JP5089368B2 - 異物除去装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の表面に付着した異物を除去する異物除去装置、及び、それを備えたデジタル一眼レフカメラ等の撮像装置に関する。

デジタルカメラにおいて撮像素子の表面近傍に塵埃等の異物が存在すると、その異物が影となって撮影画像に写り込んでしまうという問題が発生する。このような異物は、交換式レンズを交換するためにレンズをカメラ本体から取り外す際に塵埃が侵入することや、撮影に伴う動作によってシャッタやミラーボックス等を構成する樹脂等が微細な磨耗粉として飛散すること等がその発生原因と考えられている。

上記のようにして発生した異物が、撮像素子のカバーガラスとカバーガラスの前面に配設されてい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素子の間に入り込んでしまった場合、その異物を除去するためにカメラを分解する必要があった。この問題への対応策として、撮像素子のカバーガラスと光学素子との間に異物が入り込まないように密閉構造とすることが考案された。

しかしながら、この密閉構造は撮像素子と対向していない光学素子の表面（被写体側の表面）への異物の付着を防ぐものではない。そのため、光学素子の表面に異物が付着した場合に、その異物が影となって撮影画像に写り込んでしまうという問題を完全に解消したとはいえない。

上記の問題を解決する方法として、特許文献１や特許文献２には、クリーニングフィルム部材やワイパー部材により、赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ等の光学素子の表面に付着した塵埃を直接拭き取り除去することが提案されている。

特許文献１に記載の発明は、塵埃の吸着性を有するクリーニングフィルム部材を、撮像素子受光面に対して摺動駆動するというものであり、これにより付着している塵埃を取り除くという効果が得られる。

また、特許文献２に記載の発明は、撮影用レンズの装着時及び／又は取外し時の回動を利用して、撮像素子清掃用のワイパー手段を駆動し、撮像素子の表面から効果的に塵埃を除去するというものである。また、特許文献２に記載の発明によれば、防塵手段を用いて撮影用レンズ未装着時の塵埃の付着を防ぐという効果も得られる。

特開２００４−１７２９６１号公報 特開２００５−５９７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、塵埃の除去は可能ではあるものの、クリーニングフィルム部材を撮像素子受光面に対して摺動駆動するため、大きな塵埃や硬い塵埃の付着時に、その塵埃を引きずり撮像素子受光面に傷をつけるおそれがある。

特許文献２に記載の発明でも、撮像素子清掃用のワイパー手段が撮像素子の表面を直接清掃するため、同様に傷をつけるおそれがある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、光学素子の表面に付着した異物を該光学素子の表面を傷つけないように除去できるようにすることを目的とする。

本発明の異物除去装置は、光学素子の表面に接触しながら移動することにより前記光学素子の表面に付着した異物を除去する異物除去部材と、前記異物除去部材を前記光学素子の表面に接触させながら往復移動させる駆動手段と、前記異物除去部材の前記光学素子の表面に対する接触圧を変更する接触圧変更手段とを有し、前記接触圧変更手段は、前記異物除去部材の往復移動に伴って前記異物除去部材の接触圧を変更することを特徴とする。

本発明によれば、異物除去部材の光学素子の表面に対する接触圧を可変にしたので、光学素子の表面に付着した異物を該光学素子の表面を傷つけないように除去することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置であるデジタル一眼レフカメラの概略構成図を示す図である。図１において、１０１は撮像部であり、入射した光のエネルギーを電気信号に変換する。撮像部１０１は、詳しくは後述するが、主として撮像素子２０３、撮像素子２０３を保護するカバーガラス２０５、撮像素子２０３の前方に配置された光学ローパスフィルタ２０１等により構成される。

１０２は交換レンズユニットであり、被写体からの反射光を捉えて、撮像部１０１に結像させるための複数のレンズ１０２ａ、１０２ｂ等及び絞り１０２ｃからなる。１０３は交換レンズユニット１０２を装着するためのマウント部である。

１０４はミラーボックスである。１０５は主ミラーであり、入射した光束の一部をファインダ１０６方向に反射すると共に残りの光束を撮像部１０１に透過する状態と、全光束を撮像部１０１に導くべく光束から退避した状態とをとりうる。主ミラー１０５はミラーボックス１０４内で回動することにより２つの状態を取りうる。

１０６はファインダであり、フォーカシングスクリーン１０７と、プリズム１０８と、接眼レンズ１０９とにより構成される。フォーカシングスクリーン１０７は、主ミラー１０５により上部に反射した光束が結像する。プリズム１０８は、フォーカシングスクリーン１０７に結像した像を正立実像にするために内部で像を反射させる。接眼レンズ１０９は、プリズム１０８から射出された像を適正な倍率で使用者が確認できるようにする。

１１０はＡＦユニットであり、被写体との距離を測定する。１１１はサブミラーであり、入射した光束のうち主ミラー１０５を透過した光束をＡＦユニット１１０に導く。１１２はフォーカルプレーンシャッタであり、入射した光束を所望の時間だけ撮像部１０１に照射させるようにする複数のシャッタ羽根からなる。

１は異物除去装置であり、撮像部１０１とフォーカルプレーンシャッタ１１２との間に設置される。異物除去装置１は、光学ローパスフィルタ２０１の表面に接触しながら移動することにより光学ローパスフィルタ２０１の表面に付着した塵埃等の異物を除去する異物除去部材１ａを備える。そして、異物除去部材１ａを光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動させることで、異物除去部材１ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧が可変となっている。

なお、デジタル一眼レフカメラには、図示を省略するが、撮影モード及びクリーニングモードを切り替えるモード切り替えスイッチや、異物除去装置動作ボタンが設けられている。

図２は、本実施形態の撮像部１０１とフォーカルプレーンシャッタ１１２と異物除去装置１との概略構成を説明するための側方断面図である。

撮像部１０１は、以下のように構成される。被写体像を光電変換する固体撮像素子２０３の前方に光学ローパスフィルタ２０１が配置される。固体撮像素子２０３はパッケージ部材２０４に収容され、カバーガラス２０５により保護される。また、光学ローパスフィルタ２０１は枠状の保持部材２０２により保持される。光学ローパスフィルタ２０１とカバーガラス２０５とはその間を密閉するためのシール部材２０６を介して固定される。固体撮像素子２０３の接続端子２０８は基板２０７に接続される。基板２０７は、カメラの動作を制御する制御回路を構成する電気素子が搭載されたものである。固体撮像素子２０３が収容されたパッケージ部材２０４は保持板２０９により保持される。

フォーカルプレーンシャッタ１１２は、以下のように構成される。フォーカルプレーンシャッタ１１２は、先幕２１１及び後幕２１２からなる。先幕２１１は複数のシャッタ羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄにより構成され、後幕２１２は複数のシャッタ羽根により構成される。先幕２１１及び後幕２１２の駆動スペースは中間板２１３により分割されている。後幕２１２の押え板２１４には、撮像のためにその略中央部に開口が設けられている。また、先幕２１１の押え板として機能するカバー板２１５には、撮像のためにその略中央部に開口が設けられている。

ここで、図３に異物除去装置１の斜視図を示す。また、図４に異物除去装置１の一部拡大図（被清掃面である光学ローパスフィルタ２０１の表面が下側となるよう図２と同様の方向から見た拡大図）を示す。また、図５（ａ）、（ｂ）に図４のＡ−Ａ線に沿う断面図を示す。図５（ａ）は異物除去部材１ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧が高い状態を示し、図５（ｂ）は異物除去部材１ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧が低い状態を示す。なお、以下の説明において、上下とは図１、２に示す状態での上下を意味するものとする。

１ａは植毛部材等からなる異物除去部材であり、光学ローパスフィルタ２０１の表面に接触しながら移動（スライド）することにより光学ローパスフィルタ２０１の表面に付着した異物を除去する。即ち、異物除去部材１ａは光学ローパスフィルタ２０１の表面を摺動する。異物除去部材１ａは光学ローパスフィルタ２０１の上下方向に延伸する形状を有し、図３の矢印Ａ方向、図１、２では紙面の垂直方向に往復移動する。

１ｂは光学ローパスフィルタ２０１（保持部材２０２）の下辺に平行に配置された案内軸であり、異物除去部材１ａの下端部に設けられた案内穴に挿通し、異物除去部材１ａの移動をガイドする。異物除去部材１ａの下端部に設けられた案内穴は横断面長穴形状となっており、異物除去部材１ａが光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動するのを許容する。

１ｃは光学ローパスフィルタ２０１（保持部材２０２）の上辺に平行に配置された駆動軸であり、異物除去部材１ａの上端部に設けられたナットを介して異物除去部材１ａを移動させる。ナットは横断面長穴形状となっており、異物除去部材１ａが光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動するのを許容する。１ｄは駆動軸１ｃに駆動力を付与する駆動源である駆動用モータであり、制御装置５０により制御される。

１ｅは光学ローパスフィルタ２０１（保持部材２０２）の上辺及び下辺に沿って配置された薄板状の支持部材である。各支持部材１ｅには異物除去部材１ａが挿通するガイド穴１ｆが形成されており、これら一対の支持部材１ｅ間に異物除去部材１ａが架設される。ここで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ガイド穴１ｆの両端には所定の角度の傾斜部が形成されており、ガイド穴１ｆが横長の略平行四辺形状をなすようになっている。

また、支持部材１ｅには光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に延伸する長穴１ｇが形成されており、各長穴１ｇにダボ部材１ｈが嵌め合わされている。長穴１ｇ及びダボ部材１ｈは、支持部材１ｅが光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動するのを許容するとともに支持部材１ｅを維持するためのものである。したがって、長穴１ｇ及びダボ部材１ｈは、支持部材１ｅが傾かないように各支持部材１ｅの左右両端付近に配置するのが望ましい。

なお、本実施形態では、案内軸１ｂ、駆動軸１ｃ、駆動用モータ１ｄ、支持部材１ｅ等が相まって、本発明でいう駆動機構を構成する。

本実施形態の異物除去装置１では、異物除去部材１ａの往復移動に伴って、支持部材１ｅを介して異物除去部材１ａを光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動させることができる。即ち、異物除去部材１ａを、光学ローパスフィルタ２０１の表面に近づけたり、離したりすることができる。これにより、異物除去部材１ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧を変更することができる。以下、異物除去部材１ａの接触圧の変更方法について説明する。

異物除去部材１ａは駆動用モータ１ｄにより駆動され、案内軸１ｂ及び駆動軸１ｃに沿って、光学ローパスフィルタ２０１の表面に所定の接触圧（図５中のＰａ、Ｐｂ）で接触しながら往復移動する。

この場合に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、異物除去部材１ａがガイド穴１ｆの左端まで移動して傾斜部に当接することにより、支持部材１ｅを押し下げて、自ら光学ローパスフィルタ２０１に対する接触圧を増加せしめる（図５（ａ）の状態）。その後は、ダボ部材１ｈと支持部材１ｅの長穴１ｇとの間に発生する摩擦力により、異物除去部材１ａは光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧Ｐａを維持したまま移動する。

また、異物除去部材１ａがガイド穴１ｆの右端まで移動して傾斜部に当接することにより、支持部材１ｅを押し上げて、自ら光学ローパスフィルタ２０１に対する接触圧を減少せしめる（図５（ｂ）の状態）。その後は、ダボ部材１ｈと支持部材１ｅの長穴１ｇとの間に発生する摩擦力により、異物除去部材１ａは光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧Ｐｂを維持したまま移動する。

以上述べたように、異物除去部材１ａが光学ローパスフィルタ２０１の表面に接触しながら移動する際に、異物除去部材１ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧を変更することができる。したがって、一連の異物除去動作の中で、異物除去部材１ａの接触圧を前半（往路）で低くし、後半（復路）で高くすることができる。これにより、まず低い接触圧で大きな塵埃や硬い塵埃を除去し、その後に高い接触圧で細かな塵埃を確実に除去することができ、光学ローパスフィルタ２０１の表面を傷つけないようにすることができる。

なお、制御装置５０により駆動用モータ１ｄを制御して、異物除去部材１ａをガイド穴１ｆの左端又は右端の傾斜部の手前で止める、或いは、傾斜部に強く当接させないようにすれば、接触圧Ｐａ又はＰｂを維持したまま往復移動させることもできる。

（第２の実施形態）
次に、図６〜８を参照して、第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態では、異物除去部材の接触圧を変更する機械的構造を駆動機構に持たせた例を説明したが、第２の実施形態では、接触圧変更用アクチュエータを備えた例を説明する。なお、デジタル一眼レフカメラの概略構成は図１に示したものと同様であり、ここではその説明を省略する。

図６は、本実施形態の撮像部１０１とフォーカルプレーンシャッタ１１２と異物除去装置２との概略構成を説明するための側方断面図である。なお、撮像部１０１及びフォーカルプレーンシャッタ１１２の構成は図２で説明したとおりであり、ここではその説明を省略する。

ここで、図７に異物除去装置２の斜視図を示す。また、図８（ａ）、（ｂ）に異物除去装置２の一部拡大図（被清掃面である光学ローパスフィルタ２０１の表面が下側となるよう図６と同様の方向から見た拡大図）を示す。なお、以下の説明において、上下とは図６に示す状態での上下を意味するものとする。

２ａは植毛部材等からなる異物除去部材であり、光学ローパスフィルタ２０１の表面に接触しながら移動（スライド）することにより光学ローパスフィルタ２０１の表面に付着した異物を除去する。即ち、異物除去部材２ａは光学ローパスフィルタ２０１の表面を摺動する。異物除去部材２ａは光学ローパスフィルタ２０１の上下方向に延伸する形状を有し、図７の矢印Ａ方向、図６では紙面の垂直方向に往復移動する。

２ｂは光学ローパスフィルタ２０１（保持部材２０２）の下辺に平行に配置された案内軸であり、異物除去部材２ａの下端部に設けられた案内穴に挿通し、異物除去部材２ａの移動をガイドする。異物除去部材２ａの下端部に設けられた案内穴は横断面長穴形状となっており、異物除去部材２ａが光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動するのを許容する。

２ｃは光学ローパスフィルタ２０１（保持部材２０２）の上辺に平行に配置された駆動軸であり、異物除去部材２ａの上端部に設けられたナットを介して異物除去部材２ａを移動させる。ナットは横断面長穴形状となっており、異物除去部材２ａが光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動するのを許容する。２ｄは駆動軸２ｃに駆動力を付与する駆動源である駆動用モータである。

２ｅはピエゾ式アクチュエータ（圧電素子）であり、カバー板２１５と異物除去部材２ａとの間に配設される。ピエゾ式アクチュエータ２ｅは、光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して垂直方向に伸縮運動を行う。これにより、異物除去部材２ａを光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動させて、接触圧を変更することができる。なお、ピエゾ式アクチュエータ２ｅの数は問わないが、図７に示すように、バランスを考慮して異物除去部材２ａの上下端に配設するのが好適である。

本実施形態の異物除去装置２では、異物除去部材２ａがどの位置にあるときでも、異物除去部材２ａを光学ローパスフィルタ２０１の表面に対して略垂直方向に移動させることができる。即ち、異物除去部材２ａを、光学ローパスフィルタ２０１の表面に近づけたり、離したりすることができる。これにより、異物除去部材２ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧を変更することができる。

以下、第２の実施形態に係る異物除去装置２の制御例を説明する。図９は、本発明の実施形態に係る撮像装置であるデジタル一眼レフカメラの概略構成図を示す図である。図１０は、デジタル一眼レフカメラの概略構成を示すブロック図である。なお、図９では、以下の説明に用いられる構成要素にのみ符号を付する。

図９に示すように、カメラには撮像部１０１を照明する発光部３０２が内蔵される。図９の例では、上下に配設された発光部３０２により撮像部１０１を照明する。

図１０に示すように、発光部３０２は、操作部３００に接続する発光制御部３０１により制御される。また、図１０に示すように、撮像部１０１には、画像処理部１０１１、塵埃座標判定部１０１２、表示部１０１３、接触圧制御部１０１５、塵埃除去走査位置判定部１０１４が接続する。

図１１に、異物除去動作時のフローチャートを示す。まず操作部３００での操作により（ステップＳ１００１）、発光制御部３０１を介して発光部３０２を発光させて（ステップＳ１００２）、撮像部１０１を照明する。この照明下で、画像処理部１０１１は所定時間だけ画像データの蓄積を行う（ステップＳ１００３、Ｓ１００４）。

その後、発光部３０２を消灯させて（ステップＳ１００５）、撮像信号を読み出し（ステップＳ１００６）、塵埃の有無及び座標を判定する（ステップＳ１００７）。なお、ステップＳ１００７が、本発明でいう異物付着状態検出手段による処理例である。

塵埃があると判定した場合（ステップＳ１００８）、異物除去装置２による異物除去走査を開始する（ステップＳ１００９）。一方、塵埃がないと判定した場合（ステップＳ１００８）、表示部１０１３に清掃が不要である旨の表示を行って（ステップＳ１０１６）、本処理を終える（ステップＳ１０１７）。

異物除去走査を開始すると（ステップＳ１００９）、異物除去部材２ａが塵埃付着部に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０１０）。異物除去部材２ａが塵埃付着部に到達したならば、ピエゾ式アクチュエータ２ｅを制御して異物除去部材２ａの接触圧を小さくする（ステップＳ１０１１）。

続いて、異物除去部材２ａが塵埃付着部を通過したか否かを判定する（ステップＳ１０１２）。異物除去部材２ａが塵埃付着部を通過したならば、ピエゾ式アクチュエータ２ｅを制御して異物除去部材２ａの接触圧を大きくする（ステップＳ１０１３）。

１回の走査が完了したならば（ステップＳ１０１４）、走査が４回目であるか否かを判定する（ステップＳ１０１５）。４回目でなければ、ステップＳ１００２に戻り、４回目であれば、表示部１０１３に除去不能である旨の表示を行って（ステップＳ１０１８）、本処理を終える（ステップＳ１０１９）。すなわち、４回の走査でも塵埃が除去されない場合は、除去不能な異物がある旨を通知するものである。

以上述べたように、異物の付着状態に応じて、異物除去部材２ａの光学ローパスフィルタ２０１の表面に対する接触圧を変更することができる。なお、ここでは異物の付着状態として塵埃の有無及び座標を得るようにしたが、例えば異物の大きさを得るようにして、異物の大きさに応じて、異物除去部材２ａの接触圧を変更する等してもよい。

以上、本発明を実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態では、本発明でいう光学素子として光学ローパスフィルタを例にして説明したが、他の光学フィルタ（赤外線カットフィルタ等）や撮像素子のカバーガラスであってもよい。

本発明の実施形態に係る撮像装置であるデジタル一眼レフカメラの概略構成図を示す図である。 第１の実施形態の撮像部とフォーカルプレーンシャッタと異物除去装置との概略構成を説明するための側方断面図である。 第１の実施形態の異物除去装置の斜視図である。 第１の実施形態の異物除去装置の一部拡大図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ａ）は異物除去部材の接触圧が高い状態を示す図であり、（ｂ）は異物除去部材の接触圧が低い状態を示す図である。 第２の実施形態の撮像部とフォーカルプレーンシャッタと異物除去装置との概略構成を説明するための側方断面図である。 第２の実施形態の異物除去装置の斜視図である。 第２の実施形態の異物除去装置の一部拡大図であり、（ａ）は異物除去部材の接触圧が高い状態を示す図であり、（ｂ）は異物除去部材の接触圧が低い状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置であるデジタル一眼レフカメラの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置であるデジタル一眼レフカメラの概略構成を示すブロック図である。 異物除去動作時のフローチャートである。

符号の説明

１ 異物除去装置
１ａ 異物除去部材
１ｂ 案内軸
１ｃ 駆動軸
１ｄ 駆動用モータ
１ｅ 支持部材
１ｆ ガイド穴
１ｇ 長穴
１ｈ ダボ部材
２ 異物除去装置
２ａ 異物除去部材
２ｂ 案内軸
２ｃ 駆動軸
２ｄ 駆動用モータ
２ｅ ピエゾ式アクチュエータ
１０１ 撮像部
２０１ 光学ローパスフィルタ
２０３ 撮像素子
２０５ カバーガラス

Claims (3)

1. 光学素子の表面に接触しながら移動することにより前記光学素子の表面に付着した異物を除去する異物除去部材と、
   前記異物除去部材を前記光学素子の表面に接触させながら往復移動させる駆動手段と、
   前記異物除去部材の前記光学素子の表面に対する接触圧を変更する接触圧変更手段とを有し、
   前記接触圧変更手段は、前記異物除去部材の往復移動に伴って前記異物除去部材の接触圧を変更することを特徴とする異物除去装置。
2. 前記接触圧変更手段は、前記異物除去部材を前記光学素子の表面に接触させながら往復移動させる異物除去動作の中で、前記異物除去部材の接触圧を前半で低くし、後半で高くすることを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
3. 被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像素子の前方に配置された光学素子と、
   請求項１または２に記載の異物除去装置とを備えたことを特徴とする撮像装置。

Images