JP2011139325A

JP2011139325A - 撮像装置

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Publication number: JP2011139325A
Application number: JP2009298397A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Katsuta; 恭敏勝田
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-14
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Abstract

【課題】被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーにおいて反射光の光量不足を低減できる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、撮影光学系を通った被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーと、ＲＧＢ各色の波長帯域に感度ピークＰｓ〜Ｐｕを持つ分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕを有してハーフミラーからの透過光を受光する撮像素子と、ハーフミラーからの反射光を受光する位相差ＡＦモジュールとを備えており、ハーフミラーの分光透過特性Ｊａに係る透過ピークＰａ〜Ｐｃの波長は、撮像素子に係る感度ピークＰｓ〜Ｐｕに適合している。これにより、撮像装置では、ハーフミラーにおいて反射光の光量不足を低減できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、撮影光学系を通った被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーを備えた撮像装置に関する。

デジタルカメラなどの撮像装置については、撮影レンズを通った被写体光の光路上にハーフミラー(半透過ミラー)を設けることにより、その透過光を撮像素子に入射させて被写体に係る画像の取得を可能とし、反射光を測距センサ(ＡＦセンサ)や測光センサ(ＡＥセンサ)に入射させて被写体に係る焦点検出等を可能とするものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

そして、このようなハーフミラーでは、透過光と反射光との光量比率が、光の波長に関わらず略一定の比率(例えば７：３)となるように設計・製作されている。

特開２００８−５２２４６号公報

しかしながら、上述したハーフミラーでは、透過光と反射光との光量比率が光の波長に関わらず一定であり、反射光を受光する測距センサ等においては撮影レンズを通った被写体光の３０％程度の光量しか受光できないため、暗い被写体に対して反射光の光量不足が生じ迅速な焦点検出が困難な場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーにおいて反射光の光量不足を低減できる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、撮像装置であって、撮影光学系を通った被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーと、光に係る特定の波長に感度ピークを持つ分光感度特性を有し、前記透過光を受光する第１受光センサと、前記反射光を受光する第２受光センサとを備えており、前記ハーフミラーの分光透過特性に係る透過ピークの波長が、前記第１受光センサに係る前記感度ピークの波長に適合している。

本発明によれば、撮影光学系を通った被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーの分光透過特性に係る透過ピークの波長が、透過光を受光する第１受光センサの分光感度特性に係る感度ピークの波長に適合している。その結果、ハーフミラーにおいて反射光の光量不足を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す正面図である。撮像装置の縦断面図である。撮像素子のカラーフィルタに関するＲＧＢ各色の分光感度特性を示すグラフである。位相差ＡＦモジュールに関する分光感度特性を示すグラフである。撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。ハーフミラーの断面構成を説明するための図である。ハーフミラーに関する分光透過特性を示すグラフである。ハーフミラーに関する分光反射特性を示すグラフである。従来のハーフミラーに関する分光透過特性を示すグラフである。従来のハーフミラーに関する分光反射特性を示すグラフである。ハーフミラーに関する他の分光反射特性を示すグラフである。ハーフミラーに関する他の分光反射特性を示すグラフである。ハーフミラーに関する他の分光反射特性を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る撮像装置の縦断面図である。撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。撮像素子のカラーフィルタに関する分光感度特性を説明するためのグラフである。撮像素子のカラーフィルタに関する分光感度特性を説明するためのグラフである。

＜第１実施形態＞
［撮像装置の要部構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す正面図である。

撮像装置１Ａは、デジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０Ａと、カメラボディ１０Ａに着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。

図１において、カメラボディ１０Ａの正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３とが設けられている。また、カメラボディ１０Ａには、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。

また、カメラボディ１０Ａは、その上部に、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されるフラッシュ部３１８と、外部フラッシュ等をカメラボディ１０Ａに取り付ける際に使用される接続端子部３１９とを備えている。

マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図５参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図５参照)が設けられている。

レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。

グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１Ａを把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図５参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図５参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。

モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０Ａの上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１Ａに搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１Ａに搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。

シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行される。また、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（撮像素子１０１(図２参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード６７(図５参照)等に記録する一連の動作）が実行される。

交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０Ａの内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０Ａから取り外すことが可能となっている。

交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図２参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図５参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図５参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図２参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。

［撮像装置１Ａの内部構成］
次に、撮像装置１Ａの内部構成について説明する。図２は、撮像装置１Ａの縦断面図である。図２に示すように、カメラボディ１０Ａの内部には、撮像素子１０１、ミラー部１３、位相差ＡＦモジュール１０７などが備えられている。

撮像素子１０１は、カメラボディ１０Ａに交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置され、各画素の受光面に、それぞれ分光特性の異なる例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色のカラーフィルタが１：２：１の比率で配設されたベイヤー配列のＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。このような撮像素子１０１では、図３に示すように、カラーフィルタにおいて青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)および赤色(Ｒ)の各色の分光感度特性Ｊｓ、Ｊｔ、Ｊｕに関するピークＰｓ、Ｐｔ、Ｐｕの波長が、例えば４７０ｎｍ、５３０ｎｍおよび６２０ｎｍに設定されている。すなわち、撮像素子１０１は、ＲＧＢ三原色に関する各波長帯域において４７０ｎｍ、５３０ｎｍおよび６２０ｎｍの波長（光に係る特定の波長）にピーク(感度ピーク)Ｐｓ、Ｐｔ、Ｐｕを持つ分光感度特性Ｊｓ、Ｊｔ、Ｊｕを有し、ハーフミラー１３０からの透過光Ｌｂ(図２)を受光する受光センサ(第１受光センサ)として機能する。

撮像素子１０１は、交換レンズ２およびハーフミラー１３０を通って結像された被写体の光像をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。すなわち、撮像素子１０１は、ハーフミラー１３０からの透過光Ｌａを受光して被写体に係る画像信号の出力が可能な撮像センサとして構成されている。

上記の光軸ＬＴ上における撮像素子１０１の前方には、ハーフミラー(半透過ミラー)１３０を備えてなるペリクルミラー(固定式のミラー)としてのミラー部１３がカメラボディ１０Ａに対して固定的に設けられている。このハーフミラー１３０は、交換レンズ２を通過した被写体光の一部を透過させる一方、それ以外の光を位相差ＡＦモジュール１０７に向けて反射させるように構成されている。換言すれば、ハーフミラー１３０により交換レンズ２を通った被写体光は透過光Ｌａと反射光Ｌｂとに分離され、透過光Ｌａを受光した撮像素子１０１で被写体に係る画像が生成される。なお、ハーフミラー１３０の構成については、後で詳述する。

位相差ＡＦモジュール(第２受光センサ)１０７は、ハーフミラー１３０からの反射光Ｌｂ(図２)を受光して被写体に係る焦点検出信号の出力が可能な焦点検出センサ（ＡＦセンサ）として構成されており、図４に示すように５６０ｎｍ付近に分光感度のピークＰｖを持ってグラフ波形が緩やかに湾曲し、撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕと異なる非類似の分光感度特性Ｊｖを有している。この位相差ＡＦモジュール１０７は、ハーフミラー１３０に対して斜め前上方に配設されており、ハーフミラー１３０からの反射光Ｌｂ(図２)を受光して位相差検出方式の焦点検出（以下では「位相差ＡＦ」ともいう）により合焦位置を検出する。なお、位相差ＡＦモジュール１０７では、撮影等の際にハーフミラー１３０からの反射光Ｌｂを常に受光できるため、被写体に係る常時の焦点検出が可能である。

撮像素子１０１の前方には、シャッタユニット４０が配置されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。

また、カメラボディ１０Ａの背面には、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)３１１が備えられている。ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１で撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１Ａに搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。このＬＣＤ３１１では、本撮影前における被写体の構図決め(フレーミング)の際、ハーフミラー１３０の透過光Ｌａを受光する撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることとなる。

［撮像装置１Ａの電気的構成］
図５は、撮像装置１Ａの電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図２と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。

交換レンズ２は、上述したレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。

レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１及びズームレンズ２１２と、カメラボディ１０Ａに備えられた撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴２２内において光軸ＬＴ(図２)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子１０１に結像させる。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。

フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。

レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。

レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。

レンズ制御部２６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。

また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０Ａのメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。

絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。

続いて、カメラボディ１０Ａの電気的構成について説明する。カメラボディ１０Ａは、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７を備えて構成される。また、カメラボディ１０Ａは、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。

撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。

ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えるとともに、撮像素子１０１から出力される被写体の画像信号に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。

タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。

信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すもので、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路等が設けられている。このＡＧＣ回路では、撮像素子１０１で生成された画像信号を増幅率(ゲイン)可変に増幅することができ、このゲインを変化させることで銀塩フィルムに対応したＩＳＯ感度の変更が可能である。また、Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。

画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２及びガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。

黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。

ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわち、ホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。

ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。

画像メモリ６１４は、撮影モード時には、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。

メイン制御部６２は、コンピュータとして働くＣＰＵと、制御プログラム等を記憶するＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭとを備えて構成され、撮像装置１Ａ各部の動作を制御するものである。

フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。

操作部６４は、上述のシャッターボタン３０７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。

ＶＲＡＭ６５は、ＬＣＤ３１１の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。

電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１Ａ全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、ニッケル水素充電池等の二次電池や、アルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置１Ａ全体に電力を供給する電源である。

シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動(開閉動作)を行うアクチュエータである。

絞り駆動制御部７６Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。

［ハーフミラー１３０の構成］
図６は、ハーフミラー１３０の断面構成を説明するための図である。

ミラー部１３のハーフミラー１３０は、ミラー基材(ミラー母材)１３１と、ミラー基材１３１上に成膜し形成される無機層(無機材料の層)１３２とを備えている。

ミラー基材１３１としては、例えば、フィルムを採用することができる。具体的には、ミラー基材として採用されるフィルムは、例えば９０％の透過率(反射率１０％)を有した光透過性のフィルムとして構成され、光学的等方性を有する素材、例えばシクロオレフィンポリマーやポリカーボネートで形成されている。このように光学的等方性を有して一定の剛性を持つ素材で形成されたフィルムをミラー基材１３１として採用することにより、ハーフミラー１３０では、ガラス板のように割れる恐れがなく破損を抑止できるとともに、光学的異方性を有するフィルムに比べて光量ロスを低減できる。

無機層１３２は、例えば五酸化ニオブ(Ｎｂ₂Ｏ₅)等の高屈折率材料（Ｈ）の層１３３と、例えば二酸化ケイ素(ＳｉＯ₂)等の低屈折率材料（Ｌ）の層１３４とが交互に積層されており、例えば積層数や層厚などを変化させることでハーフミラー１３０の透過光Ｌａ(図２)および反射光Ｌｂ(図２)に関する分光特性の調整が可能である。換言すれば、ミラー基材１３１上に形成する無機層１３２の積層数や層厚を適宜に調整することにより、ハーフミラー１３０にて以下で説明する分光透過特性および分光反射特性を実現することが可能となる。

図７は、ハーフミラー１３０に関する分光透過特性Ｊａを示すグラフである。また、図８は、ハーフミラー１３０に関する分光反射特性Ｊｆを示すグラフである。これらの図７および図８においては、横軸が光の波長を示し、縦軸が透過率および反射率を示している。なお、図７では、撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ、Ｊｔ、Ｊｕ(図３)を破線で表し、図８では、位相差ＡＦモジュール１０７の分光感度特性Ｊｖ(図４)の透過率を破線で表している。

ハーフミラー１３０の分光透過特性Ｊａは、図７に示すように、各ピークＰａ、Ｐｂ、Ｐｃを含む複数のピーク(山部)と、各ボトムＱａ、Ｑｂ、Ｑｃを含む複数のボトム(谷部)とを有し、上下に蛇行したグラフ波形となっている。ここで、このハーフミラー１３０の分光透過特性Ｊａに係る各ピーク(透過ピーク)Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの波長については、撮像素子１０１の青・緑・赤の各分光感度特性Ｊｓ、Ｊｔ、Ｊｕに係るピークＰｓ、Ｐｔ、Ｐｕに適合させるようにしている。これにより、ハーフミラー１３０の分光透過特性Ｊａとカラーフィルタの分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕとに関する各透過率が乗算された受光量を検知する撮像素子１０１の各フォトダイオードでは、光の波長に関わらず略一定の透過率(例えば７０％)となる分光透過特性を有した従来のハーフミラーに比べても遜色のない受光レベルを実現することが可能となる。これに関して、以下で具体的に説明する。

従来のハーフミラーは、図９に示すように光の波長に関わらず透過率がほぼ一定となる分光透過特性Ｊｐを有している。ここで、この従来技術の分光透過特性Ｊｐと図７に示す本実施形態の分光透過特性Ｊａとを比較すると、撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕに係る各ピークＰｓ〜Ｐｕ付近の波長については同等の透過率となっている。よって、本実施形態に係るハーフミラー１３０からの透過光Ｌａを受光する撮像素子１０１においては、従来のハーフミラーと同等の撮影画像を取得することが可能となる。

一方、ハーフミラー１３０の分光反射特性Ｊｆについては、図８に示すように基本的には分光透過特性Ｊａ(図７)を上下方向にミラー反転した波形となっている。よって、分光反射特性Ｊｆは、図７のボトムＱａ〜Ｑｃに対応した各ピークＰｆ〜Ｐｈを含む複数のピークと、図７のピークＰａ〜Ｐｃに対応した各ボトムＱｆ〜Ｑｈを含む複数のボトムとを有することとなる。

以上のようなハーフミラー１３０の分光透過特性Ｊａ(および分光反射特性Ｊｆ)は、無機層１３２において例えばミラー基材１３１側から順に次のように五酸化ニオブおよび二酸化ケイ素が交互に１３層積層されることで実現可能である。

［１層目］五酸化ニオブ：１２５.３４ｎｍ、
［２層目］二酸化ケイ素：１４９.３４ｎｍ、
［３層目］五酸化ニオブ：８.１２ｎｍ、
［４層目］二酸化ケイ素：１２９.９８ｎｍ、
［５層目］五酸化ニオブ：５３.７３ｎｍ、
［６層目］二酸化ケイ素：２０１.５４ｎｍ、
［７層目］五酸化ニオブ：８１.７３ｎｍ、
［８層目］二酸化ケイ素：１７４.００ｎｍ、
［９層目］五酸化ニオブ：９７.８９ｎｍ、
［10層目］二酸化ケイ素：１６１.５２ｎｍ、
［11層目］五酸化ニオブ：１５８.４８ｎｍ、
［12層目］二酸化ケイ素：９８.１２ｎｍ、
［13層目］五酸化ニオブ：８７.００ｎｍ
以上で説明した分光透過特性Ｊａおよび分光反射特性Ｊｆを有するハーフミラー１３０においては、その反射光Ｌｂ(図２)を受光する位相差ＡＦモジュール１０７において、比較的多くの受光量が得られることとなるが、これに関して、以下で具体的に説明する。

従来のハーフミラーは、上述した図９の分光透過特性Ｊｐを上下方向にミラー反転した波形として構成される分光反射特性、具体的には図１０に示すように光の波長に関わらず透過率が３０％程度で略一定となる分光反射特性Ｊｑを有している。ここで、この従来技術に係るハーフミラーの分光反射特性Ｊｑと本実施形態に係るハーフミラー１３０の分光反射特性Ｊａ(図７)とを比較すると、位相差ＡＦモジュール１０７で比較的感度が高い波長域(例えば４００〜７００ｎｍ程度)において、本実施形態のハーフミラー１３０では、位相差ＡＦモジュール１０７に入射する光量が従来技術に比べて多くなることが分かる。このように本実施形態のハーフミラー１３０においては反射光の光量増加が図れるため、暗い被写体に対しても迅速な焦点検出が可能となり、低輝度性能の向上が図れる。

以上で説明した撮像装置１Ａにおいては、図７に示すように撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ〜ＪｕのピークＰｓ〜Ｐｕに、ハーフミラー１３０の分光透過特性Ｊａに係るピークＰａ〜Ｐｃの波長を適合させるため、図８の分光反射特性Ｊｆのようにハーフミラー１３０において反射光Ｌｂ(図２)の光量不足を低減でき、反射光Ｌｂを受光する位相差ＡＦモジュール１０７で低輝度性能が向上することとなる。

なお、撮像装置１Ａにおいては、図７に示す分光透過特性Ｊａを有したハーフミラー１３０を採用するのは必須でなく、図１１や図１２、図１３に示す分光透過特性を有したハーフミラーを採用しても良い。以下では、これらの分光透過特性について順に説明する。

図１１に示す分光透過特性Ｊａ１においては、ＲＧＢカラーフィルタに関する分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕの各ピークがＢ：４７０ｎｍ、Ｇ：５３０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍの波長に設定される撮像素子に対して、これらのピーク波長に分光透過特性Ｊａ１の各ピークＰａ１、Ｐｂ１、Ｐｃ１の波長を適合させている。ここで、図１１の分光透過特性Ｊａ１は、無機層１３２において例えば層厚が７１１.００ｎｍの五酸化ニオブの層を１層形成することで実現可能である。

図１２に示す分光透過特性Ｊａ２においては、ＲＧＢカラーフィルタに関する分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕの各ピークがＢ：４７０ｎｍ、Ｇ：５３０ｎｍ、Ｒ：６２０ｎｍの波長に設定される撮像素子に対して、これらのピーク波長に分光透過特性Ｊａ２の各ピークＰａ２、Ｐｂ２、Ｐｃ２の波長を適合させている。ここで、図１２の分光透過特性Ｊａ２は、無機層１３２において例えばミラー基材１３１側から順に次のように五酸化ニオブおよび二酸化ケイ素が２層積層されることで実現可能である。

［１層目］五酸化ニオブ：８２４.７６ｎｍ、
［２層目］二酸化ケイ素：１０.００ｎｍ
図１３に示す分光透過特性Ｊａ３においては、ＲＧＢカラーフィルタに関する分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕの各ピークがＢ：４７０ｎｍ、Ｇ：５５０ｎｍ、Ｒ：６４０ｎｍの波長に設定される撮像素子に対して、これらのピーク波長に分光透過特性Ｊａ３の各ピークＰａ３、Ｐｂ３、Ｐｃ３の波長を適合させている。ここで、図１３の分光透過特性Ｊａ３は、無機層１３２において例えばミラー基材１３１側から順に次のように五酸化ニオブおよび二酸化ケイ素が２層積層されることで実現可能である。

［１層目］五酸化ニオブ：４９０.００ｎｍ、
［２層目］二酸化ケイ素：１３６３.５０ｎｍ
以上のような分光透過特性Ｊａ１〜Ｊａ３(図１１〜１３)においては、これを上下方向にミラー反転した波形がハーフミラーの分光反射特性となるため、上述したハーフミラー１３０と同様にハーフミラーでの反射光の光量増加が図れることとなり、位相差ＡＦモジュールで低輝度性能が向上する。

＜第２実施形態＞
［撮像装置の構成］
図１４は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの縦断面図である。また、図１５は、撮像装置１Ｂの電気的な構成を示すブロック図である。

第２実施形態の撮像装置１Ｂは、図１に示す第１実施形態の撮像装置１Ａと同様の外観構成を有しているが、第１実施形態の位相差ＡＦモジュール１０７の代わりに撮像素子（撮像センサ）１０２が、ハーフミラー１３０の反射光Ｌｂを受光する受光センサとしてカメラボディ１０Ｂ内に設置されている点が異なっている。

撮像素子１０２は、撮像素子１０１と同等の構成を備えているが、次で説明するようにカラーフィルタに関しての分光感度特性が異なっている。

［撮像素子１０２の分光感度特性］
図１６および図１７は、撮像素子１０２のカラーフィルタに関する分光感度特性Ｋｓ、Ｋｔ、Ｋｕを説明するためのグラフである。これらの図１６および図１７においては、横軸が光の波長を示し、縦軸が透過率を示している。なお、図１６では、図３に示す撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕを破線で表し、図１７では、図８に示すハーフミラー１３０の分光反射特性Ｊｆを破線で表している。

撮像素子１０２においてＲＧＢカラーフィルタに関する各色の分光感度特性Ｋｓ〜Ｋｕは、撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕ(破線部)を低波長側の方向ＡＲに平行移動させたものとなっている。換言すれば、撮像素子１０２は、撮像素子１０１の分光感度特性Ｊｓ〜Ｊｕを波長の方向ＡＲに沿って所定量だけシフトした分光感度特性Ｋｓ〜Ｋｕを有している。ここで、この所定量、つまり方向ＡＲへのシフト量は、カラーフィルタの三原色(ＲＧＢ)に係る各波長帯域のピーク(感度ピーク)Ｐａ〜Ｐｃ(図７)において隣接するピークＰａ〜Ｐｃ間の波長差の半分に相当しており、例えばハーフミラー１３０の分光透過特性ＪａにおけるピークＰａ〜Ｐｂ間の波長差Ｗａ(図７)とピークＰｂ〜Ｐｃ間の波長差Ｗｂ(図７)とに関する平均値の半分となっている。

これにより、図１７に示すように撮像素子１０２の分光感度特性Ｋｓ〜Ｋｕに係るピーク(感度ピーク)Ｐｉ〜Ｐｋの波長が、ハーフミラー１３０の分光反射特性Ｊｆに係るピーク(反射ピーク)Ｐｆ〜Ｐｈの波長に適合することとなって、反射光Ｌｂ(図１４)におけるＲＧＢ各色を効率良く受光することが可能となる。その結果、反射光Ｌｂを受光する撮像素子１０２においても、透過光Ｌａ(図１４)を受光する撮像素子１０１と同等のＲＧＢ各色の受光レベルを実現できることとなる。

以上のような撮像装置１Ｂにおいては、第１実施形態と同様にハーフミラー１３０における反射光Ｌｂ(図１４)の光量不足を低減できる。その結果、この反射光Ｌｂを受光する撮像素子１０２においても、透過光Ｌａを受光する撮像素子１０１と同等の被写体画像を生成することが可能となる。

＜変形例＞
上記各実施形態では、ハーフミラーのミラー基材（ミラー母材）としてフィルムを採用していたが、これに限定されず、割れ防止を考慮した保持方法によって、それ自体で剛性のある薄板ガラスを採用してもよい。

上記の各実施形態におけるハーフミラーのミラー基材としてのフィルムについては、シクロオレフィンポリマーやポリカーボネートを使用するのは必須でなく、光学的等方性を有する他の素材、例えばＴＡＣ（トリアセチルセルロース：Triacetylcellulose）や、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン：Poly Ether Sulphone）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース：Triacetylcellulose）からなるフィルムを使用しても良い。

上記の各実施形態においては、ハーフミラー１３０の反射光を受光する受光センサとして位相差ＡＦモジュール１０７や撮像素子１０２を設けるのは必須でなく、例えば被写体の輝度を検知して輝度検出信号を出力する測光センサ(ＡＥセンサ)を設けるようにしても良い。

上記の各実施形態における撮像素子については、ＲＧＢに関する三原色系のカラーフィルタを備えるのは必須でなく、補色系のカラーフィルタを備えるようにしても良い。

上記の第２実施形態における撮像素子については、位相差検出方式で被写体に係る焦点検出が可能な画素(位相差ＡＦ画素)を有した撮像素子を採用しても良い。

本発明における「ピークの波長同士が適合する」とは、相互の波長を正確に一致させることを含むのは勿論、一方の波長付近(近傍)に他方の波長を一致させることも含む。

本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１Ａ、１Ｂ撮像装置
２交換レンズ
１０Ａ、１０Ｂカメラボディ
１３ミラー部
６２メイン制御部
１０１、１０２撮像素子
１０７位相差ＡＦモジュール
１３０ハーフミラー
１３１ミラー基材
１３２無機層
Ｊａ、Ｊａ１〜３ハーフミラーの分光透過特性
Ｊｆハーフミラーの分光反射特性
Ｊｓ〜Ｊｕ、Ｋｓ〜Ｋｕ撮像素子の分光感度特性
Ｊｖ位相差ＡＦモジュールの分光感度特性

Claims

撮影光学系を通った被写体光を透過光と反射光とに分離するハーフミラーと、
光に係る特定の波長に感度ピークを持つ分光感度特性を有し、前記透過光を受光する第１受光センサと、
前記反射光を受光する第２受光センサと、
を備えており、
前記ハーフミラーの分光透過特性に係る透過ピークの波長が、前記第１受光センサに係る前記感度ピークの波長に適合している撮像装置。
前記第１受光センサは、３色のカラーフィルタを有し、前記透過光を受光して被写体に係る画像信号の出力が可能な撮像センサとして構成されており、
前記第１受光センサに係る分光感度特性は、前記３色に係る各波長帯域において前記感度ピークを有している請求項１記載の撮像装置。
前記第２受光センサは、前記反射光を受光して被写体に係る焦点検出信号の出力が可能な焦点検出センサとして構成され、前記第１受光センサと異なる分光感度特性を有している請求項２記載の撮像装置。
前記第２受光センサは、前記撮像センサとして構成されるとともに、前記第１受光センサの分光感度特性を波長の方向に沿って所定量シフトした分光感度特性を有し、
前記第２受光センサの分光感度特性に係る感度ピークの波長は、前記ハーフミラーの分光反射特性に係る反射ピークの波長に適合している請求項２記載の撮像装置。
前記所定量は、前記３色に係る各波長帯域の感度ピークにおいて隣接する感度ピーク間の波長差の半分に相当している請求項４記載の撮像装置。