JPS61198119A - 光学絞り装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気光学物質を利用した光絞り装置に関するも
ので、ＥＥカメラ、特にテレビカメラ、眼鏡などに好適
な自動光学絞り装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

一般に電気光学物質には有機物液晶やある種の溶液中に
ヘラバタイトなど結晶状の有機物微粒子もしくは結晶状
の無機物微粒子を懸濁させた人工液晶などがある。この
ような電気光学物質の薄膜は比較的に低い電界中で分子
配列が容易に乱れ、特異な光学的現象を呈する。例えば
、数乃至ｌＯ数μ醜の間隔をもって対向する一対の電極
の間に電気光学物質を挟持せしめた場合には、通常、電
極間に数乃至１５ボルト程度の電界を加えることによっ
て電気光学物質の分子配列は乱れて特異な光学現象を呈
し、そのときに要する消費電力はおよそ数乃至２０μ−
／　１ａＪに過ぎない、かかる電気光学物質は各種の電
気光学装置に極めて広くを用である。

いま、相互に対向する一対の透明な基材を設け、両基材
の内向面の対向する一部の領域にはそれぞれ透明な平板
状の薄膜電極を設け、両基材の間には電気光学物質を挟
持せしめ、無電界においては電気光学物質の各分子を秩
序正しく垂直に配列させた電気光学セルを構成し、この
電気光学セルを互いに偏光面が直交する一対の直線偏光
板の間に配置し、背面方向から散照光を照射しながら上
記対向する薄膜電極の相互間に電界を加えると、電界が
印加されない部位の電気光学物質は各分子が秩序正しく
垂直に配列して光学的に等方性を呈し、電界が印加され
た部位では変位もしくは乱流して光学的に異方性を呈し
、透過光が部分的に透過する。また、無電界において電
気光学物質の各分子を秩序正しくねじれ水平配向させた
電気光学セルを構成し、この電気光学セルを互いに偏光
面が直交する一対の直線偏光板の間に配置して、対向す
る薄膜電極の相互間に電界を加えると、電界が印加され
た部位のみ各分子の配列が変位して光学的に不透過とな
る。

また、米国特許第３，７４１，６２９号があるが、これ
は光学的透過特性が印加電圧により変化する電子光学的
材料層と該電子光学的材料層の両面と相対する第１及び
第２の板状電極とからなり、両板状電極のうちの第１の
板状電極は低抵抗性の環状部分と該環状部分によってか
こまれた該環状部分と同一面にひろがる高抵抗性の透明
部分とからなり、且つ前記環状部分と第２の板状電極間
にのみ電圧を印加する手段を有する電子的に可変な虹彩
或いは絞り機構が記載されており、第８図に示す複数の
インピーダンス素子５０が直列に接続されている等価回
路が記載されている。

上記米国特許によれば環状部分と第２の電極間に電圧を
加えることにより、１つの電極の平面に半径方向の電圧
勾配が確立され、前記両電極間の印加電圧による虹彩効
果、或いは絞り効果が奏せられると記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記米国特許の虹彩或いは絞り機構は高
抵抗性の電極部分の半径方向の距離によってのみ制御す
るように構成されたものであるので受光素子のインピー
ダンスの変化及び電気光学物質の容量インピーダンスの
変化に対する適切な対応は困難である。

あえて、このこの動作上の問題点を解決しようとすと、
電極の抵抗値を使用する電気光学物質に合°わせでデザ
インした上、同一平面内でオーダー的に抵抗値を変化さ
せる複雑な技術の開発が必要になる。しかも、液晶等の
厚みムラや製造工程上の配向剤の厚みムラ等幾多の課題
を解決せねばならず、実質的に製造困難である。

又、通常の抵抗膜を用いた、上記米国特許について第８
図の等価回路から考察すると、回路の入力端子間に電圧
を印加して、たとえば■列目の直列回路内にある電気光
学物質にしきい値以上の電圧が加わると、その瞬間にイ
ンピーダンス素子５０と電気光学物質のインピーダンス
（無符号）の間の電圧配分が急激に変わり、■列目以降
に加わる電圧が急に上昇するから、■列目以降の電気光
学物質にもしきい値以上の電圧が加えられることになっ
てしまう。

したがって、■列目の電気光学物質だけにしきい値以上
の電圧を加えて光学絞りを一段だけ作動させようとして
も、絞り一段目が作動した瞬間に二段目以降の絞りも同
時に作動することになり、光学絞りの調節が全くできな
くなると考えられる。

そこで、本発明が解決しようとする問題点は表示の際の
電気光学物質の容量インピーダンスの変化に適切に対応
することができ、且つ受光素子のインピーダンスの変化
にも適切に対応することができる光学絞り装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、電気光
学物質を介して同心状に設けた複数個の第１の電極ａ１
ｇａ！・・・・・・と該電極に対向する第２の電極Ｃと
を相互平行に対向させ、上記第１の電極ａ。

ｒａｔ・・・・・・にはそれぞれ個別に電気光学セル外
に設けた外部インピーダンス素子Ｚｌｌ　＋　Ｚ１２ｒ
・・・・・・。

Ｚ１□＋Ｚｌｌ！・・・・・・を介在させて上記第２の
電極Ｃと直列に構成した複数個の直列回路を形成せしめ
、これらの直列回路はともに受光素子４を介して周囲の
明るさに対応して変化する可変電圧源に接続して成り、
上記隣接する直列回路ごとに上記第１の電極ａｌ　ｒ　
ａｚ・・・・・・と第２の電極Ｃ間における電気光学物
ｖ３のインピーダンスと上記外部インピーダンス素子Ｚ
＋＋、　Ｚ＋□、・・・・・・、Ｚｌ□、Ｚ、２・旧・
・の和を順次相異ならしめ、上記第１の電極ａｌ＋ａｌ
・・・・・・と第２の電極Ｃ間の電気光挙動しきい値を
上記第１のＭ極ａ＋ｒａｔ・・・・・・別に相異ならし
めたものである。

また、本発明は、電気光学物質３を介して同心状に設け
た複数個の第１の電極ａＩｈａｔ・旧・・と該電極に対
向する第２の電極Ｃとを相互平行に対向させ、上記第１
の電極ａｌ＋ａｔ・・・・・・にはそれぞれ個別に電気
光学セル外に設けた外部インピーダンス素子ＺＩＩ＋　
Ｚ＋ｚ＋・・・・・・＋　ＺＩＩＩＴ　Ｚ＋＋ｚ・・・
・・・を介在させて上記第２の電極Ｃと直列に構成した
複数個の直列回路を形成せしめ、外部インピーダンス素
子ｚｔ　ＩｎＺｌ！＋・・・・・・＋　ＺＩＩＩＴ　Ｚ
＋＋ｚ・旧・・が光素子機能を兼ねそなえ、第１の電極
ａｔ　ｌ　ａｍ・・・・・・別に設けた複数個の直列回
路を固定電圧源Ｅに接続してなり、上記隣接する直列回
路ごとに上記第１の電極ａ１ｇ＆！・・・・・・と第２
の電極Ｃ間における電気光学物質３のインピーダンスと
上記外部インピーダンス素子Ｚｌｌ＋ｚ１□、・・・・
・・＋Ｚｌｌｌ。ｚ＋＋ｇ・・・・・・の和を順次相異
ならしめ、上記第１の電極ａｌｅａ！・・・・・・と第
２の電極Ｃ間の電気光挙動しきい値を上記第１の電極ａ
１ｇａ！・・・・・・別に相異ならしめたものである。

本発明は同一電源を用い、複数に分割した電極の各々に
個別の外部インピーダンス素子を介して電圧を印加する
ように構成したので、容易に光導電素子のインピーダン
ス変化に追従して所期の光学絞り動作が行えるものであ
る。

また、電極基板間の液晶等の電気光学物質の実効インピ
ーダンスは容量性のインピーダンス成分の値によって太
き（影響されるものである。また表示の際には容量性の
インピーダンスが大きく変化する。

本発明は個々の電極に個別の外部インピーダンス素子を
用いたので、受光素子のインピーダンスの変化及び電気
光学物質の容量性インピーダンスの変化に対し適切に対
応することができるものである。

〔実施例〕

以下図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。

第１．２図示のように電気光学セルにおいてガラス、プ
ラスチック等の透明な前面基材１の下面にはそれぞれ面
積がＳｒ　、　Ｓｔ・・・・・・の複数個の環状の電極
ａ、　、　ａｇ・・・・・・を同心状に設け、これらは
電路す。

＋ｂＲ・・・・・・により端子として外部に接続しうる
ようにする。またガラス、プラスチック等の透明な背面
基材２の上面には透明な第２の薄膜電極Ｃを設ける。

上記第１の薄膜電極ａ＋　＋　ａｔ・・・・・・および
第２の薄膜電極Ｃは、例えば酸化錫や酸化インジウムな
どの金属もしくはこれらの金属化合物を真空蒸着法ある
いはスパッタ法、吹付法、化成法などによって形成し、
通常その膜厚は数百乃至２０００人程度７ある。

前面基材１の下面に背面基材２の上面を対向させるよう
に積層し、前面基材１と背面基材２の間に電気光学物質
の薄膜３を挟持させて電気光学セルを構成する。通常、
電気光学物質の薄膜３の膜厚はその間に設けたスペーサ
によって決定する。

ここで、電気光学物質には有機物液晶や人工液晶すなわ
ち無機物微粒子もしくは有機物微粒子を溶媒中に分散さ
せて人工的に製造したコロイド懸濁液など電気的に光学
的異方性が変わる液体結晶を用いることができる。

有機物液晶としては、例えば、ｐ−アニサルーｐ′−シ
アノアニリン、ｐ−メチルベンザル−ｐ′−ｎ−ブチル
アニリン、ｐ−エトキシベンザル−グーシアノアニリン
、ｐ−シアノベンザル−ｐ／　　ｎ−ブチルアニリン、
ｐ−シアノベンザル−ｐ′−アニシヂン、ｐ−シアノベ
ンザルフエネチヂン、ｐ−シアノフェニル−ｐ′−ｎ−
ブチルベンゾエイト、ｐ−シアノフェニル−ｐ’−ｎ−
ヘプチルベンゾエイト、エチルｐ−（ｐ−アニサルアミ
ノ）−シンナメイト、エチルｐ−（ｐ−エトキシベンザ
ルアミノ）−シンナメイト、エチルｐ−（ｐ−ジアノベ
ンザルアミノ）−シンナメイト、エチルｐ−（ｐ−ｎ−
プチルアニサルアミノ）−シンナメイト、ｎ−ブチルｐ
−（ｐ−エトキシベンザルアミノ）−シンナメイト、イ
ソアミル−ｐ−＜ｐ−アニサルアミノ）−シンナメイト
、ｐ−ｎ−へキシルベンザル−ｐ′−シアノアニリン、
ｐ−ｎ−プロピロベンザル−グーシアノアニリン、ｐ−
アゾキシアニソール、アユサルアゾキシフェネトール、
ｐ−（アニサルアミノ）−フェニルアセテート、ｐ−メ
トキシベンザル−グーｎ−ブチルアニリン、ｐ−メトキ
シホルミロキシベンザル−ｐ−ｎ−ブチルアニリン、Ｎ
−（ｐ−メトキシベンジリデン）−ｐ−（２−７”ロボ
キシ力ルボニルー１−プロペニル）−アニリン、ｐ−エ
トキシベンザル−ｐ′−ｎ−ブチルアニリン、ｐ−メト
キシ−グーｎ−ベンジルカルボキシアゾベンゼン、ｐ−
エトキシ−グーブトキシカルボニルアゾベンゼン、ブチ
ルｐ−（ｐ−エトキシフェノキシカルボニル）−フェニ
ルカーボネイト、２−（ｐ−メトキシベンザルアミノ）
−５−ｎ−ブチルフェノール、ｐ−（ｐ−エトキシフェ
ニルアゾ）−フェニルヘキサノエイト、ビス−（４−ｎ
−オクチルオキシベンザル）−２−クロロフェニレンジ
アミン、４．４’−ビス−（ヘキシロキシ）−アゾキシ
ベンゼン、４゜４′−ビス−（ヘキシロキシ）−アゾキ
シベンゼン、４−カプロキシ安息香酸−４′−エトキシ
フェニールエステル、４−カプロキシ安息香酸−４′−
ブトキシフェニールエステルなどのネマティックな液晶
物質もしくはこれ等のネマティックな液晶物質を２成分
以上含む混合物液晶が用いられる。

後述するように、ある場合にはネマティックな液晶物質
に少量のコレステリックな液晶物質を混合して用いるこ
ともある。またある場合にはネマティックな液晶物質に
双極子型附加物を混入して用いることもある。また、４
−アルコオキシフェニル−アセチル−クロライド、４−
アルキルフェニル−アセチル−クロライド、４−アセト
オキシフェニルアセチルクロライドの混合物を用いるこ
ともある。

人工液晶としては、例えばタングステン酸化物やバナジ
ウム酸化物、水晶などの異方性針状結晶１１．もしくは
炭酸蒼鉛や鉛結晶、ガラス片などの周片状結晶、あるい
はへラバタイト、ポリ弗化ビニリデンなど無機物微粒子
もしくは有機物微粒子をジブチールフタレイトやジフェ
ニール、アルコール、水などの溶媒中に分散させたコロ
イド懸濁液を用いることができる。ある場合には、これ
等のコロイド懸濁液に双極子型附加物を混入して用いる
ことがある。

なお、電気光学物質の薄膜３の膜厚は通常数乃至２０μ
一程度に設定される。

第３図示のように上記第１の電極ａｌ＋ａ！・・・・・
・は電気光学セル外に設けた外部インピーダンス素子Ｚ
＋＋、Ｚｔ□・・・・・・及び受光素子４を介して外部
電源Ｅの一極に接続し、第２の電極Ｃはその外部電源Ｅ
の他極に接続する。

次にこの装置の動作を説明する。今上記面積Ｓ１、Ｓ２
・・・・・・が Ｓｌ〉Ｓ２〉Ｓ、・・・・・・〉Ｓ７ならば、第１の電
極ａｌ＋ａ２・・・・・・と第２の電極Ｃ間の容量ＣＺ
Ｉ　＊　Ｃ２□　、・・・・・・は ＣＨＩ＞　　Ｃ２Ｚ＞　　Ｃ２３°１０またその間の内
部抵抗ｒｚ＋　ｌ　ｒｚ□・・・・・・はｒ、＜　　ｒ
ｚｚ＜ｒｚ＋　・・・・・・したがってこれら容量およ
び抵抗による電界効果形の実効インピーダンスＺ２１　
、Ｚｚ□・・・・・・は容量成分の値に大きく影響され
、 Ｚ２１＞Ｚ２□〉・・・・・・ となる。

また上記外部インピーダンス素子ＺＩＩ＋Ｚｌ！・・・
・・・は Ｚｌｌ≦ＺＩＺ≦Ｚ１．≦・・・・・・なる関係がある
ようにする。

したがって第１の電極ａｌ＋ａｍ・・・・・・に作用す
る電圧ｅＺｚ＋　、　ｅＺｚ□・・・・・・はｅＺ２．
〉ｅＺ２□〉・・・・・・ となる。

今受光素子４に当たる光量が増加するとその内部抵抗は
低下し、電圧ｅＺ□、　ｅＺｚ□・・・・・・の順で順
次電気光学物質３の電気光学効果に必要なしきい値電圧
を越え、電極ａｌ＋ａ２・・・・・・の順で順次電気光
学現象を呈する。すなわち外部光量が増加するとその透
過光量が順次減少し、自動絞り効果を奏するものである
。

第４図は本発明の他の実施例を示すもので、第１の電極
”ｌＩ＋ａｌ□・・・・・・は正方形枠状にしたもので
ある。なお第１．４図示の装置においてこの電路部分に
は鎖線で示すように光不透過のマスクｄを設けた方がよ
い場合もある。

第５図は電界の印加によってその偏光面を変える電気光
学物質を用いた場合を示すもので、電気光学セル５の両
側に偏光板６と検光板７を設けたものである。電界が零
の状態において電気光学物質中の各分子が規則正しくね
じれ水平配向する電気光学セルを用いたときには偏光板
６と検光板７の偏光面を直交するように配置する。

この装置において外界が暗いときにはその第１の電極と
第２の電極間の電圧はしきい値以下で、第５図（イ）示
のように凡ての光線が透過するが、外界が明るくなるに
従って第１の電極と第２の電極間の電圧はその外側のも
のより順次しきい値電圧を越え、第５図（［り示のよう
に透過する光は中心のものと絞られるものである。

電界が零の状態において電気光学物質中の各分子が規則
正しくねじれ水平配向するようにした場合、通常、電界
が零において電気光学物質のインピーダンスの値は大き
いが、電気光学物質にしきい値以上の電界を作用させる
と分子の配列が垂直方向に変わるため電気的容量が急激
的に増加するから、電気光学物質の容量性インピーダン
スの値は非常に小さく約１／３〜数分の１になる。

前記第４図示の回路構成においては受光素子４は電気光
学セルの第１の電極ａ１ｇａ！・・・・・・に対し直列
に接続されているが、第３図示点線で示すように受光素
子４ａは抵抗Ｒを介して外部電源Ｅに直列接続し、この
受光素子４ａに並列に上記外部インピーダンス及びセル
の第１の電極を接続するようにしてもよい。この場合に
は電界が零の状態において電気光学物質中の各分子が電
極面に対して一様に垂直配向する電気光学セルを用いた
ときには偏光板６と検光板７の偏光面を直交するように
配置し、また電界が零の状態において電気光学物質の各
分子が規則正しくねじれ水平配向する電気光学セルを用
いたときには偏光板６と検光板７の偏光面を平行に配置
する９これによって外界が明るくなると光を自動的に絞
るものである。

第６図は受光素子を外部インピーダンス素子として利用
した場合の実施例を示すもので、その電気光学セルの同
心状の第１の電極ａｚｚ　）　ａｚｚ・・・・・・には
光導電素子よりなる外部インピーダンス素子Ｚ＋＋＋　
ｒ　Ｚ＋＋ｚ・・・・・・を夫々接続したものである。

第７図（イ）はこの外部インピーダンス素子の一例を示
すもので櫛型の電極１０と１０ａ　、　１０ｂ・・・・
・・を光導電物質１１を介して対向させ、電極１０ａ　
、　１０ｂ・・・・・・は順次その電極１０と対向する
線部分を多くしてその外部インピーダンス素子Ｚ＋ｚａ
＋　Ｚ＋ｔｚａ・・・・・・のインピーダンスを順次変
えるようにしたものである。

第７図（［１）は外部インピーダンス素子の他の例を示
すもので、櫛型の電極１２と電極１２ａ　、　１２ｂ・
・・・・・はその対向する線部分の長さを長くしてその
外部インピーダンス素子Ｚｚ＋ｂ＋　Ｚ＋＋ｚｌＬ　・
・・・・・のインピーダンスを順次変えるようにしたも
のである。

またこの代わりに櫛型電極の相互間隔を変えてもよく、
また受光素子を電極毎に分割してもよい。

以上のように本発明により、自動的に光を絞ることがで
きるが、本発明においては可動部分がないので、構造が
簡単であると共に衝撃に強く、またスイッチング素子を
要しないので、その駆動回路が簡単であり、安価に構成
することができるものである。

また本発明では各領域ごとに独立した外部インピーダン
ス素子よりなる直列回路を設け、電気光学物質内インピ
ーダンスを通らない電流回路を全く形成しないので、液
晶や懸濁液などを用いた電気光学装置で消費される電力
以外の如何なる電力も消費せず、液晶や懸濁液などを用
いた電気光学装置の特徴をそこなうものでなく、何れか
の領域で電気光学物質内インピーダンスが異常に変化し
ても他の領域の動作に影響をもたらすことがないもので
ある。

また本願の第２の発明においては電気光学セル外に設け
た外部インピーダンス素子が光素子の機能を兼ねるので
、回路を更に節単にすることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は第１図Ｉ
　−１［断面図、第３図はその等価回路図、第４図は本
発明の別の実施例の平面図、第５図（イ）（ロ）はその
更に別の実施例の断面図、第６図は光素子を外部インピ
ーダンス素子として利用した場合の回路図、第７図（（
）　（０）はその光素子の２例を示す説明図、第８図は
米国特許３７４１６２９号に記載の装置の模式的回路図
である。 ａ１ｇａ！・・・・・・は第１の電極、Ｃは第２の電極
、３は電気光学物質、Ｚｌｌ　＋　Ｚ＋ｔ＋　”””＋
　ＺＩＩｌ＋　Ｚｌｌｇ””・・・は外部インピーダン
ス素子、４は受光素子、Ｅは電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気光学物質を介して同心状に設けた複数個の第
   １の電極と該電極に対向する第２の電極とを相互平行に
   対向させ、上記第１の電極にはそれぞれ個別に電気光学
   セル外に設けた外部インピーダンス素子を介在させて上
   記第２の電極と直列に構成した複数個の直列回路を形成
   せしめ、これらの直列回路はともに受光素子を介して周
   囲の明るさに対応して変化する可変電圧源に接続して成
   り、上記隣接する直列回路ごとに上記第１の電極と第２
   の電極間における電気光学物質のインピーダンスと上記
   外部インピーダンス素子の和を順次相異ならしめ、上記
   第１の電極と第２の電極間の電気光挙動しきい値を上記
   第１の電極別に相異ならしめ、かつ上記の直列回路相互
   間で電気的干渉がないように構成したことを特徴とする
   光学絞り装置。
2. （２）電気光学物質を介して同心状に設けた複数個の第
   １の電極と該電極に対向する第２の電極とを相互平行に
   対向させ、上記第１の電極にはそれぞれ個別に電気光学
   セル外に設けた外部インピーダンス素子を介在させて上
   記第２の電極と直列に構成した複数個の直列回路を形成
   せしめ、外部インピーダンス素子が光素子機能を兼ねそ
   なえ、第１の電極別に設けた複数個の直列回路を固定電
   圧源に接続してなり、上記隣接する直列回路ごとに上記
   第１の電極と第２の電極間における電気光学物質のイン
   ピーダンスと上記外部インピーダンス素子の和を順次相
   異ならしめ、上記第１の電極と第２の電極間の電気光挙
   動しきい値を上記第１の電極別に相異ならしめ、かつ上
   記の直列回路相互間で電気的干渉がないように構成した
   ことを特徴とする光学絞り装置。