JP2011035881A - 光学装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電している塵埃などを効果的に除去することが可能な光学装置および光学機器を提供すること。
【解決手段】光を透過する基板１８と、間隔を隔てて前記基板１８に備えられた光を透過する複数の電極４２を有する第１電極群４２Ａと、間隔を隔てて前記基板１８に備えられた光を透過する複数の電極４２を有する第２電極群４２Ｂと、前記第１電極群４２Ａに交流電圧を出力する第１制御と、前記第２電極群４２Ｂに交流電圧を出力する第２制御とが可能な制御部５０とを含み、前記第１電極群４２Ａを構成する電極の少なくとも１つは、前記第２電極群４２Ｂを構成する複数の電極４２の間にあり、前記第２電極群４２Ｂを構成する電極の少なくとも１つは、前記第１電極群４２Ａを構成する複数の電極４２の間にある。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学装置および光学機器に関する。

レンズ交換式デジタルカメラなどでは、撮像素子ユニットの光学ローパスフィルタ表面にゴミが付着し、撮影した映像にゴミが写り込んでしまうことがある。このような状況を解消するために、撮像素子と光学系との間に防塵部材を配置して撮像素子の防塵を図ると共に、防塵部材に付着したゴミなどを物理的な振動により除去するシステムが開発されている（特許文献１参照）。

しかしながら、従来のシステムは、物理的な振動によって塵埃を除去するため、大きな慣性力が発生しにくい質量の小さな塵埃や、帯電による静電気力を介して付着している塵埃については、効率的に除去することが難しかった。

特開２００８−９９３３２号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、帯電している塵埃などを効果的に除去することが可能な光学装置および光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置（３）は、
光を透過する基板（１８）と、
間隔を隔てて前記基板（１８）に備えられた光を透過する複数の電極（４２）を有する第１電極群（４２Ａ）と、
間隔を隔てて前記基板（１８）に備えられた光を透過する複数の電極（４２）を有する第２電極群（４２Ｂ）と、
前記第１電極群（４２Ａ）に交流電圧を出力する第１制御と、前記第２電極群（４２Ｂ）に交流電圧を出力する第２制御とが可能な制御部（５０）とを含み、
前記第１電極群（４２Ａ）を構成する電極の少なくとも１つは、前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する複数の電極（４２）の間にあり、
前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する電極の少なくとも１つは、前記第１電極群（４２Ａ）を構成する複数の電極（４２）の間にあることを特徴とする。

基板上に配置された電極同士の間に電界を発生させた時に、電極上では塵埃を移動させようとする電界の力が弱い。そのため、電圧が印加された電極上には塵埃が残りやすい傾向にある。しかし、電極と電極との間においては、電界による塵埃を移動させる力が強くなる。そこで、この発明では、第１電極群を構成する電極の少なくとも１つを、第２電極群を構成する複数の電極の間に配置し、第２電極群を構成する電極の少なくとも１つを、第１電極群を構成する複数の電極の間に配置する。このような構成において、電圧を印加する電極群を選択することで、電極上であっても、塵埃を移動させるのに十分な強い電界を作用させることが可能になり、電極上の帯電している塵埃などを効果的に除去することができる。

前記基板（１８）を平面側から見た場合に前記第１電極群（４２Ａ）を構成する第１電極の間に、前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する第２電極が配置されていても良い。前記第１電極と前記第２電極とが交互に配置されていても良い。

前記制御部（５０）は、前記第１制御と前記第２制御とを交互に行っても良い。前記制御部（５０）は、交流電圧を出力する出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）と、前記第１電極群（４２Ａ）及び前記第２電極群（４２Ｂ）の一方と前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）とを接続したとき、前記第１電極群（４２Ａ）及び前記第２電極群（４２Ｂ）の他方と前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）とを切り離し、前記第１電極群（４２Ａ）及び前記第２電極群（４２Ｂ）の他方と前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）とを接続したとき、前記第１電極群（４２Ａ）及び前記第２電極群（４２Ｂ）の一方と前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）とを切り離すスイッチ部（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ）とを含んでも良い。前記制御部（５０）は、前記第１電極群（４２Ａ）に前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）から交流電圧を印加している時は前記第２電極群（４２Ｂ）に前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）から交流電圧を印加せず、前記第２電極群（４２Ｂ）に前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）から交流電圧を印加している時は、前記第１電極群（４２Ａ）に前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）から交流電圧を印加しなくても良い。交流電圧が印加されていない時の前記第１電極群（４２Ａ）または前記第２電極群（４２Ｂ）は、前記出力部（２８，２８Ａ，２８Ｂ）から電気回路的に分離されていても良い。

前記出力部から分離されている電極（フローティング電極）上では、その両側に配置されている電極に印加される電圧による電界のため、塵埃を移動させる力が強く作用する。そこで、第１電極群と第２電極群とに瞬間的に交互に電圧を印加することにより、第１電極群と第２電極群とでフローティング電極となる電極群を瞬間的に交互に変化させることができる。結果として、基板上の全ての電極上において強い電界を発生させることができ、基板上から塵埃を移動させて満遍なく除去することができる。

前記第１電極群（４２Ａ）及び前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する電極の短手方向の幅（ｄ３）は、前記第１電極群（４２Ａ）を構成する電極と前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する電極との間隔（ｄ２）よりも広くても良い。すなわち、前記第１電極および前記第２電極の短手方向の幅（ｄ３）は、前記第１電極と前記第２電極との間隔（ｄ２）より広くても良い。

フローティング電極上では、塵埃を移動させる力が強く作用するので、電極の幅を従来より広く設計しても塵埃を除去するのに十分な電界を作用させることが可能である。したがって、電極の幅を広くすることにより、製造コストを低減させることができる。

前記第１電極群（４２Ａ）は、前記基板（１８）の一方側の面に備えられ、前記第２電極群（４２Ｂ）は、前記基板（１８）の一方側の面とは逆の他方側の面に備えられていても良い。前記第１電極群（４２Ａ）が配置される前記基板（１８）の表面は、前記第２電極群（４２Ｂ）が配置される前記基板（１８）の表面と反対の面であっても良い。前記基板（１８）を平面側から見た場合に、前記第１電極が前記第２電極同士の隙間に配置され、前記第１電極の短手方向の前記電極幅（ｄ３１）は、前記第２電極間の間隔（ｄ２１）に等しくても良い。前記第１電極群（４２Ａ）を構成する電極、及び、前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する電極は、互いに対向して備えられ、前記電極の対向する方向でみて、前記第１電極群（４２Ａ）を構成する電極と前記第２電極群（４２Ｂ）を構成する電極とは交互に備えられていても良い。前記第２電極群（４２Ｂ）は、前記基板（１８）の他方側の面のうち、前記基板（１８）の前記第１電極群（４２Ａ）が設けられていない部分に対応する部分に備えられていても良い。

基板を平面側から見た場合に、第１電極群および第２電極群の短手方向の端部を一致させることにより、良好な光学特性を得ることができ、撮像素子によって撮像される像に電極の影が写りこむことを低減することができる。

前記第１電極群（４２Ａ）は、前記第２電極群（４２Ｂ）よりも像面側に備えられ、前記制御部（５０）は、前記第１電極群（４２Ａ）に前記第２電極群（４２Ｂ）よりも大きな絶対値の交流電圧を供給しても良い。

第１電極群は撮像素子上の像面と対向する基板の面に備えられ、第２電極群は基板の被写体側の面に備えられても良い。塵埃は基板上の被写体側に付着している。第１電極群と第２電極群とに印加する交流電圧の絶対値が等しい場合には、基板の厚さの分だけ、塵埃に作用する電界の強さが異なる。すなわち、第２電極群に交流電圧を印加した時よりも第１電極群に交流電圧を印加した時の方が、塵埃に作用する電界の強さが弱くなってしまう。そこで、第１電極群に第２電極群よりも大きな絶対値の交流電圧を印加することにより、塵埃に作用する電界の強さが略等しくなり、基板上における除塵能力を、第１電極群上および第２電極群上とで等しくすることができる。

本発明に係る光学機器は、上記の光学装置（３）を含む。

なお、上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学装置を搭載したカメラの全体ブロック図である。 図２は、図１に示すカメラの撮像素子ユニットの断面図である。 図３（ａ）は、進行波状の電界を発生させて除塵動作を行う場合の動作を説明する模式図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ断面図である。 図４（ａ）は、図１に示す防塵フィルタの模式図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のIVｂ−IVｂ断面図である。 図５（Ａ）は、電界を発生させた時にゴミに働く力を示すグラフである。 図５（Ｂ）は、従来の構成で電界を発生させた時にゴミに働く力を示すグラフである。 図６（Ａ）は、電界を発生させた時にゴミに働く力を示す模式図、図６（Ｂ）は、従来の構成で電界を発生させた時にゴミに働く力を示す模式図である。 図７（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る防塵フィルタの平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のVIIｂ−VIIｂ断面図である。 図８（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る防塵フィルタを有する撮像素子ユニットの断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す防塵フィルタの断面図である。

第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る光学装置を搭載したカメラ３の全体ブロック図である。カメラ３は、カメラボディ５とレンズ鏡筒７を有している。レンズ鏡筒７は、カメラボディ５に対して着脱自在に装着される。なお、カメラ３の説明においては、図１および図２等に示すように、光軸Ｚおよびカメラボディ５の底面５ａと垂直な方向をＹ軸方向、Ｚ軸およびＹ軸に直交する方向をＸ軸方向として説明を行う。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に垂直になっている。

本実施形態に係る光学装置を搭載したカメラとしては、図１に示すようなレンズ交換式カメラに限定されず、レンズ鏡筒７とカメラボディ５とが一体のカメラであってもよく、カメラの種類は特に限定されない。また、本実施形態に係る光学装置は、スチルカメラに限らず、ビデオカメラ、顕微鏡、携帯電話などの光学機器にも適用できる。

カメラボディ５およびレンズ鏡筒７の内部には、光軸Ｚに沿って、複数の光学部品が配置されている。図１に示すカメラボディ５には撮像素子ユニット１５が配置されており、撮像素子ユニット１５の光軸Ｚ方向の前方側（Ｚ軸に沿って被写体側を「Ｚ軸の前方側」または「Ｚ軸の正方向側」と称する）には、シャッタ６８が配置してある。シャッタ６８の光軸Ｚ方向の前方側には、ミラー７０が配置してあり、その前方側には、レンズ鏡筒７に内蔵してある絞り部７８および光学レンズ群２４が配置してある。

カメラボディ５には、ボディＣＰＵ５０が内蔵してあり、レンズ接点６２を介してレンズＣＰＵ８０に接続してある。ボディＣＰＵ５０は、レンズ鏡筒７との通信機能と、カメラボディ５の制御機能を有している。レンズ接点６２は、ボディＣＰＵ５０と、レンズＣＰＵ８０とを電気的に接続する。ボディＣＰＵ５０には、カメラボディ５およびレンズ鏡筒７に備えられた電子部品に電力を供給するための電源５８が接続してある。

ボディＣＰＵ５０には、レリーズスイッチ５２、ストロボ５４、表示部５６、ＥＥＰＲＯＭ（メモリ）２６、画像処理コントローラ６６、ＡＦセンサ６０、電圧信号出力回路２８などが接続してある。画像処理コントローラ６６には、インターフェース回路６４を介して、撮像素子ユニット１５の撮像素子１６が接続してある。画像処理コントローラ６６およびインターフェース回路６４は、ボディＣＰＵ５０からの信号に基づき、撮像素子１６によって撮像された画像の画像処理を制御する。撮像素子１６は、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を有する。

表示部５６は、主として液晶表示装置などで構成され、出力結果やメニューなどを表示する。レリーズスイッチ５２は、撮影のタイミングを操作するスイッチである。レリーズスイッチ５２は、ボディＣＰＵ５０に対して、半押し信号および全押し信号を出力する。ボディＣＰＵ５０は、レリーズスイッチ５２から半押し信号が入力されると、ＡＦ制御、ＡＥ制御等の撮影準備動作を制御し、レリーズスイッチ５２から全押し信号が入力されると、ミラーアップ、シャッタ駆動等の露光動作を制御する。

クイックリターンミラー７０は、構図決定の際にファインダーに像を映し出すためのもので、露光中は光路から退避する。クイックリターンミラー７０は、不図示のミラー駆動部（例えばＤＣモータ）により駆動される。

クイックリターンミラー７０には、ＡＦセンサ６０に光を導くサブミラー７０ａが連結してある。このサブミラー７０ａも、露光中は光路から退避する。

シャッタ６８は、露光時間を制御する。シャッタ６８は、ボディＣＰＵ５０からの制御に基づき、不図示のシャッタ駆動部（例えばＤＣモータ）によって駆動される。

ＡＦセンサ６０は、オートフォーカス（ＡＦ）を行うためのセンサである。このＡＦセンサ６０としては、通常ＣＣＤが用いられる。ＥＥＰＲＯＭ２６は、ボディＣＰＵ５０による制御に必要なパラメータ等を記憶しており、必要に応じてボディＣＰＵ５０に出力する。

図１に示すレンズ鏡筒７には、焦点距離エンコーダ７４、距離エンコーダ７２、絞り部７８、絞り部７８を駆動する駆動モータ７６、レンズＣＰＵ８０、レンズ接点６２及び光学レンズ群２４等が具備してある。

レンズＣＰＵ８０は、ボディＣＰＵ５０との通信機能と、レンズ鏡筒７に搭載された電子部品の制御機能とを有している。例えば、レンズＣＰＵ８０は、焦点距離情報、被写体距離情報等を、レンズ接点６２を介してボディＣＰＵ５０に出力する。また、レンズＣＰＵ８０には、ボディＣＰＵ５０から、レリーズ情報、ＡＦ情報が入力される。レンズＣＰＵ８０は、これらの情報に基づき、絞り７８の駆動モータ７６等を制御することができる。

焦点距離エンコーダ７４は、不図示のズームレンズ群の位置情報から、焦点距離を算出し、レンズＣＰＵ８０に出力する。距離エンコーダ７２は、フォーカシングレンズ群の位置情報より被写体距離を算出し、レンズＣＰＵ８０に出力する。

図１に示すように、カメラボディ５には、電圧信号出力回路２８が備えられている。電圧信号出力回路２８は、ボディＣＰＵ５０からの制御信号に基づき、撮像素子ユニット１５における防塵フィルタ１８に備えられる複数の電極に電圧を出力する。

また、カメラボディ５には、圧電素子駆動回路２９が備えられている。圧電素子駆動回路２９は、ボディＣＰＵ５０からの制御信号に基づき、撮像素子ユニット１５における防塵フィルタ１８に備えられる圧電素子が有する電極に電圧を出力する。

図２は、図１に示すカメラ３に搭載された撮像素子ユニット１５の断面図である。撮像素子ユニット１５は、ユニット固定基板１４と、ケース１２と、防塵フィルタ１８と、撮像素子１６とを有する。防塵フィルタ１８は、後述するように、基材部４０と、第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂとを有する透明電極４２と、表面層４４とを有する。図２に示すように、ユニット固定基板１４のＺ軸正方向側の表面１４ａには、撮像素子１６とケース１２とが設置されている。撮像素子１６は、撮像面１６ａをＺ軸正方向側に向けた状態で配置される。撮像面１６ａと基材部４０のＺ軸負方向の面４０ｂとは対向している。ケース１２は、Ｚ軸方向から見ると額縁形状を有しており、撮像素子１６の周辺を取り囲むように配置される。ケース１２は、例えば合成樹脂またはセラミック等の絶縁性の材料を用いて形成される。

ケース１２の内周面には、防塵フィルタ１８を取り付けるための取付部１２ａが形成されている。防塵フィルタ１８は、Ｚ軸方向から見て矩形平板形状を有しており、防塵フィルタ１８の周辺部が、取付部１２ａに接触するように設計されている。防塵フィルタ１８は、ケース１２に対して、例えば接着剤等によって取り付けられる。撮像素子１６は、防塵フィルタ１８に対向して設けられ、防塵フィルタ１８を透過した光は、撮像素子１６の撮像面１６ａに入射する。

図２に示すように、撮像素子１６の周囲は、ユニット固定基板１４、ケース１２、および防塵フィルタ１８によって封止されており、撮像素子ユニット１５は、撮像素子１６が収納される封止空間に、塵埃等が侵入することを防止している。なお、図２に示す撮像素子ユニット１５は、後述するように、防塵フィルタ１８を振動させることなく、表面層４４に付着した塵埃を除去することができる。したがって、防塵フィルタ１８は、ケース１２に対して非可動的に固定されており、防塵フィルタ１８のケース１２に対する取り付け構造が単純である。また、撮像素子１６が収納される封止空間は、防塵フィルタ１８、ケース１２およびユニット固定基板１４によって、確実に封止される。

次に、進行波状の電界を発生させて塵埃を除去する防塵フィルタの構成および作用について述べる。本実施形態では、後述するように電極４２は第１電極群４２Ａと第２電極群４２Ｂとを有するが、図３（ａ）および図３（ｂ）では、単一の電極群に電圧を印加する場合について述べる。図３（ｂ）に示すように、防塵フィルタ１８は、基材部４０と、複数の電極４２と、表面層４４とを有する。基材部４０は、矩形平板状の形状を有しており、Ｚ軸負方向側に設けられた撮像素子１６に向かう光を透過させる。防塵フィルタ１８における基材部４０は、複屈折性を有する複屈折板である。

電極４２及び表面層４４は、基材部４０と同程度の透過率を有することが好ましい。例えば、電極４２、表面層４４及び基材部４０は、入射した可視光の全域（例えば、波長が０．３８μｍ以上、０．７５μｍ以下の光）において、８０％以上１００％以下の透過率を有することが好ましい。透過率が８０％以上１００％以下であれば、静止画、動画等の撮影画像を取得するのに十分な光学特性が得られるからである。更に好ましくは、電極４２、表面層４４及び基材部４０は、入射した可視光の全域において、９０％以上１００％以下の透過率を有することが好ましい。透過率が９０％以上１００％以下であれば、高精細な静止画の撮影画像を取得するのに十分な光学特性が得られるからである。

また、電極４２、表面層４４及び基材部４０を光が透過することにより撮像素子１６に到達する光の光量が低下する場合には、撮像素子１６で得られる信号を処理（アナログ処理又はデジタル処理）して撮影画像の光量を実質的に増加させてもよい。

図３（ｂ）に示すように、基材部４０のＺ軸正方向側の表面４０ａには、複数の電極４２が形成されている。電極４２は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）等の光を透過する材料を用いて形成される。電極４２は、基材部４０の全体表面に形成されており、後述のように、防塵フィルタ１８の表面に付着する塵埃を除去する電界を発生させる。電極４２は、図３（ａ）に示すように、電極４２ａ〜４２ｄで示され、基材部４０の表面に沿って帯状に形成されている。本実施形態における防塵フィルタ１８において、電極４２（４２ａ〜４２ｄ）は、図３（ａ）に示すように、基材部４０の短辺４０ｃに略平行な方向に延在するように形成されている。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、複数の電極４２は、基材部４０の長辺４０ｄに沿って、例えば所定ピッチｄ１であって、互いの間隔ｄ２が所定間隔となるように配置される。図３（ａ）に示すように、各電極４２（４２ａ〜４２ｄ）の一方の端部には、配線部３８が接続してあり、電極４２（４２ａ〜４２ｄ）は、配線部３８を介して、図１に示す電圧信号出力回路２８に対して電気的に接続されている。本実施形態に係る配線部３８はＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）であるが、電極４２（４２ａ〜４２ｄ）に電圧信号を伝えるものであれば特に限定されない。

本実施形態における複数の電極４２は、第１の電圧信号が入力される第１配列の電極４２ａと、第２の電圧信号が入力される第２配列の電極４２ｂと、第３の電圧信号が入力される第３配列の電極４２ｃと、第４の電圧信号が入力される第４配列の電極４２ｄによって構成される。

各配列の電極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、複数の電極４２が延在する方向であるＹ軸方向とは垂直なＸ軸方向に沿って、第１配列の電極４２ａ、第２配列の電極４２ｂ、第３配列の電極４２ｃ、第４配列の電極４２ｄの順番に、所定の間隔を隔てて周期的に配置される。すなわち、図３（ａ）に示すように、１つの第１配列の電極４２ａ１と、これと同位相の電圧信号が印加される他の１つの第１配列の電極４２ａ２との間には、第１配列の電極４２ａとは異なる位相の電圧信号が印加される１つの第２配列の電極４２ｂと、１つの第３配列の電極４２ｃと、１つの第４配列の電極４２ｄとが、互いに間隔を隔てて備えられる。第２配列の電極４２ｂ、第３配列の電極４２ｃ、第４配列の電極４２ｄについても、第１配列の電極４２ａ１，４２ａ２と同様である。

本実施形態に係る防塵フィルタ１８は、複数の電極４２の表面を覆うように、防塵フィルタ１８のＺ軸正方向側の表面に設けられた表面層４４を有する（図３（ｂ）参照）。表面層４４は、絶縁性を有し光を透過する材料によって形成される。

表面層４４の屈折率は、電極４２の屈折率と近いことが好ましく、とくに、略等しいことが好ましい。また、表面層４４における光の分散（屈折率の光の波長による変化）は、電極４２における光の分散と近いことが好ましく、とくに、略等しいことが好ましい。このように、電極４２と表面層４４との光学特性を近づけることで、撮像素子１６によって撮像される像に電極４２の影が写り込むことを低減することができる。また、表面層４４は撥水性を有していてもよく、表面層４４が撥水性を有する場合は、防塵フィルタ１８に対する塵埃３７の付着力を低減することができる。また、表面層４４は微細な凹凸を有していてもよく、表面層４４が微細な凹凸を有する場合は、防塵フィルタ１８に対する塵埃３７の付着力（分子間力）を低減することができる。

次に、上述した防塵フィルタ１８に進行波状の電界を発生させて除塵動作を行う仕組みについて、図３（ａ）を用いて説明する。電圧信号出力回路２８は、信号生成部８２と、位相調整部８４と、増幅部８６とを有する。信号生成部８２は、所定の周期を有する交流電圧信号を生成し、位相調整部に出力する。位相調整部８４は、交流電圧信号の位相を調整し、互いに異なる位相の４つの交流電圧信号を生成し、増幅部８６に出力する。

増幅部８６は、４つの交流電圧信号を、所定の振幅に増幅した後、駆動電圧信号として出力する。増幅部８６は、配線部３８を介して、防塵フィルタ１８に備えられる電極４２（４２ａ〜４２ｄ）に、駆動電圧信号を出力する。したがって、電圧信号出力回路２８は、互いに位相の異なる第１駆動電圧信号ｃｈ１、第２駆動電圧信号ｃｈ２、第３駆動電圧信号ｃｈ３および第４駆動電圧信号ｃｈ４を、防塵フィルタ１８に備えられる電極４２（４２ａ〜４２ｄ）に出力することができる。

配線部３８は、第１駆動電圧信号ｃｈ１を第１配列の電極４２ａに伝える第１配線部３８ａと、第２駆動電圧信号ｃｈ２を第２配列の電極４２ｂに伝える第２配線部３８ｂと、第３駆動電圧信号ｃｈ３を第３配列の電極４２ｃに伝える第３配線部３８ｃと、第４駆動電圧信号ｃｈ４を第４配列の電極４２ｄに伝える第４配線部３８ｄとを有する。

第１〜第４駆動電圧信号ｃｈ１〜ｃｈ４は、互いに位相が４分の１周期ずつずれた方形波の信号であるが、これに限定されず、正弦波や三角波等の信号であってもよい。

電圧信号出力回路２８は、防塵フィルタ１８の表面に備えられた複数の電極４２に電圧を印加することによって、防塵フィルタ１８の表面の電界を変化させることができる。本実施形態に係る防塵フィルタ１８は、光を透過する電極４２（４２ａ〜４２ｄ）が縞状に配置されており、電極４２に４相の交流電圧が印加されるため、進行波状の電界を防塵フィルタ１８の表面に発生させることができる。

すなわち、防塵フィルタ１８の表面には、各配列の電極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが、Ｘ軸方向に沿って周期的に配置されており、各配列の電極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄに対して、それぞれに対応する駆動電圧信号ｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ３，ｃｈ４が印加される。これによって防塵フィルタ１８の表面には、Ｘ軸方向に沿って移動する進行波状の電界が発生し、防塵フィルタ１８の表面に存在する塵埃３７は、電界から与えられる静電気力によって移動させられる。

本実施形態に係る電極４２（４２ａ〜４２ｄ）には、４相の駆動電圧信号が印加されるが、本実施形態に係る電極４２に印加される駆動電圧信号は、単相であってもよく、２相以上であってもよい。単相の場合であっても、防塵フィルタ１８の表面の電界を変化させて、防塵フィルタ１８の表面に存在する塵埃を移動させることができる。また、２相以上であれば、防塵フィルタ１８の表面の電界を移動させて、防塵フィルタ１８の表面に存在する塵埃を移動させることができる。

しかし、複数の電極４２に印加させる駆動電圧信号は、３相以上であることが好ましい。周期的に配置された３以上の配列によって構成される電極４２に、各配列に対応する交流電圧信号を印加することによって、防塵フィルタ１８の表面に、進行波状の電界を容易に発生させることができる。なお、図示の実施例では、４つの配列の電極を用いた場合を例にして説明したが、電極の配列は、２つの配列でもよいし、３つの配列でもよいし、５つ以上の配列であってもよい。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態において、複数の電極４２は、第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂとを有している。第１電極群４２Ａは、図３（ａ）において説明したように、第１配列の電極４２ａ〜第４配列の電極４２ｄによって構成される。第２電極群４２Ｂも同様にして、第１配列の電極４２ａ〜第４配列の電極４２ｄによって構成される。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂは、基材部４０のＺ軸方向の面４０ａに対して、第１電極群４２Ａを構成する第１電極と第２電極群４２Ｂを構成する第２電極とが交互に配置されている。

それぞれの電極群４２Ａ，４２Ｂに対して、配線部３８（３８Ａ，３８Ｂ）を介して電圧信号出力回路２８（２８Ａ，２８Ｂ）が接続されている。

第１の電圧信号出力回路２８Ａは、出力部である電源スイッチ２７Ａに接続されており、電源スイッチ２７Ａから第１配線部３８Ａを介して第１電極群４２Ａに接続されている。第１の電圧信号出力回路２８Ａは、電源スイッチ２７ＡがＯＮの時に、上述したように互いに位相の異なる第１駆動電圧信号ｃｈ１〜第４駆動電圧信号ｃｈ４を、防塵フィルタ１８に備えられる第１電極群４２Ａに出力することができる。

第２の電圧信号出力回路２８Ｂは、出力部である電源スイッチ２７Ｂに接続されており、電源スイッチ２７Ｂから第１配線部３８Ｂを介して第２電極群４２Ｂに接続されている。第２の電圧信号出力回路２８Ｂは、電源スイッチ２７ＢがＯＮの時に、上述したように互いに位相の異なる第１駆動電圧信号ｃｈ１〜第４駆動電圧信号ｃｈ４を、防塵フィルタ１８に備えられる第２電極群４２Ｂに出力することができる。

ここで、一般に進行波状の電界を発生させた場合に、電極の位置と塵埃が受ける力との関係を図５（Ｂ）に示す。実線はＸ軸方向（防塵フィルタと平行な方向）に塵埃を移動させようとする力Ｆｘを示し、点線はＺ軸方向（防塵フィルタから離れる方向）に塵埃を移動させようとする力Ｆｚを示し、一点鎖線は力Ｆｘと力Ｆｚとの合成力Ｆ（ｘ＋ｚ）を示す。

電極４２βに−１０００Ｖの電圧を印加し、電極４２γに＋１０００Ｖの電圧を印加した場合の例について、図５（Ｂ）に示す。電極４２β，４２γ上におけるＺ軸方向に塵埃を移動させようとする力Ｆｚの絶対値は約５０００ｎＮであり、電極４２β，４２γ上におけるＸ軸方向に塵埃を移動させようとする力Ｆｘの絶対値（約２５００ｎＮ）よりも大きい。そのため、電圧が印加された電極４２β，４２γ上には塵埃が残りやすい傾向にある。しかし、電極４２βと電極４２γとの間においては、電界による塵埃をＸ軸方向に移動させる力Ｆｘの絶対値（約９０００ｎＮ）が、力Ｆｚの絶対値（約１０００ｎＮ）と比較して大きくなり、塵埃をＸ軸方向に移動させる力が強く作用している。

図５（Ａ）に、電源回路から分離されている電極（フローティング電極α）を、電極４２β，４２γ間に配置し進行波状の電界を発生させた場合における、電極の位置と塵埃が受ける力との関係について述べる。

電極４２βに−１０００Ｖの電圧を印加し、電極４２γに＋１０００Ｖの電圧を印加し、電極４２β，４２γ間にフローティング電極４２αを配置した場合の例について、図５（Ａ）に示す。電極４２βと電極４２γとの間においては、電界による塵埃をＸ軸方向に移動させる力Ｆｘの絶対値が、Ｚ軸方向に塵埃を移動させようとする力Ｆｚの絶対値よりも大きい。すなわち、フローティング電極４２α上における力Ｆｘの絶対値は約３５００ｎＮであり、力Ｆｚの絶対値（約３００ｎＮ）に比較して大きい。したがって、フローティング電極４２α上でも、塵埃をＸ軸方向に移動させるのに十分な力が働いていることが判明した。

このようにフローティング電極上では塵埃を移動させるのに十分な強さの電界が発生している様子を、図６（Ａ）に模式的に示す。また、印加電極付近に塵埃が残りやすい様子を、図６（Ｂ）に模式的に示す。図６（Ｂ）に示すように、印加電極上では塵埃３７をＸ軸方向に移動させる電界の力が弱く、電極付近に塵埃３７が残りやすい。図６（Ａ）に示すように、印加電極同士の間に位置するフローティング電極上では、塵埃３７を移動させるのに十分な電界の力が作用している。なお、フローティング電極上は完全な絶縁体ではないので、絶縁体上に比べれば塵埃３７を移動させる電界の力が若干弱い。

そこで本実施形態では、上述したように、第１電極群４２Ａを構成する電極の少なくとも１つを、第２電極群４２Ｂを構成する複数の電極の間に配置し、第２電極群４２Ｂを構成する電極の少なくとも１つを、第１電極群４２Ａを構成する複数の電極の間に配置する。さらに、図４（ａ）に示すように、図１に示すボディＣＰＵ５０は、第１電極群４２Ａに電源スイッチ２７Ａから交流電圧を印加している時は第２電極群４２Ｂに電源スイッチ２７Ｂから交流電圧を印加しない（フローティング状態）ように電圧信号出力回路２８を制御する。そして、ボディＣＰＵ５０は、第２電極群４２Ｂに電源スイッチ２７Ｂから交流電圧を印加している時は、第１電極群４２Ａに電源スイッチ２７Ａから交流電圧を印加しない（フローティング状態）ように電圧信号出力回路２８を制御する。

好ましくは、図１に示すボディＣＰＵ５０は、図４（ａ）に示す第１電極群４２Ａと第２電極群４２Ｂとに瞬間的に交互に電圧を印加するように電圧信号出力回路２８（２８Ａおよび２８Ｂ）を制御する。

なお、図３（ｂ）に示すように、複数の電極４２のＸ軸方向の幅ｄ３は、互いの間隔ｄ２に比較して広く設定しても良い。

このように、防塵フィルタ１８上に配置された電極同士の間に電界を発生させた時に、電極上では塵埃をＸ軸方向に移動させようとする電界の力が弱い。そのため、電圧が印加された電極上には塵埃が残りやすい傾向にある。しかし、電極と電極との間においては、電界による塵埃を移動させる力が強くなる。そこで、本実施形態では、第１電極群４２Ａを構成する電極の少なくとも１つを、第２電極群を構成する複数の電極の間に配置し、第２電極群４２Ｂを構成する電極の少なくとも１つを、第１電極群を構成する複数の電極の間に配置する。このような構成において、電圧を印加する電極群を選択することで、電極上であっても、塵埃を移動させるのに十分な強い電界を作用させることが可能になり、電極上の帯電している塵埃などを効果的に除去することができる。

電源スイッチ２７Ａ，２７Ｂ（図４（ａ）参照）から分離されている電極（図５Ａに示すフローティング電極４２α）上では、その両側に配置されている電極に印加される電圧による電界のため、塵埃を移動させる力が強く作用する。そこで、図４（ａ）に示す第１電極群４２Ａと第２電極群４２Ｂとに瞬間的に交互に電圧を印加することにより、第１電極群４２Ａと第２電極群４２Ｂとでフローティング電極となる電極群を瞬間的に交互に変化させることができる。結果として、防塵フィルタ１８上の全ての電極上において強い電界を発生させることができ、防塵フィルタ１８上から塵埃を移動させて満遍なく除去することができる。

さらに、図５（Ａ）に示すフローティング電極４２α上では、塵埃を移動させる力が強く作用するので、電極の幅を従来より広く設計しても塵埃を除去するのに十分な電界を作用させることが可能である。したがって、電極の幅を広くすることにより、製造コストを低減させることができる。

第２実施形態
本実施形態では、図４（ａ）に示す２組の電源スイッチ２７Ａ，２７Ｂと異なり、図７（ａ）に示すように電源スイッチ２７Ｃが一組で構成されること以外は、図１〜図６に示す第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、本実施形態において、複数の電極４２は、第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂとを有している。第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂは、基材部４０のＺ軸方向の面４０ａに対して、第１電極群４２Ａを構成する第１電極と第２電極群４２Ｂを構成する第２電極とが交互に配置されている。

図７（ａ）に示すように、電圧信号出力回路２８は、電源スイッチ２７Ｃに接続されており、所定の第１タイミングで電源スイッチ２７Ｃが第１配線部３８Ａに対してＯＮとなり、電圧信号出力回路２８は第１配線部３８Ａと接続状態となる。第１タイミングでは第１電極群４２Ａに電圧を印加することができ、第２電極群４２Ｂは電圧信号出力回路２８から分離されている（フローティング状態）。

そして、所定の第１タイミングとずれた第２タイミングで電源スイッチ２７Ｃが切り替わり、電源スイッチ２７Ｃが第２配線部３８Ｂに対してＯＮとなり、電圧信号出力回路２８は第２配線部３８Ｂと接続状態となる。第２タイミングでは第２電極群４２Ｂに電圧を印加することができ、第１電極群４２Ａは電圧信号出力回路２８から分離されている（フローティング状態）。

電圧信号出力回路２８は、第１タイミングと第２タイミングとが瞬間的に交互に切り替わることにより、互いに位相の異なる第１駆動電圧信号ｃｈ１〜第４駆動電圧信号ｃｈ４を、第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂに瞬間的に交互に出力することができる。

本実施形態によれば、電源スイッチ２７Ｃが一組で構成されるので、部品点数を少なくすることが可能となる。本実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態と同様である。

第３実施形態
本実施形態では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂが基材部４０のＺ軸方向の対向する面にそれぞれ配置されること以外は、図１〜図６に示す第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。

図８（ａ）に示すように、防塵フィルタ１８は、基材部４０と、第１電極群４２Ａ，第２電極群４２Ｂと、表面層４４Ａ，４４Ｂとを有する。第１電極群４２Ａが基材部４０のＺ軸方向の一方側の面４０ｂに備えられ、第２電極群４２Ｂが基材部４０の他方の面４０ａに配置される。

図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す防塵フィルタ１８をＹ軸正方向から見た断面図である。図８（ｂ）に示すように、第１電極群４２Ａを構成する電極と第２電極群４２Ｂを構成する電極とは、進行波が生じるＸ軸方向に沿って交互に備えられている。また、第１電極群４２Ａを構成する電極および第２電極群４２Ｂを構成する電極は、互いに平行に備えられている。

しかも、図８（ｂ）に示すように、第１電極群４２Ａを構成する電極が第２電極群４２Ｂを構成する電極同士の隙間に配置されている。さらに、第１電極群４２Ａを構成する各電極のＸ軸方向の電極幅ｄ３１は、第２電極群４２Ｂを構成する電極間の間隔ｄ２１に等しい。すなわち、第１電極群４２Ａを構成する各電極のＸ軸方向の端部４２Ａ’と、第２電極群４２Ｂを構成する各電極のＸ軸方向の端部４２Ｂ’とが一致している（図８（ｂ）の点線にて示す）。

さらに好ましくは、図１に示すボディＣＰＵ５０は、図８（ｂ）に示す第１電極群４２Ａに対し、第２電極群４２Ｂよりも大きな絶対値の交流電圧を供給するように図１に示す電圧信号出力回路２８を制御する。

図８（ｂ）に示すように、第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２ＢのＸ軸方向の端部を一致させることにより、良好な光学特性を得ることができ、図８（ａ）に示す撮像素子１６によって撮像される像に電極の影が写りこむことを低減することができる。本実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態または第２実施形態と同様である。

塵埃は、図８（ｂ）に示す防塵フィルタ１８の第２電極群４２Ｂが配置される側の面に付着している。図８（ｂ）に示す第１電極群４２Ａと第２電極群４２Ｂとに印加する交流電圧の絶対値が等しい場合には、基材部４０のＺ軸方向の厚さの分だけ、塵埃に作用する電界の強さが異なる。すなわち、第２電極群４２Ｂに交流電圧を印加した時よりも第１電極群４２Ａに交流電圧を印加した時の方が、塵埃に作用する電界の強さが弱くなってしまう。そこで、第１電極群４２Ａに第２電極群４２Ｂよりも大きな絶対値の交流電圧を印加することにより、塵埃に作用する電界の強さが略等しくなり、防塵フィルタ１８上における除塵能力を、第１電極群４２Ａ上および第２電極群４２Ｂ上とで等しくすることができる。

なお、第１および第２実施形態では、図２に示すように、防塵フィルタ１８の基材部４０のＺ軸正方向の面４０ａに複数の電極４２（第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂ）が配置される例を示したが、これに限定されるものではない。基材部４０のＺ軸負方向の面４０ｂに、撮像素子１６の撮像面１６ａと対向するように複数の電極４２（第１電極群４２Ａおよび第２電極群４２Ｂ）が配置されてもよい。

また、本実施形態では、防塵フィルタ１８を矩形として説明を行ったが、これに限定されず、たとえば円形でもよい。

また、本実施形態に係る光学装置を搭載した光学機器としては、上述したスチルカメラ、ビデオカメラ、顕微鏡、携帯電話などの他に、太陽電池パネル等にも応用することができる。

１５…撮像素子ユニット
１６…撮像素子
１８…防塵フィルタ
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ…電源スイッチ
２８，２８Ａ，２８Ｂ…電圧信号出力回路
３７…塵埃
４０…基材部
４２…電極
４２α…フローティング電極
４２Ａ…第１電極群
４２Ｂ…第２電極群
４４，４４Ａ，４４Ｂ…表面層
５０…ボディＣＰＵ

Claims (9)

1. 光を透過する基板と、
   間隔を隔てて前記基板に備えられた光を透過する複数の電極を有する第１電極群と、
   間隔を隔てて前記基板に備えられた光を透過する複数の電極を有する第２電極群と、
   前記第１電極群に交流電圧を出力する第１制御と、前記第２電極群に交流電圧を出力する第２制御とが可能な制御部とを含み、
   前記第１電極群を構成する電極の少なくとも１つは、前記第２電極群を構成する複数の電極の間にあり、
   前記第２電極群を構成する電極の少なくとも１つは、前記第１電極群を構成する複数の電極の間にあることを特徴とする光学装置。
2. 請求項１に記載された光学装置であって、
   前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御とを交互に行うことを特徴とする光学装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載された光学装置であって、
   前記制御部は、交流電圧を出力する出力部と、
   前記第１電極群及び前記第２電極群の一方と前記出力部とを接続したとき、前記第１電極群及び前記第２電極群の他方と前記出力部とを切り離し、前記第１電極群及び前記第２電極群の他方と前記出力部とを接続したとき、前記第１電極群及び前記第２電極群の一方と前記出力部とを切り離すスイッチ部とを含むことを特徴とする光学装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れか１項に記載された光学装置であって、
   前記第１電極群は、前記基板の一方側の面に備えられ、前記第２電極群は、前記基板の一方側の面とは逆の他方側の面に備えられていることを特徴とする光学装置。
5. 請求項４に記載された光学装置であって、
   前記第２電極群は、前記基板の他方側の面のうち、前記基板の前記第１電極群が設けられていない部分に対応する部分に備えられていることを特徴とする光学装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載された光学装置であって、
   前記第１電極群は、前記第２電極群よりも像面側に備えられ、
   前記制御部は、前記第１電極群に前記第２電極群よりも大きな絶対値の交流電圧を供給することを特徴とする光学装置。
7. 請求項１から請求項６までの何れか１項に記載された光学装置であって、
   前記第１電極群を構成する電極、及び、前記第２電極群を構成する電極は、互いに対向して備えられ、前記電極の対向する方向でみて、前記第１電極群を構成する電極と前記第２電極群を構成する電極とは交互に備えられていることを特徴とする光学装置。
8. 請求項７に記載された光学装置であって、
   前記第１電極群及び前記第２電極群を構成する電極の短手方向の幅は、前記第１電極群を構成する電極と前記第２電極群を構成する電極との間隔よりも広いことを特徴とする光学装置。
9. 請求項１から請求項８までの何れか１項に記載された光学装置を含むことを特徴とする光学機器。

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