(57)【要約】【目的】撮像素子の前面に装着する光学素子の設計の自由度を高め、製造が容易な撮像素子ユニットを提供する。【構成】撮像素子５１のカバーガラスを赤外カットガラス５３で形成し、該赤外カットガラス５３の前面に、該赤外カットガラス５３とは非同一形状であり、かつ中心を通る直線に対して非対称形状の光学ローパスフィルタ５４、５５、５６を複数枚積層して接着した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚が積層され、撮像素子の前方に配置される光学フィルタであって、
該光学フィルタのうち、少なくとも異なる特性のものは、互いに非同一形状としたこと、を特徴とする撮像素子ユニット。
【請求項２】
前記光学フィルタは、各光学フィルタの中心に対して非対称形状である請求項１または２記載の撮像素子ユニット。
【請求項３】
前記光学フィルタは、４つ以上の角部を有する同一または相似形の基本外形を呈し、全てまたは少なくとも一枚を除き、少なくとも一つの角部がそれぞれ他の光学フィルタとは異なる量または形状だけ除去されている請求項１記載の撮像素子ユニット。
【請求項４】
前記光学フィルタは、基本外形が同一または相似形であって、全てまたは少なくとも一枚を除き、該外形の一部に、積層されたときに他とは重複しない位置に突起または凹部が形成されている請求項１記載の撮像素子ユニット。
【請求項５】
前記撮像素子のパッケージ前面を密封するカバーガラスを前記光学フィルタとしての赤外カットガラスで形成し、該赤外カットガラスの前面に、前記光学フィルタとしての光学ローパスフィルタを複数枚積層して接着した請求項１から４のいずれか一項記載の撮像素子ユニット。
【請求項６】
前記赤外カットガラスと貼り合わせる光学ローパスフィルタの面にはマッチングコートが施され、他の光学ローパスフィルタの面には反射防止コートが施された請求項５記載の撮像素子ユニット。
【請求項７】
前記光学ローパスフィルタの縦、横の寸法は、前記赤外カットガラスと同等または以下である請求項５または６記載の撮像素子ユニット。
【請求項８】
前記積層される光学ローパスフィルタは、１枚の厚さが約０．３ｍｍ以下であって、各光学ローパスフィルタの寸法が、前記赤外カットガラス側から光が来る方向に向かって順番に同等またはそれ以下である請求項２から７のいずれか一項記載の撮像素子ユニット。
【請求項９】
前記光学ローパスフィルタは、複屈折する硝材である水晶、ＬＮまたはＬＢＯから形成されている請求項２から８のいずれか一項記載の撮像素子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、一眼レフタイプなどのフォーカルプレンシャッタを備えた電子カメラに適した撮像素子ユニットに関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの固体撮像素子を使用する装置、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどにおいて、一般的に撮像レンズと固体撮像素子との間に、光吸収型赤外カットフィルタと光学ローパスフィルタを貼り合わせた光学素子が使用されている。
【０００３】
図８に、従来の撮像素子および赤外カットフィルタおよび光学ローパスフィルタの構成を示した。従来の撮像素子１０１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳパッケージ１０２の前面にカバーガラス１０３が貼り付けられている。そしてこのカバーガラス１０３の前方に光学フィルタとして、被写体側から順に、第１光学ローパスフィルタ１０６、赤外カットフィルタ１０５、第２光学ローパスフィルタ１０４からなる光学フィルタが配置されている。第１、第２光学ローパスフィルタ１０６、１０４は、赤外カットフィルタ１０５を挟んで接着されている。光学ローパスフィルタ１０４とカバーガラス１０３との間は、通常、空間１１０とされている。
【０００４】
しかし、既存の銀塩フィルムカメラ用の一眼レフカメラボディに、このような撮像素子１０１および光学フィルタ１０４、１０５、１０６を搭載する場合、フォーカルプレンシャッタと撮像素子１０１との間隔が狭いので、光学フィルタ１０４、１０５、１０６の設計が困難であった。
そこで、光学フィルタ１０４、１０５、１０６等を互いに貼り合わせ、またこれらをカバーガラス１０３に貼り合わせる発明を本出願人は提案している（特開２００１−２８４５６１号公報）。この構成の場合各光学フィルタ１０４、１０５、１０６を可及的に薄くすると、光学フィルタの強度が弱くなり、またフィルタの表裏、方向が混乱し易く、貼り合わせに習熟が必要になる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、撮像素子の前面に装着する光学素子の設計の自由度を高め、製造が容易な撮像素子ユニットを提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
この目的を達成する本発明は、複数枚が積層され、撮像素子の前方に配置される光学フィルタであって、該光学フィルタのうち、少なくとも異なる特性のものは、互いに非同一形状としたことに特徴を有する。
この構成によれば、光学フィルタを積層する際にその表裏、方向が容易に分かるので、作業が容易になり、かつ間違えることがなくなる。
光学フィルタを非同一形状とする実施形態としては、各光学フィルタの中心に対して非対称形状としたもの、４つ以上の角部を有する同一または相似形の基本外形を呈し、全てまたは少なくとも一枚を除き、少なくとも一つの角部がそれぞれ他の光学フィルタとは異なる量または形状だけ除去したもの、基本外形が同一または相似形であって、全てまたは少なくとも一枚を除き、該外形の一部に、積層されたときに他とは重複しない位置に突起または凹部を形成したものがある。
本発明の実施形態では、前記カバーガラスを前記光学フィルタの一つである赤外カットガラスで形成し、該赤外カットガラスの前面に、光学ローパスフィルタを複数枚積層して接着する。この構成によれば、赤外カットガラスとの貼り合わせ面とそれ以外の面を間違う虞れがなくなる。さらに撮像素子および光学フィルタを含む全体の厚さを薄くすることが可能になり、設計の自由度が増す。
【０００７】
赤外カットガラスと貼り合わせる光学ローパスフィルタの面にはマッチングコートを施し、それ以外の光学ローパスフィルタの面には反射防止コートを施す。
この構成によれば、光学素子の境界面で反射される光束が減少し、撮像面に届く有効な光束が増え、ノイズとなる光束が減少する。
光学ローパスフィルタの縦、横の寸法は、赤外カットガラスと同等または以下とする。この構成によれば、光学ローパスフィルタと赤外カットガラスの熱膨張係数の相違により生じる、温度変化による剥離が減少する。
複数枚の光学ローパスフィルタの構成は、１枚の厚さが０．３ｍｍ以下の場合、赤外カットガラスからレンズ方向（光が来る方向）に向かって順番に光学ローパスフィルタの寸法を同等かそれ以下とした。１枚の厚さが約０．３ｍｍ以下の場合は薄すぎて赤外カットガラスとの貼り合わせ時に非常に壊れ易いが、この構成によれば、貼り合わせ時の破損を防止できる。
光学ローパスフィルタは、複屈折する硝材であればよく、例えば水晶、ＬＮ、ＬＢＯにより形成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明の実施形態である撮像素子ユニットを搭載した電子一眼レフカメラボディの要部を示す縦断面図である。
【０００９】
この電子一眼レフカメラボディ１１には、そのマウント２５に図示しないが撮影レンズが着脱自在に装着される。装着された撮影レンズを透過した被写体光束は、クイックリターンミラー１３で反射され、設計上の結像面位置ＩＰと等価位置に配置されたフォーカシングスクリーン１５を透過し、コンデンサレンズ１７で収束され、ペンタプリズム１９で反射され、接眼レンズ２１から射出する。使用者は、フォーカシングスクリーン１５上に形成された被写体像を、接眼レンズ２１、ペンタプリズム１９およびコンデンサレンズ１７を介して、正立実像として観察する。
【００１０】
クイックリターンミラー１３の中央部はハーフミーラ領域となっていて、このハーフミラー領域を透過した被写体光束は、サブミラー１４でＡＦセンサユニット２７方向に反射される。ＡＦセンサユニット２７は周知の瞳分割位相差方式のセンサであって、設計上の結像面位置ＩＰと等価位置に形成された、各焦点検出エリア内の被写体像光束をそれぞれいわゆる瞳分割し、対応する一対の被写体像をラインセンサ上に照射し、各ラインセンサ毎に電気的な一対の被写体像信号（輝度分布信号）に変換する。カメラボディ１１に内蔵された図示しないＣＰＵ（ＭＰＵ）は、各ラインセンサから出力された一対の被写体像信号に基づいて一対の被写体像の位相差を検出し、等価位置における焦点状態（デフォーカス量）を演算する。
【００１１】
カメラボディ１１内には、クイックリターンミラー１３がアップしたときに被写体像が形成される設計上の結像面位置ＩＰを基準として、やや被写体側にフォーカルプレンシャッタ幕２３が配置され、フォーカルプレンシャッタ幕２３よりも後方に、撮像面が結像面位置ＩＰに一致するように撮像素子ユニット５０が配置されている。カメラボディ１１内は、クイックリターンミラー１３等が収納されたミラー収納空間３１と、撮像素子ユニット５０が収納された撮像素子空間３３が、フォーカルプレンシャッタ幕２３およびフォーカルプレンシャッタ幕２３を支持するシャッタ後枠２４で仕切られ、撮像素子空間３３は、さらにカメラボディ１１の外観の一部を構成する後ボディカバー２９により遮光空間とされている。シャッタ後枠２４は、フォーカルプレンシャッタ幕２３が閉じているときはフォーカルプレンシャッタ幕２３の周縁部を遮光状態で支持して撮像素子空間３３を遮光するとともに、フォーカルプレンシャッタ幕２３が全開したときは開口を規制する。
【００１２】
電子一眼レフカメラボディ１１は、撮像時に、クイックリターンミラー１３がアップし、フォーカルプレンシャッタ幕２３が開くと、被写体像が撮像素子５１の撮像面に形成され、被写体像が光電変換素子によって光電変換され、電荷として蓄積（撮像）される。蓄積された電荷は、フォーカルプレンシャッタ幕２３が閉じた後に、ＣＰＵにより電気信号として読み出され、所定の処理がなされる。
【００１３】
以上は電子一眼レフカメラの基本的な構成である。次に、本発明の撮像素子ユニット５０の構造について、さらに図２〜図７を参照して詳細に説明する。
なお、現在一般的にモアレ除去に有効とされる分離パターンは正方形分離であり、その場合、光学ローパスフィルタの組み合わせは光学ローパスフィルタが３枚必要となるので、本実施形態では３枚の光学ローパスフィルタを使用した例を示した。但し、コストダウンのため１枚または２枚にして光学的に取りきれないモアレはソフト的に除去することも可能である。また、ローパスフィルタを４枚構成にしてさらにモアレを除去することも可能である。
【００１４】
図２には、本発明の撮像素子ユニットの第１の実施形態の斜視図を示してある。この撮像素子ユニット５０は、撮像素子５１のＣＣＤパッケージの前面に接着されるカバーガラスを、赤外カットガラス（赤外カットフィルタ）５３としてある。そうしてこの赤外カットガラス５３に、光学ローパスフィルタが複数枚積層された光学フィルタを接着してある。図示実施形態では、３枚の光学ローパスフィルタ５４、５５、５６を積層してある。これらの光学ローパスフィルタ５４、５５、５６は、それぞれの表裏および方向を一義的に規定するために、中心を通る直線に対して非対称に形成されている。以下その詳細を説明する。
【００１５】
正面形状において、赤外カットガラス５３の４つの角部５３ａは、同様の面取り加工してある。光学ローパスフィルタ５４、５５、５６は、基本となる外形が、赤外カットガラス５３と同一の長方形に設定されている。各光学ローパスフィルタ５４、５５、５６は正面形状において、４つの角部のうち、３つの角部５４ａ、５５ａ、５６ａは、赤外カットガラス５３の角部５３ａよりも長い直線となるように切断（角面取り加工）してある。さらに各光学ローパスフィルタ５４、５５、５６の残りの一つの角部５４ｂ、５５ｂ、５６ｂは、正面形状において、他の角部５４ａ、５５ａ、５６ａよりもさらに直線部が長くなるように切断してある。これらの光学ローパスフィルタ５４、５５、５６は、互いに光学接着剤によって積層状態に接着され、さらに赤外カットガラス５３に接着されている。
【００１６】
このように赤外カットガラス５３に貼り合わせる光学素子としての各フィルタ５４、５５、５６を、基本外形は同一としてあるが、各フィルタ５４、５５、５６の一つの角部５４ｂ、５５ｂ、５６ｂのみ他の３個の角部５４ａ、５５ａ、５６ａとは異ならせたので、貼り合わせる際の表裏および向きの決定が容易になり、かつ間違えるおそれがない。
【００１７】
第１の実施形態では、各光学ローパスフィルタ５４、５５、５６それぞれの向きは明瞭であるが、外形上は他の光学ローパスフィルタとの差が小さい。各光学ローパスフィルタそれぞれを外形で区別可能な、本発明の第２の実施形態を図４および図５に示した。第１の実施形態と同様の構成にできる撮像素子および保護ガラスには、同一の符号を付してある。
【００１８】
この第２の実施形態は、光学ローパスフィルタ６４、６５、６６の基本構成は第１の実施形態の光学ローパスフィルタ５４、５５、５６と同様である。すなわち、光学ローパスフィルタ６４、６５、６６の基本外形は同一の長方形である。
各光学ローパスフィルタ６４、６５、６６の３個の角部６４ａ、６５ａ、６６ａは、正面形状において、赤外カットガラス５３の３個の角部５３ａよりも長い直線となるように切除（角面取り）されている。各光学ローパスフィルタ６４、６５、６６の他の一つの角部６４ｂ、６５ｂ、６６ｂは、赤外カットガラス５３側からレンズ方向に上り階段状を呈するように切除（角面取り）されている。このように各光学ローパスフィルタ６４、６５、６６の一つの角部６４ｂ、６５ｂ、６６ｂを、他の３辺を合致させると階段状を呈する形状なので、これらを貼り合わせる際の表裏、向きだけでなく、順番の決定が容易になり、かつ間違えるおそれがない。
【００１９】
さらに本発明の第３の実施形態を、図６および図７に示した。この第３の実施形態は、３枚の光学ローパスフィルタ７４、７５、７６のうち、２枚は同形状としたことに特徴を有する。図示実施例では、光学ローパスフィルタ７４および光学ローパスフィルタ７５を同形状とし、最も被写体側のローパスフィルタ７６をこれらとは異なる形状としてある。なお、この実施形態の撮像素子５１および赤外カットガラス５３は、第１、第２の実施形態と同一の構造としてある。
【００２０】
光学ローパスフィルタ７４および光学ローパスフィルタ７５は、基本形状が赤外カットガラス５３と同一の長方形であり、それぞれ３個の角部７４ａ、７５ａは、赤外カットガラス５３の角部５３ａよりも直線部が長くなるように切断されている。さらに光学ローパスフィルタ７４、７５の他の一つの角部７４ｂ、７５ｂは、他の角部７４ａ、７５ａよりも直線部が長くなるように切断されている。
【００２１】
最も被写体側に位置する光学ローパスフィルタ７６は、基本外形が他の光学ローパスフィルタ７４、７５よりもやや小さく形成されている。光学ローパスフィルタ７６の各角部７６ａおよび角部７６ｂは、光学ローパスフィルタ７４、７５の角部７４ａ、７５ａおよび角部７４ｂ、７５ｂと厚さ方向に段差を形成するように切断されている。
【００２２】
以上の通り第３の実施形態によれば、光学ローパスフィルタ７６のみ他の２枚の光学ローパスフィルタ７５、７４とは非同一形状としたので、光学ローパスフィルタ７５、７４と容易に識別できる。なお、光学ローパスフィルタ７６を光学ローパスフィルタ７５に貼り合わるとき、図では光学ローパスフィルタ７６、７５それぞれの中心を合わせているが、それぞれの二辺を合致させてもよい。二辺を合致させる方が、位置決めが容易である。
【００２３】
第３の実施形態では、最も被写体側の光学ローパスフィルタ７６のみ外形（縦、横の寸法）を他の光学ローパスフィルタ７５、７４よりもやや小さく形成したが、各光学ローパスフィルタ７４、７５、７６の外形（縦、横の寸法）を、赤外カットガラス５３から上段に向かって段階的に小さく形成してもよい。特に光学ローパスフィルタ１枚の厚さが約０．３ｍｍ以下の場合は、光学ローパスフィルタを段階的に小さく形成することで、赤外カットガラスと貼り合わせるときの光学ローパスフィルタ７４、７５、７６の破損を効果的に防止できる。しかも、光学ローパスフィルタ７４、７５、７６の外形を赤外カットガラス５３と同等またはそれ以下とすることにより、赤外カットガラス５３との熱膨張係数の相違により生じる、温度変化による剥離が減少する。
【００２４】
以上の各光学ローパスフィルタ５４、５５、５６、光学ローパスフィルタ６４、６５、６６、光学ローパスフィルタ７４、７５、７６の素材は複屈折を有する硝材であればよく、例えば水晶、ＬＮ結晶またはＬＢＯ結晶が適している。
【００２５】
また、以上の実施形態では、各光学ローパスフィルタの表裏、方向を一義的に特定するために一つの角部を他の角部とは異なる量切断したが、切断形状等は任意である。
さらに本発明は、各光学フィルタ基本外形が同一または相似形であって、全てまたは少なくとも一枚を除き、該外形の一部に、積層されたときに他とは重複しない位置に突起または凹部を形成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、複数枚が積層され、撮像素子の前方に配置される光学フィルタを、互いに非同一形状としたので、光学フィルタを積層する際にそれぞれの表裏、方向が容易に分かるので、作業が容易になり、かつ間違えることがなくなる。
前記カバーガラスを光学フィルタの一つである赤外カットガラスで形成し、該赤外カットガラスの前面に、光学ローパスフィルタを複数枚積層して接着すれば、撮像素子ユニットとしての厚さが薄くなり、一眼レフカメラのように撮像素子ユニットを装着するスペースが小さくても、撮像素子ユニットの配置が容易になった。
この赤外カットフィルタに積層する光学ローパスフィルタの形状を赤外カットガラス側から光が来る方向に向かって順番に赤外カットガラスと同等に、またはやや小さく、または段階的に小さく形成することにより、割れや剥離に強くなり、耐久性、信頼性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の撮像素子ユニットを適用した電子一眼レフカメラボディの主要構成を示す縦断図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の撮像素子ユニットの拡大斜視図である。
【図３】同第２の実施形態の、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の撮像素子ユニットの拡大斜視図である。
【図５】同第２の実施形態の、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の撮像素子ユニットの拡大斜視図である。
【図７】同第３の実施形態の、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。
【図８】電子スチルカメラに適用された、従来の撮像素子ユニットを示す側面図である。
【符号の説明】
５０  撮像素子ユニット
５１  撮像素子
５３  赤外カットガラス
５３ａ  角部
５４  光学ローパスフィルタ
５４ａ  ５４ｂ  角部
５５  光学ローパスフィルタ
５５ａ  ５５ｂ  角部
５６  光学ローパスフィルタ
５６ａ  ５６ｂ  角部
６４  光学ローパスフィルタ
６４ａ  ６４ｂ  角部
６５  光学ローパスフィルタ
６５ａ  ６５ｂ  角部
６６  光学ローパスフィルタ
６６ａ  ６６ｂ  角部
７４  光学ローパスフィルタ
７４ａ  ７４ｂ  角部
７５  光学ローパスフィルタ
７５ａ  ７５ｂ  角部
７６  光学ローパスフィルタ
７６ａ  ７６ｂ  角部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004173139.tif 000007
【図６】
2004173139.tif 000008
【図７】
2004173139.tif 000009
【図８】
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