JPH02296222A - 液晶レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カメラ等の光学機器に適用可能な液晶レンズ
に関する。

〔従来の技術〕

従来、レンズの焦点距離を調節する場合には、２枚以上
のレンズを組み合わせ、その位置関係を変化させること
により行なっていたが、最近では、液晶を封入した単レ
ンズに外部から電圧を印加して屈折力を変化させる液晶
レンズが開発されており、このような液晶レンズが特開
昭５２３２３４８号公報、特開昭５４−９９６５４号公
報および特公昭５９−２２４８２０号公報等において開
示されている。

この種の液晶レンズを第６図（ａ）に示す。この液晶レ
ンズ１は、凹面状をなす曲率面を有する第１の透光性基
板２（以下、透光性基板の一例として透明基板を用いて
説明する）の曲率面側に第２の透明基板３がスペーサ４
を介して対向配置し、この第１．第２の透明基板間に凸
レンズ状に形成された空間に液晶を収納してなる液晶層
５が形成されている。また、第１および第２の透明基板
２゜３の各対向面には透明導電層６，７がそれぞれ形成
されている。この透明導電層６，７にはリード線を介し
て交流電圧源９．電圧調整回路］０からなる電圧印加手
段か接続されている。そして・この電圧印加手段により
透明導電層６，７間に電圧を印加する構成となっている
。なお、第６図（ｂ）は光の入射側から見た液晶レンズ
１の平面図を示している。

このように構成された液晶レンズ１は、電圧印加手段で
液晶層５に印加する電圧を゛変化させることにより、液
晶分子５ａのディレクターが変化する。その結果、特定
方向の直線偏光に対しては、液晶の見掛けの屈折力が変
化する。したがって、第７図に示すように、液晶レンズ
１と偏光板ＰＬとを組合わせて用いることにより、液晶
レンズ１の屈折力を変化させることができる。

ここで、上記液晶レンズ１の作製は、先ず張合わせ接合
部が平坦面状に加工されている第１の透明基板２と全体
が板状をなす第２の透明基板３とを、スペーサ４を介し
て張合わせる。なお、第１の透明基板２のように、凹状
の曲率面周縁の平坦面は、比較的容易に加工できる。ま
た、スペーサ４としては、液晶デイスプレィと同様に、
第１゜第２の透明基板を張合わせるための接着剤中にガ
ラスファイバ片や樹脂球を分散させたものを用いる。そ
して、スペーサ４により第１．第２の透明基板間に所定
の厚さを有する凸レンズ形状をなす空間を形成すると共
に、この空間に液晶を注入することにより液晶層５を形
成する。このようにして液晶レンズ１を作製している。

また、透明基板の張合わせ面が曲率面となっている液晶
レンズ１０を作製する場合は、第８図（ａ）に示すよう
に、例えば凸レンズ形状をなす第１の透明基板１１と平
板状をなす第２の透明基板１２とを、同図（ｂ）に示す
スペーサ１３を介して対向配置し、図示矢印へ方向に押
圧力を加えて張合わせる。ここで、スペーサ１３として
は、上記したように接着剤中にガラスファイバー片や樹
脂球を分散したものが用いられる。このようなスペーサ
４．１３は一般に第１の透明基板１１と第２の透明基板
１２とを張合わせた後に、例えば真空注入法にて液晶を
注入するために一部破断しておく必要がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、第８図（ａ）に示す液晶レンズ１０のように
、透明基板１１の張合わせ面が曲率面であると、第１の
透明基板１１と第２の透明基板１２とをスペーサ１３を
介して張合わせ押圧力を加えたときに、樹脂球１３ａが
その押圧力により切断箇所を中心として第１の透明基板
１の曲率面に沿って矢印Ｂ方向へずれてしまう可能性が
高かった。その結果、スペーサ１３にるスペーシングの
精度が低下して、液晶レンズ層の厚さを設計通りの厚さ
とすることができず、光透過率、焦点の可変速度を左右
したり、透明導電層が短絡したり、作製後の液晶レンズ
の焦点距離が設計したものと違ってしまう等の問題があ
った。また、透明基板が片側に傾いて貼り合わされた場
合には、液晶レンズの光軸がずれてしまい精度低下の原
因になった。

なお、凸状をなす曲率面周縁を平坦面状に加工すること
により、上記問題を解決することも考えられるが、その
ような加工は極めて困難であった。

また、実開昭６２−１４３９２７号公報には、輪形のフ
ィルム状スペーサが開示されている。このような輪形の
フィルム状スペーサを用いれば、透明基板を押圧するこ
とによるずれの発生を抑えることはできるが、液晶注入
口が形成されていないため、液晶注入法として有効な手
段である真空注入法が使えないという欠点がある。

そこで本発明の目的は、スペーシング精度を向上させる
ことができ、高精度でしかも容易に作製できる液晶レン
ズを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、少なくとも一方の
対向面が曲率面となるように２枚の透明基板をスペーサ
を介して対向配置し、この対向配置された透明基板間に
形成されるレンズ形状をなす空間に液晶を封入してなる
液晶レンズにおいて、前記スペーサは、外形が環状をな
しその外周あるいは内周のいずれか一方に、液晶注入時
に前記レンズ形状をなす空間と外部とを連通ずる切欠部
を設けた構成とした。

（作　用） 本発明は以上のような手段を講じたことにより、２枚の
透明基板をスペーサを介して対向配置したときに、スペ
ーサに設けた切欠部により、スペサでスペーシングされ
た透明基板間の空間とレンズ外部とを連通ずる連通口が
形成される。したがって、この連通口を利用すれば、液
晶の注入方法としては一般的な真空注入法を用いて透明
基板間に形成された空間に液晶を注入することができる
。

しかも、スペーサは一部に切欠部を設けただけで完全に
破断されていないので、２枚の透明基板を張合わせると
きに、両透明基板の対向方向に押圧力を加えたとしても
、スペーサか透明基板面の曲率方向にすれてしまうのを
有効に防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１実施例に係る液晶レンズの構成を
示す図である。この液晶レンズ２０は、第１の透明基板
２１と第２の透明基板２２とをスペーサ２３を介して張
合わされている。第１．第２の透明基板２１．２２間に
はレンズ形状をなす空間２４が形成されており、この空
間２４に液晶が注入されている。そして、液晶の注入さ
れた空間（液晶Ｎ）２４がシール剤２５により密封され
た構成となっている。第１の透明基板２１は対向面側が
凸面となる凸レンズ形状をしている。凸面上には透明導
電層２６が形成されている。また、第２の透明基板２２
は、板状をなしており、一方の面には偏光フィルム２７
が設けられており、他方の面となる第１の透明基板２１
との対向面側には透明導電層２８が形成されている。な
お、第１および第２の透明基板２１．２２に形成されて
いる透明導電層２６．２８はそれぞれ配向膜２９が成膜
されている。なお、各透明導電層２６．２８には交番電
圧源、電圧調整回路等からなる電圧印加手段（不図示）
が接続されている。スペーサ２３は、その外形が第１図
（ｂ）に示すように、平板型の環状に形成されていると
共に、内周の一部に環の厚さ方向に沿って切欠部２３ａ
が設けられている。ここで、スペーサ２３は第１および
第２の透明基板２１．２２で押圧されたときにっぷれな
い程度の硬度と靭性を持った材料で形成されている。ま
た、スペーサ２３の厚さは、液晶レンズ２０の大きさに
依存し、一般には液晶層（レンズ状をなす空間）２４の
厚さを数１００μｍ以下とするように設計される。なお
、スペーサ２３の厚さを１００μｍ以下にする場合には
、スペーサ加工時および液晶レンズ組立て時の作業性を
考慮して、靭性の高い材料を使用する必要かある。この
ようなことから、スペーサ２３の材料としては、プラス
チック、セラミクス、ガラス、表面を絶縁処理した金属
等が望ましい。

次に、本実施例の作用について説明する。

液晶レンズ作製時に、第１の透明基板２１と第２の透明
基板２２とをスペーサ２３を介して張合わせると、第１
の透明基板２１の凸状の曲率面は、環状スペーサ２３の
内周縁で保持され、所定の厚さを有する空間２４か形成
される。このとき、環状スペーサ２３の切欠部２３ａに
より、空間２４内部とレンズ外部とを連通ずる連通口が
形成される。したがって、この連通口から例えば真空注
入法により液晶を注入でき、液晶層を形成することがで
きる。

したがって、本実施例に係る液晶レンズ２０によれば、
環状スペーサ２３の内周の一部に空間２４と外部とを連
通する切欠部２３ａを設けたので、液晶を真空注入でき
ると共に、スペーサが例えば押広げられてずれるといっ
た不都合を有効に防止できスペーシング精度を大幅に向
上できる。

その結果、液晶レンズ２０の結像特性、応答回復特性２
光透過率等の特性を向上できる。

また、スペーサ２３の材料として、透明基板２１．２２
の押圧力に抗し得る適度な硬度と靭性を有する材料を用
いているので、さらにスペーシング精度を向上できる。

なお、上記第１実施例では、第１の透明基板２１の対向
面が凸状の曲率面であったので、内周に切欠部２３ａの
設けられたスペーサ２３を用いていたが、凹状の曲率面
の場合には、外周に切欠部の形成された環状スペーサを
用いる。すなわち、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、
平板形の環状スペーサ３１の外周の一部にスペーサの厚
さ方向に沿って切欠部３１ａを形成しておき、この環状
スペーサ３１を介して対向面側が凹状の曲率面となって
いる第１の透明基板３２と板状の第２の透明基板２２と
を張合わせる。なお、同図に示す第１の透明基板３２は
、その外周部が平面状に加工されているので、環状スペ
ーサ３１の切欠部３１ａは第１の透明基板３２との接合
領域よりもその中心方向に深く切込まれ、外部との連通
口が形成される構成となっている。なお、第１図（ａ）
に示す液晶レンズ２０と同一機能を有する部分には同一
符号を付している。

このような液晶レンズ３ｏによっても第１実施例と同様
な作用効果を得ることができる。

第３図は本発明の第２実施例の構成を示す図である。こ
の液晶レンズ４ｏは、両端が開放された円柱状の中空が
形成されているレンズ枠４１の枠内に、第１の透明基板
４２と第２の透明基板４３とが環状スペーサ４４を介し
て同心的に取付けられている。第１の透明基板４２は両
凸レンズ形状をなしており、その表面には透明導電層４
５が形成されている。また、第２の透明基板４３は片凸
レンズ形状をなしており、平面側が第１の透明基板４２
に対向している。この第２の透明基板４３の表面には透
明導電層４６が形成されており、対向面側にはさらに絶
縁膜４７が透明導電層４６上に形成されている。また、
第１の透明基板４２と第２の透明基板４３との間には環
状スペーサ４４により形成されたレンズ形状空間に液晶
を封入してなる液晶層４８が形成されている。なお、こ
の液晶層４８に直接接する透明導電層４５および絶縁層
４７には、配向膜４９が成膜されている。環状スペーサ
４４は、第１図（ｂ）に示すものと同様に、内周の一部
に切欠部４４ａが形成されている。そしてレンズ枠４１
には、この切欠部４４ａが位置する箇所に液晶注入口４
１ａが設けられている。この液晶注入口４１ａは液晶注
入後にシール剤５１により封止される。また、各透明導
電層４５．４６には、その周縁部に電圧印加端子５２５
３がそれぞれ設けられている。各端子５２゜５３には交
番電圧源５４および電圧調整回路５５からなる電圧印加
手段が接続されている。なお、同図に示すＰＬは偏光板
である。

次に、上記した構成の液晶レンズ４０の作製方法につい
て説明する。先ず、光学ガラスの両面を凸面状に研磨し
て第１の透明基板４２を作製する。

また、一方の面を平坦面状に研磨し、他方の面を凸面状
に研磨して第２の透明基板４３を作製する。

そして、各透明基板４２．４３の表面にＩＴＯ（酸化イ
ンジウム・酸化すず）からなる透明導電層４５，４６を
形成する。また、第２の透明基板４３の透明導電層４６
上であって対向側にＳｉＯ□絶縁膜２９を成膜する。そ
して、液晶層４８に対向する領域をナイロン布でラビン
グ配向処理することにより配向膜４９を形成する。

次に、可削性セラミクスを第１図に示す如き形状に切削
加工したレンズ枠４１内に、環状スペーサ４４を介して
第１の透明基板４２と第２の透明基板４３とを嵌込む。

ここで、環状スペーサ４４としては、ジルコニアからな
り平板状をなす内周の一部に切欠部４４ａが形成され、
その厚さが７０μｍのものを研磨して作製しておく。第
１の透明基板４２と第２の透明基板４３とをスペーサ４
４を介して張合わせたならば、各透明基板４２゜４３と
レンズ枠４１との境界部分に接着剤５６をちり、レンズ
枠４１に接着固定する。

このような状態で、環状スペーサ４４の切欠部４４ａお
よびレンズ枠４１の液晶注入口４１ａにより液晶層４８
となる空間とレンズ外部とを連通する連通口が形成され
る。この連通口から真空注入法により空間内へ液晶を注
入する。液晶の注入が完了したならば、液晶注入口４１
ａをシール剤５１により液晶層４８を封止する。そして
、各透明導電層４５．４６の対向面とは逆側に電圧印加
端子５２’、５３をそれぞれ設け、この端子５２゜５３
に電圧印加手段を接続する。そして、偏光板ＰＬをレン
ズ枠４１に取付ける。

このようにして作製した液晶レンズ４０の特性を調べた
ところ、第１実施例に示す液晶レンズ３０とほぼ同等の
応答回復速度およびスペーシング精度を得ることができ
た。また、環状スペーサ４４の加工性および液晶レンズ
４０を組立てるときの作業性が極めて良好であった。さ
らに、加工時に破損することなくスペーサ４４を作製で
き、金属ビンセットを用いて取扱うこともできた。また
、このような液晶レンズ４０によれは、レンズ枠４１に
透明基板４２．４３を嵌合する構成なので、レンズの光
軸出しを容易に行なうことができる。

次に、本発明の第３実施例について第４図を参照して説
明する。本実施例は偏光板ＰＬを使用しない液晶レンズ
の例である。この液晶レンズ６０は、レンズ枠６１内に
補助レンズ枠６２が挿入されており、各レンズ枠６１．
６２内には互いの光軸が一致するように第１の透明基板
６３および第２の透明基板６４がそれぞれ同心的に取イ
」けられている。第１の透明基板と第２の透明基板との
間にはレンズの光軸方向に対して垂直に板状の透明基板
６５が挿入されており、その外周部が補助レンズ枠６２
の挿入端でレンズ枠６１内の段差部に当接されている。

第１の透明基板６３と板状の透明基板６５との間には環
状スペーサ６６が介在されており、この環状スペーサ６
６にり所定の厚さを有する液晶層６７が形成されている
。同様に、第２の透明基板６４と板状の透明基板６５と
の間には環状スペーサ６８が介在されていて、この環状
スペーサ６８により液晶層６９が形成されている。第１
．第２の透明基板６３．６４および板状の透明基板６５
の表面には透明導電層７１が形成されている。透明基板
６５に形成された透明導電層表面には、さらに絶縁層７
２が形成されている。

液晶層６７．６９に直接対向する透明導電層７１および
絶縁層７２の各領域には配向膜７３が形成されている。

また、各透明導電層７１には電圧印加端子が設けられて
おり、各端子からはリード線が引出され、交番電圧源５
４．電圧調整回路５５からなる電圧印加手段に接続され
ている。環状スペーサ６６．６８は、第１図（ｂ）に示
すスペサと同様の形状をなすものである。環状スペーサ
６６．６８の切欠部に対応したレンズ枠６１゜６２の特
定箇所には、液晶注入口６１ａが設けられている。この
液晶注入口６１ａおよび各スペサ６６，６８の切欠部を
介して液晶を真空注入する。

このような液晶レンズ６０によっても、第２実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

次に、上記実施例に示した液晶レンズをＣＣＤカメラに
適用した応用例について、第５図を参照して説明する。

第５図はＣＣＤカメラのレンズの構成を示す図である。

本適用例は、レンズ枠８１に組み込んだ液晶レンズ８２
をマスターレンズとなる他の複数のレンズ８３〜８５と
組み合わせて一つのレンズを構成している。このような
レンズはレンズマウント８６によりＣＣＤカメラに取付
けられている。

また、液晶レンズ８２か取付けられているレンズ枠８１
には、リチウム電池９１．液晶レンズ駆動回路９２が内
蔵されていて、スイッチ９３により液晶レンズ８２の屈
折力を変化させるようになっている。

このように構成したレンズをＣＣＤカメラに取付け、撮
像した画像をモニタテレビに写し出したところ、良好な
画像を得ることができた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、少なくとも一方の対向面が曲率面とな
るように２枚の透明基板をスペーサを介して対向配置し
、この対向配置された透明基板間に形成されるレンズ形
状をなす空間に液晶を封入してなる液晶レンズにおいて
、環状をなすスペーサの外周あるいは内周のいずれか一
方に、液晶注入時に前記レンズ形状をなす空間と外部と
を連通ずる切欠部を設けた構成としたので、真空注入法
により液晶を注入することができると共に、スペシング
精度を向上することができる。その結果、結像特性、応
答回復特性、光透過率等の特性に優れた液晶レンズを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の構成図、第１図（
ｂ）は環状スペーサの平面図、第２図（ａ）は対向面が
凹状をなす液晶レンズの構成図第２図（ｂ）は外周に切
欠部が形成された環状スペーサの平面図、第３図は本発
明の第２実施例の構成図、第４図は本発明の第３実施例
の構成図、第５図は本発明に係る液晶レンズをＣＣＤカ
メラのレンズに適用した適用例の構成図、第６図（ａ）
は従来よりある液晶レンズの構成図、第６図（ｂ）は同
図（ａ）に示す液晶レンズの平面図、第７図は偏光板と
液晶レンズとを組み合わせた状態を示す図、第８図（ａ
）は対向面側が凸状をなす従来の液晶レンズの構成図、
第８図（ｂ）は従来のスペーサの構成を示す図である。 ２０．３０，４０．６０・・・液晶レンズ、２１・・・
第１の透明基板、２２・・・第２の透明基板、２３・・
・環状スペーサ、２３ａ・・・切欠部。 出願人代理人　弁理士　坪井　　淳 （ａ） 第 （ａ） 第 （ｂ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも一方の対向面が曲率面となるように２枚の透
   光性基板をスペーサを介して対向配置し、この対向配置
   された透光性基板間に形成されるレンズ形状をなす空間
   に液晶を封入してなる液晶レンズにおいて、 前記スペーサは、環状をなしその外周あるいは内周のい
   ずれか一方に、液晶注入時に前記レンズ形状をなす空間
   と外部とを連通する切欠部を設けたことを特徴とする液
   晶レンズ。