JP4532624B2 - 光学素子及び撮影装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を通過する光束の透過光量を制御する光学素子、いわゆる光学フィルタと、該光学素子を用いた撮影装置に関するものであり、特に、小型化を図ることができ、簡単な構成で効率よく光透過光量を制御することができ、可変ＮＤフィルタ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補正するフィルタ等に好適な光学素子及び撮影装置の実現を目指すものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スチルカメラ、ビデオカメラ等の撮影装置に用いられる撮影光学系においては、焦点調節、光量調節、自然なボケ味、像面の光量分布が均一等の機能が要求される。
これらの機能のうち、まず光量調節に関しては、一般に複数枚の可動羽根からなる絞り機構が用いられる。
しかし、この機械式絞り機構はメカニカル駆動部が必要で機器が大型化し、また開口部を小さくした小絞り状態下では光線の回折が生じて結像した画像の解像力が低下するという欠点がある。
【０００３】
このような欠点を解消するため、液晶材料やエレクトロクロミック材料を用いた透過率可変素子、いわゆる可変ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが提案されている。
例えば特開平３−８７８１６号公報では、透過光の色の偏りを防止したエレクトロクロミック製の光変調素子が提案されている。
また、特開平７−５４９７号公報では、溶液中の銀を自在に析出及び溶解することで、可変ＮＤフィルタを実現する技術が開示されている。
また、特開平７−１２８６３５号公報では、濃度可変な液晶フィルタを用いて光電変換装置に入射する光量を調節する技術が開示されている。
また、自然なボケ味を実現するための技術として、特開平９−２３６７４０号公報において、光吸収係数の大きな平凹レンズと光吸収係数の小さな凸平レンズを組み合わせたアポダイゼイションフィルタの技術が開示されている。
また、結像面の周辺光量低下（周辺光量落ちともいう）を補正するための技術として、特開平９−１５６８１号公報において、中心部ほど濃度が高く、かつ濃度制御可能な液晶製可変ＮＤフィルタ内蔵の光量調節技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来例のものにおいては、つぎのような点に問題点を有している。
例えば、特開平３−８７８１６号公報では、エレクトロクロミック材料の化学変化による濃度変化を利用するため、応答速度が遅い。
特開平７−５４９７号公報も同じく、銀塩溶液の化学変化による濃度変化を利用するため、応答速度が遅い。
特開平７−１２８６３５号公報では液晶フィルタを用いているが、液晶フィルタは一般に偏光板を必要とし、そのために最大透過率がかなり低くなる。
特開平９−２３６７４０号公報では、固体レンズの組み合わせでアポダイゼイションフィルタを実現しているため、アポダイゼイション効果が変えられない。
特開平９−１５６８１号公報では、液晶フィルタを用いているため、特開平７−１２８６３５号公報と同様に偏光板による透過率低下の欠点がある。
【０００５】
ところで、液体に電圧を加えると界面張力が変化して界面の移動変形が起こる現象として、エレクトロウエッティング現象が知られている。これは電気毛管現象ともいわれ、図１９のように絶縁層５０２を形成した基板電極５０１上に、導電性の液滴５０３があり、この液滴５０３と基板電極５０１との間に電圧をかけると、一種のコンデンサを形成し静電エネルギーが蓄積され、この静電エネルギーにより、表面張力の釣り合いが変化し、液滴５０３が変形するものである（図１９（ｂ））。
このようなエレクトロウエッティング現象は、これまで焦点可変レンズ（ＷＯ９９／１８４５６）、電気毛管ディスプレイシート（特開平０９−３１１６４３号公報）などにおいて、その利用が図られてきたが、エレクトロウエッティング現象を利用して、光透過光量を制御するようにした光学素子あるいは撮影装置は、未だ実現していない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記した課題を解決し、従来のものとは異なる方式の光学素子あるいは撮影装置を構成するため、上記のエレクトロウエッティング現象を利用して、小型化を図ることができ、簡単な構成で効率よく光透過光量を制御することができ、可変ＮＤフィルタ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補正するフィルタ等に好適な光学素子および撮影装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学素子は、光束の透過光量を制御する光学素子であって、導電性または有極性の第１の液体と、前記第１の液体と混合することがなく、かつ該第１の液体と屈折率が実質的に等しい、該第１の液体とは光線吸収能率が異なる第２の液体とを備え、
第１基板と第２の基板との間に形成された空間内に、前記第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした状態で密閉されるとともに、 前記界面の外周縁の直径よりも小さな開口径を有する光束制限部材が前記界面の光軸と同軸上に配置され、
前記第１の液体への印加電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることにより、前記第１の液体の光軸上の光路長と前記第２の液体の光軸上の光路長を変化させて通過する光束の透過光量を変化させることを特徴としている。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る撮影装置は、被写体像を形成する撮影光学系と、
前記撮影光学系を通過する光束の透過光量を変化させる光学素子と、を有する撮影装置であって、
前記光学素子は、導電性または有極性の第１の液体及び該第１の液体と混合することがなく、かつ該第１の液体と屈折率が実質的に等しい、該第１の液体とは光線吸収能率が異なる第２の液体とを備え、
第１基板と第２の基板との間に形成された空間内に、前記第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした状態で密閉されるとともに、 前記界面の外周縁の直径よりも小さな開口径を有する光束制限部材が前記界面の光軸と同軸上に配置され、
前記第１の液体への印加電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることにより、前記第１の液体の光軸上の光路長と前記第２の液体の光軸上の光路長を変化させて前記撮影光学系を通過する光束の透過光量を変化させることを特徴としている。
【０００９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
図１〜図５は、本発明の実施例１に係わる光学素子について説明するための図である。
図１は本発明の実施例１の光学素子の構成を示す断面図である。
図１を用いて、本実施例における光学素子の構成と、その作成方法について説明する。
１０１は本発明の光学素子全体を示し、１０２は中央に凹部を設けた透明アクリル製の透明基板である。
透明基板１０２の上面には、酸化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）１０３がスパッタリングで形成され、その上面には透明アクリル製の絶縁層１０４が密着して設けられる。
【００１０】
絶縁層１０４は、前記透明電極１０３の中央にレプリカ樹脂を滴下し、ガラス板で押しつけて表面を平滑にした後、ＵＶ照射を行ない硬化させて形成する。絶縁層１０４の上面には、遮光性を有した円筒型の容器１０５が接着固定され、その上面には透明アクリル製のカバー板１０６が接着固定され、更にその上面には中央部に直径Ｄ３の開口を有した絞り板１０７が配置される。
以上の構成において、絶縁層１０４、容器１０５及び上カバー１０６で囲まれた所定体積の密閉空間、すなわち液室を有した筐体が形成される。
【００１１】
そして、液室の壁面には、以下に示す表面処理が施される。
まず、絶縁層１０４の中央上面には、直径Ｄ１の範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜１１１が形成される。撥水処理剤は、フッ素化合物等が好適である。また、絶縁層１０４上面の直径Ｄ１より外側の範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜１１２が形成される。
親水剤は、界面活性剤、親水性ポリマー等が好適である。一方、カバー板１０６の下面には、直径Ｄ２の範囲内に親水処理が施され、前記親水膜１１２と同様の性質を有した親水膜１１３が形成される。そしてこれまでに説明したすべての構成部材は、光軸１２３に対して回転対称形状をしている。更に、容器１０５の一部には孔があけられ、ここに棒状電極１２５が挿入され、接着剤で封止されて前記液室の密閉性を維持している。そして透明電極１０３と棒状電極１２５には給電手段１２６が接続され、スイッチ１２７の操作で両電極間に所定の電圧が印加可能になっている。
【００１２】
以上の構成の液室には、以下に示す２種類の液体が充填される。まず絶縁層１０４上の撥水膜１１１の上には、第２の液体１２２が所定量だけ滴下される。
第２の液体１２２は無色透明で、比重０．８５、室温での屈折率１．３８のシリコンオイルが用いられる。
一方液室内の残りの空間には、第１の液体１２１が充填される。
第１の液体１２１は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、更に所定量の食塩が加えられた、比重０．８５、室温での屈折率１．３８の導電性の電解液である。更に第１の液体１２１には無彩色の水溶性染料、例えばカーボンブラックや、酸化チタン系の材料が加えられる。すなわち、第１及び第２の液体は、比重と屈折率が実質的に等しく、光線吸収能率が異なり、かつ互いに不溶の液体が選定される。そのため、両液体は界面１２４を形成し、混じりあわずに各々が独立して存在する。
【００１３】
次に前記界面の形状について説明する。
まず、第１の液体に電圧が印加されていない場合、界面１２４の形状は、両液体間の界面張力、第１の液体と絶縁層１０４上の撥水膜１１１あるいは親水膜１１２との界面張力、第２の液体と絶縁層１０４上の撥水膜１１１あるいは親水膜１１２との界面張力、及び第２の液体の体積で決まる。
本実施例においては、第２の液体１２２の材料であるシリコンオイルと、撥水膜１１１との界面張力が相対的に小さくなるように材料選定されている。
すなわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体１２２が形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持ち、外縁が撥水膜１１１の塗布領域に一致したところで安定する。すなわち第２の液体が形成するレンズ底面の直径Ａ１は、撥水膜１１１の直径Ｄ１に等しい。
【００１４】
一方、両液体の比重は前述のごとく等しいため、重力は作用しない。そこで界面１２４は球面になり、その曲率半径及び高さｈ１は第２の液体１２２の体積により決まる。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１になる。一方、スイッチ１２７が閉操作され、第１の液体１２１に電圧が印加されると、電気毛管現象によって第１の液体１２１と親水膜１１２との界面張力が減少し、第１の液体が親水膜１１２と撥水膜１１１の境界を乗り越えて撥水膜１１１内に侵入する。その結果、図２のごとく、第２の液体が作るレンズの底面の直径はＡ１からＡ２に減少し、高さはｈ１からｈ２に増加する。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ２になる。このように第１の液体１２１への電圧印加によって、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液体間の界面の形状が変わる。
【００１５】
ここで、第２の液体は実質上透明であるが、第１の液体は添加された光吸収性材料のために所定の光線吸収能率を有する。そこで、絞り板１０７の開口から光束を入射させると、該光束が通過する第１の液体の光路長に応じた分だけ光線が吸収され、透明基板１０２から射出する光束の強度は低下する。すなわち光強度の低下率は第１の液体の光軸上の厚さ（図１のｔ１あるいは図２のｔ２）に比例するため、給電手段１２６の電圧制御によって界面１２４の形状を変えることにより、透過光量を自在に変えられる光学素子が実現できる。また、第１及び第２の液体の屈折率を実質的に等しくしているため、入射した光束はその方向
を変えずに射出光の強度のみが変えられる。
【００１６】
つぎに、図３に基づいて、当光学素子を可変ＮＤフィルタとして用いる場合の動作を更に詳しく説明する。
図３（ａ）は、光学素子１０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。
この時の界面１２４の形状は図１に示したものと同じで、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子１０１の上方から照射され、絞り１０７の開口部に入射する光束、ＬOUTは光学素子１０１から射出される光束である。
そして、光束ＬINに対するＬOUTの比が光学素子１０１の透過率になるが、第１の液体の光軸上の厚さｔ１が大きいため、透過率は低くなる。
また、射出光束ＬOUTの光量分布は、光軸からの距離、すなわち入射高が大きいほど光量が少なくなるが、液体１２２が形成するレンズ底面の直径Ａ１に対して、絞り１０７の開口直径Ｄ３を小さくしているので、射出光束ＬOUTの光量分布は略均一と見なせる。
【００１７】
図３（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さはｈ２である。
また、第１の液体の光軸上の厚さは同図（ａ）のｔ１より小さなｔ２である。そこで光束の透過率は同図（ａ）の場合より大きくなる。
図３（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。
そして、この平坦部の直径は絞り１０７の開口部の直径Ｄ３に等しいか、Ｄ３より大きい。その結果、第１の液体の光軸上の厚さはゼロになるため、透過率は同図（ｂ）の場合より更に大きくなる。
その後、給電手段１２６の出力電圧を更に上昇させても、絞り１０７の開口部内側の界面１２４の形状は変わらないため、当光学素子を可変ＮＤフィルタとして用いた場合の透過率は一定のままである。この時の透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされる。
【００１８】
なお、同図（ｃ）の状態から給電手段１２６の印加電圧をＶ１に戻すと、両液体の界面張力が元に戻る。この時、第１の液体１２１と親水膜１１３との濡れ性は良く、第２の液体１２２と親水膜１１３との濡れ性は悪いため、第２の液体は親水膜１１３から離れて同図（ａ）の状態に復帰する。すなわち、当光学素子の界面１２４の形状変化は、印加電圧の変化に対して可逆である。
図４は、光学素子１０１に印加される電圧に対する光学素子１０１の光線透過率の関係を表わしたものである。印加電圧の増加に伴い、透過率も上昇し、印加電圧がＶ３に達したところで透過率は飽和する。
【００１９】
図５は、光学素子１０１を撮影装置に応用したものである。
本実施例では、撮影装置１４１は静止画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして記録する、いわゆるデジタルスチルカメラを例として説明する。
１３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群１３１、第２レンズ群１３２、第３レンズ群１３３で構成される。
第１レンズ群１３１の光軸方向の進退で、焦点調節がなされる。
第２レンズ群１３２の光軸方向の進退で、ズーミングがなされる。
第３レンズ群１３３は移動しないリレーレンズ群である。
そして、第２レンズ群１３２と第３レンズ群１３３の間に光学素子１０１が配置される。
【００２０】
撮影光学系１３０の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段１３４が配置される。これは照射された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる２次元ＣＣＤ等の光電変換手段が用いられる。
１４２は撮影装置全体の動作を制御する中央演算処理装置（以下ＣＰＵと略す）で、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換機能、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップマイコンである。１４３はＣＰＵ１４２や撮影装置内の各種回路、アクチュエータに電力を供給する電源である。
１４４は光学素子１０１へ電圧を印加するための給電手段で、図１の給電手段１２６に相当する。給電手段１４４は、ＣＰＵ１４２からの制御信号に応じて所望の電圧を出力する。
１４５は画像信号処理回路で、撮像手段１３４から入力したアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施す。
【００２１】
１５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮像手段１３４で取得した被写体像や、撮影装置の動作状況を表示する。
１５２は操作スイッチ群で、ＣＰＵ１４２をスリープ状態からプログラム実行状態に起動するメインスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッチ等で構成される。
１５３はズーム駆動手段で、第２レンズ群１３２を光軸方向に進退させるアクチュエータとドライバ回路を含み、撮影者のズームスイッチ操作に応じて変倍動作を行ない、撮影光学系１３０の焦点距離を変える。１５４は焦点検出手段で、一眼レフカメラに用いられる位相差検出式焦点検出手段等が好適である。
１５５はフォーカス駆動手段で、第１レンズ群１３１を光軸方向に進退させるアクチュエータとドライバ回路を含み、前記焦点検出手段１５４で演算したフォーカス信号に基づいてフォーカス動作を行ない、撮影光学系１３０の焦点状態を調節する。
１５６はメモリ手段で、撮影された画像信号を記録する。具体的には、着脱可能なＰＣカード型のフラッシュメモリ等が好適である。
【００２２】
次に、本実施例における光学素子１０１の作用を説明する。
自然界に存在する被写体の輝度のダイナミックレンジは非常に大きく、これを所定範囲に収めるために、通常は撮影光学系内部に機械式絞り機構を有し、撮影光束の光量を調節している。
しかしながら、機械式絞り機構は小さくする事は困難で、かつ絞り開口部が小さい小絞り状態では、絞り羽根端面による光線の回折現象で、被写体像の解像力が低下する。
そこで、本実施例のように、光学素子１０１を前記機械式絞り機構を代用する可変ＮＤフィルタとして用いることで、上記欠点を生ずること無く、撮影光学系を通過する光量を適切に調節することが可能となる。
【００２３】
図６は、図５に示した撮影装置１４１が有するＣＰＵ１４２の制御フロー図である。以下、図５及び図６を用いて撮影装置１４１の制御フローを説明する。
ステップＳ１０１を経由して、ステップＳ１０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ１０２に留まる。
ステップＳ１０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ１４２はスリープ状態から脱してステップＳ１０３以降を実行する。
ステップＳ１０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器１５１と操作スイッチ群１５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）、画質モード（記録画素数の大小、画像圧縮率の大小等）等を設定する。
【００２４】
ステップＳ１０４では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ１０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受け付ける。ステップＳ１０４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ１０４から脱してステップＳ１１１以降を実行する。
ステップＳ１１１では、撮像手段１３４及び信号処理回路１４５を駆動して、プレビュー画像を取得する。プレビュー画像とは、最終記録用画像の撮影条件を適切に設定するため、及び撮影者に撮影構図を把握させるために撮影前に取得する画像である。
【００２５】
ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。
具体的には、撮像手段１３４が出力す画像信号において、最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算し、撮像手段１３４に入射する光量を認識する。
ステップＳ１１３では、前記ステップＳ１１２で判定した受光量が適正か否かを判別する。
そして、当ステップで適正と認識されたら、ステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像を表示器１５１に表示する。
【００２６】
続いて、ステップＳ１１５では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系１３０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ１１６では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群１３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。
その後、ステップＳ１１７に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。
オン操作されていない時はステップＳ１１１に戻り、プレビュー画像の取得からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
一方ステップＳ１１３において、前記ステップＳ１１２で判定した受光量が適正でないと判別されたら、ステップＳ１２１にジャンプする。
【００２７】
ステップＳ１２１では、実際の受光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系１３０内の光学素子１０１の適正透過率を演算する。
ステップＳ１２２では、前記ステップＳ１２１で演算した適正透過率を得るための制御電圧を演算する。具体的には、ＣＰＵ１４２のＲＯＭには、図４に示した印加電圧に対する透過率の関係がルックアップテーブルとして記憶されているので、該テーブルを参照し、ステップＳ１２１で演算した透過率に対する印加電圧を求める。
ステップＳ１２３では、前記ステップＳ１２２で求めた電圧が光学素子１０１に印加されるよう、給電手段１４４の出力電圧を制御する。ステップＳ１２３実行後はステップＳ１１１に戻り、撮像手段１３４に入射する光量が適正になるまで、プレビュー画像の取得から給電手段制御までのステップを繰り返し実行する。そして、撮像手段１３４に入射する光量が適正になると、ステップＳ１１３からステップＳ１１４に移行する。
【００２８】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ１１７からステップＳ１３１にジャンプする。ステップＳ１３１では撮像を行なう。すなわち撮像手段１３４上に結像した被写体像を光電変換し、光学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部に蓄積される。ステップＳ１３２では、ステップＳ１３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５に入力させる。ステップＳ１３３では、信号処理回路１４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ１４２内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。ステップＳ１３４では、上記ステップＳ１３３で得られた画像信号をメモリ１５６に記録し、ステップＳ１３５にて撮影動作が終了する。
【００２９】
上記したように、実施例１によると、
・光学素子への印加電圧を制御することで、光束透過率を所望の値に制御可能なＮＤフィルタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の機械式絞り機構の代わりに用いることで、絞り羽根や絞り開口制御機構等のメカニカル手段を廃止でき、かつ撮像手段に入射する光量を連続的に制御できるため、撮影装置の小型化及び高性能化が達成できる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００３０】
［実施例２］
前述の実施例１においては透過率可変な光学素子を可変ＮＤフィルタを構成した例について説明したが、実施例２は、光学素子へ入射する光束の入射高（光軸からの距離）に応じて透過率が漸減し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタを構成した例である。
図７〜図１０は本発明の実施例２について説明するための図であり、図７は本実施例における光学素子を透過率分布可変フィルタとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図である。
本実施例においては、光学素子２０１が有する絞り板２０７の開口部の直径Ｄ４は、実施例１の絞り板１０７の開口部直径Ｄ３より大きく設定され、それ以外の部材はすべて同一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略する。
【００３１】
図７（ａ）は、光学素子２０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図３（ａ）と同一で、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子２０１の上方から照射され、絞り２０７の開口部に入射する光束、ＬOUTは光学素子２０１から射出される光束である。
そして、本実施例では、液体１２２が形成するレンズ底面の直径Ａ１が、実施例１と同一なのに対して、絞り２０７の開口径Ｄ４は実施例１の開口径Ｄ３よりも大きくしているので、射出光束ＬOUTの光量分布は均一にはならず、光軸１２３から離れるに従って透過光量はかなり減少する。
【００３２】
図７（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さはｈ２であり、透過光量平均値は同図（ａ）より大きくなると共に、透過光量の不均一性も拡大する。図３（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。
この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。
そして、この平坦部の直径は絞り２０７の開口部の直径Ｄ４よりは小さい。その結果、透過率は該平坦部の内側領域は均一になり、外側領域では光軸からの距離に応じて漸減する。この時の入射高ゼロにおける透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされる。
【００３３】
図８は、給電手段１２６から光学素子２０１に印加される電圧をパラメータとして、光学素子２０１に入射する光束の入射高（光軸１２３からの距離）に対する透過率分布の関係を表わしたものである。
印加電圧の増加に伴い、平均透過率が増加すると共に、入射高に応じて透過率が漸減する透過率カーブの傾き絶対値も増加する。
【００３４】
図９は、光学素子２０１を撮影装置に応用したものである。本実施例では、撮影装置２４１は静止画像を銀塩フィルムに露光する、いわゆる銀塩スチルカメラを例として説明する。
２３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群２３１、第２レンズ群２３２、第３レンズ群２３３で構成され、それぞれの機能は図５の実施例１の撮影装置１４１における各レンズ群１３１、１３２、１３３と同一である。
そして、第２レンズ群２３２と第３レンズ群２３３の間に光学素子２０１が配置され、その後方にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構２３４が配置される。撮影光学系２３０の焦点位置には、銀塩フィルム２３６が配置され、その直前にはフォーカルプレンシャッタ２３５が配置される。
【００３５】
２４２は撮影装置全体の動作を制御するＣＰＵで、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップマイコンである。電源１４３、給電手段１４４は実施例１と同一のものなので、同一符号で表わす。２４５はメカニカルチャージ手段で、前述のフォーカルプレンシャッタ２３５の駆動バネをチャージする機構、及びフィルム２３６の巻き上げ巻戻し機構からなる。２４６は、被写体の観察用画像を形成するためのファインダ光学系で、フォーカシングスクリーン、ペンタダハプリズム、接眼レンズで構成される。
２４７は第３レンズ群２３３とフォーカルプレンシャッタ２３５の間に配置されたクイックリターンミラーで、前記フィルム２３６とファインダ光学系２４６への光束の切り換えを行なう可動ミラーと、該ミラーを駆動するアクチュエータで構成される。
【００３６】
２５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮影装置の動作状況を表示する。２５２は操作スイッチ群で、ＣＰＵ２４２をスリープ状態からプログラム実行状態に起動するメインスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッチ等で構成される。
また、後述するアポダイゼイション効果入力スイッチを有する点が、実施例１と異なる。
ズーム駆動手段１５３、焦点検出手段１５４、フォーカス駆動手段１５５は実施例１と同一の機能を有するため、同一符号で示す。
２５６は測光手段で、前記ファインダ光学系２４６の途中に配置された測光センサと該センサの出力増幅手段からなる。
【００３７】
次に本実施例における光学素子２０１の作用を説明する。
奥行きのある被写体を撮影光学系２３０によりフィルム２３６上に結像させた時、合焦した被写体像は点像の集まりとして表わせるが、非合焦の被写体像、いわゆるアウトフォーカス画像は有限直径のボケ像の集合となる。
そして、撮影光学系が無収差レンズであれば、該ボケ像は照度が均一の円形像となる。
しかしながら、現実のレンズは種々の収差を有し、その結果ボケ像が乱れ、例えば二線ボケと呼ばれるような汚いボケ味を呈するレンズとなる。
そこで、特開平９−２３６７４０号公報に開示されたように、撮影光学系の絞り近傍に、透過率が入射高と共に漸減するアポダイゼイションフィルタと呼ばれる光学素子を配置することで、違和感のない自然なボケ像を得ることを可能としているが、本実施例では、前記アポダイゼイションフィルタの役目を光学素子２０１で達成するものである。
【００３８】
図１０は、図９に示した撮影装置２４１が有するＣＰＵ２４２の制御フロー図である。
以下、図９及び図１０を用いて撮影装置２４１の制御フローを説明する。
ステップＳ２０１を経由して、ステップＳ２０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ２０２に留まる。
ステップＳ２０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ２４２はスリープ状態から脱してステップＳ２０３以降を実行する。
ステップＳ２０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）等を設定する。
【００３９】
ステップＳ２０４では、撮影者によるアポダイゼイション効果の選択を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２にあるアポダイゼイション効果選択スイッチを用いて、アポダイゼイションレベルを選択する。具体的には、アポダイゼイションレベルは「１」から「３」までが選択可能で、レベルの数値が大きいほど、大きなアポダイゼイション効果が得られるようになっている。
ステップＳ２０５では、前記ステップＳ２０４で選択されたアポダイゼイションレベルに対応する印加電圧が演算される。具体的には、レベル１が選択された時は光学素子２０１への印加電圧はＶ１に設定される。同様にレベル２が選択された時は印加電圧はＶ２に、レベル３が選択された時は印加電圧はＶ３に設定される。
【００４０】
ステップＳ２０６では、前記ステップＳ２０５で設定された電圧が、給電手段１４４より光学素子２０１に供給される。その結果、撮影者によりアポダイゼイションレベル１が選択された場合は、光学素子２０１の透過率分布は図８における印加電圧Ｖ＝Ｖ１で示した曲線になる。同様にレベル２が選択されると印加電圧Ｖ＝Ｖ２に相当する特性が、レベル３が選択されると印加電圧Ｖ＝Ｖ３に相当する特性が得られる。
ステップＳ２０７では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ２０３に戻り、撮影条件の設定とアポダイゼイション効果の選択を繰り返し受け付ける。ステップＳ２０７で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ２０７から脱してステップＳ２１１以降を実行する。
【００４１】
ステップＳ２１１では、測光手段２５６を用いて被写体輝度を検知する。ステップＳ２１２では、検知した被写体輝度とＲＯＭに記憶されたプログラム線図に基づいて、撮影時のシャッタ秒時と絞り値を演算する。ステップＳ２１３では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系２３０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ２１４では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群２３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。
その後、ステップＳ２１５に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ２０７に戻り、測光からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
【００４２】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ２１５からステップＳ２３１にジャンプする。
ステップＳ２３１では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束外に退避させる。
ステップＳ２３２では、ステップＳ２１２で演算した絞り値に基づいて絞り２３４を絞り込み制御する。
ステップＳ２３３では、ステップＳ２１２で演算したシャッタ秒時に基づいてフォーカルプレンシャッタ２３５を駆動制御する。
ステップＳ２３４では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束内に復帰させると共に、絞り２３４も開放状態に復帰させる。
ステップＳ２３５では、チャージ手段２４５を駆動してフォーカルプレンシャッタ２３５を初期状態（羽根走行可能状態）にチャージすると共に、フィルム２３６を１駒分巻き上げ、ステップＳ２３６にて撮影動作が終了する。
【００４３】
上記したように、実施例２によると、
・光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸減し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の絞り機構近傍に配置することで、アウトフォーカス画像（いわゆるボケ画像）のボケ味を任意に制御でき、高品位画像を取得可能な撮影装置が得られる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００４４】
［実施例３］
前述の実施例１及び実施例２は、透過率を連続的に変化させるフィルタを構成した例について説明したが、実施例３は、透過率可変な光学素子を、光束を透過する状態と遮断する状態とに切り換える光シャッタとしてとして構成した例である。
図１１〜図１４は本発明の実施例３について説明するための図であり、図１１は、本実施例において光学素子を光シャッタとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図である。
本実施例においては、第１の液体３２１に溶解する水溶性染料の濃度を、実施例１のものより大きくし、光吸収能率を高めた構成になっている。それ以外の部材はすべて実施例１と同一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略する。
【００４５】
図１１（ａ）は、光学素子３０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図３（ａ）と同一で、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の液体２３１の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子３０１の上方から照射され、絞り１０７の開口部に入射する光束である。そして本実施例では、第１の液体３２１の光吸収能率が非常に高いため、第１の液体２３１の光軸上の厚さｔ１がかなり小さな場合でも、射出する光束の量はほぼゼロになる。
【００４６】
図１１（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、図３（ｃ）のＶ３と同一の場合で、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。そしてこの平坦部の直径は絞り板１０７の開口部の直径Ｄ３より大きい。その結果、透過率分布は絞り板１０７の開口径Ｄ３の内側では均一になる。その後、給電手段１２６の出力電圧を更に上昇させても、絞り板１０７の開口部内側の界面１２４の形状は変わらないため、当光学素子を光シャッタとして用いた場合の透過率は一定のままである。この時の透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされるが、上記各部材は透明材料が選択されるため、総合透過率は高く、すなわち光シャッタとしては開放状態を呈する。
【００４７】
図１２は、光学素子３０１への印加電圧に対する光学素子３０１の光束透過率の関係を表わしたものである。
印加電圧が低い時には透過率はほぼゼロ、印加電圧の増加に伴って透過率は急増し、印加電圧がＶ３に達したところで透過率は飽和する。
そして、当光学素子を、印加電圧が極めて小さい状態で用いれば光束を遮断、印加電圧がＶ３の状態で用いれば光束を透過する光シャッタになる。
【００４８】
図１３は、光学素子３０１を撮影装置に応用したものである。本実施例では、撮影装置３４１は実施例１と同様のデジタルスチルカメラを例として説明する。３３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群３３１、第２レンズ群３３２、第３レンズ群３３３で構成され、それぞれの機能は図５の第１実施例の撮影装置における各レンズ群１３１、１３２、１３３と同一である。
そして、第２レンズ群３３２と第３レンズ群３３３の間に光学素子３０１が配置され、その後方にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構３３４が配置される。
その他の部材の構成は実施例１と同一のため、同一部材は同一の符号で表わして説明は省略する。
本実施例では、光シャッタ部材としての光学素子３０１とは別に、機械式絞り機構３３４を用いているが、これは撮影光束の光量微調節機能と、光束の透過、遮断切り換え機能を別の部材で実現させるためである。
【００４９】
図１４は、図１３に示した撮影装置３４１が有するＣＰＵ３４２の制御フロー図である。
以下、図１３及び図１４を用いて撮影装置３４１の制御フローを説明する。
ステップＳ３０１を経由して、ステップＳ３０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ３０２に留まる。
ステップＳ３０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ３４２はスリープ状態から脱してステップＳ３０３以降を実行する。
【００５０】
ステップＳ３０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器１５１と操作スイッチ群１５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）、画質モード（記録画素数の大小、画像圧縮率の大小等）等を設定する。
ステップＳ３０４では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ３０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受け付ける。ステップＳ３０４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ３０４から脱してステップＳ３１１以降を実行する。
ステップＳ３１１では、給電手段１４４の出力電圧をＶ３に制御し、光学素子３０１に該電圧Ｖ３を印加する。すると図１２で説明したごとく、光学素子３０１は透過率が最大、すなわち光スイッチが開放の状態となり、撮影光学系内を撮影光束が通過する。ステップＳ３１２では、撮像手段１３４及び信号処理回路１４５を駆動して、プレビュー画像を取得する。
【００５１】
ステップＳ３１３では、ステップＳ３１２で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。具体的には、撮像手段１３４が出力する複数の画素信号において、最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算し、撮像手段１３４に入射する光量を認識する。ステップＳ３１４では、前記ステップＳ３１３で判定した受光量が適正か否かを判別する。
そして、当ステップで適正と認識されたら、ステップＳ３１５に進む。
ステップＳ３１５では、ステップＳ３１２で取得したプレビュー画像を表示器１５１に表示する。続いてステップＳ３１６では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系３３０の焦点状態を検出する。
続いて、ステップＳ３１７では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群３３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。
【００５２】
その後、ステップＳ３１８に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ３１１に戻り、プレビュー画像の取得からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
一方ステップＳ３１４において、前記ステップＳ３１３で判定した受光量が適正でないと判別されたら、ステップＳ３２１にジャンプする。ステップＳ３２１では、実際の受光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系３３０内の絞り手段３３４の開口径を増減させる。
ステップＳ３２１実行後はステップＳ３１２に戻り、撮像手段１３４に入射する光量が適正になるまで、プレビュー画像の取得から絞り開口制御までのステップを繰り返し実行する。
そして、撮像手段１３４に入射する光量が適正になると、ステップＳ３１４からステップＳ３１５に移行する。
【００５３】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ３１８からステップＳ３３１にジャンプする。
ステップＳ３３１では撮像を行なう。すなわち撮像手段１３４上に結像した被写体像を光電変換し、光学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部に蓄積される。ステップＳ３３２では、給電手段１４４の出力電圧をゼロに制御し、光学素子３０１への電圧印加を解除する。
すると、図１２で説明したごとく、光学素子３０１は透過率が最小の状態となり、撮影光学系内を通過する光束が遮断される。ステップＳ３３３では、ステップＳ３３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５に入力させる。
ここで一般に、撮像手段が蓄積電荷を転送する際、受光部に光が照射されていると画像信号に有害なノイズが発生し易いが、本実施例では上記ステップＳ３３２において、電荷転送中は光学素子３０１が光束を遮断しているため、画像に有害なノイズが載ることを避けられる。
Ｓ３３４では、信号処理回路１４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ３４２内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。
ステップＳ３３５では、上記ステップＳ１３１で得られた画像信号をメモリ１５６に記録し、ステップＳ３３６にて撮影動作が終了する。
【００５４】
上記したように、実施例３によると、
・光学素子への印加電圧を制御することで、光束を透過状態と遮断状態とに切り換える光シャッタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の機械式シャッタ機構の代わりに用いることで、シャッタ羽根やシャッタ羽根駆動機構等のメカニカル手段を廃止でき、撮影装置の小型化が達成できる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００５５】
［実施例４］
前述の実施例２は、光学素子に入射する光束の入射高が大きいほど透過率が漸減するアポダイゼイションフィルタとして用いる例について説明したが、実施例４は、光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸増し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタとして用いる実施例について説明する。
図１５〜図１８は、本発明の実施例４について説明するための図であり、図１５は本実施例における光学素子を透過率分布可変フィルタとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図である。
【００５６】
本実施例においては、光学素子４０１が有する第１の液体４２１と第２の液体４２２の性質が、実施例１〜実施例３の各液体と相違する点が異なる。
まず、実施例１〜実施例３において、第１の液体１２１には水溶性の染料が加えられたが、本実施例の第１の液体４２１には該染料が加えられず、透明である。また、実施例１〜実施例３において、第２の液体１２２は透明であったが、本実施例の第２の液体４２２には油脂に溶解する染料が所定濃度加えらる。
該染料は、キレートアゾ顔料やニトロソ顔料が好適である。
【００５７】
一般に該顔料は、ブルー、イエロー、レッド等に色づけされているため、これらを所定比率で混合すれば無彩色顔料が得られる。それ以外の部材はすべて実施例１〜実施例３と同一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略する。
また、絞り２０７は実施例２の絞り２０７と同一の開口径Ｄ４を有する。
【００５８】
図１５（ａ）は、光学素子４０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図７（ａ）と同一で、第２の液体４２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子４０１の上方から照射され、絞り２０７の開口部に入射する光束、ＬOUTは光学素子４０１から射出される光束である。
そして、本実施例では、レンズ形状を呈する液体４２２は所定の光吸収能率を有するため、射出光束ＬOUTの光量分布は均一にはならず、光軸１２３上での光透過率が最小で、光軸１２３から離れるに従って透過光量は増加する。
図１５（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の液体４２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さはｈ２であり、透過光量平均値は同図（ａ）より小さくなると共に、透過光量の不均一性も拡大する。
【００５９】
図１５（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。
そして、この平坦部の直径は絞り２０７の開口部の直径Ｄ４よりは小さい。その結果、透過率は該平坦部の内側領域は均一になり、外側領域では光軸からの距離に応じて漸増する。この時の入射高ゼロにおける透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体４２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされるが、第２の液体４２２の光吸収能率が支配的になる。
【００６０】
図１６は、給電手段１２６から光学素子４０１に印加される電圧をパラメータとして、光学素子４０１に入射する光束の入射高（光軸１２３からの距離）に対する透過率分布の関係を表わしたものである。印加電圧の増加に伴い、平均透過率が減少すると共に、入射高に応じて透過率が漸増する透過率曲線の傾き絶対値は増加する。
【００６１】
図１７は、光学素子４０１を撮影装置に応用したものである。本実施例では、実施例２と同じく、撮影装置４４１は静止画像を銀塩フィルムに露光する、いわゆる銀塩スチルカメラを例として説明する。
４３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群４３１、第２レンズ群４３２、第３レンズ群４３３で構成され、それぞれのレンズは図９の実施例２の撮影装置２４１における各レンズ群２３１、２３２、２３３とパワー構成は異なるが、機能は同一である。そして、第２レンズ群４３２と第３レンズ群４３３の間にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構４３４が配置され、第３レンズ群４３３の後方には光学素子４０１が配置される。撮影光学系２３０の焦点位置には、銀塩フィルム２３６が配置され、その直前にはフォーカルプレンシャッタ２３５が配置される。これ以外の構成は実施例２の撮影装置２４１と同一なので、説明は省略する。
【００６２】
次に、本実施例における光学素子４０１の作用を説明する。撮影光学系４３０によりフィルム２３６上に結像される被写体像の照度は、中心が大きく、中心から離れるほど低下する、いわゆる周辺光量低下現象を呈する。そしてこの時の周辺光量低下量は、撮影光学系のズーム状態と絞り込み状態でほぼ一義的に決まる。一方、光学素子４０１の入射高に対する透過率分布は、図１６で説明したように、印加電圧により一義的に決まる。
そこで、光学素子４０１を撮影光学系中の適当な位置に置き、ズーム状態と絞り込み状態で決まる周辺光量低下量を補償する透過率分布を光学素子４０１に与えることで、フィルム面２３６上の画像の周辺光量低下を適正に補償できる。具体的には、撮影装置４４１の製造時に、各ズーム状態と絞り込み状態に応じた周辺光量低下データと、これを補償するために最適な光学素子４０１への印加電圧を実験的に決定する。
そして、各ズーム状態と絞り込み状態に応じた印加電圧をＣＰＵ４４２内のＲＯＭにルックアップテーブルとして記憶させ、撮影時に該テーブル値を呼び出して光学素子４０１への印加電圧を制御すればよい。
【００６３】
図１８は、図１７に示した撮影装置４４１が有するＣＰＵ４４２の制御フロー図である。
以下、図１７及び図１８を用いて撮影装置４４１の制御フローを説明する。
ステップＳ４０１を経由して、ステップＳ４０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ４０２に留まる。
ステップＳ４０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ４４２はスリープ状態から脱してステップＳ４０３以降を実行する。
ステップＳ４０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）等を設定する。
【００６４】
ステップＳ４０４では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ４０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受け付ける。ステップＳ４０４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ４０４から脱してステップＳ４１１以降を実行する。
ステップＳ４１１では、撮影光学系４３０のズーム状態を認識する。
ステップＳ４１２では、測光手段２５６を用いて被写体輝度を検知する。ステップＳ４１３では、検知した被写体輝度とＲＯＭに記憶されたプログラム線図に基づいて、撮影時のシャッタ秒時と絞り値を演算する。
【００６５】
ステップＳ４１４では、前記ステップＳ４１１で認識した撮影光学系４３０のズーム状態とステップＳ４１３で演算した撮影時の絞り値に基づいて、光学素子４０１に印加する電圧をＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルから呼び出す。
ステップＳ４１５では、前記ステップＳ４１４で呼び出された電圧が、給電手段１４４より光学素子４０１に供給される。その結果、撮影光学系４３０の周辺光量低下が補償される。
ステップＳ４１６では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系４３０の焦点状態を検出する。
続いてステップＳ４１７では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群４３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。その後、ステップＳ４１８に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ３１１に戻り、ズーム状態認識からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
【００６６】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ４１８からステップＳ４３１にジャンプする。ステップＳ４３１では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束外に退避させる。
ステップＳ４３２では、ステップＳ４１３で演算した絞り値に基づいて絞り４３４を絞り込み制御する。
ステップＳ４３３では、ステップＳ４１３で演算したシャッタ秒時に基づいてフォーカルプレンシャッタ２３５を駆動制御する。ステップＳ４３４では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束内に復帰させると共に、絞り４３４も開放状態に復帰させる。
ステップＳ４３５では、チャージ手段２４５を駆動してフォーカルプレンシャッタ２３５を初期状態（羽根走行可能状態）にチャージすると共に、フィルム２３６を１駒分巻き上げ、ステップＳ４３６にて撮影動作が終了する。
【００６７】
上記したように、実施例４によると、
・光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸増し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の所定位置に配置することで、撮影光学系の周辺光量低下を軽減でき、高品位画像を取得可能な撮影装置が得られる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エレクトロウエッティング現象を利用して、メカニカル機構を用いることなく、入射光束の透過率を効率的に自在に変化させる光学素子を得ることができ、従来のものとは異なる方式の小型で簡単な構成の光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光学素子の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の光学素子に電圧を印可した時の動作説明図である。
【図３】本発明の実施例１の光学素子の動作説明詳細図である。
【図４】本発明の実施例１の光学素子の透過率説明図である。
【図５】本発明の実施例１の撮影装置の構成図である。
【図６】本発明の実施例１の撮影装置の制御フロー図である。
【図７】本発明の実施例１の光学素子の動作説明詳細図である。
【図８】本発明の実施例２の光学素子の透過率分布説明図である。
【図９】本発明の第２実施例２の撮影装置の構成図である。
【図１０】本発明の実施例の撮影装置の制御フロー図である。
【図１１】本発明の実施例３の光学素子の動作説明詳細図である。
【図１２】本発明の実施例３の光学素子の透過率説明図である。
【図１３】本発明の実施例３の撮影装置の構成図である。
【図１４】本発明の実施例３の撮影装置の制御フロー図である。
【図１５】本発明の実施例４の光学素子の動作説明詳細図である。
【図１６】本発明の実施例４の光学素子の透過率分布説明図である。
【図１７】本発明の実施例４の撮影装置の構成図である。
【図１８】本発明の実施例４の撮影装置の制御フロー図である。
【図１９】エレクトロウエッティング現象を説明するための電圧の印加前、印加後の液滴の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１：光学素子
１０２：透明基板
１０３：透明電極
１０４：絶縁層
１０７：絞り板
１１１：撥水膜
１１２：親水膜
１１３：親水膜
１２１、４２１：第１の液体
１２２、４２２：第２の液体
１２３：光軸
１２４：界面
１２５：棒状電極
１２６：給電手段
１３０、２３０、３３０、４３０：撮影光学系
１３４：撮像手段
２３５：フォーカルプレンシャッタ
２３６：フィルム
１４１、２４１、３４１、４４１：撮影装置
１４２、２４２、３４２、４４２：ＣＰＵ
２３４、４３４：機械式絞り機構
１４４：給電手段
１５１、２５１：表示器
１５２、２５２：操作スイッチ群
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を通過する光束の透過光量を制御する光学素子、いわゆる光学フィルタと、該光学素子を用いた撮影装置に関するものであり、特に、小型化を図ることができ、簡単な構成で効率よく光透過光量を制御することができ、可変ＮＤフィルタ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補正するフィルタ等に好適な光学素子及び撮影装置の実現を目指すものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スチルカメラ、ビデオカメラ等の撮影装置に用いられる撮影光学系においては、焦点調節、光量調節、自然なボケ味、像面の光量分布が均一等の機能が要求される。
これらの機能のうち、まず光量調節に関しては、一般に複数枚の可動羽根からなる絞り機構が用いられる。
しかし、この機械式絞り機構はメカニカル駆動部が必要で機器が大型化し、また開口部を小さくした小絞り状態下では光線の回折が生じて結像した画像の解像力が低下するという欠点がある。
【０００３】
このような欠点を解消するため、液晶材料やエレクトロクロミック材料を用いた透過率可変素子、いわゆる可変ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが提案されている。
例えば特開平３−８７８１６号公報では、透過光の色の偏りを防止したエレクトロクロミック製の光変調素子が提案されている。
また、特開平７−５４９７号公報では、溶液中の銀を自在に析出及び溶解することで、可変ＮＤフィルタを実現する技術が開示されている。
また、特開平７−１２８６３５号公報では、濃度可変な液晶フィルタを用いて光電変換装置に入射する光量を調節する技術が開示されている。
また、自然なボケ味を実現するための技術として、特開平９−２３６７４０号公報において、光吸収係数の大きな平凹レンズと光吸収係数の小さな凸平レンズを組み合わせたアポダイゼイションフィルタの技術が開示されている。
また、結像面の周辺光量低下（周辺光量落ちともいう）を補正するための技術として、特開平９−１５６８１号公報において、中心部ほど濃度が高く、かつ濃度制御可能な液晶製可変ＮＤフィルタ内蔵の光量調節技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来例のものにおいては、つぎのような点に問題点を有している。
例えば、特開平３−８７８１６号公報では、エレクトロクロミック材料の化学変化による濃度変化を利用するため、応答速度が遅い。
特開平７−５４９７号公報も同じく、銀塩溶液の化学変化による濃度変化を利用するため、応答速度が遅い。
特開平７−１２８６３５号公報では液晶フィルタを用いているが、液晶フィルタは一般に偏光板を必要とし、そのために最大透過率がかなり低くなる。
特開平９−２３６７４０号公報では、固体レンズの組み合わせでアポダイゼイションフィルタを実現しているため、アポダイゼイション効果が変えられない。
特開平９−１５６８１号公報では、液晶フィルタを用いているため、特開平７−１２８６３５号公報と同様に偏光板による透過率低下の欠点がある。
【０００５】
ところで、液体に電圧を加えると界面張力が変化して界面の移動変形が起こる現象として、エレクトロウエッティング現象が知られている。これは電気毛管現象ともいわれ、図１９のように絶縁層５０２を形成した基板電極５０１上に、導電性の液滴５０３があり、この液滴５０３と基板電極５０１との間に電圧をかけると、一種のコンデンサを形成し静電エネルギーが蓄積され、この静電エネルギーにより、表面張力の釣り合いが変化し、液滴５０３が変形するものである（図１９（ｂ））。
このようなエレクトロウエッティング現象は、これまで焦点可変レンズ（ＷＯ９９／１８４５６）、電気毛管ディスプレイシート（特開平０９−３１１６４３号公報）などにおいて、その利用が図られてきたが、エレクトロウエッティング現象を利用して、光透過光量を制御するようにした光学素子あるいは撮影装置は、未だ実現していない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記した課題を解決し、従来のものとは異なる方式の光学素子あるいは撮影装置を構成するため、上記のエレクトロウエッティング現象を利用して、小型化を図ることができ、簡単な構成で効率よく光透過光量を制御することができ、可変ＮＤフィルタ、アポダイゼイションフィルタ、周辺光量低下を補正するフィルタ等に好適な光学素子および撮影装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学素子は、光束の透過光量を制御する光学素子であって、導電性または有極性の第１の液体と、前記第１の液体と混合することがなく、かつ該第１の液体と屈折率が実質的に等しい、該第１の液体とは光線吸収能率が異なる第２の液体とを備え、
第１基板と第２の基板との間に形成された空間内に、前記第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした状態で密閉されるとともに、 前記界面の外周縁の直径よりも小さな開口径を有する光束制限部材が前記界面の光軸と同軸上に配置され、
前記第１の液体への印加電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることにより、前記第１の液体の光軸上の光路長と前記第２の液体の光軸上の光路長を変化させて通過する光束の透過光量を変化させることを特徴としている。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る撮影装置は、被写体像を形成する撮影光学系と、
前記撮影光学系を通過する光束の透過光量を変化させる光学素子と、を有する撮影装置であって、
前記光学素子は、導電性または有極性の第１の液体及び該第１の液体と混合することがなく、かつ該第１の液体と屈折率が実質的に等しい、該第１の液体とは光線吸収能率が異なる第２の液体とを備え、
第１基板と第２の基板との間に形成された空間内に、前記第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした状態で密閉されるとともに、 前記界面の外周縁の直径よりも小さな開口径を有する光束制限部材が前記界面の光軸と同軸上に配置され、
前記第１の液体への印加電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることにより、前記第１の液体の光軸上の光路長と前記第２の液体の光軸上の光路長を変化させて前記撮影光学系を通過する光束の透過光量を変化させることを特徴としている。
【０００９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
図１〜図５は、本発明の実施例１に係わる光学素子について説明するための図である。
図１は本発明の実施例１の光学素子の構成を示す断面図である。
図１を用いて、本実施例における光学素子の構成と、その作成方法について説明する。
１０１は本発明の光学素子全体を示し、１０２は中央に凹部を設けた透明アクリル製の透明基板である。
透明基板１０２の上面には、酸化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）１０３がスパッタリングで形成され、その上面には透明アクリル製の絶縁層１０４が密着して設けられる。
【００１０】
絶縁層１０４は、前記透明電極１０３の中央にレプリカ樹脂を滴下し、ガラス板で押しつけて表面を平滑にした後、ＵＶ照射を行ない硬化させて形成する。絶縁層１０４の上面には、遮光性を有した円筒型の容器１０５が接着固定され、その上面には透明アクリル製のカバー板１０６が接着固定され、更にその上面には中央部に直径Ｄ３の開口を有した絞り板１０７が配置される。
以上の構成において、絶縁層１０４、容器１０５及び上カバー１０６で囲まれた所定体積の密閉空間、すなわち液室を有した筐体が形成される。
【００１１】
そして、液室の壁面には、以下に示す表面処理が施される。
まず、絶縁層１０４の中央上面には、直径Ｄ１の範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜１１１が形成される。撥水処理剤は、フッ素化合物等が好適である。また、絶縁層１０４上面の直径Ｄ１より外側の範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜１１２が形成される。
親水剤は、界面活性剤、親水性ポリマー等が好適である。一方、カバー板１０６の下面には、直径Ｄ２の範囲内に親水処理が施され、前記親水膜１１２と同様の性質を有した親水膜１１３が形成される。そしてこれまでに説明したすべての構成部材は、光軸１２３に対して回転対称形状をしている。更に、容器１０５の一部には孔があけられ、ここに棒状電極１２５が挿入され、接着剤で封止されて前記液室の密閉性を維持している。そして透明電極１０３と棒状電極１２５には給電手段１２６が接続され、スイッチ１２７の操作で両電極間に所定の電圧が印加可能になっている。
【００１２】
以上の構成の液室には、以下に示す２種類の液体が充填される。まず絶縁層１０４上の撥水膜１１１の上には、第２の液体１２２が所定量だけ滴下される。
第２の液体１２２は無色透明で、比重０．８５、室温での屈折率１．３８のシリコンオイルが用いられる。
一方液室内の残りの空間には、第１の液体１２１が充填される。
第１の液体１２１は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、更に所定量の食塩が加えられた、比重０．８５、室温での屈折率１．３８の導電性の電解液である。更に第１の液体１２１には無彩色の水溶性染料、例えばカーボンブラックや、酸化チタン系の材料が加えられる。すなわち、第１及び第２の液体は、比重と屈折率が実質的に等しく、光線吸収能率が異なり、かつ互いに不溶の液体が選定される。そのため、両液体は界面１２４を形成し、混じりあわずに各々が独立して存在する。
【００１３】
次に前記界面の形状について説明する。
まず、第１の液体に電圧が印加されていない場合、界面１２４の形状は、両液体間の界面張力、第１の液体と絶縁層１０４上の撥水膜１１１あるいは親水膜１１２との界面張力、第２の液体と絶縁層１０４上の撥水膜１１１あるいは親水膜１１２との界面張力、及び第２の液体の体積で決まる。
本実施例においては、第２の液体１２２の材料であるシリコンオイルと、撥水膜１１１との界面張力が相対的に小さくなるように材料選定されている。
すなわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体１２２が形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持ち、外縁が撥水膜１１１の塗布領域に一致したところで安定する。すなわち第２の液体が形成するレンズ底面の直径Ａ１は、撥水膜１１１の直径Ｄ１に等しい。
【００１４】
一方、両液体の比重は前述のごとく等しいため、重力は作用しない。そこで界面１２４は球面になり、その曲率半径及び高さｈ１は第２の液体１２２の体積により決まる。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１になる。一方、スイッチ１２７が閉操作され、第１の液体１２１に電圧が印加されると、電気毛管現象によって第１の液体１２１と親水膜１１２との界面張力が減少し、第１の液体が親水膜１１２と撥水膜１１１の境界を乗り越えて撥水膜１１１内に侵入する。その結果、図２のごとく、第２の液体が作るレンズの底面の直径はＡ１からＡ２に減少し、高さはｈ１からｈ２に増加する。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ２になる。このように第１の液体１２１への電圧印加によって、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液体間の界面の形状が変わる。
【００１５】
ここで、第２の液体は実質上透明であるが、第１の液体は添加された光吸収性材料のために所定の光線吸収能率を有する。そこで、絞り板１０７の開口から光束を入射させると、該光束が通過する第１の液体の光路長に応じた分だけ光線が吸収され、透明基板１０２から射出する光束の強度は低下する。すなわち光強度の低下率は第１の液体の光軸上の厚さ（図１のｔ１あるいは図２のｔ２）に比例するため、給電手段１２６の電圧制御によって界面１２４の形状を変えることにより、透過光量を自在に変えられる光学素子が実現できる。また、第１及び第２の液体の屈折率を実質的に等しくしているため、入射した光束はその方向
を変えずに射出光の強度のみが変えられる。
【００１６】
つぎに、図３に基づいて、当光学素子を可変ＮＤフィルタとして用いる場合の動作を更に詳しく説明する。
図３（ａ）は、光学素子１０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。
この時の界面１２４の形状は図１に示したものと同じで、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子１０１の上方から照射され、絞り１０７の開口部に入射する光束、ＬOUTは光学素子１０１から射出される光束である。
そして、光束ＬINに対するＬOUTの比が光学素子１０１の透過率になるが、第１の液体の光軸上の厚さｔ１が大きいため、透過率は低くなる。
また、射出光束ＬOUTの光量分布は、光軸からの距離、すなわち入射高が大きいほど光量が少なくなるが、液体１２２が形成するレンズ底面の直径Ａ１に対して、絞り１０７の開口直径Ｄ３を小さくしているので、射出光束ＬOUTの光量分布は略均一と見なせる。
【００１７】
図３（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さはｈ２である。
また、第１の液体の光軸上の厚さは同図（ａ）のｔ１より小さなｔ２である。そこで光束の透過率は同図（ａ）の場合より大きくなる。
図３（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。
そして、この平坦部の直径は絞り１０７の開口部の直径Ｄ３に等しいか、Ｄ３より大きい。その結果、第１の液体の光軸上の厚さはゼロになるため、透過率は同図（ｂ）の場合より更に大きくなる。
その後、給電手段１２６の出力電圧を更に上昇させても、絞り１０７の開口部内側の界面１２４の形状は変わらないため、当光学素子を可変ＮＤフィルタとして用いた場合の透過率は一定のままである。この時の透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされる。
【００１８】
なお、同図（ｃ）の状態から給電手段１２６の印加電圧をＶ１に戻すと、両液体の界面張力が元に戻る。この時、第１の液体１２１と親水膜１１３との濡れ性は良く、第２の液体１２２と親水膜１１３との濡れ性は悪いため、第２の液体は親水膜１１３から離れて同図（ａ）の状態に復帰する。すなわち、当光学素子の界面１２４の形状変化は、印加電圧の変化に対して可逆である。
図４は、光学素子１０１に印加される電圧に対する光学素子１０１の光線透過率の関係を表わしたものである。印加電圧の増加に伴い、透過率も上昇し、印加電圧がＶ３に達したところで透過率は飽和する。
【００１９】
図５は、光学素子１０１を撮影装置に応用したものである。
本実施例では、撮影装置１４１は静止画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして記録する、いわゆるデジタルスチルカメラを例として説明する。
１３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群１３１、第２レンズ群１３２、第３レンズ群１３３で構成される。
第１レンズ群１３１の光軸方向の進退で、焦点調節がなされる。
第２レンズ群１３２の光軸方向の進退で、ズーミングがなされる。
第３レンズ群１３３は移動しないリレーレンズ群である。
そして、第２レンズ群１３２と第３レンズ群１３３の間に光学素子１０１が配置される。
【００２０】
撮影光学系１３０の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段１３４が配置される。これは照射された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる２次元ＣＣＤ等の光電変換手段が用いられる。
１４２は撮影装置全体の動作を制御する中央演算処理装置（以下ＣＰＵと略す）で、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換機能、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップマイコンである。１４３はＣＰＵ１４２や撮影装置内の各種回路、アクチュエータに電力を供給する電源である。
１４４は光学素子１０１へ電圧を印加するための給電手段で、図１の給電手段１２６に相当する。給電手段１４４は、ＣＰＵ１４２からの制御信号に応じて所望の電圧を出力する。
１４５は画像信号処理回路で、撮像手段１３４から入力したアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施す。
【００２１】
１５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮像手段１３４で取得した被写体像や、撮影装置の動作状況を表示する。
１５２は操作スイッチ群で、ＣＰＵ１４２をスリープ状態からプログラム実行状態に起動するメインスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッチ等で構成される。
１５３はズーム駆動手段で、第２レンズ群１３２を光軸方向に進退させるアクチュエータとドライバ回路を含み、撮影者のズームスイッチ操作に応じて変倍動作を行ない、撮影光学系１３０の焦点距離を変える。１５４は焦点検出手段で、一眼レフカメラに用いられる位相差検出式焦点検出手段等が好適である。
１５５はフォーカス駆動手段で、第１レンズ群１３１を光軸方向に進退させるアクチュエータとドライバ回路を含み、前記焦点検出手段１５４で演算したフォーカス信号に基づいてフォーカス動作を行ない、撮影光学系１３０の焦点状態を調節する。
１５６はメモリ手段で、撮影された画像信号を記録する。具体的には、着脱可能なＰＣカード型のフラッシュメモリ等が好適である。
【００２２】
次に、本実施例における光学素子１０１の作用を説明する。
自然界に存在する被写体の輝度のダイナミックレンジは非常に大きく、これを所定範囲に収めるために、通常は撮影光学系内部に機械式絞り機構を有し、撮影光束の光量を調節している。
しかしながら、機械式絞り機構は小さくする事は困難で、かつ絞り開口部が小さい小絞り状態では、絞り羽根端面による光線の回折現象で、被写体像の解像力が低下する。
そこで、本実施例のように、光学素子１０１を前記機械式絞り機構を代用する可変ＮＤフィルタとして用いることで、上記欠点を生ずること無く、撮影光学系を通過する光量を適切に調節することが可能となる。
【００２３】
図６は、図５に示した撮影装置１４１が有するＣＰＵ１４２の制御フロー図である。以下、図５及び図６を用いて撮影装置１４１の制御フローを説明する。
ステップＳ１０１を経由して、ステップＳ１０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ１０２に留まる。
ステップＳ１０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ１４２はスリープ状態から脱してステップＳ１０３以降を実行する。
ステップＳ１０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器１５１と操作スイッチ群１５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）、画質モード（記録画素数の大小、画像圧縮率の大小等）等を設定する。
【００２４】
ステップＳ１０４では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ１０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受け付ける。ステップＳ１０４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ１０４から脱してステップＳ１１１以降を実行する。
ステップＳ１１１では、撮像手段１３４及び信号処理回路１４５を駆動して、プレビュー画像を取得する。プレビュー画像とは、最終記録用画像の撮影条件を適切に設定するため、及び撮影者に撮影構図を把握させるために撮影前に取得する画像である。
【００２５】
ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。
具体的には、撮像手段１３４が出力す画像信号において、最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算し、撮像手段１３４に入射する光量を認識する。
ステップＳ１１３では、前記ステップＳ１１２で判定した受光量が適正か否かを判別する。
そして、当ステップで適正と認識されたら、ステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像を表示器１５１に表示する。
【００２６】
続いて、ステップＳ１１５では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系１３０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ１１６では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群１３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。
その後、ステップＳ１１７に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。
オン操作されていない時はステップＳ１１１に戻り、プレビュー画像の取得からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
一方ステップＳ１１３において、前記ステップＳ１１２で判定した受光量が適正でないと判別されたら、ステップＳ１２１にジャンプする。
【００２７】
ステップＳ１２１では、実際の受光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系１３０内の光学素子１０１の適正透過率を演算する。
ステップＳ１２２では、前記ステップＳ１２１で演算した適正透過率を得るための制御電圧を演算する。具体的には、ＣＰＵ１４２のＲＯＭには、図４に示した印加電圧に対する透過率の関係がルックアップテーブルとして記憶されているので、該テーブルを参照し、ステップＳ１２１で演算した透過率に対する印加電圧を求める。
ステップＳ１２３では、前記ステップＳ１２２で求めた電圧が光学素子１０１に印加されるよう、給電手段１４４の出力電圧を制御する。ステップＳ１２３実行後はステップＳ１１１に戻り、撮像手段１３４に入射する光量が適正になるまで、プレビュー画像の取得から給電手段制御までのステップを繰り返し実行する。そして、撮像手段１３４に入射する光量が適正になると、ステップＳ１１３からステップＳ１１４に移行する。
【００２８】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ１１７からステップＳ１３１にジャンプする。ステップＳ１３１では撮像を行なう。すなわち撮像手段１３４上に結像した被写体像を光電変換し、光学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部に蓄積される。ステップＳ１３２では、ステップＳ１３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５に入力させる。ステップＳ１３３では、信号処理回路１４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ１４２内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。ステップＳ１３４では、上記ステップＳ１３３で得られた画像信号をメモリ１５６に記録し、ステップＳ１３５にて撮影動作が終了する。
【００２９】
上記したように、実施例１によると、
・光学素子への印加電圧を制御することで、光束透過率を所望の値に制御可能なＮＤフィルタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の機械式絞り機構の代わりに用いることで、絞り羽根や絞り開口制御機構等のメカニカル手段を廃止でき、かつ撮像手段に入射する光量を連続的に制御できるため、撮影装置の小型化及び高性能化が達成できる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００３０】
［実施例２］
前述の実施例１においては透過率可変な光学素子を可変ＮＤフィルタを構成した例について説明したが、実施例２は、光学素子へ入射する光束の入射高（光軸からの距離）に応じて透過率が漸減し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタを構成した例である。
図７〜図１０は本発明の実施例２について説明するための図であり、図７は本実施例における光学素子を透過率分布可変フィルタとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図である。
本実施例においては、光学素子２０１が有する絞り板２０７の開口部の直径Ｄ４は、実施例１の絞り板１０７の開口部直径Ｄ３より大きく設定され、それ以外の部材はすべて同一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略する。
【００３１】
図７（ａ）は、光学素子２０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図３（ａ）と同一で、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。
また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子２０１の上方から照射され、絞り２０７の開口部に入射する光束、ＬOUTは光学素子２０１から射出される光束である。
そして、本実施例では、液体１２２が形成するレンズ底面の直径Ａ１が、実施例１と同一なのに対して、絞り２０７の開口径Ｄ４は実施例１の開口径Ｄ３よりも大きくしているので、射出光束ＬOUTの光量分布は均一にはならず、光軸１２３から離れるに従って透過光量はかなり減少する。
【００３２】
図７（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さはｈ２であり、透過光量平均値は同図（ａ）より大きくなると共に、透過光量の不均一性も拡大する。図３（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。
この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。
そして、この平坦部の直径は絞り２０７の開口部の直径Ｄ４よりは小さい。その結果、透過率は該平坦部の内側領域は均一になり、外側領域では光軸からの距離に応じて漸減する。この時の入射高ゼロにおける透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされる。
【００３３】
図８は、給電手段１２６から光学素子２０１に印加される電圧をパラメータとして、光学素子２０１に入射する光束の入射高（光軸１２３からの距離）に対する透過率分布の関係を表わしたものである。
印加電圧の増加に伴い、平均透過率が増加すると共に、入射高に応じて透過率が漸減する透過率カーブの傾き絶対値も増加する。
【００３４】
図９は、光学素子２０１を撮影装置に応用したものである。本実施例では、撮影装置２４１は静止画像を銀塩フィルムに露光する、いわゆる銀塩スチルカメラを例として説明する。
２３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群２３１、第２レンズ群２３２、第３レンズ群２３３で構成され、それぞれの機能は図５の実施例１の撮影装置１４１における各レンズ群１３１、１３２、１３３と同一である。
そして、第２レンズ群２３２と第３レンズ群２３３の間に光学素子２０１が配置され、その後方にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構２３４が配置される。撮影光学系２３０の焦点位置には、銀塩フィルム２３６が配置され、その直前にはフォーカルプレンシャッタ２３５が配置される。
【００３５】
２４２は撮影装置全体の動作を制御するＣＰＵで、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップマイコンである。電源１４３、給電手段１４４は実施例１と同一のものなので、同一符号で表わす。２４５はメカニカルチャージ手段で、前述のフォーカルプレンシャッタ２３５の駆動バネをチャージする機構、及びフィルム２３６の巻き上げ巻戻し機構からなる。２４６は、被写体の観察用画像を形成するためのファインダ光学系で、フォーカシングスクリーン、ペンタダハプリズム、接眼レンズで構成される。
２４７は第３レンズ群２３３とフォーカルプレンシャッタ２３５の間に配置されたクイックリターンミラーで、前記フィルム２３６とファインダ光学系２４６への光束の切り換えを行なう可動ミラーと、該ミラーを駆動するアクチュエータで構成される。
【００３６】
２５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮影装置の動作状況を表示する。２５２は操作スイッチ群で、ＣＰＵ２４２をスリープ状態からプログラム実行状態に起動するメインスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッチ等で構成される。
また、後述するアポダイゼイション効果入力スイッチを有する点が、実施例１と異なる。
ズーム駆動手段１５３、焦点検出手段１５４、フォーカス駆動手段１５５は実施例１と同一の機能を有するため、同一符号で示す。
２５６は測光手段で、前記ファインダ光学系２４６の途中に配置された測光センサと該センサの出力増幅手段からなる。
【００３７】
次に本実施例における光学素子２０１の作用を説明する。
奥行きのある被写体を撮影光学系２３０によりフィルム２３６上に結像させた時、合焦した被写体像は点像の集まりとして表わせるが、非合焦の被写体像、いわゆるアウトフォーカス画像は有限直径のボケ像の集合となる。
そして、撮影光学系が無収差レンズであれば、該ボケ像は照度が均一の円形像となる。
しかしながら、現実のレンズは種々の収差を有し、その結果ボケ像が乱れ、例えば二線ボケと呼ばれるような汚いボケ味を呈するレンズとなる。
そこで、特開平９−２３６７４０号公報に開示されたように、撮影光学系の絞り近傍に、透過率が入射高と共に漸減するアポダイゼイションフィルタと呼ばれる光学素子を配置することで、違和感のない自然なボケ像を得ることを可能としているが、本実施例では、前記アポダイゼイションフィルタの役目を光学素子２０１で達成するものである。
【００３８】
図１０は、図９に示した撮影装置２４１が有するＣＰＵ２４２の制御フロー図である。
以下、図９及び図１０を用いて撮影装置２４１の制御フローを説明する。
ステップＳ２０１を経由して、ステップＳ２０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ２０２に留まる。
ステップＳ２０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ２４２はスリープ状態から脱してステップＳ２０３以降を実行する。
ステップＳ２０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）等を設定する。
【００３９】
ステップＳ２０４では、撮影者によるアポダイゼイション効果の選択を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２にあるアポダイゼイション効果選択スイッチを用いて、アポダイゼイションレベルを選択する。具体的には、アポダイゼイションレベルは「１」から「３」までが選択可能で、レベルの数値が大きいほど、大きなアポダイゼイション効果が得られるようになっている。
ステップＳ２０５では、前記ステップＳ２０４で選択されたアポダイゼイションレベルに対応する印加電圧が演算される。具体的には、レベル１が選択された時は光学素子２０１への印加電圧はＶ１に設定される。同様にレベル２が選択された時は印加電圧はＶ２に、レベル３が選択された時は印加電圧はＶ３に設定される。
【００４０】
ステップＳ２０６では、前記ステップＳ２０５で設定された電圧が、給電手段１４４より光学素子２０１に供給される。その結果、撮影者によりアポダイゼイションレベル１が選択された場合は、光学素子２０１の透過率分布は図８における印加電圧Ｖ＝Ｖ１で示した曲線になる。同様にレベル２が選択されると印加電圧Ｖ＝Ｖ２に相当する特性が、レベル３が選択されると印加電圧Ｖ＝Ｖ３に相当する特性が得られる。
ステップＳ２０７では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ２０３に戻り、撮影条件の設定とアポダイゼイション効果の選択を繰り返し受け付ける。ステップＳ２０７で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ２０７から脱してステップＳ２１１以降を実行する。
【００４１】
ステップＳ２１１では、測光手段２５６を用いて被写体輝度を検知する。ステップＳ２１２では、検知した被写体輝度とＲＯＭに記憶されたプログラム線図に基づいて、撮影時のシャッタ秒時と絞り値を演算する。ステップＳ２１３では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系２３０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ２１４では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群２３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。
その後、ステップＳ２１５に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ２０７に戻り、測光からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
【００４２】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ２１５からステップＳ２３１にジャンプする。
ステップＳ２３１では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束外に退避させる。
ステップＳ２３２では、ステップＳ２１２で演算した絞り値に基づいて絞り２３４を絞り込み制御する。
ステップＳ２３３では、ステップＳ２１２で演算したシャッタ秒時に基づいてフォーカルプレンシャッタ２３５を駆動制御する。
ステップＳ２３４では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束内に復帰させると共に、絞り２３４も開放状態に復帰させる。
ステップＳ２３５では、チャージ手段２４５を駆動してフォーカルプレンシャッタ２３５を初期状態（羽根走行可能状態）にチャージすると共に、フィルム２３６を１駒分巻き上げ、ステップＳ２３６にて撮影動作が終了する。
【００４３】
上記したように、実施例２によると、
・光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸減し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の絞り機構近傍に配置することで、アウトフォーカス画像（いわゆるボケ画像）のボケ味を任意に制御でき、高品位画像を取得可能な撮影装置が得られる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００４４】
［実施例３］
前述の実施例１及び実施例２は、透過率を連続的に変化させるフィルタを構成した例について説明したが、実施例３は、透過率可変な光学素子を、光束を透過する状態と遮断する状態とに切り換える光シャッタとしてとして構成した例である。
図１１〜図１４は本発明の実施例３について説明するための図であり、図１１は、本実施例において光学素子を光シャッタとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図である。
本実施例においては、第１の液体３２１に溶解する水溶性染料の濃度を、実施例１のものより大きくし、光吸収能率を高めた構成になっている。それ以外の部材はすべて実施例１と同一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略する。
【００４５】
図１１（ａ）は、光学素子３０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図３（ａ）と同一で、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の液体２３１の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子３０１の上方から照射され、絞り１０７の開口部に入射する光束である。そして本実施例では、第１の液体３２１の光吸収能率が非常に高いため、第１の液体２３１の光軸上の厚さｔ１がかなり小さな場合でも、射出する光束の量はほぼゼロになる。
【００４６】
図１１（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、図３（ｃ）のＶ３と同一の場合で、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。そしてこの平坦部の直径は絞り板１０７の開口部の直径Ｄ３より大きい。その結果、透過率分布は絞り板１０７の開口径Ｄ３の内側では均一になる。その後、給電手段１２６の出力電圧を更に上昇させても、絞り板１０７の開口部内側の界面１２４の形状は変わらないため、当光学素子を光シャッタとして用いた場合の透過率は一定のままである。この時の透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体１２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされるが、上記各部材は透明材料が選択されるため、総合透過率は高く、すなわち光シャッタとしては開放状態を呈する。
【００４７】
図１２は、光学素子３０１への印加電圧に対する光学素子３０１の光束透過率の関係を表わしたものである。
印加電圧が低い時には透過率はほぼゼロ、印加電圧の増加に伴って透過率は急増し、印加電圧がＶ３に達したところで透過率は飽和する。
そして、当光学素子を、印加電圧が極めて小さい状態で用いれば光束を遮断、印加電圧がＶ３の状態で用いれば光束を透過する光シャッタになる。
【００４８】
図１３は、光学素子３０１を撮影装置に応用したものである。本実施例では、撮影装置３４１は実施例１と同様のデジタルスチルカメラを例として説明する。３３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群３３１、第２レンズ群３３２、第３レンズ群３３３で構成され、それぞれの機能は図５の第１実施例の撮影装置における各レンズ群１３１、１３２、１３３と同一である。
そして、第２レンズ群３３２と第３レンズ群３３３の間に光学素子３０１が配置され、その後方にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構３３４が配置される。
その他の部材の構成は実施例１と同一のため、同一部材は同一の符号で表わして説明は省略する。
本実施例では、光シャッタ部材としての光学素子３０１とは別に、機械式絞り機構３３４を用いているが、これは撮影光束の光量微調節機能と、光束の透過、遮断切り換え機能を別の部材で実現させるためである。
【００４９】
図１４は、図１３に示した撮影装置３４１が有するＣＰＵ３４２の制御フロー図である。
以下、図１３及び図１４を用いて撮影装置３４１の制御フローを説明する。
ステップＳ３０１を経由して、ステップＳ３０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ３０２に留まる。
ステップＳ３０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ３４２はスリープ状態から脱してステップＳ３０３以降を実行する。
【００５０】
ステップＳ３０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器１５１と操作スイッチ群１５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）、画質モード（記録画素数の大小、画像圧縮率の大小等）等を設定する。
ステップＳ３０４では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ３０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受け付ける。ステップＳ３０４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ３０４から脱してステップＳ３１１以降を実行する。
ステップＳ３１１では、給電手段１４４の出力電圧をＶ３に制御し、光学素子３０１に該電圧Ｖ３を印加する。すると図１２で説明したごとく、光学素子３０１は透過率が最大、すなわち光スイッチが開放の状態となり、撮影光学系内を撮影光束が通過する。ステップＳ３１２では、撮像手段１３４及び信号処理回路１４５を駆動して、プレビュー画像を取得する。
【００５１】
ステップＳ３１３では、ステップＳ３１２で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。具体的には、撮像手段１３４が出力する複数の画素信号において、最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算し、撮像手段１３４に入射する光量を認識する。ステップＳ３１４では、前記ステップＳ３１３で判定した受光量が適正か否かを判別する。
そして、当ステップで適正と認識されたら、ステップＳ３１５に進む。
ステップＳ３１５では、ステップＳ３１２で取得したプレビュー画像を表示器１５１に表示する。続いてステップＳ３１６では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系３３０の焦点状態を検出する。
続いて、ステップＳ３１７では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群３３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。
【００５２】
その後、ステップＳ３１８に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ３１１に戻り、プレビュー画像の取得からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
一方ステップＳ３１４において、前記ステップＳ３１３で判定した受光量が適正でないと判別されたら、ステップＳ３２１にジャンプする。ステップＳ３２１では、実際の受光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系３３０内の絞り手段３３４の開口径を増減させる。
ステップＳ３２１実行後はステップＳ３１２に戻り、撮像手段１３４に入射する光量が適正になるまで、プレビュー画像の取得から絞り開口制御までのステップを繰り返し実行する。
そして、撮像手段１３４に入射する光量が適正になると、ステップＳ３１４からステップＳ３１５に移行する。
【００５３】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ３１８からステップＳ３３１にジャンプする。
ステップＳ３３１では撮像を行なう。すなわち撮像手段１３４上に結像した被写体像を光電変換し、光学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部に蓄積される。ステップＳ３３２では、給電手段１４４の出力電圧をゼロに制御し、光学素子３０１への電圧印加を解除する。
すると、図１２で説明したごとく、光学素子３０１は透過率が最小の状態となり、撮影光学系内を通過する光束が遮断される。ステップＳ３３３では、ステップＳ３３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５に入力させる。
ここで一般に、撮像手段が蓄積電荷を転送する際、受光部に光が照射されていると画像信号に有害なノイズが発生し易いが、本実施例では上記ステップＳ３３２において、電荷転送中は光学素子３０１が光束を遮断しているため、画像に有害なノイズが載ることを避けられる。
Ｓ３３４では、信号処理回路１４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ３４２内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。
ステップＳ３３５では、上記ステップＳ１３１で得られた画像信号をメモリ１５６に記録し、ステップＳ３３６にて撮影動作が終了する。
【００５４】
上記したように、実施例３によると、
・光学素子への印加電圧を制御することで、光束を透過状態と遮断状態とに切り換える光シャッタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の機械式シャッタ機構の代わりに用いることで、シャッタ羽根やシャッタ羽根駆動機構等のメカニカル手段を廃止でき、撮影装置の小型化が達成できる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００５５】
［実施例４］
前述の実施例２は、光学素子に入射する光束の入射高が大きいほど透過率が漸減するアポダイゼイションフィルタとして用いる例について説明したが、実施例４は、光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸増し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタとして用いる実施例について説明する。
図１５〜図１８は、本発明の実施例４について説明するための図であり、図１５は本実施例における光学素子を透過率分布可変フィルタとして用いる場合の動作を詳しく説明するための図である。
【００５６】
本実施例においては、光学素子４０１が有する第１の液体４２１と第２の液体４２２の性質が、実施例１〜実施例３の各液体と相違する点が異なる。
まず、実施例１〜実施例３において、第１の液体１２１には水溶性の染料が加えられたが、本実施例の第１の液体４２１には該染料が加えられず、透明である。また、実施例１〜実施例３において、第２の液体１２２は透明であったが、本実施例の第２の液体４２２には油脂に溶解する染料が所定濃度加えらる。
該染料は、キレートアゾ顔料やニトロソ顔料が好適である。
【００５７】
一般に該顔料は、ブルー、イエロー、レッド等に色づけされているため、これらを所定比率で混合すれば無彩色顔料が得られる。それ以外の部材はすべて実施例１〜実施例３と同一機能、同一寸法を有する。従って同一部分は同一の番号にて示し、重複説明は省略する。
また、絞り２０７は実施例２の絞り２０７と同一の開口径Ｄ４を有する。
【００５８】
図１５（ａ）は、光学素子４０１に接続された給電手段１２６の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いＶ１の場合を示す。この時の界面１２４の形状は図７（ａ）と同一で、第２の液体４２２が形成するレンズの底面の直径はＡ１、高さはｈ１である。また、第１の液体の光軸上の厚さはｔ１である。ＬINは光学素子４０１の上方から照射され、絞り２０７の開口部に入射する光束、ＬOUTは光学素子４０１から射出される光束である。
そして、本実施例では、レンズ形状を呈する液体４２２は所定の光吸収能率を有するため、射出光束ＬOUTの光量分布は均一にはならず、光軸１２３上での光透過率が最小で、光軸１２３から離れるに従って透過光量は増加する。
図１５（ｂ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ１より大きなＶ２の場合を示す。この時、第２の液体４２２が形成するレンズの底面の直径はＡ２、高さはｈ２であり、透過光量平均値は同図（ａ）より小さくなると共に、透過光量の不均一性も拡大する。
【００５９】
図１５（ｃ）は、給電手段１２６の出力電圧が、Ｖ２より更に大きなＶ３の場合を示す。この時、第２の液体１２２が形成するレンズの底面の直径はＡ３に縮まり、界面１２４の頂上はカバー板１０６の下面に形成された親水膜１１３に接触して平坦となる。
そして、この平坦部の直径は絞り２０７の開口部の直径Ｄ４よりは小さい。その結果、透過率は該平坦部の内側領域は均一になり、外側領域では光軸からの距離に応じて漸増する。この時の入射高ゼロにおける透過率は、透明基板１０２、透明電極１０３、絶縁層１０４、撥水膜１１１、第２の液体４２２、親水膜１１３、カバー板１０６の透過率の積で表わされるが、第２の液体４２２の光吸収能率が支配的になる。
【００６０】
図１６は、給電手段１２６から光学素子４０１に印加される電圧をパラメータとして、光学素子４０１に入射する光束の入射高（光軸１２３からの距離）に対する透過率分布の関係を表わしたものである。印加電圧の増加に伴い、平均透過率が減少すると共に、入射高に応じて透過率が漸増する透過率曲線の傾き絶対値は増加する。
【００６１】
図１７は、光学素子４０１を撮影装置に応用したものである。本実施例では、実施例２と同じく、撮影装置４４１は静止画像を銀塩フィルムに露光する、いわゆる銀塩スチルカメラを例として説明する。
４３０は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、第１レンズ群４３１、第２レンズ群４３２、第３レンズ群４３３で構成され、それぞれのレンズは図９の実施例２の撮影装置２４１における各レンズ群２３１、２３２、２３３とパワー構成は異なるが、機能は同一である。そして、第２レンズ群４３２と第３レンズ群４３３の間にはステップモータを駆動源とした機械式絞り機構４３４が配置され、第３レンズ群４３３の後方には光学素子４０１が配置される。撮影光学系２３０の焦点位置には、銀塩フィルム２３６が配置され、その直前にはフォーカルプレンシャッタ２３５が配置される。これ以外の構成は実施例２の撮影装置２４１と同一なので、説明は省略する。
【００６２】
次に、本実施例における光学素子４０１の作用を説明する。撮影光学系４３０によりフィルム２３６上に結像される被写体像の照度は、中心が大きく、中心から離れるほど低下する、いわゆる周辺光量低下現象を呈する。そしてこの時の周辺光量低下量は、撮影光学系のズーム状態と絞り込み状態でほぼ一義的に決まる。一方、光学素子４０１の入射高に対する透過率分布は、図１６で説明したように、印加電圧により一義的に決まる。
そこで、光学素子４０１を撮影光学系中の適当な位置に置き、ズーム状態と絞り込み状態で決まる周辺光量低下量を補償する透過率分布を光学素子４０１に与えることで、フィルム面２３６上の画像の周辺光量低下を適正に補償できる。具体的には、撮影装置４４１の製造時に、各ズーム状態と絞り込み状態に応じた周辺光量低下データと、これを補償するために最適な光学素子４０１への印加電圧を実験的に決定する。
そして、各ズーム状態と絞り込み状態に応じた印加電圧をＣＰＵ４４２内のＲＯＭにルックアップテーブルとして記憶させ、撮影時に該テーブル値を呼び出して光学素子４０１への印加電圧を制御すればよい。
【００６３】
図１８は、図１７に示した撮影装置４４１が有するＣＰＵ４４２の制御フロー図である。
以下、図１７及び図１８を用いて撮影装置４４１の制御フローを説明する。
ステップＳ４０１を経由して、ステップＳ４０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ４０２に留まる。
ステップＳ４０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ４４２はスリープ状態から脱してステップＳ４０３以降を実行する。
ステップＳ４０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。具体的には、撮影者は表示器２５１と操作スイッチ群２５２を用いて、露出制御モード（シャッター優先ＡＥ、プログラムＡＥ等）、オートフォーカスモード（ワンショットＡＦ、コンティニュアスＡＦ等）、ドライブモード（単写、連写等）等を設定する。
【００６４】
ステップＳ４０４では、撮影者による撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ４０３に戻り、撮影条件の設定を繰り返し受け付ける。ステップＳ４０４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ４０４から脱してステップＳ４１１以降を実行する。
ステップＳ４１１では、撮影光学系４３０のズーム状態を認識する。
ステップＳ４１２では、測光手段２５６を用いて被写体輝度を検知する。ステップＳ４１３では、検知した被写体輝度とＲＯＭに記憶されたプログラム線図に基づいて、撮影時のシャッタ秒時と絞り値を演算する。
【００６５】
ステップＳ４１４では、前記ステップＳ４１１で認識した撮影光学系４３０のズーム状態とステップＳ４１３で演算した撮影時の絞り値に基づいて、光学素子４０１に印加する電圧をＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルから呼び出す。
ステップＳ４１５では、前記ステップＳ４１４で呼び出された電圧が、給電手段１４４より光学素子４０１に供給される。その結果、撮影光学系４３０の周辺光量低下が補償される。
ステップＳ４１６では、焦点検出手段１５４を用いて撮影光学系４３０の焦点状態を検出する。
続いてステップＳ４１７では、フォーカス駆動手段１５５により、第１レンズ群４３１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。その後、ステップＳ４１８に進み、撮影スイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ３１１に戻り、ズーム状態認識からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。
【００６６】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ４１８からステップＳ４３１にジャンプする。ステップＳ４３１では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束外に退避させる。
ステップＳ４３２では、ステップＳ４１３で演算した絞り値に基づいて絞り４３４を絞り込み制御する。
ステップＳ４３３では、ステップＳ４１３で演算したシャッタ秒時に基づいてフォーカルプレンシャッタ２３５を駆動制御する。ステップＳ４３４では、クイックリターンミラー２４７を撮影光束内に復帰させると共に、絞り４３４も開放状態に復帰させる。
ステップＳ４３５では、チャージ手段２４５を駆動してフォーカルプレンシャッタ２３５を初期状態（羽根走行可能状態）にチャージすると共に、フィルム２３６を１駒分巻き上げ、ステップＳ４３６にて撮影動作が終了する。
【００６７】
上記したように、実施例４によると、
・光学素子へ入射する光束の入射高に応じて透過率が漸増し、かつ該光学素子への印加電圧を制御することで、透過率分布を所望の値に制御可能な透過率分布可変フィルタを得ることができる。
・当光学素子を撮影光学系の所定位置に配置することで、撮影光学系の周辺光量低下を軽減でき、高品位画像を取得可能な撮影装置が得られる。
等の点で優れた効果を奏することが可能な光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エレクトロウエッティング現象を利用して、メカニカル機構を用いることなく、入射光束の透過率を効率的に自在に変化させる光学素子を得ることができ、従来のものとは異なる方式の小型で簡単な構成の光学素子あるいは撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光学素子の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の光学素子に電圧を印可した時の動作説明図である。
【図３】本発明の実施例１の光学素子の動作説明詳細図である。
【図４】本発明の実施例１の光学素子の透過率説明図である。
【図５】本発明の実施例１の撮影装置の構成図である。
【図６】本発明の実施例１の撮影装置の制御フロー図である。
【図７】本発明の実施例１の光学素子の動作説明詳細図である。
【図８】本発明の実施例２の光学素子の透過率分布説明図である。
【図９】本発明の第２実施例２の撮影装置の構成図である。
【図１０】本発明の実施例の撮影装置の制御フロー図である。
【図１１】本発明の実施例３の光学素子の動作説明詳細図である。
【図１２】本発明の実施例３の光学素子の透過率説明図である。
【図１３】本発明の実施例３の撮影装置の構成図である。
【図１４】本発明の実施例３の撮影装置の制御フロー図である。
【図１５】本発明の実施例４の光学素子の動作説明詳細図である。
【図１６】本発明の実施例４の光学素子の透過率分布説明図である。
【図１７】本発明の実施例４の撮影装置の構成図である。
【図１８】本発明の実施例４の撮影装置の制御フロー図である。
【図１９】エレクトロウエッティング現象を説明するための電圧の印加前、印加後の液滴の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１：光学素子
１０２：透明基板
１０３：透明電極
１０４：絶縁層
１０７：絞り板
１１１：撥水膜
１１２：親水膜
１１３：親水膜
１２１、４２１：第１の液体
１２２、４２２：第２の液体
１２３：光軸
１２４：界面
１２５：棒状電極
１２６：給電手段
１３０、２３０、３３０、４３０：撮影光学系
１３４：撮像手段
２３５：フォーカルプレンシャッタ
２３６：フィルム
１４１、２４１、３４１、４４１：撮影装置
１４２、２４２、３４２、４４２：ＣＰＵ
２３４、４３４：機械式絞り機構
１４４：給電手段
１５１、２５１：表示器
１５２、２５２：操作スイッチ群
Claims (6)
- 光束の透過光量を制御する光学素子であって、
導電性または有極性の第１の液体と、
前記第１の液体と混合することがなく、かつ該第１の液体と屈折率が実質的に等しい、該第１の液体とは光線吸収能率が異なる第２の液体とを備え、
第１基板と第２の基板との間に形成された空間内に、前記第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした状態で密閉されるとともに、
前記界面の外周縁の直径よりも小さな開口径を有する光束制限部材が前記界面の光軸と同軸上に配置され、
前記第１の液体への印加電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることにより、前記第１の液体の光軸上の光路長と前記第２の液体の光軸上の光路長を変化させて通過する光束の透過光量を変化させることを特徴とする光学素子。 - 前記第１の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率が、前記第２の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率より小さく、かつ前記第１の液体の前記光軸方向の光路長が前記光軸からの距離が長いほど増大することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 前記第１の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率が、前記第２の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率より小さく、かつ前記第１の液体の前記光軸上の光路長が印加電圧の出力が大きいほど減少することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 前記第２の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率が、前記第１の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率より小さく、かつ前記第２の液体の前記光軸方向の光路長が前記光軸からの距離が長いほど減少することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 前記第２の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率が、前記第１の液体の単位光路長当たりの光線吸収能率より小さく、かつ前記第１の液体の前記光軸上の光路長が印加電圧の出力が大きいほど減少することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 被写体像を形成する撮影光学系と、
前記撮影光学系を通過する光束の透過光量を変化させる光学素子と、を有する撮影装置であって、
前記光学素子は、導電性または有極性の第１の液体及び該第１の液体と混合することがなく、かつ該第１の液体と屈折率が実質的に等しい、該第１の液体とは光線吸収能率が異なる第２の液体とを備え、
第１基板と第２の基板との間に形成された空間内に、前記第１及び第２の液体の界面が所定の光軸を有する略球面の一部をなした状態で密閉されるとともに、 前記界面の外周縁の直径よりも小さな開口径を有する光束制限部材が前記界面の光軸と同軸上に配置され、
前記第１の液体への印加電圧の出力を制御して前記界面形状を変化させることにより、前記第１の液体の光軸上の光路長と前記第２の液体の光軸上の光路長を変化させて前記撮影光学系を通過する光束の透過光量を変化させることを特徴とする撮影装置。
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