JP4345962B2

JP4345962B2 - Light amount diaphragm device and camera with ND filter

Info

Publication number: JP4345962B2
Application number: JP2003186387A
Authority: JP
Inventors: 道男柳; 真志内山; 孝幸若林; 康典斎藤
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005017986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＤフィルタを備えた光量絞り装置、カメラに関し、特にビデオカメラあるいはスチルビデオカメラ等の撮影系に使用するのに適したグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタを備えた光量絞り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、デジタルビデオカメラの絞り装置は、図３に示すような構造に構成されている。このような絞り装置に、同図の３１に示されるＮＤフィルタを用いているのは、つぎのような理由による。撮像画像が明るすぎると絞り羽根は光量を減少させるため、閉める方向に動く。しかし、ある大きさより開口径を小さくすると光線の回折現象が起き、画像の解像度が低下する。この最小絞りを“小絞り”と呼んでいるが、この小絞り時の透過量をより下げるために、ＮＤフィルタによってＣＣＤに到達する光量を減らしている。
【０００３】
近年、撮像素子の感度が向上するに従い、前記ＮＤフィルタの濃度を濃くして、光の透過率をさらに低下させ、被写界の明るさが同一でも絞りの開口を大きくする様になってきている。しかしながら、この様にＮＤフィルタの濃度が濃くなると、図３に示すような状態において、フィルムを通過した光ａと通過しない光ｂの光量差が大きく異なり、画面内で明るさが異なる“シェーディング”現象が起きたり、解像度が低下してしまうという欠点が生じる。そこで、このような欠点を解決するために、ＮＤフィルタの濃度を光軸中心に向かって順次透過率が大となるような構造を取る必要が出てくる。
【０００４】
従来において、光量絞り装置の主要部分であるＮＤフィルタは、フィルム状をなす材料（セルロースアセテート、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記す。）、塩化ビニル等）中に光を吸収する有機色素または顔料を混ぜ、練り込むタイプのものを使用してきた。
しかし、前記ＮＤフィルタの濃度を光軸中心に向かって順次透過率が大となる様な構造を得ようとすると、従来方法では作製がかなり困難である。
【０００５】
このような濃度が変化するタイプ（グラデーションタイプ）のＮＤフィルタに関して、本発明者らは、特許文献１、特許文献２、特許文献３、等において、マイクロ写真法による濃度可変タイプ（グラデーションタイプ）のＮＤフィルタの作製方法等を提案している。当時のビデオカメラではこの方法により作製したＮＤフィルタで画質の向上が図られたが、近年のＣＣＤの更なる高感度化、小型化、高画質対応により特に特殊条件での使用（例えば逆光下での小径絞り状態）において、銀塩粒子での光の散乱による影響により画質が劣化してしまうことがある。
また、特許文献４には、真空蒸着法により楕円形グラデーションフィルタの製造方法が開示されている。この方法では、微少領域（例えば３ｍｍの範囲で透過率３％から８０％までの変化等）での濃度変化ができない欠点がある。
【０００６】
このようなことから、本発明者らは、より理想的な濃度可変タイプ（グラデーションタイプ）のＮＤフィルタを得るため、蒸着方法によりそれらを作製することについて、特願２００２−２２０７６２号、特願２００２−２２０７７０号、特願２００２−２２０７７６号等において既に提案をしている。この先行例の例えば特願２００２−２２０７７６号には、図９に示されるような真空蒸着機を用いた蒸着方法による上記した濃度可変タイプのＮＤフィルタの作製方法について、つぎのように記載されている。この真空蒸着法においては、図９の様にチャンバー内の基板は蒸着傘１０１に備え付けられ、この蒸着傘１０１と共に基板１０２が回転し成膜が行われる。この基板１０２の成膜側に例えば図１０に示すようなスリット型のマスクを設けることにより、蒸着源１０３と基板１０２との位置関係から、蒸着する蒸着粒子はスリットを通過し基板１０２に到達できたり、スリット型マスクに遮られ基板１０２まで到達できなかったりすることになり、例えば図１１（ａ）に示すような膜厚分布を得ることとなる。図１１（ａ）の横軸は基板上の位置で、図１１（ｂ）と対応している。縦軸は膜厚である。
【０００７】
このような蒸着方法による上記した濃度可変タイプのＮＤフィルタの作製方法のメリットは、最適な膜構成で成膜を行えば、良好な分光特性が得られることである。例えば、分光透過率の波長依存性の少ないものが得られることである。
ＮＤフィルタとしては、各波長で均一に透過光量を減衰させることが重要である。特別な波長の透過率が高い場合、色バランスが崩れてくる。
可紫光（４００ｎｍから７００ｎｍ）の範囲で、４００ｎｍ近傍の透過率が高い場合は、画像が青っぽくなり、７００ｎｍ近傍の透過率が高い場合は、画像が赤っぽくなる。
また、分光反射率も最適な膜構成で成膜を行えば、２％以下もしくは１％以下にすることが可能で、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に搭載された場合、ゴースト・フレア現象が発生しない。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７５４５１８号公報
【特許文献２】
特許第２７７１０７８号公報
【特許文献３】
特許第２７７１０８４号公報
【特許文献４】
特開平１１−３８２０６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した蒸着法によって上記ＮＤフィルタを作製する場合においては、一方で蒸着源が高温になるため、蒸着源からの輻射熱で基板の温度が上がってしまうこととなり、この温度による影響は、プラスチック基板を用いる場合に特に問題となる。プラスチック基板は、ガラスに比べ割れないため、光量絞り装置を薄く作製することが可能となる点で有利であるが、一般的に光学薄膜を蒸着法で成膜する場合において、ガラス基板では基板温度を３００℃以上の温度で加熱することが可能であるのに対して、プラスチック基板の場合には、あまり温度を上げることができないというデメリットがある。
【００１０】
例えば、延伸されたＰＥＴフィルムの場合、８０℃から寸法の収縮現象が起こり、実際の蒸着では、成膜後で１６０℃前後まで温度上昇し、室温に戻るとかなりの収縮率になる。
その結果、ＮＤフィルタの寸法ずれが生じて、同一面内で濃度の異なるＮＤフィルタの場合、絞り値のずれ（ＦＮＯ．ずれ）が生じる問題がある。
同一面内で濃度が異なるＮＤフィルタにも大きく分けて、
▲１▼２〜３ケの均一濃度部があって、それらの濃度が例えばＮＤ０．５，ＮＤ１．０，ＮＤ１．５の３領域になっている、ステップ型に濃度変化する場合と、
▲２▼連続的に濃度がＮＤ０．１〜ＮＤ１．５に変化する場合がある。
ステップ型に濃度変化する場合は、濃度境界部の位置のずれが問題になる。
また、連続的に濃度変化する場合は、全体のバランスが崩れるため、後者の方がより、寸法精度が問題となってくる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、蒸着法によりプラスチック基材上に連続的に膜厚分布が変化する膜を形成したＮＤフィルタにおいて、熱収縮による寸法ずれによる影響の少ないＮＤフィルタを備えた光量絞り装置、カメラを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のように構成したＮＤフィルタを備えた光量絞り装置、カメラを提供する。
すなわち、本発明の光量絞り装置は、相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成された開口内の少なくとも一部に配置され、基材上に連続的に膜厚分布が変化する膜を形成したＮＤフィルタとを備えた光量絞り装置において、
前記ＮＤフィルタは、前記基材が延伸加工の施されたプラスチックフィルムで構成され、前記膜による連続的な膜厚分布の変化方向が、前記延伸加工の施されたプラスチックフィルムの延伸方向と垂直であることを特徴としている。
その際、この延伸加工の施されたプラスチックフィルムとして、２軸延伸加工の施されたプラスチックフィルムを用いた場合には、前記膜による連続的な膜厚分布の変化方向が該２軸延伸加工の施されたプラスチックフィルムの主延伸方向と垂直に構成する。
なお、本発明での垂直とは、実質的に垂直とみなせる場合を意味している。
また、本発明の光量絞り装置は、前記プラスチックフィルムとして、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムのいずれかの材料を用いることができる。
また、本発明のカメラは、光学系と、該光学系を通過する光量を制限する上記記載の光量絞り装置と、該光学系によって形成される像を受ける固体撮像素子を有する構成とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記構成により、熱収縮による寸法ずれによる影響の少ないＮＤフィルタを備えた光量絞り装置、カメラを実現するようにしたものであるが、それは本発明者らの鋭意検討した結果による、つぎのような知見に基づくものである。
すなわち、図４に示すように、ＮＤフィルタ４３は絞り羽根４１に貼られているが、ここで、光学的に影響を及ぼすのは、羽根の開口端部である図４に示されるＤからＸ２、ＤからＸ１、Ｄから０までの各距離であるが、本発明者らはこれらの距離のバラツキがどのように生ずるかについて、詳細に調査した結果、特定の個所に発生する寸法変化のバラツキが蒸着工程における加熱温度に起因するＰＥＴの熱収縮によるものであることが明らかとなった。
【００１４】
そして、これによりＮＤフィルタの濃度変化方向を、主延伸方向に対して略垂直とすることにより、羽根の開口端部ＤからＮＤフィルタ上の位置Ｘ２、羽根の開口端部ＤからＮＤフィルタ上の位置０までの距離を一定にすることが可能となり、これらの距離のバラツキにより生じる問題点を解決することができることを見出し、本発明を完成するに到ったものである。
【００１５】
以下に、これらの詳細について説明するが、これらについての理解を容易とするため、まず、このようなＮＤフィルタが光量絞り装置にどのような形態で用いられるかについて説明する。
光量絞り装置の主要部分であるＮＤフィルタ１１および絞り羽根１２は、図１に示すような構成をとっている。
ガラス基材を用いないでプラスチックフィルムを使用している主たる理由としては、前にも述べたがプラスチックフィルムはガラスに比べ割れないため、図３に示す光量絞り装置を薄く作製することが可能となる点が挙げられる。
その結果、図３に示す光学断面図において、レンズ３６Ａ、レンズ３６Ｂの間の間隔を短くすることができ、より高倍率の画像を得ることが可能となる。プラスチックフィルムの板厚は、１００μｍ以下も可能であり５０μｍのものもある。
【００１６】
因みに図３で３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄは撮影光学系３６を構成するレンズ、３７は固体撮像素子で３８はローパスフィルタである。また３１から３４は絞り装置で、３１がＮＤフィルタ、３２と３３が対向的に移動する絞り羽根で、２枚の絞り羽根は略菱形の開口を形成する。ＮＤフィルタは普通、絞り羽根に接着されている。３４は絞り羽根支持板である。
【００１７】
図４は図３において絞り部分の位置を光線ａおよびｂの入射方向から見た濃度連続変化タイプＮＤフィルタの絞り装置の図である。ＮＤフィルタ４３は図１のように羽根４１に貼られている。
図４はこれらの羽根が互い違いに動作することにより開口部Ｃの大きさを制御している状態を示している。図中４１、４２は絞り駆動する羽根であり、この場合には、４１の羽根にＮＤフィルタ４３が接着剤により固定されており、４２はＮＤフィルタが張られていないもう片方の羽根を構成している。
図５（ｃ）はＮＤフィルタ全体を示しており、透明プラスチックベースの片面または両面に多層の誘電体を蒸着することにより得られる。
特に濃度が連続的に変化する構造を有しており、これは前述したように図９に示すような基板回転ドーム上に、基板と一体で配置されるスリットマスクを使用することにより得られる。
透明プラスチックとしては、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムが用いられる。
【００１８】
つぎに、図４を用いて濃度変化部の構成を説明する。
図４において、ＮＤフィルタ４３の端面を０とした時、濃度が濃くなる方向にＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５と各位置に記号が付けられている。
この例では、ＮＤフィルタの濃度変化方向の端から端までの距離は、５．１ｍｍであり、以下の▲１▼〜▲５▼にこれらの各部について説明する。
▲１▼０〜Ｘ１：透明部幅１ｍｍ（ＰＥＴ基材に反射防止膜を両面成膜した部分）
▲２▼Ｘ１〜Ｘ２：連続濃度変化部幅１．６ｍｍ、濃度０．１〜濃度１．２の変化領域。
▲３▼Ｘ２〜Ｘ４：最高濃度部１．２幅０．５ｍｍ。
▲４▼Ｘ３〜Ｘ４：開口端部付近Ｘ３から接着用の成膜されない部分までの区間。
▲５▼Ｘ４〜Ｘ５：羽根に接着する部分で蒸着膜が成膜されていると接着強度が低下するため、マスクで覆い、基材が露出している部分幅２ｍｍ。である。これをグラフにしたのが図６である。また、ＮＤフィルタの断面構造を図７に示してある。
【００１９】
ここで、光学的に影響を及ぼすのは、羽根の開口端部である図４に示されるＤからＸ２、ＤからＸ１、Ｄから０までの各距離である。
これらの距離にバラツキが生じると、光量値が各々異なってしまい、不具合が生じる。そのため、これらの距離を各々一定にする必要がある。
（ここで、Ｘ３は、ＮＤフィルタ上の位置を表わしており、羽根の開口端部Ｄ付近に相当する位置である。）
次に、これらの距離のバラツキがどのように生ずるのかを、以下のように調査した。
まず、その前にＮＤフィルタの製造工程の概略について説明する。
ＮＤフィルタは、以下の（１）〜（９）の製造工程を経て作製される。
（１）基材である透明なプラスチックフィルムを、プレスで抜き加工を行う。
（２）蒸着治具に上記透明なプラスチックフィルムをセットする。この時、位置決めを行う基準ピンが治具に取り付けられており、プラスチックフィルムにはそれに対応する基準穴が設けられている。その上に外枠のみ設けられた全面成膜用のマスクをセットする。
（３）反射防止コート（ＡＲコート）の蒸着を行う。（図７に示す７０２のＮＤ部と反対側の面。）
（４）次に、プラスチックフィルムを裏返してセットし、その上に連続的に濃度分布が変化するＮＤフィルタの膜を形成するための、直線スリットマスクをスペーサを介してセットする。両者には位置決め用の基準穴が設けられている。
（５）ＮＤフィルタを構成する膜の蒸着を行う（図７に示す７０１）。
（６）ＮＤフィルタの成膜面と同じ面に、（５）で成膜した部分を覆うマスクをセットし反射防止コート（ＡＲコート）の蒸着を行う。（図７に示す７０２のＮＤ部と同一面側）
このようにして形成された完成図を図５（ａ）に示す。
（７）蒸着されたプラスチックフィルムのシートをシート上のある位置（図５（ａ）に示す５１）を基準にして外形プレス抜きを行う。
（８）プレス抜きした後の外形は、図５（ｂ）の略台形の様になる。これを剥がして、図１に示す形状のＮＤフィルタを完成させる。
（９）前記プレス抜きされたＮＤフィルタを絞り羽根に張り付け位置を確認して接着する。例えば、図２の２３に示す様なラインに合わせるために、度当たり治具を用いて、位置合わせを行う。
以上が、ＮＤフィルタの製造工程の概略である。
【００２０】
次に、これらの距離を一定にするためには、上記ＮＤフィルタの製造工程のどのような工程に注目すればよいかを考察する。
図４において、ＮＤフィルタの端面０と羽根開口部Ｄの距離は、バラツキは少なが、端面部０〜Ｘ１、０〜Ｘ２には、１００〜２００μｍのバラツキが発生した。
前記のバラツキを調査したところ、真空蒸着工程での寸法変化が大きいことが分かった。真空蒸着工程において、基板加熱温度は１１０℃であるが、蒸着中に温度上昇し、サーモラベルで蒸着中の温度を測定したところ、１６０℃に達していた。
プラスチックフィルムには、材質厚７５μｍのＰＥＴを用い、蒸着前後でのＰＥＴの寸法を比較した。
【００２１】
以下にその結果を示す。
【００２２】
【表１】
Ａ方向の寸法調査結果

【００２３】
【表２】
Ｂ方向の寸法調査結果

表１、表２にＰＥＴフィルムの図５（ｄ）に示すＡ方向、Ｂ方向の蒸着前後の寸法を測定した結果である。Ａ方向で０．７６％，Ｂ方向で０．３３％の収縮率である。ＰＥＴの熱収縮は、シート加工時の延伸方向と関係がある。
【００２４】
一般に、プラスチックフィルムは、強度を向上させる理由により一方向に延伸をかける１軸延伸と二方向に延伸をかける２軸延伸があり、どちらかを用いている。２軸の場合も一般的にはロール方向の延伸力が強く主延伸となり、主延伸の方向の方がその直交する方向より熱収縮が大きくなる。未延伸プラスチックは一般的に強度が弱く用いられない。
延伸は、プラスチックフィルムの融点以下で二次転移点以上に加熱しながら、縦横２軸延伸を行い、延伸加工後はフィルム分子配向を固定するため、加熱し固定させている。
しかしその後、転移点以上に温度が上がると、分子配列の熱記憶が発生し、熱収縮が発生する。
今回用いられているＰＥＴは、２軸延伸加工が施されていて、図５（ｄ）に示すＡ方向が主延伸方向、Ｂ方向がそれと直交方向である。
この結果から、前述のバラツキの原因がＰＥＴの熱収縮にあることがわかる。
ＮＤフィルタの濃度変化方向を、主延伸方向に対して略垂直とすることにより、無作為の方向の時と比較して、寸法変化を１／２以下にすることが可能になった。
また、熱収縮率を考慮して予めマスクの寸法を修正して作成することにより、無作為の方向の時と比較して寸法変化を１／１０以下にすることが可能になった。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
本実施例においては、ＮＤフィルタを、つぎの（１）〜（９）の製造工程により作製した。
（１）高透過率の材厚７５μｍのＰＥＴの主延伸方向をＮＤフィルタの濃度変化方向と略垂直方向にベース材の外形プレス抜きを行う。
（２）蒸着治具に上記透明なプラスチックフィルムをセットする。この時、位置決めを行う基準ピンを治具には取り付けられており、プラスチックフィルムにはそれに対応する基準穴が設けられている。その上に外枠のみ設けられた全面成膜用のマスクをセットする。
（３）反射防止コート（ＡＲコート）の蒸着を行う。（図７に示す７０２のＮＤ部と反対側の面。）
（４）次に、プラスチックフィルムを裏返してセットし、その上に連続的に濃度分布が変化するＮＤフィルタの膜を形成するための、直線スリットマスクをスペーサを介してセットする。両者には位置決め用の基準穴が設けられている。
（５）ＮＤフィルタを構成する膜の蒸着を行う（図７に示す７０１）。
【００２６】
ここで、一例として、このようにして形成された膜構成を、図８に示す。
（６）ＮＤフィルタの成膜面と同じ面に、マスクをセットし反射防止コート（ＡＲコート）の蒸着を行う。（図７に示す７０２のＮＤ部と同一面側）
このようにして形成された完成図を図５に示す。
（７）蒸着されたプラスチックフィルムのシートをシート上のある位置（図５（ａ）に示す５１）を基準にして外形プレ抜きを行う。
（８）プレス抜きした後の外形は、図５（ｂ）の略台形の様になる。これを剥がして、図５（ｃ）に示す形状のＮＤフィルタが完成する。
（９）前記プレス抜きされたＮＤフィルタを絞り羽根に張り付け位置を治具を用いて確認し、接着する。
【００２７】
その結果、寸法０〜Ｘ１、０〜Ｘ２のバラツキを±２０μｍにすることが可能となった。
このことから、羽根の開口部ＤからＮＤフィルタ上の位置Ｘ２、及び開口部ＤからＮＤフィルタ上の位置０までの距離のバラツキを±２０μｍにすることが可能になった。
これを組み込むことにより、ビデオカメラの絶対光量を均一にすることが可能となった。
一般的にはレンズの明るさを示すＦナンバーがあるが、この絞りを搭載しているビデオカメラの機器差は±０．２に抑えることが可能となり、機器により同じＦナンバーで明るさが異なるということを無くすことができた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、蒸着法によりプラスチック基材上に連続的に膜厚分布が変化する膜を形成したＮＤフィルタを備えた光量絞り装置、カメラを実現することができる。これにより、光量絞り装置におけるＮＤフィルタの熱収縮による寸法ずれによって生じる、光量値の異なりに起因する不具合を解決することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための濃度可変タイプ（グラデーションタイプ）のＮＤフィルターが羽根に貼られている図。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための度当たり治具でＮＤフィルタの位置を合わせた図。
【図３】本発明を説明するための撮影系にＮＤフィルタを配した時の作用を示すための光学断面図。
【図４】本発明を説明するための絞り装置の状態を表わした図。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態を説明するための成膜されたプラスチックフィルムの状態を表わした図、（ｂ）は成膜されたプラスチックフィルムをプレス抜きした状態を表わした図、（ｃ）はプレス抜きした後に剥されて完成したＮＤフィルタの構成を示す図、（ｄ）は本発明を説明するためのプラスチックフィルムの収縮率を調べた時の図。
【図６】連続濃度変化タイプＮＤフィルタの距離ｖｓ．濃度の関係を表わした図。
【図７】本発明の実施の形態及び実施例に用いられるＮＤフィルタの断面構成図。
【図８】本発明の実施例に用いられるＮＤフィルタの膜構成図。
【図９】本発明の先行例における真空蒸着法によるＮＤフィルタの製造方法を説明するための図であり、（ａ）は真空蒸着機におけるチャンバー内の構成図、（ｂ）は基板の拡大図である。
【図１０】本発明の先行例に用いられるスリット型マスクとマスク形状を示す図。
【図１１】本発明の先行例に用いられるスリット型マスクによる膜厚分布シミュレーション例を示す図。
【符号の説明】
１１：ＮＤフィルタ
１２：絞り羽根
２３：度当たり治具
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ：撮影光学系３６を構成するレンズ
３７：固体撮像素子
３８：ローパスフィルタ
３１：ＮＤフィルター
３２，３３：絞り羽根
３４：絞り羽根支持板
５１：切断基準線
４１：ＮＤフィルタが貼られている方の絞り羽根
４２：ＮＤフィルタが貼られていないもう片方の羽根
４３：ＮＤフィルタ
Ａ：主延伸方向
Ｂ：主延伸方向と略垂直方向
Ｃ：開口部
Ｄ：開口部端部
７０１：ＮＤフィルタ膜
７０２：反射防止膜
７０３：ＰＥＴフィルム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, aperture diaphragm apparatus having a N D filter, relates to a camera, particularly to a light amount diaphragm device having a ND filter having a gradated density distribution suitable for use in imaging systems such as a video camera or a still video camera It is.
[0002]
[Prior art]
In general, a diaphragm device of a digital video camera is configured as shown in FIG. The reason why the ND filter shown by 31 in the drawing is used in such a diaphragm device is as follows. If the captured image is too bright, the diaphragm blades move in the closing direction to reduce the amount of light. However, if the aperture diameter is made smaller than a certain size, a light diffraction phenomenon occurs and the resolution of the image decreases. This minimum aperture is called a “small aperture”, but the amount of light reaching the CCD is reduced by an ND filter in order to further reduce the amount of transmission at the time of this small aperture.
[0003]
In recent years, as the sensitivity of the image pickup device has improved, the density of the ND filter is increased to further reduce the light transmittance, and the aperture of the diaphragm is increased even if the brightness of the object field is the same. Yes. However, when the density of the ND filter is increased in this way, in the state as shown in FIG. 3, the light amount difference between the light a that has passed through the film and the light b that has not passed is greatly different, and “shading” in which the brightness differs within the screen. There is a drawback that the phenomenon occurs or the resolution is lowered. Therefore, in order to solve such drawbacks, it is necessary to adopt a structure in which the transmittance of the ND filter increases in order toward the center of the optical axis.
[0004]
Conventionally, the ND filter, which is the main part of the light quantity reduction device, has an organic dye or pigment that absorbs light in a film-like material (cellulose acetate, polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET), vinyl chloride, etc.). I have been using a mixture and kneading type.
However, if an attempt is made to obtain a structure in which the transmittance of the ND filter gradually increases toward the center of the optical axis, it is very difficult to manufacture with the conventional method.
[0005]
Regarding the ND filter of such a type in which the density changes (gradation type), the inventors have disclosed a density variable type (gradation type) by microphotography in Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and the like. A method for manufacturing an ND filter is proposed. At the time, video cameras improved image quality with the ND filter produced by this method. However, recent CCDs have become more sensitive, smaller, and have higher image quality, especially in special conditions (for example, under backlight). In the small-diameter aperture state), the image quality may deteriorate due to the influence of light scattering on the silver salt particles.
Patent Document 4 discloses a method for manufacturing an elliptical gradation filter by a vacuum deposition method. This method has a drawback that the density cannot be changed in a very small region (for example, a change from 3% to 80% transmittance in the range of 3 mm).
[0006]
In view of the above, the present inventors have disclosed Japanese Patent Application No. 2002-220762 and Japanese Patent Application No. 2002 about producing them by a vapor deposition method in order to obtain a more ideal density variable type (gradation type) ND filter. No. 220770, Japanese Patent Application No. 2002-22076, etc. have already made proposals. In this prior example, for example, Japanese Patent Application No. 2002-22076, a method for producing the above-described concentration variable type ND filter by a vapor deposition method using a vacuum vapor deposition machine as shown in FIG. 9 is described as follows. Yes. In this vacuum vapor deposition method, as shown in FIG. 9, the substrate in the chamber is attached to the vapor deposition umbrella 101, and the substrate 102 rotates together with the vapor deposition umbrella 101 to form a film. For example, by providing a slit-type mask as shown in FIG. 10 on the film forming side of the substrate 102, vapor deposition particles to be deposited can reach the substrate 102 through the slit due to the positional relationship between the vapor deposition source 103 and the substrate 102. In other words, the substrate 102 cannot be reached due to being blocked by the slit type mask, and for example, a film thickness distribution as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 11A is the position on the substrate and corresponds to FIG. The vertical axis is the film thickness.
[0007]
The merit of the above-described method of producing a variable density type ND filter by such a vapor deposition method is that good spectral characteristics can be obtained if the film is formed with an optimum film configuration. For example, it is possible to obtain a light having a small spectral dependency of wavelength.
It is important for the ND filter to attenuate the amount of transmitted light uniformly at each wavelength. When the transmittance at a special wavelength is high, the color balance is lost.
In the range of purple light (400 nm to 700 nm), when the transmittance near 400 nm is high, the image becomes bluish, and when the transmittance near 700 nm is high, the image becomes reddish.
Spectral reflectance can also be reduced to 2% or less or 1% or less if the film is formed with an optimal film configuration, and ghost / flare phenomenon occurs when mounted on video cameras, digital still cameras, etc. do not do.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2754518 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2771078 [Patent Document 3]
Japanese Patent No. 2771084 [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-38206
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the ND filter is manufactured by the above-described vapor deposition method, on the other hand, since the vapor deposition source becomes high temperature, the temperature of the substrate rises due to the radiant heat from the vapor deposition source. This is particularly a problem when using a substrate. A plastic substrate is advantageous in that it can be made thin because the plastic substrate does not break compared to glass. However, in general, when an optical thin film is formed by vapor deposition, the glass substrate has a substrate temperature. Can be heated at a temperature of 300 ° C. or higher, whereas a plastic substrate has a demerit that the temperature cannot be raised so much.
[0010]
For example, in the case of a stretched PET film, a dimensional shrinkage phenomenon occurs from 80 ° C., and in actual vapor deposition, the temperature rises to around 160 ° C. after film formation, and when the temperature returns to room temperature, the shrinkage rate becomes considerable.
As a result, the ND filter has a dimensional deviation, and in the case of ND filters having different densities in the same plane, there is a problem that an aperture value deviation (FNO. Deviation) occurs.
Broadly divided into ND filters with different densities in the same plane,
(1) There are two to three uniform density portions, and the density changes to, for example, three regions of ND0.5, ND1.0, and ND1.5.
(2) The concentration may continuously change from ND0.1 to ND1.5.
When the density changes to the step type, the shift of the density boundary position becomes a problem.
In addition, when the density continuously changes, the overall balance is lost, so that the latter is more problematic in dimensional accuracy.
[0011]
Accordingly, the present invention is to solve the above problems, in the ND filter continuously film thickness distribution on the plastic base material to form a film that varies by a vapor deposition method, less has N D filter effects due to dimensional deviation due to heat shrinkage It aims at providing the light quantity aperture apparatus and camera provided with.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, aperture diaphragm apparatus having a N D filters configured as follows, to provide a camera.
That is, the light quantity diaphragm device of the present invention is arranged on a plurality of diaphragm blades that are relatively driven to change the size of the diaphragm aperture, and at least a part of the aperture formed by the diaphragm blades, In the light quantity stop device provided with an ND filter formed with a film whose film thickness distribution continuously changes .
The ND filter is composed of a plastic film in which the base material has been subjected to stretching processing, and the direction of change of the continuous film thickness distribution by the film is perpendicular to the stretching direction of the plastic film to which the stretching processing has been performed. It is characterized by being.
At this time, when a plastic film subjected to biaxial stretching is used as the plastic film subjected to stretching, the direction of change of the continuous film thickness distribution due to the film is that of the biaxial stretching. It is constituted perpendicular to the main stretching direction of the applied plastic film.
Note that the vertical in the present invention means a case where it can be regarded as substantially vertical.
In the light quantity reduction device of the present invention, any one of a polyester film, a polypropylene film, a polystyrene film, a polyvinylidene chloride film, a polyethylene film, and a polyethylene naphthalate film can be used as the plastic film .
Also, the camera of the present invention to an optical system, an aperture diaphragm device described above to limit the amount of light passing through the optical system, a structure having a solid-state imaging device that receives an image formed by the optical system Can do.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention, the above-described configuration, the light amount diaphragm device having a low has N D filter effects due to dimensional deviation due to thermal contraction, but is obtained so as to realize the camera, results it of intensive studies by the present inventors Based on the following knowledge.
That is, as shown in FIG. 4, the ND filter 43 is attached to the diaphragm blade 41. Here, it is the opening end portion of the blade that is optically affected by D to X2 shown in FIG. , D to X1, and D to 0. The present inventors have investigated in detail how the variation in these distances occurs, and as a result, the variation in dimensional change occurring at a specific location. It was revealed that this is due to the thermal shrinkage of PET due to the heating temperature in the vapor deposition process.
[0014]
Thus, by making the density change direction of the ND filter substantially perpendicular to the main stretching direction, the position X2 on the ND filter from the opening end D of the blade, and the position on the ND filter from the opening end D of the blade. The present inventors have found that the distance to the position 0 can be made constant, and that problems caused by variations in these distances can be solved, and the present invention has been completed.
[0015]
Details of these will be described below, but in order to facilitate understanding of these, first, in what form such an ND filter is used in the light quantity reduction device will be described.
The ND filter 11 and the diaphragm blade 12 which are main parts of the light quantity diaphragm device have a configuration as shown in FIG.
The main reason for using a plastic film without using a glass substrate is that the plastic film is not cracked compared to glass as described above. The point becomes.
As a result, in the optical cross-sectional view shown in FIG. 3, the interval between the lens 36A and the lens 36B can be shortened, and an image with a higher magnification can be obtained. The plate thickness of the plastic film can be 100 μm or less, and some can be 50 μm.
[0016]
In FIG. 3,

reference numerals

36A, 36B, 36C, and 36D denote lenses constituting the photographing

optical system

36, 37 denotes a solid-state image sensor, and 38 denotes a low-pass filter. Reference numerals 31 to 34 are diaphragm devices, 31 is an ND filter, and 32 and 33 are opposed diaphragm blades, and the two diaphragm blades form a substantially rhombic opening. The ND filter is usually bonded to the diaphragm blade. Reference numeral 34 denotes a diaphragm blade support plate.
[0017]
FIG. 4 is a diagram of a diaphragm device of a density continuous change type ND filter in which the position of the diaphragm portion in FIG. 3 is viewed from the incident direction of the rays a and b. The ND filter 43 is attached to the blade 41 as shown in FIG.
FIG. 4 shows a state in which the size of the opening C is controlled by these blades operating alternately. In the figure,

reference numerals

41 and 42 denote diaphragm driving blades. In this case, an ND filter 43 is fixed to the 41 blades with an adhesive, and 42 constitutes the other blade on which the ND filter is not stretched. ing.
FIG. 5C shows the entire ND filter, which is obtained by depositing a multilayer dielectric on one or both sides of a transparent plastic base.
In particular, it has a structure in which the concentration changes continuously, and this can be obtained by using a slit mask arranged integrally with the substrate on the substrate rotating dome as shown in FIG. 9 as described above.
As the transparent plastic, polyester film, polyethylene film, polypropylene film, polystyrene film, polyvinylidene chloride film, polyethylene film, and polyethylene naphthalate film are used.
[0018]
Next, the configuration of the density changing unit will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, when the end face of the ND filter 43 is set to 0, symbols are attached to the respective positions X1, X2, X3, X4, and X5 in the direction of increasing the density.
In this example, the distance from end to end in the density change direction of the ND filter is 5.1 mm, and the following sections (1) to (5) will be described.
(1) 0 to X1: Transparent part width 1 mm (part where an antireflection film is formed on both sides of a PET substrate)
{Circle around (2)} X1 to X2: Continuous density changing portion A changing area having a width of 1.6 mm and a density of 0.1 to 1.2.
(3) X2 to X4: highest density portion 1.2 width 0.5 mm.
{Circle around (4)} X3 to X4: A section from the vicinity of the opening end X3 to a portion where no film is formed for bonding.
(5) X4 to X5: Adhesive strength is reduced when a vapor deposition film is formed at the part that adheres to the blade, so that the part is covered with a mask and the substrate is exposed. It is. This is shown in a graph in FIG. A cross-sectional structure of the ND filter is shown in FIG.
[0019]
Here, the optical influences are the distances from D to X2, D to X1, and D to 0 shown in FIG.
If variations occur in these distances, the light quantity values differ from each other, resulting in a problem. Therefore, it is necessary to make these distances constant.
(Here, X3 represents a position on the ND filter and is a position corresponding to the vicinity of the opening end D of the blade.)
Next, we investigated how the variation of these distances occurred as follows.
First, the outline of the manufacturing process of the ND filter will be described before that.
The ND filter is manufactured through the following manufacturing steps (1) to (9).
(1) A transparent plastic film as a base material is punched with a press.
(2) Set the transparent plastic film on the vapor deposition jig. At this time, a reference pin for positioning is attached to the jig, and a corresponding hole is provided in the plastic film. A mask for film formation on the entire surface provided with only the outer frame is set thereon.
(3) An antireflection coating (AR coating) is deposited. (The surface opposite to the ND portion 702 shown in FIG. 7)
(4) Next, the plastic film is turned over and set, and a linear slit mask for forming an ND filter film whose density distribution continuously changes is set on the plastic film via a spacer. Both are provided with positioning reference holes.
(5) The film constituting the ND filter is deposited (701 shown in FIG. 7).
(6) A mask that covers the portion formed in (5) is set on the same surface as the film formation surface of the ND filter, and an antireflection coating (AR coating) is deposited. (Same side as ND part 702 shown in FIG. 7)
A completed drawing formed in this way is shown in FIG.
(7) The outer shape press-out of the deposited plastic film sheet is performed with reference to a certain position on the sheet (51 shown in FIG. 5A).
(8) The outer shape after the press is cut out is a substantially trapezoidal shape as shown in FIG. This is removed to complete the ND filter having the shape shown in FIG.
(9) Adhere the pressed ND filter to the aperture blade after confirming the position. For example, in order to align with a line as indicated by 23 in FIG.
The above is the outline of the manufacturing process of the ND filter.
[0020]
Next, in order to make these distances constant, what kind of process should be considered in the manufacturing process of the ND filter will be considered.
In FIG. 4, the distance between the end face 0 of the ND filter and the blade opening D has little variation, but the end face portions 0 to X1 and 0 to X2 have variations of 100 to 200 μm.
As a result of investigating the variation, it was found that the dimensional change in the vacuum deposition process was large. In the vacuum deposition process, the substrate heating temperature was 110 ° C., but the temperature increased during the deposition, and the temperature during the deposition was measured with a thermolabel, which reached 160 ° C.
For the plastic film, PET with a material thickness of 75 μm was used, and the dimensions of the PET before and after vapor deposition were compared.
[0021]
The results are shown below.
[0022]
[Table 1]
Dimensional survey results in direction A

[0023]
[Table 2]
Dimensional survey results in B direction

It is the result of having measured the dimension before and behind the vapor deposition of A direction and B direction which are shown in Table 1 and Table 2 of PET film in FIG.5 (d). The shrinkage is 0.76% in the A direction and 0.33% in the B direction. The thermal shrinkage of PET is related to the stretching direction during sheet processing.
[0024]
In general, plastic films are uniaxially stretched in one direction and biaxially stretched in two directions for the purpose of improving strength, and either one is used. Also in the case of biaxial, the stretching force in the roll direction is generally strong and becomes main stretching, and the thermal shrinkage is larger in the main stretching direction than in the orthogonal direction. Unstretched plastic is generally weak and not used.
Stretching is performed by biaxial stretching in the vertical and horizontal directions while heating at a temperature equal to or lower than the melting point of the plastic film and above the secondary transition point, and is fixed by heating in order to fix the film molecular orientation after the stretching process.
However, after that, when the temperature rises above the transition point, thermal memory of the molecular arrangement occurs and thermal contraction occurs.
The PET used this time is biaxially stretched, and the A direction shown in FIG. 5D is the main stretching direction, and the B direction is the direction orthogonal thereto.
From this result, it can be seen that the cause of the aforementioned variation is the thermal shrinkage of PET.
By making the density change direction of the ND filter substantially perpendicular to the main stretching direction, the dimensional change can be reduced to ½ or less compared to the case of the random direction.
In addition, it is possible to reduce the dimensional change to 1/10 or less as compared with the case of the random direction by preparing the mask dimension in advance in consideration of the heat shrinkage rate.
[0025]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
In this example, an ND filter was produced by the following manufacturing steps (1) to (9).
(1) The outer shape of the base material is punched out in a direction substantially perpendicular to the direction of density change of the ND filter in the main stretching direction of PET having a high transmittance of 75 μm.
(2) Set the transparent plastic film on the vapor deposition jig. At this time, a reference pin for positioning is attached to the jig, and a plastic film is provided with a corresponding reference hole. A mask for film formation on the entire surface provided with only the outer frame is set thereon.
(3) An antireflection coating (AR coating) is deposited. (The surface opposite to the ND portion 702 shown in FIG. 7)
(4) Next, the plastic film is turned over and set, and a linear slit mask for forming an ND filter film whose density distribution continuously changes is set on the plastic film via a spacer. Both are provided with positioning reference holes.
(5) The film constituting the ND filter is deposited (701 shown in FIG. 7).
[0026]
Here, as an example, the film configuration thus formed is shown in FIG.
(6) A mask is set on the same surface as the film formation surface of the ND filter, and an antireflection coating (AR coating) is deposited. (Same side as ND part 702 shown in FIG. 7)
A completed drawing formed in this way is shown in FIG.
(7) The pre-extraction of the deposited plastic film sheet is performed on the basis of a certain position on the sheet (51 shown in FIG. 5A).
(8) The outer shape after the press is cut out is a substantially trapezoidal shape as shown in FIG. This is peeled off to complete the ND filter having the shape shown in FIG.
(9) Affix the pressed ND filter to the aperture blade, confirm the position using a jig, and bond it.
[0027]
As a result, the variation of the dimensions 0 to X1 and 0 to X2 can be set to ± 20 μm.
Therefore, the variation in distance from the blade opening D to the position X2 on the ND filter and from the opening D to position 0 on the ND filter can be set to ± 20 μm.
By incorporating this, the absolute light quantity of the video camera can be made uniform.
In general, there is an F number indicating the brightness of the lens, but the difference in equipment of video cameras equipped with this diaphragm can be suppressed to ± 0.2, and the brightness varies with the same F number depending on the equipment. I was able to eliminate that.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a light amount diaphragm device, a camera having a N D filter continuously film thickness distribution on the plastic base material to form a film that varies by evaporation. As a result, it is possible to solve the problem caused by the difference in the light amount value caused by the dimensional deviation due to the thermal contraction of the ND filter in the light amount diaphragm device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram in which a density variable type (gradation type) ND filter for explaining the present invention is attached to a blade.
FIG. 2 is a diagram in which the position of an ND filter is aligned with a jig for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an optical cross-sectional view for illustrating the operation when an ND filter is provided in an imaging system for explaining the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a state of a diaphragm device for explaining the present invention.
FIG. 5A is a diagram showing a state of a formed plastic film for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a state where the formed plastic film is pressed. FIG. 4C is a diagram showing the configuration of an ND filter that is completed after being punched, and FIG. 4D is a diagram when the shrinkage rate of a plastic film for explaining the present invention is examined.
FIG. 6 shows the distance vs. continuous density change type ND filter. The figure showing the relationship of density | concentration.
FIG. 7 is a cross-sectional structural view of a ND filter that is used to embodiments and examples of the present invention.
[8] film configuration diagram of a ND filter that is used in the examples of the present invention.
FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining a method of manufacturing an ND filter by a vacuum vapor deposition method in a prior example of the present invention, wherein FIG. It is.
FIG. 10 is a diagram showing a slit-type mask and a mask shape used in the preceding example of the present invention.
11 is a diagram showing a film thickness distribution simulation example by the slit mask that is used in the prior example of the present invention.
[Explanation of symbols]
11: ND filter 12: Diaphragm blade 23:

Degree jig

36A, 36B, 36C, 36D: Lens constituting imaging optical system 36: Solid-state imaging device 38: Low-pass filter 31: ND filter 32, 33: Diaphragm blade 34 : Diaphragm blade support plate 51: Cutting reference line 41: Diaphragm blade with ND filter attached 42: The other wing with no ND filter attached 43: ND filter A: Main stretch direction B: Main stretch direction C: Opening D: Opening edge 701: ND filter film 702: Antireflection film 703: PET film

Claims

A plurality of diaphragm blades that are relatively driven to change the size of the diaphragm aperture, and disposed at least in a part of the aperture formed by the diaphragm blades , the film thickness distribution continuously changes on the substrate. In a light quantity stop device including an ND filter having a film formed thereon ,
The ND filter is composed of a plastic film in which the base material has been subjected to stretching processing, and the direction of change of the continuous film thickness distribution by the film is perpendicular to the stretching direction of the plastic film to which the stretching processing has been performed. A light quantity diaphragm device characterized by being.

The stretched plastic film is a biaxially stretched plastic film, and the direction of change of the continuous film thickness distribution due to the film is that of the biaxially stretched plastic film. 2. The light quantity reduction device according to claim 1, which is perpendicular to the main stretching direction.

The light quantity stop according to claim 1 or 2, wherein the plastic film is made of any one of a polyester film, a polypropylene film, a polystyrene film, a polyvinylidene chloride film, a polyethylene film, and a polyethylene naphthalate film. Equipment .

An optical system, comprising: a light quantity diaphragm device according to any one of claims 1 to 3 that limits an amount of light that passes through the optical system; and a solid-state imaging device that receives an image formed by the optical system. Camera.