JP2007271927A - 光学素子および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のフィルターを使い分けるのと同じ機能を有するとともに、占有スペースが少なくて済み構成が簡素で、小型化および低コスト化を図る上で有利な光学素子およびそのような光学素子を備える撮像装置を提供する。
【解決手段】光学素子１０の第２の電極２０の各電極部材３８に印加する電圧Ｅの箇所を順次周方向に変えていくことによって第１の液体１４を周方向に移動させることができ、したがって、各第１の液体１４を調整室３２に順次移動させることができ、調整室３２を透過する光Ｌに与える光学的な作用を選択的に切り換えることができ、言い換えると、フィルターをリボルバー式に切り換えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は光学素子および撮像装置に関する。

従来から撮像装置によって撮影を行なう際に、例えば、光量を調整するため、あるいは、色温度を変更するため、あるいは、ソフトフォーカス効果を得るために様々なフィルターが提供されている。
フィルターは撮像装置のレンズ鏡筒に装着して用いることから、複数のフィルターを使い分ける場合、フィルターの着脱操作が繁雑で面倒であった。
そこで、複数のフィルターを円板状のディスクの周方向に配置したフィルターディスクユニットを設け、このフィルターディスクユニットを撮像装置の撮影光学系に組み込み、フィルターディスクユニットを回転させることで撮影光学系の光軸上に所望のフィルターを選択的に位置させるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
特開平２−１５８７２３号公報

しかしながら上述のフィルターディスクユニットは、ディスクおよびディスクの回転機構が広いスペースを占有し、また、回転機構の構成が複雑であるため、小型化、低コスト化を図る上で不利がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のフィルターを使い分けるのと同じ機能を有するとともに、占有スペースが少なくて済み構成が簡素で、小型化および低コスト化を図る上で有利な光学素子およびそのような光学素子を備える撮像装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、収容室を有する容器と、前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第１の液体と、前記収容室に封入され前記第１の液体と互いに混合しない第２の液体と、前記第１の液体に電界をかけるための第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電圧印加手段による前記第１、第２の電極への電圧印加の箇所を変えることで、前記第１の液体を前記収容室内の前記第２の液体中で移動する光学素子であって、前記収容室は環状に延在形成され、前記収容室は、周方向の一部が光が透過される調整室とされ、残りの周方向の部分が退避室とされており、前記第１の液体と前記第２の液体は、前記第１の液体が前記調整室を閉塞する大きさでかつその周囲を前記第２の液体で囲まれた状態で前記収容室の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入され、前記調整室および前記退避室は、前記光が透過する方向において互いに対向する第１、第２の端面壁を備え、前記第１の電極は、前記調整室および前記退避室の前記第１、第２の端面壁のうちの一方の端面壁に、該端面壁の延在方向の全域にわたり延在して設けられ、前記第２の電極は、前記第１、第２の端面壁のうちの他方の端面壁に、該端面壁の延在方向に間隔をおいて並べられた複数の電極部材で構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、被写体像を導く撮影光学系と、前記撮影光学系の光軸上に設けられた撮像素子と、前記光軸上で前記撮像素子の前方に設けられた光学素子とを備え、前記光学素子は、収容室を有する容器と、前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第１の液体と、前記収容室に封入され前記第１の液体と互いに混合しない第２の液体と、前記第１の液体に電界をかけるための第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電圧印加手段による前記第１、第２の電極への電圧印加の箇所を変えることで、前記第１の液体を前記収容室内の前記第２の液体中で移動するものであって、前記収容室は環状に延在形成され、前記収容室は、周方向の一部が光が透過される調整室とされ、残りの周方向の部分が退避室とされており、前記第１の液体と前記第２の液体は、前記第１の液体が前記調整室を閉塞する大きさでかつその周囲を前記第２の液体で囲まれた状態で前記収容室の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入され、前記調整室および前記退避室は、前記光が透過する方向において互いに対向する第１、第２の端面壁を備え、前記第１の電極は、前記調整室および前記退避室の前記第１、第２の端面壁のうちの一方の端面壁に、該端面壁の延在方向の全域にわたり延在して設けられ、前記第２の電極は、前記第１、第２の端面壁のうちの他方の端面壁に、該端面壁の延在方向に間隔をおいて並べられた複数の電極部材で構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電圧を印加する第２の電極の電極部材の箇所を変化させることで複数の第１の液体を調整室に順次移動させ、これにより調整室を透過する光に与える光学的な作用を選択的に切り換えることができる。したがって、スペースを占有する部材や複雑な機構を必要としないため、占有スペースが少なくて済み、構造が簡素であるため、小型化および低コスト化を図る上で有利となる。

（第１の実施の形態）
まず、電界による液体移動の動作原理について説明する。
図１（Ａ）は液体移動の原理を説明する断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ線矢視図である。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光が透過する方向において互いに間隔ｇをおいて対向する第１、第２の端面壁１Ａ、１Ｂと、第１、第２の端面壁１Ａ、１Ｂを接続する側面壁１Ｃとにより密閉された収容室１が形成されている。
第１の端面壁１Ａの内面全域には第１の電極２が形成され、第１の電極２が収容室１に臨む表面は撥水膜３Ａで覆われている。
第２の端面壁１Ｂの内面には第２の電極４が設けられており、第２の電極４は２つの電極部材４Ａ、４Ｂが第１、第２の端面壁１Ａ、１Ｂが対向する方向と直交する方向に延在する仮想軸Ｌに沿って並べて配置されている。
２つの電極部材４Ａ、４Ｂの表面および第２の端面壁１Ｂの内面の全域は絶縁膜５で覆われ、絶縁膜５が収容室１に臨む表面全域は撥水膜３Ｂで覆われている。
収容室１には第１の液体６と第２の液体７が封入され、第１の液体６は有極性または導電性を有するものであり、第２の液体７は第１の液体６の周囲を囲むように封入され、第１の液体と互いに混合しないものである。
第１の液体６には第１の電極２が撥水膜３Ａを介して臨み、また、第２の電極４が絶縁膜５と撥水膜３Ｂを介して臨んでいる。

まず、初期状態では、第１の電極２と第２の電極４の２つの電極部材４Ａ、４Ｂが共にグランドレベルに接続されており、この状態で第１の液体６が一方の電極部材４Ａの全域と他方の電極部材４Ｂのうち電極部材４Ａに近接する部分とにわたって位置している。
この状態では、第１の液体６はその表面張力によって図１（Ａ）、（Ｂ）に実線で示すように平面視円形の形状を呈している。
ここで、他方の電極部材４Ｂに電圧Ｅが印加されると、絶縁体５が第１の液体６に臨む箇所に正電荷がチャージされ、これにより、第１の液体６が絶縁体５に臨む箇所に電界（静電気力）が作用して第１の液体６が絶縁体５に臨む箇所に負電荷が引寄せられ、言い換えると、第１の液体６を構成する分子が引き寄せられる。
すると、第１の液体６は、図１（Ａ）、（Ｂ）に破線で示すように、電極部材４Ｂに向かって引き寄せられるように形状が変化し、やがて、第１の液体６が第２の液体７によって周囲を囲まれた状態で第１の液体６全体が仮想軸Ｌの延在方向に沿って一方の電極部材４Ａの上から他方の電極部材４Ｂの上に移動する。
なお、撥水膜３Ａ、３Ｂは第１の液体６が第１、第２の電極２、４上で移動する際に液体６と第１、第２の端面壁１Ａ、１Ｂとの間で生じる抵抗を削減し、移動しやすくする作用を果たすものである。
このように、有極性または導電性を有する第１の液体６に第１、第２の電極２、４によって電界を作用させることで第１の液体６が移動される。

次に、本実施の形態の光学素子１０について説明する。
本実施の形態の光学素子１０はＮＤフィルター（Neutral Density Filter）を構成している。
図２は光学素子１０の構成を示す斜視図である。
図３（Ａ）、（Ｂ）は図２のＡＡ線断面図である。
図４（Ａ）は図３（Ｂ）のＡ断面図、（Ｂ）は図３（Ｂ）のＢ断面図である。
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図３（Ｂ）のＣ断面図である。
図６は第１の液体１４と第２の電極２０の電極部材３８の位置関係を示す断面図である。
図７（Ａ）は第１の電極１８の平面図、（Ｂ）は第２の電極２０の平面図である。

図２に示すように、光学素子１０は、容器１２と、第１の液体１４と、第２の液体１６と、第１の電極１８（図５参照）および第２の電極２０（図５参照）と、電圧印加手段２２（図５参照）とを含んで構成されている。
図２に示すように、容器１２は、同形同大の円環板状に形成され互いに対向し平行をなして延在する第１の端面壁２４、第２の端面壁２６と、これら第１、第２の端面壁２４、２６の内周を接続する内側面壁２８Ａと、第１、第２の端面壁２４、２６の外周を接続する外側面壁２８Ｂとを有し、それら第１、第２の端面壁２４、２６と側面壁２８Ａ、２８Ｂとにより密閉した収容室３０が設けられている。
収容室３０は扁平な円環状に延在形成され、収容室３０は均一の矩形断面で光Ｌが透過する方向と直交する面に沿って延在している。
収容室３０は、周方向の一部が光Ｌが透過される調整室３２とされ、残りの周方向の部分が退避室３４とされている。言い換えると、調整室３２および退避室３４は、光が透過する方向において互いに対向する第１、第２の端面壁２４、２６を備えている。
第１、第２の端面壁２４、２６は、絶縁性を有する材料で形成され、さらに、第１、第２の端面壁２４、２６のうち、少なくとも調整室３２に臨む箇所は光を透過する透明な材料で形成されている。
第１、第２の端面壁２４、２６を構成する材料として、例えば、絶縁性を有する合成樹脂材料あるいはガラス材料を用いることができる。
ここで容器１２の厚さ方向とは、第１の端面壁２４と第２の端面壁２６とが互いに対向する方向であり、光が光学素子１０を透過する方向と合致している。

第１の液体１４は、有極性または導電性を有し、第２の液体１６は、第１の液体１４と互いに混合しないものである。また、第１の液体１４と第２の液体１６は実質的に等しい比重を有している。
本実施の形態では、第１の液体１４は、例えば、純水とエタノールとエチレングリコールを混合した液体で形成されている。
また、本実施の形態では、第２の液体１６は透明なシリコンオイルで構成されている。
第２の液体１６を構成するシリコンオイルとして低粘度のものを用いることにより、第１、第２の液体１４、１６の間の粘性抵抗の低減と、第１の液体１４と第１、第２の端面壁２４、２６との間の摩擦の緩和が図られ、第１の液体１４の移動速度の高速化による応答性の向上を図る上で有利となっている。
なお、第１の液体１４として使用できる液体としては、本実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ニトロメタン、無水酢酸、酢酸メチル、酢酸エチル、メタノール、アセトニトリル、アセトン、エタノール、プロピオニトリル、テトロヒドロフラン、ｎ−ヘキサン、２−プロパノール、２−ブタノン、ｎ−ブチロニトリル、１−プロパノール、１−ブタノール、ジメチルスルホキシド、クロロベンゼン、エチレングリコール、ホルムアミド、ニトロベンゼン、炭酸プロピレン、１，２−ジクロロエタン、二硫化炭素、クロロホルム、ブロモベンゼン、四塩化炭素、トリクロロ酢酸無水物、トルエン、ベンゼン、エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、リン酸トリブチル、ピリジン、ベンゾニトル、アニリン、１，４−ジオキサン、ヘキサメチルホスホルアミドなどが挙げられる。
また、第２の液体１６として使用できる液体は、例えば、シリコン、デカン系、オクタン系、ノナン、ヘプタンなどが挙げられる。
また、第１の液体１４および第２の液体１６は、それぞれ単一の液体で形成してもよいし、複数の液体を混合して形成してもよい。要は、第１の液体１４と第２の液体１６が実質的に等しい比重を有するように形成されていればよい。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１の液体１４と第２の液体１６は、第１の液体１４が調整室３２を閉塞する大きさでかつその周囲を第２の液体１６で囲まれた状態で収容室３０の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入されている。
本実施の形態では、第１の液体１４は内側面壁２８Ａと外側面壁２８Ｂと第２の液体１６により周囲が囲まれた状態で収容室３０の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入されている。
また、本実施の形態では、第１の液体１４は８つ設けられ、それらの透過率が段階的に異なるように形成されており、８つの第１の液体１４をそれぞれ第１の液体１４−１乃至１４−８とする。
第１の液体１４の透過率は、第１の液体１４に光を透過しない材料からなる微粒子を混合することで形成され、複数の第１の液体１４に混合する前記微粒子の混合量を異ならせることで、透過率が段階的に異なる第１の液体１４を形成することができる。
前記微粒子としては、例えばカーボンブラックを用いることができる。第１の液体１４が純水とエタノールとエチレングリコールを混合した液体で形成されている場合には、カーボンブラックが、第１の液体１４に対して満遍なく混合されるように、それらの表面に親水コーティング処理をなすことが好ましい。前記親水コーティング処理は、例えば、カーボンブラックの表面に親水基を形成することでなされる。
なお、前記微粒子として、光を反射する金属材料からなる微粒子を用いてもカーボンブラックと同様の作用が奏される。

第１、第２の電極１８、２０は、第１の液体１４に電界をかけるためのものである。
図４、図５、図７（Ａ）に示すように、第１の電極１８は、調整室３２および退避室３４の第１の端面壁２４に、その端面壁２４の延在方向の全域にわたり円環状に延在して設けられている。
本実施の形態では、第１の電極１８は、第１の端面壁２４に、その第１の端面壁２４の延在方向の全域にわたり延在する単一の電極部材３６で構成されている。
図４、図５、図７（Ｂ）に示すように、第２の電極２０は、第２の端面壁２６に、その第２の端面壁２６の延在方向に等間隔をおいて並べられた複数の電極部材３８で構成されている。
本実施の形態では、電極部材３８は同形同大で形成されており、電極部材３８は第１の液体１４の数の４倍の個数設けられており、調整室３２に対応して２つの電極部材３８が配置されている。
図６に示すように、光が透過する方向から見て複数の第１の液体１４はそれぞれの輪郭が第２の電極２０の隣り合う複数の電極部材３８に重なるように設けられている。本実施の形態では、光が透過する方向から見て、各第１の液体１４の位置によっては、それぞれの輪郭が第２の電極２０の隣り合う２つあるいは３つの電極部材３８に重なるように設けられている。
第１、第２の電極１８、２０、すなわち、各電極部材３６、３８は、例えば、光を透過可能なＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ膜）などの導電材料で形成されている。

図５に示すように、電圧印加手段２２は容器１２の外部に設けられ、電圧Ｅを出力する電源２２０２と、電極部材３８毎に設けられ電源２２０２の電圧Ｅを各電極部材３８に選択的に印加する複数のスイッチ２２０４とを備えている。
電源２２０２のグランド端子は第１の電極１８に電気的に接続され、電源２２０２の出力端子は各スイッチ２２０４を介して第２の電極２０の各電極部材３８に電気的に接続されている。

図４、図５に示すように、収容室３０に臨む第２の端面壁２６の内面およびこの内面に設けられた第２の電極２０上に絶縁膜４０が形成されている。
したがって、第１の電極１８と第２の電極２０との間に電圧が印加されることで絶縁膜４０の表面に例えばプラス電荷が帯電され、これにより第１の液体１４に電界がかかり、第１の液体１４を構成する分子に電界（静電気力）が作用して第１の液体１４の移動がなされるように構成されている。

また、第２の端面壁２６の内面および第１の電極１８の全域を覆うように光を透過する透明な撥水膜４２が形成されている。
また、側面壁２８Ａ、２８Ｂの内面を覆うように撥水膜４２が形成されている。
撥水膜４２は第２の液体１６に対する濡れ性が第１の液体１４に対する濡れ性よりも高くなるように構成されている。言い換えると、撥水膜４２に対する第２の液体１６の接触角は、撥水膜４２に対する第１の液体１４の接触角よりも小さい値となるように構成されている。
撥水膜４２は第１の液体１４が第１、第２の電極１８、２０上で移動する際に第１の液体１４と第１、第２の端面壁２４、２６および側面壁２８Ａ、２８Ｂとの間で生じる抵抗を削減し、移動しやすくする作用を果たすものである。
撥水膜４２は、親油性を有する膜であり、例えば、シリコンを主成分とする材料を焼き付けることで、あるいは、非結晶フッ素樹脂からなる材料を成膜することで形成することができ、撥水膜４２としては、従来公知の様々な材料を採用可能である。

次に、光学素子１０の動作について説明する。
図３（Ａ）に示すように、初期状態で、８つの第１の液体１４−１のうちの１つの第１の液体１４−１は、図５（Ａ）に示すように、調整室３２で第１の電極１８の電極部材３６と第２の電極２０の隣り合う２つの電極部材３８とに挟まれた箇所に位置し、かつ、第１の液体１４−１は前記隣り合う２つの第２の電極部材３８に臨んでいる。
残り７つの第１の液体１４−２乃至１４−８も、同様に、第１の電極１８の電極部材３６と第２の電極２０の隣り合う２つの電極部材３８とに挟まれた箇所に位置し、かつ、それぞれの第１の液体１４−２乃至１４−８はそれらの輪郭が前記隣り合う２つの第２の電極部材３８に臨んでいる。
したがって、第１の電極１８と電極部材３８に印加された電圧Ｅによる電界が隣り合う２つの電極部材３８に臨んだ箇所に位置している第１の液体１４−１乃至１４−８にそれぞれ作用することで、第１の液体１４−１乃至１４−８は移動することなくそれぞれの位置に位置した状態で保持されている。
この状態で、図２に示すように、調整室３２に向かって進行する入射光Ｌは、調整室３２に位置する第１の液体１４−１を透過することによって第１の液体１４−１の透過率に応じて光量が調整される。

ここで、図５（Ｂ）に示すように、電圧印加手段２２は、電圧Ｅが印加されていた２つの電極部材３８のうち、第１の液体１４を移動すべき方向に位置する電極部材３８の、第１の液体１４を移動すべき方向における隣位の電極部材３８に電圧Ｅを印加すると同時に、電圧Ｅが印加されていた２つの電極部材３８のうち、第１の液体１４を移動すべき方向と反対方向に位置する電極部材３８の電圧Ｅの印加を解除する（すなわち開放状態あるいはグランド電位とする）。
すると、第１の電極１８と電極部材３８に印加された電圧Ｅによる電界が第１の液体１４−１乃至１４−８にそれぞれ作用することで、第１の液体１４−１乃至１４−８が第２の液体１６によって周囲を囲まれた状態で収容室３０の周方向に１つの電極部材３８分だけ移動する。この際、各第１の液体１４は複数の電極部材３８に臨みつつ移動する。
次いで、図５（Ｃ）に示すように、電圧印加手段２２は、その時点で電圧Ｅが印加されていた２つの電極部材３８のうち、第１の液体１４を移動すべき方向に位置する電極部材３８の、第１の液体１４を移動すべき方向における隣位の電極部材３８に電圧Ｅを印加すると同時に、電圧Ｅが印加されていた２つの電極部材３８のうち、第１の液体１４を移動すべき方向と反対方向に位置する電極部材３８の電圧Ｅの印加を解除する（すなわち開放状態あるいはグランド電位とする）。
すると、第１の電極１８と電極部材３８に印加された電圧Ｅによる電界が第１の液体１４−１乃至１４−８にそれぞれ作用することで、第１の液体１４−１乃至１４−８が第２の液体１６によって周囲を囲まれた状態で収容室３０の周方向にさらに１つの電極部材３８分だけ移動する。
これにより、図３（Ｂ）に示すように、直前まで第１の液体１４−１の隣に位置していた第１の液体１４−２が調整室３２に移動する。
この状態で、図５（Ｃ）に示すように、第１の電極１８と電極部材３８に印加された電圧Ｅによる電界が電極部材３８に臨んだ箇所に位置している第１の液体１４−１乃至１４−８にそれぞれ作用することで、第１の液体１４−１乃至１４−８は移動することなくそれぞれの位置に位置した状態で保持されている。
この状態で、調整室３２に向かって進行する入射光Ｌは、調整室３２に位置する第１の液体１４−２を透過することによって第１の液体１４−２の透過率に応じて光量が調整される。
上述の動作を繰り返すことにより、残りの第１の液体１４−３乃至１４−８を調整室３２に順次移動させることができる。
すなわち、第２の電極２０の各電極部材３８に印加する電圧Ｅの箇所を順次周方向に変えていくことによって第１の液体１４を電極部材３８が配置されている間隔分ずつ周方向に移動させることができ、したがって、８つの第１の液体１４−１乃至１４−８を調整室３２に順次繰り返して移動させることができ、調整室３２を透過する光Ｌの光量を８段階にわたって切り換えることができる。

以上のように、電圧印加手段２２により第２の電極２０の電極部材３８に対する電圧印加の箇所を変えて、８つの第１の液体１４を収容室３０の周方向にリボルバー式に移動させることにより、調整室３２を透過する光Ｌの光量を８段階にわたって切り換えることができ、これにより、光学素子１０を、減光率を８段階にわたって選択的に切り換え可能なＮＤフィルターとして機能させることができる。

次に、上述した光学素子１０をＮＤフィルターとして、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置の撮影光学系に設けた場合について説明する。
図８は撮像装置１００の構成を示すブロック図、図９は撮像装置１００の撮影光学系１０４の構成を示す図である。
図８に示すように撮像装置１００は外装を構成する不図示のケースを有し、前記ケースにはレンズ鏡筒１０２が組み込まれるとともに、ケースの表面にはディスプレイ１１２やシャッタボタンや撮影にまつわる種々の操作を行うための操作スイッチ１１６が設けられている。
レンズ鏡筒１０２には、撮影光学系１０４と、撮影光学系１０４によって捉えられた被写体像を撮像する撮像素子１０６が組み込まれている。
撮像装置１００は、撮像素子１０６から出力された撮像信号に基づいて画像データを生成し、メモリカードなどの記憶媒体１０８に記録する画像処理部１１０、前記画像データをディスプレイ１１２に表示させる表示制御部１１４、シャッタボタンや操作スイッチ１１６の操作に応じて画像処理部１１０、表示制御部１１４を制御するＣＰＵを含む制御部１１８などを備えている。

図９に示すように、撮影光学系１０４は、その光軸Ｇ上において、被写体から撮像素子１０６に向かって、第１のレンズ群１２０、第２のレンズ群１２２、第３のレンズ群１２４、第４のレンズ群１２６、フィルター群１２８がこの順番で配置されている。
本例においては、第１のレンズ群１２０、第３のレンズ群１２４が光軸方向に移動不能に設けられ、第２のレンズ群１２２がズームレンズとして光軸方向に移動可能に設けられ、第４のレンズ群１２６がフォーカスレンズとして光軸方向に移動可能に設けられている。
第１のレンズ群１２０によって導かれた被写体からの光束は第２のレンズ群１２２によって平行な光束とされ第３のレンズ群１２４に導かれて、第４のレンズ群１２６、フィルター群１２８を介して撮像素子１０６の撮像面１０６Ａに収束される。
光学素子１０は、第３のレンズ群１２４と第４のレンズ群１２６の間に配置され、調整室３２を光軸Ｇ上に位置させ光が透過する方向を光軸Ｇと平行させた状態で、第１の液体１４が移動することにより、第１の液体１４が撮像素子１０６に導かれる光束の光量を調整するＮＤフィルターとして機能する。ＮＤフィルターは、スキー場や晴天下など非常に明るい環境で撮影を行なう際に光量を低減させる際に用いられる。
なお、光学素子１０は、光軸Ｇ上に配置されていればよいのであり、例えば、光学素子１０をフィルター群１２８と同様に撮像素子１０６の撮像面１０６Ａの直前に配置してもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、光学素子１０の第２の電極２０の各電極部材３８に印加する電圧Ｅの箇所を順次周方向に変えていくことによって複数の第１の液体１４を周方向に移動させることができ、したがって、第１の液体１４を順次調整室３２に移動させることができ、これにより、調整室３２を透過する光Ｌに与える光学的な作用を選択的に切り換えることで複数のフィルターを使い分けるのと同じ機能を実現することができる。
そのため、光学素子１０は、従来のフィルターディスクユニットのようにスペースを占有する部材や複雑な機構を必要としないため、占有スペースが少なくて済み、構造が簡素であるため、小型化および低コスト化を図る上で有利となる。
また、モータなどのアクチュエータによって機構部品を動作させる場合と比較して第１の液体１４を移動させるために必要な電力は少なくて済むため、省電力化を図る上でも有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、容器１２の形状が第１の実施の形態と異なっている。
図１０は第２の実施の形態の光学素子１０の構成を示す斜視図である。
図１１は図１０のＡＡ線断面図である。
図１２（Ａ）は第１の電極１８の平面図、（Ｂ）は第２の電極２０の平面図である。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同一または同様の箇所、部材には同一の符号を付して説明する。

図１０に示すように、第１の実施の形態と同様に、容器１２と、第１の液体１４と、第２の液体１６と、第１の電極１８および第２の電極２０と、図示しない電圧印加手段とを含んで構成されている。
容器１２は、互いに対向し平行をなして延在する第１の端面壁２４、第２の端面壁２６と、これら第１、第２の端面壁２４、２６の内周を接続する内側面壁２８Ａと、第１、第２の端面壁２４、２６の外周を接続する外側面壁２８Ｂとを有し、それら第１、第２の端面壁２４、２６と側面壁２８Ａ、２８Ｂとにより密閉した収容室３０が設けられている。
本実施の形態では、収容室３０は互いに対向する２つの直線部３０Ａと、それら２つの直線部３０Ａの両端を接続する円弧部３０Ｂとにより長円状に形成されている。
収容室３０は、円弧部３０Ｂの一部が光Ｌが透過される調整室３２とされ、残りの部分が退避室３４とされている。
収容室３０には、第１の実施の形態と同様に構成された８個の第１の液体１４と、第１の液体１４を囲む第２の液体１６とが封入されている。
第１の液体１４と第２の液体１６は、第１の実施の形態と同様に、第１の液体１４が調整室３２を閉塞する大きさでかつその周囲を第２の液体１６で囲まれた状態で収容室３０の周方向に間隔をおき８つ配置されるように封入されている。
本実施の形態では、第１の液体１４は内側面壁と外側面壁と第２の液体により周囲が囲まれた状態で収容室３０の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入されている。
第２の実施の形態においても、第１の液体１４はそれらの透過率が段階的に異なるように形成されており、８つの第１の液体１４をそれぞれ第１の液体１４−１乃至１４−８とする。

図１２（Ａ）に示すように、第１の電極１８は、調整室３２および退避室３４の第１の端面壁２４に、その端面壁２４の延在方向の全域にわたり環状に延在して設けられ、第１の実施の形態と同様に、第１の電極１８は、第１の端面壁２４に、その第１の端面壁２４の延在方向の全域にわたり延在する単一の電極部材３６で構成されている。
図１２（Ｂ）に示すように、第２の電極２０は、第２の端面壁２６に、その第２の端面壁２６の延在方向に等間隔をおいて並べられた複数の電極部材３８で構成され、第１の実施の形態と同様に、電極部材３８は第１の液体１４の数の４倍の個数設けられており、調整室３２に対応して２つの電極部材３８が配置されている。

このような第２の実施の形態の光学素子１０においても、電圧印加手段２２により電圧印加の箇所を変えて、８つの第１の液体１４を収容室３０の周方向にリボルバー式に移動させることにより、調整室３２を透過する光Ｌの光量を８段階にわたって切り換えることができ、光学素子１０を、減光率を８段階にわたって選択的に切り換え可能なＮＤフィルターとして機能させることができる。
したがって、第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
また、第２の実施の形態では、収容室３０を長円状に形成したので、容器１２の占有スペースを第１の実施の形態の場合よりも縮小することができ、小型化を図る上でより有利となる。

なお、実施の形態では、第１の液体１４に光を透過しない材料からなる微粒子を混合することで光学素子１０をＮＤフィルターとして機能させる場合について説明したが、本発明の光学素子はＮＤフィルターとして用いるものに限定されるものではなく、光に対して種々の光学的な作用を与えるものであればよい。
光学素子１０によって、次のようなフィルターを構成することができる。
１）第１の液体１４に対して酸化チタンの微粒子を混合することで、第１の液体１４を透過する光を拡散させていわゆるボケ味を出す、ソフトフォーカスフィルターを構成することができる。
この場合、酸化チタンの微粒子の混合量を調整して光の拡散率を段階的に変化させることにより、ソフトフォーカス効果の強度が段階的に変化するソフトフォーカスフィルターを構成することができる。
２）第１の液体１４に対して着色を行なうことで、第１の液体１４を透過する光の色温度を調整する色温度フィルター、あるいは、特定の色合いを付与する色フィルター（特殊フィルター）を構成することができる。
また、複数の第１の液体１４を異なる色に着色することで、色あいが異なるフィルターを構成することができる。
なお、本明細書において、着色とは、顔料あるいは染料などによる着色、および、カーボンブラックあるいは金属の微粒子などを用いてグレーのような無彩色に着色することを含む。
なお、光学素子１０を色温度フィルターあるいは色フィルターとして使用する場合には、撮像装置１００のホワイトバランス回路による色合いの自動調整を無効とするか、あるいは色合いの調整を特定の状態とすることで、色温度フィルターあるいは色フィルターの効果を際立たせてもよい。
３）上述した透過度を調整した第１の液体１４、拡散度を調整した第１の液体１４、あるいは、着色した第１の液体１４などを組み合わせることにより、上述したＮＤフィルター、色温度フィルター、色フィルター（特殊フィルター）、ソフトフォーカスフィルターが組み合わされた、言い換えると、異なる光学的な作用を奏するマルチフィルターを構成することができる。

なお、実施の形態では、第２の電極２０の電極部材３８を第１の液体１４の数の４倍の個数設け、調整室３２に対応して２つの電極部材３８を配置した場合について説明したが、第２の電極２０の電極部材３８の数や配置は限定されるものではなく、電極部材３８に印加する電圧によって第１の液体１４を調整室３２に順次移動させることができればよい。
また、本実施の形態では、撮像装置１００がデジタルスチルカメラやビデオカメラである場合について説明したが、本発明は、カメラ付きの携帯電話機、カメラ付きのＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）、カメラ付きのノートパソコンなど種々の撮像装置に広く適用可能である。

（Ａ）は液体移動の原理を説明する断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ線矢視図である。 光学素子１０の構成を示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は図２のＡＡ線断面図である。 （Ａ）は図３（Ｂ）のＡ断面図、（Ｂ）は図３（Ｂ）のＢ断面図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図３（Ｂ）のＣ断面図である。 第１の液体１４と第２の電極２０の電極部材３８の位置関係を示す断面図である。 （Ａ）は第１の電極１８の平面図、（Ｂ）は第２の電極２０の平面図である。 撮像装置１００の構成を示すブロック図である。 撮像装置１００の撮影光学系１０４の構成を示す図である。 第２の実施の形態の光学素子１０の構成を示す斜視図である。 図１０のＡＡ線断面図である。 （Ａ）は第１の電極１８の平面図、（Ｂ）は第２の電極２０の平面図である。

符号の説明

１０……光学素子、１２……容器、１４……第１の液体、１６……第２の液体、１８……第１の電極、２０……第２の電極、２２……電圧印加手段、２４……第１の端面壁、２６……第２の端面壁、３０……収容室、３２……調整室、３４……退避室、３６、３８……電極部材、１００……撮像装置。

Claims (15)

1. 収容室を有する容器と、
   前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第１の液体と、
   前記収容室に封入され前記第１の液体と互いに混合しない第２の液体と、
   前記第１の液体に電界をかけるための第１の電極および第２の電極と、
   前記第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
   前記電圧印加手段による前記第１、第２の電極への電圧印加の箇所を変えることで、前記第１の液体を前記収容室内の前記第２の液体中で移動する光学素子であって、
   前記収容室は環状に延在形成され、
   前記収容室は、周方向の一部が光が透過される調整室とされ、残りの周方向の部分が退避室とされており、
   前記第１の液体と前記第２の液体は、前記第１の液体が前記調整室を閉塞する大きさでかつその周囲を前記第２の液体で囲まれた状態で前記収容室の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入され、
   前記調整室および前記退避室は、前記光が透過する方向において互いに対向する第１、第２の端面壁を備え、
   前記第１の電極は、前記調整室および前記退避室の前記第１、第２の端面壁のうちの一方の端面壁に、該端面壁の延在方向の全域にわたり延在して設けられ、
   前記第２の電極は、前記第１、第２の端面壁のうちの他方の端面壁に、該端面壁の延在方向に間隔をおいて並べられた複数の電極部材で構成されている、
   ことを特徴とする光学素子。
2. 前記第１の電極は、前記一方の端面壁に、該端面壁の延在方向の全域にわたり延在する単一の電極部材で構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記光が透過する方向から見て前記複数の第１の液体はそれぞれの輪郭が前記第２の電極の隣り合う２つ以上の電極部材にわたって重なるように設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
4. 前記第１の液体は該第１の液体を透過する光に対して光学的な作用を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
5. 前記第１の液体は光を透過しない材料からなる微粒子が混合されることにより光の透過率が調整されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
6. 前記複数の第１の液体は、光を透過しない材料からなる微粒子が混合されることによりそれら複数の第１の液体の透過率が段階的に異なるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
7. 前記第１の液体は光を拡散する微粒子が混合されることにより光の拡散率が調整されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
8. 前記複数の第１の液体は、光を拡散する微粒子が混合されることによりそれら複数の第１の液体の拡散率が段階的に異なるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
9. 前記第１の液体は着色されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
10. 前記複数の第１の液体は着色されることにより、それら複数の第１の液体が異なる色となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
11. 前記第１、第２端面壁は共に環板状を呈し、前記収容室は、前記第１、第２端面壁と、前記第１、第２端面壁の内周間を接続する内側面壁と、前記第１、第２端面壁の外周間を接続する外側面壁とで形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
12. 前記第１の液体は前記内周側面壁と前記外周側面壁と前記第２の液体により周囲が囲まれていることを特徴とする請求項１１記載の光学素子。
13. 前記収容室は円環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
14. 前記収容室は互いに対向する２つの直線部と、それら２つの直線部の両端を接続する円弧部とにより長円状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
15. 被写体像を導く撮影光学系と、
    前記撮影光学系の光軸上に設けられた撮像素子と、
    前記光軸上で前記撮像素子の前方に設けられた光学素子とを備え、
    前記光学素子は、
    収容室を有する容器と、
    前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第１の液体と、
    前記収容室に封入され前記第１の液体と互いに混合しない第２の液体と、
    前記第１の液体に電界をかけるための第１の電極および第２の電極と、
    前記第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
    前記電圧印加手段による前記第１、第２の電極への電圧印加の箇所を変えることで、前記第１の液体を前記収容室内の前記第２の液体中で移動するものであって、
    前記収容室は環状に延在形成され、
    前記収容室は、周方向の一部が光が透過される調整室とされ、残りの周方向の部分が退避室とされており、
    前記第１の液体と前記第２の液体は、前記第１の液体が前記調整室を閉塞する大きさでかつその周囲を前記第２の液体で囲まれた状態で前記収容室の周方向に間隔をおき複数配置されるように封入され、
    前記調整室および前記退避室は、前記光が透過する方向において互いに対向する第１、第２の端面壁を備え、
    前記第１の電極は、前記調整室および前記退避室の前記第１、第２の端面壁のうちの一方の端面壁に、該端面壁の延在方向の全域にわたり延在して設けられ、
    前記第２の電極は、前記第１、第２の端面壁のうちの他方の端面壁に、該端面壁の延在方向に間隔をおいて並べられた複数の電極部材で構成されている、
    ことを特徴とする撮像装置。
    

Images