JP2013156379A - 光分離ユニットおよび撮像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置におけるローパスフィルタの特性を変化させる。
【解決手段】入射した被写体像を偏光方向に応じて分離する入射側複屈折部と、前記入射側複屈折部から射出された被写体像の一の偏光方向をそのまま射出するとともに、他の偏光方向を外部からの電気的制御により回転するかしないかを切り替えて射出する液晶部と、前記液晶部から射出した被写体像を偏光方向に応じて分離する射出側複屈折部とを備える光分離ユニットが提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は光分離ユニットおよび撮像ユニットに関する。

撮像装置において、複屈折板の光学軸を回転させることによりローパスフィルタの特性を変化させることが提案されている。（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００７−１４２９５２号公報

しかしながら、画素加算等によりイメージセンサの解像度が大幅に変化した場合には、ローパスフィルタの特性を追従して変化させることができない。また、ローパスフィルタの効果をキャンセルすることもできない。

本発明の一態様として、入射した被写体像を偏光方向に応じて分離する入射側複屈折部と、前記入射側複屈折部から射出された被写体像の一の偏光方向をそのまま射出するとともに、他の偏光方向を外部からの電気的制御により回転するかしないかを切り替えて射出する液晶部と、前記液晶部から射出した被写体像を偏光方向に応じて分離する射出側複屈折部とを備える光分離ユニットが提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。 一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。 撮像素子３３０の模式的斜視図である。 撮像素子３３０の模式的斜視図である。 ローパスフィルタ５１の模式的斜視図である。 撮像ユニット５０１の模式図である。 撮像ユニット５０１の模式図である。 撮像ユニット５０２の模式図である。 撮像ユニット５０２の模式図である。 撮像ユニット５０３の模式図である。 撮像ユニット５０３の模式図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。一眼レフカメラ１００は、レンズユニット２００およびカメラ本体３００を含む。

レンズユニット２００は、固定筒２１０、レンズ２２０、２３０、２４０、レンズＣＰＵ２５０およびレンズマウント２６０を有する。固定筒２１０の一端は、レンズマウント２６０を介して、カメラ本体３００のボディマウント３６０に結合される。

レンズマウント２６０およびボディマウント３６０の結合は特定の操作により解除できる。これにより、カメラ本体３００には、同じ規格のレンズマウント２６０を有する他のレンズユニット２００を装着できる。

レンズユニット２００において、カメラ本体３００から遠くに位置するレンズ２２０は、固定筒２１０から直接に支持される。これに対して、他のレンズ２３０、２４０は、固定筒２１０対して光軸ＯＡ方向に移動できる。これにより、レンズユニット２００の光学系は焦点距離または焦点位置を変化させることができる。

例えば、レンズ２３０は、レンズユニット２００の焦点距離を変化させて被写体像の倍率を変化させる場合に移動するズームレンズのひとつとなる。また、レンズ２４０は、レンズユニット２００の焦点位置を変化させて被写体像を撮像面に合焦させる場合に移動するフォーカシングレンズのひとつとなる。

レンズＣＰＵ２５０は、レンズユニット２００自体の制御を司ると共に、カメラ本体３００の本体ＣＰＵ３２２との通信も担う。これにより、カメラ本体３００に装着されたレンズユニット２００は、カメラ本体３００と連携して動作する。

カメラ本体３００は、レンズユニット２００に対してボディマウント３６０の背後に配されたミラーユニット４００を備える。ミラーユニット４００の上方にはフォーカシングスクリーン３５２が配される。

フォーカシングスクリーン３５２の更に上方にはペンタプリズム３５４が、ペンタプリズム３５４の後方にはファインダ光学系３５６が、それぞれ配される。ファインダ光学系３５６の後端は、カメラ本体３００の背面にファインダ３５０として露出する。

ミラーユニット４００の後方には、フォーカルプレンシャッタ３７０、光学フィルタ５００および撮像素子３３０が順次配される。フォーカルプレンシャッタ３７０は、撮像素子３３０に入射する被写体光束を遮断または通過させる。

光学フィルタ５００は、撮像素子３３０の直前に設置され、撮像素子３３０に入射する被写体光束から赤外線および紫外線を除去する。また、光学フィルタ５００は、撮像素子３３０の表面を保護する保護ガラスとしても機能する。

更に、光学フィルタ５００は、被写体光束の空間周波数を減じる役割を有する。即ち、光学フィルタ５００は、撮像素子３３０のナイキスト周波数を越える空間周波数を有する被写体光束が入射した場合に、撮影画像におけるモアレの発生を抑制するローパスフィルタとしても機能する。

光学フィルタ５００の背後に配される撮像素子３３０は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子により形成される。撮像素子３３０の更に背後には、主基板３２０、背面表示部３４０が順次配される。主基板３２０には、本体ＣＰＵ３２２および画像処理部３２４が実装される。背面表示部３４０は、液晶表示板等により形成され、カメラ本体３００の背面に露出する。

ミラーユニット４００は、メインミラー保持枠４１０およびメインミラー４２０を有する。メインミラー保持枠４１０は、メインミラー４２０を保持しつつ、メインミラー回動軸４３０により軸支される。図示の状態では、メインミラー保持枠４１０の前端が降下して位置決めピン４４０に当接する。これにより、メインミラー４２０は、被写体光束の光軸ＯＡを斜めに横切る斜設状態にある。

また、ミラーユニット４００は、サブミラー保持枠４５０およびサブミラー４６０を有する。サブミラー保持枠４５０は、サブミラー４６０を保持しつつ、サブミラー回動軸４７０によりメインミラー保持枠４１０から軸支される。よって、サブミラー４６０は、メインミラー保持枠４１０に対して回動する。また、メインミラー保持枠４１０が回動した場合は、サブミラー４６０およびサブミラー保持枠４５０もメインミラー保持枠４１０と共に移動する。

上記ミラーユニット４００において、メインミラー４２０は、入射した入射光束の一部を透過するハーフミラー領域を有する。サブミラー４６０は、斜設状態にあるメインミラー４２０のハーフミラー領域から入射した被写体光束の一部を、合焦光学系３８０に向かって反射する。合焦光学系３８０は、入射した入射光束の一部を焦点検出センサ３８２に導く。これにより、カメラ本体３００は、レンズユニット２００のデフォーカス量を検出できる。

また、斜設状態にあるメインミラー４２０は、被写体光束を反射してフォーカシングスクリーン３５２に導く。フォーカシングスクリーン３５２は、撮像素子３３０の撮像面と共役な位置にあり、レンズユニット２００の光学系が形成した被写体像を可視化する。

フォーカシングスクリーン３５２に結ばれた被写体像は、ペンタプリズム３５４およびファインダ光学系３５６を通じてファインダ３５０から観察される。ペンタプリズム３５４を通じた被写体像は、ファインダ３５０から正立正像として観察される。

また、ペンタプリズム３５４から射出される被写体光束の一部は、ファインダ光学系３５６の上方に配された測光センサ３９０に受光される。測光センサ３９０は、受光した入射光束の一部から被写体の明るさを検出する。

上記のような一眼レフカメラ１００においてカメラ本体３００のレリーズボタンが半押しされると、焦点検出センサ３８２および測光センサ３９０が有効になる。これにより、被写体像を適切な撮影条件で撮影し得る状態になる。

図２は、ミラーユニット４００が退避状態にある場合の一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

撮像素子３３０に被写体光を入射させる場合、ミラーユニット４００は退避状態になる。即ち、退避状態において、メインミラー回動軸４３０の回りに回動したメインミラー保持枠４１０は、ストッパ４８０に前端上面を当接させて略水平になる。これにより、メインミラー４２０は、被写体光束の光路から退避する。

また、サブミラー保持枠４５０も、メインミラー保持枠４１０と共に上昇し、且つ、サブミラー回動軸４７０の回りに回動して略水平になる。これにより、サブミラー４６０も、被写体光束の光路から退避する。

カメラ本体３００においては、メインミラー４２０およびサブミラー４６０が退避状態になった後、フォーカルプレンシャッタ３７０が開く。これにより、レンズユニット２００から入射した入射光束は、光学フィルタ５００を通過して撮像素子３３０に受光される。

撮像素子３３０は、受光した被写体光束を電気信号に変換して出力する。撮像素子３３０から出力された電気信号は画像処理部３２４において画像データに変換される。画像処理部３２４において生成された画像データは、フラッシュメモリ等の二次記録媒体に画像ファイルとして保存される。

図３は、撮像素子３３０の構造を概念的に説明する模式図である。撮像素子３３０の撮像面には多数の受光素子が二次元的に配列される。受光素子は、フォトダイオード、フォトトランジスタ等により形成され、入射光の強さに応じた電荷を蓄積して、電気信号として出力する。

２次元的に配列された受光素子には、赤、緑および青のいずれかを透過するカラーフィルタが重ねられる。これらの受光素子のうち、例えば、正方形に並ぶ４つの受光素子を組み合わせてひとつの単位画素３３１が形成される。

単位画素３３１は、例えば、赤および青を透過するフィルタを有する受光素子をひとつずつと、人間の受光感度が高い緑を透過するフィルタを有する受光素子２個とを含む。このような正方形の単位画素３３１は、撮像素子３３０における最も高い解像度でカラー撮影する場合の画素となる。

図４は、撮像素子３３０の他の動作モードを説明する模式図である。撮像素子３３０自体の構造は、図３に示したものと全く変わらない。

動画撮影におけるフレーム毎の画像は、静止画の解像度よりも低い解像度を有する場合が多い。よって、図３に示した正方形の単位画素３３１を全て用いて撮影すると画素数が過剰になる。また、動画撮影では、電気信号に変換した画像を撮像素子から連続的に読み出す。このため、撮像素子３３０からの読み出し速度を維持する目的で画素数を減じる場合もある。

このような場合に、撮像素子３３０は、画素加算読み出し方式、間引き読み出し方式等の読み出し方式で使用される。画素加算読み出し方式では、静止画撮影に用いる単位画素３３１よりも多数の受光素子を用いて単位画素３３３を形成する。これにより、撮像素子３３０中に形成される単位画素３３３の数が少なくなる。

ただし、単位画素３３３毎のカラーバランスを一定に保つ目的で、動画撮像用の単位画素３３３も、静止画撮影用の単位画素３３１と同じ割合で赤、緑および青のカラーフィルタで覆われた受光素子を含む。よって、動画撮影用の単位画素３３３の画素ピッチは、静止画撮影用の単位画素３３１の二倍以上になり、撮像素子３３０の水平解像度および垂直解像度の少なくとも一方は半分以下になる。

また、間引き読み出し方式では、撮像素子３３０の一部の単位画素３３３から出力された画像信号を使用しない。これにより、撮像素子３３０の実効的な単位画素３３３数が少なくなる。また、単位画素３３３の数が減るので、撮像素子３３０の水平解像度および垂直解像度の少なくとも一方は低くなる。

このように、動画撮影用に単位画素３３３の数を低下させた撮像素子３３０の実効的解像度は、静止画撮影の場合の解像度に比較すると低くなる。このため、動画撮影の場合は、カメラ本体３００内部においてデジタル化された画像信号のナイキスト周波数が低下する。よって、静止画撮影用に設定されたローパスフィルタは、動画撮影の場合にモアレを抑制できない場合がある。

なお、図３および図４は模式図であって、画素加算読み出しおよび間引き読み出しについては、多くの方法が提案され、また、実施されている。このため、動画撮影における撮像素子３３０の単位画素３３１には、形状、画素数共に、様々な形態がある。

また、撮像素子３３０の形状は正方形とは限らない。３：４、１６：９等、さまざまなアスペクト比をとり得る。従って、カラーフィルタ、光学フィルタ５００等の形状も、撮像素子３３０の形状に合わせて変化する。

図５は、カメラ本体３００の光学フィルタ５００に含まれるローパスフィルタ５１の構造を模式的に示す図である。ローパスフィルタ５１は、一対の複屈折板５１０、５３０と、その間に挟まれた液晶板５２０とを有する。

光学フィルタ５００全体は、撮像素子３３０に受光される被写体光束に直交しつつ、撮像素子３３０の撮像面と平行に配される。また、複屈折板５１０、５３０および液晶板５２０は、互いに平行に積層される。

複屈折板５１０、５３０は、それぞれ、可視光に対して複屈折性を有する材料により形成され、入射光を偏光に応じて分離して射出する。分離された偏光の間隔である分離幅は、同じ材料であれば、複屈折板５１０、５３０の厚さに比例する。複屈折板５１０、５３０の材料としては水晶を好ましく例示できるが、サファイア、ニオブ酸リチウム等を使用することもできる。

液晶板５２０は、透明電極５２２、配向膜５２４および液晶層５２６を含む。それぞれ一対の透明電極５２２および配向膜５２４は、ネマティック液晶により形成された液晶層５２６を挟む。なお、液晶層５２６は、光学的に等方な、例えばガラス板により保持される。

透明電極５２２は、金属薄膜等により形成され、可視光に対して透明である。一対の透明電極５２２は、スイッチ５５０を介して電圧源５４０の両端に結合される。スイッチ５５０が投入された場合、一対の透明電極５２２には電位差が生じ、液晶層５２６に作用する電場が形成される。

配向膜５２４は、ラビング等により互いに直交する方向に配向されている。これにより、分子が同じ向きになるというネマティック液晶の性質により、配向膜５２４に挟まれた液晶層５２６においては液晶分子５２８がねじれるように配列される。

なお、図５では、液晶板５２０の機能に即して要素を分離して記載した。しかしながら、複屈折板５１０、５３０の対向する面に、蒸着等により透明電極５２２を直接に形成してもよい。また、配向膜５２４も複屈折板５１０、５３０の表面に形成し、複屈折板５１０、５３０により液晶層５２６を保持させる構造にしてもよい。これにより、ローパスフィルタ５１全体を一体化すると共に、部品点数を減じてローパスフィルタ５１の厚さを薄くすることができる。

上記ローパスフィルタ５１において、スイッチ５５０が開いて透明電極５２２の間に電場が生じていない場合、液晶板５２０においては液晶分子５２８が捩じれた配列となる。このため、カイラルな液晶層５２６を透過して伝播する偏光の偏光面は、液晶分子５２８の配列方向に沿って９０°旋光する。

また、上記ローパスフィルタ５１においてスイッチ５５０が閉じて透明電極５２２間に電場が生じた場合、透明電極５２２の間で液晶分子５２８は直線的に整列する。これにより、液晶層５２６における旋光は生じなくなる。よって、液晶板５２０に入射した偏光は、偏光面を回転させることなくそのまま射出される。

図６は、撮像ユニット５０１の模式的斜視図である。撮像ユニット５０１は、ローパスフィルタ５１、本体ＣＰＵ３２２および撮像素子３３０を含む。本体ＣＰＵ３２２は、ローパスフィルタ５１のスイッチ５５０の開閉を制御する。ローパスフィルタ５１においてはスイッチ５５０が開いており、液晶板５２０は旋光効果を有する。

ローパスフィルタ５１において、液晶板５２０の入射側に配された複屈折板５１０は、図中に白抜きの矢印で示す方向の光学軸を有する。ここで、白抜きの矢印は、複屈折板５１０の入射面および射出面と直交する側端面における光学軸の方向を示す。よって、図示の複屈折板５１０において、光学軸は、入射面の法線に対して図中で４５°下方に傾いている。

これにより、複屈折板５１０は、入射面の法線方向に入射した無偏光の被写体光束を、常光線と異常光線に分離する。複屈折板５１０は、撮像素子３３０の画素ピッチｐの半分の分離幅に偏光を分離する厚さ０．５ｔを有する。複屈折板５１０から射出された一対の偏光は、射出面の法線方向に互いに平行に伝播する。

液晶板５２０の射出側に配された複屈折板５３０も、複屈折板５１０の光学軸と平行で同じ向きの光学軸を有する。複屈折板５３０は、入射した偏光のうち、光学軸と平行な偏光面を有する常光線を直進させ、光学軸と交差する偏光面を有する異常光線を斜行させる。複屈折板５３０も、撮像素子３３０の画素ピッチｐの半分の分離幅に偏光を分離する厚さ０．５ｔを有する。

上記のような撮像ユニット５０１に入射した無偏光の被写体光束は、まず、複屈折板５１０において、常光線と異常光線に分離される。即ち、常光線は、被写体光束は複屈折板５１０内を直進して射出される。異常光線は、複屈折板５１０内を斜行した後、常光線と平行に射出される。

また、異常光線は、常光線に対して、図中で下方に分離される。常光線と異常光線の分離幅は、撮像素子３３０の画素ピッチｐの半分に等しい。また、複屈折板５１０から射出される常光線および異常光線は、偏光方向が互いに直交する偏光となる。なお、説明の便宜を図る目的で、図示の常光線の偏光を垂直偏光、図示の以上光線の偏光を水平偏光と記載する。

次いで、複屈折板５１０から射出された一対の偏光は、液晶板５２０に入射する。透明電極５２２間に電場の生じていない液晶板５２０は、入射した直線偏光を旋光して射出する。よって、一対の偏光の偏光方向は入れ換わり、図中上側の偏光が水平偏光に、図中下側の偏光が垂直偏光になる。

複屈折板５３０に入射した図中上側の水平偏光は、複屈折板５３０の複屈折性により、異常光として複屈折板５３０の内部を斜行して、撮像素子３３０の画素ピッチｐの半分に相当する幅で伝播光路が下方にずれる。複屈折板５３０において、水平偏光に対しては常光線は生じない。よって、入射した水平偏光から直進する成分は生じない。

また、複屈折板５３０に入射した図中下側の垂直偏光は、複屈折板５３０内を常光線として直進する。複屈折板５３０において、垂直偏光に対して異常光線は生じない。よって、入射した垂直偏光から直進する成分は生じない。

これにより、複屈折板５１０において分離された被写体光束は、複屈折板５３０において再び結合されて射出される。こうして、スイッチ５５０が投入されていないローパスフィルタ５１は、被写体光束の空間周波数を低下させることなく、そのまま射出する。

図７は、撮像ユニット５０１の模式的斜視図である。同図に示すローパスフィルタ５１においては、本体ＣＰＵ３２２によりスイッチ５５０が投入されているので、液晶板５２０は旋光効果を生じない。

ローパスフィルタ５１において、複屈折板５１０の作用は変化しない。即ち、複屈折板５１０は、被写体光束は複屈折板５１０内を直進して射出される垂直偏光の常光線と、複屈折板５１０内を斜行した後、常光線と平行に射出される水平偏光の異常光線とに分離する。常光線と異常光線の分離幅は、画素ピッチｐの半分に等しい。

複屈折板５１０から射出された一対の偏光は、液晶板５２０に入射する。透明電極５２２間に電場が生じている液晶板５２０では旋光は生じない。よって、入射した一対の偏光の偏光方向は維持され、そのまま複屈折板５３０に入射される。

続いて、各偏光は、複屈折板５３０に入射する。複屈折板５３０に入射した図中上側の垂直偏光は、複屈折板５３０内を直進して射出される。これに対して、図中下側の水平偏光は、複屈折板５３０の複屈折性により、複屈折板５３０の内部を斜行して、画素ピッチｐの半分、伝播光路を下方にずらして射出される。よって、複屈折板５３０から射出される水平偏光および垂直偏光の分離幅は更に０．５ｐ拡がり、画素ピッチｐと等しくなる。

こうして、無偏光で入射した被写体光束は、スイッチ５５０の投入されたローパスフィルタ５１を通過することにより、画素ピッチｐと等しい間隔で図中垂直方向に分離された一対の直線偏光として撮像素子３３０に受光される。撮像素子３３０に受光される被写体光束の空間周波数は、当初の被写体光束よりも低くなる。これにより、撮像素子３３０が画素ピッチｐで撮影した場合に撮影画像に生じる偽色あるいはモアレを抑制できる。

このように、ローパスフィルタ５１は、被写体光束の分離幅を、画素ピッチｐと０（零）との間で大きく切り替えることができる。また、切り替えは、スイッチ５５０を開閉することにより電気的に制御できる。換言すれば、ローパスフィルタ５１の有無を電気的に切り替えることができる。ローパスフィルタ５１の切り替えに伴って物理的に動く部品はないので、切り替え機能を設けたことによりカメラ本体３００の信頼性および耐久性を低下させることはない。

なお、液晶板５２０の後段に配された複屈折板５３０を、上方を向いた光学軸を有するものと入れ換えてもよい。これにより、スイッチ５５０が遮断されている場合にローパスフィルタ５１を光学的に有効し、スイッチ５５０が投入された場合にローパスフィルタ５１を光学的に無効することもできる。

この場合、ローパスフィルタ５１は、スイッチ５５０が投入されておらず、電力を消費しない状態で、被写体光束の空間周波数を定常的に低下させてモアレを防止する。しかしながら、特に解像を重視して撮影する場合、あるいは、繰り返しパターンが生じにくい風景等を撮影する場合には、スイッチ５５０を投入して、ローパスフィルタ５１の光学的効果を除き、より高解像な画像を撮影する。ローパスフィルタ５１は、このような使い方をしてもよい。

また、液晶板５２０に対して前段の複屈折板５１０の厚さを０．５ｔとし、液晶板５２０に対して後段の複屈折板５３０の厚さ５３０の厚さを１．５ｔとしても、略同様の切り替え特性を有するローパスフィルタ５１を形成できる。

図８は、他の撮像ユニット５０２の模式的斜視図である。撮像ユニット５０２は、ローパスフィルタ５２、本体ＣＰＵ３２２および撮像素子３３０を含む。本体ＣＰＵ３２２および撮像素子３３０は、図６および図７に示した撮像ユニット５０１と変わらない。ローパスフィルタ５２においてはスイッチ５５０が開いており、液晶板５２０は旋光効果を有する。

また、ローパスフィルタ５２において、液晶板５２０の入射側に配された複屈折板５１０は、図中に白抜きの矢印で示す垂直方向の光学軸を有する。ここで、白抜きの矢印は、複屈折板５１０の入射面および射出面と直交する側端面における光学軸の方向を示す。よって、図示の複屈折板５１０において、光学軸は、入射面の法線に対して図中で４５°下方に傾いている。

これにより、複屈折板５１０は、入射面の法線方向に入射した無偏光の被写体光束を、常光線と異常光線に分離する。複屈折板５１０は、撮像素子３３０の画素ピッチｐの１．５倍の分離幅に偏光を分離する厚さ１．５ｔを有する。複屈折板５１０から射出された一対の偏光は、射出面の法線方向に互いに平行に伝播する。

液晶板５２０の射出側に配された複屈折板５３０は、図中に白抜きの矢印で示すように、複屈折板５１０の光学軸と同じ向きの光学軸を有する。また、複屈折板５３０は、画素ピッチｐの半分の分離幅に偏光を分離させる厚さ０．５ｔを有する。

上記のような撮像ユニット５０２に入射した無偏光の被写体光束は、まず、複屈折板５１０において、常光線と異常光線に分離される。常光線は、被写体光束は複屈折板５１０内を直進して射出される。異常光線は、複屈折板５１０内を斜行した後、常光線と平行に射出される。

また、異常光線は、常光線に対して、図中で下方に分離される。常光線と異常光線の分離幅は、撮像素子３３０の画素ピッチｐの１．５倍に等しい。また、複屈折板５１０から射出される常光線および異常光線は、偏光方向が互いに直交する偏光となる。

次に、複屈折板５１０から射出された一対の偏光は、液晶板５２０に入射する。透明電極５２２間に電場の生じていない液晶板５２０は、入射した直線偏光を旋光して射出させる。よって、一対の偏光の偏光方向は入れ換わり、図中上側の偏光が水平偏光に、図中下側の偏光が垂直偏光になる。

続いて、各偏光は、複屈折板５３０に入射する。複屈折板５３０に入射した水平偏光は、複屈折板５３０の複屈折性により、複屈折板５３０の内部を斜行して、画素ピッチｐの半分、伝播光路を図中下方にずれて射出される。これに対して、垂直偏光は、複屈折板５３０内を直進して射出される。よって、複屈折板５３０から射出される水平偏光および垂直偏光の分離幅は１．５ｐから０．５ｐ分狭まり、画素ピッチｐに等しくなる。

こうして、無偏光で入射した被写体光束は、ローパスフィルタ５２を通過することにより、画素ピッチｐと等しい間隔で図中垂直方向に分離された一対の直線偏光として撮像素子３３０に受光される。よって、撮像素子３３０に受光される被写体光束の空間周波数は、当初の被写体光束よりも低くなる。これにより、撮像素子３３０が画素ピッチｐで撮影した場合に撮影画像に生じる偽色あるいはモアレを抑制できる。

図９は、撮像ユニット５０２の模式的斜視図である。同図に示すローパスフィルタ５２においては、本体ＣＰＵ３２２によりスイッチ５５０が投入されているので、液晶板５２０は旋光効果を生じない。

ローパスフィルタ５２において、液晶板５２０の入射側に配された複屈折板５１０の作用は変化しない。即ち、複屈折板５１０は、被写体光束は複屈折板５１０内を直進して射出される垂直偏光の常光線と、複屈折板５１０内を斜行した後、常光線と平行に射出される水平偏光の異常光線とに分離する。常光線と異常光線の分離幅は、画素ピッチｐの１．５倍に等しい。

複屈折板５１０から射出された一対の偏光は、液晶板５２０に入射する。透明電極５２２間に電場が生じている液晶板５２０では旋光は生じない。よって、入射した一対の偏光の偏光方向は維持され、そのまま複屈折板５３０に入射される。

複屈折板５３０に入射した図中上側の垂直偏光は、複屈折板５３０内を常光線として直進する。複屈折板５３０において、垂直偏光に対して異常光線は生じない。よって、入射した垂直偏光から直進する成分は生じない。

また、複屈折板５３０に入射した図中下側の水平偏光は、複屈折板５３０の複屈折性により、異常光として複屈折板５３０の内部を斜行して、撮像素子３３０の画素ピッチｐの半分に相当する幅で伝播光路が下方にずれて射出される。よって、複屈折板５３０から射出される水平偏光および垂直偏光の分離幅は１．５ｐから０．５ｐ分更に拡がり、画素ピッチｐの２倍に等しくなる。

こうして、無偏光で入射した被写体光束は、ローパスフィルタ５２を通過することにより、画素ピッチｐの２倍に等しい分離幅で図中垂直に分離した一対の直線偏光となり、撮像素子３３０に受光される。よって、画素加算等により撮像素子３３０が画素ピッチ２ｐで撮影した撮影画像に生じる偽色あるいはモアレを抑制できる。

このように、ローパスフィルタ５２は、被写体光束の分離幅を、画素ピッチｐと２ｐとに対応して切り替えることができる。切り替えはスイッチ５５０を開閉することにより電気的に制御できる。また、分離幅の替えに伴って動く部品はないので、カメラ本体３００の信頼性および耐久性を低下させることなく上記の効果を享受できる。なお、本体ＣＰＵ３２２は、カメラ本体３００に対する静止画撮影または動画分撮影の指示に応じて、撮像素子３３０の画素ピッチの切り替えと連動してローパスフィルタ５２の分離幅を切り替えてもよい。

図１０は、また他の撮像ユニット５０３の模式的斜視図である。撮像ユニット５０３は、各々がローパスフィルタ５２と同じ構造を有する第一フィルタ５３および第二フィルタ５４と、第一フィルタ５３および第二フィルタ５４の間に配されたλ／４板５６０とを有する。更に、撮像ユニット５０３は、他の撮像ユニット５０１、５０２と同様に、本体ＣＰＵ３２２および撮像素子３３０も含む。

第一フィルタ５３のスイッチ５５０と第二フィルタのスイッチ５５０は、本体ＣＰＵ３２２により一括して制御され、同時に投入または遮断される。よって、液晶板５２０における旋光効果は、同時に生じ、または同時に消失する。図１０に示す状態では、スイッチ５５０は遮断されており、液晶板５２０はそれぞれ旋光効果を有する。

第一フィルタ５３は、ローパスフィルタ５２と同じ構造を有する。また、第一フィルタ５３における複屈折板５１０、５３０の厚さも、ローパスフィルタ５２と等しい。ただし、第一フィルタ５３は、ローパスフィルタ５２に対して、被写体光束の光軸周りに９０度回転した状態で配される。よって、第一フィルタ５３における複屈折板５１０、５３０の光学軸は図中で水平になる。

上記のような第一フィルタ５３に入射した無偏光の被写体光束は、分離幅ｐで分離された一対の偏光として射出される。ただし、第一フィルタ５３では光学軸が水平なので、偏光の分離方向も水平になる。

第一フィルタ５３から射出された一対の偏光はλ／４板５６０に入射して、それぞれが円偏光に変換されて射出される。λ／４板５６０から射出された一対の円偏光Ｒ、Ｌは、分離幅ｐを維持したまま、第二フィルタ５４に入射する。

第二フィルタ５４は、光学軸の方向も含めて、図８に示したローパスフィルタ５２と全く同じ構造を有する。よって、スイッチ５５０が遮断された状態の第二フィルタ５４に入射した一対の円偏光Ｒ、Ｌは、それぞれが、分離幅ｐで図中垂直方向に分離される。

こうして、撮像ユニット５０３に入射した被写体光束は、分離幅ｐで２次元的に分離された状態で撮像素子３３０に受光される。よって、撮像素子３３０に受光される被写体光束の空間周波数は、水平方向および垂直方向の双方について、当初の被写体光束よりも低くなる。これにより、撮像素子３３０により画素ピッチｐで撮影された撮影画像に生じる偽色あるいはモアレが抑制される。

図１１は、撮像ユニット５０３の模式的斜視図である。同図に示す撮像ユニット５０３においては、本体ＣＰＵ３２２がスイッチ５５０を投入している。これにより、第一フィルタ５３および第二フィルタ５４の双方において液晶板５２０の旋光効果が消失している。

よって、第一フィルタ５３からは、分離幅２ｐで図中水平に分離された一対の偏光が射出される。これら偏光は、λ／４板５６０において一対の円偏光Ｒ、Ｌに変換され、それぞれが第二フィルタ５４に入射する。また、スイッチ５５０が遮断された状態の第二フィルタ５４に入射した一対の円偏光Ｒ、Ｌは、それぞれが、分離幅２ｐで図中垂直方向に分離した一対の偏光として撮像素子３３０に受光される。

こうして、撮像ユニット５０３に入射した被写体光束は、分離幅２ｐで２次元的に分離された状態で撮像素子３３０に受光される。これにより、撮像素子３３０が広い画素ピッチ２ｐで撮影する場合も、撮影画像に生じる偽色あるいはモアレを抑制できる。

このように、撮像ユニット５０３はローパスフィルタ５２を多段に配することにより、分離幅ｐと２ｐの間で分離幅を２次元的に切り替えることができる。切り替えは、一対のスイッチ５５０を本体ＣＰＵ３２２が一括して電気的に制御する。また、本体ＣＰＵ３２２は、カメラ本体３００に対する静止画撮影または動画分撮影の指示に応じて、撮像素子３３０の画素ピッチの切り替えと連動して分離幅を切り替えてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

５１、５２ ローパスフィルタ、５３ 第一フィルタ、５４ 第二フィルタ、１００ 一眼レフカメラ、２００ レンズユニット、２１０ 固定筒、２２０、２３０、２４０ レンズ、２５０ レンズＣＰＵ、２６０ レンズマウント、３００ カメラ本体、３２０ 主基板、３２２ 本体ＣＰＵ、３２４ 画像処理部、３３０ 撮像素子、３３１、３３３ 単位画素、３４０ 背面表示部、３５０ ファインダ、３５２ フォーカシングスクリーン、３５４ ペンタプリズム、３５６ ファインダ光学系、３６０ ボディマウント、３７０ フォーカルプレンシャッタ、３８０ 合焦光学系、３８２ 焦点検出センサ、３９０ 測光センサ、４００ ミラーユニット、４１０ メインミラー保持枠、４２０ メインミラー、４３０ メインミラー回動軸、４４０ 位置決めピン、４５０ サブミラー保持枠、４６０ サブミラー、４７０ サブミラー回動軸、４８０ ストッパ、５００ 光学フィルタ、５０１、５０２、５０３ 撮像ユニット、５１０、５３０ 複屈折板、５２０ 液晶板、５２２ 透明電極、５２４ 配向膜、５２６ 液晶層、５２８ 液晶分子、５４０ 電圧源、５５０ スイッチ、５６０ λ／４板

Claims (9)

1. 入射した被写体像を偏光方向に応じて分離する入射側複屈折部と、
   前記入射側複屈折部から射出された被写体像の一の偏光方向をそのまま射出するとともに、他の偏光方向を外部からの電気的制御により回転するかしないかを切り替えて射出する液晶部と、
   前記液晶部から射出した被写体像を偏光方向に応じて分離する射出側複屈折部と
   を備える光分離ユニット。
2. 前記入射側複屈折部での分離と前記射出側複屈折部での分離とは、方向が反対で距離が等しい請求項１に記載の光分離ユニット。
3. 前記入射側複屈折部、前記液晶部および前記射出側複屈折部が一体的に保持されている請求項１または２に記載の光分離ユニット。
4. 前記入射側複屈折部および前記射出側複屈折部の少なくとも一方は、前記液晶部における液晶を保持する保持板を兼ねる請求項１から３のいずれか１項に記載の光分離ユニット。
5. 赤外線カットフィルタおよび紫外線カットフィルタをさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の光分離ユニット。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光分離ユニットと、
   前記光分離ユニットを透過した被写体像を撮像する撮像素子と
   を備える撮像ユニット。
7. 前記撮像素子から出力される画像の出力形態に基づいて、前記液晶部が切り替えられる請求項６に記載の撮像ユニット。
8. 前記液晶部の切り替えは、前記撮像素子への撮像指示の入力と連動している請求項６または７に記載の撮像ユニット。
9. 前記液晶部および前記射出側複屈折部が、前記入射側複屈折部と前記撮像素子との間に多段に配される請求項６から８のいずれか１項に記載の撮像ユニット。

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