JP2006047365A - 結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安価な光シャッタあるいは光学絞りを備えた結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置を提供する。
【解決手段】 被写体光を制御する光学フィルタを有し被写体を結像する結像ユニット、被写体光の照射を受けて被写体像を表わす画像信号を生成する撮像素子とその撮像素子の被写体光入射側前面に配備され、被写体光の透過を制御する光学フィルタとが一体的に組み込まれた撮像素子ユニット、および光の透過を制御する光学フィルタを経由した被写体を捉えた撮影により画像信号を生成する画像撮影装置において、少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、容器内に封入された光透過性の溶媒と、溶媒内に分散した磁性体と、溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源とを備え、光シャッタあるいは光学絞りとして作用する光学フィルタを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光の透過量を制御する構成を備えた結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置に関する。

近年、デジタルカメラを中心とする画像撮影装置や、このような画像撮影装置を構成する様々な要素に関する技術が急速に発展してきている。こうした画像撮影装置では、光シャッタや光学絞りを備えたものが多く、それら光シャッタや光学絞りは高精度の光制御技術が必要とされる構成要素であり、その多くはモータなどを用いた駆動方式で動作する。デジタルカメラ等の画像撮影装置に対しても小型化が要求されており、こうした光シャッタや光学絞りも高精度の性能を維持しながら小型化を推進する必要性が増してきている。

ところが、小型化を実現するためには、機構が単純で制御が容易であることが必要になるが、従来から用いられてきた駆動方式では、既に限界に近いレベルにまで小型化されてきており、性能を維持しながらこれ以上の小型化を行うことは装置の設計上困難である。

更なる小型化を実現する手段として、モータ等による機械的な駆動方式を排し、光シャッタや光学絞りの機能を実現することが考えられる。

例えば、画像撮影装置の分野とは異なる分野ではあるが、レーザプリンタやスキャナ等の分野において、磁場の印加による磁性流体の複屈折を利用して光シャッタを実現しようとする試みがある（例えば、特許文献１）。

この特許文献１には、磁性流体の複屈折を利用して幅６０μｍの光シャッタを実現する例が示されているが、このような狭幅の光シャッタは、レーザプリンタやスキャナ等におけるレーザ光等の小径の光ビームのシャッタとして使用できたとしても、デジタルカメラ等で必要となる、例えば、１ｍｍφ〜数ｍｍφの太径の光束を取り扱うシャッタとしての採用は不可能である。
特開平５‐１１３５５２号公報

本発明は、上記事情に鑑み、機械的な動きを排し小型化に適した、結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の結像ユニットは、被写体を結像する結像ユニットにおいて、
被写体を制御する光学フィルタを備え、
上記光学フィルタが、
少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、
上記容器内に封入された光透過性の溶媒と、
上記溶媒内に分散した磁性体と、
上記溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源とを備えたことを特徴とする。

本発明の結像ユニットは、溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより被写体光の透過を制御する光学フィルタを備えている。そのため、磁力を発生させるだけで被写体光の透過を容易に制御でき、また単純な構造で光学フィルタを構成できるため小型化が可能である。さらに、このように磁性体の泳動を制御することにより被写体光の透過を制御する方法では、光束通過の開口を広くとることができる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記磁性体がマンガンを含むものであってもよい。

マンガンは磁化率が高いため、マンガンを含む磁性体を用いることにより磁界をかけた際に磁性体の泳動を起こしやすく、被写体光の制御を迅速に行うことができる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記溶媒が該溶媒に分散した磁性体どうしの凝集を妨げる界面活性剤を含むものであってもよい。

溶媒に分散した磁性体は、磁性体どうしが凝集することにより大きな磁性体粒子を形成することがある。その場合、こうした大きな磁性体粒子は磁気泳動による移動が困難であり、結像ユニットとしての性能を悪化させてしまう。個々の磁性体粒子それぞれのまわりを取り巻くように界面活性剤が吸着することにより、このような磁性体どうしの凝集を妨げることができる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記溶媒が水であってもよい。

簡単に入手可能な水を溶媒として用いることによって、結像ユニットの製造コストを下げることができ、安価な結像ユニットが実現できる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記溶媒が有機溶媒であってもよい。

有機溶媒は、水に比べて化学反応を起こしにくいため劣化しにくく安定しており、性能の安定した光学フィルタを実現することができる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記有機溶媒が炭化水素系有機溶媒であってもよい。

炭素と水素だけからなる炭化水素系有機溶媒は、有機溶媒の中でも酸化反応あるいは還元反応を起こしにくいため、アルコール系有機溶媒やエステル系有機溶媒などの有機溶媒と比べて劣化しにくく安定している。このため性能の安定した光学フィルタを実現することができる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記光学フィルタは、光の透過をオン、オフする光シャッタであってもよい。

このように上記光学フィルタを用いて、被写体光の透過がオン、オフするように溶媒内の磁性体の密度分布を変化させることにより、容易に制御できるとともに単純な構造であるため小型化が可能な光シャッタが実現できる。

また、本発明の結像ユニットでは、上記光学フィルタは、光の透過光量を段階的に制御する絞りであってもよい。

このように上記光学フィルタを用いて、被写体光の透過光量が、段階的に切り替わるように溶媒内の磁性体の密度分布を変化させることにより、容易に制御できるとともに単純な構造であるため小型化が可能な絞りが実現できる。

また、上記目的を達成するための本発明の撮像素子ユニットは、
被写体光の照射を受けて被写体像を表わす画像信号を生成する撮像素子と、上記撮像素子の、被写体光入射側前面に配備され、被写体光の透過を制御する光学フィルタとが一体的に組み込まれた撮像素子ユニットにおいて、
上記光学フィルタが、
少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、
上記容器内に封入された光透過性の溶媒と、
上記溶媒内に分散した磁性体を、
上記溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源を備えたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明の画像撮影装置は、
光の透過を制御する光学フィルタを経由した被写体を捉えた撮影により画像信号を生成する画像撮影装置において、
上記光学フィルタが、
少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、
上記容器内に封入された光透過性の溶媒と、
上記溶媒内に分散した磁性体を、
上記溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源を備えたことを特徴とする。

本発明の撮像素子ユニットおよび画像撮影装置では、溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより被写体光の透過を制御する光学フィルタを備えている。そのため、磁力を発生させるだけで被写体光の透過を容易に制御でき、また単純な構造で光学フィルタを構成できるため小型化が可能である。さらに、このように磁性体の泳動を制御することにより被写体光の透過を制御する方法では、光束通過の開口を広くとることができる。

本発明の結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置によれば、機械的な動きを排し小型化が実現できる。

本発明の結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置の実施形態の説明は後に譲り、以下では先ず、それらの実施形態において共通に用いられる光学フィルタの構成について説明する。

図１は、本発明の実施形態（後述する）に採用される光学フィルタを正面から見たときの概略図である。

図１に示す光学フィルタ１は、分散溶媒１１と、分散溶媒１１中に分散している磁性体１０とを組成成分として持つ磁性流体１２が封入された光透過性のガラス製の容器１５を有している。この光透過性のガラス製の容器１５が本発明の結象ユニットの容器の一例に相当する。磁性流体１２は、シグマハイケミカル社製の磁性流体Ｍ−３００であり、この磁性流体は、磁化３２［ｍＴ］、粘度３０［ｍＰａ］、比重１．４１［ｇ／ｃｍ³］の黒色の液体である。また、磁性流体Ｍ−３００で用いられている分散溶媒１１は水であり、磁性体１０は、組成成分としてマンガンを含んでいる粒径１０ｎｍのマグネタイト強磁性微粒子であり、磁性体１０の表面には界面活性剤１０ａが吸着している。

図２は、磁性体と、磁性体の表面に吸着している界面活性剤を表す模式図である。

図２に示すように、中心に示す個々の磁性体１０それぞれのまわりを取り巻くように界面活性剤１０ａが吸着している。界面活性剤１０ａがない場合、磁性体粒子１０どうしが凝集することにより大きな磁性体粒子を形成することがある。その場合、こうした大きな磁性体粒子は磁気泳動による移動が困難であり、光学フィルタとしての性能を悪化させてしまう。界面活性剤１０ａがマグネタイト強磁性微粒子の表面に吸着することによって、磁性体１０どうしが互いに凝集することを妨げられる。本実施形態では、界面活性剤１０ａは、グルコン酸である。

図１に戻って説明を続ける。容器１５の上端部および下端部それぞれにおいては、コイル１４が容器１５の外周にそれぞれ巻き付いた形で取り付けられている。また容器１５の上端部および下端部には、それぞれ磁気ヘッド１３が設けられている。磁気ヘッド１３は、不図示のコイルによって磁場を発生する電磁石のＮ極あるいはＳ極である。コイル１４および磁気ヘッド１３は、磁場を発生することで磁性体１０に磁力を及ぼし、磁性体１０の泳動を制御する。

図３は、図１に正面図を示した光学フィルタの側面の概略断面図である。

容器１５の側面は湾曲しており、コイル１４はこの湾曲した側面に沿って容器１５の外周に斜めに巻き付いた形で取り付けられている。この湾曲した形状は後述するようにコイル１４に電流を流して磁場をかけた時に容器１５の中心に磁性体１０が集まるようにするためである。また、平行平面形状の容器ではゴーストの発生が懸念されるが、このように湾曲した形状の容器を用いることによりゴーストの発生を抑制することができる。

ここで図１、図３に示す光学フィルタ１は、光の透過をオン、オフする光シャッタとして用いられる光学フィルタである。

図４は、この光学フィルタのコイルに電流を流した時の磁性体の分布を表す図である。

容器１５の上端部および下端部それぞれにおいて、容器１５の外周に巻き付いた形で取り付けられている２つのコイル１４に電流を流すことにより、図４に示す矢印の方向に磁界を発生させると、２つのコイル１４からの磁力線が合流する容器１５の中心付近で磁力線が密になるため、磁性体１０の密度は、図４に示すように容器１５の中心付近で大きくなる。図４において一点斜線で示すように、光は容器１５の中心にのみ入射する。このため、磁性体１０の密度が容器１５の中心付近で大きくなる状態では、この光学フィルタ１を通過する光の透過率は小さくなり、光シャッタが閉じている状態が実現される。

次にコイル１４の電流を切って、代わりに磁気へッド１３を用いて磁場を生じさせる。

図５は、本実施形態における光学フィルタの磁気へッドを用いて、磁場を生じさせた時の磁性体の分布を表す図である。

容器１５の上端部および下端部それぞれにおいて備えられている磁気へッド１３が両方ともＮ極、あるいは両方ともＳ極となるようにして磁場を印加すると、磁性体の密度は、図５に示すように磁界のもっとも大きい磁気へッド１３付近がもっとも大きくなり、その結果容器１５の中心付近の磁性体の密度は、図４の状態と比べて小さくなる。そのため、この状態で図５において一点斜線で示すように光が入射してきたときには、この光学フィルタ１を通過する光の透過率は図４の状態よりも大きくなり、光シャッタが開いている状態が実現される。

次に、光の透過光量を段階的に制御する光学絞りとして用いられる光学フィルタについて説明する。

以下に説明する光学絞りとして用いる光学フィルタも、その基本構成は図１〜図５を参照して説明した光シャッタとして用いる光学フィルタと同じであるため、以下においてもそれらの図を参照して、光学絞りとして用いる光学絞りとして用いる光学フィルタについて説明する。

ここでは、光学シャッタとしての光学フィルタと比べ、容器１５内に分散している磁性体の量を減らした光学フィルタを採用する。

前述の光シャッタの場合は、光の透過をオン、オフする２段階の制御であるが、上述の光シャッタとして用いた場合の光学フィルタ１よりも、容器１５内の磁性体の量が少ない光学フィルタ１を用いることにより、この光の透過をオフにする代わりにある程度の光の透過を許し、光の透過光量が大／小の２段階の制御ができる光学絞りが実現される。さらにこのような光学フィルタ１を、例えば、２枚重ねると、光の透過光量を段階的に３通りに変化させることができる光学絞りとして機能する。以下では、その機能を具体的に説明する。

図６は、２枚の光学フィルタの、それぞれのコイルに電流を流した時の磁性体の分布を表す図である。

２枚の光学フィルタ１それぞれの容器１５の中心付近の磁性体の密度が大きくなるため、この状態で図６において一点斜線で示すように光が入射してきたときには、この２枚の光学フィルタ１を通過する光の透過光量は小さくなる。

図７は、２枚の光学フィルタのうち１枚の光学フィルタのコイルに電流を流し、もう１枚の光学フィルタの磁気ヘッドによって磁場を印加した時の磁性体の分布を表す図である。

コイルに電流を流した方の光学フィルタでは容器１５の中心付近では、磁性体の密度は大きくなり、磁気ヘッドによって磁場を印加した光学フィルタでは磁性体の密度は、容器１５の中心付近では小さくなる。そのため、図７に示す状態は、図６の状態に比べて、２枚の光学フィルタ１を通過する光の透過量は大きくなる。

図８は、２枚の光学フィルタの両方に磁気ヘッドに電流を流した時の磁性体の分布を表す図である。

両方の光学フィルタにおいて、磁気へッド１３付近に磁性体が集中し、容器１５の中心付近の磁性体の密度は小さくなる。そのため、図６および図７に比べて、２枚の光学フィルタ１を通過する光の透過量は大きくなる。

以上説明した図６、図７および図８のそれぞれの状態が、光学絞りとして光の透過量を制御している３段階の各状態に対応する。

以上で、光シャッタとして用いられる光学フィルタおよび光学絞りとして用いられる光学フィルタ自体についての説明を終了し、続いて、本発明の結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置の各実施形態を説明する。
［第一実施形態］
以下では、本発明の結像ユニットの実施形態のうち、光シャッタの機能を備えた光学フィルタ１を用いて構成した結像ユニットを第一実施形態として説明する。

図９は、光シャッタの機能を備えた光学フィルタを用いた結像ユニットの構成を表す模式図である。

本実施形態の結像ユニット２では、図９に点線で示すように被写体光は、鏡筒２２の内部を通って鏡筒２２の内部に備えられているレンズ２１によって、支柱２３で固定されている光学フィルタ１の中央部付近に集光される。この光学フィルタ１は、光シャッタの機能を備えている。すなわち図４および図５において説明したように、光学フィルタ１においてコイルに電流を流し磁場を印加するか、あるいは磁気ヘッドを用いて磁場を印加することによって溶媒１１に分散している磁性体の泳動の制御が行われる。そしてその際の磁性体の密度の変化によって集光された被写体光の透過のオン、オフが選択され、光学フィルタ１が、光シャッタとしての機能を果たす。
［第二実施形態］
以下では、本発明の結像ユニットの実施形態のうち、光学絞りの機能を備えた光学フィルタ１を用いて構成した結像ユニットを第二実施形態として簡単に説明する。

光学絞りの機能を有する光学フィルタを備えた結像ユニットの構成は、図９に示した第一実施形態の結像ユニット２の有する光学フィルタ１を、光学絞りの機能を備えた光学フィルタ１に取り替えた構成である。この光学フィルタ１の光学絞りとしての機能は、前述した光学フィルタ１の機能と同じであり、重複説明は省略する。

この光学絞りとしての光学フィルタ１を備えると、この結像ユニット２で結像される被写体光の光量を制御することができる。
［第三実施形態］
以下では、本発明の撮像素子ユニットの実施形態のうち、光シャッタの機能を備えた光学フィルタ１を用いて構成した撮像素子ユニットを第三実施形態として説明する。

図１０は、光シャッタの機能を有する光学フィルタを用いた撮像素子ユニットの構成を表す模式図である。

本実施形態の撮像素子ユニット３では、図１０に一点斜線で示すように、被写体光が、光シャッタの機能を備えた光学フィルタ１を経由して光学フィルタ１の背後に備えられている撮像素子３０上集光され電気信号に変換される。この撮像素子３０は、被写体光を各フォトダイオードに対応した各画素ごとに集光するためのマイクロレンズ層３１と、集光した光を電気信号に変換するフォトダイオードアレイからなるフォトダイオード層３２を備えており、これらマイクロレンズ層およびフォトダイオード層は支持体層３３で支えられている。図４および図５において説明したように、光学フィルタ１のコイル１４に電流を流し磁場を印加するか、あるいは磁気ヘッドを用いて磁場を印加することによって溶媒１１に分散している磁性体の泳動の制御が行われる。その際の磁性体の密度の変化によって、集光された被写体光の透過のオン、オフが選択され、光学フィルタ１が光シャッタとしての機能を果たす。
［第四実施形態］
以下では、本発明の撮像素子ユニットの実施形態のうち、光学絞りの機能を備えた光学フィルタ１を用いて構成した撮像素子ユニットを第四実施形態として簡単に説明する。

光学絞りの機能を有する光学フィルタを備えた撮像素子ユニット３の構成は、図１０に示した第三実施形態の撮像素子ユニット３の有する光学フィルタ１を、光学絞りの機能を備えた光学フィルタ１に取り替えた構成である。この光学フィルタ１の光学絞りとしての機能は、前述した光学絞りとして用いられる光学フィルタ１の機能と同じであり、重複説明は省略する。
［第五実施形態］
以下では、本発明の画像撮影装置の実施形態のうち、光学絞りの機能を備えた光学フィルタ１を用いて構成した画像撮影装置を第五実施形態として説明する。

本実施形態の画像撮影装置は、光学絞りの機能を有する光学フィルタ１を備えたデジタルカメラである。

図１１は、本発明の画像撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。

図１１に示すように、このデジタルカメラ１００Ａの前面中央部には、撮影レンズ１０１が備えられている。また、このデジタルカメラ１００Ａの前面上部には、光学式ファインダ対物窓１０２および補助光発光部１０３が備えられている。さらに、このデジタルカメラ１００Ａの上面には、スライド式の電源スイッチ１０４およびレリーズスイッチ１５０が備えられている。

図１２は、光の透過光量を段階的に制御することによって光学絞りの機能を果たす光学フィルタを備えたデジタルカメラの概略構成図である。

図１２に示すように本実施形態のデジタルカメラ１００Ａの内訳は大きく分けて撮影光学系１１０Ａと信号処理部１２０Ａとに分かれる。そのほかに撮影した画像を表示させるために画像表示部１３０およびその撮影した画像信号を記録しておくための外部記録媒体１４０が備えられている。また撮影のための処理をデジタルカメラ１００Ａに行なわせる、ズームスイッチ１７０、撮影モードスイッチ１６０、およびレリーズスイッチ１５０も設けられている。

まず撮影光学系１１０Ａの構成を、図１２を参照して説明する。本実施形態のデジタルカメラ１００Ａでは、図１２の左方から被写体光が入射し、ズームレンズ１１５およびフォーカスレンズ１１４を経て、被写体光の光量を調整する後述のアイリス１１３を通過した後、シャッタ１１２が開いている場合は固体撮像素子１１１に結像する。本来撮影光学系には複数のレンズが配備され、それらの複数のレンズの中の少なくとも１つがピント調節に大きく関与し、各レンズの相対位置が焦点距離に関与するが、この図１２では、焦点距離の調節に係わるレンズをズームレンズ１１５として模式的に示しており、同じくピントの調節に係わるレンズをフォーカスレンズ１１４として模式的に示している。このズームレンズ１１５、フォーカスレンズ１１４はそれぞれ後述する信号処理部１２０Ａからの信号に基づいて移動することが自在な構成になっていて、ズームレンズ１１５、フォーカスレンズ１１４とも信号処理部１２０Ａからの信号に基づいて各位置に配置されるようになっている。このズームレンズ１１５、フォーカスレンズ１１４、およびシャッタ１１２は、ズームモータ１１５ａ、フォーカスモータ１１４ａ、およびシャッタモータ１１２ａによりそれぞれ駆動され移動する。これらズームモータ１１５ａ、フォーカスモータ１１４ａ、およびシャッタモータ１１２ａを作動させる指示は信号処理部１２０Ａ中のデジタル信号処理部１２０ｂからモータドライバ１２０ｃを通じて伝達される。

フォーカスレンズ１１４は、本実施形態のデジタルカメラ１００Ａが有するＴＴＬＡＦ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能が作動したときに光軸方向に前後に移動するものであり、このＴＴＬＡＦ機能によりピント調節が行なわれる。このＴＴＬＡＦ機能とはフォーカスレンズ１１４を、被写体距離の最遠点に対応する位置から被写体距離の至近点に対応する位置まで移動させることにより変化する被写界のコントラストを、後述する信号処理部１２０ＡのＡＦ／ＡＥ演算部１２６で検出して、そのコントラストのピークが得られる位置をピント位置としてそのフォーカスレンズ１１４をそのピント位置に調節するものである。ズームレンズ１１５は、光軸方向に移動して撮影倍率を決定する。

アイリス１１３は、アイリスコントローラ１１３ａを経由してデジタル信号処理部１２０ｂ内のＡＦ／ＡＥ演算部１２６から与えられた指示に基づき、被写体光の光量が適切な光量となるように調整する機能を有している。このアイリス１１３の構成は、前述した光の透過光量を段階的に制御する光学絞りの機能を有する光学フィルタ１と同じであり重複説明は省略する。図１２においては、例として、アイリス１１３は２枚の光学フィルタ１を用いた光学絞りとして示されているが、本発明は、これを３枚以上の光フィルタ１によって、絞り調節機能が多機能となっているデジタルカメラであってもよく、１枚の光フィルタ１によって２段階の絞り調節機能を有するデジタルカメラであってもよい。

以上が撮影光学系１１０Ａの構成である。

続いて信号処理部１２０Ａの構成を説明する。撮影光学系で固体撮像素子１１１に結像させた被写体像が画像信号としてアナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａに読み出され、このアナログ処理部（Ａ／Ｄ）１２０ａでアナログ信号がデジタル信号に変換されデジタル信号処理部１２０ｂへと供給される。デジタル信号処理部１２０ｂにはシステムコントローラ１２１が配備されており、そのシステムコントローラ１２１内の動作の手順を示したプログラムにしたがってデジタル信号処理部１２０ｂ内の信号処理が行なわれる。このシステムコントローラ１２１と、画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７、バッファメモリ１２８、内部メモリ１２９との間のデータの受け渡しはバス１２００を介して行なわれ、そのバス１２００を介してデータの受け渡しが行なわれるときのバッファとして内部メモリ１２９が働いている。この内部メモリ１２９に各部の処理プロセスの進行状況に応じて変数となるデータが随時書き込まれて、システムコントローラ１２１、および画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７の各部では、そのデータを参照することにより適切な処理が行なわれる。つまり、システムコントローラ１２１からの指示がバス１２００を介して上記の各部に伝えられ、各部の処理プロセスが立ち上げられる。そして、その内部メモリ１２９のデータがプロセスの進行状況に応じて書き換えられ、さらにシステムコントローラ１２１側で参照されて上記の各部の動作が管理される。言い換えれば、電源が投入され、システムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって各部のプロセスが立ち上げられる。たとえば、レリーズスイッチ１５０、ズームスイッチ、撮影モードスイッチのスイッチが操作されると、その操作されたという情報がキーコントローラ１２７を経由してシステムコントローラ１２１に伝えられ、その操作に応じた処理がシステムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって行われる。

レリーズ操作が行われると、固体撮像素子から読み出された画像データは、アナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａでアナログ信号からデジタル信号に変換され、このデジタル化された画像データがデジタル信号処理部１２０ｂ内のバッファメモリ１２８にいったん蓄えられる。このデジタル化された画像データのＲＧＢ信号が画像信号処理部１２２でＹＣ信号に変換され、さらに画像圧縮部１２４でＪＰＥＧ圧縮と呼ばれる圧縮が行なわれて画像信号が画像ファイルとなってメディアコントローラ１２５を介して外部記録媒体１４０に記録される。この画像ファイルとして記録された画像データは、画像表示制御部１２３を通じて画像表示部１３０において再生される。この処理の際、ＲＧＢ信号に基づいてピント調節および露出調節の演算を行なっているのがＡＦ／ＡＥ演算部である。このＡＦ／ＡＥ演算部１２６ではピント調節のためにＲＧＢ信号から被写体距離ごとにコントラストを検出することが行なわれる。この検出結果に基づいて、フォーカスレンズ１１４を駆動する駆動機構によってフォーカスレンズ１１４がピント位置に配置される。またＡＦ／ＡＥ演算部ではＲＧＢ信号から輝度信号が抽出され、そこから被写界輝度が検出される。この結果に基づき、固体撮像素子に与えられる被写体光の光量が適切になるように、アイリスコントローラ１１３ａを介してアイリス１１３によって露出調節が行なわれる。
［第六実施形態］
以下では、本発明の画像撮影装置の実施形態のうち、光シャッタの機能を備えた光学フィルタ１を用いて構成したデジタルカメラを第六実施形態として簡単に説明する。

光シャッタの機能を備えた光学フィルタ１を備えたデジタルカメラ１００Ｂの外観は、図１１で示されているデジタルカメラ１００Ａの外観と同じである。

図１３は、光シャッタの機能を果たす光学フィルタを備えたデジタルカメラの構成図を表す概略図である。

図１３のデジタルカメラ１００Ｂにおいて、図１２のデジタルカメラ１００Ａの、図面上の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して示し、同一の構成要素についての重複説明は省略する。デジタルカメラ１００Ｂの内訳は大きく分けて撮影光学系１１０Ｂと信号処理部１２０Ｂとに分かれる。

本実施形態のデジタルカメラ１００Ｂでは、図１３の左方から被写体光が入射し、ズームレンズ１１５およびフォーカスレンズ１１４を経て、被写体光の光量を調整するアイリス１１７を通過した後、後述するシャッタ１１６が開いている場合は固体撮像素子１１１に結像する。このズームレンズ１１５、フォーカスレンズ１１４、およびアイリス１１７は、ズームモータ１１５ａ、フォーカスモータ１１４ａ、およびアイリスモータ１１７ａによりそれぞれ駆動され移動する。これらズームモータ１１５ａ、フォーカスモータ１１５ａ、およびアイリスモータ１１７ａを作動させる指示は信号処理部１２０Ｂ中のデジタル信号処理部１２０ｂ’からモータドライバ１２０ｃ’を通じて伝達される。システムコントローラ１２１’は、こうした処理を行うための動作の手順を示したプログラムを備えている。

シャッタ１１６は、シャッタコントローラ１１６ａを経由してデジタル信号処理部１２０ｂ’内のＡＦ／ＡＥ演算部１２６’から与えられた指示に基づき、シャッタ１１６を構成する光学フィルタ１によって被写体光の透過をオン、オフする。このシャッタ１１６の構成は、前述した光シャッタの機能を有する光学フィルタ１と同じであり、重複説明は省略する。また、図１３に関し、以上の説明の点を除く点は全て図１２と同一であり、重複説明は省略する。

以上が、本発明の結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置の各実施形態の説明である。

第一実施形態〜第六実施形態において採用した光学フィルタでは、磁化率が高いマンガンを組成成分として含む磁性体１０が用いられたが、マンガンの代わりに安価な鉄を含む磁性体を用いてもよい。

また、上記の各実施形態において採用した光学フィルタでは、分散溶媒１１が水であるシグマハイケミカル社製の磁性流体Ｍ−３００が用いられたが、水よりも劣化しにくく安定性が強い有機溶媒でもよい。そのような有機溶媒を用いた磁性流体として、パーフルオロポリエーテルを分散溶媒とする磁性流体Ｆ−２１０（磁化＝２０［ｍＴ］、粘度１７００［ｍＰａ］、比重２．１０［ｇ／ｃｍ³］）が挙げられる。また、有機溶媒の中でも炭化水素系有機溶媒は安定性が強く、分散溶媒としてはより好ましい。そのような炭化水素系有機溶媒を用いた磁性流体として、シグマハイケミカル社製の磁性流体で、イソパラフィンを分散溶媒とする磁性流体Ｎ−３０４（磁化３３［ｍＴ］、粘度１０［ｍＰａ］、比重１．１４［ｇ／ｃｍ³］）、アルキルナフタリンを分散溶媒とする磁性流体Ａ−２００（磁化２７［ｍＴ］、粘度２１０［ｍＰａ］、比重１．１９［ｇ／ｃｍ³］）が挙げられる。

また、ここで説明した光学フィルタでは、磁性流体に用いられる界面活性剤１０ａとしてグルコン酸が用いられているが、一般にはグルコン酸、オレイン酸などのアルキルカルボン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキル硫酸エステルナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを用いた界面活性剤でもマグネタイト強磁性微粒子どうしの凝集を妨げる効果があり、これらの界面活性剤を用いてもよい。

また、以上の各実施形態における光学フィルタ１では被写体光の光路が容器１５の中心を通っており、このためこの光学フィルタは容器１５の中心付近の磁性体の密度を変化させて被写体光の透過の制御を行うものであるが、本発明の結像ユニット、撮像素子ユニット、および画像撮影装置の光学フィルタは、被写体光の光路を容器１５の中心からずらして被写体光の透過を制御する光学フィルタであってもよい。たとえば、容器１５の下部において被写体光の透過のオン、オフが行われて光シャッタとして機能する光学フィルタあるいは透過率の切替えが行われて光学絞りとして機能する光学フィルタでもよい。以下においてこのような光学フィルタの機能を説明する。

図１４は、被写体光の透過がオフになっている状態を表す図である。

図１４において一点斜線で示すように、被写体光の光路は容器１５ａの中心からはずれて容器１５ａの下部を通っている。この光学フィルタ１ａでは、被写体光の透過のオン、オフは、容器１５ａの上端部および下端部に備えられている２つの磁気ヘッド１３で行われる。図１４の状態は、それら２つの磁気ヘッドのうち容器１５ａの下端部にある磁気ヘッド１３のみ用いて磁界を発生させている状態である。このとき磁性体の密度は下端部の磁気ヘッド１３付近が大きくなるため、被写体光の透過率は小さくなる。この状態がシャッタを閉じている状態である。

図１５は、被写体光の透過がオンになっている状態を表す図である。

図１５の状態は２つの磁気ヘッドのうち容器１５ａの上端部にある磁気ヘッド１３のみ用いて磁界を発生させている状態である。この際磁性体の密度は容器１５ａの上端部の磁気ヘッド１３付近が大きくなるため、容器１５ａの下端部では際磁性体の密度は小さくなり、その結果被写体光の透過率は大きくなる。この状態がシャッタを開いている状態である。

尚、図１４、図１５と同じ構成で溶媒中に分散している磁性体の量を減らした光学フィルタとすることにより、光学絞りとして作用する光学フィルタを構成することができる。

ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用する光学フィルタを実用化するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着して光学フィルタの性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。

例えば、溶媒が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止される。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。

また、光学フィルタを構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。

また、光学フィルタを構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。

また、光学フィルタを構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオミックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。

また、光学フィルタを構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。

本発明の実施形態（後述する）に採用される光学フィルタを正面から見たときの概略図である。 磁性体と、磁性体の表面に吸着している界面活性剤を表す模式図である。 図１に正面図を示した光学フィルタの側面の概略断面図である。 光の透過をオン、オフする光シャッタとして用いられる光学フィルタのコイルに電流を流した時の磁性体の分布を表す図である。 本実施形態における光学フィルタの磁気へッドを用いて、磁界を生じさせた時の磁性体の分布を表す図である。 ２枚の光学フィルタの、それぞれのコイルに電流を流した時の磁性体の分布を表す図である。 ２枚の光学フィルタのうち１枚の光学フィルタのコイルに電流を流し、もう１枚の光学フィルタの磁気ヘッドによって磁場を印加した時の磁性体の分布を表す図である。 ２枚の光学フィルタの両方に磁気ヘッドに電流を流した時の磁性体の分布を表す図である。 光シャッタの機能を備えた光学フィルタを用いた結像ユニットの構成を表す模式図である。 光シャッタの機能を有する光学フィルタを用いた撮像素子ユニットの構成を表す模式図である。 本発明の画像撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。 光の透過光量を段階的に制御することによって光学絞りの機能を果たす光学フィルタを備えたデジタルカメラの概略構成図である。 光シャッタの機能を果たす光学フィルタを備えたデジタルカメラの構成図を表す概略図である。 被写体光の透過がオフになっている状態を表す図である。 被写体光の透過がオンになっている状態を表す図である。

符号の説明

１ 光学フィルタ
１０ 磁性体
１０ａ 界面活性剤
１１ 分散溶媒
１２ 磁性流体
１３ 磁気ヘッド
１４ コイル
１５、１５ａ ガラス製の容器
２ 結像ユニット
２１ レンズ
２２ 鏡筒
２３ 支柱
３ 撮像素子ユニット
３０ 撮像素子
３１ マイクロレンズ層
３２ フォトダイオード層
３３ 支持体層
１００Ａ、１００Ｂ デジタルカメラ
１０１ 撮影レンズ
１０２ 光学式ファインダ対物窓
１０３ 補助光発光部
１０４ 電源スイッチ
１１０ 撮影光学系
１１１ 撮像素子ユニット
１１２ シャッタ
１１２ａ シャッタモータ
１１３ アイリス
１１３ａ アイリスコントローラ
１１４ フォーカスレンズ
１１４ａ フォーカスモータ
１１５ ズームレンズ
１１５ａ ズームモータ
１１６ シャッタ
１１６ａ シャッタコントローラ
１１７ アイリス
１１７ａ アイリスモータ
１２０Ａ、１２０Ｂ 信号処理部
１２０ａ アナログ処理（Ａ／Ｄ）部
１２０ｂ、１２０ｂ’ デジタル信号処理部
１２０ｃ、１２０ｃ’ モ−タドライバ
１２１、１２１’ システムコントローラ
１２２ 画像信号処理部
１２３ 画像表示制御部
１２４ 画像圧縮部
１２５ メディアコントローラ
１２６、１２６’ ＡＦ／ＡＥ演算部
１２７ キーコントローラ
１２８ バッファメモリ
１２９ 内部メモリ
１２００ バス
１３０ 画像表示部
１４０ 外部記録媒体
１５０ レリーズスイッチ
１６０ 撮影モードスイッチ
１７０ ズームスイッチ

Claims (10)

1. 被写体を結像する結像ユニットにおいて、
   被写体光を制御する光学フィルタを備え、
   前記光学フィルタが、
   少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、
   前記容器内に封入された光透過性の溶媒と、
   前記溶媒内に分散した磁性体と、
   前記溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源とを備えたことを特徴とする結像ユニット。
2. 前記磁性体がマンガンを含むものであることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
3. 前記溶媒が該溶媒に分散した磁性体どうしの凝集を妨げる界面活性剤を含むものであることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
4. 前記溶媒が水であることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
5. 前記溶媒が有機溶媒であることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
6. 前記有機溶媒が炭化水素系有機溶媒であることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
7. 前記光学フィルタは、光の透過をオン、オフする光シャッタであることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
8. 前記光学フィルタは、光の透過光量を段階的に制御する絞りであることを特徴とする請求項１記載の結像ユニット。
9. 被写体光の照射を受けて被写体像を表わす画像信号を生成する撮像素子と、前記撮像素子の、被写体光入射側前面に配備され、被写体光の透過を制御する光学フィルタとが一体的に組み込まれた撮像素子ユニットにおいて、
   前記光学フィルタが、
   少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、
   前記容器内に封入された光透過性の溶媒と、
   前記溶媒内に分散した磁性体と、
   前記溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源とを備えたことを特徴とする撮像素子ユニット。
10. 光の透過を制御する光学フィルタを経由した被写体を捉えた撮影により画像信号を生成する画像撮影装置において、
    前記光学フィルタが、
    少なくとも光透過領域が光透過性である容器と、
    前記容器内に封入された光透過性の溶媒と、
    前記溶媒内に分散した磁性体と、
    前記溶媒内に分散した磁性体の泳動を制御することにより光の透過を制御する磁力発生源とを備えたことを特徴とする画像撮影装置。

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