JP4466243B2 - シャッター装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はシャッター装置及び撮像装置に関するものであり、更に詳しくは被写体の映像を撮像光学系により光学的に取り込んで撮像素子により電気的な信号として出力する撮像装置と、その撮像装置に搭載されるシャッター装置に関するものである。

近年、光学ズームの可能なデジタルスチルカメラやビデオカメラの小型化が進んでいる。このため、搭載される撮像装置にも小型化・薄型化が求められている。こういった要望に対し、撮像光学系内にプリズムやミラーを配置して光路を折り曲げることにより、薄型化を図るとともにレンズがボディから飛び出さないようにしたカメラが、特許文献１，２で提案されている。これらのカメラでは撮像光学系が屈曲光学系から成っているため、シャッター位置は光路の折り曲げ前又は折り曲げ後に設定される。例えば、特許文献１記載のカメラでは光路を折り曲げた後の固定位置にシャッター装置が配置されており、特許文献２記載のカメラでは対物レンズ直前のバリア部分にシャッター装置が配置されている。
特開２００１−７５１６２号公報 特開２００３−１１４４６１号公報

しかし、特許文献１記載のカメラでは、シャッター位置が光路折り曲げ後に固定される構成になっているため、撮像光学系の設計の自由度が低下してしまう。結果的に撮像装置を小型化することが困難になる。また、シャッター駆動用のアクチュエータが鏡胴中央部に存在するため、この点でも撮像装置の小型化は困難になる。特許文献２記載のカメラでは、シャッター位置が最も物体側に設定されているため、シャッターを構成する部材の大型化が避けられない。したがって、高速シャッターを実現することは困難である。さらに、露光ムラを防止するためにプログレッシブタイプのＣＣＤ(Charge Coupled Device)を使う必要があり、これを一般的なＣＣＤと同じ画素数で実現しようとするとＣＣＤサイズが大きくなってしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、撮像光学系の設計の自由度を抑えることなく撮像装置の小型化を可能にするシャッター装置と、それを用いた小型で薄型の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、第１の発明のシャッター装置は、撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系に用いられるシャッター装置であって、前記撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、前記反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有し、前記反射部材に前記遮光部材を通過させるスリットが設けられており、そのスリットが前記反射面において前記撮像光学系の光軸と略同一点を通過し、かつ、折り曲げ前後の光軸を含む平面に対して垂直な方向に延びて前記反射面を分割することを特徴とする。

第２の発明のシャッター装置は、上記第１の発明において、シャッターを閉じる際に、前記遮光部材が前記反射部材側から光路を遮ることで、光路の遮光が軸上中心部近辺から開始されることを特徴とする。

第３の発明のシャッター装置は、撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系に用いられるシャッター装置であって、前記撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、前記反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有し、シャッターを閉じる際に光路の遮光が軸上中心部近辺から開始されるように構成されていることを特徴とする。

第４の発明のシャッター装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、さらにシャッター駆動用のアクチュエータを前記反射面の裏面側に有することを特徴とする。

第５の発明のシャッター装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記所定の角度が略４５°であることを特徴とする。

第６の発明の撮像装置は、物体の光学像を形成する撮像光学系と、前記光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像装置であって、第１〜第５のいずれか１つの発明に係るシャッター装置を備えたことを特徴とする。

第７の発明の撮像装置は、上記第６の発明において、前記撮像光学系が複数のレンズ群から成り少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行う可変焦点距離レンズであり、前記シャッター装置が最も物体側のレンズ群においてシャッターを構成することを特徴とする。

第８の発明の撮像装置は、上記第６又は第７の発明において、さらにＮＤフィルターを備えたことを特徴とする。

本発明に係るシャッター装置は、撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、その反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有する構成になっているため、撮像光学系の設計の自由度を抑えることなく撮像装置の小型化・薄型化を達成することができる。また、シャッターを閉じる際に光路を軸上中心部近辺から遮光するように構成すれば、周辺光量の低下を補正して均一な明るさの撮像画像を得ることが可能となる。そして、本発明に係る撮像装置をデジタルカメラ，携帯情報端末等の機器に用いれば、これらの機器の薄型・コンパクト化，高性能化，高機能化，低コスト化等に寄与することができる。

以下、本発明を実施したシャッター装置及び撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮像装置は、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する光学装置であって、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成すものである。そのようなカメラの例としては、デジタルカメラ；ビデオカメラ；監視カメラ；車載カメラ；テレビ電話用カメラ；ドアホーン用カメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)，これらの周辺機器(マウス，スキャナー，プリンター等)，その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。

なお、従来「デジタルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ，デジタルムービーカメラ，ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮像光学系，その光学像を電気映像信号に変換する撮像素子等を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。

図１に、撮像装置ＬＵの構成例を示す。この撮像装置ＬＵは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(ＩＭ：像面)を変倍可能に形成するズームレンズ系(撮像光学系に相当する。)ＴＬと、シャッターを構成するとともに光路の折り曲げを行うシャッター装置ＳＵと、光学フィルターＯＦ(例えば、光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等のフィルター類に相当する。)と、ズームレンズ系ＴＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気映像信号に変換する撮像素子ＳＲとを備えており、デジタルカメラ，携帯情報機器(つまり、携帯電話，ＰＤＡ等の小型で携帯可能な情報機器端末)等に相当するデジタル機器ＣＵの一部を成している。これらの撮像装置ＬＵでデジタルカメラを構成する場合、通常そのカメラのボディ内部に撮像装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像装置ＬＵをカメラボディに対して着脱自在又は回動自在に構成してもよく、ユニット化した撮像装置ＬＵを携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)に対して着脱自在又は回動自在に構成してもよい。

ズームレンズ系ＴＬは複数のレンズ群から成っており、少なくとも１つのレンズ群が光軸ＡＸに沿って移動し、少なくとも１つのレンズ群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行う構成になっている。なお、使用する撮像光学系はズームレンズ系ＴＬに限らない。ズームレンズ系ＴＬの代わりに、他のタイプの可変焦点距離レンズ(例えば、バリフォーカルレンズ系，複数焦点距離切り替え型レンズ等の焦点距離可変の結像光学系)，単焦点距離レンズ等を用いてもよい。

撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。そして、ズームレンズ系ＴＬにより(撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に)形成された光学像は、撮像素子ＳＲにより電気的な信号に変換される。撮像素子ＳＲで生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。

ズームレンズ系ＴＬで形成されるべき光学像は、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図１中の光学フィルターＯＦに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、撮像光学系に光学的ローパスフィルターを用いる必要がない。したがって、光学的ローパスフィルターを必要としない撮像装置では、射出瞳位置を適正に配置することができれば、バックフォーカスの短縮により撮像装置やカメラの小型化を達成することが可能である。

また、上記光学的ローパスフィルターとしては、複屈折型ローパスフィルターや位相型ローパスフィルター等が適用可能である。複屈折型ローパスフィルターとしては、結晶軸方向が所定方向に調整された水晶等の複屈折材料から成るもの、偏光面を変化させる波長板等を積層して成るもの等が挙げられる。位相型ローパスフィルターとしては、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により達成するもの等が挙げられる。

ズームレンズ系ＴＬ内の光路の途中には、光軸ＡＸに対して略４５°(つまり４５°又は実質的に４５°)の角度を成す平面状の反射面ＲＬを有するミラーＭＲが、反射部材として配置されている。ミラーＭＲはシャッター装置ＳＵの一部を成しており、ミラーＭＲの反射面ＲＬにより、ズームレンズ系ＴＬを屈曲光学系として使用するための光路の折り曲げが行われ、その際、光軸ＡＸが略９０°(つまり９０°又は実質的に９０°)折り曲げられるようにして光束が反射される。このようにズームレンズ系ＴＬの光路中に光路を折り曲げる反射面ＲＬを設ければ、撮像装置ＬＵの配置の自由度が高まるとともに、撮像装置ＬＵの厚さ方向のサイズを変化させて、撮像装置ＬＵの見かけ上の薄型化を達成することが可能となる。

ミラーＭＲは光学的なパワー(焦点距離の逆数で定義される量)を有していないが、光路を折り曲げる光学部材に光学的なパワーを持たせてもよい。例えば、ミラーＭＲの反射面ＲＬにズームレンズ系ＴＬの光学的パワーを一部負担させれば、レンズ素子のパワー負担を減らして光学性能を向上させることが可能となる。また、光路の折り曲げ位置はズームレンズ系ＴＬの前側，途中，後ろ側のいずれでもよい。光路の折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、撮像装置ＬＵが搭載されるデジタル機器(デジタルカメラ等)ＣＵの見かけ上の薄型化やコンパクト化を達成することが可能となる。

ズームレンズ系ＴＬ内の光路の途中には、反射面ＲＬに対して略９０°(つまり９０°又は実質的に９０°)の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じるシャッター羽根ＳＨが、遮光部材として配置されている。シャッター羽根ＳＨはシャッター装置ＳＵの一部を成しており、シャッター羽根ＳＨがミラーＭＲ側から光路を遮ることにより、光路を軸上中心部近辺から遮光してシャッターを閉状態とする。このように光路の折り曲げ位置又はその近傍にシャッター位置を設定することが好ましい。撮像光学系として屈曲光学系を用いる場合、光路の折り曲げ部分がズーミングやフォーカシングのために移動すると、撮像装置の小型化・薄型化が困難になる。したがって、光路の折り曲げ位置を含むレンズ群はズーミング等のために移動しない固定群であることが好ましい。その固定群においてシャッターを構成すれば、ズームレンズ系ＴＬを高い自由度で設計することが可能になる。したがって、撮像光学系の設計の自由度を抑えることなく撮像装置ＬＵを小型化することが可能になり、鏡胴の設計も容易になるため撮像装置ＬＵの小型化だけでなく低コスト化も可能になる。

上記のように光路を軸上中心部近辺から遮光する構成によると、シャッターの開口部が小さくて済む(つまり実質光路を切る部分が光路の半分で済む)ため、シャッター装置ＳＵの小型化が可能になる。また、光路を軸上中心部近辺から遮光する構成は、撮像光学系での周辺光量落ちによるシェーディングを補正するように作用するため、周辺光量の低下を補正して均一な明るさの撮像画像を得ることが可能になる。したがって、撮像装置ＬＵをデジタルカメラ，携帯情報端末等のデジタル機器ＣＵに用いれば、その薄型・コンパクト化，高性能化，高機能化，低コスト化等に寄与することが可能になる。

上記シャッター装置ＳＵの機能等を更に詳しく説明する。図２に、正負正正正の５成分から成るズームレンズ系ＴＬを搭載した撮像装置ＬＵの内部構造を示す。ズームレンズ系ＴＬは、移動群として第２レンズ群ＧＲ２，第４レンズ群ＧＲ４及び第５レンズ群ＧＲ５を有しており、固定群として第１レンズ群ＧＲ１及び第３レンズ群ＧＲ３を有している。固定群である第１レンズ群ＧＲ１にはシャッター装置ＳＵが搭載されており、固定群である第３レンズ群ＧＲ３には絞りＳＴが搭載されている。シャッター装置ＳＵのミラーＭＲは、光軸ＡＸに対して略４５°の角度を成す反射面ＲＬで光路の折り曲げを行い、シャッター装置ＳＵのシャッター羽根ＳＨは反射面ＲＬに対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉状態とする。したがって、光路の折り曲げとシャッター開閉動作は共に第１レンズ群ＧＲ１において行われる。

反射部材であるミラーＭＲには、遮光部材であるシャッター羽根ＳＨを通過させるスリットＳＬが設けられている。そのスリットＳＬは、反射面ＲＬにおいてズームレンズ系ＴＬの光軸ＡＸと略同一点を通過し、かつ、折り曲げ前後の光軸ＡＸを含む平面に対して垂直な方向に延びて反射面ＲＬを分割するように設けられている。シャッターを閉じる際にシャッター羽根ＳＨをミラーＭＲに当てて止めるのは構成上難しいが、ミラーＭＲに設けられているスリットＳＬをシャッター羽根ＳＨが通過するようにすれば、シャッター装置ＳＵの構成を簡単にすることが可能である。ズームレンズ系ＴＬの光軸ＡＸは、反射面ＲＬの中央に対し略４５°の角度で入射する構成になっているので、シャッター装置ＳＵのコンパクト化も可能である。

上記のようにミラーＭＲのスリットＳＬをシャッター羽根ＳＨが通過する構成においては、シャッター羽根ＳＨがミラーＭＲ側から光路を遮るように制御することができる。スリットＳＬは反射面ＲＬにおいてズームレンズ系ＴＬの光軸ＡＸと略同一点を通過するよう形成されているので、シャッター羽根ＳＨがミラーＭＲ側から光路を遮ると、光路の軸上中心部近辺から遮光が進行することになる。したがって、前述した効果を得ることができる。つまり、実質光路を切る部分が光路の半分で済むためシャッターの開口部を小さくすることができ、結果としてシャッター装置ＳＵの小型化が可能になる。また、光路を軸上中心部近辺から遮光する構成は、撮像光学系での周辺光量落ちによるシェーディングを補正するように作用するため、周辺光量の低下を補正して均一な明るさの撮像画像を得ることが可能になる。

上記のようにシャッター羽根ＳＨを移動させるために、シャッター駆動用のアクチュエータＡＣが反射面ＲＬの裏面側(つまりミラーＭＲの背面側)に配置されている。ミラーＭＲの背面側はデッドスペースとなりやすいので、そこにアクチュエータＡＣを配置すればデッドスペースの活用になり、撮像装置ＬＵの小型化・薄型化に寄与することができる。なお、アクチュエータＡＣは、ムービングマグネット，コイル等で構成されており、それらに電力，制御信号等を与えるためのフレキシブル基板(不図示)と接続されている。

図２に示すズームレンズ系ＴＬのように、複数のレンズ群から成り少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行う可変焦点距離レンズを撮像光学系として用いた構成では、シャッター装置が最も物体側のレンズ群においてシャッターを構成することが好ましい。図２に示すズームレンズ系ＴＬでは、第１レンズ群ＧＲ１にシャッターを構成することにより、撮像装置の小型化・薄型化を効果的に達成している。また、正パワーの第１レンズ群ＧＲ１で光軸ＡＸを折り曲げる構成は、撮像装置ＬＵの軽量・コンパクト化に有効であり、それによってデジタル機器(デジタルカメラ等)ＣＵの効果的な薄型化が可能となる。

次に、図２の撮像装置ＬＵにおいて好適に使用可能なシャッター装置ＳＵを、具体例を挙げて説明する。ここで挙げる具体例は、図３に示す１枚羽根タイプのシャッター装置ＳＵと、図４に示す２枚羽根タイプのシャッター装置ＳＵである。図３，図４は、いずれも図２の撮像装置ＬＵにおいてシャッター装置ＳＵをＶ方向から見たときのシャッター開閉動作を示しており、(Ａ)がシャッター開状態、(Ｂ)と(Ｃ)がシャッター開閉の途中の状態(つまり開口１１，２１がシャッター羽根ＳＨで一部覆われた状態)、(Ｄ)がシャッター閉状態をそれぞれ示している。

図３に示すシャッター装置ＳＵは、開口１１を有する基板１０，開口１１を開閉する１枚のシャッター羽根ＳＨ，シャッター羽根ＳＨを駆動するためのアクチュエータＡＣ等を備えている。シャッター羽根ＳＨには、その回動の中心となる軸としてピン１２が設けられており、基板１０にはピン１２を受ける穴(不図示)が形成されている。また、シャッター羽根ＳＨにはピン１４が取り付けられており、ピン１４はアクチュエータＡＣにより揺動するレバー１３に設けられている。したがって、アクチュエータＡＣによりピン１４を移動させると、シャッター羽根ＳＨがピン１２を中心に回動してシャッターの開閉が行われる。撮影に先立ちライブビューを表示しているときはシャッターが開いた状態(Ａ)にあり、光束はシャッター羽根ＳＨで遮られることなく開口１１を通過する。レリーズ指示されると、ＣＣＤは電荷掃き出しを行って露光を開始する。所定時間経過した後、シャッター羽根ＳＨは(Ｂ)，(Ｃ)，(Ｄ)の順に示すように移動して露光を終了する。

図４に示すシャッター装置ＳＵは、開口２１を有する基板２０，開口２１を開閉する２枚のシャッター羽根ＳＨ，シャッター羽根ＳＨを駆動するためのアクチュエータＡＣ等を備えている。シャッター羽根ＳＨには、各回動の中心となる軸としてピン２２がそれぞれ設けられており、基板２０にはピン２２を受ける穴(不図示)が形成されている。また、各シャッター羽根ＳＨには長孔２５が設けられており、２つの長孔２５の重なり部分にはピン２４が嵌入している。ピン２４はアクチュエータＡＣにより揺動するレバー２３に設けられている。したがって、アクチュエータＡＣによりピン２４を移動させると、各シャッター羽根ＳＨがピン２２を中心に回動してシャッターの開閉が行われる。撮影に先立ちライブビューを表示しているときはシャッターが開いた状態(Ａ)にあり、光束はシャッター羽根ＳＨで遮られることなく開口２１を通過する。レリーズ指示されると、ＣＣＤは電荷掃き出しを行って露光を開始する。所定時間経過した後、シャッター羽根ＳＨは(Ｂ)，(Ｃ)，(Ｄ)の順に示すように移動して露光を終了する。

図３，図４に示すいずれのシャッター装置ＳＵにおいても、光軸ＡＸが通る軸上中心部付近から遮光が開始されるので、軸外光での露光時間は長くなる。つまり、軸上中心光の露光時間をｃｔとし、軸外光の露光時間をｇｔとすると、ｃｔ＜ｇｔとなる。前述したように、光路を軸上中心部近辺から遮光する構成は、撮像光学系での周辺光量落ちによるシェーディングを補正するように作用する。これを以下に詳述する。

図５に、一般的なレンズシャッター装置が光量分布に与える影響を模式的に示す。Ｓ１は、シャッターを閉じる際の光軸ＡＸ位置から画面周辺位置かけての減光量分布(Δ：減光量)を示すラインである。Ｗ１，Ｔ１は、広角端，望遠端における撮像光学系のみによる光軸ＡＸ位置から画面周辺位置かけての光量分布(Ｌ１：光量差)をそれぞれ示すラインである。Ｗ２，Ｔ２は、広角端，望遠端における光量分布Ｗ１，Ｔ１から各位置での減光量を差し引いたトータルの光量分布(Ｌ２：光量差)をそれぞれ示すラインである。一般的な撮像光学系を用いた場合、光量分布Ｗ１，Ｔ１で示すようにコサイン４乗則等によって軸外光の光量の方が軸上光の光量よりも少なくなる。この周辺光量落ちに対応するために通常シェーディング補正が行われるが、一般的なレンズシャッター装置では軸外光から遮光が開始されるため(図５中の減光量分布Ｓ１参照。)、トータルの光量分布Ｗ２，Ｔ２で示すように必要な補正量は増大してしまう。

図６に、本発明を実施したシャッター装置ＳＵ(図１〜図４)が光量分布に与える影響を図５と同様に示す。シャッター装置ＳＵは光路を軸上中心部近辺から遮光するため、図６中の減光量分布Ｓ１で示すように、軸上光の光量の方が軸外光の光量よりも少なくなる。これは、シャッター装置ＳＵが撮像光学系での周辺光量落ちを補正するように作用することを意味する。したがって、必要な補正量はトータル光量分布Ｗ２，Ｔ２で示すように少なくなり、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での光量分布が改善されて、均一な明るさの撮像画像が得られる。もちろん、シャッター速度，焦点距離，絞り値等により周辺光量比は変化するので、それに見合ったシェーディング補正を行うようにするのが好ましい。

図７に、負正正負の４成分から成るズームレンズ系ＴＬを搭載した撮像装置ＬＵの概略構成を示す。図７では、広角端(Ｗ)におけるズームレンズ系ＴＬのレンズ配置を光学断面で示している。また、実線矢印ｍ２，ｍ３は広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおける第２，第３レンズ群ＧＲ２，ＧＲ３の移動(つまり像面ＩＭに対する相対的な位置の変化)をそれぞれ模式的に示しており、破線矢印ｍ４は第４レンズ群ＧＲ４がズーミングにおいて位置固定であることを示している。なお、光学フィルターＯＦ(ここでは撮像素子ＳＲのカバーガラスを含む。)もズーミングにおいて位置固定である。

図７に示す撮像装置ＬＵは、パワー配置等の異なったズームレンズ系ＴＬを備えているが、その基本的な構成は図２の撮像装置ＬＵと同様である。そのズームレンズ系ＴＬは、移動群として第２レンズ群ＧＲ２及び第３レンズ群ＧＲ３を有しており、固定群として第１レンズ群ＧＲ１及び第４レンズ群ＧＲ４を有している。固定群である第１レンズ群ＧＲ１にはシャッター装置ＳＵが搭載されており、移動群である第２レンズ群ＧＲ２には絞りＳＴが搭載されている。シャッター装置ＳＵのミラーＭＲは、光軸ＡＸに対して略４５°の角度を成す反射面ＲＬで光路の折り曲げを行い、シャッター装置ＳＵのシャッター羽根ＳＨは反射面ＲＬに対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉状態とする。したがって、光路の折り曲げとシャッター開閉動作は共に第１レンズ群ＧＲ１において行われる。

図７に示すズームレンズ系ＴＬのように最も物体側のレンズ群と最終レンズ群を固定群とする撮像光学系では、従来型のシャッター配置を採用すると有効に光線を切ることができなくなる。例えば、絞りＳＴ付近にズーム位置固定のシャッターを配置すると、軸上光と軸外光とで切り方のバランスが崩れるといった問題が生じてしまう。図７に示す撮像装置ＬＵでは、ズーム位置固定の第１レンズ群ＧＲ１にシャッター装置ＳＵがビルトインしてあるので、シャッター配置に起因する問題は生じない。

図７に示すズームレンズ系ＴＬには、減光手段としてＮＤ(Neutral Density)フィルターＦＬが設けられている。ＮＤフィルターは配置に制約の少ない減光手段であるため、これを配置することにより撮像光学系の設計や小型化が容易になる。また、減光手段としてＮＤフィルターＦＬのみを用いれば、軸外光束の遮断を気にせずに光量調節を有効に行うことが可能となる。

図８に、正負正正の４成分から成るズームレンズ系ＴＬを搭載した撮像装置ＬＵの概略構成を示す。図８に示す撮像装置ＬＵは、第１レンズ群ＧＲ１以外のレンズ群にシャッター装置ＳＵを用いた場合の一例であり、ズームタイプとシャッター配置が異なるほかは、図２の撮像装置ＬＵと同様に構成されている。そのズームレンズ系ＴＬは、移動群として第２レンズ群ＧＲ２及び第４レンズ群ＧＲ４を有しており、固定群として第１レンズ群ＧＲ１及び第３レンズ群ＧＲ３を有している。固定群である第３レンズ群ＧＲ３にはシャッター装置ＳＵが搭載されている。シャッター装置ＳＵのミラーＭＲは、光軸ＡＸに対して略４５°の角度を成す反射面ＲＬで光路の折り曲げを行い、シャッター装置ＳＵのシャッター羽根ＳＨは反射面ＲＬに対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉状態とする。したがって、光路の折り曲げとシャッター開閉動作は共に第３レンズ群ＧＲ３において行われる。

図８に示すズームレンズ系ＴＬは、高変倍ズーム等としてよく使用される正負正正タイプの４群ズームである。このタイプでは、ズーム位置固定の第３レンズ群ＧＲ３で光束幅が小さくなるため、その第３レンズ群ＧＲ３にシャッター装置ＳＵを用いると、シャッター開口部，シャッター羽根等が小さくて済む。したがって、シャッター装置ＳＵ全体の小型化可能になり、高速シャッターも実現しやすくなる。この観点から、シャッター装置ＳＵは光束の最も細くなる位置又はその近傍においてシャッターを構成することが好ましい。

なお、上述した各実施の形態には以下の構成が含まれており、その構成によると、撮像光学系の設計や鏡胴設計の自由度を抑えることなく薄型化・小型化を達成することができ、撮像光学系に起因するシェーディングを補正して均一な明るさの光学像を形成することができる。そして、それをデジタルカメラ，携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)等のデジタル機器に用いることにより、当該機器の薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化及び高機能化等に寄与することができる。

(U1) 物体の光学像を形成する撮像光学系と、前記光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、前記撮像光学系においてシャッターを構成するシャッター装置と、を備えた撮像装置であって、前記シャッター装置が、前記撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、前記反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有することを特徴とする撮像装置。

(U2) 前記反射部材に前記遮光部材を通過させるスリットが設けられており、そのスリットが前記反射面において前記撮像光学系の光軸と略同一点を通過し、かつ、折り曲げ前後の光軸を含む平面に対して垂直な方向に延びて前記反射面を分割することを特徴とする上記(U1)記載の撮像装置。

(U3) 前記遮光部材が前記反射部材側から光路を遮ることを特徴とする上記(U1)又は(U2)記載の撮像装置。

(U4) さらにシャッター駆動用のアクチュエータを前記反射面の裏面側に有することを特徴とする上記(U1)〜(U3)のいずれか１項に記載の撮像装置。

(U5) 前記所定の角度が略４５°であることを特徴とする上記(U1)〜(U4)のいずれか１項に記載の撮像装置。反射面が撮像光学系の光軸に対して略４５°の角度を成すように構成すると、シャッター装置をコンパクト化することが可能になり、それにより撮像装置の薄型化が可能になる。

(U6) 前記所定の角度が４５°以下であることを特徴とする上記(U1)〜(U4)のいずれか１項に記載の撮像装置。反射面が撮像光学系の光軸に対して４５°以下の角度を成すように構成すると、シャッター羽根の小型化が可能になる。例えば、略３０°で光路を折り曲げると、折り曲げに関わる光路長は長くなるが、遮光に要する光束断面積(つまり反射面に対する入射光束と反射光束との重なり部分の断面積)は小さくなる。したがって、シャッター羽根は小さくて済み、シャッター装置の小型化が可能になる。

(U7) 物体の光学像を形成する撮像光学系と、前記光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、前記撮像光学系においてシャッターを構成するシャッター装置と、を備えた撮像装置であって、シャッターを閉じる際に光路を軸上中心部近辺から遮光するように構成されていることを特徴とする撮像装置。

(U8) 前記シャッター装置が、前記撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、前記反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有することを特徴とする上記(U7)記載の撮像装置。

(U9) 前記所定の角度が略４５°であることを特徴とする上記(U8)記載の撮像装置。反射面が撮像光学系の光軸に対して略４５°の角度を成すように構成すると、シャッター装置をコンパクト化することが可能になり、それにより撮像装置の薄型化が可能になる。

(U10) 前記所定の角度が４５°以下であることを特徴とする上記(U8)記載の撮像装置。反射面が撮像光学系の光軸に対して４５°以下の角度を成すように構成すると、シャッター羽根の小型化が可能になる。例えば、略３０°で光路を折り曲げると、折り曲げに関わる光路長は長くなるが、遮光に要する光束断面積(つまり反射面に対する入射光束と反射光束との重なり部分の断面積)は小さくなる。したがって、シャッター羽根は小さくて済み、シャッター装置の小型化が可能になる。

(U11) 前記撮像光学系が複数のレンズ群から成り少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行う可変焦点距離レンズであり、前記シャッター装置が最も物体側のレンズ群においてシャッターを構成することを特徴とする上記(U1)〜(U10)のいずれか１項に記載の撮像装置。

(U12) 前記撮像光学系が複数のレンズ群から成り少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行う可変焦点距離レンズであり、前記シャッター装置が光束の最も細くなる位置又はその近傍においてシャッターを構成することを特徴とする上記(U1)〜(U10)のいずれか１項に記載の撮像装置。

(U13) さらにＮＤフィルターを備えたことを特徴とする上記(U1)〜(U12)のいずれか１項に記載の撮像装置。

(U14) 前記撮像光学系がズームレンズ系であることを特徴とする上記(U1)〜(U13)のいずれか１項に記載の撮像装置。

(C1) 上記(U1)〜(U14)のいずれか１項に記載の撮像装置を備え、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方に用いられることを特徴とするカメラ。

(C2) デジタルカメラ；ビデオカメラ；又は携帯電話，携帯情報端末，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，若しくはこれらの周辺機器に内蔵又は外付けされるカメラであることを特徴とする上記(C1)記載のカメラ。

(D1) 上記(U1)〜(U14)のいずれか１項に記載の撮像装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。

(D2) 携帯電話，携帯情報端末，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，又はこれらの周辺機器であることを特徴とする上記(D1)記載のデジタル機器。

本発明に係る撮像装置の概略光学構成例を示す模式図。 図１の撮像装置に撮像光学系として正負正正正の５成分ズームレンズ系を搭載した場合の内部構造を示す断面図。 図２の撮像装置に搭載される１枚羽根タイプのシャッター装置をＶ方向から見たときのシャッター開閉動作を示す透視図。 図２の撮像装置に搭載される２枚羽根タイプのシャッター装置をＶ方向から見たときのシャッター開閉動作を示す透視図。 一般的なレンズシャッター装置が光量分布に与える影響を説明するための模式図。 本発明を実施したシャッター装置が光量分布に与える影響を説明するための模式図。 図１の撮像装置に撮像光学系として負正正負の４成分ズームレンズ系を搭載した場合の内部構造を示す断面図。 図１の撮像装置に撮像光学系として正負正正の４成分ズームレンズ系を搭載した場合の内部構造を示す断面図。

符号の説明

ＣＵ デジタル機器
ＬＵ 撮像装置
ＴＬ ズームレンズ系(撮像光学系，可変焦点距離レンズ)
ＧＲ１〜ＧＲ５ 第１〜第５レンズ群
ＳＴ 絞り
ＳＵ シャッター装置
ＭＲ ミラー(反射部材)
ＲＬ 反射面
ＳＬ スリット
ＳＨ シャッター羽根(遮光部材)
ＡＣ アクチュエータ
ＦＬ ＮＤフィルター
ＯＦ 光学フィルター
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面
ＩＭ 像面
ＡＸ 光軸

Claims (8)

1. 撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系に用いられるシャッター装置であって、前記撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、前記反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有し、前記反射部材に前記遮光部材を通過させるスリットが設けられており、そのスリットが前記反射面において前記撮像光学系の光軸と略同一点を通過し、かつ、折り曲げ前後の光軸を含む平面に対して垂直な方向に延びて前記反射面を分割することを特徴とするシャッター装置。
2. シャッターを閉じる際に、前記遮光部材が前記反射部材側から光路を遮ることで、光路の遮光が軸上中心部近辺から開始されることを特徴とする請求項１記載のシャッター装置。
3. 撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系に用いられるシャッター装置であって、前記撮像光学系の光軸に対して所定の角度を成す反射面で光路を折り曲げる反射部材と、前記反射面に対して略９０°の角度を成して光路を遮ることによりシャッターを閉じる遮光部材と、を有し、シャッターを閉じる際に光路の遮光が軸上中心部近辺から開始されるように構成されていることを特徴とするシャッター装置。
4. さらにシャッター駆動用のアクチュエータを前記反射面の裏面側に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシャッター装置。
5. 前記所定の角度が略４５°であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシャッター装置。
6. 物体の光学像を形成する撮像光学系と、前記光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像装置であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシャッター装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
7. 前記撮像光学系が複数のレンズ群から成り少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行う可変焦点距離レンズであり、前記シャッター装置が最も物体側のレンズ群においてシャッターを構成することを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
8. さらにＮＤフィルターを備えたことを特徴とする請求項６又は７記載の撮像装置。

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