JP2009159268A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間かつ小電力で光学部材の表面に付着した塵埃等の異物を除去できるようにする。
【解決手段】光学像が結像する被投影部材としての撮像素子と、撮像素子の前方に配設された赤外線カットフィルタと、赤外線カットフィルタに振動を与える圧電素子と、撮像素子の視野を囲むように配置されて赤外線カットフィルタと当接する弾性部材を備え、弾性部材の中心が撮像視野の中心に対して上側に配置されており、撮像視野の中心に対して上側の振幅が下側の振幅よりも大きくなっている。これにより、一旦は赤外線カットフィルタを離れた異物が、撮像視野内で再付着する可能性を軽減し、より安定した除去性能を提供することが可能になる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、撮像装置等の光学装置に関し、特に光軸上に配設された光学部材の表面に付着した塵埃等の異物の除去技術に関するものである。

画像信号を電気信号に変換して撮像するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮影光束をＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子で受光する。そして、撮像素子から出力される光電変換信号を画像データに変換して、メモリカード等の記録媒体に記録する。このような撮像装置では、撮像素子の前方（被写体側）に、光学ローパスフィルタや赤外線カットフィルタが配設される。

この種の撮像装置において、撮像素子のカバーガラスやこれらのフィルタの表面に塵埃等の異物が付着すると、その異物が黒い点となって撮影画像に写り込み、画像の見栄えが低下してしまう。

特にレンズ交換可能なデジタル一眼レフカメラでは、シャッタやクイックリターンミラーといった機械的な作動部が撮像素子の近傍に配置されており、それらの作動部から発生した塵埃等の異物が、撮像素子のカバーガラスやフィルタの表面に付着することがある。また、レンズ交換時に、レンズマウントの開口から塵埃等の異物がカメラ本体内に入り込み、これが付着することもある。

そこで、特許文献１には、撮像素子の被写体側に撮影光束を透過させる防塵幕を設け、これを圧電素子で振動させることにより、防塵幕の表面に付着した塵埃等の異物を除去するものが提案されている。

特開２００３−３１９２２２号公報

上記特許文献１では、円形の防塵幕は防塵幕の中心と撮像視野中心とが略一致するように配設され、光軸に垂直な面内では光軸に対して対称な膜振動を発生させることで、防塵幕に付着した塵埃等の異物を除去している。

しかしながら、この技術では、膜振動の特性や防塵幕の保持構造上、防塵幕の中心付近での振幅は大きく、防塵幕の端部での振幅は小さくなる傾向にある。そのため、撮像視野に対して鉛直上側の振幅が小さな領域に付着した異物は、防塵幕から与えられる加速度が小さいため防塵幕から遠くへは飛ばず、防塵幕近傍で重力によって落下する。そして、その落下中に、一旦は防塵幕から除去された異物が、防塵幕の撮像視野内で再付着することがあり、安定した防塵性能を得ることができない。

再付着した異物を再び落とすために、異物除去のための振動時間を長くするという解決手段が考えられるが、そうすると本来の使用用途である撮像とは関係のない異物除去動作に多大な時間を費やすこととなり、撮像装置の快適な使用感を損なうこととなる。しかも、異物除去のための振動時間を長くすると、電力をより多く消費することとなり、撮影可能枚数が減少する等、これも撮像装置の快適な使用感を損なうこととなる。

また、最小振幅となる箇所でも異物が遠くへと飛散するように、圧電素子に大きな電圧を印加し、防塵幕全体の振幅を底上げするという解決手段も考えられるが、これも消費電力の拡大を招くことになる。しかも、撮像装置の構成上、防塵幕は薄く割れやすい光学ガラスを用いることが多く、大きな振幅を与えることで防塵幕が破損するおそれが増大してしまうという問題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、短時間かつ小電力で光学部材の表面に付着した塵埃等の異物を除去できるようにすることを目的とする。

本発明の光学装置は、光学像が結像する被投影部材と、前記被投影部材の前方に配設された光学部材と、前記光学部材に振動を与える加振部材とを備え、前記光学部材の振動は、前記被投影部材の視野中心に対して上側の振幅が下側の振幅よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、短時間かつ小電力で光学部材の表面に付着した塵埃等の異物を除去することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの外観図である。図１は、カメラを被写体側より見た正面側斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示す。図２は、カメラを撮影者側より見た背面側斜視図である。

図１に示すように、カメラ本体１には、撮影時に撮影者が安定して握り易いように被写体側に突出したグリップ部１ａが設けられている。

カメラ本体１のマウント部２には、撮影レンズユニット（図１、２では不図示）が着脱可能に固定される。マウント接点２１は、カメラ本体１と撮影レンズユニットとの間で制御信号、状態信号、データ信号等の通信を可能にするとともに、撮影レンズユニット側に電力を供給する。マウント接点２１は、電気通信のみならず、光通信、音声通信等が可能なように構成してもよい。マウント部２の横には、撮影レンズユニットを取り外す際に押し込むレンズロック解除ボタン４が配置されている。

カメラ本体１内には、撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス５が設けられており、ミラーボックス５内にメインミラー（クイックリターンミラー）６が配設されている。メインミラー６は、撮影光束をペンタダハミラー２２（図３を参照）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３３（図３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。

カメラ上部のグリップ１ａ側には、撮影開始の起動スイッチとしてのレリーズボタン７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８と、撮影系の上面動作モード設定ボタン１０とが配置されている。これら操作部材の操作結果の一部は、ＬＣＤ表示パネル９に表示される。レリーズボタン７は、第１ストロークでＳＷ１（図３の７ａ）がＯＮし、第２ストロークでＳＷ２（図３の７ｂ）がＯＮする構成となっている。また、上面動作モード設定ボタン１０は、レリーズボタン７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等を行うためのものであり、ＬＣＤ表示パネル９にその設定状況が表示される。

カメラ上部の中央には、カメラ本体１に対してポップアップするストロボユニット１１と、フラッシュ取り付け用のシュー溝１２及びフラッシュ接点１３とが設けられている。

カメラ上部の右よりには、撮影モード設定ダイヤル１４が配置されている。

カメラのグリップ１ａに対して反対側の側面には、開閉可能な外部端子蓋１５が設けられている。外部端子蓋１５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１６及びＵＳＢ出力用コネクタ１７が納められている。

図２に示すように、カメラ背面の上方には、ファインダ接眼窓１８が設けられている。また、カメラ背面の中央付近には、画像表示可能なカラー液晶モニタ１９が設けられている。

カラー液晶モニタ１９の横には、サブ操作ダイヤル２０が配置されている。サブ操作ダイヤル２０は、メイン操作ダイヤル８の機能の補助的役割を担うものである。例えばカメラのＡＥモードでは、自動露出装置によって算出された適正露出値に対する露出補正量を設定するために使用される。シャッタスピード及びレンズ絞り値の各々を使用者の意志によって設定するマニュアルモードでは、メイン操作ダイヤル８でシャッタスピードを設定し、サブ操作ダイヤル２０でレンズ絞り値を設定するように使用される。また、このサブ操作ダイヤル２０は、カラー液晶モニタ１９に表示される撮影済み画像の表示を選択するためにも使用される。

さらに、カメラ背面には、カメラの動作を起動もしくは停止するためのメインスイッチ４３と、クリーニングモードを動作させるためのクリーニング指示操作部材４４とが配置されている。クリーニング指示操作部材４４は、詳しくは後述するが、光学部材の表面に付着した塵埃等の異物をふるい落とす動作を指示するためのものである。

図３は、本実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの主要な電気的構成を示すブロック図である。なお、図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付す。カメラ本体１に内蔵されたマイクロコンピュータからなる中央処理装置（以下、「ＭＰＵ」と称する）１００は、カメラの動作制御を司るものであり、各要素に対して様々な処理や指示を実行する。ＭＰＵ１００に内蔵されたＥＥＰＲＯＭ１００ａは、時刻計測回路１０９の計時情報やその他の情報を記憶することができる。

ＭＰＵ１００には、ミラー駆動回路１０１、焦点検出回路１０２、シャッタ駆動回路１０３、映像信号処理回路１０４、スイッチセンス回路１０５、測光回路１０６が接続されている。また、ＬＣＤ駆動回路１０７、バッテリチェック回路１０８、時刻計測回路１０９、電源供給回路１１０、圧電素子駆動回路１１１が接続されている。これらの回路は、ＭＰＵ１００の制御によって動作するものである。

ＭＰＵ１００は、撮影レンズユニット内のレンズ制御回路２０１とマウント接点２１を介して通信を行う。マウント接点２１は、撮影レンズユニットが接続されるとＭＰＵ１００へ信号を送信する機能も有する。これにより、レンズ制御回路２０１は、ＭＰＵ１００との間で通信を行い、ＡＦ駆動回路２０２及び絞り駆動回路２０３を介して撮影レンズユニット内の撮影レンズ２００及び絞り２０４の駆動を行う。なお、図３では便宜上１枚の撮影レンズのみを図示しているが、実際は多数のレンズ群によって構成される。

ＡＦ駆動回路２０２は、例えばステッピングモータによって構成され、レンズ制御回路２０１の制御によって撮影レンズ２００内のフォーカスレンズ位置を変化させ、撮像素子３３に撮影光束の焦点を合わせるように調整する。絞り駆動回路２０３は、例えばオートアイリス等によって構成され、レンズ制御回路２０１の制御によって絞り２０４を変化させ、光学的な絞り値を得る。

メインミラー６は、図３に示す撮影光軸に対して４５°の角度に保持された状態で、撮影レンズ２００を通過する撮影光束をペンタダハミラー２２へ導くとともに、その一部を透過させてサブミラー３０へ導く。サブミラー３０は、メインミラー６を透過した撮影光束を焦点検出用センサユニット３１へ導く。

ミラー駆動回路１０１は、例えばＤＣモータとギヤトレイン等によって構成され、メインミラー６を、ファインダにより被写体像を観察可能とする位置と、撮影光束から待避する位置とに駆動する。メインミラー６が駆動すると、同時にサブミラー３０も、焦点検出用センサユニット３１へ撮影光束を導く位置と、撮影光束から待避する位置とに移動する。

焦点検出用センサユニット３１は、不図示の結像面近傍に配置されたフィールドレンズ、反射ミラー、２次結像レンズ、絞り、複数のＣＣＤからなるラインセンサ等によって構成され、位相差方式の焦点検出を行う。焦点検出用センサユニット３１から出力される信号は、焦点検出回路１０２へ供給され、被写体像信号に換算された後、ＭＰＵ１００に送信される。ＭＰＵ１００は、被写体像信号に基づいて位相差検出法による焦点検出演算を行う。そして、デフォーカス量及びデフォーカス方向を求め、これに基づいて、レンズ制御回路２０１及びＡＦ駆動回路２０２を介して撮影レンズ２００内のフォーカスレンズを合焦位置まで駆動する。

ペンタダハミラー２２は、メインミラー６によって反射された撮影光束を正立正像に変換反射する。撮影者はファインダ光学系を介してファインダ接眼窓１８から被写体像を観察することができる。ペンタダハミラー２２は、撮影光束の一部を測光センサ２３へも導く。測光回路１０６は、測光センサ２３の出力を得て、観察面上の各エリアの輝度信号に変換し、ＭＰＵ１００に出力する。ＭＰＵ１００は、輝度信号に基づいて露出値を算出する。

シャッタユニット（機械フォーカルプレーンシャッタ）３２は、撮像待機時、つまり撮影者がファインダにより被写体像を観察している時には、撮影光束を遮る状態にある。そして、撮像時には、レリーズ信号に応じて、不図示の先羽根群と後羽根群の走行する時間差により所望の露光時間を得るように構成されている。シャッタユニット３２は、ＭＰＵ１００の指示を受けたシャッタ駆動回路１０３によって制御される。

撮像ユニット４００は、赤外線カットフィルタ４１０、光学ローパスフィルタ４２０、圧電素子４３０、撮像素子３３が後述する他の部品と共にユニット化されたものである。その詳細な構成については後述する。

赤外線カットフィルタ４１０は、略矩形状を有し、撮像素子３３に入射する光束の不要な赤外線をカットする。赤外線カットフィルタ４１０の表面は、異物の付着を防止するために導電性物質で覆われている。本実施形態では、この赤外線カットフィルタ４１０が、被投影部材の前方に配設された光学部材に相当する。

光学ローパスフィルタ４２０は、略矩形状を有し、水晶等からなる複屈折板及び位相板を複数枚貼り合わせて積層されている。光学ローパスフィルタ４２０は、撮像素子３３に入射する光束を複数に分離し、偽解像信号や偽色信号の発生を効果的に低減させる。

圧電素子４３０は、ＭＰＵ１００の指示を受けた圧電素子駆動回路１１１によって駆動され、赤外線カットフィルタ４１０と一体的に振動するように構成されている。本実施形態では、この圧電素子４３０が、光学部材に振動を与える加振部材に相当する。

撮像素子３３は、被写体の光学像を電気信号に変換する。本実施形態ではＣＭＯＳ型撮像デバイスが用いられるが、その他にもＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型及びＣＩＤ型等様々な形態があり、いずれの形態の撮像デバイスを採用してもよい。撮像素子３３の視野３３ａ（以下、「撮像視野３３ａ」と称する）（図１３を参照）の領域で受光した光が撮像される。撮像視野３３ａの中心は撮影レンズ２００のレンズ光軸と一致させることが一般的であるが、撮像素子３３の一部の画素のみを使用して撮像するクロップ撮影等では一致しないこともある。本実施形態では、この撮像素子３３が、光学像が結像する被投影部材に相当する。

クランプ／ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路３４は、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うものであり、クランプレベルを変更することも可能である。ＡＧＣ（自動利得調整装置）３５は、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うものであり、ＡＧＣ基本レベルを変更することも可能である。Ａ／Ｄ変換器３６は、撮像素子３３のアナログ出力信号をデジタル信号に変換する。

映像信号処理回路１０４は、デジタル化された画像データに対してガンマ／ニー処理、フィルタ処理、モニタ表示用の情報合成処理等、ハードウエアによる画像処理全般を実行する。この映像信号処理回路１０４からのモニタ表示用の画像データは、カラー液晶駆動回路１１２を介してカラー液晶モニタ１９に表示される。また、映像信号処理回路１０４は、ＭＰＵ１００の指示に従って、メモリコントローラ３８を通じてバッファメモリ３７に画像データを保存することもできる。さらに、映像信号処理回路１０４は、ＪＰＥＧ等の画像データ圧縮処理を行うこともできる。連写撮影等、連続して撮影が行われる場合は、一旦バッファメモリ３７に画像データを格納し、メモリコントローラ３８を通して未処理の画像データを順次読み出すこともできる。これにより、映像信号処理回路１０４は、Ａ／Ｄ変換器３６から入力されてくる画像データの速度に関わらず、画像処理や圧縮処理を順次行うことができる。

メモリコントローラ３８は、外部インタフェース４０から入力される画像データをメモリ３９に記憶し、メモリ３９に記憶されている画像データを外部インタフェース４０から出力する機能を有する。なお、外部インタフェース４０は、図１におけるビデオ信号出力用ジャック１６及びＵＳＢ出力用コネクタ１７が相当するものである。メモリ３９としては、カメラ本体に着脱可能なフラッシュメモリ等が用いられる。

スイッチセンス回路１０５は、各スイッチの操作状態に応じて入力信号をＭＰＵ１００に送信する。スイッチＳＷ１（７ａ）は、レリーズボタン７の第１ストローク（半押し）によりＯＮする。スイッチＳＷ２（７ｂ）は、レリーズボタン７の第２ストローク（全押し）によりＯＮする。スイッチＳＷ２（７ｂ）がＯＮされると、撮影開始の指示がＭＰＵ１００に送信される。また、メイン操作ダイヤル８、サブ操作ダイヤル２０、撮影モード設定ダイヤル１４、メインスイッチ４３、クリーニング指示操作部材４４が接続されている。

ＬＣＤ駆動回路１０７は、ＭＰＵ１００の指示に従って、ＬＣＤ表示パネル９やファインダ内液晶表示装置４１を駆動する。

バッテリチェック回路１０８は、ＭＰＵ１００の指示に従って、バッテリチェックを行い、その検出結果をＭＰＵ１００に送信する。電源４２は、カメラの各要素に対して電源を供給する。

時刻計測回路１０９は、メインスイッチ４３がＯＦＦされて次にＯＮされるまでの時間や日付を計測し、ＭＰＵ１００からの指示に従って、計測結果をＭＰＵ１００に送信する。

以下、撮像ユニット４００について説明する。図４は、撮像ユニット４００の周辺構造について説明するためのカメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。カメラ本体の骨格となる本体シャーシ３００の被写体側には、被写体側から順にミラーボックス５、シャッタユニット３２が配設される。また、本体シャーシ３００の撮影者側には、撮像ユニット４００が配設される。撮像ユニット４００は、撮影レンズユニットが取り付けられる基準となるマウント部２の取付面に撮像素子３３の撮像面が所定の距離を空けて、且つ平行になるように調整されて固定される。

図５は、撮像ユニット４００の構成を示す分解斜視図である。撮像ユニット４００は、大きく分けて、振動ユニット４７０と、弾性部材４５０と、撮像素子ユニット５００とにより構成される。詳細は後述するが、振動ユニット４７０は弾性部材４５０を挟み込むかたちで撮像素子ユニット５００に固定され、弾性部材４５０が振動ユニット４７０の赤外線カットフィルタ４１０と撮像素子ユニット５００とに挟持される。

まず、図５及び図６を参照して、撮像素子ユニット５００について説明する。撮像素子ユニット５００は、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子３３を含むものである。具体的に、撮像素子ユニット５００において、５１０は固定部材であり、撮像素子３３を保持するとともに、振動ユニット４７０の付勢部材４６０が固定される。５２０は撮像系の電気回路が実装された回路基板であり、固定部材５１０の撮影者側に配設される。５３０は導電性を有する金属等によって形成されたシールドケースである。５４０は撮像素子３３の光電変換面の有効領域に対応した開口が形成された遮光部材であり、固定部材５１０の被写体側に配設される。５５０は光学ローパスフィルタ４２０を保持する光学ローパスフィルタ保持部材である。

固定部材５１０は、振動ユニット４７０の付勢部材４６０と位置決めするための位置決めピン部５１０ａを有する。また、回路基板５２０及びシールドケース５３０をビスで固定するためのビス穴５１０ｂを有する。また、振動ユニット４７０の付勢部材４６０（固定部４６０ｂ）をビスで固定するためのビス穴５１０ｃを有する。

図６は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。遮光部材５４０の被写体側の面は光学ローパスフィルタ４２０と当接し、撮影者側の面は撮像素子３３のカバーガラス３３ｂと当接する。遮光部材５４０の被写体側及び撮影者側には両面テープが固着されており、光学ローパスフィルタ４２０は遮光部材５４０の両面テープにより撮像素子３３のカバーガラス３３ｂに固定、保持される。これにより、光学ローパスフィルタ４２０と撮像素子３３のカバーガラス３３ｂとの間は遮光部材５４０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。なお、圧電素子４３０は、図示するように、赤外線カットフィルタ４１０の撮像素子３３側に固着される。

回路基板５２０には、ビス用の逃げ穴５２０ａが設けられる。シールドケース５３０には、ビス用の逃げ穴５３０ａが設けられる。回路基板５２０とシールドケース５３０は、ビス用の逃げ穴５２０ａとビス用の逃げ穴５３０ａ、ビス穴５１０ｂを用いて、固定部材５１０にビスで係止される。シールドケース５３０は、電気回路を静電気等から保護するため回路上の接地電位に接続される。

光学ローパスフィルタ保持部材５５０は、遮光部材５４０の両面テープにより撮像素子３３のカバーガラス３３ｂに固着される。光学ローパスフィルタ４２０は光学ローパスフィルタ保持部材５５０の開口箇所にて位置決めされ、遮光部材５４０に両面テープで固定、保持される。

図７及び図８は、振動ユニット４７０の斜視図である。図７及び図８に示すように、付勢部材４６０は、撮像素子ユニット５００の固定部材５１０と位置決めするための左右の位置決め部４６０ａを有する。また、固定部材５１０に固定（ビス止め）するための左右の固定部４６０ｂを有する。また、赤外線カットフィルタ４１０を固定、保持するための枠状の保持部４６０ｃを有する。また、赤外線カットフィルタ４１０を撮像素子ユニット５００側へ付勢する付勢力を付与する左右の腕部４６０ｄを有する。赤外線カットフィルタ４１０は、枠状の保持部４６０ｃに接着等によって固着される。

振動ユニット４７０は、付勢部材４６０の位置決め部４６０ａと固定部材５１０の位置決めピン部５１０ａとを用いて、撮像素子ユニット５００に対して位置決めされる。その状態で、振動ユニット４７０は、付勢部材４６０の固定部４６０ｂと固定部材５１０のビス穴５１０ｃを用いて、弾性部材４５０を挟み込むかたちで撮像素子ユニット５００にビスで固定される。

弾性部材４５０の被写体側の面は赤外線カットフィルタ４１０と当接し、撮影者側の面は光学ローパスフィルタ４２０と当接する。赤外線カットフィルタ４１０は、付勢部材４６０の腕部４６０ｄによって発生する付勢力によって撮像素子ユニット５００側へと付勢されるので、弾性部材４５０と隙間無く密着し、また、弾性部材４５０と光学ローパスフィルタ４２０も同様に隙間無く密着する。これにより、赤外線カットフィルタ４１０と光学ローパスフィルタ４２０との間は弾性部材４５０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。

ここで、図９に、弾性部材４５０と撮像視野３３ａとの相対位置関係を示す。撮像視野３３ａは斜線で示す。撮像視野３３ａは撮像素子３３の有効画素領域であり、この範囲に投影された被写体像が撮影画像として出力される。弾性部材４５０は撮像視野３３ａを囲むように配置されて赤外線カットフィルタ４１０と当接し、図９に示すように、弾性部材４５０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して上側に配置されている。なお、本明細書でいう上下は、デジタル一眼レフカメラを通常使用する状態（図１及び図２に示す横置きの状態）での鉛直方向の上下を意味し、図９の矢印方向である。

図８に示すように、圧電素子４３０ａ、４３０ｂは、赤外線カットフィルタ４１０の端部に接着剤等によって固着される。本実施形態においては、赤外線カットフィルタ４１０の左右端に合計２枚の同一形状の圧電素子４３０ａ、４３０ｂを固着している。圧電素子４３０ａ、４３０ｂは、赤外線カットフィルタ４１０の端部にて上下に延伸する板形状を呈する。

図１０は、圧電素子４３０を説明するための図である。図１０に示すように、圧電素子４３０のＢ面には銀等の電極が印刷等によって設けられており、このＢ面の電極は赤外線カットフィルタ４１０に屈曲振動を励起するための＋相と、Ｇ相とに分割されている。また、圧電素子４３０のＣ面には略全面に電極が設けられており、このＣ面の電極は不図示の導電材等によってＢ面のＧ相と電気的に接続され、それぞれ同電位に保たれる。圧電素子４３０のＢ面には不図示のフレキシブルプリント等の導電性連結部材が接着等によって固着されており、＋相、Ｇ相に、それぞれ所定の電圧を独立して印加できるようになっている。圧電素子４３０のＣ面が接着等によって赤外線カットフィルタ４１０に固着されており、圧電素子４３０と赤外線カットフィルタ４１０が一体的に運動するように構成される。

次に、図１１、１２を参照して、赤外線カットフィルタ４１０が振動する仕組みと、その振動形状について説明する。図１１は、赤外線カットフィルタ４１０が２０個の節を持つモードで振動するときの振動形状を示す側面図である。図１２は、赤外線カットフィルタ４１０が１９個の節を持つモードで振動するときの振動形状を示す側面図である。

まず、導電性連結部材を通じて圧電素子４３０ａ、４３０ｂそれぞれの＋相に正の電圧を印加し、それぞれのＧ相をグランド（０Ｖ）としたときの圧電素子４３０ａ、４３０ｂ及び赤外線カットフィルタ４１０の変形について説明する。

上述した電圧が印加されると、圧電素子４３０ａ、４３０ｂの＋相は面直方向に縮み、面内方向に伸びる。そのため、赤外線カットフィルタ４１０の圧電素子４３０ａ、４３０ｂとの接合面は、接合面を面方向に拡大する力を圧電素子４３０ａ、４３０ｂから受け、圧電素子４３０ａ、４３０ｂとの接合面側が凸になるような変形をする。よって、圧電素子４３０ａ、４３０ｂそれぞれの＋相に上述した電圧が印加されると、赤外線カットフィルタ４１０には図１１の実線で示すような屈曲変形が生じる。

同様に＋相に負の電圧を印加すると、圧電素子４３０ａ、４３０ｂは上述と伸縮逆向きの変形を生じ、赤外線カットフィルタ４１０には図１１の二点鎖線に示すような屈曲変形が生じる。

次に、導電性連結部材を通じて圧電素子４３０ａの＋相に正の電圧、圧電素子４３０ｂの＋相に負の電圧を印加し、それぞれのＧ相をグランド（０Ｖ）としたときの圧電素子４３０ａ、４３０ｂ及び赤外線カットフィルタ４１０の変形について説明する。

上述した電圧が印加されると、上述と同様の仕組みによって、圧電素子４３０ａと赤外線カットフィルタ４１０との接合面は凸になるような変形をし、圧電素子４３０ｂと赤外線カットフィルタ４１０との接合面は凹になるような変形をする。よって、圧電素子４３０ａ、４３０ｂのそれぞれの＋相に上述した電圧が印加されると、赤外線カットフィルタ４１０には図１２の実線で示すような屈曲変形が生じる。

同様に圧電素子４３０ａの＋相に負の電圧、４３０ｂの＋相に正の電圧を印加すると、圧電素子４３０ａ、４３０ｂは上述と伸縮逆向きの変形を生じ、赤外線カットフィルタ４１０には図１２の二点鎖線に示すような屈曲変形が生じる。

つまり、Ｂ相電極の電位をグランドに保ったまま、圧電素子４３０ａ、４３０ｂそれぞれの＋相に印加する電圧を周期的に正負に切り替えると、赤外線カットフィルタ４１０の凸凹が周期的に切り替わるような屈曲振動が生じる。屈曲振動では図１１及び図１２に示すように、振動の振幅が実質的に零となる、振動の節部（例えばｄ１、ｄ２、Ｄ１、Ｄ２）が出現する。

圧電素子４３０ａ、４３０ｂそれぞれの＋相に印加する周期電圧を同位相とすれば、図１１に示すような振動の節の数が偶数個出現する形状の屈曲振動をする。また、圧電素子４３０ａ、４３０ｂそれぞれの＋相に印加する周期電圧を半波長ずらした、逆位相とすれば、図１２に示すような振動の節の数が奇数個出現する形状の屈曲振動をする。

この周期的な電圧の周波数は、赤外線カットフィルタ４１０の固有モードの共振周波数近傍とすることで、より小さい電圧で大きな振幅を得ることができる。赤外線カットフィルタ４１０の固有モードの共振周波数は、赤外線カットフィルタ４１０の形状、板厚、材質等によって異なるが、不快な音を発生しないように、共振周波数が可聴域外となるような固有モードを選ぶことが好ましい。

なお、本実施形態においては、２０個の節が出現するモード及び１９個の節が出現するモードを例に挙げて説明したが、これに限らず、これ以外の振動を発生させるようにしても良いし、３種類以上の振動モードを用いても良い。

次に、本実施形態において、赤外線カットフィルタ４１０の表面に付着した塵埃等の異物を除去する動作について説明する。クリーニング指示操作部材４４が操作されると、クリーニングモード開始の指令を受けて、カメラ本体１をクリーニングモードの状態に移行させる。なお、本実施形態では、クリーニング指示操作部材４４を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、クリーニング指示操作部材４４は、機械的なボタンに限らず、カラー液晶モニタ１９に表示されるメニュー画面上でカーソルキーや指示ボタン等を用いて指示するものであっても良い。

また、クリーニングモードへの移行は、電源オン時等のような、通常のカメラシーケンス中において自動的に行われるようにしても良いし、撮影回数や日付等を基準として行われるようにしても良い。

電源供給回路１１０は、クリーニングモードに必要な電力を、カメラ本体１の各部へ必要に応じて供給する。また、これに並行して電源４２の電池残量を検出して、その結果をＭＰＵ１００へ送信する。ＭＰＵ１００は、クリーニングモード開始の信号を受け取ると、圧電素子駆動回路１１１に駆動信号を送る。圧電素子駆動回路１１１は、ＭＰＵ１００より駆動信号を受け取ると、赤外線カットフィルタ４１０の屈曲振動を励起する周期電圧を生成し、圧電素子４３０に対して印加する。圧電素子４３０は、その印加される電圧に応じて伸縮し、赤外線カットフィルタ４１０は屈曲振動をする。

図１３は、赤外線カットフィルタ４１０の鉛直方向の振幅分布と撮像視野中心との相対位置関係、及び、異物の付着位置を示している。図１３に示すように、赤外線カットフィルタ４１０が弾性部材４５０と当接する箇所では、弾性部材４５０によって振動が阻害され、振幅が小さくなる。本実施形態では、既述したように、弾性部材４５０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して上側に配置されている（図１３を参照）。そのため、撮像視野３３ａの中心に対して上側の振幅が下側の振幅よりも大きくなっている。具体的には、上下の弾性部材に当接する近傍で振幅が最も小さくなり、中間付近（すなわち弾性部材４５０の中心付近）で最も大きくなる。

次に、赤外線カットフィルタ４１０が上述した屈曲振動したときの、赤外線カットフィルタ４１０の表面に付着した異物の挙動について、異物の付着している初期位置に応じてそれぞれ説明する。図１３に示すように、撮像視野３３ａの中心に対して上側に付着している異物を異物ａ、下側に付着している異物を異物ｂとする。

赤外線カットフィルタ４１０が振動すると、異物は加速度によって赤外線カットフィルタ４１０から引き剥がされ、前方へと飛散する。その際、振幅が大きい箇所に付着していた異物は、与えられる加速度が大きく、赤外線カットフィルタ４１０から遠くへと飛散する。それに対して、振幅が小さい箇所に付着していた異物は、与えられる加速度が小さいため遠くへは飛散せず、赤外線カットフィルタ４１０近傍で重力によって落下する。赤外線カットフィルタ４１０近傍で異物が自由落下すると、異物形状の非対称性に起因する落下のゆらぎや、赤外線カットフィルタ４１０近傍での微小な対流、撮像装置の姿勢等の影響を受ける。その結果、異物が落下中に赤外線カットフィルタ４１０に触れてしまうことで、赤外線カットフィルタ４１０の表面に再付着することがある。

図１３の例で、異物ａは、振幅が大きい箇所に付着しているので、遠くへと飛散し、赤外線カットフィルタ４１０の表面に再付着することなく除去することができる。

それに対して、異物ｂは、振幅が小さい箇所に付着しているため、遠くへは飛ばない。しかしながら、異物ｂの付着位置は撮像視野３３ａの下端までの距離が短く（下端まで近く）、より短い時間で撮像視野外に移動することが可能となる。

つまり、弾性部材４５０の中心を撮像視野３３ａの中心よりも上側に配置することで、一旦は赤外線カットフィルタ４１０を離れた異物が、撮像視野内で再付着する可能性を軽減し、より安定した除去性能を提供することが可能になる。また、遠くへ飛ばない異物が、重力によって自由落下しながら撮像視野外に出るまでの時間が短いので、異物除去を行うための振動時間を短くしても、一旦除去した異物が再付着する可能性を軽減できる。言い換えれば、異物除去の振動時間を短くすることができ、異物除去に必要な電力を低減することが可能となる。また、重力による落下を利用することで、全体の振幅を大きくする必要がなくなり、赤外線カットフィルタ４１０が大きな振幅によって破損してしまう確率を低減することが可能になる。

なお、本実施形態では、矩形形状を有する赤外線カットフィルタ４１０の振動を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば円形板等、板の中心部付近の振幅が大きくなるという傾向を持つ板部材に対して適応可能である。

（第２の実施形態）
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態で説明した構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１４に、圧電素子４３０と撮像視野３３ａとの相対位置関係を示す。撮像視野３３ａは斜線で示す。図１４に示すように、圧電素子４３０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して上側に配置されている。

図１５は、赤外線カットフィルタ４１０の鉛直方向の振幅分布と撮像視野中心との相対位置関係、及び、異物の付着位置を示している。圧電素子４３０が振動の駆動源であるので、圧電素子４３０が貼着されている箇所の振幅は、圧電素子４３０が貼着されていない箇所の振幅よりも大きい。図１４に示すように、圧電素子４３０が上側に寄って貼着されていると、赤外線カットフィルタ４１０のうち貼着されていない下側の部分が、振動を妨げる質量となり、減衰要因となる。従って、圧電素子４３０が貼着されている部分でも振幅に差が生じ、図１５に示すように下側ほど減衰率が大きく（振幅が小さく）なる。本実施形態では、既述したように、圧電素子４３０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して上側に配置されている（図１４を参照）。そのため、撮像視野３３ａの中心に対して上側の振幅が下側の振幅よりも大きくなっている。

次に、赤外線カットフィルタ４１０が上述した屈曲振動したときの、赤外線カットフィルタ４１０の表面に付着した異物の挙動について、異物の付着している初期位置に応じてそれぞれ説明する。図１５に示すように、撮像視野３３ａの中心に対して上側に付着している異物を異物ａ、下側に付着している異物を異物ｂとする。

図１５の例で、異物ａは、振幅が大きい箇所に付着しているので、遠くへと飛散し、赤外線カットフィルタ４１０の表面に再付着することなく除去することができる。

それに対して、異物ｂは、振幅が小さい箇所に付着しているため、遠くへは飛ばない。しかしながら、異物ｂの付着位置は撮像視野３３ａの下端までの距離が短く（下端まで近く）、より短い時間で撮像視野外に移動することが可能となる。

つまり、圧電素子４３０の中心を撮像視野３３ａの中心よりも上側に配置することで、一旦は赤外線カットフィルタ４１０を離れた異物が、撮像視野内で再付着する可能性を軽減し、より安定した除去性能を提供することが可能になる。また、遠くへ飛ばない異物が、重力によって自由落下しながら撮像視野外に出るまでの時間が短いので、異物除去を行うための振動時間を短くしても、一旦除去した異物が再付着する可能性を軽減できる。言い換えれば、異物除去の振動時間を短くすることができ、異物除去に必要な電力を低減することが可能となる。また、重力による落下を利用することで、全体の振幅を大きくする必要がなくなり、赤外線カットフィルタ４１０が大きな振幅によって破損してしまう確率を低減することが可能になる。

（第３の実施形態）
次に、図１６〜図１８を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態で説明した構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１６に、赤外線カットフィルタ４１０と撮像視野３３ａとの相対位置関係を示す。撮像視野３３ａは斜線で示す。図１６に示すように、赤外線カットフィルタ４１０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して上側に配置されている。

図１７は、赤外線カットフィルタ４１０単体での鉛直方向の振幅分布を示している。図１７に示すように、上述した周期的な振動の腹・節の関係とは別に、板端部よりも板中央付近の方が大きな振幅が得られる傾向にあることが、板単体の固有振動モード解析等から一般的に知られている。

図１８は、赤外線カットフィルタ４１０の鉛直方向の振幅分布と撮像視野中心との相対位置関係、及び、異物の付着位置を示している。本実施形態では、既述したように、赤外線カットフィルタ４１０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して鉛直上側に配置されている（図１６を参照）。そのため、撮像視野３３ａの中心に対して上側の振幅が下側の振幅よりも大きくなっている。

次に、赤外線カットフィルタ４１０が上述した屈曲振動したときの、赤外線カットフィルタ４１０の表面に付着した異物の挙動について、異物の付着している初期位置に応じてそれぞれ説明する。図１８に示すように、赤外線カットフィルタ４１０の中心に対して上側に付着している異物を異物ａとする。また、赤外線カットフィルタ４１０の鉛直方向中心付近に付着している異物を異物ｂとする。また、赤外線カットフィルタ４１０の中心に対して下側に付着している異物を異物ｃとする。

図１８の例で、異物ａは、振幅が小さい箇所に付着しているので、遠くへは飛ばない。しかしながら、図１８を参照して説明した通り、赤外線カットフィルタ４１０の中心が撮像視野３３ａの中心に対して上側に配置される構成のため、赤外線カットフィルタ４１０の中心を撮像視野中心と一致させる通常の構成と比較し、異物ａの付着位置は撮像視野３３ａの上端から遠く離れている。したがって、撮像視野３３ａに入るまでに赤外線カットフィルタ４１０の表面に再付着する可能性がより高い。

異物ｂは、振幅が大きい箇所に付着しているので、遠くへと飛散し、赤外線カットフィルタ４１０の表面に再付着することなく除去することができる。

異物ｃは、振幅が小さい箇所に付着しているため、遠くへは飛ばない。しかしながら、赤外線カットフィルタ４１０の中心を撮像視野中心と一致させる通常の構成と比較し、異物ｃの付着位置は撮像視野３３ａの下端までの距離が短く、より短い時間で撮像視野外に移動することが可能となる。

つまり、赤外線カットフィルタ４１０の中心を撮像視野３３ａの中心よりも上側に配置することで、一旦は赤外線カットフィルタ４１０を離れた異物が、撮像視野内で再付着する可能性を軽減し、より安定した除去性能を提供することが可能になる。また、遠くへ飛ばない異物が、重力によって自由落下しながら撮像視野外に出るまでの時間が短いので、異物除去を行うための振動時間を短くしても、一旦除去した異物が再付着する可能性を軽減できる。言い換えれば、異物除去の振動時間を短くすることができ、異物除去に必要な電力を低減することが可能となる。また、重力による落下を利用することで、全体の振幅を大きくする必要がなくなり、赤外線カットフィルタ４１０が大きな振幅によって破損してしまう確率を低減することが可能になる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、上記実施形態では、赤外線カットフィルタ４１０に屈曲振動を励起する構成としたが、本発明でいう光学部材としては、赤外線カットフィルタ４１０に限定されるものではない。略矩形状を有し、入射される光束を所望の光束に変調して射出するフィルタ、例えば複屈折板、位相板及び赤外線カットフィルタ４１０の貼り合わせによって構成される光学ローパスフィルタや複屈折板もしくは位相板単体に屈曲振動を励起させる構成にしても良い。

また、上記実施形態では、本発明を適応する光学装置として、被投影部材として撮像素子３３を用いる撮像装置を例に説明したが、これに限らず、被投影部材としてスクリーンを用いる液晶プロジェクタ等であってもよい。

本発明の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの正面側斜視図である。 本発明の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの背面側斜視図である。 本発明の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの電気的構成を示すブロック図である。 撮像ユニットの周辺構造について説明するためのカメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。 撮像ユニットの構成を示す分解斜視図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 振動ユニットの斜視図である。 振動ユニットの斜視図である。 第１の実施形態における弾性部材と撮像視野との相対位置関係を示す模式図である。 圧電素子を説明するための図である。 赤外線カットフィルタが２０個の節を持つモードで振動するときの振動形状を示す側面図である。 赤外線カットフィルタが１９個の節を持つモードで振動するときの振動形状を示す側面図である。 第１の実施形態における赤外線カットフィルタの鉛直方向の振幅分布と撮像視野中心との相対位置関係、及び、異物の付着位置を示す図である。 第２の実施形態における圧電素子と撮像視野との相対位置関係を示す模式図である。 第２の実施形態における赤外線カットフィルタの鉛直方向の振幅分布と撮像視野中心との相対位置関係、及び、異物の付着位置を示す図である。 第３の実施形態における赤外線カットフィルタと撮像視野との相対位置関係を示す模式図である。 第３の実施形態における赤外線カットフィルタ単体での鉛直方向の振幅分布を示す図である。 第３の実施形態における赤外線カットフィルタの鉛直方向の振幅分布と撮像視野中心との相対位置関係、及び、異物の付着位置を示す図である。

符号の説明

１ カメラ本体
２ マウント部
３３ 撮像素子
３３ａ 撮像視野
４００ 撮像ユニット
４１０ 赤外線カットフィルタ
４３０ 圧電素子
４５０ 弾性部材
４６０ 付勢部材
４７０ 振動ユニット
５００ 撮像素子ユニット

Claims (6)

1. 光学像が結像する被投影部材と、
   前記被投影部材の前方に配設された光学部材と、
   前記光学部材に振動を与える加振部材とを備え、
   前記光学部材の振動は、前記被投影部材の視野中心に対して上側の振幅が下側の振幅よりも大きいことを特徴とする光学装置。
2. 前記被投影部材の視野を囲むように配置されて前記光学部材と当接する弾性部材を備え、
   前記弾性部材の中心が前記被投影部材の視野中心よりも上側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記加振部材は前記光学部材の左右端のうち少なくともいずれか一方に上下に延伸する形態で設けられており、
   前記加振部材の中心が前記被投影部材の視野中心よりも上側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記光学部材の中心が前記被投影部材の視野中心よりも上側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
5. 前記光学部材は、入射される光束を変調して射出する光学部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記光学部材は、赤外線カットフィルタであることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。

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