(57)【要約】【課題】防塵部材の表面に塵埃が付着しても容易に落とすことができるようにすること。【解決手段】撮像素子であるＣＣＤ１１７の被写体側に配置される防塵部材としての防塵フィルタ１１９を、被写体反射光が透過する光透過面において少なくとも結像に必要な光が透過する領域を、レンズ作用を有する凹面で形成し、該防塵フィルタの被写体光が透過する領域以外の位置に加振用振動部材としての圧電素子１２０を配置し、さらに、上記レンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた上記被写体反射光を上記ＣＣＤ１１７の表面上で結像するように補正するための光学レンズ部材としての補正レンズ１１８を設ける。【選択図】図２
2012114728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
上記撮像素子の被写体側に配置され、被写体反射光が透過する光透過面において少なくとも結像に必要な光が透過する領域を、レンズ作用を有する凹面で形成した防塵部材と、
上記防塵部材の被写体光が透過する領域以外の位置に配置された加振用振動部材と、
上記レンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた上記被写体反射光を上記撮像素子の表面上で結像するように補正するための光学レンズ部材と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記光学レンズ部材は、上記防塵部材に形成された凹面と対向する位置に配置されてい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】
上記凹面は、被写体側または撮像素子側の少なくとも一方の側に形成されていて、当該凹面は、球面または非球面の少なくとも一方で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記凹面の結像に必要な光が透過する領域は、１つの凹面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像素子と、
上記撮像素子の被写体側に配置され、被写体反射光が透過する光透過面において少なくとも結像に必要な光が透過する領域を、レンズ作用を有する凹面で形成した防塵部材と、
上記防塵部材の被写体光が透過する領域以外の位置に配置された加振用振動部材と、
上記撮像素子で撮像された画像に対して、上記レンズ作用を有する凹面による上記被写体反射光の折り曲げの影響を除去するように補正処理を実施する画像補正処理部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己の光電変換面上に照射された光に対応した画像信号を得る撮像素子を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像素子を用いた撮像装置において、画質の向上は著しい。そのため、撮像素子の表面またはその前面に位置する透明部材（光学素子）の表面に塵埃が付着することで、生成する画像に塵埃の影を生じさせてしまうことが、大きな問題となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、受光面が撮影光学系５１の光軸に直交する平面と略平行となるようにパッケージ２１内に配置された撮像素子２０と、前記撮像素子２０の前面側（撮影光学系５１側）に配置され、撮影光学系５１からの光を撮像素子２０に導きつつパッケージ２１内に侵入しようとする塵埃から撮像素子２０を保護するカバーガラス２２と、が収納されたパッケージ２１が開示されている。
【０００４】
そして、上記カバーガラス２２の表面には、微細な凹面と、上下に延びる谷筋Ｌ１と、表面の左右に延びる谷筋Ｌ２とが形成され、この凹面や、これらの谷筋Ｌ１，Ｌ２に塵埃が付着することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４３６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記カバーガラス２２の表面には、微細な凹面、即ち、表面の微細なでこぼこが多数形成されているものであり、その配置は不規則なものである。上記特許文献１では、微細な凹面（微細なでこぼこ）によって谷筋が形成されることが記載されているが、その形成位置は不規則で予測できない。従って、レンズのように予め定められた屈折作用を期待することはできない。また、カバーガラス２２の表面には、微細な凹面、上下に延びる谷筋Ｌ１と、表面の左右に延びる谷筋Ｌ２とが形成されているので塵埃が付着しやすく、落ちにくい。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、防塵部材の表面に、塵埃が付着しても、容易に落とすことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置の一態様は、
撮像素子と、
上記撮像素子の被写体側に配置され、被写体反射光が透過する光透過面において少なくとも結像に必要な光が透過する領域を、レンズ作用を有する凹面で形成した防塵部材と、
上記防塵部材の被写体光が透過する領域以外の位置に配置された加振用振動部材と、
上記レンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた上記被写体反射光を上記撮像素子の表面上で結像するように補正するための光学レンズ部材と、
を具備したことを特徴とする。  
また、本発明の撮像装置の別の態様は、
撮像素子と、
上記撮像素子の被写体側に配置され、被写体反射光が透過する光透過面において少なくとも結像に必要な光が透過する領域を、レンズ作用を有する凹面で形成した防塵部材と、
上記防塵部材の被写体光が透過する領域以外の位置に配置された加振用振動部材と、
上記撮像素子で撮像された画像に対して、上記レンズ作用を有する凹面による上記被写体反射光の折り曲げの影響を除去するように補正処理を実施する画像補正処理部と、
を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、防塵部材の結像有効光透過面を凹面に形成して、凹面に塵埃が付着した場合に、光軸に近い領域（回りより薄い部分）ほど光軸方向の振動速度を速くさせ、結像有効光透過面に付着した塵埃を容易に落とすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の撮像装置の第１実施形態としてのデジタルカメラの主に電気的なシステム構成例を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、デジタルカメラの塵埃除去機構を含む撮像素子ユニットの縦断側面図である。
【図３】図３は、塵埃除去機構をレンズ側から見た正面図である。
【図４】図４（Ａ）は、塵埃除去機構を構成する主要部の斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢＢ線断面図である。
【図５】図５は、防塵フィルタの振動発生の概念を説明するための図である。
【図６】図６は、防塵フィルタに発生する定在波を説明するための防塵フィルタの概念図である。
【図７】図７は、防塵フィルタに発生する振動の様子を説明するための防塵フィルタの正面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の撮像装置の第２実施形態としてのデジタルカメラにおける塵埃除去機構を構成する主要部の斜視図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢＢ線断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＣＣ線断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態における防塵フィルタに発生する振動の様子を説明するための防塵フィルタの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下に具体的に例示する本発明の撮像装置は、光電変換によって画像信号を得る撮像素子ユニットの塵埃除去機構を有するものであり、ここでは一例として電子カメラ（以下「カメラ」と略称する）の塵埃除去機能に係わる改良技術として説明する。特に、本第１実施形態では、レンズ交換可能な一眼式電子カメラ（デジタルカメラ）に関して、図１乃至図３を参照して説明する。尚、図１は、本発明の撮像装置の第１実施形態としてのデジタルカメラの主に電気的なシステム構成例を概略的に示すブロック図である。また、図２は、該デジタルカメラの塵埃除去機構を含む撮像素子ユニットの縦断側面図（図３でのＡＡ線断面図）であり、図３は、塵埃除去機構をレンズ側から見た正面図である。
【００１２】
まず、図１を参照して本実施形態におけるデジタルカメラ１０のシステム構成例について説明する。
【００１３】
このデジタルカメラ１０は、カメラ本体としてのボディユニット１００と、アクセサリ装置の一つである交換レンズとしてのレンズユニット２００とによりシステム構成されている。
【００１４】
レンズユニット２００は、ボディユニット１００の前面に設けられた図示しないレンズマウントを介して着脱自在である。レンズユニット２００の制御は、自身が有するレンズ制御用マイクロコンピュータ（以下、“Ｌｕｃｏｍ”と称する）２０１が行う。ボディユニット１００の制御は、ボディ制御用マイクロコンピュータ（以下、“Ｂｕｃｏｍ”と称する）１０１が行う。これらＬｕｃｏｍ２０１とＢｕｃｏｍ１０１とは、ボディユニット１００にレンズユニット２００を装着した状態において通信コネクタ１０２を介して互いに通信可能に電気的に接続される。そして、カメラシステムとして、Ｌｕｃｏｍ２０１がＢｕｃｏｍ１０１に従属的に協働しながら稼動するように構成されている。
【００１５】
レンズユニット２００は、撮影レンズ２０２と絞り２０３を備える。撮影レンズ２０２は、レンズ駆動機構２０４内に設けられた図示しないステッピングモータによって駆動される。絞り２０３は、絞り駆動機構２０５内に設けられた図示しないステッピングモータによって駆動される。Ｌｕｃｏｍ２０１は、Ｂｕｃｏｍ１０１の指令に基づいてこれら各モータを制御する。
【００１６】
ボディユニット１００内には、以下のような構成部材が図示の如く配設されている。例えば、撮影光軸上にフォーカルプレーン式のシャッタ１０８が設けられている。
【００１７】
また、シャッタ１０８の先幕と後幕を駆動するばねをチャージするシャッタチャージ機構１１２と、これら先幕と後幕の動きを制御するシャッタ制御回路１１３が設けられている。
【００１８】
撮影光軸上には、上述の光学系を通過した被写体像を光電変換するための撮像ユニット１１６が設けられている。撮像ユニット１１６は、画像形成素子としての撮像素子であるＣＣＤ１１７と、その前面（被写体側）に配設された補正レンズ１１８と、防塵部材である防塵フィルタ１１９とを、ユニットとして一体化してなるものである。ここで、本実施形態では、少なくとも被写体反射光が透過する光透過面である透明部が空気と異なる屈折率を有し且つレンズ作用を有する凹面で形成した透明なガラス板を、上記防塵フィルタ１１９として使用している。しかしながら、上記ガラス板（光学素子）に限定されるものではなく、光路上に在り光の透過性をもった部材（光学素子）であれば良い。例えば、透明なガラス板に換えて、光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、赤外カットフィルタ、偏向フィルタ、ハーフミラーなどであっても良い。この場合、振動に係わる周波数や駆動時間、加振用振動部材（後述する）の設置位置などは、その部材に対応した値に設定する。また、補正レンズ１１８は、上記防塵フィルタ１１９のレンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた上記被写体反射光をＣＣＤ１１７の表面上で結像するように補正するための光学レンズ部材である。
【００１９】
以下、防塵部材である防塵フィルタ１１９については、上述したように光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）等、様々な材質を用いることができるが、本実施形態では、ガラス板を採用しているとして説明する。
【００２０】
上記防塵フィルタ１１９の周縁部の片側には、圧電素子１２０が取り付けられている。圧電素子１２０は、２つの電極を有しており、圧電素子１２０を駆動手段である防塵フィルタ制御回路１２１によって、防塵フィルタ１１９の寸法や材質によって定まる所定の周波数で振動させることで、防塵フィルタ１１９に所定の振動を発生させ、フィルタ表面に付着した塵埃を除去し得るように構成されている。また、撮像ユニット１１６に対しては、手ブレ補正用の防振ユニットが付加されている。
【００２１】
また、本実施形態におけるデジタルカメラ１０は、ＣＣＤ１１７に接続したＣＣＤインターフェース回路１２２と、液晶モニタ１２３と、記憶領域として機能するＳＤＲＡＭ１２４やＦｌａｓｈ  ＲＯＭ１２５などを利用して画像処理する画像処理コントローラ１２６とを備え、電子撮像機能とともに電子記録表示機能を提供できるように構成されている。また、電子撮像機能には、ＣＣＤ１１７で撮影された画像を動画として液晶モニタ１２３に同時に表示してファインダとして用いるいわゆるスルー画表示機能、動画を記録する動画記録機能を持っている。ファインダ機能については光学式の一眼レフファインダ等を設けても良い。ここで、記録メディア１２７は、各種のメモリカードや外付けのＨＤＤ等の外部記録媒体であり、通信コネクタを介してボディユニット１００と通信可能且つ交換可能に装着される。そして、この記録メディア１２７に撮影により得られた画像データが記録される。
【００２２】
その他の記憶領域としては、カメラ制御に必要な所定の制御パラメータを記憶する、例えばＥＥＰＲＯＭからなる不揮発性メモリ１２８がＢｕｃｏｍ１０１からアクセス可能に設けられている。
【００２３】
Ｂｕｃｏｍ１０１には、当該デジタルカメラ１０の動作状態を表示出力によってユーザへ告知するための動作表示用ＬＣＤ１２９及び動作表示用ＬＥＤ１３０と、カメラ操作ＳＷ１３１と、ストロボ１３２を駆動するストロボ制御回路１３３と、が接続されている。ここで、動作表示用ＬＣＤ１２９あるいは動作表示用ＬＥＤ１３０には、防塵フィルタ制御回路１２１が動作している期間、防塵フィルタ１１９の振動動作を表示する表示部が設けられている。カメラ操作ＳＷ１３１は、例えばレリーズＳＷ、モード変更ＳＷ及びパワーＳＷなど、当該デジタルカメラ１０を操作するために必要な操作釦を含むスイッチ群である。さらに、該ボディユニット１００内には、電源としての電池１３４と、該電池１３４の電圧を、当該デジタルカメラ１０を構成する各回路ユニットが必要とする電圧に変換して供給する電源回路１３５が設けられ、また、外部電源から不図示のジャックを介して電流が供給されたときの電圧変化を検知する電圧検出回路（図示せず）も設けられている。
【００２４】
上述のように構成されたデジタルカメラ１０の各部は、概略的には以下のように稼動する。まず、画像処理コントローラ１２６は、Ｂｕｃｏｍ１０１の指令に従ってＣＣＤインターフェース回路１２２を制御してＣＣＤ１１７から画像データを取り込む。この画像データは画像処理コントローラ１２６でビデオ信号に変換され、液晶モニタ１２３で出力表示される。ユーザは、この液晶モニタ１２３の表示画像から、ファインダ画像あるいは撮影画像を確認できる。
【００２５】
ＳＤＲＡＭ１２４は、画像データの一時的保管用メモリであり、画像データが変換される際のワークエリアなどに使用される。また、画像データは、ＪＰＥＧデータに変換された後、記録メディア１２７に保管される。ここで、画像データが動画である場合はＭＰＥＧデータ等に変換される。
【００２６】
撮影レンズ２０２の焦点合わせは、撮影レンズ２０２の位置を順次変更しながら撮像し、撮像画像の最もコントラストの高い位置をＢｕｃｏｍ１０１で演算し、通信コネクタ１０２を通してＬｕｃｏｍ２０１に伝達し、Ｌｕｃｏｍ２０１が撮影レンズ２０２を位置制御することにより行われる。測光も撮像画像から検出された光量に基づき周知の測光処理が行われる。
【００２７】
次に、図２及び図３を参照してＣＣＤ１１７を含む撮像ユニット１１６について説明する。
【００２８】
撮像ユニット１１６は、撮影光学系を透過し自己の光電変換面上に照射された光に対応した画像信号を得る撮像素子としてのＣＣＤ１１７と、ＣＣＤ１１７の光電変換面側（被写体側）に配設された防塵部材である防塵フィルタ１１９と、この防塵フィルタ１１９の被写体光が透過する領域以外の位置（周縁部）に配設されて防塵フィルタ１１９に対して所定の振動を与えるための加振用振動部材である圧電素子１２０と、上記ＣＣＤ１１７と防塵フィルタ１１９の間に配置された補正レンズ１１８と、を備える。
【００２９】
ここで、ＣＣＤ１１７のＣＣＤチップ１３６は、固定板１３７上に配設されたフレキシブル基板１３８上に直接実装され、このフレキシブル基板１３８の両端から出た接続部１３９ａ，１３９ｂが、主回路基板１４０に設けられたコネクタ１４１ａ，１４１ｂを介して主回路基板１４０側と接続されている。
【００３０】
また、ＣＣＤ１１７の前面側周縁部で光電変換面の有効範囲を避ける位置に弾性部材等からなるホルダ受け部材１４４が配設され、該ホルダ受け部材１４４は、接着等によって、撮影光軸周りの略中央部分に矩形状の開口１４６を有するホルダ１４５を保持する。ホルダ１４５の開口１４６の内周縁部には突出部１４７が形成されている。そして、その突出部１４７の被写体側の面と開口１４６の内周面とが接着部１４８となって、該接着部１４８に防塵フィルタ１１９が接着固定される。また、反対側である突出部１４７のＣＣＤ１１７側の面と開口１４６の内周面も接着部１４８となって、該接着部１４８に補正レンズ１１８が接着固定される。この突出部１４７の厚みによって、撮影光軸方向における防塵フィルタ１１９と補正レンズ１１８との所定間隔が規定される。なお、ホルダ１４５の開口１４６が、結像光線通過エリア１４９となる。
【００３１】
撮像ユニット１１６は、このようにして、画像形成素子としてのＣＣＤ１１７と防塵フィルタ１１９とが対向して形成される領域を、当該ＣＣＤ１１７及び当該防塵フィルタ１１９の周縁部で封止するように構成された封止構造（ＣＣＤ１１７を搭載する所望の大きさに形成されたホルダ１４５及びホルダ受け部材１４４によって、気密構造に構成されている。なお、ＣＣＤ１１７と補正レンズ１１８との気密状態は、塵埃の侵入によって撮影画像に塵埃が写り込み、当該画像に塵埃の影響の出ることを防止可能なレベルであれば良く、必ずしも気体の侵入を完全に防止するレベルでなくても良い。防塵フィルタ１１９と補正レンズ１１８との気密状態も、同様である。
【００３２】
さらに、加振用振動部材である圧電素子１２０には、フレキシブルプリント基板であるフレキ１５７が端部に電気接続され、防塵フィルタ制御回路１２１からの後に述べる所定の電気信号を圧電素子１２０に入力し、圧電素子１２０に所定の振動を発生させている。フレキ１５７は、樹脂と銅箔等で作製されて柔軟性があることから圧電素子１２０の振動を減衰させることが少ない。一方、以下に述べるような手ブレ補正機構を持つ場合、圧電素子１２０はボディユニット１００に対して相対的に移動するので、防塵フィルタ制御回路１２１がボディユニット１００と一体の固定部材にある場合には手ブレ補正機構の動作に従って、フレキ１５７は変形し、変位する。この場合、フレキ１５７は柔軟性があり薄いため、有効であり、本実施形態の場合にはフレキ１５７は１ヶ所からの引き出しで簡単な構成であるので、手ブレ補正機構をもつカメラには最適である。
【００３３】
防塵フィルタ１１９でその表面から離脱した塵埃は後に述べるように、その振動の慣性力と、重力の作用により、ボディユニット１００の下側に落下する。そこで、本実施形態では、防塵フィルタ１１９の下側直近に設けたホルダ１４５の台１５８に、粘着材、粘着テープ等で形成された保持材１５９を配設し、落下した塵埃を確実に保持し、再び防塵フィルタ１１９の表面に戻らないようにしてある。
【００３４】
次に、簡単に手ブレ補正機能について説明する。この手ブレ補正機構は、図１に示すように、Ｘ軸ジャイロ１６０、Ｙ軸ジャイロ１６１、防振制御回路１６２、Ｘ軸アクチュエータ１６３、Ｙ軸アクチュエータ１６４、Ｘ枠１６５、Ｙ枠１６６（ホルダ１４５）、フレーム１６７、位置検出センサ１６８及びアクチュエータ駆動回路１６９から構成され、カメラのＸ軸回りの手ブレの角速度を検出するＸ軸ジャイロ１６０とカメラのＹ軸周りの手ブレの角速度を検出するＹ軸ジャイロ１６１とからの角速度信号から、防振制御回路１６２により手ブレ補償量を演算し、撮影光軸の方向をＺ軸方向とした場合、撮影光軸に直交するＸＹ平面内で直交する第１の方向であるＸ軸方向及び第２の方向であるＹ軸方向に、撮像素子であるＣＣＤ１１７を、ブレを補償するように変位移動させるものである。即ち、アクチュエータ駆動回路１６９から所定の駆動信号を入力するとＸ軸方向にＣＣＤ１１７を駆動するＸ軸アクチュエータ１６３と、同じく、所定の駆動信号を入力するとＹ軸方向にＣＣＤ１１７を駆動するＹ軸アクチュエータ１６４を駆動源として用い、Ｘ枠１６５と撮像ユニット１１６中のＣＣＤ１１７を搭載したＹ枠１６６（ホルダ１４５）とをフレーム１６７に対して移動する移動対象物として構成される。ここで、Ｘ軸アクチュエータ１６３及びＹ軸アクチュエータ１６４は、電磁回転モータとネジ送り機構等を組み合わせたものや、ボイスコイルモータを用いた直進電磁モータや、直進圧電モータ等が用いられている。尚、位置検出センサ１６８は、Ｘ枠１６５及びＹ枠１６６の位置を検出するものであり、防振制御回路１６２は該位置検出センサ１６８での検出結果に基づいて、変位移動可能な範囲を超えてＸ軸アクチュエータ１６３及びＹ軸アクチュエータ１６４を駆動しないように、アクチュエータ駆動回路１６９を制御する。
【００３５】
ここで、第１実施形態の塵埃除去機構について図４乃至図７を参照してさらに詳しく説明する。図４（Ａ）は、塵埃除去機構を構成する主要部（振動子）の分解斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢＢ線断面図である。図５（Ａ）は、防塵フィルタの振動発生の概念を説明するための防塵フィルタ１１９の正面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢＢ線断面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣＣ線断面である。図６は、防塵フィルタ１１９に発生する定在波を説明するための防塵フィルタ１１９の概念図（図５（Ｂ）に相当）である。図７は、防塵フィルタ１１９に発生する振動の様子を説明するための防塵フィルタの正面図である。
【００３６】
防塵フィルタ１１９は、ある対称軸に対して対称な辺を少なくとも一つ持つ、全体として多角形の板状（本実施形態は四角形）のガラス板（光学素子）からなり、少なくとも、最大の振動振幅が得られる位置から放射方向に所定の広がりを持つ領域が、透明部を構成している。そして、この透明部のＣＣＤ１１７側を、レンズ作用を有する１つの凹面で形成している。尚、防塵フィルタ１１９は、全体として円形を成し、その円の一部を直線状にカットして一辺を持つＤ形状であっても良いし、四角形の両辺を円弧状に形成し、上下二辺を持つ形状としたものでも構わない。そして、上述した取り付け手段により、この防塵フィルタ１１９の透明部が補正レンズ１１８の前面側に所定の間隔をもって対向配置されている。また、防塵フィルタ１１９の一方の面（本実施形態では前面側）の上側周縁部には、当該防塵フィルタ１１９に対して振動を与えるための加振用振動部材である圧電素子１２０が、例えば接着剤による貼着等の手段により配設されている。防塵フィルタ１１９に圧電素子１２０を配設することで振動子１７０が形成され、該振動子１７０は、圧電素子１２０に所定の周波電圧を印加すると共振振動し、屈曲振動を大きな振幅で発生する。
【００３７】
なお、特に図示はしていないが、圧電素子１２０には、第１の信号電極と、該第１の信号電極に対向した裏面に設けられ、側面を通して上記第１の信号電極のある側の面に引き回された第２の信号電極とが形成されている。そして、第１の信号電極と第２の信号電極に、上記導電性パターンを持つフレキ１５７が電気的に接続されている。夫々の電極には、フレキ１５７を介して接続された防塵フィルタ制御回路１２１によって所定周期を有する駆動電圧を印加することで、防塵フィルタ１１９に２次元の定在波屈曲振動を発生させることができる。
【００３８】
この２次元の定在波屈曲の振動モードは、Ｘ方向の屈曲振動と、Ｙ方向の屈曲振動との合成で形成される。この合成の基本状態の様子を示したのが、図５である。２つの圧電素子１２０、１２０’を均一な厚みを有する防塵フィルタ１１９’の中心軸Ｘに対称に配置した振動子１７０’をスポンジ等の振動減衰の殆どない部材の上に置いて自由振動させると、図５に示すような格子状の節エリア（振動振幅の小さいエリア）１７３が発生する振動モードが通常簡単に得られる（ここでは、防塵フィルタ１１９’の裏面に圧電素子１２０、１２０’を配置しているが、表面に配置した場合も同様である）。なお、図５（Ａ）では、節エリア１７３を破線で示している（線幅方向に振動の最も小さい位置を線として表示）。その場合に、Ｘ方向に波長λｘの定在波屈曲振動が発生し、且つＹ方向に波長λｙの定在波屈曲振動が発生して、両方の定在波が合成されている状態を示している。その場合に、Ｘ方向に波長λｘの定在波屈曲振動が発生し、且つＹ方向に波長λｙの定在波屈曲振動が発生して、両方の定在波が合成されている状態を示している。Ｏ点をｘ＝０，ｙ＝０の原点として取ると、任意の点Ｐ（ｘ，ｙ）のＺ方向の振動Ｚ（ｘ，ｙ）は、Ａを振幅（ここでは一定値としたが、実際には振動モードや圧電素子に入力される電力により変わる）、ｍ、ｎは振動モードに対応した固有振動の次数で０を含む正の整数、γを任意の位相角とすると、次の（１）式で表される。
【００３９】
Ｚ（ｘ，ｙ）＝Ａ・Ｗｍｎ（ｘ，ｙ）・ｃｏｓ（γ）
＋Ａ・Ｗｎｍ（ｘ，ｙ）・ｓｉｎ（γ）            …（１）
但し、
Ｗｍｎ（ｘ，ｙ）＝ｓｉｎ（ｎπ・ｘ＋π／２）・ｓｉｎ（ｍπ・ｙ＋π／２）
Ｗｎｍ（ｘ，ｙ）＝ｓｉｎ（ｍπ・ｘ＋π／２）・ｓｉｎ（ｎπ・ｙ＋π／２）
である。
【００４０】
ここで、例えば、位相角γ＝０とすると、上記（１）式は、
Ｚ（ｘ，ｙ）＝Ａ・Ｗｍｎ（ｘ，ｙ）
＝Ａ・ｓｉｎ（ｎ・π・ｘ／λｘ＋π／２）
・ｓｉｎ（ｍ・π・ｙ／λｙ＋π／２）
となり、ここでλｘ＝λｙ＝λ＝１とする（屈曲の波長を単位長さとしてｘ，ｙを表記）と、
Ｚ（ｘ，ｙ）＝Ａ・Ｗｍｎ（ｘ，ｙ）
＝Ａ・ｓｉｎ（ｎ・π・ｘ＋π／２）
・ｓｉｎ（ｍ・π・ｙ＋π／２）
となる。図５は、ｍ＝ｎの場合の振動モードを示し（Ｘ方向、Ｙ方向の振動の次数と波長が同じなので防塵フィルタ１１９’の形状は正方形になる）、Ｘ方向、Ｙ方向に等間隔で振動の山、節、谷が現れ、碁盤目状に振動の節エリア１７３が現れている（従来の振動モード）。また、ｍ＝０、ｎ＝１の振動モードでは、Ｙ方向に平行な辺に対して、平行な山、節、谷が出来る振動になる。以上の碁盤目状あるいは辺に平行な振動モードではＸ方向、Ｙ方向の振動が独立に現れるだけで、合成されて振動振幅が大きくなることがない。
【００４１】
次に、図６を用いて塵埃の除去について詳しく説明する。図６は、図５（Ｂ）と同じ断面を示してある。
【００４２】
図６に矢印１７７で示す方向に分極された圧電素子１２０に所定の周波電圧が印加された場合は、振動子１７０がある時点ｔ０で実線に示した状態となる。振動子１７０表面の任意の位置ｙにある質点Ｙの任意の時刻ｔでのＺ方向の振動ｚは、振動の角速度ω、Ｚ方向の振幅Ａ、Ｙ＝２πｙ／λ（λ：屈曲振動の波長）として、下記の（２）式の通りに表される。
【００４３】
ｚ＝Ａｓｉｎ（Ｙ）・ｃｏｓ（ωｔ）                          …（２）
この式は、図５での定在波振動を表す。即ち、ｙ＝ｓ・λ／２の時（ここで、ｓは整数）にＹ＝ｓπとなり、ｓｉｎ（Ｙ）は零になる。従って、時間に関係なくＺ方向の振動振幅が零になる節１７８をλ／２ごとに持つことになり、これは定在波振動である。図６において破線で示した状態は、時間ｔ０の状態に対して振動が逆相となるｔ＝ｋπ／ωでの状態を示す（ここで、ｋは奇数）。
【００４４】
次に、防塵フィルタ１１９’上の点Ｙ１の振動は、屈曲定在波の振動の腹１７９の位置になるので、振動振幅はＡとなり、Ｚ方向の点Ｙ１の位置ｚ（Ｙ１）は、
ｚ（Ｙ１）＝Ａｃｏｓ（ωｔ）                                …（３）
となる。
【００４５】
Ｙ１の振動速度Ｖｚ（Ｙ１）は、振動の周波数をｆとすると、ω＝２πｆであるので、上記（３）式を時間で微分して、
Ｖｚ（Ｙ１）＝ｄ（ｚ（Ｙ１））／ｄｔ
＝−２πｆ・Ａｓｉｎ（ωｔ）                    …（４）
となる。Ｙ１の振動加速度αｚ（Ｙ１）は、上記（３）式をさらに時間で微分して、
αｚ（Ｙ１）＝ｄ（Ｖｚ（Ｙ１））／ｄｔ
＝−４π２ｆ２・Ａｃｏｓ（ωｔ）                  …（５）
となり、Ｙ１に付着している塵埃１８０は、上記（５）式の加速度を受けることとなる。
【００４６】
この時、塵埃１８０の受ける慣性力Ｆｋは、塵埃１８０の質量をＭとして、
Ｆｋ＝αｚ（Ｙ１）・Ｍ
＝−４π２ｆ２・Ａｃｏｓ（ωｔ）・Ｍ                      …（６）
となる。
【００４７】
上記（６）式から、慣性力Ｆｋは、周波数ｆを上げると、ｆの２乗に比例して大きくなるので効果的なことが判るが、その時の振動振幅Ａが小さいと、いくら周波数を上げたからと言って、慣性力を上げることは出来ない。一般的には、加振の振動エネルギーを発生させる圧電素子１２０の大きさを一定とすると、所定の振動エネルギーしか発生することができない。従って、同じ振動モードで周波数を上げると振動振幅Ａは周波数ｆの２乗に逆比例し、共振周波数を上げて高次の共振モードにすると、振動振幅は低下し、振動速度が上がらず、振動加速度も上がらない（むしろ、周波数が高くなると、理想的に共振させることが難しく、振動エネルギー損失が大きくなり、振動加速度は下がる）。即ち、単に共振モードで振動を発生させることでは大きな振幅を持つモードにはならず、塵埃除去の効果が著しく悪化してしまう。
【００４８】
本実施形態の振動子１７０は、均一な厚みを有する防塵フィルタ１１９’ではなく、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、被写体反射光が透過する光透過面において少なくとも結像に必要な光が透過する領域である結像光線通過エリア１４９を、レンズ作用を有する凹面で形成した防塵フィルタ１１９を用いている。この例では、振動子１７０の防塵フィルタ１１９は、３０．５ｍｍ（Ｘ方向）×３１．５ｍｍ（Ｙ方向）で、Ｚ方向の最大厚が０．６５ｍｍ、最小厚が０．３ｍｍで、半径１４３ｍｍのＲ面とした凹面を有するガラス板（光学素子）である。このように、防塵フィルタ１１９は、撮影レンズ２０２を構成する通常の凹レンズとは異なり、非常に薄い厚みを有しており、圧電素子１２０の伸縮により容易に振動する。また、圧電素子１２０は、２１ｍｍ（Ｘ方向）×３ｍｍ（Ｙ方向）×４ｍｍ（厚さ）のチタン酸ジルコン酸鉛のセラミックで作られ、防塵フィルタ１１９の上下の辺（Ｘ方向）に沿って、当該辺の端部側にエポキシ系の接着剤で接着固定されている。より詳細には、Ｘ方向において上記圧電素子１２０は、Ｙ方向に沿った防塵フィルタ１１９の中心線（ある仮想軸）に対して左右対称となるように配置されている。なお、これら防塵フィルタ１１９及び圧電素子１２０の寸法は、フォーサーズ規格のデジタルカメラ１０の場合の一例であり、当然、ＡＰＳ規格のデジタルカメラに適用するのであれば、より大きな寸法となる。
【００４９】
このようなレンズ作用を有する凹面で形成した防塵フィルタ１１９では、図５に示すような格子状の節エリア１７３が発生する振動モードではなく、図７に示すように、その凹面の部分に、屈曲振動を大きな振幅で発生する。即ち、防塵フィルタ１１９を構成するガラス板の断面（厚さ方向）を、振動速度が必要な中心部分の板厚を薄くすることにより、効率よく振動速度を高めることができる。例えば、図７の振動では、図５の振動に比べて、約２．８倍の振動速度が得られる。図７に示す屈曲振動は定在波振動を示し、図７で振動の節エリア（振動振幅の小さいエリア）１７３を示す黒い線状のエリアは、黒が濃いほど振動振幅が小さくなっている。尚、図７中に示すメッシュは、有限要素法での分割メッシュである。また、破線は、凹面の境界部を示し、点線は防塵フィルタ１１９のＹ方向の中心を示している。
【００５０】
振動速度が大きい場合、図７に示すように節エリア１７３の間隔が小さいと、節エリア１７３には大きな面内振動が発生し、節エリア１７３にある塵埃には面内振動方向に大きな慣性力が発生する（図６の質点Ｙ２の動きを参照。節１７８を中心にＹ２とＹ２’の間を円弧振動する）。塵埃１８０の付着面に沿った力が作用するように防塵フィルタ１１９面を重力に対して平行になる方向に傾けると、慣性力と重力が作用して節エリア１７３に付着した塵埃も除去することができる。
【００５１】
また、図７での白色のエリアは、振動振幅が大きなエリアを示し、この白色エリアに付着した塵埃１８０は、振動により与えられる慣性力により除去される。振動の節エリア１７３に付着した塵埃１８０は、圧電素子１２０に与える駆動周波数を変えることで異なる振動モードで共振させることにより、節１７８位置を変化させることによって除去できる。
【００５２】
また、圧電素子１２０を振動させる上記所定の周波数は、振動子１７０を構成する防塵フィルタ１１９の形状寸法と圧電素子１２０の形状寸法、それらの材質や支持の状態によって決まるものであるが、通常、温度は振動子１７０の弾性係数に影響し、その固有振動数を変化させる要因の１つとなっている。そのため、運用時にその温度を計測して、その固有振動数の変化を考慮するのが好ましい。この場合、温度測定回路（不図示）に接続された温度センサ（不図示）がデジタルカメラ１０内に設けられており、温度センサの計測温度から予め決められた振動子１７０の振動周波数の補正値を不揮発性メモリ１２８に記憶させ、計測温度と補正値をＢｕｃｏｍ１０１に読み込み、駆動周波数を演算して防塵フィルタ制御回路１２１の駆動周波数とすることによって、温度変化に対しても効率の良い振動を発生することができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、防塵フィルタ１１９の結像有効光透過面である結像光線通過エリア１４９をレンズ作用を有する凹面に形成することで、光軸に近い領域（回りより薄い部分）ほど光軸方向の振動速度を速くさせることができ、結像光線通過エリア１４９の凹面に付着した塵埃１８０を容易に落とすことができる。しかしながら、このレンズ作用を有する凹面によって被写体反射光が折り曲げられてしまう。そこで、本実施形態では、上記防塵フィルタ１１９に形成された凹面と対向する位置に、補正レンズ１１８を配置して、上記レンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた上記被写体反射光をＣＣＤ１１７の表面上で結像するように補正している。
【００５４】
なお、防塵フィルタ１１９の凹面は、ＣＣＤ１１７側ではなく被写体側に形成するようにしても良い。
【００５５】
また、圧電素子１２０も、防塵フィルタ１１９の被写体側ではなくてＣＣＤ１１７側に設けても良く、凹面と同じ側でも反対側でも良い。更には、圧電素子１２０を複数設けてもかまわない。
【００５６】
［第２実施形態］
図８（Ａ）は、本発明の撮像装置の第２実施形態としてのデジタルカメラにおける塵埃除去機構を構成する主要部の斜視図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢＢ線断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＣＣ線断面図である。また、図９は、第２実施形態における防塵フィルタに発生する振動の様子を説明するための防塵フィルタの正面図である。
【００５７】
本第２実施形態においては、振動子１７０の防塵フィルタ１１９のレンズ作用を有する凹面を、球面で形成している。即ち、振動子１７０の防塵フィルタ１１９は、３０．５ｍｍ（Ｘ方向）×３１．５ｍｍ（Ｙ方向）で、Ｚ方向の最大厚が０．６５ｍｍ、最小厚が０．３ｍｍで、半径１４３ｍｍの球面とした凹面を有するガラス板（光学素子）で構成している。このように、防塵フィルタ１１９は、撮影レンズ２０２を構成する通常の凹レンズとは異なり、非常に薄い厚みを有しており、圧電素子１２０の伸縮により容易に振動する。また、圧電素子１２０は、２１ｍｍ（Ｘ方向）×３ｍｍ（Ｙ方向）×０．８ｍｍ（厚さ）のチタン酸ジルコン酸鉛のセラミックで作られ、防塵フィルタ１１９の上下の辺（Ｘ方向）に沿って、当該辺の端部側にエポキシ系の接着剤で接着固定されている。より詳細には、Ｘ方向において上記圧電素子１２０は、Ｙ方向に沿った防塵フィルタ１１９の中心線（ある仮想軸）に対して左右対称となるように配置されている。勿論、これら防塵フィルタ１１９及び圧電素子１２０の寸法は、フォーサーズ規格のデジタルカメラ１０の場合の一例であり、ＡＰＳ規格のデジタルカメラに適用するのであれば、より大きな寸法となる。尚、図９中に示す破線は、凹面の境界部を示している。
【００５８】
このような構成としても、図９に示すように、その凹面の部分に、屈曲振動を大きな振幅で発生する。従って、上記第１実施形態と同様に、光軸に近い領域（回りより薄い部分）ほど光軸方向の振動速度を速くさせることができ、結像光線通過エリア１４９の凹面に付着した塵埃１８０を容易に落とすことができる。例えば、図９の振動では、図５の振動に比べて、約２．９倍の振動速度が得られる。しかしながら、このレンズ作用を有する凹面によって被写体反射光が折り曲げられてしまうので、本実施形態においても、上記防塵フィルタ１１９に形成された凹面と対向する位置に、補正レンズ１１８を配置して、上記レンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた上記被写体反射光をＣＣＤ１１７の表面上で結像するように補正する。
【００５９】
なお、防塵フィルタ１１９の凹面を球面でなく非球面として形成しても良い。また、凹面は、ＣＣＤ１１７側ではなく被写体側に形成するようにしても良いし、両側に設けても構わない。
【００６０】
また、圧電素子１２０も、防塵フィルタ１１９の被写体側ではなくてＣＣＤ１１７側に設けても良く、凹面に対して同じ側、反対側の何れであっても良い。更には、圧電素子１２０を複数設けてもかまわない。
【００６１】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００６２】
例えば、上述した実施形態においては、防塵フィルタ１１９のレンズ作用を有する凹面によって折り曲げられた被写体反射光をＣＣＤ１１７の表面上で結像するように補正する補正レンズ１１８を配置しているが、そのような補正レンズ１１８を用いる代わりに、画像補正処理部としての画像処理コントローラ１２６による画像処理によって、ＣＣＤ１１７で撮像された画像に対して上記折り曲げの影響を除去するような補正処理を実施するようにしても構わない。補正レンズ１１８が不要になることで、塵埃除去機構をより小型にすることが可能となる。
【００６３】
また、上述した実施形態においては、ファインダは液晶モニタを利用したものとなっているが、一眼レフ式の光学ファインダをもつカメラでも勿論良い。
【００６４】
さらに、上述した実施形態では、撮像素子としてＣＣＤ１１７を例に挙げているが、もちろん、ＣＭＯＳやその他の撮像素子であっても構わない。
【００６５】
また、上述した実施形態では、加振用振動部材は圧電素子としていたが、電歪材料でも、超磁歪材でも勿論良い。
【００６６】
さらに、振動の際、加振する対象部材に付着している塵埃１８０をより効率よく振り落とせるよう、その表面に、例えば、透明導電膜であるＩＴＯ（酸化インジウム・錫）膜、インジウム亜鉛膜、ポリ３，４エチレンジオキシチオフェン膜、吸湿型静電気防止膜である界面活性剤膜、シロキサン系膜、等をコーティング処理しても良い。但し、振動に係わる周波数や駆動時間などは上記膜の部材に対応した値に設定する。
【００６７】
尚、本発明を適用する画像機器としては、例示した撮像装置（デジタルカメラ）に限らず、塵埃除去機能を必要とする装置であれば良く、必要に応じて変形実施することで実用化され得る。より、具体的には液晶等の表示素子を用いた画像投影装置における表示素子と光源の間、あるいは表示素子と投影レンズとの間に、本発明の塵埃除去機構を設けても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１０…デジタルカメラ、  １００…ボディユニット、  １０１…ボディ制御用マイクロコンピュータ（Ｂｕｃｏｍ）、  １０８…シャッタ、  １１６…撮像ユニット、  １１７…ＣＣＤ、  １１８…補正レンズ、  １１９…防塵フィルタ、  １２０…圧電素子、  １２１…防塵フィルタ制御回路、  １２２…ＣＣＤインターフェース回路、  １２６…画像処理コントローラ、  １２８…不揮発性メモリ、  １２９…動作表示用ＬＣＤ、  １３０…動作表示用ＬＥＤ、  １３１…カメラ操作ＳＷ、  １３４…電池、  １３５…電源回路、  １３６…ＣＣＤチップ、  １３７…固定板、  １３８…フレキシブル基板、  １３９ａ，１３９ｂ…接続部、  １４０…主回路基板、  １４１ａ，１４１ｂ…コネクタ、  １４４…ホルダ受け部材、  １４５…ホルダ、  １４６…開口、  １４７…突出部、  １４８…接着部、  １４９…結像光線通過エリア、  １５７…フレキ、  １５８…台、  １５９…保持材、  １６６…Ｙ枠、  １７０…振動子、  １７３…節エリア、  １７７…分極方向を示す矢印、  １７８…節、  １７９…振動の腹、  １８０…塵埃、  ２００…レンズユニット、  ２０１…レンズ制御用マイクロコンピュータ（Ｌｕｃｏｍ）、  ２０２…撮影レンズ、  ２０３…絞り。
【図１】
2012114728.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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