(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子を用いた加振装置の駆動用信号を、比較的低い周波数の発振信号を用いて高精度に生成できるようにする。【解決手段】圧電素子の駆動回路１４は、圧電素子を駆動する信号を出力するための圧電素子の駆動回路であって、離散的に周波数が変化する周波数信号を出力する周波数信号生成部１３０と、入力される電圧により出力信号の周波数が変化する電圧制御発振器３４と、周波数信号生成部からの出力信号の位相と電圧制御発振器の出力信号の位相とを比較する位相比較器３１と、位相比較器の出力信号の変化に応じて変化する出力電圧を電圧制御発振器に入力するループフィルタ３２，３３とを備え、電圧制御発振器の出力信号を圧電素子を駆動する信号とする。【選択図】図６
2010245647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を駆動する信号を出力するための圧電素子の駆動回路であって、
離散的に周波数が変化する周波数信号を出力する周波数信号生成手段と、
入力される電圧により出力信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記周波数信号生成手段からの出力信号の位相と前記電圧制御発振器の出力信号の位相とを比較する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号の変化に応じて変化する出力電圧を前記電圧制御発振器に入力するループフィルタとを備え、
前記電圧制御発振器の出力信号を前記圧電素子を駆動する信号とすることを特徴とする圧電素子の駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子の駆動回路を有することを特徴とする異物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置において、撮像素子の前方に配置された光学素子の表面に付着した異物を除去する装置の駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやビデオカメラに代表される電子撮像装置（以下カメラと称する）は、即時性やパーソナルコンピュータとの親和性の高さから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、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前面に配置されるローパスフィルタ等の光学素子とからなる。
【０００３】
上記カメラにおいて例えば光学素子に塵埃等の異物が付着すると異物自身が画像に写りこんで画像の品質を低下させてしまう。そのため、光学素子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ており、近年実用化もされ始めている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３３３９１号公報
【特許文献２】特開平５−１８４１６９号公報
【特許文献３】特開平１−２２７６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように光学素子を振動させて付着した異物の除去を行う場合、光学素子を振動させる装置として、一般的に圧電素子を用いた加振装置が用いられる。この圧電素子を駆動する場合、駆動周波数を、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの所定の周波数の範囲内で連続的にまたは数十Ｈｚ程度のステップで変化させる。
【０００６】
これは、光学素子を振動させる際に、共振現象を利用して大きな振動を得るために、Ｑ値が大きくなるような部材を利用しており、共振周波数付近での駆動を行う必要があるためである。この際に、共振周波数は駆動による温度変化等の理由により変動するため、大きい共振を得るために、上記のように駆動周波数を連続的または数十Ｈｚ程度のステップで変化させる必要がある。
【０００７】
上記のような駆動信号を生成する場合、連続的に周波数を変化させるためには、電圧制御発振器（以下ＶＣＯと略す）等を用いて、入力電圧を変化させることで連続的に変化する周波数信号を作り出している。しかし、ＶＣＯはアナログ回路による発振器であるため、部品の固体ばらつきや温度変化等により、発振周波数が変動してしまう問題がある。
【０００８】
この対策として、次のような方法が提案されている。１つは、水晶発振子やセラミック発振子といった、正確な周波数を生成できる素子を用いて高周波で精度の高い周波数信号を生成し、この信号を基に分周をおこない正確な周波数の駆動信号を生成して圧電素子を振動させる方法（特許文献２参照）である。また、もう１つは、ＰＬＬシンセサイザーを用いて正確な周波数の駆動信号を生成し圧電素子を振動させる方法（特許文献３参照）である。
【０００９】
しかし、上記のような周波数の高い正確な周波数信号を発生させて分周する方法やＰＬＬシンセサイザーを用いた方法では、数十Ｈｚ程度のステップで駆動周波数を変化させるためには、基になる高周波信号を生成する必要がある。たとえば、駆動周波数を２００ＫＨｚ程度とした場合、５０Ｈｚステップ程度で周波数を変化させようとすると、８００ＭＨｚ程度の信号が必要となってしまう。このような、高周波信号を生成すると、消費電力の増加、不要輻射の増加、高速動作可能な回路部品を使用しなければならない等の問題があった。
【００１０】
したがって、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子を用いた加振装置の駆動用信号を、比較的低い周波数の発振信号を用いて高精度に生成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる圧電素子の駆動回路は、圧電素子を駆動する信号を出力するための圧電素子の駆動回路であって、離散的に周波数が変化する周波数信号を出力する周波数信号生成手段と、入力される電圧により出力信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、前記周波数信号生成手段からの出力信号の位相と前記電圧制御発振器の出力信号の位相とを比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力信号の変化に応じて変化する出力電圧を前記電圧制御発振器に入力するループフィルタとを備え、前記電圧制御発振器の出力信号を前記圧電素子を駆動する信号とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧電素子を用いた加振装置の駆動用信号を、比較的低い周波数の発振信号を用いて高精度に生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる一眼レフデジタルカメラのブロック図である。
【図２】第１の実施形態の一眼レフデジタルカメラの外観を示す図である。
【図３】図１に示した撮像素子の近傍を上面から見た拡大図である。
【図４】図３の光学部材の部分を、撮像素子側から見た状態、および圧電素子の周辺回路を示す図である。
【図５】圧電素子及び検出用圧電素子を制御する制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の駆動周波数生成回路１４を詳細に示すブロック図である。
【図７】位相比較器３１の入出力の関係を示す図である。
【図８】カメラ制御部の出力周波数と駆動周波数生成回路の出力周波数の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係わる、圧電素子を用いた加振装置を搭載した撮像装置としての一眼レフデジタルカメラについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の一眼レフデジタルカメラのブロック図である。
【００１６】
図１において、１は被写体像を結像させるための交換可能な撮影レンズユニット、１１１は撮影レンズユニット１中に備えられ、撮像素子２に入射する光量を調節するための絞り、２は被写体像を光電変換するための撮像素子である。撮像素子２の前面には、ローパスフィルタやカバーフィルタといった防塵フィルタとしても機能する光学部材４が近接して配置されており、この光学部材４の表面に異物が付着する。付着した異物は、影となって撮像素子２上の被写体像に写り込む。光学部材４の左右（図１では便宜上上下位置で示している）には、この光学部材４を振動させて付着した異物を除去する圧電素子５，６が配置されている。圧電素子５，６には、この圧電素子５，６をそれぞれ独立して加振駆動するための圧電素子駆動部１２２が接続されている。
【００１７】
１３２は撮像素子２から出力されるアナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、１４０はＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル画像信号を処理する画像処理装置である。また、１３３は撮影レンズユニット１のレンズ位置や絞りの開度を制御するレンズ系制御部、１２１はＡＦ（オートフォーカス）センサ、ＡＥ（自動露出）センサなどの各種センサである。さらに、１３０はデジタルカメラ全体の動作を制御するカメラ制御部、１５０はシャッタボタン、ディスプレイ、撮影モード選択ダイヤルなどとのＩ／Ｏ、１３４は撮影画像や種々の情報を記憶するメモリである。
【００１８】
ユーザーの操作はＩ／Ｏ１５０を介して取得され、ユーザの操作によって電源ＯＮ／ＯＦＦ、撮影動作などが行われる。撮影動作が指示された場合、各種センサ１２１や撮像素子２から得られる情報に基づいてカメラ制御部１３０は適切な撮影条件を決定し、レンズ系制御部１３３を介して適切なレンズ位置などを設定する。露光後に撮像素子２の出力信号をＡ／Ｄコンバータ１３２を介してデジタル化したのち、画像処理装置１４０で適切な画像処理を施してメモリ１３４に保存する。また必要な場合には、Ｉ／Ｏ１５０を介して図示しないディスプレイに画像を表示する。画像処理装置１４０は、ホワイトバランス調整、ＲＧＢ現像、圧縮符号化等の処理を行う。
【００１９】
図２は、第１の実施形態の一眼レフデジタルカメラの外観を示す図である。具体的には、図２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ている。
【００２０】
図２において、１００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１００ａが設けられている。２０２はマウント部であり、着脱可能な撮影レンズユニット１（図１参照）をカメラ本体１００に固定させる。マウント接点２２１は、カメラ本体１００と撮影レンズユニット１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２２１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。
【００２１】
２０４は撮影レンズユニット１を取り外す際に押し込むレンズロック解除釦である。２０５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２０５の内部には、クイックリターンミラー２０６が配設されている。クイックリターンミラー２０６は、撮影光束をペンタプリズム（不図示）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２（図１を参照）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。
【００２２】
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２０７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２０８と、撮影系の動作モード設定ボタン２１０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２０９に表示される。図１に示したＩ／Ｏ１５０は、主としてこれらの操作部材、表示パネル等とのＩ／Ｏである。
【００２３】
シャッタボタン２０７は、第１ストローク（半押し）でスイッチＳＷ１がＯＮし、第２ストローク（全押し）でスイッチＳＷ２がＯＮする構成となっている。また、動作モード設定ボタン２１０は、シャッタボタン２０７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２０９にその設定状況が表示されるようになっている。
【００２４】
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２１１とフラッシュ取付け用のシュー溝２１２とフラッシュ接点２１３が配置されており、カメラ上部右寄りには撮影モード設定ダイヤル２１４が配置されている。なお、撮影モード設定ダイヤル２１４は、光学部材４を圧電素子５，６により振動させて光学部材４の表面に付着した塵埃等の異物を除去する動作の起動操作部を兼ねている。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２１５が設けられており、この外部端子蓋２１５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２１６とＵＳＢ出力用コネクタ２１７が納められている。
【００２５】
図３は、図１に示した撮像素子の近傍を上面から見た拡大図である。
【００２６】
図３において、１は撮影レンズユニット、２は撮影レンズユニット１から入射した光を光電変換するための撮像素子、３は撮像素子２をカメラに装着するための撮像素子パッケージである。また、４は撮像素子パッケージ３の前方に配置され、撮像素子パッケージ３の表面および撮像素子２に塵埃等の異物が付着することを防止するための防塵フィルタとしても機能する光学部材である。なお、光学部材４は、具体的には光学ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタなどである。さらに、５，６は光学部材４を振動させるための駆動用の圧電素子、２１，２２は光学部材４を撮像素子パッケージ３に密閉した状態で保持するための保持部材である。
【００２７】
図４は、図３の光学部材４の部分を、撮像素子２側から見た状態、および圧電素子の周辺回路（図１の圧電素子駆動部１２２の内部回路）を示す図である。
【００２８】
図４において、異物除去のための圧電素子（駆動用圧電素子）５，６は光学部材４を挟んで光学部材４の左右両端に貼り付けられている。７，８は圧電素子５，６に隣接してそれぞれ配置され、光学部材４の振動の状態を検出するための検出用圧電素子である。
【００２９】
９は圧電素子５を駆動するための駆動回路、１０は圧電素子６を駆動するための駆動回路、１１は検出用圧電素子７からの信号を検出するための検出回路、１２は検出用圧電素子８からの信号を検出するための検出回路である。
【００３０】
光学部材４の両端に貼り付けられた圧電素子５および６を所定の周波数で振動させることにより、光学部材４上に定在波を発生させて振動させ、光学部材４の表面に付着した塵埃等の異物を振り落とす構成となっている。そして、光学部材４に発生した振幅の状態を、検出用圧電素子７，８で検出する。
【００３１】
図５は、圧電素子５，６及び検出用圧電素子７，８を制御する制御回路の構成を示すブロック図であり、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２は図４で説明した通りである。
【００３２】
１３０は、図１に示したようにデジタルカメラ全体の動作の制御と共に圧電素子５，６の振動制御も行うカメラ制御部であり、一般的にマイクロコンピュータが用いられる。１４はカメラ制御部１３０により制御され、圧電素子５，６を駆動するための高周波信号を出力するための駆動周波数生成回路である。駆動周波数生成回路１４は、カメラ制御部１３０からの信号に従って、発振周波数を変化させて加振用の周波数信号を出力する。１５は、圧電素子５，６を駆動する電力を供給する電源回路であり、駆動回路９，１０に接続されている。
【００３３】
ここで、図４及び図５に示す駆動制御回路全体の動作について説明する。
【００３４】
カメラ制御部１３０は、駆動周波数生成回路１４に対して圧電素子５，６を駆動するのに必要な周波数を指示する信号を出力し、駆動周波数生成回路１４は指示された周波数の信号を駆動回路９，１０に出力する。駆動回路９，１０は電源回路１５から供給される電力を、Ｈブリッジ回路により、カメラ制御部１３０及び駆動周波数生成回路１４から入力される信号に従って出力する機能を持っている。また、カメラ制御部１３０は、駆動回路９，１０に対して圧電素子の駆動を許可するか禁止するかを指示する駆動許可／禁止信号を出すことにより、駆動回路９，１０の出力の有無を個別に制御できるようになっている。
【００３５】
駆動回路９，１０の出力がカメラ制御部１３０により許可されると、カメラ制御部１３０により指定された周波数の駆動信号が、圧電素子５，６に印加されて光学部材４を振動させ、光学部材４上に定在波を発生させる。なお、カメラ制御部１３０は駆動周波数生成回路１４へ送る信号を変化させることで、駆動周波数生成回路１４の発振周波数を変化させ、圧電素子５，６に印加する信号の周波数を変えることができる。このように周波数を変化させることで、光学部材４上に発生する定在波の腹や節の数を変化させることができるとともに、もっとも振幅の大きい定在波を発生させることができる。
【００３６】
光学部材４に定在波が発生すると、検出用圧電素子７，８が振動し信号を発生する。検出用圧電素子７に発生した信号は、検出回路１１によりカメラ制御部１３０が検出できる信号に変換され、カメラ制御部１３０のＡ／Ｄ変換入力に入力される。同様に検出用圧電素子８に発生した信号は、検出回路１２によりカメラ制御部１３０が検出できる信号に変換され、カメラ制御部１３０のＡ／Ｄ変換入力に入力される。
【００３７】
図６は駆動周波数生成回路１４を詳細に説明する図である。
【００３８】
図６において、駆動周波数生成回路１４は、位相比較器とループフィルタ及び電圧制御発振器からなるいわゆるＰＬＬ回路（位相同期回路）を構成している。カメラ制御部１３０は圧電素子駆動に必要な周波数の信号を離散的に周波数を変更しながら出力する。３１は位相比較器であり、カメラ制御部１３０から出力された信号がＣＯＭＰ．ｉｎに駆動周波数生成回路１４の出力に相当する信号がＲＥＦ．ｉｎに入力され、この二つの信号の位相と周波数を比較して比較結果を出力する。
【００３９】
ここで、位相比較器は、たとえば、米国Texas Instruments社製のＰＬＬ−ＩＣ、ＣＤ７４ＨＣ５０４６Ａに内蔵された位相比較器に代表される、ポジティブエッジ・トリガ型トライステート出力位相比較器である。
【００４０】
３２は一端が位相比較器３１の出力に接続された抵抗、３３は抵抗３２の位相比較器３１に接続された側とは反対側の一端と、回路のグランド間に接続されたコンデンサである。コンデンサ３３は、抵抗３２と共に、位相比較器３１の出力を平滑化するためのループフィルターを構成する。３４は位相比較器３１の出力を抵抗３２及びコンデンサ３３からなるループフィルターを通した信号（出力電圧）を入力とする電圧制御発振器であり、入力電圧に従って出力周波数が変化するものである。
【００４１】
図７は位相比較器３１の動作を示す図である。図７は、ＲＥＦ．ｉｎとＣＯＭＰ．ｉｎの二つの入力信号と出力信号の関係を示しており、二つの入力信号の立ち上がりの入力タイミングにより出力が変化するものである。
【００４２】
ＲＥＦ．ｉｎの立ち上がりに対して、ＣＯＭＰ．ｉｎの立ち上がりが遅い場合には、ＲＥＦ．ｉｎの立ち上がりから、ＣＯＭＰ．ｉｎの立ち上がりまでの間は、Ｌｏｗを出力する。また、ＲＥＦ．ｉｎの立ち上がりに対して、ＣＯＭＰ．ｉｎの立ち上がりが早い場合には、ＣＯＭＰ．ｉｎの立ち上がりから、ＲＥＦ．ｉｎの立ち上がりまでの間は、Ｈｉｇｈを出力する。そして、これら以外の状態の時には、Ｈｉ−Ｚ状態となっている。
【００４３】
このため、Ｌｏｗが出力されている間は、コンデンサ３３の電荷が、抵抗３２を通して放電され、電圧制御発振器３４に入力される電圧が低下するため、電圧制御発振器３４の出力周波数は低下する。また、Ｈｉｇｈが出力されている間は、コンデンサ３３に、抵抗３２を通して電荷が充電され、電圧制御発振器３４に入力される電圧が上昇するため、電圧制御発振器３４の出力周波数は上昇する。さらに、出力がＨｉ−Ｚの場合には、コンデンサ３３の電荷は変わらないため、電圧制御発振器３４に入力される電圧は変わらず、電圧制御発振器３４の出力周波数も変化しない。
【００４４】
図８は本実施形態の駆動周波数生成回路１４の入力と出力の関係を示す図であり、ここでの入力信号は、カメラ制御部１３０の出力でもある。
【００４５】
まず、カメラ制御部１３０（周波数信号生成部）は、圧電素子５，６を駆動するのに必要な所定の周波数範囲の周波数のうち、高い側の周波数を出力し所定時間の経過を待つ。この所定時間とは、駆動周波数生成回路１４の入力周波数と出力周波数がほぼ同一となるための時間である。所定時間経過後、カメラ制御部は、圧電素子５，６を駆動するための信号を出力し圧電素子の駆動を開始する。
【００４６】
カメラ制御部１３０は、圧電素子５，６の駆動を開始した後、図８の一点鎖線で示すように、所定時間毎に出力する周波数を階段状に低い側に変化させて、圧電素子５，６を駆動するための周波数を変化させる。駆動周波数生成回路１４では、上記のような入力周波数の変化に伴い、位相比較器３１に入力される周波数が出力周波数と異なってくる。そのため、入力周波数と出力周波数が同一の周波数になるまで、位相比較器３１が、各入力信号の立ち上がりエッジ毎にＬｏｗを出力し、図８の実線で示すように徐々に出力周波数を下げる。ここで、抵抗３２とコンデンサ３３の値から決まる時定数により、駆動周波数生成回路１４の出力周波数の変化度合いが決まり、時定数が大きければ大きいほど出力周波数は徐々に変化する。
【００４７】
このように、カメラ制御部１３０（周波数信号生成部）が、圧電素子５，６の駆動に必要な周波数信号を、駆動信号生成回路１４内部の時定数にあわせて離散的に（階段状に）変化させる。これにより、カメラ制御部１３０が出力した変更前後の周波数の間を連続的に変化する周波数の信号を出力することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、カメラ制御部１３０から周波数を離散的に（階段状に）順次変化させた信号を出力する。そして、この信号をＰＬＬの位相比較器に入力し、位相比較器の出力を、必要な周波数変化の時間と変化量に従った時定数を持つ、抵抗３２とコンデンサ３３で構成されたループフィルターを通して電圧制御発振器３４に入力する。これにより、カメラ制御部１３０が離散的に変化させた周波数変化を連続的な変化に変えると共に、正確な駆動周波数の信号を得ることができる。
【図１】
2010245647.tif 000003
【図２】
2010245647.tif 000004
【図３】
2010245647.tif 000005
【図４】
2010245647.tif 000006
【図５】
2010245647.tif 000007
【図６】
2010245647.tif 000008
【図７】
2010245647.tif 000009
【図８】
2010245647.tif 000010