JP4666721B2 - カメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性または有極性の第1の液体及び該第1の液体と互いに混合することのない第2の液体を、それらの界面が所定の形状をなした状態で容器内に密閉し、該容器に設けられた電極に対する電圧の印加による界面形状の変化によって光学的特性が変化する、いわゆる電気毛管現象(エレクトロウェッティング)を利用した光学素子を有する光学装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
スチルカメラ、ビデオカメラ等の光学装置に組み込まれている光学系のうち、焦点距離を変えられるものにおいて、その殆どが光学系を構成するレンズ(もしくはレンズ群)の一部を機械的に光軸方向に移動させることにより、光学系全体の焦点距離を変更している。
【0003】
例えば特登録第2633079号では、ズーミングにより光軸方向に移動する1群レンズと、該1群レンズの移動の際に前記光軸方向に移動する1群鏡筒と、該1群鏡筒の移動により前記光軸方向に移動するカム筒とを有するズームレンズ鏡筒において、前記1群鏡筒が固定筒の外径側に嵌合し、前記カム筒が前記固定筒の内径側に嵌合し、前記カム筒の前側の部分が前記1群鏡筒の内径側に嵌合するようにした構成であって、前記カム筒を光軸方向に移動させることで、前記1群レンズを移動させてズーミング動作を行うようにしている。
【0004】
また、実際のズーミング動作は、光学装置に設けられているズームスイッチ等の操作部材を操作する事によって行われ、その制御方法も公知のものが有る。例えば特開平8−262305号においては、ズームスイッチ等の電気的変量の値によってレンズシステムの変倍速度を制御している。
【0005】
このように、機械的にレンズ(もしくはレンズ群)を光軸方向に移動させて焦点距離を変更する場合、光学装置の機械的構造が複雑になるという不具合を有している。この不具合を解決するために、レンズそのものに変化を与える事によって焦点距離を可変にするものが有る。
【0006】
例えば特開平11−84817号では、高分子分散液晶層を有した可変焦点レンズにおいて、液晶層に印加する電界の強さを変化させ、液晶分子の方向が変わる事で可変焦点レンズの屈折率を段階的もしくは連続的に変える事が出来る可変焦点レンズが公開されている。これによると、電気エネルギーを直接レンズの屈折率変化に用いる事が出来るため、レンズを機械的に移動させる事無く可変焦点にする事が可能となる。しかし、一対の透明電極間に高分子分散液晶層が設けられていることから、最大透過率が低くなるといった欠点を有していた。
【0007】
これに対し、電気毛管現象(エレクトロウェッティング)を用いた可変焦点レンズが、WO99/18456にて開示されているが、この技術を用いると、電気エネルギーを直接レンズの形状変化に用いることができるため、レンズを機械的に移動させること無く可変焦点にする事が可能となると共に、この電気毛管現象を用いたレンズは実質上透明であり、最大透過率が90%以上である利点を有する。従って、本願出願人は、この電気毛管現象を用いた光学素子をカメラ等の光学装置に組み込むことにより、光学特性の優れた、小型の光学装置の実現を考えている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このWO99/18456には、光学パワーを可変とする技術については開示されているが、光学装置に組込まれた時の駆動シーケンスに関する技術については一切開示されていない。更に詳述すると、上記の様に電気毛管現象を用いた光学素子は電気エネルギーを直接レンズの形状変化に用いる構造である為、カメラ等の電源の限られた装置に適用する際には、省電化を考慮した駆動シーケンスとすることが重要であるが、これについての開示はなく、本願出願人はこの点を考慮した光学装置を新たに考えている。
【0009】
(発明の目的)
本発明の目的は、カメラの小型化に寄与しかつ最大透過率の優れた、電気毛管現象を利用した光学素子を低消費電力で駆動し、所望の光学特性を得ることのできるカメラを提供しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、第1の液体及び該第1の液体と互いに混合することのない第2の液体が、それらの界面が所定の形状にて容器内に密閉されるとともに、第1の液体への電圧印加により、前記界面にて形成される球面の曲率半径及び高さが前記電圧値に応じた状態となるよう変化し、光透過率を変更する構成の光学素子を有するカメラにおいて、前記光学素子を撮影光路内に配し、これを光量制御素子として採用するとともに、輝度値に応じて前記電圧値を制御する制御手段を有するカメラとするものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0023】
(実施の第1の形態)
図1〜図4は本発明の実施の第1の形態に係わる図であり、まず、図1の光学素子の構成を示す断面図を用いて、その構成と作成方法について説明する。
【0024】
同図において、101は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。該透明基板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。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。
【0025】
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。そして液室の壁面には、以下に示す表面処理が施される。
【0026】
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。親水処理剤は、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。
【0027】
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の一部には孔が開けられ、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。
【0028】
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。
【0029】
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1.06、室温での屈折率1.49のシリコーンオイルが用いられる。一方、液室内の残りの空間には、導電性又は有極性の第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1.06、室温での屈折率1.38の電解液である。すなわち、第1及び第2の液体は、比重が等しく、かつ互いに不溶の液体が選定される。そこで両液体は界面124を形成し、混じりあわずに各々が独立して存在する。
【0030】
次に、前記界面124の形状について説明する。
【0031】
まず、第1の液体121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121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122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122の体積で決まる。この実施の形態においては、第2の液体122の材料であるシリコーンオイルと、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。つまり、第2の液体122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。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121の光軸上の厚さはt1になる。
【0032】
上記構成において、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121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122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121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。
【0033】
ここで、第2の液体122は実質上透明である。すなわち、光強度の低下率は第1の液体121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の液体が異なる屈折率を有しているため、光学レンズとしてのパワーが付与される事になるから、光学素子101は界面124の形状変化によって可変焦点レンズとなる。
【0034】
図3は、上記の光学素子101を光学装置141に応用したものである。この実施の形態では、光学装置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。
【0035】
図3において、130は複数のレンズ群からなる撮影光学系であり、第1レンズ群131、第2レンズ群132、及び光学素子101で構成され、前記第1レンズ群131の光軸方向の進退で、焦点調節がなされ、前記光学素子101のパワー変化でズーミングがなされる。前記第2レンズ群132は移動しないリレーレンズ群である。そして、第1レンズ群131と第2レンズ群132の間に光学素子101が配置され、第1レンズ群131と光学素子101との間には、公知の技術によって絞り開口径が調整して撮影光束の光量を調整する絞りユニットが配置されている。
【0036】
また、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ーを電荷に変換する複数の光電変換部、前記電荷を蓄える電荷蓄積部、及び前記電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる例えば2次元CCDが光電変換手段として用いられる。
【0037】
142は光学装置141全体の動作を制御する中央演算処理装置(以下CPUと記す)で、ROM,RAM,EEPROMやA/D変換機能及びD/A変換機能を有する1チップマイコンである。143はCPU142や可変焦点レンズを有する光学装置内の各種回路、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あり、図1の給電手段126に相当する。この給電手段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あり、撮像手段135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。
【0038】
151は液晶ディスプレイ等の表示器であり、撮像手段134で取得した被写体像や、可変焦点レンズを有する光学装置141の動作状況を表示する。152は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である。153はズームスイッチであり、撮影者のズームスイッチ操作に応じて後述する変倍動作を行い、撮影光学系130の焦点距離を変える。154は上記スイッチ以外の操作スイッチ群であり、撮影準備スイッチ,撮影開始スイッチ,シャッタ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。155は焦点検出手段であり、一眼レフカメラに用いられる位相差検出式の焦点検出手段等が好適である。156はフォーカス駆動手段であり、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155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い、撮影光学系130の焦点状態を調節する。157はメモリ手段であり、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。
【0039】
図4は、図3に示した光学装置141が有するCPU142の制御を示すフローチャートであり、以下、図3を参照しながら動作説明を行う。
【0040】
まず、ステップS101において、メインスイッチ152がオン操作されたかどうかを判定し、オン操作されていない時は、そのまま各種スイッチの操作を待つ待機モードの状態となる。その後、メインスイッチ152がオン操作されたと判定すると待機モードを解除し、ステップS102へと進む。そして、このステップS102において、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。例えば、露出制御モードの設定(シャッタ優先AE,プログラムAE等)や画質モード(記録画素数の大小,画像圧縮率の大小等)、ストロボモード(強制発光,発光禁止等)等の設定を行う。
【0041】
次のステップS103においては、撮影者によってズームスイッチ153が操作されたか否かを判定し、オン操作されていない場合はステップS104に進む。一方、ズームスイッチ153が操作された場合はステップS121に移行し、ここではズームスイッチ153の操作量(操作方向やオン時間等)を検出し、次のステップS122において、その操作量に基づいて対応する焦点距離変化量を演算する。そして、次のステップS123において、その演算結果によって、光学素子101への印加電圧量を決定し、続くステップS124において、給電手段144の出力電圧を制御して光学素子101に電圧を印加し、ステップS102へ戻る。
【0042】
つまり、ズームスイッチ153が操作され続けている場合は、ステップS102からステップS124までを繰り返し実行し、ズームスイッチ153のオン操作が終了した時点でステップS104へと移行する。
【0043】
ステップS104へ移行すると、ここでは撮影者によって操作スイッチ群154のうち、撮影準備スイッチ(図4のフローでは「SW1」と記す)のオン操作が行われたか否かを判定する。オン操作されていない場合はステップS102に戻り、撮影条件設定の受け付けや、ズームスイッチ153の操作の判定を繰り返す。一方、撮影準備スイッチがオン操作されたと判定したらステップS111へ移行し、ここでは撮像手段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の事である。
【0044】
次のステップS112においては、上記ステップS111にて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。そして、次のステップS113において、上記ステップS112にて認識した受光量に基づいて、撮影光学系130内に設けられた絞りユニット133を駆動して適正光量になるように絞りユニット133の開口径を調整する。続いてステップS114において、上記ステップS111にて取得したプレビュー画像を表示器151に表示し、次のステップS115において、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。続くステップS116においては、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う。その後、ステップS117に進み、撮影スイッチ(フローでは「SW2」と記す)のオン操作がなされたか否かを判定する。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。
【0045】
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。
【0046】
ステップS131においては、撮像を行う。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。そして、次のステップS132において、上記ステップS131にて蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出したアナログ信号を信号処理回路145に入力させる。続くステップS133においては、信号処理回路145に、入力したアナログ画像信号のA/D変換、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、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圧縮等を施す処理を行わせる。そして、次のステップS134において、上記ステップS133で得られた画像信号をメモリ156に記録すると同時に、ステップS135において、一旦プレビュー画像を消去した後に、上記ステップS133にて得られた画像信号を表示器151に改めて表示する。その後、ステップS136において、給電手段144を制御して光学素子101への電圧印加をオフして一連の撮影動作が終了する。
【0047】
上記実施の第1の形態によれば、以下の様な効果を有することになる。
【0048】
1)光学素子101への印加電圧を制御することで、光学系を機械的に駆動させる事無く、焦点距離の制御可能な光学装置を得ることができる。
【0049】
2)光学素子101の駆動制御を、光学装置141の撮影動作と関連付ける事で、実際に光学素子101を駆動させる時間を短くする事が出来たので、光学装置の消費電力を低減する事が出来る。
【0050】
なお、上記実施の第1の形態では、光学装置の一例としてデジタルスチルカメラを取り挙げたが、それ以外のビデオカメラや銀塩カメラ等にも効果を損なわずに適用できる事は言うまでもない。
【0051】
(実施の第2の形態)
前述した実施の第1の形態は、撮影動作終了後、直ちに光学素子への給電をオフする実施の形態であった。ここでは、光学素子の給電をオフする時間を撮影者が設定可能である場合を、本発明の実施の第2の形態として、図5〜図7を用いて以下に説明する。
【0052】
図5は、光学素子101を、実施の第1の形態と同様にデジタルスチルカメラに相当する光学装置に応用したものである。上記実施の第1の形態と同様なものについては、その説明を省略する。
【0053】
図5において、CPU142はその内部にタイマ146を有している。タイマ146は、後述するように設定された時間をカウントするためのものである。光学装置141はメニュースイッチ158を有している。このメニュースイッチ158は、表示器151の明るさ調整や撮影日時の設定等の諸設定を行うためのものであり、その項目の一つに、撮影終了後に光学素子101へ給電する時間を設定する項目を有している。またその設定項目は、例えば撮影終了後直ちに給電をオフする設定や、撮影終了してから10秒後に給電をオフする設定等、少なくとも2種類の設定が出来るものとする。
【0054】
図6及び図7は、図5に示した光学装置141が有するCPU142の制御を示すフローチャートであり、以下、図5〜図7を用いて説明する。
【0055】
まず、ステップS201において、メインスイッチ152がオン操作されたかどうかを判定し、オン操作されていない時は、そのまま各種スイッチの操作を待つ待機モードの状態となる。その後、メインスイッチ152がオン操作されたと判定すると待機モードを解除し、ステップS202へと進む。そして、このステップS202においては、CPU142に記憶されたタイマ146の設定値を確認する。なお、光学装置141を初めて使用する場合は、CPU142にはある設定値(例えばカウント値=0)が記憶されている。
【0056】
次のステップS203においては、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。例えば、露出制御モードの設定(シャッタ優先AE,プログラムAE等)や画質モード(記録画素数の大小,画像圧縮率の大小等)、ストロボモード(強制発光,発光禁止等)等の設定を行う。そして、次のステップS204において、撮影者によってメニュースイッチ158が操作されたか否かを判定し、オン操作されていない場合にはステップS205に進む。また、メニュースイッチ158が操作された場合は、ステップS210のサブルーチンへと進む。以下、このサブルーチンについて、図7を用いて説明する。
【0057】
図7のステップS251においては、メニュースイッチ158によってタイマ146のカウント値がどれに設定されるのかを判定し、次のステップS252において、その設定値を既にCPU142に記憶されている設定値と置き換えた後に、図6のステップS205へ進む。
【0058】
なお、メニュースイッチ158によって表示器151の明るさ調整や撮影日時の設定等も行われるが、上記と同様なフローであるので、ここではその説明を省略する。
【0059】
図6に戻って、ステップS205において、撮影者によってズームスイッチ153が操作されたか否かを判定し、オン操作されていない場合はステップS206に進む。また、ズームスイッチ153が操作された場合は、ステップS221に移行する。
【0060】
ステップS221からステップS224までの動作は、上記実施の第1の形態と同様なので、その説明は省略する。
【0061】
次のステップS224において、光学素子101に電圧を印加し、その後、次のステップS225において、タイマ146がカウントを開始している場合にはそのカウント値をリセットし、続くステップS226において、改めてタイマ146のカウントをスタートさせてステップS203に戻る。
【0062】
つまり、ズームスイッチ153が操作され続けている場合は、ステップS205からステップS226までを繰り返し実行し、ズームスイッチ153のオン操作が終了した時点でステップS206へと移行する。即ち、ズーム操作中はタイマのカウントを実質的に開始させない。
【0063】
ステップS206においては、撮影者によって操作スイッチ群154のうち、撮影準備スイッチのオン操作が行われたか否かを判定する。オン操作されていない場合はステップS207へ進み、ここでタイマ146がカウントをスタートしている場合はそのカウント値が完了しているか否かを判定し、カウントが完了していない場合はステップS203に戻り、撮影条件設定の受け付けや、メニュースイッチ158やズームスイッチ153の操作の判定を繰り返す。一方、ステップS207にてタイマ146のカウント値が完了している場合はステップS208へと進み、タイマ146のカウント値をリセットした後、ステップS237へと移行する(その後のフローは後述)。
【0064】
また、上記ステップS206にて撮影準備スイッチがオン操作されたと判定した場合はステップS211へ移行する。
【0065】
ステップS211からステップS234までは、ステップS217で撮影スイッチのオン操作がなされている場合は上記実施の第1の形態と同様なのでその説明は省略する。
【0066】
次のステップS235へ進むと、ここでは撮影された画像を表示器151に表示し、次のステップS236において、タイマ146のカウント値の設定が有るかどうかの判定を行う。タイマ146のカウント値が設定されていない場合はステップS237に進み、給電手段144を制御して光学素子101への電圧印加をオフして一連の撮影動作が終了する。
【0067】
また、上記ステップS236にてタイマ146のカウント値の設定がある場合は再びステップS203へと戻る。
【0068】
この後、カウント中に各種スイッチの操作が無い場合は、そのカウント値が完了するまでは、ステップS203→S204→S205→S206→S207→S203の各ステップを繰り返すが、カウントが完了すると、ステップS207からステップS208へ進み、上記タイマ146のカウント値をリセットしてステップS237へと進み、光学素子101への電圧印加をオフして一連の撮影動作を終える。なお、上記ステップ217で撮影スイッチのオン操作がなされていない時はステップS207へ進む。この様に構成されるので、光学素子101への電圧印加はズーム操作が行われてから設定時間、撮影が行われない時は自動的に中止される。又設定時間内で撮影動作が行われ、撮影が終了しても、未だ設定時間が経過していないときは、その後の設定時間の経過後に電圧印加が中止される。
【0069】
上記実施の第2の形態によれば、以下の様な効果を有することになる。
【0070】
1)撮影動作の如何にかかわらず、各種操作スイッチ群の操作が無い場合は光学素子101への電圧印加をオフする事が出来るので、光学装置全体の省電力化が可能となる。
【0071】
2)光学素子101への電圧印加時間を撮影者自ら設定する事が可能なので、撮影状況や撮影者の意図等を反映した節電動作を行う事が可能となる。
【0072】
(実施の第3の形態)
前述した実施の第1及び第2の形態は、光学素子101を、光学装置の撮影光学系内に組込んだ場合の実施の形態であった。ここでは、上記以外の光学系内に光学素子を組込んだ例を、本発明の実施の第3の形態として、図8〜図10を用いて以下に説明する。
【0073】
図8は、光学素子101を光学装置の観測光学系330内に組込んだ時のものである。上記実施の第1及び第2の形態と同様なものについてはその説明を省略する。
【0074】
図8において、光学装置141は視度調スイッチ159を有している。この視度調スイッチ159は、レバータイプのものでもボタンタイプのものでも良く、その操作によってCPU142は給電手段144を制御して光学素子101への印加電圧を変更する。つまり、視度調スイッチ159の操作によって光学素子101の焦点距離が変わるので、観察像の焦点を撮影者の視度に合わせる事が出来る。
【0075】
330は複数のレンズ群からなる観察光学系であり、第1レンズ群331,第2レンズ群332,第3レンズ群333、この光学系の略焦点位置に配置された視野枠334、及び、光学素子101で構成され、前記第2レンズ群332の光軸方向の進退でズーミングが行われる。また、第3レンズ群333は移動しないリレーレンズ群である。よって観察者は、光学素子101を通して焦点位置に結像した観察像を観察する事が出来る。
【0076】
図9及び図10は、図8に示した光学装置141が有するCPU142の制御を示すフローチャートであり、以下、図8〜図10を用いて説明する。
【0077】
まず、ステップS301において、メインスイッチ152がオン操作されたかどうかを判定し、オン操作されていない時は、そのまま各種スイッチの操作を待つ待機モードの状態となる。その後、ステップS301においてメインスイッチ152がオン操作されたと判定したら待機モードを解除し、ステップS302へと進む。そして、このステップS302において、CPU142に記憶された光学素子101の印加電圧値を確認する。なお、光学装置141を初めて使用する場合は、CPU142には印加電圧値=0Vとして設定されている。
【0078】
次のステップS303においては、上記ステップS302の結果に基づき、CPU142に設定値が無い場合はステップS304に進む。また、CPU142に設定値が有る場合は、ステップS310の「電圧値セット」のサブルーチンへと進む。以下、このサブルーチンについて、図10を用いて説明する。
【0079】
図10のステップS351においては、その設定値を呼び出し、次のステップS352において、その設定値に基づいて光学素子101への印加電圧値を設定し、その後ステップS353にて、給電手段144を制御して光学素子101に電圧を印加して元に戻る。
【0080】
図9に戻って、ステップS304においては、撮影者による撮影条件の設定を受付ける。例えば、露出制御モードの設定(シャッタ優先AE,プログラムAE等)や画質モード(記録画素数の大小,画像圧縮率の大小等)、ストロボモード(強制発光,発光禁止等)等の設定を行う。そして、次のステップS305において、撮影者によって視度調スイッチ159が操作されたか否かを判定し、オン操作されていない場合にはステップS306に進むが、ここで視度調スイッチ159が操作された場合は、ステップS321へと進む。
【0081】
ステップS321においては、視度調スイッチ159の操作量(操作方向やオン時間等)を検出し、次のステップS322において、その操作量に基づいて対応する視度調整量の演算を行う。そして、ステップS323において、その演算結果によって、光学素子101への印加電圧量を決定し、続くステップS324において、給電手段144の出力電圧を制御して光学素子101に電圧を印加し、ステップS304へ戻る。
【0082】
つまり、視度調スイッチ159が操作され続けている場合は、ステップS304からステップS324までを繰り返し実行し、視度調スイッチ159のオン操作が終了した時点でステップS306へと移行する。
【0083】
ステップS306においては、撮影者によって操作スイッチ群154のうち、撮影準備スイッチのオン操作が行われたか否かを判定し、オン操作されていない場合はステップS304に戻り、撮影条件設定の受け付けや、視度調スイッチ159の操作の判定を繰り返す。また、ステップS306にて撮影準備スイッチがオン操作されたと判定したらステップS311へ移行する。
【0084】
ステップS311からステップS334までは、上記実施の第1の形態と同様なのでその説明を省略する。
【0085】
次のステップS335においては、撮影された画像を表示器151に表示し、その後ステップS336において、メインスイッチ152がオフ操作されたかどうかの判定を行う。ここでメインスイッチ152がオフ操作されていない場合はステップS304に移行し、ステップS304からS335までの一連の撮影動作を繰り返し行う。
【0086】
また、上記ステップS336でメインスイッチ152がオフ操作された場合はステップS337に進み、CPU142に記憶されている光学素子101への印加電圧値を、メインスイッチ152のオフ操作直前の印加電圧値に書き換えた後、ステップS338へと進んで光学素子101への電圧印加をオフして一連の撮影動作を終える。
【0087】
上記実施の第3の形態によれば、光学装置の使用終了時の直前に光学素子に印加していた電圧値を記憶する(S337)ようにしているので、次に光学装置を使用する際には記憶値に基づいて光学素子101に電圧を印加した状態で使い始める事ができ、光学装置を使用する度に光学素子の調整を行うという手間が省けると共に、その分、節電する事につながる。
【0088】
(実施の第4の形態)
前述した実施の第1〜3の形態は、光学素子を、光学装置の各種光学系の焦点距離変化に応用した場合の実施の形態であった。ここでは、本出願人によって先願されている、光学フィルタとして応用した場合を、本発明の実施の第4の形態として、図11〜図14を用いて以下に説明する。
【0089】
図11は、本発明の実施の第4の形態に係る光学素子201の構成を表す断面図及び光学フィルタとして用いる場合の動作を説明するための図である。図1に示す光学素子101と同様な構成、すなわち、202は透明基板102と、203は透明電極(ITO)103と、204は絶縁層104と、205は容器105と、206はカバー板106と、207は絞り板107と、211は撥水膜111と、212は親水膜112と、213は親水膜113と、223は光軸123と、225は棒状電極125と、226は給電手段126と、それぞれ対応する。
【0090】
光学素子101と光学素子201とで異なる点、構成は以下の通りである。
【0091】
光学素子201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204上の撥水膜211の上には、第2の液体222が所定量だけ滴下される。第2の液体222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221が充填される。この第1の液体221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の電解液である。更に第1の液体221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。
そこで両液体は界面224を形成し、混じりあわずに各々が独立して存在する。
【0092】
次に、前記界面の形状について説明する。
【0093】
まず、第1の液体に電圧が印加されていない場合、界面224の形状は、両液体間の界面張力、第1の液体と絶縁層204上の撥水膜211あるいは親水膜212との界面張力、第2の液体と絶縁層204上の撥水膜211あるいは親水膜212との界面張力、及び、第2の液体の体積で決まる。この実施の形態においては、第2の液体222の材料であるシリコンオイルと、撥水膜211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222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211の塗布領域に一致したところで安定する。つまり、第2の液体222が形成するレンズ底面の直径A1は、撥水膜211の直径D1に等しい。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224は球面になり、その曲率半径及び高さh1は第2の液体222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。
【0094】
ここで、第2の液体222は実質上透明であるが、第1の液体221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207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221の光路長に応じた分だけ光線が吸収され、透明基板202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221の光軸上の厚さ(図11のt1)に比例するため、給電手段226の電圧制御によって界面223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。
【0095】
図11の(a)〜(c)は光学素子201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ための図である。
【0096】
図11(a)は、光学素子201に接続された給電手段226の出力電圧が、ゼロあるいは非常に低いV1の場合を示す。
【0097】
この時の界面224の形状は、第2の液体222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221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、光束LINに対するLOUT の比が光学素子201の透過率になるが、第1の液体221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222が形成するレンズ底面の直径A1に対して、絞り207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。
【0098】
図11(b)は、給電手段226の出力電圧が、V1より大きなV2の場合を示す。
【0099】
この時、第2の液体222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221の光軸上の厚さは図11(a)のt1より小さなt2である。そこで光束の透過率は図11(a)の場合より大きくなる。
【0100】
図11(c)は、給電手段226の出力電圧が、V2より更に大きなV3の場合を示す。
【0101】
この時、第2の液体222が形成するレンズの底面の直径はA3に縮まり、界面224の頂上はカバー板206の下面に形成された親水膜213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D3に等しいか、D3より大きい。その結果、第1の液体221の光軸上の厚さはゼロになるため、透過率は図11(b)の場合より更に大きくなる。その後、給電手段226の出力電圧を更に上昇させても、絞り207の開口部内側の界面224の形状は変わらないため、該光学素子を可変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202,透明電極203,絶縁層204,撥水膜211,第2の液体222,親水膜213,カバー板206の透過率の積で表わされる。
【0102】
なお、図11(c)の状態から給電手段226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221と親水膜213との濡れ性は良く、第2の液体222と親水膜213との濡れ性は悪いため、第2の液体222は親水膜213から離れて図11(a)の状態に復帰する。すなわち、当光学素子の界面224の形状変化は、印加電圧の変化に対して可逆である。
【0103】
図12は、光学素子201に印加される電圧に対する該光学素子201の光線透過率の関係を表わしたものであり、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。
【0104】
図13は、上記光学素子201を光学装置に応用したものである。この実施の形態では、上記実施の第2の形態と同様に、光学装置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。なお、実施の第2の形態と同様なものについては、その詳細な説明は省略する。
【0105】
430は複数のレンズ群からなる撮影光学系であり、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、前記第1レンズ群431の光軸方向の進退で、焦点調節がなされ、前記第2レンズ群432の光軸方向の進退で、ズーミングがなされる。前記第3レンズ群433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432と第3レンズ群433の間に光学素子201が配置される。撮影光学系430の焦点位置(予定結像面)には、撮像手段134が配置される。
【0106】
次に、この実施の第4の形態における光学素子201の作用を説明する。
【0107】
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が困難であり、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。
【0108】
そこで、この実施の第4の形態では、光学素子201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を可能にする。
【0109】
図14は、図13に示した光学装置141が有するCPU142の制御を示すフローチャートであり、以下、図13及び図14を用いて説明する。なお、上記実施の第2の形態と同様な制御部分についてはその詳細な説明を省略する。
【0110】
まず、ステップS401において、撮影者によりメインスイッチ152がオン操作されたか否かを判定し、オン操作されていない時はステップS401に留まる。一方、メインスイッチ152がオン操作されたと判定したら、CPU142はスリープ状態から脱してステップS402以降を実行する。
【0111】
ステップS402においては、CPU142に記憶されたタイマ146の設定値を確認する。そして、次のステップS403において、撮影者による撮影条件の設定を受け付け、続くステップS404において、撮影者によってメニュースイッチ158がオン操作されたか否かを判定し、オン操作されていない場合はステップS405に進む。ここでメニュースイッチ158が操作された場合には、ステップS410(ステップS210と同様)のサブフローへと進む。
【0112】
ステップS405へ進むと、ここでは撮影者による撮影準備スイッチのオン操作がなされたか否かを判定し、オン操作されていない時はステップS406へ進み、タイマ146がカウントをスタートしている場合はそのカウント値が完了しているか否かを判定し、カウントが完了していない場合はステップS403に戻り、撮影条件設定の受け付けやメニュースイッチ158の操作の判定を繰り返す。一方、上記ステップS406にてタイマ146のカウント値が完了していると判定された場合はステップS407へと進み、タイマ146のカウント値をリセットし、その後、ステップS437へと移行する。
【0113】
また、上記ステップS405において、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S411へ移行する。
【0114】
ステップS411及びステップS412は、上記実施の第2の形態と同様なので、その説明を省略する。
【0115】
次のステップS413へ進むと、ここでは上記ステップS412にて判定した受光量が適正か否かを判定する。そして、このステップで適正と認識したらステップS414に進む。
【0116】
一方、上記ステップS413において、前記ステップS412にて判定した受光量が適正でないと判定したらステップS421にジャンプし、ここでは実際の受光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系430内の光学素子201の適正透過率を演算する。そして、次のステップS422において、上記ステップS421にて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12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S421にて演算した透過率に対する印加電圧を求める。
【0117】
次のステップS423においては、上記ステップS422にて求めた電圧が光学素子201に印加されるよう、給電手段144の出力電圧を制御する。その後はステップS411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144の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S413からステップS414に移行する。
【0118】
ステップS414からステップS434までは、上記実施の第2の形態と同様なのでその説明を省略する。
【0119】
次のステップS435においては、撮影された画像を表示器151に表示し、その後ステップS436へ進み、ここではタイマ146のカウント値の設定が有るかどうかの判定を行う。タイマ146のカウント値が設定されていない場合はステップS437に進み、給電手段144を制御して光学素子201への電圧印加をオフして一連の撮影動作が終了する。
【0120】
また、ステップS436にてタイマ146のカウント値の設定がある場合は再びステップS403へと戻る。
【0121】
この後、カウント中に各種スイッチの操作が無い場合は、そのカウント値が完了するまでは、ステップS403→S404→S405→S406→S403の各ステップを繰り返すが、カウントが完了すると、ステップS406においてステップS407に進み、ここでタイマ146のカウント値をリセットした後、ステップS437へ進んで光学素子201への電圧印加をオフして一連の撮影動作を終える。
【0122】
上記実施の第4の形態によれば、以下の様な効果を有するものとなる。
【0123】
1)撮影動作の如何にかかわらず、各種操作スイッチ群の操作が無い場合は光学素子201への電圧印加をオフする事が出来るので、光学装置全体の省電力化が可能となる。
【0124】
2)光学素子201への電圧印加時間を撮影者自ら設定する事が可能なので、撮影状況や撮影者の意図等を反映した節電動作を行う事が可能となる。つまり、光学素子の使用形態によらずに同様な効果を得られる事が出来る。
【0125】
(変形例)
上記実施の各形態においては、カメラに適用した例を述べたが、これに限定されるものではなく、焦点距離を可変な種々の光学装置や観察装置等への適用も可能である。
【0126】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、カメラの小型化に寄与しかつ最大透過率の優れた、電気毛管現象を利用した光学素子を低消費電力で駆動し、所望の光学特性を得ることができるカメラを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1の形態に係る光学素子の断面図である。
【図2】本発明の実施の第1の形態に係る光学素子に電圧を印加した時の動作説明図である。
【図3】本発明の実施の第1の形態に係る光学装置の構成図である。
【図4】本発明の実施の第1の形態に係る光学装置の制御を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施の第2の形態に係る光学装置の構成図である。
【図6】本発明の実施の第2の形態に係る光学装置のメイン制御を示すフローチャートである。
【図7】本発明の実施の第2の形態に係る光学装置のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図8】本発明の実施の第3の形態に係る光学装置の構成図である。
【図9】本発明の実施の第3の形態に係る光学装置のメイン制御を示すフローチャートである。
【図10】本発明の実施の第3の形態に係る光学装置のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図11】本発明の実施の第4の形態に係る光学素子の動作説明の詳細図である。
【図12】本発明の実施の第4の形態に係る光学素子の透過率分布説明図である。
【図13】本発明の実施の第4の形態に係る光学装置の構成図である。
【図14】本発明の実施の第4の形態に係る光学装置の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
101,201 光学素子
121,221 第1の液体
122,222 第2の液体
126,226 給電手段
130,230,430 撮影光学系
330 観察光学系
134 撮像手段
141 光学装置
142 CPU
144 給電手段
146 タイマ
152 メインスイッチ
157 メモリ
Claims (6)
- 第1の液体及び該第1の液体と互いに混合することのない第2の液体が、それらの界面が所定の形状にて容器内に密閉されるとともに、第1の液体への電圧印加により、前記界面にて形成される球面の曲率半径及び高さが前記電圧値に応じた状態となるよう変化し、光透過率を変更する構成の光学素子を有するカメラにおいて、
前記光学素子を撮影光路内に配し、これを光量制御素子として採用するとともに、輝度値に応じて前記電圧値を制御する制御手段を有することを特徴とするカメラ。 - 前記光学素子は、前記第1の液体は所定の光線吸収特性を有するものであり、前記第1の液体の容器の表面までの厚さは、前記界面にて形成される球面の曲率半径及び高さに応じ変更されることで、透過率が変更される構成の素子であることを特徴とする請求項1に記載のカメラ。
- 前記光学素子へ電圧を印加する給電手段を更に有し、
前記制御手段は、前記カメラの電源がオンされることにより、前記給電手段による前記光学素子への電圧印加を可能な状態にし、前記カメラでの一連の動作が終了することにより、前記給電手段による前記光学素子への電圧印加を不能な状態にすることを特徴とする請求項1又は2に記載のカメラ。 - 前記光学素子へ電圧を印加する給電手段と、
前記光学素子の光学的特性を所望の状態に変化させる為に前記給電手段による前記光学素子への電圧状態を可変する為の操作部材を更に有し、
前記制御手段は、前記光学素子への電圧印加から所定時間、前記操作部材の操作が無い場合、前記光学素子への電圧印加をオフすることを特徴とする請求項1又は2に記載のカメラ。 - 前記光学素子へ電圧を印加する給電手段と、
該給電手段による前記光学素子への印加電圧を制御する制御手段と、前記カメラの電源がオフされる直前の前記光学素子への印加電圧を記憶する記憶手段とを更に有し、
前記制御手段は、前記カメラの電源がオンされた場合、前記記憶手段の記憶値に基づいて前記光学素子への印加電圧を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のカメラ。 - 前記光学素子は、NDフィルタであることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1項に記載のカメラ。
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