JP2014211573A - 撮像装置およびレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り機構において光漏れが生じにくく、且つ、小型化が容易な構造の撮像装置を実現する。【解決手段】カメラ（１００）は、撮像素子とレンズと絞り機構（１２０）と露出調整部（１６０）とを有し、絞り機構は、レンズの光軸方向に略沿って配置された３枚の液晶板（１２１ａ〜１２１ｃ）を備えている。露出調整部は、レンズを透過し、撮像素子に到達する光の量を、各液晶板に含まれる液晶の配向を制御することで調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置およびレンズ装置に関する。

一般的な撮像装置は、撮像素子やフィルムといった受光面に単位時間内に当たる光の量を調整するための絞り機構を有している。

絞り機構のひとつとして、図５に示す複数枚の絞り羽根からなる羽絞り機構が挙げられる。図５からわかるように、羽絞り機構は重ねられている各絞り羽根を機械的に動かすことで絞りを調整する機構であるため、羽絞り機構を用いる撮像装置には、動画撮影時に絞りの開閉動作により発生するノイズが音声として記録されてしまうという問題があった。

この問題を解決するための技術として特許文献１の技術が提案された。特許文献１のデジタルカメラは、上記のノイズが発生しないように、動画再生時には液晶絞りを用いて絞りを調整するようになっている。

また、特許文献２には、屈曲光学系を有し、複数の反射部材を用いて絞り制御を行う撮像装置が開示されている。特許文献２によれば、この撮像装置は、回折現象に起因する画質の劣化を抑制するとされている。

さらに、特許文献３には、円形の液晶絞り部を１つ備えた撮像装置が開示されている。この液晶絞り部は撮像光の光軸を中心とした同心円状に分割された複数の液晶絞り領域部を備えており、撮像装置は、各液晶絞り領域部について液晶絞り領域部を透過する光の量を制御することにより、絞りを調整するようになっている。

特開２００７−６７９１５号公報（２００７年３月１５日公開） 特開２０１０−１８１５８２号公報（２０１０年８月１９日公開） 特開２００７−８６２２１号公報（２００７年４月５日公開）

しかしながら、上述の特許文献１のデジタルカメラには小型化が容易ではないという問題がある。当該デジタルカメラの内部に、静止画撮影時に液晶絞りを撮影光路から退避させるためのスペースを設けておく必要があるからである。

また、特許文献２の撮像装置には、細かい絞り制御を実現しようする場合に「コストが嵩む」「絞り機構を小型化することが困難である」といった問題が生じる。特許文献２の撮像装置で細かい絞り制御を実現しようする場合には、撮像装置に反射部材を多く設ける必要があるからである（特許文献２の段落〔００３２〕参照）。

さらに、特許文献３の撮像装置には、その構造上、液晶絞り領域部を透過する光の量を減らすためにリング状の全液晶絞り領域部を遮蔽状態にしている時にも、隣接する遮蔽状態の２つの液晶絞り領域部の境界から光が漏れてしまうという問題がある。特に、画質向上のために大きい絞り値を設定する必要があるシチュエーション（例えば、遠景夜景の撮影時）において上記撮像装置を用いて撮影した場合、撮影者が望む画質の写真を得ることが難しくなる。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、絞り機構において光漏れが生じにくく、且つ、小型化が容易な構造の撮像装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、レンズと絞り機構とを有する撮像装置であって、上記絞り機構は、上記レンズの光軸方向に略沿って配置された複数枚の液晶板を備えており、上記レンズを透過し、上記絞り機構の後方に到達する光の量を、各液晶板に含まれる液晶の配向を制御することにより調整する配向制御手段を有している、ことを特徴としている。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るレンズ装置は、レンズと絞り機構とを有するレンズ装置であって、上記絞り機構は、上記レンズの光軸方向に略沿って配置された複数枚の液晶板を備えており、上記液晶板に含まれる液晶の配向が変わると、上記レンズ装置の前方から後方まで到達する光の量が変わる、ことを特徴としている。

本発明の一態様によれば、上記撮像装置は、その構造上、絞り機構において光漏れが生じにくく、且つ、容易に小型化できる、という効果を奏する。

同様に、本発明の一態様によれば、上記レンズ装置は、その構造上、絞り機構において光漏れが生じにくく、且つ、容易に小型化できる、という効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るカメラの側面を概略的に示した部分透視図である。 図１のカメラが備える絞り機構のより詳細を概略的に示した図である。 図１のカメラの要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係る交換用レンズの側面を概略的に示した部分透視図である。 一般的な羽絞り機構を説明するための図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明に係る撮像装置の一実施形態に係るカメラについて、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態に係るカメラの側面を概略的に示した部分透視図であり、図２は、本実施形態に係るカメラが備える絞り機構のより詳細を概略的に示した図である。また、図３は、本実施形態に係るカメラの要部構成を示すブロック図である。

なお、本発明に係る撮像装置は一般的なデジタルカメラまたはアナログカメラに限定されないことを予め述べておく。すなわち、本発明は、カメラ機能付きの携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等としても実施できる。

最初に、本実施形態に係るカメラの構成について説明する。

（カメラ１００）
図１および図２に示すように、本実施形態に係るカメラ１００は、レンズ１１０、絞り機構１２０、固体撮像素子１３０、絞り調整用操作ダイヤル１５０および露出調整部１６０を備えている。

（レンズ１１０）
レンズ１１０は、カメラ１００の最前部に取り付けられているレンズである。なお、カメラ１００のレンズ系は、レンズ１１０のみで構成されてもよいし、レンズ１１０を含む複数のレンズからなるレンズ群により構成されてもよい。

（絞り機構１２０）
図２に示すように、絞り機構１２０は、レンズ系の光軸方向に略沿って配置された複数枚（本実施形態では３枚）の液晶板１２１ａ〜１２１ｃを備えている。

液晶板１２１ａ〜１２１ｃの各々の中央には円形の開口部が設けられており、光軸方向から見た液晶板１２１ａ〜１２１ｃの形状はリング型になっている。また、各液晶板の開口部は他の液晶板の開口部とその大きさ（具体的には、半径）が異なっている。すなわち、光軸方向から見た各開口部の形状は、他の開口部とは半径が異なる円形になっている。また、本実施形態では、円形の各開口部の中心が略レンズ系の光軸上に位置するように液晶板１２１ａ〜１２１ｃが配置されている。

また、液晶板１２１ａ〜１２１ｃは、液晶板の略全体を単一のセグメントとするセグメント型（固定パターン型）の液晶板である。液晶板１２１ａのセグメントには、セグメント内の液晶の配向（すなわち、当該セグメントの光透過度）を制御するための電極１２２ａが接続されている。同様に、液晶板１２１ｂのセグメント、液晶板１２１ｃのセグメントには、それぞれ、セグメント内の液晶の配向を制御するための電極１２２ｂ、電極１２２ｃが接続されている。

なお、各液晶板は隣接する液晶板と前後に重なっていても重なっていなくてもよい。また、各液晶板は単一セグメントのセグメント型の液晶板であることが望ましいが、複数のセグメントを含むセグメント型の液晶板であってもよい。

また、本実施形態では、液晶板１２１ａ〜１２１ｃとしてノーマリーオープン型の液晶板を用いるが、液晶板１２１ａ〜１２１ｃとしてノーマリークローズ型の液晶板を用いてもよい。

（固体撮像素子１３０）
固体撮像素子１３０は、イメージセンサとも呼ばれ、レンズ１１０やカラーフィルター（図示せず）等を透過した光を電気信号に変換する。固体撮像素子１３０は、単板式または三板式のＣＣＤイメージセンサであっても、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。

（絞り調整用操作ダイヤル１５０）
絞り調整用操作ダイヤル１５０は、ユーザに絞り値（Ｆ値）を調整させるために設けられた操作デバイスである。

（露出調整部１６０）
露出調整部１６０は、設定された露出となるように固体撮像素子１３０の受光量を調整する。具体的には、カメラ１００のシャッターボタン（図示せず）が押されると、露出調整部１６０は、現在のＦ値の設定と露出の設定とに応じてシャッター速度を決定する。そして、露出調整部１６０は、現在のＦ値の設定に応じた絞り機構１２０の制御を行うとともに、シャッター速度が表す時間だけシャッターを開いてからシャッターを閉じる。

なお、本実施形態では、絞り調整用の操作デバイスとして絞り調整用操作ダイヤル１５０を用いているが、ダイヤル１５０ではなく、絞り調整用の操作ボタンを用いてもよい。あるいは、カメラにタッチパネルを設けてもよく、露出調整部が、タッチパネルに対するタッチ操作に応じた絞り調整を行ってもよい。

以上、本実施形態に係るカメラ１００の構成について説明した。以上の説明からわかるように、液晶板１２１ａ〜１２１ｃは、液晶絞りとして機能するようになっている。以下では、本実施形態の特徴である、現在のＦ値の設定に応じた絞り機構１２０の制御について、図２および図３を参照しながらさらに詳細に説明する。

（絞り機構１２０の制御）
最初に絞りが最小絞りに設定されているものとする。絞りが最小絞りに設定されている間、露出調整部１６０は、電極１２２ａ〜１２２ｃに所定の電圧値の電圧を印加し続けることで、液晶板１２１ａ〜１２１ｃの各セグメントを遮蔽状態にする。

その後、ユーザがＦ値を少しずつ下げる操作を行うと、露出調整部１６０は、電極１２２ｃに印加する電圧の大きさを少しずつ減らす。これにより、液晶板１２１ｃのセグメントの光透過度が上がり、レンズ１１０を透過して固体撮像素子１３０に到達する光の単位時間当たりの量も増えることになる。ユーザ操作によりＦ値がＦ₃まで下がると、露出調整部１６０は、電極１２２ｃへの電圧の印加を停止する。

さらに、ユーザがＦ値をＦ₃よりも下げる操作を行うと、露出調整部１６０は、電極１２２ｂに印加する電圧の大きさを少しずつ減らす。これにより、液晶板１２１ｂのセグメントの光透過度が上がり、レンズ１１０を透過して固体撮像素子１３０に到達する光の単位時間当たりの量もさらに増えることになる。ユーザ操作によりＦ値がＦ₂まで下がると、露出調整部１６０は、電極１２２ｂへの電圧の印加を停止する。

さらに、ユーザがＦ値をＦ₂よりも下げる操作を行うと、露出調整部１６０は、電極１２２ａに印加する電圧の大きさを少しずつ減らす。これにより、液晶板１２１ａのセグメントの光透過度が上がり、レンズ１１０を透過して固体撮像素子１３０に到達する光の単位時間当たりの量もさらに増えることになる。ユーザ操作によりＦ値がＦ₁（すなわち、解放Ｆ値）まで下がると、露出調整部１６０は、電極１２２ａへの電圧の印加を停止する。

なお、ユーザがＦ値を解放Ｆ値から最大Ｆ値まで少しずつ上げていくと、それに伴い、露出調整部１６０は、所定の電圧値の電圧が印加されるまで電極に印加する電圧の大きさを上げていく動作を、電極１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの順に行っていくことになる。

（カメラ１００の利点）
以上のように、カメラ１００は、レンズ１１０と絞り機構１２０とを有する撮像装置である。絞り機構１２０はレンズ１１０の光軸方向に略沿って配置された３枚の液晶板１２１ａ〜１２１ｃを備えているが、液晶板の枚数を４枚以上に増やしてもよいし、液晶板の枚数を２枚に減らしても十分に細かい絞り制御が可能である。

また、カメラ１００は露出調整部１６０を備えており、露出調整部１６０は、レンズ１１０を透過し、絞り機構１２０の後方にある固体撮像素子１３０に到達する光の量を、各液晶板に含まれる液晶の配向を制御することにより調整するようになっている。

上記の構成により、カメラ１００は、細かい絞り制御を行うことが可能であり、液晶板の枚数を２枚に減らすことで小型化しても、細かい絞り制御を行うことが可能である。ま、カメラ１００は、絞り制御のために液晶板を移動させることもないので、特許文献１のデジタルカメラのような液晶絞りを撮影光路から退避させるためのスペースが設けられる必要もない。

さらに、絞り機構１２０に含まれる３枚の液晶板１２１ａ〜１２１ｃはレンズ１１０の光軸方向に略沿って配置されている。したがって、最小絞り時に遮蔽状態のセグメントを透過して固体撮像素子１３０に到達する光の量（すなわち、光漏れの量）は非常に少なくなる。

以上のことから、カメラ１００は、その構造上、絞り機構において光漏れが生じにくく、且つ、容易に小型化できると言える。

（実施形態１の付記事項１）
細かい絞り制御を必要としないユーザのために、カメラ１００に設計変更を施して、数段階（例えば、Ｆ₁〜Ｆ₄の４段階）のＦ値設定が可能なカメラを実現してもよい。すなわち、露出調整部１６０は、Ｆ値設定に応じて、電極１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの各電極について、電極に所定の電圧値の電圧を印加するか電極に電圧を印加しないかのいずれかを選択するように構成されていてもよい。

具体的には、露出調整部１６０は、Ｆ値がＦ₁（解放Ｆ値）に設定されている間は全電極に電圧を印加せず、Ｆ値がＦ₂に設定されている間は電極１２２ａにだけ電圧を印加してもよい。また、露出調整部１６０は、Ｆ値がＦ₃に設定されている間は電極１２２ｃ以外の２つの電極に電圧を印加し、Ｆ値がＦ₄（最大Ｆ値）に設定されている間は全電極に電圧を印加してもよい。

なお、上記の設計変更後のカメラは、複雑なドライバーを必要とすることなく各電極に対する電圧の印加のオンオフ制御だけで絞りを制御できるために、小型化が非常に容易である。また、少ないコストで当該カメラを製造できる。

（実施形態１の付記事項２）
各液晶板としてノーマリーオープン型の液晶板に代えてノーマリークローズ型の液晶板を用いる場合は、以下のように動作するように露出調整部１６０の設計を変更することになる。

すなわち、絞りが最小絞りに設定されている間は、露出調整部１６０は、電極１２２ａ〜１２２ｃに対して電圧を印加しないようにすることで、液晶板１２１ａ〜１２１ｃの各セグメントを遮蔽状態にする。ユーザがＦ値を最大Ｆ値から解放Ｆ値まで少しずつ下げていくと、それに伴い、露出調整部１６０は、所定の電圧値の電圧が印加されるまで電極に印加する電圧の大きさを上げていく動作を、電極１２２ｃ、１２２ｂ、１２２ａの順に行っていくことになる。

絞りが解放絞りに設定されている間は、露出調整部１６０は、電極１２２ａ〜１２２ｃに所定の電圧値の電圧を印加し続けることで、液晶板１２１ａ〜１２１ｃの各セグメントを透過状態にする。ユーザがＦ値を解放Ｆ値から最大Ｆ値まで少しずつ上げていくと、それに伴い、露出調整部１６０は、電圧の印加を停止するまで電極に印加する電圧の大きさを下げていく動作を、電極１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの順に行っていくことになる。

（実施形態１の付記事項３）
実施形態１におけるカメラ１００はデジタルカメラであるが、フィルム式カメラとして本発明を実施することができる。この場合、カラーフィルタおよび固体撮像素子１３０に代えてフィルムを用いることになる。

（実施形態１の付記事項４）
本発明に係る撮像装置に絞り調整用操作ダイヤル１５０は必須でない。すなわち、露出調整部１６０は、自動的にＦ値を決定し、決定したＦ値に従って絞り機構１２０を制御してもよい。また、本発明に係る撮像装置は、露出設定を受け付ける操作デバイスを備えてもよいが、そのような操作デバイスを備えずに自動的に露出を決定するように構成されていてもよい。

（実施形態１の付記事項５）
各液晶板の開口部の形状は円形でなくてもよい。例えば、各液晶板の開口部は、多角形または楕円形であってもよい。

〔実施形態２〕
本発明に係るレンズ装置の一実施形態に係る交換用レンズについて、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態に係る交換用レンズ２００は、レンズ１１０、絞り機構１２０、および、レンズマウント１４０を備えている。

レンズマウント１４０は、交換用レンズをボディに装着するために設けられたマウントである。

なお、交換用レンズは、一眼レフカメラ用の交換用レンズであっても、ミラーレスカメラ用の交換用レンズであってもよいが、実施形態１で説明した露出調整部１６０をボディ内に備えている必要がある。

また、交換用レンズには固体撮像素子１３０が設けられていてもよい。この場合、交換用レンズは、固体撮像素子をボディ内部に備えていないタイプのカメラに使用することができる。

〔実施形態３〕
本発明は、レンズ１１０に代えて対物レンズおよび接眼レンズ（共に図示せず）を備え、さらに、絞り機構１２０および露出調整部１６０を備えた光学装置としても実現できる。このような光学装置の例としては、光学望遠鏡または光学顕微鏡が挙げられる。

なお、このような光学装置は、公知の光学装置に絞り機構１２０および露出調整部１６０を設けることにより製造できるため、光学装置中で用いられる絞り機構１２０および露出調整部１６０以外の部品の詳細な説明は省略する。また、絞り機構１２０および露出調整部１６０についても実施形態１で説明したのでここでは説明を省略する。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る撮像装置（カメラ１００）は、レンズ（レンズ１１０）と絞り機構（絞り機構１２０）とを有する撮像装置であって、上記絞り機構は、上記レンズの光軸方向に略沿って配置された複数枚の液晶板（液晶板１２１ａ〜１２１ｃ）を備えており、上記レンズを透過し、上記固体撮像素子に到達する光の量を、各液晶板に含まれる液晶の配向を制御することにより調整する配向制御手段（露出調整部１６０）を有している。

上記の構成によれば、上記撮像装置は、絞り制御のために液晶板を移動させることもないので、特許文献１のデジタルカメラのような液晶絞りを撮影光路から退避させるためのスペースが設けられる必要もない。

また、上記複数枚の液晶板はレンズの光軸方向に略沿って配置されている。したがって、最小絞り時に液晶板を透過して、固体撮像素子またはフィルムに到達する光の量（すなわち、光漏れの量）は非常に少なくなる。

以上のことから、上記撮像装置は、その構造上、絞り機構において光漏れが生じにくく、且つ、容易に小型化ができると言える。

本発明の態様２に係る撮像装置は、態様１において、上記複数枚の液晶板の各々には、上記光が通過する開口部が設けられており、各液晶板に設けられた開口部は、他の液晶板に設けられた開口部とは大きさが異なっている、ことが望ましい。

本発明の態様３に係る撮像装置は、態様２において、上記各液晶板に設けられた開口部の形状は円形であり、上記各液晶板に設けられた開口部の中心は、略上記光軸上に位置している、ことが望ましい。

本発明の態様４に係る撮像装置は、態様１から態様３のいずれかの態様において、上記液晶板はセグメント型の液晶板であることが望ましい。

上記の構成によれば、上記撮像装置には、態様１に係る撮像装置であってドットマトリクス型の液晶板を複数枚備えた撮像装置に比べて、少ないコストで製造することができるという利点がある。

本発明の態様５に係る撮像装置は、態様１から態様４のいずれかの態様において、上記配向制御手段は、上記液晶の配向を、上記光が上記液晶を透過するようにも透過しないようにも制御できることが望ましい。

本発明の態様６に係る撮像装置は、態様１から態様５のいずれかの態様において、さらに固体撮像素子（固体撮像素子１３０）を備え、上記絞り機構が上記レンズと上記固体撮像素子との間に設けられている、ことが望ましい。

本発明の態様７に係るレンズ装置（交換用レンズ２００）は、レンズと絞り機構とを有するレンズ装置であって、上記絞り機構は、上記レンズの光軸方向に略沿って配置された複数枚の液晶板を備えており、上記液晶板に含まれる液晶の配向が変わると、上記レンズ装置の前方から後方まで到達する光の量が変わる。

上記の構成によれば、上記レンズ装置は、本発明の態様１に係る撮像装置と同様の作用効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、デジタルカメラ、または、カメラ機能を備えた携帯電話、スマートフォンもしくはタブレット端末に好適に利用することができる。

１００ カメラ
１１０ レンズ
１２０ 絞り機構
１２１ａ〜１２１ｃ 液晶板
１２２ａ〜１２２ｃ 電極
１３０ 固体撮像素子
１４０ レンズマウント
１５０ 絞り調整用操作ダイヤル
１６０ 露出調整部
２００ 交換用レンズ

Claims (5)

1. レンズと絞り機構とを有する撮像装置であって、
   上記絞り機構は、上記レンズの光軸方向に略沿って配置された複数枚の液晶板を備えており、
   上記レンズを透過し、上記絞り機構の後方に到達する光の量を、各液晶板に含まれる液晶の配向を制御することにより調整する配向制御手段を有している、ことを特徴とする撮像装置。
2. 上記複数枚の液晶板の各々には、上記光が通過する開口部が設けられており、
   各液晶板に設けられた開口部は、他の液晶板に設けられた開口部とは大きさが異なっている、ことを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記各液晶板に設けられた開口部の形状は円形であり、
   上記各液晶板に設けられた開口部の中心は、略上記光軸上に位置している、ことを特徴とする、請求項２に記載の撮像装置。
4. 上記配向制御手段は、上記液晶の配向を、上記光が上記液晶を透過するようにも透過しないようにも制御できるように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. レンズと絞り機構とを有するレンズ装置であって、
   上記絞り機構は、上記レンズの光軸方向に略沿って配置された複数枚の液晶板を備えており、
   上記液晶板に含まれる液晶の配向が変わると、上記レンズ装置の前方から後方まで到達する光の量が変わる、ことを特徴とするレンズ装置。

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