JP4164355B2

JP4164355B2 - 光量調整装置及びそれを用いた光学機器

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Publication number: JP4164355B2
Application number: JP2002377111A
Authority: JP
Inventors: 安規村田; 進阿部; 大介伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2004205951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の光学機器に好適な光量調整装置に関し、特に、画素ピッチの小さな撮像素子を用いたカメラの撮影レンズに利用しても光学性能の劣化を抑制することが可能な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ等の光学機器の撮影光学系には、複数枚の絞り羽根で形成する開口径を変化させて光量を調整する光量調整装置（絞り装置）が使用されている。このような絞り装置では、高輝度被写体を撮影時に開口径が小さくなりすぎると光の回折による光学性能劣化が問題となる。
【０００３】
そこで、明るい被写体条件でも開口径が小さくなり過ぎないようにするため、絞り羽根とＮＤ（ＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）フィルターを併用した光量調整装置が提案され実用化されている。
【０００４】
特許文献１には、絞り羽根で形成される開口内に位置するようにＮＤフィルターが絞り羽根に貼付けられ、ＮＤフィルターはそれぞれ均一な透過率に設定された第１の領域の透過率と連続的に透過率が変化する第２の領域とを有し、前記絞り装置の絞り開口が設定された小絞り開口になるときに、前記フィルター部材の第１の領域だけが前記絞り羽根により形成される絞り開口内に位置することを特徴とした絞り装置が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、開放から所定の開口面積までは機械的な絞り羽根を移動させ、一定の絞り値以下の小絞り制御は濃淡によって透光度が連続的に変化するＮＤフィルターを透過率の高いフィルター部から順に開口に進入させる絞り装置が開示されている。
【０００６】
特許文献３では、複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの透過率による回折現象が与える光学性能への影響を説明し、対策を施した露出制御機構を有する撮像装置が開示されている。
【０００７】
従来のこれらの提案においては、開放から小絞りに至るまでの中間絞り状態での光学性能劣化の主因は、絞り羽根により形成される開口部を覆うＮＤフィルター透過率の差に起因する回折の影響が支配的と考えられており、複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの各領域の透過率や開口面積に着目した回折の影響への対策案が提案されていた。
【０００８】
一方、中間絞り状態での光学性能劣化の原因は、ＮＤフィルター透過率差に起因する回折の影響だけでなく、ＮＤフィルターの厚み成分に起因する透過波面位相差も大きく影響している。
【０００９】
絞り開口部の一部を厚みのあるフィルターが覆うと光学性能が劣化する現象は経験的に知られているが、フィルター厚み成分がどのように光学性能に影響するかを解析し、その具体的な対策をなした例は知られていない。
【００１０】
ＮＤフィルターの厚みが光学性能に与える影響への回避策として、特許文献４では、透明な部分と透過率が連続的または段階的に変化する部分を有するＮＤフィルターを固定の円形絞り開口を全て覆う状態で可動させて透過光量を調整する構成が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特登録２７５４５１８号
【特許文献２】
特開昭５２−１１７１２７号公報
【特許文献３】
特開２０００−１０６６４９号公報
【特許文献４】
特開平６−２６５９７１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同公報に記載された発明は、フィルター部材を通過する部分とフィルター部材を通過しない素通し部分との大きな位相差についてのみ着目したもので、この大きな位相差が収差となって結像性能を劣化させると記述されている。しかし、濃度変化を有するフィルター部材を通過する光の透過波面位相差については記述されておらず、実際に透過率変化のあるＮＤフィルターを実現するときに、透過率変化を与えるために生じるであろう微小厚み変化または微小屈折率変化による光の波長λ以下の微小な透過波面位相差についての問題提起と対策については何ら示されていない。
【００１３】
本発明者の検討によれば、このような光の波長オーダー以下の微小な透過波面位相差が、ある条件下では光学性能に非常に大きな影響を与えていることが分かった。
【００１４】
また、透過波面位相差が与える光学性能への影響と、ＮＤフィルターの隣接する透過率領域の濃度差が与える光学性能への影響の出方が異なり、透過波面位相差と濃度差のこの２つの要素の相乗作用により、ある条件下で光学性能に大きく影響を与えていることも分った。
【００１５】
そこで本発明は、光学系の光学性能劣化の少ない光量調整装置の実現を目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為、本発明の光量調整装置は、開口を形成するための絞り羽根と、該開口を通過する光の光量を減衰するためのフィルター部材とを備えた光量調整装置において、前記フィルター部材は透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域と透過率が８０％以上で均一透過率の透明部領域とを有し、グラデーションＮＤ領域と透明部領域との境界部を通過する所定の波長λの光の位相差がλ／５以下であることを特徴としている。
【００１７】
ここで、本発明における「所定の波長」とは、光量調整装置の使用状態によって適宜定めるものであり、例えば、使用波長帯域の中心波長などが用いられ、可視光域が使用波長帯域である場合には、λ＝５５０ｎｍであることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
具体的な例を示して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は本実施形態の実施例１の絞り羽根とグラデーションＮＤフィルター（フィルター部材）の配置を示している。図１（ａ）、（ｂ）において、１、２は絞り羽根で、１、２を相対的に移動させ絞り開口の状態を調整している。３はグラデーションＮＤフィルターであり、基板であるフィルム状の樹脂製フィルターベースの表面に透過光量を減衰させるためのＮＤ蒸着膜が楔状に傾斜膜として蒸着されている。図１（ａ）は部品側面図であり、図（ｂ）は部品正面図である。図１（ｃ）〜（ｆ）は各開口の状態を示しており、（ｃ）は開放Ｆ１．８状態、（ｄ）は開放Ｆ３．３状態、（ｅ）開放Ｆ５状態、（ｆ）は閉切状態を示している。
【００２０】
グラデーションＮＤフィルター３は、ＮＤ蒸着膜の膜厚が一定でＮＤ１．３（透過率５．０％）（透過率＝１０^{−ＮＤ濃度}）のＮＤ領域５と、膜厚を連続的に変化させ、ＮＤ濃度がＮＤ１．２（透過率６．３％）からＮＤ濃度０．１（透過率７９．４％）まで連続的に変化するグラデーションＮＤ領域６と、ＮＤ蒸着膜が蒸着されていない透過率９０％の透明部領域７とを有している。
【００２１】
透過光量を減衰させるためのＮＤ蒸着膜の膜構成を表１に示す。尚、各層の機械膜厚、光学膜厚は、ＮＤ領域における値である。
【００２２】
【表１】

【００２３】
ＮＤ蒸着膜は２３層構成で、透過率５％、濃度ＮＤ１．３の膜構成の例を示している。第１層から第２２層までは可視光領域全域に渡り均一な透過率の減衰を行う役割をしており、第１層から第２２層までの膜厚を比例縮小又は比例拡大することでグラデーションＮＤ領域においてＮＤ濃度を変化させることが可能である。
【００２４】
但し、各層の光学膜厚がλ／４を超えると、傾斜膜で膜厚が変化するときに光学特性の変化が大きくなるので、各層の光学膜厚をλ／４以下に抑えることが好ましい。第２３層は空気と接する最終層で、表面反射を防止するために設けている。また、望ましくは第２３層は、膜厚が連続的に変化する傾斜膜ではなく、膜厚が一定であることが望ましい。
【００２５】
図２に実施例１のグラデーションＮＤフィルタの断面図を示した。図２（Ａ）では、フィルター部材であるフィルム状の樹脂製フィルターベース８の表面にＮＤ蒸着膜９が成膜されている。ＮＤフィルターは、ＮＤ蒸着膜の膜厚が一定の領域であるＮＤ領域（断面Ａ−Ａ’）と、ＮＤ蒸着膜の膜厚が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域（断面Ｂ−Ｂ’〜断面Ｃ−Ｃ’）と、ＮＤ蒸着膜の無い透明部領域（断面Ｅ−Ｅ’）とから構成されている。
【００２６】
図２（Ａ）では、ＮＤ蒸着膜の膜厚が一番厚いＮＤ領域は濃度ＮＤ１．３となっている。グラデーションＮＤ領域では傾斜蒸着膜によりＮＤ濃度１．２から０．１の範囲で連続的に変化させている。
【００２７】
グラデーション領域において、ＮＤ濃度が低下するにつれ、傾斜膜の各層の膜厚は少なくなる。しかし、膜厚が少なくなりすぎると、多層膜の膜厚の制御が難しく、各層間の膜厚比や層構成を維持するのが困難になる。従って、例えば、グラデーションＮＤ領域でＮＤ濃度を１．２から０の範囲で連続的に変化させようとすると、ＮＤ濃度０．１以下の領域では、膜厚が少なく層構成や膜厚比が乱れ、分光特性が不安定になりやすい問題がある。
【００２８】
そこで本実施例では、分光特性が不安定なＮＤ濃度０．１以下の領域を排除している。具体的には、成膜時に、図２（Ａ）の１０の領域を覆うようにフィルターベース８の表面にマスクを密着させて成膜を行うことにより、この領域に傾斜膜が成膜されるのを防いでいる。この結果、グラデーションＮＤ領域と透明部領域の境界部において、透過波面位相段差が生じるが、透過波面位相差はλ／５以下に抑えることで、光学性能の劣化を実施上問題ないレベルにしている。
【００２９】
また、ＮＤ蒸着膜９の第２３層は空気と接する最終層で、表面反射を防止するために設けている。グラデーション領域では、この第２３層も傾斜膜となっており、この状態では、表面反射防止効果が不安定である。この対策として、図２（Ｂ）に示すように、ＮＤ蒸着膜の傾斜膜とは傾きが逆向きで、かつ傾きの絶対値が等しい逆傾斜反射防止膜１１を最終層に再度蒸着し、最終層の膜厚を一定にして表面反射防止効果を安定させている。更に、透明部領域においても最終層を蒸着し、表面反射防止効果を得ている。
【００３０】
この膜は濃度ＮＤ１．３で光学膜厚は７８７ｎｍ、機械膜厚は４９６ｎｍである。光路長差は光学膜厚と機械膜厚との差２９１ｎｍである。
【００３１】
波長λ＝５５０ｎｍで計算すると、この膜厚段差部を透過する光の透過波面位相差は０．５３λになる。ＮＤ濃度と膜厚はほぼ比例関係にあるので、透過波面位相差が１／５λに相当するＮＤ濃度は、
ＮＤ１．３×０．２λ／０．５３λ≒ＮＤ０．５
となる。従って透過波面位相段差を１／５λ以下に抑えるためには、グラデーションＮＤ傾斜膜のカットする部分のＮＤ濃度はＮＤ０．５以下であれば良い。
【００３２】
次に、本実施形態の実施例２について説明する。実施例２のＮＤフィルター断面概略図を図３に示す。図２と共通な部分は同一の符号を用いている。実施例２のＮＤフィルターは、ＮＤ領域（断面Ａ−Ａ’）のＮＤ濃度が１．５であり、グラデーションＮＤ領域（断面Ｂ−Ｂ’〜断面Ｃ−Ｃ’）ではＮＤ領域から透明部領域（断面Ｅ−Ｅ’）に向かうにつれ、ＮＤ濃度が１．５から０．５に連続的に変化している。ＮＤ蒸着膜９は２３層構成であり、各層の材質は実施例１と同一である。また、各層の膜厚は、実施例１の各層の膜厚を１．５／１．３倍したものである。
【００３３】
グラデーションＮＤ領域は濃度ＮＤ１．５からＮＤ０．５の傾斜膜を設定し、ＮＤ０．５以下の膜厚部分は成膜時にマスクでカットしている。マスクでカットした境界部分に透過波面位相差がλ／５生じる。
【００３４】
次に、本実施の形態の実施例３について説明する。実施例３のＮＤフィルター断面概略図を図４に示す。図中、図２と共通な部分は同一の符号を用いている。実施例３のＮＤフィルターは、ＮＤ領域（断面Ａ−Ａ’）のＮＤ濃度が１．７であり、グラデーションＮＤ領域（断面Ｂ−Ｂ’〜断面Ｃ−Ｃ’）ではＮＤ領域から透明部領域（断面Ｅ−Ｅ’）に向かうにつれ、ＮＤ濃度が１．７から０．１に連続的に変化している。ＮＤ蒸着膜は２３層構成であり、各層の材質は実施例１と同一である。また、各層の膜厚は実施例１の各層の膜厚を２．０／１．３倍したものである。
【００３５】
グラデーションＮＤ領域は濃度ＮＤ１．７からＮＤ０．１の傾斜膜を設定し、ＮＤ０．１以下の膜厚部分は成膜時にマスクでカットしている。
【００３６】
次に本実施形態の各実施例のグラデーションＮＤフィルターが光学性能にどのように効果があるかを説明する。
【００３７】
撮像素子イメージサイズ対角３ｍｍ、画素ピッチ２．５μｍ用の撮影レンズを想定する。
撮影レンズの仕様は、焦点距離２．５ｍｍ、ＦNo.１．８とし、無収差の理想レンズを用いて説明する。
【００３８】
レンズ断面図を図５に示す。無収差の理想レンズＬに入射する光を絞りＳが絞り込み、入射光束の開口径Ｄを調整する。入射光束は理想レンズＬで集光され、焦点距離ｆの位置にある像面Ｉに結像される。
【００３９】
この絞りＳの開口形状を変化させると共に、絞り開口を通過する光量を減衰させるためのフィルター部材が絞り開口部にかかる面積を制御し光量調整を行う。
【００４０】
この理想レンズでの軸上光学性能（ＭＴＦ）が光量調整時にどのように変化するかを説明する。光学性能を示すＭＴＦ計算条件は、白色カラーウエイトでの波動工学的なＭＴＦ計算。評価空間周波数は、１００本／ｍｍとした。
【００４１】
画素ピッチが２．５μｍの撮像素子でのナイキスト周波数は１０００／（２×２．５μｍ）＝２００本／ｍｍ。ＭＴＦ計算で用いる評価空間周波数をナイキスト周波数の半分に設定した。
【００４２】
無収差理想レンズでのＮＤフィルターを併用しない場合、２枚羽根絞りで絞り開口が開放状態Ｆ１．８〜小絞りＦ１６まで絞り込んだ状態でのＦNo.と光学性能を示すＭＴＦ値との関係を図６に示す。
【００４３】
図中のグラフは左縦軸にＭＴＦ値、横軸に絞り開口ＦNo.、そして右縦軸にＴNo.を示している。グラフの上側に絞り開口形状の概略イメージ図を示している。（Ａ）は開放状態、（Ｂ）はＦ２．４状態、（Ｃ）はＦ３．３状態、（Ｄ）はＦ５状態、（Ｅ）はＦ８状態、（Ｆ）はＦ１６状態の絞り羽根が作る開口状態を示している。
【００４４】
無収差の理想レンズでは、絞り開放時の結像性能が最も高く、絞り込むにしたがって回折の影響で光学性能が劣化する。開放状態（Ａ）ではＭＴＦ値は９８％、少し絞り込みＦ２．４状態（Ｂ）では８０％、更に絞り込みＦ３．３状態（Ｃ）では７２％、Ｆ５状態（Ｄ）では５０％、Ｆ８状態（Ｅ）では３０％まで劣化する。更に絞り込みＦ１６状態（Ｆ）ではＭＴＦ値は１０％以下となりここまで絞り込むと評価空間周波数での被写体像が解像しない。このままではＴNo.２２程度の高輝度被写体には対応できない。
【００４５】
次に、高輝度被写体に対応するための従来例を図７に示す。
【００４６】
絞り羽根の一方にＮＤ濃度０．８（透過率１５．８％）のＮＤフィルターを、絞り開口Ｆ５状態（Ｄ）で絞り開口を全て覆う大きさに設定し貼り付けている。図中の左上側に絞り羽根に貼り付けたＮＤフィルター部の断面概略図を示している。
【００４７】
濃度０．８のＮＤフィルター（透過率１５．８％）を併用することによりＴNo.２２の高輝度被写体でも絞り開口Ｆ９程度でＭＴＦ値は２６％を確保できている。しかし、ＮＤフィルターが絞り開口覆いきる手前のＦ３．３状態（Ｃ）から覆いきるＦ５状態（Ｄ）の間の状態でＭＴＦ値は３０％まで光学性能が一旦大きく劣化する問題が発生する。
【００４８】
従来、この光学性能劣化の主原因は濃度のあるＮＤフィルター部と絞り羽根で形成される素通し部分の開口部が小絞り状態となり回折の影響で光学性能が劣化すると考えられていた。
【００４９】
しかし、本発明者の検討では、回折の影響だけでなく、ＮＤフィルターのフィルターベース厚みによる大きな透過波面位相差の影響と蒸着膜厚程度の微小な透過波面位相差の影響が大きく影響していることが判った。
【００５０】
ＮＤ濃度による回折の影響とフィルターベース厚による大きな透過波面位相差及び蒸着膜厚程度の微小な透過波面位相差による影響が光学性能へ与える影響について実例を示して説明する。
【００５１】
図７に示した従来例のＮＤ０．８フィルター部をグラデーションＮＤに置き換えた場合、ＮＤ濃度の影響による回折の影響がどの程度光学性能改善に寄与するかを検討した。
【００５２】
グラデーションＮＤは濃度ＮＤ０．２からＮＤ１．２に設定した例を図８に示す。ＭＴＦ値のウイークポイントは、Ｆ３．３状態（Ｃ）とＦ５状態（Ｄ）の間に存在し、ウイークポイントでのＭＴＦ値は３１％であまり改善が見られない。これはＮＤ濃度による回折の影響よりも、開口部に存在するＮＤフィルターベースの厚み段差部分による透過波面位相差の影響が光学性能を大きく劣化させているからである。
【００５３】
次に図９に示す例は、従来例図７で示したＮＤ０．８フィルターに透明部を追加し、フィルターベースがＦ３．３状態（Ｃ）で開口を覆う設定とした。フィルターにはＮＤ０．８の蒸着ＮＤ部分の蒸着膜厚とほぼ等価な膜厚の透明部補正膜を施し、透明部分とＮＤ０．８部分を透過する光の透過波面位相段差が生じないように設定した。このタイプのＮＤフィルターの場合、絞り開放状態からフィルター厚みによる大きな透過波面位相差の影響を受けるので、開放状態（Ａ）からＦ２．４状態（Ｂ）で光学性能が５２％程度まで劣化するがフィルターが絞り開口を覆いきるＦ３．３状態（Ｃ）からＦ５状態（Ｄ）の間ではＭＴＦ値は５０％以上あり、光学性能劣化が少ない。
【００５４】
これは、ＮＤ０．８フィルター部分と絞り羽根が作る素通し部分の開口形状による小絞り回折の影響よりも、フィルターベース厚みによる大きな透過波面位相差の影響が大きいことを示している。フィルターベース厚みによる大きな透過波面位相差の影響だけでなく、光学膜厚程度の微小な透過波面位相差も光学性能を大きく劣化させることが本発明者の検討で明らかになった。
【００５５】
図９に示した例の透明部補正膜がない場合を図１０に示す。
【００５６】
フィルター透明部とＮＤ０．８蒸着膜の境界部には透過波面位相段差が生じる。表１に示すＮＤ蒸着膜ＮＤ１．３設定で透過波面位相差０．５３λであるので、ＮＤ０．８の膜厚段差で生じる透過波面位相差は０．３３λになる。この微小な透過波面位相差が光学性能を大きく劣化させる様子を図１０に示す。
【００５７】
絞り開口Ｆ３．３状態（Ｃ）からＮＤ０．８蒸着膜が開口を覆いきるＦ５状態（Ｄ）の間でＭＴＦ値が２３％まで大きく劣化する。絞り開口部をフィルターベースが全て覆いきっているので、影響しているのはＮＤ０．８蒸着膜厚による透過波面位相差である。
【００５８】
本発明者の検討では、絞り開口の半分領域に微小な透過波面位相差が発生する場合、透過波面位相差がλ／２発生する場合が最も光学性能を劣化させることが判った。
この原理は、光を波として取り扱って説明する。絞り開口を通過する光線のうち、半分領域の光線の位相がλ／２ずれた状態では、結像点で一点に集まるべき光の半分領域の光の位相がλ／２位相ずれているため、結像点において波の打ち消し合いにより光の強度が結像点でゼロになる、しかし、光のエネルギーが消滅するわけではなく、結像点に集まるはずの光は、結像点の近傍に２点分離した点像となる。この現象のために光学性能が劣化する。
【００５９】
透過波面位相段差が１λになると結像性能がある程度回復し、１．５λで再び劣化し、２λである程度回復する。透過波面位相差が２λから３λ程度までは周期的に振幅が減衰しながら変化する。透過波面位相差が数λ以上の場合は光学性能の変化は周期的には変化せず落ち着く、このときの光学性能劣化は透過波面位相差がλ／４発生した場合の値に近い。フィルターベース厚みによる大きな透過波面位相差による光学性能劣化がこの場合に相当する。
【００６０】
一方、ＮＤ０．８蒸着膜による微小な透過波面位相差は０．３３λであり、λ／４より大きく、最悪条件のλ／２に近いため、フィルターベース厚の影響よりも光学性能劣化が大きくなっている。
【００６１】
上述した本実施の形態の各実施例においては、透過波面位相段差の改善に着目し、蒸着ＮＤフィルターに傾斜膜によるグラデーションＮＤ領域を設定し、フィルターの透明部部分とグラデーションＮＤ領域との境界部の透過波面位相段差を小さくし光学性能劣化を低減している。
図１１に実施例１のグラデーションＮＤフィルタを有する光量絞りのＭＴＦ値とＴNo.を示す。
【００６２】
フィルターの大きさは絞り開口Ｆ３．３状態（Ｃ）で覆いきるサイズに設定し、グラデーションＮＤ領域は濃度ＮＤ１．２からＮＤ０．２の濃度変化が、絞り開口Ｆ５状態（Ｄ）を覆いきるサイズに設定し、透明部とグラデーションＮＤ境界部の濃度差をＮＤ０．２としている。
開放状態（Ａ）ではフィルター厚み境界部がほぼ開放の半分にあるのでＭＴＦ値が６８％まで下がっているが、許容できるレベルである。絞りＦ２．４状態（Ｂ）でもＭＴＦ値４９％を維持している。従来光学性能劣化が問題となっていたＦ３．３状態（Ｃ）からＦ５状態（Ｄ）の間での光学性能劣化は無く、ＭＴＦ値は５９％まで上がり良好な値を維持している。更に絞りＦ８状態（Ｅ）でＴNo.２２に相当し、そのときのＭＴＦ値は３０％を維持している。
【００６３】
次に、図１２に実施例２のグラデーションＮＤフィルタを有する光量絞りのＭＴＦ値とＴNo.を示す。
【００６４】
グラデーションＮＤ領域のＮＤ濃度をＮＤ１．５〜ＮＤ０．５とした。透明部とグラデーションＮＤ領域の境界部にＮＤ濃度段差ＮＤ０．５存在する場合である。この境界部での透過波面位相差はλ／５存在する。
【００６５】
絞りＦ３．３状態（Ｃ）からＦ５状態（Ｄ）の間でＭＴＦ値は２２％まで劣化する。光学性能劣化の主原因は透明部とグラデーションＮＤ領域の境界部に透過波面位相差がλ／５存在するからである。この実施例からグラデーションＮＤを用いても境界部の透過波面位相差がλ／５以上存在すると光学性能向上の効果がないことがわかる。
【００６６】
次に、図１３に実施例３のグラデーションＮＤフィルタを有する光量絞りのＭＴＦ値とＴNo.を示す。
【００６７】
グラデーションＮＤのＮＤ濃度をＮＤ１．７〜ＮＤ０．２とした。
【００６８】
開放状態（Ａ）からＦ５状態（Ｄ）までＭＴＦ値は４２％以上を維持しており良好である。ＮＤ濃度の濃い部分がＮＤ１．７（透過率２％）であるため高輝度被写体時ＴNo.２２状態でも絞り開口はＦ６．８で、ＭＴＦ値は４５％を維持できている。しかし、ＮＤ濃度が１．７よりも濃くなりすぎると、中間絞り状態において開口部に透明部分と濃度ＮＤ１．７の部分が存在するため、撮影画面の上側と下側の光量に差が生じ、シェーディングと呼ばれる光量むらの問題が発生する。そのためグラデーションＮＤの濃度はＮＤ１．７以下の範囲で設定することが好ましい。
【００６９】
次に、本実施の形態の実施例３について説明する。実施例３は、実施例１〜３のグラデーションＮＤフィルターを用いた光量調整装置を有する光学系の実施形態である。
【００７０】
図１４は、実施例１〜３で説明したグラデーションＮＤフィルターを用いた光量調整装置を適用した光学系の概略構成図である。
【００７１】
図１４において、１５は屈折系、反射系、回折系等によって構成された撮影光学系、１６は光学系１０を通過する光を制限し、明るさを調整する絞り、１２は光学系１５によって形成される被写体像を受光面で受光し電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。本実施例において、絞り１６には実施例１〜３で説明したグラデーションＮＤフィルターを用いた光量調整装置を用いている。
【００７２】
このように、撮影光学系等の光学系の絞りとして、実施例１〜３で説明したグラデーションＮＤフィルターを用いた光量調整装置を用いることによって、絞り込んだときのＮＤフィルターの透過波面位相差による影響を少なくして画質の向上を図ることができる。また、画素ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能となる。
【００７３】
次に、本実施の形態の実施例５について説明する。実施例５は、実施例４で説明した撮影光学系を用いた撮影装置の実施形態である。
【００７４】
図１５において、２０は撮影装置本体、１５は実施例４で説明した撮影光学系、１６は実施例１〜３で説明したグラデーションＮＤフィルターを用いた光量調整装置によって構成される絞り、１２は撮影光学系１５によって形成される被写体像を受光する固体撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録媒体、１４は被写体像を観察するためのファインダーである。ファインダー１４としては、光学ファインダーや液晶パネル等の表示素子に表示された被写体像を観察するタイプのファインダーが考えられる。
【００７５】
このように実施例４で説明した撮影光学系をビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子上に被写体像を形成するタイプの撮影装置に適用することにより、ＮＤフィルターの透過波面位相差による影響を少なくして画質の向上を図ることができる。また、画素ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能となる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明により、光学系の光学性能の劣化が少ない光量調整装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の実施例１のフィルター部材と絞り羽根による開口形状を示す概略図
【図２】本実施形態の実施例１のフィルター断面説明図
【図３】本実施形態の実施例２のフィルター断面説明図
【図４】本実施形態の実施例３のフィルター断面説明図
【図５】本実施形態の実施例の効果を説明するために用いたレンズ断面図
【図６】本実施形態の実施例の効果を説明するために用いるレンズのＮＤフィルター無し状態での基準状態での開放から小絞りまでのＭＴＦ変化説明図
【図７】従来タイプの単濃度ＮＤフィルター併用時の説明図
【図８】従来タイプのグラデーションＮＤフィルター併用時の説明図
【図９】透過波面位相差と回折の影響を確認するための説明図
【図１０】透過波面位相差と回折の影響を確認するための説明図
【図１１】本実施形態の実施例１の効果を説明する図
【図１２】本実施形態の実施例２の効果を説明する図
【図１３】本実施形態の実施例３の効果を説明する図
【図１４】本実施形態の実施例４の光学系の説明図
【図１５】本実施形態の実施例５の撮影装置の説明図
【符号の説明】
１絞り羽根
２絞り羽根
３グラデーションＮＤフィルタ（フィルター部材）
５ＮＤ領域
６グラデーションＮＤ領域
７透明部
８フィルター部材
９ＮＤ蒸着膜
１１逆傾斜反射防止膜
Ｓ絞り
Ｌ理想レンズ
Ｄ入射光束の開口径
Ｉ像面
ｆ焦点距離

Claims

開口を形成するための絞り羽根と、該開口を通過する光の光量を減衰するためのフィルター部材とを備えた光量調整装置において、前記フィルター部材は透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域と透過率が８０％以上で均一透過率の透明部領域とを有し、前記グラデーションＮＤ領域と前記透明部領域との境界部を通過する所定の波長λの光の位相差がλ／５以下であることを特徴とする光量調整装置。
前記グラデーションＮＤ領域と前記透明部領域との境界部にはＮＤ濃度０．１以上０．５以下の濃度段差を有することを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
ここで、透過率とＮＤ濃度の関係は
透過率＝１０ ^{−ＮＤ濃度}
波長λ＝５５０ｎｍ
である。
前記グラデーションＮＤ領域は、誘電体多層膜より構成され、前記誘電体多層膜の厚みを連続的に変化させることによりＮＤ濃度を連続的に変化させていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光量調整装置。
前記グラデーションＮＤ領域はＮＤ濃度０．１から１．７の範囲でＮＤ濃度が連続的に変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光量調整装置。
前記誘電体多層膜の各層の光学膜厚はλ／４以下であることを特徴とする請求項３に記載の光量調整装置。
前記所定の波長λは使用波長帯域の中心波長であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光量調整装置。
前記所定の波長λは５５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光量調整装置。
請求項１〜７いずれか１つに記載の光量調整装置を有することを特徴とする光学系。
請求項８に記載の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
請求項８に記載の光学系と光電変換素子とを有することを特徴とするデジタルカメラ。