JP2006145814A

JP2006145814A - デジタルカメラ

Info

Publication number: JP2006145814A
Application number: JP2004335445A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kurosawa; 裕一黒澤
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US7566180B2; DE102005055434A1; US20060110156A1

Abstract

【課題】撮像素子の前側に配設した光学ＬＰＦによるカメラ厚さの増大を解消し、かつ光学ＬＰＦに付着した埃を安全に清掃することが可能なデジタルカメラを提供する。
【解決手段】複数の画素で構成される撮像素子２０と、撮像素子で撮像する被写体光を遮断可能なシャッタユニット１８と、撮像素子で撮像される被写体光を低域ろ波する光学ＬＰＦとを備えるデジタルカメラにおいて、光学ＬＰＦをシャッタユニット１８内のアパーチャ１８２としての透明樹脂で構成する。撮像素子とシャッタユニットとの間に光学ＬＰＦを配設する必要がなく、カメラの厚さ寸法を低減し、カメラの薄型化が可能になる。光学ＬＰＦの表面に埃が付着した場合でも、シャッタを開くことなく埃の除去が可能であり、シャッタを損傷することはない。
【選択図】図３

Description

本発明はＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ撮像素子を備えるデジタルカメラに関し、特にシャッタを備える一眼レフ方式のデジタルカメラに関するものである。

デジタルカメラで被写体を撮像するＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ撮像素子等の固体撮像素子は、極めて多数の画素（受光セル）が一定ピッチ寸法でＸＹ方向に周期的に配設されている。そのため、撮像素子で撮像される被写体像の空間周波数が撮像素子の画素ピッチ寸法との関係からモアレと称する偽色が発生する。このモアレを除去するために撮像素子の撮像面に光学ローパスフィルタ（以下、光学ＬＰＦと称する）を配設することが有効であり、特許文献１では撮像素子の撮像面に光学ＬＰＦを一体的に設けた技術が提案されている。このような光学ＬＰＦとしては、複屈折性有する水晶板やニオブ酸リチウム板が用いられるが、光を波長に依存して分離するグレーティングと称する回折格子や、色で異なるカットオフ特性が得られる位相フィルタ等も用いられる。
特開２００４−１７３１３９号公報

このような光学ＬＰＦを有する撮像素子を、一眼レフカメラのようなシャッタを備えたデジタルカメラに適用した場合には、シャッタと撮像素子との間に光学ＬＰＦが配設されることになる。例えば、図７に一眼レフカメラの一部の構成を示すように、カメラボディ１に設けられたレンズマウント２に装着される図には表れない撮影レンズの光軸上に可動ハーフミラー１１が配設され、この可動ハーフミラーの直上に焦点板１２、ペンタプリズム１３が配設され、接眼レンズ系１４を通して焦点板１２に結像された被写体像を視認するようになっている。また、前記可動ハーフミラー１１の背後にフォーカルプレーン方式のシャッタユニット１８が配設され、さらにこのシャッタユニット１８の背後に撮像素子２０が配設されており、シャッタを開いたときに被写体像を撮像素子２０で撮像するようになっている。さらに、前記撮像素子２０の前側に光学ＬＰＦ１９が配設されており、前述したように撮像素子で撮像する際にモアレが生じることを防止している。なお、通常の撮像素子では光学ＬＰＦに加えてＩＲ（赤外線）カットフィルタも撮像面の前に配設されるがここでは撮像素子２０の表面に設けられているカバーガラスと一体に形成されているものとする。なお、図７において可動ハーフミラー１１の下側には第２ミラー１６とＡＦモジュール１７が配設されているが、その説明は省略する。

このように、従来のカメラでは、シャッタユニット１８の後面と撮像素子２０の前面の撮像面との間に光学ＬＰＦ１９を配設しているが、この光学ＬＰＦ１９は前述のように複屈折性を有する透明板や回折格子等で構成されているために厚さ寸法が無視できないものであり、そのためにシャッタユニット１８と撮像素子２０との光軸方向の間隔が大きくなり、その分撮像素子２０をカメラの後側に後退させた位置に配設する必要がある。これによりカメラの光軸方向の長さ、すなわちカメラの前後方向の厚さ寸法が大きくなり、カメラの薄型化を図る上での障害になる。

また、シャッタを有するデジタルカメラにおいて光学ＬＰＦの表面に埃等が付着した場合には、シャッタを開いた状態で光学ＬＰＦの表面を清掃しているが、清掃の途中でバッテリ切れやＡＣアダプタが外れた場合、あるいはレリーズボタンをバルブ状態としていたときにレリーズボタンから指が外れたような場合にシャッタが閉じると、清掃器具がシャッタに干渉してシャッタが破損してしまうという問題も生じる。

本発明の目的は、以上のような撮像素子の前側に配設する光学ＬＰＦが要因となる問題を解消してカメラの薄型化を図ったデジタルカメラを提供するものである。また、本発明は光学ＬＰＦに付着した埃を安全に清掃することを可能にしたデジタルカメラを提供するものである。

本発明は、複数の画素で構成される撮像素子と、撮像素子で撮像する被写体光を遮断可能なシャッタユニットと、撮像素子で撮像される被写体光を低域ろ波する光学ＬＰＦとを備えるデジタルカメラにおいて、光学ＬＰＦをシャッタユニット内に内蔵したことを特徴とする。すなわち、シャッタユニットは光を透過しないシャッタ台板に前記被写体光を透過するアパーチャ部が設けられ、当該アパーチャ部を光学ＬＰＦとして構成する。この場合において、アパーチャ部はシャッタ台板と一体の透明樹脂により形成される構成とすることが好ましい。

本発明の好ましい形態としては、アパーチャ部は複屈折性の透明樹脂で構成される。あるいは、アパーチャ部はグレーティングを有する透明樹脂で構成される。これらの透明樹脂からなる光学ＬＰＦは被写体光を２点分離する構成である。

本発明によれば、撮像素子とシャッタユニットとの間に光学ＬＰＦを配設する必要がなく、撮像素子の撮像面をシャッタユニットの後面に可及的に近接配置して撮像素子が光軸後方に向けて突出する寸法を抑制でき、カメラの厚さ寸法を低減し、カメラの薄型化が可能になる。また、光学ＬＰＦを別部品として用意する必要がなく、低コスト化の面でも有利になる。さらに、光学ＬＰＦの表面に埃が付着した場合でも、シャッタを開くことなく埃の除去が可能であり、シャッタを損傷することはない。同時に、光学ＬＰＦの表面は撮像素子の撮像面よりもシャッタユニットの厚さ寸法に相当するだけ光軸方向の前方に位置されているので、付着した埃は撮像面においてボケた状態になり、撮像品質に影響を与えることは少ない。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明をデジタル一眼レフカメラに適用した実施例１の前面側から見た斜視図である。図１においてカメラボディ１の前面には図には表れない撮像レンズを装着するためのレンズマウント２が配設される。また、前記カメラボディ１の上面には回転レバー式のメインスイッチ３及び押下操作可能なレリーズボタン４と、各種撮影情報を表示するための撮影情報用ＬＣＤ（液晶表示装置）５と、各種撮影モードを設定するためのモード設定ダイヤル６が配設されている。前記レリーズボタン４は測光スイッチ及びレリーズスイッチとして機能するものであることは言うまでもない。

図２は前記カメラボディ１内の主要部の構成を示す断面構成図である。前記レンズマウント２に取着される図には表れない撮像レンズの光軸上に被写体光を反射する可動ハーフミラー１１が配設されており、この可動ハーフミラー１１の直上に被写体像を結像する焦点板１２が配設され、焦点板１３に結像した被写体像を左右反転するペンタプリズム１４が配設され、接眼レンズ系１４を通して被写体像を視認し、また測光素子１５で測光を行うようになっている。また、前記可動ハーフミラー１１の背後に第２ミラー１６が配設され、可動ハーフミラー１１を透過した被写体光の一部をＡＦ（自動焦点）モジュール１７に導いて被写体の測距ないしＡＦ制御を行うようになっている。このＡＦモジュール１７については公知の構成であるので詳細な説明は省略する。さらに、前記可動ハーフミラー１１の背後には、図３に外観斜視図を示すように、フォーカルプレーン方式のシャッタユニット１８が配設され、さらにその背後にＣＣＤ撮像素子またはＭＯＳ撮像素子で構成される撮像素子２０が配設されている。

前記シャッタユニット１８は、図３及びそのＡ−Ａ線断面図を図４に示すように、撮像レンズにより結像される被写体光を透過する矩形のアパーチャ部１８２を有する板状をしたシャッタ台板１８１と、このシャッタ台板１８１に固定され、シャッタ羽根１８３ａにより前記アパーチャ部１８２を開閉動作するシャッタ羽根部１８３と、前記シャッタ台板１８１の一側部に固定されて前記シャッタ羽根を開閉駆動するシャッタ駆動部１８４とを備えている。前記シャッタ羽根部１８３とシャッタ駆動部１８４の構成は公知の構成であるので詳細な説明は省略する。

一方、前記シャッタ台板１８１は、これまでは光を透過しない板材で構成し、そのほぼ中央領域に矩形の開口を設けてアパーチャ部を構成しているが、本発明では当該アパーチャ部１８２は光学ローパスフィルタとしての透明板で構成し、シャッタ台板１８１と一体に形成している。そして、図２に示したように、前記撮像素子２０の撮像面には図７の従来構成のような光学ローパスフィルタは設けてはおらず、撮像素子２０の前面は前記シャッタユニット１８の後面に可及的に近接した位置に配置されている。実際には、撮像素子２０はパッケージ化されており、その前面には保護用のカバーガラスが設けられているので、このカバーガラスの表面が前記シャッタユニット１８の後面に近接配置された構成となっている。

図５（ａ）は前記シャッタユニット１８の斜視図、図５（ｂ）はそのアパーチャ部１８２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。前述のようにシャッタ台板１８１はアパーチャ部１８２が後述するような透明樹脂１８２Ａで成形され、その周囲は光を透過しない不透明な樹脂、例えば黒色のＰＣ（ポリカーボネート）で成形されている。この成形には、異なる樹脂を同一金型で同時に成形する、いわゆる二色成形法が採用可能である。そして、前記アパーチャ部１８２を構成している透明樹脂１８２Ａは複屈折性を有する樹脂として形成される。すなわち、特定の樹脂は成形時の流動配向によって複屈折性をもつことが知られているので、成形の際に流動配向が特定の向きになるように金型を構成し、アパーチャ部１８２における主軸（結晶光軸）を決めてやれば所望の複屈折性が得られるようになり、これにより当該透明樹脂を所望の特性を有する光学ＬＰＦとして構成することが可能になる。

この実施例１では、図５（ａ）のように、アパーチャ部１８２を構成する透明樹脂１８２Ａを左右水平軸で撮像光軸に対して角度θで傾斜する方向に主軸が向くように流動配向を設定して成形を行っている。このように形成されたアパーチャ部１８２は、図５（ｂ）のように、厚さｔの複屈折性の透明樹脂１８２Ａを透過した被写体光は常光線Ｌo と異常光線Ｌe とが異なる屈折率で透過して撮像素子２０の撮像面において分離幅Ｐの間隔でそれぞれ結像されることになる。なお、図５（ｂ）の右端は撮像素子２０の撮像面の画素２０ａに対する各光線が投射される状態を示している。したがって、この分離幅Ｐの値を撮像素子２０の画素２０ａのピッチ寸法に対応して適切な値になるように設計することで、このアパーチャ部１８２の透明樹脂１８２Ａを光学ＬＰＦとして機能させることが可能になる。

ここで、常光線Ｌoの屈折率をｎo 、異常光線Ｌeの屈折率をｎeとすると、Ｐは次の通りになる。
Ｐ＝ｔ・(ｎe²−ｎo²)^. sin2θ／(ｎo²sin²θ＋ｎe²cos²θ)

例えば、Ｐ＝0.01ｍｍ、ｔ＝１ｍｍとしたとき、
ＰＥ（ポリエチレン）では、ｎo＝1.54、ｎe＝1.584 、θ＝10.6°
ＰＣ（ポリカーボネート）では、ｎo＝1.59、ｎe＝1.696 、θ＝4.75°
ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）では、ｎo＝1.52、ｎe＝1.547 、θ＝17.5°
となる。

このようにすることで撮像素子２０の撮像面の前側にシャッタユニット１８のアパーチャ部１８２を構成する透明樹脂１８２Ａとして光学ＬＰＦが配設されることになる。そのため、図７に示したように撮像素子２０とシャッタユニット１８との間に光学ＬＰＦ１９を配設する必要がなく、撮像素子２０の撮像面をシャッタユニット１８の後面に可及的に近接配置でき、シャッタユニット１８の後方に撮像素子２０が光軸方向に向けて突出する寸法を抑制でき、カメラの厚さ寸法を低減し、カメラの薄型化が可能になる。また、同時に光学ＬＰＦを撮像素子やシャッタユニットとは別に用意する必要がなく、かつこれを撮像素子やカメラボディに組み付ける工程も不要であり、低コスト化の面でも有利になる。一方、光学ＬＰＦの表面、すなわち透明樹脂１８２Ａの表面に埃が付着した場合には、可動ハーフミラーをアップ状態とすれば、カメラボディ１のレンズマウント２の開口を通して光学ＬＰＦ１８２Ａの表面が露呈されるため、容易に清掃することが可能であり、シャッタを損傷するようなこともない。また、仮に光学ＬＰＦ１８２Ａの表面に埃が付着した場合でもその表面は撮像素子２０の撮像面よりもシャッタユニット１８の厚さ寸法に相当するだけ光軸方向の前方に位置されているので、付着した埃は撮像面においてボケた状態になり、撮像品質に影響を与えることは少ない。

実施例１ではシャッタ台板１８１のアパーチャ部１８２を複屈折性の透明樹脂で形成しているが、グレーティングの透明樹脂で構成してもよい。図６（ａ）はグレーティングの透明樹脂１８２Ｂで構成したシャッタユニット１８の概略構成の斜視図であり、図６（ｂ）はそのＣ−Ｃ線の拡大断面図である。なお、実施例１と等価な部分には同一符号を付してある。ここで、グレーティングは透明樹脂１８２Ｂの背面に鋸歯状の凹凸縞を形成したものであり、ここではアパーチャ部１８２の左右水平方向に対して所要の角度で傾斜した縞状に形成している。前記グレーティングの透明樹脂１８２Ｂは回折格子として機能するものであり、グレーティングの法線と平行な０次回折光に対し、角度βの１次回折光を撮像素子の撮像面において分離幅Ｐで分離した撮像を生じさせる。したがって、この分離幅Ｐの値を撮像素子２０の画素２０ａのピッチ寸法に対応して適切な値になるように設計することで、実施例１の複屈折性の透明樹脂と同様にアパーチャ部１８２の透明樹脂１８２Ｂを光学ＬＰＦとして機能させることが可能になる。

ここで、光の波長をλ、グレーティング周期をｄ、グレーティング数をｎ、グレーティングのブレーズ角をθB、屈折率をｎ、回折次数をｍ、透明樹脂１８２Ｂのグレーティングから撮像面までの距離をｌとすると、次の式が成り立つ。
sinβ＝Ｎｍλ （１）
Ｎ＝１／ｄ（２）
ｎ・sinθB＝sin(θB＋β) （３）
θB＝tan^-1(Ｎｍλ／(ｎ−√[ ｌ−(Ｎｍλ)²])) （４）
tan β＝Ｐ／ｌ（５）

例えば、Ｐ＝0.01ｍｍ、ｌ＝５ｍｍ、λ＝５５０ｎｍのとき、Ｎ＝3636本とすると、
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタルクリレート）では、ｎ＝1.49、θB＝0.23°
ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＳ（ポリスチレン）では、ｎ＝1.59、θB＝0.19°
となる。

このようにすることで撮像素子２０の撮像面の前側にシャッタユニット１８のアパーチャ部１８２に光学ＬＰＦとして機能するグレーティングの透明樹脂１８２Ｂが配設されることになる。そのため、図７に示したように撮像素子２０とシャッターユニット１８との間に光学ＬＰＦ１９を配設する必要がなく、カメラの厚さ寸法を低減し、カメラの薄型化が可能になる。また、同時に光学ＬＰＦを撮像素子やシャッタユニットとは別に用意する必要がなく、かつこれを撮像素子やカメラボディに組み付ける工程も不要であり、低コスト化の面でも有利になる。一方、光学ＬＰＦとしてのアパーチャ部の表面に埃が付着した場合には、可動ハーフミラーをアップ状態とすれば、カメラボディのレンズマウントの開口を通して光学ＬＰＦの表面が露呈されるため、容易に清掃することが可能であり、シャッタを損傷するようなこともない。また、グレーティングの透明樹脂１８２Ｂ表面に埃が付着した場合でも、撮像素子２０の撮像面に対してボケるため、撮像品質に影響を与えることは少ない。

本発明における光学ＬＰＦは実施例１の複屈折性の透明樹脂や実施例２のグレーティングの透明樹脂に限られるものではなく、光学ＬＰＦとして機能する透明樹脂であれば本発明を同様に適用できる。また、実施例１，２はいずれもアパーチャ部を構成する透明樹脂をシャッタ台板と一体に成形した例を示しているが、シャッタ台板にアパーチャ部を開口し、この開口内に別体に形成した透明樹脂を嵌合あるいは接着して一体化することも可能である。ただし、この場合には透明樹脂を別部品として構成し、これを一体化するという工程が必要であるため、実施例１，２のような低コスト化の利益を受けることは難しい。

ここで、前記実施例では一眼レフカメラに適用した例を示したが、撮像素子の前側にシャッタを備えるデジタルカメラであれば本発明を同様に適用することが可能である。

本発明の実施例１のカメラを前面方向から見た斜視図である。カメラの主要部の内部構成を示す断面図である。カメラ内部の主要部の部分分解斜視図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。アパーチャ部を複屈折性の透明樹脂で構成した実施例１の斜視図とそのＢ−Ｂ線拡大断面図である。アパーチャ部をグレーティングの透明樹脂で構成した実施例２の斜視図とそのＣ−Ｃ線拡大断面図である。従来のカメラの内部構成を示す断面図である。

符号の説明

１カメラボディ
２レンズマウント
１８シャッタユニット
１９光学ＬＰＦ
２０撮像素子
１８１シャッタ台板
１８２アパーチャ部
１８２Ａ透明樹脂（複屈折）
１８２Ｂ透明樹脂（グレーティング）
１８３シャッタ羽根部
１８４シャッタ駆動部

Claims

複数の画素で構成される撮像素子と、前記撮像素子で撮像する被写体光を遮断可能なシャッタユニットと、前記撮像素子で撮像される被写体光を低域ろ波する光学ローパスフィルタとを備えるデジタルカメラにおいて、前記光学ローパスフィルタを前記シャッタユニット内に内蔵したことを特徴とするデジタルカメラ。
前記シャッタユニットは光を透過しないシャッタ台板に前記被写体光を透過するアパーチャ部が設けられ、当該アパーチャ部を前記光学ローパスフィルタで構成したことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記アパーチャ部は前記シャッタ台板と一体の透明樹脂により形成されていることを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
前記アパーチャ部は複屈折性の透明樹脂で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のデジタルカメラ。
前記透明樹脂はＰＥ（ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）であることを特徴とする請求項４に記載のデジタルカメラ。
前記アパーチャ部はグレーティングを有する透明樹脂で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のデジタルカメラ。
前記透明樹脂はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）であることを特徴とする請求項６に記載のデジタルカメラ。
前記光学ローパスフィルタは被写体光を２点分離する構成であることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のデジタルカメラ。
前記シャッタユニットはフォーカルプレーンシャッタであり、シャッタ羽根により開閉するシャッタ台板のアパーチャ相当部が前記光学ローパスフィルタで構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のデジタルカメラ。