JP5127355B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズと、撮像素子と、フォーカルプレーンシャッタとを備える撮像装置に関するものである。

デジタルカメラに備えられるＣＣＤセンサや、ＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の受光面以外の受光面を取り囲む縁部とからなり撮像素子ユニットを構成し、縁部は撮像素子の出力信号の電磁波による影響を抑えるために導電処理が施されている。

この導電処理の代表的な方法として、固体撮像素子のチップを取り付ける面に金メッキを施す方法、撮像部のチップを銀ペーストにて取り付ける方法、撮像素子の受光面と受光面を取り囲む縁部とを結線するためにリード部を設ける方法等が知られている。

受光面を取り囲む縁部へ入射した光は、上記した導電処理の為に備えられている部材に反射し撮像素子ユニットの上面に設けられたカバーガラス等に反射し、受光面に入射してしまい有害光となってしまうという問題があった。

そこで、上記した有害光を遮光する方法として、撮像レンズにて集光され固体撮像素子に到達する光を遮光するための開口部をシャッタ部に備えているものがある（特許文献１参照）。
特開平１１−８８７８３号公報

特許文献１に記載のシャッタ装置では、受光面を取り囲む縁部へ入射した光の反射による影響は軽減されているが、シャッタの開口部にて発生する乱反射によって発生する混色現象については解決されていない。なお、混色現象については後に詳述する。

デジタルカメラにおいて、撮影レンズを通して入射した光束は、撮影領域に対応する受光領域に対して垂直な光軸に略平行に入射するのが理想である。

しかしながら、実際のデジタルカメラの交換レンズはさまざまな焦点距離を持ち、光軸とは平行に入射せず、撮影領域に対応する受光面以外に光束が広がるものもある。

そのために、入射した光束は光路上の様々な部品に反射しながら撮像素子に入射することになる。結果として、撮像素子に特に近いフォーカルプレーンシャッタにおいては、その開口部の端部で反射した光束が、入射光を電荷に変換する複数の光電変換素子に跨って入射されるために、本来の色表現を出来なくなる。

これより、混色現象について説明する。

図５は、固体撮像素子の断面図である。

図５において、１０４は撮像素子ユニット、５０１はシリコン基板、５０２は光電変換素子、５０３は第二の透明膜、５０４はカラーフィルタ、５０５は第１の透明膜、５０６はマイクロレンズである。

撮像素子ユニット１０４に組込まれている固体撮像素子はシリコン基板上５０１に配列され、入射光を電荷に変換する複数の光電変換素子５０２と、複数の光電変換素子５０２が設けられた基板５０１を覆う第２の透明膜５０３とを備えている。

そして、第２の透明膜５０３上に形成されたお互いに厚さが異なる複数のカラーパターンで構成され入射光を色分解するカラーフィルタ５０４を備えている。

また、カラーフィルタ５０４を保護する第１の透明膜５０５と、各光電変換素子へ入射光を集光させるためのマイクロレンズ５０６を持つ構成になっている。

また、光電変換素子５０２、カラーフィルタ５０３、マイクロレンズ５０６はそれぞれＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅに対応した対の構成になっている。すなわち、Ｒｅｄは５０２Ｒ、５０３Ｒ、５０６Ｒが対応し、Ｇｒｅｅｎは５０２Ｇ、５０３Ｇ、５０６Ｇが対応し、Ｂｌｕｅは５０２Ｂ、５０３Ｂ、５０６Ｂが対応している。

このような構成の撮像素子において、例えば、入射光ＡおよびＡ'はマイクロレンズ５０６Ｂで集光されカラーフィルタ５０４Ｂで色分解され光電変換素子５０２Ｂに入射する。

具体的には、カラーフィルタ５０４Ｂでは『Ｂｌｕｅ』成分だけ通過することが可能なので光電変換素子５０２ＢではＢｌｕｅ成分が蓄積され、色再現がおこなわれる。
同様にＲｅｄとＧｒｅｅｎに関しても、それぞれの入射光が、ＲｅｄとＧｒｅｅｎに対応したマイクロレンズ５０６、カラーフィルター５０４を通過し光電変換素子５０２に入射し蓄積され、色再現が行なわれる。

しかしながら、入射光Ｂはマイクロレンズ５０６Ｂ、カラーフィルタ５０４Ｂを通過したにも関わらず光電変換素子５０２Ｒに入射している。
この場合、光電変換素子５０２Ｒでは、本来入射光の中のＲｅｄ成分のみを蓄積すべきであるにもかかわらず、カラーフィルタ５０４Ｂで分光されたＢｌｕｅ成分の入射光を蓄積してしまう。結果として、光電変換素子５０２Ｒは、実際に入射光に含まれるＲｅｄ成分よりも多くのＲｅｄ成分を含んでいるとみなし、適正な色再現を行うことができなくなってしまう。
以上の現象を混色現象という。

混色現象は、上述したメカニズムで発生し、本来の色と異なった色が現れるために色再現性を著しく低下させる。

マイクロレンズ５０６への入射光が光軸に対して垂直に近ければ、カラーフィルタ５０４で分光された入射光は、それぞれしかるべき光電変換素子に入射することになる。

しかし、光軸に対して鈍角になればなるほどカラーフィルタ５０４を通過した光束は他の色成分の光電変換素子５０２へ入射することになり混色現象を引き起こす。

ここで、図６を用いてフォーカルプレーンシャッタとを有するデジタルカメラで生じる混色現象について説明をする。

図６は、入射光とフォーカルプレーンシャッタ及びセンサユニットの関係を示す図である。
図６において、１００はＣＣＤセンサ等の固体撮像素子である。固体撮像素子１００は、ローパスフィルター１２０、遮光マスク１２５、カバーガラス１２８、有効画素領域１２７、画像を取り込むセンサチップ１２６及びこれらを固定する不図示のパッケージからなる。
また、２００はフォーカルプレーンシャッタで、地板２０１と第１のスペーサー２０２、仕切り板２０３、第２のスペーサー２０４、カバー板２０５、不図示の先幕群と後幕群を備える。
地板２０１は第１のスペーサー２０２、仕切り板２０３、第２のスペーサー２０４、カバー板２０５を所定の間隔をあけて順に保持し、フォーカルプレーンシャッタ２００の不図示の部品を保持する。
また、地板２０１の先端部は樹脂製でエッジ状になっており、光が当たっても反射が無いか極めて少なくなるように構成されている。
第１のスペーサー２０２と仕切り板２０３の間に不図示の後幕群の走行スペースが設けられる。第２のスペーサー２０４と仕切り板２０３の間に不図示の先幕群の走行スペースが設けられる。
なお、第１のスペーサー２０２と第２のスペーサー２０４は、地板２０１の左右の端部とカバー板２０５の左右の端部に設けられ、先幕と後幕の先端部に干渉することで、先幕及び後幕が地板２０１及びカバー板２０５と干渉するのを防止している。

また、仕切り板２０３は不図示の先幕群と不図示の後幕群が走行時に干渉することを防ぐために、先幕群と後幕群の間に設けられている。

カバー板２０５はフォーカルプレーンシャッタ２００の撮像素子側のカバーを構成し、不図示のビスにより地板２０１に固定されている。
不図示の撮影レンズから入射する光束は固体撮像装置の前に位置する第１のスペーサー２０２の端部２０２Ａ、仕切り板２０３の端部２０３Ａ、第２のスペーサー２０４の端部２０４Ａ、カバー板２０５の端部２０５Ａで反射する。

そして、ローパスフィルター１２０、カバーガラス１２８を通過し、有効画素領域１２７、センサチップ１２６へ到達する。

一般的な、フォーカルプレーンシャッタの構成として、特に第１のスペーサー２０２、仕切り板２０３、第２のスペーサー２０４、カバー板２０５は金属製の薄板、または樹脂のシート材等を抜き加工で製作する場合が多い。そして、樹脂のシート材等を抜き加工で製作する場合は、端部が直角になり強い端部反射を発生させる。

そこで、端部をエッジ形状にすることで反射を防止することも考えられるが、２次加工を行うことになり、非常にコストがかかる。

このように、第１のスペーサー２０２の端部２０２Ａ、仕切り板２０３の端部２０３Ａ、第２のスペーサー２０４の端部２０４Ａ、カバー板２０５の端部２０５Ａにおいて端部反射が発生すると反射光が光軸に対して鈍角で撮像素子へ入射することになる。

このようにして、フォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラにおいて、混色現象が発生する。

上述した構成のデジタルカメラにおいて、混色現象の影響を低減させるために、カバー板２０５の開口部端部を光軸側に延長することが考えられる。
そうすることで、第１のスペーサー２０２の端部２０２Ａ、仕切り板２０３の端部２０３Ａ、第２のスペーサー２０４の端部２０４Ａでの反射光を遮光することができる。

しかしこの場合、それぞれの端部での反射光は乱反射で大きく広がるため、その反射光を遮光するためにはカバー板２０５の開口部端部を開口部中心に大きく延長する必要があり、有効光束を遮ったり、装置が大きくなったりするといった問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされに鑑み、装置の大型化を招かず、混色現象の影響を抑えた撮像装置を提供することを例示的目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、レンズと、撮像素子と、フォーカルプレーンシャッタとを備える撮像装置であって、前記フォーカルプレーンシャッタは、第１の開口部を有する第１の地板と、第２の開口部を有する仕切り板と、第３の開口部を有する第２の地板と、前記第１の開口部、及び前記第２の開口部、及び第３の開口部を遮光する第１の幕群及び第２の幕群を有し、被写体側から、前記第１の地板、前記第２の幕群、前記仕切り板、前記第１の幕群、前記第２の地板の順で配置され、前記第１の開口部の端部から光軸中心までの距離が、前記第２の開口部の端部から前記光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、前記第１の開口部の端部から前記光軸中心までの距離が、前記第３の開口部の端部から前記光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、前記第２の開口部の端部および前記第３の開口部の端部が、前記レンズの射出瞳の外側と前記第１の開口部の端部とを結ぶ線よりも外側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、装置の大型化を招かず、混色現象の影響を抑えた撮像装置を提供することを可能にする。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

なお、図６と同一番号のものは説明を省略する。

図１は本発明の実施形態におけるフォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラを上部から見た際の断面図である。

図１において、１はデジタルカメラ本体、２はレンズ６００、不図示の絞り等を含む交換レンズ、３００は後述するフォーカルプレーンシャッタ、１００は後述する光電変換機能を有する固体撮像素子である。

なお、レンズ６００は図１においては１枚で構成されているが、複数枚のレンズ群から構成されていても良い。

本実施形態のフォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラは、レンズ６００で被写体の被写体像を固体撮像素子１００に結像する。

そして、撮像装置で設定されているシャッタ速度に基づき、フォーカルプレーンシャッタ３００が制御され、固体撮像素子１００に結像した被写体像が光電変換され、所定の画像処理が施された後に不図示のメモリに記録される。

図２は本発明の実施形態におけるフォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラに対して入射する光束についての説明図である。

図２においてＸは被写体、６０１はレンズ６００の入射瞳、６０２はレンズ６００の射出瞳、３００Ａはフォーカルプレーンシャッタ３００の開口部であり、一点鎖線は光軸中心を示す鎖線である。

被写体Ｘからの光束（点線）はレンズ６００によりフォーカルプレーンシャッタ３００の開口部３００Ａの端に達している。

この時のＣ部の詳細について図３を用いて説明する。

図３は本発明の実施形態における、フォーカルプレーンシャッタと撮像素子の要部断面図である。

図４は本発明の実施形態における、フォーカルプレーンシャッタの分解斜視図である。
なお、図３、４において同一部材は同一番号で示している。

図３及び４において、３００はフォーカルプレーンシャッタで、第１の地板としての地板３０１と第１のスペーサー３０２、仕切り板３０３、第２のスペーサー３０４、第２の地板としてのカバー板３０５、先幕群４１０、後幕群４２０を備える。

地板３０１は第１の開口部としての開口部を有する。仕切り板３０３は第２の開口部としての開口部を有する。カバー版３０５は第３の開口部としての開口部を有する。

３００−Ａはシャッタ３００の開口部である。

地板３０１は、被写体側から第１のスペーサー３０２、仕切り板３０３、第２のスペーサー３０４、カバー板３０５の順に所定の間隔をあけて保持し、フォーカルプレーンシャッタ３００における、不図示のその他の部品を保持する。

また地板３０１の開口部の先端３０１Ａは樹脂製でエッジ状になっており、光が当たっても反射が無いか極めて少なくなるように構成されている。

なお、開口部の先端３０１Ａは必ずしも樹脂製でエッジ状になっている必要はなく、光が当たっても反射が無いか極めて少なくなるように構成されていればよい。

先幕群４１０の走行スペースは、第２のスペーサー３０４と仕切り板３０３の間に構成される。後幕群４２０の走行スペースは、第１のスペーサー３０２と仕切り板３０３の間に構成される。また、仕切り板３０３は先幕群４１０と後幕群４２０が走行時に干渉することを防いでいる。

カバー板３０５はフォーカルプレーンシャッタ３００の後ろ側（撮像素子側）のカバーを構成し、ビス４０８，４０９により地板３０１に固定されている。
６０２はレンズ６００の射出瞳であり、点線Ａ，Ｂ，Ｃは射出瞳６０２から入射する光束を示している。

図３に示すように、地板３０１の端部３０１Ａと光軸中心との距離は、仕切り板３０３の端部３０３Ａと光軸中心との距離及びカバー板３０５の端部３０５Ａと光軸中心との距離より短くなるように構成されている。

地板３０１の端部３０１Ａから光軸中心までの距離は、第１のスペーサー３０２の端部３０２Ａから光軸中心までの距離及び第２のスペーサー３０４の端部３０４Ａから光軸中心までの距離より短くなるように構成されている。

なお、本実施形態において光軸中心とは、レンズ中心を通る光軸のことをいう。

図３に示すように、端部３０２Ａ、端部３０３Ａ、端部３０４Ａ、端部３０５Ａは、射出瞳６０２の外側６０２Ａと地板３０１の先端３０１Ａを結ぶ直線（光束Ａ）よりも外側（光軸中心からより遠い位置）に位置している。

そのために、射出瞳６０２から入射する光束は地板３０１に遮られ、端部３０２Ａ、端部３０３Ａ、端部３０４Ａ、端部３０５Ａには到達しない。

したがって、端部３０２Ａ、端部３０３Ａ、端部３０４Ａ、端部３０５Ａで反射することで有効画素領域１２７及びセンサチップ１２６に到達する光束は無く、混色現象の影響を低減させることができる。

なお、一般的にデジタルカメラで撮像される画像は横長の長方形になっており、それに伴いフォーカルプレーンシャッタの開口部は横長の長方形になっている。

したがって、フォーカルプレーンシャッタの開口部に到達する光束は、上下の開口部に比べ左右の開口部に対して入射する光束の方が鈍角で入射することになる。そのために左右の開口部に到達する光束の方が混色現象を起こしやすい。

そこで、本実施形態では左右方向（主として被写体から見て右側）のシャッタ開口部に入射する光束について説明を行った。

しかし、上下の開口部の各部材の端部が本実施形態で説明した構成を適応することで同様の効果が得られることは言うまでもない。

なお、上下の開口部に関して、混色現象が生じる状態としては、以下のようなパターンが考えられる。
上の開口部のみで混色現象が発生する状態としては、先幕が走行中であり、且つ、後幕が走行待機している状態。
上下の開口部で混色現象が発生する状態としては、先幕が走行完了状態であり、且つ、後幕が走行待機している状態（遮光されずシャッタ開口部が全開放された状態）。
下の開口部のみで混色現象が発生する状態としては、先幕が走行完了状態であり、且つ、後幕が走行中である状態。

そして、上記の状態において混色現象の影響を低減させるために、以下のような構成になる。

開口部の上部において、被写体側から見て、地板３０１の端部から光軸中心までの距離が、走行待機状態における後幕群４２０、仕切り板３０３、カバー板３０５のそれぞれの端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成される。

同様に、開口部のうち下部において、地板３０１の端部から光軸中心までの距離が、仕切り板３０３、走行完了状態における先幕群４１０、カバー板３０５のそれぞれの端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成される。

なお、ここで言う走行待機状態における後幕群４２０の端部、及び走行完了状態における先幕群４１０の端部とは、露光の際にスリットを形成する端部のことを指している。

また、本実施形態においては、端部から光軸中心までの距離に関して、端部３０２Ａ＜端部３０３Ａ＜端部３０４Ａ＜端部３０５Ａ、となるように構成されているが、本実施形態の構成に限定されるわけではない。
例えば、端部３０２Ａ、端部３０３Ａ、端部３０４Ａ、端部３０５Ａそれぞれから光軸中心までの距離が同じになるように各端部を揃え、その光軸中心との距離が、端部３０１Ａから光軸中心までの距離よりも長くなるように構成してもよい。

また、混色現象に対する本願発明の効果は、端部３０１Ａが有効光束を遮らないギリギリの位置まで光軸中心に近づけられ、且つ、各端部が、各端部と光軸中心との距離ができるだけ長くなるように位置するほど程、大きい。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、地板３０１の端部３０１Ａから光軸中心までの距離が、端部３０２Ａ〜端部３０５Ａそれぞれから光軸中心までの距離よりも短く構成されている。そうすることで、射出瞳６０２から開口部に対して鈍角で入射してくる光束が端部３０２Ａ〜端部３０５Ａで反射することにより発生する混色現象の影響を逓減させることが可能になる。

本発明の実施形態におけるフォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラを上部から見た際の断面図である。 本発明の実施形態におけるフォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラに対して入射する光束についての説明図である。 本発明の実施形態における、フォーカルプレーンシャッタと撮像素子の要部断面図である。 本発明の実施形態における、フォーカルプレーンシャッタの分解斜視図である。 固体撮像素子の断面図である。 入射光とフォーカルプレーンシャッタ及びセンサユニットの関係を示す図である。

符号の説明

１ デジタルカメラ本体、
２ 交換レンズ
１００ 固体撮像素子
１２０ ローパスフィルター
１２５ 遮光マスク
１２６ センサチップ
１２７ 有効画素領域
１２８ カバーガラス
３００ フォーカルプレーンシャッタ
３０１ 地板
３０２ 第１のスペーサー
３０３ 仕切り板
３０４ 第２のスペーサー
３０５ カバー板
６００ レンズ

Claims (4)

1. レンズと、撮像素子と、フォーカルプレーンシャッタとを備える撮像装置であって、
   前記フォーカルプレーンシャッタは、
   第１の開口部を有する第１の地板と、
   第２の開口部を有する仕切り板と、
   第３の開口部を有する第２の地板と、
   前記第１の開口部、及び前記第２の開口部、及び第３の開口部を遮光する第１の幕群及び第２の幕群を有し、
   被写体側から、前記第１の地板、前記第２の幕群、前記仕切り板、前記第１の幕群、前記第２の地板の順で配置され、
   前記第１の開口部の端部から光軸中心までの距離が、前記第２の開口部の端部から前記光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１の開口部の端部から前記光軸中心までの距離が、前記第３の開口部の端部から前記光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第２の開口部の端部および前記第３の開口部の端部が、前記レンズの射出瞳の外側と前記第１の開口部の端部とを結ぶ線よりも外側に位置することを特徴とする撮像装置。
2. 前記フォーカルプレーンシャッタは、
   第１のスペーサーと、
   第２のスペーサーとを更に有し、
   被写体側から、前記第１の地板、第１のスペーサー、前記第２の幕群、前記仕切り板、前記第１の幕群、第２のスペーサー、前記第２の地板の順で配置され、
   前記第１の開口部の左右の端部から光軸中心までの距離が、前記第１のスペーサーの端部から前記光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１の開口部の左右の端部から光軸中心までの距離が、前記第２のスペーサーの端部から前記光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１のスペーサーの端部および前記第２のスペーサーの端部が、前記レンズの射出瞳の外側と前記第１の開口部の端部とを結ぶ線よりも外側に位置することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記フォーカルプレーンシャッタは、
   前記第２の幕群が走行待機している状態において、
   前記第１の開口部の上部の端部から光軸中心までの距離が、前記第２の幕群の端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１の開口部の上部の端部から光軸中心までの距離が、前記第２の開口部の上部の端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１の開口部の上部の端部から光軸中心までの距離が、前記第３の開口部の上部の端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記フォーカルプレーンシャッタは、
   前記第１の幕群が走行完了した状態において、
   前記第１の開口部の下部の端部から光軸中心までの距離が、前記第２の開口部の下部の端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１の開口部の下部の端部から光軸中心までの距離が、前記第１の幕群の端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成され、
   前記第１の開口部の下部の端部から光軸中心までの距離が、前記第３の開口部の下部の端部から光軸中心までの距離よりも短くなるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。

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