JP2013062665A

JP2013062665A - 撮像素子ユニット、撮像装置、及び塵除去用の圧電素子の駆動方法

Info

Publication number: JP2013062665A
Application number: JP2011199549A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kino; 方博城野; Atsushi Komada; 淳駒田
Original assignee: Samsung Yokohama Research Institute
Current assignee: Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】複数の振動モードを使用して確実に塵を除去することが可能な撮像素子ユニット、撮像装置、及び塵除去用の圧電素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】撮像素子ユニット２００は、被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子１０２と、撮像素子１０２よりも被写体側に配置された振動部材１０４と、振動部材１０４に装着された圧電素子１１４と、振動部材１０４に付着した塵を除去するための操作が入力される操作入力部１２０と、操作に基づいて第１の共振周波数で圧電素子１１４を駆動し、次に操作が入力された場合に第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で圧電素子１１４を駆動するカメラ制御部１１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子ユニット、撮像装置、及び塵除去用の圧電素子の駆動方法に関する。

近時においては、撮像素子の画素数の増加に伴い、画素ピッチが細かなものとなっている。このため、撮像素子の撮像面の近傍の光学素子面に付着した埃の影が撮像画像に写り込み、画質に影響を及ぼす問題が生じている。

このような問題に対処するため、下記の特許文献に記載されているように、被振動部材である光学素子（ローパスフィルタ等）を加振源により振動させて、塵埃を除去する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、加振源が接着される被振動光学素子を、少なくとも２つ以上の共振周波数付近で順次振動させる技術が記載されている。また、特許文献２には、2つの加振源が接着された被振動光学素子に対し、振動制御部は各加振源に異なる制御信号を1つずつ同時に入力し、複数の振動モードを複合する技術が記載されている。

特許３７２７９０３号公報特開２０１０−１１９０４９号公報

しかしながら、特許文献１のように、被振動光学素子を２つ以上の共振周波数付近で順次振動させる場合、１回の塵取り動作時間の中で複数の共振周波数付近での駆動を行うことを余儀なくされる。このため、それぞれの共振周波数での駆動時間が短時間となり、十分に塵を除去することが困難となる場合がある。特に、第１の共振周波数での駆動により除去できなかった塵は、第１の共振周波数の振動モードの節の位置近傍に存在することが多く、短時間で次の第２の共振周波数に移行した場合、第２の共振周波数の振動モードにおいては塵が振動の腹の近傍に位置する保証はないため、第２の共振周波数において塵除去性能を高めることは困難である。

また、特許文献２のように２つの加振源を設けた場合、加振源、及び加振源を駆動する駆動回路が共に複数必要となり、製造コストが上昇するとともに装置が大型化する問題が生じる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数の振動モードを使用して確実に塵を除去することが可能な、新規かつ改良された撮像素子ユニット、撮像装置、及び塵除去用の圧電素子の駆動方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、前記光学素子に装着された圧電素子と、前記光学素子に付着した塵を除去するための操作が入力される操作入力部と、前記操作に基づいて第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動し、次に前記操作が入力された場合に前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で前記圧電素子を駆動する制御部と、を備える撮像素子ユニットが提供される。

上記構成によれば、操作入力部に入力された操作に基づいて、第１の共振周波数で圧電素子が駆動され、次に操作が入力された場合に第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で圧電素子が駆動される。従って、第１の共振周波数で光学素子上から除去できなかった塵埃は、次の操作時の第２の共振周波数による駆動で確実に除去することができる。また、１回の操作時における駆動時間をより長くすることができるため、光学素子上の塵埃を確実に除去することができる。

また、前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも高次の共振周波数である。この構成によれば、高次の第１の共振周波数で光学素子上から除去できなかった塵埃をより低次の第２の共振周波数で確実に除去することができる。

また、前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも低次の共振周波数である。この構成によれば、低次の第１の共振周波数で光学素子上から除去できなかった塵埃をより高次の第２の共振周波数で確実に除去することができる。

また、前記制御部は、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引して前記圧電素子を駆動し、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引範囲が異なる。この構成によれば、第１の共振周波数と第２の共振周波数のそれぞれにおいて周波数掃引範囲が異なるため、いずれかの共振周波数において光学素子上の塵埃を確実に除去することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体の光学像を結像する撮像光学系と、前記撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、前記光学素子に装着された圧電素子と、前記光学素子に付着した塵を除去するための操作が入力される操作入力部と、前記操作に基づいて第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動し、次に前記操作が入力された場合に前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で前記圧電素子を駆動する制御部と、を備える撮像装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子に付着した塵を除去するための操作が入力されるステップと、前記操作に基づいて第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動するステップと、前記第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動した後、次に前記操作が入力された場合に前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で前記圧電素子を駆動するステップと、を備える塵除去用の圧電素子の駆動方法が提供される。

上記構成によれば、入力された操作に基づいて、第１の共振周波数で圧電素子が駆動され、次に操作が入力された場合に第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で圧電素子が駆動される。従って、第１の共振周波数で光学素子上から除去できなかった塵埃は、次の操作時の第２の共振周波数による駆動で確実に除去することができる。また、１回の操作時における駆動時間をより長くすることができるため、光学素子上の塵埃を確実に除去することができる。

また、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引して前記圧電素子を駆動し、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引範囲が異なる。この構成によれば、第１の共振周波数と第２の共振周波数のそれぞれにおいて周波数掃引範囲が異なるため、いずれかの共振周波数において光学素子上の塵埃を確実に除去することができる。

本発明によれば、複数の振動モードを使用して確実に塵を除去することが可能な撮像素子ユニット、撮像装置、及び塵除去用の圧電素子の駆動方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す模式図である。振動源としての圧電素子が取り付けられた振動部材の構成を示す模式図である。圧電素子の共振モードを示す模式図である。２つの異なる共振周波数ｆ１，ｆ２を示す特性図である。本実施形態の処理を示すフローチャートである。本実施形態の処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置１００の概略構成について説明する。図１に示すように、撮像装置１００は、撮像素子１０２、振動部材１０４、シャッターユニット１０６、撮像光学系１０８、圧電素子駆動制御回路１１０、カメラ制御部１１２、圧電素子１１４、操作入力部１２０、メモリ１３０を備える。撮像素子１０２は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の素子から構成される。撮像装置１００は、被写体像を撮像光学系１０８によって撮像素子１０２の撮像面上に結像し、撮像素子１０２による光電変換によって被写体像を電気信号に変換する。

図１に示す撮像装置１００は、振動部材１０４の振動源である圧電素子１１４に対して圧電素子駆動制御回路１１０を介して１の周波数の入力信号を送る。そして、撮像素子１０２の側面に配置された振動部材１０４を振動させて、振動部材１０４に付着した塵埃を除去する動作を実現している。

圧電素子１１４の駆動は、ユーザが操作入力部１２０（塵除去ボタン）を操作する度に、所定時間行われる。カメラ制御部１１２は、操作入力部１２０からユーザの操作に応じた信号が送られると、圧電素子駆動制御回路１１０に圧電素子１１４を駆動するための制御信号を送り、圧電素子１１４を駆動する。これにより、振動部材１０４は圧電素子１１４と一体となって振動する。従って、ユーザは、操作入力部１２０を操作することで、振動部材１０４に付着した塵埃を除去することができる。

撮像素子１０２と振動部材１０４とは一体の撮像素子ユニット２００として構成されており、撮像素子１０２の撮像面と振動部材１０４との間の空間は密封されている。これにより、撮像素子１０２の撮像面に塵埃が付着することを抑止できるとともに、振動部材１０４に付着した塵埃を除去できるため、塵埃による像が撮像面に形成されることを確実に抑止できる。

図２は、振動源としての圧電素子１１４が取り付けられた振動部材１０４の構成を示す模式図である。図２に示すように、振動部材１０４の上部の側面には、圧電素子１１４が取り付けられている。圧電素子１１４には、圧電素子駆動制御回路１１０から送られた駆動信号を入力するためのＦＰＣ１１６が取り付けられている。振動部材１０４は、撮像光学系１０８から入射した光が透過する光学素子であって、ここではローパスフィルタ（ＬＰＦ）を例示する。なお、本実施形態では、圧電素子１１４によって振動される光学素子としてローパスフィルタを例示しているが、光学素子はレンズ、またはガラス板などであっても良い。

本実施形態では、図２に示すような振動部材１０４に塵埃除去効果のある振動を生じさせる。このため、振動源である圧電素子１１４を振動させるが、圧電素子１１４の振動変位は非常に小さい。このため、図３に示すような共振モードを作り出すことにより、振動部材１０４に塵埃除去効果のある振動を発生させる。ここで、図３（Ａ）は、圧電素子１１４に２つの節と１つの腹が生じる振動モードで振動が発生する場合を示している。また、図３（Ｂ）は、圧電素子１１４に３つの節と２つの腹が生じる振動モードで振動が発生する場合を示している。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）よりも圧電素子１１４へ入力される信号の周波数が高い場合に相当する。

図３に示すように、共振モードでは、振動に腹の部分と節の部分が生成される。圧電素子１１４とともに振動する振動部材１０４においても、振動に腹の部分と節の部分が生成される。振動の腹の部分では、振幅が大きいため、付着した塵を効率良く除去することができる。一方、振動の節の部分は、振幅が０であるため、付着した塵を除去できない場合がある。

このため、本実施形態では、ユーザが操作入力部１２０を操作した場合に、第１の周波数で圧電素子１１４を振動させ、次にユーザが塵除去ボタンを操作した場合に、第１の周波数とは異なる第２の周波数で圧電素子１１４を振動させる。周波数を第１の周波数から第２の周波数へ変更することで、振動部材１０４上の振動の腹、節の位置が変化する。これにより、第１の周波数では節の位置に付着して除去できなかった塵埃を、第２の周波数で除去することができる。

図４は、２つの異なる共振周波数ｆ１，ｆ２を示す特性図である。周波数の変更方法としては、高周波数ｆ１から低周波数ｆ２へ変更する方法と、低周波数ｆ２から高周波数ｆ１へ変更する方法が考えられる。高周波数ｆ１では、低周波数ｆ２と比較すると、振幅は小さいが、塵埃を除去するエネルギーは大きくなる。一方、低周波数では、高周波数ｆ１と比較すると、振幅は大きいが、塵埃を除去するエネルギーは小さくなる。このように、塵埃を除去する特性の異なる周波数を、ユーザが操作入力部１２０を操作する度に切り換えることで、振動部材１０４に付着した塵埃を確実に除去することができる。

図５及び図６は、本実施形態の処理を示すフローチャートであって、主にカメラ制御部１１２で行われる処理を示している。先ず、図５のステップＳ１０では、ユーザによる操作入力部１２０への操作入力を検知する。次のステップＳ１２では、圧電素子１１４の駆動周波数を第１の周波数（ｆ１）に設定する。また、ステップＳ１２では、第１の周波数をメモリ１３０に記憶させる。次のステップＳ１４では、第１の周波数で圧電素子１１４を駆動する。次のステップＳ１６では、駆動開始から３００ｍｓが経過したか否かを判定し、３００ｍｓが経過した場合は、ステップＳ１８へ進む。第１の周波数による駆動開始から３００ｍｓが経過していない場合は、ステップＳ１６で待機する。ステップＳ１８では、圧電素子１１４の駆動を停止する。

その後、ユーザが再び塵埃を除去するための操作を操作入力部１２０に入力すると、図６の処理が行われる。先ず、ステップＳ２０では、ユーザによる操作入力を検知する。次のステップＳ２１では、メモリ１３０から、前回圧電素子１１４を駆動した際の駆動周波数（第１の周波数）を読み出す。次のステップＳ２２では、圧電素子１１４の駆動周波数を第１の周波数とは異なる第２の周波数（ｆ２）に設定する。また、ステップＳ１２では、第２の周波数をメモリ１３０に記憶させる。次のステップＳ２４では、第２の周波数で圧電素子１１４を駆動する。次のステップＳ２６では、第２の周波数による駆動開始から３００ｍｓが経過したか否かを判定し、３００ｍｓが経過した場合は、ステップＳ２８へ進む。駆動開始から３００ｍｓが経過していない場合は、ステップＳ２６で待機する。ステップＳ２８では、圧電素子１１４の駆動を停止する。

その後、ユーザが更に塵埃を除去するための操作を操作入力部１２０に入力すると、図６と同様の処理が繰り返し行われる。この場合、駆動周波数は、第２の周波数以外の共振周波数とされ、第１の周波数で駆動することもできる。

図５のステップＳ１６では、圧電素子１１４の駆動時間を３００ｍｓとしたが、圧電素子１１４の駆動時間はこれに限定されるものではない。圧電素子１１４の駆動時間は、第１の周波数で振動部材１０４の表面から除去しきれなかった塵が、次の駆動周波数である第２の周波数での腹の位置に移動するために十分な時間とすることが好適である。これにより、第２の周波数で圧電素子１１４を駆動した場合に、塵は振動の腹の近傍に位置しているため、振動部材１０４の表面から確実に塵を除去することが可能である。

同様に、第２の周波数による駆動時間についても、第２の周波数で振動部材１０４の表面から除去しきれなかった塵が、次の駆動周波数での腹の位置に移動するために十分な時間とすることが好適である。

第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２による圧電素子１１４の駆動は、所定の周波数の範囲内で掃引することによって行われる。図４に示すように、第１の周波数ｆ１では、圧電素子１１４を駆動する３００ｍｓの間、範囲Ｄ１内で周波数を変化させることによって周波数掃引を行う。同様に、第２の周波数ｆ２では、圧電素子１１４を駆動する３００ｍｓの間、範囲Ｄ２内で周波数を変化させることによって周波数掃引を行う。この際、周波数掃引範囲Ｄ１と周波数掃引範囲Ｄ２を異ならせることによって、各周波数ｆ１，ｆ２に最適な周波数掃引範囲を設定することができ、塵除去性能を高めることが可能である。

以上説明したように本実施形態によれば、ユーザが塵除去のために操作を行う度に、圧電素子１１４を駆動する共振周波数を前回の共振周波数と異なる値に設定するようにしたため、塵除去性能を大幅に高めることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００撮像装置
１０２撮像素子
１０４振動部材
１０８撮像光学系
１１２カメラ制御部
１１４圧電素子
１１６ＦＰＣ
１２０操作入力部
２００撮像素子ユニット

Claims

被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、
前記光学素子に装着された圧電素子と、
前記光学素子に付着した塵を除去するための操作が入力される操作入力部と、
前記操作に基づいて第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動し、次に前記操作が入力された場合に前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で前記圧電素子を駆動する制御部と、
を備えることを特徴とする、撮像素子ユニット。
前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも高次の共振周波数であることを特徴とする、請求項１に記載の撮像素子ユニット。
前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも低次の共振周波数であることを特徴とする、請求項１に記載の撮像素子ユニット。
前記制御部は、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引して前記圧電素子を駆動し、
前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引範囲が異なることを特徴とする、請求項２又は３に記載の撮像素子ユニット。
被写体の光学像を結像する撮像光学系と、
前記撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像面を有し、前記光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子と、
前記光学素子に装着された圧電素子と、
前記光学素子に付着した塵を除去するための操作が入力される操作入力部と、
前記操作に基づいて第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動し、次に前記操作が入力された場合に前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で前記圧電素子を駆動する制御部と、
を備えることを特徴とする、撮像装置。
前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも高次の共振周波数であることを特徴とする、請求項５に記載の撮像装置。
前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも低次の共振周波数であることを特徴とする、請求項５に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引して前記圧電素子を駆動し、
前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引範囲が異なることを特徴とする、請求項６又は７に記載の撮像装置。
撮像素子よりも被写体側に配置された光学素子に付着した塵を除去するための操作が入力されるステップと、
前記操作に基づいて第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動するステップと、
前記第１の共振周波数で前記圧電素子を駆動した後、次に前記操作が入力された場合に前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数で前記圧電素子を駆動するステップと、
を備えることを特徴とする、塵除去用の圧電素子の駆動方法。
前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも高次の共振周波数であることを特徴とする、請求項９に記載の塵除去用の圧電素子の駆動方法。
前記第１の共振周波数は、前記第２の共振周波数よりも低次の共振周波数であることを特徴とする、請求項９に記載の塵除去用の圧電素子の駆動方法。
前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引して前記圧電素子を駆動し、
前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数のそれぞれにおいて、周波数掃引範囲が異なることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の塵除去用の圧電素子の駆動方法。