JP2015200838A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外カットフィルタとＮＤフィルタの挿抜に伴うピント変動を抑える。
【解決手段】光学機器は、光学フィルタ２３８を有する。光学フィルタには、赤外領域の光を低減する赤外カット機能および可視領域の光に対する減光機能を有する第１の領域１と、赤外カット機能を有して減光機能を有さない第２の領域２が設けられている。光学フィルタは、該光学フィルタを通過する光路ＯＰが延びる光路方向での同一位置において、第１の領域が光路に挿入される第１のフィルタ位置と第２の領域が光路に挿入される第２フィルタ位置とに光路に対して移動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤外カットフィルタと減光（ＮＤ）フィルタとを有するレンズ装置および撮像装置等の光学機器に関する。

上記のような光学機器には、撮影光学系および撮像素子に対して挿抜可能な赤外カットフィルタを備えたものがある。この光学機器では、赤外カットフィルタの挿抜に伴う該フィルタの厚みに相当する光路長の変化によってピントが変動することを抑えるため、低照度下で赤外カットフィルタを抜いた場合には素通しガラスを挿入する。

一方、高照度下では、赤外カットフィルタを挿入するとともに、減光用のＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを挿入し、光量調整を行う。ただし、ＮＤフィルタを挿入すると、その厚みによるピント変動が生じる。

特許文献１には、赤外カットフィルタを挿抜する第１の駆動手段と、ＮＤフィルタを挿抜する第２の駆動手段とを備えた光学機器が開示されている。

特開２００４−３６１５９０号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された光学機器のように２つのフィルタを独立して挿抜可能な構成では、これらフィルタの挿抜の組み合わせによってピント変動が生じる。

本発明は、赤外カットフィルタとＮＤフィルタの挿抜に伴うピント変動を抑えることができるようにした光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、赤外領域の光を低減する赤外カット機能および可視領域の光に対する減光機能を有する第１の領域と、赤外カット機能を有して減光機能を有さない第２の領域が設けられた光学フィルタを有する。そして、光学フィルタは、光路が延びる光路方向での同一位置において、第１の領域が光路に挿入される第１のフィルタ位置と第２の領域が光路に挿入される第２フィルタ位置とに光路に対して移動することを特徴とする。

本発明によれば、１つの光学フィルタを光路に対して移動させることで赤外カットおよび減光機能を有する第１の領域と赤外カット機能のみを有する第２の領域とを光路方向での同一位置にて選択的に光路に挿入することができる。このため、ピント変動を抑えつつ赤外カットフィルタおよびＮＤフィルタを光路に対して挿抜するのと同等の効果を得ることができる。

本発明の実施例１である撮像装置の構成を示すブロック図。 実施例１の撮像装置に用いられる光学フィルタを示す正面図。 上記光学フィルタを示す断面図。 本発明の実施例２における光学フィルタを示す正面図。

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。

図１には、本発明の実施例１である光学機器としての撮像装置の構成を示している。なお、本実施例では、撮影光学系を一体に有する撮像装置について説明するが、光学機器には、撮影光学系の交換が可能な撮像装置や、撮像装置に対して交換可能な交換レンズ装置も含まれる。

図１において、被写体側から順に、２０１ａは第１レンズ群、２０１ｂは変倍機能を有する第２レンズ群、２３５は絞りユニット、２０１ｃは第３レンズ群、２０１ｄは焦点調節機能を有する第４レンズ群である。これら第１レンズ群２０１ａから第４レンズ群２０１ｄおよび絞りユニット２３５により撮影光学系が構成される。第２レンズ群２０１ｂは、ズーム駆動源（ズームアクチュエータ）２２２からの駆動力を受けて撮影光学系の光軸が延びる方向（以下、光軸方向という）に移動して変倍を行う。また、第４レンズ群２０１ｄは、フォーカス駆動源（フォーカスアクチュエータ）２２３からの駆動力を受けて光軸方向に移動して焦点調節を行う。絞りユニット２３５は、絞り駆動源（絞りアクチュエータ）２２４からの駆動力を受けて不図示の絞り羽根を動作させて光量を調節する。

第２レンズ群２０１ｂの光軸方向での位置、第４レンズ群２０１ｄの光軸方向での位置および絞りユニット２３５における絞り羽根の位置（絞り値）はそれぞれ、ズームエンコーダ２２５、フォーカスエンコーダ２２７および絞りエンコーダ２２６により検出される。

２３８は光路上に配置された光学フィルタであり、絞りユニット２３５と第３レンズ群２０１ｃとの間において光軸に直交する方向に移動する。２３９は光学フィルタ２３８を光軸に直交する方向に移動させる駆動手段としての光学フィルタ駆動源（フィルタアクチュエータ）である。光学フィルタ２３８の光軸に直交する方向での位置は、光学フィルタエンコーダ２３７によって検出される。

２２１はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する。２２８はカメラ信号処理回路であり、撮像素子２２１からの出力信号に対して増幅やガンマ補正等の画像処理を行って映像信号を生成する。映像信号はＡＥゲート２２９およびＡＦゲート２３０に入力され、ここで全画面のうち所定の測光領域での輝度検出および所定の焦点検出領域でのコントラスト検出に用いられる映像信号が取り出される。

２３６はＡＥ信号処理回路であり、ＡＥゲート２２９にて取り出された映像信号の輝度（撮像素子２２１における照度）、つまりは被写体の輝度を検出する。２３１はＡＦ（オートフォーカス）信号処理回路であり、ＡＦゲート２３０にて取り出された映像信号の高周波成分を抽出してコントラスト評価信号を生成する。ＣＰＵ（制御手段）２３２は、ＡＥ信号処理回路２３６にて検出された輝度に基づいて、撮像素子２２１の露出、絞りユニット２３５の絞り値および光学フィルタ２３８の位置を決定する。そして、撮像素子２２１、絞り駆動源２２４および光学フィルタ駆動源２３９の動作を制御する。また、ＣＰＵ２３２は、ＡＦ信号処理回路２３１にて生成されたコントラスト評価信号を用いて、撮影光学系の合焦状態が得られる第４レンズ群２０１ｄの位置（合焦位置）を探索するようフォーカス駆動源２２３の動作を制御して第４レンズ群２０１ｄを移動させる。コントラスト評価信号がピークとなる第４レンズ群２０１ｄの位置が合焦位置である。

さらに、ＣＰＵ２３２は、ユーザによるズームスイッチ２３３の操作に応じてズーム駆動源２２２の動作を制御して第２レンズ群２０１ｂを移動させる（つまりは変倍を行う）。この際、ＣＰＵ２３２は、変倍に伴うピント変動を低減するため、ズームトラッキングメモリ２３４に記憶された被写体距離および第２レンズ群２０１ｂの位置に対する第４レンズ群２０１ｄの合焦位置を示すデータを用いてフォーカス駆動源２２３の動作を制御する。これにより、変倍中において第４レンズ群２０１ｄが合焦位置に移動し、合焦状態が維持される。

次に、光学フィルタ２３８について、図２を用いて説明する。図２には、光学フィルタ２３８を光軸方向から見て示している。

光学フィルタ２３８は、ガラス板等の透光性を有する同一基材上に、第１の領域１と、第２の領域２と、第３の領域３とが、光軸に直交する方向（図１および図２では上下方向）に設けられて構成されている。第１の領域１は、赤外領域の光（例えば、近赤外光）を低減する赤外カット機能および可視領域の光（例えば、波長約４００〜７００ｎｍの光）に対する減光機能（以下、ＮＤ機能という）を有する領域である。

また、第２の領域は赤外カット機能を有するが、ＮＤ機能を有さない領域である。さらに、第３の領域３は、赤外カット機能およびＮＤ機能のいずれをも有さない領域（いわゆる素通し領域）である。なお、ＮＤ機能を有さなくても、基材により若干光量が減少するが、本実施例にいうＮＤ機能は、可視波長の光に対して、基材の透過率よりも低い透過率によって光量を減少させる機能をいう。

第１、第２および第３の領域１〜３はそれぞれ、被写体から撮影光学系を通って撮像素子２２１に至る光束の光路のうち絞りユニット２３５と第３レンズ群２０１ｃとの間の部分（以下、フィルタ挿入光路という）ＯＰの径よりも大きな上下幅および左右幅を有する。光学フィルタ２３８は、フィルタ挿入光路ＯＰに対して、第１の領域１のみが挿入される第１のフィルタ位置と、第２の領域２のみが挿入される第２のフィルタ位置と、第３の領域３のみが挿入される第３のフィルタ位置とに上下方向に移動する。すなわち、光学フィルタ２３８は、該光学フィルタ２３８を通過する光路が撮像素子２２１に向かって延びる光路方向での同一位置にて、該光路（光軸）に直交する方向において第１、第２および第３のフィルタ位置に移動する。

光学フィルタ２３８を移動させる光学フィルタ駆動源２３９は、ステッピングモータ等の位置制御が容易なフィルタアクチュエータを用いて構成される。光学フィルタ２３８が第１、第２および第３のフィルタ位置のうちいずれに位置するかは、上述した光学フィルタエンコーダ２３７により検出される。

ＣＰＵ２３２は、ＡＥ信号処理回路２３６にて検出された輝度（照度）に基づいて光学フィルタ２３８の目標位置（第１〜第３のフィルタ位置のうちいずれか）を決定する。そして、ＣＰＵ２３２は、光学フィルタエンコーダ２３７により検出される光学フィルタ２３８の実際の位置をモニタしながら光学フィルタ２３８を目標位置に移動させる。具体的には、通常の輝度（所定輝度）が検出された場合は光学フィルタ２３８を第２のフィルタ位置に移動させ、通常の輝度よりも低い輝度が検出された場合は第３のフィルタ位置に移動させる。また、また、通常の輝度よりも高い輝度が検出された場合は光学フィルタ２３８を第１のフィルタ位置に移動させる。

ただし、ＣＰＵ２３２が光学フィルタ２３８を停止させるフィルタ位置はこれら第１、第２および第３のフィルタ位置に限られない。例えば、通常の輝度よりも若干低い輝度が検出された場合に、フィルタ挿入光路ＯＰの一部に第２の領域２が、残りの部分に第３の領域３が挿入されるフィルタ位置にて停止させるようにしてもよい。

図３には、光学フィルタ２３８を光路方向（光軸方向）に沿って切断した断面を示している。

４は上述した透光性基材である。該基材４における光路方向での一方の面（光入射側の面）のうち第１の領域１に対応する部分には、赤外カット機能を有する赤外カット膜７が蒸着その他の成膜方法により形成されている。また、該光入射側の面のうち第２および第３の領域２，３に対応する部分には、反射防止膜６が蒸着その他の成膜方法により形成されている。

また、基材４における光入射側の面とは反対側の面（光出射側の面）のうち第１および第２の領域１，２に対応する部分には、ＮＤ機能を有する減光膜（ＮＤ膜）５が蒸着その他の成膜方法により形成されている。ＮＤ膜５は単一の濃度（透過率）を有していてもよいし、移動方向（上下方向）に連続的または段階的に変化する濃度を有していてもよい。

さらに、光出射側の面のうち第３の領域３に対応する部分には、反射防止膜６が蒸着その他の成膜方法により形成されている。

なお、図３には、赤外カット膜７、ＮＤ膜５および反射防止膜６が互いに同じ厚みを有するように模式的に記載されているが、これらの膜７，５，６の実際の厚みは異なっていてもよいし、同じであってもよい。これらの膜７，５，６の厚みが互いに異なる場合であっても、各膜の厚みは５μｍ程度以下であるため、膜の厚み差が撮像素子２２１上でのピント変動を招くことはない。

本実施例によれば、１つの光学フィルタ２３８を光路に対して移動させることで赤外カットおよび減光機能を有する第１の領域１と赤外カット機能のみを有する第２の領域２とを光路方向での同一位置にて選択的に光路に挿入することができる。このため、ピント変動を抑えつつ赤外カットフィルタおよびＮＤフィルタを光路に対して挿抜するのと同等の効果を得ることができる。しかも、赤外カットおよび減光機能を有さない第３の領域３も同じ光学フィルタ２３８上に設けているので、第１および第２の領域１，２を光路外に移動させても光路長を変化させないようにすることができ、ピント変動を抑えることができる。

なお、本実施例では、赤外カット膜７およびＮＤ膜５を同一基材４上に形成することで光学フィルタ２３８に第１から第３の領域１〜３を設けた場合について説明した。しかし、第１から第３の領域１〜３をそれぞれ別々の基材を用いて作成し、同一の保持部材より保持する等して光路方向での同一位置に配置するようにしてもよい。また、第１から第３の領域１〜３のうち２つの領域を同一基材を用いて設け、残りの１つの領域を別の基材を用いて作成し、同一の保持部材より保持する等して光路方向での同一位置に配置するようにしてもよい。

また、本実施例では、赤外カット膜７を基材４上に形成することで第１および第２の領域１，２を設けた場合について説明したが、赤外カット機能を有するガラス（赤外カットガラス）を用いて第１および第２の領域１，２を作成してもよい。

図４には、本発明の実施例２としての光学フィルタを光軸方向から見て示している。本実施例の光学フィルタ２３８’は、実施例１にて説明した第１の領域１と第２の領域２のみを有し、第３の領域は有していない。そして、該光学フィルタ２３８’は、光路方向での同一位置において、実施例１にて説明した第１および第２のフィルタ位置と、図４に示すよう第１および第２の領域１，２がフィルタ挿入光路ＯＰから外れる第３のフィルタ位置とに移動する。

ただし、光学フィルタ２３８’が第３のフィルタ位置にあるときは、第１および第２のフィルタ位置にあるときに比べて光路長が変化し、この結果、ピント変動が生ずる。このため、本実施例では、光学フィルタ２３８’が第３のフィルタ位置に移動したときに、該光学フィルタ２３８’が第１および第２のフィルタ位置にあるときに対するピント変動を補正する機能を備えている。

具体的には、本実施例では、ＣＰＵ２３２またはその外部に、上記ピント変動を補正するように第４レンズ群２０１ｄの位置を調節するための位置補正データを保持する記憶部を有する。そして、補正手段としてのＣＰＵ２３２は、光学フィルタ２３８’を第３のフィルタ位置に移動させたときには、第１および第２のフィルタ位置での第４レンズ群２０１ｄの位置から該位置補正データを加えた位置に第４レンズ群２０１ｄを移動させる。

本実施例でも、１つの光学フィルタ２３８’を光路に対して移動させることで赤外カットおよび減光機能を有する第１の領域１と赤外カット機能のみを有する第２の領域２とを光路方向での同一位置にて選択的に光路に挿入することができる。このため、ピント変動を抑えつつ赤外カットフィルタおよびＮＤフィルタを光路に対して挿抜するのと同等の効果を得ることができる。しかも、第１および第２の領域１，２を光路外に移動させたときに、光路長の変化によるピント変動を補正する機能を有するので、光学フィルタ２３８’を小型化しつつ、その挿抜によるピント変動を抑えることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 第１の領域
２ 第２の領域
３ 第３の領域
２３８，２３８’ 光学フィルタ
２３９ 光学フィルタ駆動源
ＯＰ フィルタ挿入光路

Claims (6)

1. 赤外領域の光を低減する赤外カット機能および可視領域の光に対する減光機能を有する第１の領域と、前記赤外カット機能を有して前記減光機能を有さない第２の領域とが設けられた光学フィルタを有し、
   前記光学フィルタは、該光学フィルタを通過する光路が延びる光路方向での同一位置において、前記第１の領域が前記光路に挿入される第１のフィルタ位置と、前記第２の領域が前記光路に挿入される第２のフィルタ位置とに前記光路に対して移動することを特徴とする光学機器。
2. 前記光学フィルタには、前記第１および第２の領域とともに、前記赤外カット機能および前記減光機能を有さない第３の領域が設けられており、
   前記光学フィルタは、前記光路方向での前記同一位置において、前記第１のフィルタ位置と、前記第２のフィルタ位置と、前記第３の領域が前記光路に挿入される第３のフィルタ位置とに前記光路に対して移動することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記光学フィルタは、前記光路方向での前記同一位置において、前記第１のフィルタ位置と、前記第２のフィルタ位置と、前記第１および第２の領域が前記光路から外れる第３のフィルタ位置とに前記光路に対して移動し、
   前記光学フィルタが前記第３のフィルタ位置に移動したときに、該光学フィルタが前記第１および第２のフィルタ位置にあるときに対するピント変動を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
4. 前記光学フィルタにおいて、前記第１および第２の領域は、前記赤外カット機能を有する第１の膜および前記減光機能を有する第２の膜が同一基材上に形成されて構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器。
5. 前記光学フィルタにおいて、
   前記第１の領域は、基材のうち前記光路方向における一方の面に前記赤外カット機能を有する第１の膜が形成され、前記基材のうち前記一方の面とは反対側の面に前記減光機能を有する第２の膜が形成されて構成され、
   前記第２の領域は、前記第１の領域が設けられた前記基材または別の基材のうち前記光路方向における前記一方の面とは反対側の面に前記第２の膜が形成されて構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器。
6. 前記光学フィルタを移動させる駆動手段と、
   被写体の輝度に応じて前記光学フィルタを前記各フィルタ位置に移動させるように前記駆動手段を動作させる制御手段とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学機器。