JP4798290B2 - 調光装置及び撮像装置 - Google Patents
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Description
まず、図28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)が正のポジ型の汎用液晶であるMerck社製のMLC−6849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)が正のポジ型染料であるBDH社製のD5を用い、偏光板1をGHセル2の入射側に配し、矩形波を駆動波形で動作電圧印加時の光透過率の変化を計測した。
調光素子として、図6に示したものを用い、ガラス基板の表面に透明電極を付け、さらにその上面に液晶配向層を設けた両ガラス基板を対向させ、所定のギャップでセルを作製し、ゲスト−ホスト液晶を減圧下で注入した。ここでは、素子の駆動パルスとして交流の矩形波を用いた。
例えば、図5に示すように、後述のパルス幅変調(PWM)やパルス電圧変調(PHM)において、相当電圧0Vから1段階で透過率15%以下を達成しようとすると、図3(C)で説明したように液晶及び色素の配向乱れを生ずることが分かった(但し、この場合、15%以上の透過率では1段階でも配向乱れは生じない)。
そこで、本発明に基づく交流パルスの電圧変調による2段階駆動の例を示す。図1(A)は0V→10Vのステップ変化をする場合に、先ず予備段階として4Vで90ms印加し、次に10V印加して応答させた場合である。これによれば、図4の如き不安定な透過率変化は見られず、安定した透過率変化が得られる。また、図1(B)は、4Vで15ms印加し、その後に10V印加して応答した場合である。この場合も、透過率変化が安定する。このように、自由に各段階のパルス時間幅は選べるが、速やかな応答には図1(B)の方がよい。
例えば図11に示すように、パルス幅変調で相当電圧0Vから1段階で透過率15%以下を達成しようとすると、図3(C)で説明したように、パルス電圧の大きさによって、透過率変化の状況が異なり、図11(A)のように5Vのときには配向乱れによる透過率変化の不安定化は生じないが、10Vのときには、図11(B)のように透過率の不安定化(異常応答)が生じ易いことが分かる。
そこで、上記の配向乱れを防止するために、本発明に基づいて、特に高印加電圧下での駆動をパルス幅変調による2段階駆動とした。例えば、0V→10Vの変化をする場合に、図10に示すように、先ず予備段階として10Vで20μsのパルス幅の正、負のパルスを15ms印加し、その後に10Vで100μsのパルス幅の正、負のパルスを印加して応答させた。この場合、透過率変化が図示したように安定となった。このようなパルス幅の異なるパルスの組み合わせは、上記以外でもよく、また2段階又はそれ以上としてよく、そのパルス電圧も種々であってよい。
(1)矩形波基本駆動波形と調光装置のフリッカ
図6に示したように、例えばGHセル12の駆動波形は矩形波であるが、台形波、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のダイレクタの傾きが変化し、光透過率が制御される。従って、通常はこの波高値(パルス電圧)により透過率制御を行う。
上記した検討結果から、基本的なパルス発生周期を100μsとして、この基本周期内で、パルス幅(PW)を制御した。図12はパルス波高値が5V及び10Vと一定とした場合を示している。
2%以内の変動とするには、420μs以下のオフ時間が必要。
図17は、従来のパルス電圧変調(PHM)とパルス幅変調(PWM)との特性を比較したものである(この図の横軸は、電極間に印加されている電位差の絶対値の時間平均であり、これを相当電圧として表現した)。
(1)パルス幅変調の駆動により、低しきい値の特性を得ることができる。
(2)透過率レベルの階調数を多くとることができ、また高精度の透過率制御が可能である。
(3)D/A変換しないため、回路コストを低減できる。
パルスの波高値(電圧)の大きさを変調する代わりにパルス密度を変調(PDM)し、パルス幅変調(PWM)と比較した。パルス密度変調とは、ある単位時間内に発生するパルスの数を可変することであり、ひとつのパルス幅は非常に短く、高周波成分を多く含んでいる。
パルス幅変調波形を用いて駆動する場合、電極間に印加される電位差の時間平均がほぼゼロとなるように駆動する(換言すれば、DC成分が0Vとなる)ことにより、調光素子内のイオンなどの分極の偏りをなくし、精度の高い透過率制御が可能となった。
上述した例とは異なり、図6において、ホスト材料としてポジ型の液晶(Merck社製のMLC−6849)を用い、他は上述したものと同様にしてGHセルを作製した。
次に、上述したGHセルのうち、例えばGHセル12を用いる調光装置の一例を図22〜図24について説明する。
図25は、実施の形態による調光装置23をCCD(Charge coupled device)カメラに組み込んだ例を示すものである。
図27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にフィードバックされ、この制御回路部からの制御信号により、駆動回路部60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を例えば2段階に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。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段階的制御のためのGH液晶駆動制御部64が構成されている。
5…入射光、13…ネガ型液晶、15、16…レンズ群、17…撮像面、
18、19…アイリス羽根、20…有効光路、22…開口部、23…調光装置、
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、55b…光学ローパスフィルタ、
55c…CCD撮像素子、60…CCD駆動回路部、61…Y/C信号処理部、
62…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段階的制御部(GH液晶駆動制御装置)
Claims (6)
- 印加される駆動信号のパルス幅に応じた所定の光透過率となるようになされたゲスト―ホスト型の液晶調光素子と、前記液晶調光素子に印加する駆動信号のパルス幅を変化させることにより前記液晶調光素子の光透過率を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記液晶調光素子の光透過率を第1の光透過率である状態から第2の光透過率である 状態に変化させるために、前記第2の光透過率である状態とするためのパルス幅の駆動 信号を印加する前に、前記液晶調光素子の光透過率を前記第1の光透過率及び前記第2 の光透過率とは異なる光透過率とするためのパルス幅の予備の駆動信号を、前記液晶調 光素子に印加する
ように構成されている調光装置。 - 前記予備の駆動信号のパルス幅は、前記液晶調光素子の光透過率を前記第1の光透過率と前記第2の光透過率との間の光透過率である状態とするためのパルス幅である、請求項1に記載した調光装置。
- 前記予備の駆動信号のパルス電圧は、前記液晶調光素子の光透過率を前記第2の光透過率である状態とするための駆動信号のパルス電圧である、請求項1に記載した調光装置。
- 前記液晶調光素子のホスト材料は、誘電率異方性が負又は正のネガ型又はポジ型液晶である、請求項1に記載した調光装置。
- 前記液晶調光素子のゲスト材料は、光吸収異方性が正又は負のポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなる、請求項1に記載した調光装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載した調光装置が撮像系の光路中に配されている撮像装置。
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