JP2008005058A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子前面部に配置した光学素子上に付着した塵埃等の異物を、短時間に、効率良く除去出来るようにする。
【解決手段】被写体像を光電変換する撮像素子３３と、被写体像を結像させる撮影光学系と撮像素子との間に配置された光学素子４１０と、光学素子の表面上に付着した異物の位置を記憶する異物位置記憶部１００ａと、光学素子の表面上に付着した異物を除去するために、光学素子を加振する加振装置４３０と、異物位置記憶部に記憶されている異物位置情報に基づいて、加振装置の駆動パラメータを制御する制御部１００とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばデジタル一眼レフカメラに組み込まれている撮像素子や光学フィルタ等の、焦点面もしくは焦点面近傍に配設された光学部材の表面に付着した塵埃等の異物を除去する技術に関するものである。

従来から、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラの撮影レンズの焦点面近傍に塵埃等の異物が存在すると、その影が撮像素子に写り込んでしまうという問題がある。

このような塵埃は、レンズ交換時に外部から侵入したり、カメラ内部でのシャッタやミラーの動作に伴って発生する、その構造部材である樹脂や金属等の微細な磨耗紛が原因と考えられている。このような原因で発生した塵埃が、特に撮像素子の保護用のカバーガラスとカバーガラスの前面に配設されている赤外カットフィルタや、光学ローパスフィルタ等の光学フィルタの間に入り込んでしまう場合がある。このような場合は、その塵埃を除去するためにカメラを分解しなければならなかった。このため、撮像素子のカバーガラスと光学フィルタとの間に塵埃が入り込まないように密閉構造にすることは極めて有効なものであった。

しかしながら、光学フィルタの撮像素子に対向する側と反対側（レンズ側）の表面に塵埃が付着した場合、それが焦点面の近傍である場合にはその塵埃が影となって撮像素子に写り込んでしまうという問題が依然として残っている。そこで、このような問題点を解決するために、撮像部前面に振動可能な光学フィルタを設け、圧電素子によりこの光学フィルタを振動させることにより、その光学フィルタに付着している塵埃を除去する構造が提案されている（特許文献１）。この特許文献１のようなカメラ構成にすると、レンズを外さず、またカメラを分解することなく防塵構造の最外面（例えば光学フィルタ表面）に付着した塵埃を除去できる。
特開２００２−２０４３７９号公報

しかしながら、上述した従来の塵埃除去機構においては、以下のような問題があった。

即ち、光学フィルタ上に付着する塵埃は、その大きさ、材質、形状等がさまざまであり、また、それら塵埃が光学フィルタ上のどの位置に付着するかも予測は不可能である。そのため、従来の塵埃除去機構では、塵埃の大きさや付着位置等によっては、十分に塵埃を除去することが出来ない場合があった。

また、振動を発生させるための圧電素子そのものの変位量は僅かであり、圧電素子の変位量のみで光学フィルタを振動させても効率良く塵埃の除去を行うことができない場合がある。そのため、通常は、光学フィルタの振動の振幅を大きくするために、その光学フィルタ自体がもつ固有の共振周波数で加振する必要がある。また、圧電素子に対して高い電圧を印加することによっても、圧電素子の変位量を大きくし、光学フィルタにより大きな振幅の振動を発生させることはできる。しかし、さまざまな形態の塵埃を効率良く除去しようとすると、装置の大型化を引き起こすとともに、電源エネルギの消費を増加させ、除去作業に要する時間を増大させてしまうことにもなる。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子前面部に配置した光学素子上に付着した塵埃等の異物を、短時間に、効率良く除去出来るようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、被写体像を光電変換する撮像素子と、前記被写体像を結像させる撮影光学系と前記撮像素子との間に配置された光学素子と、前記光学素子の表面上に付着した異物の位置を記憶する異物位置記憶手段と、前記光学素子の表面上に付着した異物を除去するために、前記光学素子を加振する加振手段と、前記異物位置記憶手段に記憶されている異物位置情報に基づいて、前記加振手段の駆動パラメータを制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子前面部に配置した光学素子上に付着した塵埃等の異物を、短時間に、効率良く除去することが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１および図２は本発明の一実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観を示す図である。具体的には、図１はカメラ前面側より見た斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示し、図２はカメラ背面側より見た斜視図である。

図１において、１はカメラ本体であり、撮影時に使用者がカメラを安定して握り易いように前方に突出したグリップ部１ａが設けられている。２はマウント部であり、着脱可能な撮影レンズユニット（不図示）をカメラ本体に固定させる。マウント接点２１は、カメラ本体と撮影レンズユニットとの間で制御信号、状態信号、データ信号などをやり取りすると共に、撮影レンズユニット側に電力を供給する機能を有する。また、マウント接点２１は電気通信のみならず、光通信、音声通信などを可能なように構成してもよい。

４は撮影レンズユニットを取り外す際に押し込むレンズロック解除釦である。５はカメラ筐体内に配置されたミラーボックスで、撮影レンズを通過した撮影光束はここへ導かれる。ミラーボックス５の内部には、クイックリターンミラー６が配設されている。クイックリターンミラー６は、撮影光束をペンタプリズム２２（図３を参照）の方向へ導くために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子３３（図３を参照）の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態とを取り得る。

カメラ上部のグリップ側には、撮影開始の起動スイッチとしてのシャッタボタン７と、撮影時の動作モードに応じてシャッタスピードやレンズ絞り値を設定するためのメイン操作ダイヤル８と、撮影系の動作モード設定ボタン１０が配置されている。これら操作部材の操作結果の一部は、ＬＣＤ表示パネル９に表示される。

シャッタボタン７は、第１ストローク（半押し）でスイッチＳＷ１（後述の７ａ）がＯＮし、第２ストローク（全押し）にてスイッチＳＷ２（後述の７ｂ）がＯＮする構成となっている。

また、動作モード設定ボタン１０は、シャッタボタン７の１回の押込みで連写になるか１コマのみの撮影となるかの設定や、セルフ撮影モードの設定などを行うものであり、ＬＣＤ表示パネル９にその設定状況が表示されるようになっている。

カメラ上部中央には、カメラ本体に対してポップアップするストロボユニット１１とフラッシュ取付け用のシュー溝１２とフラッシュ接点１３が配置されており、カメラ上部右寄りには撮影モード設定ダイヤル１４が配置されている。

グリップ側とは反対側の側面には、開閉可能な外部端子蓋１５が設けられており、この外部端子蓋１５を開けた内部には、外部インタフェースとしてビデオ信号出力用ジャック１６とＵＳＢ出力用コネクタ１７が納められている。

図２において、カメラ背面側には上方にファインダ接眼窓１８が設けられ、更に背面中央付近には画像表示可能なカラー液晶モニタ１９が設けられている。カラー液晶モニタ１９の横に配置されたサブ操作ダイヤル２０は、メイン操作ダイヤル８の機能の補助的役割を担い、例えばカメラのＡＥモードでは自動露出装置により算出された適正露出値に対する露出補正量を設定するために使用される。あるいは、シャッタスピードとレンズ絞り値の各々を使用者の意志によって設定するマニュアルモードにおいて、メイン操作ダイヤル８でシャッタスピードを設定し、サブ操作ダイヤル２０でレンズ絞り値を設定するように使用される。また、このサブ操作ダイヤル２０は、カラー液晶モニタ１９に表示される撮影済み画像の表示選択にも用いられる。

４３はカメラの動作を起動もしくは停止するためのメインスイッチである。

４４はクリーニングモードを動作させるためのクリーニング指示操作部材であり、光学フィルタ上に付着した、塵埃などの異物をふるい落とす動作を指示するためのものである。なお、このクリーニングモードについては、後に詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの主要な電気的構成を示すブロック図である。なお、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。

１００はカメラ本体に内蔵されたマイクロコンピュータからなる中央処理装置（以下、ＭＰＵという）である。ＭＰＵ１００は、カメラの動作制御を司るものであり、各要素に対して様々な処理や指示を実行する。

１００ａはＭＰＵ１００に内蔵されたＥＥＰＲＯＭであり、時刻計測回路１０９の計時情報やその他の情報を記憶可能である。

ＭＰＵ１００には、ミラー駆動回路１０１、焦点検出回路１０２、シャッタ駆動回路１０３、映像信号処理回路１０４、スイッチセンス回路１０５、測光回路１０６が接続されている。また、ＬＣＤ駆動回路１０７、バッテリチェック回路１０８、時刻計測回路１０９、電源供給回路１１０、圧電素子駆動回路１１１も接続されている。これらの回路はＭＰＵ１００の制御により動作するものである。

また、ＭＰＵ１００は、撮影レンズユニット内に配置されたレンズ制御回路２０１と、マウント接点２１を介して通信を行う。マウント接点２１は撮影レンズユニットが接続されるとＭＰＵ１００へ信号を送信する機能も備えている。これにより、レンズ制御回路２０１は、ＭＰＵ１００との間で通信を行い、撮影レンズユニット内の撮影レンズ２００および絞り２０４の駆動を、ＡＦ駆動回路２０２および絞り駆動回路２０３を介して行うことが可能となる。

なお、本実施形態では撮影レンズ２００は便宜上１枚のレンズで示しているが、実際は多数のレンズ群により構成されている。

ＡＦ駆動回路２０２は、たとえばステッピングモータによって構成され、レンズ制御回路２０１の制御によって撮影レンズ２００内のフォーカスレンズ位置を変化させることにより、撮像素子３３に撮影光束の焦点を合わせるように調整する。２０３は絞り駆動回路であり、たとえばオートアイリスなどによって構成され、レンズ制御回路２０１によって絞り２０４を変化させ、光学的な絞り値を得るように構成されている。

クイックリターンミラー６は、撮影レンズ２００を通過する撮影光束をペンタプリズム２２へ導くとともに、その一部を透過させてサブミラー３０に導く。サブミラー３０は、透過した撮影光束を焦点検出用センサユニット３１へ導く。

ミラー駆動回路１０１は、クイックリターンミラー６を、ファインダにより被写体像を観察可能とする位置と、撮影光束から待避する位置とへ駆動するためのものである。同時に、サブミラー３０を、焦点検出用センサユニット３１へ撮影光束を導く位置と、撮影光束から待避する位置とへ駆動する。具体的には、たとえばＤＣモータとギヤトレインなどから構成される。

３１は不図示の結像面近傍に配置されたフィールドレンズ、反射ミラー、２次結像レンズ、絞り、複数のＣＣＤから成るラインセンサ等から構成されている周知の位相差方式の焦点検出センサユニットである。焦点検出センサユニット３１から出力された信号は、焦点検出回路１０２へ供給され、被写体像信号に換算された後ＭＰＵ１００へ送信される。ＭＰＵ１００は被写体像信号に基づいて、位相差検出法による焦点検出演算を行う。そして、デフォーカス量およびデフォーカス方向を求め、これに基づき、レンズ制御回路２０１およびＡＦ駆動回路２０２を介して、撮影レンズ２００内のフォーカスレンズを合焦位置まで駆動する。

２２はペンタプリズムであり、クイックリターンミラー６によって反射された撮影光束を正立正像に変換反射する光学部材である。使用者は、ファインダ光学系を介して、ファインダ接眼窓１８から被写体像を観察することができる。

ペンタプリズム２２は、撮影光束の一部を測光センサ３７にも導く。測光回路１０６は、測光センサ３７の出力を得て、観察面上の各エリアの輝度信号に変換し、ＭＰＵ１００に出力する。ＭＰＵ１００は、得られる輝度信号から露出値を算出する。

３２は機械式のフォーカルプレーンシャッタであり、ユーザがファインダにより被写体像を観察している時には撮影光束を遮る。また撮像時にはレリーズ信号に応じて、不図示の先羽根群と後羽根群の走行する時間差により所望の露光時間を得るように構成されている。フォーカルプレーンシャッタ３２は、ＭＰＵ１００の指令を受けたシャッタ駆動回路１０３によって制御される。

３３は撮像素子で、例えば撮像デバイスであるＣＭＯＳが用いられる。撮像デバイスには、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型およびＣＩＤ型など様々な形態があり、何れの形態の撮像デバイスを採用してもよい。

３４はクランプ／ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路であり、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うとともに、クランプレベルの変更も可能である。３５はＡＧＣ（自動利得調整回路）であり、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うとともに、ＡＧＣ基本レベルの変更も可能である。３６はＡ／Ｄ変換器であり、撮像素子３３のアナログ出力信号をデジタル信号に変換する。

４１０は光学フィルタで、水晶等からなる複屈折板および位相板を複数枚貼り合わせて積層し、更に赤外カットフィルタを貼り合わせて構成されている。なお、本実施形態では、光学フィルタ４１０は赤外カットフィルタや、水晶等を用いた光学ローパスフィルタを一体構成として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の光学素子部材に分割する構成であっても良い。またその場合は撮像素子を含んだ密閉構造を構成する最外面に配置した光学素子を後述する圧電素子にて加振するものである。

４３０は圧電素子であり、ＭＰＵ１００から指令を受けた圧電素子駆動回路１１１により加振され、光学フィルタ４１０と一体的に振動するように構成されている。４００は、光学フィルタ４１０、圧電素子４３０、撮像素子３３と後述する他の部品と共にユニット化された撮像ユニットであり、詳細な構成については後述する。

１０４は映像信号処理回路であり、デジタル化された画像データに対してガンマ／ニー処理、フィルタ処理、モニタ表示用の情報合成処理など、ハードウエアによる画像処理全般を実行する。この映像信号処理回路１０４からのモニタ表示用の画像データは、カラー液晶駆動回路１１２を介してカラー液晶モニタ１９に表示される。

また、映像信号処理回路１０４は、ＭＰＵ１００の指示により、メモリコントローラ３８を通じて、バッファメモリ３７に画像データを保存することも可能である。更に、映像信号処理回路１０４は、ＪＰＥＧなどの画像データ圧縮処理を行う機能も有している。連写撮影など連続して撮影が行われる場合は、一旦バッファメモリ３７に画像データを格納し、メモリコントローラ３８を通して未処理の画像データを順次読み出すことも可能である。これにより映像信号処理回路１０４は、Ａ／Ｄ変換器３６から入力されてくる画像データの速度に関わらず、画像処理や圧縮処理を順次行うことが可能となる。

メモリコントローラ３８は、外部インタフェース４０（図１におけるビデオ信号出力用ジャック１６およびＵＳＢ出力用コネクタ１７に対応する）から入力される画像データをメモリ３９に記憶する機能を有する。また、メモリ３９に記憶されている画像データを外部インタフェース４０から出力する機能も有する。なお、メモリ３９は、カメラ本体に対して着脱可能なフラッシュメモリなどである。

１０５はスイッチセンス回路であり、各スイッチの操作状態に応じて入力信号をＭＰＵ１００に送信する。７ａは、シャッタボタン７の第１ストローク（半押し）によりオンするスイッチＳＷ１である。７ｂは、シャッタボタン７の第２ストローク（全押し）によりオンするスイッチＳＷ２である。スイッチＳＷ２がオンされると、撮影開始の指示がＭＰＵ１００に送信される。また、メイン操作ダイヤル８、サブ操作ダイヤル２０、撮影モード設定ダイヤル１４、メインスイッチ４３、クリーニング指示操作部材４４が接続されている。

１０７は液晶表示駆動回路であり、ＭＰＵ１００の指示に従って、ＬＣＤ表示パネル９やファインダ内液晶表示器４１を駆動する。

１０８はバッテリチェック回路であり、ＭＰＵ１００からの信号に従って、所定時間バッテリチェックを行い、その検出出力をＭＰＵ１００へ送る。４２は電源部であり、カメラの各要素に対して、必要な電源を供給する。

１０９は時刻計測回路でメインスイッチ４３がＯＦＦされて次にＯＮされるまでの時間や日付を計測し、ＭＰＵ１００からの指令により、計測結果をＭＰＵ１００へ送信することができる。

次に、撮像ユニット４００の詳細な構成について、図４乃至図９を用いて以下に説明する。

図４は、光学フィルタ４１０及び撮像素子３３を備える撮像ユニット４００の周辺の保持構造について説明するための、カメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。

カメラ本体の骨格となる本体シャーシ３００の被写体側には、被写体側から順に、ミラーボックス５、シャッターユニット３２が配設され、撮影者側には撮像ユニット４００が配設されている。特に撮像ユニット４００は、撮影レンズユニットが取り付けられる基準となるマウント２の取付け面に撮像素子３３の撮像面が所定の距離かつ平行になるように、調整されて固定される。

図５は、撮像ユニット４００の構成を示す斜視図である。撮像ユニット４００は、振動ユニット４７０と、撮像素子ユニット５００と、フレーム部材４５０とを備えて構成されている。撮像素子ユニット５００は、少なくとも撮像素子３３と撮像素子保持部材５１０により構成されている。また、振動ユニット４７０は、光学フィルタ４１０、圧電素子４３０（図３参照）、付勢部材４６０等により構成されている。付勢部材４６０は金属などのバネ性を有した材料によって形成され、位置決め穴４６０ａとビス固定用の逃げ穴４６０ｂが設けられている。撮像素子保持部材５１０には、位置決めピン５１０ａとビス穴５１０ｂが設けられている。

振動ユニット４７０は、付勢部材４６０の位置決め穴４６０ａと撮像素子保持部材５１０の位置決めピン５１０ａを用いて撮像素子ユニット５００に対して位置決めされる。また、振動ユニット４７０は、付勢部材４６０のビス用の逃げ穴４６０ｂと撮像素子保持部材５１０のビス穴５１０ｂを用い、フレーム部材４５０を挟み込んで撮像素子ユニット５００にビスで固定される。フレーム部材４５０の被写体側の面は光学フィルタ４１０と当接し、撮影者側の面は撮像素子３３と当接する。振動ユニット４７０は、付勢部材４６０のバネ性によって撮像ユニット５００側へと付勢されているので、フレーム部材４５０と光学フィルタ４１０は隙間無く密着し、また、フレーム部材４５０と撮像素子３３も同様に隙間無く密着している。これにより、光学フィルタ４１０と撮像素子３３との間はフレーム部材４５０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成されている。

図６は、振動ユニット４７０の詳細な構成を示す斜視図である。

図６において、４３０ａ，４３０ｂは圧電素子で、光学フィルタ４１０の端部に接着剤などによって固着される。本実施形態においては、光学フィルタ４１０の両端に合計２枚の同一形状の圧電素子４３０ａ，４３０ｂを固着している。付勢部材４６０は光学フィルタ４１０に接着剤などによって固着されている。

図７は、圧電素子４３０ａ（または４３０ｂ）の詳細図であり、図７（ｂ）は圧電素子４３０ａ（または４３０ｂ）の側面図、図７（ａ）は図７（ｂ）を左側から見た平面図、図７（ｃ）は図７（ｂ）を右側から見た平面図である。

図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧電素子４３０ａのＡ面は、光学フィルタ４１０に５次モードの屈曲振動を励起するためのａ相と、６次モードの屈曲振動を励起するためのＡ層に中央で分割されている。それぞれの相は、屈曲振動のλ／２（λは波長）ピッチで電極が分割されており、電極ごとに圧電素子４３０の厚さ方向に分極が施されている。電極上に示された＋、−は、この電極部分の分極方向を示しており、端部のａ１、Ａ１、ａ５、Ａ６以外は、隣り合う電極が互いに逆極性に分極されている。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電素子４３０のＢ面は、全面に電極Ｂ１が形成されている。

ａ１〜ａ４の電極は不図示の導電材などによりそれぞれ電気的に接続され、各電極は同電位に保たれている（ａ相電極）。同様に、Ａ１〜Ａ５の電極は同電位に保たれている（Ａ相電極）。また、ａ５、Ａ６、Ｂ１の電極は同電位に保たれている（Ｂ相電極）。Ａ面には不図示のフレキシブルプリント基板などの導電性連結部材が電気的且つ機械的に接続され、ａ相電極、Ａ相電極、Ｂ相電極に、それぞれ所定の電圧を独立して印加できるようになっている。圧電素子４３０のＢ面は、接着などによって、光学フィルタ４１０に固着され、圧電素子４３０と光学フィルタ４１０が一体的に運動するように構成されている。

次に、光学フィルタ４１０が振動する仕組みと、その振動形状について、図８と図９を用いて説明する。

まず、不図示の導電性連結部材を通じて圧電素子４３０のａ相電極（またはＡ相電極）に所定の正の電圧を印加し、Ｂ相電極をグランド（０Ｖ）としたときの圧電素子４３０の変形について説明する。

図８は、光学フィルタ４１０の振動形状を示す側面図で、図９は光学フィルタ４１０の振動形状を示す斜視図である。図８（ａ）と図９（ａ）は光学フィルタ４１０が５次モードで振動するときの振動形状を示す。図８（ｂ）と図９（ｂ）は光学フィルタ４１０が６次モードで振動するときの振動形状を示す。なお、図８および図９では振動の形状を説明するために光学フィルタ４１０の屈曲状態を誇張して示している。

上述の電圧が印加されると、図７の圧電素子４３０ａの図中で＋と示した箇所は、面と垂直方向に縮み、面内方向に伸びる。そのため、圧電素子４３０ａと接合された光学フィルタ４１０は、接合面を面方向に拡大する力を圧電素子４３０ａから受け、圧電素子４３０ａとの接合面側が凸になるような変形をする。同様に、圧電素子４３０ａの図中で−と示した箇所は、面と垂直方向に伸び、面内方向に縮む。そのため、図７の圧電素子４３０ａと接合された光学フィルタ４１０は、接合面を面方向に縮小する力を圧電素子４３０から受け、圧電素子４３０との接合面側が凹になるような変形をする。

よって、ａ相電極に上述の電圧が印加されると、図８（ａ）の実線で示すような５次のモードの屈曲変形が生じる。そして、光学フィルタ４１０には図８（ａ）の実線で示すような５次のモードの屈曲変形が生じる。また、Ａ相電極に上述の電圧が印加されると、図８（ｂ）の実線で示すような６次のモードの屈曲変形が生じる。そして、光学フィルタ４１０には図８（ｂ）の実線で示すような６次のモードの屈曲変形が生じる。

また、ａ相電極またはＡ相電極に印加する所定の電圧を負とすれば、圧電素子４３０は上述と伸縮が逆向きの変形を生じ、光学フィルタ４１０は、図８（ａ）および図８（ｂ）の破線に示すような屈曲変形を生じる。

つまり、Ｂ相電極の電位をグランドに保ったまま、ａ相電極（またはＡ相電極）に印加する所定の電圧を周期的に正負に切り替えると、光学フィルタ４１０の凸凹が周期的に切り替わるような屈曲振動が生じる。この周期的な電圧の周波数は、光学フィルタ４１０の固有振動モードの共振周波数近傍とすることで、より小さい電圧で大きな振幅を得ることができる。言い換えれば、より少ない電力で効率的に、光学フィルタ４１０に付着した塵埃などを除去することが可能となる。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、光学フィルタ４１０の屈曲振動では振動の節部ｄ１〜ｄ４、Ｄ１〜Ｄ５と、振動の腹部ｅ１〜ｅ３、Ｅ１〜Ｅ４が生じ、振動の節部の振幅は実質的に零となる。振動の節部では振幅が零のため、付着した塵埃などの異物を除去することができない。そこで、節部の位置が異なる複数のモードの屈曲振動を起こすことで、撮像視野内全体で塵埃を除去することが可能となる。

一方、光学フィルタ４１０の固有振動モードの共振周波数は、光学フィルタ４１０の形状、板厚、材質などによっても異なり、また、光学フィルタ４１０の固有振動モードの共振周波数は一つだけではなく複数存在する。図９（ａ）や図９（ｂ）に示した振動形状は光学フィルタ４１０に発生する共振周波数の一例であり、圧電素子４３０に印加する電圧の周波数を変更することによって、図９（ｃ）や図９（ｄ）で示したような複雑な振動形状を発生することも可能となる。また更には、印加する電圧の周波数によっては発生する振幅や加速度も異なってくる。それはまた、言い換えると、同一の光学フィルタ４１０に付着した特定の塵埃の大きさや位置よっては、その塵埃が光学フィルタ４１０の表面から最も離脱しやすい共振周波数の振動モードは異なると言うことでもある。

また、特定の共振周波数においては、振幅は少ないものの高次の周波数で共振するようなモードも存在する。このような振動モードの場合には、印加する電圧の周波数は同一のままで、印加する電圧値を高めることで、振幅を高くすることも可能となる。

また、本実施形態では上述したように圧電素子４３０ａ，４３０ｂを光学フィルタ４１０の左右にそれぞれ配置しているが、左右の圧電素子に対し印加する電圧の周波数の位相をずらして入力することによっても振動形状や振幅、加速度の関係は異なってくる。

図１０は、図６の振動ユニット４７０の光学フィルタ４１０と圧電素子４３０ａおよび圧電素子４３０ｂを撮影レンズ２００側から示した正面図である。

図１０において、４１０ａは光学フィルタ４１０の裏面側へ配置される撮像素子３３の光電変換素子の受光範囲に相当する領域を示している。つまり、受光範囲領域４１０ａ内の表面上に塵埃等が付着した状態のままで撮影を行うと、その影が撮像素子に写り込んでしまう。

図１１は、光学フィルタ４１０の受光範囲領域４１０ａをあらかじめ所定の大きさと数に分割した例を示す図である。

図１１では、水平方向を１８分割（左からＨ−１，Ｈ−２，…，Ｈ−１７，Ｈ−１８）とし、垂直方向を１２分割（上からＶ−１，Ｖ−２，…，Ｖ−１１，Ｖ−１２）とすることで、受光範囲領域４１０ａを２１６箇所の領域に分けている。

図８や図９で説明したように光学フィルタ４１０の表面に発生する振動形状、変位振幅、加速度は、同一条件の電圧値（Ｖ）、交流周波数値（ｆ）、位相の角度（θ）によって圧電素子４３０を駆動した場合でも、位置によって異なる。即ち、受光範囲領域４１０ａの上記の２１６箇所の領域（Ｈ−１，Ｖ−１）、（Ｈ−１，Ｖ−２）、…、（Ｈ−１８，Ｖ−１１）、（Ｈ−１８，Ｖ−１２）のそれぞれに発生する変位振幅（Ｄ）、加速度（Ｇ）は異なる。また、同一の領域内においても圧電素子４３０ａおよび圧電素子４３０ｂに印加する電圧値（Ｖ）、交流周波数値（ｆ）、位相の角度（θ）を変更することで、最大の変位振幅（Ｄｍａｘ）、最大の加速度（Ｇｍａｘ）は異なる。

図１２は、圧電素子４３０を振動させるための各加振モードにおける各駆動パラメータを示した表である。

図１２（ａ）は各加振モードの駆動パラメータである電圧値（Ｖ）を示しており、本実施形態では、３０Ｖ，４０Ｖ，５０Ｖ，６０Ｖの４種類のいずれかの電圧を選択的に印加する。図１２（ｂ）は同じく各加振モードの駆動パラメータである周波数（ＫＨｚ）を示しており、本実施形態では、２０ＫＨｚ，５０ＫＨｚ，８０ＫＨｚ，１００ＫＨｚ，１３０ＫＨｚの５種類のいずれかの周波数を選択的に駆動する。図１２（ｃ）は圧電素子４３０ａに対する圧電素子４３０ｂへの入力電圧の位相の角度（ｒａｄ）示しており、本実施形態では、０ｒａｄ，９０ｒａｄ，１８０ｒａｄ，２７０ｒａｄの４種類のいずれかを選択的に駆動する。

図１２（ｄ）は、受光範囲領域４１０ａの２１６箇所それぞれの領域毎に最大の変位振幅（Ｄｍａｘ）を発生する図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した電圧値（Ｖ）、周波数（ＫＨｚ）、位相の角度（ｒａｄ）の組み合わせを示している。また、同じく最大の加速度（Ｇｍａｘ）を発生する電圧値（Ｖ）、周波数（ＫＨｚ）、位相の角度（ｒａｄ）の組み合わせを示している。これらの駆動パラメータは、図３で示したＭＰＵ１００内の不揮発性メモリに記憶されており、後述する塵埃検出処理による結果に応じていずれの駆動パラメータによって加振するかが自動的に選択されることとなる。

なお、本実施形態における受光範囲領域４１０ａの分割数や、各駆動パラメータの設定値、また駆動パラメータの組合わせはこれらに限定されるものではない。

次に、図１３に示すフローチャートを用いて、図１４のステップＳ２４で行われる撮像処理ルーチンの詳細について説明する。この処理はＭＰＵ１００が図示しない不揮発性メモリに記憶された撮像処理プログラムを実行することにより実施される。

この撮像処理ルーチンが実行されると、ステップＳ２０１で、ＭＰＵ１００は、図３に示すクイックリターンミラー６及びサブミラー３０を作動させ、いわゆるミラーアップを行い、撮影光路外にクイックリターンミラー６を退避させる。

次に、ステップＳ２０２で撮像素子３３での電荷蓄積が開始され、次のステップＳ２０３では、シャッタ３２内の不図示の先羽根群、後羽根群がそれぞれ走行して露光が行われる。そして、ステップＳ２０４で撮像素子３３の電荷蓄積が終了され、次のステップＳ２０５で、撮像素子３３から画像信号を読み出し、Ａ／Ｄ変換器３６及び映像信号処理回路１０４で処理した画像データを、バッファメモリ３７に一時記憶する。

次のステップＳ２０６で撮像素子３３から全ての画像信号の読み出しが終了すると、ステップＳ２０７でクイックリターンミラー６を、いわゆるミラーダウンさせる。すると、クイックリターンミラー６が被写体光をファインダ光学系に導く位置（斜設位置）に戻り、一連の撮像動作が終了する。

図１４は、本実施形態のデジタル一眼レフカメラにおけるクリーニングルーチンを説明するフローチャートである。

本実施形態では、光学フィルタ４１０の表面上に付着した塵埃の位置を特定する塵埃位置識別手段の一例として、塵埃検出用画像を用いた塵埃検出処理（塵埃によって画像不良が生じている画素位置の検出処理）について説明をする。

この処理はＭＰＵ１００内の不揮発性メモリに記憶された塵埃検出処理プログラムを実行することにより実施される。

クリーニングルーチンは、具体的には、クリーニング指示操作部材４４が操作されるとカラー液晶モニタ１９上にクリーニング開始の選択項目として、「キャンセル」と「ＯＫ」の各ボタンが表示される。これらの選択項目はサブ操作ダイヤル２０を操作することにより選択できる。

クリーニング開始「キャンセル」がフォーカスされた状態で、シャッタボタン７を半押ししてスイッチＳＷ１（７ａ）をＯＮするとクリーニングを開始せずにクリーニングルーチンをリターンする（ステップＳ２０）。ステップＳ２０でサブ操作ダイヤル２０を回転させ「ＯＫ」の項目をフォーカスした状態で、レリーズボタンを半押ししてスイッチＳＷ１（７ａ）をＯＮすることにより、ステップＳ２１に進み、塵埃検出処理を開始する。

塵埃検出処理は、塵埃検出用画像を撮像することにより行われる。しかし、その前に先ず、面光源装置の出射面などの均一輝度面にレンズ２００の撮影光軸を向けてカメラを設置するか、レンズ２００に塵埃検出用のライトユニット（レンズ前に装着する小型の面光源装置）を装着し、塵埃検出の準備を撮影者が行なう必要がある。

そのため、ステップＳ２１ではカラー液晶モニタ１９の画面上に、撮影者に対して上記の準備作業の説明を表示すると同時に、撮影準備が整ったか否かの確認操作を指示する。具体的には、撮影準備が整った場合には、シャッタボタン７を半押ししてスイッチＳＷ１（７ａ）をＯＮすることによりステップＳ２２に進む。

本実施形態では、通常の撮影レンズを用いる場合について説明するが、レンズマウント２に、絞りユニットを通して均一な輝度で撮像素子３３を照明する装置などを取り付けて塵埃検出を行なってもよい。このように、本実施形態において塵埃検出用画像は、均一な輝度を有する画像である。

撮影準備が整った旨の操作指示により、ステップＳ２２ではＭＰＵ１００は、まず絞りの設定を行う。撮像素子３３近傍の塵埃は絞り２０４の絞り値により結像状態が変わるため、正確に塵埃の位置や大きさを検出するためには、複数の絞り値で塵埃検出を行うことが望ましい。まず絞り値１、即ち撮像素子３３上に配置される、保護用のガラスや光学フィルタの厚み（塵埃の付着場所と撮像素子との距離）に応じた所定の絞り値が設定される。ここではたとえばＦ８を設定する。

次にＭＰＵ１００はレンズ制御回路２０１に対し、撮影レンズ２００の絞り値制御を行わせ、ステップＳ２２で設定された「絞り値１」（またはステップＳ３２で設定された「絞り値２」）に絞りを設定する（ステップＳ２３）。処理開始時はステップＳ２２で設定された絞りとなる。

撮影レンズの絞り２０４が所定値に設定されると、塵埃検出モードでの撮影を実行し、画像の現像を行なう（ステップＳ２４）。ステップＳ２４で行う撮像処理ルーチンの詳細に関しては図１３で説明した内容と同様であり、撮影された画像データはバッファメモリ３７に格納される。

撮影が終了するとＭＰＵ１００はレンズ制御回路２０１を制御し、撮影レンズ２００の絞りを開放値に設定させる（ステップＳ２５）。

次いで、映像信号処理回路１０４へ、画像バッファメモリ３７に記憶されている撮影画像の各画素の位置に対応するデータを順次呼び出す（ステップＳ２６）。

映像信号処理回路１０４は、呼び出された画素データの値と予め設定されたスレッショルドレベルとを比較する（ステップＳ２７）。

撮像素子３３に塵埃が付着すると、塵埃の付着位置に該当する画素に入射する光量が減少するので、個々の画素データを設定されたスレッショルドレベルと比較することで、画像不良が生じている画素を検出することができる。なお、塵埃位置検出処理時にカメラ本体内に外光が入射すると、不良が生じている画素から得られるデータがスレッショルドレベルより高くなる場合が有るので、外光が入り込まないようにしなければならない。さらに、撮影が均一輝度面であることが期待できない場合は単に輝度のスレッショルドレベルではなく近傍の画素出力との差などを併用して判断しても良い。

読み出した画素データの値がスレッショルドレベルより低い場合、予め画素欠陥位置メモリに記憶されている製造時からの不良画素（画素欠陥）の位置と、読み出した画素データの位置とを較べて、画素欠陥であるかどうかを確認する（ステップＳ２８）。

そして、画素欠陥によるものではないと判断された場合にのみ、ＭＰＵ１００に内蔵されたＥＥＰＲＯＭ１００ａに当該塵埃画素の位置（塵埃の付着位置）を登録する（ステップＳ２９）。

ここで、ステップＳ２２で設定した絞り値１を用いて検出した塵埃位置データを塵埃位置データ１とする。

その後、全ての画素について同様の判定処理（ステップＳ２６〜ステップＳ２９）を行い、全ての画素に対して処理を行ったら（ステップＳ３０）、検出すべき絞り値全てについて塵埃検出処理を行ったかどうかを判断する。未処理の絞り値があれば、ステップＳ３２へ分岐し、全ての絞り値が処理済みであれば、ステップＳ３３に進む（ステップＳ３１）。

塵埃は通常撮像素子３３の表面にではなく、保護用のガラスや光学フィルタ上に付着しているため、撮影レンズの絞り値により結像状態が異なる。すなわち、絞りが開放値に近いとぼやけてしまい、小さい塵埃が付着していたとしてもほとんど影響がなくなるが、逆に絞り値が大きくなるとはっきり結像し画像に影響してしまう。

そこで次に、別の絞り値（絞り値２、たとえばＦ２２）を設定し（ステップＳ３２）、ステップＳ２３に戻って再度画像の撮影を行い、塵埃検出処理を行う。ここで、絞り値２で検出した塵埃位置データを塵埃位置データ２とする。ステップＳ２３からステップＳ３１までを実行し、複数の絞り値に対する塵埃位置データを全て検出できたらこの塵埃検出ルーチンは終了となる。このフローチャートでは２種類の絞りに対して塵埃検出を行ったがもっと多くの絞り数値に対して塵埃検出を行えばより正確に塵埃位置データを作成することができ、そのデータを用いてより正確に塵埃の検出を行うことができることはいうまでもない。

次にこれら、ステップＳ２１〜Ｓ３２の処理により塵埃検出用画像から光学素子４１０の表面上に付着した塵埃等の位置を自動的に検出した後、塵埃除去動作であるステップＳ３３以降の動作を行なう。

ステップＳ３３では図３に示したクイックリターンミラー６及びサブミラー３０のミラーアップ及びシャッタ３２内の先羽根群を駆動して先幕を走行させ、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３３）。

ステップＳ３４では、前述した塵埃検出処理によって登録された塵埃位置データに応じてどの駆動パラメータによって加振するかをＭＰＵ１００が決定して、その駆動パラメータを読み出す。具体的には、先ず図１０及び図１１で説明したように、受光範囲領域４１０ａの分割した所定領域と、塵埃位置データの情報を照らし合わせる。そして、図１２（ｄ）で示した該当する領域に応じた最大加速度（Ｇｍａｘ）を発生する電圧値（Ｖ）、周波数（ＫＨｚ）、位相の角度（ｒａｄ）の駆動パラメータを読み出す（ステップＳ３４）。

塵埃位置データはほとんどの場合複数記憶されているため、塵埃位置データ各々に応じて、駆動パラメータを求めて記憶する。また、場合によっては塵埃位置データが異なっていても求められる駆動パラメータは同一の時もあり、そのような場合には後に行う振動駆動については一つの条件であるのは言うまでもない。また、本実施形態では、最大加速度（Ｇｍａｘ）を発生する駆動パラメータを求めたが、最大変位振幅（Ｄｍａｘ）を発生する駆動パラメータを用いてもよい。それはたとえば、除去する塵埃の大きさによっては、加速度よりも振幅が大きい方が除去されやすい場合もあるためである。

ステップＳ３５でＭＰＵ１００は、ステップＳ３４で読み出された駆動パラメータ毎に、図３に示した圧電素子駆動回路１１１を制御して圧電素子４３０ａ，４３０ｂに対し、所定の電圧、周波数、位相角度を印加する（ステップＳ３５）。圧電素子４３０ａ，４３０ｂはそれに応じて伸縮し、さらに接続された光学フィルタ４１０は屈曲振動をすることで、その表面に付着した塵埃を除去できる。

ステップＳ３６でＭＰＵ１００は、所定時間後に圧電素子駆動回路１１１を制御して圧電素子４３０に対する駆動を停止する（ステップＳ３６）。それにより、光学フィルタ４１０の屈曲振動も停止する。

その後ステップＳ３７では、ステップＳ３４で記憶した駆動パラメータ全てについて同様の処理（ステップＳ３４〜ステップＳ３６）を行ったのち、ステップＳ３４で記憶した駆動パラメータについて全て処理を実行したかを判断する。そして、全て実行していればステップＳ３８へ進む。

ステップＳ３８では、シャッタ３２内の後羽根群を駆動して後幕を閉じ、クイックリターンミラー６及びサブミラー３０をミラーダウンする。更に、次回の撮影動作のためにシャッターチャージ動作（シャッタを撮影前の状態に戻し、レリーズ可能な状態にする動作）を行い、一連の動作が終了する。

なお、本実施形態では、上述したように、塵埃検出用画像から光学フィルタ４１０の表面上に付着した塵埃等の位置を自動的に検出する事が可能となる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、塵埃検出用画像をカラー液晶モニタ１９上に表示することで、撮影者自身がカーソルキーや指示ボタンなどを用いて塵埃位置を指示する方法であっても良い。また、そのような場合であれば、塵埃検出画像についても本実施形態のように必ずしも均一輝度を有する画像でなく、通常の撮影レンズを用いて撮影された画像であっても構わない。

上記の実施の形態によれば、撮影画像に影響する光学フィルタ上の所定範囲内であれば塵埃の位置や大きさによって最適な振動を発生することが可能となるので、装置を大型化せず、正確に、効率良く、短時間に塵埃を除去することが可能となる。

本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラの前面斜視図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラの背面斜視図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける光学ローパスフィルタ及び撮像素子周りの保持構造を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける撮像ユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける振動ユニットの詳細な構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける圧電素子の詳細図である。 光学フィルタの振動形状を示す側面図である。 光学フィルタの振動形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける振動ユニットを撮影レンズ側から示した正面図である。 光学フィルタの受光範囲を水平方向と垂直方向に分割した状態を示す図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける圧電素子を振動させるための各加振モードにおける各駆動パラメータを示した図である。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおける撮像処理ルーチンを説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態のデジタル一眼レフカメラにおけるクリーニングルーチンを説明するフローチャートである。

符号の説明

１ カメラ本体
２ マウント
５ ミラーボックス
６ クイックリターンミラー
１９ カラー液晶モニタ
３２ シャッターユニット
３３ 撮像素子
１００ ＭＰＵ
１１１ 圧電素子駆動回路
２００ 撮影レンズ
４００ 撮像ユニット
４１０ 光学フィルタ
４３０ 圧電素子

Claims (5)

1. 被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記被写体像を結像させる撮影光学系と前記撮像素子との間に配置された光学素子と、
   前記光学素子の表面上に付着した異物の位置を記憶する異物位置記憶手段と、
   前記光学素子の表面上に付着した異物を除去するために、前記光学素子を加振する加振手段と、
   前記異物位置記憶手段に記憶されている異物位置情報に基づいて、前記加振手段の駆動パラメータを制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 前記光学素子の表面上に付着した異物の位置を検出するための異物位置検出手段をさらに具備し、前記異物位置記憶手段は、前記異物位置検出手段により検出された前記異物の位置情報を記憶することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記異物位置検出手段は、前記撮像素子から得られる撮影画像の情報から、前記光学素子の表面上に付着した異物の位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記異物位置記憶手段に記憶されている異物位置情報に基づいて、前記加振手段を駆動するパラメータとしての駆動周波数と駆動電圧の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記加振手段は複数の圧電素子を備え、前記制御手段は、前記異物位置記憶手段に記憶されている異物位置情報に基づいて、前記複数の圧電素子に加える駆動電圧の位相差を制御することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。

Images