JP4393440B2 - クリーニング装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラの固体撮像素子近傍の光学部材の表面に付着した異物を除去するためのクリーニング装置に関する。

従来、デジタルカメラで用いられる固体撮像素子の前面には、その撮影光路内に光学部材が配置されている。光学部材としては、例えば、固体撮像素子の保護用カバーガラスや、該カバーガラスの前面に配設される赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と略す。）等がある。これらの光学部材は焦点面の近傍にあるため、光学部材の表面に、外部から浸入したり、カメラ内部で動作する機構部材の磨耗塵を発生源とする塵埃が付着すると、塵埃が影となって固体撮像素子にはっきりと写り込んでしまうという問題が発生する。

特に、レンズ交換が可能な一眼レフタイプのデジタルカメラにおいては、撮影光路を常に密閉することは難しく、撮影光路中にはミラーユニットやフォーカルプレーンシャッター等の高速な動作を繰り返す部材が配置されている。そのため、塵埃の付着を防止することは非常に困難であった。また、近年においては、固体撮像素子の高画素化が進んで高精細な画像が得られるようになり、画像を拡大表示して確認する頻度が高くなってきた。その際、僅か２、３０μｍ以下の微細な塵埃であっても塵埃の影が目立つため、問題視されるようになってきた。

そこで、上記の問題点を解決するために塵埃除去機構を内蔵するカメラが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。しかし、塵埃除去機構をカメラに内蔵するとコストアップやカメラの大型化を招き、塵埃除去を必ずしも必要としないユーザーにとっては全く魅力の無い製品になってしまう。

そこで粘着性を有する清掃棒等を用いて、ユーザーの作業によって塵埃を除去するクリーニング装置も数多く提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。

特開２００４−１７２９６１号公報 特開２００３−３３３３９１号公報 実開平０５−０８５３６１号公報 特開２００３−２２００１４号公報

しかしながら、特許文献３や特許文献４により提案されるようなクリーニング装置の形態では、一度に清掃可能な範囲が狭い。そのため、固体撮像素子のカバーガラスの表面や光学フィルタの表面に付着した塵埃が少なければ比較的簡単に取り除くことができるが、全域に散乱した多くの塵埃を除去するには多数回の煩雑な作業が必要となる。またＬＰＦは非常にデリケートであり、作業の際に充分な注意が必要とされ、誤って傷をつけたり、最悪の場合には不適切な負荷をかけることで破損を生ずる恐れもある。

また、市販されているデジタル一眼レフカメラは、様々な大きさの撮像画面サイズを有する固体撮像素子が用いるものが存在している。例えば、カメラによって従来の銀塩カメラの１３５フォーマットと等しいフルサイズと呼ばれるものや、フルサイズより小さいAPC-Cサイズと呼ばれるものがある。そのため、いずれかのサイズの固体撮像素子に適したクリーニング装置であっても、他のサイズの固体撮像素子には適さなかったり、場合によっては使用できないこともある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、撮像装置の光学部材を清掃する際に、容易且つ確実に光学部材全域を清掃可能なクリーニング装置を提供することを目的とする。

また、光学部材の清掃時に、光学部材への負荷を軽減することのできるクリーニング装置を提供することを更なる目的とする。

また、様々なサイズの光学部材に適応可能なクリーニング装置を提供することを更なる目的とする。

撮像装置において画像の撮像を行うための固体撮像素子の前面に配置された光学部材を清掃するための本発明のクリーニング装置は、円柱曲面に吸着性を持たせた清掃部材と、前記円柱曲面の曲率中心を回動軸として、前記清掃部材を回動可能に支持する支持部材と、前記清掃部材を前記光学部材に当接させる際に、前記清掃部材の前記円柱曲面の一端が前記光学部材に当接するように、前記清掃部材を前記回動軸について付勢する付勢部材とを有する。
また、別の構成によれば、撮像装置において画像の撮像を行うための固体撮像素子の前面に配置された光学部材を清掃するための本発明のクリーニング装置は、円柱曲面に吸着性を持たせた清掃部材と、前記清掃部材を着脱可能に保持する保持部材と、前記保持部材が前記清掃部材を保持した際に、前記円柱曲面の曲率中心が回動軸となるように、前記保持部材を回動可能に支持する支持部材と、前記清掃部材を前記光学部材に当接させる際に、前記清掃部材の前記円柱曲面の一端が前記光学部材に当接するように、前記保持部材を前記回動軸について付勢する付勢部材とを有する。

本発明によれば、撮像装置の光学部材を清掃する際に、容易且つ確実に光学部材全域を清掃可能なクリーニング装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

図１は本発明の実施の形態に係るクリーニング装置の主要部であるローラーユニット１０を示す斜視図、図２はローラーユニット１０の分解斜視図、図３はローラーユニット１０の断面図である。以下、図１乃至図３を参照して、ローラーユニット１０の構成について詳しく説明する。

１は清掃部材であるローラーであり、硬度５０以下の比較的やわらかい弾性を有するシリコンやＥＰＤＭ等のゴム素材で作られている。本実施の形態では、素材自体が有する粘着性を利用して、塵埃の吸着を実現させる。ローラー１は半円柱状の形態をなし、外周の円柱曲面を吸着面１ｅとしている。ローラー１は棒状の支持部材６の先端に回転軸４を用いて回動可能に支持されるローラー保持部材２へ取り付けられ、ローラー１の吸着面１ｅの中心軸は、回転軸４と一致する。

ローラー１の係合穴１ｄとローラー保持部材２の係合突起２ｄは圧入嵌合となっており、ローラー１はローラー保持部材２に対して容易に着脱自在となっている。また回転軸４には、支持部材６とローラー保持部材２の間に回転付勢力を働かせるローラー保持バネ３が取り付けられている。ローラー１はローラー保持バネ３の付勢力により、図３において左遷方向に回転付勢され、回転規制面１ｂと支持部材６の当接によって、吸着面１ｅの端部１ｇを下方に位置させた初期位置に保持される。なお、ローラー保持バネ３はローラー１を初期位置に保持するためだけのものであり、後述するローラーユニット１０による清掃作業を阻害しない程度の軽い付勢力が設定されている。

ローラーユニット１０は上記の構成のみで光学部材の清掃作業を可能とするが、清掃時の作業性と安全性の向上を目的として、以下に説明する部材が付加される。

支持部材６のローラー１の反対側の端には、基台部７ａと円筒部７ｂで構成されるスライダ７が取り付けられる。支持部材６はスライダ７の円筒部７ｂ内に、スラスト付勢バネ８を挟持する形でスライダ７の円筒部７ｂ内に挿入される。支持部材６をスライダ７に取り付ける手順としては、まず、支持部材６の先端に形成される係止突起６ａをスラスト付勢バネ８の付勢力に抗してスライダ７の穴７ｃに貫通させる。その後、支持部材６（もしくはスライダ７）を90°回転させてからスラスト付勢バネ８の付勢力を開放して係止突起６ａとスライダ７の係止溝７ｄにはめ込む。これにより、支持部材６のスライダ７への保持を実現する。また、支持部材６は係止突起６ａと係止溝７ｄの係合により回転規制される。また支持部材６はスラスト付勢バネ８の付勢力を受けた状態でスライダ７の円筒部７ｂ内のスラスト方向に摺動可能である。

ここで、本実施の形態のクリーニング装置を使用する一眼レフタイプのデジタルカメラの撮影光路系の構成について、図８および図９を参照して説明する。なお、デジタルタイプを含む一眼レフカメラの構成については他の文献においても数多く紹介され既に一般的であるため、ここでは撮影光路系の最低限の説明のみに留める。

図８は一眼レフカメラの撮影光路系の主要構造体であるミラーボックス１３を中心とした各部材のレイアウトを示した構成概略図であり、ミラーボックス１３の床面１３ｂを切り欠いた状態でカメラの下方側から見たところを示している。

ミラーボックス１３の前面には、不図示の撮影レンズとのレンズ装着基準面１１ａを有し、撮影レンズを結合するマウント１１が取り付けられている。マウント１１のレンズ装着基準面１１ａ上には、装着される撮影レンズと係合して回転規制を行う進退可能なロックピン１２が突出する。

ミラーボックス１３後方には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどを用いた固体撮像素子１７ａが、マウント１１に取り付けられる各種撮影レンズの予定焦点面に位置するように、レンズ装着基準面１１ａより一定の距離（いわゆるフランジバック）を設けて配置される。なお、固体撮像素子１７ａは、通常、カバーガラス１７ｃにて密閉された状態でパッケージ１７ｂ内に収納されて提供されるため、以降パッケージ１７ｂおよびカバーガラス１７ｃを含めて固体撮像素子１７と称する。

また、不図示の撮影レンズ内の結像光学系から固体撮像素子１７に至る光路中の固体撮像素子１７の前面には、物体像の必要以上に高い空間周波数成分を制限する光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６が設けられている。

ミラーボックス１３内には撮影レンズの光路に対して進退動作し、光路中への進入時には不図示のファインダー光学系側に光路を切り替えるミラーユニット１４が配置されている。ここでは、ミラーユニット１４は撮影レンズの光路より退避した所謂ミラーアップ状態で示されている。またミラーボックス１３とＬＰＦ１６の間には、撮影時の固体撮像素子１７への露光を制御するシャッターユニット１５が配置される。シャッターユニット１５は一般に周知のフォーカルプレーンシャッターである。シャッターユニット１５は、主構造部材であるシャッター地板１５ｂとカバー板１５ｃの間を、簡易的に表現した駆動機構部１５ａの作用によって走行する不図示の二組のシャッター幕群により露光制御を行う。

図９は、ミラーボックス１３をマウント前面から見た図である。図８と同様に、ミラーユニット１４は撮影光路中から退避し、また、シャッターユニット１５のシャッター幕が開放された、いわゆるバルブ状態を示している。

シャッターユニット１５のシャッター地板１５ｂに形成された四角状の開口部１５ｄにはＬＰＦ１６の表面が露出しており、開口部１５ｄの大きさは固体撮像素子１７の撮像画面サイズとほぼ同等である、高さＶ、幅Ｈを有している。

ミラーボックス１３の壁面１３ｃより突出するダボ１３ｄは、ミラーユニット１４が下降して撮影光路中に浸入した際に位置規制を行うためのものである。図９において、ダボ１３ｄはシャッターユニット１５の開口部１５ｄの内側へ突出している。ダボ１３ｄは、取り付けられる撮影レンズの種類によっては撮影光束内に浸入した状態になるが、予定焦点面より離れた位置にあることで結像像に影響が出ない範囲の突出量で抑えられている。

本実施の形態におけるクリーニング装置は、ミラーボックス１３内が上記のバルブ状態である際に使用され、シャッターユニット１５の開口部１５ｄを通して露出したＬＰＦ１６上に付着した塵埃を、ローラーユニット１０のローラー１が接触して吸着除去する。

ローラーユニット１０のローラー１とシャッターユニット１５の開口部１５ｄの寸法関係について説明すると、図１に示すローラー１の回転軸方向の長さＢは、シャッターユニット１５の開口部１５ｄの高さＶと略同一に設定されている。また図３に示す吸着面１ｅの円周方向の周長Ｌは、開口部１５ｄの幅Ｈと略同一に設定されている。言い換えると、ローラー１の長さＢと周長Ｌはそれぞれ撮像画面の各辺の長さと略同一に設定されていることになる。

次に図４乃至図７を用いて、本実施の形態のクリーニング装置の使用方法について説明する。

図４はローラーユニット１０をミラーボックス１３内に挿入する様子を示した斜視図である。同図に示すように、ローラーユニット１０の使用時には、ガイドプレート９をマウント１１に取り付ける。ガイドプレート９には底面側に突出する３つの円弧状のマウント勘合部９ａと、ロックピン嵌合穴９ｂが形成されている。そして、マウント勘合部９ａとマウント内周１１ｂ（図９）、およびロックピン勘合穴９ｂとロックピン１２のそれぞれの勘合により、レンズ装着基準面１１ａ上で位置規制される。ガイドプレート９の上面には、枠状のガイドリブ９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇが形成されている。ガイドプレート９とスライダ７とを組み合わせることで、ローラーユニット１０の移動を補助する。

図５乃至図７はミラーボックス１３内へのローラーユニット１０の挿入から、ローラー１がＬＰＦ１６の表面上を清掃する操作を段階的に示した平面図である。図５はローラー１がシャッターユニット開口部１５ｄ内に入り込み、ＬＰＦ１６の表面に接触した瞬間を表した図である。図６はローラーユニット１０による清掃が開始される状態を表した図、また、図７はローラーユニット１０による清掃が終了した状態を表した図である。なお、ガイドプレート９、マウント１１、シャッターユニット１５は断面で図示している。

ローラーユニット１０はローラー１がシャッターユニット１５の開口部１５ｄに入り込む直前に、スライダ７の基台部７ａをガイドリブ９ｄ、９ｅ、９ｆに沿わせて挿入する。ガイドリブ９ｄ、９ｅ間の幅はスライダ７の基台部７ａの長手方向の幅と一致しており、ローラーユニット１０、即ちローラー１は、図５において紙面垂直方向に位置規制がなされる。またガイドリブ９ｆに基台部７ａを突き当てることで、ローラー１の端部１ｇはシャッターユニット１５の開口部１５ｄの端辺１５ｅ近傍に位置規制される。以上の位置規制により、ローラー１を容易にシャッターユニット１５の開口部１５ｄに挿入することができる。また、ガイドリブ９ｆだけに頼らずに、基台部７ａに開口した窓７ｅや基台部７ａ脇のマウント開口部から直接ローラー１を目視して作業することも可能である。

図５に示すように、ローラ‐１がＬＰＦ１６の表面に接触した瞬間は、基台部７ａの下面７ｆはガイドプレート９の摺動面９ｃと接触しない状態となっている。ローラーユニット１０による清掃開始時には、図６に示すように、まずスライダ７を下面７ｆが摺動面９ｃと接触するようにスラスト付勢バネ８の付勢力に抗して操作付勢力Ｆ’をもって下方へ押し下げる。この状態では、ローラー１の吸着面１ｅとＬＰＦ１６の間にはスラスト付勢バネ８の付勢力がかかるが、スライダ７への操作付勢力Ｆ’はスラスト付勢ばね８の付勢力Ｆより勝った力であればいくらでも良く、Ｆ'が多少不安定であっても接触面Ｃには一定の力Ｆが働く。

ＬＰＦ１６の表面を清掃するには、スライダ７を押し下げた状態のまま、図７に示すように、スライダの基台部７ａがガイドプレート９のガイドリブ９ｇに当たるまで右側にずらせば良い。これによりローラーユニット１０はＬＰＦ１６の表面上を平行移動し、接触面Ｃに生ずる粘着力の作用により、ローラ保持バネ３の付勢力に打ち勝って、破線に示すようにＬＰＦ１６上を右旋回しながら移動する。またローラー１は常に一定した付勢力Ｆをもって吸着面１ｅをＬＰＦ１６に密着させながら回転し、確実にＬＰＦ１６上の塵埃を吸着除去していく。

前述した通り、ローラー１の周長Ｌはシャッターユニット１５の開口部１５ｄの幅Ｈとほぼ同じに設定されているので、操作終了時には回転したローラー１の端部１ｆはシャッターユニット１５の開口部１５ｄの端辺１５ｆ近傍に位置することとなる。また前述の通り、ローラー１の回転軸方向の長さＢはシャッターユニット１５の開口部１５ｄと略同一としている。従って、一回のスライダ７の移動操作により、シャッターユニット１５の開口部１５ｄに露出したＬＰＦ１６の表面のはぼ全面、即ち撮像画面サイズのはぼ全面の清掃作業が完了する。

ここでローラー１が略半円柱状の形状に設定されている理由は、回転するローラー１がミラーボックス１３内に配置される様々な構成部材に干渉することなく、撮像画面の全域を清掃可能とすることにある。円柱状を成した吸着体が清掃対象物上を転がっていく方式は、一度密着した面が徐々に持ち上がっていく事になるので塵埃の引き剥がし効果が得られる特徴がある。しかしながらローラー１が完全な円柱状であった場合は、シャッターユニット１５の開口部１５ｄや、ミラーボックス１３の壁面１３ａ、１３ｃにローラーが干渉して、露出するＬＰＦ１６の表面の端の部分に接触できなくなることは明らかである。そのため、略半円柱状の形状を取ることにより、ＬＰＦ１６の表面の端の部分までローラー１が接触させることができる。

また、ローラー１は半円柱状、即ち回転軸に直交する断面が略半円形ではなく、角度が狭い扇型であっても良い。しかしながら、決められた円周長Ｌの範囲内で曲率半径を極力小さくとるために、ミラーボックス１３等との干渉が生じないぎりぎりの範囲の角度の略半円筒形状に設定されている。これは図７中に示す弾性により若干つぶれて接触するローラー１の接触面Ｃの範囲Ｗを、曲率半径を小さくすることで狭くして、接触面Ｃにかかる単位面積当たりの圧力を極力小さな付勢力Ｆによって得るためである。これにより過度な付勢力によりスライダ７の操作性を損なったり、ＬＰＦ１６の破損を生じないようにしている。

なお、ローラーユニット１０に取り付けられてているスライダ７とスラスト付勢バネ８、およびマウント１１に装着するガイドプレート９は、様々なユーザーの使用における作業の安全性や、付勢力Ｆの安定性等を考慮して設けたものである。ただし、ある程度熟練したユーザーであれば、それらを取り除いて、ローラーユニット１０の支持部材６を直接持って操作しても構わない。

また、一眼レフタイプのデジタルカメラにおいては、フルサイズと呼ばれる銀塩フィルムでの135mmフォーマット相当の約36×24mmのものや、APS-Cサイズと呼ばれる約24×16mmのものなど、異なる撮像画面サイズの固定撮像素子を有した製品が存在する。本実施の形態のクリーニング装置では、前述した通りローラー１がローラー保持部材２に対して容易に着脱が可能となっている。従って、ローラー１を使用するカメラの画面サイズの応じた長さＢ、周長Ｌを有するものに交換することによって、上記の異なる撮像画面サイズのカメラに対応することが可能である。

なお、上記実施の形態においては、ローラー保持部材２が棒状である場合について説明したが、本発明はこの形状に限るものではなく、例えば、板状やコの字形状等の他、ローラー１を保持できる形状であれば、どのような形状であっても構わない。その場合、ローラー保持部材の形状に合わせて、スライダの形状及びガイドプレートの形状が変わることになる。形状が異なっていても、スライダはローラーに付勢力Ｆを与えることができればよく、また、ガイドプレート９は、ローラー保持部が光学部材に対して略平行に移動させることができればよい。即ち、これらの形状は、設計により適宜変更することが可能である。

また、上記実施の形態においては、ローラー１の形状が、半円柱状である場合について説明したが、断面の一部が弧の形状を有していればよく、本発明は半円柱状に限るものではない。そして、ローラー１が弧の中心を軸として回動するように構成することで、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、ローラー１の初期位置に保持する部材としては、ローラー保持バネ４に限るものではなく、バネの代わりに例えばゴムなどの他の部材を用いることも可能である。また、保持部材を用いずに、ローラー１に凸部（または凹部）を設け、ローラ保持部材には該凸部（または凹部）に係合する凹部（凸部）を設け、ローラー１の回動前に所定位置で固定できるようにしてもよい。その場合、ローラー１を回動させる方向に力を加えることで当該係合が外れ、ローラーが自由に回動可能になるような構成にすればよい。

また、スラスト付勢バネ８を利用してスライダ７を摺動可能とし、接触面に一定にの力Ｆが働くようにしたが、本発明はバネに限るものではない。ゴム、スポンジ状の部材、液状またはジェル状の部材、気体など、弾性のある部材を１つ以上用いて、同様の機能を実現してもよい。

本発明の実施の形態におけるクリーニング装置のローラーユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態におけるクリーニング装置のローラーユニットの分解斜視図である。 本発明の実施の形態におけるクリーニング装置のローラーユニットの断面図である。 本発明の実施の形態におけるローラーユニットをミラーボックス内に挿入する様子を示した斜視図である。 本発明の実施の形態におけるミラーボックス内へ挿入したローラーユニットのローラーがＬＰＦの表面上に接触した状態を示す図である。 本発明の実施の形態におけるローラーユニットによる清掃が開始される状態を示す図である。 本発明の実施の形態におけるローラーユニットによる清掃が終了した状態を示す図である。 一眼レフカメラのミラーボックスの各部材のレイアウトを示す概略構成図である。 ミラーボックスをマウント前面から見た正面図である。

符号の説明

１…ローラー
２…ローラー保持部材
３…ローラー保持バネ
４…回転軸
６…支持部材
７…スライダ
８…スラスト付勢バネ
９…ガイドプレート
１０…ローラーユニット
１１…マウント
１２…ロックピン
１３…ミラーボックス
１４…ミラーユニット
１５…シャッターユニット
１６…ＬＰＦ（光学ローパスフィルター）
１７…固体撮像素子

Claims (8)

1. 撮像装置において画像の撮像を行うための固体撮像素子の前面に配置された光学部材を清掃するためのクリーニング装置であって、
   円柱曲面に吸着性を持たせた清掃部材と、
   前記円柱曲面の曲率中心を回動軸として、前記清掃部材を回動可能に支持する支持部材と、
   前記清掃部材を前記光学部材に当接させる際に、前記清掃部材の前記円柱曲面の一端が前記光学部材に当接するように、前記清掃部材を前記回動軸について付勢する付勢部材とを有することを特徴とするクリーニング装置。
2. 撮像装置において画像の撮像を行うための固体撮像素子の前面に配置された光学部材を清掃するためのクリーニング装置であって、
   円柱曲面に吸着性を持たせた清掃部材と、
   前記清掃部材を着脱可能に保持する保持部材と、
   前記保持部材が前記清掃部材を保持した際に、前記円柱曲面の曲率中心が回動軸となるように、前記保持部材を回動可能に支持する支持部材と、
   前記清掃部材を前記光学部材に当接させる際に、前記清掃部材の前記円柱曲面の一端が前記光学部材に当接するように、前記保持部材を前記回動軸について付勢する付勢部材と
   を有することを特徴とするクリーニング装置。
3. 前記支持部材に作用して、前記清掃部材を前記光学部材に対して付勢する第２の付勢手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニング装置。
4. 前記第２の付勢部材による前記光学部材への付勢力を規制する規制手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載のクリーニング装置。
5. 前記規制部材は、前記撮像装置に固定されるガイド部材と、前記第２の付勢部材によって前記光学部材に対する付勢力が与えられる際に、前記ガイド部材と当接する当接部材を有することを特徴とする請求項４に記載のクリーニング装置。
6. 前記清掃部材が前記光学部材に当接した状態で、前記支持部材の前記光学部材に対する移動を補助する移動補助手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニング装置。
7. 前記移動補助手段は、前記撮像装置に固定されるガイド部材と、前記ガイド部材と当接することで、移動方向がガイドされる当接部材を有することを特徴とする請求項６に記載のクリーニング装置。
8. 前記円柱曲面の円周方向の長さを、前記光学部材の露出面の一辺の長さと略同一に構成し、前記円柱曲面の曲率中心方向の前記清掃部材の長さを、前記光学部材の露出面の他の一辺の長さと略同一に構成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のクリーニング装置。

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