JP2010127986A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 デジタルカメラのゴミ対策として、振動によりゴミを落とす際に、カメラを大型化することなく、またコストアップを小さく、効率的に光学部品を振動させることが必要になる。
【解決手段】 被写体に照明光を照射する発光手段と、該発光手段に電圧を印加するための電力蓄積手段を備えていて、上記電力蓄積手段からの電圧を圧電素子に印加することで、上記光学部材を変位することで、専用の昇圧用電気回路を設ける必要を無くし、小型化、コスト削減したゴミ対策を備えたカメラを提供する。
【選択図】 図11
【解決手段】 被写体に照明光を照射する発光手段と、該発光手段に電圧を印加するための電力蓄積手段を備えていて、上記電力蓄積手段からの電圧を圧電素子に印加することで、上記光学部材を変位することで、専用の昇圧用電気回路を設ける必要を無くし、小型化、コスト削減したゴミ対策を備えたカメラを提供する。
【選択図】 図11
Description
本発明は、撮影光学系が着脱可能なデジタルカメラ等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C−MOS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、撮像素子の前面側に、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おり、撮像素子や光学ローパスフィルタや赤外線カット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。
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、それらの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、上記問題点を解決するために、撮像素子の前面にある光を透過する防塵部材を、圧電素子で振動させることで、防塵部材の表面に付着した塵埃等の異物を除去するものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2003-319222号公報
上記従来技術によれば、防塵部材の表面に付着した異物を除去するために、防塵部材に接合させた圧電素子に電圧を印加し、防塵部材を光軸方向に変位させ膜振動を発生させている。しかしながら、防塵部材に付着した異物を除去するためには、異物の防塵部材への付着力を上回る力を光軸方向に異物に対して加えることで、異物を防塵部材から分離させる必要があり、大きなエネルギーを要していた。
この圧電素子を駆動させるための高エネルギーを得るために、上記従来例では該圧電素子専用の昇圧用電気回路が設けられているが、このように専用の昇圧用電気回路を設けるとカメラの小型化、コスト削減には不利である。
そこで、本発明の目的は、専用の昇圧用電気回路を設ける必要を無くし、小型化、コスト削減したカメラを提供することである。
上記目的を達成するために請求項1に記載の本発明では、撮影光学系を着脱可能とするマウントと、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の被写体側に配設された光学部材と、該光学部材を振動させる加振用部材と、被写体に照明光を照射する発光手段と、該発光手段に電圧を印加するための電力蓄積手段とを有し、該電力蓄積手段から供給される、電源電圧よりも高い電圧を前記加振用部材に印加することで、前記光学部材を振動させることを特徴としている。
請求項2に記載の本発明では、前記光学部材は略矩形形状であり、その四辺の内の少なくとも一辺に接して加振用部材を配置し、前記光学部材を光軸と直角方向に変位させることを特徴としている。
請求項3に記載の本発明では、前記加振用部材は、電気機械変換素子であり、電気機械変換素子へ外部から駆動電圧を印加され、所定の振動を前記光学部材へ発生させる事を特徴としている。
請求項4に記載の本発明では、前記電気機械変換素子は、圧電素子で有る事を特徴としている。
請求項5に記載の本発明では、前記電力蓄積手段とは、内蔵フラッシュ発光用のコンデンサーであることを特徴としている。
請求項6に記載の本発明では、前記発光手段の発光と前記加振用部材の加振を同時に行うことを禁止する禁止制御手段を有することを特徴としている。
本発明によれば、光学部材を介して被写体の画像を取り込む撮像手段と、被写体に照明光を照射する発光手段と、該発光手段に電圧を印加するための電力蓄積手段を備えていて、上記電力蓄積手段からの電圧を圧電素子に印加することで、上記光学部材を変位することで、専用の昇圧用電気回路を設ける必要を無くし、小型化、コスト削減したカメラを提供することができる。
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
[カメラの説明]
本発明の好適な第1の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
本発明の好適な第1の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1〜図3により本発明を適用した撮像装置について説明する。図1および図2は本発明の実施形態であるデジタル一眼レフカメラの外観図を示し、図3はデジタル一眼レフカメラの電気的構成を示すブロック図である。図1はカメラ前方より見た斜視図であり、撮影レンズユニットを外した状態を示す。図2はカメラ背面側より見た斜視図である。
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(不図示)がカメラ本体に取り付けられる部位である。マウント接点21は、カメラ本体と撮影レンズユニットとの間で制御信号、状態信号、データ信号などを伝え合うと共に、各種電圧の電流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、撮影レンズを通ってきた光束を囲んだ形状である。また、撮影レンズを通った光をペンタプリズム22(図3参照),ファインダ接眼窓18へ導くため45°の角度に保持されるクイックリターンミラー6を内蔵している。
カメラ上部(正面より見て)左方には、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メイン操作ダイヤル8と、カメラの各動作モードを示すLCD表示パネル9と、撮影系の上面動作モード設定ボタン10が配置されている。シャッタボタン7は第1ストロークでSW1_7aがONし、第2ストロークにてSW2_7bがONする構成となっている。
また、上面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、外部液晶表示装置9にその設定状況が表示されるようになっている。なお、外部液晶表示装置9に表示される内容については、図4を用いて、後で詳述する。
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フラッシュユニット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があり、カメラ上部右よりには撮影モード設定ダイヤル14が配置されている。
カメラ右側面には、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。
カメラ背面には、光軸中心上の上方にファインダ接眼窓18が設けられ、更にカメラ背面中央には画像表示可能な液晶表示部19が設けられている。液晶表示部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い、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。あるいはまた、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。また、このサブ操作ダイヤル20は、液晶表示部19に表示される撮影済み画像の表示選択手段としても用いられる。
43は本デジタル一眼レフカメラの全ての動作を禁止するメインスイッチである。
44はクリーニングモード操作部材であり、後述するローパスフィルタ上に付着したゴミをふるい落とす動作を起動する。
図3は前記構成のデジタルカメラに内蔵された電気的構成を示すブロック図であり、図1〜図2と同一のものは同一番号を付けている。
図3において、100はカメラ本体に内蔵されたマイクロコンピュータの中央処理装置(以下、MPUと記す)である。なお、MPU100が制御手段に相当する。
100aはMPU100に内蔵されたEEPROMであり、時計計測回路109の時計情報やその他の撮影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、液晶表示駆動回路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、内蔵フラッシュ駆動回路610が接続されている。MPU100は各要素および上記回路を、予め定めた順序でシーケンシャルに制御する。
また、MPU100は、撮影レンズ内に配置されたレンズ制御回路201と、図2にも示すマウント接点21を介して通信を行う。また、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。これによりカメラ本体と撮影レンズユニット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・絞り204の駆動を行うことが可能となる。
なお、本実施の形態では便宜上1枚の撮影レンズで示しているが、実際はさらに多数のレンズから構成されていることは周知の通りである。
202はAF(オートフォーカス)駆動回路であり、たとえばステッピングモータによって構成され、MPU100の命令を受けたレンズ制御回路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にピントを合わせる。203は絞り駆動回路であり、たとえばオートアイリスなどによって構成され、MPU100の命令を受けたレンズ制御回路201の制御によって絞り204を変化させて光学的な絞り値を変化させる。
6はメインミラーであり、撮影レンズ200により結像される被写体像をペンタプリズム22へ導くとともに、その一部を透過させ、後述するサブミラー30を通して焦点検出用センサユニット31へ導き、ミラー駆動回路101により、ファインダにて被写体像を観察可能な位置と撮影時に被写体光束の光路から待避する退避位置とを可動自在に構成されている。
30はメインミラー6の一部を透過した被写体光を反射させて、焦点検出用センサユニット31へ被写体像を導くためのサブミラーである。サブミラー30は、メインミラー6またはメインミラー6のミラー駆動回路101と連動する。そして、メインミラー6がファインダにて被写体像を観察可能な位置にあるときには、焦点検出用センサ31へ被写体光を導く位置に、また撮影時には被写体光束の光路から待避する退避位置に可動自在に構成されている。
31は不図示である結像面近傍に配置されたフィールドレンズ、反射ミラー及び、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。
101はミラー駆動回路であり、たとえばDCモータとギヤトレインなどから構成され、MPU100の制御によってメインミラー6やサブミラー30を駆動させる。
22はペンタプリズムであり、メインミラー6によって導かれた被写体像を正立正像に変換反射する光学部材である。撮影レンズ200を通過した被写体光束は、絞り204を通過してメインミラー6で反射され、ペンタプリズム22に導かれファインダ接眼窓18で被写体像を観察する。さらには測光センサ37へも導かれる。
また、メインミラー6を透過した光束はサブミラー30で反射され、撮像素子33面とほぼ等価な位置に置かれた焦点検出用センサユニット31の検出面上で再結像される。その光像は、電気的なイメージ信号に変換されて焦点検出回路102に供給される。
焦点検出回路102はMPU100の信号に従い、焦点検出用センサユニット31の蓄積制御と読出し制御を行って、画素情報をMPU100へ出力する。MPU100は焦点検出回路102からの被写体像のイメージ信号に基づいて、位相差検出法による焦点検出演算を行う。そして、撮影レンズ200による結像面とフィルム面等の予定結像面との差、すなわちデフォーカス量およびデフォーカス方向を求める。そして、MPU100は算出したデフォーカス量およびデフォーカス方向に基づいて、レンズ制御回路201,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位置を変化させ合焦位置まで駆動する。
32は機械シャッタ装置であり、ファインダ観察時には被写体光束を遮る。また撮像時にはレリーズ信号に応じて、被写体光束の光路から待避して露光を開始させる不図示の先羽根群と、ファインダ観察時には被写体光束の光路から待避しているとともに、撮像時には先羽根群の走行開始後所定のタイミングで被写体光束を遮光する不図示の後羽根群とを有するフォーカルプレーンシャッタである。機械シャッタ装置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。
600は内蔵フラッシュ装置であり、必要に応じて撮影時に被写体に向けて発光する。
本実施形態においては、先羽根群と後羽根群の両方とを有している場合について説明しているが、遮蔽部材を1つだけとして露光を開始する場合は被写体光束の光路から退避し、撮影の終了後、再び被写体光束の光路を遮蔽する位置まで戻るような構成としてもよい。
33は撮像素子で、2次元型撮像デバイスであるCMOSセンサが用いられている。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。本実施の形態においては、CMOS型の撮像素子が採用されている。
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(自動利得調整装置)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は光学ローパスフィルタで、本実施例においては水晶からなる複屈折板と位相板と複屈折板を複数枚貼り合わせて積層してローパスフィルタを構成し、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。有効光束と略同一形状の矩形形状とし、高価な光学ローパスフィルタを極力小さくすることで低価格化を図ることが可能となる。
430は積層型の圧電素子であり、MPU100に指令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。
また、400は光学ローパスフィルタ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る撮像ユニットであり、詳細の構成については後述する。
104は映像信号処理回路であり、デジタル化された撮像素子33の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担当する。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を介して液晶表示19に表示される。これらの機能の切換えは、MPU100とのデータ交換により行われ、必要に応じて撮像素子33の出力信号のホワイトバランス情報をMPU100に出力可能であり、その情報を基にMPU100はホワイトバランス調整やゲイン調整を行う。
また、MPU100の指示により、何もせずに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。また、映像信号処理回路104は、JPEGなどの圧縮処理を行う機能も有している。また、連写の場合は一旦、バッファメモリ37に画像データを格納し、処理時間がかかる場合にメモリコントローラ38を通して未処理の画像データを読み出し、映像信号処理回路104で画像処理や圧縮処理を行い、連写スピードを稼ぐ構成となっている。連写枚数は、バッファメモリ37の容量に大きく左右される。
メモリコントローラ38では、映像信号処理回路104から入力された未処理のデジタル画像データをバッファメモリ37に格納する。そして、処理済みのデジタル画像データをメモリ39に格納したり、あるいはその逆にバッファメモリ37やメモリ39から画像データを映像信号処理回路104に出力したりする。また、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,USB出力用コネクタ17の相当する)から送られてくる映像をメモリ39に記憶することや、メモリ39に記憶されている画像を外部インタフェース40から出力可能である。なおメモリ39は、カメラ本体に対して取外しが可能である。
105はスイッチセンス回路であり、各スイッチの操作状態に応じて各部を制御する。7aはレリーズボタン7の第1ストロークによりオンするスイッチSW1である。7bはレリーズボタン7の第2ストローク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、レリーズ操作が開始される。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、クリーニングモード操作部材44が接続されていて、各SWの状態をMPU100へ送信する。
なお、スイッチセンス回路105とメインスイッチ43とMPU100とから電源スイッチを構成している。また、電源スイッチがONされたことが検出されると、電源42からカメラ本体へ給電が開始される。
106は測光回路であり、画面内の各エリアの輝度信号として、測光センサ37からの出力をMPU100に出力する。MPU100は輝度信号をA/D変換し、撮影の露出を算出する。
107は液晶表示駆動回路であり、MPU100の表示内容命令に従って、外部液晶表示装置9やファインダ内液晶表示装置41を駆動する。また液晶表示駆動回路107は、MPU100の指示により特定のセグメントを点滅表示状態にすることが可能である。
なお、液晶表示駆動回路107と外部液晶表示9とから表示手段を構成し、さらに、液晶表示駆動回路107とMPU100とから表示制御手段を構成している
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、その検出出力をMPU100へ送る。
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、その検出出力をMPU100へ送る。
なお、バッテリチェック回路108とMPU100とからバッテリチェック手段を構成している。
109は時刻計測回路でメインスイッチ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からの指令により、計測結果をMPU100へ送信することができる。
なお、時刻計測回路109とMPU100とから、計測手段を構成している。
42は電源部であり、各IC(集積回路)や駆動系に必要な電源を供給する。
次に、本実施形態の撮像ユニット400の詳細な構成について、図4〜図10を用いて以下に説明する。図4はローパスフィルタ及び撮像素子周りの保持構造を示すためのカメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。図5はローパスフィルタ保持ユニット470及びその断面A-Aを示す断面図である。図6はローパスフィルタ保持ユニット470とゴムシート520、および撮像素子保持ユニット500の保持構造を示すための分解斜視図で、図7はローパスフィルタ及び撮像素子周りの詳細な構成を示す斜視図である。図8はローパスフィルタ保持ユニット470の構成部材の一部を示す正面図である。図9・図10は部品詳細図である。
図4に示すように、ミラーボックス5にはそれぞれ被写体側から順にシャッターユニット32、カメラ本体骨格となる本体シャーシ300、撮像ユニット400が固着され、特に撮像ユニット400は着脱可能な撮影レンズ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にかつ平行になるように調整固定されている。
まず、420は光学ローパスフィルタ410の周囲を囲む枠部420aと左右に伸びた取付け保持のための腕部420bを有する樹脂または金属製のローパスフィルタ保持部材であり、図8に示すように枠部420aの1辺側に圧電素子430を収納する収納部421が設けられており、圧電素子430の一端を接着等により固着する。
また、枠部420aの対抗する側にはバネ性を有する付勢部材440を収納する収納部422が設けられており、光学ローパスフィルタ410を圧電素子430の方向に付勢するように構成される。
すなわち、ローパスフィルタ保持部材420に対して、光学ローパスフィルタ410は圧電素子430と付勢部材440とで略同一平面内方向で挟み込むように配置され、付勢部材440は、光学ローパスフィルタ410の運動が圧電素子430の伸縮運動と追随するようになっている。
付勢部材440は弾性体であれば、金属によって形成される板バネやコイルバネを用いてもよいし、ゴムやプラスチックなどの高分子重合体を用いてもよい。また、本実施の形態においては、付勢部材440を別部材として設けたが、ローパスフィルタ保持部材420にバネ性を持たせることで、光学ローパスフィルタ410の運動が圧電素子430の伸縮運動と追随するように保持しても良い。
また、光学ローパスフィルタ410の外周の4辺とローパスフィルタ保持部材420の隙間は図8に示すような枠状の弾性部材450を介在させている。図9に示すように、この弾性部材450の枠状の断面は、圧電素子430の伸縮方向に直交する腕部の断面B-Bと圧電素子430の伸縮方向に平行な腕部の断面A-Aとで剛性を変えてある。つまりは弾性部材450は圧電素子430の伸縮に追従する光学ローパスフィルタ410の揺動を許容する方向に剛性を弱く、また圧電素子430の伸縮に対して角度をもった光学ローパスフィルタ410の平面に対して倒れの方向に剛性を強くなるように一体的に形成されている。
さらには、光学ローパスフィルタ410の周囲4辺はローパスフィルタ保持部材420に対して圧電素子430と弾性部材450とで隙間のないように密閉される。
ここで圧電素子430は本実施例においては、圧電体と内部電極とを交互に積層してなる積層型の圧電素子を用いている。圧電体間には内部電極が配されているが、この内部電極は金属材料で形成しているので、内部電極を通じて各圧電体に所定の電圧を印加し、圧電体を逆圧電効果による変位を起こさせる作用を有する。本実施例においては、圧電体の積層方向に電圧を印加するd33型の積層型圧電素子を採用しているが、圧電素子には様々な形態があり、光学ローパスフィルタの面水平方向、すなわち光軸直角方向に変位を生じるものであれば、何れの圧電素子を使用してもよい。
圧電素子の断面積は大きい方がより大きな出力を得ることが可能となるが、本実施例における圧電素子の断面形状は、光軸方向長さを光学ローパスフィルタの厚みと同等もしくはそれ以下とし、光軸方向に直角かつ揺動方向に直角な方向の長さが長くなるように構成することで、より大きな出力を得ながらも、光軸方向にカメラが大型化することを防止している。また、圧電素子の断面形状を上述のような構成にすることで、圧電素子430の光軸に垂直な面内での回転に対する許容座屈応力が大きくなるので、光学ローパスフィルタ410が光軸に垂直な面内での回転成分を持った振動をしても、圧電素子の座屈破壊を防止することが可能となる。
また、本実施例においては、光学ローパスフィルタ410と圧電素子430が直接当接する構成となっているが、間にスペーサを挟む構成としても良い。また、本実施例ではローパスフィルタ保持部材420に圧電素子430を収納する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電素子収納部を別部材として構成しても適用可能である。
圧電素子430は、電圧印加による伸縮方向が光軸と直交する方向(カメラ天地方向)に保持されている。圧電素子430はローパスフィルタ保持部材420とは接着されていてもよいが、光学ローパスフィルタ410とは接着させない。光学ローパスフィルタ410の一端は圧電素子430と当接し、対向する一端は付勢部材440と当接する。付勢部材440は、光学ローパスフィルタ410の運動が圧電素子430の伸縮運動と追随するように、光学ローパスフィルタ410を圧電素子430に対して光軸と略直角方向に付勢する。付勢部材440は弾性体であれば、金属によって形成される板バネやコイルバネを用いてもよいし、ゴムやプラスチックなどの高分子重合体を用いてもよい。また、本実施の形態においては、付勢部材440を別部材として設けたが、ローパスフィルタ保持部材420にバネ性を持たせることで、光学ローパスフィルタ410の運動が圧電素子430の伸縮運動と追随するように保持しても良い。
次に460は、光学ローパスフィルタ410を光軸直行方向にローパスフィルタ保持部材420とで挟みこむように規制する板状の規制部材であり周囲をローパスフィルタ保持部材420に引掛けるように固定される。
これにより、光学ローパスフィルタ410は、光学部材規制部材460とローパスフィルタ保持部材420の間で光軸方向の動きを規制され、圧電素子430の光軸方向への倒れによる座屈破壊を防止することが可能となる。また、光学部材規制部材460は、光学ローパスフィルタ410の外周部を覆っており、光学ローパスフィルタ410の外周部から撮影光束が撮像素子へ入射することを防ぎ、光学ローパスフィルタ410の外周部の反射光によるゴーストを防止している。従って、光学ローパスフィルタの外周部寸法を有効光束(撮像素子33の受光面)に近づけることができるので、高価な光学ローパスフィルタ410を可及的に小さくすることで、低価格化を図ることが可能となる。
上述してきたように、ローパスフィルタ保持部材420にたいして、光学ローパスフィルタ410を圧電素子430と付勢部材440とでサンドイッチするように揺動自在に保持し、光学ローパスフィルタ410の外周部を枠状の弾性部材450で揺動自在に密閉し、規制部材460で光学ローパスフィルタ410の光軸方向に規制するように固定されたローパスフィルタ保持ユニット470を構成する。
510は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を固着する板状の撮像素子保持部材であり、周囲にミラーボックス5にビス固定するための腕部を3ヶ所有する。そして撮像素子保持部材510と撮像素子33とで撮像素子保持ユニット500を構成する。
図6に示すように、ローパスフィルタ保持ユニット470のローパスフィルタ保持部材420は、弾性を有するゴムシート520を挟み込むように撮像素子保持ユニット500の撮像素子保持部材510に対してローパスフィルタ保持部材420の腕部420bを段ビス530で結合され、前述の撮像ユニット400を構成する。ゴムシート520は図10に示すように枠部520aと対抗する2ヶ所の段ビス530を支持する環状の腕部520bとが一体的に形成され、枠部520aの一方は撮像素子33に密着し他方はローパスフィルタ保持部材420の枠部420aに密着する。
したがって、ローパスフィルタ保持部材420と撮像素子33との間をゴムシート520で、光学ローパスフィルタ410とローパスフィルタ保持部材420との間を圧電素子430と弾性部材450とで封止されるため、光学ローパスフィルタ410と撮像素子33の空間は、ゴミ等が侵入しないような密閉空間となる。
さらには、圧電素子430が振動状態になってもローパスフィルタ保持ユニット470の振動は、ゴムシート520の弾性により浮遊支持構造になっているため撮像素子33には伝わりにくい。
尚、本実施例では撮像素子保持部材をゴムシートとしたが本発明はこれに限定されるものではなく、光学部品が揺動可能なものであれば、両面テープでもよいし、テフロン(登録商標)シートのように低摩擦物質であっても適用可能である。
次に動作について述べる。
ローパスフィルタ保持部材420に収納されている圧電素子430に制御手段であるMPU100が所定の周期電圧を印加すると、圧電素子430は光軸と略直角方向(カメラ天地方向)に振動する。光学ローパスフィルタ410は圧電素子430と付勢部材440とで略同一平面内方向で挟み込むように配置されている。したがって、光学ローパスフィルタ410と圧電素子430は密着した状態で保持されているため、圧電素子430の振動により光学ローパスフィルタ410は圧電素子430の振動方向と略平行方向かつ光軸と略直交する方向(カメラ天地方向)に振動させられる。
上述の通り、ローパスフィルタ保持部材420と撮像素子33との間をゴムシート520で、光学ローパスフィルタ410とローパスフィルタ保持部材420との間を圧電素子430と弾性部材450とで封止されるため、光学ローパスフィルタ410と撮像素子33の空間は、ゴミ等が侵入しないような密閉空間であり、ローパスフィルタ保持ユニット470の振動は、ゴムシート520によって吸収され撮像素子33にほとんど伝わらない構造となっている。これらの構成により、圧電素子430が振動しても、撮像素子33はほとんど振動せずに光学ローパスフィルタ410のみが振動するので、被振動物の質量を小さくすることができ、より少ないエネルギで光学ローパスフィルタ410に振動を起こすことが可能となる。またさらに、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、カメラに対する衝撃時には、その衝撃は圧電素子430にはほとんど伝わらないため、圧電素子430が衝撃により破損することを防止できる。
また、撮像素子と光学ローパスフィルタの間の略機密性を保持することで、この空間に外部から異物が侵入することを防止している。振動中にも隙間を発生させず外部から異物が侵入することを防止している。
また、上述の通り、光学ローパスフィルタ410と圧電素子430は結合しない構成となっているため、圧電素子430に周期電圧を印加して伸縮させても、圧電素子430は光学ローパスフィルタ410によって引っ張られない。そのため、これにより、圧電素子430に超音波域の高周波電圧を印加したとしても、圧電素子430に過大な引張応力が負荷されることがなく、積層部分における剥離といった破損を防ぐことが可能となる。
尚、上述の実施の形態においては、振動させる光学部品としてローパスフィルタ410を例示したが本発明はこれに限定されるものではなく、他の光学部品であっても適用可能である。
次に、本実施例において、光学ローパスフィルタ410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。
カメラ本体1は、クリーニングモード操作部材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。なお、本実施例では、クリーニングモード操作部材44を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、例えば機械的なボタンやスイッチ等があっても良く、或いは液晶表示部9に表示されたメニューからカーソルキーや指示ボタンなどを用いて設定するものであっても良い。またクリーニングモードは、電源ON時など通常のカメラシーケンス中に自動的に行われても良いし、撮影者が任意に設定した撮影回数や日付等によって自動的に開始するように設定しても良い。
電力供給回路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を行う。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。
図11は内蔵フラッシュを示すブロック図である。図中、42は電源としての電池、611は電池42の電圧を昇圧する昇圧手段、612は昇圧手段611の出力端とアース間に接続される大容量のコンデンサ、602はトリガ手段、601はキセノン管、613は電圧検出用抵抗、614は圧電素子駆動回路111に電力を供給するか、内蔵フラッシュ600に電力を供給するかを切り換えるための切り換えSWである。
フラッシュ発光の制御を説明する。MPU100の充電開始信号により、昇圧手段611の動作を開始させ、コンデンサ612に電気エネルギーを蓄える。MPU100は電圧検出用抵抗613によって電圧を検出し、コンデンサ612に蓄えられた電圧が定格に達すると充電を停止する。MPU100はフラッシュ発光が必要な時に切り換えSW614を内蔵フラッシュ装置への電力供給に切り換える。その後、MPU100はトリガ手段602に発光開始信号を伝え、トリガ手段602はコンデンサ612に蓄えられた電気エネルギーを利用してキセノン管601に高電圧トリガを印加することで、キセノン管601が発光する。圧電素子駆動の制御を説明する。MPU100は、クリーニングモードの指令信号を受け取ると、切り換えSW614を圧電素子駆動回路111への電力供給に切り換える。その後、コンデンサ612に蓄えられた電気エネルギーを圧電素子駆動回路111へ供給し、圧電素子430を振動させる。
MPU100は、キセノン管601を発光させるか、圧電素子駆動回路111を駆動するかを選択する制御を行い、キセノン管601の発光と圧電素子駆動回路111の駆動を同時に行うことを禁止している。
尚、MPU100は、MPU100による制御処理時に各種データを一時的に格納するRAM30、MPU100により実行される制御プログラムを記憶しているROMを有している。圧電素子駆動回路111は、MPU100より駆動信号を受け取ると、圧電素子430を駆動するための周期電圧を生成する。
また、本実施例ではコンデンサ612に蓄えられた電気エネルギーによって発生する電圧を圧電素子430へ印加したが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて昇圧或いは降圧回路を中継し、適当な電圧に変換後、圧電素子430へ印加しても適用可能である。
先述の通り、圧電素子430は印加される電圧に応じて伸縮する。圧電素子が伸びると、光学ローパスフィルタ410は圧電素子430に押されて光軸に直角で面水平方向に移動し、付勢部材440はその移動量分だけ縮む。圧電素子430が縮むと、光学ローパスフィルタ410は付勢部材440によって圧電素子430に対して付勢されているため、圧電素子430の縮む運動に追随して移動する。圧電素子430に周期電圧が印加されると、上記運動の繰り返しが生じ、光学ローパスフィルタ410は圧電素子430の周期的な伸縮に追随して、光軸に直角で面水平方向に振動する。
次に、光学ローパスフィルタ410の振動によって、光学ローパスフィルタ面上の異物が除去される仕組みについて、式(1)および(2)を用いて説明する。
異物は、液架橋力やファンデルワールス力、静電気力などの力によって光学ローパスフィルタに付着している。この付着力は、図に示すように、光学ローパスフィルタ面に対して、垂直方向に作用している。式(1)に示すように、光学ローパスフィルタが振動すると、その振動加速度αと異物の質量に比例する慣性力Fが、異物に加わる。
F=mα・・・式(1)
このとき、光学ローパスフィルタの振動方向は面水平方向であるため、慣性力Fは付着力Nと垂直方向に作用する。この異物に加わる慣性力Fが、異物が動くために必要な最大静止摩擦力よりも大きいと、異物は光学ローパスフィルタに対して移動し、光学ローパスフィルタ面上から除去される。異物が動くための最大静止摩擦力は、異物と光学ローパスフィルタ間の付着力Nと、静止摩擦係数μの積で表されるため、異物除去に必要な慣性力の条件は、式(2)で表される。
このとき、光学ローパスフィルタの振動方向は面水平方向であるため、慣性力Fは付着力Nと垂直方向に作用する。この異物に加わる慣性力Fが、異物が動くために必要な最大静止摩擦力よりも大きいと、異物は光学ローパスフィルタに対して移動し、光学ローパスフィルタ面上から除去される。異物が動くための最大静止摩擦力は、異物と光学ローパスフィルタ間の付着力Nと、静止摩擦係数μの積で表されるため、異物除去に必要な慣性力の条件は、式(2)で表される。
F=mα≧μN(N)・・・式(2)
静止摩擦係数μは、異物や光学ローパスフィルタの材質、表面状態、温湿度といった環境条件などにより左右されるが、例えばガラスとプラスチック間の静止摩擦係数μは一般的に0.3程度であると言われている。
静止摩擦係数μは、異物や光学ローパスフィルタの材質、表面状態、温湿度といった環境条件などにより左右されるが、例えばガラスとプラスチック間の静止摩擦係数μは一般的に0.3程度であると言われている。
つまり、光学ローパスフィルタを面水平方向に振動させ、付着力Nに対して垂直方向に慣性力Fを作用させることで、付着力Nのμ倍(0.3倍程度)の力で異物を動かすことができ、より少ないエネルギで異物を除去することが可能となる。
このように圧電素子に対して周期的な電圧を印加することで、光学ローパスフィルタが振動し、光学ローパスフィルタ表面に付着した異物は除去される。
以上説明したように本実施の形態によれば、撮像素子近傍の光学ローパスフィルタ表面に付着した異物を、より効率的に除去することが可能な撮像装置を提供できる。
Claims (6)
- 撮影光学系を着脱可能とするマウントと、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の被写体側に配設された光学部材と、該光学部材を振動させる加振用部材と、被写体に照明光を照射する発光手段と、該発光手段に電圧を印加するための電力蓄積手段とを有し、該電力蓄積手段から供給される、電源電圧よりも高い電圧を前記加振用部材に印加することで、前記光学部材を振動させることを特徴とする撮像装置。
- 上記加振用部材の振動方向は、光軸と直角方向である事を特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記加振用部材は、電気機械変換素子であり、電気機械変換素子へ外部から駆動電圧を印加され、所定の振動を前記光学部材へ発生させる事を特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の撮像装置。
- 前記電気機械変換素子は、圧電素子で有る事を特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記電力蓄積手段とは、内蔵フラッシュ発光用のコンデンサーであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記発光手段の発光と前記加振用部材の加振を同時に行うことを禁止する禁止制御手段を有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の撮像装置。
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