JP3991732B2

JP3991732B2 - 撮像装置

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Publication number: JP3991732B2
Application number: JP2002070891A
Authority: JP
Inventors: 融宇高; 敬一仁藤; 敏治柳田; 大河端
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Current assignee: Sony Corp
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Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2007-10-17
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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（ＧＨ（Guest Host)）型液晶セルが用いられる。
【０００３】
図１５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、図示省略したが、２枚のガラス基板の間に封入され、またＩＴＯ（Indium tin oxide）等の動作電極やポリイミド膜等の液晶配向膜を有している（以下、同様）。ＧＨセル２には、ポジ型液晶分子３とポジ型二色性染料分子４とが封入されている。
【０００４】
ポジ型二色性染料分子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、ポジ型液晶分子３は、例えば誘電率異方性が正のポジ型（正型）である。
【０００５】
図１５（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される。図１５（ａ）では、この偏光方向とポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向とが一致するので、光は、ポジ型二色性染料分子４に吸収され、ＧＨセル２の光透過率が低下する。
【０００６】
そして、図１５（ｂ）で示すように、ＧＨセル２に電圧印加を行なうと、ポジ型液晶分子３が電界方向に向くに伴なってポジ型二色性染料分子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、入射光５はＧＨセル２によりほとんど吸収されずに透過する。
【０００７】
図１５に示したＧＨセル２においては、図１６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光透過率を参照（＝１００％）とした：以下、同様）が増加するが、電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【０００８】
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。
【０００９】
図１５に示した調光装置では、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２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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
さて、従来のゲスト−ホスト型液晶セルを用いる場合、液晶素子中において二色性染料分子を用いるために、この染料分子が過度の紫外線照射により劣化することが問題となっていた。
【００１１】
即ち、紫外線が撮像装置の有効光路を通して外部から調光装置に入射し、この入射した紫外線によって、ゲスト−ホスト型液晶素子に含まれる二色性染色分子が光分解若しくは光劣化してイオン化（物性が変化）し、変色又は退色して、本来有する光吸収機能が劣化してしまい、これに伴ってゲスト−ホスト型液晶素子の光吸収効果が低下し、駆動効率も悪化した。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ゲスト−ホスト型液晶素子の効率的で安定した駆動を行える調光装置を用いた撮像装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、調光用のゲスト−ホスト型液晶素子からなる調光装置と、前記液晶素子の光出射側に設けられた撮像素子とが撮像系の光路中に配されていて、前記液晶素子の光入射側に、複数のレンズからなるレンズ群が前記液晶素子と光軸を共通にして配置され、更に前記レンズ群の最後尾のレンズに、少なくとも紫外線を吸収するフィルタ材が保持されている撮像装置に係わるものである。
【００１６】
本発明は更に、調光用のゲスト−ホスト型液晶素子からなる調光装置と、前記液晶素子の光出射側に設けられた撮像素子とが撮像系の光路中に配されていて、前記液晶素子の光入射側に、複数のレンズからなるレンズ群が前記液晶素子と光軸を共通にして配置され、更に前記レンズ群の最後尾のレンズに、少なくとも紫外線を吸収するフィルタ材と、少なくとも紫外線を反射する反射材とのうち、少なくとも前記反射材が保持されている撮像装置も提供するものである。
【００１７】
本発明によれば、ゲスト−ホスト型液晶素子の光入射側に設けられた複数のレンズからなるレンズ群の最後尾のレンズに、少なくとも紫外線を吸収するフィルタ材と、少なくとも紫外線を反射する反射材との少なくとも一方が保持されているために、少なくとも紫外線がゲスト−ホスト型液晶素子に照射される量が大きく減少し、これによって、ゲスト−ホスト型液晶素子中の二色性染料分子等の構成材料が少なくとも紫外線によって光分解若しくは光劣化せず、液晶素子を安定して高効率に駆動させることができる。
しかも、上記のフィルタ材及び／又は反射材が上記レンズ群の最後尾のレンズに保持されているので、必要最低限の設置面積となり、無駄な部分を生じさせず、また上記のフィルタ材及び／又は反射材は上記の液晶素子に可能な限り近い位置に配されることから、レンズ群による紫外線吸収効果も加わることになって紫外線遮断性能が更に向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記フィルタ材又は反射材が、紫外線カット又は反射フィルム、紫外線カット又は反射コートガラス及び紫外線吸収又は反射ガラスから選ばれた少なくとも一種からなり、前記フィルタ材又は反射材が少なくとも入射光の有効光路断面と同一領域に設けられるのが、紫外線を十分にカット又は反射するために望ましい。
【００１９】
又、液晶素子への入射光の有効光路中に偏光板が配されて、この偏光板が前記有効光路に対して出し入れ可能であるのが、後述のように光量均一化にとって望ましい。
【００２０】
また、参考迄に述べると、装置外面に露出して前記液晶素子が配置される場合、この液晶素子の光入射側に前記フィルタ材又は反射材が配置されており、更に、前記液晶素子の側端面にも前記フィルタ材又は反射材が配置されているのがよい。
【００２１】
又、前記液晶素子が、ネガ型又はポジ型、特にネガ型液晶をホスト材料とし、ポジ型又はネガ型の二色性染料をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子であるのが、後述のように透過率と応答速度の点で望ましい。
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面の参照下に詳しく説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態における、調光装置２３をＣＣＤ（charge coupled device）カメラ５０に組み込んだ例を示すものである。
【００２４】
即ち、ＣＣＤカメラ５０において、一点鎖線で示す光軸６６に沿って、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が設けられ、ＣＣＤパッケージ５５には、赤外線カットフィルタ５５ａ、光学ローパスフィルタ５５ｂ、ＣＣＤ撮像素子５５ｃがそれぞれ収納されている。
【００２５】
２群レンズ（ズーム用）５２と３群レンズ５３との間には、３群レンズ５３寄りに、ＧＨセル１２と偏光板１１とからなる調光装置２３が、光量調節（光量絞り）のために同じ光路上に取り付けられている。なお、フォーカス用の４群レンズ５４は、リニアモーター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、又、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。
【００２６】
そして、紫外線カットフィルタ６５を２群レンズの最後尾に有効光路２０をカバーできるようにレンズ全面に貼り付けて配する。
【００２７】
紫外線カットフィルタ６５の構成としては、一般的にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃から選ばれた１種もしくは数種の層の多層構造を用いることができる。例えば、単層当たりの厚さが１００Å以下の膜を４０〜６０層重ねるものである。
【００２８】
なお、本実施の形態の調光装置２３においては、紫外線カットフィルタをレンズ群の最後尾のレンズに配したが、この調光装置を調光システム又は調光機構と称してもよい。
【００２９】
又、本実施の形態においては、例えば紫外線カットフィルタ６５の代りに紫外線カットコートガラス、紫外線吸収ガラス等を用いてもよい。
【００３０】
そして、紫外線カットコートは、装置構成によりレンズ数が異なるために数量に増減はあるが、少なくとも１レンズあたり２面が存在するので、レンズ数ｎに対して、２ｎ面又はそれ以下に塗布可能である。
【００３１】
又、紫外線カットフィルタの設置位置は、液晶素子より光入射側において有効光路を最低限カバーできればよいが、図１に示すように、２群レンズ（ズーム用）５２の最後尾のレンズに設けると、必要最低限の設置面積となり、無駄な部分を生じさせない。
【００３２】
又、設置位置は、液晶素子に可能な限り近い方が、紫外線遮断性能を有効に用いることができる。この場合、レンズ群５１や５２による紫外線吸収効果が紫外線カットフィルタ６５による紫外線カット効果に加わることになる。
【００３３】
又、紫外線カットフィルタの面積は、少なくとも有効光路の断面積と重なりかつこの断面積又はそれ以上の面積であればよく、厚さ、材質、形状等も自由に変えてよい。
【００３４】
又、この紫外線カットフィルタの取付け方法においては、有効光路中に出し入れ可能な機能を有していてもよい。その他にも、紫外線カットフィルタの取付け方法においては、例えば予めレンズ自体に紫外線吸収剤が含まれている形態、レンズ表面に紫外線吸収剤が貼り付けられている形態等を用いてもよい。
【００３５】
又、実施の形態の調光装置及び撮像装置においては、ゲスト−ホスト型液晶素子のホスト材料には誘電率異方性が負のネガ型液晶分子を用い、またゲスト材料はポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなっていてよい。
【００３６】
又、偏光板は、機械式アイリスの可動部などに設置されることにより、有効光路に出し入れ可能とされることが望ましい。
【００３８】
本実施の形態においては、ゲスト−ホスト型液晶素子の光入射側に紫外線吸収材が設けられているために、紫外線がゲスト−ホスト型液晶素子に照射される量が大きく減少する。
【００３９】
それゆえに、ゲスト−ホスト型液晶素子中の二色性染料分子が、紫外線によって光分解若しくは光劣化してイオン化されないため、それが本来もつ光吸収機能を十分に保持でき、これに伴ってゲスト−ホスト型液晶素子の光吸収効果が安定し、この駆動効率もよくなる。
【００４０】
又、液晶組成物の劣化を低減することができ、液晶素子全体の駆動信頼性を向上させることができる。
【００４１】
次に、図１５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）が正のポジ型の液晶を用い、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４を用い、偏光板１をＧＨセル２の入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測すると、図１６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１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【００４２】
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。
【００４３】
これに対し、図７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を一例として用い、ゲスト材料４には二色性を有するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用い、その他は図１５のＧＨセル２と同様に構成する。このＧＨセル１２において、偏光板１１をＧＨセル１２の入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測したところ、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）が最大光透過率約７５％から数％にまで減少し、しかも光透過率の変化が比較的急峻となる。
【００４４】
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。
【００４５】
このようにして、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセルを構成すれば、光透過率（特に透明時）が向上し、ＧＨセルを撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できるコンパクトな調光装置が実現可能となる。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配することにより、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）が一層向上し、調光装置のコントラスト比が更に大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作をより正常に行なうことができる。
【００４６】
なお、本実施の形態においては、前記液晶素子のネガ型液晶の誘電率異方性は負であるのがよいが、ゲスト材料は、ポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなっていてよい。また、ホスト材料はネガ型であるのがよいが、ポジ型でも差支えはない。
【００４７】
本実施の形態において、ネガ型（又はポジ型）のホスト材料、ポジ型（又はネガ型）のゲスト材料は公知の材料から選択して用いることができる。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選択し、ブレンドした組成物を用いてよい。
【００４８】
上述したＧＨセル１２からなる調光装置２３は、例えば図９示すように、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。
【００４９】
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２０に対して出し入れ可能である。具体的には、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路２０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１０に示すような機械式アイリスが用いられてもよい。
【００５０】
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。
【００５１】
これにより、図１０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。
【００５２】
図１１は、有効光路２０付近の機械式アイリスの部分拡大図である。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１１（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１１（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の互いの重なりが大きくなると、図１１（ｃ）に示すように、偏光板１１は開口部２０を全て覆う。
【００５３】
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。
【００５４】
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図１１（ａ）で示したように、上下方向に開いていたアイリス羽根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上に入り始め、開口部２２の一部を覆う（図１１（ｂ））。
【００５５】
この時、ＧＨセル１２は光を吸収しない状態にある（なお、熱的揺らぎ、又は表面反射等のため、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を通過した光は、ほぼ強度分布が同等となる。
【００５６】
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１１（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なう。
【００５７】
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１１（ａ））。
【００５８】
また、図９〜図１１に示したように、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。
【００５９】
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の出し入れが行なわれるので、調光装置は容易に実現可能となる。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、調光を行なうことができる。
【００６０】
このようにして、この調光装置は、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。
【００６１】
次に、ゲスト−ホスト型液晶（ＧＨ）セルを用いる調光装置の形態を説明する。
【００６２】
この調光装置は、図９に示すように、ＧＨセル１２と偏光板１１とからなる。そして、ＧＨセル１２は、透明電極と配向膜をそれぞれ形成した２枚のガラス基板（いずれも図示せず）の間に、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）との混合物が封入されている。
【００６３】
液晶分子には、例えば誘電率異方性が負のネガ型液晶であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、また二色性染料分子４には、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染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いた。偏光板１１の光吸収軸は、ＧＨセル１２に電圧を印加した時の光吸収軸と直交させた。
【００６４】
このＧＨセル１２からなる調光装置２３は、例えば図９に示したように、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との間に配置された。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。
【００６５】
そして、この調光装置２３を構成する偏光板１１は、上述したと同様に、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路２０に対して出し入れ可能である。
【００６６】
具体的には、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路２０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１０に示した機械式アイリスが用いられてもよい。
【００６７】
次に、図１は、本実施の形態による調光装置２３をＣＣＤカメラに組み込んだ例を示すものである。
【００６８】
即ち、ＣＣＤカメラ５０において、一点鎖線で示す光軸に沿って、前記のレンズ前群１５に相当する１群レンズ５１及び２群レンズ（ズーム用）５２、２群レンズ５２の最後尾のレンズに保持された紫外線カットフィルタ６５、アイリス羽根１８、調光装置２３、前記のレンズ後群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には赤外線カットフィルタ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。
【００６９】
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、上述した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。
【００７１】
図１２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。
【００７２】
この実施の形態によると、２群レンズ５２と３群レンズ５３との間に本発明に基づく調光装置２３が設けられているので、上述したように電界の印加によって光量を調節でき、システムを小型化でき、実質的に光路の有効範囲の大きさまで小型化できる。したがって、ＣＣＤカメラの小型化を達成することが可能である。又、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。
【００７３】
次に、図２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ＣＣＤ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にフィードバックする。そして、このＧＨセル駆動制御回路部６２からの制御信号により、ＣＣＤ駆動回路部６０から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が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。なお、ＧＨセル駆動制御回路部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制御のためのＧＨ液晶駆動制御装置６４が構成されている。
【００７４】
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ＧＨセル駆動制御回路部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が制御された駆動パルスを得ることができる。
【００７５】
参考迄に述べると、撮像系の構造において、例えば単焦点レンズ系については、調光素子をレンズ群内に配置することが困難である。例えば、図１３に示すように、レンズ７１及び７２の組と赤外線カットフィルタ７３とが固体撮像素子（ＣＣＤ）７５の光入射側に配置され、更に光入射側の最外部に、上記した調光装置と同一構成の光量調節装置８３が露出して配置される場合、液晶素子は、入射光に曝される状態となるが、図１４にその要部を示すように、ＧＨセル８２の光入射面にＵＶ（紫外線）吸収膜８６（又は紫外線反射膜）を形成することによって、液晶８５を保護する。
【００７６】
このＧＨセル８２によれば、上記したＧＨセル１２と同様に、透明電極付き基板８１ａと８１ｂとの間にネガ型液晶とポジ型二色性染料とからなる液晶層８５が封入され、周囲にスペーサ（兼シール）材８４が設けられ、また両基板８１ａ、８１ｂの各外面には必要な光の反射防止膜８２ａ、８２ｂがそれぞれ設けられ、更に光入射側には紫外線吸収膜（又は紫外線反射膜）８６が設けられている。
【００７７】
従って、入射光のうち紫外線が吸収又は反射されるため、液晶層８５に入射することを抑制でき、液晶層８５の構成材料、特に染料分子の劣化を防止することができる。この場合、筐体内のスペースが小さくて調光素子を筐体内に配置できない場合でも、この光量調節装置８３の紫外線吸収膜（又は反射膜）８６によって十分な紫外線吸収又は反射効果を得ることができる。
【００７８】
こうした紫外線吸収膜（又は反射膜）８６の形成方法は、湿式、乾式のいずれでもよく、例えば、前者では、紫外線吸収剤を含む表面コート剤を塗布する方法、後者では、多層膜蒸着法やＣＶＤ（Chemical vapor deposition）成膜法などがある。
【００７９】
なお、光量調節装置８３を図示のように筐体外に設置する場合、装置側端面にも同様の紫外線吸収又は反射膜を形成するためのコートを施すことが好ましい。
【００８０】
また、上記の調光装置は、ゲスト−ホスト型の液晶素子に代表される液晶素子を用いるのがよい。但し、ホスト材料の中には、誘電率異方性が正の材料（ポジ型）、負の材料（ネガ型）が存在するが、いずれを用いてもよく、更に、色素材料についてもポジ型、ネガ型の二色性染料分子のいずれを用いてもよい。
【００８１】
以下、本発明を説明するための例について図面参照下に詳細に説明する。
【００８２】
上述の液晶素子（ＧＨセル１２）に対してキセノンランプを用いた耐光試験（紫外線照射試験）を行った。なお、キセノンランプを用いて任意の時間、液晶素子に紫外線を照射させたものについて、紫外線カットフィルム６５を有効光路の光入射側に設けたものと、紫外線カットフィルム６５を使用しなかったものとの２つの条件で比較した。
【００８３】
図３に、使用した紫外線カットフィルムの分光特性を示した。
【００８４】
そして、ここで用いる紫外線カットフィルムは下記の仕様のものを使用した。その構成としては、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃の３層×１６回繰り返し成膜とする。膜厚は、単層あたりの厚さが１００Åであるため、全膜厚は１００Å×４８層＝４８００Åとなる。このカットフィルムの取付け位置及び方法は、耐光試験を行うためのものであるため、特に貼り付け等は施さず、単にＧＨセルの光入射側に配置した。
【００８５】
そして、紫外線照射後の２つのサンプルについて、印加電圧と光吸収度との関係を計測してグラフ化した。その結果を図４に示した。
【００８６】
即ち、図４のグラフから分かるように、紫外線カットフィルムを用いた際（Ａ）には、印加電圧が２Ｖから４Ｖまで上昇する時に光吸収度は急上昇して０から任意目盛で約１１．５になり、最終的に印加電圧を１０Ｖまで上昇させると光吸収度は任意目盛で約１４．５になった。
【００８７】
しかし、紫外線カットフィルムを用いなかった際（Ｂ）には、印加電圧が２Ｖから４Ｖまで上昇する時に光吸収度は穏やかに上昇して任意目盛で０から約６にしかならず、最終的に印加電圧を１０Ｖまで上昇させても光吸収度は任意目盛で約９にしかならなかった。
【００８８】
この結果から、紫外線カットフィルムを用いなかったもの（Ｂ）は、紫外線カットフィルムを用いたもの（Ａ）よりも光吸収効果がかなり低くなっていることがわかり、紫外線を照射されたために液晶組成物に何らかの物性的変化があったものと推察された。
【００８９】
次に、紫外線カットフィルムの効果について、液晶組成物に含有するイオン量の変化として、上記２つのサンプルの比較検討を行った。このイオン量の計測には変異電流計測法（K.Ono et al. ; Jpn. J. Appl. Phys., 30, 1991, 2832）を用いた。そして、紫外線カットフィルムを用いた場合の結果を図５のグラフに、紫外線カットフィルムを用いなかった場合の結果を図６のグラフに示した。
【００９０】
これによれば、紫外線カットフィルムを用いた場合は、電圧値を約１０Ｖ〜約−１０Ｖ(又は、約−１０Ｖ〜約１０Ｖ)に変化させる際に、電流値は極性反転時を除いて５０ｎＡ又は−５０ｎＡの値を示し、また比較的安定であった。
【００９１】
これは、ＧＨセル１２中の二色性染料分子が、紫外線照射を受けないため光分解若しくは光劣化しないからであると考えられる。
【００９２】
これに反し、紫外線カットフィルムを用いない場合、電圧値を約１０Ｖ〜約−１０Ｖ(又は、約−１０Ｖ〜約１０Ｖ)に変化させる際に、電流値は約１０００ｎＡ又は約−１０００ｎＡと非常に大きくなり、また全体的に不安定で歪んだ変化曲線を描く。
【００９３】
このことは、紫外線照射によってＧＨセル中の二色性染料分子が光分解若しくは光劣化してイオン化され、イオン量が増加したためと考えられる。
【００９４】
このように、紫外線カットフィルムを用いない系においては、紫外線照射によって極度にイオン量が増大した結果となり、液晶素子の信頼性の低下が認識できる。
【００９５】
以上の結果により、本発明に基づいて紫外線カットフィルタとしての紫外線カットフィルムを液晶素子より光入射側に配することにより、液晶組成物の劣化を低減することができ、液晶素子全体の信頼性を向上させることができた。
【００９６】
次に、上述のＧＨセル１２と同様に構成したＧＨセル８２において、液晶セルのガラス基板にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃の３層×１６回繰り返し成膜した層の膜厚を約５０ｎｍとして、得られた吸収特性が例えば波長３９５ｎｍ（透過率０％）〜波長４４０ｎｍ（透過率１００％）の紫外線吸収膜（又は紫外線反射剤からなる膜の膜厚を５〜１００ｎｍとして、得られた反射特性が例えば波長３９５ｎｍ（反射率０％）〜波長４４０ｎｍ（反射率１００％）の反射膜）８６を設けない場合と設けた場合について、それぞれ紫外線に曝し、セルの劣化の有無について、性能確認したところ、下記表のような結果が得られた。
【００９７】
【表１】

＊劣化あり：分光特性変化あり（試験投入前後の比較）
＊＊劣化なし：分光特性変化なし（試験投入前後の比較）
【００９８】
この結果から、液晶の誘電率異方性によらず、紫外線に曝した材料は劣化をきたすが、紫外線吸収膜（又は反射膜）を設けると、紫外線に曝しても材料の劣化が生じないことが確認された。
【００９９】
以上、本発明を実施の形態及び実施例について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。
【０１００】
例えば、液晶素子や調光装置の構造や材質、その駆動機構、駆動回路、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、三角波、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分子の傾きが変化し、光透過率が制御される。
【０１０１】
本発明の調光装置及び撮像装置は、前記液晶光学素子の駆動電極が少なくとも有効光透過部の全域にわた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わたって光透過率の一括制御を高精度に行なうことができる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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、光学絞りやフィルター以外に、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。
【０１１０】
また、紫外線カットフィルタの分光特性においては、図３に示すように、紫外線領域と共に赤外線領域もカットする分光特性を示すものが、紫外線による劣化と赤外線による劣化とを同時に防ぐ点で望ましいが、紫外線領域のみをカットしてもよい。また、カット波長域は種々に変えてもよい。
【０１１１】
また、上述の紫外線吸収膜（吸収材）又は反射膜（反射材）は、いずれか一方を設ける以外にも、双方を積層又は順次配置することもできる。
【０１１２】
【発明の作用効果】
本発明によれば、ゲスト−ホスト型液晶素子の光入射側に設けられた複数のレンズからなるレンズ群の最後尾のレンズに、少なくとも紫外線を吸収するフィルタ材と、少なくとも紫外線を反射する反射材との少なくとも一方が保持されているために、少なくとも紫外線がゲスト−ホスト型液晶素子に照射される量が大きく減少し、これによって、ゲスト−ホスト型液晶素子中の構成材料が、少なくとも紫外線によって光分解若しくは光劣化せず、液晶素子を安定して高効率に駆動させることができる。
しかも、上記のフィルタ材及び／又は反射材が上記レンズ群の最後尾のレンズに保持されているので、必要最低限の設置面積となり、無駄な部分を生じさせず、また上記のフィルタ材及び／又は反射材は上記の液晶素子に可能な限り近い位置に配されることから、レンズ群による紫外線吸収効果も加わることになって紫外線遮断性能が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による、調光装置を組み込んだカメラシステムの概略断面図である。
【図２】同、駆動回路を含むカメラシステムのブロック図である。
【図３】本発明の実施例による、紫外線カットフィルタの分光特性の一例を示す図である。
【図４】同、調光装置の光吸収度と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図５】同、紫外線カットフィルムを使用した際の、印加電圧と電流との関係を示すグラフである。
【図６】従来例による、紫外線カットフィルムを使用しない際の、印加電圧と電流との関係を示すグラフである。
【図７】本実施の形態による調光装置の一例の動作原理を示す概略図である。
【図８】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図９】同、液晶光学素子を用いた調光装置の概略側面図である。
【図１０】同、調光装置の機械式アイリスの正面図である。
【図１１】同、調光装置の有効光路付近の機械式アイリスの動作を示す概略部分拡大図である。
【図１２】同、カメラシステムにおける光透過率制御のアルゴリズムである。
【図１３】本発明の参考例による、光量調節装置（調光装置）を組み込んだ撮像装置の概略断面図である。
【図１４】同、光量調節装置の概略断面図である。
【図１５】従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１６】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１１…偏光板、２、１２…ＧＨセル、３…ポジ型液晶分子、
４…ポジ型２色性染料分子、５…入射光、１３…ネガ型２色性液晶分子、
１５…レンズ前群、１６…レンズ後群、１７…撮像面、１８、１９…アイリス羽根、
２０…有効光路（セル中間部又は中央部）、２１…動作方向、２２…開口部、
２３…調光装置、２４…セル周辺部、３１Ａ、３１Ｂ…ガラス基板、
３２Ａ、３２Ｂ…透明（動作）電極、３３Ａ、３３Ｂ…配向膜、３４…液晶材料、
３５…封止（シール）材、３６…球状スペーサー、３７…柱状スペーサー、
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、５５ａ…赤外線カットフィルタ、
５５ｂ…光学ローパスフィルタ系、５５ｃ…ＣＣＤ撮像素子、６０…ＣＣＤ駆動回路部、
６１…Ｙ／Ｃ信号処理部、６２…ＧＨセル駆動制御回路部、６３…パルス発生回路部、
６４…パルス電圧又はパルス幅の制御部（ＧＨ液晶駆動制御装置）、
６５…紫外線カットフィルタ、６６…光軸、７１、７２…レンズ、
７３…赤外線カットフィルタ、７５…固体撮像素子、
８１ａ、８１ｂ…透明電極付き基板、８２ａ、８２ｂ…反射防止膜、
８３…光量調節装置、８４…スペーサ、８５…液晶層、
８６…紫外線吸収膜（又は反射膜）

Claims

調光用のゲスト−ホスト型液晶素子からなる調光装置と、前記液晶素子の光出射側に設けられた撮像素子とが撮像系の光路中に配されていて、前記液晶素子の光入射側に、複数のレンズからなるレンズ群が前記液晶素子と光軸を共通にして配置され、更に前記レンズ群の最後尾のレンズに、少なくとも紫外線を吸収するフィルタ材が保持されている撮像装置。
前記フィルタ材が、紫外線カットフィルム、紫外線カットコートガラス及び紫外線吸収ガラスから選ばれた少なくとも一種からなる、請求項１に記載の撮像装置。
前記フィルタ材が少なくとも入射光の有効光路断面と同一領域に設けられる、請求項１に記載の撮像装置。
前記液晶素子への入射光の有効光路中に偏光板が配されている、請求項１に記載の撮像装置。
前記偏光板が前記有効光路に対して出し入れ可能である、請求項４に記載の撮像装置。
前記液晶素子が、ネガ型又はポジ型液晶をホスト材料とし、ポジ型又はネガ型の二色性染料をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子である、請求項１に記載の撮像装置。
調光用のゲスト−ホスト型液晶素子からなる調光装置と、前記液晶素子の光出射側に設けられた撮像素子とが撮像系の光路中に配されていて、前記液晶素子の光入射側に、複数のレンズからなるレンズ群が前記液晶素子と光軸を共通にして配置され、更に前記レンズ群の最後尾のレンズに、少なくとも紫外線を吸収するフィルタ材と、少なくとも紫外線を反射する反射材とのうち、少なくとも前記反射材が保持されている撮像装置。
前記フィルタ材又は反射材が、紫外線カット又は反射フィルム、紫外線カット又は反射コートガラス及び紫外線吸収又は反射ガラスから選ばれた少なくとも一種からなる、請求項７に記載の撮像装置。
前記フィルタ材又は反射材が少なくとも入射光の有効光路断面と同一領域に設けられる、請求項７に記載の撮像装置。
前記液晶素子が、ネガ型又はポジ型液晶をホスト材料とし、ポジ型又はネガ型の二色性染料をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子である、請求項７に記載の撮像装置。