光量調整装置及びそれを有する撮像装置
【課題】 撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生するのを軽減しつつ、また撮影画面の特定の方向とそれと垂直な方向での解像力の差異を少なくしつつ、絞り開口を通過する光量を制限することができる光量調整装置を得ること。
【解決手段】 光路中に配置され、絞り羽根の駆動により絞り開口を変化させて、前記絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構と、
前記絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルターを有する光量調整装置であって、
前記ＮＤフィルターは前記開口絞りの侵入方向で透過率が異なる透過率分布を有し、
前記絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が前記絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだ切り欠き部を有すること。
【解決手段】 光路中に配置され、絞り羽根の駆動により絞り開口を変化させて、前記絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構と、
前記絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルターを有する光量調整装置であって、
前記ＮＤフィルターは前記開口絞りの侵入方向で透過率が異なる透過率分布を有し、
前記絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が前記絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだ切り欠き部を有すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ、監視カメラ、デジタルカメラ等の撮像装置において、撮像素子に入射する光量を絞り機構とＮＤフィルターを用いて制御する際に好適な光量調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置には、複数の絞り羽根を用いて絞り開口を形成し、その開口形状や開口面積を種々と変化させることによって、撮像素子に入射する光量を調整する、光量調整装置が使用されている。絞り開口の開口面積の変化のみで光量調整をおこなうと、高輝度被写体を撮影する際に絞り開口の面積（開口径）が小さくなり、光の回折現象により光学性能が劣化してくる。そのため、絞り開口の径をあまり小さくしないでＮＤフィルターを用いて撮像素子に入射する光量を低減させている。
【０００３】
これによって、所望の解像力を維持できる程度の小絞り開口を維持して、絞り開口が小さくなるのを防止するようにした光量調整装置が知られている（特許文献１、２）。特許文献１の絞り装置では、２枚の絞り羽根に対して、それぞれの絞り羽根の一部に段階的もしくは連続的に透過率が変化するＮＤフィルターを設けている。そしてＮＤフィルターの透過率を光軸から放射方向外側に向かうにつれて低くなるよう設定して、絞り開口の径が小さくなりにくくしている。
【０００４】
また、特許文献２の光量調整装置では、絞りとＮＤフィルターが異なる駆動となるように制御し、所定の絞り開口において、ＮＤフィルターの透明部がその開口全域を覆う大きさを有するように構成している。そして、絞り開口が所定の開口のときに、ＮＤフィルターが、絞り開口から退避する位置から所定の開口全域を透明部が覆う位置まで、停止することなく移動するように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４３８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−００３４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の絞り装置では、絞り開口に対するＮＤフィルターの重なり具合によってピント面で生ずる光量差を低減し、撮影画面内の光量むらの発生を抑えている。絞り開口の全域がＮＤフィルターで覆われる前の段階で、ＮＤフィルターの先端面に対して垂直な方向にのみ、絞り開口内のＮＤフィルターが有る部分と無い部分とにおいて位相差が発生する。その結果、その方向では解像力が低下する傾向がある。それに対し、ＮＤフィルターの先端面と平行な方向では、上記の位相差が発生しないため、解像力は低下しない。
【０００７】
この結果、ＮＤフィルターの先端面の方向と、それと垂直な方向とで、解像力の差が発生してくる傾向がある。また、ＮＤフィルターの端面の形状は直線形状のため、絞り開口がＮＤフィルターで覆われる前の段階で、ＮＤフィルターの端面の直線と垂直の方向に、集中的に光の回折が発生する。そのため、高輝度被写体が撮影画面内に入ると、強度の強い直線状の光芒が発生する場合があった。前述の光芒が、撮影画面の上下方向に発生すると、撮像装置に用いられるＣＭＯＳセンサーでは、ＣＣＤと異なり、撮影画面の上下方向にスミアが発生しないにも関わらず、光芒がスミアに見えてしまうことがある。
【０００８】
特許文献２の光量調整装置では、ＮＤフィルターの端面が絞り開口内にある状態を不使用領域としている。このために、特許文献１のような、ＮＤフィルターの先端面の方向と、それと垂直な方向とでの解像力の差異は発生しない。また、ＮＤフィルターの先端面を凸形状とすることで、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生しない。特許文献２では、ＮＤフィルターの駆動方向の大きさが、不使用領域を通過させる分だけ大きくなる傾向がある。不使用領域を維持してＮＤフィルターを小さくするには、絞り開口を通過する光量を低下させるための領域（絞り開口）を小さくすることになる。
【０００９】
そうすると、小絞り時の回折による画質が劣化する場合がある。更に、不使用領域を回避するために、瞬間的にＮＤフィルターの端面が絞り開口を通過するよう制御すると、動画撮影中などに不自然な映像が瞬間的に入り込むことになってくる。
【００１０】
本発明は、撮影画面の上下方向に光芒が発生するのを軽減し、撮影画面の特定の方向とそれと垂直な方向での解像力の差異が少なくしつつ、絞り開口を通過する光量を制限することができる光量調整装置及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光量調整装置は、光路中に配置され、絞り羽根の駆動により絞り開口を変化させて、前記絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構と、
前記絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルターを有する光量調整装置であって、
前記ＮＤフィルターは前記開口絞りの侵入方向で透過率が異なる透過率分布を有し、
前記絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が前記絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだ切り欠き部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生するのを軽減しつつ、また撮影画面の特定の方向とそれと垂直な方向での解像力の差異が少なくしつつ、絞り開口を通過する光量を制限することができる光量調整装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１におけるＮＤフィルターと絞り開口形状の関係を示す概略図。
【図２】本発明の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施例１におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図４】本発明の実施例１における絞り開口形状と絞り羽根の構成を示す概略図。
【図５】本発明の実施例１におけるＮＤフィルター及び絞り開口の状態とＭＴＦの関係の説明図。
【図６】本発明の実施例２におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図７】本発明の実施例３におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図８】本発明の実施例４におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図９】本発明の実施例４における絞り開口形状と絞り羽根の構成を示す概略図。
【図１０】本発明の実施例５におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図１１】本発明の実施例６におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図１２】本発明の実施例７におけるＮＤフィルター及び絞り開口の構成を示す概略図。
【図１３】従来例におけるＮＤフィルター及び絞り開口の状態とＭＴＦの関係の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の光量調整装置は、光路中に配置され、絞り羽根２１、２２の駆動により絞り開口を変化させて、絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構２を有する。絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルター１を有する。ＮＤフィルター１は開口絞りの侵入方向であって、光束の通過する領域の違いにより透過率が異なる透過率分布を有している。ＮＤフィルター１は、絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだＶ字形状、Ｕ字形状、円形状、楕円形状等からなる切り欠き部１０２を有している。
【００１５】
［実施例１］
図１は本発明の光量調整装置の実施例１におけるＮＤフィルター１と絞り機構２の絞り開口の関係を示す概略図である。図１はＮＤフィルター１を絞り機構２の開口絞りの一部に侵入させ、光束の通過方向（撮像光学系（不図示）の光軸方向）から見た時を示している。図１において、２ａは絞り装置の開放時の絞り開口、２ｂはＮＤフィルター１を絞り開口に挿入する際の絞り開口（侵入絞り開口）である。Ｄ０は、絞り開口の開放状態における撮像光学系の光線通過領域である。Ａは、ＮＤフィルター１の光路中への挿入方向である。
【００１６】
ＨはＮＤフィルター１を光路中に配置したときのＮＤフィルター１の光束が通過する有効領域の幅（撮像画面の左右方向の幅）である。Ｐ０は、ＮＤフィルター１を光路中に挿入したときに光束が開口の中心部を通過する第１の領域である。Ｐ１、Ｐ２は、光束が開口の周辺部を通過する第２の領域である。切り欠き部１０２は、ＮＤフィルター１の先端領域１０１の中央部が絞り開口へ挿脱するときの侵入方向Ａと逆方向に凹んだＶ字形状、Ｕ字形状、円形状、楕円形状等からなる。
【００１７】
すなわち、本実施例におけるＮＤフィルター１の端部（先端部）に形成した切り欠き部１０２は次のようになっている。絞り開口への挿入時に絞り開口の中心部を通過する第１の領域Ｐ０が、絞り開口の周辺部を通過する第２の領域Ｐ１、Ｐ２に対して凹むように、第１の領域Ｐ０から第２の領域Ｐ１、Ｐ２にかけて傾斜している。
【００１８】
図２は、本発明の光量調整装置を有する撮像装置の構成を示すブロック図である。図２について説明する。１はＮＤフィルターである。２は絞り機構である。３は撮影レンズである。撮影レンズ３は複数レンズ枚で構成されている。撮影レンズ３は絞り機構２やＮＤフィルター１に対し物体側か像側かの制限なく配置して良い。４は入射した光を受光し、光電変換する撮像素子である。５は光電変換された信号から標準テレビジョン信号を生成したりするために、電気的な増幅、アナログ信号からデジタル信号への変換、ガンマ補正、色分離、色差マトリクス等を行う信号処理装置（カメラ信号処理装置）である。
【００１９】
６は各種処理命令を出すマイクロコンピューターである。７は絞り羽根を駆動するための駆動モータ等の絞り駆動手段である。８は絞り機構２の状態を検出するエンコーダーである。９はＮＤフィルター１を光路中に挿脱する駆動モータ等のＮＤフィルター駆動手段である。１０はＮＤフィルター１の状態を検出するエンコーダーである。１１は光電変換された信号を読みだすと共に信号の蓄積時間を制御するいわゆる電子シャッター機能を制御する撮像素子駆動手段である。但し、エンコーダー８、１０は必ずしも必要ではない。
【００２０】
図３は、本実施例のＮＤフィルター１の概略構成図である。ＮＤフィルター１は絞り開口への侵入方向から順に透過率が均一な領域１Ａ、透過率が連続的に変化している領域１Ｂ、領域１Ａよりも透過率が低く、透過率が均一な領域１Ｃより透過率分布を構成している。領域１Ａと領域１Ｂとの境界と、領域１Ｂと領域１Ｃとの境界を、点線で表現している。図４は、本実施例における、絞り機構２の絞り羽根２１、２２と、絞り羽根２１、２２により形成される絞り開口２ａ、２ｂの概略構成図である。
【００２１】
図５は、本実施例における絞り機構２とＮＤフィルター１による露出制御図である。図５上部の図は、絞り機構２の各絞り値での、絞り羽根で形成される絞り開口（Ｆナンバー）と、ＮＤフィルター１との位置関係を示している。下部のグラフは横軸に撮影光学系に適用したときの絞り値（Ｆｎｏ）、縦軸に撮影光学系のＭＴＦを示している。また、上部の図の配置は下部グラフの横軸と略一致している。ここで撮影光学系は一般的な撮影レンズを想定してＭＴＦを示している。図５の絞り値Ｆ１．６におけるＮＤフィルター１が配置されている位置が、ＮＤフィルター１の移動開始位置となる。図５の下部のＭＴＦグラフは、実線が撮影画面上下方向に読み取ったＭＴＦ、点線が撮影画面左右方向に読み取ったＭＴＦである。
【００２２】
本実施例の光量調整装置は、絞り開放状態の開口２ａ（Ｆ１．６）から任意の開口２ｂ（Ｆ４．０）（Ｆ４ａ）までは絞り開口のみを変化させる。そしてさらに被写体が高輝度となった場合は、絞り開口は開口２ｂ（Ｆ４ａ）のままで、ＮＤフィルター１を挿入することで透過率を低下させる（Ｆ４ｂ）（Ｆ４ｃ）。さらに、ＮＤフィルター１の最大駆動量まで透過率を低下させてからは（Ｆ４ｄ）、絞り開口２ｂの面積を小さくすることで通過する光量を少なくする、という制御をしている。
【００２３】
本実施例では、開放状態をＦ１．６、任意の開口２ｂをＦ４．０に相当する開口としている。このように制御することで、ＮＤフィルター１を挿入する前にある程度絞り開口を小さくし、ＮＤフィルター１が絞り開口２ｂを覆うのに必要な面積を小さくしている。また、Ｆ４．０相当と、ある程度大きな口径で絞り開口２ｂを維持した状態でＮＤフィルター１を挿入することで、絞り開口とＮＤフィルター１の端部とで形成される開口で発生する光の回折の影響を小さくしている。
【００２４】
なお、本実施例ではＮＤフィルター１を挿入するときの絞り開口２ｂを、Ｆ４．０相当とした場合で説明したが、前記Ｆ値は、任意に選択することができる。一方、絞り開口の全域がＮＤフィルター１で覆われる前の段階（Ｆ４ｂ）では、絞り開口内の、ＮＤフィルター１が有る部分と無い部分とにおける大きな位相差が発生する状態となる。
【００２５】
本実施例のＮＤフィルター１は絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域１０１に切り欠き部１０２を有している。すなわち図１、図３に示すように、ＮＤフィルター１の端部を上記の形状とすることにより、ＮＤフィルター１の端部の第２の領域Ｐ１・Ｐ２を結ぶ方向と、それとは垂直な方向の両方に、上記の位相差が発生するため、解像力の差異が小さくなる。更に、本実施例におけるＮＤフィルター１の端部を上記の形状とすることにより、ＮＤフィルター１の端部にある直線部分による光の回折で発生する強度の強い直線状の光芒は、撮影画面の上下方向に発生しなくなる。
【００２６】
以下に、本発明の効果を説明するために、従来の光量調整装置のＮＤフィルターと絞り開口の状態について、図１３を参照して説明する。図１３は、従来例における露出制御の説明図で実施例１の図５に相当している。図１３の上部の図は、各絞り値での、絞り羽根で形成される絞り開口と、ＮＤフィルター１との位置関係を示している。下部のグラフは横軸に絞り値（Ｆｎｏ）、縦軸にＭＴＦを示している。また、上部の図の配置は下部グラフの横軸と略一致している。図１３の絞り値Ｆ１．６におけるＮＤフィルター１が配置されている位置が、ＮＤフィルター１の開始移動位置となる。
【００２７】
図１３の下図のＭＴＦグラフは、実線が撮影画面上下方向に読み取ったＭＴＦ、点線が撮影画面左右方向に読み取ったＭＴＦである。従来例のＮＤフィルター１の先端面は光路への侵入方向に対して垂直方向で直線となっており、なおかつ先端面の全域が、撮影画面の上下方向に対して９０度となっている。
【００２８】
ＮＤフィルター１の光束が通過する領域の透過率は、先端から連続的に任意の領域で所望の透過率まで低下し、途中からは均一透過率領域となっている。従来例の光量調整装置は、ＮＤフィルターと絞り開口は以下のとおり、別駆動の制御により撮像素子に到達する光量を調整している。絞り開放状態Ｆ１．６から絞り値Ｆ４．０（Ｆ４ａ）までは絞り開口面積を変化させる。絞りＦ４．０（Ｆ４ａ）からＮＤフィルターが全挿入されるまで（Ｆ４ｄ）は、絞り開口面積を変化させずにＮＤフィルターを挿入駆動する。ＮＤフィルターが全挿入されてから（Ｆ４ｄ）は、再度絞り開口面積を変化させる。
【００２９】
従来例が上記駆動をおこない、ＮＤフィルター１の先端面が、Ｆ４．０相当の開口中に掛かっているとき（Ｆ４ｂ）、ＮＤフィルター１の先端面に対して垂直な方向で、絞り開口内のＮＤフィルター１が有る部分と無い部分とにおける大きな位相差が発生する。そして、大きな位相差が発生する方向では解像力が大きく低下する。それに対し、ＮＤフィルター１の先端面と平行な方向では、上記の位相差が発生しないため、解像力は低下しない。上記により、ＮＤフィルター１の先端面の方向と、それと垂直な方向とで、解像力の差が発生し、不自然な画像となるために、好ましくない。
【００３０】
更に、従来例が上記駆動をおこない、ＮＤフィルター１の先端面が、Ｆ４．０相当の開口中に掛かっているとき（Ｆ４ｂ）、ＮＤフィルター１の端面の直線と垂直の方向にだけ、集中的に光の回折が発生する。これにより、高輝度被写体が撮影画面内に入ると、撮影画面の上下方向にスミアのような強度の強い光芒が発生するため、好ましくない映像となってしまう。これに対して本実施例では前述した構成をとることによって、ＮＤフィルター１の侵入方向とそれと直交する方向の双方で位相差を持つことにより、双方での解像力の差が軽減され、良好なる光学性能が得られる。
【００３１】
絞り機構２によって形成される面積または形状の異なる複数の絞り開口のうち、ＮＤフィルター１が侵入するときの侵入絞り開口（図５のＦ４ａ）において、侵入絞り開口（Ｆ４ａ）の開口端部には開口直線部分１０４が形成されている。このとき図１に示すようにＮＤフィルター１の侵入方向（挿脱方向）１０３と開口直線部分１０４とのなす角度をθｓｐとする。一方、ＮＤフィルター１の切り欠き部１０２は切り欠き直線部分１０５を有している。ＮＤフィルター１の侵入方向（挿脱方向）１０３と切り欠き直線部分１０５とのなす角度をθｎｄとする。このとき、
０．０≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．４ ・・・（１）
なる条件式を満足している。
【００３２】
本実施例において、角度θｓｐ、θｎｄは、共に６０度である。上記のように設定することによって、撮影画面で発生する絞り羽根２１、２２での回折による光芒と、ＮＤフィルター１での回折による光芒とが重なり合い、光芒の発生状態が目立たなくなる。条件式（１）の範囲を超えてしまうと、絞り羽根２１、２２での回折による光芒とＮＤフィルター１での回折による光芒が異なる方向に発生し、撮影画面上好ましくない。
【００３３】
本実施例において、ＮＤフィルター１と絞り開口の形状２ａ、２ｂは、共に開口中心を通る前記ＮＤフィルター１挿脱方向の軸に対して線対称の形状となっているが、左右の角度を異ならせることにより、任意の角度を選択しても良い。更に好ましくは、条件式（１）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３４】
０．００≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．３５ ・・・（１ａ）
また、更に好ましくは、条件式（１ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３５】
０．０≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．３ ・・・（１ｂ）
ＮＤフィルター１の端部が絞り開口２ｂの途中にある状態（Ｆ４ｂ）のときに、撮影画面内の光量むらを抑える必要がある。更に、ＮＤフィルター１の端部が、中途半端に光線通過領域に掛かっている駆動領域、すなわち撮像光学系のＭＴＦが不利となる領域を、ピント面上に到達する光量の変化が少ない範囲で通過させることが好ましい。また、撮影画面内に高輝度被写体が入ってきても、所望の解像力を維持できる小絞り開口より、絞り開口が小さくなりにくくするのが良い。
【００３６】
ＮＤフィルター１の先端領域１０１の切り欠き部１０２のうち中央領域の透過率をＴａ、ＮＤフィルター１の光束の通過領域における透過率のうち透過率が最も低い領域７の最小値をＴｂとする。このとき、
１．５＜Ｔａ／Ｔｂ＜２００．０ ・・・（２）
なる条件式を満足するのが良い。
【００３７】
条件式（２）の上限値を超えてしまうと、ＮＤフィルター１の最低透過率が低くなりすぎて、ＮＤフィルター１を光路中に全挿入した際の撮影画面内の光量むらが大きくなり、好ましくない。また、条件式（２）の下限値を超えてしまうと、ＮＤフィルター１の先端部の透過率が低くなり、先端面が光線通過領域を通過する際の、撮像素子に到達する光量の変化が大きくなる。そのため、撮影画面内の光量むらが大きくなり、好ましくない。また、撮影光学系のＭＴＦが低下する領域を利用する範囲が広くなり、好ましくない。更に好ましくは、条件式（２）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３８】
１．７＜Ｔａ／Ｔｂ＜１５０．０ ・・・（２ａ）
また、更に好ましくは、条件式（２ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３９】
１．９＜Ｔａ／Ｔｂ＜１００．０ ・・・（２ｂ）
なお、本実施例において、透過率Ｔａは５０．１％、透過率Ｔｂは１０．０％である。更に、透過率がＮＤフィルター１の侵入方向に（光軸と直交する方向に）連続的に変化している領域１Ｂは、ＮＤフィルター１の端部から領域１Ｃ側に向かい、常に透過率が低くなり続ける構成となっている。また、領域１Ａと領域１Ｂの境界と、領域１Ｂと領域１Ｃの境界においては、透過率が連続的に変化するようになっている。
【００４０】
このように、ＮＤフィルター１が光路中に端部から挿入されるにつれて、徐々に透過率が低くなっていくように設定している。これにより、ＮＤフィルター１に設定する透過率による、撮影画面内の光量むらの発生を防止している。
【００４１】
本実施例のＮＤフィルター１は、その先端面の切り欠き部１０２が有する最小の曲率半径が、以下の条件式を満たすように構成されている。
【００４２】
０．００１＜Ｒｎｄ／Ｄｎｄ＜１０．０００ ・・・（３）
ただし、ＲｎｄはＮＤフィルター１の端部の切り欠き部１０２の開口通過領域の最小曲率半径である。ＤｎｄはＮＤフィルター１の端部の切り欠き部１０２の開口通過領域の幅（ＮＤフィルター１の開口通過領域の幅）である。このように構成することにより、撮影画面内に高輝度被写体が入った際に、ＮＤフィルター１の先端面内の曲率半径が最小の領域で発生する光の回折を抑え、撮影画面において高輝度被写体からの光芒の発生を防止できる。
【００４３】
条件式（３）の上限値を超えると、ＮＤフィルター１の先端面の角部の曲率半径が大きくなりすぎてしまい、直線に近い形状となる。それにより、ＮＤフィルター１での回折による光芒が不自然な方向に発生するため、映像上好ましくない。条件式（３）の下限値を超えると、ＮＤフィルター１の先端面の角部の曲率半径が小さくなりすぎ、製造が困難となる。更に好ましくは、条件式（３）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００４４】
０．００５＜Ｒｎｄ／Ｄｎｄ＜７．０００ ・・・（３ａ）
また、更に好ましくは、条件式（３ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００４５】
０．０１０＜Ｒｎｄ／Ｄｎｄ＜５．０００ ・・・（３ｂ）
本実施例では、絞りの開放状態において、ＮＤフィルター１は、絞り開放時の光線通過領域Ｄ０と重なっていない。しかしながら、撮像光学系が有する開放Ｆ値から大きく変化しない程度であれば、開放状態において、ＮＤフィルター１の一部は光線通過領域Ｄ０と重なっていても良い。ここで開放Ｆ値から大きく変化しない程度とは、たとえば、開放時の光線通過領域Ｄ０全体の平均透過率が８０％を超えることを指す。
【００４６】
本実施例において、絞り開口２ｂがＦ４．０（図３のＦ４ａ）相当ときに、ＮＤフィルター１を駆動する。そして最大駆動量まで挿入したとき（図３のＦ４ｄ）、透過率が均一な領域１Ｃが絞り開口２ｂと重なる面積は、絞り開口２ｂの面積の５０％より大きく設定されている。このように設定することにより、ＮＤフィルター１を最大駆動量まで挿入した際に、絞り開口２ｂ内の平均透過率を充分に減らした上で、絞り開口２ｂの平均透過率の製造誤差による変動が小さくなる。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生せず、不使用領域が無く、なおかつ画面方向での解像力の差異が少ない光量調整装置が得られる。
【００４８】
以下、本発明の他の実施例について説明する。他の実施例では前述した実施例１に比べて、ＮＤフィルター１と絞り羽根２１、２２の駆動は同一である。また、駆動によるＭＴＦの変化に関してはほぼ同等の状態となる。このため、上記に関する説明は省略する。
【００４９】
［実施例２］
図６は、本発明の実施例２に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を含む領域１Ａの透過率を５０．１％、ＮＤフィルター１の領域１Ｃの透過率を２５．１％としている。領域１ＢはＮＤフィルターの光路中への侵入方向に連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を５０．１％、領域１Ｃとの境界の透過率を２５．１％としている。本実施例において、条件式（１）における角度θｓｐは６０度、θｎｄは５０度である。
【００５０】
［実施例３］
図７は、本発明の実施例３に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を含む領域１Ａの透過率を１００％、ＮＤフィルター１の領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１ＢはＮＤフィルター１の光路中への侵入方向に連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を１００％、領域１Ｃとの境界の透過率を１０％としている。
【００５１】
本実施例において、条件式（１）における角度θｓｐ、θｎｄは、共に６０度である。本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を透過率１００％、すなわち透明部としているが、ＮＤフィルター１が絞り開口２ｂの全域を覆う前にも、絞り開口２ｂ全域での平均透過率を変化させることが可能な設定となっている。つまり、絞り開口２ｂ内にＮＤフィルター１が有る部分と無い部分が並存する駆動領域を、光量調整のために利用するため、ＮＤフィルター１の端部は透明部であっても、不使用領域ではない。
【００５２】
［実施例４］
図８は、本発明の実施例４に係るＮＤフィルター１の説明図である。図９は、実施例４における、絞り機構２の絞り羽根２１、２２と、絞り羽根２１、２２により形成される絞り開口２ａ、２ｂの概略構成図である。２ａは絞り開放時の絞り開口、２ｂはＮＤフィルター１を挿入する際の挿入絞り開口である。Ｄ０は、絞り開放状態における撮像光学系の光線通過領域である。Ｈは、ＮＤフィルター１を光路中に配置したときの絞り開口通過領域の幅である。
【００５３】
本実施例では、ＮＤフィルター１の先端面を含む、領域１Ａの透過率を５０．１％、ＮＤフィルター１の領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１Ｂは連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を５０．１％、領域１Ｂとの境界の透過率を１０％としている。領域１Ａと領域１Ｂの境界と、領域１Ｂと領域１Ｃの境界は、実施例１〜３と異なり、直線ではない。それぞれの境界は共に、開角が１２０度のＶ字形状となっている。
【００５４】
本実施例の形状に限らず、各透過率領域の境界線は曲線でも良く、領域１Ａと領域１Ｂの境界に対して、領域１Ｂと領域１Ｃの境界が、異なる形状でも良い。本実施例において、条件式（１）に係る角度θｓｐは５０度、θｎｄは６５度である。
【００５５】
［実施例５］
図１０は、本発明の実施例５に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、透過率が均一の領域１Ａが無く、ＮＤフィルター１の端部から、透過率が均一な領域１Ｃとの境界までが、連続的に透過率が変化する領域１Ｂとなる。領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１Ｂと領域１Ｃとの境界の透過率を１０％としている。本実施例において、条件式（１）に係る角度θｓｐは６０度、θｎｄは６５度である。
【００５６】
［実施例６］
図１１は、本発明の実施例６に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、透過率が連続的に変化している領域１Ｂが無く、ＮＤフィルター１の端部から、透過率が均一な領域１Ｃとの境界までが、透過率が均一な領域１Ａとなり、領域１Ａの透過率を５０．１％、領域１Ｃの透過率を１０％としている。本実施例において、条件式（１）に係る角度θｓｐ、θｎｄは、共に６０度である。
【００５７】
［実施例７］
図１２は、本発明の実施例７のＮＤフィルター１と絞り機構２の絞り開口２ａ、２ｂの説明図である。本実施例では、絞り開口形状を円形とし、ＮＤフィルター１の先端面をそれに合わせて任意の開口２ｄに合わせた円弧形状となるように切り欠き部を構成している。このように設定することで、絞り開口２ｂ、ＮＤフィルター１の両方で直線状に光芒が発生することを防止することができる。
【００５８】
ただし、絞り開口２ｂが円形形状の場合に、ＮＤフィルター１の先端面は円弧形状であることを限定するものではない。ＮＤフィルター１が実施例１乃至６のような端面形状であっても良く、画面上に上下方向の回折ゴーストは発生しない。同様に、絞り開口が、図２の絞り開口２ｂのような菱形形状の際に、ＮＤフィルターの先端面が円弧形状であっても良い。
【００５９】
本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を含む、領域１Ａの透過率を５０．１％、ＮＤフィルターの領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１ＢはＮＤフィルター１の光路への侵入方向に連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を５０．１％、領域１Ｃとの境界の透過率を１０％としている。
【００６０】
各実施例の光量調整装置をビデオカメラ等の光学機器に適用すれば、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生せず、撮影画面方向での解像力の差異が少ない良好なる画像を得ることができる。次に条件式（１）乃至条件式（３）に対する前述した各実施例の数値を表−１に示す。
【００６１】
【表１】
【符号の説明】
【００６２】
１ ＮＤフィルター ２ 絞り機構 ３ 撮影レンズ ４ 撮像素子
５ 信号処理装置 ６ マイクロコンピューター ７ 絞り駆動装置
８ 絞り機構２の状態を検出するエンコーダー ９ ＮＤフィルター駆動装置
１０ ＮＤフィルター１の状態を検出するエンコーダー １１ 撮像素子駆動装置
１Ａ 透過率が均一に分布する領域 １Ｂ 透過率が連続的に変化する領域
１Ｃ 透過率が均一に分布する領域 ２ａ 開放状態における、絞り羽根で構成される絞り開口 ２ｂ ＮＤフィルターを駆動させる絞り開口 ２１ 絞り羽根
２２ 絞り羽根 Ｄ０ 開放状態における、撮像光学系の開放口径
Ｐ０ ＮＤフィルター端部の、絞り開口中心を通過する第１の領域
Ｐ１ ＮＤフィルター端部の、絞り開口周辺部を通過する第２の領域
Ｐ２ ＮＤフィルター端部の、絞り開口周辺部を通過する第２の領域
Ｈ ＮＤフィルターの開口通過領域の幅 Ａ ＮＤフィルター挿入方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ、監視カメラ、デジタルカメラ等の撮像装置において、撮像素子に入射する光量を絞り機構とＮＤフィルターを用いて制御する際に好適な光量調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置には、複数の絞り羽根を用いて絞り開口を形成し、その開口形状や開口面積を種々と変化させることによって、撮像素子に入射する光量を調整する、光量調整装置が使用されている。絞り開口の開口面積の変化のみで光量調整をおこなうと、高輝度被写体を撮影する際に絞り開口の面積（開口径）が小さくなり、光の回折現象により光学性能が劣化してくる。そのため、絞り開口の径をあまり小さくしないでＮＤフィルターを用いて撮像素子に入射する光量を低減させている。
【０００３】
これによって、所望の解像力を維持できる程度の小絞り開口を維持して、絞り開口が小さくなるのを防止するようにした光量調整装置が知られている（特許文献１、２）。特許文献１の絞り装置では、２枚の絞り羽根に対して、それぞれの絞り羽根の一部に段階的もしくは連続的に透過率が変化するＮＤフィルターを設けている。そしてＮＤフィルターの透過率を光軸から放射方向外側に向かうにつれて低くなるよう設定して、絞り開口の径が小さくなりにくくしている。
【０００４】
また、特許文献２の光量調整装置では、絞りとＮＤフィルターが異なる駆動となるように制御し、所定の絞り開口において、ＮＤフィルターの透明部がその開口全域を覆う大きさを有するように構成している。そして、絞り開口が所定の開口のときに、ＮＤフィルターが、絞り開口から退避する位置から所定の開口全域を透明部が覆う位置まで、停止することなく移動するように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４３８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−００３４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の絞り装置では、絞り開口に対するＮＤフィルターの重なり具合によってピント面で生ずる光量差を低減し、撮影画面内の光量むらの発生を抑えている。絞り開口の全域がＮＤフィルターで覆われる前の段階で、ＮＤフィルターの先端面に対して垂直な方向にのみ、絞り開口内のＮＤフィルターが有る部分と無い部分とにおいて位相差が発生する。その結果、その方向では解像力が低下する傾向がある。それに対し、ＮＤフィルターの先端面と平行な方向では、上記の位相差が発生しないため、解像力は低下しない。
【０００７】
この結果、ＮＤフィルターの先端面の方向と、それと垂直な方向とで、解像力の差が発生してくる傾向がある。また、ＮＤフィルターの端面の形状は直線形状のため、絞り開口がＮＤフィルターで覆われる前の段階で、ＮＤフィルターの端面の直線と垂直の方向に、集中的に光の回折が発生する。そのため、高輝度被写体が撮影画面内に入ると、強度の強い直線状の光芒が発生する場合があった。前述の光芒が、撮影画面の上下方向に発生すると、撮像装置に用いられるＣＭＯＳセンサーでは、ＣＣＤと異なり、撮影画面の上下方向にスミアが発生しないにも関わらず、光芒がスミアに見えてしまうことがある。
【０００８】
特許文献２の光量調整装置では、ＮＤフィルターの端面が絞り開口内にある状態を不使用領域としている。このために、特許文献１のような、ＮＤフィルターの先端面の方向と、それと垂直な方向とでの解像力の差異は発生しない。また、ＮＤフィルターの先端面を凸形状とすることで、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生しない。特許文献２では、ＮＤフィルターの駆動方向の大きさが、不使用領域を通過させる分だけ大きくなる傾向がある。不使用領域を維持してＮＤフィルターを小さくするには、絞り開口を通過する光量を低下させるための領域（絞り開口）を小さくすることになる。
【０００９】
そうすると、小絞り時の回折による画質が劣化する場合がある。更に、不使用領域を回避するために、瞬間的にＮＤフィルターの端面が絞り開口を通過するよう制御すると、動画撮影中などに不自然な映像が瞬間的に入り込むことになってくる。
【００１０】
本発明は、撮影画面の上下方向に光芒が発生するのを軽減し、撮影画面の特定の方向とそれと垂直な方向での解像力の差異が少なくしつつ、絞り開口を通過する光量を制限することができる光量調整装置及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光量調整装置は、光路中に配置され、絞り羽根の駆動により絞り開口を変化させて、前記絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構と、
前記絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルターを有する光量調整装置であって、
前記ＮＤフィルターは前記開口絞りの侵入方向で透過率が異なる透過率分布を有し、
前記絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が前記絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだ切り欠き部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生するのを軽減しつつ、また撮影画面の特定の方向とそれと垂直な方向での解像力の差異が少なくしつつ、絞り開口を通過する光量を制限することができる光量調整装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１におけるＮＤフィルターと絞り開口形状の関係を示す概略図。
【図２】本発明の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施例１におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図４】本発明の実施例１における絞り開口形状と絞り羽根の構成を示す概略図。
【図５】本発明の実施例１におけるＮＤフィルター及び絞り開口の状態とＭＴＦの関係の説明図。
【図６】本発明の実施例２におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図７】本発明の実施例３におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図８】本発明の実施例４におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図９】本発明の実施例４における絞り開口形状と絞り羽根の構成を示す概略図。
【図１０】本発明の実施例５におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図１１】本発明の実施例６におけるＮＤフィルターの構成を示す概略図。
【図１２】本発明の実施例７におけるＮＤフィルター及び絞り開口の構成を示す概略図。
【図１３】従来例におけるＮＤフィルター及び絞り開口の状態とＭＴＦの関係の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の光量調整装置は、光路中に配置され、絞り羽根２１、２２の駆動により絞り開口を変化させて、絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構２を有する。絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルター１を有する。ＮＤフィルター１は開口絞りの侵入方向であって、光束の通過する領域の違いにより透過率が異なる透過率分布を有している。ＮＤフィルター１は、絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだＶ字形状、Ｕ字形状、円形状、楕円形状等からなる切り欠き部１０２を有している。
【００１５】
［実施例１］
図１は本発明の光量調整装置の実施例１におけるＮＤフィルター１と絞り機構２の絞り開口の関係を示す概略図である。図１はＮＤフィルター１を絞り機構２の開口絞りの一部に侵入させ、光束の通過方向（撮像光学系（不図示）の光軸方向）から見た時を示している。図１において、２ａは絞り装置の開放時の絞り開口、２ｂはＮＤフィルター１を絞り開口に挿入する際の絞り開口（侵入絞り開口）である。Ｄ０は、絞り開口の開放状態における撮像光学系の光線通過領域である。Ａは、ＮＤフィルター１の光路中への挿入方向である。
【００１６】
ＨはＮＤフィルター１を光路中に配置したときのＮＤフィルター１の光束が通過する有効領域の幅（撮像画面の左右方向の幅）である。Ｐ０は、ＮＤフィルター１を光路中に挿入したときに光束が開口の中心部を通過する第１の領域である。Ｐ１、Ｐ２は、光束が開口の周辺部を通過する第２の領域である。切り欠き部１０２は、ＮＤフィルター１の先端領域１０１の中央部が絞り開口へ挿脱するときの侵入方向Ａと逆方向に凹んだＶ字形状、Ｕ字形状、円形状、楕円形状等からなる。
【００１７】
すなわち、本実施例におけるＮＤフィルター１の端部（先端部）に形成した切り欠き部１０２は次のようになっている。絞り開口への挿入時に絞り開口の中心部を通過する第１の領域Ｐ０が、絞り開口の周辺部を通過する第２の領域Ｐ１、Ｐ２に対して凹むように、第１の領域Ｐ０から第２の領域Ｐ１、Ｐ２にかけて傾斜している。
【００１８】
図２は、本発明の光量調整装置を有する撮像装置の構成を示すブロック図である。図２について説明する。１はＮＤフィルターである。２は絞り機構である。３は撮影レンズである。撮影レンズ３は複数レンズ枚で構成されている。撮影レンズ３は絞り機構２やＮＤフィルター１に対し物体側か像側かの制限なく配置して良い。４は入射した光を受光し、光電変換する撮像素子である。５は光電変換された信号から標準テレビジョン信号を生成したりするために、電気的な増幅、アナログ信号からデジタル信号への変換、ガンマ補正、色分離、色差マトリクス等を行う信号処理装置（カメラ信号処理装置）である。
【００１９】
６は各種処理命令を出すマイクロコンピューターである。７は絞り羽根を駆動するための駆動モータ等の絞り駆動手段である。８は絞り機構２の状態を検出するエンコーダーである。９はＮＤフィルター１を光路中に挿脱する駆動モータ等のＮＤフィルター駆動手段である。１０はＮＤフィルター１の状態を検出するエンコーダーである。１１は光電変換された信号を読みだすと共に信号の蓄積時間を制御するいわゆる電子シャッター機能を制御する撮像素子駆動手段である。但し、エンコーダー８、１０は必ずしも必要ではない。
【００２０】
図３は、本実施例のＮＤフィルター１の概略構成図である。ＮＤフィルター１は絞り開口への侵入方向から順に透過率が均一な領域１Ａ、透過率が連続的に変化している領域１Ｂ、領域１Ａよりも透過率が低く、透過率が均一な領域１Ｃより透過率分布を構成している。領域１Ａと領域１Ｂとの境界と、領域１Ｂと領域１Ｃとの境界を、点線で表現している。図４は、本実施例における、絞り機構２の絞り羽根２１、２２と、絞り羽根２１、２２により形成される絞り開口２ａ、２ｂの概略構成図である。
【００２１】
図５は、本実施例における絞り機構２とＮＤフィルター１による露出制御図である。図５上部の図は、絞り機構２の各絞り値での、絞り羽根で形成される絞り開口（Ｆナンバー）と、ＮＤフィルター１との位置関係を示している。下部のグラフは横軸に撮影光学系に適用したときの絞り値（Ｆｎｏ）、縦軸に撮影光学系のＭＴＦを示している。また、上部の図の配置は下部グラフの横軸と略一致している。ここで撮影光学系は一般的な撮影レンズを想定してＭＴＦを示している。図５の絞り値Ｆ１．６におけるＮＤフィルター１が配置されている位置が、ＮＤフィルター１の移動開始位置となる。図５の下部のＭＴＦグラフは、実線が撮影画面上下方向に読み取ったＭＴＦ、点線が撮影画面左右方向に読み取ったＭＴＦである。
【００２２】
本実施例の光量調整装置は、絞り開放状態の開口２ａ（Ｆ１．６）から任意の開口２ｂ（Ｆ４．０）（Ｆ４ａ）までは絞り開口のみを変化させる。そしてさらに被写体が高輝度となった場合は、絞り開口は開口２ｂ（Ｆ４ａ）のままで、ＮＤフィルター１を挿入することで透過率を低下させる（Ｆ４ｂ）（Ｆ４ｃ）。さらに、ＮＤフィルター１の最大駆動量まで透過率を低下させてからは（Ｆ４ｄ）、絞り開口２ｂの面積を小さくすることで通過する光量を少なくする、という制御をしている。
【００２３】
本実施例では、開放状態をＦ１．６、任意の開口２ｂをＦ４．０に相当する開口としている。このように制御することで、ＮＤフィルター１を挿入する前にある程度絞り開口を小さくし、ＮＤフィルター１が絞り開口２ｂを覆うのに必要な面積を小さくしている。また、Ｆ４．０相当と、ある程度大きな口径で絞り開口２ｂを維持した状態でＮＤフィルター１を挿入することで、絞り開口とＮＤフィルター１の端部とで形成される開口で発生する光の回折の影響を小さくしている。
【００２４】
なお、本実施例ではＮＤフィルター１を挿入するときの絞り開口２ｂを、Ｆ４．０相当とした場合で説明したが、前記Ｆ値は、任意に選択することができる。一方、絞り開口の全域がＮＤフィルター１で覆われる前の段階（Ｆ４ｂ）では、絞り開口内の、ＮＤフィルター１が有る部分と無い部分とにおける大きな位相差が発生する状態となる。
【００２５】
本実施例のＮＤフィルター１は絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域１０１に切り欠き部１０２を有している。すなわち図１、図３に示すように、ＮＤフィルター１の端部を上記の形状とすることにより、ＮＤフィルター１の端部の第２の領域Ｐ１・Ｐ２を結ぶ方向と、それとは垂直な方向の両方に、上記の位相差が発生するため、解像力の差異が小さくなる。更に、本実施例におけるＮＤフィルター１の端部を上記の形状とすることにより、ＮＤフィルター１の端部にある直線部分による光の回折で発生する強度の強い直線状の光芒は、撮影画面の上下方向に発生しなくなる。
【００２６】
以下に、本発明の効果を説明するために、従来の光量調整装置のＮＤフィルターと絞り開口の状態について、図１３を参照して説明する。図１３は、従来例における露出制御の説明図で実施例１の図５に相当している。図１３の上部の図は、各絞り値での、絞り羽根で形成される絞り開口と、ＮＤフィルター１との位置関係を示している。下部のグラフは横軸に絞り値（Ｆｎｏ）、縦軸にＭＴＦを示している。また、上部の図の配置は下部グラフの横軸と略一致している。図１３の絞り値Ｆ１．６におけるＮＤフィルター１が配置されている位置が、ＮＤフィルター１の開始移動位置となる。
【００２７】
図１３の下図のＭＴＦグラフは、実線が撮影画面上下方向に読み取ったＭＴＦ、点線が撮影画面左右方向に読み取ったＭＴＦである。従来例のＮＤフィルター１の先端面は光路への侵入方向に対して垂直方向で直線となっており、なおかつ先端面の全域が、撮影画面の上下方向に対して９０度となっている。
【００２８】
ＮＤフィルター１の光束が通過する領域の透過率は、先端から連続的に任意の領域で所望の透過率まで低下し、途中からは均一透過率領域となっている。従来例の光量調整装置は、ＮＤフィルターと絞り開口は以下のとおり、別駆動の制御により撮像素子に到達する光量を調整している。絞り開放状態Ｆ１．６から絞り値Ｆ４．０（Ｆ４ａ）までは絞り開口面積を変化させる。絞りＦ４．０（Ｆ４ａ）からＮＤフィルターが全挿入されるまで（Ｆ４ｄ）は、絞り開口面積を変化させずにＮＤフィルターを挿入駆動する。ＮＤフィルターが全挿入されてから（Ｆ４ｄ）は、再度絞り開口面積を変化させる。
【００２９】
従来例が上記駆動をおこない、ＮＤフィルター１の先端面が、Ｆ４．０相当の開口中に掛かっているとき（Ｆ４ｂ）、ＮＤフィルター１の先端面に対して垂直な方向で、絞り開口内のＮＤフィルター１が有る部分と無い部分とにおける大きな位相差が発生する。そして、大きな位相差が発生する方向では解像力が大きく低下する。それに対し、ＮＤフィルター１の先端面と平行な方向では、上記の位相差が発生しないため、解像力は低下しない。上記により、ＮＤフィルター１の先端面の方向と、それと垂直な方向とで、解像力の差が発生し、不自然な画像となるために、好ましくない。
【００３０】
更に、従来例が上記駆動をおこない、ＮＤフィルター１の先端面が、Ｆ４．０相当の開口中に掛かっているとき（Ｆ４ｂ）、ＮＤフィルター１の端面の直線と垂直の方向にだけ、集中的に光の回折が発生する。これにより、高輝度被写体が撮影画面内に入ると、撮影画面の上下方向にスミアのような強度の強い光芒が発生するため、好ましくない映像となってしまう。これに対して本実施例では前述した構成をとることによって、ＮＤフィルター１の侵入方向とそれと直交する方向の双方で位相差を持つことにより、双方での解像力の差が軽減され、良好なる光学性能が得られる。
【００３１】
絞り機構２によって形成される面積または形状の異なる複数の絞り開口のうち、ＮＤフィルター１が侵入するときの侵入絞り開口（図５のＦ４ａ）において、侵入絞り開口（Ｆ４ａ）の開口端部には開口直線部分１０４が形成されている。このとき図１に示すようにＮＤフィルター１の侵入方向（挿脱方向）１０３と開口直線部分１０４とのなす角度をθｓｐとする。一方、ＮＤフィルター１の切り欠き部１０２は切り欠き直線部分１０５を有している。ＮＤフィルター１の侵入方向（挿脱方向）１０３と切り欠き直線部分１０５とのなす角度をθｎｄとする。このとき、
０．０≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．４ ・・・（１）
なる条件式を満足している。
【００３２】
本実施例において、角度θｓｐ、θｎｄは、共に６０度である。上記のように設定することによって、撮影画面で発生する絞り羽根２１、２２での回折による光芒と、ＮＤフィルター１での回折による光芒とが重なり合い、光芒の発生状態が目立たなくなる。条件式（１）の範囲を超えてしまうと、絞り羽根２１、２２での回折による光芒とＮＤフィルター１での回折による光芒が異なる方向に発生し、撮影画面上好ましくない。
【００３３】
本実施例において、ＮＤフィルター１と絞り開口の形状２ａ、２ｂは、共に開口中心を通る前記ＮＤフィルター１挿脱方向の軸に対して線対称の形状となっているが、左右の角度を異ならせることにより、任意の角度を選択しても良い。更に好ましくは、条件式（１）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３４】
０．００≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．３５ ・・・（１ａ）
また、更に好ましくは、条件式（１ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３５】
０．０≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．３ ・・・（１ｂ）
ＮＤフィルター１の端部が絞り開口２ｂの途中にある状態（Ｆ４ｂ）のときに、撮影画面内の光量むらを抑える必要がある。更に、ＮＤフィルター１の端部が、中途半端に光線通過領域に掛かっている駆動領域、すなわち撮像光学系のＭＴＦが不利となる領域を、ピント面上に到達する光量の変化が少ない範囲で通過させることが好ましい。また、撮影画面内に高輝度被写体が入ってきても、所望の解像力を維持できる小絞り開口より、絞り開口が小さくなりにくくするのが良い。
【００３６】
ＮＤフィルター１の先端領域１０１の切り欠き部１０２のうち中央領域の透過率をＴａ、ＮＤフィルター１の光束の通過領域における透過率のうち透過率が最も低い領域７の最小値をＴｂとする。このとき、
１．５＜Ｔａ／Ｔｂ＜２００．０ ・・・（２）
なる条件式を満足するのが良い。
【００３７】
条件式（２）の上限値を超えてしまうと、ＮＤフィルター１の最低透過率が低くなりすぎて、ＮＤフィルター１を光路中に全挿入した際の撮影画面内の光量むらが大きくなり、好ましくない。また、条件式（２）の下限値を超えてしまうと、ＮＤフィルター１の先端部の透過率が低くなり、先端面が光線通過領域を通過する際の、撮像素子に到達する光量の変化が大きくなる。そのため、撮影画面内の光量むらが大きくなり、好ましくない。また、撮影光学系のＭＴＦが低下する領域を利用する範囲が広くなり、好ましくない。更に好ましくは、条件式（２）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３８】
１．７＜Ｔａ／Ｔｂ＜１５０．０ ・・・（２ａ）
また、更に好ましくは、条件式（２ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００３９】
１．９＜Ｔａ／Ｔｂ＜１００．０ ・・・（２ｂ）
なお、本実施例において、透過率Ｔａは５０．１％、透過率Ｔｂは１０．０％である。更に、透過率がＮＤフィルター１の侵入方向に（光軸と直交する方向に）連続的に変化している領域１Ｂは、ＮＤフィルター１の端部から領域１Ｃ側に向かい、常に透過率が低くなり続ける構成となっている。また、領域１Ａと領域１Ｂの境界と、領域１Ｂと領域１Ｃの境界においては、透過率が連続的に変化するようになっている。
【００４０】
このように、ＮＤフィルター１が光路中に端部から挿入されるにつれて、徐々に透過率が低くなっていくように設定している。これにより、ＮＤフィルター１に設定する透過率による、撮影画面内の光量むらの発生を防止している。
【００４１】
本実施例のＮＤフィルター１は、その先端面の切り欠き部１０２が有する最小の曲率半径が、以下の条件式を満たすように構成されている。
【００４２】
０．００１＜Ｒｎｄ／Ｄｎｄ＜１０．０００ ・・・（３）
ただし、ＲｎｄはＮＤフィルター１の端部の切り欠き部１０２の開口通過領域の最小曲率半径である。ＤｎｄはＮＤフィルター１の端部の切り欠き部１０２の開口通過領域の幅（ＮＤフィルター１の開口通過領域の幅）である。このように構成することにより、撮影画面内に高輝度被写体が入った際に、ＮＤフィルター１の先端面内の曲率半径が最小の領域で発生する光の回折を抑え、撮影画面において高輝度被写体からの光芒の発生を防止できる。
【００４３】
条件式（３）の上限値を超えると、ＮＤフィルター１の先端面の角部の曲率半径が大きくなりすぎてしまい、直線に近い形状となる。それにより、ＮＤフィルター１での回折による光芒が不自然な方向に発生するため、映像上好ましくない。条件式（３）の下限値を超えると、ＮＤフィルター１の先端面の角部の曲率半径が小さくなりすぎ、製造が困難となる。更に好ましくは、条件式（３）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００４４】
０．００５＜Ｒｎｄ／Ｄｎｄ＜７．０００ ・・・（３ａ）
また、更に好ましくは、条件式（３ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
【００４５】
０．０１０＜Ｒｎｄ／Ｄｎｄ＜５．０００ ・・・（３ｂ）
本実施例では、絞りの開放状態において、ＮＤフィルター１は、絞り開放時の光線通過領域Ｄ０と重なっていない。しかしながら、撮像光学系が有する開放Ｆ値から大きく変化しない程度であれば、開放状態において、ＮＤフィルター１の一部は光線通過領域Ｄ０と重なっていても良い。ここで開放Ｆ値から大きく変化しない程度とは、たとえば、開放時の光線通過領域Ｄ０全体の平均透過率が８０％を超えることを指す。
【００４６】
本実施例において、絞り開口２ｂがＦ４．０（図３のＦ４ａ）相当ときに、ＮＤフィルター１を駆動する。そして最大駆動量まで挿入したとき（図３のＦ４ｄ）、透過率が均一な領域１Ｃが絞り開口２ｂと重なる面積は、絞り開口２ｂの面積の５０％より大きく設定されている。このように設定することにより、ＮＤフィルター１を最大駆動量まで挿入した際に、絞り開口２ｂ内の平均透過率を充分に減らした上で、絞り開口２ｂの平均透過率の製造誤差による変動が小さくなる。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生せず、不使用領域が無く、なおかつ画面方向での解像力の差異が少ない光量調整装置が得られる。
【００４８】
以下、本発明の他の実施例について説明する。他の実施例では前述した実施例１に比べて、ＮＤフィルター１と絞り羽根２１、２２の駆動は同一である。また、駆動によるＭＴＦの変化に関してはほぼ同等の状態となる。このため、上記に関する説明は省略する。
【００４９】
［実施例２］
図６は、本発明の実施例２に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を含む領域１Ａの透過率を５０．１％、ＮＤフィルター１の領域１Ｃの透過率を２５．１％としている。領域１ＢはＮＤフィルターの光路中への侵入方向に連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を５０．１％、領域１Ｃとの境界の透過率を２５．１％としている。本実施例において、条件式（１）における角度θｓｐは６０度、θｎｄは５０度である。
【００５０】
［実施例３］
図７は、本発明の実施例３に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を含む領域１Ａの透過率を１００％、ＮＤフィルター１の領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１ＢはＮＤフィルター１の光路中への侵入方向に連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を１００％、領域１Ｃとの境界の透過率を１０％としている。
【００５１】
本実施例において、条件式（１）における角度θｓｐ、θｎｄは、共に６０度である。本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を透過率１００％、すなわち透明部としているが、ＮＤフィルター１が絞り開口２ｂの全域を覆う前にも、絞り開口２ｂ全域での平均透過率を変化させることが可能な設定となっている。つまり、絞り開口２ｂ内にＮＤフィルター１が有る部分と無い部分が並存する駆動領域を、光量調整のために利用するため、ＮＤフィルター１の端部は透明部であっても、不使用領域ではない。
【００５２】
［実施例４］
図８は、本発明の実施例４に係るＮＤフィルター１の説明図である。図９は、実施例４における、絞り機構２の絞り羽根２１、２２と、絞り羽根２１、２２により形成される絞り開口２ａ、２ｂの概略構成図である。２ａは絞り開放時の絞り開口、２ｂはＮＤフィルター１を挿入する際の挿入絞り開口である。Ｄ０は、絞り開放状態における撮像光学系の光線通過領域である。Ｈは、ＮＤフィルター１を光路中に配置したときの絞り開口通過領域の幅である。
【００５３】
本実施例では、ＮＤフィルター１の先端面を含む、領域１Ａの透過率を５０．１％、ＮＤフィルター１の領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１Ｂは連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を５０．１％、領域１Ｂとの境界の透過率を１０％としている。領域１Ａと領域１Ｂの境界と、領域１Ｂと領域１Ｃの境界は、実施例１〜３と異なり、直線ではない。それぞれの境界は共に、開角が１２０度のＶ字形状となっている。
【００５４】
本実施例の形状に限らず、各透過率領域の境界線は曲線でも良く、領域１Ａと領域１Ｂの境界に対して、領域１Ｂと領域１Ｃの境界が、異なる形状でも良い。本実施例において、条件式（１）に係る角度θｓｐは５０度、θｎｄは６５度である。
【００５５】
［実施例５］
図１０は、本発明の実施例５に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、透過率が均一の領域１Ａが無く、ＮＤフィルター１の端部から、透過率が均一な領域１Ｃとの境界までが、連続的に透過率が変化する領域１Ｂとなる。領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１Ｂと領域１Ｃとの境界の透過率を１０％としている。本実施例において、条件式（１）に係る角度θｓｐは６０度、θｎｄは６５度である。
【００５６】
［実施例６］
図１１は、本発明の実施例６に係るＮＤフィルター１の説明図である。本実施例では、透過率が連続的に変化している領域１Ｂが無く、ＮＤフィルター１の端部から、透過率が均一な領域１Ｃとの境界までが、透過率が均一な領域１Ａとなり、領域１Ａの透過率を５０．１％、領域１Ｃの透過率を１０％としている。本実施例において、条件式（１）に係る角度θｓｐ、θｎｄは、共に６０度である。
【００５７】
［実施例７］
図１２は、本発明の実施例７のＮＤフィルター１と絞り機構２の絞り開口２ａ、２ｂの説明図である。本実施例では、絞り開口形状を円形とし、ＮＤフィルター１の先端面をそれに合わせて任意の開口２ｄに合わせた円弧形状となるように切り欠き部を構成している。このように設定することで、絞り開口２ｂ、ＮＤフィルター１の両方で直線状に光芒が発生することを防止することができる。
【００５８】
ただし、絞り開口２ｂが円形形状の場合に、ＮＤフィルター１の先端面は円弧形状であることを限定するものではない。ＮＤフィルター１が実施例１乃至６のような端面形状であっても良く、画面上に上下方向の回折ゴーストは発生しない。同様に、絞り開口が、図２の絞り開口２ｂのような菱形形状の際に、ＮＤフィルターの先端面が円弧形状であっても良い。
【００５９】
本実施例では、ＮＤフィルター１の端部を含む、領域１Ａの透過率を５０．１％、ＮＤフィルターの領域１Ｃの透過率を１０％としている。領域１ＢはＮＤフィルター１の光路への侵入方向に連続的に透過率が変化し、領域１Ａとの境界の透過率を５０．１％、領域１Ｃとの境界の透過率を１０％としている。
【００６０】
各実施例の光量調整装置をビデオカメラ等の光学機器に適用すれば、撮影画面の上下方向にスミアのように強い強度の光芒が発生せず、撮影画面方向での解像力の差異が少ない良好なる画像を得ることができる。次に条件式（１）乃至条件式（３）に対する前述した各実施例の数値を表−１に示す。
【００６１】
【表１】
【符号の説明】
【００６２】
１ ＮＤフィルター ２ 絞り機構 ３ 撮影レンズ ４ 撮像素子
５ 信号処理装置 ６ マイクロコンピューター ７ 絞り駆動装置
８ 絞り機構２の状態を検出するエンコーダー ９ ＮＤフィルター駆動装置
１０ ＮＤフィルター１の状態を検出するエンコーダー １１ 撮像素子駆動装置
１Ａ 透過率が均一に分布する領域 １Ｂ 透過率が連続的に変化する領域
１Ｃ 透過率が均一に分布する領域 ２ａ 開放状態における、絞り羽根で構成される絞り開口 ２ｂ ＮＤフィルターを駆動させる絞り開口 ２１ 絞り羽根
２２ 絞り羽根 Ｄ０ 開放状態における、撮像光学系の開放口径
Ｐ０ ＮＤフィルター端部の、絞り開口中心を通過する第１の領域
Ｐ１ ＮＤフィルター端部の、絞り開口周辺部を通過する第２の領域
Ｐ２ ＮＤフィルター端部の、絞り開口周辺部を通過する第２の領域
Ｈ ＮＤフィルターの開口通過領域の幅 Ａ ＮＤフィルター挿入方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路中に配置され、絞り羽根の駆動により絞り開口を変化させて、前記絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構と、
前記絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルターを有する光量調整装置であって、
前記ＮＤフィルターは前記開口絞りの侵入方向で透過率が異なる透過率分布を有し、
前記絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が前記絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだ切り欠き部を有することを特徴とする光量調整装置。
【請求項２】
前記絞り機構によって形成される絞り開口のうち、前記ＮＤフィルターが侵入するときの侵入絞り開口において、
前記侵入絞り開口の開口端部は開口直線部分を有し、前記ＮＤフィルターの侵入方向と前記開口直線部分とのなす角度をθｓｐとし、
前記ＮＤフィルターの切り欠き部は切り欠き直線部分を有し、前記ＮＤフィルターの侵入方向と前記切り欠き直線部分とのなす角度をθｎｄとするとき、
０．０≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．４
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
【請求項３】
前記ＮＤフィルターの前記先端領域の切り欠き部のうち中央領域の透過率をＴａ、前記ＮＤフィルターの光束の通過領域における透過率のうち最も低い透過率をＴｂとするとき、
１．５＜Ｔａ／Ｔｂ＜２００．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光量調整装置。
【請求項４】
前記ＮＤフィルターを駆動するＮＤフィルター駆動手段と、前記絞り開口の面積を変化させるように前記絞り羽根を駆動する絞り駆動手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光量調整装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光量調整装置を有する光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
光路中に配置され、絞り羽根の駆動により絞り開口を変化させて、前記絞り開口を通過する光量を制限する絞り機構と、
前記絞り開口の光入射側又は光出射側の光路中に挿脱されるＮＤフィルターを有する光量調整装置であって、
前記ＮＤフィルターは前記開口絞りの侵入方向で透過率が異なる透過率分布を有し、
前記絞り開口に挿脱するときの侵入側の先端領域の中央部が前記絞り開口へ挿脱するときの侵入方向と逆方向に凹んだ切り欠き部を有することを特徴とする光量調整装置。
【請求項２】
前記絞り機構によって形成される絞り開口のうち、前記ＮＤフィルターが侵入するときの侵入絞り開口において、
前記侵入絞り開口の開口端部は開口直線部分を有し、前記ＮＤフィルターの侵入方向と前記開口直線部分とのなす角度をθｓｐとし、
前記ＮＤフィルターの切り欠き部は切り欠き直線部分を有し、前記ＮＤフィルターの侵入方向と前記切り欠き直線部分とのなす角度をθｎｄとするとき、
０．０≦｜ｓｉｎ（θｓｐ−θｎｄ）｜＜０．４
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
【請求項３】
前記ＮＤフィルターの前記先端領域の切り欠き部のうち中央領域の透過率をＴａ、前記ＮＤフィルターの光束の通過領域における透過率のうち最も低い透過率をＴｂとするとき、
１．５＜Ｔａ／Ｔｂ＜２００．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光量調整装置。
【請求項４】
前記ＮＤフィルターを駆動するＮＤフィルター駆動手段と、前記絞り開口の面積を変化させるように前記絞り羽根を駆動する絞り駆動手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光量調整装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光量調整装置を有する光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６３８７４（Ｐ２０１２−１６３８７４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５８２（Ｐ２０１１−２５５８２）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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