光闌裝置的製作方法
2023-12-11 14:47:02 2
專利名稱：光闌裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於攝象透鏡系統的光闌裝置，該裝置裝有其光通特性隨所施加電壓變化的電致變色元件，在該裝置中光透射量可由該電致變色元件的光通特性控制。
在一種眾所周知的方法中，電致變色元件由於電化學反應在其氧化態和還原態之間呈現不同的光透射特性。通過利用其光通將性的差異，電致變色元件被用來控制其上入射光的光透射量。該電致變色元件含有由諸如WO3或WOD3之類的電致變色材料所形成的薄膜，將它置於與如薄膜型鋰電極的電解質相接觸。如果按使電解質側為正極側的方向施加電壓，就改變了該元件的狀態。
在無色WO3薄膜的情況下，例如，在其上施加負壓，則電子的注入和電解質中的正離子形成Mx+WO3ex-，該薄膜從無色狀態變為顯藍色狀態。因此，如果將多個在不同波長範圍顯不同顏色的電致變色元件彼此疊放在一起，利用其電及光通特性，則可能控制全部可見光範圍的光透射量。
至今在例如JP Patent Kokai公開公報NO.62-198835題為「光闌裝置」中已提出利用上述的電致變色元件的電和光透射特性的光闌裝置用於例如照相機的攝象透鏡系統。根據先有技術出版物的該光闌裝置，如圖7和8所示，電致變色元件2夾在並封在一對透明基體4A、4B間，藉助於墊層3，與電解質一起，將第一組透明電極5和第2組透明電極6安裝在透明基體4A和4B內側裡，與電致變色元件2的前，後表面相接觸。
至少第一組透明電極5是由多個同心布置的透明電極5a至5d組成，而第二組透明電極起透明電極組5的反電極作用。通過端子7A和7B按從最外層透明電極到最內層透明電極的順序給透明電極5和6兩端施加電壓。按從與最外層透明電極5d對齊的光闌裝置1的環形區域開始進而到與最內層透明電極5a對齊的環形區域的方向，同透明電極5對齊的光闌裝置1的環形區域便從透明狀態轉變為光阻斷狀態，以減小入射光的透射直徑，從而將透射光量控制到所希望的水平。
同時，要求含有電致變色元件2的照相機的光闌裝置1呈現這樣的光學特性，即在透明狀態有足量的入射光透射，在光阻斷狀態入射光絕對被阻斷。在希望通過改變光闌孔徑尺寸來控制景深或者希望通過減小透鏡的有效直徑來減小象差以改善透鏡特性的場合，光闌裝置的光阻斷特性尤為關鍵。
現假定，在先有技術的光闌裝置1中，光闌孔徑最大，與透明電極5a到5d對齊的區域是透明的時候，F數為1.4，光闌孔徑最小，僅與最內層透明電極5a對齊的區域是透明的時候，F數為8，電致變色元件2的光透射率在透射期間，和光阻斷期間分別為100%和1%，其光透射率各自降低10%的透明電極5和6的光透射率等於(1-0.1)2＝0.92。在光闌裝置孔徑最小的時候，從光阻斷區域漏出的光量與通過透明區域透射的光量之比率，即S/N比，可從下列公式計算出(從與透明電極5b、5c和5d對齊的區域漏出的光量)/(從與透明電極5a對齊的區域透射的光量)＝(與透明電極5a至5c對齊區域的面積測量值)×(光透射比)/(與透明電極5a對齊的區域的面積測值)×(光透射比) (1)將上述值代入以上公式，S/N比變成等於[(8/1.4)2-1]×(0.01×0.92)/1×(1×0.92)＝0.32。
從這裡可以看出從與透明電極5b、5c和5d對齊的環形光阻斷區域漏出的光量，由於較大的表面區域，佔30%或更多，以而不能滿足照相機光闌裝置1對光阻斷特性的要求。結果由於從與淺的深度的透明電極5b至5d對齊的區域漏出光而不能控制焦深，同時由於漏出的光，通過減小透鏡的有效孔徑來逐步減小透鏡象差的作用也無法實現。
為改變該不合適之處，有人也提出一種光闌裝置9，如圖9所示，其中將兩個光闌裝置1疊加在一起來改善光阻斷特性。在光闌裝置9中，與圖7和8所示的光闌裝置1中類似的部分或元件用同樣的標號繪出，並為簡潔起見對此不作相應的描述。對於該光闌裝置9，由於要使入射光通過兩層電致變色元件2，四層透明電極5和6，S/N比可根據該公式(1)獲得[(8/1.4)2-1]×0.01×0.94/1×(12×0.94)＝0.0032。
可以看出，對於光闌裝置9，由六層組成，其中兩層電致變色元件2，四層透明電極5、6，在光闌開度最小時，從與透明電極5b、5c和5d對齊的環形光阻斷區域漏出的光量是光闌裝置1的1/100。結果大大改善了光阻斷特性，同時也可滿足對照相機或類似物的攝象透鏡系統的光闌裝置的在透明狀態中光透射特性和光阻斷狀態中光阻斷特性的要求。
然而，對於圖9中所示的光闌裝置9，通過上述的安排其光阻斷特性改善了，其總厚度大致是圖7和8中所示的光闌裝置1的兩倍，這樣，由於光闌裝置9這種厚度的增加，整個光學系統的厚度變為近似於含有在圖7和8中所示的光闌裝置的光學系統厚度的三倍。
另外，由於入射光必須通過四層透明電極5和6，在光通狀態時透射光的光量大大降低了。例如，把具有極優透射比的銦-錫-氧化物(ITO)用作透明電極的材料，由於該透明電極的光吸收，經每層透明電極，光透射比率約下降10%，因此整個光闌裝置9的光透射比在其總量中佔較高值(1-0.1)4＝0.66。
因此本發明的一個目的是提供一種光闌裝置，在該裝置中在透明狀態和光阻斷狀態期間分別保持足夠大的透射比和高的光阻斷特性，並且其具有小的尺寸有利於在攝象透鏡系統中使用。
一方面，本發明提供一種其中裝有與第一組透明電極和第二組透明電極在一起的電致變色元件的光闌裝置，該元件的光透射特性隨施加其兩端的電壓而變化。第一和第二組各有多個透明電極的同心陣列。將第一組透明電極和第二組透明電極安置在電致變色元件的兩側。將對第一和第二組透明電極起反電極作用的第三電極安置在第一和第二組透明電極的最外層周邊上。
第二方面，本發明提供一種用在光學系統中的其中裝有與第一組透明電極和第二組透明電極在一起的電致變色元件的光闌裝置，該元件的光透射特性隨施加其兩端的電壓而變化。第一和第二組各有多個透明電極的同心陣列。將第一組透明電極和第二組透明電極安置在電致變色元件的兩側。將對第一和第二組透明電極起相反電極作用的第三電極安置在該光學系統有效直徑之外的第一和第二組透明電極的最外層周邊上。該反電極沿光軸彎曲並且最好相對於第一和第二組透明電極與光軸平行。
如果順序地對安置在電致變色元件兩側的第一和第二組透明電極和安置來作為其反電極的第三電極施加電壓，在電致變色元件的前、後表面形成光阻斷層，從而在光阻斷狀態下無需增加光闌裝置的厚度即可保持足夠的光阻斷特性。
既然第一和第二組透明電極每組都由多個同心排列的透明電極組成，為實現光闌效應，從最外層透明電極開始，順序對這些透明電極施加電壓使入射光的光透射直徑逐漸變小。
由於將安置在電致變色元件兩側以便對第一和第二組透明電極起反電極作用的第三電極安置在攝象透鏡系統的有效直徑之外，從而可避免鏡筒尺寸的增大。另外，將反電極彎曲成與光軸平行進一步避免了鏡筒直徑的增大。
根據本發明，將每組由多個同心安置的透明電極組成的第一和第二組透明電極安置在電致變色元件的前、後表面，將起反電極作用的第三電極安置在第一和第二組透明電極的最外層周邊上。從最外層透明電極開始，順序將電壓施加於第三電極和第一及第二組透明電極，以順序形成同心的光阻斷層，從而獲得逐漸減小入射光直徑的效果。另外，整個厚度沒有增加，而在光闌(light stop)狀態下可保持足夠的光阻斷特性。
另一方面，將第一和第二組透明電極安置在電致變色元件的前、後表面上，而將對第一和第二組透明電極起反電極作用的第三電極安置在光學系統有效直徑之外，這樣可實現小型高性能的攝象透鏡系統而不增大鏡筒的直徑或長度。
還有，通過在與光軸平行的方向上彎曲第三電極，該電極對第一和第二組透明電極起反電極作用以控制入射光的透射直徑，鏡筒的直徑還可進一步減小。本發明的光闌最好可與前可變光闌型攝象透鏡系統聯用，在該系統中將光闌裝置安置在前透鏡組之前面。
圖1是根據本發明第一個實施例的光闌裝置的縱向截面圖。
圖2是圖1所示光闌裝置的前視圖。
圖3是示出具有在圖1中所示的光闌裝置的攝象透鏡系統的部件分解示意側視圖。
圖4是根據本發明第二個實施例的光闌裝置的縱向截面圖。
圖5是具有在圖4中所示光闌裝置的攝象透鏡系統的部件分解示意側視圖。
圖6是具有本發明第三實施例的光闌裝置的前可變光闌型攝象透鏡系統的示意性側視圖。
圖7是傳統光闌裝置的前視圖。
圖8是其縱向截面圖。
圖9是另一個傳統光闌裝置的縱向截面圖。
參照諸附圖，詳細說明本發明的最佳實施例。光闌裝置10包括電致變色元件11，如圖1和2所示，該元件由溶解在無水溶劑例如甲醇中的碘化銀和碘化鈉組成。電致變色元件11通過插入墊圈13被封裝在一對透明玻璃基體12A和12B之間。
在玻璃基體12A和12B的相對內表面上，有由多個同心安置的透明電極14a至14d構成的第一組透明電極14，有類似地由多個同心安置的透明電極15a到15d構成的第二組透明電極15，將環形第三透明電極16A和16B同心地安置在第一和第二透明電極組14和15的最外層周邊上。換句話說，第一組透明電極14和第三透明電極16A被安置成與電致變色元件11的前表面相接觸，而第二組透明電極15和另一透明電極16B被安置成與電致變色元件11的後表面相接觸。
第一組透明電極14、第二組透明電極15和第三透明電極16A和16B都是通過在玻璃基體12A和12B的內側表面上塗敷透明導電膏或定形印製透明導電膏或定形印製透明導電膜而形成的。雖然為簡化圖示起見在圖1和2中沒有精確示出，但第一組透明電極14的透明電極14a到14d的表面積之和約等於第三透明電極16A的表面積，而第二組透明電極15的透明電極15a到15d的表面積之和約等於第三透明電極16B的表面積。
第三透明電極16A和16B分別構成第一組透明電極14和第二組透明電極15的反電極。即在各種光學元件中，其光透射特性被所施加的電壓所改變，諸如液晶裝置，該裝置分子的排列被均勻施加在電極上的電場所改變，從而其光通特性被改變。這樣將電極安置成使液晶裝置夾在其間。
相反，對於電致變色元件，通過在電極和面向其的電致變色元件之間交換電荷來改變光透射特性，因此電場的取向或是否均勻無關緊要。換句話說，可以將控制電致變色元件11的光透射特性的透明電極14、15和16安置在所希望的任意位置。因此，就本發明的第一方面而言，根據上述的電致變色元件的特徵，將作為反電極的第三透明電極16A、16B安置在第一組透明電極14和第二組透明電極15的最外層周邊上。
將第一組透明電極14的透明電極14b、14c、14d與作為其中心的最內層透明電極14a同心地安置。同時將第二組透明電極15的透明電極15b，15c，15d同作為其中心最內層透明電極15a同心地安置。這樣，電極組14、15充當控制入射光透射孔徑直徑的電極。另一方面，最外層第三透明電極16充當第一和第二透明電極組14、15的共同反電極。本發明的第二方面，如後面將要說明的，將第三透明電極16安置在光學系統有效直徑D之外。
如圖2所示，部分地將第一組透明電極14、第二組透明電極15和第三透明電極16導出玻璃基體12的外周邊並與端子17a到17d、18a到18d和19a、19b相連，這些端子適合於將電壓施加到這些透明電極。即，透明電極14a到14d分別與端子17a到17d相連接，透明電極15a到15d分別與端子18a到18d相連接，第三透明電極16A和16B分別與端子19a和19b相連接。同時，將端子17至19連接到電壓施加裝置(未示出)上。
第一組的透明電極14a到14d和第二組的透明電極15a到15d保持各自相等的電勢值。如果通過電壓施加裝置(未示出)對端子17，18和19施加電壓，溶解在無水溶劑中的銀析出並沉積在透明電極14a到14d和15a到15d的表面上，致使與這些透明電極14a到14d和15a到15d對齊的光闌裝置10的環形固定區域從透明狀態變為光阻斷狀態。結果，如果對第三透明電極16施加電壓，同時以從最外層透明電極14d、15d到最內層透明電極14a、15a的進行順序對透明電極14和15施加電壓，透明區域逐漸變窄以控制入射光的透射孔徑直徑。對於上述光闌裝置10，在光闌裝置10孔徑最大時的F數設置為1.4，這時所有第一組透明電極14的透明電極14a到14d和第二組透明電極15的透明電極15a到15d是透明的，而在光闌裝置10孔徑最小時F數設置為8，這時只有最內層透明電極14a15a是透明的。另一方面，在光透射狀態和光阻斷狀態下，分別將電致變色元件11的透射比設置為100%和1%，而透明電極的透射比假設為每層減少10%。
對於這些考慮到的預定值，由於光闌裝置10是具有分別固定在電致變色元件11前、後表面上的第一組透明電極14和第二組透明電極15的雙層結構，入射光的透射比為(1-0.1)2＝0.92。結果，在光闌裝置10孔徑最小時從光阻斷區域漏出的光量與通過透明區域的光量的比率，即S/N之比可從下式計算出(從與透明電極14b-15b，14c-15c和14d-15d對齊的區域漏出的光量)/(從與透明電極14a-15a對齊的區域透射的光量)＝(與透明電極14b-15b、14c-15c和14d-15d對齊的區域的表面大小)×(透射比)/(與透明電極14a-15a對齊的區域的表面大小)×(透射比)。
將上面預定值代入上式，[(8/1.4)2-1]×(0.01)2×(0.9)2/[12×(0.9)2]＝0.0032。這樣S/N比具有與四層光闌裝置8的S/N比相等的值，以致於顯然能保持足以作為照相機的光闌裝置的光阻斷特性。另一方面，對於含有兩層透明電極的光闌裝置10入射光的透射比下降為(0.9)2＝0.81，以致於與上述的具有四層透明電極的光闌裝置8相比，光量增加了23%。
上述的光闌裝置10是裝在如圖3所示的攝象透鏡系統20內的。該攝象透鏡系統20包括(從前邊起)前透鏡組22，變焦組23(Varietur)，光闌裝置10，由一固定透鏡和一組可動透鏡構成的內調焦組24，由IR吸收玻璃構成的低通濾光片25，CCD蓋玻璃和表面平行面板，以及CCD傳感器26。
這樣從前組透鏡22入射到攝象透鏡系統20上的入射光通過變焦組23導入光闌裝置10。用以通過光闌裝置10控制入射光透射孔徑直徑的控制損傷是這樣進行的將基於透射過光闌裝置10，低通濾光片25和CCD傳感器26的光量的CCD傳感器26的A/D轉換器數字輸出供給第三透明電極16，並通過一個編碼器從較外層周邊開始進行到較內周邊供給第一組透明電極14的端子和第二組透明電極15的端子。
要注意光闌裝置10有與在圖7和8中所示的傳統光闌裝置1相等的厚度，有單個電致變色元件和兩層透明電極，以致於安置在光闌裝置10前、後的變焦組23或內調焦組24的透鏡間的距離沒有增大，於是攝象透鏡系統20的整個長度或前透鏡直徑均可保持與傳統的攝象透鏡系統的相等。
另一方面，由於將該光闌裝置10的第三透明電極16安置在攝象透鏡系統的有效直徑D之外，光闌裝置10與傳統的光闌裝置相比直徑較大。然而，如從圖3可見，直徑增大的光闌裝置10沒有超出前組透鏡22的投影尺寸之外，因而無鏡筒直徑增大的風險。儘管如此，可以制出具有尺寸緊湊的呈現高的入射光透射比和優良的光阻斷特性的攝象透鏡系統20。
圖4示出根據本發明一個改型實施例的光闌裝置30。類似前一個實施例的光闌裝置10，光闌裝置30包括一個被一對透明基體32A、32B和墊圈33包圍的電致變色元件31，分別同心安置在電致變色元件31兩表面上的第一組(34)透明電極34a到34d和第二組(35)透明電極35a到35d，以及分別安置在第一組透明電極34和第二組透明電極35較外周邊上的第三透明電極36A、36B。這樣光闌裝置30有與前一個實施例的光闌裝置10相同的基本結構。
同時，前一個實施例的光闌裝置10的電致變色元件11是被玻璃基體12A、12B所包圍，而在本實施例中透明基體32A，32B是由考慮到其優良的可加工性的透明合成樹脂形成的，諸如PMMA。
對於上述的光闌裝置30，將第三透明電極36安置在光學系統有效直徑D′之外，同時將其彎曲成與透鏡系統的光軸平行，致使光闌裝置30呈現一個U形截面輪廓，(如在後面將說明的)。這樣本光闌裝置的光學特性，諸如光透射比或光阻斷特性都自然地與前面所述的光闌裝置10的相同。
將光闌裝置30裝入如圖5所示的攝象裝置40中。攝象透鏡系統40的結構，除光闌裝置30以外，均與圖3所示的攝象透鏡系統20一樣，用同樣標號代表其部件或元件，因此為簡潔起見這裡不作相應的描述。
對於上述光闌裝置30將構成第一組透明電極34和第二組透明電極35的反電極的第三透明電極36與光軸平行地向前彎曲，致使界定了具有寬度對應於攝象透鏡系統有效直徑D′的空間H朝向前組透鏡22，(如圖5所示)。通過利用光闌裝置30的空間H作為構成所謂Varietur的變焦部件23的移動範圍，可使攝象透鏡系統40在縱向尺寸上變得緊湊。光闌裝置30在徑向尺寸上也是緊湊的，為進一步減小鏡筒尺寸可將攝象透鏡系統的其它組件安置在光闌裝置30附近。
圖6示出一個所謂的前置可變光闌型攝象透鏡系統50，它具有安置在前透鏡51前面的光闌裝置52。由於在本前置可變光闌型攝象透鏡系統50中將光闌裝置52安置在前透鏡51前面，故該攝象透鏡系統50的厚度由光闌裝置52的外徑來確定。
光闌裝置52具有與前面第二個實施例的光闌裝置30相同的基本結構，因此這裡為簡潔起見不作詳細描述。總之，構成第一組透明電極54和第二組透明電極55的反電極的第三透明電極56被彎曲成與光軸平行，因此整個光闌裝置52呈現帽狀形態。
光闌裝置52的內徑，換句話說，攝象透鏡系統的有效直徑近似等於鏡筒57的外徑，因此可將光闌裝置52固定在靠近前透鏡51的鏡筒57的孔徑外。具有固定在其中的光闌裝置52的攝象透鏡系統50口徑較小、尺寸緊湊，同時光透鏡比及光阻斷特性優良。
雖然在上述實施例中是以同心環的方式安置第一組透明電極和第二組透明電極，但也可以同心菱形或橢園形方式安置它們。相互面對的第一組透明電極和第二組透明電極可安置成具有不幹擾光阻擋特性的偏離。相對於第一組透明電極和第二級透明電極構成反電極的第三電極安置在光學系統有效直徑之外，於是對使用透明電極作為這些第三電極沒有特別要求。
權利要求
1.一種光闌裝置，它包括其光透射特性隨施加於其兩端的電壓變化的電致變色元件，每組具有多個透明電極的同心陣列的第一組透明電極和第二組透明電極，所述第一組透明電極和第二組透明電極安置在所述電致變色元件的兩側，以及對所述第一組透明電極和第二組透明電極構成反電極的第三電極，所述第三電極安置在所述第一組透明電極和第二組透明電極的最外層周邊上。
2.一種用於光學系統中的光闌裝置，它包括其光透射特性隨施加於其兩端的電壓而變化的電致變色元件，各有多個透明電極的同心陣列的第一組透明電極和第二組透明電極，所述第一組透明電極和第二組透明電極安置在光學系統有效直徑內的所述電致變色元件兩側，以及對所述第一組透明電極和第二組透明電極構成反電極的第三電極，所述第三電極安置在所述第一組透明電極和第二組透明電極最外層周邊上，該光學系統有效直徑之外。
3.如權利要求2的用於光學系統中的光闌裝置，其特徵在於將安置在該光學系統有效直徑以外對所述第一組透明電極和第二組透明電極形成反電極的第三電極相對於所述第一組透明電極和第二組透明電極沿該光學系統的光軸彎折。
4.如權利要求3所述用於光學系統中的光闌裝置，其特徵在於將安置在該光學系統有效直徑之外的第三電極相對於所述第一組透明電極和第二組透明電極彎折成與該光學系統的光軸平行。
全文摘要
一種具有電致變色元件的攝象透鏡系統的小型光闌裝置，該電致變色元件的光透射特性隨所施加的電壓而變化。該光闌裝置也包括第一組多個同心安置的透明電極、第二組多個同心安置的透明電極，以及在這些透明電極組的最外層周邊上形成的充當這些透明電極的反電極的第三電極。光闌裝置在透明狀態下有足夠的光透射比，而在光阻斷狀態下具有高的光阻斷特性。
文檔編號G02F1/155GK1100205SQ9410183
公開日1995年3月15日 申請日期1994年3月18日 優先權日1993年3月19日
發明者伊勢公一, 西田泰夫, 安田章夫 申請人:索尼公司