JP2568695B2 - 可変ソフトフォーカスフィルター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶を用いた可変ソフトフォーカスフィル
ター、更にはソフト効果が制御可能で特にカメラ用のフ
ィルターとして有用な可変ソフトフォーカスフィルター
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、カメラ、引き伸ばし機等において、レンズ等に
より結合された像の先鋭度を低下させてソフト描写の効
果を出すためにソフトフォーカスフィルターが用いられ
ている。これらのソフトフォーカスフィルターとして
は、従来例えば透明基板の表面を砂ずり等の方法により
荒して、拡散面を形成したものや、第６図に示したよう
にある透明基板に凹凸パターンを形成したものが用いら
れている。

また、特開昭59−228622等により、液晶を用いてソフト
効果の有無及び程度を制御する素子も開示されており、
第７図および第８図はこの素子の例を示す。第７図は素
子の断面図であり、第８図は透明電極のパターン図であ
る。これらの図において61,65はガラス基板で、これら
ガラス基板61,65の片面に形成された透明電極62,64の間
に液晶層63を保持してセルを構成させる、透明電極62は
円形の開口部72がランダムに配置された透明電極であ
り、64は全面一様な透明電極である。ここで液晶層63は
誘電異方性が負のネマチック液晶で構成され、非電圧印
加字の配向状態は図示してない配向膜により電極に対し
てほぼ垂直に配列（ホメオトロピック配向）されてい
る。そして、電圧印加により、透明電極の開口部の無い
領域においては電圧に従い液晶分子の配向方向が変化す
る。これにより、光の入射方向で対して電極の開口部と
非開口部との領域間で光の位相差が生じ、その結果とし
てソフトフォーカス効果を得ることができるようになっ
ている。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記した従来例のものにおいては以下
の様な問題点があった。

まず、第６図に示した透明基板に凹凸を形成したもの
についてその問題点を説明すると、これは、カメラや引
き延ばし機にソフト効果を得たいときに装着して使用さ
れるものであるが、装着に手間がかかり、特にカメラに
おいては、シャッターチャンスを逃してしまうという問
題点がある。また、レンズ交換の可能なカメラにおいて
はレンズの種類、さらに絞り値によりソフト効果が変化
するため、数種類のソフトフォーカスフィルターを用意
し、所望のものを選択して使用しなければならない。

また、第７図、第８図で説明した液晶を用いたソフト
フォーカスフィルターについてその問題点を説明する
と、電圧印加時に生じる光の位相差は一方の偏光に対し
てのみである。このため、通常のソフトフォーカス効果
を出すためには、交叉する二軸方向夫々に位相差を生ず
る二つの素子を重ねて使用しなければならないので、素
子構造が複雑になる。またその他に、透明電極が４枚必
要となることに起因して可視部の光吸収が無視できなく
なるという問題がある。

本発明者はこのような現状に鑑み、可変ソフトフォー
カスフィルターとして、交換等のわずらわしさがなく、
かつ迅速かつ任意にソフトフォーカス効果を選択するこ
とができ、しかも撮影装置等に装着して使用された場合
の重要な問題である透光光量の低下が少ない可変ソフト
フォーカスフィルターを提供することを目的として本発
明をなすに至ったものである。

［課題を解決するための手段及び作用］ 上記目的を実現する本発明の可変ソフトフォーカスフ
ィルターの特徴は、正の誘電異方性のネマチック液晶
を、この液晶の常光線屈折率と略同じ屈折率を示す誘電
異方性をもたない透明な高分子物質中に分散含有させた
層と、この層を挾持する透明電極を有する一対の透明基
板とを備えた液晶素子からなり、前記液晶を分散含有さ
せた高分子物質の層は、厚さが２μｍ〜30μｍで、かつ
液晶の高分子物質に対する体積比が30％以下であるとい
う構成をなすところにある。

なおソフトフォーカスフィルターとして提案されたも
のではないが、高分子膜中にネマチック液晶を分散さ
せ、電圧により液晶分子の向きを制御し液晶の複屈折率
と高分子の屈折率の差に基づいた光の拡散性を制御する
液晶素子は、特表昭58−501631等により開示されてい
る。

この液晶素子は、液晶の常光線屈折率（ｎo）と高分
子の屈折率はほぼ等しい部材で形成されており、電圧を
印加しない状態で高分子中に分散した液晶は各ドメイン
ごとにある方向に配向している。また、このとき、各ド
メインが示す液晶の向きは高分子膜中にランダム存在し
ている。この結果、非電圧印加時において、この素子
は、液晶の異常光線屈折率（ｎe）と高分子の屈折率の
差に基づく拡散状態を形成する。一方この液晶素子に電
圧を印加した場合には、高分子膜中の各ドメインにおい
て、液晶分子には電界の向きに向かせようとする力が働
く。このとき、液晶分子は、電界の強さによるこの力と
高分子膜から受ける配向規制力、および液晶の弾圧エネ
ルギーによりある一定の平衡状態に達し、液晶分子が、
ほぼ電界の向きに従ったときには、素子は良好な透過状
態を形成する。また、中間電圧においては、拡散状態も
中間的なものになる。

なお、正の誘電異方性のネマチック液晶において常光
線屈折率（ｎo）とは液晶分子の短軸方向の偏光に対す
る屈折率であり、異常光屈折率（ｎe）とは液晶分子の
長軸方向の偏光に対する屈折率である。

しかしながらこの素子はおもに表示用として考案され
ているため、そのまま可変ソフトフォーカスフィルター
として用いても十分に機能することはできない。

これは、以下の様な原因によるものと考えられる。す
なわち表示用として作製されたこの素子は、可変ソフト
フォーカスフィルターとして使用するには、印加電圧が
小さい場合には拡散度が大きすぎて結像することが困難
となり、また印加電圧が十分に大きい飽和状態において
も拡散性が残り高品位な透過状態は形成できないためで
ある。

本発明の目的とする可変ソフトフォーカスフィルター
用素子としては、拡散状態時においても例えば撮影に必
要十分な透過光量を満足して良好なソフトフォーカスフ
ィルターとして機能し、さらには透過状態においては、
拡散性がなく像の先鋭度を損なうことの無い高品位な状
態を形成することが必要である。

そこで、我々は、品位の高い可変ソフトフォーカスフ
ィルターを提供するために鋭意検討を重ね、上記本発明
の構成の液晶素子が素子の液晶を分散させた高分子層の
厚さが２μｍから30μｍの間であって、かつ液晶の高分
子に対する体積比が30％以下であるときに初めて、さら
に望ましくは、液晶を分散させた高分子層の厚さが５μ
ｍから15μｍの間でありかつ液晶の高分子に対する体積
比が20％以下であるときに、良好な可変ソフトフォーカ
スフィルターとして機能できることを見いだし、本発明
をなすに至ったのである。

本発明の液晶素子が上記範囲において初めて良好なソ
フトフォーカスフィルターとして機能する理由は、以下
の様に考えることが出来る。

すなわちオン−オフに伴う拡散度の変化を大きくする
ためには、常光線屈折率と異常光線屈折率の差が大きい
液晶が拡散効果が大きく有利である。また、液晶を分散
させた高分子層の厚さは液晶の配向方向を変えるに十分
な印加電圧を加えられる範囲で大きい方が、拡散状態に
おける透過光量を抑えることができ有利である。さら
に、液晶と高分子の体積比率は50％にちかいほど拡散効
率が上がり有利である。

しかしながら、膜厚が30μｍより大きくなる、あるい
は液晶の高分子にたいする体積比が30％より大きくなる
と先に述べた問題点である拡散状態での低透過率、低品
位の透過状態が顕著に表れる。

これは、液晶と高分子界面の増加により説明される。
つまり界面近傍においては、強い配向規制力により透過
状態においても液晶分子が電界に従うことができない。
このため、界面の増加に従って、透過品位が低下してし
まう。また、膜厚が増加することと液晶の体積比率が50
％に近づくことは、電圧を印加しない状態での拡散度の
増大を招く結果となる。

また、膜厚を２μｍより小さくすると透明電極の短絡
が起こり易くなり、また膜厚の制御も困難になるという
素子作製上の問題が顕著となる。更にまた、液晶の常光
線屈折率と異常光線屈折率の差はせいぜい0.25程度以下
であり、上記膜厚以下では拡散度変化が小さく、ほとん
ど可変ソフトフォーカスフィルターとして機能しない。

また、液晶の高分子に対する比率を70％以上としても
拡散度を小さくすることができるが、この場合には、液
晶を安定に保持することが困難となる。以上のような種
々の観点から、上記範囲内で膜厚と体積比をもった液晶
素子を用いることにより、ソフトフォーカス効果の異な
る高品位な可変ソフトフォーカスフィルターを提供する
事が可能となった。

本発明で用いられる高分子物質は、誘電異方性をもた
ず、かつこれに分散含有される液晶の常光線に対する屈
折率と略同じ屈折率を有するものが選択して使用され
る。このような高分子物質としては例えばポリビニルア
ルコール、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、
ポリ酢酸ビニル、ジエチレングリコールビスアリルカー
ボネート、エポキシ系樹脂などが例示される。

上記において液晶の常光線屈折率ｎoと、高分子物質
の屈折率が「略同じ」とはおおよそ0.02以下望ましくは
0.01以下の場合をいう。0.02より大きい屈折率差がある
と透過状態の品位（拡散性が残留するため）が低下す
る。

最後に本発明の特徴を印加電圧に対する透過率によっ
て示した第５図を用いて説明する。

この第５図において透過率の値は素子に1mm径のスポ
ット光を垂直照射し、素子の30cm後方において1mm径の
検出面積により測定した強度より求めたものである。従
来の素子を用いた場合には、非電圧印加時（OV）には透
過率は数％であり、70V以上を印加した透過時において
も70％程度である。これに対して本発明例においては、
非電圧印加時において約50％の透過率、25V以上の透過
時においては90％程度を示し、非電圧印加時にも撮影可
能な光量、電圧印加時には、拡散性の認められない品位
の高い透過状態、また、５〜25Vの中間電圧においては
安定な中間状態が形成された。

なお、第５図における従来例と本発明例の対比は一例
的なものであり、本発明がこれに限定されるものではな
いが、本発明を実施した場合には、概して、非電圧印加
時において30％以上、電圧印加時においては85％以上の
透過率が得られている。

［実 施 例］ 以下、実施例を用いて本発明の方法を具体的に記載す
るが、本発明はこれにより限定されるものではない。

（実施例１） 第１図，第２図は、本発明の第一の実施例を示す。第
１図は、液晶素子の断面図であり、11,15は透明基板、1
2,14は透明導電膜、13は液晶を分散含有させた高分子物
質の層を示す。

第２図は、この液晶素子を一眼レフレックスカメラに
可変ソフトフォーカスフィルターとして用いたときのカ
メラの断面図を表わし、20は可変ソフトフォーカスフィ
ルター、21は撮影レンズ、22はペンタプリズム、23はア
イピースレンズ、24はフレネルレンズ及びコンデンサー
レンズ、25は焦点板、26はフィルム、27はカメラ本体、
28はミラー、29は可変ソフトフォーカスフィルター駆動
装置を夫夫示している。

以下、この液晶素子の作製法、および可変ソフトフォ
ーカスフィルターとしての駆動操作例について述べる。

まず重合度が約500のポリビニルアルコール（PVA）を
水に溶解させ、メタノールを用いて再沈殿させて十分に
精製し10％PVA水溶液を作製した。この溶液10gに、メル
ク社製のZLI2914液晶（登録商標：以下略）2gを混合
し、撹拌して乳液状にした。室温で約１時間放置後、図
１で示される全面に透明電極を備えたガラス基板上に滴
下し引き伸ばして厚さが約10μｍの膜を形成した。さら
に、この膜を室温で５時間乾燥後全面に透明電極を有す
る対向基板を圧着し液晶素子を作製した。

この液晶素子は、液晶の常光線屈折率1.5089ポリビニ
ルアルコールの同屈折率1.510、ポリビニルアルコール
に対する液晶の体積比は10％であった。

上記液晶素子を可変ソフトフォーカスフィルターとし
てカメラに装着した状態を第２図に示す。

このような構成において、電圧を印加しない状態では
ソフトフォーカス効果が得られ、光量低下も小さく十分
に撮影可能でありその露出補正量は1/2段であった。ま
た、周波数1kHz、30Vの矩形波を印加したところ光量低
下のない品位の高い透過状態が形成され露出補正なしで
撮影でき、電圧印加のオンオフにより透過状態と拡散状
態の瞬時の切り替えが行えた。なお、そのスピードは50
msec以下であった。さらに、その中間の印加電圧により
素子の拡散状態を制御することにより、撮影者に任意の
ソフトフォーカス効果を出すことが可能であった。

なお、実施例１においては、脱着可能なフィルターと
してフィルター径の同じ従来のレンズに任意に取り付け
て使用する事が可能であることは勿論である。

（比較例） 同じ構成材料、作製方法を用いてポリビニルアルコー
ルに対する液晶の体積比を50％、液晶を含有したポリビ
ニルアルコール層の厚さを40μｍとして素子を形成し、
ソフトフォーカスフィルターとして使用を試みた。しか
しながら、非電圧印加時においては晴天時の室外撮影で
も像が観察できず撮影不能であった。また、透過状態に
おいても、撮影は可能なものの、拡散成分が残留し、ソ
フトフォーカス状態となってしまい可変ソフトフォーカ
スフィルターとして十分に機能することはできなかっ
た。

（実施例２） 第３図は本発明の第二の実施例を説明するためのもの
で、図は液晶素子からなる可変ソフトフォーカスフィル
ターを一眼レフレックスカメラに用いたときのカメラの
断面図を表わしている。この図において30は可変ソフト
フォーカスフィルター、31は撮影レンズ、32はペンタプ
リズム、33はアイピーレンズ、34はフレネルレンズ及び
コンデンサーレンズ、35は焦点板、36はフィルム、37は
カメラ本体、38はミラーを示す。

以下、実施例１と同様に液晶素子の作製法と、これか
らなる可変ソフトフォーカスフィルターの駆動操作例に
ついて述べる。

まず２液性のエポキシ系接着剤である米国エポキシ・
テクノロジー社製エポテック310（登録商標：以下略）
の２液を混合し、室温で５時間放置した。真空中で脱泡
処理をしたあと、既述のメルク社製のZLI2914液晶を体
積比で20％の割合に混合し、全面に透明電極を備えたガ
ラス基板上に滴下し引き伸ばして厚さが約10μｍの膜を
形成した。さらに、この膜を室温で１時間放置後、全面
に透明電極を有する対向基板を圧着し素子を作製した。

上記エポテック310の屈折率は1.507であった。

上記第３図の構成において、電圧を印加しない状態で
はソフトフォーカス効果が得られ、光量低下も小さく十
分に撮影可能でありその露出補正量は1/2段であった。
また、カメラ本体に内蔵した駆動部（図示せず）より、
周波数1kHz、30Vの矩形波を印加したところ光量低下の
ない品位の高い透過状態が形成され、電圧印加のオンオ
フにより透過状態と拡散状態の瞬時の切り替えが50msec
以下のスピードで行えた。さらに、その中間の印加電圧
により素子の拡散状態を制御することにより、撮影者に
任意のソフトフォーカス効果を出すことが可能であっ
た。

このとき8V以下の印加電圧では拡散性が強く全体に霧
がかかった様な効果が得られた。これに類似するフィル
ターとして（株）ケンコー製のSQフォギー［Ｐ］（登録
商標）フィルターが一例として挙げられる。

また8V〜25Vの拡散状態に類似するフィルターの例と
して（株）ケンコー製のSQソフトンII［Ａ］及びSQソフ
トンII［Ｂ］（いずれも登録商標）フィルターが一例と
して挙げられる。

また、25V以上の印加電圧では、フィルターのない状
態と同等の撮影が行えた。

（実施例３） 第４図は、本発明第３の実施例を説明するためのであ
り、レンズシャッターカメラに実施例２と同様の素子を
装着した状態を示す。

この図において、40は本発明の可変ソフトフォーカス
フィルター、41はシャッターボタン、42は撮影レンズ、
43はフィルム、44はシャッター、45は通常モードおよび
ソフトフォーカスモード切り替えスイッチ、46はカメラ
本体を示す。

このような構成において、通常の撮影においては、シ
ャッターボタンの第一ストロークにより1kHz、30Vの矩
形波が素子に印加され実施例２と同様な透過状態が形成
された。また、電圧非印加のソフトフォーカスモードに
おいては、良好なソフト効果撮影が実施例２と同様に行
なえた。

また、電圧印加の大きさを何段階かに分けることによ
り何種類かのソフトフォーカス撮影モードを設けること
ができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、高分子物質中にネマチック液晶
を分散含有させた液晶素子において、素子の液晶を含む
高分子層の厚さを２μｍから30μｍの間としかつ液晶の
高分子に対する体積比を30％以下として可変ソフトフォ
ーカスフィルターを構成することにより、偏光特性の無
い良好な可変ソフトフォーカスフィルターを提供できる
効果があり、このフィルターを用いることで交換時のわ
ずらわしさをなくするとともに、撮影者に任意の状態を
選択できる効果がある。

また、状態の切り替えが、瞬時で行えるためシャッタ
ーチャンスを逃す虞れも少ないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明よりなる可変ソフトフォーカス
フィルターの一実施例を説明するための図であり、第１
図は液晶素子の断面図、第２図はこの可変ソフトフォー
カスフィルターを適用したカメラの構成概要を示した図
である。 第３図は，第４図は本発明の他の実施例の可変ソフトフ
ォーカスフィルターを説明するための図であり、第３図
はこの可変ソフトフォーカスフィルターを適用したカメ
ラの第２実施例の構成概要を示した図、第４図はこの可
変ソフトフォーカスフィルターを適用したレンズシャッ
ターカメラの構成概要を示した図である。 第５図は、本発明よりなる可変ソフトフォーカスフィル
ターの印加電圧に対する透過率の関係を、従来例と対比
して概要的に示した図である。 第６図は従来のソフトフォーカスフィルターの一例を示
した概要斜視図、第７図は従来の可変ソフトフォーカス
フィルターである液晶素子の一例を示した断面図、第８
図は同液晶素子の平面図である。 11,15……透明基板 12,14……透明導電膜 13……液晶分散含有の高分子物質の膜 20,30……可変ソフトフォーカスフィルター 21,31……撮影レンズ 22,32……ペンタプリズム 23,33……アイスピースレンズ 24,34……フレネルレンズ及びコンデンサーレンズ 25,35……焦点板 26,36……フィルム 27,37……カメラ本体 28,38……ミラー 29……可変ソフトフォーカスフィルター駆動装置 40……可変ソフトフォーカスフィルター 41……シャッターボタン 42……撮影レンズ 43……フィルム 44……シャッター 45……切り替えスイッチ 46……カメラ本体 51……ソフトフォーカスフィルター 52……凹凸パターン 61,65……ガラス基板 62,64……透明電極 63……液晶層 71……ソフトフォーカスフィルター 72……開口部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正の誘電異方性のネマチック液晶を、この
   液晶の常光線屈折率と略同じ屈折率を示す誘電異方性を
   もたない透明な高分子物質中に分散含有させた層と、こ
   の層を挾持する透明電極を有する一対の透明基板とを備
   えた液晶素子からなり、前記液晶を分散含有させた高分
   子物質の層は、厚さが２μｍ〜30μｍで、かつ液晶の高
   分子物質に対する体積比が30％以下であることを特徴と
   する可変ソフトフォーカスフィルター。