(57)【要約】【課題】本発明は、上記した問題点に鑑み、開口絞りの小絞り回折を回避することができる光量調整装置及び該光量調整装置を備えた撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤフィルターＮＤ１、ＮＤ２を２枚対向して配置し、対称的に光路ＬＤ内に挿入離脱させることにより、場所により濃度が不均一なグラデーションＮＤの特性を打ち消して、広い可変濃度範囲を持つ光量調整装置２を実現し、開口絞りＳｔと連動させることにより、グラデーションＮＤフィルターの製造上の都合による画質劣化の原因となる状態で使わないようなプログラムＡＥとすることで、レンズの小絞りによる回折や、位相差による画質劣化の少ない撮像装置１を実現した。【選択図】図２
2007292828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域を有するフィルター部材を２枚対向して且つ濃淡の変化方向が反対向きになるように配置し、
前記フィルター部材を対称的に移動可能に構成した
ことを特徴とする光量調整装置。
【請求項２】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域を有し、
最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて光路全体を覆う
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】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域を有し、
最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材は共に光路から退避する
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４】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有し、
最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、
透過光量を制限するときは、前記１枚又は２枚のフィルター部材の最低濃度領域を光路内に挿入して光路全体を覆い、次に反対側の位置から２枚のフィルター部材のグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から光路に挿入して、透過光量を減衰させる
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５】
前記フィルター部材は、均一濃度の最大濃度領域を有し、
前記最大濃度領域は光路内に挿入しない
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６】
前記グラデーションＮＤ領域を、最も濃度が高くなる位置まで光路に挿入したときの光路中央部における１枚のフィルター部材のＮＤ濃度が０．５から１．０で、
前記グラデーションＮＤ領域のグラデーション方向の長さは光路を覆うのに必要な長さの１．０倍から２．０倍である
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７】
上記グラデーションＮＤ領域と透明部領域との境界部を通過する所定の波長λの光の位相差がλ／１０以下である
ことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の光量調整装置。
【請求項８】
レンズと光量調整装置と撮像素子を有する撮像装置において、
前記光量調整装置は、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域を有するフィルター部材を２枚対向して且つ濃淡の変化方向が反対向きになるように配置し、
前記フィルター部材を対称的に移動可能に構成した
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域を有し、
最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて光路全体を覆う
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域を有し、
最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材は共に光路から退避する
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有し、
最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、
透過光量を制限するときは、前記１枚又は２枚のフィルター部材の最低濃度領域を光路内に挿入して光路全体を覆い、次に反対側の位置から２枚のフィルター部材のグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から光路に挿入して、透過光量を減衰させる
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１２】
色分解プリズムを備えており、
前記光量調整装置をグラデーションＮＤ領域のグラデーション方向とプリズムの色分解の方向が一致するように配置した
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１３】
物体側より順に、複数の絞り羽根からなる開口絞りを有するレンズと、前記光量調整装置と、色分解プリズムと、撮像素子を配置した
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１４】
物体側より順に、複数の絞り羽根からなる開口絞りを有する着脱可能なレンズと、保護ガラス又は光学的ローパスフィルター又は赤外線カットフィルターのいずれかを含む固定の平行平面部材と、前記光量調整装置と、色分解プリズムと、撮像素子を配置した
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記開口絞りで規定されるＦ値と、前記光量調整装置で制限される透過光量との好ましい組み合わせを記憶したプログラムＡＥデータ記憶部を有し、
前記撮像素子からの出力信号に基づいて、前記プログラムＡＥデータ記憶部から前記好ましい組み合わせを取り出し、
前記好ましい組み合わせとなるように、前記開口絞り及び光量調整装置を設定する
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記開口絞りで規定されるＦ値と、前記光量調整装置で制限される透過光量と、電子シャッターのシャッタースピードとの好ましい組み合わせを記憶したプログラムＡＥデータ記憶部を有し、
前記撮像素子からの出力信号に基づいて、前記プログラムＡＥデータ記憶部から前記好ましい組み合わせを取り出し、
前記好ましい組み合わせとなるように、前記開口絞り、光量調整装置及び電子シャッターを設定する
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域を有していて、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて光路全体を覆うようにし、
被写体輝度の遷移に応じて、前記Ｆ値の設定及び／又は電子シャッターの設定並びにフィルター部材の移動を同時に行うことにより、
前記２枚のフィルター部材の透明部領域とグラデーションＮＤ領域との境界部同士が近接する位置及び該位置の近傍が光路内で停止することのないように構成した
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域を有していて、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材は共に光路から退避し、
前記最低濃度領域の光路に対する挿入離脱に際し、被写体輝度の遷移に応じて、前記Ｆ値の設定及び／又は電子シャッターの設定並びにフィルター部材の移動を同時に行うことにより、
フィルター部材の先端部が光路内で停止することのないように構成した
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有していて、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、透過光量を制限するときは、前記１枚又は２枚のフィルター部材の最低濃度領域を光路内に挿入して光路全体を覆い、次に反対側の位置から２枚のフィルター部材のグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から光路に挿入して、透過光量を減衰させ、
前記最低濃度領域の光路に対する挿入離脱に際し、被写体輝度の遷移に応じて、前記Ｆ値の設定及び／又は電子シャッターの設定並びにフィルター部材の移動を同時に行うことにより、
フィルター部材の透明部領域と最低濃度領域との境界部が光路内で停止することのないように構成した
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項２０】
外部からの操作により複数の絞り羽根からなる開口絞りで規定されるＦ値を任意に設定可能とし、
被写体輝度の遷移に応じて、前記任意に設定されたＦ値に対応した前記透過光量又は透過光量と電子シャッターのシャッタースピードとの組み合わせとするように、前記光量調整装置又は光量調整装置と電子シャッターとを設定する
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記グラデーションＮＤ領域と透明部領域との境界部を通過する所定の波長λの光の位相差がλ／１０以下である
ことを特徴とする請求項９又は請求項１１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な光量調整装置及び撮像装置に関しする。詳しくは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子により受光するカメラに好適な、画質劣化の少ない光量調整装置及び該光量調整装置を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の入射光量調整手段としては開口絞りが一般的であるが、小絞り（Ｆ値が大きく）になると回折現象による画質劣化が問題になることが古くから指摘されていた。その解決手段として、ＮＤフィルターにより透過光量を減衰させることが種々提案されている。例えば、特許文献１では、レンズと撮像素子との間に数種類の透過率を有するＮＤフィルターを配置し、被写体の明るさに応じて透過率の違うＮＤフィルターに切り替えて、開口絞りが小絞りになることを防止することが提案されている。特許文献２では、同様のＮＤフィルターの切り替えに加えて、機械的シャッターにより露出時間を制限することが提案されている。特許文献３では、撮像素子からの出力信号に基づき、開口絞りとＮＤフィルターの濃度の切り替えを自動的に行い、開口絞りを回折劣化が著しくなる範囲にならないように制御することが提案されている。
【０００３】
特許文献４では、ＮＤフィルターを印加電圧によって透過率が変わるエレクトロクロミックで構成することが提案されている。特許文献５では、特許文献４と同様にエレクトロクロミックを使用し、色分解プリズムを用いる撮像装置で、レンズとプリズムの間に可変濃度ＮＤフィルターを配置することが提案されている。
【０００４】
特許文献６では、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤフィルターを複数用い、その重ね合わせにより濃度を変化させることが提案されている。特許文献７では、ＮＤフィルター部材の端縁部が開口部に挿入されると、波面に位相差が生じ、画質劣化の原因になることが示唆されており、絞り開放時に透明領域が開口を覆い、透明領域に隣接するグラデーションＮＤ領域を開口部に挿入させて光量調整することが提案されている。特許文献８では、グラデーションＮＤ領域と透明部領域を有するフィルターを開口部に挿入したときの画質劣化の原因について示唆されており、フィルターが開口部の途中まで挿入されたとき、絞り羽根とＮＤフィルターで囲まれた領域が小絞りのような働きをする回折現象、フィルター部材の端縁部が開口部に存在するときの波面の大きな位相差、フィルターの透明部領域とグラデーションＮＤ領域との境界部で生じる波面の小さな位相差、という３つの要因で画質劣化が生じることがシミュレーションによる実験的な考察として示唆されている。特許文献９では、フィルムベース上に透明部領域とＮＤ領域とを２箇所形成し、開口部に対して互いに反対の方向からＮＤ領域を挿入する光量調整装置が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１８４１３５号公報
【特許文献２】特開２００４−５３６３３号公報
【特許文献３】特開２００５−３４８１４０号公報
【特許文献４】特開平６−９０４０３号公報
【特許文献５】特開２００６−３４３７号公報
【特許文献６】特開昭５２−１１７１２７号公報
【特許文献７】特開平６−２６５９７１号公報
【特許文献８】特開２００４−２０５９５１号公報
【特許文献９】特開２００３−２４１２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮像装置を動画を撮影するビデオカメラとして考えると、前記したいずれの提案も実施するには種々の課題がある。
【０００７】
特許文献１乃至３で示された装置では、段階的に濃度の異なるＮＤフィルターを用意して、小絞りにならないように切り替えるが、ＮＤフィルターの光路内への挿入離脱が動画の画面に影響を与えてしまい、再生画が不自然になる。具体的には、ＮＤフィルターが撮像素子に近い位置に配置されていると、ＮＤフィルターが光路を半分覆ったとき、画面に明るい部分と暗い部分が半分ずつ生じ、ＮＤフィルターの挿入離脱にあわせて明暗の境界部が画面内を移動する。この挿入離脱を一瞬に行えば明暗の境界部の移動は目立たなくなるが、ＮＤ濃度の変更にあわせて開口絞りのＦ値を変更して露出を調整することが間に合わず、画面が一瞬明るくなったり、一瞬暗くなるという現象となって録画されてしまう。ＮＤフィルターを開口絞りに隣接して配置した場合は、明暗の境界部が画面を横切る現象は目立たなくなるが、前景又は背景のボケた映像が、ＮＤフィルターの挿入離脱にあわせて移動するように見える現象が録画されてしまう。
【０００８】
特許文献４と５で示された装置では、ＮＤフィルターとしてエレクトロクロミックが応用されていて、実用上十分な特性が安定的に安価に大量に得られるようになれば理想的な光量調整装置といえるが、現状では可視光領域における分光透過率特性の平坦性、印加電圧に対する応答性、最大透過率と最大濃度との間の十分な調光範囲、耐久性、また、それぞれの特性の温度依存性や経年変化など、材料や製造方法に起因する課題が山積しており、ビデオカメラに応用できる性能にはほど遠い。
【０００９】
特許文献６で示された装置では、絞り羽根で形成された所定の絞り開口部を、絞り羽根に類似した形状のグラデーションＮＤフィルター２枚で徐々に覆う手段が示されているが、特許文献７及び８で示唆されているフィルター部材の端縁部により生じる位相差については考慮されていない。
【００１０】
特許文献７で示された装置では、フィルター部材の端縁部の影響は解決されているが、グラデーションＮＤフィルターの作成方法について触れられておらず、蒸着膜によってＮＤ効果を得る場合に課題となるグラデーションＮＤ領域と透明領域によって生じる位相差の影響について考慮されていない。グラデーションＮＤフィルターは監視用ビデオカメラなどでは写真用銀塩フィルムで銀粒子によりグラデーション効果を出したものが知られていて、これによれば位相差は生じにくいが、銀塩粒子による光の散乱が問題となることが予想され、グラデーションＮＤフィルターの制作方法について何ら示唆されていないため、実施は困難と言える。
【００１１】
特許文献８で示された装置では、絞り羽根と濃度の高いＮＤフィルターで囲まれる素通し部が、小絞りと同様の働きをするために生じる回折現象を緩和する目的でグラデーションＮＤを使用したことは、ある程度の効果が期待できる。しかし、実施例を見る限り、フィルター部材の端縁部による位相差の影響を、示唆はしているが、解決してはいない。また、理想的には光路を覆う領域で均一で連続的に濃度が可変なＮＤフィルターであることが望ましく、均一濃度ではないグラデーションＮＤであるための副作用が懸念される。特に、ビデオカメラの中でも最高画質が期待される色分解プリズムを用いるビデオカメラに応用することを考えると、必ずしも効果だけではなく副作用も生じてしまう。連続的に濃度が変わっている方向とプリズムによる分光の方向を合わせると、プリズムのダイクロイック面に入射する上下の光線の光量に差を与えることになり、分光の方向が画面の上下方向であれば上下で色ムラが生じてしまう。また、ＮＤフィルターを分光の方向に垂直な方向から光路に挿入すると、画面の左右で明るさのムラが生じやすい。また点光源がボケたときの錯乱円内の光量分布にムラが生じ、きれいなボケ味が得られない。
【００１２】
特許文献９で示された装置では、色分解プリズムを用いるビデオカメラに適用した場合、開口部に対して互いに反対の方向からＮＤフィルターを挿入離脱することで、色ムラの発生を防止する効果は期待できる。しかし、２箇所のＮＤ領域で囲まれた透明領域が、スリット状の開口を形成してしまう状態があり、回折による劣化は特許文献７や８で示された装置に比べて著しいものになる。また、透明領域とＮＤ領域との境界部を通った波面の位相差による画質劣化も顕著なものになると予想される。
【００１３】
本発明は、上記した問題点に鑑み、開口絞りの小絞り回折を回避することができる光量調整装置及び該光量調整装置を備えた撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態による光量調整装置は、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域を有するフィルター部材を２枚対向して且つ濃淡の変化方向が反対向きになるように配置し、前記フィルター部材を対称的に移動可能に構成したものである。
【００１５】
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、レンズと光量調整装置と撮像素子を有し、前記光量調整装置は、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域を有するフィルター部材を２枚対向して且つ濃淡の変化方向が反対向きになるように配置し、前記フィルター部材を対称的に移動可能に構成したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、開口絞りの小絞り回折を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明光量調整装置及び撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。
【００１８】
本発明光量調整装置は、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域を有するフィルター部材を２枚対向して且つ濃淡の変化方向が反対向きになるように配置し、前記フィルター部材を対称的に移動可能に構成したことを特徴とする。
【００１９】
従って、本発明光量調整装置にあっては、開口絞りの小絞り回折を回避することができる。
【００２０】
本発明光量調整装置は、以下の各態様によって実施することが可能である。
【００２１】
（１）前記フィルター部材は、透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域を有し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて光路全体を覆う。
【００２２】
（２）前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域を有し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材は共に光路から退避する。
【００２３】
（３）前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、透過光量を制限するときは、前記１枚又は２枚のフィルター部材の最低濃度領域を光路内に挿入して光路全体を覆い、次に反対側の位置から２枚のフィルター部材のグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から光路に挿入して、透過光量を減衰させる。
【００２４】
（４）前記フィルター部材は、均一濃度の最大濃度領域を有し、前記最大濃度領域は光路内に挿入しない。
【００２５】
（５）前記グラデーションＮＤ領域を、最も濃度が高くなる位置まで光路に挿入したときの光路中央部における１枚のフィルター部材のＮＤ濃度が０．５から１．０で、前記グラデーションＮＤ領域のグラデーション方向の長さは光路を覆うのに必要な長さの１．０倍から２．０倍である。
【００２６】
（６）前記（１）又は（３）に示した態様において、前記グラデーションＮＤ領域と透明部領域との境界部を通過する所定の波長λの光の位相差がλ／１０以下である。
【００２７】
なお、前記した（１）〜（６）の実施態様は、本発明光量調整装置の実施態様のほんの一例を示したものにすぎず、これら以外の態様によっても実施可能であることは勿論である。
【００２８】
本発明撮像装置は、レンズと光量調整装置と撮像素子を有する撮像装置において、前記光量調整装置は、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域を有するフィルター部材を２枚対向して且つ濃淡の変化方向が反対向きになるように配置し、前記フィルター部材を対称的に移動可能に構成したことを特徴とする。
【００２９】
従って、本発明撮像装置にあっては、開口絞りの小絞り回折を回避することができる。
【００３０】
本発明撮像装置は、以下の各態様によって実施することが可能である。
【００３１】
（１）前記フィルター部材は、透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域を有し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて光路全体を覆う。
【００３２】
（２）前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域を有し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材は共に光路から退避する。
【００３３】
（３）前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、透過光量を制限するときは、前記１枚又は２枚のフィルター部材の最低濃度領域を光路内に挿入して光路全体を覆い、次に反対側の位置から２枚のフィルター部材のグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から光路に挿入して、透過光量を減衰させる。
【００３４】
（４）色分解プリズムを備えており、前記光量調整装置をグラデーションＮＤ領域のグラデーション方向とプリズムの色分解の方向が一致するように配置した。
【００３５】
（５）物体側より順に、複数の絞り羽根からなる開口絞りを有するレンズと、前記光量調整装置と、色分解プリズムと、撮像素子を配置した。
【００３６】
（６）物体側より順に、複数の絞り羽根からなる開口絞りを有する着脱可能なレンズと、保護ガラス又は光学的ローパスフィルター又は赤外線カットフィルターのいずれかを含む固定の平行平面部材と、前記光量調整装置と、色分解プリズムと、撮像素子を配置した。
【００３７】
（７）前記（５）又は（６）に示した態様において、前記開口絞りで規定されるＦ値と、前記光量調整装置で制限される透過光量との好ましい組み合わせを記憶したプログラムＡＥデータ記憶部を有し、前記撮像素子からの出力信号に基づいて、前記プログラムＡＥデータ記憶部から前記好ましい組み合わせを取り出し、前記好ましい組み合わせとなるように、前記開口絞り及び光量調整装置を設定する。
【００３８】
（８）前記（５）又は（６）に示した態様において、前記開口絞りで規定されるＦ値と、前記光量調整装置で制限される透過光量と、電子シャッターのシャッタースピードとの好ましい組み合わせを記憶したプログラムＡＥデータ記憶部を有し、前記撮像素子からの出力信号に基づいて、前記プログラムＡＥデータ記憶部から前記好ましい組み合わせを取り出し、前記好ましい組み合わせとなるように、前記開口絞り、光量調整装置及び電子シャッターを設定する。
【００３９】
（９）前記（７）又は（８）に示した態様において、前記フィルター部材は、透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域を有していて、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて光路全体を覆うようにし、被写体輝度の遷移に応じて、前記Ｆ値の設定及び／又は電子シャッターの設定並びにフィルター部材の移動を同時に行うことにより、前記２枚のフィルター部材の透明部領域とグラデーションＮＤ領域との境界部同士が近接する位置及び該位置の近傍が光路内で停止することのないように構成した。
【００４０】
（１０）前記（７）又は（８）に示した態様において、前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域を有していて、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材は共に光路から退避し、前記最低濃度領域の光路に対する挿入離脱に際し、被写体輝度の遷移に応じて、前記Ｆ値の設定及び／又は電子シャッターの設定並びにフィルター部材の移動を同時に行うことにより、フィルター部材の先端部が光路内で停止することのないように構成した。
【００４１】
（１１）前記（７）又は（８）に示した態様において、前記フィルター部材は、透過率が８０％以下で均一な透過率の最低濃度領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有していて、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、透過光量を制限するときは、前記１枚又は２枚のフィルター部材の最低濃度領域を光路内に挿入して光路全体を覆い、次に反対側の位置から２枚のフィルター部材のグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から光路に挿入して、透過光量を減衰させ、前記最低濃度領域の光路に対する挿入離脱に際し、被写体輝度の遷移に応じて、前記Ｆ値の設定及び／又は電子シャッターの設定並びにフィルター部材の移動を同時に行うことにより、フィルター部材の透明部領域と最低濃度領域との境界部が光路内で停止することのないように構成した。
【００４２】
（１２）前記（７）又は（８）に示した態様において、外部からの操作により複数の絞り羽根からなる開口絞りで規定されるＦ値を任意に設定可能とし、被写体輝度の遷移に応じて、前記任意に設定されたＦ値に対応した前記透過光量又は透過光量と電子シャッターのシャッタースピードとの組み合わせとするように、前記光量調整装置又は光量調整装置と電子シャッターとを設定する。
【００４３】
（１３）前記（１）又は（３）に示した態様において、前記グラデーションＮＤ領域と透明部領域との境界部を通過する所定の波長λの光の位相差がλ／１０以下である。
【００４４】
なお、前記した（１）〜（１３）の実施態様は、本発明撮像装置の実施態様のほんの一例を示したものにすぎず、これら以外の態様によっても実施可能であることは勿論である。
【００４５】
次に、本発明の実施の形態をさらに詳細に説明する。
【００４６】
図１に本発明撮像装置の一の実施形態の概略を示す。
【００４７】
撮像装置１は、レンズＬと光量調整装置２と撮像素子ＧＩ、ＢＩ、ＲＩを有し、前記光量調整装置２は、透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域と透過率が８０％以上で均一な透過率の透明部領域とを有するフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を２枚対向して且つ互いに対称的に移動可能に配置し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材の上記透明部領域を重ねて共に光路全体を覆い、透過光量を制限するときは、反対側の位置からグラデーションＮＤ領域を順次ＮＤ濃度の低い側から対称的に光路に挿入して、透過光量を減衰させるように構成されている。
【００４８】
図２は破線で示した光路ＬＤを第１の実施の形態に係るフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２が覆っている状態を光路ＬＤが延びる方向に見て模式的に示した図であり、図３は図２の光路ＬＤの幅Ａに対してグラデーションＮＤフィルターＮＤ１、ＮＤ２が低濃度領域から高濃度領域へ順次挿入される様子を模式的に示した図であり、図４は光路ＬＤの幅Ａに対してＮＤ濃度の位置分布を示した図である。また図３の左に記した（１）乃至（７）の番号は図４の左に記した（１）乃至（７）の番号に対応しており、番号を同じくするものは同じ状態を示している。なお、図３においては、ＮＤ濃度を三角形の高さで表示しており、高さが高いほど高濃度であることを示し、単なる線で示している部分は透明である。また、図４においては、図３において光路ＬＤの幅Ａ内で重なった図形の面積の和を示しており、面積が広いほどＮＤ濃度が高いことを示している。
【００４９】
図３及び図４における、（１）の状態は２枚のグラデーションＮＤフィルターＮＤ１、ＮＤ２ともグラデーションＮＤ領域ｇｎｄは光路ＬＤから退避しており、透明部領域ｔｒａが重なった状態で光路ＬＤを覆い、最大の透過率が得られる。（２）の状態はグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤに少し挿入された状態で、例えば、画面の上下からフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を挿入離脱させる構成であれば、光路ＬＤの上下の光が減衰する。（３）の状態は２枚のグラデーションＮＤフィルターＮＤ１、ＮＤ２の透明領域ｔｒａとグラデーションＮＤ領域ｇｎｄとの境界部ｂｏｒが光路ＬＤの中央で接した状態であり、濃度の位置分布はＶ字状（図４（３）参照）になる。（４）の状態はグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤ内で一部重なった状態で、濃度分布の傾斜が対称的であれば、重なった部分の濃度分布は平坦になる。（５）乃至（７）の状態は透明領域ｔｒａが光路ＬＤから完全に退避した状態で、濃度分布は光路全体で平坦になる。２枚のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を対称的に、すなわち、互いに反対方向に移動させて、最も濃度の高い部分まで光路ＬＤに挿入したとき、１枚のフィルター部材ＮＤ１又はＮＤ２の光路ＬＤ中央における濃度をＤとすると、２枚のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２によって光路ＬＤ全体に亘って最大濃度２Ｄが得られる。
【００５０】
前記フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２は、グラデーションＮＤ領域ｇｎｄに続いて均一濃度の最大濃度領域ｍａｘがあってもよいが、均一最大濃度領域ｍａｘは光路ＬＤ内に挿入しないように制御することが望ましい。図５はその影響を説明するための図であり、左側に図３に対応した図を、右側に図４に対応した図を示す。光路ＬＤの中央が最も濃度が高く、挿入口側が低くなる。結像する光束が濃度の高い部分と低い部分を含んで通過すると、点光源のボケに強度分布が生じ、いわゆる２線ボケという現象になる。民生用ビデオカメラではコントラスト検出方式のオートフォーカス方式が一般的であり、被写体の像が２線ボケ状態になるとオートフォーカスの誤動作の原因になりやすい。また色分解プリズムを用いたビデオカメラでは、ダイクロイック面に対して入射角が大きくなる光線の強度が相対的に増すため、色ムラの原因になりやすい。
【００５１】
上記グラデーションＮＤ領域ｇｎｄを、最も濃度が高くなる位置まで光路に挿入したときの光路中央部における１枚のフィルター部材ＮＤ１またはＮＤ２のＮＤ濃度Ｄが０．５から１．０で、上記グラデーションＮＤ領域ｇｎｄの挿入方向ＩＮＳ（図２参照）の長さは光路ＬＤを覆うのに必要な長さＡの１．０倍から２．０倍であることが望ましい。ここでＮＤ濃度とは、透過率が１０の（ＮＤ濃度）乗の逆数になることを意味する。現在市販されている代表的な３板式カメラに使用されている最大ＮＤ濃度は１．５乃至１．８程度である。撮像素子の高感度化は今後も続けられるが、極端な感度向上は期待できないと予想すると、小絞り回折を回避するのに必要なＮＤ濃度も極端に高くはならないと考えられる。また、撮像素子の画面寸法の小型化によって、出力画面上のＴＶ解像度に対応する撮像素子上の空間周波数は、高い空間周波数で今まで以上のＭＴＦが要求され、回折限界から決まる最小絞りのＦ値を暗くできなくなって、光量制御は開口絞りより光量調整装置に依存するようになることも予想されるが、画素ピッチの微細化の限界を予想すると、極端な小画面化にはならないと考えられる。したがって、最大濃度２Ｄを得るための濃度Ｄは０．５から１．０程度が適当である。また、グラデーションＮＤ領域ｇｎｄの幅は、平坦な濃度分布を得るために光路の幅Ａの１．０倍以上は必要であるが、２．０倍を越えるとフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の移動ストロークが長くなって駆動装置が大型化し、撮像装置全体の大型化を招くことになる。
【００５２】
前記光量調整装置２を色分解プリズムＧＰ、ＢＰ、ＲＰを用いた撮像装置１に適用する場合、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２のグラデーションＮＤ領域ｇｎｄの挿入方向とプリズムの色分解の方向が一致するように配置することが望ましい。色分解プリズムＧＰ、ＢＰ、ＲＰを用いた撮像装置１において、光軸上の点光源のボケた像を写すと、錯乱円内にグリーンとマゼンタの色ムラが観察されるのはよく知られた現象である。これは、例えば、上下方向に色分解する場合、色分解をするダイクロイック面に入射する上側の光線と下側の光線では、入射角が異なるため分光特性に差を生じるためである。この上下に存在する色ムラの原因に対して、上記グラデーションＮＤフィルターＮＤ１、ＮＤ２を光路ＬＤに挿入する方向と色分解の方向とを一致させて、グリーンに偏る原因とマゼンタに偏る原因を対称的に減衰させることによって、ホワイトバランスの変化や点像のボケに見える色ムラの発生を緩和することができる。図１に示した撮像装置１にあっては、グラデーションＮＤフィルターＮＤ１、ＮＤ２を光路ＬＤに挿入する方向と色分解の方向とは共に紙面に平行な方向にされている。
【００５３】
本発明撮像装置１の特徴を生かすには、物体側より順に、複数の絞り羽根からなる開口絞りＳｔを有するレンズＬと、前記光量調整装置２と、色分解プリズムＧＰ、ＢＰ、ＲＰと、撮像素子ＧＩ、ＢＩ、ＲＩを有することが望ましい。特許文献６、７、８、９では開口絞りと一体の位置にグラデーションＮＤフィルターを配置することが提案されているが、本発明の光量調整装置においてはグラデーションＮＤフィルターを２枚対向して配置して、互いに対称的に大きなストロークで移動させるため、光量調整装置の光軸に垂直な断面積は、大きなものにならざるを得ない。この大きな光量調整装置を絞り開口部に配置すると、レンズの中間だけが太ったデザインになって、鏡筒機構の設計に支障をきたし、使い勝手も悪くなり、見た目にもよいデザインにはならない。したがって、光量調整装置２は、比較的空間をとりやすいレンズＬと色分解プリズムＧＰ、ＢＰ、ＲＰとの間に配置するのが望ましい。
【００５４】
また、さらには、物体側より順に、複数の絞り羽根からなる開口絞りＳｔを有する着脱可能なレンズＬと、保護ガラス又は光学的ローパスフィルター又は赤外線カットフィルターのいずれかを含む固定の平行平面部材Ｆｌと、上記光量調整装置２と、色分解プリズムＧＰ、ＢＰ、ＲＰと、撮像素子ＧＩ、ＢＩ、ＲＩを有することが望ましい。複数のレンズを交換して使用できるレンズ交換式の撮像装置の場合、前記光量調整装置２は薄いフィルターであったり、外力に弱い可動機構を備えているため、レンズを外したときに使用者が触れられるようになっていると故障の原因になる。そこで、レンズを外したときのボディＢｄ側の光路の入り口には、保護ガラス又は光学的ローパスフィルター又は赤外線カットフィルターのいずれかを含む固定の平行平面部材Ｆｌを配置し、その後ろに配置する光量調整装置２を保護することが望ましい。図１に示した撮像装置１では詳細な構造を図示していない交換マウントＭｔによりレンズＬを着脱できる構造になっている。ボディＢｄの光路の入り口には保護ガラス又は光学的ローパスフィルター又は赤外線カットフィルターのいずれかを含む固定の平行平面部材Ｆｌを配置して、光量調整装置２を保護している。ボディＢｄ内のフランジバックはできるだけ短い方がレンズ設計上都合が良いので、固定の平行平面部材Ｆｌは光学的ローパスフィルターと赤外線カットフィルターを接合して配置するのがさらに好ましい。
【００５５】
開口絞りＳｔで制限されるＦ値と、前記光量調整装置２で制限される透過光量との好ましい組み合わせを記憶しておき、撮像素子からの出力信号に基づいて、前記好ましい組み合わせに設定する（例えば、予め前記好ましい組み合わせを記憶したプログラムＡＥデータ記憶部（メモリ）を用意しておき、撮像素子からの出力信号に基づいて前記プログラムＡＥ記憶部に記憶されているデータを参照して、各部を前記好ましい組み合わせとなるように設定する）ことによりプログラムＡＥ（Automatic Exposure）を可能とすることが望ましい。従来市販の色分解プリズムを用いたビデオカメラでは、段階的に２乃至３種類の濃度で用意されたＮＤフィルターを使用者が切り替えて、ＮＤフィルターによる透過光量の減衰と、開口絞りによるＦ値の組み合わせで、回折による画質劣化が許容できる範囲に絞りを調整するのが露出調整の操作であり、絞りをＡＥとしてカメラ側で調整しても、Ｆ値の可変範囲が非常に狭いので、使用者は頻繁にＮＤフィルターの切り替え操作を強いられていた。本発明の光量調整装置と絞りを自動的に調整するＡＥとすれば、使用者はＮＤフィルターの切り替え操作から解放され、業務用途を目的とした操作の難しいビデオカメラも、民生用の操作が容易なビデオカメラと同様の操作性が得られる。
【００５６】
また、前記Ｆ値と透過光量と、さらに電子シャッターを加えた好ましい組み合わせを記憶しておき、撮像素子からの出力信号に基づいて、上記の好ましい組み合わせに設定することによりプログラムＡＥを可能とすることが望ましい。
【００５７】
上記２枚のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の透明部領域ｔｒａとグラデーションＮＤ領域ｇｎｄとの境界部ｂｏｒ同士が近接する状態で、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の挿入方向に対するＮＤ濃度の分布がＶ字状になる。この状態をＶ字状態とすると、被写体輝度の遷移に応じて、Ｆ値及び／又は電子シャッターの設定とフィルター部材の移動を同時に行うことにより、上記Ｖ字状態の近傍でフィルター部材が停止することのないように設定したプログラムＡＥを可能とすることが望ましい。
【００５８】
図６に前記Ｆ値と透過光量との好ましい組み合わせを模式的に表した一例を示す。図６左側の上下２つのグラフの横軸は被写体輝度を表し、左上のグラフの縦軸の（１）乃至（７）は図３及び図４のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の挿入状態の番号に対応しており、左下のグラフの縦軸は開口絞りのＦ値を表しており、開放Ｆ値と回折による画質劣化が許容できる限界のＦ値とが示されている。共通の横軸は被写体輝度を輝度が低い状態から高い状態へ（ａ）乃至（ｇ）で表している。被写体輝度が低い側から高い側へ遷移するときのプログラム線図を実線で示し、被写体輝度が高い側から低い側へ遷移するときのプログラムが実線と異なる部分だけ破線で示している。
【００５９】
この２つのグラフを使ってプログラムＡＥの好ましい一例を説明する。（ａ）はグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤから退避し、絞りも開放になっている、最も透過光量の多い状態である。一般的にレンズの性能は、開放Ｆ値よりも少し絞った方が収差の影響が小さくなって画質が向上するので、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２は停止したまま、絞りを若干絞り（ｂ）の状態とする。次に適切なＦ値で絞りを停止し、グラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤに挿入されて（２）の状態にし、このときの被写体輝度を（ｃ）とする。ここでフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を一気に（４）の状態まで挿入すると同時に、像面照度が変わらないように絞りを開ける。特許文献８に透明領域とグラデーションＮＤ領域の境界部に蒸着膜の段差があるために、波面の位相差が原因で起きる画質劣化が示唆されているが、フィルターを２枚使った場合、Ｖ字状態（３）では光路ＬＤの中央でフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の２つの段差部分が接近するため、位相差による画質劣化が最も起きやすいと予想される。そのためＶ字状態（３）で長時間撮影が行われないように、短時間でＶ字状態（３）を通過するようにフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２と絞り羽根を同時に駆動して、一気にＶ字状態（３）を通過させる。このときのフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２と絞りの駆動を横軸に時間軸をとって表したのが右の２つのグラフである。それぞれのフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の挿入状態と絞りは左のグラフに対応させて二点鎖線で連携させている。適切な短い時間ｃｔの間に、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を深く挿入して透過光量が減少するのと、絞りを開けて光量を増加させることで、全体として像面照度が不変になるように連動させている。この連動させて切り替える時間ｃｔとしては、実験的に０．２秒から１．５秒が好ましいことが判った。０．２秒より短いと全体として像面照度が不変になるように連動させることに誤差が生じやすく、１．５秒より長いと被写体輝度が急激に変化するシーンでＡＥの追従遅れが目立つようになる。また右側のグラフ上で、線図が正弦波曲線に近くなるように遷移させるのが好ましいことも判った。さらに被写体輝度が明るくなると、Ｆ値は開放における収差と、小絞りでの回折による画質劣化の影響が少ない適切な範囲内に留まることが望ましいので、被写体輝度（ｃ）から（ｅ）までは絞りを停止し、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２をさらに深く光路ＬＤへ挿入して光量調整を行う。左上のグラフで（５）から（７）の領域では、光路ＬＤ内のＮＤ濃度分布が平坦で、濃度だけが変化する理想的な光量調整装置２の性能が得られ、特許文献４、５のエレクトロクロミックと同様の効果が得られることになる。フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２が最大濃度になった後は、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を停止し、絞りを回折許容Ｆ値まで絞って、高輝度（ｇ）の被写体に対応する。
【００６０】
次に高輝度（ｇ）側から被写体輝度が低くなっていくときの好ましいプログラムについて説明する。（ｇ）から（ｆ）までは上記と逆の組み合わせをたどって最大ＮＤ濃度固定のまま絞りを開いていく。しかし（ｅ）よりも小絞り側の位置（ｆ）で絞りを固定し、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の透過率が増加するように（７）から（４）まで変化させる（左下のグラフの破線）。このときの被写体輝度が（ｄ）であり、ここで一気にフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を（４）から（２）の状態へ移動するとともに、像面照度が一定になるように絞りを若干絞る。この被写体輝度（ｄ）は、高輝度側へ遷移するときの（ｃ）より高輝度側にある。輝度（ｄ）におけるフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２と絞りの同時駆動の状態を、横軸を時間軸で表したのが右の２つのグラフの破線で示した遷移である。フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２がＶ字状態（３）で留まらないように短い時間ｃｔにて絞りと連動して遷移させる。高輝度側へ遷移するときの輝度（ｃ）と、低輝度側へ遷移するときの輝度（ｄ）にヒステリシスを持たせることで、ハンチングや誤動作が生じるのを防止する。（ｄ）から（ｃ）まではフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を停止し、絞りを開き、（ｃ）から（ｂ）は絞りを停止し、フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２のグラデーションＮＤ領域ｇｎｄを光路ＬＤから退避させる。そして（ｂ）から（ａ）までは被写体輝度に応じて絞りを開き、開放に至る。
【００６１】
図６の被写体輝度において、通常の露光時間に対して回折許容Ｆ値と最大ＮＤ濃度（７）で決まる最大被写体輝度（ｇ）よりも明るい被写体に対しては、高速の電子シャッターに自動的に遷移させることにより制御するプログラムＡＥとすることが望ましい。
【００６２】
また、本発明の撮像装置１によれば、複数の絞り羽根からなる開口絞りＳｔで制限されるＦ値を使用者が任意に設定し、前記光量調整装置２で制限される透過光量のみ、又は電子シャッターとの組み合わせにより、絞り優先ＡＥを可能とすることができる。前記光量調整装置によれば、ほぼ透明な状態から、ＮＤ濃度が２．０程度まで連続的に可変可能であるため、レンズの被写界深度によるパンフォーカスやボケを利用した表現を優先して、映像表現の幅を広げる効果が得られる。
【００６３】
さらに、上記グラデーションＮＤ領域ｇｎｄと透明部領域ｔｒａとの境界部ｂｏｒを通過する所定の波長λの光の位相差がλ／１０以下であることが望ましい。プログラムＡＥでは、図３における（３）のＶ字状態が時間的に長く留まって録画されることを回避することは容易だが、上記絞り優先ＡＥでは図３における（１）乃至（７）のすべての状態を有効に用いてＡＥ制御をする必要がある。特許文献８では、１枚のフィルターから生じる波面の位相差による画質劣化を許容範囲内にするために、グラデーションＮＤ領域と透明領域との境界部に存在する蒸着膜の段差による波面の位相差をλ／５以下にするのが適当だと示唆されている。本発明ではこのフィルター部材を２枚使用するため、光路内に位相差の原因となる段差も２つ存在することがある。特にＶ字状態では、位相差の原因となる段差が接近するため、波面の乱れが生じやすいことが予想される。したがって、１枚のフィルター部材に要求される条件としては、特許文献８のさらに１／２として、λ／１０以下の位相差にすることが望ましい。
【００６４】
図７に前記光量調整装置２で使用する第２の実施の形態に係るフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を示す。これらフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２は透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域ｇｎｄと透過率が８０％以下で均一の透過率の最低濃度領域ｌｎｄとを有する。
【００６５】
前記フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を使用した光量調整装置２は、２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を対向して且つ互いに対称的に移動可能に配置し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２は共に光路ＬＤから退避し、透過光量を制限するときは、前記フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の１枚又は２枚の最低濃度領域ｌｎｄを光路ＬＤ内に挿入して光路ＬＤ全体を覆い、次に反対側の位置からグラデーションＮＤ領域ｇｎｄを順次ＮＤ濃度の低い側から対称的に光路に挿入して、透過光量を減衰させる。
【００６６】
フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を使用した光量調整装置２において、最低濃度領域ｌｎｄの光路ＬＤに対する挿入離脱に際し、被写体輝度の遷移に応じて、Ｆ値及び／又は電子シャッターとフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の移動を同時に行うことにより、フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の先端部ｔｉｐが光路ＬＤ内で停止することのないように設定したプログラムＡＥを可能とすることが望ましい。
【００６７】
図７は破線で示した光路ＬＤからフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２が退避している状態を模式的に示した図で、蒸着厚の段差のない境界線ｄｖより光路ＬＤに近い側は均一な濃度の最低濃度領域ｌｎｄで、境界線ｄｖからは最低濃度から最高濃度まで変化するグラデーションＮＤ領域ｇｎｄとなっている。図８は図７の光路ＬＤの幅Ａに対して、フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄを光路ＬＤ内に挿入して光路ＬＤ全体を覆い、次に対向する位置からグラデーションＮＤフィルターａＮＤ１、ａＮＤ２が低濃度領域から高濃度領域へ順次挿入される様子を模式的に示した図で、図９は光路ＬＤの幅Ａに対してＮＤ濃度の位置分布を示した図である。また図８の左に記した（１）乃至（８）の番号は図９の左に記した（１）乃至（８）の番号に対応している。なお、図７は前記図２と、図８は前記図３とに、また、図９は前記図４と、それぞれ同様の表現方法によっている。
【００６８】
図８及び図９における、（１）の状態はフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２が２枚とも光路ＬＤから退避しており、最大の透過率が得られる。（２）の状態は最低濃度領域ｌｎｄが光路ＬＤに少し挿入された状態で、例えば，画面の上下からフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を挿入離脱させる構成であれば、光路ＬＤの上下の光が減衰する。（３）の状態は２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄの一部が光路ＬＤの中央で重なった状態であり、濃度の位置分布は光路ＬＤの中央が帯状に暗くなっている状態になる。（４）の状態は最低濃度領域ｌｎｄが２枚重なった状態で、濃度分布は平坦になる。（５）の状態は最低濃度領域ｌｎｄに続くグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤに少し挿入された状態で、例えば、画面の上下からフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を挿入離脱させる構成であれば、光路ＬＤの上下の光が減衰する。（６）の状態は２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄとグラデーションＮＤ領域ｇｎｄとの境界部ｄｖが光路ＬＤの中央で接した状態であり、濃度の位置分布はＶ字状になる。（７）の状態はグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤ内で一部重なった状態で、濃度分布の傾斜が対称的であれば、重なった部分の濃度分布は平坦になる。（８）の状態は最低濃度領域ｌｎｄが光路ＬＤから完全に退避した状態で、濃度分布は光路ＬＤ全体で平坦になる。２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を対称的に移動させて最も濃度の高い部分まで光路ＬＤに挿入したとき、１枚のフィルター部材ａＮＤ１又はａＮＤ２の光路ＬＤ中央における濃度をＤとすると、２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２によって光路ＬＤ全体に亘って最大濃度２Ｄが得られる。
【００６９】
図１０に前記Ｆ値と透過光量との好ましい組み合わせを模式的に表した一例を示す。図１０左側の上下２つのグラフの横軸は被写体輝度を表し、左上のグラフの縦軸の（１）乃至（８）は図８及び図９のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の光路ＬＤへの挿入状態の番号に対応しており、左下のグラフの縦軸は開口絞りのＦ値を表しており、開放Ｆ値と回折による画質劣化が許容できる限界のＦ値とが示されている。共通の横軸は被写体輝度を輝度が低い状態から高い状態へ（ａ）乃至（ｆ）で表している。被写体輝度が低い側から高い側へ遷移するときのプログラム線図を実線で示し、被写体輝度が高い側から低い側へ遷移するときのプログラムが実線と異なる部分だけ破線で示している。
【００７０】
図１０の２つのグラフを使ってプログラムＡＥの好ましい一例を説明する。（ａ）はフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２が光路ＬＤから退避し、絞りも開放になっている、最も透過光量の多い状態である。一般的にレンズの性能は、開放Ｆ値よりも少し絞った方が収差の影響が小さくなって画質が向上するので、フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２は停止したまま、絞りを若干絞り（ｂ）の状態とする。ここでフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を一気に（４）の状態まで挿入すると同時に、像面照度が変わらないように絞りを開ける。特許文献８にフィルターベースの厚みによる大きな透過波面位相差が原因で画質劣化が生じることが示唆されている。フィルターを２枚使った場合、（３）では光路の中央でフィルターの２つの最低濃度領域ｌｎｄが重なるため、透過率の高い部分が２つに分断されて２線ボケが生じて、コントラスト検出式オートフォーカスが誤動作する原因にもなる。したがって、フィルターベースの厚みと濃度分布の悪影響を避けるため、（１）から（４）へ一気に状態を変化させる必要がある。このときのフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２と絞りの駆動を横軸に時間軸をとって表したのが右の２つのグラフである。それぞれのフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の挿入状態と絞りは左のグラフに対応させて連携させている。適切な短い時間ｃｔの間に、２枚のフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄが光路ＬＤに挿入されて光量が減少するのと、絞りを開けて光量を増加させることで、全体として像面照度が不変になるように連動させている。さらに被写体輝度が明るくなると、Ｆ値は開放における収差と、小絞りでの回折による画質劣化の影響が少ない適切な範囲内に留まることが望ましいので、被写体輝度（ｂ）から（ｄ）までは絞りを停止し、フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２をグラデーションＮＤ領域ｇｎｄまで深く挿入して光量調整を行う。フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２が最大濃度になった後は、フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を停止し、絞りを回折許容Ｆ値まで絞って、高輝度（ｆ）の被写体に対応する。
【００７１】
次に高輝度（ｆ）側から被写体輝度が低くなっていくときの好ましいプログラムについて説明する。（ｆ）から（ｅ）までは上記と逆の組み合わせをたどって最大ＮＤ濃度固定のまま絞りを開いていく。しかし、（ｄ）よりも小絞り側の位置（ｅ）で絞りを固定し、フィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２の透過率が増加するように（８）から（４）まで変化させる（左下のグラフの破線）。このときの被写体輝度が（ｃ）であり、ここで一気にフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２を（４）から（１）の状態へ移動させるとともに、像面照度が一定になるように絞りを若干絞る。この被写体輝度（ｃ）は、高輝度側へ遷移するときの（ｂ）より高輝度側にある。輝度（ｃ）におけるフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２と絞りの同時駆動の状態を、横軸を時間軸で表したのが右の２つのグラフの破線で示した遷移である。素通し部とフィルターベース１枚、またフィルターベース１枚と２枚が混在して画質劣化を引き起こす領域に留まらないように短い時間ｃｔにて絞りと連動して遷移させる。高輝度側へ遷移するときの輝度（ｂ）と、低輝度側へ遷移するときの輝度（ｃ）にヒステリシスを持たせることで、ハンチングや誤動作が生じるのを防止する。（ｃ）から（ａ）まではフィルター部材ａＮＤ１、ａＮＤ２が光路ＬＤ外へ退避した状態で停止し、絞りを開いて開放に至る。
【００７２】
このプログラムＡＥでは、（４）から（８）の状態で使うことを基本に考えており、最低濃度をND濃度０．１程度とすると、（４）でもＮＤ濃度０．２（透過率６３％）なので、被写体輝度（ｂ）または（ｃ）から（ｆ）までで十分広い輝度域をカバーでき、被写体が極めて暗いときのみ、一気に（１）へ遷移するというプログラムである。
【００７３】
図１１に前記光量調整装置２で使用する第３の実施の形態に係るフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を示す。これらフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２は透過率が連続的に変化するグラデーションＮＤ領域ｇｎｄと透過率が８０％以下で均一透過率の最低濃度領域ｌｎｄと透過率が８０％以上で均一透過率の透明部領域ｔｒａとを有する。
【００７４】
前記フィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を使用した光量調整装置２は、２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を対向して且つ互いに対称的に移動可能に配置し、最大透過率を得るときは２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の上記透明部領域ｔｒａを重ねて共に光路ＬＤ全体を覆い、透過光量を制限するときは、上記２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の１枚又は２枚の最低濃度領域ｌｎｄを光路ＬＤ内に挿入して光路ＬＤ全体を覆い、次に互いに反対側の位置からグラデーションＮＤ領域ｇｎｄを順次ＮＤ濃度の低い側から対称的に光路ＬＤに挿入して、透過光量を減衰させる。
【００７５】
前記フィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を使用した光量調整装置２において、最低濃度領域ｌｎｄの光路ＬＤに対する挿入離脱に際し、被写体輝度の遷移に応じて、Ｆ値及び／又は電子シャッターとフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の移動を同時に行うことにより、フィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の透明部領域ｔｒａと最低濃度領域ｌｎｄとの境界部ｄｖ１、ｄｖ２が光路ＬＤ内で停止することのないように設定したプログラムＡＥを可能とすることが望ましい。
【００７６】
図１１は破線で示した光路ＬＤをフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の透明領域ｔｒａが覆っている状態を模式的に示した図で、境界線ｄｖ１からｄｖ２の範囲は均一な最低濃度領域ｌｎｄで、境界線ｄｖ１では蒸着膜の厚みの段差があり、位相差の原因となる部分である。境界線ｄｖ２には蒸着膜の段差はなく、最低濃度から最高濃度へ変化するグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが続いている。図１２は図１１の光路ＬＤの幅Ａに対して、フィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄを光路ＬＤ内に挿入して光路ＬＤ全体を覆い、次に反対側の位置からグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが低濃度領域から高濃度領域へ順次挿入される様子を模式的に示した図で、図１３は光路ＬＤの幅Ａに対してＮＤ濃度の位置分布を示した図である。また図１２の左に記した（１）乃至（８）の番号は図１３の左に記した（１）乃至（８）の番号に対応ている。なお、図１１は前記図２と、図１２は前記図３と、また、図１３は前記図４と、それぞれ同様の表現方法によっている。
【００７７】
図１２及び図１３における、（１）の状態は２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の透明領域ｔｒａが光路ＬＤを覆っている状態で、最大の透過率が得られる。（２）の状態は最低濃度領域ｌｎｄが光路ＬＤに少し挿入された状態で、例えば，画面の上下からフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を挿入離脱させる構成であれば、光路ＬＤの上下の光が減衰する。（３）の状態は２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄの一部が光路ＬＤの中央で重なった状態であり、濃度の位置分布は光路ＬＤの中央が帯状に暗くなっている状態になる。（４）の状態は２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の最低濃度領域ｌｎｄが重なった状態で、濃度分布は平坦になる。（５）の状態は最低濃度領域ｌｎｄに続くグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤに少し挿入された状態で、例えば、画面の上下からフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を挿入離脱させる構成であれば、光路ＬＤの上下の光が減衰する。（６）の状態は２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２の透明領域ｔｒａとグラデーションＮＤ領域ｇｎｄとの境界部ｄｖ１が光路ＬＤの中央で接した状態であり、濃度の位置分布はＶ字状になる。（７）の状態はグラデーションＮＤ領域ｇｎｄが光路ＬＤ内で一部重なった状態で、濃度分布の傾斜が対称的であれば、重なった部分の濃度分布は平坦になる。（８）の状態は最低濃度領域ｌｎｄが光路ＬＤから完全に退避した状態で、濃度分布は光路ＬＤ全体で平坦になる。２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を対称的に移動させて最も濃度の高い部分まで光路ＬＤに挿入したとき、１枚のフィルター部材ｂＮＤ１又はｂＮＤ２の光路ＬＤ中央における濃度をＤとすると、２枚のフィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２によって光路ＬＤ全体に亘って最大濃度２Ｄが得られる。
【００７８】
前記フィルター部材ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を使用した光量調整装置２を有する撮像装置１におけるプログラムＡＥの透過率とＦ値との組み合わせは、図１０に示したものと同じである。
【００７９】
前記した３種類のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２、ａＮＤ１、ａＮＤ２、ｂＮＤ１、ｂＮＤ２を使用した光量調整装置２を有する撮像装置１におけるプログラムＡＥ又は絞り優先ＡＥの駆動制御について、図１に基づいて説明する。
【００８０】
レンズＬに内蔵された複数の絞り羽根からなる開口絞りＳｔには図示していない位置センサーと駆動装置があり、Ｆ値を位置情報としてカメラ・レンズ制御回路に伝え、カメラ・レンズ制御回路からの駆動指令信号に基づいて絞りが駆動される。この情報の伝達や駆動電源の供給などは、交換レンズマウントＭｔ上に設けられた電気接点や接続ケーブルにより伝えられる。光量調整装置２には図示していない位置センサーと駆動装置があり、フィルター部材（ＮＤ１、ＮＤ２、ａＮＤ１、ａＮＤ２、ｂＮＤ１、ｂＮＤ２）の位置情報をカメラ・レンズ制御回路に伝え、カメラ・レンズ制御回路からの駆動指令信号に基づいてフィルター部材が駆動される。
【００８１】
そして、カメラ・レンズ制御回路には、例えば、読み出し専用のメモリが設けられ、該メモリに、例えば、図６や図１０に示したプログラムＡＥ線図が予め記録され、撮像素子（ＧＩ、ＢＩ、ＲＩ）からの出力信号に基づいて（被写体の輝度情報に基づいて）プログラムＡＥ線図上の点が選択され、当該点で指定された状態となるように各部を設定する。
【００８２】
次に、図１４及び図１５に前記光量調整装置２における２枚のフィルター部材を対称的に移動させる駆動機構の各別の実施の形態を示す。なお、図１４及び図１５では図２に示したフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２を使用して示す。
【００８３】
図１４では、２枚のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２が上下対称的に配置されており、各フィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２はフィルター保持部材２ａと２ｂに接着などにより各別に保持されている。フィルター保持部材２ａと２ｂは図示していない２枚の地板で囲まれた狭い空間に挟まれ、光軸方向にはガタが少ないようにガイドされている。またフィルター保持部材２ａと２ｂに設けられた縦方向に長い長穴２ｃ、２ｄに地板上に設けられた図示しないガイドピンが係合して上下方向にのみ移動可能なようにガイドされている。駆動装置Ｍｏはステッピングモーターなど制御が容易なモーターで、出力軸２ｅにはロッドＲｄの中央が固定され、ロッドＲｄが出力軸２ｅと一体的に回転する。ロッドＲｄの先端には連結ピン２ｆ、２ｇが突出しており、フィルター保持部材２ａと２ｂの上記長穴２ｃ、２ｄの延びる方向とほぼ直交する方向に長い連結長穴２ｈ、２ｉに係合して動力を伝達できるようになされている。
【００８４】
したがって、モーターＭｏが駆動されると、ロッドＲｄが回転し、該ロッドＲｄの両端はそれぞれ反対方向へ移動する。例えば、ロッドＲｄが矢印ＣＣＷ方向に回転すると、連結ピン２ｆはほぼ下方へ、また、連結ピン２ｇはほぼ上方へ移動する。そのため、フィルター部材ＮＤ１は下方へ、フィルター部材ＮＤ２は上方へ、すなわち、２つのフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２は対称的に移動することになる。
【００８５】
この図１４に示した駆動機構によれば、従来のビデオカメラなどでガルバノ式モーターで絞り羽根を駆動するのと同様に安定した動作が期待できる。課題としてはフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の移動ストロークが、絞り羽根に比べて大きいため、ロッドＲｄが長くなり、光量調整装置２の幅が大きくなってしまうことである。
【００８６】
図１５では、２枚のフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２それぞれフィルター保持部材２ｊ、２ｋに各別に保持されている。そして、上記と同様のモーターＭｏの出力軸２ｅには駆動プーリーＰ１が固定されている。前記駆動プーリーＰ１の反対側、例えば、上方には従動プーリーＰ２が配置され、これら２つのプーリーＰ１、Ｐ２の間にベルトＢｔが掛け渡されている。また、従動プーリＰ２には図示しない適宜の手段、例えば、バネ、ゴム、磁気吸引力等によって駆動プーリーＰ１から離れる方向へのテンションがかけられ、ベルトＢｔにゆるみが生じないようにされている。そして、ベルトＢｔのそれぞれ反対方向に移動する部分に上記フィルター保持部材２ｊ、２ｋが各別に保持されている。
【００８７】
したがって、モーターＭｏが駆動されると、ベルトＢｔがプーリーＰ１、Ｐ２間で移動される。したがって、ベルトＢｔと連結されたフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２の一方は下方へ移動し、他方は上方へ移動する、すなわち、２つのフィルター部材ＮＤ１、ＮＤ２は対称的に移動することになる。
【００８８】
この図１５に示した駆動機構によれば、光量調整装置２の幅を狭くすることができる。
【００８９】
上記した撮像装置１は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルビデオカメラ、ＤＶＤビデオカメラ、ＨＤＤビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視用ビデオカメラ等々のビデオ入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
【００９０】
なお、前記した本発明撮像装置及び本発明光量調整装置の各実施の形態は本発明を達成するための具体化の一例であり、グラデーションＮＤフィルターの製造方法や濃度分布は種々の形態が考えられ、また開口絞りと光量調整装置を一体的に組み合わせて構成することも設計事項として可能である。
【００９１】
その他、前記した各実施の形態において示された各部の具体的形状や構成は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図３乃至図６と共にフィルター部材の第１の実施の形態を示すものであり、本図は２枚のフィルター部材が光路に挿入される様子を光軸方向に見て示す図である。
【図３】２枚のフィルター部材が光路に挿入される様子をＮＤ濃度を３角形の高さで示すように模式的に示す図である。
【図４】図３で示す各状態における光路内のＮＤ濃度を図形の面積で模式的に示す図である。
【図５】最大濃度領域を有するフィルター部材が最も濃度が高くなる状態で光路内に挿入された状態を図３及び図４の表現方法で示す図である。
【図６】プログラムＡＥの一例を示す模式図である。
【図７】図８乃至図１０と共にフィルター部材の第２の実施の形態を示すものであり、本図は２枚のフィルター部材が光路に挿入される様子を光軸方向に見て示す図である。
【図８】２枚のフィルター部材が光路に挿入される様子をＮＤ濃度を３角形の高さで示すように模式的に示す図である。
【図９】図８で示す各状態における光路内のＮＤ濃度を図形の面積で模式的に示す図である。
【図１０】プログラムＡＥの別の一例を示す模式図である。
【図１１】図１２及び図１３と共にフィルター部材の第３の実施の形態を示すものであり、本図は２枚のフィルター部材が光路に挿入される様子を光軸方向に見て示す図である。
【図１２】２枚のフィルター部材が光路に挿入される様子をＮＤ濃度を３角形の高さで示すように模式的に示す図である。
【図１３】図１２で示す各状態における光路内のＮＤ濃度を図形の面積で模式的に示す図である。
【図１４】２枚のフィルター部材を対称的に移動させる機構の一例を示す概略斜視図である。
【図１５】２枚のフィルター部材を対称的に移動させる機構の別の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…撮像装置、２…光量調整装置、Ｌ…レンズ、ＧＩ、ＢＩ、ＲＩ…撮像素子、ＧＰ、ＢＰ、ＲＰ…色分解プリズム、Ｓｔ…開口絞り、Ｆｌ…平行平面部材、ＬＤ…光路、ＮＤ１、ＮＤ２、ａＮＤ１、ａＮＤ２、ｂＮＤ１、ｂＮＤ２…フィルター部材、ｇｎｄ…グラデーションＮＤ領域、ｔｒａ…透明部領域、ｌｎｄ…最低濃度領域、ｍａｘ…最大濃度領域、ｂｏｒ…グラデーションＮＤ領域と透明部領域との境界部、
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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