JP2005173265A - Optical element, optical filter device, and optical instrument - Google Patents
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Abstract
【課題】 遮光性液体を用いた透過率可変NDフィルタの提供。
【解決手段】 光軸方向に配置された第1および第2の光学部材と、第1および第2の光学部材の間に形成される液体層とを有し、第1および第2の光学部材が光軸直交方向に相対移動することにより、液体層の光軸方向厚さが変化することを特徴とする光学素子。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transmittance variable ND filter using a light shielding liquid.
SOLUTION: First and second optical members having first and second optical members arranged in an optical axis direction and a liquid layer formed between the first and second optical members. The optical element is characterized in that the thickness of the liquid layer in the optical axis direction changes as a result of relative movement in the direction orthogonal to the optical axis.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、カメラ等の光学機器に用いられる光学フィルタ及び光量調節装置に関するものである。 The present invention relates to an optical filter and a light amount adjusting device used in an optical apparatus such as a camera.
カメラ等の光学機器に用いられる結像光学系には、一般に入射光束の光量を調節する光量調節装置、いわゆる絞り装置が内蔵される。該絞り装置においては、遮光性を有する複数の絞り羽根を用い、該絞り羽根の外縁部が所定形状の開口部を形成する。 An imaging optical system used in an optical apparatus such as a camera generally includes a light amount adjusting device that adjusts the amount of incident light, that is, a so-called diaphragm device. In the diaphragm device, a plurality of diaphragm blades having light shielding properties are used, and an outer edge portion of the diaphragm blade forms an opening having a predetermined shape.
そして、アクチュエータで絞り羽根を駆動し開口部の開口面積を変化させることにより、絞り開口を通過する光束の量を調節している。しかし、前記開口部の開口面積を小さくするにしたがって、絞り羽根の外縁部で生ずる回折の影響が大きくなり、結像光学系の結像性能が低下する。 Then, the amount of the light beam passing through the aperture opening is adjusted by driving the aperture blade by the actuator to change the aperture area of the aperture. However, as the aperture area of the aperture is reduced, the influence of diffraction generated at the outer edge of the aperture blade increases, and the imaging performance of the imaging optical system decreases.
この欠点を回避するために、遮光性を有する液体や光学楔を用いたNeutral Density Filter(以下NDフィルタと略す)を設け、開口径を小さくする代わりにNDフィルタで光量を減衰させる技術が開示されている。 In order to avoid this drawback, a technique is disclosed in which a neutral density filter (hereinafter abbreviated as ND filter) using a light-shielding liquid or an optical wedge is provided, and the amount of light is attenuated by the ND filter instead of reducing the aperture diameter. ing.
例えば、特許文献1では、2枚の透明板の間に第1の不透明流体を封入した第1の光学素子と、2枚の透明板の間に第2の不透明流体を封入した第2の光学素子とを備え、各光学素子の透明板の間隔を適宜調節することで、光路長を一定に保ったまま透過光量を変化させる光量調節装置が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a first optical element in which a first opaque fluid is sealed between two transparent plates, and a second optical element in which a second opaque fluid is sealed between two transparent plates. A light amount adjusting device that changes the amount of transmitted light while keeping the optical path length constant by appropriately adjusting the interval between the transparent plates of the optical elements is disclosed.
また、特許文献2では、2枚の透明板の間に透明弾性体と遮光液を封入し、2枚の透明板の間隔を圧電素子で変化させることにより、透明弾性体が光路中の遮光液を光路外に排除し、透過光量を変化させる光量調節装置が開示されている。 Further, in Patent Document 2, a transparent elastic body and a light shielding liquid are sealed between two transparent plates, and the distance between the two transparent plates is changed by a piezoelectric element, so that the transparent elastic body transmits the light shielding liquid in the optical path to the optical path. A light amount adjusting device that changes the amount of transmitted light is disclosed.
また、特許文献3では、互いに不溶な透明液体と遮光性液体を液体収容部に封止し、液体収容部に設けられた電極と前記液体間に電圧を印加する事で両液体の界面形状を変化させ、透過光量を変化させる光学素子が開示されている。 In Patent Document 3, a transparent liquid and a light-shielding liquid that are insoluble in each other are sealed in a liquid storage part, and an interface shape between both liquids is formed by applying a voltage between an electrode provided in the liquid storage part and the liquid. An optical element that changes the amount of transmitted light is disclosed.
また、特許文献4では、所定の光減衰特性を有した相似形の2枚の光学楔を対称状に重ね合わせ、一方の光学楔を光軸と直交する方向に移動させることで、透過光量を変化させるフィルタ装置が開示されている。
しかしながら、上記従来技術には、以下のような欠点がある。まず、特許文献1に開示された従来技術では、2枚の透明板を連結する弾性フィルムを備え、該フィルムが透明板の接近に伴って排除された液体を収容する液室を構成しているが、該液室の体積が小さいと、透明板の駆動抵抗が増加したり、フィルムが破れて液体が洩れるといった欠点がある。 However, the above prior art has the following drawbacks. First, in the prior art disclosed in Patent Document 1, an elastic film that connects two transparent plates is provided, and the film constitutes a liquid chamber that contains liquid that has been removed as the transparent plate approaches. However, if the volume of the liquid chamber is small, there is a drawback that the driving resistance of the transparent plate increases or the film is broken to leak the liquid.
さらに、2組の光学素子が光軸上で直列に配置されているため、光軸方向に大きな空間を占め、該光量調節装置を内蔵するレンズ系の全長が長くなる欠点もある。 Further, since the two sets of optical elements are arranged in series on the optical axis, there is also a drawback that the entire length of the lens system that occupies a large space in the optical axis direction and that incorporates the light amount adjusting device becomes long.
特許文献2に開示された従来技術では、2枚の透明板の間隔変化に伴って光路長が変化してしまうほか、透明弾性板の反発力により、透明板が変形するおそれがある。 In the prior art disclosed in Patent Document 2, the optical path length changes as the distance between the two transparent plates changes, and the transparent plate may be deformed by the repulsive force of the transparent elastic plate.
特許文献3に開示された従来技術では、透明液体と遮光性液体の界面が球状であり、透過率が場所によって異なる、すなわち入射光に対する透過率が一定でないという欠点がある。 The prior art disclosed in Patent Document 3 has a drawback in that the interface between the transparent liquid and the light-shielding liquid is spherical and the transmittance varies depending on the location, that is, the transmittance for incident light is not constant.
特許文献4に開示された従来技術では、光学楔の移動に伴って光路長が変化する欠点がある。 The prior art disclosed in Patent Document 4 has a drawback that the optical path length changes as the optical wedge moves.
そこで本発明は、光学楔と遮光性液体を用いた光学フィルタにおいて、透過率を変化させても光路長が不変で、かつ入射高に対する透過率も一定である光学フィルタを提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical filter using an optical wedge and a light shielding liquid, in which the optical path length remains unchanged even when the transmittance is changed and the transmittance with respect to the incident height is constant. Yes.
本願発明の光学素子の第1の構成によれば、光軸方向に配置された第1および第2の光学部材と、第1および第2の光学部材の間に形成される液体層とを有し、第1および第2の光学部材が光軸直交方向に相対移動することにより、液体層の光軸方向厚さが変化することを特徴とする。 According to the first configuration of the optical element of the present invention, the optical element includes the first and second optical members arranged in the optical axis direction, and the liquid layer formed between the first and second optical members. In addition, the thickness of the liquid layer in the optical axis direction is changed by the relative movement of the first and second optical members in the direction orthogonal to the optical axis.
ここで、第1の光学部材は、光軸直交方向のうち特定方向に光軸方向厚さが連続的に増加し、第2の光学部材は、特定方向に光軸方向厚さが連続的に減少する。 Here, the optical axis thickness of the first optical member continuously increases in a specific direction among the orthogonal directions of the optical axis, and the optical axis thickness of the second optical member continuously increases in the specific direction. Decrease.
また、光学素子における光の入射面と射出面との光軸方向間隔が不変とするのが好ましい。 In addition, it is preferable that the distance between the light incident surface and the light exit surface in the optical element in the optical axis direction is unchanged.
第1の光学部材を、光軸直交方向にて固定し、第2の光学部材を、光軸直交方向に移動可能とするのが好ましい。 It is preferable that the first optical member is fixed in the direction orthogonal to the optical axis and the second optical member is movable in the direction orthogonal to the optical axis.
第1の光学部材内に、液体層を形成する液体が収容された液体収容部を形成し、第2の光学部材を、液体収容部内に配置するのが好ましい。 It is preferable to form a liquid storage part in which the liquid forming the liquid layer is stored in the first optical member, and to dispose the second optical member in the liquid storage part.
第2の光学部材の光軸方向両側に2つの第1の光学部材を配置し、2つの第1の光学部材のうち一方の第1の光学部材と第2の光学部材との間に第1の液体層を形成し、他方の第1の光学部材と第2の光学部材との間に第2の液体層を形成してもよい。 Two first optical members are disposed on both sides of the second optical member in the optical axis direction, and the first optical member between the first optical member and the second optical member of the two first optical members is first. May be formed, and the second liquid layer may be formed between the other first optical member and the second optical member.
液体層の光軸方向厚さの変化により該光学素子の光透過率が変化する。 The light transmittance of the optical element changes due to the change in the thickness of the liquid layer in the optical axis direction.
上述の光学素子と、第1および第2の光学部材を光軸直交方向に相対駆動する駆動手段とを有することを特徴とする光学フィルタ装置。 An optical filter device comprising: the above-described optical element; and a driving unit that relatively drives the first and second optical members in a direction orthogonal to the optical axis.
光学フィルタ装置を含み、物体像を形成する結像光学系を備えたことを特徴とする光学機器。 An optical apparatus comprising an imaging optical system that includes an optical filter device and forms an object image.
物体像を光電変換する撮像素子を有することを特徴とする光学機器。 An optical apparatus comprising an image sensor that photoelectrically converts an object image.
本願発明の光学素子の第1の構成によれば、第1および第2の光学部材を光軸直交方向に相対移動させるだけで、液体層の光軸方向厚さが変化し、光学特性を変えることができる。 According to the first configuration of the optical element of the present invention, the thickness of the liquid layer in the optical axis direction changes and the optical characteristics change only by relatively moving the first and second optical members in the direction orthogonal to the optical axis. be able to.
また、第1の光学部材を、光軸直交方向のうち特定方向に光軸方向厚さが連続的に増加するように構成するとともに、第2の光学部材を、特定方向に光軸方向厚さが連続的に減少するように構成することにより、第1の光学部材と第2の光学部材の光軸方向厚さを、光軸直交方向のうち特定方向に連続的に変化させるという簡単な構成で、光学特性を変えることができる。 Further, the first optical member is configured such that the optical axis direction thickness continuously increases in a specific direction among the optical axis orthogonal directions, and the second optical member is configured to have an optical axis direction thickness in the specific direction. Is configured such that the thickness of the first optical member and the second optical member in the optical axis direction is continuously changed in a specific direction in the direction orthogonal to the optical axis. Thus, the optical characteristics can be changed.
また、光学素子における光の入射面と射出面との光軸方向間隔が不変とすることにより、光路長を変えずに光学特性を変化させることができる。 In addition, since the distance between the light incident surface and the light exit surface in the optical element in the optical axis direction is unchanged, the optical characteristics can be changed without changing the optical path length.
第1の光学部材内に、液体層を形成する液体が収容された液体収容部を形成し、第2の光学部材を、液体収容部内に配置することにより、簡単な構成でかつ確実に液体層の光軸方向厚さを変えることができる。 By forming a liquid storage portion in which the liquid forming the liquid layer is stored in the first optical member, and arranging the second optical member in the liquid storage portion, the liquid layer can be reliably configured with a simple configuration. The thickness in the optical axis direction can be changed.
液体層の光軸方向厚さの変化により該光学素子の光透過率が変化することにより、光学素子を光量調節に使用することができる。
光学フィルタ装置と物体像を形成する結像光学系と物体像を光電変換する撮像素子とを有する光学機器の一つである撮像装置によれば、従来の虹彩絞りによる光量調節の際に生じていた小絞り回折を回避するとともに、像面照度の偏りがなく、ピント移動や光学収差変動も抑制できるため、高精彩画像を得ることができる。
By changing the light transmittance of the optical element due to the change in the thickness of the liquid layer in the optical axis direction, the optical element can be used for light amount adjustment.
According to an imaging device that is one of optical devices having an optical filter device, an imaging optical system that forms an object image, and an imaging device that photoelectrically converts the object image, this occurs when adjusting the amount of light using a conventional iris diaphragm. In addition to avoiding small-aperture diffraction, there is no bias in image plane illuminance, and focus movement and optical aberration fluctuations can be suppressed, so that a high-definition image can be obtained.
以下に、本実施例を示す。 This example is shown below.
図1は本発明の実施例1である光学フィルタを備えた光量調節装置100の構造を示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。まず、同図(b)を用いて光学フィルタの要部構成を説明する。 1A and 1B are diagrams showing the structure of a light amount adjusting device 100 including an optical filter that is Embodiment 1 of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view. First, the configuration of the main part of the optical filter will be described with reference to FIG.
Cは光学フィルタの光軸、L1は光学フィルタに入射する光束、L2は光学フィルタから射出する光束である。101は固定式の第1の光学楔(第1の光学部材)、102は固定式の第1の光学楔(第1の光学部材)、103は可動式の第2の光学楔(第2の光学部材)で(いずれもアクリル等の光学用透明樹脂、あるいはガラスモールドで成型された楔状の光学素子である。なお、第1の光学楔101、102を可動式、第2の光学楔103を固定式にしてもよい。また、第2の光学楔103を反割りしたものを使用してもよい。 C is an optical axis of the optical filter, L1 is a light beam incident on the optical filter, and L2 is a light beam emitted from the optical filter. 101 is a fixed first optical wedge (first optical member), 102 is a fixed first optical wedge (first optical member), and 103 is a movable second optical wedge (second optical member). Optical members) (both are transparent optical resins such as acrylic or wedge-shaped optical elements molded with a glass mold. Note that the first optical wedges 101 and 102 are movable, and the second optical wedge 103 is A fixed type may be used, and a second optical wedge 103 that is split may be used.
ここで、固定式の第1の光学楔101及び102はともに、光軸Cに直交する面内で同図の左方向(特定方向)に向かって、厚さが連続的に増加する形状となっており、これらの光学楔を一体にすることにより内部に形成された楔形状の領域(以下、「液体収容部」という)に第2の光学楔103及び後述する遮光性液体を収容している。また、図に示すように第1の光学楔101の上側の面が入射面で、第1の光学楔102の下側の面が射出面となるように構成されているが、入射面と射出面との間隔は、光路長を一定に保つために、本実施例では不変としている。 Here, both of the fixed first optical wedges 101 and 102 have a shape in which the thickness continuously increases in the left direction (specific direction) in the figure in a plane orthogonal to the optical axis C. The second optical wedge 103 and a light-shielding liquid described later are accommodated in a wedge-shaped region (hereinafter referred to as “liquid storage portion”) formed inside by integrating these optical wedges. . Further, as shown in the figure, the upper surface of the first optical wedge 101 is the entrance surface, and the lower surface of the first optical wedge 102 is the exit surface. The distance from the surface is unchanged in this embodiment in order to keep the optical path length constant.
一方、可動式の第2の光学楔103は、同じく左方向に向かって、厚さが連続的に減少する形状となっている。 On the other hand, the movable second optical wedge 103 has a shape in which the thickness continuously decreases in the same way toward the left.
そして、第1の光学楔101と第2の光学楔103の対向面は平行で、光軸Cに対して所定角度だけ傾いている。第1の光学楔102と第2の光学楔103の対向面も平行で、光軸Cに対して所定角度傾いている。 The opposing surfaces of the first optical wedge 101 and the second optical wedge 103 are parallel and are inclined with respect to the optical axis C by a predetermined angle. The opposing surfaces of the first optical wedge 102 and the second optical wedge 103 are also parallel and inclined with respect to the optical axis C by a predetermined angle.
104は液体収容部を満たす遮光性液体で、例えばシリコーンオイルに黒色染料を溶解したものが用いられる。ここで、第1の光学楔101、102、第2の光学楔103及び遮光性液体104は、屈折率が略等しい材料で構成するのが好ましい。 Reference numeral 104 denotes a light-shielding liquid that fills the liquid container. For example, a liquid in which black dye is dissolved in silicone oil is used. Here, it is preferable that the first optical wedges 101 and 102, the second optical wedge 103, and the light shielding liquid 104 are made of materials having substantially the same refractive index.
遮光性液体104は、第1の光学楔101と第2の光学楔103の対向面の間に均一の厚さの液体層104aを形成し、同様に第2の光学楔103と第1の光学楔102の対向面の間にも均一の厚さの液体層104bを形成する。 The light-shielding liquid 104 forms a liquid layer 104a having a uniform thickness between the opposing surfaces of the first optical wedge 101 and the second optical wedge 103, and similarly, the second optical wedge 103 and the first optical wedge 103 are formed. A liquid layer 104 b having a uniform thickness is also formed between the opposing surfaces of the wedge 102.
105は第2の光学楔103の基端部に取り付けられた駆動軸で、右側先端部105aが90度折り曲げられている。106は円筒形状の液体封止部材で、ゴム等の弾性材料で形成されており、中心の穴部に駆動軸105が密着かつ摺動可能に装着され、第1の光学楔101及び第1の光学楔102によって狭持される。 Reference numeral 105 denotes a drive shaft attached to the proximal end portion of the second optical wedge 103, and the right distal end portion 105a is bent 90 degrees. Reference numeral 106 denotes a cylindrical liquid sealing member made of an elastic material such as rubber. The drive shaft 105 is mounted in a central hole so as to be in close contact with and slidable. Nipped by the optical wedge 102.
以上の各部材の立体的な形状を、図2の分解斜視図にて示す。同図において、第1の光学楔101、102は光路長を一定に保つための光学部材であるとともに、第2の光学楔103と遮光性液体104(図2では不図示)を収容する容器としての役割も有している。 The three-dimensional shape of each member described above is shown in the exploded perspective view of FIG. In the figure, first optical wedges 101 and 102 are optical members for keeping the optical path length constant, and as a container for accommodating a second optical wedge 103 and a light shielding liquid 104 (not shown in FIG. 2). It also has a role.
そして、駆動軸105は第2の光学楔103を外部から駆動するための中間部材となっており、封止部材106は遮光性液体104を液体収容部内に封止する役目をなす。 The drive shaft 105 is an intermediate member for driving the second optical wedge 103 from the outside, and the sealing member 106 serves to seal the light-shielding liquid 104 in the liquid storage portion.
さらに、液体収容部内の紙面前後方向における幅寸法は、第2の光学楔103の幅寸法(紙面の前後方向寸法)より若干大きくなっているため、駆動軸104を外部から駆動することで、第2の光学楔103を液体収容部内で図面の左右方向に移動させることができる(光軸直交面内で移動させることができる)。これら101ないし106で光学フィルタ120が構成される。 Furthermore, since the width dimension in the front-rear direction of the paper surface in the liquid storage portion is slightly larger than the width dimension of the second optical wedge 103 (front-rear direction dimension of the paper surface), driving the drive shaft 104 from the outside allows The two optical wedges 103 can be moved in the horizontal direction of the drawing within the liquid container (can be moved within the plane orthogonal to the optical axis). These 101 to 106 constitute an optical filter 120.
続いて、図1(b)に戻って光量調節装置の説明を続ける。111は光学フィルタ120と後述する駆動機構を固定して保持するための地板で、第1の光学楔102を接着固定するとともに、中央部には光学フィルタ120に入射した光束L1を通過させるための通過光路である円形の開口部111cが設けられている。 Subsequently, returning to FIG. 1B, the description of the light amount adjusting device will be continued. Reference numeral 111 denotes a ground plate for fixing and holding the optical filter 120 and a driving mechanism, which will be described later. The first optical wedge 102 is bonded and fixed, and a light beam L1 incident on the optical filter 120 is passed through the central portion. A circular opening 111c, which is a passing optical path, is provided.
よって光学フィルタ120に入射した光束L1は、液体層104aおよび104bで減衰され、開口部111cから射出光束L2として射出する。ここで、光学フィルタ120に入射した光束L1の光路内に位置する、第1の光学楔101、102、第2の光学楔103、及び液体層104a、104bは屈折率が略等しいため、入射光束L1は光学フィルタ120内で屈折することなく直進し、光量のみが減じられる。 Therefore, the light beam L1 incident on the optical filter 120 is attenuated by the liquid layers 104a and 104b and is emitted from the opening 111c as an emitted light beam L2. Here, since the first optical wedges 101 and 102, the second optical wedge 103, and the liquid layers 104a and 104b located in the optical path of the light beam L1 incident on the optical filter 120 have substantially the same refractive index, the incident light beam L1 goes straight without being refracted in the optical filter 120, and only the amount of light is reduced.
そして、駆動軸105を介して第2の光学楔103を光軸直交面内で駆動することで、2つの液体層104aおよび104bの光軸方向の厚み調節し、入射光束L1に対する透過率を調節することができる。 Then, by driving the second optical wedge 103 in the optical axis orthogonal plane via the drive shaft 105, the thickness of the two liquid layers 104a and 104b in the optical axis direction is adjusted, and the transmittance for the incident light beam L1 is adjusted. can do.
また、透過率調節の際にも、光学フィルタ120の光路長は不変のため、撮影光学系等に応用しても、ピント移動や光学収差の変動が生じない。 Also, when adjusting the transmittance, the optical path length of the optical filter 120 does not change, so that even if it is applied to a photographing optical system or the like, focus movement and fluctuation of optical aberration do not occur.
続いて図1(a)を用いて、第2の光学楔103の駆動機構を説明する。同図(a)では、第1の光学楔101と遮光性液体104は不図示となっている。112は第2の光学楔103の駆動源であるステップモータで、地板111に固定される。 Next, the drive mechanism of the second optical wedge 103 will be described with reference to FIG. In FIG. 2A, the first optical wedge 101 and the light shielding liquid 104 are not shown. A step motor 112 is a drive source for the second optical wedge 103 and is fixed to the main plate 111.
113はリードスクリューで、ステップモータ112のロータに直結し、右端は地板111の折り曲げ部111aに設けた穴部に嵌合し、先端のふれが防止される。114はリードスクリュー113に螺合するナットで、その上面には後述する駆動レバーの駆動用ピン114aが取り付けられている。115はナット114の回転止め軸で、左端はステップモータ112の本体に固定され、右端は地板111の折り曲げ部111aに固定される。 A lead screw 113 is directly connected to the rotor of the step motor 112, and the right end is fitted in a hole provided in the bent portion 111a of the base plate 111, thereby preventing the tip from shaking. Reference numeral 114 denotes a nut that is screwed to the lead screw 113, and a driving pin 114a of a driving lever to be described later is attached to the upper surface of the nut. Reference numeral 115 denotes a rotation stop shaft of the nut 114, the left end is fixed to the main body of the step motor 112, and the right end is fixed to the bent portion 111 a of the main plate 111.
116は駆動レバー、117は駆動レバー支持軸で、駆動レバー116は駆動レバー支持軸117を中心に回動可能に支持されている。 Reference numeral 116 denotes a drive lever, 117 denotes a drive lever support shaft, and the drive lever 116 is supported so as to be rotatable about the drive lever support shaft 117.
そして、駆動レバー116の一端にはU字型の切り欠き溝部が設けられ、駆動軸105の折り曲げ部105aが嵌合し、他端にもU字型の切り欠き溝部が設けられ、ナット114のピン114aが嵌合する。 A U-shaped notch groove portion is provided at one end of the drive lever 116, a bent portion 105a of the drive shaft 105 is fitted, and a U-shaped notch groove portion is provided at the other end. The pin 114a is fitted.
上述の構成において、ステップモータ112を駆動すると、リードスクリュー113が回転し、ナット114が左右方向に駆動される。そして、駆動レバー116が回転動作を開始すると、駆動軸105を介して第2の光学楔103が光軸直交方向に移動し、光学フィルタ120の透過率を調節できる。この透過率制御の様子を図3から図5を用いて説明する。 In the above configuration, when the step motor 112 is driven, the lead screw 113 rotates and the nut 114 is driven in the left-right direction. When the drive lever 116 starts rotating, the second optical wedge 103 moves in the direction perpendicular to the optical axis via the drive shaft 105, and the transmittance of the optical filter 120 can be adjusted. The state of the transmittance control will be described with reference to FIGS.
図3は光学フィルタ120の透過率が最大の状態を示す。ステップモータ112が駆動されると、ナット114はリードスクリュー113に沿って右側に移動する。ここで、上述のようにナット114の上面には、駆動レバー116の一端に形成されたU字状の溝部に係合する駆動ピン114aが設けられているため、ナット114が右側方向に移動することにより、駆動レバー116が時計周り方向に回動され、第2の光学楔103は液体収容部内の左端に移動して、第1の光学楔101と第2の光学楔102の液体収容部の周面に密着して停止する。よって、前記液体層104a及び液体層104bの厚さはゼロになり、遮光性液体による光の減衰がなくなるので、透過率は100%に近い値を示す。 FIG. 3 shows a state where the transmittance of the optical filter 120 is maximum. When the step motor 112 is driven, the nut 114 moves to the right along the lead screw 113. Here, as described above, the drive pin 114a that engages with a U-shaped groove formed at one end of the drive lever 116 is provided on the upper surface of the nut 114, so that the nut 114 moves in the right direction. As a result, the drive lever 116 is rotated in the clockwise direction, the second optical wedge 103 moves to the left end in the liquid storage portion, and the liquid storage portions of the first optical wedge 101 and the second optical wedge 102 are moved. Stops in close contact with the peripheral surface. Therefore, the thickness of the liquid layer 104a and the liquid layer 104b becomes zero, and the light is not attenuated by the light-shielding liquid, so that the transmittance is a value close to 100%.
図3の状態から、ステップモータ112を駆動してナット114を左側方向に移動させると、駆動レバー116が反時計周り方向に回転し、液体収容部の左端に密着した第2の光学楔103がそこから離脱する。 When the step motor 112 is driven from the state of FIG. 3 to move the nut 114 in the left direction, the drive lever 116 rotates counterclockwise, and the second optical wedge 103 that is in close contact with the left end of the liquid container is formed. Leave from there.
そして、図4のように光学フィルタ120に入射した光束L1の光路内に遮光性液体104が進入するため(図1と同一の状態)、光学フィルタ120の透過率は図3の状態より低下する。 Then, as shown in FIG. 4, since the light shielding liquid 104 enters the optical path of the light beam L1 incident on the optical filter 120 (the same state as FIG. 1), the transmittance of the optical filter 120 is lower than the state of FIG. .
リードスクリュー113の回転によってナット114が更に左方向に移動すると、第2の光学楔103は液体収容部の右端に移動し、図5の状態になる。このとき液体層104a及び液体層104bの厚さは最大になり、光学フィルタ120の透過率は最小となる。 When the nut 114 further moves to the left by the rotation of the lead screw 113, the second optical wedge 103 moves to the right end of the liquid container, and the state shown in FIG. At this time, the thickness of the liquid layer 104a and the liquid layer 104b is maximized, and the transmittance of the optical filter 120 is minimized.
図6は本実施例の光学フィルタの光学的優位性を説明する図である。先に、本実施例の光学フィルタ120においては、遮光性液体104の液体層104aと104bの厚さは場所によらず一定であると説明した。よって、本実施例の光学フィルタ120の透過率は、該フィルタへの光束の入射高によらず一定となる。 FIG. 6 is a diagram for explaining the optical superiority of the optical filter of the present embodiment. Previously, in the optical filter 120 of the present embodiment, it has been described that the thickness of the liquid layers 104a and 104b of the light shielding liquid 104 is constant regardless of the location. Therefore, the transmittance of the optical filter 120 of this embodiment is constant regardless of the incident height of the light beam to the filter.
また、図6(a)は、光学フィルタ120の透過率の入射角度依存性を示したものである。同図において、斜め入射光L12及びL13に対する透過率が異なっていると、像面上の画像の明るさに非対称性が生じてしまう。しかしながら本実施例の光学フィルタ120では、入射光L12及びL13の光路における液体層104aと104bの厚さ合計値は等しいため、垂直入射光L11に対する透過率が最大で、斜め入射光に対する透過率は垂直入射光L11を中心とした対称形となり、画像に不自然さが生じない。 FIG. 6A shows the incident angle dependence of the transmittance of the optical filter 120. In the figure, when the transmittances for the oblique incident lights L12 and L13 are different, asymmetry occurs in the brightness of the image on the image plane. However, in the optical filter 120 of the present embodiment, since the total thickness values of the liquid layers 104a and 104b in the optical paths of the incident light L12 and L13 are equal, the transmittance with respect to the normal incident light L11 is maximum, and the transmittance with respect to the oblique incident light is The image is symmetrical with respect to the normal incident light L11, so that the image does not appear unnatural.
図6(b)は、第2の光学楔103の位置が光軸方向にずれた時の透過率変化を説明する図である。同図においては、第2の光学楔103が下方向にずれた場合を示している。このとき、液体層104aの厚さは増加し、液体層104bの厚さは減少するが、両者の合計値は不変である。従って、光束L14、L15及びL16に対する透過率はいずれも等しく、かつ不変である。すなわち本実施例の光学フィルタでは、第2の光学楔が光軸方向に位置ずれしても、透過率には影響を及ぼさない。 FIG. 6B is a diagram for explaining a change in transmittance when the position of the second optical wedge 103 is shifted in the optical axis direction. In the figure, a case where the second optical wedge 103 is displaced downward is shown. At this time, the thickness of the liquid layer 104a increases and the thickness of the liquid layer 104b decreases, but the total value of both is unchanged. Accordingly, the transmittances for the light beams L14, L15, and L16 are all equal and unchanged. That is, in the optical filter of the present embodiment, even if the second optical wedge is displaced in the optical axis direction, the transmittance is not affected.
図7は、図1ないし図6で説明した光量調節装置100を撮影装置に搭載した図である。本実施例では、撮影装置を被写体からの反射光を電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして記録するデジタルスチルカメラを例として説明する。ただし、デジタルスチルカメラに限定されることなく、銀塩フィルムカメラ、ビデオカメラ、産業用工具カメラ、監視カメラ、ロボット用画像入力手段等の撮影装置に適用しても同様の効果を得る。 FIG. 7 is a diagram in which the light amount adjusting device 100 described with reference to FIGS. In the present embodiment, a digital still camera will be described as an example in which the photographing apparatus photoelectrically converts reflected light from a subject into an electrical signal and records this as digital data. However, the present invention is not limited to a digital still camera, and the same effect can be obtained when applied to photographing apparatuses such as a silver salt film camera, a video camera, an industrial tool camera, a surveillance camera, and a robot image input means.
400は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、フロントレンズ群401、ズームレンズ群402、フォーカシングレンズ群403及び光学ローパスフィルタ404を有する。 An imaging optical system 400 includes a plurality of lens groups, and includes a front lens group 401, a zoom lens group 402, a focusing lens group 403, and an optical low-pass filter 404.
100は図1で示した光量調節装置であるが、以下の説明ではNDフィルタと表記する。433は露光時間を調節するシャッタ機構である。また、撮影光学系400の焦点位置(予定結像面)には、撮像素子としてのCCD411が配置される。CCD411には、照射された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる2次元CCD等の光電変換手段が用いられる。なお、CCDに変えてCMOSイメージセンサを使用しても良い。 Reference numeral 100 denotes the light amount adjusting device shown in FIG. 1, but in the following description, it is referred to as an ND filter. A shutter mechanism 433 adjusts the exposure time. In addition, a CCD 411 serving as an image sensor is disposed at the focal position (scheduled imaging plane) of the photographing optical system 400. The CCD 411 includes a photoelectric conversion unit such as a two-dimensional CCD that includes a plurality of photoelectric conversion units that convert irradiated light energy into charges, a charge storage unit that stores the charges, and a charge transfer unit that transfers the charges and sends them to the outside. Conversion means are used. A CMOS image sensor may be used instead of the CCD.
CCD411上に結像した被写体の像は、その明るさの強弱に応じた画素毎の電荷量として、電気信号に変換され、アンプ回路441で増幅された後、カメラ信号処理回路442で所定のγ補正等の処理を施される。なおこの処理は、A/D変換後のデジタル信号処理で行ってもよい。 The subject image formed on the CCD 411 is converted into an electric signal as a charge amount for each pixel corresponding to the intensity of the brightness, amplified by the amplifier circuit 441, and then a predetermined γ by the camera signal processing circuit 442. Processing such as correction is performed. This processing may be performed by digital signal processing after A / D conversion.
このようにして生成された映像信号はメモリ443に記録される。メモリ443は、フラッシュROM等の半導体メモリ、光磁気ディスク等の光メモリ、磁気テープ等の磁気メモリ等、種々のものを利用することができる。 The video signal generated in this way is recorded in the memory 443. As the memory 443, various kinds of devices such as a semiconductor memory such as a flash ROM, an optical memory such as a magneto-optical disk, and a magnetic memory such as a magnetic tape can be used.
421は液晶ディスプレイ等の表示器で、CCD411で取得した被写体像や、撮影モード等を表示する。422は操作スイッチ群で、ズームスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、露出制御モードやAFモード等を設定する撮影条件スイッチで構成される。 A display 421 such as a liquid crystal display displays a subject image acquired by the CCD 411, a shooting mode, and the like. A group of operation switches 422 includes a zoom switch, a shooting preparation switch, a shooting start switch, and shooting condition switches for setting an exposure control mode, an AF mode, and the like.
423はズームアクチュエータで、ズームレンズ群402を駆動し、撮影光学系400の焦点距離を変える。424はフォーカスアクチュエータで、フォーカシングレンズ群403を駆動し、撮影光学系400の焦点状態を調節する。 A zoom actuator 423 drives the zoom lens group 402 and changes the focal length of the photographing optical system 400. Reference numeral 424 denotes a focus actuator that drives the focusing lens group 403 to adjust the focus state of the photographing optical system 400.
431はCPUで、撮影装置全体の動作を制御する。432はNDフィルタ駆動回路で、図1のステップモータ112を駆動し、NDフィルタ100の透過率調節を行なう。433はシャッタ機構で、複数枚の遮光羽根とこれを駆動するアクチュエータで構成される。434は前記シャッタ機構を駆動するためのシャッタ駆動回路で、シャッタ機構433を駆動し、CCD411への露光時間を制御する。 A CPU 431 controls the operation of the entire photographing apparatus. Reference numeral 432 denotes an ND filter driving circuit that drives the step motor 112 of FIG. 1 and adjusts the transmittance of the ND filter 100. A shutter mechanism 433 includes a plurality of light shielding blades and an actuator for driving the light shielding blades. A shutter drive circuit 434 drives the shutter mechanism, drives the shutter mechanism 433, and controls the exposure time to the CCD 411.
図8は、図7に示した撮影装置が有するCPU431の制御フロー図である。以下、図8を用いて撮影装置の制御フローを説明する。 FIG. 8 is a control flowchart of the CPU 431 included in the photographing apparatus shown in FIG. Hereinafter, the control flow of the photographing apparatus will be described with reference to FIG.
ステップ101を経由して、ステップ102では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップ102に留まる。ステップ102でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、CPU431はスリープ状態から脱してステップ111以降を実行する。 Through step 101, in step 102, it is determined whether or not the main switch is turned on by the photographer. If it is determined in step 102 that the main switch is turned on, the CPU 431 exits the sleep state and executes step 111 and subsequent steps.
ステップ111では、撮影装置の初期化を行なう。具体的には、沈胴状態にある撮影光学系を撮影可能状態に繰り出し駆動したり、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。 In step 111, the photographing apparatus is initialized. Specifically, the photographic optical system in the retracted state is driven out to a shootable state, or setting of shooting conditions by the photographer is accepted.
ステップ112では、CCD411及びカメラ信号処理回路442を駆動して、プレビュー画像を取得し、ステップ113で表示器421にプレビュー画像を表示する。 In step 112, the CCD 411 and the camera signal processing circuit 442 are driven to obtain a preview image, and in step 113, the preview image is displayed on the display unit 421.
ステップ114では、撮影者によってレリーズボタンの第1ストロークに連動した撮影準備スイッチ(フロー図では、SW1と表記)のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップ112に戻り、プレビュー画像表示を繰り返し実行する。ステップ114で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップ114を脱してステップ121以降を実行する。 In step 114, it is determined whether or not the photographer has turned on a photographing preparation switch (denoted as SW1 in the flowchart) linked to the first stroke of the release button. When the on operation is not performed, the process returns to step 112 and the preview image display is repeatedly executed. If it is determined in step 114 that the shooting preparation switch has been turned on, step 114 is skipped and step 121 and subsequent steps are executed.
ステップ121ないしステップ122では、撮影光学系400の焦点調節を行なう。これはいわゆる山登り式サーボAFと呼ばれる、画像信号の高周波成分が最大値となるAF評価値信号に基づきフォーカス位置を探してフォーカスレンズを停止させる焦点調節制御である。ステップ123では合焦したか否かを判定し、合焦していない場合はステップ121およびステップ122を繰り返し実行する。合焦した場合はフォーカシングレンズの駆動を停止し、ステップ131へ移行する。 In steps 121 to 122, the focus of the photographing optical system 400 is adjusted. This is so-called hill-climbing servo AF, which is focus adjustment control for finding a focus position based on an AF evaluation value signal in which the high-frequency component of the image signal has a maximum value and stopping the focus lens. In step 123, it is determined whether or not the subject is in focus. If the subject is not in focus, step 121 and step 122 are repeatedly executed. When the in-focus state is obtained, the driving of the focusing lens is stopped, and the routine proceeds to step 131.
ステップ131では、測光演算を行なう。具体的には、CCD411が受光する被写体光束の光量を判定し、撮影時の光量を適切にするためのNDフィルタの透過率とシャッタ秒時を演算する。 In step 131, photometric calculation is performed. Specifically, the light amount of the subject light beam received by the CCD 411 is determined, and the transmittance of the ND filter and the shutter time for calculating the light amount at the time of photographing are calculated.
ステップ132では、前記ステップ131で算出した透過率制御値に基づき、図1の可動光学楔103の駆動量を演算する。ステップ133ではステップ132で演算した透過率が得られるように、図1のステップモータ112を駆動する。 In step 132, the drive amount of the movable optical wedge 103 in FIG. 1 is calculated based on the transmittance control value calculated in step 131. In step 133, the step motor 112 in FIG. 1 is driven so that the transmittance calculated in step 132 is obtained.
ステップ134では、レリーズボタンの第2ストロークに連動した撮影トリガスイッチ(フロー図では、SW2と表記)がオン操作されたか否かの判定を行ない、オン操作されていない場合はステップ131ないしステップ133を繰り返し実行する。一方オン操作された場合は、ステップ134からステップ141にジャンプし、撮影動作を実行する。 In step 134, it is determined whether or not the shooting trigger switch (denoted as SW2 in the flowchart) linked to the second stroke of the release button is turned on. If not, steps 131 to 133 are performed. Run repeatedly. On the other hand, if it is turned on, the process jumps from step 134 to step 141 to execute the photographing operation.
ステップ141ではCCD411への画像信号の蓄積を開始する。ステップ142では、ステップ131で算出したシャッタ秒時に基づき、シャッタの閉動作を行なう。ステップ143ではCCD411に蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、カメラ信号処理回路442に入力させる。ステップ144では、カメラ信号処理回路442において、入力したアナログ画像信号をA/D変換し、AGC制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてCPU431内に記憶された画像圧縮プログラムでJPEG圧縮等を施す。ステップ145では、上記ステップ144で得られた画像信号をメモリ443に記録し、ステップ146にて撮影動作が終了する。 In step 141, image signal accumulation in the CCD 411 is started. In step 142, based on the shutter time calculated in step 131, the shutter is closed. In step 143, the charge accumulated in the CCD 411 is read out through the charge transfer line and input to the camera signal processing circuit 442. In step 144, the input analog image signal is A / D converted in the camera signal processing circuit 442, image processing such as AGC control, white balance, γ correction, and edge enhancement is performed, and further stored in the CPU 431 as necessary. JPEG compression or the like is performed with the image compression program. In step 145, the image signal obtained in step 144 is recorded in the memory 443, and in step 146, the photographing operation ends.
以上説明したように、本実施例の光量調節装置を組み込んだ撮影装置を用いれば、光量調節装置すなわちNDフィルタの減光作用によって光量調節を行なうため、従来の虹彩絞りによる小絞り回折が回避され、高精細画像を得ることができる。また、NDフィルタの光量調節の際にも、NDフィルタ内の光路長が不変のため、ピント移動や収差変動が生じることなく、画像劣化を生じない。 As described above, when the photographing apparatus incorporating the light amount adjusting device of the present embodiment is used, the light amount is adjusted by the light amount adjusting device, that is, the ND filter's dimming action, so that the small aperture diffraction by the conventional iris diaphragm is avoided. High-definition images can be obtained. Also, when adjusting the amount of light of the ND filter, since the optical path length in the ND filter is not changed, focus movement and aberration fluctuation do not occur, and image degradation does not occur.
本実施例は、実施例1に対して、第2の光学楔103の駆動手段の構成が異なっており、それ以外の部材はすべて同一のものが使用される。図9は本実施例の光学フィルタを備えた光量調節装置200の構造を示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。まず同図(b)を用いて光学フィルタの要部構成を説明する。 The present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the driving means of the second optical wedge 103, and all other members are the same. FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the structure of the light amount adjusting device 200 provided with the optical filter of the present embodiment. FIG. 9A is a plan view and FIG. First, the configuration of the main part of the optical filter will be described with reference to FIG.
201は固定の第1の光学楔、202は固定の第1の光学楔、203は可動の第2の光学楔、204はこれら3個の光学楔で囲まれた空間を満たす遮光性液体で、実施例1と同様にシリコーンオイルに黒色染料を溶解したものが用いられる。該液体は、第1の光学楔201と第2の光学楔202の対向面の間に均一の厚さの液体層204aを形成し、同様に第2の光学楔203と第1の光学楔202の対向面の間にも均一の厚さの液体層204bを形成する。これらの光学楔及び液体層の形状と光学特性は、すべて実施例1のものと同一であるため、詳しい説明は省略する。 201 is a fixed first optical wedge, 202 is a fixed first optical wedge, 203 is a movable second optical wedge, and 204 is a light-shielding liquid that fills the space surrounded by these three optical wedges. As in Example 1, a silicone oil in which a black dye is dissolved is used. The liquid forms a liquid layer 204 a having a uniform thickness between the opposing surfaces of the first optical wedge 201 and the second optical wedge 202, and similarly, the second optical wedge 203 and the first optical wedge 202. A liquid layer 204b having a uniform thickness is also formed between the opposing surfaces. Since the shapes and optical characteristics of these optical wedges and the liquid layer are all the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
続いて図9(a)を用いて、第2の光学楔203の駆動機構を説明する。同図(a)では第1の光学楔201と遮光性液体204は不図示としている。211は後述する光学フィルタと駆動機構を固定して保持するための地板で、第1の光学楔202を接着固定するとともに、中央部には光学フィルタに入社した光束L1を通過させるための円形の開口部211cが設けられる。 Subsequently, a drive mechanism of the second optical wedge 203 will be described with reference to FIG. In FIG. 5A, the first optical wedge 201 and the light shielding liquid 204 are not shown. Reference numeral 211 denotes a ground plate for fixing and holding an optical filter and a driving mechanism, which will be described later. The first optical wedge 202 is bonded and fixed, and a circular portion for allowing the light beam L1 entering the optical filter to pass through the center. An opening 211c is provided.
205、206は永久磁石で、第2の光学楔203の側面に固着される。212はコイル、213はヨークで、ヨーク表面にコイルが接着固定され、さらにヨーク213は第1の光学楔202の外側凹部202aに接着固定される。そして、永久磁石205はコイル212に対向する面がN極に着磁され、永久磁石206はコイル212に対向する面がS極に着磁される。 205 and 206 are permanent magnets, which are fixed to the side surface of the second optical wedge 203. 212 is a coil, 213 is a yoke, and the coil is bonded and fixed to the surface of the yoke. Further, the yoke 213 is bonded and fixed to the outer concave portion 202 a of the first optical wedge 202. The surface of the permanent magnet 205 facing the coil 212 is magnetized to the N pole, and the surface of the permanent magnet 206 facing the coil 212 is magnetized to the S pole.
以上の各部材の立体的な形状を、図10の分解斜視図にて示す。同図において、第1の光学楔201、202は固定の光学部材であるとともに、第2の光学楔203と遮光性液体204(図10では不図示)を収容する容器を兼用している。 The three-dimensional shape of each member described above is shown in the exploded perspective view of FIG. In the figure, first optical wedges 201 and 202 are fixed optical members, and also serve as a container for storing a second optical wedge 203 and a light-shielding liquid 204 (not shown in FIG. 10).
そして、第1の光学楔202の凹部202aには、前記ヨーク213とコイル212が固定される。一方、第2の光学楔203には前記2つの永久磁石205ないし206が装着され、これらは第1の光学楔201、202によって形成される液体収容部に、不図示の遮光性液体とともに封止される。すなわち、液体収容部には永久磁石を備えた第2の光学楔203が収容され、液体収容部外には電磁石が配置され、液室の壁を挟んで永久磁石と電磁石が対向することになる。 The yoke 213 and the coil 212 are fixed to the recess 202a of the first optical wedge 202. On the other hand, the two permanent magnets 205 to 206 are mounted on the second optical wedge 203, and these are sealed together with a light-shielding liquid (not shown) in a liquid storage portion formed by the first optical wedges 201 and 202. Is done. In other words, the second optical wedge 203 having a permanent magnet is accommodated in the liquid accommodating portion, an electromagnet is disposed outside the liquid accommodating portion, and the permanent magnet and the electromagnet face each other across the wall of the liquid chamber. .
また、第1の光学楔202の内部には、永久磁石205ないし206が移動する際のガイド溝部202bが設けられ、同じく第1の光学楔201の内部にもガイド溝201bが設けられる。従って、第2の光学楔203と永久磁石205ないし206が一体となって、液体収容部内を左右方向に移動可能に保持されることになる(光軸直交面内で移動する)。すなわちガイド溝部201b及び202bが保持手段となる。 In addition, a guide groove portion 202b when the permanent magnets 205 to 206 move is provided inside the first optical wedge 202, and a guide groove 201b is also provided inside the first optical wedge 201. Therefore, the second optical wedge 203 and the permanent magnets 205 to 206 are integrally held so as to be movable in the left-right direction in the liquid storage portion (moves in the plane orthogonal to the optical axis). That is, the guide groove portions 201b and 202b serve as holding means.
以上の構成において、コイル212に所定方向の電流が通電されると、永久磁石205及び206との間に電磁気力が発生し、第2の光学楔203は所定方向に移動する。一方コイル212への通電方向を反転させると第2の光学楔203の移動方向も反転する。そして不図示かつ公知の磁気抵抗素子等で永久磁石205あるいは206の位置を検出し、該検出結果に基づいてコイル212への通電電流を制御することで、第2の光学楔203を所望の位置に制御可能である。すなわち本実施例においても、第2の光学楔203の位置を制御することで、図9(b)において、入射光束L1に対する射出光束L2の比、すなわち透過率を自在に調節ことができる。 In the above configuration, when a current in a predetermined direction is applied to the coil 212, an electromagnetic force is generated between the permanent magnets 205 and 206, and the second optical wedge 203 moves in a predetermined direction. On the other hand, when the energization direction to the coil 212 is reversed, the moving direction of the second optical wedge 203 is also reversed. Then, the position of the permanent magnet 205 or 206 is detected by a known magnetoresistive element (not shown), and the current supplied to the coil 212 is controlled based on the detection result, whereby the second optical wedge 203 is moved to a desired position. Can be controlled. That is, also in this embodiment, by controlling the position of the second optical wedge 203, in FIG. 9B, the ratio of the emitted light beam L2 to the incident light beam L1, that is, the transmittance can be freely adjusted.
以上説明した光量調節装置200は、実施例1と同様の効果を有するとともに、駆動機構をより小型化できる特徴を有する。また、実施例1と同様に、本光量調節装置を図7の撮影装置に組み込み、図8のフロー図に従って制御することで、光量調節装置すなわちNDフィルタの減光作用によって光量調節を行なうため、従来の虹彩絞りによる小絞り回折が回避され、高精細画像を得ることができる。また、NDフィルタの光量調節の際にも、NDフィルタ内の光路長が不変のため、ピント移動や収差変動が生じることなく、画像劣化を生じない。 The light quantity adjusting device 200 described above has the same effects as those of the first embodiment and has a feature that the drive mechanism can be further reduced in size. Similarly to the first embodiment, the light amount adjusting device is incorporated in the photographing device of FIG. 7 and is controlled according to the flow diagram of FIG. 8 to adjust the light amount by the dimming action of the light amount adjusting device, that is, the ND filter. Small aperture diffraction by the conventional iris diaphragm is avoided, and a high-definition image can be obtained. Also, when adjusting the amount of light of the ND filter, since the optical path length in the ND filter is not changed, focus movement and aberration fluctuation do not occur, and image degradation does not occur.
本実施例は、実施例1、2に対して、固定光学楔及び可動光学楔の形状が異なるとともに、可動光学楔の駆動手段や遮光性液体の封止構造も異なっている。図11は本実施例の光学フィルタを備えた光量調節装置300の構造を示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。まず同図(b)を用いて光学フィルタの要部構成を説明する。 The present embodiment differs from the first and second embodiments in the shapes of the fixed optical wedge and the movable optical wedge, and the driving means of the movable optical wedge and the sealing structure of the light shielding liquid. FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the structure of a light amount adjusting device 300 provided with the optical filter of the present embodiment. FIG. 11A is a plan view and FIG. First, the configuration of the main part of the optical filter will be described with reference to FIG.
Cは光学フィルタの光軸、L1は光学フィルタに入射する光束、L2は光学フィルタから射出する光束である。301は固定の第1の光学楔(第1の光学部材)、302は可動の第2の光学楔(第2の光学部材)で、いずれもアクリル等の光学用透明樹脂、あるいはガラスモールドで成型された楔状光学素子である。 C is an optical axis of the optical filter, L1 is a light beam incident on the optical filter, and L2 is a light beam emitted from the optical filter. Reference numeral 301 denotes a fixed first optical wedge (first optical member), and 302 denotes a movable second optical wedge (second optical member), both of which are molded with an optical transparent resin such as acrylic or a glass mold. Wedge-shaped optical element.
ここで第1の光学楔301は、光軸Cに直交する面内で同図の左方向に向かって、厚さが連続的に増加する形状となっている。一方、可動式の第2の光学楔302は、同じく左方向に向かって、厚さが連続的に減少する形状となっている。そして、第1の光学楔301と第2の光学楔302の対向面は互いに平行で、入射光束の光軸に対して所定角度傾いている。 Here, the first optical wedge 301 has a shape in which the thickness continuously increases toward the left in the figure within a plane orthogonal to the optical axis C. On the other hand, the movable second optical wedge 302 has a shape in which the thickness continuously decreases toward the left. The opposing surfaces of the first optical wedge 301 and the second optical wedge 302 are parallel to each other and inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the incident light beam.
307は鉄等の軟磁性体からなる封止板で、第1の光学楔301の外周部に固着され、中央部には円形の開口部307cが設けられている。第2の光学楔302の上面全周には突起部302aが形成され、その内側には帯状磁石305が固着されている。そして、帯状磁石305の上面の磁極上には、磁性流体306が塗布されている。 Reference numeral 307 denotes a sealing plate made of a soft magnetic material such as iron, which is fixed to the outer periphery of the first optical wedge 301, and has a circular opening 307c at the center. A protrusion 302a is formed on the entire circumference of the upper surface of the second optical wedge 302, and a strip magnet 305 is fixed to the inside thereof. A magnetic fluid 306 is applied on the magnetic pole on the upper surface of the strip magnet 305.
上述の構成によれば、帯状磁石305は磁性流体306を介して封止板307に吸引されるため、第2の光学楔302も上方に吸引されて突起部302aが封止板307に当接する。 According to the above-described configuration, the band-shaped magnet 305 is attracted to the sealing plate 307 via the magnetic fluid 306, so that the second optical wedge 302 is also attracted upward and the protrusion 302 a comes into contact with the sealing plate 307. .
上述の構成及び作用により2個の光学楔(301、302)と封止板307によって密閉空間、すなわち液体収容部が形成され、この液体収容部には遮光性液体304が満たされる。遮光性液体304は、実施例1と同様にシリコーンオイルに黒色染料を溶解したものが用いられる。 With the above-described configuration and operation, the two optical wedges (301, 302) and the sealing plate 307 form a sealed space, that is, a liquid storage portion, and the liquid storage portion is filled with the light-shielding liquid 304. As the light-shielding liquid 304, a solution obtained by dissolving a black dye in silicone oil is used as in the first embodiment.
ここで第1の光学楔301、第2の光学楔302及び遮光性液体304は、すべて屈折率がほぼ等しい材料を用いることが好ましい。そして遮光性液体304は、第1の光学楔301と第2の光学楔302の対向面の間に均一の厚さの液体層304aを形成する。以上の部材で、光学フィルタ320が構成される。なお、図11(a)では、封止板307と遮光性液体304は不図示としている。 Here, it is preferable that the first optical wedge 301, the second optical wedge 302, and the light shielding liquid 304 are all made of materials having substantially the same refractive index. The light shielding liquid 304 forms a liquid layer 304 a having a uniform thickness between the opposing surfaces of the first optical wedge 301 and the second optical wedge 302. The optical filter 320 is composed of the above members. In FIG. 11A, the sealing plate 307 and the light shielding liquid 304 are not shown.
続いて、第2の光学楔302の駆動機構を図11(b)にて説明する。311は光学フィルタ320を固定して保持するための地板で、第1の光学楔301を接着固定するとともに、中央部には光学フィルタ320に入射した光束L1を通過させる円形の開口部311cが設けられる。 Next, the drive mechanism of the second optical wedge 302 will be described with reference to FIG. Reference numeral 311 denotes a ground plate for fixing and holding the optical filter 320. The first optical wedge 301 is bonded and fixed, and a circular opening 311c through which the light beam L1 incident on the optical filter 320 passes is provided at the center. It is done.
312、313はコイルで、封止板307の上面に固着される。ここで、コイル312が通電されると、コイル312と永久磁石305及び磁性流体306の間で吸引力が発生し、第2の光学楔302は同図において左方向に移動する。 Reference numerals 312 and 313 denote coils, which are fixed to the upper surface of the sealing plate 307. Here, when the coil 312 is energized, an attractive force is generated between the coil 312, the permanent magnet 305, and the magnetic fluid 306, and the second optical wedge 302 moves to the left in FIG.
一方、コイル313が通電されると、コイル313と永久磁石305及び磁性流体306の間で吸引力が発生し、第2の光学楔302は同図において右方向に移動する。この際、第2の光学楔302と封止板307の当接部には磁性流体306が介在するため、遮光性液体304は液室の外に洩れることなく封止される。 On the other hand, when the coil 313 is energized, an attractive force is generated between the coil 313, the permanent magnet 305, and the magnetic fluid 306, and the second optical wedge 302 moves to the right in FIG. At this time, since the magnetic fluid 306 is interposed in the contact portion between the second optical wedge 302 and the sealing plate 307, the light shielding liquid 304 is sealed without leaking out of the liquid chamber.
以上の各部材の立体的な形状を、図12の分解斜視図にて示す。同図において、第1の光学楔301は固定の光学部材であるとともに、第2の光学楔302と遮光性液体304(図12では不図示)を収容する容器を兼用している。そして、第2の光学楔302の上面全周には突起302aが形成され、突起の内側には前述の帯状磁石305と磁性流体306が収容される。さらに、液体収容部の蓋に相当する封止板307が載せられて遮光性液体304を封止し、その上面には2つのコイル312及び313が固着される。 The three-dimensional shape of each member described above is shown in the exploded perspective view of FIG. In the figure, a first optical wedge 301 is a fixed optical member, and also serves as a container for accommodating a second optical wedge 302 and a light shielding liquid 304 (not shown in FIG. 12). A protrusion 302a is formed on the entire circumference of the upper surface of the second optical wedge 302, and the above-described band magnet 305 and magnetic fluid 306 are accommodated inside the protrusion. Further, a sealing plate 307 corresponding to the lid of the liquid storage unit is placed to seal the light-shielding liquid 304, and two coils 312 and 313 are fixed to the upper surface thereof.
そして封止板307と帯状磁石305との間に働く吸引力で第2の光学楔302が封止板に当接する。すなわち本実施例においては、第1の光学楔301の内面(液室)と封止板307が、可動光学楔302の保持手段となる。 Then, the second optical wedge 302 comes into contact with the sealing plate with an attractive force acting between the sealing plate 307 and the strip magnet 305. That is, in this embodiment, the inner surface (liquid chamber) of the first optical wedge 301 and the sealing plate 307 serve as a holding unit for the movable optical wedge 302.
以上の構成において、コイル312に所定方向の電流が通電されると、帯状磁石305及び磁性流体306が吸引されて第2の光学楔302が左方向に移動する。一方、コイル313に所定方向の電流が通電されると、帯状磁石305及び磁性流体306が吸引されて第2の光学楔302が右方向に移動する。そして、不図示の磁気抵抗で帯状磁石305の位置を検出し、この検出結果に基づいてコイル312及び313への通電電流の比率を制御することで、第2の光学楔302の位置を制御可能である。 In the above configuration, when a current in a predetermined direction is applied to the coil 312, the strip magnet 305 and the magnetic fluid 306 are attracted and the second optical wedge 302 moves to the left. On the other hand, when a current in a predetermined direction is applied to the coil 313, the strip magnet 305 and the magnetic fluid 306 are attracted and the second optical wedge 302 moves to the right. The position of the second optical wedge 302 can be controlled by detecting the position of the strip magnet 305 with a magnetic resistance (not shown) and controlling the ratio of the current flowing to the coils 312 and 313 based on the detection result. It is.
よって図11(b)において、光学フィルタに入射した光束L1は、液体層304aで減衰され、開口部311cより射出光束L2として射出する。ここで、光学フィルタ320に入射した光束L1の光路内に位置する2つの光学楔(301、302)とその間の液体層304aは屈折率がほぼ等しいため、光束L1は光学フィルタ320内で屈折することなく直進し、光量のみが減じられる。そして,透過率調節の際にも、光学フィルタ320の光路長は不変のため、撮影光学系等に応用しても、ピント移動や光学収差の変動が生じない。 Therefore, in FIG. 11B, the light beam L1 incident on the optical filter is attenuated by the liquid layer 304a and is emitted as an emitted light beam L2 from the opening 311c. Here, the refractive index of the two optical wedges (301, 302) positioned in the optical path of the light beam L 1 incident on the optical filter 320 and the liquid layer 304 a therebetween is approximately equal, so that the light beam L 1 is refracted in the optical filter 320. Go straight without reducing the amount of light. Even when the transmittance is adjusted, the optical path length of the optical filter 320 is unchanged, so that even if it is applied to a photographic optical system or the like, focus movement and fluctuation of optical aberration do not occur.
本実施例の光学フィルタ320は、実施例1の光学フィルタ120に対して光学楔の数が少なくて済むので、装置の小型化と低コスト化が可能になる。 Since the optical filter 320 of the present embodiment requires fewer optical wedges than the optical filter 120 of the first embodiment, the apparatus can be reduced in size and cost.
また、磁性流体を用いて遮光性液体の封止及び可動光学楔の駆動を行なうため、液体の封止信頼性が向上する。また、実施例1と同様に、光量調節装置300を図7の撮影装置に組み込み、図8のフロー図に従って制御することで、光量調節装置すなわちNDフィルタの減光作用によって光量調節を行なうため、従来の虹彩絞りによる小絞り回折が回避され、高精細画像を得ることができる。また、NDフィルタの光量調節の際にも、NDフィルタ内の光路長が不変のため、ピント移動や収差変動が生じることなく、画像劣化を生じない。 Further, since the light shielding liquid is sealed and the movable optical wedge is driven using the magnetic fluid, the sealing reliability of the liquid is improved. Similarly to the first embodiment, the light amount adjusting device 300 is incorporated in the photographing device of FIG. 7 and is controlled according to the flow diagram of FIG. 8 to adjust the light amount by the dimming action of the light amount adjusting device, that is, the ND filter. Small aperture diffraction by the conventional iris diaphragm is avoided, and a high-definition image can be obtained. Also, when adjusting the amount of light of the ND filter, since the optical path length in the ND filter is not changed, focus movement and aberration fluctuation do not occur, and image degradation does not occur.
上述の各実施例によれば、光学フィルタによれば、固定光学楔と可動光学楔の間に厚さが均一の遮光用液体層を設け、可動光学楔の位置を変えることで前記液体層の厚さを変え、透過光束の透過率を所望の値に制御できる。この際、光学特性の入射光依存性、入射角度依存性が少なく、かつ光路長変化も生じない。よって、当光学フィルタを撮影装置に応用すれば、従来の虹彩絞りによる光量調節の際に生じていた小絞り回折を回避するとともに、像面照度の偏りがなく、ピント移動や光学収差変動も抑制できるため、高精彩画像を得ることができる。 According to each of the above-described embodiments, according to the optical filter, the light shielding liquid layer having a uniform thickness is provided between the fixed optical wedge and the movable optical wedge, and the position of the movable optical wedge is changed by changing the position of the movable optical wedge. The transmittance can be controlled to a desired value by changing the thickness. At this time, the optical characteristics are less dependent on incident light and incident angle, and the optical path length does not change. Therefore, if this optical filter is applied to an imaging device, it avoids the small aperture diffraction that occurs when adjusting the amount of light with the conventional iris diaphragm, and there is no bias in the image plane illuminance, suppressing focus movement and fluctuations in optical aberrations. Therefore, a high-definition image can be obtained.
C・・・光軸 L1・・・入射光束 L2・・・射出光束
100、200、300・・・光量調節装置(NDフィルタ)
120、220、320・・・光学フィルタ
101、102、201、202、301・・・第1の光学楔
103、203、302・・・第2の光学楔
104、204、304・・・遮光性液体
104a、104b、204a、204b、304a・・・液体層
105・・・駆動軸 106・・・液体封止部材
111、211、311・・・地板
112・・・ステップモータ 116・・・駆動レバー
205、206・・・永久磁石 212・・・コイル 213・・・ヨーク
305・・・帯状永久磁石 306・・・磁性流体 307・・・封止板
312、313・・・コイル 213・・・ヨーク
400・・・撮影光学系 411・・・CCD 431・・・CPU
432・・・NDフィルタ駆動回路
433・・・シャッタ機構 434・・・シャッタ駆動回路
C: Optical axis L1: Incident light beam L2: Emission light beam 100, 200, 300: Light amount adjusting device (ND filter)
120, 220, 320 ... optical filters 101, 102, 201, 202, 301 ... first optical wedges 103, 203, 302 ... second optical wedges 104, 204, 304 ... light shielding properties Liquid 104a, 104b, 204a, 204b, 304a ... Liquid layer 105 ... Drive shaft 106 ... Liquid sealing member 111, 211, 311 ... Base plate 112 ... Step motor 116 ... Drive lever 205, 206 ... Permanent magnet 212 ... Coil 213 ... Yoke
305 ... strip-shaped permanent magnet 306 ... magnetic fluid 307 ... sealing plate
312, 313 ... Coil 213 ... Yoke 400 ... Shooting optical system 411 ... CCD 431 ... CPU
432: ND filter drive circuit 433 ... Shutter mechanism 434 ... Shutter drive circuit
Claims (10)
前記第1および第2の光学部材の間に形成される液体層とを有し、
前記第1および第2の光学部材が光軸直交方向に相対移動することにより、前記液体層の光軸方向厚さが変化することを特徴とする光学素子。 First and second optical members arranged in the optical axis direction;
A liquid layer formed between the first and second optical members,
An optical element characterized in that the thickness of the liquid layer in the optical axis direction changes as the first and second optical members move relative to each other in the direction perpendicular to the optical axis.
前記第2の光学部材は、前記光軸直交方向に移動可能であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光学素子。 The first optical member is fixed in the optical axis orthogonal direction,
The optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein the second optical member is movable in the direction perpendicular to the optical axis.
前記第2の光学部材は、前記液体収容部内に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。 In the first optical member, a liquid storage portion in which a liquid forming the liquid layer is stored is formed,
The optical element according to claim 1, wherein the second optical member is disposed in the liquid container.
前記2つの第1の光学部材のうち一方の第1の光学部材と前記第2の光学部材との間に第1の液体層が形成され、他方の第1の光学部材と前記第2の光学部材との間に第2の液体層が形成されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の光学素子。 Two first optical members are arranged on both sides of the second optical member in the optical axis direction;
A first liquid layer is formed between one of the two first optical members and the second optical member, and the other first optical member and the second optical member are formed. The optical element according to any one of claims 1 to 5, wherein a second liquid layer is formed between the member and the member.
前記第1および第2の光学部材を前記光軸直交方向に相対駆動する駆動手段とを有することを特徴とする光学フィルタ装置。 An optical element according to any one of claims 1 to 7,
An optical filter device comprising drive means for relatively driving the first and second optical members in the direction perpendicular to the optical axis.
The optical apparatus according to claim 8, further comprising an image sensor that photoelectrically converts the object image.
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Cited By (4)
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| JP2010510542A (en) * | 2006-11-16 | 2010-04-02 | テッセラ・ノース・アメリカ・インコーポレイテッド | Control of stray light and related method in camera system employing optical laminate |
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2003
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