JP2006301473A - 光学フィルタを有する光学系および撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射防止膜や傾き配置によらずに、光学フィルタでの反射光が像面にて結像することを回避できるようにする。
【解決手段】 光学系は、光量を減衰させる光学フィルタ３３と、該光学フィルタよりも像面側に配置された光学素子Ｌ３とを有し、前記光学フィルタの像面側の面は曲率を有する。該曲率は、光学素子で反射した後、光学フィルタの像面側の面で反射して像面側に向かう光が像面ＩＰにて結像しない値に設定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学フィルタを有する光学系およびこれを用いた撮影装置に関する。

光学系には、該光学系を通って撮像素子やフィルムが配置された像面に到達する光量を減衰させたり、いわゆる絞りの小絞り回折現象を防止したりするために、一般にＮＤ（neutral density)フィルタと称される光学フィルタが使用される。ＮＤフィルタは、光学系内に配置された絞り装置（光量調節装置）の絞り羽根に貼り付けられて、絞り開口の少なくとも一部を覆うように用いられる。また、ＮＤフィルタが絞り羽根とは独立して光路内に進退できる場合もある。

このようなＮＤフィルタを備えた光学系において、光学フィルタが平行平板として形成されていると、該ＮＤフィルタの位置を通過して該ＮＤフィルタよりも像面側に設けられた光学素子ユニット（レンズユニット等）で反射した光がさらにＮＤフィルタの像面側の面で反射して、像面にて結像する可能性がある。この場合、該反射光により形成された像は、いわゆるゴーストとなり、撮影画像の画質を劣化させる。

このようなＮＤフィルタでの光の反射を軽減するために、光学フィルタの像面側の面に反射防止膜としての光学膜を形成する方法が採られることがある（例えば、特許文献１参照）。また、ＮＤフィルタを光学系の光軸に対して傾けて配置し、ＮＤフィルタでの反射光が像面に向かわないようにする方法もある（例えば、特許文献２，３参照）。
特開２００４−３２４５４号公報（段落００４５〜００５０、図３、図４等） 特開２０００−３０５０１８号公報（段落００１８、図１等）

しかしなから、ＮＤフィルタ上に反射防止膜を形成する場合、該ＮＤフィルタにおいて光透過率を制御するための光学膜と反射防止膜としての光学幕との両立が困難となることが多い。すなわち、反射防止膜において十分な反射防止効果が得られない。また、反射防止膜は、通常、多層膜により構成されているため、製造コストの上昇要因にもなる。

一方、ＮＤフィルタを光学系の光軸に対して傾けて配置すると、光軸方向にその傾きを許容するためのスペースが必要となるため、光学系の設計自由度が制限されたり、光学系が大型化したりする可能性がある。

本発明は、反射防止膜や傾き配置によらずに、光学フィルタでの反射光が像面にて結像することを回避できるようにした光学系を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての光学系は、光量を減衰させる光学フィルタと、該光学フィルタよりも像面側に配置された光学素子とを有し、前記光学フィルタの像面側の面は曲率を有する。そして、該曲率は、光学素子で反射した後、光学フィルタの像面側の面で反射して像面側に向かう光が像面にて結像しない値に設定されている。

本発明によれば、光学フィルタの像面側の面に曲率を持たせることによって、光学フィルタでの反射光の結像を回避しているので、従来のように光学フィルタ上に反射防止膜を設けたり光学フィルタを光軸に対して傾けて配置したりすることなく、光学フィルタでの反射光によるゴーストの発生を低減することができる。そして、このような光学フィルタを備えた光学系を用いて撮影装置を構成することにより、高品質な画像を撮影することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図６には、本発明の実施例である光学系（撮影光学系）を備えたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮影装置を示している。

この図において、２０はカメラ本体、２１はレンズ鏡筒である。撮影光学系は、該レンズ鏡筒内に収容されている。２２はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成された撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する。撮像素子２２からの出力信号に対して不図示の画像処理回路で各種処理を行うことにより、画像信号が生成される。該画像信号は、カメラ本体２０の背面に設けられたディスプレイ２４に表示されたり、不図示の半導体メモリ、光ディスク、磁気テープ等の記録媒体に記録されたりする。撮像素子２２および画像処理回路等によって撮影系が構成される。

なお、本実施例では、撮像素子２２を用いたいわゆる電子（デジタル）撮影装置について説明するが、本発明は銀縁フィルムに画像を記録するフィルム撮影装置にも適用することができる。

図１および図３には、本実施例の撮影光学系の具体的な構成を示している。また、図２および図４には、本実施例の撮影光学系との比較例を、数値例とともに示している。なお、図１に示す本実施例の撮影光学系の数値と図２に示す比較例の数値とは、後述するＮＤフィルタの曲率に関する値を除いて同一である。また、図３に示す本実施例の撮影光学系の数値と図４に示す比較例の数値とは、後述するＮＤフィルタの曲率に関する値を除いて同一である。

これらの撮影光学系は、物体側（図中の左側）から像面側（像面ＩＰ側）に向かって順に、正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）を有する第１レンズユニットＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズユニットＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズユニットＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズユニットＬ４とを有する。

また、第２レンズユニットＬ２と第３レンズユニットＬ３との間には、光量調節装置としての絞りユニットＳが配置されており、該絞りユニットＳ内には、光学フィルタとしてのＮＤフィルタ３３が設けられている。なお、図１〜図４の絞りＳの位置には、ＮＤフィルタ３３の形状を示している。

ここで、図５Ａには、絞りユニットＳの光軸方向から見たときの具体的構成を示している。また、図５Ｂには、該絞りユニットＳのＢ−Ｂ線で切断したときの断面を示している。

これらの図において、３１および３２は遮光部材としての絞り羽根である。これら絞り羽根３１，３２は、不図示の絞り地板に形成されたピン３４によってガイドされて図中上下方向に移動する。また、絞り羽根３１，３２には、絞り開口を形成するための略Ｕ字形状の開口縁部３１ａ，３２ａが形成されている。３５は絞り地板に形成された開放開口部である。

また、絞り羽根３１，３２にはレバー３６の両端に設けられたピン３６ａ，３６ｂがそれぞれ係合している。該レバー３６がステッピングモータ等のアクチュエータ３７によって回転駆動されることにより絞り羽根３１，３２が上下方向に駆動され、開口縁部３１ａ，３２ａによって形成される絞り開口が、図示の開放径から小絞り径、さらには全閉状態まで変化する。

一方の絞り羽根３１には、前述したＮＤフィルタ３３が貼り付けられている。該ＮＤフィルタ３３は、図示の開放状態ではその絞り開口の一部を覆い、小絞り状態ではその絞り開口のほぼ全体を覆う。絞り開口が小さくなりすぎると光の回折現象が生じて像の劣化につながるため、ある程度の小絞り径以上に絞り開口径を小さくしなくても光量を落とすことができるように、ＮＤフィルタ３３による光量減衰機能が用いられる。

図５Ｂに示すように、ＮＤフィルタ３３は、透明なフィルム等からなるベース部材３３ａと、該ベース部材３３ｂの片側の表面上に形成された光学膜３３ｂとにより構成されている。光学膜３３ｂは、その全面において略均一な透過率を有するものであってもよいし、その先端側から基端側（絞り羽根３１への貼り付け部側）に向かって段階的又は連続的に透過率が低くなるグラデーションタイプのものであってもよい。

なお、本実施例では、ＮＤフィルタを絞り羽根に貼り付けて用いる場合について説明するが、本発明においては、ＮＤフィルタを絞り羽根とは独立して光路に対して進退させることができるようにしてもよい。この場合も、ＮＤフィルタは、第２レンズユニットと第３レンズユニットの間に絞りに隣接して配置されることが多い。

また、図１〜図４において、ＩＲＦは赤外カットフィルタであり、該赤外カットフィルタＩＲＦには、ローパスフィルタ等も付随している。

そして、本実施例では、前述したＮＤフィルタ３３に曲率を設け、該曲率を以下条件のもとで設定している。

（１）被写体からの光であって、第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２を透過し、さらに絞りユニットＳ（すなわち、ＮＤフィルタ３３）を通過した光が、該ＮＤフィルタ３３よりも像面ＩＰ側に配置された第３レンズユニットＬ３内のレンズエレメント（光学素子）Ｌ３ａを構成する像面ＩＰ側の面（第３レンズユニットＬ３のうち最も像面ＩＰ側の面）で反射してＮＤフィルタ３３に戻り、該ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面で再び反射した場合に、該該ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面での反射光が像面ＩＰ上に結像しないこと。

（２）ＮＤフィルタ３３の像面側の面が、像面側に向かって凸の曲率を有すること。

（３）（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）≦０．６９ …（１）
および
０．９４≦（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２） …（２）
のうち一方を満足すること。

但し、Ｒ１はＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面の曲率半径であり、Ｒ２は第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面の曲率半径である。また、像面側に凸の場合を−（マイナス）の符号で表し、物体側に凸の場合を＋（プラス）の符号で表す。

ここで、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面は、本実施例において絞りユニットＳを通過した光の主たる（すなわち、最も反射率が高い）反射面であり、上記光が他の面で全く反射しないという意味ではない。また、本実施例は、本発明における上記光を反射する面を第３レンズユニットＬ３の最も像面側の面に限定する意味ではない。なお、本実施例では、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面は、物体側に凸（像面側に凹）の曲率を有する面である。

条件式（１），（２）は、ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面と主たる反射面である第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面との曲率半径に関する条件であり、上記ゴーストを低減させるためにＲ１とＲ２のシェイプファクターのとり得る範囲を示している。

条件式の値が０．６９以下となるようにＲ２が大きく、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面が平面に近い範囲での曲率を持っていると、ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面で反射した光は像面ＩＰに向かって大きく広がり、結像しないので、ゴースト像が認識されにくくなる。

一方、条件式の値が０．９４以上となるようにＲ１が大きく、ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面が平面に近い範囲での曲率を持っていると、同様にＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面で反射した光は像面ＩＰに向かって大きく広がり、結像しないので、ゴースト像が認識されにくくなる。このように、光を反射する面の曲率半径Ｒ１，Ｒ２が上記条件式（１），（２）のいずれかを満たすことにより、ゴースト像の発生を低減することができる。

逆に、
０．６９＜（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＜０．９４ …（３）
を満たすと、ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面で反射した光が像面ＩＰにて結像し、ゴースト像が認識され易くなり、好ましくない。

なお、条件式（２）に関して、
１．００≦（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２） …（２）′
としてもよい。

また、より好ましくは、
１．２０≦（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２） …（２）″
としてもよい。

図１に示した本発明の実施例１の上記条件式との関係について説明する。まず、本実施例１の比較例を示す図２において、Ｒ付きの数値は各光学面の曲率半径を示す。前述したように、像面側に凸の場合を−の符号で表し、物体側に凸の場合を＋の符号で表す。また、第３レンズユニットＬ３は光学ガラスにより形成されている。

図２では、ＮＤフィルタ３３の像面 ＩＰ側の面の曲率半径Ｒ１は８０mmであり、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面（絞りユニットＳからの光の主たる反射面）の曲率半径Ｒ２は１２mmである。

この場合、（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）=０．７４となり、条件式（１），（２）のいずれも満たさない（条件式（３）を満たす）ので、ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面で反射した光は像面ＩＰにて結像し、ゴースト像が認識し易い。

一方、図１においては、ＮＤフィルタ３３の像面 ＩＰ側の面の曲率半径Ｒ１は−８０mmであり、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面の曲率半径Ｒ２は、図２と同じ１２mmである。

この場合、（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）=１．３５となり、条件式（２）を満たすので、ＮＤフィルタ３３の像面 ＩＰ側の面で反射した光は像面ＩＰにおいて結像せず、ゴースト像が認識しにくい。

図３に示した本発明の実施例２の上記条件式との関係について説明する。まず、本実施例３の比較例を示す図４において、Ｒ付きの数値は各光学面の曲率半径を示す。前述したように、像面側に凸の場合を−の符号で表し、物体側に凸の場合を＋の符号で表す。また、第３レンズユニットＬ３は光学ガラスにより形成されている。

図４では、ＮＤフィルタ３３の像面 ＩＰ側の面の曲率半径Ｒ１は８０mmであり、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面（絞りユニットＳからの光の主たる反射面）の曲率半径Ｒ２は８mmである。

この場合、（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）=０．８１となり、条件式（１），（２）のいずれも満たさない（条件式（３）を満たす）ので、ＮＤフィルタ３３の像面ＩＰ側の面で反射した光は像面ＩＰにて結像し、ゴースト像が認識し易い。

一方、図３においては、ＮＤフィルタ３３の像面 ＩＰ側の面の曲率半径Ｒ１は−８０mmであり、第３レンズユニットＬ３の最も像面ＩＰ側の面の曲率半径Ｒ２は、図４と同じ８mmである。

この場合、（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）=１．２２となり、条件式（２）を満たすので、ＮＤフィルタ３３の像面 ＩＰ側の面で反射した光は像面ＩＰにおいて結像せず、ゴースト像が認識しにくい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１である撮影光学系の断面図。 実施例１の比較例としての撮影光学系の断面図。 本発明の実施例２である撮影光学系の断面図。 実施例２の比較例としての撮影光学系の断面図。 実施例の撮影光学系に用いられた絞りユニット（ＮＤフィルタ）の正面図。 図５ＡにおけるＢ−Ｂ線で切断したときの絞りユニットの断面図。 実施例の撮影光学系を備えた撮影装置の概略図。

符号の説明

３１，３１ 絞り羽根
３３ ＮＤフィルタ
Ｌ１〜Ｌ４ レンズユニット
Ｓ 絞り
ＩＰ 像面

Claims (7)

1. 光量を減衰させる光学フィルタと、
   該光学フィルタよりも像面側に配置された光学素子とを有し、
   前記光学フィルタの像面側の面は曲率を有し、該曲率は、前記光学素子で反射した後、前記光学フィルタの像面側の面で反射して像面側に向かう光が像面にて結像しない値に設定されていることを特徴とする光学系。
2. 前記光学フィルタの前記像面側の面が、像面側に向かって凸の曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記光学素子前記光学素子における前記光が反射する面が、物体側に向かって凸の曲率を有することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
4. 以下の２つの条件式のうち一方を満足することを特徴とする請求項３に記載の光学系。
   （Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）≦０．６９
   ０．９４≦（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）
   但し、Ｒ１は前記光学フィルタの前記像面側の面の曲率半径、Ｒ２は前記光学素子における前記光が反射する面の曲率半径である。
5. 前記光学系は、物体側から像面側に順に、
   正の光学的パワーを有する第１の光学素子ユニットと、
   負の光学的パワーを有する第２の光学素子ユニットと、
   正の光学的パワーを有する第３の光学素子ユニットと、
   正の光学的パワーを有する第４の光学素子ユニットとを有し、
   前記光学フィルタは、前記第２の光学素子ユニットと前記第３の光学素子ユニットとの間に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光学系。
6. 遮光部材を開閉駆動して光量を調節する光量調節装置を有し、
   前記光学フィルタは、前記遮光部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光学系。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の光学系と、
   該光学系により形成された像を撮影する撮影系とを有することを特徴とする撮影装置。