JP2006243572A - カメラレンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】液晶レンズを外形基準でレンズ枠に組み込むためには外形を高精度に加工する必要があり、コスト、歩留まり、信頼性を悪化させる事に繋がる。また液晶レンズを従来の液晶パネルと同じ製造方法、同程度の外形寸法精度にしてしまうと、組み合わせる他のレンズの光軸と液晶レンズの光軸にズレが生じ、カメラ用のレンズとして安定した結像特性を得る事ができない。
【解決手段】液晶レンズには、可変焦点として機能させるための電極パターンとともに、複数個の位置決め用パターンを、透明基板の同一平面上に形成し、レンズ枠には、位置決め用パターンと同数の位置決め手段を設け、位置決め用パターンと、位置決め手段とを照合させて、液晶レンズの光軸を合わせて配置されてレンズ枠に液晶レンズを組み込む。この構造より、液晶レンズの外形加工精度が光軸のズレに影響しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変焦点型の液晶レンズをレンズ枠に組み込んだカメラレンズユニットに関する。

従来、カメラの焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点機構として、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機構として、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。）。

ここで、カメラ用のレンズとして安定した結像特性を得るためには、組み合わせるレンズの光軸を高精度に一致させる必要があり、これは液晶レンズを組み合わせる場合も同様である。

この様に、液晶レンズの光軸を組み合わせてレンズの光軸に一致させる方法と、レンズユニットの構造が提案されている（例えば特許文献２、特許文献３参照）。これらはいずれも液晶レンズを構成する透明基板を円形にカットしてレンズ枠に組み込む構成を採用しており、透明基板の外形と、レンズ枠の内径とを嵌合することにより位置決めし、光軸を合わせるという手法を用いている。この従来の構成を採用することにより、液晶レンズと他の光学部品との光軸合わせを容易に行うことができる。

一方、一般的な液晶パネルの製造工程においては、パネル外形を四角形にするのが最も量産性が高く合理的であり、その外形を形成する透明基板の四辺のカッティングは、通常、スクライブブレイク法と呼ばれるスクライブカッターで切り込み線を形成した後に、その切り込み線よりブレィクバーにて割断する方法と、ダイシング法と呼ばれる砥石により所定の大きさに透明基板の四辺を切削する方法が用いられる。

そして、液晶パネルの外形加工精度は、スクライブブレイク法では±１００〜±２００μｍ程度であり、ダイシング法では±１０〜±１００μｍ程度である。

特許第３０４７０８２号公報（第３−８頁、第１−１４図） 特開平２−２７１３１７号公報（第２−５頁、第１−４図） 特開２０００−３４７１５４号公報（第３−８頁、第１−１２図）

しかしながら、特許文献２ならびに特許文献３に示した従来技術では、透明基板を精密に円形にカットしなければならない。液晶パネルの製作においては、透明基板の外形を円形に加工することは、コスト、歩留まり、信頼性を悪化させる事につながる。特にレンズ枠と嵌合させるような高精度の外形加工が必要な場合には尚更である。

更に特許文献２に於ける手法では、透明基板をレンズ枠に組み込んだ後に個別に液晶を注入する必要があり、生産性の低下にもつながる。

また一方で、液晶レンズの外形を四角にして、従来一般的に行われている液晶パネルの製造工程と同様な方法で作成すれば、コスト、歩留まり、信頼性などを特許文献２、３に示した形態に比べて向上させることができる。しかしその半面、透明基板の外形加工精度の悪さは、液晶レンズの光軸から外形辺の寸法精度に相当するため、例え外形を嵌合する方法でレンズ枠に液晶レンズを位置決めしたとしても、その寸法精度が光軸とのズレ量となり、カメラ用のレンズとして安定した結像特性を得る事ができないという問題がある。

そこで本発明は上記課題を解決し、液晶レンズの外形を四角形状（矩形形状）にして、従来一般的に行われている液晶パネルの製造工程と同様な方法で作成して、コスト、歩留まり、信頼性などを向上しつつ、液晶レンズを高精度にレンズ枠に位置決めして載置して、組み合わせる他のレンズの光軸とを高精度に一致させて、カメラ用のレンズとして安定した結像特性を得ることができるカメラレンズユニットを提供する事を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のカメラレンズユニットは、基本的には次のような構成を採用する。

本発明のカメラレンズユニットは、２枚の透明基板に液晶層を挟持した可変焦点型の液晶レンズを、レンズ枠に組込んだカメラレンズユニットに於いて、この液晶レンズには、可変焦点として機能させるための電極パターンと、その電極パターンとともに複数個の位置決め用パターンが透明基板の少なくとも一方の同一平面上に形成されており、レンズ枠が、位置決め用パターンと同数の位置決め手段を有し、この位置決め用パターンと、位置決め手段とを照合させて、液晶レンズの光軸を合わせて配置されてレンズ枠に液晶レンズが組み込まれていることを特徴とするものである。

また、本発明のカメラレンズユニットは、レンズ枠に形成した位置決め手段が、円形の穴、または突起である事を特徴とするものである。

また、本発明のカメラレンズユニットは、レンズ枠に形成した位置決め手段が、３点以上の突起であり、この突起の頂部を基準として、液晶レンズの、レンズ枠の中心軸に対する垂直度が決められて、液晶レンズがレンズ枠に載置されている事を特徴とするものである。

本発明によれば、液晶レンズに電極パターンとともにそのパターンと同一平面上に設けた位置決め用パターンと、レンズ枠の位置決め手段とを照合して、液晶レンズの位置決めをする事により、液晶レンズの外形加工精度の悪さが、レンズ枠の中心軸に対する液晶レンズ光軸のズレに影響しない形態とすることができる。

この事により、液晶レンズの外形を矩形形状にして、従来一般的に行われている液晶パネルの製造工程と同様な方法で作成し、コスト、歩留まり、信頼性などを向上しつつ、液晶レンズの光軸と、組み合わせる他のレンズの光軸とを高精度に一致させることができ、カメラ用のレンズユニットとして安定した結像特性を得ることができるようになる。

以下に、図１から図７を参照して、本発明にかかるカメラレンズユニットの好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、本発明のカメラレンズユニットの構成について説明をする。図１は本発明のカメラレンズユニット全体の構造を説明する分解図である。

図１における符号１０は、複数のレンズを位置決め固定するためのレンズ枠、符号２０は、２枚の透明基板に液晶層を狭持した可変焦点型の液晶レンズ、符号３０は、組み合わせる光学レンズ、符号４０は、カバーを示している。そして、これら部材を含む光学部品は、中心軸１２に各光学部品の光軸中心が合致する様にユニット化して組み合わさって本発明のカメラレンズユニットを構成している。

また、この液晶レンズ２０には、カバー４０に設けた開口部を通過する被写体像の焦点を可変させるための、ここでは図示しない電極パターンと、その電極パターンとともに複数個の位置決め用パターン２３０が透明基板の少なくとも一方の同一平面上に形成されている。液晶レンズ２０と、電極パターンと、位置決め用パターン２３０の具体的な構成については後述する。そして、この液晶レンズ２０には、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２１９が接続されており、外部からの信号に応じて電極パターンに電圧を印加できるようになっている。

さらに、レンズ枠１０には、液晶レンズ２０に設けられた、前述した位置決め用パターン２３０と同数の位置決め手段１１が形成されており、液晶レンズ２０に設けた位置決め用パターン２３０と、レンズ枠１０に設けた液晶レンズ位置決め手段１１とを照合させて、液晶レンズ２０の光軸を中心軸１２に正確に合わせて、この液晶レンズ２０の外径よりも少なくとも大きいサイズのレンズ収納部１５に、この液晶レンズ２０が組み込まれている。このレンズ枠１０に設けた外壁１５１と切り欠き部１５２については後段で説明をする。

この様に構成されることにより、例え、スクライブブレイク法、またはダイシング法により矩形形状に液晶レンズ２０を構成する透明基板が外形加工されて、液晶レンズ２０の外形加工寸法が設計値からずれたとしても、レンズ枠１０の中心軸１２に対する液晶レンズ２０における光軸のズレに影響しない形態とすることができる。

また、上記事項により、液晶レンズ２０の外形を矩形形状にして、従来一般的に行われている液晶パネルの製造工程と同様な方法で作成しても、液晶レンズ２０、ひいてはカメラレンズユニットのコスト、歩留まり、信頼性などを向上しつつ、液晶レンズ２０の光軸と、組み合わせる他の光学レンズ３０の光軸とを高精度に一致させることができ、カメラ用のレンズユニットとして安定した結像特性を得ることができるようになる。

なお、本図面に示した光学レンズ３０は、ポリカーボネイトやＰＭＭＡ等のプラスチック、またはガラスを金型にて成型した複数枚のレンズ系であり、いずれのレンズも円柱状の外形をしている。本実施例ではこの光学レンズ３０が、３枚のレンズ（レンズＡ３１、レンズＢ３２、レンズＣ３３）からなっている例を示しており、その外形はレンズの光軸中心と同心円になるように精密に成型されている。また、同時に外形は後述するレンズ枠１０に嵌合するよう直径寸法を高精度に成型されて、中心軸１２に合致して配置されている。

次に、図１で示したレンズ枠１０の構成について詳細に説明をする。図２はレンズ枠１０の断面図を示している。

このレンズ枠１０は、ポリカーボネイトやＰＭＭＡ等のプラスチック成型品であり、光学レンズ３０（図１参照）の数に応じて所定の箇所に形成された円筒形状のレンズ嵌合部１３と、レンズ嵌合部１３の中心軸１２に対して垂直な面で形成された突き当て面１４と、この突き当て面１４の裏面側で、液晶レンズ２０を位置決め固定する液晶レンズ収納部１５と、このレンズ収納部１５内に設けた位置決め手段１１とから構成されている。

また、先に示したレンズ嵌合部１３は、レンズＡ３１、レンズＢ３２、レンズＣ３３の円形外形とそれぞれ嵌合するレンズＡ嵌合部１３１、レンズＢ嵌合部１３２、レンズＣ嵌合部１３３とを有し、それらは中心軸１２を共通の軸とした同心円になるように金型にて精密に成型されている。

従って、レンズＡ３１、レンズＢ３２、レンズＣ３３をレンズ嵌合部１３に嵌合した状態では、それぞれのレンズの光軸は、レンズ枠１０の中心軸１２と高精度に一致させることができる。

また、レンズ枠１０に設けた液晶レンズ収納部１５は、前述した通り液晶レンズ２０を位置決め固定する場所である。また、このレンズ枠１０には、斜めから入射する光を遮光するために、その液晶レンズ２０の外周部には外壁１５１を有する構成としている。なお、この液晶レンズ収納部１５のその大きさは、液晶レンズ２０の外形寸法が寸法公差内でばらついても十分収容できるだけのスペースを確保することが肝要である。また、外壁１５１の一部には、液晶レンズ２０のＦＰＣ２１９（図１参照）を引き出すための切り欠き部１５２を備える必要がある。

さらに、このレンズ枠１０に設けた位置決め手段１１は、レンズ枠１０の中心軸１２と、液晶レンズ２０の光軸が一致するように、後述する液晶レンズ２０の位置決め用パターン２３０に対応する位置に設けた位置決め用のマークであり、中心軸１２を基準とした寸法精度を高めるために、金型にてレンズ枠１０の一部として一体成型される。なお、本実施例では円形の突起を四カ所設けた例を示したが、これは金型成型において精度がでやすい形状であるからで、この円形の突起に代えて円形の穴としても構わない。また、治具等を使用して印刷で任意の形状のマーキングをレンズ枠１０の所定の位置に設けても上述したと同様の効果を得ることができる。

次に、本発明のカメラレンズユニットに用いる液晶レンズ２０の構成例について説明をする。図３および図４は、それぞれ液晶レンズのセル構成を示す正面図および断面図である。

これらの図に示すように、液晶レンズ２０は、一対の対向する透明基板２０８，２０９の内側にパターン電極２１０と共通電極２１１が対向して配置され、パターン電極２１０および共通電極２１１の内側に配向膜２１２，２１３が対向して配置され、その間に例えばホモジニアス配向の液晶層２１４が封入された液晶パネルを構成している。

この液晶パネルの中央部には、印加電圧に応じて屈折率が変化するレンズ部２１５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２１６により封止されている。液晶層２１４の厚さは、スペーサ部材２１７により一定に保たれている。パターン電極２１０の電極取り出し部２１８には、ＦＰＣ２１９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２１８の一部は、パターン電極２１０から絶縁されており、共通電極２１１に接続されている。更に、透明基板２０８の四隅に位置する箇所には予め位置決め用パターン２３０がパターン電極と同じ材料にて設けられている。

特に限定しないが、一例として液晶レンズ２０の寸法を示す。
透明基板２０８，２０９の一辺の長さは数ｍｍから十数ｍｍ程度、例えば１０ｍｍである。ただし、パターン電極２１０側のガラス基板２０８については、パターン電極２１０の電極取り出し部２１８を被う部分を除いた寸法である。透明基板２０８，２０９の厚さは数百μｍ程度、例えば３００μｍである。液晶層２１４の厚さは十数μｍから数十μｍ程度、例えば２３μｍである。レンズ部２１５の直径は数ｍｍ程度、例えば２．４ｍｍで
ある。位置決め用パターン２３０の直径は数百μｍ程度、例えば３００μｍである。

ここで、液晶レンズ２０に配したパターン電極２１０の構成例について説明をする。図５は、パターン電極２１０の構成を示す正面図である。

図５に示すように、パターン電極２１０は、円形状の中心部電極２２０の周りに、半径の異なる複数の同心円の円周に沿って複数のＣ字状の輪帯電極２２１，２２２が配置されたパターンを有する。中心部電極２２０と最も内側の輪帯電極２２１の間、および隣り合う輪帯電極２２１，２２２の間は、空間となっている。そして、中心部電極２２０と最も内側の輪帯電極２２１、および隣り合う輪帯電極２２１，２２２は、輪帯接続部２２３を介して互いに接続されている。

中心部電極２２０からは、中心部引き出し電極２２４が、他の輪帯電極２２１，２２２および輪帯接続部２２３から離れて（すなわち、絶縁された状態で）最外周の輪帯電極２２２（以下、外周部電極２２２とする）の外側まで伸びている。一方、外周部電極２２２からは、その外側まで、外周部引き出し電極２２５が他の電極から絶縁された状態で伸びている。パターン電極２１０の図５に示すパターンは、レンズ部２１５に重なるように配置される。

中心部引き出し電極２２４と外周部引き出し電極２２５にそれぞれ印加された電圧に応じて、共通電極２１１に対する中心部電極２２０、中心部電極２２０と外周部電極２２２との間の各輪帯電極２２１、および外周部電極２２２のそれぞれの電圧値が異なる状態となる。つまり、パターン電極２１０によってレンズ部２１５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２０の屈折率の分布が変化し、液晶レンズ２０を凸レンズの状態にしたり、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。

次に、図３で示した液晶レンズ２０に設けた位置決め用パターン２３０の具体的なパターン例について説明をする。図６は位置決め用パターン２３０（図３参照）の構成を示す正面図である。

図６に示すように、位置決め用パターン２３０は、円とその中心を通り直交する２つの直線より構成されており、円の中の直交する２直線以外の部分は空間である。なお、パターンに関しては、位置決めのマークとして参照できるものであれば、例えば直交する２つの直線のみ、あるいは円のみなど、必ずしも図６に示すようなパターンでなくても構わない。

この位置決め用パターン２３０を、パターン電極２１０の一部として、レンズ部２１５のパターニングと同様の工程で形成する事により、レンズ部２１５に対して、極めて誤差なく形成する事ができる。つまり、液晶レンズの光軸に対して、位置決め用パターン２３０を高精度にパターニングすることができると言える。

次に、本発明のカメラレンズユニットの具体的な構成例について更に詳細に説明をする。図７は、カメラレンズユニットの断面図、すなわち、レンズ枠１０に、液晶レンズ２０と、光学レンズ３０と、カバー４０を組み込んだ状態での断面図である。

本図面に示すカバー４０は、液晶レンズ２０の上面を保護するための薄板で、液晶レンズ２０のレンズ部２１５に対応する部分にそれより一回り大きな開口部を有する。このカバー４０の外形は、レンズ枠１０の外壁１５１に嵌合するような寸法にする事で、平面方向の位置を規制し、液晶レンズ２０上面と両面粘着テープにて接合する。厚みは、数百μ
ｍ程度、例えば１００μｍ、材質は黒色のメッキや塗装を施したステンレス、または黒色に着色されたプラスチック板を用いる。

また、レンズＡ３１、レンズＢ３２、レンズＣ３３の円形外形は、それぞれレンズＡ嵌合部１３１、レンズＢ嵌合部１３２、レンズＣ嵌合部１３３に嵌合することにより、それぞれのレンズの光軸中心はレンズ枠１０の中心軸１２と一致するように位置決めされる。そして、それぞれのレンズの外周部に接着剤５０を充填して固定する。接着剤の種類としては例えば紫外線硬化型の接着剤を用いる。

また、液晶レンズ２０は、液晶レンズ２０に設けた位置決め用パターン２３０と、レンズ枠１０に設けた位置決め手段１１とを照合して配置することにより、液晶レンズ２０の光軸中心はレンズ枠１０の中心軸１２と一致するように位置決めされる。そして、液晶レンズ２０の外形部に接着剤５１を塗布する事により固定する。接着剤の種類としては例えば紫外線硬化型の接着剤もしくは、もしくは硬化温度が６０℃前後の熱硬化型エポキシ接着剤を用いる。

更に、カバー４０と、液晶レンズ２０のＦＰＣ２１９と、レンズ枠の切り欠き部１５２とからなる隙間に、充填剤５２を充填して液晶レンズ２０への遮光を行う。充填剤の種類としては例えば黒色に着色した高粘度の熱硬化型エポキシ系接着剤、またはシリコーン系の接着剤を用いる。

この様に構成することにより、光学レンズ３０と、液晶レンズ２０との光軸中心は、レンズ枠１０に組み込む事により高い精度で一致する事ができ、カメラ用のレンズとして安定した結像特性を得ることができる。

ここで、レンズ枠１０に設けた位置決め手段１１に関して更に詳細に述べる。
先に説明をした構成例では、位置決め手段１１が円筒形状の４つの突起から成っており、その頂部に液晶レンズ２０を載置する形態を示した。そして、この４つの突起の頂部により形成される平面が、中心軸１２に対して垂直になるように金型にて一体成型することで上記形態とすることが出来る。

このことは、液晶レンズ２０を載置する場所を平面とした場合よりも、ソリの影響のない、高い平面度の面を形成できる。また、液晶レンズ２０の載置面にゴミが付着した状態で載置したとしても、液晶レンズ２０が中心軸１２の直交する軸に対して傾いてしまう問題も軽減できる。

更には、液晶レンズ２０の、中心軸方向の寸法管理も、“面”として管理するよりは実施例のような微小な４つの突起の頂部の寸法を管理した方が管理しやすいという利点を持つ。

なお、上記に示した形態では、位置決め手段１１の突起の数を４つとした例を示したが、面を形成するという意味ではこの位置決め手段１１を３つ以上設ければ本発明の効果を得ることができることは容易に理解できよう。また、この位置決め手段１１の形状も、円筒形状ではく、例えば半球であっても構わない。

以上説明した様に、本発明のカメラレンズユニットは、液晶レンズ２０の位置決め用パターン２３０と、レンズ枠１０の位置決め手段１１とを照合して位置決めする事により、液晶レンズ２０の外形における加工精度の悪さが、レンズ枠の中心軸１２に対する液晶レンズ２０の光軸のズレに影響しなくなる。

この事により、液晶レンズ２０の外形を矩形形状にして、従来一般的に行われている液晶パネルの製造工程と同様な方法で作成し、コスト、歩留まり、信頼性などを向上しつつ、液晶レンズ２０の光軸と、組み合わせる他のレンズの光軸とを高精度に一致させることができ、カメラ用のレンズとして安定した結像特性を得ることができる。

本発明にかかるカメラレンズユニットは、液晶レンズ２０をレンズ枠１０に組み込んだ装置に有用であり、特に、カメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニタなどに用いられるカメラ、内視鏡のカメラ部などのレンズユニットの構造に適している。

本発明のカメラレンズユニットの構成例を示す分解図である。 本発明のカメラレンズユニットにおけるレンズ枠の構成例を示す断面図である。 本発明のカメラレンズユニットにおける液晶レンズの構成例を示す正面図である。 本発明のカメラレンズユニットにおける液晶レンズの構成例を示す断面図である。 本発明のカメラレンズユニットにおける液晶レンズのパターン電極の構成例を示す正面図である。 本発明のカメラレンズユニットにおける位置決め用パターンの形状を示す正面図である。 本発明のカメラレンズユニットの構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ レンズ枠
１１ 位置決め手段
１２ 中心軸
１３ レンズ嵌合部
１４ 突き当て面
１５ レンズ収納部
２０ 液晶レンズ
３０ 光学レンズ
３１ レンズＡ
３２ レンズＢ
３３ レンズＣ
４０ カバー
５０，５１ 接着剤
５２ 充填剤
１３１ レンズＡ嵌合部
１３２ レンズＢ嵌合部
１３３ レンズＣ嵌合部
１５１ 外壁
１５２ 切り欠き部
２０８，２０９ 透明基板
２１０ パターン電極
２１１ 共通電極
２１２，２１３ 配向膜
２１５ レンズ部
２１６ シール部材
２１７ スペーサ部材
２１８ 電極取り出し部
２１９ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
２２０ 中心部電極
２２１ 輪帯電極
２２２ 輪帯電極（外周部電極）
２２３ 輪帯接続部
２２４ 中心部引き出し電極
２２５ 外周部引き出し電極
２３０ 位置決め用パターン

Claims (3)

1. ２枚の透明基板に液晶層を挟持した可変焦点型の液晶レンズを、レンズ枠に組込んだカメラレンズユニットに於いて、
   前記液晶レンズには、可変焦点として機能させるための電極パターンと、その電極パターンとともに、複数個の位置決め用パターンが、前記透明基板の少なくとも一方の同一平面上に形成されており、
   前記レンズ枠は、前記位置決め用パターンと同数の位置決め手段を有し、
   前記位置決め用パターンと、前記位置決め手段とを照合させて、前記液晶レンズの光軸を合わせて配置されて前記レンズ枠に前記液晶レンズが組み込まれていることを特徴とするカメラレンズユニット。
2. 前記位置決め手段が、円形状の穴、または突起であることを特徴とする請求項１に記載のカメラレンズユニット。
3. 前記位置決め手段は、３点以上の突起であり、この突起の頂部を基準として、前記液晶レンズの、前記レンズ枠の中心軸に対する垂直度が決められて、前記液晶レンズが前記レンズ枠に載置されていることを特徴とする請求項１に記載のカメラレンズユニット。

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