JP2003241254A - 光量調整装置及びそれを有する光学系並びに撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＤフィルターの微小な透過波面位相差によ
って光学性能劣化する。 【解決手段】 絞り羽根Ｓ１１，Ｓ１２によって形成さ
れた開口を通過する光の光量を減衰するためのＮＤフィ
ルターＰ１を備えた光量調整装置において、ＮＤフィル
ターＰ１の透過率の異なる領域（光路中、Ｎ１１のみが
存在する領域、Ｎ１１とＮ１２の双方が存在する領域）
を通過する所定の波長λの光の位相差が｛１±（１／
５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲内となるよう
に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラやデ
ジタルスチルカメラ等の撮影装置に好適な光量調整装置
に関し、画素ピッチの小さな撮像素子においても光学性
能の劣化を抑制することが可能な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ等の撮影装置の撮影光学系
には、複数枚の絞り羽根で形成する開口径を変化させて
光量を調整する光量調整装置が使用されている。このよ
うな絞り装置では、開口径が小さくなりすぎると光の回
折による光学性能劣化が問題となる。

【０００３】そこで、明るい被写体条件でも開口径が小
さくなり過ぎないようにするため、絞り羽根とＮＤ（Ne
utral Density）フィルターを併用した光量調整装置が
提案され実用化されている。

【０００４】特許公報第２５９２９４９号には、絞り羽
根で形成される開口内に位置するようにＮＤフィルター
が絞り羽根に貼付けられ、ＮＤフィルターはそれぞれ均
一な透過率に設定された複数の領域を有し、開口の外側
から内側に向かって順に透過率が大きくなるよう設定し
た絞り装置が開示されている。

【０００５】特開昭５２−１１７１２７号公報には、開
放から所定の開口面積までは機械的な絞り羽根を移動さ
せ、一定の絞り値以下の小絞り制御は濃淡によって透光
度が連続的に変化しているＮＤフィルターを透過率の高
いフィルター部から順に開口に進入させる絞り装置が開
示されている。

【０００６】特開２０００−１０６６４９号公報には、
複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの透過率が与え
る光学性能への影響を説明し、対策を施した露出制御機
構を有する撮像装置が開示されている。

【０００７】従来のこれらの提案においては、開放から
小絞りに至るまでの中間絞り状態での光学性能劣化の主
因は、絞り羽根により形成される開口部を覆うＮＤフィ
ルター透過率の差に起因する回折の影響が支配的と考え
られており、複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの
各領域の透過率や面積に着目した回折の影響への対策案
が提案されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一方、中間絞り状態で
の光学性能劣化の原因は、ＮＤフィルター透過率差に起
因する回折の影響だけでなく、ＮＤフィルターの厚み成
分に起因する透過波面位相差も大きく影響している。

【０００９】絞り開口部の一部を厚みのあるフィルター
が覆うと光学性能が劣化することは経験的に知られてい
るが、フィルター厚み成分がどのように光学性能に影響
するかを解析し、その具体的な対策をなした例は知られ
ていない。

【００１０】ＮＤフィルターの厚みが光学性能に与える
影響への回避策として、特開平６−２６５９７１号公報
では、透明な部分と透過率が連続的または段階的に変化
する部分を有するＮＤフィルターを固定の円形絞り開口
を全て覆う状態で可動させて透過光量を調整する構成が
提案されている。

【００１１】しかしながら、特開平６−２６５９７１号
公報に記載された発明は、フィルター部材を通過する部
分としない部分との大きな位相差についてのみ着目した
もので、実際に透過率変化のあるＮＤフィルターを実現
するときに、透過率変化を与えるために生じるであろう
微小厚み変化または微小屈折率変化による光の波長λの
２倍程度までの微小な透過波面位相差についての問題提
起と対策については何ら示されていない。発明者の検討
によれば、このような光の波長オーダー近傍の微小な透
過波面位相差が、ある条件下では光学性能に非常に大き
な影響を与えていることが分かった。

【００１２】そこで本発明は、絞りと、ＮＤフィルター
のような透過光を減衰させるフィルター部材とを併用し
て光量調整を行なう光量調整装置において、フィルター
部材の微小な厚み成分の影響による光学性能劣化を低減
することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第１発明では、開口を形成するための絞りと、
その絞りの開口を通過する光の光量を減衰するためのフ
ィルター部材を備えた光量調整装置において、そのフィ
ルター部材の透過率の異なる位置を通過する所定の波長
λの光の位相差が略１λ又は略２λとなるように設定す
ることを特徴としている。

【００１４】また、本願第２発明では、開口を形成する
ための絞りと、その絞りの開口を通過する光の光量を減
衰するためのフィルター部材を備えた光量調整装置にお
いて、そのフィルター部材が絞りの開口を覆った状態
で、開口内のフィルター部材の透過率が異なる位置を通
過する波長λの光の位相差が略１λ又は略２λとなるよ
うに設定している。

【００１５】ここで、本願第１発明、第２発明における
「所定の波長」とは、光量調整装置の使用状態によって
適宜定めるものであり、例えば、使用波長帯域の中心波
長などが用いられ、可視光域が使用波長帯域である場合
には、λ＝５５０ｎｍであることが好ましい。

【００１６】また、「略１λ又は略２λ」の位相差と
は、製造誤差を含めて｛１±（１／５）｝λ又は｛２±
（１／５）｝λの範囲内の位相差であることを意味して
いる。この範囲内の位相差であれば実質的に１λ又は２
λの位相差とみなせ、本発明の当初の目的を十分に達成
することができる。

【００１７】また、本願第３発明では、開口を形成する
ための絞りと、その絞りの開口を通過する光の光量を減
衰するためのフィルター部材を備えた光量調整装置にお
いて、フィルター部材の透過率の異なる位置を通過する
光の位相差を所定値に設定するための手段を有すること
を特徴としている。

【００１８】本願第１乃至第３発明の光量調整装置は、
光学系を通過する光量を調整するために好適に用いら
れ、特にＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（光電変換素
子）上に像を形成する撮影装置の光学系に好適である。

【００１９】

【発明の実施の形態】本実施形態の光量調整装置（絞り
装置）の説明をする前に、透過波面位相差が像に対して
どのような影響を与えるかについて説明する。

【００２０】まず、絞り開口部の一部を厚みのあるフィ
ルターが覆うと光学的にどのような現象が発生するかに
ついて図９を用いて説明する。

【００２１】図９（ａ）〜（ｅ）は、無収差の理想レン
ズＬの前方（物体側）にフィルターＰと開口絞りＳを配
置し、波長λの単色光の平面波である平行光線が入射し
た場合の幾何光学的な結像点Ｉ近傍の点像強度分布Ｑを
示している。

【００２２】図９（ａ）はフィルターＰが厚みゼロで透
過波面に影響を与えていない状態である。この場合、強
度分布ＱはＦナンバーＦと光線の波長λの関係による回
折像となる。（参照：「レンズ設計のための波面光学」
草川徹著、東海大学出版会）絞りＳが円形開口の場合、
半径が１．２２Ｆλの１つの点像が結像され、その周り
にリング状の弱い光の回折光が形成される。ここで、絞
りＳの開口の半分に相当するフィルターＰの紙面下側の
領域の厚みを微小量増加させ、図９（ｂ）に示すように
透過波面位相差が（１／４）λになるよう設定すると、
強い強度の点像の横に小さな強度の点像が出現する。

【００２３】更にフィルターＰの下側領域の厚みを増加
させ、図９（ｃ）に示すように透過波面位相差が（２／
４）λになるよう設定すると、強度分布Ｑは１つの点像
にならず紙面内で上下方向に分離した２点の像強度分布
になる。これは、幾何光学的な結像点Ｉに集光するべき
光のうち、瞳の紙面上側半分を通過する光の波面と紙面
下側半分の波面の位相が（１／２）λずれているため、
波動光学的には波の打ち消し合い現象が発生し、結像点
Ｉ上での強度がゼロになってしまうからである。その一
方でエネルギー保存法則により結像点Ｉに集光するべき
光エネルギーが消失することはないので、結像点Ｉの紙
面上下方向に分散され２つの点に集まることになる。

【００２４】更にフィルターＰの下側領域の厚みを増加
させ、図９（ｄ）に示すように透過波面位相差が（３／
４）λになるよう設定すると、２点像の上側の強度が弱
まり下側の強度が強くなる。

【００２５】更にフィルターＰの下側領域の厚みを増加
させ、図９（ｅ）に示すように透過波面位相差が（４／
４）λになるよう設定すると、強度分布Ｑは再び１つの
点像の回折像になり図９（ａ）と同様な状態に戻る。

【００２６】更にフィルターＰの下側領域の厚みを増加
させると、強度分布Ｑは透過波面位相差に応じて周期的
に変化を繰り返すことになる。

【００２７】図９（ｃ）に示した透過波面位相差が（１
／２）λの場合に分離する２点像の間隔ΔｙはΔｙ≒２
Ｆλの関係があり、Ｆナンバーと波長λに比例する。例
えばＦナンバーＦ＝４で波長λ＝５５０ｎｍの場合は、
２点像の間隔Δｙ≒４．４μｍになる。これは２点分離
のローパスフィルターと同じ原理で、カットオフ周波数
が１／（２Δｙ）＝１１４本／ｍｍのローパスフィルタ
ーをかけた場合と同じような効果が発生し、光学系のＭ
ＴＦが劣化することを意味している。

【００２８】光学計算で無収差の理想レンズを設定し、
図９（ａ）〜（ｅ）の状態の点像強度分布を計算した結
果を図１０〜１４に示す。図１０〜１４は、それぞれ、
単色光λ＝５５０ｎｍ、ＦナンバーＦ＝２の円形絞りと
いう条件で、絞り開口の半分の領域の透過波面位相差が
（０／４）λから（４／４）λまで（１／４）λずつ増
加するようにフィルター厚を増加させた場合の点像強度
分布である。図１０〜１４において、（ａ）〜（ｃ）は
点像強度分布をそれぞれ鳥瞰図示、上面図示、側面図示
したものである。

【００２９】ひとつの波長からなる単色光の場合は、フ
ィルター厚の変化に伴う透過波面位相差に応じて結像点
Ｉの強度分布が周期的に変化することが図１０〜１４か
らも分かる。

【００３０】ところで、実際に撮影系で使用される光は
単色光ではなく、種々の波長の光が混合した白色光であ
る。図１０〜１４と同じ条件設定で白色光の点像強度分
布を計算した結果を図１５〜１９に示す。なお、白色光
としては、標準比視感度に合わせて可視光４００ｎｍ〜
７００ｎｍの範囲で５５０ｎｍ近傍に感度ピークをもつ
カラーウエイトを設定している。

【００３１】波長λ＝５５０ｎｍでの透過波面位相差が
ゼロλから１λまでの点像強度分布の変化は、白色光の
場合も単色光の場合とほぼ同じように、点像が１点から
２点に分離し再び１点に変化することが図１５〜１９か
ら分かる。

【００３２】図１７は、波長λ＝５５０ｎｍでの透過波
面位相差が（１／２）λのとき、白色光の強度分布が２
点分離像になった状態を示している。前述したように、
２点分離像の分離幅はＦナンバーと波長λに比例するの
で、波長の長い赤い光の２点分離像の分離幅は広く、逆
に波長の短い青い光の２点分離像の分離幅は狭くなる。
したがって、図１７に示した白色光の２点分離像は少し
色にじみをもった像になっている。単色光の場合は２点
分離像の中間の谷間の部分の強度はゼロになるが、白色
光の場合は谷間の部分の強度は色にじみの影響でゼロに
はならない。

【００３３】図１９は、波長λ＝５５０ｎｍでの透過波
面位相差がちょうど（４／４）λ＝１λのときの白色光
の点像強度分布を示している。フィルターを透過する光
の位相差は波長によって異なり白色光全ての波長の位相
差が１λにはならないため、図１９（ｂ）から明らかな
ように、点像強度分布は完全な円形にならず上下方向に
少し伸びた楕円形状になっている。

【００３４】このように白色光の場合、透過波面位相差
が略２λ以下の比較的小さい領域であれば、単色光の場
合と同様に結像点Ｉの強度分布が周期的に１点になった
り２点になったりする。しかしながら、透過波面位相差
が数λ以上の大きな領域では、透過波面位相差の波長に
よるずれが大きくなり、単色光とは点像強度分布に対し
て異なる挙動を示すことになる。これについて次に説明
する。

【００３５】波長λ＝５５０ｎｍでの透過波面位相差が
５．５λと６λ発生した場合の単色光と白色光の点像強
度分布の違いを計算した結果を図２０〜２３に示す。

【００３６】図２０は単色光で位相差５．５λ発生条件
での単色光点像強度分布、図２１は白色光での点像強度
分布である。

【００３７】図２２は単色光で位相差６λ発生条件での
単色光点像強度分布、図２３は白色光での点像強度分布
である。

【００３８】単色光の場合、図２０に示した透過波面位
相差５．５λでは（１／２）位相ずれているため図１２
と同様に２点に分離した強度分布を持つが、白色光の場
合は既に２点像とはならない。各波長の位相差が全て
（１／２）位相ではなく波長による位相差が大きくな
り、図２１に示すように位相差が存在する方向（図２１
の上下方向）に伸びた楕円形状の１つの点像強度分布と
なる。

【００３９】次に透過波面位相差６λの場合を見ると、
単色光の場合は丁度位相が合った状態なので、図２２に
示すように１点の円形の点像強度分布になる。白色光の
場合は、図２３に示すように位相差が存在する方向（図
２３の上下方向）に伸びた楕円形の強度分布になってい
る。

【００４０】図２１と図２３の強度分布を比較すると、
白色光の場合は透過波面位相差が５．５λから６λに変
化してもほとんど点像強度分布に変化がないことが分か
る。これは、絞り開口である瞳面での透過波面位相差が
略２λ以下の微小な場合と５λ以上の大きな場合とで、
透過波面位相差が光学性能へ与える影響が白色光では大
きく異なっていることを示している。

【００４１】ＮＤフィルターを用いた光量調整装置にお
いて、透過波面位相差が略２λ以下の領域とは、ＮＤフ
ィルター基板が開口を全て覆っている状態で、ＮＤフィ
ルター基板上での光学薄膜程度の厚みによって生ずる位
相差を意味している。この領域では透過波面位相差はｎ
λ（ｎ＝０，１）から｛ｎ＋（１／２）｝λに変化する
とき光学性能が急激に劣化し、｛ｎ＋（１／２）｝λか
ら（ｎ＋１）λに変化すると光学性能がある程度まで回
復する。

【００４２】一方、透過波面位相差が５λ以上の領域と
は、ＮＤフィルター基板の端縁部が絞り開口に掛かって
いる状態でのＮＤフィルター基板自身の厚みによって生
ずる位相差などを意味しており、この領域では多少の透
過波面位相差が変動しても光学性能はあまり変化しな
い。

【００４３】これに関して、光学性能評価としてＭＴＦ
値を用い、透過波面位相差との関係がどのようになって
いるかを図２４を用いて説明する。ここではＮＤフィル
ターの透過率に起因する回折の影響は考慮せず、フィル
ターの厚み成分に起因した透過波面位相差によるＭＴＦ
値の変化のみに限定して話を進める。

【００４４】図２４は、絞り開口の下側半分領域のフィ
ルター厚みをゼロから徐々に増加させ、透過波面位相差
を６λまで変化させた場合の無収差理想レンズ系での白
色光の波動光学的ＭＴＦ計算値である。

【００４５】図２４（ａ）は空間周波数５０本／ｍｍ、
図２４（ｂ）は空間周波数１００本／ｍｍの白色ＭＴＦ
値をグラフ表示している。グラフの縦軸はＭＴＦ値、横
軸は波長λ＝５５０ｎｍでの透過波面位相差である。円
形開口のＦナンバーがＦ１，Ｆ１．４、Ｆ２、Ｆ２．
８、Ｆ４、Ｆ５．６，Ｆ８の状態での各ＭＴＦ値をグラ
フに示している。

【００４６】ここで、ＭＴＦ計算で評価する空間周波数
について説明する。撮像素子の画素ピッチがＰμｍの場
合、この撮像素子が解像できる限界の空間周波数は１／
（２×Ｐ）までである。通常この限界の空間周波数近傍
よりも高い周波数はモアレや偽色信号の原因となるため
ローパスフィルターでカットする。画質評価として重要
な空間周波数は撮像素子の限界周波数の半分程度であ
る。

【００４７】そこで、評価空間周波数＝１／（４×Ｐ）
と定義し、撮像素子の画素ピッチが５μｍの場合は５０
本／ｍｍ、画素ピッチが２．５μｍの場合は１００本／
ｍｍを評価空間周波数とした。

【００４８】例えば、有効画素数３８万画素、受光素子
画面対角寸法４．５ｍｍのビデオカメラ用の撮像素子の
場合、画素ピッチは約５μｍで評価空間周波数５０本／
ｍｍになり、垂直方向テレビジョン解像度に換算すると
２７０ＴＶ本に相当する。有効画素数が同じ条件で受光
素子画面対角寸法が２．２５ｍｍの撮像素子の場合、画
素ピッチは約２．５μｍで評価空間周波数１００本／ｍ
ｍとなる。この場合も垂直方向テレビジョン解像度に換
算すると２７０ＴＶ本に相当する。

【００４９】透過波面位相差が光学性能へ与える影響に
ついての説明に話を戻す。

【００５０】評価空間周波数における目標ＭＴＦ値を仮
に７０％以上と設定する。なお、ここでのＭＴＦ計算
は、ＮＤフィルター透過率を考慮していないことと無収
差理想レンズ系であることを考慮して少し高めの値を目
標ＭＴＦ値に仮設定しているが、この値は目安であり絶
対的な数値目標ではない。

【００５１】まず、図２４（ａ）に示す空間周波数５０
本／ｍｍでの白色ＭＴＦ値の説明をする。

【００５２】Ｆ８まで開口を絞り込んだ状態での透過波
面位相差がゼロλの場合はＭＴＦ値７２％を確保してい
るが、透過波面位相差が（１／２）λになるとＭＴＦ値
は２１％まで急激に劣化する。更に透過波面位相差を増
加させ１λの状態でＭＴＦ値は６２％まで回復する。透
過波面位相差を更に増加させるとＭＴＦ値は振動しなが
ら変動し、透過波面位相差が５λ以上でＭＴＦ値４２％
程度に安定する。Ｆ８状態で目標ＭＴＦ値を満足させる
ためには透過波面位相差をほぼゼロλ近傍設定にする必
要がある。

【００５３】Ｆ５．６状態をみると、透過波面位相差ゼ
ロλではＭＴＦ値８０％を確保しているが、透過波面位
相差（１／２）λ状態で４４％まで劣化し、透過波面位
相差１λでＭＴＦ値７６％まで回復するが、その後振動
しながら透過波面位相差５λ以上でＭＴＦ値６１％程度
に安定する。

【００５４】Ｆ４状態をみると、透過波面位相差がゼロ
λの場合はＭＴＦ値８５％、透過波面位相差（１／２）
λ発生時は５８％まで劣化し、透過波面位相差１λでＭ
ＴＦ値８２％まで回復するが、その後振動しながら透過
波面位相差５λ以上でＭＴＦ値７２％に安定する。

【００５５】Ｆ２．８状態をみると、透過波面位相差が
ゼロλの場合はＭＴＦ値９０％、透過波面位相差（１／
２）λ発生時でも７１％を確保し、透過波面位相差１λ
でＭＴＦ値８８％まで回復し、その後振動しながら透過
波面位相差５λ以上でＭＴＦ値８０％に安定する。

【００５６】Ｆ２．８よりも明るい開口絞り状態であれ
ば透過波面位相差の影響でＭＴＦ値が７０％よりも下が
ることがない。

【００５７】次に、図２４（ｂ）に示す空間周波数１０
０本／ｍｍでの白色ＭＴＦ値の説明をする。

【００５８】Ｆ８まで開口を絞り込んだ状態では回折の
影響で、ＭＴＦ値は４５％まで劣化し、透過波面位相差
が５λ以上でＭＴＦ値５％程度まで劣化してしまう。Ｆ
８状態では目標ＭＴＦ値を満足させることは不可能であ
る。

【００５９】Ｆ５．６状態をみると、透過波面位相差ゼ
ロλでＭＴＦ値６１％、透過波面位相差（１／２）λ状
態で６％まで劣化し、透過波面位相差１λでＭＴＦ値５
３％まで回復するが、その後振動しながら透過波面位相
差５λ以上でＭＴＦ値２７％程度に安定する。Ｆ５．６
状態でもまだ回折の影響が大きく目標ＭＴＦ値を満足さ
せることはできない。

【００６０】Ｆ４状態をみると、透過波面位相差ゼロλ
ではＭＴＦ値７２％を確保しているが、透過波面位相差
（１／２）λ状態で２１％まで劣化し、透過波面位相差
１λでＭＴＦ値６６％まで回復するが、その後振動しな
がら透過波面位相差５λ以上でＭＴＦ値４５％程度に安
定する。Ｆ４状態で目標ＭＴＦ値を満足させるには透過
波面位相差はゼロλ近傍に設定する必要がある。という
ことは絞り開口Ｆ４状態でＮＤフィルターを挿入すると
フィルター厚みによる大きな透過波面位相差が発生し目
標ＭＴＦ値を満足できなくなる。

【００６１】Ｆ２．８状態をみると、透過波面位相差ゼ
ロλではＭＴＦ値８０％を確保しているが、透過波面位
相差（１／２）λ状態で４３％まで劣化し、透過波面位
相差１λでＭＴＦ値７６％まで回復するが、その後振動
しながら透過波面位相差５λ以上でＭＴＦ値６０％程度
に安定する。

【００６２】Ｆ２状態をみると、透過波面位相差ゼロλ
ではＭＴＦ値８５％を確保しているが、透過波面位相差
（１／２）λ状態で５８％まで劣化し、透過波面位相差
１λでＭＴＦ値７３％まで回復するが、その後振動しな
がら透過波面位相差５λ以上でＭＴＦ値７１％程度に安
定する。

【００６３】Ｆ１．４状態をみると、透過波面位相差ゼ
ロλではＭＴＦ値９０％を確保しているが、透過波面位
相差（１／２）λ状態で７０％まで劣化し、透過波面位
相差１λでＭＴＦ値８８％まで回復し、その後振動しな
がら透過波面位相差５λ以上でＭＴＦ値８９％程度に安
定する。

【００６４】絞り開口部にフィルターが挿入されフィル
ター端縁部が開口中央に位置する状態は透過波面位相差
が５λ以上の状態である。この透過波面位相差状態にお
いて、評価空間周波数が５０本／ｍｍの場合はＦ４まで
絞り込んでもＭＴＦ値７０％を確保することができる。
一方、評価空間周波数が１００本／ｍｍの場合は、Ｆ２
まで開口を広げなくてはＭＴＦ値７０％を確保すること
ができない。

【００６５】ところで、ＮＤフィルターとしては、材料
の中に光を吸収する有機色素または顔料を混ぜ練り込む
タイプのものと、材料の表面に光学薄膜を蒸着するもの
とが知られている。練り込みタイプＮＤフィルターの特
徴は、均一な濃度のフィルターを大量に安価で加工可能
な点であるが、蒸着タイプＮＤフィルターに比べて分光
透過率の波長依存性が劣るため、撮影装置用の絞り装置
として用いられるＮＤフィルターとしては蒸着タイプが
優れている。蒸着タイプＮＤフィルターは、金属膜や誘
電体膜を複数層重ねることで分光透過率の波長依存性が
少なくかつ反射防止膜としての作用も併せ持たせること
が可能である。（参照：「光学薄膜の設計・製作・評価
技術」技術情報協会）蒸着タイプＮＤフィルターを用い
て濃度を段階的に複数領域設定した例を図２５に示す。
図中、Ｐ３は蒸着タイプＮＤフィルターで２種類の濃度
領域を持った例を示している。フィルター基板Ｂ３の表
面全面にＮＤ膜Ｎ３１を蒸着し、裏面の異なる面積領域
にＮＤ膜Ｎ３２を蒸着している。この場合、図示してい
るように裏面のＮＤ蒸着膜境界部でＮＤ膜厚の段差に起
因する透過波面位相差が発生する。

【００６６】図２４において透過波面位相差が略２λ以
下の領域とは、この膜厚の段差などに起因した微小な透
過波面位相差が存在する場合を意味している。以下の具
体的な実施例では、透過波面位相差を所定の範囲内に収
めることによって、光学性能の劣化を最小限に抑える構
成を開示する。

【００６７】（実施例１）本発明の実施例１を図１に示
す。図１は本発明を応用した光量調整装置（絞り装置）
の実施例である。図１（Ａ）は開放絞り状態、図１
（Ｂ）は中間絞り状態、図１（Ｃ）は最小絞り状態を示
している。

【００６８】図中、Ｓ１１，Ｓ１２は絞り開口を形成す
るための絞り羽根であり、相対的に移動させることによ
って開口面積を変えることができる。Ｐ１はＮＤフィル
ター（フィルター部材）であり、絞り羽根Ｓ１２に貼り
付けられ固定されている。したがって、絞り羽根Ｓ１
１，Ｓ１２の相対的な移動に伴って、ＮＤフィルターＰ
１が開口を覆う面積が変化する。

【００６９】ＮＤフィルターＰ１は、基板Ｂ１の一方の
面に所定の透過率の領域Ｎ１１が形成され、他方の面の
一部に領域Ｎ１１とは透過率の異なる領域Ｎ１２が形成
されている。したがって、光が領域Ｎ１１のみを通過す
る場合と、領域Ｎ１１，Ｎ１２の双方を通過する場合と
で透過率が異なっており、領域Ｎ１１のみを通過する場
合のほうが透過率が小さい。

【００７０】基板Ｂ１には、セルロースアセテート、ポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニル、ア
クリル樹脂等の合成樹脂フィルムが用いられる。合成樹
脂フィルムを使用する主な理由は、比重が軽いことと、
薄く加工しても割れにくい点である。基板Ｂ１の厚みは
１００μｍ〜５０μｍ程度である。

【００７１】ＮＤフィルター部Ｐ１を透過する透過波面
の様子を図２に示す。図２での各領域Ｎ１１，Ｎ１２は
蒸着膜で各透過率を設定している。そして各領域の膜厚
及びその材料の屈折率を適宜設定することにより、製造
誤差を含めた透過波面位相差が｛１±（１／５）｝λ又
は｛２±（１／５）｝λの範囲内になるようにしてい
る。

【００７２】ＮＤフィルターＰ１の領域Ｎ１２は、図３
に示すように、フィルム状の基板Ｂ１上に３つの役割を
もつ蒸着層を有している。すなわち、透過波面位相差を
所定値（｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝
λ）に設定するためのベースコート層３１、波長によら
ず均一に透過率を落とすためのＮＤ層３２、表面反射を
防止するＡＲコート層３３である。領域１１はベースコ
ート層を３１を備えず、ＮＤ層３２とＡＲコート層３３
のみで構成される。

【００７３】ベースコート層３１は、基板Ｂ１上にＡｌ
_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の基板Ｂ１の屈折率に近い誘電体膜
の膜厚を適切に設定し蒸着することで透過波面位相差を
所望の値に設定している。透過率を下げるためのＮＤ層
３２は多層膜で構成し、波長依存性が少なくなるように
設定する。ＮＤ層３２は、所望の透過率（所望の濃度）
に設定するため微小な厚さを有しており、これが透過波
面位相差の主要因となっている。ベースコート層３１は
これを適切な透過波面位相差に調整するためのものであ
る。そして最終層として表面反射を防止するＡＲコート
層３３を蒸着する。ＡＲコート層３３はＭｇＦ_２などの
誘電体膜を蒸着している。

【００７４】ここで、微小な厚み成分の影響による光学
性能劣化を低減するための適切な透過波面位相差とは、
所定の波長λの光の位相差が０λ近傍又は１λ近傍又は
２λ近傍である場合を言う。本実施形態では「近傍」の
範囲として「±（１／５）λ」を想定しており、「０λ
近傍又は１λ近傍又は２λ近傍」を式により表現すると
以下のようになる。

【００７５】｛ｎ±（１／５）｝λ（ｎ＝０，１，２） 光学性能劣化を最も少なくするためには、透過波面位相
差を０λ近傍（（１／５）λ以下）に設定するのが望ま
しい。しかし、透過波面位相差を０λ近傍にするために
は、領域Ｎ１２が所定の厚みを持つ以上、そこで生じる
透過波面位相差を補正する領域を領域Ｎ１１や領域Ｎ１
２の生成工程とは別に設ける必要がある。これは製造工
程が増すことを意味するのでコストアップにつながる。
そこで、本実施形態では、領域Ｎ１２を構成する膜の生
成工程の一環として形成可能なベースコート層３１を用
いて透過波面位相差が｛１±（１／５）｝λ又は｛２±
（１／５）｝λの範囲となるように設定している。

【００７６】図２４に示した透過波面位相差と白色ＭＴ
Ｆの関係を参照すると、透過波面位相差が｛ｎ＋（１／
５）｝λを超えるとＭＴＦ値は急激に劣化し、透過波面
位相差が｛ｎ＋（１／４）｝λから｛ｎ＋（３／４）｝
λの状態では透過波面位相差が５λ以上発生した状態よ
りもＭＴＦ値が下がってしまう。これは、Ｆナンバーが
小さな状態（絞り開口が大きい状態）では透過波面位相
差が全くない状態と比べてもＭＴＦ値の劣化は比較的少
ないが、Ｆナンバーが大きな状態（絞り開口が小さい状
態）で特に顕著である。透過波面位相差が｛ｎ±（１／
５）｝λの領域では、ＭＴＦ値は大きな周期で減衰しな
がらではあるが、｛ｎ＋（１／４）｝λから｛ｎ＋（３
／４）｝λの領域に比べて回復していることが分かる。

【００７７】本実施例において、図１（Ａ）に示すよう
に絞り開口内に数μｍ以上の厚みのあるＮＤフィルター
Ｐ１の端縁部が存在する状態は、透過波面位相差が５λ
以上発生する状態に相当する。しかし、図１（Ａ）のよ
うにＦナンバーの小さな場合に、この状態となるように
設定しているため、光学性能の劣化は実施上問題ないレ
ベルに抑えられる。

【００７８】一方、図１（Ｂ）のような中間絞り状態で
のＦナンバーの大きな場合には、ＮＤフィルターＰ１が
開口全体を覆うように設定し、しかもＮＤフィルターＰ
１の透過波面位相差が｛１±（１／５）｝λ又は｛２±
（１／５）｝λになるように設定しているので、光学性
能の劣化を抑制できる。また図１（Ｃ）のようなＦナン
バーの大きな場合には、濃度段差も透過波面位相差もな
い状態に設定することで光学性能の劣化を抑制できる。

【００７９】このような構成により、絞り込んだ状態で
もＭＴＦ値の劣化を最小限度に抑え、画質の向上を図る
ことができる光量調整装置が実現できる。また、本実施
例の光量調整装置をビデオカメラやデジタルスチルカメ
ラ等の撮影装置に用いれば、画質の劣化を抑えつつ、画
素ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能となる。

【００８０】（実施例２）本発明の実施例２を図４に示
す。図４は実施例１と同様に本発明を応用した光量調整
装置（絞り装置）の実施例であるが、実施例１とは異な
り、絞り羽根とＮＤフィルターを独立して駆動して光量
調整を行う装置の実施例である。

【００８１】図中、Ｓ２１，Ｓ２２は開口を形成するた
めの絞り羽根であり、相対的に移動させることによって
開口面積を変えることができる。Ｐ２はＮＤフィルター
であり、絞り羽根Ｓ１１，Ｓ１２とは独立に駆動可能で
ある。本実施例では、図４（Ａ）に示す開放状態から図
４（Ｂ）に示す所定の絞り状態までは絞り羽根Ｓ２１，
Ｓ２２で開口を絞ることで光量調整を行い、それ以降は
開口面積を固定として、図４（Ｃ）に示すようにＮＤフ
ィルターＰ２を透過率の大きな領域から透過率の小さな
領域の順に開口内に挿入することで光量調整を行なう。

【００８２】ＮＤフィルターＰ２は、基板Ｂ２の一方の
面に減光作用のない領域Ｎ２１と所定の透過率の領域Ｎ
２２が設けられ、他方の面に減光作用のない領域Ｎ２３
と領域Ｎ２２と同じ透過率の領域Ｎ２３が設けられい
る。したがって、光が領域Ｎ２１と領域Ｎ２３を通過す
る場合に透過率が最も小さく、領域Ｎ２２と領域Ｎ２３
を通過する場合に透過率が次に小さく、領域Ｎ２２と領
域Ｎ２４を通過する場合に透過率が最も大きくなる。こ
のように本実施例のＮＤフィルターＰ２は、２種類の透
過率を有する蒸着ＮＤ膜を組合せ、３種類の透過率（濃
度）を設定している。なお、基板Ｂ２は実施例１で説明
した基板Ｂ１と同様のものが用いられる。

【００８３】ＮＤフィルター部Ｐ２を透過する透過波面
の様子を図５に示す。本実施例でも領域Ｎ２２，Ｎ２４
の膜厚及びその材料の屈折率を適宜設定することによ
り、製造誤差を含めた透過波面位相差が｛１±（１／
５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λになるように設定し
ている。

【００８４】ＮＤフィルターＰ２の拡大断面図を図６に
示す。本実施例の各領域Ｎ２２，Ｎ２４も実施例１の各
濃度領域と同様に、ベースコート層６１、ＮＤ層６２、
ＡＲコート層６３によって構成されている。本実施例に
おいても、このベースコート層６１の膜厚を適切に設定
することで、各領域の透過波面位相差が｛１±（１／
５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲になるように
設定している。なお、ベースコート層６１、ＮＤ層６
２、ＡＲコート層６３に用いられる材料は実施例１と同
様である。

【００８５】本実施例も実施例１と同様に、絞り込んだ
状態でもＭＴＦ値の劣化を最小限度に抑え、画質の向上
を図ることができる光量調整装置が実現できる。また、
本実施例の光量調整装置をビデオカメラやデジタルスチ
ルカメラ等の撮影装置に用いれば、画質の劣化を抑えつ
つ、画素ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能と
なる。

【００８６】（実施例３）図７は、実施例１，２で説明
した光量調整装置を適用した光学系の概略構成図であ
る。

【００８７】図７において、１０は屈折系、反射系、回
折系等によって構成された撮影光学系、１１は光学系１
０を通過する光を制限し、明るさを調整する絞り、１２
は光学系１０によって形成される被写体像を受光面で受
光し電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子
（光電変換素子）である。本実施例において、絞り１１
には実施例１や２で説明した光量調整装置を用いてい
る。

【００８８】このように、撮影光学系等の光学系の絞り
として、実施例１，２で説明したような光量調整装置を
用いることによって、絞り込んだときのＮＤフィルター
の透過波面位相差による影響を少なくして画質の向上を
図ることができる。また、画素ピッチの小さな撮像素子
を用いることが可能となる。

【００８９】（実施例４）次に実施例３で説明した撮影
光学系を用いた撮影装置の実施形態を図８を用いて説明
する。

【００９０】図８において、２０は撮影装置本体、１０
は実施例４で説明した撮影光学系、１１は実施例１や２
の光量調整装置によって構成される絞り、１２は撮影光
学系１０によって形成される被写体像を受光する撮像素
子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する
記録媒体、１４は被写体像を観察するためのファインダ
ーである。ファインダー１４としては、光学ファインダ
ーや液晶パネル等の表示素子に表示された被写体像を観
察するタイプのファインダーが考えられる。

【００９１】このように実施例４で説明した撮影光学系
をビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子上
に被写体像を形成するタイプの撮影装置に適用すること
により、ＮＤフィルターの透過波面位相差による影響を
少なくして画質の向上を図ることができる。また、画素
ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能となる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルター部材の微小な厚み成分の影響による光学性能
劣化を低減した光量調整装置を実現できる。

【００９３】また本発明の光量調整装置を、撮像素子に
像を形成する撮影装置の撮影光学系に用いれば、画素ピ
ッチの小さな撮像素子であっても良好な画像情報を得る
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光量調整装置の概略構成図である。

【図２】実施例１の光量調整装置のＮＤフィルターを透
過した波面の位相の様子を示す図である。

【図３】実施例１のＮＤフィルターの拡大断面図であ
る。

【図４】実施例２の光量調整装置の概略構成図である。

【図５】実施例２の光量調整装置のＮＤフィルターを透
過した波面の位相の様子を示す図である。

【図６】実施例２のＮＤフィルターの拡大断面図であ
る。

【図７】光量調整装置を備えた光学系の概略構成図であ
る。

【図８】光量調整装置を備えた撮影装置の概略構成図で
ある。

【図９】透過波面位相差が光学性能へ与える影響を説明
するための図である。

【図１０】位相差（０／４）λのときの単色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１１】位相差（１／４）λのときの単色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１２】位相差（２／４）λのときの単色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１３】位相差（３／４）λのときの単色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１４】位相差（４／４）λのときの単色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１５】位相差（０／４）λのときの白色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１６】位相差（１／４）λのときの白色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１７】位相差（２／４）λのときの白色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１８】位相差（３／４）λのときの白色光の点像強
度分布を示した図である。

【図１９】位相差（４／４）λのときの白色光の点像強
度分布を示した図である。

【図２０】位相差５．５λのときの単色光の点像強度分
布を示した図である。

【図２１】位相差５．５λのときの白色光の点像強度分
布を示した図である。

【図２２】位相差６．０λのときの単色光の点像強度分
布を示した図である。

【図２３】位相差６．０λのときの白色光の点像強度分
布を示した図である。

【図２４】空間周波数５０本／ｍｍ及び空間周波数１０
０本／ｍｍの白色ＭＴＦ値と透過波面位相差の関係を示
すグラフである。

【図２５】従来のＮＤフィルターを透過した波面の位相
の様子を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 11/00 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ａ ２Ｋ００９ Ｆターム(参考） 2H042 AA04 AA06 AA11 AA22 2H048 GA04 GA14 GA23 GA32 GA61 2H049 BA06 BA46 BB01 BB03 BB44 BB46 BB49 BB65 BC21 2H080 AA20 AA31 CC07 2H083 AA05 AA19 AA26 AA34 AA53 2K009 AA04 BB14 BB24 BB28 CC03 CC06 DD03 EE00

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口を形成するための絞りと、該開口を
   通過する光の光量を減衰するためのフィルター部材を備
   えた光量調整装置において、前記フィルター部材は位置
   によって透過率が異なり、該透過率の異なる位置を通過
   する所定の波長λの光の位相差が｛１±（１／５）｝λ
   又は｛２±（１／５）｝λの範囲であることを特徴とす
   る光量調整装置。
2. 【請求項２】 前記フィルター部材は多層膜によって形
   成された透過率の異なる複数の領域を有することを特徴
   とする請求項１記載の光量調整装置。
3. 【請求項３】 前記多層膜は反射を低減させるための層
   を有することを特徴とする請求項２記載の光量調整装
   置。
4. 【請求項４】 前記絞りは複数の絞り羽根によって構成
   され、該複数の絞り羽根を相対的に移動することによっ
   て前記開口の面積が変化することを特徴とする請求項１
   乃至３いずれか１項記載の光量調整装置。
5. 【請求項５】 前記フィルター部材は、前記複数の絞り
   羽根の１つに固定され、前記複数の絞り羽根の相対的な
   移動に伴って、前記フィルター部材が前記開口を覆う面
   積が変化することを特徴とする請求項４記載の光量調整
   装置。
6. 【請求項６】 前記フィルター部材は、前記複数の絞り
   羽根とは独立に移動可能であることを特徴とする請求項
   ４記載の光量調整装置。
7. 【請求項７】 前記所定の波長λは使用波長帯域の中心
   波長であることを特徴とする請求項１記載の光量調整装
   置。
8. 【請求項８】 前記所定の波長λは５５０ｎｍであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光量調整装置。
9. 【請求項９】 開口を形成するための絞りと、該開口を
   通過する光の光量を減衰するためのフィルター部材を備
   えた光量調整装置において、前記フィルター部材が前記
   開口を覆った状態で、前記開口内の前記フィルター部材
   の透過率の異なる位置を通過する波長λの光の位相差が
   ｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲
   であることを特徴とする光量調整装置。
10. 【請求項１０】 前記フィルター部材は多層膜によって
    形成された透過率の異なる複数の領域を有することを特
    徴とする請求項９記載の光量調整装置。
11. 【請求項１１】 前記多層膜は反射を低減させるための
    層を有することを特徴とする請求項１０記載の光量調整
    装置。
12. 【請求項１２】 前記絞りは複数の絞り羽根によって構
    成され、該複数の絞り羽根を相対的に移動することによ
    って前記開口の面積が変化することを特徴とする請求項
    ９乃至１１いずれか１項記載の光量調整装置。
13. 【請求項１３】 前記フィルター部材は、前記複数の絞
    り羽根の１つに固定され、前記複数の絞り羽根の相対的
    な移動に伴って、前記フィルター部材が前記開口を覆う
    面積が変化することを特徴とする請求項１２記載の光量
    調整装置。
14. 【請求項１４】 前記フィルター部材は、前記複数の絞
    り羽根とは独立に移動可能であることを特徴とする請求
    項１２記載の光量調整装置。
15. 【請求項１５】 前記所定の波長λは使用波長帯域の中
    心波長であることを特徴とする請求項９記載の光量調整
    装置。
16. 【請求項１６】 前記所定の波長λは５５０ｎｍである
    ことを特徴とする請求項９記載の光量調整装置。
17. 【請求項１７】 開口を形成するための絞りと、該開口
    を通過する光の光量を減衰するためのフィルター部材を
    備えた光量調整装置において、前記フィルター部材は位
    置によって透過率が異なると共に、該透過率の異なる位
    置を通過する光の位相差を所定値に設定するための手段
    を有することを特徴とする光量調整装置。
18. 【請求項１８】 前記フィルター部材は多層膜によって
    形成された透過率の異なる複数の領域を有し、該多層膜
    は各領域を通過する光の位相差を所定値に設定するため
    の層を有することを特徴とする請求項１７記載の光量調
    整装置。
19. 【請求項１９】 前記多層膜は反射を低減させるための
    層を有することを特徴とする請求項１８記載の光量調整
    装置。
20. 【請求項２０】 前記絞りは複数の絞り羽根によって構
    成され、該複数の絞り羽根を相対的に移動することによ
    って前記開口の面積が変化することを特徴とする請求項
    １７乃至１９いずれか１項記載の光量調整装置。
21. 【請求項２１】 前記フィルター部材は、前記複数の絞
    り羽根の１つに固定され、前記複数の絞り羽根の相対的
    な移動に伴って、前記フィルター部材が前記開口を覆う
    面積が変化することを特徴とする請求項２０記載の光量
    調整装置。
22. 【請求項２２】 前記フィルター部材は、前記複数の絞
    り羽根とは独立に移動可能であることを特徴とする請求
    項２０記載の光量調整装置。
23. 【請求項２３】 請求項１乃至２２いずれか１項記載の
    光量調整装置を有することを特徴とする光学系。
24. 【請求項２４】 光電変換素子上に像を形成することを
    特徴とする請求項２３記載の光学系。
25. 【請求項２５】 請求項１乃至２２いずれか１項記載の
    光量調整装置を有する光学系と、該光学系によって形成
    される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴
    とする撮影装置。