JP2010148122A - Dimmer and imaging apparatus and method for driving both - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光の光量を調節して出射するための調光装置、及びこれを用いた撮像装置並びにこれらの駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a light control device for adjusting and outputting the amount of incident light, an imaging device using the same, and a driving method thereof.
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−ホスト型液晶セル(GH(Guest Host)セル)が用いられる。 Usually, a polarizing plate is used for a light control device using a liquid crystal cell. As this liquid crystal cell, for example, a TN (Twisted Nematic) type liquid crystal cell or a guest-host type liquid crystal cell (GH (Guest Host) cell) is used.
図28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、図示せぬ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も図示省略している(以下、同様)。GHセル2には、液晶分子3と二色性染料分子4とが封入されている。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、液晶分子3は、誘電率異方性が正のポジ型(正型)である。
FIG. 28 is a schematic view showing the operating principle of a conventional light control device. This light control device is mainly composed of a
図28(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にされる。図20(a)では、この偏光方向と二色性染料分子4の分子長軸方向とが一致するので、光は、二色性染料分子4に吸収され、GHセル2の透過率が低下する。
FIG. 28A shows the state of the
そして、図28(b)で示すように、GHセル2に電圧印加を行なうと、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、光はGHセル2によりほとんど吸収されずに透過する。
As shown in FIG. 28B, when a voltage is applied to the
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。
The use of a negative (n-type) dichroic dye molecule that absorbs light in the direction of the minor axis of the molecule is the reverse of the case of the positive
図28に示された調光装置では、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。
In the light control device shown in FIG. 28, the ratio of absorbance between when voltage is applied and when no voltage is applied, that is, the ratio of optical density is about 10. This has an optical density ratio that is approximately twice that of a light control device that includes only the GH cell without using the
上記した従来の調光装置、特に誘電率異方性が負であるネガ型液晶の駆動においては、透過率を変化させる際に、大きなステップで変化させるが、このようなステップ応答(特に、透明時から遮光時の大きなステップ応答)時に液晶配向に乱れが生じ、これによって光学特性が不安定になってしまう。これは、後述するように、透過率の面内不均一化となって現れる。 In the conventional light control device described above, particularly in the driving of the negative type liquid crystal having a negative dielectric anisotropy, the transmittance is changed in a large step, but such a step response (especially transparent) From time to time, a large step response at the time of light shielding) disturbs the liquid crystal alignment, which makes the optical characteristics unstable. As will be described later, this appears as in-plane transmission nonuniformity.
即ち、電圧変化のステップ幅が大きいときには、過渡的な応答として、液晶分子の方位の異なる状態が発生し、この時間が、実用時間範囲に入ると、透過率の面内不均一性として現れる。ある程度時間が経つと、液晶及び色素の再配向により回復するが、一部回復しない場合もある。 In other words, when the step width of the voltage change is large, a state in which the orientation of the liquid crystal molecules is different occurs as a transient response, and when this time enters the practical time range, it appears as in-plane transmittance non-uniformity. After a certain period of time, it recovers due to realignment of the liquid crystal and the dye, but may not recover partially.
本発明は、上記の如き事情を考慮してなされたものであり、その目的は、液晶配向に乱れを生じることなしに安定した透過率制御を可能とする調光装置及びこれを用いた撮像装置、並びにこれらの駆動方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is a light control device that enables stable transmittance control without causing disturbance in liquid crystal alignment, and an imaging device using the same. And providing these driving methods.
即ち、本発明は、液晶素子と、この液晶素子に入射する光の透過率を現透過率から目標透過率へ、少なくとも2段階に制御された駆動パルスによって変化させるパルス制御部とを具備する調光装置、及びこの調光装置が撮像系の光路中に配されている撮像装置に係るものである。 That is, the present invention includes a liquid crystal element and a pulse control unit that changes the transmittance of light incident on the liquid crystal element from the current transmittance to the target transmittance by a drive pulse controlled in at least two stages. The present invention relates to an optical device and an imaging device in which the light control device is arranged in an optical path of an imaging system.
本発明の調光装置及び撮像装置によれば、調光用の液晶素子の駆動パルスを少なくとも2段階に(例えば、低電圧から高電圧へ2段階に)制御しているので、電圧を急峻に変化させる従来例に比べて、応答の準備段階として液晶の配向乱れが生じないパルスを印加して液晶をある程度傾斜させてから、所望の透過率を達成するためのパルスを印加でき、面内で均一な状態で透過率を制御できる。 According to the light control device and the imaging device of the present invention, the drive pulse of the liquid crystal element for light control is controlled in at least two stages (for example, in two stages from a low voltage to a high voltage). Compared with the conventional example to be changed, a pulse for achieving the desired transmittance can be applied after inclining the liquid crystal to some extent by applying a pulse that does not cause disorder in the alignment of the liquid crystal as a preparatory stage of response. The transmittance can be controlled in a uniform state.
また、本発明は、本発明の調光装置及び撮像装置を制御性良く駆動する方法として、液晶素子を駆動するに際し、前記液晶素子に入射する光の透過率を現透過率から目標透過率へ、少なくとも2段階に制御された駆動パルスによって変化させる、調光装置及び撮像装置の駆動方法も提供するものである。 Further, according to the present invention, as a method of driving the light control device and the imaging device of the present invention with good controllability, when driving the liquid crystal element, the transmittance of light incident on the liquid crystal element is changed from the current transmittance to the target transmittance. The present invention also provides a method of driving the light control device and the imaging device, which is changed by a drive pulse controlled in at least two stages.
本発明の調光装置及び撮像装置によれば、調光用の液晶素子の駆動パルスを少なくとも2段階に(例えば、低電圧から高電圧へ2段階に)制御しているので、電圧を急峻に変化させる従来例に比べて、応答の準備段階として液晶の配向乱れ生じないパルスを印加して液晶をある程度傾斜させてから、所望の透過率を達成するためのパルスを印加でき、面内で均一な状態で透過率を制御できる。 According to the light control device and the imaging device of the present invention, the drive pulse of the liquid crystal element for light control is controlled in at least two stages (for example, in two stages from a low voltage to a high voltage). Compared with the conventional example to change, after applying a pulse that does not cause disorder in the alignment of the liquid crystal as a preparatory stage for response, the liquid crystal is tilted to some extent, and then a pulse for achieving the desired transmittance can be applied, and it is uniform in the plane The transmittance can be controlled in a stable state.
本発明の調光装置及び撮像装置、並びにこれらの駆動方法においては、前記駆動パルスのパルス電圧又はパルス幅が少なくとも2段階に制御されることが望ましい。 In the light control device, the imaging device, and the driving methods thereof according to the present invention, it is desirable that the pulse voltage or the pulse width of the driving pulse is controlled in at least two stages.
また、前記駆動パルスが、駆動回路部のクロックと同期して取り出されるのがよい。 The drive pulse is preferably taken out in synchronization with the clock of the drive circuit section.
そして、出射光の輝度情報が制御回路部にフィードバックされ、この制御回路部からの制御信号により、前記駆動回路部のクロックと同期して、前記駆動パルスが得られるようにし、或いは、前記駆動回路部が、前記調光装置の光出射側に配された撮像素子の駆動回路部であり、前記撮像素子の出力信号が輝度情報として制御回路部にフィードバックされ、この制御回路部からの制御信号により、前記駆動回路部のクロックと同期して、前記駆動パルスが得られるようにしてよい。 The luminance information of the emitted light is fed back to the control circuit unit, and the drive pulse is obtained in synchronization with the clock of the drive circuit unit by the control signal from the control circuit unit, or the drive circuit Is a drive circuit unit of an image sensor disposed on the light emitting side of the light control device, and an output signal of the image sensor is fed back to the control circuit unit as luminance information, and a control signal from the control circuit unit The drive pulse may be obtained in synchronization with the clock of the drive circuit unit.
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亘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亘って透過率の一括制御を高精度に行うことができる。 The light control device and the imaging device of the present invention are suitable when the drive electrode of the liquid crystal element is formed at least over the entire effective light transmitting portion, and the drive electrode thus formed is applied to the drive electrode. By controlling the driving pulse, the collective control of the transmittance can be performed with high accuracy over the entire effective optical path width.
また、前記液晶素子はゲスト−ホスト型液晶素子であること、即ち、前記液晶素子のホスト材料は、誘電率異方性が負又は正のネガ型又はポジ型液晶であり、また、前記液晶素子のゲスト材料は、光吸収異方性が正又は負のポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなるのがよい。 The liquid crystal element is a guest-host type liquid crystal element, that is, the host material of the liquid crystal element is a negative or positive type liquid crystal having a negative or positive dielectric anisotropy, and the liquid crystal element The guest material may comprise a positive or negative dichroic dye molecule having positive or negative light absorption anisotropy.
特にホスト材料にネガ型(即ち、誘電率異方性(Δε)が負)の液晶を用いると、ポジ型(即ち、Δεが正)の液晶を用いる場合に比べて光透過(特に透明)時の光透過率が向上し、撮像光学系中にそのまま位置固定しておくことができる。 In particular, when a negative type liquid crystal (that is, negative dielectric anisotropy (Δε) is negative) is used as the host material, light transmission (especially transparent) is greater than when a positive type (that is, Δε is positive) liquid crystal is used. The light transmittance is improved, and the position can be fixed in the imaging optical system as it is.
そして、この液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配すると、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、調光を正常に行うことができる。 If a polarizing plate is arranged in the optical path of the incident light to the liquid crystal element, the ratio of absorbance when no voltage is applied to that when voltage is applied (that is, the ratio of optical density) is improved, and the contrast ratio of the light control device is increased. Dimming can be performed normally from a bright place to a dark place.
そして、前記偏光板は、機械式アイリスの可動部などに配置されることにより前記光路に対して出し入れ可能とされることが望ましい。 And it is desirable that the polarizing plate can be taken in and out of the optical path by being disposed on a movable part of a mechanical iris.
以下、本発明を液晶ND(neutral deusity)フィルタ及びカメラシステムに適用した好ましい実施の形態を図面の参照下に説明する。 A preferred embodiment in which the present invention is applied to a liquid crystal ND (neutral deusity) filter and a camera system will be described below with reference to the drawings.
[調光装置の光透過率とその光学配置]
まず、図28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)が正のポジ型の汎用液晶であるMerck社製のMLC−6849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)が正のポジ型染料であるBDH社製のD5を用い、偏光板1をGHセル2の入射側に配し、矩形波を駆動波形で動作電圧印加時の光透過率の変化を計測した。
[Light transmittance of the light control device and its optical arrangement]
First, in the guest-host type liquid crystal cell (GH cell) 2 shown in FIG. 28, MLC-6849 manufactured by Merck Co., which is a positive type general-purpose liquid crystal having positive dielectric anisotropy (Δε) as the
この結果、図8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20Vにまで上昇させると最大透過率は60%程度となり、しかも光透過率の変化が緩やかであることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 8, with the application of the operating voltage, the average light transmittance of visible light (refer to the transmittance when a polarizing plate is added in addition to the liquid crystal cell in the air (= 100%)). However, when the voltage is increased to 20 V, the maximum transmittance is about 60%, and the change in the light transmittance is gradual.
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。 This is because, when a positive type host material is used, the direction of the director changes even when a voltage is applied because the interaction of liquid crystal molecules at the interface with the liquid crystal alignment film of the liquid crystal cell is strong when no voltage is applied. This is thought to be because liquid crystal molecules that do not (or hardly change) remain.
これに対し、図6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−6608を用い、ゲスト材料4には二色性を有する上記と同じポジ型染料であるBDH社製のD5を用い、偏光板11をGHセル12の入射側に配し、矩形波を駆動波形で動作電圧印加時の光透過率の変化を計測した。この場合の光透過率は、図28の場合と逆であり、電圧無印加時に透過するが、電圧印加に伴って非透過となる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, in the guest-host type liquid crystal cell (GH cell) 12, the
この結果、図7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急峻となることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 7, with the application of the operating voltage, the average light transmittance (in the air) of visible light decreases from the maximum transmittance of about 75% to several percent, and the light transmittance changes. Was found to be steep.
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。 This is because when a negative type host material is used, the interaction of liquid crystal molecules at the interface with the liquid crystal alignment film of the liquid crystal cell is very weak when no voltage is applied, so that light is easily transmitted when no voltage is applied. Also, it is considered that the direction of the director of the liquid crystal molecules easily changes with the application of voltage.
このように、ネガ型のホスト材料を用いるGHセル12では、光透過率が向上し、光透過率の高い領域での設計が可能となる。また、光透過率の変化が急峻であるため、動作電圧による光透過率の制御を特有に行える調光装置を提供できる。
As described above, in the
上記のGHセルにおいては、ホスト材料とゲスト材料の組み合わせは種々であってよく、ネガ型(Δε<0)−ポジ型(ΔA>0)、ネガ型(Δε<0)−ネガ型(ΔA<0)、ポジ型(Δε>0)−ポジ型(ΔA>0)、ポジ型(Δε>0)−ネガ型(ΔA<0)のいずれでもよい。 In the above GH cell, the combination of the host material and the guest material may be various. Negative type (Δε <0) -positive type (ΔA> 0), negative type (Δε <0) -negative type (ΔA < 0), positive type (Δε> 0) -positive type (ΔA> 0), and positive type (Δε> 0) -negative type (ΔA <0).
また、上記のGHセルでは、駆動電極、例えばITO(indium tin oxide:インジウム酸化物にスズをドープしたもの)電極は基板面上にべた付けされているが、これを分割してセグメント方式又はマトリクス方式としてもよい。 In the above GH cell, the drive electrode, for example, an ITO (indium tin oxide: tin doped indium oxide) electrode is attached on the substrate surface. It is good also as a system.
なお、本発明に基づく調光装置において、使用可能な誘電率異方性(Δε)が負のネガ型のホスト材料は、下記に例示することができる。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、下記の化合物から選択し、ブレンドした組成物を用いる(以下、同様)。 In addition, in the light control device based on this invention, the negative type host material which can use dielectric constant anisotropy ((DELTA) epsilon) can be illustrated below. However, in actual use, a blended composition selected from the following compounds is used so as to exhibit nematic properties in the actual use temperature range (hereinafter the same).
また、本発明に基づく調光装置において、使用可能な誘電率異方性が正のポジ型のホスト材料としては、下記に例示することができる。 Moreover, in the light control device based on this invention, the positive type host material with positive dielectric constant anisotropy which can be used can be illustrated below.
<例示化合物> <Exemplary compound>
<商品名での例示1>(いずれもMerck社製)
<Example 1 under the trade name> (both made by Merck)
また、本発明に基づく調光装置において、使用可能な二色染料分子は、下記に例示することができる。 Moreover, in the light modulation apparatus based on this invention, the dichroic dye molecule which can be used can be illustrated below.
[ラビングによる効果]
調光素子として、図6に示したものを用い、ガラス基板の表面に透明電極を付け、さらにその上面に液晶配向層を設けた両ガラス基板を対向させ、所定のギャップでセルを作製し、ゲスト−ホスト液晶を減圧下で注入した。ここでは、素子の駆動パルスとして交流の矩形波を用いた。
[Effects of rubbing]
As the light control element, the one shown in FIG. 6 is used, a transparent electrode is attached to the surface of the glass substrate, and both glass substrates provided with a liquid crystal alignment layer on the upper surface are opposed to each other, and a cell is produced with a predetermined gap. Guest-host liquid crystal was injected under reduced pressure. Here, an alternating rectangular wave was used as a drive pulse for the element.
液晶配向層(図示省略)にラビングを施さないと、図3(A)のように、電圧印加時に液晶が分子基板面に対して傾斜すると同時に、ガラス基板面に平行な面内の液晶及び色素の方位が乱れ、基板面内の透過率の不均一性が生じる。これを避けるために、公知技術として図3(B)のように、液晶配向層をラビングすることにより、液晶の傾く方向を予め規定して一様に傾斜させ、面内均一性を向上させている。 If the liquid crystal alignment layer (not shown) is not rubbed, as shown in FIG. 3A, the liquid crystal is inclined with respect to the molecular substrate surface when a voltage is applied, and at the same time, the liquid crystal and the dye in a plane parallel to the glass substrate surface Is disturbed, resulting in non-uniform transmittance in the substrate surface. In order to avoid this, as a known technique, as shown in FIG. 3B, the liquid crystal alignment layer is rubbed so that the direction in which the liquid crystal is tilted is preliminarily defined and uniformly inclined to improve in-plane uniformity. Yes.
しかし、電圧変化のステップ幅が大きいとき、図3(C)のように、過渡的な応答として、方位の異なる状態が発生する。この時間が、実用時間範囲に入ると、透過率の面内不均一性として現れる。ある程度時間が経つと、液晶及び色素の再配向による回復するが、一部回復しない場合もある。 However, when the step width of the voltage change is large, as shown in FIG. 3C, a state with a different orientation occurs as a transient response. When this time falls within the practical time range, it appears as in-plane non-uniformity in transmittance. After a certain period of time, the liquid crystal and the dye recover by realignment, but some may not recover.
これを解決するために、図3(D)のように、準備段階として液晶配向乱れが生じない低電圧を印加して液晶をある程度傾斜させてから、所望の透過率を達成するための高電圧を印加すれば、面内で均一な状態で透過率を制御できることが判明した。 In order to solve this problem, as shown in FIG. 3D, a high voltage for achieving a desired transmittance is obtained after applying a low voltage that does not cause liquid crystal alignment disorder and tilting the liquid crystal to some extent. It was found that the transmittance can be controlled in a uniform state in the plane by applying.
[1段階駆動時の透過率と配向乱れ(1)]
例えば、図5に示すように、後述のパルス幅変調(PWM)やパルス電圧変調(PHM)において、相当電圧0Vから1段階で透過率15%以下を達成しようとすると、図3(C)で説明したように液晶及び色素の配向乱れを生ずることが分かった(但し、この場合、15%以上の透過率では1段階でも配向乱れは生じない)。
[Transmittance and orientation disorder during single-stage driving (1)]
For example, as shown in FIG. 5, in a pulse width modulation (PWM) or pulse voltage modulation (PHM) described later, if an attempt is made to achieve a transmittance of 15% or less in one step from an equivalent voltage of 0 V, FIG. As described, it was found that the alignment disorder of the liquid crystal and the dye occurs (however, in this case, the alignment disorder does not occur even in one step at a transmittance of 15% or more).
これについて、パルス電圧変調の場合を例として図4に具体的に示すが、パルス電圧の大きさによって、透過率変化の状況が異なり、また高電圧ほど配向乱れが生じ易く、特に5V以上のとき(即ち、透過率が15%以下となるとき)に生じ易いことが分かる。 This is specifically shown in FIG. 4 by taking the case of pulse voltage modulation as an example. However, the state of transmittance change varies depending on the magnitude of the pulse voltage, and the orientation is more likely to be disturbed as the voltage is higher. It can be seen that this is likely to occur when the transmittance is 15% or less.
[2段階駆動時の透過率変化(1)]
そこで、本発明に基づく交流パルスの電圧変調による2段階駆動の例を示す。図1(A)は0V→10Vのステップ変化をする場合に、先ず予備段階として4Vで90ms印加し、次に10V印加して応答させた場合である。これによれば、図4の如き不安定な透過率変化は見られず、安定した透過率変化が得られる。また、図1(B)は、4Vで15ms印加し、その後に10V印加して応答した場合である。この場合も、透過率変化が安定する。このように、自由に各段階のパルス時間幅は選べるが、速やかな応答には図1(B)の方がよい。
[Transmissivity change during two-stage drive (1)]
Therefore, an example of two-stage driving by voltage modulation of an AC pulse based on the present invention will be shown. FIG. 1 (A) shows a case where 90 V is applied for 90 ms as a preliminary stage when a step change from 0 V to 10 V is performed, and then 10 V is applied for a response. According to this, an unstable transmittance change as shown in FIG. 4 is not seen, and a stable transmittance change is obtained. FIG. 1B shows a case where a response is made by applying 15 V at 4 V, and then applying 10 V. Also in this case, the transmittance change is stabilized. In this way, the pulse time width of each stage can be freely selected, but FIG. 1B is better for quick response.
図2は、上記のうち、図1(B)の駆動波形と同様の駆動波形を詳細に示すものである。2段階駆動の各パルスとも、正電圧と負電圧とを交互にそれぞれ500μsずつ一定のパルス幅で繰り返すが、最初の4.5Vのパルスは15回、次の10Vのパルスは75回繰り返して駆動する。この結果、駆動において、事前に500μs、±4.5Vの電圧で15ms又はそれ以上の時間印加すれば、5Vを越える電圧を印加しても配向乱れは生じないことが分かった。 FIG. 2 shows in detail a drive waveform similar to the drive waveform of FIG. In each of the two-stage driving pulses, positive voltage and negative voltage are alternately repeated with a constant pulse width of 500 μs, but the first 4.5V pulse is repeated 15 times and the next 10V pulse is repeated 75 times. To do. As a result, it was found that if a voltage of 500 μs and ± 4.5 V was applied in advance for 15 ms or longer in driving, alignment disturbance would not occur even if a voltage exceeding 5 V was applied.
このように、本発明に基づく2段階パルスの印加による駆動の結果、光透過率変化が所望のプロファイルとなり、透過率制御の精度が向上すると共に、調光素子の透過率の面内均一性が向上する。 Thus, as a result of driving by applying the two-stage pulse according to the present invention, the change in light transmittance becomes a desired profile, the accuracy of transmittance control is improved, and the in-plane uniformity of the transmittance of the light control element is improved. improves.
この2段階駆動においては、予備的な電圧印加の時間幅、電圧は自由に規定でき、例えば図9(A)〜(E)に示す各種パターンを選択できる。ステップは2段階に限らず、システムに応じて2段階以上の多段階にすることも可能である。さらに、後述するように、パルス幅変調のような、電圧一定でパルス幅のみを変化させる方法なども適用できる。 In this two-stage driving, the time width and voltage of preliminary voltage application can be freely defined, and for example, various patterns shown in FIGS. 9A to 9E can be selected. The number of steps is not limited to two, and it is possible to have two or more steps depending on the system. Further, as will be described later, a method of changing only the pulse width with a constant voltage, such as pulse width modulation, can be applied.
[1段階駆動時の透過率と配向乱れ(2)]
例えば図11に示すように、パルス幅変調で相当電圧0Vから1段階で透過率15%以下を達成しようとすると、図3(C)で説明したように、パルス電圧の大きさによって、透過率変化の状況が異なり、図11(A)のように5Vのときには配向乱れによる透過率変化の不安定化は生じないが、10Vのときには、図11(B)のように透過率の不安定化(異常応答)が生じ易いことが分かる。
[Transmissivity and orientation disorder during single-stage driving (2)]
For example, as shown in FIG. 11, when an attempt is made to achieve a transmittance of 15% or less in one step from an equivalent voltage of 0 V by pulse width modulation, the transmittance varies depending on the magnitude of the pulse voltage as described in FIG. The state of change is different, and when the voltage is 5V as shown in FIG. 11A, the change in transmittance due to the disorder of orientation does not become unstable, but when it is 10V, the transmittance becomes unstable as shown in FIG. 11B. It can be seen that (abnormal response) is likely to occur.
[2段階駆動時の透過率変化(2)]
そこで、上記の配向乱れを防止するために、本発明に基づいて、特に高印加電圧下での駆動をパルス幅変調による2段階駆動とした。例えば、0V→10Vの変化をする場合に、図10に示すように、先ず予備段階として10Vで20μsのパルス幅の正、負のパルスを15ms印加し、その後に10Vで100μsのパルス幅の正、負のパルスを印加して応答させた。この場合、透過率変化が図示したように安定となった。このようなパルス幅の異なるパルスの組み合わせは、上記以外でもよく、また2段階又はそれ以上としてよく、そのパルス電圧も種々であってよい。
[Transmissivity change during two-stage drive (2)]
Therefore, in order to prevent the above-mentioned alignment disorder, the driving under a high applied voltage is a two-step driving by pulse width modulation, based on the present invention. For example, when changing from 0V to 10V, as shown in FIG. 10, first, as a preliminary step, a positive and negative pulse of 20 μs at 10 V is applied for 15 ms, and then a positive pulse width of 10 μs at 10 V is applied. A negative pulse was applied to respond. In this case, the transmittance change became stable as shown in the figure. Such combinations of pulses having different pulse widths may be other than the above, and may be two or more stages, and the pulse voltages thereof may be various.
[パルス幅変調について]
(1)矩形波基本駆動波形と調光装置のフリッカ
図6に示したように、例えばGHセル12の駆動波形は矩形波であるが、台形波、正弦波のいずれでも駆動可能であり、両電極間の電位差に応じて液晶のダイレクタの傾きが変化し、光透過率が制御される。従って、通常はこの波高値(パルス電圧)により透過率制御を行う。
[About pulse width modulation]
(1) Rectangular wave basic drive waveform and dimmer flicker As shown in FIG. 6, for example, the drive waveform of the
しかしながら、こうした波高値の制御は、基本的にはアナログ信号に置き換えて行うD/A変換が必要であり、また、電圧を高精度に制御することは難しく、回路コスト増大の要因となる。 However, such peak value control basically requires D / A conversion performed in place of an analog signal, and it is difficult to control the voltage with high accuracy, which causes an increase in circuit cost.
一方、ネマチック液晶材料の電気光学応答は速いものでもミリ秒であり、遅いものでは数100ミリ秒にも及んでいる。ここで、本発明者は、このような応答特性を持った材料系に駆動パルス幅変調方式を適用する場合の周波数として、何が適当かを検討した。 On the other hand, the electro-optic response of a nematic liquid crystal material is as fast as milliseconds, and as slow as several hundreds of milliseconds. Here, the present inventor has examined what is appropriate as a frequency when the drive pulse width modulation method is applied to a material system having such response characteristics.
例えば、図13に示したように0V→5V→0V→−5V→0V……の順に各駆動パルスを印加した。パルス(特に休止パルス0V)の幅を変えることによる、透過率変動を観察した。
For example, as shown in FIG. 13, the drive pulses are applied in the order of 0V → 5V → 0V → −
その結果、休止パルス期間が300μs以上では、透過率にフリッカが見られ、光学的な安定性に欠けることが分かった。200μs以下の休止期間では、透過率のフリッカが見られないことが分かった。 As a result, it was found that when the pause pulse period was 300 μs or more, flicker was observed in the transmittance, and optical stability was lacking. It was found that no flickering of transmittance was observed in the rest period of 200 μs or less.
従って、この調光装置の場合、パルス幅変調による駆動時に、休止期間を200μs以上にしないように設定すればよいことが分かる。液晶の種類が変わったり、環境温度により、液晶の応答速度は変わるため、使用条件内でフリッカのない設定を選択することが必要である。また、環境温度をフィードバックしてパルス幅を制御することも、安定な素子光学特性を得るためには有効である。 Therefore, it can be seen that in the case of this light control device, it is sufficient to set the pause period not to be 200 μs or more when driven by pulse width modulation. Since the response speed of the liquid crystal changes depending on the type of liquid crystal or the environmental temperature, it is necessary to select a setting without flicker within the usage conditions. In addition, feedback of the environmental temperature to control the pulse width is also effective for obtaining stable element optical characteristics.
(2)パルス幅変調
上記した検討結果から、基本的なパルス発生周期を100μsとして、この基本周期内で、パルス幅(PW)を制御した。図12はパルス波高値が5V及び10Vと一定とした場合を示している。
(2) Pulse width modulation From the above examination results, the basic pulse generation period was set to 100 μs, and the pulse width (PW) was controlled within this basic period. FIG. 12 shows a case where the pulse peak values are constant at 5V and 10V.
いずれの場合も、パルス幅の制御により透過率を容易に制御できた(印加電圧ゼロ時の偏光板を含めた場合の透過率を100%とする)。これは、パルス電圧の幅に対応した電界エネルギーにより液晶分子のダイレクタの向きが変化し、配向制御されるためである。また、パルス波高値とパルス幅との組み合わせにより、自由に透過率が制御可能なことがわかる。このことは、最小クロック限界による階調制限も、電圧をデジタルに制御して下位ビットとし、上位ビットとしてパルス幅変調を付加することにより、階調制御の分解能が増大する(上位、下位ビットの設定は逆でも可能)。また、コストの面からも、調光素子を実装する周辺回路のクロックを加工して作られた波形を用いることにメリットがある。 In either case, the transmittance could be easily controlled by controlling the pulse width (the transmittance when the polarizing plate when the applied voltage is zero is included is 100%). This is because the orientation of the director of the liquid crystal molecules is changed by the electric field energy corresponding to the width of the pulse voltage, and the orientation is controlled. It can also be seen that the transmittance can be freely controlled by the combination of the pulse peak value and the pulse width. This means that the gradation control due to the minimum clock limit also increases the resolution of gradation control by controlling the voltage digitally to the lower bits and adding pulse width modulation as the upper bits (upper and lower bits). The setting can be reversed.) Further, from the viewpoint of cost, there is an advantage in using a waveform generated by processing a clock of a peripheral circuit on which the dimming element is mounted.
図14には、パルス幅変調時の波形の2形態(A)と(B)を示すが、(A)の波形が基本周期の開始時にパルスを入れるのに対し、(B)では基本周期の開始時から一定の遅延時間後にパルスを印加する例であり、(A)の場合と効果は同等である。このような遅延時間後のパルス印加は、基本周期毎に行ってもよいし、(A)のような波形と任意に組み合わせてもよい。なお、駆動パルスは基本周期内に必要個数印加してよい。(C)には、パルスの数密度を変調するパルス密度変調を示す。 FIG. 14 shows two forms (A) and (B) of the waveform at the time of pulse width modulation. The waveform of (A) enters a pulse at the start of the basic period, whereas in (B), the basic period is changed. This is an example in which a pulse is applied after a certain delay time from the start, and the effect is the same as in the case of (A). The pulse application after such a delay time may be performed every basic period, or may be arbitrarily combined with the waveform as shown in (A). The required number of drive pulses may be applied within the basic period. (C) shows pulse density modulation for modulating the number density of pulses.
図15は、図6に示したGHセルの如く、ネガ型液晶をホスト材料に用いたときの液晶緩和過程を示す。これによれば、パルス電圧の大きさによって電圧印加→オフ後の緩和時間が変化し、高電圧印加時ほど緩和時間が長くなることが分かる。 FIG. 15 shows a liquid crystal relaxation process when a negative liquid crystal is used as a host material as in the GH cell shown in FIG. According to this, it can be seen that the relaxation time after voltage application → off changes depending on the magnitude of the pulse voltage, and the relaxation time becomes longer as the high voltage is applied.
図16には、図15と同様の緩和過程において、調光素子の透過光強度(A)とその変動(B)、(C)を示すが、緩和がリニアに生じる領域(0〜5ms)での変動を比較すると、次のことが判明した。 FIG. 16 shows the transmitted light intensity (A) and the fluctuations (B) and (C) of the light control element in the same relaxation process as in FIG. 15, but in a region where the relaxation occurs linearly (0 to 5 ms). Comparison of fluctuations in the following revealed the following.
1%以内の変動とするには、300μs以下のオフ時間が必要。
2%以内の変動とするには、420μs以下のオフ時間が必要。
An off time of 300 μs or less is required to achieve fluctuations within 1%.
An off time of 420 μs or less is required to achieve fluctuations within 2%.
この事実は、図13に示したように透過率フリッカを無くすための条件に対応しており、2%以下の変動が許容されるという条件で上記基本周期を設定する(例えば100μsとする)ことができる。 This fact corresponds to the condition for eliminating the transmittance flicker as shown in FIG. 13, and the basic period is set under the condition that the fluctuation of 2% or less is allowed (for example, 100 μs). Can do.
この2%以内の変動の意味は、現在使用している後述のCCDの撮像スペックと同等であることを基準としている。 The meaning of the fluctuation within 2% is based on the fact that it is equivalent to the imaging specification of a CCD which is currently used later.
CCDの撮像は、実際には、フィールド周期内に蓄積された受光量の平均となるため、通常動作時にはフリッカとしては現れることは少ないと予想されるが、透過率制御のダイナミックレンジは低下してしまう。また、シャッタ機能などを用いた場合に、シャッタの開放時間と光量の関係がリニアにならず、制御上問題となる。従って、上記した2%以内の変動量は望ましいものと考えられる。 In actuality, CCD imaging is the average of the amount of light received accumulated in the field period, so it is expected that it will not appear as flicker during normal operation, but the dynamic range of transmittance control is reduced. End up. Further, when the shutter function or the like is used, the relationship between the shutter opening time and the light amount is not linear, which causes a problem in control. Therefore, the above-mentioned fluctuation amount within 2% is considered desirable.
仮に、フィールド周期を超える基本周期を用いた場合には、フリッカとして撮像されるため、基本周期をフィールド周期内とすることは、パルス幅制御での限界基本周期となる。 If a basic period exceeding the field period is used, the image is captured as flicker. Therefore, setting the basic period within the field period is a limit basic period in pulse width control.
(3)パルス幅変調とパルス電圧変調の比較
図17は、従来のパルス電圧変調(PHM)とパルス幅変調(PWM)との特性を比較したものである(この図の横軸は、電極間に印加されている電位差の絶対値の時間平均であり、これを相当電圧として表現した)。
(3) Comparison of Pulse Width Modulation and Pulse Voltage Modulation FIG. 17 compares the characteristics of conventional pulse voltage modulation (PHM) and pulse width modulation (PWM) (the horizontal axis in this figure is the distance between electrodes). Is the time average of the absolute value of the potential difference applied to, and is expressed as an equivalent voltage).
その結果、パルス幅変調の方が、しきい値電圧が低く、全体的に低電圧側にシフトするため、低電圧制御が可能で、消費電力の低減も図れる。また、透過率変化は比較的緩やかとなるため、電圧により透過率を制御し易く、階調性が向上する。 As a result, the pulse width modulation has a lower threshold voltage and shifts to a lower voltage as a whole, so that low voltage control is possible and power consumption can be reduced. Further, since the change in transmittance is relatively gradual, the transmittance can be easily controlled by voltage, and the gradation is improved.
このように、パルス幅変調は、まとめると次の利点がある。
(1)パルス幅変調の駆動により、低しきい値の特性を得ることができる。
(2)透過率レベルの階調数を多くとることができ、また高精度の透過率制御が可能である。
(3)D/A変換しないため、回路コストを低減できる。
Thus, the pulse width modulation has the following advantages as a whole.
(1) Low threshold characteristics can be obtained by driving pulse width modulation.
(2) The number of gradations of the transmittance level can be increased, and the transmittance can be controlled with high accuracy.
(3) Since D / A conversion is not performed, the circuit cost can be reduced.
(4)パルス幅変調とパルス密度変調
パルスの波高値(電圧)の大きさを変調する代わりにパルス密度を変調(PDM)し、パルス幅変調(PWM)と比較した。パルス密度変調とは、ある単位時間内に発生するパルスの数を可変することであり、ひとつのパルス幅は非常に短く、高周波成分を多く含んでいる。
(4) Pulse width modulation and pulse density modulation Instead of modulating the peak value (voltage) of the pulse, the pulse density was modulated (PDM) and compared with pulse width modulation (PWM). The pulse density modulation is to change the number of pulses generated within a unit time, and one pulse width is very short and includes a lot of high frequency components.
図18に示すように、PWMとPDMの駆動特性は互いに類似している。しかし、低消費電力を考えれば、パルス密度変調では単位時間当りの液晶セルへの充放電電流量は大きく、パルス幅変調のほうが有利であることが分かる。また、インピーダンス整合の観点からも、パルス幅変調の方が有利である。 As shown in FIG. 18, the drive characteristics of PWM and PDM are similar to each other. However, in view of low power consumption, it can be seen that in pulse density modulation, the amount of charge / discharge current to the liquid crystal cell per unit time is large, and pulse width modulation is more advantageous. From the viewpoint of impedance matching, pulse width modulation is more advantageous.
(5)パルス数による影響
パルス幅変調波形を用いて駆動する場合、電極間に印加される電位差の時間平均がほぼゼロとなるように駆動する(換言すれば、DC成分が0Vとなる)ことにより、調光素子内のイオンなどの分極の偏りをなくし、精度の高い透過率制御が可能となった。
(5) Influence by the number of pulses When driving using a pulse width modulation waveform, driving is performed so that the time average of the potential difference applied between the electrodes is substantially zero (in other words, the DC component is 0 V). As a result, polarization deviation of ions and the like in the light control element can be eliminated, and the transmittance can be controlled with high accuracy.
即ち、図19に示すように、(A)の駆動波形に対し、(B)のように正極性及び負極性をそれぞれ2パルスずつ交互に印加すると、正、負両極性のパルス数の時間平均が同一である場合に、常に同一の透過率駆動特性を得ることができた。 That is, as shown in FIG. 19, when the positive polarity and the negative polarity are alternately applied to the drive waveform of (A) by two pulses each as shown in (B), the time average of the number of positive and negative pulses is obtained. The same transmittance driving characteristics can always be obtained in the case of the same.
また、(C)のように正、負のパルス数をm=1,2,……と正の整数で変化させて測定したが、図示した透過率vsパルス幅特性に変化が無かった。 Further, as shown in (C), the number of positive and negative pulses was changed with positive integers such as m = 1, 2,..., But there was no change in the illustrated transmittance vs. pulse width characteristics.
また、(D)のようにパルスの発生順位が異なっても、正と負のパルス数が同じであれば、同一特性を示した。さらに、パルスの時間幅を個々に変調した場合も、時間平均で等価であれば、問題ないことは予想できる。 Further, even when the pulse generation order is different as shown in (D), the same characteristics are exhibited as long as the number of positive and negative pulses is the same. Furthermore, even if the time widths of the pulses are individually modulated, it can be expected that there is no problem as long as the time average is equivalent.
これに対し、正、負のパルス数が異なる場合(負極性パルスが正極性パルスよりもk倍大きい場合)には、k=1の時が対称駆動時の透過率であるが、kが大きくなって非対称性が増すと、図12に示すように透過率は所定の透過率よりも大きくなり、制御性を困難にしている。これは、mの値には依存せず、kに対して同様の変動を示す。 On the other hand, when the number of positive and negative pulses is different (when the negative pulse is k times larger than the positive pulse), k = 1 is the transmittance at the time of symmetrical driving, but k is large. When the asymmetry increases, the transmittance becomes larger than the predetermined transmittance as shown in FIG. 12, making controllability difficult. This is independent of the value of m and shows a similar variation with respect to k.
さらに、非対称の極性を瞬時に反転すると、透過率は一時的に低下し、数秒で直前の透過率に再び戻る(長周期のフリッカとして観察される)。この秒オーダの過度的変動は、時間平均でのバイアス電圧のために生じた液晶セル中の可動イオンの偏りに起因すると考えられる。 Furthermore, when the asymmetric polarity is instantaneously reversed, the transmittance temporarily decreases and returns to the previous transmittance in a few seconds (observed as long-period flicker). This excessive variation in the order of seconds is considered to be caused by the bias of mobile ions in the liquid crystal cell caused by the bias voltage on the time average.
以上の理由から、パルス数の非対称よりもパルス数の対称(正、負の両極性パルス数が同数)は安定した駆動には望ましい。 For the above reasons, the symmetry of the number of pulses (the same number of positive and negative bipolar pulses) is desirable for stable driving rather than the asymmetry of the number of pulses.
[ポジ型液晶を用いた場合]
上述した例とは異なり、図6において、ホスト材料としてポジ型の液晶(Merck社製のMLC−6849)を用い、他は上述したものと同様にしてGHセルを作製した。
[When using positive liquid crystal]
Unlike the example described above, in FIG. 6, a positive type liquid crystal (MLC-6849 manufactured by Merck) was used as a host material, and a GH cell was manufactured in the same manner as described above.
この結果、図21のように、基本周波数と同じ矩形波を電圧変調して印加した場合(A)に比べて、パルス幅変調をした場合(B)には、透過光強度変化が比較的緩やかであるため、制御性、階調性が向上し、また(C)の比較からより低いしきい値で同等の透過光強度を得ることができる。 As a result, as shown in FIG. 21, the transmitted light intensity change is relatively gradual when pulse width modulation (B) is applied, compared to when voltage modulation is applied to the same rectangular wave as the fundamental frequency (A). Therefore, controllability and gradation are improved, and equivalent transmitted light intensity can be obtained with a lower threshold from the comparison of (C).
[調光装置の具体例]
次に、上述したGHセルのうち、例えばGHセル12を用いる調光装置の一例を図22〜図24について説明する。
[Specific example of light control device]
Next, an example of a light control device using, for example, the
この調光装置23は、図22に示すように、GHセル12と偏光板11aとからなる。GHセル12は、図示せぬ2枚のガラス基板の間に封入される。GHセル12には、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)とが封入されている。液晶分子は、例えば誘電率異方性が負であり、また二色性染料分子は、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p型である。偏光板11の光吸収軸は、GHセルに電圧を印加したときの光吸収軸と直交させた。
As shown in FIG. 22, the
この調光装置23は、例えば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を介して直線偏光にされた後、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。
The
この調光装置23を構成する偏光板11は、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を仮想線で示される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23に示す機械式アイリスが用いられてよい。
The
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。
This mechanical iris is a mechanical diaphragm device that is generally used for a digital still camera, a video camera, and the like, and mainly includes two
これにより、図23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。
As a result, as shown in FIG. 23, the
図24は、有効光路20付近の機械式アイリスを示す部分拡大図である。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24(a)に示すように、アイリス羽根18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24(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は互いの重なりが大きくなると、図24(c)に示すように、偏光板11は開口部20を覆う。
FIG. 24 is a partially enlarged view showing a mechanical iris near the effective
次に、この機械式アイリスを用いた調光装置23の調光動作について説明する。
Next, the light control operation of the
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図24(a)で示したように、上方方向に開いたアイリス羽根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に入り始め、開口部22の一部を覆う(図24(b))。
As the object (not shown) becomes brighter, as shown in FIG. 24 (a), the
このとき、GHセル12は光を吸収しない状態にある(なお、熱的揺らぎ、または表面反射などのため、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を通過した光とは、ほぼ強度分布が同等となる。
At this time, the
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24(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う。
Thereafter, the
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24(a))。
On the contrary, when the subject becomes dark, the voltage absorption to the
この実施の形態によれば、偏光板11(透過率例えば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。
According to this embodiment, since the polarizing plate 11 (transmittance, for example, 40% to 50%) can be taken out from the effective
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の出し入れが行われるので、調光装置は容易に実現可能となる。
Moreover, since the
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、調光を行うことができる。
Further, since the
このように、本発明に基づく調光装置は、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。 As described above, the light control device according to the present invention can increase the contrast ratio between light and dark and can keep the light amount distribution substantially uniform.
なお、この実施の形態に用いられるGHセル12として、液晶分子の誘電率異方性が負であるという条件下で、二色性染料分子がネガ型(n型)のものを用いてもよい。
As the
なお、図28に示した如き従来の調光装置では、偏光板1が常に光の有効光路中に固定されて設置されている。従って、偏光板によって例えば50%の光は常に吸収され、また偏光板の表面反射等の影響もある。このため、偏光板を透過する光の最大透過率は、例えば50%を超えることができず、光量低下が著しくなる。この光量低下は、液晶セルを用いた調光装置の実用化を困難にしている要因の一つになっている。
In the conventional light control device as shown in FIG. 28, the
一方、偏光板を使用しない種々の調光装置が提案されている。偏光板を使用しない調光装置の例として、2層のGHセルを用いる場合がある。このGHセルでは、1層目は、ある偏光と同一方向の偏光成分を吸収し、また2層目は、該偏光と直角方向の偏光成分を吸収する。また、コレステリック−ネマティック液晶セルの相転移を利用するものがある。さらには、液晶の散乱を利用する高分子散乱型のものがある。 On the other hand, various light control devices that do not use a polarizing plate have been proposed. As an example of a light control device that does not use a polarizing plate, a two-layer GH cell may be used. In this GH cell, the first layer absorbs a polarized light component in the same direction as a certain polarized light, and the second layer absorbs a polarized light component in a direction perpendicular to the polarized light. In addition, there is one that utilizes a phase transition of a cholesteric-nematic liquid crystal cell. Furthermore, there is a polymer scattering type that utilizes scattering of liquid crystal.
しかし、偏光板を使用しないこれらの調光装置では、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比、即ち光学濃度の比は、前述したことから約5にしかならない。このため、調光装置のコントラスト比が小さく、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光を正常に行うには不十分である。また、高分子散乱型の調光装置では、撮像光学系の結像性能が大幅に劣化する。 However, in these light control devices that do not use a polarizing plate, the ratio of the absorbance when no voltage is applied to that when the voltage is applied, that is, the ratio of the optical density, is only about 5 as described above. For this reason, the contrast ratio of the light control device is small, which is insufficient to perform light control normally from a bright place to a dark place. Further, in the polymer scattering type light control device, the imaging performance of the imaging optical system is greatly deteriorated.
しかも、用いる液晶系によっては、透明時の光透過率が暗くなることがあるため、このような光量で撮像する場合には、撮像光学系から調光装置を外す必要がある。 In addition, depending on the liquid crystal system to be used, the light transmittance at the time of transparency may become dark. Therefore, when imaging with such a light amount, it is necessary to remove the light control device from the imaging optical system.
これに対し、本実施の形態では、偏光板11を用い、これを有効光路に対して出し入れ可能となしているので、光量を増大させ、コントラスト比を高めかつ光量を均一に保つことを可能とする。
On the other hand, in the present embodiment, since the
[カメラシステムの具体例]
図25は、実施の形態による調光装置23をCCD(Charge coupled device)カメラに組み込んだ例を示すものである。
[Specific examples of camera system]
FIG. 25 shows an example in which the
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。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、上記した本発明に基づくGH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。
That is, in the
図26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。
FIG. 26 shows a sequence algorithm of light transmittance control by the
この実施の形態によると、2群レンズ52と3群レンズ53の間にセットされた本発明に基づく調光装置23は、上述したように電界の印加によって光量を調節できるので、システムが小型化でき、実質的に光路の有効範囲の大きさまで小型化できる。従って、CCD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、従来のような回折現象を防止し、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。
According to this embodiment, the dimming
[カメラシステムの駆動回路]
図27は、上記のCCDカメラの駆動回路ブロック図である。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、この制御回路部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、上述した如くにパルス電圧又はパルス幅を例えば2段階に制御された駆動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。制御回路部62と、パルス発生回路部63とで、パルス電圧又はパルス幅の段階的制御のためのGH液晶駆動制御部64が構成されている。
[Camera system drive circuit]
FIG. 27 is a drive circuit block diagram of the CCD camera. According to this, it has the
なお、このカメラシステムとは別のシステムにおいても、調光装置23の出射光をフォトディテクタ(又はフォトマル)で受け、ここから出射光の輝度情報を制御回路部62へフィードバックし、GHセル駆動回路部(図示せず)のクロックと同期して、パルス発生回路部からパルス電圧又はパルス幅が段階的に制御された駆動パルスを得ることができる。
Even in a system different from this camera system, the light emitted from the
以上、本発明を好ましい実施の形態に従って説明したが、上述の実施の形態は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。 As described above, the present invention has been described according to the preferred embodiment. However, the above-described embodiment can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
例えば、上述した液晶素子や偏光板の構造や材質、その駆動機構、駆動回路や制御回路の構成など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、正弦波のいずれでも駆動可能であり、両電極間の電位差に応じて液晶の傾きが変化し、光透過率が制御される。 For example, the structure and material of the liquid crystal element and the polarizing plate described above, the driving mechanism, the configuration of the driving circuit and the control circuit, and the like can be variously changed. Further, the drive waveform can be driven by any of a rectangular wave, a trapezoidal wave, and a sine wave, and the inclination of the liquid crystal changes according to the potential difference between both electrodes, and the light transmittance is controlled.
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11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11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。
In addition to the GH cell described above, a GH cell having a two-layer structure or the like can also be used. The position of the
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。
Further, the number of
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の方に貼付されてもよい。
The
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良い。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。
In addition, as the subject becomes brighter, the light is absorbed by the
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11を出し入れしてもよい。
Further, the mechanical iris is used as means for taking the
また、上記の例では偏光板11を有効光路20に対し出し入れしたが、有効光路中に位置固定することも勿論可能である。
In the above example, the
また、本発明の調光装置は、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。 The light control device of the present invention can also be used in combination with other known filter materials (for example, organic electrochromic materials, liquid crystals, electroluminescence materials, etc.).
更に、本発明の調光装置は、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。更に、本発明の調光装置は、光学フィルター以外に、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。 Furthermore, the light control device of the present invention can be widely applied to various optical systems such as an electrophotographic copying machine and an optical communication device in addition to the optical aperture of the imaging device such as the CCD camera described above. Is possible. Furthermore, the light control device of the present invention can be applied to various image display elements that display characters and images in addition to the optical filter.
本発明は、入射光の光量を調節して出射するための調光装置、およびこれを用いた撮像装置並びにこれらの駆動方法に好適である。 The present invention is suitable for a light control device for adjusting the amount of incident light to be emitted, an imaging device using the same, and a driving method thereof.
1、11…偏光板、2、12…GHセル、3…ポジ型液晶、4…ポジ型染料分子、
5…入射光、13…ネガ型液晶、15、16…レンズ群、17…撮像面、
18、19…アイリス羽根、20…有効光路、22…開口部、23…調光装置、
50…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…CCDパッケージ、55b…光学ローパスフィルタ、
55c…CCD撮像素子、60…CCD駆動回路部、61…Y/C信号処理部、
62…制御回路部、63…パルス発生回路部、
64…パルス電圧又はパルス幅の段階的制御部(GH液晶駆動制御装置)
DESCRIPTION OF
5 ... incident light, 13 ... negative type liquid crystal, 15, 16 ... lens group, 17 ... imaging surface,
18, 19 ... Iris blades, 20 ... Effective optical path, 22 ... Opening, 23 ... Light control device,
50 ... CCD camera, 51 ... 1 group lens, 52 ... 2 group lens, 53 ... 3 group lens,
54 ... 4 group lens, 55 ... CCD package, 55b ... Optical low-pass filter,
55c ... CCD image sensor, 60 ... CCD drive circuit unit, 61 ... Y / C signal processing unit,
62 ... control circuit section, 63 ... pulse generation circuit section,
64... Stepwise control unit for pulse voltage or pulse width (GH liquid crystal drive controller)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014178119A (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-25 | Sony Corp | Sorting device and sorting method |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01267619A (en) * | 1988-04-20 | 1989-10-25 | Toshiba Corp | Method of driving liquid crystal display element |
JPH04172422A (en) * | 1990-11-06 | 1992-06-19 | Seiko Epson Corp | Driving control method of lcd |
JPH04172495A (en) * | 1990-11-06 | 1992-06-19 | Seiko Epson Corp | Drive control method of lcd |
JPH0591518A (en) * | 1991-09-26 | 1993-04-09 | Ikegami Tsushinki Co Ltd | Color image pickup device |
JPH06148597A (en) * | 1992-11-13 | 1994-05-27 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Liquid crytal element and its driving method, liquid crytal device, and illuminating device |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01267619A (en) * | 1988-04-20 | 1989-10-25 | Toshiba Corp | Method of driving liquid crystal display element |
JPH04172422A (en) * | 1990-11-06 | 1992-06-19 | Seiko Epson Corp | Driving control method of lcd |
JPH04172495A (en) * | 1990-11-06 | 1992-06-19 | Seiko Epson Corp | Drive control method of lcd |
JPH0591518A (en) * | 1991-09-26 | 1993-04-09 | Ikegami Tsushinki Co Ltd | Color image pickup device |
JPH06148597A (en) * | 1992-11-13 | 1994-05-27 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Liquid crytal element and its driving method, liquid crytal device, and illuminating device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014178119A (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-25 | Sony Corp | Sorting device and sorting method |
US9491373B2 (en) | 2013-12-10 | 2016-11-08 | Sody Co., Ltd. | Light control apparatus for an image sensing optical device |
KR20200044621A (en) | 2018-10-21 | 2020-04-29 | 주식회사 소디 | Light Control Apparatus Adjusting the size of the Aperture for an Imaging Sensing Device |
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