JP2015122558A - 撮影装置及び光学素子の加振方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザによる異物除去の操作負担を軽減するのに好適な撮影装置及び光学素子の加振方法を提供する。【解決手段】撮影装置を、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子の前方であって被写体光束の光路上に配置された光学素子と、光学素子の姿勢を検出する姿勢検出手段と、姿勢検出手段により検出された光学素子の姿勢に基づき、天地方向に沿う所定の天地面内における光学素子の光学面の天地向きを決定する天地向き決定手段と、天地向きが決定された光学面を、光学面内の天地方向上側の領域に対応する加振周波数から天地方向下側の領域に対応する加振周波数で順次加振する加振制御手段から構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子の光学面を加振することによって光学面に付着した異物を除去することが可能な撮影装置及び光学素子の加振方法に関する。

撮影装置に備えられる赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ等の光学面に塵埃等の異物が付着すると、その影が撮像素子に写り込む問題が知られている。そこで、光学素子の光学面に付着した異物を除去することが可能な撮影装置が提案され実用に供されている。この種の撮影装置の具体的構成が、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の撮影装置は、塵埃検出用画像を撮影し、撮影された塵埃検出用画像に基づいて光学フィルタの光学面に付着した塵埃の位置を検出する。光学面内の領域は、複数の分割領域の集合として管理されている。撮影装置は、塵埃が検出された位置を含む分割領域毎に最適な駆動パラメータを読み出し、読み出された駆動パラメータに基づいて光学フィルタの端部に貼り付けられた圧電素子を振動させる。これにより、塵埃が付着した光学フィルタの各分割領域が塵埃を除去するのに適した加速度や振幅で加振される。

特許第４７６４２６５号公報

特許文献１には、光学フィルタの各分割領域を最適な加速度や振幅で加振することにより、各分割領域に付着した塵埃を正確かつ効率良く短時間で除去することが可能であると記載されている。しかし、光学フィルタ等の光学面に付着する塵埃の大きさ・形状・物理的特性は多種多様である。そのため、塵埃の中には、光学面が加振されることによって光学面から一旦弾き飛ばされた場合であっても光学面に再付着することがある。再付着し得る塵埃には、例えば、静電気の影響を強く受けるものや、弾き飛ばされたときの水平投射角度（水平面とのなす角度）が大きいもの等が挙げられる。

再付着した塵埃等の異物を光学面から確実に除去するためには、ユーザによる異物除去操作が繰り返し必要となる。そのため、異物が再付着しやすい状況下では、ユーザによる異物除去の操作負担が大きいという問題が指摘される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ユーザによる異物除去の操作負担を軽減するのに好適な撮影装置及び光学素子の加振方法を提供することである。

本実施形態の撮影装置は、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子の前方であって被写体光束の光路上に配置された光学素子と、光学素子の姿勢を検出する姿勢検出手段と、姿勢検出手段により検出された光学素子の姿勢に基づき、天地方向に沿う所定の天地面内における光学素子の光学面の天地向きを決定する天地向き決定手段と、天地向きが決定された光学面を、光学面内の天地方向上側の領域に対応する加振周波数から天地方向下側の領域に対応する加振周波数で順次加振する加振制御手段とを備える。

このように、本実施形態によれば、光学素子の光学面がその向きに拘わらず、光学面内の天地方向上側の領域に対応する加振周波数から天地方向下側の領域に対応する加振周波数で順次加振される。そのため、異物は、光学面に対して離脱・再付着を繰り返しながら重力に従って光学面上を天地方向上側から天地方向下側へ徐々に移動し、最終的には光学素子の下方へ落下する。本実施形態によれば、重力を利用した加振制御を行うことで異物を効率的に除去できるため、ユーザによる異物除去の操作負担が軽減される。

撮影装置は、光学素子の光学面の天地向きと該光学面に対する加振パターンとを関連付けて記憶する記憶手段を備えた構成としてもよい。この構成において、加振制御手段は、天地向き決定手段により決定された天地向きに関連付けられた加振パターンを記憶手段より読み出し、読み出された加振パターンに基づいて光学面を加振する。

加振制御手段により加振される光学素子の光学面内の領域は、例えば、複数の分割領域の集合として管理されている。この場合、加振パターンは、分割領域毎に設定された加振周波数、及び光学面の加振に用いられる加振周波数の使用順序の情報を含む。

天地向き決定手段により天地向きが決定された光学素子の光学面は、例えば、その天地向きにおいて、天地方向の最も上側に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振され、順次、一段下に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振され、最後に、天地方向の最も下側に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振される。

加振パターンにおいて、分割領域毎に複数の加振周波数が設定されていてもよい。

加振周波数は、当該加振周波数が設定された分割領域において振動加速度又は振動振幅が最大となる共振周波数を含むものとしてもよい。また、加振周波数は、共振周波数を含む所定の周波数範囲内でスイープされる周波数であってもよい。

また、加振パターンにおいて、加振周波数を次の分割領域に設定されたものに切り替える際のウェイト時間がゼロ又はゼロより長い時間に設定されていてもよい。

撮影装置は、姿勢検出手段により検出された光学素子の姿勢に基づき、天地面と直交する所定の水平面に対する光学素子の光学面の向きを決定する水平向き決定手段を備えた構成としてもよい。また、加振制御手段は、光学素子に取り付けられた圧電素子を有した構成としてもよい。この場合、加振制御手段は、水平向き決定手段により決定された光学面の水平向きに応じて圧電素子への印加電圧を調整することにより、光学面への加振を制御する。

加振制御手段は、例えば、水平面に対する所定の向き範囲内において、光学素子の光学面が上方へ向くほど印加電圧を高く設定し、光学面が下方へ向くほど印加電圧を低く設定する。この場合、加振制御手段は、例えば、水平向きが所定の向き範囲の上限を超える向きであるとき、圧電素子への電圧の印加を行わない。

また、撮影装置は、水平向きが所定の向き範囲の上限を超える向きであるとき、光学素子の光学面に付着した異物を除去できないことを通知する手段又は異物が除去可能な姿勢まで撮影装置を傾けることをユーザに指示する手段を備えた構成としてもよい。

また、本実施形態の光学素子の加振方法は、撮像素子の前方であって被写体光束の光路上に配置された光学素子の姿勢を検出する姿勢検出ステップと、姿勢検出ステップにて検出された光学素子の姿勢に基づき、天地方向に沿う所定の天地面内における光学素子の光学面の天地向きを決定する天地向き決定ステップと、天地向きが決定された光学面を、光学面内の天地方向上側の領域に対応する加振周波数から天地方向下側の領域に対応する加振周波数で順次加振する加振制御ステップとを含む。

本実施形態によれば、ユーザによる異物除去の操作負担を軽減するのに好適な撮影装置及び光学素子の加振方法が提供される。

本発明の実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の撮影装置に備えられる撮像ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態において実行される異物除去フローを示す図である。 ４つの姿勢向きを示す模式図であり、本発明の実施形態の撮影装置及び撮像ユニットに備えられる光学ローパスフィルタの姿勢向き並びに各姿勢向きにおける撮影装置及び光学ローパスフィルタのＸＹＺ軸を示す。 本発明の実施形態の基本加振パターンを説明するための図である。 本発明の実施形態の光学ローパスフィルタが所定の水平軸に対して傾き角度θだけ傾いた状態を模式的に示す図である。 正姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンの説明を補助する説明補助図である。

以下、本発明の実施形態の撮影装置について図面を参照しながら説明する。以下においては、本発明の一実施形態として、デジタル一眼レフカメラについて説明する。なお、撮影装置は、デジタル一眼レフカメラに限らず、例えば、ミラーレス一眼カメラ、コンパクトデジタルカメラ、カムコーダ、タブレット端末、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）、スマートフォン、フィーチャフォン、携帯ゲーム機など、撮影機能を有する別の形態の装置に置き換えてもよい。

［撮影装置１の構成］
図１は、本実施形態の撮影装置１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、撮影装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００、操作部１０２、絞り・シャッタ駆動回路１０４、撮影レンズ１０６、絞り１０８、シャッタ１１０、撮像ユニット１１２、信号処理回路１１４、画像処理エンジン１１６、バッファメモリ１１８、カード用インタフェース１２０、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）制御回路１２２、ＬＣＤ１２４、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２６、外部接続インタフェース１２８、多軸ジャイロセンサ１３０及び３軸加速度センサ１３２を備えている。

操作部１０２には、電源スイッチやレリーズスイッチ、撮影モードスイッチ、クリーニングモードスイッチなど、ユーザが撮影装置１を操作するために必要な各種スイッチが含まれる。ユーザにより電源スイッチが押されると、図示省略されたバッテリから撮影装置１の各種回路に電源ラインを通じて電源供給が行われる。ＣＰＵ１００は電源供給後、ＲＯＭ１２６にアクセスして制御プログラムを読み出してワークエリア（不図示）にロードし、ロードされた制御プログラムを実行することにより、撮影装置１全体の制御を行う。

レリーズスイッチが操作されると、ＣＰＵ１００は、撮影装置１に内蔵されたＴＴＬ（Through The Lens）露出計（不図示）で測定された測光値に基づき適正露出が得られるように、絞り・シャッタ駆動回路１０４を介して絞り１０８及びシャッタ１１０を駆動制御する。より詳細には、絞り１０８及びシャッタ１１０の駆動制御は、プログラムＡＥ（Automatic Exposure）、シャッタ速度優先ＡＥ、絞り優先ＡＥなど、撮影モードスイッチにより指定されるＡＥ機能に基づいて行われる。また、ＣＰＵ１００はＡＥ制御と併せてＡＦ（Autofocus）制御を行う。ＡＦ制御には、アクティブ方式、位相差検出方式、コントラスト検出方式等が適用される。なお、この種のＡＥ及びＡＦの構成及び制御については周知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

図２は、撮像ユニット１１２の概略構成を示す分解斜視図である。図２に示されるように、撮像ユニット１１２は、イメージセンサ１１２ａを備えている。被写体からの光束は、撮影レンズ１０６、絞り１０８、シャッタ１１０を通過してイメージセンサ１１２ａにより受光される。

イメージセンサ１１２ａは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであり、撮像面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して電気信号に変換し、信号処理回路１１４に出力する。

以下、説明の便宜上、撮影装置１にＸＹＺの各軸を対応付ける。具体的には、撮影レンズ１０６の光軸ＡＸ軸方向をＸ軸方向と定義し、Ｘ軸方向に直交しかつ互いに直交する２方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向と定義する。また、ＸＹＺの各軸方向について矢じり側の方向をプラス（＋）方向と定義し、矢じりと反対側の方向をマイナス（−）方向と定義する。説明を補足すると、Ｘ軸方向は、イメージセンサ１１２ａの撮像面と直交する方向であり、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、イメージセンサ１１２ａの撮像面と平行な方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、撮影装置１が正姿勢（図１における姿勢）にあるときに水平方向と一致する。Ｚ軸方向は、撮影装置１が正姿勢にあるときに天地方向と一致する。

信号処理回路１１４は、イメージセンサ１１２ａより入力される電気信号（撮影データ）に対して所定の信号処理を施して、画像処理エンジン１１６に出力する。画像処理エンジン１１６は、信号処理回路１１４より入力される信号に対して色補間、マトリクス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施して輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒを生成し、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）等の所定のフォーマットで圧縮する。バッファメモリ１１８は、画像処理エンジン１１６による処理の実行時、処理データの一時的な保存場所として用いられる。

カード用インタフェース１２０のカードスロットには、メモリカード２００が着脱可能に差し込まれている。

画像処理エンジン１１６は、カード用インタフェース１２０を介してメモリカード２００と通信可能である。画像処理エンジン１１６は、生成された圧縮画像信号（撮影画像データ）をメモリカード２００（又は撮影装置１に備えられる不図示の内蔵メモリ）に保存する。

また、画像処理エンジン１１６は、Ｙ／Ｃ分離後の信号に所定の信号処理を施して、フレームメモリ（不図示）にフレーム単位でバッファリングする。画像処理エンジン１１６は、バッファリングされた信号を所定のタイミングで各フレームメモリから掃き出して所定のフォーマットのビデオ信号に変換し、ＬＣＤ制御回路１２２に出力する。ＬＣＤ制御回路１２２は、画像処理エンジン１１６より入力される画像信号を基に液晶を変調制御する。これにより、被写体の撮影画像がＬＣＤ１２４の表示画面に表示される。ユーザは、ＡＥ制御及びＡＦ制御に基づいて適正な輝度及びピントで撮影されたリアルタイムのスルー画を、ＬＣＤ１２４の表示画面を通じて視認することができる。

画像処理エンジン１１６は、ユーザにより撮影画像の再生操作が行われると、操作により指定された撮影画像データをメモリカード２００又は内蔵メモリより読み出して所定のフォーマットの画像信号に変換し、ＬＣＤ制御回路１２２に出力する。ＬＣＤ制御回路１２２が画像処理エンジン１１６より入力される画像信号を基に液晶を変調制御することで、被写体の撮影画像がＬＣＤ１２４の表示画面に表示される。

外部接続インタフェース１２８は、ＰＣ（Personal Computer）等の外部装置と接続するためのインタフェースである。外部接続インタフェース１２８は、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface、ＨＤＭＩは登録商標）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の有線接続プロトコルや、Wi-Fi、Bluetooth（登録商標）、IrDA等の無線接続プロトコルを用いてＰＣ等と通信可能である。

ところで、撮影者の手ブレにより撮影装置１が振動すると、光軸ＡＸの角度ブレや回転ブレが生じて、イメージセンサ１１２ａの撮像面に入射される被写体像にブレが生じる。像ブレの原因となる撮影装置１の振動は、多軸ジャイロセンサ１３０により検出される。ＣＰＵ１００は、多軸ジャイロセンサ１３０より出力される検出信号に基づいて撮像ユニット１１２に備えられる防塵ユニット１１２Ａを駆動制御する。

図２に示されるように、防振ユニット１１２Ａは、イメージセンサ１１２ａを支持している。防振ユニット１１２Ａが駆動制御されることにより、イメージセンサ１１２ａは、撮像面での像ブレが打ち消される方向に移動する。この結果、手ブレ等に起因する撮影画像のブレが抑えられる。

図２に示される撮像ユニット１１２において、防塵ユニット１１２Ａと押さえ枠１１２Ｂは、ねじ等で締結固定される。防塵ユニット１１２Ａと押さえ枠１１２Ｂとの間には、イメージセンサ１１２ａ、ゴムシート１１２ｂ、ＩＲ吸収硝子１１２ｃ、光学ローパスフィルタ１１２ｄ及びスポンジシート１１２ｅが配置されている。

具体的には、イメージセンサ１１２ａに、撮像面（画素配置領域）の四辺を囲う矩形枠状のゴムシート１１２ｂが接着されている。また、イメージセンサ１１２ａの前方であって被写体光束の光路上には、イメージセンサ１１２ａ側から順に、ＩＲ（Infra-Red）吸収硝子１１２ｃ、防塵振動用光学硝子（例えば光学ローパスフィルタ）１１２ｄが配置されている。イメージセンサ１１２ａの画素配置領域は、ゴムシート１１２ｂとＩＲ吸収硝子１１２ｃとによって規定されるスペース内に封止されている。そのため、イメージセンサ１１２ａの画素配置領域には塵埃等の異物が付着しない。また、ＩＲ吸収硝子１１２ｃと光学ローパスフィルタ１１２ｄとの間に、スポンジシート１１２ｅが配置されている。スポンジシート１１２ｅは、被写体光束の光路と干渉しないように矩形枠状に形成されている。

ＩＲ吸収硝子１１２ｃは、被写体光束の光路上に位置する領域（光学面）の周囲がゴムシート１１２ｂ、光学ローパスフィルタ１１２ｄ及びスポンジシート１１２ｅ等により取り囲われている。そのため、ＩＲ吸収硝子１１２ｃの光学面には、塵埃等の異物が実質的に付着しない。一方、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面（特にシャッタ１１０側に位置する前面）には、塵埃等の異物が付着する虞がある。

そこで、図２に示されるように、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面（背面側の光学面）の下部周縁領域（被写体光束の光路外）に、複数の圧電素子１１２ＰＺＴが並べて配置されている。圧電素子１１２ＰＺＴは、Ｙ軸方向に長尺な形状を有しており、その表面には対をなす対向電極が形成されている。圧電素子１１２ＰＺＴは、対向電極及びフレキケーブル１１２ＦＰＣを介してＣＰＵ１００と接続されている。

圧電素子１１２ＰＺＴは、ＣＰＵ１００により対向電極間で分極方向に電圧が印加されると−Ｘ軸方向に屈曲し、ＣＰＵ１００により対向電極間で分極方向と逆方向に電圧が印加されると＋Ｘ軸方向に屈曲する。圧電素子１１２ＰＺＴに印加される電圧は、交流電圧である。そのため、圧電素子１１２ＰＺＴは、電圧印加中、±Ｘ軸方向に交流電圧の周波数に応じた周期で振動する。圧電素子１１２ＰＺＴの振動により、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面が加振される。なお、説明の便宜上、加振される光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面に符号「１１２ｄＡ」を付す。光学面１１２ｄＡが加振されることにより、光学面１１２ｄＡに付着した異物が光学面１１２ｄＡより除去される。また、スポンジシート１１２ｅは、光学面１１２ｄＡから伝わる振動を吸収する。そのため、イメージセンサ１１２ａ、ゴムシート１１２ｂ及びＩＲ吸収硝子１１２ｃは、光学面１１２ｄＡの振動の影響を実質的に受けない。

しかし、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡを単純に加振しただけでは、光学面１１２ｄＡに付着した異物を簡単には除去し切れないことがある。例えば、異物の中には、光学面１１２ｄＡが加振されることによって光学面１１２ｄＡから一旦弾き飛ばされた場合であっても光学面１１２ｄＡに再付着することがある。再付着し得る異物には、静電気の影響を強く受けるものや、弾き飛ばされたときの水平投射角度が大きいもの等が例示的に挙げられる。弾き飛ばされたときの水平投射角度が大きい異物とは、水平面となす投射角度が大きいものであって、例えば、光学面１１２ｄＡから弾き飛ばされたときの初速度の水平成分が小さく鉛直成分が大きいものである。

［異物除去フロー］
そこで、本実施形態では、次に説明する異物除去フローを実行することにより、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡに付着した異物を効率的に除去する。異物の効率的な除去が達成されることにより、ユーザによる異物除去の操作負担が軽減される。図３は、光学面１１２ｄＡに付着した異物を除去する異物除去フローを示す。図３に示される異物除去フローは、操作部１０２に備えられるクリーニングモードスイッチが押されると開始される。

［図３のＳ１１（姿勢検出）］
本処理ステップＳ１１では、３軸加速度センサ１３２を用いて撮影装置１の姿勢が検出される。すなわち、３軸加速度センサ１３２は、互いに直交する３軸の加速度を検出することが可能なセンサであり、撮影装置１の加速度に応じたレベル信号を出力する。ＣＰＵ１００は、３軸加速度センサ１３２より出力されるレベル信号に基づいて加速度ベクトルを計算し、計算された加速度ベクトルに基づいて撮影装置１の姿勢を検出する。なお、撮影装置１の姿勢は、加速度センサ及び地磁気センサを持つ複合センサや他の姿勢検出センサを用いて検出してもよい。

姿勢情報としては、所定の基準軸に対する撮影装置１のＸＹＺの各軸の傾き角度（θ、ψ、φ）が得られる。所定の基準軸とは、重力ベクトルと一致する重力軸ｇｚ並びに重力軸ｇｚと直交しかつ互いに直交する２つの水平軸ｈｘ及びｈｙである。傾き角度θ（単位：°）は、水平軸ｈｘに対する撮影装置１のＸ軸の角度である。傾き角度ψ（単位：°）は、水平軸ｈｙに対する撮影装置１のＹ軸の角度である。傾き角度φ（単位：°）は、重力軸ｇｚに対する撮影装置１のＺ軸の角度である。撮影装置１が正姿勢（図１の姿勢）にあるとき、傾き角度θ、ψ、φは何れもゼロとなる。傾き角度θ及びψは、水平面より上方を向くとき０°＜θ、ψ≦＋９０°の値を取り、水平面より下方を向くとき−９０°≦θ、ψ＜０°の値を取る。傾き角度φは、水平面より上方を向くとき０°≦φ＜＋９０°の値を取り、水平面より下方を向くとき＋９０°＜φ≦＋１８０°の値を取る。

光学ローパスフィルタ１１２ｄは、光学面１１２ｄＡが異物除去のために加振されるものの、撮影装置１の筐体内における位置及び向きは不動である。そのため、本実施形態において、撮影装置１の姿勢を検出することは、光学ローパスフィルタ１１２ｄの姿勢を検出することと同義である。そこで、以下においては、本処理ステップＳ１１にて光学ローパスフィルタ１１２ｄの姿勢が検出されたものとして説明する。

［図３のＳ１２（天地向きの決定）］
本処理ステップＳ１２では、処理ステップＳ１１（姿勢検出）における検出結果に基づき、天地面（水平軸ｈｙ及び重力軸ｇｚと平行な面）内における光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの姿勢が４つの姿勢向きに分類され決定される。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、４つの姿勢向きを示す模式図であり、撮影装置１及び光学ローパスフィルタ１１２ｄの姿勢向き並びに各姿勢向きにおける撮影装置１及び光学ローパスフィルタ１１２ｄのＸＹＺ軸を示す。なお、図４以降の図面においては、便宜上、複数の圧電素子１１２ＰＺＴを単一のブロックで示す。図４（ａ）は、正姿勢（図１における姿勢であり、以下、「正姿勢向き」と記す。）を示す。図４（ｂ）は、撮影装置１のグリップ１０が下側に位置する姿勢（以下、「グリップ下姿勢向き」と記す。）を示す。図４（ｃ）は、正姿勢と真逆の逆さ姿勢（以下、「逆さ姿勢向き」と記す。）を示す。図４（ｄ）は、グリップ１０が上側に位置する姿勢（以下、「グリップ上姿勢向き」と記す。）を示す。

天地面内における光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの姿勢は、傾き角度ψ及びφが次の範囲にあるとき、各姿勢向きに分類され決定される。
・正姿勢向き
−４５°≦ψ＜＋４５°
０°≦φ＜＋４５°
・グリップ下姿勢向き
＋４５°≦ψ≦＋９０°
＋４５°≦φ＜＋１３５°
・逆さ姿勢向き
−４５°≦ψ＜＋４５°
＋１３５°≦φ≦＋１８０°
・グリップ上姿勢向き
−４５°≦ψ≦−９０°
＋４５°≦φ＜＋１３５°

［図３のＳ１３（基本加振パターンの読み出し）］
ＲＯＭ１２６には、予め、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示される各姿勢向きと、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡに対する所定の基本加振パターンとが関連付けて記憶されている。本処理ステップＳ１３では、処理ステップＳ１２（天地向きの決定）にて決定された光学面１１２ｄＡの姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンがＲＯＭ１２６より読み出される。

図５は、基本加振パターンを説明するための図であり、圧電素子１１２ＰＺＴにより加振される光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの領域全体を示す。図５に示されるように、光学面１１２ｄＡ内の領域は、水平方向がｎ個の水平ブロック領域Ｈ１〜Ｈｎに分割され管理されており、且つ垂直方向がｍ個の垂直ブロック領域Ｖ１〜Ｖｍに分割され管理されている。すなわち、光学面１１２ｄＡ内の領域は、マトリクス状に配置されたｎ×ｍ個の分割領域の集合として管理されている。

基本加振パターンには、分割領域毎に設定された加振周波数、及び光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの加振に用いられる加振周波数の使用順序の情報が含まれる。基本加振パターンによれば、光学面１１２ｄＡは、その姿勢向きに拘わらず、天地方向の最も上側に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振され、順次、次段（一段下）に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振され、最後に、天地方向の最も下側に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振される。

なお、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡへの加振（振動加速度・振動振幅・振動領域）は、複数の圧電素子１１２ＰＺＴの各々に対する印加電圧（電圧値・周波数・位相角）を複合的に調節することにより、制御可能である。

基本加振パターンでは、一つの分割領域に対して一つの加振周波数が設定されている。なお、一つの分割領域に対して節部の位置（振動振幅が実質的にゼロの位置）が異なる複数の加振周波数が設定されていてもよい。光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡを節部の位置が異なる複数種類のモードで加振することで、節部に位置する異物が除去されないという不都合が避けられる。

光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡに付着している異物には、光学面１１２ｄＡの振動加速度に比例した力が加わる。そのため、原則的には、光学面１１２ｄＡを高い周波数で加振させるほど、また、光学面１１２ｄＡを大きな振動振幅で加振させるほど、光学面１１２ｄＡに付着している異物を弾き飛ばす力が強くなる。そこで、各分割領域に設定される加振周波数には、当該分割領域において振動加速度（又は振動振幅）が最大となる共振周波数が含まれる。各分割領域において振動加速度（又は振動振幅）が最大となる共振周波数は、例えば、スキャニングレーザドップラ計等の振動計を用いて予め計測される。

なお、共振周波数には温度依存性がある。そのため、各分割領域に設定される加振周波数は、共振周波数を含む所定の周波数範囲で定義されるスイープ周波数であってもよい。

［図３のＳ１４（水平向きの判定）］
本処理ステップＳ１４では、処理ステップＳ１１（姿勢検出）における検出結果に基づき、天地面と直交する水平面（ここでは便宜上、水平軸ｈｘに置き換えて説明する。）に対する光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの（Ｘ軸の）向きが所定の角度範囲に収まるか否かが判定される。

図６（ａ）は、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して傾き角度θだけ傾いた状態を模式的に示す。図６（ａ）に示されるように、傾き角度θ（−９０°≦θ≦＋９０°）には、８つの角度範囲Ｒ０〜Ｒ７が定義されている。角度範囲Ｒ０〜Ｒ３は、水平軸ｈｘに対して上側を向く角度範囲であり、番号が小さいほど上方を向く角度範囲となっている。角度範囲Ｒ４〜Ｒ７は、水平軸ｈｘに対して下側を向く角度範囲であり、番号が大きいほど下方を向く角度範囲となっている。本処理ステップＳ１４では、光学面１１２ｄＡの傾き角度θが所定の角度範囲Ｒ１〜Ｒ７に収まるか否かが判定される。

［図３のＳ１５（処理の中止）］
本処理ステップＳ１５は、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの傾き角度θが角度範囲Ｒ０に収まる場合（図３のＳ１４：ＮＯ）に実行される。

ここで、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して上方を向くほど、光学面１１２ｄＡに付着した異物は、加振時に上方に向かって弾き飛ばされる。光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して上方を向くほど、異物が弾き飛ばされるときの初速度の水平成分が小さくなるため、異物が光学面１１２ｄＡ上に落下して再付着する確率が高くなる。

図６（ｂ）は、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの傾き角度θが角度範囲Ｒ０に収まる状態を模式的に示す。図６（ｂ）に示されるように、光学面１１２ｄＡに付着した異物は、ほぼ真上に弾き飛ばされるため、高い確率で光学面１１２ｄＡ上に落下して元々の付着位置に近い箇所に再付着する。この状態では異物除去が難しいため、本処理ステップＳ１５では、圧電素子１１２ＰＺＴへの電圧の印加が禁止される。

［図３のＳ１６（エラー表示）］
本処理ステップＳ１６では、ＬＣＤ１２４の表示画面に所定のエラーメッセージが表示される。一例として、撮影装置１の現在の姿勢では光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡに付着した異物を除去できないことを報知するメッセージが表示される。図２に示される異物除去フローは、エラーメッセージの表示後に終了する。なお、メッセージは、撮影装置１に備えられる不図示のスピーカを介して音声再生されてもよい。

なお、上記のエラーメッセージは、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡに付着した異物が除去可能な姿勢まで撮影装置１を傾けることをユーザに指示するメッセージに置き換えてもよい。

［図３のＳ１７（加振パターンの確定）］
本処理ステップＳ１７は、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの傾き角度θが角度範囲Ｒ１〜Ｒ７に収まる場合（図３のＳ１４：ＹＥＳ）に実行される。

上述したように、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して上方を向くほど、加振時に弾き飛ばされた異物が光学面１１２ｄＡに再付着する確率が高くなる。異物の再付着の確率を低下させるため、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御やＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御により、印加電圧値を調節することが考えられる。

例えば、印加電圧値を上昇させて光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの振動振幅を増加させることにより、異物は、より強く弾き飛ばされる。より詳細には、異物が弾き飛ばされるときの初速度の水平成分が大きくなり（水平投射角度が小さくなり）、異物がより遠くへ弾き飛ばされる。そのため、異物が光学面１１２ｄＡに再付着する確率の上昇が抑えられる。なお、異物は、光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して下方を向くほど、加振時に弾き飛ばされたときにそのまま光学ローパスフィルタ１１２ｄの下方へ落下しやすくなる。そのため、異物が光学面１１２ｄＡに再付着する確率が低くなる。従って、撮影装置１の消費電力を抑えるべく、光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して下方を向くほどＰＷＭ制御やＰＦＭ制御により印加電圧値を低下させてもよい。

本処理ステップＳ１７では、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの収まる角度範囲が水平軸ｈｘに対して上方に向くほど高い印加電圧値が設定され、下方に向くほど低い印加電圧値が設定される。すなわち、光学面１１２ｄＡが角度範囲Ｒ１に収まる場合に最も高い印加電圧値が設定され、光学面１１２ｄＡが角度範囲Ｒ７に収まる場合に最も低い印加電圧値が設定される。光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して上方を向くほど高い印加電圧値を設定することにより、異物が再付着する確率の上昇が抑えられる。また、光学面１１２ｄＡが水平軸ｈｘに対して下方を向くほど低い印加電圧値を設定することにより、撮影装置１の消費電力が抑えられる。

処理ステップＳ１３（基本加振パターンの読み出し）にてＲＯＭ１２６より読み出された基本加振パターンに、本処理ステップＳ１７にて設定された印加電圧値を適用することにより、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡに対する加振パターンが確定する。

［図３のＳ１８（光学面１１２ｄＡの加振）］
本処理ステップＳ１８では、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡが処理ステップＳ１７（加振パターンの確定）にて確定された加振パターンで加振される。図２に示される異物除去フローは、確定された加振パターンによる光学面１１２ｄＡの加振後に終了する。

次に、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示される各姿勢向きに対応する加振パターンを具体的に説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）に、正姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンの説明を補助する説明補助図を示す。なお、以下においては、便宜上、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡの傾き角度θがゼロであることを前提として説明する。

・正姿勢向き
図４（ａ）に示されるように、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡは、正姿勢向きにあるとき、水平ブロック領域Ｈ１が最も上側に位置し、水平ブロック領域Ｈｎが最も下側に位置する。ここで、水平ブロック領域Ｈ１〜Ｈｎの各水平ブロック領域に設定された加振周波数を周波数Ｈ１’〜Ｈｎ’と定義する。正姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンによれば、圧電素子１１２ＰＺＴは、加振周波数を周波数Ｈ１’、Ｈ２’、Ｈ３’・・・Ｈｎ’の順に切り替えながら光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡを加振する。

周波数Ｈ１’〜Ｈｎ’はそれぞれ、水平ブロック領域Ｈ１〜Ｈｎにおいて振動加速度（又は振動振幅）が最大となる共振周波数を含む。そのため、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡが周波数Ｈ１’で加振されると、水平ブロック領域Ｈ１に付着した異物が特に強く弾き飛ばされる。水平ブロック領域Ｈ１に付着した異物は、強く弾き飛ばされた後、重力に従って下方へ落下する。例えば、静電気の影響をあまり受けない異物や、弾き飛ばされたときの水平投射角度が小さい異物は、光学面１１２ｄＡに再付着すること無くそのまま落下する。一方、静電気の影響を強く受ける異物や、弾き飛ばされたときの水平投射角度が大きい異物は、重力に従って下方へ落下するものの、水平ブロック領域Ｈ１より下方の水平ブロック領域（図７（ａ）の例では水平ブロック領域Ｈ２）に再付着する。光学面１１２ｄＡが周波数Ｈ２’、Ｈ３’・・・Ｈｎ’で順次加振されると、異物は、図７（ｂ）に例示されるように、再付着を繰り返しながら下方の水平ブロック領域へ徐々に移動し、最終的には、光学ローパスフィルタ１１２ｄの下方へ落下する。

・グリップ下姿勢向き
図４（ｂ）に示されるように、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡは、グリップ下姿勢向きにあるとき、垂直ブロック領域Ｖｍが最も上側に位置し、垂直ブロック領域Ｖ１が最も下側に位置する。ここで、垂直ブロック領域Ｖ１〜Ｖｍの各垂直ブロック領域に設定された加振周波数を周波数Ｖ１’〜Ｖｎ’と定義する。グリップ下姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンによれば、圧電素子１１２ＰＺＴは、加振周波数を周波数Ｖｍ’、Ｖ（ｍ−１）’、Ｖ（ｍ−２）’・・・Ｖ１’の順に切り替えながら光学面１１２ｄＡを加振する。そのため、静電気の影響を強く受ける異物等であっても、再付着を繰り返しながら下方の垂直ブロック領域へ徐々に移動し、最終的には、光学ローパスフィルタ１１２ｄの下方へ落下する。

・逆さ姿勢向き
図４（ｃ）に示されるように、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡは、逆さ姿勢向きにあるとき、水平ブロック領域Ｈｎが最も上側に位置し、水平ブロック領域Ｈ１が最も下側に位置する。逆さ姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンによれば、圧電素子１１２ＰＺＴは、加振周波数を周波数Ｈｎ’、Ｈ（ｎ−１）’、Ｈ（ｎ−２）’・・・Ｈ１’の順に切り替えながら光学面１１２ｄＡを加振する。そのため、静電気の影響を強く受ける異物等であっても、再付着を繰り返しながら下方の水平ブロック領域へ徐々に移動し、最終的には、光学ローパスフィルタ１１２ｄの下方へ落下する。

・グリップ上姿勢向き
図４（ｄ）に示されるように、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡは、グリップ上姿勢向きにあるとき、垂直ブロック領域Ｖ１が最も上側に位置し、垂直ブロック領域Ｖｍが最も下側に位置する。グリップ上姿勢向きに関連付けられた基本加振パターンによれば、圧電素子１１２ＰＺＴは、加振周波数を周波数Ｖ１’、Ｖ２’、Ｖ３’・・・Ｖｎ’の順に切り替えながら光学面１１２ｄＡを加振する。そのため、静電気の影響を強く受ける異物等であっても、再付着を繰り返しながら下方の垂直ブロック領域へ徐々に移動し、最終的には、光学ローパスフィルタ１１２ｄの下方へ落下する。

このように、本実施形態によれば、静電気の影響を強く受ける異物や弾き飛ばされたときの水平投射角度が大きい異物であっても、光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡから除去される。ユーザは、クリーニングモードスイッチの押下を繰り返す必要がないため、異物除去に関する操作負担が軽減される。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

例えば、本実施形態の基本加振パターンでは、加振周波数は連続的に切り替わるように定義されている（切り替わる際の時間が実質的にゼロである）。ここで、異物が光学ローパスフィルタ１１２ｄの光学面１１２ｄＡから弾き飛ばされてから再付着するまでには、極僅かながら時間を要する。そこで、別の実施形態の基本加振パターンによれば、加振周波数は、再付着した異物をタイミングよく再度弾き飛ばせるように、極僅かなウェイト時間を挟んで次のブロック領域に設定されたものに切り替えられる。

１ 撮影装置
１０ グリップ
１００ ＣＰＵ
１０２ 操作部
１０４ 絞り・シャッタ駆動回路
１０６ 撮影レンズ
１０８ 絞り
１１０ シャッタ
１１２ 撮像ユニット
１１２Ａ 防塵ユニット
１１２Ｂ 押さえ枠
１１２ａ イメージセンサ
１１２ｂ ゴムシート
１１２ｃ ＩＲ吸収硝子
１１２ｄ 光学ローパスフィルタ
１１２ｄＡ （光学ローパスフィルタ１１２ｄの）光学面
１１２ｅ スポンジシート
１１２ＦＰＣ フレキケーブル
１１２ＰＺＴ 圧電素子
１１４ 信号処理回路
１１６ 画像処理エンジン
１１８ バッファメモリ
１２０ カード用インタフェース
１２２ ＬＣＤ制御回路
１２４ ＬＣＤ
１２６ ＲＯＭ
１２８ 外部接続インタフェース
１３０ 多軸ジャイロセンサ
１３２ ３軸加速度センサ
２００ メモリカード

Claims (13)

1. 被写体を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子の前方であって被写体光束の光路上に配置された光学素子と、
   前記光学素子の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記姿勢検出手段により検出された光学素子の姿勢に基づき、天地方向に沿う所定の天地面内における該光学素子の光学面の天地向きを決定する天地向き決定手段と、
   前記天地向きが決定された光学面を、該光学面内の天地方向上側の領域に対応する加振周波数から天地方向下側の領域に対応する加振周波数で順次加振する加振制御手段と、
   を備える、
   撮影装置。
2. 前記光学面の天地向きと該光学面に対する加振パターンとを関連付けて記憶する記憶手段
   を備え、
   前記加振制御手段は、
   前記天地向き決定手段により決定された天地向きに関連付けられた加振パターンを前記記憶手段より読み出し、
   読み出された加振パターンに基づいて前記光学面を加振する、
   請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記加振制御手段により加振される前記光学面内の領域は、
   複数の分割領域の集合として管理されており、
   前記加振パターンは、
   前記分割領域毎に設定された加振周波数、及び前記光学面の加振に用いられる該加振周波数の使用順序の情報を含む、
   請求項２に記載の撮影装置。
4. 前記天地向き決定手段により天地向きが決定された光学面は、
   天地方向の最も上側に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振され、順次、一段下に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振され、最後に、天地方向の最も下側に位置する分割領域に設定された加振周波数で加振される、
   請求項３に記載の撮影装置。
5. 前記加振パターンにおいて、
   前記分割領域毎に複数の加振周波数が設定されている、
   請求項３又は請求項４に記載の撮影装置。
6. 前記加振周波数は、
   前記分割領域において振動加速度又は振動振幅が最大となる共振周波数を含む、
   請求項３から請求項５の何れか一項に記載の撮影装置。
7. 前記加振周波数は、
   前記共振周波数を含む所定の周波数範囲内でスイープされる、
   請求項６に記載の撮影装置。
8. 前記加振パターンにおいて、
   前記加振周波数を次の分割領域に設定されたものに切り替える際のウェイト時間がゼロ又はゼロより長い時間に設定されている、
   請求項３から請求項７の何れか一項に記載の撮影装置。
9. 前記姿勢検出手段により検出された光学素子の姿勢に基づき、前記天地面と直交する所定の水平面に対する該光学面の向きを決定する水平向き決定手段
   を備え、
   前記加振制御手段は、
   前記光学素子に取り付けられた圧電素子
   を有し、
   前記水平向き決定手段により決定された光学面の水平向きに応じて前記圧電素子への印加電圧を調整することにより、該光学面への加振を制御する、
   請求項１から請求項８の何れか一項に記載の撮影装置。
10. 前記加振制御手段は、
    前記水平面に対する所定の向き範囲内において、前記光学面が上方へ向くほど前記印加電圧を高く設定し、該光学面が下方へ向くほど前記印加電圧を低く設定する、
    請求項９に記載の撮影装置。
11. 前記加振制御手段は、
    前記水平向きが前記所定の向き範囲の上限を超える向きであるとき、前記圧電素子への電圧の印加を行わない、
    請求項１０に記載の撮影装置。
12. 前記水平向きが前記所定の向き範囲の上限を超える向きであるとき、前記光学面に付着した異物を除去できないことを通知する手段又は該異物が除去可能な姿勢まで前記撮影装置を傾けることをユーザに指示する手段
    を備える、
    請求項１１に記載の撮影装置。
13. 撮像素子の前方であって被写体光束の光路上に配置された光学素子の姿勢を検出する姿勢検出ステップと、
    前記姿勢検出ステップにて検出された光学素子の姿勢に基づき、天地方向に沿う所定の天地面内における該光学素子の光学面の天地向きを決定する天地向き決定ステップと、
    前記天地向きが決定された光学面を、該光学面内の天地方向上側の領域に対応する加振周波数から天地方向下側の領域に対応する加振周波数で順次加振する加振制御ステップと、
    を含む、
    光学素子の加振方法。

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