(57)【要約】【課題】各隔壁、及び該隔壁に接する２つの光透過率変化層の該隔壁の内側に位置する一部を併せた部分と、各光透過率変化層の残部との境界での光透過率の不連続の度合を低減できる減光フィルタを提供する。【解決手段】  減光フィルタ１６は、入射される所定の波長帯の光の光量を減少させる減光フィルタであって、前記光の入射方向に対向して配置され、前記波長帯の光に対して透明な一対の透明基板２０ａ、２０ｂと、該一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙を複数の領域に隔てるための複数の隔壁２２ｂを含み、前記間隙に配置されたスペーサ２２と、印加される電圧の変化に応じて光透過率が所定範囲内で変化する液晶層２４と、を備えている。そして、複数の隔壁２２ｂそれぞれは、波形状に形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される所定の波長帯の光の光量を減少させる減光フィルタであって、
前記光の入射方向に対向して配置され、前記波長帯の光に対して透明な一対の基板と、
前記一対の基板の間隙を複数の領域に隔てるための複数の隔壁を含み、前記間隙に配置されたスペーサと、
前記複数の領域に個別に配置され、印加される電圧の変化に応じて光透過率が所定範囲内で変化する複数の光透過率変化層と、を備え、
前記複数の隔壁それぞれは、波形状に形成されている減光フィルタ。
【請求項２】
前記隔壁の光透過率は、前記所定範囲の上限値と下限値との間の値であることを特徴とする請求項１に記載の減光フィルタ。
【請求項３】
前記スペーサは、前記入射方向に直交する仮想平面に沿って２次元配列された複数の柱体を含み、
前記隔壁は、隣り合う２つの前記柱体のうち、一方の柱体の側面に一端が連続し、他方の柱体の側面に他端が連続していることを特徴とする請求項１又は２に記載の減光フィルタ。
【請求項４】
前記柱体の前記入射方向に直交する断面の幅は、前記隔壁の波の高さに等しいことを特徴とする請求項３に記載の減光フィルタ。
【請求項５】
前記光透過率変化層は、水及び着色された油を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の減光フィルタ。
【請求項６】
前記一対の基板の対向面とは反対側の面に個別に設けられ、偏光方向が互いに直交する偏光板を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の減光フィルタ。
【請求項７】
前記領域に、該領域に配置された前記液晶層を挟むように設けられ、前記波長帯の光に対して透明な一対の電極部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の減光フィルタ。
【請求項８】
撮像レンズと、
前記撮像レンズを介して取り込まれた被写体の画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、前記撮像レンズを介して入射される光の光量を減少させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の減光フィルタと、を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減光フィルタ、及び撮像装置に係り、更に詳しくは、入射される所定の波長帯の光の光量を減少させる減光フィルタ、及び該減光フィルタを備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光の入射方向に対向して配置された一対のガラス基板と、該一対のガラス基板の間隙を複数の領域に隔てるための複数の隔壁を含み、該間隙に配置されたスペーサと、前記複数の領域に個別に配置された複数の液晶層とを含む液晶セルが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されている液晶セルでは、各隔壁と該隔壁に接する液晶層との境界での光透過率の不連続の度合が大きかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、入射される所定の波長帯の光の光量を減少させる減光フィルタであって、前記光の入射方向に対向して配置され、前記波長帯の光に対して透明な一対の基板と、前記一対の基板の間隙を複数の領域に隔てるための複数の隔壁を含み、前記間隙に配置されたスペーサと、前記複数の領域に個別に配置され、印加される電圧の変化に応じて光透過率が所定範囲内で変化する複数の光透過率変化層と、を備え、前記複数の隔壁それぞれは、波形状に形成されている減光フィルタである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、各隔壁、及び該隔壁に接する２つの光透過率変化層の該隔壁の内側に位置する一部を併せた部分と、各光透過率変化層の残部との境界での光透過率の不連続の度合を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態のカメラの内部構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ基板上に実装された減光フィルタ及び撮像素子の斜視図及び分解斜視図である。
【図３】減光フィルタの一部の内部透視図（その１）である。
【図４】減光フィルタの一部の内部透視図（その２）である。
【図５】減光フィルタの一部の断面図である。
【図６】減光フィルタの作用を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ比較例の減光フィルタの一部の内部透視図（その１及びその２）である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ比較例の減光フィルタの作用を説明するための図（その１及びその２）である。
【図９】図９（Ａ）は、比較例の減光フィルタの減光パターンの一例を示す図であり、図９（Ｂ）は、比較例の減光フィルタを備えるカメラで撮像されて得られた画像を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、変形例の減光フィルタの電圧印加前の状態を示す図であり、図１０（Ｂ）は、変形例の減光フィルタの電圧印加後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラ１００が示されている。以下では、図１に示されるＸＹＺ３次元直交座標系を用いて説明する。
【０００８】
デジタルカメラ１００は、一例として、図１に示されるように、撮像レンズ１０、撮像素子１２、画像処理部１４、減光フィルタ１６などを備えている。ここでは、デジタルカメラ１００として、静止画及び動画を選択的に撮影可能なデジタルスチルカメラが採用されている。
【０００９】
撮像レンズ１０は、一例として、光軸方向（Ｚ軸方向）に互いに離間して配置された複数のレンズエレメントを有している。
【００１０】
撮像素子１２は、一例として、撮像レンズ１０の−Ｚ側に配置された基板１８の＋Ｚ側の面上に実装されている。撮像素子１２は、撮像レンズ１０を介して取り込まれた被写体の画像を電気信号に変換する。ここでは、撮像素子１２として、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等が用いられている。
【００１１】
画像処理部１４は、一例として、基板１８の−Ｚ側に配置され、撮像素子１２からの電気信号（画像信号）に対して、種々の処理を施し、メモリ（不図示）に保存する。
【００１２】
減光フィルタ１６は、一例として、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、撮像素子１２の＋Ｚ側の面上に固定されている。ここでは、減光フィルタ１６は、撮像素子１２と共に、単一のモジュールを構成している。
【００１３】
減光フィルタ１６は、入射される所定の波長帯（例えば可視光帯（４００ｎｍ〜８００ｎｍ））の光の光量を減少させる減光フィルタ（ＮＤフィルタ）である。
【００１４】
減光フィルタ１６は、一例として、図３に示されるように、一対の透明基板２０ａ、２０ｂ、スペーサ２２、複数の液晶層２４などを含む。ここでは、減光フィルタ１６への光の入射方向は、概ね−Ｚ方向である。
【００１５】
一対の透明基板２０ａ、２０ｂは、Ｚ軸方向（撮像レンズ１０の光軸方向）に対向するように配置されている。具体的には、透明基板２０ａは、透明基板２０ｂの＋Ｚ側に配置されている。各透明基板は、上記波長帯の光に対して透明な基板である。ここでは、透明基板として、例えばガラス基板が用いられている。
【００１６】
スペーサ２２は、一対の透明基板２０ａ、２０ｂ間に配置され、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙を一定に維持している。換言すると、スペーサ２２は、一対の透明基板２０ａ、２０ｂで狭持されている。
【００１７】
スペーサ２２は、一例として、複数の柱体２２ａと、複数の隔壁２２ｂとを含む。なお、図３及び図４には、図示の制約上、４個の柱体２２ａ及び１２個の隔壁２２ｂのみが示されている。
【００１８】
複数の柱体２２ａは、図３及び図４に示されるように、一例として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリクス状に配列されている。各柱体２２ａは、一例として、Ｚ軸方向に延びるＸＹ断面正方形状の正四角柱形状を有している。ここでは、柱体２２ａのＸＹ断面の一辺はＸ軸に平行であり、他辺はＹ軸に平行である。
【００１９】
各隔壁２２ｂは、一例として、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に隣り合う２つの柱体２２ａのうち、一方の柱体２２ａの側面に一端が連続し、他方の柱体２２ａの側面に他端が連続している。
【００２０】
結果として、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙に、互いに対向する４つの柱体２２ａ及び４つの隔壁２２ｂで囲まれた領域が複数形成されている。すなわち、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙は、スペーサ２２によって複数の領域に隔てられている。この場合、各隔壁２２ｂは、該隔壁２２ｂの両側にある２つの液晶層２４を隔てている。
【００２１】
以上説明したように、スペーサ２２は、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙を一定に維持する機能、及び該間隙を複数の領域に隔てる機能を併有している。
【００２２】
ここで、各隔壁２２ｂは、一例として、図４から分かるように、矩形波形状に形成されている。詳述すると、隔壁２２ｂは、ＸＹ断面が例えば３／２周期分の矩形波形状を有している。隔壁２２ｂの波の高さは、例えば柱体２２ａのＸＹ断面の一辺の長さと同じになっている。隔壁２２ｂの光透過率は、例えば後述する液晶層２４の光透過率の上限値（例えば１００％）及び下限値（例えば０％）の間の値（例えば５０％）に設定されている。
【００２３】
以上のように複数の柱体２２ａ及び複数の隔壁２２ｂを含んで構成されるスペーサ２２は、一例として、透明基板（一対の透明基板２０ａ、２０ｂの一方）上に積層された材料（例えばレジン組成物）がフォトリソグラフィー技術を用いてパターンニングされることで形成されている。
【００２４】
図５に示されるように、＋Ｚ側の透明基板２０ａの＋Ｚ側の面には、偏光板２６ａが接合されている。また、−Ｚ側の透明基板２０ｂの−Ｚ側の面には、偏光板２６ｂが接合されている。偏光板２６ａ、２６ｂは、偏光方向が互いに直交している。
【００２５】
また、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙に形成された複数の領域には、Ｚ軸方向に対向する一対の透明電極２８ａ、２８ｂが設けられている。詳述すると、各領域における透明基板２０ａの−Ｚ側の面には、透明電極２８ａが接合されており、該領域における透明基板２０ｂの＋Ｚ側の面には、透明電極２８ｂが接合されている。各透明電極は、上記波長帯の光に対して透明である。
【００２６】
複数の液晶層２４は、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙に形成された複数の領域に対応し、対応する複数の領域の一対の透明電極２８ａ、２８ｂ間に配置されている。各液晶層２４は、液晶材料で構成され、各領域は、液晶材料で満たされている。すなわち、液晶層２４は、印加される電圧の変化に応じて光透過率が所定範囲（例えば０％〜１００％）内で変化する光透過率変化層である。以下では、便宜上、一対の透明電極２８ａ、２８ｂを、電極対とも称する。複数の電極対には、個別に任意の電圧が印加されるようになっている。
【００２７】
そこで、複数の電極対に個別に任意の電圧を印加することで、複数の液晶層２４の光透過率（又は光吸収率）を独立に変化させることができる。すなわち、減光フィルタ１６では、複数の領域間の光透過率を互いに異ならせることができる。この結果、デジタルカメラ１００の撮影対象（被写体）での光の反射率、撮影環境（例えば周囲の明るさ）等に応じて、撮像素子１２に入射される光の光量を少なくとも１つの画素を含む画像領域毎に適正な光量に調整することができる。
【００２８】
ここで、各液晶層２４は、図４に示されるように、平面視正方形状のメイン部２４ａと、該メイン部２４ａの外縁に連続し、該液晶層２４に接する４つの矩形波形状の隔壁２２ｂそれぞれの内側に位置する平面視矩形状の複数（例えば２つ）のサブ部２４ｂとを有している。すなわち、各液晶層２４は、１つのメイン部２４ａ及び８つのサブ部２４ｂを有している。
【００２９】
この場合、隣り合う２つの液晶層２４のメイン部２４ａの境界部分Ｐ（図４の破線で囲まれた矩形領域）は、矩形波形状の隔壁２２ｂと、該隔壁２２ｂの内側に位置する複数（例えば４つ）のサブ部２４ｂとで構成される。
【００３０】
すなわち、この境界部分Ｐでは、光透過率が、メイン部２４ａの一辺に沿って短いピッチ（間隔）で液晶層２４の光透過率と隔壁２２ｂの光透過率との間で交互に繰り返されるようになっている。
【００３１】
図６には、メイン部２４ａの光透過率と、該メイン部２４ａに接する境界部分Ｐの光透過率との関係が示されている。
【００３２】
図６から分かるように、メイン部２４ａの光透過率は、一様に連続的に変化し、境界部分Ｐの光透過率は、離散的に変化する。この場合、メイン部２４ａの光透過率と、境界部分Ｐの光透過率との差は、見かけ上、低減され、メイン部２４ａと境界部分Ｐとの界面（境界）での光透過率の不連続の度合が低減される。
【００３３】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）には、それぞれ比較例の減光フィルタ２００の一部の内部透視図（その１及びその２）が示されている。
【００３４】
比較例の減光フィルタ２００は、スペーサを除いて、本実施形態の減光フィルタ１６と同じ構成を有する。
【００３５】
具体的には、比較例のスペーサ２５０は、格子状に組まれた細長い板状の複数の隔壁２５０ａで構成されている。そして、スペーサ２５０によって一対の透明基板２６０ａ、２６０ｂの間隙が複数の領域に隔てられ、各領域に液晶層２７０が配置されている。
【００３６】
ここで、各隔壁２５０ａの光透過率が高い場合、液晶層２７０の光透過率が低く設定されているときには、液晶層２７０と隔壁２５０ａとの境界での光透過率の不連続の度合が非常に大きくなる（図８（Ａ）参照）。そして、この不連続状態は、少なくとも液晶層２７０と隔壁２５０ａとの境界の長さ分は、続くことになる。
【００３７】
一方、各隔壁２５０ａの光透過率が低い場合、液晶層２７０の光透過率が高く設定されているときには、液晶層２７０と隔壁２５０ａとの境界での光透過率の不連続の度合が非常に大きくなる（図８（Ｂ）参照）。そして、この不連続状態も、少なくとも液晶層２７０と隔壁２５０ａとの境界の長さ分は、続くことになる。
【００３８】
これに対して、本実施形態のように、隣り合う２つの液晶層２４のメイン部２４ａの境界部分Ｐにおいて、液晶層２４と隔壁２２ｂの光透過率が交互に繰り返されることで、境界部分Ｐの光透過率を見かけ上、該２つのメイン部２４ａの光透過率の概ね中間の値にすることができ、該２つの液晶層２４の光透過率がどのような値に設定されていても、境界部分Ｐと各メイン部２４ａとの界面（境界）での光透過率の不連続の度合を低減することができる。
【００３９】
図９（Ｂ）には、比較例の減光フィルタ２００を有するデジタルカメラでの撮影画像（撮影結果）が示されている。ここでは、減光フィルタ２００の減光パターンが、５×５のマトリクス状に配列された２５画素に対応する液晶層２７０の遮光と透過が交互に繰り返されて形成されたチェッカーパターンとされている（図９（Ａ）参照）。図９（Ｂ）に示される撮影画像によると、光を透過させる液晶層２７０に対応する部分に格子状の影が生じていることが分かる。これは、隔壁２５０ａでの遮光によるものであり、被写体には無いものである。この影は、撮像素子の解像度が高いほど、顕著になる。そして、この影は、撮影結果についてはノイズとなる。
【００４０】
以上説明した本実施形態の減光フィルタ１６は、入射される所定の波長帯の光の光量を減少させる減光フィルタであって、前記光の入射方向に対向して配置され、前記波長帯の光に対して透明な一対の透明基板２０ａ、２０ｂと、該一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙を複数の領域に隔てるための複数の隔壁２２ｂを含み、前記間隙に配置されたスペーサ２２と、印加される電圧の変化に応じて光透過率が所定範囲内で変化する液晶層２４と、を備えている。そして、複数の隔壁２２ｂそれぞれは、波形状に形成されている。
【００４１】
この場合、各隔壁２２ｂ、及び該隔壁２２ｂの内側に位置する、２つの液晶層２４の一部（サブ部２４ｂ）を併せた部分（境界部分Ｐ）の光透過率が、見かけ上、該部分に接する、２つの液晶層２４の残部（メイン部２４ａ）の光透過率の概ね中間の値となる。
【００４２】
結果として、各隔壁２２ｂ、及び該隔壁２２ｂに接する２つの液晶層２４の該隔壁２２ｂの内側に位置する一部（サブ部２４ｂ）を併せた部分（境界部分Ｐ）と、該部分に接する、各液晶層２４の残部（メイン部２４ａ）との境界での光透過率の不連続の度合を低減できる。
【００４３】
また、隔壁２２ｂの光透過率は、前記所定範囲の上限値と下限値との間の値であるため、液晶層２４の光透過率に関わらず、境界部分Ｐの光透過率と、該境界部分Ｐに接する各メイン部２４ａの光透過率との差を極力小さくすることができる。
【００４４】
また、スペーサ２２は、前記入射方向（Ｚ軸方向）に直交する仮想平面（ＸＹ平面）に沿ってマトリクス状に配列（２次元配列）された複数の柱体２２ａを含み、隔壁２２ｂは、隣り合う２つの柱体２２ａのうち、一方の柱体２２ａの側面に一端が連続し、他方の柱体２２ａの側面に他端が連続している。
【００４５】
この場合、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙を全域に亘って安定して維持することができる。
【００４６】
また、柱体２２ａの光の入射方向に直交する断面の幅は、隔壁２２ｂの波の高さに等しく設定されているため、メイン部２４ａを正方形状に形成できる。
【００４７】
また、デジタルカメラ１００は、撮像レンズ１０と、該撮像レンズ１０を介して取り込まれた被写体の画像を電気信号に変換する撮像素子１２と、撮像レンズ１０と撮像素子１２との間に配置され、撮像レンズ１０を介して入射される所定の波長帯の光の光量を減少させる減光フィルタ１６と、を備えている。この場合、撮影画像の品質の向上を図ることができる。
【００４８】
なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示されるように、一対の透明基板２０ａ、２０ｂの間隙に形成された各領域内に配置される光透過率変化層として、水及び着色された油を含む層を採用することとしても良い。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）には、それぞれ光透過率変化層に電圧を印加する前及び後の状態が示されている。
【００４９】
この場合、エレクトロウェッティングの原理で各光透過率変化層の光透過率を変更できるとともに、偏光板が不要になり、構造を簡素化することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、隔壁２２ｂは、矩形波形状に形成されているが、これに限らず、例えば三角波形状、鋸波形状、正弦波形状、台形波形状等の他の波形状に形成されても良い。
【００５１】
また、上記実施形態では、液晶層２４の光透過率が変化する所定範囲は、０％〜１００％とされているが、これに限らず、要は、０％〜１００％の少なくとも一部を含む範囲であれば良い。この場合、隔壁の光透過率は、上記所定範囲の中間の値であることが好ましい。
【００５２】
また、上記実施形態では、隔壁２２ｂの光透過率は、液晶層２４の光透過率が変化する所定範囲の上限値と下限値との間の値とされているが、これ以外の値であっても良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、スペーサ２２は、柱体２２ａを有しているが、有していなくても良い。この場合、隔壁同士を連続させても良い。
【００５４】
また、上記実施形態では、複数の柱体２２ａは、マトリクス状に配列されているが、これに限らず、要は、Ｚ軸に直交する仮想平面に沿って２次元配列されていれば良い。
【００５５】
また、上記実施形態では、各柱体２２ａは、正四角柱形状とされているが、これに限らず、例えば円柱形状、楕円柱形状、正四角柱以外の多角柱形状等とされても良い。
【００５６】
また、上記実施形態では、光透過率変化層は、液晶材料で構成されているが、これに限らず、例えばプラズマ材料等の他の材料で構成されても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、減光フィルタ１６で光量が減少される光の波長帯は、可視光帯とされているが、他の波長帯であっても良い。
【００５８】
また、上記実施形態では、減光フィルタ１６は、撮像素子１２と一体的に設けられているが、これに限らず、要は、撮像レンズ１０と撮像素子１２との間に配置されていれば良い。
【００５９】
また、上記実施形態では、各隔壁２２ｂは、ＸＹ断面が、例えば３／２周期分の矩形波形状とされているが、これに限らず、要は、１周期分以上の波形状であることが好ましい。
【００６０】
また、上記実施形態では、撮像装置として、静止画及び動画を選択的に撮影可能なデジタルスチルカメラが採用されているが、これに限らず、例えば、静止画のみを撮影可能なデジタルスチルカメラ、動画及び静止画を選択的に撮影可能なデジタルビデオカメラ、動画のみを撮影可能なデジタルビデオカメラ等が採用されても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１０…撮像レンズ、１２…撮像素子、１６…減光フィルタ、２０ａ、２０ｂ…透明基板（基板）、２２…スペーサ、２２ａ…柱体、２２ｂ…隔壁、２４…液晶層（光透過率変化層）、２６ａ、２６ｂ…偏光板、２８ａ、２８ｂ…透明電極（電極部材）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６２】
【特許文献１】特開２００９−２７６４９６号公報
【図１】
2014153558.tif 000003
【図２】
2014153558.tif 000004
【図３】
2014153558.tif 000005
【図４】
2014153558.tif 000006
【図５】
2014153558.tif 000007
【図６】
2014153558.tif 000008
【図７】
2014153558.tif 000009
【図８】
2014153558.tif 000010
【図９】
2014153558.tif 000011
【図１０】
2014153558.tif 000012