JP4697986B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に関し、特に、撮影光軸上に配設された光学部材に付着する塵埃等の異物を除去する技術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ＣＭＯＳ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された電気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、撮像素子の被写体側に、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いる。この撮像素子のカバーガラスやこれらの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といった問題がある。

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。

そこで特許文献１のように、撮像素子の被写体側に撮影光束を透過させる防塵幕を設け、これを圧電素子で振動させることにより、その防塵幕の表面に付着した塵埃等の異物を除去するものが提案されている。
特開２００３−３１９２２２号公報

上記従来技術によれば、防塵幕の表面に付着した異物を除去するために、その防塵幕に接合させた圧電素子に電圧を印加して駆動し、この駆動により防塵幕を光軸方向に変位させて幕振動を発生させている。しかしながらこの技術では、防塵幕を光軸方向に変位させ幕振動を発生させているため、その防塵幕の形状が円形以外の形状であると、振動モードが複雑となり振動効率が低下することが知られている。

一般に撮像装置の有効撮影範囲は、アスペクト比が４：３や３：２等の矩形形状であり、撮影に必要な有効光束も矩形形状である。従って、撮影光束がこの矩形形状の有効光束を適切に透過するためには、防塵幕が円形であると有効光束に対して大型になる。そのため撮像装置内部に円形の防塵幕を配設することはレイアウト上不利であり、撮像装置の大型化を招き、非効率的なレイアウトを余儀なくされるという問題がある。

また上記従来技術によれば、防塵幕という特別な部材を撮影光軸中に配設する必要があるため、上述したレイアウト上の不都合のみならず、部品点数の増加、撮影光束の透過率の低下等、製造コスト、光学機能及び光学性能の観点からも都合の良いものではなかった。また、有効光束に対して大きな防塵幕を振動させるためには多くの電力が必要となり、異物除去操作により電池の消耗が早くなる等の問題もある。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決することにある。

本願発明の特徴は、光学性能を損なうことなく、より小型で、且つより少ない電力で、撮影光軸上に配設された光学部材に付着する塵埃等の異物を除去することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る撮像装置は以下のような構成を備える。即ち、
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第１の組の辺及び前記第１の組の辺とは異なる第２の組の辺が一体的に形成され、前記第１の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第２の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅を、前記第１の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅よりも小さくす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一態様に係る撮像装置は以下のような構成を備える。即ち、
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された矩形の光学部材と、
前記光学部材に振動を与える加振手段と、
前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第１の組の辺及び前記第１の組の辺とは異なる第２の組の辺が一体的に形成され、前記第１の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第１の組の辺とは異なる第２の組の辺の剛性を、前記第１の組の辺の剛性よりも小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、撮影光軸上に配設された光学部材に付着する塵埃等の異物を効率的に除去することができ、かつ撮像装置全体の大型化を抑えることができる。

また、光学部材と撮像素子との間をフレーム部材で密閉しているので、塵埃等の異物の侵入を防止することが可能となる。更に、元々、撮像装置が有している撮像に必要な光学機能を有する光学部材を振動させて異物の除去を行うので光学性能の観点からも好ましい。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

［実施の形態１］
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観を示す斜視図である。具体的には、図１はカメラ前面側より見た斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示し、図２はカメラ背面側より見た斜視図である。

図１において、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ユニット（不図示）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、音声通信等を可能な構成であってもよい。

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、クイックリターンミラー６が配設されている。クイックリターンミラー６は、撮影光束をペンタプリズム２２（図３）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３）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。

シャッタボタン７は、第１ストローク（半押し）でスイッチＳＷ１（後述図３の７ａ）がオンし、第２ストローク（全押し）にてスイッチＳＷ２（後述図３の７ｂ）がオンする構成となっている。

また、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、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が配置されており、カメラ上部の図１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が設けられており、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が納められている。

図２において、カメラ背面側には上方にファインダ接眼窓１８が設けられ、更に背面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っている。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。又或は、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選択にも用いられる。４３はカメラの動作を起動もしくは停止するためのメインスイッチである。４４はクリーニングモードを動作させるためのクリーニング指示部材であり、光学フィルタ上に付着した、塵埃などの異物をふるい落とす動作を指示するためのものである。なお、このクリーニングモードについては、後に詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの主要な電気的構成を示すブロック図である。なお、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。

１００はカメラ本体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）である。ＭＰＵ１００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。１００ａはＭＰＵ１００に内蔵されたＥＥＰＲＯＭであり、時刻計測回路１０９の計時情報やその他の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、電源供給回路１１０、圧電素子駆動回路１１１も接続されている。これらの回路はＭＰＵ１００の制御により動作するものである。

また、ＭＰＵ１００は、撮影レンズユニット内に配置されたレンズ制御回路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、レンズ制御回路２０１は、ＭＰＵ１００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及び絞り２０４の駆動を、ＡＦ駆動回路２０２及び絞り駆動回路２０３を介して行うことが可能となる。なお、本実施形態では撮影レンズ２００は便宜上１枚のレンズで示しているが、実際は多数のレンズ群により構成されている。

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などによって構成され、レンズ制御回路２０１によって絞り２０４を変化させ、光学的な絞り値を得るように構成されている。

クイックリターンミラー６は、撮影レンズ２００を通過する撮影光束をペンタプリズム２２へ導くとともに、その一部を透過させてサブミラー３０に導く。サブミラー３０は、透過した撮影光束を焦点検出用センサユニット３１へ導く。

ミラー駆動回路１０１は、このクイックリターンミラー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へ駆動するものである。又この動作と同時に、サブミラー３０を、焦点検出用センサユニット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へ駆動する。具体的には、例えばＤＣモータとギヤトレインなどから構成される。

焦点検出用センサユニット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。この焦点検出センサユニット３１から出力された信号は、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へ送信される。ＭＰＵ１００は、この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、これに基づき、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。

ペンタプリズム２２は、クイックリターンミラー６によって反射された撮影光束を正立正像に変換反射する光学部材である。使用者は、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。またペンタプリズム２２は、撮影光束の一部を測光センサ３７にも導く。測光回路１０６は、この測光センサ３７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、こうして得られる輝度信号から露出値を算出する。

３２は機械式のフォーカルプレーンシャッタであり、ユーザがファインダにより被写体像を観察している時には撮影光束を遮る。また撮像時にはレリーズ信号に応じて、不図示の先羽根群と後羽根群の走行する時間差により所望の露光時間を得るように構成されている。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によって制御される。

３３は撮像素子で、例えば撮像デバイスであるＣＭＯＳが用いられる。この撮像デバイスには、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。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、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は光学フィルタで、水晶等からなる複屈折板及び位相板を複数枚貼り合わせて積層し、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。尚、本実施の形態では、光学フィルタ４１０は赤外カットフィルタや、水晶等を用いた光学ローパスフィルタを一体構成として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の光学素子部材に分割する構成であっても良い。またその場合は撮像素子を含んだ密閉構造を構成する最外面に配置した光学素子を後述する圧電素子にて加振するものである。

４３０は圧電素子であり、ＭＰＵ１００から指令を受けた圧電素子駆動回路１１１により加振され、光学フィルタ４１０と一体的に振動するように構成されている。４００は、光学フィルタ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た撮像ユニットであり、詳細な構成については後述する。

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など、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からの指示により、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。更に、映像信号処理回路１０４は、ＪＰＥＧなどの画像データ圧縮処理を行う機能も有している。連写撮影など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可能である。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可能となる。

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及びＵＳＢ出力用コネクタ１７に対応する）から入力される画像データをメモリ３９に記憶する機能を有する。また、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から出力する機能も有する。尚、メモリ３９は、カメラ本体１に対して着脱可能なフラッシュメモリなどである。

スイッチセンス回路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。７ａは、シャッタボタン７の第１ストローク（半押し）によりオンするスイッチＳＷ１である。７ｂは、シャッタボタン７の第２ストローク（全押し）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、撮影開始がＭＰＵ１００に指示される。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、クリーニング指示部材４４が接続されている。

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

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、その検出結果をＭＰＵ１００へ送る。４２は電源部であり、カメラの各要素に対して、必要な電源を供給する。

時刻計測回路１０９は、メインスイッチ４３がオフされて次にオンされるまでの時間や日付を計測し、ＭＰＵ１００からの指令により、その計測結果をＭＰＵ１００へ送信することができる。

次に、撮像ユニット４００の詳細な構成について、図４乃至図１１を用いて以下に説明する。

図４は、光学フィルタ４１０及び撮像素子３３を備える撮像ユニット４００の周辺の保持構造について説明するための、カメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。

カメラ本体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、シャッターユニット３２が配設され、撮影者側には撮像ユニット４００が配設されている。特に撮像ユニット４００は、撮影レンズユニット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を空けて、かつ平行になるように、調整されて固定される。

図５は、撮像ユニット４００の構成を示す斜視図である。

撮像ユニット４００は、振動ユニット４７０と、撮像素子ユニット５００と、フレーム部材４５０とを備えて構成されている。撮像素子ユニット５００は、少なくとも撮像素子３３と撮像素子保持部材５１０により構成されている。また、振動ユニット４７０は、光学フィルタ４１０、圧電素子４３０（図３参照）、付勢部材４６０等により構成されている。付勢部材４６０は金属などのバネ性を有した材料によって形成され、位置決め穴４６０ａとビス固定用の逃げ穴４６０ｂが設けられている。撮像素子保持部材５１０には、位置決めピン５１０ａとビス穴５１０ｂが設けられている。

振動ユニット４７０は、付勢部材４６０の位置決め穴４６０ａと撮像素子保持部材５１０の位置決めピン５１０ａを用いて撮像素子ユニット５００に対して位置決めされる。また、振動ユニット４７０は、付勢部材４６０のビス用の逃げ穴４６０ｂと撮像素子保持部材５１０のビス穴５１０ｂを用い、フレーム部材４５０を挟み込んで撮像素子ユニット５００にビスで固定される。フレーム部材４５０の被写体側の面は光学フィルタ４１０と当接し、撮影者側の面は撮像素子３３と当接する。振動ユニット４７０は、付勢部材４６０のバネ性によって撮像ユニット５００側へと付勢されているので、フレーム部材４５０と光学フィルタ４１０は隙間無く密着し、また、フレーム部材４５０と撮像素子３３も同様に隙間無く密着している。これにより、光学フィルタ４１０と撮像素子３３との間はフレーム部材４５０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成されている。

図６は、フレーム部材４５０の詳細図である。

このフレーム部材４５０は、撮像素子３３を露出させるための矩形の開口部４５０ｃを有し、撮像素子３３の長辺と平行な辺４５０ａと、それに直交する辺４５０ｂとで構成されている。本実施の形態では、辺４５０ａと辺４５０ｂはそれぞれ、光軸方向の厚さが異なるように構成されている。具体的には、辺４５０ａの厚さが、辺４５０ｂの厚さよりも薄くなるように構成されている。これらフレーム部材４５０ａ，４５０ｂには、撮像素子３３と光学ローパスフィルタ４１０との間に塵埃などの異物が侵入することを防ぐ密閉性と、光学ローパスフィルタ４１０の振動を撮像素子３３に伝達しない振動吸収性の機能が求められる。また更に、光学ローパスフィルタ４１０の振動をできるだけ阻害せずに、上記機能を満たさなければならないが、これを達成するための詳細については、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動形状について説明した後に述べる。

図７は、撮像ユニット４００（図４）を構成するフレーム部材４５０と撮像素子３３を示す斜視図である。

撮像素子３３はセラミック等により形成される箱型のパッケージ部３３ａの内部に、被写体光を受光するためのセンサチップが埋め込まれている。そして、このパッケージ部３３ａには、このセンサチップを保護するためのカバーガラス３３ｃが接着などの手段によって固着されている。このカバーガラス３３ｃは、センサチップをカバーする面積があれば良いため、パッケージ部３３ａよりも小型となり、撮像素子３３は光軸方向に厚みの異なる段差が生じている。具体的には、撮像素子３３のカバーガラス３３ａが貼られた箇所は光軸方向に厚く、カバーガラス３３ａが貼られていない箇所は光軸方向に薄い。ここで、図７に示すように、撮像素子３３の厚い箇所であるカバーガラス３３ｃ部には、図６に示すフレーム部材４５０の薄い辺４５０ａが当接し、撮像素子３３の薄い箇所であるパッケージ３３ａ部にはフレーム部材４５０の厚い辺４５０ｂが当接する。これにより、このユニット４００全体の厚さをほぼ均一に構成することが可能となり、撮像素子ユニット５００の薄型化が可能となる。

図８は、振動ユニット４７０（図４）の詳細な構成を示す斜視図である。

図において、４３０ａ，４３０ｂは圧電素子で、光学フィルタ４１０の端部に接着剤などによって固着される。本実施の形態においては、光学フィルタ４１０の両端に合計２枚の同一形状の圧電素子４３０ａ，４３０ｂを固着している。付勢部材４６０は光学フィルタ４１０に接着剤などによって固着されている。

図９は、圧電素子４３０ａ（又は４３０ｂ）の詳細図であり、図９（Ｂ）は圧電素子４３０ａ（又は４３０ｂ）の側面図、図９（Ａ）は図９（Ｂ）を左側から見た平面図、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）を右側（レンズユニット側）から見た平面図である。以下、圧電素子を、圧電素子４３０ａの場合で説明するが、圧電素子４３０ｂも同様の構成であるため、その説明を省略する。

図９（Ｃ）に示すように、圧電素子４３０ａのＡ面は、光学フィルタ４１０に５次モードの屈曲振動を励起するためのａ相と、６次モードの屈曲振動を励起するためのＡ相に中央で分割されている。それぞれの相は、屈曲振動のλ／２（λは波長）ピッチで電極が分割されており、電極ごとに圧電素子４３０ａの厚さ方向に分極が施されている。ここで電極上に示された「＋」、「−」は、この電極部分の分極方向を示しており、端部の電極ａ１，Ａ１，ａ５，Ａ６以外は、隣り合う電極が互いに逆極性に分極されている。また図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、圧電素子４３０ａのＢ面には、全面に電極Ｂ１が形成されている。

電極ａ１〜ａ４は、不図示の導電材などによりそれぞれ電気的に接続され、各電極は同電位に保たれている（ａ相電極）。同様に、電極Ａ１〜Ａ５は同電位に保たれている（Ａ相電極）。また、電極ａ５，Ａ６，Ｂ１は同電位に保たれている（Ｂ相電極）。この圧電素子４３０ａのＡ面には、不図示のフレキシブルプリント基板等の導電性連結部材が電気的且つ機械的に接続され、ａ相電極、Ａ相電極、Ｂ相電極に、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。また圧電素子４３０ａのＢ面は、接着等によって、光学フィルタ４１０に固着され、圧電素子４３０ａと光学フィルタ４１０とが一体的に運動するように構成されている。

次に、光学ローパスフィルタ４１０が振動する仕組みと、その振動形状について、図１０（Ａ）（Ｂ）と図１１とを参照して説明する。

まず、導電性連結部材を通じて圧電素子４３０のａ相電極（又はＡ相電極）に正の電圧を印加し、Ｂ相電極をグランド（０Ｖ）としたときの圧電素子４３０ａの変形について説明する。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、光学ローパスフィルタ４１０の振動形状を示す側面図で、図１１は、光学ローパスフィルタ４１０が５次モードで振動するときの振動形状を示す斜視図である。

上述の電圧が印加されると、圧電素子４３０ａの図９（Ｃ）で「＋」と示す箇所は、面直方向に縮み、面内方向に伸びる。そのため、圧電素子４３０ａに接合された光学ローパスフィルタ４１０は、接合面を面方向に拡大する力を圧電素子４３０ａから受け、圧電素子４３０ａとの接合面側が凸になるような変形をする。同様に、圧電素子４３０ａの図９（Ｃ）で「−」と示す箇所は、面直方向に伸び、面内方向に縮む。そのため、圧電素子４３０ａと接合された光学ローパスフィルタ４１０は、接合面を面方向に縮小する力を圧電素子４３０ａから受け、圧電素子４３０ａとの接合面側が凹になるような変形をする。よって、ａ相電極に上述の電圧が印加されると、光学ローパスフィルタ４１０には図１０（Ａ）の実線で示すような５次のモードの屈曲変形が生じる。また、Ａ相電極に電圧が印加されると図１０（Ｂ）の実線で示すような６次のモードの屈曲変形が生じる。同様にａ相（又はＡ相）に印加する電圧を負とすれば、圧電素子４３０ａは上述と伸縮逆向きの変形を生じ、光学ローパスフィルタ４１０は、図１０（Ａ）（Ｂ）の破線に示すような屈曲変形を生じる。

つまり、Ｂ相の電極Ｂ１の電位をグランドに保ったまま、ａ相電極（又はＡ相電極）に印加する電圧を周期的に正負に切り替えると、光学ローパスフィルタ４１０の凸凹が周期的に切り替わるような屈曲振動が生じる。この周期的な電圧の周波数を、光学ローパスフィルタ４１０の固有モードの共振周波数近傍とすることで、より小さい電圧で大きな振幅を得ることができる。言い換えれば、より少ない電力で効率的に光学ローパスフィルタ４１０を振動させて、光学ローパスフィルタ４１０に付着した塵埃等を除去することが可能となる。

図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、屈曲振動では振動の節部ｄ１〜ｄ４，Ｄ１〜Ｄ５と、振動の腹部ｅ１〜ｅ３，Ｅ１〜Ｅ４とが生じ、振動の節部ｄ１〜ｄ４，Ｄ１〜Ｄ５での振幅は実質的に零となる。この振動の節部ｄ１〜ｄ４，Ｄ１〜Ｄ５では振幅が零であるため、光学ローパスフィルタ４１０に付着した塵埃などの異物を除去することができない。そこで、節部の位置が互いに異なる複数のモードの屈曲振動を起こすことで、撮像視野内の光学ローパスフィルタ４１０全体で塵埃等の異物を除去することが可能となる。光学ローパスフィルタ４１０の固有モードの共振周波数は、光学ローパスフィルタ４１０の形状、板厚、材質などによって異なるが、不快な音を発生しないように、この共振周波数が可聴域外となるような固有モードを選ぶことが好ましい。本実施の形態においては、５次モードと６次モードの振動を発生させる構成として説明したが、これに限らず、これ以外の振動を発生させるようにしても良いし、また２種類以上の振動モードを用いても良い。

このように本実施の形態では、元々撮像装置に備わる、撮像に必要な光学機能を有する矩形の光学ローパスフィルタ４１０を振動させて塵埃等の異物を除去するので、撮影光束の透過率などの光学性能を低下させる虞がない。また撮影に必要な矩形形状の有効光束と略同一形状の矩形の光学ローパスフィルタ４１０を加振するため、従来のような円形の防塵幕を使用することによる非効率的なレイアウトが不要になる。これにより撮像装置の大型化を防ぐことができる。

本実施の形態においては、複屈折板、位相板及び赤外カットフィルタを貼り合わせて構成される光学ローパスフィルタ４１０に屈曲振動を励起して異物を除去するようにしたが、複屈折板や赤外カットフィルタ単体に屈曲振動を励起させる構成にしても良い。

次に、フレーム部材４５０の構成について更に詳細に述べる。上述したようにフレーム部材４５０には、撮像素子３３と光学ローパスフィルタ４１０の間に塵埃などの異物が侵入することを防ぐ密閉性が求められる。更に、光学ローパスフィルタ４１０の振動を撮像素子３３に伝達しない振動吸収性の機能を、光学ローパスフィルタ４１０の振動をできるだけ阻害せずに満たすことが求められる。

光学ローパスフィルタ４１０の振動をできるだけ阻害しないためには、その振動の振幅が実質的に零である、屈曲振動の節部で光学ローパスフィルタ４１０とフレーム部材４５０とが当接することが好ましい。ここで、５次モードと６次モードといったように、連続した次数のモードでは、それぞれのモードでの最外側の節部は略同一箇所に出現する。具体的には、図１０（Ａ）（Ｂ）において、節部ｄ１とＤ１、節部ｄ４とＤ５はそれぞれ略同一箇所とに表れている。そこで、フレーム部材４５０の薄い辺４５０ａは、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動の節部ｄ１（或はＤ１），ｄ４（或はＤ５）付近で光学ローパスフィルタ４１０と当接するように構成されている。これにより薄い辺４５０ａは、その振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、５次モードと６次モードのいずれのモードで光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動をほとんど阻害しなくなる。

それに対して厚い辺４５０ｂは、図１１に示す光学ローパスフィルタ４１０の振動形状からも明らかなように、屈曲振動の節部のみで光学ローパスフィルタ４１０と当接させることは不可能である。ここで辺４５０ｂは、辺４５０ａよりも厚い部材で構成されているため、光学ローパスフィルタ４１０の変形に対する反発力が小さく、また振動吸収性もよくなる。こうして光学ローパスフィルタ４１０の振動をできるだけ阻害せず、更に、光学ローパスフィルタ４１０の振動を吸収するという利点を有している。

このような構成により、光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても、撮像素子３３にはその振動による影響がほとんど及ばなくなる。その結果、振動を受ける構造体を限定することが可能となる。また光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子４３０を駆動するエネルギーは、より小さくて済むことになる。

更に、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、カメラに対して落下などの衝撃が加えられた時には、その衝撃は光学ローパスフィルタ４１０にほとんど伝わらない。このため、カメラ本体１に加えられる衝撃によって、光学ローパスフィルタ４１０が破壊されるのを防止することができる。

また上述したように、辺４５０ｂを辺４５０ａよりも厚い部材で構成しても、厚いカバーガラス３３ｃ（図７）には、薄い辺４５０ａが当接し、薄いパッケージ３３ａ部には厚い辺４５０ｂが当接する。これにより、このユニット４００全体の厚さをほぼ均一に構成することが可能となり、撮像素子ユニット３３を薄型化できる。更に、光学ローパスフィルタ４１０と撮像素子３３との間がフレーム部材４５０によって封止されるため、この空間に塵埃等の異物の侵入を防ぐことが可能となる。

尚、フレーム部材４５０は、上述の機能を満たすために、例えばゴムシートや一定の厚みを有するスポンジ製の両面テープやゲルシートのような部材が適用可能である。

また、フレーム部材４５０に遮光性を持たせることで、撮像素子３３に入射する不要な光線を遮断し、ゴーストやフレアの発生を防ぐ構成としても良い。

次に、本実施の形態において、光学ローパスフィルタ４１０の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。

クリーニング指示部材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。尚、本実施の形態では、クリーニング指示部材４４を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、このクリーニング指示部材は、機械的なボタンに限らず、カラー液晶モニタ１９に表示されたソフトメニューから、カーソルキーや指示ボタンなどを用いて指示するものであっても良い。

またクリーニングモードへの移行は、電源オン時等のような、通常のカメラシーケンス中において自動的に行われるようにしても良いし、撮影回数や日付等を基準として行われるようにしても良い。

電源供給回路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。ＭＰＵ１００は、クリーニングモード開始の信号を受け取ると、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５次モードの屈曲振動を励起する周波数と、６次モードの屈曲振動を励起する周波数の２種類の周期電圧を生成し、これらの周期電圧を同時に、或は連続的に圧電素子４３０に対して印加する。これにより圧電素子４３０は、その印加される電圧に応じて伸縮し、光学ローパスフィルタ４１０は屈曲振動をする。

［実施の形態１の変形例］
前述の実施の形態１においては、フレーム部材４５０の各辺において、光軸方向の厚さを異ならせるようにした。ここではその変形例として、辺４５０ａと辺４５０ｂの、光軸と直交する面内においての幅が異なる例について説明する。具体的には、光軸と直交する面内において、辺４５０ａの幅が辺４５０ｂの幅よりも太くなるように構成されている。長辺４５０ａは上述の通り、振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、組立性を優先して幅太の形状としても、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動をほとんど阻害しない。これに対し短辺４５０ｂは、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動の腹部とも当接するが、幅細の形状のため光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動をほとんど阻害しない。

このような構成により、光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても、撮像素子３３にはその影響はほとんど及ばない。その結果、振動を受ける構造体を限定することが可能となる。また光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子４３０を駆動するエネルギーがより小さくて済むことになる。また上述の通り、長辺４５０ａは幅太の形状をしているため、容易に組立を行うことが可能となる。

［実施の形態２］
次に本発明の実施の形態２に関して、図１２〜１３を用いて説明する。ここで前述の実施の形態１と同様の構成に関しては、同符号を付してその説明を省略する。

図１２は、本発明の実施の形態２に係るフレーム部材４５０の詳細図である。

このフレーム部材４５０は、撮像素子３３を露出させるための矩形の開口部４５０ｃを有し、撮像素子３３の長辺と平行な長辺４５０ａと、それに直交する短辺４５０ｂとを具備している。本実施の形態２では、長辺４５０ａと短辺４５０ｂとは互いに異なる材質の部材で構成されている。具体的には、２色成型などの手段によって、短辺４５０ｂの剛性が長辺４５０ａの剛性よりも小さくなるように構成されている。

図１３は、本実施の形態２に係る撮像ユニット４００を構成するフレーム部材４５０と撮像素子３３を示す斜視図である。ここで、図１３に示すように、フレーム部材４５０は撮像素子３３のパッケージ３３ａ部に全周で当接する。

長辺４５０ａは、前述の実施の形態１の場合と同様に、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動の節部ｄ１（或はＤ１）、ｄ４（或はＤ５）付近で光学ローパスフィルタ４１０と当接するように構成されている。これにより長辺４５０ａは振幅が実質的に零である振動の節部を支持するため、５次モードと６次モードのいずれのモードで光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動をほとんど阻害しない。また、この長辺４５０ａは、剛性の強い部材で構成されているため、フレーム部材４５０の撮像素子３３への位置決め精度を高めることが可能となり、また組立性も向上できる。

これに対して短辺４５０ｂは、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動の腹部とも当接する。ここで短辺４５０ｂは剛性の小さい部材で構成されるので、光学ローパスフィルタ４１０の変形に対する反発力が小さくでき、また振動吸収性もよくなる。これにより、光学ローパスフィルタ４１０の振動をできるだけ阻害せず、更に、光学ローパスフィルタ４１０の振動を吸収することができる。

このような構成により、光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても、撮像素子３３にはその振動による影響はほとんど及ばない。その結果、振動を受ける構造体を限定することができる。また、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子４３０を駆動するエネルギーは、より小さくて済むことになる。

更に、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、カメラに対して落下などの衝撃が加えられた時でも、その衝撃は光学ローパスフィルタ４１０にほとんど伝わらない。これにより、カメラに加えられる衝撃によって光学ローパスフィルタ４１０が破壊されるのを防止できる。

また上述したように、長辺４５０ａは剛性の強い部材で構成されているため、組立作業性を損なうことがない。更に、光学ローパスフィルタ４１０と撮像素子３３との間がフレーム部材４５０によって封止されるため、この空間に塵埃等の異物の侵入を防ぐことが可能となる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に関して図６を用いて説明する。ここで実施の形態１と同様の構成に関しては、同符号を付してその説明を省略する。

フレーム部材４５０は、撮像素子３３を露出させるための矩形の開口部４５０ｃを有し、撮像素子３３の長辺と平行な長辺４５０ａと、それに直交する短辺４５０ｂとで構成されている。

本実施の形態３では、長辺４５０ａの光軸側の面（光学ローパスフィルタ４１０と当接する面）に粘着部材が配設されている。一般的に、粘着部材は粘性減衰が大きいことが知られている。フレーム部材４５０の長辺４５０ａは、前述したように光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動の節部ｄ１（或はＤ１），ｄ４（或はＤ５）付近で光学ローパスフィルタ４１０と当接する。これにより、５次モードと６次モードのどちらのモードで光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても、長辺４５０ａは振幅が実質的に零である振動の節部を支持するので、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動をほとんど阻害しない。これに対し短辺４５０ｂは、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動の腹部とも当接する。しかし、短辺４５０ｂの光学ローパスフィルタ４１０と当接する面には粘着部材が配設されていないため、光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動を阻害しない。

このような構成により、光学ローパスフィルタ４１０が屈曲振動をしても、撮像素子３３にはその影響はほとんど及ばない。その結果、振動を受ける構造体を限定することが可能となる。また光学ローパスフィルタ４１０の屈曲振動がほとんど阻害されないので、圧電素子４３０を駆動するエネルギーがより小さくて済むことになる。

更に、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、その振動による撮像素子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、カメラに対して落下などの衝撃が加えられた時でも、その衝撃は光学ローパスフィルタ４１０にほとんど伝わらないため、カメラに加えられる衝撃によって光学ローパスフィルタ４１０が破壊されることを防止することができる。

また上述の通り、長辺４５０ａの光学ローパスフィルタ４１０と当接する面には粘着部材が配設されているため、光学ローパスフィルタ４１０と撮像素子３３との間の密閉性がより良くなり、この空間に塵埃等の異物の侵入を防ぐことが可能となる。

本発明の実施の形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観を示す斜視図で、カメラ前面側より見た斜視図である。 本発明の実施の形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観を示す背面斜視図である。 本実施の形態に係るデジタル一眼レフカメラの主要な電気的構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るデジタル一眼レフカメラの内部の概略構成を示す分解斜視図である。 撮像ユニットの構成を示す斜視図である。 本実施の形態に係るフレーム部材の詳細図である。 撮像ユニットを構成するフレーム部材と撮像素子を示す斜視図である。 振動ユニットの詳細な構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る圧電素子の詳細図であり、図９（Ｂ）は圧電素子の側面図、図９（Ａ）は図９（Ｂ）を左側から見た平面図、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）を右側から見た平面図である。 光学ローパスフィルタの振動形状を示す側面図である。 本実施の形態に係る光学ローパスフィルタが５次モードで振動するときの振動形状を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るフレーム部材の詳細図である。 本実施の形態２に係る撮像ユニットを構成するフレーム部材と撮像素子とを示す斜視図である。

Claims (7)

1. 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された光学部材と、
   前記光学部材に振動を与える加振手段と、
   前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
   前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第１の組の辺及び前記第１の組の辺とは異なる第２の組の辺が一体的に形成され、前記第１の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第２の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅を、前記第１の組の辺の前記撮影光軸に直交する面内の幅よりも小さくすることを特徴とする撮像装置。
2. 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子の前面であって撮影光軸上に配設された矩形の光学部材と、
   前記光学部材に振動を与える加振手段と、
   前記撮像素子の撮像面に前記光学像を通過させる矩形の開口が形成され、前記光学部材と前記撮像素子とに挟持されるフレーム部材とを有し、
   前記フレーム部材の互いに対向する辺を一組としたとき、第１の組の辺及び前記第１の組の辺とは異なる第２の組の辺が一体的に形成され、前記第１の組の辺は、前記加振手段の振動によって振動する前記光学部材の振動の節部で前記光学部材と前記撮像素子に当接し、前記第１の組の辺とは異なる第２の組の辺の剛性を、前記第１の組の辺の剛性よりも小さくすることを特徴とする撮像装置。
3. 前記第１の組の辺は前記光学部材に固定され、前記第２の組の辺は前記光学部材に固定されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の組の辺は前記フレーム部材の長辺であり、前記第２の組の辺は前記フレーム部材の短辺であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記光学部材は略矩形の形状を有し、入射される光束を所定の光束に変調して射出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記光学部材は、赤外カットフィルタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記フレーム部材は遮光性を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。

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