JP2007206299A - カメラの撮像構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型で焦点距離の調整範囲が広く取れるオートフォーカス機構のカメラの撮像構造を提供する。
【解決手段】 複数の撮影レンズ２１、２２、２３と絞り２４と結像部材２７とを有するカメラの撮像構造において、前記絞り２４に隣接して、あるいは絞り２４と一体にして絞り２４の前または絞りの後に液晶レンズ３０を配設する。あるいはまた、液晶レンズの中に絞りを配設する。また、絞り２４は円形の光透過部分を有する遮光部材から構成し、遮光部材として遮光膜または遮光フィルムなどを用いる。また、液晶レンズ３０は２層の液晶セルを積層したもので構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラの撮像構造に関し、特に、液晶レンズを備えた撮像構造に関するものである。

近年、フィルムを使わないデジタルカメラ（電子カメラ）が著しく普及して来ている。フィルムに代えてＣＣＤやＣＭＯＳなどの光学センサーを用い、撮影画像をデジタル画像データとして内部メモリーやメモリーカードなどに記録する。このデジタルカメラの一つの撮像構造を示すものとして、下記の特許文献１に示されたものなどがある。

ここで、従来技術におけるデジタルカメラの撮像構造の一つとして、特許文献１に記載された撮像構造について図９を用いて簡単に説明する。図９は従来技術の一つとして特許文献１に示された所のデジタルカメラの内部の構造を示す断面図を示している。図９において、電子カメラは大きく分けてカメラ本体１とレンズ鏡筒２とからなり、カメラ本体１には光学ファインダーの接眼レンズ３の外、ビームスプリッタ１４、カラー個体撮像素子であるＣＣＤ１５や、表示部としてのカラー液晶ディスプレイ４、操作部としてのレリーズボタン、メニューボタン（これらは、何れも図示していない）などが設けられている。

一方、レンズ鏡筒２にはズームレンズである第１レンズ群１１ａ、第２レンズ群１１ｂと、絞り／シャッター１２と、フォーカスレンズである第３レンズ群１１ｃが設けられている。被写体光はズームレンズである第１レンズ群１１ａ、第２レンズ群１１ｂを通過した後、絞り／シャッター１２で光量が制御される。絞り／シャッター１２を通過した被写体光は第３レンズ群１１ｃを通過してカメラ本体１内に導かれ、ビームスプリッタ１４によって透過光と反射光の２つに分割さる。そして、透過光はＣＣＤ１５上に結像する。一方、反射光はピントを合わせるためのピント板１６、被写体像を反転させるためのリレーレンズ１７、接眼レンズからの逆入射光を遮断するための液晶シャッター１８を透過して接眼レンズ３に到達し、観察用の被写体像として観察者に提供される。そして、この観察用の被写体像はカラー液晶ディスプレイ４にも表示される。

ズームレンズである第２のレンズ群１１ｂは図示した矢印の方向、即ち、レンズ鏡筒２内を前後に移動する。前後に移動して被写体像を拡大したり縮小したりする。また、フォーカスレンズである第３レンズ群１１ｃはオートフォーカスになっているために焦点距離を合わせるために自動的に前後（図中矢印の方向）に移動する。

特許公開２００２−２５８３５７号公報

この様な構造の中で、カメラの低価格化、小型化、薄型化などの市場ニーズにより、コンパクトカメラやカメラ付携帯電話のカメラなどにあってはズーム機構を無くしてオートフォーカス機構のみを設けたシンプルなメカニカル構造にし、低価格化、小型化、薄型化などを実現している。

しかしながら、フォーカスレンズを前後に移動させて自動的に焦点を合わせるオートフォーカス機構はアクチュエータを用いることから構造が複雑になり、組立にも時間を要し、部品点数も多くなることから製造コストが高くなる。また、落下などによる衝撃によって破損し易いと云う問題を有する。また、フォーカスレンズの移動量を確保する必要性から鏡筒自体の厚みが厚くなり、カメラ自体が大きくなる。従って、薄型化、低価格化などが要求されるカメラ付携帯電話の撮像構造には向かない。

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたもので、薄型で、広い距離範囲で焦点距離調整が可能で、しかも安いコストで製作できるカメラの撮像構造を見いだすことを目的とするものである。

上記の課題を解決するための手段として、本発明のカメラの撮像構造は、少なくとも、撮影レンズと絞りと結像部材を有するカメラの撮像構造において、前記絞りに隣接して絞りの前又は絞りの後に液晶レンズを配設したことを特徴とするものである。

また、本発明のカメラの撮像構造は、少なくとも、撮影レンズと絞りと結像部材を有するカメラの撮像構造において、液晶レンズを配設すると共に前記絞りを液晶レンズの中に配設したことを特徴とするものである。

また、本発明のカメラの撮像構造は、前記絞りは円形の光透過部分を有する遮光部材からなることを特徴とするものである。

また、本発明のカメラの撮像構造は、前記遮光部材は遮光膜又は遮光フィルムからなることを特徴とするものである。

また、本発明のカメラの撮像構造は、前記絞りと前記液晶レンズは一体的になっていることを特徴とするものである。

また、本発明のカメラの撮像構造は、前記液晶レンズは２層の液晶セルからなることを特徴とするものである。

また、本発明のカメラの撮像構造は、前記撮影レンズと前記絞りと前記液晶レンズは鏡筒内に固定したことを特徴とするものである。

本発明のカメラの撮像構造は液晶レンズを配設して用いる。この液晶レンズは、ホモジニアスな分子配列を持つネマティック液晶を封入した液晶セルを用い、そのネマティック液晶の複屈折率を利用して所要の電圧を印加しての位相変調による撮影画像の焦点距離を調整するものである。そして、この液晶レンズをカメラの絞りに隣接して絞りの前、あるいは絞りの後に配置する。絞りはレンズを通過する光の量を調節する働きをなしているので、その絞りの開口した量でレンズを通過する光の量が規制され、開口した量（これは開口した径によって決まるが）によって光の通過する量が決まる。以下、本発明においては、絞りの開口した量を開口量と定義付けて説明することにする。従って、液晶レンズを絞りの前後に隣接して配設し、液晶レンズのレンズとして機能する領域（以降、このレンズとして機能する領域をレンズ機能領域と呼ぶことにする）を絞りの開口量とほぼ同じ位に設定することで液晶レンズのレンズ機能領域を小さい面積の領域にすることができる。そして、レンズ機能領域の面積が小さくなれば、レンズパワーを高めることができて、焦点距離の調整範囲を広くすることができる。また、液晶レンズの駆動回路設計も複雑にならず済み、回路設計が容易になる。

また、本発明のカメラの撮像構造においては、絞りの開口量は一定に設定する。一定に設定することで絞り部材に円形の光透過部分を有する形状の簡単な遮光部材を選択することができる。このような遮光部材として薄い遮光膜や遮光フィルムを選択すると、部品コストを安くすることができると共に非常に薄くすることができる。また、遮光膜や遮光フィルムで構成すると液晶レンズとの一体化が可能になり、また場合によっては液晶レンズの中に絞りを配設することもできる。絞りと液晶レンズが一体になれば取扱いも容易になり、薄型化の効果も得る。また、製造コストの低減効果も得られる。

また、液晶レンズは２層の液晶セルから構成して配向膜の配向方向を９０°にクロスした配置を取っている。これにより、光のＰ偏光成分（液晶セルへの入射面に平行な振動方向を持つ成分）とＳ偏光成分（液晶セルへの入射面に垂直な振動方向を持つ成分）を透過して利用することができて光の利用効率を高める効果を得る。

また、液晶レンズが焦点距離の調整、即ち、フォーカス機能を持つことによりこの液晶レンズを撮影レンズや絞りと共に鏡筒内に固定することができる。従来技術構造でのアクチュエータを用いた焦点距離の調整でのレンズの移動が本発明においては必要としなくなるので、機械的な誤差発生もなくなり高信頼性の構造が得られる。また、従来の構造にあってはレンズの移動にステッピングモータやパルスモータなどを用いたアクチュエータが使われるが、それらのアクチュエータも必要としなくなるので製造コストが可成り低減できる。また、構造自体もシンプルな構造になってユニット化されるので組立て易さ、取扱い易さなどの効果も得、更に、落下などの衝撃による破損も少なくなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図４用いて説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係るカメラの撮像構造を模式的に示した主要構成部品の配置図である。尚、本実施形態においてはカメラ付携帯電話のカメラの撮像構造を示している。また、図２は図１における絞りの平面図と要部断面図で、図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は要部断面図である。また、図３は図１における液晶レンズの要部断面図、図４は図３における上透明電極の形状を示した平面図である。

本発明の実施形態に係るカメラの撮像構造は、図１に示すように、撮影光（撮影する被写体からの反射光のことで、以降、撮影光と呼んで説明する）Ｐの入射方向（矢印方向）に向かって第１レンズ２１、絞り２４、液晶レンズ３０、第２レンズ２２、第３レンズ２３、結像部材２７とが順に配列した構造をなしている。また、図示はしていないが、ここでの第１レンズ２１、絞り２４、液晶レンズ３０、第２レンズ２２、第３レンズ２３は鏡筒の中に収納されて、何れも固定されている。

ここで、本実施形態における絞り２４は液晶レンズ３０に接触させて液晶レンズ３０と一体的にして鏡筒内に液晶レンズ３０と共に固定している。そして、この一体となった絞り２４と液晶レンズ３０は第１レンズ２１と第２レンズ２２の間に配置している。この絞り２４は絞り２４から後方にあるレンズ、即ち、液晶レンズ３０や第２レンズ２２、第３レンズ２３に通過する光の量を調整する。本実施形態の絞り２４は、図２に示すように、遮光膜２４ｂを設けたフィルムからなり、その中心部に円形の開口２４ａを設けたリング状の形状をなしている。そして、開口２４ａが光透過部分をなしている。図２において、開口２４ａの所の直径で示したＮはこの開口２４ａの開口量を示しており、この開口量Ｎの大きさでもって光の通過量が決まる。本実施形態のレンズの撮像構造においては、この開口量Ｎは一定に設定していて、ある定まった開口量になっている。開口量Ｎを一定にすることで光量の不足が生じても回路上のソフトで撮影画像の明るさがある程度調整できるようになっている。

本実施形態における絞り２４は、耐湿性や耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性などに優れたポリエチレンテレフタレートのフィルムを用い、その表面に酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜からなる遮光膜２４ｂを設けたものからなっている。この酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの方法で形成することができ、例えば、真空蒸着法などで形成する場合には、チャンバー内の載品台に被着物（フィルム）を載置し、真空蒸着機のチャンバー内の蒸着時の圧力を１×１０^−６〜５×１０^−５ｔｏｒｒ（１．３３×１０^−４〜６．６５×１０^−３Ｐａ）の範囲に設定して、所要の厚みになるまで蒸着を施すことによって得られる。時間によって膜厚が決まるので、時間管理の下で蒸着作業を行う。厚みは光透過がない厚みであれば良く、５００Å以上の厚みがあれば十分である。また、この遮光膜２４ｂは酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜に限るものではなく、黒色塗膜などで形成しても良い。黒色塗膜は印刷方法、吹き付け塗装方法、ロールコータ方法などの方法によって形成することができる。

絞り２４は開口量Ｎを一定にすることで遮光膜を設けたフィルムに限らす遮光膜を設けた金属薄板で構成することも可能である。しかしながら、軽量性や部品接触による他部品への損傷性などを考慮するとフィルムを使用するのがより好ましい。また、フィルムはポリエチレンテレフタレートのフィルムに限るものではなく、耐湿性や耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性などに優れたフィルムが良く、この様なものとしては、他にポリカーボネイトフィルム、ポリエチレンフィルムなどを挙げることができる。また、フィルムの厚みとしては０．０５〜０．３５ｍｍのものが取扱い易く、しかも薄型化が狙えることで好適である。

次に、液晶レンズ３０は、図３に示すように、第１液晶セル３０−１と第２液晶セル３０−２の２層からなる液晶セルでもって液晶レンズ３０を構成している。そして、第１液晶セル３０−１と第２液晶セル３０−２は下基板３５を共用して形成した液晶セルになっている。また、ここでの第１液晶セル３０−１と第２液晶セル３０−２は、第１液晶セル３０−１の配向膜の配向方向と第２液晶セル３０−２の配向膜の配向方向が丁度９０°クロスした状態に配置した構成を取っている。

第１液晶セル３０−１は上基板３１Ａと下基板３５との間隙に封止材４０でもって液晶３９を封入したものから構成している。また、第２液晶セル３０−２も上基板３１Bと下基板３５との間隙に封止材４０を介して液晶３９を封入したものから構成している。ここで、上基板３１Ａはガラスからなる上透明基板３２の下面に上透明電極３３を設け、その上に上配向膜３４ａを設けた構成をなしている。下基板３５はガラスからなる下透明基板３６の上面に下透明電極３７を設け、その上に下配向膜３８ａを設け、更に、下面に下透明電極３７と下配向膜３８ｂを設けた構成をなしている。ここでの下透明基板３６の上面に設ける下透明電極３７と下面に設ける下透明電極３７は同一形状、同一大きさをなしている。また、下透明基板３６の上面に設ける下配向膜３８ａと下面に設ける下配向膜３８ｂは同一形状、同一大きさをなしているが、ラビング処理による配向方向が丁度９０°クロスした状態に形成されている。また、第１液晶セル３０−１での上基板３１Ａの上配向膜３４ａの配向方向と下基板３５の上面に設けた下配向膜３８ａの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向になっている。

第２液晶セル３０−２は上基板３１Bと下基板３５との間隙に封止材４０を介して液晶３９を封入したものから構成している。上基板３１Ｂはガラスからなる上透明基板３２の上面に上透明電極３３を設け、その上に上配向膜３４ｂを設けた構成をなしている。ここでの上透明電極３３は上基板３１Ａの上透明電極３３と同一形状、同一大きさをなしている。また、上配向膜３４ｂも上基板３１Ａの上配向膜３４ａと同一形状、同一大きさをなしているが、配向方向のみが下基板３５の下面に設けた下配向膜３８ｂの配向方向と１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向の向きになっている。従って、上基板３１Ａと上基板３１Ｂは配向膜の配向方向のみが異なった構成になっている。

ここで、上透明電極３３は、錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜で形成しており、その形状は図４に示す形状をなしている。図４より、中心に丸い円形電極３３ａを設け、その周りに同心円で形成した環状電極３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅを設けた構成をなしている。そして、円形電極３３ａと複数の環状電極３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅのそれぞれに電圧を印加するために円形電極３３及びそれぞれの環状電極３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅに接続する接続電極３３ａ１、３３ｂ１、３３ｃ１、３３ｄ１、３３ｅ１を上透明基板３２の一部分の縁に集合させて設けている。そして、一番外側にある環状電極３３ｅの外形の大きさまでがレンズとして機能する領域になっており、図３、４の中で示したＭの領域がレンズの機能領域をなしている。以降、このＭをレンズ機能領域Ｍと呼んで説明する。そして、このレンズ機能領域Ｍの大きさを絞り２４の開口量Ｎの大きさより僅かに大きい大きさに設定している。尚、図４は分かり易くするために上透明電極３３を５つの電極に分割したもので示したが、この電極の分割数は多い方が精度の良い位相変調分布が得られるので好ましく、必要とされる分割数で形成する。また、この円形電極３３ａ、環状電極３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅにはそれぞれ異なる電圧量を印加して電極毎に電界強度を変え、これによって液晶分子の屈折率を変えて光の位相変調を行う。

一方、下透明電極３７は、上透明電極３３と同様に錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などで形成するが、その形状は丸い円形形状で一面に形成しており、その大きさは上透明電極３３の一番外側にある環状電極３３ｅの外形の大きさ、即ち、レンズ機能領域Ｍと同じ大きさで形成している。尚、図示はしていないが、この下透明電極３７にも電圧を印加するために下透明基板３６の縁まで引き回した接続電極を設けている。

このＩＴＯ膜からなる上透明電極３３、下透明電極３７は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの方法でＩＴＯ膜を全面に形成し、その後に、ホォトリソグラフイ法によって上記の形状に形成する。

上基板３１Ａの上配向膜３４ａ、上基板３１Ｂの上配向膜３４ｂ、及び下基板３５の下配向膜３８ａ、３８ｂは、印刷法やスピンコート法などによって形成したポリイミド樹脂の樹脂膜からなり、その表面にはコットン布材などを用いてラビング処理しての配向処理を施している。そして、上基板３１Ａの上配向膜３４ａの配向方向と下基板３５の下配向膜３８ａの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向をなしており、上基板３１Ｂの上配向膜３４ｂの配向方向と下基板３５の下配向膜３８ｂの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向をなしている。このようにパラレル配向の配置を取ると光の屈折方向を同一方向に揃えられる。

また、第１液晶セル３０−１の配向方向と第２液晶セル３０−２の配向方向は９０°にクロスした配向をなしている。第１液晶セル３０−１の配向方向と第２液晶セル３０−２の配向方向とを９０°にクロスさせることによって、光のＰ偏光成分（液晶セルへの入射面に平行な振動方向を持つ成分）とＳ偏光成分（液晶セルへの入射面に垂直な振動方向を持つ成分）を透過して利用することができ、光の利用効率を高める効果を得る。

次に、封入する液晶３９はホモジニアス分子配列をなすネマティック液晶、あるいは、このネマティック液晶に微量のカイラルネマティック液晶を混合した混合液晶などが用いられる。

封止材４０は熱硬化性のエポキシ樹脂にシリカボールなるスペーサを分散したものからなっている。このスペーサは所要のセルギャップを設けるために設けているもので、本実施形態では粒径２０μｍのシリカボールを用いている。セルギャップは電圧印加ＯＮ、ＯＦＦ時の液晶分子の立ち上がりや立ち下がりの反応時間（応答速度）に影響を及ぼし、セルギャップが小さいと液晶分子の立ち上がりや立ち下がりの応答速度は早くなり、一方、セルギャップが大きいと液晶分子の立ち上がりや立ち下がりの応答速度は遅くなる。応答速度は早い方が良く、本実施形態の液晶レンズ３０は粒径２０μｍのシリカボールを用いてセルギャップを小さく取ることで液晶分子の応答速度を早くしている。本実施形態においては、セルギャップを２０μｍに設定したが、各種の実験の結果から、セルギャップは１０〜５０μｍの範囲が好適な範囲であるとの結果を得ている。

上透明基板３２、下透明基板３６はソーダガラスや石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、普通板ガラスなどのガラスが用いられる。しかし、ガラスに限るものではなく、ガラス以外のものとしてプラスチック板などを用いることもできる。この上透明基板３２、下透明基板３６の厚みは研磨などによって所望の厚みに形成することができ、本実施形態においては、上透明基板３２は研磨によって０．１５ｍｍ厚みに形成したガラスを用い、下透明基板３６は０．３ｍｍ厚みのガラスを用いている。また、下透明基板３６は第２液晶セル３０−２の下透明基板として共用して用いていて、液晶レンズ３０の総厚としては約０．６ｍｍの厚みになっている。

次に、結像部材２７としてはＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子が用いられる。シャッターは電子シャッターを用いていることから図１には描いていないが、メカシャッターを用いた構成の撮像構造のものであっても本発明の撮像構造は適用できる。また、結像部材２７の前部にＩＲ（紫外線）カットフィルターなどが配設されて用いられるが、図１においてはＩＲカットフィルターは省略してある。

以上の構成をなした本発明のカメラの撮像構造においては、液晶レンズ３０は、液晶レンズ３０の円形電極と円形電極を取り巻く複数の環状電極にそれぞれ異なる電圧を印加して、液晶分子の配向方向を電極毎に変え、そこを透過する光に位相変調を与えて焦点距離を調整するオートフォーカス機能の働きをなす。従って、撮影体との距離を自動計測したデータ信号に基づいて制御回路の中でそれぞれの印加電圧の駆動指示信号が出され、それぞれの接続電極を介して液晶レンズ３０が駆動し、そして、焦点距離が自動的に調整される。

液晶レンズ３０がオートフォーカス機能を持つことで、従来技術の構造であったレンズの移動をなくすことができる。これにより、レンズの移動にステッピングモータやパルスモータなどを用いたアクチュエータが不要となり、製造コストが可成り低減できる。また、構造自体もシンプルな構造になる。また、撮影レンズ、絞り、液晶レンズを鏡筒内で固定してユニット化することができる。ユニット化の組立て易さ、取扱い易さなどの効果も現れて組立コストを低減することができる。また、落下などの衝撃による破損も少なくなる。

更に、本実施形態においては、絞り２４の開口量Ｎを一定にしている。そして、絞り２４を液晶レンズ３０に接触させて液晶レンズ３０と一体にした構成を取っている。これによって、液晶レンズ３０のレンズ機能領域Ｍを絞り２４の開口量Ｎより僅かに大きく設定すれば、絞り２４の開口２４ａを通過する全ての光は液晶レンズ３０のレンズ機能領域Ｍを通過させることができる。従って、液晶レンズ３０のレンズ機能領域Ｍを絞り２４の開口量Ｎよりも僅かに大きく形成すれば良いので、レンズ機能領域Ｍを小さい面積に抑えることができる。レンズ機能領域Ｍの面積が小さいと環状電極などの分割電極の数を少なくすることができる。このため、レンズ機能領域Ｍの小さい面積領域で光の位相変調量を大きくすることができるのでレンズパワーを大きくすることができる。そして、至近距離から遠距離までの焦点距離の調整範囲を広く取ることができる。また、分割電極の数が少ないと回路設計の複雑さもなくなり、また、製造コストのダウン効果を得る。

尚、本実施形態においては、絞り２４と液晶レンズ３０を一体にした構造を取ったが、本発明は必ずしも一体構造に制限するものではなく、絞り２４と液晶レンズ３０との配置間隔を狭くして隣接して配置した構造を取っても良い。その場合には、液晶レンズ３０のレンズ機能領域Ｍを絞り２４の開口量Ｎより大き目に設定する必要はあるが、極端に大きくする必要はないので同様な効果を生む。

また、本実施形態においては、液晶レンズ３０を絞り２４の後に配設したが、液晶レンズ３０を絞り２４の前に隣接して配設しても同様な効果を生む。

また、本実施形態においては、絞り２４と液晶レンズ３０を第１レンズ２１と第２レンズ２２の間に配設したが、第１レンズの前部に配設しても良い。

以下、実施例を用いて本発明のカメラの撮像構造についての更なる詳しい内容を説明する。最初に実施例１について図５、図６を用いて説明する。ここで、図５は本発明の実施例１に係るカメラの撮像構造を模式的に示した主要構成部品の配置図で、図６は図５における液晶レンズと絞りの要部断面図を示している。尚、本実施例１においてはカメラ付携帯電話のカメラの撮像構造を示している。

実施例１に係るカメラの撮像構造は、図５に示すように、撮影光Ｐの入射方向（矢印の方向）に向かって第１レンズ２１、液晶レンズ５０、絞り４４、第２レンズ２２、第３レンズ２３、結像部材２７の順で配列されている。ここで、第１レンズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３、結像部材２７は前述の実施形態で用いた第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、結像部材と同じ仕様のものを用いているので同一符号を付してある。また、液晶レンズ５０と絞り４４は第１レンズ２１と第２レンズ２２との間の位置に配置しており、この第１レンズ２１と第２レンズ２２との間に配置する構造は前述の実施形態での構造と同じである。ここで、本実施例１の構造と前述の実施形態での構造と異なる所は、液晶レンズ５０を絞り４４の前に配置し、液晶レンズ５０を絞り４４と同じ大きさに形成し、液晶レンズ５０に絞り４４を一体的に設けた所である。

実施例１の液晶レンズ５０は、図５に示すように、絞り４４の前に配置し、更に、液晶レンズ５０と絞り４４は一体になって形成している。更に、液晶レンズ５０の外形の大きさは絞り４４の外形の大きさと同じ大きさをなしている。絞り４４は中心領域に円形の開口４４ａを設けた遮光膜で構成している。そして、開口４４ａの部分から撮影光Ｐを通過させ、また、開口４４ａの大きさでもって光の通過量を決めている。

実施例１で用いる液晶レンズ５０は、図６に示すように、第１液晶セル５０−１と第２液晶セル５０−２との２つの液晶セルを積層して構成しているが、下基板５５は第１液晶セル５０−１と第２液晶セル５０−２に共用した構成を取っており、前述の実施形態での液晶レンズと同じ構成をなしている。第１液晶セル５０−１は撮影光Ｐの入射方向に面して配置され、絞り４４は第２液晶セル５０−２側の背面に設けられている。

この第１液晶セル５０−１と第２液晶セル５０−２の構成は前述の実施形態での液晶セルの構成と同じ構成をなしている。即ち。第１液晶セル５０−１は上基板５１Ａと下基板５５との間隙に封止材６０でもって液晶５９を封入したものから構成している。また、第２液晶セル５０−２も上基板５１Bと下基板５５との間隙に封止材６０を介して液晶５９を封入したものから構成している。ここで、上基板５１Ａはガラスからなる上透明基板５２の下面に上透明電極５３を設け、その上に上配向膜５４ａを設けた構成をなしている。下基板５５はガラスからなる下透明基板５６の上面に下透明電極５７を設け、その上に下配向膜５８ａを設け、更に、下面に下透明電極５７と下配向膜５８ｂを設けた構成をなしている。ここでの下透明基板５６の上面に設ける下透明電極５７と下面に設ける下透明電極５７は同一形状、同一大きさをなしている。また、下透明基板５６の上面に設ける下配向膜５８ａと下面に設ける下配向膜５８ｂは同一形状、同一大きさをなしているが、ラビング処理による配向方向が丁度９０°クロスした状態に形成されている。また、第１液晶セル５０−１での上基板５１Ａの上配向膜５４ａの配向方向と下基板５５の上面に設けた下配向膜５８ａの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向になっている。

第２液晶セル５０−２は上基板５１Bと下基板３５との間隙に封止材６０を介して液晶５９を封入したものから構成されるが、上基板５１Ｂはガラスからなる上透明基板５２の上面に上透明電極５３を設け、その上に上配向膜５４ｂを設けた構成をなしている。ここでの上透明電極５３は上基板５１Ａの上透明電極５３と同一形状、同一大きさをなしている。また、上配向膜５４ｂも上基板５１Ａの上配向膜５４ａと同一形状、同一大きさをなしているが、配向方向のみが下基板５５の下面に設けた下配向膜５８ｂの配向方向と１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向の向きになっている。従って、上基板５１Ａと上基板５１Ｂは配向膜の配向方向のみが異なった構成になっている。

ここで、上透明電極５３は、錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ膜で形成しており、その形状は前述の実施形態での形状と同じ形状をなしている。即ち、中心に丸い円形電極を設け、その周りに同心円で形成した複数の環状電極を設けた構成をなしている。そして、上透明電極５３の一番外側にある環状電極の外形の大きさでもってレンズ機能領域Ｍを構成している。一方、下透明電極５７は同様にＩＴＯ膜などで形成し、その形状は丸い円形形状で一面に形成しており、その大きさは上透明電極５３の一番外側にある環状電極の外形の大きさと同じ大きさで形成している。

このＩＴＯ膜からなる上透明電極５３、下透明電極５７は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの方法でＩＴＯ膜を全面に形成し、その後に、ホォトリソグラフイ法によって所要の形状に形成する。

上基板５１Ａの上配向膜５４ａ、上基板５１Ｂの上配向膜５４ｂ、及び下基板５５の下配向膜５８ａ、５８ｂは、印刷法やスピンコート法などによって形成したポリイミド樹脂の樹脂膜からなり、その表面にはコットン布材などを用いてラビング処理しての配向処理を施している。そして、上基板５１Ａの上配向膜５４ａの配向方向と下基板５５の下配向膜５８ａの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向をなしており、上基板５１Ｂの上配向膜５４ｂの配向方向と下基板５５の下配向膜５８ｂの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向をなしている。このようにパラレル配向の配置を取ると光の屈折方向を同一方向に揃えられる。

また、第１液晶セル５０−１の配向方向と第２液晶セル５０−２の配向方向は９０°にクロスした配向をなしている。第１液晶セル５０−１の配向方向と第２液晶セル５０−２の配向方向とを９０°にクロスさせることによって、光のＰ偏光成分とＳ偏光成分を透過して利用することができ、光の利用効率を高める効果を得る。

次に、封入する液晶５９はホモジニアス分子配列をなすネマティック液晶、あるいは、このネマティック液晶に微量のカイラルネマティック液晶を混合した混合液晶などが用いられる。

封止材６０は熱硬化性のエポキシ樹脂にシリカボールなるスペーサを分散したものからなっている。このスペーサは所要のセルギャップを設けるために設けているもので、本実施例１では粒径２０μｍのシリカボールを用いてセルギャップ２０μｍに設定している。いる。セルギャップは電圧印加ＯＮ、ＯＦＦ時の液晶分子の立ち上がりや立ち下がりの反応時間（応答速度）に影響を及ぼし、セルギャップが小さいと液晶分子の立ち上がりや立ち下がりの応答速度は早くなり、一方、セルギャップが大きいと液晶分子の立ち上がりや立ち下がりの応答速度は遅くなる。応答速度は早い方が良く、本実施例１の液晶レンズ５０はセルギャップを２０μｍに取ることで液晶分子の応答速度を早くしている。尚、各種の実験結果から、セルギャップは１０〜５０μｍの範囲が好適な範囲であるとの結果を得る。

上透明基板５２、下透明基板５６はソーダガラスや石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、普通板ガラスなどのガラスが用いられる。しかし、ガラスに限るものではなく、ガラス以外のものとしてプラスチック板などを用いることもできる。この上透明基板５２、下透明基板５６の厚みは研磨などによって所望の厚みに形成することができ、本実施例１においては、上透明基板５２は研磨によって０．１５ｍｍ厚みに形成したガラスを用い、下透明基板５６は０．３ｍｍ厚みのガラスを用いて、液晶レンズ５０を約０．６ｍｍの総厚に仕上げている。

液晶レンズ５０の第２液晶セル５０−２側には絞り４４を設けている。この絞り４４は第２液晶セル５０−２の上基板５１Ｂ側の外面、即ち、上基板５１Ｂを構成するガラスからなる上透明基板５２の外面に設けている。この絞り４４はその中心領域に開口４４ａの部分を持っており、この開口４４ａの部分から光が通過する。この開口４４ａの量、即ち、開口量は、図６においてＮで示しているが、一定の値に設定していて、光の通過量を一定にしている。

本実施例１の絞り４４は酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜からなる遮光膜でもって構成している。この酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜はガラスからなる上透明基板５２に、開口４４ａの部分にはマスキングを施し、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの方法で形成する。例えば、真空蒸着法などで形成する場合には、チャンバー内の載品台に被着物（上基板５１）を載置し、真空蒸着機のチャンバー内の蒸着時の圧力を１×１０^−６〜５×１０^−５ｔｏｒｒ（１．３３×１０^−４〜６．６５×１０^−３Ｐａ）の範囲に設定して、所要の厚みになるまで蒸着を施すことによって得られる。金属膜の厚みは光透過がない厚みであれば良く、５００Å以上の厚みがあれば十分である。尚、本実施例１においては、絞り４４を酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜の遮光膜で構成したが、酸化クロム（ＣｒＯ）金属膜に限るものではなく黒色塗膜などで形成しても良く、また、遮光フィルムを貼合わせて形成しても良い。

ここで、液晶レンズ５０のレンズ機能領域Ｍは絞り４４の開口量Ｎより少し大き目に設けている。これは、絞り４４の開口４４ａの部分を通過する全ての撮影光Ｐは液晶レンズ５０での位相変調した光を通過させることによる。液晶レンズ５０での位相変調する領域は絞りの開口量Ｎに相当する量で良いので、位相変調した光が絞り４４の遮光膜によって遮光される量が少なくなるように、レンズ機能領域Ｍの大きさを開口量Ｎより少し大き目位に設定する。このようにしてレンズ機能領域Ｍの範囲を設定するとレンズ機能領域Ｍはミニマムな範囲にすることができる。レンズ機能領域Ｍの領域（面積）が小さいと上透明電極５３の環状電極の分割数を減らすことができ、焦点距離の調整範囲を広く取ることができる。即ち、レンズパワーを大きくすることができる。また、分割電極の数が少ないと回路設計の複雑さもなくなり、また、製造コストのダウン効果を得る。

以上の構成をなした液晶レンズ５０、絞り４４は第１レンズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３と共に鏡筒（図示していない）内に収納されて鏡筒に固定される。絞りに遮光フィルムを用いた前述の実施形態のものと比較するとフィルムの無い分だけ厚みを薄型にできる。

次に、実施例２について図７〜８を用いて説明する。ここで、図７は本発明の実施例２に係るカメラの撮像構造を模式的に示した主要構成部品の配置図で、図８は図７における液晶レンズの要部断面図を示している。尚、実施例２に係るカメラの撮像構造はカメラ付携帯電話の撮像構造を示している。

実施例２のカメラの撮像構造は液晶レンズの中に絞りを配設した構造を示している。図７に示すように、第１レンズ２１と第２レンズ２２の間に、内部に絞り８４を配設した液晶レンズ１００を配置した構造を取っている。実施例２のカメラの撮像構造は、撮影光Ｐの入射方向（矢印の方向）に向かって、第１レンズ２１、液晶レンズ１００、第２レンズ２２、第３レンズ２３、結像部材２７の順で配列している。ここでの第１レンズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３、結像部材２７の配置順序は前述の実施例１での配置順序と同じ順序を取っており、また、その部品仕様も同じ仕様のものを用いている。実施例２においては、液晶レンズ１００と絞り８４の仕様のみが前述の実施例１における液晶レンズや絞りの仕様と異なっている。従って、この実施例２においては仕様の異なっている液晶レンズ１００と絞り８４を論主にして説明する。

実施例２の液晶レンズ１００は、図８に示すように、第１液晶セル１００−１と第２液晶セル１００−２との間に絞り８４を配設した構成をなしている。ここでの絞り８４は開口８４ａを設けた遮光フィルムで形成しており、この遮光フィルムを両面接着テープを介して第１液晶セル１００−１と第２液晶セル１００−２に貼付けてある。また、第１液晶セル１００−１側を撮影光の入射側に向けて配置され、レンズ機能領域Ｍの大きさは絞り８４の開口量Ｎより僅かに大きく設定してある。そして、絞り８４の開口８４ａの部分には第１液晶セル１００−１のレンズ機能領域Ｍでもって位相変調された光が通過するようになっている。

以下、液晶レンズ１００の構成を簡単に説明する。液晶レンズ１００は第１液晶セル１００−１と第２液晶セル１００−２とその間に設けた絞り８４とから構成している。第１１液晶セル１００−１は上基板１０１Ａと下基板１０５Ａとの間隙の間に液晶１０９を封止材１１０を介して封入した構成をなす。また、ここでの上基板１０１Ａは上透明基板１０２の下面に上透明電極１０３と、この上透明電極１０３の表面に上配向膜１０４ａを設けた構成をなし、下基板１０５Ａは下透明基板１０６の上面に下透明電極１０７と、その表面に下配向膜１０８ａを設けた構成をなす。ここでの上配向膜１０４ａの配向方向と下配向膜１０８ａの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向をなしている。また、上透明電極１０３は中心部に円形電極、その周りに同心円状の複数の環状電極でもって構成している。そして、一番外側の環状電極の外径の大きさまでの領域でもってレンズ機能領域Ｍを構成している。一方、下透明電極１０７はレンズ機能領域Ｍの大きさで一面に形成している。

第２液晶セル１００−２は、第１液晶セル１００−１と同様に、上基板１０１Ｂと下基板１０５Ｂとの間隙の間に液晶１０９を封止材１１０を介して封入した構成をなす。また、ここでの上基板１０１Ｂは上透明基板１０２の上面に上透明電極１０３と、この上透明電極１０３の表面に上配向膜１０４ｂを設けた構成をなし、下基板１０５Ｂは下透明基板１０６の下面に下透明電極１０７と、その表面に下配向膜１０８ｂを設けた構成をなす。ここでの上配向膜１０４ｂの配向方向と下配向膜１０８ｂの配向方向は１８０°異なる正反対の方向に向けたパラレル配向をなしている。また、第１液晶セル１００−１と第２液晶セル１００−２は配向方向が丁度９０°にクロスする位置になって組合せられている。

上記の構成をなす液晶レンズ１００は２個の液晶セルの間に遮光フィルムを貼付けたもので構成していることから構成が簡単であり、製造コストも安くできる。また、２層にして配向方向を９０°にクロスさせていることで、光のＰ偏光成分とＳ偏光成分を透過して利用し光の利用効率を高める効果を得る。

尚、絞り８４として遮光フィルムを用いたが、遮光フィルムに代えて酸化クロム金属蒸着膜を用いても良く、また、印刷方法などで形成した黒色塗膜を用いても何ら支障はない。

また、本実施例２の液晶レンズ１００は２個の液晶セルの間に絞りを配設した構成を取ったものであるが、本発明においては２個の液晶セルの間に限るものではなく、液晶セルの中に配設する構成を取っても良い。例えば、図８の構成において、絞り８４を酸化クロム金属膜で構成し、第１液晶セル１００−１の上基板１０１Ａの下面または下基板１０５Ａの上面に配設する構成。或いはまた、第２液晶セル１００−２の下基板１０５Ｂの下面または上基板１０１Ｂの上面に絞り８４を配設した構成でも良い。また、前述の実施例１で示した下基板を第１液晶セルと第２液晶セルとで共用した液晶レンズの構成であっても同様に適用できるものである。

以上、カメラ付携帯電話を実施例に取って説明したが、本発明のカメラの撮像構造はコンパクトカメラなどにも適用でき、絞りの値を一定の値に設定して用いるカメラには全て適用して用いることができる。

本発明の実施形態に係るカメラの撮像構造を模式的に示した主要構成部品の配置図である。 図１における絞りの平面図と要部断面図で、図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は要部断面図である。 図１における液晶レンズの要部断面図である。 図３における上透明電極の形状を示した平面図である。 本発明の実施例１に係るカメラの撮像構造を模式的に示した主要構成部品の配置図である。 図５における液晶レンズと絞りの要部断面図である。 図７は本発明の実施例２に係るカメラの撮像構造を模式的に示した主要構成部品の配置図である。 図７における液晶レンズの要部断面図である。 従来技術の一つとして特許文献１に示された所のデジタルカメラの内部の構造を示す断面図である。

符号の説明

２１ 第１レンズ
２２ 第２レンズ
２３ 体３レンズ
２４、４４、８４ 絞り
２４ａ、４４ａ、８４ａ 開口
２４ｂ 遮光膜
２７ 結像部材
３０、５０、１００ 液晶レンズ
３０−１、５０−１、１００−１ 第１液晶セル
３０−２、５０−２、１００−２ 第２液晶セル
３１Ａ、３１Ｂ、５１Ａ、５１Ｂ、１０１Ａ、１０１Ｂ 上基板
３２、５２、１０２ 上透明基板
３３、５３、１０３ 上透明電極
３３ａ 円形電極
３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ 環状電極
３３ａ１、３３ｂ１、３３ｃ１、３３ｄ１、３３ｅ１ 接続電極
３４ａ、３４ｂ、５４ａ、５４ｂ、１０４ａ、１０４ｂ 上配向膜
３５、５５、１０５Ａ、１０５Ｂ 下基板
３６、５６、１０６ 下透明基板
３７、５７、１０７ 下透明電極
３８ａ、３８ｂ、５８ａ、５８ｂ、１０８ａ、１０８ｂ 下配向膜
３９、５９、１０９ 液晶
４０、６０、１１０ 封止材
Ｎ 開口量
Ｍ レンズ機能領域

Claims (7)

1. 少なくとも、撮影レンズと絞りと結像部材を有するカメラの撮像構造において、前記絞りに隣接して絞りの前又は絞りの後に液晶レンズを配設したことを特徴とするカメラの撮像構造。
2. 少なくとも、撮影レンズと絞りと結像部材を有するカメラの撮像構造において、液晶レンズを配設すると共に前記絞りを液晶レンズの中に配設したことを特徴とするカメラの撮像構造。
3. 前記絞りは円形の光透過部分を有する遮光部材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラの撮像構造。
4. 前記遮光部材は遮光膜又は遮光フィルムからなることを特徴とする請求項３に記載のカメラの撮像構造。
5. 前記絞りと前記液晶レンズは一体的になっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカメラの撮像構造。
6. 前記液晶レンズは２層の液晶セルからなることを特徴とする請求項１、２、５のいずれか１項に記載のカメラの撮像構造。
7. 前記撮影レンズと前記絞りと前記液晶レンズは鏡筒内に固定したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカメラの撮像構造。
   
   

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