(57)【要約】【課題】透明時の光透過率が高く、しかも、大きな光学濃度比（コントラスト比）の確保と迅速な過渡応答動作の実現とを両立できる液晶光学素子を有する調光装置、及びこの調光装置が光路中に配され、性能と画質と信頼性とが向上した撮像装置を提供すること。【解決手段】ガラス等の透明基板１ａ、１ｂ及び１ｃによる２組の対向基板の間に液晶混合物２を封入し、第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセル１０ｂを形成する。液晶混合物２は、ネガ型液晶分子３とポジ型染料分子４からなる。２組の対向基板の対向面上には、透明電極６ａ〜６ｄを形成し、その上に配向膜７ａ〜７ｄをそれぞれ積層する。基板１ａ及び１ｃの上の配向膜７ａ及び７ｄに対してのみ、ラビング法等の配向処理を施し、配向膜７ａにおいて液晶分子を配向させる方向と、配向膜７ｄにおいて液晶分子を配向させる方向とを直交させる。候補【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液晶光学素子が光路に沿って順次配置され、前記複数の液晶光学素子がそれぞれ、ホスト材料とゲスト材料との混合物からなる液晶層を有する調光装置であって、前記複数の液晶光学素子の少なくとも２つにおける、遮光動作時の液晶配向方位が互いに交差している、調光装置。
【請求項２】
前記ホスト材料がポジ型又はネガ型の液晶分子であり、前記ゲスト材料がポジ型の二色性染料分子である、請求項１に記載した調光装置。
【請求項３】
少なくとも有効光路における前記複数の液晶光学素子の各セルギャップがそれぞれ１〜３μｍに制御されている、請求項１に記載した調光装置。
【請求項４】
前記複数の液晶光学素子の少なくとも２つは、少なくとも有効光路におけるセルギャップが互いに異なる大きさに制御されている、請求項１に記載した調光装置。
【請求項５】
前記セルギャップが大きい方の液晶光学素子が光入射側に配されている、請求項５に記載した調光装置。
【請求項６】
前記複数の液晶光学素子の少なくとも２つは、前記ゲスト材料の濃度が互いに異なっている、請求項１に記載した調光装置。
【請求項７】
前記ゲスト材料の濃度が大きい方の液晶光学素子が光入射側に配されている、請求項７に記載した調光装置。
【請求項８】
光入射側に偏光板が配され、前記偏光板を透過する光の振動方向と、前記複数の液晶光学素子のうち光入射側の液晶光学素子において、前記ゲスト材料によって吸収される光の振動方向とが略一致している、請求項５又は７に記載した調光装置。
【請求項９】
前記複数の液晶光学素子を構成する各基板のうち、外側に位置する基板に液晶配向処理が施されている、請求項１に記載した調光装置。
【請求項１０】
前記複数の液晶光学素子を構成する中間基板が共用されている、請求項１に記載した調光装置。
【請求項１１】
各液晶光学素子の電極引き出し部が前記中間基板の周辺部に設けられている、請求項１２に記載した調光装置。
【請求項１２】
前記複数の液晶光学素子を構成する各基板の厚みが、それぞれ０．５ｍｍ以下である、請求項１に記載した調光装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載した調光装置が撮像系の光路中に配されている、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、液晶素子を用いた、例えば、入射光の光透過率を調節するための調光装置、及びこの調光装置を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶光学素子（液晶セル）を用いる調光装置には、偏光板が使用される。この液晶セルには、例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶セルやゲスト−ホスト（ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ  Ｈｏｓｔ））型液晶セルが用いられる。
【０００３】
図１６は、従来のＧＨセルを用いた調光装置の動作原理を示す概略説明図である。この調光装置は、主として偏光板１１とＧＨセル１２Ａとで構成される。ＧＨセル１２Ａでは、図示を省略した２枚のガラス基板の間に液晶混合物が封入されており、これもまた図示を省略した動作電極や配向膜が設けられている。
【０００４】
液晶混合物は、液晶分子１３Ａと二色性染料分子１４とからなる。ホスト材料である液晶分子１３Ａは、誘電率異方性が正のポジ型（正型）である。また、ゲスト材料である二色性染料分子１４は、光の吸収に異方性を有し、ポジ型（ｐ型）でもネガ型（ｎ型）でもよい。図１６には、二色性染料分子１４が、分子の長軸方向の光を吸収するポジ型（ｐ型）色素分子である例を示す。
【０００５】
入射光５は、偏光板１１を通過する際に選別されて、直線偏光に変化する。また、ＧＨセル１２Ａでは、電圧を印加していない時に、液晶分子１３Ａが直線偏光の振動方向と同じ方位（図１６の上下方向）に配向するよう配向処理がなされている。
【０００６】
図１６（ａ）は、電圧を印加していない時のＧＨセル１２Ａの状態を示す。液晶分子１３Ａの影響を受けて二色性染料分子１４も同じ方位に配向し、直線偏光の振動方向と二色性染料分子１４の分子長軸方向とが一致するので、偏光は二色性染料分子１４に吸収されやすい。従って、図１６（ａ）の電圧無印加の状態では、ＧＨセル１２Ａの光透過率は低い。
【０００７】
一方、図１６（ｂ）は、電圧を印加した時のＧＨセル１２Ａの状態を示す。ＧＨセル１２Ａに電圧を印加すると、液晶分子１３Ａが電界方向に配向し、これに伴って二色性染料分子１４の分子長軸方向は、偏光の振動方向と直交するようになる。このため、偏光は二色性染料分子１４にほとんど吸収されず、透過する。従って、図１６（ｂ）に示す電圧印加の状態では、ＧＨセル１２Ａの光透過率は高い。
【０００８】
なお、二色性染料分子１４として、分子短軸方向の光を吸収するネガ型（ｎ型）色素分子を用いることもできる。この場合には、光透過性はポジ型の色素分子を用いる場合と逆になり、電圧無印加時には光が吸収されにくく、電圧印加時に光が吸収されやすい。
【０００９】
図１６に示された調光装置では、電圧印加時と電圧無印加時との吸光度の比、即ち、光学濃度の比が約１０である。これは、偏光板１１使用せずにＧＨセル１２Ａのみで構成される調光装置に比べ、約２倍の光学濃度比を有する。
【００１０】
ＧＨセル１２Ａに矩形波の駆動パルスを印加したときの、図１６の調光装置の可視光の平均光透過率（空気中での値：空の液晶セルと偏光板を光路中に置いた時の透過率を基準（＝１００％）とした。以下、同様。）は、駆動パルス電圧の増加に伴って増加するものの、駆動パルス電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度にとどまり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【００１１】
この原因は、ポジ型の液晶分子をホスト材料として用いる場合、電圧無印加時において配向膜の界面での液晶分子と配向膜との相互作用が強いため、電圧を印加してもダイレクタの向きが変化しない、或いは、変化し難い液晶分子が比較的多く含まれることにあると考えられる。
【００１２】
そこで、本出願人は、鋭意検討を重ねた結果、ネガ型液晶をホスト材料とする調光装置及びこの調光装置を用いた撮像装置を提案した（後述の特許文献１参照。以下、特許文献１に係わる発明を先願発明と呼ぶことにする。）。
【００１３】
図１３は、先願発明に基づく調光装置の動作原理を示す概略図である。この調光装置は、図１６の従来の調光装置と同様に、主として偏光板１１とＧＨセル１２Ｂとで構成される。そして、ＧＨセル１２Ｂ内には、ホスト材料として誘電率異方性が負のネガ型（負型）の液晶分子１３Ｂと、ゲスト材料としてポジ型又はネガ型の二色性染料分子１４とが封入されている。図１３は、二色性染料分子１４がポジ型（ｐ型）の色素分子である場合を示している。
【００１４】
図１６の装置と同様に、入射光５は、偏光板１１を通過する際に選別されて、直線偏光に変化する。また、ＧＨセル１２Ｂでは、電圧を印加した時に、液晶分子１３Ｂが直線偏光の振動方向と同じ方位（図１３の上下方向）に配向するよう配向処理がなされている。
【００１５】
図１３（ａ）は、電圧を印加していない時のＧＨセル１２Ｂの状態を示す。液晶分子１３Ｂは基板に直交するように配列し、それに伴い二色性染料分子１４の分子長軸方向は偏光の振動方向と直交するので、偏光は二色性染料分子１４にほとんど吸収されず、透過する。従って、図１３（ａ）の電圧無印加の状態では、ＧＨセル１２Ｂの光透過率は高い。
【００１６】
一方、図１３（ｂ）は、電圧を印加した時のＧＨセル１２Ｂの状態を示す。ＧＨセル１２Ｂに電圧を印加すると、液晶分子１３Ｂが電界方向に直交するように配向し、これに伴って二色性染料分子１４の分子長軸方向は、光の偏光方向と一致するようになる。このため、偏光は二色性染料分子１４に吸収されやすい。従って、図１３（ｂ）に示す電圧印加の状態では、ＧＨセル１２Ｂの光透過率は低い。
【００１７】
なお、二色性染料分子として、ネガ型（ｎ型）色素分子を用いることもできる。この場合には、光透過性はポジ型の色素分子を用いる場合と逆になる。
【００１８】
図６は、図１３のＧＨセル１２Ｂに矩形波の駆動パルスを印加したときの光透過率を、駆動パルス電圧に対して図示したグラフである。このとき、誘電率異方性（Δε）が負のネガ型液晶１３Ｂの１例として、ホスト材料にＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を用い、光吸収異方性（ΔＡ）が正のポジ型二色性染料分子１４の１例として、ゲスト材料にＢＤＨ社製のＤ５を用いた。図６に示すように、可視光の平均光透過率は、パルス電圧の増加に伴って最大光透過率約７５％から約１０％にまで減少し、しかも光透過率の変化が比較的急峻となった。
【００１９】
この原因は、ネガ型の液晶分子をホスト材料として用いる場合、電圧無印加時に配向膜の界面での液晶分子と配向膜との相互作用が非常に弱いため、電圧無印加時に光が透過し易く、また電圧印加と共に液晶分子のダイレクタの向きが変化し易くなることにあると考えられる。
【００２０】
このように、先願発明によれば、ネガ型液晶をホスト材料としてゲスト−ホスト型液晶セルを構成することにより、特に透明時の光透過率が向上し、ＧＨセルを撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できるコンパクトな調光装置が実現可能となる。
【００２１】
この場合、更に液晶光学素子への入射光の光路中に偏光板を配置することにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が一層向上し、調光装置のコントラスト比が更に大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作をより正常に行うことができる。
【００２２】
【特許文献１】
特開２００１−２０１７６９号公報（第１図，第３図）
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、このようなＧＨセルを用いた調光装置の特性の更なる向上を鋭意検討したところ、図１４に示すように、液晶光学素子の透明時と遮光時との光学濃度比（コントラスト比、ダイナミックレンジ）は、ＧＨセルを構成する２枚のガラス基板間の距離（以下、セルギャップと称する。）によっても大きく左右されることが判明した。
【００２４】
即ち、図１４に示すように、セルギャップが大きく、液晶層の厚みが厚いほど、透明時と遮光時との光透過率の差が大きくなり、光学濃度比は大きくなる。但し、セルギャップが大きくなるほど、透明時の光透過率は低下し、ホスト材料としてネガ型液晶分子を用いる利点が低下する。
【００２５】
一方、図１５に示すように、セルギャップが変化すると、ＧＨセルによる調光装置としての応答速度も大きく変化する。例えば、セルギャップが大きくなり、液晶層が厚くなるほど、応答速度は低下する。特に、図１５のグラフａとして示すように、中間調で光透過率をわずかに変化させるような駆動を行うと、著しく応答速度が遅くなる。
【００２６】
このように、ゲスト−ホスト型液晶光学素子を用いた調光装置においては、光学濃度比と過渡応答速度とは、セルギャップに関してトレードオフの関係にあるため、どちらをも両立させた特性を得るのには、自ずと限界があった。従って、従来は、ＧＨ型液晶光学素子を搭載するセットに合わせて、どちらかの特性を優先させる（他方の特性低下はある程度やむを得ないとする）形で、ＧＨセルの仕様を決めていた。
【００２７】
こうした中、透明時の光透過率が高く、しかも、大きな光学濃度比の確保と迅速な過渡応答動作の実現とを両立できる、液晶光学素子を用いた調光装置が切望されている。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、透明時の光透過率が高く、しかも、大きな光学濃度比の確保と迅速な過渡応答動作の実現とを両立できる液晶光学素子を有する調光装置、及びこの調光装置が光路中に配され、性能と画質と信頼性とが向上した撮像装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、複数の液晶光学素子が光路に沿って順次配置され、前記複数の液晶光学素子がそれぞれ、ホスト材料とゲスト材料との混合物からなる液晶層を有する調光装置であって、前記複数の液晶光学素子の少なくとも２つの液晶配向方位が互いに交差している調光装置に係り、また、この調光装置が撮像系の光路中に配される撮像装置に係るものである。
【００３０】
本発明の調光装置及び撮像装置によれば、それぞれが調光装置の機能を有する前記複数の液晶光学素子が光路に沿って順次配置されているので、前記液晶光学素子の各素子に関しては、前記液晶層の厚み（セルギャップ）を小さく保って、調光装置に要求される高い応答速度を実現すると共に、前記複数の液晶光学素子全体では、十分な前記液晶層の厚みを確保し、十分大きな光学濃度比（コントラスト比）を達成することができる。
【００３１】
しかも、前記複数の液晶光学素子の少なくとも２つの液晶配向方位が互いに交差しているので、前記２つの液晶配向方位が異なる液晶光学素子のうちの一方の液晶光学素子で吸収を受けなかった偏光は、他方の液晶光学素子による吸収を必ず受けることになり、この結果、遮光時の遮光性能が著しく向上し、光学濃度比が大きく改善される。
【００３２】
また、前記２つの液晶配向方位が異なる液晶光学素子のうちの一方を偏光板の代わりとして用い、遮光性能を低下させずに、偏光板を用いない調光装置を構成することができる。この調光装置は、偏光板による損失がないため、透明時の光透過量が大きく改善される。
【００３３】
従って、本発明は、液晶光学素子を用いた調光装置及び撮像装置の性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記複数の液晶光学素子の少なくとも２つの液晶配向方位が互いに交差、特に直交しているのが望ましい。これにより、前記２つの液晶配向方位が異なる液晶光学素子のうちの一方の液晶光学素子で吸収を受けなかった偏光が、他方の液晶光学素子による吸収を受ける割合が最大になり、これら２つの液晶光学素子による遮光性能が最大限に発揮される。
【００３５】
また、前記ホスト材料がポジ型又はネガ型の液晶分子、とりわけネガ型の液晶分子であり、前記ゲスト材料がポジ型の二色性染料分子であるのがよい。前記ゲスト材料がネガ型の二色性染料分子であってもよいが、本発明の効果は、前記ホスト材料がネガ型の液晶分子であり、前記ゲスト材料がポジ型の二色性染料分子であるとき、最も効果的に発揮される。
【００３６】
また、少なくとも有効光路における前記複数の液晶光学素子の各セルギャップをそれぞれ１〜３μｍに制御することが好ましく、これにより、前記複数のＧＨセルを用いて、より実用的に有利な調光装置を実現することができる。
【００３７】
なぜなら、上記の各セルギャップが１μｍ未満であると、調光装置としての応答速度は大きくなり、また透明時の光透過率が向上するものの、遮光時の光透過率も大きく上昇してしまい、結果として充分な光学濃度比（コントラスト比）が確保できなくなることがある。逆に、上記の各セルギャップが３μｍを超えると、光学濃度比は大きく確保できるものの、透明時の光透過率が低下し、また調光装置としての応答速度が大きく悪化することがある。特に、中間調において光を僅かに変化させるような駆動を行う場合、応答速度が遅くなってしまうことがある。
【００３８】
このように、本発明に基づく調光装置によれば、前記複数の液晶光学素子の各セルギャップが１〜３μｍに制御されると共に、前記複数の液晶光学素子が光路に沿って順次配置されて、前記複数の液晶光学素子全体としての前記液晶層の厚みが十分確保されているため、十分大きな光学濃度比を達成できると共に、セルギャップの小さい単独の液晶光学素子（例えばセルギャップが３μｍの液晶光学素子）を駆動するのと同様に高速で調光動作が行える。従って、従来は実現できなかった高コントラスト比と高速過度応答の両立が可能となる。
【００３９】
この際、前記遮光動作時の液晶配向方位が互いに交差している少なくとも２つの液晶光学素子は、少なくとも有効光路におけるセルギャップが互いに異なる大きさに制御されているのがよく、具体的には前記セルギャップの比が１：１〜１：４であり、より好ましくは１：１．５〜１：２．５であり、更により好ましくは１：２であるのがよい。そして、前記セルギャップが大きい方の液晶光学素子が光入射側に配されているのが望ましい。
【００４０】
或いは、前記遮光動作時の液晶配向方位が互いに交差している少なくとも２つの液晶光学素子は、前記ゲスト材料の濃度が互いに異なっているのがよく、具体的には前記ゲスト材料の濃度の比が１：１〜１：４であり、より好ましくは１：１．５〜２．５であり、更により好ましくは１：２であるのがよい。そして、前記ゲスト材料の濃度が大きい方の液晶光学素子が光入射側に配されているのが望ましい。
【００４１】
このようにすると、遮光動作時において光学濃度の大きい液晶光学素子が光入射側に配置されるので、主要な入射光をできるだけ入射側に近い位置で吸収してしまい、この前段の液晶光学素子で吸収できなかった光を後段の液晶光学素子で補助的に吸収することができ、遮光効率が向上する。
【００４２】
また、光入射側に偏光板が配され、前記偏光板を透過する光の振動方向が、前記複数の液晶光学素子のうち光入射側の液晶光学素子において、前記ゲスト材料によって吸収される光の振動方向と略一致しているのがよく、とりわけ前記セルギャップが大きい方の液晶光学素子、或いは前記ゲスト材料の濃度が大きい方の液晶光学素子において吸収される光の振動方向と一致しているのがよい。このようにすると、前記偏光板の偏光作用と前記複数の液晶光学素子による光吸収作用とを最も効果的に結びつけ、調光動作において高いコントラスト比を実現することができる。
【００４３】
前記複数の液晶光学素子の個数は、３つ以上であってもよい。例えば、遮光動作時において光学濃度の大きい２つの液晶光学素子と、遮光動作時において光学濃度の小さい１つの液晶光学素子とを光入射側からこの順で配置するのがよい。この際、１段目と３段目の液晶光学素子で吸収される光の振動方向を一致させ、この方向と２段目の液晶光学素子で吸収される光の振動方向とを直交させるのがよい。このようにすると、１段目の液晶光学素子を偏光板の代わりとして用いて、調光動作において高いコントラスト比を実現しながら、透明時の光透過量が大きく、コンパクトな調光装置を実現することができる。
【００４４】
或いは、上記３つの液晶光学素子で吸収される光の振動方向を、１段目と２段目の液晶光学素子は直交させ、１段目と２段目の液晶光学素子で主要な光の吸収を行い、これらを透過してくる光を３段目の液晶光学素子で補助的に吸収することにより、偏光板が不要で、調光動作において高いコントラスト比を実現しながら、透明時の光透過量が大きく、コンパクトな調光装置を実現することができる。
【００４５】
このように、液晶光学素子の個数、前記セルギャップの大きさ、及び前記ゲスト材料の濃度とを組み合わせると、変化に富んだ多様な調光動作が可能となる。
【００４６】
また、前記複数の液晶光学素子を構成する中間基板が共用されていることが望ましい。即ち、複数枚の基板が並んで順次配置され、互いに隣り合った前記複数枚の基板間に前記ホスト材料とゲスト材料との混合物が封入された構造とすることが望ましい。これにより、基板の数を減らし、空気層と基板の界面での反射や基板による光の吸収を減らし、且つコンパクトな調光装置を作製できる。
【００４７】
この際、製造工程の容易さを考慮すれば、前記複数の液晶光学素子を構成する各基板のうち、外側に位置する基板に液晶分子の配向処理（ラビング等）が施されているのがよい（片側ラビング）。前記中間基板に液晶分子の配向処理を行うのも不可能ではないが、この場合も片側の面にだけ、配向処理を行うのが望ましい。
【００４８】
また、前記複数の液晶光学素子の実装形態をコンパクトにして、調光装置の小型化を図るためには、複数の基板のうちの中間基板の周辺部の両面に、液晶光学素子を駆動するための動作電圧を印加する電極の引き出し部を設けることが好ましい。
【００４９】
また、基板での光吸収を抑え、且つ装置の小型軽量化を図るために、前記複数の液晶光学素子を構成する各基板の厚みはできるだけ薄いのがよく、それぞれ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
また、本発明の撮像装置は、前記調光装置が撮像系の光路中に配されているので、上述した前記調光装置の特徴を効果的に利用できる撮像装置である。
【００５１】
ここでは、前記中間基板が共用されている例を挙げたが、単にセルギャップの小さい単独の液晶光学素子を複数組重ねただけの構造であってもよい。この場合、遮光時の光透過率はより一層低下するが、各セルの間に空気層が存在すると、前述したように空気層と基板との界面での光反射等による光の損失が生じるので、このような損失を極力抑える工夫があるのが望ましい。
【００５２】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。本実施の形態は、ホスト材料としてネガ型液晶を用いる第１ＧＨセル及び第２ＧＨセルからなるＧＨ多重セルを光路中に配置して、光学的機能が向上した調光装置を提供するものである。
【００５３】
ＧＨ多重セルの動作原理
本実施の形態は、前述した先願発明に依拠したものである。先願発明によれば、液晶光学素子と、この液晶光学素子に入射する光の光路中に配される偏光板とで調光装置を構成し、ネガ型液晶分子をホスト材料とするゲスト−ホスト型液晶を用いることにより、透明時の大きな光透過率を達成し、ＧＨセルを撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できるコンパクトな調光装置が実現可能となる。
【００５４】
図１は、本実施の形態に基づく調光装置を構成するＧＨ多重セルの動作原理を示す概略断面図であり、図２（ａ）は、そのＧＨ多重セルの部分拡大概略断面図である。
【００５５】
図２（ａ）に示すように、ＧＨ多重セル１０では、等間隔に対向して設けられたガラス等の透明基板１ａ、１ｂ及び１ｃによる２組の対向基板、即ち、基板１ａと１ｂ、及び１ｂと１ｃの間に液晶混合物２が封入され、第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセル１０ｂが形成されている。基板１ａと１ｃとの中間に位置する基板１ｂは、２つのＧＨセル１０ａ及び１０ｂで共用される。液晶混合物２は、ネガ型液晶分子３をホスト材料とし、ポジ型染料分子４をゲスト材料とする、ゲスト−ホスト型液晶であり、基板１ａと１ｂとの間、及び基板１ｂと１ｃとの間はシール材８で封止されている。
【００５６】
基板１ａ、１ｂ及び１ｃの厚さは、ガラス基板を用いる場合、ガラスによる光吸収量を抑え、且つ装置の小型軽量化を図るために、できるだけ薄いもの、特に０．５ｍｍ以下のものを用いることが好ましい。
【００５７】
また、基板１ａと１ｂの対向面、及び基板１ｂと１ｃの対向面には、それぞれ、透明電極６ａと６ｂ、及び６ｃと６ｄが形成され、更にその上に液晶分子の配向方向を制御するための配向膜７ａと７ｂ、及び７ｃと７ｄが、それぞれ積層されている。
【００５８】
実際に、配向膜を用いて液晶分子の配向方向を制御するためには、液晶分子を配向させる方向を配向膜に設定する配向処理（例えば、ラビング法など）を行うことが必要である。製造工程の容易さを考慮すれば、配向処理は、外側の２枚の基板１ａ及び１ｃの上に形成された配向膜７ａ及び７ｄに対してのみ行うことが好ましい（片側ラビング）。その理由は、仮に、上記の片側ラビングに代えて両面ラビングを適用した場合、中間の基板１ｂの一方の面上の配向膜に配向処理を行った後、もう一方の面の配向膜に配向処理を施す際に、既に配向処理を施した配向膜に対して悪影響を与えてしまうことがあるからである。
【００５９】
従って、本実施の形態では、基板１ａ及び１ｃの上の配向膜７ａ及び７ｄに対してのみ、ラビング法等の配向処理を施し、基板１ｂの上の配向膜７ｂ及び７ｃに対しては、配向処理を施こさない（例えば、透明電極上に斜方蒸着膜等の垂直配向膜が形成されているが、ラビング処理は施されていない。）。そして、配向膜７ａにおいて液晶分子を配向させる方向と、配向膜７ｄにおいて液晶分子を配向させる方向とは直交させる。
【００６０】
また、図１に示すように、２つのＧＨセル１０ａ及び１０ｂの対向電極、即ち透明電極６ａと６ｂとの間、及び６ｃと６ｄとの間にそれぞれ、液晶セルを駆動する交流駆動電源３４ａ及び３４ｂが接続されている。ＧＨ多重セル１０の実装形態をコンパクトにして、調光装置の小型化を図るために、３枚の基板１ａ〜１ｃのうち、中間の基板１ｂの両面の周辺部にのみ、交流駆動電圧を印加するための電極引き出し部３１ｂ及び３１ｃを設けることが好ましい。また、２つのＧＨセル１０ａ及び１０ｂを同一の交流駆動電源に並列に接続し、電源を共用し、調光装置の小型化及び低コスト化をはかることもできる。
【００６１】
図１において、入射光５は偏光板を透過することによって直線偏光になっている。これは、絶対必要というわけではないが、調光時における高いコントラスト比を実現するには、入射光５は直線偏光であることが望ましい。また、図１３の調光装置と同様、ＧＨセル１０ａでは、電圧を印加した時に、液晶分子３が入射光５の偏光の振動方向と同じ方位（図１の上下方向）に配向するよう配向処理がなされている。これに対し、ＧＨセル１０ｂでは、電圧を印加した時に液晶分子３が配向する方位が、ＧＨセル１０ａにおける液晶配向方位と直交する方位（図１の面に直交する方向）になるように配向処理がなされている。
【００６２】
図１（ａ）に示すように、電圧無印加時には、２つのＧＨセル１０ａ及び１０ｂにおいて、ネガ型液晶分子３及びポジ型染料分子４は基板に垂直に配列していて、入射光５（偏光）の振動方向がポジ型染料分子４の分子長軸方向と直交するので、図１３（ａ）の場合と同様、入射光５は、ほとんどポジ型染料分子４に吸収されず、ＧＨセル１０ａ及び１０ｂを透過する。
【００６３】
一方、電圧印加時には、液晶分子のダイレクタの向きが図１（ｂ）に示すように変化し、それに伴ってＧＨセル１０ａにおけるポジ型染料分子４の分子長軸方向は、入射光５の偏光の振動方向と一致するようになる。この結果、入射光５の偏光はポジ型染料分子４に吸収され、ＧＨ多重セル１０の光透過率が低下する。
【００６４】
ＧＨセル１０ａにおいて、先願発明と同様、電圧無印加時における配向膜７ａの界面での液晶分子３と配向膜７ａとの相互作用は非常に弱いため、電圧無印加時に光が透過し易く、また電圧印加と共に液晶分子のダイレクタの向きが変化し易く、印加する動作パルス電圧の増加に伴って光透過率が急峻に変化する。
【００６５】
ここで、振動方向が偏光の振動方向に直交する光が、入射光５の中に含まれていたり、入射光５がＧＨセル１０ａの中を進む中で偏光解消によって生成したりすると、この光は、ＧＨセル１０ａに含有されるポジ型染料分子４では吸収されず、ＧＨセル１０ａの液晶層の厚さに関係なく透過する。これが、先願発明のＧＨセルの遮光性能を低下させる主要な原因の１つである。
【００６６】
しかしながら、本実施の形態によれば、ＧＨセル１０ａの後段にＧＨセル１０ｂが配され、且つ、前述した液晶分子に対する配向処理によって、ＧＨセル１０ｂにおけるポジ型染料分子４の分子長軸方向が、ＧＨセル１０ａにおけるポジ型染料分子４の分子長軸方向と直交するように制御されている。この結果、ＧＨセル１０ａにおいて吸収を受けない光（振動方向が図１の面に直交する光）がＧＨセル１０ｂにおいて最も効果的に吸収されるため、本実施の形態のＧＨ多重セルの遮光性能は、ＧＨセル１０ａ単独の場合に比して著しく改善される。
【００６７】
図３及び図４は、本実施の形態の変形例であるＧＨ多重セルを示す概略断面図である。図３に示すＧＨ多重セルでは、ＧＨセル１０ｃとＧＨセル１０ｄとのセルギャップが異なっていて、ＧＨセル１０ｃの方が大きい。図４に示すＧＨ多重セルでは、セルギャップは同じであるが、ポジ型染料分子４の濃度が異なっていて、ＧＨセル１０ｅにおける濃度の方がＧＨセル１０ｆにおける濃度より大きい。
【００６８】
そして、いずれの場合でも、遮光動作時の光学濃度の大きい方の液晶光学素子（セルギャップが大きいＧＨセル１０ｃ、又はポジ型染料分子４の濃度が大きいＧＨセル１０ｅ）が光入射側に配置され、しかも、電圧印加時（遮光動作時）に、このセルに含有されるポジ型染料分子４の分子長軸方向が、入射光５の偏光の振動方向と一致するように、ホスト材料である液晶分子の配向によって制御されている。このようにすることで、主要な入射光をできるだけ入射側に近い位置で吸収してしまい、この前段の液晶光学素子で吸収できなかった光を後段の液晶光学素子で補助的に吸収することができ、遮光効率が向上する。
【００６９】
図２（ｂ）及び（ｃ）に示したＧＨ多重セルも変形例の１つで、セルギャップのばらつきを小さくするために、対向基板間にスペーサー９を配置する例である。図２（ｂ）に示したセルでは球形のスペーサーが用いられ、図２（ｃ）に示したセルでは角柱形のスペーサーが用いられている。
【００７０】
ＧＨ多重セル
図７（Ａ）は、本実施の形態に基づくＧＨ多重セル１０を構成する基板のうち、外側に配される基板１ａ及び１ｃの概略平面図であり、図７（Ｂ）は、中間に配置される基板１ｂの概略平面図である。
【００７１】
図７（Ａ）に示すように、外側に配されるガラス基板１ａ（又は１ｃ）は、ほぼ正方形の形状を有し、片方の面（ＧＨ液晶セル側）には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）電極等の透明電極６ａ（又は６ｄ）及び配向膜７ａ（又は７ｄ）が形成されていて、この配向膜７ａ（又は７ｄ）にはラビング法等の配向処理が施されている。ここで、配向膜７ａにおいて液晶分子を配向させる方向と、配向膜７ｄにおいて液晶分子を配向させる方向とは直交させる。配向処理法としては、ラビング法の他に、偏光紫外線による光配向法や斜方蒸着法等が挙げられる。また、透明電極６ａ（又は６ｄ）は有効光路２０外に延設され、後述するようにガラス基板１ｂに設けられた電極引き出し部３１ｂ（又は３１ｃ）に電気的に接続されている。
【００７２】
また、図７（Ｂ）に示すように、中間ガラス基板１ｂは、ガラス基板１ａ（又は１ｃ）よりやや大きい長方形の形状を有し、両側の面に、ＩＴＯ電極等の透明電極６ｂと６ｃ、及び配向膜７ｂと７ｃがそれぞれ形成されていて、配向膜７ｂには配向処理が施されていない。そして、基板１ｂには、透明電極の引き出し部３１ｂと３１ｃが設けられている。
【００７３】
図８は、ＧＨセル１０ａ又は１０ｂの概略平面図（ａ）及びＸ−Ｘ線断面図（ｂ）である。図８に示すように、基板１ａと１ｂの間（又は基板１ｂと１ｃの間）は、液晶セル周辺部３２でシール材８によって封止されている。そして、図８（ｂ）に示すように、基板１ａ（又は１ｃ）の延設された透明導電膜（透明電極）６ａ（又は６ｄ）と基板１ｂの上に形成された電極引出し部３１ｂ（又は３１ｃ）とが、シール材８の外側でカーボンペースト３３のような導電材料によって接続されている。
【００７４】
図９は、図８に示したＡ−Ａ線における断面図である。前述したように、ＧＨセル１０ａ及び１０ｂの各セルギャップがそれぞれ１〜３μｍに制御されていることが望ましく、更に、図９に示すように、有効光路に相当する液晶セル中間部での間隙がその周辺部における間隙よりも小さいことがより好ましい。これにより、調光装置として必要な光学濃度比を維持しながら、有効光路内の調光セル１０をより一層高速に応答動作させることが可能となる。
【００７５】
本実施の形態においては、上記したごときセルギャップを形成する上で、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、透明電極６ａと６ｂ、及び配向膜７ａと７ｂがそれぞれ形成された対向基板１ａと１ｂとの間、又は、透明電極６ｃと６ｄ、及び配向膜７ｃと７ｄがそれぞれ形成された対向基板１ｂと１ｃとの間にスペーサー９が配置され、シール材８で液晶セル周辺部が封止されており、シール材８が、スペーサー９より大きな径に形成されているか、或いはボール状又はファイバー状等の硬質材料を含有しているのがよい。
【００７６】
調光装置
上述したＧＨ多重セル１０からなる調光装置２３は、例えば図２１０に示すように、ズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１を介して直線偏光された後、ＧＨ多重セル１０に入射する。ＧＨ多重セル１０で調光された光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面１７に映像として映し出される。
【００７７】
この調光装置２３を構成する偏光板１１は、本出願人が以前提案している様に（特開平１１−３２６８９４号公報参照。）、ＧＨ多重セル１０に入射する光の有効光路に対して出し入れ可能である。具体的には、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路の外へ出すことができる。この偏光板１１を出し入れする手段として、図１１に示すような機械式アイリスが用いられてもよい。
【００７８】
この機械式アイリスは、一般にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられる機械式絞り装置であり、主として２枚のアイリス羽根１８、１９と、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１とからなる。アイリス羽根１８、１９は、上下方向に移動させることができる。矢印２１で示される方向に、図示せぬ駆動モーターを用いてアイリス羽根１８、１９を相対的に移動させる。
【００７９】
これにより、図１１で示すように、アイリス羽根１８、１９は部分的に重ねられ、この重なりが大きくなると、アイリス羽根１８、１９の中央付近に位置する有効光路２０上の開口部２２が、偏光板１１により覆われる。
【００８０】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、有効光路２０付近の機械式アイリスの部分拡大図である。アイリス羽根１８が下方に移動すると同時に、アイリス羽根１９が上方に移動する。これに伴って、図１１（ａ）に示すように、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１も有効光路２０の外へと移動する。逆に、アイリス羽根１８を上方に、またアイリス羽根１９を下方に移動させることにより、互いのアイリス羽根１８、１９が重なる。これに従って、図１１（ｂ）に示すように、偏光板１１は有効光路２０上に移動し、開口部２２を次第に覆う。アイリス羽根１８、１９の互いの重なりが大きくなると、図１１（ｃ）に示すように、偏光板１１は開口部２０を全て覆う。
【００８１】
次に、この機械式アイリスを用いた調光装置２３の調光動作について説明する。
【００８２】
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図１１（ａ）で示したように、上下方向に開いていたアイリス羽根１８、１９は、図示せぬモーターにより駆動され、重なり始める。これによって、アイリス羽根１８に貼付されている偏光板１１は、有効光路２０上に入り始め、開口部２２の一部を覆う（図１１（ｂ））。
【００８３】
この時、ＧＨ多重セル１０は光を吸収しない状態にある（なお、熱的揺らぎ、又は表面反射等のため、ＧＨ多重セル１０による入射光の減衰は若干ある。）。このため、偏光板１１を通過した光と開口部２２を通過した光は、ほぼ強度分布が同等となる。
【００８４】
その後、偏光板１１は、完全に開口部２２を覆った状態になる（図１１（ｃ））。さらに、被写体の明るさが増す場合は、ＧＨ多重セル１０への印加電圧を増加させ、ＧＨ多重セル１０で光を吸収することにより調光を行う。
【００８５】
これとは逆に、被写体が暗くなる場合は、まず、ＧＨ多重セル１０に印加する電圧を減少させるか、又は無印加とすることにより、ＧＨ多重セル１０による光の吸収効果を減少させるか、又は無とする。さらに被写体が暗くなった場合は、図示せぬモーターで駆動することにより、アイリス羽根１８を下方へ、またアイリス羽根１９を上方へ移動させる。こうして、偏光板１１を有効光路２０の外へ移動させる（図１１（ａ））。
【００８６】
この方法によれば、図１０及び１１に示したように、透過率を大きくしたい場合には、偏光板１１（光透過率例えば４０％〜５０％）を光の有効光路２０から外に出すことができるので、偏光板１１による入射光量の減少がない。従って、この調光装置２３を、偏光板が常に光の有効光路２０内に置かれている従来の調光装置と比較すると、最大光透過率は例えば約２倍に向上する。なお、最低光透過率は両者で等しい。
【００８７】
また、デジタルスチルカメラ等に実用化されている機械式アイリスを用いて、偏光板１１の出し入れが行なわれるので、調光装置は容易に実施可能である。また、ＧＨ多重セル１０を用いるので、偏光板１１による調光に加えて、ＧＨ多重セル１０が効果的に光の透過率を制御することにより、調光を行うことができる。
【００８８】
このようにして、この調光装置２３は、明、暗のコントラスト比を高めると共に、光量分布をほぼ均一に保つことができるものとなる。
【００８９】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照しながら説明する。
実施例１
図１に示した、セルギャップが等しい２つのＧＨセル１０ａ及び１０ｂからなるＧＨ多重セル１０を作製し、調光装置に組み込んだ。
【００９０】
図１０に示すように、この調光装置は、ＧＨ多重セル１０と偏光板１１とからなる。そして、ＧＨ多重セル１０では、図１及び図２（ａ）に断面を示したように、等間隔で対向して設けられた３枚のガラス基板１ａ、１ｂ及び１ｃの対向面上に、それぞれ、透明電極６ａ〜６ｄと配向膜７ａ〜７ｄとを形成し、２組の対向基板によって形成される２つの間隙に、ホスト材料であるネガ型の液晶分子３と、ゲスト材料であるポジ型の二色性染料分子４との混合物２を封入した。
【００９１】
誘電率異方性が負のネガ型液晶分子３としてＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を、また、光の吸収に異方性を有し分子長軸方向の光を吸収するポジ型染料二色性染料分子４としてＢＤＨ社製のＤ５を、一例として用いた。
【００９２】
ここで、偏光板１１を透過する光の振動方向が、電圧印加時（遮光動作時）に、光入射側に配置される第１ＧＨセル１０ｃにおいて、このセルに含有される液晶分子３が配向する方位と一致するように構成した。
【００９３】
そして、図１０に示すように、この調光装置２３は、例えばズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５と、レンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１を介して直線偏光された後、ＧＨ多重セル１０に入射する。ＧＨ多重セル１０によって調光された光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面１７に映像として映し出される。
【００９４】
この調光装置２３を構成する偏光板１１は、本出願人が以前提案しているように（特開平１１−３２６８９４号公報）、複数のＧＨセル１０に入射する光の有効光路に対して出し入れ可能である。
【００９５】
具体的には、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路の外へ出すことができる。この偏光板１１を出し入れする手段として、図１１に示すような機械式アイリスが用いられてもよい。
【００９６】
ここで、ＧＨ多重セル１０は、図７及び図８（ａ）に概略的に平面図を示すように、一例として０．５ｍｍ厚のガラス基板１ｂの両面、及び０．５ｍｍ厚のガラス基板１ａ及び１ｃの片方の面に、透明電極パターン６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄと、配向膜７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄとをそれぞれ形成し、ガラス基板１ａ及び１ｃの上の配向膜７ａ及び７ｄにのみラビング処理を施した（片側ラビング）。ここで、遮光動作時（動作電圧印加時）に、第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセル１０ｂにおいて液晶分子が配向する方位が互いに直交するように、配向膜７ａ及び７ｄにおけるラビング方向を直交させた。
【００９７】
また、ガラス基板１ｂの両面には透明電極６ｂと６ｃとの引き出し部３１ｂと３１ｃとをそれぞれ設け、且つガラス基板１ａと１ｃの透明電極６ａと６ｄは有効光路２０の外に延設し、ガラス基板１ｂに設けた電極引き出し部３１ｂと３１ｃとにそれぞれ電気的に接続した。第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセル１０ｂは、それぞれ駆動電源３４ａ及び３４ｂに接続した。
【００９８】
ここで、ＧＨ多重セル１０の作製は、前述した透明電極パターンと配向膜を予め形成した、厚さ０．５ｍｍのガラス基板１ａ及び１ｃのセル周辺部３２に、一例として直径３．０μｍのガラスファイバーを含有した、熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止（シール）材８を所定の幅で塗布した後、３枚のガラス基板１ａ、１ｂ及び１ｃを位置合わせして重ねてから、熱プレス板により適度な条件（例えば１５０〜１７０℃、１〜２ｋｇ／ｃｍ２）で圧力を加えながら加熱処理することにより、セル周辺部３２のシール材８を硬化させ、基板の貼り合せを完了させ、２層構造の液晶セルを完成させた（図１及び図２（ａ））。
【００９９】
また、この時、重ね合わせる３枚のガラス基板のうち、中間のガラス基板の両面には、引き出し電極部を設けた透明電極パターンを形成しておいた（図１及び図７（ｂ））。
【０１００】
この貼り合わせ基板を個片化（スクライブ＆ブレイク）して得られた２層構造の空セルのセルギャップを、光の干渉を利用する測定機で計測したところ、第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセル１０ｂにおけるセル中央部のギャップがそれぞれ、約２．２μｍであり、セル周辺部のギャップがそれぞれ、約２．８μｍに仕上がっていた。なお、ＧＨ多重セル１０の全体としての液晶層の厚さは約５μｍであった。
【０１０１】
このようにして作製した空の第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセル１０ｂセルに、ネガ型の液晶分子ＭＬＣ−６６０８（Ｍｅｒｃｋ社製）とポジ型の二色性染料分子Ｄ５（ＢＤＨ社製）とからなる液晶混合物２を封入した。そして、中間のガラス基板１ｂに設けた電極引き出し部３１ｂ及び３１ｃに矩形波形状の動作電圧を印加し、各セルの液晶分子にそれぞれ適当な実効電圧が加わるようにして、動作電圧印加時の光透過率の変化を計測した。その結果を図５及び図６に示す。
【０１０２】
図６に示すように、印加する動作電圧の増加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中）が最大透過率約７３％から最小透過率約２％にまで減少した。また、用いる液晶セル構造や構成材料によっても異なるが、ＧＨ多重セル１０は、±５Ｖ（１ｋＨｚ）以上のパルス電圧印加で、ほぼ最小透過率に到達した。
【０１０３】
前述したように、本実施例では、ＧＨ多重セル１０の全体としての液晶層の厚さは約５μｍであった。そこで、比較例として、５μｍのセルギャップで２枚のガラス基板が対向して設けられ、本実施例と同じ液晶混合物が封入された、先願発明に基づく単独のＧＨセルを形成し、それを用いて本実施例と同様に、動作電圧印加時の光透過率の変化を計測した。その結果も図５及び図６に示す。
【０１０４】
本実施例を比較例と比べると、有効な液晶層の厚さは共に５μｍであるにもかかわらず、本実施例の遮光時の最小透過率は、比較例に比べて半分以下に低減しており、調光動作のダイナミックレンジを大きく拡大することができた。
【０１０５】
これは、ＧＨセルの構造内に、屈折率の異なる材料が接する界面が増えたことで、そこでの界面反射が光の透過量を全体的に減少させていること、また遮光時に直交する偏光軸が光路上に増加したことが主な要因である。
【０１０６】
また、セルに印加する動作パルス電圧を変化させたときの過渡応答時間に関しては、セルギャップが５μｍの単独ＧＨセルは、中間調駆動させた場合、応答時間が１００ｍｓを超えていたのに対し、２０ｍｓ以下の高速動作が可能となった。これは、液晶層の厚さは合計では５μｍあるものの、セルギャップが約２．５μｍの、セルギャップが半分のＧＨセルと同等の高速駆動を実現している。
【０１０７】
このように、本実施例では、従来は実現できなかった、大きな光学濃度比の確保と迅速な過渡応答動作の実現とを両立できる調光装置を実現することができた。
【０１０８】
本実施例では、第１ＧＨセル１０ａ及び第２ＧＨセルのセルギャップを、それぞれ約２．２μｍ（中央部）から約２．８μｍ（周辺部）（全体としての液晶層の厚さは、約５μｍ）とした。その結果、透明時と遮光時との光透過率の差（光学濃度比）を充分に確保しながら、調光装置として高速に応答動作させるることが可能となった。
【０１０９】
ここで、セルの作製条件を変えて、全体としての液晶層の厚さが２μｍ未満（各セルのセルギャップがそれぞれ１μｍ未満）のＧＨ多重セルを作製したところ、過渡応答速度は更に高速化するものの、光透過率が全体的に増加し、特に遮光時の光透過率の増加の度合いが大きく、調光装置に要求される十分な光学濃度比を達成することができないことがあった。また、セル内でのギャップのばらつきが大きくなり、セルギャップを小さくしていくと、製造歩留まりも低下した。
【０１１０】
他方、セルの作製条件を変えて、全体としての液晶層の厚さが６μｍを超える（各セルのセルギャップがそれぞれ３μｍを超える）ＧＨ多重セルを作製したところ、遮光時の透過率は低く抑えられるものの、透明時の透過率も大きく低下してしまい、実用的な光学濃度比が得られなくなることがあった。また、過渡応答速度（特に中間調駆動における応答速度）も低下しはじめることがあり、本実施例のメリットがあまり現れなくなった。
【０１１１】
従って、ネガ型液晶分子と二色性染料分子を用いたゲスト−ホスト型液晶セルを、例えば２つのＧＨセルからなるＧＨ多重セルで構成し、透明時と遮光時の光透過率の比（光学濃度比）を充分に確保しながら、調光装置として高速に応答動作することができる調光装置を実現するためには、各ＧＨセルのセルギャップを１〜３μｍ（セルギャップの合計を２〜６μｍ）に仕上げることがより望ましいとの結論に至った。
【０１１２】
実施例２
本実施例は、２つのＧＨセルからなるＧＨ多重セルの作製において、異なる直径を有するプラスチックボールをそれぞれの液晶層におけるスペーサー９として各対向基板間に配置し、異なるセルギャップを有する２つのＧＨセル１０ｃ及び１０ｄからなるＧＨ多重セル１０を形成した例である。スペーサー９としてプラスチックボールを用いたことと、２つのＧＨセルのセルギャップが異なること以外は実施例１と同じであるので、重複を避けるため相違点に重点を置いて説明する。
【０１１３】
本実施例の調光装置は、実施例１と同様、図１０に示すように、２つのＧＨセルからなるＧＨ多重セル１０と偏光板１１とからなる。そして、ＧＨ多重セル１０では、図３に断面を示したように、異なる間隔で対向して設けられた３枚のガラス基板１ａ、１ｂ及び１ｃの対向面上に、それぞれ、透明電極６ａ〜６ｄと配向膜７ａ〜７ｄとを形成し、２組の対向基板によって形成される２つの間隙に、ホスト材料であるネガ型の液晶分子３と、ゲスト材料であるポジ型の二色性染料分子４との混合物２を封入した。
【０１１４】
誘電率異方性が負のネガ型液晶分子３としてＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を、また、光の吸収に異方性を有し分子長軸方向の光を吸収するポジ型染料二色性染料分子４としてＢＤＨ社製のＤ５を、一例として用いた。
【０１１５】
ここで、偏光板１１を透過する光の振動方向が、電圧印加時（遮光動作時）に、光入射側に配置される第１ＧＨセル１０ｃにおいて、このセルに含有される液晶分子３が配向する方位と一致するように構成した。
【０１１６】
そして、図１０に示すように、この調光装置２３は、例えばズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５と、レンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１を介して直線偏光された後、ＧＨ多重セル１０に入射する。ＧＨ多重セル１０によって調光された光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面１７に映像として映し出される。
【０１１７】
この調光装置２３を構成する偏光板１１は、複数のＧＨセル１０に入射する光の有効光路に対して出し入れ可能である。
【０１１８】
ここで、ＧＨ多重セル１０は、図７及び図８（ａ）に概略的に平面図を示すように、一例として０．５ｍｍ厚のガラス基板１ａ、１ｂ及び１ｃを用いて作製した。この際、ガラス基板１ａ及び１ｃの上の配向膜７ａ及び７ｄにのみラビング処理を施した（片側ラビング）。ここで、第１ＧＨセル１０ｃ及び第２ＧＨセル１０ｄにおける、動作電圧印加時の液晶分子の配向方位が直交するように、配向膜７ａ及び７ｄにおけるラビング方向を直交させた。
【０１１９】
また、ガラス基板１ｂの両面には透明電極６ｂと６ｃとの引き出し部３１ｂと３１ｃとをそれぞれ設け、且つガラス基板１ａと１ｃの透明電極６ａと６ｄは有効光路２０の外に延設し、ガラス基板１ｂに設けた電極引き出し部３１ｂと３１ｃとにそれぞれ電気的に接続した。第１ＧＨセル１０ｃ及び第２ＧＨセル１０ｄは、それぞれ駆動電源３４ｃ及び３４ｄに接続した。
【０１２０】
ここで、ＧＨ多重セル１０の作製は、前述した透明電極パターンと配向膜を予め形成した、厚さ０．５ｍｍのガラス基板１ａ、１ｂ及び１ｃによって形成される２つのセルのうち、一方のセルを構成するガラス基板の周辺部３２に、一例として直径２．５μｍのガラスファイバーを含有した、熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止（シール）材８を所定の幅で塗布し、同一基板もしくは対向する他方の基板上に、一例として２．０μｍ径のプラスチックボールを均一に散布し、また、もう一方のセルを構成するガラス基板の周辺部には、一例として直径３．５μｍのガラスファイバーを含有した熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止（シール）材８を所定の幅で塗布し、同一基板もしくは対向する他方の基板上に、一例として３．０μｍ径のプラスチックボールを均一に散布した上で、３枚のガラス基板１ａ、１ｂ及び１ｃを位置合わせして重ねてから、熱プレス板により適度な条件で圧力を加えながら加熱処理することで、周辺部のシール材８を硬化させ、セルギャップの異なる２つのＧＨセルからなる液晶多重セルを作製した（図２（ｂ））。
【０１２１】
ここで、上記のプラスチックボールは、公知の手法を用いて上方から基板上に散布し、概ね１００〜３００個／ｍｍ２のある一定密度で、ガラス基板全面にほぼ均一に配置した。
【０１２２】
この貼り合わせ基板を個片化（スクライブ＆ブレイク）して得られた２層構造の空セルのセルギャップを、光の干渉を利用する測定機で計測したところ、一方のセルは、中心部のギャップが平均約１．９μｍに、セル周辺部のギャップが平均約２．２μｍに仕上がり、他方のセルは、中心部のギャップが平均約２．９μｍに、セル周辺部のギャップが平均約３．２μｍに、仕上がっていた（トータルのセルギャップの合計は、約５μｍ）。
【０１２３】
また、スペーサー９の配設によって、ＧＨセルでの調光特性を左右する各セルギャップのばらつきは、実施例１よりも低減できていた。
【０１２４】
そして、２つのセルのうちの、セルギャップの大きい方（約３μｍ）のＧＨセル１２は、電圧印加時の光吸収軸が偏光板１１の光吸収軸と直交する様に配置した。
【０１２５】
このようにして作製した空の第１ＧＨセル１０ｃ及び第２ＧＨセル１０ｄセルに、ネガ型の液晶分子ＭＬＣ−６６０８（Ｍｅｒｃｋ社製）とポジ型の二色性染料分子Ｄ５（ＢＤＨ社製）とからなる液晶混合物２を封入した。そして、中間のガラス基板１ｂに設けた電極引き出し部３１ｂ及び３１ｃに矩形波形状の動作電圧を印加し、各セルの液晶分子にそれぞれ適当な実効電圧が加わるようにして、動作電圧印加時の光透過率の変化を計測した。この結果は、先に図５及び図６に示した実施例１の結果とほぼ一致した（このため、実施例２の図示は省略している。）。全体として液晶層の厚さが同じで、２つのセルに同じ実効電圧が加わるように駆動すれば、実施例１と実施例２とは、ほぼ同一の特性を示した。
【０１２６】
図６に示したように、印加する動作電圧の増加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中）が最大透過率約７３％から最小透過率約２％にまで減少した。また、用いる液晶セル構造や構成材料によっても異なるが、ＧＨ多重セル１０は、±５Ｖ（１ｋＨｚ）以上のパルス電圧印加で、ほぼ最小透過率に到達した。
【０１２７】
本実施例を比較例と比べると、有効な液晶層の厚さは共に５μｍであるにもかかわらず、本実施例の遮光時の最小透過率は、比較例に比べて半分以下に低減しており、調光動作のダイナミックレンジを大きく拡大することができた。
【０１２８】
これは、ＧＨセルの構造内に、屈折率の異なる材料が接する界面が増えたことで、そこでの界面反射が光の透過量を全体的に減少させていること、また遮光時に直交する偏光軸が光路上に増加したことが主な要因である。
【０１２９】
また、本実施例においても、セルに印加する動作パルス電圧を変化させたときの過渡応答時間に関しては、２０ｍｓ以下の高速動作が可能となった。
【０１３０】
このように、本実施例では、従来は実現できなかった、大きな光学濃度比の確保と迅速な過渡応答動作の実現とを両立できる調光装置を実現することができた。
【０１３１】
なお、本実施例では、スペーサーの配設法として、上方から噴霧する例を示したが、より均一に配設することを狙って、スクリーン印刷法を使って形成したり、スペーサーの形状もここで示した球状のものに限らず、図２（ｃ）に示す様に、柱状のスペーサーを、印刷やリソグラフィー等で供給して、本発明を実現することも可能である。
【０１３２】
更にまた、本実施例では、２つのＧＨセルを異なるセルギャップで構成することにより、同一セルギャップで２つのＧＨセルを構成した実施例１よりも変化に富んだ多様な調光動作が可能となる。
【０１３３】
これと同様な効果を期待して、図４に示すように、ゲスト材料である二色性染料分子（色素分子）の濃度の異なる２つのＧＨセルでＧＨ多重セルを構成することも可能である。この場合、色素濃度が大きいセルを実施例２のセルギャップが大きいセルに対応させ、色素濃度が小さいセルを実施例２のセルギャップが小さいセルに対応させ、偏光の振動方向と液晶の配向方位の関係や、偏光板とＧＨ多重セルの配置関係等の問題を同様に取り扱うことができる。
【０１３４】
実施例３
図１２は、本実施の形態による調光装置２３をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラに組み込んだ例を示すものである。
【０１３５】
即ち、ＣＣＤカメラ５０において、一点鎖線で示す光軸に沿って、前記レンズ前群１５に相当する１群レンズ５１及び２群レンズ（ズーム用）５２、前記レンズ後群１６に相当する３群レンズ５３及び４群レンズ（フォーカス用）５４、ＣＣＤパッケージ５５が適宜の間隔をおいてこの順に配設されており、ＣＣＤパッケージ５５には赤外カットフィルタ５５ａ、光学ローパスフィルタ系５５ｂ、ＣＣＤ撮像素子５５ｃが収納されている。２群レンズ５２と３群レンズ５３との間には、３群レンズ５３寄りに、上述した本発明に基づく複数のＧＨセル１０と偏光板１１からなる調光装置２３が光量調節（光量絞り）のために同じ光路上に取付けられている。なお、フォーカス用の４群レンズ５４は、リニアモータ５７により光路に沿って３群レンズ５３とＣＣＤパッケージ５５との間を移動可能に配設され、またズーム用の２群レンズ５２は、光路に沿って１群レンズ５１と調光装置２３との間を移動可能に配設されている。
【０１３６】
以上、本発明を実施の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能であり、サンプル構造や使用材料、液晶セルの駆動方法、調光装置の形態等、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜選択可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
例えば、本実施例では、液晶セルの駆動方法にパルス電圧変調（ＰＨＭ）用いた例を示したが、パルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動する場合にも適用できる。
【０１３８】
また、本発明の調光装置は、前述したＣＣＤカメラ等の撮像装置の光学絞り以外にも、各種光学系、例えば電子写真複写機や光通信機器等の光量調節用としても広く適用が可能である。
【０１３９】
更に、本発明の調光装置は、光学フィルター以外に、キャラクターやイメージを表示する各種の画像表示素子に適用することができる。
【０１４０】
また、基板として３枚のガラス基板を用いる例を上げたが、本発明に基づく調光装置は、複数の液晶光学素子が光路に沿って順次配置されていればよく、基板は３枚に限られない。特に、複数の液晶光学素子を構成する中間基板が共用されることが好ましい。
【０１４１】
また、中間基板には配向処理を施さず、外側に配された基板に対してのみ配向処理を行う例（片側ラビング）を示したが、斜方蒸着法等を用いて中間基板に対しても配向処理を施すことも勿論可能である。
【０１４２】
【発明の作用効果】
本発明の調光装置及び撮像装置によれば、それぞれが調光装置の機能を有する複数の液晶光学素子が光路に沿って順次配置されているので、液晶光学素子の各素子に関しては、液晶層の厚み（セルギャップ）を小さく保って、調光装置に要求される高い応答速度を実現すると共に、複数の液晶光学素子全体では、十分な液晶層の厚みを確保し、十分大きな光学濃度比（コントラスト比）を達成することができる。
【０１４３】
しかも、複数の液晶光学素子の少なくとも２つの液晶配向方位が互いに交差しているので、２つの液晶配向方位が異なる液晶光学素子のうちの一方の液晶光学素子で吸収を受けなかった偏光は、他方の液晶光学素子による吸収を必ず受けることになり、この結果、遮光時の遮光性能が著しく向上し、光学濃度比が大きく改善される。
【０１４４】
また、２つの液晶配向方位が異なる液晶光学素子のうちの一方を偏光板の代わりとして用い、遮光性能を低下させずに、偏光板を用いない調光装置を構成することができる。この調光装置は、偏光板による損失がないため、透明時の光透過量が大きく改善される。
【０１４５】
従って、本発明は、液晶光学素子を用いた調光装置及び撮像装置の性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく調光装置を構成するＧＨ多重セルの、動作原理を示す概略断面図である。
【図２】同、調光装置を構成するＧＨ多重セルの部分拡大概略断面図である。
【図３】同、調光装置を構成する他のＧＨ多重セルの、動作原理を示す概略断面図である。
【図４】同、調光装置を構成する更に別のＧＨ多重セルの、動作原理を示す概略断面図である。
【図５】本発明に基づく実施例１のＧＨ多重セルの光透過率と波長との関係を示すグラフである。
【図６】本発明に基づく実施例１のＧＨ多重セル及び先願発明に基づくＧＨセルにおける、光透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に基づく調光装置のＧＨ多重セルを構成する各基板の概略平面図である。
【図８】同、調光装置のＧＨ多重セルの第１又は第２ＧＨセルの概略平面図（ａ）及びＸ−Ｘ線概略断面図（ｂ）である。
【図９】同、調光装置のＧＨ多重セルの第１ＧＨセルのＡ−Ａ線概略断面図である。
【図１０】同、ＧＨ多重セルからなる調光装置を用いた撮像装置の概略側面図である。
【図１１】同、偏光板を取り付けた機械式アイリスの正面図、及びその有効光路付近での調光動作を示す部分拡大図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１２】本発明に基づく実施例３の、ＧＨ多重セルからなる調光装置を組み込んだカメラシステムの概略断面図である。
【図１３】先願発明（特開２００１−２０１７６９号）に基づくＧＨセルを用いた調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１４】同、ＧＨセルを用いた調光装置の光透過率とセルギャップとの関係を示すグラフである。
【図１５】同、ＧＨセルを用いた調光装置の応答時間とセルギャップとの関係を示すグラフである。
【図１６】従来のＧＨセルを用いた調光装置の動作原理を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ…ガラス基板等の透明基板、２、２ｅ、２ｆ…液晶混合物、
３…ネガ型液晶分子、４…ポジ型二色性染料分子、５…入射光、
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…透明電極、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…配向膜、
８…シール材、９…スペーサー、１０…ＧＨ多重セル、１０ａ…第１ＧＨセル、
１０ｂ…第２ＧＨセル、１１…偏光板、
１２Ａ…ポジ型液晶分子のＧＨ液晶セル、
１２Ｂ…ネガ型液晶分子のＧＨ液晶セル、１３Ａ…ポジ型液晶分子、
１３Ｂ…ネガ型液晶分子、１４…ポジ型色素（二色性染料分子）、
１５…レンズ前群、１６…レンズ後群、１７…撮像面、
１８、１９…アイリス羽根、２０…有効光路（セル中央部）、
２１…アイリスの移動方向、２２…開口部、２３…調光装置、
３１ｂ、３１ｃ…電極引き出し部、３２…セル周辺部、
３３…カーボンペースト、
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ…電源、
５０…ＣＣＤカメラ、５１…１群レンズ、５２…２群レンズ（ズーム用）、
５３…３群レンズ、５４…４群レンズ（フォーカス用）、
５５…ＣＣＤパッケージ、５５ａ…赤外カットフィルタ、
５５ｂ…光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５５ｃ…ＣＣＤ撮像素子、
５７…リニアモータ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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