JP2004020711A - 光量調節装置及び撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多数枚の絞り羽根で光量調節を行なう絞り機構にＮＤフィルタを適用し、小絞り回折防止と自然なボケ形状維持の両立を図る。
【解決手段】開口中心を挟んで１８０度の位置にある２枚の絞り羽根先端にグラディエーションＮＤフィルタを形成し、他の羽根は通常の遮光羽根とする。そして２種類の羽根の駆動カム形状を異ならせ、最小絞り時にはＮＤフィルタが開口を１００％覆うことで、ＮＤフィルタによる減光を有効に行なう。他の実施形態では、すべての絞り羽根先端にグラディエーションＮＤフィルタを形成し、すべての羽根を同一軌跡で駆動することで、アポダイゼイション絞りと同等の効果を得る。
【選択図】 図１
【解決手段】開口中心を挟んで１８０度の位置にある２枚の絞り羽根先端にグラディエーションＮＤフィルタを形成し、他の羽根は通常の遮光羽根とする。そして２種類の羽根の駆動カム形状を異ならせ、最小絞り時にはＮＤフィルタが開口を１００％覆うことで、ＮＤフィルタによる減光を有効に行なう。他の実施形態では、すべての絞り羽根先端にグラディエーションＮＤフィルタを形成し、すべての羽根を同一軌跡で駆動することで、アポダイゼイション絞りと同等の効果を得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等の光学機器に用いられる結像光学系には、一般に入射光束の光量を調節する光量調節装置、いわゆる絞り装置が内蔵される。該絞り装置においては、遮光性を有する複数の絞り羽根を用い、該絞り羽根の光軸に面した外縁部が所定形状の開口部を形成する。そして、アクチュエータで該開口部の直径を調節することで、絞り開口を通過する光束の量を調節している。しかし該開口部の開口径を小さくするに従って、絞り羽根の前記外縁部で生ずる回折の影響が大きくなり、結像光学系の結像性能が低下する。この欠点を回避するために、上記絞り羽根の一部にＮｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ（以下ＮＤフィルタと略す）を設け、開口径を小さくする代わりに該ＮＤフィルタで光量を減衰させる技術が開示されている。このような目的でＮＤフィルタを用いる際には、回折防止という本来の目的のほかに、ボケ像が不自然とならないような構造も重要であり、これらの目的を達成するために、以下のような技術が開示されている。
【０００３】
例えば実開昭５１−１４５９２９号公報では、多数枚の絞り羽根で構成された虹彩絞りにおいて、適数枚の絞り羽根に濃淡のあるＮＤフィルタを用い、遮光用の羽根が最小絞り径まで絞られたのちに該ＮＤフィルタが光束中に進入し、光量調節する絞り機構が開示されている。
【０００４】
また特開平８−４３８７８号公報では、２枚の絞り羽根の各々に、光軸から放射方向外側に向かうにつれて透過率が低下するＮＤフィルタを形成し、該２枚の絞り羽根を相対駆動することで光量調節する絞り装置が開示されている。
【０００５】
また特開２０００−１５５３５２号公報では、アクチュエータの動作に伴って同一形状を有する多数枚の絞り羽根が動作して開口径を調節し、次いで該絞り羽根による開口径の変化率が少ない領域でＮＤフィルタを開口部に挿入することで光量調節する絞り装置が開示されている
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような欠点がある。
【０００７】
実開昭５１−１４５９２９号公報に開示された従来技術では、ＮＤフィルタを有した羽根の枚数や配置上の位相、およびＮＤフィルタの形状に関する詳細な開示がなく、ＮＤフィルタの効果を充分に発揮することは困難である。
【０００８】
特開平８−４３８７８号公報に開示された従来技術では、絞り羽根が２枚しかないので絞り羽根の面積が大きくなり、開口径寸法に対する絞り装置全体の寸法が大きくなる。また、絞り開放状態でＮＤフィルタが開口内に進入しているため、開放時に光量損失を来たすという問題もある。
【０００９】
特開２０００−１５５３５２号公報に開示された従来技術では、均一濃度のＮＤフィルタが急激に挿入されるため、ＮＤフィルタ挿入の前後で透過光量が不連続になるほか、遮光用の羽根とは独立したＮＤフィルタが必要なため、余分なスペースが必要でかつコストも高くなる欠点がある。
【００１０】
そこで本発明は、多数枚の絞り羽根で構成される光量調節装置において、絞り込み時の回折による画質低下の回避と、自然なボケ形状の維持を両立させ、かつ大きさやコストも従来の装置と同等に抑えた光量調節装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明の光量調節装置では、開口部の周囲に設けられた複数枚の絞り羽根を駆動して前記開口部を通過する光束の量を調節する光量調節装置において、遮光性を有する偶数枚の第１の羽根と、少なくとも一部分にＮＤフィルタ部が形成されるとともに前記開口部の中心に対して略１８０度の位相に配置された２枚の第２の羽根を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、絞り開口径が大きい時は第１の羽根が光量調節に寄与し、絞り開口径が小さい時はＮＤフィルタが光量調節に寄与する。
【００１３】
また上記の目的を達成するために、第２の発明の光量調節装置では、前記第１の羽根における光量調節用外縁部の曲率半径に対して、前記ＮＤフィルタ部における光量調節用外縁部の曲率半径が大きいことを特徴とする。
【００１４】
これにより、小絞り状態において２つのＮＤフィルタが接近した際、開口部を覆うＮＤフィルタの被覆率を大きくできる。
【００１５】
また上記の目的を達成するために、第３の発明の光量調節装置では、前記ＮＤフィルタ部は、前記外縁部に対して略直交する方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする。
【００１６】
これにより、小絞り時における絞り開口内の透過率分布を、中心から外側に向かって段階的あるいは連続的に減少させることができる。
【００１７】
また上記の目的を達成するために、第４の発明の光量調節装置では、前記ＮＤフィルタ部は、前記外縁部近傍の仮想点に対して略放射方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする。
【００１８】
これにより、小絞り時における絞り開口内の透過率分布を、開口中心から放射方向に段階的あるいは連続的に減少させることができる。
【００１９】
また上記の目的を達成するために、第５の発明の光量調節装置では、開口部の周囲の同一平面状に設けられた複数枚の絞り羽根を駆動して前記開口部を通過する光束の量を調節する光量調節装置において、前記絞り羽根は少なくとも一部分にＮＤフィルタ部が形成されるとともに、すべての羽根が実質上同一の形状を有することを特徴とする。
【００２０】
これにより、絞り開口径が大きい時は絞り羽根の遮光部が光量調節に寄与するとともに、絞り開口径が小さい時はＮＤフィルタ部が光量調節に寄与する。
【００２１】
また上記の目的を達成するために、第６の発明の光量調節装置では、前記ＮＤフィルタ部は略円弧状の外縁部を有するとともに、前記外縁部に対して略直交する方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする。
【００２２】
これにより、小絞り時における絞り開口内の透過率分布を、開口中心から放射方向に段階的あるいは連続的に設定することができる。
【００２３】
また上記の目的を達成するために、第７の発明の撮影装置では、上記光量調節装置と、被写体像を形成する撮影光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記光電変換された信号を記録する記録手段とを有し、前記光量調節装置を撮影光学系に配置することを特徴とする。
【００２４】
これにより、被写体像の光量を適切に調節でき、かつボケ像の不自然さと小絞り時の回折による画質低下を軽減した撮影装置が提供できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１ないし図５は、本発明の第１の実施形態に係わる図である。
【００２６】
図１は本発明の光量調節装置である絞り機構１００の分解斜視図である。同図において、１１１は全域に渡って遮光性を有する第１の羽根で、その下面と上面には被駆動用のピン１１１ａおよび１１１ｂが植設される。第１の羽根１１１は、同一形状のものが６枚用いられる。１１２は先端部にＮＤフィルタ１１２ｄを有し、その他の領域は遮光性を有する第２の羽根で、同じくその下面と上面には被駆動用のピン１１２ａおよび１１２ｂが植設される。第２の羽根１１２は、同一形状のものが２枚用いられる。そしてこれら合計８枚の羽根で、絞り開口が形成される。
【００２７】
１２１は前記第１の羽根１１１および第２の羽根１１２を保持する地板で、平面状をなす底面の中央には、絞り開放時の光束の最大径を規定する直径Ｄ０の開口部１２１ｃが設けられる。そして該開口部１２１ｃの周囲には、６個の第１のカム溝１２１ａ、および２個の第２のカム溝１２１ｂが設けられる。６個の第１のカム溝１２１ａはすべて同一のカム形状を有し、前記第１の羽根１１１のピン１１１ａが嵌合している。第２のカム溝１２１ｂは２個とも同一形状だが、前記第１のカム溝１２１ａとは異なる形状を有し、前記第２の羽根１１２のピン１１２ａが嵌合している。
【００２８】
１３１は風車と呼ばれる駆動部材で、中央の開口部１３１ｃの周囲には羽根駆動用の８個の穴１３１ａが等間隔で設けられ、該穴１３１ｃには前記第１の羽根１１１のピン１１１ｂと前記第２の羽根１１２のピン１１２ｂが嵌合している。風車１３１の上面には、ギヤ１３２が設けられる。
【００２９】
１４１はカバー板で、前記地板１２１との間に所定の空間を形成し、該空間内に前記羽根１１１および１１２と前記風車１３１を保持する。カバー板１４１の上面には公知のステップモータ１４２が設けられ、ロータ１４２ａの先端にはピニオンギヤ１４２ｂが装着される。
【００３０】
以上が絞り機構を構成する主要部材だが、次に該絞り機構の組み立て方法を説明する。まず、任意の１枚の羽根を地板１２１に置き、下面側のピンを地板１２１のカム溝に嵌合させる。続いて、既に置いた羽根に対して時計方向に位置する次の羽根を同様に配置する。その際、先に配置した羽根の先端の上面に、次の羽根が重なるように配置される。同様の手順で７枚目の羽根までを順に配置する。そして最後の８枚目の羽根は、その先端を１枚目の羽根の下にもぐりこませながら、下面のピンを地板１２１のカム溝に嵌合させて配置する。すなわち８枚の羽根は、自身の先端がとなりの羽根の根元の下にもぐりこむ状態で配置され、特定の一枚が一番上に来ることなく、すべての羽根が対等な上下関係になっている。
【００３１】
次いで風車１３１を上からかぶせ、８個の穴１３１ａに対して、前記８枚の羽根の上面に植設された８本のピンを同時に嵌合させる。最後にカバー板１４１を載せるが、その際に前記ステップモータ１４２のピニオンギヤ１４２ｂと風車上のギヤ１３２をかみ合わせる。そしてカバー板１４１と地板１２１を不図示のネジ、あるいは接着剤を用いて固着する。
【００３２】
以上のように組み立てられた絞り機構において、前記ステップモータ１４２を駆動すると風車１３１が回動する。すると前記８枚の羽根が前記カム溝に沿って移動しながら絞り開口径を変化させ、開口部を通過する光量を調節する。
【００３３】
次に図２を用いて第１および第２の羽根の形状を説明する。同図（ａ）は第１の羽根１１１の平面図で、図においては白く描かれているが、金属板あるいは樹脂板の両面に遮光性黒色塗装が施された板状部材が用いられる。そして羽根の下面には被駆動ピン１１１ａが、上面にも被駆動ピン１１１ｂが植設される。１１１ｃは、絞り込み時に絞り開口を形成する外縁部で、本実施形態では曲率半径Ｒ１の円弧としている。
【００３４】
同図（ｂ）は第２の羽根１１２の平面図で、ＮＤフィルタ部１１２ｄと遮光部１１２ｅ（図においては白抜きで描かれている）からなる。そして羽根の下面には被駆動ピン１１２ａが、上面にも被駆動ピン１１２ｂが植設される。ここでＮＤフィルタ部は、絞り込み時に絞り開口を形成する外縁部１１２ｃを有するが、該外縁部１１２ｃの曲率半径Ｒ２は前記第１の羽根が有する外縁部１１１ｃの曲率半径Ｒ１よりも大きくなっており、本実施形態では曲率半径Ｒ２を無限大、すなわち直線としている。
【００３５】
またＮＤフィルタ部１１２ｄは、前記外縁部１１２ｃと略直交する方向において、可視光線に対する透過率が段階的、あるいは連続的に低下する透過率分布型ＮＤフィルタとなっている。このような羽根１１２は、例えばインクジェット記録装置を用いることで、ＮＤフィルタ部１１２ｄと遮光部１１２ｅを一体的に製造できる。すなわち、大面積の透明樹脂板に、微小液滴吐出装置（インクジェット記録装置）を用いて黒色染料インクを所定パターンで吐出することで、所定の透過率分布を有したＮＤフィルタ部１１２ｄを形成する。このとき、該装置が有する複数のインクタンクの一つに、光学濃度の非常に高いインク、例えば顔料インクを用いることで、遮光部１１２ｅも同時に形成することができる。あるいは、遮光部１１２ｅのみは、異なる印刷工程で別途形成してもよい。また、遮光部１１２ｅの裏面にも同様に黒色印刷を施すことで、絞り羽根１１２の表面反射による迷光を防止すればなお良い。
【００３６】
上記方法で大面積の透明樹脂板に多数の絞り羽根パターンを印刷で形成し、プレス工程で個別の羽根を打ち抜き、最後にピン１１２ａおよび１１２ｂをカシメ固定することで、第２の羽根１１２が安価に製作できる。
【００３７】
図３は本発明の絞り機構の動作を説明する図で、第１の羽根１１１、第２の羽根１１２および地板１２１のみを示している。同図（ａ）は絞り開放時の羽根の状態を示すが、２枚の第２の羽根１１２は、地板１２１の開口部１２１ｃに対して対向する位置、すなわち１８０度の位相にて配置される。また、６枚の第１の羽根１１１は、残りの空間に４５度間隔の位相で配置される。そしてすべての羽根は地板１２１の開口部１２１ｃの外側に退避しているため、絞り機構を通過する光束径は、開口部１２１ｃの直径Ｄ０となる。
【００３８】
同図（ｂ）は、不図示の風車１３１が反時計方向に所定角度回動したときの、各羽根の配置を示したものである。ここで、対向する２枚の第１の羽根１１１が形成する絞り開口の直径をＤ１、同じく２枚の第２の羽根１１２が形成する絞り開口の直径をＤ２とすると、Ｄ１よりもＤ２が小さくなるように、前記カム溝１２１ａおよび１２１ｂの形状が決められている。すなわち風車１３１の所定の回動量に対して、第１の羽根１１１の駆動量よりも第２の羽根の駆動量が大きくなっている。
【００３９】
風車１３１の回動量を更に大きくすると、各羽根の配置は同図（ｃ）および（ｄ）のごとく変化し、風車１３１の最大回動位置で同図（ｅ）のようになる。同図（ｅ）においては、第１の羽根１１１が形成する絞り開口の直径Ｄ１は有限の値であるが、第２の羽根１１２が形成する絞り開口の直径Ｄ２はゼロとなっている。これは、前記カム溝１２１ａおよび１２１ｂの形状を適切に設定することと、前記ＮＤフィルタの外縁部１１２ｃを直線にすることで達成できる。そこで最大絞り込み時には、第１の羽根１１１が形成する絞り開口を、第２の羽根１１２が有するＮＤフィルタ部１１２ｄが完全に覆い、ＮＤフィルタの被覆率が１００％となって、ＮＤフィルタによる減光が効果的に行なわれることがわかる。
【００４０】
図４は、風車１３１の回転角に対する絞り開口径、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化の様子を説明する図である。同図（ａ）は、風車回転角に対する、前記第１の羽根１１１が形成する絞り開口径Ｄ１と、第２の羽根１１２が形成する絞り開口径Ｄ２を示す。風車回転角が小さい時は、第１の羽根１１１および第２の羽根１１２は略等しい軌跡で揺動するため、２つの開口径の差は少ない。一方風車の回転角が大きくなると、第１の開口径Ｄ１が所定値に漸近して変化率が低減するのに対して、第２の開口径Ｄ２は更に小さくなり、風車の最大回転時に開口径Ｄ２はゼロとなる。すなわち、風車回転角が小さな時は第１の絞り羽根による絞り開口径変化で光量調節を行ない、風車回転角が大きい時は絞り開口内におけるＮＤフィルタの覆い量（被覆率の大小）で光量調節を行なう。
【００４１】
同図（ｂ）は、風車回転角に対する、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化を示す図である。ここで、Ｆナンバは、
Ｆ＝ｆ／Ｄ１ ―――（式１）
で計算される数値で、ｆは本絞り機構が適用される光学系の焦点距離、Ｄ１は前記第１の開口径である。一方Ｔナンバは、
Ｔ＝Ｆ／√ｔ ―――（式２）
で計算される数値で、Ｆは上記式１によるＦナンバ、ｔは所定面積を有する開口部の透過率で、本実施形態においては、開口径Ｄ１内に挿入されたＮＤフィルタ１１２ｄの被覆率と透過率分布の相乗で決定される透過率を表わす。
【００４２】
同図（ｂ）によると、風車回転角の増加に応じてＦナンバは増加し、風車の最大回転時にＦナンバは８となる。一方、風車回転角の増加に応じてＮＤフィルタが絞り開口内に進入するので、Ｔナンバの変化率はＦナンバの変化率よりも大きい。すなわち本実施形態の絞り機構では、絞り段数換算で６段相当の光量調節能力を有しながら、回折による画質低下は４段相当の絞りと同程度に抑えられている。
【００４３】
図５は、図１ないし図４で説明した絞り機構１００を撮影装置に配置したものである。本実施例では、撮影装置は静止画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして記録するデジタルスチルカメラを例として説明する。ただし、デジタルスチルカメラに限定されることなく、銀塩フィルムカメラ、ビデオカメラ、産業用工具カメラ等の撮影装置に適用しても同様の効果を得る。
【００４４】
４００は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、フロントレンズ群４０１、バリエータレンズ群４０２、フォーカシングレンズ群４０３、光学ローパスフィルタ４０４を有する。１００は図１で示した絞り機構、４３３は露光時間を調節するシャッタ機構である。
【００４５】
また撮影光学系４００の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段４１１が配置される。これは照射された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる２次元ＣＣＤ等の光電変換手段が用いられる。
【００４６】
撮像手段４１１上に結像した被写体の像は、その明るさの強弱に応じた画素毎の電荷量として、電気信号に変換され、アンプ回路４４１で増幅された後、カメラ信号処理回路４４２で所定のγ補正等の処理を施される。なおこの処理は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号処理で行われてもよい。このようにして作られた映像信号はメモリ４４３に記録される。メモリ４４３は、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ、光磁気ディスク等の光メモリ、磁気テープ等の磁気メモリ等、種々のものが利用可能である。
【００４７】
４２１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮像手段４１１で取得した被写体像や、光学装置の動作状況を表示する。４２２は、操作スイッチ群でズームスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、露出制御モードやＡＦモード等を設定する撮影条件スイッチで構成される。４２３はズームアクチュエータで、前記ズームレンズ群４０２を駆動し、撮影光学系４００の焦点距離を変える。４２４はフォーカスアクチュエータで、前記フォーカシングレンズ群４０３を駆動し、撮影光学系４００の焦点状態を調節する。
【００４８】
４３１はＣＰＵで、撮影装置全体の動作を制御する。４３２は絞り駆動回路で、図１のステップモータ１４２を駆動し、絞り込み動作を行なう。４３３は公知のシャッタ機構で、複数枚の遮光羽根とこれを駆動するアクチュエータで構成される。４３４は前記シャッタ機構を駆動するためのシャッタ駆動回路で、前記シャッタ機構を駆動し、撮像手段４１１への露光時間を制御する。
【００４９】
図６は、図５に示した撮影装置が有するＣＰＵ４３１の制御フロー図である。以下、図６を用いて撮影装置の制御フローを説明する。
【００５０】
ステップＳ１０１を経由して、ステップＳ１０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ１０２に留まる。ステップＳ１０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ４３１はスリープ状態から脱してステップＳ１１１以降を実行する。
【００５１】
ステップＳ１１１では、撮影装置の初期化を行なう。具体的には、沈胴状態にある撮影光学系を撮影可能状態に繰り出し駆動したり、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。
【００５２】
ステップＳ１１２では、撮像手段４１１及びカメラ信号処理回路４４２を駆動して、プレビュー画像を取得し、ステップＳ１１３で表示器４２１に前記プレビュー画像を表示する。
【００５３】
ステップＳ１１４では、撮影者によってレリーズボタンの第１ストロークに連動した撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ１１２に戻り、プレビュー画像表示を繰り返し実行する。ステップＳ１１４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ１１４を脱してステップＳ１２１以降を実行する。
【００５４】
ステップＳ１２１ないしステップＳ１２２では、撮影光学系４００の焦点調節を行なう。これはいわゆる山登り式サーボＡＦと呼ばれる、画像信号の高周波成分が最大値となるフォーカス位置を探してレンズを停止させる焦点調節制御である。ステップＳ１２３では合焦したか否かを判定し、合焦していない場合は前記ステップＳ１２１およびステップＳ１２２を繰り返し実行する。合焦した場合はフォーカシングレンズの駆動を停止し、ステップＳ１３１へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１３１では、測光演算を行なう。具体的には、撮像手段４１１が受光する被写体光束の量を判定し、撮影時の光量を適切にするための絞り値とシャッタ秒時を演算する。この際、撮影装置の露出制御モードとして絞り優先ＡＥモードが選択されている場合は、撮影者によって設定された絞り値が採用される。一方シャッタ優先ＡＥモード、あるいはプログラムＡＥモードが選択されている場合は、撮影装置が内蔵する所定のプログラムに従って、絞り値を演算する。なお、絞り値とは通常はＦナンバを示すが、本実施例では図４（ｂ）で説明したＴナンバを指す。
【００５６】
ステップＳ１３２では、前記ステップＳ１３１で算出した絞り値に基づき、絞り駆動量を演算する。これは現在の絞り値とステップＳ１３１で算出した絞り値の差分に相当する。ステップＳ１３３では前記ステップＳ１３２で演算した絞り駆動量に基づいて、絞り駆動を行なう。
【００５７】
ステップＳ１３４では、レリーズボタンの第２ストロークに連動した撮影トリガスイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）がオン操作されたか否かの判定を行ない、オン操作されていない場合は前記ステップＳ１３１ないしステップＳ１３３を繰り返し実行する。一方オン操作された場合は、ステップＳ１３４からステップＳ１４１にジャンプし、撮影動作を実行する。
【００５８】
ステップＳ１４１では撮像手段４１１への画像信号の蓄積を開始する。ステップＳ１４２では、前記ステップＳ１３１で算出したシャッタ秒時に基づき、シャッタの閉動作を行なう。ステップＳ１４３では撮像手段４１１に蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、カメラ信号処理回路４４２に入力させる。ステップＳ１４４では、カメラ信号処理回路４４２において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ４３１内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。ステップＳ１４５では、上記ステップＳ１４４で得られた画像信号をメモリ４４３に記録し、ステップＳ１４６にて撮影動作が終了する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の絞り機構を組み込んだ撮影装置を用いれば、被写体輝度が高いシーンにおいても、ＮＤフィルタの減光作用によって絞り開口径を極端に小さくする必要がなく、小絞り回折が緩和される。かつ絞り開口は略円形に保たれているので、自然なボケ像が得られる。
【００６０】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、第２の羽根に形成されたＮＤフィルタの透過率分布パターンのみが異なり、それ以外の部材はすべて同一のものが使用される。
【００６１】
図７は、第２実施形態における第２の羽根２１２の平面図で、図２（ｂ）に示した第２の羽根１１２に対応する。当変形例においても、第２の羽根２１２はＮＤフィルタ部２１２ｄと遮光部２１２ｅ（図においては白抜きで描かれている）からなる。そして羽根の下面には被駆動ピン２１２ａが、上面にも被駆動ピン２１２ｂが植設される。そしての外縁部２１２ｃの曲率半径Ｒ２は、前記羽根１１２と同様に無限大、すなわち直線としている。
【００６２】
一方ＮＤフィルタ部２１２ｄの透過率分布は、前記外縁部２１２ｃの近傍の仮想点Ｐ１に対して、略放射状に透過率が段階的、あるいは連続的に低下する透過率分布型ＮＤフィルタとなっている。
【００６３】
図８は第２実施形態の絞り機構の動作を説明する図で、第１実施形態の図３に対応する。同図（ａ）は絞り開放時の羽根の状態を示し、不図示の風車の回転に応じて図（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）のごとく変化し、風車１３１の最大回動位置で同図（ｅ）のようになる。ここで、風車の回動量に対する各羽根の移動量は第１実施形態と同一であるが、ＮＤフィルタの透過率分布パターンが異なるため、小絞り状態での絞り開口部内の透過率分布が、開口中央を中心とした略点対称形状になっている。従って、この絞り機構を、第１実施形態で説明した図５の撮影装置に適用することで、撮影画像のボケがより自然な形状になる。すなわち同図（ｄ）あるいは（ｅ）において、絞り開口内のＮＤフィルタの透過率分布が開口中心に対して全方向に略均一に放射状になっているため、ボケ像が略円形に保たれるほか、回折による画像劣化も全方向に略一定となり、特定方向の解像力が劣化するといった現象が回避できる。
【００６４】
（第３実施形態）
前記第１及び第２の実施形態は、偶数枚の第１の羽根と、これとは形状の異なる２枚の第２の羽根を有し、第２の羽根のみにＮＤフィルタが形成されていた。これに対して以下に示す第３実施形態では、すべての羽根にＮＤフィルタが形成された実施形態を示す。
【００６５】
図９ないし図１１は第３実施形態の構成と作用を説明する図である。まず図９を用いて羽根の構成を説明する。
【００６６】
図９は、第３実施形態における羽根３１１の平面図で、ＮＤフィルタ部３１１ｄと遮光部３１１ｅ（図においては白抜きで描かれている）からなる。そして羽根の下面には被駆動ピン３１１ａが、上面にも被駆動ピン３１１ｂが植設される。ここでＮＤフィルタ部は、絞り込み時に絞り開口を形成する外縁部３１１ｃを有するが、この形状は仮想点Ｐ３を中心とした曲率半径Ｒ３の円弧としている。そしてＮＤフィルタ部３１１ｄの透過率分布は、前記仮想点Ｐ３に対して、略放射状に透過率が段階的、あるいは連続的に低下する透過率分布型ＮＤフィルタとなっている。
【００６７】
図１０は第３実施形態の絞り機構の動作を説明する図で、第１実施形態の図３に対応する。第３実施形態では、８枚の絞り羽根はすべて同一形状で、図９で説明した羽根３１１が用いられる。また該羽根３１１を駆動する８個のカム溝３２１ａもすべて同一形状を有する。従って、不図示の風車の回動に伴って、８枚の羽根はすべて同一の軌跡に従って駆動される。その他の構成は、図１の第１実施形態と同一のため、説明は省略する。
【００６８】
同図（ａ）は絞り開放時の羽根の状態を示し、絞り開口径Ｄ３は地板３２１の開口部３２１ｃで規定される。
【００６９】
同図（ｂ）は、不図示の風車１３１が反時計方向に所定角度回動したときの、各羽根の配置を示したものである。当実施形態においては、すべての羽根が同一軌跡で駆動するため、ＮＤフィルタ部の外縁部３１１ｃが形成する絞り開口の直径をＤ３とする。また、ＮＤフィルタ部３１１ｄと遮光部３１１ｅの境界線が形成する開口の直系をＤ４とする。
【００７０】
風車１３１の回動量を更に大きくすると、各羽根の配置は同図（ｃ）および（ｄ）のごとく変化し、風車１３１の最大回動位置で同図（ｅ）のようになる。同図（ｅ）においては、羽根３１１が形成する絞り開口の直径をＤ３は、かなり小さくなるがゼロにはできない。それは以下の理由による。第１実施形態の羽根の組み立て方法の箇所で説明したように、この種の絞り機構では８枚の羽根は、自身の先端がとなりの羽根の根元の下にもぐりこむ状態で配置され、特定の一枚が一番上に来ることなく、すべての羽根が対等な上下関係になっている。従って絞り開口径がゼロになる直前で羽根同士が互いに乗り上げ、羽根先端が光軸方向に突出するとともに、開口も完全に閉じることができなくなる。
【００７１】
図１１は、風車１３１の回転角に対する絞り開口径、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化の様子を説明する図である。同図（ａ）は、風車回転角に対する、羽根３１１が形成する絞り開口径Ｄ３及びＤ４を示す。風車回転角の増加に伴って開口径Ｄ３が低減し、風車の最大回転時に開口径Ｄ３は極めて小さな値になる。一方開口径Ｄ４は、風車回転角が小さい時は地板の開口部３２１ｃで規定される開口径Ｄ０より大きいため、同図ではＤ０で示し、風車回転角の増加に伴ってＤ４が地板の開口部３２１ｃの内側に侵入してからのちは、真のＤ４の値を示している。
【００７２】
同図（ｂ）は、風車回転角に対する、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化を示す図である。ここで、Ｆナンバは、
Ｆ＝ｆ／Ｄ４ ―――（式３）
で計算される数値で、ｆは本絞り機構が適用される光学系の焦点距離、Ｄ４は前記羽根３１１のＮＤフィルタ部と遮光部の境界で規定される開口径である。一方Ｔナンバは、
Ｔ＝Ｆ／√ｔ ―――（式４）
で計算される数値で、Ｆは上記式３によるＦナンバ、ｔは所定面積を有する開口部の透過率で、本実施形態においては、開口径Ｄ４内に進入しているＮＤフィルタ３１１ｄの被覆率と透過率分布の相乗で決定される透過率を表わす。
【００７３】
同図（ｂ）によると、Ｆナンバ変化率は第１実施形態とは異なるが、Ｔナンバの変化率は第１実施形態とほぼ同一である。すなわち本実施形態の絞り機構においても、絞り段数換算で６段相当の光量調節機能の光量調節能力を有しながら、回折による画質低下は４段相当の絞りと同程度に抑えられる。
【００７４】
さらに、開放時を除くすべての絞り値において、絞り開口内の透過率分布が周辺に向かって低下する、いわゆるアポダイゼイション絞りとなっている。従って、この絞り機構を第１実施形態で説明した図５の撮影装置に適用することで、回折の影響が緩和されるとともに、ボケ像もより自然になり、高品位な画像が得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絞り機構の絞り羽根先端にＮＤフィルタ部を形成し、該ＮＤフィルタ部の外縁部形状と透過率分布を適切に設定したため、小絞り状態でのＮＤフィルタの被覆率を大きくできる。そのため、ＮＤフィルタによる光量調節作用を最大限に利用でき、小絞り回折を防止するとともに、絞り開口形状も略円形に維持でき、ボケ像の不自然さを防止できる。そして従来の絞り機構に対して、大きさ、コストも同等に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図２】本発明第１実施形態における絞り羽根の平面図である。
【図３】本発明第１実施形態における絞り動作説明図である。
【図４】本発明第１実施形態における絞り羽根の駆動量説明図である。
【図５】本発明における撮影装置の構成図である。
【図６】本発明における撮影装置の制御フロー図である。
【図７】本発明第２実施形態における絞り羽根の平面図である。
【図８】本発明第２実施形態における絞り動作説明図である。
【図９】本発明第３実施形態における絞り羽根の平面図である。
【図１０】本発明第３実施形態における絞り動作説明図である。
【図１１】本発明第３実施形態における絞り羽根の駆動量説明図である。
【符号の説明】
１００ 絞り機構
１１１ 第１の羽根
１１１ｃ 外縁部
１１２ 第２の羽根
１１２ｃ 外縁部
１１２ｄ ＮＤフィルタ部
１１２ｅ 遮光部
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｃ ピン
１２１ 地板
１２１ａ 第１のカム溝
１２１ｂ 第２のカム溝
１２１ｃ 開口部
１３１ 風車
１３１ａ 穴
１３１ｃ 開口部
１３２ ギヤ
１４１ カバー板
１４２ ステップモータ
１４２ａ ロータ
１４２ｂ ピニオンギヤ
２１２ 第２の羽根
２１２ｃ 外縁部
２１２ｄ ＮＤフィルタ部
２１２ｅ 遮光部
３１１ 羽根
３１１ｃ 外縁部
３１１ｄ ＮＤフィルタ部
３１１ｅ 遮光部
３２１ 地板
３２１ａ カム溝
４００ 撮影光学系
４１１ 撮像手段
４３１ ＣＰＵ
４３２ 絞り駆動回路
４３３ シャッタ機構
４３４ シャッタ駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等の光学機器に用いられる結像光学系には、一般に入射光束の光量を調節する光量調節装置、いわゆる絞り装置が内蔵される。該絞り装置においては、遮光性を有する複数の絞り羽根を用い、該絞り羽根の光軸に面した外縁部が所定形状の開口部を形成する。そして、アクチュエータで該開口部の直径を調節することで、絞り開口を通過する光束の量を調節している。しかし該開口部の開口径を小さくするに従って、絞り羽根の前記外縁部で生ずる回折の影響が大きくなり、結像光学系の結像性能が低下する。この欠点を回避するために、上記絞り羽根の一部にＮｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ（以下ＮＤフィルタと略す）を設け、開口径を小さくする代わりに該ＮＤフィルタで光量を減衰させる技術が開示されている。このような目的でＮＤフィルタを用いる際には、回折防止という本来の目的のほかに、ボケ像が不自然とならないような構造も重要であり、これらの目的を達成するために、以下のような技術が開示されている。
【０００３】
例えば実開昭５１−１４５９２９号公報では、多数枚の絞り羽根で構成された虹彩絞りにおいて、適数枚の絞り羽根に濃淡のあるＮＤフィルタを用い、遮光用の羽根が最小絞り径まで絞られたのちに該ＮＤフィルタが光束中に進入し、光量調節する絞り機構が開示されている。
【０００４】
また特開平８−４３８７８号公報では、２枚の絞り羽根の各々に、光軸から放射方向外側に向かうにつれて透過率が低下するＮＤフィルタを形成し、該２枚の絞り羽根を相対駆動することで光量調節する絞り装置が開示されている。
【０００５】
また特開２０００−１５５３５２号公報では、アクチュエータの動作に伴って同一形状を有する多数枚の絞り羽根が動作して開口径を調節し、次いで該絞り羽根による開口径の変化率が少ない領域でＮＤフィルタを開口部に挿入することで光量調節する絞り装置が開示されている
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような欠点がある。
【０００７】
実開昭５１−１４５９２９号公報に開示された従来技術では、ＮＤフィルタを有した羽根の枚数や配置上の位相、およびＮＤフィルタの形状に関する詳細な開示がなく、ＮＤフィルタの効果を充分に発揮することは困難である。
【０００８】
特開平８−４３８７８号公報に開示された従来技術では、絞り羽根が２枚しかないので絞り羽根の面積が大きくなり、開口径寸法に対する絞り装置全体の寸法が大きくなる。また、絞り開放状態でＮＤフィルタが開口内に進入しているため、開放時に光量損失を来たすという問題もある。
【０００９】
特開２０００−１５５３５２号公報に開示された従来技術では、均一濃度のＮＤフィルタが急激に挿入されるため、ＮＤフィルタ挿入の前後で透過光量が不連続になるほか、遮光用の羽根とは独立したＮＤフィルタが必要なため、余分なスペースが必要でかつコストも高くなる欠点がある。
【００１０】
そこで本発明は、多数枚の絞り羽根で構成される光量調節装置において、絞り込み時の回折による画質低下の回避と、自然なボケ形状の維持を両立させ、かつ大きさやコストも従来の装置と同等に抑えた光量調節装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明の光量調節装置では、開口部の周囲に設けられた複数枚の絞り羽根を駆動して前記開口部を通過する光束の量を調節する光量調節装置において、遮光性を有する偶数枚の第１の羽根と、少なくとも一部分にＮＤフィルタ部が形成されるとともに前記開口部の中心に対して略１８０度の位相に配置された２枚の第２の羽根を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、絞り開口径が大きい時は第１の羽根が光量調節に寄与し、絞り開口径が小さい時はＮＤフィルタが光量調節に寄与する。
【００１３】
また上記の目的を達成するために、第２の発明の光量調節装置では、前記第１の羽根における光量調節用外縁部の曲率半径に対して、前記ＮＤフィルタ部における光量調節用外縁部の曲率半径が大きいことを特徴とする。
【００１４】
これにより、小絞り状態において２つのＮＤフィルタが接近した際、開口部を覆うＮＤフィルタの被覆率を大きくできる。
【００１５】
また上記の目的を達成するために、第３の発明の光量調節装置では、前記ＮＤフィルタ部は、前記外縁部に対して略直交する方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする。
【００１６】
これにより、小絞り時における絞り開口内の透過率分布を、中心から外側に向かって段階的あるいは連続的に減少させることができる。
【００１７】
また上記の目的を達成するために、第４の発明の光量調節装置では、前記ＮＤフィルタ部は、前記外縁部近傍の仮想点に対して略放射方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする。
【００１８】
これにより、小絞り時における絞り開口内の透過率分布を、開口中心から放射方向に段階的あるいは連続的に減少させることができる。
【００１９】
また上記の目的を達成するために、第５の発明の光量調節装置では、開口部の周囲の同一平面状に設けられた複数枚の絞り羽根を駆動して前記開口部を通過する光束の量を調節する光量調節装置において、前記絞り羽根は少なくとも一部分にＮＤフィルタ部が形成されるとともに、すべての羽根が実質上同一の形状を有することを特徴とする。
【００２０】
これにより、絞り開口径が大きい時は絞り羽根の遮光部が光量調節に寄与するとともに、絞り開口径が小さい時はＮＤフィルタ部が光量調節に寄与する。
【００２１】
また上記の目的を達成するために、第６の発明の光量調節装置では、前記ＮＤフィルタ部は略円弧状の外縁部を有するとともに、前記外縁部に対して略直交する方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする。
【００２２】
これにより、小絞り時における絞り開口内の透過率分布を、開口中心から放射方向に段階的あるいは連続的に設定することができる。
【００２３】
また上記の目的を達成するために、第７の発明の撮影装置では、上記光量調節装置と、被写体像を形成する撮影光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記光電変換された信号を記録する記録手段とを有し、前記光量調節装置を撮影光学系に配置することを特徴とする。
【００２４】
これにより、被写体像の光量を適切に調節でき、かつボケ像の不自然さと小絞り時の回折による画質低下を軽減した撮影装置が提供できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１ないし図５は、本発明の第１の実施形態に係わる図である。
【００２６】
図１は本発明の光量調節装置である絞り機構１００の分解斜視図である。同図において、１１１は全域に渡って遮光性を有する第１の羽根で、その下面と上面には被駆動用のピン１１１ａおよび１１１ｂが植設される。第１の羽根１１１は、同一形状のものが６枚用いられる。１１２は先端部にＮＤフィルタ１１２ｄを有し、その他の領域は遮光性を有する第２の羽根で、同じくその下面と上面には被駆動用のピン１１２ａおよび１１２ｂが植設される。第２の羽根１１２は、同一形状のものが２枚用いられる。そしてこれら合計８枚の羽根で、絞り開口が形成される。
【００２７】
１２１は前記第１の羽根１１１および第２の羽根１１２を保持する地板で、平面状をなす底面の中央には、絞り開放時の光束の最大径を規定する直径Ｄ０の開口部１２１ｃが設けられる。そして該開口部１２１ｃの周囲には、６個の第１のカム溝１２１ａ、および２個の第２のカム溝１２１ｂが設けられる。６個の第１のカム溝１２１ａはすべて同一のカム形状を有し、前記第１の羽根１１１のピン１１１ａが嵌合している。第２のカム溝１２１ｂは２個とも同一形状だが、前記第１のカム溝１２１ａとは異なる形状を有し、前記第２の羽根１１２のピン１１２ａが嵌合している。
【００２８】
１３１は風車と呼ばれる駆動部材で、中央の開口部１３１ｃの周囲には羽根駆動用の８個の穴１３１ａが等間隔で設けられ、該穴１３１ｃには前記第１の羽根１１１のピン１１１ｂと前記第２の羽根１１２のピン１１２ｂが嵌合している。風車１３１の上面には、ギヤ１３２が設けられる。
【００２９】
１４１はカバー板で、前記地板１２１との間に所定の空間を形成し、該空間内に前記羽根１１１および１１２と前記風車１３１を保持する。カバー板１４１の上面には公知のステップモータ１４２が設けられ、ロータ１４２ａの先端にはピニオンギヤ１４２ｂが装着される。
【００３０】
以上が絞り機構を構成する主要部材だが、次に該絞り機構の組み立て方法を説明する。まず、任意の１枚の羽根を地板１２１に置き、下面側のピンを地板１２１のカム溝に嵌合させる。続いて、既に置いた羽根に対して時計方向に位置する次の羽根を同様に配置する。その際、先に配置した羽根の先端の上面に、次の羽根が重なるように配置される。同様の手順で７枚目の羽根までを順に配置する。そして最後の８枚目の羽根は、その先端を１枚目の羽根の下にもぐりこませながら、下面のピンを地板１２１のカム溝に嵌合させて配置する。すなわち８枚の羽根は、自身の先端がとなりの羽根の根元の下にもぐりこむ状態で配置され、特定の一枚が一番上に来ることなく、すべての羽根が対等な上下関係になっている。
【００３１】
次いで風車１３１を上からかぶせ、８個の穴１３１ａに対して、前記８枚の羽根の上面に植設された８本のピンを同時に嵌合させる。最後にカバー板１４１を載せるが、その際に前記ステップモータ１４２のピニオンギヤ１４２ｂと風車上のギヤ１３２をかみ合わせる。そしてカバー板１４１と地板１２１を不図示のネジ、あるいは接着剤を用いて固着する。
【００３２】
以上のように組み立てられた絞り機構において、前記ステップモータ１４２を駆動すると風車１３１が回動する。すると前記８枚の羽根が前記カム溝に沿って移動しながら絞り開口径を変化させ、開口部を通過する光量を調節する。
【００３３】
次に図２を用いて第１および第２の羽根の形状を説明する。同図（ａ）は第１の羽根１１１の平面図で、図においては白く描かれているが、金属板あるいは樹脂板の両面に遮光性黒色塗装が施された板状部材が用いられる。そして羽根の下面には被駆動ピン１１１ａが、上面にも被駆動ピン１１１ｂが植設される。１１１ｃは、絞り込み時に絞り開口を形成する外縁部で、本実施形態では曲率半径Ｒ１の円弧としている。
【００３４】
同図（ｂ）は第２の羽根１１２の平面図で、ＮＤフィルタ部１１２ｄと遮光部１１２ｅ（図においては白抜きで描かれている）からなる。そして羽根の下面には被駆動ピン１１２ａが、上面にも被駆動ピン１１２ｂが植設される。ここでＮＤフィルタ部は、絞り込み時に絞り開口を形成する外縁部１１２ｃを有するが、該外縁部１１２ｃの曲率半径Ｒ２は前記第１の羽根が有する外縁部１１１ｃの曲率半径Ｒ１よりも大きくなっており、本実施形態では曲率半径Ｒ２を無限大、すなわち直線としている。
【００３５】
またＮＤフィルタ部１１２ｄは、前記外縁部１１２ｃと略直交する方向において、可視光線に対する透過率が段階的、あるいは連続的に低下する透過率分布型ＮＤフィルタとなっている。このような羽根１１２は、例えばインクジェット記録装置を用いることで、ＮＤフィルタ部１１２ｄと遮光部１１２ｅを一体的に製造できる。すなわち、大面積の透明樹脂板に、微小液滴吐出装置（インクジェット記録装置）を用いて黒色染料インクを所定パターンで吐出することで、所定の透過率分布を有したＮＤフィルタ部１１２ｄを形成する。このとき、該装置が有する複数のインクタンクの一つに、光学濃度の非常に高いインク、例えば顔料インクを用いることで、遮光部１１２ｅも同時に形成することができる。あるいは、遮光部１１２ｅのみは、異なる印刷工程で別途形成してもよい。また、遮光部１１２ｅの裏面にも同様に黒色印刷を施すことで、絞り羽根１１２の表面反射による迷光を防止すればなお良い。
【００３６】
上記方法で大面積の透明樹脂板に多数の絞り羽根パターンを印刷で形成し、プレス工程で個別の羽根を打ち抜き、最後にピン１１２ａおよび１１２ｂをカシメ固定することで、第２の羽根１１２が安価に製作できる。
【００３７】
図３は本発明の絞り機構の動作を説明する図で、第１の羽根１１１、第２の羽根１１２および地板１２１のみを示している。同図（ａ）は絞り開放時の羽根の状態を示すが、２枚の第２の羽根１１２は、地板１２１の開口部１２１ｃに対して対向する位置、すなわち１８０度の位相にて配置される。また、６枚の第１の羽根１１１は、残りの空間に４５度間隔の位相で配置される。そしてすべての羽根は地板１２１の開口部１２１ｃの外側に退避しているため、絞り機構を通過する光束径は、開口部１２１ｃの直径Ｄ０となる。
【００３８】
同図（ｂ）は、不図示の風車１３１が反時計方向に所定角度回動したときの、各羽根の配置を示したものである。ここで、対向する２枚の第１の羽根１１１が形成する絞り開口の直径をＤ１、同じく２枚の第２の羽根１１２が形成する絞り開口の直径をＤ２とすると、Ｄ１よりもＤ２が小さくなるように、前記カム溝１２１ａおよび１２１ｂの形状が決められている。すなわち風車１３１の所定の回動量に対して、第１の羽根１１１の駆動量よりも第２の羽根の駆動量が大きくなっている。
【００３９】
風車１３１の回動量を更に大きくすると、各羽根の配置は同図（ｃ）および（ｄ）のごとく変化し、風車１３１の最大回動位置で同図（ｅ）のようになる。同図（ｅ）においては、第１の羽根１１１が形成する絞り開口の直径Ｄ１は有限の値であるが、第２の羽根１１２が形成する絞り開口の直径Ｄ２はゼロとなっている。これは、前記カム溝１２１ａおよび１２１ｂの形状を適切に設定することと、前記ＮＤフィルタの外縁部１１２ｃを直線にすることで達成できる。そこで最大絞り込み時には、第１の羽根１１１が形成する絞り開口を、第２の羽根１１２が有するＮＤフィルタ部１１２ｄが完全に覆い、ＮＤフィルタの被覆率が１００％となって、ＮＤフィルタによる減光が効果的に行なわれることがわかる。
【００４０】
図４は、風車１３１の回転角に対する絞り開口径、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化の様子を説明する図である。同図（ａ）は、風車回転角に対する、前記第１の羽根１１１が形成する絞り開口径Ｄ１と、第２の羽根１１２が形成する絞り開口径Ｄ２を示す。風車回転角が小さい時は、第１の羽根１１１および第２の羽根１１２は略等しい軌跡で揺動するため、２つの開口径の差は少ない。一方風車の回転角が大きくなると、第１の開口径Ｄ１が所定値に漸近して変化率が低減するのに対して、第２の開口径Ｄ２は更に小さくなり、風車の最大回転時に開口径Ｄ２はゼロとなる。すなわち、風車回転角が小さな時は第１の絞り羽根による絞り開口径変化で光量調節を行ない、風車回転角が大きい時は絞り開口内におけるＮＤフィルタの覆い量（被覆率の大小）で光量調節を行なう。
【００４１】
同図（ｂ）は、風車回転角に対する、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化を示す図である。ここで、Ｆナンバは、
Ｆ＝ｆ／Ｄ１ ―――（式１）
で計算される数値で、ｆは本絞り機構が適用される光学系の焦点距離、Ｄ１は前記第１の開口径である。一方Ｔナンバは、
Ｔ＝Ｆ／√ｔ ―――（式２）
で計算される数値で、Ｆは上記式１によるＦナンバ、ｔは所定面積を有する開口部の透過率で、本実施形態においては、開口径Ｄ１内に挿入されたＮＤフィルタ１１２ｄの被覆率と透過率分布の相乗で決定される透過率を表わす。
【００４２】
同図（ｂ）によると、風車回転角の増加に応じてＦナンバは増加し、風車の最大回転時にＦナンバは８となる。一方、風車回転角の増加に応じてＮＤフィルタが絞り開口内に進入するので、Ｔナンバの変化率はＦナンバの変化率よりも大きい。すなわち本実施形態の絞り機構では、絞り段数換算で６段相当の光量調節能力を有しながら、回折による画質低下は４段相当の絞りと同程度に抑えられている。
【００４３】
図５は、図１ないし図４で説明した絞り機構１００を撮影装置に配置したものである。本実施例では、撮影装置は静止画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして記録するデジタルスチルカメラを例として説明する。ただし、デジタルスチルカメラに限定されることなく、銀塩フィルムカメラ、ビデオカメラ、産業用工具カメラ等の撮影装置に適用しても同様の効果を得る。
【００４４】
４００は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、フロントレンズ群４０１、バリエータレンズ群４０２、フォーカシングレンズ群４０３、光学ローパスフィルタ４０４を有する。１００は図１で示した絞り機構、４３３は露光時間を調節するシャッタ機構である。
【００４５】
また撮影光学系４００の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段４１１が配置される。これは照射された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる２次元ＣＣＤ等の光電変換手段が用いられる。
【００４６】
撮像手段４１１上に結像した被写体の像は、その明るさの強弱に応じた画素毎の電荷量として、電気信号に変換され、アンプ回路４４１で増幅された後、カメラ信号処理回路４４２で所定のγ補正等の処理を施される。なおこの処理は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号処理で行われてもよい。このようにして作られた映像信号はメモリ４４３に記録される。メモリ４４３は、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ、光磁気ディスク等の光メモリ、磁気テープ等の磁気メモリ等、種々のものが利用可能である。
【００４７】
４２１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮像手段４１１で取得した被写体像や、光学装置の動作状況を表示する。４２２は、操作スイッチ群でズームスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、露出制御モードやＡＦモード等を設定する撮影条件スイッチで構成される。４２３はズームアクチュエータで、前記ズームレンズ群４０２を駆動し、撮影光学系４００の焦点距離を変える。４２４はフォーカスアクチュエータで、前記フォーカシングレンズ群４０３を駆動し、撮影光学系４００の焦点状態を調節する。
【００４８】
４３１はＣＰＵで、撮影装置全体の動作を制御する。４３２は絞り駆動回路で、図１のステップモータ１４２を駆動し、絞り込み動作を行なう。４３３は公知のシャッタ機構で、複数枚の遮光羽根とこれを駆動するアクチュエータで構成される。４３４は前記シャッタ機構を駆動するためのシャッタ駆動回路で、前記シャッタ機構を駆動し、撮像手段４１１への露光時間を制御する。
【００４９】
図６は、図５に示した撮影装置が有するＣＰＵ４３１の制御フロー図である。以下、図６を用いて撮影装置の制御フローを説明する。
【００５０】
ステップＳ１０１を経由して、ステップＳ１０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ１０２に留まる。ステップＳ１０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ４３１はスリープ状態から脱してステップＳ１１１以降を実行する。
【００５１】
ステップＳ１１１では、撮影装置の初期化を行なう。具体的には、沈胴状態にある撮影光学系を撮影可能状態に繰り出し駆動したり、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。
【００５２】
ステップＳ１１２では、撮像手段４１１及びカメラ信号処理回路４４２を駆動して、プレビュー画像を取得し、ステップＳ１１３で表示器４２１に前記プレビュー画像を表示する。
【００５３】
ステップＳ１１４では、撮影者によってレリーズボタンの第１ストロークに連動した撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ１１２に戻り、プレビュー画像表示を繰り返し実行する。ステップＳ１１４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ１１４を脱してステップＳ１２１以降を実行する。
【００５４】
ステップＳ１２１ないしステップＳ１２２では、撮影光学系４００の焦点調節を行なう。これはいわゆる山登り式サーボＡＦと呼ばれる、画像信号の高周波成分が最大値となるフォーカス位置を探してレンズを停止させる焦点調節制御である。ステップＳ１２３では合焦したか否かを判定し、合焦していない場合は前記ステップＳ１２１およびステップＳ１２２を繰り返し実行する。合焦した場合はフォーカシングレンズの駆動を停止し、ステップＳ１３１へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１３１では、測光演算を行なう。具体的には、撮像手段４１１が受光する被写体光束の量を判定し、撮影時の光量を適切にするための絞り値とシャッタ秒時を演算する。この際、撮影装置の露出制御モードとして絞り優先ＡＥモードが選択されている場合は、撮影者によって設定された絞り値が採用される。一方シャッタ優先ＡＥモード、あるいはプログラムＡＥモードが選択されている場合は、撮影装置が内蔵する所定のプログラムに従って、絞り値を演算する。なお、絞り値とは通常はＦナンバを示すが、本実施例では図４（ｂ）で説明したＴナンバを指す。
【００５６】
ステップＳ１３２では、前記ステップＳ１３１で算出した絞り値に基づき、絞り駆動量を演算する。これは現在の絞り値とステップＳ１３１で算出した絞り値の差分に相当する。ステップＳ１３３では前記ステップＳ１３２で演算した絞り駆動量に基づいて、絞り駆動を行なう。
【００５７】
ステップＳ１３４では、レリーズボタンの第２ストロークに連動した撮影トリガスイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）がオン操作されたか否かの判定を行ない、オン操作されていない場合は前記ステップＳ１３１ないしステップＳ１３３を繰り返し実行する。一方オン操作された場合は、ステップＳ１３４からステップＳ１４１にジャンプし、撮影動作を実行する。
【００５８】
ステップＳ１４１では撮像手段４１１への画像信号の蓄積を開始する。ステップＳ１４２では、前記ステップＳ１３１で算出したシャッタ秒時に基づき、シャッタの閉動作を行なう。ステップＳ１４３では撮像手段４１１に蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、カメラ信号処理回路４４２に入力させる。ステップＳ１４４では、カメラ信号処理回路４４２において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ４３１内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。ステップＳ１４５では、上記ステップＳ１４４で得られた画像信号をメモリ４４３に記録し、ステップＳ１４６にて撮影動作が終了する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の絞り機構を組み込んだ撮影装置を用いれば、被写体輝度が高いシーンにおいても、ＮＤフィルタの減光作用によって絞り開口径を極端に小さくする必要がなく、小絞り回折が緩和される。かつ絞り開口は略円形に保たれているので、自然なボケ像が得られる。
【００６０】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、第２の羽根に形成されたＮＤフィルタの透過率分布パターンのみが異なり、それ以外の部材はすべて同一のものが使用される。
【００６１】
図７は、第２実施形態における第２の羽根２１２の平面図で、図２（ｂ）に示した第２の羽根１１２に対応する。当変形例においても、第２の羽根２１２はＮＤフィルタ部２１２ｄと遮光部２１２ｅ（図においては白抜きで描かれている）からなる。そして羽根の下面には被駆動ピン２１２ａが、上面にも被駆動ピン２１２ｂが植設される。そしての外縁部２１２ｃの曲率半径Ｒ２は、前記羽根１１２と同様に無限大、すなわち直線としている。
【００６２】
一方ＮＤフィルタ部２１２ｄの透過率分布は、前記外縁部２１２ｃの近傍の仮想点Ｐ１に対して、略放射状に透過率が段階的、あるいは連続的に低下する透過率分布型ＮＤフィルタとなっている。
【００６３】
図８は第２実施形態の絞り機構の動作を説明する図で、第１実施形態の図３に対応する。同図（ａ）は絞り開放時の羽根の状態を示し、不図示の風車の回転に応じて図（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）のごとく変化し、風車１３１の最大回動位置で同図（ｅ）のようになる。ここで、風車の回動量に対する各羽根の移動量は第１実施形態と同一であるが、ＮＤフィルタの透過率分布パターンが異なるため、小絞り状態での絞り開口部内の透過率分布が、開口中央を中心とした略点対称形状になっている。従って、この絞り機構を、第１実施形態で説明した図５の撮影装置に適用することで、撮影画像のボケがより自然な形状になる。すなわち同図（ｄ）あるいは（ｅ）において、絞り開口内のＮＤフィルタの透過率分布が開口中心に対して全方向に略均一に放射状になっているため、ボケ像が略円形に保たれるほか、回折による画像劣化も全方向に略一定となり、特定方向の解像力が劣化するといった現象が回避できる。
【００６４】
（第３実施形態）
前記第１及び第２の実施形態は、偶数枚の第１の羽根と、これとは形状の異なる２枚の第２の羽根を有し、第２の羽根のみにＮＤフィルタが形成されていた。これに対して以下に示す第３実施形態では、すべての羽根にＮＤフィルタが形成された実施形態を示す。
【００６５】
図９ないし図１１は第３実施形態の構成と作用を説明する図である。まず図９を用いて羽根の構成を説明する。
【００６６】
図９は、第３実施形態における羽根３１１の平面図で、ＮＤフィルタ部３１１ｄと遮光部３１１ｅ（図においては白抜きで描かれている）からなる。そして羽根の下面には被駆動ピン３１１ａが、上面にも被駆動ピン３１１ｂが植設される。ここでＮＤフィルタ部は、絞り込み時に絞り開口を形成する外縁部３１１ｃを有するが、この形状は仮想点Ｐ３を中心とした曲率半径Ｒ３の円弧としている。そしてＮＤフィルタ部３１１ｄの透過率分布は、前記仮想点Ｐ３に対して、略放射状に透過率が段階的、あるいは連続的に低下する透過率分布型ＮＤフィルタとなっている。
【００６７】
図１０は第３実施形態の絞り機構の動作を説明する図で、第１実施形態の図３に対応する。第３実施形態では、８枚の絞り羽根はすべて同一形状で、図９で説明した羽根３１１が用いられる。また該羽根３１１を駆動する８個のカム溝３２１ａもすべて同一形状を有する。従って、不図示の風車の回動に伴って、８枚の羽根はすべて同一の軌跡に従って駆動される。その他の構成は、図１の第１実施形態と同一のため、説明は省略する。
【００６８】
同図（ａ）は絞り開放時の羽根の状態を示し、絞り開口径Ｄ３は地板３２１の開口部３２１ｃで規定される。
【００６９】
同図（ｂ）は、不図示の風車１３１が反時計方向に所定角度回動したときの、各羽根の配置を示したものである。当実施形態においては、すべての羽根が同一軌跡で駆動するため、ＮＤフィルタ部の外縁部３１１ｃが形成する絞り開口の直径をＤ３とする。また、ＮＤフィルタ部３１１ｄと遮光部３１１ｅの境界線が形成する開口の直系をＤ４とする。
【００７０】
風車１３１の回動量を更に大きくすると、各羽根の配置は同図（ｃ）および（ｄ）のごとく変化し、風車１３１の最大回動位置で同図（ｅ）のようになる。同図（ｅ）においては、羽根３１１が形成する絞り開口の直径をＤ３は、かなり小さくなるがゼロにはできない。それは以下の理由による。第１実施形態の羽根の組み立て方法の箇所で説明したように、この種の絞り機構では８枚の羽根は、自身の先端がとなりの羽根の根元の下にもぐりこむ状態で配置され、特定の一枚が一番上に来ることなく、すべての羽根が対等な上下関係になっている。従って絞り開口径がゼロになる直前で羽根同士が互いに乗り上げ、羽根先端が光軸方向に突出するとともに、開口も完全に閉じることができなくなる。
【００７１】
図１１は、風車１３１の回転角に対する絞り開口径、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化の様子を説明する図である。同図（ａ）は、風車回転角に対する、羽根３１１が形成する絞り開口径Ｄ３及びＤ４を示す。風車回転角の増加に伴って開口径Ｄ３が低減し、風車の最大回転時に開口径Ｄ３は極めて小さな値になる。一方開口径Ｄ４は、風車回転角が小さい時は地板の開口部３２１ｃで規定される開口径Ｄ０より大きいため、同図ではＤ０で示し、風車回転角の増加に伴ってＤ４が地板の開口部３２１ｃの内側に侵入してからのちは、真のＤ４の値を示している。
【００７２】
同図（ｂ）は、風車回転角に対する、Ｆナンバ、およびＴナンバの変化を示す図である。ここで、Ｆナンバは、
Ｆ＝ｆ／Ｄ４ ―――（式３）
で計算される数値で、ｆは本絞り機構が適用される光学系の焦点距離、Ｄ４は前記羽根３１１のＮＤフィルタ部と遮光部の境界で規定される開口径である。一方Ｔナンバは、
Ｔ＝Ｆ／√ｔ ―――（式４）
で計算される数値で、Ｆは上記式３によるＦナンバ、ｔは所定面積を有する開口部の透過率で、本実施形態においては、開口径Ｄ４内に進入しているＮＤフィルタ３１１ｄの被覆率と透過率分布の相乗で決定される透過率を表わす。
【００７３】
同図（ｂ）によると、Ｆナンバ変化率は第１実施形態とは異なるが、Ｔナンバの変化率は第１実施形態とほぼ同一である。すなわち本実施形態の絞り機構においても、絞り段数換算で６段相当の光量調節機能の光量調節能力を有しながら、回折による画質低下は４段相当の絞りと同程度に抑えられる。
【００７４】
さらに、開放時を除くすべての絞り値において、絞り開口内の透過率分布が周辺に向かって低下する、いわゆるアポダイゼイション絞りとなっている。従って、この絞り機構を第１実施形態で説明した図５の撮影装置に適用することで、回折の影響が緩和されるとともに、ボケ像もより自然になり、高品位な画像が得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絞り機構の絞り羽根先端にＮＤフィルタ部を形成し、該ＮＤフィルタ部の外縁部形状と透過率分布を適切に設定したため、小絞り状態でのＮＤフィルタの被覆率を大きくできる。そのため、ＮＤフィルタによる光量調節作用を最大限に利用でき、小絞り回折を防止するとともに、絞り開口形状も略円形に維持でき、ボケ像の不自然さを防止できる。そして従来の絞り機構に対して、大きさ、コストも同等に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図２】本発明第１実施形態における絞り羽根の平面図である。
【図３】本発明第１実施形態における絞り動作説明図である。
【図４】本発明第１実施形態における絞り羽根の駆動量説明図である。
【図５】本発明における撮影装置の構成図である。
【図６】本発明における撮影装置の制御フロー図である。
【図７】本発明第２実施形態における絞り羽根の平面図である。
【図８】本発明第２実施形態における絞り動作説明図である。
【図９】本発明第３実施形態における絞り羽根の平面図である。
【図１０】本発明第３実施形態における絞り動作説明図である。
【図１１】本発明第３実施形態における絞り羽根の駆動量説明図である。
【符号の説明】
１００ 絞り機構
１１１ 第１の羽根
１１１ｃ 外縁部
１１２ 第２の羽根
１１２ｃ 外縁部
１１２ｄ ＮＤフィルタ部
１１２ｅ 遮光部
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｃ ピン
１２１ 地板
１２１ａ 第１のカム溝
１２１ｂ 第２のカム溝
１２１ｃ 開口部
１３１ 風車
１３１ａ 穴
１３１ｃ 開口部
１３２ ギヤ
１４１ カバー板
１４２ ステップモータ
１４２ａ ロータ
１４２ｂ ピニオンギヤ
２１２ 第２の羽根
２１２ｃ 外縁部
２１２ｄ ＮＤフィルタ部
２１２ｅ 遮光部
３１１ 羽根
３１１ｃ 外縁部
３１１ｄ ＮＤフィルタ部
３１１ｅ 遮光部
３２１ 地板
３２１ａ カム溝
４００ 撮影光学系
４１１ 撮像手段
４３１ ＣＰＵ
４３２ 絞り駆動回路
４３３ シャッタ機構
４３４ シャッタ駆動回路
Claims (7)
- 開口部の周囲に設けられた複数枚の絞り羽根を駆動して前記開口部を通過する光束の量を調節する光量調節装置において、遮光性を有する偶数枚の第１の羽根と、少なくとも一部分にＮＤフィルタ部が形成されるとともに前記開口部の中心に対して略１８０度の位相に配置された２枚の第２の羽根を有することを特徴とする光量調節装置。
- 前記第１の羽根における光量調節用外縁部の曲率半径に対して、前記ＮＤフィルタ部における光量調節用外縁部の曲率半径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
- 前記ＮＤフィルタ部は、前記外縁部に対して略直交する方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化していることを特徴とする請求項２に記載の光量調節装置。
- 前記ＮＤフィルタ部は、前記外縁部近傍の仮想点に対して略放射方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする請求項２に記載の光量調節装置。
- 開口部の周囲の同一平面状に設けられた複数枚の絞り羽根を駆動して前記開口部を通過する光束の量を調節する光量調節装置において、前記絞り羽根は少なくとも一部分にＮＤフィルタ部が形成されるとともに、すべての羽根が実質同一の形状を有することを特徴とする光量調節装置。
- 前記ＮＤフィルタ部は略円弧状の外縁部を有するとともに、前記外縁部に対して略直交する方向に透過率が連続的あるいは段階的に変化することを特徴とする請求項５に記載の光量調節装置。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光量調節装置と、被写体像を形成する撮影光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記光電変換された信号を記録する記録手段とを有し、前記光量調節装置を前記撮影光学系に配置することを特徴とする撮影装置。
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