JP2007322982A - 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】主光線２１、２３、２５はクイックリターンミラー１１のハーフミラーの入射点１１ｂ、１１ｃ、１１ａにそれぞれ入射し、一部が透過する。透過部分の光路長はそれぞれＬ２、Ｌ３、Ｌ１である。いずれの主光線に対しても光路長が等しく、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つように、ハーフミラーの楔形状としている。
【選択図】 図１

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４および図５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５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方向に分割する光学手段と、分割された光束に対して被写体像を観察可能なファインダ光学系を具備し、上記光学手段は、撮影光軸に対して傾けて配置された楔状のハーフミラーである。

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、このハーフミラーの傾斜方向に対して楔形状となっている。
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１の発明において、上記ハーフミラーが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、上記撮影光学系内において撮影光軸に対して傾けて配置された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、傾斜方向において、各像高における主光線が上記ハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるように上記ハーフミラーを楔状に構成する。

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撮影光路内に進退可能である。
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、上記ハーフミラーが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、撮影光軸に対して傾けて配置された楔状のハーフミラーを具備し、または、傾斜方向において、各像高における主光線が上記ハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるように上記ハーフミラーを楔状に構成したので、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は平面で形成されており、収差を抑えるために、前述の図４および図５において、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３とすることが必要となる。ハーフミラーが平面で形成されている場合には、ハーフミラーの厚さが、傾斜方向において、各像高における主光線が上記ハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるようにハーフミラーを楔状に形成すればよい。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厚さ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の入射点１１ｂに入射し、一部が反射され、一部が透過する。透過部分の光路長はＬ２である。この主光線２１より上側を通る主光線２５は、クイックリターンミラー１１の入射点１１ａに入射し、一部が反射され、一部が透過する。透過部分の光路長はＬ１である。同様に、主光線２１より下側を通る主光線２３は、クイックリターンミラー１１の入射点１１ｃに入射し、一部が反射され、一部が透過する。透過部分の光路長はＬ３である。前述したように、このクイックリターンミラー１１のハーフミラーは、いずれの主光線に対しても光路長を等しくしているので、光路長Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つように、ハーフミラーの楔形状を決めている。

クイックリターンミラー１１は撮影光軸に対して４５度、傾いているので、クイックリターンミラー１１の法線と上側の主光線２５のなす角度は４５度よりも大きくなり、主光線２３では４５度よりも小さくなる。全体にハーフミラーの楔形状は下側の厚さの方があつくなり、楔状ハーフミラーの上側の厚さｔ１と下側の厚さｔ２の間では、ｔ１＜ｔ２の関係が成り立つ。このような楔形状のハーフミラーとすることにより、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１においてクイックリターンミラー１１の面は、理解を容易にするために、実際より誇張して描いてある。なお、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すれば良い。

次に、図２（Ａ）、（Ｂ）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の後方であって、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、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。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、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。

また、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。

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２（Ａ）に示すように撮影光路中に介挿され、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、被写体の構図を決めることができる。

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可能である。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、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、図２（Ｂ）に示すように、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においては、クイックリターンミラー１１のハーフミラーを、その厚さが変化した楔形状としているので、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、平面を使ってハーフミラーで製造できる。

次に、図３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、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たが、第２実施形態では、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するようにしている。図２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。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３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、撮影構図を決めることができる。

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２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、主光線に対しての入射位置が変化してもハーフミラー内の光路長が一定となるようにハーフミラーの厚さを楔状に変化させているので、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、光学ファインダを採用し、第２実施形態ではスルー画表示機能を採用したが、設計思想に応じて適宜選択することができる。なお、第２実施形態では、クイックリターンミラー１１のダウン状態においては、アップ状態に比べて、上下方向の撮影範囲が屈折によって、わずかに変化する。ダウン状態とアップ状態の画像で中心を一致させる必要がある場合には、撮像素子の撮影範囲を変化させれば良い。また、厳密には本実施形態の特徴であるくさび形状の影響でも上下方向の変化が僅かに生じるが、この分も合わせて補正しても良い。

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。

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、クイックリターンミラー１１は、撮影光軸に対して傾けて配置された楔状のハーフミラーを具備し、または、傾斜方向において、各像高における主光線が上記ハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるようにハーフミラーを楔状に構成したので、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
２１、２３、２５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 (8)

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方向に分割する光学手段と、
   分割された光束に対して被写体像を観察可能なファインダ光学系と、
   を具備し、上記光学手段は、撮影光軸に対して傾けて配置された楔状のハーフミラーであることを特徴とするカメラ。
2. 上記ハーフミラーは、このハーフミラーの傾斜方向に対して楔形状となってい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１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、
   上記撮影光学系内において撮影光軸に対して傾けて配置された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、傾斜方向において、各像高における主光線が上記ハーフミラーを通過する距離がほぼ等しくなるように上記ハーフミラーを楔状に構成したことを特徴とするカメラ。
7. 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。
8. 上記ハーフミラーが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６に記載のカメラ。