JP2011150075A - 光学部材及び該光学部材を用いた光量調節装置及び該光学部材の剪断加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像光学系の開口部を形成し又は開口部内に位置し、縁部における反射光に起因する画質の低下を防止する光学部材を得る。
【解決手段】切断刃が進入する図面の上側から、だれ１２、剪断面１３、破断面１４、二次剪断面１５、ばり１６が順番に形成され、（ａ）はだれ１２の面積が最小で、破断面１４が殆ど存在しない場合の切断面を示している。これは切断刃の先端部が鋭角になっていることにより、透明樹脂基板１１が最後まで切断されていることを示している。反射光の原因となるだれ１２は小さくするために、剪断面１４、二次剪断面１５の面積を全面積中の８０％以上とし、反射光に起因する画質の低下を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ビデオカメラ、スチルカメラ等に搭載され、通過光量を調節する光学部材及び該光学部材を用いた光量調節装置及び該光学部材の剪断加工方法に関するものである。

従来から、ビデオカメラやスチルカメラ等の撮像光学系では、複数枚の絞り羽根を用いて、開口径を変化させ光量を調節する光量調節装置が使用されているが、開口径が小さくなり過ぎると、光の回折による光学性能の劣化が問題となっている。

そこで、明るい被写体条件でも、絞り開口径が小さくなり過ぎないようにするため、絞り羽根にＮＤ（Neutral Density）フィルタを併用した光量調節装置が提案されている。

しかし、絞り開口部を形成する絞り羽根の開口端部を切断したままで何も加工しないと、開口端部に入射した光からゴースト光やハロー光が増加し、画質が低下することがある。そのため、絞り羽根の面に反射を抑制するための黒色塗料を塗布したり、鏡筒内に装着するＮＤフィルタの配置を工夫することにより、ゴースト光等を抑制している。

しかし、それでも太陽や強い光源のような特に明るい被写体を撮影すると、被写体像の周りに放射状のゴースト光が生ずることがある。この原因は絞り羽根の端部の稜線やＮＤフィルタの端部に入射した光線が、有害光になるためである。

例えば特許文献１に示すように、絞り羽根の開口端面の全部又は一部に微小な凹凸を設け、絞り羽根の端面に入射した光線を入射光の進行方向に対して左右に散乱させて、有害光を防止することが知られている。

また、特許文献２においては、絞り羽根の端面に複数の階段状段差を不規則に形成することにより、絞り羽根の端面に入射した光線を入射光の進行方向に対して前後に散乱させて、有害光を防止する技術が開示されている。

特許文献３においては、開口端部の前後の稜線に沿って、非周期的にその大きさも様々な凹凸部を形成させた光学部材が提案されている。

特開平５−２８１５９０号公報 特開２００２−２２９０９５号公報 特開２００７−１７８８２３号公報

しかし特許文献１に示すように、絞り羽根の端面に凹凸部を設ける方法では、入射光を進行方向に対して左右に振り分けるだけであり、或る程度の改善は期待できるものの、強い光が入射した場合には、依然としてゴースト光等の発生の虞れがある。

また、特許文献２に示す絞り羽根の端面に、光の入射側から出射側に向けて階段状の段差を付ける方法においては、絞り羽根の射出側端面の稜線付近は従来と同様のため、この部分での反射によるゴースト光等の発生がある。また、この技術をＮＤフィルタ等に適用すると、フィルム基板にＮＤ膜を成膜したＮＤフィルタにおいては、ＮＤ膜の縁部を透過して射出側に進む光が存在するため、階段状に段差を構成する方法では対策とはならない。

更に、特許文献３に示すように開口縁部前後の稜線に沿って、非周期でその大きさも様々な凹凸部を形成させた光学部材は、他の部材が隣接して摺動する場合に、摩擦抵抗が増加する虞れがある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、特別な稜線形状を形成することなく、撮像光学系内に配置された光学部材の端部での反射光や透過光を低減し、これに起因する画質の低下を防止することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る光学部材は、撮像素子に被写体像を形成する撮像光学系内に、少なくとも端部の一部の厚み方向を光軸と平行状態に配置した光学部材であって、前記端部に形成した二次剪断面を有し、前記端部の前記撮像光学系内に臨む面積に対する前記二次剪断面を含む剪断面の面積が８０％以上としたことを特徴とする。

また、本発明に係る光学部材を用いた光量調整装置は、撮像素子に被写体像を形成する撮像光学系内に、少なくとも端部の一部の厚み方向を光軸と平行状態に配置し、前記撮像光学系内に進退することにより通過する光を調節する光学部材を有する光量調節装置であって、前記光学部材は前記端部に二次剪断面を有し、前記端部の前記撮像光学系内に臨む面積に対する前記二次剪断面を含む剪断面の面積を８０％以上としたことを特徴とする。

本発明に係る光学部材の剪断加工方法は、撮像素子に被写体像を形成する撮像光学系内に、少なくとも端部の一部の厚み方向を光軸と平行状態に配置する透明樹脂基板を基材とした光学部材の剪断加工方法であって、前記光学部材は前記端部に二次剪断面を有し、前記端部の前記撮像光学系内に臨む面積に対する前記二次剪断面を含む剪断面の面積が８０％以上となるように加工することを特徴とする。

本発明によれば、光学部材の稜線部を特別な形状とすることなく、端部の反射光等を低減することができ、それらを搭載した光学機器のゴースト光及びフレア光の発生による画像の劣化を解消することができる。

撮像光学系の構成図である。 透明樹脂基板の切断面である。 透明樹脂基板の剪断加工面の側面図である。 端部の反射の確認方法の説明図である。 ＮＤフィルタの膜構成図である。 ＮＤフィルタが絞り開口部に対して移動する様子の説明図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施例における撮像光学系の構成図である。光軸上に、レンズ１、光量絞り２、レンズ３、４、ＡＲコート５ａが施されたローパスフィルタ５、ＣＣＤ等から成る被写体像を形成する撮像素子６が順次に配列されている。光量絞り２においては、進退可能な絞り支持板７、８に、厚さ５０〜１２５μｍの合成樹脂材から成る一対の光学部材９、１０が取り付けられている。

光学部材９、１０は光線を透過せずに、互いに共働して絞り口径を形成して透過光量を変更する絞り羽根の場合と、開口部に進退すると共に光学部材９、１０自体で光線の透過光量を規制する光学フィルタの場合とがある。

撮像光学系内において、光学部材９、１０はその端部の少なくとも一部の厚み方向が光軸と平行状態で、光軸に向けて進退するように配置され、光量調節装置として機能する光量絞り２に取り付けられている。また、本実施例においては２枚の光学部材９、１０を用いているが、これらの光学部材は、２枚以上で構成されていても、１枚で構成されていてもよい。

図２（ａ）〜（ｃ）は光学部材９、１０の基材である透明樹脂基板１１をビクトリア刃型、トムソン刃型、ピナクル刃型のような切断刃を介して切断した状態の切断面を示し、切断面の構成は切断刃の切れ味や切断条件により異なる。

図２（ａ）は撮像光学系内で通過光を制限する面に臨んでいる透明樹脂基板１１から成る光学部材の端面の様子を表したものであり、透明樹脂基板１１に例えば厚み７５μｍのＰＥＴを用い、ビクトリア刃型の切断刃で厚み方向に剪断加工した切断面を示している。

切断刃が進入する図面上側から、だれ１２、剪断面１３、破断面１４、二次剪断面１５、ばり１６が順番に形成されるが、だれ１２の面積が最小で、破断面１４が殆ど存在しない場合の切断面を示している。これは切断刃の先端部が鋭角になっていることにより、透明樹脂基板１１が最後まで切断されていることを示している。

この切断面においては、だれ１２が数μｍ幅、破断面１４はフィルム厚み７５μｍに対し、１％以下である。また、二次剪断面１５を含む剪断面１３の面積は、端面部全体の９０％強となっている。

剪断面１３と破断面１４の関係は、通常のプレス加工時には、主にパンチとダイの面精度とクリアランスで決定するが、本実施例のように切断刃で切断した場合には、切断刃の先端部の状態と材料の応力の分布により決定する。これらを適正に制御することにより、切断面に二次剪断面１５が発生し、結果として剪断面１３が増加する。

図２（ｂ）は前述した切断刃の先端部が徐々に磨耗し、鈍角に経時変化することにより、透明樹脂基板１１を押し切る状態になった際の切断面を示している。図２（ａ）の切断面と比較すると、切断刃が進入する部分はだれ１２の面積が大きくなる傾向にあり、切断工程の中盤からは透明樹脂基板１１が裂ける状況となり、大きな破断面１４が発生する。

図２（ｃ）は更に先端部が磨耗した切断刃による切断面を示している。透明樹脂基板１１に切断刃が進入する際に、切断刃の先端部が鈍角なため、多大な圧力が掛かり、だれ１２の面積は図２（ｂ）よりも更に大きくなり、破断面１４の面積が切断面の大半を占めるようになる。

図３（ａ）は図２（ａ）に示す切断状態、図３（ｂ）は図２（ｂ）に示す切断状態の際の切断部を含む端部の側面図を示している。剪断加工によりだれ１２及び破断面１４は何れも剪断面１３より基材側に後退するように形成されている。また、図３（ａ）には二次剪断面１５が発生しており、だれ１２側には破断面１４は殆ど存在しない。

この切断部に、だれ１２側、又はばり１６側から強い光が入射すると、図３（ｂ）のような切断面の場合には、だれ１２又は破断面１４で入射光が反射され易くなる。通常では、光学部材の表面は有害な光の反射を防止する反射防止膜などの反射防止処理が施されているが、だれや破断面においてはこのような反射防止層が破壊されているためである。また、光学部材が光学フィルタなどのように光を透過するものである場合に、このようなだれや破断面を生じている部分の光軸方向の厚みは、端部付近以外の部分の厚みよりも薄くなる。このため、この部分を透過して反対側に出射する光量は、端部付近以外で出射する光量よりも多くなり、出射側から見たときも端部付近が光り易くなる。

図３（ａ）に示すように、切断面に二次剪断面１５を有しているような場合には、だれ１２は小さくなる。また、破断面１４はばり１６側には存在しなくなり、稜線部の光の反射は極めて小さくなる。同時に、光学部材が光学フィルタなどのように光を透過するものである場合でも、図３（ｂ）のように端部付近を透過する光量が多くなるようなことはない。

図２（ａ）に示すような最適状態な切断面を実現するためには、切断刃を管理して頻繁に磨き加工等を施すことにより、型の調整を頻繁に行ったり、切断刃とフィルム基板の間に、保護フィルムを挟んで切断する製造方法がある。

また、通常のプレス加工において二次剪断面１５が発生すると、金型の寿命に悪影響を及ぼすが、本実施例の対象のように樹脂基板１１を切断刃で加工するような場合は、特に大きな問題は発生しない。

図２（ａ）に示す切断面を有する光学部材９、１０の端部の光の反射の程度を観察するために、図４に示すように、一方から光を当てて端部２１を同方向から目視で観察した。その結果、強い反射及び端部２１から入出射する光は認められなかった。また、光学部材が光学フィルタである場合に、図４とは逆に光を当てる方向と逆方向から目視で端部付近を観察した結果も、端部付近の透過光により稜線部が光るような現象は認められなかった。

そして、図１に示すようなビデオカメラに撮像装置として組み込んだ場合に、撮像装置を一度通過した光が撮像素子６に反射し、光学部材９、１０に再度入射する。しかし、撮像素子６側に光学部材のだれ側又はばり側の何れを向けた場合においても、有害なゴーストやフレアの発生は殆どなく良好な結果が得られた。また、光学部材が光学フィルタであっても、前述の理由により同様な結果となった。

更に、二次剪断面１５を含む剪断面１３の光軸方向の面積だけでなく、長さも光学部材の端部の光軸方向の全長の８０％以上であるときは、より好ましい結果が得られた。

本実施例２においては、実施例１とほぼ同様の条件において、二次剪断面１５を含む剪断面１３の面積が全体の面積に対し８０％程度になるように、切断刃の先端状態と保護フィルムの厚みを調整した。

切断面は実施例１と同様の状態となり、二次剪断面１５が観察された。これを実施例１と同様の方法で観察した結果、ビデオカメラに組み込んだ場合も含めて実施例１と殆ど変らず、良好な結果が得られた。

また比較例１として、実施例１とほぼ同様の条件において、剪断面１３の面積が６０％程度になるように、切断刃の先端状態と保護フィルムの厚みを調整した。このときの破断面１４は全体の２５％程度で、切断面は図２（ｂ）と同様の状態となっており、二次剪断面１５は観察されなかった。

そして、実施例１と同様の方法で観察した結果、実施例１よりも強く端部２１が光り、ビデオカメラに撮像装置として組み込んだ場合には、被写体の状態によっては有害なゴーストやフレアの発生が認められた。

比較例２として、今までの例とほぼ同様の条件において、剪断面１３の面積が３５％程度になるように、切断刃の先端状態と保護フィルムの厚みを調整した。このときの破断面１４は全体の５０％程度で、切断面は図２（ｂ）と同様の状態となっており、二次剪断面１５は観察されなかった。

そして、実施例１と同様の方法で観察した結果、比較例１よりも更に強く端部２１が光り、ビデオカメラに撮像装置として組み込んだ場合には、被写体の状態によって有害なゴーストやフレアの発生が認められた。

比較例３として、今までの例とほぼ同様の条件において、剪断面１３の面積が３５％程度になるように、切断刃の先端状態と保護フィルムの厚みを調整した。このときの破断面は全体の７５％程度で、切断面は図２（ｃ）と同様の状態となっており、二次剪断面１５は観察されなかった。

そして、実施例１と同様の方法で観察した結果、比較例２よりも更に強く端部２１が光り、ビデオカメラに撮像装置として組み込んだ場合には、被写体の状態によって有害なゴーストやフレアの発生が認められた。

また、上述したような透明樹脂基板１１に、図５に示すようなＡｌ₂Ｏ₃膜３１ａとＴｉ_xＯ_y膜３１ｂを交互に積層し、最上層にＭｇＦ₂膜３１ｃを積層したＮＤ膜３１を成膜し、可視波長領域の透過光量を調節するＮＤフィルタ３２を作製する。このＮＤ膜３１を成膜するには、透明樹脂基板１１を切断する前後何れの工程で実施してもよい。

図６（ａ）〜（ｃ）は入射光量を調節するために、２枚の光学部材９、１０により形成される絞り開口部内に挿入されて使用されるＮＤフィルタ３２の説明図である。光学部材９、１０の作動により菱形の絞り開口部３３が形成され、この絞り開口部３３に対しＮＤフィルタ３２は別体で駆動され、絞り開口部３３の面積を一定としても、ＮＤフィルタ３２によって光量を調節できるようになっている。

図６（ａ）はＮＤフィルタ３２が絞り開口部３３の外に退避した状態、図６（ｂ）はＮＤフィルタ３２の縁部３２ａが絞り開口部３３内に位置している状態、図６（ｃ）はＮＤフィルタ３２が絞り開口部３３を覆った状態をそれぞれ示している。

このようにＮＤフィルタ３２を動作させると、絞り開口部３３の大きさを極端に小さくさせずに済み、小絞り回折による画像の劣化を防止することができる。

また、図６（ｂ）に示すように、絞り開口部３３にＮＤフィルタ３２の縁部３２ａが挿入された場合に、光線がＮＤフィルタ３２の縁部３２ａに入射する。この際に、縁部３２ａのだれ１２を低減させ、稜線部の角度を９０度に限りなく近付けるほど、光線の反射は低減し、ゴースト光も低減することができる。

更に、ＮＤ膜３１の濃度が濃ければ、透過する光線は減衰されることができるため、規則的に透過する光成分によるゴースト光、フレア光は発生し難い。

しかし、ＮＤ膜３１の濃度が薄いと、透過する光成分が多くなり、ゴースト光、フレア光が生じ易くなるが、縁部３２ａのだれ１２に入射した光が、撮像素子方向に再反射する現象が低減するので支障はない。

特に近年では、ＮＤフィルタ３２には、濃度落差や透過位相差を考え、縁部３２ａから離れるにつれて、連続的にフィルタ濃度が濃くなるグラデーションを付したＮＤフィルタ３２が使用されている。

このグラデーションを有するＮＤフィルタ３２は蒸着タイプのフィルタであり、縁部３２ａに向かうにつれて濃度が薄くなっている。縁部３２ａに近付くにつれて、光の減衰が少なくなるので、光の透過量が増え裏面反射も影響するため、相対的に光の反射率が高くなりゴースト光、フレア光が生じ易くなる。

つまり、縁部３２ａに近付くにつれて、グラデーションを有するＮＤフィルタ３２の場合に、縁部３２ａの付近で特にゴースト光、フレア光が生じ易い。しかし、これはＮＤフィルタ３２の縁部３２ａのだれ１２をなくす、つまり角の角度を９０度に限りなく近付けることにより解消される。

１、３、４ レンズ
２ 光量絞り
５ ローパスフィルタ
６ 撮像素子
７、８ 支持板
９、１０ 光学部材
１１ 透明樹脂基板
１２ だれ
１３ 剪断面
１４ 破断面
１５ 二次剪断面
１６ ばり
３２ ＮＤフィルタ
３３ 絞り開口部

Claims (5)

1. 撮像素子に被写体像を形成する撮像光学系内に、少なくとも端部の一部の厚み方向を光軸と平行状態に配置した光学部材であって、前記端部に形成した二次剪断面を有し、前記端部の前記撮像光学系内に臨む面積に対する前記二次剪断面を含む剪断面の面積が８０％以上としたことを特徴とする光学部材。
2. 前記二次剪断面を含む剪断面は、前記端部の前記撮像光学系内に臨む端部の光軸方向の長さに対して８０％以上の長さを有していることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
3. 透明樹脂基板の基材から成り、通過する可視波長領域の透過光量を調節するＮＤフィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
4. 撮像素子に被写体像を形成する撮像光学系内に、少なくとも端部の一部の厚み方向を光軸と平行状態に配置し、前記撮像光学系内に進退することにより通過する光を調節する光学部材を有する光量調節装置であって、前記光学部材は前記端部に二次剪断面を有し、前記端部の前記撮像光学系内に臨む面積に対する前記二次剪断面を含む剪断面の面積を８０％以上としたことを特徴とする光量調節装置。
5. 撮像素子に被写体像を形成する撮像光学系内に、少なくとも端部の一部の厚み方向を光軸と平行状態に配置する透明樹脂基板を基材とした光学部材の剪断加工方法であって、前記光学部材は前記端部に二次剪断面を有し、前記端部の前記撮像光学系内に臨む面積に対する前記二次剪断面を含む剪断面の面積が８０％以上となるように加工することを特徴とする光学部材の剪断加工方法。

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