JP2013205427A - 液晶レンズデバイスおよび、その制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶レンズデバイスの、液晶レンズのレンズパワーをより短い時間で目標値に収束させ、且つ、消費電力の低い液晶レンズの駆動を行う。
【解決手段】電子スイッチ回路は、液晶レンズ駆動回路３とは別に設けられたスイッチング時間制御用回路９によって発生された制御信号パルスのタイミングに応じて、トランス回路の出力電圧を切り換えることによって、波形の振動に対する液晶レンズ２のレンズパワーの収束の時間を短く、また、消費電力の低い液晶レンズの駆動を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話などの携帯機器に搭載されるカメラモジュールに搭載される液晶レンズデバイスと、その制御方法に関する。

特許文献１には、液晶レンズの印加電圧に電位勾配を与えることにより、液晶素子への、液晶分子の配向が不連続となるディスクリネーションラインの発生を抑え、かつ、その応答速度を速めるための印加電圧のパターンが、液晶素子を駆動する際に、最初の一定の時間のみ印加電圧の振幅を目標値よりも大きく設定し、一定の時間が経過した後で印加電圧を目標値に戻すという制御を行うことで、液晶素子の応答速度をより速く改善できることが開示されている。

また、特許文献２には、電子回路の集積技術の一つとして、インダクタおよびコンデンサを同一の素子に集積化する例が開示されており、特にインダクタの形成技術を用いて、交流電圧を変換、すなわち、昇圧するトランスを集積化することで、１ｋＨｚ付近の高周波数帯域の電圧増幅を容易に、かつ低消費電力で実現することができる。また、デバイスを小型化するためにも集積化が必要である。

一方、液晶素子を携帯用情報機器に応用する場合には、その消費電力の低減が重要な課題の一つとなり、この目的を達成するための試みもいくつか成されている。特許文献３には、液晶ディスプレイのスイッチングを利用した駆動回路において、従来の抵抗分割による駆動電圧生成法を改良し、オペアンプによりＤＣ成分をフィードバックする回路を付加することで、抵抗分割の部分に流れる電流を低減し、電力損失を抑制した例が開示されている。

特開２００５−０９２００９公報 特開昭６０−２４４０９７公報 特開２００１−１８８５１６公報

しかしながら、特許文献１に開示されるパルス電圧の瞬間的な液晶レンズへの印加方法では、液晶レンズのレンズパワー、すなわち、レンズやミラーなどの光学素子が、光線を集光や発散させる度合いであって、つまり、光がどのくらい曲がるかの度合い、に振動成分が発生してしまい、短時間で目標のレンズパワーに収束することが困難であることを、発明者等は見い出した。また、特許文献１においては、印加電圧を瞬間的に増幅させるタイムチャートの例は示されているが、その具体的な電子回路や方法については明示されていなかった。

また、特許文献２で開示されている、集積化された電子回路や、特許文献３で開示されている、スイッチングを利用した駆動回路を、液晶レンズデバイスに応用した、具体的な例の明示はされていなかった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、液晶レンズデバイスの、液晶レンズのレンズパワーをより短い時間で目標値に収束させ、且つ、消費電力の低い液晶レンズの駆動を行わせることを目的とする。

本発明は、交流電圧発生回路から発生し、トランス回路に入力された入力電圧が、トランス回路で昇圧された出力電圧を、スイッチング時間制御用パルス発生回路から発生した制御信号パルスのタイミングに応じて、液晶レンズの、所望の駆動印加電圧の出力レベル、および、波形が得られるように、切り換えるための、電子スイッチ回路を備えたことを特徴とする液晶レンズデバイスである。

このような回路を設けることにより、電子スイッチ回路は、液晶レンズ駆動回路とは別に設けられたスイッチング時間制御用回路によって発生された制御信号パルスのタイミングに応じて、トランス回路の出力電圧を切り換えることによって、波形の振動に対する液晶レンズのレンズパワーの収束の時間を短く、また、レンズパワーの収束をすることにより消費電力の低い液晶レンズの駆動を達成することができる。

また、前記トランス回路の出力側のコイルの巻数が、入力側のコイルの巻数の１倍〜５
倍であることが好ましい。前記トランス回路の巻き数比は特に制限されないが、このような巻き数であれば、より高速で、かつ精度の高いレンズパワーの収束を得ることができる。

また、交流電圧発生回路、トランス回路、および、電子スイッチ回路は集積化されており、１つの電子回路基板の上の、片側の半分の領域に集積化された前記トランス回路を配置し、もう片側の半分の領域に前記電子スイッチ回路と前記交流電圧発生回路を、それぞれ独立して配置した構成にしてもよい。このような配置にすることで、ＦＰＣ上に搭載する部品は、１つですむため、空間を有効利用することができ、小型カメラや小型の携帯機器への搭載も容易に行うことができる。

また、交流電圧発生回路から発生し、トランス回路に入力された入力電圧が、トランス回路で昇圧された出力電圧を、スイッチング時間制御用パルス発生回路から発生した制御信号パルスのタイミングに応じて、液晶レンズの、所望の駆動印加電圧の出力レベル、および、波形が得られるように、切り換えるための、電子スイッチ回路を備えた液晶レンズデバイスにおいて、トランス回路には、入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比１：５の出力端子と、１：１のタップ端子が設けられており、前記トランス回路で昇圧された出力電圧を、切り換えて、前記液晶レンズへの駆動印加電圧の出力レベルを所望の値に収束させていくように制御することで、液晶レンズのレンズパワーをより短い時間で目標値に収束させ、且つ、消費電力の低い液晶レンズの駆動を行わせることができる。

また、交流電圧発生回路から発生し、トランス回路に入力された入力電圧が、トランス回路で昇圧された出力電圧を、スイッチング時間制御用パルス発生回路から発生した制御信号パルスのタイミングに応じて、液晶レンズの、所望の駆動印加電圧の出力レベル、および、波形が得られるように、切り換えるための、電子スイッチ回路を備えた液晶レンズデバイスにおいて、前記トランス回路４の入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比は、１倍、３倍、４倍、５倍に切り換えることが可能であって、前記トランス回路で昇圧された出力電圧を、高速で切り換えて、前記液晶レンズへの駆動印加電圧の出力レベルを徐々に下げて行き所望の値に収束させていくように制御するすることで、駆動印加電圧の出力振動成分を除去し、液晶レンズのレンズパワーをより短い時間で目標値に収束させ、且つ、消費電力の低い液晶レンズの駆動を行わせることができる。

本発明により、液晶レンズデバイスの、液晶レンズのレンズパワーをより短い時間で目標値に収束させ、且つ、消費電力の低い液晶レンズの駆動を行わせることを可能とした。

実施形態１の液晶レンズデバイスの斜視図である。 実施形態１の構成回路を示すブロック図である。 実施形態１の液晶レンズデバイスの構成回路図である。 実施形態１の液晶レンズの駆動印加電圧矩形波形図である。 実施形態１の液晶レンズの駆動印加電圧矩形波形図である。 実施形態２の液晶レンズデバイスの構成回路図である。 変形例２の構成回路を示すブロック図である。 変形例３の構成回路を示すブロック図である。 変形例４の構成回路を示すブロック図である。 変形例４のＩＣ３の配置例を示す図である。 変形例５の液晶レンズデバイスの斜視図である。 従来例の液晶レンズデバイスの構成回路図である。 従来例の液晶レンズの駆動印加電圧矩形波形図である。 比較例の液晶レンズパワーの時間変化を示す図である。 実施例１の液晶レンズパワーの時間変化を示す図である。 実施例２の液晶レンズパワーの時間変化を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１における、液晶レンズデバイス２０の斜視図である。液晶レンズデバイス２０は、液晶レンズ２と、液晶レンズ駆動回路３、および、別に設けられた、例えば、外部に設けられたスイッチング時間制御用回路９や、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１０等の部材によって構成されている。

図２は、実施形態１の構成回路を示すブロック図である。実施形態１では、交流電圧発生回路１と、トランス回路４と、電子スイッチ回路６、によって構成される回路が、液晶レンズ駆動回路３である。

実施形態１の液晶レンズ２の部分は、主に３枚のガラス材で構成されており、その一部に設けられた図示しない透明電極と電気的に接続する可撓性の配線部材であるＦＰＣ１０が設けられている。さらに、このＦＰＣ１０上には、液晶レンズ２への交流電圧印加手段である液晶レンズ駆動回路３が設けられている。

実施形態１では、交流電圧発生回路１と、トランス回路４と、交流電子スイッチ回路６と、スイッチング時間制御用パルス発生回路９と、液晶レンズ２を、図１のように接続し、電子スイッチ回路６は、液晶レンズ駆動回路３とは別に設けられたスイッチング時間制御用回路９によって発生された制御信号パルスのタイミングに応じて、トランス回路４の出力電圧を切り換えることによって、波形の振動に対する液晶レンズ２のレンズパワーの収束の時間を短く、また、レンズパワーの収束をすることにより消費電力の低い液晶レンズの駆動を達成することができる。レンズパワーの任意の値が、時間をかけて目標値に近づいていくこと、すなわち、到達する、または、安定化する、を収束と呼ぶが、以後、レンズパワーの収束と呼ぶことにする。なお、トランス回路４の出力電圧は、そのまま液晶レンズ２への駆動印加電圧となり、トランス回路４の出力電圧の振幅が大きいほど、液晶レンズ２へ与え得るレンズパワーは大きくなる。

図９ａは、従来における液晶レンズデバイスの構成回路図である。交流電圧発生回路１から出力された交流電圧を、液晶レンズ２に印加して駆動することを想定した場合の等価回路図を示す。液晶レンズ２は容量性リアクタンスの性質を持つ素子なので、その等価回路はコンデンサとして表せるが、電力損失の原因となる抵抗成分は、簡単のため省略している。液晶レンズ２には通常は１ｋＨｚ位の交流電圧が印加され、その波形は通常はサイン曲線が用いられるが、電圧の実効値が保証されていれば、波形の振幅は変えず、０Ｖのレベルに対して発生するピークレベルのパルス波形の時間的比率、すなわち、ｄｕｔｙ比を変えることにより実効値を制御できる、例えば、０Ｖと±３．５Ｖの３値の値を持つ矩形波を用いても良い。

図９ｂは、従来における液晶レンズの駆動印加電圧波形を示す図である。横軸は時間〔ｓｅｃ〕であり、縦軸は出力電圧〔Ｖ〕である。図９ｂの波形は、±３．５Ｖの振幅を持つ矩形波が定常状態として印加されている様子を示している。

図３ａは、実施形態１における液晶レンズデバイス２０の構成回路図である。まず、交
流電圧発生回路１からの交流電圧を変換、すなわち、昇圧する手段として、巻数比１：５のトランス回路４を設け、その低電圧の入力側に交流電圧発生回路１を接続する。また、入力信号の一方の側から分岐点５を介して信号線を分岐し、その端子を、トランス回路４の出力側に設置した３端子の電子スイッチ回路６の接点１１に接続する。一方、トランス回路４の高電圧側の出力端子の一つを、前述の電子スイッチ回路６の接点１２に接続し、電子スイッチ回路６の共通出力端子１３を液晶レンズ２の一端に接続する。トランス回路４には巻線比１：５の出力端子１４と、１：１のタップ端子１５が設けられており、それぞれ電子スイッチ回路６の接点１１、接点１２に接続されている。このような構造にして、実施形態１と同様の制御を行った場合、トランス回路４の出力電圧には、図３ｂの駆動印加電圧矩形波形が得られる。

このような配線にして、電子スイッチ回路６の共通端子１３を、入力電圧の目標電圧が変わった瞬間から、高電圧重畳時間に相当する短い期間、例えば１００ｍｓｅｃの間には接点１２に接続し、同重畳時間を過ぎた後は接点１１に切り換え接続するように、適切な制御信号を、スイッチング時間制御用回路９から、電子スイッチ６に与える。なお、この制御信号を与えるための配線は、簡単のため図３ａには示していない。

図３ｂの波形は、実施形態１における液晶レンズ２の駆動印加電圧矩形波形であり、図３ａの回路と前述の切り換え信号制御を行った上で得られるトランス回路４からの出力電圧波形である。即ち、液晶レンズ２への駆動印加電圧の印加開始時点における印加電圧を、±１７．５Ｖとし、その後、電子スイッチ回路６の働きにより±１７．５Ｖと±３．５Ｖの２種類の印加電圧を高速で適宜切り換えて、１．１ｓｅｃが経過した時点で、従来の電圧目標値である振幅±３．５Ｖの矩形波が得られるように、駆動印加電圧波形を制御する。この場合のトランス回路４の巻数比は５倍で一定である。

（実施形態２）
図３ｃの波形は、実施形態２であり、図３ｂの液晶レンズへの駆動印加電圧の印加方法をより細かく制御したものである。即ち、液晶レンズ２への駆動印加電圧の印加開始時点における印加電圧を、±１７．５Ｖとし、以下、数百ｍｓｅｃ程度の短い時間で、電圧レベルを±１４．５Ｖ、±１１．８Ｖと徐々に下げて行き、１．１ｓｅｃが経過した時点で、従来の電圧目標値である振幅±３．５Ｖの矩形波が得られるように、駆動印加電圧波形を制御したものである。この場合の制御においては、トランス回路４の巻数比も適切に調整する必要がある。トランス回路４において、巻数比を任意に換えることができるように、実施形態１のタップ端子を複数用いることで、トランス回路４の出力電圧には、図３ｃの駆動印加電圧矩形波形を得ることが可能になる。

なお、トランス回路４の出力電圧は、そのまま液晶レンズ２への駆動印加電圧となり、トランス回路４の出力電圧の振幅が大きいほど、液晶レンズ２へ与え得るレンズパワーは大きくなるので、結果として、駆動印加電圧を制御することは、所望のレンズパワーを制御することになる。なお、駆動印加電圧矩形波の印加電圧を設定、変化させるのは、すべてソフトウェアによるプログラムによる制御信号をスイッチング時間制御用回路９から、電子スイッチ回路６に指示することで行っている。

また、トランス回路４の巻き数比は特に制限されないが、より高速で、かつ精度の高いレンズパワーの収束を得るためには、出力側のコイルの巻き数を入力側の１倍〜１０倍、好ましくは、１〜５倍に設定することが望ましい。

ここで、レンズパワーの収束について説明しておく。レンズパワーとは、レンズやミラーなどの光学素子が、光線を集光や発散させる度合いであって、つまり、光がどのくらい曲がるかの度合いのことであり、レンズパワーの収束とは、レンズパワーが時間をかけて徐々に目標値に近づいていくことである。本来、レンズパワーは、横軸に時間、縦軸にレンズパワーをとった応答特性をみると、その振動の振幅が徐々に小さくなっていくような傾向がある。したがって、十分な時間をかければ、レンズパワーは、ある目標値に収束していくことがわかっており、実施形態１、および、実施形態１−２では、この収束するまでの理想の時間は０．３ｓｅｃ程度であり、この値が大きすぎると、カメラの焦点制御に時間がかかりすぎて、カメラにおける自動焦点調整の機能として必要な性能を満たさないという不具合を生じてしまう。

従来技術では、レンズパワーの収束するまでの時間がかかりすぎるのに対し、実施形態１、および、実施形態２では、理想の０．３ｓｅｃ程度にすることができた。なお、トランス回路４の出力電圧は、そのまま液晶レンズ２への駆動印加電圧となり、トランス回路４の出力電圧の振幅が大きいほど、液晶レンズ２へ与え得るレンズパワーは大きくなるという関係があるので、図３ａで示したトランス回路の出力電圧の応答図は、レンズパワーの応答の傾向とみなすことができる。

実施形態２では、トランス回路４は、その巻き数比を適切に設計することによって、１ｋＨｚ程度の高い周波数帯域の交流信号電圧を、少ない損失で変換、すなわち、昇圧することができる。このトランス回路４の出力電圧を、スイッチング時間制御用回路９からの制御信号によって、電子スイッチ回路６を用いて切り換えることによって、液晶レンズ２に印加する駆動印加電圧の振幅と、その印加時間を、高速かつ短い時間幅で自在に制御することができる。結果的に、回路全体の電源電圧を低く設定したままで、より高い電圧を瞬間的に液晶レンズ２に印加することができるため、電力の損失を殆ど伴わず、より速い応答速度を実現することができる。

（実施形態３）
図４は、実施形態３における液晶レンズデバイス２０の構成回路図である。トランス回
路８には巻線比１：５の出力端子１４と、１：１のタップ端子１５が設けられており、それぞれ電子スイッチ回路６の接点１１、接点１２に接続されている。このような構造にして、実施形態１と同様の制御を行った場合、トランス回路４の出力電圧には、実施形態１と同じ図３ｂ、また、複数のタップを用いることで、図３ｃの駆動印加電圧矩形波形が得られる。この回路構成を用いた場合、入力電圧回路と出力電圧回路はトランス回路４によって分離されているため、仮に、交流電圧発生回路１からの出力電圧に直流成分のオフセットが含まれていた場合でも、出力電圧には直流成分は表れないので、直流電圧の印加による液晶材料へのダメージを防ぐことができるため好適である。なお、トランス回路８の出力電圧と、そのレンズパワーの関係は、実施形態１のときの関係と同じである。

（変形例１）
以下の変形例では、液晶レンズ駆動回路３は、トランス回路４と、交流電圧発生回路１、電子スイッチ回路６、の一部または全部が集積化され、一体となって構成されており、別に設けられたスイッチング時間制御用パルス回路９によって発生されたパルスのタイミングに応じて、トランス回路４の複数の出力電圧を切り換えるように接続されている。このような構成にすることで、回路の配線の部分から、液晶レンズ２の駆動印加電圧に混入するノイズ成分を最小限に低減することができる。また、トランス回路４の出力電圧に対応した、より多くの電圧レベルを選択でき、駆動波形の自由度を広げることが可能になる。

また、交流電圧発生回路１とトランス回路４と電子スイッチ回路６と、スイッチング時間制御用パルス発生回路９、さらにはそれらの一部または全部を集積化して、小型の集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）にまとめ、電子回路基板やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を介して、液晶レンズ２の近傍に搭載することで、液晶レンズデバイスを小型軽量化させることができる。

変形例１では、液晶レンズ２の容量、すなわち、キャパシタンスは、通常数百〜数千ｐＦ程度であり、流れる電流も非常に小さいので、その液晶レンズ駆動回路３に用いるトランス回路４は、液晶レンズ２の近傍に配置できるよう、集積型トランス回路を用いるのが好ましい。集積型トランスは、周知技術で知られている薄膜コイルの積層パターンの積み重ねの工法で作製できる素子であり、小型軽量の上、他の電子回路素子との集積化も容易であるため、液晶レンズの高速駆動回路に好適である。

実施形態１で示した図３ａ、および、実施形態２で示した図４の、液晶レンズデバイス２０の構成回路は、ディスクリート、すなわち別々に分離した状態で組んでも動作するが、できる限り集積化した方が、液晶素子の近傍に配置しやすく、かつ外部からのノイズの影響を受けにくくなるので好ましい。

（変形例２）
図５は、変形例２におけるブロック図を示す。変形例２では、図３ａに示す実施形態１の交流電圧発生回路１の部分と、トランス回路４に相当する部分と、電子スイッチ回路６の機能をそれぞれＩＣ１、ＩＣ４、ＩＣ６に集積化したものを接続・配置して、液晶レンズ２を駆動する。図５での、各回路配置は一例であって、自由に配置してもよい。

トランス回路４は、通常は鉄心にコイルを巻いた形状を持っており、他の部品よりも大型で重量もあるが、前述の集積型のトランス回路ＩＣ４を用いると、小型化を達成できて、液晶レンズ２の近傍に配置しやすくなるため、配線の長さに起因するノイズ成分の混入を防ぐことができるので好ましい。

（変形例３）
図６は、変形例３のブロック図を示す。図１に示す実施形態１の、交流電圧発生回路１と電子スイッチ回路６の部分を集積化して、それぞれＩＣ１、ＩＣ６となり、それらを、統合して、一つのＩＣ２とし、さらに、集積型トランス回路ＩＣ４を配置して、それらの端子を電気的に結合して配線している。ここで、液晶レンズ２の電極数に応じて、複数のチャンネルのトランス回路の機能を持つトランスモジュールと、ＩＣ２、ＩＣ４のパッケージを、実施形態１の図３ａの構成回路に準拠して配線することにより、ＩＣ２の電源電圧は従来の３．５Ｖのままでよく、回路全体の電源電圧を高く設計した場合に生ずる、電圧降下による電力の損失を防ぐことができる。また、実施形態２の図４の構成回路に準拠して配線してもよい。

（変形例４）
図７ｂは、変形例４の、ＩＣ３の配置例を示す。各回路機能をエリア毎に割り振り、図７ｂのように、片側の半分の領域に集積型トランスＩＣ４を配置し、もう片側の半分の領域に電子スイッチ回路６と交流電圧発生回路１を、それぞれ集積化して、ＩＣ６とＩＣ１として、ＩＣ１とＩＣ４とＩＣ６をそれぞれ独立して１つに統合して、ＩＣ３として、配置した。

図７ａは、変形例４のブロック図を示す。図７ｂに示すように、交流電圧発生回路１と、トランス回路４、電子スイッチ回路６の各回路機能を全て一つの部品に集積化し、ＩＣ３として構成した。

変形例４は、図７ｂに示すように、液晶レンズ駆動回路３は、１つの電子回路基板の上の、片側の半分の領域にトランス回路を配置し、もう片側の半分の領域に電子スイッチ回路と交流電圧発生回路を、それぞれ独立して配置した構成である。このような構成にすることで、トランス回路によって発生する磁界の発生する向きが鉛直方向となるため、その影響が他の回路機能に及ばないように集積化することが可能になる。

また、変形例４のＩＣ３には、電子スイッチ回路６のスイッチング時間とタイミングを設定し、制御信号を発生させ、スイッチを切り換えるためのスイッチング時間制御用パルス発生回路を搭載していても良い。このように、ＩＣをオールインワン型の設計にすれば、独立した液晶レンズデバイスとして扱えるので、携帯電話に限らず、さらに広い分野へのデバイスの応用が可能となる。

ＩＣ３は、図７ｂに示したチップであり、例えば図１の符号３の位置に配置するなどすれば、ＦＰＣ上に搭載する部品は、１つですむため、空間を有効利用することができる。ＩＣ３は、電圧３．５Ｖの直流電源で駆動されるようになっている。これにより、小型カメラや携帯電話などの電源電圧で駆動させることが可能となる。そのため、変形例４の液晶レンズデバイスは、小型の携帯機器への搭載も容易に行うことができる。

（変形例５）
図８は、変形例５における、液晶レンズデバイスの斜視図である。液晶レンズ２はガラス板３枚の構成にて形成されており、その下の部分には、液晶レンズ以外のレンズや光学部品が収納されており、さらに下の部分には、映像信号を電気信号に変換する撮像素子が配置されている。また、これらの部品は全て、最下部の電子回路基板１４の上に搭載されており、最上部の液晶レンズ２とは、図８に示す４個の導電性の部材１５を介して、電気的に接続されている。また、変形例４で示したＩＣ３は、変形例５では電子回路基板１４の上に搭載されて、液晶レンズ２の駆動に寄与している。

（比較例）
図１０は、比較例として、従来技術における液晶レンズパワーの時間変化を示す図である。液晶レンズへの駆動印加電圧を印加後の経過時間と、液晶レンズに発生するレンズパワーの関係、すなわち、応答特性を示したものである。表示した２本の曲線は、従来の電圧増幅のない電圧印加、すなわち、重畳パルス無しと、特許文献１に示されている電圧増幅による駆動方法のもの、すなわち、重畳パルス有りを表わす。なお、トランス回路４の出力電圧は、そのまま液晶レンズ２への駆動印加電圧となり、トランス回路４の出力電圧の振幅が大きいほど、液晶レンズ２へ与え得るレンズパワーは大きくなるという関係がある。

重畳パルス無しによる駆動印加電圧の印加では、レンズパワーが目標値約６［１／ｍ］に到達するまでに約３〜４秒の長い時間を要する。これに対して、重畳パルス有りによる駆動では、約０．５secにて目標のレンズパワーに到達し、その所要時間を著しく低減できることがわかる。なお、重畳パルス有りによる駆動の電圧増幅条件における、液晶レンズデバイスのある１つの電極への電圧印加のパターンは、初期状態（ｔ≦０sec）における電位差が０Ｖｒｍｓ、過渡状態（０＜ｔ≦０．６sec）の間の印加電圧を７Ｖｒｍｓ（通常の２倍）、定常状態（０．６sec＜ｔ）の印加電圧を３．５Ｖｒｍｓとして、電圧増幅方式を用いない、所謂重畳パルスなしの、電圧値とした。ちなみに、レンズパワー収束の目標値約６［１／ｍ］というのは、カメラとの距離が１０ｃｍ以下と近い被写体の領域、所謂接写領域であるマクロの状態から、無限遠までの焦点制御を達成できるという実験結果に基づいた値である。なお、本実施形態における、液晶レンズへの印加電圧は全て実効電圧であり、単位は〔Ｖｒｍｓ〕である。

しかしながら、この従来方法では、レンズパワーが収束した後も、図１０の比較例に示すようなオーバーシュート、アンダーシュートなどの波形の変動を伴い、レンズパワーが収束するまでにはやはり約３ｓｅｃの時間を要してしまう。この駆動印加電圧波形の変動レベルは、ピーク値と目標値との差異から算出して、約２［１／ｍ］に相当する。液晶レンズをこのような特性のままで、例えばカメラのオートフォーカス制御用に用いると、画像が安定するまでに時間がかかりすぎるため、フォーカスのフィードバック制御が誤動作を起こして、目標値約６［１／ｍ］に収束しないといった不具合を生じる恐れがある。

（実施例１）
図１１は、実施形態１に基づく、実施例１における液晶レンズのレンズパワーの時間変化を示す図である。スイッチング時間制御用回路９からの制御信号に応じて、電子スイッチ回路６でトランス回路４の出力電圧が交互に切り換えられることによって調整され、液晶レンズ２に印加されている。トランス回路４の入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比は、５倍になるよう設計しており、電子スイッチ回路６はこの出力電圧を高速で切り換えて、液晶レンズ２への印加電圧を制御している。なお、電子スイッチ回路６の切り換え制御信号による指示は、すべてプログラムで行っている。レンズパワーが収束するまでには約２ｓｅｃの時間で収束され、図１０の比較例と比較して、約１ｓｅｃの改善がみられている。

（実施例２）
図１２は、実施形態２に基づく実施例２における液晶レンズのレンズパワーの時間変化を示す図である。スイッチング時間制御用回路９からの制御信号に応じて、電子スイッチ回路６でトランス回路４の出力電圧が交互に切り換えられることによって調整され、液晶レンズ２に印加されている。トランス回路４の入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比は、１倍、３倍、４倍、５倍の設計値から電圧を出力できるようにタップを配線しており、電子スイッチ回路６はこの出力電圧を高速で切り換えて、液晶レンズ２への印加電圧を制御している。なお、スイッチング時間制御用回路９、および、電子スイッチ回路６の切り換え制御信号による指示は、すべてソフトウェアによるプログラムで行っている。

なお、実施例２における、液晶レンズデバイスのある１つの電極への駆動印加電圧のパターンは、初期状態（ｔ≦０sec）における電位差が０Ｖｒｍｓ、過渡状態１（０＜ｔ≦０．３５sec）の間の印加電圧を１７．５Ｖｒｍｓ（トランス巻数比５倍）、過渡状態２（０．３５＜ｔ≦０．４５sec）の間の印加電圧を１４．５Ｖｒｍｓ（トランス巻数比４倍）、過渡状態３（０．４５＜ｔ≦１．１sec）の間の印加電圧を１１．８Ｖｒｍｓ（トランス巻数比３倍）、定常状態（１．１sec＜ｔ）の印加電圧を３．５Ｖｒｍｓ（トランス巻数比１倍）とした。図１２の実施例２では、０．３ｓｅｃという短い時間で目標のレンズパワーに収束し、かつ振動が低減している。

このように、実施例１や実施例２によれば、液晶レンズ２への駆動印加電圧のレベルやその時間をより高速に細かく変化させる制御が可能であるため、図１０の比較例の場合の、レンズパワーの変動レベルはピーク値の差にして約２［１／ｍ］あったのであるが、図１１の実施例１では１［１／ｍ］以下に、さらに図１２の実施例２では０．５［１／ｍ］以下に留まっており、レンズパワーの振動成分を大幅に除去できている。

また、図１０の比較例の場合の収束時間が約３ｓｅｃかかっているのに対し、図１１の実施例１では約２ｓｅｃに改善し、さらに図１２の実施例２では０．３ｓｅｃという短い時間で目標のレンズパワーに収束し、かつ振動が低減している。そのため、前述のカメラのオートフォーカスのフィードバック制御においても、誤動作を起こすことなく、安定したオートフォーカス制御を行うことが可能になる。

なお、トランス回路のコイルの巻き数比、各出力電圧の印加時間などのパラメータは、使用する液晶レンズデバイスの特性や、ＩＣの集積化の制約等に応じて適宜決めれば良く、例えば、トランス回路の入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比を１倍、５倍の２種類と少なく設定して、代わりにスイッチングの切換時間を細かく多数回に分けて印加するといった設計思想や、トランス回路の入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比を１倍、２倍、５倍のように設定して、スイッチングの時間を一定値にして、高い電圧から低い電圧へ順次切り換えて印加するといった設計思想も考えられる。また、液晶レンズは通常は複数のチャンネルの電極に対して電圧印加を行う必要があるが、各実施例や各変形例を変形させて、生成できる駆動印加電圧を高速で適宜切り換えて、必要な各チャンネルの電極に印加するといった効率の良い使い方も可能となる。

本発明は、携帯電話などの携帯機器用カメラモジュール、その他の小型カメラに搭載される液晶レンズデバイスに利用される。

１ 交流電圧発生回路
２ 液晶レンズ
３ 液晶レンズ駆動回路
４ トランス回路
５ 分岐点
６ 電子スイッチ回路
８ タップ端子付きトランス回路
９ スイッチング時間制御用パルス発生回路
１０ ＦＰＣ
１１、１２ 接点
１３ 共通端子
１４ 出力端子
１５ タップ端子
２０ 液晶レンズデバイス

Claims (5)

1. 交流電圧発生回路から発生し、トランス回路に入力される入力電圧が、前記トランス回路で昇圧された出力電圧を、スイッチング時間制御用パルス発生回路から発生した制御信号パルスのタイミングに応じて、液晶レンズの、所望の駆動印加電圧の出力レベル、および、波形が得られるように、切り換えるための、電子スイッチ回路を備えたことを特徴とする液晶レンズデバイス。
2. 前記トランス回路の出力側のコイルの巻数が、入力側のコイルの巻数の１倍〜５倍であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズデバイス。
3. 前記交流電圧発生回路、トランス回路、および、電子スイッチ回路は集積化されており、１つの電子回路基板の上の、片側の半分の領域に集積化された前記トランス回路を配置し、もう片側の半分の領域に前記電子スイッチ回路と前記交流電圧発生回路を、それぞれ独立して配置した構成であることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の液晶レンズデバイス。
4. 交流電圧発生回路から発生した入力電圧が、トランス回路で昇圧された出力電圧を、ソフトウェアによるプログラムにより、スイッチング時間制御用パルス発生回路から発生した制御信号パルスのタイミングに応じて、液晶レンズの、所望の駆動印加電圧の出力レベル、および、波形が得られるように、切り換えるための、電子スイッチ回路を備えた液晶レンズデバイスにおいて、
   前記トランス回路には、入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比１：５の出力端子と、１：１のタップ端子が設けられており、前記トランス回路で昇圧された出力電圧を、切り換えて、前記液晶レンズへの駆動印加電圧の出力レベルを所望の値に収束させていくように制御することを特徴とする液晶レンズデバイスの制御方法。
5. 交流電圧発生回路から発生した入力電圧が、トランス回路で昇圧された出力電圧を、ソフトウェアによるプログラムにより、スイッチング時間制御用パルス発生回路から発生した制御信号パルスのタイミングに応じて、液晶レンズの、所望の駆動印加電圧の出力レベル、および、波形が得られるように、切り換えるための、電子スイッチ回路を備えた液晶レンズデバイスにおいて、
   前記トランス回路４の入力側のコイルの巻数に対する出力側のコイルの巻数比は、１倍、３倍、４倍、５倍に切り換えることができるようにタップを配線しており、
   前記トランス回路で昇圧された出力電圧を、切り換えて、前記液晶レンズへの駆動印加電圧の出力レベルを徐々に下げて行き所望の値に収束させていくように制御することを特徴とする液晶レンズデバイスの制御方法。
   
   

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