JP2011248029A - 光量調節装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＤフィルタによる画質劣化を抑制した小型の光量調節装置を提供する。
【解決手段】光量調節装置は、開口の大きさが可変の絞りと、均一な透過率を有する透明部、及び、連続的に変化する透過率を有するグラデーション部を備えた２つのフィルタ部材と、前記２つのフィルタ部材を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、前記２つのフィルタ部材は、前記グラデーション部の濃淡の変化方向及び移動方向が互いに反対になるように配置され、前記制御手段は、前記開口が所定の大きさに絞られている場合、前記２つのフィルタ部材が該開口に対して退避した第１の位置と前記開口の全体を覆った第２の位置との間の領域で停止することがないように前記アクチュエータを制御し、前記透明部は、該２つのフィルタ部材が前記第２の位置にあるとき、前記絞りの開口面と直交する方向において互いに重ならないように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、絞りとＮＤフィルタを備えた光量調節装置に関する。

光量調整装置を備えた光学機器は、複数の絞り羽根を用いて絞り開口の面積を変化させることによって、撮像素子に到達する光量を調節し、適正な露光量を得る。また、いわゆる小絞り回折による光学性能の劣化を防止するため、絞り開口の面積が所定の小絞り開口以下とならないように制御され、小絞り開口を覆うＮＤフィルタを用いて高輝度被写体を撮影する場合の光量が適切に設定される（特許文献１〜３）。

特開２００２−５５３７４号公報 特開２００７−２９２８２８号公報 特開２００８−００３４０８号公報

しかしながら、特許文献１の光量調節装置では、ＮＤフィルタが小絞り開口の一部のみを覆う状態、いわゆる半掛かり状態となるようにＮＤフィルタの位置が制御される場合がある。このような半掛かり状態では、ＮＤフィルタの先端部と小絞り開口の縁部とによって囲まれた、該小絞り開口より小さな開口（素通し開口）が形成されるため、この小さな開口によって小絞り回折が生じる場合がある。したがって、ＮＤフィルタを設けても、小絞り回折による画質劣化を十分に抑制することができない。また、ＮＤフィルタは、透明なプラスチック基板上に透過率を低下させるための膜が蒸着されることで製作されるが、半掛かり状態では透過波面に基板の厚み分の段差（光路長差）が発生し、これによる画質劣化が発生する。

また特許文献２、３では、ＮＤフィルタの厚み段差による画質劣化対策がとられている。しかし、絞り開口をＮＤの透明部領域で全覆いする構成であるため、ＮＤフィルタのストローク方向に透明部領域分が必要となる。このため、絞り開口が大きいほど光量調整装置の大型化が避けられない。

そこで本発明は、ＮＤフィルタによる画質劣化を抑制した小型の光量調節装置を提供する。

本発明の一側面としての光量調節装置は、開口の大きさが可変の絞りと、均一な透過率を有する透明部、及び、連続的に変化する透過率を有するグラデーション部を備えた２つのフィルタ部材と、前記２つのフィルタ部材を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、前記２つのフィルタ部材は、前記グラデーション部の濃淡の変化方向及び移動方向が互いに反対になるように配置され、かつ、前記開口の全体を覆うことが可能に構成され、前記制御手段は、前記開口が所定の大きさに絞られている場合、前記２つのフィルタ部材が該開口に対して退避した第１の位置と前記開口の全体を覆った第２の位置との間の領域で停止することがないように前記アクチュエータを制御し、前記２つのフィルタ部材の前記透明部は、該２つのフィルタ部材が前記第２の位置にあるとき、前記絞りの開口面と直交する方向において互いに重ならないように構成されている。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、ＮＤフィルタによる画質劣化を抑制した小型の光量調節装置を提供することができる。

実施例１におけるビデオカメラのレンズ鏡筒部の分解斜視図である。 実施例１におけるビデオカメラのレンズ鏡筒部の断面図である。 実施例１におけるビデオカメラの電気的構成を示すブロック図である。 実施例１における光量調節ユニットの分解斜視図である。 実施例１における光量調節ユニットによる光量調節とＭＴＦとの関係を示すグラフ。 実施例１における光量調節ユニットの各動作ポジションでの状態を示す正面図（ａ）、及び、断面図（ｂ）である。 実施例１におけるＮＤフィルタの位置検出方法を示す正面図である。 実施例１におけるＮＤフィルタの位置と磁気センサ出力との関係を示すグラフである。 従来の光量調節ユニットによる光量調節とＭＴＦとの関係を示すグラフである。 従来の光量調節ユニットの各動作ポジションでの状態を示す正面図である。 実施例１における光量調節ユニットの制御シーケンスを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１におけるビデオカメラ（光学機器）について説明する。図１は、本実施例におけるビデオカメラのレンズ鏡筒部の分解斜視図である。図２は、レンズ鏡筒部の断面図である。レンズ鏡筒部には、被写体側から順に、凸凹凸凸の４つのレンズユニットにより構成された撮影光学系としての変倍光学系が内蔵されている。なお、以下の説明において、被写体側を前側、撮像素子側を後側という場合がある。
図１及び図２において、被写体側（図２の左側）から順に、Ｌ１は固定の第１レンズユニット、Ｌ２は光軸方向に移動して変倍を行う第２レンズユニットである。また、Ｌ３は光軸直交方向に移動して像触れ補正を行う第３レンズユニット、Ｌ４は光軸方向に移動してフォーカシングを行う第４レンズユニットである。

１ａは第１レンズユニットＬ１を保持する前玉鏡筒、１ｂは前玉鏡筒１ａが固定される固定鏡筒である。２は第２レンズユニットＬ２を保持する第２移動枠、３は第３レンズユニットＬ３を光軸直交方向に移動可能に保持するシフトユニットである。４は第４レンズユニットＬ４を保持する第４移動枠、５は光学像を電気信号に変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子１５（図３参照）が取り付けられる後部鏡筒である。固定鏡筒１ｂと後部鏡筒５との間には、２本のガイドバー６、７が固定されている。第２移動枠２に設けられたスリーブ部２ｄは、ガイドバー６に移動可能に係合して光軸方向にガイドされる。また、第２移動枠２に設けられたＵ溝部２ｅは、ガイドバー７に移動可能に係合し、第２移動枠２のガイドバー６を中心とした回転を阻止している。また、第４移動枠４に設けられたスリーブ部４ｄは、ガイドバー７に移動可能に係合して光軸方向にガイドされる。また、第４移動枠４に設けられたＵ溝部４ｅは、ガイドバー６に移動可能に係合し、第４移動枠４のガイドバー７を中心とした回転を阻止している。

シフトユニット３は、後部鏡筒５に対して位置決めされ、後部鏡筒５と固定鏡筒１ｂとの間に挟み込まれて保持されている。９は撮影光学系に入射して絞り開口を通過した光により形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子１５に到達する光量を調節する光量調節ユニット（光量調節装置）である。光量調節ユニット９は、開口の大きさ（開口径）が可変の絞りを備える。具体的には、図２に示される２枚の絞り羽根９ａをステッピングモータにより構成される絞りモータ９ｂの駆動力によって光軸直交方向に移動させることで、開口の大きさを変化させる。また、光量調節ユニット９には、フィルタ部材としてのＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが絞り羽根９ａとは独立して光路に対して進退可能に設けられている。ＮＤフィルタの詳細については後述する。光量調節ユニット９は、不図示のビスによって前方からシフトユニット３に固定される。

固定鏡筒１ｂは、後部鏡筒５に位置決めされ、かつ、前述したようにシフトユニット３を後部鏡筒５との間に挟み込み、３本のビス（不図示）によってシフトユニット３とともに後部鏡筒５に後方からビス止めされる。前玉鏡筒１ａ、固定鏡筒１ｂ、及び、後部鏡筒５によって鏡筒本体が構成される。

４ａはコイル、４ｂはドライブマグネット、４ｃは磁束を閉じるためのヨークであり、これらにより第４レンズユニットＬ４（第４移動枠４）を光軸方向に移動させるフォーカス駆動ユニットが構成される。コイル４ａに電流を流すと、コイル４ａとマグネット４ｂとの間に磁力線の相互反発によるローレンツ力が発生し、第４移動枠４とともに第４レンズユニットＬ４が光軸方向に駆動される。また第４移動枠４は、光軸方向に多極着磁された不図示のセンサマグネットを保持している。また、センサマグネットの移動による磁力線の変化を読み取るＭＲセンサ１２が後部鏡筒５に固定されている。このような構成により、第４移動枠４（第４レンズユニットＬ４）の位置が検出される。

１０は、第２レンズユニットＬ２を光軸方向に移動させるズームモータであり、ステッピングモータにより構成されている。ズームモータ１０の出力軸の前端部は、横長Ｕ字形状の保持板１０ａの前側に形成された軸受け部によって回転自在に保持されている。この出力軸の後端部近辺は、保持板１０ａの後側に形成された軸受け部により回転自在に保持されている。ズームモータ１０の出力軸にはリードスクリューが形成されており、このリードスクリューには、第２移動枠２に取り付けられたラック２ａが噛み合っている。このため、ズームモータ１０が回転すると、リードスクリューとラック２ａとの噛合い作用によって第２移動枠２が光軸方向に駆動される。また、ねじりコイルバネ２ｂは、第２移動枠２とガイドバー６、７、第２移動枠２とラック２ａ、及びラック、２ａとリードスクリューをそれぞれ片寄せして、これらの間のがたつきを防止する。

１１は、フォトインタラプタからなるズームリセットスイッチである。ズームリセットスイッチ１１は、第２移動枠２に形成された遮光部２ｃの移動を光学的に検出して電気信号を出力する。これにより、後述する制御回路（コントローラ）としてのＣＰＵ３７は、第２移動枠２（第２レンズユニットＬ２）が基準位置に位置しているか否かを判定することができる。ズームリセットスイッチ１１は、基板を介してビスにより前玉鏡筒１に固定されている。

次に、図３を参照して、本実施例におけるビデオカメラの電気的構成について説明する。図３は、ビデオカメラの電気的構成を示すブロック図である。図３において、図１及び図２を参照して説明したレンズ鏡筒部の構成要素については、これらの図中の符号と同符号を付して説明に代える。３７は、ビデオカメラの制御を司るＣＰＵである。ＣＰＵ３７は、第２レンズユニットＬ２及び第４レンズユニットＬ４を駆動するための第２レンズ群駆動源２０１及び第４レンズ群駆動源４０１をそれぞれ制御する。またＣＰＵ３７（制御手段）は、絞り羽根９ａを駆動するための絞り駆動源７０８を制御する。

３８はカメラ信号処理回路であり、撮像素子１５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は、ＡＥゲート３９及びＡＦゲート４０に送られる。ＡＥゲート３９及びＡＦゲート４０ではそれぞれ、露出決定及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領域から設定される。各ゲートの大きさは可変であってもよく、また、各ゲートが複数設けられてもよい。４１は、ＡＦ（オートフォーカス）のためのＡＦ信号を生成するＡＦ信号処理回路であり、映像信号の高周波成分に基づいて、コントラストＡＦのためのＡＦ評価値信号を生成する。４２は撮影者によって操作されるズームスイッチであり、４３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４３は、変倍に際して被写体距離と第２レンズユニットＬ２の位置に応じてセットすべき第４レンズユニットＬ４の位置情報を記憶している。なお、ズームトラッキングメモリ４３として、ＣＰＵ３７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４２が操作されると、ＣＰＵ３７は、ズームモータ１０を駆動する。これとともに、第２レンズユニットＬ２の位置と被写体距離とに応じてズームトラッキングメモリ４３から読み出した位置に対して第４レンズユニットＬ４の位置が一致するように、フォーカス駆動ユニット（コイル４ａ）の通電を制御する。
また、ＡＦ動作では、ＣＰＵ３７は、ＡＦ信号処理回路４１からのＡＦ評価値信号がピーク（最大）となるように、フォーカス駆動ユニットの通電を制御する。さらに、適正露出を得るために、ＣＰＵ３７（制御手段）は、ＡＥゲート３９を通過したＹ信号の出力の平均値に基づいてアクチュエータである絞りモータ９ｂを制御する。これにより、絞りの開口の大きさ（開口径）を制御することができる。３６は、光量調節ユニット９に設けられた絞りエンコーダであり、絞り羽根９ａの位置、すなわち絞りの開口径を検出する。

次に、図４を参照して、本実施例における光量調節ユニット９について詳述する。図４は、光量調節ユニット９の分解斜視図である。光量調節ユニット９は、固定絞り開口９ｇが形成された絞り地板９ｈと、２枚の絞り羽根９ａ１、９ａ２（絞り）と、絞りモータ９ｂの出力軸及び絞り羽根９ａ１、９ａ２に連結された駆動レバー９ａ３とを有する。絞りモータ９ｂが作動することにより、２枚の絞り羽根９ａ１、９ａ２が互いに反対方向に駆動され、両方の絞り羽根９ａ１、９ａ２によって形成される開口の大きさ（径）が変化する。このような光量調節ユニット９は、いわゆるギロチン型の絞りとも称される。

また光量調節ユニット９は、２つのフィルタ部材としてＮＤフィルタ９ｆを有する。２つのＮＤフィルタ９ｆは、それぞれ、均一な透過率を有する透明部、及び、連続的に変化する透過率を有するグラデーョン部を備えている。２つのＮＤフィルタ９ｆは、それぞれ、ＮＤ保持板９ｅ1、９ｅ2に取り付けられている。９ｃはＮＤフィルタ９ｆ（ＮＤ保持板９ｅ）を絞り羽根９ａとは独立に光路に対して進退駆動するためのアクチュエータであるＮＤモータである。ＮＤモータ９ｃは制御手段としてのＣＰＵ３７により制御される。ＮＤモータ９ｃの出力軸には、ＮＤ駆動アーム９ｄが連結されており、さらにＮＤ駆動アーム９ｄは、ＮＤ保持板９ｅに連結されている。このため、アクチュエータであるＮＤモータ９ｃが作動することにより、ＮＤフィルタ９ｆが絞りの開口面と平行に駆動される。

ＮＤフィルタ９ｆは、光路への挿入方向での先端側から順に、透明部９ｆ３、グラデーション濃度部９ｆ２（グラデーション部）、及び、最高濃度部９ｆ１を有する。本実施例では、ＮＤフィルタ９ｆが絞り開口径に対し退避している領域を第１の領域に、ＮＤフィルタ挿入領域（透明部９ｆ３、グラデーション濃度部９ｆ２及び最高濃度部９ｆ１）が第２の領域に相当する。ＮＤフィルタ９ｆは、グラデーション濃度部９ｆ２の濃淡の変化方向及び移動方向が互いに反対になるように配置され、かつ、開口の全体を覆うことが可能に構成されている。ＮＤフィルタ９ｆは、無色透明なプラスチック基板のうち先端部分を除いてグラデーション濃度部９ｆ２と最高濃度部９ｆ１を蒸着膜によって形成して構成されている。蒸着膜が形成されていない先端部分が透明部９ｆ３である。なお、「無色透明」とは、完全な無色透明に限定されるものではなく、透明部９ｆ３が光路に対して進退した場合に撮影画像に色変化や輝度変化が生じていないと評価できる程度の状態を含む意味である。透明部９ｆ３の透過率は７５％〜１００％の範囲内で設定することが好ましい。より好ましくは、この透過率は８７．５％〜１００％の範囲内で設定される。透明部９ｆ３は、後述のように、Ｆ４．０に対応する絞り開口の一部を覆う設定にされている。

また最高濃度部９ｆ１は、例えばＮＤ１．０の濃度に設定されている。
透明部９ｆ３と最高濃度部９ｆ１との間に、最高濃度部９ｆ１に向かって濃度が徐々に濃くなる（透過率が低くなる）グラデーション濃度部９ｆ２を設けることで、絞り開口内で濃度段差が生じ、ＭＴＦが劣化することを防止できる。グラデーション濃度部９ｆ２における隣接する濃度領域間の濃度差は、輝度の急激な変化を防止するため、ＮＤ０．３以下に設定されている。透明部９ｆ３の表面とグラデーション濃度部９ｆ２最低濃度の蒸着膜表面間の厚み段差、グラデーション濃度部９ｆ２及び最高濃度部９ｆ１における各濃度の蒸着膜表面間の厚み段差は、撮像素子１５が感度を有する最低波長の１／３以下とすることが好ましい。これにより、厚み段差によるＭＴＦの劣化を効果的に抑制することができる。なお、プラスチック基板は、光を透過させるための穴のような段差部を有さない、単純な平板形状からなる１枚の板として形成されている。

次に、図５及び図６を参照して、光量調節ユニット９の制御方法について説明する。図５は、光量調節ユニット９の透過光量（Ｔナンバー）とレンズ鏡筒部のＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）との関係を示す。光量調節ユニット９を透過する光量は、２枚の絞り羽根９ａ１、９ａ２で形成される略ひし形の形状を有する絞り開口の面積を変えることと、ＮＤフィルタ９ｆの挿入状態を変えることとの組み合わせで制御される。図６（ａ）は、光量調節ユニット９の透過光量を減少させていくように絞り開口とＮＤフィルタ９ｆの挿入状態を制御した様子（光軸方向視の様子）を、ポジションＡ０２〜Ｉ０２の順番に示す。図６（ｂ）は、２枚のＮＤフィルタ９ｆの絞り開口との挿入状態を制御した様子を示す。図６（ａ）、（ｂ）中のポジションＡ０２、Ｂ０２、…、Ｉ０２は、図５のグラフ上での同じ符号が付された状態に対応する。以下の説明において、２枚の絞り羽根９ａ１、９ａ２は、絞り羽根９ａとまとめて示す。また、２枚のＮＤフィルタ９ｆの動作は上下方向に対称であるため、図６（ａ）のＮＤフィルタ９ｆの動作は、絞り羽根９ａ２のみ（下側→上側）で示す。

光量調節ユニット９の透過光量を減少させるには、まず絞り開口の面積を小さくする（図５中の領域ａ０２）。次に、ＮＤフィルタ９ｆを挿入していく（図５中の領域ｂ０２）。そして、ＮＤフィルタ９ｆを全挿入した（絞り開口の全体を覆った）後、再び、絞り開口の面積を小さくしていく（図５中の領域ｃ０２）。ポジションＡ０２は、絞り羽根９ａが開放絞り開口となる固定絞り開口９ｇよりも外側に退避した開放状態である。この開放状態（Ａ０２）では、ＮＤフィルタ９ｆの透明部９ｆ３の一部が開放絞り開口の一部に掛かっている。ただし、ＮＤフィルタ９ｆが完全に開放絞り開口の外側に退避するようにしてもよい。

次に、絞り羽根９ａをＦ２．０に対応するポジションＢ０２に向けて駆動する。これにより、光量は低下し、ＭＴＦの値は増加する。さらに、Ｆ２．８に対応するポジションＣ０２及びＦ４．０に対応するポジションＤ０２まで駆動する間に、光量は低下し、ＭＴＦは徐々に低下する。
その後、絞り開口がＦ４．０に対応する開口面積（所定の大きさに絞られた開口）に固定された状態で、ＮＤフィルタ９ｆの挿入駆動が開始される。

ポジションＥ０２は、ＮＤフィルタ９ｆの挿入方向先端９ｆ４がＦ４．０の絞り開口に掛かる直前の状態（第１の位置）を示す。また、ポジションＦ０２は、ＮＤフィルタ９ｆの挿入完了後、透明部９ｆ３とグラデーション濃度部９ｆ２によってＦ４．０の絞り開口の全体が覆われた状態（第２の位置）を示す。ポジションＥ０２からポジションＦ０２までの間の領域では、ＮＤフィルタ９ｆは停止しないように制御される。すなわち、ＮＤフィルタ９ｆの先端９ｆ４は、Ｆ４．０の絞り開口の内側に対応する位置で常に移動しており、停止することはない。このように、ＣＰＵ３７は、開口が所定の大きさ（例えばＦ４．０）に絞られている場合、ＮＤフィルタ９ｆが開口に対して退避した第１の位置と開口の全体を覆った第２の位置との間の領域で停止することがないようにＮＤモータ９ｃを制御する。また、２つのＮＤフィルタ９ｆの透明部９ｆ３は、ＮＤフィルタ９ｆが第２の位置にあるとき、絞りの開口面と直交する方向において互いに重ならないように構成される。

図５において、ポジションＥ０２からポジションＦ０２までを結んだ点線矢印は、ポジションＥ０２からポジションＦ０２までＮＤフィルタ９ｆが常に停止せずに移動するように制御されることを意味する。このとき、２枚のＮＤフィルタ９ｆのグラデーション濃度部９ｆ２がＦ４．０の絞り開口に対して半掛り状態になるため、一定の輝度変化が発生する。このように、ＮＤフィルタ９ｆを挿入した際に生じる輝度変化に対しては、ＣＰＵ３７は、絞り羽根（絞りの開口の大きさ）、撮像素子１５のゲインや電子シャッター速度の少なくとも一つを制御する。このような制御により、撮影状態で輝度変化を認識しないレベルになるように光量調整が行われる。この動作により、後述のように、著しい輝度変化やＭＴＦの変化は生じない。

透明部９ｆ３の挿入方向長さは、Ｆ４．０の絞り開口の半径以上に対応した長さに設定される。透明部９ｆ３が必要以上に長いと、ＮＤフィルタ９ｆが大型化し、これを備えた光量調節ユニット９やビデオカメラの小型化を妨げるからである。また逆に、透明部９ｆ３の挿入方向長さが短い場合、前述のように挿入した場合に撮影画像に色変化や輝度変化が大きくなる。このため、透明部９ｆ３の挿入方向長さは、光量調整ユニット９の許容可能な大きさとＮＤフィルタ９ｆを挿入した際に生じる色変化や輝度変化の光量補正制御を考慮して適切に設定されることが好ましい。なお、ＮＤフィルタ９ｆ全体の挿入方向長さは、開放絞り開口径に対応する長さに設定されていることが好ましい。

ポジションＥ０２からポジションＦ０２まで、ＮＤフィルタ９ｆはできるだけ高速、例えば、アクチュエータであるＮＤモータ９ｃによって駆動され得るＮＤフィルタ９ｆの最高速度で駆動されることが好ましい。ただし、ビデオカメラの絞り開口を通過した光により形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子１５からの画像取り込み速度（１フィールド画像を取り込むのに要する時間：例えば、６０フィールド／秒）に比べて、著しく遅くなければよい。すなわち、ＭＴＦの劣化が目立たない程度の速度であればよい。例えば、ＮＤフィルタ９ｆのポジションＥ０２とポジションＦ０２との間での移動は、１／２秒以下の速度であることが好ましい。更に好ましくは、ＮＤフィルタ９ｆのポジションＥ０２とポジションＦ０２との間（又は、ポジションＦ０２とポジションＥ０２との間）での移動は、１５フィールド画像を取り込むのに要する時間である１／４秒以下の速度に設定される。ただし、カメラシステムとしてＭＴＦの劣化の抑制できる範囲内であれば、ＮＤフィルタ９ｆのポジションＥ０２とポジションＦ０２との間での移動が、一瞬停止するようにしてもよい。

その後、ＮＤフィルタ９ｆは、最高濃度部９ｆ１とグラデーション濃度部９ｆ２とによって、Ｆ４．０の絞り開口の全体を覆う位置まで駆動される（ポジションＧ０２）。続いて、ＮＤフィルタ９ｆは、停止した状態で、再度絞り開口の面積が小さくなることにより透過光量が減少する（ポジションＨ０２、Ｉ０２）。ポジションＧ０２からポジションＩ０２にかけて、小絞り回折の影響によってＭＴＦが劣化する。

次に、図７及び図８を参照して、ＮＤフィルタ９ｆの先端９ｆ４が絞り開口（Ｆ４．０）内で常に停止することなく移動するように制御するための具体的な方法について説明する。図７は、本実施例におけるＮＤフィルタの位置検出方法を示す正面図である。図８は、本実施例におけるＮＤフィルタの位置と磁気センサの出力との関係を示すグラフである。以下、２枚のＮＤ枠９ｅ１、９ｅ２のうちＮＤ枠９ｅ２のＮＤフィルタ９ｆを用いて説明する。

図７に示されるように、ＮＤモータ９ｃの内部には、駆動用マグネット９ｃ１が配置され、そのマグネット９ｃ１は、ＮＤ駆動アーム９ｄと結合されている。ＮＤ保持板９ｅに取り付けられたＮＤフィルタ９ｆは、マグネット９ｃ１が回転することによって移動する。マグネット９ｃ１の回転角を検出するために、マグネット９ｃ１のＮ極とＳ極の着磁境界の近傍に磁気センサ９ｃ２が配置されている。磁気センサ９ｃ２は、ＮＤフィルタ９ｆの位置に応じた信号を出力する。磁気センサ９ｃ２としては、ホール素子等を用いることができる。マグネット９ｃ１の回転角と磁気センサ９ｃ２の出力値は略リニアな関係となるため、図８に示されるように、ＮＤフィルタ９ｆの位置と磁気センサ９ｃ２の出力もリニアな関係となる。

ここで、絞り羽根９ａが形成するＦ４．０の絞り開口に対して、ＮＤフィルタ９ｆの先端９ｆ４が掛かる直前であるポジションＥ０２での磁気センサ９ｃ２の出力をＭ％とする。また、Ｆ４．０の絞り開口をＮＤフィルタ９ｆの全体が透明部９ｆ３（又は透明部９ｆ３とグラデーション濃度部９ｆ２の一部）によって覆われるポジションＦ０２での磁気センサ９ｃ２の出力を、Ｎ（＞Ｍ）％とする。この場合、Ｆ４．０の絞り開口内でＮＤフィルタ９ｆの先端９ｆ４が停止することなくＮＤフィルタ９ｆを常に移動させる制御とは、磁気センサ９ｃ２の出力ＡがＭ％＜Ａ＜Ｎ％となる領域を不使用領域とする制御である。実際には、ＮＤフィルタ９ｆの取り付け誤差等によって磁気センサ９ｃ２の出力とＮＤフィルタ９ｆの位置との関係は変動する。このため、マージンαを考慮して、（Ｍ−α）％＜Ａ＜（Ｎ＋α）％の領域を不使用領域とすることがより好ましい。

このように、ＣＰＵ３７は、ＮＤフィルタ９ｆが第１の位置と第２の位置との間の領域の外にある場合、磁気センサ９ｃ２からの信号に基づいてＮＤモータ９ｃを制御する。一方、ＣＰＵ３７は、ＮＤフィルタ９ｆが第１の位置と第２の位置との間の領域にある場合、磁気センサ９ｃ２からの信号に基づくことなくＮＤフィルタ９ｆがこの領域を移動するようにＮＤモータ９ｃを制御する。

図９には、従来の光量調節ユニットの透過光量とレンズ鏡筒部のＭＴＦとの関係を表している。また、図１０には、従来の光量調節ユニットの透過光量を減少させていくように絞り開口とＮＤフィルタの挿入状態を制御した様子をポジションＡ０１〜Ｌ０１の順番に示している。図１０中の動作ポジションＡ０１、Ｂ０１、…、Ｌ０２は、図９のグラフ上での同じ符号が付された状態に対応する。図１０に示されるＮＤフィルタ９ｆ’には透明部は設けられておらず、先端からグラデーション濃度部９ｆ２’及び最高濃度部９ｆ１’が設けられている。

開放状態のポジションＡ０１からＦ２．０のポジションＢ０１に向けて絞り開口を小さくしていくことで、ＭＴＦの値は増加する。さらに、Ｆ２．８のポジションＣ０１及びＦ４．０のポジションＤ０１まで絞り開口を小さくしていくと、ＭＴＦは徐々に低下する（図９中の領域ａ０１）。Ｆ４．０の絞り開口に対してＮＤフィルタの先端が掛かる直前のポジションＥ０１から絞り開口に対してＮＤフィルタが挿入されていくことで、光量が減少する（図９中の領域ｂ０１）。ＮＤフィルタの先端がＦ４．０の絞り開口内に掛かっているポジションＦ０１〜Ｈ０１では、ＮＤフィルタの先端と絞り開口の縁部とに囲まれた小さな素通し開口での回折やＮＤフィルタの基板の厚みに相当する光路長差によって、ＭＴＦの劣化が生じる。具体的には、ポジションＥ０１からＭＴＦの劣化が始まり、ＮＤフィルタの先端が絞り開口の中心（撮影光学系の光軸中心）を通過するポジションＧ０１においてＭＴＦの劣化が最大となる。そして、ＮＤフィルタがＦ４．０の絞り開口全体を覆うポジションＩ０１までＭＴＦが劣化した状態が継続する。

次に、ポジションＪ０１でＦ４．０の絞り開口全体が最高濃度部９ｆ１’で覆われた状態となった後、ポジションＫ０１、Ｌ０１（図９中の領域ｂ０１）で再び絞り開口を小さくしていく。この間、小絞り回折の影響によってＭＴＦが劣化する。許容されるＭＴＦの劣化は、撮像素子の画素ピッチによって変わるが、ここでは、ビデオカメラにおいて許容されるＭＴＦの値が４０％であるとする。この場合、図９及び図１０で示される従来の光量調節ユニットの構成及び制御方法では、ポジションＦ０１〜ポジションＨ０１及びポジションＫ０１以降において、映像の劣化が認識されてしまう。これに対し、本実施例の光量調節ユニットの構成及び制御方法では、ポジションＨ０２まで映像の劣化が認識されない。本実施例では、開放絞り開口より小さく絞られている状態の絞り開口の内部でＮＤフィルタの先端が停止しないようにＮＤフィルタ９ｆ（ＮＤモータ９ｃ）を移動させるように制御を行う。これにより、ＭＴＦの劣化を抑制することができる。

なお本実施例では、絞り開口をＦ４．０に対応する大きさとした後にＮＤフィルタ９ｆを挿入駆動する場合について説明したが、絞り開口を他の絞り値（例えば、Ｆ５．６）に対応する大きさとした後にＮＤフィルタを挿入駆動するようにしてもよい。回折による画質劣化が許容される範囲でできるだけ又は最も絞り開口の小さいＦ値でＮＤフィルタを挿入することで、ＮＤフィルタの面積を小さくすることができ、光量調節ユニット及びこれを搭載するビデオカメラの小型化に有効である。

更には、透明部９ｆ３の挿入方向の長さをＦ４．０の絞り開口に対し、全覆いから部分覆いとすることで、ＮＤフィルタ９ｆの長さを短くする事ができるため、光量調整ユニット及びこれを搭載するビデオカメラの小型化に有効である。具体的には、前述したように撮像素子の画素ピッチによっても変わるが、一般的には、ＭＴＦの値がビデオカメラの最高解像周波数の３０％を下限としてそれ以上のＭＴＦ値に対応するＦ値になったときにＮＤフィルタを挿入することが好ましい。

次に、図１１を参照して、本実施例における光量調節ユニットの制御シーケンスについて説明する。図１１のフローチャートは、ＣＰＵ３７がコンピュータプログラムにしたがって実行する被写体の明るさ変化に応じた光量フィードバック制御のシーケンスを示す。図１１において、「Ｙ」はＹｅｓ、「Ｎ」はＮｏを表す。また、「Ｓ」はステップを示す。

まず、ステップ９０２において、ＣＰＵ３７は、図３に示したＡＥゲート３９からのＹ信号出力の平均値（測光値）に基づいて、現在の被写体の明るさに対して最適な露出状態か否かを判定する。

次に、ステップ９０３では、ＣＰＵ３７は、ＮＤフィルタ９ｆが退避位置（図６−ａに示すポジションＡ０２〜Ｄ０２での位置）にあるか否かを判定する。ＮＤフィルタ９ｆが退避位置にある場合は、絞り羽根９ａの駆動のみで露出を制御するため、ステップ９０４において露出オーバーかアンダーか否かを判定する。露出オーバーの場合には、ステップ９０５で絞り羽根９ａをクローズ方向へ移動させるように絞りモータ９ｂを制御し、再度、ステップ９０２で最適露出か否かを判定する。一方、ステップ９０４において露出アンダーの場合には、ステップ９０６で絞り羽根９ａをオープン方向に移動させるように絞りモータ９ｂを制御し、ステップ９０２で最適露出か否かを判定する。

ステップ９０３にてＮＤフィルタ９ｆが退避位置にない場合には、ステップ９０７において、ＮＤフィルタ９ｆが全覆い位置（図６（ａ）に示されるポジションＧ０２〜Ｉ０２）にあるか否かを判定する。全覆い位置にある場合にも、絞りの開閉動作によって露出制御を行うため、ステップ９０８で露出オーバーかアンダーかを判定する。露出オーバーの場合には、ステップ９０９において絞り羽根９ａをクローズ方向に、露出アンダーの場合にはステップ９１０において絞り羽根９ａをオープン方向に移動させるように、絞りモータ９ｂを制御する。その後、再びステップ９０２において、最適露出か否かを判定する。

ステップ９０７にてＮＤフィルタ９ｆが全覆い位置にない場合には、ステップ９１１において露出オーバーかアンダーかを判定する。露出オーバーの場合には、ステップ９１２において、ＮＤフィルタ９ｆを覆い方向（挿入方向）に移動させるようにＮＤモータ９ｃを制御する。このとき、Ｆ４．０の絞り開口内でＮＤフィルタ９ｆの先端９ｆ４を常に停止させない制御を行うため、ステップ９１３でＮＤフィルタ９ａの先端９ｆ４がＦ４．０の絞り開口に掛かる直前の状態（挿入方向での半掛かり直前状態）か否かを判定する。この状態は、図６（ａ）に示されるポジションＥ０２に相当する。挿入方向の半掛かり直前状態であれば、ステップ９１４において、高速で図６（ａ）に示されるポジションＦ０２までＮＤフィルタ９ｆを常に停止させずに移動させるようにＮＤモータ９ｃを制御する。

一方、ステップ９１１にて露出アンダーである場合には、ステップ９１５においてＮＤフィルタ９ｆを退避方向に移動させるようにＮＤモータ９ｃを制御する。このとき、Ｆ４．０の絞り開口内でＮＤフィルタ９ｆの先端９ｆ４を常に停止させないように制御を行うため、ステップ９１６でＮＤフィルタ９ａの先端９ｆ４がＦ４．０の絞り開口に掛かる直前の状態（退避方向での半掛かり直前状態）か否かを判定する。この状態は、図６（ａ）に示されるポジションＦ０２に相当する。退避方向での半掛かり直前状態であれば、ステップ９１７において、高速で図６（ａ）に示されるポジションＥ０２までＮＤフィルタ９ｆを常に停止させずに移動させるようにＮＤモータ９ｃを制御する。ＣＰＵ３７は、ＮＤフィルタ９ｆが完全にＥ０２まで挿入されたときに生じる輝度変化に対しては、絞りの開口の大きさ、撮像素子のゲインや電子シャッター速度などの制御により、著しい輝度変化を生じないように光量調整を行う。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＤフィルタが絞りの開口の一部のみを覆う状態（半掛かり状態）が生じないようにＮＤフィルタを動作させることができる。したがって、半掛かり状態に伴う画質劣化を抑制することが可能である。また、第２の領域を開口に対して挿入及び退避させる際に、第１の領域によって第１の開口を覆っておくことができ、ＮＤフィルタの厚み分の光路長差による画質劣化を抑制することが可能である。さらに、開口に対し透明部を全覆いから部分覆いとすることで透明部の長さを低減させ、光量調整ユニットの小型化を図ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、上記各実施例ではレンズ一体型ビデオカメラについて説明したが、本発明は、レンズ一体型デジタルスチルカメラや交換レンズ等の他の光学機器にも適用することができる。

９ 光量調節ユニット
９ｂ 絞りモータ
９ａ、９ａ１、９ａ２ 絞り羽根
９ｃ ＮＤモータ
９ｆ ＮＤフィルタ
９ｆ２ グラデーション濃度部
９ｆ３ 透明部
３７ ＣＰＵ

Claims (5)

1. 開口の大きさが可変の絞りと、
   均一な透過率を有する透明部、及び、連続的に変化する透過率を有するグラデーション部を備えた２つのフィルタ部材と、
   前記２つのフィルタ部材を駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、
   前記２つのフィルタ部材は、前記グラデーション部の濃淡の変化方向及び移動方向が互いに反対になるように配置され、かつ、前記開口の全体を覆うことが可能に構成され、
   前記制御手段は、前記開口が所定の大きさに絞られている場合、前記２つのフィルタ部材が該開口に対して退避した第１の位置と前記開口の全体を覆った第２の位置との間の領域で停止することがないように前記アクチュエータを制御し、
   前記２つのフィルタ部材の前記透明部は、該２つのフィルタ部材が前記第２の位置にあるとき、前記絞りの開口面と直交する方向において互いに重ならないように構成されていることを特徴とする光量調節装置。
2. 前記２つのフィルタ部材の位置に応じた信号を出力する磁気センサを更に有し、
   前記制御手段は、
   前記２つのフィルタ部材が前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記領域の外にある場合、前記磁気センサからの前記信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、
   前記２つのフィルタ部材が前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記領域にある場合、前記磁気センサからの前記信号に基づくことなく該２つのフィルタ部材が該領域を移動するように該アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
3. 前記透明部の前記透過率は７５％〜１００％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光量調節装置。
4. 前記制御手段は、前記２つのフィルタ部材が前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記領域を移動する際に、前記開口の大きさ、撮像素子の電子シャッター速度、又は、該撮像素子のゲインの少なくとも一つを制御して光量調整を行うこと特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光量調節装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光量調節装置を備えた光学機器。