JP5978644B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に関する。

撮像素子を用いた撮像装置において、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、画素加算による動画撮影等、イメージセンサの解像度が大幅に変化した場合に、ローパスフィルタの特性を追従させることはできない。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様として、入射する被写体光束の空間周波数を低減して射出するように固設された第１光学フィルタと、被写体光束に対して挿抜され、入射する被写体光束の空間周波数を変更して射出する第２光学フィルタと、第２光学フィルタを透過することなく第１光学フィルタを透過した被写体光束、または、第１光学フィルタおよび第２光学フィルタを透過した被写体光束を受光して画像信号を出力する撮像素子とを備える撮像装置が提供される。

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。 一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。 固定フィルタ３３２の作用を説明する模式図である。 撮像素子３３０の構造を説明する模式図である。 ローパスフィルタシステム５０１の作用を説明する模式図である。 ローパスフィルタシステム５０２の作用を説明する模式図である。 ローパスフィルタシステム５０３の作用を説明する模式図である。 固定フィルタ３３２の作用を説明する模式図である。 ローパスフィルタシステム５０４の作用を説明する模式図である。 一眼レフカメラ１０１の模式的断面図である。 一眼レフカメラ１０２の模式的断面図である。 ローパスフィルタシステム５０５の作用を説明する模式図である。

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、固定フィルタ３３２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。

固定フィルタ３３２は、撮像素子３３０の直前に固定して設置される。固定フィルタ３３２は、撮像素子３３０に入射する被写体光束の空間周波数を減じるローパスフィルタとして機能する。また、固定フィルタ３３２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。

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および画像処理回路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の下方には、可動フィルタ５１０および合焦光学系３８０が配される。可動フィルタ５１０は、昇降方向に移動可能に案内部５２０に支持される。また、可動フィルタ５１０は、駆動部５３０により駆動されて、案内部５２０に沿って昇降する。図示の状態では、可動フィルタ５１０は、被写体光束の光路から退避して、ミラーユニット４００の下方に位置している。

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、固定フィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に受光される。

固定フィルタ３３２はローパスフィルタであり、被写体光束の空間周波数を低減した上で撮像素子３３０に向かって射出する。これにより、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、撮像素子３３０におけるモアレの発生を抑制する。

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回路３２４において画像データに変換される。画像処理回路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、ミラーユニット４００が依然として退避状態にあり、一眼レフカメラ１００が第２撮影モードにある場合の模式的断面図である。図１および図２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。

図示のように、可動フィルタ５１０は、駆動部５３０に駆動され、案内部５２０に沿って上昇する。また、可動フィルタ５１０は、メインミラー４２０およびサブミラー４６０が上昇した後に開いた空間に向かって上昇する。このように、ミラーユニット４００の斜設状態と、可動フィルタ５１０の上昇状態は排他的に選択される。

上昇した可動フィルタ５１０は、レンズユニット２００を通じて入射した被写体光束を横切る。また、上昇した可動フィルタ５１０は、被写体光束中の光軸ＯＡと直交する。これにより、レンズユニット２００から入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２の両方を通過した後に撮像素子３３０に受光される。

このように、可動フィルタ５１０は、撮像素子３３０に受光される被写体光束に対して挿抜できる。また、撮像素子３３０は、固定フィルタ３３２を通じて被写体光束を受光する場合と、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２の両方を通じて被写体光束を受光する場合との２つの状態をとり得る。

なお、カメラ本体３００は、本体ＣＰＵ３２２の制御項目のひとつとして、上記第１撮影モードと上記第２撮影モードとを切り替える切替部を有する。ここで、第１撮影モードは、例えば静止画撮影モードであり、第２撮影モードは動画撮影モードである。

切替部としての本体ＣＰＵ３２２は、カメラ本体３００の撮影モードを第１撮影モードから第２撮影モードに切り替える場合に、可動フィルタ５１０を上昇させて被写体光束に挿入する制御も実行する。これにより、動画撮影モードである第２撮影モードにおいて、撮像素子３３０は、固定フィルタ３３２および可動フィルタ５１０を通じて被写体光束を受光する。

また、切替部としての本体ＣＰＵ３２２は、カメラ本体３００の撮影モードを第２撮影モードから第１撮影モードに切り替える場合に、可動フィルタ５１０を降下させて被写体光束から退避させる制御も実行する。これにより、静止画撮影モードである第１撮影モードにおいて、撮像素子３３０は、固定フィルタ３３２を通じて被写体光束を受光する。

図４は、固定フィルタ３３２の作用を説明する模式図である。固定フィルタ３３２は、撮像素子３３０に受光される被写体光束に直交して、撮像素子３３０の撮像面と平行に配される。

固定フィルタ３３２は水平な光学軸を有する厚さｔの複屈折板を含む。複屈折板の厚さｔにより決まるローパスフィルタとしての分離幅は、例えば、撮像素子３３０における画素ピッチｐに等しい。

なお、固定フィルタ３３２には、複屈折板の他に、赤外線吸収層等が含まれる。また、カメラ本体３００においては、撮像素子３３０の保護ガラスを兼ねる場合もある。

固定フィルタ３３２に無偏光で入射した被写体光束は、固定フィルタ３３２の厚さ内を直進して射出される常光線と、固定フィルタ３３２内を斜行した後、常光線と平行に射出される異常光線とに分離される。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。また、常光線と異常光線の間隔はピッチｐに等しい。

このように、無偏光で入射した単一の被写体光束は、固定フィルタ３３２を通過することにより、画素ピッチｐと等しい間隔で離れた一対の直線偏光に分離した状態で撮像素子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、当初の被写体光束よりも低くなる。これにより、画素ピッチｐよりも高い空間周波数を有する被写体光束が入射した場合に生じるモアレが抑制される。

なお、図中の撮像素子３３０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。撮像素子３３０の形状に合わせて、固定フィルタ３３２の形状も変化する。

図５は、撮像素子３３０の構造を概念的に説明する模式図である。図中左側に示すように、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、正方形に並ぶ４つの受光素子を組み合わせて単位画素３３１が形成される。単位画素３３１は、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個とを含むカラー画素を形成する。このような正方形のカラー画素は、高い解像度で撮像する静止画撮影における単位画素３３１となる。

一方、同じ撮像素子３３０を用いて動画撮影をする場合は、図中右側に示すように、より多くの受光素子を用いて単位画素３３３が形成される。即ち、動画の規格は、静止画の解像度よりも低い解像度を有する場合が多いので、撮像素子３３０における正方形の単位画素３３１を全て用いると画素数が過剰になる。また、動画撮影では、被写体光束を変換した電気信号を連続的に読み出すので、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。

そこで、動画撮影においては、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撮像素子３３０を動作させる場合がある。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３００中の単位画素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維持するために、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の水平解像度または垂直解像度は半分以下になる。

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からは、空間周波数が低い画像信号が読み出される。撮像素子３３０から読み出された画像信号は、アナログデジタル変換回路によりデジタル信号に変換されるので、動画撮影の場合にカメラ本体３００内部において取り扱われるデジタル画像信号においてはナイキスト周波数が低下する。このため、単位画素３３３の数が多い静止画撮影のために設定された固定フィルタ３３２の特性ではモアレを抑制できない場合がある。

なお、図５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３３３には、形状、画素数共に、様々な形態がある。

図６は、ローパスフィルタシステム５０１の構造と作用を説明する模式図である。ローパスフィルタシステム５０１は、図４に示した固定フィルタ３３２と、固定フィルタ３３２に入射する被写体光束上に挿入された可動フィルタ５１０とを含む。よって、レンズユニット２００からカメラ本体３００に入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２を通過した後に撮像素子３３０に受光される。

可動フィルタ５１０は、固定フィルタ３３２と同じく、水平な光学軸を有し、厚さｔの複屈折板を含む。よって、可動フィルタ５１０に無偏光で入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０の厚さ内を直進して射出される常光線と、可動フィルタ５１０内を斜行した後常光線と平行に射出される異常光線とに分離される。

これにより、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。このように、可動フィルタ５１０は、固定フィルタ３３２に入射する被写体光束の空間周波数を変更して射出する。

可動フィルタ５１０において、常光線および異常光線の一対の直線偏光に分離された被写体光束は、それぞれ固定フィルタ３３２に入射する。固定フィルタ３３２は可動フィルタ５１０と方向の光学軸を有するので、固定フィルタ３３２において、常光線は分離されることなく固定フィルタ３３２内を直進する。よって、常光線は、当初入射した被写体光束の延長線上で撮像素子３３０に受光される。

可動フィルタ５１０の内部を斜行した異常光線は、同じ方向の光学軸を有する固定フィルタ３３２においても再び斜行する。また、固定フィルタ３３２に入射する異常光線は、常光線と同じ偏光成分を含まないので、固定フィルタ３３２内を直進する成分は生じない。

また、固定フィルタ３３２に入射する常光線および異常光線は、可動フィルタ５１０から射出された時点で既にピッチｐの分離幅で分離されている。よって、固定フィルタ３３２において斜行した後に射出された異常光線は、常光線に対してピッチ２ｐの間隔をおいて撮像素子３３０に受光される。

このように、固定フィルタ３３２および可動フィルタ５１０を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数は、単独の固定フィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数よりも低い。よって、例えば、固定フィルタ３３２を単独で用いて静止画を撮影する一眼レフカメラ１００において動画撮影をする場合に、被写体光束の光路上に可動フィルタ５１０を挿入することにより、撮像素子３３０に受光される被写体光束の空間周波数を、動画撮影に合わせて低下させることができる。また、記録容量を小さくする目的等により撮影解像度を低下させた場合にも、低下させた解像度に合わせて被写体光束の空間周波数を低下させることができる。

図７は、他のローパスフィルタシステム５０２の構造と作用を説明する模式図である。ローパスフィルタシステム５０２は、図４に示した固定フィルタ３３２に対して可動フィルタ５１０を加えて形成される。よって、可動フィルタ５１０が被写体光束に挿入されている場合、レンズユニット２００からカメラ本体３００に入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２を両方通過した後に撮像素子３３０に受光される。

可動フィルタ５１０は、３枚の複屈折板５１１、５１２、５１３を含む。入射した被写体光束の伝播方向に従って、１枚目と２枚目の複屈折板５１１、５１２は、水平に対してそれぞれが４５°傾きつつ、互いに直交する光学軸を有する。また、複屈折板５１１、５１２は、それぞれ厚さ√２ｔを有する。３枚目の複屈折板５１３は、固定フィルタ３３２と同じ方向の光学軸と厚さを有する。

上記のような可動フィルタ５１０に入射した無偏光の被写体光束は、複屈折板５１１において、複屈折板５１１内を直進する常光線と、複屈折板５１１内を斜行する異常光線とに分離される。常光線および異常光線は、偏光方向が互いに直交する直線偏光となる。

複屈折板５１１は、水平面に対して４５°傾いた光学軸を有するので、厚さ√２ｔの複屈折板５１１内を斜行した異常光線は、常光線の射出位置に対して、縦および横にピッチｐずつずれた位置から射出される。このような位置関係を、次の複屈折板５１１の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

２枚目の複屈折板５１２の光学軸は、１枚目の複屈折板５１１の光学軸に対して直交する。よって、複屈折板５１１から射出されて複屈折板５１２に入射した常光線は、複屈折板５１２内を斜行する。厚さ√２ｔの複屈折板５１２内を斜行した異常光線は、入射位置に対して縦および横にピッチｐずつずれた位置から射出される。

一方、複屈折板５１２に入射した異常光線は、複屈折板５１２内を直進した後に射出される。よって、常光線および異常光線は、図中縦にピッチ２ｐの間隔に分離される。このような位置関係を、３枚目の複屈折板５１３の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

３枚目の複屈折板５１３の光学軸は、２枚目の複屈折板５１２の光学軸に対して４５°傾いている。換言すれば、２枚目の複屈折板５１２から射出された常光線および異常光線の偏光方向は、いずれも、複屈折板５１３の光学軸に対して傾いている。よって、複屈折板５１３においては、常光線および異常光線が、それぞれ個別に複屈折を生じて分離される。

これにより、複屈折板５１２から射出された常光線および異常光線のいずれもが、複屈折板５１３において、それぞれ常光線と異常光線とに分離される。常光線の各々は、複屈折板５１３内を直進して固定フィルタ３３２に向かって射出される。厚さｔの複屈折板５１２内を斜行した異常光線の各々は、それぞれ対応する常光線からピッチｐ離れた位置から、固定フィルタ３３２に向かって射出される。このような位置関係を、次の固定フィルタ３３２の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

固定フィルタ３３２は、３枚目の複屈折板５１３の光学軸と同じ方向の光学軸を有する。よって、可動フィルタ５１０から射出されて固定フィルタ３３２に入射した常光線は、依然として固定フィルタ３３２内を直進した後、撮像素子３３０に受光される。一方、可動フィルタ５１０から射出されて固定フィルタ３３２に入射した異常光線は、厚さｔを有する固定フィルタの内部を更に斜行して、それぞれが対応する常光線からピッチ２ｐ離れた位置において、撮像素子３３０に受光される。

これらローパスフィルタシステム５０２の総合的な作用により、可動フィルタ５１０に入射した単一の被写体光束は、互いにピッチ２ｐずつはなれた４点において撮像素子３３０に受光される。このような受光位置の関係を、撮像素子３３０の撮像面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。図示のように、固定フィルタ３３２および可動フィルタ５１０を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数は、単独の固定フィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数よりも低い。

図８は、また他のローパスフィルタシステム５０３の構造と作用を説明する模式図である。ローパスフィルタシステム５０３は、図４に示した固定フィルタ３３２に対して可動フィルタ５１０を加えて形成される。可動フィルタ５１０が被写体光束に挿入されている場合、レンズユニット２００からカメラ本体３００に入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２を両方通過した後に撮像素子３３０に受光される。

可動フィルタ５１０は、一対の複屈折板５１４、５１３と、複屈折板５１４、５１３に挟まれたλ／４波長板５１５とを含む。入射した被写体光束の伝播方向に従って、１枚目の複屈折板５１４は、図中垂直方向の光学軸を有する。

また、複屈折板５１４は、厚さ２ｔを有する。λ／４波長板５１５は、入射した直線偏光を円偏光に変換して射出する。複屈折板５１３は、固定フィルタ３３２の複屈折板と同じ仕様および特性を有する。

上記のような可動フィルタ５１０に入射した無偏光の被写体光束は、複屈折板５１４において、複屈折板５１４内を直進する常光線と、複屈折板５１４内を斜行する異常光線とに分離される。常光線および異常光線は、偏光方向が互いに直交する直線偏光となる。

厚さ２ｔの複屈折板５１１内を斜行した異常光線は、常光線の射出位置に対して、垂直方向にピッチ２ｐずれた位置から射出される。このような位置関係を、λ／４波長板５１５の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

λ／４波長板５１５に入射した常光線および異常光線は、それぞれ円偏光に変換された上で射出される。射出された一対の被写体光束は、ピッチ２ｐを維持したまま複屈折板５１３に入射する。複屈折板５１３に入射する被写体光束がピッチ２ｐを維持していることを、複屈折板５１３の入射面において一対の白丸により表す。

複屈折板５１３は水平な光学軸を有する。よって、互いに平行な一対の円偏光として複屈折板５１３に入射した被写体光束は、それぞれが常光線および異常光線に水平に分離される。

これにより、可動フィルタ５１０からは、水平方向にピッチｐ離れ、垂直方向にピッチ２ｐ離れた２対の被写体光束が射出される。このような位置関係を、固定フィルタ３３２の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。なお、常光線と異常光線は、互いに直交する偏光面を有する直線偏光となる。

固定フィルタ３３２は、複屈折板５１３の光学軸と同じ方向の光学軸を有する。よって、可動フィルタ５１０から射出されて固定フィルタ３３２に入射した常光線は、依然として固定フィルタ３３２内を直進した後、撮像素子３３０に受光される。一方、可動フィルタ５１０から射出されて固定フィルタ３３２に入射した異常光線は、厚さｔを有する固定フィルタの内部を更に斜行して、それぞれが対応する常光線からピッチ２ｐ離れた位置において、撮像素子３３０に受光される。

これらローパスフィルタシステム５０３の総合的な作用により、可動フィルタ５１０に入射した単一の被写体光束は、互いにピッチ２ｐずつはなれた４点において撮像素子３３０に受光される。このような受光位置の関係を、撮像素子３３０の撮像面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。図示のように、固定フィルタ３３２および可動フィルタ５１０を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数は、単独の固定フィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数よりも低い。

なお、λ／４波長板５１５は波長依存性を有するので、入射光の一部を円偏光に変換しない場合がある。このため、ローパスフィルタシステム５０３を通過することにより、被写体光束の一部が減衰する場合もある。しかしながら、λ／４波長板５１５は、厚さの選択範囲が複屈折板よりも広いので、特性を選びつつローパスフィルタの一部として用いることができる。

図９は、固定フィルタ３３２の構造と作用を説明する模式図である。固定フィルタ３３２は、一対の複屈折板５１３、５１６と、複屈折板５１３、５１６に挟まれたλ／４波長板５１５とを含む。

固定フィルタ３３２において、複屈折板５１３は、図８に示した可動フィルタ５１０において用いた複屈折板５１３と同じ仕様および特性を有する。また、λ／４波長板５１５も、図８に示したローパスフィルタシステム５０３で使用したものと同じ使用および特性を有する。また、固定フィルタ３３２において、複屈折板５１６は、厚さｔと、図中垂直な方向の光学軸とを有する。

上記のような固定フィルタ３３２に入射した無偏光の被写体光束は、複屈折板５１３において、複屈折板５１３内を直進する常光線と、複屈折板５１３内を斜行する異常光線とに分離される。常光線および異常光線は、偏光方向が互いに直交する直線偏光となる。

厚さｔの複屈折板５１３内を斜行した異常光線は、常光線の射出位置に対して、水平方向にピッチｐずれた位置から射出される。このような位置関係を、λ／４波長板５１５の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

λ／４波長板５１５に入射した常光線および異常光線は、それぞれ円偏光に変換された上で射出される。射出された一対の被写体光束は、ピッチｐを維持したまま複屈折板５１６に入射する。複屈折板５１６に入射する被写体光束はピッチｐを維持している。

複屈折板５１６は図中垂直な光学軸を有する。よって、互いに平行に伝播する一対の円偏光として複屈折板５１６に入射した被写体光束は、それぞれが常光線および異常光線に垂直方向に分離される。これにより、固定フィルタ３３２からは、水平方向および垂直方向にピッチｐ離れた２対の被写体光束が射出される。このような位置関係を、撮像素子３３０の撮像面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。図示のように、固定フィルタ３３２は、互いに直交する２軸方向に対して均等に空間周波数を低減させる。

なお、上記固定フィルタ３３２においても、波長依存性を有するλ／４波長板５１５は、入射光の一部を円偏光に変換しない場合がある。しかしながら、λ／４波長板５１５は、厚さの選択範囲が複屈折板よりも広いので、特性を選びつつローパスフィルタの一部として用いられる。

図１０は、ローパスフィルタシステム５０４の構造と作用を説明する模式図である。ローパスフィルタシステム５０４は、図９に示した固定フィルタ３３２と、固定フィルタ３３２に入射する被写体光束上に挿入された可動フィルタ５１０とを含む。よって、レンズユニット２００からカメラ本体３００に入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２を通過した後に撮像素子３３０に受光される。

ローパスフィルタシステム５０４において、可動フィルタ５１０は、水平な光学軸を有し、厚さｔの複屈折板を含む。よって、可動フィルタ５１０に無偏光で入射した被写体光束は、固定フィルタ３３２の厚さ内を直進して射出される常光線と、固定フィルタ３３２内を斜行した後、常光線と平行に射出される異常光線とに分離される。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。

可動フィルタ５１０から出射された常光線および異常光線は、ピッチｐの間隔をおいて平行に固定フィルタ３３２に入射する。そのような位置関係を、複屈折板５１３の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

固定フィルタ３３２に入射した常光線は、複屈折板５１３内を直進して、λ／４波長板５１５に入射する。また、固定フィルタ３３２に入射した異常光線は、厚さｔの複屈折板５１３内を斜行して、常光線に対するピッチを２ｐに拡げた後にλ／４波長板５１５に入射する。このような位置関係を、λ／４波長板５１５の入射面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

λ／４波長板５１５に入射した常光線および異常光線は、それぞれ円偏光に変換された上で射出される。射出された一対の被写体光束は、ピッチ２ｐを維持したまま複屈折板５１６に入射する。複屈折板５１６に入射する被写体光束はピッチ２ｐを維持している。

複屈折板５１６は図中垂直な光学軸を有する。よって、互いに平行に伝播する一対の円偏光として複屈折板５１６に入射した被写体光束は、それぞれが常光線および異常光線に垂直方向に分離される。これにより、固定フィルタ３３２からは、水平方向にピッチ２ｐ離れ、垂直方向にピッチｐ離れた常光線および異常光線が射出される。撮像素子３３０に受光される常光線および異常光線の位置関係を、撮像素子３３０の撮像面において、常光線を示す白丸と異常光線を示す黒丸により表す。

このように、ローパスフィルタシステム５０４において、固定フィルタ３３２および可動フィルタ５１０を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数は、単独の固定フィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に受光された被写体光束の空間周波数よりも低い。また、ローパスフィルタシステム５０４において、可動フィルタ５１０は、互いに直交する２軸方向について異なるように空間周波数を低減させる。

正方画素を有する撮像素子３３０により静止画撮影をする一眼レフカメラ１００において動画撮影をする場合には、動画撮影に対応した画素加算または間引きにより撮像素子の画素形状が正方形ではなくなる場合がある。このような場合であっても、上記のように、可動フィルタ５１０を挿入することにより、ローパスフィルタの特性を動画撮影に合わせて特定の方向について低下させることができる。

図１１は、一眼レフカメラ１０１の模式的断面図である。一眼レフカメラ１０１は、下記に説明する部分を除くと、図１から図３までに示した一眼レフカメラ１００と同じ構造を有する。そこで、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。

一眼レフカメラ１００に比較すると、一眼レフカメラ１０１においては、案内部５２０および駆動部５３０がカメラ本体３０１から省かれている。その代わりに、可動フィルタ５１０は、カメラ本体３０１に対して着脱できる可動フィルタ保持枠５１８により保持されている。

可動フィルタ保持枠５１８は、ミラーユニット４００が退避状態にある場合に、カメラ本体３０１の前面開口からミラーユニット４００の内側に差し込んで、保持した可動フィルタ５１０をミラーユニット４００内に固定できる。可動フィルタ保持枠５１８をミラーユニット４００内に設置した場合、可動フィルタ５１０は、被写体光束の光軸ＯＡに対して直交しつつ被写体光束の光路に挿入される。

これにより、レンズユニット２００を通じて入射した被写体光束は、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２を通過した後に、撮像素子３３０に受光される。よって、既に説明した通り、動画撮影に適したローパスフィルタを通過した被写体光束が撮像素子３３０に受光される。

可動フィルタ保持枠５１８がカメラ本体３０１に装着された場合に、本体ＣＰＵ３２２は、可動フィルタ保持枠５１８を検知してカメラ本体３００の撮影モードを第１撮影モードから第２撮影モードに切り替えてもよい。これにより、一眼レフカメラ１０１は、可動フィルタ保持枠５１８に保持された可動フィルタ５１０を含み、動画撮影モードに適した特性を有するローパスフィルタを通じて動画撮影できる。

なお、可動フィルタ保持枠５１８が挿入されたカメラ本体３０１は、専ら、動画撮影モードである第２撮影モードで動作する。よって、カメラ本体３０１に装着された可動フィルタ保持枠５１８は、ミラーユニット４００の斜設状態への移行を禁止する旨を本体ＣＰＵ３２２に伝達してもよい。そのような通知は、カメラ本体３０１のボディマウント３６０近傍に設けられた電気接点を利用してもよいし、可動フィルタ保持枠５１８と協働する機械的な伝達構造を用いてもよい。

更に、可動フィルタ保持枠５１８の一部と、ミラーユニット４００の一部とに相補的な形状の部分を設け、当該ミラーユニット４００に可動フィルタ保持枠５１８を装着した場合に互いに嵌合するようにしてもよい。これにより、カメラ本体３０１と可動フィルタ保持枠５１８との適合をユーザに知らせることができる。

図１２は、一眼レフカメラ１０２の模式的断面図である。一眼レフカメラ１０２において、カメラ本体３０２に可動フィルタ５１０は設けられていない。一方、レンズユニット２０２には、レンズ２２０、２３０、２４０の背後に、フィルタスロット２７０が設けられる。フィルタスロット２７０には、可動フィルタ保持枠５１９に保持された可動フィルタ５１０が装着される。

可動フィルタ５１０は、可動フィルタ保持枠５１９を、図中上方に引き抜くことにより、被写体光束から退避させることができる。また、可動フィルタ保持枠５１９を、フィルタスロット２７０に差し込んだ場合は、フィルタスロット２７０の近傍に配されたフィルタ検出部２５２が可動フィルタ５１０を検出する。可動フィルタ５１０が検出された旨は、レンズＣＰＵ２５０を通じて本体ＣＰＵ３２２に伝達される。

カメラ本体３０２は、本体ＣＰＵ３２２の制御項目のひとつとして、第１撮影モードおよび第２撮影モードを切り替える切替部を有する。よって、可動フィルタ５１０が検出された旨を通知された本体ＣＰＵ３２２は、カメラ本体３００の撮影モードを第１撮影モードから第２撮影モードに切り替える。これにより、一眼レフカメラ１０２は、動画撮影モードに適した特性を有するローパスフィルタを通じて動画を撮影できる。また、可動フィルタ５１０が取り外された場合、切替部は、カメラ本体３０２の撮影モードを第２撮影モードから第１撮影モードに切り替える。

図１３は、ローパスフィルタシステム５０５の構造と作用を説明する模式図である。ローパスフィルタシステム５０５は、図４に示した固定フィルタ３３２に対して、複屈折板５１７を含む可動フィルタ５１０を加えることにより形成される。

複屈折板５１７の光学軸は、固定フィルタ３３２の光学軸に対して反対の向きを有する。このため、可動フィルタ５１０において直交する偏光に分離して出射された被写体光束は、固定フィルタ３３２において、再び収束して単一の無偏光として撮像素子３３０に受光される。

即ち、図６に示したように、可動フィルタ５１０が退避した状態で固定フィルタ３３２を通過した被写体光束は、空間周波数が低下した状態で撮像素子３３０に受光される。これに対して、可動フィルタ５１０および固定フィルタ３３２の両方を通過した被写体光束は、空間周波数の低下なしに撮像素子３３０に受光される。

このように、ローパスフィルタシステム５０５では、可動フィルタ５１０を挿入することにより、固定フィルタ３３２により低下する空間周波数を回復させ、高い解像を得ることができる。よって、例えば、静止画撮影モードにおいて解像を重視する場合に、一時的に空間周波数を高くする目的で可動フィルタ５１０を使用できる。

また、上記説明では、ローパスフィルタとしての特性を変化させることを例にあげたが、変化させる光学フィルタの特性は、空間周波数のフィルタリング特性に限られるわけではない。例えば、可動フィルタとして、減光フィルタ、ソフトフィルタ等、特殊効果を有するフィルタを用いることもできる。

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。

１００、１０１、１０２ 一眼レフカメラ、２００、２０２ レンズユニット、２１０ 固定筒、２２０、２３０、２４０ レンズ、２５０ レンズＣＰＵ、２５２ フィルタ検出部、２６０ レンズマウント、２７０ フィルタスロット、３００、３０１、３０２ カメラ本体、３２０ 主基板、３２２ 本体ＣＰＵ、３２４ 画像処理回路、３３０ 撮像素子、３３１、３３３ 単位画素、３３２ 固定フィルタ、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、５０１、５０２、５０３、５０４、５０５ ローパスフィルタシステム、５１０ 可動フィルタ、５１１、５１２、５１３、５１４、５１６、５１７ 複屈折板、５１５ λ／４波長板、５１８、５１９ 可動フィルタ保持枠、５２０ 案内部、５３０ 駆動部

Claims (6)

1. 入射する被写体光束の空間周波数を低減して射出するように固設された第１光学フィルタと、
   前記被写体光束に対して挿抜され、入射する前記被写体光束の前記空間周波数を変更して射出する第２光学フィルタと、
   前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタの間に配置され、前記被写体光束中に進入した第１位置と前記被写体光束から退避した第２位置とに移動可能なミラーと、
   前記第２光学フィルタを透過することなく前記第１光学フィルタを透過した前記被写体光束、または、前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタを透過した前記被写体光束を受光して画像信号を出力する撮像素子と、を備え、
   前記ミラーは、前記第２光学フィルタが前記被写体光束に挿入されている場合、前記第２位置から前記第１位置に移動することが禁止される撮像装置。
2. 前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタを透過した前記被写体光束の前記空間周波数は、前記第２光学フィルタを透過することなく前記第１光学フィルタを透過した前記被写体光束の前記空間周波数よりも低い請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１光学フィルタは、互いに直交する２軸方向に対して均等に前記空間周波数を低減させ、
   前記第２光学フィルタは、互いに直交する２軸方向に対して異なるように前記空間周波数を低減させる請求項２に記載の撮像装置。
4. 第１撮影モードと第２撮影モードを切り替える切替部を備え、
   前記第２光学フィルタは、前記第１撮影モードから前記第２撮影モードに切り替えられた場合に前記被写体光束に挿入される請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 第１撮影モードと第２撮影モードを切り替える切替部を備え、
   前記切替部は、前記第２光学フィルタが前記被写体光束に挿入された場合に前記第１撮影モードから前記第２撮影モードに切り替えられる請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記第１撮影モードは静止画撮影モードであり、前記第２撮影モードは動画撮影モードである請求項４または５に記載の撮像装置。

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