JP2010098410A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】防塵機能をより効果的に機能させるために、防塵フィルタをより効率的に振動させる必要がある。
【解決手段】撮像装置は、光を電気信号に変換する撮像素子202と、撮像素子202の前面に配置された光学部材からなる振動部220と、振動部220を少なくとも2以上の周波数域において、周波数域毎に所定の周波数幅で周波数を変更して振動させる加振部221と、周波数域毎に、振動部220の振幅の半値幅に基づいて、所定の周波数幅を設定する本体制御手段203と、を備えることにより、適切な駆動周波数を選択し、防塵フィルタを効率的に振動させることができる。
【選択図】図9

Description

本発明は、撮像素子を有する撮像装置に関し、特に撮像素子の防塵機能を有する撮像装置に関するものである。
従来のデジタルカメラ、特にレンズ交換式のデジタルカメラにおいては、レンズ交換時等にゴミ、粉塵等がカメラ本体内に進入してカメラ本体内の撮像素子に付着することにより、撮像素子で取得される画像が劣化することがある。このような撮像素子へのゴミ、粉塵等の付着による画質の劣化の問題を解決するために、撮像素子の前面に撮像素子への塵埃を防止するための防塵フィルタを配置し、振動させることにより、撮像素子に付着した塵埃を払い落とす防塵機能を有するカメラが各種提案されている。
防塵フィルタを効率よく駆動させるため、特許文献1では、防塵フィルタを振動させる周波数を順次変更して制御する技術が開示されている。
特開2004−48665号公報
しかしながら、防塵フィルタの周波数を順次変更し、防塵機能をより効果的に機能させるために、適切な駆動周波数を選択して、防塵フィルタを振動させる必要がある。
本発明は、上述した点を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、適切な駆動周波数を用いて、防塵フィルタを効率的に振動させることである。
本発明の撮像装置は、上記課題を解決するものであり、光を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の前面に配置された光学部材からなる振動部と、前記振動部を少なくとも2以上の周波数域において、周波数域毎に所定の周波数幅で周波数を変更して振動させる加振部と、前記周波数域毎に、前記振動部の振幅の半値幅に基づいて、前記所定の周波数幅を設定する制御部と、を備える。
上記の構成によって、適切な駆動周波数を用いて、防塵フィルタを効率的に振動させることができる。
以下、本発明の記録装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
(実施の形態1)
(1.構成)
図1及び図2は、実施の形態1における撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置は、交換レンズ100とカメラ本体200で構成され、交換レンズ100はカメラ本体200における所定の位置に着脱可能である。
図1は、ミラーを有するカメラの構成を示すブロック図であり、図2は、ミラーを有さないカメラの構成を示すブロック図である。
(1−1.カメラ)
ミラーを有するカメラの構成の詳細について、図1を用いて説明する。
メインミラー207は、交換レンズ100から入射した被写体光の一部を反射するとともに、一部を透過する。メインミラー207で反射された被写体光は、焦点板206に結像する。メインミラー207はハーフミラーで、サブミラー208はミラーで、それぞれ構成されている。撮影者は、接眼レンズ205、ペンタプリズム204を介して、焦点板206に結像した被写体像を視認することができる。
メインミラー207を透過した被写体光は、サブミラー208で反射されて、焦点検出ユニット211に入射する。焦点検出ユニット211は、ラインセンサで構成される。本体制御手段203は、焦点検出ユニット211の出力から合焦状態を認識することができる。焦点検出ユニット211の出力を用いて自動的に合焦させる合焦方式は、一般的に位相差検出方式と呼ばれる。
光軸上でサブミラー208の後方には、シャッター209と、撮像素子202が設けられる。サブミラー208が光軸上に配置された状態では、被写体光は撮像素子202に到達しないので、シャッター209は、閉じた状態である。一方、サブミラー208が光軸上から退避した場合、交換レンズ100を通った光束は、撮像素子202の撮像面上に結像される。撮像素子202は、CCDイメージセンサーやCMOSイメージセンサーで構成される。
シャッター209と撮像素子202との間には、防塵フィルタ220が配されている。防塵フィルタは、透明板でもかまわないし、光学LPF(ローパスフィルタ)を用いてもかまわない。透明板の場合、透明板と撮像素子202の間に、光学LPF241が別途配置される。一方、光学LPFの場合は、光学LPFを分離した一部を用いてもよい。圧電素子221は、防塵フィルタ220の周縁部に接着により固定されている。圧電素子221には駆動回路222が接続されている。圧電素子221は、駆動回路222により周期性を持った電圧を印加される事により駆動される。防塵フィルタ220は、圧電素子221の駆動に伴って振動する。レンズ交換時等にカメラ本体200に入ったゴミ、粉塵等は、ミラー207及びサブミラー208の可動時に、カメラ本体200内を移動し、防塵フィルタ220に付着する。防塵フィルタ200は、振動により、表面に付着したゴミ、粉塵等を除去することができる。
撮像素子202から出力された画像信号は、本体制御手段203によって画像データに変換された後に画像表示ユニット210に表示される。画像表示ユニット210は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイで構成される。撮影者は、画像表示ユニット210によって被写体像を視認することができる。この状態をライブビューモードと呼ぶ。本体制御手段203は、撮像素子202から出力された画像信号に基づく画像データのコントラストから合焦状態を認識することができる。撮像素子202の出力を用いて自動的に合焦させる合焦方式は、一般的に山登り方式と呼ばれる。
装着検出手段212は、カメラ本体200に対する交換レンズ100の装着を検出することができる。装着検出手段212は、機械式スイッチなどで構成することができる。本体制御手段203は、装着検出手段212の状態を監視することで、交換レンズ100の装着を認識することができる。なお、装着検出手段212は、本発明に必須の構成ではない。本体制御手段203は、通信手段(2)201、通信手段(1)106を介して、レンズ制御手段105と通信することで、カメラ本体200に対する交換レンズ100の装着を検出することとしてもよい。
本体制御手段203は、上記した機能の他に、撮像素子202から出力された画像信号を画像データに変換して記録媒体(図示せず)に記録することができる。本体制御手段203は、単一のLSIであってもよいし、複数のLSIで構成されていてもよい。通信手段(2)201は、専用のLSIであってもよいし、本体制御手段203がその機能を包含する構成であってもよい。カメラ本体200は、撮影者が撮影を指示するレリーズボタンやカメラ本体200の各種モードを切り換えるモードダイヤル、カメラ本体200、交換レンズ100の各部に電力を供給するバッテリーや電源回路などを装備するが、図1、図2では省略している。
図2に示すミラーを有さないカメラの構成は、図1に示すミラーを有するカメラの構成と比較して、ペンタプリズム204、接眼レンズ205、焦点板206、メインミラー207及びサブミラー208が存在せず、他の構成要素に関しては、図1の構成要素と同一であり、説明を省略する。但しこの場合、EVF(電子ビューファインダ)が付加される場合もある。
レンズ交換時等にカメラ本体200に入ったゴミ、粉塵等は、防塵フィルタ220に付着する。圧電素子221は、駆動回路222により周期性を持った電圧を印加され、駆動される。防塵フィルタ220は、圧電素子221の駆動に伴って振動し、表面に付着したゴミ、粉塵等を除去することができる。
(1−2.防塵部の構成)
図1における防塵フィルタ220及び圧電素子221からなる防塵部について、構成の詳細を図3、図4を用いて説明する。図3は、防塵部の分解斜視図であり、図4は、撮像素子202の関連部材を含む、防塵部の垂直断面図である。
撮像素子202の前面には、防塵フィルタ受け部材230が撮像素子ケース240のねじ受けによって固定されている。
防塵部の構成を、主に図3を用いて、説明する。
防塵フィルタ受け部材230の上にOリング(ゴム)231がはさまれ、さらに圧電素子221がはさまれている。ここで、圧電素子221はリング型形状に限らず、短冊形形状でもかまわない。
圧電素子221は、防塵フィルタ220の周縁部と一体となるよう、たとえば接着剤で貼り付けられており、防塵フィルタ220の両面には、反射防止効果、たとえばARコートが施されている。ここで撮像素子202に対して、防塵フィルタ220は、Oリング231で挟み込むことによって、防塵フィルタ220と撮像素子202間は気密状態が保たれている。
圧電素子221は、フレキ232が圧着されており、フレキ232にはリード線がハンダ付けされ、駆動回路222に接続されている。圧電素子221は、駆動回路222により、所定の周期性を持った電圧を印加されることにより、駆動する。この駆動に伴って、防塵フィルタ220に所定の振動を発生させることが出来る。
防塵フィルタ220は、全体として円形もしくは多角形の形状をなし、また、光学LPF241の前面に所定の空間を持って平行配置されている。
防塵フィルタ220は、遮光シート233が覆いかぶされ、その上をバネ支持部234で保持されたバネ235にて、気密性を保持するよう抑えられている。
防塵フィルタ220は、防塵フィルタ220の略中央部より円形状又は、多角形状の開口部が設けられている。この開口部は、撮像光学系を通過した被写体光束を通過させて、後方に配置されている撮像素子202が光電変換を行うのに十分な大きさとなるよう、設計されている。
防塵部と、撮像素子202の周辺の構成を図4に示す。撮像素子202は、撮像素子固定板242上に固定される。撮像素子202の前面に、カバーガラス244が設けられる。カバーガラス244の前面に、光学LPF受け部材243が設けられる。光学LPF241は、光学LPF受け部材243に固定される。
(1−3.駆動回路の構成)
駆動回路222を構成するブロック図を図5に示す。
本体制御手段203は、クロック発生回路250を備える。本体制御手段202のクロック発生回路205が発生したPWM信号は、駆動回路222のロジック回路251を通過し、FET252に入る。FET252は、トランス253の1次側に接続されている。FET252のスイッチング動作により、トランス253は、電源回路254の電圧より、所定の周期性を持った、2次側の信号が発生するよう構成されている。これにより、圧電素子221に対して、周期性を持った電圧が印加される。
(1−4.本発明との対応)
防塵フィルタ220は、本発明の振動部の一例である。圧電素子221は、本発明の加振部の一例である。本体制御手段203は、本発明の制御部の一例である。変位検出用電極245は、本発明の検知部の一例である。
(2.動作)
(2−1.防塵フィルタの共振モード)
防塵フィルタ220は、圧電素子221の駆動により振動するが、振動により発生する共振モードについて、図6を用いて説明する。
図6は、防塵フィルタ220が円形、若しくは円形に近い多角形状の場合に発生する共振モードを示し、防塵フィルタが正方形等の他の形状である場合には、発生する共振モードは異なる。
防塵フィルタ220の振動は、駆動回路222から圧電素子221に印加される電圧の周波数によって共振モードが変化する。低周波より、周波数をあげていくと、図6(a)に示す一次共振が現れる。さらに周波数を上げていくと、二次共振が発生し(図6(b))、さらに上げていくと、三次共振が得られる(図6(c))。これ以降も駆動周波数をあげることにより、高次の共振が得られる。ここで、実線はある時間の防塵フィルタ220表面の振動状態、破線は半周期遅れた時間の防塵フィルタ220表面の振動状態を示している。
図6(a)に示す一次共振モードでは、防塵フィルタ220の端が節(振動しない部分)となり、中心が腹(最も振幅がある部分)となる。二次共振モードでは、図6(b)に示すように節、腹の位置が移動し、三次共振モードでは、図6(c)に示すように節、腹の位置が移動する。
共振により発生する防塵フィルタ220の振動により、防塵フィルタ220上に付着したゴミ、粉塵等を飛ばし、除去することができる。
(2−2.共振モードの組み合わせ)
図7は、二次共振モードと三次共振モードとを組み合わせた図である。
このように、複数の共振モードを組み合わせることにより、二次共振モードでは、節となって振動しない部分も、三次共振モードを使うことによって、振幅が得られる。同様に、三次共振モードでは、節となって振動しない部分も、二次共振モードでは、振幅が得られる。
このように、複数の共振モードを組み合わせることによって、必要な領域で、必要な振幅を確保することができ、ゴミ、粉塵等の除去を効果的に行うことができる。
なお、共振モードの組み合わせは、二次と三次に限らず、他の組み合わせでもよい。また、組み合わせる次数の数は2つに限らず、2つ以上を組み合わせてもよい。組み合わせる次数の数を増やすほど、防塵効果は高くなると考えられるが、駆動時間も増加するため、効果と時間を踏まえて、適当な次数とする。
(2−3.防塵動作)
撮像装置は、以下に詳細を説明する防塵動作を、操作部(表示せず)を用いて、ユーザが電源をオンした際、又はメニュー等により防塵動作の開始を指示した際に、実行する。また、防塵動作は、撮像装置の電源オフ時や、交換レンズ100を交換した時に実行してもよい。
撮像装置で実行する防塵動作について、図8のフローチャートを用いて説明する。不揮発メモリ(図示せず)上には、異なる次数の共振に対する中心周波数、半値幅、及び振り幅が保持される。2次の共振周波数として中心周波数は40KHz、半値幅は0.3KHz、振り幅は3KHzの値が設定されており、3次の共振周波数として中心周波数は60KHz、半値幅は0.6KHz、振り幅は6KHzの値が設定されている。本体制御手段203は、不揮発メモリ上の2次の共振周波数の中心周波数(40KHz)を取得する(ステップS801)。本体制御手段203は、2次の共振周波数の半値幅を取得し、それを基に変更する周波数幅を決定する。半値幅を基に変更周波数幅を決定する方法として、例えば、必ずピークから1/4以上の部位を選択できるように、半値幅の2/3の値を設定するようにし、変更周波数幅は0.2KHzとなる(ステップS802)。本体制御手段203は、不揮発メモリ上の2次の周波数の振り幅(3KHz)を取得する(ステップS803)。
本体制御手段203は、開始時の振動周波数を、中心周波数から振り幅を引くことにより求める(37KHz)。本体制御手段203は、駆動回路222を制御し、防塵フィルタ220を振動周波数(37KHz)で、所定時間の間、振動させる(ステップS805)。振動させる所定時間は、異なる次数の共振周波数毎に、異なる値を取っても良いし、同じ値を取っても良い。
本体制御手段203は、振動周波数(37KHz)に変更周波数幅(0.2KHz)を足して、次の振動時の振動周波数(37.2KHz)を求める(ステップS806)。2次の共振周波数における、中心周波数に振り幅を足した最後の振動周波数(43KHz)の振動が終了するまでの間(ステップS807でNo)、本体制御部203は、振動周波数を変更周波数幅(0.2KHz)分増加しつつ、防塵フィルタ220をその振動周波数で、所定時間の間、振動させる(ステップS805)。
このように振動周波数を、共振の中心周波数を基準に、前後に変更して振動させることによって、防塵フィルタ220の個体差、若しくは防塵フィルタ220の温度特性により、現在用いている防塵フィルタ220の共振の中心周波数が、あらかじめ保持している中心周波数からずれている場合でも、使用している防塵フィルタ220の中心周波数付近で振動させることができる。
なお、振動周波数に関して、中心周波数に振り幅を足した周波数(43KHz)から開始し、変更周波数幅(0.2KHz)を引いた駆動周波数で順次振動させ、終了の駆動周波数(37KHz)まで振動させるとしても良い。
2次の共振周波数における駆動周波数での振動が終了すると、3次の共振周波数における駆動周波数での振動を実行する(ステップS808でNo)。
本体制御手段203は、不揮発メモリ上の3次の共振周波数の中心周波数(60KHz)を取得する(ステップS801)。本体制御手段203は、3次の共振周波数の半値幅(0.6KHz)を取得し、それを基に変更する周波数幅(0.4KHz)を決定する(ステップS802)。本体制御手段203は、不揮発メモリ上の3次の周波数の振り幅(6KHz)を取得する(ステップS803)。
本体制御手段203は、開始時の振動周波数を、中心周波数から振り幅を引くことにより求める(54KHz)。本体制御手段203は、駆動回路222を制御し、防塵フィルタ220を振動周波数(54KHz)で、所定時間の間、振動させる(ステップS805)。
本体制御手段203は、振動周波数(54KHz)に変更周波数幅(0.4KHz)を足して、次の振動時の振動周波数(54.4KHz)を求める(ステップS806)。3次の共振周波数における、中心周波数に振り幅を足した最後の振動周波数(66KHz)の振動が終了するまでの間(ステップS807でNo)、本体制御部203は、振動周波数を変更周波数幅(0.4KHz)分増加しつつ、防塵フィルタ220をその振動周波数で、所定時間の間、振動させる(ステップS805)。
2次及び3次の共振周波数域における駆動周波数での振動が終了すると(ステップS808でYes)、防塵動作を終了する。
なお、本実施の形態では、2次の共振周波数の振動後に、3次の共振周波数の振動を行っているが、本発明はこれに限らず、3次の共振周波数の振動後に、2次の共振周波数の振動を行っても良い。
なお、本実施の形態では、2次と3次の共振周波数における振動について説明したが、本発明はこれに限られず、異なる任意の次数の共振周波数を2以上組み合わせて振動させることも、本発明に含まれる。
なお、本実施の形態では、本体制御手段203が、不揮発メモリ上の中心周波数、半値幅、及び振り幅を用いて、駆動周波数を計算したが、本発明はこれに限られず、あらかじめ共振周波数毎に計算した駆動周波数の一覧を不揮発メモリ上に保持し、この値を読み出すことで、駆動周波数を求めても良い。
共振周波数毎に、半値幅を用いて変更周波数幅を求め、その変更周波数幅分、周波数を変更しつつ、防塵フィルタ220を振動させることによる効果を、図9を用いてより詳細に説明する。
2次の共振周波数の半値幅(0.3KHz)は、3次の共振周波数の半値幅(0.6KHz)の半分である。ここで、このような状態でも同じ変更周波数幅で周波数を変更して振動していくと、3次共振のほうが、2次共振の倍細かいステップで駆動していることになる。2次共振のステップで3次共振をスイープすると、必要以上の分解能で駆動することになり、時間、電力の無駄となる。よって、半値幅に応じて、変更周波数幅を設定する。これにより、駆動時間と性能を両立することが出来る。
(実施の形態2)
撮像装置の構成について、実施の形態1と同様であり、説明を省略する。実施の形態1との相違点として、防塵部の構成が異なる。図10に防塵部の分解斜視図、図11に圧電素子221に設けられる電極の詳細を示す。実施の形態1との相違点として、圧電素子221の前面、後面に、駆動用に取り付けられる駆動用電極246とは別に、変位検出用電極245を設ける点である。
撮像装置は、防塵動作を開始する前に、予備動作として、不揮発メモリ上に保持する異なる次数の共振に対する中心周波数の前後を、周波数を変更しつつ、防塵フィルタ220を駆動し、振動させる。この時の防塵フィルタ220の振幅を、変位検出用電極245による振動に比例する電位を元に、検出する。本体制御手段203は、変位検出用電極245用いて検出した振動状態の周波数特性を基に、共振の中心周波数、及び半値幅を決定し、その値を不揮発メモリ上に格納する。その後、本体制御部203は、不揮発メモリ上に保持する共振の中心周波数、半値幅、及びあらかじめ保持する振り幅を用いて、防塵フィルタ220を振動させる点は、実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
このように、共振の周波数特性の検知手段を備え、それに基づき共振の中心周波数、及び半値幅を決定し、その値を用いて防塵フィルタ220を振動させることによって、防塵フィルタ220の個体差、若しくは防塵フィルタ220の温度特性により、共振の中心周波数、及び半値幅の値が変化した場合でも、その時の状況に応じた適切な値を使用することができ、効率的に防塵フィルタ220を振動させることができる。
本発明の撮像装置は、撮像素子の前面に配置した防塵フィルタを効率的に振動させ、防塵機能をより高めることができ、デジタルスチルカメラ、デジタルムービー等の撮像装置に適用することができ、有用である。
本発明の一実施の形態におけるミラーを有するカメラの構成を示すブロック図 本発明の他の実施の形態におけるミラーを有さないカメラの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における防塵部の分解斜視図 本発明の一実施の形態における防塵部の垂直断面図 本発明の一実施の形態における防塵部の駆動回路のブロック図 本発明の一実施の形態における防塵フィルタの共振を表す説明図 本発明の一実施の形態における複数の共振モードの組み合わせを表す説明図 本発明の一実施の形態における防塵動作の処理を示すフローチャート 本発明の一実施の形態における共振モード毎の半値幅を表す図 本発明の他の実施の形態における防塵部の分解斜視図 本発明の他の実施の形態における圧電素子に設けられる電極を表す図
符号の説明
100 交換レンズ
101 対物レンズ
102 ズームレンズ
103 絞りユニット
104 フォーカスレンズ
105 レンズ制御手段
106 通信手段(1)
107 レンズ駆動手段
108 記憶手段
200 カメラ本体
201 通信手段(2)
202 撮像素子
203 本体制御手段
204 ペンタプリズム
205 接眼レンズ
206 焦点板
207 メインミラー
208 サブミラー
209 シャッター
210 画像表示ユニット
211 焦点検出ユニット
212 装着検出手段
220 防塵フィルタ
221 圧電素子
222 駆動回路
230 防塵フィルタ受け部材
231 Oリング
232 フレキ
233 遮光シート
234 バネ支持部
235 バネ
236 ねじ
240 撮像素子ケース
241 光学LPF
242 撮像素子固定板
243 光学LPF受け部材
244 カバーガラス
245 変位検出用電極
246 駆動用電極
247 グランド
250 クロック発生回路
251 ロジック回路
252 FET
253 トランス
254 電源回路

Claims (5)

  1. 光を電気信号に変換する撮像素子と、
    前記撮像素子の前面に配置された光学部材からなる振動部と、
    前記振動部を少なくとも2以上の周波数域において、周波数域毎に所定の周波数幅で周波数を変更して振動させる加振部と、
    前記周波数域毎に、前記振動部の振幅の半値幅に基づいて、前記所定の周波数幅を設定する制御部と、
    を備えた撮像装置。
  2. 前記加振部は、圧電アクチュエータである
    請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記振動部の共振状態を検知する検知部を備え、
    前記制御部は、前記検知部により検出された共振状態における周波数域の中心周波数、及び半値幅を用いて、前記所定の周波数幅を設定する
    請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記検知部は、前記圧電アクチュエータに設けられた電極である
    請求項3に記載の撮像装置。
  5. 前記周波数域毎に、変更する周波数を保持する記憶部を備えた
    請求項1から請求項4の何れかに記載の撮像装置。
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