JP5581603B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

従来、デジタルカメラなどの撮像装置では、レンズ交換などの際に侵入する塵埃やカメラ内の駆動部品から発生する磨耗粉（以下、異物という）が、撮像素子の前方に配置された光学ローパスフィルタ（以下、ＯＬＰＦという）の表面に付着し、撮像素子で撮影した画像に写り込んでしまうという問題が生じていた。

そこで、ＯＬＰＦの更に前方に配置した防塵用の光学素子を振動させることにより、撮像素子に写り込む異物を除去するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２９３０９７号公報

上記光学素子として、ガラスを使用した機種がある。一般に、ガラスは強度が低いため、光学素子として振動させるには板厚を厚くする必要がある。しかし、ガラスの板厚を厚くすると、振動が伝わりにくくなるため、異物の除去が難しくなる。また、ガラス表面に形成されるコーティング膜は、肉眼では見えない表面の汚れを見えやすくしてしまい、光学特性に影響を与える。

また、上記光学素子として、水晶複屈折板を使用した機種がある。水晶複屈折板は、ガラスよりも強度は高いが、ＯＬＰＦの前側に配置するに際しては光軸方向を考慮する必要があるため、光学設計に制約を受ける。また、水晶屈折板は、入射する光をすべて直線偏光するため、後方に配置されるＯＬＰＦの構成に制約を受ける。

本発明の課題は、光学特性や内部構成に影響を受けることのない光学素子を備えた撮像装置を提供することにある。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、入射した被写体光を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子よりも被写体側に配置され、入射した光を振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に変換して射出する第１複屈折板と、前記第１複屈折板と前記撮像素子との間に配置され、入射した光を振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に変換して射出する第２複屈折板と、を含む一体の光学ローパスフィルタと、前記光学ローパスフィルタよりも被写体側に配置され、単結晶の水晶であって前記水晶の光軸と平行な方向に切り出されて作製された第１の１／４波長板と、前記第１の１／４波長板に接着して設けられ、電圧の印加により前記第１の１／４波長板を振動させる振動発生手段と、を備えた撮像装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記光学ローパスフィルタは、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板と、入射した光を円偏光成分に変換する第２の１／４波長板と、赤外カットガラスと、が貼り合わされた一体の素子であり、前記第１複屈折板、前記第２複屈折板、前記第２の１／４波長板及び前記赤外カットガラスは、被写体側から前記撮像素子へ向かう方向に沿って前記第１複屈折板、前記赤外カットガラス、前記第２の１／４波長板及び前記第２複屈折板の順に配置されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、前記振動発生手段は、前記第１の１／４波長板において光が入射する面に設けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置において、前記第１の１／４波長板は、入射した光を円偏光成分に変換して前記第１複屈折板に向かって射出することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の撮像装置において、前記第１の１／４波長板は、位相差が９０度であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置であって、前記第１の１／４波長板は、被写体側の表面に可視光のみを透過するコーティング膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、光学特性や内部構成に影響を受けることのない光学素子を備えた撮像装置を提供することができる。

実施形態のカメラを示す図である。（Ａ）は光軸Ａにおけるカメラの横断面図である。（Ｂ）は光軸Ａにおけるカメラの縦断面図である。 撮像ユニットの構成を示す概略図である。 振動板を被写体側から光軸Ａに沿って見たときの正面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係わる撮像装置をデジタルカメラに適用した場合の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解とを容易にするために、ＸＹＺの直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸Ａを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラ位置（以下、正位置という）において撮影者から見て右側に向かう方向をＸプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をＹプラス方向とする。さらに、正位置において被写体に向かう方向をＺ方向とする。

図１は、本実施形態のカメラ１を示す図である。図１（Ａ）は、光軸Ａにおけるカメラ１の横断面図であり、図１（Ｂ）は、光軸Ａにおけるカメラ１の縦断面図である。

カメラ１は、撮像装置としてのカメラボディ１０と、レンズ鏡筒５０と、を備える。本実施形態のカメラ１は、カメラボディ１０に対してレンズ鏡筒５０が着脱可能なレンズ交換式のデジタルカメラである。なお、図１において、レンズ鏡筒５０のレンズＬは、レンズを簡略化して描いている。また、レンズＬは、実際には複数のレンズにより構成される。

カメラボディ１０は、ミラーユニット１１と、ファインダスクリーン１２と、ペンタミラー１２ａと、接眼レンズ１４と、測光素子１５と、ＡＦ検出素子１６と、シャッタ１７と、シーケンスモータ１８と、表示部１９と、撮像ユニット２０と、を備える。

ミラーユニット１１は、メインミラー１１ａと、サブミラー１１ｂとを備える。メインミラー１１ａは、撮影光路内に配置され被写体光をペンタミラー１２ａの方向へ反射する観察位置（図中実線で示す位置）と、撮影光路内から退避した退避位置（図中２点鎖線で示す位置）との間で、回動可能に構成されている。メインミラー１１ａは、被写体観察時には観察位置に配置され、一方、撮影時には退避位置に配置される。メインミラー１１ａは、その中心付近がハーフミラーになっている。

サブミラー１１ｂは、メインミラー１１ａが観察位置にあるときに、ハーフミラーを通過した被写体光をＡＦ検出素子１６の方向へ反射する部材である。サブミラー１１ｂは、メインミラー１１ａの退避にともなって、メインミラー１１ａの裏面に重なるように配置され、撮影光路から退避する。

ファインダスクリーン１２は、被写体観察時に、メインミラー１１ａから導かれた被写体光を結像する部材である。ファインダスクリーン１２に結像した像は、ペンタミラー１２ａによって、接眼レンズ１４の方向に導かれ、撮影者によって観察される。

測光素子１５は、ファインダスクリーン１２に結像した像の光量を検出するセンサである。測光素子１５が検出した光量の情報は、不図示のボディ制御部に出力され、撮影時の露出を決定する際に利用される。

ＡＦ検出素子１６は、被写体観察時に、サブミラー１１ｂから導かれた被写体光に基づいて、レンズＬの焦点調節状態を検出するセンサである。ＡＦ検出素子１６は、サブミラー１１ｂから導かれた被写体光を不図示のマスクにより２つに分けた後、不図示の２つのラインセンサ上に再結像させ、ラインセンサ上の像の相対的なずれ量（位相差）を算出することにより、レンズＬの焦点調節状態を検出する。

シャッタ１７は、所定間隔で走行する複数のシャッタ幕を備える。シャッタ１７は、レリーズボタンの操作に応じて、前記シャッタ幕を開閉して、撮像面に入射される光量を調整する。

シーケンスモータ１８は、ミラーユニット１１の駆動や、シャッタ１７のチャージ等を行う。

表示部１９は、カメラボディ１０の背面（Ｚマイナス方向の面）に配置された液晶表示装置等の表示装置である。表示部１９は、撮像ユニット２０で撮像された撮影画像（再生画像、ライブビュー画像）や、各種設定を行うためのメニュー画面等を表示する。

撮像ユニット２０は、撮影時において、メインミラー１１ａが退避位置に配置されることによって、撮像素子２２に結像した像を電気信号に変換して、不図示のボディ制御部に出力する装置である。撮像ユニット２０の具体的な構成については後述する。

図２は、撮像ユニット２０の構成を示す概略図である。撮像ユニット２０は、大別すると、撮像素子２２、ＯＬＰＦ２３と、光学素子としての振動板２４と、を備える。なお、周辺部材については図示を省略する。撮像素子２２は、レンズＬ（図１）を経て入射した被写体光を光電変換する光電変換素子である。撮像素子２２は、不図示のフォトダイオード及びＣＣＤ又はＣＭＯＳなどで構成されている。

ＯＬＰＦ２３は、入射した被写体光から空間周波数の高い成分を除去して、被写体光を撮像素子２２へ導く光学フィルタである。ＯＬＰＦ２３は、被写体側から順に、第１複屈折板２３ａ、赤外カットガラス２３ｂ、１／４波長板２３ｃ、第２複屈折板２３ｄを貼り合わせて、一体の素子としたものである。なお、ＯＬＰＦ２３を構成する各部の機能、配置は本実施形態の例に限らず、適宜に組み合わせ可能である。

第１複屈折板２３ａは、単結晶の水晶からなり、最も被写体側に配置されている。第１複屈折板２３ａは、入射した光を、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に変換して出射する。

赤外カットガラス２３ｂは、入射した光から赤外線域以上の長波長の光を吸収する。本実施形態では、赤外カットガラス２３ｂを第１複屈折板２３ａと１／４波長板２３ｃとの間に配置した例を示すが、この例に限らず、ＯＬＰＦ２３の最も被写体側でもよいし、最も撮像素子２２であってもよい。

１／４波長板２３ｃは、単結晶の水晶からなり、赤外カットガラス２３ｂよりも撮像素子２２側に配置されている。１／４波長板２３ｃは、第１複屈折板２３ａを経て入射した光に含まれる振動方向が互いに直交する２つの成分の間に９０度の位相差を生じさせ、入射した光（直線偏光成分）を円偏光成分に変換して出射する。

第２複屈折板２３ｄは、単結晶の水晶からなり、１／４波長板２３ｃよりも撮像素子２２側に配置されている。第２複屈折板２３ｄは、入射した光（円偏光成分）を、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に変換して出射する。

上記のように構成されたＯＬＰＦ２３の被写体側の面と撮像素子２２側の面には、それぞれ反射防止膜２５が形成されている。

振動板２４は、単結晶の水晶からなる波長板であり、ＯＬＰＦ２３よりも被写体側に配置されている。本実施形態の振動板２４としては、入射した光に含まれる振動方向が互いに直交する２つの成分の間に９０度の位相差を生じさせ、入射した光（直線偏光成分）を円偏光成分に変換して出射する１／４波長板が用いられる。また、振動板２４の被写体側の面には、可視光のみを透過する可視光透過膜２６が形成されている。また、撮像素子２２側の面には反射防止膜２５が形成されている。

振動板２４として使用される水晶は、ガラスよりも強度が高い部材である（モース硬度で水晶は７、ガラスは５〜６）。このため、ガラスよりも板厚を薄くすることができる。また、振動板２４に形成されるコーティング膜は、可視光のみを透過する可視光透過膜２６であるため、ガラス表面に形成されるコーティング膜のように、肉眼で見えない表面の汚れが目立つことがない。また、可視光透過膜２６は、ガラス表面に形成されるコーティング膜に比べて、容易に形成することができる。更に、単結晶の水晶からなる波長板は、水晶原石の光軸と平行な方向に切り出せばよいため、水晶複屈折板に比べて水晶原石からの切り出しも容易となる。

また、単結晶の水晶からなる波長板は、ＯＬＰＦ２３よりも被写体側に配置する場合に光軸方向を考慮する必要がないので、水晶複屈折板のように光学設計に制約を受けることがない。更に、単結晶の水晶からなる波長板は、水晶複屈折板のように、入射する光をすべて直線偏光することがなく、ガラスとほぼ同じ光学特性と見なすことができるため、撮像素子２２側に配置されるＯＬＰＦ２３の構成に制約を与えることがない。

図３は、振動板２４を被写体側から光軸Ａに沿って見たときの正面図である。図３に示すように、振動板２４は圧電素子２７を備える。圧電素子２７は、振動板２４の被写体側表面において、Ｘ方向の一側縁部に接着により貼り付けられている。圧電素子２７は、不図示の圧電素子駆動回路から特定周波数（振動板２４の共振周波数）の交流電圧が印加されることにより共振して、振動板２４を振動させる振動発生手段として機能する。

圧電素子２７の端部には、不図示のフレキシブルプリント基板が接続されている。このフレキシブルプリント基板は、上記圧電素子駆動回路と電気的に接続されており、圧電素子２７に対して、特定周波数の交流電圧を印加する。圧電素子２７に特定周波数の交流電圧が印加されると、圧電素子２７の振動とともに振動板２４が共振して、振動板２４に振動が発生する。この振動によって振動板２４の表面に付着した異物が除去されることになる。

上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）光学素子としての振動板２４を、単結晶の水晶からなる波長板により構成したので、振動板２４をガラスで構成した場合に比べて強度を高めることができる。また、単結晶の水晶からなる波長板は、ＯＬＰＦ２３よりも被写体側に配置する場合に光軸方向を考慮する必要がないため、水晶複屈折板のように光学設計に制約を受けることがない。更に、単結晶の水晶からなる波長板は、水晶複屈折板のように、入射する光をすべて直線偏光することがなく、ガラスとほぼ同じ光学特性と見なすことができるため、撮像素子２２側に配置されるＯＬＰＦ２３の構成に制約を与えることがない。
したがって、本実施形態によれば、光学特性や内部構成に影響を受けることのない光学素子としての振動板２４を備えたカメラボディ１０を提供することができる。
（２）振動板２４の位相差が９０度であるため、後方のＯＬＰＦ２３に対して最も良好な光学特性を得ることができる。
（３）振動板２４に形成されるコーティング膜は、可視光のみを透過する可視光透過膜２６であるため、ガラス表面にコーティング膜を形成したときのように、肉眼で見えない表面の汚れが目立つことがない。また、可視光透過膜２６は、ガラス表面に形成するコーティング膜に比べて、容易に形成することができる。
（変形形態）

以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明は以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）振動板２４の位相差は９０度に限らず、０度でもよいし、４５度であってもよい。
（２）圧電素子２７の配置は図３の例に限らず、振動板２４のＹ方向の一側縁部でもよいし、Ｘ方向の両側縁部や、Ｙ方向の両側縁部に配置されていてもよい。また、圧電素子２７は、振動板２４の撮像素子２２側表面に貼り付けられていてもよい。
（３）本発明に係わる撮像装置は、レンズ交換式のデジタルカメラに限らず、カメラボディとレンズとを一体化したカメラにも適用することができる。

また、上記実施形態及び変形形態は適宜に組み合わせて用いることができるが、各実施形態の構成は図示と説明により明らかであるため、詳細な説明を省略する。さらに、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：カメラ、１０：カメラボディ、２０：撮像ユニット、２２：撮像素子、２３ａ：第１複屈折板、２３ｂ：赤外カットガラス、２３ｃ：１／４波長板、２３ｄ：第２複屈折板、２４：振動板、２５：反射防止膜、２６：可視光透過膜、２７：圧電素子、５０：レンズ鏡筒

Claims (6)

1. 入射した被写体光を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像素子よりも被写体側に配置され、入射した光を振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に変換して射出する第１複屈折板と、前記第１複屈折板と前記撮像素子との間に配置され、入射した光を振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に変換して射出する第２複屈折板と、を含む一体の光学ローパスフィルタと、
   前記光学ローパスフィルタよりも被写体側に配置され、単結晶の水晶であって前記水晶の光軸と平行な方向に切り出されて作製された第１の１／４波長板と、
   前記第１の１／４波長板に接着して設けられ、電圧の印加により前記第１の１／４波長板を振動させる振動発生手段と、
   を備えた撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記光学ローパスフィルタは、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板と、入射した光を円偏光成分に変換する第２の１／４波長板と、赤外カットガラスと、が貼り合わされた一体の素子であり、
   前記第１複屈折板、前記第２複屈折板、前記第２の１／４波長板及び前記赤外カットガラスは、被写体側から前記撮像素子へ向かう方向に沿って前記第１複屈折板、前記赤外カットガラス、前記第２の１／４波長板及び前記第２複屈折板の順に配置されていることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、
   前記振動発生手段は、前記第１の１／４波長板において光が入射する面に設けられていることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第１の１／４波長板は、入射した光を円偏光成分に変換して前記第１複屈折板に向かって射出することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４に記載の撮像装置において、
   前記第１の１／４波長板は、位相差が９０度であることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
   前記第１の１／４波長板は、被写体側の表面に可視光のみを透過するコーティング膜が形成されていることを特徴とする撮像装置。

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