(57)【要約】【課題】生産性に優れたＮＤフィルターの製造方法、該製造方法によるＮＤフィルターを有する光学系、光学機器を提供する。【解決手段】透過率が一定な第１の領域と、透過率が連続的に変化する第２の領域とを有する層を基板３に形成するＮＤフィルターを、前記基板に密着して前記基板を覆う部分と前記基板から所定の間隔離れた位置に保持され前記基板を覆う部分とを有するマスク４ａ、４ｂ、４ｃを介して、前記層の原材料を前記基板に堆積させるようにして製造する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過率が一定な第１の領域と、透過率が連続的に変化する第２の領域とを有する層を基板に形成するＮＤフィルターの製造方法であって、
前記基板に密着して前記基板を覆う部分と前記基板から所定の間隔離れた位置に保持され前記基板を覆う部分とを有するマスクを介して、前記層の原材料を前記基板に堆積させる工程を有することを特徴とするＮＤフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記基板から所定の間隔離れた位置に保持され前記基板を覆う部分によって覆われる部分の前記基板に堆積する層が、前記第２の領域であることを特徴とする請求項１に記載のＮＤフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記第２の領域は、層の厚さが連続的に変化していることを特徴とする請求項１または２に記載のＮＤフィルターの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造されたＮＤフィルターを有することを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルター（以下、ＮＤフィルターと記す）の製造方法、該製造方法によるＮＤフィルターを有する光学系、光学機器に関し、特にビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮影装置に好適な光量調整装置に用いられ、画素ピッチの小さな撮像素子においても光学性能の劣化を抑制することが可能なＮＤフィルターの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ等の撮影装置の撮影光学系には、複数枚の絞り羽根で形成する開口径を変化させて光量を調整する光量調整装置が使用されている。このような光量調整装置では、高輝度被写体を撮影時に開口径が小さくなりすぎると光の回折による光学性能劣化が問題となる。
【０００３】
そこで、明るい被写体条件でも開口径が小さくなり過ぎないようにするため、絞り羽根とＮＤフィルターを併用した光量調整装置が提案され実用化されている。
このような光量調整装置として、従来においては、例えば特許文献１のように、絞り羽根で形成される開口内に位置するようにＮＤフィルターが絞り羽根に貼付けられ、ＮＤフィルターはそれぞれ均一な透過率に設定された第１の領域の透過率と連続的に透過率が変化する第２の領域とを有し、前記絞り装置の絞り開口が設定された小絞り開口になるときに、前記フィルター部材の第１の領域だけが前記絞り羽根により形成される絞り開口内に位置するようにした絞り装置が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２のように、開放から所定の開口面積までは機械的な絞り羽根を移動させ、一定の絞り値以下の小絞り制御は濃淡によって透光度が連続的に変化しているＮＤフィルターを透過率の高いフィルター部から順に開口に進入させるようにした絞り装置が提案されている。あるいは、特許文献３のように、複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの透過率による回折現象が与える光学性能への影響に関する対策を施した露出制御機構を有する撮像装置が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２７５４５１８号公報
【特許文献２】特開昭５２−１１７１２７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０６６４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載のＮＤフィルターは、その製造方法に関してまだ改良の余地があると本発明者は考えた。
そこで、本発明は、生産性に優れたＮＤフィルターの製造方法、該製造方法によるＮＤフィルターを有する光学系、光学機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のように構成したＮＤフィルターの製造方法、該製造方法によるＮＤフィルターを有する光学系、光学機器を提供する。
すなわち、本発明のＮＤフィルターの製造方法は透過率が一定な第１の領域と、透過率が連続的に変化する第２の領域とを有する層を基板に形成するＮＤフィルターの製造方法であって、前記基板に密着して前記基板を覆う部分と前記基板から所定の間隔離れた位置に保持され前記基板を覆う部分とを有するマスクを介して、前記層の原材料を前記基板に堆積させる工程を有することを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルターの製造方法においては、前記基板から所定の間隔離れた位置に保持され前記基板を覆う部分によって覆われる部分の前記基板に堆積する層を、前記第２の領域とし、この第２の領域を、層の厚さが連続的に変化するように構成することができる。
また、本発明の光学系は、上記した本発明のＮＤフィルターの製造方法を用いて製造されたＮＤフィルターによって構成することができる。
また、本発明の光学機器は、上記光学系を用いて構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
まず、本発明の実施例１におけるグラデーションＮＤフィルタ及びそれを有する光量調整装置及び光学系について説明する。
撮影レンズは、撮像素子イメージサイズ対角３ｍｍ、画素ピッチ２．５μｍ用のものを想定し、その仕様は、焦点距離２．５ｍｍ、ＦＮｏ．１．８とし、無収差の理想レンズを用いて説明する。
レンズ断面図を図６に示す。無収差の理想レンズＬに入射する光を絞りＳが絞り込み、入射光束の開口径Ｄを調整する。入射光束は理想レンズＬで集光され、焦点距離ｆの位置にある像面Ｉに結像される。
この絞りＳの開口形状を変化させると共に、絞り開口を通過する光量を減衰させるためのフィルター部材が絞り開口部にかかる面積を制御し光量調整を行う。
【０００９】
次に、この光量調整装置である絞り装置Ｓの具体的な構成について図４を用いて説明する。
図４（ａ）は絞り装置の断面図、（ｂ）〜（ｆ）はそれぞれ絞り装置の開口を開放状態から閉切状態まで変化させたときの様子を示した図である。絞り装置Ｓは絞り羽根９，１０により構成され、この絞り羽根９，１０が紙面上下方向に相対的に駆動することにより両者によって形成される開口の形状（開口の面積）が変化する。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、絞り羽根１０にはグラデーションＮＤフィルタが固着してある。グラデーションＮＤフィルタはフィルム状の樹脂製フィルターベース３の表面の一部に透過光量を減衰させるためのＮＤ蒸着膜５が形成されている。ＮＤ蒸着膜５は、膜厚が一定で、透過率が低く、一定である低透過率領域５ａと、楔状に傾斜膜として蒸着され、膜厚が連続的に変化することにより透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域５ｂを有している。
また、フィルターベースにはＮＤ蒸着膜５が蒸着されていない領域も存在する。この領域はＮＤ蒸着膜５による透過光量の減衰がなく、ほぼ均一で高透過率であり、透明部領域５ｃと呼ぶ。フィルター部材３は、絞り羽根９，１０が開口を形成する際、開口の内部に配置されるように絞り羽根１０に固着されている。
絞り羽根９，１０を駆動し、絞り装置の開口を開放状態から閉切状態まで変化させたときの様子が図４（ｂ）〜図４（ｆ）である。図４（ｂ）が絞り開口を開放状態にしたときの図で、絞り開口の開放ＦＮｏ．を１．８にしたときの状態が（ｃ）、３．３にしたときの状態が（ｄ）、５にしたときの状態が（ｅ）、開口が無くなった閉切状態が（ｆ）である。
【００１０】
続いて、グラデーションＮＤフィルタについて図３を用いてより詳細に説明する。図３は、グラデーションＮＤフィルタの断面図である。高透過率の樹脂製のフィルター部材３上に、透過光量を減衰させるＮＤ蒸着膜５が蒸着されている。このＮＤ蒸着膜は、複数の層を積層した多層膜で形成されており、各層の材料、及び層構成を表１に示した。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
ＮＤ蒸着膜５は、膜厚が一定で、透過光量の減衰が一定の低透過率領域５ａと、膜厚が徐々に薄くなる傾斜膜の部分であるグラデーションＮＤ領域５ｂの２つの領域がある。グラデーションＮＤ領域の低透過率領域５ａと反対側は、ＮＤ蒸着膜５が存在しない透明部領域５ｃである。グラデーションＮＤ領域５ｂの膜厚は、低透過率領域５ａ側でほぼ低透過率領域５ａと等しい。ここから、透明部領域５ｃに向けて徐々に膜厚が減少する。ただし、傾斜膜の膜厚が極めて薄くなると、その部分では膜特性が不安定になり、反射率が高くなったりし、制御が困難であるため、この部分の膜はカットしている。それが、蒸着傾斜膜カット部５ｅである。傾斜膜のカットした部分には段差を生じることになるが、ここを濃度段差境界部５ｄと呼ぶ。段差の高さは、境界部分のＮＤ蒸着膜を透過した光と、透明部領域５ｃを透過した光との波面の位相差がλ／４以下になるような高さが望ましい。位相差がλ／４以上になると、結像性能が劣化する恐れがある。
【００１３】
続いて、上記グラデーションＮＤフィルタの製造方法について説明する。
図１は、本発明の実施例１における絞り装置に用いるグラデーションＮＤフィルタの製造方法を説明するための概略断面図である。
図中の真空蒸着窯１の中に蒸着基板保持部材２があり、フィルター基板３は蒸着基板保持部材２と蒸着マスク４の間に挟まれて配置される。
蒸着源７に装填された蒸着物質６が真空中に蒸発し、フィルター基板３上にＮＤ蒸着膜５が真空蒸着される。蒸着物質６は、複数種類あり、異なる蒸着物質を交互に蒸発させ、フィルター基板３上に多層膜を成膜している。
蒸着中は蒸着基板保持部材２は回転軸８を中心として回転しながら真空蒸着による成膜を行う。
蒸着マスク４はマスク密着部４ａ、マスク隙間部４ｂ、マスク開口部４ｃで構成されている。
【００１４】
つぎに、蒸着マスク部分の拡大図を図２に示す。
マスク密着部４ａはマスクがフィルター基板に密着して完全に遮光されているので、マスク４ａの下の部分のフィルター基板３には蒸着物質は蒸着されない。
マスク隙間部４ｂはマスクとフィルター基板に適切な隙間を設定し不完全に遮光し、真空蒸着中に蒸着物質が回り込む現象を利用し、マスク開口部４ｃからマスク密着部４ａ方向に向かって膜厚が徐々に薄くなる傾斜膜のＮＤ蒸着多層膜５をマスク４ｂの下のフィルター基板３上に成膜する。
マスク開口部４ｃは全く遮光されていないので、マスク４ｃの下のフィルター基板３上には均一な膜厚と濃度のＮＤ蒸着多層膜５が成膜される。
マスク隙間部４ｂの幅（フィルター基板３に平行方向の幅）を制御することでグラデーションＮＤ領域の幅を適切に制御することができる。またマスク隙間部４ｂの下のフィルター基板と蒸着マスクの隙間量を制御することで蒸着物質の回り込み量を制御し、適切な膜厚の傾斜膜の設定が可能であり、膜厚変化に応じたグラデーションＮＤ領域の濃度勾配設定が可能である。
【００１５】
図３に、本実施例における成膜されたグラデーションＮＤフィルターの断面図を示す。
フィルター基板３の表面にＮＤ蒸着多層膜５を成膜している。
蒸着多層膜５は均一膜厚で均一濃度の低透過率領域５ａと、膜厚が徐々に薄くなるグラデーションＮＤ領域５ｂとで構成されている。
均一濃度の低透過率領域５ａのＮＤ濃度はＮＤ１．２に設定している。
【００１６】
透過率とＮＤ濃度の関係は
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ＮＤ１．２に相当する透過率は６．３１％である。
グラデーションＮＤ領域５ｂのＮＤ濃度はＮＤ１．２からＮＤ０．２に連続的に変化させている。透過率に換算すると透過率６．３１％から６３．１％の連続的変化である。
透明部領域５ｃはＮＤ蒸着膜がかかっていない領域であるが、フィルター基板の内部透過率と表面反射の影響があるため透過率は１００％にならず９０％程度（ＮＤ０．０５相当）である。
【００１７】
ここで、図３の蒸着傾斜膜カット部５ｅの部分はマスク密着部で蒸着膜をカットした部分である。この蒸着傾斜膜が極薄い部分の膜は膜特性が不安定になり反射率が高くなったりし、制御が困難であるため、この部分の膜をカットしている。濃度段差境界部５ｄでの濃度段差はＮＤ０．１以上ＮＤ０．５以下の設定にしている。
実際にグラデーションＮＤフィルターを設定した大きさに切断加工し、所定の位置に貼り付けるためにはグラデーションＮＤフィルターの位置を正確に決める必要があるが、濃度が連続的に変化するグラデーションＮＤフィルターの場合、境界部がなく何処を基準に位置決めするかが問題になる。
【００１８】
本実施例の場合、図５に示されるように、グラデーションＮＤ領域５ｂと透明部領域５ｃとの濃度段差境界部５ｄを設け、ここを位置決め基準とすることで正確にＮＤフィルターの切断加工及び、絞り装置への適切な貼り付け位置決定が可能となる。
濃度段差ＮＤ０．１以上あれば境界部を認識可能である。濃度段差境界部を画像認識装置等で検知し、その位置情報を基に位置決めし所定の大きさにグラデーションＮＤフィルターを切り抜き、光量調整装置の所定の位置に貼り付ける。
【００１９】
光量調整装置の所定の位置にグラデーションＮＤフィルターを貼り付ける際、濃度段差境界部を位置決め基準にし正確に切り取られたグラデーションＮＤフィルターは、切断面の端面を基準に機械的に突き当てて貼り付け位置決めすることが可能である。
より正確に光量調整装置の所定の位置にグラデーションＮＤフィルターを貼り付けるには、貼付け時にグラデーションＮＤフィルターの濃度段差境界部を画像認識装置等で検知し、その境界部の位置情報を基に位置合わせを行い貼り付けることが望ましい。
境界部の濃度段差はＮＤ０．５より大きくすると濃度段差による回折の影響、濃度段差を設定するための膜厚段差の影響で光学性能が劣化する。そこで、濃度段差はＮＤ０．５以下に設定することが望ましい。
【００２０】
続いて、本実施例の製造方法により、作成したグラデーションＮＤフィルターの光学特性について述べる。上記表１に示されたＮＤ多層膜は、濃度ＮＤ１．３で光学膜厚は７８７ｎｍ、機械膜厚は４９６ｎｍである。濃度ＮＤ１．３の低透過領域５ａを透過した光と、透明部領域５ｃを透過した光とでは、光路長差を生じるが、その長さは、ＮＤ多層膜の光学膜厚と機械膜厚の差、即ち、２９１ｎｍになる。
波長λ＝５５０ｎｍで計算すると、この膜厚段差部を透過する光の透過波面位相差は０．５３λになる。
ＮＤ濃度と膜厚はほぼ比例関係にあるので、
透過波面位相差が１／５λに相当するＮＤ濃度は、
ＮＤ１．３×０．２λ／０．５３λ≒ＮＤ０．５
したがって透過波面位相段差を１／５λ以下に押えるためには、グラデーションＮＤ傾斜膜のカットする部分のＮＤ濃度はＮＤ０．５以下であれば良い。
【００２１】
本実施例のＮＤフィルターを用いたときの、光学性能を図７に示す。
フィルターの大きさは絞り開口Ｆ３．３状態（Ｃ）で覆いきるサイズに設定し、グラデーションＮＤ領域は濃度ＮＤ１．２からＮＤ０．２の濃度変化が、絞り開口Ｆ５状態（Ｄ）を覆いきるサイズに設定し、透明部とグラデーションＮＤ境界部の濃度差をＮＤ０．２としている。
【００２２】
開放状態（Ａ）ではフィルター厚み境界部がほぼ開放の半分にあるのでＭＴＦ値が６８％まで下がっているが、許容できるレベルである。絞りＦ２．４状態（Ｂ）でもＭＴＦ値４９％を維持している。従来光学性能劣化が問題となっていたＦ３．３状態（Ｃ）からＦ５状態（Ｄ）の間での光学性能劣化は無く、ＭＴＦ値は５９％まで上がり良好な値を維持している。
更に絞りＦ８状態（Ｅ）でＴＮｏ．２２に相当し、そのときのＭＴＦ値は３０％を維持している。
【００２３】
［実施例２］
実施例２のＮＤフィルターでは、均一濃度の低透過率領域のＮＤ濃度をＮＤ１．５に設定した。実施例２のＮＤフィルターは、前述の実施例１と同じ製造方法で作成している。また、ＮＤ蒸着膜５の層構成は、表１と同じである。
また、グラデーションＮＤ領域は濃度ＮＤ１．５からＮＤ０．５の傾斜膜を設定し、ＮＤ０．５以下の膜厚部分はマスクでカットしている。マスクでカットした境界部分に透過波面位相差が１／５λ生じる。
濃度ＮＤ１．５の膜厚は表１のＮＤ１．３を（１．５／１．３）倍比例している。
【００２４】
本実施例のＮＤフィルターを用いたときの、光学性能を図８に示す。
グラデーションＮＤ領域のＮＤ濃度をＮＤ１．５〜ＮＤ０．５とした。透明部とグラデーションＮＤ領域の境界部にＮＤ濃度の段差がＮＤ０．５存在する場合である。この境界部での透過波面位相差は１／５λ存在する。
絞りＦ３．３状態（Ｃ）からＦ５状態（Ｄ）の間でＭＴＦ値は２２％まで劣化する。光学性能劣化の主原因は透明部とグラデーションＮＤ領域の境界部に透過波面位相差が１／５λ存在するからである。この実施例からグラデーションＮＤを用いても境界部の透過波面位相差が１／５λ以上存在すると光学性能向上の効果がないことがわかる。
【００２５】
［実施例３］
実施例３のＮＤフィルターは、均一濃度の低透過率領域のＮＤ濃度をＮＤ１．７に設定した。実施例３のＮＤフィルターは、前述の実施例１と同じ製造方法で作成している。また、ＮＤ蒸着膜５の層構成は、表１と同じである。
また、濃度ＮＤ１．７の膜厚は表１のＮＤ１．３を（２．０／１．３）倍比例している。
グラデーションＮＤ領域は濃度ＮＤ１．７からＮＤ０．２の傾斜膜を設定し、ＮＤ０．２以下の膜厚部分はマスクでカットしている。
【００２６】
本実施例のＮＤフィルターを用いたときの、光学性能を図９に示す。
グラデーションＮＤのＮＤ濃度をＮＤ１．７〜ＮＤ０．２とした。
開放状態（Ａ）からＦ５状態（Ｄ）までＭＴＦ値は４２％以上を維持しており良好である。ＮＤ濃度の濃い部分がＮＤ１．７（透過率２％）であるため高輝度被写体時ＴＮｏ．２２状態でも絞り開口はＦ６．８で、ＭＴＦ値は４５％を維持できている。しかし、ＮＤ濃度が１．７よりも濃くなりすぎると、中間絞り状態において開口部に透明部分と濃度ＮＤ１．７の部分が存在するため、撮影画面の上側と下側の光量に差が生じ、シェーディングと呼ばれる光量むらの問題が発生する。そのためグラデーションＮＤの濃度はＮＤ１．７以下の範囲で設定することが好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、生産性に優れたＮＤフィルターの製造方法、これらを用いた光量調整装置、該光量調整装置を有するカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のグラデーションＮＤフィルターの製造方法を説明するための概略断面図。
【図２】本発明の実施例１のグラデーションＮＤフィルターの製造方法における蒸着マスクを説明するための断面図。
【図３】本発明の実施例１におけるグラデーションＮＤフィルターの構成を説明するための断面図。
【図４】本発明の実施例１におけるグラデーションＮＤフィルターを併用した絞り羽根による開口形状を説明するための図。
【図５】本発明の実施例１におけるグラデーションＮＤフィルターの切断位置決め等を説明するための図。
【図６】本発明を説明するために用いた無収差の理想レンズと絞りの構成を示す断面図。
【図７】本発明の実施例１におけるグラデーションＮＤフィルターの光学性能を説明するための図。
【図８】本発明の実施例２におけるグラデーションＮＤフィルターの光学性能を説明するための図。
【図９】本発明の実施例３におけるグラデーションＮＤフィルターの光学性能を説明するための図。
【符号の説明】
１：真空蒸着窯
２：蒸着基板保持部材
３：フィルター基板
４：蒸着マスク
５：ＮＤ蒸着多層膜
６：蒸着物質
７：蒸着源
８：回転軸
９、１０：絞り羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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