シャッターユニットならびにシャッターユニットを用いた光学ユニットおよび撮像装置
【課題】 撮像光学系の光路上の自由な位置に設けても撮像素子の光量ムラが生じることがなく、かつ、光路外に設けることが可能なシャッターを提供すること
【解決手段】 屈曲光学系の撮像光学系において、光軸を屈曲させるプリズムの反射面を、反射状態と透過状態が切り換え可能にする。この反射面が反射状態の時、被写体からの光を撮像素子に導き、この反射面が透過状態の時、透過した被写体からの光を光吸収層で吸収し撮像素子に到達しないようにした。
【解決手段】 屈曲光学系の撮像光学系において、光軸を屈曲させるプリズムの反射面を、反射状態と透過状態が切り換え可能にする。この反射面が反射状態の時、被写体からの光を撮像素子に導き、この反射面が透過状態の時、透過した被写体からの光を光吸収層で吸収し撮像素子に到達しないようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッターユニット、光学ユニットおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子に用いたデジタルカメラが一般に使用されるようになってきた。このデジタルカメラでは撮像素子に電子シャッターの機能を有するため、基本的には従来の銀塩カメラのように機械的シャッター必要とすることはない。しかしながら撮像素子にＣＣＤを用いた場合、電荷の転送中にＣＣＤが光を受けるとスミアを発生するというＣＣＤ特有の問題などがある。したがって、撮像素子にＣＣＤを用いたデジタルカメラでは、電子シャッターと機械的シャッターの併用が必要である。
【０００３】
ここで用いられる機械的シャッターとしては、ある程度高速でシャッターの開閉動作をすることが必要である。もしこのシャッターが高速でシャッターの開閉動作をしなかった場合、シャッターの開閉動作の速度に起因して、撮像素子上に光量ムラが生じるおそれがある。また、遅いシャッター開閉速度でもこの光量ムラを発生させない方法として、シャッターの設置位置を、撮像光学系の軸上光と軸外光が交差する位置（いわゆる絞り位置）にする方法がある。
【０００４】
また近年、薄型化の目的で撮像光学系を屈曲させた屈曲光学系、例えば負先行型の屈曲系ズームレンズ（例えば特許文献１参照）、を備えたデジタルカメラも市販されている。一方、機械的シャッターユニット（シャッターを駆動する部材を含む）の光軸に垂直な方向の大きさ（以降「高さ」と呼ぶ）は光学系の直径に比べて大きい。したがって、機械的シャッターを光路中に入れること自体、シャッターユニットの高さで、光学系の薄型化を阻害してしまう結果となる。したがって撮像光学系の薄型化のためにはシャッターを光路外に置くことが望ましい。シャッターを光路外に置く手段としては、例えば空間変調素子を用いる方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】米国特許第６７２８４８２号明細書
【特許文献２】特開平７−３０６４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した機械的シャッターユニットを用いる方法では、高速のシャッター開閉動作を実現しようとすると、シャッターユニットが大型になったり、シャッターの動作にともなう振動が手振れの原因になったりしてしまう。また、遅いシャッター開閉動作でもこの光量ムラを発生させないために、シャッターを絞り位置に設ける手段では、撮像光学系がズームレンズである場合、撮像光学系の変倍に応じてシャッターの位置を光軸上で移動させなければならない。したがって、デジタルカメラが複雑になり小型化が困難になってしまう。
【０００６】
機械的シャッターではシャッターは光路内に設ける必要があるが、シャッターユニットの光軸に垂直な方向の寸法すなわちシャッターユニットの高さはレンズの口径よりも大きい。したがって、カメラの薄型化の目的ために上述した屈曲系のレンズを採用した場合でも、シャッターユニットの高さのためにカメラの薄型化が十分に図れないことがある。
【０００７】
特許文献２の方法では、光路上に空間変調素子を設けるスペースが必要になり撮像光学系を小型化するのには適さない。
【０００８】
したがって本発明の目的とするところは、撮像光学系の自由な位置に設けても光量ムラが生じることがなく、かつ、光路外に設けることが可能なシャッターユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１）
入射光を通過させる開状態と、入射光を遮断する閉状態とに切り換えるシャッターユニットにおいて、
入射光を反射する状態で開状態とし、入射光を透過する状態で閉状態とする光学部材を有することを特徴とするシャッターユニット。
【００１０】
（請求項２）
前記光学部材は、光が入射する入射面と、空気との境界面で構成され前記入射面に入射された光を反射する反射面と、前記反射面で反射された光を射出する射出面とを有するプリズムと、
前記境界面に接触可能であり、かつ空気より屈折率が大きい圧接部材とを有し、
前記圧接部材を前記境界面と離間させて、前記境界面が存在する場合に開状態とし、
前記圧接部材を前記境界面に接触させて、前記境界面が消失する場合に閉状態とすることを特徴とする請求項１に記載のシャッターユニット。
【００１１】
（請求項３）
前記圧接部材を駆動する圧電素子を有することを特徴とする請求項２に記載のシャッターユニット。
【００１２】
（請求項４）
前記圧接部材は光透過性の弾性体であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシャッターユニット。
【００１３】
（請求項５）
前記圧接部材は、前記境界面に接触する圧接面以外の面の内、少なくとも１面に光吸収層を有することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のシャッターユニット。
【００１４】
（請求項６）
請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットおよび、入射光を結像させる結像光学系を有することを特徴とする光学ユニット。
【００１５】
（請求項７）
請求項６に記載の光学ユニットを有することを特徴とする撮像装置。
【００１６】
（請求項８）
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記シャッターユニットにより電荷蓄積終了後の前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【００１７】
（請求項９）
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、および請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記電子シャッターによる前記撮像素子の電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了するまでの間に、前記シャッターユニットにより前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、光学部材の反射および透過の切り換えによりシャッターの開閉動作を行うので、このシャッターユニットは光路上のどの位置に設けても撮像素子の露光ムラを生じない。また、シャッターを光路外に設けることができるので、シャッターの高さが障害になることがなくカメラの薄型化が可能になる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、光学部材にプリズムを用いるため、簡単な構成でシャッターが実現できる。また、境界面の反射と透過の切り換えによりシャッターの開閉動作を行うので、このシャッターユニットは光路上のどの位置に設けても撮像素子の露光ムラを生じない。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、圧接部材の駆動を圧電素子によって行うので、圧接部材の圧接および開放を高速でかつ大きな振動を発生することなく切り換えることができる。また、圧接部材を駆動する機構の構成が簡単かつ小型にできる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、圧接部材として弾性体を用いるので、圧接部材の圧接時の衝撃を小さくすることができる。また、圧接部材をプリズムに良好に密着させることができる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、光透過性の圧接部材は圧接面以外の面の内少なくとも１面に光吸収層を有しているので、圧接部材をプリズムに圧接した場合すなわちシャッター閉の場合に漏れる光を減少させることができる。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、光学ユニットは機械的シャッターユニットとして請求項１乃至５に記載のシャッターユニット用いるので、別途機械的シャッターユニットを必要としない。したがって光学ユニットの構成が簡単になり、小型の光学ユニットとすることができる。
【００２４】
請求項７に係る発明によれば、撮像装置は請求項６に記載の光学ユニットを有しているので、撮像装置を小型にすることができ、撮像素子の露光ムラを生じることもない。
【００２５】
請求項８に係る発明によれば、撮像装置は請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを用いて露光時間開始前および終了後の遮光を行っているので、撮像素子としてＣＣＤを用いてもスミアが発生することがなく、撮像素子の露光ムラを生じることもない。
【００２６】
請求項９に係る発明によれば、撮像装置は請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを用いて露光時間開始前および終了後の遮光を行っているので、撮像素子としてＣＣＤを用いてもスミアが発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
図を用いて、本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラを説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの構成図である。図１（ａ）は本デジタルカメラの斜視図、図１（ｂ）は背面図である。
【００２９】
図１（ａ）において、符号１は本デジタルカメラ、符号２は本デジタルカメラ１のカメラボディ、符号３は被写体（不図示）の光を撮像光学系を介して撮像素子に導くためのレンズ開口部、符号４は本デジタルカメラの電源をオン、オフするための電源スイッチ、符号５は撮影を行うための操作ボタンであるシャッターボタン、符号６は光学ファインダーのファインダー開口部、符号７は暗いときに発光して被写体を照らすフラッシュである。
【００３０】
図１（ｂ）において、図１（ａ）と同じ機能の要素には同じ符号を付してその説明は省略する。図１（ｂ）において、符号８は光学ファインダーを介して被写体の状態を確認するためのファインダー接眼窓、符号８はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）で、電子ファインダーおよび撮影に関わる各種情報の表示として用いられる。符号１０はファンクションダイヤルで、カメラの動作として、撮影した画像の再生、静止画の撮影および動画の撮影の３つの機能から１つを選択するのに用いられる。符号１１はジョグダイヤルで、ＬＣＤ９上に表示されたカーソルの移動および撮影レンズのズーム操作などに用いられる。符号１２は設定ボタン群で、ＬＣＤ９上へのメニュー表示、再生された画像のコマ送りや表示された画像の拡大縮小および撮影された画像の消去などの設定に用いられる。
【００３１】
図２は屈曲型のズーム機能を有する光学ユニット２１の構成を示す図であり、図２（ａ）はシャッター開状態であり、図２（ｂ）はシャッター閉状態である。図２（ａ）、（ｂ）には光学ユニット以外に圧電制御部３４およびカメラ制御回路３５が示されている。光学ユニット２１は本デジタルカメラの撮像光学系としてカメラボディ２に装備されて用いられる。なお、以下の図面において矢示Ｘ方向は、図１に示した矢示Ｘ方向と同じ方向を示す。
【００３２】
図２（ａ）において、符号２２は撮像素子、符号２３はローパスフィルタ、符号２４は開口絞り、符号２５は光軸を屈曲させるためのプリズム、符号２５ａは入射面、符号２５ｂは境界面、符号２５ｃは射出面である。
【００３３】
符号２６は光透過性樹脂の弾性体からなる圧接部材、符号２６ａは圧接面であり、圧接面２６ａは平面である。符号２７は光吸収層であり黒色樹脂の塗布などにより圧接面２６ａに対向する圧接部材２６の１つの面に形成されている。符号２８は板状の圧電素子であり、一方の面は光学レンズユニット２１を内包する鏡筒の一部３３に接着され、他方の面は光吸収層２７に接着されている。圧電素子２８は圧電素子制御部３４から印加される電圧によりその厚さが変化するように駆動される。本実施形態では圧電素子２８に電圧が印加されたときにその厚さが増すようにされている。圧電素子制御部３４はデジタルカメラ１の制御を行うカメラ制御回路３５によって制御されている。
【００３４】
カメラ制御回路３５は圧電素子制御部３４の制御の他、撮像素子２２の電荷蓄積制御および撮像素子２２からの出力信号の処理、ＬＣＤ９へのライブビュー表示、撮影画像の記憶、撮影画像の表示、オートフォーカス制御、ズーム制御、被写体輝度の測光、露出制御など、デジタルカメラ１の制御の一切を行っている。
【００３５】
符号２９は圧接面２６ａと境界面２５ｂとの間の空気層であり、圧電素子２８へ電圧が印加された場合に、圧電素子２８により圧接部材２６が駆動されて圧接面２６ａが境界面２５ｂにほぼ密着する厚さに設定されている。符号３０は対物レンズである。符号３１は軸上光、符号３２は軸外光で両者は開口絞り２４の位置付近で交差している。
【００３６】
境界面２５ｂおよび圧接面２６ａはシャッター３６を形成しており、境界面２５ｂ、圧接部材２６、光吸収層２７および圧電素子２８は本実施形態のシャッターユニット３７を形成している。
【００３７】
対物レンズ３０、プリズム２５、ローパスフィルタ２３および図２のその他のレンズは入射光を結像させる結像光学系である撮像光学系を構成し、撮像光学系、シャッターユニットおよび撮像光学系を構成するプリズムやレンズを結合する鏡筒を含む部材（不図示）は光学ユニット２１を構成している。
【００３８】
光学ユニット２１は対物レンズ３０が図１（ａ）のレンズ開口部３の部分に位置し、撮像素子２２がカメラボディ２の底面の方向に位置するようにカメラボディ２内に組み込まれている。
【００３９】
図２（ａ）は圧電素子２８に電圧が印加されていない状態であり、境界面２５ｂは空気層２９と接して反射面として機能している。したがって、このとき被写体（不図示）からの入射光である軸上光３１および軸外光３２は入射面２５ａからプリズムへ入射した後境界面２５ｂで全反射され射出面２５ｃから出て行き、撮像素子２２の上で結像している。すなわちこの状態は、プリズム２５と空気との境界面が存在する、シャッター３６が開の状態である。
【００４０】
図２（ｂ）は圧電素子２８に電圧が印加され、圧電素子２８は厚さが増加した状態になっている。このとき圧電素子２８の一方の面は鏡筒の一部３３に接着されているので、圧電素子２８の他方の面が対物レンズ３０の方向へ移動することになり、圧接部材２６は対物レンズ３０の方向に駆動されて圧接面２６ａは境界面２５ｂと密着している。したがって、入射面２５ａからプリズム２５に入射した軸上光３１および軸外光３２は境界面２５ａと圧接面２６ａとが接触した面を反射されることなく通過し、光吸収層２７で吸収される。したがって軸上光３１および軸外光３２が撮像素子２２に到達することはない。すなわちこの状態は、プリズム２５と空気との境界面が消失した、シャッター３６が閉の状態である。このとき、プリズム２５と圧接部材２６とは必ずしも密着する必要はなく、近接場光学理論的には光の波長に関連する所定値以下、例えばλ／４以下（λは透過する波長）であればよい。
【００４１】
この光学ユニット２１を用いたデジタルカメラ１の露光工程の説明をする。
【００４２】
まずシャッター３６が開、撮像素子２２は電荷蓄積および蓄積された電荷の転送を繰り返して、ＬＣＤ９ではライブビュー表示が行われている状態を初期状態とする。初期状態において、撮像素子２２の電荷蓄積を開始して露光を開始する。次に被写体の輝度、レンズの絞り値などによって定まる所定の露光時間経過後、シャッター３６を閉にして撮像素子２２を遮光した後、撮像素子２２の電荷蓄積を終了して、蓄積された電荷の転送を開始する。撮像素子２２の電荷蓄積の開始および終了は、カメラ制御回路３５によって制御されている。
【００４３】
このように、撮像素子２２の電荷転送時はシャッター３６により撮像素子２２を遮光しているので、スミアが発生して撮像した画像が劣化することがない。
【００４４】
なお、本実施形態は上述した以外にも次に上げる特徴を有する。
【００４５】
シャッターユニット３７では、境界面２５ｂと圧接面２６ａ平行とは平行である。また、圧電素子は印加電圧への応答が早いため、圧接部材２６を駆動する圧電素子２８へ印加する電圧をオン、オフしたときの厚みの変化は短時間の内に行われ、シャッター３６の開から閉および閉から開への動作は高速で行われる。したがって、本シャッターユニットの位置は撮像光学系の変倍にしたがってその位置を移動する必要がない。実際、本実施形態では、シャッター３６は光学ユニット２１の絞り位置に設置されていないが、シャッター３６の開閉に起因する光量ムラが発生することはない。
【００４６】
空気層２９の厚みが小さいので、シャッターを開閉するために圧接部材２６を駆動する量は小さくてよい。また、圧電素子は小型で本実施形態に必要な駆動力および駆動ストロークが得られるので圧電素子の伸縮をそのまま駆動力として使用でき、シャッターユニット３７が簡単で小型になる。
【００４７】
圧接部材２６は弾性を有した樹脂で構成されているので、シャッターを閉じる場合に圧接面２６ａが境界面２５ｂに圧接させられた時にも機械的な衝撃を発生することがない。また、製造誤差などによって境界面２５ｂと圧接面２６ａが平行になっていない場合でも、圧接部材２６の弾力性のため境界面２５ｂと圧接面２６ａとは隙間なく密着することができる。
【００４８】
本実施形態では、シャッターユニット３７はプリズム２５の境界面２５ｂの背面の空間に設けられている。したがって、本実施形態によると、撮像光学系周辺のスペースを有効に利用することができ、カメラの小型化に有利である。
【００４９】
また、本実施形態は上述した以外にも次のようにしてもよい。
【００５０】
圧接部材２６の材料は屈折率が空気より大きければ良く、本実施形態では透光性であるが、これは必ずしも透光性である必要はなく光吸収性の黒色の材料であってもよいし、弾性体ではなく剛性のある樹脂やガラスなどでもよい。
【００５１】
また、本実施形態では圧接面２６ａは平面であるが、この面は凸面であってもよい。その場合、圧接部材２６を境界面２５ｂに圧接する際、両者はまず対向する面の中心付近から接触し接触部は次第に周辺に広がってゆくので、接触部付近の空気を効率良く排出でき、圧接面２６ａと境界面２５ｂとの間に空気層が残りにくくなる。
【００５２】
また、圧接面２６ａを境界面２５ｂから引き離す場合、両者は最初に接触面の周辺部から離れだし、次第に中心付近が離れてくるので、空気がスムーズに両者の間に流れ込み少ない力で両者を引き離すことができる。
【００５３】
なお、空気層２９の接触面への空気の流入および流出をスムーズにする目的では、圧接面２６ａを凸面にする以外に、圧接面２６ａと境界面２５ｂとを平行ではなく少し傾けておくという手段をとることも可能である。
【００５４】
撮像素子２２による露光工程は上述したシーケンス以外にも、次のようなものが可能である。上述した初期状態から、撮像素子２２の電荷蓄積を開始して露光を始める。次に、所定の時間露光した後、撮像素子２２の電荷蓄積を停止する。その後シャッター３６を閉の状態にして撮像素子２２を遮光した後、蓄積された電荷の転送を開始する。この場合も、撮像素子２２の電荷転送の時には撮像素子２２はシャッター３６によって遮光されているので、スミアが発生することはない。
【００５５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光学ユニットを説明する。
【００５６】
本実施形態の光学ユニットは、撮像光学系は第１の実施形態と同じで、シャッターユニットの構成および鏡筒の一部の構成が異なるものである。
【００５７】
図３は本発明の第２の実施形態に係る光学ユニット４１の構成の一部を示す。図３において、図２と同じ機能の構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００５８】
図３において、本実施形態のシャッターユニットは第１の実施形態と同じく、圧接部材、光吸収層および板状の圧電素子から構成されているが、圧接部材および光吸収層の形状が第１の実施形態とは異なっている。本実施形態では、圧接部材４２の断面を台形とし板状の圧電素子４４をその上底の部分に配して、圧接面４２ａを境界面２５ｂに対して垂直の方向から圧接する構成としている。板状の圧電素子４４の圧接部材４２とは反対側の面は、鏡筒の一部４３に接着されている。光吸収層４５は本実施形態では、圧接部材４２の圧接面４２ａを除くすべての面に形成されている。圧電素子４４は、電圧の印加によりその厚さを増すように構成されている。
【００５９】
上述した構成により、本実施形態では第１の実施形態で説明したように、圧電素子制御部３４からの圧電素子４４への印加電圧のオン、オフにより、圧接面４２ａが境界面２５ｂに密着したり離れたりして、境界面２５ｂの反射と透過が切り換えられてシャッター動作を行う。
【００６０】
光学ユニット４１の構成各部の形状および材質については、第１の実施形態で説明したように以下のようであってもよい。
【００６１】
圧接部材４２の材料は屈折率が空気よりも大きければ良く、本実施形態では透光性であるが、これは必ずしも透光性である必要はなく光吸収性の黒色の材料であってもよいし、弾性体ではなく剛性のある樹脂やガラスなどでもよい。
【００６２】
また、本実施形態では圧接面４２ａは平面であるが、この面は凸面であってもよい。その場合、圧接面４２ａを境界面２５ｂに圧接する際、両者はまず対向する面の中心付近から接触し接触部は次第に周辺に広がってゆくので、接触部付近の空気を効率良く排出でき、圧接面４２ａと境界面２５ｂとの間に空気層が残りにくくなる。
【００６３】
また、圧接面４２ａを境界面２５ｂから引き離す場合、両者はまず接触面の周辺部から離れだし、次第に中心付近が離れてくるので、空気がスムーズに両者の間に流れ込み少ない力で両者を引き離すことができる。
【００６４】
なお、空気層２９の接触面への空気の流入および流出をスムーズにする目的では、圧接面４２ａを凸面にする以外に、圧接面４２ａと境界面２５ｂとを平行ではなく少し傾けておくという手段をとってもよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る光学ユニットを説明する。
【００６６】
本実施形態の光学ユニットは、撮像光学系は第２の実施形態と同じで、シャッターユニットの構成が異なるものである。
【００６７】
図４は本発明の第３の実施形態に係る光学ユニット４６の構成の一部を示す。図４において、図３と同じ機能の構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００６８】
図４（ａ）において、本実施形態が第２の実施形態と異なるのは空気層２９の周辺部にシール部材４７を設けている点である。シール部材４７を設けた目的は、空気層２９にゴミが進入するのを防ぎ、圧接面４２ａと境界面２５ｂとの密着性が悪くなるのを防ぐことである。
【００６９】
本実施形態の動作については第２の実施形態と同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７０】
図４（ａ）は空気層２９の存在する状態、つまりシャッター開の状態である。この状態で、シール部材４７はプリズム２５と圧接部材４２との対向面の周辺部を覆いゴミの進入を防いでいる。
【００７１】
図４（ｂ）は空気層２９のない状態、つまり境界面２５ｂと圧接面４２ａとが密着したシャッター閉の状態である。この状態ではシール材４７は変形して、境界面２５ｂと圧接面４２ａとの密着を妨げないようになっている。
【００７２】
シール部材４７に用いられる材料としては、弾性を有した樹脂などが好ましい。
【００７３】
シール部材４７には、シャッターの開閉に応じて空気層２９の空気を排出および流入させるための通気部を設けておくのが好ましい。その場合、通気部にはゴミの流入を防ぐためのフィルタを設けてもよい。
【００７４】
本実施形態によると、シール部材４７により、空気層２９へのゴミの進入を防ぐことができるため、空気層２９にゴミが流入して、境界面２５ｂに圧接面４２ａを圧接させたときの両者の密着性が悪くなることがない。
【００７５】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る光学ユニットを説明する。
【００７６】
本実施形態の光学ユニットは、撮像光学系は第２の実施形態と同じで、シャッターユニットの構成が異なるものである。
【００７７】
図５は本発明の第４の実施形態に係る光学ユニット５１の構成の一部を示す。図５において、図２と同じ機能の構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００７８】
図５において、本実施形態のシャッター５７は第１の透明電極５２および電気光学効果素子５３から構成され、シャッターユニット５８は電気光学効果素子５３、電気光学効果素子５３に電圧を印加するための第１の透明電極５２および第２の透明電極５４、ならびに光吸収層５５から構成されている。第１の透明電極５２および第２の透明電極５４の屈折率はプリズム２５の屈折率に近いものである。第１の透明電極５２は薄板状の電気光学効果素子５３の一方の面に形成されており、第２の透明電極５４は電気光学効果素子５３の他方の面に形成されている。第１の透明電極５２は、プリズム２５と同様の屈折率を有する透明な接着剤などにより境界面２５ｂに接着されている。第１の透明電極５２および第２の透明電極５４は、電気光学効果素子制御部５６に接続されており、電気光学効果素子制御部５６はカメラ制御部３５の制御のもとに第１の透明電極５２と第２の透明電極５４の間への印加電圧のオン、オフの制御を行う。光吸収層５５は第２の透明電極５４の電気光学効果素子５４とは反対側の面に形成され、第１の透明電極、電気光学効果素子５３および第２の透明電極５４を透過してきた光を吸収する。
【００７９】
図５において、電気光学効果素子５３は電圧が印加されるとその屈折率が高くなり、電圧の印加が無くなると屈折率が低くなる特性を持っている。
【００８０】
ここで、電気光学効果素子５３に電圧が印加されていない状態を考えると、電気光学効果素子５３の屈折率は低い状態である。そのため、対物レンズ３０からプリズム２５に入射した光は、境界面２５ｂから第１の透明電極５２に入り、第１の透明電極５２と電気光学効果素子５３の境界面で全反射され、撮像素子の方向（下方）へ向かい、シャッターは開の状態になる。
【００８１】
次に、第１の透明電極と第２の透明電極の間に電圧が印加された場合を考えると、電気光学効果素子５３はその屈折率が大きくなる。したがって、対物レンズ３０からプリズム２５に入射した光は、第１の透明電極５２と電気光学効果素子５３の境界面で全反射されることなく電気光学効果素子５３に入射し、第２の透明電極５４を透過して光吸収層５５で吸収される。したがって、対物レンズ３０からの入射光は撮像素子（不図示）の方向（下方）へは反射されずシャッターは閉の状態になる。
【００８２】
上述したように本実施例によると、電気光学効果素子制御部５６による電気光学効果素子５３への電圧オン、オフにより、シャッター開の状態とシャッター閉の状態とを制御することができる。
【００８３】
本実施形態では、電気光学効果素子５３としては電圧の印加時に屈折率が高くなる材料を用いたが、電気光学効果素子５３の特性としてはこれに限定されることなく、電圧の印加によって屈折率が低くなる材料を用いてもよい。
【００８４】
本実施形態の電気光学効果素子として用いられる材料としては、ポッケルス効果やカー効果を有する材料および液晶材料など、印加電圧のオン、オフにより屈折率の変化する材料を用いることができる。しかし、印加電圧のオン、オフにより屈折率が変化する材料であれば上述した材料に限定されるものではなく、どのような材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成の一部を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成の一部を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ デジタルカメラ
２１ 光学ユニット
２２ 撮像素子
２３ ローパスフィルタ
２４ 開口絞り
２５ プリズム
２６ 圧接部材
２７ 光吸収層
２８ 圧電素子
２９ 空気層
３３ 鏡筒の一部
３４ 圧電素子制御部
３５ カメラ制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッターユニット、光学ユニットおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子に用いたデジタルカメラが一般に使用されるようになってきた。このデジタルカメラでは撮像素子に電子シャッターの機能を有するため、基本的には従来の銀塩カメラのように機械的シャッター必要とすることはない。しかしながら撮像素子にＣＣＤを用いた場合、電荷の転送中にＣＣＤが光を受けるとスミアを発生するというＣＣＤ特有の問題などがある。したがって、撮像素子にＣＣＤを用いたデジタルカメラでは、電子シャッターと機械的シャッターの併用が必要である。
【０００３】
ここで用いられる機械的シャッターとしては、ある程度高速でシャッターの開閉動作をすることが必要である。もしこのシャッターが高速でシャッターの開閉動作をしなかった場合、シャッターの開閉動作の速度に起因して、撮像素子上に光量ムラが生じるおそれがある。また、遅いシャッター開閉速度でもこの光量ムラを発生させない方法として、シャッターの設置位置を、撮像光学系の軸上光と軸外光が交差する位置（いわゆる絞り位置）にする方法がある。
【０００４】
また近年、薄型化の目的で撮像光学系を屈曲させた屈曲光学系、例えば負先行型の屈曲系ズームレンズ（例えば特許文献１参照）、を備えたデジタルカメラも市販されている。一方、機械的シャッターユニット（シャッターを駆動する部材を含む）の光軸に垂直な方向の大きさ（以降「高さ」と呼ぶ）は光学系の直径に比べて大きい。したがって、機械的シャッターを光路中に入れること自体、シャッターユニットの高さで、光学系の薄型化を阻害してしまう結果となる。したがって撮像光学系の薄型化のためにはシャッターを光路外に置くことが望ましい。シャッターを光路外に置く手段としては、例えば空間変調素子を用いる方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】米国特許第６７２８４８２号明細書
【特許文献２】特開平７−３０６４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した機械的シャッターユニットを用いる方法では、高速のシャッター開閉動作を実現しようとすると、シャッターユニットが大型になったり、シャッターの動作にともなう振動が手振れの原因になったりしてしまう。また、遅いシャッター開閉動作でもこの光量ムラを発生させないために、シャッターを絞り位置に設ける手段では、撮像光学系がズームレンズである場合、撮像光学系の変倍に応じてシャッターの位置を光軸上で移動させなければならない。したがって、デジタルカメラが複雑になり小型化が困難になってしまう。
【０００６】
機械的シャッターではシャッターは光路内に設ける必要があるが、シャッターユニットの光軸に垂直な方向の寸法すなわちシャッターユニットの高さはレンズの口径よりも大きい。したがって、カメラの薄型化の目的ために上述した屈曲系のレンズを採用した場合でも、シャッターユニットの高さのためにカメラの薄型化が十分に図れないことがある。
【０００７】
特許文献２の方法では、光路上に空間変調素子を設けるスペースが必要になり撮像光学系を小型化するのには適さない。
【０００８】
したがって本発明の目的とするところは、撮像光学系の自由な位置に設けても光量ムラが生じることがなく、かつ、光路外に設けることが可能なシャッターユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１）
入射光を通過させる開状態と、入射光を遮断する閉状態とに切り換えるシャッターユニットにおいて、
入射光を反射する状態で開状態とし、入射光を透過する状態で閉状態とする光学部材を有することを特徴とするシャッターユニット。
【００１０】
（請求項２）
前記光学部材は、光が入射する入射面と、空気との境界面で構成され前記入射面に入射された光を反射する反射面と、前記反射面で反射された光を射出する射出面とを有するプリズムと、
前記境界面に接触可能であり、かつ空気より屈折率が大きい圧接部材とを有し、
前記圧接部材を前記境界面と離間させて、前記境界面が存在する場合に開状態とし、
前記圧接部材を前記境界面に接触させて、前記境界面が消失する場合に閉状態とすることを特徴とする請求項１に記載のシャッターユニット。
【００１１】
（請求項３）
前記圧接部材を駆動する圧電素子を有することを特徴とする請求項２に記載のシャッターユニット。
【００１２】
（請求項４）
前記圧接部材は光透過性の弾性体であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシャッターユニット。
【００１３】
（請求項５）
前記圧接部材は、前記境界面に接触する圧接面以外の面の内、少なくとも１面に光吸収層を有することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のシャッターユニット。
【００１４】
（請求項６）
請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットおよび、入射光を結像させる結像光学系を有することを特徴とする光学ユニット。
【００１５】
（請求項７）
請求項６に記載の光学ユニットを有することを特徴とする撮像装置。
【００１６】
（請求項８）
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記シャッターユニットにより電荷蓄積終了後の前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【００１７】
（請求項９）
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、および請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記電子シャッターによる前記撮像素子の電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了するまでの間に、前記シャッターユニットにより前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、光学部材の反射および透過の切り換えによりシャッターの開閉動作を行うので、このシャッターユニットは光路上のどの位置に設けても撮像素子の露光ムラを生じない。また、シャッターを光路外に設けることができるので、シャッターの高さが障害になることがなくカメラの薄型化が可能になる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、光学部材にプリズムを用いるため、簡単な構成でシャッターが実現できる。また、境界面の反射と透過の切り換えによりシャッターの開閉動作を行うので、このシャッターユニットは光路上のどの位置に設けても撮像素子の露光ムラを生じない。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、圧接部材の駆動を圧電素子によって行うので、圧接部材の圧接および開放を高速でかつ大きな振動を発生することなく切り換えることができる。また、圧接部材を駆動する機構の構成が簡単かつ小型にできる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、圧接部材として弾性体を用いるので、圧接部材の圧接時の衝撃を小さくすることができる。また、圧接部材をプリズムに良好に密着させることができる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、光透過性の圧接部材は圧接面以外の面の内少なくとも１面に光吸収層を有しているので、圧接部材をプリズムに圧接した場合すなわちシャッター閉の場合に漏れる光を減少させることができる。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、光学ユニットは機械的シャッターユニットとして請求項１乃至５に記載のシャッターユニット用いるので、別途機械的シャッターユニットを必要としない。したがって光学ユニットの構成が簡単になり、小型の光学ユニットとすることができる。
【００２４】
請求項７に係る発明によれば、撮像装置は請求項６に記載の光学ユニットを有しているので、撮像装置を小型にすることができ、撮像素子の露光ムラを生じることもない。
【００２５】
請求項８に係る発明によれば、撮像装置は請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを用いて露光時間開始前および終了後の遮光を行っているので、撮像素子としてＣＣＤを用いてもスミアが発生することがなく、撮像素子の露光ムラを生じることもない。
【００２６】
請求項９に係る発明によれば、撮像装置は請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを用いて露光時間開始前および終了後の遮光を行っているので、撮像素子としてＣＣＤを用いてもスミアが発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
図を用いて、本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラを説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの構成図である。図１（ａ）は本デジタルカメラの斜視図、図１（ｂ）は背面図である。
【００２９】
図１（ａ）において、符号１は本デジタルカメラ、符号２は本デジタルカメラ１のカメラボディ、符号３は被写体（不図示）の光を撮像光学系を介して撮像素子に導くためのレンズ開口部、符号４は本デジタルカメラの電源をオン、オフするための電源スイッチ、符号５は撮影を行うための操作ボタンであるシャッターボタン、符号６は光学ファインダーのファインダー開口部、符号７は暗いときに発光して被写体を照らすフラッシュである。
【００３０】
図１（ｂ）において、図１（ａ）と同じ機能の要素には同じ符号を付してその説明は省略する。図１（ｂ）において、符号８は光学ファインダーを介して被写体の状態を確認するためのファインダー接眼窓、符号８はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）で、電子ファインダーおよび撮影に関わる各種情報の表示として用いられる。符号１０はファンクションダイヤルで、カメラの動作として、撮影した画像の再生、静止画の撮影および動画の撮影の３つの機能から１つを選択するのに用いられる。符号１１はジョグダイヤルで、ＬＣＤ９上に表示されたカーソルの移動および撮影レンズのズーム操作などに用いられる。符号１２は設定ボタン群で、ＬＣＤ９上へのメニュー表示、再生された画像のコマ送りや表示された画像の拡大縮小および撮影された画像の消去などの設定に用いられる。
【００３１】
図２は屈曲型のズーム機能を有する光学ユニット２１の構成を示す図であり、図２（ａ）はシャッター開状態であり、図２（ｂ）はシャッター閉状態である。図２（ａ）、（ｂ）には光学ユニット以外に圧電制御部３４およびカメラ制御回路３５が示されている。光学ユニット２１は本デジタルカメラの撮像光学系としてカメラボディ２に装備されて用いられる。なお、以下の図面において矢示Ｘ方向は、図１に示した矢示Ｘ方向と同じ方向を示す。
【００３２】
図２（ａ）において、符号２２は撮像素子、符号２３はローパスフィルタ、符号２４は開口絞り、符号２５は光軸を屈曲させるためのプリズム、符号２５ａは入射面、符号２５ｂは境界面、符号２５ｃは射出面である。
【００３３】
符号２６は光透過性樹脂の弾性体からなる圧接部材、符号２６ａは圧接面であり、圧接面２６ａは平面である。符号２７は光吸収層であり黒色樹脂の塗布などにより圧接面２６ａに対向する圧接部材２６の１つの面に形成されている。符号２８は板状の圧電素子であり、一方の面は光学レンズユニット２１を内包する鏡筒の一部３３に接着され、他方の面は光吸収層２７に接着されている。圧電素子２８は圧電素子制御部３４から印加される電圧によりその厚さが変化するように駆動される。本実施形態では圧電素子２８に電圧が印加されたときにその厚さが増すようにされている。圧電素子制御部３４はデジタルカメラ１の制御を行うカメラ制御回路３５によって制御されている。
【００３４】
カメラ制御回路３５は圧電素子制御部３４の制御の他、撮像素子２２の電荷蓄積制御および撮像素子２２からの出力信号の処理、ＬＣＤ９へのライブビュー表示、撮影画像の記憶、撮影画像の表示、オートフォーカス制御、ズーム制御、被写体輝度の測光、露出制御など、デジタルカメラ１の制御の一切を行っている。
【００３５】
符号２９は圧接面２６ａと境界面２５ｂとの間の空気層であり、圧電素子２８へ電圧が印加された場合に、圧電素子２８により圧接部材２６が駆動されて圧接面２６ａが境界面２５ｂにほぼ密着する厚さに設定されている。符号３０は対物レンズである。符号３１は軸上光、符号３２は軸外光で両者は開口絞り２４の位置付近で交差している。
【００３６】
境界面２５ｂおよび圧接面２６ａはシャッター３６を形成しており、境界面２５ｂ、圧接部材２６、光吸収層２７および圧電素子２８は本実施形態のシャッターユニット３７を形成している。
【００３７】
対物レンズ３０、プリズム２５、ローパスフィルタ２３および図２のその他のレンズは入射光を結像させる結像光学系である撮像光学系を構成し、撮像光学系、シャッターユニットおよび撮像光学系を構成するプリズムやレンズを結合する鏡筒を含む部材（不図示）は光学ユニット２１を構成している。
【００３８】
光学ユニット２１は対物レンズ３０が図１（ａ）のレンズ開口部３の部分に位置し、撮像素子２２がカメラボディ２の底面の方向に位置するようにカメラボディ２内に組み込まれている。
【００３９】
図２（ａ）は圧電素子２８に電圧が印加されていない状態であり、境界面２５ｂは空気層２９と接して反射面として機能している。したがって、このとき被写体（不図示）からの入射光である軸上光３１および軸外光３２は入射面２５ａからプリズムへ入射した後境界面２５ｂで全反射され射出面２５ｃから出て行き、撮像素子２２の上で結像している。すなわちこの状態は、プリズム２５と空気との境界面が存在する、シャッター３６が開の状態である。
【００４０】
図２（ｂ）は圧電素子２８に電圧が印加され、圧電素子２８は厚さが増加した状態になっている。このとき圧電素子２８の一方の面は鏡筒の一部３３に接着されているので、圧電素子２８の他方の面が対物レンズ３０の方向へ移動することになり、圧接部材２６は対物レンズ３０の方向に駆動されて圧接面２６ａは境界面２５ｂと密着している。したがって、入射面２５ａからプリズム２５に入射した軸上光３１および軸外光３２は境界面２５ａと圧接面２６ａとが接触した面を反射されることなく通過し、光吸収層２７で吸収される。したがって軸上光３１および軸外光３２が撮像素子２２に到達することはない。すなわちこの状態は、プリズム２５と空気との境界面が消失した、シャッター３６が閉の状態である。このとき、プリズム２５と圧接部材２６とは必ずしも密着する必要はなく、近接場光学理論的には光の波長に関連する所定値以下、例えばλ／４以下（λは透過する波長）であればよい。
【００４１】
この光学ユニット２１を用いたデジタルカメラ１の露光工程の説明をする。
【００４２】
まずシャッター３６が開、撮像素子２２は電荷蓄積および蓄積された電荷の転送を繰り返して、ＬＣＤ９ではライブビュー表示が行われている状態を初期状態とする。初期状態において、撮像素子２２の電荷蓄積を開始して露光を開始する。次に被写体の輝度、レンズの絞り値などによって定まる所定の露光時間経過後、シャッター３６を閉にして撮像素子２２を遮光した後、撮像素子２２の電荷蓄積を終了して、蓄積された電荷の転送を開始する。撮像素子２２の電荷蓄積の開始および終了は、カメラ制御回路３５によって制御されている。
【００４３】
このように、撮像素子２２の電荷転送時はシャッター３６により撮像素子２２を遮光しているので、スミアが発生して撮像した画像が劣化することがない。
【００４４】
なお、本実施形態は上述した以外にも次に上げる特徴を有する。
【００４５】
シャッターユニット３７では、境界面２５ｂと圧接面２６ａ平行とは平行である。また、圧電素子は印加電圧への応答が早いため、圧接部材２６を駆動する圧電素子２８へ印加する電圧をオン、オフしたときの厚みの変化は短時間の内に行われ、シャッター３６の開から閉および閉から開への動作は高速で行われる。したがって、本シャッターユニットの位置は撮像光学系の変倍にしたがってその位置を移動する必要がない。実際、本実施形態では、シャッター３６は光学ユニット２１の絞り位置に設置されていないが、シャッター３６の開閉に起因する光量ムラが発生することはない。
【００４６】
空気層２９の厚みが小さいので、シャッターを開閉するために圧接部材２６を駆動する量は小さくてよい。また、圧電素子は小型で本実施形態に必要な駆動力および駆動ストロークが得られるので圧電素子の伸縮をそのまま駆動力として使用でき、シャッターユニット３７が簡単で小型になる。
【００４７】
圧接部材２６は弾性を有した樹脂で構成されているので、シャッターを閉じる場合に圧接面２６ａが境界面２５ｂに圧接させられた時にも機械的な衝撃を発生することがない。また、製造誤差などによって境界面２５ｂと圧接面２６ａが平行になっていない場合でも、圧接部材２６の弾力性のため境界面２５ｂと圧接面２６ａとは隙間なく密着することができる。
【００４８】
本実施形態では、シャッターユニット３７はプリズム２５の境界面２５ｂの背面の空間に設けられている。したがって、本実施形態によると、撮像光学系周辺のスペースを有効に利用することができ、カメラの小型化に有利である。
【００４９】
また、本実施形態は上述した以外にも次のようにしてもよい。
【００５０】
圧接部材２６の材料は屈折率が空気より大きければ良く、本実施形態では透光性であるが、これは必ずしも透光性である必要はなく光吸収性の黒色の材料であってもよいし、弾性体ではなく剛性のある樹脂やガラスなどでもよい。
【００５１】
また、本実施形態では圧接面２６ａは平面であるが、この面は凸面であってもよい。その場合、圧接部材２６を境界面２５ｂに圧接する際、両者はまず対向する面の中心付近から接触し接触部は次第に周辺に広がってゆくので、接触部付近の空気を効率良く排出でき、圧接面２６ａと境界面２５ｂとの間に空気層が残りにくくなる。
【００５２】
また、圧接面２６ａを境界面２５ｂから引き離す場合、両者は最初に接触面の周辺部から離れだし、次第に中心付近が離れてくるので、空気がスムーズに両者の間に流れ込み少ない力で両者を引き離すことができる。
【００５３】
なお、空気層２９の接触面への空気の流入および流出をスムーズにする目的では、圧接面２６ａを凸面にする以外に、圧接面２６ａと境界面２５ｂとを平行ではなく少し傾けておくという手段をとることも可能である。
【００５４】
撮像素子２２による露光工程は上述したシーケンス以外にも、次のようなものが可能である。上述した初期状態から、撮像素子２２の電荷蓄積を開始して露光を始める。次に、所定の時間露光した後、撮像素子２２の電荷蓄積を停止する。その後シャッター３６を閉の状態にして撮像素子２２を遮光した後、蓄積された電荷の転送を開始する。この場合も、撮像素子２２の電荷転送の時には撮像素子２２はシャッター３６によって遮光されているので、スミアが発生することはない。
【００５５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光学ユニットを説明する。
【００５６】
本実施形態の光学ユニットは、撮像光学系は第１の実施形態と同じで、シャッターユニットの構成および鏡筒の一部の構成が異なるものである。
【００５７】
図３は本発明の第２の実施形態に係る光学ユニット４１の構成の一部を示す。図３において、図２と同じ機能の構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００５８】
図３において、本実施形態のシャッターユニットは第１の実施形態と同じく、圧接部材、光吸収層および板状の圧電素子から構成されているが、圧接部材および光吸収層の形状が第１の実施形態とは異なっている。本実施形態では、圧接部材４２の断面を台形とし板状の圧電素子４４をその上底の部分に配して、圧接面４２ａを境界面２５ｂに対して垂直の方向から圧接する構成としている。板状の圧電素子４４の圧接部材４２とは反対側の面は、鏡筒の一部４３に接着されている。光吸収層４５は本実施形態では、圧接部材４２の圧接面４２ａを除くすべての面に形成されている。圧電素子４４は、電圧の印加によりその厚さを増すように構成されている。
【００５９】
上述した構成により、本実施形態では第１の実施形態で説明したように、圧電素子制御部３４からの圧電素子４４への印加電圧のオン、オフにより、圧接面４２ａが境界面２５ｂに密着したり離れたりして、境界面２５ｂの反射と透過が切り換えられてシャッター動作を行う。
【００６０】
光学ユニット４１の構成各部の形状および材質については、第１の実施形態で説明したように以下のようであってもよい。
【００６１】
圧接部材４２の材料は屈折率が空気よりも大きければ良く、本実施形態では透光性であるが、これは必ずしも透光性である必要はなく光吸収性の黒色の材料であってもよいし、弾性体ではなく剛性のある樹脂やガラスなどでもよい。
【００６２】
また、本実施形態では圧接面４２ａは平面であるが、この面は凸面であってもよい。その場合、圧接面４２ａを境界面２５ｂに圧接する際、両者はまず対向する面の中心付近から接触し接触部は次第に周辺に広がってゆくので、接触部付近の空気を効率良く排出でき、圧接面４２ａと境界面２５ｂとの間に空気層が残りにくくなる。
【００６３】
また、圧接面４２ａを境界面２５ｂから引き離す場合、両者はまず接触面の周辺部から離れだし、次第に中心付近が離れてくるので、空気がスムーズに両者の間に流れ込み少ない力で両者を引き離すことができる。
【００６４】
なお、空気層２９の接触面への空気の流入および流出をスムーズにする目的では、圧接面４２ａを凸面にする以外に、圧接面４２ａと境界面２５ｂとを平行ではなく少し傾けておくという手段をとってもよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る光学ユニットを説明する。
【００６６】
本実施形態の光学ユニットは、撮像光学系は第２の実施形態と同じで、シャッターユニットの構成が異なるものである。
【００６７】
図４は本発明の第３の実施形態に係る光学ユニット４６の構成の一部を示す。図４において、図３と同じ機能の構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００６８】
図４（ａ）において、本実施形態が第２の実施形態と異なるのは空気層２９の周辺部にシール部材４７を設けている点である。シール部材４７を設けた目的は、空気層２９にゴミが進入するのを防ぎ、圧接面４２ａと境界面２５ｂとの密着性が悪くなるのを防ぐことである。
【００６９】
本実施形態の動作については第２の実施形態と同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７０】
図４（ａ）は空気層２９の存在する状態、つまりシャッター開の状態である。この状態で、シール部材４７はプリズム２５と圧接部材４２との対向面の周辺部を覆いゴミの進入を防いでいる。
【００７１】
図４（ｂ）は空気層２９のない状態、つまり境界面２５ｂと圧接面４２ａとが密着したシャッター閉の状態である。この状態ではシール材４７は変形して、境界面２５ｂと圧接面４２ａとの密着を妨げないようになっている。
【００７２】
シール部材４７に用いられる材料としては、弾性を有した樹脂などが好ましい。
【００７３】
シール部材４７には、シャッターの開閉に応じて空気層２９の空気を排出および流入させるための通気部を設けておくのが好ましい。その場合、通気部にはゴミの流入を防ぐためのフィルタを設けてもよい。
【００７４】
本実施形態によると、シール部材４７により、空気層２９へのゴミの進入を防ぐことができるため、空気層２９にゴミが流入して、境界面２５ｂに圧接面４２ａを圧接させたときの両者の密着性が悪くなることがない。
【００７５】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る光学ユニットを説明する。
【００７６】
本実施形態の光学ユニットは、撮像光学系は第２の実施形態と同じで、シャッターユニットの構成が異なるものである。
【００７７】
図５は本発明の第４の実施形態に係る光学ユニット５１の構成の一部を示す。図５において、図２と同じ機能の構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００７８】
図５において、本実施形態のシャッター５７は第１の透明電極５２および電気光学効果素子５３から構成され、シャッターユニット５８は電気光学効果素子５３、電気光学効果素子５３に電圧を印加するための第１の透明電極５２および第２の透明電極５４、ならびに光吸収層５５から構成されている。第１の透明電極５２および第２の透明電極５４の屈折率はプリズム２５の屈折率に近いものである。第１の透明電極５２は薄板状の電気光学効果素子５３の一方の面に形成されており、第２の透明電極５４は電気光学効果素子５３の他方の面に形成されている。第１の透明電極５２は、プリズム２５と同様の屈折率を有する透明な接着剤などにより境界面２５ｂに接着されている。第１の透明電極５２および第２の透明電極５４は、電気光学効果素子制御部５６に接続されており、電気光学効果素子制御部５６はカメラ制御部３５の制御のもとに第１の透明電極５２と第２の透明電極５４の間への印加電圧のオン、オフの制御を行う。光吸収層５５は第２の透明電極５４の電気光学効果素子５４とは反対側の面に形成され、第１の透明電極、電気光学効果素子５３および第２の透明電極５４を透過してきた光を吸収する。
【００７９】
図５において、電気光学効果素子５３は電圧が印加されるとその屈折率が高くなり、電圧の印加が無くなると屈折率が低くなる特性を持っている。
【００８０】
ここで、電気光学効果素子５３に電圧が印加されていない状態を考えると、電気光学効果素子５３の屈折率は低い状態である。そのため、対物レンズ３０からプリズム２５に入射した光は、境界面２５ｂから第１の透明電極５２に入り、第１の透明電極５２と電気光学効果素子５３の境界面で全反射され、撮像素子の方向（下方）へ向かい、シャッターは開の状態になる。
【００８１】
次に、第１の透明電極と第２の透明電極の間に電圧が印加された場合を考えると、電気光学効果素子５３はその屈折率が大きくなる。したがって、対物レンズ３０からプリズム２５に入射した光は、第１の透明電極５２と電気光学効果素子５３の境界面で全反射されることなく電気光学効果素子５３に入射し、第２の透明電極５４を透過して光吸収層５５で吸収される。したがって、対物レンズ３０からの入射光は撮像素子（不図示）の方向（下方）へは反射されずシャッターは閉の状態になる。
【００８２】
上述したように本実施例によると、電気光学効果素子制御部５６による電気光学効果素子５３への電圧オン、オフにより、シャッター開の状態とシャッター閉の状態とを制御することができる。
【００８３】
本実施形態では、電気光学効果素子５３としては電圧の印加時に屈折率が高くなる材料を用いたが、電気光学効果素子５３の特性としてはこれに限定されることなく、電圧の印加によって屈折率が低くなる材料を用いてもよい。
【００８４】
本実施形態の電気光学効果素子として用いられる材料としては、ポッケルス効果やカー効果を有する材料および液晶材料など、印加電圧のオン、オフにより屈折率の変化する材料を用いることができる。しかし、印加電圧のオン、オフにより屈折率が変化する材料であれば上述した材料に限定されるものではなく、どのような材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成の一部を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成の一部を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るシャッターユニットおよび光学ユニットの構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ デジタルカメラ
２１ 光学ユニット
２２ 撮像素子
２３ ローパスフィルタ
２４ 開口絞り
２５ プリズム
２６ 圧接部材
２７ 光吸収層
２８ 圧電素子
２９ 空気層
３３ 鏡筒の一部
３４ 圧電素子制御部
３５ カメラ制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を通過させる開状態と、入射光を遮断する閉状態とに切り換えるシャッターユニットにおいて、
入射光を反射する状態で開状態とし、入射光を透過する状態で閉状態とする光学部材を有することを特徴とするシャッターユニット。
【請求項２】
前記光学部材は、光が入射する入射面と、空気との境界面で構成され前記入射面に入射された光を反射する反射面と、前記反射面で反射された光を射出する射出面とを有するプリズムと、
前記境界面に接触可能であり、かつ空気より屈折率が大きい圧接部材とを有し、
前記圧接部材を前記境界面と離間させて、前記境界面が存在する場合に開状態とし、
前記圧接部材を前記境界面に接触させて、前記境界面が消失する場合に閉状態とすることを特徴とする請求項１に記載のシャッターユニット。
【請求項３】
前記圧接部材を駆動する圧電素子を有することを特徴とする請求項２に記載のシャッターユニット。
【請求項４】
前記圧接部材は光透過性の弾性体であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシャッターユニット。
【請求項５】
前記圧接部材は、前記境界面に接触する圧接面以外の面の内、少なくとも１面に光吸収層を有することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のシャッターユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットおよび、入射光を結像させる結像光学系を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の光学ユニットを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記シャッターユニットにより電荷蓄積終了後の前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、および請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記電子シャッターによる前記撮像素子の電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了するまでの間に、前記シャッターユニットにより前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
入射光を通過させる開状態と、入射光を遮断する閉状態とに切り換えるシャッターユニットにおいて、
入射光を反射する状態で開状態とし、入射光を透過する状態で閉状態とする光学部材を有することを特徴とするシャッターユニット。
【請求項２】
前記光学部材は、光が入射する入射面と、空気との境界面で構成され前記入射面に入射された光を反射する反射面と、前記反射面で反射された光を射出する射出面とを有するプリズムと、
前記境界面に接触可能であり、かつ空気より屈折率が大きい圧接部材とを有し、
前記圧接部材を前記境界面と離間させて、前記境界面が存在する場合に開状態とし、
前記圧接部材を前記境界面に接触させて、前記境界面が消失する場合に閉状態とすることを特徴とする請求項１に記載のシャッターユニット。
【請求項３】
前記圧接部材を駆動する圧電素子を有することを特徴とする請求項２に記載のシャッターユニット。
【請求項４】
前記圧接部材は光透過性の弾性体であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシャッターユニット。
【請求項５】
前記圧接部材は、前記境界面に接触する圧接面以外の面の内、少なくとも１面に光吸収層を有することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のシャッターユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットおよび、入射光を結像させる結像光学系を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の光学ユニットを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記シャッターユニットにより電荷蓄積終了後の前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了する電子シャッターを可能とする撮像素子、および請求項１乃至５の何れか１項に記載のシャッターユニットを有し、前記電子シャッターによる前記撮像素子の電荷蓄積を開始したのち、電荷蓄積を終了するまでの間に、前記シャッターユニットにより前記撮像素子の遮光を行うことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２９２９９０（Ｐ２００６−２９２９９０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１３２０２（Ｐ２００５−１１３２０２）
【出願日】平成１７年４月１１日（２００５．４．１１）
【出願人】（３０３０５０１５９）コニカミノルタフォトイメージング株式会社 (1,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１１日（２００５．４．１１）
【出願人】（３０３０５０１５９）コニカミノルタフォトイメージング株式会社 (1,066)
【Ｆターム（参考）】
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