JP2005340988A - 撮像装置及び手ブレ補正機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子又はそのカバーに付着する埃等の異物を除去する。
【解決手段】 カバー部材１２と撮像素子１３を撮像部２１として一体的に設ける。撮像部２１をアクチュエータ１８により撮像面に平行に揺動可能とする。手ブレ補正モードにおいては、角速度センサ１９からの信号に基づいて、撮像部２１を撮像面に平行に揺動し、手ブレを補正する。異物除去モードにおいては、手ブレ補正範囲を越えて撮像部２１を移動し、固定枠部に打ち付けて撮像部２１に衝撃力を与える。この衝撃力により、カバー部材１２に付着した埃等の異物を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像素子を動かすことで手ブレ補正を行なう撮像装置に関し、特に手ブレ補正機能を備えたレンズ交換式のデジタルカメラに関する。

カメラ本体の揺動による撮影画像の手ブレを補正する様々な手ブレ補正装置が提案されている。このような手ブレ補正装置の１つとして、カメラ本体の揺動を相殺するように撮像素子を揺動させるものが知れている。しかし、撮像素子を揺動させる手ブレ補正装置を備えたカメラでは、撮像素子を気密的に外気から遮断することが難しく、埃などの異物が撮像素子表面に付着し、これが撮影画像に写り込むことにより画質が悪化すると言う問題があった。特にレンズ交換式のデジタルカメラ等では、埃が侵入し易く大きな問題であった。

このような問題に対して、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の光学フィルタの内側に撮像素子を気密的に収容し、撮像素子表面に異物が付着するのを防止した撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。この撮像装置においても、異物はフィルタの外側表面に付着するが、撮像面である撮像素子表面とフィルタ外表面の距離を大きく取ることにより異物の像をぼかして画質の低下を抑えることが可能である。
特開２００３−１１０９３０号公報

しかし、特許文献１の方法では、フィルタ外表面と撮像素子表面の距離を十分大きくとる必要があり、設計上の制約となり小型化（薄型化）においても不利である。また、異物の大きさが大きい場合や、異物が蓄積してしまった場合には、画質を維持することは困難である。

本発明は、撮像素子又はそのカバーに付着する埃等の異物を除去する異物除去機能を備えた撮像装置を簡便な構成及び低コストで提供することを目的としている。

本発明の撮像装置は、撮像素子と、撮像素子を保持する保持部材と、保持部材を撮像面に平行な面内の独立した第１及び第２の方向に運動させる駆動機構と、駆動機構による保持部材の可動範囲内に配置される固定部とを備え、駆動機構が保持部材を固定部に係合させることにより保持部材に衝撃力を与えることを特徴としている。

撮像素子に直接異物が付着するのを防止するには、透明なカバー部材によって撮像素子がケーシング等を構成する保持部材内に封止されることが好ましい。このような場合、埃等の異物はカバー部材の外表面に付着するが、保持部材を固定部に打ち付けるときの衝撃力により振るい落とされる。また、第１及び第２の方向は、手ブレ補正機構の構成の簡略化や、制御の容易さの観点から直交していることが好ましい。

例えば、異物除去モードにおける簡略な制御では、保持部材は第１の方向に移動され固定部に衝突させられる。より効果的に異物を振り払うには、固定部への衝突を高周波パルス駆動により繰り返し行なうことが好ましい。異物除去動作としては、他にも、保持部材を第１の方向における前後方向に一対設けられた固定部に交互に衝突させる方法や、保持部材を更に第２の方向にも移動させて固定部に衝突させる方法がある。後者の場合、保持部材は、例えば保持部材を取り囲む４方向に設けられた固定部の何れかまたは全てに衝突され、様々な方向の衝撃力を異物に与えることができ、より確実に異物除去を行なうことができる。なお、固定部は、例えば保持部材を取り囲む枠体からなる。

駆動機構は、保持部材を第１及び第２の方向に運動させることにより手ブレ補正を行なう手ブレ補正機構であることが好ましく、固定部は手ブレ補正のために保持部材が運動する手ブレ補正範囲を越えた位置に配置されるとともに、保持部材への衝撃力は、異物除去モードにおいて、保持部材が手ブレ補正範囲を超えて固定部に係合されることにより与えられることが好ましい。

また、本発明のデジタルカメラ用手ブレ補正機構は、撮像素子と、撮像素子を保持する保持部材とを備える。手ブレ補正機構は、保持部材を撮像面に平行な面内の独立した第１及び第２の方向に運動させることにより手ブレを補正する。また、手ブレ補正機構は、手ブレ補正のために保持部材が運動する手ブレ補正範囲を越えた位置に配置される固定部と、手ブレ補正範囲を超えて保持部材を固定部に係合させることにより保持部材に衝撃力を与える異物除去手段とを備える。

以上のように、本発明によれば、手ブレ補正機構を異物除去に併用できるので、撮像素子又はそのカバーに付着する埃等の異物を簡便な構成で除去することが可能となり、異物除去機能を備えた撮像装置を低コストで提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用された一実施形態である手ブレ補正装置を備えたデジタルカメラ１０の電気的な構成を示すブロック図である。また、図２は、デジタルカメラ１０の構成を示す模式図である。

デジタルカメラ１０は、例えばレンズ交換可能なカメラである。被写体像はカメラ本体に取り付けられた撮像レンズ系（レンズ群）１１及び透明カバー部材１２を介して撮像素子１３の撮像面に結像される。撮像素子１３で撮像された画像は、画像信号として画像処理回路１４に送られ、ホワイトバランス処理、エンハンスメント処理、ガンマ補正処理等の所定の処理が施される。その後、画像信号はＬＣＤ等からなる表示装置１５に送出され画面上に表示される。また、撮像素子１３は例えばＣＣＤであり、ドライバ１６からの駆動パルスにより駆動制御される。

一方、画像処理回路１４及びドライバ１６の駆動は、コントロール回路１７により制御される。コントロール回路１７には、更にアクチュエータ１８、角速度センサ（ジャイロ）１９、スイッチ群２０が接続される。

角速度センサ１９は、デジタルカメラ１０の手ブレ（振動）を検知するためのセンサであり、コントロール回路１７は、角速度変化をモニタすることにより、カメラ本体の振れ量を算出し、算出された振れ量に基づいてアクチュエータ１８を駆動して撮像素子１３を撮像面に平行に（光軸Ｏの垂直面内において）揺動する。すなわち、カメラの振れによる手ブレを相殺する方向に撮像素子１３を揺動させることにより手ブレの発生を防止する。なお、本実施形態では、後述するように、透明カバー部材１２は撮像素子１３に一体的に設けられ、撮像部２１を構成する。すなわち本実施形態において、アクチュエータ１８は、撮像部２１全体を撮像面に平行に揺動する。

図３は、撮像部２１を撮像素子１３の撮像面とは反対側から見たときの平面図であり、図４は、図３のIV−IV線に沿った撮像部２１の断面図である。

撮像部２１は、カバー部材１２及び撮像素子１３を収容する例えば略直方体形状のケーシング（保持部材）２２を備える。ケーシング２２の底面には、開口部２２ａが形成され、開口部２２ａは光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等からなる透明カバー部材１２により密閉される。また、ケーシング２２において、開口部２２ａの反対側は開放されており、この開放部２２ｂから基板２３に取り付けられた撮像素子１３が、ケーシング２２内に収容される。このとき基板２３の周縁部は、開放部２２ｂを画成するケーシング２２の端面に気密的に取り付けられる。すなわち、撮像素子１３は、ケーシング２２、透明カバー部材１２、基板２３により、ケーシング２２内に気密的に収容される。また、撮像素子１３と透明カバー部材１２との間には、それぞれの相対位置を固定するための押え部材２４が介装される。撮像レンズ系１１を介した光は、開口部２２ａに設けられた透明カバー部材１２を通して撮像素子１３の撮像面１３ａに結像される。

ケーシング２２は、中央に矩形開口部２７ａが形成された固定枠体２７の内側に配置される。矩形開口部２７ａは、ケーシング２２の外形よりも大きく、ケーシング２２が揺動可能な範囲を確定する。すなわち、手ブレ補正における撮像素子１３の揺動は、矩形開口部２７ａ内のケーシング２２の運動によって達成される。

図３において、撮像素子１３の撮像面１３ａに平行な面の横軸方向をＸ軸方向、縦軸方向をＹ軸方向とするとき、ケーシング２２のＸ軸に平行な相対する２つの側壁の外側には、２つの棒状のＸ軸方向ガイド部材２５をそれぞれ挿通するためのＸ軸受部２２ｃ、２２ｄが形成される。すなわち、ケーシング２２は、Ｘ軸方向ガイド部材２５に沿って摺動自在である。また、ケーシング２２の１つの側面（例えば図３の下側の側面）には、後述する埃等の異物除去を行なう際に使用されるケーシング打付部２２ｅが設けられる。

２つのＸ軸方向ガイド部材２５の一方の端部は、それぞれＸ軸に直交するＹ軸に沿った１つの棒状のＹ軸方向ガイド部材２６に一体的に連結され、コの字状のガイド部材を構成する。Ｙ軸方向ガイド部材２６は、固定枠体２７の一辺（図３においてＹ軸に沿った左側の枠部）に設けられたＹ軸受部２８に挿通され、Ｙ軸方向に沿って摺動自在である。

また、Ｘ軸方向ガイド部材２５の他端（Ｙ軸ガイド部材とは反対側の端部）は、固定枠体２７のＹ軸に沿った右側の枠部に設けられた一対のガイド部材支持体２９にそれぞれ挿通され支持される。Ｘ軸方向ガイド部材２５が相通されるガイド部材支持体２９の穴は、Ｙ軸方向に所定の幅を持ち、Ｘ軸方向ガイド部材２５は、この穴に沿って、Ｙ軸方向に摺動自在である。すなわち、コの字状のガイド部材は、一体的にＹ軸方向に移動することができ、ケーシング２２は、Ｘ軸方向ガイド部材２５に沿ってＸ軸方向に移動することができる。したがって、ケーシング２２は、固定枠体２７に対し、直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、矩形開口部２７ａ内において移動することができる。

一方、基板２３の撮像素子１３が設けられた面とは反対側の面にはコイル基板３０が取り付けられる。コイル基板３０は、Ｘ軸駆動部３０ＸとＹ軸駆動部３０Ｙとを備え、Ｘ軸駆動部３０Ｘは、コイル基板３０の本体（基板２３に貼り付けられた領域）からＸ軸方向の一方（図３では右方）に延出する。すなわちＸ軸駆動部３０Ｘは、矩形開口部２７ａを越えて固定枠体２７の枠部（右側枠部）と重なる位置まで延出し、コイル３１Ｘが設けられる。一方、Ｙ軸駆動部３０Ｙは、コイル基板３０の本体からＹ軸方向の一方（図３では上方）に、矩形開口部２７ａを越えて固定枠体２７の枠部（上側枠部）に重なる位置まで延出し、Ｘ軸駆動部３０Ｘと同様にコイル３１Ｙが設けられる。

Ｘ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙは、固定枠体２７から所定距離離れて配置され、固定枠体２７のコイル３１Ｘ、３１Ｙと重なる位置には、Ｘ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙを囲むコの字形のヨーク３２Ｘ、３２Ｙがそれぞれ設けられる。また、ヨーク３２Ｘ、３２ＹとＸ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙとの間には、ヨーク３２Ｘ、３２Ｙに固定された永久磁石３３Ｘ、３３Ｙがそれぞれ設けられる。すなわち、コイル基板３０は、コイル３２Ｘ、３２Ｙの通電を制御することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へそれぞれ揺動可能であり、これらを組み合せることにより、ＸＹ平面内の任意の方向に撮像素子１３を揺動させることができる。なお、図３において、Ｘ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙを取り囲むヨーク３２Ｘ、３２Ｙの一部は、Ｘ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙが見えるように取り除かれて描かれている。

なお、図３からコイル基板３０、基板２３、ヨーク３１Ｘ、３１Ｙ、磁石３２Ｘ、３２Ｙを取り除いたものを図５に示し、図６に図５の矢印Ａ方向からの側立面図を示す。また、図７、図８はそれぞれ図５の矢印Ｂ、Ｃ方向からの側立面図であり、図７においては、ケーシング２２やガイド部材支持体２９に係る構成が省略され、図８においては、ケーシング２２やＹ軸受部２８に係る構成が省略されている。

次に、図１、図３、図４、図９を参照して本実施形態における異物除去機能について説明する。デジタルカメラ１０は、例えば手ブレ補正機能を用いる手ブレ補正モードを備え、手ブレ補正モードが設定されている場合には、角速度センサ１９の信号に基づいてＸ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙ等からなるアクチュエータ１８が駆動されケーシング２２（すなわち撮像素子１３）が、手ブレを相殺するように揺動される。なお、この運動は矩形開口部２７ａの内側で、ケーシング２２が固定枠体２７の枠部に接触しない範囲（手ブレ補正範囲）で行われる。

また、デジタルカメラ１０は、異物除去モードを備え、例えばスイッチ群２０の操作に基づいて異物除去モードが選択されると、コントロール回路１７は、カバー部材１２に付着した埃等の異物を除去するためにアクチュエータ１８を駆動する。例えば本実施形態では、Ｙ軸駆動部３０Ｙのみを駆動して、ケーシング打付部２２ｅを固定枠体２７の一辺、本実施形態では下側枠部の縁に繰り返し打ち付ける。このとき、アクチュエータ１８（Ｙ軸駆動部３０Ｙ）は、高周波パルスにより駆動され、ケーシング打付部２２ｅは、高い振動数で枠部に打ち付けられる。なお、異物除去モードは、カメラ起動時など特定のタイミングで自動的に一定時間駆動されてもよい。

図３、４等では、ケーシング２２が打ち付けられるのは下側枠部とされているが、図９のように上側枠部や、左右の何れかの枠部に高周波振動で繰り返し打ち付けてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、ケーシングを固定枠体の１つの辺に繰り返し打ち付けることにより、ケーシングに衝撃力を繰り返し与えることができるので、ケーシングに設けられたカバー部材に付着した埃等の異物をこの衝撃を用いて振り落とすことができる。

次に、図１０〜図１２を参照して、異物除去モードにおける異物除去動作の変形例について説明する。

上記実施形態では、ケーシング２２は、固定枠体２７の１つの枠に打ち付けられたが、図１０の変形例では、ケーシング２２は、例えば左右両側あるいは上下両側の枠部に交互に繰り返し打ち付けられる。これにより、異物に加わる衝撃の方向を互いに逆向きの２方向とすることができ、より確実に異物を振るい落とすことができる。なお、この変形例においては、例えばアクチュエータ１８のＸ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙのうちの一方のみを用いて異物除去動作は実行される。

図１１の変形例では、Ｘ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙの両方が駆動され、ケーシング２２の１つの角が、矩形開口部２７ａの１つの隅に繰り返し打ち付けられる。また、図１２の変形例では、ケーシング２２を斜め方向（例えば斜め４５°方向）に動かして矩形開口部２７ａの１つの枠部に斜め方向から打ち付け、その後移動方向を例えば９０°変更して、ケーシング２２を隣の枠部に打ち付ける。これを順次繰り返して矩形開口部２７ａの４つの枠部に順次ケーシング２２を打ち付ける。図１１、図１２の変形例によれば、斜め方向に衝撃を与えることができるので、斜め方向に脱落しやすい異物を効果的に除去することができる。

なお、本実施形態で述べた異物除去動作や、変形例における異物除去動作は、組み合せて利用することもできる。また、ケーシングの移動方向の角度は、様々な方向に取ることができる。なお、変形例の説明においては、ケーシング打付部に関する記載を省略したが、ケーシング打付部は、必要に応じてケーシングが打ち付けられる方向の側面にそれぞれ設けられる。

なお、本実施形態では、撮像素子はケーシング内に気密的に収容されていたので、異物が撮像素子の撮像面に付着することはなく、異物除去はカバー部材に対して行なわれたが、撮像面が外気から気密されていない場合には、撮像素子の撮像面から異物が除去されることとなる。このような場合には、カバー部材を揺動されるケーシング（撮像素子）から分離して構成することもできる。

また、本実施形態では、ケーシングを固定枠体に打ち付けたが、ケーシングが打ち付けられる対象は、枠体に限られず、カバー部材や撮像素子に衝撃力を与えることができればよく、例えばカメラ本体に固定された打ち付け専用の部材であってもよい。

本発明が適用された一実施形態であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 手ブレ補正装置を備えたデジタルカメラの構成を示す模式図である。 撮像部を撮像素子の撮像面とは反対側から見たときの平面図である。 図３のIV−IV線に沿った撮像部の断面図である。 図３からコイル基板、基板、ヨーク、磁石を取り除いた平面図である。 図５の矢印Ａ方向からの側立面図である。 ケーシングやガイド部材支持体に係る構成が省略された図５の矢印Ｂからの側立面図である。 ケーシングやＹ軸受部に係る構成が省略された図５の矢印Ｃ方向からの側立面図である。 本実施形態における異物除去動作の模式図である。 異物除去動作の変形例の模式図である。 異物除去動作の変形例の模式図である。 異物除去動作の変形例の模式図である。

符号の説明

１０ デジタルカメラ
１３ 撮像素子
１７ コントロール回路
１８ アクチュエータ
２１ 撮像部
２２ ケーシング
２２ｅ ケーシング打付部
２７ 固定枠体

Claims (11)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子を保持する保持部材と、
   前記保持部材を撮像面に平行な面内の独立した第１及び第２の方向に運動させる駆動機構と、
   前記駆動機構による前記保持部材の可動範囲内に配置される固定部とを備え、
   前記駆動機構が、前記保持部材を前記固定部に係合させることにより前記保持部材に衝撃力を与える
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像素子が光路上に配置された透明なカバー部材によって封止され、前記カバー部材の外表面に付着した異物が、前記衝撃力により除去されることを特徴とした請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１及び第２の方向が直交することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 異物除去モードにおいて、前記保持部材が前記第１の方向に移動されるとともに前記固定部に衝突させられることにより前記衝撃力が与えられることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記保持部材の前記固定部への衝突が、高周波パルス駆動により繰り返し行われることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記異物除去モードにおいて、前記保持部材が前記第１の方向における前後方向に一対設けられた前記固定部に交互に衝突させられることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
7. 前記異物除去モードにおいて、前記保持部材が更に前記第２の方向に移動されるとともに前記固定部に衝突させられることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
8. 前記異物除去モードにおいて、前記保持部材が前記保持部材を取り囲む４方向に設けられた前記固定部に衝突させられることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記固定部が、前記保持部材を取り囲む枠体であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記駆動機構が、前記保持部材を前記第１及び第２の方向に運動させることにより手ブレ補正を行なう手ブレ補正機構であり、前記固定部が前記手ブレ補正のために前記保持部材が運動する手ブレ補正範囲を越えた位置に配置されるとともに、前記保持部材への衝撃力が、前記保持部材が前記手ブレ補正範囲を超えて前記固定部に係合されることにより与えられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
11. 撮像素子と、前記撮像素子を保持する保持部材とを備え、前記保持部材を撮像面に平行な面内の独立した第１及び第２の方向に運動させることにより手ブレ補正を行なう手ブレ補正機構であって、
    前記手ブレ補正のために前記保持部材が運動する手ブレ補正範囲を越えた位置に配置される固定部と、
    前記手ブレ補正範囲を超えて前記保持部材を前記固定部に係合させることにより前記保持部材に衝撃力を与える異物除去手段と
    を備えることを特徴とするデジタルカメラの手ブレ補正機構。
    

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