JP2007017511A - 液晶光学素子及びそれを用いたカメラ、光学的ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変焦点型液晶レンズとして用いた場合に画像のゆがみを解消し、収差補正用として用いた場合に収差補正精度を向上させることができる液晶光学素子及びそれを用いたカメラ、光学的ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】 対向配置された第１及び第２透明基板と、第１透明基板上に設けられ同心円状に配列した複数のセグメント電極と、第１及び第２透明基板間に挟持された液晶層と、を備え、セグメント電極と第１透明基板との間に形成され、セグメント電極の各々に電気的に接続された複数の配線電極と、セグメント電極と、その各々に対応する配線電極とに接続されたコンタクト部と、を有し、隣り合うセグメント電極は、第１透明基板からの高さ位置が異なっており、該隣り合うセグメント電極のうち、第１透明基板側に位置するセグメント電極は、第１及び第２透明基板の対向方向から見たとき、その縁部の一部に凹部が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディジタルカメラの可変焦点レンズや、光ディスクなどの情報記録媒体に対して情報記録や情報再生を行う際の収差補正を行う収差補正光学素子等に用いる液晶光学素子、及び該液晶光学素子をレンズとして用いたカメラ、及び該液晶光学素子を用いた光学的ピックアップ装置に関する。

従来、ディジタルカメラの可変焦点レンズ、光ディスクなどの情報記録媒体に対して情報記録や情報再生を行う際に収差補正を行う収差補正光学素子等に用いる液晶光学素子としては図６に示すようなものが知られている。

図６（ａ），（ｂ）は、液晶光学素子の主要な電極を示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図である。液晶層１１は上ガラス１２と下ガラス１０とによって狭持され、上ガラス１２には全面電極１３２が、下ガラス１０には同心円状の複数の透明電極１２０，１２２，１２４が設けられている。この液晶光学素子は、同心円状の透明電極群への印加電圧を変えて液晶層１１の当該部分の光屈折率を異ならせることにより、液晶光学素子を可変焦点レンズや収差補正光学素子として用いられている。

特開２００１−１７６１０８

しかしながら、上記の液晶光学素子では、一層の透明電極で図６（ａ）に示した同心円状のセグメント電極１２０，１２２，１２４を構成していたため、各同心円状のセグメント電極間に隙間１２６，１２８を設ける必要があり、さらに、駆動部との接続用配線群１３０をガラス端部まで引き出す必要もある。そのため、隙間１２６，１２８及び接続用配線群１３０部に対応する部分では、カメラ用レンズとして用いた場合には画像のゆがみが生じ、収差補正光学素子として用いた場合には収差補正の失敗による情報の記録または再生エラーが生じてしまう。このような問題は、ディジタルカメラの画素数の上昇、情報記録媒体の高密度化によってより深刻化している。

そこで、収差補正用の液晶光学素子において、同心円状のセグメント電極側の透明電極を２層設け、該２層のうちの１層で同心円状のセグメント電極を形成し、他の１層に該同心円状のセグメント電極間の隙間を補完する電極を設けて平面的に隣り合う該同心円状のセグメント電極の一方と同じ駆動電圧を与えることで、図６で示した各同心円状のセグメント電極間の隙間１２６，１２８での収差補正の精度を向上させようというものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この提案によっても、図６で示した接続用配線群１３０部では収差補正が不能、画像のゆがみが生じるという問題は残ってしまい、高密度情報記録媒体用の収差補正光学素子、ディジタルカメラのレンズとしては十分な特性を示すに至らなかった。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、可変焦点型液晶レンズとして用いた場合に画像のゆがみを解消し、収差補正用として用いた場合に収差補正精度を向上させることができる液晶光学素子及びそれを用いたカメラ、光学的ピックアップ装置を提供することを目的とする。

本発明は、対向配置された第１及び第２透明基板と、第１透明基板上に設けられ同心円状に配列した複数のセグメント電極と、第１及び第２透明基板間に挟持された液晶層と、を有する液晶光学素子において、セグメント電極と第１透明基板との間に形成され、セグメント電極の各々に電気的に接続された複数の配線電極と、セグメント電極と、その各々に対応する配線電極とに接続されたコンタクト部と、を有し、隣り合う前記セグメント電極は、第１透明基板からの高さ位置が異なっており、該隣り合うセグメント電極のうち、第１透明基板側に位置するセグメント電極は、第１及び第２透明基板の対向方向から見たとき、その縁部の一部に凹部が形成されていることを特徴とするものである。

また本発明の液晶光学素子は、隣り合う２つの同心円状のセグメント電極間には、平面的な隙間がないようセグメント電極を配置したことを特徴とする。

また本発明の液晶光学素子は、第１及び第２透明基板のうち一方の透明基板上に、第１の透明電極層と、該第１の透明電極層の上部に第２の透明電極層と、該第２の透明電極層の上部に第３の透明電極層とを設け、隣り合う同心円状のセグメント電極の一方を第２の透明電極層部に、他方を第３の透明電極層部に設け、さらに、配線電極を第１の透明電極層部に設け、対応する同心円状のセグメント電極とコンタクト部によって電気的接続を取ったことを特徴とする。

また本発明の液晶光学素子は、コンタクト部を平面的にはランダムに配置したことを特徴とする。

また本発明の液晶光学素子は、第１及び第２透明電極の少なくとも一方を概略円形としたことを特徴とする。

本発明のカメラは上記液晶光学素子をレンズとして用いたことを特徴とする。

本発明の光学的ピックアップ装置は上記液晶光学素子を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、同心円状のセグメント電極間の隙間や配線部に起因する画像のゆがみや収差補正エラーを除去することができ、ズーム式多画素ディジタルカメラにおける液晶レンズ、青色レーザーを用いた場合の高密度記憶媒体の光ピックアップ装置を始めて実用レベルの品質とすることができる。

［実施例１］
図１〜３は本発明の液晶光学素子の第１の実施例を示す図である。図１は本発明による液晶光学素子の概要を示す図で、図１（ａ）が液晶光学素子を構成する大きい方の透明基板上の電極の平面図、図１（ｂ）が小さい方の透明基板上の電極の平面図、図１（ｃ）が断面図を示している。

図１（ａ）において、液晶光学素子を構成する大きい方の透明基板１０上には図示したように輪状の同心円状のセグメント電極１４，１６，１８，２０，２２と該同心円状のセグメント電極群に駆動信号を与える配線電極２４，２６，２８，３０，３２が形成されている。各同心円状のセグメント電極と各配線電極とは後述するコンタクト部により各々が接続されている。該同心円状のセグメント電極１４，１６，１８，２０，２２は、透明基板１０，１２の対向方向から見たとき隙間なく配置されている。また小さい方の透明基板
１２上の電極に駆動信号を与えるための共通端子電極１３も形成されている。さらに、同心円状のセグメント電極１６，２０には凹部１５，１７が形成されている。

図１（ｂ）において、液晶光学素子を構成する小さい方の透明基板１２上には図示したように全面に透明電極が形成されており、図示は省略するが、図１（ａ）に示した共通端子電極１３から後述するシール部を介して駆動信号を与えられている。

図１（ｃ）は本発明による液晶光学素子の断面図で、小さい方の上側透明基板１２上には全面透明電極３４が形成され、大きい方の下側透明基板１０上には、第１の透明電極層４２と、該第１の透明電極層４２の上部に第２の透明電極層４０と、該第２の透明電極層４０の上部に第３の透明電極層３８とが形成されている。第１の透明電極層４２と第２の透明電極層４０との間には第１の絶縁層４４が設けられ、第２の透明電極層４０と第３の透明電極層３８との間には第２の絶縁層４６が設けられている。これらの各層は略平行な平面となっている。

透明電極層が設けられた上側透明基板１２と下側透明基板１０とはシール部３６によって接着され、形成された空間に液晶層１１が狭持されている。

第３の透明電極層３８には例えば同心円状のセグメント電極群１４，１６，１８，２０，２２のうち奇数番目の電極群、第２の透明電極層４０には例えば同心円状のセグメント電極群１４，１６，１８，２０，２２のうち偶数番目の電極群、第３の透明電極層３８には配線電極群２４，２６，２８，３０，３２を配置すれば、平面的には各同心円状のセグメント電極間の隙間を除去するように各同心円状のセグメント電極を配置することができ、かつ配線電極群の影響も除去できる。

同心円状のセグメント電極１６，２０上の凹部１５，１７はコンタクト部での電気的短絡を避けるため設けられたもので、このように凹部を設けたことにより、コンタクト部の径が同心円状のセグメント電極の幅よりも大きくても、平面的には（透明基板１０，１２の対向方向から見たとき）ほぼ３６０度ドーナツ状電極で液晶光学素子全面が埋め尽くされたように構成することができ、そのため液晶層１１全体が同心円状のセグメント電極１４，１６，１８，２０，２２から与えられる印加電圧によって制御されることになる。凹部１５，１７については図３で詳述する。

したがって、カメラ用レンズとして用いた場合は画像のゆがみ（非対称性）が除去でき、収差補正光学素子として用いた場合は収差補正の失敗による情報の記録もしくは再生エラーの可能性を除去できる。

なお、同心円状のセグメント電極の数は所望のレンズ要求された特性、収差補正素子の要求された特性に合わせて設定すればよい。

図２は下側透明基板１０上の電極を各透明電極層３８，４０，４２毎に示した例で、
図２（ａ）が第３の透明電極層３８に形成された電極、図２（ｂ）が第２の透明電極層４０に形成された電極、図２（ｃ）が第１の透明電極層４２に形成された電極を示している。

図２（ａ）は第３の透明電極層３８の電極図で、同心円状のセグメント電極群１４，１６，１８，２０，２２のうち奇数番目の電極群１４，１８，２２の電極パターンが形成されている。

図２（ｂ）は第２の透明電極層４０の電極図で、同心円状のセグメント電極群１４，１
６，１８，２０，２２のうち偶数番目の電極群１６，２０の凹部を持った電極パターンが形成されている。ここでは第２の透明電極層４０に形成された同心円状のセグメント電極１６，２０が基板側に位置するセグメント電極となっている。

このように隣り合う前記同心円状のセグメント電極の一方は第２の透明電極層部４０に、他方は第３の透明電極層部３８に設けられている。

図２（ｃ）は第１の透明電極層４２の電極図で、配線電極群２４，２６，２８，３０，３２の電極パターンが形成されている。図から明らかなように配線電極２４，２６，２８，３０，３２は同心円状のセグメント電極１４，１６，１８，２０，２２にそれぞれ対応して設けられている。また図１（ｂ）に示した小さい方の透明基板の全面透明電極と接続を取るための共通端子電極１３が設けられている。

このように層別に同心円状のセグメント電極群のうち奇数番目の電極群、同心円状のセグメント電極群のうち偶数番目の電極群、配線電極群を形成し、かつ基板側に位置するセグメント電極には凹部を設けて液晶層側のセグメント電極のコンタクト部を避けたため、各電極が電気的に短絡することなく、平面的にはほぼ３６０度ドーナツ状電極で液晶光学素子全面が埋め尽くされたようにすることができた。

図３は本発明による液晶光学素子の電極部の拡大図である。図３（ａ）は図１（ａ）における同心円状のセグメント電極を示した図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すコンタクト部２１付近をさらに拡大して示した図である。

図３（ａ）において、同心円状のセグメント電極１４，１８，２２は図１の３８で示した第３の透明電極層３８に配置された電極、同心円状のセグメント電極１６，２０は図１の４０で示した第２の透明電極層４０に配置された電極であるが、それぞれの同心円状セグメント電極はコンタクト部によって図１に示す第１の透明電極層４２に配置された配線電極と接続する必要がある。従来は同心円状セグメント電極の数が少なくても問題はなかったため、コンタクト部の径よりも同心円状のセグメント電極の幅を大きくできたが、ディジタルカメラの画素数の上昇、情報記録媒体の高密度化によって同心円電極の数を増やす必要が生じ、その結果コンタクト部の径が同心円状のセグメント電極の幅を越えてしまうという状況が生じた。

図３（ａ）の１９，２１はそれぞれ同心円状セグメント電極１８，２２と配線電極とのコンタクト部の大きさを示したもので、このコンタクト部１９，２１の大きさは電気的接続の確実性を確保するため小さくすることは難しい。

第３の透明電極層３８に配置された同心円状のセグメント電極１６，２０と第１の透明電極層４２に配置された配線電極と接続するコンタクト部は第２の透明電極層４０を通過する必要があるため、同心円状のセグメント電極１４，１６，１８，２０，２２を平面的に隙間なく配置するとコンタクト部で電気的に短絡してしまい、同心円状のセグメント電極を平面的にはほぼ３６０度ドーナツ状電極で液晶光学素子全面を埋め尽くすという構成は不可能になってしまった。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すコンタクト部２１の周辺を拡大した図で、同心円状のセグメント電極１６に凹部１７を設け、同心円状のセグメント電極１８のコンタクト部を避けている。一方同心円状のセグメント電極１８にはコンタクト部による凸部２５が生じまたコンタクト部との短絡を防ぐための隙間２３を設けている。

このように本発明においては、隣り合う同心円状のセグメント電極のうち、基板側に位
置するセグメント電極にはその縁部の一部に凹部を形成したため、コンタクト部周辺の一部の隙間２３以外の部分は３６０度ドーナツ状電極で液晶光学素子全面を埋め尽くすという構成が可能となっている。

したがって、カメラ用レンズとして用いた場合は画像のゆがみ（非対称性）が除去でき、収差補正光学素子として用いた場合は収差補正の失敗による情報の記録もしくは再生エラーの可能性を除去できた。
［実施例２］

図４は本発明による液晶光学素子の第２の実施例を示す平面図である。図４はコンタクト部の配置を表した図で、コンタクト部１００，９８，１０４，１０２，９６がそれぞれ同心円状のセグメント電極１４，１６，１８，２０，２２と配線電極２４，２６，２８，３０，３２とのコンタクト部を示している。

図４から明らかなようにコンタクト部は平面的にはランダムに配置されている。コンタクト部では図３（ｂ）に示した隙間２３があり、該隙間２３が液晶層の光学的特性に影響を与えるため、コンタクト部が、例えば直線とか円のような、特定の形状を成すように配置されていると、特にカメラ用レンズとして用いた場合には、画像の乱れとして認識されてしまう。

本発明のようにコンタクト部を平面的にはランダムに配置すると、該画像の乱れが認識されず効果は大きい。
［実施例３］

図５は本発明による液晶光学素子の第３の実施例を示す平面図である。図５は本発明による液晶光学素子の外形を平面的に示した図で、小さい方の透明基板は４角形のままであるのに対し、大きい方の透明基板は概略円形としている。

ズーム式のディジタルカメラも円筒形の鏡筒を有しており、鏡筒内部に納められる部品を鏡筒に収納しやすくすることと光軸を一致させることは重要であると同時に困難なことであるため、液晶光学素子の外形を概略円形とすることはこれらにとって非常に効果的である。
なお液晶光学素子は概略円形であればよいので、例えば５角以上の多角形も前記「概略円形」の概念に包含されるものである。

また図５に示した実施例においては小さい方の透明基板は４角形のままで用いる例を示したが、該小さい方の透明基板も概略円形とすればさらに効果的なことは勿論である。

また本発明によるカメラは、図示は省略しているが、本発明による液晶光学素子を用いたため、画像のゆがみがない像を撮影することができ、特にズーム式や多画素のディジタルカメラに高速化、小型化、軽量化、低価格化の効果がある。

さらに本発明による光学的ピックアップ装置は、図示は省略しているが、本発明による液晶光学素子を用いたため、収差補正エラーを除去することができ、青色レーザーを用いた高密度記憶媒体の光ピックアップ装置として実用レベルの品質とすることができる。

本発明による液晶光学素子の第１の実施例の概要を示す図である。 本発明による液晶光学素子の第１の実施例の部分図で、下側透明基板上の電極を各透明電極層毎に示した図である。 本発明による液晶光学素子の電極部の拡大図である。 本発明による液晶光学素子の第２の実施例を示す平面図である。 本発明による液晶光学素子の第３の実施例を示す平面図である。 従来の液晶光学素子を示す図である。

符号の説明

１４，１６，１８，２０，２２ 同心円状のセグメント電極
１０，１２ 透明基板
１１ 液晶層
２４，２６，２８，３０，３２ 配線電極
１９，２１、９６，９８，１００，１０２，１０４ コンタクト部
１５，１７ 凹部
４２ 第１の透明電極層
４０ 第２の透明電極層
３８ 第３の透明電極層

Claims (7)

1. 対向配置された第１及び第２透明基板と、前記第１透明基板上に設けられ同心円状に配列した複数のセグメント電極と、前記第１及び第２透明基板間に挟持された液晶層と、を有する液晶光学素子において、
   前記セグメント電極と前記第１透明基板との間に形成され、前記セグメント電極の各々に電気的に接続された複数の配線電極と、
   前記セグメント電極と、その各々に対応する前記配線電極とに接続されたコンタクト部と、を有し、
   隣り合う前記セグメント電極は、前記第１透明基板からの高さ位置が異なっており、
   該隣り合う前記セグメント電極のうち、前記第１透明基板側に位置する前記セグメント電極は、前記第１及び第２透明基板の対向方向から見たとき、その縁部の一部に凹部が形成されていることを特徴とする液晶光学素子。
2. 前記隣り合う２つの同心円状のセグメント電極間には、平面的な隙間がないよう前記セグメント電極を配置したことを特徴とする請求項１記載の液晶光学素子。
3. 前記第１及び第２透明基板のうち一方の透明基板上に、第１の透明電極層と、該第１の透明電極層の上部に第２の透明電極層と、該第２の透明電極層の上部に第３の透明電極層とを設け、
   隣り合う前記同心円状のセグメント電極の一方を前記第２の透明電極層部に、他方を前記第３の透明電極層部に設け、
   さらに、配線電極を前記第１の透明電極層部に設け、対応する前記同心円状のセグメント電極と前記コンタクト部によって電気的接続を取ったことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の液晶光学素子。
4. 前記コンタクト部を平面的にはランダムに配置したことを特徴とする請求項１〜３のうちの一項に記載の液晶光学素子。
5. 前記第１及び第２透明電極の少なくとも一方を概略円形としたことを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載の液晶光学素子。
6. 請求項１〜５のうちの一項に記載の液晶光学素子をレンズとして用いたカメラ。
7. 請求項１〜５のうちの一項に記載の液晶光学素子を用いた光学的ピックアップ装置。

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