JP2000356792A

JP2000356792A - 光学素子及び撮影装置

Info

Publication number: JP2000356792A
Application number: JP11169657A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Onuki; 一朗大貫; Eirishi Kawanami; 英利子川浪; Shigeo Ogura; 栄夫小倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2000-12-26
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: JP4532624B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化を図ることができ、簡単な構成で効率よ
く光透過光量を制御することができ、可変ＮＤフィル
タ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補正
するフィルタ等に好適な光学素子および撮影装置を提供
すること。【解決手段】光束の透過光量を制御する光学素子であっ
て、屈折率が実質的に等しく、互いに混合することのな
い導電性または有極性の第１の液体及び該第１の液体と
異なった透過率を有する第２の液体とを備え、第１と第
２の基板間に形成された空間内に、前記第１及び第２の
液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした
状態で密閉し、前記第１の液体への印加電圧の出力を制
御して前記界面形状を変化させることにより、通過する
光束の透過光量を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系を通過する
光束の透過光量を制御する光学素子、いわゆる光学フィ
ルタと、該光学素子を用いた撮影装置に関するものであ
り、特に、小型化を図ることができ、簡単な構成で効率
よく光透過光量を制御することができ、可変ＮＤフィル
タ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補正
するフィルタ等に好適な光学素子及び撮影装置の実現を
目指すものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スチルカメラ、ビデオカメラ等の
撮影装置に用いられる撮影光学系においては、焦点調
節、光量調節、自然なボケ味、像面の光量分布が均一等
の機能が要求される。これらの機能のうち、まず光量調
節に関しては、一般に複数枚の可動羽根からなる絞り機
構が用いられる。しかし、この機械式絞り機構はメカニ
カル駆動部が必要で機器が大型化し、また開口部を小さ
くした小絞り状態下では光線の回折が生じて結像した画
像の解像力が低下するという欠点がある。

【０００３】このような欠点を解消するため、液晶材料
やエレクトロクロミック材料を用いた透過率可変素子、
いわゆる可変ＮＤ（ＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）
フィルタが提案されている。例えば特開平３−８７８１
６号公報では、透過光の色の偏りを防止したエレクトロ
クロミック製の光変調素子が提案されている。また、特
開平７−５４９７号公報では、溶液中の銀を自在に析出
及び溶解することで、可変ＮＤフィルタを実現する技術
が開示されている。また、特開平７−１２８６３５号公
報では、濃度可変な液晶フィルタを用いて光電変換装置
に入射する光量を調節する技術が開示されている。ま
た、自然なボケ味を実現するための技術として、特開平
９−２３６７４０号公報において、光吸収係数の大きな
平凹レンズと光吸収係数の小さな凸平レンズを組み合わ
せたアポダイゼイションフィルタの技術が開示されてい
る。また、結像面の周辺光量低下（周辺光量落ちともい
う）を補正するための技術として、特開平９−１５６８
１号公報において、中心部ほど濃度が高く、かつ濃度制
御可能な液晶製可変ＮＤフィルタ内蔵の光量調節技術が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例のものにおいては、つぎのような点に問題点を
有している。例えば、特開平３−８７８１６号公報で
は、エレクトロクロミック材料の化学変化による濃度変
化を利用するため、応答速度が遅い。特開平７−５４９
７号公報も同じく、銀塩溶液の化学変化による濃度変化
を利用するため、応答速度が遅い。特開平７−１２８６
３５号公報では液晶フィルタを用いているが、液晶フィ
ルタは一般に偏光板を必要とし、そのために最大透過率
がかなり低くなる。特開平９−２３６７４０号公報で
は、固体レンズの組み合わせでアポダイゼイションフィ
ルタを実現しているため、アポダイゼイション効果が変
えられない。特開平９−１５６８１号公報では、液晶フ
ィルタを用いているため、特開平７−１２８６３５号公
報と同様に偏光板による透過率低下の欠点がある。

【０００５】ところで、液体に電圧を加えると界面張力
が変化して界面の移動変形が起こる現象として、エレク
トロウエッティング現象が知られている。これは電気毛
管現象ともいわれ、図１９のように絶縁層５０２を形成
した基板電極５０１上に、導電性の液滴５０３があり、
この液滴５０３と基板電極５０１との間に電圧をかける
と、一種のコンデンサを形成し静電エネルギーが蓄積さ
れ、この静電エネルギーにより、表面張力の釣り合いが
変化し、液滴５０３が変形するものである（図１９
（ｂ））。このようなエレクトロウエッティング現象
は、これまで焦点可変レンズ（ＷＯ９９／１８４５
６）、電気毛管ディスプレイシート（特開平０９−３１
１６４３号公報）などにおいて、その利用が図られてき
たが、エレクトロウエッティング現象を利用して、光透
過光量を制御するようにした光学素子あるいは撮影装置
は、未だ実現していない。

【０００６】そこで、本発明は、上記した課題を解決
し、従来のものとは異なる方式の光学素子あるいは撮影
装置を構成するため、上記のエレクトロウエッティング
現象を利用して、小型化を図ることができ、簡単な構成
で効率よく光透過光量を制御することができ、可変ＮＤ
フィルタ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下
を補正するフィルタ等に好適な光学素子および撮影装置
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、光学素子及び撮影装置を、つぎの（１）〜
（１０）のように構成したことを特徴とするものであ
る。（１）本発明の光学素子は、光束の透過光量を制御する
光学素子であって、屈折率が実質的に等しく、互いに混
合することのない導電性または有極性の第１の液体及び
該第１の液体と異なった透過率を有する第２の液体とを
備え、第１と第２の基板間に形成された空間内に、前記
第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面
の一部をなした状態で密閉し、前記第１の液体への印加
電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることに
より、通過する光束の透過光量を変化させることを特徴
としている。（２）本発明の光学素子は、前記第１の液体から絶縁さ
れた第２の電極と、前記第１の液体に導通された第１の
電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間
の印加電圧を調節することにより、前記第１の液体と前
記第２の液体との界面形状を変化させることを特徴とし
ている。（３）本発明の光学素子は、前記第２の電極が、透明基
板である第２の基板上に形成された透明電極であること
を特徴としている。（４）本発明の光学素子は、前記第２の液体が、前記透
明基板に積層された絶縁層に形成された撥水膜上に配さ
れていることを特徴としている。（５）本発明の光学素子は、前記第１の液体の光軸上の
光路長と第２の液体の光軸上の光路長が、前記印加電圧
の出力に応じて変化することを特徴としている。（６）本発明の光学素子は、前記第１の液体の単位光路
長当たりの光線透過率が、第２の液体の単位光路長当た
りの光線透過率より小さく、かつ第１の液体の前記光軸
方向の光路長が前記光軸からの距離に応じて増大するこ
とを特徴としている。（７）本発明の光学素子は、前記第１の液体の単位光路
長当たりの光線透過率が、第２の液体の単位光路長当た
りの光線透過率より小さく、かつ第１の液体の前記光軸
上の光路長が印加電圧の出力に応じて、ゼロから有限寸
法の間を変化することを特徴としている。（８）本発明の光学素子は、前記第２の液体の単位光路
長当たりの光線透過率が、第１の液体の単位光路長当た
りの光線透過率より小さく、かつ第２の液体の前記光軸
方向の光路長が前記光軸からの距離に応じて減少するこ
とを特徴としている。（９）本発明の光学素子は、前記第１及び第２の液体の
少なくとも一方は光吸収性を有することを特徴としてい
る。（１０）本発明の撮影装置は、被写体像を形成する撮影
光学系と、該撮影光学系を通過する光束の透過光量を変
化させる光学素子と、前記被写体像を記録する撮像手段
とを有する撮影装置において、前記撮影光学系を通過す
る光束の透過光量を変化させる光学素子が、上記した本
発明のいずれかの光学素子によって構成されていること
を特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本実施の形態で開示する光学素子
あるいは撮影装置は、上記した構成により可変ＮＤフィ
ルタ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補
正するフィルタ等に好適な光学素子および撮影装置を実
現することができる。例えば、上記（１）のように構成
したことにより、界面形状の変化によって第１及び第２
の液体による光線吸収状態が変化し、通過する光束の透
過光量を変化させることができ、これによって小型で安
価な撮影装置を構成することが可能となる。また、上記
（２）のように構成したことにより、光線吸収能率の異
なる２つの液体の光路長変化により、通過する光束の透
過光量を変化させることができ、これによってメカニカ
ルな絞り機構が廃止でき、小型で安価な撮影装置を構成
することが可能となる。また、上記（３）のように構成
したことにより、通過する光束の透過光量が光軸からの
距離（以下これを入射高と記す。）に応じて減少し、か
つ給電手段の出力に応じて前記光量の減少程度を変化さ
せることができ、これによって効果可変なアポイダイゼ
イションフィルタを実現でき、高品位画像を取得可能な
撮影装置を得ることが可能となる。また、上記（４）の
ように構成したことにより、光線吸収能率の大きな液体
の光路長が大きく変化し、光束を透過状態と遮断状態と
に切り換えことができ、これによってメカニカルなシャ
ッタ機構が廃止でき、小型で安価な撮影装置を構成する
ことが可能となる。また、上記（５）のように構成した
ことにより、通過する光束の透過光量が光軸からの距
離、すなわち入射高に応じて増加し、かつ給電手段の出
力に応じて前記光量の増加程度を変化させることがで
き、これによって撮影光学系の周辺光量低下を軽減で
き、高品位画像を取得可能な撮影装置を得ることが可能
となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるも
のではない。［実施例１］図１〜図５は、本発明の実施例１に係わる
光学素子について説明するための図である。図１は本発
明の実施例１の光学素子の構成を示す断面図である。図
１を用いて、本実施例における光学素子の構成と、その
作成方法について説明する。１０１は本発明の光学素子
全体を示し、１０２は中央に凹部を設けた透明アクリル
製の透明基板である。透明基板１０２の上面には、酸化
インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）１０３がスパッ
タリングで形成され、その上面には透明アクリル製の絶
縁層１０４が密着して設けられる。

【００１０】絶縁層１０４は、前記透明電極１０３の中
央にレプリカ樹脂を滴下し、ガラス板で押しつけて表面
を平滑にした後、ＵＶ照射を行ない硬化させて形成す
る。絶縁層１０４の上面には、遮光性を有した円筒型の
容器１０５が接着固定され、その上面には透明アクリル
製のカバー板１０６が接着固定され、更にその上面には
中央部に直径Ｄ３の開口を有した絞り板１０７が配置さ
れる。以上の構成において、絶縁層１０４、容器１０５
及び上カバー１０６で囲まれた所定体積の密閉空間、す
なわち液室を有した筐体が形成される。

【００１１】そして、液室の壁面には、以下に示す表面
処理が施される。まず、絶縁層１０４の中央上面には、
直径Ｄ１の範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜１１
１が形成される。撥水処理剤は、フッ素化合物等が好適
である。また、絶縁層１０４上面の直径Ｄ１より外側の
範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜１１２が形成
される。親水剤は、界面活性剤、親水性ポリマー等が好
適である。一方、カバー板１０６の下面には、直径Ｄ２
の範囲内に親水処理が施され、前記親水膜１１２と同様
の性質を有した親水膜１１３が形成される。そしてこれ
までに説明したすべての構成部材は、光軸１２３に対し
て回転対称形状をしている。更に、容器１０５の一部に
は孔があけられ、ここに棒状電極１２５が挿入され、接
着剤で封止されて前記液室の密閉性を維持している。そ
して透明電極１０３と棒状電極１２５には給電手段１２
６が接続され、スイッチ１２７の操作で両電極間に所定
の電圧が印加可能になっている。

【００１２】以上の構成の液室には、以下に示す２種類
の液体が充填される。まず絶縁層１０４上の撥水膜１１
１の上には、第２の液体１２２が所定量だけ滴下され
る。第２の液体１２２は無色透明で、比重０．８５、室
温での屈折率１．３８のシリコンオイルが用いられる。
一方液室内の残りの空間には、第１の液体１２１が充填
される。第１の液体１２１は、水とエチルアルコールが
所定比率で混合され、更に所定量の食塩が加えられた、
比重０．８５、室温での屈折率１．３８の導電性の電解
液である。更に第１の液体１２１には無彩色の水溶性染
料、例えばカーボンブラックや、酸化チタン系の材料が
加えられる。すなわち、第１及び第２の液体は、比重と
屈折率が実質的に等しく、光線吸収能率が異なり、かつ
互いに不溶の液体が選定される。そのため、両液体は界
面１２４を形成し、混じりあわずに各々が独立して存在
する。

【００１３】次に前記界面の形状について説明する。ま
ず、第１の液体に電圧が印加されていない場合、界面１
２４の形状は、両液体間の界面張力、第１の液体と絶縁
層１０４上の撥水膜１１１あるいは親水膜１１２との界
面張力、第２の液体と絶縁層１０４上の撥水膜１１１あ
るいは親水膜１１２との界面張力、及び第２の液体の体
積で決まる。本実施例においては、第２の液体１２２の
材料であるシリコンオイルと、撥水膜１１１との界面張
力が相対的に小さくなるように材料選定されている。す
なわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体１２２
が形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持ち、外
縁が撥水膜１１１の塗布領域に一致したところで安定す
る。すなわち第２の液体が形成するレンズ底面の直径Ａ
１は、撥水膜１１１の直径Ｄ１に等しい。

【００１４】一方、両液体の比重は前述のごとく等しい
ため、重力は作用しない。そこで界面１２４は球面にな
り、その曲率半径及び高さｈ１は第２の液体１２２の体
積により決まる。また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ
１になる。一方、スイッチ１２７が閉操作され、第１の
液体１２１に電圧が印加されると、電気毛管現象によっ
て第１の液体１２１と親水膜１１２との界面張力が減少
し、第１の液体が親水膜１１２と疎水膜１２２の境界を
乗り越えて疎水膜１２２内に侵入する。その結果、図２
のごとく、第２の液体が作るレンズの底面の直径はＡ１
からＡ２に減少し、高さはｈ１からｈ２に増加する。ま
た、第１の液体の光軸上の厚さはｔ２になる。このよう
に第１の液体１２１への電圧印加によって、２種類の液
体の界面張力の釣り合いが変化し、両液体間の界面の形
状が変わる。

【００１５】ここで、第２の液体は実質上透明である
が、第１の液体は添加された光吸収性材料のために所定
の光線吸収能率を有する。そこで、絞り板１０７の開口
から光束を入射させると、該光束が通過する第１の液体
の光路長に応じた分だけ光線が吸収され、透明基板１０
２から射出する光束の強度は低下する。すなわち光強度
の低下率は第１の液体の光軸上の厚さ（図１のｔ１ある
いは図２のｔ２）に比例するため、給電手段１２６の電
圧制御によって界面１２４の形状を変えることにより、
透過光量を自在に変えられる光学素子が実現できる。ま
た、第１及び第２の液体の屈折率を実質的に等しくして
いるため、入射した光束はその方向を変えずに射出光の
強度のみが変えられる。

【００１６】つぎに、図３に基づいて、当光学素子を可
変ＮＤフィルタとして用いる場合の動作を更に詳しく説
明する。図３（ａ）は、光学素子１０１に接続された給
電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ
１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図１に示
したものと同じで、第２の液体１２２が形成するレンズ
の底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の
液体の光軸上の厚さはｔ１である。Ｌ_INは光学素子１０
１の上方から照射され、絞り１０７の開口部に入射する
光束、Ｌ_OUTは光学素子１０１から射出される光束であ
る。そして、光束Ｌ_INに対するＬ_OUTの比が光学素子１
０１の透過率になるが、第１の液体の光軸上の厚さｔ１
が大きいため、透過率は低くなる。また、射出光束Ｌ
_OUTの光量分布は、光軸からの距離、すなわち入射高が
大きいほど光量が少なくなるが、液体１２２が形成する
レンズ底面の直径Ａ１に対して、絞り１０７の開口直径
Ｄ３を小さくしているので、射出光束Ｌ_OUTの光量分布
は略均一と見なせる。

【００１７】図３（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧
が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の
液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さ
はｈ２である。また、第１の液体の光軸上の厚さは同図
（ａ）のｔ１より小さなｔ２である。そこで光束の透過
率は同図（ａ）の場合より大きくなる。図３（ｃ）は、
給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３
の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレ
ンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上は
カバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触
して平坦となる。そして、この平坦部の直径は絞り１０
７の開口部の直径Ｄ３に等しいか、Ｄ３より大きい。そ
の結果、第１の液体の光軸上の厚さはゼロになるため、
透過率は同図（ｂ）の場合より更に大きくなる。その
後、給電手段１２６の出力電圧を更に上昇させても、絞
り１０７の開口部内側の界面１２４の形状は変わらない
ため、当光学素子を可変ＮＤフィルタとして用いた場合
の透過率は一定のままである。この時の透過率は、透明
基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１
１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０
６の透過率の積で表わされる。

【００１８】なお、同図（ｃ）の状態から給電手段１２
６の印加電圧をＶ１に戻すと、両液体の界面張力が元に
戻る。この時、第１の液体１２１と親水膜１１３との濡
れ性は良く、第２の液体１２２と親水膜１１３との濡れ
性は悪いため、第２の液体は親水膜１１３から離れて同
図（ａ）の状態に復帰する。すなわち、当光学素子の界
面１２４の形状変化は、印加電圧の変化に対して可逆で
ある。図４は、光学素子１０１に印加される電圧に対す
る光学素子１０１の光線透過率の関係を表わしたもので
ある。印加電圧の増加に伴い、透過率も上昇し、印加電
圧がＶ３に達したところで透過率は飽和する。

【００１９】図５は、光学素子１０１を撮影装置に応用
したものである。本実施例では、撮影装置１４１は静止
画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタ
ルデータとして記録する、いわゆるデジタルスチルカメ
ラを例として説明する。１３０は複数のレンズ群からな
る撮影光学系で、第１レンズ群１３１、第２レンズ群１
３２、第３レンズ群１３３で構成される。第１レンズ群
１３１の光軸方向の進退で、焦点調節がなされる。第２
レンズ群１３２の光軸方向の進退で、ズーミングがなさ
れる。第３レンズ群１３３は移動しないリレーレンズ群
である。そして、第２レンズ群１３２と第３レンズ群１
３３の間に光学素子１０１が配置される。

【００２０】撮影光学系１３０の焦点位置（予定結像
面）には、撮像手段１３４が配置される。これは照射さ
れた光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該
電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に
送出する電荷転送部からなる２次元ＣＣＤ等の光電変換
手段が用いられる。１４２は撮影装置全体の動作を制御
する中央演算処理装置（以下ＣＰＵと略す）で、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換機能、Ｄ／Ａ変
換機能を有する１チップマイコンである。１４３はＣＰ
Ｕ１４２や撮影装置内の各種回路、アクチュエータに電
力を供給する電源である。１４４は光学素子１０１へ電
圧を印加するための給電手段で、図１の給電手段１２６
に相当する。給電手段１４４は、ＣＰＵ１４２からの制
御信号に応じて所望の電圧を出力する。１４５は画像信
号処理回路で、光電変換手段１３５から入力したアナロ
グの画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバ
ランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施す。

【００２１】１５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、
光電変換手段１３４で取得した被写体像や、撮影装置の
動作状況を表示する。１５２は操作スイッチ群で、ＣＰ
Ｕ１４２をスリープ状態からプログラム実行状態に起動
するメインスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイ
ッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッ
チ等で構成される。１５３はズーム駆動手段で、第２レ
ンズ群１３２を光軸方向に進退させるアクチュエータと
ドライバ回路を含み、撮影者のズームスイッチ操作に応
じて変倍動作を行ない、撮影光学系１３０の焦点距離を
変える。１５４は焦点検出手段で、一眼レフカメラに用
いられる位相差検出式焦点検出手段等が好適である。１
５５はフォーカス駆動手段で、第１レンズ群１３１を光
軸方向に進退させるアクチュエータとドライバ回路を含
み、前記焦点検出手段１５４で演算したフォーカス信号
に基づいてフォーカス動作を行ない、撮影光学系１３０
の焦点状態を調節する。１５６はメモリ手段で、撮影さ
れた画像信号を記録する。具体的には、着脱可能なＰＣ
カード型のフラッシュメモリ等が好適である。

【００２２】次に、本実施例における光学素子１０１の
作用を説明する。自然界に存在する被写体の輝度のダイ
ナミックレンジは非常に大きく、これを所定範囲に収め
るために、通常は撮影光学系内部に機械式絞り機構を有
し、撮影光束の光量を調節している。しかしながら、機
械式絞り機構は小さくする事は困難で、かつ絞り開口部
が小さい小絞り状態では、絞り羽根端面による光線の回
折現象で、被写体像の解像力が低下する。そこで、本実
施例のように、光学素子１０１を前記機械式絞り機構を
代用する可変ＮＤフィルタとして用いることで、上記欠
点を生ずること無く、撮影光学系を通過する光量を適切
に調節することが可能となる。

【００２３】図６は、図５に示した撮影装置１４１が有
するＣＰＵ１４２の制御フロー図である。以下、図５及
び図６を用いて撮影装置１４１の制御フローを説明す
る。ステップＳ１０１を経由して、ステップＳ１０２で
は、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否
かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ１０
２に留まる。ステップＳ１０２でメインスイッチがオン
操作されたと判定されたら、ＣＰＵ１４２はスリープ状
態から脱してステップＳ１０３以降を実行する。ステッ
プＳ１０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付
ける。具体的には、撮影者は表示器１５１と操作スイッ
チ群１５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先
ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード
（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドラ
イブモード（単写、連写等）、画質モード（記録画素数
の大小、画像圧縮率の大小等）等を設定する。

【００２４】ステップＳ１０４では、撮影者による撮影
準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操
作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない
時はステップＳ１０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返
し受け付ける。ステップＳ１０４で撮影準備スイッチが
オン操作されたと判定されたら、ステップＳ１０４から
脱してステップＳ１１１以降を実行する。ステップＳ１
１１では、撮像手段１３４及び信号処理回路１４５を駆
動して、プレビュー画像を取得する。プレビュー画像と
は、最終記録用画像の撮影条件を適切に設定するため、
及び撮影者に撮影構図を把握させるために撮影前に取得
する画像である。

【００２５】ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１
で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。具
体的には、撮像手段１３４が出力す画像信号において、
最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算し、撮像手
段１３４に入射する光量を認識する。ステップＳ１１３
では、前記ステップＳ１１２で判定した受光量が適正か
否かを判別する。そして、当ステップで適正と認識され
たら、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４で
は、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像を表示
器１５１に表示する。

【００２６】続いて、ステップＳ１１５では、焦点検出
手段１５４を用いて撮影光学系１３０の焦点状態を検出
する。続いてステップＳ１１６では、フォーカス駆動手
段１５５により、第１レンズ群１３１を光軸方向に進退
させて合焦動作を行なう。その後、ステップＳ１１７に
進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）の
オン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されて
いない時はステップＳ１１１に戻り、プレビュー画像の
取得からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行
する。一方ステップＳ１１３において、前記ステップＳ
１１２で判定した受光量が適正でないと判別されたら、
ステップＳ１２１にジャンプする。

【００２７】ステップＳ１２１では、実際の受光量と適
正な受光量を比較し、撮影光学系１３０内の光学素子１
０１の適正透過率を演算する。ステップＳ１２２では、
前記ステップＳ１２１で演算した適正透過率を得るため
の制御電圧を演算する。具体的には、ＣＰＵ１４２のＲ
ＯＭには、図４に示した印加電圧に対する透過率の関係
がルックアップテーブルとして記憶されているので、該
テーブルを参照し、ステップＳ１２１で演算した透過率
に対する印加電圧を求める。ステップＳ１２３では、前
記ステップＳ１２２で求めた電圧が光学素子１０１に印
加されるよう、給電手段１４４の出力電圧を制御する。
ステップＳ１２３実行後はステップＳ１１１に戻り、撮
像手段１３４に入射する光量が適正になるまで、プレビ
ュー画像の取得から給電手段制御までのステップを繰り
返し実行する。そして、撮像手段１３４に入射する光量
が適正になると、ステップＳ１１３からステップＳ１１
４に移行する。

【００２８】以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実
行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作す
ると、ステップＳ１１７からステップＳ１３１にジャン
プする。ステップＳ１３１では撮像を行なう。すなわち
撮像手段１３４上に結像した被写体像を光電変換し、光
学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部
に蓄積される。ステップＳ１３２では、ステップＳ１３
１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出
し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５
に入力させる。ステップＳ１３３では、信号処理回路１
４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換
し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強
調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ１４
２内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等
を施す。ステップＳ１３４では、上記ステップＳ１３３
で得られた画像信号をメモリ１５６に記録し、ステップ
Ｓ１３５にて撮影動作が終了する。

【００２９】上記したように、実施例１によると、・光学素子への印加電圧を制御することで、光束透過率
を所望の値に制御可能なＮＤフィルタを得ることができ
る。・当光学素子を撮影光学系の機械式絞り機構の代わりに
用いることで、絞り羽根や絞り開口制御機構等のメカニ
カル手段を廃止でき、かつ撮像手段に入射する光量を連
続的に制御できるため、撮影装置の小型化及び高性能化
が達成できる。等の点で優れた効果を奏することが可能
な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。

【００３０】［実施例２］前述の実施例１においては透
過率可変な光学素子を可変ＮＤフィルタを構成した例に
ついて説明したが、実施例２は、光学素子へ入射する光
束の入射高（光軸からの距離）に応じて透過率が漸減
し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透
過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィル
タを構成した例である。図７〜図１０は本発明の実施例
２について説明するための図であり、図７は本実施例に
おける光学素子を透過率分布可変フィルタとして用いる
場合の動作を詳しく説明するための図である。本実施例
においては、光学素子２０１が有する絞り板２０７の開
口部の直径Ｄ４は、実施例１の絞り板１０７の開口部直
径Ｄ３より大きく設定され、それ以外の部材はすべて同
一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番
号にて示し、重複説明は省略する。

【００３１】図７（ａ）は、光学素子２０１に接続され
た給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低
いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図３
（ａ）と同一で、第２の液体１２２が形成するレンズの
底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の液
体の光軸上の厚さはｔ１である。Ｌ_INは光学素子２０１
の上方から照射され、絞り２０７の開口部に入射する光
束、Ｌ_OUTは光学素子２０１から射出される光束であ
る。そして、本実施例では、液体１２２が形成するレン
ズ底面の直径Ａ１が、実施例１と同一なのに対して、絞
り２０７の開口径Ｄ４は実施例１の開口径Ｄ３よりも大
きくしているので、射出光束Ｌ_OUTの光量分布は均一に
はならず、光軸１２３から離れるに従って透過光量はか
なり減少する。

【００３２】図７（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧
が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の
液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さ
はｈ２であり、透過光量平均値は同図（ａ）より大きく
なると共に、透過光量の不均一性も拡大する。図３
（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に
大きなＶ３の場合を示す。この時、第２の液体１２２が
形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２
４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１
１３に接触して平坦となる。そして、この平坦部の直径
は絞り２０７の開口部の直径Ｄ４よりは小さい。その結
果、透過率は該平坦部の内側領域は均一になり、外側領
域では光軸からの距離に応じて漸減する。この時の入射
高ゼロにおける透過率は、透明基板１０２、透明電極１
０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２
２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わ
される。

【００３３】図８は、給電手段１２６から光学素子２０
１に印加される電圧をパラメータとして、光学素子２０
１に入射する光束の入射高（光軸１２３からの距離）に
対する透過率分布の関係を表わしたものである。印加電
圧の増加に伴い、平均透過率が増加すると共に、入射高
に応じて透過率が漸減する透過率カーブの傾き絶対値も
増加する。

【００３４】図９は、光学素子２０１を撮影装置に応用
したものである。本実施例では、撮影装置２４１は静止
画像を銀塩フィルムに露光する、いわゆる銀塩スチルカ
メラを例として説明する。２３０は複数のレンズ群から
なる撮影光学系で、第１レンズ群２３１、第２レンズ群
２３２、第３レンズ群２３３で構成され、それぞれの機
能は図５の実施例１の撮影装置１４１における各レンズ
群１３１、１３２、１３３と同一である。そして、第２
レンズ群２３２と第３レンズ群２３３の間に光学素子２
０１が配置され、その後方にはステップモータを駆動源
とした機械式絞り機構２３４が配置される。撮影光学系
２３０の焦点位置には、銀塩フィルム２３６が配置さ
れ、その直前にはフォーカルプレンシャッタ２３５が配
置される。

【００３５】２４２は撮影装置全体の動作を制御するＣ
ＰＵで、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／
Ａ変換機能を有する１チップマイコンである。電源１４
３、給電手段１４４は実施例１と同一のものなので、同
一符号で表わす。２４５はメカニカルチャージ手段で、
前述のフォーカルプレンシャッタ２３５の駆動バネをチ
ャージする機構、及びフィルム２３６の巻き上げ巻戻し
機構からなる。２４６は、被写体の観察用画像を形成す
るためのファインダ光学系で、フォーカシングスクリー
ン、ペンタダハプリズム、接眼レンズで構成される。２
４７は第３レンズ群２３３とフォーカルプレンシャッタ
２３５の間に配置されたクイックリターンミラーで、前
記フィルム２３６とファインダ光学系２４６への光束の
切り換えを行なう可動ミラーと、該ミラーを駆動するア
クチュエータで構成される。

【００３６】２５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、
撮影装置の動作状況を表示する。２５２は操作スイッチ
群で、ＣＰＵ２４２をスリープ状態からプログラム実行
状態に起動するメインスイッチ、撮影準備スイッチ、撮
影開始スイッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件
設定スイッチ等で構成される。また、後述するアポダイ
ゼイション効果入力スイッチを有する点が、実施例１と
異なる。ズーム駆動手段１５３、焦点検出手段１５４、
フォーカス駆動手段１５５は実施例１と同一の機能を有
するため、同一符号で示す。２５６は測光手段で、前記
ファインダ光学系２４６の途中に配置された測光センサ
と該センサの出力増幅手段からなる。

【００３７】次に本実施例における光学素子２０１の作
用を説明する。奥行きのある被写体を撮影光学系２３０
によりフィルム２３６上に結像させた時、合焦した被写
体像は点像の集まりとして表わせるが、非合焦の被写体
像、いわゆるアウトフォーカス画像は有限直径のボケ像
の集合となる。そして、撮影光学系が無収差レンズであ
れば、該ボケ像は照度が均一の円形像となる。しかしな
がら、現実のレンズは種々の収差を有し、その結果ボケ
像が乱れ、例えば二線ボケと呼ばれるような汚いボケ味
を呈するレンズとなる。そこで、特開平９−２３６７４
０号公報に開示されたように、撮影光学系の絞り近傍
に、透過率が入射高と共に漸減するアポダイゼイション
フィルタと呼ばれる光学素子を配置することで、違和感
のない自然なボケ像を得ることを可能としているが、本
実施例では、前記アポダイゼイションフィルタの役目を
光学素子２０１で達成するものである。

【００３８】図１０は、図９に示した撮影装置２４１が
有するＣＰＵ２４２の制御フロー図である。以下、図９
及び図１０を用いて撮影装置２４１の制御フローを説明
する。ステップＳ２０１を経由して、ステップＳ２０２
では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか
否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ２
０２に留まる。ステップＳ２０２でメインスイッチがオ
ン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ２４２はスリープ
状態から脱してステップＳ２０３以降を実行する。ステ
ップＳ２０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け
付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイ
ッチ群２５２を用いて、露出制御モード（シャッター優
先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード
（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドラ
イブモード（単写、連写等）等を設定する。

【００３９】ステップＳ２０４では、撮影者によるアポ
ダイゼイション効果の選択を受け付ける。具体的には、
撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２にあるア
ポダイゼイション効果選択スイッチを用いて、アポダイ
ゼイションレベルを選択する。具体的には、アポダイゼ
イションレベルは「１」から「３」までが選択可能で、
レベルの数値が大きいほど、大きなアポダイゼイション
効果が得られるようになっている。ステップＳ２０５で
は、前記ステップＳ２０４で選択されたアポダイゼイシ
ョンレベルに対応する印加電圧が演算される。具体的に
は、レベル１が選択された時は光学素子２０１への印加
電圧はＶ１に設定される。同様にレベル２が選択された
時は印加電圧はＶ２に、レベル３が選択された時は印加
電圧はＶ３に設定される。

【００４０】ステップＳ２０６では、前記ステップＳ２
０５で設定された電圧が、給電手段１４４より光学素子
２０１に供給される。その結果、撮影者によりアポダイ
ゼイションレベル１が選択された場合は、光学素子２０
１の透過率分布は図８における印加電圧Ｖ＝Ｖ１で示し
た曲線になる。同様にレベル２が選択されると印加電圧
Ｖ＝Ｖ２に相当する特性が、レベル３が選択されると印
加電圧Ｖ＝Ｖ３に相当する特性が得られる。ステップＳ
２０７では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図
では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判
別する。オン操作されていない時はステップＳ２０３に
戻り、撮影条件の設定とアポダイゼイション効果の選択
を繰り返し受け付ける。ステップＳ２０７で撮影準備ス
イッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ２
０７から脱してステップＳ２１１以降を実行する。

【００４１】ステップＳ２１１では、測光手段２５６を
用いて被写体輝度を検知する。ステップＳ２１２では、
検知した被写体輝度とＲＯＭに記憶されたプログラム線
図に基づいて、撮影時のシャッタ秒時と絞り値を演算す
る。ステップＳ２１３では、焦点検出手段１５４を用い
て撮影光学系２３０の焦点状態を検出する。続いてステ
ップＳ２１４では、フォーカス駆動手段１５５により、
第１レンズ群２３１を光軸方向に進退させて合焦動作を
行なう。その後、ステップＳ２１５に進み、撮影スイッ
チ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされ
たか否かを判別する。オン操作されていない時はステッ
プＳ２０７に戻り、測光からフォーカス駆動までのステ
ップを繰り返し実行する。

【００４２】以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実
行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作す
ると、ステップＳ２１５からステップＳ２３１にジャン
プする。ステップＳ２３１では、クイックリターンミラ
ー２４７を撮影光束外に退避させる。ステップＳ２３２
では、ステップＳ２１２で演算した絞り値に基づいて絞
り２３４を絞り込み制御する。ステップＳ２３３では、
ステップＳ２１２で演算したシャッタ秒時に基づいてフ
ォーカルプレンシャッタ２３５を駆動制御する。ステッ
プＳ２３４では、クイックリターンミラー２４７を撮影
光束内に復帰させると共に、絞り２３４も開放状態に復
帰させる。ステップＳ２３５では、チャージ手段２４５
を駆動してフォーカルプレンシャッタ２３５を初期状態
（羽根走行可能状態）にチャージすると共に、フィルム
２３６を１駒分巻き上げ、ステップＳ２３６にて撮影動
作が終了する。

【００４３】上記したように、実施例２によると、・光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸
減し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、
透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィ
ルタを得ることができる。・当光学素子を撮影光学系の絞り機構近傍に配置するこ
とで、アウトフォーカス画像（いわゆるボケ画像）のボ
ケ味を任意に制御でき、高品位画像を取得可能な撮影装
置が得られる。等の点で優れた効果を奏することが可能
な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。

【００４４】［実施例３］前述の実施例１及び実施例２
は、透過率を連続的に変化させるフィルタを構成した例
について説明したが、実施例３は、透過率可変な光学素
子を、光束を透過する状態と遮断する状態とに切り換え
る光シャッタとしてとして構成した例である。図１１〜
図１４は本発明の実施例３について説明するための図で
あり、図１１は、本実施例において光学素子を光シャッ
タとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図で
ある。本実施例においては、第１の液体３２１に溶解す
る水溶性染料の濃度を、実施例１のものより大きくし、
光吸収能率を高めた構成になっている。それ以外の部材
はすべて実施例１と同一機能、同一寸法を有する。従っ
て同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略す
る。

【００４５】図１１（ａ）は、光学素子３０１に接続さ
れた給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に
低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図
３（ａ）と同一で、第２の液体１２２が形成するレンズ
の底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の
液体２３１の光軸上の厚さはｔ１である。Ｌ_INは光学素
子３０１の上方から照射され、絞り１０７の開口部に入
射する光束である。そして本実施例では、第１の液体３
２１の光吸収能率が非常に高いため、第１の液体２３１
の光軸上の厚さｔ１がかなり小さな場合でも、射出する
光束の量はほぼゼロになる。

【００４６】図１１（ｂ）は、給電手段１２６の出力電
圧が、図３（ｃ）のＶ３と同一の場合で、第２の液体１
２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界
面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親
水膜１１３に接触して平坦となる。そしてこの平坦部の
直径は絞り板１０７の開口部の直径Ｄ３より大きい。そ
の結果、透過率分布は絞り板１０７の開口径Ｄ３の内側
では均一になる。その後、給電手段１２６の出力電圧を
更に上昇させても、絞り板１０７の開口部内側の界面１
２４の形状は変わらないため、当光学素子を光シャッタ
として用いた場合の透過率は一定のままである。この時
の透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層
１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１
３、カバー板１０６の透過率の積で表わされるが、上記
各部材は透明材料が選択されるため、総合透過率は高
く、すなわち光シャッタとしては開放状態を呈する。

【００４７】図１２は、光学素子３０１への印加電圧に
対する光学素子３０１の光束透過率の関係を表わしたも
のである。印加電圧が低い時には透過率はほぼゼロ、印
加電圧の増加に伴って透過率は急増し、印加電圧がＶ３
に達したところで透過率は飽和する。そして、当光学素
子を、印加電圧が極めて小さい状態で用いれば光束を遮
断、印加電圧がＶ３の状態で用いれば光束を透過する光
シャッタになる。

【００４８】図１３は、光学素子３０１を撮影装置に応
用したものである。本実施例では、撮影装置３４１は実
施例１と同様のデジタルスチルカメラを例として説明す
る。３３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第
１レンズ群３３１、第２レンズ群３３２、第３レンズ群
３３３で構成され、それぞれの機能は図５の第１実施例
の撮影装置における各レンズ群１３１、１３２、１３３
と同一である。そして、第２レンズ群３３２と第３レン
ズ群３３３の間に光学素子３０１が配置され、その後方
にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構３３
４が配置される。その他の部材の構成は実施例１と同一
のため、同一部材は同一の符号で表わして説明は省略す
る。本実施例では、光シャッタ部材としての光学素子３
０１とは別に、機械式絞り機構３３４を用いているが、
これは撮影光束の光量微調節機能と、光束の透過、遮断
切り換え機能を別の部材で実現させるためである。

【００４９】図１４は、図１３に示した撮影装置３４１
が有するＣＰＵ３４２の制御フロー図である。以下、図
１３及び図１４を用いて撮影装置３４１の制御フローを
説明する。ステップＳ３０１を経由して、ステップＳ３
０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作され
たか否かを判別し、オン操作されていない時はステップ
Ｓ３０２に留まる。ステップＳ３０２でメインスイッチ
がオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ３４２はスリ
ープ状態から脱してステップＳ３０３以降を実行する。

【００５０】ステップＳ３０３では、撮影者による撮影
条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器
１５１と操作スイッチ群１５２を用いて、露出制御モー
ド（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オート
フォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュア
スＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）、画質モ
ード（記録画素数の大小、画像圧縮率の大小等）等を設
定する。ステップＳ３０４では、撮影者による撮影準備
スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作が
なされたか否かを判別する。オン操作されていない時は
ステップＳ３０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受
け付ける。ステップＳ３０４で撮影準備スイッチがオン
操作されたと判定されたら、ステップＳ３０４から脱し
てステップＳ３１１以降を実行する。ステップＳ３１１
では、給電手段１４４の出力電圧をＶ３に制御し、光学
素子３０１に該電圧Ｖ３を印加する。すると図１２で説
明したごとく、光学素子３０１は透過率が最大、すなわ
ち光スイッチが開放の状態となり、撮影光学系内を撮影
光束が通過する。ステップＳ３１２では、撮像手段１３
４及び信号処理回路１４５を駆動して、プレビュー画像
を取得する。

【００５１】ステップＳ３１３では、ステップＳ３１２
で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。具
体的には、撮像手段１３４が出力する複数の画素信号に
おいて、最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算
し、撮像手段１３４に入射する光量を認識する。ステッ
プＳ３１４では、前記ステップＳ３１３で判定した受光
量が適正か否かを判別する。そして、当ステップで適正
と認識されたら、ステップＳ３１５に進む。ステップＳ
３１５では、ステップＳ３１２で取得したプレビュー画
像を表示器１５１に表示する。続いてステップＳ３１６
では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系３３０の
焦点状態を検出する。続いて、ステップＳ３１７では、
フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群３３１
を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。

【００５２】その後、ステップＳ３１８に進み、撮影ス
イッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がな
されたか否かを判別する。オン操作されていない時はス
テップＳ３１１に戻り、プレビュー画像の取得からフォ
ーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。一方ス
テップＳ３１４において、前記ステップＳ３１３で判定
した受光量が適正でないと判別されたら、ステップＳ３
２１にジャンプする。ステップＳ３２１では、実際の受
光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系３３０内の絞
り手段３３４の開口径を増減させる。ステップＳ３２１
実行後はステップＳ３１２に戻り、撮像手段１３４に入
射する光量が適正になるまで、プレビュー画像の取得か
ら絞り開口制御までのステップを繰り返し実行する。そ
して、撮像手段１３４に入射する光量が適正になると、
ステップＳ３１４からステップＳ３１５に移行する。

【００５３】以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実
行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作す
ると、ステップＳ３１８からステップＳ３３１にジャン
プする。ステップＳ３３１では撮像を行なう。すなわち
撮像手段１３４上に結像した被写体像を光電変換し、光
学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部
に蓄積される。ステップＳ３３２では、給電手段１４４
の出力電圧をゼロに制御し、光学素子３０１への電圧印
加を解除する。すると、図１２で説明したごとく、光学
素子３０１は透過率が最小の状態となり、撮影光学系内
を通過する光束が遮断される。ステップＳ３３３では、
ステップＳ３３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを
介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処
理回路１４５に入力させる。ここで一般に、撮像手段が
蓄積電荷を転送する際、受光部に光が照射されていると
画像信号に有害なノイズが発生し易いが、本実施例では
上記ステップＳ３３２において、電荷転送中は光学素子
３０１が光束を遮断しているため、画像に有害なノイズ
が載ることを避けられる。Ｓ３３４では、信号処理回路
１４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変
換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ
強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ３
４２内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮
等を施す。ステップＳ３３５では、上記ステップＳ１３
１で得られた画像信号をメモリ１５６に記録し、ステッ
プＳ３３６にて撮影動作が終了する。

【００５４】上記したように、実施例３によると、・光学素子への印加電圧を制御することで、光束を透過
状態と遮断状態とに切り換える光シャッタを得ることが
できる。・当光学素子を撮影光学系の機械式シャッタ機構の代わ
りに用いることで、シャッタ羽根やシャッタ羽根駆動機
構等のメカニカル手段を廃止でき、撮影装置の小型化が
達成できる。等の点で優れた効果を奏することが可能な
光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。

【００５５】［実施例４］前述の実施例２は、光学素子
に入射する光束の入射高が大きいほど透過率が漸減する
アポダイゼイションフィルタとして用いる例について説
明したが、実施例４は、光学素子へ入射する光束の入射
高に応じて透過率が漸増し、かつ該光学素子への印加電
圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能
な透過率分布可変フィルタとして用いる実施例について
説明する。図１５〜図１８は、本発明の実施例４につい
て説明するための図であり、図１５は本実施例における
光学素子を透過率分布可変フィルタとして用いる場合の
動作を詳しく説明するための図である。

【００５６】本実施例においては、光学素子４０１が有
する第１の液体４２１と第２の液体４２２の性質が、実
施例１〜実施例３の各液体と相違する点が異なる。ま
ず、実施例１〜実施例３において、第１の液体１２１に
は水溶性の染料が加えられたが、本実施例の第１の液体
４２１には該染料が加えられず、透明である。また、実
施例１〜実施例３において、第２の液体１２２は透明で
あったが、本実施例の第２の液体４２２には油脂に溶解
する染料が所定濃度加えらる。該染料は、キレートアゾ
顔料やニトロソ顔料が好適である。

【００５７】一般に該顔料は、ブルー、イエロー、レッ
ド等に色づけされているため、これらを所定比率で混合
すれば無彩色顔料が得られる。それ以外の部材はすべて
実施例１〜実施例３と同一機能、同一寸法を有する。従
って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略す
る。また、絞り２０７は実施例２の絞り２０７と同一の
開口径Ｄ４を有する。

【００５８】図１５（ａ）は、光学素子４０１に接続さ
れた給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に
低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図
７（ａ）と同一で、第２の液体４２２が形成するレンズ
の底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の
液体の光軸上の厚さはｔ１である。Ｌ_INは光学素子４０
１の上方から照射され、絞り２０７の開口部に入射する
光束、Ｌ_OUTは光学素子４０１から射出される光束であ
る。そして、本実施例では、レンズ形状を呈する液体４
２２は所定の光吸収能率を有するため、射出光束Ｌ_OUT
の光量分布は均一にはならず、光軸１２３上での光透過
率が最小で、光軸１２３から離れるに従って透過光量は
増加する。図１５（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧
が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の
液体４２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さ
はｈ２であり、透過光量平均値は同図（ａ）より小さく
なると共に、透過光量の不均一性も拡大する。

【００５９】図１５（ｃ）は、給電手段１２６の出力電
圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。この時、
第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３
に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に
形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。そし
て、この平坦部の直径は絞り２０７の開口部の直径Ｄ４
よりは小さい。その結果、透過率は該平坦部の内側領域
は均一になり、外側領域では光軸からの距離に応じて漸
増する。この時の入射高ゼロにおける透過率は、透明基
板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１
１、第２の液体４２２、親水膜１１３、カバー板１０６
の透過率の積で表わされるが、第２の液体４２２の光吸
収能率が支配的になる。

【００６０】図１６は、給電手段１２６から光学素子４
０１に印加される電圧をパラメータとして、光学素子４
０１に入射する光束の入射高（光軸１２３からの距離）
に対する透過率分布の関係を表わしたものである。印加
電圧の増加に伴い、平均透過率が減少すると共に、入射
高に応じて透過率が漸増する透過率曲線の傾き絶対値は
増加する。

【００６１】図１７は、光学素子４０１を撮影装置に応
用したものである。本実施例では、実施例２と同じく、
撮影装置４４１は静止画像を銀塩フィルムに露光する、
いわゆる銀塩スチルカメラを例として説明する。４３０
は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群
４３１、第２レンズ群４３２、第３レンズ群４３３で構
成され、それぞれのレンズは図９の実施例２の撮影装置
２４１における各レンズ群２３１、２３２、２３３とパ
ワー構成は異なるが、機能は同一である。そして、第２
レンズ群４３２と第３レンズ群４３３の間にはステップ
モータを駆動源とした機械式絞り機構４３４が配置さ
れ、第３レンズ群４３３の後方には光学素子４０１が配
置される。撮影光学系２３０の焦点位置には、銀塩フィ
ルム２３６が配置され、その直前にはフォーカルプレン
シャッタ２３５が配置される。これ以外の構成は実施例
２の撮影装置２４１と同一なので、説明は省略する。

【００６２】次に、本実施例における光学素子４０１の
作用を説明する。撮影光学系４３０によりフィルム２３
６上に結像される被写体像の照度は、中心が大きく、中
心から離れるほど低下する、いわゆる周辺光量低下現象
を呈する。そしてこの時の周辺光量低下量は、撮影光学
系のズーム状態と絞り込み状態でほぼ一義的に決まる。
一方、光学素子４０１の入射高に対する透過率分布は、
図１６で説明したように、印加電圧により一義的に決ま
る。そこで、光学素子４０１を撮影光学系中の適当な位
置に置き、ズーム状態と絞り込み状態で決まる周辺光量
低下量を補償する透過率分布を光学素子４０１に与える
ことで、フィルム面２３６上の画像の周辺光量低下を適
正に補償できる。具体的には、撮影装置４４１の製造時
に、各ズーム状態と絞り込み状態に応じた周辺光量低下
データと、これを補償するために最適な光学素子４０１
への印加電圧を実験的に決定する。そして、各ズーム状
態と絞り込み状態に応じた印加電圧をＣＰＵ４４２内の
ＲＯＭにルックアップテーブルとして記憶させ、撮影時
に該テーブル値を呼び出して光学素子４０１への印加電
圧を制御すればよい。

【００６３】図１８は、図１７に示した撮影装置４４１
が有するＣＰＵ４４２の制御フロー図である。以下、図
１７及び図１８を用いて撮影装置４４１の制御フローを
説明する。ステップＳ４０１を経由して、ステップＳ４
０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作され
たか否かを判別し、オン操作されていない時はステップ
Ｓ４０２に留まる。ステップＳ４０２でメインスイッチ
がオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ４４２はスリ
ープ状態から脱してステップＳ４０３以降を実行する。
ステップＳ４０３では、撮影者による撮影条件の設定を
受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作
スイッチ群２５２を用いて、露出制御モード（シャッタ
ー優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモ
ード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、
ドライブモード（単写、連写等）等を設定する。

【００６４】ステップＳ４０４では、撮影者による撮影
準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操
作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない
時はステップＳ４０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返
し受け付ける。ステップＳ４０４で撮影準備スイッチが
オン操作されたと判定されたら、ステップＳ４０４から
脱してステップＳ４１１以降を実行する。ステップＳ４
１１では、撮影光学系４３０のズーム状態を認識する。
ステップＳ４１２では、測光手段２５６を用いて被写体
輝度を検知する。ステップＳ４１３では、検知した被写
体輝度とＲＯＭに記憶されたプログラム線図に基づい
て、撮影時のシャッタ秒時と絞り値を演算する。

【００６５】ステップＳ４１４では、前記ステップＳ４
１１で認識した撮影光学系４３０のズーム状態とステッ
プＳ４１３で演算した撮影時の絞り値に基づいて、光学
素子４０１に印加する電圧をＲＯＭに記憶されたルック
アップテーブルから呼び出す。ステップＳ４１５では、
前記ステップＳ４１４で呼び出された電圧が、給電手段
１４４より光学素子４０１に供給される。その結果、撮
影光学系４３０の周辺光量低下が補償される。ステップ
Ｓ４１６では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系
４３０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ４１７
では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群
４３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。その
後、ステップＳ４１８に進み、撮影スイッチ（フロー図
では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判
別する。オン操作されていない時はステップＳ３１１に
戻り、ズーム状態認識からフォーカス駆動までのステッ
プを繰り返し実行する。

【００６６】以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実
行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作す
ると、ステップＳ４１８からステップＳ４３１にジャン
プする。ステップＳ４３１では、クイックリターンミラ
ー２４７を撮影光束外に退避させる。ステップＳ４３２
では、ステップＳ４１３で演算した絞り値に基づいて絞
り４３４を絞り込み制御する。ステップＳ４３３では、
ステップＳ４１３で演算したシャッタ秒時に基づいてフ
ォーカルプレンシャッタ２３５を駆動制御する。ステッ
プＳ４３４では、クイックリターンミラー２４７を撮影
光束内に復帰させると共に、絞り４３４も開放状態に復
帰させる。ステップＳ４３５では、チャージ手段２４５
を駆動してフォーカルプレンシャッタ２３５を初期状態
（羽根走行可能状態）にチャージすると共に、フィルム
２３６を１駒分巻き上げ、ステップＳ４３６にて撮影動
作が終了する。

【００６７】上記したように、実施例４によると、・光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸
増し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、
透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィ
ルタを得ることができる。・当光学素子を撮影光学系の所定位置に配置すること
で、撮影光学系の周辺光量低下を軽減でき、高品位画像
を取得可能な撮影装置が得られる。等の点で優れた効果
を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現
することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エレクトロウエッティング現象を利用して、メカニカル
機構を用いることなく、入射光束の透過率を効率的に自
在に変化させる光学素子を得ることができ、従来のもの
とは異なる方式の小型で簡単な構成の光学素子あるいは
撮影装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の光学素子の断面図である。

【図２】本発明の実施例１の光学素子に電圧を印可した
時の動作説明図である。

【図３】本発明の実施例１の光学素子の動作説明詳細図
である。

【図４】本発明の実施例１の光学素子の透過率説明図で
ある。

【図５】本発明の実施例１の撮影装置の構成図である。

【図６】本発明の実施例１の撮影装置の制御フロー図で
ある。

【図７】本発明の実施例１の光学素子の動作説明詳細図
である。

【図８】本発明の実施例２の光学素子の透過率分布説明
図である。

【図９】本発明の第２実施例２の撮影装置の構成図であ
る。

【図１０】本発明の実施例の撮影装置の制御フロー図で
ある。

【図１１】本発明の実施例３の光学素子の動作説明詳細
図である。

【図１２】本発明の実施例３の光学素子の透過率説明図
である。

【図１３】本発明の実施例３の撮影装置の構成図であ
る。

【図１４】本発明の実施例３の撮影装置の制御フロー図
である。

【図１５】本発明の実施例４の光学素子の動作説明詳細
図である。

【図１６】本発明の実施例４の光学素子の透過率分布説
明図である。

【図１７】本発明の実施例４の撮影装置の構成図であ
る。

【図１８】本発明の実施例４の撮影装置の制御フロー図
である。

【図１９】エレクトロウエッティング現象を説明するた
めの電圧の印加前、印加後の液滴の変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１：光学素子１０２：透明基板１０３：透明電極１０４：絶縁層１０７：絞り板１１１：撥水膜１１２：親水膜１１３：親水膜１２１、４２１：第１の液体１２２、４２２：第２の液体１２３：光軸１２４：界面１２５：棒状電極１２６：給電手段１３０、２３０、３３０、４３０：撮影光学系１３４：撮像手段２３５：フォーカルプレンシャッタ２３６：フィルム１４１、２４１、３４１、４４１：撮影装置１４２、２４２、３４２、４４２：ＣＰＵ２３４、４３４：機械式絞り機構１４４：給電手段１５１、２５１：表示器１５２、２５２：操作スイッチ群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小倉栄夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H083 AA05 AA10 AA14 AA32 AA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束の透過光量を制御する光学素子であっ
て、屈折率が実質的に等しく、互いに混合することのな
い導電性または有極性の第１の液体及び該第１の液体と
異なった透過率を有する第２の液体とを備え、第１と第
２の基板間に形成された空間内に、前記第１及び第２の
液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした
状態で密閉し、前記第１の液体への印加電圧の出力を制
御して前記界面形状を変化させることにより、通過する
光束の透過光量を変化させることを特徴とする光学素
子。
【請求項２】前記第１の液体から絶縁された第２の電極
と、前記第１の液体に導通された第１の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の印加電圧を調
節することにより、前記第１の液体と前記第２の液体と
の界面形状を変化させることを特徴とする請求項１に記
載の光学素子。
【請求項３】前記第２の電極が、透明基板である第２の
基板上に形成された透明電極であることを特徴とする請
求項２に記載の光学素子。
【請求項４】前記第２の液体が、前記透明基板に積層さ
れた絶縁層に形成された撥水膜上に配されていることを
特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】前記第１の液体の光軸上の光路長と第２の
液体の光軸上の光路長が、前記印加電圧の出力に応じて
変化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
に記載の光学素子。
【請求項６】前記第１の液体の単位光路長当たりの光線
透過率が、第２の液体の単位光路長当たりの光線透過率
より小さく、かつ第１の液体の前記光軸方向の光路長が
前記光軸からの距離に応じて増大することを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】前記第１の液体の単位光路長当たりの光線
透過率が、第２の液体の単位光路長当たりの光線透過率
より小さく、かつ第１の液体の前記光軸上の光路長が印
加電圧の出力に応じて、ゼロから有限寸法の間を変化す
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
の光学素子。
【請求項８】前記第２の液体の単位光路長当たりの光線
透過率が、第１の液体の単位光路長当たりの光線透過率
より小さく、かつ第２の液体の前記光軸方向の光路長が
前記光軸からの距離に応じて減少することを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】前記第１及び第２の液体の少なくとも一方
は光吸収性を有することを特徴とする請求項１〜８のい
ずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】被写体像を形成する撮影光学系と、該撮
影光学系を通過する光束の透過光量を変化させる光学素
子と、前記被写体像を記録する撮像手段とを有する撮影
装置において、前記撮影光学系を通過する光束の透過光
量を変化させる光学素子が請求項１〜９のいずれか１項
に記載の光学素子によって構成されていることを特徴と
する撮影装置。