(57)【要約】【課題】  超音波を光学部材に照射して付着した塵を非接触で除去することができる塵除去装置の提供。【解決手段】  カメラ１のレンズマウント２に塵除去装置３を装着する。除去動作時には、クイックリターンミラー４は光路外へ退避され、シャッタ６は開放状態とされる。そして、振動子２０ａで発生した超音波を音響レンズ８を介して光学ローパスフィルタ上の塵Ｇに照射する。ホルダ２１に固設された超音波発生部２０を、移動装置２５により光軸に垂直な面内で移動することによって、光学ローパスフィルタ１０の全域に超音波を照射することができる。塵Ｇは超音波により振動し、光学ローパスフィルタ１０の表面から剥がれ落ちる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ交換式デジタルカメラのボディ開口を介して、カメラボディ内に設けられた撮像素子の撮像面前方に配置された光学部材に付着した塵を除去するための塵除去装置において、
超音波振動子により発生した超音波を音響レンズにより前記光学部材に向けて収束照射する超音波発生部と、
前記超音波振動子に駆動電圧を印加する駆動回路とを備えたことを特徴とする塵除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の塵除去装置において、
前記超音波発生部を移動して前記光学部材上に対する超音波照射位置を変更する移動手段と、
前記撮像素子による撮像情報をカメラ側から受信して、前記移動手段および前記駆動回路を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする塵除去装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の塵除去装置において、
前記駆動回路は、電圧値がステップ状に変化するステップ状駆動電圧を前記超音波振動子に印加することを特徴とする塵除去装置。
【請求項４】
請求項３に記載の塵除去装置において、
前記ステップ状駆動電圧の最大値の変更を指示する指示手段を備え、
前記駆動回路は前記指示手段の指示に基づいて前記ステップ状駆動電圧を印加することを特徴とする塵除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ交換式デジタルカメラの塵除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子を用いたデジタルカメラでは、撮像素子の撮像面前方に赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ等の光学部材が配設される。ところで、撮像素子の近傍に配置されている光学ローパスフィルタの表面にゴミが付着すると、付着したゴミの影が被写体画像に写り込んでしまうという不具合が生じる。
【０００３】
銀塩フィルムカメラにおいてゴミがフィルムに付着した場合、付着した撮影コマだけにゴミの影響が出るが、デジタルカメラでは、ゴミが撮像素子表面に付着するとどの撮影コマにもゴミが写り込むことになる。そして、ゴミの付着量が増大するにつれて、写り込みの影響も大きくなって無視できなくなる。
【０００４】
そのため、従来のレンズ交換式のデジタルカメラでは、ミラーが光路外に退避しかつシャッタが開放状態となる撮影状態に維持するモード（例えば、クリーニングモードと呼ばれる）を有するものがある。カメラのユーザーは、ゴミの付着が気になりだしたならばカメラをクリーニングモードにして、光学ローパスフィルタ表面に付着したゴミや汚れを取り除く作業を手作業で行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、撮像素子前方近傍に配置された光学部材を振動させる加振手段を設け、振動によって塵を落とすようなカメラも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５７０８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光学ローパスフィルタの塵を布等でふき取る場合には、光学ローパスフィルタ表面を傷付けやすく、作業に熟練を要するという欠点があった。また、加振手段で光学部材を振動させる場合には、加振手段付加によるコストアップおよびカメラの大型化が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、レンズ交換式デジタルカメラのボディ開口を介して、カメラボディ内に設けられた撮像素子の撮像面前方に配置された光学部材に付着した塵を除去するための塵除去装置に適用され、超音波振動子により発生した超音波を音響レンズにより光学部材に向けて収束照射する超音波発生部と、超音波振動子に駆動電圧を印加する駆動回路とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の塵除去装置において、超音波発生部を移動して光学部材上に対する超音波照射位置を変更する移動手段と、撮像素子による撮像情報をカメラ側から受信して、移動手段および駆動回路を制御する制御手段とを備えたものである。
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の塵除去装置において、駆動回路は、電圧値がステップ状に変化するステップ状駆動電圧を超音波振動子に印加する。
請求項４の発明は、請求項３に記載の塵除去装置において、ステップ状駆動電圧の最大値の変更を指示する指示手段を備え、駆動回路は前記指示手段の指示に基づいてステップ状駆動電圧を印加するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波を光学部材に照射して付着した塵を除去する非接触式塵除去装置なので、光学部材表面を傷付けることがなく、効果的に塵を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明による塵除去装置の一実施の形態を示す図である。図１は、レンズ交換式デジタルスチルカメラ１のレンズマウント２に装着された塵除去装置３の概略構成を示したものである。
【００１１】
カメラ１のボディ内には、被写体光束をファインダ光学系へと導くクイックリターンミラー４が設けられている。ファインダ光学系には、撮像素子９と光学的に共役な位置に配設されている焦点板１１と、ファインダ光束を接眼レンズ１２を介してファインダ接眼窓１３へと導くペンタプリズム１４とが設けられている。
【００１２】
クイックリターンミラー４の背面側撮影光路上には、シャッタ６および撮像ユニット８が順に設けられている。撮像ユニット８には、ＣＣＤ等の固体撮像素子９が設けられており、固体撮像素子９の撮像面前方には光学ローパスフィルタ１０が配設されている。クイックリターンミラー４は移動可能に設けられており、レリーズ動作や後述するクリーニングモード時には二点鎖線で示すように撮影光路から退避するようになっている。
【００１３】
塵除去装置３には、レンズマウント装着用接続部３ａが設けられている。塵除去装置３をカメラ１のレンズマウント２に装着すると、カメラに設けられた端子部１６と清掃装置３に設けられた端子部１７とが接続状態となる。端子部１６，１７は、カメラ１の制御装置１８の通信ラインと塵除去装置３の通信ラインとを接続するものである。これらの端子部１６，１７を介して。制御装置１８と制御装置１９との間でデータの授受が行われる。
【００１４】
塵除去装置３は超音波によって塵を除去する装置であり、超音波発生部２０を構成する振動子２０ａおよび超音波を収束する音響レンズ２０ｂを備えている。超音波発生部２０で発生した超音波は音響レンズ２０ｂで収束作用を受け、光学ローパスフィルタ１０上の塵Ｇに照射される。塵Ｇが超音波により共振振動すると、その振動により塵Ｇは光学ローパスフィルタ１０の表面から剥がれ落ちる。なお、超音波の収束位置は塵Ｇに近いほど除去効果が高くなるが、必ずしも近傍にある必要はない。
【００１５】
振動子２０ａには圧電振動子や磁歪振動子などが用いられるるが、以下では圧電振動子を用いた場合について説明する。振動子２０ａは平面的に移動するホルダ２１上に固定されている。ホルダ２１には、超音波発生部２０とともに撮像ユニット８を照明するＬＥＤ等の光源が設けられている。
【００１６】
ホルダ２１は、ｘｙステージのようにホルダ２１を２次元的に移動する移動装置２５に取り付けられている。なお、移動装置２５に、ホルダ２１を光軸方向に移動するための移動機構をさらに設けてもよい。振動子２０ａは、駆動回路部２６によって駆動電圧が印加される。２３は塵除去装置３の起動スイッチであり、２４は塵除去装置の動作状態等を表示する表示部である。制御装置１９は移動装置２５の制御、駆動回路部２６の制御、光源２２のオンオフ制御などを行う。
【００１７】
次に、振動子２０ａの駆動方法について図２を参照して説明する。振動子２０ａである圧電体の表裏両面には電極２００，２０１が設けられており、一方の電極２００はアースされ、他方の電極２０１には抵抗Ｒを介して発振器２０２からの駆動電圧が印加される。振動子２０ａに電圧を印加すると、振動子２０ａは次式（１）を満たすような超音波を発生する。式（１）において、ｌは振動子２０ａの厚み、ｖは振動子２０ａ内の音速、Ｃ０は振動子２０ａの電気容量、τは駆動回路側で決まる時定数、Ｔは振動子側で決まる時定数である。
（Ｒ・Ｃ０）／（ｌ／ｖ）＝τ／Ｔ    …（１）
【００１８】
超音波振動子を用いて超音波を発生させる場合、従来は正弦波電圧を印加しているが、本実施の形態では図２に示すようなステップ状の電圧を繰り返し印加して超音波を発生させる。このようなステップ状の電圧を印加すると、振動子２０ａには符号Ｂで示すような振動パルスが発生する。このとき、振動子２０ａから出力される超音波には次式（２）で与えられる共振周波数の基本波に加えて、３次，５次，７次の高調波が含まれる。
共振周波数＝ｖ／２ｌ    …（２）
【００１９】
ところで、超音波を塵Ｇに照射した場合、超音波の波長と塵Ｇの大きさとが同程度となったときに塵Ｇに共振振動が発生しやすい。図３は振動子２０ａの厚みと共振周波数と除去対象塵の大きさとの関係を示す図である。例えば、振動子２０ａの厚みを２ｍｍとした場合、式（２）から算出される基本波の周波数（共振周波数）は２．５ＭＨｚとなる。ただし、振動子２０ａ内の音速を１００００ｍ／ｓとして計算した。
【００２０】
振動数２．５ＭＨｚの基本波の波長は、空気中の音速を３３０ｍ／ｓとすると１３２μｍとなる。さらに、３次、５次、７次の高調波については、周波数はそれぞれ７．５ＭＨｚ、１２．５ＭＨｚ、１７．５ＭＨｚとなり、各周波数に対応する波長はそれぞれ４４μｍ、２６．４μｍ、１８．８μｍとなる。そのため、様々な大きさの塵Ｇに対して除去効果を発揮することができる。また、ステップ状電圧の電圧Ｖを大きくすることによって、発生する超音波の強度を大きくすることができ、除塵効果が高められる。
【００２１】
《塵除去動作の説明》
次いで、塵除去装置３を用いた塵除去動作の一例を図４，５のフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートは塵除去装置３側の動作を示しており、制御装置１９で処理される。一方、図５のフローチャートはカメラ１側の動作を示しており、制御装置１８で処理される。
【００２２】
塵除去を行う場合には、まず、図１に示すように塵除去装置３をカメラ１のレンズマウント２に装着する。そして、塵除去装置３の起動スイッチ２３をオンすると図４の一連の処理がスタートし、カメラ１の電源をオンしてカメラ動作モードをクリーニングモードに設定すると図５の処理がスタートする。なお、クリーニングモードに設定されると、クイックリターンミラー４は撮影光路外へ退避させられ、シャッタ６は全開状態とされる。
【００２３】
《塵除去装置３の動作》
まず、図４に示す塵除去装置３側の処理について説明する。ステップＳ１ではカメラ１のモードがクリーニングモードか否かを判定し、クリーニングモードと判定されるとステップＳ２へ進み、クリーニングモードでないと判定されると再びステップＳ１の処理を実行する。なお、カメラ１は、クリーニングモードに設定されると後述するように準備動作を行い、準備完了とともにクリーニングモード信号が塵除去装置３に送信される。クリーニングモードか否かの判定は、このクリーニングモード信号を受信したか否かで判定される。
【００２４】
ステップＳ２では、超音波照射処理を行う。この処理においては、まず、駆動電圧Ｖを初期値Ｖ０に設定して超音波を発生し、移動装置２５を駆動して光学ローパスフィルタ１０の全域に超音波を照射する。なお、カメラ１がクリーニングモードに設定されると、カメラ１側から撮像素子９の寸法やレンズマウント２から撮像素子９までの距離等に関する情報が塵除去装置３側に送信されるので、その情報に基づいて移動装置２５の移動制御を行う。また、移動装置２５が光軸方向の移動機能を有している場合には、音響レンズ２０ｂのフォーカス位置が光学ローパスフィルタ１０の近傍となるように、撮像素子９までの距離情報に基づいて超音波発生部２０の光軸方向を調整するようにしても良い。
【００２５】
ステップＳ２の超音波照射処理が完了したならば、ステップＳ３に進んで光源２２を所定時間点灯するとともに照射処理完了信号をカメラ１側に送信する。後述するように、カメラ１は照射処理完了信号を受信すると撮像処理を行い一連の塵検出処理を行う。ステップＳ４では、カメラ１からの判定結果を受信したか否かを判定し、受信と判定されるとステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、受信した判定結果結果が除去完了（ＯＫ）であるか除去未完了（ＮＧ）であるかを判定し、除去完了と判定されるとステップＳ６へ進み、除去未完了と判定されるとステップＳ８へ進む。
【００２６】
ステップＳ５からステップＳ６へと進んだ場合には、カメラ１にクリーニングモード解除指示を送信する。そして、ステップＳ７において塵除去終了の表示を表示部２４に表示し、一連の塵除去処理を終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ５で除去未完了（ＮＧ）と判定されてステップＳ８へ進んだ場合には、除去未完了（ＮＧ）と判定された回数が３回以上か否かを判定する。ステップＳ８で３回未満と判定されると、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、駆動電圧の電圧値ＶをΔＶだけ増加する。すなわち、初期値Ｖ０であったものを、Ｖ０＋ΔＶとする。ステップＳ９の処理が完了したならば、ステップＳ２へ戻り駆動電圧＝Ｖ０＋ΔＶで超音波照射処理を行う。
【００２８】
その後、ステップＳ３，ステップＳ４，ステップＳ５と進み、ステップＳ５で再び除去未完了と判定されるとステップＳ８、ステップＳ９へと進み、ステップＳ９において駆動電圧をΔＶだけ増加させる。ステップＳ５で除去未完了と判定されている間は同様な処理が繰り返し実行され、駆動電圧＝Ｖ０＋２ΔＶによる超音波処理でも除去完了と成らない場合は、ステップＳ８において除去未完了（ＮＧ）と判定された回数が３回以上と判定される、ステップＳ１０に進んで表示部２４に除去が未完了であることを示す表示を行い、一連の除去作業を終了する。
【００２９】
《カメラ１の動作》
次に、カメラ１側の動作について図５を用いて説明する。カメラ１がクリーニングモードに設定されると図５の処理がスタートし、ステップＳ２０でクイックリターンミラー４を光路外へ退避させ、シャッタ６を全開状態とする。その後、ステップＳ２１に進んでクリーニングモード信号を塵除去装置３側へ送信したならば、ステップＳ２２に進み撮像素子９を停止状態とする。
【００３０】
ステップＳ２３では、塵除去装置３からの超音波照射処理完了信号を受信したか否かを判定し、受信と判定されるステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、停止状態になっている撮像素子９を起動して撮像動作を行う。この時、光学ローパスフィルタ７はホルダ２１に設けられた光源２２により照明されているため、光学ローパスフィルタ７の表面に付着したゴミの影が撮像素子９によって撮像される。ゴミの存在する領域の受光量はゴミの無いところの受光量よりも小さくなる。
【００３１】
続くステップＳ２５では、ステップＳ２４で得られた撮像データに基づいてゴミ検出の処理を行う。例えば、塵の大きさは影となっている部分の画素数で表せ、影の部分の個数で塵の個数が認識できる。ステップＳ２６では、塵の有無の判定を行う。ここでは、所定大きさ以上の塵が有るか無いかで判定し、所定大きさ以上の塵が有る場合には除去処理未完了（ＮＧ）と判定し、無い場合には除去完了（ＯＫ）と判定する。
【００３２】
ステップＳ２７では、ステップＳ２６の判定結果を塵除去装置３側へと送信する。続くステップＳ２８では、塵除去装置３からのクリーニングモード解除信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ２８において受信した（ＹＥＳ）と判定されると、ステップＳ２９に進んでクイックリターンミラー４を光路中に戻すとともにシャッタ６を閉じ、一連の処理を終了する。一方、ステップＳ２８においてクリーニングモード解除信号を受信していない（ＮＯ）と判定されるとステップＳ２２へ戻り、再び撮像、塵検出、判定および判定結果送信の各処理が行われる。
【００３３】
なお、上述した塵除去動作では塵検出処理や判定処理をカメラ１側で行ったが、これらを塵除去装置３側で行うようにしても良い。
【００３４】
上述したように、本実施の形態では、レンズマウント２に塵除去装置３を装着し、超音波を照射して塵を除去するようにしているため、以下のような特徴を有している。
（１）超音波を利用しているので、光学ローパスフィルタ１０に付着した塵を非接触により除去することができる。また、超音波による振動効果は光学ローパスフィルタ１０の裏面側に付着した塵にも効果があり、拭き取りでは除去することのできない裏面側の塵も除去することができる。さらに、超音波を音響レンズ２０ｂで収束することにより、振動エネルギーを塵に集中させることができるため、低エネルギーで振動子２０ａを振動させても除去効果が得られる。
（２）ステップ入力（印加電圧）に対する過渡応答を利用しているため、振動子２０ａの共振周波数以外の高調波も発生し、種々の大きさの塵にも対応できる。また、空気の流れによって塵を落としているわけではないので、カメラボディ内の塵をまきあげるような不都合は生じない。
（３）撮像素子９に対する超音波の影響については、光学ローパスフィルタ１０を介しているので撮像素子９に対する影響は小さい。
（４）カメラ１とは別体の塵除去装置３をレンズマウント２に装着して使用するので、一眼レフ式のデジタルカメラであれば種々のカメラに装着することができる。
【００３５】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、光学ローパスフィルタ１０は光学部材を、制御装置１９は制御手段および指示手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による塵除去装置の一実施の形態を示す図であり、レンズ交換式デジタルスチルカメラ１のレンズマウント２に装着された塵除去装置３の概略構成を示したものである。
【図２】振動子２０ａの駆動方法を説明する図である。
【図３】振動子２０ａの厚みと共振周波数と除去対象塵の大きさとの関係を示す図である。
【図４】塵除去装置３側の処理を示すフローチャートである。
【図５】カメラ１側の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１  カメラ
２  レンズマウント
３  塵除去装置
４  クイックリターンミラー
９  撮像素子
１０  光学ローパスフィルタ
１８，１９  制御装置
２０  超音波発生部
２０ａ  振動子
２０ｂ  音響レンズ
２１  ホルダ
２２  光源
２５  移動装置
２６  駆動回路部
Ｇ  塵
【図１】
2005275088.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005275088.tif 000006
【図５】
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