(57)【要約】      （修正有）【課題】複屈折材による光学ローパスフィルタを不要とし、低価格化かつ小型化が可能な撮像光学系を備えたカメラを提供する。【解決手段】撮像レンズを介した被写体光による像を撮像素子により撮像するカメラにおいて、透明部材の第１面と第２面とに反射率Ｒ１の第１反射部３０３と反射率Ｒ２の第２反射部３０４を所定間隔をもって設け、その反射率Ｒ１と反射率Ｒ２との関係をＲ２＝Ｒ１／(１−Ｒ１)２とした反射部材１０３を介し、前記被写体光が前記撮像素子へ向けて入射するようにした。【選択図】図４
2007208621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズを介した被写体光による像を撮像する撮像素子を備えるカメラにおいて、
前記被写体光を前記撮像素子へ向けて反射する反射部材を設けたことを特徴とするカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のカメラにおいて、
前記反射部材は光束を多重反射することを特徴とするカメラ。
【請求項３】
請求項２に記載のカメラにおいて、
前記多重反射した反射光のうちの２つは、ほぼ同じ強度を有することを特徴とするカメラ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のカメラにおいて、
前記反射部材は透明部材の第１面と第２面とに所定間隔を以って設けられた第１反射部と第２反射部とを有することを特徴とするカメラ。
【請求項５】
請求項４に記載のカメラにおいて、
前記第１反射部の反射率Ｒ１と前記第２反射部の反射率Ｒ２との関係が、
Ｒ２ ＝ Ｒ１ ／ (１−Ｒ１)2
になるようにしたことを特徴とするカメラ。
【請求項６】
請求項４または５に記載のカメラにおいて、
前記第１および第２の反射部は、波長選択性の反射膜であり、
前記透明部材は、前記多重反射した反射光によって前記固体撮像素子に結像する二重像の分離幅に応じた厚さであることを特徴とするカメラ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
前記反射部材は赤外波長の透過率がほぼ１であることを特徴とするカメラ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
前記反射部材は前記被写体光の一部を透過するものであり、該透過した被写体光の一部に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段をさらに備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射鏡を用いたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にデジタルカメラにはモアレや偽色の発生を抑える目的で光学ローパスフィルタを備えている。加えて、撮像素子は赤外波長領域にも感度を持っているため、この波長領域の光をカットするために、特許文献１に記載のものは板状の光学ローパスフィルタの外面側に誘電多層膜で構成される赤外カットフィルタを設けることで、独立した部品としての赤外カットフィルタを不要とし、部品点数を削減することが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−４４９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のように、複屈折材を用いるものではその厚み以上に小型化することは不可能であり、より部品点数の少ない構成が求められていた。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、撮影光学系と撮像素子との間に反射部材を設けることによって、複屈折材による光学ローパスフィルタを不要にできるカメラを提供することである。また、そのような構成のカメラを容易に構成することが可能なカメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のカメラは、撮影レンズを介した被写体光による像を撮像する撮像素子を備えるカメラにおいて、前記被写体光を前記撮像素子へ向けて反射する反射部材を設けたことを特徴とする。
また、前記反射部材は透明部材の第１面と第２面とに所定間隔を以って設けられた第１反射部と第２反射部とを有することを特徴とする。
【０００５】
特に、前記第１反射部の反射率Ｒ１と前記第２反射部の反射率Ｒ２との関係が、Ｒ２＝Ｒ１／(１−Ｒ１)2になるようにしたことを特徴とする。
或いは、前記反射部材は前記被写体光の一部を透過するものであり、該透過した被写体光の一部に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のカメラは、反射部材で被写体光を反射して撮像素子に導くようにしたことにより、従来にない構成を容易に構成することが可能となる。特に、この反射部材によって、被写体光を多重反射させることで、ローパスフィルタの効果を持たせることができるほか、反射部材に波長選択性を持たせることによって、従来の光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタを不要にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明のカメラについて詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明のカメラ全体のブロック図である。図１において、１０１はカメラ、１０２は撮影レンズ、１０３は反射部材を構成する反射鏡、１０４はＥＶＦ（電子ビューファインダ）、１０５はファインダ接眼部、１０６は撮像素子、１０７は画像圧縮処理などを行う画像処理部、１０８はプログラムによってカメラ全体を制御するカメラ制御部、１０９は画像を一時的に記憶する記憶部、１１０は画像を保存するメモリカード、１１１はシャッターボタンや種々の設定を行う操作ボタンを含む操作パネル、１１２は撮影中の画像や撮影済みの画像を表示する液晶表示部、１１３は焦点検出センサ、１１４は焦点検出処理を行う焦点検出部、１１５は撮影レンズ１０２を駆動するレンズ制御部をそれぞれ示している。
【０００８】
被写体からの光は撮影レンズ１０２を介して反射鏡１０３に入射し、反射鏡１０３で反射した光は撮像素子１０６の撮像面に結像され、反射鏡１０３を透過した光は焦点検出センサ１１３に入射する。この様子を示したのが図２で、２０１は被写体から撮影レンズ１０２を介して入射してくる入射光、２０２は入射光２０１が反射鏡１０３で反射された反射光、２０３は反射鏡１０３を透過した透過光をそれぞれ示している。このように、反射鏡１０３は入射光２０１の一部を反射し、残りを透過するよう構成されている。尚、反射鏡１０３の構成については、後で詳しく説明する。
【０００９】
さて、図１において、撮像素子１０６の撮像面に結像された光は電気信号に変換されて読み出され、画像信号として画像処理部１０７に出力される。画像処理部１０７は色補正や画像圧縮などの画像処理を行って、ＥＶＦ１０４およびカメラシステム制御部１０８に画像信号を出力する。ＥＶＦ１０４では撮影する画像を表示してファインダ接眼部１０５で確認できるようにし、カメラ制御部１０８では画像信号を記憶部１０９に出力して、一時的に画像信号を記憶する。また、記憶部１０９の画像信号は、メモリカード１１０にも保存される。さらに、カメラ制御部１０８は、操作パネル１１１の画像を読み出すボタンが押されると、記憶部１０９に一時的に記憶された画像信号を読み出して、液晶表示部１１２に画像を表示する。
【００１０】
一方、焦点検出部１１４は焦点検出センサ１１３に結像された信号を読み取って、位相差方式などにより焦点位置を検出し、カメラ制御部１０８に出力する。カメラ制御部１０８は焦点検出部１１４から受け取った焦点位置に撮影レンズ１０２を駆動するようレンズ制御部１１５に指令を出す。このようにして、カメラ１０１で被写体を撮影することができる。
【００１１】
次に、反射鏡１０３の構成について、図３を用いて説明する。図３において、３０１は基材、３０２は透過層、３０３は透明層３０２の第１面に形成された第１反射部を形成する多層膜、３０４は透明層３０２の第２面に形成された第２反射部を形成する多層膜をそれぞれ示している。また、反射鏡１０３の製造方法に関しては、一般的な半導体製造技術を利用することができ、例えば、基材３０１の上に蒸着などの方法で多層膜３０４を形成した後、その上に、酸化シリコンをスパッタリングなどの方法で透明層３０２を形成する。ここで、基材３０１の上に形成する多層膜３０４の厚さが１０μｍ程度であれば、平面性を確保することが可能なので、次の製造工程で透明層３０２の上に第１の反射部として多層膜３０３を形成する際には殆ど問題とならない。尚、透明層３０２の材料はガラスでも構わないし、アクリルなど透明の有機材料で構成してもよい。製造方法に関しても、上記以外の方法で同じ構造の反射鏡１０３を製造しても構わない。
【００１２】
次に、図３のようにして形成した反射鏡１０３を図１のカメラ１０１で使用する場合について説明する。図４は、反射鏡１０３をカメラ１０１に搭載する時の様子を示した図で、４０１は撮影レンズ１０２からの入射光、４０２は透明層３０２の第１面側の多層膜３０３で反射された反射光、４０３は透明層３０２の第２面側の多層膜３０４で反射された反射光をそれぞれ示している。また、反射鏡１０３は入射光４０１の水平方向に対して４５°の傾きを成すように設置されており、入射光４０１に対して反射光４０２および反射光４０３は直角に反射される。図４（ａ）の場合、透明層３０２の厚さ、即ち第１面と第２面との間隔がｔ１なので、その分だけ反射光にずれが生じ、反射光４０２と反射光４０３とは幅ａだけずれて反射される。図４（ｂ）は透明層３０２の第１面と第２面との間隔がｔ１より大きいｔ２の場合を示した図で、間隔が大きい分だけ反射光４０２と反射光４０３とのずれ幅ｂは大きくなる。このようにして、透明層３０２の厚さを変えることによって、反射光４０２と反射光４０３とのずれ幅を自由にコントロールすることができる。
【００１３】
本発明のカメラ１０１における反射鏡１０３は、図４に示したように、透明層３０２の第１面と第２面とで反射された反射光４０２と反射光４０３とがずれることによって、複屈折材による光学ローパスフィルタと同様のローパス効果を得ることができる。しかも、複屈折材の厚さＳをコントロールするのと同じように、透明層３０２の第１面と第２面との厚さをコントロールすることによって、撮像素子の単位画素ピッチに合わせた最適なローパス効果を持たせることが可能になる。
【００１４】
ここで、反射光４０２と反射光４０３の光強度の条件について説明する。図４においてローパスフィルタを構成する場合、多層膜３０３で反射される反射光４０２と、多層膜３０４で反射される反射光４０３の光の強度は等しくなければならない。従って、第１反射部である多層膜３０３の反射率をＲ１とすると、第２反射部である多層膜３０４の反射率Ｒ２は、（式１）のように表すことができる。
【００１５】
Ｒ２ ＝ Ｒ１ ／ (１−Ｒ１)2                      ・・・  （式１）
また、反射率が１．０を超えることはないという条件から、（式２）のように計算することができる。
Ｒ１ ＜ （３−SQRT(5)） ／ ２ ＝ ０．３８２      ・・・  （式２）
従って、第１の反射部の反射率は最大で３８．２％となり、撮像素子１０６へ入射される反射光４０２の反射率Ｒ１と反射光４０３の反射率Ｒ２とは同じにする必要があるので、反射率Ｒ１とＲ２との合計は７６．４％となる。このとき、Ｒ２の反射率がほぼ１であることから、透過する光束はなく、残りの２３．６％の光は二次以上の多重反射光となる。これらの多重反射光は本来は望ましいものではなく、画像のノイズに相当するもので、できるだけ小さく抑制することが求められる。
このノイズ相当部分の二次項以上の多重反射光の合計Ｎは、（式３）のように表すことができる。
【００１６】
Ｎ ＝ (１−Ｒ１)2 × Ｒ１ × (Ｒ２)2 ／(１−Ｒ１× Ｒ２) ・・・（式３）
つまり、入射光と、反射光および透過光の合計の比率を効率と定義すると、反射光４０２の反射率Ｒ１を０．３８２とした場合の効率も、先に示した撮像素子１０６へ入射される有効な反射光４０２と反射光４０３との合計の７６．４％となる。
しかし、Ｒ１を小さくして行くと、この効率値は大幅に改善され、例えば、Ｒ１が０．３０で、撮像素子へ向かう光を６０％とした場合、効率値は９３％にまで向上する。この時、反射鏡１０３での透過比率は３３．２５％となって、入射光の約１／３の光がミラーを通過して焦点検出センサ１１３に入射されることになる。
【００１７】
以上、第１の実施形態で説明してきたように、本実施形態のカメラは、撮影レンズ１０２を通った被写体からの入射光を反射鏡１０３で反射して撮像素子１０６に投影して撮影することが可能である。また、撮影レンズを通った被写体からの入射光は、反射鏡１０３の第１面で可視光線領域の３０％の光が反射され、さらに、第２面でも３０％の光が反射され、透明層３０２の厚さに応じた間隔の二重像が撮像素子１０６の撮像面に結像されるので、従来の光学ローパスフィルタが不要になる。しかも、反射光を利用しているので、レンズによる色収差やフレアなどの心配がない。
（第２の実施形態）
次に、本発明のカメラの第２の実施形態について図５を用いて説明する。図５は４５°の角度で設置された反射鏡１０３に入射する入射光４０１が透明層３０２の第１面側の多層膜３０３で反射される反射光４０２と、第２面側の多層膜３０４で反射される反射光４０５と、多層膜３０４を透過して基材３０１を介して反射鏡１０３の後方に透過する透過光４０６の様子を示している。尚、基材３０１は透明層３０２と同様にガラスやアクリルなど透明の材料で構成されている。
【００１８】
ここで、透過光４０６に対する波長選択性について説明する。第１の実施形態で説明したそれぞれの反射率は、いわゆる可視光領域での反射率で、この反射率は図６に示すように、波長λ0以上の赤外線領域で大きく減衰するような特性が与えられている。例えば、図６において、多層膜３０３の反射率Ｒ１がλ0から線形に減衰するとき、多層膜３０４のＲ２は（式１）に表されたＲ１との関係を維持しながら反射率を減少させていく。反射率が減少するということは、逆に透過率が増加することを示しており、λ0より波長が短い可視光線領域の光は反射し、λ0より波長が長い赤外線領域の光は反射せずに透過することが分かる。例えば、反射部材を構成する多層膜３０３の赤外波長の透過率をほぼ１にすることによって、画像撮影に必要な可視光線は反射鏡１０３で反射されて撮像素子１０６に結像されるが、画像撮影に不要な赤外線は反射鏡１０３を透過して焦点検出センサ１１３に入射する。つまり、反射鏡１０３は撮像素子１０６に対しては赤外カットフィルタとして機能していることになり、従来のカメラで必要とされていた赤外カットフィルタを特別に設ける必要がなくなる。尚、多層膜が多層膜干渉フィルタとして製作されていれば、波長選択特性がデジタル的に急峻に減衰するので、図６の緩やかな減衰部分の制限はそれほど問題にはならない。
【００１９】
ところで、図５では示していないが、実際には、透明層３０２の第２面側の多層膜３０４で反射される反射光４０５は第１面側の多層膜３０３を透過する際に一部が反射され、再び、第２面側の多層膜３０４に戻される多重反射が起こる。
次に、この多重反射について図７を用いて説明する。図７において、Ｉｍ１は反射鏡１０３に入射する入射光４０１が透明層３０２の第１面側の多層膜３０３で反射される一次反射光、Ｉｍ２は第２面側の多層膜３０４で反射されて多層膜３０３を透過する二次反射光、Ｉｍ３は二次反射光Ｉｍ２が多層膜３０３を透過する際に反射された一部の光が再び第２面側の多層膜３０４で反射されて多層膜３０３を透過する三次反射光、Ｉｍ４は三次反射光Ｉｍ３が多層膜３０３を透過する際に反射された一部の光が再び第２面側の多層膜３０４で反射されて多層膜３０３を透過する四次反射光をそれぞれ示している。尚、透過光４０６は多層膜３０４で一次反射されずに透過した光で、同様に、二次反射，三次反射および四次反射されずに透過する光もあるが、微小であるため、ここでの説明は省略する。
【００２０】
図７に示す多重反射では、それぞれの光の強度はＩｍ１＝０．３０，Ｉｍ２＝０．３０，Ｉｍ３＝０．０５５，Ｉｍ４＝０．０１およびＩｍ５＝０．００１となっている。また、図７に示したように、これらの多重反射が形成する多重像の間隔ｈは透明層の厚さに依存することが分かる。つまり、図７において、この透明層３０２の第１面と第２面の間の厚さｄは、屈折率をｎ、撮像素子１０６の単位画素の間隔をｈとした場合、（式４）のように表すことができる。
【００２１】
ｄ ＝ SQRT(2) × ｈ × ｎ        ・・・  （式４）
例えば、撮像素子１０６の単位画素の間隔ｈを５μｍ、透明層３０２の屈折率ｎを１．４５とした場合、透明層３０２の厚さｄは１０．２５μｍと計算できる。ここで、単位画素の間隔ｈは求められる光学ローパスフィルタの空間周波数に準拠するもので、単位画素の間隔ピッチが撮像素子の再現できる最大周波数となり、この最大周波数以下になるようにローパスフィルタが設計される。尚、図７における多重反射した光の強度は、反射光Ｉｍ１と反射光Ｉｍ２とがほぼ同じ値になっていることが重要である。本実施形態では、反射光Ｉｍ１と反射光Ｉｍ２とは共に０．３０になっている。つまり、被写体の少しずれた場所から到来する同じ強度の２つの光が、撮像素子面に投影されることによってローパス効果が得られるので、反射光Ｉｍ１と反射光Ｉｍ２の光の強度は同じでなければならない。
【００２２】
以上、第２の実施形態で説明してきたように、本実施形態のカメラは、多層膜３０３および多層膜３０４に波長選択性を持たせることによって、例えば、画像撮影に不要な６５０ｎｍの波長より長い波長の赤外線領域の光は反射鏡１０３で反射せずに反射鏡１０３を透過することができ、画像撮影に必要な６５０ｎｍの波長より短い波長の可視光線領域の光だけを反射鏡１０３で反射して撮像素子１０６に結像することができる。従って、反射鏡１０３に赤外カットフィルタの機能も持たせることが可能となり、赤外線カットの特別なコーティングなどが不要になる。尚、可視光線領域の３３％の光と６５０ｎｍより長い波長の赤外線領域の光とが、反射鏡１０３の後ろに設置されている焦点検出センサ１１３に投影されることになり、焦点検出も行うことができる。
【００２３】
このように、本実施形態のカメラは、反射部材で光束を折り曲げて撮像素子に導くカメラで、この反射部材に反射面を二つ設けてローパスフィルタの効果を持たせるとともに、反射部材に波長選択性を持たせることによって、従来の複屈折材による光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタを不要にすることができ、カメラの低価格化や小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態のカメラを示すブロック図である。
【図２】カメラの光学系を示す説明図である。
【図３】反射鏡１０３の構成を示す説明図である。
【図４】透明層３０２の厚さと二重像の関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
【図６】波長と反射率の関係を示すグラフである。
【図７】多重反射の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０１・・・カメラ                １０２・・・撮影レンズ
１０３・・・反射鏡                １０６・・・撮像素子
１１３・・・焦点検出センサ        ３０１・・・基材
３０２・・・透明層                ３０３，３０４・・・多層膜
【図１】
2007208621.tif 000003
【図２】
2007208621.tif 000004
【図３】
2007208621.tif 000005
【図４】
2007208621.tif 000006
【図５】
2007208621.tif 000007
【図６】
2007208621.tif 000008
【図７】
2007208621.tif 000009