專利名稱：中灰濾光片及具有中灰濾光片的可變光闌裝置和光學(xué)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ND濾光片(中灰濾光片，中性濾光片)以及具有ND濾光片的可變光闌裝置(iris device)和光學(xué)設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在諸如攝像機(jī)這樣的圖像拾取設(shè)備中，ND(NeutralDensity，中灰)濾光片已被用在其可變光闌裝置中，以防止光圈(孔徑)對(duì)于亮物場(chǎng)變得極小，從而避免不期望出現(xiàn)的現(xiàn)象，例如光的獵振(hunting)和衍射。
具體地說(shuō)，已知有使用ND濾光片的可變光闌裝置。例如，在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2002-277612中公開(kāi)了一種可變光闌裝置，它使用具有階躍變化的多灰度ND膜的階躍變化ND濾光片，在日本專利No.03621941中公開(kāi)了一種可變光闌裝置，它使用灰度在大的灰度變化范圍內(nèi)以無(wú)級(jí)方式變化的漸變ND濾光片。
當(dāng)在可變光闌裝置中使用傳統(tǒng)的ND濾光片時(shí)，需要相當(dāng)復(fù)雜的控制。
具體地說(shuō)，要計(jì)算在某一時(shí)間透過(guò)可變光闌裝置的光量的測(cè)光值和適當(dāng)?shù)耐干涔饬恐g的差值，然后基于該差值，根據(jù)預(yù)定的算法來(lái)操作光圈葉片或ND濾光片，從而可以獲得適當(dāng)?shù)钠毓饬?。此外，為了獲得最優(yōu)曝光或者為了執(zhí)行最優(yōu)曝光校正，可以根據(jù)物體亮度來(lái)改變控制算法，或者在某些設(shè)備中，有關(guān)變焦鏡頭的設(shè)定焦距的信息以及有關(guān)鏡頭的對(duì)焦位置(長(zhǎng)度)的信息也被用作控制參數(shù)。
按照以上描述，控制過(guò)程涉及非常復(fù)雜的控制因素。
此外，當(dāng)通過(guò)移動(dòng)ND濾光片以及改變ND濾光片的灰度(密度，density)來(lái)改變透射光量時(shí)，光圈的直徑通常都很小。因而，ND濾光片灰度的微小差異都會(huì)導(dǎo)致透射光量的較大變化。
因此，特別是當(dāng)灰度根據(jù)其操作量在任意位置都連續(xù)改變的灰度ND濾光片被用來(lái)控制光量時(shí)，很難確定操作量和透射光量之間的關(guān)系。
另一方面，在階躍變化ND濾光片的情形中，只考慮灰度改變的位置就足夠了。換言之，只考慮低灰度部分的面積和高灰度部分的面積之比就足夠了。因此，由于可以基于與使用傳統(tǒng)的均勻灰度ND濾光片的情形相類似的原理來(lái)執(zhí)行控制過(guò)程，所以該控制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。
然而，在階躍變化ND濾光片的情形中，由于光被視為波，所以在濾光片有光通過(guò)的各區(qū)域中的ND膜的光學(xué)厚度的差異會(huì)引起相差，這會(huì)影響圖像質(zhì)量。具體地說(shuō)，如在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2004-253892(參見(jiàn)第22頁(yè)和圖24)中公開(kāi)的，透射波前相差影響圖像質(zhì)量。
這是因?yàn)樵谝韵逻@種階躍變化ND濾光片中，通過(guò)改變具有相同恒定折射率的ND膜的厚度來(lái)改變灰度，在這種情況下，穿過(guò)因不同的ND膜厚度而具有不同灰度的各區(qū)域的光束的相位變得彼此不同，引起了使光減弱的干涉，因而使分辨率下降。當(dāng)具有不同灰度的區(qū)域的面積彼此相等時(shí)，圖像質(zhì)量的惡化達(dá)到最大。如果這些區(qū)域之間的ND膜厚度的差異或者透射波前相差在此狀態(tài)下發(fā)生改變，則MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))值(代表軸向光學(xué)特性)將隨著周期λ改變。
MTF值按照以下方式改變。MTF值隨著區(qū)域之間的相差從零開(kāi)始增加而下降，并且MTF值在2λ/4的相差下達(dá)到極值并開(kāi)始增大，隨后在4λ/4的相差下達(dá)到極值并再次開(kāi)始下降，然后在6λ/4的相差下達(dá)到極值并開(kāi)始增大，在8λ/4的相差下再次達(dá)到極值。
與漸變ND濾光片相比，階躍變化ND濾光片將遭受圖像質(zhì)量的下降，這是由于在不同灰度的區(qū)域之間的邊界處的灰度不連續(xù)性而發(fā)生的衍射所引起的，特別是在灰度差較大的情況下。
根據(jù)上述，階躍變化ND濾光片遭受衍射和透射波前相差的問(wèn)題，使用階躍變化ND濾光片的情況與使用漸變ND濾光片的情況相比，圖像質(zhì)量有時(shí)更差一些。
然而，使用階躍變化ND濾光片的情況與使用漸變ND濾光片的情況相比，可變光闌裝置的控制更加容易，并且可以在更短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出控制程序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題，目的是提供一種ND濾光片，使用它的可變光闌裝置就象使用階躍變化ND濾光片一樣可以比較容易地控制。并且可以減小光學(xué)性能的下降。
根據(jù)本發(fā)明的典型ND濾光片設(shè)有具有均勻灰度的ND膜的第一區(qū)、具有與第一區(qū)的灰度不同的均勻灰度的ND膜的第二區(qū)和設(shè)在第一區(qū)和第二區(qū)之間的灰度過(guò)渡區(qū)?；叶冗^(guò)渡區(qū)具有灰度從第一區(qū)的灰度連續(xù)變到第二區(qū)的灰度的ND膜。
結(jié)合附圖從以下對(duì)典型實(shí)施方案的描述中將會(huì)清楚本發(fā)明的其他特征。


圖1A、1B和1C圖示了根據(jù)本實(shí)施方案的ND濾光片的結(jié)構(gòu)。
圖2A和2B示意性地圖示了真空氣相沉積裝置的腔室的內(nèi)部。
圖3圖示了在產(chǎn)生灰度過(guò)渡區(qū)的過(guò)程中的襯底12和掩模17的布置。
圖4是示出灰度過(guò)渡寬度和間隔距離之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5是示出ND濾光片的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖6圖示了可變光闌裝置的結(jié)構(gòu)。
圖7A、7B和7C圖示了可變光闌裝置中的ND濾光片的操作。
圖8示意性地圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的光學(xué)設(shè)備的相關(guān)部分。
具體實(shí)施例方式
下面參考圖1A、1B和1C來(lái)描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于調(diào)節(jié)光量的ND濾光片。
在圖1A到1C中，標(biāo)號(hào)10代表透明基件，標(biāo)號(hào)11a到11d分別代表每一個(gè)都是多層膜的ND膜。根據(jù)該實(shí)施方案的ND濾光片具有灰度過(guò)渡區(qū)，該過(guò)渡區(qū)設(shè)在具有均勻灰度的ND膜的第一區(qū)和具有灰度不同于第一區(qū)的均勻灰度的ND膜的第二區(qū)之間，該過(guò)渡區(qū)具有灰度連續(xù)變化的ND膜。圖1A圖示了僅在透明基件10的一個(gè)表面上形成ND膜11a來(lái)實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的情形。圖1B圖示了在透明基件10的兩個(gè)表面上形成ND膜11b、11c來(lái)實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的情形。圖1C圖示了圖1A中示出的結(jié)構(gòu)的修改方案，在該方案中，灰度過(guò)渡區(qū)設(shè)在第二區(qū)和一個(gè)具有100％透射率的區(qū)域(即，不形成ND膜的區(qū)域)之間。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖1A到圖1C中，夸大地圖示了ND膜和基件的厚度。
在布置具有不同灰度的ND膜時(shí)，允許提供三個(gè)或更多的均勻灰度區(qū)。然而，考慮到在基件和ND膜中的應(yīng)力，均勻灰度區(qū)的數(shù)量的上限可以考慮為四個(gè)或五個(gè)。
因?yàn)槊總€(gè)區(qū)域可以被設(shè)計(jì)為具有任意需要的灰度，所以在根據(jù)下述實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)中，第一區(qū)的灰度D為1.0，膜厚度為500nm，第二區(qū)的灰度D為0.5，膜厚度為250nm。這里，灰度D被表示為D＝-log10(透射率)，即，當(dāng)透射率是10％時(shí)，D＝1.0，當(dāng)透射率是32％時(shí)，D＝0.5。
根據(jù)上述，在第一區(qū)的灰度D被設(shè)置為1.0，第二區(qū)的灰度D被設(shè)置為0.5時(shí)，第一區(qū)和第二區(qū)之間的透射波前相差近似為λ/2。
當(dāng)談及透射波前相差時(shí)，這種灰度上的關(guān)系并不是所需要的，但是從灰度設(shè)計(jì)的角度看，這些灰度值已經(jīng)在傳統(tǒng)的階躍變化ND濾光片中采用，對(duì)于實(shí)際的階躍變化ND濾光片而言需要這種關(guān)系。
利用氣相沉積兩次形成灰度D為0.5的均勻灰度膜，就可以完成ND膜的層積。如上所述，圖1A圖示了在透明樹(shù)脂基件10的一個(gè)表面上，以一層壓在另一層之上的方式形成兩層這樣的均勻灰度ND膜的情形。圖1B圖示了在透明基件10的一個(gè)表面上形成均勻灰度ND膜，在透明基件10的另一個(gè)表面上形成另一層均勻灰度ND膜的情形。圖1C圖示了在ND濾光片可以被半途插入光圈中的情形中最適合的結(jié)構(gòu)。通過(guò)如圖1C所示的結(jié)構(gòu)的情形那樣也在第二區(qū)的截止端部分連續(xù)地改變灰度，可以抑制圖像質(zhì)量的下降。
在上述結(jié)構(gòu)中，如果在兩個(gè)不同灰度區(qū)的邊界處的灰度過(guò)渡是不連續(xù)的，那么由于大的灰度差將發(fā)生衍射。此外，取決于兩個(gè)區(qū)的面積之比，透射波前相差的影響變大，并引起圖像質(zhì)量的下降(即，分辨率的降低)。
透射波前相差的產(chǎn)生取決于兩個(gè)區(qū)的膜厚度的關(guān)系，即使灰度在兩個(gè)區(qū)的邊界處并非特別不連續(xù)也是如此。尤其是，當(dāng)兩個(gè)灰度區(qū)的面積的比例分別是50％時(shí)，圖像質(zhì)量的下降最為顯著。
在該實(shí)施方案中，通過(guò)在兩個(gè)灰度區(qū)之間提供一個(gè)具有一定寬度并且在該寬度上灰度連續(xù)改變的區(qū)域，就可以減小因透射波前相差引起的圖像質(zhì)量的下降。例如，如果兩個(gè)均勻灰度區(qū)的面積比例分別是40％，則提供一個(gè)比例為20％的灰度過(guò)渡區(qū)。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案的ND濾光片，即使在兩個(gè)均勻灰度區(qū)之間的灰度差較大的情況下，也可以減小衍射的影響。此外，即使在透射波前相差的值使分辨率下降的情況下，也就是說(shuō)，例如當(dāng)透射波前相差是2λ/4或6λ/4時(shí)，也可以減小分辨率的下降。此外，通過(guò)將灰度過(guò)渡區(qū)設(shè)計(jì)為具有不超過(guò)預(yù)定上限的寬度，就可以采用與使用傳統(tǒng)階躍變化ND濾光片的可變光闌裝置的控制系統(tǒng)相同或類似的控制系統(tǒng)，因而可以減少開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的工作。
這意味著在要開(kāi)發(fā)配備傳統(tǒng)的階躍變化ND濾光片的產(chǎn)品的情況下以及在要開(kāi)發(fā)配備根據(jù)本發(fā)明的ND濾光片的產(chǎn)品的情況下，用于可變光闌裝置的控制電路可以是相同的。因此，可以節(jié)省開(kāi)發(fā)和制造控制電路的工作。
下面將描述制造上述具有灰度過(guò)渡區(qū)的ND濾光片的方法。在該實(shí)施方案中，使用真空氣相沉積方法來(lái)制造ND濾光片。
圖2A和2B是圖示了真空氣相沉積裝置的腔室的內(nèi)部的示意圖。在圖2A中，標(biāo)號(hào)12表示將在上面形成膜的襯底，標(biāo)號(hào)15表示氣相沉積傘(vapor deposition umbrella)，標(biāo)號(hào)16表示氣相沉積源，標(biāo)號(hào)17表示掩模。圖2A中的襯底12包括襯底夾具14和設(shè)在其上的基件13(即，透明基件10)，如圖2B詳細(xì)示出的。
根據(jù)典型的真空氣相沉積法，如圖2A所示，腔室中的襯底12被設(shè)置在氣相沉積傘15上，在連同襯底12旋轉(zhuǎn)氣相沉積傘15的同時(shí)完成膜形成過(guò)程。在該實(shí)施方案中，圖3中所示的掩模17與每個(gè)襯底12平行地被置于襯底12的氣相沉積源16一側(cè)，放在與襯底12相隔一段期望距離的位置上。利用該布置，所要沉積的沉積粒子有時(shí)可以穿過(guò)掩模17并到達(dá)襯底12，有時(shí)會(huì)被掩模17阻擋，無(wú)法到達(dá)襯底12，這取決于氣相沉積源16、襯底12和掩模17之間的幾何位置關(guān)系。這樣就可以獲得灰度過(guò)渡區(qū)中的ND膜厚度分布，在該灰度過(guò)渡區(qū)中，灰度在兩個(gè)均勻灰度區(qū)之間連續(xù)變化。
在以上布置中，如果掩模17在沉積時(shí)緊密接觸襯底12，則在沉積ND膜的區(qū)域和未沉積ND膜的區(qū)域之間產(chǎn)生陡的(即，不連續(xù)的)邊界。相反，掩模17和襯底12之間的距離越寬，邊界就越模糊。
圖4示出了灰度過(guò)渡區(qū)的寬度(灰度過(guò)渡寬度)與襯底12和掩模17間的空間距離(間隔距離)之間的關(guān)系。從圖4中可以看出，當(dāng)如本實(shí)施方案一樣要在0.1mm到0.3mm的寬度上改變灰度時(shí)，理想的是將間隔距離設(shè)置在0.2mm到0.6mm的范圍內(nèi)。
我們使用上述方法生產(chǎn)具有灰度過(guò)渡區(qū)的ND濾光片，該灰度過(guò)渡區(qū)設(shè)在分別具有圖1A到1C所示的均勻灰度的兩個(gè)灰度區(qū)(第一灰度區(qū)和第二灰度區(qū))之間的邊界部分中，在該灰度過(guò)渡區(qū)中灰度連續(xù)地變化。
雖然以上描述涉及使用真空氣相沉積法在基件上形成薄膜的情形，但是根據(jù)本發(fā)明的ND濾光片不僅可以使用氣相沉積法來(lái)生產(chǎn)，還可以利用濺射、噴墨打印以及其他方法來(lái)生產(chǎn)。這些形成膜的方法是公知的，這里省略對(duì)它們的描述。
下面將描述在生產(chǎn)該實(shí)施方案的ND濾光片的過(guò)程中的不同條件。
首先，象圖3所示那樣的兩個(gè)掩模被設(shè)置在將進(jìn)行沉積的每個(gè)襯底的氣相沉積源一側(cè)，并且在圖5所示的各層中，第一層和除最外層以外的所有后續(xù)層都是通過(guò)真空氣相沉積形成的。所使用的基件13是厚度為75μm的PET基件。
之所以采用真空氣相沉積法是因?yàn)槔迷摲椒?，可以相?duì)容易地控制膜厚度，并且用該方法生產(chǎn)的ND濾光片具有在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有衍射的優(yōu)點(diǎn)。
所選擇的基件的材料是PET，它具有高的耐熱性(高的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg)、在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍中的高透明度以及低的吸水系數(shù)。基件可以由聚碳酸酯或降冰片烯樹(shù)脂制成。
接著，從腔室中除去設(shè)在每個(gè)襯底上的掩模，形成最外層，以滿足光學(xué)膜厚度n×d(n折射率，d機(jī)械膜厚度)等于λ/4(λ540nm)的條件。
選擇最外層的材料，使其在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有小于或等于1.5的折射率n。具體地，所使用的材料是MgF2。與上述相關(guān)，如果第一層到最外層中的所有層都是使用圖3中所示的掩模，以不同的膜厚度形成的，則不會(huì)滿足抗反射條件。結(jié)果，反射率將會(huì)提高，產(chǎn)生使圖像質(zhì)量下降的現(xiàn)象，例如“鬼影(重影)”或“暈光(flare)”?？紤]到這種因素，我們?cè)谌コ谀：笮纬勺钔鈱?，以使最外層的膜厚度在整個(gè)襯底上均勻。
下面將描述使用這樣生產(chǎn)出來(lái)的ND濾光片的可變光闌裝置。
配備有該可變光闌裝置的圖像拍攝裝置的光接收元件的尺寸為1/2英寸，這是攝像機(jī)的固態(tài)圖像拾取元件的典型尺寸。在全打開(kāi)狀態(tài)下的光圈直徑假定為5mm。通過(guò)改變由多個(gè)光圈葉片組成的光圈的直徑來(lái)調(diào)節(jié)光量的可變光闌裝置一般被用在諸如攝像機(jī)這樣的圖像拍攝裝置的拍攝光學(xué)系統(tǒng)中。
在這樣的圖像拍攝裝置中，使用一種光量調(diào)節(jié)裝置，該光量調(diào)節(jié)裝置組合使用光圈葉片和用來(lái)減少穿過(guò)光圈的光量的ND濾光片，以防止光圈直徑變得過(guò)小，如圖6所示。在圖6中，標(biāo)號(hào)4代表ND濾光片，標(biāo)號(hào)5和6代表光圈葉片。
在使用圖6中所示的光圈葉片5、6和ND濾光片4來(lái)調(diào)節(jié)光量時(shí)，在用于驅(qū)動(dòng)光圈葉片的馬達(dá)(未示出)和用于驅(qū)動(dòng)ND濾光片的馬達(dá)(未示出)附近配備例如霍爾元件和檢測(cè)電路，用于控制對(duì)所述馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。在這樣做時(shí)，預(yù)先獲得霍爾元件的對(duì)應(yīng)于各個(gè)馬達(dá)中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的輸出電壓與光圈葉片或ND濾光片的位置的關(guān)系，并且在監(jiān)視霍爾元件的輸出電壓的同時(shí)驅(qū)動(dòng)和控制馬達(dá)。
使用具有不連續(xù)灰度邊界的階躍變化ND濾光片的情形和使用漸變?yōu)V光片的情形之間進(jìn)行的比較表明在某些ND濾光片位置上，在霍爾元件的輸出電壓在兩種情形下相同的位置上，存在大于0.5EV的光量差。這是因?yàn)槿缜懊娼Y(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題所述，在因漸變ND濾光片的連續(xù)灰度變化引起的透射光量的變化和因階躍變化ND濾光片引起的透射光量變化之間存在固有的差。
另一方面，在使用在灰度邊界處具有不連續(xù)的灰度變化的階躍變化ND濾光片的情形和使用根據(jù)本實(shí)施方案的、具有寬度在0.2mm到0.3mm范圍內(nèi)的灰度過(guò)渡區(qū)的ND濾光片的情形之間進(jìn)行的比較表明光量差最大約為0.09EV，這不會(huì)產(chǎn)生很大影響。這是因?yàn)榧词挂蚧叶冗^(guò)渡區(qū)的位置或其他因素的改變而產(chǎn)生透射光量的差，由于其面積與光圈面積相比較小，所以這種差也是小到不會(huì)產(chǎn)生什么實(shí)質(zhì)影響。
在以上試驗(yàn)中使用的控制系統(tǒng)中，當(dāng)F數(shù)從全光圈(F/2.0)變?yōu)镕/3.0時(shí)，光圈葉片使光圈直徑變小(圖7A)。當(dāng)F數(shù)從F/3.0變?yōu)镕/10(由對(duì)應(yīng)于光量減少量的等效F數(shù)來(lái)表示)時(shí)，光圈葉片保持在固定的位置上(即，光圈葉片處于達(dá)到F/3.0的位置上)，并通過(guò)將具有兩個(gè)灰度區(qū)的ND濾光片插入光圈中(圖7B)來(lái)減少光量。在大約F/10處，灰度過(guò)渡區(qū)離開(kāi)光圈區(qū)域，更高灰度區(qū)覆蓋了整個(gè)光圈區(qū)域(圖7C)。此后，ND濾光片保持靜止，只有光圈葉片被驅(qū)動(dòng)(這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)例如公開(kāi)在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2000-106649中)。
在進(jìn)行有關(guān)ND濾光片的操作和光量之間的關(guān)系的試驗(yàn)的大約F/3.0處，由光圈葉片形成的光圈的面積為7.1mm2，正方形光圈的對(duì)角線長(zhǎng)度為3.77mm。
在此狀態(tài)下，ND濾光片的移動(dòng)方向基本上平行于對(duì)角線?；叶冗吔绮糠?或者灰度過(guò)渡區(qū))具有沿ND濾光片的移動(dòng)方向的灰度梯度，并且沿著與移動(dòng)方向垂直的方向沒(méi)有灰度變化。
如果灰度過(guò)渡區(qū)的寬度為0.1mm，則該過(guò)渡區(qū)的面積與光圈面積之間的比例為5.26％，如果該過(guò)渡區(qū)的寬度為0.2mm，則面積比例為10.4％，如果該過(guò)渡區(qū)的寬度為0.3mm，則面積比例為15.5％。
當(dāng)灰度過(guò)渡區(qū)相對(duì)于光圈移動(dòng)時(shí)，灰度過(guò)渡區(qū)與光圈重疊的部分的面積以及這一面積相對(duì)于光圈面積的比例都發(fā)生改變。灰度過(guò)渡區(qū)的面積相對(duì)于上述光圈面積的上述比例是當(dāng)灰度過(guò)渡區(qū)大致處于透射波前相差的影響占據(jù)最主導(dǎo)地位的中心位置時(shí)測(cè)量出的值。
當(dāng)灰度連續(xù)改變的灰度過(guò)渡區(qū)的寬度小于0.1mm，并且灰度過(guò)渡區(qū)位于正方形光圈的角部附近時(shí)，一個(gè)光圈葉片和高灰度均勻灰度區(qū)形成與光圈處于小光圈狀態(tài)時(shí)類似的形狀，類似地，在灰度變化在灰度邊界處不連續(xù)時(shí)，它們形成與光圈類似的形狀。這樣，在衍射和透射波前相差的影響下，圖像質(zhì)量的下降就變得比較明顯了。為了避免所述影響，寬度至少為0.1mm的灰度過(guò)渡區(qū)是必需的。
關(guān)于上限，寬度為0.4mm的灰度過(guò)渡區(qū)減少透射波前相差和衍射的影響。然而，由于它的結(jié)構(gòu)類似于漸變ND濾光片，所以在上述同樣的試驗(yàn)條件下將遭受顯著的曝光誤差。
這里用下式來(lái)表示因足夠大的光圈面積和實(shí)際光圈面積之間的差在相同的控制條件下所引起的光量調(diào)節(jié)裝置的透射光的量的差(即，曝光量誤差EV)Log(S2/S1)/Log2＝曝光量誤差EVS2實(shí)際光圈面積S1足夠大的(或目標(biāo))光圈面積該式表達(dá)了這樣一個(gè)事實(shí)當(dāng)光圈面積加倍或減半時(shí)，透射光量(曝光量)改變1EV。
通常說(shuō)，在使用諸如CCD等固態(tài)圖像拾取元件的攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等中，與足夠大光圈之間的可允許誤差(偏差)最大為±0.15EV，優(yōu)選的是誤差為±0.1EV或更小。
用±0.15EV取代上式的右側(cè)Log(S2/S1)/Log2＝±0.15EV，我們發(fā)現(xiàn)S2/S1的以下值S2/S1＝1.11，0.90。
這意味著允許實(shí)際光圈面積在光圈直徑變大的一側(cè)偏離正確的光圈位置多達(dá)11％，在光圈直徑變小的一側(cè)偏離多達(dá)10％。
這些可允許的曝光量誤差值可適用于可變光闌僅由具有0％透射率的部分和具有100％透射率的部分組成的情形，就像可變光闌由普通的光圈葉片組成的情形一樣。如果在這些部分的邊界上設(shè)有灰度連續(xù)變化的區(qū)域，考慮曝光量的可允許的11％的增長(zhǎng)，那么該區(qū)域可允許的最大面積為22％。然而，考慮曝光量的可允許的10％的減少，該區(qū)域可允許的最大面積為20％。
實(shí)際當(dāng)中，可變光闌配備有ND濾光片，該ND濾光片不會(huì)完全阻擋光。然而，如前所述，在普通的光量調(diào)節(jié)裝置中使用并且遭受上述問(wèn)題的高灰度ND濾光片的透射率落在大約10％到30％的范圍內(nèi)，從上式中導(dǎo)出的結(jié)果近似地適用于它們。另一方面，由于相對(duì)低灰度的ND濾光片不太可能引起諸如衍射這樣的問(wèn)題，所以本發(fā)明不是必需的。
此外，從理論上說(shuō)，通過(guò)將灰度連續(xù)改變的區(qū)域的中心布置為達(dá)到光圈的中心，就可以將曝光誤差減小到零。然而，考慮到生產(chǎn)灰度連續(xù)改變的區(qū)域的方法，這在技術(shù)上是很難的，而且為了防止曝光控制方法變難，優(yōu)選的是將灰度連續(xù)改變的區(qū)域的寬度限制在上述范圍內(nèi)，為最壞情況做準(zhǔn)備。
當(dāng)在光圈內(nèi)，相鄰的均勻灰度區(qū)的面積基本上彼此相等時(shí)，灰度過(guò)渡區(qū)的存在對(duì)曝光量的影響變得最大。因此，灰度連續(xù)改變的區(qū)域(灰度過(guò)渡區(qū))的面積此時(shí)應(yīng)被保持為小于光圈面積的20％。換言之，如果灰度過(guò)渡區(qū)的寬度被設(shè)計(jì)為存在于光圈內(nèi)的灰度過(guò)渡區(qū)的面積小于光圈面積的20％，那么曝光量的誤差可以保持在±0.15EV以內(nèi)。因此，可以利用與控制包含傳統(tǒng)階躍變化ND濾光片的可變光闌裝置相同的控制電路來(lái)令人滿意地控制包含具有這樣的灰度過(guò)渡區(qū)的濾光片的可變光闌裝置。
與包含具有上述這樣的灰度過(guò)渡區(qū)的濾光片的可變光闌裝置相關(guān)，當(dāng)在該實(shí)施方案中可允許的曝光量誤差是0.09EV時(shí)，通過(guò)計(jì)算獲得的沒(méi)有ND濾光片的面積的可允許誤差是6.44％，即，在ND濾光片的該實(shí)施方案中，灰度連續(xù)改變的區(qū)域的可允許最大面積是光圈面積的12.9％，它的可允許的最大寬度約為0.25mm。這基本上與以上計(jì)算的結(jié)果是一致的。因此，當(dāng)在該實(shí)施方案中可允許的曝光量誤差是0.15EV時(shí)，灰度連續(xù)改變的區(qū)域的可允許最大面積是光圈面積的20％，其可允許的最大寬度約為0.4mm。
根據(jù)上述，在灰度邊界上灰度連續(xù)改變的區(qū)域的可允許寬度是0.1mm或更寬，當(dāng)在光圈內(nèi)的相鄰的均勻灰度區(qū)的面積大致彼此相等時(shí)，灰度過(guò)渡區(qū)的可允許最大面積是光圈面積的20％。更優(yōu)選的是，灰度過(guò)渡區(qū)的面積在光圈面積的15％以內(nèi)。
雖然以上對(duì)實(shí)施方案的描述討論的是具有兩種灰度的ND濾光片，但是以上描述同樣適用于具有三種或更多種灰度的ND濾光片。
下面參考圖8來(lái)描述另一個(gè)實(shí)施方案，在該實(shí)施方案中，具有根據(jù)本發(fā)明的ND濾光片的可變光闌裝置被應(yīng)用于一個(gè)光學(xué)設(shè)備(攝像機(jī))。
在圖8中，標(biāo)號(hào)1指的是包括透鏡單元1A到1D的拍攝光學(xué)系統(tǒng)。標(biāo)號(hào)2代表固態(tài)圖像拾取元件，例如CCD，它接收由拍攝光學(xué)系統(tǒng)1形成的光學(xué)圖像，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。標(biāo)號(hào)3代表低通濾光片。拍攝光學(xué)系統(tǒng)1具有包括圖6中所示的ND濾光片4和光圈葉片5、6的可變光闌裝置。
根據(jù)具有以上結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案，可以提供一種預(yù)計(jì)可以提高分辨率的ND濾光片。此外，當(dāng)使用該ND濾光片的可變光闌裝置被用于具有固態(tài)圖像拾取元件和拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備時(shí)，可以節(jié)省開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)其控制電路的工作。
更具體地說(shuō)，在開(kāi)發(fā)一系列產(chǎn)品，包括配備有傳統(tǒng)的階躍變化ND濾光片的產(chǎn)品和配備有根據(jù)本發(fā)明的ND濾光片的產(chǎn)品時(shí)，共用的可變光闌裝置的控制電路可被用在兩種類型的產(chǎn)品中。這方便了控制電路的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。
雖然已結(jié)合典型實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所公開(kāi)的典型實(shí)施方案。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以便將所有的修改以及等同結(jié)構(gòu)和功能包括進(jìn)來(lái)。
本申請(qǐng)要求2005年8月30日遞交的日本專利申請(qǐng)No.2005-248717的優(yōu)先權(quán)，以引用的方式將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容包含進(jìn)來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種中灰濾光片，包括具有均勻灰度的中灰膜的第一區(qū)；具有與第一區(qū)的灰度不同的均勻灰度的中灰膜的第二區(qū)；和設(shè)在第一區(qū)和第二區(qū)之間的灰度過(guò)渡區(qū)，該灰度過(guò)渡區(qū)具有灰度從第一區(qū)的灰度連續(xù)變到第二區(qū)的灰度的中灰膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的中灰濾光片，其中，所述第一區(qū)具有的所述中灰膜和所述第二區(qū)具有的所述中灰膜被形成在基件的同一表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的中灰濾光片，其中，所述第一區(qū)具有的所述中灰膜和所述第二區(qū)具有的所述中灰膜中的至少一個(gè)被形成在基件的兩個(gè)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的中灰濾光片，其中，所述灰度過(guò)渡區(qū)的寬度等于或大于0.1mm，并且等于或小于0.4mm。
5.一種可變光闌裝置，包括形成光圈的光圈葉片；和用于減少穿過(guò)所述光圈的光量的中灰濾光片，所述中灰濾光片包括具有均勻灰度的中灰膜的第一區(qū)；具有與第一區(qū)的灰度不同的均勻灰度的中灰膜的第二區(qū)；和設(shè)在第一區(qū)和第二區(qū)之間的灰度過(guò)渡區(qū)，該灰度過(guò)渡區(qū)具有灰度從第一區(qū)的灰度連續(xù)變到第二區(qū)的灰度的中灰膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的可變光闌裝置，其中，所述灰度過(guò)渡區(qū)的寬度等于或大于0.1mm，并且等于或小于0.4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的可變光闌裝置，其中，將所述灰度過(guò)渡區(qū)的寬度設(shè)計(jì)為當(dāng)在所述光圈內(nèi)，所述第一區(qū)的面積和所述第二區(qū)的面積彼此相等時(shí)，在所述光圈內(nèi)的所述灰度過(guò)渡區(qū)的面積等于或小于所述光圈的面積的20％。
8.一種光學(xué)設(shè)備，包括包括根據(jù)權(quán)利要求5的可變光闌裝置的光學(xué)系統(tǒng)；和接收由所述光學(xué)系統(tǒng)形成的圖像的固態(tài)圖像拾取元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中灰濾光片及具有中灰濾光片的可變光闌裝置和光學(xué)設(shè)備。當(dāng)將該中灰濾光片用在可變光闌裝置中時(shí)，使得對(duì)光量的控制變得相對(duì)容易，并且實(shí)現(xiàn)很好的光學(xué)性能。該中灰濾光片具有具有均勻灰度的中灰膜的第一區(qū)，具有與第一區(qū)的灰度不同的均勻灰度的中灰膜的第二區(qū)，和設(shè)在第一區(qū)和第二區(qū)之間的灰度過(guò)渡區(qū)。該灰度過(guò)渡區(qū)具有灰度從第一區(qū)的灰度連續(xù)變到第二區(qū)的灰度的中灰膜。
文檔編號(hào)G03B9/02GK1924623SQ20061012660
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者若林孝幸, 內(nèi)山真志, 齋藤康典, 柳道男 申請(qǐng)人:佳能電子株式會(huì)社