JP4697986B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は撮像装置に関し、特に、撮影光軸上に配設された光学部材に付着する塵埃等の異物を除去する技術に関するものである。
画像信号を電気信号に変換して撮像するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮影光束をCCDやCMOS等の撮像素子で受光し、その撮像素子から出力される光電変換された電気信号を画像データに変換してメモリカード等の記録媒体に記録する。このような撮像装置では、撮像素子の被写体側に、光学ローパスフィルタや赤外線カットフィルタが配置されている。この撮像素子のカバーガラスやこれらのフィルタの表面に塵埃等の異物が付着すると、その付着部分が黒い点となって撮影画像に写り込み、画像の見栄えが低下するといった問題がある。
特にレンズ交換可能なデジタル一眼レフカメラでは、シャッタやクイックリターンミラーといった機械的な作動部が撮像素子の近傍に配置されており、それら作動部から発生した塵埃等の異物が、撮像素子やローパスフィルタに付着することがある。また、レンズ交換時に、レンズマウントの開口から塵埃等がカメラ本体内に入り込み、これが付着することもある。
そこで特許文献1のように、撮像素子の被写体側に撮影光束を透過させる防塵幕を設け、これを圧電素子で振動させることにより、その防塵幕の表面に付着した塵埃等の異物を除去するものが提案されている。
特開2003−319222号公報
上記従来技術によれば、防塵幕の表面に付着した異物を除去するために、その防塵幕に接合させた圧電素子に電圧を印加して駆動し、この駆動により防塵幕を光軸方向に変位させて幕振動を発生させている。しかしながらこの技術では、防塵幕を光軸方向に変位させ幕振動を発生させているため、その防塵幕の形状が円形以外の形状であると、振動モードが複雑となり振動効率が低下することが知られている。
一般に撮像装置の有効撮影範囲は、アスペクト比が4:3や3:2等の矩形形状であり、撮影に必要な有効光束も矩形形状である。従って、撮影光束がこの矩形形状の有効光束を適切に透過するためには、防塵幕が円形であると有効光束に対して大型になる。そのため撮像装置内部に円形の防塵幕を配設することはレイアウト上不利であり、撮像装置の大型化を招き、非効率的なレイアウトを余儀なくされるという問題がある。
また上記従来技術によれば、防塵幕という特別な部材を撮影光軸中に配設する必要があるため、上述したレイアウト上の不都合のみならず、部品点数の増加、撮影光束の透過率の低下等、製造コスト、光学機能及び光学性能の観点からも都合の良いものではなかった。また、有効光束に対して大きな防塵幕を振動させるためには多くの電力が必要となり、異物除去操作により電池の消耗が早くなる等の問題もある。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決することにある。
本願発明の特徴は、光学性能を損なうことなく、より小型で、且つより少ない電力で、撮影光軸上に配設された光学部材に付着する塵埃等の異物を除去することができる撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る撮像装置は以下のような構成を備える。即ち、
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第1の組の辺及び前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺が一体的に形成され、前記第1の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第2の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅を、前記第1の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅よりも小さくすることを特徴とする。
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第1の組の辺及び前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺が一体的に形成され、前記第1の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第2の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅を、前記第1の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅よりも小さくすることを特徴とする。
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る撮像装置は以下のような構成を備える。即ち、
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された矩形の光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第1の組の辺及び前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺が一体的に形成され、前記第1の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺の剛性を、前記第1の組の辺の剛性よりも小さくすることを特徴とする。
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された矩形の光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第1の組の辺及び前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺が一体的に形成され、前記第1の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺の剛性を、前記第1の組の辺の剛性よりも小さくすることを特徴とする。
本発明によれば、撮影光軸上に配設された光学部材に付着する塵埃等の異物を効率的に除去することができ、かつ撮像装置全体の大型化を抑えることができる。
また、光学部材と撮像素子との間をフレーム部材で密閉しているので、塵埃等の異物の侵入を防止することが可能となる。更に、元々、撮像装置が有している撮像に必要な光学機能を有する光学部材を振動させて異物の除去を行うので光学性能の観点からも好ましい。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
[実施の形態1]
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観を示す斜視図である。具体的には、図1はカメラ前面側より見た斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示し、図2はカメラ背面側より見た斜視図である。
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観を示す斜視図である。具体的には、図1はカメラ前面側より見た斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示し、図2はカメラ背面側より見た斜視図である。
図1において、1はカメラ本体であり、撮影時に使用者がカメラを安定して握り易いように前方に突出したグリップ部1aが設けられている。2はマウント部であり、着脱可能な撮影レンズユニット(不図示)をカメラ本体1に固定させる。マウント接点21は、カメラ本体1と撮影レンズユニットとの間で制御信号、状態信号、データ信号などをやり取りすると共に、撮影レンズユニット側に電力を供給する機能を有する。また、マウント接点21は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を可能な構成であってもよい。
4は撮影レンズユニットを取り外す際に押し込むレンズロック解除釦である。5はカメラ筐体内に配置されたミラーボックスで、撮影レンズを通過した撮影光束はここへ導かれる。ミラーボックス5の内部には、クイックリターンミラー6が配設されている。クイックリターンミラー6は、撮影光束をペンタプリズム22(図3)の方向へ導くために撮影光軸に対して45°の角度に保持される状態と、撮像素子33(図3)の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態とを取り得る。
カメラ上部のグリップ側には、撮影開始の起動スイッチとしてのシャッタボタン7と、撮影時の動作モードに応じてシャッタスピードやレンズ絞り値を設定するためのメイン操作ダイヤル8と、撮影系の動作モード設定ボタン10が配置されている。これら操作部材の操作結果の一部は、LCD表示パネル9に表示される。
シャッタボタン7は、第1ストローク(半押し)でスイッチSW1(後述図3の7a)がオンし、第2ストローク(全押し)にてスイッチSW2(後述図3の7b)がオンする構成となっている。
また、動作モード設定ボタン10は、シャッタボタン7の1回の押込みで連写になるか1コマのみの撮影となるかの設定や、セルフ撮影モードの設定などを行うものであり、LCD表示パネル9にその設定状況が表示されるようになっている。
カメラ上部中央には、カメラ本体に対してポップアップするストロボユニット11とフラッシュ取付け用のシュー溝12とフラッシュ接点13が配置されており、カメラ上部の図1右寄りには撮影モード設定ダイヤル14が配置されている。
グリップ側とは反対側の側面には、開閉可能な外部端子蓋15が設けられており、この外部端子蓋15を開けた内部には、外部インタフェースとしてビデオ信号出力用ジャック16とUSB出力用コネクタ17が納められている。
図2において、カメラ背面側には上方にファインダ接眼窓18が設けられ、更に背面中央付近には画像表示可能なカラー液晶モニタ19が設けられている。カラー液晶モニタ19の横に配置されたサブ操作ダイヤル20は、メイン操作ダイヤル8の機能の補助的役割を担っている。例えばカメラのAEモードでは自動露出装置により算出された適正露出値に対する露出補正量を設定するために使用される。又或は、シャッタスピードとレンズ絞り値の各々を使用者の意志によって設定するマニュアルモードにおいて、メイン操作ダイヤル8でシャッタスピードを設定し、サブ操作ダイヤル20でレンズ絞り値を設定するように使用される。また、このサブ操作ダイヤル20は、カラー液晶モニタ19に表示される撮影済み画像の表示選択にも用いられる。43はカメラの動作を起動もしくは停止するためのメインスイッチである。44はクリーニングモードを動作させるためのクリーニング指示部材であり、光学フィルタ上に付着した、塵埃などの異物をふるい落とす動作を指示するためのものである。なお、このクリーニングモードについては、後に詳細に説明する。
図3は、本実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの主要な電気的構成を示すブロック図である。なお、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。
100はカメラ本体に内蔵されたマイクロコンピュータからなる中央処理装置(以下、MPUという)である。MPU100は、カメラの動作制御を司るものであり、各要素に対して様々な処理や指示を実行する。100aはMPU100に内蔵されたEEPROMであり、時刻計測回路109の計時情報やその他の情報を記憶可能である。
MPU100には、ミラー駆動回路101、焦点検出回路102、シャッタ駆動回路103、映像信号処理回路104、スイッチセンス回路105、測光回路106が接続されている。また、LCD駆動回路107、バッテリチェック回路108、時刻計測回路109、電源供給回路110、圧電素子駆動回路111も接続されている。これらの回路はMPU100の制御により動作するものである。
また、MPU100は、撮影レンズユニット内に配置されたレンズ制御回路201と、マウント接点21を介して通信を行う。マウント接点21は撮影レンズユニットが接続されるとMPU100へ信号を送信する機能も備えている。これにより、レンズ制御回路201は、MPU100との間で通信を行い、撮影レンズユニット内の撮影レンズ200及び絞り204の駆動を、AF駆動回路202及び絞り駆動回路203を介して行うことが可能となる。なお、本実施形態では撮影レンズ200は便宜上1枚のレンズで示しているが、実際は多数のレンズ群により構成されている。
AF駆動回路202は、例えばステッピングモータによって構成され、レンズ制御回路201の制御によって撮影レンズ200内のフォーカスレンズ位置を変化させることにより、撮像素子33に撮影光束の焦点を合わせるように調整する。絞り駆動回路203は、例えばオートアイリスなどによって構成され、レンズ制御回路201によって絞り204を変化させ、光学的な絞り値を得るように構成されている。
クイックリターンミラー6は、撮影レンズ200を通過する撮影光束をペンタプリズム22へ導くとともに、その一部を透過させてサブミラー30に導く。サブミラー30は、透過した撮影光束を焦点検出用センサユニット31へ導く。
ミラー駆動回路101は、このクイックリターンミラー6を、ファインダにより被写体像を観察可能とする位置と、撮影光束から待避する位置とへ駆動するものである。又この動作と同時に、サブミラー30を、焦点検出用センサユニット31へ撮影光束を導く位置と、撮影光束から待避する位置とへ駆動する。具体的には、例えばDCモータとギヤトレインなどから構成される。
焦点検出用センサユニット31は、不図示の結像面近傍に配置されたフィールドレンズ、反射ミラー、2次結像レンズ、絞り、複数のCCDから成るラインセンサ等から構成されている周知の位相差方式の焦点検出センサユニットである。この焦点検出センサユニット31から出力された信号は、焦点検出回路102へ供給され、被写体像信号に換算された後MPU100へ送信される。MPU100は、この被写体像信号に基づいて、位相差検出法による焦点検出演算を行う。そして、デフォーカス量及びデフォーカス方向を求め、これに基づき、レンズ制御回路201及びAF駆動回路202を介して、撮影レンズ200内のフォーカスレンズを合焦位置まで駆動する。
ペンタプリズム22は、クイックリターンミラー6によって反射された撮影光束を正立正像に変換反射する光学部材である。使用者は、ファインダ光学系を介して、ファインダ接眼窓18から被写体像を観察することができる。またペンタプリズム22は、撮影光束の一部を測光センサ37にも導く。測光回路106は、この測光センサ37の出力を得て、観察面上の各エリアの輝度信号に変換し、MPU100に出力する。MPU100は、こうして得られる輝度信号から露出値を算出する。
32は機械式のフォーカルプレーンシャッタであり、ユーザがファインダにより被写体像を観察している時には撮影光束を遮る。また撮像時にはレリーズ信号に応じて、不図示の先羽根群と後羽根群の走行する時間差により所望の露光時間を得るように構成されている。フォーカルプレーンシャッタ32は、MPU100の指令を受けたシャッタ駆動回路103によって制御される。
33は撮像素子で、例えば撮像デバイスであるCMOSが用いられる。この撮像デバイスには、CCD型、CMOS型およびCID型など様々な形態があり、何れの形態の撮像デバイスを採用してもよい。34はクランプ/CDS(相関二重サンプリング)回路であり、A/D変換する前の基本的なアナログ処理を行うとともに、クランプレベルの変更も可能である。35はAGC(自動利得調整回路)であり、A/D変換する前の基本的なアナログ処理を行うとともに、AGC基本レベルの変更も可能である。36はA/D変換器であり、撮像素子33のアナログ出力信号をデジタル信号に変換する。
410は光学フィルタで、水晶等からなる複屈折板及び位相板を複数枚貼り合わせて積層し、更に赤外カットフィルタを貼り合わせて構成されている。尚、本実施の形態では、光学フィルタ410は赤外カットフィルタや、水晶等を用いた光学ローパスフィルタを一体構成として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の光学素子部材に分割する構成であっても良い。またその場合は撮像素子を含んだ密閉構造を構成する最外面に配置した光学素子を後述する圧電素子にて加振するものである。
430は圧電素子であり、MPU100から指令を受けた圧電素子駆動回路111により加振され、光学フィルタ410と一体的に振動するように構成されている。400は、光学フィルタ410、圧電素子430、撮像素子33と後述する他の部品と共にユニット化された撮像ユニットであり、詳細な構成については後述する。
映像信号処理回路104は、デジタル化された画像データに対してガンマ/ニー処理、フィルタ処理、モニタ表示用の情報合成処理など、ハードウエアによる画像処理全般を実行する。この映像信号処理回路104からのモニタ表示用の画像データは、カラー液晶駆動回路112を介してカラー液晶モニタ19に表示される。また、映像信号処理回路104は、MPU100からの指示により、メモリコントローラ38を通じて、バッファメモリ37に画像データを保存することも可能である。更に、映像信号処理回路104は、JPEGなどの画像データ圧縮処理を行う機能も有している。連写撮影など連続して撮影が行われる場合は、一旦バッファメモリ37に画像データを格納し、メモリコントローラ38を通して未処理の画像データを順次読み出すことも可能である。これにより映像信号処理回路104は、A/D変換器36から入力されてくる画像データの速度に関わらず、画像処理や圧縮処理を順次行うことが可能となる。
メモリコントローラ38は、外部インタフェース40(図1におけるビデオ信号出力用ジャック16及びUSB出力用コネクタ17に対応する)から入力される画像データをメモリ39に記憶する機能を有する。また、メモリ39に記憶されている画像データを外部インタフェース40から出力する機能も有する。尚、メモリ39は、カメラ本体1に対して着脱可能なフラッシュメモリなどである。
スイッチセンス回路105は、各スイッチの操作状態に応じて入力信号をMPU100に送信する。7aは、シャッタボタン7の第1ストローク(半押し)によりオンするスイッチSW1である。7bは、シャッタボタン7の第2ストローク(全押し)によりオンするスイッチSW2である。スイッチSW2がオンされると、撮影開始がMPU100に指示される。また、メイン操作ダイヤル8、サブ操作ダイヤル20、撮影モード設定ダイヤル14、メインスイッチ43、クリーニング指示部材44が接続されている。
液晶表示駆動回路107は、MPU100の指示に従って、外部LCD表示パネル9やファインダ内液晶表示器41を駆動する。
108はバッテリチェック回路であり、MPU100からの信号に従って、所定時間バッテリチェックを行い、その検出結果をMPU100へ送る。42は電源部であり、カメラの各要素に対して、必要な電源を供給する。
時刻計測回路109は、メインスイッチ43がオフされて次にオンされるまでの時間や日付を計測し、MPU100からの指令により、その計測結果をMPU100へ送信することができる。
次に、撮像ユニット400の詳細な構成について、図4乃至図11を用いて以下に説明する。
図4は、光学フィルタ410及び撮像素子33を備える撮像ユニット400の周辺の保持構造について説明するための、カメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。
カメラ本体の骨格となる本体シャーシ300の被写体側には、被写体側から順に、ミラーボックス5、シャッターユニット32が配設され、撮影者側には撮像ユニット400が配設されている。特に撮像ユニット400は、撮影レンズユニットが取り付けられる基準となるマウント2の取付け面に撮像素子33の撮像面が所定の距離を空けて、かつ平行になるように、調整されて固定される。
図5は、撮像ユニット400の構成を示す斜視図である。
撮像ユニット400は、振動ユニット470と、撮像素子ユニット500と、フレーム部材450とを備えて構成されている。撮像素子ユニット500は、少なくとも撮像素子33と撮像素子保持部材510により構成されている。また、振動ユニット470は、光学フィルタ410、圧電素子430(図3参照)、付勢部材460等により構成されている。付勢部材460は金属などのバネ性を有した材料によって形成され、位置決め穴460aとビス固定用の逃げ穴460bが設けられている。撮像素子保持部材510には、位置決めピン510aとビス穴510bが設けられている。
振動ユニット470は、付勢部材460の位置決め穴460aと撮像素子保持部材510の位置決めピン510aを用いて撮像素子ユニット500に対して位置決めされる。また、振動ユニット470は、付勢部材460のビス用の逃げ穴460bと撮像素子保持部材510のビス穴510bを用い、フレーム部材450を挟み込んで撮像素子ユニット500にビスで固定される。フレーム部材450の被写体側の面は光学フィルタ410と当接し、撮影者側の面は撮像素子33と当接する。振動ユニット470は、付勢部材460のバネ性によって撮像ユニット500側へと付勢されているので、フレーム部材450と光学フィルタ410は隙間無く密着し、また、フレーム部材450と撮像素子33も同様に隙間無く密着している。これにより、光学フィルタ410と撮像素子33との間はフレーム部材450によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成されている。
図6は、フレーム部材450の詳細図である。
このフレーム部材450は、撮像素子33を露出させるための矩形の開口部450cを有し、撮像素子33の長辺と平行な辺450aと、それに直交する辺450bとで構成されている。本実施の形態では、辺450aと辺450bはそれぞれ、光軸方向の厚さが異なるように構成されている。具体的には、辺450aの厚さが、辺450bの厚さよりも薄くなるように構成されている。これらフレーム部材450a,450bには、撮像素子33と光学ローパスフィルタ410との間に塵埃などの異物が侵入することを防ぐ密閉性と、光学ローパスフィルタ410の振動を撮像素子33に伝達しない振動吸収性の機能が求められる。また更に、光学ローパスフィルタ410の振動をできるだけ阻害せずに、上記機能を満たさなければならないが、これを達成するための詳細については、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動形状について説明した後に述べる。
図7は、撮像ユニット400(図4)を構成するフレーム部材450と撮像素子33を示す斜視図である。
撮像素子33はセラミック等により形成される箱型のパッケージ部33aの内部に、被写体光を受光するためのセンサチップが埋め込まれている。そして、このパッケージ部33aには、このセンサチップを保護するためのカバーガラス33cが接着などの手段によって固着されている。このカバーガラス33cは、センサチップをカバーする面積があれば良いため、パッケージ部33aよりも小型となり、撮像素子33は光軸方向に厚みの異なる段差が生じている。具体的には、撮像素子33のカバーガラス33aが貼られた箇所は光軸方向に厚く、カバーガラス33aが貼られていない箇所は光軸方向に薄い。ここで、図7に示すように、撮像素子33の厚い箇所であるカバーガラス33c部には、図6に示すフレーム部材450の薄い辺450aが当接し、撮像素子33の薄い箇所であるパッケージ33a部にはフレーム部材450の厚い辺450bが当接する。これにより、このユニット400全体の厚さをほぼ均一に構成することが可能となり、撮像素子ユニット500の薄型化が可能となる。
図8は、振動ユニット470(図4)の詳細な構成を示す斜視図である。
図において、430a,430bは圧電素子で、光学フィルタ410の端部に接着剤などによって固着される。本実施の形態においては、光学フィルタ410の両端に合計2枚の同一形状の圧電素子430a,430bを固着している。付勢部材460は光学フィルタ410に接着剤などによって固着されている。
図9は、圧電素子430a(又は430b)の詳細図であり、図9(B)は圧電素子430a(又は430b)の側面図、図9(A)は図9(B)を左側から見た平面図、図9(C)は図9(B)を右側(レンズユニット側)から見た平面図である。以下、圧電素子を、圧電素子430aの場合で説明するが、圧電素子430bも同様の構成であるため、その説明を省略する。
図9(C)に示すように、圧電素子430aのA面は、光学フィルタ410に5次モードの屈曲振動を励起するためのa相と、6次モードの屈曲振動を励起するためのA相に中央で分割されている。それぞれの相は、屈曲振動のλ/2(λは波長)ピッチで電極が分割されており、電極ごとに圧電素子430aの厚さ方向に分極が施されている。ここで電極上に示された「+」、「−」は、この電極部分の分極方向を示しており、端部の電極a1,A1,a5,A6以外は、隣り合う電極が互いに逆極性に分極されている。また図9(A),(B)に示すように、圧電素子430aのB面には、全面に電極B1が形成されている。
電極a1〜a4は、不図示の導電材などによりそれぞれ電気的に接続され、各電極は同電位に保たれている(a相電極)。同様に、電極A1〜A5は同電位に保たれている(A相電極)。また、電極a5,A6,B1は同電位に保たれている(B相電極)。この圧電素子430aのA面には、不図示のフレキシブルプリント基板等の導電性連結部材が電気的且つ機械的に接続され、a相電極、A相電極、B相電極に、それぞれ所定の電圧を独立して印加できるようになっている。また圧電素子430aのB面は、接着等によって、光学フィルタ410に固着され、圧電素子430aと光学フィルタ410とが一体的に運動するように構成されている。
次に、光学ローパスフィルタ410が振動する仕組みと、その振動形状について、図10(A)(B)と図11とを参照して説明する。
まず、導電性連結部材を通じて圧電素子430のa相電極(又はA相電極)に正の電圧を印加し、B相電極をグランド(0V)としたときの圧電素子430aの変形について説明する。
図10(A)(B)は、光学ローパスフィルタ410の振動形状を示す側面図で、図11は、光学ローパスフィルタ410が5次モードで振動するときの振動形状を示す斜視図である。
上述の電圧が印加されると、圧電素子430aの図9(C)で「+」と示す箇所は、面直方向に縮み、面内方向に伸びる。そのため、圧電素子430aに接合された光学ローパスフィルタ410は、接合面を面方向に拡大する力を圧電素子430aから受け、圧電素子430aとの接合面側が凸になるような変形をする。同様に、圧電素子430aの図9(C)で「−」と示す箇所は、面直方向に伸び、面内方向に縮む。そのため、圧電素子430aと接合された光学ローパスフィルタ410は、接合面を面方向に縮小する力を圧電素子430aから受け、圧電素子430aとの接合面側が凹になるような変形をする。よって、a相電極に上述の電圧が印加されると、光学ローパスフィルタ410には図10(A)の実線で示すような5次のモードの屈曲変形が生じる。また、A相電極に電圧が印加されると図10(B)の実線で示すような6次のモードの屈曲変形が生じる。同様にa相(又はA相)に印加する電圧を負とすれば、圧電素子430aは上述と伸縮逆向きの変形を生じ、光学ローパスフィルタ410は、図10(A)(B)の破線に示すような屈曲変形を生じる。
つまり、B相の電極B1の電位をグランドに保ったまま、a相電極(又はA相電極)に印加する電圧を周期的に正負に切り替えると、光学ローパスフィルタ410の凸凹が周期的に切り替わるような屈曲振動が生じる。この周期的な電圧の周波数を、光学ローパスフィルタ410の固有モードの共振周波数近傍とすることで、より小さい電圧で大きな振幅を得ることができる。言い換えれば、より少ない電力で効率的に光学ローパスフィルタ410を振動させて、光学ローパスフィルタ410に付着した塵埃等を除去することが可能となる。
図10(A)(B)に示すように、屈曲振動では振動の節部d1〜d4,D1〜D5と、振動の腹部e1〜e3,E1〜E4とが生じ、振動の節部d1〜d4,D1〜D5での振幅は実質的に零となる。この振動の節部d1〜d4,D1〜D5では振幅が零であるため、光学ローパスフィルタ410に付着した塵埃などの異物を除去することができない。そこで、節部の位置が互いに異なる複数のモードの屈曲振動を起こすことで、撮像視野内の光学ローパスフィルタ410全体で塵埃等の異物を除去することが可能となる。光学ローパスフィルタ410の固有モードの共振周波数は、光学ローパスフィルタ410の形状、板厚、材質などによって異なるが、不快な音を発生しないように、この共振周波数が可聴域外となるような固有モードを選ぶことが好ましい。本実施の形態においては、5次モードと6次モードの振動を発生させる構成として説明したが、これに限らず、これ以外の振動を発生させるようにしても良いし、また2種類以上の振動モードを用いても良い。
このように本実施の形態では、元々撮像装置に備わる、撮像に必要な光学機能を有する矩形の光学ローパスフィルタ410を振動させて塵埃等の異物を除去するので、撮影光束の透過率などの光学性能を低下させる虞がない。また撮影に必要な矩形形状の有効光束と略同一形状の矩形の光学ローパスフィルタ410を加振するため、従来のような円形の防塵幕を使用することによる非効率的なレイアウトが不要になる。これにより撮像装置の大型化を防ぐことができる。
本実施の形態においては、複屈折板、位相板及び赤外カットフィルタを貼り合わせて構成される光学ローパスフィルタ410に屈曲振動を励起して異物を除去するようにしたが、複屈折板や赤外カットフィルタ単体に屈曲振動を励起させる構成にしても良い。
次に、フレーム部材450の構成について更に詳細に述べる。上述したようにフレーム部材450には、撮像素子33と光学ローパスフィルタ410の間に塵埃などの異物が侵入することを防ぐ密閉性が求められる。更に、光学ローパスフィルタ410の振動を撮像素子33に伝達しない振動吸収性の機能を、光学ローパスフィルタ410の振動をできるだけ阻害せずに満たすことが求められる。
光学ローパスフィルタ410の振動をできるだけ阻害しないためには、その振動の振幅が実質的に零である、屈曲振動の節部で光学ローパスフィルタ410とフレーム部材450とが当接することが好ましい。ここで、5次モードと6次モードといったように、連続した次数のモードでは、それぞれのモードでの最外側の節部は略同一箇所に出現する。具体的には、図10(A)(B)において、節部d1とD1、節部d4とD5はそれぞれ略同一箇所とに表れている。そこで、フレーム部材450の薄い辺450aは、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の節部d1(或はD1),d4(或はD5)付近で光学ローパスフィルタ410と当接するように構成されている。これにより薄い辺450aは、その振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、5次モードと6次モードのいずれのモードで光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しなくなる。
それに対して厚い辺450bは、図11に示す光学ローパスフィルタ410の振動形状からも明らかなように、屈曲振動の節部のみで光学ローパスフィルタ410と当接させることは不可能である。ここで辺450bは、辺450aよりも厚い部材で構成されているため、光学ローパスフィルタ410の変形に対する反発力が小さく、また振動吸収性もよくなる。こうして光学ローパスフィルタ410の振動をできるだけ阻害せず、更に、光学ローパスフィルタ410の振動を吸収するという利点を有している。
このような構成により、光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても、撮像素子33にはその振動による影響がほとんど及ばなくなる。その結果、振動を受ける構造体を限定することが可能となる。また光学ローパスフィルタ410の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子430を駆動するエネルギーは、より小さくて済むことになる。
更に、光学ローパスフィルタ410の振動が、撮像素子33にほとんど伝わらないため、撮像素子33の接着剥がれといった破損を防止することが可能となる。また逆に、カメラに対して落下などの衝撃が加えられた時には、その衝撃は光学ローパスフィルタ410にほとんど伝わらない。このため、カメラ本体1に加えられる衝撃によって、光学ローパスフィルタ410が破壊されるのを防止することができる。
また上述したように、辺450bを辺450aよりも厚い部材で構成しても、厚いカバーガラス33c(図7)には、薄い辺450aが当接し、薄いパッケージ33a部には厚い辺450bが当接する。これにより、このユニット400全体の厚さをほぼ均一に構成することが可能となり、撮像素子ユニット33を薄型化できる。更に、光学ローパスフィルタ410と撮像素子33との間がフレーム部材450によって封止されるため、この空間に塵埃等の異物の侵入を防ぐことが可能となる。
尚、フレーム部材450は、上述の機能を満たすために、例えばゴムシートや一定の厚みを有するスポンジ製の両面テープやゲルシートのような部材が適用可能である。
また、フレーム部材450に遮光性を持たせることで、撮像素子33に入射する不要な光線を遮断し、ゴーストやフレアの発生を防ぐ構成としても良い。
次に、本実施の形態において、光学ローパスフィルタ410の表面に付着した塵埃などを除去する動作について説明する。
クリーニング指示部材44が撮影者により操作されると、クリーニングモード開始の指令を受けて、カメラ本体1をクリーニングモードの状態に移行させる。尚、本実施の形態では、クリーニング指示部材44を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、このクリーニング指示部材は、機械的なボタンに限らず、カラー液晶モニタ19に表示されたソフトメニューから、カーソルキーや指示ボタンなどを用いて指示するものであっても良い。
またクリーニングモードへの移行は、電源オン時等のような、通常のカメラシーケンス中において自動的に行われるようにしても良いし、撮影回数や日付等を基準として行われるようにしても良い。
電源供給回路110は、クリーニングモードに必要な電力を、カメラ本体1の各部へ必要に応じて供給する。また、これに並行して電源42の電池残量を検出して、その結果をMPU100へ送信する。MPU100は、クリーニングモード開始の信号を受け取ると、圧電素子駆動回路111に駆動信号を送る。圧電素子駆動回路111は、MPU100より駆動信号を受け取ると5次モードの屈曲振動を励起する周波数と、6次モードの屈曲振動を励起する周波数の2種類の周期電圧を生成し、これらの周期電圧を同時に、或は連続的に圧電素子430に対して印加する。これにより圧電素子430は、その印加される電圧に応じて伸縮し、光学ローパスフィルタ410は屈曲振動をする。
[実施の形態1の変形例]
前述の実施の形態1においては、フレーム部材450の各辺において、光軸方向の厚さを異ならせるようにした。ここではその変形例として、辺450aと辺450bの、光軸と直交する面内においての幅が異なる例について説明する。具体的には、光軸と直交する面内において、辺450aの幅が辺450bの幅よりも太くなるように構成されている。長辺450aは上述の通り、振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、組立性を優先して幅太の形状としても、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しない。これに対し短辺450bは、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の腹部とも当接するが、幅細の形状のため光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しない。
前述の実施の形態1においては、フレーム部材450の各辺において、光軸方向の厚さを異ならせるようにした。ここではその変形例として、辺450aと辺450bの、光軸と直交する面内においての幅が異なる例について説明する。具体的には、光軸と直交する面内において、辺450aの幅が辺450bの幅よりも太くなるように構成されている。長辺450aは上述の通り、振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、組立性を優先して幅太の形状としても、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しない。これに対し短辺450bは、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の腹部とも当接するが、幅細の形状のため光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しない。
このような構成により、光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても、撮像素子33にはその影響はほとんど及ばない。その結果、振動を受ける構造体を限定することが可能となる。また光学ローパスフィルタ410の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子430を駆動するエネルギーがより小さくて済むことになる。また上述の通り、長辺450aは幅太の形状をしているため、容易に組立を行うことが可能となる。
[実施の形態2]
次に本発明の実施の形態2に関して、図12〜13を用いて説明する。ここで前述の実施の形態1と同様の構成に関しては、同符号を付してその説明を省略する。
次に本発明の実施の形態2に関して、図12〜13を用いて説明する。ここで前述の実施の形態1と同様の構成に関しては、同符号を付してその説明を省略する。
図12は、本発明の実施の形態2に係るフレーム部材450の詳細図である。
このフレーム部材450は、撮像素子33を露出させるための矩形の開口部450cを有し、撮像素子33の長辺と平行な長辺450aと、それに直交する短辺450bとを具備している。本実施の形態2では、長辺450aと短辺450bとは互いに異なる材質の部材で構成されている。具体的には、2色成型などの手段によって、短辺450bの剛性が長辺450aの剛性よりも小さくなるように構成されている。
図13は、本実施の形態2に係る撮像ユニット400を構成するフレーム部材450と撮像素子33を示す斜視図である。ここで、図13に示すように、フレーム部材450は撮像素子33のパッケージ33a部に全周で当接する。
長辺450aは、前述の実施の形態1の場合と同様に、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の節部d1(或はD1)、d4(或はD5)付近で光学ローパスフィルタ410と当接するように構成されている。これにより長辺450aは振幅が実質的に零である振動の節部を支持するため、5次モードと6次モードのいずれのモードで光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しない。また、この長辺450aは、剛性の強い部材で構成されているため、フレーム部材450の撮像素子33への位置決め精度を高めることが可能となり、また組立性も向上できる。
これに対して短辺450bは、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の腹部とも当接する。ここで短辺450bは剛性の小さい部材で構成されるので、光学ローパスフィルタ410の変形に対する反発力が小さくでき、また振動吸収性もよくなる。これにより、光学ローパスフィルタ410の振動をできるだけ阻害せず、更に、光学ローパスフィルタ410の振動を吸収することができる。
このような構成により、光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても、撮像素子33にはその振動による影響はほとんど及ばない。その結果、振動を受ける構造体を限定することができる。また、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子430を駆動するエネルギーは、より小さくて済むことになる。
更に、光学ローパスフィルタ410の振動が撮像素子33にほとんど伝わらないため、撮像素子33の接着剥がれといった破損を防止することが可能となる。また逆に、カメラに対して落下などの衝撃が加えられた時でも、その衝撃は光学ローパスフィルタ410にほとんど伝わらない。これにより、カメラに加えられる衝撃によって光学ローパスフィルタ410が破壊されるのを防止できる。
また上述したように、長辺450aは剛性の強い部材で構成されているため、組立作業性を損なうことがない。更に、光学ローパスフィルタ410と撮像素子33との間がフレーム部材450によって封止されるため、この空間に塵埃等の異物の侵入を防ぐことが可能となる。
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3に関して図6を用いて説明する。ここで実施の形態1と同様の構成に関しては、同符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態3に関して図6を用いて説明する。ここで実施の形態1と同様の構成に関しては、同符号を付してその説明を省略する。
フレーム部材450は、撮像素子33を露出させるための矩形の開口部450cを有し、撮像素子33の長辺と平行な長辺450aと、それに直交する短辺450bとで構成されている。
本実施の形態3では、長辺450aの光軸側の面(光学ローパスフィルタ410と当接する面)に粘着部材が配設されている。一般的に、粘着部材は粘性減衰が大きいことが知られている。フレーム部材450の長辺450aは、前述したように光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の節部d1(或はD1),d4(或はD5)付近で光学ローパスフィルタ410と当接する。これにより、5次モードと6次モードのどちらのモードで光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても、長辺450aは振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動をほとんど阻害しない。これに対し短辺450bは、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動の腹部とも当接する。しかし、短辺450bの光学ローパスフィルタ410と当接する面には粘着部材が配設されていないため、光学ローパスフィルタ410の屈曲振動を阻害しない。
このような構成により、光学ローパスフィルタ410が屈曲振動をしても、撮像素子33にはその影響はほとんど及ばない。その結果、振動を受ける構造体を限定することが可能となる。また光学ローパスフィルタ410の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子430を駆動するエネルギーがより小さくて済むことになる。
更に、光学ローパスフィルタ410の振動が、撮像素子33にほとんど伝わらないため、その振動による撮像素子33の接着剥がれといった破損を防止することが可能となる。また逆に、カメラに対して落下などの衝撃が加えられた時でも、その衝撃は光学ローパスフィルタ410にほとんど伝わらないため、カメラに加えられる衝撃によって光学ローパスフィルタ410が破壊されることを防止することができる。
また上述の通り、長辺450aの光学ローパスフィルタ410と当接する面には粘着部材が配設されているため、光学ローパスフィルタ410と撮像素子33との間の密閉性がより良くなり、この空間に塵埃等の異物の侵入を防ぐことが可能となる。
Claims (7)
- 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第1の組の辺及び前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺が一体的に形成され、前記第1の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第2の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅を、前記第1の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅よりも小さくすることを特徴とする撮像装置。 - 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された矩形の光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第1の組の辺及び前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺が一体的に形成され、前記第1の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第1の組の辺とは異なる第2の組の辺の剛性を、前記第1の組の辺の剛性よりも小さくすることを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の組の辺は前記光学部材に固定され、前記第2の組の辺は前記光学部材に固定されていないことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記第1の組の辺は前記フレーム部材の長辺であり、前記第2の組の辺は前記フレーム部材の短辺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。
- 前記光学部材は略矩形の形状を有し、入射される光束を所定の光束に変調して射出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記光学部材は、赤外カットフィルタである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。
- 前記フレーム部材は遮光性を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
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