JP3997602B2 - 調光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コントラスト比を高め、光量を均一に保つことができる調光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶セルを用いる調光装置には、偏光板が使用される。この液晶セルには、例えばＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶セルやゲストホスト型液晶セル（ＧＨ（Guest Host）セル）が用いられる。
【０００３】
図７は、従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。該調光装置は、主に偏光板１とＧＨセル２とで構成される。ＧＨセル２は、図示せぬ２枚のガラス基板の間に封入される。ＧＨセル２には、液晶分子３と二色性染料分子４とが封入されている。二色性染料分子４は、光の吸収に異方性を有する。具体的には、分子長軸方向の光を吸収するｐ型である。また、液晶分子３は、誘電異方性が正の場合である。
【０００４】
図７（ａ）は、電圧印加していない（電圧無印加）時のＧＨセル２の状態を示す。入射光５は、偏光板１を透過することにより直線偏光にされる。図７（ａ）では、この偏向方向と二色性染料分子４の分子長軸方向とが一致するので、光は、二色性染料分子４に吸収され、ＧＨセルの透過率が低下する。
【０００５】
ここで、図７（ｂ）で示すように、電圧印加を行う。すると、二色性染料分子４の分子長軸方向は、直線偏光の偏向方向と直角になる。このため、光はＧＨセル２によりほとんど吸収されない。
【０００６】
なお、分子短軸方向の光を吸収するｎ型の二色性染料分子を用いる場合は、上記ｐ型の二色性染料分子４の場合と逆になり、電圧無印加時には光が吸収されず、電圧印加時に光が吸収される。
【０００７】
図７に示される調光装置では、電圧印加時と電圧無印加時との吸光度の比、即ち光学濃度の比が約１０である。これは、偏光板１を使用せずにＧＨセルで作成される調光装置に比べて約２倍の光学濃度比を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の調光装置では、偏光板が常に光の光路中に固定されて設置されている。したがって、該偏光板により５０％の光は常に吸収される。さらには、該偏光板の表面反射等の影響もある。よって、該偏光板を透過する光の最大透過率は、５０％を超えることができず、光量低下が著しい。この光量低下は、液晶セルを用いた調光装置の実用化を困難にしている要因の一つになっている。
【０００９】
一方、偏光板を使用しない種々の調光装置が提案されている。偏光板を使用しない調光装置の例として、２層のＧＨセルを用いる場合がある。このＧＨセルでは、１層目はある偏光と同一方向の偏光成分を吸収し、２層目は該偏光と直角方向の偏光成分を吸収する。また、コレステリック−ネマティック液晶セルの相転移を利用するものがある。さらには、液晶の散乱を利用する高分子散乱型のものがある。
【００１０】
しかし、偏光板を使用しないこれらの調光装置では、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比、即ち光学濃度の比は、前述したように５にとどまる。このため、調光装置のコントラスト比が小さく、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光を正常に行うには不十分である。また、該高分子散乱型の調光装置では、撮像光学系の結像性能が大幅に劣化する。
【００１１】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、コントラスト比を高め、光量を均一に保つことができる調光装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る調光装置は、液晶セルと、該液晶セルに入射する光の有効光路から出し入れ可能な偏光板と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
該偏光板を光の有効光路から外に出すことができるので、該偏光板に光が吸収されず、該調光装置の最大透過率を高めることができる。
また、前記偏光板は、機械式アイリスの可動部に設置されることにより有効光路に対して出し入れ可能とされることが望ましい。
【００１４】
該機械式アイリスを用いて該偏光板の出し入れが行われるので、該調光装置の実現可能性を容易にすることができる。
【００１５】
また、前記液晶セルは、ゲストホスト型液晶セルであることが望ましい。
該ゲストホスト型液晶セルを用いるので、該ゲストホスト型液晶セル自体が光を吸収することにより、調光を行うことができる。
【００１６】
また、前記偏光板は、機械式アイリスの可動部に設置されることにより有効光路に対して出し入れ可能とされ、前記液晶セルは、ゲストホスト型液晶セルであることが望ましい。
【００１７】
また、前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一ゲストホスト型液晶セルと、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第二ゲストホスト型液晶セルと、から成ることが望ましい。
【００１８】
したがって、該第一ゲストホスト型液晶セルは、該偏光板により吸収される偏光成分と同一の偏光成分を吸収する。よって、該偏光板を出し入れしている途中の状態において、該偏光板に覆われていない開口部と該偏光板に覆われている開口部とで透過する光量を均一にすることができる。
【００１９】
また、前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一及び第二ゲストホスト型液晶セルから成ることが望ましい。
【００２０】
したがって、２層のこれら第一及び第二ホストゲスト型液晶セルは、共に該偏光板を透過する光を吸収する。よって、調光装置の最低透過率を下げることができる。
【００２１】
また、前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一ゲストホスト型液晶セルと、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収、又は透過の切り換えを行うことができる第二及び第三ゲストホスト型液晶セルと、から成ることが望ましい。
【００２２】
したがって、該第一ゲストホスト型液晶セルは、該偏光板により吸収される偏光成分と同一の偏光成分を吸収する。さらに、第二及び第三ゲストホスト型液晶セルは、共に該偏光板を透過する光を吸収する。よって、第一ゲストホスト型液晶セルにより、該偏光板に覆われていない開口部と該偏光板に覆われている開口部とで透過する光量を均一にする。それと同時に、第二及び第三ゲストホスト型液晶セルにより、調光装置の最低透過率を一層下げることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態による調光装置の側面図である。この調光装置は、ゲストホスト型液晶セル（以下「ＧＨセル」と略す）１２と偏光板１１ａとから成る。ＧＨセル１２は、図示せぬ２枚のガラス基板の間に封入される。ＧＨセル１２には、図示せぬ液晶分子と図示せぬ二色性染料分子とが封入されている。該二色性染料分子は、光の吸収に異方性を有する。具体的には、分子長軸方向の光を吸収するｐ型である。また、該液晶分子は、例えば誘電異方性が正の場合である。
【００２４】
この調光装置は、例えばズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１ａを介して直線偏光にされた後、ＧＨセル１２に入射する。ＧＨセル１２を透過した光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面１７に映像として映し出される。
【００２５】
この調光装置を構成する偏光板１１ａは、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路から出し入れ可能である。具体的には、偏光板１１ａを偏光板１１ｂで示される位置に移動させることにより、光の有効光路の外へ出すことができる。この偏光板１１ａを出し入れする手段として機械式アイリスが用いられる。
【００２６】
図２は、この機械式アイリスの平面図である。該機械式アイリスは、一般にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられる機械式しぼり装置である。該機械式アイリスは、主として２枚のアイリス羽根１８，１９と、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１ａとから成る。アイリス羽根１８，１９は、上下方向に移動させることができる。矢印２１で示される方向に、図示せぬ駆動モーターを用いて双方のアイリス羽根１８，１９を移動させる。これにより、図２で示されるように、アイリス羽根１８，１９は、部分的に重ねられる。この重なりが大きくなると、アイリス羽根１８，１９の中央付近に位置する有効光路２０上の開口部２２が、偏光板１１ａにより覆われる。
【００２７】
図３は、有効光路２０付近の機械式アイリスを示す部分拡大図である。アイリス羽根１８が下方に移動すると同時に、アイリス羽根１９が上方に移動する。これにつれて、図３（ａ）に示されるように、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１ａも有効光路２０の外へと移動する。逆に、アイリス羽根１８を上方に、またアイリス羽根１９を下方に移動させることにより、互いのアイリス羽根１８，１９が重なる。これに従い、図３（ｂ）に示されるように、偏光板１１ａは有効光路２０上に移動し、開口部２２を次第に覆う。アイリス羽根１８，１９互いの重なりが大きくなると、図３（ｃ）に示されるように、偏光板１１ａは開口部２０を全て覆う。
【００２８】
次に、該機械式アイリスを用いた調光装置の調光動作について説明する。
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図３（ａ）で示されるように、上下方向に開いていたアイリス羽根１８，１９は、図示せぬモーターにより駆動され、重なり始める。すると、アイリス羽根１８に貼付されている偏光板１１ａは、有効光路２０上に入り始め、開口部２２の一部を覆う（図３（ｂ））。このとき、ＧＨセル１２は光を吸収しない状態にある。（なお、熱的揺らぎ、または表面反射等のため、ＧＨセル１２による若干の吸収はある。）その後、偏光板１１ａは、完全に開口部２２を覆った状態になる（図３（ｃ））。さらに、該被写体の明るさが増す場合は、ＧＨセル１２への電圧を無印加にし、ＧＨセル１２で光を吸収することにより調光を行う。
【００２９】
該被写体が暗くなる場合は、逆に、まず、ＧＨセル１２へ電圧を印加することにより、ＧＨセル１２による光の吸収効果を無くする。さらに該被写体が暗くなった場合は、図示せぬモーターを駆動することにより、アイリス羽根１８を下方へ、またアイリス羽根１９を上方へ移動させる。こうして、偏光板１１ａを有効光路２０の外へ移動させる（図３（ａ））。
【００３０】
上記第一の実施の形態によれば、偏光板１１ａ（透過率４０％〜５０％）を光の有効光路２０から外に出すことができるので、偏光板１１ａに光が吸収されない。したがって、調光装置の最大透過率を２倍以上に高めることができる。具体的には、本発明の第一の形態による調光装置を、従来の固定されて設置される偏光板及びＧＨセルから成る調光装置と比較すると、最大透過率は約２倍になる。なお、最低透過率は両者で等しい。
【００３１】
また、デジタルスチルカメラ等に実用化されている該機械式アイリスを用いて、偏光板１１ａの出し入れが行われる。よって、該調光装置の実現可能性を容易にすることができる。
【００３２】
また、ＧＨセル１２を用いるので、偏光板１１ａによる調光に加えて、ＧＨセル１２自体が光を吸収することにより、調光を行うことができる。
【００３３】
なお、上記第一の実施の形態に用いられるＧＨセル１２として、液晶分子の誘電異方性が負のものを用いてもよいし、二色性染料分子がｎ型のものを用いてもよい。
【００３４】
図４は、本発明の第二の実施の形態による調光装置の側面図である。第一の実施の形態と同一の部材には同一の参照符号を付して説明する。
【００３５】
この調光装置は、偏光板１１ａとＧＨセル２２とから成る。偏光板１１ａは、第一の実施の形態と同様に、光の有効光路から外れて偏光板１１ｂで示される位置に移動させることができる。
【００３６】
ＧＨセル２２は、２層に重ねられた第１ＧＨセル２３と第２ＧＨセル２４とで構成される。第１ＧＨセル２３は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と同一の偏光成分を吸収または透過する。第２ＧＨセル２４は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と直交する偏光成分を吸収または透過する。第１ＧＨセル２３には、例えば第１の実施の形態で用いたＧＨセル１２を用いる。第２ＧＨセル２４には、例えば入射光を軸にしてＧＨセル１２の位置を９０°回転させたものを用いる。
【００３７】
第二の実施の形態による調光装置の調光動作について説明する。アイリス羽根１８，１９が開いている場合、偏光板１１ａは、有効光路２０から外に出された状態、即ち偏光板１１ｂの位置にある。このとき、第１ＧＨセル２３は、レンズ前群１５を透過した光のうち偏光板１１ｂが吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収する。
【００３８】
次に、アイリス羽根１８，１９を中央に移動させて重ねることにより、偏光板１１ｂが徐々に有効光路２０内へ移動する。偏光板１１ｂ（１１ａ）が有効光路内２０へ入ってくる途中の状態において、偏光板１１ｂ（１１ａ）は全ての開口部２２を覆っていない。しかし、既に、第１ＧＨセル２３は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収している。このため、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分の光の透過率は、偏光板１１ａに覆われていない開口部２２と偏光板１１ａに覆われている開口部２２とで均一となる。
【００３９】
アイリス羽根１８，１９の重なりが大きくなると、偏光板１１ａが開口部２２を全て覆う。この状態では、第２ＧＨセル２４は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。
【００４０】
上記第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４１】
また、偏光板１１ａが全ての開口部２２を覆っていない状態においても、既に、第１ＧＨセル２３は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収している。したがって、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分の光の透過率は、偏光板１１ａに覆われていない開口部２２と偏光板１１ａに覆われている開口部２２とで均一にすることができる。これによって、偏光板１１ａを有効光路２０から出し入れすることにより開口部２２の光量が不均一となることを防止する。よって、撮像面１７の周辺の光量を均一にすることができる。具体的には、撮像面１７の周辺の片側（例えば撮像面１７の上側周辺）が暗く見えるシェーディング現象を防止することができる。
【００４２】
また、さらには、開口部２２の透過率の不均一から生じる回折により、撮像光学系の結像性能が劣化することを防止することができる。
【００４３】
なお、上記第二の実施の形態に用いられるＧＨセル２２として、液晶の誘電異方性が正のものと負のものとの組み合わせを用いてもよいし、二色性染料のｐ型とｎ型との組み合わせを用いてもよい。
【００４４】
図５は、本発明の第三の実施の形態による調光装置の側面図である。第一及び第二の実施の形態と同一の部材には同一の参照符号を付して説明する。
【００４５】
この調光装置は、偏光板１１ａとＧＨセル３２とから成る。偏光板１１ａは、第一及び第二の実施の形態と同様に、光の有効光路から外れて偏光板１１ｂで示される位置に移動させることができる。
【００４６】
ＧＨセル３２は、２層に重ねられた第１ＧＨセル３３と第２ＧＨセル３４とで構成される。第１ＧＨセル３３及び第２ＧＨセル３４は共に、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と直交する偏光成分を吸収または透過する。第１ＧＨセル３３及び第２ＧＨセル３４には、例えば第１の実施の形態で用いたＧＨセル１２の位置を入射光を軸にして９０°回転させたものが用いられる。
【００４７】
第三の実施の形態による調光装置の調光動作について説明する。アイリス羽根１８，１９が開いている場合、偏光板１１ａは、有効光路２０から外に出された状態、即ち偏光板１１ｂの位置にある。次に、アイリス羽根１８，１９を中央に移動させて重ねることにより、偏光板１１ｂが徐々に有効光路２０内へ移動する。アイリス羽根１８，１９の重なりが大きくなると、偏光板１１ａが開口部２２を全て覆う。この状態では、第１セル３３及び第２ＧＨセル３４は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。
【００４８】
上記第三の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、第１セル３３及び第２ＧＨセル３４から成るＧＨセル３２は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。即ち、偏光板１１ａを透過する光を２層から成るＧＨセル３２で吸収する。よって、該調光装置の最低透過率を、１層からなるＧＨセルで吸収する場合に比べてより下げることができる。
【００５０】
なお、上記第三の実施の形態に用いられるＧＨセル３２として、液晶分子の誘電異方性が負のものを用いてもよいし、二色性染料分子がｎ型のものを用いてもよい。
【００５１】
図６は、本発明の第四の実施の形態による調光装置の側面図である。前記の各実施の形態と同一の部材には同一の参照符号を付して説明する。
【００５２】
この調光装置は、偏光板１１ａとＧＨセル４２とから成る。偏光板１１ａは、前記の各実施の形態と同様に、光の有効光路から外れて偏光板１１ｂで示される位置に移動させることができる。
【００５３】
ＧＨセル４２は、３層に重ねられた第１ＧＨセル４３と第２ＧＨセル４４と第３ＧＨセル４５とで構成される。第１ＧＨセル４３は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と同一の偏光成分を吸収または透過する。第２ＧＨセル４４及び第３ＧＨセル４５は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と直交する偏光成分を吸収または透過する。第１ＧＨセル４３には、例えば第１の実施の形態で用いたＧＨセル１２を用いる。第２ＧＨセル４４及び第３ＧＨセル４５には、例えば入射光を軸にしてＧＨセル１２の位置を９０°回転させたものを用いる。
【００５４】
第四の実施の形態による調光装置の調光動作について説明する。アイリス羽根１８，１９が開いている場合、偏光板１１ａは、有効光路２０から外に出された状態、即ち偏光板１１ｂの位置にある。このとき、まず、第１ＧＨセル４３は、レンズ前群１５を透過した光のうち偏光板１１ｂ（１１ａ）が吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収する。
【００５５】
次に、アイリス羽根１８，１９を中央に移動させて重ねることにより、偏光板１１ｂが徐々に有効光路２０内へ移動する。偏光板１１ｂ（１１ａ）が有効光路内２０へ入ってくる途中の状態において、偏光板１１ｂ（１１ａ）は全ての開口部２２を覆っていない。しかし、既に、第１ＧＨセル４３は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収している。このため、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分の光の透過率は、偏光板１１ａに覆われていない開口部２２と偏光板１１ａに覆われている開口部２２とで均一となる。
【００５６】
アイリス羽根１８，１９の重なりが大きくなると、偏光板１１ａが開口部２２を全て覆う。この状態では、第２ＧＨセル４４及び第３ＧＨセル４５は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。
【００５７】
上記第四の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、第二の実施の形態と第三の実施の形態との双方の効果が同時に得られる。
【００５９】
なお、上記第四の実施の形態に用いられるＧＨセル４２として、液晶の誘電異方性が正のものと負のものとの組み合わせを用いてもよいし、二色性染料のｐ型とｎ型との組み合わせを用いてもよい。
【００６０】
なお、上記各実施の形態では、第１ＧＨセル２３，３３，４３、第２ＧＨセル２４，３４，４４、及び第３ＧＨセル４５の並べ方は、上記第二、第三、及び第四実施の形態の場合に限られない。例えば、第１ＧＨセル２３，３３，４３と第２ＧＨセル２４，３４，４４と第３ＧＨセル４５とのそれぞれの並べ方の順番を反対にしても良い。
【００６１】
また、偏光板１１ａのＧＨセル１２に対する位置は、レンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置されたが、この配置に限られない。偏光板１１ａは、撮像レンズの設定条件から最適となる位置に配置されればよい。即ち、位相差フィルム等の偏光状態が変化する光学素子を用いない限り、偏光板１１ａは、例えば撮像面１７とレンズ後群１６との間等、被写体側又は撮像素子側の任意の位置に置くことができる。さらにまた、偏光板１１ａは、レンズ前群１５またはレンズ後群１６の代わりに、単一のレンズ（単レンズ）の前又は後ろに配置されても良い。
【００６２】
また、アイリス羽根１８，１９は、２枚に限られず、より多くの枚数を用いることにしても良いし、逆に１枚でも良い。
【００６３】
また、アイリス羽根１８，１９は、上下方向に移動することにより重ねられるが、周囲から中央に向けて絞り込むことにしてもよい。
【００６４】
また、偏光板１１ａは、アイリス羽根１８に貼付されているが、アイリス羽根１９の方に貼付されてもよい。
【００６５】
また、被写体が明るくなるにつれて、先に偏光板１１ａの出し入れによる調光を行った後、ＧＨセル１２による光の吸収を行ったが、逆に、先にＧＨセル１２の光吸収による調光を行うことにしても良い。この場合、ＧＨセル１２の透過率が所定の値まで低下した後に、偏光板１１ａの出し入れによる調光を行う。
【００６６】
また、偏光板１１ａを有効光路２０から出し入れする手段として、機械式アイリスを用いたが、これに限られない。例えば、偏光板１１ａが貼付されたフィルムを駆動モーターに直接設置することにより、偏光板１１ａを出し入れしても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コントラスト比を高め、光量を均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図２】機械式アイリスの平面図である。
【図３】有効光路２０付近の機械式アイリスを示す部分拡大図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図７】従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【符号の説明】
１，１１ａ，１１ｂ…偏光板，２，１２，２２，３２，４２…ＧＨセル，３…液晶分子，４…二色性染料分子，５…入射光，１５…レンズ前群，１６…レンズ後群，１７…撮像面，２３，３３，４３…第１ＧＨセル，２４，３４，４４…第２ＧＨセル、４５…第３ＧＨセル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、コントラスト比を高め、光量を均一に保つことができる調光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶セルを用いる調光装置には、偏光板が使用される。この液晶セルには、例えばＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶セルやゲストホスト型液晶セル（ＧＨ（Guest Host）セル）が用いられる。
【０００３】
図７は、従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。該調光装置は、主に偏光板１とＧＨセル２とで構成される。ＧＨセル２は、図示せぬ２枚のガラス基板の間に封入される。ＧＨセル２には、液晶分子３と二色性染料分子４とが封入されている。二色性染料分子４は、光の吸収に異方性を有する。具体的には、分子長軸方向の光を吸収するｐ型である。また、液晶分子３は、誘電異方性が正の場合である。
【０００４】
図７（ａ）は、電圧印加していない（電圧無印加）時のＧＨセル２の状態を示す。入射光５は、偏光板１を透過することにより直線偏光にされる。図７（ａ）では、この偏向方向と二色性染料分子４の分子長軸方向とが一致するので、光は、二色性染料分子４に吸収され、ＧＨセルの透過率が低下する。
【０００５】
ここで、図７（ｂ）で示すように、電圧印加を行う。すると、二色性染料分子４の分子長軸方向は、直線偏光の偏向方向と直角になる。このため、光はＧＨセル２によりほとんど吸収されない。
【０００６】
なお、分子短軸方向の光を吸収するｎ型の二色性染料分子を用いる場合は、上記ｐ型の二色性染料分子４の場合と逆になり、電圧無印加時には光が吸収されず、電圧印加時に光が吸収される。
【０００７】
図７に示される調光装置では、電圧印加時と電圧無印加時との吸光度の比、即ち光学濃度の比が約１０である。これは、偏光板１を使用せずにＧＨセルで作成される調光装置に比べて約２倍の光学濃度比を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の調光装置では、偏光板が常に光の光路中に固定されて設置されている。したがって、該偏光板により５０％の光は常に吸収される。さらには、該偏光板の表面反射等の影響もある。よって、該偏光板を透過する光の最大透過率は、５０％を超えることができず、光量低下が著しい。この光量低下は、液晶セルを用いた調光装置の実用化を困難にしている要因の一つになっている。
【０００９】
一方、偏光板を使用しない種々の調光装置が提案されている。偏光板を使用しない調光装置の例として、２層のＧＨセルを用いる場合がある。このＧＨセルでは、１層目はある偏光と同一方向の偏光成分を吸収し、２層目は該偏光と直角方向の偏光成分を吸収する。また、コレステリック−ネマティック液晶セルの相転移を利用するものがある。さらには、液晶の散乱を利用する高分子散乱型のものがある。
【００１０】
しかし、偏光板を使用しないこれらの調光装置では、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比、即ち光学濃度の比は、前述したように５にとどまる。このため、調光装置のコントラスト比が小さく、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光を正常に行うには不十分である。また、該高分子散乱型の調光装置では、撮像光学系の結像性能が大幅に劣化する。
【００１１】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、コントラスト比を高め、光量を均一に保つことができる調光装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る調光装置は、液晶セルと、該液晶セルに入射する光の有効光路から出し入れ可能な偏光板と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
該偏光板を光の有効光路から外に出すことができるので、該偏光板に光が吸収されず、該調光装置の最大透過率を高めることができる。
また、前記偏光板は、機械式アイリスの可動部に設置されることにより有効光路に対して出し入れ可能とされることが望ましい。
【００１４】
該機械式アイリスを用いて該偏光板の出し入れが行われるので、該調光装置の実現可能性を容易にすることができる。
【００１５】
また、前記液晶セルは、ゲストホスト型液晶セルであることが望ましい。
該ゲストホスト型液晶セルを用いるので、該ゲストホスト型液晶セル自体が光を吸収することにより、調光を行うことができる。
【００１６】
また、前記偏光板は、機械式アイリスの可動部に設置されることにより有効光路に対して出し入れ可能とされ、前記液晶セルは、ゲストホスト型液晶セルであることが望ましい。
【００１７】
また、前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一ゲストホスト型液晶セルと、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第二ゲストホスト型液晶セルと、から成ることが望ましい。
【００１８】
したがって、該第一ゲストホスト型液晶セルは、該偏光板により吸収される偏光成分と同一の偏光成分を吸収する。よって、該偏光板を出し入れしている途中の状態において、該偏光板に覆われていない開口部と該偏光板に覆われている開口部とで透過する光量を均一にすることができる。
【００１９】
また、前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一及び第二ゲストホスト型液晶セルから成ることが望ましい。
【００２０】
したがって、２層のこれら第一及び第二ホストゲスト型液晶セルは、共に該偏光板を透過する光を吸収する。よって、調光装置の最低透過率を下げることができる。
【００２１】
また、前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一ゲストホスト型液晶セルと、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収、又は透過の切り換えを行うことができる第二及び第三ゲストホスト型液晶セルと、から成ることが望ましい。
【００２２】
したがって、該第一ゲストホスト型液晶セルは、該偏光板により吸収される偏光成分と同一の偏光成分を吸収する。さらに、第二及び第三ゲストホスト型液晶セルは、共に該偏光板を透過する光を吸収する。よって、第一ゲストホスト型液晶セルにより、該偏光板に覆われていない開口部と該偏光板に覆われている開口部とで透過する光量を均一にする。それと同時に、第二及び第三ゲストホスト型液晶セルにより、調光装置の最低透過率を一層下げることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態による調光装置の側面図である。この調光装置は、ゲストホスト型液晶セル（以下「ＧＨセル」と略す）１２と偏光板１１ａとから成る。ＧＨセル１２は、図示せぬ２枚のガラス基板の間に封入される。ＧＨセル１２には、図示せぬ液晶分子と図示せぬ二色性染料分子とが封入されている。該二色性染料分子は、光の吸収に異方性を有する。具体的には、分子長軸方向の光を吸収するｐ型である。また、該液晶分子は、例えば誘電異方性が正の場合である。
【００２４】
この調光装置は、例えばズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１ａを介して直線偏光にされた後、ＧＨセル１２に入射する。ＧＨセル１２を透過した光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面１７に映像として映し出される。
【００２５】
この調光装置を構成する偏光板１１ａは、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路から出し入れ可能である。具体的には、偏光板１１ａを偏光板１１ｂで示される位置に移動させることにより、光の有効光路の外へ出すことができる。この偏光板１１ａを出し入れする手段として機械式アイリスが用いられる。
【００２６】
図２は、この機械式アイリスの平面図である。該機械式アイリスは、一般にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられる機械式しぼり装置である。該機械式アイリスは、主として２枚のアイリス羽根１８，１９と、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１ａとから成る。アイリス羽根１８，１９は、上下方向に移動させることができる。矢印２１で示される方向に、図示せぬ駆動モーターを用いて双方のアイリス羽根１８，１９を移動させる。これにより、図２で示されるように、アイリス羽根１８，１９は、部分的に重ねられる。この重なりが大きくなると、アイリス羽根１８，１９の中央付近に位置する有効光路２０上の開口部２２が、偏光板１１ａにより覆われる。
【００２７】
図３は、有効光路２０付近の機械式アイリスを示す部分拡大図である。アイリス羽根１８が下方に移動すると同時に、アイリス羽根１９が上方に移動する。これにつれて、図３（ａ）に示されるように、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１ａも有効光路２０の外へと移動する。逆に、アイリス羽根１８を上方に、またアイリス羽根１９を下方に移動させることにより、互いのアイリス羽根１８，１９が重なる。これに従い、図３（ｂ）に示されるように、偏光板１１ａは有効光路２０上に移動し、開口部２２を次第に覆う。アイリス羽根１８，１９互いの重なりが大きくなると、図３（ｃ）に示されるように、偏光板１１ａは開口部２０を全て覆う。
【００２８】
次に、該機械式アイリスを用いた調光装置の調光動作について説明する。
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図３（ａ）で示されるように、上下方向に開いていたアイリス羽根１８，１９は、図示せぬモーターにより駆動され、重なり始める。すると、アイリス羽根１８に貼付されている偏光板１１ａは、有効光路２０上に入り始め、開口部２２の一部を覆う（図３（ｂ））。このとき、ＧＨセル１２は光を吸収しない状態にある。（なお、熱的揺らぎ、または表面反射等のため、ＧＨセル１２による若干の吸収はある。）その後、偏光板１１ａは、完全に開口部２２を覆った状態になる（図３（ｃ））。さらに、該被写体の明るさが増す場合は、ＧＨセル１２への電圧を無印加にし、ＧＨセル１２で光を吸収することにより調光を行う。
【００２９】
該被写体が暗くなる場合は、逆に、まず、ＧＨセル１２へ電圧を印加することにより、ＧＨセル１２による光の吸収効果を無くする。さらに該被写体が暗くなった場合は、図示せぬモーターを駆動することにより、アイリス羽根１８を下方へ、またアイリス羽根１９を上方へ移動させる。こうして、偏光板１１ａを有効光路２０の外へ移動させる（図３（ａ））。
【００３０】
上記第一の実施の形態によれば、偏光板１１ａ（透過率４０％〜５０％）を光の有効光路２０から外に出すことができるので、偏光板１１ａに光が吸収されない。したがって、調光装置の最大透過率を２倍以上に高めることができる。具体的には、本発明の第一の形態による調光装置を、従来の固定されて設置される偏光板及びＧＨセルから成る調光装置と比較すると、最大透過率は約２倍になる。なお、最低透過率は両者で等しい。
【００３１】
また、デジタルスチルカメラ等に実用化されている該機械式アイリスを用いて、偏光板１１ａの出し入れが行われる。よって、該調光装置の実現可能性を容易にすることができる。
【００３２】
また、ＧＨセル１２を用いるので、偏光板１１ａによる調光に加えて、ＧＨセル１２自体が光を吸収することにより、調光を行うことができる。
【００３３】
なお、上記第一の実施の形態に用いられるＧＨセル１２として、液晶分子の誘電異方性が負のものを用いてもよいし、二色性染料分子がｎ型のものを用いてもよい。
【００３４】
図４は、本発明の第二の実施の形態による調光装置の側面図である。第一の実施の形態と同一の部材には同一の参照符号を付して説明する。
【００３５】
この調光装置は、偏光板１１ａとＧＨセル２２とから成る。偏光板１１ａは、第一の実施の形態と同様に、光の有効光路から外れて偏光板１１ｂで示される位置に移動させることができる。
【００３６】
ＧＨセル２２は、２層に重ねられた第１ＧＨセル２３と第２ＧＨセル２４とで構成される。第１ＧＨセル２３は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と同一の偏光成分を吸収または透過する。第２ＧＨセル２４は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と直交する偏光成分を吸収または透過する。第１ＧＨセル２３には、例えば第１の実施の形態で用いたＧＨセル１２を用いる。第２ＧＨセル２４には、例えば入射光を軸にしてＧＨセル１２の位置を９０°回転させたものを用いる。
【００３７】
第二の実施の形態による調光装置の調光動作について説明する。アイリス羽根１８，１９が開いている場合、偏光板１１ａは、有効光路２０から外に出された状態、即ち偏光板１１ｂの位置にある。このとき、第１ＧＨセル２３は、レンズ前群１５を透過した光のうち偏光板１１ｂが吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収する。
【００３８】
次に、アイリス羽根１８，１９を中央に移動させて重ねることにより、偏光板１１ｂが徐々に有効光路２０内へ移動する。偏光板１１ｂ（１１ａ）が有効光路内２０へ入ってくる途中の状態において、偏光板１１ｂ（１１ａ）は全ての開口部２２を覆っていない。しかし、既に、第１ＧＨセル２３は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収している。このため、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分の光の透過率は、偏光板１１ａに覆われていない開口部２２と偏光板１１ａに覆われている開口部２２とで均一となる。
【００３９】
アイリス羽根１８，１９の重なりが大きくなると、偏光板１１ａが開口部２２を全て覆う。この状態では、第２ＧＨセル２４は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。
【００４０】
上記第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４１】
また、偏光板１１ａが全ての開口部２２を覆っていない状態においても、既に、第１ＧＨセル２３は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収している。したがって、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分の光の透過率は、偏光板１１ａに覆われていない開口部２２と偏光板１１ａに覆われている開口部２２とで均一にすることができる。これによって、偏光板１１ａを有効光路２０から出し入れすることにより開口部２２の光量が不均一となることを防止する。よって、撮像面１７の周辺の光量を均一にすることができる。具体的には、撮像面１７の周辺の片側（例えば撮像面１７の上側周辺）が暗く見えるシェーディング現象を防止することができる。
【００４２】
また、さらには、開口部２２の透過率の不均一から生じる回折により、撮像光学系の結像性能が劣化することを防止することができる。
【００４３】
なお、上記第二の実施の形態に用いられるＧＨセル２２として、液晶の誘電異方性が正のものと負のものとの組み合わせを用いてもよいし、二色性染料のｐ型とｎ型との組み合わせを用いてもよい。
【００４４】
図５は、本発明の第三の実施の形態による調光装置の側面図である。第一及び第二の実施の形態と同一の部材には同一の参照符号を付して説明する。
【００４５】
この調光装置は、偏光板１１ａとＧＨセル３２とから成る。偏光板１１ａは、第一及び第二の実施の形態と同様に、光の有効光路から外れて偏光板１１ｂで示される位置に移動させることができる。
【００４６】
ＧＨセル３２は、２層に重ねられた第１ＧＨセル３３と第２ＧＨセル３４とで構成される。第１ＧＨセル３３及び第２ＧＨセル３４は共に、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と直交する偏光成分を吸収または透過する。第１ＧＨセル３３及び第２ＧＨセル３４には、例えば第１の実施の形態で用いたＧＨセル１２の位置を入射光を軸にして９０°回転させたものが用いられる。
【００４７】
第三の実施の形態による調光装置の調光動作について説明する。アイリス羽根１８，１９が開いている場合、偏光板１１ａは、有効光路２０から外に出された状態、即ち偏光板１１ｂの位置にある。次に、アイリス羽根１８，１９を中央に移動させて重ねることにより、偏光板１１ｂが徐々に有効光路２０内へ移動する。アイリス羽根１８，１９の重なりが大きくなると、偏光板１１ａが開口部２２を全て覆う。この状態では、第１セル３３及び第２ＧＨセル３４は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。
【００４８】
上記第三の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、第１セル３３及び第２ＧＨセル３４から成るＧＨセル３２は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。即ち、偏光板１１ａを透過する光を２層から成るＧＨセル３２で吸収する。よって、該調光装置の最低透過率を、１層からなるＧＨセルで吸収する場合に比べてより下げることができる。
【００５０】
なお、上記第三の実施の形態に用いられるＧＨセル３２として、液晶分子の誘電異方性が負のものを用いてもよいし、二色性染料分子がｎ型のものを用いてもよい。
【００５１】
図６は、本発明の第四の実施の形態による調光装置の側面図である。前記の各実施の形態と同一の部材には同一の参照符号を付して説明する。
【００５２】
この調光装置は、偏光板１１ａとＧＨセル４２とから成る。偏光板１１ａは、前記の各実施の形態と同様に、光の有効光路から外れて偏光板１１ｂで示される位置に移動させることができる。
【００５３】
ＧＨセル４２は、３層に重ねられた第１ＧＨセル４３と第２ＧＨセル４４と第３ＧＨセル４５とで構成される。第１ＧＨセル４３は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と同一の偏光成分を吸収または透過する。第２ＧＨセル４４及び第３ＧＨセル４５は、偏光板１１ａが吸収する偏光成分と直交する偏光成分を吸収または透過する。第１ＧＨセル４３には、例えば第１の実施の形態で用いたＧＨセル１２を用いる。第２ＧＨセル４４及び第３ＧＨセル４５には、例えば入射光を軸にしてＧＨセル１２の位置を９０°回転させたものを用いる。
【００５４】
第四の実施の形態による調光装置の調光動作について説明する。アイリス羽根１８，１９が開いている場合、偏光板１１ａは、有効光路２０から外に出された状態、即ち偏光板１１ｂの位置にある。このとき、まず、第１ＧＨセル４３は、レンズ前群１５を透過した光のうち偏光板１１ｂ（１１ａ）が吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収する。
【００５５】
次に、アイリス羽根１８，１９を中央に移動させて重ねることにより、偏光板１１ｂが徐々に有効光路２０内へ移動する。偏光板１１ｂ（１１ａ）が有効光路内２０へ入ってくる途中の状態において、偏光板１１ｂ（１１ａ）は全ての開口部２２を覆っていない。しかし、既に、第１ＧＨセル４３は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分を吸収している。このため、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と同一方向の偏光成分の光の透過率は、偏光板１１ａに覆われていない開口部２２と偏光板１１ａに覆われている開口部２２とで均一となる。
【００５６】
アイリス羽根１８，１９の重なりが大きくなると、偏光板１１ａが開口部２２を全て覆う。この状態では、第２ＧＨセル４４及び第３ＧＨセル４５は、偏光板１１ａが吸収するべき偏光成分と直交する偏光成分の光を吸収する。
【００５７】
上記第四の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、第二の実施の形態と第三の実施の形態との双方の効果が同時に得られる。
【００５９】
なお、上記第四の実施の形態に用いられるＧＨセル４２として、液晶の誘電異方性が正のものと負のものとの組み合わせを用いてもよいし、二色性染料のｐ型とｎ型との組み合わせを用いてもよい。
【００６０】
なお、上記各実施の形態では、第１ＧＨセル２３，３３，４３、第２ＧＨセル２４，３４，４４、及び第３ＧＨセル４５の並べ方は、上記第二、第三、及び第四実施の形態の場合に限られない。例えば、第１ＧＨセル２３，３３，４３と第２ＧＨセル２４，３４，４４と第３ＧＨセル４５とのそれぞれの並べ方の順番を反対にしても良い。
【００６１】
また、偏光板１１ａのＧＨセル１２に対する位置は、レンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置されたが、この配置に限られない。偏光板１１ａは、撮像レンズの設定条件から最適となる位置に配置されればよい。即ち、位相差フィルム等の偏光状態が変化する光学素子を用いない限り、偏光板１１ａは、例えば撮像面１７とレンズ後群１６との間等、被写体側又は撮像素子側の任意の位置に置くことができる。さらにまた、偏光板１１ａは、レンズ前群１５またはレンズ後群１６の代わりに、単一のレンズ（単レンズ）の前又は後ろに配置されても良い。
【００６２】
また、アイリス羽根１８，１９は、２枚に限られず、より多くの枚数を用いることにしても良いし、逆に１枚でも良い。
【００６３】
また、アイリス羽根１８，１９は、上下方向に移動することにより重ねられるが、周囲から中央に向けて絞り込むことにしてもよい。
【００６４】
また、偏光板１１ａは、アイリス羽根１８に貼付されているが、アイリス羽根１９の方に貼付されてもよい。
【００６５】
また、被写体が明るくなるにつれて、先に偏光板１１ａの出し入れによる調光を行った後、ＧＨセル１２による光の吸収を行ったが、逆に、先にＧＨセル１２の光吸収による調光を行うことにしても良い。この場合、ＧＨセル１２の透過率が所定の値まで低下した後に、偏光板１１ａの出し入れによる調光を行う。
【００６６】
また、偏光板１１ａを有効光路２０から出し入れする手段として、機械式アイリスを用いたが、これに限られない。例えば、偏光板１１ａが貼付されたフィルムを駆動モーターに直接設置することにより、偏光板１１ａを出し入れしても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コントラスト比を高め、光量を均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図２】機械式アイリスの平面図である。
【図３】有効光路２０付近の機械式アイリスを示す部分拡大図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態による調光装置の側面図である。
【図７】従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【符号の説明】
１，１１ａ，１１ｂ…偏光板，２，１２，２２，３２，４２…ＧＨセル，３…液晶分子，４…二色性染料分子，５…入射光，１５…レンズ前群，１６…レンズ後群，１７…撮像面，２３，３３，４３…第１ＧＨセル，２４，３４，４４…第２ＧＨセル、４５…第３ＧＨセル。
Claims (3)
- 液晶セルと、
該液晶セルに入射する光の有効光路から出し入れ可能な偏光板と、を備え、
前記液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と同一方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第一ゲストホスト型液晶セルと、
前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができる第二ゲストホスト型液晶セルと、から成る
ことを特徴とする調光装置。 - 前記偏光板は、機械式アイリスの可動部に設置されることにより有効光路に対して出し入れ可能とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の調光装置。 - 前記第二ゲストホスト型液晶セルは、前記偏光板が吸収する偏光成分と直角方向の偏光成分の吸収又は透過の切り換えを行うことができるゲストホスト型液晶セルが２層に重ねられて成る
ことを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
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