(57)【要約】【課題】被写体像からの直線偏光による影響を受けること無く良好な画像を撮影する上で有利な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１００はケース１１に組み込まれた鏡筒１０を有し、この鏡筒１０の内部に、撮影光学系１２と、撮像素子１４と、調光手段１６とが組み込まれている。調光手段１６は、光軸２上に配設され撮影光学系１２を通って撮像素子１４に至る光の光量を調整するものであり、デポラライザー２０と、液晶光学素子１８と、偏光板２２と、絞り２４と、駆動機構２６とで構成されている。デポラライザー２０は液晶光学素子１８の光入射面側の光路箇所に配設され該デポラライザー２０に入射する光に含まれる偏光である完全偏Ｓ光または部分偏光を非偏光に変換して液晶光学素子１８に出射するように構成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系と、
前記撮影光学系によって結像された被写体像を検出する撮像素子と、
前記撮影光学系の光路上に配設され該撮影光学系を通って前記撮像素子に至る光の光量を調整する調光手段とを有し、
前記調光手段は直線偏光のみを通過させる偏光手段を含む撮像装置において、前記偏光手段の光の入射側の光路箇所にデポラライザーを設け、前記デポラライザーにより該デポラライザーに入射する光に含まれる完全偏光または部分偏光を非偏光に変換して前記偏光手段に導くように構成した、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記偏光手段は液晶光学素子を有し、前記液晶光学素子は互いに対向した基体間に液晶を封入して構成され、前記液晶はネガ型液晶をホスト材料とするゲスト−ホスト型液晶であり、前記ゲスト−ホスト液晶はそれに印加される電圧の値に応じて該ゲスト−ホスト型液晶の光透過率が変化するとともに１軸の光学軸が発生あるいは消滅するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記偏光手段は、直線偏光のみを通過させる偏光板をさらに有し、前記ゲスト−ホスト型液晶に電圧を印加することによって、前記ゲスト−ホスト型液晶における光の透過量が変化するとともに、前記偏光板の偏光軸と前記ゲスト−ホスト型液晶の偏光軸との関係によるクロスニコル効果が生じ、前記調光手段による光量の調整は、前記ゲスト−ホスト型液晶における光透過率の変化と前記クロスニコル効果の双方によってなされることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記偏光手段は、直線偏光のみを通過させる偏光板を有し、前記偏光板は、前記光路上に挿入される挿入位置と、前記光路上から退避した退避位置との間を移動可能に設けられ、前記調光手段は、前記偏光板を含んで構成され、前記偏光板を前記挿入位置と退避位置の間で移動させることにより前記光路上に位置する前記偏光板の面積を変え、これにより前記光量が調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記調光手段は、前記光路上に設けられた開口の大きさを変更することにより光の光量を調整する絞りを含んで構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
前記ゲスト−ホスト型液晶は、二色性ゲスト−ホスト型液晶であることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項７】
前記デポラライザーは、３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲で光学位相が０．２５π±０．０５πの範囲内となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置には、撮像素子に入射される光の光量を調整する調光装置が設けられている。このような調光装置として光が通過する開口の大きさを機械的に調整する絞りが用いられてきたが、占有スペースが大きい欠点があり、撮像装置の小型化を図る上で問題となっていた。
このため、機械的な絞りよりも占有スペースが少なくて済む液晶光学素子を用いた調光装置が提案されている（例えば、特開２００２−８２３５８号公報）。
このような調光装置は、ゲスト−ホスト型液晶と、偏光板とを組み合わせた構成となっており、前記ゲスト−ホスト型液晶の偏光軸と前記偏光板の偏光軸とによって生じるクロスニコル効果を利用してこれらゲスト−ホスト型液晶と偏光板を通過する光の光量を調整するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような調光装置は、ゲスト−ホスト型液晶や偏光板が偏光軸を有しているため、被写体からの光が直線偏光を含むものであった場合、その直線偏光の偏光方向が前記調光装置の偏光軸と交差すると、その直線偏光が調光装置を通過できず、撮像装置によって撮像した被写体像の一部が著しく暗くなるといった不都合が生じるおそれがある。このような直線偏光が生じる被写体としては例えば携帯電話機やノートパソコンの液晶表示器がある。このような液晶表示器はその表面部分に設けられた偏光板によって入射した光を直線偏光に変換して反射する作用を有しているため前述の不具合を生じる。
本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、被写体像からの直線偏光による影響を受けること無く良好な画像を撮影する上で有利な撮像装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、撮影光学系と、前記撮影光学系によって結像された被写体像を検出する撮像素子と、前記撮影光学系の光路上に配設され該撮影光学系を通って前記撮像素子に至る光の光量を調整する調光手段とを有し、前記調光手段は直線偏光のみを通過させる偏光手段を含む撮像装置において、前記偏光手段の光の入射側の光路箇所にデポラライザーを設け、前記デポラライザーにより該デポラライザーに入射する光に含まれる完全偏光または部分偏光を非偏光に変換して前記偏光手段に導くように構成したことを特徴とする。
そのため、直線偏光が撮影光学系に入射した場合、その直線偏光はデポラライザーによって非偏光に変換されてから偏光手段に入射されるので、前記非偏光は、偏光手段による影響を受けることがない。このため、被写体からの直線偏光が偏光手段によって阻止されることによって撮像素子に結像される被写体像に暗い部分が発生することを防止できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による撮像装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施の形態における撮像装置の主として鏡筒部分を示す構成図、図２（Ａ）はゲスト−ホスト型液晶に電圧が印加されていない状態を示す動作説明図、（Ｂ）はゲスト−ホスト型液晶に電圧が印加されている状態を示す動作説明図である。図３（Ａ）乃至（Ｃ）は光軸方向から見た偏光板の動作説明図、図４（Ａ）乃至（Ｃ）は光軸方向から見た絞りの動作説明図、図５（Ａ）は調光手段における透過率の変化を示す線図、（Ｂ）は調光手段の動作説明図、図６はデポラライザーのリタデーション特性図、図７はデポラライザーと１軸性結晶材料を組合わせた状態における分光特性図である。
【０００６】
図１に示すように、撮像装置１００は、ケース１１と、ケース１１に組み込まれた鏡筒１０を有し、この鏡筒１０の内部に、撮影光学系１２と、撮像素子１４と、調光手段１６とが組み込まれている。
撮影光学系１２は、被写体像を光路４を経て撮影素子１４上に結像するものであって、第１乃至第３のレンズ群１２０２、１２０４、１２０６を有している。これら第１乃至第３のレンズ群１２０２、１２０４、１２０６は、光軸２上に間隔をおいて設けられ、第１のレンズ群１２０２は鏡筒１０の先端に、第２のレンズ群１２０４は第１のレンズ群１２０２の後方に、第３のレンズ群１２０６は第２のレンズ群１２０４の後方にそれぞれ配置されている。
撮像素子１４は、例えばＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサなどによって構成され、光軸２上で第３のレンズ群１２０６の後方の鏡筒１０箇所に組み込まれ、第３のレンズ群１２０６を通って被写体像を構成する光束を受光して検出することにより、撮像信号を出力するように構成されている。前記撮像信号は、不図示の信号処理回路によって処理されることにより、動画や静止画を表す映像信号が生成される。
調光手段１６は、光路４上に配設され、撮影光学系１２を通って撮像素子１４に至る光の光量を調整するものである。
本実施の形態では、調光手段１６は、デポラライザー２０と、液晶光学素子１８と、偏光板２２と、絞り２４と、駆動機構２６とで構成され、偏光手段は、液晶光学素子１８と偏光板２２とで構成され、デポラライザー２０、液晶光学素子１８、偏光板２２、絞り２４は、光の進行方向に沿ってこの順番で配設されている。
【０００７】
次に、液晶光学素子１８および偏光板２２の構成について詳細に説明する。
まず、液晶光学素子１８単体について説明する。
図２に示すように、液晶光学素子１８は、２枚の透明基板（不図示）の間に、二色性ゲスト−ホスト型液晶１９（以下ＧＨ液晶という）を封入することで構成されている。なお、本実施の形態では、ＧＨ液晶１９のホスト材料としてネガ型のホスト材料を用いたが、ポジ型のホスト材料を用いてもよい。
ネガ型のＧＨ液晶１９は、前記各透明基板に形成された電極間に電圧を印加しない状態では図２（Ａ）に示すように、液晶分子１９０２および二色性染料分子１９０４の分子長軸方向が光の進行方向と一致するため、すなわち１軸の光学軸が発生していないので光がＧＨ液晶１９に吸収されず、ＧＨ液晶１９の光透過率が最大値となる。
一方、前記電極間に電圧を印加した状態では図２（Ｂ）に示すように、液晶分子１９０２および二色性染料分子１９０４の分子長軸方向が光の進行方向と直交するため、すなわち１軸の光学軸が発生することによって光がＧＨ液晶１９に吸収されＧＨ液晶１９の光透過率が低下する。ＧＨ液晶１９に発生する１軸の光学軸はＧＨ液晶１９に印加される電圧に応じて増減するため、ＧＨ液晶の光透過率は前記電圧に応じた値となる。この際、ＧＨ液晶１９は１軸の光学軸が発生することで偏光軸も発生する。
【０００８】
次に、液晶光学素子１８と偏光板２２を組み合わせた構成について説明する。
図２（Ａ）に示すように、光路上においてＧＨ液晶１９の前方箇所に偏光板２２を配置した状態でＧＨ液晶１９に電圧を印加しない場合には、偏光板２２の偏光軸に沿った直線偏光のみが偏光板２０を通過し光透過率の高い状態のＧＨ液晶１９を通過する。
一方、図２（Ｂ）に示すように、光路上においてＧＨ液晶１９の前方箇所に偏光板２２を配置した状態でＧＨ液晶１９に電圧を印加した場合には、偏光板２０の偏光軸とＧＨ液晶１９に発生した偏光軸との関係によってクロスニコル効果が発生する。したがって、偏光板２０を通過した前記直線偏光は、ＧＨ液晶１９によって吸収されるとともに、前記クロスニコル効果によっても吸収される。すなわち、ＧＨ液晶１９のみを設けた場合に比較してＧＨ液晶１９を通過する光の光量はさらに低下する。この際、ＧＨ液晶１９に発生する１軸の光学軸はＧＨ液晶１９に印加される電圧に応じて増減するため、クロスニコル効果の度合いも前記電圧に応じた強さとなる。
なお、偏光板２２をＧＨ液晶１９の後方箇所、すなわち光の出射側箇所に配置しても上記と同様のクロスニコル効果が生じることは勿論である。
このように液晶光学素子１８および偏光板２２の組み合わせることによって、クロスニコル効果を生じさせてＧＨ液晶１９単体での光透過率の最低値よりも低い値の光透過率を得ることができ、これにより光透過率の調整範囲の拡大を図っている。
また、液晶光学素子１８および偏光板２２は、それぞれ１軸の光学軸を有することにより液晶光学素子１８および偏光板２２を通過する光を直線偏光に変換して出射している。
【０００９】
図１、図３に示すように、偏光板２２は、光路４と直交する上下方向に移動可能に構成されている。
すなわち、偏光板２２は、液晶光学素子１８よりも光の入射側の箇所で光路４上に挿入される挿入位置（図３（Ｃ））と、光路４上から退避した退避位置（図３（Ａ））との間を移動できるように構成され、駆動機構２６によって上下方向に移動されることにより、前記挿入位置と退避位置の間の任意の位置に設定される。
したがって、偏光板２２を挿入位置と退避位置の間で移動させることにより光路４上に位置する偏光板２２の面積を変え、これにより撮像素子１４に至る光の光量を調整することができるように構成されている。
【００１０】
図４に示すように、絞り２４は、光路４を挟んで上下方向に配設されるとともに、それぞれ上下方向に移動可能に構成された上アイリス羽根２４０２と下アイリス羽根２４０４とを有している。上アイリス羽根２４０２、下アイリス羽根２４０４の各凹部２４０２Ａ、２４０４Ａによって光路４上に開口２４０６が構成されている。
そして、上アイリス羽根２４０２、下アイリス羽根２４０４が駆動機構２６によって上下方向に互いに逆方向に連動して移動されることにより、開口２４０６の面積が任意の面積に設定される。
したがって、開口２４０６の面積を増減することによって撮像素子１４に至る光の光量を調整することができるように構成されている。
【００１１】
デポラライザー２０は、光入射面と光出射面を有して薄板状に形成され液晶光学素子１８の光入射面側の光路４箇所に配設されている。本実施の形態では、デポラライザー２０は、前記光入射面および光出射面と光軸２とがなす角度が９０度となるように設けられている。なお、デポラライザー２０は、施光性を有するので、デポラライザー２０の光入射面および光出射面と光軸２とがなす角度は９０度以外の角度であってもよい。
デポラライザー２０は、該デポラライザー２０に入射する光に含まれる完全偏光または部分偏光を非偏光に変換して液晶光学素子１８に出射するように構成されている。
なお、完全偏光とは、光の電界を示すベクトルの終点が直線、円、楕円を描くような光（直線偏光、円偏光、楕円偏光）であり、非偏光とはあらゆる状態の偏光を均等に含んだ光であり、部分偏光とは完全偏光と非偏光が混在した光である。
また、本実施の形態では、図６に示すようなリタデーション特性を有するデポラライザー２０を用いた。そのリタデーション値（光学位相値）は、波長３８０ｎｍ乃至７００ｎｍの可視域において０．２５π±０．０５πの範囲内の値であり、撮像素子１４に結像される被写体像に悪影響を与えることがない値となっている。
また、本実施の形態で用いたデポラライザー２０を２つの１軸性結晶材料（偏光板）で挟んだ状態で分光特性を測定した結果を図７に示す。
図７に示すように、波長３８０ｎｍ乃至７００ｎｍの可視域において、無偏光、楕円偏光、円偏光、直線偏光のそれぞれの透過率がほぼ一致しており、分光特性に変化が無く、撮像素子１４に結像される被写体像に悪影響を与えることがないような特性となっている。
【００１２】
次に、図５を参照して調光手段１６の動作について説明する。
図５（Ａ）は横軸に撮影光学系１２の明るさを示すＦナンバーをとり、縦軸に調光手段１６全体の光透過率をとっている。
Ｆナンバーの値Ｆ１乃至Ｆ５は明るさの段階を示している。
ＦナンバーがＦ１では、ＧＨ液晶１９に電圧が印加されておらず、偏光板２２が退避位置に位置し、絞り２４の開口２４０６は最大面積となっている。このときの絞り２４の開口２４０６は全開となっている。例えば、このときの調光手段１６の光透過率は８５％程度である。
ＦナンバーがＦ１より大きくＦ３未満の範囲では、ＧＨ液晶１９に電圧が印加されておらず、偏光板２２が光路４上に進入することで、光路４上に位置する偏光板１８の面積が変化しこれにより光量が調整される。このときの絞り２４の開口２４０６は全開となっている。例えばこのときの調光手段１６の光透過率は８５％乃至４０％程度である。
ＦナンバーがＦ３では、ＧＨ液晶１９に電圧が印加されておらず、偏光板２２が挿入位置に位置し光路４上に位置する偏光板１８の面積が最大となっている。このときの絞り２４の開口２４０６は全開となっている。例えば、このときの調光手段１６の光透過率は４０％程度である。
ＦナンバーがＦ３より大きくＦ４未満の範囲では、ＧＨ液晶１９に電圧が印加されることで、偏光板２０を通過した前記直線偏光が１軸の光学軸が発生したＧＨ液晶１９によって吸収されるとともに、前記クロスニコル効果によっても吸収されることで光量が調整される。すなわちＧＨ液晶１９に印加される電圧調整によって光量が調整される。このときの絞り２４の開口２４０６は全開となっている。例えば、このときの調光手段１６の光透過率は４０％乃至５％程度である。
ＦナンバーがＦ４以上の範囲では、ＧＨ液晶１９に電圧が印加された状態で、さらに絞り２４の開口２４０６が小さくなるように変化させることで光量が調整される。例えば、開口２４０６を変化させることによって、調光手段１６の光透過率は５％以下となる。
したがって、調光手段１６の光透過率を、上述したように例えば８５％乃至５％以下までの広い範囲にわたって制御できるので、夜間屋外などの低輝度な環境から晴天下のスキー場などの高輝度な環境にわたって良好な露光が可能となる。
【００１３】
次に、撮像装置１００の作用および効果について説明する。
撮像装置１００によって被写体を撮影した際、被写体から直線偏光が撮影光学系１２に入射すると、その直線偏光は、第１、第２のレンズ群１２０２、１２０４によって集束され光路４を通ってデポラライザー２０に入射される。
デポラライザー２０に入射された直線偏光は、該デポラライザー２０によって非偏光に変換され液晶光学素子１８に入射される。
偏光板２２が退避位置に位置し、液晶光学素子１８のＧＨ液晶１９に電圧が印加されていない場合には、前記非偏光に変換された光は液晶光学素子１８をそのまま通過し、絞り２４および第３レンズ群１２０６を介して撮像素子１４に至り被写体像が結像される。
また、光路４上に偏光板２２が位置し、かつ、液晶光学素子１８のＧＨ液晶１９に電圧が印加されていない場合には、前記非偏光に変換された光は液晶光学素子１８をそのまま通過した後、偏光板２２を通過することで直線偏光に変換され、絞り２４および第３レンズ群１２０６を介して撮像素子１４に至り被写体像が結像される。
また、光路４上に偏光板２２が位置し、かつ、液晶光学素子１８のＧＨ液晶１９に電圧が印加された場合には、前記非偏光に変換された光は液晶光学素子１８および偏光板２２を通過することで直線偏光に変換され、絞り２４および第３レンズ群１２０６を介して撮像素子１４に至り被写体像が結像される。
したがって、直線偏光が撮影光学系１２に入射した場合、その直線偏光はデポラライザー２０によって非偏光に変換されてから液晶光学素子１８および偏光板２２に入射されるので、前記非偏光は、液晶光学素子１８や偏光板２２の偏光軸による影響を受けることがない。このため、被写体からの直線偏光が液晶光学素子１８や偏光板２２によって阻止されることにより、撮像素子１４に結像される被写体像に暗い部分が発生する不具合を解消することができる。
すなわち、本実施の形態の撮像装置１００によれば、調光手段１６の光透過率を広い範囲にわたって制御しつつ、被写体像からの直線偏光による影響を受けること無く良好な画像を撮影する上で有利となる。
【００１４】
なお、本実施の形態では、調光手段１６において、偏光板２２を液晶光学素子１８よりも光出射側の光路４箇所に配設したが、逆に偏光板２２を液晶光学素子１８よりも光入射側の光路４箇所に配設してもよい。
また、本実施の形態では、調光手段１６に絞り２４を設けため、偏光板２２および液晶光学素子１８のみによって得られる光透過率の最低値よりもさらに低い光透過率を得ることができる。しかしながら、偏光板２２および液晶光学素子１８のみで所望の低い光透過率が得られるのであれば、調光手段１６から絞り２４を省いて調光手段１６および撮像装置１００のさらなる小型化を図ることができる。
また、偏光板２２を退避位置と挿入位置との間で移動可能に設けたが、必要な光透過率を得ることができるのであれば、偏光板２２を常時光路４上に位置させるようにしてもよい。
また、偏光板２２を省き、液晶光学素子１８のみによって光透過率を制御するように構成してもよい。この場合、ＧＨ液晶１９に電圧が印加されるとＧＨ液晶１９に偏光軸が生じるが、デポラライザー２０によって、直線偏光が非偏光に変換されてＧＨ液晶１９に入射されるので、本実施の形態と同様に、撮像素子１４に結像される被写体像に暗い部分が発生する不具合を防止することができる。
また、λ／２波長板とλ／４波長板を組み合わせることにより、完全偏光または部分偏光を非偏光に変換して出射させることができる。したがって、デポラライザー２０に代えて前記λ／２波長板とλ／４波長板を用いても同様の作用効果を得ることができる。
また、本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視カメラなど種々の撮像装置に適用可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被写体像からの直線偏光による影響を受けること無く良好な画像を撮影する上で有利な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態における撮像装置の主として鏡筒部分を示す構成図である。
【図２】（Ａ）はゲスト−ホスト型液晶に電圧が印加されていない状態を示す動作説明図、（Ｂ）はゲスト−ホスト型液晶に電圧が印加されている状態を示す動作説明図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）は光軸方向から見た偏光板の動作説明図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は光軸方向から見た絞りの動作説明図である。
【図５】（Ａ）は調光手段における透過率の変化を示す線図、（Ｂ）は調光手段の動作説明図である。
【図６】デポラライザーのリタデーション特性図である。
【図７】デポラライザーと１軸性結晶材料を組合わせた状態における分光特性図である。
【符号の説明】
１００……撮像装置、１２……撮影光学系、１４……撮像素子、１６……調光手段、１８……液晶光学素子、１９……ＧＨ液晶、２０……デポラライザー、２２……偏光板、２４……絞り。
【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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