JPH0327016A - 可変ソフトフォーカスフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、液晶を用いた可変ソフトフォーカスフィルタ
ー、更にはソフト効果が制御可能で特にカメラ用のフィ
ルターとして有用な可変ソフトフォーカスフィルターに
関するものである． ［従来の技術］ 従来、カメラ、引き伸ばし機等において、レンズ等によ
り結合された像の先鋭度を低下させてソフト描写の効果
を出すためにソフトフォーカスフィルターが用いられて
いる。これらのソフトフォーカスフィルターとしては、
従来例えば透明基板の表面を砂ずり等の方法により荒し
て、拡散面を形威したものや、第６図に示したようにあ
る透明基板に凹凸パターンを形戒したものが用いられて
いる。

また、特開昭５９−２２８６２２等により、液晶を用い
てソフト効果の有無及び程度を制御する素子も開示され
ており、第７図および第８図はこの素子の例を示す。第
７図は素子の断面図であり、第８図は透明電極のパター
ン図である。これらの図において６１．６５はガラス基
板で、これらガラス基板６１．６５の片面に形成された
透明電極６２．６４の間に液晶層６３を保持してセルを
構成させる。透明電極６２は円形の開口部７２がランダ
ムに配置された透明電極であり、６４は全面一様な透明
電極である。ここで液晶層６３は誘電異方性が負のネマ
チツク液晶で構成され、非電圧印加時の配向状態は図示
してない配向膜により電極に対してほぼ垂直に配列（ホ
メオトロピツク配向）されている。そして、電圧印加に
より、透明電極の開口部の無い領域においては電圧に従
い液晶分子の配内方向が変化する。これにより、光の入
射方向に対して電極の開口部と非開口部との領域間で光
の位相差が生じ、その結果としてソフトフォーカス効果
を得ることができるようになっている。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記した従来例のものにおいては以下の
様な問題点があった． まず、第６図に示した透明基板に凹凸を形威したものに
ついてその問題点を説明すると、これは、カメラや引き
延ばし機にソフト効果を得たいときに装着して使用され
るものであるが、装着に手間がかかり、特にカメラにお
いては、シャッターチャンスを逃してしまうという問題
点がある。また、レンズ交換の可能なカメラにおいては
レンズの種類、さらに絞り値によりソフト効果が変化す
るため、数種類のソフトフォーカスフィルターを用意し
、所望のものを選択して使用しなければならない。

また、第７図、第８図で説明した液晶を用いたソフトフ
ォーカスフィルターについてその問題点を説明すると、
電圧印加時に生じる光の位相差は一方の偏光に対しての
みである。このため、通常のソフトフォーカス効果を出
すため定は、交叉する二軸方向夫々に位相差を生ずる二
つの素子を重ねて使用しなければならないので、素子構
造が複雑になる。またその他に、透明電極が４枚必要と
なることに起因して可視部の光吸収が無視できなくなる
という問題がある。

本発明者はこのような現状に鑑み、可変ソフトフォーカ
スフィルターとして、交換等のわずらわしさかなく、か
つ迅速かつ任意にソフトフォーカス効果を選択すること
ができ、しかも撮影装置等に装着して使用された場合の
重要な問題である透光光量の低下が少ない可変ソフトフ
ォーカスフィルターを提供することを目的として本発明
をなすに至ったものである。

［騨題を解決するための手段及び作用］上記目的を実現
する本発明の可変ソフトフォーカスフィルターの特徴は
、正の誘電異方性のネマチック液晶を、この液晶の常光
線屈折率と略同じ屈折率を示す誘電異方性をもたない透
明な高分子物質中に分散含有させた層と、この層を挟持
する透明電極を有する一対の透明基板とを備えた液晶素
子からなり、前記液晶を分散含有させた高分子物質の層
は、厚さが２μｍ〜３０μｍで、かつ液晶の高分子物質
に対する体積比が３０％以下であるという構成をなすと
ころにある。

なおソフトフォーカスフィルターとして提案されたもの
ではないが、高分子膜中にネマチック液晶を分散させ、
電圧により液晶分子の向きを制御し液晶の複屈折率と高
分子の屈折率の差に基づいた光の拡散性を制御する液晶
素子は、特表昭５８−５０１６３１等により開示されて
いる。

この液晶素子は、液晶の常光線屈折率　（ｎｏ）と高分
子の屈折率はほぼ等しい部材で形成されており、電圧を
印加しない状態では高分子中に分散した液晶は各ドメイ
ンごとにある方向に配向している．また、このとき、各
ドメインが示す液晶の向きは高分子膜中にランダム存在
している．この結果、非電圧印加時において、この素子
は、液晶の異常光線屈折率　（ｎ　ｅ）と高分子の屈折
率の差に基づく拡散状態を形成する。

方この液晶素子に電圧を印加した場合には、高分子膜中
の各ドメインにおいて、液晶分子には電界の向きに向か
せようとする力が働く．このとき、液晶分子は、電界の
強さによるこの力と高分子膜から受ける配内規制力、お
よび液晶の弾圧エネルギーによりある一定の平衡状態に
達し、液晶分子が、ほぼ電界の向きに従ったときには、
素子は良好な透過状態を形成する．また、中間電圧にお
いては、拡散状態も中間的なものになる． なお、正の誘電異方性のネマチック液晶において常光線
屈折率　（ｎｏ）とは液晶分子の短軸方向の偏光に対す
る屈折率であり、異常光屈折率（ｎｅ）とは液晶分子の
長軸方向の偏光に対する屈折率である。

しかしながらこの素子はおもに表示用として考案されて
いるため、そのまま可変ソフトフォーカスフィルターと
して用いても十分に機能することはできない。

これは、以下の様な原因によるものと考えられる。すな
わち表示用として作製されたこの素子は、可変ソフトフ
ォーカスフィルターとして使用するには、印加電圧が小
さい場合には拡散度が大きすぎて結像することが困難と
なり、また印加電圧が十分に大きい飽和状態においても
拡散性が残り高品位な透過状態は形戒できないためであ
る。

本発明の目的とする可変ソフトフォーカスフィルター用
素子としては、拡散状態時においても例えば撮影に必要
十分な透過光量を満足して良好なソフトフォーカスフィ
ルターとして機能し、さらには透過状態においては、拡
散性がなく像の先鋭度を損なうことの無い高品位な状態
を形戒することが必要である。

そこで、我々は、品位の高い可変ソフトフォーカスフィ
ルターを提供するために鋭意検討を重ね、上記本発明の
構成の液晶素子が素子の液晶を分散させた高分子層の厚
さが２μｍから３０μｍの間であって、かつ液晶の高分
子に対する体積比が３０％以下であるときに初めて、さ
らに望ましくは、液晶を分散させた高分子層の厚さが５
μｍから１５μ膿の間でありかつ液晶の高分子に対する
体積比が２０％以下であるときに、良好な可変ソフトフ
ォーカスフィルターとして機能できることを見いだし、
本発明をなすに至ったのである． 本発明の液晶素子が上記範囲において初めて良好なソフ
トフォーカスフィルターとして機能する理由は、以下の
様に考えることが出来る。

すなわちオンーオフに伴う拡散度の変化を大きくするた
めには、常光線屈折率と異常光線屈折率の差が大きい液
晶が拡散効果が大きく有利である。また、液晶を分散さ
せた高分子層の厚さは液晶の配内方向を変えるに十分な
印加電圧を加えられる範囲で大きい方が、拡散状態にお
ける透過光量を抑えることができ有利である。

さらに、液晶と高分子の体積比率は５０％にちかいほど
拡散効率が上がり有利である。

しかしながら、膜厚が３０μｍより大きくなる、あるい
は液晶の高分子にたいする体積比が３０％より大きくな
ると先に述べた問題点である拡散状態での低透過率、低
品位の透過状態が顕著に表れる． これは、液晶と高分子界面の増加により説明される。つ
まり界面近傍においては、強い配向規制力により透過状
態においても液晶分子が電界に従うことができない．こ
のため、界面の増加に従って、透過品位が低下してしま
う。また、膜厚が増加することと液晶の体積比率が５０
％に近づくことは、電圧を印加しない状態での拡散度の
増大を招く結果となる。

また、膜厚を２μ重より小さくすると透明電極の短絡が
起こり易くなり、また膜厚の制御も困難になるという素
子作製上の問題が顕著となる．更にまた、液晶の常光線
屈折率と異常光線屈折率の差はせいぜい０．２５程度以
下であり、上記膜厚以下では拡散度変化が小さく、ほと
んど可変ソフトフォーカスフィルターとして機能しない
。

また、液晶の高分子に対する比率を７０％以上としても
拡散度を小さくすることができるが、この場合には、液
晶を安定に保持することが困難となる．以上のような種
々の観点から、上記範囲内で膜厚と体積比をもった液晶
素子を用いることにより、ソフトフォーカス効果の異な
る高品位な可変ソフトフォーカスフィルターを提供する
事が可能となった。

本発明で用いられる高分子物質は、誘電異方性をもたず
、かつこれに分散含有される液晶の常光線に対する屈折
率と略同じ屈折率を有するものが選択して使用される。

このような高分子物質としては例えばポリビニルアルコ
ール、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリ
酢酸ビニル、ジエチレングリコールビスアリルカーボネ
ート、エボキシ系樹脂などが例示される。

上記において液晶の常光線屈折率ｎｏと、高分子物質の
屈折率が「略同じ」とはおおよそ０．０２以下望ましく
は０．０１以下の場合をいう。０．０２より大きい屈折
率差があると透過状態の品位（拡散性が残留するため）
が低下する．最後に本発明の特徴を印加電圧に対する透
過率によって示した第５図を用いて説明する。

この第５図において透過率の値は素子に１　ｍｍ径のス
ポット光を垂直照射し、素子の３０ｃｍ後方において１
ｌｉＩＩ＋径の検出面積により測定した強度より求めた
ものである。従来の素子を用いた場合には、非電圧印加
時（ＯＶ）には透過率は数％であり、７０Ｖ以上を印加
した透過時においても７０％程度である。これに対して
本発明例においては、非電圧印加時において約５０％の
透過率、２５Ｖ以上の透過時においては９０％程度を示
し、非電圧印加時にも撮影可能な光量、電圧印加時には
、拡散性の認められない品位の高い透過状態、また、５
〜２５Ｖの中間電圧においては安定な中間状態が形威さ
れた。

なお、第５図における従来例と本発明例の対比は一例的
なものであり、本発明がこれに限定されるものではない
が、本発明を実施した場合には、概して、非電圧印加時
において３０％以上、電圧印加時においては８５％以上
の透過率が得られている。

［実　施　例］ 以下、実施例を用いて本発明の方法を具体的に記載する
が、本発明はこれにより限定されるものではない。

（実施例１） 第１図，第２図は、本発明の第一の実施例を示す。第１
図は、液晶素子の断面図であり、１１．１５は透明基板
、１２．１４は透明導電膜、１３は液晶を分散含有させ
た高分子物質の層を示す。

第２図は、この液晶素子を一眼レフレックスカメラに可
変ソフトフォーカスフィルターとして用いたときのカメ
ラの断面図を表わし、２０は可変ソフトフォーカスフィ
ルター　２１は撮影レンズ、２２はペンタブリズム、２
３はアイビースレンズ、２４はフレネルレンズ及びコン
デンサーレンズ、２５は焦点板、２６はフィルム、２７
はカメラ本体、２８はミラー、２９は可変ソフトフォー
カスフィルター駆動装置を夫夫示している。

以下、この液晶素子の作製法、および可変ソフトフォー
カスフィルターとしての駆動操作例について述べる。

まず重合度が約５００のポリビニルアルコール（Ｐｖ＾
）を水に溶解させ、メタノールを用いて再沈殿させて十
分に精製し１０％ｐｖ＾水溶液を作製した。この溶液１
０ｇに、メルク社製のＺＬＩ２９Ｌ４液晶（登録商標：
以下略）２ｇを混合し、攪拌して乳液状にした。室温で
約１時間放置後、図１で示される全面に透明電極を備え
たガラス基板上に滴下し引き伸ばして厚さが約１０ｇｆ
ｆｌの膜を形威した。さらに、この膜を室温で５時間乾
燥後全面に透明電極を有する対向基板を圧着し液晶素子
を作製した。

この液晶素子は、液晶の常光線屈折率１．５０８９ポリ
ビニルアルコールの同屈折率１．５１０　，ポリビニル
アルコールに対する液晶の体積比は１０％であった。

上記液晶素子を可変ソフトフォーカスフィルターとして
カメラに装着した状態を第２図に示す。

このような構成において、電圧を印加しない状態ではソ
フトフォーカス効果が得られ、光量低下も小さく十分に
撮影可能でありその露出補正量は１７２段であった。ま
た、周波数１　ｋｌｌｚ　，３０Ｖの矩形波を印加した
ところ光量低下のない品位の高い透過状態が形成され露
出補正なしで撮影でき、電圧印加のオンオフにより透過
状態と拡散状態の瞬時の切り替えが行えた。なお、その
スピードは５　０　ｍｓｅｃ以下であった。さらに、そ
の中間の印加電圧により素子の拡散状態を制御すること
により、撮影者に任意のソフトフォーカス効果を出すこ
とが可能であった．なお、実施例１においては、脱着可
能なフィルターとしてフィルター径の同じ従来のレンズ
に任意に取り付けて使用する事が可能であることは勿論
である。

（比較例） 同じ構成材料、作製方法を用いてポリビニルアルコール
に対する液晶の体積比を５０％、液晶を含有したポリビ
ニルアルコール層の厚さを４０μｍとして素子を形成し
、ソフトフォーカスフィルターとして使用を試みた。し
かしながら、非電圧印加時においては晴天時の室外撮影
でも像が観察できず撮影不能であった。また、透過状態
においても、撮影は可能なものの、拡散成分が残留し、
ソフトフォーカス状態となってしまい可変ソフトフォー
カスフィルターとして十分に機能することはできなかっ
た。

（実施例２） 第３図は本発明の第二の実施例を説明するためのもので
、図は液晶素子からなる可変ソフトフォーカスフィルタ
ーを一眼レフレックスカメラに用いたときのカメラの断
面図を表わしている。この図において３０は可変ソフト
フォーカスフィルター　３１は撮影レンズ、３２はベン
タブリズム、３３はアイビーレンズ、３４はフレネルレ
ンズ及びコンデンサーレンズ、３５は焦点板、３６はフ
ィルム、３７はカメラ本体、３８はミラーを示す。

以下、実施例１と同様に液晶素子の作製法と、これから
なる可変ソフトフォーカスフィルターの駆動操作例につ
いて述べる。

まず２液性のエポキシ系接着剤である米国エポキシ・テ
クノロジー社製エボテック３ｌＯ（登録商標・：以下略
）の２液を混合し、室温で５時間放置した。真空中で脱
泡処理をしたあと、既述のメルク社製のＺＬＩ２９１４
液晶を体積比で２０％の割合に混合し、全面に透明電極
を備えたガラス基板上に滴下し引き伸ばして厚さが約１
０μｍの膜を形成した。さらに、この膜を室温で１時間
放置後、全面に透明電極を有する対向基板を圧着し素子
を作製した。

上記エボテック３１０の屈折率は１．５０７であった。

上記第３図の構戒において、電圧を印加しない状態では
ソフトフォーカス効果が得られ、光量低下も小さく十分
Ｃ撮影可能でありその露出補正量は１７２段であった。

また、カメラ本体に内蔵した駆動部（図示せず）より、
周波数１ｋ｝Ｉｚ，３０Ｖの矩形波を印加したところ光
量低下のない品位の高い透過状態が形成され、電圧印加
のオンオフにより透過状態と拡散状態の瞬時の切り替え
が５　０　ｍｓｅｃ以下のスピードで行えた。さらに、
その中間の印加電圧により素子の拡散状態を制御するこ
とにより、撮影者に任意のソフトフォーカス効果を出す
ことが可能であった。

このとき８Ｖ以下の印加電圧では拡散性が強く全体に霧
がかかった様な効果が得られた。これに類似するフィル
ターとして（株）ケンコー製のＳＱフォギー［Ｐ］　（
登録商標）フィルターが一例として挙げられる． また８ｖ〜２５Ｖの拡散状態に類似するフィルターの例
として（株）ケンコー製のＳＱソフトンＩＩ［Ａ］及び
ＳＱソフトンＩＩ［Ｂ］（いずれも登録商標）フィルタ
ーが一例として挙げられる。

また、２５Ｖ以上の印加電圧では、フィルターのない状
態と同等の撮影が行えた。

（実施例３） 第４図は、本発明第３の実施例を説明するためのであり
、レンズシャッターカメラに実施例２と同様の素子を装
着した状態を示す。

この図において、４０は本発明の可変ソフトフォーカス
フィルター　４１はシャッターボタン、４２は｝最影レ
ンズ、４３はフィノレム、４４はシャッター　４５は通
常モードおよびソフトフォーカスモード切り替えスイッ
チ、４６はカメラ本体を示す。

このような構成において、通常の撮影においては、シャ
ッターボタンの第一ストロークにより１ｋＨｚ，３０Ｖ
の矩形波が素子に印加され実施例２と同様な透過状態が
形成された。また、電圧非印加のソフトフォーカスモー
ドにおいては、良好なソフト効果撮影が実施例２と同様
に行なえた。

また、電圧印加の大きさを何段階かに分けることにより
何種類かのソフトフォーカス撮影モードを設けることが
できた。

［発明の効果］ 以上説明したように、高分子物質中にネマチック液晶を
分散含有させた液晶素子において、素子の液晶を含む高
分子層の厚さを２μｍから３０ＪＬｍの間としかつ液晶
の高分子に対する体積比を３０％以下として可変ソフト
フォーカスフィルターを構成することにより、偏光特性
の無い良好な可変ソフトフォーカスフィルターを提供で
きる効果があり、このフィルターを用いることで交換時
のわずらわしさをなくするとともに、撮影者に任意の状
態を選択できる効果がある。

また、状態の切り替えが、瞬時で行えるためシャッター
チャンスを逃す虞れも少ないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明よりなる可変ソフトフォーカス
フィルターの一実施例を説明するための図であり、第１
図は液晶素子の断面図、第２図はこの可変ソフトフォー
カスフィルターを適用したカメラの構威概要を示した図
である。 第３図は．第４図は本発明の他の実施例の可変ソフトフ
ォーカスフィルターを説明するための図であり、第３図
はこの可変ソフトフォーカスフィルターを適用したカメ
ラの第２実施例の構成概要を示した図、第４図はこの可
変ソフトフォーカスフィルターを適用したレンズシャッ
ターカメラの構或概要を示した図である．第５図は、本
発明よりなる可変ソフトフォーカスフィルターの印加電
圧に対する透過率の関係を、従来例と対比して概要的に
示した図である。 第６図は従来のソフトフォーカスフィルターの一例を示
した概要斜視図、第７図は従来の可変ソフトフォーカス
フィルターである液晶素子の一例を示した断面図、第８
図は同液晶素子の平面図である． １１　１５・・・透明基板 ｌ２１４・・・透明導電膜 ｌ３・・・液晶分散含有の高分子物質の膜２０．３０・
・・可変ソフトフォーカスフィルター２１．３１・・・
撮影レンズ ２２．３２・・・ベンタブリズム ２３．３３・・・アイスピースレンズ ２４．３４・・・フレネルレンズ及びコンデンサーレン
ズ２５．３５・・・焦点板 ２６　．　３６・・・フィルム ２７　．３７・・・カメラ本体 ２８．３８・・・ミラー ２９・・・可変ソフトフォーカスフィルター駆動装置４
０・・・可変ソフトフォーカスフィルター４１・・・シ
ャッターボタン ４２・・・撮影レンズ ４３・・◆フイルム ４４・・◆シＶッター ４５・・・切り替えスイッチ ４６・・・カメラ本体 ５ｌ・・・ソフトフォーカスフィルター５２・・・凹凸
パターン ６１．６５・・・ガラス基板 ６２．６４・・・透明電極 ６３・・・液晶層 ７ｌ・・・ソフトフォーカスフィルター７２・・・開口
部 第 １ 図 第 ２ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 第 ３ 図 第 ４ 図 ｔ１ 第 ７ 図 第 ８ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、正の誘電異方性のネマチック液晶を、この液晶の常
   光線屈折率と略同じ屈折率を示す誘電異方性をもたない
   透明な高分子物質中に分散含有させた層と、この層を挟
   持する透明電極を有する一対の透明基板とを備えた液晶
   素子からなり、前記液晶を分散含有させた高分子物質の
   層は、厚さが２μｍ〜３０μｍで、かつ液晶の高分子物
   質に対する体積比が３０％以下であることを特徴とする
   可変ソフトフォーカスフィルター。