結像する撮像
光学系と、光学像を電気信号に変換する光電変換素子１
５と、撮像光学系と光電変換素子との間に配される光学
素子と、光学素子を振動させる加振手段とを具備する。
また、光学素子と光電変換素子との間を密閉する保持部
材を有する。また、加振手段は、光学素子に１次の屈曲
定在波振動もしくは、楕円振動を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子を有する
カメラに係わり、特にカメラ内部に付着した塵埃を除去
可能なカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像素子の画素ピッチが比較的大
きなものが使われて来たが、最近の小型な１００万画素
を越える撮像素子がカメラに使用されるようになると画
素ピッチが細かなものとなり、撮像素子の撮像面の近く
にある光学素子面に付着した挨の影が撮像素子に写り込
み画質にかなり影響を及ぼすため、画質の低下が問題と
なっている。

【０００３】この問題を対策する方法の１つとしては、
撮像素子部を可能な限り密閉する構造を取ったり、別の
方法として、レンズ交換式の一眼レフ式カメラにおいて
はレンズをカメラ本体から取り外して、さらには特殊な
動作モードを用いて撮像素子を露出させてブロアー等で
撮像素子部の挨を吹き払う等していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、はじめの方法
では機械的フォーカルプレーンシャッタを持つ機構のも
のでは、シャッタそのものを密閉せざるを得ず、密閉構
造が非常に複雑になり、大型化してしまう。また、例え
シャッタ外部を密閉したとしても、機械的シャッタの羽
根が摺動動作するためにシャッタの表面が摩耗し、ゴミ
が発生して撮像素子部にゴミが付着してしまう問題があ
った。また、機械的シャッタでなく撮像素子を電気的に
制御してシャッタを構成する場合、撮像素子を駆動する
時間がシャッタ制御のため長くなり、撮像素子の温度上
昇を招いて画質が低下したり、バッテリーも持ちを悪く
する等の不具合があった。

【０００５】また、別の方法では、挨を払うためには交
換レンズを外したり、特殊なモードで撮像素子を露出さ
せるといった複雑な操作をする必要があった。また、機
械式のシャッタを使用している場合は、シャッタを挨を
除去する間、開けておく必要があり、電圧不足等で不用
意にシャッタが閉じた場合、掃除用のブロアーとシャッ
タ羽根が接触し、シャッタが破損することもある。

【０００６】以上のことを鑑みて、本発明の目的は、撮
像素子部の密閉部を小さく済む様に構成し、簡単で小型
な防塵機構を構成でき、カメラの組立て後に発生する塵
挨に対しても効果のある撮像素子の防塵機構を有するカ
メラを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるカメラは、
被写体の光学像を結像する撮像光学系と、上記光学像を
電気信号に変換する光電変換素子と、上記撮像光学系と
光電変換素子との間に配される光学素子と、上記光学素
子を振動させる加振手段とを具備することを特徴とす
る。

【０００８】また、上記光学素子と上記光電変換素子と
の間を密閉する保持部材を有することを特徴とする。

【０００９】また、上記加振手段は、上記光学素子に１
次の屈曲定在波振動もしくは、楕円振動を付与すること
を特徴とするカメラである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下に図面を
用いて説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１の実施形態を示すカ
メラの断面図であり、主要部のみ示してある。まず、カ
メラの形式はレンズ交換式の一眼レフ式のカメラであ
り、レンズ１とボディ１０とからなる。前記レンズ１と
ボディ１０は、例えば、バヨネット等の結合機構で結合
されている。また、前記レンズ１は、結像レンズ２を持
ち、この結像レンズ２全体、あるいは結像レンズ２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持っている。

【００１２】また、図１は、撮影前の状態で前記結像レ
ンズ２により被写体像は光線をミラー１１により上方に
折り曲げられ、スクリーン１２に結像される。その光学
像はダハブリズム１３を介してアイピース１４により観
察することが出来る。

【００１３】一方、光電変換素子であって本実施形態の
カメラにおける撮像素子となるＣＣＤ（Charge Coupled
Device）１５の撮像面がスクリーン１２の結像面と光
学的に等価な位置となるようにＣＣＤ１５が配されてい
る。前記ＣＣＤ１５は保持部材であるホルダー１５１の
開口部１５１ａ側に上記撮像面が向くように保持され、
不図示の支持部をボディ１０に固定されている。また、
前記ＣＣＤ１５の前面には矩形の穴を持つマスク１５２
が設けられ、前記ＣＣＤ１５の受光面の受光範囲を決め
ている。さらに、基準方向の光学ローパスフィルタであ
るフィルターＨ１５３と、これに直交する方向の光学ロ
ーパスフィルタであるフィルターＶ１５４と、赤外線カ
ットフィルターであるフィルターＲ１５５が各々取付け
られている。

【００１４】従来のカメラでは上記の構造になってお
り、フィルターＲ１５５の前面がシャッタ１６側の空間
に露出されていた。従って、ボディ１０の内部に侵入も
しくは内部にて発生した挨が前記フィルターＲ１５５の
露出面に付着し、かつ前記露出面とＣＣＤ１５の結像面
の距離が近いため、挨の影が充分にボケず、撮像面に投
影され画像として記録されることとなる。

【００１５】本実施形態では、光学素子であるガラス板
１７がホルダー１５１に支持体１８を介して、上記開口
部１５１ａを覆うように固定され、周囲を振動減衰性を
持つ粘弾性充填材で封止してフィルターＲ１５５を密閉
しているこれは、粘弾性充填剤を用いることにより、ガ
ラス板１７の振動が他の部材に伝達されることを防止で
き、ガラス板１７の振動を阻害することがないからであ
る。このようにして、上記ホルダー１５１の開口部１５
１ａを覆うようにガラス板１７が配されているため、ホ
ルダー１５１とガラス板１７とにより、ＣＣＤ１５から
ガラス板１７との間の空間が密閉され、該空間内には空
間外から塵埃が侵入することのないように構成されてい
る。従って、前記ガラス板１７のフィルターＲ１５５の
側の面は挨を除去した状態で組み立てれば挨が付着する
ことは無い。そして、前記ガラス板１７の裏面の上下の
部分には圧電体ａ１７１、圧電体ｂ１７２が固着され、
防塵素子１７０を構成している。

【００１６】次に図２（ａ）は、防塵素子部の斜視図
で、図２（ｂ）は、ガラス板１７に固着して設けられた
圧電体のグランド用の電気端子１７３のパターンを示し
ている。前記ガラス板１７の略中央部には、結像レンズ
２からの光束が通過する結像光線通過範囲１７ａが形成
されている。上記結像レンズ２からの光束は、該結像光
線通過範囲１７ａを透過してＣＣＤ１５へと入射する。
また、前記ガラス板１７の左右には振動減衰特性を持っ
たゴム等の材料で作製した支持体ａ１８１、支持体ｂ１
８２が固着されている。各支持体には、一段分、ガラス
板側に凹んだ接合面が設けられ、ホルダー１５１前面の
左右の面を受けるとともに、接合面でホルダー１５１と
固着されている。また、前記電気端子１７３にはグラン
ドにつながるリード線Ｇ１７４が半田付けされている。
また、圧電体ａ、圧電体ｂには各々リード線Ｓａ、リー
ド線Ｓｂが取付けられ、周期電圧が印加される。また、
前記電気端子１７３は、導電薄板をガラス板１７に接着
しても良いし、ガラス板１７にスパッタ等の蒸着、無電
界メッキ等で薄膜を形成しても良い。

【００１７】次に、図３（ａ）は防塵素子への信号印加
のための回路概念図を示している。図３（ａ）に示すよ
うに、圧電体ａ、圧電体ｂは圧電体板厚方向（結像レン
ズ２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。

【００１８】次に、図３（ｂ）は、防塵素子に周期信号
を印加した場合の防塵素子を図３（ａ）でＡとして矢視
した図である。図３（ｂ）に示すように、実線は電圧印
加が無い場合で、下側の鎖線は圧電体に＋（正）電圧が
印加されて圧電体が伸びた場合、上側の鎖線は−（負）
電圧が印加されて圧電体が縮んだ場合を示してある。

【００１９】次に、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のごとく
振動している防塵素子のガラス板１７のシャッタ１６側
の面に生ずる屈曲振動を示している。矢印は、ガラス板
１７表面の質点の軌跡を示している。前記屈曲振動の腹
の部分の質点は上下に振動し、最大の振動巾を持つ。ま
た、前記屈曲振動の節の位置では、質点は振動巾は零で
回転振動のみ行なう。前記屈曲振動の腹と節との間で
は、質点は該質点から近い側も節を中心とした円弧状の
振動をする。

【００２０】次に、図５は、前記のような振動をするガ
ラス板表面に挨が付着していた場合の挨の挙動を時間を
追って（ａ）から順に（ｉ）まで示した。図５では、重
力等のガラス板の振動以外に挨が受ける力がガラス板の
板厚方向にかかっている場合を示している。

【００２１】まず（ａ）は、面が振動する前に挨がガラ
ス板表面に付着している状態である。（ｂ）では、面が
振動を始め挨に矢印の力が面から挨に加えられる。
（ｃ）では、挨に加わる力は弱くなるが挨には矢印の力
が加えられる。（ｄ）では振動方向は（ｃ）の時とは逆
になり、挨は（ｃ）から（ｄ）の間で、挨が面から受け
た慣性力が挨の付着力と重力を上回ると面から離れ慣性
運動を続ける。そして、（ｄ）から（ｆ）の破線は、挨
が図の下方への力（重力とか静電気力等）を受けている
場合の挨の運動軌跡を示す。そして、（ｆ）に示すよう
に、挨は（ａ）の状態よりも左側に移動することとな
る。

【００２２】この様に挨が移動するのは、図３（ｃ）で
質点の振動に水平方向の成分を持つ為である。また、
（ｈ）から（ｉ）では、挨は再び面から力を受けること
となる。

【００２３】以上、（ａ）から（ｉ）で振動の１周期の
動きを示したが、さらに振動を続けると挨は、図３
（ｃ）の振動の節に集まることとなる。また、例え挨が
振動の腹の位置に付着していたとしても、埃の形状が真
球であってかつ重心が正確に振動の腹にあることはほと
んど考えられず、挨が面から離れ、再び面に付着した時
に少しでも腹の位置からずれれば挨は最終的に振動の節
位置に集まることとなる。従って、結像光線通過範囲か
ら外れた位置に振動の節が来るように屈曲振動を発生さ
せれば、挨は結像光線通過範囲から除去することが出来
る。また、本発明では屈曲振動の節を支持体ａと支持体
ｂとで支持する構成としている。このように支持する
と、振動巾の零の位置にて支持することになるので屈曲
振動を阻害しない効率的な支持方法となる。さらに、屈
曲振動は、共振させた場合に最も低電圧の信号で大きな
振幅を発生させることが出来る。このときの共振周波数
は、防塵素子の形状と材質と支持の方法と振動モードに
より決まる。

【００２４】今、防塵素子を単純な矩形板と考え、板の
長辺の長さ：１、板厚：ｈ、板の縦弾性係数：Ｅ、板の
密度：ρとし、支持を自由支持として図３（ｃ）の様な
１次の屈曲振動を発生させると、その共振周波数ｆは、

【数１】となる。

【００２５】図５では、重力が面に垂直な方向にかかっ
ていたが、面内方向に重力がかかっている場合、挨は屈
曲振動の節の方向に移動するとともに、重力方向に移動
して結像光線通過範囲から除去される。

【００２６】このように本実施形態においては、防塵素
子であるガラス板１７が共振するような周波数にて電圧
を印加している。

【００２７】ところで、上述のように防塵素子であるガ
ラス板１７に1次の屈曲振動を発生させることで、ガラ
ス板１７の表面に付薯した塵埃を除去することが可能で
あるが、前記ガラス板１７の表面が静電気により帯電し
ていた場合、ガラス板１７の表面上に付着した塵埃は静
電気によりガラス板１７の表面に吸着される。よって、
この吸着カがあまりに大きいとガラス板１７の表面上の
塵埃を除去できないときがある。これを解決する為に、
図４に示すように、ガラス板１７の結像レンズ２の表面
に透明電極４１と該透明電極４１と導通している電気端
子４４を形成し、該透明電極４１を電極端子４４を介し
て接地することで、前記ガラス板１７の帯電を防止する
ことが出来る。そして、ガラス板１７のっｃｄ１５側の
面には圧電体４２、４３を図３に示すように構成し、上
述のような振動をガラス板１７に加えることにより、前
記ガラス板１７の表面に付着した塵埃を除去することが
出来る。

【００２８】以上のように、ガラス板１７の表面が帯電
することを防止する帯電防止手段を設けることで、より
塵埃除去の効果を得ることができる。また、上記帯電を
防止する為にガラス板１７の表面を接地する他、帯電防
止コートをする等しても同等の効果が得られる。

【００２９】次に図６は、本発明の第２の実施形態であ
る。図６に示すように、ガラス板２７表面に進行波を発
生させる防塵素子で、圧電体ａ１、圧電体ａ２、圧電体
ｂ１、圧電体ｂ２がガラス板に固着され、各圧電体とガ
ラス板の間にはグランド用の電気端子２７５が設けられ
ている。各圧電体は水平方向に交互に分極方向の異なる
区間（＋と一で表示）を持つ。前記圧電体ａ１と圧電体
ｂ１の水平方向の分極配置は同じである。圧電体ａ２と
圧電体ｂ２の水平方向の分極配置は同じで、かつ、−と
＋の区間長さをλとすると、前記２つの圧電体の配置位
置に対して、λ／４だけ水平方向に位置をずらして配置
されている。

【００３０】前記圧電体ａ１と圧電体ｂ１には発振器か
ら同一位相の周期電圧が印加され、圧電体ａ２と圧電体
ｂ２には発振器からの信号を９０°移相器で位相を９０
°変えて周期電圧が印加されている。このようにする
と、図７に示すように、ガラス板２７の表面には波長λ
の進行波が発生する。この図７は、前述の図６のガラス
板表面をＢ方向から矢視したもので、１点鎖線は電圧印
加直後の面の形状を示し、２点鎖線は屈曲振動波が時間
が経って水平方向右側に進んで行く様子を示している。

【００３１】以上のように、ガラス表面に進行波が発生
すると、ガラス表面のどの質点でも図に示すように反時
計方向の楕円振動（円運動を含む）をする。この楕円振
動に左方向の水平方向の成分があるのでガラス板表面に
付着した挨は全てガラス板左側に運ばれる。

【００３２】本発明の第２の実施形態では、挨はガラス
板の片側に集められるので集められた挨の処置は第１の
実施形態よりも簡単である。また楕円振動の振幅はガラ
ス板のどの位置でも同じなので挨を除去する力はガラス
面全面に均一にわたり、同じとなる。また、本発明の第
２の実施形態の場合も屈曲振動は共振させる事によって
進行波の振幅を大きくすることができ、より挨の除去の
ための慣性力を増すことが出来る。さらに、本発明の第
２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、３倍程度
短い波長を使用するため可聴域を超え、雑音等の動作音
が聞こえない利点がある。また、別の実施形態として
は、前述の図６の進行波を長手方向に発生させるのでは
なく、短手方向に進行波を発生させることもできる。こ
の場合、進行波を長手方向に発生させた場合と比較し
て、振動させる長さが短いため、さらに短い波長にする
ことができる。また、別の実施形態としては、対角線方
向に進行波を発生させることにより、ガラス板の角に埃
を集めることができ、埃の回収等が容易になる。

【００３３】次に、図８は本発明の第３の実施形態の防
塵素子の斜視図である。ガラス板３７には振動減衰性を
持つゴム等で作製された支持体３８が固着され、ホルダ
ー当付面３８１にホルダー１５１の前面が当てつき接着
されている。ガラス板３７の支持体３８の外側には積層
圧電体ａ３７１と積層圧電体ｂ３７２が固着され、さら
に各積層圧電体には、例えば、タングステン、銅、鉄と
言った比較的比重の大きな材料で作られた重りａ３７
３、重りｂ３７４が固着されている。

【００３４】各積層圧電体には発振器からの周期電圧が
印加され、各重り３７３、３７４がレンズ光軸方向に振
動する。この重りの反作用によりガラス板３７を光軸方
向に振動させることが出来る。このガラス板の振動によ
り、ガラス板表面の挨を表面から引き離すことが可能
で、ガラス板３７の面内方向に重力がかかる方向にして
振動を与えれば挨は重力のかかる方向へ除去される。ま
た、重力ではなく振動を与えると同時に空気流を作って
やり、空気流の作用で挨を除去してもよいし、同様の効
果を与えられる振動であれば、方法は問うものではな
い。

【００３５】この第３の実施形態の防塵素子では、第１
の実施形態の屈曲振動の腹付近に積層圧電体を取り付
け、共振周波数で発振器を発振させれば、同様に第１の
実施形態の防塵素子を形成することが可能である。この
場合、積層圧電体の取り付ける位置は、屈曲振動の節の
位置以外であればよいが、屈曲振動の腹の位置近傍に取
り付けた方が、効果的に屈曲振動を発生させることがで
きる。同様に、図６で圧電体ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の
代わりに重りをつけた積層圧電体をλ／４左右方向に離
れた位置に固着し、時間的に９０°位相をずらしても前
述の屈曲振動（定在波で１．５波長の屈曲振動）の共振
周波数の周期電圧を印加すれば、ガラス板には同様に図
７に示す屈曲進行波が生じさせる。

【００３６】このように構成された第２、第３の実施形
態においても、第１の実施形態で説明したような帯電防
止手段を設けることにより、塵埃除去の効果を高めるこ
とができる。

【００３７】また、さらに、以下の形態も考えられる。

【００３８】「付記」（付記１）被写体の光学像を結像する撮像光学系と、
上記光学像を電気信号に変換する光電変換素子と、該光
電変換素子を保持し、上記撮像光学系からの光を上記光
電変換素子に導く開口を有する保持部材と、上記開口を
覆い、上記光電変換素子を密封する光学素子と、上記光
学素子を振動させる加振手段と、を具備し、上記光学素
子は、上記保持部材に上記加振手段により発生する振動
の節の近傍にて取り付けられることを特徴とするカメ
ラ。

【００３９】（付記２）上記光学素子はローパスフィ
ルタであることを特徴とする付記１記載のカメラ。

【００４０】（付記３）上記光学素子は赤外線カット
フィルターであることを特徴とする付記１記載のカメ
ラ。

【００４１】（付記４）上記光学素子の上記光電変換
素子と反対側の表面に形成された光透過性の電極と、上
記電極と電気的に接続され、上記光学素子表面の帯電を
防止する接地手段と、を有することを特徴とする付記１
記載のカメラ。

【００４２】（付記５）上記光学素子は略矩形であっ
て、対向する２辺は弾性体を介して上記保持部材に固着
され、対向する他の２辺と上記保持部材との隙間は弾性
を有する接着剤にて充填されていることを特徴とする付
記１記載のカメラ。

【００４３】（付記６）上記振動の節が上記透過性の
電極の透過有効範囲の外に配置されていることを特徴と
する付記１記載のカメラ。

【００４４】

【発明の効果】本発明の実施形態を用いると、撮像素子
の全面に設けられた光学素子に付着した埃を除去するこ
とができ、埃の影が撮影画像に写り込まないようにする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るカメラの断面
図。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る防塵素子部を示
す図。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る信号印加のため
の回路及び防塵素子の動作を示す図。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る透明電極を防ぐ
を示す図。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る振動をするガラ
ス板表面に挨が付着していた場合の挨の挙動を時間を追
って示した図。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る防塵素子部を示
す図。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る進行波を示す
図。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る防塵素子部を示
す図。

【符号の説明】

１…レンズ、２…結像レンズ、１０…ボディ、１１…ミ
ラー、１２…スクリーン、１３…ダハブリズム、１４…
アイピース、１５…ＣＣＤ、１６…シャッタ、１７…ガ
ラス板、３８…支持体、４１…透明電極、４２、４３…
圧電体、１７０…防塵素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の光学像を結像する撮像光学系
と、上記光学像を電気信号に変換する光電変換素子と、上記撮像光学系と光電変換素子との間に配される光学素
子と、上記光学素子を振動させる加振手段と、を具備すること
を特徴とするカメラ。
【請求項２】上記光学素子と上記光電変換素子との間
を密閉する保持部材を有することを特徴とする請求項１
記載のカメラ。
【請求項３】上記加振手段は、上記光学素子に１次の
屈曲定在波振動もしくは、楕円振動を付与することを特
徴とする請求項１記載のカメラ。