(57)【要約】【課題】  液晶を用いたシャッタと比べて、シャッタを開放した光透過時の光量損失を小さくすること。【解決手段】  一対のガラス基板１１，１９にそれぞれ透明電極１２，１８を設け、透明電極１２上に透明な絶縁層１３を設け、絶縁層１３の表面に親油性処理層１４と撥水性処理層１５を並置して成る遮光調節層１００を設ける。遮光調節層１００上には遮光性油膜１６を形成し、遮光性油膜１６と透明電極１８との間隙に電解液１７を充填する。このような構成のシャッタ素子１０の透明電極１２，１８間に電圧を印加すると、遮光調節層１００の作用により遮光性油膜１６の厚さ分布が変り、遮光性油膜１６の厚さがほぼ零の部分領域を入射光が透過する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明電極が形成された第１の透明基板と、
前記第１の透明電極を覆って形成された絶縁層と、
前記絶縁層の表面に、撥水性処理層と親油性処理層とを並置して形成された遮光調節層と、
前記遮光調節層の表面に形成された遮光性の油膜と、
第２の透明電極が形成された第２の透明基板と、
前記油膜と前記第２の透明電極が対向配置されて形成される間隙に充填された電解液とを有することを特徴とするシャッタ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のシャッタ素子において、
前記遮光調節層は、撥水性処理層と親油性処理層とを所定のピッチで縞状に配列して形成したことを特徴とするシャッタ素子。
【請求項３】
請求項２に記載のシャッタ素子と、
前記第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、
前記縞状の撥水性処理層の配列方向のピッチと寸法は、前記撮像素子の前記配列方向の画素のピッチと寸法に応じた値であることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載のシャッタ素子と、
前記第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、
前記縞状の撥水性処理層の配列方向のピッチは、前記撮像素子の前記配列方向の画素のピッチと、前記撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、
前記縞状の撥水性処理層の配列方向の寸法は、前記撮像素子の前記配列方向の画素の寸法と、前記撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定されることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載のシャッタ素子において、
前記遮光調節層は、撥水性処理層と親油性処理層とを所定のピッチで格子状に配列して形成したことを特徴とするシャッタ素子。
【請求項６】
請求項５に記載のシャッタ素子と、
前記第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、
前記格子状の撥水性処理層の第１の配列方向のピッチと寸法は、前記撮像素子の前記第１の配列方向の画素のピッチと寸法に応じた値であり、
前記格子状の撥水性処理層の第１の配列方向と直交する第２の配列方向のピッチと寸法は、前記撮像素子の前記第２の配列方向の画素のピッチと寸法に応じた値であることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項５に記載のシャッタ素子と、
前記第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、
前記格子状の撥水性処理層の第１の配列方向のピッチは、前記撮像素子の前記第１の配列方向の画素のピッチと、前記撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、
前記格子状の撥水性処理層の第１の配列方向の寸法は、前記撮像素子の前記第１の配列方向の画素の寸法と、前記撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、
前記格子状の撥水性処理層の第１の配列方向と直交する第２の配列方向のピッチは、前記撮像素子の前記第２の配列方向の画素のピッチと、前記撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、
前記格子状の撥水性処理層の第２の配列方向の寸法は、前記撮像素子の前記第２の配列方向の画素の寸法と、前記撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定されることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１、２または５に記載のシャッタ素子と、
前記シャッタ素子を駆動制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とするシャッタ装置。
【請求項９】
被写体光を入射させ、被写体像を形成する撮像レンズと、
請求項３，４，６または７に記載の撮像装置とを備え、
前記シャッタ素子により前記被写体光を選択的に前記撮像素子に結像させ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、シャッタ素子およびこのシャッタ素子を備えるカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラのシャッタには、遮光部材を機械式で作動させる機械式シャッタや液晶の遮光性を利用する液晶シャッタなどがある。液晶シャッタは、液晶セルを偏光方向が直交する２枚の偏光フィルタで挟んだ構造であり、液晶分子の配向方向を電界で制御することにより遮光と透過の動作を行うものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１２６３９号公報（第２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の液晶シャッタは、偏光フィルタを用いるので、光透過時に光量損失が生じるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明のシャッタ素子は、第１の透明電極が形成された第１の透明基板と、第１の透明電極を覆って形成された絶縁層と、絶縁層の表面に、撥水性処理層と親油性処理層とを並置して形成された遮光調節層と、遮光調節層の表面に形成された遮光性の油膜と、第２の透明電極が形成された第２の透明基板と、油膜と第２の透明電極が対向配置されて形成される間隙に充填された電解液とを有することを特徴とする。
【０００６】
（２）請求項２に係る発明のシャッタ素子は、請求項１のシャッタ素子において、遮光調節層は、撥水性処理層と親油性処理層とを所定のピッチで縞状に配列して形成することが好ましい。
請求項３に係る発明の撮像装置は、請求項２のシャッタ素子と、第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、縞状の撥水性処理層の配列方向のピッチと寸法は、撮像素子の配列方向の画素のピッチと寸法に応じた値であることが好ましい。
請求項４に係る発明の撮像装置は、請求項２のシャッタ素子と、第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、縞状の撥水性処理層の配列方向のピッチは、撮像素子の配列方向の画素のピッチと、撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、縞状の撥水性処理層の配列方向の寸法は、撮像素子の配列方向の画素の寸法と、撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定されてもよい。
【０００７】
（３）請求項５に係る発明のシャッタ素子は、請求項１のシャッタ素子において、遮光調節層は、撥水性処理層と親油性処理層とを所定のピッチで格子状に配列して形成することが好ましい。
請求項６に係る発明の撮像装置は、請求項５のシャッタ素子と、第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、格子状の撥水性処理層の第１の配列方向のピッチと寸法は、撮像素子の第１の配列方向の画素のピッチと寸法に応じた値であり、格子状の撥水性処理層の第１の配列方向と直交する第２の配列方向のピッチと寸法は、撮像素子の第２の配列方向の画素のピッチと寸法に応じた値であることが好ましい。
請求項７に係る発明の撮像装置は、請求項５のシャッタ素子と、第１または第２の透明基板に近接して対向配置され、２次元配列された画素を有する撮像素子とを備え、格子状の撥水性処理層の第１の配列方向のピッチは、撮像素子の第１の配列方向の画素のピッチと、撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、格子状の撥水性処理層の第１の配列方向の寸法は、撮像素子の第１の配列方向の画素の寸法と、撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、格子状の撥水性処理層の第１の配列方向と直交する第２の配列方向のピッチは、撮像素子の第２の配列方向の画素のピッチと、撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定され、格子状の撥水性処理層の第２の配列方向の寸法は、撮像素子の第２の配列方向の画素の寸法と、撥水性処理層に入射する光の入射角とに応じて設定されてもよい。
【０００８】
（４）請求項８に係る発明のシャッタ装置は、請求項１、２または５のシャッタ素子と、シャッタ素子を駆動制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項９に係る発明のカメラは、被写体光を入射させ、被写体像を形成する撮像レンズと、請求項３，４，６または７の撮像装置とを備え、シャッタ素子により被写体光を選択的に撮像素子に結像させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のシャッタ素子によれば、偏光フィルタが不要となり、液晶を用いたシャッタに比べて光量損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態によるシャッタ素子およびこれを備えるカメラについて、図１〜７を参照しながら説明する。
〈第1の実施の形態〉
図１は、本発明の第1の実施の形態によるシャッタ素子が搭載される一眼レフカメラの構成を模式的に示す構成図である。一眼レフカメラ１は、交換レンズをカメラボディに装着するためのレンズマウント２と、クイックリターンミラー３と、ペンタプリズム４と、接眼レンズ５と、光学ローパスフィルタ６と、シャッタ素子１０と、ドライバ２０と、撮像素子７とを備える。ドライバ２０は、シャッタ素子１０へ電力を供給する電源回路２０ａと、この電源回路２０ａの電力供給動作を制御する制御回路２０ｂとを有する。シャッタ素子１０は、光学ローパスフィルタ６と撮像素子７との間に配置され、撮像素子７に近接または接触している。少なくともシャッタ素子１０と撮像素子７とから撮像装置が構成され、少なくともシャッタ素子１０とドライバ２０とからシャッタ装置が構成される。
【００１１】
被写体から発せられた被写体光Ｌ１は、不図示の交換レンズを介してクイックリターンミラー３へ入射する。クイックリターンミラー３で上方に反射された被写体光Ｌ１は、ペンタプリズム４で反射され、接眼レンズ５により被写体像として観察される。
【００１２】
また、レリーズ操作によりクイックリターンミラー３が上方に跳ね上げられると、不図示の交換レンズを通った被写体光Ｌ１は、そのまま直進し、光学ローパスフィルタ６を透過してシャッタ素子１０へ入射する。レリーズ操作をすると、ドライバ２０により、シャッタ素子１０が光を透過する状態に制御されるので、被写体光Ｌ１は、撮像素子７の撮像面に結像する。
【００１３】
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態のシャッタ素子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シャッタ素子１０の構造を模式的に示す断面図である。図３は、図２のＩ−Ｉから見た断面を模式的に示す図である。ガラス基板１１，１９には、それぞれ透明電極１２，１８が設けられ、一対のガラス基板１１，１９は、透明電極１２，１８が対向するように平行配置されている。一対のガラス基板１１，１９は、封止部材１０ａの厚さにより所定間隔に保持され、この封止部材１０ａにより、後述する液状の遮光性油膜１６と電解液１７が外部に漏洩することを阻止している。透明電極１２，１８は、例えばＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)膜で形成される。
【００１４】
ガラス基板１１の透明電極１２が設けられた表面は、透明な絶縁層１３により全面が覆われ、絶縁層１３の表面には、親油性処理層１４と撥水性処理層１５を並置して成る遮光調節層１００が形成されている。親油性処理層１４と撥水性処理層１５は、図３（ａ）に示されるように、ｙ方向に延在するストライプとして交互に配設されている。親油性処理層１４は、無極性で油との親和性が強く、例えば、油脂、鉱油等の脂肪族、芳香族炭化水素が用いられる。撥水性処理層１５は、表面張力が小さいため水との界面張力が大きく、例えば、パラフィン、ワックス等の炭化水素誘導体、脂肪酸誘導体、フルオロカーボン誘導体が用いられる。
【００１５】
遮光調節層１００の表面には遮光性油膜１６が形成されている。遮光性油膜１６は、例えば常温で液状の油脂であり、親油性処理層１４とは相溶性に富むが、撥水性処理層１５とは濡れ性が低い。遮光性油膜１６と透明電極１８との間隙には、電解液１７が充填されている。遮光性油膜１６と電解液１７とは相溶しないので、その界面は、明瞭な境界面を形成する。
【００１６】
なお、図３（ａ）のように、撥水性処理層１５をストライプ状に配設するのに代えて、図３（ｂ）のように、撥水性処理層１５を格子状に配設してもよい。図３（ｂ）では、遮光調節層１００の撥水性処理層１５以外の領域には親油性処理層１４が設けられている。図３（ａ）と図３（ｂ）では、撥水性処理層１５のパターン形状が異なるだけで、シャッタ素子１０における他の構成は同じである。
【００１７】
図４は、本発明の実施の形態によるシャッタ素子１０の作用を説明するための部分断面図であり、図４（ａ）は、電圧無印加時の状態を示す部分断面図、図４（ｂ）は、電圧印加時の状態を示す部分断面図である。図４（ａ），（ｂ）に示されるように、透明電極１２は、電源回路２０ａのプラス側に、透明電極１８は、電源回路２０ａのマイナス側に接続されている。
【００１８】
図４（ａ）に示されるように、電圧無印加時では、遮光性油膜１６と電解液１７との界面Ｆは、平坦になっており、遮光性油膜１６の厚さは、親油性処理層１４との接触部分でも撥水性処理層１５との接触部分でも同じであり、均一分布となっている。一方、図４（ｂ）の電圧印加時では、遮光性油膜１６は、親油性処理層１４との接触部分で厚く分布し、撥水性処理層１５との接触部分ではほとんど存在せず、厚さはほぼ零である。これは、透明電極１２に移動したプラス電荷と、透明電極１８から注入されて電解液１７を経て界面Ｆまで到達したマイナス電荷とが電気的に引き合い、その力により液状の遮光性油膜１６を親油性処理層１４へ集中させるために生じたものである。界面Ｆが彎曲面となるのは、主として、遮光性油膜１６および電解液１７の粘性や表面張力によるものである。この彎曲面形状は、紙面に垂直ないずれの断面でも同様であり、遮光性油膜１６の厚さがほぼ零である部分領域のみが光を透過する。なお、図３（ｂ）のような格子状パターンの場合は、遮光性油膜１６は、撥水性処理層１５との接触部分だけが凹んだシート状となる。
【００１９】
上述したような構成、作用を有するシャッタ素子１０をカメラに組み込んだ場合のシャッタ機能について説明する。
図５は、本発明の実施の形態によるシャッタ素子１０と撮像素子７の配置を模式的に示す断面図であり、図５（ａ）は、電圧無印加時の状態を示す断面図であり、図５（ｂ）は、電圧印加時の状態を示す断面図である。シャッタ素子１０のガラス基板１１が撮像素子７の撮像面に対向するように配置され、被写体光Ｌ１は、図中、左から右へ進む。電源回路２０ａは図示を省略するが、レリーズ操作時に、設定されたシャッタスピードに応じた時間だけ電源回路２０ａから透明電極１２，１８へ直流電圧が印加される。
【００２０】
ここで、図６を参照して撮像素子７の平面構造を説明する。図６は、撮像素子７の構造を模式的に示す平面図である。撮像素子７は、公知のインターライン型ＣＣＤと呼ばれる光電変換デバイスであり、画素と呼ばれる受光部７ａ、垂直転送部７ｂおよび水平転送部７ｃから成る。受光部７ａは、格子状に多数配列され、照射された光の強弱に応じた信号電荷を生成し、その信号電荷は、先ず垂直転送部７ｂへ移行し、順次、水平転送部７ｃへ移行して信号電圧として外部に出力される。受光部７ａ以外は、光が入らないように、アルミニウム膜などで遮光されている。
【００２１】
図５（ａ）に示されるように、電圧無印加状態では、遮光性油膜１６がシャッタ素子１０の板面方向（ｘ−ｙ方向）に均一厚さで分布しているため、平行光束の被写体光Ｌ１は、ガラス基板１９、透明電極１８および電解液１７を透過するが、遮光性油膜１６により遮蔽される。つまり、シャッタが閉じた状態である。
【００２２】
一方、図５（ｂ）に示される電圧印加状態では、遮光性油膜１６の厚さ分布が不均一になり、遮光性油膜１６がほとんど存在しない部分領域Ａが生じる。この部分領域Ａは、上述したように、遮光性油膜１６が撥水性処理層１５と接触していた領域であり、撥水性処理層１５の分布にしたがって板面方向（ｘ−ｙ方向）に分布している。平行光束の被写体光Ｌ１がシャッタ素子１０に入射すると、被写体光Ｌ１は、部分領域Ａを透過した後、絶縁層１３、撥水性処理層１５、透明電極１２およびガラス基板１１を順次透過して撮像素子７の撮像面に到達する。つまり、シャッタが開いた状態である。部分領域Ａ以外は、遮光性油膜１６が厚く存在しているので被写体光Ｌ１は透過しない。
【００２３】
被写体光Ｌ１が平行光束の場合は、図５（ｂ）に示される断面では、部分領域Ａのｘ方向の位置と長さを撮像素子７の受光部７ａのｘ方向の位置と入射開口の長さにそれぞれ等しくなるように設定する。すなわち、部分領域Ａのｘ方向の配列ピッチｄと長さａを受光部７ａの配列ピッチｐと寸法（開口径）ｓにそれぞれ等しく設定しているので、ｘ方向では、被写体光Ｌ１を受光部７ａ以外の場所へ導くことなく受光部７ａへ入射させることができ、その結果、適正な画像を取得できる。なお、本実施の形態では、部分領域Ａのｘ方向について説明したが、ｙ方向については、部分領域Ａを透過した被写体光Ｌ１の光束断面の長手方向、すなわち、撮像素子７の画素が連なっている方向であるから、上記のような１画素毎の設定は不要である。また、図３（ｂ）のように、撥水性処理層１５が格子状パターンである場合は、ｙ方向についてもｘ方向と同様に設定すれば、ｘ方向、ｙ方向ともに被写体光Ｌ１を受光部７ａ以外の場所へ導くことなく受光部７ａへ入射させることができるので、シャッタ素子１０を通過した被写体光Ｌ１をすべて受光部７ａへ入射させることができる。
【００２４】
本実施の形態のシャッタ素子１０によれば、液晶シャッタでは必要とされる偏光フィルタは不要であるので、光透過時の光量損失を小さく抑えることができる。また、シャッタ素子１０には、偏光フィルタは不要であるので、入射光が偏光光であっても通常光であっても、そのための部品を付加することなく対応できる。さらに、シャッタ素子１０は、液晶シャッタと比べて、遮光性油膜１６、電解液１７という安価な材料を使用するので、素子全体の製造コストを低く抑えることができる。
【００２５】
〈第２の実施の形態〉
図７は、本発明の第２実施の形態によるシャッタ素子１０Ａと撮像素子７の配置を模式的に示す断面図である。図７は、電圧印加状態において、被写体光Ｌ１が拡がり角をもってシャッタ素子１０Ａに入射する場合を示す。被写体光Ｌ１は、光軸ＡＸ上ではシャッタ素子１０Ａおよび撮像素子７に入射角０°で垂直入射するが、光軸ＡＸから離れるに連れて入射角が大きくなり、斜めに入射する度合いが大きくなる。
【００２６】
本実施の形態のシャッタ素子１０Ａは、第１の実施の形態のシャッタ素子１０と比較して、撥水性処理層１５の分布状態、換言すれば部分領域Ａの位置や寸法が異なるだけで、これ以外の構成は同じである。従って、シャッタ素子１０と同じ構成部品、領域などには同一符号を付し、異なる点のみを説明する。
【００２７】
図７に示される断面では、光軸ＡＸを原点とすると、光軸ＡＸから周辺（＋ｘ方向および−ｘ方向）に向かって部分領域Ａの配列ピッチをｄ1〜ｄ4、長さをａ0〜ａ4とする。一方、撮像素子７では、いずれの受光部７ａでも配列ピッチｐと寸法ｓは同一である。
【００２８】
本実施の形態のシャッタ素子１０Ａでは、部分領域Ａの配列ピッチｄ1〜ｄ4を受光部７ａの配列ピッチｐと同じには設定しない。部分領域Ａの配列ピッチｄ1〜ｄ4はいずれも、受光部７ａの配列ピッチｐに対して一定であるので、ｄ1＝ｄ2＝ｄ3＝ｄ4となる。これを配列ピッチｄ´と置き換え、ｄ´＝ｄ1＝ｄ2＝ｄ3＝ｄ4とすると、配列ピッチｄ´は、ｄ´＝α×ｐで表される。比例係数αは、1以下の数値であり、被写体光Ｌ１の各受光部７ａに対する光の入射角に応じて設定する。
【００２９】
また、部分領域Ａの長さａ0〜ａ4については、光軸ＡＸ上ではａ0＝ｓとすればよいが、光軸ＡＸから離れた部分領域Ａの長さａ1〜ａ4は、受光部７ａの寸法ｓと同じには設定しない。光軸ＡＸからの距離に比例して被写体光Ｌ１の入射角は大きくなるので、受光部７ａの光量損失を避けるために、部分領域Ａの長さａ1〜ａ4を被写体光Ｌ１の各受光部７ａに対する光の入射角に応じて設定する。
【００３０】
上述したように部分領域Ａの配列ピッチｄ1〜ｄ4および長さａ0〜ａ4を設定することにより、部分領域Ａによって被写体光Ｌ１がけられることなく撮像素子７の受光部７ａへ入射させることができ、光量損失がなくなる。その結果、適正な画像を取得できる。なお、光学ローパスフィルタ６は、シャッタ素子１０Ａの前方（撮像レンズ側）に配置されている。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態のシャッタ素子１０Ａによれば、第１の実施の形態のシャッタ素子１０と同様の作用効果を奏する。
なお、第１及び第２の実施の形態では、シャッタ素子１０，１０Ａのガラス基板１１が撮像素子７の撮像面に対向するように配置されているが、ガラス基板１９が撮像素子７の撮像面に対向するように配置されていてもよい。この場合でも、第１及び第２の実施の形態のシャッタ素子１０，１０Ａと同様の作用効果を奏する。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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシャッタ素子が搭載される一眼レフカメラの構成を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るシャッタ素子１０の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉから見た断面を模式的に示す図であり、図３（ａ）は、撥水性処理層１５がストライプ状に配設されている図であり、図３（ｂ）は、撥水性処理層１５が格子状に配設されている図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るシャッタ素子１０の作用を説明するための部分断面図であり、図４（ａ）は、電圧無印加時の状態を示す部分断面図、図４（ｂ）は、電圧印加時の状態を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シャッタ素子１０と撮像素子７の配置を模式的に示す断面図であり、図５（ａ）は、電圧無印加時の状態を示す断面図であり、図５（ｂ）は、電圧印加時の状態を示す断面図である。
【図６】撮像素子７の構造を模式的に示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るシャッタ素子１０Ａと撮像素子７の配置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：一眼レフカメラ
６：光学ローパスフィルタ
７：撮像素子
７ａ：受光部
１０，１０Ａ：シャッタ素子
１０ａ：封止部材
１１，１９：ガラス基板
１２，１８：透明電極
１３：絶縁層
１４：親油性処理層
１５：撥水性処理層
１６：遮光性油膜
１７：電解液
２０：ドライバ
２０ａ：電源回路
２０ｂ：制御回路
１００：遮光調節層
Ａ：部分領域
Ｌ１：被写体光
【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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