JP2009180951A - Focusing device - Google Patents

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Yasuhiro Kageyama
康博 影山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focusing device capable of switching quickly a lens state of a liquid crystal lens. <P>SOLUTION: The focusing device includes the liquid crystal lens for holding a liquid crystal layer by a pattern electrode group and a common electrode, and a controller for switching a voltage applied to the pattern electrode group to form a refractive index distribution in the liquid crystal layer. A voltage distribution 91 applied to each electrode when bringing the liquid crystal lens into a convex lens state is brought into a crossed state with a voltage distribution 92 applied to each electrode when bringing the liquid crystal lens into a concave lens state, the maximum voltage of the voltage distribution 91 is higher than the maximum voltage of the voltage distribution 92, and the minimum voltage of the voltage distribution 91 is lower than the minimum voltage of the voltage distribution 92. The liquid crystal lens is thereby switched quickly by reducing a change in the voltage applied to the liquid crystal layer, when switching the lens state, to shorten a transient response time of the liquid crystal layer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶レンズを用いた合焦点装置に関する。詳しくは、液晶層に印加される電圧の変化を小さくすることで、液晶レンズのレンズ状態の切り替えを速く行うことを可能とするものである。   The present invention relates to a focusing device using a liquid crystal lens. More specifically, the change in the voltage applied to the liquid crystal layer is reduced, so that the lens state of the liquid crystal lens can be switched quickly.

従来から、光学系の焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点装置として、レンズを移動させることにより焦点を合わせる方式が広く用いられている。しかし、この方式では、レンズ駆動機構が必要であるため、機構が複雑になるという欠点や、レンズ駆動用モータに比較的多くの電力を要するという欠点がある。また、一般に耐衝撃性が低いという欠点もある。そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点装置として、液晶レンズの屈折率を変化させることにより焦点を合わせる方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a focusing device that changes a focal length or a focal position of an optical system, a method of focusing by moving a lens has been widely used. However, this method requires a lens driving mechanism, and thus has a drawback that the mechanism is complicated and a lens driving motor requires a relatively large amount of electric power. In addition, there is a drawback that the impact resistance is generally low. Thus, as a focusing device that does not require a lens driving mechanism, a method of focusing by changing the refractive index of a liquid crystal lens has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

この従来の方式を達成するための液晶レンズは、パターン電極を備えたガラス基板と、共通電極を備えたガラス基板との間に液晶層を挟持した構成となっている。そして、このパターン電極は、中心部電極と複数個の輪帯電極を有し、中心部電極と各輪帯電極とが電圧降下抵抗にて接続された構成となっている。そして、各輪帯電極とは絶縁して中心部電極に接続された引き出し電極には、電力増幅器を介して可変抵抗が接続されており、輪帯電極(外周部電極)に接続された引き出し電極には、増幅器を介して可変抵抗が接続されている。さらに、これら可変抵抗に並列に接続された交流源から供給される交流電圧は、可変抵抗により、降圧されるようになっている。   A liquid crystal lens for achieving this conventional method has a configuration in which a liquid crystal layer is sandwiched between a glass substrate provided with a pattern electrode and a glass substrate provided with a common electrode. The pattern electrode has a central electrode and a plurality of annular electrodes, and the central electrode and each annular electrode are connected by a voltage drop resistor. A variable resistor is connected via a power amplifier to the lead electrode that is insulated from each ring electrode and connected to the center electrode, and the lead electrode connected to the ring electrode (outer peripheral electrode). Is connected to a variable resistor via an amplifier. Further, the AC voltage supplied from the AC source connected in parallel to these variable resistors is stepped down by the variable resistors.

このように、引き出し電極に印加された電圧信号と電圧降下抵抗より電圧分布が形成され、液晶層に電圧分布が形成される。そして、可変抵抗をそれぞれ調整することにより、液晶層に様々な電圧分布を発生させることが可能となる。   Thus, a voltage distribution is formed from the voltage signal applied to the extraction electrode and the voltage drop resistance, and a voltage distribution is formed in the liquid crystal layer. Then, by adjusting each variable resistance, various voltage distributions can be generated in the liquid crystal layer.

また、特許文献1には、液晶レンズがレンズ効果を持たない状態と、液晶レンズが凸レンズまたは凹レンズのレンズ効果を有する状態とにおける、液晶層の屈折率分布が記載されている。液晶レンズがレンズ効果を持たない状態では、液晶層の屈折率の分布が一様となるように液晶層に電圧が印加される。
また、液晶レンズが凸レンズの効果を有する状態では、レンズ効果を持たない状態での屈折率より高い屈折率で所定の屈折率分布をなすように、液晶層に電圧が印加される。さらに、液晶レンズが凹レンズの効果を有する状態では、レンズ効果を持たない状態での屈折率より低い屈折率で所定の屈折率分布をなすように、液晶層に電圧が印加される。
Patent Document 1 describes a refractive index distribution of a liquid crystal layer in a state in which the liquid crystal lens does not have a lens effect and a state in which the liquid crystal lens has a lens effect of a convex lens or a concave lens. In a state where the liquid crystal lens does not have a lens effect, a voltage is applied to the liquid crystal layer so that the refractive index distribution of the liquid crystal layer is uniform.
In addition, when the liquid crystal lens has the effect of a convex lens, a voltage is applied to the liquid crystal layer so as to form a predetermined refractive index distribution with a refractive index higher than that without the lens effect. Further, when the liquid crystal lens has the effect of a concave lens, a voltage is applied to the liquid crystal layer so as to form a predetermined refractive index distribution with a refractive index lower than that without the lens effect.

特許第3047082号公報(第6頁、図13)Japanese Patent No. 3047082 (6th page, FIG. 13)

しかし、上述した従来の液晶レンズを用いた合焦点装置では、次のような問題がある。液晶レンズにおいて液晶層への印加電圧が変化した際には、液晶の過渡応答が完了するまでに印加電圧の変化に応じた時間を要する。また、特許文献1に記載された合焦点装置の液晶レンズでは、凹レンズの効果を有する状態の屈折率分布と、凸レンズの効果を有する状態の屈折率分布とが交わらない。   However, the focusing device using the above-described conventional liquid crystal lens has the following problems. When the applied voltage to the liquid crystal layer changes in the liquid crystal lens, it takes time to change the applied voltage until the transient response of the liquid crystal is completed. Further, in the liquid crystal lens of the focusing device described in Patent Document 1, the refractive index distribution in the state having the effect of the concave lens and the refractive index distribution in the state having the effect of the convex lens do not intersect.

このため、特許文献1に記載された合焦点装置では、液晶レンズのレンズ状態の切り替え時における液晶層の屈折率の変化が大きく、液晶層に印加される電圧の変化も大きい。
特に液晶層の中心部において、レンズ状態の変化による印加電圧の変化が大きい。よって、特許文献1に記載された合焦点装置では、液晶レンズのレンズ状態の切り替え時に、液晶の過渡応答が完了して液晶層が所望の屈折率分布となるまでに長い時間を要してしまうという問題がある。
For this reason, in the focusing device described in Patent Document 1, the change in the refractive index of the liquid crystal layer is large when the lens state of the liquid crystal lens is switched, and the change in the voltage applied to the liquid crystal layer is also large.
In particular, the change in the applied voltage due to the change in the lens state is large at the center of the liquid crystal layer. Therefore, in the focusing device described in Patent Document 1, when switching the lens state of the liquid crystal lens, it takes a long time until the transient response of the liquid crystal is completed and the liquid crystal layer has a desired refractive index distribution. There is a problem.

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、液晶レンズのレンズ状態の切り替えを速く行うことを可能とする合焦点装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a focusing device that solves the above-described problems caused by the prior art and can quickly change the lens state of a liquid crystal lens.

本発明にかかる合焦点装置は、上記の目的を達成するため、複数のパターン電極からなるパターン電極群と、パターン電極群と対向した共通電極とで液晶層を挟持した液晶レンズと、共通電極に所定の電圧が印加された状態で、パターン電極群に印加する電圧の分布を第1の分布と第2の分布とで切り替えて、液晶レンズのレンズ状態を凹レンズと凸レンズとで切り替える制御手段と、を備える合焦点装置において、制御手段は、第1の分布より第2の分布において低い電圧が印加されるパターン電極と、第1の分布より第2の分布において高い電圧が印加されるパターン電極とを設けるように、第1の分布と第2の分布とを形成することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a focusing device according to the present invention includes a liquid crystal lens having a liquid crystal layer sandwiched between a pattern electrode group composed of a plurality of pattern electrodes, a common electrode facing the pattern electrode group, and a common electrode. Control means for switching the distribution of the voltage applied to the pattern electrode group between the first distribution and the second distribution and switching the lens state of the liquid crystal lens between a concave lens and a convex lens in a state where a predetermined voltage is applied; In the focusing apparatus, the control means includes: a pattern electrode to which a lower voltage is applied in the second distribution than the first distribution; and a pattern electrode to which a higher voltage is applied in the second distribution than the first distribution; The first distribution and the second distribution are formed so as to be provided.

また、本発明にかかる合焦点装置は、前述した制御手段は、第1の分布から第2の分布へ切り替えることでの液晶層の過渡応答時間と、第2の分布から第1の分布へ切り替えることでの液晶層の過渡応答時間と、が等しくなるように、第1の分布と第2の分布とを形成することを特徴とするものである。   Further, in the focusing device according to the present invention, the control unit described above switches the transient response time of the liquid crystal layer by switching from the first distribution to the second distribution, and switches from the second distribution to the first distribution. In this case, the first distribution and the second distribution are formed so that the transient response time of the liquid crystal layer becomes equal.

さらに、本発明にかかる合焦点装置は、前述した制御手段は、第1の分布の最大電圧が第2の分布の最大電圧以上で且つ第1の分布の最小電圧が第2の分布の最小電圧以下となる、または、第2の分布の最大電圧が第1の分布の最大電圧以上で且つ第2の分布の最小電圧が第1の分布の最小電圧以下となるように、第1の分布と第2の分布とを形成することを特徴とするものである。   Furthermore, in the focusing device according to the present invention, the control means described above is configured so that the maximum voltage of the first distribution is equal to or higher than the maximum voltage of the second distribution and the minimum voltage of the first distribution is the minimum voltage of the second distribution. Or the first distribution such that the maximum voltage of the second distribution is not less than the maximum voltage of the first distribution and the minimum voltage of the second distribution is not more than the minimum voltage of the first distribution. The second distribution is formed.

さらに、本発明にかかる合焦点装置は、第1の分布および第2の分布の電圧で最も小さい電圧が印加されるパターン電極を最小電圧電極とし、第1の分布および第2の分布の電圧で最も大きい電圧が印加されるパターン電極を最大電圧電極として、前述した制御手段は、最小電圧電極の第1の分布と第2の分布とにおける印加電圧の差が、最大電圧電極の第1の分布と第2の分布とにおける印加電圧の差以下となるように、第1の分布と第2の分布とを形成することを特徴とするものである。   Furthermore, the focusing device according to the present invention uses the pattern electrode to which the smallest voltage among the voltages of the first distribution and the second distribution is applied as the minimum voltage electrode, and uses the voltages of the first distribution and the second distribution. With the pattern electrode to which the largest voltage is applied as the maximum voltage electrode, the control means described above is such that the difference in applied voltage between the first distribution and the second distribution of the minimum voltage electrode is the first distribution of the maximum voltage electrode. The first distribution and the second distribution are formed so as to be equal to or less than the difference in applied voltage between the second distribution and the second distribution.

さらに、本発明にかかる合焦点装置は、前述した制御手段は、最小電圧電極の、第1の分布と第2の分布とで大きい電圧から小さい電圧への切り替え時の液晶層の過渡応答時間と、最大電圧電極の、第1の分布と第2の分布とで大きい電圧から小さい電圧への切り替え時の液晶層の過渡応答時間とが、略等しくなるように、第1の分布と第2の分布とを形成することを特徴とするものである。   Further, in the focusing device according to the present invention, the control means described above is configured such that the minimum voltage electrode has a transient response time of the liquid crystal layer at the time of switching from a large voltage to a small voltage between the first distribution and the second distribution. The first distribution and the second distribution are set so that the transient response times of the liquid crystal layer at the time of switching from a large voltage to a small voltage are approximately equal between the first distribution and the second distribution of the maximum voltage electrode. Forming a distribution.

本発明の合焦点装置では、パターン電極群に印加する電圧の分布を第1の分布と第2の分布とで切り替えて、液晶レンズのレンズ状態を凹レンズと凸レンズとで切り替える。ここで、あるパターン電極では第1の分布より第2の分布において低い電圧が印加され、別のパターン電極では第1の分布より第2の分布において高い電圧が印加されるように、第1の分布と第2の分布とを形成する。
これにより、本発明の合焦点装置の液晶レンズでは、凹レンズの状態と凸レンズの状態とで電圧分布が交わり、レンズ状態の切り替え時の印加電圧の変化が小さい。このため、
液晶の過渡応答時間が短く、液晶レンズのレンズ状態の切り替えを速く行うことができる。
In the focusing device of the present invention, the voltage distribution applied to the pattern electrode group is switched between the first distribution and the second distribution, and the lens state of the liquid crystal lens is switched between the concave lens and the convex lens. Here, the first voltage is applied so that a lower voltage is applied in the second distribution than the first distribution in a certain pattern electrode, and a higher voltage is applied in the second distribution than the first distribution in another pattern electrode. A distribution and a second distribution are formed.
Thereby, in the liquid crystal lens of the focusing device of the present invention, the voltage distribution intersects between the state of the concave lens and the state of the convex lens, and the change in the applied voltage when switching the lens state is small. For this reason,
The transient response time of the liquid crystal is short and the lens state of the liquid crystal lens can be switched quickly.

以下、図面に基づき本発明の実施形態における合焦点装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a focusing device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[構成の説明]
まず、本発明の実施の形態の合焦点装置の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態の合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本発明の実施の形態の合焦点装置は、液晶レンズ1、光学レンズ2、撮像素子3、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)4、切り替え手段5、制御コントローラ6および液晶レンズドライバ7を備えている。液晶レンズ1は、P波用液晶レンズとS波用液晶レンズを組み合わせた構成を有する。光学レンズ2は、絞り、所定の焦点距離を有する組レンズおよび赤外線カットフィルタを有する。撮像素子3は、CCDやCMOS等の固体撮像素子よりなるイメージセンサとアナログ−デジタル変換器を有する。
[Description of configuration]
First, the configuration of the focusing device according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a focusing device according to an embodiment of the present invention includes a liquid crystal lens 1, an optical lens 2, an image sensor 3, a DSP (digital signal processor) 4, a switching unit 5, a control controller 6, and a liquid crystal lens driver. 7 is provided. The liquid crystal lens 1 has a configuration in which a P-wave liquid crystal lens and an S-wave liquid crystal lens are combined. The optical lens 2 includes a diaphragm, a combined lens having a predetermined focal length, and an infrared cut filter. The image sensor 3 includes an image sensor made of a solid-state image sensor such as a CCD or CMOS, and an analog-digital converter.

液晶レンズ1および光学レンズ2を通過して結像した光学像は、撮像素子3のイメージセンサにより、電気信号に変換される。イメージセンサから出力された電気信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。DSP4は、アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号に対して画像処理を行い、画像信号を出力する。制御コントローラ6は制御手段の一例であり、切り替え手段5を介してユーザからの撮影モードの切り替え操作を受け、液晶レンズドライバ7を介して液晶レンズ1の駆動制御を行う。   An optical image formed through the liquid crystal lens 1 and the optical lens 2 is converted into an electric signal by the image sensor of the image sensor 3. The electrical signal output from the image sensor is converted into a digital signal by an analog-digital converter. The DSP 4 performs image processing on the digital signal output from the analog-digital converter and outputs an image signal. The controller 6 is an example of a control unit, receives a shooting mode switching operation from the user via the switching unit 5, and controls the driving of the liquid crystal lens 1 via the liquid crystal lens driver 7.

制御コントローラ6は、上述した一連の制御を行うマイクロプロセッサ61と記憶手段62を有する。記憶手段62は、マイクロプロセッサ61が実行するプログラムや最適な駆動電圧を求めるために必要な種々の関係などを格納した読み出し専用メモリ部(ROM部)と、マイクロプロセッサ61が作業領域として使用する書き込み可能なメモリ部(RAM部)を有する。液晶レンズドライバ7は、制御コントローラ6から出力された制御信号に基づいて液晶レンズ1に電圧を印加する。   The controller 6 includes a microprocessor 61 and a storage unit 62 that perform the above-described series of controls. The storage means 62 includes a read-only memory unit (ROM unit) that stores a program executed by the microprocessor 61 and various relationships necessary for obtaining an optimum drive voltage, and a write used by the microprocessor 61 as a work area. It has a possible memory part (RAM part). The liquid crystal lens driver 7 applies a voltage to the liquid crystal lens 1 based on the control signal output from the controller 6.

次に、液晶レンズ1の構成について説明をする。図2および図3は、それぞれ液晶レンズ1のセル構成を示す平面図および断面図である。   Next, the configuration of the liquid crystal lens 1 will be described. 2 and 3 are a plan view and a cross-sectional view showing the cell configuration of the liquid crystal lens 1, respectively.

液晶レンズ1は、液晶パネル10等から構成される。液晶パネル10では、一対の対向するガラス基板11、12の内側にパターン電極群13と共通電極14が対向して配置されている。パターン電極群13および共通電極14の内側には、配向膜15、16が対向して配置されている。配向膜15、16の間には、ホモジニアス配向の液晶層17が封入されているが、他の種類の液晶層を用いることも可能である。   The liquid crystal lens 1 includes a liquid crystal panel 10 and the like. In the liquid crystal panel 10, the pattern electrode group 13 and the common electrode 14 are disposed to face each other inside the pair of opposing glass substrates 11 and 12. Inside the pattern electrode group 13 and the common electrode 14, alignment films 15 and 16 are arranged to face each other. A homogeneously aligned liquid crystal layer 17 is sealed between the alignment films 15 and 16, but other types of liquid crystal layers can also be used.

P波用液晶レンズとS波用液晶レンズの構成は同じであるが、液晶層17の配向方向が90°異なる。これは、P波用液晶レンズの屈折率分布を変化させた場合、P波用液晶レンズの配向方向と同じ方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けるが、P波用液晶レンズの配向方向に対して直交する方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けない。S波用液晶レンズについても同様である。   The P-wave liquid crystal lens and the S-wave liquid crystal lens have the same configuration, but the alignment direction of the liquid crystal layer 17 differs by 90 °. This is because when the refractive index distribution of the P-wave liquid crystal lens is changed, light having a polarization plane in the same direction as the orientation direction of the P-wave liquid crystal lens is affected by the change in the refractive index distribution. The light having the polarization plane in the direction orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal lens for use is not affected by the change in the refractive index distribution. The same applies to the S-wave liquid crystal lens.

従って、配向方向が90°異なる2枚の液晶レンズ、すなわちP波用液晶レンズとS波用液晶レンズが必要となる。P波用液晶レンズとS波用液晶レンズは、同じ波形の駆動電圧によって駆動される。駆動電圧は、例えばパルス高さ変調(PHM)またはパルス幅変
調(PWM)された交流電圧である。
Therefore, two liquid crystal lenses whose orientation directions are different by 90 °, that is, a P-wave liquid crystal lens and an S-wave liquid crystal lens are required. The P-wave liquid crystal lens and the S-wave liquid crystal lens are driven by a drive voltage having the same waveform. The drive voltage is, for example, an AC voltage that has been pulse height modulated (PHM) or pulse width modulated (PWM).

液晶パネル10の中央部には、印加電圧に応じて屈折率が変化するレンズ部18が設けられている。また、液晶パネルの周縁部は、シール部材19により封止されている。液晶層17の厚さは、スペーサ部材20により一定に保たれている。パターン電極群13の電極取り出し部21には、フレキシブルプリント配線板(FPC)22が異方性導電膜を用いて接続されている。電極取り出し部21の一部は、パターン電極群13から絶縁されており、共通電極14に接続されている。   At the center of the liquid crystal panel 10, a lens unit 18 whose refractive index changes according to the applied voltage is provided. Further, the peripheral edge of the liquid crystal panel is sealed with a seal member 19. The thickness of the liquid crystal layer 17 is kept constant by the spacer member 20. A flexible printed wiring board (FPC) 22 is connected to the electrode extraction portion 21 of the pattern electrode group 13 using an anisotropic conductive film. A part of the electrode extraction portion 21 is insulated from the pattern electrode group 13 and connected to the common electrode 14.

特に限定しないが、一例として液晶レンズ1の寸法を示す。ガラス基板11、12の一辺の長さは10mmであるが、数mmから十数mm程度とすることができる。ただし、パターン電極13側のガラス基板11については、パターン電極13の電極取り出し部21を被う部分を除いた寸法である。ガラス基板11、12の厚さは300μmであるが、数百μm程度とすることができる。液晶層17の厚さは23μmであるが、十数μmから数十μm程度とすることができる。レンズ部18の直径は2.4mmであるが、数mm程度とすることができる。   Although it does not specifically limit, the dimension of the liquid crystal lens 1 is shown as an example. The length of one side of the glass substrates 11 and 12 is 10 mm, but can be about several mm to several tens of mm. However, the size of the glass substrate 11 on the pattern electrode 13 side is the dimension excluding the portion of the pattern electrode 13 that covers the electrode extraction portion 21. The thickness of the glass substrates 11 and 12 is 300 μm, but can be about several hundred μm. The thickness of the liquid crystal layer 17 is 23 μm, but it can be about 10 to several tens of μm. The diameter of the lens portion 18 is 2.4 mm, but can be about several mm.

図4は、パターン電極群13の概略構成を示す平面図である。図5は、パターン電極群13における各電極の配置例を示すデータである。   FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of the pattern electrode group 13. FIG. 5 is data showing an arrangement example of each electrode in the pattern electrode group 13.

図4に示すように、パターン電極群13は、パターン電極として、円形状の中心部電極23と、中心部電極23の回りに、半径の異なる複数の同心円の円周に沿って複数のC字状に設けられた輪帯電極24とを有する。中心部電極23と最も内側の輪帯電極24の間、および隣り合う輪帯電極24の間は絶縁されている。なお、図4に示す輪帯電極24の個数は、表示上の問題から実際の数と異なる。   As shown in FIG. 4, the pattern electrode group 13 includes, as pattern electrodes, a circular center electrode 23 and a plurality of C-characters around the circumference of the concentric circles having different radii around the center electrode 23. And an annular electrode 24 provided in a shape. Between the center electrode 23 and the innermost ring electrode 24 and between the adjacent ring electrodes 24 are insulated. Note that the number of annular electrodes 24 shown in FIG. 4 differs from the actual number due to display problems.

中心部電極23、および、複数の輪帯電極24からは、それぞれが絶縁された状態で複数の引き出し電極25が外側まで伸びている。パターン電極群13の図4に示す各パターン電極は、レンズ部18(図2参照)に重なるように配置される。   A plurality of extraction electrodes 25 extend outward from the center electrode 23 and the plurality of annular electrodes 24 while being insulated from each other. Each pattern electrode shown in FIG. 4 of the pattern electrode group 13 is disposed so as to overlap the lens portion 18 (see FIG. 2).

複数の引き出し電極25のそれぞれに異なる電圧を印加すると、共通電極14に対する中心部電極23、各輪帯電極24のそれぞれの電圧値が異なる状態となり、レンズ部18に電圧分布が生じる。この電圧分布を変化させることによって、液晶レンズ1の屈折率の分布が変化し、液晶レンズ1を凸レンズの状態にしたり、レンズ効果を持たない平行ガラスの状態にしたり、凹レンズの状態にすることができる。   When different voltages are applied to each of the plurality of extraction electrodes 25, the voltage values of the central electrode 23 and the annular electrodes 24 with respect to the common electrode 14 become different, and a voltage distribution is generated in the lens unit 18. By changing the voltage distribution, the refractive index distribution of the liquid crystal lens 1 is changed, so that the liquid crystal lens 1 can be in a convex lens state, a parallel glass state having no lens effect, or a concave lens state. it can.

特に限定しないが、本実施の形態におけるパターン電極群13の各部の寸法を示す。中心部電極23、輪帯電極24の総数は20である。また、中心部電極23をn=1として、各輪帯電極24の内側から、n=2からn=20とした場合における中心からの中心部電極23および各輪帯電極24の外周までの距離を考える。中心から各電極までの距離をrとした場合に、n=Ar (A:定数)の関係が成り立つように、パターン電極群13を形成する。本実施形態において用いた寸法を図5に示す。また、中心部電極23、各輪帯電極24の隣り合うもの同士の間にある空間の幅は、3μmとした。なお、図5に示す寸法および中心部電極23、各輪帯電極24の隣り合うもの同士の間にある空間の幅は一例であって、これに限定されるものではない。 Although it does not specifically limit, the dimension of each part of the pattern electrode group 13 in this Embodiment is shown. The total number of the center electrode 23 and the annular electrode 24 is 20. Further, assuming that the central electrode 23 is n = 1, the distance from the inside of each annular electrode 24 to the outer periphery of the central electrode 23 and each annular electrode 24 from the center when n = 2 to n = 20 think of. The distance from the center to the respective electrodes when a r n, n = Ar n 2 : As relationship (A constant) holds, a pattern electrode unit 13. The dimensions used in this embodiment are shown in FIG. The width of the space between adjacent ones of the central electrode 23 and the annular electrodes 24 was 3 μm. Note that the dimensions shown in FIG. 5 and the width of the space between adjacent ones of the center electrode 23 and each ring electrode 24 are merely examples, and the present invention is not limited to this.

[動作の説明]
次に、本発明の実施の形態の合焦点装置における合焦点の制御方法について、中心部電極23及び各輪帯電極24への印加電圧と合わせて説明する。
[Description of operation]
Next, a method for controlling the in-focus in the in-focus apparatus according to the embodiment of the present invention will be described together with the voltages applied to the center electrode 23 and the annular electrodes 24.

図6は、本実施の形態における液晶への印加電圧とリタデーション値の関係を示す図である。図6の縦軸は液晶レンズ1のリタデーション(nm)を示し、横軸は実効値電圧(Vrms)を示している。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the liquid crystal and the retardation value in the present embodiment. The vertical axis in FIG. 6 indicates the retardation (nm) of the liquid crystal lens 1, and the horizontal axis indicates the effective value voltage (Vrms).

ここで、図6のΔVの範囲の電圧を液晶に印加する場合に得られるリタデーション値は、図6のΔReの範囲の値となる。中心部電極23と各輪帯電極24(以下、各輪帯という)のそれぞれに異なる電圧を印加することにより、各輪帯での液晶のリタデーション値を異ならせしめ、液晶層に屈折率分布を形成する。   Here, the retardation value obtained when a voltage in the range of ΔV in FIG. 6 is applied to the liquid crystal is a value in the range of ΔRe in FIG. By applying different voltages to the center electrode 23 and each annular electrode 24 (hereinafter referred to as each annular zone), the retardation value of the liquid crystal in each annular zone is made different to form a refractive index distribution in the liquid crystal layer. To do.

以下においては、通常撮影モード時における液晶レンズ1を、凹レンズの効果を有する状態とし、マクロ撮影モード時における液晶レンズ1を、凸レンズの効果を有する状態とする場合を例として、説明する。   In the following, a case will be described as an example where the liquid crystal lens 1 in the normal shooting mode has a concave lens effect, and the liquid crystal lens 1 in the macro shooting mode has a convex lens effect.

まず、液晶レンズ1が凹レンズの効果を有する状態について説明する。図7は、液晶レンズ1が凹レンズ状態の説明図である。図7(a)は各輪帯におけるリタデーション値を示す図であり、図7(b)は各輪帯への印加電圧を示す図である。図7においては、R1は中心部電極23を示し、R20は最外周に位置する輪帯電極24を示している。
図7(a)に示される直線は各輪帯におけるリタデーション値をプロットし、各プロットを結んで直線として示したものである。図7(b)に示される曲線は各輪帯に印加される電圧をプロットし、各プロットを結んで曲線として示したものである。
First, the state in which the liquid crystal lens 1 has the effect of a concave lens will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens 1 in a concave lens state. FIG. 7A is a diagram showing a retardation value in each annular zone, and FIG. 7B is a diagram showing an applied voltage to each annular zone. In FIG. 7, R1 indicates the center electrode 23, and R20 indicates the annular electrode 24 located on the outermost periphery.
The straight line shown in FIG. 7A is obtained by plotting the retardation value in each annular zone and connecting each plot as a straight line. The curve shown in FIG. 7 (b) plots the voltage applied to each annular zone and connects the plots to show the curve.

図7(a)に示すように、中心部電極23におけるリタデーション値を最も小さくし、最外周に位置する輪帯電極24におけるリタデーション値を最も大きくし、かつ、各輪帯における隣り合う電極におけるリタデーション値の差が等しくなるようにすることで、液晶レンズ1を凹レンズの効果を有する状態にしている。図6に示す、液晶への印加電圧とリタデーション値との関係から、各リタデーション値に対応する電圧を求め、図7(b)に示すような電圧を各輪帯へ印加する。このとき、中心部電極23に印加する電圧が最大の電圧となり、最外周の輪帯電極24に印加する電圧が最小の電圧となる。   As shown in FIG. 7A, the retardation value in the center electrode 23 is minimized, the retardation value in the annular electrode 24 located on the outermost periphery is maximized, and the retardation in adjacent electrodes in each annular zone is obtained. By making the difference between the values equal, the liquid crystal lens 1 has a concave lens effect. A voltage corresponding to each retardation value is obtained from the relationship between the voltage applied to the liquid crystal and the retardation value shown in FIG. 6, and a voltage as shown in FIG. 7B is applied to each annular zone. At this time, the voltage applied to the center electrode 23 becomes the maximum voltage, and the voltage applied to the outermost ring electrode 24 becomes the minimum voltage.

次に、液晶レンズ1が凸レンズの効果を有する状態について説明する。図8は、液晶レンズ1の凸レンズ状態の説明図である。図8(a)は各輪帯におけるリタデーション値を示す図であり、図8(b)は各輪帯への印加電圧を示す図である。図8においては、R1は中心部電極23を示し、R20は最外周に位置する輪帯電極24を示している。
図8(a)に示される直線は各輪帯におけるリタデーション値をプロットし、各プロットを結んで直線として示したものである。図8(b)に示される曲線は各輪帯に印加される電圧をプロットし、各プロットを結んで曲線として示したものである。
Next, the state in which the liquid crystal lens 1 has the effect of a convex lens will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram of the convex lens state of the liquid crystal lens 1. FIG. 8A is a diagram showing a retardation value in each annular zone, and FIG. 8B is a diagram showing an applied voltage to each annular zone. In FIG. 8, R1 indicates the center electrode 23, and R20 indicates the annular electrode 24 located on the outermost periphery.
The straight line shown in FIG. 8A is obtained by plotting the retardation value in each annular zone and connecting the respective plots as a straight line. The curve shown in FIG. 8 (b) plots the voltage applied to each annular zone and connects the plots as a curve.

図8(a)に示すように、中心部電極23におけるリタデーション値を最も大きくし、最外周に位置する輪帯電極24におけるリタデーション値を最も小さくし、かつ、各輪帯における隣り合う電極におけるリタデーション値の差が等しくなるようにすることで、液晶レンズ1を凸レンズの効果を有する状態にしている。図6に示す、液晶への印加電圧とリタデーション値との関係から、各リタデーション値に対応する電圧を求め、図8(b)に示すような電圧を各輪帯へ印加する。このとき、中心部電極23に印加する電圧が最小の電圧となり、最外周の輪帯電極24に印加する電圧が最大の電圧となる。   As shown in FIG. 8A, the retardation value in the center electrode 23 is maximized, the retardation value in the annular electrode 24 located on the outermost periphery is minimized, and the retardation in the adjacent electrodes in each annular zone is obtained. By making the difference between the values equal, the liquid crystal lens 1 has a convex lens effect. The voltage corresponding to each retardation value is obtained from the relationship between the voltage applied to the liquid crystal and the retardation value shown in FIG. 6, and a voltage as shown in FIG. 8B is applied to each annular zone. At this time, the voltage applied to the center electrode 23 becomes the minimum voltage, and the voltage applied to the outermost ring electrode 24 becomes the maximum voltage.

次に、図9を用いて、液晶レンズ1を、凹レンズ状態とする際と凸レンズ状態とする際の、それぞれの状態での各輪帯への印加電圧の関係について説明する。図9は、液晶レンズ1を、凹レンズ状態とする際と凸レンズ状態とする際における各輪帯への印加電圧を重ねて表示した図である。   Next, with reference to FIG. 9, the relationship of the voltage applied to each annular zone in each state when the liquid crystal lens 1 is in the concave lens state and the convex lens state will be described. FIG. 9 is a diagram in which the voltage applied to each annular zone when the liquid crystal lens 1 is in the concave lens state and in the convex lens state is displayed in an overlapping manner.

図9に示すように、本実施の形態の合焦点装置では、液晶レンズ1を、凸レンズ状態とする際に印加される電圧分布91と、液晶レンズ1を凹レンズ状態とする際に印加される電圧分布92とは、交わる状態となる。
このため、本実施の形態の合焦点装置では、液晶レンズが凹レンズの効果を有する状態とする際に印加される電圧分布と、凸レンズの効果を有する状態とする際に印加される電圧分布が交わらない従来の技術と比較して、液晶レンズの切り替え時の液晶層に印加される電圧の変化を小さくし、液晶の過渡応答時間を短くすることができる。すなわち、本実施の形態の合焦点装置では、液晶レンズの、凹レンズの効果を有する状態と凸レンズの効果を有する状態との間の切り替えを、速く行うことが可能となる。
As shown in FIG. 9, in the focusing device of the present embodiment, the voltage distribution 91 applied when the liquid crystal lens 1 is in the convex lens state and the voltage applied when the liquid crystal lens 1 is in the concave lens state. The distribution 92 intersects.
For this reason, in the focusing device of the present embodiment, the voltage distribution applied when the liquid crystal lens has a concave lens effect intersects the voltage distribution applied when the liquid crystal lens has a convex lens effect. Compared with a conventional technique that does not, the change in the voltage applied to the liquid crystal layer at the time of switching the liquid crystal lens can be reduced, and the transient response time of the liquid crystal can be shortened. That is, in the focusing device of the present embodiment, the liquid crystal lens can be quickly switched between the state having the concave lens effect and the state having the convex lens effect.

また、本実施の形態の合焦点装置では、図9に示すように、液晶レンズ1を凸レンズ状態とする際に最外周の輪帯電極24に印加される電圧(電圧分布91の最大電圧)は、液晶レンズ1を凹レンズ状態とする際に中心部電極23に印加される電圧(電圧分布92の最大電圧)よりも高く、液晶レンズ1を凸レンズ状態とする際に中心部電極23に印加される電圧(電圧分布91の最小電圧)は、液晶レンズ1を凹レンズ状態とする際に最外周の輪帯電極24に印加される電圧(電圧分布92の最小電圧)よりも低い。
これにより、本実施の形態の合焦点装置では、液晶レンズの切り替え時の液晶層に印加される電圧の変化を更に小さくし、液晶の過渡応答時間を短くすることができる。すなわち、本発明の合焦点装置では、液晶レンズの、凹レンズの効果を有する状態と凸レンズの効果を有する状態との間の切り替えを、速く行うことが可能となる。
In the focusing device of the present embodiment, as shown in FIG. 9, when the liquid crystal lens 1 is in a convex lens state, the voltage applied to the outermost ring electrode 24 (the maximum voltage of the voltage distribution 91) is The voltage applied to the central electrode 23 when the liquid crystal lens 1 is set to the concave lens state is higher than the voltage applied to the central electrode 23 (the maximum voltage of the voltage distribution 92). The voltage (minimum voltage of the voltage distribution 91) is lower than the voltage (minimum voltage of the voltage distribution 92) applied to the outermost ring electrode 24 when the liquid crystal lens 1 is in the concave lens state.
Thereby, in the focusing device of the present embodiment, the change in the voltage applied to the liquid crystal layer when the liquid crystal lens is switched can be further reduced, and the transient response time of the liquid crystal can be shortened. That is, in the focusing device of the present invention, the liquid crystal lens can be quickly switched between the state having the effect of the concave lens and the state having the effect of the convex lens.

ここで、電圧分布91と電圧分布92の電圧で最も小さい電圧が印加される中心部電極23(最小電圧電極)と、電圧分布91と電圧分布92の電圧で最も大きい電圧が印加される最外周の輪帯電極24(最大電圧電極)とにおける、印加電圧の変化量について述べる。
液晶レンズ1を凹レンズ状態とする際に中心部電極23に印加される電圧(電圧分布92の最大電圧)と、液晶レンズ1を凸レンズ状態とする際に中心部電極23に印加される電圧(電圧分布91の最小電圧)との差をΔV1とする。また、液晶レンズ1を凹レンズ状態とする際に最外周の輪帯電極24に印加される電圧(電圧分布92の最小電圧)と、液晶レンズ1を凸レンズ状態とする際に最外周の輪帯電極24に印加される電圧(電圧分布91の最大電圧)との差をΔV2とする。
本実施の形態の合焦点装置では、ΔV1よりΔV2が大きくなるように、凹レンズ状態とする際と、凸レンズ状態とする際に、それぞれ液晶レンズの各輪帯に電圧が印加される。
Here, the center electrode 23 (minimum voltage electrode) to which the smallest voltage among the voltages of the voltage distribution 91 and the voltage distribution 92 is applied, and the outermost periphery to which the largest voltage is applied among the voltages of the voltage distribution 91 and the voltage distribution 92 are applied. The amount of change in the applied voltage with the annular electrode 24 (maximum voltage electrode) will be described.
The voltage (maximum voltage of the voltage distribution 92) applied to the central electrode 23 when the liquid crystal lens 1 is in the concave lens state, and the voltage (voltage) applied to the central electrode 23 when the liquid crystal lens 1 is in the convex lens state. The difference from the minimum voltage of the distribution 91 is ΔV1. The voltage applied to the outermost ring electrode 24 when the liquid crystal lens 1 is in the concave lens state (minimum voltage of the voltage distribution 92) and the outermost ring electrode when the liquid crystal lens 1 is in the convex lens state. The difference from the voltage applied to the voltage 24 (the maximum voltage of the voltage distribution 91) is ΔV2.
In the focusing device of the present embodiment, a voltage is applied to each annular zone of the liquid crystal lens when the concave lens state and the convex lens state are set so that ΔV2 is larger than ΔV1.

一般に、高い電圧域で印加電圧が変化する場合より、低い電圧域で印加電圧が変化する場合の方が、液晶の過渡応答時間が長い。
本実施の形態の合焦点装置では、低い電圧域、すなわち過渡応答時間の長い電圧域での電圧変化量であるΔV1を、高い電圧域、すなわち過渡応答時間の短い電圧域での電圧変化量であるΔV2より小さくしている。このため、液晶レンズ切り替え時の液晶の過渡応答時間をより短くすることができる。すなわち、本実施の形態の合焦点装置では、液晶レンズの、凹レンズ状態と凸レンズ状態との間の切り替えを、より速く行うことが可能となる。
In general, the transient response time of the liquid crystal is longer when the applied voltage changes in the lower voltage range than when the applied voltage changes in the higher voltage range.
In the focusing device of the present embodiment, ΔV1, which is a voltage change amount in a low voltage range, that is, a voltage range with a long transient response time, is expressed as a voltage change amount in a high voltage range, that is, a voltage range with a short transient response time. It is smaller than a certain ΔV2. For this reason, the transient response time of the liquid crystal when switching the liquid crystal lens can be further shortened. That is, in the focusing device of the present embodiment, the liquid crystal lens can be switched more quickly between the concave lens state and the convex lens state.

ここで、凹レンズ状態から凸レンズ状態に液晶レンズ1を切り替えた際の、液晶の過渡応答の時間をΔT1とし、凸レンズ状態から凹レンズ状態に液晶レンズ1を切り替えた際の、液晶の過渡応答の時間をΔT2とする。
このΔT1とΔT2とが略等しくなるように、液晶レンズが凹レンズの効果を有する状態とする際に印加される電圧分布92と、凸レンズの効果を有する状態とする際に印加される電圧分布91を決定する。これにより、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替え
と、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替えとを、それぞれ速く行うことが可能となる。
前述したように、液晶は、高い電圧域での過渡応答時間と比較して、低い電圧域での過渡応答時間の方が長いため、ΔV1よりΔV2が大きく、且つΔT1とΔT2とが略等しいように、電圧分布92と電圧分布91を決定することが可能である。
Here, the transition response time of the liquid crystal when the liquid crystal lens 1 is switched from the concave lens state to the convex lens state is ΔT1, and the transient response time of the liquid crystal when the liquid crystal lens 1 is switched from the convex lens state to the concave lens state. Let ΔT2.
A voltage distribution 92 applied when the liquid crystal lens has a concave lens effect and a voltage distribution 91 applied when the liquid crystal lens has a convex lens effect are set so that ΔT1 and ΔT2 are substantially equal. decide. Thereby, switching from the concave lens state to the convex lens state and switching from the convex lens state to the concave lens state can be performed quickly.
As described above, since the liquid crystal has a longer transient response time in the low voltage range than in the high voltage range, ΔV2 is larger than ΔV1, and ΔT1 and ΔT2 are substantially equal. In addition, the voltage distribution 92 and the voltage distribution 91 can be determined.

ここで、本実施の形態の合焦点装置の、凹レンズ状態と凸レンズ状態とにおける液晶レンズの、各輪帯への印加電圧の一例を示す。図10は、凹レンズ状態と凸レンズ状態における各輪帯への印加電圧の例を示すデータである。
図10に示す例では、凹レンズ状態時に印加される電圧の中で最も小さい最外周の輪帯電極24への印加電圧(2.22V)よりも、凸レンズ状態時に印加される電圧の中で最も小さい中心部電極23への印加電圧(2.06V)の方が低い。また、凹レンズ状態時に印加される電圧の中で最も大きい中心部電極23への印加電圧(2.80V)よりも、凸レンズ状態時に印加される電圧の中で最も大きい最外周の輪帯電極24への印加電圧(8.40V)の方が高い。
Here, an example of the voltage applied to each annular zone of the liquid crystal lens in the concave lens state and the convex lens state of the focusing device of the present embodiment is shown. FIG. 10 is data showing examples of voltages applied to the respective annular zones in the concave lens state and the convex lens state.
In the example shown in FIG. 10, the voltage applied to the outermost ring electrode 24 (2.22 V), which is the smallest among the voltages applied in the concave lens state, is the smallest among the voltages applied in the convex lens state. The applied voltage (2.06 V) to the center electrode 23 is lower. In addition, to the outermost ring electrode 24 having the largest voltage applied in the convex lens state than the applied voltage (2.80 V) to the central electrode 23 having the largest voltage applied in the concave lens state. The applied voltage (8.40V) is higher.

また、図10に示す例では、凹レンズ、及び、凸レンズの両状態時に印加される電圧の中で最も大きい印加電圧である凸レンズの最外周の輪帯電極24への印加電圧(8.40V)と凹レンズの最外周の輪帯電極24への印加電圧(2.22V)との電位差(6.18V)よりも、凹レンズ、及び、凸レンズの両状態時に印加される電圧の中で最も小さい印加電圧である凸レンズの中心部23への印加電圧(2.06V)と凹レンズの中心部電極23への印加電圧(2.80V)との電位差(0.74V)の方が小さい。   In the example shown in FIG. 10, the applied voltage (8.40 V) to the outermost ring electrode 24 of the convex lens, which is the highest applied voltage among the voltages applied in both the concave lens and convex lens states, With the smallest applied voltage among the voltages applied to both the concave lens and the convex lens than the potential difference (6.18 V) to the applied voltage (2.22 V) to the outermost ring electrode 24 of the concave lens. The potential difference (0.74V) between the applied voltage (2.06V) to the central part 23 of a certain convex lens and the applied voltage (2.80V) to the central part electrode 23 of the concave lens is smaller.

これにより、図10に示す例では、液晶レンズの切り替え時に液晶層に印加される電圧の変化を小さくするとともに、液晶の過渡応答時間の長くなる電圧域(電圧の低い領域)での電圧変化量を小さくすることで、液晶レンズの、凹レンズ状態と凸レンズ状態との間の切り替えを、より速く行うことが可能となる。   As a result, in the example shown in FIG. 10, the change in voltage applied to the liquid crystal layer when switching the liquid crystal lens is reduced, and the voltage change amount in the voltage range where the transient response time of the liquid crystal becomes long (low voltage region). By reducing the value, it becomes possible to switch the liquid crystal lens between the concave lens state and the convex lens state faster.

次に、凹のレンズ状態と凸レンズの状態との間の、液晶レンズの切り替えに要する時間について説明する。図11は、凹レンズの状態と凸レンズの状態において、各輪帯に図10に示す電圧を印加した際の、各輪帯における液晶の過渡応答時間を示すデータである。
図11に示すように、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替えでは、凸レンズ状態時に最も小さい電圧が印加される中心部電極23における液晶の応答時間が最も長くなる。中心部電極23における液晶の応答時間は978ミリ秒であり、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替え時間は全輪帯の液晶の応答が完了する978ミリ秒とすることができる。
凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替えでは、凸レンズ状態時に最も大きい電圧が印加される最外周の輪帯電極24における液晶の応答時間が最も長くなる。最外周の輪帯電極24における液晶の応答時間は978ミリ秒であり、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替え時間は全輪帯の液晶の応答が完了する978ミリ秒とすることができる。
Next, the time required for switching the liquid crystal lens between the concave lens state and the convex lens state will be described. FIG. 11 is data showing the transient response time of the liquid crystal in each annular zone when the voltage shown in FIG. 10 is applied to each annular zone in the concave lens state and the convex lens state.
As shown in FIG. 11, in switching from the concave lens state to the convex lens state, the response time of the liquid crystal in the central electrode 23 to which the smallest voltage is applied in the convex lens state is the longest. The response time of the liquid crystal in the central electrode 23 is 978 milliseconds, and the switching time from the concave lens state to the convex lens state can be 978 milliseconds for completing the response of the liquid crystal in all zones.
In switching from the convex lens state to the concave lens state, the response time of the liquid crystal in the outermost ring electrode 24 to which the largest voltage is applied in the convex lens state is the longest. The response time of the liquid crystal at the outermost ring electrode 24 is 978 milliseconds, and the switching time from the convex lens state to the concave lens state can be 978 milliseconds when the response of the liquid crystal in all the annular zones is completed.

すなわち、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替え時間と、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替え時間が共に978ミリ秒となる。このように、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替え時間と、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替え時間を等しくすることにより、それぞれの切り替えを実用に十分な速度で行うことが可能となる。   That is, both the switching time from the concave lens state to the convex lens state and the switching time from the convex lens state to the concave lens state are 978 milliseconds. Thus, by making the switching time from the concave lens state to the convex lens state equal to the switching time from the convex lens state to the concave lens state, each switching can be performed at a speed sufficient for practical use.

図10および図11で示した例では、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替え時は、凸レンズ状態時に最も小さい電圧が印加される電極における液晶の応答時間が最も長い。また、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替え時は、凸レンズ状態時に最も大きい電圧が印加される電極における液晶の応答時間が最も長い。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶レンズの切り替え時に、液晶の応答時間が最も長くなる電極での応答時間に合わせて、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替え時間と、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替え時間を等しくすることにより、それぞれの切り替えを速く行うことが可能となる。
In the example shown in FIGS. 10 and 11, when switching from the concave lens state to the convex lens state, the response time of the liquid crystal at the electrode to which the smallest voltage is applied in the convex lens state is the longest. When switching from the convex lens state to the concave lens state, the response time of the liquid crystal at the electrode to which the highest voltage is applied in the convex lens state is the longest.
However, the present invention is not limited to this, and at the time of switching the liquid crystal lens, the switching time from the concave lens state to the convex lens state and the convex lens state are matched to the response time at the electrode where the response time of the liquid crystal is the longest. By making the switching time from the concave lens state to the concave lens state equal, each switching can be performed quickly.

次に、本実施の形態との比較のため、凹レンズ状態時に各輪帯電極に印加される電圧の中で最も大きい印加電圧よりも、凹レンズ状態時に各輪帯電極に印加される電圧の中で最も小さい印加電圧の方が高い場合を考える。
図12は、凹レンズ状態時に各輪帯電極に印加される電圧の中で最も大きい印加電圧よりも、凸レンズ状態時に各輪帯電極に印加される電圧の中で最も小さい印加電圧の方が高い場合の印加電圧を示すデータである。図13は、図12に示す電圧を印加した場合の、各輪帯電極における液晶の過渡応答時間を示すデータである。
Next, for comparison with the present embodiment, the voltage applied to each annular electrode in the concave lens state is larger than the highest applied voltage among the annular electrodes in the concave lens state. Consider the case where the lowest applied voltage is higher.
FIG. 12 shows the case where the smallest applied voltage among the voltages applied to each annular electrode in the convex lens state is higher than the largest applied voltage applied to each annular electrode in the concave lens state. It is the data which shows the applied voltage. FIG. 13 is data showing the transient response time of the liquid crystal in each annular electrode when the voltage shown in FIG. 12 is applied.

図13に示すように、凹レンズ状態から凸レンズ状態への切り替えでは、中心部電極23における液晶の過渡応答時間が最も長くなり、切り替え時間に599ミリ秒を要することが分かる。同様に、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替えでは、最外周の輪帯電極24における液晶の過渡応答時間が最も長くなり、切り替え時間に2016ミリ秒を要することが分かる。   As shown in FIG. 13, in the switching from the concave lens state to the convex lens state, it can be seen that the transient response time of the liquid crystal in the center electrode 23 is the longest, and the switching time requires 599 milliseconds. Similarly, in switching from the convex lens state to the concave lens state, the transient response time of the liquid crystal in the outermost ring electrode 24 is the longest, and it can be seen that the switching time requires 2016 milliseconds.

すなわち、図12および図13で示した例では、凸レンズ状態から凹レンズ状態への切り替えには2秒以上の時間を要してしまい、実用する上では大きな問題となってしまう。このように、凹レンズ状態時に各輪帯電極に印加される電圧の中で最も大きい印加電圧よりも、凸レンズ状態時に各輪帯電極に印加される電圧の中で最も小さい印加電圧の方を高くすると、凹レンズ状態と凸レンズ状態との間で液晶レンズを切り替える際に、液晶層に印加される電圧の変化が大きくなり、液晶の過渡応答が完了して液晶層が所望の屈折率分布となるまでに、長い時間を要してしまう。   That is, in the example shown in FIG. 12 and FIG. 13, switching from the convex lens state to the concave lens state requires a time of 2 seconds or more, which is a serious problem in practical use. In this way, if the lowest applied voltage among the voltages applied to each annular electrode in the convex lens state is set higher than the largest applied voltage applied to each annular electrode in the concave lens state. When the liquid crystal lens is switched between the concave lens state and the convex lens state, the change in the voltage applied to the liquid crystal layer increases, until the transient response of the liquid crystal is completed and the liquid crystal layer has a desired refractive index distribution. It takes a long time.

図10および図11で示した、本実施の形態の合焦点装置における液晶レンズの各輪帯への印加電圧の例では、図12および図13で示した例と比較して、液晶レンズの凹レンズ状態と凸レンズ状態との間の切り替えが速いことが確認できる。   In the example of the voltage applied to each ring zone of the liquid crystal lens in the focusing device of the present embodiment shown in FIGS. 10 and 11, compared with the example shown in FIGS. 12 and 13, the concave lens of the liquid crystal lens. It can be confirmed that the switching between the state and the convex lens state is fast.

以上説明したように、本発明の合焦点装置では、液晶レンズのレンズ状態を切り替える際に、液晶層に印加される電圧の変化を小さくすることで、液晶の過渡応答時間を短くし、液晶レンズの切り替えを速く行うことが可能となる。   As described above, in the focusing device of the present invention, when the lens state of the liquid crystal lens is switched, the transient response time of the liquid crystal is shortened by reducing the change in the voltage applied to the liquid crystal layer. Can be switched quickly.

本発明の実施の形態にかかる合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the focusing apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の液晶レンズの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the liquid crystal lens of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の液晶レンズの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the liquid crystal lens of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のパターン電極群の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the pattern electrode group of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のパターン電極群の各電極の配置例を示すデータである。It is data which shows the example of arrangement | positioning of each electrode of the pattern electrode group of embodiment of this invention. 液晶への印加電圧とリタデーション値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage applied to a liquid crystal, and a retardation value. 凹レンズ状態での各輪帯におけるリタデーション値と印加電圧を示す図である。It is a figure which shows the retardation value and applied voltage in each annular zone in a concave lens state. 凸レンズ状態での各輪帯におけるリタデーション値と印加電圧を示す図である。It is a figure which shows the retardation value and applied voltage in each annular zone in a convex lens state. 本発明の実施の形態の凹レンズ状態と凸レンズ状態での各輪帯電極おける印加電圧を示す図である。It is a figure which shows the applied voltage in each annular zone electrode in the concave lens state and convex lens state of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における、凹レンズ状態と凸レンズ状態での印加電圧の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the applied voltage in a concave lens state and a convex lens state in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における、液晶レンズ切り替え時の各輪帯における液晶の応答時間を示す図である。It is a figure which shows the response time of the liquid crystal in each annular zone at the time of liquid crystal lens switching in embodiment of this invention. 従来技術における、凹レンズ状態と凸レンズ状態での印加電圧の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the applied voltage in a concave lens state and a convex lens state in a prior art. 従来技術における、液晶レンズ切り替え時の各輪帯における液晶の応答時間を示す図である。It is a figure which shows the response time of the liquid crystal in each annular zone at the time of liquid crystal lens switching in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 液晶レンズ
2 光学レンズ
3 撮像素子
4 DSP
5 切り替え手段
6 制御コントローラ
61 マイクロプロセッサ
62 記憶手段
7 液晶レンズドライバ
10 液晶パネル
11、12 ガラス基板
13 パターン電極群
14 共通電極
15、16 配向膜
17 液晶層
18 レンズ部
19 シール部材
20 スペーサ部材
21 電極引き出し部
22 フレキシブルプリント配線板
23 中心部電極
24 輪帯電極
25 引き出し電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal lens 2 Optical lens 3 Image pick-up element 4 DSP
5 Switching means 6 Control controller 61 Microprocessor 62 Storage means 7 Liquid crystal lens driver 10 Liquid crystal panel 11, 12 Glass substrate 13 Pattern electrode group 14 Common electrode 15, 16 Alignment film 17 Liquid crystal layer 18 Lens part 19 Seal member 20 Spacer member 21 Electrode Leader 22 Flexible printed wiring board 23 Center electrode 24 Ring electrode 25 Leader electrode

Claims (5)

複数のパターン電極からなるパターン電極群と、前記パターン電極群と対向した共通電極とで液晶層を挟持した液晶レンズと、
前記共通電極に所定の電圧が印加された状態で、前記パターン電極群に印加する電圧の分布を第1の分布と第2の分布とで切り替えて、前記液晶レンズのレンズ状態を凹レンズと凸レンズとで切り替える制御手段と、を備える合焦点装置において、
前記制御手段は、前記第1の分布より前記第2の分布において低い電圧が印加されるパターン電極と、前記第1の分布より前記第2の分布において高い電圧が印加されるパターン電極とを設けるように、前記第1の分布と前記第2の分布とを形成する
ことを特徴とする合焦点装置。
A liquid crystal lens having a liquid crystal layer sandwiched between a pattern electrode group composed of a plurality of pattern electrodes and a common electrode facing the pattern electrode group;
In a state where a predetermined voltage is applied to the common electrode, the distribution of the voltage applied to the pattern electrode group is switched between the first distribution and the second distribution, and the lens state of the liquid crystal lens is changed between a concave lens and a convex lens. And a focusing means comprising:
The control means includes a pattern electrode to which a lower voltage is applied in the second distribution than the first distribution, and a pattern electrode to which a higher voltage is applied in the second distribution than the first distribution. As described above, the focusing apparatus is characterized in that the first distribution and the second distribution are formed.
前記制御手段は、前記第1の分布から前記第2の分布へ切り替えることでの前記液晶層の過渡応答時間と、前記第2の分布から前記第1の分布へ切り替えることでの前記液晶層の過渡応答時間と、が等しくなるように、前記第1の分布と前記第2の分布とを形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の合焦点装置。
The control means includes a transient response time of the liquid crystal layer by switching from the first distribution to the second distribution, and a transition response time of the liquid crystal layer by switching from the second distribution to the first distribution. The focusing device according to claim 1, wherein the first distribution and the second distribution are formed so that a transient response time is equal.
前記制御手段は、前記第1の分布の最大電圧が前記第2の分布の最大電圧以上で且つ前記第1の分布の最小電圧が前記第2の分布の最小電圧以下となる、または、前記第2の分布の最大電圧が前記第1の分布の最大電圧以上で且つ前記第2の分布の最小電圧が前記第1の分布の最小電圧以下となるように、前記第1の分布と前記第2の分布とを形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の合焦点装置。
The control means is configured such that the maximum voltage of the first distribution is not less than the maximum voltage of the second distribution and the minimum voltage of the first distribution is not more than the minimum voltage of the second distribution, or The first distribution and the second distribution so that the maximum voltage of the second distribution is not less than the maximum voltage of the first distribution and the minimum voltage of the second distribution is not more than the minimum voltage of the first distribution. The focusing device according to claim 1, wherein the focusing device is formed.
前記第1の分布および前記第2の分布の電圧で最も小さい電圧が印加されるパターン電極を最小電圧電極とし、前記第1の分布および前記第2の分布の電圧で最も大きい電圧が印加されるパターン電極を最大電圧電極として、
前記制御手段は、前記最小電圧電極の前記第1の分布と前記第2の分布とにおける印加電圧の差が、前記最大電圧電極の前記第1の分布と前記第2の分布とにおける印加電圧の差以下となるように、前記第1の分布と前記第2の分布とを形成する
ことを特徴とする請求項3に記載の合焦点装置。
The pattern electrode to which the smallest voltage is applied among the voltages of the first distribution and the second distribution is set as the minimum voltage electrode, and the largest voltage is applied among the voltages of the first distribution and the second distribution. With the pattern electrode as the maximum voltage electrode,
The control means is configured such that a difference in applied voltage between the first distribution and the second distribution of the minimum voltage electrode is a difference of applied voltage between the first distribution and the second distribution of the maximum voltage electrode. The focusing device according to claim 3, wherein the first distribution and the second distribution are formed so as to be less than or equal to a difference.
前記制御手段は、前記最小電圧電極の、前記第1の分布と前記第2の分布とで大きい電圧から小さい電圧への切り替え時の前記液晶層の過渡応答時間と、前記最大電圧電極の、前記第1の分布と前記第2の分布とで大きい電圧から小さい電圧への切り替え時の前記液晶層の過渡応答時間とが、略等しくなるように、前記第1の分布と前記第2の分布とを形成する
ことを特徴とする請求項4に記載の合焦点装置。
The control means includes a transient response time of the liquid crystal layer when the minimum voltage electrode is switched from a large voltage to a small voltage in the first distribution and the second distribution, and the maximum voltage electrode, The first distribution and the second distribution are such that the transient response time of the liquid crystal layer at the time of switching from a large voltage to a small voltage is approximately equal between the first distribution and the second distribution. The focusing device according to claim 4, wherein the focusing device is formed.
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