專利名稱：光量調(diào)整裝置及具有該光量調(diào)整裝置的光學(xué)系和攝影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用于攝像機(jī)和數(shù)字靜像照相機(jī)等攝影裝置的光量調(diào)整裝置，涉及對(duì)像素節(jié)距小的攝像元件也可抑制光學(xué)性能下降的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在攝像機(jī)等攝影裝置的攝影光學(xué)系中，使用改變由多片光闌葉片形成的孔徑從而調(diào)整光量的光量調(diào)整裝置。在這樣的光闌裝置中，當(dāng)孔徑過(guò)小時(shí)，光的衍射導(dǎo)致的光學(xué)性能下降成為問(wèn)題。
因此，提出并實(shí)用化了這樣一種光量調(diào)整裝置，該光量調(diào)整裝置并用光闌葉片和ND(中性)濾波片，在明亮的景物條件下孔徑也不過(guò)小。
在日本專利公報(bào)第2592949號(hào)中公開了這樣一種光闌裝置，該光闌裝置在光闌葉片粘貼ND濾波片，使其位于由光闌葉片形成的開口內(nèi)，ND濾波片分別具有設(shè)定為均勻的透射系數(shù)的多個(gè)區(qū)域，從開口的外側(cè)朝內(nèi)側(cè)依次增大透射系數(shù)地設(shè)定。
在日本特開昭52-117127號(hào)公報(bào)公開了這樣一種光闌裝置，該光闌裝置使機(jī)械的光闌葉片從開放移動(dòng)到預(yù)定的開口面積，一定的光闌值或其以下的小光闌控制使根據(jù)濃淡連續(xù)改變透光度的ND濾波片從透射系數(shù)高的濾波片部分依次進(jìn)入到開口。
在日本特開2000-106649號(hào)公報(bào)中說(shuō)明具有多個(gè)濃度區(qū)域的ND濾波片的透射系數(shù)對(duì)提供的光學(xué)性能的影響，公開了具有采取了對(duì)策的曝光控制機(jī)構(gòu)的攝像裝置。
在過(guò)去的這些方案中，從開放到小光闌的中間光闌狀態(tài)下的光學(xué)性能降低的主要原因可認(rèn)為主要是用于覆蓋由光闌葉片形成的開口部分的ND濾波片的透射系數(shù)的差引起的衍射的影響，為此提出了著眼于具有多個(gè)濃度區(qū)域的ND濾波片的各區(qū)域的透射系數(shù)和面積的、對(duì)衍射的影響的對(duì)策方案。
另一方面，在中間光闌狀態(tài)下的光學(xué)性能降低的原因不僅為ND濾波片透射系數(shù)差引起的衍射的影響，而且由ND濾波片的厚度成分引起的透射波面相位差也產(chǎn)生較大的影響。
雖然根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道當(dāng)具有厚度的濾波片覆蓋光闌開口部分的一部分時(shí)光學(xué)性能下降，但尚未發(fā)現(xiàn)有分析濾波片厚度成分如何影響光學(xué)性能從而提出具體對(duì)策的例子。
作為避免ND濾波片的厚度對(duì)光學(xué)性能的影響的對(duì)策，在日本特開平6-265971號(hào)公報(bào)中提出了這樣的構(gòu)成，即，ND濾波片具有透明部分和透射系數(shù)連續(xù)或分級(jí)變化的部分，在完全覆蓋固定的圓形光闌開口的狀態(tài)下使ND濾波片可動(dòng)，調(diào)整透射光量。
然而，記載于日本特開平6-265971號(hào)公報(bào)的發(fā)明僅著眼于通過(guò)濾波構(gòu)件的部分和不通過(guò)濾波構(gòu)件的部分的大的相位差，當(dāng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)具有透射系數(shù)變化的ND濾波片時(shí)，為了改變透射系數(shù)而可能產(chǎn)生的微小厚度變化或微小折射率變化引起光波長(zhǎng)λ的2倍左右或其以下的微小透射波面相位差，對(duì)這一問(wèn)題及其對(duì)策未有任何說(shuō)明。根據(jù)發(fā)明者的分析可知，這樣的光的波長(zhǎng)級(jí)或其以下的微小的透射波面相位差在某些條件下會(huì)對(duì)光學(xué)性能產(chǎn)生非常大的影響。
另外，透射波面相位差對(duì)提供的性能的影響與ND濾波片的鄰接的不同透射系數(shù)的區(qū)域的濃度差對(duì)提供的光學(xué)性能的影響的方式不同，由透射波面相位差和濃度差這2個(gè)因素的疊加效果在某些條件下對(duì)光學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種光量調(diào)整裝置，該光量調(diào)整裝置并用光闌和如ND濾波片那樣的使透射光衰減的濾波構(gòu)件而進(jìn)行光量調(diào)整，濾波構(gòu)件的微小厚度成分的影響導(dǎo)致的光學(xué)性能下降得到減弱。
為了達(dá)到上述目的，在本第1項(xiàng)發(fā)明中，光量調(diào)整裝置具有用于形成開口的光闌和對(duì)通過(guò)該光闌的開口的光的光量進(jìn)行衰減的濾波構(gòu)件，覆蓋濾波構(gòu)件的開口的比例變化；其中在濾波構(gòu)件覆蓋整個(gè)開口的狀態(tài)下，通過(guò)濾波構(gòu)件的透射系數(shù)不同的位置的預(yù)定波長(zhǎng)λ的光的相位差為約0λ、約1λ、或約2λ地設(shè)定。
其中，本申請(qǐng)第1項(xiàng)發(fā)明的“預(yù)定波長(zhǎng)”根據(jù)光量調(diào)整裝置的使用狀態(tài)適當(dāng)決定，例如在采用了使用波長(zhǎng)帶區(qū)的中心波長(zhǎng)等、可視光區(qū)為使用波長(zhǎng)帶區(qū)的場(chǎng)合，最好λ＝550nm。
另外，“約0λ、約1λ或約2λ”的相位差是指包含制造誤差在內(nèi)為{0±(1/5)}λ、{1±(1/5)}λ、{2±(1/5)}λ的范圍內(nèi)的相位差。如為該范圍內(nèi)的相位差，則實(shí)質(zhì)上看成0λ、1λ或2λ，可充分地達(dá)到本發(fā)明當(dāng)初的目的。
另外，在本申請(qǐng)第2發(fā)明中，光量調(diào)整裝置具有用于形成開口的光闌和對(duì)通過(guò)該光闌的開口的光的光量進(jìn)行衰減的濾波構(gòu)件，覆蓋濾波構(gòu)件的開口的比例變化；其中具有在濾波構(gòu)件覆蓋整個(gè)開口的狀態(tài)下將通過(guò)濾波構(gòu)件的透射系數(shù)不同的位置的光的相位差設(shè)定預(yù)定值的單元。
本申請(qǐng)的第1～第3發(fā)明的光量調(diào)整裝置適合用于調(diào)整通過(guò)光學(xué)系的光量，特別是適合用于在CCD或CMOS等攝像元件(光電變換元件)上成像的攝影裝置的光學(xué)系。
圖1A、圖1B、圖1C、圖1D為實(shí)施例1的光量調(diào)整裝置的示意構(gòu)成圖。
圖2為示出透過(guò)實(shí)施例1的光量調(diào)整裝置的ND濾波片的波面的相位狀態(tài)的圖。
圖3為實(shí)施例1的ND濾波片的放大截面圖。
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D為實(shí)施例2的光量調(diào)整裝置的示意構(gòu)成圖。
圖5為示出透過(guò)實(shí)施例2的光量調(diào)整裝置的ND濾波片的波面的相位狀態(tài)的圖。
圖6為實(shí)施例2的ND濾波片的放大截面圖。
圖7A、圖7B、圖7C、圖7D為實(shí)施例3的光量調(diào)整裝置的示意構(gòu)成圖。
圖8為示出透過(guò)實(shí)施例3的光量調(diào)整裝置的ND濾波片的波面的相位狀態(tài)的圖。
圖9為實(shí)施例3的ND濾波片的放大截面圖。
圖10A、圖10B、圖10C、圖10D為實(shí)施例4的光量調(diào)整裝置的示意構(gòu)成圖。
圖11為示出透射實(shí)施例4的光量調(diào)整裝置的ND濾波片的波面的相位狀態(tài)的圖。
圖12為實(shí)施例4的ND濾波片的放大截面圖。
圖13為具有光量調(diào)整裝置的光學(xué)系的示意構(gòu)成圖。
圖14為具有光量調(diào)整裝置的攝影裝置的示意構(gòu)成圖。
圖15A、圖15B、圖15C、圖15D、圖15E為用于說(shuō)明透射波面相位差對(duì)光學(xué)性能的影響的圖。
圖16A、圖16B、圖16C為示出相位差(0/4)λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖17A、圖17B、圖17C為示出相位差(1/4)λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖18A、圖18B、圖18C為示出相位差(2/4)λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖19A、圖19B、圖19C為示出相位差(3/4)λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖20A、圖20B、圖20C為示出相位差(4/4)λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖21A、圖21B、圖21C為示出相位差(0/4)λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖22A、圖22B、圖22C為示出相位差(1/4)λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖23A、圖23B、圖23C為示出相位差(2/4)λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖24A、圖24B、圖24C為示出相位差(3/4)λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖25A、圖25B、圖25C為示出相位差(4/4)λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖26A、圖26B、圖26C為示出相位差5.5λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖27A、圖27B、圖27C為示出相位差5.5λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖28A、圖28B、圖28C為示出相位差6.0λ時(shí)的單色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖29A、圖29B、圖29C為示出相位差6.0λ時(shí)的白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的圖。
圖30A、圖30B為示出空間頻率50線/mm和空間頻率100線/mm的白色MTF值與透射波面相位差的關(guān)系的圖。
圖31為示出透過(guò)已有的ND濾波片的波面的相位狀態(tài)的圖。
圖32A、圖32B、圖32C、圖32D、圖32E、圖32F為示出在光闌F4狀態(tài)下的在開口部分的濃度差的邊界部分放置量與MTF變化的圖。
圖33A、圖33B、圖33C、圖33D、圖33E、圖33F為示出在光闌F4狀態(tài)下的在開口部分的相位差的邊界部分放置量與MTF變化的圖。
圖34A、圖34B、圖34C、圖34D、圖34E、圖34F為示出在光闌F4狀態(tài)下的在開口部分的濃度差和相位差的邊界部分放置量與MTF變化的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照在說(shuō)明本實(shí)施形式的光量調(diào)整裝置(光闌裝置)之前，說(shuō)明透射波面相位差對(duì)像產(chǎn)生什么樣的影響。
首先，根據(jù)圖15說(shuō)明當(dāng)具有厚度的濾波片覆蓋光闌開口部分的一部分時(shí)發(fā)生什么樣的光學(xué)現(xiàn)象。
圖15A、圖15B、圖15C、圖15D、圖15E示出幾何光學(xué)的成像點(diǎn)I附近的點(diǎn)像強(qiáng)度分布Q，在該場(chǎng)合，在無(wú)像差的理想透鏡L的前方(物體側(cè))配置濾波片P和孔徑光闌S，作為波長(zhǎng)λ的單色光的平面波的平行光線入射。
圖15A為濾波片P的厚度為零、不對(duì)透射波面產(chǎn)生影響的狀態(tài)。在該場(chǎng)合，強(qiáng)度分布Q成為依照光闌數(shù)(F number)F與光線波長(zhǎng)λ的關(guān)系的衍射像(參照“用于透鏡設(shè)計(jì)的波面光學(xué)”草川徹著，東海大學(xué)出版社)。
在光闌S為圓形開口的場(chǎng)合，形成半徑1.22Fλ的1個(gè)點(diǎn)像，在其周圍形成環(huán)形的弱光的衍射光。其中，如使與光闌S開口的一半相當(dāng)?shù)臑V波片P的紙面下側(cè)區(qū)域的厚度增加微小量，如圖15B所示那樣使透射波面相位差為(1/4)λ地設(shè)定，則在大強(qiáng)度的點(diǎn)像旁出現(xiàn)小強(qiáng)度的點(diǎn)像。
如使濾波片P的下側(cè)區(qū)域的厚度進(jìn)一步增加，如圖15C所示那樣使透射波面相位差成為(2/4)λ地設(shè)定，則強(qiáng)度分布Q不成為1個(gè)點(diǎn)像，在紙面內(nèi)成為朝上下方向分離的2點(diǎn)的像強(qiáng)度分布。這是由于為了會(huì)聚到幾何光學(xué)的成像點(diǎn)I的光中的、通過(guò)光瞳的紙面上側(cè)一半的光的波面與紙面下側(cè)一半的波面的相位錯(cuò)開(1/2)λ，所以，根據(jù)波動(dòng)光學(xué)發(fā)生波的相互抵消現(xiàn)象，在成像點(diǎn)I上的強(qiáng)度成為零。另一方面，按照能量守恒定律，應(yīng)會(huì)聚于成像點(diǎn)I的光能不會(huì)消失，所以，會(huì)聚到分散于成像點(diǎn)I的紙面上下方向的2個(gè)點(diǎn)。
如進(jìn)一步增加濾波片P的下側(cè)區(qū)域的厚度，如圖15D所示那樣使透射波面相位差成為(3/4)λ地設(shè)定，則2點(diǎn)像的上側(cè)的強(qiáng)度減弱，下側(cè)的強(qiáng)度增強(qiáng)。
如進(jìn)一步增加濾波片P的下側(cè)區(qū)域的厚度，如圖15E所示那樣使透射波面相位差成為(4/4)λ地設(shè)定，則強(qiáng)度分布Q再次成為1個(gè)點(diǎn)像的衍射像，返回到與圖15A同樣的狀態(tài)。
如進(jìn)一步增加濾波片P的下側(cè)區(qū)域的厚度，則強(qiáng)度分布Q相應(yīng)于透射波面相位差反復(fù)周期性地變化。
在圖15C所示透射波面相位差為(1/2)λ的場(chǎng)合分離的2點(diǎn)像的間隔Δy具有Δy2Fλ的關(guān)系，與光闌數(shù)和波長(zhǎng)λ成比例。例如在光闌數(shù)F＝4、波長(zhǎng)λ＝550nm的場(chǎng)合，成為2點(diǎn)像的間隔Δy4.4μm。這與2點(diǎn)分離的低通濾波器為相同原理，發(fā)生與使用截止頻率1/(2Δy)＝114線/mm的低通濾波器的場(chǎng)合同樣的效果，意味光學(xué)系的MTF劣化。
由光學(xué)計(jì)算設(shè)定無(wú)像差的理想透鏡，計(jì)算圖15A、圖15B、圖15C、圖15D、圖15E的狀態(tài)的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的結(jié)果示于圖16A、圖16B、圖16C、圖17A、圖17C、圖18A、圖18B、圖18C、圖19A、圖19B、圖19C、圖20A、圖20B、圖20C。圖16A、圖16B、圖16C、圖17A、圖17C、圖18A、圖18B、圖18C、圖19A、圖19B、圖19C、圖20A、圖20B、圖20C分別為在單色光λ＝550nm、光闌數(shù)F＝2的圓形光闌的條件下光闌開口的一半?yún)^(qū)域的透射波面相位差從(0/4)λ到(4/4)λ每次增加(1/4)λ地增加濾波片厚度的場(chǎng)合的點(diǎn)像強(qiáng)度分布。在圖16A、圖16B、圖16C、圖17A、圖17C、圖18A、圖18B、圖18C、圖19A、圖19B、圖19C、圖20A、圖20B、圖20C中，A、B、C分別為點(diǎn)像強(qiáng)度分布的透視圖、上面圖、側(cè)面圖(后述的圖21A、圖21B、圖21C、圖22A、圖22B、圖22C、圖23A、圖23B、圖23C、圖24A、圖24B、圖24C、圖25A、圖25B、圖25C、圖26A、圖26B、圖26C、圖27A、圖27B、圖27C、圖28A、圖28B、圖28C、圖29A、圖29B、圖29C也同樣)。
由圖16A、圖16B、圖16C、圖17A、圖17C、圖18A、圖18B、圖18C、圖19A、圖19B、圖19C、圖20A、圖20B、圖20C可知，在由1個(gè)波長(zhǎng)構(gòu)成的單色光的場(chǎng)合，相應(yīng)于濾波片厚度的變化帶來(lái)的透射波面相位差，成像點(diǎn)I的強(qiáng)度分布周期性變化。
可是，實(shí)際在攝影系中使用的光不為單色光，而是為混合了各種波長(zhǎng)的光的白色光。按與圖16A、圖16B、圖16C、圖17A、圖17C、圖18A、圖18B、圖18C、圖19A、圖19B、圖19C、圖20A、圖20B、圖20C相同的設(shè)定條件計(jì)算白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的結(jié)果示于圖21A、圖21B、圖21C、圖22A、圖22B、圖22C、圖23A、圖23B、圖23C、圖24A、圖24B、圖24C、圖25A、圖25B、圖25C。作為白色光，與標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)可見(jiàn)度對(duì)應(yīng)地在可視光400nm～700nm的范圍設(shè)定在550nm附近具有可見(jiàn)度峰的加權(quán)值。
從圖21A、圖21B、圖21C、圖22A、圖22B、圖22C、圖23A、圖23B、圖23C、圖24A、圖24B、圖24C、圖25A、圖25B、圖25C可知，波長(zhǎng)λ＝550nm的透射波面相位差從0λ到1λ的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的變化在白色光的場(chǎng)合也與單色光的場(chǎng)合大體相同，點(diǎn)像從1點(diǎn)分離到2點(diǎn)，再次變化到1點(diǎn)。
圖23A、圖23B、圖23C示出波長(zhǎng)λ＝550nm時(shí)的透射波面相位差為(1/2)λ時(shí)白色光的強(qiáng)度分布成為2點(diǎn)分離像的狀態(tài)。如上述那樣，2點(diǎn)分離像的分離寬度與光闌數(shù)和波長(zhǎng)λ成比例，所以，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光的2點(diǎn)分離像的分離寬度較寬，相反，波長(zhǎng)較短的藍(lán)光的2點(diǎn)分離像的分離寬度較窄。因此，圖23A、圖23B、圖23C所示白色光的2點(diǎn)分離像成為具有色污點(diǎn)的像。單色光的場(chǎng)合，2點(diǎn)分離像的中間的谷間的部分的強(qiáng)度為零，在白色光的場(chǎng)合谷間的部分的強(qiáng)度由于色污點(diǎn)的影響而不為零。
圖25A、圖25B、圖25C示出波長(zhǎng)λ＝550nm時(shí)的透射波面相位差正好為(4/4)λ＝1λ時(shí)白色光的點(diǎn)強(qiáng)度分布狀態(tài)。透過(guò)濾波片的光的相位差隨波長(zhǎng)而不同，白色光不是所有的波長(zhǎng)的相位差成為1λ，所以，如圖25B所示那樣，點(diǎn)像強(qiáng)度分布不成為完全的圓形，成為朝上下方向稍伸展的橢圓形狀。
這樣，在白色光的場(chǎng)合，如透射波面相位差為約2λ或其以下的較小的區(qū)域，則與單色光的場(chǎng)合同樣，成像點(diǎn)I的強(qiáng)度分布周期地成為1點(diǎn)或成為2點(diǎn)。然而，在透射波面相位差在數(shù)λ或其以上的大區(qū)域中，透射波面相位差的波長(zhǎng)產(chǎn)生的偏移增大，相對(duì)點(diǎn)像強(qiáng)度分布示出與單色光不同的特性。下面對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
圖26A、圖26B、圖26C、圖27A、圖27B、圖27C、圖28A、圖28B、圖28C示出計(jì)算波長(zhǎng)λ＝550nm下的透射波面相位差發(fā)生5.5λ和6λ的場(chǎng)合的單色光和白色光的點(diǎn)像強(qiáng)度分布的不同獲得的結(jié)果。
圖26A、圖26B、圖26C為單色光、相位差5.5λ發(fā)生條件下的單色光點(diǎn)像強(qiáng)度分布，圖27A、圖27B、圖27C為白色光下的點(diǎn)像強(qiáng)度分布。
圖28A、圖28B、圖28C為單色光、相位差6λ發(fā)生條件下的單色光點(diǎn)像強(qiáng)度分布，圖29A、圖29B、圖29C為白色光下的點(diǎn)像強(qiáng)度分布。
在單色光的場(chǎng)合，對(duì)于圖26A、圖26B、圖26C所示透射波面相位差5.5λ偏移(1/2)相位，所以，與圖18A、圖18B、圖18C相同，具有2點(diǎn)分離的強(qiáng)度分布，但在為白色光的場(chǎng)合，已不成為2點(diǎn)像。各波長(zhǎng)的相位差都不為(1/2)相位，波長(zhǎng)產(chǎn)生的相位差增大，成為如圖27A、圖27B、圖27C所示那樣朝存在相位差的方向(圖27A、圖27B、圖27C的上下方向)伸長(zhǎng)的橢圓形的2個(gè)點(diǎn)像強(qiáng)度分布。
在透射波面相位差6λ的場(chǎng)合，對(duì)于單色光，成為正好相位對(duì)齊的狀態(tài)，所以，如圖28A、圖28B、圖28C所示那樣成為1點(diǎn)的圓形的點(diǎn)像強(qiáng)度分布。在白色光的場(chǎng)合，如圖29A、圖29B、圖29C所示那樣成為朝存在相位差的方向(圖29A、圖29B、圖29C的上下方向)伸長(zhǎng)的橢圓形的強(qiáng)度分布。
比較圖27A、圖27B、圖27C與圖29A、圖29B、圖29C的強(qiáng)度分布可知，在白色光的場(chǎng)合，即使透射波面相位差從5.5λ變化到6λ，點(diǎn)像強(qiáng)度分布也基本上不變化。這表明，在作為光闌開口的光瞳面的透射波面相位差大體處于2λ或其以下的微小的場(chǎng)合和5λ或其以上的較大的場(chǎng)合，透射波面相位差對(duì)光學(xué)性能的影響對(duì)于白色光來(lái)講差別很大。
在使用ND濾波片的光量調(diào)整裝置中，透射波面相位差大體為2λ或其以下的區(qū)域意味著在ND濾波片基板完全覆蓋開口的狀態(tài)下由ND濾波片基板上的光學(xué)薄膜程度的厚度產(chǎn)生的相位差。在該區(qū)域，透射波面相位差從iλ(i＝0，1)變化到(i+(1/2))λ時(shí)，光學(xué)性能急劇下降，當(dāng)從(i+(1/2))λ變化到(i+1)λ時(shí)，光學(xué)性能恢復(fù)到某一程度。
另一方面，透射波面相位差在5λ或其以上的區(qū)域意味著在ND濾波片基板的端緣部分放置到光闌開口的狀態(tài)下的ND濾波片基板自身厚度導(dǎo)致的相位差等，在該區(qū)域，即使透射波面相位差多少有些變化，光學(xué)性能也不太變化。
關(guān)于這一點(diǎn)，將MTF值用于光學(xué)性能評(píng)價(jià)，根據(jù)圖30A、圖30B說(shuō)明與透射波面相位差具有怎樣的關(guān)系。其中，ND濾波片的透射系數(shù)引起的衍射的影響不考慮，僅限定于濾波片的厚度成分引起的透射波面相位差導(dǎo)致的MTF值的變化。
圖30A、圖30B為從零逐漸增加光闌開口下側(cè)半部區(qū)域的濾波片厚度、使透射波面相位差變化到6λ的場(chǎng)合的無(wú)像差理想透鏡系的白色光的波動(dòng)光學(xué)的MTF計(jì)算值。
圖30A用圖表示空間頻率50線/mm的白色MTF值，圖30B用圖表示空間頻率100線/mm的白色MTF值。圖的縱軸為MTF值，橫軸為波長(zhǎng)λ＝550nm時(shí)的透射波面相位差。圓形開口的光闌數(shù)為F1、F1.4、F2、F2.8、F4、F5.6、F8的狀態(tài)下的各MTF值由圖示出。
在這里，說(shuō)明由MTF計(jì)算評(píng)價(jià)的空間頻率。在攝像元件的像素節(jié)距為pμm的場(chǎng)合，該攝像元件可析像的極限的空間頻率為1/(2×p)。通常比該極限的空間頻率附近高的頻率成為莫爾條紋和偽色信號(hào)的原因，所以，由低通濾波片截止。對(duì)畫質(zhì)評(píng)價(jià)重要的空間頻率為攝像元件的極限頻率的一半左右。
因此，定義為評(píng)價(jià)空間頻率＝1/(4×p)，攝像元件的像素節(jié)距為5μm的場(chǎng)合，為50線/mm，像素節(jié)距為2.5μm的場(chǎng)合，為100線/mm。
例如，在有效像素38萬(wàn)像素、受光元件畫面對(duì)角尺寸4.5mm的電視攝像機(jī)用的攝像元件的場(chǎng)合，像素節(jié)距約為5μm，評(píng)價(jià)空間頻率成為50線/mm，換算成垂直方向電視析像度時(shí)，與270TV線相當(dāng)。在有效像素?cái)?shù)相同的條件下，如為受光元件畫面對(duì)角尺寸2.25mm的攝像元件，則像素節(jié)距為約2.5μm，成為評(píng)價(jià)空間頻率100線/mm。在該場(chǎng)合，換算成垂直方向電視析像度時(shí)，與270TV線相當(dāng)。
下面返回來(lái)說(shuō)明透射波面相位差對(duì)光學(xué)性能的影響。
將評(píng)價(jià)空間頻率的目標(biāo)MTF值假定為70％或其以上。這里的MTF計(jì)算未考慮ND濾波片透射系數(shù)，為無(wú)像差理想透鏡系，目標(biāo)MTF值假設(shè)為稍高的值，但該場(chǎng)合為估計(jì)值，不為絕對(duì)的數(shù)值目標(biāo)。
首先，說(shuō)明圖30A所示空間頻率50線/mm時(shí)的白色MTF值。
在將開口縮小到F8的狀態(tài)下的透射波面相位差為零λ的場(chǎng)合，可確保MTF值72％，但透射波面相位差達(dá)到(1/2)λ時(shí)，MTF值急劇劣化到21％。使透射波面相位差進(jìn)一步增加，在1λ的狀態(tài)下MTF值恢復(fù)到62％。當(dāng)進(jìn)一步增加透射波面相位差時(shí)，MTF值一邊振動(dòng)一邊變化，透射波面相位差在5λ或其以上穩(wěn)定為MTF值42％左右。在F8狀態(tài)下，為了滿足目標(biāo)MTF值，需要將透射波面相位差設(shè)定到大體零λ附近。
在F5.6的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，確保MTF值80％，但在透射波面相位差(1/2)λ狀態(tài)下劣化到44％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值76％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定于MTF值61％左右。
在F4的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，MTF值為85％，在透射波面相位差(1/2)λ發(fā)生時(shí)，劣化到58％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值82％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定于MTF值72％。
在F2.8的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，MTF值為90％，在透射波面相位差(1/2)λ發(fā)生時(shí)，還可確保71％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值88％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定在MTF值80％。
如為比F2.8明亮的孔徑光闌狀態(tài)，則透射波面相位差的影響不會(huì)使MTF值下降到比70％低的值。
下面，說(shuō)明圖30B所示圖表示空間頻率100線/mm的白色MTF值。
在將開口縮小到F8的狀態(tài)下，由衍射的影響，使MTF值劣化到45％，當(dāng)透射波面相位差在5λ或其以上時(shí)，MTF值劣化到5％左右。在F8狀態(tài)下，不可能滿足目標(biāo)MTF值。
在F5.6的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，MTF值劣化到61％，在透射波面相位差(1/2)λ狀態(tài)下劣化到6％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值53％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定于MTF值27％左右。在F5.6狀態(tài)下衍射的影響仍較大，不能滿足目標(biāo)MTF值。
在F4的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，可確保MTF值72％，但在透射波面相位差(1/2)λ狀態(tài)下，劣化到21％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值66％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定于MTF值45％左右。在F4狀態(tài)下，要滿足目標(biāo)MTF值，需要將透射波面相位差設(shè)定到零λ附近。這是因?yàn)樵诠怅@開口F4狀態(tài)下插入ND濾波片時(shí)，濾波片厚度導(dǎo)致大的透射波面相位差發(fā)生，不能滿足目標(biāo)MTF值。
在F2.8的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，確保了MTF值80％，但在透射波面相位差(1/2)λ狀態(tài)下，劣化到43％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值76％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定在MTF值60％左右。
在F2的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，確保了MTF值85％，但在透射波面相位差(1/2)λ狀態(tài)下，劣化到58％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值73％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定在MTF值71％左右。
在F1.4的狀態(tài)下，當(dāng)透射波面相位差為零λ時(shí)，確保了MTF值90％，但在透射波面相位差(1/2)λ狀態(tài)下，劣化到70％，在透射波面相位差為1λ時(shí)恢復(fù)到MTF值88％，但此后一邊振動(dòng)一邊在透射波面相位差5λ或其以上穩(wěn)定在MTF值89％左右。
在光闌開口部插入濾波片，濾波片端緣部位于開口中央的狀態(tài)為透射波面相位差在5λ或其以上的狀態(tài)。在該透射波面相位差狀態(tài)下，評(píng)價(jià)空間頻率為50線/mm的場(chǎng)合，即使縮小到F4，也可確保MTF值70％。另一方面，在評(píng)價(jià)空間頻率為100線/mm的場(chǎng)合，開口擴(kuò)大到F4，不能確保MTF值70％。
可是，作為ND濾波片，已知在材料中混入吸收光的有機(jī)色素或顏料的類型和在材料的表面蒸鍍光學(xué)薄膜的類型?；烊腩愋蚇D濾波片的特征在于，與蒸鍍類型ND濾波片相比，分光透射系數(shù)的波長(zhǎng)依存性變差，所以，用作攝影裝置用光闌裝置的ND濾波片使用蒸鍍類型較有利。蒸鍍類型ND濾波片通過(guò)重合多層金屬膜和電介質(zhì)膜，可使分光透射系數(shù)的波長(zhǎng)依存性少，而且還具有作為反射防止膜的作用。(參照“光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)、制作、評(píng)價(jià)技術(shù)”技術(shù)信息協(xié)會(huì))。
圖31示出使用蒸鍍型ND濾波片分的設(shè)定多個(gè)濃度區(qū)域的例子。在圖中，P5為蒸鍍型ND濾波片具有2種濃度區(qū)域的例子。在濾波片基板B5的表面整個(gè)面蒸鍍ND膜51，在背面的不同面積區(qū)域蒸鍍ND膜N52。在該場(chǎng)合，如圖所示那樣，在背面的ND蒸鍍膜邊界部分發(fā)生由ND膜厚的臺(tái)階高差引起的透射波面相位差。
在圖30A、圖30B中，透射波面相位差在2λ或其以下的區(qū)域意味著存在由該膜厚的臺(tái)階等引起的微小的透射波面相位差的場(chǎng)合。
在ND濾波片依次覆蓋光闌開口部分的場(chǎng)合，說(shuō)明濃度差對(duì)光學(xué)性能的影響、透射波面相位差對(duì)光學(xué)性能的影響、及濃度差和透射波面相位差雙方的疊加作用對(duì)光學(xué)性能的影響。
作為簡(jiǎn)化模型，假定沒(méi)有像差的理想的透鏡，光闌開口部分為按使正方形傾斜45度的形狀將開口縮小成F4的狀態(tài)。ND濾波片的濃度差存在的邊界、產(chǎn)生透射波面相位差的邊界、或雙方存在的邊界依次在該光闌開口部分移動(dòng)，在計(jì)算上設(shè)定濃度高(透射系數(shù)低)的區(qū)域、具有預(yù)定厚度的區(qū)域、具有雙方的區(qū)域覆蓋光闌開口的狀態(tài)。在圖32A、圖32B、圖32C、圖32D、圖32E、圖32F、圖33A、圖33B、圖33C、圖33D、圖33E、圖33F、圖34A、圖34B、圖34C、圖34D、圖34E、圖34F中，A表示放置于這些區(qū)域的開口部分的比例從0成變化到10成時(shí)的空間頻率50線/mm的白色MTF計(jì)算值，B～F相應(yīng)于A示出在開口部分的邊界部分放置量比例。
圖32A、圖32B、圖32C、圖32D、圖32E、圖32F在邊界的前后的區(qū)域僅設(shè)定濃度差，示出濃度差0、濃度差0.5、濃度差1.0、濃度差1.5的場(chǎng)合的計(jì)算值。其中，濃度與透射系數(shù)的關(guān)系為“濃度＝-log(透射系數(shù))”。因此，濃度差0.0為透射系數(shù)100％濃度差0.5為透射系數(shù)32％濃度差1.0為透射系數(shù)10％濃度差1.5為透射系數(shù)3％根據(jù)邊界前后的區(qū)域的濃度差可知，在濃度高的區(qū)域覆蓋開口部分7成到8成的狀態(tài)下MTF值最低。這是由于在光闌葉片和濃度差存在的邊界形成的濃度低(透射系數(shù)高)的部分的開口形狀成為小光闌狀態(tài)，衍射的影響使MTF值發(fā)生劣化。
另外，在濃度差為0.5左右時(shí)，MTF值的劣化少，即使?jié)舛雀叩膮^(qū)域?yàn)楦采w光闌開口部分7成到8成的狀態(tài)也可充分確保目標(biāo)的70％或其以上。另一方面，當(dāng)濃度差超過(guò)0.5時(shí)，MTF值開始大幅度劣化，在濃度高的區(qū)域覆蓋開口部分7成到8成的狀態(tài)下，當(dāng)濃度差為1.0時(shí)，MTF值為68％，當(dāng)濃度差為1.5時(shí)，MTF值急劇下降到MTF值53％。
圖33A、圖33B、圖33C、圖33D、圖33E、圖33F在邊界的前后的區(qū)域僅設(shè)定透射波面相位差，示出相位差為0λ、0.25λ、0.5λ、6λ、0.2λ的狀態(tài)下的計(jì)算值。
根據(jù)邊界前后的區(qū)域的濃度差可知，在相對(duì)夾住邊界的一方的區(qū)域具有預(yù)定相位差的另一方的區(qū)域正好覆蓋光闌開口部分的狀態(tài)(邊界前后的區(qū)域在開口部分所占面積分別相等的狀態(tài))下，MTF值最低。在該覆蓋5成的狀態(tài)下，比較相位差為0λ的場(chǎng)合、0.25λ的場(chǎng)合、及0.5λ的場(chǎng)合，隨著相位差增大，MTF值下降。這樣的相位差變化產(chǎn)生的MTF值的變化已如在圖30中說(shuō)明的那樣，相位差到2λ左右之前周期性變化，在5λ或其以上的范圍中大體穩(wěn)定為一定的值。
在圖33A、圖33B、圖33C、圖33D、圖33E、圖33F比較相位差0.25λ與6λ的MTF值時(shí)得到大體相同的值。這意味著蒸鍍膜的膜厚產(chǎn)生的透射波面相位差為1/4λ的場(chǎng)合和ND濾波片的基板厚形成的大的透射波面相位差發(fā)生的場(chǎng)合對(duì)光學(xué)性能的影響為相同程度。
下面，說(shuō)明邊界前后的區(qū)域的濃度差與透射波面相位差雙方的疊加作用對(duì)光學(xué)性能的影響。
圖34A、圖34B、圖34C、圖34D、圖34E、圖34F示出在邊界的前后的區(qū)域分別單獨(dú)設(shè)定濃度差0.5、透射波面相位差0.2λ的場(chǎng)合和同時(shí)設(shè)定的場(chǎng)合的MTF計(jì)算值。
如上述那樣，濃度差對(duì)MTF值的影響在濃度高的區(qū)域覆蓋光闌開口部分7成到8成的狀態(tài)下最大。另一方面，透射波面相位差對(duì)MTF值的影響在占邊界前后的區(qū)域的開口部分的面積相等的狀態(tài)下最大。從圖34A、圖34B、圖34C、圖34D、圖34E、圖34F可以看出，在該2個(gè)條件同時(shí)發(fā)生的場(chǎng)合，由其疊加使用使得在覆蓋開口部分的6成到7成左右的狀態(tài)下對(duì)光學(xué)性能的影響最大。
如以上根據(jù)圖32A、圖32B、圖32C、圖32D、圖32E、圖32F、圖33A、圖33B、圖33C、圖33D、圖33E、圖33F、圖34A、圖34B、圖34C、圖34D、圖34E、圖34F說(shuō)明的那樣，即使僅抑制邊界前后的區(qū)域的濃度差，如相位差大，則光學(xué)性能也下降，相反，如即使將相位差抑制得較小，如濃度差大，則光學(xué)性能也下降。因此，為了極力減少光學(xué)性能下降，需要以良好的平衡設(shè)定透射波面相位差和濃度差。
在以下的具體的實(shí)施例中，示出通過(guò)將鄰接的區(qū)域的透射波面相位差和/或濃度差限制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)從而將光學(xué)性能的降低抑制到最小極限的構(gòu)成。
(實(shí)施例1)圖1示出本發(fā)明的實(shí)施例1。圖1A、圖1B、圖1C、圖1D為應(yīng)用了本發(fā)明的光量調(diào)整裝置(光闌裝置)的實(shí)施例。圖1A示出開放光闌狀態(tài)，圖1B示出中間光闌狀態(tài)，圖1C示出最小光闌狀態(tài)，圖1D示出圖1A的側(cè)面。
圖中，S11、S12為用于形成光闌開口的光闌葉片，通過(guò)使其相對(duì)移動(dòng)，可改變開口面積。P1為ND濾波片(濾波構(gòu)件)，粘貼固定于光闌葉片S12。因此，隨著光闌葉片S11、S12的相對(duì)移動(dòng)，ND濾波片P1覆蓋開口的面積變化。另外，ND濾波片P1從光闌葉片S12的開口周邊側(cè)朝內(nèi)側(cè)依次在基板B1上形成透射系數(shù)小(濃度濃)的區(qū)域N13、透射系數(shù)第2小(透射系數(shù)中等)的區(qū)域N12、及透射系數(shù)大(濃度淡)的區(qū)域N11。基板B1使用醋酸纖維素、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯、丙烯樹脂等合成樹脂薄膜。使用合成樹脂薄膜的主要理由在于比重輕和即使加工得很薄也不易破裂?；錌1的厚度為100μm～50μm左右。
圖2示出透過(guò)ND濾波片P1的透射波面的狀態(tài)。在圖2的各區(qū)域N11、N12、N13由蒸鍍膜設(shè)定各透射系數(shù)，使區(qū)域N11與區(qū)域N12的濃度差及區(qū)域N12與N13的濃度差都在0.5或其以下。通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各濃度區(qū)域的膜厚和其材料的折射率，從而使包含制造誤差的透射波面相位差在(1/5)λ或其以下。透射波面相位差在(1/5)λ或其以下公開于日本特開平7-63915號(hào)公報(bào)的ND濾波片(多層膜的平均折射率1.63)時(shí)，各濃度區(qū)域的實(shí)際的級(jí)差(機(jī)械的臺(tái)階高差)與0.17μm或其以下相當(dāng)。
ND濾波片P1的各區(qū)域N11、N12如圖3所示那樣，在薄膜狀的基板B1上形成具有3個(gè)作用的蒸鍍層。即，用于修正透射波面相位差的底涂層31，用于與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)地使透射系數(shù)均勻地下降的ND層32，及防止表面反射的AR涂層33。區(qū)域N13沒(méi)有底涂層31，僅具有ND層32和AR涂層33。
用于修正透射波面相位差的底涂層31通過(guò)在基板B1上適當(dāng)?shù)卦O(shè)定Al2O3或SiO2等接近基板B1的折射率的電介質(zhì)膜的厚度地進(jìn)行蒸鍍，從而修正透射波面相位差。用于降低透射系數(shù)的ND層32由多層膜構(gòu)成，使波長(zhǎng)依存性變少地設(shè)定。ND層32為了對(duì)各區(qū)域N11、N12、N13改變透射系數(shù)，厚度不同，這成為透射波面相位差的主要原因。底涂層31用于對(duì)其進(jìn)行修正。作為最終層，蒸鍍防止表面反射的AR涂層33。AR涂層33蒸鍍MgF2等電介質(zhì)膜。
參照?qǐng)D30A、圖30B所示透射波面相位差與白色MTF的關(guān)系可知，當(dāng)透射波面相位差超過(guò)(1/5)λ時(shí)，MTF值急劇劣化，在透射波面相位差為(1/4)λ～(3/4)λ的狀態(tài)下，與透射波面相位差發(fā)生5λ或其以上的狀態(tài)相比MTF值下降。這在光闌數(shù)大的狀態(tài)(光闌開口小的狀態(tài))下特別明顯，在光闌數(shù)小的狀態(tài)(光闌開口大的狀態(tài))下，MTF值的劣化比透射波面相位差完全沒(méi)有的狀態(tài)少。
在本實(shí)施例中，如圖1A所示那樣，在光闌開口內(nèi)存在數(shù)μm或其以上的厚度的ND濾波片P1的端緣部分的狀態(tài)相當(dāng)于透射波面相位差發(fā)生5λ或其以上的狀態(tài)。然而，在圖1A所示那樣光闌數(shù)較小的場(chǎng)合，由于成為該狀態(tài)地設(shè)定，所以，可將光學(xué)性能的劣化抑制到實(shí)施上沒(méi)有問(wèn)題的程度。
另一方面，在如圖1B和圖1C所示那樣的光闌數(shù)較大的場(chǎng)合，ND濾波片P1覆蓋開口整體地設(shè)定，而且通過(guò)ND濾波片P1的透射系數(shù)不同的位置的光的透射波面相位差處于(1/5)λ或其以下地設(shè)定，所以，可抑制光學(xué)性能的劣化。
在本實(shí)施例中，使透射波面相位差處于(1/5)λ或其以下即0λ附近地設(shè)定，但如MTF值的下降在容許范圍內(nèi)，則也可將透射波面相位差設(shè)定于1λ附近或2λ附近。
即，透射波面相位差可為{n±(1/5)}λ(n＝0，1，2)按照這樣的構(gòu)成，可提供在縮小光闌的狀態(tài)下也可將MTF值的劣化抑制到最小限度、提高畫質(zhì)的光量調(diào)整裝置。另外，如將本實(shí)施例的光量調(diào)整裝置用于攝像機(jī)或數(shù)字靜像照相機(jī)等攝影裝置，則可在抑制畫質(zhì)下降的同時(shí)使用像素節(jié)距小的攝像元件。
(實(shí)施例2)本發(fā)明的實(shí)施例2示于圖4A、圖4B、圖4C、圖4D。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D為與實(shí)施例1同樣地應(yīng)用本發(fā)明的光量調(diào)整裝置(光闌裝置)的實(shí)施例，但與實(shí)施例1不同，為獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)光闌葉片與ND濾波片、進(jìn)行光量調(diào)整的裝置的實(shí)施例。
圖中，S11、S12為用于形成光闌開口的光闌葉片，通過(guò)使其相對(duì)移動(dòng)，可改變開口面積。P2為ND濾波片，光闌葉片S11、S12可獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。在本實(shí)施例中，從圖4A所示開放狀態(tài)到圖4B所示預(yù)定的縮小狀態(tài)由光闌葉片S21、S22縮小開口，從而進(jìn)行光量調(diào)整，此后固定開口面積，如圖4C所示那樣，將ND濾波片P2按從透射系數(shù)大的區(qū)域到透射系數(shù)小的區(qū)域的順序插入到開口內(nèi)，從而進(jìn)行光量調(diào)整。
ND濾波片P2在基板B2的一方的面形成沒(méi)有減光作用的區(qū)域N21、預(yù)定透射系數(shù)的區(qū)域N22，在另一方的面形成與區(qū)域N22相同透射系數(shù)的區(qū)域N23、比區(qū)域N22、N23小的透射系數(shù)的區(qū)域N24。因此，在光通過(guò)區(qū)域N21和區(qū)域N23的場(chǎng)合，透射系數(shù)最小，在通過(guò)區(qū)域N22和區(qū)域N23的場(chǎng)合，透射系數(shù)逐漸減小，在通過(guò)區(qū)域N22和區(qū)域N24的場(chǎng)合透射系數(shù)最大。這樣，本實(shí)施例的ND濾波片P2組合具有2種透射系數(shù)的蒸鍍ND膜，設(shè)定3種透射系數(shù)(濃度)。組合區(qū)域N21和區(qū)域N23的濃度與組合區(qū)域N22和區(qū)域N23的濃度的差、組合區(qū)域N22和區(qū)域N23的濃度與組合區(qū)域N22和區(qū)域N24的濃度的差都在0.5或其以下地設(shè)定。
基板B2使用與在實(shí)施例1中說(shuō)明的基板B1同樣的基板。
透過(guò)ND濾波片P2的透射波面的狀態(tài)如圖5所示。在本實(shí)施例中，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定區(qū)域N21、N22、N23、N24的膜厚和其材料的折射率，從而使包含制造誤差的透射波面相位差在(1/5)λ或其以下(機(jī)械的臺(tái)階高差0.17μm或其以下)。
ND濾波片P2的放大截面圖如圖6所示。本實(shí)施例的各區(qū)域N21、N22、N23、N24也與實(shí)施實(shí)施例1的各濃度區(qū)域同樣，由底涂層61、ND層62、AR涂層63構(gòu)成。在本實(shí)施例中，特征點(diǎn)在于，沒(méi)有減光作用的區(qū)域21僅由底涂層61和AR涂層63構(gòu)成。在本實(shí)施便中，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定該底涂層61的膜厚，也可使各區(qū)域的透射波面相位差處于(1/5)λ或其以下地修正。用于底涂層61、ND層62、AR涂層63的材料與實(shí)施例1相同。
在本實(shí)施例中，也可與實(shí)施例1同樣地將透射波面相位差設(shè)定在1λ附近或2λ附近。
本實(shí)施例也與實(shí)施例1同樣，可實(shí)現(xiàn)在縮小光闌的狀態(tài)下也可將MTF值的劣化抑制到最小限度、提高畫質(zhì)的光量調(diào)整裝置。另外，如將本實(shí)施例的光量調(diào)整裝置用于攝像機(jī)或數(shù)字靜像照相機(jī)等攝影裝置，則可在抑制畫質(zhì)下降的同時(shí)使用像素節(jié)距小的攝像元件。
(實(shí)施例3)本發(fā)明的實(shí)施例3示于圖7A、圖7B、圖7C。圖7A、圖7B、圖7C為與實(shí)施例1同樣地應(yīng)用本發(fā)明的光量調(diào)整裝置(光闌裝置)的實(shí)施例。圖7A示出開放光闌狀態(tài)，圖7B示出中間光闌狀態(tài)，圖7C示出最小光闌狀態(tài)，圖7D示出圖7A的側(cè)面。
圖中，S31、S32為用于形成光闌開口的光闌葉片，通過(guò)使其相對(duì)移動(dòng)，可改變開口面積。P3為ND濾波片(濾波構(gòu)件)，粘貼固定于光闌葉片S32。因此，隨著光闌葉片S31、S32的相對(duì)移動(dòng)，ND濾波片P3覆蓋開口的面積變化。
另外，ND濾波片P3在基板B3的一方的面形成預(yù)定透射系數(shù)的區(qū)域N31，在另一方的面的一部分形成與區(qū)域N31不同透射系數(shù)的區(qū)域N32。因此，在光僅通過(guò)區(qū)域N31的場(chǎng)合和通過(guò)區(qū)域N31、N32雙方的場(chǎng)合透射系數(shù)不同，僅通過(guò)區(qū)域1的場(chǎng)合的透射系數(shù)最小。
基板B3使用醋酸纖維素、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯、丙烯樹脂等合成樹脂薄膜。使用合成樹脂薄膜的主要理由在于比重輕和即使加工得很薄也不易破裂?；錌1的厚度為100μm～50μm左右。
透過(guò)ND濾波片P3的透射波面的狀態(tài)如圖8所示。圖8中的各區(qū)域N31、N32由蒸鍍膜設(shè)定各透射系數(shù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各區(qū)域的膜厚和其材料的折射率，從而使包含制造誤差的透射波面相位差在{1±(1/5)}λ或{2±(1/5)}λ的范圍內(nèi)。
ND濾波片P3的如區(qū)域N32圖9所示那樣，在薄膜狀的基板B3上形成具有3個(gè)作用的蒸鍍層。即，用于將透射波面相位差設(shè)定為預(yù)定值({1±(1/5)}λ或{2±(1/5)}λ)的底涂層91，用于與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)地使透射系數(shù)均勻地下降的ND層92，及防止表面反射的AR涂層93。區(qū)域N31沒(méi)有底涂層91，僅由ND層92和AR涂層93構(gòu)成。
底涂層91通過(guò)在基板B3上適當(dāng)?shù)卦O(shè)定Al2O3或SiO2等接近基板B3的折射率的電介質(zhì)膜的厚度地進(jìn)行蒸鍍，從而將透射波面相位差設(shè)定為所期望的值。用于降低透射系數(shù)的ND層92由多層膜構(gòu)成，使波長(zhǎng)依存性變少地設(shè)定。ND層92為了設(shè)定為所期望的透射系數(shù)(所期望的濃度)而具有微小的厚度，這成為透射波面相位差的主要原因。底涂層91用于將其調(diào)整為適當(dāng)?shù)耐干洳嫦辔徊睢Ｗ鳛樽罱K層，蒸鍍防止表面反射的AR涂層93。AR涂層93蒸鍍MgF2等電介質(zhì)膜。
在這里，用于降低微小厚度成分的影響導(dǎo)致的光學(xué)性能劣化的適當(dāng)?shù)耐干洳嫦辔徊钪割A(yù)定波長(zhǎng)λ的光的相位差在0λ附近或1λ附近或2λ附近的場(chǎng)合。在本實(shí)施形式中，“附近”的范圍假設(shè)為“±(1/5)λ”，“0λ附近或1λ附近”由式子表示時(shí)如下。
{n±(1/5)}λ(n＝0，1，2)為了使光學(xué)性能劣化最少，如實(shí)施例1和實(shí)施例2所示那樣，最好將透射波面相位差設(shè)定在0λ附近((1/5)λ或其以下)。然而，為了使透射波面相位差在0λ附近，需要區(qū)域N32具有預(yù)定的厚度，而且需要與區(qū)域N31和區(qū)域N32的生成工序獨(dú)立地設(shè)置用于修正由此產(chǎn)生的透射波面相位差的區(qū)域。這意味著制造工序增加，所以，帶來(lái)成本增大。因此，在本實(shí)施形式中，作為構(gòu)成區(qū)域N32的膜的生成工序的一環(huán)，使用可形成的底涂層91使透射波面相位差在{1±(1/5)}λ或{2±(1/5)}λ的范圍內(nèi)。
參照?qǐng)D30A、圖30B所示透射波面相位差與白色MTF的關(guān)系可知，當(dāng)透射波面相位差超過(guò){n+(1/5)}λ時(shí)，MTF值急劇劣化，在透射波面相位差為{n+(1/4)}λ～{n+(3/4)}λ的狀態(tài)下，與透射波面相位差發(fā)生5λ或其以上的狀態(tài)相比MTF值下降。這在光闌數(shù)小的狀態(tài)(光闌開口大的狀態(tài))下，MTF值的劣化比透射波面相位差完全沒(méi)有的狀態(tài)少，但在光闌數(shù)大的狀態(tài)(光闌開口小的狀態(tài))下特別明顯。在透射波面相位差為{n+(1/5)}λ的區(qū)域中，MTF值按大的周期衰減，但與透射波面相位差為{n+(1/4)}λ～{n+(3/4)}λ的區(qū)域相比得到恢復(fù)。
在本實(shí)施例中，如圖7A所示那樣，在光闌開口內(nèi)存在數(shù)μm或其以上的厚度的ND濾波片P3的端緣部分的狀態(tài)與透射波面相位差發(fā)生5λ或其以上的狀態(tài)相當(dāng)。然而，在圖7A所示那樣光闌數(shù)較小的場(chǎng)合，由于成為該狀態(tài)地設(shè)定，所以，可將光學(xué)性能的劣化抑制到實(shí)施上沒(méi)有問(wèn)題的程度。
另一方面，在如圖7B那樣的中間光闌狀態(tài)下的光闌數(shù)較大的場(chǎng)合，ND濾波片P3覆蓋開口整體地設(shè)定，而且ND濾波片P3的透射波面相位差處于{1±(1/5)}λ或{2±(1/5)}λ地設(shè)定，所以，可抑制光學(xué)性能的劣化。另外，在圖7C所示那樣的光闌數(shù)較大的場(chǎng)合，通過(guò)設(shè)定為沒(méi)有濃度級(jí)差也沒(méi)有透射波面相位差的狀態(tài)可抑制光學(xué)性能的劣化。
本實(shí)施例也與實(shí)施例1同樣，可實(shí)現(xiàn)在縮小光闌的狀態(tài)下也可將MTF值的劣化抑制到最小限度、提高畫質(zhì)的光量調(diào)整裝置。另外，如將本實(shí)施例的光量調(diào)整裝置用于攝像機(jī)或數(shù)字靜像照相機(jī)等攝影裝置，則可在抑制畫質(zhì)下降的同時(shí)使用像素節(jié)距小的攝像元件。
(實(shí)施例4)本發(fā)明的實(shí)施例4示于圖10A、圖10B、圖10C、圖10D。圖10A、圖10B、圖10C、圖10D為與實(shí)施例1同樣地應(yīng)用本發(fā)明的光量調(diào)整裝置(光闌裝置)的實(shí)施例但與實(shí)施例2相同，為獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)光闌葉片與ND濾波片、進(jìn)行光量調(diào)整的裝置的實(shí)施例。
圖中，S41、S42為用于形成光闌開口的光闌葉片，通過(guò)使其相對(duì)移動(dòng)，可改變開口面積。P4為ND濾波片，光闌葉片S41、S42可獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。在本實(shí)施例中，從圖10A所示開放狀態(tài)到圖10B所示預(yù)定的縮小狀態(tài)由光闌葉片S41、S42縮小開口，從而進(jìn)行光量調(diào)整，此后固定開口面積，如圖10C所示那樣，將ND濾波片P4按從透射系數(shù)大的區(qū)域到透射系數(shù)小的區(qū)域的順序插入到開口內(nèi)，從而進(jìn)行光量調(diào)整。
ND濾波片P4在基板B4的一方的面形成沒(méi)有減光作用的區(qū)域S41和預(yù)定透射系數(shù)的區(qū)域N42，在另一方的面形成沒(méi)有減光作用的區(qū)域N43和與區(qū)域N42相同透射系數(shù)的區(qū)域N43。因此，在光通過(guò)區(qū)域N41和區(qū)域N43的場(chǎng)合，透射系數(shù)最小，在通過(guò)區(qū)域N42和區(qū)域N43的場(chǎng)合，透射系數(shù)第2小，在通過(guò)區(qū)域N42和區(qū)域N44的場(chǎng)合透射系數(shù)最大。這樣，本實(shí)施例的ND濾波片P4組合具有2種透射系數(shù)的蒸鍍ND膜，設(shè)定3種透射系數(shù)(濃度)?；錌4使用與在實(shí)施例1中說(shuō)明的基板B1同樣的基板。
透過(guò)ND濾波片P4的透射波面的狀態(tài)如圖11所示。在本實(shí)施例中，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定區(qū)域N42、N44的膜厚和其材料的折射率，從而使包含制造誤差的透射波面相位差成為{1±(1/5)}λ或{2±(1/5)}λ地設(shè)定。
ND濾波片P4的放大截面圖如圖12所示。本實(shí)施例的各區(qū)域N42、N44也與實(shí)施實(shí)施例1的各濃度區(qū)域同樣，由底涂層121、ND層122、AR涂層123構(gòu)成。在本實(shí)施例中，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定該底涂層121的膜厚，也可使各區(qū)域的透射波面相位差成為{1±(1/5)}λ或{2±(1/5)}λ地設(shè)定。用于底涂層121、ND層122、AR涂層123的材料與實(shí)施例3相同。
本實(shí)施例也與實(shí)施例1同樣，可實(shí)現(xiàn)在縮小光闌的狀態(tài)下也可將MTF值的劣化抑制到最小限度、提高畫質(zhì)的光量調(diào)整裝置。另外，如將本實(shí)施例的光量調(diào)整裝置用于攝像機(jī)或數(shù)字靜像照相機(jī)等攝影裝置，則可在抑制畫質(zhì)下降的同時(shí)使用像素節(jié)距小的攝像元件。
(實(shí)施例5)圖13為適用實(shí)施例1～4中說(shuō)明的光量調(diào)整裝置的光學(xué)系的示意構(gòu)成圖。
在圖13上，符號(hào)10為由折射系、反射系、衍射系等構(gòu)成的攝影光學(xué)系，符號(hào)11為限制通過(guò)攝影光學(xué)系10的光、調(diào)整亮度的光闌，符號(hào)12為由受光面接受由攝影光學(xué)系10形成的景物像的光將其變換成電信號(hào)的CCD或CMOS等固體攝像元件(光電變換元件)。在本實(shí)施例中，光闌11使用在實(shí)施例1、2、3、4中說(shuō)明的光量調(diào)整裝置。
這樣，作為攝影光學(xué)系等光學(xué)系的光闌，通過(guò)使用由實(shí)施例1、2、3、4說(shuō)明的那樣的光量調(diào)整裝置，可減小縮小時(shí)的ND濾波片的透射波面相位差的影響，提高畫質(zhì)。另外，可使用像素節(jié)距小的攝像元件。
(實(shí)施例6)下面根據(jù)圖14說(shuō)明使用在第5實(shí)施例中說(shuō)明的攝影光學(xué)系的攝影裝置的實(shí)施形式。
在圖14上，符號(hào)20為攝影裝置主體，符號(hào)10為在實(shí)施例5中說(shuō)明的攝影光學(xué)系，符號(hào)11為由實(shí)施例1、2、3、4的光量調(diào)整裝置構(gòu)成的光闌，符號(hào)12為由攝影光學(xué)系10形成的接受景物的光的固體攝像元件，符號(hào)13為記錄由固體攝像元件12受光的景物的記錄媒體，符號(hào)14為用于觀察景物的取景器。作為取景器14，可考慮光學(xué)取景器或觀察顯示于液晶顯示屏等顯示元件的景物的類型的取景器。
通過(guò)這樣將由實(shí)施例5說(shuō)明的攝影光學(xué)系適用于攝像機(jī)和數(shù)字靜像照相機(jī)等等在攝影元件上形成景物像的類型的攝影裝置，從而可減少ND濾波片的透射波面相位差的影響，提高畫質(zhì)。另外，可使用像素節(jié)距小的攝像元件。
如以上說(shuō)明的那樣，按照本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)減小了濾波構(gòu)件的微小的厚度成分的影響導(dǎo)致的光學(xué)性能下降的光量調(diào)整裝置。
另外，如將本發(fā)明的光量調(diào)整裝置用于在攝像元件形成像的攝影裝置的攝影光學(xué)系，則即使像素節(jié)距小的攝像元件也可獲得良好的圖像信息。
權(quán)利要求
1.一種光量調(diào)整裝置，具有用于形成開口的光闌和使通過(guò)該開口的光的光量衰減的濾波構(gòu)件，并且覆蓋該濾波構(gòu)件的上述開口的比例變化；其特征在于在上述濾波構(gòu)件覆蓋整個(gè)上述開口的狀態(tài)下，通過(guò)上述開口內(nèi)的濾波構(gòu)件的透射系數(shù)不同的位置的預(yù)定波長(zhǎng)λ的光的相位差在{n±(1/5)}λ的范圍內(nèi)，其中，n＝0，1，2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件具有由多層膜形成的透射系數(shù)不同的多個(gè)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述多層膜具有用于使反射減少的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述光闌由多個(gè)光闌葉片構(gòu)成，通過(guò)使該多個(gè)光闌葉片相對(duì)移動(dòng)，從而使上述開口的面積變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件固定于上述多個(gè)光闌葉片中的1個(gè)上，隨著上述多個(gè)光闌葉片的相對(duì)的移動(dòng)，上述濾波構(gòu)件覆蓋上述開口的比例變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件可與上述多個(gè)光闌葉片獨(dú)立地移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述預(yù)定的波長(zhǎng)λ為使用波長(zhǎng)帶區(qū)的中心波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述預(yù)定的波長(zhǎng)λ為550nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件具有透射系數(shù)不同的多個(gè)區(qū)域，該多個(gè)區(qū)域中的鄰接的區(qū)域的濃度差在0.5或其以下，其中，濃度＝-log(透射系數(shù))。
10.一種光量調(diào)整裝置，具有用于形成開口的光闌和使通過(guò)該開口的光的光量衰減的濾波構(gòu)件，并且覆蓋該濾波構(gòu)件的上述開口的比例變化；其特征在于具有在上述濾波構(gòu)件覆蓋整個(gè)上述開口的狀態(tài)下將通過(guò)上述濾波構(gòu)件的透射系數(shù)不同的位置的光的相位差設(shè)定為預(yù)定值的單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件具有由多層膜形成的透射系數(shù)不同的多個(gè)區(qū)域，該多層膜具有用于減小通過(guò)各區(qū)域的相位差的層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述多層膜具有用于使反射減小的層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10～12中任何一項(xiàng)所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述光闌由多個(gè)光闌葉片構(gòu)成，通過(guò)使該多個(gè)光闌葉片相對(duì)移動(dòng)，從而使上述開口的面積變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件固定于上述多個(gè)光闌葉片中的1個(gè)上，隨著上述多個(gè)光闌葉片的相對(duì)的移動(dòng)，上述濾波構(gòu)件覆蓋上述開口的比例變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件可與上述多個(gè)光闌葉片獨(dú)立地移動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于當(dāng)光的波長(zhǎng)為λ時(shí)，上述預(yù)定值處于{n±(1/5)}λ的范圍內(nèi)，其中，n＝0，1，2。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光量調(diào)整裝置，其特征在于上述濾波構(gòu)件具有透射系數(shù)不同的多個(gè)區(qū)域，該多個(gè)區(qū)域中的鄰接的區(qū)域的濃度差在0.5或其以下，其中，濃度＝-log(透射系數(shù))。
18.一種光學(xué)系，其特征在于具有權(quán)利要求1或10所述的光量調(diào)整裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)系，其特征在于在光電變換元件上成像。
20.一種攝影裝置，其特征在于具有光學(xué)系和接受由該光學(xué)系形成的像的光的光電變換元件，該光學(xué)系具有權(quán)利要求1或10所述的光量調(diào)整裝置。
全文摘要
ND濾波片的微小的透射波面相位差使光學(xué)性能下降。本發(fā)明的光量調(diào)整裝置，具有ND濾波片(P1)，該ND濾波片(P1)衰減通過(guò)由光闌葉片(S11、S12)形成的開口的光的光量，覆蓋ND濾波片(P1)的開口的比例變化；其中在ND濾波片(P1)覆蓋整個(gè)開口的狀態(tài)下，通過(guò)開口內(nèi)的ND濾波片(P1)的透射系數(shù)的不同的區(qū)域(N11、N12、N13)的預(yù)定的波長(zhǎng)λ的光的相位差大體為約0λ、約1λ、約2λ地設(shè)定。
文檔編號(hào)G02B5/00GK1564963SQ02819809
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2002年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者村田安規(guī), 小山剛史 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社