(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影用レンズと、
撮像素子と、
前記撮影用レンズの前、または前記撮像用レンズと前記撮像素子との間に取り付けられた、２色性色素入りのゲストホスト液晶を透明電極付きの透明基板で挟んだゲストホスト液晶基板セルを少なくとも１個備え、前記ゲストホスト液晶セルの吸収分光特性が前記透明電極に加わる可変の電圧によって制御され、それによって被写体映像の色温度が連続的に変換されることを特徴とする色温度補正フィルターと、
前記色温度補正フィルターの透明電極に電圧を可変に印加する手段と
を具備し、前記２色性色素入りのゲストホスト液晶が短波長ほど強く光を吸収する分光特性を有し透過光の色温度を下げること、または前記２色性色素入りのゲストホスト液晶が長波長ほど強く光を吸収する分光特性を有し透過光の色温度を上げること、
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】
２個の前記ゲストホスト液晶セルがそれぞれの液晶分子の配向方向が９０度をなすように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記ゲストホスト液晶セルの液晶分子配列が、ホモジニアス配向、ホメオトロピック配向またはねじれ配向であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ゲストホスト液晶がスメクティック液晶、ネマティック液晶、コレステリック液晶から選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ゲストホスト液晶セルの前面または背面に特定方向の偏光を選択するための偏光フィルムが配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記ゲストホスト液晶セルが、１種類の２色性色素または互いに吸収のピーク波長が異なる少なくとも２種類の２色性色素を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記ゲストホスト液晶がネマティック液晶であり、前記２種類の２色性色素の吸収のピーク波長がそれぞれ３９０〜３９８ｎｍおよび５４３〜５５６ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体映像の色温度を制御するフィルターに関し、特に、照明光源の変化する状況での映像撮影などに好適に適用可能な色温度補正フィルターを備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体を撮像するに際し、例えば被写体が野外から室内に移動する際、照明光源が太陽光から室内の白熱灯に変わるため、撮影される映像の色温度が大きく変化してしまい、正しい色調が得られなくなる。従来、色温度の補正をするためには、特定の分光特性を持った色ガラスを色温度補正用フィルターとして使用していた。すなわち、図８に示すように、特定の分光特性を持った色ガラス１２をテレビカメラなどの撮像装置５の光学系に挿入している。色ガラス１２により入射光１の特定の波長が吸収され、色温度が補正された透過光４となり、撮像装置５に入射する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の色温度補正フィルターには、以下に述べるような欠点があった。
【０００４】
１）色温度補正のために色ガラスを機械的に光学系に挿入しなければならず、色温度補正の切り替えに時間がかかるので、撮影しながら切り替えを行うことができない。
【０００５】
２）色ガラスは色温度の補正幅が固定のため、特定の光源にしか適用できず、多様な光源に対応するためには複数の異なる色ガラスフィルターを用意して、光源に応じて入れ換える必要があった。
【０００６】
本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、撮影される被写体の色温度を高速にかつ連続的に制御できる色温度補正フィルターを備えた撮像装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明による撮像装置は、撮影用レンズと、撮像素子と、前記撮影用レンズの前、または前記撮像用レンズと前記撮像素子との間に取り付けられた、２色性色素入りのゲストホスト液晶を透明電極付きの透明基板で挟んだゲストホスト液晶基板セルを少なくとも１個備え、前記ゲストホスト液晶セルの吸収分光特性が前記透明電極に加わる可変の電圧によって制御され、それによって被写体映像の色温度が連続的に変換されることを特徴とする色温度補正フィルターと、前記色温度補正フィルターの透明電極に電圧を可変に印加する手段とを具備し、前記２色性色素入りのゲストホスト液晶が短波長ほど強く光を吸収する分光特性を有し透過光の色温度を下げること、または前記２色性色素入りのゲストホスト液晶が長波長ほど強く光を吸収する分光特性を有し透過光の色温度を上げること、を特徴とする。
【０００８】
ここで、前記ゲストホスト液晶セルの液晶分子配列が、ホモジニアス配向、ホメオトロピック配向またはねじれ配向であることができ、前記ゲストホスト液晶がスメクティック液晶、ネマティック液晶、コレステリック液晶から選択されることができる。
【０００９】
前記ゲストホスト液晶セルの前面または背面に特定方向の偏光を選択するための偏光フィルムが配置されていてもよく、または２個の前記ゲストホスト液晶セルがそれぞれの液晶分子の配向方向が９０゜をなすように配置されていてもよい。
【００１１】
前記ゲストホスト液晶セルが、１種類の２色性色素、または好ましくは、互いに吸収のピーク波長が異なる少なくとも２種類の２色性色素を含み、前記ゲストホスト液晶がネマティック液晶であり、前記２種類の２色性色素の吸収のピーク波長がそれぞれ３９０〜３９８ｎｍおよび５４３〜５５６ｎｍであることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による色温度補正フィルターは、２色性色素を混合したゲストホスト液晶セルを電圧駆動することにより、被写体の色温度を自在に制御可能とするものである。
【００１６】
すなわち本発明の色温度補正フィルターでは、ゲストホスト液晶セルへの印加電圧を変化させることにより、セル中の２色性色素の分子配向が応答速度数１０ｍｓｅｃという高速で変化するために、透過光内の特定の波長成分の吸収率を高速に変化させることができる。そのため、撮影される被写体映像の色温度を高速に制御することができる。
【００１７】
さらに、液晶セルへの印加電圧強度を変えることによって色温度を連続的に制御することもできる。
【００１８】
従って、このような色温度補正フィルターを備えた撮像装置は、色温度の補正が容易なので、光源が変化する環境でも優れた画質で撮影が可能である。
【００１９】
【実施例】
図１に本発明による色温度補正フィルターの第１の実施例を示す。本実施例のフィルターは、入射光１の特定の偏光を取り出す偏光フィルム２と、２色性色素入りのゲストホスト液晶を透明電極で挟んだ液晶セル３が一体となった構造を有する。入射光１は偏光フィルム２側から入射し、特定方向の偏光のみにされた後、ゲストホスト液晶セル３で特定の光を吸収され透過光４となり、撮像装置５に入射する。
【００２０】
図１のゲストホスト液晶セル３は、透明電極６付きのガラス基板７で、少なくとも１種類の２色性色素８と液晶９からなるゲストホスト液晶を、液晶分子配列が基板に対して平行となるホモジニアス配向になるように挟み込んだ（ハイルマイヤー型ゲストホスト液晶セル）構造をしている。透明電極６にはリード線１０を介して電源１１からの交流電圧が印加される。この電源１１の印加電圧強度を変化させることにより、任意の電圧を透明電極に印加することができる。
【００２１】
なお、偏光フィルム２はゲストホスト液晶セル３の背面に置いても、同様に色温度を変換することができる。
【００２２】
図２に、図１に示した実施例の動作を示す。図２（ａ）はゲストホスト液晶セルに電圧を印加しない場合、図２（ｂ）はゲストホスト液晶セルに電圧を印加した場合の液晶分子および色素分子の配向状態を示している。
【００２３】
図１に示した実施例では、入射光１は偏光フィルム２で特定方向の偏光が吸収され、１方向のみに振動する偏光がゲストホスト液晶セル３に入射する。このとき、２色性色素８が特定の波長成分を吸収することにより、このフィルターを通った被写体映像の色温度が変化する。
【００２４】
一方、ゲストホスト液晶セル３に電圧を印加すると、液晶９とともに２色性色素８の分子が基板７に対して垂直に立ち上がり、光の吸収が少なくなる。そのため、色温度の変化も少なくなる。液晶分子および色素分子の配向は印加する電圧を変化することで連続的に変化するので、印加電圧を変化することによって色温度を連続的に変化させることができる。
【００２５】
これにより、光源が二つ以上あり、異なる色温度への変換が必要になる場合でも、印加電圧を調整することで対応することができる。
【００２６】
図１に示した液晶フィルターを作成した。まず、厚さ１．１ｍｍのソーダガラス基板７上にＩｎ2 Ｏ3 ：Ｓｎからなる厚さ０．０７μｍの透明電極６を蒸着した。次いで、透明電極６上に厚さ０．０５μｍのポリイミド（日本合成ゴム社、ＡＬ−１２５４）膜を塗布した後、レーヨンロールで擦ることによりラビング配向膜を作成した。なお、図１においてはラビング配向膜は図示を省略してある。次に、この配向膜付きの基板７を２枚、配向膜を向き合わせて球状スペーサを介して張り合わせた。２枚の基板のギャップは６μｍであった。このギャップの中に、吸収のピーク波長が３９０〜３９８ｎｍの２色性色素（日本感光色素研究所Ｇ−２０７）および吸収のピーク波長が５４３〜５５６ｎｍの２色性色素（日本感光色素研究所Ｇ−４７１）を、それぞれ２ｗｔ％および０．２５ｗｔ％添加したネマティック液晶９（メルクジャパン社ＢＬ−００８、誘電率異方性Δε＝１７．３、屈折率異方性Δｎ＝０．２８）を充填した。なお、色素の添加率は、液晶と色素の全量に対してである。
【００２７】
このゲストホスト液晶セルに偏光フィルム２（ルケオ社製）を貼り合わせた色温度補正フィルターに、さまざまな波長の光を入射させ、その透過率を測定した結果を図３に示す。この色温度補正フィルターに電圧を印加しない場合には、波長７００ｎｍから４００ｎｍまで波長が短くなるにつれて透過率が小さくなる特性を示す。この特性は参考に示した既存の色ガラスフィルターと類似の特性である。一方、この色温度補正フィルターに１０Ｖの電圧を印加すると、約６５０ｎｍ以下の波長において透過率が上昇する。このように、フィルターの吸収分光特性を印加する電圧で制御できることが確認された。図３は１０Ｖの電圧の印加によって下がっていた色温度が光源の色温度に近づくことを示している。
【００２８】
また、１００Ｗのキセノンランプの光を上述した色温度補正フィルターに通し、印加電圧を変化させながら、その透過光をＭＩＮＯＬＴＡ社ＣＯＬＯＲ  ＭＥＴＥＲ２で測定した結果を図４に示す。図４には比較のために、既存のフィルター（ＨＯＹＡ社ＬＡ−１４０）を用いた結果も示してある。図４から、既存のフィルターでは色温度が一定であるのに対し、本発明の色温度補正フィルターでは、印加電圧を連続的に変化させることにより色温度を特定の範囲（３８００Ｋ〜５４００Ｋ）で下げることが可能であることが確認された。電圧変化に対するフィルターの応答速度は約４０ｍｓｅｃであった。図３とは逆に、長波長ほど光吸収が強い２色性色素を用いれば、元の光源よりも色温度を上げることも可能である。
【００２９】
このような任意の分光特性を得るためには、吸収のピーク波長の異なる複数の２色性色素を組み合わせて用いることが望ましい。
【００３０】
なお、図１の実施例では、ゲストホスト液晶セル３はホモジニアス配向なので、液晶９は誘電率異方性が正の液晶を用いるが、印加電圧のない状態で液晶分子が基板に対して立っているホメオトロピック配向液晶セルの場合には、液晶９に誘電率異方性が負の液晶を用いる必要がある。また、液晶の種類としては、スメクティック液晶、ネマティック液晶、コレステリック液晶を用いることができる。
【００３１】
図５に本発明の色温度補正フィルターの第２の実施例を示す。本実施例においては、液晶の配向方向が互いに９０度異なるように二つの単位ゲストホスト液晶セル３ａ、３ｂを組み合わせて液晶セル３′を構成している。各単位液晶セル３ａ、３ｂにおける透明電極は光の透過方向に関連して同じ位置の電極が同じ電位になるように電源１１に接続されている。このような構成を採用すると、全ての偏光成分に対して吸収および透過が起こるため、図１の実施例における偏光フィルム２が不要となる。そのため、入射光１の利用効率を高めることができる。
【００３２】
さらに、液晶分子が基板に対して水平もしくは垂直にねじれた配向を持つゲストホスト液晶（ホワイトテーラー型ゲストホスト液晶）セルを構成しても、全ての偏光成分を利用することができるため、偏光フィルムが不要で、入射光１の利用効率を高めることが可能である。
【００３３】
上述した色温度補正フィルターを撮像装置に組み込み、一体化することにより色温度を電気的に制御できる撮像装置を実現することができる。
【００３４】
図６は本発明による撮像装置の第１の実施例を示し、撮像装置５には、レンズ系１３の前面に液晶セルを用いた色温度補正フィルター３が装着されている。これによって、ＣＣＤなどの撮像素子１４には色温度が補正された光が入射する。図７は本発明による撮像装置の第２の実施例を示し、この例では、色温度補正フィルター３は撮像素子１４の手前の光学系に組み込まれている。図６、図７においては、色温度補正フィルターに電圧を印加する電源および配線は図示を省略してある。このように、撮像装置に色温度補正フィルターを組み込むことによって、機械的にフィルターを入れ換えることなしに、色温度を電気的に制御可能な撮像装置を実現することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２色性色素を含んだゲストホスト液晶セルを電圧で制御することで被写体の色温度を連続かつ高速に制御できる色温度補正フィルターを提供できる。従って、本発明の色温度補正フィルターは、テレビや映画などの映像撮影をはじめ、幅広い光学撮影の用途に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色温度補正フィルターの第１の実施例の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の色温度補正フィルターの動作を説明する図で、（ａ）は電圧を印加しない状態、（ｂ）は電圧を印加した状態を示す図である。
【図３】本発明による色温度補正フィルターの入射光の波長と透過率の関係の一例を示す図である。
【図４】本発明による色温度補正フィルターの印加電圧と色温度の関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の色温度補正フィルターの第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明による撮像装置の第１の実施例を示す図である。
【図７】本発明による撮像装置の第２の実施例を示す図である。
【図８】従来の色温度補正フィルターを示す図である。
【符号の説明】
１  入射光
２  偏光フィルム
３  ゲストホスト液晶セル
３′  ２個のゲストホスト液晶セルを組み合わせた液晶セル
４  透過光
５  撮像装置
６  透明電極
７  ガラス基板
８  ２色性色素
９  液晶
１０  リード線
１１  電源
１２  色ガラスフィルター
１３  レンズ系
１４  撮像素子
【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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