(57)【要約】【課題】撮像素子近傍に付着した異物を効果的に除去できるようにする。【解決手段】撮影光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子５と、撮像素子５よりも被写体に近い側に配置された透明な材料からなる板状の光学素子であって、撮影光学系の光軸５１に直交する平面に対して撮像素子に向かって凸となるように湾曲して配置された光学素子１１と、光学素子１１を振動させる加振装置１０ａ，１０ｂとを具備する。【選択図】図４
2007288365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子よりも被写体に近い側に配置された透明な材料からなる板状の光学素子であって、前記撮影光学系の光軸に直交する平面に対して前記撮像素子に向かって凸となるように湾曲して配置された光学素子と、
前記光学素子を振動させる加振手段と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学素子と前記撮像素子との間の空間を密封する密封部材をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記密封部材の１次共振周波数は前記光学素子の１次共振周波数よりも高いことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学素子の湾曲形状の曲率半径をＲ、前記光学素子と前記撮像素子の間の距離をＬとしたときに、前記光学素子の曲率半径Ｒの値が、１０Ｌ≦Ｒ≦１００Ｌの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を備えるデジタルカメラ等の撮像装置において、固体撮像素子、光学フィルタ、レンズ等の、焦点面もしくは焦点面近傍に配設された光学部材の表面に付着した異物を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラの撮影レンズの焦点面近傍に塵埃等の異物が存在すると、その異物の影が固体撮像素子に写り込んでしまうという問題がある。このような異物は、レンズ交換時に外部から侵入したり、カメラ内部でのシャッタやミラーの動作に伴い、その構造部材である樹脂等の微細な磨耗紛が発生したりすることが原因と考えられている。このような原因で発生した異物が、特に固体撮像素子の保護用のカバーガラスとカバーガラスの前面に配設されている赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）等の光学フィルタの間に入り込んでしまう場合がある。その場合には、従来ではその異物を除去するためにカメラを分解しなければならなかった。このため、固体撮像素子のカバーガラスと光学フィルタとの間に異物が入り込まないように密閉構造にすることは極めて有効なものであった。
【０００３】
しかしながら、光学フィルタの固体撮像素子に対向する面と反対側の表面に異物が付着した場合、それが焦点面の近傍である場合にはその異物が影となって固体撮像素子に写り込んでしまうという問題が依然として残っている。
【０００４】
特許文献１は、ワイパを用いた異物の除去構造を開示している。特許文献１に開示された発明によると、所謂デジタルカメラにおいて、異物除去構造は撮像素子の防塵構造表面をワイパでこするように構成されている。クリーニングモードの指示などによって適宜ワイパを動作させることでレンズ交換等の作業において付着した異物を除去し、高品位の画像を得ることができる。
【０００５】
特許文献２は、エア噴出による異物の除去構造を開示している。特許文献２に開示された発明によると、所謂デジタルカメラにおいて、電源投入などの適宜なタイミングにおいて、異物の付着した素子の表面に対してエアを吹き付けることで、付着した異物を除去する。エアの吹き付けを適切に制御することで、レンズ交換等の作業において付着した異物を除去し高品位の画像を得ることができる。
【０００６】
特許文献３は、超音波を用いた異物の除去構造を開示している。特許文献３に開示された発明によると、外部に露呈した光学素子を超音波振動によって加振することで、光学素子表面に付着した異物の除去を行うことが出来る。クリーニングが容易でないカメラなどにおいて異物の除去を行い高品位の画像を得ることができる。
【０００７】
特許文献４は、振動を用いた異物の除去構造を開示している。特許文献４に開示された発明によると、撮像素子と撮影光学系の間に配置された光学素子を適切に振動させる。例えば１次の屈曲定在波振動や楕円振動を励起することで光学素子表面に付着した異物の除去を行う。振動を適切に制御することで、レンズ交換等の作業において付着した異物を除去し高品位の画像を得ることができる。
【特許文献１】特開２００１−２９８６４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１９２１９号公報
【特許文献３】特開平７−１５１９４６号公報
【特許文献４】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】
【０００８】
デジタルカメラ、特にレンズ交換式のデジタルカメラにおいては、レンズ交換時などに、撮像素子表面やその前方に設けられた光学素子に異物が付着しやすい。銀塩式カメラと異なりフィルムの巻き取り、交換の作業が無いためにカメラボディ内に付着した異物は取り除かれることが無く、画像の品位を低下させることがある。従来、異物の除去のためには、ブロアなどを用いてエアを吹き付けて除去する方法などが用いられてきた。しかしながら、異物はカメラボディ内にとどまることも多く、カメラの使用中に再度撮像素子面やその前方に設けられた光学素子に異物が付着すると言う問題があった。
【０００９】
また、特許文献１に開示されている技術を用いる場合、異物が金属粉のような硬い物質である場合には光学ＬＰＦを傷つけてしまう恐れがある。そのため、ワイパの押厚力を適切に管理する必要があるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に開示されている技術を用いる場合、エアボンベなどの部品が大きくなり、結果としてカメラ全体の大型化を招きやすいという問題がある。
【００１１】
また、特許文献３に開示されている技術は、保護ガラスなどのない通常のカメラにそのまま適用することが容易ではない。
【００１２】
また、特許文献４に開示されている技術を用いる場合、撮像素子近傍に平行にガラス板を設けるため、撮像素子で反射した光によるゴーストが生じやすいという問題がある。
【００１３】
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、撮像素子近傍に付着した異物を効果的に除去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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、撮影光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子よりも被写体に近い側に配置された透明な材料からなる板状の光学素子であって、前記撮影光学系の光軸に直交する平面に対して前記撮像素子に向かって凸となるように湾曲して配置された光学素子と、前記光学素子を振動させる加振手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、撮像素子近傍に付着した異物を効果的に除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式一眼レフデジタルカメラ１００の構造を示す側断面図である。
【００１８】
図１において１はカメラボディ、２はカメラボディ１に着脱可能なレンズ鏡筒、３は被写体像を結像させるための撮影光学系、４はレンズ鏡筒をカメラボディ１に着脱するためのレンズマウントである。また、５は被写体像を光電変換して画像信号を生成する撮像素子、６は光学ローパスフィルター(以下、ＬＰＦと記す)、７はミラーボックス、８はクイックリターンミラーである。また、９はシャッタユニット、９ａはシャッタユニット９の開口部を開閉するシャッタ羽根、１０ａ，１０ｂは光学素子１１を振動させる振動素子、１１はＬＰＦ６の前方に設けられた透明な光学素子、１２は光学ファインダ、１３はサブミラーである。なお、振動素子１０ａ，１０ｂには、圧電素子などが用いられ、光学素子１１は透明な光学ガラスまたは透明な光学樹脂材料等から形成されている。
【００１９】
カメラボディ１にはカメラマウント４を介して各種の撮影レンズが着脱可能となっている。撮影レンズは撮影光学系３を備えており、不図示のピント調整手段を用いて、被写体像を撮像素子５の近傍に結像させる。
【００２０】
上記のように構成されるデジタルカメラ１００の撮影シーケンスを簡単に説明する。
【００２１】
ユーザーによる操作がなされていない状態ではクイックリターンミラー８を介して光学ファインダ１２に被写体像が映されており、ユーザーが構図を決定する場合は、光学ファインダを覗いて行う。その後ユーザーによるレリーズ釦の操作と同期させて不図示の測光センサ、測距センサを動作させ、ユーザーの設定と組み合わせて撮影条件を決定する。レンズ、撮像素子を上記の撮影条件に合致するように設定した後、ユーサーによるレリーズ釦の操作により、クイックリターンミラー８およびシャッタユニット９を動作させて、撮像素子５上に被写体像を適切に露光させる。最後に撮像素子５から被写体の画像信号を取り出して、適宜画像処理を行なった後、メモリ２９（図２参照）へ記録する。
【００２２】
図２は、図１に示したデジタルカメラ１００の電気的構成を示すブロック図である。
【００２３】
デジタルカメラ１００は、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系３ 、光学素子１１、撮像素子５を含み、画像処理系は、Ａ／Ｄ変換器２３、画像処理回路２４を含む。また、記録再生系は、メモリ２９を含み、制御系は、カメラシステム制御回路２７、ＡＥセンサ、ＡＦセンサなどの各種センサ２６、Ｉ／Ｏ２８、光学素子駆動部３１、およびレンズ系制御回路２５を含む。
【００２４】
撮像系は、物体からの光を、撮影光学系３を介して撮像素子５の撮像面に結像する光学処理系であり、各種センサ２６に含まれる測光センサの信号をもとに絞り３ａなどを用いて適切な光量の物体光を撮像素子５に露光する。画像処理回路２４ は、撮像素子５からＡ／Ｄ変換器２３を介して入力されたデジタル画像信号を処理する信号処理回路であり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路等を有する。
【００２５】
カメラ制御部２７は、メモリ２９への画像信号の出力を行うとともに、Ｉ／Ｏ２８を介して不図示の表示部に出力する画像を生成し、保存する。
【００２６】
制御系は、シャッターレリーズ釦等の操作を検出するＩ／Ｏ２８と、その検出信号に応動して各部を制御し、撮像の際のタイミング信号などを生成して出力するカメラ制御部２７とを含む。さらに、撮像装置のピント状態、露光状態等を検出する各種センサ２６と、カメラ制御部２７の信号に応じて適切に光学素子１１を駆動する光学素子駆動部３１と、カメラ制御部２７の信号に応じて適切にレンズなどを制御するレンズ系制御部２５とを含む。
【００２７】
図１に示したようなレンズを着脱可能なカメラにおいては、レンズ交換操作などによってカメラボディ１内に異物が進入しやすい。異物が進入する様子を図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明する。
【００２８】
異物４０はレンズ交換操作で発生しやすい、マウントキャップの破片などの異物である。レンズ交換を行う時、一般的にクイックリターンミラー８は光学ファインダ１２に光束を導く位置にあり、シャッタユニット９は閉状態で、シャッタ羽根９ａによって撮像素子５は遮光された状態になっている。このときにマウント開口４ａを介して進入した異物４０はミラーボックス７内のいずれかの場所に付着する。図３（ａ）はクイックリターンミラー８に付着した様子を表している。
【００２９】
次にレンズを装着してユーザーの操作によって撮影を行った場合を図３（ｂ）に示す。撮影によってクイックリターンミラー８が動作することによって異物４０はミラーボックス内を浮遊する。なお、図３（ａ）ではクイックリターンミラー８に異物が付着した場合を示したが、ミラーボックス７の壁面などに異物が付着した場合もクイックリターンミラー８の動作で発生する空気の流れによってミラーボックス内を浮遊する。また、このとき撮像素子５を露光させるためにシャッタユニット９は動作してシャッタが開いた状態になるので、異物４０は場合によってはシャッタユニット９よりも撮像素子５に近い側に侵入し、付着する。図３（ｂ）は光学素子１１に付着した様子を示している。光学素子１１が存在しないカメラでは光学ＬＰＦ６の表面に付着する。このような状態で撮影を行った場合、異物４０によって被写体像がかげり、画像に黒点として写り込んで、画像品位を低下させる。
【００３０】
次に、本実施形態の要部である光学素子１１と光学素子１１を振動させる振動素子１０ａ，１０ｂの動作について図４を用いて説明する。
【００３１】
図４において５１は撮影光学系３の光軸、５４ａ，５４ｂは光学素子１１と撮像素子５との間を密封する保持部材である。保持部材５４ａ，５４ｂがあるために前述したミラー動作によって、撮像素子５近傍に来た異物は光学素子１１の表面にのみ付着する。保持部材５４ａ，５４ｂは十分な剛性を備えており、少なくとも光学素子１１の１次固有振動数よりも十分高い共振周波数を有する部材である。上記のような剛性を持たせることで、後述するように振動素子１０ａ，１０ｂを動作させた場合においても、撮像素子等の振動が抑えられる。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、光学素子１１は光軸に対して曲率を持って設けられており、その曲率半径をＲ、撮像素子５と光学素子１１の間隔をＬとすると、以下の式で示される範囲にあるように設計されている。
【００３３】
１０Ｌ≦Ｒ≦１００Ｌ
光学素子１１は自然状態では物体側に凹、撮像素子側に凸となるように設けられている。また光学素子１１は曲率を設けて設置されても収差が問題とならない程度に十分に薄い透明な光学ガラスまたは透明な光学樹脂材料からなるものとする。
【００３４】
ここで撮像素子５からの戻り光について考える。図５は戻り光の様子を模式的に示した図である。
【００３５】
図５（ａ）は光学素子１１を撮像素子５と平行に設けた場合を示している。一方、図５（ｂ）は撮像素子５に対して曲率を持って光学素子１１が設けられている場合を示している。
【００３６】
図５（ａ）においては、撮像素子５と光学素子１１の間で矢印５５ａで示すように多重反射が発生し、所謂ゴースト、フレアが生じやすい。光学素子１１に反射防止コートを施すなどすればゴースト、フレアは低減可能であるが、図５（ａ）の構造は、ゴースト、フレアが原理的に発生しやすい構造である。
【００３７】
一方、図５（ｂ）では光学素子１１が曲率をもって設けられているために、矢印５５ｂで示すように、多重反射が発生せず、撮像素子５で反射された光は有限回の反射で撮像素子５の有効面外に追いやられる。結果としてゴースト、フレアを低減することが可能となる。また、前述した１０Ｌ≦Ｒ≦１００Ｌの範囲に曲率半径を定めることで、光学素子１１の厚みによって発生する収差を実用的に問題の無い範囲に抑えながら、光路外に光線を逃がす効果が得られる。
【００３８】
図４（ａ）の状態で、光学素子の周辺にリング状に設けられた圧電素子などからなる振動素子１０ａ，１０ｂを動作させると、図４（ｂ）に示すように光学素子１１にいくつかのモードの振動が生じる。図４（ｂ）において１１ａは１次振動モードでの光学素子１１の形状を示し、１１ｂは２次振動モードでの光学素子１１の形状を示す。
【００３９】
均一な材料であれば、小さい加振力で大きな振動を得るためにはより低次の振動を励起することが好ましい。例えば１次固有振動モードのみを励起するように、光学素子１１の１次共振周波数近傍の周波数で振動素子１０ａ，１０ｂを駆動する。その結果図４（ｃ）に示すように１次振動モードでの振動が発生する。光学素子１１上の異物４０ａ，４０ｂは光学素子１１の振動によって動かされ、振動エネルギーを適切に制御することで光学素子１１の表面から除去することが可能となる。
【００４０】
振動素子１０ａ，１０ｂはカメラ制御部によって適切に制御されており、例えば電源ＯＮやレンズの着脱など適切なタイミングで振動して光学素子１１の表面の異物を除去する。
【００４１】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ユーザーの介在無しに異物の除去が可能となる。
（２）装置の大型化を招かない。
（３）硬い異物に対しても異物の除去が可能となる。
（４）ゴーストの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式一眼レフデジタルカメラの構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】異物の状態を説明するためのデジタルカメラの側断面図である。
【図４】光学素子の動作を説明する図である。
【図５】光学素子の湾曲を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  カメラボディ
２  レンズ鏡筒
３  撮影光学系
４  カメラマウント
４ａ  マウント開口
５  撮像素子
６  光学ローパスフィルター
７  ミラーボックス
８  クイックリターンミラー
９  シャッタユニット
９ａ  シャッタ羽根
１０  振動素子
１１  光学素子
４０  異物
５１  光軸
【図１】
2007288365.tif 000003
【図２】
2007288365.tif 000004
【図３】
2007288365.tif 000005
【図４】
2007288365.tif 000006
【図５】
2007288365.tif 000007