JP3577718B2 - 調光装置及び撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、入射光の光量を調節して出射するための調光装置及びこの調光装置を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶セルを用いる調光装置には、偏光板が使用される。この液晶セルには、例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶セルやゲスト−ホスト（ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ Ｈｏｓｔ））型液晶セルが用いられる。
【０００３】
図１２は、従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。この調光装置は、主に偏光板１とＧＨセル２とで構成される。ＧＨセル２は、図示省略したが、２枚のガラス基板の間に封入され、また動作電極や液晶配向膜を有している（以下、同様）。ＧＨセル２には、ポジ型液晶分子３とポジ型二色性染料分子４とが封入されている。
【０００４】
ポジ型二色性染料分子４は、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型（ｐ型）色素分子である。また、ポジ型液晶分子３は、例えば誘電率異方性が正のポジ型（正型）である。
【０００５】
図１２（ａ）は、電圧を印加しない（電圧無印加）時のＧＨセル２の状態を示す。入射光５は、偏光板１を透過することにより直線偏光される。図１２（ａ）では、この偏光方向とポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向とが一致するので、光はポジ型二色性染料分子４に吸収され、ＧＨセル２の光透過率が低下する。
【０００６】
そして、図１２（ｂ）に示すように、ＧＨセル２に電圧印加を行うと、ポジ型液晶分子３が電界方向に向くに伴って、ポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向は、直線偏光の偏光方向と直角になる。このため、入射光５はＧＨセル２によりほとんど吸収されずに透過する。
【０００７】
なお、分子短軸方向の光を吸収するネガ型（ｎ型）の二色性染料分子を用いる場合は、上記ポジ型の二色性染料分子４の場合と逆になり、電圧無印加時には光が吸収されず、電圧印加時に光が吸収される。
【０００８】
図１２に示した調光装置では、電圧印加時と電圧無印加時との吸光度の比、即ち、光学濃度の比が約１０である。これは、偏光板１を使用せずにＧＨセル２のみで構成される調光装置に比べて約２倍の光学濃度比を有する。
【０００９】
一方、通常のビデオカメラやデジタルスチルカメラは、光の強さを電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用しており、１つのＣＣＤは、数１０万から数１００万の画素を持っている。
【００１０】
そして、各々の画素に対応してカラーフィルターが設けられているが、例えば、この色の付いたＣＣＤ画素と同じ幅の縞模様などを映した場合に、本来は赤・青・緑の３つで作られる色信号の一部が欠けてしまい、本来の色とは違った色が出たり、色の付いていない所に色が付いてしまう等の疑似信号の影響を受けて、非常に見づらい画像となってしまう。
【００１１】
即ち、ＣＣＤは幾何学的に離散的なサンプリングをするために、ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など）を映したときに、偽色信号やモアレが生じ、画像に違和感が生じるという不具合が発生する。
【００１２】
その対策として最近は、ＣＣＤの前位に、水晶などの複屈折板からなる光学ローパスフィルターを設置することにより、縞模様などの高周波成分をぼかして、縞模様を縞に見えないようにして、縞模様か色かを明確にし、疑似色信号の発生を防止する手段が一般的に採られている。
【００１３】
図１４に具体的な原理を示すように、ランダムな振動方向を持った自然光３１が水晶などの複屈折板３２に入射すると、偏光成分により常光線３３と異常光線３４にわかれて、１点に結像する光線が２点に分離する。図１４における分離軸ｄは、下記式（１）に従って算出することができ、例えば可視域（約７８００〜３８００Å）における分離軸ｄは約５．９×１０−３×ｔと表される。
【００１４】
【数１】
（但し、上記式（１）において、ｔは複屈折板の厚さ、ｎｏは常光線の屈折率、ｎｅは異常光線の屈折率である。）
【００１５】
例えば図１５（ａ）に示すように、結晶軸の異なる複屈折板を２枚組み合わせると菱形の４点ぼかしが可能となり、図１５（ｂ）に示すように、結晶軸の異なる複屈折板を３枚組み合わせると７点ぼかしが可能となり、また図１５（ｃ）に示すように、複屈折板で位相差板を挟む構成としたときは、正方の４点ぼかしが可能となる。なお、デジタルスチルカメラでは通常、画素が正方配列に形成されているので、図１５（ｃ）に示す正方の４点ぼかしが一般的に採用されていたが、ＣＣＤの小型化に伴い、周波数特性を伸ばす必要性とコストのバランスから、最近では、水晶等からなる複屈折板を２枚有してなるタイプも増えてきている。
【００１６】
また、デジタルカムコーダについても、ほぼ同様な光学ローパスフィルターが採用されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえ光学ローパスフィルターをＣＣＤの前位に配置していても、図１２に示すような、ＧＨセル２と偏光板１からなる調光装置を搭載した撮像装置を用いて空間分離能の高い被写体を撮像する場合、ＧＨセル２と偏光板１の構成の形態によっては、光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の光学軸との位置関係から、複屈折による常光線と異常光線との分離作用が効果的に機能せずに、分離された光線強度に偏りが生じ、疑似色信号の発生防止効果が不十分となることがあることが判明し、その改善を図ることが切望されていた。
【００１８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光学的機能の向上を実現できる調光装置、及びこの調光装置を光路中に配して性能、画質、信頼性の向上を実現できる撮像装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、撮像装置の撮像系の光路中に順次配置された複数の複屈折板からなる光学ローパスフィルターの前位に配される調光装置において、液晶素子及び偏光板を有し、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしていることを特徴とする、調光装置に係るものである。
【００２０】
また、撮像系の光路中に順次配置された複数の複屈折板からなる光学ローパスフィルターの前位に、偏光板及び液晶素子を有する調光装置が配されている撮像装置において、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしていることを特徴とする、撮像装置に係るものである。
【００２１】
ここで、上記液晶配向方位とは、液晶素子の基板面における液晶分子の配列方向、即ち、光路に対して垂直な面に投影したときの液晶分子の揃う方向（例えばラビング方向）を意味する。
【００２２】
本発明者は、上述したような偽色信号やモアレの発生の改善について鋭意検討したところ、調光装置を構成する前記液晶素子と前記偏光板の実装形態によって、分離された光線強度に偏りが生じ、前記光学ローパスフィルターによる疑似色信号の防止効果が薄れてしまうことがあることを初めて知見し、その改善のためには、前記偏光板の偏光軸、前記液晶素子の液晶配向方位及び前記光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の光線分離方位を、互いに各々最適な向きに配置すること、即ち、前記光学ローパスフィルターを構成する前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とを全て互いに異ならせることが極めて有効であることを突き止め、本発明に到達したものである。
本発明によれば、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えばＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁などの空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることがなく、ぼかし効果が十分に得られ、偽色信号やモアレの発生が効果的に防止され、被写体を忠実に再現した、より自然な撮影画像を得ることができる。仮に、上記偏光軸が上記光線分離方位と平行であると、分離された光線強度が偏り、光線の分離数が減ってぼかし効果が得られない。
【００２３】
従って、本発明は、調光装置及び撮像装置の光学的機能の向上を図ることができ、その性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、また前記偏光軸及び前記液晶配向方位が前記光学ローパスフィルターを構成する部材のうち少なくとも最も光入射側の水晶などからなる前記複屈折板の光線分離方位に対して、４５度の角度をなすように構成されていることが好ましい。これにより、図１５（ｃ）に示したような、１点に結像する光線を正方の４点に分離し易く、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）の小型化に、より好適な装置とすることができる。
【００２８】
また、前記偏光板の偏光軸と、前記液晶素子の液晶配向方位とが、互いに直交していることが好ましく、これにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が向上し、調光装置のコントラスト比が大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことができる。
【００２９】
本発明に基づく調光装置及び撮像装置によれば、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、また前記偏光軸及び前記液晶配向方位が、前記光学ローパスフィルターを構成する部材のうち少なくとも最も光入射側に存在する前記複屈折板の光線分離方位に対して、４５度の角度をなすなどの、異なる向きとなるように構成され、かつ前記光学ローパスフィルターを構成する前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、本発明に基づく調光装置、前記光学ローパスフィルター及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることがなく、ぼかし効果が十分に得られ、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００３０】
さらに、前記液晶素子が、ネガ型液晶分子をホスト材料とし、二色性染料分子をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子であるのがよい。
【００３１】
このような液晶素子は、本出願人が既に提出した特願平１１−３２２１８６号に係る先願発明に依拠したものである。この先願発明によれば、液晶素子と、この液晶素子に入射する光の光路中に配される偏光板とで調光装置を構成し、更に、ネガ型液晶分子をホスト材料とするゲスト−ホスト型液晶を用いることにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）がより一層向上し、調光装置のコントラスト比が大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことを可能とする。
【００３２】
図１２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）が正のポジ型の液晶分子を用い、ゲスト材料４には二色性を有する光吸収異方性（ΔＡ）が正のポジ型染料分子４を用い、偏光板１をＧＨセル２の光入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測すると、図１３に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中。液晶セルに加えて偏光板を足したときの透過率を参照（＝１００％）とした：以下、同様）が増加するが、電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【００３３】
これは、ポジ型のホスト材料を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が強いため、電圧を印加してもダイレクタの向きが変化しない（或いは、変化し難い）液晶分子が残ってしまうからであると考えられる。
【００３４】
これに対し、先願発明では、図１０に示すように、ゲスト−ホスト型液晶セル（ＧＨセル）１２において、ホスト材料１３として、誘電率異方性（Δε）が負のネガ型の液晶分子であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、ゲスト材料４には二色性を有するポジ型染料分子であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いることにより、偏光板１１をＧＨセル１２の光入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測したところ、図１１に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中）が最大光透過率約７５％から数％にまで減少し、しかも光透過率の変化が比較的急峻となる。
【００３５】
これは、ネガ型のホスト材料を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が非常に弱いため、電圧無印加時に光が透過し易く、また電圧印加と共に液晶分子のダイレクタの向きが変化し易くなるからであると考えられる。
【００３６】
このようにして、本発明において、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセル１２を構成すれば、光透過率（特に透明時）が向上し、ＧＨセル１２を撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できる、よりコンパクトな調光装置を実現可能となる。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配することにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が一層向上し、調光装置のコントラスト比が更に大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことができる。
【００３７】
なお、本発明においては、前記液晶素子は、誘電率異方性が負のネガ型液晶分子であるのがよいが、ゲスト材料は、ポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなっていてよい。また、ホスト材料はネガ型であるのがよいが、ポジ型でも差支えはない。
【００３８】
本発明において、ネガ型（又はポジ型）のホスト材料、ポジ型（又はネガ型）のゲスト材料は公知の材料から選択して用いることができる。但し、実際の使用の場合は、実使用温度範囲でネマチック性を示すように選択し、ブレンドした組成物を用いてよい。
【００３９】
また図２に示すように、この調光装置を構成する偏光板１１は、本出願人による上述した先願発明と同様に、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路に対して出し入れ可能とすることが好ましい。具体的には、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路の外へ出すことができる。この偏光板１１を出し入れする手段として、図３に示すような機械式アイリスが用いられてもよい。
【００４０】
この機械式アイリスは、一般にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられる機械式絞り装置であり、主として２枚のアイリス羽根１８、１９と、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１とからなる。アイリス羽根１８、１９は、上下方向に移動させることができる。矢印２１で示される方向に、図示せぬ駆動モーターを用いてアイリス羽根１８、１９を相対的に移動させる。
【００４１】
これにより、図３で示すように、アイリス羽根１８、１９は部分的に重ねられ、この重なりが大きくなると、アイリス羽根１８、１９の中央付近に位置する有効光路２０上の開口部２２が、偏光板１１により覆われる。
【００４２】
図４は、有効光路２０付近の機械式アイリスの部分拡大図である。アイリス羽根１８が下方に移動すると同時に、アイリス羽根１９が上方に移動する。これに伴って、図４（ａ）に示すように、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１も有効光路２０の外へと移動する。逆に、アイリス羽根１８を上方に、またアイリス羽根１９を下方に移動させることにより、互いのアイリス羽根１８、１９が重なる。これに従って、図４（ｂ）に示すように、偏光板１１は有効光路２０上に移動し、開口部２２を次第に覆う。アイリス羽根１８、１９の互いの重なりが大きくなると、図４（ｃ）に示すように、偏光板１１は開口部２２を全て覆う。
【００４３】
次に、この機械式アイリスを用いた調光装置の調光動作について説明する。
【００４４】
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図４（ａ）に示したように、上下方向に開いていたアイリス羽根１８、１９は、図示せぬモーターにより駆動され、重なり始める。これによって、アイリス羽根１８に貼付されている偏光板１１は、有効光路２０上に入り始め、開口部２２の一部を覆う（図４（ｂ））。
【００４５】
この時、ＧＨセル１２は光を吸収しない状態にある（なお、熱的揺らぎ、又は表面反射等のため、ＧＨセル１２による若干の吸収はある。）。このため、偏光板１１を透過した光と開口部２２を通過した光は、ほぼ強度分布が同等となる。
【００４６】
その後、偏光板１１は、完全に開口部２２を覆った状態になる（図４（ｃ））。さらに、被写体の明るさが増す場合は、ＧＨセル１２への電圧を上昇し、ＧＨセル１２で光を吸収することにより調光を行う。
【００４７】
これとは逆に、被写体が暗くなる場合は、まず、ＧＨセル１２への電圧を減少又は無印加とすることにより、ＧＨセル１２による光の吸収効果をなくする。さらに被写体が暗くなった場合は、図示せぬモーターを駆動することにより、アイリス羽根１８を下方へ、またアイリス羽根１９を上方へ移動させる。こうして、偏光板１１を有効光路２０の外へ移動させる（図４（ａ））。
【００４８】
上記のようにして、偏光板１１（例えば、透過率４０％〜５０％）を光の有効光路２０から外に出すことができるので、偏光板１１に光が吸収されない。従って、調光装置の最大光透過率を例えば２倍以上に高めることができる。具体的には、この調光装置を、従来の固定されて設置される偏光板及びＧＨセルからなる調光装置と比較すると、最大光透過率は約２倍になる。なお、最低光透過率は両者で等しい。
【００４９】
また、デジタルスチルカメラ等に実用化されている機械式アイリスを用いて、偏光板１１の出し入れが行われるので、調光装置は容易に実現可能となる。また、ＧＨセル１２を用いるので、偏光板１１による調光に加えて、ＧＨセル１２自体が光を吸収することにより、調光を行うことができる。
【００５０】
このようにして、この調光装置は、明、暗のコントラスト比を高めると共に、光量分布をほぼ均一に保つことができるものとなる。
【００５１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に説明する。
【００５２】
実施の形態１
まず、ゲスト−ホスト型液晶（ＧＨ）セルを用いる調光装置の例を説明する。
【００５３】
本発明に基づく調光装置は、撮像装置の撮像系の光路中に順次配置された前記複数の複屈折板からなる前記光学ローパスフィルターの前位に配され、図２に示すように、偏光板１１とＧＨセル１２とをこの順に具備する。
【００５４】
なお、図１（ａ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が水平方向の複屈折板３２ａと、１／４λ位相差板（例えば厚みは約０．５ｍｍ）２４と、光線分離方位が垂直方向の複屈折板３２ｂとから構成され、かつ複屈折板３２ａ及び複屈折板３２ｂの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００５５】
ＧＨセル１２は、透明電極と配向膜をそれぞれ形成した２枚のガラス基板（いずれも図示せず）の間に、ネガ型の液晶分子（ホスト材料）とポジ型又はネガ型の二色性染料分子（ゲスト材料）との混合物が封入されている。
【００５６】
液晶分子には、例えば誘電率異方性が負のネガ型液晶分子であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、また二色性染料分子４には、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いた。偏光板１１の光吸収軸は、ＧＨセル１２に電圧を印加した時の光吸収軸と直交させた。
【００５７】
また、ＧＨセル１２の液晶配向処理としては、図５に示すような一般的なラビング法を用いて行った。ラビング法は、配向膜付きの基板６をラビング装置のステージ７上に設置し、ラビング布１０を有するローラ８を通過させることによって、ローラ８の回転方向９に向かって分子の配向処理を施すことができる。
【００５８】
そして、図１（ａ）に示すように、偏光板１１の偏光軸１４を４５度傾けて配置した。即ち、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ及び３２ｂの光線分離方向（水平及び垂直）に対して、４５度の角度をなすように構成した。
【００５９】
また図６に示すように、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００６０】
この偏光板１１及びＧＨセル１２からなる調光装置は、例えば図２に示したように、ズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１を介して直線偏光され、ＧＨセル１２に入射する。ＧＨセル１２を透過した光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面に映像として映し出される。
【００６１】
なお、実施の形態１による光線の分離パターンは、図１（ａ）に示すように、１点に結像する光線が、正方に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、２つの複屈折板３２ａ、３２ｂの厚みをそれぞれＴとすると、０．００５９×Ｔと表すことができる。
【００６２】
実施の形態１の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、また偏光板１１の偏光軸１４及びＧＨセル１２の液晶配向方位２５が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ、３２ｂの光線分離方位に対して、４５度の角度をなすように構成され、かつ前記光学ローパスフィルターを構成する複屈折板３２ａ、３２ｂの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態１の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂ及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることなく、ぼかし効果が十分に得られ、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００６３】
また、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセル１２を構成しているので、光透過率（特に透明時）が向上し、ＧＨセル１２を撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できる、よりコンパクトな調光装置を実現可能となる。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配しているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が一層向上し、調光装置のコントラスト比が更に大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことができる。
【００６４】
ここで、この調光装置を構成する偏光板１１は、本出願人による上述した先願発明と同様に、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路２０に対して出し入れ可能である。
【００６５】
具体的には、図２に示すように、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路２０の外へ出すことができる。この偏光板１１を出し入れする手段として、図３及び図４に示した機械式アイリスが用いられてもよい。
【００６６】
実施の形態２
実施の形態２の調光装置が、上記の実施の形態１と相違する点は、前記光学ローパスフィルターを構成する部材が異なることと、この光学ローパスフィルターに対応するために、前記偏光板の偏光軸及び前記ＧＨセルの液晶配向方位の向きを変更した点である。
【００６７】
即ち、実施の形態２では、図１（ｂ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が垂直方向の複屈折板３２ｂと、光線分離方位が４５°の２枚の複屈折板３２ｃ及び３２ｃ’とから構成され、かつ複屈折板３２ｂ、３２ｃ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００６８】
そして、偏光板１１の偏光軸１４が水平方向となるように配置した。即ち、偏光板１１の偏光軸１４が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ｂ、３２ｃ及び３２ｃ’の光線分離方位とは異なる向きとなるように構成し、かつ複屈折板３２ｂ、３２ｃ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きとなるように構成した。
【００６９】
また図７に示すように、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００７０】
実施の形態２による光線の分離パターンは、図１（ｂ）に示すように、１点に結像する光線が、正方に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、光線分離方位が垂直の複屈折板３２ｂの厚みをＴとし、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ及び３２ｃ’の厚みをそれぞれ
【数２】
とすると、０．００５９×Ｔと表すことができる。
【００７１】
実施の形態２の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、かつ複屈折板３２ｂ、３２ｃ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態２の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂおよびＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、実施の形態１と同様にして、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００７２】
実施の形態３
実施の形態３の調光装置が、上記の実施の形態１と相違する点は、前記光学ローパスフィルターを構成する部材が異なることと、この光学ローパスフィルターに対応するために、前記偏光板の偏光軸及び前記ＧＨセルの液晶配向方位の向きを変更した点である。
【００７３】
即ち、実施の形態３では、図１（ｃ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が水平方向の複屈折板３２ａと、光線分離方位が４５°の２枚の複屈折板３２ｃ”及び３２ｃとから構成され、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ”、３２ｃの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００７４】
そして、偏光板１１の偏光軸１４が垂直方向となるように配置した。即ち、偏光板１１の偏光軸１４が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ、３２ｃ”及び３２ｃの光線分離方位とは異なる向きとなるように構成し、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ”、３２ｃの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きとなるように構成した。
【００７５】
また、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００７６】
実施の形態３による光線の分離パターンは、図１（ｃ）に示すように、１点に結像する光線が、正方に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、光線分離方位が水平の複屈折板３２ａの厚みをＴとし、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ”及び３２ｃの厚みをそれぞれ
【数３】
とすると、０．００５９×Ｔと表すことができる。
【００７７】
実施の形態３の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ”、３２ｃの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態３の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂ及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、実施の形態１と同様にして、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００７８】
実施の形態４
実施の形態４の調光装置が、上記の実施の形態１と相違する点は、前記光学ローパスフィルターを構成する部材が異なることと、この光学ローパスフィルターに対応するために、前記偏光板の偏光軸及び前記ＧＨセルの液晶配向方位の向きを変更した点である。
【００７９】
即ち、実施の形態４では、図１（ｄ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が水平方向の複屈折板３２ａと、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ’とから構成され、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００８０】
そして、偏光板１１の偏光軸１４が垂直方向となるように配置した。即ち、偏光板１１の偏光軸１４が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ及び３２ｃ’の光線分離方位とは異なる向きとなるように構成し、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きとなるように構成した。
【００８１】
また、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００８２】
実施の形態４による光線の分離パターンは、図１（ｃ）に示すように、１点に結像する光線が、菱形に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、光線分離方位が水平の複屈折板３２ａの厚みをＴとし、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ’の厚みを
【数４】
とすると、０．００５９×Ｔと表すことができる。
【００８３】
実施の形態４の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態４の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂ及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、実施の形態１と同様にして、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００８４】
実施の形態５
図８は、上記の実施の形態１の調光装置をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラに組み込んだ例を示すものである。
【００８５】
即ち、ＣＣＤカメラ５０において、一点鎖線で示す光軸に沿って、前記のレンズ前群１５に相当する１群レンズ５１及び２群レンズ（ズーム用）５２、前記のレンズ後群１６に相当する３群レンズ５３及び４群レンズ（フォーカス用）５４、ＣＣＤパッケージ５５が適宜の間隔をおいてこの順に配設されており、ＣＣＤパッケージ５５には赤外線カットフィルタ５５ａ、光学ローパスフィルター系５５ｂ、ＣＣＤ撮像素子５５ｃが収納されている。
【００８６】
２群レンズ５２と３群レンズ５３との間には、３群レンズ５３寄りに、偏光板１１及びＧＨセル１２とからなる本発明に基づく調光装置が配置されている。なお、フォーカス用の４群レンズ５４は、リニアモーター５７により光路に沿って３群レンズ５３とＣＣＤパッケージ５５との間を移動可能に配設され、またズーム用の２群レンズ５２は、光路に沿って１群レンズ５１と調光装置２３との間を移動可能に配設されている。
【００８７】
図９には、このカメラシステムにおける調光装置２３による光透過率制御のシーケンスのアルゴリズムを示す。
【００８８】
この実施の形態によると、２群レンズ５２と３群レンズ５３の間に本発明に基づく調光装置２３が設けられているので、上述したように電界の印加によって光量を調節でき、システムを小型化でき、実質的に光路の有効範囲の大きさまで小型化できる。従って、ＣＣＤカメラの小型化を達成することが可能である。また、パターン化された電極への印加電圧の大きさによって光量を適切に制御できるので、従来のような回析現象を防止し、撮像素子へ十分な光量を入射させ、像のぼやけをなくせる。
【００８９】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。
【００９０】
例えば、サンプル構造や使用材料、液晶セル１２の駆動方法、調光装置の形態等は、発明の主旨を逸脱しない範囲で、適宜選択可能であることは言うまでもない。
【００９１】
また、本実施の形態では、ＧＨセル１２の液晶配向方位の形成方法として、最も一般的なラビングを用いた例を示したが、これ以外にも、斜方蒸着膜、偏光照射による光配向膜、構造物等を用いた液晶配向方法を用いた場合にも適用できる。
【００９２】
また、液晶セル１２の駆動法にパルス電圧変調（ＰＨＭ）を用いた例を示したが、パルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動する場合にも適用できる。
【００９３】
また、ＧＨセル１２として、上述したもの以外に、２層構造等のＧＨセルも使用可能である。偏光板１１のＧＨセル１２に対する位置は、撮像レンズの設定条件から最適となる位置に配置されればよい。
【００９４】
そして、被写体が明るくなるにつれて、先に偏光板１１の出し入れによる調光を行った後、ＧＨセル１２による光の吸収を行う例を示したが、逆に、先にＧＨセル１２の光吸収による調光を行うことにしてもよい。この場合、ＧＨセル１２の透過率が所定の値まで低下した後に、偏光板１１の出し入れによる調光を行うことが好ましい。
【００９５】
また、偏光板１１を有効光路２０から出し入れする手段として、機械式アイリスを用いたが、これに限らない。例えば、偏光板１１が貼付されたフィルムを駆動モーターに直接設置することにより、偏光板１１を出し入れしてもよい。
【００９６】
アイリス羽根１８、１９は２枚に限られず、より多くの枚数を用いることにしてもよいし、逆に１枚でもよい。また、アイリス羽根１８、１９は、上下方向に移動することにより重ねられるが、他の方向に移動してもよく、周囲から中央に向けて絞り込むことにしてもよい。
【００９７】
また、偏光板１１は、アイリス羽根１８に貼付されているが、アイリス羽根１９の方に貼付されていてもよい。
【００９８】
また、本発明に基づく調光装置は、公知の他のフィルター材（例えば、有機系のエレクトロクロミック材、液晶、エレクトロルミネッセンス材等）と組み合わせて用いることも可能である。
【００９９】
また、本発明に基づく調光装置は、既述したＣＣＤカメラ等の撮像装置の光学絞り以外にも、各種光学系、例えば、電子写真複写機や光通信機器等の光量調節用としても広く適用が可能である。更に、光学絞りやフィルター以外に、キャラクターやイメージを表示する各種の画像表示装置などにも適用することができる。
【０１００】
さらに、撮像デバイスとしては、本実施の形態で使用したＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）以外にも、ＣＭＯＳイメージセンサー等への適用も勿論可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記光学ローパスフィルターを構成する前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えばＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁などの空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることなく、偽色信号やモアレの発生が効果的に防止され、被写体を忠実に再現した、より自然な撮影画像を得ることができる。
【０１０２】
従って、本発明は、調光装置及び撮像装置の光学的機能の向上を図ることができ、その性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による偏光板の偏光軸方向と光学ローパスフィルターの構成例を示す図である。
【図２】同、液晶素子を用いた調光装置の概略側面図である。
【図３】同、調光装置の機械式アイリスの正面図である。
【図４】同、調光装置の有効光路付近の機械式アイリスの動作を示す概略部分拡大図である。
【図５】同、液晶素子作製における液晶配向膜のラビング工程を説明する図である。
【図６】同、偏光板の偏光軸と液晶素子の液晶配向方位との組み合わせ例を示す図である。
【図７】同、偏光板の偏光軸と液晶素子の液晶配向方位との組み合わせ例を示す図である。
【図８】同、調光装置を組み込んだカメラシステムの概略断面図である。
【図９】同、カメラシステムにおける光透過率制御のアルゴリズムである。
【図１０】先願発明（特願平１１−３２２１８６号）の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１１】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１３】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１４】光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の作用を説明する図である。
【図１５】光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１、１１…偏光板、２、１２…ＧＨセル、３…ポジ型液晶分子、
４…ポジ型二色性染料分子、５…入射光、６…配向膜付きの基板、
７…ステージ、８…ローラ、９…回転方向、１０…ラビング布、
１３…ネガ型液晶分子、１４…偏光軸、１５…レンズ前群、１６…レンズ後群、
１８、１９…アイリス羽根、２０…有効光路、２２…開口部、２３…調光装置、
２４…１／４λ位相差板、２５…液晶配向方位、３１…自然光、
３２…複屈折板、３３…常光線、３４…異常光線、５０…ＣＣＤカメラ、
５１…１群レンズ、５２…２群レンズ（ズーム用）、５３…３群レンズ、
５４…４群レンズ（フォーカス用）、５５…ＣＣＤパッケージ、
５５ａ…赤外線カットフィルタ、５５ｂ…光学ローパスフィルター系、
５５ｃ…ＣＣＤ撮像素子、５７…リニアモーター
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、入射光の光量を調節して出射するための調光装置及びこの調光装置を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶セルを用いる調光装置には、偏光板が使用される。この液晶セルには、例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶セルやゲスト−ホスト（ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ Ｈｏｓｔ））型液晶セルが用いられる。
【０００３】
図１２は、従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。この調光装置は、主に偏光板１とＧＨセル２とで構成される。ＧＨセル２は、図示省略したが、２枚のガラス基板の間に封入され、また動作電極や液晶配向膜を有している（以下、同様）。ＧＨセル２には、ポジ型液晶分子３とポジ型二色性染料分子４とが封入されている。
【０００４】
ポジ型二色性染料分子４は、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型（ｐ型）色素分子である。また、ポジ型液晶分子３は、例えば誘電率異方性が正のポジ型（正型）である。
【０００５】
図１２（ａ）は、電圧を印加しない（電圧無印加）時のＧＨセル２の状態を示す。入射光５は、偏光板１を透過することにより直線偏光される。図１２（ａ）では、この偏光方向とポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向とが一致するので、光はポジ型二色性染料分子４に吸収され、ＧＨセル２の光透過率が低下する。
【０００６】
そして、図１２（ｂ）に示すように、ＧＨセル２に電圧印加を行うと、ポジ型液晶分子３が電界方向に向くに伴って、ポジ型二色性染料分子４の分子長軸方向は、直線偏光の偏光方向と直角になる。このため、入射光５はＧＨセル２によりほとんど吸収されずに透過する。
【０００７】
なお、分子短軸方向の光を吸収するネガ型（ｎ型）の二色性染料分子を用いる場合は、上記ポジ型の二色性染料分子４の場合と逆になり、電圧無印加時には光が吸収されず、電圧印加時に光が吸収される。
【０００８】
図１２に示した調光装置では、電圧印加時と電圧無印加時との吸光度の比、即ち、光学濃度の比が約１０である。これは、偏光板１を使用せずにＧＨセル２のみで構成される調光装置に比べて約２倍の光学濃度比を有する。
【０００９】
一方、通常のビデオカメラやデジタルスチルカメラは、光の強さを電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用しており、１つのＣＣＤは、数１０万から数１００万の画素を持っている。
【００１０】
そして、各々の画素に対応してカラーフィルターが設けられているが、例えば、この色の付いたＣＣＤ画素と同じ幅の縞模様などを映した場合に、本来は赤・青・緑の３つで作られる色信号の一部が欠けてしまい、本来の色とは違った色が出たり、色の付いていない所に色が付いてしまう等の疑似信号の影響を受けて、非常に見づらい画像となってしまう。
【００１１】
即ち、ＣＣＤは幾何学的に離散的なサンプリングをするために、ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など）を映したときに、偽色信号やモアレが生じ、画像に違和感が生じるという不具合が発生する。
【００１２】
その対策として最近は、ＣＣＤの前位に、水晶などの複屈折板からなる光学ローパスフィルターを設置することにより、縞模様などの高周波成分をぼかして、縞模様を縞に見えないようにして、縞模様か色かを明確にし、疑似色信号の発生を防止する手段が一般的に採られている。
【００１３】
図１４に具体的な原理を示すように、ランダムな振動方向を持った自然光３１が水晶などの複屈折板３２に入射すると、偏光成分により常光線３３と異常光線３４にわかれて、１点に結像する光線が２点に分離する。図１４における分離軸ｄは、下記式（１）に従って算出することができ、例えば可視域（約７８００〜３８００Å）における分離軸ｄは約５．９×１０−３×ｔと表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
例えば図１５（ａ）に示すように、結晶軸の異なる複屈折板を２枚組み合わせると菱形の４点ぼかしが可能となり、図１５（ｂ）に示すように、結晶軸の異なる複屈折板を３枚組み合わせると７点ぼかしが可能となり、また図１５（ｃ）に示すように、複屈折板で位相差板を挟む構成としたときは、正方の４点ぼかしが可能となる。なお、デジタルスチルカメラでは通常、画素が正方配列に形成されているので、図１５（ｃ）に示す正方の４点ぼかしが一般的に採用されていたが、ＣＣＤの小型化に伴い、周波数特性を伸ばす必要性とコストのバランスから、最近では、水晶等からなる複屈折板を２枚有してなるタイプも増えてきている。
【００１６】
また、デジタルカムコーダについても、ほぼ同様な光学ローパスフィルターが採用されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえ光学ローパスフィルターをＣＣＤの前位に配置していても、図１２に示すような、ＧＨセル２と偏光板１からなる調光装置を搭載した撮像装置を用いて空間分離能の高い被写体を撮像する場合、ＧＨセル２と偏光板１の構成の形態によっては、光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の光学軸との位置関係から、複屈折による常光線と異常光線との分離作用が効果的に機能せずに、分離された光線強度に偏りが生じ、疑似色信号の発生防止効果が不十分となることがあることが判明し、その改善を図ることが切望されていた。
【００１８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光学的機能の向上を実現できる調光装置、及びこの調光装置を光路中に配して性能、画質、信頼性の向上を実現できる撮像装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、撮像装置の撮像系の光路中に順次配置された複数の複屈折板からなる光学ローパスフィルターの前位に配される調光装置において、液晶素子及び偏光板を有し、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしていることを特徴とする、調光装置に係るものである。
【００２０】
また、撮像系の光路中に順次配置された複数の複屈折板からなる光学ローパスフィルターの前位に、偏光板及び液晶素子を有する調光装置が配されている撮像装置において、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしていることを特徴とする、撮像装置に係るものである。
【００２１】
ここで、上記液晶配向方位とは、液晶素子の基板面における液晶分子の配列方向、即ち、光路に対して垂直な面に投影したときの液晶分子の揃う方向（例えばラビング方向）を意味する。
【００２２】
本発明者は、上述したような偽色信号やモアレの発生の改善について鋭意検討したところ、調光装置を構成する前記液晶素子と前記偏光板の実装形態によって、分離された光線強度に偏りが生じ、前記光学ローパスフィルターによる疑似色信号の防止効果が薄れてしまうことがあることを初めて知見し、その改善のためには、前記偏光板の偏光軸、前記液晶素子の液晶配向方位及び前記光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の光線分離方位を、互いに各々最適な向きに配置すること、即ち、前記光学ローパスフィルターを構成する前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とを全て互いに異ならせることが極めて有効であることを突き止め、本発明に到達したものである。
本発明によれば、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えばＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁などの空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることがなく、ぼかし効果が十分に得られ、偽色信号やモアレの発生が効果的に防止され、被写体を忠実に再現した、より自然な撮影画像を得ることができる。仮に、上記偏光軸が上記光線分離方位と平行であると、分離された光線強度が偏り、光線の分離数が減ってぼかし効果が得られない。
【００２３】
従って、本発明は、調光装置及び撮像装置の光学的機能の向上を図ることができ、その性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、また前記偏光軸及び前記液晶配向方位が前記光学ローパスフィルターを構成する部材のうち少なくとも最も光入射側の水晶などからなる前記複屈折板の光線分離方位に対して、４５度の角度をなすように構成されていることが好ましい。これにより、図１５（ｃ）に示したような、１点に結像する光線を正方の４点に分離し易く、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）の小型化に、より好適な装置とすることができる。
【００２８】
また、前記偏光板の偏光軸と、前記液晶素子の液晶配向方位とが、互いに直交していることが好ましく、これにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が向上し、調光装置のコントラスト比が大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことができる。
【００２９】
本発明に基づく調光装置及び撮像装置によれば、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、また前記偏光軸及び前記液晶配向方位が、前記光学ローパスフィルターを構成する部材のうち少なくとも最も光入射側に存在する前記複屈折板の光線分離方位に対して、４５度の角度をなすなどの、異なる向きとなるように構成され、かつ前記光学ローパスフィルターを構成する前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、本発明に基づく調光装置、前記光学ローパスフィルター及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることがなく、ぼかし効果が十分に得られ、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００３０】
さらに、前記液晶素子が、ネガ型液晶分子をホスト材料とし、二色性染料分子をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子であるのがよい。
【００３１】
このような液晶素子は、本出願人が既に提出した特願平１１−３２２１８６号に係る先願発明に依拠したものである。この先願発明によれば、液晶素子と、この液晶素子に入射する光の光路中に配される偏光板とで調光装置を構成し、更に、ネガ型液晶分子をホスト材料とするゲスト−ホスト型液晶を用いることにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）がより一層向上し、調光装置のコントラスト比が大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことを可能とする。
【００３２】
図１２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）が正のポジ型の液晶分子を用い、ゲスト材料４には二色性を有する光吸収異方性（ΔＡ）が正のポジ型染料分子４を用い、偏光板１をＧＨセル２の光入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測すると、図１３に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中。液晶セルに加えて偏光板を足したときの透過率を参照（＝１００％）とした：以下、同様）が増加するが、電圧を１０Ｖにまで上昇させたときの最大光透過率は６０％程度であり、しかも光透過率の変化が緩やかである。
【００３３】
これは、ポジ型のホスト材料を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が強いため、電圧を印加してもダイレクタの向きが変化しない（或いは、変化し難い）液晶分子が残ってしまうからであると考えられる。
【００３４】
これに対し、先願発明では、図１０に示すように、ゲスト−ホスト型液晶セル（ＧＨセル）１２において、ホスト材料１３として、誘電率異方性（Δε）が負のネガ型の液晶分子であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、ゲスト材料４には二色性を有するポジ型染料分子であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いることにより、偏光板１１をＧＨセル１２の光入射側に配し、矩形波を駆動波形として動作電圧印加時の光透過率の変化を計測したところ、図１１に示すように、動作電圧の印加に伴って、可視光の平均光透過率（空気中）が最大光透過率約７５％から数％にまで減少し、しかも光透過率の変化が比較的急峻となる。
【００３５】
これは、ネガ型のホスト材料を用いる場合、電圧無印加時に液晶セルの液晶配向膜との界面での液晶分子の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が非常に弱いため、電圧無印加時に光が透過し易く、また電圧印加と共に液晶分子のダイレクタの向きが変化し易くなるからであると考えられる。
【００３６】
このようにして、本発明において、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセル１２を構成すれば、光透過率（特に透明時）が向上し、ＧＨセル１２を撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できる、よりコンパクトな調光装置を実現可能となる。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配することにより、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が一層向上し、調光装置のコントラスト比が更に大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことができる。
【００３７】
なお、本発明においては、前記液晶素子は、誘電率異方性が負のネガ型液晶分子であるのがよいが、ゲスト材料は、ポジ型又はネガ型の二色性染料分子からなっていてよい。また、ホスト材料はネガ型であるのがよいが、ポジ型でも差支えはない。
【００３８】
本発明において、ネガ型（又はポジ型）のホスト材料、ポジ型（又はネガ型）のゲスト材料は公知の材料から選択して用いることができる。但し、実際の使用の場合は、実使用温度範囲でネマチック性を示すように選択し、ブレンドした組成物を用いてよい。
【００３９】
また図２に示すように、この調光装置を構成する偏光板１１は、本出願人による上述した先願発明と同様に、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路に対して出し入れ可能とすることが好ましい。具体的には、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路の外へ出すことができる。この偏光板１１を出し入れする手段として、図３に示すような機械式アイリスが用いられてもよい。
【００４０】
この機械式アイリスは、一般にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられる機械式絞り装置であり、主として２枚のアイリス羽根１８、１９と、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１とからなる。アイリス羽根１８、１９は、上下方向に移動させることができる。矢印２１で示される方向に、図示せぬ駆動モーターを用いてアイリス羽根１８、１９を相対的に移動させる。
【００４１】
これにより、図３で示すように、アイリス羽根１８、１９は部分的に重ねられ、この重なりが大きくなると、アイリス羽根１８、１９の中央付近に位置する有効光路２０上の開口部２２が、偏光板１１により覆われる。
【００４２】
図４は、有効光路２０付近の機械式アイリスの部分拡大図である。アイリス羽根１８が下方に移動すると同時に、アイリス羽根１９が上方に移動する。これに伴って、図４（ａ）に示すように、アイリス羽根１８に貼付された偏光板１１も有効光路２０の外へと移動する。逆に、アイリス羽根１８を上方に、またアイリス羽根１９を下方に移動させることにより、互いのアイリス羽根１８、１９が重なる。これに従って、図４（ｂ）に示すように、偏光板１１は有効光路２０上に移動し、開口部２２を次第に覆う。アイリス羽根１８、１９の互いの重なりが大きくなると、図４（ｃ）に示すように、偏光板１１は開口部２２を全て覆う。
【００４３】
次に、この機械式アイリスを用いた調光装置の調光動作について説明する。
【００４４】
図示せぬ被写体が明るくなるにつれて、図４（ａ）に示したように、上下方向に開いていたアイリス羽根１８、１９は、図示せぬモーターにより駆動され、重なり始める。これによって、アイリス羽根１８に貼付されている偏光板１１は、有効光路２０上に入り始め、開口部２２の一部を覆う（図４（ｂ））。
【００４５】
この時、ＧＨセル１２は光を吸収しない状態にある（なお、熱的揺らぎ、又は表面反射等のため、ＧＨセル１２による若干の吸収はある。）。このため、偏光板１１を透過した光と開口部２２を通過した光は、ほぼ強度分布が同等となる。
【００４６】
その後、偏光板１１は、完全に開口部２２を覆った状態になる（図４（ｃ））。さらに、被写体の明るさが増す場合は、ＧＨセル１２への電圧を上昇し、ＧＨセル１２で光を吸収することにより調光を行う。
【００４７】
これとは逆に、被写体が暗くなる場合は、まず、ＧＨセル１２への電圧を減少又は無印加とすることにより、ＧＨセル１２による光の吸収効果をなくする。さらに被写体が暗くなった場合は、図示せぬモーターを駆動することにより、アイリス羽根１８を下方へ、またアイリス羽根１９を上方へ移動させる。こうして、偏光板１１を有効光路２０の外へ移動させる（図４（ａ））。
【００４８】
上記のようにして、偏光板１１（例えば、透過率４０％〜５０％）を光の有効光路２０から外に出すことができるので、偏光板１１に光が吸収されない。従って、調光装置の最大光透過率を例えば２倍以上に高めることができる。具体的には、この調光装置を、従来の固定されて設置される偏光板及びＧＨセルからなる調光装置と比較すると、最大光透過率は約２倍になる。なお、最低光透過率は両者で等しい。
【００４９】
また、デジタルスチルカメラ等に実用化されている機械式アイリスを用いて、偏光板１１の出し入れが行われるので、調光装置は容易に実現可能となる。また、ＧＨセル１２を用いるので、偏光板１１による調光に加えて、ＧＨセル１２自体が光を吸収することにより、調光を行うことができる。
【００５０】
このようにして、この調光装置は、明、暗のコントラスト比を高めると共に、光量分布をほぼ均一に保つことができるものとなる。
【００５１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に説明する。
【００５２】
実施の形態１
まず、ゲスト−ホスト型液晶（ＧＨ）セルを用いる調光装置の例を説明する。
【００５３】
本発明に基づく調光装置は、撮像装置の撮像系の光路中に順次配置された前記複数の複屈折板からなる前記光学ローパスフィルターの前位に配され、図２に示すように、偏光板１１とＧＨセル１２とをこの順に具備する。
【００５４】
なお、図１（ａ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が水平方向の複屈折板３２ａと、１／４λ位相差板（例えば厚みは約０．５ｍｍ）２４と、光線分離方位が垂直方向の複屈折板３２ｂとから構成され、かつ複屈折板３２ａ及び複屈折板３２ｂの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００５５】
ＧＨセル１２は、透明電極と配向膜をそれぞれ形成した２枚のガラス基板（いずれも図示せず）の間に、ネガ型の液晶分子（ホスト材料）とポジ型又はネガ型の二色性染料分子（ゲスト材料）との混合物が封入されている。
【００５６】
液晶分子には、例えば誘電率異方性が負のネガ型液晶分子であるＭｅｒｃｋ社製のＭＬＣ−６６０８を一例として用い、また二色性染料分子４には、光の吸収に異方性を有し、例えば分子長軸方向の光を吸収するポジ型染料であるＢＤＨ社製のＤ５を一例として用いた。偏光板１１の光吸収軸は、ＧＨセル１２に電圧を印加した時の光吸収軸と直交させた。
【００５７】
また、ＧＨセル１２の液晶配向処理としては、図５に示すような一般的なラビング法を用いて行った。ラビング法は、配向膜付きの基板６をラビング装置のステージ７上に設置し、ラビング布１０を有するローラ８を通過させることによって、ローラ８の回転方向９に向かって分子の配向処理を施すことができる。
【００５８】
そして、図１（ａ）に示すように、偏光板１１の偏光軸１４を４５度傾けて配置した。即ち、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ及び３２ｂの光線分離方向（水平及び垂直）に対して、４５度の角度をなすように構成した。
【００５９】
また図６に示すように、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００６０】
この偏光板１１及びＧＨセル１２からなる調光装置は、例えば図２に示したように、ズームレンズのように複数のレンズで構成されるレンズ前群１５とレンズ後群１６との間に配置される。レンズ前群１５を透過した光は、偏光板１１を介して直線偏光され、ＧＨセル１２に入射する。ＧＨセル１２を透過した光は、レンズ後群１６で集光され、撮像面に映像として映し出される。
【００６１】
なお、実施の形態１による光線の分離パターンは、図１（ａ）に示すように、１点に結像する光線が、正方に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、２つの複屈折板３２ａ、３２ｂの厚みをそれぞれＴとすると、０．００５９×Ｔと表すことができる。
【００６２】
実施の形態１の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、また偏光板１１の偏光軸１４及びＧＨセル１２の液晶配向方位２５が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ、３２ｂの光線分離方位に対して、４５度の角度をなすように構成され、かつ前記光学ローパスフィルターを構成する複屈折板３２ａ、３２ｂの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態１の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂ及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることなく、ぼかし効果が十分に得られ、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００６３】
また、ネガ型のホスト材料を用いてＧＨセル１２を構成しているので、光透過率（特に透明時）が向上し、ＧＨセル１２を撮像光学系中にそのまま位置固定して使用できる、よりコンパクトな調光装置を実現可能となる。この場合、液晶素子への入射光の光路中に偏光板を配しているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比（即ち光学濃度の比）が一層向上し、調光装置のコントラスト比が更に大きくなり、明るい場所から暗い場所までにおいて、調光動作を正常に行うことができる。
【００６４】
ここで、この調光装置を構成する偏光板１１は、本出願人による上述した先願発明と同様に、ＧＨセル１２に入射する光の有効光路２０に対して出し入れ可能である。
【００６５】
具体的には、図２に示すように、偏光板１１を仮想線で示す位置に移動させることにより、光の有効光路２０の外へ出すことができる。この偏光板１１を出し入れする手段として、図３及び図４に示した機械式アイリスが用いられてもよい。
【００６６】
実施の形態２
実施の形態２の調光装置が、上記の実施の形態１と相違する点は、前記光学ローパスフィルターを構成する部材が異なることと、この光学ローパスフィルターに対応するために、前記偏光板の偏光軸及び前記ＧＨセルの液晶配向方位の向きを変更した点である。
【００６７】
即ち、実施の形態２では、図１（ｂ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が垂直方向の複屈折板３２ｂと、光線分離方位が４５°の２枚の複屈折板３２ｃ及び３２ｃ’とから構成され、かつ複屈折板３２ｂ、３２ｃ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００６８】
そして、偏光板１１の偏光軸１４が水平方向となるように配置した。即ち、偏光板１１の偏光軸１４が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ｂ、３２ｃ及び３２ｃ’の光線分離方位とは異なる向きとなるように構成し、かつ複屈折板３２ｂ、３２ｃ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きとなるように構成した。
【００６９】
また図７に示すように、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００７０】
実施の形態２による光線の分離パターンは、図１（ｂ）に示すように、１点に結像する光線が、正方に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、光線分離方位が垂直の複屈折板３２ｂの厚みをＴとし、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ及び３２ｃ’の厚みをそれぞれ
【数２】
【００７１】
実施の形態２の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、かつ複屈折板３２ｂ、３２ｃ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態２の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂおよびＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、実施の形態１と同様にして、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００７２】
実施の形態３
実施の形態３の調光装置が、上記の実施の形態１と相違する点は、前記光学ローパスフィルターを構成する部材が異なることと、この光学ローパスフィルターに対応するために、前記偏光板の偏光軸及び前記ＧＨセルの液晶配向方位の向きを変更した点である。
【００７３】
即ち、実施の形態３では、図１（ｃ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が水平方向の複屈折板３２ａと、光線分離方位が４５°の２枚の複屈折板３２ｃ”及び３２ｃとから構成され、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ”、３２ｃの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００７４】
そして、偏光板１１の偏光軸１４が垂直方向となるように配置した。即ち、偏光板１１の偏光軸１４が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ、３２ｃ”及び３２ｃの光線分離方位とは異なる向きとなるように構成し、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ”、３２ｃの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きとなるように構成した。
【００７５】
また、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００７６】
実施の形態３による光線の分離パターンは、図１（ｃ）に示すように、１点に結像する光線が、正方に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、光線分離方位が水平の複屈折板３２ａの厚みをＴとし、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ”及び３２ｃの厚みをそれぞれ
【数３】
【００７７】
実施の形態３の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ”、３２ｃの各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態３の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂ及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、実施の形態１と同様にして、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００７８】
実施の形態４
実施の形態４の調光装置が、上記の実施の形態１と相違する点は、前記光学ローパスフィルターを構成する部材が異なることと、この光学ローパスフィルターに対応するために、前記偏光板の偏光軸及び前記ＧＨセルの液晶配向方位の向きを変更した点である。
【００７９】
即ち、実施の形態４では、図１（ｄ）に示すように、光学ローパスフィルター５５ｂは、光入射側より光線分離方位が水平方向の複屈折板３２ａと、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ’とから構成され、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしている。
【００８０】
そして、偏光板１１の偏光軸１４が垂直方向となるように配置した。即ち、偏光板１１の偏光軸１４が、光学ローパスフィルター５５ｂを構成する複屈折板３２ａ及び３２ｃ’の光線分離方位とは異なる向きとなるように構成し、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きとなるように構成した。
【００８１】
また、ＧＨセル１２の液晶配向方位２５と、偏光板１１の偏光軸１４とが、互いに直交するように構成した。
【００８２】
実施の形態４による光線の分離パターンは、図１（ｃ）に示すように、１点に結像する光線が、菱形に４点に分離する。また、このときの分離軸Ｄは、光線分離方位が水平の複屈折板３２ａの厚みをＴとし、光線分離方位が４５°の複屈折板３２ｃ’の厚みを
【数４】
【００８３】
実施の形態４の調光装置によれば、偏光板１１の偏光軸１４とＧＨセル１２の液晶配向方位２５とが互いに異なり、かつ複屈折板３２ａ、３２ｃ’の各光線分離方位と偏光板１１の偏光軸１４とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えば、実施の形態４の調光装置、光学ローパスフィルター５５ｂ及びＣＣＤ素子を筐体内に配置して、前記ＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁など、空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、実施の形態１と同様にして、偽色信号やモアレの発生がより効果的に防止され、被写体を忠実に再現する、より一層自然な撮影画像を得ることができる。
【００８４】
実施の形態５
図８は、上記の実施の形態１の調光装置をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラに組み込んだ例を示すものである。
【００８５】
即ち、ＣＣＤカメラ５０において、一点鎖線で示す光軸に沿って、前記のレンズ前群１５に相当する１群レンズ５１及び２群レンズ（ズーム用）５２、前記のレンズ後群１６に相当する３群レンズ５３及び４群レンズ（フォーカス用）５４、ＣＣＤパッケージ５５が適宜の間隔をおいてこの順に配設されており、ＣＣＤパッケージ５５には赤外線カットフィルタ５５ａ、光学ローパスフィルター系５５ｂ、ＣＣＤ撮像素子５５ｃが収納されている。
【００８６】
２群レンズ５２と３群レンズ５３との間には、３群レンズ５３寄りに、偏光板１１及びＧＨセル１２とからなる本発明に基づく調光装置が配置されている。なお、フォーカス用の４群レンズ５４は、リニアモーター５７により光路に沿って３群レンズ５３とＣＣＤパッケージ５５との間を移動可能に配設され、またズーム用の２群レンズ５２は、光路に沿って１群レンズ５１と調光装置２３との間を移動可能に配設されている。
【００８７】
図９には、このカメラシステムにおける調光装置２３による光透過率制御のシーケンスのアルゴリズムを示す。
【００８８】
この実施の形態によると、２群レンズ５２と３群レンズ５３の間に本発明に基づく調光装置２３が設けられているので、上述したように電界の印加によって光量を調節でき、システムを小型化でき、実質的に光路の有効範囲の大きさまで小型化できる。従って、ＣＣＤカメラの小型化を達成することが可能である。また、パターン化された電極への印加電圧の大きさによって光量を適切に制御できるので、従来のような回析現象を防止し、撮像素子へ十分な光量を入射させ、像のぼやけをなくせる。
【００８９】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。
【００９０】
例えば、サンプル構造や使用材料、液晶セル１２の駆動方法、調光装置の形態等は、発明の主旨を逸脱しない範囲で、適宜選択可能であることは言うまでもない。
【００９１】
また、本実施の形態では、ＧＨセル１２の液晶配向方位の形成方法として、最も一般的なラビングを用いた例を示したが、これ以外にも、斜方蒸着膜、偏光照射による光配向膜、構造物等を用いた液晶配向方法を用いた場合にも適用できる。
【００９２】
また、液晶セル１２の駆動法にパルス電圧変調（ＰＨＭ）を用いた例を示したが、パルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動する場合にも適用できる。
【００９３】
また、ＧＨセル１２として、上述したもの以外に、２層構造等のＧＨセルも使用可能である。偏光板１１のＧＨセル１２に対する位置は、撮像レンズの設定条件から最適となる位置に配置されればよい。
【００９４】
そして、被写体が明るくなるにつれて、先に偏光板１１の出し入れによる調光を行った後、ＧＨセル１２による光の吸収を行う例を示したが、逆に、先にＧＨセル１２の光吸収による調光を行うことにしてもよい。この場合、ＧＨセル１２の透過率が所定の値まで低下した後に、偏光板１１の出し入れによる調光を行うことが好ましい。
【００９５】
また、偏光板１１を有効光路２０から出し入れする手段として、機械式アイリスを用いたが、これに限らない。例えば、偏光板１１が貼付されたフィルムを駆動モーターに直接設置することにより、偏光板１１を出し入れしてもよい。
【００９６】
アイリス羽根１８、１９は２枚に限られず、より多くの枚数を用いることにしてもよいし、逆に１枚でもよい。また、アイリス羽根１８、１９は、上下方向に移動することにより重ねられるが、他の方向に移動してもよく、周囲から中央に向けて絞り込むことにしてもよい。
【００９７】
また、偏光板１１は、アイリス羽根１８に貼付されているが、アイリス羽根１９の方に貼付されていてもよい。
【００９８】
また、本発明に基づく調光装置は、公知の他のフィルター材（例えば、有機系のエレクトロクロミック材、液晶、エレクトロルミネッセンス材等）と組み合わせて用いることも可能である。
【００９９】
また、本発明に基づく調光装置は、既述したＣＣＤカメラ等の撮像装置の光学絞り以外にも、各種光学系、例えば、電子写真複写機や光通信機器等の光量調節用としても広く適用が可能である。更に、光学絞りやフィルター以外に、キャラクターやイメージを表示する各種の画像表示装置などにも適用することができる。
【０１００】
さらに、撮像デバイスとしては、本実施の形態で使用したＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）以外にも、ＣＭＯＳイメージセンサー等への適用も勿論可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記光学ローパスフィルターを構成する前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしているので、電圧無印加時と電圧印加時の吸光度の比を向上させてコントラスト比を大きくできると共に、例えばＣＣＤの周期配列より細かい幾何学模様（例えば縞模様の服、タイル貼りのビルの壁などの空間周波数の高い被写体）を撮影する場合でも、分離された光線強度に偏りが生じることなく、偽色信号やモアレの発生が効果的に防止され、被写体を忠実に再現した、より自然な撮影画像を得ることができる。
【０１０２】
従って、本発明は、調光装置及び撮像装置の光学的機能の向上を図ることができ、その性能、画質、信頼性の向上を図るために極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による偏光板の偏光軸方向と光学ローパスフィルターの構成例を示す図である。
【図２】同、液晶素子を用いた調光装置の概略側面図である。
【図３】同、調光装置の機械式アイリスの正面図である。
【図４】同、調光装置の有効光路付近の機械式アイリスの動作を示す概略部分拡大図である。
【図５】同、液晶素子作製における液晶配向膜のラビング工程を説明する図である。
【図６】同、偏光板の偏光軸と液晶素子の液晶配向方位との組み合わせ例を示す図である。
【図７】同、偏光板の偏光軸と液晶素子の液晶配向方位との組み合わせ例を示す図である。
【図８】同、調光装置を組み込んだカメラシステムの概略断面図である。
【図９】同、カメラシステムにおける光透過率制御のアルゴリズムである。
【図１０】先願発明（特願平１１−３２２１８６号）の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１１】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の調光装置の動作原理を示す概略図である。
【図１３】同、調光装置の光透過率と駆動印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１４】光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の作用を説明する図である。
【図１５】光学ローパスフィルターを構成する複屈折板の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１、１１…偏光板、２、１２…ＧＨセル、３…ポジ型液晶分子、
４…ポジ型二色性染料分子、５…入射光、６…配向膜付きの基板、
７…ステージ、８…ローラ、９…回転方向、１０…ラビング布、
１３…ネガ型液晶分子、１４…偏光軸、１５…レンズ前群、１６…レンズ後群、
１８、１９…アイリス羽根、２０…有効光路、２２…開口部、２３…調光装置、
２４…１／４λ位相差板、２５…液晶配向方位、３１…自然光、
３２…複屈折板、３３…常光線、３４…異常光線、５０…ＣＣＤカメラ、
５１…１群レンズ、５２…２群レンズ（ズーム用）、５３…３群レンズ、
５４…４群レンズ（フォーカス用）、５５…ＣＣＤパッケージ、
５５ａ…赤外線カットフィルタ、５５ｂ…光学ローパスフィルター系、
５５ｃ…ＣＣＤ撮像素子、５７…リニアモーター
Claims (7)
- 撮像装置の撮像系の光路中に順次配置された複数の複屈折板からなる光学ローパスフィルターの前位に配される調光装置において、液晶素子及び偏光板を有し、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしていることを特徴とする、調光装置。
- 撮像系の光路中に順次配置された複数の複屈折板からなる光学ローパスフィルターの前位に、偏光板及び液晶素子を有する調光装置が配されている撮像装置において、前記偏光板の偏光軸と前記液晶素子の液晶配向方位とが互いに異なり、かつ前記複数の複屈折板の各光線分離方位と前記偏光板の偏光軸とが全て互いに異なる向きをなしていることを特徴とする、撮像装置。
- 前記偏光板の偏光軸及び前記液晶素子の液晶配向方位が、前記光学ローパスフィルターを構成する部材のうち少なくとも最も光入射側に存在する複屈折板の光線分離方位に対して、４５度の角度をなしている、請求項１又は２に記載した装置。
- 前記偏光板の偏光軸と、前記液晶素子の液晶配向方位とが、互いに直交している、請求項１又は２に記載した装置。
- 前記液晶素子が、ネガ型液晶分子をホスト材料とし、二色性染料分子をゲスト材料とするゲスト−ホスト型液晶素子である、請求項１又は２に記載した装置。
- 前記撮像装置がＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである、請求項１又は２に記載した装置。
- 前記調光装置、前記光学ローパスフィルター及びＣＣＤ（ Charge Coupled Device ）素子が筐体内に配置されている、請求項６に記載した装置。
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