CN100592185C - 光学元件、光学装置以及成像装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学元件。该光学元件包括：容器，其具有保持腔；偏振或导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；液晶，其被填充在该保持腔中，并且不与该第一液体相互混合；第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压。

Description

光学元件、光学装置以及成像装置

技术领域

本发明涉及一种光学元件、光学装置以及成像装置。

背景技术

相关申请的交叉参考

本发明包含与2006年4月5日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-103922相关的主题，该申请的全部内容被结合在此以作参考。

相关技术的描述

在过去已经提出了包含宾主液晶的液晶光学装置，其中二色性染料为宾。然而，在没有电压施加和具有电压施加的情况下难以充分增加透射光量的动态范围。

这依赖于当前二色性染料的光密度比(吸收模式下的吸光度/透射模式下的吸光度)不够高这一事实。特别是对于照相机应用，在透射模式下可能需要90％或更高的吸光度，也就是最大透射率。然而，由于如上所述二色性染料的光密度比不够高，所以最小透射率不可能被降低来满足最大透射率。换句话说，不可能提供作为光阑(调光器)的全部性能。相反，满足最小透射率不可能满足高达90％或高于90％的最大透射率，这是一个折衷关系。

由于宾主液晶不可能仅仅以这种方式增加动态范围，因此，已经提出了包括偏振光通过偏振器的方向例如与二色性染料的吸收轴平行的机械结构的调光器，其将偏振器插入光路以及从光路取出，以使能够获得必需的最小透射率和最大透射率(参考JP-A-11-326894(专利文件1))。

发明内容

然而，调光器对于减少尺寸和成本都是不利的，因为可能需要用于插入和取出偏振器的机械结构，并且调光器对于减少功率消耗也是不利的，因为由插入和取出偏振器的致动器比如电动机消耗了功率。

因此，期望提出一种光学元件，其起调光器的作用并且对于减少尺寸、成本和功率消耗是有利的，以及提出一种包括该光学元件的光学装置和成像装置。

根据本发明的一个实施例，提供一种光学元件，该光学元件包括：容器，其具有保持腔；偏振或导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；液晶，其被填充在该保持腔中并且不与该第一液体相互混合；第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该第一液体移入在该保持腔内的该液晶中，该液晶包含宾主液晶，该保持腔部分地具有光所通过的调整腔并且在剩余部分中具有贮藏(lay-by)腔，该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁，该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上，该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上，以及该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

根据另一个实施例，提供一种包括两个光学元件的光学装置，每个光学元件具有：容器，其具有保持腔；偏振或导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；液晶，其被填充在该保持腔中并且不与该第一液体相互混合；第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该第一液体移入在该保持腔内的该液晶中，该液晶包含宾主液晶，该保持腔部分地具有光所通过的调整腔并且在剩余部分中具有贮藏腔，该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁，该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上，该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上，该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件，液晶配向(alignment)膜覆盖该第一电极面向该调整腔的表面和该第一电极件面向该调整腔的表面，这两个光学元件在光通过的方向上具有该调整腔，该调整腔在相同方向上具有厚度，以及从光通过的方向来看，这两个光学元件的一个光学元件的该液晶配向膜的配向方向与这两个光学元件的另一个光学元件的该液晶配向膜的配向方向正交。

根据本发明的另一个实施例，提供一种光学元件，该光学元件包括：容器，其具有保持腔；偏振或导电的液晶，其被填充在该保持腔中；第二液体，其被填充在该保持腔中并且不与该液晶相互混合；第一和第二电极，其向该液晶施加电场；以及电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该液晶移入在该保持腔内的该第二液体中，该液晶包含宾主液晶，该保持腔部分地具有光所通过的调整腔并且在剩余部分中具有贮藏腔，该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁，该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上，该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上，以及该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

根据本发明的另一个实施例，提供一种成像装置，该成像装置包括：引导对象图像的拍摄光学系统；在该拍摄光学系统的光轴上的成像设备；以及在光轴上该成像设备之前的光学元件，该光学元件具有：容器，其具有保持腔；偏振或导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；液晶，其被填充在该保持腔中并且不与该第一液体相互混合；第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该第一液体移入在该保持腔内的该液晶中，该液晶包含宾主液晶，该保持腔部分地具有光所通过的调整腔并且在剩余部分中具有贮藏腔，该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁，该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上，该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上，以及该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

根据本发明的另一个实施例，提供一种成像装置，该成像装置包括：引导对象图像的拍摄光学系统；在该拍摄光学系统的光轴上的成像设备；以及在光轴上该成像设备之前的光学元件，该光学元件具有：容器，其具有保持腔；偏振或导电的液晶，其被填充在该保持腔中；第二液体，其被填充在该保持腔中并且不与该液晶相互混合；第一和第二电极，其向该液晶施加电场；以及电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该液晶移入在该保持腔内的该第二液体中，该液晶包含宾主液晶，该保持腔部分地具有光所通过的调整腔并且在剩余部分中具有贮藏腔，该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁，该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上，该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上，以及该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

根据本发明的实施例，在该调整腔中放置透明的第一液体可以增大最大透射率，并且在调整腔中放置液晶可以连续地调整透射率，这有利于充分增加通过光学元件的透射光的动态范围，并且有利于减少尺寸、成本和功率消耗，因为可以消除机械结构的必要性。

此外，根据本发明的实施例，在调整腔中放置透明的第二液体可以增大最大透射率，并且在调整腔中放置液晶可以连续地调整透射率，这有利于充分增加通过光学元件的透射光的动态范围，并且有利于减少尺寸、成本和功率消耗，因为可以消除机械结构的必要性。

附图说明

图1A是描述液体运动的原理的截面图，以及图1B是沿图1A中的箭头IB的视图；

图2是示出光学元件10的结构的截面图；

图3是二色性染色分子的说明图；

图4A、4C和4E是关于光学元件10的操作的说明图，以及图4B、4D和4F是关于宾主液晶的操作的说明图；

图5是示出成像装置100的结构的框图；

图6是示出成像装置100中的拍摄光学系统104的结构的图；

图7是示出根据第二实施例安装在成像装置100中的光学装置70的说明图；

图8A和8B是关于根据第二实施例的光学装置70的操作的说明图；

图9是关于液晶分子和二色性染色分子的配向方向的说明图；以及

图10是示出根据第三实施例的光学元件80的结构的截面图。

具体实施方式

(第一实施例)

首先将描述由电场引起的液体运动的工作原理。

图1A是描述液体运动的原理的截面图，以及图1B是沿图1A中的箭头IB的视图。

如图1A和1B中所示，保持腔1由第一和第二端壁1A和1B以及连接该第一和第二端壁1A和1B的侧壁1C紧紧地封闭，该第一和第二端壁1A和1B相互面对，并且沿光通过的方向在其之间具有间隔g。

第一电极2被设置在第一端壁1A的整个内表面上，以及第一电极2面对保持腔1的表面被防水膜3A覆盖。

第二电极4被设置在第二端壁1B的整个内表面上，并且第二电极4包括沿着在与第一和第二端壁1A和1B相互面对的方向正交的方向上延伸的虚拟轴L排列的两个电极件4A和4B。

两个电极件4A和4B的表面以及第二端壁1B的内表面的整个区域被绝缘膜5覆盖，并且面对保持腔1的绝缘膜5的表面的整个区域被防水膜3B覆盖。

第一液体6和第二液体7被填充在保持腔1中。第一液体6是偏振的或导电的，而第二液体7围绕第一液体6填充，并且不与第一液体6相互混合。

第一电极2通过防水膜3A面对第一液体6，而第二电极4通过绝缘膜5和防水膜3B面对第一液体6。

第一电极2以及第二电极4的两个电极件4A和4B最初均接地，而在该状态的第一液体6被放置在一个电极件4A的整个区域和另一个电极件4B更接近电极件4A的部分上。

在此状态，由于表面张力，第一液体6在平面视觉下具有如由图1A和1B中的实线所示的圆形。

当电压E被施加于此处的另一个电极件4B时，绝缘膜5面向第一液体6的部分带正电。因此，电场(静电力)被施加于第一液体6面向绝缘膜5的部分，并且负电荷也就是第一液体6的分子被吸引至第一液体6面向绝缘膜5的位置。

然后，第一液体6在被吸引向电极件4B时改变形状，如由图1A和1B中的虚线所示。最后，第二液体7所包围的所有第一液体6沿着虚拟轴L延伸的方向从一个电极件4A的之上移动至另一个电极件4B之上。

当第一液体6在第一和第二电极2和4之上移动时，防水膜3A和3B起减小在液体6与第一和第二端壁1A和1B之间引起的阻力的作用，以使第一液体6能够在其上容易地移动。

以这种方式，偏振的或导电的第一液体6通过由第一和第二电极2和4向第一液体6施加电场而被移动。

接着将描述此实施例的光学元件10。

根据此实施例，光学元件10起调整光量的调光器(光阑)的作用。

图2是示出光学元件10的结构的截面图，以及图3是二色性染色分子的说明图。

图4A、4C和4E是关于光学元件10的操作的说明图，以及图4B、4D和4F是关于宾主液晶的操作的说明图。

如图2中所示，光学元件10包括容器12、第一液体14、液晶16、第一电极18和第二电极20、以及电压施加部件22。

容器12具有彼此面对并且相互平行延伸的第一和第二端壁24和26、连接第一和第二端壁24和26的侧壁28、以及被第一和第二端壁24和26以及侧壁28紧紧地封闭的保持腔30。

第一和第二端壁24和26包含绝缘材料，以及第一和第二端壁24和26包含允许光通过的透明材料。

第一和第二端壁24和26例如可以包含透明并且绝缘的合成树脂材料或者透明玻璃材料。

表达“容器12的厚度方向”在此是指第一端壁24和第二端壁26彼此面对的方向，并且该方向是光通过光学元件10的方向。

根据此实施例，第一和第二端壁24和26具有相同大小的相同矩形板形状。侧壁28具有沿着第一和第二端壁24和26的轮廓的矩形框形状。保持腔30具有扁平的圆柱形状，并且该保持腔30具有沿着与光通过的方向正交的方向延伸的均匀矩形截面。根据此实施例，保持腔30的延伸方向平行于容器12的长边方向。

保持腔30部分地具有光L所通过的调整腔32，并且在剩余部分具有贮藏腔。根据此实施例，调整腔32在延伸方向上位于保持腔30的中心，而贮藏腔34A和34B位于调整腔32的两侧。换句话说，调整腔32以及贮藏腔34A和34B具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁24和26。

第一和第二端壁24和26包含绝缘材料，并且第一和第二端壁24和26的至少面向调整腔32的部分还包含允许光通过的透明材料。

第一和第二端壁24和26例如可以包含绝缘合成树脂材料或玻璃材料。

第一液体14是偏振或导电以及透明的，并且被填充在保持腔30中。

根据此实施例，第一液体14例如包含含有纯水、乙醇和乙二醇的混合物的液体。

液晶16对应于如上所述图1A中的第二液体7，以及液晶16不与第一液体14相互混合，并且在保持腔30中围绕第一液体14填充。

第一液体14和液晶16基本上具有相等的比重。第一液体14可以是单种液体或者多种液体的混合物。换句话说，第一液体14和液晶16可以仅仅被要求具有基本上相等的比重。

液晶16包含宾主液晶。根据此实施例，宾主液晶是通过将二色性染料(或二色性染液)溶解(添加)到液晶而形成的液晶，该二色性染料为宾，而液晶为主。换句话说，宾主液晶包含作为主的液晶分子和作为宾的二色性染色(或二色性染液)分子。

根据此实施例，主液晶具有负的介电各向异性，其被称为负型液晶。

如图3中所示，二色性染色分子60具有在吸收方面各向异性的染料，并且通常具有长且窄的棒结构。二色性染色分子60为正型，并且在基本上等于长轴方向的方向上具有光吸收的轴60A(其可被称为光吸收轴或光吸收振幅)。

因此，二色性染色分子60具有随着光的振幅方向接近与光吸收轴60A平行的方向而增大、并且随着光的振幅方向接近与光吸收轴60A正交的方向而减小的吸光度。吸光度比(二色性比(DR))是展示该特征的参数，并且液晶的吸光度比约为10比12。

如图4B、4D和4F中所示，当通过向液晶16(宾主液晶)施加电压来沿预定方向配向(倾斜或下倾)液晶分子62时，二色性染色分子60也根据液晶分子62的配向而被配向。

第一和第二电极18和20被用于向第一液体14施加电场。

如图2中所示，第一电极18被设置在调整腔32以及贮藏腔34A和34B的第一端壁24上。根据此实施例，第一电极18包括在调整腔32以及贮藏腔34A和34B的第一端壁24上延伸的单个电极件36。根据此实施例，如图2中所示，电极件36具有矩形轮廓，该轮廓比第一端壁24的轮廓小一个尺寸。

第二电极20被设置在调整腔32以及贮藏腔34A和34B的第二端壁26上。根据此实施例，第二电极20包括彼此分离的第一电极件38与两个第二电极件40A和40B。

第一电极件38被设置在调整腔32的第二端壁26上，以及两个第二电极件40A和40B分别被设置在贮藏腔34A和34B中。

根据此实施例，电极件38、40A和40B在尺寸和形状方面类似，并且彼此相等地间隔开。

第一和第二电极18和20，也就是电极件38、40A和40B例如可以包含允许光通过的诸如ITO膜(氧化铟锡膜)之类的导电材料。

如图2中所示，电压施加部件22被设置在容器12的外部，并且包括电连接至第一电极18的接地端42、电连接至第二电极20的第一电极件38的第一电压输出端44、以及电连接至第二电极20的第二电极件40A和40B的第二电压输出端46。

电压施加部件22被构造成能够通过第一和第二电压输出端44和46有选择地向第二电极20的每个电极件38、40A和40B施加电压，并且调整要施加的电压。

绝缘膜48被设置在第二端壁26面向保持腔30的内表面以及内表面上的第二电极20上。

因此，电压被施加在第一电极18和第二电极20之间，由此绝缘膜48的表面例如可以带正电。因此，电场被施加至第一液体14，并且该电场(静电力)作用于第一液体14的分子。结果，第一液体14移动。

光所通过的透明液晶配向膜50覆盖第一电极18的表面的整个区域和第一端壁24的内表面的整个区域。与上面相同的液晶配向膜50覆盖第一和第二电极件38、40A和40B的表面的整个区域以及第二端壁26的内表面的整个区域。液晶配向膜50用于配向液晶分子62，并且各种在过去公知的材料可在此被采用。

防水膜52覆盖端壁28的内表面的整个区域。

根据此实施例，液晶配向膜50和防水膜52被构造成使得对液晶16的润湿性可高于对第一液体14的润湿性。换句话说，液晶16对液晶配向膜50和防水膜52的接触角被构造成以便小于第一液体14对液晶配向膜50和防水膜52的接触角。

当第一液体14在第一和第二电极18和20上移动时，液晶配向膜50和防水膜52减小在第一液体14与第一和第二端壁24和26以及端壁28之间引起的阻力，以使第一液体14能够容易地移动。

防水膜52是亲脂性膜，并且例如可以通过燃烧其中主要包含硅的材料来形成，或者通过形成其上包含无定形氟塑料的材料的膜来形成。各种在过去公知的材料可被采用以作为防水膜52。

接着将描述光学元件10的操作。

首先，将描述光学元件10的调整腔32允许光通过的状态，也就是，透射率T是最大透射率Tmax的初始状态。

如图2中所示，第一液体14位于调整腔32中的第一电极18的电极件36和第二电极20的第一电极件38之间。

在此状态下，电压施加部件22向第一电极件38施加电压E，并且打开(或施加地电位至)两个第二电极件40A和40B。

因此，由施加至第一电极18和第一电极件38的电压E所引起的电场作用于面向第一电极件38的第一液体14，由此第一液体14不移动，并且可被保持在该位置。结果，第一液体14的大部分面向第一电极件38，而第一液体14的多个部分面向邻近的两个第二电极件40A和40B。

在此条件下，向着调整腔32行进的入射光L通过调整腔32中透明的第一液体14。因此，光学元件10的透射率T达到最大透射率Tmax，其例如可以是90％或更高。

接着将描述将光通过调整腔32的透射率T调整至比最大透射率Tmax低的值的操作。

电压施加部件22向一个第二电极件40A施加电压E，由此将被施加至第一电极件38和另一第二电极件40B的电压变为0V。换句话说，经受施加给第二电极20的电压的位置从第一电极件38变成一个第二电极件40A。

因此，如图4A中所示，由施加给第一电极18和第二电极件40A的电压E所引起的电场作用于面向一个第二电极件40A的第一液体14，由此液晶16所包围的第一液体14向贮藏腔34A移动，其中该一个第二电极件40A位于该贮藏腔34A处。

因此，第一液体14由一个贮藏腔34A保持，并且调整腔32用液晶16填充。

在此情况下，大部分第一液体14面向一个第二电极件40A，并且一部分第一液体14面向邻近的第一电极件38。

在此条件下，向着调整腔32行进的入射光通过调整腔32中的液晶16。

由于在此情况下没有电压被施加至调整腔32中的液晶16，所以液晶分子62基本上与光通过的方向平行，如图4B中所示。因此，二色性染色分子60的光吸收轴60A基本上与光通过的方向平行，并且光吸收轴60A正交于光振幅的方向(振动方向)。

在此条件下，液晶16变成透射模式，其中通过二色性染色分子60的光吸收最小。在此情况下的透射率T1稍微小于最大透射率Tmax，但是仍然能够获得高透射率T。

接着，电压施加部件22向一个第二电极件40A施加电压E，以及同时，把要施加至另一个第二电极件40B的电压变为0V，并且把要施加至第一电极件38的电压V变为电压V2，电压V2大于电压V1。

因此，如图4C中所示，由在第一电极18和第一电极件38之间施加的电压V2所引起的电场仅作用于面向第一电极件38的一部分液晶16。因此，如图4D中所示，电场在其上起作用的该部分液晶16的液晶分子62沿着由液晶配向膜50所确定的方向倾斜(配向)，并且二色性染色分子60因此根据液晶分子62倾斜(配向)。

结果，二色性染色分子60的光吸收轴60A相对于光通过的方向倾斜，并且光吸收轴60A相对于光振幅的方向倾斜。由于光被二色性染色分子60根据倾斜度吸收，所以在此情况下透射率T2低于透射率T1。

接着，电压施加部件22向一个第二电极件40A施加电压E，以及同时，把要施加给另一个第二电极件40B的电压变为0V，以及把要施加给第一电极件38的电压V变为电压V3，电压V3大于电压V2。

因此，如图4E中所示，由在第一电极18和第一电极件38之间施加的电压V3所引起的电场仅作用于面向第一电极件38的一部分液晶16。因此，如图4F中所示，电场在其上起作用的该部分液晶16的液晶分子62沿着由液晶配向膜50所确定的方向进一步倾斜，并且二色性染色分子60因此根据液晶分子62进一步倾斜。

结果，二色性染色分子60的光吸收轴60A基本上正交于光通过的方向，并且光吸收轴60A基本上平行于光振幅的方向。

在此条件下，液晶16变为吸收模式，其中通过二色性染色分子60的光吸收最大。在此情况下透射率T3进一步低于透射率T2，并且获得最小透射率Tmin。

值得注意的是，最小透射率Tmin可通过改变液晶16中二色性染料的密度与液晶16在光通过的方向上的尺寸的乘积的值来调整。

为了使第一液体14从贮藏腔34A返回到调整腔32以获得初始状态，电压施加部件22把要施加给贮藏腔34A中的第二电极件40A的电压变为0V，以及同时，向第一电极件38施加电压E。换句话说，经受施加给第二电极20的电压的位置从一个第二电极件40A变为第一电极件38。

因此，如图2中所示，由施加给第一电极18和第一电极件38的电压E所引起的电场作用于面向第一电极件38的第一液体14，由此液晶16所包围的第一液体14从贮藏腔34A移动到调整腔32。

因此，第一液体14被保持在调整腔32中，并且液晶16被保持在贮藏腔34A和34B中。

要由电压施加部件22施加至第一电极件38的电压V1、V2和V3小于当第一液体14在调整腔32和贮藏腔34A之间移动时要施加的电压E。因此，施加至第一电极件38的电压V1、V2和V3并不沿着从贮藏腔34A至调整腔32的方向移动第一液体14。

如上所述，通过二色性染色分子60的光吸收可以通过调整由电压施加部件22要连续地施加至液晶16的电压而被连续地改变。因此，调整腔32中液晶16的透射率T可被连续地调整。因此，光学元件10可用作调光器(光阑)。

接着将描述光学元件10作为诸如数字静态照相机和摄像机之类的成像装置的拍摄光学系统中的调光器被提供的情况。

图5是示出成像装置100的结构的框图，以及图6是示出成像装置100的拍摄光学系统104的结构的图。

如图5中所示，成像装置100具有外壳(未示出)，以及该外壳具有内置的透镜筒102，并且在外壳的表面上还具有显示器112、快门按钮和操作开关116。操作开关116被用于执行与拍摄有关的各种操作。

拍摄光学系统104和成像设备106被安装在透镜筒102中。成像设备106成像由拍摄光学系统104所捕获的对象图像。

成像装置100包括图像处理部件110、显示处理部件114和控制部件118。成像处理部件110基于从成像设备106输出的成像信号创建图像数据，并将其记录在诸如存储卡之类的存储介质108中。显示处理部件114使显示器112显示图像数据。控制部件118包括CPU，该CPU根据对快门按钮和/或操作开关116的操作来控制图像处理部件110和显示处理部件114。

如图6中所示，拍摄光学系统104在光轴G上从对象到成像设备106按次序具有第一透镜组120、第二透镜组122、第三透镜组124、第四透镜组126和滤光器组128。

在此实例中，第一透镜组120和第三透镜组124在光轴的方向上不可移动，而第二透镜组122作为变焦透镜在光轴方向上可移动。第四透镜组126作为聚焦透镜在光轴方向上可移动。

第一透镜组120所引导的来自对象的光束通过第二透镜组122变成平行光束，被引导到第三透镜组124，并且通过第四透镜组126和滤光器组128会聚至成像设备106的成像平面106A。

光学元件10位于第二透镜组122和第三透镜组124之间，以及移动第一液体14，从而保持调整腔32在光轴G上，并且光通过的方向平行于光轴G。因此，通过调整液晶16的透射率T，第一液体14和液晶16能够起调整要被引导到成像设备106的光束的量的调光器的作用。该调光器可以用于减小诸如在滑雪区和在晴空下之类具有高强度的环境中拍摄时的光量。

光学元件10可仅被要求放置在光轴G上，并且光学元件10可以类似于滤光器组128直接放置在成像设备106的成像平面106A之前。

如上所述，根据此实施例，最大透射率Tmax可以通过使透明的第一液体14位于调整腔32中而被增大，并且透射率T可以通过在调整腔32内放置液晶16而被连续地调整，这有利于充分增加通过光学元件10的光的动态范围。此外，消除了过去如在调光器中插入和取出偏振器的机械结构的必要性，这有利于减小尺寸、成本和功率消耗。

(第二实施例)

接着将描述第二实施例。

根据第二实施例，光学装置包括一个放在另一个之上的两个光学元件。

图7是示出根据第二实施例的安装在成像装置100中的光学装置70的说明图。图8A和8B是关于根据第二实施例的光学装置70的操作的说明图。图9是关于液晶分子和二色性染色分子的配向方向的说明图。

在下面的描述中，相同的参考数字被给予与第一实施例中那些相同或相似的部分和部件。

如图7中所示，根据第二实施例的光学装置70位于图6中的第二透镜组122和第三透镜组124之间。

在光学装置70中，每个具有与第一实施例中的光学元件相同结构的第一和第二光学元件10A和10B，通过匹配光通过其的方向，并且从光通过的方向来看使第一光学元件10A中的液晶配向膜50的配向方向正交于第二光学元件10B中的液晶配向膜50的配向方向，来一个放在另一个之上。

因此，如图8A中所示，最大透射率Tmax可以通过在第一和第二光学元件10A和10B二者的调整腔32中放置第一液体14而被获得。

此外，如图8B中所示，第一和第二光学元件10A和10B中的液晶16的透射率T可以通过在第一和第二光学元件10A和10B二者的调整腔32中放置液晶16而被调整。

液晶16的透射率T可以通过在第一和第二光学元件10A和10B之一的调整腔32中放置第一液体14并且在第一和第二光学元件10A和10B的另一个的调整腔32中放置液晶16而被调整。

图9示出了第一和第二光学元件10A和10B二者中的液晶16在吸收模式的状态。

由于第一和第二光学元件10A和10B的液晶配向膜50的配向方向正交，因此，从光通过的方向来看，第一光学元件10A中的液晶16的二色性染色分子60和液晶分子62的配向方向正交于第二光学元件10B中的液晶16的二色性染色分子60和液晶分子62的配向方向。

显然除了与第一实施例相同的效果之外，根据第二实施例的光学装置70还可以有利地提供恒定透射率T而不管入射光L的偏振方向，因为入射光L通过光学装置70时在所有偏振方向上都被第一和第二光学元件10A和10B中的二色性染色分子60均匀吸收。

换句话说，当如在第一实施例中光学元件10的数目为一时，振幅在平行于二色性染色分子60的配向方向的方向上的光被全部吸收。然而，振幅在正交于二色性染色分子60的配向方向的方向上的光未被完全吸收并且由其通过。因此，透射率T取决于光的振幅的方向，这不利于有效地吸收光。

然而，通过使第二实施例中的第一和第二光学元件10A和10B中的液晶配向膜50的方向正交化可以获得恒定透射率T，而不管入射光的偏振方向，这有利于有效地吸收光。

此外，如图8A中所示，在如图8A中所示在两个调整腔32二者中的第一液体14的透射率T(最大透射率Tmax)与如图8B中所示在两个调整腔32二者中在透射模式下液晶16的透射率T0之间的中间透射率Tn可被如下获得(其中T0＜Tn＜Tmax)。

也就是，中间透射率Tn(其中T0＜Tn＜Tmax)可以通过在第一和第二光学元件10A和10B之一的调整腔32中放置第一液体14、在第一和第二光学元件10A和10B的另一个的调整腔32中放置液晶16、并且将液晶16变为透射模式而被获得。

因此，光学装置70的透射率T可以有利地被更详细调整。

已经描述了第二实施例，其中第一和第二光学元件10A和10B一个放在另一个之上，将单个光学元件10和偏振器一个放在另一个之上也可提供与第二实施例相同的效果。

在这种情况下，从光通过的方向来看，偏振器的偏振轴可被构造为正交于光学元件10的液晶配向膜50的配向方向。

然而，在光轴(或在光路)上放置偏振器不利于获得高的最大透射率Tmax，因为光被偏振器吸收。另一方面，根据第二实施例，通过在第一和第二光学元件10A和10B二者的调整腔32中放置透明第一液体14的光吸收可以低于通过偏振器的光吸收，这有利于获得最大透射率Tmax。

已经描述了根据第二实施例将两个光学元件一个放在另一个之上的情况，三个或更多个光学元件也可以一个放在另一个之上，这更有利于更详细地调整中间透射率Tn。

(第三实施例)

接着将描述第三实施例。

第三实施例与第一实施例的区别在于液晶通过电场移动。

图10是示出根据第三实施例的光学元件80的结构的截面图。

如图10中所示，光学元件80包括容器12、液晶84、第二液体86、第一电极18、第二电极20和电压施加部件22。

容器12、调整腔32、贮藏腔34A和34B、第一和第二电极18和20、绝缘膜48、液晶配向膜50、防水膜52和电压施加部件22的结构与第一实施例的那些相同。

根据第三实施例，液晶84对应于如上所述图1A中的第一液体6。液晶84不与第二液体86相互混合，包含偏振的或导电的宾主液晶(具有高介电常数)，并且被填充在保持腔30中。宾主液晶包含液晶分子62和二色性染色分子60，它们与第一实施例中的那些类似。

不与液晶84相互混合的第二液体86是透明液体，并且围绕着液晶84被填充在保持腔30中。

液晶84和第二液体86具有基本上相等的比重。

根据此实施例，第二液体86包含透明硅油。第二液体86可以包含单种液体，或者可以包含多种液体的混合物。换句话说，液晶84和第二液体86可仅被要求具有基本上相等的比重。

在光学元件80中，透射率T可以通过向第一和第二电极18和20施加电压E而在贮藏腔34A中贮藏液晶84并且在调整腔32中放置第二液体86来增大至最大透射率Tmax。此外，液晶84的透射率T可以通过向第一和第二电极18和20施加电压E以及连续地调整施加在第一电极18和第一电极件38之间的电压V而在调整腔32中放置液晶84来连续地调整。

因此，最大透射率Tmax可以通过在调整腔32中放置透明的第二液体86而增大，而透射率T可以通过在调整腔32中放置液晶84而被连续地调整，这有利于充分增大通过光学元件80的光的动态范围。此外，消除了过去如在调光器中插入和取出偏振器的机械结构的必要性，这有利于减少尺寸、成本和功率消耗。

与第二实施例的那些相同的效果可以通过如在第二实施例中将根据第三实施例的两个光学元件80一个放在另一个之上而提供。此外，可以将三个或更多个根据第三实施例的光学元件80一个放在另一个上。

已经描述了根据此实施例成像装置100是数字静态照相机或摄像机的情况，本发明广泛地适用于各种成像装置，例如具有照相机的蜂窝电话、具有照相机的个人数字助理(PDA)以及具有照相机的笔记本PC。

本领域技术人员应该理解，根据设计需求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合以及更改，只要它们在所附的权利要求书或其等同物的范围之内。

Claims (9)

1.一种光学元件，包括：

容器，其具有保持腔；

导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；

液晶，其被填充在该保持腔中，并且不与该第一液体相互混合；

第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及

电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，

其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该第一液体移入在该保持腔内的该液晶中；

该液晶包含宾主液晶；

该保持腔部分地具有光所通过的调整腔，并且在剩余部分中具有贮藏腔；

该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁；

该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上；

该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上；以及

该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中该宾主液晶包含作为主的液晶分子和作为宾的二色性染色分子。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其中液晶配向膜覆盖该第一电极面向该调整腔的表面和该第一电极件面向该调整腔的表面。

4.根据权利要求3所述的光学元件，其中该液晶配向膜是防水的。

5.根据权利要求1所述的光学元件，其中该第一电极具有在该一个端壁上的单个电极件，该单个电极件在延伸方向上跨过端壁的整个区域延伸。

6.一种光学装置，包括两个光学元件，每个光学元件具有：

容器，其具有保持腔；

导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；

液晶，其被填充在该保持腔中，并且不与该第一液体相互混合；

第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及

电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，

其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该第一液体移入在该保持腔内的该液晶中；

该液晶包含宾主液晶；

该保持腔部分地具有光所通过的调整腔，并且在剩余部分中具有贮藏腔；

该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁；

该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上；

该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上；

该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件；

液晶配向膜覆盖该第一电极面向该调整腔的表面和该第一电极件面向该调整腔的表面；

这两个光学元件在光通过的方向上具有该调整腔，该调整腔在相同方向上具有厚度；以及

从光通过的方向来看，这两个光学元件的一个光学元件的该液晶配向膜的配向方向与这两个光学元件的另一个光学元件的该液晶配向膜的配向方向正交。

7.一种光学元件，包括：

容器，其具有保持腔；

导电的液晶，其被填充在该保持腔中；

第二液体，其被填充在该保持腔中，并且不与该液晶相互混合；

第一和第二电极，其向该液晶施加电场；以及

电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，

其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该液晶移入在该保持腔内的该第二液体中；

该液晶包含宾主液晶；

该保持腔部分地具有光所通过的调整腔，并且在剩余部分中具有贮藏腔；

该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁；

该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上：

该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上；以及

该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

8.一种成像装置，包括：

拍摄光学系统，其引导对象图像；

成像设备，其在该拍摄光学系统的光轴上；以及

光学元件，其在光轴上该成像设备之前，该光学元件具有：

容器，其具有保持腔；

导电并且透明的第一液体，其被填充在该保持腔中；

液晶，其被填充在该保持腔中，并且不与该第一液体相互混合；

第一和第二电极，其向该第一液体施加电场；以及

电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，

其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该第一液体移入在该保持腔内的该液晶中；

该液晶包含宾主液晶；

该保持腔部分地具有光所通过的调整腔，并且在剩余部分中具有贮藏腔；

该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁；

该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上；

该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上；以及

该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

9.一种成像装置，包括：

拍摄光学系统，其引导对象图像；

成像设备，其在该拍摄光学系统的光轴上；以及

光学元件，其在光轴上该成像设备之前，该光学元件具有：

容器，其具有保持腔；

导电的液晶，其被填充在该保持腔中；

第二液体，其被填充在该保持腔中，并且不与该液晶相互混合；

第一和第二电极，其向该液晶施加电场；以及

电压施加装置，用于在该第一电极和该第二电极之间施加电压，

其中经受由该电压施加装置对该第一和第二电极的电压施加的位置的改变把该液晶移入在该保持腔内的该第二液体中；

该液晶包含宾主液晶；

该保持腔部分地具有光所通过的调整腔，并且在剩余部分中具有贮藏腔；

该调整腔和贮藏腔具有在光通过的方向上彼此面对的第一和第二端壁；

该第一电极被设置在该调整腔和贮藏腔的该第一和第二端壁的一个端壁上；

该第二电极被设置在该第一和第二端壁的另一个端壁上；以及

该第二电极具有面向该调整腔的第一电极件和与该第一电极件分离并且面向该贮藏腔的第二电极件。

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