JP5272757B2

JP5272757B2 - 撮像装置及びその異物除去プログラム

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Publication number: JP5272757B2
Application number: JP2009020834A
Authority: JP
Inventors: 直樹北岡
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP2010178219A

Description

本発明は、撮像素子に写り込むゴミを振動により除去する機能を備えた撮像装置及びその異物除去プログラムに関するものである。

従来、レンズ交換式のデジタル一眼レフカメラでは、レンズを交換した際に侵入する塵埃やカメラ内の駆動部品から発生する磨耗粉（以下、異物という）が、撮像素子の前面に配置された光学部材の表面に付着し、撮像素子で撮影した画像に写り込んでしまうという問題が生じていた。

そこで、撮像素子に写り込む異物を撮像素子の前方に配置した光学部材を振動させることにより除去するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２９３０９７号公報

光学部材を圧電素子により振動させる従来技術では、共振周波数の異なる振動モードを複数組み合わせて光学部材を振動させる方式が主流となっている。しかし、共振周波数が高い振動モードでは、振動形状の振幅が小さくなるために異物の除去効率が低下し、共振周波数の低い振動モードに比べて異物を除去し難いものとなっていた。これに対し、駆動電圧を高くして振幅を大きくしたり、駆動時間を長くすることにより異物の除去効率を高めることが考えられる。しかし、駆動電圧を上げると駆動回路が大型化し、消費電力も大きくなる。また、駆動時間を長くすると、ユーザの待ち時間が長くなり、使い勝手が悪くなるなどの不具合を生じることになる。

本発明の課題は、光学部材の表面に付着した異物を効率良く除去することができる撮像装置及びその異物除去プログラムを提供することにある。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、入射した被写体光を撮像素子側に射出する光学系と、前記光学系から射出された被写体光を光電変換面で光電変換する撮像素子と、前記光学系の光軸上において前記撮像素子と前記光学系との間に設けられる光学部材と、前記光学部材を振動させる複数の振動素子と、第１振動モードと、前記第１振動モードに比べて振幅周期の小さい第２振動モードの各振動モードに応じて前記振動素子を駆動する振動素子駆動手段と、前記各振動モードで前記光学部材の振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を変更する振動制御手段と、を備え、前記振動制御手段は、前記第２振動モードで前記振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を、前記第１振動モードで前記振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数よりも多くすることを特徴とする撮像装置である。
請求項５に記載の発明は、入射した被写体光を撮像素子側に射出する光学系と、前記光学系から射出された被写体光を光電変換面で光電変換する撮像素子と、前記光学系の光軸上において前記撮像素子と前記光学系との間に設けられる光学部材と、前記光学部材を振動させる複数の振動素子と、第１振動モードと、前記第１振動モードに比べて振幅周期の小さい第２振動モードの各振動モードに応じて前記振動素子を駆動する振動素子駆動手段と、前記振動素子駆動手段に前記振動素子を駆動させる制御部と、を備えた撮像装置に適用される異物除去プログラムであって、前記第２振動モードで前記光学部材の振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を、前記第１振動モードで前記振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数よりも多くする第１ステップを前記制御部に実行させることを特徴とする異物除去プログラムである。

なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、光学部材の表面に付着した異物を効率良く除去することができる撮像装置及びその異物除去プログラムを提供することができる。

実施形態に係わるカメラの構成を示すブロック図である。振動ユニットの構成を示す斜視図である。光学部材が共振したときの振動形状を示す説明図。（ａ）〜（ｄ）は撮像された白画面と光学部材上に付着した異物の位置との関係を示す説明図である。実施形態における異物除去処理の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係わる撮像装置及びその異物除去プログラムの実施形態について説明する。ここでは、本発明をデジタルカメラに適用した場合の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係わるカメラ１の構成を示すブロック図である。以下、各部について説明する。

撮影レンズ２は、入射した被写体光を屈折させて撮像部３側に出射する光学系であり、図示しない絞りユニット、及びシャッタユニットにより被写体光の光量が調節される。

撮像部３は、撮影レンズ２から出射された被写体光を撮像する回路であり、被写体光を露光して電気的な画像信号に変換して画像処理部７へ出力する。この撮像部３は、撮像素子４と、光学部材５と、振動ユニット６とを備えている。

撮像素子４は、被写体像を光電変換面で光電変換する集積回路であり、平面状に規則的に配置された固体撮像素子（及び電荷転送素子）により構成されている。光学部材５は、撮像素子４の前面に設けられ、撮像素子４の光電変換面に被写体像を結像させるものであり、被写体光の分光特性やフィルタリング特性を備えている。この光学部材５は、積層された複数枚の水晶板やフィルタなどで構成されている。

振動ユニット６は、電圧の印加により振動して光学部材５を振動させる振動発生手段である。図２は、振動ユニット６の構成を示す斜視図である。本実施形態の振動ユニット６は、光学部材５の前面側の左右両端部に、この光学部材５を振動させる振動素子として一対の圧電素子６１、６２が設置されている。各圧電素子は板状に形成されており、光学部材５における有効撮影領域外の左右両端部にそれぞれ接着により貼り付けられている。

また、圧電素子６１、６２の端部には、フレキシブルプリント基板６３、６４が接続されている。これらフレキシブルプリント基板６３、６４は圧電素子駆動回路９（図１）と電気的に接続されており、この圧電素子駆動回路９から振動モードに応じた共振周波数の交流電圧が印加される。

圧電素子６１又は圧電素子６１及び６２に特定の周波数（光学部材５の共振周波数）の交流電圧が印加されると、圧電素子６１の又は圧電素子６１及び６２の振動とともに光学部材５が共振して光学部材５の振動が発生する。そして、この振動により光学部材５の表面に付着した異物が除去されることになる。本実施形態では、通常の圧電素子駆動では振動モードに係わらず圧電素子６１のみを駆動対象とし、後述するように、白画面の位置Ｃに異物が存在する場合の圧電素子駆動では、振動モードＣのみ圧電素子６１と６２とを駆動対象とする。

画像処理部７は、撮像部３から出力された画像信号に対し、ノイズ除去、Ａ／Ｄ変換、色補正処理、サイズ変更、符号化などの、アナログ及びデジタルの画像処理を行い、最終的な画像データを作成する。この画像データはＤＲＡＭ１５に一時的に記憶される。

表示パネル８は、カメラ１の上面に配置された白黒の液晶ディスプレイパネルであり、撮影モード、絞り値、シャッタスピードなどの撮影情報などが表示される。

圧電素子駆動回路９は、上述した振動ユニット６に対して、各振動モードに応じた周波数の電圧を印加する。すなわち、圧電素子駆動回路９は、振動形状の異なる複数の各振動モードに応じて圧電素子を振動させる振動素子駆動手段として機能する。

制御部１０は、カメラ１全体の動作を制御する回路であり、マイクロプロセッサにより構成されている。

この制御部１０では、焦点調節のためのレンズ駆動量を演算し、撮影レンズ２の一部を光軸方向に移動させる不図示のレンズ内モータ又はボディ内モータを駆動して、焦点調節を行う。また、被写体光の輝度や、撮影レンズ２の種類、開放Ｆ値、焦点距離などのレンズ情報のほか、ユーザにより設定された撮影モード、図示しない感度設定部から入力された感度情報などに基づいて適正な露出値を演算する。そして、その露出値に応じた絞り値とシャッタスピード値を選択し、不図示の絞りユニットやシャッタユニットを駆動して露出制御を行う。

また、制御部１０は、ユーザ操作により異物除去処理が選択されたときに、撮像素子４により撮像された白画面の画像データに基づいて、光学部材５に付着している異物の位置を特定する異物位置手段として機能する。また、制御部１０は、特定された異物の位置に基づいて、この異物が振動形状の山部に存在する振動モードを特定し、この振動モードが振幅周期の短い振動モードであるときは、その振動モードで駆動する圧電素子の駆動条件を変更する振動制御手段として機能する。本実施形態では、圧電素子の駆動条件として、駆動する圧電素子の数を増やすようしている。ただし、異物が振動形状の山部に存在する振動モードが、振幅周期の短い振動モードである場合のみ圧電素子を増やし、その他の振動モードや、振幅周期が短い振動モードであっても、異物が振動形状の山部に存在しない場合には圧電素子の数を変更しないようにしている。なお、異物の位置の特定と、特定した異物が振動形状の山部に存在する振動モードについては後述する。

操作部材１１は、ユーザが制御部１０に対し各種指令を与えるための操作入力手段であり、不図示のダイヤル、ボタン、レバーなどで構成されている。

液晶モニタ１２は、カメラ１の背面に配置されたカラーの液晶ディスプレイである。この液晶モニタ１２には、表示パネル８と同じ撮影モード、絞り値、シャッタスピードなどの撮影情報が表示されるほか、メニュー画面、モード設定画面や、撮像された画像（再生画像）やライブビュー画像を含む動画などが表示される。ユーザは液晶モニタ１２に表示されたメニュー画面を通じて異物除去処理を選択することができる。

ＥＥＰＲＯＭ１３は、カメラ１の電源がオフしても記憶した情報を保持する不揮発性メモリであり、ユーザ設定やカスタム設定などの入力情報が記憶される。このＥＥＰＲＯＭ１３には、後述する圧電素子の駆動条件が記憶される。例えば、通常の圧電素子駆動では駆動条件として、圧電素子６１オン、圧電素子６２：オフとする（初期値）。これにより、振動モードに係わらず圧電素子６１のみが駆動対象となる（ただし、駆動条件の初期値は、圧電素子６１オフ、圧電素子６２：オンとしてもよい）。また、白画面の位置Ｃに異物が存在する場合の圧電素子駆動では、駆動条件として、圧電素子６１：オン、圧電素子６２：オンとする。これにより、振動モードＣでは圧電素子６１と６２とが駆動対象となる。

ＲＯＭ１４は、カメラ１の動作や制御に必要なプログラムのほか、このプログラムの実行に必要な初期値や設定値などが記憶される。

ＤＲＡＭ１５は、カメラ１の電源がオフしたときに記憶した情報が消去される揮発性メモリであり、上述した画像データのほか、画像処理部７や制御部１０などが処理を行う際に必要なデータが一時的に記憶される。

メモリカードＩ／Ｆ（インターフェース）部１６は、ＤＲＡＭ１５に記憶されている画像データをメモリカード１７に記録し、またメモリカード１７に記録されている画像データを読み出す機能を備えた書き込み／読み出し装置である。このメモリカードＩ／Ｆ部１６の図示しないメモリカードスロットには、メモリカード１７が着脱自在に装着される。

次に、振動ユニット６における振動モードと振動形状について説明する。図３は、光学部材５が共振したときの振動形状を示す説明図であり、圧電素子６１により光学部材５を異なる共振周波数で共振させたときの振動モードＡ〜Ｃでの振動形状を模式的に示している。各振動形状では、振幅運動の一方の形状を実線で示し、他方の形状を二点鎖線で示している。すなわち、圧電素子６１、６２に印加する交流電圧のサイクルに従って、対称な２つの振幅形状が周期的に発生することになる。

通常、圧電素子に印加する共振周波数が高くなるにつれて振動形状の振幅周期も短くなり、振幅も小さくなる。また、共振周波数が低くなるにつれて振動形状の振幅周期も長くなり、振幅も大きくなる。ここでは、振幅周期の大きな順に振動モードＡ、振動モードＢ、振動モードＣが設定されている。圧電素子６１のみで駆動する場合の振動モードＡ〜Ｃにおける振幅は、駆動電圧が同一であれば、ＨＡ＞ＨＢ＞ＨＣとなる。一方、圧電素子６１と６２を同時に駆動した場合（駆動電圧は同一とする）の振動モードＣの振幅は、振動モードＣ´に示すようにＨＣ´となる。この場合の振幅は、ＨＣ´＞ＨＣとなり、通常の振動モードＣの振幅よりも大きくなる。

なお、本実施形態では、説明を簡単にするため３つの振動モードを例とするが、振動モードの数はさらに多くてもよい。また、振動形状の「腹部」とは、振動形状の山（頂点付近）の区間をいい、「節部」とは、隣り合う腹部と腹部との間の区間をいう。

光学部材５の表面に付着した異物を除去する場合は、振動モードＡ、振動モードＢ、振動モードＣの順に異なる共振周波数による振動を発生させる。これによれば、光学部材５の有効撮影領域（横幅方向）では、振動モードＡ〜Ｃのいずれかの振動形状の山部による振幅が発生することになるため、光学部材５の有効撮影領域を含むほぼ全体を満遍なく振動させることができる。

各振動モードでは、振動ユニット６の振動時間とその回数が駆動回数として設定されている。例えば、振動モードＡにおいて５秒間×３回が駆動回数として設定されているとすると、異物除去処理が実行されるごとに、振動モードＡでは、５秒間×３回の駆動が行われる。振動モードＢ、振動モードＣについても、それぞれ所定の駆動時間と駆動回数が設定されている。

次に、制御部１０において、異物の位置の特定と、特定した異物が振動形状の山部に存在する振動モードを選択する場合の具体例について説明する。

図４（ａ）〜（ｄ）は、撮像された白画面と光学部材５上に付着した異物の位置との関係を示す説明図である。本実施形態の異物除去処理においては、光学部材５に付着している異物を検出するために、白画面の画像データを取得する必要がある。このような白画面の画像データは、撮影レンズ２の先端から１０ｃｍほど離れた位置に、明るく均一な白色被写体を固定し、これを画面いっぱいに撮影することにより取得される。本実施形態の異物除去処理を実施する場合、ユーザは上記のような手法により予め白画面の画像データを取得することになる。なお、白画面の画像データはＥＥＰＲＯＭ１３に記憶される。

図４（ａ）は、撮像された白画面の一例を示している（破線は分割された領域を示す）。光学部材５に異物が付着している場合は、例えば、図示のように有効撮影領域１００の中に異物１０１が写り込むことになる。制御部１０は、白画面の画像データをパターン認識等の手法により解析し、異物が存在する場合は、その異物が複数の領域に分割された有効撮影領域１００のどの領域に存在するかを特定し、その領域の位置情報をＤＲＡＭ２５に記憶する。

次に、制御部１０は、特定した異物１０１の位置に基づいて、この異物が振動モードＣにおける振動形状の山部に存在するかどうかを判定する。図４（ｂ）〜（ｄ）は、図３に示した振動モードＡ〜Ｃの山部を斜線、節部を白色で示している。すなわち、図４（ｂ）は振動モードＡの山部、図４（ｃ）は振動モードＢの山部、図４（ｄ）は振動モードＣの山部をそれぞれ示している。図４（ａ）に示す異物１０１は、振動モードＣの山部に存在するため、制御部１０は、振動モードＣの駆動条件を、圧電素子６１：オン、圧電素子６２：オンに変更して、ＥＥＰＲＯＭ１３に記憶する。

次に、本実施形態における異物除去処理の手順を図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。この異物除去処理のルーチンは、ＲＯＭ１４に記憶された異物除去処理プログラムを起動することにより実行される。

まず、制御部１０は、ＥＥＰＲＯＭ１３に記憶している駆動条件を初期値にリセットする（ステップＳ１０１）。駆動条件の初期値は、圧電素子６１オン、圧電素子６２：オフであり、圧電素子６１のみが駆動対象となっている。続いて、白画面の画像データがＥＥＰＲＯＭ１３に記憶されているかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、判定がＮＯであれば、ステップＳ１０９へ進み、ＹＥＳであれば、白画面の画像データを解析して（ステップＳ１０３）、異物が存在するかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、判定がＮＯであれば、ステップＳ１０８へ進み、ＹＥＳであれば、その異物が有効撮影領域のどの領域に位置するかを特定する（ステップＳ１０５）。続いて、制御部１０は、特定した異物が有効撮影領域の位置Ｃに存在するかどうか、すなわち、異物が振動モードＣの山部に存在するかどうかを判定する（ステップＳ１０６）。先に説明した図４の例では、異物１０１が振動モードＣの山部に存在しているため、判定結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１０７へ進む。

次に、制御部１０は、圧電素子の駆動条件を変更する。この変更により、駆動条件は、圧電素子６１オン、圧電素子６２：オンとなり、圧電素子６１と６２とが駆動対象となる。

なお、上記ステップＳ１０４、ステップＳ１０６の判定がいずれもＮＯであれば、駆動条件は初期値のままとなる。すなわち、異物が存在しない場合や、異物が存在していても、その異物が振動モードＣの山部に存在しない場合は、通常の駆動条件（初期値）により各振動モードが実行されることになる。

本実施形態の例では、異物が振動モードＣの山部に存在しているため、図３に示すように、振動モードＣでは駆動条件が変更されて振動モードＣ´となり、大きな振幅で光学部材５が振動することになる。

次に、制御部１０は、ＥＥＰＲＯＭ１３に記憶している白画面の画像データを削除する（ステップＳ１０８）。そして、圧電素子駆動回路９を制御して、ＥＥＰＲＯＭ１３に記憶している駆動条件に基づいて、各振動モードを実行する（ステップＳ１０９）。

上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）異物が振動形状の山部に存在する振動モードが振幅周期の短い振動モードであるときは、その振動モードで駆動する圧電素子の数を多くして、振幅が大きくなるようにしたので、光学部材５において異物の付着している部分を通常よりも大きな振幅で振動させることができる。したがって、光学部材５の表面に付着した異物を効率良く除去することができる。
（２）圧電素子の数を多くした場合でも、通常と同じ駆動電圧で駆動することができるため、駆動回路を大型化する必要がなく、消費電力の増加も抑えることができる。また、駆動時間を長くする必要がなく、ユーザの待ち時間を延ばすことがないので、使い勝手を向上させることができる。
（３）異物が振動形状の山部に存在しない振動モードで駆動する圧電素子の数を変更しないようにしたので、異物除去の効果が少ない振動モードの駆動において電力の無駄な消費を抑えることができる。
（変形形態）

以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明は以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態では、異物が振幅周期の短い振動モードの振動形状の山部に存在する場合は、その振動モードで駆動する圧電素子の数を多くするようにしているが、異物の有無に係わらず、振幅周期の短い振動モードで駆動する圧電素子の数を多くするようにしてもよい。
（２）振幅周期の短い振動モードによる異物除去処理が終了した後、異物の存在した領域の位置情報を記憶しておき、次回の異物除去処理で同一の領域に異物の存在が確認された場合は、圧電素子の数を多くするだけでなく、駆動回数が多くなるように制御してもよい。これによれば、同じ領域で除去されない異物に対して、集中的に大きな振幅により多くの振動を与えることができる。この場合、駆動回数に上限を設けておき、その上限値を越えても同じ領域に除去されない異物が存在する場合は、ユーザに対し光学部材５をブロアなどで掃除するよう促すメッセージを液晶モニタ１２に表示させるようにしてもよい。
（３）本実施形態では、白画面の画像データを解析して異物が存在しない場合に、通常の駆動条件又は変更された駆動条件に基づいて各振動モードを実行するようにしているが、異物が存在していなければ、白画面の画像データを削除した後、各振動モードを実行することなく処理を終了するようにしてもよい。
（４）本実施形態では、ＲＯＭ１４に記憶された異物除去処理プログラムを起動することにより異物除去処理が実行される例について示したが、制御部１０により実行される異物除去処理プログラムの一部又は全部に相当するプログラムが記録された記憶媒体を用意し、必要に応じてその記録媒体をカメラ１へ装着して内部に記録されているプログラムを読み込むようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形形態は適宜に組み合わせて用いることができるが、各実施形態の構成は図示と説明により明らかであるため、詳細な説明を省略する。さらに、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

５：光学部材、６：振動ユニット、９：圧電素子駆動回路、１０：制御部、１３：ＥＥＰＲＯＭ、１４：ＲＯＭ、１５：ＤＲＡＭ、６１，６２：圧電素子

Claims

入射した被写体光を撮像素子側に射出する光学系と、
前記光学系から射出された被写体光を光電変換面で光電変換する撮像素子と、
前記光学系の光軸上において前記撮像素子と前記光学系との間に設けられる光学部材と、
前記光学部材を振動させる複数の振動素子と、
第１振動モードと、前記第１振動モードに比べて振幅周期の小さい第２振動モードの各振動モードに応じて前記振動素子を駆動する振動素子駆動手段と、
前記各振動モードで前記光学部材の振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を変更する振動制御手段と、を備え、
前記振動制御手段は、前記第２振動モードで前記振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を、前記第１振動モードで前記振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数よりも多くすること
を特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記撮像素子により撮像された白画面の画像データに基づいて前記光学部材上に付着している異物の位置を特定する異物特定手段を備え、
前記振動制御手段は、前記第２振動モードで前記振動を実行する場合、前記異物特定手段により特定された異物が振動形状の腹部に存在するときには前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を多くし、前記異物が振動形状の腹部に存在しないときには前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を変更しないこと、
を特徴とする撮像装置。
請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
前記振動素子は、前記光学部材上の前記光軸を挟んで対向するように略並行に配置されること、
を特徴とする撮像装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記振動素子駆動手段は、同一の電圧にて複数の振動素子を駆動すること
を特徴とする撮像装置。
入射した被写体光を撮像素子側に射出する光学系と、前記光学系から射出された被写体光を光電変換面で光電変換する撮像素子と、前記光学系の光軸上において前記撮像素子と前記光学系との間に設けられる光学部材と、前記光学部材を振動させる複数の振動素子と、第１振動モードと、前記第１振動モードに比べて振幅周期の小さい第２振動モードの各振動モードに応じて前記振動素子を駆動する振動素子駆動手段と、前記振動素子駆動手段に前記振動素子を駆動させる制御部と、を備えた撮像装置に適用される異物除去プログラムであって、
前記第２振動モードで前記光学部材の振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を、前記第１振動モードで前記振動を実行するときに前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数よりも多くする第１ステップを前記制御部に実行させること
を特徴とする異物除去プログラム。
請求項５に記載の異物除去プログラムであって、
前記撮像素子により撮像された白画面の画像データに基づいて前記光学部材上に付着している異物の位置を特定する第２ステップと、
前記第２振動モードで前記振動を実行する場合、前記第２ステップにより特定された異物が振動形状の腹部に存在するときには前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を多くし、前記異物が振動形状の腹部に存在しないときには前記振動素子駆動手段に駆動させる前記振動素子の数を変更しないようにする第３ステップと、を前記制御部に実行させること
を特徴とする異物除去プログラム。