JP4835461B2 - ゴミ除去装置、撮像装置、カメラ - Google Patents

ゴミ除去装置、撮像装置、カメラ Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置に設けられた撮像素子の防塵に関する。
従来、レンズ交換可能な一眼レフレックス方式のデジタルカメラにおいて、撮像素子と撮影光学系の間に防塵部材を配設することにより、撮像素子にゴミやほこりが付着するのを防ぐと共に、防塵部材を振動させて防塵部材に付着したゴミやほこりを除去するものが知られている(特許文献1参照)。
特開2004−64555号公報
特許文献1に開示されるカメラでは、防塵部材に生じる振動を阻害しないようにするため、振動の節の近傍において防塵部材を支持している。しかし、防塵部材に振動が生じたときの振動の節の位置は、必ずしも防塵部材の外縁部付近とはならない。したがって、撮像素子の撮像範囲と防塵部材の支持位置とが重ならないようにするため、撮像素子の大きさに対して防塵部材を十分に大きくしなければならず、カメラの大型化を招くおそれがある。
本発明は、防塵部材を大きくしなくとも、防塵部材に生じる振動の節の近傍で防塵部材を支持することができるゴミ除去装置、撮像装置、カメラを提供することを目的とする。
請求項1の発明によるゴミ除去装置は、撮像素子へのゴミの付着を防止する防塵部材と、防塵部材に振動を生じさせる振動発生手段と、防塵部材を支持する支持部材とを備えるものである。このゴミ除去装置において、防塵部材には、振動発生手段によって防塵部材に生じる振動の節の位置を防塵部材の外縁部の方向に移動させるための錘が設けられている。
請求項2の発明は、請求項1に記載のゴミ除去装置において、錘は、支持部材が防塵部材を支持している支持位置よりも外側に設けられているものである。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のゴミ除去装置において、支持部材が防塵部材を支持している支持位置は、防塵部材に生じる振動の節のうち、防塵部材の外縁部に最も近い節の位置と略一致するものである。
請求項4の発明は、請求項1〜3いずれか一項に記載のゴミ除去装置において、防塵部材は、振動発生手段により、所定次数の振動モードで屈曲振動するものである。
請求項5の発明は、請求項4に記載のゴミ除去装置において、防塵部材は略方形の形状を有し、振動発生手段により、防塵部材において対向するいずれか二つの外縁部に平行な複数の節を有する屈曲振動を行うものである。
請求項6の発明は、請求項4に記載のゴミ除去装置において、防塵部材は略円形の形状を有し、振動発生手段により、同心円状の屈曲振動を行うものである。
請求項7の発明は、請求項1〜6いずれか一項に記載のゴミ除去装置において、防塵部材および支持部材を用いて、撮像素子を略密閉する空間を形成するものである。
請求項8の発明による撮像装置は、入射光束に基づいて被写体の撮像信号を出力する撮像素子と、撮像素子へのゴミの付着を防止する防塵部材と、防塵部材に振動を生じさせる振動発生手段と、防塵部材を支持する支持部材とを備えるものである。この撮像装置において、防塵部材には、振動発生手段によって防塵部材に生じる振動の節の位置を防塵部材の外縁部の方向に移動させるための錘が設けられている。
請求項9の発明によるカメラは、請求項8に記載の撮像装置と、撮像信号に基づいて被写体の撮像画像を記録媒体に記録する記録制御手段とを備えるものである。
本発明によれば、撮像素子に対して防塵部材をあまり大きくすることなく、防塵部材に生じる振動の節の近傍において防塵部材を支持することができる。
図1は、本発明の一実施形態によるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。このデジタルカメラは、カメラ本体100と、カメラ本体100に取り付けられた撮影レンズ200とによって構成されている。カメラ本体100は、CPU1、撮像装置2、測光装置5、シーケンス装置6、フラッシュ装置7、電源部8、ファインダ内表示装置9、表示装置10、コントローラ11、メモリカード12、画像処理部13、RAM14、ROM15および操作部材16を有している。
CPU1は、他の各構成部分と連動して、以降に説明するような様々な処理や制御を実行する。このCPU1がカメラ本体100の動作状態に応じて適切な処理や制御を行うことにより、カメラ本体100において様々な機能および動作が実現される。
撮像装置2は、ゴミ除去装置3および撮像素子であるCCD4を備えている。CCD4は、撮影レンズ200から入射された光束により結像される被写体像に基づいて、撮像信号を出力する。この撮像信号は、画像データに変換された後、CPU1を介して画像処理部13へ出力される。ゴミ除去装置3は、CCD4にゴミや埃等が付着するのを防止するため、撮影レンズ200とCCD4との間に、CCD4を略密閉するような構造により配設されている。なお、ゴミ除去装置3に付着したゴミや埃は、ゴミ除去装置3において後で説明するようにして発生する振動により除去される。
測光装置5は、撮影レンズ200からの入射光量を測定し、その測定結果に基づいて撮影時の適正露出を求める。測光装置5により求められた適正露出はCPU1へ出力され、シーケンス装置6の制御などに用いられる。シーケンス装置6は、CPU1の制御に応じて、クイックリターンミラーの動作やシャッターの動作など、撮影時の一連の機構動作を制御する。フラッシュ装置7は、カメラ本体100に内蔵されているフラッシュ装置であり、CPU1によってその動作が制御される。
電源部8は、カメラ本体100の各部分や撮影レンズ200に対して必要な電気エネルギーを適宜供給する。ファインダ内表示装置9は、カメラ本体100のファインダ内に設けられており、カメラ本体100の動作状態に応じて様々な情報の表示を行う。たとえば、シャッタースピード、絞り値、オートフォーカスエリアなどの情報がファインダ内表示装置9に表示される。これにより、撮影時に必要な情報をユーザに知らせることができる。
表示装置10は、CPU1の制御により様々な画像を表示する。たとえば、カメラ本体100において撮影された撮影画像や、カメラ本体100に対して各種の設定を行うための様々な設定メニュー項目を含む設定メニュー画面などが表示される。この表示装置10には、たとえば液晶ディスプレイなどが用いられており、カメラ本体100においてユーザが見やすいような位置に設置されている。
コントローラ11は、CPU1の制御により、記録媒体であるメモリカード12に撮影画像データを記録するときの書き込み処理や、メモリカード12に記録されている撮影画像データを読み出すときの読み出し処理を実行する。メモリカード12はカメラ本体100に対して着脱可能な汎用の外部記録メディアであり、カメラ本体100による撮影画像データがコントローラ11の書き込み処理によって記録される。
画像処理部13は、CCD4から出力された撮像画像データに対して所定の画像処理を行う。たとえば、撮影画像の見た目を調節するための処理や、画像データの形式を変換するための処理などが、画像処理部13において行われる。画像処理部13により画像処理が行われた画像データは、コントローラ11によってメモリカード12に記録される。
RAM14は、CPU1が各種の処理や制御を実行する際の作業領域として用いられる。このRAM14には、表示装置10において画像を表示する際に用いられるVRAMも含まれている。ROM15は、CPU1が各種の処理や制御を実行する際に用いられるプログラムやデータ類が記録されている。操作部材16は、各種の操作用スイッチ類によって構成されている。操作部材16を用いてユーザから入力された操作内容に応じて、各種の処理や制御がCPU1において実行される。
次に、ゴミ除去装置3の詳細について、図面を参照して説明する。図2は、ゴミ除去装置3を構成する防塵部材31、振動部材32および錘33の平面図および断面図である。図2において、(a)の平面図には、カメラ本体100において撮影レンズ200の方向から見たときの防塵部材31、振動部材32および錘33の平面形状を示している。一方、(b)の断面図には、(a)の平面図において中心線A−Aで切断したときの防塵部材31、振動部材32および錘33の断面を示している。この図に示すように、防塵部材31は略方形の形状を有している。また、上下一対の振動部材32と、左右一対の錘33とは、防塵部材31の表側の面(すなわち、CCD4がある側と反対側の面)にそれぞれ貼り付けられている。
防塵部材31は、図1のCCD4にゴミや埃等が付着するのを防止するために用いられるものであり、CCD4を覆うように配設されている。この防塵部材31は、撮影レンズ200を介してCCD4上に入射する被写体光の光路上に設けられており、ガラス等の透明な素材によって組成されている。
振動部材32は、圧電効果を生じる圧電セラミクスなどを用いた圧電素子によって組成されている。この圧電セラミクスの材料には、たとえばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などが知られている。振動部材32に電気信号が印加されると、振動部材32は、その電気信号に応じて、撮影レンズ200の光軸と垂直な方向(すなわち、CCD4の撮像面と垂直な方向)、すなわち図2(a)において紙面と平行な半径方向に、周期的に伸縮運動を繰り返す。
振動部材32が撮影レンズ200の光軸と垂直な方向に伸びると、その動きに応じて、防塵部材31の表側、すなわち振動部材32が貼り付けられている側の面において、同じ方向に伸びようとする力が生じる。すると、防塵部材31が表側の方向に膨らむように変形する。図2(b)の断面図は、そのときの様子を示している。一方、振動部材32が光軸と垂直な方向に縮むと、その動きに応じて、防塵部材31の表側において、同じ方向に縮もうとする力が生じる。すると、図2(b)の断面図に示すのとは逆に、防塵部材31が裏側の方向に膨らむように変形する。
防塵部材31において、上記のような屈曲動作が振動部材32の伸縮運動に応じて周期的に繰り返される。その結果、防塵部材31において屈曲振動が生じる。この屈曲振動により、防塵部材31に付着したゴミや埃を除去することができる。
図2の符号31a、31bに示す破線は、防塵部材31において以上説明したようにして生じる屈曲振動の節の位置を示している。節31aと節31bとは、防塵部材31において左右に対向する二つの外縁部に平行となっている。防塵部材31は、振動部材32により、これらの節31a、31bを有する屈曲運動を行う。
なお、カメラ本体100においてCCD4を覆うように防塵部材31を取り付ける際には、振動部材31において生じる上記のような屈曲振動を阻害しないように、節31a、31bの近傍で防塵部材31を支持する必要がある。したがって、CCD4を設置可能な範囲は、支持点の内側、すなわち節31a、31bの内側にある、図2(a)の斜線部分の領域に示す範囲となる。
錘33は、振動部材32によって防塵部材31に生じる振動の節の位置を、防塵部材31の外縁部の方向に移動させるために、防塵部材31に設けられている。錘33の材質には、たとえば、防塵部材31に用いられるガラスよりも比重の重い金属などを用いることができる。あるいは、錘33と防塵部材31を同一の材質とすることにより、これらを一体化してもよい。
防塵部材31に錘33を設けた場合と設けていない場合とでは、防塵部材31において生じる振動の節の位置が次のように変化する。図3は、錘33を設けていない場合に防塵部材31が屈曲振動する様子を示している。図3において、(a)の平面図には、カメラ本体100において撮影レンズ200の方向から見たときの防塵部材31および振動部材32の平面形状を示している。一方、(b)の断面図には、(a)の平面図において中心線B−Bで切断したときの防塵部材31および振動部材32の断面を示している。この図3では、図2と比べて、振動の節31aおよび31bが防塵部材31においてより内側に位置している。そのため、CCD4を設置可能な斜線部分に示す領域は、図2と比べて狭くなっていることが分かる。
以上説明したように、防塵部材31に錘33を設けていない場合は、防塵部材31に錘33を設けている場合と比べて、防塵部材31において生じる振動の節の位置がより内側に位置する。すなわち、防塵部材31に錘33を設けることにより、錘33を設けていない場合と比べて、防塵部材31において生じる振動の節の位置を、より外側すなわち防塵部材31の外縁部の方向に移動させることができる。その結果、CCD4を設置可能な領域を拡げることができる。
図4は、以上説明した防塵部材31、振動部材32および錘33を有するゴミ除去装置3とCCD4とが設置された撮像装置2の平面図および断面図を示している。図4において、(a)の平面図には、カメラ本体100において撮影レンズ200の方向から見たときの撮像装置2の平面形状を示している。(b)の断面図には、(a)の平面図において中心線C−Cで切断したときの撮像装置2の断面を示している。
ゴミ除去装置3は、防塵部材31、振動部材32および錘33に加えて、さらに支持部材34および封止部材35を有している。支持部材34は、一定幅の矩形状の形状を有しており、防塵部材31の外縁部に沿って、CCD4が配設された基板41上に配設されている。この支持部材34により、防塵部材31が支持されている。
封止部材35は、防塵部材31と支持部材34との間を封止することにより、防塵部材31を支持部材34上に固定している。このような支持構造および封止構造とすることで、防塵部材31と支持部材34を用いて、基板41とゴミ除去装置3との間にCCD4を略密閉する空間が形成されている。
図4に示すように、支持部材34が防塵部材31を支持している支持位置は、節31a、31bの位置と略一致している。これにより、防塵部材31において生じる屈曲振動を阻害しないように、支持部材34により防塵部材31を支持することができる。なお、防塵部材31が高次の振動モードで振動している場合は、図4に示したよりも数多くの振動の節が発生することがある。その場合には、それらの振動の節のうち、防塵部材31の外縁部に最も近い節の位置と略一致するように、支持部材34により防塵部材31を支持することが好ましい。このようにすれば、同じように、振動部材31において生じる屈曲振動を阻害することなく、支持部材34により防塵部材31を支持することができる。
錘33は、支持部材34が防塵部材31を支持している支持位置よりも外側の防塵部材31の部分に設けられている。すなわち、錘33は、CCD4の撮像面よりも外側に位置している。したがって、撮影レンズ200からの入射光束は、錘33によって遮られずに、透明な防塵部材31を透過してCCD4に到達する。これにより、被写体像が欠けることなくCCD4上に結像され、その撮像信号がCCD4から出力される。さらに、錘33をこのように配置することで、防塵部材31に生じる振動の節の位置を、効率的に防塵部材31の外縁部の方向に移動させることができる。
ところで、防塵部材31、振動部材32および錘33を一体化された振動体と見なして考えると、この振動体は、その材質や形状等に応じた固有の共振周波数を有している。たとえば防塵部材31の材質をガラスとし、その大きさを、横幅(長手方向)40mm、縦幅(短手方向)28mm、厚さ0.4mmとする。また、振動部材32の材質をPZTとし、その大きさを、横幅(長手方向)10mm、縦幅(短手方向)3mm、厚さ0.5mmとする。また、錘33の材質を鉄とし、その形状を、幅4mm、厚さ0.5mmとする。このときの共振周波数を算出したところ、約1kHzとの結果が得られた。さらに、このときの節31aおよび31bの位置を算出したところ、防塵部材31に錘33を設けた場合は、防塵部材31の左右の端からそれぞれ約6mmに位置し、防塵部材31に錘33を設けない場合は、防塵部材31の左右の端からそれぞれ約12mmに位置するとの結果が得られた。
上記のような共振周波数と同じ周波数の交流電気信号を振動部材32に印加すると、振動体が共振状態で屈曲振動するため、その振幅が最大となる。したがって、防塵部材31に付着したゴミや埃を振動により取り除く際には、その効果が最大となるように、共振周波数と同じ周波数の交流電気信号を振動部材32に印加することが好ましい。なお、製造時の寸法や質量等のばらつき、取付け誤差などにより、振動体の正確な共振周波数が不明な場合もあるため、振動部材32に印加する交流電気信号を所定の範囲内で変化させてもよい。
なお、以上説明した実施の形態では、防塵部材31が略方形の形状を有していたが、防塵部材31を他の形状としてもよい。その一例を図5により説明する。図5は、略円形の円盤状の形状を有する防塵部材31と、その防塵部材31の形状に合わせたリング状の形状を有する振動部材32および錘33との平面図および断面図である。この図5において、(a)の平面図には、カメラ本体100において撮影レンズ200の方向から見たときの防塵部材31、振動部材32および錘33の平面形状を示している。一方、(b)および(c)の断面図には、(a)の平面図において中心線D−Dで切断したときの防塵部材31、振動部材32および錘33の断面をそれぞれ示している。なお、(b)の断面図には、防塵部材31が振動していないときの断面が示されている。また、(c)の断面図には、振動部材32によって防塵部材31に振動が生じており、防塵部材31が表側の方向に膨らむように変形したときの断面が示されている。
図5において、振動部材32は防塵部材31の裏側に貼り付けられており、錘33は防塵部材31の表側に貼り付けられている。振動部材32に電気信号が印加されると、振動部材32は、その電気信号に応じて、図2の場合と同様に、光軸と垂直な方向に周期的に伸縮運動を繰り返す。この伸縮運動により防塵部材31が変形し、同心円状の屈曲振動を行う。このとき、防塵部材31には円形状の振動の節が生じる。
防塵部材31に生じる円形状の振動の節は、図5(c)の断面図において、符号31aおよび31bに示すような位置となる。この振動の節の位置は、防塵部材31に錘33を設けた場合と設けていない場合とで、次のように変化する。図6は、錘33を設けていない場合に防塵部材31が屈曲振動したときの防塵部材31、振動部材32および錘33の平面図および断面図である。この図6も、図5と同様に、(a)の平面図には、カメラ本体100において撮影レンズ200の方向から見たときの防塵部材31、振動部材32および錘33の平面形状を示している。一方、(b)および(c)の断面図には、(a)の平面図において中心線E−Eで切断したときの防塵部材31、振動部材32および錘33の断面をそれぞれ示している。なお、(b)の断面図には、防塵部材31が振動していないときの断面が示されている。また、(c)の断面図には、振動部材32によって防塵部材31に振動が生じており、防塵部材31が表側の方向に膨らむように変形したときの断面が示されている。
防塵部材31に錘33を設けた場合の振動の節の直径をR1とすると、この直径R1は図5(c)の断面図において、振動の節31a−31b間の距離として表される。同様に、防塵部材31に錘33を設けていない場合の振動の節の直径をR2とすると、この直径R2は図6(c)の断面図において、振動の節31a−31b間の距離として表される。これらの断面図から、防塵部材31に錘33を設けた場合の振動の節の直径R1は、錘33を設けていない場合の直径R2と比べて大きくなっていることが分かる。
以上説明したように、防塵部材31に錘33を設けることにより、錘33を設けていない場合と比べて、防塵部材31において生じる円形状の振動の節の直径を大きくすることができる。したがって、振動の節の位置をより外側、すなわち防塵部材31の外縁部の方向に移動させることができる。その結果、図2の場合と同様に、CCD4を設置可能な領域を拡げることができる。
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
(1)防塵部材31には、振動部材32によって防塵部材31に生じる振動の節の位置を防塵部材31の外縁部の方向に移動させるための錘33が設けられていることとした。このようにしたので、CCD4に対して防塵部材31をあまり大きくすることなく、防塵部材31に生じる振動の節の近傍において防塵部材31を支持することができる。
(2)錘33は、支持部材34が防塵部材31を支持している支持位置よりも外側の防塵部材31に設けられていることとした。このようにしたので、錘33によって入射光束が遮られることを防止し、被写体像を欠けることなくCCD4上に結像することができる。さらに、防塵部材31に生じる振動の節の位置を、効率的に防塵部材31の外縁部の方向に移動させることができる。
(3)支持部材34が防塵部材31を支持している支持位置は、防塵部材31に生じる振動の節のうち、防塵部材31の外縁部に最も近い節の位置と略一致することとした。このようにしたので、防塵部材31において生じる屈曲振動を阻害しないように、支持部材34により防塵部材31を支持することができる。
(4)防塵部材31は略方形の形状を有し、振動部材32により、防塵部材31において対向するいずれか二つの外縁部に平行な複数の節を有する屈曲振動を行うこととした。あるいは、防塵部材31は略円形の形状を有し、振動部材32により、同心円状の屈曲振動を行うこととした。このようにしたので、CCD4の形状に合わせて防塵部材31の形状を決定することができる。さらに、防塵部材31の形状に合わせて、防塵部材31を効率よく振動させることができる。
(5)防塵部材31および支持部材34を用いて、CCD4を略密閉する空間を形成することとした。このようにしたので、カメラ本体100から撮影レンズ200を取り外したときなどに、CCD4にゴミや埃が付着するのを防ぐことができる。
なお、上記において説明した実施の形態では、防塵部材31に生じる振動が一次モードの屈曲振動である例を説明したが、本発明はこの内容に限定されない。すなわち、任意の次数の振動モードにより防塵部材31を屈曲振動させることができる。
以上説明した実施の形態では、撮像素子を有するデジタルカメラを例に説明したが、デジタルビデオカメラについても同様に、本発明を適用することができる。
以上説明した実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。
本発明の一実施形態によるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 略方形の形状を有する防塵部材、振動部材および錘の平面図および断面図である。 錘が設けられていない略方形の形状を有する防塵部材と振動部材の平面図および断面図である。 ゴミ除去装置とCCDとが設置された撮像装置の平面図および断面図である。 略円形の形状を有する防塵部材、振動部材および錘の平面図および断面図である。 錘が設けられていない略円形の形状を有する防塵部材と振動部材の平面図および断面図である。
符号の説明
1:CPU 2:撮像装置
3:ゴミ除去装置 4:CCD
5:測光装置 6:シーケンス装置
7:フラッシュ装置 8:電源部
9:ファインダ内表示装置 10:表示装置
11:コントローラ 12:メモリカード
13:画像処理部 14:RAM
15:ROM 16:操作部材
100:カメラ本体 200:撮影レンズ

Claims (9)

  1. 撮像素子へのゴミの付着を防止する防塵部材と、
    前記防塵部材に振動を生じさせる振動発生手段と、
    前記防塵部材を支持する支持部材とを備え、
    前記防塵部材には、前記振動発生手段によって前記防塵部材に生じる振動の節の位置を前記防塵部材の外縁部の方向に移動させるための錘が設けられていることを特徴とするゴミ除去装置。
  2. 請求項1に記載のゴミ除去装置において、
    前記錘は、前記支持部材が前記防塵部材を支持している支持位置よりも外側に設けられていることを特徴とするゴミ除去装置。
  3. 請求項1または2に記載のゴミ除去装置において、
    前記支持部材が前記防塵部材を支持している支持位置は、前記防塵部材に生じる振動の節のうち、前記防塵部材の外縁部に最も近い節の位置と略一致することを特徴とするゴミ除去装置。
  4. 請求項1〜3いずれか一項に記載のゴミ除去装置において、
    前記防塵部材は、前記振動発生手段により、所定次数の振動モードで屈曲振動することを特徴とするゴミ除去装置。
  5. 請求項4に記載のゴミ除去装置において、
    前記防塵部材は略方形の形状を有し、前記振動発生手段により、前記防塵部材において対向するいずれか二つの外縁部に平行な複数の節を有する屈曲振動を行うことを特徴とするゴミ除去装置。
  6. 請求項4に記載のゴミ除去装置において、
    前記防塵部材は略円形の形状を有し、前記振動発生手段により、同心円状の屈曲振動を行うことを特徴とするゴミ除去装置。
  7. 請求項1〜6いずれか一項に記載のゴミ除去装置において、
    前記防塵部材および前記支持部材を用いて、前記撮像素子を略密閉する空間を形成することを特徴とするゴミ除去装置。
  8. 入射光束に基づいて被写体の撮像信号を出力する撮像素子と、
    前記撮像素子へのゴミの付着を防止する防塵部材と、
    前記防塵部材に振動を生じさせる振動発生手段と、
    前記防塵部材を支持する支持部材とを備え、
    前記防塵部材には、前記振動発生手段によって前記防塵部材に生じる振動の節の位置を前記防塵部材の外縁部の方向に移動させるための錘が設けられていることを特徴とする撮像装置。
  9. 請求項8に記載の撮像装置と、
    前記撮像信号に基づいて前記被写体の撮像画像を記録媒体に記録する記録制御手段とを備えることを特徴とするカメラ。
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