JPWO2014034133A1 - 光量調整装置、撮像光学系、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

被写体の輝度に合わせて光学フィルタを切り替える際に、ゴーストが撮影者に与える違和感を低減する。光透過率がそれぞれ異なる複数の光学フィルタ素子を備え、複数の光学フィルタ素子における反射光色が実質的に同等である。

Description

本発明は、光量調整装置及び撮像光学系、並びに撮像装置に関するものである。

従来から、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像系は、撮像素子と、この撮像素子に入射する光量を調節する機構とを備える。光量を調節する機構としては絞り装置が挙げられる。この絞り装置は、被写体の輝度に合わせて絞り羽根を駆動し、開口径を調節することによって、撮像素子に入射する光量を調節する。ここで、被写体の輝度が大きい場合には開口径を小さくする必要があるが、開口径を一定の大きさ以下とすると、ハンチング現象又は光の回折により画質の劣化が起こりうる。近年では撮像素子の高感度化が進んでおり、光量をより抑制することに対する需要が高まっている。

このために、可視光波長（４００〜７００ｎｍ）における透過率が略均一である減光フィルタ、例えばＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが用いられている。具体的には、ＮＤフィルタを絞り羽根近辺に配置することにより、開口径を保ちながら撮像素子に入射する光量を減衰できる。ＮＤフィルタの例としては、ガラスやプラスチックなどに色素や染料を練りこんだもの、及び基板上に真空蒸着法やスパッタリング法などにより無機薄膜を複数層積層したものがある。光学特性及び環境特性を考慮して、一般的には、撮像光学系においては後者のＮＤフィルタが用いられている。

また、撮像光学系に複数のＮＤフィルタを設け、被写体の輝度に応じて、光路に挿入するＮＤフィルタを切り替える技術も開発されている（特許文献１）。さらに、１つのＮＤフィルタに光透過率が異なる領域を設け、被写体の輝度に応じて、光路に挿入する領域を切り替える技術も開発されている（特許文献２）。

特開２００１−２２２０４２号公報 特開２００４−２９５０１５号公報

しかしながら、撮像光学系において減光フィルタを用いる場合、ゴーストが発生しやすく、特に減光フィルタの切り替えを行う場合に、発生したゴーストが撮影者に対して与える違和感が大きいという課題があった。

本発明は、被写体の輝度に合わせて光学フィルタを切り替える際に、ゴーストが撮影者に対して与える違和感を低減することを目的とする。

本願発明者らは、各減光フィルタの反射光色を実質的に同等とすることにより、ゴーストにより撮影者が受ける違和感が小さくなることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る光量調整装置は以下の構成を備える。すなわち、光透過率がそれぞれ異なる複数の光学フィルタ素子を備え、前記複数の光学フィルタ素子における反射光色が実質的に同等であることを特徴とする。

被写体の輝度に合わせて光学フィルタを切り替える際に、ゴーストが撮影者に与える違和感を低減することができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図１は本発明の一実施形態に係る撮像光学系を示す図である。 図２は本発明の一実施形態に係る光量調整装置を示す図である。 図３は実験例で用いた光学フィルタの反射スペクトルを示すグラフである。 図４は人間の視覚感度を示すグラフである。 図５Ａは反射特性と人間の視覚感度を掛け合わせて得られるグラフである。 図５Ｂは反射特性と人間の視覚感度を掛け合わせて得られるグラフである。 図５Ｃは反射特性と人間の視覚感度を掛け合わせて得られるグラフである。 図６は本発明の一実施形態に係る光量調整装置を示す図である。 図７は本発明の一実施形態に係る光学フィルタの反射特性を示すグラフである。 図８は本発明の一実施形態に係る撮像装置を示す図である。 図９は本発明の一実施形態に係る光学フィルタを作成するためのマスクである。 図１０は本発明の一実施形態に係る光学フィルタの断面図である。 図１１は本発明の一実施形態に係る光学フィルタの断面図である。 図１２は本発明の一実施形態に係る光学フィルタの上面図である。 図１３は本発明の一実施形態に係る光学フィルタの反射特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。

［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像光学系２０を示す。撮像光学系２０は、レンズ１，４〜６、光量調整装置９、及び撮像素子７を備える。入射光は、レンズ１，４〜６、及び光量調整装置９を通って撮像素子７へと入射する。そして撮像素子７において、入射光は画像を表す電気信号へと変換される。

光量調整装置９は、光透過率がそれぞれ異なる複数の光学フィルタ素子を備える。光路に挿入される光学フィルタ素子を切り替えることにより、撮像素子７へと入射する光量を調整することができる。

光学フィルタ素子とは、光の透過を調整する部材である。複数の光学フィルタ素子は、単一の基板に保持され、１つの光学フィルタとして構成されていてもよい。また、複数の光学フィルタ素子が、それぞれ別体として構成されていてもよい。本実施形態において光量調整装置は、１つ以上の光学フィルタ素子が配置された光学フィルタを備える。例えば光量調整装置９は、複数の光学フィルタを有していてもよく、複数の光学フィルタ素子のそれぞれが別々の光学フィルタに配置されていてもよい。また、光量調整装置は１つの光学フィルタを有していてもよく、複数の光学フィルタ素子が１つの光学フィルタに配置されていてもよい。本実施形態においては、複数の光学フィルタ素子１０ａ〜１０ｄのそれぞれが、別々の光学フィルタ１０〜１３に配置されている。

本実施形態において光量調整装置９は４つの光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａを有するが、光量調整装置９が有する光学フィルタ素子の数はこれに限られず、２つ以上の光学フィルタ素子を有していればよい。光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａは互いに異なる光学濃度を持つ。すなわち、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの光透過率はそれぞれ異なる。このような光学フィルタ素子は、例えばＮＤフィルタのような減光フィルタでありうる。例えば、光量調整装置９は光透過率がそれぞれ異なる３つ以上のＮＤフィルタ素子を有していてもよい。また、複数の光学フィルタ素子、すなわち光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａにおける反射光色は、実質的に同等である。本願発明における反射光色が実質的に同等とは、例えば、複数の光学フィルタ間の反射光色が後述する表２に記載のように、各種の識別条件で同系統の色と識別され、均等とされる領域の範囲内であって、マーキングペンの色差の範囲内で同等であることが好ましく、さらに、経時比較した場合にほぼ同一であると認められる範囲内で同等とすることがより好ましく、さらに、各種の誤差要素を考え許容誤差範囲内と識別される範囲内で同等であることがより好ましく、さらに、色の違いを測定において識別できない識別不能範囲内で同等であることがより好ましい。

光量調整装置９はさらに、それぞれの光学フィルタ素子を光路に出し入れすること、すなわち光路に配置すること及び光路から取り除くことができる、駆動部１５（移動手段）を備える。図１においては、４つの光学フィルタのうちの１つである光学フィルタ３が光路に挿入されている。光量調整装置９は、駆動部１５を用いて光路に配置する光学フィルタを変更すること、すなわち光路に配置する光学フィルタ素子を変更することにより、撮像素子７に入射する光量を制御する。光路に配置される光学フィルタの決定は、撮像素子７に入射する光量、及び絞り羽根２ａ、２ｂの口径などを考慮して行うことができる。

例えば、撮像光学系２０は、光量制御部８を有するか、又は光量制御部８と通信可能に接続されていてもよい。この光量制御部８は、撮像素子７から得た光量情報、及び絞り羽根２ａ、２ｂの位置情報などに基づいて、撮像素子７に入射する光量が最適となるように、光路に配置される光学フィルタを決定する。この決定に基づいて、光量調整装置９は光路中に配置される光学フィルタを変更することができる。

光量調整装置９はさらに、絞り羽根２ａ，２ｂを有していてもよい。絞り羽根２ａ，２ｂは、撮像光学系２０における光路の開口を形成する。絞り羽根２ａ，２ｂの配置は、撮像素子７に入射する光量、及び絞り羽根２ａ、２ｂの口径などを考慮して行うことができる。例えば光量制御部８は、絞り羽根２ａ、２ｂの位置情報を取得してもよい。そして光量制御部８は、撮像素子７から得た光量情報、及び絞り羽根２ａ、２ｂの位置情報などに基づいて、最適な開口が得られるように、絞り羽根２ａ、２ｂを駆動してもよい。

以下に、光量調整装置９について、図２を参照してさらに詳しく説明する。図２に示す光量調整装置９においては、複数の光学フィルタ１０〜１３がそれぞれ独立して光路に進退可能である。図２に示すように、駆動部１５は光学フィルタ１０〜１３のそれぞれの位置を、光路上と光路外との間で切り替えることができる。上述のように、光学フィルタ１０〜１３は開口を覆うように光路に挿入される光学フィルタ素子（例えば光学フィルタ素子１０ａ）を有する。

光量調整装置９の別の実施形態を、図６を参照して説明する。図６に示す光量調整装置９において、複数の光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａはターレット状に配置されている。具体的には、複数の光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａは円盤上に円形に配置されている。駆動部１５がこの円盤を回転させることにより、所望の光学フィルタ素子が光路に挿入される。光学フィルタ素子の切り替えに伴う撮影者の違和感を低減するために、この円盤上には、各光学フィルタ素子が透過率の大きさの順に並んでいることが好ましい。

本実施形態においては、光量調整装置９が有する光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａは、それぞれ光透過率が異なる。また、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの反射光色は実質的に同等である。このような組み合わせの光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａを光量調整装置９が有することにより、光学フィルタ素子を切り替えても、ゴーストにより撮影者に与える違和感を低減することができる。

より具体的には、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの反射光色が実質的に同等である場合、光学フィルタ素子を切り替えた際に、ゴーストの色が変化しにくいことが見出された。このために、撮影者に与える違和感が低減されたものと考えられる。

上記のような組み合わせの光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａを用いる場合、フィルタを切り替えてもゴーストの色が変化しにくい理由について、本願発明者らは以下のように考える。すなわちゴーストは、撮像素子近辺における光の反射のために発生すると考えられる。例えば、一度光学フィルタ素子及びレンズなどを透過した光が、撮像素子近辺において反射され、光学フィルタ素子及びレンズなどによって再び反射され、撮像素子へと入射することは、ゴーストの原因となりうる。特に光学フィルタ素子はレンズなどと比較して反射率が高く、ゴーストを引き起こしやすいため、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの反射光色とゴーストの色との関連が大きくなるものと考えられる。

このため、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの撮像素子側の面における反射光色が、ゴーストの色に特に影響を与えるものと考えられる。この観点から、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの撮像素子側の面における反射光色が実質的に同等であることが好ましい。もっとも、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの被写体側の面における反射光色も、ゴーストの色に影響を与えるものと考えられる。なぜなら、例えば光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの被写体側の面で反射し、レンズ１によってさらに反射された光が、撮像素子７へと入射することも、ゴーストの原因となりうるからである。この観点から、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの被写体側の面における反射光色が実質的に同等であることも好ましい。さらに好ましくは、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの撮像素子側の面における反射光色が実質的に同等であり、かつ光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの被写体側の面における反射光色が実質的に同等である。

また、複数の光学フィルタ素子のうち、互いに透過率が近い２つの光学フィルタ素子における反射光色が実質的に同等であることが好ましい。ここで、「互いに近い透過率を有する光学フィルタ素子」とは、複数の光学フィルタ素子を透過率の大きさの順に並べた場合に互いに隣り合う２つ（１組）の光学フィルタ素子のことを指す。本実施形態においては、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａの透過率について、光学フィルタ素子１０ａ＞光学フィルタ素子１１ａ＞光学フィルタ素子１２ａ＞光学フィルタ素子１３ａの関係が存在するものとする。この場合、「互いに近い透過率を有する２つの光学フィルタ素子」は、光学フィルタ素子１０ａと１１ａとの組、光学フィルタ素子１１ａと１２ａとの組、及び光学フィルタ素子１２ａと１３ａとの組のことを示す。これらの光学フィルタ素子の組のうち、少なくとも１つについて反射光色が実質的に同等であることが好ましい。この場合、互いに近い透過率を有する２つの光学フィルタ素子の間で切り替えを行った際の、撮影者に与える違和感を低減することができる。上記の光学フィルタ素子の組のうち全てについて反射光色が実質的に同等であることは、より好ましい。

別の具体例として、複数の光学フィルタ素子の全てについて、反射光色が実質的に同等であることも好ましい。

以下で、「反射光色が実質的に同等である」との用語について説明する。ここで反射光色とは、光学フィルタ素子表面に光が当たったときの光学フィルタ素子の表面色のことを指す。また、人間が視覚的に同等の反射光色と判断できる場合も、上記「反射光色が実質的に同等である」ことに含まれる。人間が視覚により反射光色を区別できない場合には、反射光色は実質的に同等乃至同一であるものとして同一視できることから、この場合でも上記「反射光色が実質的に同等である」ことに含まれるものとする。なお、反射光色の観測は、例えば、光源としてＤ_６５を用い、入射角５度、反射角５度で行うことができる。

また、反射光色の色差が１０以下である場合、より好ましくは５以下である場合、さらに好ましくは０．６以下である場合、特に好ましくは０．２以下である場合に、反射光色が実質的に同等であるものと考えてもよい。すなわち、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａについて、反射光色が実質的に同等であって且つ反射光色の色差は１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。より具体的には、光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａについて、撮像素子側の面における反射光色の色差が１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。また、互いに透過率が近い２つの光学フィルタ素子間での反射光色の色差が１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。さらには、全ての光学フィルタ素子間での、反射光色の色差が１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。このような条件を満たすことにより、光学フィルタ素子を切り替えた際の、撮影者に与える違和感を低減することができる。ここで、色差は後述のＣＩＥ２０００色差式から算出し、光源としてＤ_６５を用い、入射角５度、１０度視野における感度を用いている。

より具体的には、全ての光学フィルタ素子間での、撮像素子側の面における反射光色の色差が１０以下であることが好ましく、かつ互いに透過率が近い２つの光学フィルタ素子間での、撮像素子側の面における反射光色の色差が５以下であることが好ましい。このような構成により、互いに透過率が近い光学フィルタを順次切り替えた場合にも、撮影者に与える違和感を低減することができる。

ここで、反射光色の色差とは、例えば、本実施例ではＣＩＥ２０００色差式に従って得られる色差のことを指す。色差は式（１）に示すＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色差式を用いて算出することもできるが、人間により視覚的に感じられる色差をより正確に評価するために、人間の視覚感度がより考慮された、式（２）のＣＩＥ２０００色差式を用いることが好ましい。ＣＩＥ２０００色差式に基づく光学フィルタ素子の反射光色の色差は、人間の視覚に基づく色差とほぼ同程度の水準であるといえる。

ここで、
ΔＬ^＊、ΔＣ^＊、ΔＨ^＊：Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における基準色との色差値
Ｋ_Ｌ、Ｋ_Ｃ、Ｋ_Ｈ：パラメトリック係数
Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｃ、Ｓ_Ｈ：重価係数
Ｒ_Ｔ：ローテーション関数

パラメトリック係数Ｋ_Ｌ、Ｋ_Ｃ、Ｋ_Ｈはそれぞれ明度係数、彩度係数、色相係数を示し、試験条件により任意に設定される定数である。

また、重価係数Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｃ、Ｓ_Ｈはそれぞれ式（３）〜（５）で与えられる。

さらに、ローテーション係数Ｒ_Ｔは式（６）で表される。

Δθ、Ｒ_Ｃは次のように与えられる。

ただし、ｈ：基準試料のメトリック色差

撮像光学系で発生するゴーストの色は、撮像素子の感度の影響も受けるものと考えられる。しかしながら、可視光については、撮像素子の感度は人間の目の感度に比較的近い。このため、ＣＩＥ２０００色差式により算出される反射光色の色差は、光学フィルタ素子が切り替わった際のゴーストの色味変化をよく表す。

ところで、人間が色を認識できるのは、光の三原色である「赤」「緑」「青」に対応した感覚を有しているためである。そして、「赤」「緑」「青」に対する人間の目の感度はそれぞれ異なる。「赤」「緑」「青」のそれぞれに対する人間の目の感度のグラフを図４に示す。グラフ中の「ｘｂａｒ」「ｙｂａｒ」「ｚｂａｒ」は、それぞれ「赤」「緑」「青」に対する感度である。所定の反射スペクトルを有する光について、人間が視覚により認識する色は、この反射スペクトルに「ｘｂａｒ」「ｙｂａｒ」「ｚｂａｒ」のそれぞれを乗じて得られる面積比に応じて決まる。例として、図３において「基準」として表される反射スペクトルに、「ｘｂａｒ」を乗じて得られるグラフを図５Ａに、「ｙｂａｒ」を乗じて得られるグラフを図５Ｂに、「ｚｂａｒ」を乗じて得られるグラフを図５Ｃに、それぞれ示す。

人間が視覚により認識する色は、図５Ａ〜５Ｃに斜線で示した領域「Ｘ」「Ｙ」「Ｚ」の面積によって決まる。つまり、各光学フィルタ素子の反射スペクトルについて測定された領域「Ｘ」「Ｙ」「Ｚ」の面積が実質的に同等である場合、各光学フィルタ素子における反射光色は実質的に同等となる。このため、光学フィルタ素子を切り替えても、ゴーストの色味変化が小さくなり、撮影者に与える違和感を低減することができる。ここで、図４のグラフはＣＩＥで規定されている等色関数に相当し、「Ｘ」「Ｙ」「Ｚ」の面積は三刺激値に相当する。また、反射スペクトルとは、波長毎に光学フィルタ素子の反射率を示すものである。ここでは、反射スペクトルは入射角５度及び反射角５度の条件で測定するものとする。

以上のように、上述のように求められた「Ｘ」「Ｙ」「Ｚ」の面積が、複数の光学フィルタ素子間で実質的に同等であることが好ましい。具体的には、以下の式（７）〜（９）を満たすことが好ましい。

ΔＹ≦２５・・・（７）
｛（「Ｘ」／「Ｙ」）max ／ （「Ｘ」／「Ｙ」）min｝≦２ ・・・（８）
｛（「Ｚ」／「Ｙ」）max ／ （「Ｚ」／「Ｙ」）min｝≦５ ・・・（９）

式（７）〜（９）において、ΔＹは光量調整装置に搭載される全ての光学フィルタ素子についての、「Ｙ」の最大値と「Ｙ」の最小値との差を表す。また、（「Ｘ」／「Ｙ」）max及び（「Ｘ」／「Ｙ」）minは、それぞれ光量調整装置に搭載される全ての光学フィルタ素子についての（「Ｘ」／「Ｙ」）の最大値及び（「Ｘ」／「Ｙ」）の最小値を表す。さらに、（「Ｚ」／「Ｙ」）max及び（「Ｚ」／「Ｙ」）minは、それぞれ光量調整装置に搭載される全ての光学フィルタ素子についての（「Ｚ」／「Ｙ」）の最大値及び（「Ｚ」／「Ｙ」）の最小値を表す。

また、「Ｘ」「Ｙ」「Ｚ」の面積が、光量調整装置に搭載される光学フィルタ素子のうち互いに透過率が近い２つの光学フィルタ素子間で実質的に同等であることが好ましい。具体的には、以下の（１０）〜（１２）式が成り立つことが好ましい。

ΔＹ≦１２．５・・・（１０）
｛（「Ｘ」／「Ｙ」）max／（「Ｘ」／「Ｙ」）min｝≦１．５ ・・・（１１）
｛（「Ｚ」／「Ｙ」）max／（「Ｚ」／「Ｙ」）min｝≦２．５ ・・・（１２）

式（１０）〜（１２）において、ΔＹは２つの光学フィルタ素子についての、より大きい方の「Ｙ」とより小さい方の「Ｙ」との差を表す。また、（「Ｘ」／「Ｙ」）max及び（「Ｘ」／「Ｙ」）minは、２つの光学フィルタ素子についての、より大きい方の（「Ｘ」／「Ｙ」）及びより小さい方の（「Ｘ」／「Ｙ」）を表す。さらに、（「Ｚ」／「Ｙ」）max及び（「Ｚ」／「Ｙ」）minは、２つの光学フィルタ素子についての、より大きい方の（「Ｚ」／「Ｙ」）及びより小さい方の（「Ｚ」／「Ｙ」）を表す。

また、複数の光学フィルタ素子間で、反射率が実質的に同等であることも好ましい。光学フィルタ素子の反射率の大きさはゴーストの強度に影響するものと考えられるため、この場合、複数の光学フィルタ素子間で発生するゴーストの強度がほとんど変わらなくなる。したがって、光学フィルタ素子が切り替わってもゴーストの強度がほとんど変わらないため、撮影者に与える違和感をさらに低減することができる。

さらに、複数の光学フィルタ素子間で反射スペクトルが実質的に同等であることはさらに好ましい。複数の光学フィルタ素子間で反射スペクトルが実質的に同等であることは、様々な波長の光について、複数の光学フィルタ素子間で反射率が実質的に同等であることを意味する。したがって、様々な撮影条件下において、撮影者に与える違和感をさらに低減することができる。そして、上述のように、複数の光学フィルタ素子間で反射光色を実質的に同等とし、かつ複数の光学フィルタ素子間で反射スペクトルを実質的に同等とすることにより、撮影者に与える違和感をより効果的に低減することができる。例えば、光量調整装置に搭載される光学フィルタ素子のうち、極大反射率が最大のものと最小のものとについて、極大反射率の差が１．０％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。ここで、極大反射率とは、光波長４００〜７００ｎｍにおいて最も反射率が高い波長における反射率のことである。

［実験例］
光学フィルタ素子における反射光色の色差が、撮影者に与える影響について実験した。具体的には、４つの光学フィルタを用意した。それぞれの光学フィルタは、同等の光透過率を持つ光学フィルタ素子を有する。第１の光学フィルタの反射スペクトルを、図３の「基準」に示す。さらに、第２〜第４の光学フィルタの反射スペクトルを、それぞれ、図３の「色差５」、「色差１０」、及び「色差１５」に示す。第２、第３、及び第４の光学フィルタの反射光色は、ＣＩＥ２０００色差式によって計算される第１の光学フィルタの反射光色との色差が、それぞれ５、１０、及び１５である。色差の算出にあたっては、光源としてＤ_６５を用い、入射角は５度、視野角は１０度視野の感度とし、パラメトリック係数Ｋ_Ｌ、Ｋ_Ｃ、Ｋ_Ｋは全て１とした。また、上記の反射スペクトル及び反射光色は、光学フィルタの撮像素子側の面について測定したものである。

ここで、第１の光学フィルタと、第２〜第４の光学フィルタとを、同じ光量調整装置に組み込んだ。すなわち、この光量調整装置は、４つの光学フィルタ素子を有する。この光量調整装置を、撮像光学系に組み込んだ。この撮像光学系が有する撮像素子が撮像した画像は、表示部を介して撮像者へと提示された。そして、光路に挿入する光学フィルタを、第１の光学フィルタから、第２〜第４の光学フィルタのそれぞれへと変更した際に、ゴーストの色変化が知覚されるか否かを目視にて評価した。結果を表１に示す。「色差５」は第１の光学フィルタから第２の光学フィルタへと変更した場合、「色差１０」は第１の光学フィルタから第３の光学フィルタへと変更した場合、「色差１５」は第１の光学フィルタから第４の光学フィルタへと変更した場合の結果を、それぞれ示す。なお、下記表１で示した「色差５」、「色差１０」、「色差１５」の光学フィルタは、２度視野の時、それぞれ色差４．３、９．０、１４．８であった。

表１において、◎は全く違和感がなく、光学フィルタが切り替わったことが分からなかったことを示す。○はほとんど違和感がなく、光学フィルタが切り替わったことには気付いたが、色味には大きな差がなかったことを示す。×は違和感があり、光学フィルタが切り替わった際の色味の変化がはっきりと分かったことを示す。

表１に示すように、光学フィルタにおける反射光色の色差が１５以上であった場合には、光学フィルタを切り替えた際のゴーストの色変化が知覚された。一方で、色差が１０以下であった場合には、ゴーストの色変化は撮影者に違和感を与えるほどではない。さらに、色差が５以下であった場合には、ゴーストの色変化は撮影者には認識されなかった。

この実験から、複数の光学フィルタ間で、撮像素子側の面における反射光色の色差が１０以下、特に５以下である場合に、撮影者の違和感が低減されることがわかった。

光学フィルタの切り替えは、通常は隣り合う透過率を有する光学フィルタ間で行われる。したがって、隣り合う透過率を有する光学フィルタ間の撮像素子側の反射光色の色差を５以下とすることで、撮影者に与える違和感を劇的に小さくすることができる。

また、短期間に連続して光学フィルタの切り替えを行うこと、例えば、第１のフィルタから第２のフィルタへの切り替えを行い、さらに第２のフィルタから第３のフィルタへの切り替えを行うことが考えられる。このような場合でも、全ての光学フィルタ間で反射光色の色差が１０以下であり、かつ隣り合う透過率を有する光学フィルタ間で反射光色の色差が５以下であれば、撮影者はフィルタの切り替えを認識できず、かつ色味の変化もほとんど認識できない。

つまり、連続して切り替える少なくとも３枚の光学フィルタの反射光色が実質的に同等であれば撮影者に違和感を与えない。例えば、別の実施形態においては、透過率の大きさの順番に連続して切り替える少なくとも３枚の光学フィルタの反射光色が実質的に同等であれば、光路に出入りする光学フィルタの枚数が４枚から５枚、又は６枚以上へと増えると、全ての光学フィルタ間での多少の色差が許容されるようになる。

表２は許容色差の分類を示した表（参照：新編色彩科学ハンドブック第２版，日本色彩学会編）である。表２に示すように、色差が５以下である２つの色は、経時比較した場合にほぼ同一の色として認識される。光学フィルタを切り替える前後でのゴーストの色味は、経時比較されるものであり、上記の実験結果は表２の記載と合致している。

以下に、本実施形態の具体的な実施例について説明する。以下では、複数の光学フィルタ素子として、少なくとも１つのＮＤフィルタ（ＮＤフィルタ素子）と、少なくとも１つのＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）フィルタとを用いて光量を調整する場合について説明する。ここで、ＮＤフィルタにおける反射光色とＡＲフィルタにおける反射光色とは実質的に同等である。

ＡＲフィルタは、光学濃度が略０（透過率が略１００％）である。具体的には、ＡＲフィルタの光透過率は９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。被写体の輝度が大きく光量の調整が必要である場合には、光路にＮＤフィルタを挿入する。一方で光量の調整が必要ない場合にはＮＤフィルタを光路から外すが、この場合、ＮＤフィルタを外す前後でピントのずれが発生する可能性がある。光学フィルタ素子の有無によるピントのずれは、厚みの大きいフィルタの透明基板の影響が大きい。そこで、ＮＤフィルタを外す場合には、同様の透明基板を有するＡＲフィルタを代わりに挿入することにより、ピントのずれを小さくすることができる。

ＡＲフィルタは反射防止機能を有するフィルタであるが、本実施例においては、ＮＤフィルタにおける反射光色とＡＲフィルタにおける反射光色とが実質的に同等となるように、ＡＲフィルタが設計される。このために、ＡＲフィルタの反射率が極めて低い必要はなく、例えば人間の色覚への影響が大きい４５０〜６５０ｎｍの波長について、ＡＲフィルタの平均反射率は、０．３％以上であってもよく、０．５％以上であってもよい。こうして、ＡＲフィルタとＮＤフィルタとの間で切り替えを行った際の、撮影者の違和感を低減することができる。

本実施例に係る光量調整装置９は、複数の光学フィルタ素子として、３つのＮＤフィルタと、１つのＡＲフィルタとを備える。具体的には光量調整装置９は、光学濃度が略０であるＡＲフィルタ（ＮＤ＿００と呼ぶ）と、光学濃度がそれぞれ０．５、１．０、１．５であるＮＤフィルタ（それぞれＮＤ＿０５、ＮＤ＿１０、ＮＤ＿１５と呼ぶ）とを有する。ここで光学濃度（ＯＤ）は、フィルタの透過率をＴとしたときにＯＤ＝Ｌｏｇ（１／Ｔ）で表され、透過率が大きいほど光学濃度は小さくなる。

光学フィルタ素子ＮＤ＿００は、透明基板上に屈折率の異なる薄膜を複数層積層することで作製した。

近年は、撮像光学系の小型化及び軽量化を目的として、透明基板としてプラスチック基板が用いられてきている。プラスチック基板としては、種々のものを用いることができ、ポリエステル系、ノルボルネン系、ポリエーテル系、アクリル系、及びスチレン系樹脂などを用いることができる。また、プラスチック基板としては、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）系、ポリスルホン系、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）系、ＰＣ（ポリカーボネート）系、及びポリイミド系などを用いることもできる。また、ガラス基板を用いてもよい。本実施例においては、透明基板としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いた。

プラスチック基板を用いる場合は、誘電体層や光吸収層などの成膜による膜応力や熱応力による変形、水分による分光変化などを考慮すると、ガラス転移温度Ｔｇが高く、曲げ弾性率が大きく、吸水性の小さいプラスチック基板を用いることが好ましい。基板の厚みは、剛性を保てる範囲でできるだけ薄いほうがよく、２０μｍ〜２００μｍ程度が好ましく、２５μｍ〜１００μｍ程度がより好ましい。本実施例では厚みが５０μｍの基板を用いた。

光学フィルタ素子ＮＤ＿００の透明基板上の薄膜は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、又はＩＡＤ法などを用いて成膜できる。本実施例においては、真空蒸着法を用いて成膜した。

光学フィルタ素子ＮＤ＿０５、ＮＤ＿１０、及びＮＤ＿１５は、従来知られている方法に従って作製できる。本実施例においては、真空蒸着法によって、透明基板に誘電体膜と光吸収膜とを積層することにより作製した。３つのＮＤフィルタ間で、反射光色は実質的に同等である。

ここで、少なくとも１つのＮＤフィルタの反射光色と、ＡＲフィルタ（ＮＤ＿００）の反射光色とが、実質的に同等であることが、フィルタを切り替えた際の撮影者の違和感を低減できる点で好ましい。特に、撮像素子側の面の反射光色が実質的に同等であることが好ましい。通常は、ＡＲフィルタと、最も光学濃度の薄いＮＤフィルタ（ＮＤ＿０５）との間で切り替えが行われる。したがって、ＡＲフィルタとの反射光色と、最も光学濃度の薄いＮＤフィルタ（ＮＤ＿０５）の反射光色とが、実質的に同等であることが好ましい。

光量調整装置９が図２に示す構成を有する場合、ＡＲフィルタは、３つのＮＤフィルタの間に配置されてもよいし、３つのＮＤフィルタ群の外側に配置されてもよい。いずれにしても、これらのＮＤフィルタ及びＡＲフィルタを切り替えて光量調整を行うことができる。光量調整装置が図６に示す構成を有する場合は、フィルタを切り替える際の撮影者の違和感を低減するために、ＡＲフィルタは、最も光学濃度の薄いＮＤフィルタ（ＮＤ＿０５）と隣り合って配置されていることが好ましい。

ＡＲフィルタの設計にあたっては、フィルタの吸収特性を考慮する必要が無いため、ＮＤフィルタと比べて反射率を低く設計しやすい。しかしながら本実施例においては、他の３つのＮＤフィルタの反射スペクトルに合わせて、ＡＲフィルタを設計した。本実施例の光量調整装置９が備える光学フィルタ素子の反射スペクトルを図７に示す。

隣り合う透過率を有する光学フィルタの色差に関して、ＡＲフィルタとＮＤ＿０５との反射光色の色差は１．９９２、ＮＤ＿０５とＮＤ＿１０との反射光色の色差は１．２４２、ＮＤ＿１０とＮＤ＿１５との反射光色の色差は１．６０７である。４つの光学フィルタ素子間で最も大きい反射光色の色差は、ＡＲフィルタとＮＤ＿１５との反射光色の色差であり、１．９９８である。色差の算出にはＣＩＥ２０００色差式を用い、光源としてＤ_６５を用い、入射角５度、条件として１０度視野の感度を用いた。

ＡＲフィルタは光吸収性が低く、透過率［％］＋反射率［％］≒１００［％］となる。図７に示すように、５００〜６００ｎｍにおけるＡＲフィルタの反射率を上げると、この領域における透過率は減少してしまう。しかし、ＡＲフィルタは透過率が非常に高いため、透過特性に多少の起伏があってもカラーバランスに与える影響はほとんどない。

本実施例においては、ＡＲフィルタは屈折率の異なる薄膜を透明基板に積層することで、ＮＤフィルタは誘電体膜と光吸収膜とを透明基板に積層することで作製した。これらの光学フィルタ素子の分光特性は、主に薄膜間の干渉や膜の有する吸収特性によって決まる。すなわち、光学フィルタ素子の分光特性に影響を与えるのは、薄膜の材料特性である屈折率と消衰係数、各層の膜厚、そして層数である。本実施例においては、これらの要素を適宜調整することにより所望の分光特性を有する光学フィルタ素子を作製している。薄膜の干渉を利用した光学フィルタ素子は光の入射角に依存して分光特性が変化するが、本発明に係る光量調整装置を撮像光学系で用いる場合には入射角はせいぜい１０°〜１５°程度であるため、反射光色の変化はほとんどない。

［実施形態２］
以下に、光量調整装置９の別の実施形態について説明する。本実施形態において、複数の光学フィルタ素子は、単一の基板に保持され、１つの光学フィルタとして構成されている。すなわち本実施形態に係る光量調整装置は、１つの光学フィルタを有し、互いに光透過率の異なる複数の光学フィルタ素子が１つの光学フィルタに配置されている。

本実施形態に係る光学フィルタの上面図を図１２に示す。図１２の光学フィルタは、４つの光学フィルタ素子Ａ〜Ｄを有する。光学フィルタ素子Ａは、ＡＲフィルタとしての機能を有するＡＲ領域である。また光学フィルタ素子Ｂ〜Ｄは、ＮＤフィルタとしての機能を有するＮＤ領域である。光学フィルタ素子Ａ〜Ｄの構成は、上述の光学フィルタ素子１０ａ〜１３ａと同様である。すなわち、光学フィルタ素子Ａ〜Ｄにおける反射光色は実質的に同等である。また、ＮＤ領域における反射光色とＡＲ領域における反射光色とが実質的に同等となるように、光学フィルタは設計されている。

ＡＲ領域は、３つのＮＤ領域の間に配置されてもよいし、３つのＮＤ領域群の外側に配置されてもよい。もっとも、光学フィルタ素子の切り替えを効率的に行うためには、図１２に示す様に光学フィルタ素子Ａ、光学フィルタ素子Ｂ、光学フィルタ素子Ｃ、及び光学フィルタ素子Ｄがこの順に並んでいることが好ましい。

以下に、本実施形態の具体的な実施例について説明する。この実施例において、光学フィルタ素子Ａ（ＡＲ領域，ＮＤ＿００と呼ぶ）の光学濃度は略０であり、光学フィルタ素子Ｂ〜Ｄ（ＮＤ領域，それぞれＮＤ＿０５、ＮＤ＿１０、ＮＤ＿１５と呼ぶ）の光学濃度はそれぞれ０．５、１．０、１．５である。

本実施例における光学フィルタ素子のそれぞれの反射スペクトルを図１３に示す。ＮＤ＿００（Ａ）とＮＤ＿０５（Ｂ）との反射光色の色差は１．９４９であった。ＮＤ＿０５（Ｂ）とＮＤ＿１０（Ｃ）との反射光色の色差は０．１９６であった。ＮＤ＿１０（Ｃ）とＮＤ＿１５（Ｄ）との反射光色の色差は２．１７１であった。４つの領域間で最も大きい反射光色の色差は、ＮＤ＿０５（Ｂ）とＮＤ＿１５（Ｄ）との色差であり、２．３６０だった。色差の算出にはＣＩＥ２０００色差式を用い、光源としてＤ_６５を用い、条件として１０度視野を用いた。

本実施例に係る光学フィルタの断面図である図１０を参照して、本実施例に係る光学フィルタについてさらに説明する。本実施例に係る光学フィルタは、基板上に膜が積層された構造を有する。この基板は、第１乃至第ｎの領域を有する。そして、基板の表面と裏面との少なくともいずれかには、それぞれ第１乃至第ｉの光学濃度を有する、第１乃至第ｉの膜が積層されている。ここで、ｎは２以上の整数であり、ｉは１以上ｎ以下の整数である。

具体的には、図１０に示す光学フィルタは、ＰＥＴ基板Ｇの上に、第１〜第４の膜Ａ’〜Ｄ’が積層された構造を有する。第１〜第４の膜Ａ’〜Ｄ’のそれぞれは、所定の光学濃度を有し、具体的には第１〜第４の光学濃度を有する。もっとも、光学フィルタにはさらなる膜が積層されていてもよく、例えば図１０に示す光学フィルタにはさらなる膜Ｅ’〜Ｆ’が積層されている。

ＰＥＴ基板Ｇは、第１〜第４の領域を有する。ＰＥＴ基板Ｇの第ｉの領域における、ＰＥＴ基板Ｇの表面と裏面との少なくともいずれかには、第１〜第ｉの膜が積層されている。図１０の例においては、第１の領域は光学フィルタ素子Ａに対応し、第１の膜Ａ’が積層されている。第２の領域は光学フィルタ素子Ｂに対応し、第１の膜Ａ’及び第２の膜Ｂ’が積層されている。第３の領域は光学フィルタ素子Ｃに対応し、第１の膜Ａ’〜第３の膜Ｃ’が積層されている。第４の領域は光学フィルタ素子Ｄに対応し、第１の膜Ａ’〜第４の膜Ｄ’が積層されている。

本実施例の光学フィルタの成膜方法について図９，１０を用いて説明する。ここで図９は成膜マスクを示し、図１０は本実施例の光学フィルタの断面図を示す。

まず、ＰＥＴ基板Ｇの上に成膜しようとする形状の開口を有する蒸着マスク３０ａをセットし、蒸着マスク３０ａ面を下向きとして蒸着傘に取り付ける。蒸着傘はセットした位置によって膜厚や基板温度が変化しないように、成膜時には所定の速度で回転する。蒸着傘を蒸着機にセットし、所定の温度・真空度となったら蒸着材料の入った坩堝を加熱し、所定の膜厚になるまで成膜を行う。このようにして複数層の薄膜を積層することにより、膜Ａ’を形成する。

本実施例では、光学フィルタ素子Ａの光学濃度は略０である。このため、膜Ａ’の材料としては、可視光をほとんど吸収しないＴｉＯ_２とＳｉＯ_２とを使用した。他の可視光をほとんど吸収しない材料としては、例えばＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５などが使用できる。

膜Ａ’の後に、基板を蒸着機から取り出し、蒸着マスク３０ａを蒸着マスク３０ｂに交換し、膜Ａ’と同様に膜Ｂ’を形成した。膜Ｂ’は、複数層の、誘電体膜であるＳｉＯ_２と光吸収膜であるＴｉＯ_ｘとを積層することにより得られた。他の誘電体膜材料としては、例えばＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２などを用いてもよい。また、他の光吸収膜材料としては、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｎｂなどの、金属若しくは合金、又はその酸化物若しくは窒化物などを用いることができる。

膜Ｂ’の形成が終わった後で、再び基板を蒸着機から取り出し、蒸着マスク３０ｂを蒸着マスク３０ｃに交換した。そして、膜Ｂ’と同様に膜Ｃ’を形成した。

膜Ｃ’の形成が終わった後で、再び基板を蒸着機から取り出し、蒸着マスク３０ｃを蒸着マスク３０ｄに交換した。そして、膜Ｃ’と同様に膜Ｄ’を形成した。

膜Ｄ’の形成が終わった後で、蒸着マスク３０ｄを蒸着マスク３０ａに再び交換し、反射防止膜であるＳｉＯ_２（Ｅ’）を形成した。反射防止膜の材料としては屈折率の低い材料が好ましく、他にはＭｇＦ_２などが好適である。

膜Ａ’〜Ｅ’の成膜が終わった後で、基板をひっくり返し、反射防止膜であるＦ’を形成した。Ｆ’にはＡ’と同様の材料を用いた。

以上、本実施形態に係る光学フィルタについて説明した。もっとも、本実施形態に係る光学フィルタの構造は図１０に示されるものには限られず、例えば図１１に示すように、透明基板の両面に光吸収特性を有する膜が設けられていてもよい。また、各光学フィルタ素子、本実施例ではＮＤ＿００、ＮＤ＿０５、ＮＤ＿１０、ＮＤ＿１５の各領域が、独立して光学フィルタ上に設けられていてもよい。すなわち、本実施形態に係る光学フィルタは、光透過率がそれぞれ異なる複数の領域を有し、複数の領域における反射光色が実質的に同等であればよい。

［実施形態３］
上述した光量調整装置９を備える撮像光学系２０は、撮像装置において用いることができる。このような撮像光学系２０を備える撮像装置は、被写体の輝度に合わせて光学フィルタを切り替えた際の、撮影者に与える違和感を低減することができる。撮像光学系２０を設けることができる撮像装置の例としては、ビデオカメラ又はデジタルスチルカメラなどが挙げられる。

図８は、撮像装置の一例であるビデオカメラの概略構成を示す。ビデオカメラ本体５１は、レンズ１、光量調整装置９、及び撮像素子７を備える、上述の撮像光学系２０を有する。不図示のカメラ制御回路は、撮像素子７からの光電変換信号に基づいて光量を判別し、その判別結果に応じて光量調整装置９が有するフィルタを切り替え、光量を調節する。液晶モニター５５は、ビデオカメラ本体５１の側面に開閉可能に設けられている。ビューファインダー５６は、撮像素子７により撮像されている被写体像を観察するためのビューファインダーである。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２０１２年８月３１日提出の日本国特許出願特願２０１２−１９２２２９号を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

１，４〜６ レンズ
２ａ，２ｂ 絞り羽根
３ 光学フィルタ
７ 撮像素子
８ 光量制御部
９ 光量調整装置
１０〜１３ 光学フィルタ
１５ 駆動部
２０ 撮像光学系
３０ａ〜ｄ マスク
５１ ビデオカメラ本体
５５ 液晶モニター
５６ ビューファインダー

Claims (15)

1. 光透過率がそれぞれ異なる複数の光学フィルタ素子を備え、前記複数の光学フィルタ素子における反射光色が実質的に同等であることを特徴とする光量調整装置。
2. 前記複数の光学フィルタ素子の撮像素子側の面における反射光色が実質的に同等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。
3. 前記光量調整装置は、４つの前記光学フィルタ素子を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光量調整装置。
4. 前記複数の光学フィルタ素子の、撮像素子側の面における反射光色の色差が１０以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光量調整装置。
5. 前記複数の光学フィルタ素子の、撮像素子側の面における反射光色の色差が５以下であることを特徴とする、請求項４に記載の光量調整装置。
6. 前記複数の光学フィルタ素子のうち、互いに光透過率が近い２つの光学フィルタ素子の、撮像素子側の面における反射光色の色差が５以下であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の光量調整装置。
7. 前記複数の光学フィルタ素子が、単一の基板に保持され、１つの光学フィルタとして構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の光量調整装置。
8. 前記基板は、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数）の領域を有し、
   第ｉ（１≦ｉ≦ｎ）の領域における、前記基板の表面と裏面との少なくともいずれかには、第１乃至第ｉの光学濃度を有する、第１乃至第ｉの膜が積層されていることを特徴とする、請求項７に記載の光量調整装置。
9. 前記複数の光学フィルタ素子が、それぞれ別体として構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の光量調整装置。
10. 前記複数の光学フィルタ素子のそれぞれを、光路に出し入れする移動手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか１項に記載の光量調整装置。
11. 前記複数の光学フィルタ素子は、少なくとも１つのＮＤフィルタと少なくとも１つのＡＲフィルタとを含むことを特徴とする、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光量調整装置。
12. 前記複数の光学フィルタ素子は、３つのＮＤフィルタと１つのＡＲフィルタとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光量調整装置。
13. 光透過率がそれぞれ異なる３つ以上のＮＤフィルタ素子を備え、前記３つ以上のＮＤフィルタ素子の全ての反射光色が実質的に同等であることを特徴とする光量調整装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光量調整装置を備えることを特徴とする撮像光学系。
15. 請求項１４に記載の撮像光学系を備えることを特徴とする撮像装置。

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