(57)【要約】【課題】撮影装置を小型化、薄型化できる光学ユニットを提供する。【解決手段】液晶パネル１５は、一対のガラス基板８ａ、８ｂがスペーサ１６によって一定の間隔で配置されており、ガラス基板８ａ、８ｂの内面には、膜状の透明電極１０ａ、１０ｂが形成されている。ガラス基板８ａ、８ｂの間には、液晶１２が封入されている。液晶パネル１５の入射面１５ａと射出面１５ｂには偏光膜７が形成されている。液晶パネル付きレンズ２は、液晶パネル１５の入射面１５ａと射出面１５ｂを覆うようにして前面レンズ５及び背面レンズ６がガラス基板８ａ、８ｂに接着剤で一体に接着されて構成されている。透明電極１０ａ、１０ｂに電圧が印加されると、液晶パネル１５は透過状態となり、電圧の印加が停止されると液晶パネル１５は遮光状態になる。よって、液晶パネル付きレンズはシャッタとして機能する。デジタルカメラは小型化、薄型化が可能になる。【選択図】        図１
2007086340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の透明電極の間に液晶が封入されており、前記透明電極に印加する電圧により入射面から入射した光が射出面から射出する際の透過光量を変更させる液晶パネルと、
前記入射面または前記射出面の少なくとも一方に前記液晶パネルと一体に設けられたレンズとから構成されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記透明電極は一対のガラス基板の内面に形成されており、
前記ガラス基板の少なくとも一方は前記レンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記透明電極は前記レンズの光軸を中心とした同心円状に形成されており、
前記透明電極に電圧を選択的に印加することによって、前記液晶パネルに光を透過させる透過領域と光を遮光する遮光領域とを形成し、前記透過領域の大きさを調整することで透過光量を変更することを特徴とする請求項１または２記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記請求項１ないし３いずれか記載の光学ユニットを備え、前記レンズによって集光された被写体の光を結像させて撮影を行うことを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液晶パネルとレンズが一体に設けられた光学ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、銀塩カメラ及びデジタルカメラには、メカニカルシャッタが用いられている。銀塩カメラでは、レンズとフィルムの間にメカニカルシャッタが配置されており、シャッタを開閉させて露光を行っている。また、デジタルカメラには、ＣＣＤイメージセンサなど固体撮像素子に特有の問題としてスミアがある。スミアは、複数の撮像素子からなる受光部に不要な光が混入したり、内部で発生したノイズが隣接した撮像素子（画素）や、受光部から蓄積電荷を読み出すための電荷転送部に混入することによって発生する画像ノイズであり、強い光が入射した時などに撮影画像に白い縦縞となって顕著に現れるものである。そのため、デジタルカメラでは、撮影レンズとＣＣＤイメージセンサの間にメカニカルシャッタが配置されており、撮影時にシャッタを閉じて受光部に光が入射することを防いでいる。
【０００３】
このようなメカニカルシャッタは、機械的にシャッタの開閉を行うので構成部品が多く、組立てや調整に手間がかかる。さらに、シャッタを開閉させる際には、構成部品の可動と停止に伴う振動が発生する。この振動によって焦点距離の変動やカメラの振れが発生する。そのため、特許文献１ではメカニカルシャッタに代えて、液晶シャッタを用いている。この液晶シャッタは、一対の透明電極の間に介挿させた液晶に電圧を印加することで、光学的透過および光学的不透過にスイッチングを行う。
【特許文献１】特開昭６３−１４４３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の液晶シャッタは、カメラボディ内で撮影レンズと感光材料の間で撮影レンズとは独立して設置されている。これにより、カメラボディ内には撮影レンズの他に液晶シャッタの設置スペースが必要となる。そのため、カメラの小型化、薄型化に支障をきたすという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、液晶パネル及びレンズを一体に設け、カメラの薄型化、小型化、低コスト化が可能な光学ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の光学ユニットは、一対の透明電極の間に液晶が封入されており、前記透明電極に印加する電圧により入射面から入射した光が射出面から射出する際の透過光量を変更させる液晶パネルと、前記入射面または前記射出面の少なくとも一方に前記液晶パネルと一体に設けられたレンズとから構成されることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記透明電極は、一対のガラス基板の内面に形成されており、前記ガラス基板の少なくとも一方は前記レンズと一体に形成されていることが好ましい。また、前記透明電極は前記レンズの光軸を中心とした同心円状に形成されており、電圧を前記透明電極に選択的に印加することによって、前記液晶パネルに光を透過させる透過領域と光を遮光する遮光領域とを形成し、前記透過領域の大きさを調整することで透過光量を変更することが好ましい。また、本発明の撮影装置は、上記記載の光学ユニットを備え、前記レンズによって集光された被写体の光を結像させて撮影を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光学ユニットによれば、一対の透明電極の間に液晶が封入されており、透明電極に印加する電圧により入射面から入射した光が射出面から射出する際の透過光量を変更させる液晶パネルと、入射面または射出面の少なくとも一方に液晶パネルと一体に設けられたレンズとから構成されるので、コストダウンと小型化が可能である。
【０００９】
また、透明電極は、一対のガラス基板の内面に形成されており、ガラス基板の少なくとも一方はレンズを一体に形成されているので、液晶パネルを構成する部品点数が減少し、コストダウンおよび小型化が可能となる。また、透明電極はレンズの光軸を中心とした同心円状に形成されており、電圧を透明電極に選択的に印加することによって、液晶パネルに光を透過させる透過領域と光を遮光する遮光領域とを形成し、透過領域の大きさを調整することで透過光量を変更したので、シャッタ及び絞りとして用いることができる。
【００１０】
また、本発明の撮影装置は、上記記載の光学ユニットを備え、レンズによって集光された被写体の光を結像させて撮影を行うので、撮影装置の小型化、薄型化を図ることができる。さらに、組立て性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の光学ユニットである液晶パネル付きレンズの構成を示す断面図である。液晶パネル付きレンズ２は、前面レンズ５、背面レンズ６、偏光膜７、ガラス基板８ａ、８ｂ、透明電極１０ａ、１０ｂ、液晶１２から構成されている。液晶パネル１５は、一対のガラス基板８ａ、８ｂがスペーサ１６によって一定の間隔で配置されており、ガラス基板８ａ、８ｂの内面には、その略全面に膜状の透明電極１０ａ、１０ｂが形成されている。さらに、ガラス基板８ａ、８ｂとスペーサ１６の間には液晶１２が封入されている。この液晶１２としては、９０度のねじれ配向したネマチック液晶層である。さらに、液晶パネル１５の入射面１５ａ（ガラス基板８ａの外面）、及び液晶パネル１５の射出面１５ｂ（ガラス基板８ｂの外面）には偏光膜７が形成されている。
【００１２】
前面レンズ５及び背面レンズ６は、一方が凸形状に湾曲した曲面を有し、他方に光軸Ｌと直交する平面を有する凸レンズである。前面レンズ５及び背面レンズ６は、液晶パネル１５の入射面１５ａと射出面１５ｂに形成された偏光膜７を覆うようにしてガラス基板８ａ、８ｂに接着剤で一体に接着されている。前面レンズ５側の偏光膜７は、前面レンズ５から液晶パネル１５に入射される非偏光光を直線偏光に変換して液晶１２に入射させる偏光子として機能する。また、背面レンズ６側の偏光膜は、液晶１２からの変調光を偏光の向きに応じて遮光または透過させる検光子として機能する。そして、液晶パネル付きレンズ２は、前面レンズ５を被写体に向けてデジタルカメラ２０に取り付けられる（図２参照）。
【００１３】
図２には、本発明の液晶パネル付きレンズ２を用いたデジタルカメラ２０の構成を示す概略図である。デジタルカメラ２０は、撮影レンズ２２、ＣＣＤイメージセンサ２３、画像処理回路２４、およびシステムコントローラ２５、電圧印加回路２６などから構成されている。
【００１４】
撮影レンズ２２は、フォーカスレンズ３０と液晶パネル付きレンズ２から構成されている。フォーカスレンズ３０は光軸方向に移動して焦点調整を行う。液晶パネル付きレンズ２は収差を低減させる。さらに、液晶パネル１５は、入射面１５ａから入射した被写体光を射出面１５ｂから射出する際の透過光量を変更する。例えば、透明電極１０ａ、１０ｂに電圧が印加されていない場合には、前面レンズ５から導かれる被写体光を遮光する遮光状態（透過光量が少ない状態）となり、透明電極１０ａ、１０ｂに電圧が印加された場合は、被写体光を透過させる透過状態（透過光量が多い状態）となる。このように、液晶パネル付きレンズ２は、液晶パネルに印加する電圧を調節することによって、シャッタとして機能する。
【００１５】
撮像レンズ２２の背後には、この撮像レンズ２２によって結像された被写体画像を撮像するＣＣＤイメージセンサ２３が配置されている。このＣＣＤイメージセンサ２３は、受光素子をマトリクス状に配置させたイメージエリアセンサである。ＣＣＤイメージセンサ２３は、撮像によってアナログの撮像信号を生成し、画像処理回路２４に入力する。
【００１６】
画像処理回路２４は、アナログの撮像信号からデジタルのＲＧＢの画像データを生成する画像データ生成部と、生成された画像データに、階調変換，ホワイトバランス補正，γ補正等の各種画像処理を施して画質向上を図る画質処理部と、各種画像処理が施された画像データにＹＣ変換処理や固定長化処理，圧縮処理等を施して、例えば、ＪＰＥＧ等の画像ファイルを生成する圧縮処理部とからなる。
【００１７】
システムコントローラ２５は、デジタルカメラ２０の各部を制御する。システムコントローラ２５には、レリーズＳＷ３１、液晶表示器（ＬＣＤ）３２、メモリカード３３、メモリ３４、電圧印加回路２６などが接続されている。メモリ３４には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。システムコントローラ２５は、これらの情報をメモリ３４から読み出して各種処理を実行する。
【００１８】
ＬＣＤ３２には、撮影した画像やいわゆるスルー画像、各種メニュー画面が表示される。メモリカード３３は、画像処理回路２４で各種画像処理が施され、所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で圧縮された画像データを記録する。
【００１９】
レリーズボタンが全押し操作されると、レリーズＳＷ３１からシステムコントローラ２５にレリーズ信号が入力され、被写体画像の撮影が行われる。
【００２０】
電圧印加回路２６は、例えばフレキシブルケーブルで液晶パネル付きレンズ２に設けられた透明電極１０ａ、１０ｂと接続されている。デジタルカメラ２０の電源が投入されると、システムコントローラ２５は電圧印加回路２６を制御して透明電極１０ａ、１０ｂに電圧を印加させる。これにより、液晶パネル１５は殆どの被写体光を透過させる透過状態となり、ＣＣＤイメージセンサ２３の受光部には被写体光が導かれる。また、システムコントローラ２５は、レリーズ信号が入力されると印加電圧回路２６に検出信号を入力する。印加電圧回路２６は検出信号に基づいて透明電極１０ａ、１０ｂに印加していた電圧を所定の時間だけ停止する。これにより、液晶パネル１５は透過状態から被写体光を透過させない遮光状態へと切り替わる。
【００２１】
上記構成の液晶パネル付きレンズ２を用いたデジタルカメラ２０の作用について説明する。デジタルカメラ２０の電源が投入されると、電圧印加回路２６は透明電極１０ａ、１０ｂに電圧を印加する。これにより、液晶パネル１５は被写体光を透過させる透過状態となり、撮影レンズ２２からの被写体光がＣＣＤイメージセンサ２３の受光部へと導かれる。
【００２２】
ＬＣＤ３２に表示されるスルー画を見ながらフレーミングが行われ、シャッターボタンの押圧により撮影が実行される。この時、電圧印加回路２６は透明電極１０ａ、１０ｂへの電圧の印加を所定時間停止する。これにより、液晶パネル１５は被写体光を遮光する遮光状態となり、受光部へ導かれていた光を所定時間遮光するので、受光部に蓄積された電荷を読み出すための電荷転送が行われている時に受光部に強い光が入射することはない。よって、スミアの発生を防止することができる。
【００２３】
撮影が終了すると、電圧印加回路２６は再び透明電極１０ａ、１０ｂに電圧を印加する。これにより、液晶パネル１５は遮光状態から透過状態へと切り替わるので、受光部に被写体光が入射されてＬＣＤ３２にスルー画像が表示される。このように、前面レンズ５及び背面レンズ６を液晶パネル１５に一体に接着したので、デジタルカメラ２０の小型化、薄型化、低コスト化が可能となる。さらに、液晶パネル付きレンズ２は、液晶パネル１５が透過状態と遮光状態の間で切り替わることで、シャッタとして機能する。よって、デジタルカメラ２０に液晶パネル付きレンズ２を設けることで撮影時に振動もなく、組立ても容易となる。
【００２４】
また、上記実施形態では、透明電極１０ａ、１０ｂが形成された一対のガラス基板８ａ、８ｂの間に液晶１２を封入し、前面レンズ５及び背面レンズ６をガラス基板８ａ、８ｂに接着させて液晶パネル付きレンズ２を形成したが、これに代えて、ガラス基板８ａ、８ｂの少なくとも一方と前面レンズ５または背面レンズ６を一体に形成してもよい。図３には、例えばガラス基板８ａと前面レンズ５を一体に形成した場合の液晶パネル付きレンズ４０の構成を示す。なお、上記実施形態と同一の構成部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２５】
前面レンズ４１の平面部４１ａには、偏光子として機能する偏光膜７が形成されている。さらに、この偏光膜７の上には、膜状の透明電極１０ａが形成されている。また、ガラス基板３６の一方の面には透明電極１０ｂが形成されており、他方の面には検光子として機能する偏光膜７が形成されている。そして、液晶パネル付きレンズ２は、前面レンズ４１とガラス基板３６の透明電極１０ａ、１０ｂを対向させ、前面レンズ４１とガラス基板３６の間にスペーサ１６によって液晶１２を封入し、これらは接着剤で一体に接着されている。なお、透明電極１０ａ、１０ｂの形成方法としては、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などを適宜に用いることが好ましい。
【００２６】
電圧印加回路２６（図２参照）により、透明電極１０ａ、１０ｂに電圧が印加されると、液晶パネル付きレンズ４０は光を透過させる透過状態となり、電圧の印加を停止すると光を遮光する遮光状態となるので、液晶パネル付きレンズ４０はシャッタとして機能する。また、前面レンズ４１は収差を低減させる。このように、前面レンズ４１の平面部４１ａに透明電極１０ａ、１０ｂを形成したので、部品点数が減少し、液晶パネル付きレンズ４０の厚みも薄くすることができる。従ってデジタルカメラ２０の小型化、薄型化、低コスト化が可能となる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、透明電極１０ａ、１０ｂを前面レンズ４１の平面部４１ａに形成し、この前面レンズ４１とガラス基板３６の間に液晶１２を封入したが、透明電極１０ａ、１０ｂを液晶パネル付きレンズ２の背面レンズ６に形成してガラス基板８ｂと背面レンズ６の間に液晶１２を封入してもよい。また、液晶パネル付きレンズ２の前面レンズ５とガラス基板８ａ、背面レンズ６とガラス基板８ｂとを一体に形成し、前面レンズ及び背面レンズの平面部に透明電極１０ａ、１０ｂを形成し、前面レンズ５及び背面レンズ６の間に液晶１２を封入して液晶パネル付きレンズを構成してもよい。これにより、液晶パネル付きレンズは部品点数が減少するのでコストが低くなる。さらに、液晶パネル付きレンズの厚みが薄くなるのでデジタルカメラ２０の小型化、薄型化、ローコスト化が可能になる。
【００２８】
また、上記実施形態では、液晶パネル１５を透過状態または遮光状態に切り替えて液晶パネル付きレンズ２をシャッタとして機能させたが、これに代えて、液晶パネル１５に光を透過させる透過領域と光を遮光する遮光領域とを形成し、電圧の印加に応じて透過領域の大きさを調整することによって液晶パネル付きレンズを絞りとして機能させてもよい。
【００２９】
図４は、液晶パネル付きレンズ４５の正面図である。液晶パネル付きレンズ４５は、前面レンズ５及び背面レンズ６の光軸Ｌを一致させて液晶パネル１５の入射面１５ａ及び射出面１５ｂに一体に接着されている。また、液晶パネル１５は、光軸Ｌを中心に同心円状に第１〜第３透明電極４６〜４８が形成されている。
【００３０】
電圧印加回路２６は、第１〜第３透明電極４６〜４８に対して選択的に電圧の印加を行うことで、殆どの光を透過させる透過領域（透過光量が多い）と殆どの光を遮光する遮光領域（透過光量が少ない）を形成する。そして、液晶パネル付きレンズ４５は、大きさの異なる２つの透過領域を形成することによって、透過光量を変更させる。
【００３１】
例えば、電圧印加回路２６が第１透明電極４６に電圧を印加すると、第１透明電極４６の部分が透過領域となり、第２及び第３透明電極４７、４８の部分が遮光領域となる。また、電圧印加回路２６が、第１及び第２透明電極４６，４７に電圧を印加すると、第１および第２透明電極４６、４７の部分が透明領域となり、第３透明電極４８の部分が遮光領域となる。これにより、第１透明電極にだけ電圧を印加した際に形成される透過領域に比べて、第１及び第２透明電極に電圧と印加して形成された透過領域の方が光の透過光量が多くなる。
【００３２】
このように、透過領域の大きさを調節することで、撮影状況に応じて液晶パネル付きレンズ４５を透過する透過光量を２段階で変更することができるので、液晶パネル付きレンズ４５は絞りとして機能する。また、シャッターボタンが押圧されて撮影が実行された時には、電圧印加回路２６は第１〜第３透明電極４６〜４８への電圧の印加を停止する。これにより、液晶パネル１５はその全面が遮光状態となる。従って液晶パネル付きレンズ４５はシャッタとしても機能する。よって、電荷転送中のＣＣＤイメージセンサ２３の受光部に強い光が入射することを防ぐので、スミアの発生を防止できる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、前面レンズ５及び背面レンズ６に凸レンズを設けたが、これに限らず、凹レンズでもよく、また凸レンズと凹レンズを組合せてもよい。また、液晶パネル１５には前面レンズ５及び背面レンズ６を一体に設けたが、入射面１５ａまたは射出面１５ｂのどちらか一方にだけレンズを設けてもよい。
【００３４】
また、本実施形態で使用する液晶としては、ネマチック型、スメクチック型などであり、使用目的に応じて適宜に使い分けることが好ましい。また、本実施形態ではデジタルカメラ２０に液晶パネル付きレンズを用いた場合を説明したが、これに限らず、銀塩カメラや、携帯電話に設けられたカメラモジュールなど各種撮影装置に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】液晶パネル付きレンズの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の液晶パネル付きレンズを備えたデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】前面レンズとガラス基板を一体に形成した液晶パネル付きレンズの構成を示す断面図である。
【図４】絞りとして機能する液晶パネル付きレンズを説明する正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  液晶パネル付きレンズ
５  前面レンズ
６  背面レンズ
８ａ、８ｂ  ガラス基板
１０ａ、１０ｂ  透明電極
１２  液晶
１５  液晶パネル
２０  デジタルカメラ
２６  電圧印加回路
【図１】
2007086340.tif 000003
【図２】
2007086340.tif 000004
【図３】
2007086340.tif 000005
【図４】
2007086340.tif 000006