JP2004246018A - 光量調節装置及び光学機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学性能を満足させるとともに、膜密着強度を向上させる光量調節装置を提供することを目的とする。
【解決手段】像面に到達する光量を調節する光量調節装置であって、複数の絞り羽根と、これらの絞り羽根により形成された絞り開口内の対向する領域の少なくとも一部に配置されるＮＤフィルタユニットとを有し、ＮＤフィルタユニットは、プラスチック基板と、このプラスチック基板上に設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第１のフィルタ部と、この第１のフィルタ部の一部に重なるように設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第２のフィルタ部とを有しており、第１のフィルタ部及び第２のフィルタ部が、プラスチック基板における像面側とは反対側となる面に設けられる。
【選択図】 図３
【解決手段】像面に到達する光量を調節する光量調節装置であって、複数の絞り羽根と、これらの絞り羽根により形成された絞り開口内の対向する領域の少なくとも一部に配置されるＮＤフィルタユニットとを有し、ＮＤフィルタユニットは、プラスチック基板と、このプラスチック基板上に設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第１のフィルタ部と、この第１のフィルタ部の一部に重なるように設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第２のフィルタ部とを有しており、第１のフィルタ部及び第２のフィルタ部が、プラスチック基板における像面側とは反対側となる面に設けられる。
【選択図】 図３
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や交換レンズ等の光学機器に用いられる光量調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されているＮＤフィルタを、図９に示す。同図（ｂ）において、８−１，８−２及び８−３は、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）で構成された蒸着基板８−４に貼り付けられるフィルタ部である。このＮＤフィルタを図９（ａ）に示す領域ＩからＩＩＩに分割した場合、これら各領域の濃度は以下のようになる。
【０００３】
領域Ｉの濃度は、フィルタ部８−１の濃度となる。領域ＩＩの濃度は、フィルタ部８−１の濃度とフィルタ部８−３の濃度とを足した濃度となる。領域ＩＩＩの濃度は、フィルタ部８−１の濃度、フィルタ部８−２の濃度及びフィルタ部８−３の濃度を足した濃度となる。
【０００４】
すなわち、領域Ｉと領域ＩＩとの境界ライン８−５、領域ＩＩと領域ＩＩＩとの境界ライン８−６及び領域ＩＩＩと蒸着基板８−４の接着用のＰＥＴむき出しとの境界ライン８−７の３ラインを境にして濃度が変化している。
【０００５】
ここで、ＮＤフィルタを単一の濃度で構成した場合、ＮＤフィルタが絞り装置に設けられた固定開口部内に進入する際に、ＮＤフィルタを透過する光とＮＤフィルタを透過しない光との間で光量差が大きくなり解像度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、上述したようにＮＤフィルタを複数の濃度（領域Ｉ〜ＩＩＩ）をもつように構成し、固定開口部に近い領域から順に濃度を濃くすることで、上記光量差を小さくし解像度の低下を軽減している。
【０００７】
上述したＮＤフィルタは、光通過口の開口面積を変化させる絞り羽根に取り付けられ、図９（ｂ）に示すように、Ａ側に撮像素子であるＣＣＤ２１が位置するように配置されている。なお、Ｂ側は、物体側となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−０９６９７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したＮＤフィルタの構成において、境界ライン８−６近傍では、ＣＣＤ２１において反射された光が増反射を起こすため、ゴースト像の発生を招くおそれがある。
【００１０】
境界ライン８−６近傍を顕微鏡で観察すると、図１０（ｂ）に示すようにフィルタ部８−２の端部において膜厚が徐々に薄くなる傾斜部が存在する。この傾斜部は、マスクの浮きやマスクの伸び等が原因となって発生するものであり、Ａ側（ＣＣＤ２１側）から境界ライン８−６近傍に入射した光が、傾斜部とフィルタ部８−１とで干渉を起こし増反射になっているものと思われる。
【００１１】
特に、傾斜部の膜厚は薄く、フィルタ部８−１のＮＤ膜に入射する光は減衰しないため、より外に出る反射が高いものと思われる。
【００１２】
一方、Ｂ側からの光が入射する場合も、上記と同様に傾斜部とフィルタ部８−１とで干渉が起こるが、フィルタ部８−３の膜厚が厚いため、入射した光が２つのフィルタ部（８−１、８−３）の膜内で減衰し、膜から外への反射光は少ないものと思われる。
【００１３】
また、他の境界の場合、ＮＤの傾斜部と基板８−４との干渉のため干渉が起きにくいものと思われる。即ち、干渉で反射防止になっているのである。これは、基板８−４の厚みがＮＤの膜厚に比較して厚くなっているので、増反射ではなく反射防止になるためだと思われる。
【００１４】
更に、従来例には、以下のような問題がある。多層構造のフィルタ部を重ねる場合、蒸着基材がＰＥＴやＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）といったプラスチックで構成されているため、低温（約１１０℃）での蒸着が必要となる。
【００１５】
ここで、フィルタ部８−３の最外層がＭｇＦ２層で構成され、このＭｇＦ２層の上に他の層を蒸着する場合、蒸着面から剥離するおそれがある。
【００１６】
これは、低温蒸着されたＭｇＦ２層は、水分に弱い膜となり潮解性が発生するため、密着性が極端に下がるためである。その結果、プラスチックフィルムから図８（ａ）のような台形形状の多濃度フィルタをプレス抜きする時に膜剥離を引き起こすおそれがある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、像面に到達する光量を調節する光量調節装置であって、複数の絞り羽根と、これらの絞り羽根により形成された絞り開口内の対向する領域の少なくとも一部に配置されるＮＤフィルタユニットとを有し、ＮＤフィルタユニットは、プラスチック基板と、このプラスチック基板上に設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第１のフィルタ部と、この第１のフィルタ部の一部に重なるように設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第２のフィルタ部とを有しており、第１のフィルタ部及び第２のフィルタ部が、プラスチック基板における像面側とは反対側となる面に設けられることを特徴とする。
【００１８】
第１のフィルタ部の最外層をＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２で構成するとともに、この最外層以外の部分をＴｉＯｙとＡｌ２Ｏ３とを交互に配置して構成してもよい。
【００１９】
また、プラスチック基板上における、第１のフィルタ部が設けられた面とは反対側の面に、光量を減衰させる多層膜からなる第３のフィルタ部を設けるようにしてもよい。
【００２０】
本発明の光量調節装置は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、交換レンズなどの光学機器内に備え付けることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態であるビデオカメラは、図２に示すような撮影光学系２を有している。この撮影光学系２は、物体側から順に、１群レンズ２Ａ、絞り装置１、２群レンズ２Ｂ、３群レンズ２Ｃ、４群レンズ２Ｄ、ローパスフィルタ３及び撮像素子としてのＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子４が配置されて構成されている。
【００２２】
絞り装置１は、絞り地板１Ｄと２枚の絞り羽根１Ｂ、１Ｃとを有している。絞り羽根１Ｂ，１Ｃは、不図示のアクチュエータから駆動力を受けることにより、絞り地板１Ｄに形成された光通過口となる開口部１Ｄ’に進退可能となっている。
【００２３】
このように、絞り羽根１Ｂ、１Ｃが、開口部１Ｄ’内に進退することにより、光通過口の開口面積（絞り口径）を変化させて、撮影光の光量を制御している。
【００２４】
絞り羽根１Ｂには、図１に示すように、小絞り口径に対応する部分にＮＤフィルタ１Ａが貼り付けられている。
【００２５】
ここで、撮影画像が明るすぎると絞り羽根１Ｂ、１Ｃは、光量を制限するために開口面積を小さくさせる方向に移動するが、ある大きさよりも開口面積を小さくする（つまり小絞りにする）と光線の回折現象が起き、画像の解像度が低下する。
【００２６】
そこで、絞り口径を所定の大きさに維持しつつ光量を制限するために、ＮＤフィルタ１Ａを用いて撮像素子４に届く光量を減らして解像度の低下を防止している。
【００２７】
撮像素子４で受光された光は、光電変換され所定の信号処理が施された後、ビデオカメラに設けられた不図示の表示部に撮影画像として表示されたり、記録媒体に記録されたりする。
【００２８】
次に、本実施形態のＮＤフィルタ１Ａを、図３などを用いて説明する。ＮＤフィルタ１Ａを構成するフィルタ部には、フィルム状の材料（セルロースアセテート、ＰＥＴ、塩化ビニル等）中に光を吸収する有機色素又は顔料を混ぜ、練り込んだタイプのものを用いている。
【００２９】
ＮＤフィルタ１Ａの基板３−４には、プラスチックを使用している。プラスチックを使用する理由は、プラスチックはガラスより割れにくいため、絞り装置１を薄くすることが可能となり、その結果、１群レンズ２Ａ及び２群レンズ２Ｂ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できるからである。
【００３０】
プラスチックを使用することにより、基板３−４の厚みを１００μｍ以下の薄さにすることができ、場合によっては５０μｍの薄さにすることもできる。
【００３１】
図４には、プラスチック基板３−４における撮像素子４とは反対側となる面に蒸着されたフィルタ部の断面が示されている。
【００３２】
図４においてＩの部分（フィルタ部３−１のみが配置された部分）は低濃度部であり、ＩＩの部分（フィルタ部３−１とフィルタ部３−２が重なっている部分）は高濃度部である。
【００３３】
フィルタ部３−１は、Ａｌ２Ｏ３層とＴｉＯｙ（ｙは任意の値、例えば１）層とが交互に配置された多層膜構造を有し、基板３−４に接する第１層及び最外層はＡｌ２Ｏ３層で構成されている。
【００３４】
最外層であるＡｌ２Ｏ３層の厚み（光学膜厚）は、約１／４λ（λ＝５５０ｎｍ）である。ＴｉＯｙ層は、この膜厚を変更することにより、透過率を変えることができる。
【００３５】
ここで、フィルタ部３−１の最外層をＳｉＯ２で構成することもできる。Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２の屈折率は、それぞれ１．６５、１．４６で、空気の屈折率に近いため反射防止膜として有効である。また、いずれの材料も低温成膜が可能で潮解性もない。
【００３６】
したがって、フィルタ部３−１の最外層となるＡｌ２Ｏ３（又はＳｉＯ２）層の表面に、後述するフィルタ部３−２を重ね合わせても、ＭｇＦ２層を最外層とした場合に生じる膜剥離を防止することができる。
【００３７】
フィルタ部（第２のフィルタ部）３−２は、フィルタ部３−１の最外層に接する第１層からＴｉＯｙ層、Ａｌ２Ｏ３層の順で交互に配置され、最外層はＭｇＦ２層となっている。ただし、フィルタ部３−２の第１層及び最外層をＡｌ２Ｏ３層にしてもよい。
【００３８】
ところで、プラスチック基板３−４の上に２つのフィルタ（フィルタ部３−１、３−２）を重ねた場合、同じ濃度のフィルタを１枚で作った時より、膜厚が厚くなってしまう。
【００３９】
これは、２つのフィルタ部を重ねた場合、下側（基板３−４側）に配置されるフィルタ部３−１の反射率が低い事が要求されるため、下側のフィルタ部３−１と上側のフィルタ部３−２の双方において反射防止膜が必要となるためである。
【００４０】
そして、膜厚が厚くなると、重ね合わせて構成されたＮＤフィルタが反り返ってしまうおそれがある。この問題を解決するためには、蒸着温度を下げたり、総膜厚を下げる必要がある。
【００４１】
ここで、最外層としてＭｇＦ２を使用するよりもＡｌ２Ｏ３を使用したほうが膜厚を薄くすることができる。したがって、フィルタ部３−２の最外層としてＡｌ２Ｏ３層を使用するのが好適である。
【００４２】
一方、基板３−４のうち、フィルタ部３−１、３−２が形成されている面と反対側の面には、フィルタ部（第３のフィルタ部）３−３が形成されている。
【００４３】
本実施形態のＮＤフィルタは、図３に示す３濃度の構造を有している。このＮＤフィルタの製造方法は、以下のとおりである。
【００４４】
まず、透明性が高く、厚みを７５μｍとしたプラスチック基板３−４を準備する。その後、このプラスチック基板３−４をマスクしてフィルタ部３−１を真空蒸着する。
【００４５】
フィルタ部３−１の断面構造は、図４に示すとおりであり、具体的には以下のような順番で各層を重ね合わせた構造となっている。
第１層 Ａｌ２Ｏ３ ２０ｎｍ
第２層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第３層 Ａｌ２Ｏ３ ３８ｎｍ
第４層 ＴｉＯ ８ｎｍ
第５層 Ａｌ２Ｏ３ ３２ｎｍ
第６層 ＴｉＯ １２ｎｍ
第７層（最外層） Ａｌ２Ｏ３ ５５ｎｍ
なお、成膜温度を１１０℃とした低温成膜によりフィルタ部３−１は構成されている。また、上記第１層から第７層までの厚みは、機械膜厚を単位として記載している。
【００４６】
次に、フィルタ部３−１が形成された基板３−４を真空装置より取り出し、蒸着用の治具とマスクを所定のものに変更してフィルタ部３−３の成膜を行う。
【００４７】
ここで、フィルタ部３−３を成膜する前にフィルタ部３−２を成膜する方法も考えられるが、連続して同じ側の面に成膜すると膜応力が大きくなり、プラスチック基板３−４が反り返るおそれがある。
【００４８】
そこで、プラスチック基板３−４における、フィルタ部３−１が蒸着される面と反対側の面にフィルタ部３−３を成膜した後、フィルタ部３−２を成膜してプラスチック基板全体の応力バランスを取る必要がある。
【００４９】
フィルタ部３−３の断面構造は、図５に示すとおりであり、具体的には以下のような順番で各層を重ね合わせた構造となっている。
第１層 Ａｌ２Ｏ３ ２０ｎｍ
第２層 ＴｉＯ １３ｎｍ
第３層 Ａｌ２Ｏ３ ４３ｎｍ
第４層 ＴｉＯ ４ｎｍ
第５層 Ａｌ２Ｏ３ ３５ｎｍ
第６層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第７層（最外層） ＭｇＦ２ ８７ｎｍ
【００５０】
フィルタ部３−２の断面構造は図４に示すとおりであり、具体的には以下のような順番で各層を重ね合わせた構造となっている。
第１層 ＴｉＯ １３ｎｍ
第２層 Ａｌ２Ｏ３ ４３ｎｍ
第３層 ＴｉＯ ４ｎｍ
第４層 Ａｌ２Ｏ３ ３５ｎｍ
第５層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第６層（最外層） ＭｇＦ２ ８７ｎｍ
【００５１】
この場合、第１層をＡｌ２Ｏ３で構成しても、光学的変化はほとんど生じない。本実施形態では３つのフィルタ（３−１、３−２、３−３）のいずれも濃度を略０．５としている。
【００５２】
図６には、図３の領域Ｉ、領域ＩＩ及び領域ＩＩＩの透過率を示す。図６からわかるように、領域Ｉは濃度０．５で透過率約３１％、領域ＩＩは濃度１．０で透過率１０％、領域ＩＩＩは濃度１．５で透過率約３．２％となっており、可視光の波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率がフラットになっている。
【００５３】
また、その時の反射率を図７に示す。同図に示すとおり、反射率は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで３％以下に抑えられており、これによりゴーストの発生する確率を低く抑えることができる。
【００５４】
更に、３回の蒸着処理を繰り返した場合に生じるそりを０．１５ｍｍ以内に抑えることができた。
【００５５】
図３（ａ）において領域Ｉ〜ＩＩＩの幅はそれぞれ２ｍｍであり、トータルで６ｍｍの濃度部を持っている。
【００５６】
そして、領域Ｉから領域ＩＩＩに移行するにつれて濃度が濃くなっている。本実施形態の３濃度ＮＤフィルタを備えた絞り装置を用いたビデオカメラの解像度は、１濃度ＮＤフィルタを備えた絞り装置に比べて、約１５％改善することがわかった。
【００５７】
本実施形態のＮＤフィルタを１ｍｍ角にカッターで傷つけて、テープ剥離テストを行ったところ蒸着膜が中間層で剥離するという現象は発生しなかった。
【００５８】
また、ＮＤ膜の上にＮＤ膜を重ねたことによって生じる境界部分を、プラスチック基板３−４における、撮像素子４側とは反対側（物体側）の面に設けているため、ゴースト像は発生しなかった。
【００５９】
（変形例）
本変形例のＮＤフィルタは、第１実施形態のフィルタ部３−１の最外層をＡｌ２Ｏ３からＳｉＯ２に変更したものであり、その他のフィルタ部３−２、フィルタ部３−３の構成は第１実施形態と同様である。
【００６０】
すなわち、本変形例では、第１実施形態におけるフィルタ部３−１の膜構成を以下のように変形している。
第１層 Ａｌ２Ｏ３ ２０ｎｍ
第２層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第３層 Ａｌ２Ｏ３ ３８ｎｍ
第４層 ＴｉＯ ８ｎｍ
第５層 Ａｌ２Ｏ３ ３２ｎｍ
第６層 ＴｉＯ １２ｎｍ
第７層 ＳｉＯ２ ７５ｎｍ
【００６１】
本変形例のＮＤフィルタの透過率及び反射率は、第１実施形態のＮＤフィルタと遜色がないことがわかった。ＳｉＯ２の場合、Ａｌ２Ｏ３に比較して脆いため割れ等は注意する必要がある。第１実施形態と同様の方法でテープの剥離テストを行ったところ、実用上問題ないレベルに剥離を抑えることができた。
【００６２】
（第２実施形態）
図８に、ディジタルカメラ等に用いられる投げ込み方式のＮＤフィルタを示す。
【００６３】
このＮＤフィルタは、基板７−３の表面にフィルタ部７−２が形成され、フィルタ部７−２の表面にフィルタ部７−１が形成されており、フィルタ部７−１、７−２は、同心円上に重ねて配置されている。
【００６４】
この構成により、本実施形態のＮＤフィルタは、第１の領域Ｉと第２の領域ＩＩとで濃度が異なる２濃度のＮＤフィルタとなっている。
【００６５】
このＮＤフィルタは、絞り装置に設けられた光通過口となる開口部内に進退可能となっており、進入時に開口部全面を覆うようになっている。光量を制限する際には、円形の第１の領域Ｉの中心を光軸にあわせることにより、第２の領域ＩＩよりも高濃度の第１の領域Ｉが光軸周辺領域を覆うようになる。
【００６６】
本実施形態のＮＤフィルタの断面構造は、第１実施形態のＮＤフィルタと同様の構造となっており、具体的には、フィルタ部７−２が図４のフィルタ部３−１と同じ層構造となっており、フィルタ部７−１が図４のフィルタ部３−２と同じ層構造となっている。
【００６７】
本実施形態のＮＤフィルタも、図２に示す撮影光学系２内に配置され、フィルタ部７−１、７−２が基板７−３において撮像素子４側とは反対側の面に設けられている。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プラスチック基板上の像面側とは反対側となる面に、第１のフィルタ部と第１のフィルタ部の一部に重ねて貼り付けられる第２のフィルタ部が配置されているため、増反射が防止され、ゴースト像の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における絞り羽根の斜視図。
【図２】絞り装置を備えた撮影光学系を示す図。
【図３】第１実施形態におけるＮＤフィルタの正面図（ａ）と、このＮＤフィルタ及び撮像素子の位置関係を示す図（ｂ）。
【図４】第１実施形態におけるＮＤフィルタの部分断面図。
【図５】第１実施形態におけるＮＤフィルタの部分断面図。
【図６】第１実施形態のＮＤフィルタの透過率の分光特性図。
【図７】第１実施形態のＮＤフィルタの反射率の分光特性図。
【図８】第２実施形態におけるＮＤフィルタの正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。
【図９】従来技術におけるＮＤフィルタの正面図（ａ）と、このＮＤフィルタ及び撮像素子の位置関係を示す図（ｂ）。
【図１０】従来技術においてＮＤの膜厚が徐々に薄くなっている状態を示した図。
【符号の説明】
１：絞り装置
２：撮影光学系
３：ローパスフィルタ
４：撮像素子
【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や交換レンズ等の光学機器に用いられる光量調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されているＮＤフィルタを、図９に示す。同図（ｂ）において、８−１，８−２及び８−３は、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）で構成された蒸着基板８−４に貼り付けられるフィルタ部である。このＮＤフィルタを図９（ａ）に示す領域ＩからＩＩＩに分割した場合、これら各領域の濃度は以下のようになる。
【０００３】
領域Ｉの濃度は、フィルタ部８−１の濃度となる。領域ＩＩの濃度は、フィルタ部８−１の濃度とフィルタ部８−３の濃度とを足した濃度となる。領域ＩＩＩの濃度は、フィルタ部８−１の濃度、フィルタ部８−２の濃度及びフィルタ部８−３の濃度を足した濃度となる。
【０００４】
すなわち、領域Ｉと領域ＩＩとの境界ライン８−５、領域ＩＩと領域ＩＩＩとの境界ライン８−６及び領域ＩＩＩと蒸着基板８−４の接着用のＰＥＴむき出しとの境界ライン８−７の３ラインを境にして濃度が変化している。
【０００５】
ここで、ＮＤフィルタを単一の濃度で構成した場合、ＮＤフィルタが絞り装置に設けられた固定開口部内に進入する際に、ＮＤフィルタを透過する光とＮＤフィルタを透過しない光との間で光量差が大きくなり解像度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、上述したようにＮＤフィルタを複数の濃度（領域Ｉ〜ＩＩＩ）をもつように構成し、固定開口部に近い領域から順に濃度を濃くすることで、上記光量差を小さくし解像度の低下を軽減している。
【０００７】
上述したＮＤフィルタは、光通過口の開口面積を変化させる絞り羽根に取り付けられ、図９（ｂ）に示すように、Ａ側に撮像素子であるＣＣＤ２１が位置するように配置されている。なお、Ｂ側は、物体側となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−０９６９７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したＮＤフィルタの構成において、境界ライン８−６近傍では、ＣＣＤ２１において反射された光が増反射を起こすため、ゴースト像の発生を招くおそれがある。
【００１０】
境界ライン８−６近傍を顕微鏡で観察すると、図１０（ｂ）に示すようにフィルタ部８−２の端部において膜厚が徐々に薄くなる傾斜部が存在する。この傾斜部は、マスクの浮きやマスクの伸び等が原因となって発生するものであり、Ａ側（ＣＣＤ２１側）から境界ライン８−６近傍に入射した光が、傾斜部とフィルタ部８−１とで干渉を起こし増反射になっているものと思われる。
【００１１】
特に、傾斜部の膜厚は薄く、フィルタ部８−１のＮＤ膜に入射する光は減衰しないため、より外に出る反射が高いものと思われる。
【００１２】
一方、Ｂ側からの光が入射する場合も、上記と同様に傾斜部とフィルタ部８−１とで干渉が起こるが、フィルタ部８−３の膜厚が厚いため、入射した光が２つのフィルタ部（８−１、８−３）の膜内で減衰し、膜から外への反射光は少ないものと思われる。
【００１３】
また、他の境界の場合、ＮＤの傾斜部と基板８−４との干渉のため干渉が起きにくいものと思われる。即ち、干渉で反射防止になっているのである。これは、基板８−４の厚みがＮＤの膜厚に比較して厚くなっているので、増反射ではなく反射防止になるためだと思われる。
【００１４】
更に、従来例には、以下のような問題がある。多層構造のフィルタ部を重ねる場合、蒸着基材がＰＥＴやＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）といったプラスチックで構成されているため、低温（約１１０℃）での蒸着が必要となる。
【００１５】
ここで、フィルタ部８−３の最外層がＭｇＦ２層で構成され、このＭｇＦ２層の上に他の層を蒸着する場合、蒸着面から剥離するおそれがある。
【００１６】
これは、低温蒸着されたＭｇＦ２層は、水分に弱い膜となり潮解性が発生するため、密着性が極端に下がるためである。その結果、プラスチックフィルムから図８（ａ）のような台形形状の多濃度フィルタをプレス抜きする時に膜剥離を引き起こすおそれがある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、像面に到達する光量を調節する光量調節装置であって、複数の絞り羽根と、これらの絞り羽根により形成された絞り開口内の対向する領域の少なくとも一部に配置されるＮＤフィルタユニットとを有し、ＮＤフィルタユニットは、プラスチック基板と、このプラスチック基板上に設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第１のフィルタ部と、この第１のフィルタ部の一部に重なるように設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第２のフィルタ部とを有しており、第１のフィルタ部及び第２のフィルタ部が、プラスチック基板における像面側とは反対側となる面に設けられることを特徴とする。
【００１８】
第１のフィルタ部の最外層をＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２で構成するとともに、この最外層以外の部分をＴｉＯｙとＡｌ２Ｏ３とを交互に配置して構成してもよい。
【００１９】
また、プラスチック基板上における、第１のフィルタ部が設けられた面とは反対側の面に、光量を減衰させる多層膜からなる第３のフィルタ部を設けるようにしてもよい。
【００２０】
本発明の光量調節装置は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、交換レンズなどの光学機器内に備え付けることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態であるビデオカメラは、図２に示すような撮影光学系２を有している。この撮影光学系２は、物体側から順に、１群レンズ２Ａ、絞り装置１、２群レンズ２Ｂ、３群レンズ２Ｃ、４群レンズ２Ｄ、ローパスフィルタ３及び撮像素子としてのＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子４が配置されて構成されている。
【００２２】
絞り装置１は、絞り地板１Ｄと２枚の絞り羽根１Ｂ、１Ｃとを有している。絞り羽根１Ｂ，１Ｃは、不図示のアクチュエータから駆動力を受けることにより、絞り地板１Ｄに形成された光通過口となる開口部１Ｄ’に進退可能となっている。
【００２３】
このように、絞り羽根１Ｂ、１Ｃが、開口部１Ｄ’内に進退することにより、光通過口の開口面積（絞り口径）を変化させて、撮影光の光量を制御している。
【００２４】
絞り羽根１Ｂには、図１に示すように、小絞り口径に対応する部分にＮＤフィルタ１Ａが貼り付けられている。
【００２５】
ここで、撮影画像が明るすぎると絞り羽根１Ｂ、１Ｃは、光量を制限するために開口面積を小さくさせる方向に移動するが、ある大きさよりも開口面積を小さくする（つまり小絞りにする）と光線の回折現象が起き、画像の解像度が低下する。
【００２６】
そこで、絞り口径を所定の大きさに維持しつつ光量を制限するために、ＮＤフィルタ１Ａを用いて撮像素子４に届く光量を減らして解像度の低下を防止している。
【００２７】
撮像素子４で受光された光は、光電変換され所定の信号処理が施された後、ビデオカメラに設けられた不図示の表示部に撮影画像として表示されたり、記録媒体に記録されたりする。
【００２８】
次に、本実施形態のＮＤフィルタ１Ａを、図３などを用いて説明する。ＮＤフィルタ１Ａを構成するフィルタ部には、フィルム状の材料（セルロースアセテート、ＰＥＴ、塩化ビニル等）中に光を吸収する有機色素又は顔料を混ぜ、練り込んだタイプのものを用いている。
【００２９】
ＮＤフィルタ１Ａの基板３−４には、プラスチックを使用している。プラスチックを使用する理由は、プラスチックはガラスより割れにくいため、絞り装置１を薄くすることが可能となり、その結果、１群レンズ２Ａ及び２群レンズ２Ｂ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できるからである。
【００３０】
プラスチックを使用することにより、基板３−４の厚みを１００μｍ以下の薄さにすることができ、場合によっては５０μｍの薄さにすることもできる。
【００３１】
図４には、プラスチック基板３−４における撮像素子４とは反対側となる面に蒸着されたフィルタ部の断面が示されている。
【００３２】
図４においてＩの部分（フィルタ部３−１のみが配置された部分）は低濃度部であり、ＩＩの部分（フィルタ部３−１とフィルタ部３−２が重なっている部分）は高濃度部である。
【００３３】
フィルタ部３−１は、Ａｌ２Ｏ３層とＴｉＯｙ（ｙは任意の値、例えば１）層とが交互に配置された多層膜構造を有し、基板３−４に接する第１層及び最外層はＡｌ２Ｏ３層で構成されている。
【００３４】
最外層であるＡｌ２Ｏ３層の厚み（光学膜厚）は、約１／４λ（λ＝５５０ｎｍ）である。ＴｉＯｙ層は、この膜厚を変更することにより、透過率を変えることができる。
【００３５】
ここで、フィルタ部３−１の最外層をＳｉＯ２で構成することもできる。Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２の屈折率は、それぞれ１．６５、１．４６で、空気の屈折率に近いため反射防止膜として有効である。また、いずれの材料も低温成膜が可能で潮解性もない。
【００３６】
したがって、フィルタ部３−１の最外層となるＡｌ２Ｏ３（又はＳｉＯ２）層の表面に、後述するフィルタ部３−２を重ね合わせても、ＭｇＦ２層を最外層とした場合に生じる膜剥離を防止することができる。
【００３７】
フィルタ部（第２のフィルタ部）３−２は、フィルタ部３−１の最外層に接する第１層からＴｉＯｙ層、Ａｌ２Ｏ３層の順で交互に配置され、最外層はＭｇＦ２層となっている。ただし、フィルタ部３−２の第１層及び最外層をＡｌ２Ｏ３層にしてもよい。
【００３８】
ところで、プラスチック基板３−４の上に２つのフィルタ（フィルタ部３−１、３−２）を重ねた場合、同じ濃度のフィルタを１枚で作った時より、膜厚が厚くなってしまう。
【００３９】
これは、２つのフィルタ部を重ねた場合、下側（基板３−４側）に配置されるフィルタ部３−１の反射率が低い事が要求されるため、下側のフィルタ部３−１と上側のフィルタ部３−２の双方において反射防止膜が必要となるためである。
【００４０】
そして、膜厚が厚くなると、重ね合わせて構成されたＮＤフィルタが反り返ってしまうおそれがある。この問題を解決するためには、蒸着温度を下げたり、総膜厚を下げる必要がある。
【００４１】
ここで、最外層としてＭｇＦ２を使用するよりもＡｌ２Ｏ３を使用したほうが膜厚を薄くすることができる。したがって、フィルタ部３−２の最外層としてＡｌ２Ｏ３層を使用するのが好適である。
【００４２】
一方、基板３−４のうち、フィルタ部３−１、３−２が形成されている面と反対側の面には、フィルタ部（第３のフィルタ部）３−３が形成されている。
【００４３】
本実施形態のＮＤフィルタは、図３に示す３濃度の構造を有している。このＮＤフィルタの製造方法は、以下のとおりである。
【００４４】
まず、透明性が高く、厚みを７５μｍとしたプラスチック基板３−４を準備する。その後、このプラスチック基板３−４をマスクしてフィルタ部３−１を真空蒸着する。
【００４５】
フィルタ部３−１の断面構造は、図４に示すとおりであり、具体的には以下のような順番で各層を重ね合わせた構造となっている。
第１層 Ａｌ２Ｏ３ ２０ｎｍ
第２層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第３層 Ａｌ２Ｏ３ ３８ｎｍ
第４層 ＴｉＯ ８ｎｍ
第５層 Ａｌ２Ｏ３ ３２ｎｍ
第６層 ＴｉＯ １２ｎｍ
第７層（最外層） Ａｌ２Ｏ３ ５５ｎｍ
なお、成膜温度を１１０℃とした低温成膜によりフィルタ部３−１は構成されている。また、上記第１層から第７層までの厚みは、機械膜厚を単位として記載している。
【００４６】
次に、フィルタ部３−１が形成された基板３−４を真空装置より取り出し、蒸着用の治具とマスクを所定のものに変更してフィルタ部３−３の成膜を行う。
【００４７】
ここで、フィルタ部３−３を成膜する前にフィルタ部３−２を成膜する方法も考えられるが、連続して同じ側の面に成膜すると膜応力が大きくなり、プラスチック基板３−４が反り返るおそれがある。
【００４８】
そこで、プラスチック基板３−４における、フィルタ部３−１が蒸着される面と反対側の面にフィルタ部３−３を成膜した後、フィルタ部３−２を成膜してプラスチック基板全体の応力バランスを取る必要がある。
【００４９】
フィルタ部３−３の断面構造は、図５に示すとおりであり、具体的には以下のような順番で各層を重ね合わせた構造となっている。
第１層 Ａｌ２Ｏ３ ２０ｎｍ
第２層 ＴｉＯ １３ｎｍ
第３層 Ａｌ２Ｏ３ ４３ｎｍ
第４層 ＴｉＯ ４ｎｍ
第５層 Ａｌ２Ｏ３ ３５ｎｍ
第６層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第７層（最外層） ＭｇＦ２ ８７ｎｍ
【００５０】
フィルタ部３−２の断面構造は図４に示すとおりであり、具体的には以下のような順番で各層を重ね合わせた構造となっている。
第１層 ＴｉＯ １３ｎｍ
第２層 Ａｌ２Ｏ３ ４３ｎｍ
第３層 ＴｉＯ ４ｎｍ
第４層 Ａｌ２Ｏ３ ３５ｎｍ
第５層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第６層（最外層） ＭｇＦ２ ８７ｎｍ
【００５１】
この場合、第１層をＡｌ２Ｏ３で構成しても、光学的変化はほとんど生じない。本実施形態では３つのフィルタ（３−１、３−２、３−３）のいずれも濃度を略０．５としている。
【００５２】
図６には、図３の領域Ｉ、領域ＩＩ及び領域ＩＩＩの透過率を示す。図６からわかるように、領域Ｉは濃度０．５で透過率約３１％、領域ＩＩは濃度１．０で透過率１０％、領域ＩＩＩは濃度１．５で透過率約３．２％となっており、可視光の波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率がフラットになっている。
【００５３】
また、その時の反射率を図７に示す。同図に示すとおり、反射率は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで３％以下に抑えられており、これによりゴーストの発生する確率を低く抑えることができる。
【００５４】
更に、３回の蒸着処理を繰り返した場合に生じるそりを０．１５ｍｍ以内に抑えることができた。
【００５５】
図３（ａ）において領域Ｉ〜ＩＩＩの幅はそれぞれ２ｍｍであり、トータルで６ｍｍの濃度部を持っている。
【００５６】
そして、領域Ｉから領域ＩＩＩに移行するにつれて濃度が濃くなっている。本実施形態の３濃度ＮＤフィルタを備えた絞り装置を用いたビデオカメラの解像度は、１濃度ＮＤフィルタを備えた絞り装置に比べて、約１５％改善することがわかった。
【００５７】
本実施形態のＮＤフィルタを１ｍｍ角にカッターで傷つけて、テープ剥離テストを行ったところ蒸着膜が中間層で剥離するという現象は発生しなかった。
【００５８】
また、ＮＤ膜の上にＮＤ膜を重ねたことによって生じる境界部分を、プラスチック基板３−４における、撮像素子４側とは反対側（物体側）の面に設けているため、ゴースト像は発生しなかった。
【００５９】
（変形例）
本変形例のＮＤフィルタは、第１実施形態のフィルタ部３−１の最外層をＡｌ２Ｏ３からＳｉＯ２に変更したものであり、その他のフィルタ部３−２、フィルタ部３−３の構成は第１実施形態と同様である。
【００６０】
すなわち、本変形例では、第１実施形態におけるフィルタ部３−１の膜構成を以下のように変形している。
第１層 Ａｌ２Ｏ３ ２０ｎｍ
第２層 ＴｉＯ ５ｎｍ
第３層 Ａｌ２Ｏ３ ３８ｎｍ
第４層 ＴｉＯ ８ｎｍ
第５層 Ａｌ２Ｏ３ ３２ｎｍ
第６層 ＴｉＯ １２ｎｍ
第７層 ＳｉＯ２ ７５ｎｍ
【００６１】
本変形例のＮＤフィルタの透過率及び反射率は、第１実施形態のＮＤフィルタと遜色がないことがわかった。ＳｉＯ２の場合、Ａｌ２Ｏ３に比較して脆いため割れ等は注意する必要がある。第１実施形態と同様の方法でテープの剥離テストを行ったところ、実用上問題ないレベルに剥離を抑えることができた。
【００６２】
（第２実施形態）
図８に、ディジタルカメラ等に用いられる投げ込み方式のＮＤフィルタを示す。
【００６３】
このＮＤフィルタは、基板７−３の表面にフィルタ部７−２が形成され、フィルタ部７−２の表面にフィルタ部７−１が形成されており、フィルタ部７−１、７−２は、同心円上に重ねて配置されている。
【００６４】
この構成により、本実施形態のＮＤフィルタは、第１の領域Ｉと第２の領域ＩＩとで濃度が異なる２濃度のＮＤフィルタとなっている。
【００６５】
このＮＤフィルタは、絞り装置に設けられた光通過口となる開口部内に進退可能となっており、進入時に開口部全面を覆うようになっている。光量を制限する際には、円形の第１の領域Ｉの中心を光軸にあわせることにより、第２の領域ＩＩよりも高濃度の第１の領域Ｉが光軸周辺領域を覆うようになる。
【００６６】
本実施形態のＮＤフィルタの断面構造は、第１実施形態のＮＤフィルタと同様の構造となっており、具体的には、フィルタ部７−２が図４のフィルタ部３−１と同じ層構造となっており、フィルタ部７−１が図４のフィルタ部３−２と同じ層構造となっている。
【００６７】
本実施形態のＮＤフィルタも、図２に示す撮影光学系２内に配置され、フィルタ部７−１、７−２が基板７−３において撮像素子４側とは反対側の面に設けられている。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プラスチック基板上の像面側とは反対側となる面に、第１のフィルタ部と第１のフィルタ部の一部に重ねて貼り付けられる第２のフィルタ部が配置されているため、増反射が防止され、ゴースト像の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における絞り羽根の斜視図。
【図２】絞り装置を備えた撮影光学系を示す図。
【図３】第１実施形態におけるＮＤフィルタの正面図（ａ）と、このＮＤフィルタ及び撮像素子の位置関係を示す図（ｂ）。
【図４】第１実施形態におけるＮＤフィルタの部分断面図。
【図５】第１実施形態におけるＮＤフィルタの部分断面図。
【図６】第１実施形態のＮＤフィルタの透過率の分光特性図。
【図７】第１実施形態のＮＤフィルタの反射率の分光特性図。
【図８】第２実施形態におけるＮＤフィルタの正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。
【図９】従来技術におけるＮＤフィルタの正面図（ａ）と、このＮＤフィルタ及び撮像素子の位置関係を示す図（ｂ）。
【図１０】従来技術においてＮＤの膜厚が徐々に薄くなっている状態を示した図。
【符号の説明】
１：絞り装置
２：撮影光学系
３：ローパスフィルタ
４：撮像素子
Claims (4)
- 像面に到達する光量を調節する光量調節装置であって、
複数の絞り羽根と、
これらの絞り羽根により形成された絞り開口内の対向する領域の少なくとも一部に配置されるＮＤフィルタユニットとを有し、
前記ＮＤフィルタユニットは、プラスチック基板と、このプラスチック基板上に設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第１のフィルタ部と、この第１のフィルタ部の一部に重なるように設けられ、光量を減衰させる多層膜からなる第２のフィルタ部とを有しており、
前記第１のフィルタ部及び前記第２のフィルタ部が、前記プラスチック基板における像面側とは反対側となる面に設けられていることを特徴とする光量調節装置。 - 前記第１のフィルタ部は、最外層がＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２で構成され、この最外層以外の部分がＴｉＯｙとＡｌ２Ｏ３とを交互に配置して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
- 前記プラスチック基板上における、前記第１のフィルタ部が設けられた面とは反対側の面に、光量を減衰させる多層膜からなる第３のフィルタ部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
- 請求項１から３のいずれかに記載の光量調節装置を有することを特徴とする光学機器。
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| JP2003034939A JP2004246018A (ja) | 2003-02-13 | 2003-02-13 | 光量調節装置及び光学機器 |
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