JP2005340990A - 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、撮像部２１の端面を固定枠部に擦り合わせて撮像部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、保持部材の端面を固定部の当接面に当て付けるとともに、当接面に沿って移動して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、保持部材が当接面に摺り合わされ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。

例えば保持部材の端面及び固定部の当接面は、衝撃力を与えるために凸凹な形状とされる。また例えば、端面を当接面へ当て付けるための押圧力、または当接面に沿った移動のための摺動力の少なくとも一方を変動させることにより、スティックスリップを発生させ、衝撃を発生させる。このとき端面及び当接面は、例えば平胆面とすることが可能であり、凸凹な形状に加工する工程を省くことができる。また、端面又は当接面の少なくとも一方を、ランダムな摩擦面とすることによって、スティックスリップを発生させ、駆動制御を簡略化することもできる。

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の手ブレ補正機構は、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補正を行なう。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、保持部材の端面を手ブレ補正範囲を超えて固定部の当接面に当て付けるとともに、当接面に沿って移動して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第１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１２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１２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当接部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５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、システムコントロール回路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。第１実施形態において、ケーシング当接部２２ｅの固定枠体２７に当接する端面２２Ｓは、例えば鋸歯状に山形が連なる凸凹形状に成形され、端面２２Ｓと相対する固定枠体２７の下側枠部（図３、５において）の内側面（当接面）２７Ｓも凸凹形状に成形される。下側枠部の当接面２７Ｓは、本実施形態では、例えば端面２２Ｓの形状と相補的に嵌合可能な鋸歯状の形状とされる。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。

異物除去モードでは、まずＹ軸駆動部３０Ｙが駆動され、ケーシング当接部２２ｅの端面２２Ｓが固定枠体２７の当接面２７Ｓに所定の押圧力で押し付けられる。その後、Ｙ軸方向の押圧力を維持したままＸ軸駆動部３０Ｘが駆動され、ケーシング当接部２２ｅは、Ｘ軸方向（左右）に往復される。このとき、端面２２Ｓと当接面２７Ｓは、その形状が互いに凸凹であるため、ケーシング２２に対してＸ軸、Ｙ軸方向に衝撃を与える。

以上のように、第１実施形態によれば、ケーシングと固定部（固定枠部）を、凸凹な面を介して当接し、これらを擦り合せることにより、ケーシングに衝撃力を繰り返し与えることができる。これにより、ケーシングに設けられたカバー部材や撮像素子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９、図１０を参照して、第２実施形態における異物除去機構について説明する。第２実施形態のデジタルカメラの構成は、撮像部２１の構成の一部が異なる点を除いて第１実施形態と同様であり、同一の構成に関しては同一参照符合を用いその説明を省略する。

第１実施形態のケーシング当接部２２ｅの端面２２Ｓ及び固定枠部２７の当接面２７Ｓは各々凸凹の形状とされた。これに対し、第２実施形態のケーシング当接部２２ｅの端面２２Ｓ’、及びこれと係合する固定枠部２７の当接面２７Ｓ’の形状は、それぞれ略平胆面とされ、その少なくとも一方は高摩擦部材から構成される。

第２実施形態においても、異物除去モードにおいては、Ｙ軸駆動部３０Ｙが駆動され、端面２２Ｓ’は当接面２７Ｓ’に所定の力で押圧され、ケーシング２２はＸ軸駆動部３０Ｘの駆動によりＸ軸に沿って左右に往復運動される。しかし、第２実施形態では、図１０に示すように、Ｘ軸駆動部３０Ｘに対しては、ＯＮ／ＯＦＦが繰り返されるパルス駆動が行なわれ、Ｙ軸駆動部３０Ｙに対しては、この間一定の電圧が供給される。すなわち、Ｙ軸駆動部３０Ｙによる端面２２Ｓ’の当接面２７Ｓ’への押圧力は一定であるが、Ｘ軸駆動部３０Ｘによる横方向の摺動力は間欠的（本実実施形態では周期的）である。

第２実施形態の端面２２Ｓ’及び当接面２７Ｓ’は互いに平胆面であるが、摺動力が間欠的にＯＮ／ＯＦＦされるため、Ｘ軸駆動部３０ＸがＯＮ状態のときには、摩擦力に抗してケーシング２２が横方向に移動し、ＯＦＦ状態となるとケーシング２２は突然停止し、いわゆるスティックスリップを起こす。これにより、ケーシング２２には大きな加速度が間欠的に加わり、カバー部材１２に付着した異物が振り落とされる。

以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と略同様の効果を得ることができる。なお、上記説明では、押圧力、摺動力の一方のみが間欠的に加えられたが、押圧力、摺動力の両方を間欠的な力（変動力）とすることも可能である。

なお、図１０には、ケーシングをＸ軸の一方向へ移動する場合のパルス波形のみが示されたが、ケーシングを逆向きに移動する場合には逆向きのパルス信号が供給される。また、Ｙ軸駆動部に間欠的なパルス波形を印加し、この間Ｘ軸駆動部に一定の電圧を印加しても、略同様の効果が得られる。すなわち、摺動力は一定に保持したまま、摩擦力の強弱を制御することにより、ケーシング当接部の端面と固定枠体の当接面との間の摺動を間欠的なものとすることができる。

次に図１１を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の構成は、略第２実施形態と同様であるので、第２実施形態と共通する構成に関しては同一参照符合を用いるとともに、その説明を省略する。

第２実施形態では、Ｘ軸駆動部３０Ｘ、Ｙ軸駆動部３０Ｙの駆動を制御することにより、スティックスリップを実現したが、第３実施形態では、ケーシング当接部２２ｅの端面と固定枠体２７の当接面との間の摩擦係数を制御することによりスティックスリップが実現される。すなわち、図１１に示すように、例えば当接面２７Ｓ”は、ランダムな摩擦面とされる。ケーシング当接部２２ｅを固定枠体２７に所定の力で押圧しながら横方向に摺動力を加えると、ケーシング２２はスティックスリップにより移動、停止を繰り返し、その衝撃によりカバー部材などから異物が振り落とされる。以上のように第３実施形態においても第２実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ランダムな摩擦面は、ケーシング当接部２２ｅの端面に設けられても良い。

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の一つの辺に当て付けた状態で、この辺に沿って移動させたが、ケーシングが当て付けられるものは枠体に限られず、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専用の摺動部材であってもよい。また、更に、第１及び第２実施形態、第２及び第３実施形態を組み合せて適用することも可能である。

本発明が適用された第１実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 図１の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。 第２実施形態の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。 第２実施形態においてＸ軸駆動部とＹ軸駆動部に印加される駆動パルスのタイミングチャートの一例である。 第３実施形態における当接面のランダムな摩擦面の状態を模式的に示す図である。

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 ケーシング当接部
２２Ｓ、２２Ｓ’ 端面
２７ 固定枠体
２７Ｓ、２７Ｓ’、２７Ｓ” 当接面

Claims (9)

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、前記保持部材の端面を前記固定部の当接面に当て付けるとともに、前記当接面に沿って移動して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. 前記端面及び前記当接面が凸凹な形状とされることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記端面を前記当接面へ当て付けるのための押圧力、または前記当接面に沿った移動のための摺動力の少なくとも一方を変動させることにより前記衝撃を発生させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記端面及び前記当接面が平胆面であることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記端面又は前記当接面の少なくとも一方が、ランダムな摩擦面から成ることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 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。
9. 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、
   前記保持部材の端面を前記手ブレ補正範囲を超えて前記固定部の当接面に当て付けるとともに、前記当接面に沿って移動して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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