(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調光用の液晶素子と、この液晶素子の光入射側又は／及び光出射側に設けられ、光の有効光路に対して出し入れ可能である偏光手段と、前記有効光路の開口面積を制御する絞り手段とを有する調光装置において、
前記偏光手段は、前記絞り手段とは別体に分離して配置されていて、少なくとも２種  の光透過率を有する複数の領域からなること、
前記複数の領域の各偏光軸が互いに略平行であること、
前記偏光手段が、前記複数の領域の光透過率の高い領域から前記有効光路内に進入す ること
をそれぞれ構成として具備することを特徴とする調光装置。
【請求項２】
少なくとも２種の大きさの異なる偏光フィルムを、その偏光軸を略平行に合わせて互いに重ね合わせることによって、前記偏光手段が構成されている、請求項１に記載の調光装置。
【請求項３】
前記有効光路を所定の開口状態に維持したまま、前記偏光手段をその光透過率の高い領域から前記所定の開口に進入させる、請求項１に記載の調光装置。
【請求項４】
前記偏光手段を駆動する第１の駆動機構と、前記絞り手段を駆動する第２の駆動機構とを有する、請求項１に記載の調光装置。
【請求項５】
前記偏光手段の駆動と前記絞り手段の駆動とが共通の駆動機構によってなされる、請求項１に記載の調光装置。
【請求項６】
開放状態から所定の開口状態までは絞り羽根によって開口面積を制御し、更に、前記所定の開口状態を維持したまま、前記偏光手段をその光透過率の高い領域から前記所定の開口に進入させる、請求項４または５に記載の調光装置。
【請求項７】
前記偏光手段の前記所定の開口への進入を、前記共通の駆動機構とこれによって駆動される回転部材とによって行う、請求項６に記載の調光装置。
【請求項８】
前記液晶素子が、ネガ型液晶をホスト材料とし、ポジ型又はネガ型の二色性染料をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子である、請求項１に記載の調光装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の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、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、液晶セルを用いる調光装置には、偏光板等が使用される。そして液晶セルには、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】
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が、図１４は、従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【０００４】
この調光装置は、主に偏光板１とＧＨセル２とで構成される。ＧＨセル２は、図示省略したが、２枚のガラス基板の間に封入され、また動作電極や液晶配向膜を有している（以下、同様）。ＧＨセル２には、ポジ型液晶分子３とポジ型二色性染料分子４とが封入されている。
【０００５】
ポジ型二色性染料分子４は、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型（ｐ型）色素分子である。また、ポジ型液晶分子３は、例えば誘電率異方性が正のポジ型（正型）である。
【０００６】
図１４（ａ）は、電圧を印加していない（電圧無印加）時のＧＨセル２の状態を示す。入射光５は、偏光板１を透過することにより直線偏光される。図１４（ａ）では、この偏光方向とポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向とが一致するので、光は、ポジ型二色性染料分子４に吸収され、ＧＨセル２の光透過率が低下する。
【０００７】
そして、図１４（ｂ）で示すように、ＧＨセル２に電圧印加を行なうと、ポジ型液晶分子３が電界方向に向くに伴なってポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向は、直線偏光の偏光方向と直角になる。このため、入射光５はＧＨセル２によりほとんど吸収されずに透過する。
【０００８】
図１４に示したＧＨセル２においては、図１５に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中。液晶セルに加えて偏光板を足したときの光透過率を参照（＝１００％）とした：以下、同様）が増加するが、電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【０００９】
なお、分子短軸方向の光を吸収するネガ型（ｎ型）の二色性染料分子を用いる場合は、上記ポジ型の二色性染料分子４の場合と逆になり、電圧無印加時には光が吸収されず、電圧印加時に光が吸収される。
【００１０】
図１４に示した調光装置では、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１を使用せずにＧＨセル２のみで構成される調光装置に比べて約２倍の光学濃度比を有する。
【００１１】
即ち、図１４に示したゲスト−ホスト型液晶セル（ＧＨセル）２において、ホスト材料３として誘電率異方性（Δε）が正のポジ型の液晶を用い、ゲスト材料４には二色性を有する光吸収異方性（ΔＡ）が正のポジ型染料を用い、偏光板１をＧＨセル２の入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測すると、図１５に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中。液晶セルに加えて偏光板を足したときの透過率を参照（＝１００％）とした：以下、同様）が増加するが、電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【００１２】
これは、ポジ型のホスト材料３を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（interaction）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）液晶分子が残ってしまうからであると考えられる。
【００１３】
これに対し、図１８に示すように、ゲスト−ホスト型液晶セル（ＧＨセル）１２において、ホスト材料１３として、誘電率異方性（Δε）が負のネガ型の液晶であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、ゲスト材料４には二色性を有するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いることにより、偏光板１１をＧＨセル１２の入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測したところ、図１６に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中）が最大光透過率約７５％から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る。
【００１４】
これは、ネガ型のホスト材料を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（interaction）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からであると考えられる。
【００１５】
このようにして、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセルを構成すれば、光透過率（特に透明時）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。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配することにより、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なうことができる。
【００１６】
上述したＧＨセル１２からなる調光装置２３は、例えば図１７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セル１２に入射する。ＧＨセル１２を透過した光は、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。
【００１７】
この調光装置２３を構成する偏光板１１は、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路２０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２０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１９に示すような機械式アイリスが用いられる。
【００１８】
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枚の絞り羽根１８、１９と、絞り羽根１８に貼付された偏光板１１とからなる。絞り羽根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絞り羽根１８、１９を相対的に移動させる。
【００１９】
これにより、図１９で示すように、絞り羽根１８、１９は部分的に重ねられ、この重なりが大きくなると、絞り羽根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。
【００２０】
図２０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。絞り羽根１８が下方に移動すると同時に、絞り羽根１９が上方に移動する。これに伴って、図２０（ａ）に示すように、絞り羽根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、絞り羽根１８を上方に、また絞り羽根１９を下方に移動させることにより、互いの絞り羽根１８、１９が重なる。これに従って、図２０（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。絞り羽根１８、１９の互いの重なりが大きくなると、図２０（ｃ）に示すように、偏光板１１は開口部２０を全て覆う。
【００２１】
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。
【００２２】
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図２０（ａ）で示したように、上下方向に開いていた絞り羽根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、絞り羽根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２０（ｂ））。
【００２３】
この時、ＧＨセル１２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セル１２による若干の吸収はある。）。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。
【００２４】
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２０（ｃ））。さらに、被写体の明るさが増す場合は、ＧＨセル１２への電圧を上昇し、ＧＨセル１２で光を吸収することにより調光を行なう。
【００２５】
これとは逆に、被写体が暗くなる場合は、まず、ＧＨセル１２への電圧を減少又は無印加とすることにより、ＧＨセル１２による光の吸収効果を無くする。さらに被写体が暗くなった場合は、図示せぬモーターを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２０（ａ））。
【００２６】
また、図１７、図１９、図２０に示したように、偏光板１１（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に光が吸収されない。従って、調光装置の最大透過率を例えば２倍以上に高めることができる。具体的には、この調光装置を、従来の固定されて設置される偏光板及びＧＨセルからなる調光装置と比較すると、最大透過率は例えば約２倍になる。なお、最低透過率は両者で等しい。
【００２７】
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現可能となる。また、ＧＨセル１２を用いるので、偏光板１１による調光に加えて、ＧＨセル１２自体が光を吸収することにより、調光を行なうことができる。
【００２８】
このようにして、この調光装置は、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。
【００２９】
次に、ゲスト−ホスト型液晶（ＧＨ）セルを用いる調光装置の形態を説明する。
【００３０】
この調光装置は、図１７に示すように、ＧＨセル１２と偏光板１１とからなる。そして、ＧＨセル１２は、透明電極と配向膜をそれぞれ形成した２枚のガラス基板（いずれも図示せず）の間に、ネガ型の液晶分子（ホスト材料）とポジ型又はネガ型の二色性染料分子（ゲスト材料）との混合物が封入されている。
【００３１】
液晶分子には、例えば誘電率異方性が負のネガ型液晶であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、また二色性染料分子４には、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いた。偏光板１１の光吸収軸は、ＧＨセル１２に電圧を印加した時の光吸収軸と直交させる。
【００３２】
次に、図２１には、このカメラシステムにおける調光装置２３による光透過率制御のシーケンスのアルゴリズムを示す。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、本出願人が以前提案したように（特開平１１−３２６８９４号）、液晶素子（ＧＨセル）１２と、この液晶素子１２に入射する光の有効光路２０に出し入れ可能な偏光板１１とで調光装置２３を構成することで、調光装置２３のコントラスト比を向上させ、明るい場所から暗い場所までの広い範囲で、調光動作を正常に行うことが可能である。
【００３４】
この調光装置２３を用いて、図２２のグラフに示すように、偏光板１１の枚数とＧＨセル１２への印加電圧とをそれぞれ変化させた際の、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における光透過率（％）を測定する。
【００３５】
この結果、波長が５５０ｎｍの付近においては、偏光板１１を使用せずにＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合は、平均光透過率が約７５％となり、偏光板１１を使用せずにＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合は、光透過率が約５３％となり、偏光板１１のみを使用してＧＨセル１２を使用しなかった場合は、光透過率が約３８％となり、偏光板１１を使用するがＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合は、光透過率が約３０％となり、偏光板１１を使用しＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合は、光透過率が約１０％になる。
【００３６】
そして、透明時である偏光板１１を使用せずにＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合が、光透過率が約７５％となり、遮光時である偏光板１１を使用しＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合が、光透過率が約１０％となるために、光透過率の選択幅が広くなり、調光装置２３のコントラスト比を向上させると共に、明るい場所から暗い場所までの広い光量の範囲（例えば、中間調も含む）に対応できる調光動作を正常に行える。
【００３７】
しかしながら、こうした液晶素子（ＧＨセル）１２や機械式アイリスを用いた調光装置２３を搭載して、更に高機能な撮像装置を実現するためには、透明時（光透過率が高い）と遮光時（光透過率が低い）との光透過率の差で決まる光学濃度比（コントラスト比及びダイナミックレンジ）をできる限り、更に大きく確保することが切望されている。
【００３８】
そこで、本発明の目的は、上記の光学濃度比を大幅に向上させることのできる調光装置及び撮像装置を提供することにある。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、調光用の液晶素子と、この液晶素子の光入射側又は／及び光出射側に設けられ、光の有効光路に対して出し入れ可能である偏光手段と、前記有効光路の開口面積を制御する絞り手段とを有する調光装置において、
前記偏光手段は、前記絞り手段とは別体に分離して配置されていて、少なくとも２種  の光透過率を有する複数の領域からなること、
前記複数の領域の各偏光軸が互いに略平行であること、
前記偏光手段が、前記複数の領域の光透過率の高い領域から前記有効光路内に進入す ること
をそれぞれ構成として具備することを特徴とする調光装置に係わるものである。
【００４０】
本発明はまた、前記調光装置が撮像系の光路中に配されている撮像装置に係わるものである。
【００４１】
本発明によれば、調光用の液晶素子と、この液晶素子の光入射側又は／及び光出射側に設けられ、光の有効光路に対して出し入れ可能である偏光手段と、前記有効光路の開口面積を制御する絞り手段とを有し、前記偏光手段が少なくとも２種の光透過率を有する複数の領域からなる調光装置を用いるために、調光用の液晶素子の駆動と偏光手段の駆動との組み合わせによって光学濃度比（コントラスト比）を大幅に向上させることができる。
そして、前記偏光手段の前記複数の領域の各偏光軸が互いに略平行であり、前記複数の領域の光透過率の高い領域から前記有効光路内に進入するように構成しているので、遮光時の光透過率を大きく低減することが可能となり、ダイナミックレンジを大幅に向上させることができる。そして、前記偏光手段を光透過率の高い領域から前記有効光路に進入させるようにしたので、画質の劣化が少なくなって、画素ピッチの小さな撮像装置を用いることができる。
また、前記絞り手段による前記有効光路の開口面積の制御と前記有効光路への前記偏光手段の進入度合とによって光透過率を微調整することができるが、前記絞り手段と前記偏光手段とが別体に分離して配置されているために、これらの両手段による光学系の制御をそれぞれ独立して行える。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、光透過率の選択幅を広げるために、少なくとも２種の大きさの異なる偏光フィルムを、その偏光軸を略平行に合わせて互いに重ねあわせることによって、前記偏光手段が構成されているのが望ましい。
【００４３】
又、前記有効光路を所定の開口状態に維持したまま、前記偏光手段をその光透過率の高い領域から前記所定の開口に進入させるのが望ましい。
【００４４】
又、前記偏光手段を駆動する第１の駆動機構と、前記絞り手段を駆動する第２の駆動機構とを有するのが望ましい。
【００４５】
又、前記偏光手段の駆動と前記絞り手段の駆動とが共通の駆動機構によってなされるのが望ましい。
【００４６】
又、開放状態から所定の開口状態までは絞り羽根によって開口面積を制御し、更に、前記所定の開口状態を維持したまま、前記偏光手段をその光透過率の高い領域から前記所定の開口に進入させるのが望ましい。
【００４７】
又、偏光手段の前記所定の開口への進入を、共通の駆動機構とこれによって駆動される回転部材とによって行うのが望ましい。
【００４８】
又、前記液晶素子が、ネガ型液晶をホスト材料とし、ポジ型又はネガ型の二色性染料をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子であるのが望ましい。
【００４９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。
【００５０】
第１の実施の形態
本実施の形態においては、本出願人が以前に提案したように（特願平１１−３２２１８６号）、液晶素子と、この液晶素子に入射する光の光路中に配される偏光板とによって調光装置を構成し、更に、ネガ型液晶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って、電圧無印加時と電圧印加時との吸光度との比（即ち、光学濃度の比）が向上し、調光装置のコントラスト比が大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことを可能とする。
【００５１】
即ち、図１４に示したゲスト−ホスト型液晶セル（ＧＨセル）２において、ホスト材料３として誘電率異方性（Δε）が正のポジ型の液晶を用い、ゲスト材料４には二色性を有する光吸収異方性（ΔＡ）が正のポジ型染料を用い、偏光板１をＧＨセル２の入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測すると、図１５に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中。液晶セルに加えて偏光板を足したときの透過率を参照（＝１００％）とした：以下、同様）が増加するが、電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【００５２】
これは、ポジ型のホスト材料３を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（interaction）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）液晶分子が残ってしまうからであると考えられる。
【００５３】
これに対し、図１８に示すように、ゲスト−ホスト型液晶セル（ＧＨセル）１２において、ホスト材料１３として、誘電率異方性（Δε）が負のネガ型の液晶であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、ゲスト材料４には二色性を有するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いることにより、偏光板１１をＧＨセル１２の入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測したところ、図１６に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中）が最大光透過率約７５％から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る。
【００５４】
これは、ネガ型のホスト材料を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（interaction）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からであると考えられる。
【００５５】
このようにして、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセルを構成すれば、光透過率（特に透明時）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。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配することにより、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なうことができる。
【００５６】
なお、図１７、図１９及び図２０に示すように、従来の調光装置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）、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路２０に対して出し入れ可能である。例えば、一方の絞り羽根１８に偏光板１１を貼り、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２０内に出し入れできる。
【００５７】
そこで、図２に示すように、このネガ型液晶材料を使ったＧＨセルによる調光装置の性能の更なる向上を鋭意検討したところ、画質の劣化を招くことなく、より高い光学濃度比を得るためには、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）においてできるだけフラットな分光特性を持つ偏光フィルムを、複数枚、偏光軸を合わせて重ねあわせることによって偏光板を形成し、これを光透過率の高い偏光フィルムの部位から順に、光の有効光路に出し入れすることが有効であることを突き止めた。
【００５８】
即ち、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）においてできるだけフラットな分光特性を持ち、それぞれ大きさの違う偏光フィルム１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃを、偏光軸を略平行に合わせて互いに重ねあわせて貼り付けることによって、偏光板９７を形成する。
【００５９】
そして、この偏光板９７を光透過率の高い部位から順に、光の有効光路２０に出し入れするが、例えば図２（ａ）に示すように、下端部８７ａを有する開口径形成用切欠８７と上端部９１ａを有する開口径形成用切欠９１とによって形成される絞り開口９５面積を、光の有効光路２０の面積とほぼ同一として開放絞り状態とし、加えて偏光板９７を有効光路２０内に入れない状態とする。
【００６０】
また、例えば図２（ｂ）に示すように、切欠８７を上げて切欠９１下げることによって、絞り開口９５の面積を光の有効光路２０の面積よりも小さくして所定の開口径の状態とし、加えて偏光板９７を絞り開口９５内に入れない状態として、偏光フィルム１０１ａの上端と切欠８７の下端部８７ａとの高さを合わせる。
【００６１】
また、例えば図２（ｃ）に示すように、絞り開口９５の面積を、光の有効光路２０の面積よりも小さくして図２（ｂ）の状態と同様の所定の開口径の状態とし、加えて偏光板９７の一部である偏光フィルム１０１ａ及び１０１ｂの部分を絞り開口９５内に進入させる中間絞り状態としてもよい。ここで、偏光フィルム１０１ａ及び１０１ｂに覆われていない絞り開口９５の部分を素通し部１０８と称する。
【００６２】
次に、図３に示すように、偏光板９７の各部位（１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃ）における分光特性の一例をグラフで示す。
【００６３】
このグラフによると、可視域（波長：４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における平均光透過率（％）は、偏光フィルムが１枚の場合（１０１ａの部分）には約３９％となり、偏光軸に合わせて同じ光透過率の偏光フィルムを２枚重ねた場合（１０１ｂの部分）には約３０％となり、偏光フィルムを３枚重ねた場合（１０１ｃの部分）には約２３％となった。
【００６４】
こうして、偏光フィルム１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃを重ねあわせて形成した偏光板９７の光透過軸（偏向方向）を、ＧＨセルに電圧を印加した時の光吸収軸と平行させる形で、光透過率の高い部位から順に、光の有効光路２０に出し入れすることにより、遮光時の光透過率を従来より大きく低減することが可能となり、後述のように、液晶素子を使った調光装置のダイナミックレンジを大幅に向上させることができるようになった。
【００６５】
即ち、例えば後述の図１に示すように、可視域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける平均光透過率を、偏光板９７を使用せずにＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合の透明時の約７６％から、偏光板９７の偏光フィルム１０１ｃの部分（偏光フィルム３枚に相当）を使用してＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合の遮光時の約１％（従来は遮光時で１０％）まで、大きな範囲で変化させることができる。
【００６６】
次に、偏光板９７の作製方法においては、例えば図４（ａ）に示すように、互いに光透過率は同じでも大きさの違う偏光フィルム１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃを、偏光フィルム１０１ａの上に偏光フィルム１０１ｂ及び１０１ｃをそれぞれ重ねて貼り付けるようにして作製してもよい。
【００６７】
また、図４（ｂ）に示すように、光透過率及び大きさの違うそれぞれの偏光フィルム１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃを、透明フィルム１１５の上に、それぞれが重なり合わないようにして貼り付けて作製してもよい。
【００６８】
また、図４（ｃ）に示すように、偏光フィルム１０１ａの上に塗料を例えば重ね塗りしながら塗り分けて、光透過率の異なる１０１ｂ及び１０１ｃの領域を偏光フィルム１０１ａ上に設けてもよい。
【００６９】
次に、図５を用いて、上記の偏光板９７を用いた露出制御機構８１を説明する。
【００７０】
上下方向にかつ互いに反対方向に移動自在に設けられた２枚の絞り羽根８２及び８３と、これらの絞り羽根８２及び８３を移動させるための絞り羽根駆動機構８４と、偏光板９７が取り付けられた偏光板保持部材８５と、この偏光板保持部材８５を移動させるための偏光板駆動機構８６等とからなる。
【００７１】
そして、偏光板９７においては、複数、ここでは３枚の偏光フィルム（１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃ）が偏光軸を略平行に合わせて貼り合わされており、異なった光透過率を有する部位である偏光フィルム１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃが上下方向に形成されており、最も上部に位置する偏光フィルム１０１ａの光透過率が最も高く、下方に位置する偏光フィルム１０１cの光透過率が低くなるように構成されている。
【００７２】
また、本実施の形態の調光装置２３は、上述の露出制御機構８１とＧＨセル１２とからなる。そして、ＧＨセル１２は、透明電極と配向膜をそれぞれ形成した２枚のガラス基板（いずれも図示せず）の間に、ネガ型の液晶分子（ホスト材料）とポジ型又はネガ型の二色性染料分子（ゲスト材料）との混合物が封入されている。
【００７３】
液晶分子には、例えば誘電率異方性が負のネガ型液晶であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、また二色性染料分子４には、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いている。偏光板１１の光吸収軸は、ＧＨセル１２に電圧を印加した時の光吸収軸と直交させる。
【００７４】
このＧＨセル１２を含む調光装置２３は、例えば図１７に示したように、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セル１２に入射する。ＧＨセル１２を透過した光は、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。
【００７５】
次に、図５〜図８に示すように、本実施の形態における偏光板９７を有する露出制御機構８１の構造及び動作方法等について更に詳しく説明する。
【００７６】
この露出制御機構８１は、図５に示すように、上下方向にかつ互いに反対方向に移動自在に配し設けられた２枚の絞り羽根８２及び８３と、これらの絞り羽根８２及び８３を移動させるための絞り羽根駆動機構８４と、偏光板９７が取り付けられた偏光板保持部材８５と、この偏光板保持部材８５を移動させるための偏光板駆動機構８６等からなる。
【００７７】
各絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５は、例えば比較的腰の強い樹脂フイルム等によって形成されており、一方の絞り羽根８３を挟んで、他方の絞り羽根８２と偏光板保持部材８５とが位置され、撮像レンズ系においては、絞り羽根８２が物体側、偏光板保持部材８５が像側になるように配置される。
【００７８】
図示省略したが、これら絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５は、前後方向に偏平で上下方向に長い矩形をした箱状の筐体内に、上下方向に自在に摺り動くように配置され、またこの筐体には、円形の光透過孔が形成されている。
【００７９】
次に、絞り羽根８２は後方から見ると略Ｊ字型をしており、その下部の上縁に略半円形の大きな開口径形成用切欠８７が形成され、この開口径形成用切欠８７の下端部８７ａは、略三角形に形成されている。
【００８０】
この絞り羽根８２の左側縁よりの位置には、上下に離間して上下方向に延びる被案内スリット８８が、また、右側縁に寄った位置には同じく上下方向に延びる被案内スリット８９がそれぞれ形成されており、更に、絞り羽根８２の上側被案内スリット８８のすぐ上の位置に左右方向に延びる連結長孔９０が形成されている。
【００８１】
そして、左側の２つの被案内スリット８８には図示しない筐体の左側の２本の支持ピンがそれぞれに、また、右側の被案内スリット８９には筐体の右側の下方に位置した支持ピンが、それぞれ自在に摺り動くように設けることによって、絞り羽根８２は上下方向へ移動自在の状態で筐体に支持される。
【００８２】
絞り羽根８２と偏光板保持部材８５とにより光軸方向において挟まれた絞り羽根８３の下側縁には略半円形の開口径形成用切欠９１が形成され、開口径形成切欠９１の上端部９１ａは略三角形に切り欠かれている。
【００８３】
絞り羽根８３の右側縁に寄った位置には、上下に離間しそれぞれ上下方向に延びるように形成された被案内スリット９２が形成され、左側縁に寄った位置にも上下方向に延びる被案内スリット９３が形成されている。更に、右側の被案内スリット９２の上側に左右に長い連結長孔９４が形成されている。
【００８４】
そして、絞り羽根８３においては、その右側の被案内スリット９２には図示しない筐体の右側の二本の支持ピンが、また左側の被案内スリット９３には筐体の左側の支持ピンの下側のものが、それぞれ自在に摺り動くように支持される。
【００８５】
また、絞り羽根８２及び８３は、上下方向にかつそれぞれ反対の方向に移動するようになっており、それぞれの開口径形成用切欠８７と９１とが重なってできる開口が絞り開口９５（図示せず）となり、後述するように、この絞り開口９５の大きさが、上記の絞り羽根駆動機構８４の駆動により変化するようになっている。
【００８６】
偏光板保持部材８５は、前方から見て上方に開口する略Ｕ字形をしており、中央部の切欠９６の左右幅は、上記の絞り羽根８２及び８３の各開口径形成切欠８７及び９１の左右幅と略同じか又はやや大きく形成されており、切欠９６には、これを覆うように偏光板９７が設けられている。
【００８７】
また、偏光板９７の右側縁寄りの位置には，被案内スリット９８が形成され、更に、偏光板９７の左側縁寄りの位置に設けられた被案内スリット９９の直ぐ下の位置に、左右方向に延びる連結長孔１００が形成されている。
【００８８】
そして、偏光板保持部材８５においては、その右側の被案内スリット９８には図示しない筐体の右側の二本のピンが、また、左側の被案内スリット９９には筐体の左側の二本の支持ピンが、それぞれ自在に摺り動くように係り合うことにより、この筐体に対して上下方向へ移動自在になるように支持される。
【００８９】
次に、偏光板９７を構成する偏光フィルムとしては、異なった透過率の３つの偏光フイルム、１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃが上下方向に並んでおり、最も上部に位置する偏光フィルム１０１ａの透過率が最も高く、下方に位置する偏光フィルム１０１ｂ及び１０１ｃの透過率が低くなるようになっている。またこのような偏光板９７においては、１枚の透明な板材に蒸着などの手段により透過率の異なった偏光フイルムを形成することもできる。
【００９０】
次に、露出制御機構８１の絞り羽根駆動機構８４においては、この露出制御機構８１の上部に配設されたモータ１０２及びこのモータ１０２により駆動される回動アーム１０３等からなり、モータ１０２の回転軸に回動アーム１０３が取り付けられている。
【００９１】
回動アーム１０３は、その中央部が上記モータ１０２の回転軸に固定されており、この回動アーム１０３の左右両端部には小さな連結ピン１０４ａ及び１０４ｂがそれぞれ前方に向けて突き出すように設けられており、これら連結ピン１０４ａ及び１０４ｂはモータ１０２の回転軸からの距離が同じになるように配設されている。
【００９２】
そして、左端に位置した連結ピン１０４ａが絞り羽根８２の連結長孔９０に、また、右端に位置した連結ピン１０４ｂが絞り羽根８３の連結長孔９４に、それぞれ自在に摺り動くように係り合う。
【００９３】
従って、回動アーム１０３が回動すると、その連結ピン１０４ａ及び１０４ｂとが互いに上下反対の方向に変位するために、これにより絞り羽根８２と絞り羽根８３とが互いに上下反対の方向に移動する。しかも、互いに異なる方向へ移動する絞り羽根８２と絞り羽根８３とは、同じ変位量（同じ速度）で移動する。
【００９４】
そして、絞り羽根８２と絞り羽根８３とが互いに上下反対の方向に移動することにより、それぞれの開口径形成用切欠８７と９１とが重なり合ってできる絞り開口９５の大きさが変化し、絞り羽根８２がその移動範囲における上端に、絞り羽根８３がその移動範囲における下端に位置した時には、絞り開口９５は最も小さな小絞り状態となり、また、絞り羽根８２がその移動範囲における下端に、絞り羽根８３がその移動範囲における上端に位置した時には、図２（ａ）に示すように、絞り開口９５が最も大きな開放絞り状態となる。
【００９５】
ここで、図２（ｂ）（ｃ）に示すような中間絞り状態は、上記の開放絞り状態と小絞り状態との間に位置する状態とし、本実施の形態においては、これを標準（所定）の開口径絞り状態とする。
【００９６】
次に、偏光板駆動機構８６は、露出制御機構８１の下部に配設されたモータ１０５及びこのモータ１０５により駆動される回動アーム１０６等からなり、モータ１０５の回転軸に回動アーム１０６が取り付けられている。回動アーム１０６の一方の端部は上記モータ１０５の回転軸に固定されており、この回動アーム１０６の他方の回動する端部には小さな連結ピン１０７が前方に向けて突き出すように設けられている。
【００９７】
そして、連結ピン１０７が偏光保持部材８５の連結長孔１００に自在に摺り動くように係り合うようにされており、これにより、回動アーム１０６が回動すると、偏光板保持部材８５が上下方向に移動する。このようにして、絞り羽根駆動機構８４及び偏光板駆動機構８６を駆動し、絞り開口９５を形成すると共に、偏光板９７の絞り開口９５に対する位置関係を規定できる。
【００９８】
例えば、図６に示すように、連結ピン１０４ａ及び１０４ｂの動きによって、絞り羽根８２を一番下まで押し下げるとともに絞り羽根８３を一番上まで押し上げ、下端部８７ａを有する開口径形成用切欠８７と上端部９１ａを有する開口径形成用切欠９１とによって形成される絞り開口９５の面積を、光の有効光路２０の面積とほぼ同一として開放絞り状態とし、加えて偏光板９７を連結ピン１０７の動きによって有効光路２０内に入れない位置に固定する。
【００９９】
また、図７に示すように、連結ピン１０４ａ及び１０４ｂの動きによって、絞り羽根８２を所定の距離押し上げると共に絞り羽根８３を所定の距離押し下げ、切欠８７と切欠９１とによって形成される絞り開口９５の面積を、光の有効光路２０の面積よりも小さくして所定の開口径の状態（中間絞り）とし、加えて偏光板９７を連結ピン１０７の動きによって上げて偏光フィルム１０１ａの上端が下端部８７ａとほぼ同様の高さとなるようにし、絞り開口９５内に入れない位置に固定する。
【０１００】
また、例えば図８に示すように、絞り開口９５の面積を、光の有効光路２０の面積よりも小さくして、図７に示すように、上記の所定の開口径の状態とし、加えて連結ピン１０７の動きによって偏光板９７の一部である偏光フィルム１０１ａ及び１０１ｂを絞り開口９５内に進入させる。ここで、偏光フィルム１０１ａ及び１０１ｂに覆われていない絞り開口９５の部分は素通し部１０８とする。
【０１０１】
このようにして、絞り羽根８２及び８３の駆動による絞り開口９５の面積の増減と、偏光フィルムの絞り開口９５への進入の度合いとの組み合わせによって、光透過率を微調整することができる。
【０１０２】
次に、図９は、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。
【０１０３】
即ち、ＣＣＤカメラ５０において、一点鎖線で示す光軸に沿って、前記のレンズ前群１５に相当する１群レンズ５１及び２群レンズ（ズーム用）５２、絞り羽根１８及び１９、調光装置２３、前記のレンズ後群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。
【０１０４】
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ＧＨセル１２と偏光板９７とからなる調光装置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。
【０１０５】
このように本実施の形態は、電子機器の製造分野等において適応される液晶素子（ＧＨセル）１２について、特に、液晶素子１２と偏光板９７等を用いた調光装置２３、及びこれが撮像系の光路中に配される撮像装置の構成に係わることを特徴とする。
【０１０６】
そして、調光装置２３においては、絞り羽根８２、８３及び液晶素子（ＧＨセル）１２と、この液晶素子１２の入射若しくは射出する有効光路２０から出し入れ可能な偏光板９７とを具備する調光装置２３において、この偏光板９７が少なくとも２種以上の光透過率を有する部分から構成されていることを特徴とする。
【０１０７】
また、偏光板９７は、少なくとも２種以上の大きさの異なる偏光フィルムを偏光軸を略平行に合わせて、複数重ねあわせることによって構成されていることを特徴とする。
【０１０８】
また、調光装置２３が、少なくとも偏光板９７を駆動する第１の偏光板駆動機構８６と、絞り羽根８２および８３を駆動する第２の絞り羽根駆動機構８４とを有することを特徴とする。
【０１０９】
また、液晶素子１２がネガ型液晶をホスト材料とし、２色性染料をゲスト材料とするゲストーホスト形液晶素子であることを特徴とする。
【０１１０】
また、撮像装置は、調光装置２３が撮像系の光路中に配されていることを特徴とする。
【０１１１】
本実施の形態においては、前記液晶素子のネガ型液晶の誘電率異方性は負であるのがよいが、ゲスト材料は、ポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなっていてよい。また、ホスト材料はネガ型であるのがよいが、ポジ型でも差支えはない。
【０１１２】
また、ネガ型（又はポジ型）のホスト材料、ポジ型（又はネガ型）のゲスト材料は公知の材料から選択して用いることができる。但し、実際の使用の場合は、実使用温度範囲でネマチック性を示すように選択し、ブレンドした組成物を用いてよい。
【０１１３】
また、偏光板９７は、機械式アイリスの可動部などに設置されることにより、有効光路２０に出し入れ可能となってもよい。
【０１１４】
本実施の形態によれば、調光用の液晶素子であるＧＨセル１２と、この液晶素子１２の光入射側又は／及び光射出側に設けられ、光の有効光路２０に対して出し入れ可能である偏光手段である偏光板９７とを有し、偏光手段である偏光板９７が少なくとも２種以上の透過率を有する領域である偏光フィルムからなる調光装置２３を用いるために、調光用の液晶素子であるＧＨセル１２の駆動と偏光手段である偏光板９７の駆動との組み合わせによって光学濃度比（コントラスト比）が大幅に向上する。しかも、入射光の増加時から減少時に対応して偏光板９７の透過率を選択すれば、適切な光量調節（コントラスト調節）を行うこともできる。
【０１１５】
即ち、調光装置２３としての光学的機能、特に光学濃度比（コントラスト比、ダイナミックレンジ）を向上させた液晶光学素子（ＧＨセル）１２を提供することができる。
【０１１６】
この場合、重ねあわせで形成した偏光板９７の光透過率（偏光方向）が、ＧＨセル１２に電圧を印加した時の光吸収軸と平行させる形で、光透過率の高い部位から順に、光の有効光路２０に出し入れすることにより、遮光時の光透過率を従来より大きく低減することが可能となり、液晶素子（ＧＨセル）１２を使った調光装置２３のダイナミックレンジを大幅に向上させることができる。
【０１１７】
また、本実施の形態においては、露出制御機構８１に２種以上の異なった透過率の偏光フィルムを有した偏光板９７を使い、透過率の高い偏光フィルムから順に絞り開口９５に進入させるようにしたので、画質の劣化が少なくなって、画素ピッチの小さな撮像装置を用いることができる。
【０１１８】
また、撮像レンズ系へ入射した光束は、露出制御機構８１によって光量が調整された後で記録媒体に記録されるので、画質の劣化が少ない高画質映像を記録することができる。
【０１１９】
また、露出制御機構８１が、絞り羽根８２及び８３を駆動する第１の駆動機構である絞り羽根駆動機構８４と、偏向板９７を駆動する第２の駆動機構である偏光板駆動機構８６とを有するので、絞り羽根８２、８３及び偏光板９７による光学系に関する種々の制御をそれぞれ独立して行うことができる。
【０１２０】
また、偏光板９７を、同一の光透過率でそれぞれ大きさの異なる偏光フィルムを複数重ねあわせることによって形成する場合には、光透過率が１種類の偏光フィルムを用いることができ、コスト低減に寄与することができる。
【０１２１】
また、絞り開口９５が所定の開口径の状態に達する前に、偏光板９７を絞り開口に進入させるようにすれば、露出制御機構８１を駆動させたにもかかわらず、光量が変化しない不感帯を生じさせないようにすることができ、これにより、撮像装置における光学系に関する種々の制御を容易にできる。
【０１２２】
また、被写体の明るさに応じて、ＧＨセル１２に印加する電圧と露出制御機構８１の偏光板９７、絞り羽根８２及び８３の駆動とを調節することによって、中間調における光透過率の選択幅を広げることができる。
【０１２３】
従って、本実施の形態においては、液晶光学素子（ＧＨセル）１２を用いた調光装置２３及びこれを搭載した撮像装置の性能、画質及び信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【０１２４】
第２の実施の形態
本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、図１０に示すように、偏光板９７の有効光路２０への出し入れを行う際に、２枚の絞り羽根８２及び８３の駆動機構である絞り羽根駆動機構と偏光板保持部材８５の駆動機構とを１つの駆動機構１０９にまとめた点である。
【０１２５】
本実施の形態においては、図１０に示すように、２枚の絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５の駆動機構１０９が、モータ１１０及びこのモータ１１０により駆動される回転板１１１等からなる。
【０１２６】
そして、２枚の絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５にそれぞれカム溝１１２、１１３及び１１４を形成することにより、１つの駆動機構１０９のみで２枚の絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５を同時にかつ所定の範囲で移動させることができる。更に、カム溝１１２、１１３及び１１４の形状を適宜変化することにより、容易に各絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５の動きを制御できる。
【０１２７】
そして、上記の第１の実施の形態と同様に、偏光板９７は，複数の偏光フィルムが偏光軸を合わせて貼り合わされたものであり、異なった光透過率を有する部位１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃが上下方向に形成され、最も上部に位置する偏光フィルム１０１ａの光透過率が最も高く、下方に位置する部位である偏光フィルム１０１ｂ及び１０１ｃの方が光透過率が低くなるように構成されている。
【０１２８】
次に、本実施の形態における露出制御機構８１の構造や駆動方法等について詳しく説明する。
【０１２９】
露出制御機構８１の各絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５の駆動機構１０９は、モータ１１０及びこのモータ１１０により駆動する回転板１１１等からなる。
【０１３０】
そして、絞り羽根８２及び８３の下端部には、それぞれカム溝１１２及び１１３が形成され、また偏光板保持部材８５の下端部にもカム溝１１４が形成されている。
【０１３１】
回転板１１１は、略円板状で、その所定の３つの位置から連結ピン１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃがそれぞれ前方に向けて突き出すように設けられており、これら連結ピン１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃは回転板１１１の回動中心を中心に同心円上に形成されており、また、連結ピン１１５ａ、１１５ｂは回転板１１１の回動中心を中心として中心角で１８０度ずれた位置に形成され、また、連結ピン１１５ｃは上記２つの連結ピン１１５ａ及び１１５ｂとを結んだ線が略水平に位置した状態でその線よりも下方に位置し、かつ、連結ピン１１５ａにやや寄った位置に形成されている。
【０１３２】
絞り羽根８２のカム溝１１２は連結ピン１１５ａに、絞り羽根８３のカム溝１１３は連結ピン１１５ｂに、また、偏光板保持部材８５のカム溝１１３は連結ピン１１５ｃにそれぞれ自在に摺り動くように係り合っている。
【０１３３】
絞り羽根８２及び８３のそれぞれのカム溝１１２及び１１３は、回転板１１１の各連結ピン１１５ａ及び１１５ｂに係り合った状態において、回転板１１１の回動中心を中心として点対称に形成されており、カム溝１１２及び１１３の両端部を除く部分１１２ａ及び１１３ａが回転板１１１の回動中心を中心とする円弧上に形成され、時計回り方向と反対方向における端部１１２ｂ及び１１３ｂは、時計回り方向に行くに従って内周側に変位するようにそれぞれ形成されている。
【０１３４】
次に、図１０に示すように、２つの連結ピン１１５ａ及び１１５ｂと絞り開口９５（図示せず）との位置関係は、連結ピン１１５ａ及び１１５ｂを結んだ線が水平よりもやや時計回り方向に回転板１１１が回動した状態において、絞り開口９５が開放絞り状態になるようになっており、また、この状態において、上記連結ピン１１５ａ及び１１５ｂが、カム溝１１２及び１１３の反時計回り方向側端部１１２ｂ及び１１３ｂにそれぞれ位置している。
【０１３５】
加えて偏光板保持部材８５のカム溝１１４は、上方に凸の偏平な弓状に形成されており、絞り開口９５が図１０に示すような開放絞り状態の時、下端よりやや左側に寄って位置するように形成されており、またこの状態において、上記連結ピン１１５ｃがカム溝１１４の右端部１１４ａに位置している。
【０１３６】
次に、図１１に示すように、回転板１１１を時計回り方向に回動させると、絞り羽根８２と偏光板保持部材８５とが上昇し、また、絞り羽根８３が下降して絞り開口９５が縮径される。そして、カム溝１１２及び１１３の円弧状部１１２ａ及び１１３ａに連結ピン１１５ａ及び１１５ｂが係り合うと、絞り羽根８２及び８３の上下方向への移動が停止され、この時、絞り開口９５は所定の開口径になっている。
【０１３７】
一方、偏光板保持部材８５においては、図１１及び１２に示すように、連結ピン１１５ｃが係り合うカム溝１１４がカム溝１１２及び１１３のような円弧形状でないため、回転板１１１の回動に伴って更に上昇し、所定の開口径の絞り開口９５内に偏光板９７を進入させることになる。
【０１３８】
そして、偏光フィルム１０１ｃが所定の開口径の絞り開口９５の全部を覆うと、略同時に、連結ピン１１５ａ及び１１５ｂがカム溝１１２及び１１３の時計回り方向側端部１１２ｃ及び１１３ｃにそれぞれ係り合い、これにより、再び、絞り羽根８２は上昇し、絞り羽根８３は下降を始め、偏光フィルム１０１ｃで覆われた絞り開口９５の開口径を縮径することになり、各カム溝１１２、１１３及び１１４の時計回り側端部１１２ｃ及び１１３ｃ、または左端部１１４ｂにそれぞれ連結ピン１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃが位置すると、モータ１１０（図示せず）が停止して、絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５の移動も停止する。
【０１３９】
本実施の形態は、調光装置２３においは、開放状態から所定の開口状態までは絞り羽根８２及び８３の駆動によって絞り開口９５の面積を制限し、次に所定の絞り開口状態を維持したまま、偏光板９７をその光透過率の高い部位である偏光フィルムから順に絞り開口９５内に進入させる連携運動を、１つの駆動機構１０９とこの駆動機構１０９により駆動される回転板１１１とによって行うことを特徴とする。
【０１４０】
本実施の形態では、駆動機構の数量を削減できたことにより、より少ない部品及び低い消費電力で機構を駆動できる。
【０１４１】
また、絞り羽根８２、８３及び偏向板９７等の駆動を１つの回転板１１１の回転によって行うので、全体の駆動が同調し円滑に駆動し易い。
【０１４２】
また、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の作用効果があることは言うまでもない。
【０１４３】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面の参照下に説明する。
【０１４４】
実施例１
本実施例においては、図５に示すように、露出制御機構８１は、上下方向に互いに反対方向に移動自在に配設された２枚の絞り羽根８２及び８３と、これら絞り羽根８２及び８３を移動させるための絞り羽根駆動機構８４と、偏光フィルム１０１ａ等からなる偏光板９７が取り付けられた偏光板保持部材８５と、この偏光板保持部材８５を移動させるための偏光板駆動機構８６等とから構成した。
【０１４５】
そして、偏光板９７においては、３枚の偏光フィルム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）が偏光軸を合わせて張り合わされており、異なった光透過率の部位である偏光フィルム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）が上下方向に形成されており、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における平均光透過率が、最も上部に位置する部位である偏光フィルム１０１ａで３９％、中間に位置する部位である１０１ｂで３０％、最も下方に位置する部位である１０１ｃで２３％となるように構成した。
【０１４６】
＜特性の評価＞
これらの偏光フィルムを使用した偏光板９７及びＧＨセル１２を有する調光装置２３により、この偏光板９７を光の有効光路２０内に出し入れして光透過率を変化させ、更にＧＨセル１２に矩形波を駆動波形として入力した時の分光特性の変化を測定したところ、下記のような特性が表れた。
【０１４７】
即ち、図１のグラフに示すように、可視域の波長が５５０ｎｍの付近においては、偏光板９７を使用せずにＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合は光透過率が約７６％となり、偏光板９７を使用せずにＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合は光透過率が約５３％となり、偏光板９７の偏光フィルム１０１ａの部分（偏光フィルム１枚に相当）を使用してＧＨセル１２を使用しなかった場合は光透過率が約３８％となり、偏光板９７の偏光フィルム１０１ａの部分（偏光フィルム１枚に相当）を使用してＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合は光透過率が約３０％となり、偏光板９７の偏光フィルム１０１ａの部分（偏光フィルム１枚に相当）を使用してＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合は光透過率が約１０％となった。
【０１４８】
次に、偏光板９７の偏光フィルム１０１ｂの部分（偏光フィルム２枚に相当）を使用してＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合は光透過率が約１１％となり、偏光板９７の偏光フィルム１０１ｂの部分（偏光フィルム２枚に相当）を使用してＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合は光透過率が約２％となり、偏光板９７の偏光フィルム１０１ｃの部分（偏光フィルム３枚に相当）を使用してＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合は光透過率が約５％となり、偏光板９７の偏光フィルム１０１ｃの部分（偏光フィルム３枚に相当）を使用してＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合は光透過率が約１％となった。
【０１４９】
このように、従来の特性を表す図２２のグラフの数値よりも遮光時の光透過率を大きく低減できたことから、図１のグラフに示すように、可視域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける平均光透過率を、偏光板９７を使用せずにＧＨセル１２に電圧を印加しなかった場合の透明時の約７６％から、偏光板９７の偏光フィルム１０１ｃの部分（偏光フィルム３枚に相当）を使用してＧＨセル１２に５Ｖの電圧を印加した場合の遮光時の約１％（従来は遮光時で１０％）まで、大幅に調整できた。
【０１５０】
このようにして、従来よりも非常に広いダイナミックレンジで調光動作が行える液晶素子（ＧＨセル）１２等を用いた調光装置２３を実現することができた。
【０１５１】
実施例２
本実施例は、図１０に示すように、偏光板９７の有効光路２０への出し入れを行う際に、２つの絞り羽根８２及び８３の駆動機構である絞り羽根駆動機構と偏光板保持部材８５の駆動機構とを、１つの駆動機構１０９にまとめた以外は実施例１と同様とした。
【０１５２】
＜特性の評価＞
本実施例において、実施例１と同様の測定を行ったところ、図１のグラフに示したのと同様の特性の評価が得られ、非常に広いダイナミックレンジで調光動作が行える液晶素子（ＧＨセル）１２等を用いた調光装置２３を実現することができた。
【０１５３】
以上、本発明の実施の形態及び実施例について説明したが、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る。
【０１５４】
本実施の形態及び実施例においては、リンプル構造や使用材料等、また液晶ＧＨセル１２の駆動方法等、また調光装置２３の形態等、また絞り羽根駆動機構８４及び偏光板駆動機構８６等については、発明の趣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。
【０１５５】
また、液晶ＧＨセル１２の駆動方法としてパルス電圧変調（ＰＨＭ）を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。
【０１５６】
また、偏光板駆動機構８６においては、回動アーム１０６と各絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５側にそれぞれ連結長孔９０、９４及び１００を形成したものを示したが、連結ピンと連結長孔とを形成する場所が逆であってもよい。
【０１５７】
また、絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５の駆動機構においては、上記のようなモータに限られず、ラックアンドピニオンの組み合わせ或いはリニアモータ等であってもよい。
【０１５８】
更に、大きさの異なる３枚の偏光フィルム（１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃ）を張り合わせて構成し、光透過率が３段階に変異する部位からなる偏光板９７を使用した例についてのみ示したが、偏光フィルムの材質、厚さ、形状、枚数、大きさ、構造、取り付け位置、取り付け方法等、また偏光板９７の材質、構造、大きさ、厚さ形状、取り付け位置、取り付け枚数、駆動方法、作製方法等は、この限りではなく変更してもよい。特に、上述の偏光板９７は、ＧＨセルの光入射側に配する以外にも、これに代えて光出射側に配しても同等の効果が得られ、また光入、出射側の双方に配すると更に多様な調光動作を行える。
【０１５９】
また、露出制御機構８１においては、各回動アームと各絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５との連結は、各回動アーム側に各連結ピンを形成し、絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５側に各連結長孔を形成したものについて説明したが、撮像装置においてはこの形態に限られず、各回動アーム側に各連結長孔を設けて絞り羽根８２、８３及び偏光板保持部材８５側に各連結ピンを形成するようにしてもよい。
【０１６０】
また、液晶素子（ＧＨセル）１２や調光装置２３の構造や材質、その駆動機構、駆動回路、制御回路の構成などは種々に変更が可能である。また、駆動波形は矩形波、台形波、三角波、正弦波のいずれでも駆動可能であり、両電極間の電位差に応じて液晶分子の傾きが変化し、光透過率が制御される。
【０１６１】
また、調光装置２３及び撮像装置においては、液晶光学素子（ＧＨセル）１２の駆動電極が少なくとも有効光透過部の全域にわたって形成されている場合に好適であり、そのように形成された駆動電極への駆動パルスの制御によって有効光路２０の幅全体にわたって光透過率の一括制御を高精度に行なうことができる。
【０１６２】
また、ＧＨセル１２として、上述したもの以外に、２層構造等のＧＨセル１２も使用可能である。また、偏光板９７のＧＨセル１２に対する位置は、レンズ前群１５とレンズ後群１６との間としたが、この配置に限らず、撮像レンズの設定条件から最適となる位置に配置されればよい。即ち、位相差フィルム等の偏光状態が変化する光学素子を用いない限り、偏光板９７は、例えば撮像面１７とレンズ後群１６との間等、被写体側又は撮像素子側の任意の位置に置くことができる。さらにまた、偏光板９７は、レンズ前群１５又はレンズ後群１６に代わる単一のレンズ（単レンズ）の前又は後に配置されてもよい。
【０１６３】
また、絞り羽根８２及び８３は、２枚に限られずにより多くの枚数を用いることにしてもよいし、逆に１枚でもよい。また、絞り羽根８２及び８３は、上下方向に移動することにより重ねられるが、他の方向に移動してもよく、周囲から中央に向けて絞り込むことにしてもよい。
【０１６５】
また、被写体が明るくなるにつれて、先に偏光板９７の出し入れによる調光を行なった後、ＧＨセル１２による光の吸収を行なったが、逆に、先にＧＨセル１２の光吸収による調光を行なうことにしても良い。この場合、ＧＨセル１２の透過率が所定の値まで低下した後に、偏光板９７の出し入れによる調光を行なう。
【０１６７】
また、撮像デバイスとしては、本実施例等で使用したＣＣＤカメラ等以外にも、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサー等への適応ももちろん可能である。
【０１６８】
更に、調光装置は、既述した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。更に、本発明の調光装置は、光学絞り以外に、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。
【０１６９】
【発明の作用効果】
本発明によれば、調光用の液晶素子と、この液晶素子の光入射側又は／及び光出射側に設けられ、光の有効光路に対して出し入れ可能である偏光手段と、前記有効光路の開口面積を制御する絞り手段とを有し、前記偏光手段が少なくとも２種の光透過率を有する複数の領域からなる調光装置を用いるために、調光用の液晶素子の駆動と偏光手段の駆動との組み合わせによって光学濃度比（コントラスト比）を大幅に向上させることができ、また前記絞り手段による前記有効光路の開口面積の制御と前記有効光路への前記偏光手段の進入度合とによって光透過率を微調整することができる。
しかも、前記絞り手段と前記偏光手段とが別体に分離して配置されているために、これらの両手段による光学系の制御をそれぞれ独立して行える。
更に、前記偏光手段の前記複数の領域の各偏光軸が互いに略平行であり、前記複数の領域の光透過率の高い領域から前記有効光路内に進入するように構成しているので、遮光時の光透過率を大きく低減することが可能となり、ダイナミックレンジを大幅に向上させることができる。そして、前記偏光手段を光透過率の高い領域から前記有効光路に進入させるようにしたので、画質の劣化が少なくなって、画素ピッチの小さな撮像装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において偏光板等の条件を変えた際の、光透過率と波長との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における各絞り状態を表す部分正面図である。
【図３】同、偏光フイルムの枚数を変えた際の、光透過率と波長との関係を示す図である。
【図４】同、各種偏光板の正面図である。
【図５】同、露出制御機構の分解斜視図である。
【図６】同、露出制御機構の正面図である。
【図７】同、各部が駆動した際の露出制御機構の正面図である。
【図８】同、更に各部が駆動した際の露出制御機構の正面図である。
【図９】同、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１０】本発明の他の実施の形態における露出制御機構の分解斜視図である。
【図１１】同、露出制御機構の正面図である。
【図１２】同、各部が駆動した際の露出制御機構の正面図である。
【図１３】同、更に各部が駆動した際の露出制御機構の正面図である。
【図１４】従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１５】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１６】同、他の調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】同、液晶光学素子を用いた調光装置の概略側面図である。
【図１８】同、調光装置の一例の動作原理を示す概略図である。
【図１９】  同、調光装置の機械式アイリスの正面図である。
【図２０】同、調光装置の有効光路付近の機械式アイリスの動作を示す概略部分拡大図である。
【図２１】同、カメラシステムにおける光透過率制御のアルゴリズムである。
【図２２】同、偏光板とＧＨセルとを併用した際の光透過率と波長との関係を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、９７…偏光板、２、１２…ＧＨセル、３…ポジ型液晶分子、
４…ポジ型２色性染料分子、５…入射光、１３…ネガ型２色性液晶分子、
１５…レンズ前群、１６…レンズ後群、１７…撮像面、
１８、１９、８２、８３…絞り羽根、２０…有効光路（セル中間部又は中央部）
２１…動作方向、２２…開口部、２３…調光装置、５０…ＣＣＤカメラ、
５１…１群レンズ、５２…２群レンズ、５３…３群レンズ、５４…４群レンズ、
５５…ＣＣＤパッケージ、５５ａ…赤外線カットフィルタ、
５５ｂ…光学ローパスフィルタ系、５５ｃ…ＣＣＤ撮像素子、
５７…リニアモータ、６６…光軸、８１…露出制御機構
８４…絞り羽根駆動機構、８５…偏光板保持部材、８６…偏光板駆動機構、
８７、９１…開口径形成用切欠、８７…ａ下端部、
８８、８９，９２、９３、９８、９９…被案内スリット、
９０、９４、１００…連結長孔、９１ａ…上端部、９５…絞り開口、
９６…切欠、９７…偏光板、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ…偏光フィルム、
１０２、１０５、１１０…モータ、１０３、１０６…回動アーム、
１０４ａ、１０４ｂ、１０７、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ…連結ピン、
１０８…素通し部、１０９…駆動機構、１１１…回転板、
１１２、１１３、１１４…カム溝、
１１２ａ、１１３ａ…カム溝の両端部を除く部分（円弧状部）、
１１２ｂ、１１３ｂ…反時計回り方向側端部、
１１２ｃ、１１３ｃ…時計回り方向側端部、１１４ａ…カム溝の右端部、
１１６…透明フィルム
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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