JP4532500B2 - 光学ズーム機能を有する液晶素子、及びその製造方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ズーム機能に関する。さらに詳しくは、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等における小型のデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に対して好適に用いられる光学ズーム機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超小型カメラを搭載した撮影機能付きの携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等が一般に普及している。従来の超小型カメラでは、寸法等の制限により単焦点のレンズ系が一般的であったが、携帯電話機のカメラ仕様が急速に高画素化し、１００〜２００万以上の有効画素数が標準的になってきたことに伴って、光学ズーム機能を搭載することが要求されており、最近では、光学式の小型ズームレンズがいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、（特許文献１）には、前群レンズ、後群レンズ、ＣＣＤ等の撮像素子を光軸に順に配列し、駆動手段により後群レンズのみをガイドピンの方向（光軸方向）に駆動させる超小型のレンズ駆動装置が開示されている。
また、（特許文献２）には、物体側から像面側に向けて順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とを備え、第２レンズ群が像面側から物体側に移動しかつ第３レンズ群が像面側から物体側へ一旦移動した後再び像面側に移動して広角端から望遠端への変倍及び変倍に伴う像面変動の補正を行うズームレンズが開示されている。
【０００４】
上述のような従来のズームレンズは、レンズの駆動方式を工夫する等してある程度の小型化・薄型化を可能にしたものであるが、機械的にレンズを移動させるためにその移動空間を確保する必要があり、実際にはレンズ鏡筒の厚さにして１０ｍｍ程度が限界であった。そのため、レンズ部分の出っ張りを避ける必要から携帯電話機等の外観デザインの自由度が制限されてしまう問題があり、実際には依然としてデジタルズーム方式に頼っているのが現状である。また、カメラの有効画素数がさらに高くなるにつれ、レンズユニットをいかに小さな筐体に収めるかがますます重要になっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００４−２５８１１１号公報
【特許文献２】
特開２００４−２１２７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、特に携帯電話機等の機器に搭載されるカメラのレンズ系に用いられ、従来に比して小型・薄型でかつ軽量な光学ズーム機能を得ることができる新規な液晶素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、電圧印加時に前記液晶の配向状態が前記光軸を中心として同心円状に変化するように構成した液晶素子を提供するものである。
【０００８】
この構成によれば、同心円状に変化する液晶の配向状態に対応して、素子全体に所定の屈折率分布が与えられ、焦点が移動して光学ズーム機能が発揮される。
【０００９】
第１発明では、光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、前記電極の少なくとも一つには電極材の存在しない複数の非電極部位を、半径方向に沿って大きさもしくは配置間隔又はその両方を同心円状に変化させた配置パターンで形成し、前記非電極部位の内側では電圧印加時に液晶が不均一に配向するように構成した液晶素子を提供する。
【００１０】
この構成によれば、複数形成された非電極部位の中心部では電極に対して垂直方向に弱い電界が形成され、非電極部位の端の部分では電界が傾いた方向に形成されるため、その電界分布に沿って液晶分子が不均一に配向することで、非電極部位の中心から周辺にかけて屈折率が連続的に変化する光の屈折効果（レンズ効果）が得られる。非電極部位の大きさないし配置間隔は電極上で同心円状に変化させるため、素子全体として所定の屈折率分布が与えられ、焦点が移動して光学ズーム機能が発揮される。
【００１１】
また、第２発明では、光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、前記電極の少なくとも一つには電極材の存在しない複数の非電極部位を、半径方向に沿って大きさもしくは配置間隔又はその両方を同心円状に変化させた配置パターンで形成し、前記非電極部位の内側では電圧印加時に液晶が不均一に配向するように構成するとともに、相異なる電圧を印加する複数本の線状電極を前記同心円状に変化する配置パターンに沿って所定の間隔で環状に配設した液晶素子を提供する。
【００１２】
この構成によれば、上述のように非電極部位の大きさもしくは配置間隔を同心円状に変化させることで、所望の屈折率分布が得られるとともに、複数本の線状電極を環状に配設し所定部位にさらに電圧を印加することによって、上記の屈折率分布がより強調され、光学ズーム機能が向上する。
【００１３】
また、第３発明は、上記第１発明又は第２発明に係る液晶素子において、複数の非電極部位の配置間隔は、電極上の同心円状に分けられた各領域内において不規則であることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、隣接する非電極部位との間隔を不規則（ランダム）にすることで、光干渉効果による波面の乱れが防止される。
【００１５】
また、第４発明は、上記第１発明又は第２発明に係る液晶素子において、非電極部位の形状が円形又はピット形であることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、素子を通過する光束に対して非電極部位の形状が最適化される。なお、ここでピット形とは、一方の軸がそれに垂直な他方の軸より長い形状を意味し、例えば長い方の軸を液晶のラビング方向と平行に、あるいはラビング方向と垂直になるように形成することができる。
【００１７】
また、第５発明では、光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、前記複数の電極の少なくとも一方には、相異なる電圧を印加する複数本の線状電極を前記光軸を中心として同心円状に所定の間隔で配設し、前記複数本の線状電極に電圧を印加した時に前記線状電極が配設されている前記電極が抵抗膜として作用し、前記複数本の線状電極の間で電圧降下を生じて、前記液晶の配向状態が前記光軸を中心として同心円状に変化するように構成した液晶素子を提供する。
【００１８】
この構成によれば、複数本の線状電極の間で印加電圧が連続的に変化し、その電圧値に応じて液晶の配向状態が変化するため、素子全体に所定の屈折率分布が形成され、光学ズーム機能が発揮される。
【００１９】
また、上記第５発明に係る液晶素子において、複数本の線状電極が配設される抵抗膜は、相異なる抵抗値を有する複数の領域から構成されることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、複数本の線状電極の間の電圧降下が曲線的になる。
【００２１】
また、第６発明は、上記第１発明、第２発明、第５発明のいずれかに係る液晶素子において、光学ズーム系を構成した際に光束が通過する領域の外側を遮光することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、光束が通過する領域の外側からの乱反射等が遮られ、像の画質が安定する。
【００２３】
また、第７発明では、厚さ方向に積層した２つの液晶素子からなり、光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する二重セル構造の液晶素子であって、前記各々の液晶素子は、一方にコモン電極が、他方にセグメント電極が形成された一対の基板と、前記一対の基板に挟まれた液晶とを備え、前記セグメント電極には、電極材の存在しない複数の非電極部位が、半径方向に沿って大きさもしくは配置間隔又はその両方を同心円状に変化させた配置パターンで形成され、前記非電極部位の内側では電圧印加時に液晶が不均一に配向するように構成され、前記一対の基板の各々には厚さ方向に複数の穴が穿たれるとともに前記穴には前記コモン電極およびセグメント電極のいずれかに接続される端子が設けられ、前記一対の基板の一方には液晶を注入するための注入口が形成されてなる二重セル構造の液晶素子を提供する。
【００２４】
この構成によれば、コモン電極及びセグメント電極に接続するための端子、並びに液晶の注入口が、穴を通じて基板の表面上に配置される。
また、上述のように、複数形成された非電極部位の内側で液晶分子が不均一に配向するため、非電極部位の中心から周辺にかけて屈折率が変化する光の屈折効果（レンズ効果）を生じ、素子全体として同心円状の屈折率分布が得られる。したがって、焦点が移動して光学ズーム機能が発揮される。
【００２５】
また、第８発明は、上記第７発明に係る二重セル構造の液晶素子において、電圧の非印加時における液晶の配向方向が２つの液晶素子で直交するように構成したことを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、異なる偏光（Ｐ偏光及びＳ偏光）に対して所定の屈折率分布が与えられる。
【００２７】
また、第９発明は、上記第７発明に係る二重セル構造の液晶素子において、基板が四角形状に形成され、前記基板の光束が通過する円形領域に沿って液晶がシールされ、前記円形領域以外のコーナー部付近に、液晶の注入口および端子が設けられることを特徴とする。
【００２８】
また、第１０発明は、上記第８発明に係る二重セル構造の液晶素子において、基板が四角形状に形成され、前記基板の光束が通過する円形領域に沿って液晶がシールされ、前記円形領域以外のコーナー部付近に、液晶の注入口および端子が設けられることを特徴とする。
【００２９】
上記第９発明及び第１０発明の構成によれば、基板のコーナー部付近が、穴を形成するスペースとして有効利用されるとともに、素子の重量バランスが改善される。また、液晶が膨張・収縮する場合に全体が均一に変形するため、光学ズーム機能が安定する。
【００３０】
また、第１１発明は、上記第７発明〜第９発明のいずれかに係る二重セル構造の液晶素子において、積層した各々の液晶素子のコモン電極に接続される端子同士、一方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士、および他方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士が厚さ方向に相互に接続され、二重セル構造の液晶素子の外側に位置する一の基板に設けられた端子にそれぞれ集約されることを特徴とする。
【００３１】
また、第１２発明は、上記第１０発明に係る二重セル構造の液晶素子において、積層した各々の液晶素子のコモン電極に接続される端子同士、一方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士、および他方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士が厚さ方向に相互に接続され、二重セル構造の液晶素子の最も外側である一の基板に設けられた端子にそれぞれ集約されることを特徴とする。
【００３２】
上記第１１発明及び第１２発明の構成によれば、素子を駆動させるための各端子が、一の基板上に集約配置される。
【００３３】
また、第１３発明は、上記第１２発明に係る二重セル構造の液晶素子において、一方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子と、他方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子とが、四角形状の基板の対角に位置するコーナー部付近に設けられ、コモン電極に接続される端子と液晶の注入口とが残りのコーナー部付近に設けられることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、素子を製造する際の効率を考慮し、各端子の位置が設定される。
【００３５】
また、第１４発明は、上記第７発明〜第１０発明のいずれかに係る二重セル構造の液晶素子において、光学ズーム系を構成した際に光束が通過する領域の外側を遮光することを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、光束が通過する領域の外側からの乱反射等が遮られ、像の画質が安定する。
【００３７】
また、第１５発明は、上記第１３発明に係る二重セル構造の液晶素子の製造方法であって、母材となる基板に対し、多数個の液晶素子に対応する端子および注入口を設ける工程と、セグメント電極を形成する工程と、前記の端子、注入口、およびセグメント電極を形成した基板に対し、対向する位置に端子を設けるとともにコモン電極を形成した別の基板を組み合わせる工程と、組み合わせた後に注入口から液晶を注入する工程と、前記各工程を経て製造される多数個の液晶素子が配列した組に対し、同様の各工程を経て得られる別の組を裏返しかつ９０度回転させた上で積層させる工程と、個々の二重セル構造の液晶素子に切り分ける工程と、を有してなる二重セル構造の液晶素子の製造方法である。
【００３８】
また、第１６発明は、上記第１３発明に係る二重セル構造の液晶素子の製造方法であって、母材となる基板に対し、多数個の液晶素子に対応する端子を設ける工程と、セグメント電極を形成する工程と、前記の端子、およびセグメント電極を形成した基板に対し、対向する位置に端子とさらに注入口を設けるとともにコモン電極を形成した別の基板を組み合わせる工程と、組み合わせた後に注入口から液晶を注入する工程と、前記各工程を経て製造される多数個の液晶素子が配列した組に対し、同様の各工程を経て得られる別の組を裏返しかつ９０度回転させた上で積層させる工程と、個々の二重セル構造の液晶素子に切り分ける工程と、を有してなる二重セル構造の液晶素子の製造方法である。
【００３９】
上記第１５発明及び第１６発明の構成によれば、二重セル構造の液晶素子の製造が、最終工程まで母材となる基板の状態のまま進められる。そして、液晶の配向方向が直交している２つの液晶素子が、同一の工程によって製造される。
【００４０】
また、第１７発明は、上記第１５発明又は第１６発明に係る製造方法において、基板の表面には、それぞれの端子に共通して接続される検査用の配線を形成し、多数個の液晶素子が配列した組に対して別の組を積層させる工程の前、もしくは個々の二重セル構造の液晶素子に切り分ける工程の前のいずれか一方又は両方の時点で前記配線を利用して検査を行うことを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、個々の素子に分ける前の母材の状態で、素子の動作確認が一度に行われる。
【００４２】
また、第１８発明は、上記第１５発明又は第１６発明に係る製造方法において、多数個の液晶素子が配列した組に対して別の組を積層させる際に、真空中で、光束が通過する円形領域を囲むように閉じた状態で設けられるシール材を介して積層させることを特徴とする。
【００４３】
この構成によれば、２つの液晶素子の間が真空状態となり、接着剤が存在しないので、高い光透過率が維持される。
【００４４】
また、第１９発明は、上記第１５発明又は第１６発明に係る製造方法において、多数個の液晶素子が配列した組に対して別の組を積層させる際に、大気中で、光束が通過する円形領域を囲むように一部開いた状態で設けられるシール材と前記シール材の内側に設けられる接着剤とを介して積層させることを特徴とする。
【００４５】
この構成によれば、２つの液晶素子を積層させる工程が、大気中で効率的に行われる。この場合、接着剤は、屈折率が基板と近いものを選択することが好ましい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の液晶素子は、電極に複数の非電極部位を形成し、その非電極部位の位置に形成される不均一な電界分布に沿って液晶分子を配向させることで、光の屈折効果を生じさせる。これにより、素子全体に連続的な屈折率分布を形成することができる。この屈折率分布は、印加電圧により液晶の配向状態を制御することで任意に変化させることが可能であるため、光軸上に配置した場合に焦点を移動させて光学ズーム機能を発揮することができる。
本発明により、光学ズーム系におけるレンズの駆動が不要となり、もしくは最小限の駆動で済むため、従来にない小型・薄型の光学ズーム機能を提供でき、特に携帯電話機等の超小型カメラ用として好適に利用することができる。
【００４７】
また、本発明の液晶素子は、複数の非電極部位の大きさや配置間隔を電極上の位置によって変化させるとともに、その非電極部位の配置パターンに沿って複数本の線状電極を所定の間隔で配設したことを特徴とする。これにより、非電極部位によって得られる屈折率変化が、線状電極が配設されている複数箇所において大きくなり、全体として非電極部位に起因する屈折率分布がより強調された状態を得ることができる。
【００４８】
また、本発明の液晶素子は、抵抗膜上に複数本の線状電極を配設し、線状電極の間の電圧降下を利用して液晶の配向状態を同心円状に変化させるため、素子に所定の屈折率分布を形成することができる。この屈折率分布は、線状電極に対する印加電圧によって任意に制御することが可能であり、光軸上に配置した場合に焦点を移動させて光学ズーム機能を発揮することができる。
【００４９】
さらに、本発明に係る二重セル構造の液晶素子は、基板の表面に穴を穿ち、その穴の部分を端子としたため、端子を側方に設ける場合に比べて基板に無理な力が加わることがない。したがって、より薄い基板を採用することができ、結果として素子の軽量化・小型化を達成することができる。
【００５０】
また、四角形状の基板の中央部に液晶を円形に挟み込み、その基板のコーナー部に端子等を設けたため、素子の重量バランスに優れ、温度変化によって液晶が膨張・収縮した場合でも不均一な変形が起こらず、素子の性能を維持することができる。
【００５１】
そして、本発明に係る二重セル構造の液晶素子の製造方法によれば、端子を形成する工程や、液晶を注入する工程等が、全て個々の素子に切り分ける前の母材の状態で行われるため、生産効率が向上し、コストを大幅に低減することができる。
また、各素子を検査する際にも、母材の状態で行うことができるため、高い効率を達成することができる。
さらに、積層させる２つの液晶素子を、全く同一の工程で製造でき、一方を裏返してかつ９０度回転させるだけで、液晶の配向方向が直交した二重セル構造の液晶素子を容易に作製することができる。したがって、生産性は極めて高く、安定した品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態（１）に係る液晶素子の使用形態を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態（１）に係る液晶素子の平面図である。
【図３】図１のＡ部分の拡大図である。
【図４】実施の形態（１）に係る液晶素子の断面図である。
【図５】実施の形態（１）に係る液晶素子の電圧印加時の状態を説明する図である。
【図６】実施の形態（２）に係る液晶素子の平面図である。
【図７】実施の形態（３）に係る液晶素子の平面図である。
【図８】実施の形態（３）に係る液晶素子によって得られる屈折率分布を模式的に示す図である。
【図９】実施の形態（３）に係る液晶素子の製造過程を説明する図である。
【図１０】実施の形態（４）に係る液晶素子の平面図である。
【図１１】実施の形態（５）に係る液晶素子の平面図である。
【図１２】実施の形態（５）に係る液晶素子の製造過程を説明する図である。
【図１３】実施の形態（６）に係る二重セル構造の液晶素子の平面図である。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ断面図である。
【図１５】図１３のＤ−Ｄ断面図である。
【図１６】実施の形態（６）に係る二重セル構造の液晶素子の使用形態を模式的に示す図である。
【図１７】二重セル構造の液晶素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図１８】二重セル構造の液晶素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図１９】図１４のＳ方向におけるＳ１０３の状態を示す図である。
【図２０】Ｓ１０３の状態を示す端子部分の断面図である。
【図２１】図１４のＳ方向におけるＳ１０６の状態を示す図である。
【図２２】図１４のＳ方向におけるＳ１０８の状態を示す図である。
【図２３】図１４のＴ方向におけるＳ２０５の状態を示す図である。
【図２４】図１４のＵ方向におけるＳ１０４の状態を示す図である。
【図２５】Ｓ５０１の状態を示す図である。
【図２６】Ｓ３０５の状態を示す図である。
【図２７】Ｓ５０４の状態を示す図である。
【図２８】Ｓ３０５の状態の別の例を示す図である。
【図２９】実施の形態（７）に係る二重セル構造の液晶素子の平面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１Ａ〜１Ｇ 液晶素子
１ＦＧ 二重セル構造の液晶素子
１０ 液晶
２０、２１ 電極
２２ セグメント電極
２３ コモン電極
２４ 高抵抗膜
２４ａ 高抵抗ゾーン
２４ｂ 中抵抗ゾーン
２４ｃ 低抵抗ゾーン
２０１ 非電極部位
３０、３１、３２、３３ 基板
３２ａ 遮光部
３２ｂ コーナー部
３２０ 母材となる基板
３３０ 母材となる基板
４０ａ〜４０ｄ 線状電極
４００ 低抵抗膜
４００ａ 低抵抗膜
５０ ＳｉＯ_２膜
６０Ａ〜６０Ｆ 穴
６１Ａ〜６１Ｆ 端子
７０、７１、７１Ａ シール材
７２ 接着剤
７３ 注入口
７４ 封止材
７５ 導通材
７６ マスク
７７ 配線
Ｅ 電界
Ｆ、Ｆ’ 焦点
Ｊ レンズ
Ｌ 光軸
Ｍ 像面
Ｐ１、Ｐ２ 偏光面
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｓ１、Ｓ２ 端子
Ｐ、Ｑ 屈折率分布
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同一の構成要素には同じ符号を付して説明を省略している。
【００５５】
まず、本発明の実施の形態（１）を図１〜５に示す。図１は、この実施の形態（１）に係る液晶素子１Ａの使用形態を模式的に示す図であり、図２は液晶素子１Ａの平面図、図３は図２のＡ部分の拡大図、そして図４は液晶素子１Ａの断面を拡大した図である。
【００５６】
図１に示すように、液晶素子１Ａは、特に携帯電話機や携帯情報端末機（ＰＤＡ）等における小型のカメラについて好適に用いられ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等が備えられる像面Ｍに対し、光軸Ｌ上にレンズＪとともに配置してレンズ系を構成するものである。そして、素子に電圧を印加することにより、主に素子の面方向（光軸に対して垂直方向）に屈折率分布を形成し、焦点Ｆを焦点Ｆ’（あるいはその逆）へ移動させて光学ズーム機能を発揮するものである。なお、液晶素子１Ａに入射する光を偏光状態とするため、必要に応じて偏光子を光軸Ｌ上に配設することができる。以下、液晶素子１Ａの構成について詳述する。
【００５７】
液晶素子１Ａは、図４に示すように、液晶１０と、その液晶１０を挟んで対向する２つの電極２０、２１、及び基板３０、３１とを備え、電極２０には電極材の存在しない複数の非電極部位２０１が穴状に形成されている。なお、図４において、基板３０、３１上に設けられる反射防止膜（ＡＲ膜）や、電極２０、２１と液晶１０との間に一般的に設けられる液晶配向膜、透明絶縁層等は図示を省略している。また、電極２０及び電極２１には電圧を印加するためリード線等が接続されている。
【００５８】
図２に示すように、複数の非電極部位２０１は、電極２０上の位置によって大きさ及び配置間隔を連続的に変化させている。なお、非電極部位２０１の数は、図２では便宜上少なく描いているが、実際には図３に示すように多数の非電極部位２０１が微細に形成されている。そして、この実施の形態（１）では、電極２０上を同心円状に分けたときの半径方向Ｒに沿って、非電極部位２０１の大きさｄ１が大きい径から小さい径となるように、また、配置間隔ｄ２が広い間隔から狭い間隔となるように連続的なパターンを形成している。
【００５９】
電極２０、２１間に電圧を印加した場合、非電極部位２０１の近傍での電界Ｅの状態は図５に示すようになる。すなわち、電極２０と電極２１とが対向している部分ａでは、電極に垂直な方向へ強い電界が形成され、非電極部位２０１の中心部である部分ｂでは、やはり電極に垂直な方向へ弱い電界が形成される。そして、非電極部位２０１と電極２０との境界に近い部分ｃでは、電極２０へ向かって電界が傾いた状態となる。
【００６０】
すると、液晶１０の誘電異方性が正である場合には、液晶分子が電界Ｅに沿って配向するため、部分ａでは液晶分子が電極に対して垂直に並び、部分ｂでは電界が弱いため電極に平行な状態のままとなり、部分ｃでは斜めに配向することになる。すなわち、非電極部位２０１の内側において液晶が不均一な配向状態となる。このとき、素子を通過する光（異常光）に対する屈折率は、非電極部位２０１の中心から周辺へ向かって連続的に小さくなる分布を形成するため、非電極部位２０１の部分においては凸レンズの効果を示すことになる。これにより、通過する光に位相差を与えることができる。
したがって、図２のように、非電極部位２０１の大きさ及び配置間隔を電極上の位置によって連続的に変化させた場合、それぞれの位置で得られる位相差は異なるため、素子全体として所定の屈折率分布を得ることができ、その結果レンズ系の焦点距離を変化させ、光学ズーム機能を得ることが可能となる。
【００６１】
なお、印加する電圧を変化させた場合、それに応じて液晶分子の配向状態が変化する。例えば、電圧を大きくした場合には、非電極部位２０１の中心でも液晶分子が垂直に配向するため、逆に、非電極部位２０１の中心から周辺にかけて屈折率が大きくなる凹レンズ効果を示すようになる。すなわち、印加する電圧によって、素子全体で得られる屈折率分布を変化させることができるため、設定された焦点距離に対して必要な屈折率分布を計算し、その結果に応じて電圧を制御することで焦点距離を連続的に変化させることができる。
【００６２】
さらに、非電極部位２０１の配置間隔は、電極２０上の同心円状に分けられた各領域内（例えば領域Ｘ、領域Ｙ）で不規則（ランダム配置）とすることが好ましい。すなわち、図３に示すように、配置間隔ｈ１とｈ２とが若干異なるようにする。このようにすると、隣接する非電極部位をそれぞれ通過する光が互いに干渉し合って波面が乱れるような事態を防止することができる。
なお、光の波長と配置間隔との関係で干渉効果がほとんど無いと見込まれる場合には、ｈ１とｈ２とを同一にして規則的に配置しても構わない。
【００６３】
電極２０、２１としては、従来知られた一般的な電極を用いることができる。具体的には、透明な基板３０、３１に対してインジウム−スズ酸化膜を形成したＩＴＯ電極が好適に用いられる。
【００６４】
また、非電極部位２０１を形成する方法としては、まず基板３０上の全面に電極２０を形成した後に、フォトプロセスによって複数の非電極部位２０１を所望の配置パターンで形成する方法が好適に用いられる。このようにすると、連続的に変化する微細な配置パターンを容易に作り出すことができる。あるいは、基板３０に電極２０を蒸着、めっき等する際にマスクを介して行う方法を用いても良い。
【００６５】
図６には、本発明の実施の形態（２）を示す。この液晶素子１Ｂは、上記実施の形態（１）と同様に、電極２０に複数の非電極部位２０１を形成しているが、非電極部位２０１の大きさを同径としている。そして、電極２０の中心から周辺に向かって、非電極部位２０１の配置間隔を広い間隔から狭い間隔へと連続的に変化させている。このように、非電極部位２０１の配置に疎密を持たせた場合には、電圧印加時に個々の非電極部位における光の屈折効果（レンズ効果）によって、非電極部位２０１の密度が濃い領域と薄い領域とでは得られる位相差が異なり、素子全体として所定の屈折率分布を得ることができる。
【００６６】
次に、本発明の実施の形態（３）について図７〜図９に基づき説明する。図７の液晶素子１Ｃは、上記実施の形態（１）と同様に、液晶を挟む電極２０に複数の非電極部位２０１を形成し、その非電極部位２０１の大きさ及び配置間隔を半径方向Ｒへ連続的に変化させている。そして、この実施の形態（３）では、非電極部位２０１の配置パターン（同心円状に変化するパターン）に沿って環状の線状電極４０ａ〜４０ｄを配設したことを特徴としている。
【００６７】
線状電極４０ａ〜４０ｄは、端子Ｓ１、Ｓ２に接続されており、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を利用して相異なる電圧が印加されるように構成されている。
この液晶素子１Ｃによって得られる屈折率分布を、図８に模式的に示す。図８に示すように、非電極部位２０１のレンズ効果によって屈折率分布Ｐが得られるとき、線状電極４０ａ〜４０ｄが配設された部位ｓ、ｔ、ｕ、ｖにおいて液晶がより配向し、それによって位相差が所定量だけ引き上げられ、結果として屈折率分布Ｐが強調された屈折率分布Ｑの状態となる。したがって、ズームレンジをより広くすることが可能となる。ここで、線状電極４０ａ〜４０ｄの配設する位置、及びそれぞれに印加する電圧値は、非電極部位２０１に起因する屈折率分布Ｐに基づいて決定することができる。すなわち、屈折率分布Ｐの各部位における位相変化量に比例した電圧値を設定することが好ましく、例えば端子Ｓ１、Ｓ２間に１Ｖの電圧を印加する場合、線状電極４０ａ（図８のｖに相当する）には１Ｖ、線状電極４０ｂ（ｕに相当）には０．６Ｖ、線状電極４０ｃ（ｔに相当）には０．１Ｖ、線状電極４０ｄ（ｓに相当）には０Ｖ、の印加電圧となるように抵抗Ｒ１〜Ｒ３を設定することができる。なお、線状電極４０ａ〜４０ｄについては、図７の回路構成に限定されないことは無論である。
【００６８】
図９には、実施の形態（３）に係る液晶素子１Ｃの製造過程の一例を示す。まず、図９（ａ）に示すように、ガラスの基板３０上にＩＴＯ等の電極（低抵抗膜４００、数〜数十Ω）を形成する。なお、この例では基板３０と低抵抗膜４００との間にＳｉＯ_２膜５０を形成している。この膜は、基板３０からのナトリウム分の溶出を防ぐパッシベーション膜であり、必要に応じて設けることができる。
【００６９】
続いて、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、低抵抗膜４００のパターンニングを行って線状電極４０ａを形成し、その上にＩＴＯ等の電極２０（高抵抗膜、数十〜数百ｋΩ）を形成する。そして、図９（ｄ）に示すように、所定の位置に複数の非電極部位２０１を形成することにより、線状電極４０ａ（４０ｂ〜４０ｄ）と電極２０とが形成された目的の基板を得ることができる。なお、線状電極４０ａは、素子の大きさに比べて極細（数〜数十μｍ程度）であるため、場合によってはＩＴＯ以外の不透明な金属で構成しても良い。
【００７０】
複数の非電極部位２０１の配置パターンは、上記実施の形態（１）〜（３）に限定されない。すなわち、所望の屈折率分布等に応じて、非電極部位２０１の大きさもしくは配置間隔又はその両方を電極２０上の位置によって適宜設定することができる。具体的には、例えば、図２とは逆に非電極部位の大きさを電極２０の中心から周辺に向かって小さい径から大きい径へと連続的に変化させる場合、あるいは図６とは逆に、非電極部位の配置間隔を電極２０の中心から周辺に向かって狭い間隔から広い間隔へと連続的に変化させる場合等が挙げられる。
【００７１】
なお、上記各実施の形態では、電極２０にのみに非電極部位２０１を形成していたが、電極２０と電極２１の両方に非電極部位を形成しても良い。この場合、電極２１の近傍でも液晶分子が不均一に配向するため、得られるレンズ効果がより強くなり、光学ズーム機能を向上させることができる。
また、電極２０を、分割された幾つかの電極から構成し、それぞれに複数の非電極部位を形成し、各電極に異なる電圧を印加することによって全体としてさらに複雑な屈折率分布を与えることもできる。
【００７２】
また、上記実施の形態（１）〜（３）では、複数の非電極部位２０１の形状が円形の場合について説明したが、これに限定されず、例えば発生する収差の種類や、ラビング方向等を考慮して、別の形状にすることができる。具体的には、ピット形状、楕円形状、半円形状等が挙げられる。
【００７３】
次に、本発明の実施の形態（４）について図１０に基づき説明する。図１０の液晶素子１Ｄでは、上記実施の形態（３）と同様に、相異なる電圧を印加する複数本の線状電極４０ａ〜４０ｄを、光軸を中心として同心円状に所定の間隔で配設している。ここで図１０の線状電極４０ａ〜４０ｄは高抵抗膜２４に配設されているが、この高抵抗膜２４は、上記実施の形態（１）〜（３）における電極２０と同じであり、ＩＴＯ等から構成されている（電極２０と異なり、電圧を印加しないため高抵抗膜と呼んでいる）。
【００７４】
上記の液晶素子１Ｄにおいて、線状電極４０ａ〜４０ｄに電圧を印加すると、各線状電極の間には高抵抗膜２４があるために電圧降下を生ずる。そのため、液晶は、同心円状に連続的に変化する電圧に応じて異なる配向状態となり、それに伴って所定の屈折率分布が得られることとなる。この屈折率分布は線状電極４０ａ〜４０ｄに印加する電圧を変えることで任意に制御できるため、目的の光学ズーム機能を得ることが可能となる。
【００７５】
図１１には、実施の形態（５）に係る液晶素子を示す。この液晶素子１Ｅは、複数本の線状電極４０ａ〜４０ｄが配設される抵抗膜を、異なる抵抗値を有する複数の領域（高抵抗ゾーン２４ａ、中抵抗ゾーン２４ｂ、低抵抗ゾーン２４ｃ）から構成したことを特徴としている。
このようにすると、例えば線状電極４０ｃの内側では、線状電極４０ｃの電圧が高抵抗ゾーン２４ａのために急激に降下し、続いて中抵抗ゾーン２４ｂに入って電圧降下の傾きが小さくなり、最後に低抵抗ゾーン２４ｃによって電圧降下がゆるやかになりつつ中心の線状電極４０ｄに接続されることとなり、結果として屈折率分布をより曲線的にすることができる。
【００７６】
図１２には、実施の形態（５）に係る液晶素子１Ｅの製造過程の一例を示す。まず、図１２（ａ）に示すように、ガラスの基板３０上にＩＴＯ等の低抵抗膜４００（数〜数十Ω）を形成する。なお、この例では基板３０と低抵抗膜４００との間にＳｉＯ_２膜５０を形成している。続いて、図１２（ｂ）に示すように、低抵抗膜４００のパターンニングを行って、線状電極４０ａと、微細な複数の低抵抗膜４００ａとを形成する。
次に、図１２（ｃ）に示すように、高抵抗膜２４（数十〜数百ｋΩ）を形成し、図１２（ｄ）に示すように、高抵抗膜２４のパターンニングを行い、所定の位置に複数の非電極部位を形成する。これにより、抵抗値の異なる複数の領域を得ることができる。すなわち、高抵抗膜の一部に非電極部位が形成された領域が高抵抗ゾーン２４ａとなり、均一な高抵抗膜が形成された領域が中抵抗ゾーン２４ｂとなり、一部に低抵抗膜が形成された領域が低抵抗ゾーン２４ｃとなる。
【００７７】
上記実施の形態（４）（５）において、複数本の線状電極は、液晶を挟んで対向する他方の基板側にも併せて配設することができる。
【００７８】
また、上記実施の形態（１）〜（５）において、対向する電極は一対とは限らず、それ以上の電極が液晶を挟みつつ積層していても良い。例えば、図１に示すように、複数の液晶素子１Ａ（図では２つ）を組み合わせて用いることができる。この場合、それぞれの液晶素子１Ａについて非電極部位の配置パターンを変えたり、印加電圧を異なるようにすることで、相異なるレンズ効果（屈折率分布）を生じさせ、より複雑な光学ズーム機能を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明の実施の形態（６）について説明する。図１３は、本発明の実施の形態（６）に係る二重セル構造の液晶素子の平面図である。また、図１４は図１３のＣ−Ｃ断面図であり、図１５は図１３のＤ−Ｄ断面図を表している。図１３〜図１５に示すように、二重セル構造の液晶素子１ＦＧは、同一の構成からなる２つの液晶素子１Ｆ、１Ｇを、導通材７５及びシール材７１を介して厚さ方向に積層させることにより構成されている。そして、液晶素子１Ｆ（１Ｇも同様）は、コモン電極２３が形成された基板３３と、セグメント電極２２が形成された基板３２とで液晶１０を挟み込むことにより概略構成されている。なお、コモン電極２３と液晶１０との間、及びセグメント電極２２と液晶１０との間に一般的に設けられる液晶配向膜、透明絶縁層や、基板３２、３３上に設けられる反射防止膜等は図示を省略している。また、液晶１０はシール材７０によって内側に封入されている。
【００８０】
この二重セル構造の液晶素子１ＦＧは、上記実施の形態（１）〜（３）と同様に、セグメント電極２２上に複数の非電極部位（図示せず）を形成し、その非電極部位の大きさ及び配置間隔を同心円状に変化させている。したがって、図１６に示すように、この素子を他のレンズＪとともに光軸Ｌ上に配置し、コモン電極２３とセグメント電極２２との間に電圧を印加することにより、非電極部位に起因する屈折率分布を生じさせ、焦点Ｆを焦点Ｆ’（あるいはその逆）へ変化させて光学ズーム機能を発揮することができる。
非電極部位や各電極の構成については上記実施の形態（１）の説明に準ずる。
【００８１】
また、特にこの実施の形態（６）では、液晶素子１Ｆ、１Ｇの、電圧の非印加時における液晶１０の配向方向を直交させている。これにより、レンズ系を通過する光束の、異なる偏光面Ｐ１、Ｐ２（Ｐ偏光、Ｓ偏光に対応する）の波面を同様に変化させ、像の画質をより高めることができる。
【００８２】
そして、この実施の形態（６）では、基板３２の厚さ方向に穴６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃと、同様に基板３３にも穴６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆとが穿たれている。それぞれの穴にはコモン電極２３、及びセグメント電極２２へ接続するための端子６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄ、６１Ｅ、６１Ｆがそれぞれ設けられている。すなわち、端子６１Ａ、６１Ｄが液晶素子１Ｆのセグメント電極２２へ、端子６１Ｂ、６１Ｅがコモン電極２３へ、端子６１Ｃ、６１Ｆが液晶素子１Ｇのセグメント電極２２へそれぞれ接続されている。対向する端子間（例えば、端子６１Ｂと端子６１Ｅ）は、導通材７５を介在させて接続している。なお、各端子は、穴の内周面に沿ってＮｉ−Ａｕ等の金属をめっきする等して形成される。
【００８３】
上記のように各端子を基板３２、３３の面上に配置することにより、基板の側方に端子を集約配置する場合に比べて、素子に偏った力が加わることなく、割れ・カケ等の不良が生じにくくなる。したがって、基板３２、３３をより薄く（例えば０．２ｍｍ）することが可能となり、素子を軽量化することができる。そのため、光学ズーム系全体をより小さくすることができる。
【００８４】
また、この実施の形態（６）では、基板３２、３３間に液晶１０を注入するための注入口７３が、基板３２の面上に形成されている。注入口７３の形状は円形、楕円形等であり、液晶１０を注入した後に封止材７４により適宜封止される。
特に、図１３の例では、端子６１Ａ〜６１Ｆ、及び液晶の注入口７３の全てが、基板３２、３３の面上に配置され、対向する端子同士が厚さ方向に相互に接続され、上側の液晶素子１Ｆに設けられた駆動用の各端子に集約されているため、後述するように素子の生産効率を高めることができる。
【００８５】
さらに、図１３の例では、穴６０Ａ〜６０Ｆ、及び液晶の注入口７３を、光束が通過する円形領域（セグメント電極２２、及びコモン電極２３が形成された領域）以外の、四角形状に形成された基板３２（３３）上のコーナー部３２ｂ付近に形成している。また、シール材７０を略円形に設け、光束が通過する円形領域内に液晶１０をシールするようにしている。このようにすると、光束が通過しない基板３２上の余剰部分を、端子等の位置として有効に利用することができるため、素子をより小型化することができる。また、端子等をコーナー部３２ｂに配置することにより、素子の重量バランスを最適化することができる。その結果、高精度な駆動が可能となり、また、温度変化によって液晶が膨張・収縮した場合に、基板３２に対し均等に圧力が加わるため不均一な変形が起こらず、素子の性能を維持することができる。
【００８６】
また、図１３の例では、セグメント電極２２のパターンを、端子６１Ａに直接接続するように形成しているが、この他にも、例えば、閉じた円形領域からなる各電極パターンを形成した後に、それぞれの電極と各端子とをリード線等で接続しても良い。
【００８７】
次に、上述の図１３の例に係る二重セル構造の液晶素子１ＦＧの製造方法を図１７〜図２８に基づき説明する。
【００８８】
まず、液晶補正素子１Ｆにおける基板３２の加工工程について順に説明する。図１９〜図２２は、図１４のＳ方向から見た状態を示している。最初に、図１７及び図１９に示すように、母材となる基板３２０に、多数個の液晶素子に対応させた穴６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃと、液晶の注入口７３とを所定の位置に形成する（Ｓ１０１）。続いて、母材となる基板３２０の全面に反射防止膜（ＡＲ膜）を形成し（Ｓ１０２）た後、それぞれの穴に端子６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃを設ける（Ｓ１０３）。なお、後述するように端子６１Ａ〜６１Ｃは、基板３２０を裏返しかつ９０度回転させた場合に端子同士が重なり合う必要があるため、母材となる基板３２０は好ましくは正方形であり、また配列する多数個の液晶素子は縦横で同数形成されている。なお、各端子（例えば端子６１Ａ）を設ける際には、図２０に示すように、穴６０Ａ以外の部分にマスク７６を形成した上で、端子６１Ａとなる金属をめっき等により形成した後、マスク７６を除去することにより好適に行われる。
【００８９】
続いて、図１４のＵ方向から見た側に対し、後述するような検査に用いる配線を形成した後（Ｓ１０４）、所定の位置に電極材を蒸着等によって形成し（Ｓ１０５）、エッチング等によるパターンニングを行ってセグメント電極２２を作製する（Ｓ１０６）。この状態を図２１に示す。なお、上述の端子を設ける工程と、検査に用いる配線を形成する工程とは前後しても良い。
【００９０】
次に、Ｓ方向の側に透明絶縁層を必要に応じて積層させ、ＰＶＡ等の液晶配向膜を形成し、ラビングを行う（Ｓ１０７）。さらに液晶を封入するためのシール材７０を、印刷等によりセグメント電極２２の外側に設ける（Ｓ１０８）。この状態を図２２に示す。
【００９１】
一方、対向させる別の基板（基板３３側）については、図１４のＴ方向から見た図２３に示すように、母材となる基板３３０に対して上記の基板３２０と同じ位置に穴６０Ｄ、６１Ｅ、６０Ｆを形成し（Ｓ２０１）、ＡＲ膜を形成し（Ｓ２０２）た後、端子６１Ｄ、６１Ｅ、６１Ｆを設け（Ｓ２０３）、電極材の蒸着等を行い（Ｓ２０４）、パターンニングを行ってコモン電極２３を形成する（Ｓ２０５）。また、液晶配向膜を形成してラビングを行い（Ｓ２０６）、対向させる基板３２０の各端子同士と接続するための導通材を印刷等により設ける（Ｓ２０７）。
なお、場合によっては、注入口７３を基板３３側に形成したり、あるいはシール材７０を基板３３側に、導通材を基板３２側に印刷することも可能である。
【００９２】
そして、上記のような端子等を形成した基板３２０と基板３３０とを、対向させて組み合わせる（Ｓ３０１）。この工程は、スペーサを介して接着剤で貼り合わせる等して行われる。
続いて、注入口７３からシール材７０の内側へ液晶を注入し（Ｓ３０２）、封止材によって封止する。そして、母材となる基板３２０上に配列した各端子を使用して、素子の動作検査を行う（Ｓ３０３）。このとき、基板３２０上には、図２４に示すように予め配線７７を形成している（Ｓ１０４）ため、その配線７７を利用して全数検査が一度に行われる。検査の結果不合格であった箇所についてはＮＧマーキングを行う（Ｓ３０４）。
【００９３】
以上の各工程（Ｓ１０１〜Ｓ３０３）を経て、液晶素子１Ｆが多数個配列した組が得られる。そして、この組に対し、同様の各工程（Ｓ１０１〜Ｓ３０３）を経て製造された別の組（液晶素子１Ｇが配列している）を積層させる（Ｓ５０１）。このとき、図２５に示すように、別の組をＺ方向に裏返し、かつＸ方向に９０度回転させた状態にして、液晶素子１Ｆが配列する組の基板３３０側と、液晶素子１Ｇが配列する組の基板３３０側とを積層させることにより、コモン端子同士、対応するセグメント端子同士が組み合わされ、なおかつ液晶の配向方向が直交した状態が得られることになる。
【００９４】
また、組同士を積層させる際には、組の間に予めシール材７１及び導通材７５を印刷等しておく（Ｓ３０５、Ｓ４０１）。このシール材７１及び導通材７５は、それぞれ液晶素子１Ｆ側に設けても良いし、反対の液晶素子１Ｇ側に設けても良い。
【００９５】
シール材７１は、図２６に示すように、光束が通過する円形領域を囲むように閉じた状態で設けることができる。この場合、シール材７１の内側に閉じ込められる気体の膨張によって積層状態が損なわれないように、組同士を積層させる作業は真空中で行う必要がある。シール材７１が閉じた状態でかつ内側が真空であると、ゴミ等が内部に侵入せず、光透過率を高くできるため好ましい。
【００９６】
そして、組同士を積層させた後、母材となる基板３２０上に配列した各端子を使用して、二重セル構造の液晶素子の動作検査を行う（Ｓ５０２）。このときも、上述の場合と同様に基板３２０上に形成した配線７７を利用して全数検査を一度に行うことができる。検査の結果不合格であった箇所についてはＮＧマーキングを行う（Ｓ５０３）。
【００９７】
最後に、図２７に示すように、母材となる基板を、ダイサー等を用いて個々の二重液晶素子１ＦＧに切り分け（Ｓ５０４）、単品の検査工程（Ｓ５０５）を経た後に出荷する（Ｓ５０７）。なお、単品の検査において不合格となった素子は、廃棄又は修理するか、又は再生工程に移される（Ｓ５０６）。
【００９８】
なお、組同士を積層させる際、図２６で示したシール材７１に代わって、図２８に示すような、光束が通過する円形領域を囲むように一部開いた状態で設けられるシール材７１Ａを介在させても良い。この場合は、シール材７１Ａの内側に接着剤７２を設け、この接着剤７２により組同士を接着させる。図２８の例では、組同士を積層させる作業を大気中で行うことができるため、生産効率が高いという利点がある。
【００９９】
以上のような製造方法によれば、各端子や電極の形成、及び液晶の注入工程等が、個々の素子に切り分ける前の母材の状態で全て行われるため、生産効率が非常に高く、コストも大幅に低減することができる。また、生産規模の拡大にも容易に対応可能である。
特に、積層させる２つの液晶素子が、別々に作るのではなく同一の工程で製造され、片方を裏返して９０度回転させるだけで良いので、全体の生産効率は大きく向上する。
さらに、液晶を注入・封止した後に行われる検査工程も、母材の状態で一斉に行えるため、産業上極めて有用である。
【０１００】
次に、本発明の実施の形態（７）について図２９に基づき説明する。図２９の例は、上述の二重セル構造の液晶素子１ＦＧに対し、光学ズーム系を構成した際に光束が通過する領域（セグメント電極２２が設けられた円形領域）の外側に遮光部３２ａを形成したことを特徴としている。なお、各端子６１Ａ〜６１Ｃの部分は除いている。遮光部３２ａは、適宜手段により形成することができ、例えば、基板３２の表面及び端面に黒色系の塗膜を設ける方法や、液晶素子１Ｆと液晶素子１Ｇとを積層させる際のシール材に黒色顔料を混入する方法等を適宜用いることができる。
【０１０１】
この実施の形態（７）によれば、遮光部３２ａによって素子外部からの乱反射（特に、基板３２の端面から面方向に入射する光）が遮られるため、良好な像を維持することができる。なお、この実施の形態（７）における遮光部３２ａは、上述の実施の形態（１）〜（５）に係る液晶素子に対して適用することもできる。
また、図２９の例では、基板３２の四隅を斜めにカットしている。このようにすると、他のレンズの外形状（丸形状）に近くなるため、レンズ系全体をより小さくすることができ好ましい。また、カットした分だけ素子を軽量化できる利点もある。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の液晶素子は、所定の屈折率分布を形成することができるため、光学ズーム系に配設した場合にレンズの駆動が不要となり、もしくは最小限の駆動で済むため、従来にない小型・薄型の光学ズーム機能を提供でき、特に携帯電話機等の超小型カメラ用として好適に利用することができる。

Claims (19)

1. 光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、前記電極の少なくとも一つには電極材の存在しない複数の非電極部位を、半径方向に沿って大きさもしくは配置間隔又はその両方を同心円状に変化させた配置パターンで形成し、前記非電極部位の内側では電圧印加時に液晶が不均一に配向するように構成してなる液晶素子。
2. 光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、前記電極の少なくとも一つには電極材の存在しない複数の非電極部位を、半径方向に沿って大きさもしくは配置間隔又はその両方を同心円状に変化させた配置パターンで形成し、前記非電極部位の内側では電圧印加時に液晶が不均一に配向するように構成するとともに、相異なる電圧を印加する複数本の線状電極を前記同心円状に変化する配置パターンに沿って所定の間隔で環状に配設してなる液晶素子。
3. 請求項１又は２記載の液晶素子において、複数の非電極部位の配置間隔は、電極上の同心円状に分けられた各領域内において不規則であることを特徴とする液晶素子。
4. 請求項１又は２記載の液晶素子において、非電極部位の形状が円形又はピット形であることを特徴とする液晶素子。
5. 光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する液晶素子であって、液晶と、前記液晶を挟んで対向する複数の電極とを備え、前記電極の少なくとも一つは相異なる抵抗値を有する同心円状の複数の領域から構成され、該電極には、相異なる電圧を印加する複数本の線状電極を前記光軸を中心として同心円状に所定の間隔で配設し、前記複数本の線状電極に電圧を印加した時に前記線状電極が配設されている前記電極が抵抗膜として作用し、前記複数本の線状電極の間で電圧降下を生じて、前記液晶の配向状態が前記光軸を中心として同心円状に変化するように構成してなる液晶素子。
6. 請求項１、２、５のいずれか記載の液晶素子において、光学ズーム系を構成した際に光束が通過する領域の外側を遮光することを特徴とする液晶素子。
7. 厚さ方向に積層した２つの液晶素子からなり、光軸上にレンズとともに配置して光学ズーム系を構成し、電圧を印加することにより屈折率分布を形成して光学ズーム機能を発揮する二重セル構造の液晶素子であって、前記各々の液晶素子は、一方にコモン電極が、他方にセグメント電極が形成された一対の基板と、前記一対の基板に挟まれた液晶とを備え、前記セグメント電極には、電極材の存在しない複数の非電極部位が、半径方向に沿って大きさもしくは配置間隔又はその両方を同心円状に変化させた配置パターンで形成され、前記非電極部位の内側では電圧印加時に液晶が不均一に配向するように構成され、前記一対の基板の各々には厚さ方向に複数の穴が穿たれるとともに前記穴には前記コモン電極およびセグメント電極のいずれかに接続される端子が設けられ、前記一対の基板の一方には液晶を注入するための注入口が形成されてなる二重セル構造の液晶素子。
8. 請求項７記載の二重セル構造の液晶素子において、電圧の非印加時における液晶の配向方向が２つの液晶素子で直交するように構成したことを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
9. 請求項７記載の二重セル構造の液晶素子において、基板が四角形状に形成され、前記基板の光束が通過する円形領域に沿って液晶がシールされ、前記円形領域以外のコーナー部付近に、液晶の注入口および端子が設けられることを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
10. 請求項８記載の二重セル構造の液晶素子において、基板が四角形状に形成され、前記基板の光束が通過する円形領域に沿って液晶がシールされ、前記円形領域以外のコーナー部付近に、液晶の注入口および端子が設けられることを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
11. 請求項７〜９のいずれか記載の二重セル構造の液晶素子において、積層した各々の液晶素子のコモン電極に接続される端子同士、一方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士、および他方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士が厚さ方向に相互に接続され、二重セル構造の液晶素子の外側に位置する一の基板に設けられた端子にそれぞれ集約されることを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
12. 請求項１０記載の二重セル構造の液晶素子において、積層した各々の液晶素子のコモン電極に接続される端子同士、一方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士、および他方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子同士が厚さ方向に相互に接続され、二重セル構造の液晶素子の最も外側である一の基板に設けられた端子にそれぞれ集約されることを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
13. 請求項１２記載の二重セル構造の液晶素子において、一方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子と、他方の液晶素子のセグメント電極に接続される端子とが、四角形状の基板の対角に位置するコーナー部付近に設けられ、コモン電極に接続される端子と液晶の注入口とが残りのコーナー部付近に設けられることを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
14. 請求項７〜１０のいずれか記載の二重セル構造の液晶素子において、光学ズーム系を構成した際に光束が通過する領域の外側を遮光することを特徴とする二重セル構造の液晶素子。
15. 請求項１３記載の二重セル構造の液晶素子の製造方法であって、母材となる基板に対し、多数個の液晶素子に対応する端子および注入口を設ける工程と、セグメント電極を形成する工程と、前記の端子、注入口、およびセグメント電極を形成した基板に対し、対向する位置に端子を設けるとともにコモン電極を形成した別の基板を組み合わせる工程と、組み合わせた後に注入口から液晶を注入する工程と、前記各工程を経て製造される多数個の液晶素子が配列した組に対し、同様の各工程を経て得られる別の組を裏返しかつ９０度回転させた上で積層させる工程と、個々の二重セル構造の液晶素子に切り分ける工程と、を有してなる二重セル構造の液晶素子の製造方法。
16. 請求項１３記載の二重セル構造の液晶素子の製造方法であって、母材となる基板に対し、多数個の液晶素子に対応する端子を設ける工程と、セグメント電極を形成する工程と、前記の端子、およびセグメント電極を形成した基板に対し、対向する位置に端子とさらに注入口を設けるとともにコモン電極を形成した別の基板を組み合わせる工程と、組み合わせた後に注入口から液晶を注入する工程と、前記各工程を経て製造される多数個の液晶素子が配列した組に対し、同様の各工程を経て得られる別の組を裏返しかつ９０度回転させた上で積層させる工程と、個々の二重セル構造の液晶素子に切り分ける工程と、を有してなる二重セル構造の液晶素子の製造方法。
17. 請求項１５又は１６記載の製造方法において、基板の表面には、それぞれの端子に共通して接続される検査用の配線を形成し、多数個の液晶素子が配列した組に対して別の組を積層させる工程の前、もしくは個々の二重セル構造の液晶素子に切り分ける工程の前のいずれか一方又は両方の時点で前記配線を利用して検査を行うことを特徴とする二重セル構造の液晶素子の製造方法。
18. 請求項１５又は１６記載の製造方法において、多数個の液晶素子が配列した組に対して別の組を積層させる際に、真空中で、光束が通過する円形領域を囲むように閉じた状態で設けられるシール材を介して積層させることを特徴とする二重セル構造の液晶素子の製造方法。
19. 請求項１５又は１６記載の製造方法において、多数個の液晶素子が配列した組に対して別の組を積層させる際に、大気中で、光束が通過する円形領域を囲むように一部開いた状態で設けられるシール材と前記シール材の内側に設けられる接着剤とを介して積層させることを特徴とする二重セル構造の液晶素子の製造方法。

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