JP4989949B2

JP4989949B2 - 液晶光学素子及び液晶光学モジュール

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Publication number: JP4989949B2
Application number: JP2006269045A
Authority: JP
Inventors: 雄一加藤; 高弘川田
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008089834A

Description

本発明は、可変焦点用レンズとして機能する液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を有する液晶光学モジュールに関するものである。

液晶を共通電極と複数の同心リング状の透明電極帯とで挟持し、複数の同心リング状の透明電極帯に印加する電圧を制御して入射光に対する液晶の屈折率分布を形成し、所望の焦点距離を得るための位相分布を形成する液晶を利用した可変焦点レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載の可変焦点レンズでは、同心リング状の透明電極帯同士は、絶縁体によって絶縁され、各同心リング状の透明電極帯へ電圧を供給するための引き出し配線が、同心リング状の部分から外部に向けて配置されていた。

このような可変焦点レンズを駆動した場合、同心リング状の部分のみならず、引き出し配線部分にも所定の電圧が印加される。したがって、引き出し配線部分に対応した液晶も、同心リング状の部分と同様に動作してしまい（即ち、引き出し配線部分に対応した液晶が所定の屈折率を有するように変化する）、リング状の屈折率分布が正確に形成されず、複数の引き出し配線による屈折率分布が形成されてしまう。複数の引き出し配線による屈折率分布は、リング状の屈折率分布を分断する溝のように形成されるので、その部分を通過する光が屈折して、（そのような液晶を利用した可変焦点レンズを利用して撮影を行った場合に）輝点の周辺がにじんだ画像や、輝線が発生した画像が得られてしまうという問題があった。

また、複数の輪帯状電極と複数の輪帯状電極への引き出し配線とを異なる面内に形成し、複数の輪帯状電極と引き出し配線とをスルーホールによって接続する可変焦点レンズが知られている（例えば、特許文献２）。

特許文献２に記載される可焦点レンズでは、輪帯状電極に欠落がないので、良好な結像特性を持つレンズを形成することができるが、複数の輪帯状電極と引き出し配線とをスルーホールによって接続するための位置合わせが難しく、特に、微小且つ複数の輪帯状電極を構成する場合に、製造工程が複雑になるという不具合があった。

特開２０００−８１６００号公報（第１１図）特開平５−１００２０１号公報（第１図（ｂ））

そこで、本発明は、上記問題点を解消することを可能とする液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は、引き出し配線領域によって不具合が生じることの無い液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、スルーホールを利用せずに、欠落のない輪帯状電極を形成することが可能な液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第１の基板と、第２の基板と、第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、第１又は第２の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線と、複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜と、透明絶縁膜を跨ぐように配置されて複数の円弧状電極のそれぞれと接続され、入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第１の基板と、第２の基板と、第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、第１又は第２の基板の一方に形成された複数の引き出し配線と、複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜と、透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極を有することを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学モジュールは、
第１の基板、第２の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、前記第１又は第２の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び前記複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜を跨ぐように配置されて前記複数の円弧状電極のそれぞれと接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極を有する液晶光学素子と、
集光レンズを有することを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学モジュールは、
第１の基板、第２の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶、前記第１又は第２の基板の一方に形成された複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった前記複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極を有する液晶光学素子と、
集光レンズを有することを特徴とする。

本発明によれば、透明絶縁膜によって、複数の引き出し配線が液晶を駆動することがなくなり、欠落の無い輪帯又は輪帯状電極によって屈折率分布を発生することができるので、引き出し配線によって駆動された液晶部分に入射した光の屈折によって、輝点の周辺がにじんだ画像や、輝線が発生した画像が得られてしまうという問題を解消することが可能となった。

以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び液晶光学モジュールについて説明する。

図１は、可変焦点用レンズとして機能する液晶光学素子１００の断面図である。

図中の矢印Ａの示す方向は、光が液晶光学素子１００に入射する方向を示している。液晶光学素子１００は、３枚の透明基板１０１、１０２及び１０３に挟持された第１の液晶層１３０及び第２の液晶層１３２から構成されている。第１の液晶層１３０と第２の液晶層１３２の液晶分子の配向方向は、互いに直行するように構成されており、第１の液晶層１３０はＰ波用液晶レンズとして機能し、第２の液晶層１３２はＳ波用液晶レンズとして機能する。なお、図１に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。

図１において、入射側の透明基板１０１上には、透明性対向電極１１０が形成されている。また、透明基板１０１に対向する透明基板１０２上には、後述する円弧状電極パターン３００及び引き出し配線３５１〜３７７を有する透明電極パターン１１４、透明絶縁膜１７０及び補完電極パターン１８０が形成されている。第１の液晶層１３０は、２枚の透明基板１０１及び１０２と、シール部材１２０との間に、厚さａ２（２０μｍ）で封入されている。

また、入射側と逆側の透明基板１０３上には、透明性対向電極１１８が形成されている。また、透明基板１０３に対向する透明基板１０２上には、複数の円弧状電極パターン７００及び引き出し配線領域１４１を有する透明電極パターン１１５、透明絶縁膜１７１及び補完電極パターン１８１が形成されている。第２の液晶層１３２は、２枚の透明基板１０３及び１０２と、シール部材１２１との間に、厚さａ４（２０μｍ）で封入されている。

３枚の透明基板１０１、１０２及び１０３は、屈折率１．５２のガラス材で構成され、それぞれ厚さａ１（１３０μｍ）、ａ３（３００μｍ）及びａ５（１３０μｍ）で形成されている。シール部材１２０及び１２１は樹脂から構成されている。本実施形態では、３枚の透明基板１０１、１０２及び１０３間に挟持される第１及び第２の液晶層１３０及び１３２としては、ホモジニアス型の液晶が用いられ、その屈折率は、１．５０〜１．７６の間で変化する。なお、液晶として、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。

ところで、透明電極パターン１１４は、引き出し配線領域１４０を含むので、第１の液晶層１３０は、引き出し配線領域１４０によって駆動される引き出し配線影響領域１３１を含むこととなる。同様に、透明電極パターン１１５は、引き出し配線領域１４１を含むので、第２の液晶層１３２は、引き出し配線領域１４１によって駆動される引き出し配線影響領域１３３を含むこととなる。また、円弧状電極パターン３００及び７００は同一の形状を有し、補完電極パターン１８０及び１８１は同一の形状を有している。また、透明基板１０１、１０２及び１０３上に形成された各層と第１、第２の液晶層１３０及び１３１との間には、配向膜（不図示）が形成されている。また、液晶光学素子１００の各構成要素の屈折率、厚さ等は、液晶光学素子１００及び液晶光学素子が配置される液晶光学モジュールの仕様に応じて適宜変更される。

図２は、補完電極パターンの一例を示す図である。

図２に示す補完電極パターン１８０は、同心円状の欠落のない輪帯状電極５０１〜５２７を有しており、それぞれは絶縁のために微小な間隔を空けて配置されている。また、各輪帯状電極５０１〜５２７には、後述するように、引き出し配線３５１〜３７７及び円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７を介して、電源１６０から電力の供給を受けた駆動ＩＣ回路１５０から所定のＡＣ電圧が個別に印加されるように構成されている。

また、図２における、ＣＣ´の部分の断面が、図１における液晶光学素子１００の断面図に相当する。また、後述する透明絶縁膜１７０が配置される位置を図中に点線で示した。

図３は、複数の円弧状電極及び複数の引き出し配線の一例を示す図である。

図３に示す円弧状電極パターン３００は、透明電極パターン１１４上に形成され、同心円状の円弧状電極３０１〜３２７を有しており、それぞれは絶縁のために微小な間隔を空けて配置されている。また、各円弧状電極３０１〜３２７には、後述するように、引き出し配線３５１〜３７７を介して、電源１６０から電力の供給を受けた駆動ＩＣ回路１５０から所定のＡＣ電圧が個別に印加されるように構成されている。

図４は、図３の領域３３０部分を拡大した拡大図である。

図４に示すように、円弧状電極パターン３００には、各円弧状電極３０１〜３２７へそれぞれ電圧を供給するための引き出し配線３５１〜３７７が接続されており、引き出し配線３５１〜３７７が配置される領域（図中斜線で示した）が、引き出し配線領域１４０に相当する。各引き出し配線３５１〜３７７も、各円弧状電極３０１〜３２７と同様に、微小領域を隔てて相互に絶縁されている。

円弧状電極３０１〜３２７は、同一平面上に複数の引き出し配線３５１〜３７７が配置されているため、欠落が生じ、完全な輪帯とはならない（円弧状電極３０１を除く）。また、引き出し配線３５１〜３７７を介して円弧状電極３０１〜３２７に電圧を供給すると、引き出し配線部分によって駆動された液晶によって、前述したような不具合が生じてしまう。そこで、本発明に係る液晶光学素子１００では、引き出し配線３５１〜３７７を覆うように、透明絶縁膜１７０を、引き出し配線と第１の液晶層１３０との間に配置して、引き出し配線３５１〜３７７によって第１の液晶層１３０が駆動されない（即ち、引き出し配線影響領域１３１が駆動されない）ように構成している。さらに、透明絶縁膜１７０と第１の液晶層１３０との間に、補完電極パターン１８０を形成して、補完電極パターン１８０の輪帯状電極５０１〜５２７が、それぞれ円弧状電極パターン３００の円弧状電極３０１〜３２７と接続されるように構成した。よって、補完電極パターン１８０の輪帯状電極５０１〜５２７のそれぞれには、引き出し配線３５１〜３７７及び円弧状電極３０１〜３２７を介して、個別の電圧を供給することができる。したがって、欠落のない補完電極パターン１８０の輪帯状電極５０１〜５２７（図２参照）が、屈折率補正用の電極パターンとして、理想的で、歪の無い屈折率分布を形成できるようになった。

以下、図５〜図７を用いて、図２に示す屈折率補正用の電極パターンの製造方法について説明する。

最初に、図５に示すように、透明基板１０２上に、円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７及び引き出し配線３５１〜３５７を有する透明電極パターン１１４形成する。図５（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤＤ´断面図を示している。また、図５（ａ）及び（ｂ）では、円弧状電極パターン３００の内の円弧状電極３０１〜３０４のみ、及び引き出し配線３５１〜３５４のみを示している。

円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７及び各引き出し配線３５１〜３７７は、透明基板１０２上にＩＴＯを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用して同時にパターン化したものである。なお、ＩＴＯ以外にも、透明電極部材として、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等を利用することも可能である。

次に、円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７及び引き出し配線３５１〜３５７の形成後、図６に示すように、各引き出し配線３５１〜３７７を覆う様に、透明絶縁膜１７０を形成する。図６（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤＤ´断面図を示している。

透明絶縁膜１７０は、形成された円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７及び各引き出し配線３５１〜３７７の上一面に透明絶縁膜を形成後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化して形成したものである。しかしながら、透明絶縁膜１７０を印刷によって形成しても良い。なお、透明絶縁膜の材料としては、アクリル系又はポリイミド系の感光性樹脂を使用することができる。

最後に、透明絶縁膜１７０の形成後、図７に示すように、円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７を覆うように、補完電極パターン１８０の各輪帯状電極５０１〜５２７を形成する。図７（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤＤ´断面図を示している。

補完電極パターン１８０の各輪帯状電極５０１〜５２７は、円弧状電極パターン３００及び透明絶縁膜１７０上一面にＩＴＯを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化したものである。なお、ＩＴＯ以外にも、透明電極部材として、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等を利用することも可能である。

上記では、第１の液晶層１３０に対応した透明基板１０２上における、円弧状電極パターン３００、引き出し配線３５１〜３７７及び補完電極パターン１８０を含む電極パターン（形状、構成及び製造方法）について説明したが、第２の液晶層１３２に対応した透明基板１０２上における、円弧状電極パターン７００、円弧状電極パターン７００の各円弧状電極に電圧を供給するための引き出し配線及び補完電極パターン１８１を含む電極パターン（形状、構成及び製造方法）についても、これと同様である。

図８は、各輪帯状電極５０１〜５２７と、それらに印加される電圧との関係を示す図である。

図８（ａ）は、透明基板１０２上の補完電極パターン１８０の断面の一部分を拡大したものである。輪帯状電極間の微小な間隔は全て３μｍに設定した（なお、便宜上、拡大して示しており、円弧状電極や透明絶縁膜の記載は省略している）。

図８（ｂ）は、基準電圧（輪帯状電極５２７に印加される電圧、ここでは０［Ｖ］とする）に対する各輪帯状電極５０１〜５２７それぞれの実効電圧４０１〜４２７を示している。なお、液晶光学素子に用いる液晶は一般に印加電圧に対し実効値応答を示す。また直流電圧成分を長時間この液晶に加えると、液晶の焼きつきや分解等の不都合を生ずる。従って液晶光学素子の各透明電極には直流電圧成分を印加しないように交流電圧を印加して液晶を駆動する。また、液晶光学素子に対する基準電圧０［Ｖ］は正確には液晶層に印加される電圧であり、その電圧を任意に設定することができる。一般的には印加電圧が０［Ｖ］の状態を基準とする事が多いが、他の電圧値（例えば３［Ｖ］）の時を基準電圧とすることも可能である。

図９は、本実施形態で利用する第１及び第２の液晶層１３０、１３２を構成する液晶の、印加電圧と屈折率との関係を示す図である。

図９に示すように、Ｐ型の液晶を用いたホモジニアス型液晶では、印加電圧が上がるに従って、屈折率が徐々に減少する非線形な特性を有している。本実施形態では、補完電極パターン１８０に対して、Ｖ_２を（基準電圧として）輪帯状電極５２７に印加し、Ｖ_１を輪帯状電極５０１に印加するように構成した。また、透明性対向電極１１０には、Ｖ_２を（基準電圧）を印加した。

ところで、図９に示すように、ホモジニアス型液晶の印加電圧と屈折率との関係では、その中間（印加電圧範囲Ｖ_３〜Ｖ_４）で、ほぼ線形に変化する領域が存在するので、この領域を屈折率を制御する領域として利用することが好ましい。しかしながら、広い動作範囲を得るためには、非線形な領域を利用する方が好ましい場合がある。

図１０は、補完電極パターン１８０によって形成される屈折率分布パターンの一例を示す図である。

図１０において、縦軸は第１の液晶層１３０の屈折率を示し、横軸は補完電極パターン１８０の瞳位置（Ｘ）を示している。さらに、Ｘ軸上には、各輪帯状電極５０１〜５２７の断面を示した。

図８に示すように、引き出し配線３５１及び円弧状電極３０１を介して、輪帯状電極５０１に実効電圧４０１（Ｖ_１）を印加することによって、輪帯状電極５０１と透明性対向電極１１０との間に挟持される第１の液晶層１３０の屈折率はＮ_１（Ｎ＝１．７８）となる。同様に、引き出し配線３５２〜３７６及び円弧状電極３０２〜３２６を介して、輪帯状電極５０２〜５２６に実効電圧４０２〜４２６を印加することによって、各輪帯状電極５０２〜５２６と透明性対向電極１１０との間に挟持される第１の液晶層１３０の屈折率はＮ_２〜Ｎ_２６となる。さらに、引き出し配線３７７及び円弧状電極３２７を介して、輪帯状電極５２７に実効電圧４２７（Ｖ_２）を印加することによって、輪帯状電極５２７と透明性対向電極１１０との間に挟持される第１の液晶層１３０の屈折率はＮ_２７（Ｎ＝１．５０）となる。

このように、各輪帯状電極５０１〜５２７に所定の電圧を印加することによって、第１の液晶層１３０は、図１０の曲線６００に示すような屈折率分布を有するので、第１の液晶層１３０を有する液晶光学素子１００は、Ｐ波用の可変焦点用液晶レンズ（凸レンズ）として機能することとなる。なお、前述したように、補完電極パターン１８１は図２に示す補完電極パターン１８０と同一の形状を有しているため、補完電極パターン１８０へ印加する電圧と同様の電圧を補完電極パターン１８１の各輪帯に印加することによって、第２の液晶層１３２も、図１０の曲線６００に示すような屈折率分布を有する。したがって、第２の液晶層１３２を有する液晶光学素子１００は、Ｓ波用の可変焦点用液晶レンズ（凸レンズ）としても機能する。

図１１は本発明に係る液晶光学モジュール１の断面図であり、図１２は図１１に示した液晶光学モジュール１の分解斜視図である。

液晶光学モジュール１は、焦点を可変させるための前述した液晶光学素子１００と、レンズ枠３０内に収容された３枚の第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３と、結像された光学像を電気信号に変換する光電変換素子５０を主要部品として、ケース１０とベース６０内に配置している。ケース１０のケース開口１１から入射する被写体からの光は、液晶光学素子１００と第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３とを通り、光電変換素子５０に結像して、電気信号に変換される。本実施形態では、ケース１０は、図１２に示されるように、液晶光学素子１００の外形に対応して矩形状のボックスに構成されているが、矩形状のものに限定されるものではない。なお、モジュールの外形は、約６ｍｍの立方体である。

液晶光学素子１００の第１の光学レンズＬ１に対向する面は、レンズ枠３０の前面から突出する円環状突出部３１に載置され、液晶光学素子１００のケース１０に対向する面は、ケース開口１１の直径より大きな直径をもつ、円環状弾性部材１５を介してケース１０に押し付けられている。液晶光学素子１００は、第１の押圧部材である円環状弾性部材１５と第２の押圧部材である円環状突出部３１とによって、押圧固定される。円環状突出部３１と円環状弾性部材１５は、液晶光学素子１００のシール部材１２０及び１２１を押圧するので、押圧力により液晶光学素子１００のギャップ厚が変化するようなことはない。したがって、この押圧力による液晶のギャップ厚の変動に起因して光学特性が劣化することはない。なお、円環状弾性部材１５は液晶光学素子１００とケース１０と接着剤で接着しておくことが望ましい。また、円環状突出部３１と液晶光学素子１００とも接着しておくほうがよい。

従来のレンズ枠が光軸方向に移動することによって焦点が変化する液晶レンズモジュールでは、ケース開口１１にはほこり等の侵入をふせぐための保護ガラス（カバーガラス）が必要であった。しかしながら、液晶光学素子１００を使用する本実施形態では、ケース開口１１を液晶光学素子１００の透明基板が円環状弾性部材１５を介して密着するので、液晶光学素子１００の透明基板がケース開口１１の保護ガラスを兼用し、ケース開口１１の保護ガラスは省略されている。なお、場合によっては、ケース開口の保護ガラスを装着するようにもできる。

円筒形のレンズ枠３０の内部には、３枚の第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３が収納される。第１の光学レンズＬ１は、レンズ枠３０の被写体側端面の開口３２に面して配置し、その下に第２の光学レンズＬ２を配置し、さらに開口を有する円板状スペーサ３３を介して、第３の光学レンズＬ３を配置する。これらの光学レンズのレンズ枠内への配置手法は適宜公知の手法を採用することができる。

第２の光学レンズＬ２と第３の光学レンズＬ３との間に配置された円板状スペーサ３３は、レンズ間隔を調整するためのもので、他の実施形態では必要がない場合もある。また、レンズ間隔を調整するための円板状スペーサ３３は、第１の光学レンズＬ１と第２の光学レンズＬ２との間、あるいは液晶光学素子１００と第１の光学レンズＬ１との間などにも、必要であれば、配置することができる。本実施形態では、レンズ枠３０に第１の光学レンズＬ１から順次挿入して固定するようにしているので、円板状スペーサ３３を用いているが、他の実施形態では、円板状スペーサ３３に代えてレンズ枠３０内に突出して形成されるフランジを用いることもできる。また、配置される光学レンズの数は、３個に限定されるものではなく、少なくとも１つあればよい。

レンズ枠３０は、ベース６０に支持されるレンズ枠ホルダー４０に固定され、レンズ枠ホルダー４０の外周に設けられた突起４１が、ケース１０の係合部１２に係合することにより、第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３及び液晶光学素子１００がケース１０に固定配置される。なお、レンズ枠ホルダー４０は、レンズ枠３０と一体に構成してもよいが、図示のように別体として、レンズ枠３０をレンズ枠ホルダー４０に対して移動可能にするのが好ましい。これにより、レンズ枠３０とレンズ枠ホルダー４０の最終的な組み付けで、光学レンズと光電変換素子５０との距離を調整することができる。この場合、液晶光学素子１００とケース１０との間に介在する円環状弾性部材１５は、レンズ枠３０の光軸方向の移動による液晶光学素子１００とケース１０の距離の変化を吸収する役割を果たし、ベース６０底面からレンズ枠３０の上面までの高さを常に一定に保つことができる。

光学系により結像された画像を電気信号に変換するための光電変換素子５０は、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳにより形成され、プリント基板５１の開口部から光電変換素子５０の受光面が露出するように基板の裏面側に設けられる。プリント基板５１の表面には、プリント基板５１の開口部を覆って、赤外線を光電変換素子５０に入射することを防ぐための赤外線（ＩＲ）カットフィルタ５２が配置される。赤外線カットフィルタ５２は、赤外線カットフィルタ５２に付着するダスト等が光電変換素子５０に写り込まないように、赤外線カットフィルタ５２と光電変換素子５０との距離をとる必要がある。このために、赤外線カットフィルタ５２はフィルタ取付枠５３を介して光電変換素子５０から所定距離だけ離して設けられる。プリント基板５１には引き出し電極（図示せず）が形成され、引き出し電極により取り出された画像信号は、デジタル信号処理部に送られる。

本実施形態では、第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３を保持するレンズ枠３０とケース１０との間に、液晶光学素子１００が、第１の押圧部材である円環状弾性部材１５と第２の押圧部材である円環状突出部３１とで押圧保持されるので、液晶光学素子１００を保持するためのホルダーが必要ではなく、コンパクトな液晶レンズモジュールが形成でき、さらに液晶光学素子１００と第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３との光軸方向の位置が容易に決まる。

ここで、液晶光学素子１００への最大入射角θは、ケース１０の開口部と、レンズ枠３０の被写体側端面の開口３２とによって決定され、その値は、３０度である。

図１３に、本発明に係る液晶光学素子１００を用いた液晶光学モジュール１の利用例を示す。

図１３において、レンズＬは、図１１及び１２で説明した第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３を含むレンズ群を示し、Ｃは、ＣＰＵ及び電源を含む制御部を示している。

図１３（ａ）は、無限遠にピントを合わせた場合であって、液晶光学素子１００の補完電極パターン１８０及び１８１に基準電圧を印加したので、液晶光学素子１００はパワーを有せず、液晶光学モジュール１に入射した有効径１０を有する入射光は、レンズＬのみによって、光電変換素子５０上に集光される。

図１３（ｂ）は、近距離にピントを合わせた場合であって、液晶光学素子１００の補完電極パターン１８０及び１８１に所定の電圧を印加したことによって、液晶光学素子１００は、例えば図１０に示す屈折率分布の曲線６００を有する凸レンズとして機能する。したがって、液晶光学モジュール１に入射した入射光は、図中６に示すように、液晶光学素子１００及びレンズＬによって、レンズＬのみ焦点距離（図中の７参照）とは異なった焦点距離で、光電変換素子５０上に集光される。

また、所定の自動焦点調整回路からの信号に応じて、液晶光学素子１００の補完電極パターン１８０に印加される電圧値を可変すれば、可動部品を用いずに、オートフォーカス光学系を容易に構成することが可能である。このような可動部品を用いずに、焦点距離を切替え可能な液晶光学モジュール１を、デジタルカメラや携帯電話に利用すれば、省スペース且つ低コスト化を図れるという大きな利点を有する。

図１４は、前述した液晶光学素子１００の電極パターンの他の例を示す図である。図１４（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図１４（ｂ）は図１４（ａ）におけるＤＤ´断面図を示している。

図７では、円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７のそれぞれの上に、再度、補完電極パターン１８０の各輪帯状電極５０１〜５２７を形成した。しかしながら、引き出し配線領域１４０以外のほとんどの領域では、円弧状電極３０１〜３２７が既に形成されているので、再度輪帯状電極５０１〜５２７を形成する必要は必ずしも無い。

そこで、図１４の例では、引き出し配線領域１４０を覆うように形成された透明絶縁膜１７０上を跨ぐように、補完電極パターン１８２の扇状電極５５２〜５７７を形成した。なお、図１４では、円弧状電極パターン３００の内の円弧状電極３０１〜３０４のみ、及び補完電極パターン１８２の内の扇状電極５５２〜５５４のみを示している。図１４に示すように、扇状電極５５２は、透明絶縁膜１７０によって覆われた部分を繋ぐようして、円弧状電極３０２の一方の端部と他方の端部に接続されるように配置される。また、扇状電極５５２は、引き出し配線３５２を介して円弧状電極３０２と同一の電位となる。したがって、円弧状電極３０２と扇状電極５５２によって、同一電位を有する、欠落のない輪帯状電極が形成されることとなる。

同様に、扇状電極５５３〜５７７は、それぞれ透明絶縁膜１７０によって覆われた部分を繋ぐようして、円弧状電極３０３〜３２７の一方の端部と他方の端部に接続されるように配置される。また、扇状電極５５３〜５７７は、それぞれ引き出し配線３５３〜３７７を介して円弧状電極３０３〜３２７と同一の電位となる。したがって、円弧状電極３０３〜３２７と扇状電極５５３〜５２７によって、同一電位を有する、欠落のない複数の輪帯状電極が形成されることとなる。

図１４に示す、扇状電極５５２〜５２７は、透明絶縁膜１７０の形成後、円弧状電極パターン３００の各円弧状電極３０１〜３２７及び透明絶縁膜１７０上一面にＩＴＯを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化したものである。なお、ＩＴＯ以外にも、透明電極部材として、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等を利用することも可能である。ここで、円弧状電極パターン３００及び引き出し配線３５１〜３７７の形成と、透明絶縁膜１７０の形成は、図５及び図６に示した方法と同様な方法により形成する。

図７に示すような補完電極パターン１８０の輪帯状電極５０１〜５２７を形成しなくとも、図１４に示すように、透明絶縁膜１７０の部分を跨ぐように扇状電極５５２〜５７７を形成するようにしても、同様の効果を得ることができる。なお、扇状電極５５２〜５７７の大きさは、図１４に示したものに限定されるものではなく、適宜、最適な設計値を用いることができる。

図１５は、前述した液晶光学素子１００の電極パターンの更に他の例を示す図である。図１５（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図１５（ｂ）は図１５（ａ）におけるＤＤ´断面図を示している。

図１４に示した例では、円弧状電極パターン３００及び引き出し配線３５１〜３７７を形成した後に、透明絶縁膜１７０を形成し、その後、透明絶縁膜１７０を跨ぐ様に、補完電極パターン１８０を形成した。これに対して、図１５に示す例では、先に引き出し配線８０１〜８２７を形成し、その後、引き出し配線８０１〜８２７の一部分を残して他の部分を覆う様に、透明絶縁膜１７２形成し、更にその後、透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７を形成するように構成した。なお、透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７は、図２に示す補完電極パターン１８０の輪帯状電極５０１〜５２７と同じ形状を有している。また、図１５においては、透明電極パターン９００の内の輪帯状電極９０１〜９０４のみを図示している。

したがって、透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７へは、最初に形成した引き出し配線電極８０１〜８２７を介して、適切な電圧を供給することができ、且つ透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７の輪帯状態に欠落がないようにすることができる。

以下図１６及び図１７を用いて、図１５に示す電極パターンの製造方法について説明する。

図１６は、最初に形成する引き出し配線を示した図である。図１６（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図１６（ｂ）は図１６（ａ）におけるＤＤ´断面図を示している。

図１６では、引き出し配線８０１〜８２７の内、引き出し配線８０１〜８０４のみを示している。引き出し配線８０１〜８２７は、透明基板１０２上にＩＴＯを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化したものである。なお、ＩＴＯ以外にも、引き出し配線の材料として、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等を利用することも可能である。

図１７は、引き出し配線の上に形成する透明絶縁膜の一例を示す図である。図１７（ａ）は電極パターンの平面図を示し、図１７（ｂ）は図１７（ａ）におけるＤＤ´断面図を示している。

図１７に示すように、透明絶縁膜１７２は、各引き出し配線８０１〜８２７の一部分のみを残して、他の部分を覆うような形状をしている。各引き出し配線８０１〜８２７において、透明絶縁膜１７２によって覆われなかった部分が、後に形成される透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７と接続される部分である。透明絶縁膜１７２は、形成された引き出し配線８０１〜８２７の上一面に透明絶縁膜を形成後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化して形成したものである。しかしながら、透明絶縁膜１７２を印刷によって形成しても良い。なお、透明絶縁膜の材料としては、アクリル系又はポリイミド系の感光性樹脂を使用することができる。

図１７に示す透明絶縁膜１７２を形成後、その上に透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７を形成することによって、図１５に示した電極パターンが形成される。なお、透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７は、前述した補完電極パターン１８０と同様の方法により製造される。

図１８は、図１５に示した引き出し配線の変形例を示す図である。

図１５に示す例では、引き出し配線８０１〜８２７の先端の一部分を残すようにして、透明絶縁膜１７２で引き出し配線８０１〜８２７を覆った。しかしながら、図１８に示すように、引き出し配線８０１〜８２７の先端部分に、後に形成される透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７との接続をより良好とするための突出部８５２〜８７７（図８では、この内、突出部８５２〜８５４のみを表示）を設けることができる。図１８に示す突出部８５２〜８７７は、透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７が非常に細くなって接続部分の面積が十分に確保できない場合に特に有効である。また、突出部８５２〜８７７を設けることによって、透明絶縁膜の形状を、図１５に示す透明絶縁膜１７２にように複雑な形状ではなく、図１８に示すように簡単な形状にすることもできる。

なお、図１８に示すような引き出し配線８０１〜８２７及び突出部８５２〜８７７を形成した後に、透明絶縁膜１７０及び透明電極パターン９００の各輪帯状電極９０１〜９２７を形成する手順等は、図１５〜図１７において説明した通りである。

本発明に係る液晶光学素子１００の断面図である。補完電極パターンの一例を示す図である。円弧状電極パターンの一例を示す図である。図３の一部拡大図である。図２に示す透明電極パターンの製造方法を説明するための図である。図２に示す透明電極パターンの製造方法を説明するための図である。図２に示す透明電極パターンの製造方法を説明するための図である。（ａ）は透明電極パターンの断面の一部拡大図であり、（ｂ）は各輪帯状電極への印加電圧例を示した図である。液晶の印加電圧と屈折率との関係を示す図である。透明電極パターンによって形成される屈折率分布パターンの一例を示す図である。本発明に係る液晶光学モジュールの断面図である。図１１に示す液晶光学モジュールの分解斜視図である。本発明に係る液晶光学モジュールの利用例を示した図である。屈折率補正用の透明電極パターンの他の例を示す図である。屈折率補正用の透明電極パターンの更に他の例を示す図である。図１５に示す透明電極パターンの製造方法を説明するための図である。図１５に示す透明電極パターンの製造方法を説明するための図である。引き出し配線の変形例を示す図である。

符号の説明

１００液晶光学素子
１０１、１０２、１０３透明基板
１３０第１の液晶層
１３２第２の液晶層
１７０、１７１、１７２透明絶縁膜
１８０、１８１、１８２補完電極パターン
３００円弧状電極パターン
３０１〜３２７円弧状電極
３５１〜３７７、８０１〜８２７引き出し配線
５０１〜５２７、９０１〜９２７輪帯状電極
５５２〜５７７扇状電極
８５２〜８７７突出部

Claims

入射光に対して可変焦点用レンズとして働く液晶光学素子であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、
前記第１又は第２の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び前記複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線と、
前記複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜と、
前記透明絶縁膜を跨ぐように配置されて前記複数の円弧状電極のそれぞれと接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極と、
を有することを特徴とする液晶光学素子。
前記複数の輪帯は、前記複数の補完電極のみから構成される、請求項１に記載の液晶光学素子。
前記複数の輪帯は、前記複数の円弧状電極及び前記複数の補完電極から構成される、請求項１に記載の液晶光学素子。
入射光に対して可変焦点用レンズとして働く液晶光学素子であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、
前記第１又は第２の基板の一方に形成された複数の引き出し配線と、
前記複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜と、
前記透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった前記複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極と、を有し、
前記複数の引き出し配線と前記複数の輪帯状電極は、前記第１の基板又は第２の基板の内の同一面内に配置されている、
することを特徴とする液晶光学素子。
前記複数の引き出し配線が、前記複数の輪帯状電極と接続するための突出部をそれぞれ有している、請求項４に記載の液晶光学素子。
可変焦点用レンズとして働く液晶光学モジュールであって、
第１の基板、第２の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、前記第１又は第２の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び前記複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜を跨ぐように配置されて前記複数の円弧状電極のそれぞれと接続され且つ前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極を有する液晶光学素子と、
集光レンズと、
を有することを特徴とする液晶光学モジュール。
前記複数の輪帯は、前記複数の補完電極のみから構成される、請求項６に記載の液晶光学モジュール。
前記複数の輪帯は、前記複数の円弧状電極及び前記複数の補完電極から構成される、請求項６に記載の液晶光学モジュール。
可変焦点用レンズとして働く液晶光学モジュールであって、
第１の基板、第２の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶、前記第１又は第２の基板の一方に形成された複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった前記複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極を有し、前記複数の引き出し配線と前記複数の輪帯状電極は、前記第１の基板又は第２の基板の内の同一面内に配置されている液晶光学素子と、
集光レンズと、
を有することを特徴とする液晶光学モジュール。
前記複数の引き出し配線が、前記複数の輪帯状電極と接続するための突出部をそれぞれ有している、請求項９に記載の液晶光学モジュール。