KR100807007B1 - 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 게스트-호스트형 액정 소자의 효율적으로 안정된 동작에 적합한 조광 장치 및 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 촬상 장치는 조광용의 GH셀(12)과, 이 GH셀(12)의 광입사측에 설치된 자외선 차단 필터(65)를 구비함으로써, 자외선이 GH셀(12)에 조사되는 양을 크게 감소시켜, GH셀(12) 중의 액정층의 구성 재료의 광분해 또는 광열화를 방지한 조광 장치(23)와, 이 조광 장치를 광로 중에 배치한 CCD 카메라(50) 등을 구비한다.

게스트-호스트형 액정 소자, GH셀, 자외선 차단 필터, 편광판, 2색성 염료 분자

Description

촬상 장치{IMAGING DEVICE}

본 발명은 예를 들면 입사광의 광량을 조절하여 출사하기 위한 조광 장치, 및 이 조광 장치를 이용한 촬상 장치에 관한 것이다.

통상, 액정셀을 이용하는 조광 장치로는 편광판이 사용된다. 이 액정셀에는 예를 들면 TN(Twisted Nematic)형 액정셀과 게스트 호스트(GH; Guest Host)형 액정셀이 이용된다.

도15a 및 도15b는 종래 조광 장치의 동작 원리를 도시한 개략도이다. 이 조광 장치는 주로 편광판(1)과 GH셀(2)로 구성된다. GH셀(2)은 도시 생략하였지만, 2매의 유리 기판 사이에 밀봉되고, 또한 ITO(Indium tin oxide) 등의 동작 전극과 폴리이미드막 등의 액정 배향막을 갖고 있다(이하, 동일함). GH셀(2)에는 포지티브형 액정 분자(3)와 포지티브형 2색성 염료 분자(4)가 밀봉되어 있다.

포지티브형 2색성 염료 분자(4)는 광의 흡수에 이방성을 갖는데, 예를 들면 분자 장축(長軸) 방향의 광을 흡수하는 포지티브형(p형) 색소 분자이다. 또한, 포지티브형 액정 분자(3)는 예를 들면 유전율 이방성이 정(正)인 포지티브형(正型)이다.

도15a는 전압을 인가하고 있지 않을(전압 무인가) 때의 GH셀(2)의 상태를 나 타낸다. 입사광(5)은 편광판(1)을 투과함으로써 직선 편광된다. 도15a에서는 이 편광 방향과 포지티브형 2색성 염료 분자(4)의 분자 장축 방향이 일치하므로, 광은 포지티브형 2색성 염료 분자(4)에 흡수되어 GH셀(2)의 광투과율이 저하한다.

그리고, 도15b에 도시한 바와 같이, GH셀(2)에 전압 인가를 행하면, 포지티브형 액정 분자(3)가 전계 방향으로 향함에 따라 포지티브형 2색성 염료 분자(4)의 분자 장축 방향은 직선 편광의 편광 방향과 직각이 된다. 이로 인해, 입사광(5)은 GH셀(2)에 의해 거의 흡수되지 않고 투과한다.

도15a 및 도15b에 도시한 GH셀(2)에 있어서는, 도16에 도시한 바와 같이, 동작 전압의 인가에 수반하여 가시광의 평균 광투과율(공기중, 액정셀에 부가하여 편광판을 더했을 때의 광투과율을 참조(=100％)로 함, 이하, 동일함)이 증가하지만, 전압을 10V까지 상승시켰을 때의 최대 광투과율은 60％ 정도이고, 게다가 광투과율의 변화가 완만하다.

또, 분자 단축(短軸) 방향의 광을 흡수하는 네가티브형(n형)의 2색성 염료 분자를 이용하는 경우는 상기 포지티브형 2색성 염료 분자(4)의 경우와 반대가 되어, 전압 무인가시에는 광이 흡수되지 않고, 전압 인가시에 광이 흡수된다.

도15a 및 도15b에 도시한 조광 장치에서는 전압 인가시와 전압 무인가시의 흡수광의 비율, 즉 광학 농도의 비가 약 10이다. 이것은 편광판(1)을 사용하지 않고 GH셀(2)만으로 구성되는 조광 장치에 비하여 약 2배의 광학 농도비를 갖는다.

그런데, 종래의 게스트 하우스형 액정셀을 이용하는 경우, 액정 소자중에서 2색성 염료 분자를 이용하기 때문에, 이 염료 분자가 과도한 자외선 조사에 의해 열화하는 것이 문제가 되었다.

즉, 자외선이 촬상 장치의 유효 광로를 통하여 외부로부터 조광 장치로 입사하고, 그 입사한 자외선에 의해, 게스트-호스트형 액정 소자에 포함되는 2색성 염색 분자가 광분해 혹은 광열화하여 이온화(물성이 변화)하여, 변색 또는 퇴색하여 본래 갖고 있던 광 흡수 기능이 열화되어 버리고, 이에 수반하여 게스트-호스트형액정 소자의 광흡수 효과가 저하하여, 구동 효율도 악화하였다.

그래서, 본 발명의 목적은 게스트-호스트형 액정 소자를 효율적이며 안정되게 구동하기에 적합한 조광 장치 및 촬상 장치를 제공하는 데 있다.

즉, 본 발명은 조광용 게스트-호스트형 액정 소자와, 이 액정 소자의 광 입사측에 설치되어, 적어도 자외선을 흡수하는 필터재를 구비하는 조광 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 조광용 게스트-호스트형 액정 소자로 이루어지는 조광 장치가 촬상계의 광로중에 배치되어 있고, 상기 액정 소자의 광 입사측에 적어도 자외선을 흡수하는 필터재를 구비하는 촬상 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 조광용 게이트 호스트형 액정 소자를 구비하고, 이 액정 소자의 광 입사측에 적어도 자외선을 흡수하는 필터재와, 적어도 자외선을 반사하는 반사재 중의 적어도 한쪽이 배치되어 있는 조광 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 조광용 게스트-호스트형 액정 소자로 이루어지는 조광 장치가 촬상계의 광로중에 배치되어 있고, 상기 액정 소자의 광 입사측에, 적어도 자외 선을 흡수하는 필터재와, 적어도 자외선을 반사하는 반사재 중의 적어도 한쪽이 배치되어 있는 촬상 장치도 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 게스트-호스트형 액정 소자의 광 입사측에 적어도 자외선을 흡수하는 필터재와, 적어도 자외선을 반사하는 반사재 중의 적어도 한쪽이 설치되어 있기 때문에, 적어도 자외선이 게스트-호스트형 액정 소자에 조사되는 양이 크게 감소하고, 이에 따라 게스트-호스트형 액정 소자 중의 2색성 염료 분자 등의 구성 재료가 자외선에 의해 광분해 혹은 광열화되지 않고, 액정 소자를 안정되게 고효율로 구동시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 따른, 조광 장치를 내장한 카메라 시스템의 개략 단면도이다.

도2는 동 실시 형태에 따른, 구동 회로를 포함하는 카메라 시스템의 블럭도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른, 자외선 차단 필터의 분광 특성의 일예를 나타내는 도면이다.

도4는 동 실시예에 따른, 조광 장치의 광 흡수도와 인가 전압과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도5는 동 실시예에 따른, 자외선 차단 필름을 사용했을 때에 있어서의 인가 전압과 전류와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도6은 종래예에 따른, 자외선 차단 필름을 사용하지 않을 때에 있어서의 인 가 전압과 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.

도7은 본 실시 형태에 따른 조광 장치의 일예의 동작 원리를 나타내는 개략도이다.

도8은 동 실시 형태에 따른, 조광 장치의 광투과율과 구동 인가 전압과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도9는 동 실시 형태에 따른, 액정 광학 소자를 이용한 조광 장치의 개략 측면도이다.

도10은 동 실시 형태에 따른, 조광 장치의 기계식 아이리스의 정면도이다.

도11a 내지 도11c는 동 실시 형태에 따른, 조광 장치의 유효 광로 부근의 기계식 아이리스의 동작을 나타내는 개략 부분 확대도이다.

도12는 동 실시 형태에 따른, 카메라 시스템에 있어서의 광투과율 제어의 알고리즘이다.

도13은 동 실시 형태에 따른, 광량 조절 장치(조광 장치)를 내장한 촬상 장치의 개략 단면도이다.

도14는 동 실시 형태에 따른, 광량 조절 장치의 개략 단면도이다.

도15a 내지 도15b는 종래 조광 장치의 동작 원리를 나타내는 개략도이다.

도16은 종래 조광 장치의 광투과율과 구동 인가 전압과의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 있어서는, 상기 필터재 또는 반사재가 자외선 차단 또는 반사 필 름, 자외선 차단 또는 반사 코팅 유리 및 자외선 흡수 또는 반사 유리 중에서 선택된 적어도 1종으로 이루어지며, 상기 필터재 또는 반사재가 적어도 입사광의 유효 광로 단면과 동일 영역에 설치되는 것이, 자외선을 충분히 차단 또는 반사하기 위해 바람직하다.

또, 액정 소자로의 입사광의 유효 광로 중에 편광판이 배치되고, 이 편광판이 상기 유효 광로에 대해 출입 가능한 것이, 후술하는 바와 같이 광로 균일화에 있어서 바람직하다.

장치 외면에 노출하여 상기 액정 소자가 배치되는 경우, 이 액정 소자의 광입사면에 상기 필터재 또는 반사재가 배치되어 있고, 또한 상기 액정 소자의 측단면에도 상기 필터재 또는 반사재가 배치되어 있는 것이 좋다.

또, 상기 액정 소자가 네거티브형 또는 포지티브형, 특히 네거티브형 액정을 호스트 재료로 하고, 포지티브형 또는 네거티브형의 2색성 염료를 게스트 재료로 하는 게스트-호스트형 액정 소자인 것이, 후술하는 바와 같이 투과율과 응답 속도의 관점에서 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면 참조하에 상세히 설명한다.

도1은 본 실시 형태에 있어서의, 조광 장치(23)를 CCD(charge coupled device) 카메라(50)에 내장한 예를 도시한 것이다.

즉, CCD 카메라(50)에 있어서 일점쇄선으로 나타낸 광축(66)을 따라, 렌즈 후군(16)에 상당하는 3군 렌즈(53) 및 4군 렌즈(54; 포커스용)가 설치되고, CCD 패키지(55)에는 적외선 차단 필터(55a), 광학 로우패스 필터(55b), CCD 촬상 소자(55c)가 각각 수납되어 있다.

2군 렌즈(52; 줌용)와 3군 렌즈(53) 사이에는 3군 렌즈(53) 가까이에, GH셀(12)과 편광판(11)으로 이루어지는 조광 장치(23)가 광량 조절(광량 조리기)을 위해 동일 광로상에 설치되어 있다. 또, 포커스용 4군 렌즈(54)는 리니어 모터(57)에 의해 광로를 따라 3군 렌즈(53)와 CCD 패키지(55) 사이를 이동 가능하게 배치되고, 또 줌용의 2군 렌즈(52)는 광로를 따라 1군 렌즈(51)와 조광 장치(23) 사이를 이동 가능하게 배치되어 있다.

그리고, 자외선 차단 필터(65)를 2군 렌즈의 최후미에 유효 광로(20)를 커버할 수 있도록 렌즈 전면(全面)에 접착하여 배치한다. 단, 유효 광로상에 있어서, GH셀(12)보다 1군 렌즈측이라면 설치 위치가 어디일지라도 상관없다. 즉, 도1의 1군 렌즈(51)에서 액정 ND 디바이스(GH셀(12))까지의 사이라면 어느 위치에서도 삽입 가능하다.

자외선 차단 필터(65)의 구성으로서는 일반적으로 SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ 에서 선택된 1종 또는 여러종의 층의 다층 구조를 이용할 수 있다. 예를 들면, 단층(單層)당 두께가 100Å 이하인 막을 40 내지 60층 중첩시킨 것이다.

또, 본 실시 형태의 조광 장치(23)에 있어서는, 자외선 차단 필터가 렌즈군의 최후미에 배치되었지만, 이 이외에도 액정 소자의 입사면에 부착하여 일체화시켜도 되고, 또는 별체이어도 되는, 이것들을 총칭하여 조광 장치라 한다. 또, 이 조광 장치를 조광 시스템 또는 조광 기구라고 칭하여도 좋다.

또, 본 실시 형태에 있어서는 예를 들면 자외선 차단 필터(65) 대신에 자외선 차단 코팅 유리, 자외선 흡수 유리, 자외선 차단 코팅 등을 이용하여도 좋다.

그리고, 자외선 차단 코팅은 장치 구조에 의해 렌즈수가 상이하므로 수량에 증감은 있지만, 적어도 1렌즈당 2면이 존재하기 때문에, 렌즈수 n에 대해 2n면 또는 그 이하로 도포 가능하다.

또, 자외선 차단 필터의 설치 위치는 액정 소자보다 광 입사측에 가깝다면 어느 위치라도 좋지만, 유효 광로를 최저한 커버할 수 있으면 되므로, 도1에 도시한 바와 같이, 예를 들면 2군 렌즈(52; 줌용)의 최후미에 설치하면, 필요 최저한의 설치 면적이 되어 쓸데없는 부분을 발생시키지 않기 때문에 바람직한 설치 위치라 할 수 있다.

또, 설치 위치는 액정 소자에 가능한 한 가까운 쪽이 자외선 차단 성능을 유효하게 이용할 수 있다. 이 경우, 렌즈군(51과 52)에 의한 자외선 흡수 효과가 자외선 차단 필터(65)에 의한 자외선 차단 효과에 더해지게 된다.

또, 자외선 차단 필터의 면적은 적어도 유효 광로의 단면적과 중첩되는 한편 이 단면적 또는 그 이상의 면적이면 되고, 두께, 재질, 형상 등도 자유롭게 바꾸어도 좋다.

또, 이 자외선 차단 필터의 설치 방법에 있어서는, 유효 광로 중에 출입 가능한 기능을 갖고 있어도 된다. 그 외에도, 자외선 차단 필터의 설치 방법에 있어서는, 예를 들면 미리 렌즈 자체에 자외선 흡수제가 포함되어 있는 형태, 렌즈 표면에 자외선 흡수제가 접착되어 있는 형태, 자외선 흡수제가 렌즈와는 별도로 독립 하여 설치되어 있는 형태 등을 이용하여도 좋다.

또, 실시 형태의 조광 장치 및 촬상 장치에 있어서는, 게스트-호스트형 액정 소자의 호스트 재료로는 유전율 이방성이 부(-)인 네거티브형 액정 분자를 이용하고, 또한 게스트 재료는 포지티브형 또는 네거티브형의 2색성 염료 분자로 이루어져 있어도 좋다.

또한, 편광판은 기계식 아이리스의 가동부 등에 설치됨으로써, 유효 광로에 드나들기 가능해지는 것이 바람직하다.

또, 본 실시 형태에 있어서의 자외선 차단 필터는 액정 소자 중의 액정 조성물의 보호용으로서 사용하므로, 유효 광로에 있어서 액정 소자보다 입사광측에 가깝게 존재한다면 어디에 배치하여도 좋다.

본 실시 형태에 있어서는, 게스트-호스트형 액정 소자의 광 입사측에 자외선 흡수제가 설치되어 있기 때문에, 자외선이 게스트-호스트형 액정 소자에 조사되는 양이 크게 감소한다.

그러므로, 게스트-호스트형 액정 소자 중의 2색성 염료 분자가 자외선에 의해 광분해 또는 광열화하여 이온화되지 않기 때문에, 그것이 본래 갖는 광흡수 기능을 충분히 보호할 수 있고, 이에 수반하여 게스트-호스트형 액정 소자의 광흡수 효과가 안정되고, 이 구동 효율도 좋아진다.

또, 액정 조성물의 열화를 저감할 수 있어, 액정 소자 전체의 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

다음에, 도15a 및 도15b에 도시한 게스트-호스트형 액정셀(2; GH셀)에 있어 서, 호스트 재료로서 유전율 이방성(Δε)이 정(+)인 포지티브형 액정을 이용하고, 게스트 재료로는 2색성을 갖는 광흡수 이방성(ΔA)이 정(+)인 포지티브형 염료를 이용하고, 편광판(1)을 GH셀(2)의 입사측에 배치하고, 구형파를 구동 파형으로서 동작 전압 인가시의 광투과율의 변화를 계측하면, 도16에 도시한 바와 같이, 동작 전압의 인가에 수반하여 가시광의 평균 광투과율(공기중, 액정셀에 부가하여 편광판을 더했을 때의 투과율을 참조(=100％)로 하였음, 이하, 동일)이 증가하지만, 전압을 10V까지 상승시켰을 때의 최대 광투과율은 60％ 정도이며, 게다가 광투과율의 변화가 완만하다.

이것은 포지티브형의 호스트 재료를 이용할 경우, 전압 무인가시에 액정셀의 액정 배향막과의 계면에서의 액정 분자의 상호 작용(interaction)이 강하기 때문에, 전압을 인가하여도 다이렉터의 방향이 변화하지 않는(혹은, 변화하기 어려운) 액정 분자가 남겨지기 때문이라고 생각할 수 있다.

이에 대해, 도7에 도시한 바와 같이, 게스트-호스트형 액정셀(12; GH셀)에 있어서, 호스트 재료로서 유전율 이방성(Δε)이 부(-)인 네거티브형 액정인 Merck사 제품인 MLC-6608을 일예로서 이용하고, 게스트 재료로는 2색성을 갖는 포지티브형 염료인 BDH사 제품인 D5를 일예로서 이용하고, 그 외에는 도15a 및 도15b의 GH셀(2)과 동일하게 구성한다. 이 GH셀(12)에 있어서, 편광판(11)을 GH셀(12)의 입사측에 배치하고, 구형파를 구동 파형으로 하여 동작 전압 인가시의 광투과율의 변화를 계측하였더니, 도8에 도시한 바와 같이, 동작 전압의 인가에 따라 가시광의평균 광투과율(공기중)이 최대 광투과율 약 75％에서 수 ％로 까지 감소하고, 게다가 광투과율의 변화가 비교적 급격해진다.

이는, 네거티브형 호스트 재료를 이용하는 경우, 전압 무인가시에 액정셀의 액정 배향막과의 계면에서의 액정 분자의 상호 작용이 대단히 약하기 때문에, 전압 무인가시에 광이 투과되기 쉽고, 또한 전압 인가와 함께 액정 분자의 다이렉터의 방향이 변화되기 쉽기 때문이라고 생각할 수 있다.

이와 같이 하여, 네거티브형의 호스트 재료를 이용하여 GH셀을 구성하면, 광투과율(특히 투명시)이 향상하고, GH셀을 촬상 광학계 중에 그대로 위치 고정하여 사용할 수 있는 콤팩트한 조광 장치가 실현 가능하다. 이 경우, 액정 소자에의 입사광의 광로 중에 편광판을 배치함으로써, 전압 무인가시와 전압 인가시의 흡광도의 비(즉 광학 농도의 비)가 한층 향상하여, 조광 장치의 콘트라스트비가 더욱 커지고, 밝은 장소에서 어두운 장소에 걸쳐 조광 동작을 더욱 정상적으로 행할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 액정 소자의 네거티브형 액정의 투과율이방성은 부(-)인 것이 바람직하지만, 게스트 재료는 포지티브형 또는 네거티브형의 2색성 염료 분자로 이루어져 있어도 좋다. 또한, 호스트 재료는 네거티브형인 것이 바람직하지만, 포지티브형이라도 지장은 없다.

본 실시 형태에 있어서, 네거티브형(또는 포지티브형)의 호스트 재료, 포지티브형(또는 네거티브형)의 게스트 재료는 공지의 재료에서 선택하여 이용할 수 있다. 단, 실제 사용의 경우는 실사용 온도 범위에서 네마틱성을 나타내도록 선택하여, 혼합된 조성물을 이용하여도 좋다.

상술한 GH셀(12)로 이루어지는 조광 장치(23)는 예를 들면 도9에 도시한 바와 같이, 줌렌즈와 같이 복수의 렌즈로 구성되는 렌즈전군(15)과 렌즈후군(16) 사이에 배치된다. 렌즈전군(15)을 투과한 광은 편광판(11)을 통하여 직선 편광된 후, GH셀(12)에 입사한다. GH셀(12)을 투과한 광은 렌즈후군(16)에서 집광되어, 촬상면(17)에 영상으로서 투영된다.

이 조광 장치(23)를 구성하는 편광판(11)은 GH셀(12)에 입사하는 광의 유효 광로(20)에 대하여 드나들기 가능하다. 구체적으로는, 편광판(11)을 가상선으로 나타내는 위치로 이동시킴으로써, 광의 유효 광로(20)의 밖으로 내보낼 수 있다. 이 편광판(11)을 출입하는 수단으로서 도10에 도시한 바와 같은 기계식 아이리스가이용되어도 좋다.

이 기계식 아이리스는 일반적으로 디지털 스틸 카메라와 비디오 카메라 등에 이용되는 기계식 조리개 장치로서, 주로 2매의 아이리스 날개(18, 19)와, 아이리스날개(18, 19)에 접착된 편광판(11)으로 이루어진다. 아이리스 날개(18, 19)는 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 화살표 21로 표시된 방향으로, 도시하지 않은 구동 모터를 이용하여 아이리스 날개(18, 19)를 상대적으로 이동시킨다.

이에 따라, 도10에서 도시한 바와 같이, 아이리스 날개(18, 19)는 부분적으로 중첩되고, 이 중첩 부분이 커지면 아이리스 날개(18, 19)의 중앙 부근에 위치하는 유효 광로(20)상의 개구부(22)가 편광판(11)에 의해 덮혀진다.

도11a 내지 도11c는 유효 광로(20) 부근의 기계식 아이리스의 부분 확대도이다. 아이리스 날개(18)가 하방으로 이동함과 동시에, 아이리스 날개(19)가 상방으 로 이동한다. 이에 따라, 도11a에 도시한 바와 같이, 아이리스 날개(18)에 접착된 편광판(11)도 유효 광로(20)의 밖으로 이동한다. 반대로, 아이리스 날개(18)를 상방으로, 또는 아이리스 날개(19)를 하방으로 이동시킴으로써, 서로의 아이리스 날개(18, 19)가 중첩된다. 이에 따라, 도11b에 도시한 바와 같이, 편광판(11)은 유효 광로(20)상으로 이동하고, 개구부(22)를 차츰 덮는다. 아이리스 날개(18, 19)의 상호 중첩이 커지면 도11c에 도시한 바와 같이 편광판(11)은 개구부(22)를 모두 덮는다.

다음에, 이 기계식 아이리스를 이용한 조광 장치(23)의 조광 동작에 대하여 설명한다.

도시하지 않은 피사체가 밝아짐에 따라, 도11a에 도시한 바와 같이, 상하방향으로 열려 있던 아이리스 날개(18, 19)는 도시하지 않은 모터에 의해 구동되어 겹쳐지기 시작한다. 이에 따라, 아이리스 날개(18, 19)에 접착되어 있는 편광판(11)은 유효 광로(20)상으로 들어가기 시작하여 개구부(22)의 일부를 덮는다(도11b).

이 때, GH셀(12)은 광을 흡수하지 않은 상태에 있다(또, 열적 흔들림, 또는 표면 반사 등으로 인해 GH셀(12)에 의한 약간의 흡수는 있다). 이로 인해, 편광판(11)을 통과한 광과 개구부(22)를 통과한 광은 거의 강도 분포가 동등해진다.

그 후, 편광판(11)은 완전하게 개구부(22)를 덮은 상태가 된다(도11c). 또한, 피사체의 밝기가 증대하는 경우는, GH셀(12)로의 전압을 상승시켜 GH셀(12)에 서 광을 흡수함으로써 조광을 행한다.

이와는 반대로, 피사체가 어두워지는 경우는, 먼저 GH셀(12)로의 전압을 감소 또는 무인가로 함으로써, GH셀(12)에 의한 광의 흡수 효과를 없게 한다. 또한 피사체가 어두워진 경우는, 도시하지 않은 모터를 구동함으로써, 아이리스 날개(18)를 하방으로, 또한 아이리스 날개(19)를 상방으로 이동시킨다. 이렇게 하여, 편광판(11)을 유효 광원(20)의 밖으로 이동시킨다(도11a).

또한, 도9, 도10, 도11a 내지 도11c에 도시한 바와 같이, 편광판(11; 투과율 예를 들면 40％ 내지 50％)을 광의 유효 광로(20)로부터 밖으로 내보낼 수 있으므로, 편광판(11)에 광이 흡수되지 않는다. 따라서, 조광 장치의 최대 투과율을 예를 들면 2배 이상으로 높일 수 있다. 구체적으로는, 이 조광 장치를 종래의 고정되어 설치되는 편광판 및 GH셀로 이루어지는 조광 장치와 비교하면, 최대 투과율은 예를 들면 약 2배가 된다. 또, 최저 투과율은 양자가 같다.

또한, 디지털 스틸 카메라 등에 실용화되어 있는 기계식 아이리스를 이용하여, 편광판(11)의 출입이 행해지므로, 조광 장치는 용이하게 실행 가능해진다. 또한, GH셀(12)을 이용하기 때문에, 편광판(11)에 의한 조광에 부가하여 GH셀(12) 자체가 광을 흡수함으로써, 조광을 행할 수 있다.

이와 같이 하여, 이 조광 장치는 명, 암의 콘트라스트비를 높임과 동시에, 광량 분포를 거의 균일하게 유지할 수 있게 된다.

다음에, 게스트-호스트형 액정(GH)셀을 이용하는 조광 장치의 형태를 설명한다.

이 조광 장치는 도9에 도시한 바와 같이, GH셀(12)과 편광판(11)으로 이루어진다. 그리고, GH셀(12)은 투명 전극과 배향막을 각각 형성한 2매의 유리 기판(모두 도시하지 않음) 사이에 네거티브형의 액정 분자(호스트 재료)와 포지티브형 또는 네거티브형의 2색성 염료 분자(게스트 재료)와의 혼합물이 밀봉되어 있다.

액정 분자로는 예를 들면 유전율 이방성이 부(-)인 네거티브형 액정인 Merck사 제품인 MLC-6608을 일예로서 이용하고, 또한 2색성 염료 분자(4)로는 광의 흡수에 이방성을 갖고, 예를 들면 분자 장축 방향의 광을 흡수하는 포지티브형 염료인 BDH사 제품인 D5를 일예로서 이용하였다. 편광판(11)의 광흡수축은 GH셀(12)에 전압을 인가했을 때의 광흡수축과 직교시켰다.

이 GH셀(12)로 이루어지는 조광 장치(23)는 예를 들면 도9에 도시한 바와 같이, 줌 렌즈와 같이 복수의 렌즈로 구성되는 렌즈전군(15)과 렌즈후군(16) 사이에 배치되었다. 렌즈전군(15)을 통과한 광은 편광판(11)을 통하여 직선 편광된 후, GH셀(12)에 입사한다. GH셀(12)을 통과한 광은 렌즈후군(16)에서 집광되어 촬상면(17)에 영상으로서 투영된다.

그리고, 이 조광 장치(23)를 구성하는 편광판(11)은 상술한 바와 마찬가지로, GH셀(12)에 입사하는 광의 유효 광로(20)에 대하여 출입 가능하다.

구체적으로는, 편광판(11)을 가상선으로 표시한 위치로 이동시킴으로써, 광의 유효 광로(20)의 밖으로 내보낼 수 있다. 이 편광판(11)을 출입하는 수단으로서, 도10에 도시한 기계식 아이리스가 이용되어도 좋다.

다음에, 도1은 본 실시 형태에 따른 조광 장치(23)를 CCD 카메라에 내장한 예를 나타내는 것이다.

즉, CCD 카메라(50)에 있어서, 일점쇄선으로 표시한 광축을 따라 상기 렌즈전군(15)에 상당하는 1군 렌즈(51) 및 2군 렌즈(52; 줌용), 자외선 차단 필터(65), 아이리스 날개(18), 조광 장치(23), 상기 렌즈후군(16)에 상당하는 3군 렌즈(53) 및 4군 렌즈(54; 포커스용), CCD 패키지(55)가 적당한 간격을 두고 이 순서로 배치되어 있고, CCD 패키지(55)에는 적외선 차단 필터(55a), 광학 로우패스 필터계(55b), CCD 촬상 소자(55c)가 수납되어 있다.

2군 렌즈(52)와 3군 렌즈(53) 사이에는 3군 렌즈(53) 가까이에, 상술한 GH셀(12)과 편광판(11)으로 이루어지는 조광 장치(23)가 광량 조절(광량 조리기)을 위해 동일 광로상에 설치되어 있다. 또, 포커스용 4군 렌즈(54)는 리니어 모터(57)에 의해 광로를 따라 3군 렌즈(53)와 CCD 패키지(55) 사이를 이동 가능하게 배치되고, 또한 줌용의 2군 렌즈(52)는 광로를 따라 1군 렌즈(51)와 조광 장치(23) 사이를 이동 가능하게 배치되어 있다.

그리고 여기에서는 편의상, 자외선 차단 필터(65)를 2군 렌즈의 최후미에 배치하였지만, 유효 광로상에서 이것이 GH셀(12)보다 1군 렌즈측에 가깝다면 설치 위치는 어디라도 상관없다.

도12에는 이 카메라 시스템에 있어서의 조광 장치(23)에 의한 광투과율 제어의 시퀀스의 알고리즘을 나타낸다.

본 실시 형태에 따르면, 2군 렌즈(52)와 3군 렌즈(53) 사이에 본 발명에 기초하는 조광 장치(23)가 설치되어 있기 때문에, 상술한 바와 같이 전계의 인가에 의해 광량을 조절할 수 있고, 시스템을 소형화할 수 있고, 실질적으로 광로의 유효 범위의 크기까지 소형화할 수 있다. 따라서, CCD 카메라의 소형화를 달성하는 것이 가능하다. 또, 패턴화된 전극으로의 인가 전압의 크기에 따라 광량을 적절하게 제어할 수 있으므로, 종래와 같은 회절 현상을 방지하고, 촬상 소자로 충분한 광량을 입사시켜 상의 흐림을 없앨 수 있다.

다음에, 도2는 상기 CCD 카메라의 구동 회로 블록도이다. 이에 따르면, 조광 장치(23)의 광출사측에 배치된 CCD 촬상 소자(55c)의 CCD 구동 회로부(60)를 갖고, CCD 촬상 소자(55c)의 출력 신호가 Y/C 신호 처리부(61)에서 처리되어, 휘도 정보(Y 신호)로서 GH셀 구동 제어 회로부(62)로 피드백한다. 그리고, 이 GH셀 구동 제어 회로부(62)로부터의 제어 신호에 의해 CCD 구동 회로부(60)로부터의 기본 클럭과 동기하여, 상술한 바와 같이 펄스 전압 또는 펄스폭이 제어된 구동 펄스가 펄스 발생 회로부(63)로부터 얻어지도록 되어 있다. 또, GH셀 구동 제어 회로부(62)와, 펄스 발생 회로부(63)로 펄스 전압 또는 펄스폭의 제어를 위한 GH 액정 구동 제어 장치(64)가 구성되어 있다.

또, 이 카메라 시스템과는 다른 시스템에 있어서도 조광 장치(23)의 출사광을 포토디텍터(또는 포토멀)로 받고, 여기에서 출사광의 휘도 정보를 GH셀 구동 제어 회로부(도시 생략)의 클럭과 동기하여, 펄스 발생 회로부로부터 펄스 전압이 제어된 구동 펄스를 얻을 수 있다.

촬상계의 구조에 있어서, 예를 들면 단집점(單集点) 렌즈계에 대해서는 조광 소자를 렌즈군 내에 배치하는 것이 곤란하다. 예를 들면, 도13에 도시한 바와 같 이, 렌즈(71 및 72)의 쌍과 적외선 차단 필터(73)가 고체 촬상 소자(75; CCD)의 광입사측에 배치되고, 또한 광입사측의 최외부에, 상기한 조광 장치와 동일 구성의 광량 조절 장치(83)가 노출되어 배치될 경우, 액정 소자는 입사광에 쪼여지는 상태가 되지만, 도14에 그 주요부를 도시한 바와 같이, GH셀(82)의 광입사면에 UV(자외선) 흡수막(86)(또는 자외선 반사막)을 형성함으로써, 액정(85)을 보호한다.

이 GH셀(82)에 따르면, 상기한 GH셀(12)과 마찬가지로, 투명 전극 부착 기판 81a과 81b의 사이에 네거티브형 액정과 포지티브형 2색성 염료로 이루어지는 액정층(85)이 밀봉되고, 주위에 스페이서(겸 밀봉)재(84)가 설치되고, 또한 양 기판(81a, 81b)의 각 외면에는 필요한 광의 반사 방지막(82a, 82b)이 각각 설치되고, 또한 광입사측에는 자외선 흡수막(또는 자외선 반사막; 86)이 설치되어 있다.

따라서, 입사광 중 자외선이 흡수 또는 반사되므로, 액정층(85)에 입사되는 것을 억제할 수 있고, 액정층(85)의 구성 재료, 특히 염료 분자의 열화를 방지할 수 있다. 이 경우, 케이스 내의 스페이스가 작아서 조광 소자를 케이스 내에 배치할 수 없는 경우에도, 이 광량 조절 장치(83)의 자외선 흡수막(86; 또는 반사막)에 의해 충분한 자외선 흡수 또는 반사 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 자외선 흡수막(86; 또는 반사막)의 형성 방법은 습식, 건식의 어느 것이어도 되고, 예를 들면 전자에서는 자외선 흡수제를 포함하는 표면 코팅제를 도포하는 방법, 후자에서는 다층막 증착법과 CVD(Chemical Vapor Deposition) 성막법 등이 있다.

또, 광량 조절 장치(83)를 도시한 바와 같이 케이스 밖에 설치하는 경우, 장 치측 단면(端面)에도 동일한 자외선 흡수 또는 반사막을 형성하기 위한 코팅을 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 조광 장치는 게스트-호스트형의 액정 소자로 대표되는 액정 소자를 이용하는 것이 바람직하다. 단, 호스트 재료 중에는 유전율 이방성이 정(+)인 재료(포지티브형), 부(-)인 재료(네거티브형)가 존재하지만, 어느것을 이용하여도 되며, 또한 색소 재료에 대해서도 포지티브형, 네거티브형의 2색성 염료 분자 중의 어느것을 이용하여도 좋다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

상술한 액정 소자(GH셀; 12)에 대하여 크세논 램프를 이용한 내광 시험(자외선 조사 시험)을 행하였다. 또, 크세논 램프를 이용하여 임의의 시간, 액정 소자에 자외선을 조사시킨 것에 대하여, 자외선 차단 필름을 유효 광로의 광입사측에 설치한 것과, 자외선 차단 필름을 사용하지 않은 것의 2가지 조건으로 비교하였다.

도3에, 사용된 장외선 차단 필름의 분광 특성을 나타내었다.

그리고, 여기에서 이용하는 자외선 차단 필름은 하기의 사양을 사용하였다. 그 구성으로서는 SiO₂, TiO₂ 및 Al₂O₃의 3층×16회 반복 성막으로 한다. 막두께는 단층(單層)당 두께가 100Å이므로, 전체 막두께는 100Å×48층=4800Å이 된다. 이 차단 필름의 접착 등은 행하지 않고, 간단히 GH셀의 광입사측에 배치하였다.

그리고, 자외선 조사 후의 2개의 샘플에 대하여, 인가 전압과 광흡수도와의 관계를 계측하여 그래프화하였다. 그 결과를 도4에 도시하였다.

즉, 도4의 그래프에서 알 수 있듯이, 자외선 차단 필름을 이용하였을 때(A)에는, 인가 전압이 2V에서 4V까지 상승할 때에 광흡수도는 급상승하여 0에서 임의의 눈금으로 약 11.5가 되고, 최종적으로 인가 전압을 10V까지 상승시키면 광흡수도는 임의 눈금으로 약 14.5가 되었다.

그러나, 자외선 차단 필름을 이용하지 않았을 때(B)에는 인가 전압이 2V에서 4V까지 상승할 때에 광흡수도는 완만하게 상승하여 임의 눈금으로 0에서 약 6으로밖에 되지 않았고, 최종적으로 인가 전압을 10V까지 상승시켜도 광흡수도는 임의 눈금으로 약 9로 밖에 되지 않았다.

이 결과로부터, 자외선 차단 필름을 이용하지 않은 것(B)은 자외선 차단 필름을 이용한 것(A)보다도 광흡수 효과가 상당히 낮아져 있는 것을 알 수 있고, 자외선이 조사되었기 때문에 액정 조성물에 어떠한 물성적 변화가 있었던 것으로 추정되었다.

다음에, 자외선 차단 필름의 효과에 대하여, 액정 조성물에 함유하는 이온량의 변화로서, 상기 2개 샘플의 비교 검토를 행하였다. 이 이온량의 계측에는 변이 전류 계측법(K. Ono et al.; Jpn. J. Appl. Phys., 30, 1991, 2832)을 이용하였다. 그리고, 자외선 차단 필름을 이용한 경우의 결과를 도5의 그래프에, 자외선 차단 필름을 이용하지 않은 경우의 결과를 도6의 그래프에 나타내었다.

이에 따르면, 자외선 차단 필름을 이용한 경우는, 전압값을 약 10V 내지 약 -10V(또는, 약 -10V 내지 약 10V)로 변화시킬 때에, 전류값은 극성 반전시를 제외하고 50㎁ 또는 -50㎁의 값을 나타내고, 또한 비교적 안정하였다.

이것은 GH셀(12) 중의 2색성 염료 분자가 자외선 조사를 받지 않기 때문에 광분해 혹은 광열화하지 않기 때문이라고 생각된다.

이에 반하여, 자외선 차단 필름을 이용하지 않는 경우, 전압값을 약 10V 내지 약 -10V(또는, 약 -10V 내지 약 10V)로 변화시킬 때에, 전류값은 1000㎁ 또는 -1000㎁로서 대단히 커지고, 또한 전체적으로 왜곡된 변화 곡선을 나타낸다.

이것은 자외선 조사에 의해 GH셀 중의 2색성 염료 분자가 광분해 혹은 광열화하여 이온화되어, 이온량이 증가했기 때문이라고 생각할 수 있다.

이와 같이, 자외선 차단 필름을 이용하지 않는 계(系)에 있어서는, 자외선 조사에 의해 극도로 이온량이 증대한 결과가 되어, 액정 소자의 신뢰성의 저하를 인식할 수 있다.

이상의 결과에 따라, 본 발명에 기초하여 자외선 차단 필터로서의 자외선 차단 필름을 액정 소자보다 광입사측으로 배치함으로써, 액정 조성물의 열화를 저감할 수 있고, 액정 소자 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있었다.

다음에, 상술한 GH셀(12)과 마찬가지로 구성한 GH셀(82)에 있어서, 액정셀의 유리 기판에 SiO₂, TiO₂ 및 Al₂O₃의 3층×16회 반복 성막한 층의 막두께를 약 50㎚로 하여, 얻어진 흡수 특성이 예를 들면 파장 395㎚(투과율 0％) 내지 파장 440㎚(투과율 100％)의 자외선 흡수막(또는 자외선 반사제로 이루어지는 막의 막두께를 5 내지 10㎚로 하여, 얻어진 반사 특성이 예를 들면 파장 395㎚(반사율 0％) 내지 파장 440㎚(반사율 100％)인 반사막(86)을 설치하지 않은 경우와 설치한 경우에 대하 여, 각각 자외선에 쪼여서, 셀의 열화의 유무에 대하여 성능 확인하였더니 하기 표 1과 같은 결과를 얻었다.

액정셀	액정의 유전율 이방성(Δε)	자외선 피폭 후의 성능
자외선 흡수막(또는 반사막)없음	정(포지티브형)	열화있음*
자외선 흡수막(또는 반사막)없음	부(네거티브형)	열화있음*
자외선 흡수막(또는 반사막)있음	정(포지티브형)	열화없음**
자외선 흡수막(또는 반사막)있음	부(네거티브형)	열화없음**

* 열화있음: 분광 특성 변화있음(시험 투입 전후의 비교)

** 열화없음: 분광 특성 변화없음(시험 투입 전후의 비교)

이 결과에서, 액정의 유전율 이방성에 의하지 않고, 자외선에 피폭된 재료는 열화를 초래하지만, 자외선 흡수막(또는 반사막)을 설치하면, 자외선에 피폭되어도 재료의 열화가 발생하지 않는 것이 확인되었다.

이상, 본 발명을 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명하였지만, 상술한 예는 본 발명의 기술적 사상에 기초하는 여러가지 변형이 가능하다.

예를 들면, 액정 소자와 조광 장치의 구조와 재료, 그 구동 기구, 구동 회로, 제어 회로의 구성 등은 여러가지로 변형이 가능하다. 또한, 구동 파형은 구형파, 사다리형파, 삼각파, 정현파의 어느것이라도 구동 가능하고, 양 전극간의 전위차에 따라 액정 분자의 기울기가 변화하여, 광투과율이 제어된다.

본 발명의 조광 장치 및 촬상 장치는 상기 액정 광학 소자의 구동 전극이 적어도 유효 광투과부의 전역에 걸쳐 형성되어 있는 경우에 적합하고, 그와 같이 형 성된 구동 전극으로의 구동 펄스의 제어에 의해 유효 광로폭 전체에 걸쳐 광투과율의 일괄 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, GH셀로서, 상술한 것 이외에, 2층 구조 등의 GH셀 등도 사용 가능하다. 편광판(11)의 GH셀(12)에 대한 위치는 렌즈전군(15)과 렌즈후군(16) 사이로 하였지만, 이 배치에 한정되지 않고, 촬상 렌즈의 설정 조건에서 최적이 되는 위치에 배치되면 된다. 즉, 위상차 필름 등의 편광 상태가 변화하는 광학 소자를 이용하지 않는 한, 편광판(11)은 예를 들면 촬상면(17)과 렌즈후군(16) 사이 등, 피사체측 또는 촬상 소자측의 임의의 위치에 둘 수 있다. 또한, 편광판(11)은 렌즈전군(15) 또는 렌즈후군(16)에 대신하는 단일 렌즈(단렌즈)의 전 또는 후에 배치되어도 좋다.

또한, 아이리스 날개(18, 19)는 2매에 한정되지 않고, 보다 많은 매수를 이용하여도 되고, 반대로 1매여도 된다. 또한, 아이리스 날개(18, 19)는 상하방향으로 이동함으로써 중첩되지만, 다른 방향으로 이동하여도 되고, 주위에서 중앙을 향하여 조여들어가도 좋다.

또한, 편광판(11)은 아이리스 날개(18, 19)에 접착되어 있지만, 아이리스 날개(18, 19) 쪽에 접착되어도 좋다.

또한, 피사체가 밝아짐에 따라, 먼저 편광판(11)의 출입에 의한 조광을 행한 후, GH셀(12)에 의한 흡수를 행하였지만, 반대로 먼저 GH셀(12)의 광흡수에 의한 조광을 행하게 하여도 좋다. 이 경우, GH셀(12)의 투과율이 소정의 값까지 저하한 후에, 편광판(11)의 출입에 따른 조광을 행한다.

또한, 편광판(11)을 유효 광로(20)에서 출입하는 수단으로서 기계식 아이리스를 이용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 편광판(11)이 접착된 필름을 구동 모터에 직접 설치함으로써, 편광판(11)을 출입하여도 좋다.

또한, 상기 예에서는 편광판(11)을 유효 광로(20)에 대해 출입하였지만, 유효 광로 중에 위치 고정하는 것도 물론 가능하다.

또한, 본 발명의 조광 장치는 공지의 다른 필터재(예를 들면, 유기계의 일렉트로크로믹재, 액정, 일렉트로루미네선스재 등)와 조합하여 이용할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 조광 장치는 이미 설명한 CCD 카메라 등의 촬상 장치의 광학 조리개 이외에도 각종 광학계, 예를 들면 전자 사진 복사기와 광통신 기기 등의 광량 조절용으로서 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 조광 장치는 광학 조리개나 필터 이외에 캐릭터와 이미지를 표시하는 각종 화상 표시 장치에 적용할 수 있다.

또한, 자외선 차단 필터의 분광 특성에 있어서는, 도3에 도시한 바와 같이, 자외선 영역과 함께 적외선 영역도 차단하는 분광 특성을 나타내는 것이, 자외선에 의한 열화와 적외선에 의한 열화를 동시에 방지하는 점에서 바람직하지만, 자외선 영역만을 차단하여도 좋다. 또한, 차단 파장역은 여러가지로 변화시켜도 좋다.

또한, 상술한 자외선 흡수막 또는 반사막은 기판상에 성막하는 것 이외에도, 동일한 흡수 부재 또는 반사 부재를 광입사측에 배치할 수도 있다. 그리고, 이들 흡수막(흡수재) 또는 반사막(반사재)은 어느 한쪽을 설치하는 것 이외에도 양쪽을 적층 또는 순차 배치할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 게스트-호스트형 액정 소자의 광입사측에, 적어도 자외선을 흡수하는 필터재와, 적어도 자외선을 반사하는 반사재 중의 적어도 한쪽이 설치되어 있기 때문에, 자외선이 게스트-호스트형 액정 소자에 조사되는 양이 크게 감소하고, 이에 따라 게스트-호스트형 액정 소자 중의 구성 재료가 자외선에 의해 광분해 또는 광열화하지 않고, 액정 소자를 안정하게 고효율로 구동시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 촬상계의 광 경로에 배치되어 광을 제어하는 게스트 호스트형 액정 소자를 구비하는 광 제어 장치와,

   상기 액정 소자에 입사하는 광의 유효 광로에 구비된 편광판과,

   적어도 자외선을 흡수하기 위해 액정 소자의 광 입사측에 구비된 필터재를 포함하며,

   상기 편광판은 유효 광로 중에 출입 가능하게 설치되는 촬상 장치.
2. 제1항에 있어서, 필터재는 자외선 차단 필름, 자외선 차단 코팅 유리 및 자외선 흡수 유리 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 촬상 장치.
3. 제1항에 있어서, 필터재는 입사광의 유효 광로의 섹션과 적어도 동일한 영역에 제공되는 촬상 장치.
4. 제1항에 있어서, 액정 소자는, 호스트 재료로서 네거티브 또는 포지티브 액정을 포함하고 게스트 재료로서 포지티브 또는 네거티브 이색성 염료를 포함하는 게스트 호스트형 액정소자인 촬상 장치.
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