JP2007047712A

JP2007047712A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2007047712A
Application number: JP2005234902A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nagano; 明彦長野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】気温の変化に伴う分極が生じにくく、帯電によるゴミの吸着を抑制することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】デジタルスチルカメラ１は、撮影レンズ５と固体撮像素子１０との間に光学ローパスフィルタ４を有する。光学ローパスフィルタ４は３枚の複屈折板４１，４２，４３から構成され、そのうちの２枚の複屈折板４１，４３はランタン（Ｌａ）、ガリウム（Ｇａ）、酸素（Ｏ）を含む結晶である。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に光学ローパスフィルタを有したデジタルスチルカメラ等の撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラは撮影光を電気的な信号に変換する固体撮像素子を有し、この固体撮像素子より出力される光電変換信号を画像処理することにより被写体像を再現している。

また、上記固体撮像素子の光電変換部を構成する画素は規則的に配列している。従って、撮像面上での被写体像中に、固体撮像素子の画素の配列周期で決まる空間周波数（ナイキスト周波数）より高い空間周波数の画像が含まれていると、再現された被写体像にはモアレや偽色が発生する。

そのため、一般的にデジタルスチルカメラには撮影光路中に水晶（ＳｉＯ_２）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の複屈折板からなる光学ローパスフィルタを配置する（例えば、特許文献１参照）。これにより、撮影光束を分離して固体撮像素子に導くことができ、モアレや２次元方向の偽色の発生を防止する。

図４は、従来の一眼レフタイプのデジタルスチルカメラの光学系の構成を概略的に示すブロック図である。ここで、１点鎖線にて図示するＺ軸は後述する撮影レンズ５００の光軸である。

図４において、デジタルスチルカメラ１００は、被写体光を撮像する撮影レンズ５００と、撮影レンズ５００からの被写体光の露出量を制御するフォーカルプレーンシャッター２００と、予定受光面に配される固体撮像素子１００とを備える。さらに、デジタルスチルカメラ１００は、フォーカルプレーンシャッター２００及び固体撮像素子１００の間に配される光学ローパスフィルタ４００を備える。

光学ローパスフィルタ４００は、３枚の複屈折板４０１，４０２，４０３を貼り合わせたものから成る。通常、この３枚の複屈折板は水晶で構成されるため、光学ローパスフィルタ４００の厚みは約２．４ｍｍとなる。一方、フォーカルプレーンシャッタ２００による固体撮像素子１００への露出量の精度は、フォーカルプレーンシャッタ２００と固体撮像素子１００との距離が短い程高くなる。

すなわち、通常より高い精度で露出量を制御することが要求される場合、フォーカルプレーンシャッタ２００と固体撮像素子１００との距離を短くすべく、両者の間に配置される光学ローパスフィルタ４００の厚さを薄くする必要がある。

従って、かかる要求のあるデジタルスチルカメラに使用される光学ローパスフィルタ４００の複屈折板には、複屈折率の大きいニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）が用いられており、これにより、光学ローパスフィルタ４００の厚さを薄くしている(例えば、特許文献２参照)。
特許２５０８４９９号公報特開２００１−１４７４０４号公報

しかしながら、ニオブ酸リチウムは焦電性が高いため、温度が変化すると分極の状態が変化して帯電し、光学ローパスフィルタ４００の近傍に浮遊するゴミを吸着してしまうという問題があった。

また、ニオブ酸リチウムの複屈折率は約０．０８５と大きく、一眼レフタイプのデジタルスチルカメラの光学ローパスフィルタ４００の複屈折板として用いる場合、複屈折板１枚の厚さが約０．１６ｍｍと大変薄くなる。

このため、複屈折板の取り扱いが難しくなって製造上の歩留まりが低下しコストがかかるという問題があった。

本発明の目的は、気温の変化に伴う分極が生じにくく、帯電によるゴミの吸着を抑制することができる撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、撮影レンズと固体撮像素子との間に光学ローパスフィルタを有した撮像装置において、該光学ローパスフィルタは１枚以上の複屈折板から構成され、該複屈折板のうち少なくとも１枚はランタン（Ｌａ）、ガリウム（Ｇａ）、酸素（Ｏ）を含む結晶であることを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置の光学ローパスフィルタは１枚以上の複屈折板から構成され、その複屈折板のうち少なくとも１枚はランタン（Ｌａ）、ガリウム（Ｇａ）、酸素（Ｏ）を含む結晶であるので、気温の変化に伴う分極が生じにくく、帯電によるゴミの吸着を抑制することができる。

好ましくは、上記結晶は、ランガナイト（Ｌａ_３Ｇａ_５．５Ｎｂ_０．５Ｏ_１４）又はランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）であることにより、従来高精度な露出制御が要求される撮像装置に用いられていたニオブ酸リチウムで構成される複屈折板が大変薄くその取り扱いが難しかったのに比べ、複屈折板を適度な厚みにでき、取り扱いが容易で製造上の歩留まりを向上させることができ、ひいてはコストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置である一眼レフタイプのデジタルスチルカメラの全体構成を概略的に示す図である。

図１において、デジタルスチルカメラ１は、撮影レンズ５を本体に連結するレンズマウント５０と、撮影レンズ５の予定結像面に配置されている固体撮像素子１０と、固体撮像素子１０への露出量を制御するフォーカルプレーンシャッター２とを備える。また、デジタルスチルカメラ１は、フォーカルプレーンシャッター２と固体撮像素子１０との間に配置されている光学ローパスフィルタ４と、固体撮像素子１０にて撮像された画像を表示する液晶表示素子９とを備える。さらに、デジタルスチルカメラ１は、接眼レンズ３で被写体像のピントがあうようにするピント板７と、撮影レンズからの光をピント板７に反射するハーフミラー６とを備える。

また、デジタルスチルカメラ１は、ピント板７で拡散した被写体光を接眼レンズ３に出射するよう光路変換するペンタダハプリズム８と、撮影レンズ５の焦点状態を検出する焦点検出ユニット３４とを備える。

撮影レンズ５は、便宜上２枚のレンズ５ａ、５ｂで図示しているが実際は多数枚のレンズで構成されている。

焦点検出ユニット３４は、ハーフミラー６を透過した光を受光して、撮影レンズ５の焦点状態を検出する。

光学ローパスフィルタ４は、図２に示すように、第１の複屈折板４１、第２の複屈折板４２、及び第３の複屈折板４３の３枚の複屈折板で構成され、これらは互いに貼り合わされている。

第１の複屈折板４１及び第３の複屈折板４３は、ランタン（Ｌａ）、ガリウム（Ｇａ）、酸素（Ｏ）にニオブ（Ｎｂ）を含んだ結晶である焦電性の小さいランガナイト（Ｌａ_３Ｇａ_５．５Ｎｂ_０．５Ｏ_１４）で構成されている。

第２の複屈折板４２は、水晶（ＳｉＯ_２）で構成され、第１の複屈折板４１と第３の複屈折板４３の間に配され、位相補償を行う。

また、第１の複屈折板４１、第２の複屈折板４２、及び第３の複屈折板４３は、図２に示すように、それぞれ矢印の方向の光学軸４１ａ，４２ａ，４３ａを有する。

すなわち、第１の複屈折板４１の光学軸４１ａの方向は、Ｙ−Ｚ平面内にあり、Ｚ−Ｘ平面に対して４５度の角度を有している。同様に、第３の複屈折板４３の光学軸４３ａの方向は、Ｚ−Ｘ平面内にあり、Ｘ−Ｙ平面に対して４５度の角度を有している。また、第２の複屈折板４２の光学軸４２ａの方向は、Ｘ−Ｙ平面内にあり、第１の複屈折板４１及び第３の複屈折板４３の光学軸のＸ−Ｙ平面への射影に対して４５度の傾きを有している。

このように、光学ローパスフィルタ４は焦電性の小さい３枚の複屈折板４１，４２，４３で構成されている。これにより、装着されるデジタルスチルカメラ１のまわりの気温の変化に伴う分極が生じにくく、帯電によるゴミの吸着を抑制することができる。

図３は、図１における光学ローパスフィルタ４の光線分離を説明するのに用いられる図であって、（ａ）は、図中Ｙ方向の光線の様子を示し、（ｂ）は、図中Ｘ方向の光線の様子を示す。

図３（ａ）において、まず、撮影レンズからの無偏光である被写体光が、ランガナイトで構成された第１の複屈折板４１に入射する。

この入射した被写体光に含まれる光線のうち、Ｙ方向と直交する偏光面を有した偏光は第１の複屈折板４１中を直進し、Ｙ方向と平行の偏光面を有した偏光は第１の複屈折板４１中で屈折する。

従って、第１の複屈折板４１に入射した１本の被写体光は、Ｙ方向に関して光線分離幅ｄ_１だけ離れた２本の直線偏光に分離され、第１の複屈折板４１から出射する。

この光線分離幅ｄ_１は、第１の複屈折板４１を構成するランガナイトの屈折率と基板の厚さｔ_１に依存する。ランガナイトの複屈折率は水晶の約３倍、ニオブ酸リチウムの約１／３であるため、第１の複屈折板４１を取り扱いが容易な適度の厚さとすることができる。

具体的には、第１の複屈折板４１を構成するランガナイトの屈折率は、異常屈折率ｎｅが１．９７４、常屈折率ｎｏが１．９５０であり、光線分離幅ｄ_１が６μｍであるので、第１の複屈折板４１の基板厚さｔ_１は０．５０ｍｍとなる。

次に、第１の複屈折板４１から出射した２本の直線偏光は、水晶で構成された第２の複屈折板４２の光学軸４２ａとそれぞれ４５度の角度をもって入射する。

この入射した２本の直線偏光は、第２の複屈折板４２中で円偏光に変換される。

このように第２の複屈折板４２をいわゆる１／４波長板とするには、第２の複屈折板４２を構成する水晶の屈折率に応じて基板の厚さｔ_２を所定の厚さとする必要がある。

具体的には、第２の複屈折板４２を構成する水晶の屈折率は、異常屈折率ｎｅを１．５５３、常屈折率ｎｏを１．５４４であるので、基板の厚さｔ_２は０．４０ｍｍととなる。

さらに、第２の複屈折板４２から出射した２本の円偏光は、ランガナイトで構成された第３の複屈折板４３に入射する。

第３の複屈折板４３の光学軸４３ａに対する上記２本の円偏光のＸ−Ｙ平面への射影はＹ方向と直交するため、いずれの円偏光も第３の複屈折板４３中をＹ方向には屈折することなく直進し、第３の複屈折板４３を出射する。一方、図３（ｂ）において、ランガナイトで構成された第１の複屈折板４１の光学軸のＸ−Ｙ平面への射影はＸ方向と直交する。

このため、撮影レンズからの無偏光である被写体光は、第１の複屈折板４１に入射したとき、Ｘ方向には屈折せずに第１の複屈折板４１から出射するが、上述のように第１の複屈折板４１では２本の直線偏光がＹ方向に分離して出射する。

第１の複屈折板４１から出射したこの２本の直線偏光は、第２の複屈折板４２に入射し、それぞれ上述のように円偏光となって出射する。さらに、第２の複屈折板４２から出射した２本の円偏光は、第３の複屈折板４３に入射する。

この入射した２本の円偏光のうち、Ｘ方向と直交する偏光面を有した偏光は第３の複屈折板４３中を直進し、Ｘ方向と平行の偏光面を有した偏光は第３の複屈折板４３中で屈折する。

従って、第３の複屈折板４３に入射した２本の円偏光は、Ｘ方向に関して光線分離幅ｄ_２だけ離れた２本の直線偏光に分離され、第３の複屈折板４３から出射する。

ここで、第１の複屈折板４１と同様に、光線分離幅ｄ_２は、第３の複屈折板４３を構成するランガナイトの屈折率と基板の厚さｔ_３に依存する。

具体的には、第３の複屈折板４３を構成するランガナイトの屈折率は、異常屈折率ｎｅが１．９７４、常屈折率ｎｏが１．９５０であり、光線分離幅ｄ_２が６μｍであるので、第３の複屈折板４３の基板厚さｔ_３は０．５０ｍｍとなる。

すなわち、第３の複屈折板４３をランガナイトで構成することにより、取り扱いが容易な適度の厚さとすることができる。

最終的には、光学ローパスフィルタ４に入射した１本の被写体光は４本の直線偏光に分離された後、固体撮像素子１０に入射するので、２次元方向の偽色が生じるのを防止できる。

以上のように、３枚の複屈折板４１，４２，４３から構成された光学ローパスフィルタ４において、第１の複屈折板４１及び第３の複屈折板４３をランガナイトで構成することにより、光学ローパスフィルタ４の厚さを約１．４０ｍｍに押さえることができる。

また、このように、光学ローパスフィルタ４の厚さを薄くすることができるので、不図示のフォーカルプレーンシャッタと固体撮像素子１０との間隔を短くすることができ、フォーカルプレーンシャッタによる露出制御の精度を高くすることができる。

さらに、従来高精度な露出制御が要求される一眼レフのデジタルスチルカメラに用いられていたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）で構成される複屈折板は１枚当たりの厚さが約０．１６ｍｍと大変薄く、その取り扱いが難しかった。これに対して、本発明に係るランガナイトで構成される複屈折板は１枚当たりの厚さが０．５ｍｍと適度な厚みがあるので、その取り扱いが容易で製造上の歩留まりを向上させることができ、ひいてはコストダウンを図ることができる。

尚、本実施の形態に係る光学ローパスフィルタ４は、３枚の複屈折板４１，４２，４３のうち２枚がランガナイトで構成されているが、光学ローパスフィルタ４の厚さを更に薄くするために全ての複屈折板をランガナイトで構成してもよい。

また、コンパクトデジタルカメラ等の撮像装置では、光学ローパスフィルタを１枚のランガナイトから成る複屈折板で構成してもよい。

さらに、本実施の形態では、焦電性の低い複屈折板としてランガナイトを使用した例を示したが、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）を使用してもよい。

本発明の実施の形態に係る撮像装置である一眼レフタイプのデジタルスチルカメラの全体構成を概略的に示す図である。図１のデジタルスチルカメラの光学系の構成を概略的に示すブロック図である。図１における光学ローパスフィルタの光線分離を説明するのに用いられる図であって、（ａ）は、図中Ｙ方向の光線の様子を示し、（ｂ）は、図中Ｘ方向の光線の様子を示す。従来の一眼レフタイプのデジタルスチルカメラの光学系の構成を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

２フォーカルプレーンシャッター
５撮影レンズ
１０固体撮像素子
４０光学ローパスフィルタ
４１第１の複屈折板
４２第２の複屈折板
４３第３の複屈折板

Claims

撮影レンズと固体撮像素子との間に光学ローパスフィルタを有した撮像装置において、該光学ローパスフィルタは１枚以上の複屈折板から構成され、該複屈折板のうち少なくとも１枚はランタン（Ｌａ）、ガリウム（Ｇａ）、酸素（Ｏ）を含む結晶であることを特徴とする撮像装置。
前記結晶は、ランガナイト（Ｌａ_３Ｇａ_５．５Ｎｂ_０．５Ｏ_１４）であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記結晶は、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。