JP2010226527A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃部材を開口部側から交換可能とした撮像装置において、開口部の大型化を避け、ひいてはカメラボディの大型化を防ぐ。
【解決手段】ＬＰＦ１０４の表面上を移動して清掃する清掃部材１２０は、保持部材１２１に取り外し可能に保持されている。清掃部材１２０の交換を行うときは、開口部から指を入れて、引っ掛け爪１２３を押し込みながら、Ｕ溝１２４をガイドとして突起部１２５を中心に清掃部材１２０を回転させた状態とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、固体撮像素子を備えるデジタルカメラ等の撮像装置において、撮像素子や光学素子の表面に付着した異物を除去する技術に関する。

デジタルスチルカメラやビデオカメラに代表される電子撮像装置（以下、カメラと称する）は、即時性やパーソナルコンピュータとの親和性の高さから急速に普及している。これらのカメラは被写体像を撮像素子で光電変換して画像データを得るもので、一般的な最小構成としては、撮像素子と、撮影光学系と、撮像素子の前面側に配置されるローパスフィルタ等の光学素子とからなる。

上記のようなカメラにおいて、例えば光学素子の表面に塵埃等の異物が付着すると、その異物が画像に写り込んでしまい、画像の品質を低下させてしまう。そのため、光学素子を振動させて付着した異物の除去を図る技術が各種提案されており、近年実用化もされ始めている。特許文献１では、光学系と撮像素子の間に配設された防塵光学部材を振動させることによって防塵光学部材に屈曲進行波を発生させて、異物を除去する提案がなされている。

しかしながら、特許文献１のように光学部材に振動を与え、付着した異物を落下させる方法では、必要以上に振動を与えると振動させている素子が割れてしまうおそれがある。そのため、与えられる振動には限界があり、付着力の大きい異物や粘着性のある異物については振動式の異物除去装置では完全に除去できないという問題があった。

また、撮像素子（或いは光学素子）の表面に付着した異物を簡便に取り除く他の方法も提案されている。例えば特許文献２に示されるデジタルカメラでは、異物にワイパ部材を接触させて除去するので、振動により異物を除去する方式に比べて除去能力は高い。

特開２００４−３２１９１号公報 特開２００１−２９８６４０号公報

上記のようにワイパ部材（清掃部材）により異物を除去する方式では、ワイパ部材が汚れたり、ワイパ部材に異物が付着したりした場合に、ワイパ部材を交換することが要求される。この課題に対して、ワイパ部材を開口部側から交換可能（着脱可能）である構成は公知であり、カメラを分解することなくワイパ部材を交換することができる技術は提案されている。

しかしながら、ワイパ部材を交換可能としたカメラでは、開口部側からワイパ部材を交換する構成であるため、「撮像素子（撮像エリア）≦清掃部材＜シャッタ開口≦撮影開口」の関係が必要となる。そのため、清掃部材の全長に依存してシャッタ開口や撮影開口が大型化してしまい、ひいてはカメラボディが大型化する問題があった。

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、清掃部材を開口部側から交換可能とした撮像装置において、開口部の大型化を避け、ひいてはカメラボディの大型化を防ぐことを目的とする。

本発明の撮像装置は、被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の表面又は前記撮像素子の前面側に配置される光学素子の表面上を移動して清掃する交換可能な清掃部材と、前記清掃部材を所定の清掃方向に移動させる駆動機構と、前記清掃部材よりも被写体側にある開口部とを備えた撮像装置であって、前記清掃部材を前記撮像素子又は前記光学素子に垂直な軸を中心にして回転可能としたことを特徴とする。

本発明によれば、清掃部材の交換時には、清掃部材を撮像素子又は光学素子に垂直な軸を中心にして回転させた状態にして清掃部材を着脱することができる。これにより、開口部の大きさを清掃部材の全長に依存させないようにすることができ、開口部の大型化を避け、ひいてはカメラボディの大型化を防ぐことができる。

デジタル一眼レフカメラの断面図である。 デジタル一眼レフカメラの主な部品構成ユニットを示す分解斜視図である。 デジタル一眼レフカメラの主な部品構成ユニットを示す分解斜視図である。 撮像ユニットの斜視図であり、清掃部材が待機位置にある状態を示す図である。 清掃部材及び保持部材の斜視図である。 清掃部材を交換するときのカメラの動作シーケンスを示す図である。 撮像ユニットの斜視図であり、清掃部材が待機位置から移動した状態を示す図である。 撮像ユニットの斜視図であり、清掃部材を回転させた状態を示す図である。 撮像ユニットの斜視図であり、保持部材を回動させた状態を示す図である。 従来において撮影開口部を正面から見た模式図である。 第１の実施形態において撮影開口部を正面から見た模式図である。 従来において撮影開口部を正面から見た模式図である。 第２の実施形態において撮影開口部を正面から見た模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る撮像装置であるデジタル一眼レフカメラの断面図である。カメラボディ１に内蔵される主要な部品構成及び撮影動作について説明する。レンズマウント２には、被写体像を結像させるレンズユニット（不図示）が着脱可能に固定される。

カメラボディ１にはミラーボックス１０が内蔵されており、ミラーボックス１０内にクイックリターンミラー３及びサブミラー４が配置される。クイックリターンミラー３及びサブミラー４は、撮影を待機しているとき同図に示す撮影待機位置にある。このとき、被写体像はミラーボックス１０の撮影開口１１を通過し、クイックリターンミラー３により上方に反射し、ペンタプリズム６によってファインダレンズ７により撮影者に導かれる。また、被写体像の一部はクイックリターンミラー３の後方にあるサブミラー４により下方に導かれ、測距ユニット５により被写体までの距離情報を得ることができるようになっている。

撮影の際には、クイックリターンミラー３及びサブミラー４が上方に退避し、更にシャッタユニット２０のシャッタ羽根が走行して、被写体像がローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０４を介して撮像素子１０１に結像され、電気信号に変換される。

カメラボディ１の背面には、撮影画像を表示したり、操作情報を表示したりするための表示モニタ８が備えられている。

このようなデジタル一眼レフカメラでは、レンズユニットの交換時に外部から進入する塵埃等の異物やシャッタ羽根が走行することにより発生する異物等がＬＰＦ１０４の表面に付着し、撮影画像に写り込んでしまうことがある。そこで、シャッタユニット２０の後方に、詳細は後述するが、ＬＰＦ１０４の表面上を移動して清掃する清掃部材１２０を含む清掃機構（異物除去機構）が備えられている。

図２、図３は、主な部品構成ユニットを示す分解斜視図である。レンズマウント２、ミラー３、４（図２、３では不図示）、測距ユニット５（図２、３では不図示）等を備えるミラーボックス１０にシャッタユニット２０が固定される。その状態で、ミラーボックス１０がメインフレーム５０の前面（被写体側）に固定される。

また、撮像素子１０１、ＬＰＦ１０４、清掃機構がユニット化された撮像ユニット１００がメインフレーム５０の後面（撮影者側）に固定される。

以下、清掃機構の構成及び動作について説明する。図４は、清掃機構を備えた撮像ユニット１００の斜視図である。ベース板１０２に対して撮像素子１０１（図４では不図示）が後面（被写体側）に取り付けられており、それ以外の部品が前面（被写体側）に組み立てられるように構成されている。

ＬＰＦ１０４は、ＬＰＦホルダ１０３に保持された状態でベース板１０２に取り付けられる。撮像素子１０１とＬＰＦ１０４の間の空間は、異物が入り込まないように撮像素子１０１とＬＰＦ１０４及びＬＰＦホルダ１０３とにより封止される。

ＬＰＦ１０４の表面上を移動して清掃する清掃部材１２０は、保持部材１２１に取り外し可能に保持されている。また、ベース板１０２の片側（カメラ搭載時の下側）には、駆動モータ１０５と、駆動モータ１０５の回転出力軸に固定されたリードスクリュー１０６と、保持部材１２１の移動をガイドするガイド軸として主軸１０７とが配置されている。一方、ＬＰＦ１０４を挟んで主軸１０７と反対側（カメラ搭載時の上側）には、清掃部材１２０の移動をガイドするガイド軸として副軸１０８が配置されている。これら駆動モータ１０５、リードスクリュー１０６、主軸１０７及び副軸１０８が本発明でいう駆動機構の構成例である。

保持部材１２１は主軸１０７に支持されており、主軸１０７を軸として撮影開口１１側に回動可能である。また、清掃部材１２０は副軸１０８に係合することで、副軸１０８の軸方向には移動できるが、光軸方向への移動が規制される。

また、保持部材１２１は、リードスクリュー１０６に当接する箇所にリードスクリュー１０６と同じネジピッチ部を有するラック部を有する。これにより、駆動モータ１０５の回転力がリードスクリュー１０６からラック部に伝達され、保持部材１２１が主軸１０７に沿って直線移動する。これに伴って、清掃部材１２０も副軸１０８に沿って直線駆動する。すなわち、軸１０７、１０８に沿う方向（軸１０７、１０８に平行な方向）が、清掃部材１２０が移動する清掃方向となる。

清掃動作の待機時には、図４に示すように、清掃部材１２０が駆動モータ１０５側（或いはＬＰＦ１０４を挟んで反対側）のスペースであって、撮像素子１０１の撮像エリアから退避する待機位置にある。

次に、図５を参照して、清掃部材１２０及び保持部材１２１の詳細な構成について説明する。清掃部材１２０は、長板状の基材１２７を備える。基材１２７の片面には、ワイパ部材として植毛ブラシ１３０が設けられている（図５（ｂ））。また、基材１２７の植毛ブラシ１３０が設けられた面の裏側には、板バネ１２２と、引っ掛け爪１２３と、突起部１２５とが設けられている（図５（ａ））。更に、基材１２７の端部には、副軸１０８に係合させるための溝１２８が形成されている。

一方、保持部材１２１は、長板状の基材１２９を備える。基材１２９には、清掃部材１２０の突起部１２５を嵌め込むためのＵ溝１２４と、主軸１０７が挿通する支持穴１３１と、清掃部材１２０の引っ掛け爪１２３を嵌合させるための嵌合部１３２とが設けられている。

主軸１０７に支持されている保持部材１２１に清掃部材１２０を取り付ける際には、清掃部材１２０の突起部１２５を、保持部材１２１のＵ溝１２４にスライドして嵌め込む（図５（ｃ））。そして、図中矢印Ｒに示すように、Ｕ溝１２４をガイドとして突起部１２５を中心に清掃部材１２０を回転させると、引っ掛け爪１２３が嵌合部１３２に嵌合して、清掃部材１２０が保持部材１２１に固定される（図５（ｄ））。

また、突起部１２５を中心に清掃部材１２０を回転させると、溝１２８が副軸１０８に係合して、清掃部材１２０及び保持部材１２１が軸１０７、１０８間で支持される（図５（ｄ））。この状態で、清掃部材１２０は、板バネ１２２の付勢力と副軸１０８への係合により、植毛ブラシ１３０がＬＰＦ１０４の表面に適切な圧力で当接する構造となっている。

尚、ワイパ部材は、上述した植毛ブラシ１３０に限定されるものではなく、代替部材として、ゴムワイパ等の弾性力がある材料も適する。植毛ブラシの場合、毛の隙間に微少な異物を捕獲するのに適しており、数μｍ〜数十μｍの異物を除去することができる。一方、ゴムワイパの場合、ＬＰＦ１０４の表面に付着した異物だけでなく、結露した際のクリーニング効果も期待できる。ＬＰＦ１０４の表面に粘着物が付着してしまった場合には、ワイパ部材を不織布等の繊維状材料とし、そこにアルコール等のクリーニング溶剤を染み込ませた後、ＬＰＦ１０４上を走査させて清掃することで除去することができる。

次に、清掃部材１２０の交換について説明する。図６に、清掃部材１２０を交換するときの動作シーケンスを示す。尚、図６に示す処理のうちカメラが行う処理は、カメラ内のＣＰＵが不揮発性メモリに記録されたプログラムを実行することで実現される。

通常撮影時の待機状態（図４）から、ユーザの操作により清掃部材交換モードに入ると（ステップＳ３００）、カメラは、レンズユニットがレンズマウント２から取り外されているかの確認を電気接点等により行う（ステップＳ３０１）。レンズユニットが装着されたままの状態であれば、レンズユニットを取り外すように表示モニタ８等により注意を促す。

カメラは、レンズユニットが取り外されていることを確認すると、開口部を遮蔽する撮影待機位置にあるクイックリターンミラー３及びサブミラー４を退避させる（ステップＳ３０２）。また、シャッタユニット２０の先幕を走行させて退避させる（ステップＳ３０３）。

続いて、カメラは、駆動モータ１０５を駆動制御して、図７に示すように、清掃部材１２０及び保持部１２１を待機位置から清掃方向の所定の位置、例えば中央付近に移動させる（ステップＳ３０４）。

この状態で、ユーザは清掃部材１２０の交換を行う（ステップＳ３０５）。清掃部材１２０を取り外すときは、開口部（レンズマウント２の開口、撮影開口１１及びシャッタ開口）から指を入れて、引っ掛け爪１２３を押し込みながら、図８に示すように、Ｕ溝１２４をガイドとして突起部１２５を中心に清掃部材１２０を回転させる。このように清掃部材１２０がＬＰＦ１０４に垂直な軸を中心にして回転可能となっている。清掃部材１２０をＬＰＦ１０４の長辺と略平行な位置まで回転させたならば、図９に示すように、主軸１０７を軸として保持部材１２１を起こすようにして開口部側に回動させる。その後、清掃部材１２０をスライドさせるようにして突起部１２５をＵ溝１２４から外し、清掃部材１２０を開口部から抜き出す。

清掃部材１２０をセットするときは、開口部から清掃部材１２０を入れて、清掃部材１２０の突起部１２５を保持部材１２１のＵ溝１２４にスライドして嵌め込む。その後、ＬＰＦ１０４に押し当てながら清掃部材１２０を回転させることで、溝１２８が副軸１０８に係合するとともに引っ掛け爪１２３が嵌合部１３２に嵌合して、清掃部材１２０の交換が完了となる。

カメラは、清掃部材１２０の交換が完了したかどうかをユーザのボタン操作等により確認する（ステップＳ３０６）。清掃部材１２０の交換完了の確認後、図４に示すように、清掃部材１２０及び保持部１２１を待機位置に移動させて（ステップＳ３０７）、撮像エリアから退避させる。

そして、カメラは、退避していたシャッタユニット２０の先幕を再びセットし（ステップＳ３０８）、クイックリターンミラー３及びサブミラー４も撮影待機位置にセットして（ステップＳ３０９）、撮影待機状態に戻る（ステップＳ３１０）。

清掃部材１２０の交換作業中には、表示モニタ８等に作業中である旨の表示等を行い（ステップＳ３２０）、併せて作業ガイドを表示するようにする。清掃部材１２０の交換作業中に電源を絶たれると、クイックリターンミラー３やシャッタユニット２０のシャッタ羽根の係合が解かれ、交換作業部と干渉して部品の破損等の不具合が生じるおそれがある。そこで、清掃部材交換モードが選択された際には、ＡＣ電源で電源供給されているか、充電池の残容量がある一定以上である場合のみ作業を許可するようにすると良い。

ここで、清掃部材１２０、撮像素子１０１の撮像エリア９０、ＬＰＦ１０４、シャッタユニット２０の開口部（シャッタ開口）２１、ミラーボックス１０の撮影開口１１の大きさについて説明する。図１０、図１１は、被写体側から撮影開口１１内を見た模式図である。

図１０に従来の構成を示す。ミラーボックス１０が形成する撮影開口１１が最も大きく、次いでシャッタ開口２１となり、撮像素子１０１の撮像エリア９０が最も小さくなっている。撮像エリア９０の投影表面を走査する清掃部材１２０は、ＬＰＦ１０４の長辺に平行な方向（図１０中の矢印に示す清掃方向）に移動するものとする。撮像エリア９０の短辺の長さをＬａ、清掃部材１２０の全長をＢａ、シャッタ開口２１の短辺の長さをＳ１ａ、長辺の長さをＳｂとする。清掃部材１２０を被写体側から交換可能とするためには、Ｌａ≦Ｂａ＜Ｓ１ａという関係が成立する必要があり、シャッタ開口２１の短辺の長さＳ１ａは清掃部材１２０の全長Ｂａに依存することになる。

これに対して、図１１に本発明を適用した実施形態の構成を示す。図１１は、清掃部材１２０の交換時の状態、すなわち清掃部材１２０を突起部１２５を中心に回転させた状態である。このように清掃部材１２０を回転させると、シャッタ開口２１の大きさを決定する際に清掃部材１２０の全長Ｂａの影響がない。すなわち、シャッタ開口２１の短辺の長さをＳ２ａとすると、Ｌａ≦Ｓ２ａという関係が成立するだけでよいことになる。従って、Ｓ２ａ＜Ｓ１ａとすることができ、従来構成に比べてシャッタ開口２１を縮小でき、これに伴い撮影開口１１、そしてカメラボディ１自体の小型化を達成することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。尚、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。第１の実施形態では、清掃時に清掃部材１２０がＬＰＦ１０４の長辺に平行な方向、すなわち左右方向に移動する構成であった。それに対して、第２の実施形態では、清掃時に清掃部材１２０がＬＰＦ１０４の短辺に平行な方向、すなわち上下方向に移動する構成を説明する。図１２、図１３は、被写体側から撮影開口１１内を見た模式図である。

図１２に従来の構造を示す。従来構造においては、清掃部材１２０がＬＰＦ１０４の短辺に平行な方向に移動する場合も、撮像素子（撮像エリア９０）≦清掃部材１２０＜シャッタ開口≦撮影開口１１という関係が必要である。すなわち、撮像エリア９０の長辺の長さをＬｂ、清掃部材１２０の全長をＢｂ、シャッタ開口２１の長辺の長さをＳ３ｂとすると、清掃部材１２０を被写体側から交換可能とするためには、Ｌｂ≦Ｂｂ＜Ｓ３ｂという関係が成立する必要がある。そのため、シャッタ開口２１の長辺の長さＳ３ｂが清掃部材１２０の全長Ｂｂに依存してしまい、シャッタ開口２１を拡大する必要がある。

それに対して、図１３に本発明を適用した実施形態の構成を示す。清掃機構の基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、清掃部材１２０の清掃方向、及び、清掃部材１２０の回転中心となる突起部１２６の位置が第１の実施形態と異なる。

清掃部材交換モードに入ると、清掃部材１２０及び保持部１２１を待機位置から図中点線で示す清掃方向の所定の位置に移動させる。清掃部材１２０を交換する際には、突起部１２６を中心として清掃部材１２０を図中矢印方向に回転させ、清掃部材１２０を開口部の略対角線上に位置させる。この状態では、シャッタ開口２１の長辺の長さＳ４ｂは、清掃部材１２０の全長Ｂｂに依存することがないので、Ｌｂ≦Ｓ４ｂという関係のみを満足すればよい。

また、シャッタ開口２１の短辺の長さＳａ及び長辺の長さＳ４ｂの拡大要因とならない清掃部材１２０の全長Ｂｂの条件は下式で示される。

上式を満足すれば、図１３に示すように、撮像エリア９０をもれなく清掃可能であり、シャッタ開口２１の拡大要因にならない。従って、第２の実施形態の構成であれば、Ｓ４ｂ＜Ｓ３ｂとすることができ、従来構成に比べてシャッタ開口２１を縮小でき、これに伴い撮影開口１１、そしてカメラボディ１自体の小型化を達成することができる。

尚、実施形態で説明したカメラの各部は上述の構成に限定されるものではない。例えば、クイックリターンミラーが無いカメラや、シャッタユニットが無いカメラ等でも本発明を適用できることは言うまでも無い。

また、本発明の清掃箇所は、撮像素子の前面側に近接して配置されたＬＰＦ等の光学素子がある場合には、この光学素子の清掃を行うものとする。上述した実施形態のようにＬＰＦ１０４を備えたカメラにおいては、ＬＰＦ１０４の表面に付着する異物を除去するものとして構成されている。もちろん、ＬＰＦ等の光学素子を配置せず、撮像素子の表面に異物が直接付着するおそれのある構成においては、同様の構成により撮像素子の表面を清掃することができる。

１：カメラボディ、２：レンズマウント、３：クイックリターンミラー、４：サブミラー、５：測距ユニット、６：ペンタリズム、７：ファインダレンズ、８：表示モニタ、１０：ミラーボックス、１１：撮影開口部、２０：シャッタユニット、２１：シャッタ開口部、５０：メインフレーム、９０：撮像エリア、１００：撮像ユニット、１０１：撮像素子、１０２：ベース板、１０３：ＬＰＦホルダ、１０４：ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１０５：駆動モータ、１０６：リードスクリュー、１０７：主軸、１０８：副軸、１２０：清掃部材、１２１：保持部材、１２２：板バネ、１２３：引っ掛け爪、１２４：Ｕ溝、１２５：突起部、１２６：突起部、１２７：基材、１２８：溝、１２９：基材、１３０：ワイパ部材（植毛ブラシ）、１３１：支持穴、１３２：嵌合部

Claims (6)

1. 被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子の表面又は前記撮像素子の前面側に配置される光学素子の表面上を移動して清掃する交換可能な清掃部材と、
   前記清掃部材を所定の清掃方向に移動させる駆動機構と、
   前記清掃部材よりも被写体側にある開口部とを備えた撮像装置であって、
   前記清掃部材を前記撮像素子又は前記光学素子に垂直な軸を中心にして回転可能としたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記開口部には前記清掃部よりも被写体側にあるシャッタ開口を含み、
   前記清掃部材の全長をＢ、前記シャッタ開口の短辺の長さをＳａ、長辺の長さをＳｂとしたときに、下式の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
   

   
3. 前記所定の清掃方向は、前記撮像素子又は前記光学素子の長辺又は短辺に平行な方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記清掃部材は保持部材に取り外し可能に保持されており、前記保持部材に対して回転可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記保持部材は前記所定の清掃方向に平行なガイド軸を軸として前記開口部側に回動可能であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記清掃部材を交換する清掃部材交換モードにおいて、
   前記開口部を遮蔽する撮影待機位置にあるミラー及びシャッタ羽根を退避させるステップと、
   前記清掃部材を待機位置から前記清掃方向の所定の位置に移動させるステップと、
   前記清掃部材の交換完了を確認するステップと、
   前記清掃部材の交換完了の確認後に前記清掃部材を前記待機位置に戻すステップと、
   前記ミラー及び前記シャッタ羽根を前記撮影待機位置にセットするステップとを実行する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。

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