JP2005301155A - Optical filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として撮像素子を用いるビデオカメラ、デジタルスチルカメラや交換レンズ装置などの光学機器に用いられるもNDフィルタ等と称される光学フィルタに関する。 The present invention relates to an optical filter called an ND filter or the like that is mainly used in an optical apparatus such as a video camera, a digital still camera, or an interchangeable lens device using an image sensor.
ビデオカメラ、デジタルカメラなどの光学機器においては、撮像素子の大きさはそのままにして画素を増大させる所謂「高画素化」により、得られる画像の精細度の向上と小型化とを両立させている。但し、「高画素化」のために、撮像素子の画素ピッチが短くなってくると、絞り装置が小絞り状態にあるときの光の回折現象による像劣化が発生し易くなる。 In optical devices such as video cameras and digital cameras, the so-called "higher pixel" that increases the number of pixels while maintaining the size of the image sensor keeps both the improvement of the definition of the image obtained and the size reduction. . However, if the pixel pitch of the image sensor becomes shorter due to “higher pixels”, image degradation is likely to occur due to light diffraction when the aperture device is in the small aperture state.
具体的には、絞り装置において絞り値のコントロール(開口制御)を、この像劣化が発生しないように行おうとすると、EV値の3〜4段分程度しかコントロールに用いられない。例えば、開放F値が2のレンズの場合、2〜5.6とか2から8程度までしか絞りを操作できず、それ以上の小絞りを用いると、回折による像劣化が発生してしまう。 Specifically, if the aperture value is controlled (aperture control) in the aperture device so that this image deterioration does not occur, only about 3 to 4 stages of the EV value are used for the control. For example, in the case of a lens having an open F value of 2, the diaphragm can be operated only from 2 to 5.6 or from about 2 to 8, and if a smaller diaphragm than that is used, image degradation due to diffraction occurs.
そこで、デジタルカメラにおいては、メカシャッタの高速側シャッタ速度を上げていくなどの手法も採られているが、機械的な限界があり、所望のシャッタ速度を得るにはアクチュエータのトルクを上げるなど機器の大型化を伴う。 Therefore, in digital cameras, methods such as increasing the shutter speed on the high speed side of the mechanical shutter are also adopted, but there are mechanical limitations, and in order to obtain a desired shutter speed, the torque of the actuator is increased. Accompanying an increase in size.
また、ビデオカメラなどの動画撮影が可能な光学機器においては、メカシャッタを用いることはできず、電荷蓄積時間をコントロールする電子的シャッタ速度のコントロールを行うことはできるが、得られた画像がパラパラと動いて見え、動画としての自然な動きに見えないという欠点も有する。 In addition, in an optical apparatus capable of shooting a moving image such as a video camera, a mechanical shutter cannot be used, and an electronic shutter speed for controlling a charge accumulation time can be controlled. It also has the disadvantage that it appears to move and cannot be seen as a natural motion as a moving image.
そこで、ビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置には、NDフィルタと称される減光作用を有する光学フィルタを用いて、小絞り状態での回折現象による像劣化を抑えている。 Therefore, a light amount adjusting device used in an optical apparatus such as a video camera or a digital camera uses an optical filter having a dimming action called an ND filter to suppress image deterioration due to a diffraction phenomenon in a small aperture state. Yes.
このようなNDフィルタには、絞り開口の内側に向かって透過率が順に大きくなるよう複数の濃度領域を有する多濃度NDフィルタが提案されている(特許文献1参照)。また、濃度が連続的に変化する、いわゆるグラデーションNDフィルタも提案されている(特許文献2参照)。 As such an ND filter, there has been proposed a multi-density ND filter having a plurality of density regions such that the transmittance increases in order toward the inside of the aperture opening (see Patent Document 1). A so-called gradation ND filter in which the density changes continuously has also been proposed (see Patent Document 2).
さらに、絞り羽根と複数濃度を有するNDフィルタの制御とシャッタ速度の制御とを組み合わせて行う露出制御方法も種々提案されている(特許文献3参照)。
しかしながら、従来のグラデーションもしくは多濃度NDフィルタを用いた露出(光量)コントロールでも、NDフィルタの透過率の変化範囲がEV値の4段程度である。したがって、絞り装置と同様、広範な被写体の明るさに対して制御可能な段数が限られてしまい、様々な明るさの被写体に対して良好な画像を得ることが難しい。 However, even in exposure (light quantity) control using a conventional gradation or multi-density ND filter, the change range of the transmittance of the ND filter is about four EV values. Therefore, like the aperture device, the number of controllable steps is limited for a wide range of subject brightness, and it is difficult to obtain good images for subjects with various brightnesses.
本発明は、光量コントロールの範囲を従来よりも拡大することができるようにした光学フィルタおよびこれを用いた光学機器を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an optical filter and an optical apparatus using the same that can expand the range of light amount control as compared with the conventional one.
上記の目的を達成するために、1つの観点としての本発明は、減光作用を有する光学フィルタにおいて、フィルタベースと、該フィルタベース上に形成され、第1のグラデーション領域を有する第1の光学膜と、該第1の光学膜と少なくとも一部が光軸方向において重なるように形成され、かつ第2のグラデーション領域を有する第2の光学膜とを有する。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided an optical filter having a dimming function, a first optical element having a first gradation region formed on the filter base and the filter base. A film, and a second optical film that is formed so as to at least partially overlap the first optical film in the optical axis direction and has a second gradation region.
本発明によれば、それぞれグラデーション領域を有する第1および第2の光学膜を組み合わせることにより、1つの光学フィルタのみで行うことが可能な光量コントロールの範囲や光透過率の設定自由度を従来よりも拡大することができる。特に、フィルタベースの面内方向において、第1のグラテーション領域と第2のグラデーション領域の両端のうち少なくとも一方の位置を互いに異ならせたり、第1のグラデーション領域と第2のグラデーション領域の長さを互いに異ならせたり、第1のグラデーション領域と第2のグラデーション領域とが光軸方向において互いに異ならないように形成したりすることで、様々な光透過率の変化形態を得ることができる。 According to the present invention, by combining the first and second optical films each having a gradation region, the range of light amount control that can be performed with only one optical filter and the degree of freedom in setting the light transmittance are conventionally achieved. Can also be enlarged. In particular, in the in-plane direction of the filter base, the positions of at least one of the both ends of the first gradation region and the second gradation region are different from each other, or the lengths of the first gradation region and the second gradation region are different. By making the first and second gradation regions different from each other in the optical axis direction, various light transmittance variation forms can be obtained.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図10A,Bには、本発明の実施例であるグラデーションNDフィルタを備えたビデオカメラ(光学機器)のレンズ鏡筒部の構成を示している。なお、図10Bは図10AにおけるA−A線断面を示している。 FIGS. 10A and 10B show the configuration of the lens barrel of a video camera (optical apparatus) provided with a gradation ND filter that is an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 10B has shown the AA sectional view in FIG. 10A.
本実施例では、ビデオカメラにおいて最も一般的に用いられる、物体側から順に、固定の凸、可動の凹、固定の凸、可動の凸からなる4つのレンズユニットにより構成されたズームレンズを採用している。 In this embodiment, a zoom lens composed of four lens units, which are most commonly used in a video camera, in order from the object side, is composed of a fixed convex, a movable concave, a fixed convex, and a movable convex. ing.
このズームレンズを構成する4つのレンズユニットは、固定された前玉レンズ201aと、光軸に沿って移動することで変倍動作を行うバリエータレンズ201bと、固定されたアフォーカルレンズ201cと、光軸に沿って移動することで変倍時の焦点面維持と焦点合わせを行うフォーカシングレンズ201dとにより構成されている。また、バリエータレンズ201bとアフォーカルレンズ201cとの間には、NDユニット252が固定されて配置されている。NDユニット252には、後述する本実施例のグラデーションNDフィルタが設けられており、該グラデーションNDフィルタは、ステッピングモータ等のND駆動源250によって駆動されることにより、固定の絞り口径(開放口径)を覆う領域を変化させることができる。
The four lens units constituting the zoom lens include a
なお、本実施例のビデオカメラには、従来のような絞り羽根を駆動して絞り開口を変化させて光量を調節する絞り装置は搭載されていない。 The video camera of this embodiment is not equipped with a diaphragm device that adjusts the amount of light by driving the diaphragm blades and changing the aperture of the diaphragm.
ガイドバー203,204a,204bは光軸205と平行に配置され、移動するレンズの案内および回り止めを行う。DCモータ206はバリエータレンズ201bを移動させる駆動源となる。
前玉レンズ201aは前玉鏡筒202に保持され、バリエータレンズ201bはV移動環211に保持されている。また、アフォーカルレンズ201cは中間枠215に、フォーカシングレンズ201dはRR移動環214に保持されている。
The
前玉鏡筒202は、後部鏡筒216に位置決め固定されており、両鏡筒202,216によってガイドバー203が位置決め支持されているとともに、ガイドスクリュー軸208が回転可能に支持されている。このガイドスクリュー軸208は、DCモータ206の出力軸206aの回転がギア列207を介して伝達されることにより回転駆動される。
The
バリエータレンズ201bを保持するV移動環211は、押圧ばね209とこの押圧ばね209の力でガイドスクリュー軸208に形成されたスクリュー溝208aに係合するボール210とを有しており、DCモータ206によってガイドスクリュー軸208が回転駆動されることにより、ガイドバー203にガイドおよび回転規制されながら光軸方向に進退移動する。なお、バリエータレンズ201bの駆動源としては、DCモータ以外に、ステッピングモータ、圧電効果を利用した振動型アクチュエータ、静電アクチュエータ等を用いてもよい。
The
後部鏡筒216とこの後部鏡筒216に位置決めされた中間枠215とによって、ガイドバー204a,204bが支持されている。RR移動環214は、これらガイドバー204a,204bによってガイドおよび回転規制されながら光軸方向に進退可能である。そして、前玉鏡筒202、中間枠215および後部鏡筒216により、レンズ等を略密閉収容する鏡筒本体が形成される。
The
フォーカシングレンズ201dを保持するRR移動環214には、ガイドバー204a,204bにスライド可能に嵌合するスリーブ部が形成されており、またラック213が光軸方向についてRR移動環214と一体的となるように組み付けられている。
The
ステッピングモータ212は、その出力軸に一体形成されたリードスクリュー212aを回転駆動する。リードスクリュー212aにはRR移動環214に組み付けられたラック213が係合しており、リードスクリュー212aが回転することによって、RR移動環214がガイドバー204a,204bによりガイドされながら光軸方向に移動する。
The stepping
また、上記のようにステッピングモータを用いてレンズを移動させる場合には、フォトインタラプタ等を用いて、保持枠が光軸方向の所定の基準位置に位置することを検出した後に、ステッピングモータに与える駆動パルスの数を連続的にカウントすることにより、保持枠の絶対位置を検出する。但し、基準位置の検出は、ホール素子やMRセンサ等の他の検出器を用いて行ってもよい。 Further, when the lens is moved using the stepping motor as described above, it is applied to the stepping motor after detecting that the holding frame is located at a predetermined reference position in the optical axis direction using a photo interrupter or the like. The absolute position of the holding frame is detected by continuously counting the number of drive pulses. However, the reference position may be detected using another detector such as a Hall element or an MR sensor.
図11には、上記ビデオカメラの電気的構成を示している。この図において、図10A,Bにて説明したレンズ鏡筒部の構成要素については、図10A,Bと同符号を付す。 FIG. 11 shows an electrical configuration of the video camera. In this figure, the same reference numerals as those in FIGS. 10A and 10B denote the components of the lens barrel described in FIGS.
221はCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子、222はバリエータレンズ201bの駆動機構であり、DCモータ206(又はステッピングモータ)、ギア列207およびガイドスクリュー軸208等を含む。
223はフォーカシングレンズ201dの駆動機構であり、ステッピングモータ212、リードスクリュー軸212aおよびラック213等を含む。
A
224はバリエータレンズ201bとアフォーカルレンズ201cとの間に配置された絞り装置235の駆動機構である。
225はズームエンコーダ、227はフォーカスエンコーダである。これらのエンコーダはそれぞれ、バリエータレンズ201bおよびフォーカシングレンズ201dの光軸方向の絶対位置を検出する。なお、図9A,Bに示すようにバリエータ駆動源としてDCモータを用いる場合には、ボリューム等の絶対位置エンコーダを用いたり、磁気式のものを用いたりする。
225 is a zoom encoder and 227 is a focus encoder. Each of these encoders detects the absolute position of the
251はNDエンコーダであり、ND駆動源250の内部にホール素子を配置し、ロータとステータの回転位置関係を検出する方式のものなどが用いられる。
232は本ビデオカメラの制御を司るCPUである。228はカメラ信号処理回路であり、固体撮像素子221の出力に対して所定の増幅やガンマ補正などを施す。これらの所定の処理を受けた映像信号のコントラスト信号は、AEゲート229およびAFゲート230を通過する。即ち、露出決定およびピント合わせのために最適な信号の取り出し範囲が全画面内のうちこのゲートで設定される。このゲートの大きさは可変であったり、複数設けられたりする場合がある。
A
231はAF(オートフォーカス)のためのAF信号を処理するAF信号処理回路であり、映像信号の高周波成分に関する1つもしくは複数の出力を生成する。233はズームスイッチ、234はズームトラッキングメモリである。ズームトラッキングメモリ234は、変倍に際して被写体距離とバリエータレンズ201bの位置に応じてセットすべきフォーカシングレンズの位置情報を記憶する。なお、ズームトラッキングメモリとしてCPU232内のメモリを使用してもよい。
例えば、撮影者によりズームスイッチ233が操作されると、CPU232は、ズームトラッキングメモリ234の情報をもとに算出したバリエータレンズ201bとフォーカシングレンズ201dの所定の位置関係が保たれるように、ズームエンコーダ225の検出結果となる現在のバリエータレンズの光軸方向の絶対位置と算出されたバリエータレンズ201bのセットすべき位置、およびフォーカスエンコーダ227の検出結果となる現在のフォーカスレンズの光軸方向の絶対位置と算出されたフォーカシングレンズのセットすべき位置がそれぞれ一致するように、ズーム駆動機構222とフォーカスシング駆動機構223を駆動制御する。
For example, when the photographer operates the
また、AF動作では、AF信号処理回路231の出力がピークを示すように、CPU232は、フォーカシング駆動機構223を駆動制御する。
In the AF operation, the
さらに、適正露出を得るために、CPU232は、AEゲート229を通過したY信号の出力の平均値を所定値として、NDエンコーダ251の出力がこの所定値となるようにND駆動源250を駆動制御して、光量をコントロールする。
Further, in order to obtain proper exposure, the
図1には、本実施例の特徴となるグラデーションNDフィルタの光軸直交断面を示す図である。なお、図1の上下方向が光軸方向に相当する。 FIG. 1 is a diagram showing a cross section orthogonal to the optical axis of a gradation ND filter that is a feature of the present embodiment. Note that the vertical direction in FIG. 1 corresponds to the optical axis direction.
図1において、1はPET等により形成された透明のフィルタベースである。このフィルタベース1は、グラデーション濃度領域(以下、グラデーション領域という)および均一濃度領域を構成するためのベースとなる。図1において、フィルタベース1の上側の面を第1の面2と称し、下側の面を第2の面3と称する。
In FIG. 1,
4Aはフィルタベース1の第1の面2に蒸着された多層膜からなる光学膜(以下、第1の光学膜という)である。なお、図中の第1の光学膜4Aは6層構造を有するが、層の数はこの限りではない。また本実施例では、Al2O3層とTiO層とを交互に形成する場合を示しているが、各層の材質もこの限りではない。
4Bはフィルタベース1の第2の面3に蒸着された多層膜からなる光学膜(以下、第2の光学膜という)である。なお、図中の第2の光学膜4Bは6層構造を有するが、層の数はこの限りではない。また本実施例では、Al2O3層とTiO層とを交互に形成する場合を示しているが、各層の材質もこの限りではない。さらに、第1の光学膜4Aと第2の光学膜4Bの層数を異ならせてもよいし、材質を異ならせてもよい。
4B is an optical film (hereinafter referred to as a second optical film) made of a multilayer film deposited on the
また、本実施例では、光学膜を蒸着により形成する場合について説明するが、蒸着以外の方法、例えば印刷による方法を用いて光学膜を形成してもよい。 In this embodiment, the case where the optical film is formed by vapor deposition will be described. However, the optical film may be formed using a method other than vapor deposition, for example, a printing method.
図1において、5は第1の光学膜4Aにおける透過率が最小の領域(以下、第1の最小透過率領域という)である。この領域の透過率(濃度)は均一である。6は第1の光学膜4Aにおけるグラデーション領域(以下、第1のグラデーション領域という)であり、第1の最小透過率領域5側とは反対側に向かって膜厚および透過率(濃度)が漸次減少する。
In FIG. 1,
7はフィルタベース1の第1の面2において、第1の光学膜4Aが形成されていない透明領域(以下、第1の透明領域という)である。
8は第2の光学膜4Bにおける透過率が最小の領域(以下、第2の最小透過率領域という)である。この領域の透過率(濃度)は均一である。9は第2の光学膜4Bにおけるグラデーション領域(以下、第2のグラデーション領域という)であり、第2の最小透過率領域8側とは反対側に向かって、すなわち第1のグラデーション領域6の膜厚減少方向と同一方向に、膜厚および透過率(濃度)が漸次減少する。つまり、両グラデーション領域6,9の透過率の増減方向は互いに同じである。
10はフィルタベース1の第2の面3において、第2の光学膜4Bが形成されていない透明領域(以下、第2の透明領域という)である。
なお、本実施例では、まずフィルタベース1の第1の面2側に第1の光学膜4Aを蒸着し、その後、フィルタベース1の第2の面3側に第2の光学膜4Bを蒸着することによりNDフィルタを製作する。但し、蒸着による製造方法はこれに限られない。
In this embodiment, first, the first
そして、本実施例では、光軸直交方向であるフィルタベース1の面内方向(図中の左右方向、以下、ベース面内方向という)において、第1のグラデーション領域6における第1の最小透過率領域5側の端部(すなわち第1のグラデーション領域6のうち透過率小側の端部であって、第1のグラデーション領域6と第1の最小透過率領域5との境界位置)の位置と、第2のグラデーション領域9における第2の透明領域10側の端部(すなわち第2のグラデーション領域9の透過率大側の端部であって、第2のグラデーション領域9と第2の透明領域10との境界位置)の位置とが実質的に一致している。言い換えれば、第1のグラデーション領域6と第2のグラデーション領域9とは光軸方向において互いに実質的に重ならず、第2のグラデーション領域9の全体が第1の最小透過率領域5に重なるように形成されている。
In the present embodiment, the first minimum transmittance in the
ここで、「実質的に」とは、第1の光学膜4Aの蒸着時と第2の光学膜4Bの蒸着時とでのフィルタベース1の設定位置ずれ等に起因した誤差量を含む意味であり、具体的には、±0.5mm程度の誤差量を見込んだ範囲での意味である。
Here, “substantially” means to include an error amount caused by a set position shift of the
また、本実施例では、ベース面内方向における第1のグラデーション領域6の長さと第2のグラデーション領域9の長さとが実質的に等しい。
In the present embodiment, the length of the
さらに、図中には、第1のグラデーション領域6における透過率大側(第1の透明領域7側)の端部において、蒸着膜のエッジ領域を破線で示している。このエッジ領域は、膜の剥離などを考慮して、蒸着後カットされる。ただし、このようなエッジ部を残してNDフィルタとして使用するようにしてもよい。
Furthermore, in the drawing, the edge region of the vapor deposition film is indicated by a broken line at the end of the
なお、上述した各部の名称、「実質的に」の意味、エッジ領域の処理については、後述する他の実施例でも同様である。 Note that the names of the respective parts, the meaning of “substantially”, and the processing of the edge region are the same in other embodiments described later.
図1の下側には、横軸をフィルタベース1の面内方向の位置とし、縦軸を透過率とした本実施例のNDフィルタの透過率特性グラフを示している。なお、このグラフでは、グラデーション領域のエッジ部をカットしたことによるグラデーション領域と透明領域の境界での「濃度段差」はないものとして示しているが、若干の段差(例えば、EV値相当で0.5段以内程度の段差)があっても本発明に含まれるものとする。また、この特性グラフにおいて、第1の面2と第2の面3においてともに透明領域となっている領域7の透過率、すなわちフィルタベース自体の透過率は実際には100%ではないが、ここでは簡単のために100%としている。これらのことは、後述する他の実施例でも同様とする。
The lower side of FIG. 1 shows a transmittance characteristic graph of the ND filter of the present embodiment in which the horizontal axis is the position in the in-plane direction of the
上記グラフにおいて、点線11で示した特性は、第1の面2に光学膜(最小透過率領域5およびグラデーション領域6)および透明領域7が形成され、第2の面3には光学膜が形成されない場合の透過率特性を示す。この点線11の特性は、従来のグラデーションNDフィルタの特性に相当する。従来のグラデーションNDフィルタにおいては、最小透過率領域の濃度設計値によって、透過率はEV値の1〜4段程度の設定が行われるが、それ以上の段数の設定は、膜厚が厚くなりすぎて製造が難しくなる等の理由で、現実的ではない。そして、第1の面2側だけに領域5,6,7を設けた場合の最小透過率領域5の透過率は、EV値で3段分に相当する12.5%である。
In the graph, the characteristic indicated by the dotted
このような従来のグラデーションNDフィルタに対して、第2の面3側に、第1の最小透過率領域5と同じ25%の透過率を有する第2の最小透過率領域8と、第2のグラデーション領域9と、第2の透明領域10とを設けると、実線12のグラフ2で示す特性となる。つまり、フィルタベース1の両面に形成された光学膜4A,4Bによって、最終の最小透過率(最大濃度)は約1.6%となり、第1および第2のグラデーション領域6,9を形成した範囲で、従来のグラデーションNDフィルタに比べて長い(言い換えれば、透過率の変化率が小さい)グラデーション部を形成することができる。本実施例では、このグラデーション部における透過率の変化率はほぼ一定である。
With respect to such a conventional gradation ND filter, a second
なお、本実施例では、片側の光学膜における最小透過率領域の透過率がEV値3段分である場合について説明したが、4段分であってもよいし、それ以外の任意の段数でも構わない。また、4段とした場合には、図1で12.5%とした透過率が6.25%に、1.6%とした透過率が0.4%となり、8段分の減光効果を得られる。 In the present embodiment, the case where the transmittance of the minimum transmittance region in the optical film on one side is the EV value of three stages has been described, but it may be four stages or any other number of stages. I do not care. In the case of four stages, the transmittance of 12.5% in FIG. 1 is 6.25%, and the transmittance of 1.6% is 0.4%. Can be obtained.
このように、例えばEV値で6段(片側で3段)あるいは8段(片側4段)といった透過率の設定が可能となったグラテーションNDフィルタによる光量調節もしくは該NDフィルタと撮像素子での電荷蓄積時間の制御(電子シャッタ)との組み合わせなどにより露出制御を行わせるようにすることにより、従来の絞り羽根を用いた絞り装置を不要とすることができる。また、従来の絞り装置は、小絞り回折による像劣化を起こすので、この面からも、本実施例のようにNDフィルタを主体とした露出調節を行うことが望ましい。 In this way, for example, the light intensity can be adjusted by the gratation ND filter which can set the transmittance of 6 stages (3 stages on one side) or 8 stages (4 stages on one side) in terms of EV value, or between the ND filter and the image sensor. By performing exposure control by a combination with charge accumulation time control (electronic shutter) or the like, a conventional diaphragm device using diaphragm blades can be dispensed with. In addition, since the conventional diaphragm device causes image deterioration due to small diaphragm diffraction, it is desirable to perform exposure adjustment mainly using the ND filter as in this embodiment from this aspect.
但し、図9に示すような絞り装置を搭載してもよい。この絞り装置は2枚羽根型のものであり、2枚の絞り羽根405,406を1つの回動式電磁アクチュエータ(モータ)224でシーソー式駆動レバー402を介して駆動する構成のものである。この絞り装置では、絞り羽根の駆動源として、円柱形に構成された永久磁石製のロータ(もしくは円柱形に構成された金属体の外周面に着磁されたロータ)を有する電磁駆動アクチュエータが使用されており、該アクチュエータは、ロータ外周面の磁極の移動変化をホール素子によって検出することにより回転位置や回転量(回転角)を制御される。
However, a diaphragm device as shown in FIG. 9 may be mounted. This diaphragm device is of a two-blade type, and has a configuration in which two
そして、被写体が明るいときに開口径が小さくなりすぎると、光の回折による画質劣化や焦点深度の増大によるレンズに付着したゴミ等の写り込みが問題となるため、絞り羽根の1枚に本実施例のグラデーションNDフィルタを貼り付けて、該NDフィルタが絞り開口内に突出するようにして、極端な小絞りになるのを防ぐようにする。 If the aperture is too small when the subject is bright, image degradation due to light diffraction and reflection of dust attached to the lens due to an increase in the depth of focus becomes a problem. An example gradation ND filter is pasted so that the ND filter protrudes into the aperture, thereby preventing an extremely small aperture.
図9においては、絞り羽根406にNDフィルタ414が貼り付けられている。シーソー駆動レバー402は連動部403,404で2枚の羽根それぞれに設けられた溝部407、408に連結され、矢印416の方向への回転(もしくはその逆回転)によって、絞り開口413の大きさが可変となる。
In FIG. 9, an
ここで上述のように、絞り羽根のみによる光量(露出)制御を行う場合、近年の撮像素子の画素ピッチの縮小化などに伴い、回折現象によって像が劣化するF値が明るくなってきており、F5.6やF8までしか用いることができない場合もある。 Here, as described above, when the light amount (exposure) control is performed only by the diaphragm blades, the F value at which the image deteriorates due to the diffraction phenomenon becomes brighter with the recent reduction in the pixel pitch of the image sensor, etc. In some cases, only F5.6 and F8 can be used.
このため、図9に示した絞り羽根にNDフィルタを貼り付けるタイプや、あるいは特開2000−214514号公報にて提案されているように、絞り駆動源とは別の駆動源でNDフィルタを光路に対して挿抜するものなどに、本実施例のグラデーションフィルタを用いることで、小絞り回折を招くことなくコントロール可能な光量範囲や段数を増加させることができる。 For this reason, the ND filter is attached to the diaphragm blade shown in FIG. 9 or, as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-214514, the ND filter is connected to the optical path by a drive source different from the diaphragm drive source. By using the gradation filter of the present embodiment for what is inserted into and removed from the lens, the controllable light amount range and the number of steps can be increased without incurring small aperture diffraction.
なお、本実施例では、第1の最小透過率領域5の透過率と第2の最小透過率領域8の透過率とが同じである場合について説明したが、第1の最小透過率領域5の透過率と第2の最小透過率領域8の透過率とを異ならせてもよい。例えば、第1の最小透過率領域5をEV値の4段分の透過率とし、第2の最小透過率領域8を3段分の透過率として、計7段分の減光効果を有するNDフィルタを構成することもできる。このように第1の最小透過率領域5の透過率と第2の最小透過率領域8の透過率とを異ならせてよい点については、他の実施例でも同様である。
In the present embodiment, the case where the transmittance of the first
図2には、本発明の実施例2であるグラデーションNDフィルタを示す。本実施例では、実施例1と同様に、第1の面2に形成された第1のグラデーション領域6の透過率小側の端部位置と、第2の面3側に形成された第2のグラデーション領域9の透過率大側の境界位置とが実質的に一致している。但し、ベース面内方向における第1のグラデーション領域6の長さが、第2のグラデーション領域9の長さよりも短く設定されている。
FIG. 2 shows a gradation ND filter that is
これにより、図2の特性グラフにおける実線13で示すように、第2のグラデーション領域9による透過率の変化率を第1のグラデーション領域6による透過率の変化率よりも小さくしている。
Thereby, as indicated by the
これは、例えば、該NDフィルタを駆動する駆動機構の構成により、駆動源の出力軸の回転角に対するNDフィルタの移動量が、透過率が低くなる側ほど大きくなるような場合に、該出力軸の回転角の変化量に対して一定の透過率の変化量を得たい場合などに有効となる。 This is because, for example, when the amount of movement of the ND filter with respect to the rotation angle of the output shaft of the drive source increases as the transmittance decreases, due to the configuration of the drive mechanism that drives the ND filter, the output shaft This is effective when it is desired to obtain a certain amount of change in transmittance with respect to the amount of change in rotation angle.
図3には、本発明の実施例3であるグラデーションNDフィルタを示す。本実施例では、実施例1と同様に、第1の面2に形成された第1のグラデーション領域6の透過率小側の端部位置と、第2の面3側に形成された第2のグラデーション領域9の透過率大側の境界位置とが実質的に一致している。但し、ベース面内方向における第1のグラデーション領域6の長さが、第2のグラデーション領域9の長さよりも長く設定されている。
FIG. 3 shows a gradation ND filter that is
これにより、図13の特性グラフにおける実線14で示すように、第2のグラデーション領域9による透過率の変化率を第1のグラデーション領域6による透過率の変化率よりも大きくしている。
As a result, as indicated by a
これは、露出制御のためにこのNDフィルタだけではなく、絞り装置を併用するような場合に、NDフィルタの濃度が比較的低い(透過率が比較的高い)領域が絞り開口を覆う際には、すでに絞り装置がある程度絞られていることが多いことに鑑み、同じ絞り開口内に存在するグラデーションNDフィルタの濃度変化差を一定にした方が好ましい場合に有効である。 This is because when not only this ND filter but also a diaphragm device is used for exposure control, the area where the density of the ND filter is relatively low (the transmittance is relatively high) covers the diaphragm aperture. In view of the fact that the diaphragm device is often narrowed to some extent, this is effective when it is preferable to make the difference in density change of the gradation ND filters existing in the same diaphragm aperture constant.
すなわち、光量を落とす必要があまり生じていない状況においては、絞りを絞り込んでおらず、例えば絞り開口径が8mmと大きいため、該開口部にかかっているNDフィルタ中の透過率の高い部分と透過率が低い部分とは8mm離れた場所にある。一方、光量を落とす必要が生じている状況においては、絞りを絞り込んでおり、例えば開口径が2mmと小さいため、開口部にかかっているNDフィルタ中の透過率の高い部分と透過率が低い部分とは2mm離れた場所にあることになる。
That is, in a situation where it is not necessary to reduce the amount of light, the diaphragm is not narrowed down. For example, the aperture diameter of the diaphragm is as large as 8 mm. The low rate part is 8 mm away. On the other hand, in a situation where it is necessary to reduce the amount of light, the diaphragm is narrowed down. For example, the aperture diameter is as small as 2 mm, so that the portion with high transmittance and the portion with low transmittance in the ND filter covering the opening. Is at a
これら両者の場合において、最も透過率が高い部分と最も透過率が低い部分との透過率の差を常に一定にしようとすると、絞りを絞り込んでいない状況(通常、NDフィルタの透過率が高い領域)での8mm離れた場所の透過率の差と、絞りを絞り込んでいる状況(通常、NDフィルタの透過率が低い領域)での2mm離れた場所の透過率の差とをほぼ同じにすることが望ましい。
In both cases, if the difference in transmittance between the portion with the highest transmittance and the portion with the lowest transmittance is constantly made constant, the aperture is not narrowed (normally, the region where the transmittance of the ND filter is high). ) And the difference in transmittance at a
従って、NDフィルタの透過率が低い領域になるにつれて、透過率の勾配(傾き)がきつくなるように構成するのが好ましく、このような場合に好適なのが本実施例である。 Accordingly, it is preferable that the gradient (inclination) of the transmittance becomes tighter as the transmittance of the ND filter becomes lower, and this embodiment is suitable for such a case.
図4には、本発明の実施例4であるグラテーションNDフィルタを示している。実施例1〜3においては、第2のグラデーション領域9における透過率大側の端部位置が、第1のグラデーション領域6における透過率小側の端部位置に実質的に一致する場合について説明したが、本実施例においては、第1および第2のグラデーション領域6,9における透過率小側の端部位置同士が実質的に一致し、かつ第1および第2のグラデーション領域6,9における透過率大側の端部位置同士も実質的に一致している。また、両グラデーション領域6,9の透過率の増減方向は互いに同じである。
FIG. 4 shows a gradient ND filter that is Embodiment 4 of the present invention. In the first to third embodiments, the case has been described in which the end position on the large transmittance side in the
これにより、第1および第2のグラデーション領域6,9が光軸方向において実質的に重なり合い、この範囲で両面のグラデーション効果により、片面のグラデーション領域のみでは実現が困難な大きな透過率の変化率を作り出すことができる。
As a result, the first and
図5には、本発明の実施例5であるグラテーションNDフィルタを示している。本実施例では、第1および第2のグラデーション領域6,9における透過率大側の端部位置同士が実質的に一致するが、第1のグラデーション領域6のベース面内方向での長さを、第2のグラデーション領域9の長さよりも短く設定している。すなわち、第2のグラデーション領域9の透過率小側の端部は、第1の最小透過率領域5と重なる位置に設けられている。また、両グラデーション領域6,9の透過率の増減方向は互いに同じである。
FIG. 5 shows a gradient ND filter that is
これにより、第1および第2のグラデーション領域6,9が相互に重なり合っている範囲における透過率の変化率を、第1の最小透過率領域5と第2のグラデーション領域9とが重なっている範囲における透過率の変化率よりも大きくすることができる。
Thereby, the change rate of the transmittance in the range in which the first and
これにより、実施例2で説明したような場合に有利な透過率変化を実現することができる。 Thereby, the transmittance | permeability change advantageous in the case as demonstrated in Example 2 is realizable.
図6には、本発明の実施例6であるグラテーションNDフィルタを示している。本実施例では、ベース面内方向において、最小透過率側から順に、第2のグラデーション領域9の透過率小側の端部、第1のグラデーション領域6の透過率小側の端部、第2のグラデーション領域9の透過率大側の端部および第1のグラデーション領域6の透過率大側の端部が配置されている。
FIG. 6 shows a gradient ND filter that is
これにより、第1および第2の最小透過率領域5,8が光軸方向に重なり合った均一透過率範囲と、第1の最小透過率領域5および第2のグラデーション領域9とが重なり合ったグラデーション範囲と、第1および第2のグラデーション領域6,9が重なり合ったグラデーション範囲と、第1のグラデーション領域9と第2の透明領域10が重なり合ったグラデーション範囲と、第1および第2の透明領域7,10が重なり合った透明範囲とが形成される。
Thereby, the uniform transmittance range in which the first and second
この構成により、図6の特性グラフ中に実線17で示すように、第1および第2のグラデーション領域6,9が重なっているグラデーション範囲での透過率の変化率を、その両側のグラデーション範囲の変化率よりも大きくすることが可能となる。
With this configuration, as indicated by a
図7には、本発明の実施例7であるグラテーションNDフィルタを示している。本実施例では、第1のグラデーション領域6と第2のグラデーション領域9とは全く重ならず、第2のグラデーション領域9の全体が第1の最小透過率領域5に重なる。これにより、図7の特性グラフに実線18で示すように、最小透過率側から順に、第2のグラデーション領域9によるグラデーション範囲、最小透過率より高い透過率が一定の領域D、第1のグラデーション領域6によるグラデーション範囲および透明範囲を有することになる。
FIG. 7 shows a graduation ND filter that is
ここで、特開平11−190867号公報には、複数の絞り羽根を相対移動させるタイプの絞り装置(図9参照)において、静止画撮影時に、絞り駆動源の駆動範囲とは別の駆動範囲で所定のレバー回転角を設定することで、開放絞り径とは異なる開口径が得られる構成のものがある。また、このような絞り装置のみならず、静止画撮影時に、開放径以外に1もしくは2つ程度のFナンバーの開口径を選択するタイプの絞り装置もある。 Here, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-190867, in a diaphragm device (see FIG. 9) of a type in which a plurality of diaphragm blades are moved relative to each other, a driving range different from the driving range of the diaphragm driving source is used during still image shooting. There is a configuration in which an opening diameter different from the open aperture diameter can be obtained by setting a predetermined lever rotation angle. In addition to such an aperture device, there is also a type of aperture device that selects an aperture diameter of about 1 or 2 F-numbers in addition to the open diameter during still image shooting.
これらの絞り装置に対するグラデーションNDフィルタの使用は、単濃度のNDフィルタや複数濃度のNDフィルタが絞り開口の中間までを覆っている状況で生じる、絞り開口内での透過率の差に伴う結像性能の劣化に対しては有利である。しかし、それでも絞り開口内にグラデーション状態で透過率差が存在するために、結像性能の劣化を十分に抑制することが難しい場合がある。特に、多画素化が進んだデジタルスチルカメラにおいては、その影響が無視できなくなる。 The use of the gradation ND filter for these diaphragm devices is an image formation caused by a difference in transmittance within the diaphragm aperture, which occurs when a single density ND filter or a multi-density ND filter covers the middle of the diaphragm aperture. This is advantageous for performance degradation. However, there is still a case where it is difficult to sufficiently suppress the deterioration of the imaging performance because there is a difference in transmittance in the gradation state in the aperture opening. In particular, the influence cannot be ignored in a digital still camera with an increased number of pixels.
このため、本実施例のグラデーションNDフィルタを、開放径を含む2つあるいは3つ程度の開口径を選択するタイプの絞り装置に設け、グラデーション範囲の中間に設けられた透過率一定領域Dの寸法を、これら2つあるいは3つの開口径のうち開放径もしくは他の開口径を覆うことができる寸法に設定することにより、静止画撮影時に使用する絞り開口全体を単一濃度のフィルタ部分で覆うことが可能となる。 For this reason, the gradation ND filter of this embodiment is provided in a diaphragm device of a type that selects two or three opening diameters including the open diameter, and the dimension of the constant transmittance region D provided in the middle of the gradation range. Is set to a size that can cover the open diameter or the other of these two or three aperture diameters, so that the entire aperture opening used for still image shooting is covered with a single density filter portion. Is possible.
このような絞り装置を備えたビデオカメラの電気的構成を図12に示す。図12において、225は絞り装置、224は該絞り装置に設けられた絞り羽根を駆動する絞り駆動源であり、ステッピングモータ等が用いられる。 FIG. 12 shows an electrical configuration of a video camera provided with such an aperture device. In FIG. 12, 225 is a diaphragm device, 224 is a diaphragm drive source that drives diaphragm blades provided in the diaphragm device, and a stepping motor or the like is used.
CPU232は、AEゲート229からの被写体輝度情報に基づいて、最適露出が得られるように、絞り開口径が選択できるタイプの絞り装置235において設定すべき絞り開口径を決定し、絞り駆動源224の駆動を制御するとともに、NDフィルタ252で該絞り開口を覆うか否かを決定する。
Based on the subject luminance information from the
この結果、NDフィルタによって選択された絞り開口をNDフィルタ252で覆うとの決定をした場合には、CPU232は、NDエンコーダ251からのパルス信号のカウント値が所定値となるように、NDモータ(ステッピングモータ)250を駆動し、図7に示した透過率一定領域Dで該絞り開口を覆うようにNDフィルタ252の位置をコントロールする。
As a result, when it is determined that the aperture opening selected by the ND filter is covered with the
図8には、本発明の実施例8であるグラテーションNDフィルタを示している。上記実施例1〜7では、フィルタベースの両面にそれぞれ第1の光学膜4Aと第2の光学膜4Bを形成した場合について説明したが、本実施例では、フィルタベースの片面に第1の光学膜4Aを形成し、さらに第1の光学膜4A上に第2の光学膜4Bを形成している。
FIG. 8 shows a graduation ND filter that is
ここで、本実施例では、実施例6と同様に、最小透過率側から順に、第2の光学膜4Bにおける第2のグラデーション領域9の透過率小側の端部、第1の光学膜4Aにおける第1のグラデーション領域6の透過率小側の端部、第2のグラデーション領域9の透過率大側の端部および第1のグラデーション領域6の透過率大側の端部が配置されている。
Here, in the present embodiment, as in the sixth embodiment, in order from the minimum transmittance side, the end portion of the
これにより、図8の特性グラフ中に実線19で示す実施例6と同様な特性、すなわち第1および第2のグラデーション領域6,9が重なっているグラデーション範囲での透過率の変化率が、その両側のグラデーション範囲の変化率よりも大きくなる特性を得ることが可能となる。
Accordingly, the characteristic similar to that of the sixth embodiment indicated by the
なお、実施例1〜5および7中の第2の光学膜4Bを第1の光学膜4B上に形成し、各実施例と同様の特性を得るようにしてもよい。
Note that the second
以上説明したように、上記各実施例によれば、一枚のフィルタべースを用いて、それぞれグラデーション領域を有する第1および第2の光学膜を蒸着や印刷等の方法で形成することにより、NDフィルタのみで可能な露出コントロールの範囲を従来よりも拡大することができる。これにより、グラデーションNDフィルタのみでEV値で8段程度の露出コントロールも可能となり、従来の絞り装置を有さない光学機器も実現可能とする。 As described above, according to each of the above embodiments, by using a single filter base, the first and second optical films each having a gradation region are formed by a method such as vapor deposition or printing. The range of exposure control that can be achieved using only the ND filter can be expanded as compared with the conventional case. As a result, it is possible to perform exposure control of about 8 steps with an EV value using only the gradation ND filter, and it is possible to realize an optical apparatus that does not have a conventional diaphragm device.
また、それぞれの光学膜のグラデーション領域の位置(透過率小側の端部、透過率大側の端部)や長さを適宜設定することで、単一の光学膜(多層膜)だけでは実現が難しい、NDフィルタ全体としてのグラデーション範囲の拡大や最小透過率領域の縮小や透過率の変化形態の選択が可能となる。 In addition, it can be realized with only a single optical film (multilayer film) by appropriately setting the position (end on the small transmittance side, end on the large transmittance side) and length of the gradation area of each optical film. It is difficult to enlarge the gradation range of the ND filter as a whole, reduce the minimum transmittance region, and select a change mode of transmittance.
更に、グラデーション範囲の中間に透過率が一定の領域を設け、この範囲で絞り開口を覆うことにより、画質劣化の少ない静止画の撮影が可能となる。 Furthermore, by providing a region with a constant transmittance in the middle of the gradation range and covering the aperture opening in this range, it is possible to shoot a still image with little image quality degradation.
1 フィルタベース
2 第1の面
3 第2の面
4A 第1の光学膜
4B 第2の光学膜
5 第1の最小透過率領域
6 第1のグラデーション領域
7 第1の透明領域
8 第2の最小透過率領域
9 第2のグラデーション領域
10 第2の透明領域
DESCRIPTION OF
Claims (12)
フィルタベースと、
該フィルタベース上に形成され、第1のグラデーション領域を有する第1の光学膜と、
該第1の光学膜と少なくとも一部が光軸方向において重なるように形成され、かつ第2のグラデーション領域を有する第2の光学膜とを有することを特徴とする光学フィルタ。 An optical filter having a dimming action,
A filter base,
A first optical film formed on the filter base and having a first gradation region;
An optical filter comprising: a second optical film that is formed so that at least a portion thereof overlaps with the first optical film in the optical axis direction and has a second gradation region.
前記第2の光学膜は、前記フィルタベースにおける前記第1の面とは反対側の第2の面上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 The first optical film is formed on the first surface of the filter base;
The optical filter according to claim 1, wherein the second optical film is formed on a second surface of the filter base opposite to the first surface.
請求項1から8のいずれか1つに記載の光学フィルタとを有することを特徴とする光量調節装置。 A light shielding member that forms an opening through which light passes and makes the size of the opening variable;
It has an optical filter as described in any one of Claim 1 to 8, The light quantity adjustment apparatus characterized by the above-mentioned.
該光学フィルタを光軸直交面内で移動させることにより光量を変化させることを特徴とする光量調節装置。 The optical filter according to any one of claims 1 to 8,
A light amount adjusting device, wherein the light amount is changed by moving the optical filter in a plane orthogonal to the optical axis.
該光量調節装置を通過した光束に像を形成させる光学系とを有することを特徴とする光学機器。 The light amount adjusting device according to claim 9 or 10,
And an optical system that forms an image on the light beam that has passed through the light amount adjusting device.
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