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技術 非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置

出願人 財團法人工業技術研究院
発明者 洪錫源
出願日 1994年2月15日 (27年10ヶ月経過) 出願番号 1994-052441
公開日 1995年9月12日 (26年3ヶ月経過) 公開番号 1995-239493
状態 拒絶査定
技術分野 カメラの露出制御 光の変調 カメラの絞り カメラのシャッター 液晶1(応用、原理)
主要キーワード 円錐運動 バネシリンダ 手動操作方式 機械的制限 応用実施 電磁制御装置 電磁機械 シャッター設定
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年9月12日)のものです。
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図面 (10)

目的

液晶ガラス片を光門(Light gate)として同時に進光強度と露光時間を制御し、並びに多くの操作方式を有して異なる使用習慣及び撮影需要に応じる非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置を提供すること。

構成

一つのマイクロスイッチを光電測光器と結合し、一つの液晶スイッチ素子を駆動し、電界を加えるか否かにより液晶片の透光あるいは不透光を制御し、カメラのシャッター機能を達成し、並びに加える偏圧の大きさにより、液晶片の透光率を制御し、カメラの絞り機能を達成し、使用者が選択可能な多種の操作方式を提供する。

概要

背景

カメラ撮影過程において、その原理は、フィルム上のハロゲン化銀エマルジョン層光学レンズからの光学撮像を受け取ることに基づき、化学反応により発生する変化を進行し、最後に暗室処理を経て後、撮影した影像写真を得ることができる。光線の強さは、直接フィルムの露光程度に影響し、このため、カメラ構造中には、等しく2つの重要な装置が設けられている。すなわち、絞りシャッターである。そのうち絞りは入射光強度の制御に、シャッターは露光時間の制御に用いられる。

現在使用されているカメラはすべて複雑な機械機構を採用し、並びに電磁制御によるシャッターと絞りの作動を組み合わせている。従来の絞り(10)は、多条状の重なり合った薄片(11)からなり(図1参照)、この薄片(10)はリング(12)上にピンで止められ、円形に類似した口径(13)を形成する。リング(12)の相対的な回転により、シャッターの口径(13)の大きさを変化させることができ、よって進光面積を制限し、進光量を制御する。

従来のシャッターは、2類に分けることができる。すなわち、レンズ式シャッター(Lens Shutter)と、焦平面式シャッター(Focal Plane Shutter)である。そのうち、レンズ式シャッター(20)と絞りは似た構造を有し(図2参照)、共に、レンズ端に位置し、多数の花弁式の金属製の薄片(21)からなり、各薄片(21)は、共にリング(23)上にヒンジ(23)で連接する。露光過程においては、薄片(21)は皆、中央から外に向かって開き、円形に近い開口を形成し、その後、再び原状に戻る。このようにシャッターが開く一瞬の間に、フィルムは露光する。

上記焦平面式シャッター(30)は、カメラボディー中にフィルムに出来るだけ接近して設置(図3参照)され、主に、2片のシャッタースクリーンから構成され、シャッターボタンを押すと同時に、第1スクリーン(A)がフィルム、開口を横切り、第2スクリーン(B)がその後を移動し、2片のスクリーン間に形成される一本の細長い隙間(C)により、フィルムは一部、また一部と露光する。(t1→t2→t3)。

以上述べた従来の絞り及びシャッターの作動方式は、構造が設計上複雑であることのほかに、実際の使用上、以下に述べるような若干の欠点を有し、最良の効果を提供できるものではなかった。

まず、絞りはレンズに進入する光量を制御するほか、撮影作品被写界深度(Depth of field)、すなわち写真中の被写体面前後の写真画像として鮮明に撮影することができる範囲、を変えることができる(図4参照)。大きな絞りを採用する時は、被写界深度は非常に短く(Dの如く)なり得て、もしこの時絞りを小さく調整すると、被写界深度を大きくすることができる(Eの如く)。しかしながら、小数の特殊な効果を得る場合以外は、一般大衆は写真を撮るときに、遠近が全て明晰な写真を望み、このため、従来の絞りの被写界深度の変化及び制限は、大衆を撮影時に困惑させることとなった。言葉を変えれば、理想的なカメラは、十分な被写界深度が得られて、絞りの開口の大きさを変える設計を必要としないものであるということである。

さらに、上記機械式シャッターの駆動は複雑な電磁制御装置或いはバネシリンダによる阻滞系統により達成され、レンズ式シャッターでは、葉片及び機構質量の慣性の制限を受け、高速シャッター効果を達成することは難しかった。かつ毎単位時間あたりの露光量は不均一であった。このほか、焦平面式シャッターを使用する状況においては、一枚のフィルムは異なる部分は同時に露光されず、かつスクリーンは静止状態から加速される非等速移動を行うため、フィルム上の有効露光量は不均一であり、これが快速運動の影像の欠点であった。

さらに、機械式シャッターはその種類を問わず、構造において精密、複雑であり、故障しやすいほか、機械的制限を受け、シャッター動作の時間及び速度は正確ではなかった。さらにフラッシュを併用するときは、また完全に同調するのが難しく、特にフラッシュの機械的動作は多くの騒音を発生し、使用において、予想外の困惑を来す。

以上から、現在撮影界では、機械式絞り及びフラッシュの欠点を克服する設計を有し、最も簡単で、経済的な構造により、正確に露光し、機械運動無しで、騒音を発生せず、かつ高速撮影が可能である等の性能を達成することが求められていた。

一方、液晶に関して言えば、近年来、液晶は、その重量の軽さ、消耗電力の少なさ、反応速度の速さなどの各種特徴を有し、各種の異なる領域で広く使用されるようになったが、そのうち反強誘電性液晶AFLC:Anti−Ferroelectric Liquid Crystal)及び、強誘電性液晶FLC:Ferroelectric Liquid Crystal)等の材料がもっとも光学機構での使用に適している。たとえば、米国特許第4591886号では、この類の液晶光学スイッチ素子を、光源可動感光面の間に設置し、液晶の透光あるいは不透光により、これを光学プリンタ制御信号となしている。

概要

液晶ガラス片を光門(Light gate)として同時に進光強度と露光時間を制御し、並びに多くの操作方式を有して異なる使用習慣及び撮影の需要に応じる非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置を提供すること。

一つのマイクロスイッチを光電測光器と結合し、一つの液晶スイッチ素子を駆動し、電界を加えるか否かにより液晶片の透光あるいは不透光を制御し、カメラのシャッター機能を達成し、並びに加える偏圧の大きさにより、液晶片の透光率を制御し、カメラの絞り機能を達成し、使用者が選択可能な多種の操作方式を提供する。

目的

本発明は、液晶スイッチ素子の透光と不透光の特性を利用し、従来の機械式或いは電磁式のカメラシャッター及び絞りに代わる、非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

一つの光電測光器、マイクロプロセッサ液晶駆動回路、及び液晶スイッチ素子等を含み、上記光電測光器から撮影環境明度状況を一つの上記マイクロプロセッサに入力し、運算処理を経た後、一つの上記液晶駆動回路で液晶が加える偏圧の大きさ及び転換周期を決定し、これにより、液晶スイッチ素子透光率及び透光時間を制御し、よって絞り及びシャッターの機能を果たすことを特徴とする、非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置

請求項2

液晶スイッチ素子は、強誘電性及び反誘電性の液晶を材料とすることを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置。

請求項3

液晶スイッチ素子は、フィルムの前に取り付けてもよく、液晶焦平面式シャッター及び絞りを形成することを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置。

請求項4

液晶スイッチ素子は、レンズの前に取り付けてもよく、液晶レンズ式シャッター及び絞りを形成することを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置。

請求項5

液晶スイッチ素子は、単独でカメラシャッターとして使用してもよく、もって従来の絞り操作と組み合わせることを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置。

請求項6

液晶スイッチ素子は、単独でカメラの絞りとして使用してもよく、もって従来のシャッター操作と組み合わせることを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置。

請求項7

使用者により以下のうち一つの操作方式を選択する;(イ)自動操作方式:まず、フィルムASA感光度の測定或いは設定を行い、並びに自動測定で得た光明度により、適当な液晶の加える偏圧或いは転換周期を決定する;(ロ)二重操作方式:まず、フィルムASA感光度の測定或いは設定を行い、その後、使用者によりさらにシャッター或いは絞りの設定の選択を行い、もって適当な液晶の加える偏圧或いは転換周期を決定する;(ハ)手動操作方式:使用者が行うシャッター及び絞りの設定により、適当な液晶の加える偏圧或いは転換周期を決定する;以上の操作方式の選定により決定した液晶の加える偏圧により液晶の透光率を変化させ、カメラの絞り機能とし、選定した操作方式が決定する外から加える電界の転換周期により、液晶透光時間を制御し、カメラシャッターの機能となすことを特徴とする、非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法

請求項8

二重操作方式において、シャッター設定の選択は、シャッター先優先統を形成することができることを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法。

請求項9

二重操作方式において、絞り設定の選択は、絞り優先系統を形成することができることを特徴とする、請求項1に記載の非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法。

技術分野

0001

考案は、一種の非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置に関し、特に一種の、液晶技術を利用し、もって照像時の進光量と露光時間を電圧制御し、よって高速撮影、正確な露光、無騒音無機運動などの効果を達成する、非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置に関する。

背景技術

0002

カメラの撮影過程において、その原理は、フィルム上のハロゲン化銀エマルジョン層光学レンズからの光学撮像を受け取ることに基づき、化学反応により発生する変化を進行し、最後に暗室処理を経て後、撮影した影像写真を得ることができる。光線の強さは、直接フィルムの露光程度に影響し、このため、カメラ構造中には、等しく2つの重要な装置が設けられている。すなわち、絞りとシャッターである。そのうち絞りは入射光強度の制御に、シャッターは露光時間の制御に用いられる。

0003

現在使用されているカメラはすべて複雑な機械機構を採用し、並びに電磁制御によるシャッターと絞りの作動を組み合わせている。従来の絞り(10)は、多条状の重なり合った薄片(11)からなり(図1参照)、この薄片(10)はリング(12)上にピンで止められ、円形に類似した口径(13)を形成する。リング(12)の相対的な回転により、シャッターの口径(13)の大きさを変化させることができ、よって進光面積を制限し、進光量を制御する。

0004

従来のシャッターは、2類に分けることができる。すなわち、レンズ式シャッター(Lens Shutter)と、焦平面式シャッター(Focal Plane Shutter)である。そのうち、レンズ式シャッター(20)と絞りは似た構造を有し(図2参照)、共に、レンズ端に位置し、多数の花弁式の金属製の薄片(21)からなり、各薄片(21)は、共にリング(23)上にヒンジ(23)で連接する。露光過程においては、薄片(21)は皆、中央から外に向かって開き、円形に近い開口を形成し、その後、再び原状に戻る。このようにシャッターが開く一瞬の間に、フィルムは露光する。

0005

上記焦平面式シャッター(30)は、カメラボディー中にフィルムに出来るだけ接近して設置(図3参照)され、主に、2片のシャッタースクリーンから構成され、シャッターボタンを押すと同時に、第1スクリーン(A)がフィルム、開口を横切り、第2スクリーン(B)がその後を移動し、2片のスクリーン間に形成される一本の細長い隙間(C)により、フィルムは一部、また一部と露光する。(t1→t2→t3)。

0006

以上述べた従来の絞り及びシャッターの作動方式は、構造が設計上複雑であることのほかに、実際の使用上、以下に述べるような若干の欠点を有し、最良の効果を提供できるものではなかった。

0007

まず、絞りはレンズに進入する光量を制御するほか、撮影作品被写界深度(Depth of field)、すなわち写真中の被写体面前後の写真画像として鮮明に撮影することができる範囲、を変えることができる(図4参照)。大きな絞りを採用する時は、被写界深度は非常に短く(Dの如く)なり得て、もしこの時絞りを小さく調整すると、被写界深度を大きくすることができる(Eの如く)。しかしながら、小数の特殊な効果を得る場合以外は、一般大衆は写真を撮るときに、遠近が全て明晰な写真を望み、このため、従来の絞りの被写界深度の変化及び制限は、大衆を撮影時に困惑させることとなった。言葉を変えれば、理想的なカメラは、十分な被写界深度が得られて、絞りの開口の大きさを変える設計を必要としないものであるということである。

0008

さらに、上記機械式シャッターの駆動は複雑な電磁制御装置或いはバネシリンダによる阻滞系統により達成され、レンズ式シャッターでは、葉片及び機構質量の慣性の制限を受け、高速シャッター効果を達成することは難しかった。かつ毎単位時間あたりの露光量は不均一であった。このほか、焦平面式シャッターを使用する状況においては、一枚のフィルムは異なる部分は同時に露光されず、かつスクリーンは静止状態から加速される非等速移動を行うため、フィルム上の有効露光量は不均一であり、これが快速運動の影像の欠点であった。

0009

さらに、機械式シャッターはその種類を問わず、構造において精密、複雑であり、故障しやすいほか、機械的制限を受け、シャッター動作の時間及び速度は正確ではなかった。さらにフラッシュを併用するときは、また完全に同調するのが難しく、特にフラッシュの機械的動作は多くの騒音を発生し、使用において、予想外の困惑を来す。

0010

以上から、現在撮影界では、機械式絞り及びフラッシュの欠点を克服する設計を有し、最も簡単で、経済的な構造により、正確に露光し、機械運動無しで、騒音を発生せず、かつ高速撮影が可能である等の性能を達成することが求められていた。

0011

一方、液晶に関して言えば、近年来、液晶は、その重量の軽さ、消耗電力の少なさ、反応速度の速さなどの各種特徴を有し、各種の異なる領域で広く使用されるようになったが、そのうち反強誘電性液晶AFLC:Anti−Ferroelectric Liquid Crystal)及び、強誘電性液晶FLC:Ferroelectric Liquid Crystal)等の材料がもっとも光学機構での使用に適している。たとえば、米国特許第4591886号では、この類の液晶光学スイッチ素子を、光源可動感光面の間に設置し、液晶の透光あるいは不透光により、これを光学プリンタ制御信号となしている。

発明が解決しようとする課題

0012

本発明は、液晶スイッチ素子の透光と不透光の特性を利用し、従来の機械式或いは電磁式のカメラシャッター及び絞りに代わる、非機械式カメラシャッター及び絞り応用方法及び応用装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0013

前記反強誘電性液晶及び、強誘電性液晶は3個の安定状態を有し、電界にあって転換(Switching)を行い、透光と不透光のスイッチ(図5参照)を行う。外から電界を加えない状況のもとでは、異なる層の液晶分子の傾斜する方向と隣接する一層の液晶分子の相反する2極性が隣り合う2層間で相互に相殺され、へ字状、或いは、く字状の斜紋構造を成す。これにより、光線を遮蔽する効果を有する。外から電界を加える場合には、液晶分子の自発的な極性化と外から加えられる電界の極性化の間の相互作用により、いわゆる分子円錐運動の転換作用を発生し、そのため、液晶は位相変換を発生し、反強誘電性強誘電性に変え、垂直平行構造(Bookshelf Structure)となして、極めて良い透光効果を生じる。本発明は、このような液晶の特性に基づき、一つのマイクロスイッチを光電測光器と結合し、一つの液晶スイッチ素子を駆動し、電界を加えるか否かにより液晶片の透光あるいは不透光を制御し、カメラのシャッター機能を達成し、並びに加える偏圧の大きさにより、液晶片の透光率を制御し、カメラの絞り機能を達成し、並びに、多種の操作方式を提供し、使用者の選択に供する。

0014

方式設定(58)の入力により、使用者は、個人の撮影の必要に応じて自由に操作の方式を選択することができる。このほか、本発明中の液晶スイッチ素子は、カメラのフィルムの前に取り付けることができ(図8参照)、液晶焦平面式シャッター及び絞り(60)を形成する。また、レンズの前に取り付けてもよく、これにより液晶レンズ式シャッター及び絞り(70)を形成する。

0015

図6に示されるのは、本発明のシャッター及び絞りとなす、液晶スイッチ素子の横断面図である。数ミリメートルの距離を置いて設けた2片の導電ガラス(41)の間に、この類の液晶(42)を注入する。その透明導電膜(43)を利用して電極とし、並びに予め、上記導電ガラス(41)の透明導電膜(43)の外に一つの属配向膜(44)を塗布し、これにより、液晶の分子配列に対する制御作用を発生する。かつ異なる液晶の選択によって、ガラス基板外に偏光膜(45)を加層するか否かを決定する。側面にはゴムフレーム(46)を設けてこれらを固定する。液晶は、無電界情況のもとでは不透明であるため、ただ電界を加える情況のもとでのみ光線を通過させる。この特性は最もカメラのシャッターへの応用に適合する。このほか、加える偏圧の高さにより、液晶の透光率を制御する。この特性はまさにカメラの絞り機能の役割を果たすことができる。このため、本発明中では、偏圧を加えることにより、絞りの大きさの制御を行い、並びに電界を加える期間の転換周期シャッター速度とする。

0016

さらに、図7は、本発明の非機械式カメラのシャッター及び絞り応用方法及び応用装置のブロック図である。そのうちには一つの光電測光器(51)、マイクロプロセッサ(52)、液晶駆動回路(53)、及び、液晶スイッチ素子(54)等を含む。上記光電測光器(51)から撮影環境明度状況を一つの上記マイクロプロセッサ(52)に入力し、運算処理を経た後、一つの上記液晶駆動回路(53)により、液晶スイッチ素子(54)の動作を制御し、シャター及び絞りの機能を果たす。並びに以下の3種の操作方式を有する。
(イ)自動操作方式:この種の方式においては、使用者はただ使用するフィルムの感光度の設定(55)を行うか、或いは自動測定方式を採り、マイクロプロセッサ(52)が光電測光器(51)から送られる照度に照らして、液晶に加える適当な偏圧及び転換周期を決定する。
(ロ)二重操作方式:この方式では、使用者は、使用者は使用するフィルムの感光度の設定(55)を行うか、或いは自動測定方式を採る以外に、表現したい被写体の性質に従い、シャッター設定(56)及び絞り設定(57)の一つを選んで入力し、これにより、それぞれ所謂シャッター優先系統及び絞り優先系統を形成する。マイクロプロセッサ(52)は使用者の選んだ設定値に基づいて、液晶に加える適当な偏圧或いは転換周期を決定する。
(ハ)手動操作方式:この方式では、マイクロプロセッサ(52)は完全に使用者の行うシャッター設定(56)及び絞り設定(57)に照らして、液晶に加える適当な偏圧及び転換周期を決定する。この方式は、写真家の行う特殊用途の使用に適合する。

0017

方式設定(58)の入力により、使用者は、個人の撮影の必要に応じて自由に操作の方式を選択することができる。このほか、本発明中の液晶スイッチ素子は、カメラのフィルムの前に取り付けることができ(図8参照)、液晶焦平面式シャッター及び絞り(60)を形成する。また、レンズの前に取り付けてもよく、これにより液晶レンズ式シャッター及び絞り(70)を形成する。

0018

以上述べてきたように、本発明は、現在ある複雑な従来の機械式或いは電磁機械シャッター及び絞りに代わることができるほか、カメラ構造の設計を大幅に行進するものである。

発明の効果

0019

本発明の効果は以下の通りである。

0020

第1に、液晶分子配列の転換はただ電圧を必要とし、電流によらないため、従来の自動カメラで使用される電動機或いはコイルなど、大きな電流を必要とするものに比べ、電気を節約できる。

0021

第2に、液晶の反応速度は非常に速く、反強誘電性液晶について言うと、その反応速度は、30ミリ秒以下であり、このため従来のカメラでは達成できなかった超高速シャッターを提供することができる。

0022

第3に、本発明中のシャッター及び絞りの開閉は、ただ液晶分子のわずかな回転を有するのみで、いかなる騒音も発生せず、また必要部品磨損を発生しない。

0023

第4に、本発明中のディジタル電子結合液晶技術により、シャッター速度の制御は従来の機械式のものよりさらに正確とすることができ、よって良好な撮影品質、及び正確な露光を提供することができる。

0024

第5に、本発明の液晶絞りは、偏圧により透光率を制御するため、並びに従来のカメラのように口径の変化が無いため、使用者にとっては、被写界深度変化の憂慮がない。

図面の簡単な説明

0025

図1従来のカメラの絞りの構造を示す、平面図である。
図2従来のカメラのレンズ式シャッター動作を連続的に示す平面図である。
図3従来のカメラの焦平面式シャッターの動作説明図である。
図4撮影時の被写界深度を示す側面図である。
図5強誘電液晶の動作説明図である。
図6本発明で使用する液晶スイッチ素子の横断面図である。
図7本発明の非機械式カメラシャッター及び絞り応用装置のブロック図である。
図8本発明の応用実施例の液晶焦平面式シャッターを示す立体図である。
図9本発明の応用実施例の液晶レンズ式シャッターを示す立体図である。

--

0026

(10)絞り
(11)薄片(12)リング(13)口径
(20)レンズ式シャッター
(21)薄片 (22)ヒンジ(23)リング
(30)焦平面式シャッター
(41)導電ガラス(42)液晶(43)導電膜
(44)配向膜(45)偏光膜(40)ゴムフレーム
(51)光電測光器 (52)マイクロプロセッサ
(53)液晶駆動回路(54)液晶スイッチ素子
(55)フィルム感光度設定 (56)シャッター設定
(57)絞り設定 (58)方式設定
(60)液晶焦平面式シャッター及び絞り
(70)液晶レンズ式シャッター及び絞り
(A)第1スクリーン(B)第2スクリーン (C)隙間
(D)小被写界深度(E)大被写界深度

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