JP5094628B2

JP5094628B2 - 撮像装置およびその制御方法

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Publication number: JP5094628B2
Application number: JP2008205978A
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Inventors: 太郎渕上
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Publication date: 2012-12-12
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Description

本発明は、撮像装置及び異物収集方法に関し、特に、撮像素子の撮像面近傍に配設された光学部材の表面に付着した異物を収集する撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の電子撮像装置（以下、「カメラ」という。）は、即時性やパーソナルコンピュータとの親和性が高いため、急速に普及している。これらのカメラは被写体像を撮像素子で光電変換して画像データを得るものであり、一般的な最小構成としては、撮像素子と撮影光学系と撮像素子の撮像面近傍に配設されるローパスフィルタ等の光学部材とからなる。

上記カメラにおいて、例えば光学部材に塵埃等の異物が付着すると、異物が画像に写り込み、画像の品質が低下する。このため、光学部材を振動させて付着した異物の除去を図る技術が各種提案され、近年実用化もされ始めている。特許文献１では、撮像素子の撮像面近傍の光学部材に屈曲進行波を発生させて異物を除去する提案がなされている。
特開２００４−０３２１９１号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、移動させた塵埃等の異物の捕集方法については言及されてなく、異物が再び撮影領域内に移動してくる虞がある。これを防ぐために、屈曲進行波による異物の移動後に手作業による清掃を行う場合、異物が光学部材の端部付近にあるため、マウント部から異物を認識することができず、清掃が困難であった。また、屈曲進行波による異物の移動を行う前に手作業による拭き取り清掃を行う場合、光学部材の全面を拭き取る必要があり、清掃が煩雑であった。

本発明の目的は、光学部材の手作業による清掃を容易にすることができる撮像装置およびその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の前方に配置された光学部材と、前記光学部材に搬送波が発生するように、前記光学部材を振動させる加振手段と、前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を有し、前記駆動手段は、前記光学部材に付着した異物を第１の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第１の駆動を第１の時間だけ行った後、前記異物を前記第１の方向とは反対方向となる第２の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第２の駆動を第２の時間だけ行うものであって、前記第１の時間は、少なくとも、前記光学部材の前記第２の方向の端に付着した異物を、前記光学部材の前記第１の方向の端まで搬送するために必要な時間に設定され、前記第２の時間は、前記光学部材の前記第１の方向の端に集められた異物を、前記光学部材の中央付近まで搬送するために必要な時間に設定されることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置の制御方法は、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の前方に配置された光学部材と、前記光学部材に搬送波が発生するように、前記光学部材を振動させる加振手段と、前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、前記駆動手段が、前記光学部材に付着した異物を第１の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第１の駆動を第１の時間だけ行い、前記駆動手段が、前記第１の駆動を行った後、前記異物を前記第１の方向とは反対方向となる第２の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第２の駆動を第２の時間だけ行い、前記第１の時間は、少なくとも、前記光学部材の前記第２の方向の端に付着した異物を、前記光学部材の前記第１の方向の端まで搬送するために必要な時間に設定され、前記第２の時間は、前記光学部材の前記第１の方向の端に集められた異物を、前記光学部材の中央付近まで搬送するために必要な時間に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、光学部材を手作業で清掃するためのモードにおいて、異物を光学部材の中央付近に集めることができるため、中央部を縦方向に拭くだけで容易に異物を除去することができ、もって光学部材の手作業による清掃を容易にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの主要部の構成を示すブロック図である。

図１において、カメラ本体１（図２参照）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。）１００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。ＭＰＵ１００に内蔵されたＥＥＰＲＯＭ１００ａは、時刻計測回路１０９の計時情報やその他の情報を記憶することができる。

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、スイッチセンサ回路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、電力供給回路１１０、圧電素子駆動回路１１１が接続されている。これらの回路は、ＭＰＵ１００の制御により動作するものである。

ＭＰＵ１００は、撮影レンズユニット２００ａ内のレンズ制御回路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２００ａが接続されるとＭＰＵ１００へ信号を送信する機能も有する。これにより、レンズ制御回路２０１は、ＭＰＵ１００との間で通信を行い、ＡＦ駆動回路２０２及び絞り駆動回路２０３を介して撮影レンズユニット２００ａ内の撮影レンズ２００及び絞り２０４の駆動を行う。なお、図１では便宜上１枚の撮影レンズ２００のみを図示しているが、実際は多数のレンズ群によって構成される。

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の制御により撮影レンズ２００内のフォーカスレンズ位置を変化させ、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等によって構成され、レンズ制御回路２０１の制御により絞り２０４を変化させ、光学的な絞り値を得る。

メインミラー６は、図１に示す撮影光軸に対して４５°の角度に保持された状態で、撮影レンズ２００を通過する撮影光束をペンタダハミラー２２へ導くと共に、その一部を透過させてサブミラー３０へ導く。サブミラー３０は、メインミラー６を透過した撮影光束を焦点検出センサユニット３１へ導く。

ミラー駆動回路１０１は、例えばＤＣモータとギヤトレイン等によって構成され、メインミラー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に駆動する。メインミラー６が駆動すると、同時にサブミラー３０も、焦点検出センサユニット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に移動する。

焦点検出センサユニット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からなるラインセンサ等によって構成され、位相差方式の焦点検出を行う。焦点検出センサユニット３１から出力される信号は、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に送信される。ＭＰＵ１００は、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、これに基づいて、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。

ペンタダハミラー２２は、メインミラー６により反射された撮影光束を正立正像に変換反射する。撮影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。ペンタダハミラー２２は、撮影光束の一部を測光センサ２３へも導く。測光回路１０６は、測光センサ２３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、輝度信号に基づいて露出値を算出する。

シャッタユニット（機械フォーカルプレーンシャッタ）３２は、撮影者がファインダにより被写体像を観察している時には、シャッタ先幕が遮光位置にあると共に、シャッタ後幕が露光位置にある。次いで、撮影時には、シャッタ先幕が遮光位置から露光位置へ移動する露光走行を行って被写体からの光を通過させ、撮像素子３３で撮像を行う。所望のシャッタ秒時の経過後、シャッタ後幕が露光位置から遮光位置へ移動する遮光走行を行って撮影を完了する。機械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により制御される。

撮像ユニット４００は、光学ローパスフィルタ４１０、圧電部材である圧電素子４３０、撮像素子３３が後述する他の部品と共にユニット化されたものである。撮像素子３３は、被写体の光学像を電気信号に変換するものであり、本実施の形態ではＣＭＯＳセンサが用いられるが、その他にもＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型及びＣＩＤ型等様々な形態があり、いずれの形態の撮像デバイスを採用してもよい。撮像素子３３の前方に配置された光学ローパスフィルタ４１０は、水晶からなる１枚の複屈折板であり、その形状は矩形状である。圧電素子４３０は、単板の圧電素子（ピエゾ素子）であり、ＭＰＵ１００の指示を受けた圧電素子駆動回路１１１により加振され、その振動を光学ローパスフィルタ４１０に伝えるように構成されている。

クランプ／ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路３４は、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うものであり、クランプレベルを変更することも可能である。ＡＧＣ（自動利得調整装置）３５は、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うものであり、ＡＧＣ基本レベルを変更することも可能である。Ａ／Ｄ変換器３６は、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。

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等、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の指示に従って、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できる。さらに、映像信号処理回路１０４は、ＪＰＥＧ等の画像データ圧縮処理を行うこともできる。連写撮影等、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できる。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できる。

メモリコントローラ３８は、外部インタフェース４０から入力される画像データをメモリ３９に記憶し、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から出力する機能を有する。なお、外部インタフェース４０は、後述する図２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が相当する。メモリ３９としては、カメラ本体１に着脱可能なフラッシュメモリ等が用いられる。

スイッチセンサ回路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。スイッチＳＷ１（７ａ）は、レリーズボタン７（図２参照）の第１ストローク（半押し）によりＯＮする。スイッチＳＷ２（７ｂ）は、レリーズボタン７の第２ストローク（全押し）によりＯＮする。スイッチＳＷ２（７ｂ）がＯＮされると、撮影開始の指示がＭＰＵ１００に送信される。また、スイッチセンサ回路１０５には、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、クリーニング指示操作部材４４が接続されている。

ＬＣＤ駆動回路１０７は、ＭＰＵ１００の指示に従って、ＬＣＤ表示パネル９やファインダ内液晶表示装置４１を駆動する。

バッテリチェック回路１０８は、ＭＰＵ１００の指示に従って、バッテリチェックを行い、その検出結果をＭＰＵ１００に送信する。電源４２は、カメラの各要素に対して電源を供給する。

時刻計測回路１０９は、メインスイッチ４３がＯＦＦされて次にＯＮされるまでの時間や日付を計測し、ＭＰＵ１００からの指示に従って、計測結果をＭＰＵ１００に送信する。

図２及び図３は、本実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの外観を示す図である。具体的には、図２は、カメラを前面側から見た斜視図であって、撮影レンズユニット２００ａを外した状態を示している。図３は、カメラを撮影者側（背面側）から見た斜視図である。

図２において、１はカメラ本体であり、撮影時に撮影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２００ａ（図１参照）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２００ａ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２００ａ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、音声通信などを可能なように構成してもよい。

４は撮影レンズユニット２００ａ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２００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、メインミラー６が配設されている。メインミラー６は、撮影光束をペンタダハミラー２２（図１参照）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１参照）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レリーズボタン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。

レリーズボタン７は、第１ストローク（半押し）でスイッチＳＷ１（７ａ）がＯＮし、第２ストローク（全押し）でスイッチＳＷ２（７ｂ）がＯＮする構成となっている。

また、動作モード設定ボタン１０は、レリーズボタン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１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とが配置され、図２におけるカメラ上部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が設けられていて、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とが納められている。

図３において、カメラ背面の上方には、ファインダ接眼窓１８が設けられている。また、カメラ背面の中央付近には、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の横には、サブ操作ダイヤル２０が配置されている。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うものである。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。シャッタスピード及びレンズ絞り値の各々を撮影者の意志により設定するマニュアルモードでは、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を選択するためにも使用される。

また、カメラ背面には、カメラの動作を起動若しくは停止するためのメインスイッチ４３と、手作業クリーニングモードを動作させるための手作業クリーニング指示操作部材４４とが配置されている。手作業クリーニング指示操作部材４４は、詳しくは後述するが、光学ローパスフィルタ４１０の表面に付着した塵埃等の異物を手動で除去するための動作を指示するためのものである。

次に、本実施の形態における光学ローパスフィルタ４１０を加振する異物搬送構造について説明する。

図４は、本実施の形態における撮像ユニット４００の周り保持構造を示すためのカメラ内部の構成を概略的に示す分解斜視図である。図５は、図４における撮像ユニット４００の構成を概略的に示す分解斜視図である。

図４において、カメラ本体１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、シャッタユニット３２が配設される。また、本体シャーシ３００の撮影者側には、撮像ユニット４００が配設される。撮像ユニット４００は、撮影レンズユニット２００ａが取り付けられる基準となるマウント部２の取付面に撮像素子３３の撮像面が所定の距離を空けて且つ平行になるように調整されて固定される。

図５において、光学ローパスフィルタ４１０は、水晶からなる１枚の複屈折板であり、その形状は矩形状である。この光学ローパスフィルタ４１０が本発明でいう光軸上に配設された光学部材に相当するものである。光学ローパスフィルタ４１０は、撮影有効領域の両側に圧電素子４３０ａ（第１の加振手段）及び４３０ｂ（第２の加振手段）を配置し、撮影光軸中心に対して直交する方向（カメラ左右方向）は対称である。このようにした光学ローパスフィルタ４１０の表面には、光学的なコーティングが施されている。

圧電素子４３０ａ及び４３０ｂは、単板の矩形の短冊形状を呈し、光学ローパスフィルタ４１０の周縁部において、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂの長辺が光学ローパスフィルタ４１０の短辺（側辺）に平行になるように配置されて接着保持される（貼着される）。この圧電素子４３０ａ及び４３０ｂが本発明でいう光学部材を振動させる矩形状の振動手段に相当するものである。すなわち、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂは、光学ローパスフィルタ４１０のカメラ左右方向の辺の付近に平行に貼着され、辺に平行な複数の節部を有するように光学ローパスフィルタ４１０を波状に振動させる。

４２０は樹脂製又は金属製の光学ローパスフィルタ保持部材であり、光学ローパスフィルタ４１０を保持し、撮像素子保持部材５１０にビス固定される。

圧電素子４３０ａ及び４３０ｂは、電圧の印加により光軸と直交する方向に主として伸縮振動し、光学ローパスフィルタ４１０を振動させる。

４４０は付勢部材であり、光学ローパスフィルタ４１０及び遮光マスクを撮像素子３３の方向に付勢し、光学ローパスフィルタ保持部材４２０に係止される。付勢部材４４０の詳細な構成については後述する。付勢部材４４０はカメラ本体１のグランドに接地され、光学ローパスフィルタ４１０の表面（光学的なコーティングが施された面）もカメラ本体１のグランドに接地される。これにより、光学ローパスフィルタ４１０の表面への塵埃等の静電気的な付着を抑制することができる。

４５０は断面が円形の枠状の弾性部材であり、光学ローパスフィルタ４１０と光学ローパスフィルタ保持部材４２０とで挟まれて密着保持される。この密着力は、付勢部材４４０の撮像素子３３方向への付勢力により決定される。なお、弾性部材４５０はゴムでもよいし、弾性体であれば、ポロンやプラスチック等の高分子重合体を用いてもよい。

４６０は位相板（偏光解消板）と赤外カットフィルタと光学ローパスフィルタ４１０に対して屈折方向が９０°異なる複屈折板とを貼り合わせた光学部材であり、光学ローパスフィルタ保持部材４２０に接着固定される。

５１０は板状の撮像素子保持部材であり、矩形の開口部を有し、その開口部に撮像素子３３を露出させるように撮像素子３３が固着する。撮像素子保持部材５１０の周囲には、ミラーボックス５に３ヵ所でビス固定するための腕部が設けられている。

５２０は撮像素子３３に撮影光路外からの余計な光が入射することを防ぐためのマスクであり、光学ローパスフィルタ保持部材４２０と撮像素子３３とで挟まれて密着保持される。

５３０は左右一対の板バネ状の撮像素子付勢部材であり、撮像素子保持部材５１０にビス固定され、撮像素子３３を撮像素子保持部材５１０に押し付ける。

以上の構成をとることにより、光学ローパスフィルタ４１０は、付勢部材４４０と弾性部材４５０とで挟み込まれて振動自在に支持される。

図６は、図５における圧電素子４３０ａ及び４３０ｂの詳細を説明するための図である。

図６において、圧電素子４３０のＢ面は、光学ローパスフィルタ４１０に定在波振動を励起するための＋相と、Ｇ相とに分割されている。また、圧電素子４３０のＣ面は、不図示の導電材等により電気的に接続されてＢ面のＧ相と同電位に保たれている。Ｂ面には不図示の圧電素子用フレキシブルプリント基板が接着等により固着され、＋相、Ｇ相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。Ｃ面が光学ローパスフィルタ４１０に接着等により固着され、圧電素子４３０と光学ローパスフィルタ４１０とが一体的に運動するように構成されている。

次に、図７〜図１０を用いて、手作業クリーニングモードを動作させる際の処理について説明する。ここでいう手作業クリーニングモードとは、光学ローパスフィルタ４１０の表面に付着した塵埃等の異物を、溶剤等を使用して手作業によって拭き取るためのモードである。

図７は、本実施の形態において手作業クリーニングモードを動作させる際の処理を示すフローチャートである。

図７において、まず、ステップＳ７０１では、手作業クリーニング指示操作部材４４が操作されるとカメラの状態が手作業クリーニングモードへ移行する。このとき、電力供給回路１１０は、手作業クリーニングモードに必要な電力をカメラの各部へ供給する。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。

続くステップＳ７０２では、シャッタ先幕を走行させる。これは光学ローパスフィルタ４１０を加振した後にシャッタを走行させると、光学ローパスフィルタ４１０上の異物が影響を受ける虞があるためである。ステップＳ７０２終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図８に示す。図８では、異物が光学ローパスフィルタ４１０の全面に付着している。

続くステップＳ７０３では、第１の駆動を行う。具体的には、まず、ＭＰＵ１００が圧電素子駆動回路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、光学ローパスフィルタ４１０の定在波振動を励起する周期電圧を生成し、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加する。圧電素子４３０ａ及び４３０ｂを用いて次数の１つ異なる２つの曲げ振動を励起することで、光学ローパスフィルタ４１０に搬送波を発生させる。これにより、光学ローパスフィルタ４１０上の異物は図８に示すＸ方向正の向きに搬送される。この異物の搬送動作の詳細については後述する。光学ローパスフィルタ４１０に生じる搬送波は、弾性部材４５０が配置されている位置では搬送波の振幅が下がるため、搬送能力が落ちる。このため、搬送された異物は弾性部材４５０が配置された位置Ｘ’（図８参照）までくると搬送されにくくなり、位置Ｘ’付近に溜まる。

続くステップＳ７０４では、第１の駆動と同時にタイマを作動させて、第１の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ１を超えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ１を超えるまで第１の駆動を行う。ここでいう所定の時間ｔ１とは光学ローパスフィルタ４１０の左端に付着していた異物が、位置Ｘ’に移動するのに要する時間である。所定の時間ｔ１の求め方については後述する。ステップＳ７０４終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図９に示す。図９では、異物が光学ローパスフィルタ４１０の端部付近にある。この場合、ミラーボックスやシャッタの影響を受けて、手作業でクリーニングを行うことが困難である。

続くステップＳ７０５では、第２の駆動を行う。これは第１の駆動で位置Ｘ’に集めた異物を、光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に移動させ、手作業でのクリーニングを行いやすくすることが目的である。第２の駆動では圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加する電圧の周期及び振幅を上げると共に、位相の差を変化させることで、第１の駆動より搬送力を上げた状態で、第１の駆動とは反対向きに搬送を行う。第２の駆動の詳細についても後述する。

続くステップＳ７０６では、第２の駆動と同時にタイマを作動させて、第２の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ２を超えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ２を超えるまで第２の駆動を行う。ここでいう所定の時間ｔ２とは位置Ｘ’にある異物が光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に移動するのに要する時間である。ステップＳ７０６終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図１０に示す。

最後に、ステップＳ７０７において、ミラーアップを行い、本処理を終了する。

図７の処理によれば、手作業クリーニングモードにおいて、異物を光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に集めることができる。このため、中央部を縦方向に拭くだけで容易に異物を除去することができ、もって光学ローパスフィルタ４１０の手作業によるクリーニングを容易にすることができる。

なお、本実施の形態ではクリーニング指示操作部材４４を設けたが、クリーニングモードへの移行を指示するための操作部材はこれに限定されるものではない。例えば、クリーニングモードへの移行を指示するための操作部材は、機械的なボタンに限らず、カラー液晶モニタ１９に表示されたメニューから、カーソルキーや指示ボタン等を用いて指示するものであってもよい。

次に、図１１〜図１９を用いて、異物の搬送動作について説明をする。

本実施の形態では、光学ローパスフィルタ４１０に接着された圧電素子４３０ａ及び４３０ｂを複数回（少なくとも２回）に亘って駆動して、次数の１つ異なる二つの曲げ振動を、時間位相をずらして励起することによって異物の搬送を行う。なお、搬送動作の原理の説明に目的を絞るため、必要最小限の構成である、光学ローパスフィルタ４１０、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂの構成で説明を行う。

図１１は、本実施の形態における光学ローパスフィルタ４１０に励起される２つの振動モードの周波数と振幅の関係を示すグラフである。

図１１に示すように、ｆ（ｍ）で示される周波数でｍ次の振動モードが励起され、ｆ（ｍ＋１）で示される周波数でｍ＋１次の振動モードが励起される。ここで、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加する電圧の周波数ｆをｆ（ｍ）＜ｆ＜ｆ（ｍ＋１）に設定すると、ｍ次のモードとｍ＋１次のモード両方の共振を利用することができる。ｆをｆ＜ｆ（ｍ）に設定すると、ｍ次の共振を利用することはできるが、ｆ（ｍ＋１）次の共振点から離れるため、ｍ＋１次モードの振幅を大きくすることは困難となる。また、ｆ（ｍ＋１）＜ｆとした場合は、ｍ＋１次のモードのみ振幅が大きくなってしまう。本実施の形態では、両方の振動モードを利用するため、周波数ｆはｆ（ｍ）＜ｆ＜ｆ（ｍ＋１）となる範囲で設定する。

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、ｍが奇数の場合のｍ次、及びｍ＋１次の振動モード形状、並びに圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加される電圧を示す図であり、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、ｍが偶数の場合のｍ次、及びｍ＋１次の振動モード形状、並びに圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加される電圧を示す図である。

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）では、ｍが奇数の時の例としてｍ＝９の場合を示す。図１２（Ａ）に示すように、それぞれのモードで圧電素子４３０の長手方向に平行な向きに（同一方向に）複数の節が等間隔で現れる。図１２（Ｂ）には、それぞれのモードで圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加する交流電圧の振幅と時間的位相が、実数成分と虚数成分で表されている。（１）はｍ次の振動モードの、（２）はｍ＋１次の振動モードの、（３）はｍ＋１次の振動モードを９０°時間位相をずらしたものの、交流電圧を示している。なお、ここでは、ある周波数の交流電圧に対するｍ次振動モードとｍ＋１次振動モードの振幅比をＡ：１として、２つのモードで同じ振幅を出すために、各モードの電圧をｍ次の振動モードの振幅で規格化している。光学ローパスフィルタ４１０にｍ次の振動モードと、時間位相が９０°異なるｍ＋１次の振動モードを同時に励起させるためには、（１）と（３）の交流電圧を足せばよい。すなわち（４）に示すような、交流電圧を印加すればよい。

同様にして、図１３にはｍが偶数の時の例としてｍ＝１０の場合において、振動モード形状と圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加される交流電圧とを示す。

なお、本実施の形態では、ｍ次とｍ＋１次の振動モードの位相差を９０°としたが、交流電圧の振幅、位相、及び周波数を制御することで２つのモードの重ね合わせ方は任意に制御することが可能である。

次に、上記の制御方法によって、２つの振動モードを同時に励起した場合の光学ローパスフィルタ４１０の挙動について説明する。

図１４に示すように、光学ローパスフィルタ４１０に対して、９次と１０次の振動モードを同時に励起する場合を考える。図中Ａ，Ｂで示されているのが、９次、１０次の振動モード形状である。光学ローパスフィルタ４１０の左端から右端までを０〜３６０の数値で表している。また図中に示すように、光学ローパスフィルタ４１０の長辺方向をＸ，短辺方向をＹ、面の法線方向をＺとする。

上記の２つのモードを時間位相を９０°ずらして、同時に励起した場合の光学ローパスフィルタ４１０の各時間位相ごとの挙動を図１５〜図１８に示す。図１５〜図１８における各時間位相において、図中Ｃは９次の振動モード波形、Ｄは１０次の振動モード波形を表す。また、Ｅが２つのモードが合成された波形、つまり実際の光学ローパスフィルタ４１０の振幅を表している。Ｆは光学ローパスフィルタ４１０のＺ方向の加速度である。

光学ローパスフィルタ４１０上に付着した異物は、光学ローパスフィルタ４１０が変形することによって、法線方向の力を受けて移動して行く。つまり、Ｚ方向の加速度を示す曲線Ｆが正の値をとるとき、異物は面外に突き上げられ、この時間位相における光学ローパスフィルタ４１０の変位を示す曲線Ｅの法線方向の力を受ける。図中ｒｎ（ｎ＝１，２，３，…）で示した区間では、異物は右方向（Ｘ方向の正の向き）に力を受ける。図中ｌｎ（ｎ＝１，２，３，…）で示した区間では、異物は左方向（Ｘ方向負の向き）に力を受ける。結果として、Ｘｎ（ｎ＝１，２，３，…）で示す場所に異物は移動する。本実施の形態では、このＸｎ（ｎ＝１，２，３，…）が時間位相が進むにつれてＸ方向正の向きに移動して行くことによって、異物がＸ方向正の向きに移動して行く。

また、上述した本実施の形態では２つのモードの時間位相差を９０°としたが、これに限らず、０°より大きく１８０°より小さく設定してもよい。この場合でも上記Ｘｎにあたる箇所がＸ方向正の向きに移動して行くため、異物をＸ方向正の向きに搬送することが可能である。また２つのモードの時間位相差が−１８０°より大きく０°より小さい場合は、上記Ｘｎに相当する箇所がＸ方向負の向きに移動して行くため、上記の例とは反対方向に異物を搬送することが可能である。

一方、異物の搬送力は光学ローパスフィルタ４１０の加速度によって決定される。光学ローパスフィルタの加速度ａは、駆動周波数をｆ、振幅をＰ、駆動電圧をＶ、ｋ１、ｋ２を比例定数として、以下の式で表される。

ａ＝ｋ_１Ｐ（２πｆ）^２＝ｋ_２Ｖ（２πｆ）^２
また、異物が光学ローパスフィルタ４１０から受ける力は、上式の加速度ａに比例する。よって、異物の搬送力は光学ローパスフィルタ４１０の振幅及び駆動周波数の二乗に比例することが分かる。本実施の形態において、弾性部材４５０が光学ローパスフィルタ４１０に接している箇所に異物が集積するのは、弾性部材４５０によって振動が減衰してしまい、搬送力が下がるためである。

また、上式より、圧電素子４３０に印加する交流電圧Ｖと周波数fを上げることで、搬送力が上がることが分かる。

異物が移動する速度は、駆動する周波数、２つのモードの位相差に依存する。このため、ある駆動条件における異物の移動速度は、予め求めておくことが可能である。つまり図１９に示すように、光学ローパスフィルタ４１０の左端から右端までの距離をＬとして、実験的に求めた速度、Ｖ１，Ｖ２より駆動時間ｔ１，ｔ２を決定しておくことが可能である。

以上詳述したように、本実施の形態では、光学ローパスフィルタ４１０の中央付近縦１列に異物が集積されるので、中央部を縦に拭くだけで、容易に異物を清掃することができる。また、光学ローパスフィルタ４１０の端部に付着していた異物も、中央付近に集まってくるため、確実に異物を取り除くことが可能である。

次に、図２０を用いて、手作業クリーニングモードを動作させる際の処理の変形例について説明する。

図２０は、本実施の形態において手作業クリーニングモードを動作させる際の処理の変形例を示すフローチャートである。

図２０において、まず、ステップＳ２００１では、手作業クリーニング指示操作部材４４が操作されるとカメラの状態が手作業クリーニングモードへ移行する。このとき、電力供給回路１１０は、手作業クリーニングモードに必要な電力をカメラの各部へ供給する。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。

続くステップＳ２００２では、図７におけるステップＳ７０２と同様に、シャッタ先幕を走行させる。

続くステップＳ２００３では、ミラーアップを行う。これにより、撮像素子３３に光が取り込まれるようになる。

続くステップＳ２００４では、図７におけるステップＳ７０３と同様に、第１の駆動を行う。

続くステップＳ２００５では、図７におけるステップＳ７０４と同様に、第１の駆動と同時にタイマを作動させて、第１の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ１を超えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ１を超えるまで第１の駆動を行う。

続くステップＳ２００６では、図７におけるステップＳ７０５と同様に、第２の駆動を行う。

続くステップＳ２００７では、撮像素子３３等を用いて画像（撮影画像）を取得する。取得された画像はＭＰＵ１００に送られる。

続くステップＳ２００８では、ＭＰＵ１００は、取得された画像に基づいて、異物が所定の範囲に存在するか否かを判別する。ここでいう所定の範囲とは光学ローパスフィルタ４１０の中央付近である。そして、異物が所定の範囲に移動するまで、ステップＳ２００６及びステップＳ２００７の処理を繰り返す。

ステップＳ２００８の判別の結果、異物が所定の範囲に存在するときは（ステップＳ２００８でＹＥＳ）、本処理を終了する。

図２０の処理によれば、撮像素子３３等により取得された画像に基づいて第２の駆動を制御するので、異物を確実に光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に集めることができ、上述した図７の処理と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置について説明する。

本実施の形態は、その構成、作用が第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

本実施の形態に係る撮像装置における光学ローパスフィルタ４１０には、図２２に示すように、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂの他、光学ローパスフィルタ４１０のカメラ上下方向の辺の付近に平行に圧電素子４３０ｃ及び４３０ｄが貼着されている。

次に、図２１〜図２６を用いて、手作業クリーニングモードを動作させる際の処理について説明する。

図２１は、本実施の形態において手作業クリーニングモードを動作させる際の処理を示すフローチャートである。

図２１において、まず、ステップＳ２１０１では、手作業クリーニング指示操作部材４４が操作されるとカメラの状態が手作業クリーニングモードへ移行する。このとき、電力供給回路１１０は、手作業クリーニングモードに必要な電力をカメラの各部へ供給する。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。

続くステップＳ２１０２では、シャッタ先幕を走行させる。これは光学ローパスフィルタ４１０を加振した後にシャッタを走行させると、光学ローパスフィルタ４１０上の異物が影響を受ける虞があるためである。ステップＳ２１０２終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図２２に示す。図２２では、異物が光学ローパスフィルタ４１０の全面に付着している。

続くステップＳ２１０３では、第１の駆動を行う。具体的には、まず、ＭＰＵ１００が圧電素子駆動回路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、光学ローパスフィルタ４１０の定在波振動を励起する周期電圧を生成し、圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加する。圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加される交流電圧の位相をずらすことで、光学ローパスフィルタ４１０に搬送波を発生させる。これにより、光学ローパスフィルタ４１０上の異物は図２２に示すＸ方向正の向きに搬送される。光学ローパスフィルタ４１０に生じる搬送波は、弾性部材４５０が配置されている位置では搬送波の振幅が下がるため、搬送能力が落ちる。このため、搬送された異物は弾性部材４５０が配置された位置Ｘ’（図２２参照）までくると搬送されにくくなり、位置Ｘ’付近に溜まる。

続くステップＳ２１０４では、第１の駆動と同時にタイマを作動させて、第１の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ１を越えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ１を超えるまで第１の駆動を行う。ここでいう所定の時間ｔ１とは光学ローパスフィルタ４１０の左端に付着していた異物が、位置Ｘ’に移動するのに要する時間である。ステップＳ２１０４終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図２３に示す。図２３では、異物が光学ローパスフィルタ４１０の端部付近にある。この場合、ミラーボックスやシャッタの影響を受けて、手作業でクリーニングを行うことが困難である。

続くステップＳ２１０５では、第２の駆動を行う。これは第１の駆動で位置Ｘ’に集めた異物を、光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に移動させることが目的である。第２の駆動では圧電素子４３０ａ及び４３０ｂに印加する電圧の周期及び振幅を上げると共に、位相の差を変化させることで、第１の駆動より搬送力を上げた状態で、第１の駆動とは反対向きに搬送を行う。

続くステップＳ２１０６では、第２の駆動と同時にタイマを作動させて、第２の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ２を超えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ２を超えるまで第２の駆動を行う。ここでいう所定の時間ｔ２とは位置Ｘ’にある異物が光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に移動するのに要する時間である。ステップＳ２１０６終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図２４に示す。

続くステップＳ２１０７では、第３の駆動を行う。具体的には、圧電素子４３０ｃ及び４３０ｄに位相をずらした交流電圧を印加して、図２４に示すＹ方向正の向きに異物を搬送する。

続くステップＳ２１０８では、第３の駆動と同時にタイマを作動させて、第３の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ３を超えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ３を超えるまで第３の駆動を行う。ここでいう所定の時間ｔ３とは光学ローパスフィルタ４１０の下端にある異物が、位置Ｙ’に移動するのに要する時間である。ステップＳ２１０８終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図２５に示す。図２５では、異物が弾性部材４５０上の位置Ｙ’に集積している。

続くステップＳ２１０９では、第４の駆動を行う。具体的には、圧電素子４３０ｃ及び４３０ｄにステップＳ２１０７より周波数と電圧とを上げて、位相を変化させた交流電圧を印加して、図２５に示すＹ方向負の向きに異物を搬送する。

続くステップＳ２１１０では、第４の駆動と同時にタイマを作動させて、第４の駆動の駆動時間ｔが所定の時間ｔ４を超えたか否かを判別し、駆動時間ｔが所定の時間ｔ４を超えるまで第４の駆動を行う。ここでいう所定の時間ｔ４とは光学ローパスフィルタ４１０の上端、位置Ｙ’にある異物が、光学ローパスフィルタ４１０の中央付近に移動するのに要する時間である。ステップＳ２１１０終了時点での光学ローパスフィルタ４１０上の異物の付着状況を図２６に示す。

続くステップＳ２１１１では、ミラーアップを行い、本処理を終了する。

図２１の処理によれば、手作業クリーニングモードにおいて、異物を光学ローパスフィルタ４１０の中央付近一点に集めることができる。このため、中央部を拭くだけで容易に異物を除去することができ、もって光学ローパスフィルタ４１０の手作業によるクリーニングを容易にすることができる。

なお、図２１の処理では、異物の搬送をＸ方向、Ｙ方向の順に行ったが、この順番に限定されるものではない。また、Ｘ方向の搬送波とＹ方向の搬送波とを同時に励起して、異物を斜めに搬送するようにしてもよい。また、上述した図２０の処理と同様に、撮像素子３３等により取得された画像に基づいて異物の位置を算出し、搬送波駆動の制御を行うようにしてもよい。

なお、本発明でいう光学部材は光学ローパスフィルタ４１０に限定されるものではない。上述した各実施の形態では水晶複屈折板に複数の定在波振動を励起する構成としたが、複屈折板の材質は水晶ではなくニオブ酸リチウムを用いてもよい。また、複屈折板と位相板と赤外吸収フィルタとの貼り合わせによって構成される光学ローパスフィルタや赤外吸収フィルタ単体に定在波振動を励起する構成にしてもよい。また、複屈折板の前に配置したガラス板単体に定在波振動を励起する構成にしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの主要部の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの外観を示す図である。本実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの外観を示す図である。本実施の形態における撮像ユニットの周り保持構造を示すためのカメラ内部の構成を概略的に示す分解斜視図である。図４における撮像ユニットの構成を概略的に示す分解斜視図である。図５における圧電素子の詳細を説明するための図である。本実施の形態において手作業クリーニングモードを動作させる際の処理を示すフローチャートである。図７におけるステップＳ７０２終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。図７におけるステップＳ７０４終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。図７におけるステップＳ７０６終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。本実施の形態における光学ローパスフィルタに励起される２つの振動モードの周波数と振幅の関係を示すグラフである。（Ａ）及び（Ｂ）は、ｍが奇数の場合のｍ次、及びｍ＋１次の振動モード形状、並びに圧電素子に印加される電圧を示す図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、ｍが偶数の場合のｍ次、及びｍ＋１次の振動モード形状、並びに圧電素子に印加される電圧を示す図である。本実施の形態における光学ローパスフィルタに対して、９次と１０次の振動モードを同時に励起する場合を説明するための図である。本実施の形態における光学ローパスフィルタにおいて、２つの振動モードを時間位相を９０°ずらして同時に励起した場合の各時間位相ごとの挙動を示すグラフである。本実施の形態における光学ローパスフィルタにおいて、２つの振動モードを時間位相を９０°ずらして同時に励起した場合の各時間位相ごとの挙動を示すグラフである。本実施の形態における光学ローパスフィルタにおいて、２つの振動モードを時間位相を９０°ずらして同時に励起した場合の各時間位相ごとの挙動を示すグラフである。本実施の形態における光学ローパスフィルタにおいて、２つの振動モードを時間位相を９０°ずらして同時に励起した場合の各時間位相ごとの挙動を示すグラフである。本実施の形態における光学ローパスフィルタ上に付着した異物の移動速度の求め方を説明するための図である。本実施の形態において手作業クリーニングモードを動作させる際の処理の変形例を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態において手作業クリーニングモードを動作させる際の処理を示すフローチャートである。図２１におけるステップＳ２１０２終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。図２１におけるステップＳ２１０４終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。図２１におけるステップＳ２１０６終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。図２１におけるステップＳ２１０８終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。図２１におけるステップＳ２１１０終了時点での光学ローパスフィルタ上の異物の付着状況を示す図である。

符号の説明

１カメラ本体
３３撮像素子
１００ＭＰＵ
２００ａ撮影レンズユニット
４００撮像ユニット
４１０光学ローパスフィルタ
４３０，４３０ａ，４３０ｂ，４３０ｃ，４３０ｄ圧電素子
４５０弾性部材

Claims

被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前方に配置された光学部材と、
前記光学部材に搬送波が発生するように、前記光学部材を振動させる加振手段と、
前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を有し、
前記駆動手段は、前記光学部材に付着した異物を第１の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第１の駆動を第１の時間だけ行った後、前記異物を前記第１の方向とは反対方向となる第２の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第２の駆動を第２の時間だけ行うものであって、
前記第１の時間は、少なくとも、前記光学部材の前記第２の方向の端に付着した異物を、前記光学部材の前記第１の方向の端まで搬送するために必要な時間に設定され、
前記第２の時間は、前記光学部材の前記第１の方向の端に集められた異物を、前記光学部材の中央付近まで搬送するために必要な時間に設定されることを特徴とする撮像装置。
前記駆動手段は、前記第２の駆動にて発生する搬送波が、前記第１の駆動にて発生する搬送波よりも大きな搬送力を有するように、前記加振手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像素子を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記駆動手段が前記第２の駆動を行った後、前記撮像素子による撮像動作を行い、
前記撮像動作によって得られる前記電気信号から、前記異物が前記光学部材の中央付近に位置しているかどうかを判定し、
前記異物が前記光学部材の中央付近に位置していないと判定される場合に、前記駆動手段は、前記第１の駆動および前記第２の駆動を繰り返すことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の前方に配置された光学部材と、前記光学部材に搬送波が発生するように、前記光学部材を振動させる加振手段と、前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記駆動手段が、前記光学部材に付着した異物を第１の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第１の駆動を第１の時間だけ行い、
前記駆動手段が、前記第１の駆動を行った後、前記異物を前記第１の方向とは反対方向となる第２の方向に搬送する搬送波が前記光学部材に発生するように、前記加振手段を駆動する第２の駆動を第２の時間だけ行い、
前記第１の時間は、少なくとも、前記光学部材の前記第２の方向の端に付着した異物を、前記光学部材の前記第１の方向の端まで搬送するために必要な時間に設定され、
前記第２の時間は、前記光学部材の前記第１の方向の端に集められた異物を、前記光学部材の中央付近まで搬送するために必要な時間に設定されることを特徴とする撮像装置の制御方法。