(57)【要約】【課題】表面反射を抑制すると共に、可視光から赤外光までの透過光量を抑制することができ、小型化、軽量化を図ることが可能となるＮＤフィルタ、該ＮＤフィルタによる光量絞り装置及び撮像装置を提供する。【解決手段】本発明のＮＤフィルタは、透過光量を調節するＮＤフィルタにおいて、透明基板１１の両面側に、可視光を吸収するＮＤフィルタ膜１２、１４が形成され、前記基板のいずれか一方の面側における前記ＮＤフィルタ膜１２の下面に、赤外線減衰膜１３が形成されように構成する。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過光量を調節するＮＤフィルタであって、
透明基板に、可視光を吸収するＮＤフィルタ膜と、赤外光を吸収または反射し減衰させる赤外線減衰膜と、が形成されていることを特徴とするＮＤフィルタ。
【請求項２】
前記透明基板が、プラスチック基板であることを特徴とする請求項１に記載のＮＤフィルタ。
【請求項３】
前記基板の両面側に前記ＮＤフィルタ膜が形成され、前記基板のいずれか一方の面側における前記ＮＤフィルタ膜の下面に、赤外線減衰膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＮＤフィルタ。
【請求項４】
前記ＮＤフィルタ膜が形成された前記基板の少なくとも一方の面側のＮＤフィルタ膜に、可視光を吸収する膜が存在しない領域部分を有することを特徴とする請求項３に記載のＮＤフィルタ。
【請求項５】
前記ＮＤフィルタ膜は、誘電体膜と金属酸化膜とが積層された多層膜で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＮＤフィルタ。
【請求項６】
前記多層膜によるＮＤフィルタ膜は、可視光域の波長４００〜７００ｎｍの透過率が５０％以下であり、赤外光の透過率は可視光より低いことを特徴とする請求項５に記載のＮＤフィルタ。
【請求項７】
前記ＮＤフィルタ膜が、単濃度、連続濃度変化、多段階濃度変化のいずれかによる濃度分布を有していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＮＤフィルタ。
【請求項８】
前記ＮＤフィルタは、撮像素子に面する表面の反射率が可視光域で３％以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＮＤフィルタ。
【請求項９】
相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成される開口内の少なくとも一部に配置されたＮＤフィルタを有する光量絞り装置において、
前記ＮＤフィルタが、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＮＤフィルタによって構成されていることを特徴とする光量絞り装置。
【請求項１０】
撮像素子と、請求項９に記載の光量絞り装置とを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＤフィルタ、該ＮＤフィルタによる光量絞り装置及び撮像装置に関する。特に、ビデオカメラあるいはスチルビデオカメラ等の撮影系に使用するに適したＮＤフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光量絞りは銀塩フィルムあるいはＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子へ入射する光量を制御するために設けられており、被写界が明るくなるにつれより小さく絞り込まれていく構造になっている。
従って、快晴時や高輝度の被写界を撮影すると絞りは小絞りとなり、絞りのハンチング現象や光の回折の影響も受け易く、像性能の劣化を生じる。
従来においては、その対策として、例えば図８に示すような工夫がなされている。
すなわち、絞り羽根１０２にフィルム状のＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ    Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ１０１を取りつけて、被写界の明るさが同一でも絞りの開口が大きくなる様な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特に、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子は、赤外光に対し感度が良いことからカメラに取り込まれる画像は赤みを帯びてしまうこととなる。
そのため、例えば特許文献２では、レンズや撮像素子の保護ガラスに赤外線を減衰するコーティングを設けるようにした提案がなされている。
【０００３】
一方、撮像装置の小型化が進行する中で、上述したようなフィルタ類も、より薄く小さいものが要求されるようになってきている。
例えば、ガルバノメータ式の絞り装置を備えたビデオカメラ等では、透過光量の制御範囲を広げるため、絞り羽根にＮＤフィルタを貼り付けた構造の絞り装置が知られているが、小型化が進むにつれ重量のあるものでは対応が困難となってきている。
すなわち、このような絞り装置においても、撮像装置の小型化が進むにつれ駆動トルクが比較的小さいものが使われるようになり、ガラスのように重くて割れ易いものではなく軽量である樹脂ベースのＮＤフィルタが実用化されている（例えば、特許文献３参照）。
また、ビデオカメラやデジタルカメラ等では、撮像素子の前面で赤外線カットフィルタが駆動するように配置されたものが用いられている（例えば、特許文献４、特許文献５参照）。
また、固体撮像素子は７００ｎｍより長い波長の光を感じない人間の目の感度と異なり、撮像素子の感度が赤外線領域である波長１１００ｎｍ付近まである。
そのため、不要光により視覚と異なって画像化されてしまうのを防止するため赤外線カットフィルタが使用されている。
このような撮像装置の光学系に用いられる従来の赤外線カットフィルタには、つぎのようなタイプのものが知られている。
すなわち、厚さと吸収剤の量により透過率特性が変化する赤外線吸収ガラスタイプのものと、屈折率の異なる２種類以上の薄膜を交互に積層することにより透過率特性が変化する多層膜コーティングタイプのものがある。
【特許文献１】特許登録第２５９２９４９号
【特許文献２】特開平５−１１０９３８号公報
【特許文献３】特開平１０−１３３２５３号公報
【特許文献４】特開平１１−９５０９２号公報
【特許文献５】特開２００２−１６８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したように撮像装置の小型化が進行する中で、光学系を小型化するためにはレンズと撮像素子、フィルタ等をできる限り近づけることが必要となる。
したがって、赤外線をカットするため、赤外線吸収ガラスを用いるもの、あるいはガラス基板に赤外線を減衰するコーティングを施すものでは、ガラス自体厚みがあり小型化が困難となる。
【０００５】
一方、可視光において分光透過率特性がフラットなフィルタを、蒸着法によって作製することは可能である。
しかしながら、昼や明るい場所の撮影時に使用されるＮＤフィルタは光学濃度の濃いものが必要であるが、このようなＮＤフィルタを所望の透過率を得るように成膜することは困難である。
すなわち、このようなＮＤフィルタを得るため、光学式膜厚制御装置を使用して作製しても、光透過率が低いＮＤフィルタを正確に制御成膜するのはきわめて困難である。
また、このようなものにおいても、ＮＤフィルタと赤外光カットフィルタとをそれぞれ独立して構成することが必要であり、ガラスタイプの赤外線カットフィルタを別駆動にし、光路内で出し入れするスペースを確保すると、光学系の小型化が困難となる。
また、複数枚のＮＤフィルタを重ねると濃度を濃くする事ができるが、上記のような別駆動による駆動スペースが増えるだけでなく、貼り合わせにより重くなり小型化、軽量化等と相反してしまうこととなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、表面反射を抑制すると共に、可視光から赤外光までの透過光量を抑制することができ、小型化、軽量化を図ることが可能となるＮＤフィルタ、該ＮＤフィルタによる光量絞り装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を達成するために、以下のように構成したＮＤフィルタによる光量絞り装置及び撮像装置を提供するものである。
本発明のＮＤフィルタは、透過光量を調節するＮＤフィルタであって、
透明基板に、可視光を吸収するＮＤフィルタ膜と、赤外光を吸収または反射し減衰させる赤外線減衰膜と、が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記透明基板が、プラスチック基板であることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記基板の両面側に前記ＮＤフィルタ膜が形成され、前記基板のいずれか一方の面側における前記ＮＤフィルタ膜の下面に、赤外線減衰膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が形成された前記基板の少なくとも一方の面側のＮＤフィルタ膜に、可視光を吸収する膜が存在しない領域部分を有することを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜は、誘電体膜と金属酸化膜とが積層された多層膜で構成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記多層膜によるＮＤフィルタ膜は、可視光域の波長４００〜７００ｎｍの透過率が５０％以下であり、赤外光の透過率は可視光より低いことを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が、単濃度、連続濃度変化、多段階濃度変化のいずれかによる濃度分布を有していることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、撮像素子に面する表面の反射率が可視光域で３％以下であることを特徴としている。
また、本発明の光量絞り装置は、相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成される開口内の少なくとも一部に配置されたＮＤフィルタを有する光量絞り装置において、
前記ＮＤフィルタが、上記したいずれかに記載のＮＤフィルタによって構成されていることを特徴としている。
また、本発明の撮像装置は、撮像素子と、上記光量絞り装置とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表面反射を抑制すると共に、可視光から赤外光までの透過光量を抑制することができ、小型化、軽量化を図ることが可能となる。
特に、本発明によれば、可視光及び赤外光に起因するゴースト、フレアーなどの発生を減少させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態においては、上記構成のＮＤフィルタを作製するに際し、具体的には、プラスチック基板の両面に光量を減衰する膜をコーティングし、可視光から赤外光の波長領域までの波長域で、透過光量の調整幅を広げたＮＤフィルタを得ることができる。
本実施の形態においては、プラスチック基材として、セルロースアセテート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ、ＰＣ、等を用いることができる。
このようなプラスチック基板の両面側に、誘電体膜と金属酸化膜を積層し、可視光を減衰させ、透過光量を制限させる機能を持つＮＤフィルタ膜をコーティングすると共に、赤外線を減衰する膜をコーティングして構成されたＮＤフィルタを得ることができる。
ここで、赤外線減衰膜は吸収型でも反射型でも良いが、撮像素子側に設ける場合は多重反射を抑えるために、吸収型とすることが好ましい。
また、可視光において分光透過率特性がフラットなＮＤフィルタ膜は蒸着法により作製することが可能である。
【００１０】
従来において、昼間や明るい場所の撮影時に使用されるＮＤフィルタは、光学濃度の濃いものが必要であり、ＮＤフィルタを作製するに際し、光線透過率が低いＮＤフィルタを光学式膜厚制御装置を使用して制御成膜することが困難であった。
また、従来において、撮像装置の光学系に用いられる赤外線カットフィルタには、厚さと吸収剤の量により透過率特性が変化する赤外線吸収ガラスタイプのものが知られているが、このようなものではガラス自体厚みがあり小型化が困難である。
しかしながら、上記した本実施の形態によれば、容易に作製することができ、小型化を図ることが可能となる。
すなわち、上記した本実施の形態によれば、プラスチック基板の両面に光量を減衰する膜をコーティングすることで、透過光量の高濃度側へ調整幅を広げることができる。
これにより、プラスチック基板であれば外形形状の加工性や自由度にも優れているためガラスでは困難なＶ字形状や円弧形状のものも容易に作製することが可能となり、また小型化を図ることができる。
また、本実施の形態によれば、濃度の濃いフィルタの作製が可能になることから、快晴時や高輝度の被写界での小絞りによるハンチング現象や光の回折の影響がなくなり、画像の劣化を解消することができる。
また、基板の両面に可視光を減衰させる膜を配置することにより、フィルタの反射率を低く抑えることができるため、フレアやゴーストの発生を減少させることが可能となる。
また、ＮＤフィルタと赤外線カットフィルタを同一フィルタ上に設けた本実施の形態のＮＤフィルタの構成によれば、昼間や明るい場所の撮影では小絞り状態による画像の劣化が避けられるだけでなく、夜間や暗所の撮影にも支障がない。
すなわち、夜間や暗所の撮影時には減光フィルタは不要なので光路から除去されるが、また同時に赤外カットフィルタも除去されるため夜間や暗所の撮影においても支障がない。
また、本実施の形態のＮＤフィルタは、これを撮像装置に適用するに際し、絞り羽根にＮＤフィルタと赤外線カットフィルタを形成することができるので、部品数削減と省スペース化によって、撮像装置の小型化と低価格化を図ることが可能となる。
【実施例】
【００１１】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、単濃度のＮＤフィルタ膜を用いた場合の構成例について説明する。
まず、図１を用いて本実施例におけるＮＤフィルタを有する撮像装置の光学系の構成例について説明する。
図１において、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは撮影光学系６を構成するレンズ、７は固体撮像素子で５はローパスフィルタである。
また、１はＮＤフィルタ、２と３は対向的に移動する絞り羽根、４は絞り羽根支持板であり、本実施例の絞り装置はこれらによって構成されている。
本実施例のＮＤフィルタ１は絞り羽根２に接着されており、上記２枚の絞り羽根２、３によって略菱形の開口が形成される。
上記ＮＤフィルタ１には、赤外線をカットする赤外カットフィルタ機能を有するフィルタ膜と、可視光の透過率を減少させるＮＤフィルタ機能を有するフィルタ膜と、がコーティング手段によって一体的に形成されている。
被写界の明るさに応じて、上記ＮＤフィルタの接着された絞り羽根２，３によって、絞り開口を開閉することにより、撮像素子に入射する光量が制限される。
このようなＮＤフィルタの成膜を実施する方法としては、蒸着法、スパッタリング法、インクジェットプリンティング法、スプレー法等がある。
これらの中で、真空蒸着法は、膜厚を比較的容易に制御でき、かつ可視域の波長域で散乱が非常に小さいことから、ここでは真空蒸着法を選択した。
【００１２】
つぎに、本実施例における上記ＮＤフィルタの具体的構成について説明する。図２に本実施例のＮＤフィルタの概略断面図を示す。
図２において、１０はＮＤフィルタであり、ＮＤフィルタ１０は基板１１と、この基板両面に設けたＮＤフィルタ膜１２、１４と、この一方のＮＤフィルタ膜１２の下面に設けた赤外カットフィルタ膜１３とを備えている。
プラスチック基材は、その材質を特に限定しないが、可視域の波長域で透明性が高く（ヘイズ値は低い）、また吸水率が低い特性を持つものが望ましい。ここでは、厚さ７５μｍのＰＥＴ基材を用いた。
【００１３】
ＮＤフィルタは、所望の透過率を得るためのものであり、透過率が可視光域で一定であることが望ましい。
金属を蒸着した薄膜ＮＤフィルタでは９層から１３層を積層するため、Ｔｉ、ＣｒまたはＮｉからなる金属膜では、いずれも１０ｎｍ以下の極薄膜になるために膜厚制御が困難であり、再現性良く平坦な分光特性が得られない。
また、干渉型のフィルタでは、光路内に迷光が生じ像を劣化させるため、光吸収型のフィルタが望ましい。
ここでは、ＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3等のチタン酸化物を用いた多層膜蒸着フィルタを成膜して、上記ＮＤフィルタを構成した。
ＮＤフィルタの濃度は、チタン酸化物の膜厚で変えることができるが、光線透過率が低くなってくると光学式膜厚制御装置を用い所定の光学濃度にコントロールするのが難しくなる。
そこで、本実施例では基板の両面にＮＤフィルタ膜を設け、どちらか一方の面に赤外光をカットする赤外カットフィルタをコーティングした構成とした。
すなわち、これにより、片面にＮＤフィルタ膜を設けた場合よりも、光線透過率が低いＮＤフィルタの作製を可能とした。
【００１４】
つぎに、本実施例のＮＤフィルタの分光特性について説明する。
図３に、本実施例のＮＤフィルタの分光特性を示す。
本実施例のＮＤフィルタ膜は、可視光域、つまり４００ｎｍ前後から７００ｎｍ前後までの波長領域の光に対して、透過率の変動を抑え、表面反射を抑えた場合、図３おいて一点鎖線で示すように、透過率５０％以下の分光特性を有している。
ここで仮に、フィルタの両面の最表面を透過率５０％のＮＤフィルタ膜にすることで、図３の点線で示すように、透過率２５％のフィルタとなる。
更に、赤外カットフィルタを設けることで、図３の実線で示すように、赤外光の透過率を下げることができる。
そして、本実施例のＮＤフィルタでは、吸収型蒸着ＮＤフィルタ膜でＮＤフィルタ表面を構成することにより、４００ｎｍから１０００ｎｍ前後の波長域の光に対して、表面反射率が３％以下となるようなフィルタの作製が可能である。
ここで、赤外カットフィルタは、７００ｎｍ以上の赤外光をカットするためのものであり、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＩＴＯ、ＳｉＯ2などの透明酸化物を用いて積層成膜されているが、本発明は特にこれに限定されるものではない。
例えば、赤外線吸収能がある無機及び有機材料をコーティングしても良い。
また、プラスチック基板に蒸着を行なうと、蒸着した材料の種類に応じ基板と蒸着多層膜の間に引張りもしくは圧縮の応力が発生し、基板が表裏のどちらかに湾曲してしまうカーリングが発生する。
しかし、ＮＤフィルタ膜の光減衰量を表裏に分割し、基板の表裏での応力のバランスを調節することでカーリングを抑えることもできる。
したがって、本実施例によると、フィルタ表面の反射が少なく、反射光や赤外光によるゴーストやフレアなどの発生を有効に防止可能とした平面性の良いフィルタを得ることができる。
【００１５】
［実施例２］
実施例２においては、連続濃度変化または多段階濃度変化による濃度分布を有するＮＤフィルタ膜を用いた場合の構成例について説明する。
図４に本実施例におけるＮＤフィルタの構成を示す。
図４において、２０はＮＤフィルタであり、ＮＤフィルタ２０は基板２１と、この基板両面に設けたＮＤフィルタ膜２２、２４と、この一方のＮＤフィルタ膜２２の下面に設けた赤外カットフィルタ膜２３とを備えている。
図５に、このように構成されたＮＤフィルタ３１を絞り羽根３２に取り付けた構成を示す。
【００１６】
このＮＤフィルタは、図６（ａ）のように濃度分布を連続的に変化させるようにしたものを用いてもよく、また図６（ｂ）のように多段階的に変化させるようにしたものを用いてもよい。
被写界の明るさが明るくて絞りの開口を小さくしなければならない場合、光量が同一でも絞りの開口径を大きくできるように濃度の濃いＮＤフィルタを挿入すると絞りの開口が大きくなり画像の劣化を招かずに小絞り状態を回避することができる。
このような特性を有するＮＤフィルタ３１を、図５に示すように絞り羽根３２に設け、赤外光領域に感度を有する撮像装置に搭載した場合、フィルタの使用する位置によって光量を変化させても有害な赤外光を減衰させることができる。これにより、ゴーストやフレアなどの発生を有効に防止することが可能となる。
【００１７】
［実施例３］
実施例３においては、上記各実施例とは別の形態のＮＤフィルタの構成例について説明する。
図７に本実施例ＮＤフィルタの構成を示す。
図７において、４０はＮＤフィルタであり、ＮＤフィルタ４０は基板４１と、この基板両面に設けたＮＤフィルタ膜４２、４４と、この一方のＮＤフィルタ膜４２の下面に設けた赤外カットフィルタ膜４３とを備えている。
その際、本実施例では、ＮＤフィルタ４０にはＮＤフィルタ膜４２、４４のない赤外線カットフィルタ領域が設けられている。
このようにＮＤフィルタ膜４２、４４のない赤外線カットフィルタ領域を設けることで、撮像装置の開放絞り値を開放で使用する場合も有害な赤外光を減衰したい場合、絞り口径をカバーできる大きさに合わせることができる。
そして、光量を減少しない時でも赤外線をカットし、入射光量に合わせてＮＤフィルタで入射光量を変えるとより細かい光量調整をすることが可能となる。
この場合、ＮＤフィルタ膜４２、４４は、連続濃度変化を持つ分光透過率特性のＮＤフィルタ膜を用いると、開放絞りから徐々に絞り込んでいく場合でも濃度変化が急ではなく望ましい。
なお、本実施例において、赤外領域とは波長約７００ｎｍ以上、望ましくは約７００ｎｍ〜１０００ｎｍであるが、赤外領域の波長帯はこれ以上でも以下でもよく、限定されない。
【００１８】
以上のように、上記各実施例のＮＤフィルタによれば、基板の両面にＮＤフィルタ膜を配置することで、フィルタの表面の反射率を約３％以下に抑えることができ、これによりゴースト、フレアーなどの発生を減少させることが可能となる。
さらに、赤外カットフィルタ膜を設けた構成により、赤外光に起因するゴースト、フレアーなどの発生を減少させることが可能となる。
これにより、撮像装置の小型化と低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１におけるＮＤフィルタを有する撮像装置の光学系の構成例を示す図。
【図２】本発明の実施例１におけるＮＤフィルタの構成を示す概略断面図。
【図３】本発明の実施例１におけるＮＤフィルタの分光特性を示す図。
【図４】本発明の実施例２における連続濃度変化または多段階濃度変化による濃度分布を有するＮＤフィルタ膜による構成を示す概略断面図。
【図５】本発明の実施例２におけるＮＤフィルタが絞り羽根に接着された構成を示す図。
【図６】本発明の実施例２におけるＮＤフィルタの距離−濃度特性を示す図であり、（ａ）は濃度分布を連続的に変化させるようにした場合、（ｂ）は多段階的に変化させるようにした場合を説明する図。
【図７】本発明の実施例３におけるＮＤフィルタを示す概略断面図である。
【図８】従来例におけるＮＤフィルタを使用した撮影光学系を説明する図。
【符号の説明】
【００２０】
１：ＮＤフィルタ
２、３：絞り羽根
４：絞り羽根支持板
５：ローパスフィルタ
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ：撮影光学系６を構成するレンズ
７：固体撮像素子
１０：ＮＤフィルタ
１１：基板
１２：ＮＤフィルタ膜
１３：赤外カットフィルタ膜（赤外線減衰膜）
１４：ＮＤフィルタ膜
２０：ＮＤフィルタ
２１：基板
２２：ＮＤフィルタ膜
２３：赤外カットフィルタ膜（赤外線減衰膜）
２４：ＮＤフィルタ膜
３１：ＮＤフィルタ
３２：絞り羽根
４０：ＮＤフィルタ
４１：基板
４２：ＮＤフィルタ膜
４３：赤外カットフィルタ膜（赤外線減衰膜）
４４：ＮＤフィルタ膜
４５：絞り羽根
【図１】
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【図２】
2007225735.tif 000004
【図３】
2007225735.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007225735.tif 000007
【図６】
2007225735.tif 000008
【図７】
2007225735.tif 000009
【図８】
2007225735.tif 000010