(57)【要約】【課題】電気泳動光量調整素子の透明基板に凹凸を持たせて、レンズとしての作用をもたせ、結像系の構成を簡略化させる。【解決手段】実質的に透明な第一、第二基板を対向配置させて、その間隙に電気泳動粒子を配置した光量調整層を有する光量調整素子と撮像素子を組み合わせた撮像装置に関して、前記基板に凹凸形状を形成し、レンズ効果を持たせる。これによって装置全体を簡略化する。【選択図】　　　図１
2004061832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に透明な第一及び第二基板を対向して配置し、対向する前記両基板の少なくとも一方の面に複数の透明電極を備え、該両基板間に電気的な信号を与えて光学的透過率が変化する光量調整層を配置した光量調整素子であって、前記両基板の４つの基板面の少なくとも一面が曲面をなして光学レンズ効果を有することを特徴とする光量調整素子。
【請求項２】
前記光量調整層が複数の透明電極と透明絶縁性液体、及び該透明絶縁性液体中に分散された複数の不透明帯電泳動粒子からなる電気泳動素子であることを特徴とする請求項１記載の光量調整素子。
【請求項３】
前記第一基板と前記第二基板間に形成される光量調整層の厚みが基板上の位置に従って変化することを特徴とする請求項１乃至２記載の光量調整素子。
【請求項４】
前記光量調整層の厚みの厚い領域に遮光膜を配置し、非開口部としたことを特徴とする請求項３記載の光量調整素子。
【請求項５】
前記光量調整素子を通過する光量を測定する光量測定手段を備え、該光量測定手段の出力に応じて前記透明電極に所定の電圧を印加する駆動回路を備えることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
【請求項６】
光路中にレンズおよび撮像素子および請求項１記載の電気泳動光量調整素子を適宜配置したことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像素子の光路中に配置して、該撮像素子に入射する光量を調整するために、入射光量に応じて透過率を変化させて、撮像素子に入射する光量を適正な範囲にすることができる光量調整素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮像素子は一般に適正な光入射がなされたときに正確に画像出力が行える。例えば入射光が強すぎるときはハレーションが生じたり、弱すぎるときは中間調の再現性がわるくなるといった不都合が生じる。
【０００３】
このために、撮像素子に入射する光量を調整する目的で、特開平５−４０２８２には、レンズ系中の絞り部材よりも像面側に配置された正の屈折力又は負の屈折力を持つ少なくとも１つのレンズに、入射光の強弱によって光学的な濃度が変化する光学素子を設けて、通過光量を制御する光量調節手段が開示されている。
【０００４】
係る発明はレンズ系中の絞り部材よりも像面側にフォトクロミックガラスにより構成した正の屈折力又は負の屈折力を持つ少なくとも１つのレンズを配置している。このフォトクロミックガラスが入射光の強弱によって光学的な濃度が変化することで光量調節を行う素子である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−４０２８２で開示された光量調整装置は
・フォトクロミックガラスを用いるため応答速度が遅く、光量調整を瞬時に行うことができない。
・透過率が入射光量とフォトクロミックガラスの着色特性に依存し、透過率の制御が困難である。
といった問題点を抱えている。
【０００６】
またこれら光量調整素子は前記撮像素子に取り付ける際には、レンズなどの光学系を伴うことが多く、実装体積を大きくする要因ともなっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、前記光量調整素子を構成する透明基板の形状をレンズ状とすることによって、光量を調整するだけではなく、レンズ機能を備える素子を提供した。特に本発明は光量調光素子をレンズとして機能させることを特徴としていて、素子の実装体積を小さくする上で効果的である。
【０００８】
本発明の第１の特徴的な構成は、
実質的に透明な第一及び第二基板を対向して配置し、対向する前記両基板の少なくとも一方の面に複数の透明電極を備え、該両基板間に電気的な信号を与えて光学的透過率が変化する光量調整層を配置した光量調整素子であって、前記両基板の４つの基板面の少なくとも一面が曲面をなして光学レンズ効果を有することを特徴とする光量調整素子である。
【０００９】
また本発明は、前記光量調整層が複数の透明電極と透明絶縁性液体、及び該透明絶縁性液体中に分散された複数の不透明帯電泳動粒子からなる電気泳動素子であることを特徴としている。
【００１０】
さらに本発明は、前記第一基板と前記第二基板間に形成される光量調整層の厚みが基板上の位置に従って変化することを特徴とする光量調整素子である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について順に説明する。
【００１２】
図１に本発明の代表的な断面構成図を、図４に本発明の代表的な平面図を示す。一方が平面で一方が曲面の第一基板１と、同様に一方が平面で一方が曲面の第二基板２を、各凸面を外側に向けて対向して配置した。
【００１３】
第一基板１と第二基板２の対向面側には、第一基板１の対向面側には第１電極７と第３電極９を、第二基板２の対向面側には第２電極８と第４電極１０をそれぞれ配置した。それぞれの電極は透明であり、その平面構成は図４に示すようにそれぞれ半径の異なる環状でそれらを同心円状に配置した。
【００１４】
さらに電極表面に絶縁層３を配置して、間隙支持材を介して対向配置した。この空隙中に、電界印加によって光学的透過率が変化する光量調整層として、不透明帯電泳動粒子５を分散した透明絶縁性液体６を充填した。
【００１５】
第一基板１と第二基板２の表面形状は、１つ以上の表面が曲面でかつ本素子を通過する光線束を発散もしくは収束させて、画像を結ぶ構成であれば特に限定しない。形状は凸状でも凹状でもよい。
【００１６】
または凹凸を組み合わせた形状でもよい。第一基板１、第二基板２は、実質的に光学的に透明である。なお、本発明において、実質的に透明であるとは、光透過率が可視光域（波長４００−７００ｎｍ）或は変調しようとする波長領域において、７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上であることを意味する。
【００１７】
光量調整層は電気的信号により光学的透過率が変化する構成であればどのようなものでもよい。電気泳動現象を利用したもの、液晶、エレクトロクロミック素子、ポッケルス効果ケル効果に基づく素子を利用したもの、あるいは銀塩溶液から電極上への銀の析出を利用したもの（特開平１０−２７４７９０に開示されている）でもよい。
【００１８】
電極形状は光量調整層の透過率を変化させうる構成であれば特に限定しない。第一基板１・第二基板２の対向面側の一面に電極を配置してもよいし、それぞれの基板上で図４、図５のように特定のパターンを持ってもよい。いずれの場合にも光量調整層の透過率を効果的に変化せしめられる形状であれば良い。電極は一方の基板にのみ配置されていてもよいし、図２のように両方の基板に配置されていてもよい。
【００１９】
本構成ではそれぞれ半径の異なる環状でそれらを同心円状に配置したが、例えば図５に示すように、帯状の電極を素子中央から遠心方向に０度以上の角度をもって、かつ素子中央からの距離に依存してその角度を変化させる構成でもよい。あるいはストライプ状電極を並べて配置する構成でも良い。環状の電極を同心円状に配置する場合、電極の一部に隙間を設け配線を配置する構成とすればよい。電極材料は透明電極を用いるのが好ましい。
【００２０】
絶縁層３の有無は光量調整層の透過率を効果的に変化できれば特に限定しない。銀塩溶液から電極上への銀の析出を利用する場合絶縁層無しの構成が好ましく、電気泳動現象を利用した構成の場合不透明帯電泳動粒子への電荷の注入を避けるために絶縁層を設けた方が好ましい。絶縁層材料も実質的に透明であれば特に限定しない。エポキシなどの樹脂でも良いしＳｉＯ２などの酸化物でも良い。
【００２１】
間隙支持体４の有無、配置場所は特に限定しないが、図５のように素子周囲に配置する構成は好ましい構成のひとつである。素子周囲に配置することで封止剤として機能する。もちろん間隙支持体４と封止剤を別々に設けてもよい。
【００２２】
光量調整層として透明絶縁性液体６と不透明帯電泳動粒子５を充填し電気泳動現象を利用して透過率を変化させる構成は良い構成の一つである。電気泳動現象を利用した構成の場合、透光時の透過率が高く、透光時と遮光時の屈折率の変化がほとんどなく、また電気化学的な反応過程が無いことから耐久性も高いことが挙げられる。
【００２３】
光量調整層に電気泳動現象を利用した構成を用いる場合、電極形状は特に限定しないが、図２のように第一基板１と第二基板２の間隙幅に依存して、電極幅を変化させる構成は好ましい構成の一つである。例えば図５に示すように、素子周辺部の基板間隔が素子中央部の基板間隔に比べて広い場合、素子周辺部に向かって電極幅が広くなる構成が好ましい例である。
【００２４】
光量調整層に電気泳動現象を利用した構成を用いる場合、素子に開口部１２と非開口部１１を設ける構成は好ましい構成の一つである。素子が透光時には不透明帯電泳動粒子５を非開口部１１に分布させ、素子が遮光時には開口部１２に不透明帯電泳動粒子５を分布させる駆動方法が考えられる。非開口部１１は素子周辺部にあっても素子中央部にあっても良い。
【００２５】
第一基板１と第二基板２の間隔が広い領域を非開口部１１とする構成は好ましい構成のひとつである（図２）。基板間隔が広い領域は不透明帯電泳動粒子５を多く分布できることから、非開口部１１を小さくでき、素子の小型化が可能になる。素子に非開口部１１を設ける場合、開口部１２のを通過する光線束を発散・収束させて実像もしくは虚像を結ぶ構成であればよい（図３）。非開口部１１の断面形状は特に限定しない。
【００２６】
光の入射や散乱を防止するために非開口部１１に対応する領域を不透明にする構成は好ましい構成の一つである（図２）。非開口部１１が不透明になれば構成は特に限定しない。非開口部１１に対応した領域の電極を不透明な材料で作製しても良いし、一部が透明で一部が不透明の基板を第一基板１および／もしくは第二基板２に用いてもよいし、第一基板１および／もしくは第二基板２を不透明に着色してもよい。または不透明な基板で非開口部１１を覆う構成でも良い。
【００２７】
各電極に所望の電圧を印加する駆動回路３８と素子を通過する光量を測定する光量測定手段を備えることは好ましい構成である。光量測定手段はどのようなものでも良い。例えば電荷結合素子などの撮像素子３６を光量測定手段に用いて、その出力に依存して適切な透過率になるように駆動回路３８により本素子を制御すればよい。また本素子３５の適用方法は特に限定しないが、撮像モジュール３２、および撮像装置３１などに適用するのは良い適用方法である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例に従って本発明を説明する。
【００２９】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す断面構成で、図４に示す平面構成の素子を作製し駆動を行った。作製した素子の大きさは直径１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。
【００３０】
まず、第一基板１として厚さ０．２ｍｍのガラスを図に示す断面形状に形成し基板の対抗面側にＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図に示す形状にパターニングした。続いて、絶縁部３としてＳｉＯ２を製膜した。この上に、間隙支持体４を形成した。間隙支持体４は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、１００μｍの高さとした。形成された空間内に絶縁性液体６及び不透明帯電泳動粒子５を充填した。絶縁性液体６としては、イソパラフィンを使用した。不透明帯電泳動粒子５としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径２μｍ位のものを使用した。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子５は正帯電極性を示した。次に、第二基板２として厚さ０．２ｍｍのガラスを図１に示す断面形状に形成し基板の対抗面側にＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図に示す形状にパターニングした。続いて、絶縁部３としてＳｉＯ２を製膜した。この第二基板２を位置合わせを行ないながら第一基板１上に置き、素子周辺部を接着剤により張り合わせた。
【００３１】
これに駆動装置３８を接続して駆動を行った。電極に電気信号を印加し不透明帯電泳動粒子５を素子周辺部の電極上から順次素子中央の電極上へと泳動させたところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子を素子中央に搬送させ透光状態とした。駆動電圧は１０Ｖである。また、第一基板１上の電極と第二基板２上の電極をそれぞれ電気的に接続して異なる電圧を交互に印加したところ、素子中央に分散していた不透明帯電泳動粒子５は素子全体に分散され、素子開口部は遮光状態となった。駆動電圧は最高１０Ｖである。
【００３２】
本素子を撮像装置３１に取り付けて駆動させたところ、明所から暗所まで良好な画像を得ることができた。
【００３３】
（実施例２）
本実施例では、図３に示す断面構成で、図４に示す平面構成の素子を作製し駆動を行った。作製した素子の大きさは直径１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。
【００３４】
まず、第一基板１として厚さ０．２ｍｍのガラスを図に示す断面形状に形成した。次いで非開口部１１を不透明に着色した。次いで基板の対抗面側にＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図４に示す形状にパターニングした。続いて、絶縁部３としてＳｉＯ２を製膜した。この上に、間隙支持体４を形成した。間隙支持体４は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、１００μｍの高さとした。形成された空間内に絶縁性液体６及び不透明帯電泳動粒子５を充填した。絶縁性液体６としては、イソパラフィンを使用した。不透明帯電泳動粒子５としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径２μｍ位のものを使用した。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子５は正帯電極性を示した。次に、第二基板２として厚さ０．２ｍｍのガラスを図に示す断面形状に形成した。次いで非開口部１１を不透明に着色した。次いで基板の対抗面側にＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図に示す形状にパターニングした。続いて、絶縁部３としてＳｉＯ２を製膜した。この第二基板２を位置合わせを行ないながら第一基板１上に置き、素子周辺部を接着剤により張り合わせた。
【００３５】
これに駆動装置３８を接続して駆動を行った。電極に駆動電圧は１０Ｖの電気信号を印加し不透明帯電泳動粒子５を素子周辺部の電極上から順次素子中央の電極上へと泳動させたところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子５を素子中央に搬送させ遮光状態となった。
【００３６】
また、電極に駆動電圧は１０Ｖの電気信号を印加し不透明帯電泳動粒子を素子中央部の電極上から順次素子周辺の電極上へと泳動させたところ、素子中央に分散していた不透明帯電泳動粒子５は素子周辺に搬送され、素子開口部は透光状態となった。
【００３７】
本素子を撮像装置３８に取り付けて駆動させたところ、明所から暗所まで良好な画像を得ることができた。
【００３８】
また本素子の他の構成例を図８に示す。
【００３９】
８５は本発明の光量調整素子であり、基板がレンズ形状になっている。８４は通常の光学レンズであり、本発明の基板と合わせて撮像素子８６に対する結像効果を持つ。
【００４０】
使用するレンズの枚数は、少なくとも結像面で所望の像が得られればよく、特に制限はない。また光量調整素子は光軸上に配置すれば配置に関して特に限定しない。レンズ装置の最前面に配置する構成は好ましい例の一つだが、それに限定しない。レンズ装置を構成するレンズの枚数は特に限定しない。複数枚で構成しても良いし、光量調整素子のみでもよい。
【００４１】
本発明の光量調整素子は、基板自体がレンズ形状になっているために、他のレンズの使用枚数を減らすことが可能であり、撮像装置の実装上有効である。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明によって次のような効果が得られた。
【００４３】
第一に、１つの素子でレンズとしての機能を持つ光量調整素子を提供した。これによりこれまで小型化が困難であった撮像モジュール、撮像装置を大幅に小型化できた。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図２】本発明の光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図３】本発明の光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図４】本発明の光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図５】本発明の光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図６】本発明の光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図７】本発明の光量調整装置の代表的な構成例を示す。
【図８】本発明の光量調整装置の他の構成例を示す。
【符号の説明】
１　第一基板
２　第二基板
３　絶縁部
４　間隙支持体
５　不透明帯電泳動粒子
６　絶縁性液体
７　第１電極
８　第２電極
９　第３電極
１０　第４電極
１１　遮光部
１２　開口部
３１　撮像装置
３２　撮像モジュール
３５　光量調整素子
３６　撮像素子
３７　撮像素子駆動装置
３８　駆動装置
３９　記憶装置
【図１】
2004061832.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004061832.tif 000006
【図５】
2004061832.tif 000007
【図６】
2004061832.tif 000008
【図７】
2004061832.tif 000009
【図８】
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