JP2011170391A - 光学部材 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り羽根やＮＤフィルタから成る光学素子の縁部の稜線における反射光、透過光に起因する画質の低下を防止する。
【解決手段】絞り羽根１６の開口縁部１６ａは絞り羽根１７の開口縁部１７ａと共働して、略菱形の絞り開口部を形成する。開口縁部１６ａの前後２つの稜線１６ｂ、１６ｃに沿って、微小な鋸歯状により、非周期性でその大きさも様々な凹凸部が形成されている。絞り羽根１６、１７においては、入射した光線が開口縁部１６ａ、１７ａに当ると、稜線１６ｂ、１６ｃ、１７ｂ、１７ｃに設けられた凹凸部によって様々な方向に反射する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ビデオカメラ、スチルカメラ等の撮像光学系に搭載され、特にゴースト光、フレア光の発生を防止する光学部材に関するものである。

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し、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。

図１６に示すように、絞り開口部を形成する絞り羽根１の開口縁部１ａを切断したままで何も加工しない場合がある。この場合には、開口縁部１ａに当った光のうち、ランダム方向に拡がる散乱光は少なく、結像面上では開口縁部１ａの面に対して垂直方向に強め合ったゴースト光が多くなる。撮影レンズの内側でこのような不要な反射が起きると、画面にハロー光やゴースト光が生じて画質が低下することになる。

そのため、レンズ鏡筒の内側或いは絞り羽根の面に反射を抑えるために黒色塗料を塗布したり、鏡筒内に装着するＮＤフィルタの配置の仕方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、太陽や強い光源のように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縁部の稜線やＮＤフィルタの縁部に当った光が、有害光になるためである。

従来においては、例えば特許文献１のように、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て、絞り羽根の端面に当っ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、絞り羽根の端面に当っ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。

更に特許文献３には、開口部を覆うＮＤフィルタを絞り羽根に貼付し、ＮＤフィルタにはそれぞれ異なる均一な透過率に設定した複数の濃度領域を設けた光量調節装置が開示されている。このＮＤフィルタの複数の濃度領域は、開口の内側から外側に向って順次に透過率が小さくなるように設定され、小絞り状態による画質劣化を回避している。

また、ＮＤフィルタを透過して撮像素子に入射する光の一部が、撮像素子の表面や、カバーガラス、水晶ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の表面で反射して被写体側に戻ることがある。そして、この戻り先はＮＤフィルタの撮像素子側の面や被写体側の面で再度反射し、この反射光が撮像素子に入射することによって、ゴースト光が発生する。このゴースト光対策として、特許文献４にはＮＤフィルタの撮像素子側の面に、反射防止膜を施した光量調節装置が提案されている。

ＮＤフィルタとしては、光を吸収する有機色素又は顔料を透明樹脂材料の中に混入して練り込むタイプのものと、ベースとなるフィルム基材の表面に光学薄膜を蒸着するものとが知られている。練り込みタイプのＮＤフィルタの利点は、一定濃度のフィルタを大量に安価で製作可能な点にあるが、蒸着タイプのＮＤフィルタに比べて波長によって透過率が変化する割合が大きい。従って、光量調節装置に用いられるＮＤフィルタとしては蒸着タイプのものが多い。

蒸着タイプのＮＤフィルタは、材料の透過度を示すヘイズ値（haze factor）が低く光線透過率が高い樹脂フィルムが用いられる。具体的には、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリレート、シクロオレフィン、ポリメチルペンテン等の透明プラスチックフィルムに光吸収膜を付したものが知られている。

透明プラスチックフィルムはヘイズ値が大きいと、散乱によって画像が劣化するため、ヘイズ値が小さいフィルムが望ましく、ＮＤフィルタに樹脂フィルムを使用する理由は、軽いことと切断加工が容易のためである。樹脂製のＮＤフィルタは５０〜３００μｍの厚みがあり、通常では１００μｍの基材が使用されている。

ＮＤフィルタは樹脂フィルムを基材にしているため、図１７に示すように、ＮＤフィルタ２の切断面である縁部２ａに特に加工を加えない場合には、端面や稜線に当った光は反射及び透過し易い。これにより、ランダム方向に拡がる散乱光は少なく、縁部２ａと垂直方向に強め合ったゴースト光となり易い。

特開平５−２８１５９０号公報 特開２００２−２２９０９５号公報 特開平２−１９０８３３号公報 特開２０００−３６９１７号公報

特許文献１のように、絞り羽根の端面に凹凸部を付する方法では、入射光を進行方向に対して左右に振り分けるだけのため、或る程度の改善は期待できるものの、依然としてゴースト光等の発生がある。

また、特許文献２のように絞り羽根の端面に光の入射側から出射側に向かっ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。

しかし、この技術をＮＤフィルタに適用すると、図１８に示すようにフィルム基板３にＮＤ膜４を貼ったＮＤフィルタ５においては、ＮＤ膜４の縁部４ａ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。即ち、ＮＤフィルタ５が光を少ししか減衰しないときに、不規則な方向に拡がる散乱光は少なく、反射光による光成分と透過光による光成分とが結像面上では、ＮＤフィルタ５の縁部と垂直方向に強め合ったゴースト光となり易い。

図１９（ａ）〜（ｃ）は入射光量を調節するために、絞り羽根による開口部内に挿入される従来から採用されているＮＤフィルタ６の縁部６ａの形状を示しており、縁部６ａのエッジ部分に角度を付してゴースト光等の発生を規制している。しかし、被写体の照度が強い場合に、このようにエッジ部分に角度を付しただけでは、ゴースト光、フレア光の解消には不充分であり、端面における反射光、更に透過光も無視することはできない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、撮像光学系の開口部を形成し又は開口部内に位置する光学素子の縁部の稜線における反射光、透過光に起因する画質の低下を防止し得る光学部材を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る光学部材は、撮影素子上に被写体像を形成する撮像光学系内に光学素子を配置した光学部材であって、前記光学素子は開口部を形成する縁部及び前記開口部内に入り込む縁部の少なくとも一方の稜線に沿って、非周期性の凹凸部を形成したことを特徴とする。

本発明に係る光学部材によれば、光学素子の縁部が開口部を形成又は開口部内に配置された状態でも、ゴースト光及びフレア光の発生を解消し、光学素子の挿入位置による動作制限を考慮する必要がなくなる。

また、濃度が低いＮＤフィルタの縁部が開口部内に配置された場合でも、ゴースト光及びフレア光の発生を減少させることが可能になる。更に、端面にも不規則な凹凸部を形成すれば、一層の有害光対策となる。

撮像装置の構成図である。 実施例１の絞り羽根の斜視図である。 絞り羽根の部分拡大斜視図である。 絞り羽根の作用説明図である。 実施例２のＮＤフィルタの部分拡大斜視図である。 他のＮＤフィルタの部分拡大斜視図である。 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。 ＮＤフィルタの作用説明図である。 実施例３のＮＤフィルタの部分拡大斜視図である。 変形例のＮＤフィルタの部分拡大斜視図である。 実施例４の絞り機構の構成図である。 絞り羽根が瞳径に対して移動する様子を示す図である。 実施例４のＮＤフィルタの部分拡大斜視図である。 実施例５のＮＤフィルタの作用説明図である。 凹凸部形成のための切断刃の構成図である。 従来の絞り羽根の作用説明図である。 従来のＮＤフィルタの作用説明図である。 従来のＮＤフィルタの作用説明図である。 従来のＮＤフィルタの斜視図である。

本発明を図１〜図１５に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は撮像装置の構成図を示し、撮像光路には、レンズ１１ａ、絞り機構１２、レンズ１１ｂ、１１ｃ、ＡＲコート１３ａを施したローパスフィルタ１３、固体撮像素子１４が順次に配列されている。絞り機構１２には、支持板１５に対し対向的に移動可能な合成樹脂製から成り、厚み５０〜１２５μｍの２枚の絞り羽根１６、１７が一対として取り付けられている。

図２は実施例１の絞り羽根１６の斜視図を示し、絞り羽根１６の開口縁部１６ａは絞り羽根１７の開口縁部と共働して、撮像光路上に略菱形の絞り開口部を形成する。図３は開口縁部１６ａの拡大斜視図であり、開口縁部１６ａの前後の稜線１６ｂ、１６ｃに沿って、微小な鋸歯状により、非周期性でその大きさも様々な凹凸部が形成されている。この不規則な凹凸部は０．５〜１０μｍ程度の高低を有する凹凸を形成している。なお、絞り羽根１７の対となる開口縁部１７ａの稜線においても同様な凹凸部が設けられている。

このように構成された絞り羽根１６、１７においては、入射した光線が開口縁部１６ａ、１７ａに当ると、図４に示すように稜線１６ｂ、１６ｃ、１７ｂ、１７ｃに設けられた凹凸部によって様々な方向に反射する。稜線１６ｂ、１６ｃ、１７ｂ、１７ｃにおける拡散方向を不規則にすることにより、反射光の指向性が弱まり光は拡散するので、ゴースト光を弱めることができる。また、稜線１６ｂ、１６ｃ、１７ｂ、１７ｃのうち、特に光線の入射側の稜線１６ｂ、１７ｂにおける拡散効果が大きいので、稜線１６ｂ、１７ｂにのみ凹凸部を設けてもよい。

この凹凸部に周期性があると反射光が干渉し強め合う場合があるが、本実施例のように稜線１６ｂ、１６ｃ、１７ｂ、１７ｃの凹凸部を非周期性とすることにより、反射光の干渉を弱めることができる。

なお、開口縁部１６ａ、１７ａにおける端面については、粗面としたり、後述するような不規則な凹凸溝を設けてもよい。

図５は実施例２の練り込みタイプ、蒸着タイプ等による所定の光透過度を有するＮＤフィルタ２１の縁部２１ａを示しており、ＮＤフィルタ２１の縁部２１ａの前後の稜線２１ｂ、２１ｃに沿って、絞り羽根１６、１７と同様に非周期性の凹凸部が設けられている。これらの不規則な凹凸部は略連続的に０．５〜１０μｍの様々な高低の凹凸を形成している。また、稜線２１ｂ、２１ｃと直交する縁面２１ｄの厚み方向には、様々な高さを有する凹凸溝２１ｅが形成されている。

なお、この凹凸溝２１ｅは図６に示すように、ＮＤフィルタ２１の縁面２１ｄの厚み方向と直交する方向、つまり稜線２１ｂ、２１ｃと平行方向に向けて形成することもできる。

ＮＤフィルタ２１は入射光量を調節するために、２枚の絞り羽根１６、１７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。図７（ａ）〜（ｃ）はＮＤフィルタ２１を光量調節のために移動する場合の説明図である。絞り羽根１６、１７の作動により菱形の絞り開口部２２が形成され、絞り羽根１６、１７に対しＮＤフィルタ２１は別体で駆動されており、絞り開口部２２の面積を一定としても、ＮＤフィルタ２１によって光量を調節できるようになっている。

図７（ａ）はＮＤフィルタ２１が絞り開口部２２から外に退避した状態、（ｃ）はＮＤフィルタ２１が絞り開口部２２を覆った状態、（ｂ）はＮＤフィルタ２１の縁部２１ａが絞り開口部２２内に現れている状態を示している。

このようにＮＤフィルタ２１を動作させると、絞り羽根１６、１７による絞り開口部２２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できる。図７（ｂ）に示すように、絞り開口部２２にＮＤフィルタ２１の縁部２１ａが挿入された場合に、図８に示すように光線がＮＤフィルタ２１の稜線２１ｂ、２１ｃに当たる。このとき、稜線２１ｂ、２１ｃに鋸歯状の微小で不規則な凹凸部があると、光線は様々な方向に反射し、ゴースト光を低減できる。

なお、樹脂フィルムによるＮＤフィルタ２１は一般的に５０〜３００μｍの厚さがあることから、被写体の照度が強い場合に、ＮＤフィルタ２１の稜線２１ｂ、２１ｃに微小な鋸歯状の凹凸部を設けるだけでは、ゴースト光、フレア光の解消は不充分である。つまり、ＮＤフィルタ２１の縁面２１ｄにおける反射光及び透過光も無視できないため、上述のように縁面２１ｄにも鋸歯状の凹凸溝２１ｅを設けることが、反射光の指向性を弱めゴースト光、フレア光の解消に際しより効果的となる。

図９は実施例３のＮＤフィルタ３１の斜視図を示している。透明なフィルム基材３２に裏面にＮＤ膜３３を付した蒸着タイプのＮＤフィルタ３１においては、ＮＤ膜３３の縁部である稜線３３ａに凹凸部が設けられている。この場合は、ＮＤフィルタ３１を透過してしまう光は濃度が薄い場合のＮＤ膜３３ほど多く、ゴースト光、フレア光が発生し易くなる。

光線がＮＤ膜３３の稜線３３ａに当ると、稜線３３ａに形成された鋸歯状の微小で不規則な凹凸部によって光線は様々な方向に散乱する。図９に示すように、ＮＤ膜３３の濃度が高ければ、透過する光線は減衰されるために、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、図１０に示すようにＮＤ膜３３の濃度が低いと、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、稜線３３ａにより不規則な方向に光が散乱するので支障はない。

本実施例では、ＮＤフィルタ３１のＮＤ膜３３の稜線３３ａにおける拡散方向を不規則にすることによって、透過光の指向性を弱めて光を拡散しているので、ゴースト光の強度を小さくすることができる。

図１１は実施例４の絞り機構１２を示し、ＮＤフィルタ４１は絞り羽根１７と一体に駆動するようにされている。即ち、対向する２枚の絞り羽根１６、１７を駆動し、入射光量を調節する絞り機構１２において、縁部４１ａの稜線に微小な鋸歯状で不規則な凹凸部を設けた略台形状のＮＤフィルタ４１が、絞り羽根１７に貼り付けられている。また、絞り羽根１６、１７の開口縁部１６ａ、１７ａの稜線にも、前述したような微小で不規則な凹凸部が設けられている。

図１２はこのようなＮＤフィルタ４１付きの絞り羽根１７と絞り羽根１６が光量調整のために移動する様子を示している。図１２（ａ）は絞り羽根１６、１７が瞳径よりも外方に退避した状態、（ｃ）はＮＤフィルタ４１が絞り開口部２２を覆った状態、（ｂ）は（ａ）〜（ｃ）の中間の状態を示している。本実施例４は（ａ）、（ｂ）に示すように、ＮＤフィルタ４１が瞳径又は絞り開口部２２を部分的に遮光する動作状態を有する絞り機構１２において、ゴースト光を低減できる。

本実施例４では、ＮＤフィルタ４１の稜線及び絞り羽根１６、１７の稜線での拡散方向を不規則にすることによって反射光の指向性を弱めており、ゴースト光の指向性は弱められ光は拡散するので、その強度を弱めることができる。また、本実施例４のＮＤフィルタ４１には、濃度落差や透過位相差を考え、縁部４１ａから離れるにつれ連続的にフィルタ濃度が濃くなってゆくグラデーションを付したフィルタが使用されている。

このグラデーションを有するＮＤフィルタ４１は蒸着タイプであり、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、縁部４１ａに向かってＮＤフィルタ４１の濃度が薄くなっている。その縁部４１ａの稜線４１ｂ、４１ｃに微小な鋸歯状で不規則な凹凸部が設けられ、更に端面４１ｄにも鋸歯状の凹凸溝４１ｅが設けられている。これにより、反射光の指向性を弱めゴースト光、フレア光は効果的に解消される。

グラデーションＮＤフィルタの場合には、縁部に近付くにつれ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る。更に、グラデーションＮＤフィルタの縁部に近いほど、ゴースト光、フレア光が生じ易くなる。つまり、縁部に近付くにつれ光の透過量が増えるグラデーションＮＤフィルタの場合に、縁部付近で特にゴースト光、フレア光が生じ易いが、ＮＤフィルタ４１の稜線４１ｂ、４１ｃの凹凸部、端面４１ｄの凹凸溝４１ｅにより解消される。

図１４は実施例５のＮＤフィルタ５１を示し、フィルム基材５２にＮＤ膜５３が蒸着されている。ＮＤフィルタ５１の縁部５１ａの稜線５１ｂ、５１ｃは端面５１ｄよりも突出した凸条とされ、この凸条に非周期性の凹凸部が形成されている。

フィルム基材５２は透明であるため、ＮＤフィルタ５１を透過してしまう光も考えた場合に、凸条とした稜線５１ｂ、５１ｃに凹凸部を形成すると、ゴースト光、フレア光の解消に効果的である。更に、光線束がＮＤフィルタ５１の端面５１ｄには凹凸溝５１ｅが設けられている。

このように、稜線５１ｂ、５１ｃを凸条とし、この凸条に凹凸部を設けることにより、更にランダム方向に拡がる散乱光が多くなり、ゴースト光が少なくなる。

本発明の各実施例では、絞り羽根の端面又は（及び）ＮＤフィルタの端面での光の拡散方向を不規則にすることによって、光の透過及び反射成分の指向性を弱め、ゴースト光は散乱するので、ゴースト光の強度を弱めることができる。また、樹脂フィルムのＮＤフィルタの場合に、遮光性の高い絞り羽根と較べると光が透過するため、稜線の形状は凸条としたほうが透過距離が伸びるため、ゴースト光、フレア光を起こす光線量を減らすことが期待できる。

一方、凹凸形状とすることにより生ずる入射光量の変動が、特別の構造を採用しなくても、設定した光量の許容差の範囲内になるように、凹凸部の深さは最小絞りの一辺の長さより小さいことが望ましい。

なお、上記実施例における凹凸の形成はプレス等で形成できる。例えば、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように切断刃６１、６２に鋸歯や階段形状の加工を施しプレス成形したり、プレス切断加工した後にヤスリ等で凹凸加工をすることで製作することができる。

１１ａ〜１１ｃ レンズ
１２ 絞り機構
１３ ローパスフィルタ
１４ 固体撮像素子
１５ 支持板
１６、１７ 絞り羽根
２１、３１、４１、５１ ＮＤフィルタ
２２ 絞り開口部
３２、５２ フィルム基材
３３、５３ ＮＤ膜

Claims (12)

1. 撮影素子上に被写体像を形成する撮像光学系内に光学素子を配置した光学部材であって、前記光学素子は開口部を形成する縁部及び前記開口部内に入り込む縁部の少なくとも一方の稜線に沿って、非周期性の凹凸部を形成したことを特徴とする光学部材。
2. 前記凹凸部は鋸歯状に様々な大きさの凹凸を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
3. 前記光学素子の縁部の端面に非周期性の凹凸溝を形成し、該凹凸溝の方向を前記稜線方向と異なる方向に向けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
4. 前記光学素子の縁部の端面に非周期性の凹凸溝を形成し、該凹凸溝の方向を前記稜線方向と同方向に向けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
5. 前記凹凸溝を鋸歯状に様々な大きさで設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の光学部材。
6. 前記光学素子は絞り羽根とし、複数枚の絞り羽根を動作させて前記縁部により前記開口部を形成することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の光学部材。
7. 前記光学素子は光学フィルタとし、前記縁部を前記開口部内に挿入することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の光学部材。
8. 前記光学素子は前記縁部により前記開口部を形成する絞り羽根と、前記開口部に入り込む前記縁部を有する光学フィルタとしたことを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
9. 前記絞り羽根と前記光学フィルタは独立して作動することを特徴とする請求項８に記載の光学部材。
10. 前記光学フィルタは前記絞り羽根の１枚と共に動作することを特徴とする請求項８に記載の光学部材。
11. 前記光学フィルタは透明プラスチックフィルムの少なくとも片面に光減衰膜を付したＮＤフィルタとしたことを特徴とする請求項７〜１０の何れか１つの請求項に記載の光学部材。
12. 前記光学フィルタは、光透過率が連続的に変化する光減衰特性を有し、前記縁部から離れるにつれ、光透過率を低くしたグラデーションＮＤフィルタであることを特徴とする請求項７〜１０の何れか１つの請求項に記載の光学部材。