(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーと液晶層とを交互に、かつ表面に対して傾斜して積層された多層膜として構成され、入射する光のうち所定の波長の光を回折させる回折光学素子と、
共通電極を有する第１透明基板と、
複数に分割した領域のそれぞれに対応して配設された透明導電膜からなる分割電極を有する第２透明基板と、を備え、
前記回折光学素子は、前記第１透明基板と第２透明基板とを対向配置した間に設けられ、前記電極に電圧が印加されると、入射する光を透過し、
前記電圧を印加する分割電極が任意に選択されることにより、入射する光の透過率または回折率を可変とすることを特徴とする色温度変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の色温度変換素子において、
前記共通電極との間に電圧が印加された前記分割電極に対応する領域の前記回折光学素子は、前記入射する光を透過させ、
前記共通電極との間に電圧が印加されない前記分割電極とに対応する領域の前記回折光学素子は、前記入射する光のうち所定の波長域の光を回折させることを特徴とする色温度変換素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の色温度変換素子を複数積層して備え、
前記複数の色温度変換素子は、それぞれが回折する光束の波長域を互いに異ならせることを特徴とする色温度変換装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の色温度変換素子と、
前記複数の分割電極の中から電圧を印加する分割電極を選択する制御部と、
前記制御部により選択された分割電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備えることを特徴とする色温度変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の色温度変換装置において、
前記制御部は、前記色温度変換素子を透過する透過光または前記色温度変換素子で反射する反射光の色温度が所定値となるように前記分割電極を選択することを特徴とする色温度変換装置。
【請求項６】
請求項４に記載の色温度変換装置において、
前記制御部は、前記色温度変換素子を透過する透過光または前記色温度変換素子で反射する反射光の色温度および色相が所定値となるように前記分割電極を選択することを特徴とする色温度変換装置。
【請求項７】
請求項４に記載の色温度変換装置において、
前記色温度変換装置へ入射する光の色温度を検出する色温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記色温度検出部が検出した色温度に基づいて、前記電圧を印加する分割電極を選択することを特徴とする色温度変換装置。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の色温度変換装置において、
前記色温度変換装置へ入射する光の色温度を検出する色温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記色温度検出部により検出された色温度情報に基づいて、前記色温度変換素子を透過する透過光または前記色温度変換素子で反射する反射光の色温度を設定し、前記設定された色温度となるように、前記電圧を印加する分割電極を選択することを特徴とする色温度変換装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の色温度変換素子と、
前記色温度変換素子に照明用光束を入射させる照明光源と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項３〜８のいずれか１項に記載の色温度変換装置と、
前記色温度変換素子に照明用光束を入射させる照明光源と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
被写体を撮像する撮像部と、
被写体から前記撮像部への光路上に設けた請求項１または２に記載の色温度変換素子と、を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１２】
被写体を撮像する撮像部と、
被写体を照明する請求項９または１０に記載の照明装置と、を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光の色温度を変換する素子、装置およびこれらを備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工光を被写体に照射して撮影する、いわゆる電子閃光装置では、写真表現上、照明光の色温度を変えて照明することがある。また、被写体を照明する光の色温度が変化する環境、例えば太陽光から白熱灯に変わった場合には、色調を正確に再現するために、カメラの光学系に色ガラスフィルタを挿入して色温度を補正することがある。しかし、ストロボによる補助光を併用するにしろ、色ガラスフィルタを用いるにしろ、限られた色温度の補正しかできず、連続的な色温度の補正はできない。【０００３】
色温度を広範囲で連続的に補正するために、液晶を利用した撮像用フィルタが知られている（例えば、特許文献１参照）。この色温度補正フィルタは、分子の配列によって光吸収率が異なる２色性色素を添加したゲストホスト液晶材料をセルに充填したものであり、この液晶に電圧を加えることにより、色素分子の配列を制御して短波長光の吸収の度合いを変化させ、入射光の色温度を変化させるものである。【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０５４１２１号公報（第３頁、図１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の色温度補正フィルタは、２色性色素による光吸収の分光特性を印加電圧で制御するという原理を用いており、２色性色素が吸収する光エネルギーにより、色素分子の劣化や色温度補正フィルタの発熱が生じることは避けられない。特に発光強度の大きい照明光を透過させて色温度を制御する場合は、これらの現象が顕著となるので、色温度補正フィルタとしての機能が低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によると、ポリマーと液晶層とを交互に、かつ表面に対して傾斜して積層された多層膜として構成され、入射する光のうち所定の波長の光を回折させる回折光学素子と、共通電極を有する第１透明基板と、複数に分割した領域のそれぞれに対応して配設された透明導電膜からなる分割電極を有する第２透明基板と、を備え、前記回折光学素子は、前記第１透明基板と第２透明基板とを対向配置した間に設けられ、前記電極に電圧が印加されると、入射する光を透過し、前記電圧を印加する分割電極が任意に選択されることにより、入射する光の透過率または回折率を可変とすることを特徴とする。
本発明の第２の態様によると、請求項１に記載の色温度変換素子において、共通電極との間に電圧が印加された分割電極に対応する領域の回折光学素子は、入射する光を透過させ、共通電極との間に電圧が印加されない分割電極とに対応する領域の回折光学素子は、入射する光のうち所定の波長域の光を回折させることを特徴とする。
本発明の第３の態様によると、請求項１または２に記載の色温度変換素子を複数積層して備え、複数の色温度変換素子は、それぞれが回折する光束の波長域を互いに異ならせることを特徴とする。
本発明の第４の態様によると、色温度変換装置は、請求項１または２に記載の色温度変換素子と、複数の分割電極の中から電圧を印加する分割電極を選択する制御部と、制御部により選択された分割電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備えることを特徴とする。
本発明の第５の態様によると、請求項４に記載の色温度変換装置において、制御部は、色温度変換素子を透過する透過光または色温度変換素子で反射する反射光の色温度が所定値となるように分割電極を選択することを特徴とする。
本発明の第６の態様によると、請求項４に記載の色温度変換装置において、制御部は、色温度変換素子を透過する透過光または色温度変換素子で反射する反射光の色温度および色相が所定値となるように分割電極を選択することを特徴とする。
本発明の第７の態様によると、請求項４に記載の色温度変換装置において、色温度変換装置へ入射する光の色温度を検出する色温度検出部をさらに備え、制御部は、色温度検出部が検出した色温度に基づいて、電圧を印加する分割電極を選択することを特徴とする。
本発明の第８の態様によると、請求項４〜６のいずれか１項に記載の色温度変換装置において、色温度変換装置へ入射する光の色温度を検出する色温度検出部をさらに備え、制御部は、色温度検出部により検出された色温度情報に基づいて、色温度変換素子を透過する透過光または色温度変換素子で反射する反射光の色温度を設定し、設定された色温度となるように、電圧を印加する分割電極を選択することを特徴とする。
本発明の第９の態様によると、照明装置は、請求項１または２に記載の色温度変換素子と、色温度変換素子に照明用光束を入射させる照明光源と、を備えることを特徴とする。
本発明の第１０の態様によると、照明装置は、請求項３〜８のいずれか１項に記載の色温度変換装置と、色温度変換素子に照明用光束を入射させる照明光源と、を備えることを特徴とする。
本発明の第１１の態様によると、カメラは、被写体を撮像する撮像部と、被写体から撮像部への光路上に設けた請求項１または２に記載の色温度変換素子と、を備えることを特徴とする。
本発明の第１２の態様によると、カメラは、被写体を撮像する撮像部と、被写体を照明する請求項９または１０に記載の照明装置と、を備えることを特徴とする。
なお、上記照明光源は照明光源手段、撮像部は撮像手段と置き換えてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、入射する光の色温度を変換するにあたり、入射する光のうち所定の波長の光を回折させるので、色温度変換素子が光の吸収で劣化することなく素子としての機能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る色温度変換素子を備える照明装置の構成を模式的に示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る色温度変換素子１０の構造を模式的に示す部分断面図である。
【図３】図２の色温度変換素子１０の平面図である。
【図４】図２の色温度変換素子１０を拡大して示す部分断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る色温度変換素子１０における透過光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態による色温度変換素子１０の第１の変形例を示す部分断面図である。
【図７】図６の積層型の色温度変換素子における透過光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る色温度変換素子を備える照明装置の構成を模式的に示す全体構成図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る色温度変換素子５０の構造を模式的に示す部分断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る色温度変換素子５０，５０Ａにおける回折光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図１１】ｘｙ色度図上に代表的な色相をプロットした図である。
【図１２】色温度変換素子や照明装置などを、種々の形態でカメラ３００に設けた例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による照明装置を図１〜１０を参照して説明する。
〈第１の実施の形態〉−透過型−
図１は、本発明の第１の実施の形態による色温度変換素子を備える撮影補助光用照明装置の構成を模式的に示す全体構成図である。照明装置１００は、光源１と、光源1から出射され反射鏡２で反射された照明光Ｌの色温度を制御する透過型色温度変換素子１０と、色温度変換素子１０を駆動制御するドライバ２０と、制御回路３０と、カラーセンサ４０とを備え、光源1からの照明光Ｌの色温度を色温度変換素子１０で変更して撮影補助光として外部に出射する。【００１０】
なお、この実施の形態では、色温度変換素子１０と、ドライバ２０と、制御回路３０と、カラーセンサ４０とにより色温度変換装置が構成されるので、照明装置１００は、光源１と色温度変換装置とで構成されることになる。ちなみに、照明装置１００とは別に、ドライバ２０、制御回路３０およびカラーセンサ４０が設けられる場合もあり、この場合、照明装置１００は、光源１と、色温度変換素子１０とで構成される。カラーセンサ４０はこの照明装置１００として必須な構成ではない。【００１１】
光源１は、例えば白色光を発光するキセノン放電管であり、紙面と直交する方向に延在する。反射鏡２は、紙面と直交方向に延在する半円筒ミラーであり、反射鏡２の焦点位置に光源１が設置され、その結果、照明光Ｌは、反射鏡２で反射して平行光となり、色温度変換素子１０へ垂直に入射する。色温度変換素子１０は、ドライバ２０から出力される駆動信号で駆動され、ドライバ２０は制御回路３０によって制御される。制御回路３０は、カラーセンサ４０からの信号に基づいてドライバ２０が色温度変換素子１０へ送出する駆動信号を生成する。カラーセンサ４０は、外部から入射する光、例えば被写体光Ｌ１０を検出する色温度センサである。つまり、制御回路３０は、カラーセンサ４０で検出した被写体の色温度に基づいて照明装置１００から出射する補助光の色温度を制御する。【００１２】
次に、図２〜６を参照して、第１の実施の形態による色温度変換素子１０について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態による色温度変換素子１０の構造を模式的に示す部分断面図である。図３は、図２に示す色温度変換素子１０を照明光Ｌの出射側から見た平面図である。図４は、図２に示す色温度変換素子１０の一部分を拡大した部分断面図である。【００１３】
図２を参照すると、色温度変換素子１０は、透明なガラス基板１１，１３と回折光学素子１７とを備えている。ガラス基板１１には透明な共通電極１２が設けられ、ガラス基板１１に対して平行に配置されるガラス基板１３には、共通電極１２と対向して透明な分割電極１４が設けられている。共通電極１２は、パターンをもたない全面均一な透明導電膜であり、分割電極１４は、図３に示されるように、ガラス基板１３の表面を複数の領域に分割し、これらの分割領域にそれぞれ透明導電膜を形成したものである。透明導電膜は、例えばＩＴＯ膜であり、以下の説明では、分割領域の電極を分割ＩＴＯ膜１４１と呼ぶ。図３では、分割電極１４は２０個に分割されているが、分割数は２０に限定されない。そして、ガラス基板１１の共通電極１２とガラス基板１３の分割電極１４との間にポリマーおよび液晶から成る層を有する回折光学素子１７が設けられ、これにより、色温度変換素子１０が構成されている。【００１４】
図２および図４に示すように、回折光学素子１７は、透明なポリマー１５と液晶層１６を交互に、かつ共通電極１２の表面に対して角度θの傾きをもって配設して構成されている。図４に詳細に示されるように、液晶層１６は液晶滴１６ａの集合体であり、液晶滴１６ａは多数の液晶分子１６ｂを含んでいる。この液晶分子１６ｂは、一軸光学異方性を有し、長軸方向とこれに直交する方向では、所定の波長域の光に対して屈折率が異なる。すなわち、液晶分子１６ｂの長軸を照明光Ｌの光軸と直交する方向に向けた場合、液晶滴１６ａあるいは液晶層１６の屈折率とポリマー１５の屈折率とは照明光Ｌの所定の波長域の光に対して異なる。反対に、液晶分子１６ｂの長軸を照明光Ｌの光軸と平行に向けた場合、液晶滴１６ａあるいは液晶層１６の屈折率とポリマー１５の屈折率とは照明光Ｌに対して等しくなる。【００１５】
図４（ａ）は、共通電極１２と分割電極１４との間に電圧が印加されていない場合であり、液晶分子１６ｂの長軸は電極の表面と平行になっており、上述したとおり、照明光Ｌに対して、液晶滴１６ａあるいは液晶層１６の屈折率とポリマー１５の屈折率とは異なる。したがって、回折光学素子１７は、この屈折率差により回折格子として機能し、照明光Ｌの所定の波長域の光を回折光Ｌ３として回折するが、それ以外の波長域の光は透過させる。【００１６】
図４（ｂ）は、共通電極１２と分割電極１４との間に電圧が印加されている場合であり、液晶分子１６ｂの長軸は電極の表面と垂直になっており、照明光Ｌに対して、液晶滴１６ａあるいは液晶層１６の屈折率とポリマー１５の屈折率とが等しくなる。したがって、回折光学素子１７は、単なる透過物質として作用し、照明光Ｌをすべて透過光Ｌ５として透過させる。【００１７】
このように、回折光学素子１７は、電圧が印加されて形成される電界の状態により、所定の波長域の照明光に対して屈折率分布を変化させる位相型回折格子として機能する。【００１８】
照明光Ｌは白色光であり、色温度変換素子１０の回折光学素子１７は、照明光Ｌのうち、青色、例えば４００〜５００ｎｍの波長域の光に関してのみ回折格子として作用するように設定されている。これは、キセノン光源１の放電光が被写体に対して青味がかかる傾向にある場合、特に、夕景を背景に人物を撮影する場合や、高級レストランを背景に人物を撮影する場合に、人物の顔が青白く撮影されてしまうことを抑制する目的で撮影補助光を照射するときに用いる。【００１９】
第1の実施の形態の色温度変換素子１０では、このような位相型回折格子である回折光学素子１７を分割ＩＴＯ膜１４１ごとに制御し、照明光の色温度を変更して出射する。そのため、回折光学素子１７は、共通電極１２と各分割ＩＴＯ膜１４１との間の電界を独立制御可能に構成されており、共通電極１２との間に電圧が印加されていない分割ＩＴＯ膜１４１に対応する領域に入射する光を回折し、結果として透過光Ｌ２と回折光Ｌ３が生成される。また、回折光学素子１７は、電圧が印加されている分割ＩＴＯ膜１４１に対応する領域に入射する光を回折せず、照明光Ｌをそのまま透過させ透過光Ｌ５として出射する。【００２０】
このように、共通電極１２と各分割ＩＴＯ膜１４１との間を電圧印加状態とし、あるいは電圧非印加状態とする制御はドライバ２０により行われる。この実施の形態のドライバ２０は、共通電極１２および分割電極１４の各分割ＩＴＯ膜１４１に所定電圧のパルス信号を印加し、両パルス信号の差分により両電極間に印加する電圧を生成する。具体的には、各分割ＩＴＯ膜１４１に印加するパルス信号の位相を制御することにより印加電圧を制御する。すなわち、各分割ＩＴＯ膜１４１のパルス信号の位相を共通電極１２のパルス信号の位相と逆相にすれば、共通電極１２と分割ＩＴＯ膜１４１との間に電圧が印加された電圧印加状態、各分割ＩＴＯ膜１４１のパルス信号の位相を共通電極１２のパルス信号の位相と同相とすれば電圧が印加されない電圧非印加状態となる。【００２１】
再び図１を参照して、色温度変換素子１０を備える照明装置の作用効果を説明する。
上述したとおり、照明光Ｌは白色光であり、色温度変換素子１０の回折光学素子１７は、照明光Ｌのうち、青色、例えば４００〜５００ｎｍの波長域の光に関してのみ回折格子として機能する。以下では、光源１から反射鏡２を経て色温度変換素子１０に入射する照明光Ｌ１とＬ４について考える。【００２２】
照明光Ｌ１とＬ４は、入射位置が異なるだけであり、共通電極１２と分割電極１４との間に電圧が印加されていない分割ＩＴＯ膜１４１に入射する照明光Ｌ１は、透過光Ｌ２と回折光Ｌ３に分離される。回折光Ｌ３は４００〜５００ｎｍの波長域の回折光である。回折光Ｌ３は光吸収部材１８で吸収される。つまり、透過光Ｌ２は、照明光Ｌ１から４００〜５００ｎｍの波長域の回折光Ｌ３が除去された光となる。これは、透過光Ｌ２の色温度が照明光Ｌ１の色温度より低くなったことを意味する。一方、電圧が印加されている分割ＩＴＯ膜１４１に入射する照明光Ｌ４は、吸収による損失などを除けば総て透過光Ｌ５となり、色温度は変わらず白色光のままである。透過光Ｌ２，Ｌ５の総計が撮影補助光として出射される。【００２３】
このように、この実施の形態による照明装置１００では、共通電極１２と分割電極１４の各々の分割ＩＴＯ膜１４１との間で電圧印加状態と非印加状態とを選択することにより、色温度変換素子１０から出射する透過光全体の色温度を所望の色温度に変換することができる。すなわち、回折光学素子１７は、共通電極１２と分割電極１４の各々の分割ＩＴＯ膜１４１の電圧の印加状態に応じて、入射する光のうち所定の波長の光を選択的に回折する。【００２４】
透過光のスペクトル分布を示す図５のグラフを参照して色温度変換についてさらに詳細に説明する。図５のグラフの横軸は波長、縦軸は光強度であり、横軸は右側が短波長側、左側が長波長側である。光源からの照明光Ｌは、可視光の波長域λＬ〜λＨで強度が一定（Ｉ０）とし、色温度変換素子１０はλ１〜λＨの波長域の光を回折するものとする。図５では、λ１〜λＨの波長域の光の４０％を回折させると、透過光が所望の色温度になるものとして説明する。【００２５】
そこで、分割領域の全面積の４０％に相当する複数の分割ＩＴＯ膜１４１に電圧を印加せず、６０％に相当する複数の分割ＩＴＯ膜１４１に電圧を印加する。ドライバ２０は、分割領域の全面積の４０％に相当する分割ＩＴＯ膜１４１に共通電極１２と同相の信号を出力し、６０％に相当する分割ＩＴＯ膜１４１に共通電極１２と逆相の信号を出力する。これにより、λ１〜λＨの波長域の光強度（透過率）Ｉ１は、Ｉ１＝０．６×Ｉ０となり、図５に破線で示される白抜き領域Ａに相当する光が回折光として照明光Ｌから除去され、所望の色温度の光が照明装置１００から出射される。なお、最も色温度変化を大きくするには、領域Ａの面積を最大にすればよく、総ての分割領域に対応する分割ＩＴＯ膜に電圧を印加しない状態とすればよい。【００２６】
上述したように、照明光Ｌの入射領域の全面積に対して、回折格子として機能する複数の分割ＩＴＯ膜１４１の合計面積の割合を制御して出射光の色温度を制御する方式について、以下、詳細に説明する。【００２７】
図５に示すスペクトル分布の重心が色温度を代表するものとし、これを重心波長と呼ぶ。照明光Ｌの入射面積に対して電圧を印加しない回折領域の面積の比率をｋとすれば、透過光の色温度Ｔは、回折比率ｋを用いて便宜的に式（１）で表される。
Ｔ＝｛（λ１２−λＬ２）＋（１−ｋ）（λＨ２−λ１２）｝／
２｛（λ１−λＬ）＋（１−ｋ）（λＨ−λ１）｝          （１）
したがって、式（１）を変形して回折比率ｋを算出し、この回折比率ｋから得られる非回折比率（１−ｋ）となるように電圧を印加する分割ＩＴＯ膜１４１を適宜選択すればよい。
また、式（１）は、光源の分光特性（照明光Ｌのスペクトル分布）を関数ｆとして、式（２）のようにも表される。
【数１】
0005439720.tif 000002
この場合も、式（１）と同様に式（２）を変形し回折比率ｋを算出し、非回折比率（１−ｋ）となるように電圧を印加する分割ＩＴＯ膜１４１を適宜選択すればよい。
なお、式（１）および式（２）では、右辺と左辺で次元が異なるが、便宜的に、温度と波長が同じ物理量である（等価である）と看做して書き表したものである。回折比率ｋの演算は制御回路３０で実行される。【００２８】
図１に示される照明装置１００では、次のような処理手順により、出射される照明光の色温度制御が行われる。
（１）カラーセンサ４０により被写体光Ｌ１０の色温度を検出して制御回路３０へ出力する。
（２）制御回路３０では、測定した色温度に基づいて所望の色温度Ｔを算出する。
（３）制御回路３０では、式（１）または式（２）を用いて未知数である回折比率ｋを算出し、非回折比率（１−ｋ）に最も近い面積比率になるように分割ＩＴＯ膜１４１を選択する。
（４）制御回路３０の制御の下で、ドライバ２０は、選択された分割ＩＴＯ膜１４１には共通電極１２と逆相の信号を出力して電圧印加状態とし、選択されない分割ＩＴＯ膜１４１には共通電極１２と同相の信号を出力して電圧非印加状態とする。【００２９】
このようにして、回折比率ｋとなるように複数の分割ＩＴＯ膜１４１に対応する領域の照明光を回折させることにより、照明装置１００から出射される撮影補助光の色温度を設定することができ、この撮影補助光を用いた撮影により所望の色調をもつ映像を得ることができる。また、照明光の一部を回折させて撮影補助光から除去するので、色温度変換素子の劣化を抑制できる。【００３０】
なお、実際の装置としては、回折効率は１００％に満たないので、この実効回折効率を勘案して回折比率ｋあるいは非回折比率（１−ｋ）を求めることが望ましい。また、一般に、光軸付近と周辺部では光束の密度（光強度）が異なるので、これを加味して回折比率ｋあるいは非回折比率（１−ｋ）を決めればより望ましい。【００３１】
上述した回折光学素子１７は、次のようにして作製することができる。共通電極１２と分割電極１４とがなす空間にポリマー１５の原料である液状の紫外線硬化樹脂と液晶滴１６ａとの混合物を注入しておき、２方向から紫外線を照射する干渉露光により、紫外線硬化樹脂を所定間隔で硬化させることにより形成される。また、固化したポリマー１５をエキシマレーザで切削加工し、切削除去部分に液晶を充填して液晶層１６を形成してもよい。【００３２】
次に、第１の実施の形態の第１の変形例について、図６および図７を参照して説明する。
図６は、第１の実施の形態による照明装置１００の変形例を示す部分断面図である。この第１の変形例は、回折する波長域が異なる２つの透過型の色温度変換素子を２段に重ねたものである。この積層型色温度変換素子１００Ａは、図６に示されるように、２つの色温度変換素子１０，１０Ａを積層して照明光Ｌの光路に配置することにより、図７に示すようなスペクトル分布を持つ出射光を出力するようにしたものである。【００３３】
光路前段の色温度変換素子１０は、第１の実施の形態で説明した素子と同一のものである。すなわち、照明光Ｌに対して前段に配置される色温度変換素子１０の回折光学素子１７は、λ１〜λＨの波長域の光に対して回折作用を持つ。一方、光路後段の色温度変換素子１０Ａは、基本的には色温度変換素子１０と同じ構造であるが、回折させる光の波長域が色温度変換素子１０とは異なる。すなわち、色温度変換素子１０Ａの回折光学素子６７は、λ１〜λＨより波長の長いλ２〜λ１の波長域の光に対して回折作用を持つ。【００３４】
図７に示されるように、色温度変換素子１０により領域Ａの面積に相当する光が回折光として照明光Ｌから除去され、透過光Ｌ１１が生成される。さらに、色温度変換素子１０Ａにより領域Ｂの面積に相当する光が回折光として透過光Ｌ１１から除去され、最終的に透過光Ｌ１２が生成される。つまり、透過光Ｌ１２は、領域（Ａ＋Ｂ）の面積に相当する光が回折光として照明光Ｌから除去され、色温度の変換が行われる。【００３５】
このように、回折させる光の波長域が異なる複数の色温度変換素子１０，１０Ａを積層することにより、１つの色温度変換素子１０に比べて色温度の変換範囲を広げることができる。また、分割領域の数が同じであれば、より一層きめ細かい色温度の制御が可能である。【００３６】
〈第２の実施の形態〉−反射型−
図８は、本発明の第２の実施の形態による色温度変換素子を備える照明装置の構成を模式的に示す全体構成図である。図９は、本発明の第２の実施の形態による色温度変換素子５０の構造を模式的に示す部分断面図である。【００３７】
第２の実施の形態の色温度変換素子５０は、反射型であり、第１の実施の形態の色温度変換素子１０と基本的には同じ構造であるが、回折光学素子５７の構造だけが異なる。これに関連して、第２の実施の形態の照明装置２００の構成部品の個数や配置が第１の実施の形態の照明装置１００と異なる。色温度変換素子５０を駆動制御するドライバ２０、制御回路３０およびカラーセンサ４０は、照明装置１００と同じである。この第２の実施の形態の色温度変換素子５０および照明装置２００については、第１の実施の形態の色温度変換素子１０および照明装置１００と異なる点を主に説明する。【００３８】
図８を参照すると、第２の実施の形態の照明装置２００では、回折する波長域が異なる２つの反射型の色温度変換素子５０，５０Ａが２段に重ねて配設されている。光源１は、紙面と直交方向に延在し、白色光を発するキセノン放電管であり、色温度変換素子５０，５０Ａの右方に配置されている。光源１から発する照明光Ｌは、色温度変換素子５０，５０Ａに対して放射状に入射し、色温度変換素子５０，５０Ａの後述するような回折作用により、回折光Ｌ６となって右方に出射する。この回折光Ｌ６は、照明光Ｌとは異なる色温度に可変であり、これが撮影補助光として外部に出射する。また、回折せずに色温度変換素子５０，５０Ａを透過する透過光Ｌ７，Ｌ８は、左方へ進み、撮影補助光には利用されない。【００３９】
図９を参照すると、色温度変換素子５０を構成する回折光学素子５７は、光源１側に凹面を向けて湾曲した、ポリマー５５と液晶層５６を交互に積層した多層膜として構成されている。この湾曲した多層膜の曲率、および光源１と色温度変換素子５０との距離は、照明光Ｌの代表的な波長で、紙面と直交方向に延在する反射鏡２（半円筒ミラー）の焦点位置に光源１を設置した場合（図１参照）と同様に作用するように設定されている。その結果、照明光Ｌが色温度変換素子５０により回折されて生じる回折光Ｌ６は、色温度変換素子５０で反射した反射光として外部に出射する。色温度変換素子５０Ａも色温度変換素子５０と同様の構造であり、回折する波長域が異なるだけで同様の作用をなす。【００４０】
照明光Ｌの波長域はλＬ〜λＨで、強度は一定値Ｉ０とする。照明光Ｌが色温度変換素子５０の電圧非印加状態にある分割ＩＴＯ膜１４１に入射した場合、λＬ〜λ３の波長域の光が回折され、同様に、照明光Ｌが色温度変換素子５０Ａの電圧非印加状態にある分割ＩＴＯ膜１４１に入射した場合、λ３〜λＨの波長域の光が回折されるとする。但し、λＬ＞λ３＞λＨである。つまり、色温度変換素子５０，５０Ａは、それぞれ上述の波長域の光に対して反射板として機能する。一方、照明光Ｌが電圧印加状態にある分割ＩＴＯ膜１４１に入射した場合は、全波長域λＬ〜λＨの光が透過光Ｌ８として色温度変換素子５０，５０Ａから出射する。したがって、色温度変換素子５０と色温度変換素子５０Ａのそれぞれで、電圧を印加すべき分割ＩＴＯ膜を選択することにより、色温度変換素子５０，５０Ａから出射する反射光の色温度を変更することができる。【００４１】
この様子は、図１０のスペクトル分布のグラフに表されている。例えば、色温度変換素子５０の８０％の数の分割ＩＴＯ膜１４１を電圧非印加状態としたとき、領域Ｃの面積に相当する回折光が生じ、この回折光の強度（反射率）Ｉ３は、Ｉ３＝０．８×Ｉ０となる。また、色温度変換素子５０Ａの４０％の数の分割ＩＴＯ膜１４１を電圧非印加状態としたとき、領域Ｄの面積に相当する回折光が生じ、この回折光の強度（反射率）Ｉ４は、Ｉ４＝０．４×Ｉ０となる。従って、領域（Ｃ＋Ｄ）の面積に相当する合計の回折光の色温度は、照明光Ｌの色温度よりも低くなる。色温度を重心波長と看做せば、重心波長が長波長側にシフトする。このように、回折させる光の波長域が異なる２つの色温度変換素子５０，５０Ａを積層し、電圧を印加する分割ＩＴＯ膜１４１を選択する、すなわち回折比率を決めることにより、照明光Ｌの色温度を任意に変換することができる。回折比率の演算や照明装置としての色温度制御などについては、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。【００４２】
このように、複数の分割ＩＴＯ膜１４１に対応する領域の照明光を回折させることにより、照明装置２００から出射される撮影補助光の色温度を設定することができ、この撮影補助光を用いた撮影により所望の色調をもつ映像を得ることができる。また、照明光Ｌの一部を透過させて撮影補助光から除去するので、色温度変換素子５０，５０Ａの劣化を抑制できる。なお、回折する光の波長域が異なる反射型色温度変換素子を３段以上重ねて用いてもよい。【００４３】
第１および第２の実施の形態による照明装置１００，２００では、出射光の色温度を制御するものとしたが、次の第２の変形例で説明するように、出射光の色相を制御するように構成することもできる。【００４４】
図１０は、ｘｙ色度図上に代表的な色相をプロットした図である。各点は、色光の三原色のそれぞれの成分比を表す。ｘは、赤の成分に対応する刺激値Ｘの比率、ｙは、緑の成分に対応する刺激値Ｙの比率、ｚは、青の成分に対応する刺激値Ｚの比率である。例えば、無彩色光（白色光）Ｎ７を緑色光５Ｇへ変換するためには、白色光Ｎ７の（ｘ，ｙ，ｚ）は（０．３３３，０．３３３，０．３３３）、緑色光５Ｇの（ｘ，ｙ，ｚ）は（０．２４９，０．４２１，０．３３０）であるから、比率ｘを０．０８４減らし、比率ｙを０．０８８増やし、比率ｚを０．００３減らすように、制御回路３０により回折比率ｋを算出すればよい。この後の工程は、第１の実施の形態で説明したものと同じである。この第２の変形例は、第１および第２の実施の形態の照明装置１００，１００Ａ，２００に適用できる。【００４５】
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。例えば、本発明の色温度変換素子１０，５０は、照明装置１００，２００に限らず、一般の照明装置にも搭載することができる。また、カメラのフィルターとして用いることもできる。【００４６】
図１２は、前述した色温度変換素子や照明装置などを、種々の形態でカメラ３００に設けた例を示す図である。図１２は、説明の便宜上、色温度変換素子あるいは照明装置をカメラ３００に設ける種々の例をまとめて記載している。例えば、色温度変換素子３０１を、前述したようにフィルターとして撮影レンズ３０２の前面に設けてもよい。また、色温度変換素子３０３を、ＣＣＤなどの撮像素子３０５の前面に設けてもよい。色温度変換素子３０１や色温度変換素子３０３は、被写体３０９から撮像素子３０５への光路３０４上、または、被写体光束の光軸３０４上に設けられる。また、カメラ３００は、色温度変換素子３０７を設けた照明装置３０８を備えるものであってもよい。【００４７】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。【００４８】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２００５年第０５１３４５号（２００５年２月２５日出願）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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