專利名稱：光學器件和成像裝置的制作方法
技術領域：
本技術涉及通過控制穿過ー單元的光透射率來進行調光的光學器件以及包括該光學器件的成像裝置。
背景技術：
對于成像裝置中的調光控制，已提出了能夠自由地且電氣地改變入射光的透射率的各種調光単元。在它們中，提出了若干使用液晶的調光單元。在這種調光単元中，經常使用的是含有ニ向色染料的賓主(guest-host，GH)型液晶。調光單元通常設置在已知的虹彩光圈被設置的部分處，或者成像元件的周緣部分處。然而，當通過在光路上設置使用GH型液晶的調光單元來進行調光吋，由于GH型液晶含有染料，所以光被染料吸收，調光単元的最大光透射率降低。該現象在使用為黑暗狀態 制備的GH型液晶時尤其顯著，因此，透鏡的F數下降。為了解決這種問題，在日本未審查專利申請2005-109630號公報中，如此進行調光控制，以使含有GH型液晶的調光單元在低照度成像時(例如，在拍攝黑暗場景的圖像時)偏離光軸。然而，當像在日本未審查專利申請2005-109630號公報中那樣進行調光控制時，在調光單元被配置于光軸上的情況與調光単元偏離光軸的情況之間，成像裝置的光路長度由于液晶部分的折射率與空氣的折射率之間的差異而發生變化。換言之，由于每次偏移調光単元都必須重新設置光路長度，所以透鏡的設置和曝光控制變得復雜。

發明內容
希望的是提供一種包括能夠在不改變光路長度的情況下進行低照度成像的調光単元的光學器件，以及使用該光學器件的成像裝置。本技術ー實施例的光學器件包括在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的単元；設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。在本技術的實施例的光學器件中，由于在ー個單元中彼此不同的區域中設置有可變透射率部分和光透射率高于可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分，所以能夠在拍攝圖像時根據亮度偏移所述單元，以將可變透射率部分、固定透射率部分或者可變透射率部分與固定透射率部分之間的分界附近的區域配置到光軸上。此外，除偏移所述單元外，還能夠將可變透射率部分配置在光軸上，并通過例如施加電壓來改變入射光的光透射率。本技術ー實施例的成像裝置包括成像元件和光學器件。所述光學器件包括在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的単元；設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。所述光學器件進行調光來進行成像。對于本技術的實施例的光學器件和成像裝置，由于在ー個單元中設置有可變透射率部分和光透射率高于可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分，所以能夠在低照度成像時偏移所述單元，來將具有更高光透射率的固定透射率部分配置到光軸上。因此，能夠在不改變光路長度的情況下進行低照度成像。應該明白的是，以上概略描述和以下詳細描述均是示例性的，并g在對所要求的技術提供進一步說明。


附圖被包括以實現進ー步理解本公開，并被組入以構成本說明書的一部分。附圖示出了實施例，并與說明書一起，用于說明本技術的原理。圖I是示出本公開ー應用示例的成像裝置的示例性外部構造的透視圖。圖2是示出圖I所示鏡筒裝置的示例性外部構造的透視圖。圖3是示出圖I所示鏡筒裝置等中的光學系統的示例性構造的示意圖。圖4A和4B是示出本公開第一實施例的調光單元(光學器件)的視圖。圖5是示出GH型液晶的最大光透射率與最小光透射率之間的示例性關系的視圖。圖6是示出圖I所示成像裝置中的控制處理部分等的示例性構造的框圖。圖7A-7C是用于描述圖4A和4B所示調光單元的操作的透視圖。圖8A和8B是用于描述比較示例的調光單元的操作的視圖。圖9A和9B是示出本公開第二實施例的調光單元(光學器件)的視圖。圖10A-10C是圖9A和9B所示隔斷部分的變型的截面圖。圖IlA和IlB是示出圖9A和9B所示層厚變化區域的變型的截面圖。圖12A-12C是用于描述圖9A和9B所示調光單元的操作的透視圖。圖13是示出在圖7A-7C所示調光單元的操作中光透射率和MTF的變化的視圖。圖14是示出在圖12A-12C所示調光單元的操作中光透射率和MTF的變化的視圖。圖15是示出在圖12A-12C所示調光單元的操作中的調光范圍的視圖。圖16是示出ND濾光器的示例性外部構造的透視圖。圖17是示出在圖16所示ND濾光器被偏移的情況下的光透射率和MTF的變化的視圖。圖18是圖9A和9B所示調光單元的ー個變型的截面圖。圖19A-19C是圖18所示調光單元的變型的截面圖。圖20A-20C是圖18所示調光單元的另ー變型的截面圖。
具體實施例方式以下將參考附圖具體描述本技術的實施例。描述將按下列順序進行。I.第一實施例(可變透射率部分的靠近固定透射率部分的面與光軸平行的光學器件的示例)
2.第二實施例(可變透射率部分的靠近固定透射率部分的面相對于光軸傾斜的光學器件的不例)3.變型例(在光軸方向上設置有多個可變透射率部分和固定透射率部分的光學器件的示例)[第一實施例][成像裝置I的整體構造]圖I是透視圖，示出了本公開第一實施例的光學器件(后述的光學器件5)所應用至的成像裝置(成像裝置I)的整體構造(外部構造)。成像裝置I是通過使用成像元件(后述的成像元件3)將物體的光學圖像轉換成電信號的數碼相機(數碼靜物相機)。如上所述地獲得的圖像信號(數字信號)可以被記錄在半導體記錄介質(未示出)中，并且在例如液晶顯示器等顯示裝置(未示出)上顯示。 在成像裝置I中，在本體部分10 (殼體)上設置有透鏡部分11、透鏡蓋12、閃光燈13和操作按鈕14。具體說，透鏡部分11、透鏡蓋12和閃光燈13設置在本體部分10的正面(Z-X平面)上，而操作按鈕14設置在本體部分10的上面(X-Y平面)上。成像裝置I還在本體部分10中包括具有上述透鏡部分11的鏡筒裝置2 (透鏡鏡筒裝置)、成像元件3和控制處理部分(后述的控制處理部分4)。除這些部件外，在本體部分10中還設置有電池、麥克風、揚聲器等(均未示出)。鏡筒裝置2可以是使輸入的圖像光的光路彎折以發射光的屈曲型(彎曲型)，也可以是光路為直線的可伸縮型。在彎折型的情況下，鏡筒裝置2的厚度能夠得到減小(Y軸方向上的厚度能夠得到減小)。鏡筒裝置2具有例如如圖2所示的外部構造。具體說，在鏡筒裝置2中，上述透鏡部分11設置在管狀構件20的上部(Z軸正方向的邊緣部)。透鏡部分11由物鏡(后述透鏡組21的一部分)和構成本體部分10的一部分的前框體110構成。成像元件3是檢測從鏡筒裝置2射出的圖像光以獲取圖像信號的元件。成像元件3由例如CCD (電荷耦合器件)和CMOS (互補金屬氧化物半導體)等成像傳感器構成。透鏡蓋12是用于從外部保護透鏡部分11的構件，并且能夠沿圖中虛線箭頭所示的Z軸方向偏移。具體說，當拍攝物體的圖像時，透鏡蓋12被置于透鏡部分11的下側，以使透鏡部分11暴露至外部。另ー方面，在拍攝圖像時以外的其它時間，透鏡蓋12被置于透鏡部分11上方，以防止透鏡部分11暴露于外部。這里，操作按鈕14由用于接通或者斷開成像裝置I的電源的電源按鈕14a、用于拍攝物體的記錄按鈕14b(快門按鈕)和用于對圖像信號進行預定的圖像模糊校正的手部移動校正按鈕14c構成。應該注意的是,除這些部件外(或者代替這些部件)，可以在本體部分10上設置用于進行其它操作的按鈕。[調光單元22的具體構造]如圖3所示，鏡筒裝置2包括透鏡組21和調光單元(dimming cell) 22，并且調光単元22設置在透鏡組21與成像元件3之間。本實施例的光學器件5由調光單元22和后述控制處理部分4的一部分構成，并且構造成進行一系列調光操作。下面參考圖4A和4B描述調光単元22。應該注意的是，圖4A和4B示意性地示出了調光單元22的構造，與實際尺寸和形狀不同。圖4A示出了調光單元22的平面構造，而圖4B示出了調光單元22的示例性截面構造(示例性Y-Z截面構造)。調光單元22是用于調節圖像光的量的元件，并且電氣地進行光量調節(調光)。調光單元22中，配置在連接透鏡組21與成像元件3的光軸L上的部分是調光部分22L(圖3)。調光單元22在單元殼體220中具有容納層221，并且容納層221設置有在光透射率上彼此不同的第一區域22k和第二區域22B。第一區域22k和第二區域22B在調光單元22中設置在沿與光軸L相交的方向(例如，沿正交方向)相鄰的位置處。第一區域22A設置有能夠根據電壓改變光透射率的可變透射率部分或者液晶部分221a，而第二區域22B設置有具有固定光透射率的固定透射率部分或者透明部分221b。在液晶部分221a與透明部分221b之間設置有隔斷部分222。第一區域22A的寬度(Y方向上的距離)與第二區域22B的寬度之間的比值沒有特別限制，在該調光単元22中，例如，第一區域22A與第二區域22B具有相同的寬度。附接在單元殼體220的外側上的電極223連接至控制處理部分4 (后述的液晶驅動部分47)。如圖4B所示，調光單元22具有層疊結構，其中依次設置有透明基板228a(第二透明基板)、透明電極227a、取向膜224a、包括液晶部分221a和透明部分221b的容納層221、取向膜224b、透明電極227b和透明基板228b (第一透明基板)。換言之，容納層221設置 在透明基板228a與透明基板228b之間。在透明基板228a、228b的外側(透明電極227a的相反側和透明電極227b的相反側)，分別設置有反射防止膜229a、229b。在取向膜224a與取向膜224b之間設置有分隔物225，因此液晶部分221a與透明部分221b在厚度(層疊方向上的厚度)上大致彼此相等。密封劑226構造成將液晶部分221a和透明部分221b封裝在調光單元22中，并且設置成覆蓋液晶部分221a和透明部分221b的側面。來自透鏡組21的光從透明基板228b側的面(光入射面)垂直地進入調光単元22，并穿過液晶部分221a或者透明部分221b。然后，光從與透明基板228b相反的透明基板228a側的面(光發射面)發射至成像元件3。具體說，從光入射方向觀察，液晶部分221a和透明部分221b設置在不同區域中；更具體地說，它們設置在隔著隔斷部分222彼此相鄰的區域中。液晶部分221a是含有液晶分子的層，并且在該構造中，液晶部分221a除液晶分子夕卜，還含有預定的ニ向色染料分子(為簡潔之故，在圖4B中，液晶分子和ニ向色染料分子整體示為“分子M”)。換言之，液晶部分221a是由含有ニ向色染料的GH型液晶構成的。GH型液晶根據施加電壓后液晶分子的縱向方向上的差異大致分成負型和正型。在正型的GH型液晶中，當未被施加電壓時，液晶分子的縱向方向垂直于光軸，而當被施加電壓時，液晶分子的縱向方向平行于光軸。另ー方面，在負型的GH型液晶中，相反地，當未被施加電壓時，液晶分子的縱向方向平行于光軸，而當被施加電壓時，液晶分子的縱向方向垂直于光軸。這里，染料分子沿與液晶分子相同的方向(取向)取向，因此，在正型的液晶被用作基體(host)的情況下，當未被施加電壓時，光透射率比較低(光發射側比較暗)，而當被施加電壓時，光透射率比較高(光發射側比較亮)。另ー方面，在負型的液晶被用作基體的情況下，相反地，當未被施加電壓時，光透射率比較高(光發射側比較亮)，而當被施加電壓時，光透射率比較低(光發射側比較暗)。在液晶部分221a由上述正型或者負型的液晶構成的任ー情況下，液晶部分221a能夠通過被施加的電壓值在預定范圍內改變光透射率。圖5示出了 GH型液晶的示例性調光范圍，橫軸表示最大光透射率)，而縱軸表示最小光透射率(％)。表示調光范圍的數值根據單元構造、基體液晶、或者染料性能等發生變化；然而，圖5所示曲線的趨勢適用于所有情況。在GH型液晶被制備成使得最小光透射率為O. 5%或者更低的情況下，最大光透射率大致為50%。當在成像裝置I中采用具有這種寬調光范圍的GH型液晶時，能夠增加光圈七段或更多。例如，即使在具有相當于F數為I. 8的亮度值的亮透鏡的情況下，F數也能夠增加至相當于F數為22的亮度值，因此不管場景有多亮，都能夠以高分辨率拍攝圖像，而不用改變曝光時間。自然地，根據GH型液晶的制備，能夠拍攝F數為30或更多的非常亮場景的圖像。然而，當在成像裝置I中使用具有比較低的最大光透射率的這種GH型液晶吋，由于最大光透射率為50%的GH型液晶的使用相當于預先設置了減光50%的濾光器的情況，所以透鏡的亮度降低。雖然其詳情在后面描述，但是由于調光單元22在本實施例中設置有透明部分221b，所以即使在例如F數為I. 8-2. 6左右的透鏡(或者亮透鏡)中，也能夠使用具有低最大光透射率的GH型液晶，并且同時維持亮度。即使當液晶部分221a的光透射率比較高時(在正型的情況下被施加電壓時；在負型的情況下未被施加電壓時)，透明部分221b也具有比液晶部分221a的光透射率更高的光透射率，并且光透射率優選為接近100%。為了使液晶部分221a和透明部分221b的光路長度實質上彼此相同，透明部分221b的折射率(Ne)與液晶部分221的折射率實質相同。具體說，優選的是透明部分221b的折射率Ne根據液晶部分221a的光透射率的變化而變化， 并且透明部分221b的折射率Ne為介于液晶部分221a的折射率的最大值Ne與最小值No之間的值(No ^Nc ^ Ne)。例如，液晶部分221a的折射率的最大值Ne是從分子M在縱向方向上的分子極化率得到的折射率，而最小值No是從分子M在短軸方向上的分子極化率得到的折射率。透明部分221b由例如添加有用于調節折射率的添加劑的樹脂材料制成。作為樹脂材料，可以使用用于粘結透鏡的粘結材料，例如環氧樹脂、丙烯酸類樹脂或者聚氨酯
坐寸ο隔斷部分222構造成防止液晶部分221a與透明部分221b彼此混合，并且設置在液晶部分221a與透明部分221b之間，以從取向膜224a延伸至取向膜224b。在本實施例中，隔斷部分222的截面(縱截面)為矩形形狀，并且方向平行于光軸し換言之，液晶部分221a的接近透明部分221b的面(對向面)平行于光軸し隔斷部分222由例如與下述取向膜224a、224b或者密封劑226等的材料相似的材料制成。隔斷部分222的寬度(Y軸方向上的距離)小于調光部分22L的寬度,并且為例如50 μ m。透明電極227a和227b各自是用于向液晶部分221a施加電壓(驅動電壓)的電極，并且由例如氧化銦錫(ITO)制成。透明電極227a、227b連接至電極223。應該注意的是，電極223的位置并不局限于電極223在圖4A中設置的位置。透明基板228a是用于支承透明電極227a和取向膜224a并且與透明基板228b —起封裝液晶部分221a和透明部分221b的基板。透明電極227b和取向膜224b被透明基板228b支承。透明基板228a、228b由例如無堿玻璃制成。密封劑226是用于從橫側封裝液晶部分221a和透明部分221b的構件，并且由例如環氧粘結材料和丙烯酸粘結材料等粘結材料制成。分隔物225是用于維持液晶部分221a和透明部分221b的單元間隙(厚度)恒定的構件，并且由例如預定的樹脂材料或者玻璃制成。液晶部分221a和透明部分221b的厚度為例如大致3 μ m-10 μ m。[控制處理部分4的框圖構造]接下來，描述上述控制處理部分4的構造。圖6示出了控制處理部分4的框圖構造，以及調光単元22和成像元件3。如下所述，控制處理部分4對在成像元件3中獲得的圖像信號進行預定的處理，并且對鏡筒裝置2中的調光單元22進行預定的反饋控制。控制處理部分4具有S/H-AGC電路41、A/D轉換部分42、圖像信號處理部分43、檢測部分44、微型電子計算機45、溫度傳感器46、液晶驅動部分47、調光單元移動控制部分48和調光單元移動動カ源49。S/H-AGC電路41是用于對成像元件3輸出的圖像信號進行S/Η(采樣保持)處理并且使用AGC(自動增益控制)功能進行預定的信號放大處理的電路。 A/D轉換部分42對S/H-AGC電路41輸出的圖像信號進行A/D轉換(模擬/數字轉換)處理，以生成作為數字信號的圖像信號。圖像信號處理部分43對A/D轉換部分42輸出的圖像信號(數字信號)進行預定的信號處理(例如像質改善處理)。受到以上信號處理的圖像信號被輸出至控制處理部分 4的外部(例如未示出的半導體記錄介質)。檢測部分44對A/D轉換部分42輸出的圖像信號(數字信號)進行預定的AE檢測，并輸出所得的檢測值。
溫度傳感器46是用于檢測調光単元22的溫度的傳感器，并且設置在調光單元22的附近(周緣區域)。應該注意的是，檢測到的調光單元22的溫度信息被輸出至微型電子計算機45。微型電子計算機45向液晶驅動部分47供給關于待施加至液晶部分221a的電壓值的控制信號，井向調光單元移動控制部分48供給關于調光單元22的移動方向和移動量的控制信號。具體說，液晶驅動部分47和調光單元移動控制部分48基于從檢測部分44供給的檢測值，設置對調光単元22的調光操作。另外，微型電子計算機45具有這樣的功能，即使用顯示預先保存在未示出的存儲部分(存儲器)中的“溫度與透射光量之間的對應關系”的數據，利用從溫度傳感器46輸出的調光單元22的溫度信息，進行預定的溫度校正(待施加電壓值的溫度校正)。液晶驅動部分47基于從微型電子計算機45供給的關于待施加電壓值的控制信號，進行液晶部分221a的驅動操作。具體說，液晶驅動部分47經由電極223在設置于調光単元22中的透明電極227a和227b之間施加設定的電壓。調光單元移動控制部分48基于來自微型電子計算機45的信號向調光單元移動動カ源49供給關于調光單元22的移動方向和移動量的控制信號，以將液晶部分221a、透明部分221b以及液晶部分221a與透明部分221b之間的分界附近的區域中的任ー個配置在調光部分22L處，然后調光單元移動動カ源49將調光単元22適當地偏移至最合適的位置。本實施例的光學器件5由調光單元22以及控制處理部分4的液晶驅動部分47、調光單元移動控制部分48和調光單元移動動カ源49構成。[成像裝置I的功能和效果](I.圖像拍攝操作)在成像裝置I中，當圖I所示操作按鈕14被用戶操作時，用于拍攝物體的圖像的操作得以進行，以獲得圖像(圖像數據)。具體說，如圖I-圖3所示，首先，圖像光經由透鏡部分11進入鏡筒裝置2，然后沿光軸L穿過透鏡組21和調光單元22。然后，圖像光發射至成像元件3，以被檢測到。控制處理部分4對如此在成像元件3中獲得的圖像信號進行預定的信號處理。另外，基于所得的圖像信號，控制處理部分4對設置于鏡筒裝置2中的調光單元22進行上述的預定反饋控制。這時，調光單元22在液晶部分221a和透明部分221b排列的方向(Y軸方向)上發生偏移，并且，根據待拍攝場景的亮度，如圖7A-7C所示，使透明部分221b (圖7A)、液晶部分221a與透明部分221b之間的分界附近的區域(圖7B)和液晶部分221a(圖7C)之一配置在調光部分22L處。在以下描述中，將透明部分221b被配置在調光部分22L處的狀態表示為P1，將液晶部分221a與透明部分221b之間的分界附近的區域被配置在調光部分22L處的狀態表示為P2，而將液晶部分221a被配置在調光部分22L處的狀態表示為P3。在調光單元22被置于狀態P1、P2和P3之一后，從反射防止膜229b側輸入的圖像光穿過液晶部分221a和透明部分221b，然后，圖像光從反射防止膜229a側射出。另外，在狀態P2或P3中，當向液晶部分221a施加預定電壓(驅動電壓)時，分子M(液晶分子和染料分子)的取向方向(縱向方向)發生變化，并且據此，穿過液晶部分221a的圖像光的量也發生變化。換言之，通過調節調光單元22的配置位置和驅動電壓，能夠調節穿過調光単元22整體的圖像 光的量。因此，在鏡筒裝置2中進行了對圖像光量的調節(調光)。(2.調光單元22的功能)通過使用比較示例來具體地描述調光単元22的特性部分的功能。圖8A和SB示出了比較示例的成像裝置100的構造，并且成像裝置100包括只由GH型液晶部分構成的調光單元122。在成像裝置100中，在有必要調光的亮場景等情況下，如圖8A所示將調光単元122配置在光軸L上，而在不必調光的暗場景等拍攝圖像的情況下(低照度成像時)，調光單元122如圖SB所示完全地偏離光軸し通過以這種方法偏移調光単元122，能夠防止透鏡的亮度因具有低最大光透射率的GH型液晶而下降。然而，由于調光単元122的液晶部分與空氣之間的折射率差異，在成像裝置100中，圖8A所示情況的光路長度與圖8B所示情況的光路長度彼此不同。由于該原因，必須在毎次偏移調光單元122時重新設置光路長度，因此，透鏡的配置和曝光控制變得復雜。另外，在偏離光軸L (圖SB)的調光單元122被配置到光軸L上(圖8A)時的瞬間，產生光的衍射，因此使得分辨率惡化。這種由邊緣部產生的衍射可以通過増加移動操作的速度得到減小；然而，在該情況下致動器的尺寸増大。為了在不改變光路長度的情況下進行調光，可以想到的是在圖SB的情況下，単獨于調光単元122地插入虛擬玻璃(dummy glass)。然而，由于在該構造中，使用了兩個部分即調光単元122和虛擬玻璃來進行操作，所以控制變得更復雜，這就成本而言也是不利的。另外，用于安裝驅動用致動器的空間也可能増大。另ー方面，在本實施例的光學器件5中，各調光單兀22設置有液晶部分221a和光透射率高于液晶部分221a的光透射率的透明部分221b。液晶部分221a和透明部分221b具有大致相同的光路長度(厚度和折射率)。因此，在不改變光路長度的情況下，根據待拍攝場景的亮度，能夠廣泛地進行調光。如圖7A-7C所示，在調光單元22中，基于來自調光單元移動控制部分48的控制信號，在不必調光的低照度成像的情況下，調光單元移動動カ源49將透明部分221b配置在調光部分22L處，如Pl (圖7A)所示，以使圖像光穿過透明部分221b。在有必要調光的情況下，調光單元移動動カ源49將調光單元22配置在調光部分22L處，如P2 (圖7B)或者P3 (圖7C)所示，以使圖像光穿過液晶部分221a。由于，在一個調光単元22中，液晶部分221a和透明部分221b具有大致相同的厚度和折射率，所以光路長度在狀態P1-P3中的任一個狀態下均不發生變化。另外，由于液晶部分221a和透明部分221b設置在一個調光単元22中，所以不存在由于在單元的邊緣部處的衍射而惡化分辨率的風險，并且不必需要用于增加偏移速度的大致動器。此外，由于只需要控制一部分(調光単元22)，所以能夠輕松地設計機構和控制系統，并且能夠降低用于致動器的安裝空間和成本。如上所述，在本實施例的成像裝置I中，液晶部分221a和透明部分221b (第二區域22B)在調光單元22中設置成彼此相鄰，因此，在低照度成像時，可以通過偏移調光單元22來將光透射率大致為100%的透明部分221b配置在調光部分22L處。因此，即使當液晶部分22Ia由具有低最大光透射率的GH型液晶構成時，透鏡的亮度也能夠得到維持，并且能夠在不改變光路長度的情況下進行低照度成像。以下，描述另ー實施例和變型例，應該注意的是，相同附圖標記被給予與第一實施例的部件相同的部件，并且適當地省略其描述。 [第二實施例]圖9A和圖9B分別示意性地示出了構成第二實施例的光學器件(光學器件5)的調光單元(調光單元23)的示例性平面構造和示例性截面構造(示例性Y-Z截面構造)。調光單元23不同于上述第一實施例之處在干，液晶部分221a的接近透明部分221b的面相對于光軸L是傾斜的。在調光單元23中，液晶部分221a在接近第二區域22B的ー側具有層厚變化區域22A-1。層厚變化區域22A-1外的液晶部分221a的厚度是均勻的，然而，在層厚變化區域22A-1中，液晶部分221a的厚度隨著接近透明部分221b而降低。根據液晶部分221a的厚度差異，液晶部分221a的接近透明部分221b的面相對于光軸L傾斜。雖然層厚變化區域22A-1的寬度(Y軸方向上的距離)和傾斜角可以任意地設計，但是如果層厚變化區域22A-1的寬度極小(例如，數十微米)，則下面描述的層厚變化區域22A-1的效果可能不能充分地獲得，因此層厚變化區域22A-1的寬度最好為單元有效區域寬度(數毫米)。単元有效區域寬度取決于成像器的尺寸和設置位置，例如，在成像器為16M的DSC(數碼靜物相機)的情況下，単元有效區域寬度大致為7mm。本實施例的隔斷部分222k的截面為梯形形狀，并且厚度隨著趨向液晶部分221a的層厚均勻的部分而降低。液晶部分221a的厚度在層厚變化區域22A-1中發生變化，以對應于隔斷部分222k的厚度變化。換言之，液晶部分221a的厚度變化通過隔斷部分222k的厚度來調節。只要液晶部分221a的厚度是逐漸變化的，隔斷部分222k的截面形狀并不局限于梯形形狀；例如，厚度可以如圖IOA和圖IOB所示以二次曲線形式發生變化，也可以如圖IOC所示以樓梯狀形式(臺階狀形式)發生變化。為了使層厚變化區域22A-1中的液晶部分221a取向成期望狀態，隔斷部分222A最好由取向膜構成。這樣的隔斷部分222A可以通過切割取向膜調節厚度來形成。另外，層厚變化區域22A-1并不局限于由隔斷部分222k的厚度差形成的區域。例如，如圖IlA所示，可能的是透明部分221b的接近液晶部分221a的面形成為相對于光軸L傾斜，而在透明部分221b與液晶部分221a之間設置具有均勻厚度的隔斷部分222A。此外，如圖IlB所示，調光單元23可以構造成沒有隔斷部分222A。
同樣在本實施例的調光單元23中，可以進行與調光單元22中的調光操作類似的調光操作。如圖12A-12C所示，根據待拍攝場景的亮度，將第二區域22B (圖12A)、層厚變化區域22A-1 (圖12B)和液晶部分221a的層厚是均勻的那部分的第一區域22A(圖12C)之一配置在調光部分22L處。類似于圖7A-7C，將第二區域22B被配置在調光部分22L處的狀態表示為Pl，將層厚變化區域22A-1被配置在調光部分22L處的狀態表示為P2，并將液晶部分221a的層厚是均勻的那部分的第一區域22A被配置在調光部分22L處的狀態表示為P3。在調光單元23被置于狀態P1、P2和P3之一后，從反射防止膜229b側輸入的圖像光穿過液晶部分221a和透明部分221b，然后，圖像光從反射防止膜229a側射出。另外，在狀態P2或P3中，當向液晶部分221a施加預定電壓(驅動電壓)時，分子M(液晶分子和染料分子)的取向方向(縱向方向)發生變化，并且據此，穿過液晶部分221a的圖像光的量也發生變化。在本實施例中，在狀態P2下進行的調光與上述第一實施例(圖7B)中的不同。圖13示意性地示出了上述第一實施例的調光單元22在狀態P1-P3下的光透射率和MTF (調制傳遞函數)的變化。MTF是分辨率的指標，MTF的數值越大，分辨率越好。調光單元22的光 透射率在狀態Pl下大致為100% (約98% )，而在狀態P3下，在液晶部分221a由圖5所示具有50%的最大光透射率的GH型液晶構成的示例性情況下，即使液晶部分221a的光透射率處于高狀態(在分子M屬于負型的情況下被施加電壓時；在分子M屬于正型的情況下未被施加電壓時)，調光單元22的光透射率為50%。具體說，當調光單元22從狀態Pl偏移至狀態P3吋，穿過調光単元22的光的透射率從大致100%急劇下降至50%，因此難以將調光單元22的光透射率調節到100%與50%之間。另外，當調光單元22從狀態Pl偏移至狀態P2時，成像裝置I的快門速度于是加倍，因此可能生成不自然的圖像。此外，在從狀態Pl向狀態P3偏移的中途的狀態P2拍攝的圖像，或者通過穿過液晶部分221a與透明部分221b之間的分界附近的區域的圖像光拍攝的圖像，由于明暗對比(光透射率的差異)而可能是不自然的圖像，這在拍攝動態圖像時尤其顯著。此外，當在調光單元22的狀態P2下拍攝圖像吋，MTF也由于明暗對比而降低數個百分比或更多。另ー方面，在本實施例的調光單元23中，液晶部分221a的厚度在層厚變化區域22A-1中朝透明部分221b逐漸降低，光透射率的變化如圖14所示即使在狀態P2下也是漸變的。當液晶部分221a處于高光透射率狀態(例如，50%的光透射率)時，光透射率在從狀態Pl向狀態P3偏移的中途的狀態(狀態P2)下從98%逐漸變化到50%，因此能夠將調光單元23的光透射率調節至98%到50%之間。通過光透射率在液晶部分221a與透明部分221b之間的無縫變化，在液晶部分221a與透明部分221b之間不生成明暗對比，并且，SP使在狀態P2下，也能夠在拍攝動態圖像時在不改變快門速度的情況下獲得自然的圖像。另夕卜，作為其物理性能，在狀態P2建立的瞬間，相位差和光量差被組合，以略微降低MTF。然而，與圖13所示調光單元22的情況相比，能夠抑制MTF的降低率。不用說的是，調光單元23在狀態P2下也能夠改變光透射率。圖15示出了狀態P1-P3下的調光范圍。例如，在狀態P2，當最大透射率為大致80%時，最小光透射率能夠降低至大致15%。這在例如以下情況下是有用的當攝影者移動至具有不同亮度值的另一位置時，想在不等待調光單元23的偏移的狀態下拍攝圖像。例如，在攝影者想在從黑暗位置移動至明亮位置后立即拍攝圖像的情況下，在從狀態Pl向狀態P3偏移的中途的狀態P2下停止調光單元23的偏移，并通過調節待施加的電壓值，在盡可能抑制液晶部分221a的光透射率的狀態下，開始成像。通過盡可能抑制曝光時間，能夠進一歩降低光量。在這種情形下，分子M的取向變化得比調光單元23的偏移快，所以能夠在盡可能抑制MTF的降低的同時進行成像。另ー方面，可以想到的是通過代替使用液晶的上述調光單元(調光単元22、23)，使用具有透明部分的漸變ND (中性密度)濾光器101 (見圖16)來進行調光。然而，與液晶部分221a不同，漸變ND濾光器如圖17所示難以在狀態P2和P3下改變光透射率。如果組合使用機械光闌，則能夠在狀態P2和P3下改變光透射率；然而，MTF則會極大地降低。另夕卜，可以通過盡可能降低曝光速度調節光量來進行成像；然而，在該情況下，極有可能生成曝光惡化的圖像。此外，在漸變ND濾光器101的情況下，只是通過控制位置來進行光透射率的調節，因此難以精細地進行調光，并且實際上難以制造最小光透射率為與GH型液晶相當的O. 5%或者更低的漸變ND濾光器101。如上所述，由于第二實施例的調光單元23設置有層厚變化區域22A-1，所以光透 射率的變化在從狀態Pl向狀態P3偏移的中途的狀態(狀態P2)下是漸變的。因此，例如，當在液晶部分221a中使用最大光透射率為50%而最小光透射率為O. 5%或者更低的GH型液晶時，通過調節施加電壓的時機以及偏移調光單元23的時機，能夠在調光単元23中將光透射率無縫地調節至100%到O. 5%或者更低之間。另外，當在狀態P2下拍攝圖像時，能夠抑制由于液晶部分221a與透明部分221b之間的明暗對比而發生的圖像的不自然性和MTF的降低。[變型例]圖18示意性地示出了上述第二實施例的變型例的調光單元23A的示例性截面構造。與液晶部分和透明部分各自具有一個層的(單層)結構(液晶部分221a和透明部分221b)的調光單元23不同，在調光單元23A中，液晶部分和透明部分各自具有雙層結構(多個層)。具體說，調光単元23A具有這樣的層疊結構，其中依次設置有透明基板228a、透明電極227a、取向膜224a、液晶部分221a或者透明部分221b (容納層221)、取向膜224b、透明電極227b、透明基板228、透明電極227a、取向膜224a、液晶部分221a或者透明部分221b、取向膜224b、透明電極227b和透明基板228b。換言之，在調光單元23A中，在光軸L的行進方向上配置有多個(兩個)液晶部分221a和透明部分221b (容納層221)。類似于調光単元23，同樣在調光単元23A中，液晶部分221a和透明部分221b通過截面為梯形形狀的隔斷部分222k分開，并且液晶部分221a具有層厚變化區域22A-1。在液晶部分221a和透明部分221b的橫側設置有密封劑226和分隔物225。類似于調光單元22，用作液晶部分221a的兩個層均由含有ニ向色染料的賓主型液晶構成，并且用作透明部分221b的兩個層的光透射率均為大致100%。同樣在調光単元23A中，可以進行與調光單元23中的調光操作類似的調光操作。應該注意的是，由于在調光単元23A中層疊有兩個液晶部分221a這一事實，還獲得了以下效果。首先，通常，在GH型液晶中，當染料溶解于作為基體的液晶中時，在染料的類型和溶解量上有限制，并且已知的是調光単元的調光范圍被限制到一定程度。這里，當使用具有一定濃度的GH型液晶時，雖然能夠通過増大液晶部分的單元間隙(増大厚度)來增大調光范圍，但是單元間隙的增大對液晶的反應速度產生不利影響(液晶的反應速度降低)。另ー方面，由于本變型例的調光單元23A由上述具有雙層結構的液晶部分221a構成，所以能夠增大調光范圍，同時不改變液晶部分自身的單元間隙(厚度)(無變化)，并且同時維持液晶的反應速度(不降低)。只要液晶部分221a和透明部分221b均層疊成彼此重疊，液晶部分221a的接近透明部分221b的面可以沿任何方向傾斜。例如，兩個液晶部分221a的傾斜方向可以彼此相同，如圖19A和圖19B所示，也可以彼此相反，如圖18和圖19C所示。另外，層厚變化區域22A-1的寬度在液晶部分221a之間可以不同，如圖20A所示，并且層厚變化區域22A-1的位置在液晶部分221a之間可以不同，如圖20B所示。此外，不必對所有層都設置層厚變化區域22A-1，可以使未設置層厚變化區域22A-1的液晶部分221a與設置有層厚變化區域22A-1的液晶部分221a層疊，如圖20C所示。應該注意的是，雖然在本實施例中描述了液晶部分221a和透明部分221b具有雙 層結構的情況，但這并不是限制性的，液晶部分221a和透明部分221b可以在調光単元中具有三層或者更多層的結構。[其它變型例]以上，雖然基于實施例和變型例描述了本技術，但是本技術絕不局限于上述實施例等，可以做出各種變型。例如，雖然圖18示出了層疊有各自設置有圖9A和9B所示層厚變化區域22A-1的液晶部分221a的構造，但是在光軸L的方向上層疊各自具有圖4A和4B所示均勻厚度的多個液晶部分221a(調光単元22)的構造也是可能的。另外，雖然在上述實施例等中描述了在調光單元22中液晶部分221a和透明部分221b在中間隔著隔斷部分222的狀態下設置成彼此相鄰的示例性情況，也可以在液晶部分221a與透明部分221b之間設置另ー個層。此外，例如，雖然在上述實施例等中描述了使用GH型液晶的調光單元的示例性情況，但是這并不是限制性的，也可以使用使用除GH型液晶外的其它液晶的液晶部分221a，例如高分子分散型液晶(高分子分散液晶)。此外，代替液晶，可以使用例如電致變色元件、熱致變色元件和光致變色元件等能夠改變光透射率的元件。此外，雖然在上述實施例等中具體地描述了例如鏡筒裝置和成像裝置等部件(光學系統)，但是并非必須包括所有部件，此外，也可以進一歩包括其它部件。應該注意的是，雖然在上述實施例等中作為成像裝置例示的數碼靜物相機，但是本技術也可以適用于例如攝像機和TV相機等成像裝置，以及具有調光單元的各種裝置，包括光閥、反射性顯示體或者光學切換元件等。本技術可以構造成如下。(I)、ー種光學器件，包括在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的單元；設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。(2)、如(I)所述的光學器件，其中所述可變透射率部分由液晶部分構成，而所述固定透射率部分由透明部分構成。(3)、如(2)所述的光學器件，其中所述液晶部分的接近所述透明部分的面平行于光軸。(4)、如(2)或(3)所述的光學器件，其中所述液晶部分的接近所述透明部分的面相對于光軸傾斜。(5)、如(1)-(4)中的任一項所述的光學器件，其中所述第一區域與所述第二區域被隔斷部分分隔開。(6)、如(5)所述的光學器件，其中所述隔斷部分由取向膜構成。
(7)、如(2)- )中的任一項所述的光學器件，還包括単元移動控制部分，所述單元移動控制部分沿所述液晶部分與所述透明部分的排列方向偏移所述單元，并且將所述液晶部分、所述透明部分或者所述液晶部分與所述透明部分之間的分界附近的區域配置在光軸上。(8)、如(2)-(7)中的任一項所述的光學器件，其中所述液晶部分與所述透明部分具有實質上相同的折射率。(9)、如(2)-(8)中的任一項所述的光學器件，其中所述透明部分的折射率為介于所述液晶部分的折射率的最大值與最小值之間的值，所述液晶部分的折射率根據所述液晶部分的光透射率的變化發生變化。(10)、如(2)-(9)中的任一項所述的光學器件，其中沿光軸分別排列有多個液晶部分和多個透明部分。(11)、如(2)-(10)中的任一項所述的光學器件，其中所述液晶部分由含有ニ向色染料的賓主(GH)型的液晶構成。(12)、一種成像裝置，包括成像元件和光學器件，所述光學器件包括在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的單元；設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。本公開包含與2011年3月31日在日本專利局提交的日本優先權專利申請JP2011-078494所公開的主題有關的主題，其全部內容通過引用并入本文。本領域的技術人員應該了解的是，在所附權利要求書或其等同方案的范圍內，可根據設計要求和其它因素做出各種修改、組合、子組合和變更。
權利要求
1.一種光學器件，包括 在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的單元； 設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和 從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。
2.如權利要求I所述的光學器件，其中，所述可變透射率部分由液晶部分構成，而所述固定透射率部分由透明部分構成。
3.如權利要求2所述的光學器件，其中，所述液晶部分的接近所述透明部分的面平行于光軸。
4.如權利要求2所述的光學器件，其中，所述液晶部分的接近所述透明部分的面相對于光軸傾斜。
5.如權利要求I所述的光學器件，其中，所述第一區域與所述第二區域被隔斷部分分隔開。
6.如權利要求5所述的光學器件，其中，所述隔斷部分由取向膜構成。
7.如權利要求2所述的光學器件，還包括單元移動控制部分，所述單元移動控制部分沿所述液晶部分與所述透明部分的排列方向偏移所述單元，并且將所述液晶部分、所述透明部分或者所述液晶部分與所述透明部分之間的分界附近的區域配置在光軸上。
8.如權利要求2所述的光學器件，其中，所述液晶部分與所述透明部分具有實質上相同的折射率。
9.如權利要求8所述的光學器件，其中，所述透明部分的折射率為介于所述液晶部分的折射率的最大值與最小值之間的值，所述液晶部分的折射率根據所述液晶部分的光透射率的變化發生變化。
10.如權利要求2所述的光學器件，其中，沿光軸分別排列有多個液晶部分和多個透明部分。
11.如權利要求2所述的光學器件，其中，所述液晶部分由含有二向色染料的賓主型的液晶構成。
12.—種成像裝置，包括成像元件和光學器件，所述光學器件包括 在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的單元； 設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和 從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。
全文摘要
本技術提供了包括能夠在不改變光路長度的情況下進行低照度成像的調光單元的光學器件，以及使用該光學器件的成像裝置。所述光學器件包括在設置于光入射側的第一透明基板與設置于光出射側并且面對所述第一透明基板的第二透明基板之間具有容納層的單元；設置在所述容納層的第一區域中并且允許光透射率在預定范圍內變化的可變透射率部分；和從光入射側觀察設置在不同于所述第一區域的第二區域中并且光透射率高于所述可變透射率部分的光透射率的固定透射率部分。
文檔編號G02F1/1337GK102736279SQ20121008038
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月23日 優先權日2011年3月31日
發明者海部敬太 申請人:索尼公司