撮像装置
【課題】撮像素子近傍の塵埃を除去すべく複数の共振モードにより振動させる場合、ピーク加速度が得られるタイミングが相互に離れてしまう。
【解決手段】光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材と、光学部材を振動させる振動素子と、光学部材を振動させる周波数帯域が定義された複数の周波数帯域セットを順次適用して振動素子を駆動する駆動制御部とを備え、複数の周波数帯域セットのそれぞれは、互いに異なる複数の連続周波数帯域をそれぞれ複数の小帯域に区分し、複数の連続周波数帯域のそれぞれから選択された複数の小帯域の少なくとも１つずつを組み合わせて生成される撮像装置を提供する。
【解決手段】光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材と、光学部材を振動させる振動素子と、光学部材を振動させる周波数帯域が定義された複数の周波数帯域セットを順次適用して振動素子を駆動する駆動制御部とを備え、複数の周波数帯域セットのそれぞれは、互いに異なる複数の連続周波数帯域をそれぞれ複数の小帯域に区分し、複数の連続周波数帯域のそれぞれから選択された複数の小帯域の少なくとも１つずつを組み合わせて生成される撮像装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ交換式のカメラにおいて、撮像素子を覆うカバーガラス等に塵埃が付着すると、撮影画像データに黒点が写り込む。この塵埃を除去すべくカバーガラス等に加振手段を設け、共振周波数を含む周波数帯域を複数のステップに区分して、区分したステップごとに加振制御を行う技術が知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００９−１０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、共振を利用する塵埃除去ユニットにおいては、環境温度の変化、振動対象の形状の個体差などにより、共振周波数が広い範囲でばらつくという問題がある。したがって、ばらつきを考慮すると、共振周波数が存在し得る比較的広い周波数帯域を対象として、順次振動周波数を変更する振動制御を行わなければならない。
【０００４】
また、振動対象に生じる振動の節と腹の位置を変化させるべく、複数の共振モードにより振動させることが効果的であるが、複数の共振モードに対応するには、それぞれの共振モードに対して順次振動周波数を変更する振動制御を行わなければならない。
【０００５】
したがって、複数の共振モードにおいてピーク加速度が得られるタイミングが相互に離れてしまうので、一度落ちかけた塵埃が再付着してしまい、効果的に除去できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様における撮像装置は、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材と、光学部材を振動させる振動素子と、光学部材を振動させる周波数帯域が定義された複数の周波数帯域セットを順次適用して振動素子を駆動する駆動制御部とを備え、複数の周波数帯域セットのそれぞれは、互いに異なる複数の連続周波数帯域をそれぞれ複数の小帯域に区分し、複数の連続周波数帯域のそれぞれから選択された複数の小帯域の少なくとも１つずつを組み合わせて生成される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一眼レフカメラの要部断面図である。
【図２】撮像ユニットの分解斜視図である。
【図３】一眼レフカメラのシステム構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】光学ＬＰＦへ加える振動周波数と発生する振動加速度の関係の例を示す図である。
【図５】各モードにより光学ＬＰＦを振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。
【図６】各モードの連続周波数帯域を小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する概念を示す図である。
【図７】周波数帯域セットにより光学ＬＰＦを振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。
【図８】塵埃除去の試行順を説明する図である。
【図９】各モードを小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する、他の概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る一眼レフカメラ１０の要部断面図である。一眼レフカメラ１０は、入射する被写体光束を結像させるレンズユニット２０と、撮像装置本体としてのカメラユニット３０が組み合わされて構成される。
【００１１】
レンズユニット２０は、光軸１１に沿って配列されたレンズ群２１を備える。レンズ群２１は、入射する被写体光束をカメラユニット３０へ導く。レンズ群２１は、鏡筒２２に支持されている。レンズユニット２０は、カメラユニット３０との接続部にレンズマウント２３を備え、カメラユニット３０が備えるカメラマウント３１と係合して、カメラユニット３０と一体化する。レンズマウント２３とカメラマウント３１はそれぞれ通信端子を備えており、マウント同士が係合したときに互いの通信端子が接続される。
【００１２】
カメラユニット３０は、レンズユニット２０から入射される被写体光束を反射するメインミラー３２と、メインミラー３２で反射された被写体光束が結像するピント板３３を備える。メインミラー３２は、ミラーボックス３５の内部でメインミラー回転軸３４周りに揺動して、光軸１１を中心とする被写体光束中に斜設される反射状態と、被写体光束から退避する退避状態を取り得る。メインミラー回転軸３４は、ミラーボックス３５の側壁に支持される。
【００１３】
ピント板３３は、撮像素子３６の受光面と共役の位置に配置されている。ピント板３３で結像した被写体像は、ペンタプリズム３７で正立像に変換され、接眼光学系３８を介してユーザに観察される。また、ペンタプリズム３７の射出面上方には測光センサ３９が配置されており、被写体像の輝度分布を検出する。
【００１４】
斜設状態におけるメインミラー３２の光軸１１の近傍領域は、ハーフミラーとして形成されており、入射される被写体光束の一部が透過する。透過した被写体光束は、メインミラー３２と連動して揺動するサブミラー４０で反射されて、合焦光学系４１へ導かれる。合焦光学系４１を通過した被写体光束は、合焦センサ４２へ入射される。合焦センサ４２は、受光した被写体光束から位相差信号を検出する。なお、サブミラー４０は、メインミラー３２が被写体光束から退避する場合は、メインミラー３２に連動して被写体光束から退避する。
【００１５】
斜設されたメインミラー３２の後方には、光軸１１に沿って、フォーカルプレーンシャッタ４３と撮像ユニット４５が配列されている。撮像ユニット４５は、撮像素子３６を含む。被写体光束は、レンズ群２１を透過してカメラユニットへ入射し、メインミラー３２およびサブミラー４０が退避状態となったミラーボックス３５の内部と開放状態のフォーカルプレーンシャッタ４３を通過して、撮像素子３６の受光面で結像する。撮像ユニット４５の構造については後に詳述するが、本実施形態においては、撮像ユニット４５の一部を振動させることにより表面に付着した塵埃９０を弾き飛ばす。
【００１６】
撮像素子３６は、例えばＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子であり、受光面で結像した被写体像を電気信号に変換する。撮像素子３６は、メイン基板４６と電気的に接続されている。メイン基板４６には、カメラユニット３０の全体を制御するカメラシステム制御部４７等の電気素子が搭載されている。
【００１７】
カメラユニット３０の背面には液晶モニタ等による表示ユニット４８が配設されており、画像処理された被写体画像が表示される。表示ユニット４８は、撮影後の静止画像に限らず、各種メニュー情報、撮影情報、告知情報等を表示する。また、カメラユニット３０には着脱可能な二次電池４９が収容され、二次電池４９は、カメラユニット３０に限らず、レンズユニット２０にも電力を供給する。
【００１８】
撮影光路中に存在する塵埃は、撮像素子３６の受光面に影を落とし、生成される画像データに陰影領域を生じさせる。例えば、陰影領域が存在する画像データからプリントされた写真は、被写体像の一部が欠落して黒点を生じているので、鑑賞の対象とするには著しく品位に欠けたものになり得る。
【００１９】
塵埃は、様々な形態をもって撮影光路中に侵入する。例えば、レンズユニット２０がカメラユニット３０から取り外されたときに、カメラユニット３０の周辺で浮遊する塵埃が、外界に対して曝されたミラーボックス３５に侵入する。そして、フォーカルプレーンシャッタ４３の開放時に移動して、撮像ユニット４５の表面に付着し得る。また、カメラユニット３０の内部において、メインミラー３２、フォーカルプレーンシャッタ４３などの駆動部の摺動を原因とする削りかす等の飛散によっても、これらが塵埃となって撮影光路中に侵入し得る。そこで、本実施形態における撮像ユニット４５は、撮影光路中の塵埃でも画像データに与える影響が特に大きい、撮像ユニット４５の表面に付着する塵埃９０を弾き飛ばす機構を備える。
【００２０】
図２は、撮像ユニット４５の分解斜視図である。撮像ユニット４５は、ブラケット８１、撮像素子３６、光学ＬＰＦ８３、圧電素子８５、ＦＰＣ８６、固定板８７および押えモルト８８を含む。光学ＬＰＦ８３は、撮像素子３６の前面に配設されている。したがって、撮像ユニット４５においては、光学ＬＰＦ８３が撮影光路に露出されて配置されるので、飛来する塵埃は光学ＬＰＦ８３の表面に付着することになる。
【００２１】
ブラケット８１は、撮像ユニット４５のベースとなる部材である。したがって、ブラケット８１は、剛性の高い、例えば金属板で形成されている。撮像素子３６は、ブラケット８１に保持されており、ブラケット８１を介してメイン基板４６に実装されている。
【００２２】
光学ＬＰＦ８３は、レンズユニット２０を透過した被写体光束から高周波成分等を取り除いて、光学像としての被写体光束を撮像素子３６へと導く光学フィルタである。光学ＬＰＦ８３は、板状に形成され、後述するように、３つの共振モートを有している。光学ＬＰＦ８３は、枠体状に形成されたマスクゴム８４を介して、ブラケット８１に保持される。
【００２３】
撮像ユニット４５は、図示するように２つの圧電素子８５を有する。圧電素子８５は、光学ＬＰＦ８３の被写体側表面のｘ方向両縁部に、光学ＬＰＦ８３の被写体側表面に当接した状態で、長手方向がｙ方向になるように配置される。圧電素子８５は、鋸歯状の波形の電圧を連続的に印加することにより、繰り返し伸張して振動をする振動素子である。圧電素子８５は、後述するように、例えば３０ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲の周波数で振動して、光学ＬＰＦ８３を振動させる。光学ＬＰＦ８３の表面に付着した塵埃は、光学ＬＰＦ８３が比較的大きな加速度をもって振動することにより、弾き飛ばされる。
【００２４】
ＦＰＣ８６は、圧電素子駆動回路から圧電素子８５へ駆動電圧を伝達するフレキシブル基板である。ＦＰＣ８６と圧電素子８５は、接着テープ等により接着される。固定板８７は、ＦＰＣ８６、圧電素子８５等の部品を、ブラケット８１に固定する部材である。固定板８７は、弾力を有する押えモルト８８によりこれらの部品を押さえ込んだ状態で、ブラケット８１にネジ止めされる。
【００２５】
なお、圧電素子８５による振動は、光学ＬＰＦ８３からマスクゴム８４にも伝わるが、マスクゴム８４の振動は、その弾性により吸収されて減衰する。このため、圧電素子８５の振動は、撮像素子３６、ブラケット８１等の外部の支持部材と共振し合うことはない。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る一眼レフカメラ１０のシステム構成を概略的に示すブロック図である。一眼レフカメラ１０のシステムは、レンズユニット２０とカメラユニット３０のそれぞれに対応して、レンズシステム制御部７１を中心とするレンズ制御系と、カメラシステム制御部４７を中心とするカメラ制御系により構成される。そして、レンズ制御系とカメラ制御系は、レンズマウント２３とカメラマウント３１によって接続される通信端子を介して、相互に各種データ、制御信号の授受を行う。
【００２７】
カメラ制御系に含まれる画像処理部５４は、カメラシステム制御部４７からの指令に従って、撮像素子３６で光電変換された撮像信号を画像データに処理する。処理された画像データは、表示制御部５３へ送られて、例えば撮影後の一定時間の間、表示ユニット４８に表示される。これに並行して、処理された画像データは、予め定められた画像フォーマットに加工され、外部接続ＩＦ５５を介して外部メモリに記録される。
【００２８】
カメラメモリ５１は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、一眼レフカメラ１０を制御するプログラム、各種パラメータなどを記憶する役割を担う。ワークメモリ５２は、例えばＲＡＭなどの高速アクセスできるメモリであり、処理中の画像データを一時的に保管する役割などを担う。
【００２９】
カメラ動作制御部５６は、カメラシステム制御部４７からの指令に従ってメインミラー３２、サブミラー４０、フォーカルプレーンシャッタ４３等を動作させる。圧電素子制御部５７は、カメラシステム制御部４７からの指令に従って圧電素子８５を振動させる。温度検出部５８は、撮像ユニット４５の近傍に配設された温度センサを有し、温度を検出してカメラシステム制御部４７へ出力する。操作入力部５９は、レリーズボタン等の操作部材がユーザに操作されたことを検出して、カメラシステム制御部４７へ出力する。レンズシステム制御部７１は、カメラシステム制御部４７からの制御信号を受けて各種動作を制御する。
【００３０】
図４は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を駆動して光学ＬＰＦ８３へ加える振動の振動周波数と、光学ＬＰＦ８３で発生する振動加速度の関係の例を示す図である。横軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させる周波数（ｋＨｚ）を表し、縦軸は、圧電素子８５の振動を受けて光学ＬＰＦ８３が振動する振動加速度（ｍ／ｓ２）を表す。
【００３１】
図に示されるように、ある連続する周波数帯域において光学ＬＰＦ８３で生じる振動加速度が急激に高まる。この連続周波数帯域における振動状態がいわゆる共振状態であり、図においては共振する周波数帯域が３つ存在する。具体的には、ＦＡＳ（ｋＨｚ）からＦＡＥ（ｋＨｚ）までの連続周波数帯域で規定されるモードＡと、ＦＢＳ（ｋＨｚ）からＦＢＥ（ｋＨｚ）までの連続周波数帯域で規定されるモードＢと、ＦＣＳ（ｋＨｚ）からＦＣＥ（ｋＨｚ）までの連続周波数帯域で規定されるモードＣである。ここでは、それぞれのピーク加速度を、ＰＡ（ｍ／ｓ２）、ＰＢ（ｍ／ｓ２）、ＰＣ（ｍ／ｓ２）とし、ＰＢ＞ＰＣ＞ＰＡであるとする。
【００３２】
それぞれのモードは、光学ＬＰＦ８３に生じさせる波形状態が互いに異なる。図２に示したように、光学ＬＰＦ８３のｘ方向両縁部にｙ方向を長手方向として圧電素子８５を貼着した場合、ｘ方向に対して平行となる節と腹を複数生じさせる波形状態を作り出すことができる。この場合、それぞれのモードごとに節腹の数が異なる波形状態となる。したがって、光学ＬＰＦ８３のある位置座標に着目したときに、例えばモードＡにおいて節であっても、モードＢにおいては節で無くなる。なお、図における光学ＬＰＦ８３の振動加速度は、腹の位置における振動加速度を示す。
【００３３】
塵埃を弾き飛ばすことを目的として光学ＬＰＦ８３を振動させる場合、１つのモードでのみ振動させると、節の位置に存在する塵埃に加速度を与えることができず、その塵埃は光学ＬＰＦ８３上に残留することになる。したがって、光学ＬＰＦ８３上のあらゆる位置に存在し得る塵埃を弾き飛ばすには、複数のモードで光学ＬＰＦ８３を振動させることが好ましい。
【００３４】
そこで、モードＡ、モードＢおよびモードＣにより、連続的に光学ＬＰＦ８３を振動させる場合について説明する。図５は、各モードにより光学ＬＰＦ８３を振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。横軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５に電圧を加え始めてからの経過時間（ｓ）を表し、左の縦軸は、光学ＬＰＦ８３が振動する振動加速度（ｍ／ｓ２）を表す。また、右の縦軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させる周波数（ｋＨｚ）を表す。光学ＬＰＦ８３の振動加速度は、温度ｔ１における変化を表す実線１０１と、温度ｔ２における変化を表す一点鎖線１０２により示される。なお、これらの曲線は、図４の実験値に対して模式的に滑らかに示している。また、圧電素子８５を振動させる周波数は、二点鎖線１０３で示される。
【００３５】
ここでは、圧電素子制御部５７は、ピーク加速度の大きいモードＢを最初に適用し、続いてモードＡを適用し、最後に最も周波数帯域の広いモードＣを適用する。具体的には温度ｔ１の場合、圧電素子制御部５７は、まずモードＢで光学ＬＰＦを振動させるべく二点鎖線１０３で示すように、時間経過と共にＦＢＥからＦＢＳへと徐々に変化させて、圧電素子８５を振動させる。すると、光学ＬＰＦ８３は、実線１０１で示すように、０．３ｓの時点においてピーク加速度ＰＢで共振する。
【００３６】
次に、圧電素子制御部５７は、モードＡで光学ＬＰＦを振動させるべく二点鎖線１０３で示すように、時間経過と共にＦＡＥからＦＡＳへと徐々に変化させて、圧電素子８５を振動させる。すると、光学ＬＰＦ８３は、実線１０１で示すように、０．９ｓの時点においてピーク加速度ＰＡで共振する。そして、圧電素子制御部５７は、モードＣで光学ＬＰＦを振動させるべく二点鎖線１０３で示すように、時間経過と共にＦＣＥからＦＣＳへと徐々に変化させて、圧電素子８５を振動させる。すると、光学ＬＰＦ８３は、実線１０１で示すように、１．６５ｓの時点においてピーク加速度ＰＣで共振する。
【００３７】
なお、ここでは、モードＢおよびモードＡで振動させる時間をそれぞれ０．６ｓとし、モードＣで振動させる時間を０．９ｓとした。振動させる時間の設定は、それぞれのモードにおける周波数帯域の幅に応じて決定すると良い。ここでは、モードＣの周波数帯域の幅であるＦＣＳ〜ＦＣＥは、他のモードの周波数帯域の幅よりも大きいので、モードＣにおける振動時間を他のモードよりも長くしている。
【００３８】
それぞれのモードを順次適用して光学ＬＰＦ８３を振動させる場合、ピーク加速度が得られる時点の間隔は、図の例によるとＰＢ−ＰＡ間で０．６ｓ、ＰＡ−ＰＣ間で０．７５ｓであり、比較的長い。このような場合、光学ＬＰＦ８３の表面から一旦浮いた比較的質量の大きな塵埃が、再付着することがある。もし、ピーク時間間隔が短ければ、一旦加速度を受けて飛散するエネルギーを与えられた塵埃が光学ＬＰＦ８３の表面に戻ろうとしても、再接触時に即座に別のピーク加速度によるエネルギーを与えられることになり、再付着しない。したがって、複数のモードを適用して連続的に光学ＬＰＦ８３を振動させる場合、ピーク時間間隔を短くすることが肝要である。
【００３９】
一方、塵埃に与えることのできるエネルギーの総和は、実線１０１（または一点鎖線１０２）の積分値に比例するので、各モードを適用する時間幅を単に短くするのでは、十分なエネルギーを塵埃に与えることができない場合がある。また、各モードにおける共振周波数は、光学ＬＰＦ８３周りの環境温度、光学ＬＰＦ８３の形状個体差等により変化する。例えば、図に示すように、温度ｔ１での振動加速度と温度ｔ２での振動加速度は、互いに若干シフトしたような関係となる。したがって、スイープする加振周波数の範囲（ＦＡＥ〜ＦＡＳ、ＦＢＥ〜ＦＢＳ、ＦＣＥ〜ＦＣＳ）を狭くしてピーク時間間隔を短くしようとしても、狭くした加振周波数範囲にピーク加速度が生じる加振周波数が含まれなくなってしまう場合がある。
【００４０】
これらの問題を解決すべく、本実施形態においては、それぞれのモードにおける加振周波数範囲である連続周波数帯域を複数の小帯域に区分し、各連続周波数帯域のそれぞれから選択された小帯域を組み合わせて生成した複数の周波数帯域セットを適用して光学ＬＰＦ８３を振動する。この考え方について以下説明する。
【００４１】
図６は、各モードの連続周波数帯域を小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する概念を示す図である。実際に区分する対象は連続する周波数帯域であるが、本実施形態においては、単位時間当たりにおける加振周波数の変化（＝スイープ速度）を一定としているので、周波数帯域を対象とする区分と経過時間を対象とする区分とは１対１に対応する。そこで、図５との関連と概念的な理解の容易さとから、各モードを経過時間で区分する図を用いて説明する。
【００４２】
まず、図６（ａ）は、図５から温度ｔ１における時間経過と振動加速度の関係を抜き出して、それぞれのモードを複数の小帯域に区分する概念を示す図である。図示するように、本実施形態では、それぞれのモードを３つの小帯域に区分する。モードＢは、０ｓから０．２ｓまでの時間帯域で区分されるＢ１、０．２ｓから０．４ｓまでの時間帯域で区分されるＢ２、０．４ｓから０．６ｓまでの時間帯域で区分されるＢ３に区分される。モードＡは、０．６ｓから０．８ｓまでの時間帯域で区分されるＡ１、０．８ｓから１．０ｓまでの時間帯域で区分されるＡ２、１．０ｓから１．２ｓまでの時間帯域で区分されるＡ３に区分される。モードＣは、１．２ｓから１．５ｓまでの時間帯域で区分されるＣ１、１．５ｓから１．８ｓまでの時間帯域で区分されるＣ２、１．８ｓから２．１ｓまでの時間帯域で区分されるＣ３に区分される。
【００４３】
これらの小帯域を並べ替えて複数のセットを生成する。図６（ｂ）は、図６（ａ）の小帯域を並べ替えて生成する各セットの概念を示す図である。セット１は、モードＢから選択された小帯域Ｂ１、モードＡから選択された小帯域Ａ１、モードＣから選択された小帯域Ｃ１が組み合わされて生成される。セット１は、１番目に適用される周波数帯域セットとして、開始時間を０に合わせて配置される。したがって、セット１は、時間経過として０ｓから０．７ｓを占める。
【００４４】
同様に、セット２は、モードＢから選択された小帯域Ｂ２、モードＡから選択された小帯域Ａ２、モードＣから選択された小帯域Ｃ２が組み合わされて生成される。セット２は、２番目に適用される周波数帯域セットとして、セット１の後に配置される。したがって、セット２は、時間経過として０．７ｓから１．４ｓを占める。同様に、セット３は、モードＢから選択された小帯域Ｂ３、モードＡから選択された小帯域Ａ３、モードＣから選択された小帯域Ｃ３が組み合わされて生成される。セット３は、３番目に適用される周波数帯域セットとして、セット２の後に配置される。したがって、セット３は、時間経過として１．４ｓから２．１ｓを占める。
【００４５】
このように生成された３つの周波数帯域セットを順次適用して、光学ＬＰＦ８３を振動する。図７は、周波数帯域セットにより光学ＬＰＦを振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。図５と同様に、横軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５に電圧を加え始めてからの経過時間（ｓ）を表し、左の縦軸は、光学ＬＰＦ８３が振動する振動加速度（ｍ／ｓ２）を表す。また、右の縦軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させる周波数（ｋＨｚ）を表す。光学ＬＰＦ８３の振動加速度は、実線１０１により示される。また、圧電素子８５を振動させる周波数は、二点鎖線１０３で示される。
【００４６】
圧電素子制御部５７は、二点鎖線１０３で示されるように、区分された小帯域に対応する加振周波数の範囲でスイープしつつ圧電素子８５を振動させる。本実施形態の場合、１つの周波数帯域セットは３つの小帯域を含むので、圧電素子制御部５７は、互いに不連続な３つの加振周波数の範囲を、時間的に連続して圧電素子８５を振動させる。光学ＬＰＦ８３は、圧電素子８５の振動を受けて、実線１０１で示される振動加速度を伴って振動する。
【００４７】
このように周波数帯域セットを生成して順次適用する加振制御を行うと、ピーク加速度が得られる時点の間隔であるピーク時間間隔を短くすることができる。すなわち、図示するように、セット２は、各モードからピーク加速度が得られる狭帯域であるＢ２、Ａ２、Ｃ２を寄せ集めて生成されているので、ピーク時間間隔は、ＰＢ−ＰＡ間で０．２ｓ、ＰＡ−ＰＣ間で０．２５ｓとなり、図５で説明したピーク時間間隔に比較して短くなる。したがって、一旦加速度を受けて飛散するエネルギーを与えられた塵埃が光学ＬＰＦ８３の表面に戻ろうとしても、再接触時に即座に次のピーク加速度によるエネルギーを与えられることになり、再付着を防ぐことができる。
【００４８】
また、図の振動加速度は、温度ｔ１の場合を表すが、上述のように、温度等に起因して共振周波数がずれる場合がある。すなわち、セット２にピーク加速度が連なるとは限らない。しかし、本実施形態においては、実用上の温度範囲等を考慮して各モードの加振周波数範囲を定めているので、それぞれのモードを小帯域に区分して上述のように周波数帯域セットを生成した場合、いずれかの周波数帯域セットにピーク加速度が連なることを期待できる。つまり、温度等に起因してピーク加速度がシフトしても、例えば、セット１においてピーク加速度が連なる。したがって、生成された周波数帯域セットを連続して適用すれば、加振制御を完了した時点で、高い確率で塵埃が除去されていることが期待できる。
【００４９】
次に、塵埃除去の試行について説明する。図８は、塵埃除去の試行順を説明する図である。上述のように、生成された周波数帯域セットを連続して適用すれば、加振制御を完了した時点で、高い確率で塵埃が除去されていることが期待できるものの、一眼レフカメラ１０の状況によっては、１度の試行において全ての周波数帯域セットを完了することができない場合がある。
【００５０】
例えば、カメラシステム制御部４７は、電源オンを検出したタイミングで、圧電素子制御部５７に圧電素子８５を振動させる。他にも、予め定められたいくつかのタイミングにおいて圧電素子８５を振動させるようにプログラムされている。さらには、操作入力部５９がユーザの操作を受け付け、そのタイミングにおいて圧電素子８５を振動させることもある。このようなタイミングで開始された塵埃除去の試行は、他の割り込み指示によって途中で終了される場合がある。特に、操作入力部５９がユーザから撮像動作の開始指示を受け付けた場合には、撮像動作を優先させるので、全ての周波数帯域セットの適用が完了する前であっても、圧電素子８５の振動を終了する。
【００５１】
このように、全ての周波数帯域セットの適用が完了する前に圧電素子８５の振動が止められると、ピーク加速度を光学ＬＰＦ８３に与えられない場合がある。そこで、本実施形態においては、図示するように、圧電素子８５を振動させるタイミングを迎えるごとに、周波数帯域セットの組み合わせ順を変更する。例えば図示するように、あるタイミングにおいてセット１→セット２→セット３の順で組み合わせて試行したら、次のタイミングではセット２→セット３→セット１の順で組み合わせて試行する。そして、さらに次のタイミングでは、セット３→セット１→セット２の順で組み合わせて試行する。このように組み合わせ順序を変更して試行すれば、いずれかの試行において先頭の周波数帯域セットにピーク加速度が連なることを期待できる。したがって、本実施形態においては、少なくとも３回の試行を行えば、たとえ２番目の周波数帯域セットの途中で試行が中止されても、高い確率で塵埃が除去されていることが期待できる。
【００５２】
なお、図８に示す試行において高い確率で塵埃が除去されるには、少なくとも先頭の周波数帯域セットは実行されていることを要する。したがって、例えば割り込み指示によって試行を中止する場合であっても、カメラシステム制御部４７は、少なくとも先頭の周波数帯域セットの適用が完了するまでは、圧電素子制御部５７に圧電素子８５の振動を継続させても良い。
【００５３】
ユーザの撮影動作開始の指示により試行を中止する場合であっても、ユーザの撮影動作開始の指示から実際に露光が開始されるまでのレリーズタイムラグの間は、試行を継続しても良い。すなわち、露光開始の直前に試行を中止すればよい。このように制御する場合、各セットの継続時間は、レリーズタイムラグよりも短く設定されていることが望ましい。レリーズタイムラグが短い一眼レフカメラ１０であれば、例えば、電源オン時に適用される周波数帯域セットの継続時間を、他のタイミングで適用される周波数帯域セットの継続時間よりも短く設定しても良い。
【００５４】
また、温度の変化に伴うピーク加速度のシフト傾向は事前に実験等により把握することができるので、カメラシステム制御部４７は、温度検出部５８の検出結果を参照して、ピーク加速度が得られると予想される周波数帯域セットを先頭とすることができる。したがって、カメラシステム制御部４７は、温度検出部５８の検出結果により周波数帯域セットの適用順序を決定しても良い。
【００５５】
図６を用いて説明した周波数帯域セットの生成においては、各小帯域の幅を各モードにおいて均等に区分した。しかし、区分の仕方は均等に限らない。図９は、各モードを小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する、他の概念を示す図である。
【００５６】
例えば、図９（ａ）に示すように、各モードにおいて区分する経過時間の位置を２５％と７５％の位置に設定する。上述のように、本実施形態においては、周波数帯域を対象とする区分と経過時間を対象とする区分とは１対１に対応するので、周波数区分位置も２５％と７５％に設定されることになる。このように区分された各小帯域を組み合わせて周波数帯域セットを生成すると、図９（ｂ）のようになる。
【００５７】
周辺環境の温度によっては、小帯域に区分したその境界位置にピーク加速度が偶然一致する場合があり得る。そのような場合には、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させるスイープ端となるので、本来発揮できるピーク加速度が得られない。そこで、各小帯域の幅を各モードにおいて均等に区分して生成した周波数帯域セットと、区分する位置をずらして生成した周波数帯域セットの両方を順次適用して圧電素子８５を振動させれば、少なくとも一方においては十分なピーク加速度を得られる。つまり、図６（ｂ）のように生成された周波数帯域セットと、図９（ｂ）のように生成された周波数帯域セットを連続的に適用して圧電素子８５を振動させれば良い。
【００５８】
また、図６を用いて説明した周波数帯域セットの生成においては、各モードを３つの小帯域に区分した。しかし、区分数は３つに限らない。互いに境界位置が異なるように区分数を設定し、区分数の異なる周波数帯域セットを順次適用して圧電素子８５を振動させれば、少なくとも一方においては十分なピーク加速度を得られる。
【００５９】
また、図６を用いて説明した周波数帯域セットの生成においては、各モードにおいて互いの小帯域が重ならないように区分した。しかし、端部において互いに重なる帯域を設定して区分しても良い。このように設定すれば、ある小帯域の端にピーク加速度が一致しても隣接する小帯域においては一致しないことになるので、少なくともピーク加速度の減少を緩和することができる。
【００６０】
また、撮像装置としては、一眼レフカメラ１０の形態に限らず、メインミラー３２等のミラーユニットを含まないレンズユニット交換式のカメラでも良いし、レンズユニットとカメラユニットが一体的に構成されたカメラであっても良い。もちろん、ビデオカメラにおいても適用し得る。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６２】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 一眼レフカメラ、１１ 光軸、２０ レンズユニット、３０ カメラユニット、２１ レンズ群、２２ 鏡筒、２３ レンズマウント、３１ カメラマウント、３２ メインミラー、３３ ピント板、３４ メインミラー回転軸、３５ ミラーボックス、３６ 撮像素子、３７ ペンタプリズム、３８ 接眼光学系、３９ 測光センサ、４０ サブミラー、４１ 合焦光学系、４２ 合焦センサ、４３ フォーカルプレーンシャッタ、４５ 撮像ユニット、４６ メイン基板、４７ カメラシステム制御部、４８ 表示ユニット、４９ 二次電池、５４ 画像処理部、５３ 表示制御部、５５ 外部接続ＩＦ、５１ カメラメモリ、５２ ワークメモリ、５６ カメラ動作制御部、５７ 圧電素子制御部、５９ 操作入力部、７１ レンズシステム制御部、８１ ブラケット、８３ 光学ＬＰＦ、８４ マスクゴム、８５ 圧電素子、８６ ＦＰＣ、８７ 固定板、８８ 押えモルト、９０ 塵埃、１０１ 実線、１０２ 一点鎖線、１０３ 二点鎖線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ交換式のカメラにおいて、撮像素子を覆うカバーガラス等に塵埃が付着すると、撮影画像データに黒点が写り込む。この塵埃を除去すべくカバーガラス等に加振手段を設け、共振周波数を含む周波数帯域を複数のステップに区分して、区分したステップごとに加振制御を行う技術が知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００９−１０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、共振を利用する塵埃除去ユニットにおいては、環境温度の変化、振動対象の形状の個体差などにより、共振周波数が広い範囲でばらつくという問題がある。したがって、ばらつきを考慮すると、共振周波数が存在し得る比較的広い周波数帯域を対象として、順次振動周波数を変更する振動制御を行わなければならない。
【０００４】
また、振動対象に生じる振動の節と腹の位置を変化させるべく、複数の共振モードにより振動させることが効果的であるが、複数の共振モードに対応するには、それぞれの共振モードに対して順次振動周波数を変更する振動制御を行わなければならない。
【０００５】
したがって、複数の共振モードにおいてピーク加速度が得られるタイミングが相互に離れてしまうので、一度落ちかけた塵埃が再付着してしまい、効果的に除去できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様における撮像装置は、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子の前面に配設されて光学像を透過させる光学部材と、光学部材を振動させる振動素子と、光学部材を振動させる周波数帯域が定義された複数の周波数帯域セットを順次適用して振動素子を駆動する駆動制御部とを備え、複数の周波数帯域セットのそれぞれは、互いに異なる複数の連続周波数帯域をそれぞれ複数の小帯域に区分し、複数の連続周波数帯域のそれぞれから選択された複数の小帯域の少なくとも１つずつを組み合わせて生成される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一眼レフカメラの要部断面図である。
【図２】撮像ユニットの分解斜視図である。
【図３】一眼レフカメラのシステム構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】光学ＬＰＦへ加える振動周波数と発生する振動加速度の関係の例を示す図である。
【図５】各モードにより光学ＬＰＦを振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。
【図６】各モードの連続周波数帯域を小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する概念を示す図である。
【図７】周波数帯域セットにより光学ＬＰＦを振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。
【図８】塵埃除去の試行順を説明する図である。
【図９】各モードを小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する、他の概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る一眼レフカメラ１０の要部断面図である。一眼レフカメラ１０は、入射する被写体光束を結像させるレンズユニット２０と、撮像装置本体としてのカメラユニット３０が組み合わされて構成される。
【００１１】
レンズユニット２０は、光軸１１に沿って配列されたレンズ群２１を備える。レンズ群２１は、入射する被写体光束をカメラユニット３０へ導く。レンズ群２１は、鏡筒２２に支持されている。レンズユニット２０は、カメラユニット３０との接続部にレンズマウント２３を備え、カメラユニット３０が備えるカメラマウント３１と係合して、カメラユニット３０と一体化する。レンズマウント２３とカメラマウント３１はそれぞれ通信端子を備えており、マウント同士が係合したときに互いの通信端子が接続される。
【００１２】
カメラユニット３０は、レンズユニット２０から入射される被写体光束を反射するメインミラー３２と、メインミラー３２で反射された被写体光束が結像するピント板３３を備える。メインミラー３２は、ミラーボックス３５の内部でメインミラー回転軸３４周りに揺動して、光軸１１を中心とする被写体光束中に斜設される反射状態と、被写体光束から退避する退避状態を取り得る。メインミラー回転軸３４は、ミラーボックス３５の側壁に支持される。
【００１３】
ピント板３３は、撮像素子３６の受光面と共役の位置に配置されている。ピント板３３で結像した被写体像は、ペンタプリズム３７で正立像に変換され、接眼光学系３８を介してユーザに観察される。また、ペンタプリズム３７の射出面上方には測光センサ３９が配置されており、被写体像の輝度分布を検出する。
【００１４】
斜設状態におけるメインミラー３２の光軸１１の近傍領域は、ハーフミラーとして形成されており、入射される被写体光束の一部が透過する。透過した被写体光束は、メインミラー３２と連動して揺動するサブミラー４０で反射されて、合焦光学系４１へ導かれる。合焦光学系４１を通過した被写体光束は、合焦センサ４２へ入射される。合焦センサ４２は、受光した被写体光束から位相差信号を検出する。なお、サブミラー４０は、メインミラー３２が被写体光束から退避する場合は、メインミラー３２に連動して被写体光束から退避する。
【００１５】
斜設されたメインミラー３２の後方には、光軸１１に沿って、フォーカルプレーンシャッタ４３と撮像ユニット４５が配列されている。撮像ユニット４５は、撮像素子３６を含む。被写体光束は、レンズ群２１を透過してカメラユニットへ入射し、メインミラー３２およびサブミラー４０が退避状態となったミラーボックス３５の内部と開放状態のフォーカルプレーンシャッタ４３を通過して、撮像素子３６の受光面で結像する。撮像ユニット４５の構造については後に詳述するが、本実施形態においては、撮像ユニット４５の一部を振動させることにより表面に付着した塵埃９０を弾き飛ばす。
【００１６】
撮像素子３６は、例えばＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子であり、受光面で結像した被写体像を電気信号に変換する。撮像素子３６は、メイン基板４６と電気的に接続されている。メイン基板４６には、カメラユニット３０の全体を制御するカメラシステム制御部４７等の電気素子が搭載されている。
【００１７】
カメラユニット３０の背面には液晶モニタ等による表示ユニット４８が配設されており、画像処理された被写体画像が表示される。表示ユニット４８は、撮影後の静止画像に限らず、各種メニュー情報、撮影情報、告知情報等を表示する。また、カメラユニット３０には着脱可能な二次電池４９が収容され、二次電池４９は、カメラユニット３０に限らず、レンズユニット２０にも電力を供給する。
【００１８】
撮影光路中に存在する塵埃は、撮像素子３６の受光面に影を落とし、生成される画像データに陰影領域を生じさせる。例えば、陰影領域が存在する画像データからプリントされた写真は、被写体像の一部が欠落して黒点を生じているので、鑑賞の対象とするには著しく品位に欠けたものになり得る。
【００１９】
塵埃は、様々な形態をもって撮影光路中に侵入する。例えば、レンズユニット２０がカメラユニット３０から取り外されたときに、カメラユニット３０の周辺で浮遊する塵埃が、外界に対して曝されたミラーボックス３５に侵入する。そして、フォーカルプレーンシャッタ４３の開放時に移動して、撮像ユニット４５の表面に付着し得る。また、カメラユニット３０の内部において、メインミラー３２、フォーカルプレーンシャッタ４３などの駆動部の摺動を原因とする削りかす等の飛散によっても、これらが塵埃となって撮影光路中に侵入し得る。そこで、本実施形態における撮像ユニット４５は、撮影光路中の塵埃でも画像データに与える影響が特に大きい、撮像ユニット４５の表面に付着する塵埃９０を弾き飛ばす機構を備える。
【００２０】
図２は、撮像ユニット４５の分解斜視図である。撮像ユニット４５は、ブラケット８１、撮像素子３６、光学ＬＰＦ８３、圧電素子８５、ＦＰＣ８６、固定板８７および押えモルト８８を含む。光学ＬＰＦ８３は、撮像素子３６の前面に配設されている。したがって、撮像ユニット４５においては、光学ＬＰＦ８３が撮影光路に露出されて配置されるので、飛来する塵埃は光学ＬＰＦ８３の表面に付着することになる。
【００２１】
ブラケット８１は、撮像ユニット４５のベースとなる部材である。したがって、ブラケット８１は、剛性の高い、例えば金属板で形成されている。撮像素子３６は、ブラケット８１に保持されており、ブラケット８１を介してメイン基板４６に実装されている。
【００２２】
光学ＬＰＦ８３は、レンズユニット２０を透過した被写体光束から高周波成分等を取り除いて、光学像としての被写体光束を撮像素子３６へと導く光学フィルタである。光学ＬＰＦ８３は、板状に形成され、後述するように、３つの共振モートを有している。光学ＬＰＦ８３は、枠体状に形成されたマスクゴム８４を介して、ブラケット８１に保持される。
【００２３】
撮像ユニット４５は、図示するように２つの圧電素子８５を有する。圧電素子８５は、光学ＬＰＦ８３の被写体側表面のｘ方向両縁部に、光学ＬＰＦ８３の被写体側表面に当接した状態で、長手方向がｙ方向になるように配置される。圧電素子８５は、鋸歯状の波形の電圧を連続的に印加することにより、繰り返し伸張して振動をする振動素子である。圧電素子８５は、後述するように、例えば３０ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲の周波数で振動して、光学ＬＰＦ８３を振動させる。光学ＬＰＦ８３の表面に付着した塵埃は、光学ＬＰＦ８３が比較的大きな加速度をもって振動することにより、弾き飛ばされる。
【００２４】
ＦＰＣ８６は、圧電素子駆動回路から圧電素子８５へ駆動電圧を伝達するフレキシブル基板である。ＦＰＣ８６と圧電素子８５は、接着テープ等により接着される。固定板８７は、ＦＰＣ８６、圧電素子８５等の部品を、ブラケット８１に固定する部材である。固定板８７は、弾力を有する押えモルト８８によりこれらの部品を押さえ込んだ状態で、ブラケット８１にネジ止めされる。
【００２５】
なお、圧電素子８５による振動は、光学ＬＰＦ８３からマスクゴム８４にも伝わるが、マスクゴム８４の振動は、その弾性により吸収されて減衰する。このため、圧電素子８５の振動は、撮像素子３６、ブラケット８１等の外部の支持部材と共振し合うことはない。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る一眼レフカメラ１０のシステム構成を概略的に示すブロック図である。一眼レフカメラ１０のシステムは、レンズユニット２０とカメラユニット３０のそれぞれに対応して、レンズシステム制御部７１を中心とするレンズ制御系と、カメラシステム制御部４７を中心とするカメラ制御系により構成される。そして、レンズ制御系とカメラ制御系は、レンズマウント２３とカメラマウント３１によって接続される通信端子を介して、相互に各種データ、制御信号の授受を行う。
【００２７】
カメラ制御系に含まれる画像処理部５４は、カメラシステム制御部４７からの指令に従って、撮像素子３６で光電変換された撮像信号を画像データに処理する。処理された画像データは、表示制御部５３へ送られて、例えば撮影後の一定時間の間、表示ユニット４８に表示される。これに並行して、処理された画像データは、予め定められた画像フォーマットに加工され、外部接続ＩＦ５５を介して外部メモリに記録される。
【００２８】
カメラメモリ５１は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、一眼レフカメラ１０を制御するプログラム、各種パラメータなどを記憶する役割を担う。ワークメモリ５２は、例えばＲＡＭなどの高速アクセスできるメモリであり、処理中の画像データを一時的に保管する役割などを担う。
【００２９】
カメラ動作制御部５６は、カメラシステム制御部４７からの指令に従ってメインミラー３２、サブミラー４０、フォーカルプレーンシャッタ４３等を動作させる。圧電素子制御部５７は、カメラシステム制御部４７からの指令に従って圧電素子８５を振動させる。温度検出部５８は、撮像ユニット４５の近傍に配設された温度センサを有し、温度を検出してカメラシステム制御部４７へ出力する。操作入力部５９は、レリーズボタン等の操作部材がユーザに操作されたことを検出して、カメラシステム制御部４７へ出力する。レンズシステム制御部７１は、カメラシステム制御部４７からの制御信号を受けて各種動作を制御する。
【００３０】
図４は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を駆動して光学ＬＰＦ８３へ加える振動の振動周波数と、光学ＬＰＦ８３で発生する振動加速度の関係の例を示す図である。横軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させる周波数（ｋＨｚ）を表し、縦軸は、圧電素子８５の振動を受けて光学ＬＰＦ８３が振動する振動加速度（ｍ／ｓ２）を表す。
【００３１】
図に示されるように、ある連続する周波数帯域において光学ＬＰＦ８３で生じる振動加速度が急激に高まる。この連続周波数帯域における振動状態がいわゆる共振状態であり、図においては共振する周波数帯域が３つ存在する。具体的には、ＦＡＳ（ｋＨｚ）からＦＡＥ（ｋＨｚ）までの連続周波数帯域で規定されるモードＡと、ＦＢＳ（ｋＨｚ）からＦＢＥ（ｋＨｚ）までの連続周波数帯域で規定されるモードＢと、ＦＣＳ（ｋＨｚ）からＦＣＥ（ｋＨｚ）までの連続周波数帯域で規定されるモードＣである。ここでは、それぞれのピーク加速度を、ＰＡ（ｍ／ｓ２）、ＰＢ（ｍ／ｓ２）、ＰＣ（ｍ／ｓ２）とし、ＰＢ＞ＰＣ＞ＰＡであるとする。
【００３２】
それぞれのモードは、光学ＬＰＦ８３に生じさせる波形状態が互いに異なる。図２に示したように、光学ＬＰＦ８３のｘ方向両縁部にｙ方向を長手方向として圧電素子８５を貼着した場合、ｘ方向に対して平行となる節と腹を複数生じさせる波形状態を作り出すことができる。この場合、それぞれのモードごとに節腹の数が異なる波形状態となる。したがって、光学ＬＰＦ８３のある位置座標に着目したときに、例えばモードＡにおいて節であっても、モードＢにおいては節で無くなる。なお、図における光学ＬＰＦ８３の振動加速度は、腹の位置における振動加速度を示す。
【００３３】
塵埃を弾き飛ばすことを目的として光学ＬＰＦ８３を振動させる場合、１つのモードでのみ振動させると、節の位置に存在する塵埃に加速度を与えることができず、その塵埃は光学ＬＰＦ８３上に残留することになる。したがって、光学ＬＰＦ８３上のあらゆる位置に存在し得る塵埃を弾き飛ばすには、複数のモードで光学ＬＰＦ８３を振動させることが好ましい。
【００３４】
そこで、モードＡ、モードＢおよびモードＣにより、連続的に光学ＬＰＦ８３を振動させる場合について説明する。図５は、各モードにより光学ＬＰＦ８３を振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。横軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５に電圧を加え始めてからの経過時間（ｓ）を表し、左の縦軸は、光学ＬＰＦ８３が振動する振動加速度（ｍ／ｓ２）を表す。また、右の縦軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させる周波数（ｋＨｚ）を表す。光学ＬＰＦ８３の振動加速度は、温度ｔ１における変化を表す実線１０１と、温度ｔ２における変化を表す一点鎖線１０２により示される。なお、これらの曲線は、図４の実験値に対して模式的に滑らかに示している。また、圧電素子８５を振動させる周波数は、二点鎖線１０３で示される。
【００３５】
ここでは、圧電素子制御部５７は、ピーク加速度の大きいモードＢを最初に適用し、続いてモードＡを適用し、最後に最も周波数帯域の広いモードＣを適用する。具体的には温度ｔ１の場合、圧電素子制御部５７は、まずモードＢで光学ＬＰＦを振動させるべく二点鎖線１０３で示すように、時間経過と共にＦＢＥからＦＢＳへと徐々に変化させて、圧電素子８５を振動させる。すると、光学ＬＰＦ８３は、実線１０１で示すように、０．３ｓの時点においてピーク加速度ＰＢで共振する。
【００３６】
次に、圧電素子制御部５７は、モードＡで光学ＬＰＦを振動させるべく二点鎖線１０３で示すように、時間経過と共にＦＡＥからＦＡＳへと徐々に変化させて、圧電素子８５を振動させる。すると、光学ＬＰＦ８３は、実線１０１で示すように、０．９ｓの時点においてピーク加速度ＰＡで共振する。そして、圧電素子制御部５７は、モードＣで光学ＬＰＦを振動させるべく二点鎖線１０３で示すように、時間経過と共にＦＣＥからＦＣＳへと徐々に変化させて、圧電素子８５を振動させる。すると、光学ＬＰＦ８３は、実線１０１で示すように、１．６５ｓの時点においてピーク加速度ＰＣで共振する。
【００３７】
なお、ここでは、モードＢおよびモードＡで振動させる時間をそれぞれ０．６ｓとし、モードＣで振動させる時間を０．９ｓとした。振動させる時間の設定は、それぞれのモードにおける周波数帯域の幅に応じて決定すると良い。ここでは、モードＣの周波数帯域の幅であるＦＣＳ〜ＦＣＥは、他のモードの周波数帯域の幅よりも大きいので、モードＣにおける振動時間を他のモードよりも長くしている。
【００３８】
それぞれのモードを順次適用して光学ＬＰＦ８３を振動させる場合、ピーク加速度が得られる時点の間隔は、図の例によるとＰＢ−ＰＡ間で０．６ｓ、ＰＡ−ＰＣ間で０．７５ｓであり、比較的長い。このような場合、光学ＬＰＦ８３の表面から一旦浮いた比較的質量の大きな塵埃が、再付着することがある。もし、ピーク時間間隔が短ければ、一旦加速度を受けて飛散するエネルギーを与えられた塵埃が光学ＬＰＦ８３の表面に戻ろうとしても、再接触時に即座に別のピーク加速度によるエネルギーを与えられることになり、再付着しない。したがって、複数のモードを適用して連続的に光学ＬＰＦ８３を振動させる場合、ピーク時間間隔を短くすることが肝要である。
【００３９】
一方、塵埃に与えることのできるエネルギーの総和は、実線１０１（または一点鎖線１０２）の積分値に比例するので、各モードを適用する時間幅を単に短くするのでは、十分なエネルギーを塵埃に与えることができない場合がある。また、各モードにおける共振周波数は、光学ＬＰＦ８３周りの環境温度、光学ＬＰＦ８３の形状個体差等により変化する。例えば、図に示すように、温度ｔ１での振動加速度と温度ｔ２での振動加速度は、互いに若干シフトしたような関係となる。したがって、スイープする加振周波数の範囲（ＦＡＥ〜ＦＡＳ、ＦＢＥ〜ＦＢＳ、ＦＣＥ〜ＦＣＳ）を狭くしてピーク時間間隔を短くしようとしても、狭くした加振周波数範囲にピーク加速度が生じる加振周波数が含まれなくなってしまう場合がある。
【００４０】
これらの問題を解決すべく、本実施形態においては、それぞれのモードにおける加振周波数範囲である連続周波数帯域を複数の小帯域に区分し、各連続周波数帯域のそれぞれから選択された小帯域を組み合わせて生成した複数の周波数帯域セットを適用して光学ＬＰＦ８３を振動する。この考え方について以下説明する。
【００４１】
図６は、各モードの連続周波数帯域を小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する概念を示す図である。実際に区分する対象は連続する周波数帯域であるが、本実施形態においては、単位時間当たりにおける加振周波数の変化（＝スイープ速度）を一定としているので、周波数帯域を対象とする区分と経過時間を対象とする区分とは１対１に対応する。そこで、図５との関連と概念的な理解の容易さとから、各モードを経過時間で区分する図を用いて説明する。
【００４２】
まず、図６（ａ）は、図５から温度ｔ１における時間経過と振動加速度の関係を抜き出して、それぞれのモードを複数の小帯域に区分する概念を示す図である。図示するように、本実施形態では、それぞれのモードを３つの小帯域に区分する。モードＢは、０ｓから０．２ｓまでの時間帯域で区分されるＢ１、０．２ｓから０．４ｓまでの時間帯域で区分されるＢ２、０．４ｓから０．６ｓまでの時間帯域で区分されるＢ３に区分される。モードＡは、０．６ｓから０．８ｓまでの時間帯域で区分されるＡ１、０．８ｓから１．０ｓまでの時間帯域で区分されるＡ２、１．０ｓから１．２ｓまでの時間帯域で区分されるＡ３に区分される。モードＣは、１．２ｓから１．５ｓまでの時間帯域で区分されるＣ１、１．５ｓから１．８ｓまでの時間帯域で区分されるＣ２、１．８ｓから２．１ｓまでの時間帯域で区分されるＣ３に区分される。
【００４３】
これらの小帯域を並べ替えて複数のセットを生成する。図６（ｂ）は、図６（ａ）の小帯域を並べ替えて生成する各セットの概念を示す図である。セット１は、モードＢから選択された小帯域Ｂ１、モードＡから選択された小帯域Ａ１、モードＣから選択された小帯域Ｃ１が組み合わされて生成される。セット１は、１番目に適用される周波数帯域セットとして、開始時間を０に合わせて配置される。したがって、セット１は、時間経過として０ｓから０．７ｓを占める。
【００４４】
同様に、セット２は、モードＢから選択された小帯域Ｂ２、モードＡから選択された小帯域Ａ２、モードＣから選択された小帯域Ｃ２が組み合わされて生成される。セット２は、２番目に適用される周波数帯域セットとして、セット１の後に配置される。したがって、セット２は、時間経過として０．７ｓから１．４ｓを占める。同様に、セット３は、モードＢから選択された小帯域Ｂ３、モードＡから選択された小帯域Ａ３、モードＣから選択された小帯域Ｃ３が組み合わされて生成される。セット３は、３番目に適用される周波数帯域セットとして、セット２の後に配置される。したがって、セット３は、時間経過として１．４ｓから２．１ｓを占める。
【００４５】
このように生成された３つの周波数帯域セットを順次適用して、光学ＬＰＦ８３を振動する。図７は、周波数帯域セットにより光学ＬＰＦを振動させる場合の、時間経過と振動加速度、加振周波数の関係を示す図である。図５と同様に、横軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５に電圧を加え始めてからの経過時間（ｓ）を表し、左の縦軸は、光学ＬＰＦ８３が振動する振動加速度（ｍ／ｓ２）を表す。また、右の縦軸は、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させる周波数（ｋＨｚ）を表す。光学ＬＰＦ８３の振動加速度は、実線１０１により示される。また、圧電素子８５を振動させる周波数は、二点鎖線１０３で示される。
【００４６】
圧電素子制御部５７は、二点鎖線１０３で示されるように、区分された小帯域に対応する加振周波数の範囲でスイープしつつ圧電素子８５を振動させる。本実施形態の場合、１つの周波数帯域セットは３つの小帯域を含むので、圧電素子制御部５７は、互いに不連続な３つの加振周波数の範囲を、時間的に連続して圧電素子８５を振動させる。光学ＬＰＦ８３は、圧電素子８５の振動を受けて、実線１０１で示される振動加速度を伴って振動する。
【００４７】
このように周波数帯域セットを生成して順次適用する加振制御を行うと、ピーク加速度が得られる時点の間隔であるピーク時間間隔を短くすることができる。すなわち、図示するように、セット２は、各モードからピーク加速度が得られる狭帯域であるＢ２、Ａ２、Ｃ２を寄せ集めて生成されているので、ピーク時間間隔は、ＰＢ−ＰＡ間で０．２ｓ、ＰＡ−ＰＣ間で０．２５ｓとなり、図５で説明したピーク時間間隔に比較して短くなる。したがって、一旦加速度を受けて飛散するエネルギーを与えられた塵埃が光学ＬＰＦ８３の表面に戻ろうとしても、再接触時に即座に次のピーク加速度によるエネルギーを与えられることになり、再付着を防ぐことができる。
【００４８】
また、図の振動加速度は、温度ｔ１の場合を表すが、上述のように、温度等に起因して共振周波数がずれる場合がある。すなわち、セット２にピーク加速度が連なるとは限らない。しかし、本実施形態においては、実用上の温度範囲等を考慮して各モードの加振周波数範囲を定めているので、それぞれのモードを小帯域に区分して上述のように周波数帯域セットを生成した場合、いずれかの周波数帯域セットにピーク加速度が連なることを期待できる。つまり、温度等に起因してピーク加速度がシフトしても、例えば、セット１においてピーク加速度が連なる。したがって、生成された周波数帯域セットを連続して適用すれば、加振制御を完了した時点で、高い確率で塵埃が除去されていることが期待できる。
【００４９】
次に、塵埃除去の試行について説明する。図８は、塵埃除去の試行順を説明する図である。上述のように、生成された周波数帯域セットを連続して適用すれば、加振制御を完了した時点で、高い確率で塵埃が除去されていることが期待できるものの、一眼レフカメラ１０の状況によっては、１度の試行において全ての周波数帯域セットを完了することができない場合がある。
【００５０】
例えば、カメラシステム制御部４７は、電源オンを検出したタイミングで、圧電素子制御部５７に圧電素子８５を振動させる。他にも、予め定められたいくつかのタイミングにおいて圧電素子８５を振動させるようにプログラムされている。さらには、操作入力部５９がユーザの操作を受け付け、そのタイミングにおいて圧電素子８５を振動させることもある。このようなタイミングで開始された塵埃除去の試行は、他の割り込み指示によって途中で終了される場合がある。特に、操作入力部５９がユーザから撮像動作の開始指示を受け付けた場合には、撮像動作を優先させるので、全ての周波数帯域セットの適用が完了する前であっても、圧電素子８５の振動を終了する。
【００５１】
このように、全ての周波数帯域セットの適用が完了する前に圧電素子８５の振動が止められると、ピーク加速度を光学ＬＰＦ８３に与えられない場合がある。そこで、本実施形態においては、図示するように、圧電素子８５を振動させるタイミングを迎えるごとに、周波数帯域セットの組み合わせ順を変更する。例えば図示するように、あるタイミングにおいてセット１→セット２→セット３の順で組み合わせて試行したら、次のタイミングではセット２→セット３→セット１の順で組み合わせて試行する。そして、さらに次のタイミングでは、セット３→セット１→セット２の順で組み合わせて試行する。このように組み合わせ順序を変更して試行すれば、いずれかの試行において先頭の周波数帯域セットにピーク加速度が連なることを期待できる。したがって、本実施形態においては、少なくとも３回の試行を行えば、たとえ２番目の周波数帯域セットの途中で試行が中止されても、高い確率で塵埃が除去されていることが期待できる。
【００５２】
なお、図８に示す試行において高い確率で塵埃が除去されるには、少なくとも先頭の周波数帯域セットは実行されていることを要する。したがって、例えば割り込み指示によって試行を中止する場合であっても、カメラシステム制御部４７は、少なくとも先頭の周波数帯域セットの適用が完了するまでは、圧電素子制御部５７に圧電素子８５の振動を継続させても良い。
【００５３】
ユーザの撮影動作開始の指示により試行を中止する場合であっても、ユーザの撮影動作開始の指示から実際に露光が開始されるまでのレリーズタイムラグの間は、試行を継続しても良い。すなわち、露光開始の直前に試行を中止すればよい。このように制御する場合、各セットの継続時間は、レリーズタイムラグよりも短く設定されていることが望ましい。レリーズタイムラグが短い一眼レフカメラ１０であれば、例えば、電源オン時に適用される周波数帯域セットの継続時間を、他のタイミングで適用される周波数帯域セットの継続時間よりも短く設定しても良い。
【００５４】
また、温度の変化に伴うピーク加速度のシフト傾向は事前に実験等により把握することができるので、カメラシステム制御部４７は、温度検出部５８の検出結果を参照して、ピーク加速度が得られると予想される周波数帯域セットを先頭とすることができる。したがって、カメラシステム制御部４７は、温度検出部５８の検出結果により周波数帯域セットの適用順序を決定しても良い。
【００５５】
図６を用いて説明した周波数帯域セットの生成においては、各小帯域の幅を各モードにおいて均等に区分した。しかし、区分の仕方は均等に限らない。図９は、各モードを小帯域に区分して並べ替えて周波数帯域セットを生成する、他の概念を示す図である。
【００５６】
例えば、図９（ａ）に示すように、各モードにおいて区分する経過時間の位置を２５％と７５％の位置に設定する。上述のように、本実施形態においては、周波数帯域を対象とする区分と経過時間を対象とする区分とは１対１に対応するので、周波数区分位置も２５％と７５％に設定されることになる。このように区分された各小帯域を組み合わせて周波数帯域セットを生成すると、図９（ｂ）のようになる。
【００５７】
周辺環境の温度によっては、小帯域に区分したその境界位置にピーク加速度が偶然一致する場合があり得る。そのような場合には、圧電素子制御部５７が圧電素子８５を振動させるスイープ端となるので、本来発揮できるピーク加速度が得られない。そこで、各小帯域の幅を各モードにおいて均等に区分して生成した周波数帯域セットと、区分する位置をずらして生成した周波数帯域セットの両方を順次適用して圧電素子８５を振動させれば、少なくとも一方においては十分なピーク加速度を得られる。つまり、図６（ｂ）のように生成された周波数帯域セットと、図９（ｂ）のように生成された周波数帯域セットを連続的に適用して圧電素子８５を振動させれば良い。
【００５８】
また、図６を用いて説明した周波数帯域セットの生成においては、各モードを３つの小帯域に区分した。しかし、区分数は３つに限らない。互いに境界位置が異なるように区分数を設定し、区分数の異なる周波数帯域セットを順次適用して圧電素子８５を振動させれば、少なくとも一方においては十分なピーク加速度を得られる。
【００５９】
また、図６を用いて説明した周波数帯域セットの生成においては、各モードにおいて互いの小帯域が重ならないように区分した。しかし、端部において互いに重なる帯域を設定して区分しても良い。このように設定すれば、ある小帯域の端にピーク加速度が一致しても隣接する小帯域においては一致しないことになるので、少なくともピーク加速度の減少を緩和することができる。
【００６０】
また、撮像装置としては、一眼レフカメラ１０の形態に限らず、メインミラー３２等のミラーユニットを含まないレンズユニット交換式のカメラでも良いし、レンズユニットとカメラユニットが一体的に構成されたカメラであっても良い。もちろん、ビデオカメラにおいても適用し得る。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６２】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 一眼レフカメラ、１１ 光軸、２０ レンズユニット、３０ カメラユニット、２１ レンズ群、２２ 鏡筒、２３ レンズマウント、３１ カメラマウント、３２ メインミラー、３３ ピント板、３４ メインミラー回転軸、３５ ミラーボックス、３６ 撮像素子、３７ ペンタプリズム、３８ 接眼光学系、３９ 測光センサ、４０ サブミラー、４１ 合焦光学系、４２ 合焦センサ、４３ フォーカルプレーンシャッタ、４５ 撮像ユニット、４６ メイン基板、４７ カメラシステム制御部、４８ 表示ユニット、４９ 二次電池、５４ 画像処理部、５３ 表示制御部、５５ 外部接続ＩＦ、５１ カメラメモリ、５２ ワークメモリ、５６ カメラ動作制御部、５７ 圧電素子制御部、５９ 操作入力部、７１ レンズシステム制御部、８１ ブラケット、８３ 光学ＬＰＦ、８４ マスクゴム、８５ 圧電素子、８６ ＦＰＣ、８７ 固定板、８８ 押えモルト、９０ 塵埃、１０１ 実線、１０２ 一点鎖線、１０３ 二点鎖線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に配設されて前記光学像を透過させる光学部材と、
前記光学部材を振動させる振動素子と、
前記光学部材を振動させる周波数帯域が定義された複数の周波数帯域セットを順次適用して前記振動素子を駆動する駆動制御部と
を備え、
前記複数の周波数帯域セットのそれぞれは、互いに異なる複数の連続周波数帯域をそれぞれ複数の小帯域に区分し、前記複数の連続周波数帯域のそれぞれから選択された前記複数の小帯域の少なくとも１つずつを組み合わせて生成される撮像装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、予め定められたタイミングで前記振動素子を駆動するときに、前記複数の周波数帯域セットの適用順序を前回の駆動時と異ならせる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記予め定められたタイミングは、前記撮像装置の電源オンのタイミングである請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、ユーザから撮像動作の開始指示を受けた場合に、前記複数の周波数帯域セットの適用が完了する前であっても、前記振動素子の駆動を終了する請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記複数の周波数帯域セットを適用した後に、前記複数の小帯域におけるそれぞれの周波数区分位置を変更して生成された異なる複数の周波数帯域セットを順次適用して前記振動素子を駆動する請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記複数の周波数帯域セットを適用した後に、前記複数の小帯域の区分数を変更して生成された異なる複数の周波数帯域セットを順次適用して前記振動素子を駆動する請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記駆動制御部が前記複数の周波数帯域セットのそれぞれを駆動する駆動時間は、レリーズタイムラグよりも短い請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記駆動制御部は、予め定められたタイミングで前記振動素子を駆動する場合と、ユーザの指示により前記振動素子を駆動する場合で、駆動制御を異ならせる請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
温度検出部を備え、
前記駆動制御部は、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記複数の周波数帯域セットの適用順序を決定する請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１】
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に配設されて前記光学像を透過させる光学部材と、
前記光学部材を振動させる振動素子と、
前記光学部材を振動させる周波数帯域が定義された複数の周波数帯域セットを順次適用して前記振動素子を駆動する駆動制御部と
を備え、
前記複数の周波数帯域セットのそれぞれは、互いに異なる複数の連続周波数帯域をそれぞれ複数の小帯域に区分し、前記複数の連続周波数帯域のそれぞれから選択された前記複数の小帯域の少なくとも１つずつを組み合わせて生成される撮像装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、予め定められたタイミングで前記振動素子を駆動するときに、前記複数の周波数帯域セットの適用順序を前回の駆動時と異ならせる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記予め定められたタイミングは、前記撮像装置の電源オンのタイミングである請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、ユーザから撮像動作の開始指示を受けた場合に、前記複数の周波数帯域セットの適用が完了する前であっても、前記振動素子の駆動を終了する請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記複数の周波数帯域セットを適用した後に、前記複数の小帯域におけるそれぞれの周波数区分位置を変更して生成された異なる複数の周波数帯域セットを順次適用して前記振動素子を駆動する請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記複数の周波数帯域セットを適用した後に、前記複数の小帯域の区分数を変更して生成された異なる複数の周波数帯域セットを順次適用して前記振動素子を駆動する請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記駆動制御部が前記複数の周波数帯域セットのそれぞれを駆動する駆動時間は、レリーズタイムラグよりも短い請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記駆動制御部は、予め定められたタイミングで前記振動素子を駆動する場合と、ユーザの指示により前記振動素子を駆動する場合で、駆動制御を異ならせる請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
温度検出部を備え、
前記駆動制御部は、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記複数の周波数帯域セットの適用順序を決定する請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８５０２２（Ｐ２０１３−８５０２２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１６７７（Ｐ２０１１−２２１６７７）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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