JP5218392B2 - 表示装置、ファインダ装置およびカメラ - Google Patents

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Description

本発明は、入射光に対して種々の情報を重ねて出射可能な表示装置、ファインダ装置およびカメラに関する。
従来から、カメラのファインダ視野内に焦点検出エリアなどの種々の情報を被写体像に重ねて表示する、いわゆるスーパーインポーズ表示を行うファインダ装置が知られている。また一方で、ノーマルモードとパノラマモードのように、撮像範囲の縦横比の異なる、複数の撮影モードを有するカメラが知られている。このようなカメラには、撮像範囲外となる領域を減光又は発光表示し、ファインダ視野制御を行うファインダ装置が搭載されている。
さらに、スーパーインポーズ表示と、ファインダ視野制御との両方の機能を有するファインダ装置として、例えば特許文献1に示すものが開示されている。
特許文献1に示すファインダ装置は、ファインダ視野制御を行う液晶表示装置と、スーパーインポーズ表示を行う液晶表示装置とからなる2つの液晶表示装置を有している。前記2つの液晶表示装置に表示された像は、それぞれ最終的に一つの接眼レンズへと導かれ、撮影者に観察される像は両者を結合したものとなり、スーパーインポーズ表示とファインダ視野制御を両立している。
しかしながら、特許文献1に示すファインダ装置では、2つの液晶表示装置を有していることから、それぞれに対応する光学系・電気系システムが必要となっており、装置が大きく、構造が複雑になるという問題があった。
特開平10−186490号公報
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、スーパーインポーズ表示とファインダ視野制御との両方が可能であり、小型で構造がシンプルな表示装置を提供することである。また、そのような表示装置を利用したファインダ装置およびカメラを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、
一対の透明な基板の間に設けられ、前記基板の一方の表面から入射する光を他方の表面へ透過させる第1の光学材料層と、
前記第1の光学材料層に設けられ、前記一対の基板の側面から入射する光を、前記他方の表面から出射させることが可能な領域と、
前記第1の光学材料層に隣接して前記一対の基板の間に設けられ、前記一方の表面から入射する光を、前記他方の表面へ透過させる状態と、前記他方の表面から散乱させて出射、あるいは前記第1の光学材料層を透過した光とは別の方向に出射させる状態とに切換え可能な第2の光学材料層と、を備える。
好ましくは、前記第2の光学材料層は、前記第1の光学材料層とは異なる光学材料からなる。
好ましくは、前記領域が、
高分子分散型液晶内に屈折率等方性領域と屈折率異方性領域との周期的構造から成る屈折率型回折格子を有し、
電圧が印加されない状態で、前記一対の基板の側面から入射する光を、前記一方の表面から入射する光とともに前記他方の表面から出射させるように構成してある。
好ましくは、前記第2の光学材料層が、
電圧が印加されない状態では、前記一方の表面から入射する光を前記他方の表面から散乱させて出射、あるいは前記第1の光学材料層を透過した光とは別の方向に出射させるように構成してある。
好ましくは、本発明に係る表示装置では、
前記屈折率型回折格子は、前記屈折率等方性領域と前記屈折率異方性領域とが第1の方向に沿って縞状に交互に配置されて形成されており、前記一対の基板の側面のうち前記第1の方向と交差する側面から入射する光を、前記他方の表面から出射させることが可能である。
好ましくは、本発明に係る表示装置では、
前記一対の基板の側面に入射する光を発生する照明手段をさらに有する。
本発明に係る表示装置では、
前記第2の光学材料層は、前記照明手段からの光が入射しないように配置してあっても良い。
また、前記第2の光学材料層は、前記照明手段からの光が、前記第2の光学材料層を通過した後に、前記第1の光学材料層に入射するように配置してあっても良い。
好ましくは、前記照明手段による光の発生タイミングと、前記第1の光学材料層および前記第2の光学材料層に対する状態の切換えタイミングとを同期させるように構成してあっても良い。
本発明に係るファインダ装置は、上記のいずれかに記載の光学装置と、
接眼レンズと、
前記表示装置の前記基板の一方の表面から入射して他方の表面へ透過した被写体光を、前記接眼レンズへ導く光学部材と、を有する。
本発明に係るカメラは、このようなファインダ装置を有する。
図1は本発明の一実施形態に係る表示装置が内蔵されたファインダ装置を有するカメラの概略図である。 図2は図1に示す表示装置のパノラマモードにおける平面概略図である。 図3は図2に示す表示装置のIII−III線に沿う断面図である。 図4は図1に示す表示装置のノーマルモードにおける平面概略図である。 図5は図4に示す表示装置のV−V線に沿う断面図である。 図6は本発明の一実施形態に係る回折型表示装置の断面概略図である。 図7は本発明の他の実施形態に係る表示装置の概略平面図である。 図8は図7に示す表示装置のVIII−VIII線に沿う断面図である。 図9は図7に示す表示装置における、照明装置に対する発光および第2光学材料層に対する電圧印加のタイミングパルスを表す概念図である。 図10は図7に示す表示装置における、瞬間的な一表示状態を表す概略平面図である。 図11は図10に示す表示装置のXI−XI線に沿う断面図である。 図12は図7に示す表示装置における、瞬間的な他の一表示状態を表す概略平面図である。 図13は図12に示す表示装置のXIII−XIII線に沿う断面図である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第1実施形態
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る一眼レフカメラ2は、カメラボディ4を有し、カメラボディ4には、撮影レンズ6を備えるレンズ鏡筒7が交換可能に装着されている。一眼レフカメラ2としては、記録媒体8として銀塩フィルムを用いるフィルム式カメラでも、記録媒体8としてCCDやCMOS等の撮像素子が用いられる一眼レフ方式のデジタルカメラでもよい。
撮影レンズ6と記録媒体8との間には、被写体14からの被写体光L1をファインダ光学系へと反射するクイックリターンミラー10が配設されている。なお、図示していないが、記録媒体8とクイックリターンミラー10との間にはシャッタが設けられている。
記録媒体8の画像結像面と光学的に共役な位置には、ファインダスクリーン12が配置されており、被写体14からの被写体光L1はクイックリターンミラー10に反射されてファインダスクリーン12上に結像する。さらに、後述する表示素子21上で、ファインダスクリーン12上に結像された被写体像と、表示素子21による液晶表示とが重ね合わされる。表示素子21上に形成された合成像は、ペンタプリズム16および接眼レンズ18を介して、撮影者に観察される。なお、撮影の際には、クイックリターンミラー10が被写体光L1の光路上から光路外へと移動され、記録媒体8上に被写体像が結像される。
カメラボディ4内には、ファインダ装置が内蔵してある。ファインダ装置は、ファインダスクリーン12と、ペンタプリズム16と、接眼レンズ18と、表示装置20とを有する。表示装置20は、光学素子21と光源22とを有する。
表示装置20の光学素子21は、ファインダスクリーン12に隣接して配置されている。光学素子21としては、高分子分散型液晶表示素子が用いられ、さらに詳しくは、回折型と散乱型を組み合わせた複合液晶表示素子が用いられる。光学素子21の側方には、光学素子21を照明するための光源22が配置されている。光源22としては、たとえばLED等が用いられる。
図2および図3に示すように、光学素子21は、矩形平板形状を有している。さらに平板形状は、縦方向Yに対して横方向Xが長い、横長の長方形状である。光学素子21の縦方向Y長さと横方向X長さとの長短比(アスペクト比)は、ノーマルモードの視野範囲のアスペクト比と略同一に設定してある。
光学素子21の縦方向Yの両脇には、それぞれ視野制御領域31が形成されている。2つの視野制御領域31に挟まれた中央部分に、常時視野領域30が形成されている。常時視野領域30のアスペクト比は、パノラマモードの視野範囲のアスペクト比と略同一に設定してある。
図3に示すように、視野制御領域31と常時表示領域30は、透明な第1基板24aと、それに対向する透明な第2基板24bと、外周部を封止するシール剤28b(透明であることが好ましい)によって一体的に形成されている。
視野制御領域31には、電圧の印加・無印加により、入射光の透過・散乱を切り替える、散乱型光学素子からなる第2光学材料層27が形成されている。第2光学材料層27をZ方向に挟む透明基板24a,24bの対向する内面全面には、透明電極38a,38bが形成されている。透明電極38a,38bは、それぞれ図1に示す配線52を通して駆動回路50によって通電を制御され、それに応じて第2光学材料層27への電圧の印加が制御される。
第2光学材料層27は、透明電極38a,38b間に電圧が無印加の状態では、入射光を散乱させる(図3)。一方、透明電極38a,38b間に電圧が印加された状態では、前記層27は、入射光を透過させる(図5)。
常時表示領域30には、電圧の印加・無印加により、入射光の透過・回折を切り替える回折型光学素子を有する第1光学材料層26が形成されている。図3に示すように、第1光学材料層26には、表示部32と、非表示部34とが配置してある。表示部32には、各基板24a,24bの対向する内面に、第1透明電極36aおよび第2透明電極36bがそれぞれ形成されている。
これらの対向する透明電極36a,36bは同一形状に形成されており、表示部32の表示形態(文字や図形)に応じた形状を有している。この実施形態では、図2に示すように、各表示部32の表示形態は、略長方形のリング形状を構成している。これらの透明電極36a,36bは、図1に示す配線52を通じて駆動回路50に接続され、駆動回路50により、表示部32に対する電圧の印加が制御される。なお、いずれか片側の透明電極36a、36bは、パターン化されていない全面電極であってもよい。
第1光学材料層26の表示部32は、液晶ホログラムとなっている部分であり、回折型光学素子を採用している。表示部32は、図6に示すように、屈折率等方性領域40と屈折率異方性領域42とが、光学素子21の平面に沿うように、しかも、光源22からの照明光L0の進行方向Xに交互に繰り返される縞状の多層構造を形成している。
このような多層構造を形成するには、まず、屈折率等方性を有する材料(高分子モノマー)と屈折率異方性を有する材料(液晶)液晶との混合液を、透明基板24a,24bおよびシール剤28aに挟まれた常時視野領域30に充填する。その後、レーザ光等を用いて干渉縞44を形成し、前記常時表示領域30を照射する。そのとき、非表示部34に干渉縞44が形成されないように、基板24a,24bにマスクを形成する。
モノマーは光重合により硬化するが、この際、干渉により光強度が強くなっている干渉縞明部44aにおいてはモノマーが硬化したポリマーの層が形成される。
逆に、光強度が弱い干渉縞暗部44bにおける光重合速度は、干渉縞明部44aにおける光重合速度よりも遅いため、光強度が強い領域(光重合速度が速い部分)にモノマーが引き寄せられる分だけ液晶の方の密度が高くなる。
その結果、ポリマーからなる屈折率等方性領域40と液晶密度の高いポリマーからなる屈折率異方性領域42との多層積層構造が、干渉縞と同一パターンで形成される。屈折率等方性領域40と屈折率異方性領域42との多層積層構造の繰り返しピッチ間隔は、約100nm程度のオーダーである。
表示部32には、透明電極36a,36bによって電圧を印加することができるが、ポリマーからなる屈折率等方性領域40は、電圧が印加されているか否かによらず等方的な屈折率を有している。一方、ポリマー中に液晶が分散している屈折率異方性領域42は、電圧が印加されているか否かによって液晶の配向が変化し、それに伴って屈折率も変化する。
表示部32に電圧が印加されていない状態では、光源22からの照明光L0のように表示部32の積層方向(X方向)に向かって入射する光に対しては、液晶の屈折率とポリマーの屈折率とはブラッグ回折条件を満たすような互いに異なった屈折率値をとるようになっている。すなわち、電圧が印加されていない状態では、表示部32には屈折率の大きい層と屈折率の小さい層とが交互に並んだ屈折率型回折格子が形成される。
このときの回折条件は、光源22からXの正方向に向かって第1光学材料層26内に入射する照明光L0を、表示部32において回折させ、その回折光L2が図1に示すペンタプリズム16の方向(図6ではZの正方向)に回折されるように設定されている。
一方、表示部32に電圧が印加された状態では、屈折率異方性領域42内の液晶の配向が変化するとともに屈折率も変化し、液晶の屈折率がポリマーの屈折率と等しくなる。その結果、光源22から第1光学材料層26内に入射する照明光L0は、前記回折を起こさず表示部32を透過する。
なお、非表示部34は、ポリマーと液晶とが混合された状態で硬化して散在しており、照明光L0および被写体光L1は、非表示部34を透過する。
図2および図3は、パノラマモードにおける表示素子21の表示状態を示している。第2光学材料層27には電圧が印加されていないため、ファインダスクリーン12から前記層27に入射した被写体光L1は散乱する。被写体光L1は、散乱光L3として出射される。
したがって表示素子21の視野制御領域31は、第2光学材料層27によって黒色ないしグレーに表示され、撮影者は該当する部分の被写体像を視認できない。その結果、撮影者は、パノラマモードと略同一のアスペクト比に設定された常時視野領30のみを、視野範囲として認識できる。
なお、光学素子21と光源22の間に、フィルタ60として、コリメート光学系を適切に配置しても良い。コリメート光学系は、光源の照明光L0をX軸に対して平行光束化し、かつ、第2光学材料層27に照明光L0を侵入させないようにすることができる。これによれば、第2光学材料層27が光源22の照明光L0を散乱することがなく、視野制御領域31の表示をさらに黒色に近づけることができる。また、第1光学材料層26中での照明光L0の減衰が抑制されるため、後述の表示部32による表示がより明瞭となる。
常時表示領域30では、配置された表示部32のうち、中央の一つと、中央と素子21の4角を結ぶ対角線上にある4つの、計5つの表示部32に、透明電極36a,36bによって電圧が印加されている。
電圧が印加された5つの表示部32は、前記照明光L0を透過し、回折光L2を形成しないため、マーク表示を行わない。
それに対して、前記5つの表示部以外の表示部32には電圧が印加されておらず、屈折率が異なる層が交互に積層している屈折率型回折格子を形成している。したがって、光学素子21の短辺側面21aから、非表示部34を透過して、これらの表示部32に入射する照明光L0を、ペンタプリズム方向(Zの正方向)に回折し、回折光L2を出射することにより、リング形状のマーク表示を行う。
また、第1光学材料層26は常にファインダスクリーン12からの被写体光L1を透過するため、被写体像に重ねて前記マーク表示を行う、いわゆるスーパーインポーズ表示が可能となる。
図4および図5は、ノーマルモードにおける表示素子21の表示状態を示している。第2光学材料層27は、それを挟む透明電極38a,38bによって電圧が印加されている。したがって、ファインダスクリーン12から光学材料層27に入射した被写体光L1は、第1光学材料層26に入射した被写体光L1と同様に、前記光学層27を透過する。
したがって、撮影者は、視野制御領域31と常時表示領域30とを通して、表示素子21の全体で、被写体像を見ることができる。このとき撮影者は、ノーマルモードと略同一のアスペクト比に設定された表示素子21全体を、視野範囲であると認識できる。
またノーマルモードにおいても、第1光学材料層26では、図4および図5に示すように、パノラマモードの際と同様の方法で、スーパーインポーズ表示を行うことができる。
以上のように、本実施形態に係る表示装置20は、スーパーインポーズ表示とファインダ視野制御との両方を、一つの表示装置で実現している。このような構成とすることで、本実施形態に係る表示装置20は、多機能でありながら、小型で構造がシンプルな表示装置を実現できる。
また、本実施形態に係る表示装置20を有するファインダ装置では、従来技術において2つの液層表示装置で実現していた機能を合わせ持つため、従来技術においてそれぞれに対応して設けられていた光学系・電気系システムが一つに統括される。このことは、ファインダ装置の小型化および構造の単純化に大きく貢献する。
さらに、本実施形態に係る表示装置20を搭載することで、多機能かつ小型のカメラを実現できる。
第2実施形態
この実施形態では、図7に示すように、常時表示領域30のアスペクト比をノーマルモードのファインダ視野範囲のアスペクト比に、光学素子21全体のアスペクト比をパノラマモードのファインダ視野範囲のアスペクト比に、それぞれ対応して構成している。すなわち視野制御領域31が、光学素子21の横方向(X方向)の両脇に配置されている点で、第1実施形態と異なる。
また、光源22の照明光L0の発生タイミングと、第1光学材料層26および第2光学材料層27に対する駆動電圧の印加タイミングとを同期させる制御手段54をさらに有している点で、第1実施形態と異なる。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
図7および図8は、第2実施形態に係る表示素子21のノーマルモードでの表示状態を表している。この実施形態では、照明光L0が、第2光学材料層27を通過した後に、前記第1の光学材料層26に入射する。しかしながら、第2光学材料層27に電圧が印加されていない状態では、光源22からの照明光L0は、第2光学材料層27で散乱し、その大部分が第1光学材料層26に入射しない。したがって、第2光学材料層に電圧が印加されない状態のままでは、第1光学材料層26によるスーパーインポーズ表示ができない。
そこで本実施形態では、制御手段54を用い、光源22の点灯と第2光学材料層27に対する駆動電圧の印加とを、後述のように制御することにより、この問題を解決している。なお制御手段54は、図1に示す駆動回路50に組み込まれていることが望ましい。
図9は、光源22の照明光L0の発生タイミングパルス(A)と、第2光学材料層27に対する電圧の印加タイミングパルス(B)とを示している。これらのパルス(A)および(B)は制御手段54によって制御される。パルス(A)がONの状態では、光源22は点灯しており、OFFの状態では消灯している。パルス(B)がONの状態では、第1光学材料層に電圧が印加されており、OFFの状態では電圧が印加されていない。前記タイミングパルス(A)と前記タイミングパルス(B)は同期している。
各タイミングパルス(A),(B)の周期は、点灯と消灯の切り替えによる表示部32のちらつきが、人間の目に気にならない程度の高速に設定される。具体的には、人間の目の応答周波数の限界値である50〜60KHzを超える値に設定することが望ましい。
図10および図11は、各パルスがONの状態における、光学素子21の表示状態を表している。光源22は点灯しており、フィルタ60で平行光束化された照明光L0は、まず光源側に位置する第2光学材料層27に入射する。
第2光学材料層27には電圧が印加されているため、前記入射した照明光L0は、前記層27をX正方向に透過する。同時に被写体光L1も、第2光学材料層27をZ方向に透過する。
第1光学材料層26は、第2光学材料層27を透過した照明光L0が入射してくるため、第1実施形態と同様に、マーク表示を行うことができる。図10および図11では、第1光学材料層26の表示部32のうち、X方向中央部およびY方向中央部に並ぶ7つの表示部32に対して、電圧が印加されていない。したがって前記7つの表示部32において、入射照明光L0を回折して回折光L2を形成し、マーク表示を点灯する。また第1実施形態と同様に、被写体光L1は第1光学材料層を透過する。
図12および図13は、各パルスがOFFの状態における、光学素子21の表示状態を表している。光源22は消灯しており、光学素子21へ侵入する照明光L0は存在しない。
第2光学材料層は、電圧が無印加の状態であり、被写体光L1を散乱させる。したがって光学素子21は、第2光学材料層27に該当する部分を黒色ないしグレーに表示する。
第1光学材料層26は被写体光L1を透過させるのみで、すべての表示部32は、マーク表示を消灯している。
結果として第2実施形態における光学素子21は、そのノーマルモードにおいて、図10および図11の表示状態と、図12および図13の表示状態とを、印加されるパルスの周期で繰り返すことにより、図7および図8に示すような表示状態となる。
図7および図8に示すように、視野制御領域31は、第2光学材料層27が被写体光L1をパルス周期で散乱・遮光するため、黒色ないしグレーに表示される。したがって、接眼レンズから観察する撮影者は、被写体光L1が常時透過している常時表示領域30のみを視野範囲と認識する。
常時表示領域30では、電圧が無印加である表示部32が、印加されるパルス周期で回折光L2を形成し、マーク表示を行っている。また第1光学材料層26は、被写体光L1を常時透過する。それにより常時表示領域30では、被写体像に前記マーク表示が重ねて表示され、いわゆるスーパーインポーズ表示が可能となっている。
なお、第2実施形態に係る表示素子において、パノラマモードでスーパーインポーズ表示を行う場合には、ノーマルモードのような問題は発生せず、第1実施形態と同様に行うことができるため、説明を省略する。
このような構成とすることにより、光源22の位置と各光学材料層26,27の位置関係に関する制約が軽減され、設計の自由度が高くなる。すなわち、常時表示領域30の割合を大きく設計し、視野範囲を広げることが可能となる。また、光源22を最適な空きスペースに配置することにより、カメラの小型化に貢献できる。
その他の実施形態
その他の実施形態においては、第2光学材料層27を回折型光学素子としても良い。この場合、第2光学材料層27は、被写体光L1を接眼レンズ18へ向かう方向以外へ回折させ、視野制御を実現することができる。すなわち、第2光学材料層27へ入射した光を、第1光学材料層26を透過する被写体光L1とは別の方向へ出射させても良い。
また、視野制御により選択される撮影モードは、パノラマモードとノーマルモードに限られず、任意のアスペクト比よりなる2つの撮影モードを選択することができる。さらに、アスペクト比を変更せず視野面積のみを切り替えてもよく、また、3種類以上の撮影モードを選択可能としても良い。
視野範囲を制限して撮影する別のモードとして、高速連射撮影をするモードがある。撮像素子から出力される撮像信号のうちの、制限された視野範囲に対応する撮像領域の撮像信号に基づいて画像処理を行うようにすれば、撮像領域が小さなものほど画像サイズが小さくなり、高速に画像処理ができる、したがって、高速連射が可能になる。

Claims (8)

  1. 一対の透明な基板の間に光学材料層が設けられた光学素子であって、前記光学材料層が、前記基板の一方の表面から入射された光を他方の表面へ透過させる領域と前記一対の基板の第1の側面から入射されたを前記他方の表面から出射させることが可能な領域とを含む第1の光学材料層と前記第1の側面とは垂直な第2の側面に沿って前記第1の光学材料層に隣接して設けられ、前記一方の表面から入射された光を前記他方の表面へ透過させる状態と前記他方の表面から散乱させて出射、あるいは前記第1の光学材料層を透過した光とは別の方向に出射させる状態とに切換え可能な第2の光学材料層と、を有する光学素子と、
    光源から発せられた照明光を前記第2の側面と平行な平行光にして前記第1の側面に入射させる照明手段と、を備え、
    前記照明手段は、前記照明光を前記第1の光学材料層にのみ入射させることを特徴とする表示装置。
  2. 前記照明手段は、前記光源と前記光学素子との間にコリメート光学系を含むことを特徴とする請求項1に記載の表示装置
  3. 前記第2の光学材料層は、前記第1の光学材料層とは異なる光学材料からなる請求項1又は2に記載の表示装置。
  4. 前記他方の表面から出射させることが可能な領域が、
    高分子分散型液晶内に屈折率等方性領域と屈折率異方性領域との周期的構造から成る屈折率型回折格子を有し、
    電圧が印加されない状態で、前記一対の基板の側面から入射する光を、前記一方の表面から入射する光とともに前記他方の表面から出射させるように構成してある請求項1〜3のいずれかに記載の表示装置。
  5. 前記第2の光学材料層が、
    電圧が印加されない状態では、前記一方の表面から入射する光を前記他方の表面から散乱させて出射、あるいは前記第1の光学材料層を透過した光とは別の方向に出射させるように構成してある請求項1〜のいずれかに記載の表示装置。
  6. 前記屈折率型回折格子は、前記屈折率等方性領域と前記屈折率異方性領域とが第1の方向に沿って縞状に交互に配置されて形成されており、前記一対の基板の側面のうち前記第1の方向と交差する側面から入射する光を、前記他方の表面から出射させることが可能である請求項に記載の表示装置。
  7. 請求項1〜のいずれかに記載の表示装置と、
    接眼レンズと、
    前記表示装置の前記基板の一方の表面から入射して他方の表面へ透過した被写体光を、前記接眼レンズへ導く光学部材と、を有するファインダ装置。
  8. 請求項に記載のファインダ装置を有するカメラ。
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