JP2008109708A

JP2008109708A - カメラ

Info

Publication number: JP2008109708A
Application number: JP2007340227A
Authority: JP
Inventors: Sumio Kawai; 澄夫川合
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP4282736B2

Abstract

【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】撮像素子15と、上記撮像素子15に入射する光束を透過すると共に赤外光をカットし、上記撮像素子15の前面側に所定の間隔を持って対向配設された防塵部材17と、上記防塵部材17の周縁部に配設され当該防塵部材17に振動を与えるための加振用部材と、上記撮像素子15と上記防塵部材17との両者が対向して形成された空間を密閉した封止構造部と、を具備するカメラ。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様によるカメラは、撮像素子と、上記撮像素子に入射する光束を透過すると共に赤外光をカットし、上記撮像素子の前面側に所定の間隔を持って対向配設された防塵部材と、上記防塵部材の周縁部に配設され当該防塵部材に振動を与えるための加振用部材と、上記撮像素子と上記防塵部材との両者が対向して形成された空間を密閉した封止構造部と、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カメラを提供することができる。

本発明の実施形態を以下に図面を用いて説明する。

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。

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。

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。

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。

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１５１ａ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。

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ｂ１８２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、

となる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ａ３７３、重りｂ３７４が固着されている。

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。

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。

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。

また、さらに、以下の形態も考えられる。

「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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

本発明の第１の実施形態に係るカメラの断面図。本発明の第１の実施形態に係る防塵素子部を示す図。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。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。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。本発明の第２の実施形態に係る防塵素子部を示す図。本発明の第２の実施形態に係る進行波を示す図。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

撮像素子と、
上記撮像素子に入射する光束を透過すると共に赤外光をカットし、上記撮像素子の前面側に所定の間隔を持って対向配設された防塵部材と、
上記防塵部材の周縁部に配設され当該防塵部材に振動を与えるための加振用部材と、
上記撮像素子と上記防塵部材との両者が対向して形成された空間を密閉した封止構造部と、
を具備することを特徴とするカメラ。
上記防塵部材は、赤外カットフィルターであることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。