JP2003215544A - 調光装置及びその駆動方法、並びに撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作環境温度に依らずに、常に大きな光学濃
度比（コントラスト比、ダイナミックレンジ）を確保
し、かつ迅速な過渡応答動作を両立できる調光装置及び
その駆動方法、並びに撮像装置を提供すること。 【解決手段】 液晶素子と、素子環境温度を検出する検
出部と、前記検出部による検出値を受けて、前記液晶素
子を駆動する交流パルスの周波数を前記素子環境温度に
応じて変化させるパルス制御部とを有する、調光装置、
及びこの調光装置が撮像系の光路中に配されてなる撮像
装置。液晶素子からなる調光装置を駆動する方法であっ
て、前記液晶素子を駆動する際に、前記液晶素子に印加
する交流パルスの周波数を、前記液晶素子の環境温度に
応じて変化させる、調光装置の駆動方法。

Description

【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
光量を調節して出射するための調光装置及びその駆動方
法、並びに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、
偏光板が使用される。この液晶セルには、例えばＴＮ
（Twisted Nematic）型液晶セルやゲスト−ホスト（Ｇ
Ｈ（GuestHost））型液晶セルが用いられる。

【０００３】図１３は、従来の調光装置の動作原理を示
す概略図である。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。

【０００４】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。

【０００５】図１３（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
１３（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。

【０００６】そして、図１３（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。

【０００７】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。

【０００８】図１３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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような液晶素子を用いた調光装置においては、通常矩
形波等の交流パルスを印加して駆動し、調光動作を行な
う際に、動作環境温度によっては、液晶分子の運動状態
が変化して、所望の誘電率異方性が得られなくなること
があり、期待した調光動作特性が安定して得られなくな
る場合があった。

【００１０】本発明は、上述したような問題点を解決す
るためになされたものであって、その目的は、動作環境
温度に依らずに、常に大きな光学濃度比（コントラスト
比、ダイナミックレンジ）を確保し、かつ迅速な過渡応
答動作を両立できる調光装置及びその駆動方法、並びに
この調光装置を光路中に配して性能、画質、信頼性の向
上を実現できる撮像装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、液晶素
子と、素子環境温度を検出する検出部と、前記検出部に
よる検出値を受けて、前記液晶素子を駆動する交流パル
スの周波数を前記素子環境温度に応じて変化させるパル
ス制御部とを有する、調光装置に係わるものである。

【００１２】また、液晶素子からなる調光装置を駆動す
る方法であって、前記液晶素子を駆動する際に、前記液
晶素子に印加する交流パルスの周波数を、前記液晶素子
の環境温度に応じて変化させる、調光装置の駆動方法に
係わるものである。

【００１３】さらに、液晶素子からなる調光装置が撮像
系の光路中に配されている撮像装置であって、前記調光
装置が、液晶素子と；素子環境温度を検出する検出部
と；前記検出部による検出値を受けて、前記液晶素子を
駆動する交流パルスの周波数を前記素子環境温度に応じ
て変化させるパルス制御部と；を具備する、撮像装置に
係わるものである。

【００１４】本発明によれば、前記検出部と前記パルス
制御部を有し、前記液晶素子の動作環境温度に応じて、
前記駆動交流パルスの周波数を最適化することができる
ので、様々な環境温度下においても、最適な調光動作特
性で駆動することができ、広いダイナミックレンジ（高
光学濃度比、高コントラスト比）での調光動作を、高速
かつ低消費電力で行なうことができる。

【００１５】従って、本発明は、調光装置及び撮像装置
の性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効で
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】従来の液晶素子を用いた調光装置
の駆動は、ある一定の周波数の交流パルスを液晶セルに
印加して行なっているのであるが、液晶素子の動作環境
温度が変化すると、調光できる光透過率の範囲（ダイナ
ミックレンジ、コントラスト比）が大きく変動すること
が判明した。

【００１７】そして、この現象は、主に液晶材料の持つ
大きな特性の一つである誘電率異方性が、液晶素子の動
作環境温度に依存して変化することに起因して生じてい
ること、更に、これらは液晶素子を駆動する交流パルス
の周波数によっても大きく変化することが、検討を進め
ていくなかで分かった。

【００１８】図１は、一般的な液晶材料の誘電率異方性
の駆動周波数依存特性を、液晶素子の動作環境温度をパ
ラメータにして比較したデータの一例である。

【００１９】図１に示すように、液晶素子の動作環境温
度が高いほど、液晶分子の運動が活発になり、定常状態
での分子の熱ゆらぎの影響が大きくなることが主因で、
液晶材料の誘電率異方性は、高温になるほど一様に低下
する。これによって、液晶素子の動作環境温度が高温に
なるほど、制御できる光透過率のダイナミックレンジが
狭くなってしまう。

【００２０】また、液晶材料の誘電率異方性は、駆動交
流パルスの周波数がある一定の値を越えると、大きく低
下し始める（ローパスフィルタの周波数特性を示す）こ
とが分かる。そして、この誘電率異方性が低下し始める
周波数値は、液晶素子の動作環境温度にも左右され、低
温下ほど、より低い駆動交流パルスの周波数で、誘電率
異方性の低下が現れている。

【００２１】こうした液晶材料の誘電率異方性の環境温
度および周波数依存性は、液晶材料のもつ誘電緩和特性
に因るものであり、その尺度となる誘電緩和周波数は、
双極子モーメントが電場の変化に追従できなくなり、誘
電率へ寄与しなくなる周波数であり、材料に特有な値を
示すものである。そして、このような液晶材料の誘電率
異方性の低下は、液晶素子の駆動しきい値電圧を上昇さ
せ、消費電力の増加を招くことにもつながる。

【００２２】また、駆動交流パルスの周波数が１００Ｈ
ｚ未満のとき、液晶材料の誘電率異方性の安定性が崩れ
ていることが分かり、これにより応答速度の低下を招く
ことがある。これは、液晶素子中に含まれる可動イオン
が低周波数領域での極性の切り替わりに追従するように
なり、セル電極間の実効電界が低下することにより生じ
る現象と考えられる。そして、この現象は、液晶素子の
動作環境温度が高いほど、高い周波数側にシフトしてい
ることが分かる。

【００２３】従って、本発明においては、前記液晶素子
の動作環境温度に応じて、前記駆動交流パルスの周波数
を変化させることが重要であるが、前記周波数を１００
Ｈｚ〜２０ｋＨｚの間で変化させることが好ましく、よ
り好ましくは１〜２０ｋＨｚ、更には１〜２ｋＨｚであ
る。

【００２４】本発明に基づく調光装置及び撮像装置によ
れば、前記液晶素子の動作環境温度に応じて、前記駆動
交流パルスの周波数を最適化することができるので、様
々な環境温度下においても、最適な調光動作特性で駆動
することができ、広いダイナミックレンジ（高光学濃度
比、高コントラスト比）での調光動作を、高速かつ低消
費電力で行なうことができる。

【００２５】本発明に基づく調光装置の駆動方法は、前
記液晶素子から出射する光の透過率を現光透過率から目
標光透過率へ変化させる際に、前記交流パルスの少なく
ともパルス幅を制御することが好ましい。

【００２６】また、前記液晶素子から出射する光の透過
率を現光透過率から目標光透過率へ変化させる際に、前
記交流パルスの少なくともパルス電圧を制御することが
好ましい。

【００２７】これにより、実使用時に、液晶素子の光透
過率を、現透過率から目標透過率へ中間調においてわず
かに変化させる際においても、中間調における光透過率
の過渡応答時間を大幅に短縮することができ、調光装置
として必要な速度で、液晶素子を応答動作させることが
可能となる。

【００２８】また、前記液晶素子が、ネガ型液晶をホス
ト材料とし、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よい。

【００２９】このような液晶素子は、本出願人が既に提
出した特願平１１−３２２１８６号に係わる先願発明に
依拠したものである。この先願発明によれば、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
板とで調光装置を構成し、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
正常に行なうことを可能とする。

【００３０】図１３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４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１４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。

【００３１】これは、ポジ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。

【００３２】これに対し、先願発明では、図２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−６６
０８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３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％から数％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。

【００３３】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。

【００３４】このようにして、本発明において、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。

【００３５】なお、本発明においては、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。

【００３６】本発明において、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。

【００３７】上述したＧＨセル１２からなる調光装置
は、例えば図７に示すように、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１
６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１
２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。

【００３８】この調光装置を構成する偏光板１１は、本
出願人による上述した先願発明と同様に、ＧＨセル１２
に入射する光の有効光路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８に示す
ような機械式アイリスが用いられてもよい。

【００３９】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枚のアイリス羽根１８、１９と、
アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１とからなる。
アイリス羽根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
ーターを用いてアイリス羽根１８、１９を相対的に移動
させる。

【００４０】これにより、図８で示すように、アイリス
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、アイリス羽根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。

【００４１】図９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。アイリス羽根１８が下方に移動
すると同時に、アイリス羽根１９が上方に移動する。こ
れに伴って、図９（ａ）に示すように、アイリス羽根１
８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、アイリス羽根１８を上方に、またアイリス
羽根１９を下方に移動させることにより、互いのアイリ
ス羽根１８、１９が重なる。これに従って、図９（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。アイリス羽根１８、１９の互
いの重なりが大きくなると、図９（ｃ）に示すように、
偏光板１１は開口部２０を全て覆う。

【００４２】次に、この機械式アイリスを用いた調光装
置の調光動作について説明する。

【００４３】図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図
９（ａ）で示したように、上下方向に開いていたアイリ
ス羽根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、アイリス羽根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９（ｂ））。

【００４４】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。

【００４５】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９（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。

【００４６】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９
（ａ））。

【００４７】また、図７に示したように、偏光板１１
（例えば、透過率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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面参照下
に説明する。

【００５１】実施例１ まず、ゲスト−ホスト型液晶（ＧＨ）セルを用いる調光
装置の例を説明する。

【００５２】この調光装置は、図７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１
２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。

【００５３】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た。

【００５４】このＧＨセル１２からなる調光装置は、例
えば図７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。

【００５５】そして、この調光装置を構成する偏光板１
１は、本出願人による上述した先願発明と同様に、ＧＨ
セル１２に入射する光の有効光路に対して出し入れ可能
である。

【００５６】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８及び図９に示した機械式アイリスが用いられて
もよい。

【００５７】このＧＨセル１２の近傍に設置した温度セ
ンサー（図示省略）によって、液晶素子の動作環境温度
を検知し、その検出温度に応じて、一例として以下の様
に、ＧＨセルに印加する駆動交流パルスの周波数を制御
した。

【００５８】Ａ）環境温度Ｔ＜５℃→１ｋＨｚでパルス
駆動 Ｂ）５℃≦Ｔ≦３０℃→２ｋＨｚでパルス駆動 Ｃ）Ｔ＞３０℃→３ｋＨｚでパルス駆動

【００５９】そして、上記した条件に基づき、このＧＨ
セル１２に対して室温（２５℃）下にて２ｋＨｚの矩形
波を駆動交流パルス波形として入力し、動作電圧印加時
の光透過率の変化を計測したところ（図２）、図３に示
すように、動作電圧の増加に伴って、可視光の平均光透
過率（空気中）が最大透過率約７５％から数％にまで減
少した。

【００６０】この特性（いわゆるＶ−Ｔ特性）は、用い
る液晶セル構造や構成材料によっても異なるが、今回の
ＧＨセル１２では、±５Ｖ（２ｋＨｚ）以上のパルス電
圧印加で、ほぼ最小透過率に達した。

【００６１】次に、０℃の環境温度下で、ＧＨセル１２
に対して１ｋＨｚの矩形波を駆動パルス波形として入力
し、また、４０℃の環境温度下で、ＧＨセル１２に対し
て３ｋＨｚの矩形波を駆動パルス波形として入力し、パ
ルス電圧変調駆動した時の液晶素子の過渡応答特性の一
例を、室温（２５℃）下で、ＧＨセル１２に対して２ｋ
Ｈｚの矩形波を駆動交流パルス波形として入力して駆動
した場合と比較して、図４及び図５に示す。

【００６２】図４及び図５より明らかなように、室温
（２５℃、２ｋＨｚ駆動）下に比べて、低温（０℃、１
ｋＨｚ駆動）環境下では、過渡応答速度の低下が認めら
れるものの、液晶分子の熱ゆらぎの影響が低減したこと
に加えて、液晶材料の誘電率異方性の低下が抑制された
ことにより、調光動作のダイナミックレンジは、確実に
広がっている。

【００６３】また、高温（４０℃、３ｋＨｚ駆動）環境
下では、ダイナミックレンジの低下を極力抑えた上で、
過渡応答速度の大幅な向上が確認できる。

【００６４】以上のように、本発明に基づく調光装置
は、前記液晶素子の環境温度に応じて、前記液晶素子に
印加する駆動交流パルスの周波数を最適に制御すること
ができるので、調光動作のダイナミックレンジを高く保
ち、かつ高速で過渡応答する液晶素子を実現できた。

【００６５】また、液晶材料の誘電率異方性の低下が防
止されることによって、駆動しきい値電圧の上昇を招く
ことなく、より低消費電力での液晶素子の駆動が可能と
なった。

【００６６】実施例２ 本実施例は、液晶素子の駆動法を、実施例１で述べたパ
ルス電圧変調（ＰＨＭ）からパルス幅変調（ＰＷＭ）に
変えたものである。

【００６７】即ち、実施例１と同様に、液晶素子を構成
し、ＧＨセル１２の近傍に設置した温度センサー（図示
省略）によって、液晶素子の動作環境温度を検知し、そ
の検出温度に応じて、一例として以下の様に、ＧＨセル
１２に印加する駆動交流パルスの周波数を制御した。

【００６８】Ａ）環境温度Ｔ＜５℃→１ｋＨｚでパルス
駆動 Ｂ）５℃≦Ｔ≦３０℃→２ｋＨｚでパルス駆動 Ｃ）Ｔ＞３０℃→３ｋＨｚでパルス駆動

【００６９】そして、上記した条件に基づき、このＧＨ
セル１２に対して、室温（２５℃）下にて２ｋＨｚの矩
形波を駆動交流パルス波形として入力し、パルス幅変調
駆動時の光透過率の変化を計測した。

【００７０】即ち、図６（ａ）に示すように、基本的な
パルス発生周期（１００％）を２５０μｓとして、この
基本パルス発生周期内でパルス幅（ＰＷ）を制御するこ
とにより（２５℃、２ｋＨｚ駆動）、図６（ｂ）に示す
ように、パルス幅の増加に伴って、前述のパルス電圧変
調駆動の場合と同様に、可視光の平均光透過率（空気
中）が最大透過率約７５％から数％にまで減少した。

【００７１】次に、０℃の環境温度下で、ＧＨセル１２
に対して１ｋＨｚの矩形波を駆動交流パルス波形として
入力し（但し、基本的なパルス発生周期：５００μ
ｓ）、また、４０℃の環境温度下で、ＧＨセル１２に対
して３ｋＨｚの矩形波を駆動交流パルス波形として入力
し（但し、基本的なパルス発生周期：１６７μｓ）、パ
ルス幅変調方式で駆動した時の液晶調光素子の過渡応答
特性を、室温（２５℃）下で、２ｋＨｚの矩形波を駆動
交流パルス波形として入力し（但し、基本的なパルス発
生周期：２５０μｓ）、駆動した場合と比較したとこ
ろ、実施例１と同様にして、図４及び図５に示す結果が
得られた。

【００７２】本実施例においても、室温（２５℃、２ｋ
Ｈｚ駆動、基本的なパルス発生周期：２５０μｓ）下に
比べて、低温（０℃、１ｋＨｚ駆動、基本的なパルス発
生周期：５００μｓ）環境下では、過渡応答速度の低下
が認められるものの、液晶分子の熱ゆらぎの影響が低減
したことに加えて、液晶材料の誘電率異方性の低下が抑
制されたことにより、調光動作のダイナミックレンジを
拡大させることができた。

【００７３】また、高温（４０℃、３ｋＨｚ駆動、基本
的なパルス発生周期：１６７μｓ）環境下では、ダイナ
ミックレンジの低下を極力抑えた上での過渡応答速度の
大幅な向上を確認できた。

【００７４】以上のように、本発明に基づく調光装置
は、前記液晶素子の環境温度に応じて、前記液晶素子に
印加する駆動交流パルスの周波数を最適に制御し、パル
ス幅変調駆動での調光動作のダイナミックレンジを高く
保ち、かつ高速で過渡応答することができた。

【００７５】また、液晶材料の誘電率異方性の低下が防
止されることによって、駆動しきい値電圧の上昇を招く
ことなく、より低消費電力での液晶素子の駆動も可能と
なった。

【００７６】また、実施例２では、パルス幅変調を用い
て液晶素子を駆動しているため、実施例１のパルス電圧
変調駆動に比べて、しきい値実効電圧がより一層低く、
全体的に特性が低電圧側にシフトするため、より低電圧
での制御が可能となり、消費電力を一層低減することが
できた。

【００７７】さらに、光透過率の変化は比較的緩やかと
なるため、電圧（パルス幅）により光透過率を制御しや
すくなり、階調性が向上した。

【００７８】実施例３ 図１０は、上記実施例による調光装置２３をＣＣＤ（Ch
arge coupled device）カメラに組み込んだ例を示すも
のである。

【００７９】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、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には赤外線カットフィルタ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。

【００８０】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、上述した本発明に基づくＧ
Ｈセル１２と偏光板１１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。

【００８１】図１１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。

【００８２】この実施例によると、２群レンズ５２と３
群レンズ５３の間に本発明に基づく調光装置２３が設け
られているので、上述したように電界の印加によって光
量を調節でき、システムを小型化でき、実質的に光路の
有効範囲の大きさまで小型化できる。したがって、ＣＣ
Ｄカメラの小型化を達成することが可能である。また、
パターン化された電極への印加電圧の大きさによって光
量を適切に制御できるので、従来のような回析現象を防
止し、撮像素子へ十分な光量を入射させ、像のぼやけを
なくせる。

【００８３】図１２は、上記のＣＣＤカメラの駆動回路
ブロック図である。

【００８４】これによれば、調光装置２３の光出射側に
配されたＣＣＤ撮像素子５５ｃの駆動回路部６０を有
し、ＣＣＤ撮像素子５５ｃの出力信号がＹ／Ｃ信号処理
部６１で処理され、輝度情報（Ｙ信号）としてＧＨセル
駆動制御回路部６２にフィードバックされる。また、Ｇ
Ｈセル１２の環境温度をサーミスタ６５で検出し、この
検出温度情報を制御回路部６２にフィードバックする。

【００８５】そして、この制御回路部６２からの制御信
号により、駆動回路部６０の基本クロックと同期して、
前述した様に、検出されたセル環境温度に応じて、駆動
周波数が最適に制御された交流パルスがパルス発生回路
部６３から得られるようになっている。

【００８６】周波数、パルス電圧又はパルス幅の制御の
ためのＧＨ液晶駆動制御部６４は、制御回路部６２とパ
ルス発生回路部６３とにより構成されている。

【００８７】なお、本発明の調光装置及び撮像装置は、
前記液晶素子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。

【００８８】以上、本発明を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。

【００８９】例えば、サンプル構造や使用材料、液晶セ
ルの駆動方法、調光装置の形態等は、発明の主旨を逸脱
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。

【００９０】また、液晶素子や調光装置及び偏光板の構
造や材質、その駆動機構、駆動回路、制御回路の構成等
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、液晶セルを構成する２枚の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。

【００９１】また、ＧＨセルとして、上述したもの以外
に、２層構造等のＧＨセルも使用可能である。偏光板１
１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１１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１
１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。

【００９２】また、アイリス羽根１８、１９は２枚に限
られず、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、アイリス羽根１８、１９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。

【００９３】また、偏光板１１は、アイリス羽根１８に
貼付されているが、アイリス羽根１９の方に貼付されて
いてもよい。

【００９４】また、被写体が明るくなるにつれて、先に
偏光板１１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よい。
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１１の出し入れによる調光を行なう。

【００９５】また、偏光板１１を有効光路２０から出し
入れする手段として、機械式アイリスを用いたが、これ
に限られない。例えば、偏光板１１が貼付されたフィル
ムを駆動モーターに直接設置することにより、偏光板１
１を出し入れしてもよい。

【００９６】また、上記の例では偏光板１１を有効光路
２０に対して出し入れしたが、有効光路中に位置固定す
ることも勿論可能である。

【００９７】また、本発明に基づく調光装置は、公知の
他のフィルター材（例えば、有機系のエレクトロクロミ
ック材、液晶、エレクトロルミネッセンス材等）と組み
合わせて用いることも可能である。

【００９８】また、素子温度を検出する手段は、サーミ
スタに限ることなく、他のセンサーを用いてもよい。

【００９９】また、本発明に基づく調光装置は、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。さらに、本発明
に基づく調光装置は、光学絞りやフィルター以外に、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。

【０１００】また、撮像デバイスとしては、本実施例で
使用したＣＣＤ（Charge Coupled Device）以外にも、
ＣＭＯＳイメージセンサー等への適用も勿論可能であ
る。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば、前記検出部と前記パル
ス制御部を有し、前記液晶素子の動作環境温度に応じ
て、前記駆動交流パルスの周波数を最適化することがで
きるので、様々な環境温度下においても、最適な調光動
作特性で駆動することができ、広いダイナミックレンジ
（高光学濃度比、高コントラスト比）での調光動作を、
高速かつ低消費電力で行なうことができる。

【０１０２】従って、本発明は、調光装置及び撮像装置
の性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による、液晶材料の誘電率
異方性の周波数依存性の一例を、液晶素子の動作環境温
度の違いで比較したグラフである。

【図２】同、調光装置の一例の動作原理を示す概略図で
ある。

【図３】本発明の実施例による、パルス電圧変調（ＰＨ
Ｍ）駆動した場合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４】同、環境温度に適した液晶素子の駆動法によっ
て得られた、調光動作の過渡応答特性の一例を示すグラ
フである。

【図５】同、環境温度に適した液晶素子の駆動法によっ
て得られた、調光動作の過渡応答特性の一例を示すグラ
フである。

【図６】同、駆動パルス波形図及びパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）駆動した場合の調光装置の光透過率と駆動印加パル
ス幅との関係を示すグラフである。

【図７】同、液晶素子を用いた調光装置の概略側面図で
ある。

【図８】同、調光装置の機械式アイリスの正面図であ
る。

【図９】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１０】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１１】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１２】同、駆動回路を含むカメラシステムのブロッ
ク図である。

【図１３】従来の調光装置の動作原理を示す概略図であ
る。

【図１４】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。

【符号の説明】

１、１１…偏光板、２、１２…ＧＨセル、３…ポジ型液
晶分子、４…ポジ型二色性染料分子、５…入射光、１３
…ネガ型液晶分子、１５…レンズ前群、１６…レンズ後
群、１７…撮像面、１８、１９…アイリス羽根、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、２４…セル周辺部、５
０…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…ＣＣ
Ｄ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、
６０…ＣＣＤ駆動回路部、６１…Ｙ／Ｃ信号処理部、６
２…ＧＨ駆動制御回路部、６３…パルス発生回路部、６
４…周波数、パルス電圧又はパルス幅の制御部（ＧＨ液
晶駆動制御部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ａ ６４１Ｂ ６４１Ｃ ６４１Ｋ 3/36 3/36 Ｆターム(参考） 2H083 AA15 2H088 EA33 JA06 MA02 MA06 2H093 NC42 NC49 NC56 NC57 NC62 ND02 ND03 ND05 NF06 NG13 5C006 AA01 AA15 AA16 AF46 AF71 BA01 BB12 BC03 BC11 BC16 BF38 EC01 FA19 FA56 5C080 AA10 BB05 DD04 EE17 EE28 GG07 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06 KK43

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶素子と、素子環境温度を検出する検
   出部と、前記検出部による検出値を受けて、前記液晶素
   子を駆動する交流パルスの周波数を前記素子環境温度に
   応じて変化させるパルス制御部とを有する、調光装置。
2. 【請求項２】 液晶素子からなる調光装置が撮像系の光
   路中に配されている撮像装置であって、前記調光装置
   が、液晶素子と；素子環境温度を検出する検出部と；前
   記検出部による検出値を受けて、前記液晶素子を駆動す
   る交流パルスの周波数を前記素子環境温度に応じて変化
   させるパルス制御部と；を具備する、撮像装置。
3. 【請求項３】 前記パルス制御部により、前記周波数が
   １００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの間で変化される、請求項１又
   は２に記載した装置。
4. 【請求項４】 前記液晶素子から出射する光の透過率を
   現光透過率から目標光透過率へ変化させる際に、前記交
   流パルスの少なくともパルス電圧を制御する、パルス制
   御部を具備する、請求項１又は２に記載した装置。
5. 【請求項５】 前記液晶素子から出射する光の透過率を
   現光透過率から目標光透過率へ変化させる際に、前記交
   流パルスの少なくともパルス幅を制御する、パルス制御
   部を具備する、請求項１又は２に記載した装置。
6. 【請求項６】 前記液晶素子が、ネガ型液晶をホスト材
   料とし、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又は２に記載した装置。
7. 【請求項７】 液晶素子からなる調光装置を駆動する方
   法であって、前記液晶素子を駆動する際に、前記液晶素
   子に印加する交流パルスの周波数を、前記液晶素子の環
   境温度に応じて変化させる、調光装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 前記周波数を１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの
   間で変化させる、請求項７に記載した調光装置の駆動方
   法。
9. 【請求項９】 前記液晶素子から出射する光の透過率を
   現光透過率から目標光透過率へ変化させる際に、前記交
   流パルスの少なくともパルス電圧を制御する、請求項６
   に記載した調光装置の駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記液晶素子から出射する光の透過率
    を現光透過率から目標光透過率へ変化させる際に、前記
    交流パルスの少なくともパルス幅を制御する、請求項６
    に記載した調光装置の駆動方法。
11. 【請求項１１】 前記液晶素子として、ネガ型液晶をホ
    スト材料とし、二色性染料をゲスト材料とするゲスト−
    ホスト型液晶素子を用いる、請求項６に記載した調光装
    置の駆動方法。