JP4464184B2 - 光学フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、主として撮像素子を用いるビデオカメラ、デジタルスチルカメラや交換レンズ装置などの光学機器に用いられるもＮＤフィルタ等と称される光学フィルタに関する。

ビデオカメラ、デジタルカメラなどの光学機器においては、撮像素子の大きさはそのままにして画素を増大させる所謂「高画素化」により、得られる画像の精細度の向上と小型化とを両立させている。但し、「高画素化」のために、撮像素子の画素ピッチが短くなってくると、絞り装置が小絞り状態にあるときの光の回折現象による像劣化が発生し易くなる。

具体的には、絞り装置において絞り値のコントロール（開口制御）を、この像劣化が発生しないように行おうとすると、ＥＶ値の３〜４段分程度しかコントロールに用いられない。例えば、開放Ｆ値が２のレンズの場合、２〜５．６とか２から８程度までしか絞りを操作できず、それ以上の小絞りを用いると、回折による像劣化が発生してしまう。

そこで、デジタルカメラにおいては、メカシャッタの高速側シャッタ速度を上げていくなどの手法も採られているが、機械的な限界があり、所望のシャッタ速度を得るにはアクチュエータのトルクを上げるなど機器の大型化を伴う。

また、ビデオカメラなどの動画撮影が可能な光学機器においては、メカシャッタを用いることはできず、電荷蓄積時間をコントロールする電子的シャッタ速度のコントロールを行うことはできるが、得られた画像がパラパラと動いて見え、動画としての自然な動きに見えないという欠点も有する。

そこで、ビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置には、ＮＤフィルタと称される減光作用を有する光学フィルタを用いて、小絞り状態での回折現象による像劣化を抑えている。

このようなＮＤフィルタには、絞り開口の内側に向かって透過率が順に大きくなるよう複数の濃度領域を有する多濃度ＮＤフィルタが提案されている（特許文献１参照）。また、濃度が連続的に変化する、いわゆるグラデーションＮＤフィルタも提案されている（特許文献２参照）。

さらに、絞り羽根と複数濃度を有するＮＤフィルタの制御とシャッタ速度の制御とを組み合わせて行う露出制御方法も種々提案されている（特許文献３参照）。
特開平２−１９０８３３号公報（２頁右上欄９行〜左下欄１５行、第１，２図） 特開平５−２８１５９２号公報（段落００３１，００４５〜００４８、図４〜図１２） 特開２０００−２１４５１４号公報（段落００６４〜００６７，００７８〜００９７、図１，４〜７）

しかしながら、従来のグラデーションもしくは多濃度ＮＤフィルタを用いた露出（光量）コントロールでも、ＮＤフィルタの透過率の変化範囲がＥＶ値の４段程度である。したがって、絞り装置と同様、広範な被写体の明るさに対して制御可能な段数が限られてしまい、様々な明るさの被写体に対して良好な画像を得ることが難しい。

本発明は、光量コントロールの範囲を従来よりも拡大することができるようにした光学フィルタおよびこれを用いた光学機器を提供することを目的としている。

本願発明の一側面としてのＮＤフィルタは、フィルタベースと、第１のグラデーション領域を有しかつ前記フィルタベースの第１の面上に形成された第１の光学膜と、第２のグラデーション領域を有しかつ前記第１のグラデーション領域と前記第２のグラデーション領域の少なくとも一部が光の透過方向において重なるように前記フィルタベースにおける前記第１の面とは反対側の第２の面上に形成された第２の光学膜と、を有する撮像素子を備えた光学機器に適用されるＮＤフィルタであって、
前記ＮＤフィルタの透過率が低い領域になるにつれて、透過率の変化率が大きくなるように、前記第２のグラデーション領域による透過率の変化率と前記第１のグラデーション領域による透過率の変化率とを異ならせたことを特徴とする。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１０Ａ，Ｂには、本発明の実施例であるグラデーションＮＤフィルタを備えたビデオカメラ（光学機器）のレンズ鏡筒部の構成を示している。なお、図１０Ｂは図１０ＡにおけるＡ−Ａ線断面を示している。

本実施例では、ビデオカメラにおいて最も一般的に用いられる、物体側から順に、固定の凸、可動の凹、固定の凸、可動の凸からなる４つのレンズユニットにより構成されたズームレンズを採用している。

このズームレンズを構成する４つのレンズユニットは、固定された前玉レンズ２０１ａと、光軸に沿って移動することで変倍動作を行うバリエータレンズ２０１ｂと、固定されたアフォーカルレンズ２０１ｃと、光軸に沿って移動することで変倍時の焦点面維持と焦点合わせを行うフォーカシングレンズ２０１ｄとにより構成されている。また、バリエータレンズ２０１ｂとアフォーカルレンズ２０１ｃとの間には、ＮＤユニット（光量調節装置）２５２が固定されて配置されている。ＮＤユニット２５２には、後述する本実施例のグラデーションＮＤフィルタが設けられており、該グラデーションＮＤフィルタは、ステッピングモータ等のＮＤ駆動源２５０によって光軸直交面内で移動されることにより、固定の絞り口径（開放口径）を覆う領域を変化させ、光量を変化させることができる。
上記４つのレンズユニット２０１ａ〜２０１ｄは、ＮＤユニット２５２を通過した光束に像を形成させる光学系を構成する。

なお、本実施例のビデオカメラには、従来のような絞り羽根を駆動して絞り開口を変化させて光量を調節する絞り装置は搭載されていない。

ガイドバー２０３，２０４ａ，２０４ｂは光軸２０５と平行に配置され、移動するレンズの案内および回り止めを行う。ＤＣモータ２０６はバリエータレンズ２０１ｂを移動させる駆動源となる。

前玉レンズ２０１ａは前玉鏡筒２０２に保持され、バリエータレンズ２０１ｂはＶ移動環２１１に保持されている。また、アフォーカルレンズ２０１ｃは中間枠２１５に、フォーカシングレンズ２０１ｄはＲＲ移動環２１４に保持されている。

前玉鏡筒２０２は、後部鏡筒２１６に位置決め固定されており、両鏡筒２０２，２１６によってガイドバー２０３が位置決め支持されているとともに、ガイドスクリュー軸２０８が回転可能に支持されている。このガイドスクリュー軸２０８は、ＤＣモータ２０６の出力軸２０６ａの回転がギア列２０７を介して伝達されることにより回転駆動される。

バリエータレンズ２０１ｂを保持するＶ移動環２１１は、押圧ばね２０９とこの押圧ばね２０９の力でガイドスクリュー軸２０８に形成されたスクリュー溝２０８ａに係合するボール２１０とを有しており、ＤＣモータ２０６によってガイドスクリュー軸２０８が回転駆動されることにより、ガイドバー２０３にガイドおよび回転規制されながら光軸方向に進退移動する。なお、バリエータレンズ２０１ｂの駆動源としては、ＤＣモータ以外に、ステッピングモータ、圧電効果を利用した振動型アクチュエータ、静電アクチュエータ等を用いてもよい。

後部鏡筒２１６とこの後部鏡筒２１６に位置決めされた中間枠２１５とによって、ガイドバー２０４ａ，２０４ｂが支持されている。ＲＲ移動環２１４は、これらガイドバー２０４ａ，２０４ｂによってガイドおよび回転規制されながら光軸方向に進退可能である。そして、前玉鏡筒２０２、中間枠２１５および後部鏡筒２１６により、レンズ等を略密閉収容する鏡筒本体が形成される。

フォーカシングレンズ２０１ｄを保持するＲＲ移動環２１４には、ガイドバー２０４ａ，２０４ｂにスライド可能に嵌合するスリーブ部が形成されており、またラック２１３が光軸方向についてＲＲ移動環２１４と一体的となるように組み付けられている。

ステッピングモータ２１２は、その出力軸に一体形成されたリードスクリュー２１２ａを回転駆動する。リードスクリュー２１２ａにはＲＲ移動環２１４に組み付けられたラック２１３が係合しており、リードスクリュー２１２ａが回転することによって、ＲＲ移動環２１４がガイドバー２０４ａ，２０４ｂによりガイドされながら光軸方向に移動する。

また、上記のようにステッピングモータを用いてレンズを移動させる場合には、フォトインタラプタ等を用いて、保持枠が光軸方向の所定の基準位置に位置することを検出した後に、ステッピングモータに与える駆動パルスの数を連続的にカウントすることにより、保持枠の絶対位置を検出する。但し、基準位置の検出は、ホール素子やＭＲセンサ等の他の検出器を用いて行ってもよい。

図１１には、上記ビデオカメラの電気的構成を示している。この図において、図１０Ａ，Ｂにて説明したレンズ鏡筒部の構成要素については、図１０Ａ，Ｂと同符号を付す。

２２１はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子、２２２はバリエータレンズ２０１ｂの駆動機構であり、ＤＣモータ２０６（又はステッピングモータ）、ギア列２０７およびガイドスクリュー軸２０８等を含む。

２２３はフォーカシングレンズ２０１ｄの駆動機構であり、ステッピングモータ２１２、リードスクリュー軸２１２ａおよびラック２１３等を含む。

２２５はズームエンコーダ、２２７はフォーカスエンコーダである。これらのエンコーダはそれぞれ、バリエータレンズ２０１ｂおよびフォーカシングレンズ２０１ｄの光軸方向の絶対位置を検出する。なお、図１０Ａ，Ｂに示すようにバリエータ駆動源としてＤＣモータを用いる場合には、ボリューム等の絶対位置エンコーダを用いたり、磁気式のものを用いたりする。

２５１はＮＤエンコーダであり、ＮＤ駆動源２５０の内部にホール素子を配置し、ロータとステータの回転位置関係を検出する方式のものなどが用いられる。

２３２は本ビデオカメラの制御を司るＣＰＵである。２２８はカメラ信号処理回路であり、固体撮像素子２２１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のコントラスト信号は、ＡＥゲート２２９およびＡＦゲート２３０を通過する。即ち、露出決定およ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内のうちこのゲートで設定される。このゲートの大きさは可変であったり、複数設けられたりする場合がある。

２３１はＡＦ（オートフォーカス）のためのＡＦ信号を処理するＡＦ信号処理回路であり、映像信号の高周波成分に関する１つもしくは複数の出力を生成する。２３３はズームスイッチ、２３４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２３４は、変倍に際して被写体距離とバリエータレンズ２０１ｂの位置に応じてセットすべきフォーカシングレンズの位置情報を記憶する。なお、ズームトラッキングメモリとしてＣＰＵ２３２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２３３が操作されると、ＣＰＵ２３２は、ズームトラッキングメモリ２３４の情報をもとに算出したバリエータレンズ２０１ｂとフォーカシングレンズ２０１dの所定の位置関係が保たれるように、ズームエンコーダ２２５の検出結果となる現在のバリエータレンズの光軸方向の絶対位置と算出されたバリエータレンズ２０１ｂのセットすべき位置、およびフォーカスエンコーダ２２７の検出結果となる現在のフォーカスレンズの光軸方向の絶対位置と算出されたフォーカシングレンズのセットすべき位置がそれぞれ一致するように、ズーム駆動機構２２２とフォーカスシング駆動機構２２３を駆動制御する。

また、ＡＦ動作では、ＡＦ信号処理回路２３１の出力がピークを示すように、ＣＰＵ２３２は、フォーカシング駆動機構２２３を駆動制御する。

さらに、適正露出を得るために、ＣＰＵ２３２は、ＡＥゲート２２９を通過したＹ信号の出力の平均値を所定値として、ＮＤエンコーダ２５１の出力がこの所定値となるようにＮＤ駆動源２５０を駆動制御して、光量をコントロールする。

図１には、本実施例の特徴となるグラデーションＮＤフィルタの光軸直交断面を示す図である。なお、図１の上下方向が光軸方向、すなわちグラデーションＮＤフィルタにおける光の透過方向に相当する。

図１において、１はＰＥＴ等により形成された透明のフィルタベースである。このフィルタベース１は、グラデーション濃度領域（以下、グラデーション領域という）および均一濃度領域を構成するためのベースとなる。図１において、フィルタベース１の上側の面を第１の面２と称し、下側の面を第２の面３と称する。

４Ａはフィルタベース１の第１の面２に蒸着された多層膜からなる光学膜（以下、第１の光学膜という）である。なお、図中の第１の光学膜４Ａは６層構造を有するが、層の数はこの限りではない。また本実施例では、Ａｌ_２Ｏ_３層とＴｉＯ層とを交互に形成する場合を示しているが、各層の材質もこの限りではない。

４Ｂはフィルタベース１の第２の面３に蒸着された多層膜からなる光学膜（以下、第２の光学膜という）である。なお、図中の第２の光学膜４Ｂは６層構造を有するが、層の数はこの限りではない。また本実施例では、Ａｌ_２Ｏ_３層とＴｉＯ層とを交互に形成する場合を示しているが、各層の材質もこの限りではない。さらに、第１の光学膜４Ａと第２の光学膜４Ｂの層数を異ならせてもよいし、材質を異ならせてもよい。

また、本実施例では、光学膜を蒸着により形成する場合について説明するが、蒸着以外の方法、例えば印刷による方法を用いて光学膜を形成してもよい。

図１において、５は第１の光学膜４Ａにおける透過率が最小の領域（以下、第１の最小透過率領域という）である。この領域の透過率（濃度）は均一である。６は第１の光学膜４Ａにおけるグラデーション領域（以下、第１のグラデーション領域という）であり、第１の最小透過率領域５側とは反対側に向かって膜厚および透過率（濃度）が漸次減少する。

７はフィルタベース１の第１の面２において、第１の光学膜４Ａが形成されていない透明領域（以下、第１の透明領域という）である。

８は第２の光学膜４Ｂにおける透過率が最小の領域（以下、第２の最小透過率領域という）である。この領域の透過率（濃度）は均一である。９は第２の光学膜４Ｂにおけるグラデーション領域（以下、第２のグラデーション領域という）であり、第２の最小透過率領域８側とは反対側に向かって、すなわち第１のグラデーション領域６の膜厚減少方向と同一方向に、膜厚および透過率（濃度）が漸次減少する。つまり、両グラデーション領域６，９の透過率の増減方向は互いに同じである。

１０はフィルタベース１の第２の面３において、第２の光学膜４Ｂが形成されていない透明領域（以下、第２の透明領域という）である。

なお、本実施例では、まずフィルタベース１の第１の面２側に第１の光学膜４Ａを蒸着し、その後、フィルタベース１の第２の面３側に第２の光学膜４Ｂを蒸着することによりＮＤフィルタを製作する。但し、蒸着による製造方法はこれに限られない。

そして、本実施例では、光軸直交方向であるフィルタベース１の面内方向（図中の左右方向、以下、ベース面内方向という）において、第１のグラデーション領域６における第１の最小透過率領域５側の端部（すなわち第１のグラデーション領域６のうち透過率小側の端部であって、第１のグラデーション領域６と第１の最小透過率領域５との境界位置）の位置と、第２のグラデーション領域９における第２の透明領域１０側の端部（すなわち第２のグラデーション領域９の透過率大側の端部であって、第２のグラデーション領域９と第２の透明領域１０との境界位置）の位置とが実質的に一致している。言い換えれば、第１のグラデーション領域６と第２のグラデーション領域９とは光軸方向において互いに実質的に重ならず、第２のグラデーション領域９の全体が第１の最小透過率領域５に重なるように形成されている。

ここで、「実質的に」とは、第１の光学膜４Ａの蒸着時と第２の光学膜４Ｂの蒸着時とでのフィルタベース１の設定位置ずれ等に起因した誤差量を含む意味であり、具体的には、±０．５ｍｍ程度の誤差量を見込んだ範囲での意味である。

また、本実施例では、ベース面内方向における第１のグラデーション領域６の長さと第２のグラデーション領域９の長さとが実質的に等しい。

さらに、図中には、第１のグラデーション領域６における透過率大側（第１の透明領域７側）の端部において、蒸着膜のエッジ領域を破線で示している。このエッジ領域は、膜の剥離などを考慮して、蒸着後カットされる。ただし、このようなエッジ部を残してＮＤフィルタとして使用するようにしてもよい。

なお、上述した各部の名称、「実質的に」の意味、エッジ領域の処理については、後述する他の実施例でも同様である。

図１の下側には、横軸をフィルタベース１の面内方向の位置とし、縦軸を透過率とした本実施例のＮＤフィルタの透過率特性グラフを示している。なお、このグラフでは、グラデーション領域のエッジ部をカットしたことによるグラデーション領域と透明領域の境界での「濃度段差」はないものとして示しているが、若干の段差（例えば、ＥＶ値相当で０．５段以内程度の段差）があっても本発明に含まれるものとする。また、この特性グラフにおいて、第１の面２と第２の面３においてともに透明領域となっている領域７の透過率、すなわちフィルタベース自体の透過率は実際には１００％ではないが、ここでは簡単のために１００％としている。これらのことは、後述する他の実施例でも同様とする。

上記グラフにおいて、点線１１で示した特性は、第１の面２に光学膜（最小透過率領域５およびグラデーション領域６）および透明領域７が形成され、第２の面３には光学膜が形成されない場合の透過率特性を示す。この点線１１の特性は、従来のグラデーションＮＤフィルタの特性に相当する。従来のグラデーションＮＤフィルタにおいては、最小透過率領域の濃度設計値によって、透過率はＥＶ値の１〜４段程度の設定が行われるが、それ以上の段数の設定は、膜厚が厚くなりすぎて製造が難しくなる等の理由で、現実的ではない。そして、第１の面２側だけに領域５，６，７を設けた場合の最小透過率領域５の透過率は、ＥＶ値で３段分に相当する１２．５％である。

このような従来のグラデーションＮＤフィルタに対して、第２の面３側に、第１の最小透過率領域５と同じ２５％の透過率を有する第２の最小透過率領域８と、第２のグラデーション領域９と、第２の透明領域１０とを設けると、実線１２のグラフ２で示す特性となる。つまり、フィルタベース１の両面に形成された光学膜４Ａ，４Ｂによって、最終の最小透過率（最大濃度）は約１．６％となり、第１および第２のグラデーション領域６，９を形成した範囲で、従来のグラデーションＮＤフィルタに比べて長い（言い換えれば、透過率の変化量が大きい）グラデーション部を形成することができる。本実施例では、このグラデーション部における透過率の変化率はほぼ一定である。

なお、本実施例では、片側の光学膜における最小透過率領域の透過率がＥＶ値３段分である場合について説明したが、４段分であってもよいし、それ以外の任意の段数でも構わない。また、４段とした場合には、図１で１２．５％とした透過率が６．２５％に、１．６％とした透過率が０．４％となり、８段分の減光効果を得られる。

このように、例えばＥＶ値で６段（片側で３段）あるいは８段（片側４段）といった透過率の設定が可能となったグラテーションＮＤフィルタによる光量調節もしくは該ＮＤフィルタと撮像素子での電荷蓄積時間の制御（電子シャッタ）との組み合わせなどにより露出制御を行わせるようにすることにより、従来の絞り羽根を用いた絞り装置を不要とすることができる。また、従来の絞り装置は、小絞り回折による像劣化を起こすので、この面からも、本実施例のようにＮＤフィルタを主体とした露出調節を行うことが望ましい。

但し、図９に示すような絞り装置（光量調節装置）を搭載してもよい。この絞り装置は２枚羽根型のものであり、光が通過する絞り開口を形成し、かつ該絞り開口の大きさを可変とする２枚の絞り羽根（遮光部材）４０５，４０６を１つの回動式電磁アクチュエータ（モータ）２２４でシーソー式駆動レバー４０２を介して駆動する構成のものである。この絞り装置では、絞り羽根の駆動源として、円柱形に構成された永久磁石製のロータ（もしくは円柱形に構成された金属体の外周面に着磁されたロータ）を有する電磁駆動アクチュエータが使用されており、該アクチュエータは、ロータ外周面の磁極の移動変化をホール素子によって検出することにより回転位置や回転量（回転角）を制御される。

そして、被写体が明るいときに開口径が小さくなりすぎると、光の回折による画質劣化や焦点深度の増大によるレンズに付着したゴミ等の写り込みが問題となるため、絞り羽根の１枚に本実施例のグラデーションＮＤフィルタを貼り付けて、該ＮＤフィルタが絞り開口内に突出するようにして、極端な小絞りになるのを防ぐようにする。

図９においては、絞り羽根４０６にＮＤフィルタ４１４が貼り付けられている。シーソー駆動レバー４０２は連動部４０３，４０４で２枚の羽根それぞれに設けられた溝部４０７、４０８に連結され、矢印４１６の方向への回転（もしくはその逆回転）によって、絞り開口４１３の大きさが可変となる。

ここで上述のように、絞り羽根のみによる光量（露出）制御を行う場合、近年の撮像素子の画素ピッチの縮小化などに伴い、回折現象によって像が劣化するＦ値が明るくなってきており、Ｆ５．６やＦ８までしか用いることができない場合もある。

このため、図９に示した絞り羽根にＮＤフィルタを貼り付けるタイプや、あるいは特開２０００−２１４５１４号公報にて提案されているように、絞り駆動源とは別の駆動源でＮＤフィルタを光路に対して挿抜するものなどに、本実施例のグラデーションＮＤフィルタを用いることで、小絞り回折を招くことなくコントロール可能な光量範囲や段数を増加させることができる。

なお、本実施例では、第１の最小透過率領域５の透過率と第２の最小透過率領域８の透過率とが同じである場合について説明したが、第１の最小透過率領域５の透過率と第２の最小透過率領域８の透過率とを異ならせてもよい。例えば、第１の最小透過率領域５をＥＶ値の４段分の透過率とし、第２の最小透過率領域８を３段分の透過率として、計７段分の減光効果を有するＮＤフィルタを構成することもできる。このように第１の最小透過率領域５の透過率と第２の最小透過率領域８の透過率とを異ならせてよい点については、他の実施例でも同様である。

図２には、本発明の実施例２であるグラデーションＮＤフィルタを示す。本実施例では、実施例１と同様に、第１の面２に形成された第１のグラデーション領域６の透過率小側の端部位置と、第２の面３側に形成された第２のグラデーション領域９の透過率大側の境界位置とが実質的に一致している。但し、ベース面内方向における第１のグラデーション領域６の長さが、第２のグラデーション領域９の長さよりも短く設定されている。

これにより、図２の特性グラフにおける実線１３で示すように、第２のグラデーション領域９による透過率の変化率を第１のグラデーション領域６による透過率の変化率よりも小さくしている。

これは、例えば、該ＮＤフィルタを駆動する駆動機構の構成により、駆動源の出力軸の回転角に対するＮＤフィルタの移動量が、透過率が低くなる側ほど大きくなるような場合に、該出力軸の回転角の変化量に対して一定の透過率の変化量を得たい場合などに有効となる。

図３には、本発明の実施例３であるグラデーションＮＤフィルタを示す。本実施例では、実施例１と同様に、第１の面２に形成された第１のグラデーション領域６の透過率小側の端部位置と、第２の面３側に形成された第２のグラデーション領域９の透過率大側の境界位置とが実質的に一致している。但し、ベース面内方向における第１のグラデーション領域６の長さが、第２のグラデーション領域９の長さよりも長く設定されている。

これにより、図３の特性グラフにおける実線１４で示すように、第２のグラデーション領域９による透過率の変化率を第１のグラデーション領域６による透過率の変化率よりも大きくしている。

これは、露出制御のためにこのＮＤフィルタだけではなく、絞り装置を併用するような場合に、ＮＤフィルタの濃度が比較的低い（透過率が比較的高い）領域が絞り開口を覆う際には、すでに絞り装置がある程度絞られていることが多いことに鑑み、同じ絞り開口内に存在するグラデーションＮＤフィルタの濃度変化差を一定にした方が好ましい場合に有効である。

すなわち、光量を落とす必要があまり生じていない状況においては、絞りを絞り込んでおらず、例えば絞り開口径が８ｍｍと大きいため、該開口部にかかっているＮＤフィルタ中の透過率の高い部分と透過率が低い部分とは８ｍｍ離れた場所にある。一方、光量を落とす必要が生じている状況においては、絞りを絞り込んでおり、例えば開口径が２ｍｍと小さいため、開口部にかかっているＮＤフィルタ中の透過率の高い部分と透過率が低い部分とは２ｍｍ離れた場所にあることになる。

これら両者の場合において、最も透過率が高い部分と最も透過率が低い部分との透過率の差を常に一定にしようとすると、絞りを絞り込んでいない状況（通常、ＮＤフィルタの透過率が高い領域）での８ｍｍ離れた場所の透過率の差と、絞りを絞り込んでいる状況（通常、ＮＤフィルタの透過率が低い領域）での２ｍｍ離れた場所の透過率の差とをほぼ同じにすることが望ましい。

従って、ＮＤフィルタの透過率が低い領域になるにつれて、透過率の勾配（傾き）がきつくなるように構成するのが好ましく、このような場合に好適なのが本実施例である。

図４には、本発明の実施例４であるグラテーションＮＤフィルタを示している。実施例１〜３においては、第２のグラデーション領域９における透過率大側の端部位置が、第１のグラデーション領域６における透過率小側の端部位置に実質的に一致する場合について説明したが、本実施例においては、第１および第２のグラデーション領域６，９における透過率小側の端部位置同士が実質的に一致し、かつ第１および第２のグラデーション領域６，９における透過率大側の端部位置同士も実質的に一致している。また、両グラデーション領域６，９の透過率の増減方向は互いに同じである。

これにより、第１および第２のグラデーション領域６，９が光軸方向において実質的に重なり合い、この範囲で両面のグラデーション効果により、図４の特性グラフに実線１５で示すように、片面のグラデーション領域のみでは実現が困難な大きな透過率の変化率を作り出すことができる。

図５には、本発明の実施例５であるグラテーションＮＤフィルタを示している。本実施例では、第１および第２のグラデーション領域６，９における透過率大側の端部位置同士が実質的に一致するが、第１のグラデーション領域６のベース面内方向での長さを、第２のグラデーション領域９の長さよりも短く設定している。すなわち、第２のグラデーション領域９の透過率小側の端部は、第１の最小透過率領域５と重なる位置に設けられている。また、両グラデーション領域６，９の透過率の増減方向は互いに同じである。

これにより、第１および第２のグラデーション領域６，９が相互に重なり合っている範囲における透過率の変化率を、第１の最小透過率領域５と第２のグラデーション領域９とが重なっている範囲における透過率の変化率よりも大きくすることができる。

これにより、図５の特性グラフに実線１６で示すように、実施例２で説明したような場合に有利な透過率変化を実現することができる。

図６には、本発明の実施例６であるグラテーションＮＤフィルタを示している。本実施例では、ベース面内方向において、最小透過率側から順に、第２のグラデーション領域９の透過率小側の端部、第１のグラデーション領域６の透過率小側の端部、第２のグラデーション領域９の透過率大側の端部および第１のグラデーション領域６の透過率大側の端部が配置されている。

これにより、第１および第２の最小透過率領域５，８が光軸方向に重なり合った均一透過率範囲と、第１の最小透過率領域５および第２のグラデーション領域９とが重なり合ったグラデーション範囲と、第１および第２のグラデーション領域６，９が重なり合ったグラデーション範囲と、第１のグラデーション領域６と第２の透明領域１０が重なり合ったグラデーション範囲と、第１および第２の透明領域７，１０が重なり合った透明範囲とが形成される。

この構成により、図６の特性グラフ中に実線１７で示すように、第１および第２のグラデーション領域６，９が重なっているグラデーション範囲での透過率の変化率を、その両側のグラデーション範囲の変化率よりも大きくすることが可能となる。

図７には、本発明の実施例７であるグラテーションＮＤフィルタを示している。本実施例では、第１のグラデーション領域６と第２のグラデーション領域９とは全く重ならず、第２のグラデーション領域９の全体が第１の最小透過率領域５に重なる。これにより、図７の特性グラフに実線１８で示すように、最小透過率側から順に、第２のグラデーション領域９によるグラデーション範囲、最小透過率より高い透過率が一定の領域Ｄ、第１のグラデーション領域６によるグラデーション範囲および透明範囲を有することになる。

ここで、特開平１１−１９０８６７号公報には、複数の絞り羽根を相対移動させるタイプの絞り装置（図９参照）において、静止画撮影時に、絞り駆動源の駆動範囲とは別の駆動範囲で所定のレバー回転角を設定することで、開放絞り径とは異なる開口径が得られる構成のものがある。また、このような絞り装置のみならず、静止画撮影時に、開放径以外に１もしくは２つ程度のＦナンバーの開口径を選択するタイプの絞り装置もある。

これらの絞り装置に対するグラデーションＮＤフィルタの使用は、単濃度のＮＤフィルタや複数濃度のＮＤフィルタが絞り開口の中間までを覆っている状況で生じる、絞り開口内での透過率の差に伴う結像性能の劣化に対しては有利である。しかし、それでも絞り開口内にグラデーション状態で透過率差が存在するために、結像性能の劣化を十分に抑制することが難しい場合がある。特に、多画素化が進んだデジタルスチルカメラにおいては、その影響が無視できなくなる。

このため、本実施例のグラデーションＮＤフィルタを、開放径を含む２つあるいは３つ程度の開口径を選択するタイプの絞り装置に設け、グラデーション範囲の中間に設けられた透過率一定領域Ｄの寸法を、これら２つあるいは３つの開口径のうち開放径もしくは他の開口径を覆うことができる寸法に設定することにより、静止画撮影時に使用する絞り開口全体を単一濃度のフィルタ部分で覆うことが可能となる。

このような絞り装置を備えたビデオカメラの電気的構成を図１２に示す。図１２において、２３５は絞り装置、２２４は該絞り装置に設けられた絞り羽根を駆動する絞り駆動源であり、ステッピングモータ等が用いられる。

ＣＰＵ２３２は、ＡＥゲート２２９からの被写体輝度情報に基づいて、最適露出が得られるように、絞り開口径が選択できるタイプの絞り装置２３５において設定すべき絞り開口径を決定し、絞り駆動源２２４の駆動を制御するとともに、ＮＤフィルタ２５２で該絞り開口を覆うか否かを決定する。

この結果、ＮＤフィルタによって選択された絞り開口をＮＤフィルタ２５２で覆うとの決定をした場合には、ＣＰＵ２３２は、ＮＤエンコーダ２５１からのパルス信号のカウント値が所定値となるように、ＮＤモータ（ステッピングモータ）２５０を駆動し、図７に示した透過率一定領域Ｄで該絞り開口を覆うようにＮＤフィルタ２５２の位置をコントロールする。

図８には、本発明の実施例８であるグラテーションＮＤフィルタを示している。上記実施例１〜７では、フィルタベースの両面にそれぞれ第１の光学膜４Ａと第２の光学膜４Ｂを形成した場合について説明したが、本実施例では、フィルタベースの片面に第１の光学膜４Ａを形成し、さらに第１の光学膜４Ａ上に第２の光学膜４Ｂを形成している。

ここで、本実施例では、実施例６と同様に、最小透過率側から順に、第２の光学膜４Ｂにおける第２のグラデーション領域９の透過率小側の端部、第１の光学膜４Ａにおける第１のグラデーション領域６の透過率小側の端部、第２のグラデーション領域９の透過率大側の端部および第１のグラデーション領域６の透過率大側の端部が配置されている。

これにより、図８の特性グラフ中に実線１９で示す実施例６と同様な特性、すなわち第１および第２のグラデーション領域６，９が重なっているグラデーション範囲での透過率の変化率が、その両側のグラデーション範囲の変化率よりも大きくなる特性を得ることが可能となる。

なお、実施例１〜５および７中の第２の光学膜４Ｂを第１の光学膜４Ｂ上に形成し、各実施例と同様の特性を得るようにしてもよい。

以上説明したように、上記各実施例によれば、一枚のフィルタべースを用いて、それぞれグラデーション領域を有する第１および第２の光学膜を蒸着や印刷等の方法で形成することにより、ＮＤフィルタのみで可能な露出コントロールの範囲を従来よりも拡大することができる。これにより、グラデーションＮＤフィルタのみでＥＶ値で８段程度の露出コントロールも可能となり、従来の絞り装置を有さない光学機器も実現可能とする。

また、それぞれの光学膜のグラデーション領域の位置（透過率小側の端部、透過率大側の端部）や長さを適宜設定することで、単一の光学膜（多層膜）だけでは実現が難しい、ＮＤフィルタ全体としてのグラデーション範囲の拡大や最小透過率領域の縮小や透過率の変化形態の選択が可能となる。

更に、グラデーション範囲の中間に透過率が一定の領域を設け、この範囲で絞り開口を覆うことにより、画質劣化の少ない静止画の撮影が可能となる。

本発明の実施例１であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例２であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例３であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例４であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例５であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例６であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例７であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施例８であるグラデーションＮＤフィルタの断面図。 本発明の実施に適した絞り装置の分解斜視図。 本発明の実施に適したビデオカメラのレンズ鏡筒部の断面図。 本発明の実施に適したビデオカメラのレンズ鏡筒部の断面図。 上記ビデオカメラの電気的構成を示すブロック図。 実施例７のグラデーションＮＤフィルタを用いたビデオカメラの電気的構成を示すブロック図。

符号の説明

１ フィルタベース
２ 第１の面
３ 第２の面
４Ａ 第１の光学膜
４Ｂ 第２の光学膜
５ 第１の最小透過率領域
６ 第１のグラデーション領域
７ 第１の透明領域
８ 第２の最小透過率領域
９ 第２のグラデーション領域
１０ 第２の透明領域

Claims (7)

1. フィルタベースと、第１のグラデーション領域を有しかつ前記フィルタベースの第１の面上に形成された第１の光学膜と、第２のグラデーション領域を有しかつ前記第１のグラデーション領域と前記第２のグラデーション領域の少なくとも一部が光の透過方向において重なるように前記フィルタベースにおける前記第１の面とは反対側の第２の面上に形成された第２の光学膜と、を有する撮像素子を備えた光学機器に適用されるＮＤフィルタであって、
   前記ＮＤフィルタの透過率が低い領域になるにつれて、透過率の変化率が大きくなるように、前記第２のグラデーション領域による透過率の変化率と前記第１のグラデーション領域による透過率の変化率とを異ならせたことを特徴とするＮＤフィルタ。
2. 前記第１のグラテーション領域における透過率の増減方向と、前記第２のグラテーション領域における透過率の増減方向とが互いに同一であることを特徴とする請求項１に記載のＮＤフィルタ。
3. 前記第１の光学膜および第２の光学膜はそれぞれ、多層膜により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮＤフィルタ。
4. 前記フィルタベースの面内方向において、前記第１のグラテーション領域と前記第２のグラデーション領域の両端部のうち少なくとも一方の位置が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のＮＤフィルタ。
5. 前記フィルタベースの面内方向において、前記第１のグラデーション領域と前記第２のグラデーション領域の長さが互いに異なることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のＮＤフィルタ。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のＮＤフィルタを有し、前記ＮＤフィルタを光軸直交面内で移動させることにより光量を変化させることを特徴とする光量調節装置。
7. 請求項６に記載の光量調節装置と、前記撮像素子と、を有し、
   前記第１の光学膜および第２の光学膜が形成された範囲において最も低い透過率が、機器のＥＶ値に対して６段分以上の透過率であることを特徴とする光学機器。

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