(57)【要約】【課題】  本発明は、２色性ＧＨ液晶を用いて入射光の光量を調光制御する場合に、上述のようなシェーディング現象の影響を受けることなく、視野角依存が少ない撮像画像を得るように入射光の光量を予め定められた調光制御範囲となるようにする。【解決手段】  本発明の撮像装置は、光学系とＣＣＤとの間に設けられ、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性３２を示すものと右旋光性３３を示すものとが使用可能範囲３４で示す比率で混合されて生成される電気調光素子４に対して、ＣＣＤから得られる光量情報に基づいて電気調光素子４を調光制御範囲に制御するための印加電圧を供給するものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を介して撮像手段を用いて被写体を撮像する撮像装置において、
上記光学系と上記撮像手段との間に設けられ、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される電気調光素子からなる調光手段と、
上記撮像手段から得られる光量情報に基づいて上記調光手段を上記調光制御範囲に制御するための印加電圧を供給する制御手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
上記電気調光素子は、２色性ＧＨ液晶素子であることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
上記２色性ＧＨ液晶素子の視野角依存性の低い特性の値に上記混合の比率が設定されることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
上記混合の比率は５０対５０であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像装置において、
上記混合の比率は５０対５０を除いた８０対２０〜２０対８０の間の比率であることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
光学系を介して撮像手段を用いて被写体を撮像する撮像装置に用いられる調光装置において、
上記光学系と上記撮像手段との間に設けられ、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される電気調光素子からなるものであって、
上記撮像手段から得られる光量情報に基づいて制御手段から供給される印加電圧により上記調光制御範囲に制御されるものである
ことを特徴とする調光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の調光装置において、
上記電気調光素子は、２色性ＧＨ液晶素子であることを特徴とする調光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の調光装置において、
上記２色性ＧＨ液晶素子の視野角依存性の低い特性の値に上記混合の比率が設定されることを特徴とする調光装置。
【請求項９】
請求項６に記載の調光装置において、
上記混合の比率は５０対５０であることを特徴とする調光装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の調光装置において、
上記混合の比率は５０対５０を除いた８０対２０〜２０対８０の間の比率であることを特徴とする調光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の光量を調光制御する撮像装置及び調光装置。
【背景技術】
【０００２】
近年、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対する高解像度かつ小型化の要求がますます強まっている。この要請に対して、ビデオカメラやデジタルスチルカメラに、高密度ＣＣＤ(Charge Coupled Device)を搭載したり、レンズの小型化を図ったりして対応しているが、これらの方法では、回折現象による画質劣化現象が顕著に現われるという問題が生じる。また、レンズユニットに搭載している機械式アイリスの可動部のサイズの制約によって小型化の限界という問題に直面する。そこで、この問題を解決するための手段として、液晶やＥＣ（Electro Chromic）等の電気化学材料で構成される調光素子を用いた電気駆動アイリスのアイデアが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この電気駆動アイリスはアイデアのみで具体的なものとして実現されるに至っていない。その理由の一つに撮像装置への適用を図るのにふさわしい材料の見極めが不十分な点が挙げられている。この問題は、液晶やＥＣ等の電気化学材料全てを一括りしていることに起因している。つまり、材料毎に物性が異なるにもかかわらず、全ての材料に共通性を持たせる考え方は、物性物理・電気化学の観点から見ると問題が多いからである。
【０００４】
このため、液晶分子に色素を混合し、色素が液晶の駆動に伴って液晶分子に付いてくる性質を利用することにより、色素に対応した特定の波長だけにフラットな透過率を得るいわゆる２色性ＧＨ（Guest Host）液晶を用いるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平11-326894号公報
【特許文献２】特開2001-201769号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、２色性ＧＨ液晶は物性的に視野角特性を有しているため、撮像装置のレンズユニット内に搭載した場合に、その入射角により受光する光強度が異なるという問題が生じる。このため、撮像画面内の光量が不均一になってシェーディング現象が発生するので、撮像画像が不自然なものになるという不都合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、２色性ＧＨ液晶を用いて入射光の光量を調光制御する場合に、上述のようなシェーディング現象の影響を受けることなく、視野角依存が少ない撮像画像を得るように入射光の光量を予め定められた調光制御範囲となるようにする撮像装置及び調光装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の撮像装置は、光学系と撮像手段との間に設けられ、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される電気調光素子からなる調光手段と、撮像手段から得られる光量情報に基づいて調光手段を調光制御範囲に制御するための印加電圧を供給する制御手段とを備えたものである。
【０００８】
調光手段は光学系と撮像手段との間に設けられる電気調光素子からなる。この電気調光素子は、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される。制御手段は撮像手段から得られる光量情報に基づいて調光手段を調光制御範囲に制御するための印加電圧を供給する。調光手段は制御手段から供給される印加電圧により予め定められた調光制御範囲となるように駆動される。この混合比率は調光手段の２色性ＧＨ液晶素子の視野角依存性の低い特性の値に設定される。また、調光制御範囲は要求される仕様に対応する。
【０００９】
また、本発明の調光装置は、光学系と撮像手段との間に設けられ、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される電気調光素子からなるものであって、撮像手段から得られる光量情報に基づいて制御手段から供給される印加電圧により調光制御範囲に制御されるものである。
【００１０】
調光装置は光学系と撮像手段との間に設けられる電気調光素子からなる。この電気調光素子は、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される。制御手段は撮像手段から得られる光量情報に基づいて調光装置を調光制御範囲に制御するための印加電圧を供給する。調光装置は制御手段から供給される印加電圧により予め定められた調光制御範囲となるように駆動される。この混合比率は調光手段の２色性ＧＨ液晶素子の視野角依存性の低い特性の値に設定される。また、調光制御範囲は要求される仕様に対応する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、この電気調光素子は、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成されるので、撮像手段から得られる光量情報に基づいて調光手段を調光制御範囲に制御するための印加電圧が供給されると、供給される印加電圧により調光手段が予め定められた調光制御範囲となるように駆動し、入射光の光量を予め定められた調光制御範囲となるようにすることにより、調光手段として２色性GH液晶を用いてシェーディング現象の影響を受けることなく視野角依存が少ない撮像画像を得るようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら詳細を説明する。
図１は、電気調光素子を組み込んだ撮像装置の光学系例を示す図である。図1においては、本実施の形態に用いられる調光手段である電気調光素子４を撮像装置１であるＣＣＤカメラに組み込まれている。
【００１３】
すなわち、撮像装置１において、一点鎖線で示す光軸１０に沿って、レンズ前群に相当するレンズ群２及びレンズ群（ズーム用）３、レンズ後群に相当するレンズ群５及びレンズ群（フォーカス用）６、撮像面９を有するＣＣＤ８が適宜の間隔を置いてこの順に配設されている。そして、ＣＣＤ８の前面には、赤外線カットフィルタ及び光学ローパスフィルタなどのフィルタ７が配置され、ＣＣＤ８には撮像素子が収納されている。
【００１４】
レンズ群３とレンズ群５との間には、上述の２色性ＧＨ液晶からなる電気調光素子４が配置されている。なお、図示はしないが、電気調光素子４の前面の同じ光路上には光量調節（光量絞り）のための偏光板が取付けられている。フォーカス用のレンズ群６は、図示しないリニアモータにより光路に沿ってレンズ群５とＣＣＤ８との間を移動可能に配設され、また、ズーム用のレンズ群３は、光路に沿ってレンズ群２と電気調光素子との間を移動可能に配設されている。
【００１５】
図２は、電気調光素子の構成例を示す図であり、図２Ａは断面図、図２Ｂは斜視図である。図２は、図１に示した電気調光素子４である２色性ＧＨ液晶の例を示す。図２Ａに示すように、電気調光素子２１は、液晶２２からなり、この液晶２２の前面及び後面をそれぞれ透過率の高いガラス板２４、２５で挟み込むと共に周囲を他の部材で遮蔽したものである。
【００１６】
図２Ｂに示すように、このようにして構成された電気調光素子２１の液晶２２を図１に示した光軸１０に沿って配置することができる。なお、図中、液晶２２は厚みをつけて表しているが、実際には薄膜状に形成される。
【００１７】
さらに、液晶２２には、図示しない制御手段から駆動するための印加電圧Ｖが供給される。この印加電圧Ｖは、液晶２２を予め定められた調光制御範囲となるように設定される。この液晶２２は、予め定められた調光制御範囲となるように後述する左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとが混合されて生成される。この混合の比率は、液晶２２の視野角依存性の低い特性の値に設定される。
【００１８】
以下に、色素の左旋光性及び右旋光性について説明する。
図７は、２色性ＧＨ液晶に用いられる色素の左旋光性及び右旋光性を模式的に示す図である。一般に、直線偏光が物質を通過するとき、その振動面を回転させる性質を旋光性ということが知られている。
【００１９】
図７において、左旋光性色素７１は、核７１−１を中心として光の進行方向から見て左まわりに分子７１−２，７１−３，７１−４，７１−５がＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓの順で回転するように構成されるものである。また、右旋光性色素７２は、核７２−１を中心として光の進行方向から見て右回りに分子７２−２，７２−３，７２−４，７２−５がＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓの順で回転するように構成されるものである。左旋光性色素７１と右旋光性色素７２とは、例えば仮想的な鏡７３に対して対称関係にあるものである。
【００２０】
図８は、左旋光性を有する色素のみで構成される２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。図８は、左旋光性を有する色素のみで構成される２色性ＧＨ液晶素子単個を使用して実測したものである。
２色性の色素を含有した２色性ＧＨ液晶は、印加電圧Ａ（最低）〜Ｇ（最高）によって縦軸に示す透過率が上昇したり低下したりする材料である。しかし、２色性色素の左旋光性及び右旋光性などの吸収異方性により、視野角特性を有しているため、横軸に示す入射光の入射角により縦軸に示す透過率が異なるいわゆるシェーディング特性を持っている。Ａは無印加、Ｇは最大印加電圧である。
【００２１】
図８から、透過率の角度依存性は、入射画面の左右で若干の差異があるものの、略印加電圧Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ,Ａの順に低くなっている。ここで、撮像装置のレンズユニットに２色性ＧＨ液晶素子を装着する場合には、入射角の比較的小さい位置に装着するのがよいことがわかる。しかし、近年の撮像装置の高解像度かつ小型化の要求の下では入射角の比較的大きい位置に装着せざるを得なくなるので、特に現在の撮像装置では、最大入射角２５°の位置に装着することが求められている。
【００２２】
図９は、右旋光性を有する色素のみで構成される２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。図９は、右旋光性を有する色素のみで構成される２色性ＧＨ液晶素子単個を使用して実測したものである。
ここでも、印加電圧Ａ（最低）〜Ｇ（最高）によって透過率が上昇したり低下したりすることがわかる。同様に、Ａは無印加、Ｇは最大印加電圧である。図９から、この特性は図８と縦軸の中心に対して対称関係にあることを確認することができる。
【００２３】
通常の場合、撮像装置のシェーディング規格は、図８，９の縦軸の透過率に示す中心部に対し、１±０．１５内に入っていれば使用上問題はないことがわかっている。この理由は、撮像装置内に、シェーディング補正機能が装着されており、上述した規格内に入っていればシェーディング補正機能で対応することができるためである。
【００２４】
ところが、撮像装置のレンズユニットに２色性ＧＨ液晶素子を装着する条件は厳しいものであり、上述した図８，９における印加電圧Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ｅの領域はシェーディング規格を満足しないものであるため、安定した撮影を求められる撮像装置の仕様を満足することができない。そのため、予め定められた調光制御範囲となるように左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとを混合して２色性ＧＨ液晶素子を生成して要求される調光制御範囲を拡大する必要がある。
【００２５】
そこで、本発明の実施の形態では、２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとの混合の比率を、液晶の視野角依存性の低い特性の値に設定するようにして、シェーディングの影響をなくした撮像画像を得るようにしている。
【００２６】
図３は、電気調光素子の２色性ＧＨ液晶における色素の重量比を示す図である。
図３に示すように、使用可能範囲３４の第１の条件は、３１で示す２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性３２を示すものと右旋光性３３を示すものとの混合の重量比率（％）を５０対５０にするものである。この第１の条件は、２色性ＧＨ液晶に含有している２色性色素の構成を左旋光性を示すものと右旋光性を示すものを重量比で等量ずつ混合したいわゆるラセミ体構造にすることにより、色素の吸収異方性をなくすようにするものである。
【００２７】
図４は、ラセミ体構造の色素で構成される２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性
を示す図である。図４に示すように、印加電圧Ａ（最低）〜Ｇ（最高）によって透過率が上昇したり低下したりすることがなく、Ａの無印加からＧの最大印加電圧までＡと同じ特性である。この場合、全ての印加電圧Ａ（最低）〜Ｇ（最高）の領域が上述したシェーディング規格を満足している。
【００２８】
また、使用可能範囲３４の第２の条件は、３１で示す２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性３２を示すものと右旋光性３３を示すものとの混合の重量比率（％）を８０対２０にするものである。この第２の条件は、２色性ＧＨ液晶に含有している２色性色素の構成を左旋光性を示すものと右旋光性を示すものを重量比が８０対２０で混合することにより、色素の吸収異方性を低減するようにするものである。
【００２９】
図５は、左旋光性を有する色素の重量対右旋光性を有する色素の重量比が８０対２０の色素構成となっている２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。この場合、横軸の画面右側では全ての印加電圧Ａ（最低）〜Ｇ（最高）の領域で上述したシェーディング規格を満足している。これに対して、画面左側では印加電圧Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇの領域だけが上述したシェーディング規格を満足している。
【００３０】
また、使用可能範囲３４の第４の条件は、３１で示す２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性３２を示すものと右旋光性３３を示すものとの混合の重量比率（％）を２０対８０にするものである。この第４の条件も第２の条件と同様に、２色性ＧＨ液晶に含有している２色性色素の構成を左旋光性を示すものと右旋光性を示すものを重量比が２０対８０で混合することにより、色素の吸収異方性を低減するようにするものである。
【００３１】
図６は、左旋光性を有する色素の重量対右旋光性を有する色素の重量比が２０対８０の色素構成となっている２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。この場合、横軸の画面左側では全ての印加電圧Ａ（最低）〜Ｇ（最高）の領域で上述したシェーディング規格を満足している。これに対して、画面右側では印加電圧Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇの領域だけが上述したシェーディング規格を満足している。
【００３２】
したがって、使用可能範囲３４の第３の条件は第２の条件と第４の条件の間であるため、上述したシェーディング規格を満足することになる。使用可能範囲３４の第３の条件は、３１で示す２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性３２を示すものと右旋光性３３を示すものとの混合の重量比率（％）を８０対２０〜２０対８０の間の比率にするものである。この第２の条件は、２色性ＧＨ液晶に含有している２色性色素の構成を左旋光性を示すものと右旋光性を示すものを重量比が８０対２０〜２０対８０の間の比率で混合することにより、色素の吸収異方性を低減するようにするものである。この場合、第３の条件は上述した範囲の比率から第１の条件を除いたものとなる。
【００３３】
このように、使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件で２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとの混合の比率を設定することにより、シェーディングの影響をなくした撮像画像を得ることができる。
【００３４】
このように図３に示した使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件で構成される電気調光素子の調光制御の動作を以下に説明する。
まず、図２に示したＣＰＵ１１が図１に示したような光学系とＣＣＤ８との間に設けられる電気調光素子２１を構成する２色性ＧＨ液晶２２に対して、予め定められた調光制御範囲となるように駆動するための印加電圧Ｖを図３に示した使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件毎に設定する。この調光制御範囲は要求される仕様に対応する値とする。ＣＰＵ１１が設定した調光制御範囲に対応する印加電圧Ｖの値は、ＣＰＵ１１の設定動作により図３に示した使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件と対応してメモリに記憶される。このような設定動作は、例えば、撮像装置１の製造工程における調整段階で行うようにしてもよいし、また、電源投入時に行うようにしてもよい。
【００３５】
次に、撮像装置１の撮影時におけるフォーカス制御などが行われる各種調整時においてＣＣＤ８から得られる光量データＤがＣＰＵ１１に供給される。ＣＰＵ１１は、この光量データＤに基づいて電気調光素子２１が適切な調光制御範囲となるような印加電圧Ｖの値をメモリに記憶されている値の中から読み出す。
【００３６】
ＣＰＵは、電気調光素子２１を調光制御範囲に制御するために図３に示した使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件と対応してメモリに設定された印加電圧Ｖを読み出して、電気調光素子２１に供給するように制御する。
【００３７】
このＣＰＵ１１によって読み出された印加電圧Ｖにより、図３に示した使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件で構成される電気調光素子２１が適切な調光制御範囲となるように調光制御される。なお、この印加電圧Ｖは、電気調光素子２１の２色性ＧＨ液晶素子の視野角依存性の低い特性の値に設定されて予めメモリに記憶されているものである。
【００３８】
また、上述した例では、電気調光素子２１である２色性ＧＨ液晶素子の色素の左旋光性を示すものと右旋光性を示すものとの混合の比率は図３に示した使用可能範囲３４の第１の条件〜第４の条件のみを示したが、これに限らず、要求される調光制御範囲に応じて電気調光素子は上述した第３の条件の範囲で任意の比率で構成することができ、この場合、各２色性ＧＨ液晶素子に対して、最適な透過率を得る調光制御範囲となるような印加電圧Ｖの値を設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】電気調光素子を組み込んだ撮像装置の光学系例を示す図である。
【図２】電気調光素子の構成例を示す図であり、図２Ａは断面図、図２Ｂは斜視図である。
【図３】電気調光素子の２色性ＧＨ液晶における色素の重量比を示す図である。
【図４】ラセミ体構造の色素で構成される２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。
【図５】左旋光性を有する色素の重量対右旋光性を有する色素の重量比が８０対２０の色素構成となっている２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。
【図６】左旋光性を有する色素の重量対右旋光性を有する色素の重量比が２０対８０の色素構成となっている２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。
【図７】２色性ＧＨ液晶に用いられる色素の左旋光性及び右旋光性を示す図である。
【図８】左旋光性を有する色素のみで構成される２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。
【図９】右旋光性を有する色素のみで構成される２色性ＧＨ液晶素子のシェーディング特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…撮像装置、２、３、５、６…レンズ群、４…電気調光素子、７…フィルタ、８…ＣＣＤ、９…撮像面、１０…光軸、２１…電気調光素子、２２…液晶、２４、２５…ガラス板、３１…２色性ＧＨ液晶素子の色素の重量比、３２…左旋光性、３３…右旋光性、３４…使用可能範囲
【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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