JP2005156936A

JP2005156936A - 周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ及び光学装置

Info

Publication number: JP2005156936A
Application number: JP2003395197A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Takano; 博成高野; Shunsuke Kimura; 俊介木村; Michihiro Yamagata; 道弘山形; Yasuhiro Tanaka; 康弘田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】カメラの撮影において、通常被写体を画面の中央部に置くことが多い。しかし、被写体の後方側に強い光源があると、被写体が逆光となり、被写体が黒く潰れてしまう。
【解決手段】本発明は、少なくとも２種類の光透過率の異なる部材を接合し、それぞれの部材の中心部と周辺部の厚さの相違を利用して中心部より周辺部の光透過率が連続的に低くなるようにし、逆光撮影において被写体が不自然な撮影にならないようにした光量制限フィルタである。
【選択図】図２

Description

本発明は、通常の銀塩式のカメラやビデオカメラなどの撮影時にその画面周辺部の光透過率を制限する光量調整に使用される光量制限フィルタ及び光学装置に関する。

図１２（ａ）、（ｂ）は従来の銀塩式のカメラやビデオカメラなどのレンズ鏡筒に取付けて使用される光量制限フィルタ１の正面図と断面図である。フィルタ１は円状の枠２に硝子などからなる光透過率の高い部材３の表面半分に、光透過率の低い膜４を取付けた構成からなり、この膜４によって部分的に透過光量を低減するようにしたものである。

また、図１３に示し、特許文献１に開示されているように、フィルタ１の中心部に光透過率の低い膜４を設けることで、中心部の入射光量を低減し、広角レンズなどを用いた撮影時に撮像面の中心部の入射光量を抑えることで、画面の周辺光量比を高めるようにしたもの、さらに、図１４に示すようにフィルタ１の周辺部に光透過率の低い膜４を設け、撮像時に撮像面の周辺へ入射する光量を制限するようにしたものがある。
特開平０９−１５６８１号公報

一般に、カメラの撮影において、通常の構図では被写体を画面の中心部に置くことが多いが、しかし、このような場合被写体の後方に強い光源があると、被写体が逆光となって黒く潰れてしまう。

上記のような逆光による不具合を補正するために、図１４に示すフィルタをカメラに取付けて周辺光量を制限した状態で撮影する。しかし、この場合の光透過率特性は図１５に実線で示すように、膜４による光透過率が周辺部にかけて段階的に低下し、連続的な光透過率の低下が得られず、このため極めて不自然な撮影像となる。

また、図１２に示すフィルタにおいては、上記とは逆に中心部にかけて段階的に光透過率が低下し、これにおいても連続的な光透過率の低下が得られないものであり、さらに、図１２に示すフィルタは中心部から放射状に光量を制限することができない。

本発明は、上記のような従来の課題を解決するために、２種類の異なる光透過率を有する光学材料の組合せにより、フィルタの周辺部の光透過率を数十パーセントから数パーセントまで、連続的に減少させるようにしたもので、具体的には２種類の異なる光透過率を有する光学材料のパワーをそれぞれ正と負、あるいは負と正とし、下記条件式（１）〜（５）を満たしていることを特徴とする周辺減光フィルタである。
（１） |ｆｄ|＞500
（２） |ｒ１１|＞500
（３） |ｒ２２|＞500
（４） |ｒ１２|／Tｐ＞120
（５） |ｒ１２|／Ｄｎ＞7
但し、
ｆｄ：設計波長におけるフィルタの合成焦点距離（ｍｍ）
Ｔｐ：高い光透過率を有する部材の中心部の厚さ
Ｄｎ：低い光透過率を有する部材の有効半径
ｒ１１：高い光透過率を有する部材の接合面でない面の曲率半径（ｍｍ）
ｒ１２：接合面の曲率半径（ｍｍ）
ｒ２２：低い光透過率を有する部材の接合面でない面の曲率半径（ｍｍ）
とする。

なお、併用するレンズの光学性能を損なわないためには、フィルタ自体はパワーがないことが望ましいが、フィルタの焦点距離が500ｍｍ以上であれば、併用するレンズの光学性能に与える影響は十分小さい。上記の式(２)、(３)はフィルタのパワーが十分に少なくなるために必要な条件である。

フィルタのパワーを少なくするには、表面を平面とするのが望ましいが、曲率半径が500ｍｍ以上であれば、十分に平面とみなすことができる。

また、緩やかに変化する光透過率特性をもたらすのに、接合面は球面である必要がある。上記式（４）、（５）では接合面の曲率を制限した。

また、フィルタを構成する部材の屈折率に関しては、下記の式（６）であることを特徴とする。
（６）0.9＜｜nd1/nd2｜＜1.1
但し、
nd1：高い光透過率を有する部材の設計波長の屈折率
nd2：低い光透過率を有する部材の設計波長の屈折率
とする。

さらに、接合面は球面であるため、両方の部材の屈折率は近いものでないとフィルタにパワーが生じる。

また、フィルタを構成する部材の光透過率が下記の式（７）〜（８）であることを特徴とする。
（７）60％＜τ１＜100％
（８） 0％＜τ２＜50％
但し、
τ1：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの高い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
τ2：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの低い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
とする。

なお、フィルタの厚みの差を利用して、光透過率を制限するのに、上記式(６)のように高い光透過率を有する部材と低い光透過率を有する部材の組み合わせでなければならない。

また、フィルタ全体を薄く構成する場合、下記の式（９）、（１０）のように、正の部材の光透過率を高くし、負の部材の光透過率を低くしなければならない。
（９） 95％＜τ１＜100％
（１０）0％＜τ２＜30％
但し、
τ1：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの高い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
τ2：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの低い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
とする。

また、撮像光学系と併用するフィルタの内部反射を抑えるため、それぞれの部材の屈折率が下記の式(１１)を満足する必要がある。
（１１） 0.97＜｜nd1/nd2｜＜1.03
但し、
nd1：高い光透過率を有する部材の屈折率
nd2：低い光透過率を有する部材の屈折率
とする。

さらに、広角レンズ用のフィルタとして、超薄型が求められる場合、各部材の光透過率が下記の式（１２）、（１３）を満足することが望ましい。
（１２） 90％＜τ１＜100％
（１３） 0％＜τ２＜13％
但し、
τ1：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの高い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
τ2：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの低い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
とする。

以上のような本発明によれば、フィルタの周辺部の光透過率を数十パーセントから数パーセントまで、連続的に減少させる効果をもち、被写体を画面の中央に置いた状態での逆光撮影では、周辺光量を減少させ、露出補正ができる。また、撮像光学系以外の光学系にも同様な効果が得られる。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１について、図１および図２を用いて説明する。図１は実施例１におけるフィルタの正面図であり、図２はその断面図である。

５は周辺減光効果をもつ光量制限フィルタであり、６はその枠、７は硝子などからなる負のパワーを有する低い光透過率の第１の部材、また８は硝子などからなる正のパワーを有する高い光透過率の第２の部材で、これらの第１の部材７と第２の部材８は球面で接合された状態で枠６と一体に構成されている。

上記フィルタ５の物体側（図面では左側以下同じ）の面を１面、接合面を２面、像側の面を３面とした時の数値例を表１に示す。なお、厚さはそれぞれ中心部の厚さである。

上記実施例１で示したフィルタ５の中心から周辺にかけての距離における光透過率を図４のＡで示す。

フィルタ５全体としての中心部の光透過率は0.997であり、これに対して36ｍｍの最周辺部の光透過率は0.125と中心部の透過率のほぼ１／８になっている。

第１の部材７と第２の部材８との接合面を球面としたことで、光透過率の減少を示す図４のＡは直線と見なすことができ、緩やかに減少している。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。図３は実施例２のフィルタ５の断面図であり、上記実施例１の構成部分と同一部分には同一の符号が附してある。この実施例２は物体側に硝子などからなる正のパワーを有する高い光透過率の第２の部材８が配置され、像側に硝子などからなる負のパワーを有する低い光透過率の第１の部材７が配置されており、そしてこの例においても第１の部材７と第２の部材８の接合面は球面となっている。

この実施例２の数値例を表２に示す。

図４のＢはこのフィルタ５の中心から周辺にかけての光透過率を示す。

この実施例２は実施例１のフィルタと同じく、中心部の光透過率が0.997であり、これに対して、最周辺部の光透過率は0.125と中心部の透過率のほぼ１／８になっている。

また、この実施例２におけるフィルタ５の光透過率の減少の傾向として、実施例１のものに比べて実施例２のフィルタ５はその中心部に近い位置の減少はやや大きい。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。図５は実施例３のフィルタ５の正面図であり、図６はその断面図である。上記実施例１の構成部分と同一部分には同一の符号が附してある。この実施例３は物体側に硝子などからなる負のパワーを有する低い光透過率の第１の部材７が配置され、像側に硝子などからなる正のパワーを有する高い光透過率の第２の部材８が配置されており、そしてこの例においても第１の部材７と第２の部材８の接合面は球面となっている。

この実施例３の数値例を表３に示す。

図７のＡはこのフィルタ５の中心から周辺にかけての光透過率を示す。

このフィルタ５全体の中心部の光透過率は0.997であり、これに対して最周辺部の光透過率は0.250で、中心部の透過率のほぼ１／４になっている。

（実施例４）
本発明の実施例４について説明する。図８は実施例４のフィルタ５の正面図であり、
図９はその断面図である。上記実施例１の構成部分と同一部分には同一の符号が附してある。この実施例４は物体側に硝子などからなる負のパワーを有する低い光透過率の第１の部材７が配置され、像側に硝子などからなる正のパワーを有する高い光透過率の第２の部材８が配置されており、そして、この例においては第１の部材７と第２の部材８の接合面は非球面となっている。

この実施例４の数値例を表４に示す。

上記において、第２面の面形状は次式で求めることができる。

Ａを非球面係数、ｒを曲率半径とし、Ａ=8.55×10^-15とする。

図７のＢはこのフィルタ５の中心部から周辺にかけての光透過率を示す。

このフィルタ５においても、中心部の光透過率が0.997に対して、最周辺部の光透過率は0.125となり、中心部の光透過率のほぼ１/8になっている。

なお、上記実施例４の部材７と８の接合面の非球面式は、上記の式に限らず、他の非球面式を用いたものであってもよい。

（実施例５）
本発明の実施例５について図１０を参照して説明する。この実施例５はフィルタ５をカメラの一般的な広角レンズ体９からなる光学系と組合わせた光学装置であり、フィルタ５は物体側に負のパワーを有する低い光透過率の第１の部材が配置され、像側に正のパワーを有する高い光透過率の第２の部材が配置されており、そして、この例においては第１の部材と第２の部材の接合面は球面となっている。

この実施例５におけるフィルタ５の数値例を表５に示す。

図１１のＡは広角レンズ体９の中心部から周辺部にかけての透過光量比を示し、Ｂはフィルタ５と広角レンズ体９が組合わせられた光学装置の光軸中心部から周辺部にかけての透過光量比を示す。

広角レンズ体にフィルタを組合わせた場合、フィルタの厚みが厚くなるとケラレが生じてくる。この実施例５ではフィルタの厚さを1.76ｍｍとすることにより、撮像面１０上の周辺光量比は0.09となった。そして、図１１のＢで示すように、全体の減光は緩やかになっている。

以上の各実施例では、部材７及び８は硝子からなるもので説明したが、これは樹脂などからなるものでも同様であり、また、実施例１〜４のフィルタは実施例５のフィルタと同様にカメラなどのレンズ体と組合わせて使用されるものであり、かつこれらのレンズ体は広角レンズ体に限られるものではない。

本発明は、フィルタの周辺部と中心部との間で、光透過率を数十パーセントから数パーセントまで連続的に減少させることができるため、逆光撮影によって被写体が不自然に黒くつぶれるようなことをなくする撮影に用いることができる。

また、撮像系以外の光学系において、中心部と周辺部の光透過率を連続的に変えたい場合にも用いることができる。

本発明の実施例１におけるフィルタの正面図本発明の実施例１におけるフィルタの断面図本発明の実施例２におけるフィルタの断面図フィルタの光透過率を示す図本発明の実施例３におけるフィルタの正面図本発明の実施例３におけるフィルタの断面図フィルタの光透過率を示す図本発明の実施例４におけるフィルタの正面図本発明の実施例４におけるフィルタの断面図本発明の実施例５におけるフィルタを組合わせた光学装置の断面図本発明の実施例５のフィルタと光学装置の中心からの周辺光量比を示す図従来のフィルタの正面図及び断面図従来のフィルタの正面図従来のフィルタの正面図従来のフィルタの光透過率を示す図

符号の説明

５光量制限フィルタ
６枠
７第１の部材
８第２の部材
９広角レンズ体
１０撮像面

Claims

少なくとも２種類の異なる光透過率を有する光学材料からなる部材を接合し、前記２種類の部材のパワーをそれぞれ正と負あるいは負と正とし、下記条件式（１）〜（５）を満たしていることを特徴とする周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
（１） |ｆｄ|＞500
（２） |r11|＞500
（３） |r22|＞500
（４） |r12|/Tｐ＞120
（５） |r12|/Ｄｎ＞7
但し、
ｆｄ：設計波長におけるフィルタの合成焦点距離（ｍｍ）
Ｔｐ：高い光透過率を有する部材の中心部の厚さ
Ｄｎ：低い光透過率を有する部材の有効半径
ｒ１１：高い光透過率を有する部材の接合面でない面の曲率半径（ｍｍ）
ｒ１２：接合面の曲率半径（ｍｍ）
ｒ２２：低い光透過率を有する部材の接合面でない面の曲率半径（ｍｍ）
設計波長におけるフィルタの合成焦点距離をゼロとし、表面が平面からなることを特徴とする請求項１に記載の周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
２種類の部材の屈折率は下記の式（６）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
（６） 0.9＜｜nd1/nd2｜＜1.1
但し、
nd1：高い光透過率を有する部材の設計波長の屈折率
nd2：低い光透過率を有する部材の設計波長の屈折率
２種類の部材の光透過率は下記の式（７）〜（８）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
（７） 60％＜１＜100％
（８） 0％＜２＜50％
但し、
1：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの高い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
2：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの低い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
２種類の部材の光透過率は下記の式（９）〜（１０）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
（９） 95％＜１＜100％
（１０） 0％＜２＜30％
但し、
1：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの高い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
2：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの低い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
２種類の部材の屈折率は下記の式（１１）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
（１１） 0.97＜｜nd1/nd2｜＜1.03
但し、
nd1：高い光透過率を有する部材の設計波長の屈折率
nd2：低い光透過率を有する部材の設計波長の屈折率
２種類の部材の光透過率は下記の式（１２）〜（１３）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の周辺減光効果をもつ光量制限フィルタ。
（１２） 90％＜１＜100％
（１３） 0％＜２＜13％
但し、
1：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの高い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
2：設計波長の光が厚さ2.5ｍｍの低い光透過率を有する部材を通過したときの透過率
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のフィルタを組合わせたことを特徴とする光学装置。