(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像を取得又は視認するために、前記被写体と焦点面との間の光路の、焦点面に近接した位置に設けられる電気光学能動遮蔽フィルタであって、
前記被写体像のそれぞれの部分からの光が照射され、独立して変化する光学透過特性を有し、各セルは前記被写体が照射された位置により直接的にアドレスされるとともに、平坦なバック電極を覆うフロント電極と、当該フロント電極およびバック電極に挟まれた液晶材料体と、前記液晶材料体内の液晶材料の分子配向およびこれによる光学透過特性を制御するために前記フロント電極とバック電極とに電界を印加する駆動回路とを有するマトリックス状のセルを有し、
前記駆動回路は、供給電圧配線に電気的に接続され、前記照射される被写体像の部分の強度に応じて変動する電気的特性を有する、前記各セルに設けられた第１の素子と、前記フロント電極およびバック電極の間に前記第１および第２の素子の間の分割電圧に応じた電位差が存在し得るように前記フロント電極が前記第１および第２の素子の間の点に電気的に接続されるとともに、分割回路を形成するように前記第１の素子に接続された第２の素子とを有し、
これにより、濾光された被写体像の部分の集合を含む濾光後の被写体像を提供すべく、前記被写体像は、光が照射されたセルによって独立して濾光される電気光学フィルタ。
【請求項２】
前記フロント電極およびバック電極間の液晶材料体は、前記第２の素子としても機能する請求項１記載の電気光学フィルタ。
【請求項３】
前記供給電圧配線は、共通の供給電圧をすべてのセルに供給する請求項２記載の電気光学フィルタ。
【請求項４】
前記供給電圧が調節可能である請求項３記載の電気光学フィルタ。
【請求項５】
前記セルに隣接するセルは、マトリックス状の電気的導体および絶縁体の経路により拘束及び隔離され、前記導体経路は前記供給電圧配線により構成されている請求項４記載の電気光学フィルタ。
【請求項６】
請求項５記載の電気光学フィルタを有する孔を備え、当該装置の焦点面に照射された被写体像が、前記焦点面に照射される前に、前記フィルタにより作用される、像取得または像視認媒体を有する像取得又は像視認装置。
【請求項７】
前記フィルタを当該装置の光路内または光路外へ選択的に移動させる可動手段をさらに有する請求項６記載の像取得又は像視認装置。
【請求項８】
被写体の像を取得又は視認するために、前記被写体と焦点面との間の光路の、焦点面に近接した位置に設けられる電気光学能動遮蔽フィルタであって、
前記被写体像のそれぞれの部分からの光が照射され、独立して変化する光学透過特性を有し、各セルは前記被写体が照射された位置により直接的にアドレスされるとともに、前記照射される被写体像の部分の強度に応じた第１の電圧を生成する第１の素子を含み、前記光学透過特性は前記第１の電圧と各セルに供給される供給電圧との差によって定まる、マトリックス状のセルを有する電気光学フィルタ。
【請求項９】
前記各セルは、液晶材料体と、前記液晶材料の分子配向を制御するために前記液晶材料体を横切る電界を印加する駆動回路とを有し、前記電界強度は、前記第１の電圧と前記供給電圧との差によって直接的に定まる請求項８記載の電気光学フィルタ。
【請求項１０】
前記第１の素子は、前記電界強度を制御するために、前記照射される被写体像の部分の強度に応じて変化する電気特性を有する請求項９記載の電気光学フィルタ。
【請求項１１】
前記電気特性は前記第１の素子のインピーダンスである請求項１０記載の電気光学フィルタ。
【請求項１２】
前記駆動回路は、分割回路を形成するように前記第１の素子に接続された第２の素子を有し，前記電界は前記第１及び第２の素子の間の点から生成される請求項１１記載の電気光学フィルタ。
【請求項１３】
前記第２の素子のインピーダンスは一定である請求項１２記載の電気光学フィルタ。
【請求項１４】
前記駆動回路は、前記第１の電圧を入力し、前記供給電圧に応じた出力電圧を出力する電圧制御増幅器を有し、前記電界強度は前記出力電圧に比例する請求項１３記載の電気光学フィルタ。
【請求項１５】
前記供給電圧は各セル全てに共通である請求項１４記載の電気光学フィルタ。
【請求項１６】
前記供給電圧が調節可能である請求項１５記載の電気光学フィルタ。
【請求項１７】
前記セルは、マトリックス状の電気的導体および絶縁体の経路により拘束及び隔離され、前記導体経路は前記セルに電力を供給するとともに、種々の電気特性を有する前記各素子は経路の一つに配置又は隣接している請求項１６記載の電気光学フィルタ。
【請求項１８】
前記フィルタは、前記マトリックス状経路が焦点においてピントがずれるような距離で前記焦点から離間されている請求項１７記載の電気光学フィルタ。
【請求項１９】
前記マトリックス状のセルを支持するとともに，焦点面からの距離を変化させる可動手段をさらに有する請求項８記載の電気光学フィルタ。
【請求項２０】
前記可動手段は、前記マトリックス状セルの前面の光路に配置されたレンズの焦点距離に応じて前記距離を変動させ得る請求項１９記載の電気光学フィルタ。
【請求項２１】
前記可動手段は、前記マトリックス状セルの前面の光路に配置された孔の大きさに応じて前記距離を変動させ得る請求項２０記載の電気光学フィルタ。
【請求項２２】
前記マトリックス状セルを通過する被写体の濃度を制御する濃度制御手段をさらに有する請求項８記載の電気光学フィルタ。
【請求項２３】
前記濃度制御手段は、前記光路上であって前記マトリックス状セルの両方面に配置された一対の偏光フィルタを含み、前記一方の偏光フィルタの偏光面が他方の偏光フィルタの偏光面に対し相対的に変更可能に設けられている請求項２２記載の電気光学フィルタ。
【請求項２４】
前記一方の偏光フィルタは、前記他方の変更フィルタに対して回転可能に設けられ、これにより前記濃度制御が実行される請求項２３記載の電気光学フィルタ。
【請求項２５】
前記他方の偏光フィルタは電気制御可能な液晶偏光子を含み、前記他方の偏光フィルタにより生成される偏光度が、前記液晶偏光子を横切るように印加される第２の電界強度を変化させることにより電気的に調節される請求項２４記載の電気光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、像の取得装置又は視認装置のための電気光学フィルタに関し、限定はされないが、特に被写体の像を取得又は視認する前に、被写体から発せられる光のコントラストを修正するための電気光学フィルタに関する。
発明の背景
撮像する際に、被写体像のコントラスト特性を制御できる能力がなぜ望まれているかについては、技術的にも美学的にも多くの理由がある。記録装置に像を取り込む間に、生の被写体のコントラスト特性を制御又は修正することについては多くの試みがなされている。たとえばＪＰ２−１８３２（松下）およびＧＢ２，２５５，４６５（ソニー）には、コントラストを減少させ撮像品質を改善するように被写体像を修正するための液晶フィルタが開示されている。これらの特許には、フィルタマトリックスのアドレス指定された複合的な信号が開示されており、駆動信号を取得するために被写体像を別途設けられたセンサアレイに導くビームスプリッタプリズム又はハーフミラーの使用に注目している。
このような従来の特許に開示されたシステムは、カメラに対しては効果的なコントラストの修正システムを提案しているものの、いくつかの実用上の限界を有している。たとえば、ビームスプリッタやハーフミラーを使用すると、記録媒体又は視認媒体に至る光量が制限される。さらに、センサによって活性化されるのは、全ての有効光ではなく、プリズム又はハーフミラーで反射される一部の光のみであるため、システム全体の感度と忠実度は減少する。さらにこれらのシステムは、高電圧が要求され、全体として高価であるといった欠点もある。
このような欠点により上述したようなシステムは、今日まで市場で受け入れられたこともなく、また広く実用されたこともない。
発明の概要
本発明の目的は、取得または視認する前に像を濾光する電気光学フィルタであって、小さくコンパクトで、低コストで容易に製造できる電気光学フィルタを提供することにある。
本発明の第１の観点によれば、被写体の像を取得又は視認するために、前記被写体と焦点面との間の光路に設けられる電気光学フィルタにおいて、
前記被写体像のそれぞれの部分からの光が照射され、そのセルに照射された被写体像の部分の強度に直接的に応答して変化する透過特性を有する、マトリックス状の独立したセルを含み、
これにより、使用に際しては、濾光された被写体像の部分の集合を含む濾光後の被写体像を前記焦点面に取得又は視認することができるように、前記被写体像の各部分は、光が照射されたセルによって独立して濾光される電気光学フィルタが提供される。
好ましくは、前記各セルは、液晶材料体および液晶材料の分子配向を制御するために前記液晶材料体に電界を印加する駆動回路を含み、前記電界の強度は、そのセルに照射される前記被写体像の部分の強度に直接的に依存する。
好ましくは、前記駆動回路は、前記電界の強度を制御するための、前記照射される被写体像の部分の強度に応じて変動する電気的特性を有する第１の素子を含む。
好ましくは、前記電気的特性は、前記第１の素子のインピーダンスである。
好ましくは、前記駆動回路は、分割回路を形成するように前記第１の素子に接続された第２の素子を含み、前記電界は前記第１および第２の素子の間の点から生じる。
好ましくは、前記第２の素子のインピーダンスは一定である。
好ましくは、前記第１の素子は、照射される電気磁気的放射の強度に応じて変動するインピーダンスを有する材料から形成されている。
好ましくは、前記材料は、回旋状の経路または他の形の経路に形成されている。
好ましくは、前記分割回路は、前記電界を生じさせる前記第１および第２の素子間のセル供給電圧を分割する電圧分割回路である。
好ましくは、前記供給電圧は全てのセルに共通である。
感度を制御するために、前記供給電圧が調節可能であることが好ましい。
好ましくは、前記種々の電気的特性を有する前記各素子は、それぞれのセルの中央領域に設けられている。ただし、他の形態として前記種々の電気的特性を有する前記各素子は、対応するセルの周囲またはその近傍に設けられている。
好ましくは、前記セルは、マトリックス状の電気的導体および絶縁体の経路により拘束および隔離され、前記導体経路は前記セルに電力を供給する。一つの形態として、前記セルは、マトリックス状の電気的導体および絶縁体の経路により拘束および隔離され、前記導体経路は前記セルに電力を供給し、前記種々の電気的特性を有する前記各素子は前記経路の一つまたはその近傍に設けられる。
前記フィルタのマトリックス状経路が焦点面で鮮鋭にならないために、好ましくは、前記フィルタは、マトリックス状の経路が前記焦点面でピントがずれるような距離で前記焦点面から離間される。この点については、一つの形態として、前記マトリックス状のセルを保持し、前記マトリックス状のセルの前記焦点面からの距離を可変とする可動手段をさらに有することが効果的である。さらに、前記可動手段は、前記距離が、前記マトリックス状のセルの前方の光路に設置されたレンズの焦点距離に依存すべく変更できるようにされている。これに代えて、またはこれに付加して、前記可動手段は、前記距離が、前記マトリックス状のセルの前方の光路に設置された孔の開口の大きさに依存すべく変更できるようにされている。
好ましくは、前記光学フィルタは、前記マトリックス状のセルを通過する前記被写体像の濃度を制御する濃度制御手段をさらに有する。
好ましくは、前記濃度制御手段は、前記光路内であって前記マトリックス状のセルの両方面に設置された一対の偏光フィルタを含み、前記偏光フィルタの一方の偏光面が他方の偏光フィルタの偏光面に対して相対的に変更可能である。
一つの形態として、前記第１の偏光フィルタは前記第２の偏光フィルタに対して回転可能に設けられ、第１の偏光フィルタの第２の偏光フィルタに対する回転により前記濃度制御が行われる。
他の形態として、前記第１および第２の偏光フィルタは電気的制御が可能な液晶偏光子を含み、これから生じる偏光度は印加される電界の強度を調節することにより調節される。
本発明の第２の観点によれば、被写体と焦点面との間の光路内の光学フィルタを保持する手段と、上述した本発明の第１の観点に関する光学フィルタとを含む像取得または像視認装置が提供され、前記被写体の像は当該装置により取得または視認される。
好ましくは、前記像取得または像視認装置はカメラの形で具現化され、焦点面に設置された像取得媒体を有する。
有利なことには、前記光学フィルタを像取得または像視認装置内に用いるときは、さらに前記可動手段が前記マトリックス状セルを前記光路内または光路外へ選択的に移動するようにされている。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら以下に説明する。
図１は本発明に係る電気光学フィルタの第１の実施形態を具体化した撮像装置を示す図、
図２は図１に示す電気光学フィルタの断面図、
図３は図１及び２に示す電気光学フィルタのセルの概略図、
図４は図３に示すセルのセル回路の電気回路図、
図５は図１〜３に示す電気光学フィルタの第２の実施形態の濃度制御手段を示す断面図、
図６は図５に示す濃度制御手段を組み込んだ電気光学フィルタの分解図、
図７は本発明の電気光学フィルタを組み込んだ撮像装置の第２の実施形態を示す概略図、
図８はセル回路の他の実施形態を示すブロック図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１には、被写体１２の像を取得するためのカメラ１０に具現化された撮像装置が示されている。このカメラ１０には、被写体１２の像の焦点をカメラ１０の焦点面１６に合わせるためのレンズ１４が設けられている。カメラ１０の内部のレンズ１４と焦点面１６との間には、孔１８が設けられている。一般的に、写真用フィルムのような記録媒体が焦点面１６に設置されている。被写体１２から発せられ又は被写体で反射された光は、光路２０を通り、レンズ１４および孔１８を通過して焦点面１６に至る。被写体１２と焦点面１６との間の光路２０には、電気光学フィルタ２２が設けられている。
以下に詳述するが、この電気光学フィルタ２２は、マトリックス状の独立したセル２４を有しており、このセルには被写体像の各部分の光が当たり、各セルは、照射された被写体像部分の光強度に応じた透過特性を有している。これにより、被写体像の各部分は、光が照射されたセル２４によって独立して濾光（フィルタリング）されるとともに、濾光された被写体像の部分の集合を含む濾光後の被写体像を焦点面１６に取得又は視認することができる。
また、電気光学フィルタ２２は、第１および第２の偏光フィルタ２６，２８にそれぞれ具現化された濃度制御装置を有している。第１のフィルタ２６は第２のフィルタ２８に対して回転可能に設けられている。これら偏光フィルタ２６，２８は、光路２０に配置され、マトリックス状のセル２４により間隔があけられている。
図２は電気光学フィルタ２２を断面で示したものである。電気光学フィルタ２２は、直接光アドレス型液晶光弁(Directly photo addressed liquid crystal light valve)に具現化された能動フィルタである。このフィルタ２２は、主として透過装置として構成され、これにより光路２０の被写体像は、焦点面１６に至るために、ここを通過する。
フィルタ２２は、焦点面１６に近い方の表面に集積回路層３２が形成された透明ガラス基板３０を有している。この集積回路層３２は、それぞれがフォトセンサ、駆動回路構成、液晶電極および電圧供給配線を有する二次元マトリックス状のセル回路に具現化されている。
集積回路層３２の他方の面には、液晶配向層３４および３８の間に挟まれた液晶材料体が存在する。配列層３４および３８の目的および機能は公知であるためここでは詳細に説明しない。本実施形態では、液晶体はツィストネマティック（ＴＮ型）液晶構造からなり、したがって図５に示されるように配向層３４および３８は互いに垂直となっている。
配向層３８の反対面には、焦点面１６から遠い方の表面に透明電極４０が形成された透明ガラス基板４２が存在する。第２の偏光フィルタ２８は、ガラス基板４２の反対面に堆積されたフィルムとして形成されている。
図３はマトリックス状のセル２４の一つのセルおよび駆動回路５７を概略的に示した図であり、これらの一部は集積回路層３２に設けられている。各駆動回路５７は導通路４４および４６を含み、この導通路は電気光学フィルタ２２の各セル２４に対する供給電圧配線として機能する。隣接するセル２４は、電気的不導性又は絶縁性の通路４８によって隔離されている。各駆動回路５７において、導通路４４には分岐路５０が設けられ、この分岐路５０は、フォトディテクタ５２として具現化され、各セル２４の中央に設けられた第１の電気素子まで延在している。特に、フォトディテクタ５２は、硫化カドミウム材料から構成され、照射された光強度に応じた抵抗値を有する。このフォトディテクタ５２は、導通路４４と第１の液晶電極５４との間の電圧ゲートとして動作する。
図４はフィルタ２２への電圧供給回路５５を２つのセル２４の駆動回路５７とともに示すものである。この電圧供給回路は、無安定発振器として接続されたシュミット反転器５９を有し、約１００Ｈｚの矩形波出力Ｓを生成する。この振動の周波数は、抵抗ＲおよびコンデンサＣの値によって設定される。反転器５９からの出力は別の反転器６１に導かれ、これが反転された矩形波Ｓｉを生成する。したがって、電圧供給回路５５は、２つの反位相の矩形波Ｓ，Ｓｉを生成し、これらは各セル２４とその駆動回路５７に電力を供給するために用いられる。矩形波Ｓ，Ｓｉの振幅は、反転器５９および６１に印加される供給電圧Ｖｓに依存することになる。
各駆動回路５７は、それぞれに対応する液晶材料体と直列に接続されたフォトディテクタ５２を含んでいる。液晶材料体の等価回路は、並列に組み合わされた抵抗６５とコンデンサ６７とからなる第２の素子６３として考えることができる。したがって、各駆動回路５７は実質的に電圧分割回路を含むことになる。フォトディテクタ５２は、照射される被写体像部分の強度に応じた抵抗を有するので、被写体像のその部分の強度の変動により、素子５２および６３の接合点における、すなわちその液晶材料体に印加される矩形波駆動電圧Ｖの振幅が部分的に変わることになる。したがって、光学特性、特にセル２４の透過特性は、そのセルのフォトディテクタ５２に照射された被写体像部分の強度に応答して変動することになる。加えて、被写体像の強度に対する各セル２４の感度は、矩形波駆動電圧Ｓ，Ｓｉの振幅に依存することになる。すなわち、セル２４の感度は、反転器５９および６１への供給電圧Ｖｓを変動させることによって部分的に変えることができる。
透明電極４０は、各セル２４に共通で、電圧配線４６に電気的に接続されている。したがって、どのセル２４においても、液晶材料に印加される電界の強さは、電圧Ｖと供給配線４６の電圧との差異に依存する。
電圧供給配線４４，４６、分岐路５０および液晶電極５４は、全て集積回路層３４の一部であり、これらはインジウム−スズの酸化金属蒸着により形成することができる。
そして、各セル２４は、駆動回路５７、そのセルの下の液晶材料体３６およびさらに下の部分の電極４０を含むことになる。液晶材料３６は、単体（single body）として形成されている。各セル２４に対して区画された個々の形の液晶材料を設ける必要はない。
カメラ１０の操作者は、供給電圧Ｖｓを調節することにより、被写体像のどの輝度領域が各セル２４の活性を引き起こすかを決定すればよい。活性化は、電圧Ｖが不活性又は平衡状態から分子又は液晶の回転が生じる電界を生成するのに充分なレベルに達したときに生じる。この供給電圧Ｖｓは、カメラ１０の外部に設けられた外部ノブ５６によって調節又は変更することができる。したがって、カメラ操作者は、何れかのセル２４のフォトディテクタ５２への入射光が、そのセルの液晶材料を活性化させるといった種々のレベルを提供するように、電圧Ｖを調節すればよい。被写体像の輝度領域におけるセルの活性化は、供給電圧Ｖｓを効果的に増加させるべくノブ５６を調節することで提供される。したがって、供給電圧Ｖｓの変動は、電気光学フィルタ２２に感度制御コントラストの圧縮又は伸張を提供する。
電圧Ｖｓの供給レベルは、被写体像の所定の明るさの領域でセルの活性化が生じる選択された所定値に設定すればよい。このようにして、被写体１２のコントラストレンジを所定のレンジに減少或いは増加させるべく、明るい領域を所定値以上又は以下に遮蔽するよう、カメラ１０を前もってセットすることができる。
上述したように、濃度制御手段は、液晶材料が活性化するセルを通る光量の減少を決定するために設けられている。この濃度制御は、第２の偏光フィルタ２８に対する第１の偏光フィルタ２６の回転により提供される。これらの調節は、カメラ１０の操作者が第１の偏光フィルタ２６を物理的に回転させることで行えばよい。偏光フィルタ２６が偏光フィルタ２８に対して直角に向いたときは、最大濃度のネガ応答がセル２４を通って提供される。偏光フィルタ２６が偏光フィルタ２８に対して平行に向いたときは、最大濃度のポジ応答がセル２４を通って提供される。第１の偏光フィルタ２６は、無制限の回転制御でも良いし、或いは最大から最小濃度まで表れる位置での切り欠き付きの目盛りでも良い。この目盛りは、回転可能な偏光フィルタ２６が設けられる斜面溝に、光量の減少としてセル２４の完全活性領域に「ｆ  ｓｔｏｐｓ」なる参照事項を付ければ良い。
第２の偏光フィルタ２８の他の構造を図５および図６に示す。本実施形態では、第２の偏光フィルタ２８は、ガラス基板４２、電極６０、液晶配向層６２、液晶材料６４、液晶配向層６６、電極６８およびガラス基板７０を有している。配向層６２および６６は、同じ方向に並べられ、かつ第１の偏光フィルタ２６の偏光角に垂直になっている。電極６０および６８は、透明の導電性フィルムから形成されている。液晶材料６４への電界を生じさせるためにこれら電極６０および６８に電圧が印加される。印加電圧を変えれば、液晶材料６４の分子の分子配向度を変えることができる。電圧を印加しないか或いは最大しきい値以下の電圧であると、液晶材料は、第１の偏光フィルタ２６の偏光角に直角の偏光角を有する偏光プリズムとして機能する。したがって、最大総偏光効果は、活性化セル２４に最大濃度を与える第１の偏光フィルタ２６と第２の偏光フィルタ２８との組み合わせによって生じることになる。電極６０および６８に最大電圧を印加すると、これにより液晶分子は、光を最大に透過させるように再配向する。このように電圧を両極端に変動させることで、電気光学フィルタ２２を電気的に濃度制御することができる。
カメラ１０などの撮像装置の焦点距離がレンズ１４の焦点距離に依存することは知られている。また、フォトディテクタ５２の像だけでなく多くの配線４４，４６，４８および５０が焦点面１６においてピンぼけを維持するのを確実にするために、電気光学フィルタ２２には可動手段７４が設けられ、マトリックス状セル２４を保持するとともに焦点面１６に対するマトリックス状セル２４の位置を変動させることができる。これは種々の手法により達成することができる。その一つとしては、図１に示されるように、カメラ１０のボディ内部にレール７６を設け、マトリックス状セル２４を保持する可動台７８がこのレール上をスライドできるようにする。レール７６に沿う可動台７８の位置は、電気モータ（図示しない）手段により移動可能である。可動台７８の電気モータは、所望の位置で停止させるべく可動台をレール７６に沿って連続的に移動可能とするために、或いはこれに代えて、レンズ１４の焦点距離に応じたレール７６に沿う所定位置にのみ移動可能とするために、制御可能とされている。また、電気光学フィルタ２２を使用しないのが好ましければ、可動台７８は、マトリックス状セル２４を光路２０の外へはじき出すために制御できるようにもなっている。これは、ミラーが光路の内外へ移動可能とされたＳＬＲカメラで実際既に行われている手法と同じ手法で達成することができる。
また、マトリックス状セル２２がレンズ１４の焦点距離とは独立して移動可能とされていることに加え、その位置を孔１８の開口に関連して変動させても良い。これは専ら電気回路（図示しない）を付加することのみで提供することができ、孔のセッティングを検出するとともに、それとの関連でマトリックス状セル２４を所定位置に移動させるよう可動台７８のモータを駆動する。
撮影前に撮影者が電気光学フィルタ２２の効果を確認し得るために、図７に示すカメラ１０’に、当該カメラ１０’のビューファインダー８０の光路に第２の電気光学フィルタ２２’を設けることができる。この第２の電気光学フィルタ２２’は、第１の電気光学フィルタ２２と同じ構成で、かつ全く同一の制御がなされるように設けられている。しかも、ビューファインダー８０には、レンズ１４と全く同じか或いは実質的に類似した特性を有するレンズ１４’が設けられている。ビューファインダー８０の焦点面にはスクリーン８２が設置され、ここに被写体像の焦点が合う。同様に、従来のビデオカメラに当該フィルタ２２を設けたときは、被写体像のフィルタ２２の効果をビデオカメラのビューファインダーで事前に確認することができる。
次に、カメラ１０に適用した場合を参照しながら、電気光学フィルタ２２の操作を説明する。
フィルタ２２は、被写体１２とカメラの焦点面１６との間の光路２０に設けられる。まず最初に、被写体像は、第１の偏光フィルタ２６，レンズ１４および孔１８を通過したのち、ガラス基板３０に照射される。次いで、被写体像の各部分は各セル２４に照射される。各セル２４に供給される電圧Ｖは、各セル２４のフォトセンサ５２に当たる被写体像部分の強度に依存する。被写体像のその部分の強度が充分に強ければ、フォトセンサ５２の抵抗は、電圧Ｖがそのセルの電極５４および４０間の領域に拘束された液晶材料に活性を生じさせるに必要なしきい値を越えるレベルまで、減少する。このしきい値は、セルへの供給電圧を変動させる回転ノブ５６によって変動させることができる。液晶材料の活性度に依存するので、そのセル２４の液晶材料３６を通過する被写体像部分の偏光角は、その種々の度合いにより回転される。最初にセル２４に入射し実際に焦点面１６に到達した被写体像部分の量は、次に、ガラス基板６２を通過する被写体像部分の相対的な偏光角と、第２の偏光フィルタ２８の偏光角とに依存することになる。
したがって、被写体像が精細な陰影および精細な直射光を含むと、供給電圧はあるレベルにセットされ、このレベルにより、直射光からの被写体像部分が、照射されたそのセルの液晶材料の活性を励起することになる。これは、直射光を濾光する暗領域を生じさせる。また、濾光度合いは、濃度制御手段を用いることにより調節することができる。これは、偏光フィルタ２８に対して回転可能な変更フィルタ２６によって、或いは図４および５に示す実施形態のように電極６９および６８間の供給電圧を調節することによってなされる。
陰影と直射光との間の中間色調の領域は、しきい値を調節するための供給電圧を調節することにより濾光すれば良く、中間色調領域の被写体像部分は、電気光学フィルタ２２のそれぞれのセル２４内の液晶材料を活性化させることができる。
したがって、電気光学フィルタ２２は、被写体を撮影又は視認するときに被写体像の最も明るい領域を選択的に隠蔽するための活性マスキングフィルタとして機能することができる。隠蔽された固有輝度領域は、ノブ５６を用いて供給電圧を調節することで変更することができる。またこれに加えて、隠蔽効果の濃度は、第１の偏光フィルタ２６の相対角の調節或いは図５および６に示す実施形態の場合のように液晶体６４に印加される電界の調節により変更することができる。
以上のことから、本発明に係る電気光学フィルタは従来の技術に比べて多くの利点を有していることは明らかであろう。この電気光学フィルタは、被写体像自体によって直接アドレスが指定され、全ての活性電気素子はフィルタ上に集積、作製され、被写体像の光路に直接存在し、したがってビームの分割および／または複合的な信号のアドレス指定が不要となる。また、直接被写体像の光学的なアドレズ指定がなされる結果、濾光像を被写体像に重ね合わせる必要がなくなる。
上記の結果、本発明の実施形態では、従来技術で必要とされていた回りくどい複合的信号の生成を不要とすることで、リアルタイムでのコントラストの調節やマスキングフィルタを提供するために、重要で最少数の素子のみが必要とされることになる。信号をアドレス指定する素子が不要となると、最小限の電力供給で足り、これにより本発明の実施形態を、カメラ、ビデオカメラ、双眼鏡その他の小さい撮像装置や視認装置のコントラスト制御の便利なものとして、実際に適用することができる。さらに、電気光学フィルタは光学的にアドレス指定されるので、従来の装置に存在した光学配向の問題をともなうことなく、光路のフィルタ位置を簡単に変更することができる。光路位置の調節には、孔の設定とレンズの焦点距離とに依存する被写体光の集中角の補正が必要とされる。
ところで、本発明の実施形態を詳細に説明したが、基本的な発明概念を逸脱しない限り種々の改変および変更しても良いことは明らかである。たとえば、可動手段７４は、図１においてはカメラ１０に接続されて示されている。しかしながら、これに代えて、可動手段７４はカメラのレンズの方に接続可能に形成しても良く、可動手段７４付きフィルタ２２はレンズと結合できることとなり、したがってカメラ１０の旧型品を改装することができる。レンズを異なる焦点距離に変更することが望ましいときは、可動手段７４をそのレンズから取り外し、別のレンズを取り付けることができる。
これに加えて、各セル２４のセル回路は基本的な抵抗電圧の分割器の形で示されている。しかし、同じ効果を奏する異なる素子を用いた他のタイプの回路を用いることも勿論できる。回路の必須事項は、その回路の光検出素子に照射される被写体像の強度に応じて種々の電圧を生成することができることである。したがって、種々のコンデンサ、フォトダイオード、および／または薄膜トランジスタおよびフォトトランジスタもまた、同じ効果を奏するのに使用できる。
各セル２４のセル回路の他の形態の一例としては、図８に示すものを挙げることができる。本実施形態では、フォトディテクタが、図４に示される実施形態の光依存抵抗５２ではなく、フォトトランジスタをベースにした回路８４で具現化されている。このフォトトランジスタをベースにした回路８４は、それに入射した被写体像の強度に比例した出力電圧８６を生成する。この出力電圧８６は、電圧を制御する増幅器８８に出力され、電圧９０の制御下において、全ての利得（ゲイン）または損失（ロス）を獲得する。この制御電圧９０は、緩衝増幅器９２から得られ、この緩衝増幅器は入力信号として使用者の調節ゲイン制御電圧Ｖｇを有する。ゲイン制御電圧Ｖｇの絶対値は、電圧制御増幅器８８の全てのゲインまたはロス、ひいては出力９４として現れる電圧の大きさを決定する。出力９４の電圧は、次に液晶駆動回路９６に導かれ、図４の実施形態に示されるようにそのセルの液晶に印加される出力電圧Ｖを生成する。
このセル回路の別々の素子ブロック、すなわちフォトディテクタをベースとした回路８４、電圧制御増幅器８８、緩衝器９２および結晶駆動回路９４は、供給電圧Ｖｓ、ひいては矩形波駆動電圧Ｓ，Ｓｉが固定振幅であること以外は図４に示す供給回路５５と類似する供給回路によって全て電力が供給される。図４に示す実施形態の調節供給電圧Ｖｓにより達成されるのと同様に、感度制御は、図８に示すセル回路の変動ゲイン制御電圧Ｖｇの手法により提供される。このゲイン制御電圧Ｖｇは、供給電圧Ｖｓと同一の手法によって調節することができ、これは、使用者が、種々の電圧を提供するようにバッテリに接続されたポテンショメータを制御するノブ５６を調節することで行われる。
図８のセル回路は、回路層３２の基板３０上に物理的に形成され作り込まれていると考えられる。これは「ガラス上へのシリコン」または「サファイア上へのシリコン」技術を用いることで達成すればよい。このような技術は公知であり、したがって詳細には説明しないが、何れの手法においても多くの製造工程には、化学蒸着、熱酸化、不純物注入、フォトレジストエッチングのようなものが含まれる。「サファイア上へのシリコン」技術は、「ガラス上へのシリコン」に比べて製造時の温度が高く、トランジスタなどの回路素子が高品質に造れるので好ましい。それにも拘わらず、「ガラス上へのシリコン」は実行可能な選択肢である。
図８に示すセル回路は、ｍＭＯＳ，ｐＭＯＳ，ｃＭＯＳ，バイポーラ技術，ＢｉＣＭＯＳのような適切な公知のシリコン集積回路技術により作れば良い。しかしながら、図８の回路は２．５μｍの技術を応用したｎＭＯＳにより作製することが好ましい。
光学フィルタをスチールカメラ１０に用いたものを参照しながら説明したが、ビデオカメラ、顕微鏡、望遠鏡、双眼鏡のような撮像または視認に使用される他の光学装置や、写真引き伸ばし機のコントラスト細部におけるポストプロダクションのマスク修正としても勿論使用することができる。
さらに他の応用として、フィルタ２２はコントラスト修正シャッタを提供するために機械的またはＬＣＤシャッタを全体にまとめることもできる。また、フィルタ２２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のセンサ層に集積層として設けても良い。これに加えて、フィルタ２２は、記録媒体と接触して撮像装置の焦点面に設置しても良い。
また、フォトディテクタ５２は可視波長域に敏感であることを意味するが、不可視放射を視認できるといった異なる効果を生じさせるのに使用できる電気磁気スペクトルに敏感なフォトディテクタもたくさんある。フォトディテクタが、電気磁気スペクトルの赤外領域に反応する赤外線感知材料からなるときは、フィルタ２２は、赤外線を放射する物体の可視反応または像を提供することができる。そのような実施形態では、フィルタ２２は夜間視認装置として応用することができる。赤外線像観察装置によれば、赤外光を有さないバックライトがあたると、赤外線被写体が焦点面における液晶像として観察することができる。この応用では、フィルタ２２は撮像装置の不可視スペクトル変換器を有し、記録される像は、フィルタを焦点面に設置し、記録媒体を焦点面に設置し、フィルタ２２の液晶材料に現れる像の接触して露光された刷を記録媒体に提供するように、カメラ内の光源を操作することで作製することができる。
このような全ての改変と変更とは、本発明の範囲内とみなすことができ、本発明の特質は前述した説明と添付した請求の範囲により決定される。
【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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