JP2003161810A5 - - Google Patents
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【0020】
図1に示すように上ガラス基板22、下ガラス基板23の導電膜を円形の穴形パターン状に除去し、円形穴24bを有する円形穴形パターン電極24を形成する。円形穴形パターン電極24は必ずしも透明電極でなくとも良い。前記の上下のパターン電極24に配向膜25を塗布しラビング処理を行って上下の配向がアンチパラレルのホモジニアス配向となるようにする。封止材27により上下配向膜間が封止された中に紫外線硬化型液晶(UVキュアラブル液晶)28が注入されて、紫外線硬化型の液晶マイクロレンズ10が形成される。この紫外線硬化型液晶28は紫外線照射により重合硬化してプラスチックとなる液晶ポリマーであり、例えば、重合性液晶組成物であって、液晶性骨格を部分構造として有する単官能アクリレートまたは単官能メタクリレートを含有し、かつ、室温においてエナンチオトロピックなネマチック液晶相を示すものである。
図1に示すように上ガラス基板22、下ガラス基板23の導電膜を円形の穴形パターン状に除去し、円形穴24bを有する円形穴形パターン電極24を形成する。円形穴形パターン電極24は必ずしも透明電極でなくとも良い。前記の上下のパターン電極24に配向膜25を塗布しラビング処理を行って上下の配向がアンチパラレルのホモジニアス配向となるようにする。封止材27により上下配向膜間が封止された中に紫外線硬化型液晶(UVキュアラブル液晶)28が注入されて、紫外線硬化型の液晶マイクロレンズ10が形成される。この紫外線硬化型液晶28は紫外線照射により重合硬化してプラスチックとなる液晶ポリマーであり、例えば、重合性液晶組成物であって、液晶性骨格を部分構造として有する単官能アクリレートまたは単官能メタクリレートを含有し、かつ、室温においてエナンチオトロピックなネマチック液晶相を示すものである。
【0032】
図4にこの紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10の結像作用を示す。図4に示すように、このマイクロレンズ10から作動距離L1にある画像Qに対し、結像距離L2において、その倒立画像Q′を生じさせる。作動距離L1を変化させた場合の結像距離L2の変化を図5に示す。これによれば、作動距離が所定値以上であれば、作動距離L1の増加に伴い結像距離L2が減少するという性質がある。一方、画像Qに対する倒立画像Q′の寸法比すなわち、結像倍率mは略 m=L1/L2 となることが測定の結果認められた。よって、作動距離L1を適切に選択すれば、ある範囲では所望の結像倍率mを得ることができる。なお、結像倍率mが m=1のときのL1(またはL2)の値は一般に紫外線硬化型液晶マイクロレンズの寸法及び重合時の印加電圧により変化するので、実際に、密着イメージセンサーに使用する際には、L1(またはL2)を適宜調整することができる。
図4にこの紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10の結像作用を示す。図4に示すように、このマイクロレンズ10から作動距離L1にある画像Qに対し、結像距離L2において、その倒立画像Q′を生じさせる。作動距離L1を変化させた場合の結像距離L2の変化を図5に示す。これによれば、作動距離が所定値以上であれば、作動距離L1の増加に伴い結像距離L2が減少するという性質がある。一方、画像Qに対する倒立画像Q′の寸法比すなわち、結像倍率mは略 m=L1/L2 となることが測定の結果認められた。よって、作動距離L1を適切に選択すれば、ある範囲では所望の結像倍率mを得ることができる。なお、結像倍率mが m=1のときのL1(またはL2)の値は一般に紫外線硬化型液晶マイクロレンズの寸法及び重合時の印加電圧により変化するので、実際に、密着イメージセンサーに使用する際には、L1(またはL2)を適宜調整することができる。
【0037】
以下に本発明の第2実施形態として、紫外線硬化型液晶マイクロレンズを2個複合した密着型イメージセンサー用の複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。図8は複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30の構成を示す断面図である。図8に示すように複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30はすでに説明した紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10が中間ガラス31を介して接合されて形成される。図9はこの複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30の結像動作の原理を示す図である。図9(a)に示すように、作動距離L1にある画像Qに対し左側の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10によりその倒立結像Q’を結像させ、更に倒立結像Q’に対し右側の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10よりそれを更に倒立させた正立結像Q″を結像距離L2において生じさせる。また、この場合の画像Qに対する正立結像Q″の寸法比すなわち最終的な結像倍率Mは略M=L2/L1となることが測定の結果認められている。そこでL1を適切に設定するとともに、左右のマイクロレンズ10間の距離を定める中間ガラス31の厚みを適切に設定することにより図9(b)に示すように L1=L2=L0として、結像倍率Mを1とし、画像Qに対しその等倍正立の結像Q″を得ることができる。この場合、作動距離L0は中間ガラス31の厚みを選択することにより変えることができ、これにより、共役長であるTC長(画像面から結像面までの距離)も変わるが、マイクロレンズ10の焦点距離を制御することによっても変えることができる。焦点距離を小さくすればTC長(共役長)も小さくなる傾向がある。(焦点距離はマイクロレンズ10の紫外線硬化型液晶28の重合の際の印加電圧を適切に選択することにより変えることができる。)
以下に本発明の第2実施形態として、紫外線硬化型液晶マイクロレンズを2個複合した密着型イメージセンサー用の複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。図8は複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30の構成を示す断面図である。図8に示すように複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30はすでに説明した紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10が中間ガラス31を介して接合されて形成される。図9はこの複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30の結像動作の原理を示す図である。図9(a)に示すように、作動距離L1にある画像Qに対し左側の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10によりその倒立結像Q’を結像させ、更に倒立結像Q’に対し右側の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10よりそれを更に倒立させた正立結像Q″を結像距離L2において生じさせる。また、この場合の画像Qに対する正立結像Q″の寸法比すなわち最終的な結像倍率Mは略M=L2/L1となることが測定の結果認められている。そこでL1を適切に設定するとともに、左右のマイクロレンズ10間の距離を定める中間ガラス31の厚みを適切に設定することにより図9(b)に示すように L1=L2=L0として、結像倍率Mを1とし、画像Qに対しその等倍正立の結像Q″を得ることができる。この場合、作動距離L0は中間ガラス31の厚みを選択することにより変えることができ、これにより、共役長であるTC長(画像面から結像面までの距離)も変わるが、マイクロレンズ10の焦点距離を制御することによっても変えることができる。焦点距離を小さくすればTC長(共役長)も小さくなる傾向がある。(焦点距離はマイクロレンズ10の紫外線硬化型液晶28の重合の際の印加電圧を適切に選択することにより変えることができる。)
【0038】
複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30(図8)に関しては、中間ガラス31と各マイクロレンズ10の下ガラス基板23を一体化することにより、構造を簡単にし、電極パターン24の円形穴24bの重ね合わせ精度を上げることができる。又、図示は省略するが、スペース上の必要等に応じ紫外線硬化型液晶28の重合硬化後に各マイクロレンズ10の上ガラス基板22およびこれに付随する電極パターン24等の膜を剥離し、構造を更に簡単にすることもできる。
複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30(図8)に関しては、中間ガラス31と各マイクロレンズ10の下ガラス基板23を一体化することにより、構造を簡単にし、電極パターン24の円形穴24bの重ね合わせ精度を上げることができる。又、図示は省略するが、スペース上の必要等に応じ紫外線硬化型液晶28の重合硬化後に各マイクロレンズ10の上ガラス基板22およびこれに付随する電極パターン24等の膜を剥離し、構造を更に簡単にすることもできる。
【0039】
以下に前記の複合型の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30を用いた密着イメージセンサーにつき説明する。図10(a)はこの密着型イメージセンサー50の断面図である。図10(a)において、密着型イメージセンサー50は従来のロッドレンズアレイ又は液晶マイクロレンズの代わりに上記の複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30を使用したものであり、光変換を行なう画素が複数個配置されたセンサーIC51とその保護膜52と、これらが実装された基板53とからなる受光素子アレイ54と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ55と、原稿59の像をセンサーIC51に結像する複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30と原稿59を搭載する透明板57と、これらの部材を支持するフレーム58とによって構成されている。
以下に前記の複合型の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30を用いた密着イメージセンサーにつき説明する。図10(a)はこの密着型イメージセンサー50の断面図である。図10(a)において、密着型イメージセンサー50は従来のロッドレンズアレイ又は液晶マイクロレンズの代わりに上記の複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30を使用したものであり、光変換を行なう画素が複数個配置されたセンサーIC51とその保護膜52と、これらが実装された基板53とからなる受光素子アレイ54と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ55と、原稿59の像をセンサーIC51に結像する複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30と原稿59を搭載する透明板57と、これらの部材を支持するフレーム58とによって構成されている。
【0040】
図10(b)は上記の密着型イメージセンサー50において複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30の結像動作を拡大して示す図である。同図においてガラス基板その他は便宜上、図示を省略してある。図10(b)に示すように、複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30は円形穴形パターン電極24の円形穴24bを径とする複数の紫外線硬化型液晶のマイクロレンズから構成される。個々のマイクロレンズはロッドレンズと同様に原稿59面においてそのレンズ径よりもかなり大きい径の読み込み領域を有し、隣り合うマイクロレンズ同士で、読み込み領域は重なり合う部分を有し、複数のマイクロレンズについて、読み込み領域は重なり合いながら連続している。個別のマイクロレンズはその読み込み領域にある画像に対し、その等倍正立の結像を受光素子アレイ54の面上に結像させる。このとき、結像領域も重なり合いながら連続し、原稿59の画像を広範囲にわたり、隙間のない正立等倍画像としてセンサーIC51の受光面に重ね合わせて結象することができる。以後は図6に示した密着イメージセンサー20と同様の原理により、原稿のイメージ(濃淡情報)を電気信号に変換する。
図10(b)は上記の密着型イメージセンサー50において複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30の結像動作を拡大して示す図である。同図においてガラス基板その他は便宜上、図示を省略してある。図10(b)に示すように、複合型紫外線硬化型液晶マイクロレンズ30は円形穴形パターン電極24の円形穴24bを径とする複数の紫外線硬化型液晶のマイクロレンズから構成される。個々のマイクロレンズはロッドレンズと同様に原稿59面においてそのレンズ径よりもかなり大きい径の読み込み領域を有し、隣り合うマイクロレンズ同士で、読み込み領域は重なり合う部分を有し、複数のマイクロレンズについて、読み込み領域は重なり合いながら連続している。個別のマイクロレンズはその読み込み領域にある画像に対し、その等倍正立の結像を受光素子アレイ54の面上に結像させる。このとき、結像領域も重なり合いながら連続し、原稿59の画像を広範囲にわたり、隙間のない正立等倍画像としてセンサーIC51の受光面に重ね合わせて結象することができる。以後は図6に示した密着イメージセンサー20と同様の原理により、原稿のイメージ(濃淡情報)を電気信号に変換する。
【0042】
以下に本発明の第3実施形態に係る紫外線硬化型液晶マイクロレンズにつき、図面を用いて説明する。図11は本第3実施形態に係る紫外線硬化型液晶マイクロレンズ60の構成を示す図である。図11において、68はネマチック液晶の中に5%以下の紫外線硬化型液晶性ポリマーが混入された液晶性複合材料よりなる液晶層である。その他の構成は図1に示した紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10と同様である。液晶層68は例えば、ネマチック液晶であるZL1−2471(メルク社製)にすでに説明したような紫外線硬化型液晶材料を混入した液晶性複合材料よりなる。円形穴形パターン電極24に電圧を印加すると、紫外線硬化型液晶材料の重合硬化前においては、両者の液晶分子は通常のネマチック相と同様に印加された電界によって配向される。この様子を図12(a)に示す。このような電圧印加の状態で、紫外線照射により紫外線硬化型液晶材料のみが重合硬化され、この重合硬化した紫外線硬化型液晶のポリマーネットワークによってネマチック液晶の配向状態が保持され、電圧を取り去った後も、図12(b)に示すように、ネマチック液晶の不均一な配向状態が保持され、液晶層68は図1の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10同様と類似の凸レンズ特性を示す。次に、このような重合硬化の後においても電極に所定値以上の電圧を印加すると、図12(c)に示すように液晶層68におけるネマチック液晶の配向状態を変化させ、紫外線硬化型液晶マイクロレンズ60のレンズ特性を調整することができる。
以下に本発明の第3実施形態に係る紫外線硬化型液晶マイクロレンズにつき、図面を用いて説明する。図11は本第3実施形態に係る紫外線硬化型液晶マイクロレンズ60の構成を示す図である。図11において、68はネマチック液晶の中に5%以下の紫外線硬化型液晶性ポリマーが混入された液晶性複合材料よりなる液晶層である。その他の構成は図1に示した紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10と同様である。液晶層68は例えば、ネマチック液晶であるZL1−2471(メルク社製)にすでに説明したような紫外線硬化型液晶材料を混入した液晶性複合材料よりなる。円形穴形パターン電極24に電圧を印加すると、紫外線硬化型液晶材料の重合硬化前においては、両者の液晶分子は通常のネマチック相と同様に印加された電界によって配向される。この様子を図12(a)に示す。このような電圧印加の状態で、紫外線照射により紫外線硬化型液晶材料のみが重合硬化され、この重合硬化した紫外線硬化型液晶のポリマーネットワークによってネマチック液晶の配向状態が保持され、電圧を取り去った後も、図12(b)に示すように、ネマチック液晶の不均一な配向状態が保持され、液晶層68は図1の紫外線硬化型液晶マイクロレンズ10同様と類似の凸レンズ特性を示す。次に、このような重合硬化の後においても電極に所定値以上の電圧を印加すると、図12(c)に示すように液晶層68におけるネマチック液晶の配向状態を変化させ、紫外線硬化型液晶マイクロレンズ60のレンズ特性を調整することができる。
Claims (1)
- 原稿を載置する透明板と、該透明板上の原稿面を照射する光源と、該光源による前記原稿面の反射光を結像する液晶マイクロレンズと前記結像された反射光を電気信号に変換する受光素子を備えた密着イメージセンサーの液晶マイクロレンズにおいて、前記液晶マイクロレンズの液晶層をネマチック液晶等液晶材料とこれに添加する紫外線硬化型液晶性ポリマーにより形成し、前記液晶層に電界を加えた状態で、紫外線照射等により重合硬化し、液晶層にレンズ特性をあたえる屈折率の空間分布特性(又は分子配向の空間分布特性)を前記電界印加時の特性に固定もしくは半固定化し、電圧除去後においても、上記のレンズ特性を維持し、且つ電圧印加によりレンズ特性を可変できることを特徴とする密着イメージセンサー用紫外線硬化型液晶マイクロレンズ。
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