專利名稱：具有異物除去功能的攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攝像裝置，尤其涉及一種將在沿?cái)z像光軸布置的光學(xué)構(gòu)件上的異物例如灰塵除去的技術(shù)。
背景技術(shù)：
通過(guò)將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)進(jìn)行成像的攝像裝置，例如數(shù)字照相機(jī)，利用攝像元件，例如電荷耦合裝置(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置等接收光，將從攝像元件輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)，然后將該圖像數(shù)據(jù)記錄在記錄介質(zhì)，例如存儲(chǔ)卡上。在這種攝像裝置中，光學(xué)低通濾波器或者紅外截止濾波器被布置成相對(duì)于攝像元件與被攝體鄰近，并且當(dāng)異物例如灰塵附著到濾波器的表面或者攝像元件的蓋玻璃表面時(shí)，附著部分作為黑點(diǎn)出現(xiàn)在拍攝圖像中。這導(dǎo)致圖像外觀下降。
特別地，對(duì)于具有可互換鏡頭的數(shù)字單反照相機(jī)，由于機(jī)械操作單元，包括快門(mén)、快速?gòu)?fù)原反射鏡等被布置成鄰近于攝像元件，由操作單元產(chǎn)生的異物例如灰塵可能附著到攝像元件或者低通濾波器。另外，在互換鏡頭時(shí)，灰塵或其他異物可從鏡頭座的開(kāi)口進(jìn)入照相機(jī)主體并附著到照相機(jī)元件。
如日本專利公報(bào)No.2003-319222所公開(kāi)的，已提出解決該問(wèn)題的一種方法是通過(guò)利用壓電元件使防塵幕振動(dòng)來(lái)除去防塵幕表面上的異物例如灰塵，該防塵幕相對(duì)于攝像元件鄰近于被攝體布置，并允許攝像光束通過(guò)。
根據(jù)該專利文件所公開(kāi)的技術(shù)，為了除去防塵幕表面上的異物，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電壓施加到與防塵幕連接的壓電元件，使防塵幕沿光軸移動(dòng)而振動(dòng)。然而，為了將異物從防塵幕除去，需要通過(guò)沿光軸對(duì)異物施加比異物的附著力大的力來(lái)使異物從防塵幕抖落，結(jié)果，需要大量的能量。
另外，根據(jù)上述技術(shù)，由于防塵幕被沿光軸方向移動(dòng)而振動(dòng)，如果防塵幕的形狀是非圓形的，已知振動(dòng)模式很復(fù)雜，并且振動(dòng)效率下降。
然而，攝像裝置的有效成像面積通常具有縱橫比為4∶3或3∶2的矩形，因此，有效光束的形狀在橫斷面上為矩形。為了使具有矩形形狀的有效光束適當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)，圓形防塵幕相對(duì)于有效光束較大。因此，在布局方面，不宜在攝像裝置內(nèi)布置圓形防塵幕。這導(dǎo)致諸如攝像裝置尺寸增加、布局效率低等問(wèn)題。
同時(shí)，由于上述技術(shù)需要在攝像光軸中布置專用元件(即防塵幕)，攝像光束的透光度下降，結(jié)果，除了布局效率低之外，在光學(xué)功能或者光學(xué)性能方面，該技術(shù)是不適宜的。
此外，需要大量電力用于相對(duì)于有效光束具有大尺寸的防塵幕的振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種攝像裝置，其能夠以有效的方式利用少量電力除去沿著攝像光軸布置的光學(xué)構(gòu)件上的異物，例如灰塵。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，攝像裝置包括攝像元件，其被構(gòu)造成將被攝體的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；光學(xué)構(gòu)件，其被構(gòu)造成將入射光束調(diào)制為預(yù)定光束，并將所述預(yù)定光束輸出，所述光學(xué)構(gòu)件具有基本上矩形的形狀，并且沿著攝像光軸的方向被布置在所述攝像元件的前面；加振單元，其被構(gòu)造成沿垂直于所述攝像光軸的方向向所述光學(xué)構(gòu)件施加振動(dòng)；彈性支撐構(gòu)件，其被構(gòu)造成相對(duì)于所述攝像元件支撐所述光學(xué)構(gòu)件，以允許所述光學(xué)構(gòu)件自由地振動(dòng)；以及控制單元，其被構(gòu)造成控制由所述加振單元施加的所述振動(dòng)。
結(jié)合附圖從以下說(shuō)明中本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，其中在全部圖形中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。


現(xiàn)在將參考所附示意圖，僅通過(guò)示例說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的數(shù)字單反照相機(jī)的主透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的數(shù)字單反照相機(jī)的后透視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的數(shù)字單反照相機(jī)的電結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖4是分解透視圖，示意性地示出照相機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以圖解低通濾波器和攝像元件附近的保持結(jié)構(gòu)。
圖5是攝像單元的部分部件的主視圖。
圖6是彈性構(gòu)件的詳細(xì)圖解。
圖7是攝像單元的分解透視圖，以說(shuō)明其部件。
圖8是橡膠板的詳細(xì)圖解。
圖9是沿圖5的C-C線所取的攝像單元的剖視圖。
圖10A和10B是說(shuō)明產(chǎn)生力的示意圖；圖10A是壓電元件和光學(xué)低通濾波器的主視圖，以說(shuō)明壓電元件和光學(xué)低通濾波器之間的相對(duì)關(guān)系以及產(chǎn)生力之間的關(guān)系；圖10B是壓電元件和光學(xué)低通濾波器的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的示范性實(shí)施例。
圖1和圖2示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的數(shù)字單反照相機(jī)的外觀圖。更明確地，圖1是拆下攝像鏡頭單元狀態(tài)下的照相機(jī)的主透視圖，圖2是照相機(jī)的后透視圖。
參考圖1，照相機(jī)主體1包括向前突出形成的握把單元1a，以允許使用者容易穩(wěn)定地抓握照相機(jī)。安裝單元2被構(gòu)造成確?？刹鹦稊z像鏡頭單元(未示出)固定到照相機(jī)主體1。安裝觸點(diǎn)21起到允許控制信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等在照相機(jī)主體1和攝像鏡頭單元之間流通，以及給攝像鏡頭單元提供電力的作用。安裝觸點(diǎn)21可被構(gòu)造成允許電通信、光通信、聲音通信以及其它通信。
鏡頭開(kāi)鎖按鈕4被構(gòu)造成當(dāng)使用者想拆卸攝像鏡頭單元時(shí)被按下。反射鏡盒5被布置在照相機(jī)殼體內(nèi)，并被構(gòu)造成接收并引導(dǎo)已通過(guò)攝像鏡頭單元的攝像光束。在反射鏡盒5內(nèi)布置快速?gòu)?fù)原反射鏡6?？焖?gòu)?fù)原反射鏡6可處于第一狀態(tài)(參見(jiàn)圖3)和第二狀態(tài)(參見(jiàn)圖3)，在第一狀態(tài)中，快速?gòu)?fù)原反射鏡6被保持在相對(duì)于攝像光軸呈45度角，以將攝像光束導(dǎo)向五棱鏡22，在第二狀態(tài)中，快速?gòu)?fù)原反射鏡6被保持在避開(kāi)攝像光束的位置，以將光束導(dǎo)向攝像元件33。
用作啟動(dòng)開(kāi)關(guān)以啟動(dòng)攝像的快門(mén)按鈕7、用于根據(jù)攝像中的操作模式設(shè)置快門(mén)速度和f-光圈值的主操作盤(pán)8以及用于攝像系統(tǒng)的操作模式設(shè)置上部按鈕10被與握把單元1a鄰近地布置在照相機(jī)主體1的頂部上。這些操作部件的部分操作結(jié)果被顯示在液晶顯示(LCD)面板9上。
快門(mén)按鈕7被構(gòu)造成通過(guò)第一次按下將第一開(kāi)關(guān)(SW1)(以下稱為7a)切換為ON狀態(tài)，并通過(guò)第二次按下將第二開(kāi)關(guān)(SW2)(以下稱為7b)切換為ON狀態(tài)。
操作模式設(shè)置上部按鈕10被用于通過(guò)快門(mén)按鈕7的一次按下在連續(xù)拍攝或單幀拍攝之間進(jìn)行選擇，以及設(shè)置自拍模式，并且被構(gòu)造成允許使設(shè)置狀態(tài)顯示在LCD面板9上。以下將參考圖4詳細(xì)說(shuō)明在LCD面板9上顯示的設(shè)置狀態(tài)。
可從照相機(jī)主體1彈出的內(nèi)部閃光單元11、用于連接外部閃光單元的配件槽12以及閃光觸點(diǎn)13被布置在照相機(jī)主體1頂部的中央。攝像模式設(shè)置盤(pán)14被布置在照相機(jī)主體1頂部的右部。
可打開(kāi)的外部端蓋15被布置在與握把單元1a相反的側(cè)面。當(dāng)外部端蓋15打開(kāi)時(shí)，均用作外部接口的視頻信號(hào)輸出塞孔16和通用串行總線(USB)輸出連接器17露出。
參考圖2，取景器目鏡窗口18被布置在照相機(jī)主體1背面的上部，并且彩色液晶監(jiān)視器19被布置在照相機(jī)主體1背面上的中央部附近。鄰近彩色液晶監(jiān)視器19布置的副操作盤(pán)20執(zhí)行主操作盤(pán)8的輔助功能，并且用于例如在AE模式下相對(duì)于由自動(dòng)曝光(AE)裝置計(jì)算的校正曝光值設(shè)置曝光校正量。在手動(dòng)模式下，其中快門(mén)速度和f-光圈值由使用者設(shè)置，取景器目鏡窗口18被用于設(shè)置快門(mén)速度，而副操作盤(pán)20被用于設(shè)置f-光圈值。副操作盤(pán)20還用于顯示和選擇將被顯示在彩色液晶監(jiān)視器19上的拍攝圖像。
主開(kāi)關(guān)43用于啟動(dòng)或關(guān)閉照相機(jī)。
清潔指示操作構(gòu)件44用于在清潔模式下啟動(dòng)操作，并給出將在諸如低通濾波器的光學(xué)元件上的異物從該低通濾波器抖落的操作指令。以下將詳細(xì)說(shuō)明。
圖3是根據(jù)該示范性實(shí)施例的數(shù)字單反照相機(jī)的主要電學(xué)結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖3中，與上述圖形中的部件相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
MPU 100是被一體化在照相機(jī)主體1中的微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元，其用于控制照相機(jī)的操作以進(jìn)行各種處理并向各部件發(fā)出各種指令。
電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)100a被一體化在MPU 100內(nèi)，并且能夠儲(chǔ)存測(cè)量時(shí)的信息和其它信息。
MPU 100與反射鏡驅(qū)動(dòng)電路101、焦點(diǎn)檢測(cè)電路102、快門(mén)驅(qū)動(dòng)電路103、視頻信號(hào)處理電路104、開(kāi)關(guān)傳感電路105以及測(cè)光電路106連接。MPU 100還與LCD驅(qū)動(dòng)電路107、電池檢查電路108、時(shí)間測(cè)量電路109、電源電路110以及壓電元件驅(qū)動(dòng)電路111連接。這些電路在MPU 100的控制下運(yùn)轉(zhuǎn)。
MPU 100通過(guò)安裝觸點(diǎn)21與布置在攝像鏡頭單元內(nèi)的鏡頭控制電路201通信。當(dāng)攝像鏡頭單元與安裝觸點(diǎn)21連接時(shí)，安裝觸點(diǎn)21還起到將信號(hào)傳送到MPU 100的作用。因此，鏡頭控制電路201可與MPU 100通信，從而攝像鏡頭單元內(nèi)的攝像鏡頭200和光圈204可通過(guò)自動(dòng)聚焦(AF)驅(qū)動(dòng)電路202和光圈驅(qū)動(dòng)電路203驅(qū)動(dòng)。
在該示范性實(shí)施例中，出于方便，攝像鏡頭200表示為一個(gè)鏡頭元件。實(shí)際上，攝像鏡頭200可包括具有多個(gè)鏡頭元件的一個(gè)或者多個(gè)鏡頭組。
AF驅(qū)動(dòng)電路202通常由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，并且被構(gòu)造成通過(guò)控制鏡頭控制電路201改變攝像鏡頭200內(nèi)的聚焦透鏡的位置來(lái)調(diào)節(jié)攝像鏡頭200，以將攝像光束聚焦在攝像元件33上。光圈驅(qū)動(dòng)電路203通常由自動(dòng)光圈構(gòu)成，并且被構(gòu)造成通過(guò)利用鏡頭控制電路201改變光圈204來(lái)獲得光學(xué)的f-光圈值。
快速?gòu)?fù)原反射鏡6被構(gòu)造成將已通過(guò)攝像鏡頭200的攝像光束引導(dǎo)至五棱鏡22，并允許部分光束通過(guò)，以將允許通過(guò)的光束引導(dǎo)至副反射鏡30。副反射鏡30被構(gòu)造成將已通過(guò)快速?gòu)?fù)原反射鏡6的攝像光束引導(dǎo)至焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器單元31。
反射鏡驅(qū)動(dòng)電路101被構(gòu)造成在允許從取景器觀察被攝體圖像的第一位置和反射鏡避開(kāi)攝像光束的第二位置之間驅(qū)動(dòng)快速?gòu)?fù)原反射鏡6。同時(shí)，反射鏡驅(qū)動(dòng)電路101被構(gòu)造成在將攝像光束引導(dǎo)至焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器單元31的第一位置和副反射鏡避開(kāi)該光束的第二位置之間驅(qū)動(dòng)副反射鏡30。反射鏡驅(qū)動(dòng)電路101通常由DC電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器單元31是焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器，其使用已知的相位差法，并且包括鄰近成像面(未示出)布置的場(chǎng)透鏡、反射鏡、第二成像透鏡、光圈、由多個(gè)CCD組成的線性傳感器等。從焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器單元31輸出的信號(hào)被發(fā)送到焦點(diǎn)檢測(cè)電路102。所發(fā)送的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成被攝體圖像信號(hào)，然后被發(fā)送到MPU 100。MPU100基于被攝體圖像信號(hào)根據(jù)相位差檢測(cè)進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)計(jì)算，并確定散焦量和散焦方向?；诖?，MPU 100通過(guò)鏡頭控制電路201和AF驅(qū)動(dòng)電路202將在攝像鏡頭200內(nèi)的聚焦透鏡驅(qū)動(dòng)至聚焦位置。
五棱鏡22是用于使從快速?gòu)?fù)原反射鏡6反射的攝像光束變換使得光束產(chǎn)生直立圖像的光學(xué)構(gòu)件。使用者可通過(guò)取景器光學(xué)系統(tǒng)觀察來(lái)自取景器目鏡窗口18的被攝體圖像。
五棱鏡22還被構(gòu)造成將部分?jǐn)z像光束引導(dǎo)至測(cè)光傳感器37。測(cè)光電路106被構(gòu)成接收來(lái)自測(cè)光傳感器37的輸出，將該輸出轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于觀察面上的各區(qū)域的亮度信號(hào)，然后將該亮度信號(hào)輸出到MPU 100。MPU 100被構(gòu)造成根據(jù)所接收的亮度信號(hào)計(jì)算曝光值。
機(jī)械焦平面快門(mén)單元32被構(gòu)造成當(dāng)使用者正在從取景器觀察被攝體圖像時(shí)遮擋攝像光束。當(dāng)拍攝圖像時(shí)，可基于釋放信號(hào)，從前一快門(mén)葉片組移動(dòng)和后一快門(mén)葉片組移動(dòng)的時(shí)間差獲得所希望的曝光時(shí)間。焦平面快門(mén)單元32由已從MPU 100接收指令的快門(mén)驅(qū)動(dòng)電路103控制。
攝像元件33使用作為攝像裝置的CMOS集成電路。攝像裝置可以是各種類(lèi)型，其包括CCD型、CMOS型、CID型以及由一名相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的其它光電變換裝置類(lèi)型和等同體。攝像裝置可以是任何類(lèi)型。
箝位/校正二次取樣(箝位CDS)電路34在模擬/數(shù)字(A/D)變換之前進(jìn)行基本模擬處理，并可改變箝位電平。自動(dòng)增益控制(AGC)35在A/D變換之前進(jìn)行基本模擬處理，并可改變基本AGC電平。A/D變換器36將從攝像元件33輸出的模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)。
光學(xué)低通濾波器410具有其中晶體雙折射板與相位板的交替層被粘結(jié)到紅外截止濾波器的結(jié)構(gòu)。
多層壓電元件430被構(gòu)造成被已從MPU 100接收到指令并將多層壓電元件430的振動(dòng)傳送至光學(xué)低通濾波器410的壓電元件驅(qū)動(dòng)電路111振動(dòng)。
攝像單元400具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中光學(xué)低通濾波器410、壓電元件430、攝像元件33以及其它部件(稍后說(shuō)明)被結(jié)合成一個(gè)單元。稍后將詳細(xì)說(shuō)明該單元。
視頻信號(hào)處理電路104通過(guò)部件(例如，γ校正/拐點(diǎn)校正、濾波器以及用于顯示器顯示的信息合成等)進(jìn)行通常的圖像處理。從視頻信號(hào)處理電路104輸出的用于顯示器顯示的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)彩色液晶驅(qū)動(dòng)電路112顯示在彩色液晶監(jiān)示器19上。
視頻信號(hào)處理電路104還可響應(yīng)來(lái)自MPU 100的指令通過(guò)存儲(chǔ)器控制器38在緩沖存儲(chǔ)器57上存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。另外，視頻信號(hào)處理電路104還具有將圖像數(shù)據(jù)壓縮為諸如聯(lián)合圖像專家組(JPEG)格式的數(shù)據(jù)的功能。一旦圖像被連續(xù)地獲得，例如連續(xù)拍攝，在圖像數(shù)據(jù)被臨時(shí)存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器57上之后，未被處理的圖像數(shù)據(jù)可通過(guò)存儲(chǔ)器控制器38順次讀取。因此，視頻信號(hào)處理電路104可獨(dú)立于來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器36的圖像數(shù)據(jù)的輸入速度順次地執(zhí)行圖像處理和圖像壓縮。
存儲(chǔ)器控制器3 8還具有在存儲(chǔ)器3 9中存儲(chǔ)從外部接口40(對(duì)應(yīng)于圖1中的視頻信號(hào)輸出插孔16和USB輸出連接器17)輸入的圖像數(shù)據(jù)并將來(lái)自外部接口40存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器39上的圖像數(shù)據(jù)輸出的功能。存儲(chǔ)器39通常是可從照相機(jī)主體1上拆卸的閃存。
開(kāi)關(guān)傳感電路105被構(gòu)造成根據(jù)各開(kāi)關(guān)的操作狀態(tài)將輸入信號(hào)傳送到MPU 100。開(kāi)關(guān)SW1 7a被構(gòu)造成當(dāng)?shù)谝淮伟聪驴扉T(mén)按鈕7時(shí)被切換到ON狀態(tài)。開(kāi)關(guān)SW2 7b被構(gòu)造成當(dāng)?shù)诙伟聪驴扉T(mén)按鈕7時(shí)，開(kāi)關(guān)SW2 7b被切換到ON狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW2 7b被切換到ON狀態(tài)時(shí)，開(kāi)始圖像拍攝的指令就被發(fā)送到MPU 100。開(kāi)關(guān)傳感電路105與主操作盤(pán)8、副操作盤(pán)20、攝像模式設(shè)置盤(pán)14、主開(kāi)關(guān)43和清潔指令操作構(gòu)件44連接。
LCD驅(qū)動(dòng)電路107被構(gòu)造成根據(jù)來(lái)自MPU 100的指令驅(qū)動(dòng)LCD面板9和取景器LCD 41。
電池檢查電路108被構(gòu)造成用于預(yù)定時(shí)間周期檢查電池，并將檢測(cè)輸出發(fā)送到MPU 100。電源單元42被構(gòu)造成給各相機(jī)元件提供必須的電力。
時(shí)間測(cè)量電路109被構(gòu)造成確定日期，并且還測(cè)量從主開(kāi)關(guān)43被切換至OFF狀態(tài)到主開(kāi)關(guān)43被切換至ON狀態(tài)的時(shí)間周期，而且可響應(yīng)來(lái)自MPU 100的指令將測(cè)量值發(fā)送到MPU 100。
下面將參照?qǐng)D4-圖10詳細(xì)說(shuō)明攝像單元400的示例性結(jié)構(gòu)。
圖4是分解透視圖，示意性示出了照相機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以圖解說(shuō)明低通濾波器410和攝像元件33(未示出)附近的保持結(jié)構(gòu)。
焦平面快門(mén)單元32、用作照相機(jī)主體框架的機(jī)架主體300和攝像單元400被以距離被攝體的順序相對(duì)于反射鏡盒5布置。特別地，攝像單元400被固定，從而攝像元件33的攝像表面與安裝單元2的安裝表面平行，其中，在二者之間設(shè)置預(yù)定間隔的情況下，安裝單元2的安裝表面用作安裝攝像鏡頭單元的參考物。
圖5是攝像單元400的部分元件的主視圖。
攝像元件保持構(gòu)件510具有矩形開(kāi)口，并且固定攝像元件33(未示出)以從開(kāi)口露出攝像元件33。攝像元件保持構(gòu)件510采用板形式，并且具有三條臂，用于在外部區(qū)域利用螺釘被固定到反射鏡盒5。下面將參照?qǐng)D9詳細(xì)說(shuō)明帶肩螺釘530，圖9示出了沿圖5中的C-C線所取的橫截面。
低通濾波器保持構(gòu)件420包括用于圍繞光學(xué)低通濾波器410外周的框架420a和用于安裝和保持光學(xué)低通濾波器410的水平延伸臂420b。低通濾波器保持構(gòu)件420由樹(shù)脂或者金屬材料制成。用于調(diào)節(jié)壓電元件430的調(diào)節(jié)單元421被布置在框架420a的第一側(cè)?？蚣?20a和壓電元件430的另一個(gè)端面通過(guò)粘結(jié)等互相固定。
調(diào)節(jié)單元422(用于調(diào)節(jié)具有彈性性能的推壓構(gòu)件440)被布置在框架420a的第二側(cè)上，該第二側(cè)與設(shè)置有調(diào)節(jié)單元421的第一側(cè)相反，從而光學(xué)低通濾波器410被沿壓電元件430的方向推壓。
換句話說(shuō)，光學(xué)低通濾波器410被夾持在壓電元件430與推壓構(gòu)件440之間，以與低通濾波器保持構(gòu)件420平齊。因此，光學(xué)低通濾波器410隨著壓電元件430的膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
各推壓構(gòu)件440可由金屬材料或聚合物如橡皮或塑料制成的片簧或盤(pán)簧形成，只要推壓構(gòu)件440是有彈性的或是彈性體。在本示范性實(shí)施例中，推壓構(gòu)件440被布置成分散構(gòu)件。然而，替代該推壓構(gòu)件440，低通濾波器保持構(gòu)件420可具有回彈性能，從而光學(xué)低通濾波器410可隨著壓電元件430的膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
如圖6所示，框架形彈性體或者彈性構(gòu)件450被布置在光學(xué)低通濾波器410和低通濾波器保持構(gòu)件420的四個(gè)側(cè)面之間的間隙之間。
圖6詳細(xì)圖解說(shuō)明了構(gòu)件450。構(gòu)件450包括在壓電元件430膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)方向上延伸的第一臂450a和與該第一臂450a垂直的第二臂450b。各第一臂450a的剛度與各第二臂450b的剛度不同。為了允許光學(xué)低通濾波器410隨著壓電元件430的膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)而振動(dòng)，在彈性體或彈性構(gòu)件450中，接收膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)影響的第二臂450b的剛度小于第一臂450a的剛度。更明確地，沿著線A-A所取的第一臂450a的橫截面顯示為矩形，而沿著線B-B所取的第二臂450b的橫截面顯示為中間部分被去除的矩形形狀。
其中第一臂450a的剛度不同于第二臂450b的剛度的結(jié)構(gòu)并不局限于以上結(jié)構(gòu)。例如，形成不同構(gòu)件的臂可通過(guò)共注塑成型或其它方法彼此一體成形。
光學(xué)低通濾波器410的四個(gè)側(cè)面被封閉在壓電元件430和彈性體或彈性構(gòu)件450之間，使其與低通濾波器保持構(gòu)件420之間沒(méi)有間隙。
在該示范性實(shí)施例中，壓電元件430是多層壓電元件，其由已知的壓電物質(zhì)和內(nèi)部電極的交替層形成。更明確地，其中被沿壓電物質(zhì)的疊層方向施加電壓的d33-型多層壓電元件被用于壓電元件430。結(jié)果，可在疊層方向上獲得較大振幅(位移)。換句話說(shuō)，可使光學(xué)低通濾波器410沿振動(dòng)方向大幅移動(dòng)。存在不同類(lèi)型的壓電元件。壓電元件可以是任何類(lèi)型，只要它可以產(chǎn)生沿光學(xué)低通濾波器410的平面方向，也就是沿垂直于光軸的方向的位移。以下將參照?qǐng)D10A和10B說(shuō)明壓電元件430的示范性形狀。
在該示范性實(shí)施例中，光學(xué)低通濾波器410與壓電元件430直接接觸。或者，可在其間設(shè)置間隔。在該情況下，由于壓電元件430可通過(guò)振動(dòng)提供間隔，所以可減少對(duì)布局的限制。
如上所述，壓電元件430被保持在滿足由施加電壓所引起的膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)的方向與光軸相垂直的方向上(即在照相機(jī)的垂直方向上)。這里，壓電元件430被粘結(jié)并固定到低通濾波器保持構(gòu)件420，然而，壓電元件430并未被粘結(jié)到光學(xué)低通濾波器410，而是僅與之接觸。換句話說(shuō)，相對(duì)于光學(xué)低通濾波器410的壓電元件430的振動(dòng)表面并未固定到光學(xué)低通濾波器410。
由彈性體或彈性構(gòu)件450對(duì)光學(xué)低通濾波器410的支撐允許光學(xué)低通濾波器410沿著攝像光軸和壓電元件430的膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)預(yù)定量。換句話說(shuō)，當(dāng)光學(xué)低通濾波器410接收壓電元件430的振動(dòng)時(shí)，允許光學(xué)低通濾波器410相對(duì)于垂直于攝像光軸的平面傾斜一定量。因此，允許光學(xué)低通濾波器410上的異物受到沿?cái)z像光軸方向的加速。這有利于異物的去除。然而，在允許光學(xué)低通濾波器410相對(duì)于垂直于攝像光軸的平面傾斜一定量的情況下，如果壓電元件430和光學(xué)低通濾波器410粘結(jié)在一起，壓電元件430將受到剪切應(yīng)力。特別地，如在該示范性實(shí)施例中的，當(dāng)多層壓電元件用作壓電元件430時(shí)，壓電元件430可能由于該剪切應(yīng)力而破裂。
在壓電元件430的振動(dòng)表面未被粘結(jié)到光學(xué)低通濾波器410，即僅與光學(xué)低通濾波器410接觸的情況下，即使光學(xué)低通濾波器410相對(duì)于垂直于攝像光軸的平面變得傾斜，壓電元件430也不承受剪切應(yīng)力。這是因?yàn)楫?dāng)光學(xué)低通濾波器410以這種方式傾斜時(shí)，壓電元件430的振動(dòng)表面從光學(xué)低通濾波器410的接觸表面相對(duì)地移開(kāi)，因此，壓電元件430不直接受到轉(zhuǎn)動(dòng)力。
另一方面，在壓電元件430的振動(dòng)表面未被粘結(jié)到光學(xué)低通濾波器410的情況下，出現(xiàn)了光學(xué)低通濾波器410的性能隨著壓電元件430的振動(dòng)而下降的問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，如上所述，光學(xué)低通濾波器410被夾持在壓電元件430和推壓構(gòu)件440之間，以與它們平齊。換句話說(shuō)，利用彈簧、彈性構(gòu)件等從與壓電元件430相反的一側(cè)推壓光學(xué)低通濾波器410，從而即使當(dāng)壓電元件430被沿著收縮方向驅(qū)動(dòng)時(shí)，光學(xué)低通濾波器410始終與壓電元件430接觸。
因此，壓電元件430可防止由于承受剪切應(yīng)力而導(dǎo)致的破裂或者損壞，并且光學(xué)低通濾波器410可隨著壓電元件430的振動(dòng)而令人滿意地振動(dòng)。
圖7是以上已經(jīng)參照?qǐng)D4和5說(shuō)明的攝像單元400的分解透視圖，以進(jìn)一步說(shuō)明其部件。
攝像元件單元500至少包括攝像元件33和攝像元件保持構(gòu)件510。低通濾波器單元470至少包括光學(xué)低通濾波器410、低通濾波器保持構(gòu)件420、壓電元件430、推壓構(gòu)件440、彈性構(gòu)件450和約束構(gòu)件460。
約束構(gòu)件460被構(gòu)造成通過(guò)將光學(xué)低通濾波器410以預(yù)定間隙地夾持在約束構(gòu)件460與低通濾波器保持構(gòu)件420之間來(lái)約束光學(xué)低通濾波器410沿著攝像光軸移動(dòng)。這種約束防止光學(xué)低通濾波器410以大于相對(duì)于垂直于攝像光軸的平面的預(yù)定角度的角度傾斜。
約束構(gòu)件460具有用于約束光學(xué)低通濾波器410的開(kāi)口并被構(gòu)造成阻擋從開(kāi)口之外的區(qū)域進(jìn)入的拍攝光束。這防止了拍攝光束從光學(xué)低通濾波器410的外部區(qū)域進(jìn)入攝像元件33，并可防止反射光產(chǎn)生的重影。
橡膠板520是彈性的(即可彈性變形的)。利用帶肩螺釘530通過(guò)低通濾波器保持構(gòu)件420的框架420a將低通濾波器單元470固定到攝像元件保持構(gòu)件510，而將該低通濾波器單元470安裝到攝像元件單元500，從而橡膠板520被插入其間。
圖8是橡膠板520的詳細(xì)圖解。如圖8所示，橡膠板520是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中框架520a和包括用于支撐帶肩螺釘530的支撐部的兩個(gè)相對(duì)臂520b彼此一體成形。
鄰近攝像元件33的框架520a的第一表面與攝像元件保持構(gòu)件510緊密接觸，并且鄰近光學(xué)低通濾波器410的框架520a的第二表面與低通濾波器保持構(gòu)件420的框架420a緊密接觸。因此，低通濾波器保持構(gòu)件420與攝像元件33之間的間隙被橡膠板520封閉，而光學(xué)低通濾波器410與低通濾波器保持構(gòu)件420之間的間隙被壓電元件430和彈性構(gòu)件450封閉。結(jié)果，光學(xué)低通濾波器410與攝像元件33之間的間隙是封閉空間，防止了異物例如灰塵的進(jìn)入。
另外，即使當(dāng)壓電元件430被振動(dòng)時(shí)，由于通過(guò)橡膠板520的彈性而實(shí)現(xiàn)的浮動(dòng)支持結(jié)構(gòu)，低通濾波器單元470的振動(dòng)更不易被傳送到攝像元件33。將參照?qǐng)D9詳細(xì)說(shuō)明該結(jié)構(gòu)。
圖9是沿圖5中的C-C線所取的剖視圖。
如上所述，低通濾波器單元470被形成為光學(xué)低通濾波器410由彈性構(gòu)件450支撐，該彈性構(gòu)件450由低通濾波器保持構(gòu)件420支撐。攝像元件單元500被形成為攝像元件33由攝像元件保持構(gòu)件510支撐。橡膠板520被插在低通濾波器單元470與攝像元件單元500之間。帶肩螺釘530支撐低通濾波器保持構(gòu)件420，從而橡膠板520被插在攝像元件保持構(gòu)件510與低通濾波器保持構(gòu)件420之間。換句話說(shuō)，由于彈性構(gòu)件被插在其間，所以支撐光學(xué)低通濾波器410的結(jié)構(gòu)是浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)。
該示范性實(shí)施例中的橡膠板520可以是其它封閉構(gòu)件，只要其可防止異物進(jìn)入并且吸收振動(dòng)或減振從而使任何振動(dòng)都不能從光學(xué)低通濾波器410傳送到攝像元件33。例如，橡膠板520可以是由海綿形成的雙面帶或凝膠片，該帶和該板具有預(yù)定厚度。
圖10A是壓電元件430和光學(xué)低通濾波器410的主視圖，以說(shuō)明壓電元件430與光學(xué)低通濾波器410之間的相對(duì)關(guān)系和在使用時(shí)產(chǎn)生的力之間的關(guān)系。圖10B是其側(cè)視圖。
在該示范性實(shí)施例中，在垂直于壓電元件430的疊層方向(振動(dòng)方向)的兩面上，如圖10A所示的第一面在垂直于光軸方向上的長(zhǎng)度用L表示，而在圖10B所示的第二面在與光軸相同方向上的長(zhǎng)度用T2表示。如前所述，在光軸方向上，其它部件(例如，焦平面快門(mén)單元32和攝像元件33)都被布置為靠近壓電元件430。因此，為了避免照相機(jī)尺寸的增加，希望T2的長(zhǎng)度等于或小于光學(xué)低通濾波器410的厚度T1。長(zhǎng)度L大于厚度T1并且是適于獲得使光學(xué)低通濾波器410振動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力的長(zhǎng)度。這是因?yàn)椋缟厦鎱⒄請(qǐng)D5所說(shuō)明的，低通濾波器保持構(gòu)件420的調(diào)節(jié)單元421被布置在垂直于光軸的方向上，并且調(diào)節(jié)單元421的長(zhǎng)度可在光學(xué)低通濾波器410的寬度范圍內(nèi)相對(duì)容易調(diào)節(jié)。振動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力與壓電元件的面積L×T2成比例。因此，通過(guò)合適地選擇這兩個(gè)長(zhǎng)度來(lái)獲得所需力。
增加長(zhǎng)度L，能允許壓電元件430的彎曲應(yīng)力變小，即使當(dāng)由于在垂直于光軸的平面上旋轉(zhuǎn)而在光學(xué)低通濾波器410中產(chǎn)生較大力矩時(shí)。這可防止壓電元件430被彎曲破壞。
更明確地，由于在垂直于光軸的平面上旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的力矩M在壓電元件430端部上所產(chǎn)生的應(yīng)力F由以下表達(dá)式(1)表示F＝M/(L/2)(1)從表達(dá)式(1)明顯看出，在壓電元件430端部產(chǎn)生的應(yīng)力F根據(jù)力矩M和壓電元件430在垂直于光軸的方向上的長(zhǎng)度L而改變。根據(jù)表達(dá)式(1)，如果長(zhǎng)度L是最大值，則在壓電元件430端部產(chǎn)生的應(yīng)力F會(huì)較小，結(jié)果，應(yīng)力F可落在允許的彎曲應(yīng)力范圍內(nèi)。
可允許的彎曲應(yīng)力表示為了驅(qū)動(dòng)壓電元件430而施加到壓電元件430上以正常地驅(qū)動(dòng)壓電元件430的應(yīng)力上限，以避免損壞。
接著，說(shuō)明光學(xué)低通濾波器410的示范性振動(dòng)。
當(dāng)作為控制單元的MPU 100進(jìn)行將預(yù)定周期性電壓施加到壓電元件430上的控制時(shí)，壓電元件430在大致垂直于光軸的方向上，即在照相機(jī)的豎直方向上振動(dòng)。光學(xué)低通濾波器410被夾持在壓電元件430與推壓構(gòu)件440之間，以與它們平齊。結(jié)果，由于光學(xué)低通濾波器410和壓電元件430被保持，以致始終彼此接觸，壓電元件430的振動(dòng)被傳遞到光學(xué)低通濾波器410。
如前所述，低通濾波器保持構(gòu)件420與攝像元件33之間的間隙被橡膠板520封閉，而光學(xué)低通濾波器410與低通濾波器保持構(gòu)件420之間的間隙被壓電元件430和彈性構(gòu)件450封閉。結(jié)果，光學(xué)低通濾波器410與攝像元件33之間的間隙是防止異物例如灰塵進(jìn)入的封閉空間。同時(shí)，由于橡膠板520被插在低通濾波器單元470與攝像元件單元500之間，該低通濾波器單元470包括光學(xué)低通濾波器410，低通濾波器單元470的振動(dòng)被橡膠板520吸收。結(jié)果，非常少的振動(dòng)被從低通濾波器單元470傳遞到攝像元件33。
因此，即使壓電元件430被振動(dòng)，該振動(dòng)對(duì)攝像元件33的影響也很少。結(jié)果，可限定出承受振動(dòng)的部件，從而光學(xué)低通濾波器410(特別需要振動(dòng))可被有選擇地振動(dòng)。因此，可減少承受振動(dòng)的元件的總質(zhì)量，從而可減少驅(qū)動(dòng)壓電元件430所需的能量。
另外，由于光學(xué)低通濾波器410的大部分振動(dòng)未被傳遞到攝像元件33，防止攝像元件33被損壞，例如粘結(jié)剝落。此外，當(dāng)照相機(jī)受到?jīng)_擊時(shí)，非常少的沖擊被傳遞到壓電元件430。因此，可防止壓電元件430由于對(duì)照相機(jī)的沖擊而破裂或損壞。
如前所述，光學(xué)低通濾波器410和壓電元件430未結(jié)合到一起，即，二者未連接到一起。因此，即使將周期性電壓施加到壓電元件430上，從而壓電元件430膨脹和收縮，在壓電元件430中，僅產(chǎn)生沿著推動(dòng)光學(xué)低通濾波器410的方向的力，而不產(chǎn)生沿著其中光學(xué)低通濾波器410拉動(dòng)壓電元件430的相反方向的力。因此，即使將超聲波范圍內(nèi)的高頻電壓施加到壓電元件430上，也不會(huì)使過(guò)大的拉力作用在壓電元件430上。這可防止壓電元件430在疊層區(qū)域被剝落損壞。
接著，將說(shuō)明根據(jù)該示范性實(shí)施例的用于將灰塵或其它異物從光學(xué)低通濾波器410的表面除去的示范性操作。
當(dāng)使用者操作清潔指令操作構(gòu)件44時(shí)，照相機(jī)主體1響應(yīng)指令切換到清潔模式，以開(kāi)始清潔。在本示范性實(shí)施例中，提供清潔指令操作構(gòu)件44。然而，本發(fā)明不局限于此。用于提供切換到清潔模式的指令的操作構(gòu)件不局限于機(jī)械按鈕。例如，使用者可通過(guò)利用光標(biāo)鍵或指示按鈕對(duì)顯示在彩色液晶監(jiān)視器19上的菜單進(jìn)行選擇來(lái)發(fā)出指令。
切換到清潔模式可在正常照相機(jī)順序中被自動(dòng)執(zhí)行，例如當(dāng)電源被接通時(shí)，或者可根據(jù)拍攝操作的數(shù)量或者按日期來(lái)執(zhí)行。
電源電路110給照相機(jī)主體1的各部件提供在清潔模式下操作所需電力。同時(shí)，電源電路110檢測(cè)電源單元42的殘存電池壽命，并將該檢測(cè)值輸出到MPU 100。
當(dāng)MPU 100接收到在清潔模式下開(kāi)始操作的信號(hào)時(shí)，MPU100將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到壓電元件驅(qū)動(dòng)電路111。當(dāng)壓電元件驅(qū)動(dòng)電路111從MPU 100接收到該驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，壓電元件驅(qū)動(dòng)電路111產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)壓電元件430所需的周期性電壓，并將該電壓施加到壓電元件430。壓電元件430根據(jù)被施加的電壓膨脹或收縮。當(dāng)壓電元件430膨脹時(shí)，光學(xué)低通濾波器410被壓電元件430推動(dòng)，并沿垂直于光軸的方向(沿平面方向)移動(dòng)，從而推壓構(gòu)件440被壓縮移動(dòng)量。當(dāng)壓電元件430收縮時(shí)，光學(xué)低通濾波器410被推壓構(gòu)件440抵抗著壓電元件430推壓，因而光學(xué)低通濾波器410跟隨壓電元件430的收縮并相應(yīng)地移動(dòng)。在將周期性電壓施加到壓電元件430的同時(shí)，重復(fù)該行為，并且光學(xué)低通濾波器410跟隨壓電元件430的周期性膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)，從而光學(xué)低通濾波器410沿著垂直于光軸的方向振動(dòng)。
盡管已經(jīng)參考示范性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，應(yīng)理解本發(fā)明不限于已公開(kāi)的示范性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將給出最寬的解釋，以覆蓋所有變型、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，其包括攝像元件，其被構(gòu)造成將被攝體的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；光學(xué)構(gòu)件，其被構(gòu)造成將入射光束調(diào)制為預(yù)定光束，并將所述預(yù)定光束輸出，所述光學(xué)構(gòu)件具有基本上為矩形的形狀，并且沿著攝像光軸的方向被布置在所述攝像元件的前面；加振單元，其被構(gòu)造成沿垂直于所述攝像光軸的方向向所述光學(xué)構(gòu)件施加振動(dòng)；彈性支撐構(gòu)件，其被構(gòu)造成相對(duì)于所述攝像元件支撐所述光學(xué)構(gòu)件，以允許所述光學(xué)構(gòu)件自由地振動(dòng)；以及控制單元，其被構(gòu)造成控制由所述加振單元施加的所述振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其進(jìn)一步包括保持單元，其被構(gòu)造成保持所述光學(xué)構(gòu)件，其中，所述彈性支撐構(gòu)件被構(gòu)造成間接地支撐所述光學(xué)構(gòu)件，以便于所述光學(xué)構(gòu)件的振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像裝置，其特征在于，所述加振單元被設(shè)置在所述保持單元與所述光學(xué)構(gòu)件之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，所述加振單元是多層壓電元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，所述彈性支撐構(gòu)件由聚合物形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，所述光學(xué)構(gòu)件是光學(xué)低通濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，所述光學(xué)構(gòu)件是紅外截止濾波器。
全文摘要
一種具有異物除去功能的攝像裝置，其光學(xué)構(gòu)件被沿垂直于光軸的方向振動(dòng)，該光學(xué)構(gòu)件被相對(duì)于攝像元件鄰近被攝體布置，并且至少起到低通濾波器和紅外截止濾波器其中之一的作用。在光學(xué)構(gòu)件與攝像元件之間布置的彈性構(gòu)件防止光學(xué)構(gòu)件的振動(dòng)傳遞到使用中的攝像元件。
文檔編號(hào)H04N5/225GK1964435SQ200610058269
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者海原升二, 吉井浩, 塚谷榮理, 市來(lái)裕一, 平居太, 浦上俊史, 山本英明, 庭前裕樹(shù) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社