JP2007322981A - カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮影光路内にハーフミラーを配置したカメラにおいて、ハーフミラーによって画質の均一性が損なわれないようにしたカメラを提供する。
【解決手段】画面上端の主光線２５のクイックリターンミラー１１への入射角をε１、画面中心の主光線２１のクイックリターンミラー１１への入射角をε２、画面下端の主光線２３のクイックリターンミラー１１への入射角をε３とすると、これらの入射角はいずれも等しく、ε１＝ε２＝ε３の関係を満たしている。主光線のクイックリターンミラー１１への入射角がどこでも等しいことから、ハーフミラーの厚さが均一であるにも係わらず、ハーフミラーでの光路長が等しい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、撮影レンズを通過した光束を２方向に分割するハーフミラーを有するカメラに関する。

撮影レンズを通過した被写体像を記録するカメラには、被写体像を撮像素子等によって記録するための光路と、撮影レンズを通過した被写体像を光学的に観察するための観察光学系（ファインダ光学系）への光路等を有するものがある。このような複数の光路の切換は、一般的には可動に構成された全反射ミラーによっている。しかし、可動反射ミラーによる切換では、例えば、撮像素子によって撮像した被写体像を表示させる所謂スルー画表示（ライブビュー表示、電子ファインダとも言う）と、光学ファインダで被写体像を表示させることを同時に行うことや、また、スルー画表示を行いながら、観察光学系内に配置されたＴＴＬ（Trough The Lens）位相差ＡＦ（Auto Focus）方式の測距装置による測距動作を同時に行う等、同時に２つの機能を果たすことができないという不具合がある。

前者の不具合の解決方法として、特許文献１には、可動ミラーをハーフミラーで構成し、ハーフミラーによる反射光を光学ファインダに導くと共に、ハーフミラーの透過光を撮像素子に導くことにより、光学ファインダでの表示を行うと同時にスルー画表示も行うことが開示されている。また、後者の不具合の解決方法として、特許文献２には、可動ミラーをハーフミラーで構成し、撮影光学系を通過した被写体光束を撮像素子と位相差ＡＦセンサの両方に導くようにしたデジタルカメラが開示されている。この構成によれば、撮像素子による被写体像の表示を行いながら位相差ＡＦも可能となる。
特開２００１−１８６４０１号公報 特開２００２−６２０８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されたハーフミラーでは、ハーフミラーを透過する主光線の入射角度はハーフミラーの位置によって異なるので、各像高によって光路長が変化し、そのため各像高の収差に差が生じてしまう。このため、例えば、画面中心部の光路長変化分を補正したとしても、各像高における光路長は均一にならないので、被写体像の画質の均一性が損なわれてしまう新たな不具合が生ずる。この不具合について、図６および図７を用いて説明する。

撮影レンズ１０３と撮影平面１０５の間にハーフミラーで構成されたクイックリターンミラー１０１が、撮影光軸１１１に対してほぼ４５°傾いて配置されている。撮影平面１０５上で撮影範囲の上端にあたる画面上端１０５ａに到達する主光線１１５は撮影光軸に対してθ１傾いている。この主光線１１５はクイックリターンミラー１０１の入射点１０１ａで一部反射され一部が透過する。この透過光は光路長Ｌ１でクイックリターンミラー１０１を通過する。また、画面中心の主光線１１３は、クイックリターンミラー１０１の入射点１０１ｂで一部が反射され一部が入射し、光路長Ｌ２でクイックリターンミラー１０１を通過し、撮影平面上の画面中心１０５ｂに到達する。同様に、撮影平面１０５上で撮影範囲の下端にあたる画面下端１０５ｃの主光線１１７は撮影光軸に対してθ２傾いている。この主光線１１７は、クイックリターンミラー１０１の入射点１０１ｃで一部が反射され一部が入射し、光路長Ｌ３でクイックリターンミラー１０１を通過し、撮影平面上の画面下端１０５ｃに到達する。

このように各主光線１１３、１１５、１１７はクイックリターンミラー１０１を透過するが、クイックリターンミラー１０１への入射角は異なるため、各光路長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は異なっている。図７は前述の入射点１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを同一点に描き直したものである。図から分かるように、入射角が異なることから光路長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ異なっており、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係となっている。クイックリターン１０１が撮影光路から退避した状態で最良の画像となるように撮影レンズ１０３は光学設計されているために、クイックリターンミラー１０１を透過する際の光路長が、主光線の入射角によって異なると、撮影平面１０５上の画像中心からの距離によって収差が異なってしまい、画質が均一にならないという不具合が生じてしまう。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、撮影光路内にハーフミラーを配置したカメラにおいて、ハーフミラーによって画質の均一性が損なわれないようにしたカメラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係わるカメラは、撮影光学系からの光束を撮影可能な撮像手段と、撮影光学系からの光束を２方向に分割するハーフミラーを具備するカメラにおいて、上記ハーフミラーは、各像高において、主光線がハーフミラーに入射する角度と、ハーフミラーの入射面の関係が、ほぼ一定となるように面形状を構成する。

第２の発明に係わるカメラは、上記第１の発明において、上記ハーフミラーは、厚みが均一な曲面にて構成される。
また、第３の発明に係わるカメラは、上記第１の発明において、上記ハーフミラーの反射光束は、ファインダ光学系もしくは測距光学系に導かれる。
さらに、第４の発明に係わるカメラは、上記第１の発明において、上記ハーフミラーは撮影光路内に進退可能である。
さらに、第５の発明に係わるカメラは、上記第４の発明において、上記ハーフミラーが上記撮影光路から退避した状態の第１の撮影モードと、上記ハーフミラーが上記撮影光路内に位置する状態の第２の撮影モードの、２種類の撮影状態が選択可能である。

上記目的を達成するため第６の発明に係わるカメラは、撮影光学系からの光束を撮影可能な撮像手段と、上記撮影光学系からの光束を２方向に分割可能なハーフミラー手段を具備するカメラにおいて、上記ハーフミラーは、ハーフミラー全面において、主光線がハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるような面形状である。

第７の発明に係わるカメラは、上記第６の発明において、上記ハーフミラーは厚みが均一な曲面にて構成される。
また、第８の発明に係わるカメラは、上記第６の発明において、上記ハーフミラーは撮影光路内に進退可能である。
さらに、第９の発明に係わるカメラは、上記第８の発明において、上記ハーフミラーが上記撮影光路から退避した状態の第１の撮影モードと、上記ハーフミラーが上記撮影光路内に位置する状態の第２の撮影モードの、２種類の撮影状態が選択可能である。

本発明によれば、ハーフミラーは、各像高において、主光線がハーフミラーに入射する角度と、ハーフミラーの入射面の関係が、ほぼ一定となるように面形状を構成しており、または、ハーフミラーは、ハーフミラー全面において、主光線がハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるような面形状に構成したので、ハーフミラーによって画質の均一性が損なわれないようにしたカメラを提供することができる。

以下、図面に従って本発明を適用したデジタルカメラを用いて好ましい一実施形態について説明する。図１は、ハーフミラーで構成されたクイックリターンミラー１１である。このクイックリターンミラー１１の厚さは一定である。収差を抑えるために、前述の図６および図７において、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３とすることが必要となるが、ハーフミラーの厚さが一定の場合には、入射する主光線とハーフミラーのなす角度を一定となるように、クイックリターンミラー１１の曲面を構成すればよい。言い換えると、ハーフミラーに入射する主光線の入射角度に係わらずハーフミラーを通過する光学的距離、すなわち光路長が一定となるようにハーフミラーの曲面を変化させればよい。

図１において、主光線２１はクイックリターンミラー１１の面１１ａに入射し、このときの光路長はＬ１である。この主光線２１に対して、θ１の角度をなす主光線２３が入射するクイックリターンミラー１１の面１１ｂは、面１１ａに対してθ１の角度だけ傾けるようにすれば良い。図１は異なる主光線１１ａ、１１ｂが同じ位置に入射するとしたが、実際には、角度の異なる主光線はそれぞれ異なる位置に入射する。そこで、クイックリターンミラー１１の主光線の入射位置に応じての面の角度を変え、曲面で構成する。

クイックリターンミラー１１が撮影光軸に対して４５°傾いているとすると、撮影光軸より下側の主光線は、図１の主光線２３と同じ側にあり、下側に向かえば向かうほど、そのなす角度θ１は大きくなる。同様に、撮影光軸より上側の主光線は図１の主光線２３とは反対側にあり、そのなす角度は、下側の場合とは逆向きになる。 この関係を図２に示す。すなわち、画面上端の主光線２５のクイックリターンミラー１１への入射角をε１、画面中心の主光線２１のクイックリターンミラー１１への入射角をε２、画面下端の主光線２３のクイックリターンミラー１１への入射角をε３とすると、これらの入射角はいずれも等しく、ε１＝ε２＝ε３の関係を満たしている。主光線のクイックリターンミラー１１への入射角がどこでも等しいことから、ハーフミラーの厚さが均一であるにも係わらず、ハーフミラー中の光路長を等しくすることができる。このため撮影平面上の像高方向で収差が変化することがなく、画質の劣化を防止することできる。なお、図２においてクイックリターンミラー１１の曲面は、理解を容易にするために、曲面の曲率を実際より誇張して描いてある。

以上の説明は、カメラの高さ方向、いわゆる像高方向についてであったが、像高方向と直交する方向についても同様に、クイックリターンミラー１１の曲面を構成すれば、撮影画面全体で、収差を一定にすることができ、画質の低下を防止することができる。図３（Ａ）に示すように、主光線２１は、撮影平面１５上の画面中心１５ｂに入射し、クイックリターンミラー１１のハーフミラーの光路長はＬ２である。撮影平面１５上の画面右端１５ａに入射する主光線２７は、主光線２１とγ１の角度をなし、ハーフミラーでの光路長はＬ１である。また、撮影平面１５上の画面左端１５ｃに入射する主光線２９は、主光線２１とγ２の角度をなし、光路長はＬ３である。

クイックリターンミラー１１のハーフミラーの厚さを均一とするためには、像高方向の場合と同様に、主光線に対して入射角が一定となるように、ハーフミラーの曲面を図３（Ｂ）のように構成する。すなわち、画面中心１５ｂに到達する主光線２１は、クイックリターンミラー１１に直交（９０°）するように入射させ、撮影画面の上端１５ａに入射する主光線２７と、撮影画面の下端１５ｃに入射する主光線２９に対しても直交となるようにハーフミラー面を曲面で構成する。なお、図３（Ｂ）においても、クイックリターンミラー１１の曲面は、理解を容易にするために、曲面の曲率を実際よりは誇張して描いてある。

カメラの像高方向およびこれと直交する水平方向の両方向について、クイックリターンミラー１１のハーフミラーを透過する際の光路長が等しくなるように、ハーフミラーの曲面を構成すると、全体としてお椀形状となる。実際の製造にあたっては、厳密に光路長を一致させなくても、収差が所定範囲内に収まるように、放物線や二次関数曲線に近似しても良い。

次に、図４を用いて、クイックリターンミラー１１を組み込んだデジタルカメラの第１実施形態について説明する。このデジタルカメラは、レンズ鏡筒３０とカメラ本体４０から構成され、両者は一体もしくは着脱自在に構成されている。レンズ鏡筒３０内には、被写体像を結像するための撮影レンズ３１が配置され、カメラ本体４０内のミラーボックスに、前述のハーフミラーで構成されたクイックリターンミラー１１が配設されている。このクイックリターンミラー１１は被写体像を観察するときには、図示の如く撮影光軸に対してほぼ４５°の位置に介挿され、撮影時には、上昇位置にミラーアップする。

クイックリターンミラー１１による反射された被写体光束を受ける位置に測距ユニット４１が配置されている。測距ユニット４１は、ＴＴＬ位相差方式による測距を行うユニットであり、クイックリターンミラーの反射光路上に、反射光を集光するためのレンズ４５と、このレンズ４５で集光された被写体光束を反射するための反射ミラー４７と、１次結像面４３で結像した被写体像を再結像させるための再結像レンズ４９、および結像された被写体像を受光し、光電変換信号を出力する測距センサ５１から構成される。この測距センサ５１は、いわゆるＴＴＬ位相差法による測距センサである。また、クイックリターンミラー１１を透過した被写体光束が結像する位置には撮像素子５３が配置されている。撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等が用いられる。なお、１次結像面４３は、撮影レンズ３１から撮像素子５３までの距離と等価となる位置である。

このように第１実施形態におけるデジタルカメラは構成されているので、被写体像の観察時には、クイックリターンミラー１１は、図４に示すように撮影光路中に介挿されたダウン状態となっている。このときには、撮影レンズ３１からの被写体光束の一部は、各主光線に対して光路長が等しくなるような曲面で構成されたクイックリターンミラー１１を透過し、撮像素子５３上に結像し、撮像素子５３は光電変換信号を出力する。この光電変換信号に基づいて画像データを生成し、図示しない液晶モニタ等の表示装置によって被写体像を表示する。撮影者は表示装置を観察しながら、フレーミングをすることができる。

また、撮影レンズ３１からの被写体光束の残りの一部は、クイックリターンミラー１１によって反射され、１次結像面４３に結像された被写体像が測距センサ５１上に再結像される。図示しないレリーズ釦の半押しがなされると、測距センサ５１の出力に基づいてＴＴＬ位相差方式によって撮影レンズ３１の焦点ズレ量が検出される。この焦点ズレ量を用いて、カメラの制御手段は撮影レンズ３１のピント合わせを行う。また、クイックリターンミラー１１によって反射された被写体光束の一部は、測距ユニット４１中に配設された測光素子（不図示）によって受光され、レリーズ釦の半押しによって測光動作が行われる。

そして、レリーズ釦の全押しがなされると、撮像素子５３による撮像動作が行われる。すなわち、クイックリターンミラー１１は撮影レンズ３１からの被写体光束を妨げない位置にアップ動作を行い、被写体光束の全部が直接、撮像素子５３上に結像し、光電変換され、この光電変換信号に基づく画像データが図示しない記録媒体に記録される。

以上のように第１実施形態のデジタルカメラは、クイックリターンミラー１１のハーフミラー面が、主光線に対して、一定の入射角度となるように、パワー（曲率）を変化させているので、ハーフミラーを透過する際の光路長を一定にすることができる。このため、撮像素子５３上に結像する被写体像の収差が、画像中心からの距離によって変化することがなく、ハーフミラーによって画質の均一性が損なわれないようにすることができる。言い換えると、主光線がハーフミラーを透過する際の光路長を、ハーフミラーのほぼ全面において、等しくなるように構成している。本実施形態によれば、ほぼ均一な厚みのハーフミラーで製造できる。

次に、図５を用いて、クイックリターンミラー１１を組み込んだデジタルカメラの第２実施形態について説明する。第１実施形態のデジタルカメラは、被写体像を撮像素子５３の出力に基づいて表示装置に表示していたが、第２実施形態では、光学ファインダを設け、これによって被写体像を観察できるようにしている。図４に示すデジタルカメラと同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

クイックリターンミラー１１からの反射光を受光する位置であって、撮像素子５３と光学的に等価な位置にフォーカシングスクリーン６１が配設されている。このフォーカシングスクリーン６１はマット面で構成され、被写体像が結像される。フォーカシングスクリーン６１の上方には、フォーカシングスクリーン６１で結像された被写体像を左右および上下を反転させ正立像するためのペンタプリズム６３が配設されている。このペンタプリズム６３の出射側に接眼レンズ６５が配設され、この接眼レンズ６５を介して被写体像を観察できる。

クイックリターンミラー１１の後方に撮像素子５３が配置され、被写体像を光電変換し、画像データを取得する点は、第１実施形態と同様である。この第２実施形態では、光電変換信号に基づいて被写体像のコントラストを検出し、コントラストが最大になるようにして撮影レンズ３１のピント合わせを行う、いわゆるコントラストＡＦが組み込まれている。

このように第２実施形態におけるデジタルカメラは構成されているので、被写体像の観察時には、クイックリターンミラー１１は、図５（Ａ）に示すように撮影光路中に介挿されたダウン状態となっている。このとき、撮影レンズ３１からの被写体光束の一部は、クイックリターンミラー１１によってフォーカシングスクリーン６１に反射される。フォーカシングスクリーン６１、ペンタプリズム６３、および接眼レンズ６５からなる光学ファインダによって、正立の被写体像が生成され、撮影者はこの被写体像を、接眼レンズ６５を介して観察することができる。撮影者は光学ファインダによって被写体像を観察しながら、フレーミングをすることができる。

また、撮影レンズ３１からの被写体光束の残りの一部は、クイックリターンミラー１１を透過し、撮像素子５３上に結像し、撮像素子５３は光電変換信号を出力する。図示しないレリーズ釦の半押しがなされると、光電変換信号に基づいてコントラストＡＦによって撮影レンズ３１のピント合わせを行う。また、この光電変換信号に基づいて、レリーズ釦の半押しによって測光動作が行われる。

そして、レリーズ釦の全押しがなされると、第１実施形態と同様にして、撮像素子５３による撮像動作が行われる。すなわち、クイックリターンミラー１１は撮影レンズ３１からの被写体光束を妨げない位置にアップ動作を行い、被写体光束の全部が直接、撮像素子５３上に結像し、光電変換され、この光電変換信号に基づく画像データが図示しない記録媒体に記録される。

以上のように第２実施形態のデジタルカメラにおいても、クイックリターンミラー１１のハーフミラー面が、主光線に対して、一定の入射角度となるように、パワー（曲率）を変化させているので、ハーフミラーを透過する際の光路長を一定にすることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、被写体像の表示方法として、第１実施形態では、スルー画表示機能を採用し、第２実施形態では光学ファインダを採用したが、設計思想に応じて適宜選択することができる。

なお、本実施形態においては、ハーフミラーはクイックリターンミラー１１によって可動に構成したが、これに限らず、固定するようにしても構わない。この場合には、被写体像の記録はハーフミラーを通しての被写体像となるが、ハーフミラーを駆動するための駆動機構を省略することができる。なお、第２実施形態では、スクリーン６１として平板状の部材をレイアウトしている。クイックリターンミラー１１を曲面にした場合、厳密にはスクリーン６１までの光路長が各像高で変化してしまう。図５では説明を容易にするために、曲率を誇張しているが、実際にはわずかな量であり、スクリーン６１で観察する際の精度としては全く問題のない量である。

以上説明したように、第１および第２実施形態においては、図２に示すように、クイックリターンミラー１１のハーフミラーは、各像高において、主光線がハーフミラーに入射する角度と、ハーフミラーの入射面の関係が、ほぼ一定となるように面形状を構成しており、またはハーフミラーは、ハーフミラー全面において、主光線がハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるような面形状に構成したので、ハーフミラーによって画質の均一性が損なわれないようにすることができる。

なお、第１および第２実施形態においては、デジタルカメラに適用した例を説明したが、デジタルカメラとしては携帯電話等の各種装置に内蔵されているものでもよく、また顕微鏡、双眼鏡等の各種装置に取り付けられる専用デジタルカメラでも良い。さらに、デジタルカメラに限らず、フィルム等に画像を記録するカメラにも適用できる。いずれにしても、光学レンズからの光路をハーフミラーによって切換等を行うカメラであれば良い。

本発明の第１実施形態におけるハーフミラーに入射する主光線と光路長の関係を示す図である。 本発明を第１実施形態における像高方向に沿ったハーフミラーの形状を示す図である。 本発明の第１実施形態における像高方向と直交する水平方向に沿ったハーフミラーの形状を示す図であり、（Ａ）は光路長を一定にする前のハーフミラーの形状であり、（Ｂ）は光路長を一定にしたハーフミラーの形状を示す図である。 本発明の第１実施形態におけるハーフミラーを組み込んだデジタルカメラの断面方向の内部構造図である。 本発明の第２実施形態におけるハーフミラーを組み込んだデジタルカメラの断面方向の内部構造図であり、（Ａ）はファインダ観察時であり、（Ｂ）は撮影時を示す。 本発明の課題を説明するための、撮影レンズ、ハーフミラーおよび撮影平面との関係を示す図である。 本発明の課題を説明するための、ハーフミラーに入射する主光線と光路長の関係を示す図である。

符号の説明

１１ クイックリターンミラー
１５ 撮影平面
１５ａ 画面右端
１５ｂ 画面左端
２１、２３、２５、２７ 主光線
３０ レンズ鏡筒
３１ 撮影レンズ
４０ カメラ本体
４１ 測距ユニット
４３ １次結像面
４５ 集光レンズ
４７ 反射ミラー
４９ 再結像レンズ
５１ 測距センサ
５３ 撮像素子
６１ フォーカシングスクリーン
６３ ペンタプリズム
６５ 接眼レンズ

Claims (9)

1. 撮影光学系からの光束を撮影可能な撮像手段と、
   撮影光学系からの光束を２方向に分割するハーフミラーを具備するカメラにおいて、
   上記ハーフミラーは、各像高において、主光線がハーフミラーに入射する角度と、ハーフミラーの入射面の関係が、ほぼ一定となるように面形状を構成したことを特徴とするカメラ。
2. 上記ハーフミラーは、厚みが均一な曲面にて構成されることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 上記ハーフミラーの反射光束は、ファインダ光学系もしくは測距光学系に導かれることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
4. 上記ハーフミラーは撮影光路内に進退可能であることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
5. 上記ハーフミラーが上記撮影光路から退避した状態の第１の撮影モードと、上記ハーフミラーが上記撮影光路内に位置する状態の第２の撮影モードの、２種類の撮影状態が選択可能な請求項４に記載のカメラ。
6. 撮影光学系からの光束を撮影可能な撮像手段と、
   上記撮影光学系からの光束を２方向に分割可能なハーフミラー手段と、
   を具備するカメラにおいて、
   上記ハーフミラーは、ハーフミラー全面において、主光線がハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるような面形状であることを特徴とするカメラ。
7. 上記ハーフミラーは厚みが均一な曲面にて構成されることを特徴とする請求項６に記載のカメラ。
8. 上記ハーフミラーは撮影光路内に進退可能であることを特徴とする請求項６に記載のカメラ。
9. 上記ハーフミラーが上記撮影光路から退避した状態の第１の撮影モードと、上記ハーフミラーが上記撮影光路内に位置する状態の第２の撮影モードの、２種類の撮影状態が選択可能な請求項８に記載のカメラ。