【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズの光軸上に備え、光量に応じ透過率が自動的に変化する光量調整素子とその駆動方法およびこれを用いた装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラおよび光学顕微鏡に用いるシャッターとして、液晶やエレクトロクロミック素子などを用いた物性シャッターとレンズシャッターやフォーカルプレーンシャッターなどのメカニカルシャッターが提案されている。物性シャッターは高速応答が可能でかつ機械装置を含まないことから単純な構造である。ただし、閉時の遮光性が十分ではなく銀塩フィルムを感光材料として用いているカメラにおいて漏光問題をもたらす場合がある。
【０００３】
一方メカニカルシャッターは遮光性に優れるが、構造が複雑になりやすく、応答速度も物性シャッターほどの高速化が困難である。フォーカルプレーンシャッターは２枚の膜で成すスリットを細くすれば短時間露光はできるが、スリットが露光面を移動する時間は数十分の一秒を要するため閃光装置との同期駆動時の短時間露光は困難となる。
【０００４】
そこで、物性シャッターとメカニカルシャッターの両者を備え、両者の利点を利用した撮像装置が特開平０９−２５８２９４、特開平０５−１２７２１９に提案されている。これらによると感光材料面近傍の撮影レンズ系の光路上にメカニカルシャッターを配置し、撮影レンズ系の途中の絞り位置もしくはその近傍に物理シャッターを配置する構成を提案している。撮影の際はまず、物理シャッターを閉状態でメカニカルシャッターを開状態にする。しかる後に物理シャッターを所望時間に開閉動作を行い露光を行う。その後メカニカルシャッターを閉じる。以上の動作により物理シャッターとメカニカルシャッターの利点を生かした機能を有する撮像装置を提供している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平０９−２５８２９４、特開平０５−１２７２１９に提案されているシャッター装置は物理シャッターとメカニカルシャッターを併用することから装置の小型化および完全な電子制御化が難しく、また構造が複雑化しやすいといった問題を抱えている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、以上述べたように問題点を解析し、鋭意検討した結果、上記の問題を解決した遮光性に優れた物理シャッターを見出した。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を改善する方法として、不透明な帯電泳動粒子を多数分散させて遮光状態を成しかつ、電気信号でその不透明帯電泳動粒子を随時移動させて透過光量を変化させる電気泳動光量調整素子を提供することにある。
【０００８】
そこで、本発明においては以下に記載する新規な素子とその駆動方法およびこれを用いた装置を提案する。
【０００９】
本発明の第１の特徴は、
間隙支持材を介して対向配置された実質的に透明な第１及び第２基板、該両基板の少なくとも一方の内面に配置された複数の電極、及び該両基板間に充填された透明絶縁性液体と、該液体中に分散された複数の不透明帯電粒子とからなる電気泳動光量調整素子であって、
前記複数の電極はそれぞれ異なる領域に配置されており、前記不透明帯電粒子の濃度は、該粒子が均一に分散した状態で実質的に遮光できる濃度であることを特徴とする電気泳動光量調整素子である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について順に説明する。
【００１１】
図１に本発明の代表的な断面構成図を、図３に本発明の代表的な平面図を示す。
【００１２】
第一基板１上にはストライプ状の第１電極７から第５電極１１が２つずつ周期的に配置されており、外部において各番号の電極同士は結線されている。電極は絶縁層３で覆われている。その上に間隙支持体４を挟んで第二基板２が配置されている。第一基板１と第二基板２と間隙支持体４によって作られる空間には透明な絶縁性液体５が充填され、その絶縁性液体５中に不透明帯電泳動粒子６が分散されている。不透明帯電泳動粒子６は均一に分散された状態で本電気泳動光量調整素子１３が十分な遮光性を持つ程度に分散されている。第１電極７、第２電極８、第３電極９、第４電極１０、第５電極１１の平面構成はストライプ状であり、それぞれを平行に配置している。図１、図２中にそれぞれ２本ずつ配置された第１電極７、第２電極８、第３電極９、第４電極１０、第５電極１１はそれぞれ電気的に接続されており、同時に駆動される。
【００１３】
電極数は２個以上あればいくらでも良いがさらに好ましくは５個以上である。図１、図２に示した例は５個の電極を周期的に配置した例である。ここで云う周期的とは電極をＮとすると、第１電極７の平面方向の延長に配置した第Ｎ電極の隣に、第１電極７を配置する構成を指す。電極は一方の基板のみに配置しても良いが、両方基板に配置してもよい。すくなくとも各電極は基板の対向面側に配置し平面方向に異なる位置に配置すればよい。
【００１４】
電極は全面を覆うように配置するのが好ましいが、その限りではない。全面を覆ってもいいし覆わなくても良い。つまり電極間に隙間があっても不透明帯電粒子によって遮光されているので、ストライプ電極間には隙間が有ってもよい。電極材料は透明な導電性材料を用いるのが好ましい。
【００１５】
不透明帯電泳動粒子６は電極に印加された電圧により発生する電場に依存して泳動する。例えば不透明帯電泳動粒子６が正に帯電している場合、不透明帯電泳動粒子６は最も高い電圧が印加された電極近傍から離れようとして液体中の分散密度が低下する。最も高い電圧を印加する電極を、時系列的に第１電極７、第２電極８・・・と替えると、不透明帯電泳動粒子６はその電極に対応した領域で密度が低下し、選択された電極の領域が透光状態となる。全電極を順次選択走査して高い電圧を印加することで、それぞれの電極に対応した領域が透光状態となる。
【００１６】
図２に示す例は第４電極１０に対応した領域を透光状態にした例である。駆動電圧の波形は特に限定しない。矩形波、正弦波、三角波などどのようの駆動波形でも良い。駆動電圧も特に限定しないが、駆動電圧が高いと透過率も高くなる。各電極に電圧を印加する選択時間も特に限定しないが、均等な選択時間を設定するのが好ましい。
【００１７】
各電極の走査順序は、第１電極７、第２電極８、第３電極９・・・と順次選択していっても良いが、好ましくは一の選択期間に選択した電極に隣接して配置された電極を、二の選択期間に選択しない駆動方法が好ましい。これは各電極を第１電極７、第２電極８、第３電極９・・・と順次選択していった場合、不透明帯電泳動粒子６が素子内の一部に集中する場合がある。一の電極を選択した直後に一の電極に隣接して配置した二の電極を選択せず、所望の非選択時間の後に隣接しない三の電極を選択する駆動方法を用いることが、前記粒子の局在を防ぐために好ましい。以上の条件を満たす駆動をするには少なくとも５電極以上が必要である。そのために５電極以上を備える攻勢は好ましい構成である。
【００１８】
５電極を備える場合の駆動方法の例を以下に示す。
【００１９】
電極 選択順
第１電極 １
第２電極 ４
第３電極 ２
第４電極 ５
第５電極 ３
第１電極 １
第２電極 ４
第３電極 ２
第４電極 ５
第５電極 ３
以上の駆動方法により、第１電極の次の走査線は第３電極となり、順次奇数番の電極が走査された後に、第２電極を始めとする偶数番の電極が順次走査されるインターレース走査されることが、好ましい駆動方法である。
【００２０】
また電極数と選択順の組み合わせにより一の電極と二の電極が選択される間の選択期間を２選択期間・３選択期間にも設定できる。
【００２１】
さらにはこの走査順序を上記のように規則性を持たせずランダムにして、ランダムインターレース走査をしても良い効果が発揮される。
【００２２】
以上の構成と駆動方法で電気泳動現象を利用した物理シャッタ−が提供できる。この素子は好ましくは感光材フィルム１４、感光素子もしくは撮像素子の近傍で撮影レンズ１２系の光路上に配置することが好ましい。撮像素子として電荷結合素子を採用する場合、電気泳動光量調整素子のストライプ状の電極と電荷結合素子の電荷転送方向とが直角をなす構成が好ましい。これによりリードアウトノイズの低減が図られる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例に従って本発明を説明する。
【００２４】
本実施例では、図１に示す断面構成で、図３に示す平面構成の素子を作製し駆動を行った。作製した素子の大きさは幅１ｃｍ、縦７．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。
【００２５】
まず、第一基板１として厚さ０．２ｍｍのガラスに透明導電膜ＩＴＯをスパッター法にて成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図に示す形状にパターニングした。続いて、絶縁部３としてＳｉＯ２を製膜した。この上に、間隙支持体４を形成した。間隙支持体４は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、０．１ｍｍの高さとした。形成された空間内に絶縁性液体５及び不透明帯電泳動粒子６を充填した。絶縁性液体５としては、イソパラフィンを使用した。不透明帯電泳動粒子６としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径０．１μｍ位のものを使用した。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子６は正帯電極性を示した。次に、第２基板２として厚さ０．２ｍｍのガラスを位置を合わせながら第１基板１上に置き、素子周辺部を接着剤により張り合わせた。
【００２６】
これに不図示の駆動装置を接続して駆動を行った。選択電極に２０Ｖ、非選択電極に０Ｖを印加した。電極の選択順序は第１電極７、第３電極９、第５電極１１、第２電極８、第４電極１０の順である。各電極の選択時間は１ｍｓである。
【００２７】
以上の駆動を行ったところ、選択された電極に対応した領域の透過率が上昇した。
【００２８】
また電圧を印加しない場合、不透明帯電粒子が均一に分散されており、この素子は機械式のシャッターと同様に透過光線を完全に遮光することができた。
【００２９】
この電気泳動光量調整素子１３を実際の撮像素子に応用した例を図４に示す。
【００３０】
撮像装置の感光剤の塗布されたフィルム１４近傍のレンズ１２の光軸上に取り付けて駆動させたところ、機械式のシャッタ−を用いなくとも良好な画像を得ることができた。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明によって次のような効果が得られた。
【００３２】
電気泳動現象を利用して電気信号のみによって駆動する物理シャッターを提供した。これにより、従来の機械式シャッターに変わるすべて電子制御で小型の撮像装置が作成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図２】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図３】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図４】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な適用方法の一例を示す。
【符号の説明】
１ 第一基板
２ 第二基板
３ 絶縁層
４ 間隙支持体
５ 透明絶縁性液体
６ 不透明帯電泳動粒子
７ 第１電極
８ 第２電極
９ 第３電極
１０ 第４電極
１１ 第５電極
１２ レンズ
１３ 電気泳動香料調整阻止
１４ 感光剤フィルム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light amount adjusting element provided on the optical axis of a lens and having a transmittance that automatically changes according to the light amount, a driving method thereof, and an apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
As shutters used for cameras and optical microscopes, physical shutters using liquid crystal or electrochromic elements and mechanical shutters such as lens shutters and focal plane shutters have been proposed. The physical shutter has a simple structure because it can respond at high speed and does not include a mechanical device. However, there is a case where the light-shielding property at the time of closing is not sufficient and a light leakage problem occurs in a camera using a silver halide film as a photosensitive material.
[0003]
On the other hand, the mechanical shutter is excellent in light-shielding properties, but the structure tends to be complicated, and it is difficult to increase the response speed as fast as the physical property shutter. The focal plane shutter can be exposed for a short time by narrowing the slit formed by the two films, but the time required for the slit to move on the exposure surface is several tenths of a second. Exposure becomes difficult.
[0004]
In view of this, an image pickup apparatus that includes both a physical shutter and a mechanical shutter and utilizes the advantages of both has been proposed in JP-A-09-258294 and JP-A-05-127219. According to these, a configuration is proposed in which a mechanical shutter is arranged on the optical path of a photographing lens system near the photosensitive material surface, and a physical shutter is arranged at or near a stop position in the photographing lens system. When taking a picture, first, the physical shutter is closed and the mechanical shutter is opened. Thereafter, the physical shutter is opened and closed at a desired time to perform exposure. After that, the mechanical shutter is closed. With the above operation, an imaging device having a function utilizing the advantages of the physical shutter and the mechanical shutter is provided.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the shutter devices proposed in JP-A-09-258294 and JP-A-05-127219 use a physical shutter and a mechanical shutter in combination, so that miniaturization and complete electronic control of the device are difficult, and the structure tends to be complicated. I have a problem.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has analyzed the problems as described above, and as a result of intensive studies, as a result, has found a physical shutter excellent in light-shielding properties that has solved the above-mentioned problems.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by dispersing a large number of opaque charged electrophoretic particles to form a light-shielded state, and moving the opaque charged electrophoretic particles by an electric signal as needed. To provide an electrophoretic light quantity adjusting element for changing the transmitted light quantity.
[0008]
Therefore, the present invention proposes a novel element described below, a driving method thereof, and an apparatus using the same.
[0009]
The first feature of the present invention is that
Substantially transparent first and second substrates opposed to each other with a gap support therebetween, a plurality of electrodes disposed on at least one inner surface of both substrates, and a transparent insulating material filled between the two substrates A liquid, an electrophoretic light amount adjustment element comprising a plurality of opaque charged particles dispersed in the liquid,
The plurality of electrodes are respectively arranged in different regions, and the concentration of the opaque charged particles is a concentration capable of substantially blocking light in a state where the particles are uniformly dispersed. is there.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order.
[0011]
FIG. 1 is a typical sectional view of the present invention, and FIG. 3 is a typical plan view of the present invention.
[0012]
On the first substrate 1, two striped first electrodes 7 to fifth electrodes 11 are periodically arranged, and the electrodes of respective numbers are connected to each other outside. The electrodes are covered with an insulating layer 3. The second substrate 2 is disposed thereon with the gap support 4 interposed therebetween. A space formed by the first substrate 1, the second substrate 2, and the gap support 4 is filled with a transparent insulating liquid 5, and the opaque electrophoretic particles 6 are dispersed in the insulating liquid 5. The opaque charged electrophoretic particles 6 are dispersed to such an extent that the electrophoretic light amount adjusting element 13 has a sufficient light shielding property in a state of being uniformly dispersed. The planar configuration of the first electrode 7, the second electrode 8, the third electrode 9, the fourth electrode 10, and the fifth electrode 11 is a stripe shape, and each is arranged in parallel. The first electrode 7, the second electrode 8, the third electrode 9, the fourth electrode 10, and the fifth electrode 11, which are respectively arranged two in FIGS. 1 and 2, are electrically connected to each other, and are simultaneously driven. Is done.
[0013]
The number of electrodes is not particularly limited as long as it is two or more, but is more preferably five or more. The example shown in FIGS. 1 and 2 is an example in which five electrodes are periodically arranged. Here, the term “periodic” means a configuration in which the first electrode 7 is arranged next to the N-th electrode arranged in the planar direction of the first electrode 7 where N is the electrode. The electrodes may be arranged on only one substrate, or may be arranged on both substrates. At least each electrode may be arranged on the opposite surface side of the substrate and arranged at different positions in the plane direction.
[0014]
The electrodes are preferably arranged so as to cover the entire surface, but are not limited thereto. The entire surface may or may not be covered. That is, even if there is a gap between the electrodes, since the light is shielded by the opaque charged particles, there may be a gap between the stripe electrodes. It is preferable to use a transparent conductive material as the electrode material.
[0015]
The opaque charged electrophoretic particles 6 migrate depending on an electric field generated by a voltage applied to the electrode. For example, when the opaque charged electrophoretic particles 6 are positively charged, the dispersion density of the opaque charged electrophoretic particles 6 in the liquid decreases as the particles move away from the vicinity of the electrode to which the highest voltage is applied. When the electrode to which the highest voltage is applied is changed in time series to the first electrode 7, the second electrode 8,..., The density of the opaque charged electrophoretic particles 6 decreases in the region corresponding to the electrode, and the selected particles are selected. The region of the electrode is in a light transmitting state. By sequentially scanning all the electrodes and applying a high voltage, a region corresponding to each electrode is in a light-transmitting state.
[0016]
The example shown in FIG. 2 is an example in which a region corresponding to the fourth electrode 10 is in a light transmitting state. The waveform of the drive voltage is not particularly limited. Any driving waveform such as a rectangular wave, a sine wave, and a triangular wave may be used. The driving voltage is not particularly limited, but the higher the driving voltage, the higher the transmittance. The selection time for applying a voltage to each electrode is not particularly limited, but it is preferable to set an equal selection time.
[0017]
The scanning order of the electrodes may be selected in order of the first electrode 7, the second electrode 8, the third electrode 9, and so on, but is preferably arranged adjacent to the electrode selected in one selection period. A driving method in which the selected electrode is not selected in the two selection periods is preferable. When each electrode is sequentially selected as the first electrode 7, the second electrode 8, the third electrode 9, and so on, the opaque charged electrophoretic particles 6 may be concentrated on a part of the device. It is possible to use a driving method in which two electrodes arranged adjacent to one electrode are not selected immediately after one electrode is selected, and three electrodes which are not adjacent after a desired non-selection time are selected. It is preferred to prevent localization. For driving satisfying the above conditions, at least five electrodes or more are required. Therefore, an offensive having five or more electrodes is a preferable configuration.
[0018]
An example of a driving method when five electrodes are provided will be described below.
[0019]
Electrode selection order 1st electrode 1
Second electrode 4
Third electrode 2
4th electrode 5
Fifth electrode 3
1st electrode 1
2nd electrode 4
Third electrode 2
4th electrode 5
Fifth electrode 3
With the above driving method, the scanning line next to the first electrode becomes the third electrode, and after the odd-numbered electrodes are sequentially scanned, the interlaced scanning in which the even-numbered electrodes including the second electrode are sequentially scanned is performed. Is a preferable driving method.
[0020]
Further, the selection period during which one electrode and two electrodes are selected can be set to two selection periods or three selection periods by a combination of the number of electrodes and the selection order.
[0021]
Further, the effect that the random interlaced scanning may be performed by setting the scanning order to random without providing the regularity as described above is exerted.
[0022]
With the above configuration and driving method, a physical shutter utilizing the electrophoretic phenomenon can be provided. This element is preferably arranged on the optical path of the taking lens system 12 in the vicinity of the photosensitive film 14, the photosensitive element or the image pickup element. When a charge-coupled device is adopted as the image pickup device, it is preferable that the stripe-shaped electrodes of the electrophoretic light amount adjusting device and the charge transfer direction of the charge-coupled device are at right angles. Thereby, readout noise can be reduced.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
[0024]
In this example, the device having the cross-sectional configuration shown in FIG. 1 and having the planar configuration shown in FIG. 3 was manufactured and driven. The size of the manufactured element is 1 cm in width, 7.5 mm in length, and 0.5 mm in thickness.
[0025]
First, a transparent conductive film ITO was formed on a glass having a thickness of 0.2 mm as a first substrate 1 by a sputtering method, and was patterned into a shape shown in the figure by photolithography and etching. Subsequently, a film of SiO 2 was formed as the insulating portion 3. The gap support 4 was formed thereon. The gap support 4 was formed by applying a photosensitive epoxy resin, and then performing exposure and wet development to have a height of 0.1 mm. The space formed was filled with the insulating liquid 5 and the opaque charged electrophoretic particles 6. As the insulating liquid 5, isoparaffin was used. As the opaque electrophoretic particles 6, a mixture of polystyrene and carbon having an average particle diameter of about 0.1 μm was used. Opaquely charged electrophoretic particles 6 in isoparaffin showed a positively charged polarity. Next, a glass having a thickness of 0.2 mm as the second substrate 2 was placed on the first substrate 1 while aligning the positions thereof, and the peripheral portion of the element was bonded with an adhesive.
[0026]
A drive device (not shown) was connected to this for driving. 20 V was applied to the selected electrode and 0 V was applied to the non-selected electrode. The selection order of the electrodes is the first electrode 7, the third electrode 9, the fifth electrode 11, the second electrode 8, and the fourth electrode 10. The selection time of each electrode is 1 ms.
[0027]
As a result of the above driving, the transmittance of the region corresponding to the selected electrode increased.
[0028]
When no voltage was applied, the opaque charged particles were uniformly dispersed, and this element could completely block transmitted light similarly to a mechanical shutter.
[0029]
FIG. 4 shows an example in which the electrophoretic light quantity adjusting element 13 is applied to an actual image sensor.
[0030]
When mounted on the optical axis of the lens 12 near the film 14 coated with the photosensitive agent of the imaging device and driven, a good image could be obtained without using a mechanical shutter.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, the following effects were obtained by the present invention.
[0032]
A physical shutter that is driven only by an electric signal using the electrophoresis phenomenon is provided. As a result, a small-sized imaging device can be created by electronic control instead of the conventional mechanical shutter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a typical cross-sectional view of an electrophoretic light quantity adjusting element of the present invention.
FIG. 2 shows an example of a typical cross-sectional view of the electrophoretic light amount adjusting element of the present invention.
FIG. 3 shows an example of a typical plan view of the electrophoretic light quantity adjusting element of the present invention.
FIG. 4 shows an example of a typical application method of the electrophoretic light amount adjusting element of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 first substrate 2 second substrate 3 insulating layer 4 gap support 5 transparent insulating liquid 6 opaque charged migrating particles 7 first electrode 8 second electrode 9 third electrode 10 fourth electrode 11 fifth electrode 12 lens 13 electrophoresis Perfume adjustment prevention 14 Photosensitizer film
