CN102466903A - 液晶光调节装置及成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种液晶光调节装置包括第一液晶层和反射膜，光从一个表面入射在所述第一液晶层上，所述反射膜对透射通过所述第一液晶层的光进行反射，其中所述第一液晶层具有相邻的配向区域，所述相邻的配向区域内的液晶分子的取向方向不同。

Description

液晶光调节装置及成像设备
技术领域
本公开涉及一种用液晶进行光调制的液晶光调节装置，以及一种包括这种液晶光调节装置的成像设备。
背景技术
许多种根据从外部施加的电压电平来对光进行反射的电的光调节装置(例如，JP-A-9-305092)已经被提出。这其中，液晶光调节装置因结构或控制方法简单而受到瞩目。
液晶光调节装置主要由偏振板和包括液晶分子和二色性染料分子(色素)的宾主(GH，guest-host)单元形成。透射通过该偏振板的光入射在宾主单元上。在这种情况下，如果液晶分子长轴方向和光传播方向之间的夹角小，则出射侧的光透射量相对较大(光透射率高)，如果液晶分子长轴方向和光传播方向之间的夹角接近直角，则出射侧的光透射量相对较小(光透射率低)。
另外，液晶分子基本上被分为正型和负型两种类型。在负型液晶分子的情况下，当不施加电压时光轴方向与液晶分子的长轴方向变得平行；而当施加电压时光轴方向和液晶分子的长轴方向变得相互垂直。二色性染料分子以与液晶分子相同的方向布置成阵列。因此，当负型液晶分子被用作主体(host)时，不施加电压时光透射率相对较高(亮)，施加电压时光透射率相对较低(暗)。
另一方面，在正型液晶分子的情况下，不施加电压时液晶分子的配置和施加电压时液晶分子的配置与负型液晶分子的情况相反。因此，当正型液晶分子被用作主体时，不施加电压时光透射率相对较低(暗)，施加电压时光透射率相对较高(亮)。
同时，在这种光调节装置中，由于光调节装置被应用到各种类型的电子设备，例如成像设备中，所以代表光透射率的差(光遮蔽度)的光调节范围应该较宽。
但是，液晶光调节装置的光调节范围到目前为止还是不够的，并且人们没有积极地进行扩展光调节范围的研发。
发明内容
考虑到以上情况，希望提供一种具有宽的光调节范围的液晶光调节装置，以及采用这种液晶光调节装置的成像设备。
本公开的一个实施例涉及一种液晶光调节装置，其包括：第一液晶层，光从一个表面入射在所述第一液晶层上；以及反射膜，所述反射膜对透射通过所述第一液晶层的光进行反射。所述第一液晶层具有相邻的配向区域，所述相邻的配向区域内的液晶分子的取向方向不同。
在根据本公开实施例的液晶光调节装置中，从所述一个表面入射在所述第一液晶层上的光以及被所述反射膜反射并再次透射通过所述液晶层的光所透射通过的配向区域内的液晶分子的取向方向至少部分不同。
本公开的另一个实施例涉及一种包括如上所述液晶光调节装置的成像设备。由该液晶光调节装置进行光调节而进行成像。
根据本公开实施例的液晶光调节装置和成像设备，设置有对透射通过所述第一液晶层的光进行反射的反射膜，并且所述液晶层包括具有不同取向方向的液晶分子的配向区域。因此，分子的长轴方向与从液晶层的一个表面入射的光的传播方向之间的夹角和分子的长轴方向与从所述反射膜反射的光的传播方向之间的夹角都可得到控制。因此，可扩展液晶光调节装置的光调节范围。
附图说明
图1是示出本公开一个应用例子的成像设备的外观构造的例子的透视图；
图2是示出图1中所示透镜镜筒装置的外观构造的例子的透视图；
图3是示出图1中所示的透镜镜筒装置内的光学系统的构造的例子的视图；
图4是示出图3中所示的透镜镜筒装置的一部分的放大剖面视图；
图5是根据本公开第一实施例的液晶光调节装置的剖面图；
图6A和6B是解释液晶分子预倾(pretilt)的视图；
图7是解释图5中所示的液晶光调节装置的配向膜中的摩擦方向的示意图；
图8是示出图5中示出的入射在反射膜上的光以及从反射膜反射的光的例子的剖面图；
图9是第一比较例中的液晶光调节装置的剖视图；
图10是解释图9中所示的液晶光调节装置的配向膜中的摩擦方向的示意图；
图11是示出图9中所示的入射在反射膜上的光以及从反射膜反射的光的例子的剖面图；
图12A和12B是解释从图11中所示光的传播方向看到的液晶分子的示意图；
图13是示出图9中所示液晶光调节装置中的电压施加率和透射率之间的关系的例子的特性图；
图14是第二比较例中的液晶光调节装置的剖面图；
图15是解释图14中所示的液晶光调节装置的配向膜中的摩擦方向的示意图；
图16是示出图14中所示的入射在反射膜上的光以及从反射膜反射的光的例子的剖面图；
图17A和17B是解释从图16中所示光的传播方向看到的液晶分子的示意图；
图18是示出图14中所示液晶光调节装置中的电压施加率和透射率之间的关系的例子的特性图；
图19A和19B是解释从图8中所示光的传播方向看到的液晶分子的示意图；
图20是示出图5中所示液晶光调节装置中的电压施加率和透射率之间的关系的例子的特性图；
图21是第一实施例的变型中的液晶光调节装置的剖视图；
图22是解释图21中所示的液晶光调节装置的配向膜中的摩擦方向的示意图；
图23是示出图21中所示的入射在反射膜上的光以及从反射膜反射的光的例子的剖面图；
图24A和24B是解释从图23中所示光的传播方向看到的液晶分子的示意图；
图25是示出图21中所示液晶光调节装置中的电压施加率和透射率之间的关系的例子的特性图；
图26是根据本公开第二实施例的液晶光调节装置的剖面图；
图27是解释图26中所示的液晶光调节装置的配向膜中的摩擦方向的示意图；
图28是示出图26中所示的入射在反射膜上的光以及从反射膜反射的光的例子的剖面图；
图29是示出图26中所示液晶光调节装置中的电压施加率和透射率之间的关系的例子的特性图；
图30是解释图5等中所示的液晶光调节装置的配向膜中的摩擦方向的另一个例子的示意图；以及
图31是解释研究液晶分子取向方向的方法的视图。
具体实施方式
从下文起，将参照附图说明本公开的实施例。另外，将按以下顺序进行说明。
1.第一实施例(具有有着不同取向方向方向的液晶分子的配向区域的液晶光调节装置的例子)
2.变型(与摩擦处理的方向有关的变型)
3.第二实施例(层叠多个液晶层的液晶光调节装置的例子)
[第一实施例]
[成像设备1的整体构造]
图1是示出成像设备(成像设备1)的整体构造(外观构造)的透视图，根据本公开的液晶光调节装置(后续说明的液晶光调节装置26)应用于该成像设备。成像设备1是数字摄像机(数字照相机)，其用成像装置(后续说明的成像器件3)将来自物体的光学图像转换成电信号。另外，以这种方式获得的成像信号(数字信号)可被记录在半导体记录介质(未示出)上或可显示在显示装置(未示出)，例如液晶显示器上。
在成像设备1中，透镜单元11、镜头盖12、闪光灯13和操作按钮14设置在主体(外壳)10上。具体地，透镜单元11、镜头盖12、闪光灯13位于主体10的前表面(Z-X平面)上，操作按钮14位于主体10的顶面(X-Y)上。另外，在成像设备1中，包括上述透镜单元11的透镜镜筒装置2，成像器件3，以及控制处理单元(未示出)设置在主体10内。除了上述这些部件外，例如电池、麦克风、扬声器等(未示出)设置在主体10内。
透镜镜筒装置2是所谓弯折型透镜镜筒装置，它使后续说明的入射的成像光通过弯折光路而发出。这样，可使透镜镜筒装置2较薄(在Y轴方向上较薄)。例如，透镜镜筒装置2具有图2所示的外观构造。即，在透镜镜筒装置2内，透镜单元11位于透镜镜筒部件20的上部(Z轴上正方向上的端部)。该透镜单元11包括将稍后说明的作为物镜的透镜21a，以及形成主体10的一部分的前框110。另外，液晶光调节装置26位于透镜镜筒装置2内。透镜镜筒装置2与液晶光调节装置26的各自的具体构造将稍后说明(图3-5)。
成像器件3是检测透镜镜筒装置2发出的成像光以获得成像信号的器件。例如，成像器件3用成像传感器，例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)形成。
镜头盖12是用于保护透镜单元11与外部隔开的部件。如图中虚线箭头所示，镜头盖12可沿Z轴方向移动。具体地，当对物体成像时，镜头盖12位于透镜单元11下方使得透镜单元11暴露于外部。另一方面，对物体成像以外的时间里，镜头盖12位于透镜单元11上方，使得透镜单元11不暴露于外部。
这里，操作按钮14包括用于开/关成像设备1的电源按钮14a、用于执行物体的成像的记录按钮14b(快门按钮)、以及用于在图像信号上执行预定的图像模糊校正的抖动设置按钮14c。除了这些按钮以外(或代替这些按钮)，可在主体10上设置用于进行其它操作的按钮。
[透镜镜筒装置2的具体构造]
接下来，将参照图3到5说明透镜镜筒装置2的具体构造。图3示出透镜镜筒装置2内光学系统与成像器件3等的构造的例子。图4是示出图3中所示透镜镜筒装置2的一部分的放大剖面图(Y-Z剖面图)。
如图3所示，透镜镜筒装置2包括五个透镜组(第一到第五透镜组21到25)和液晶光调节装置26(光调节装置)。这五个透镜组中，第一透镜组21位于沿Y轴的光轴L1上以及沿Z轴的光轴L2上，第二到第五透镜组22到25位于光轴L2上。另外，第二到第五透镜组22到25在光轴上在第一透镜组21(液晶光调节装置26)与成像器件3之间从第一透镜组21侧开始顺序设置。另外，预定的光学膜15位于透镜镜筒装置2与成像器件3之间(在第五透镜组(后续说明的透镜25b)与成像器件3之间)。
第一透镜组21包括位于光轴L1上的透镜21a，棱镜21b，以及位于光轴L2上的透镜21c。透镜21a是用作如上所述物镜的透镜，而物体的成像光入射在所述透镜21a上。棱镜21b在透镜镜筒装置2内位于弯折区域(成像光的光路的弯折区域)中，并且其形状是三角棱镜的形状，具有成像光的入射表面(Z-X平面)和出射平面(X-Y平面)，以及液晶光调节装置26的安装表面(成形表面或反射表面)，这将在后面说明。即，棱镜21b是直角棱镜，其在将光路弯折后将沿光轴L1入射的成像光沿光轴L2出射。因此，透镜镜筒装置2起到如上所述的弯折型透镜镜筒装置的作用。透镜21c是位于棱镜21b出射表面侧的透镜。另外，透镜21a位于棱镜21b的入射表面侧。
第二透镜组22包括位于光轴L2上的两个透镜22a和22b。每个透镜22a和22b可例如在光轴L2上沿广度方向(广角方向)和远焦方向上移动。
第三透镜组23这里包括一个透镜，并固定在透镜镜筒装置2内。
第四透镜组24这里包括一个透镜，并可在光轴L2上移动。形成第四透镜组的透镜是用于调节焦距(用于聚焦)的透镜(聚焦透镜)。
第五透镜组25包括位于光轴L2上的两个透镜25a和25b。透镜25a固定在透镜镜筒装置2内，而透镜25b(校正透镜)构造成能在Y轴方向上移动，如图中箭头和虚线所示。
第二和第四透镜组22和24可沿光轴彼此独立地在远焦方向和广角方向上移动。通过第二和第四透镜组22和24在远焦方向或在广角方向上的移动，可进行变焦(zooming)调节和聚焦(focusing)调节。即，在变焦时，第二和第四透镜组22和24从广角侧移动到远焦侧从而进行变焦调节。另外，在聚焦时，第四透镜组24从广角侧移动到远焦侧从而进行聚焦调节。
(液晶光调节装置26)
液晶光调节装置26是调节成像光量的装置(光调节装置)，并利用液晶以电学方式进行光量调节(光调节)。如图3所示，液晶光调节装置26位于成像光的光路的上述弯折区域内。
具体地，如图4中所示，液晶光调节装置26位于(形成在)棱镜21b的安装表面Sp上，所述棱镜21b具有入射表面Sin，出射表面Sout和安装表面Sp。更具体地，液晶光调节装置26位于透镜镜筒部件20与棱镜21b(安装表面Sp)之间的隙部(隙区)内，即，在其间的间隙和其间的空区内。另外，如图4中所示，在透镜镜筒部件20内在棱镜21b的后表面侧(安装表面Sp侧)，沿Y轴方向形成将透镜镜筒装置2固定到成像设备1的主体10时所用的定位孔20H(凸台孔(boss hole))。
图5是示出液晶光调节装置26与棱镜21b一起的具体剖面结构的例子的示意图。液晶光调节装置26具有层叠的结构，其中透明电极261a、配向膜262a、液晶层260、配向膜262b、透明电极261b、透明基板263(基板)以及反射膜264以该顺序从棱镜21b侧开始设置。即，棱镜21b设置在液晶层260的一个表面侧上，透明基板263和反射膜264以该顺序设置在另一表面侧。液晶层260(第一液晶层)由被分隔件267分开的液晶层260a和液晶层260b形成。液晶层260a和260b所在区域分别被假定为配向区域268a和268b。另外，密封剂265，间隔件266以及封装部(未示出)设置在液晶光调节装置26内。
液晶层260是包含液晶分子的层。这里，液晶层260构造成不只包含液晶分子，还包含预定的二色性染料分子(为简化图示，在图5中，液晶分子和和二色性染料分子被集体表示为“分子Ma和Mb”)。即，液晶光调节装置26用包含二色性色素的宾主液晶形成。
尽管液晶层260在本实施例中由正型液晶分子形成或由负型液晶分子形成，以下将代表性地说明液晶层260由负型液晶分子形成的情况。一般地，在一般为负型液晶的用于VA(垂直配向)方法的液晶分子的情况下，摩擦处理不在配向膜上进行。但是，在本实施例中，摩擦处理在配向膜上进行，使得液晶分子的取向方向受到控制。
优选地，液晶层260用具有与棱镜21b近似相同(优选为相同)的光折射率的液晶形成。这是因为，成像光在棱镜21b与液晶光调节装置26(液晶层260)之间的界面上折射(反射)，并且成像光从光轴L1和L2偏移得以防止。另外，出于以下原因，实质上不必考虑液晶光调节装置26中其它部件(透明电极261a和261b，配向膜262a和262b等)的光折射率的影响。第一个原因是这些部件每一个的厚度都非常小(十几纳米到几百纳米)。另一个原因是配向膜262a和262b的光折射率通常设置成与液晶层260的光折射率近似相同，透明电极261a和261b的光折射率可通过调节配向膜262a和262b的厚度而轻松调节。
在本实施例中，如上所述液晶层260包括液晶层260a和260b。液晶层260a和260b分别包含分子Ma和Mb。分子Ma和Mb是相同类型的液晶分子和二色性染料分子，但分子Ma和Mb的取向方向(倾斜方向)不同。液晶层260a和260b所在区域被分别假定为配向区域268a和268b。
这里，将用图6A和6B说明控制取向方向的方法。图6A示出不施加电压时液晶分子Mr与基板263之间的关系，图6B示出施加电压时液晶分子Mr与基板263之间的关系。一般地，液晶分子的长轴方向与基板界面(配向膜)之间的夹角，所谓预倾角，通过在配向膜上的摩擦处理而控制。通过进行这种摩擦处理，液晶分子Mr从施加电压时液晶分子Mr和基板263彼此近似垂直的如图6A所示的状态在由摩擦处理所确定的方向上倾斜。
如上所述，配向膜262a(第一配向膜)和配向膜262b(第二配向膜)是用于使液晶层260a的分子Ma和Mb在所需方向(取向方向)上对齐的膜。每个配向膜262a和262b由例如聚酰亚胺这样的聚合物材料，或无机材料形成。液晶分子的取向方向通过在配向膜262a和262b上沿预定方向预先进行摩擦处理而设置。
图7是示出每个配向膜262a和262b的摩擦处理方向的视图，在图7中，箭头表示摩擦处理方向。另外，实线表示配向膜262a上摩擦处理方向，虚线表示配向膜262b上摩擦处理方向。这对于之后说明的图10、15、22和27是相同的。如图7所示，配向膜262a和262b上摩擦处理在相对于作为参照的分隔件267对称的方向上进行。即，配向膜262a和262b在配向区域268a内的摩擦处理方向和配向膜262a和262b在配向区域268b内的摩擦处理方向相对于作为参照的分隔件267对称。在棱镜21b侧的配向膜262a上摩擦处理在与棱镜21b的安装表面Sp的倾侧方向平行并朝向分隔件267的方向上进行，在透明基板263侧的配向膜262b上摩擦处理在由配向膜262a的摩擦方向旋转180°得到的方向上，即，在反平行方向上进行。
通过在图7所示方向上进行摩擦处理，分子Ma和Mb的指向相对于作为参照的分隔件267对称。即，在液晶层260a内的分子Ma与液晶层260b内的分子Mb之间有镜像关系。
分隔件267用于防止具有不同取向方向的分子Ma和Mb混合，并用于对齐液晶层260a内每个分子Ma的动作与液晶层260b内每个分子Mb内的动作。由于分子Ma和Mb被分隔件267相互隔开，所以施加电压时液晶光调节装置26的响应速度变得稳定。因此，在由成像设备1捕获的图像内的变化变得均匀。特别是，在运动图像拍摄时，通过使所拍摄的图像内的变化均匀，可消除运动图像中出现的不调和。另外，例如，当液晶光调节装置26应用于投影机，所投影的图像的亮度可被均匀地改变。
可从配向膜262a到配向膜262b在配向区域268a和配向区域268b之间设置分隔件267。具体地，在配向膜262a和262b上设置虚拟线，使得预定的光轴L1和当光轴L1被反射膜264反射时的反射光Lref(之后说明的图8)是轴对称的，并且分隔件267沿该虚拟线形成。分隔件267可由与密封剂265相同的材料形成，例如，如环氧树脂粘合剂或丙烯酸粘合剂这样的粘合剂。优选地，分隔件267形成得尽可能薄。例如，分隔件267的厚度是大约0.2μm。
每个透明电极261a和261b是用于将电压(驱动电压)施加到液晶层260的电极，并由例如氧化铟锡(ITO)形成。另外，适当配置用于电连接到透明电极261a和261b的布线线路(未示出)。
透明基板263是用于密封液晶层260同时支撑透明电极261b、配向膜262b和反射膜264的基板。例如透明基板263是玻璃基板。另外，尽管用于密封液晶层260同时支撑透明电极261a和配向膜262a的基板在这里由棱镜21b形成，在棱镜21b与透明电极261a之间还可设置透明基板代替棱镜21b。但是，可以说如上所述棱镜21b还用作基板的情况是优选的，因为液晶光调节装置26的部件数量得以减少。
反射膜264位于透明基板263的透镜镜筒部件20侧(液晶层260的相反侧)，并且是例如具有以90°角反射(全反射或部分反射)成像光的功能的膜。反射膜264的细节将稍后说明。这种反射膜264可为例如由铝(Al)、银(Ag)或其合金形成的金属膜。
密封剂265是用于从侧表面侧密封液晶层260内的分子Ma和Mb的部件。例如，密封剂265是粘合剂，例如环氧树脂粘合剂或丙烯酸粘合剂。间隔件266是用于保持液晶层260内单元间隙(厚度)均匀的部件。例如，间隔件266由预定的树脂材料或玻璃形成。封装部(未示出)是将分子Ma和Mb注射到液晶层260中时所用的封装端口，并且也是将分子Ma和Mb密封在液晶层260内之后与外界隔开的部分。
[成像设备1的操作和效果]
(1.成像操作)
在成像设备1中，在图1中所示操作按钮14被用户操作时进行物体成像的操作，并获得捕获的图像(成像数据)。具体地，如图1-3所示，成像光通过透镜单元11入射在透镜镜筒装置2上，并且成像光的光路在透镜镜筒装置2内弯折。然后，成像光被出射到成像器件3以被检测。更具体地，在透镜镜筒装置2内，沿着光轴L1通过透镜21a(物镜)入射在棱镜21b上的成像光在液晶光调节装置26内沿光轴L1首先在棱镜21b的反射表面(安装表面Sp)上被反射，如图3所示。该反射光通过透镜21c沿光轴L2出射。然后，作为反射光的成像光按顺序透射通过第二到第五透镜组22到25，然后从透镜镜筒装置2出射。从透镜镜筒装置2出射的成像光通过光学膜15入射在成像器件3上以被检测。控制处理部(未示出)如上所述在成像器件3内获得的成像信号上进行预定的信号处理。另外，控制处理部根据所获得的图像信号对透镜镜筒装置2中的液晶光调节装置26进行预定的反馈控制。
具体地，在液晶光调节装置26内，从棱镜21b的入射表面Sin斜向例如，以45°角入射在安装表面Sp(液晶层260)上的成像光(入射光Lin)，通过棱镜21b透射通过液晶层260a等，然后被反射膜264反射(全反射)，如图8所示。然后，反射光Lref被透射通过液晶层260b等，并作为出射光Lout从棱镜21b的出射表面Sout出射。这里，假设透射通过液晶光调节装置26之前且在被反射膜264反射之后的光是反射光Lref。在这种情况下，当预定的电压(驱动电压)施加到液晶层260时，分子Ma和Mb的取向方向(长轴方向)改变。因此，透射通过液晶层260的成像光量也改变。因此，通过调节此时的驱动电压，透射通过整个液晶光调节装置26的成像光量能够以电的方式(非机械方式)被调节(也可以是任意的光调节操作)。以这种方式，在透镜镜筒装置2内进行成像光的光量调节(光调节)。
(2.特征部的操作)
接下来，将说明液晶光调节装置26的特征部的操作，同时将该操作与比较例中的操作相比较。
(第一比较例)
图9示出第一比较例中的液晶光调节装置126的剖面(Y-Z剖面图)。在液晶层106内不设置分隔件267，液晶层106中的所有分子M的取向方向相同。在这点上，液晶光调节装置126与根据本实施例的液晶光调节装置26不同。
图10示出液晶光调节装置126内配向膜262a和262b上的摩擦处理的方向。与液晶光调节装置26不同，第一比较例中在配向膜262a和配向膜262b内在相同方向上进行摩擦处理。配向膜262a和262b上的摩擦处理在X轴方向上进行。配向膜262a上的摩擦处理在图9的平面内沿从后向前的方向进行，而在配向膜262b上的摩擦处理在由配向膜262a上的摩擦处理的方向旋转180°得到的方向上进行(在图9的平面内沿从前向后的方向)。
这里，将用图11到13说明液晶光调节装置126的光调节操作。如图11所示，同样，对于液晶光调节装置126，入射光Lin透射通过液晶层106等，被反射膜264反射的反射光Lref透射再次通过液晶层106等，然后作为出射光Lout出射，这与液晶光调节装置26类似。在第一比较例中，入射光Lin和反射光Lref透射所通过的液晶层106内的分子M的取向方向相同。
图12A和12B是示出从入射光Lin和反射光Lref的传播方向上看到的分子M的形状的示意图。图12A示出从入射光Lin的传播方向上看到的分子M的形状，图12B示出从反射光Lref的传播方向上看到的分子M的形状。随着所施加的电压从0％的电压施加率(不施加电压的状态)逐渐增加到100％的电压施加率(施加最大电压的状态)，分子M变得在由摩擦处理所控制的方向上倾斜。在这种情况下，由于液晶层106内所有分子M的取向方向相同，所以分子M的长轴方向与入射光Lin的传播方向之间的夹角与分子M的长轴方向与反射光Lref的传播方向之间的夹角不同(例如，电压施加率＝12％)。
图13是示出施加电压时第一比较例中电压施加率与透射率(光透射率)之间关系的例子的特性图。在第一比较例中，负型宾主液晶用作液晶层106，所示出的关系以不施加电压的状态(0V状态)所透射的成像光的量(100％)作为参照。另外，这些情况与下文将描述的图18、20、25和29的情况相同。从图13，可看出，随着电压施加率增加，液晶层106内所阻挡的光的量突然增加，并且当电压施加率是大约50％时，透射率收敛在大约50％上(几乎为常数)。另外，即使在与图10中所示摩擦处理方向相反的方向上进行摩擦处理，也获得与在图13中所示特性相同的结果。
当这种液晶光调节装置中透射率改变时，值、倾斜或光调节范围根据液晶层的材料或浓度、液晶层单元间隙(厚度)和配向膜类型(材料)等而改变。例如，当在液晶层106中使用正型宾主液晶时，在不施加电压(电压施加率＝0％)的状态下透射率低，透射率倾向于随电压施加率而增加，与图13所示特性相反。
(第二比较例)
图14示出第二比较例中液晶光调节装置126A的剖面图(Y-Z剖面)。在第二比较例液晶光调节装置126A中，与第一比较例中液晶光调节装置126类似，在液晶层206内不提供分隔件267，并且液晶层206内所有分子M的取向方向相同。在第二比较例中，分子M的取向方向(配向膜262a和262b的摩擦方向)与第一比较例中的不同。
图15示出液晶光调节装置126A中配向膜262a和262b的摩擦方向。与第一比较例中一样，在配向膜262a内在相同方向上进行摩擦处理，在配向膜262b内在相同方向上进行摩擦处理。在与棱镜21b的安装表面Sp的倾侧方向平行的方向上进行摩擦处理。另外，在配向膜262a内在安装表面Sp的倾斜向下的方向上，以及在配向膜262b内在由配向膜262a上的摩擦方向旋转180°得到的方向上(在安装表面Sp的倾斜向上的方向上)进行摩擦处理。
这里，将用图16到18说明液晶光调节装置126A的光调节操作。如图16所示，同样，对于液晶光调节装置126A，入射光Lin透射通过液晶层206，被反射膜264反射的反射光Lref透射再次通过液晶层206等，然后作为出射光Lout出射。此外，在第二比较例中，入射光Lin和反射光Lref所透射通过的液晶层206内的分子M的取向方向与第一比较例中相同。
图17A和17B是示出从入射光Lin和反射光Lref的传播方向上看到的分子M的形状的示意图。图17A示出从入射光Lin的传播方向上看到的分子M的形状，图17B示出从反射光Lref的传播方向上看到的分子M的形状。与第一比较例中一样，由于液晶层260内所有分子M的取向方向相同，所以分子M的长轴方向与入射光Lin的传播方向之间的夹角与分子M的长轴方向与反射光Lref的传播方向之间的夹角不同(例如，电压施加率＝15％)。
图18示出施加电压时液晶光调节装置126A中电压施加率与透射率之间的关系。在第二比较例中，当电压施加率是大约40％时，透射率减小到45％(几乎为常数)。在图18中，与第一比较例(图13)不同，透射率不随着电压施加率的增加而持续减小，而是透射率增加直到电压施加率变为大约15％(透射率＝大约110％)。这是因为当电压施加率是大约15％时，反射光Lref的传播方向与分子M的长轴方向近似互相平行(图17B)。另外，即使在与图17A和17B中所示摩擦处理方向相反的方向上进行摩擦处理，也获得与图18中所示特性相同的结果。
(本实施例的操作)
与上述第一和第二比较例不同，在根据本实施例的液晶光调节装置26中，入射光Lin透射通过配向区域268a，反射光Lref透射通过液晶分子取向方向与配向区域268a中不同的配向区域268b，如图8所示。
图19A和19B是示出在根据本实施例的液晶光调节装置26内从入射光Lin和反射光Lref的传播方向上看到的分子Ma和Mb的形状的示意图。图19A示出从入射光Lin的传播方向上看到的分子Ma的形状，图19B示出从反射光Lref的传播方向上看到的分子Mb的形状。随着所施加电压逐渐增加，在大约15％的电压施加率下，分子Ma和Mb的长轴方向都变得几乎垂直于入射光和反射光的传播方向。在根据本实施例的液晶光调节装置26中，入射光Lin和反射光Lref分别透射通过配向区域268a和268b。因此，分子Ma的长轴方向与入射光Lin的传播方向之间的夹角以及分子Mb的长轴方向与反射光Lref的传播方向之间的夹角都受到控制。
特别是，由于在液晶光调节装置26中分子Ma和分子Mb的取向方向相对于作为参照的分隔件267对称，分子Ma的长轴方向与入射光Lin的传播方向之间的夹角变得几乎等于分子Mb的长轴方向与反射光Lref的传播方向之间的夹角。
图20示出液晶光调节装置26中施加电压时电压施加率与透射率(光透射率)之间的关系的例子。在本实施例中可看出，当电压施加率大约为40％时，该透射率收敛在大约为40％上(几乎为常数)。即液晶光调节装置26内光调节范围大约为60％(光透射率从40％到100％)。
在本实施例中，可看出，与第一比较例(50％透射率)和第二比较例(55％透射率)相比，透射率下降直至约40％，光调节范围扩展为高达大约60％。
如上所述，在根据本实施例的液晶光调节装置26中，反射膜264设置在液晶层260的另一表面侧，液晶层260具有有着不同取向方向的分子Ma和Mb的配向区域268a和268b。因此，入射光Lin和反射光Lref透射通过具有不同取向方向的分子Ma和Mb的配向区域268a和268b(图8)。因此，分子Ma的长轴方向与入射光Lin的传播方向之间的夹角以及分子Mb的长轴方向与反射光Lref的传播方向之间的夹角都可被控制。如此，液晶光调节装置26的光调节范围可被扩展。
特别是，由于本实施例中配向区域268a和268b的分子Ma和Mb的取向方向相对于作为参照的配向区域268a和268b的边界(分隔件267)对称，所以入射光Lin的传播方向与分子Ma的长轴方向之间的夹角变得几乎等于反射光Lref的传播方向与分子Mb的长轴方向之间的夹角。因此，光调节范围被更有效地扩展。
另外，尽管液晶光调节装置26构造成具有两个配向区域268a和268b，液晶光调节装置可构造成具有三个或更多配向区域。在这种情况下，在各自配向区域的液晶分子的取向方向可不相同，或可存在具有相同取向方向的配向区域。
<变型>
接下来，将说明第一实施例的变型。另外，对于与上述实施例中相同的部件将给予相同的附图标记，并将省略其解释。
图21是示出变型中的液晶光调节装置26A与棱镜21b的剖面结构的例子(Y-Z剖面的结构的例子)的示意图。在液晶光调节装置26A中，分子Ma和Mb的取向方向(配向膜262a和262b的摩擦处理方向)与上述液晶光调节装置26的相反。
图22示出配向膜262a和262b中的摩擦处理方向。在相对于作为参照的分隔件267对称的方向上进行配向膜262a和262b上的摩擦处理。在该变型中，摩擦处理在与根据上述第一实施例的液晶光调节装置26中的方向相反的方向上进行。具体地，透明基板263侧的配向膜262b上的摩擦处理在与棱镜21b的安装表面Sp的倾侧方向平行并朝向分隔件267的方向上进行，棱镜21b侧的配向膜262a上的摩擦处理在由配向膜262b的摩擦方向旋转180°得到的方向上进行，即，在反平行的方向上进行。
通过在图22中所示方向上进行摩擦处理，分子Ma和Mb被取向为相对作为参照的分隔件267对称。即，液晶层260a内的分子Ma与液晶层260b内的分子Mb之间具有镜像关系。
同样，在该变型的液晶光调节装置26A中，可进行与液晶光调节装置26中相同的光调节操作。即，如图23所示，从棱镜21b的入射表面Sin入射的成像光(入射光Lin)通过棱镜21b透射通过液晶层260a等，然后被反射膜264反射。然后，反射光Lref被透射通过液晶层260b等，并从棱镜21b的出射表面Sout作为出射光Lout出射。在液晶光调节装置26A中，入射光Lin被透射通过配向区域268a，反射光Lref透射通过液晶分子取向方向与配向区域268a中不同的配向区域268b。
图24A和24B是示出从入射光Lin和反射光Lref的传播方向看到的分子Ma和Mb的形状的示意图。图24A示出从入射光Lin的传播方向看到的分子Ma的形状，而图24B示出从反射光Lref的传播方向看到的分子Mb的形状。随着所施加电压逐渐增加，在电压施加率大约为15％时，分子Ma和Mb的长轴方向都变得几乎平行于入射光与反射光。即，在电压施加率为15％时，分子Ma和Mb在入射光Lin和出射光Lout容易透射通过分子Ma和Mb的方向上取向。
图25示出在液晶光调节装置26A中电压施加率和透射率之间关系的例子。在该变型中，透射率在电压施加率大约为15％时突然上升一次，这与图20中不同。如上所述，这使得分子Ma和Mb在入射光Lin和出射光Lout容易透射通过分子Ma和Mb的方向上取向。在透射率峰值后，透射率随着电压施加率增加而下降，当电压施加率是大约50％时，透射率收敛在大约50％(几乎为常数)。
由图25，可以想到，该变型中光调节范围与上述实施例相比较窄，因为对光的阻挡最多大约为50％(透射率)。但是，在电压施加率为15％时，透射率与不施加电压时相比增加了，透射率是大约160％。因此，当考虑到该峰值时，光调节范围是110％(透射率范围50％到160％)。
如此，能实现广的光调节范围的液晶光调节装置26A在成像设备等领域是有用的。另一方面，即使如上所述当施加电压时透射率上升一次，可用的电压范围也是受限的，因为后来的透射率急剧下降。因此，考虑到该特性，需要根据液晶光调节装置的应用情况正确使用液晶光调节装置26或液晶光调节装置26A。
[第二实施例]
接下来，将说明第二实施例。另外，对于与第一实施例相同的部件给予相同的附图标记，并将省略其解释。
图26是示出根据第二实施例的液晶光调节装置27与棱镜21b的剖面结构的例子(Y-Z剖面的例子)的示意图。与根据第一实施例的其中液晶层(液晶层260)具有单层(一层)结构的的液晶光调节装置26不同，在液晶光调节装置27中，液晶层具有两层(多层)结构。即，在液晶光调节装置27中，两个液晶层260和260c层叠，这在以下详细说明。
具体地，液晶光调节装置27具有层叠的结构，其中透明电极261a，配向膜262a，液晶层260，配向膜262b，透明电极261b，透明基板263，透明电极261a，配向膜262c，液晶层260c(第二液晶层)，配向膜262d，透明电极261b，透明基板263和反射膜264以该顺序从棱镜21b侧开始层叠。与液晶光调节装置26类似，液晶光调节装置27具有配向区域268a和268b，液晶层260由被分隔件267分割的液晶层260a和液晶层260b形成。另外，密封剂265，间隔件266，以及封装部(未示出)设置在每个液晶层260和260c的横向表面侧。
与液晶光调节装置26类似，每个液晶层260和260c用包含二色性色素的宾主液晶形成。具体地，液晶层260内包括的液晶层260a和260b分别包含分子Ma和Mb，液晶层260c包含分子Mc(液晶分子和二色性染料分子)。另外，类似于第一实施例，分子Ma和Mb的取向方向彼此不同。另外，尽管在这里液晶层260c中的所有分子Mc的取向方向相同，液晶层260c也可与液晶层260类似，形成为包括具有不同取向方向的液晶分子的多个配向区域的液晶层。
图27示出配向膜262a、262b、262c和262d的摩擦方向。如图27所示，在相对于作为参照的分隔件267对称的方向上进行配向膜262a和262b上的摩擦处理。摩擦方向与第一实施例(图7)中的相同。配向膜262c和262d上的摩擦处理在与配向膜262a和262b上的摩擦方向相垂直的方向上进行。具体地，配向膜262c上的摩擦处理在图26的平面内在从后向前的方向上进行，而配向膜262d上的摩擦处理在由配向膜262c上的摩擦处理方向旋转180°的方向上进行(在图26的平面内在从前向后的方向上)。
通过在图27所示的方向上进行摩擦处理，分子Ma和Mb取向为相对于作为参照的分隔件267对称。即，在液晶层260a内的分子Ma和液晶层260b内的分子Mb之间具有镜像关系。分子Mc的指向在与分子Ma和Mb垂直的方向上。
同样，在根据本实施例的液晶光调节装置27内，可进行与液晶光调节装置26中相同的光调节操作。即，如图28所示，从棱镜21b的入射表面Sin入射的成像光(入射光Lin)通过棱镜21b透射通过液晶层260a和260c等，然后被反射膜264反射。然后，反射光Lref透射通过液晶层260c和260b等并作为出射光Lout从棱镜21b的出射表面Sout出射。另外，当液晶层260和260c的驱动电压(施加的电压)不同时，也可保持光量固定，同时有意地减弱成像光在特定方向上的偏振(偏振分量)。
与此同时，由于液晶层260和260c两个层如上所述层叠在液晶光调节装置27内，所以还可获得下述效果。即，首先，公知液晶光调节装置中的光调节范围受到一定程度的限制，这是因为在宾主液晶的情况下溶解在作为主体的液晶内的色素类型或溶解量有限制。这里，当采用具有固定浓度的宾主液晶时，可通过增加液晶层的单元间隙(通过增加厚度)而增加光调节范围。但是，单元间隙的增加在液晶响应速度上具有不利影响(液晶的响应速度下降)。因此，为了增加光调节范围，可考虑采用偏振板。但是，如果偏振板固定(偏振轴固定)，则当液晶光调节装置应用于成像设备时，成像设备中透镜的F值减小。由于这个原因，在光路上提供可移除(可拆卸)的偏振板是可行的。但是，如果这种构造的偏振板一起使用，会使得透镜镜筒装置(以及最终的成像设备)难以变薄。
相反，由于该变型中的液晶光调节装置27具有上述有着液晶层260和260c的双层结构，所以可增加光调节范围，同时保持(不改变)液晶层本身的单元间隙(厚度)，且保持(不降低)液晶的响应速度。
图29示出第一实施例中的如图20所示的液晶光调节装置27内的电压施加率和透射率之间的关系的例子。从图29可看出，在本实施例中当电压施加率是大约40％时，透射率收敛在大约20％或更小(几乎为常数)。即，在本例中，液晶光调节装置27内的光调节范围是大约80％(从20％到100％的透射率范围)。因此，可看出光调节范围与图20中所示液晶光调节装置26相比得到进一步扩展。
如上所述，在根据第二实施例的液晶光调节装置27内，通过除了提供具有不同取向方向液晶分子的配向区域268a和268b以外，形成具有液晶层260和260c的两层结构的液晶层，可以进一步扩展液晶光调节装置27的光调节范围。
另外，尽管已在本实施例中说明了液晶层具有两层结构的情况，液晶光调节装置中的液晶层可具有三层或更多层的层叠结构，而不受限于上述情况。
另外，尽管配向膜262a、262b、262c和262d上的摩擦处理的方向不受限制，但是当控制液晶层260的取向方向的配向膜262a和262b上的摩擦处理方向垂直于控制液晶层260c取向方向的配向膜262c和262d上的摩擦处理方向时，光调节范围能尤其得到扩展。尽管配向膜262a和262b上的摩擦处理在与根据第一实施例的液晶光调节装置26中的相同方向上进行，但是配向膜262a和262b上的摩擦处理也可在与上述变型中的液晶光调节装置26A中的相同的方向上进行。
[其它变型]
尽管参照实施例和变型说明了本公开，但本公开不限于这些实施例等，并可做出各种变型。
例如，尽管在上述实施例中摩擦处理的方向平行或垂直于棱镜21b的安装表面Sp的倾侧方向，也可相对于该倾侧方向斜向地进行该摩擦处理。另外，尽管上述实施例中在反平行方向上进行相反配向膜上的摩擦处理，也可在相同方向上进行相反配向膜上的摩擦处理。可替代地，如图30所示，在配向膜之一上的摩擦处理可在由另一配向膜旋转90°(270°)的方向上进行。另外，为了控制液晶分子的取向方向，可以在主体液晶中加入添加剂以调节液晶分子的旋转角度。
当设计如上所述的液晶分子的取向方向(摩擦处理方向)的组合时，首先，例如研究采用所有液晶分子相同的液晶单元(基板、透明电极、配向膜和液晶层)。如图31所示，光从角度θ的方向，例如从45°的方向，入射在液晶单元306上，所述角度θ相当于光在液晶光调节装置上相对于液晶单元306的基板的入射角，并测量根据电压施加率的液晶单元306中的透射率变化。通过重复这种研究，设计实现所需光调节范围的液晶分子的取向方向。
另外，尽管在上述实施例等中作为例子说明了采用宾主液晶的液晶光调节装置，但是也可采用利用宾主结构以外的其它液晶的液晶光调节装置，而不限于这种情况。
另外，尽管在上述实施例等中说明了棱镜设置在透镜镜筒装置内弯折区域内，但棱镜以外的其它光学部件(例如，反射镜等)也可根据情况设置在透镜镜筒装置内弯折区域内。
另外，尽管在上述实施例等中具体指出了每个部件(光学系统)，例如透镜镜筒或成像设备，但并不必须提供上述所有这些部件，而且还可提供其它部件。另外，尽管在上述实施例等中已示出数字相机作为成像设备，但本公开也可应用于具有光调节装置的各种设备，例如涉及视频摄像机和电视摄像机、光阀、反射显示器或光开关装置的成像设备。
本公开包含有关2010年10月29日在日本特许厅申请的日本在先专利申请JP2010-243257的公开内容的主题，所述在先申请的全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应理解在所附权利要求或其等效物的范围内可根据设计需要和其它因素出现各种变型、组合、子组合和替换。

Claims (12)

1.一种液晶光调节装置，包括：
第一液晶层，光从一个表面入射在所述第一液晶层上；以及
反射膜，所述反射膜对透射通过所述第一液晶层的光进行反射，
其中所述第一液晶层具有相邻的配向区域，所述相邻的配向区域内的液晶分子的取向方向不同。
2.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中在所述相邻的配向区域内，液晶分子的取向方向相对于作为参照的所述相邻的配向区域的边界对称。
3.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中所述第一和第二配向膜分别设置在所述第一液晶层的一个表面和另一表面上，以及
在所述第一配向膜内，在相应于所述相邻的配向区域的区域内在不同方向上进行摩擦处理。
4.根据权利要求3所述的液晶光调节装置，
其中在所述第一配向膜上进行的摩擦处理的方向是相对于作为参照的所述相邻的配向区域的边界对称并朝向所述边界的方向。
5.根据权利要求4所述的液晶光调节装置，
其中在所述第二配向膜上进行的所述摩擦处理的方向是所述第一配向膜上的摩擦处理的方向的反平行方向。
6.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中在所述第一液晶层与所述反射膜之间设置有基板，在所述第一液晶层的一个表面侧设置有棱镜。
7.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中在所述第一液晶层与所述反射膜之间设置有第二液晶层。
8.根据权利要求7所述的液晶光调节装置，
其中在所述第二液晶层内，液晶分子在一个取向方向上取向。
9.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中在所述相邻的配向区域之间的边界处设置有分隔件。
10.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中所述第一液晶层用包含二色性色素的宾主液晶形成。
11.根据权利要求1所述的液晶光调节装置，
其中从所述一个表面入射在所述第一液晶层上的光以及被所述反射膜反射并被出射到所述一个表面的光所透射通过的配向区域内的液晶分子的取向方向至少部分不同。
12.一种成像设备，包括：
液晶光调节装置；以及
成像器件，
其中所述液晶光调节装置包括
第一液晶层，光从一个表面入射在所述第一液晶层上，以及
反射膜，所述反射膜对透射通过所述第一液晶层的光进行反射，且
所述第一液晶层具有相邻的配向区域，所述相邻的配向区域内的液晶分子的取向方向不同。
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