(57)【要約】【課題】  可動部分のない可変のアポディゼーション可能な開口絞りを提供する。【解決手段】  可動部分のない可変の開口絞りが開示される。開口絞りは第１の光透過性媒体を含む第１の領域、第２の光透過性媒体を含む第２の領域、および電位が印加されたときに第２の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えるように適合される電気光学構造を含む。電気光学構造は上部の光透過性媒体と上部の導体の下方に平行に位置付けられそれらの間に空間を規定する低部の光透過性導体とを含み、空間は第１および第２の領域を含み、電気光学構造は、上部の導体に結合されかつ上部の導体に電圧を印加して上部および底部の導体の間に電位を生じるように適合される電圧アプリケータをさらに含む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の開口絞りであって、
第１の光透過性媒体を含む第１の領域と、
第２の光透過性媒体を含む第２の領域と、
電位が印加されたときに前記第２の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えるように適合される電気光学構造とを含む、可変の開口絞り。
【請求項２】
前記電気光学構造は、
上部の光透過性の導体と、
前記上部の導体の下方に平行に位置付けられて間に空間を規定する底部の光透過性の導体とを含み、前記空間は前記第１の領域および前記第２の領域を規定し、前記電気光学構造はさらに、
前記上部の導体に結合されかつ前記上部の導体に電圧を印加するように適合され、前記上部の導体と前記底部の導体との間に電位を生じる電圧アプリケータを含む、請求項１に記載の可変の開口絞り。
【請求項３】
前記第１の領域は第１の開口部を規定し、前記第１および第２の領域は、前記第２の領域が光透過率の前記第２の状態であるときに第２の開口部を規定し、前記第２の開口部は前記第１の開口部より大きい、請求項１に記載の可変の開口絞り。
【請求項４】
前記第１の光透過性媒体は空気である、請求項１に記載の可変の開口絞り。
【請求項５】
前記第２の光透過性媒体は液晶で作られる、請求項１に記載の可変の開口絞り。
【請求項６】
前記電圧アプリケータは、開いた位置と閉じた位置との間で前記電圧アプリケータを切換えるように適合されるスイッチを含み、前記スイッチが閉じた位置にあるときに前記上部の導体に電圧が印加され、前記スイッチが開いた位置にあるときは前記上部の導体に電圧が印加されないようにする、請求項２に記載の可変の開口絞り。
【請求項７】
光透過率の前記第１の状態は不透明であり、光透過率の前記第２の状態は透明である、請求項１に記載の可変の開口絞り。
【請求項８】
アポディゼーション可能な可変の開口絞りであって、
周縁を有する導体と、
前記導体に結合されかつ前記導体の前記周縁内に第１の領域を規定する電気光学構造とを含み、前記電気光学透過性構造は、電位が印加されたときに前記第１の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えるように適合され、前記開口絞りは、前記第１の領域が光透過率の前記第２の状態であるときにアポディゼーションを示す可変の光透過性の領域を有する開口部を生成する、アポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項９】
前記電気光学構造は、
前記導体が結合される上部の光透過性の導体を含み、前記上部の導体は抵抗率を有し、前記電気光学構造はさらに、
前記上部の導体の下方に平行に位置付けられてそれらの間に空間を規定する底部の光透過性の導体と、
前記空間内に分散される電気光学媒体と、
前記上部の導体に結合されかつ前記上部の導体に電圧を印加するように適合される電圧アプリケータとを含む、請求項８に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１０】
前記電圧アプリケータは、アポディゼーションの程度を選択的に変化させることができるように前記上部の導体に印加される前記電圧を変化させるための手段を含む、請求項９に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１１】
前記導体は環状のリングの形状である、請求項８に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１２】
前記電気光学媒体は液晶で作られる、請求項９に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１３】
前記電圧アプリケータは、開いた位置と閉じた位置との間で前記電圧アプリケータを切換えるように適合されるスイッチを含み、前記スイッチが閉じた位置にあるときは前記上部の導体に電圧が印加され、前記スイッチが開いた位置にあるときは前記上部の導体に電圧が印加されないようにする、請求項９に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１４】
光透過率の前記第１の状態は不透明である、請求項８に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１５】
前記電気光学構造は、常に不透明な状態である前記導体の前記周縁の外側の第２の領域を規定する、請求項８に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞り。
【請求項１６】
可変の開口絞りを製造する方法であって、
上部の光透過性の導体を設けるステップと、
前記上部の導体の下方に平行に底部の光透過性の導体を位置付けてそれらの間に空間を規定するステップとを含み、前記空間は第１の領域および第２の領域を規定し、前記方法はさらに、
前記空間の前記第２の領域内に電気光学媒体を分散させるステップと、
電圧アプリケータを前記上部の導体に接続するステップとを含み、前記電圧アプリケータは、前記第２の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えることができるように前記上部の導体に電圧を印加するように適合される、可変の開口絞りを製造する方法。
【請求項１７】
前記第１の領域は空気を含み、前記第２の領域は液晶を含む、請求項１６に記載の可変の開口絞りを製造する方法。
【請求項１８】
アポディゼーション可能な可変の開口絞りを製造する方法であって、
上面を有する上部の光透過性の導体を設けるステップを含み、前記上部の導体は抵抗率を有し、前記方法はさらに、
周縁を有する導体を前記上部の導体の前記上面に結合するステップと、
底部の光透過性の導体を前記上部の導体の下方に平行に位置付けてそれらの間に空間を規定するステップを含み、前記空間は前記導体の前記周縁内に第１の領域を有し、前記方法はさらに、
前記空間の前記第１の領域内に電気光学媒体を分散させるステップと、
電圧アプリケータを前記上部の導体に接続するステップとを含み、前記電圧アプリケータは、前記第１の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えることができるように前記上部の導体に電圧を適用するように適合され、前記開口絞りは、前記第１の領域が光透過率の前記第２の状態であるときに前記第１の領域内にアポディゼーションを示す可変の光透過性の領域を有する開口部を生成する、アポディゼー
ション可能な可変の開口絞りを製造する方法。
【請求項１９】
前記電圧アプリケータは、アポディゼーションの程度を選択的に変化させることができるように前記上部の導体に印加される前記電圧を変化させるための手段を含む、請求項１８に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞りを製造する方法。
【請求項２０】
前記電気光学媒体は液晶を含む、請求項１８に記載のアポディゼーション可能な可変の開口絞りを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
この発明は、一般に開口絞りに関し、特に可動部分のないアポディゼーション可能な可変の開口絞りに関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ、ビデオレコーダ、望遠鏡および衛星などの光学装置は、装置のレンズを通り抜ける光の量を制御する開口絞りを含む。開口部のサイズは、通常、機械的な手段によって制御される。たとえば、カメラの場合、レンズの絞りは重なり合う金属のブレードから作られることがある。回転可能な開口制御リングがレンズの鏡胴のまわりに装着され、制御リングが回転されるとブレードはレンズの中心に向かってまたは離れる方に滑らかに動き、これによって開口部の直径が減少または拡大する。またはこれに代えて、異なるサイズの複数の開口部を有する可動のシートをレンズの前に置いて所望の開口部サイズが得られるようにしてもよい。しかしながら、そのような構成では、利用可能な開口部サイズの数および範囲は必然的に制限される。
【０００３】
すべての機械的な装置でそうであるように、そのような機械的な開口絞りは摩耗しやすく、寿命が限られている。同じ理由のため、それらはしばしば信頼性がなくなりやすく、このことは、欠陥のある開口絞りを容易にまたは素早く修理することのできない宇宙での適用例では特に問題となる。開口絞りの修理または取換が不可能な場合、光学装置は役に立たない。機械的な開口絞りは、大きな衝撃または振動および温度の変動などの環境的な外乱の影響も受けやすく、宇宙などの過酷な環境では特に問題となる。さらに、そのような開口絞りの機械的な性質のため、それらが位置付けられる光学装置の動きは避けられないことが多く、生成される画像の品質に悪影響を与える。焦点を調節することのできない宇宙などの、光学装置の動きが許容されない適用例では、これは特に問題となる。
【０００４】
機械的な開口絞りに関連する別の深刻な問題は、開口部の鋭い端縁で回折が発生することである。宇宙の景色を観察しているとき、そのような回折からの過剰な輝きは特に問題となる。機械的な開口絞りのサイズのため、機械的な開口絞りは高い程度の小型化を必要とする用途にも好適ではない。小型であるほどよいという今日の技術業界では、そのような開口絞りは非常に望ましくない。
【０００５】
したがって、可動部分のないアポディゼーション可能な可変の開口絞りが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
第１の光透過性媒体を含む第１の領域、第２の光透過性媒体を含む第２の領域、および電位が印加されたときに第２の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えるように適合される電気光学構造を含む可変の開口絞りが開示される。電気光学構造は、上部の光透過性導体と、上部の導体の下に平行に位置付けられる底部の光透過性導体とを含んでそれらの間に空間を規定し、この空間は第１の領域および第２の領域を含み、電気光学構造はさらに、上部の導体に結合されかつ上部の導体に電圧を印加するように適合される電圧アプリケータを含み、上部および底部の導体の間に電位が作られる。第１の領域は第１の開口部を規定し、第１および第２の領域は第２の領域が光透過率の第２の状態であるときに第２の開口部を規定し、第２の開口部は第１の開口部より
大きい。一実施例では、第１の光透過性媒体は空気であり、第２の光透過性媒体は液晶で作られる。
【０００７】
アポディゼーション可能な可変の開口絞りも開示される。アポディゼーション可能な可変の開口絞りは、周縁を有する導体、導体に結合されかつ導体の周縁内に第１の領域を規定する電気光学構造を含み、電気光学的透過性構造は、電位が印加されたときに第１の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えるように適合される。この開口絞りは、第１の領域が光透過率の第２の状態であるときにアポディゼーションを示す可変の光透過性の領域を有する開口部を生成する。電気光学構造は、導体が結合される上部の光透過性の導体を含み、この上部の導体は抵抗率を有し、電気光学構造はさらに、上部の導体の下方に平行に位置付けられる光透過性の底部の導体を含んでそれらの間に空間を規定し、空間内に分散される電気光学媒体、および上部導体に結合されかつ上部導体に電圧を印加するように適合される電圧アプリケータをさらに含む。電圧アプリケータは、上部の導体に印加される電圧を変化させるための手段を含み、アポディゼーションの程度を選択的に変化させることができる。一実施例では、導体は環状のリングの形状であり、電気光学媒体は液晶で作られる。
【０００８】
可変の開口絞りを製造する方法も開示される。この方法は、上部の光透過性の導体を設けるステップと、底部の光透過性の導体を上部の導体の下方に平行に位置付けてそれらの間に空間を規定するステップとを含み、この空間は第１の領域および第２の領域を規定し、この方法はさらに、空間の第２の領域内に電気光学媒体を分散させるステップと、電圧アプリケータを上部の導体に接続するステップとを含み、電圧アプリケータは、第２の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えることができるように上部の導体に電圧を印加するように適合される。
【０００９】
アポディゼーション可能な可変の開口絞りを製造する方法も開示される。この方法は、上面を有する上部の光透過性の導体を設けるステップを含み、上部の導体は抵抗率を有し、この方法はさらに、周縁を有する導体を上部の導体の上面に結合するステップと、底部の光透過性の導体を上部の導体の下方に平行に位置付けてそこに空間を規定するステップとを含み、この空間は導体の周縁内に第１の領域を有し、この方法はさらに、空間の第１の領域内に電気光学媒体を分散させるステップと、電圧アプリケータを上部の導体に接続するステップとを含み、電圧アプリケータは、第１の領域を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で選択的に切換えることができるように上部の導体に電圧を印加するように適合され、この開口絞りは、第１の領域が光透過率の第２の状態であるときに第１の領域内にアポディゼーションを示す可変の光透過性の領域を有する開口部を生成する。電圧アプリケータは、アポディゼーションの程度を選択的に変化させることができるように上部の導体に印加される電圧を変化させるための手段を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明の詳細な説明
この発明の一施例による開口絞りが図１〜図３に開示される。図１を参照すると、開口絞り１０は直径Ｄを有し、上部の導体１２、上部の導体１２の下方に平行に位置付けられる底部の導体１４、および上部の導体１２と底部の導体１４とを接続する壁１５を含む。上部の導体１２および底部の導体１４は、光が通り抜けられる光透過性材料であればどのようなもので作ってもよい。電気光学媒体１６は、上部の導体１２、底部の導体１４および壁１５によって規定される空間１８に分散される。好ましい実施例では、媒体１６は液晶媒体であり、この発明を液晶媒体に関して説明する。しかしながら、媒体１６は、電界、磁界、またはその他のエネルギ源が印加されたときにその光透過性を変えることのできる電気光学材料であればどのようなものでもよく、たとえば誘導体、エレクトロクロミック材料、光互変性材料または熱変色性材料を含む。
【００１１】
空間１８は、光が通り抜けることのできる光透過性媒体を含む第１の領域２０、後にさらに説明するように光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で切換わることのできる第２の領域３０とを規定する。したがって、媒体１６は空間１８の第２の領域３０にのみ存在する。第１の領域２０は開口絞り１０の中心に示され、第２の領域３０はそれと同心にかつその周辺に示されるが、第１の領域２０および第２の領域３０は開口絞り１０内のどこに位置付けられてもよいことが理解されるであろう。さらに、第１の領域２０の直径および開口絞り１０の直径は、使用される用途の必要に応じて増加または減少させてもよい。さらに、第１の領域２０は真空または孔として示されるが、光透過性媒体であればどのようなものであってもよいことが理解されるであろう。
【００１２】
電圧Ｖを上部の導体１２に印加するための手段１９が設けられ、上部の導体１２と底部の導体１４との間にそれぞれ電位が形成される。さらに図２を参照すると、手段１９はスイッチ２４を介して点２２で上部の導体１２に接続される。スイッチ２４は第２の領域３０を光透過率の第１の状態と第２の状態との間で切換えるように適合される。図３に示されるように、底部の導体１４は点２８でアース端子２６に接続される。当業者には、点２２および２８はそれぞれ上部の導体１２の上面または底部の導体１４の底面のどこにあってもよいことが理解されるであろう。
【００１３】
図１に示されるようにスイッチ２４が開いた位置にあるとき、電圧は上部の導体１２に印加されず、上部の導体１２と底部の導体１４との間にはそれぞれ電位は形成されない。結果として、第２の領域３０の媒体１６を貫く電界は生成されない。電界がないと、媒体１６の液晶は無作為に方向付けられ、これによって、第２の領域３０上方の上部の導体１２の面から光が散乱し、不透明な光透過率の第１の状態が作られる。そのような構成では、光は第１の領域２０のみを通り抜け、第１の開口部が作られる。
【００１４】
スイッチ２４が閉じられているとき（図示せず）、電圧Ｖは上部の導体１２に印加され、上部の導体１２と底部の導体１４との間に電位が形成される。結果として、第２の領域３０内の媒体１６を貫く電界が生成される。このことによって、媒体１６の液晶は電界に平行に整列し、光は第２の領域３０を通り抜け、透明な光透過率の第２の状態が作られる。結果として、開口絞り１０の直径Ｄと同じ直径を有する第２のより大きな開口部が生成される。第１の開口部と同様、第２の開口部のサイズは、使用される用途の必要に応じて増加または減少させてもよい。好ましい実施例では、第１の領域および第２の領域を通る光学距離の差は、光学収差が起るのを避けるためゼロに近い。
【００１５】
この発明の別の実施例による開口絞り１０′が図４および図５に開示される。開口絞り１０と同様、開口絞り１０′は光透過性の上部の導体１２′、上部の導体の下方に平行に位置付けられる光透過性の底部の導体１４′、および上部の導体１２′と底部の導体１４′とを接続する壁１５′を有する。ここでも、上部の導体１２′および底部の導体１４′は、光の通り抜けることのできる光透過性の材料であればどのようなもので作られてもよい。上部の導体１４′は抵抗率Ｐを有し、これは有意であることが好ましいが、少なくともゼロより大きいことが好ましい。
【００１６】
電気光学媒体１６′は、上部の導体１２′、底部の導体１４′および壁１５′によって規定される空間１８′に分散される。媒体１６′は、電界、磁界、または含むその他のエネルギ源が印加されたときにその光透過性を変えることのできる電気光学材料または構造であればどのようなものでもよく、たとえば誘導体、エレクトロクロミック材料、光互変性材料または熱変色性材料を含む。しかしながら、ここでは考察のために媒体１６′を液晶媒体として説明する。媒体１６′は空間１８′全体にわたって分散されて示されるが、ここに記載されかつ図１に示されるように、第１および第２の領域に分散されてもよい。
【００１７】
図５に最もよく示されるように、開口絞り１０′は上部の導体１２′に結合されかつアース端子２６′に接続される導体３２を含む。導体３２は、たとえば、メタライゼーション、堆積またはフォトエッチングなどの既知の方法をいくつでも使用して上部の導体１２′に結合してもよい。さらに図６を参照すると、導体３２は、開口絞り１０′の中心と同心の中心３６、および媒体１６′内に光透過率の第１の領域４０を規定しかつ媒体１６′内に第２の領域３４を規定する周縁３８を有する（図５に示される）。導体３２は環状のリングの形で示されるが、導体３２のサイズおよび形状は用途によって変わり得る（たとえば、長方形、楕円形、不規則）。
【００１８】
第１の実施例の場合のように、電圧Ｖを上部の導体１２′に印加するための手段１９′が設けられ、上部の導体１２′および底部の導体１４′の間にそれぞれ電位が形成される。特に、手段１９′はスイッチ２４′を介して点２２で上部の導体１２′に接続される。後にさらに説明するように、スイッチ２４′は、第１の領域４０を光透過率の第１の状態と光透過率の第２の状態との間で切換えるように適合される。点２２′は開口絞り１０′の中心かまたは実質的にその近くにあることが好ましい。
【００１９】
スイッチ２４′が開いた位置にあるとき、電圧は上部の導体１２′に印加されず、上部の導体１２′と底部の導体１４′との間に電位は形成されない。結果として、媒体１６′には電界は生成されず、液晶は無作為に方向付けられる。このため、第１の領域４０を含む上部の導体１２′の上面全体から光が散乱し、開口絞り１０′全体にわたって不透明な状態が作られる。
【００２０】
スイッチ２４′が閉じた位置にあるとき、電圧Ｖ  ｔｏｐ（Ｒ）は、以下の式に従って導体３２の周縁３８内のいずれかの点Ｒで導体１２′に印加される。
【００２１】
Ｖ  ｔｏｐ（Ｒ）＝Ｖｘ［（Ｒ０−Ｒ）／Ｒ０］2
ここで、Ｖは電位源の電圧を示し、Ｒ０は導体３２の中心３６からその周縁３８への半径を示し、Ｒは導体３２の中心３６から点Ｒへの半径を示す。上部の導体１２′の抵抗率の結果として、それにわたる電位は導体３２の中心３６から周縁３８に向かって半径方向に変化する。これによって、媒体１６′の第１の領域４０に電界が生成され、これは以下の式に従って、同様に導体３２の中心３６からその周縁３８へと半径方向に変化する。
【００２２】
Ｅ＝Ｖ  ｔｏｐ（Ｒ）／ｄ
ここで、Ｅは点Ｒで媒体１６′内に生成される電界を示し、Ｖ  ｔｏｐ（Ｒ）は点Ｒでの上部の導体１２′の電圧を示し、ｄは上部の導体１２′と底部の導体１４′との間の距離を示す。このことによって、媒体１６′の第１の領域４０の液晶は電界に平行に整列し、光は第１の領域を通り抜け、光透過率の第２の状態が作られる。特に、図６に示されるように、可変の（この場合は円形の）光透過性の領域を有する開口部４４が第１の領域４０内に生成される。開口部４４は上部の導体１２に当たるすべての光が通り抜ける領域４２を含む。領域４２のサイズおよびこの領域のまわりでのアポディゼーションの程度は、手段１９′の電圧Ｖを変化させることで、選択的かつ自動的に制御することができる。
【００２３】
導体３２がグラウンドソース２６′に接続されるとすると、上部の導体１２′は導体３２の周縁３８の外側に電位を有することはなく、媒体１６′の第２の領域３４内には電界は生成されない。このことによって、媒体１６′の第２の領域３４の液晶は常に無作為に方向付けられ、導体３２の周縁３８の外側で上部の導体１２′の上面から光が散乱し、第１の領域４０の外側に常に不透明な状態が作られる。
【００２４】
上述の実施例の両方を用いれば、可動部分を必要としない可変の開口絞りが実現される
。後者の実施例の場合、アポディゼーション可能な可変のそのような開口絞りが実現される。さらに、この発明の開口絞りは、さもなければぶれを防止するために光学システムが必要とするであろう焦点ドライブの必要性を排除する。このことは、ほとんどの焦点ドライブが、いくつかの可動部分から作られる複雑な機械的なアセンブリを伴い、通常、資格を持つ専門家による設置が必要だとすると、有利である。
【００２５】
この発明をいくつかの好ましい実施例に関して説明し示してきたが、この発明の精神および範囲を離れることなく、さらに変更が可能であることが理解されるであろう。たとえば、この発明をカメラ、ビデオレコーダ、望遠鏡および衛星などのさまざまな光学装置に関して検討してきたが、この発明は、宇宙で使用するためのものに限らずそれらを含め、どのような光学システムまたは画像化システムにも適用される。したがって、この発明の範囲は好ましい実施例の開示によって限定されるのではなく、特許請求の範囲を参照することで全体的に決定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施例による開口絞りの断面図である。
【図２】図１の開口絞りの上面図である。
【図３】図１の開口絞りの底面図である。
【図４】この発明の別の実施例による開口絞りの断面図である。
【図５】図４の開口絞りの上面図である。
【図６】アポディゼーション可能な状態の図４の開口絞りの上面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  開口絞り、１２  上部の導体、１４  底部の導体、１８  空間、２０  第１の領域、３０  第２の領域。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
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