JP4245731B2 - 液晶レンズユニットと液晶レンズアッセンブリー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場の強度を変化させることにより焦点を可変する液晶レンズ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電場の強度を変化させることにより焦点を可変する液晶レンズ装置は、例えば、「焦点可変液晶レンズシステム(Variable Focus Liquid Crystal Lens System)」と題する米国特許４１９０３３０号に示されている。
【０００３】
この液晶レンズ装置は、複屈折を有するネマティック液晶材料が第１方向に配向された第１本体と、複屈折を有するネマティック液晶材料が第１方向に垂直な第２方向に配向された第２本体と、第１方向と第２方向に垂直な成分を持つ電場を第１本体と第２本体に加える一対の電極と、電場の強度を変化させる手段とを有している。
【０００４】
第１本体と第２本体に電場が印加されていない状態では、入射光のうち、第１本体の入射端の第１方向に垂直な偏光成分に対して、第１本体は液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働き、第２本体は液晶材料の異常光屈折率を持つ媒質として働く。逆に、第１本体の入射端の第１方向に平行な偏光成分に対して、第１本体は液晶材料の異常光屈折率を持つ媒質として働き、第２本体は液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働く。
【０００５】
電場の強度を変化させる手段により、第１本体と第２本体に電場が印加された状態では、入射光の偏光方向に拘わらず、第１本体と第２本体は共に液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働く。
【０００６】
このように、液晶レンズ装置は、電場の強度を変化させることにより屈折率を変化でき、一切を機械的に動かすことなしに焦点を可変する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
内視鏡の分野では、病変のより正確な診察が可能となるよう、鮮明な画像が常に得られる可変焦点機構が必要となっている。
【０００８】
最近の細径化の進んだ内視鏡では、内視鏡先端部の結像光学系保持部材に機械的手段による可変焦点機構を収納することは、スペース的に非常に難しい。従って、可変焦点機構は、機械的駆動部のない電気的手段により実現することが好ましい。有力な電気的手段のひとつとして、前述の液晶レンズ装置が考えられる。
【０００９】
また、細径化と出射光量の最大化を両立するために結像光学系保持部材の肉厚は可能な限り薄くしている。このため、結像光学系保持部材の必要最低限の剛性を確保するには、液晶レンズを組み込む際に結像光学系保持部材に設ける切り欠きはなるべく少ないことが好ましい。従って、内視鏡への組み込みを考慮した液晶レンズ装置は、外形が小さく、凸部が少ないことが望ましい。
【００１０】
本発明は、このような現状を考慮して成されたものであり、その目的は、細径の筒状の部材への組み込みに適した液晶レンズ装置を提供することである。
【００１１】
なお、本明細書において、液晶レンズ装置という用語は、液晶レンズ単体、液晶レンズとこれに取り付けられた配線基板から成る液晶レンズユニット、液晶レンズユニットとこれを支持するレンズ枠から成る液晶レンズアッセンブリーのいずれかを指すものとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一面においては、筒状の光学系レンズ枠に実装される液晶レンズユニットであり、筒状の光学系レンズ枠に嵌合される液晶レンズと、この液晶レンズに取り付けられたフレキシブル基板とを有している。液晶レンズは、光学的に透明な第一の光学部材と、第一の光学部材の一方の側に配置される光学的に透明な第二の光学部材と、第一の光学部材と第二の光学部材を間隔を置いて結合する第一のシール剤と、第一の光学部材の他方の側に配置される光学的に透明な第三の光学部材と、第一の光学部材と第三の光学部材を間隔を置いて結合する第二のシール剤と、第一の光学部材と第二の光学部材と第一のシール剤で囲まれる空間に収容された第一の液晶と、第一の光学部材と第三の光学部材と第二のシール剤で囲まれた空間収容された第二の液晶とを有し、第一の光学部材は、筒状の光学系レンズ枠内に嵌合する径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第一の平面部と、第二の光学部材に面する第一の面に形成された第一の透明電極と、第三の光学部材に面する第二の面に形成された第二の透明電極と、第一の平面部を横切って延び第一の透明電極と第二の透明電極に電気的に接続された第一の電極とを有しており、第二の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第二の平面部と、第一の光学部材に面する第三の面に形成された第三の透明電極と、第二の平面部を横切って延び第三の透明電極を電気的に接続された第二の電極とを有しており、第三の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第三の平面部と、第一の光学部材に面する第四の面に形成された第四の透明電極と、第三の平面部を横切って延び第四の透明電極を電気的に接続された第三の電極とを有している。フレキシブル基板は、第一の電極に電気的に接続された第一の配線と、第二の電極と第三の電極に電気的に接続された第二の配線とを有している。またフレキシブル基板は少なくとも一つの開口を有しており、この開口を介して第一の液晶と第二の液晶が注入されている。
【００１３】
本発明は、別の一面においては、液晶レンズアッセンブリーであり、前述の液晶レンズユニットと、この液晶レンズユニットが実装される筒状の光学系レンズ枠とを有しており、光学系レンズ枠は、フレキシブル基板を外側に延出させるための切り欠きを有している。
【００１４】
前述のフレキシブル基板は帯状の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の幅よりも広い幅を有している。または前述のフレキシブル基板はＬ字の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の厚さよりも広い幅を有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
［第一の実施の形態］
(構成)
図１に示されるように、液晶レンズ１００は、両凹レンズ１０２と、その前後に配置される一対の透明平板１０４と１０６を有している。
【００１７】
両凹レンズ１０２は、光学的に良好なほぼ円柱形状の削材から成り、その外周の一部に平面部１１６を有している。両凹レンズ１０２は、互いに向き合う一対の主面１１２と１１４を有しており、これらの主面１１２と１１４には面対称な凹面が形成されている。凹面は、図５を参照して後述するように、両凹レンズ１０２がレンズ枠３０２に挿入された際に、凹面の軸がレンズ枠３０２の軸と一致するように形成されている。
【００１８】
主面１１２の凹面部には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１２２と配向膜(図示せず)が積層されている。同様に、主面１１４の凹面部には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１２４と配向膜(図示せず)が積層されている。
【００１９】
二枚の透明電極１２２と１２４は、平面部１１６を横切り主面１１２と主面１１４にまで延びている電極１２６を介して、互いに電気的に接続されている。また、主面１１２に設けられる配向膜と、主面１１４に設けられた配向膜は、配向方向が互いに直交している。
【００２０】
透明平板１０４は、両凹レンズ１０２より僅かに小径のほぼ円柱形状をした光学的に良好な削材から成り、その外周の二カ所に互いに平行な平面部１３６と平面部１３８を有している。透明平板１０４は、互いに平行な平面から成る一対の主面１３２と１３４を有している。
【００２１】
両凹レンズ１０２の主面１１２に向き合う透明平板１０４の主面１３２には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１４２と配向膜(図示せず)が積層されている。また、反対側の主面１３４には反射防止膜(図示せず)が形成されている。
【００２２】
平面部１３６には、これを横切って延びる電極１４４が形成されており、この電極は主面１３２にまで延びており、透明電極１４２と電気的に接続されている。主面１３２に形成された配向膜は、透明平板１０４の平面部１３６を両凹レンズ１０２の平面部１１６に揃えた際に、その配向方向が、両凹レンズ１０２の主面１１４に形成された配向膜の配向方向と平行になっている。
【００２３】
透明平板１０６は、透明平板１０４と同様な形状をしており、両凹レンズ１０２より僅かに小径のほぼ円柱形状をした光学的に良好な削材から成り、その外周の二カ所に互いに平行な平面部１５６と平面部１５８を有している。透明平板１０６は、互いに平行な平面から成る一対の主面１５２と１５４を有している。
【００２４】
両凹レンズ１０２の主面１１４に向き合う透明平板１０６の主面１５２には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１６２と配向膜(図示せず)が積層されている。また、反対側の主面１５４には反射防止膜(図示せず)が形成されている。
【００２５】
平面部１５６には、これを横切って延びる電極１６４が形成されており、この電極は主面１５２にまで延びており、透明電極１６２と電気的に接続されている。透明平板１０６の透明電極１６２と電極１６４と、前述の透明平板１０４の透明電極１４２と電極１４４とは、面対称な位置関係に配置されている。
【００２６】
また、主面１５２に形成された配向膜は、透明平板１０６の平面部１５６を両凹レンズ１０２の平面部１１６に揃えた際に、その配向方向が、両凹レンズ１０２の主面１１４に形成された配向膜の配向方向と平行になっている。
【００２７】
両凹レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６は、それぞれの平面部１１６と平面部１３６と平面部１５６を揃えて、互いに結合される。
【００２８】
アンダーコートは、両凸レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６から溶出するアルカリイオンのバリア層として機能するものであり、例えば二酸化珪素膜が用いられる。
【００２９】
硝材にはクラウンガラスやフリントガラスなどが適用される。
【００３０】
透明電極は、酸化インジウム錫膜やアンチモン添加酸化錫膜や酸化亜鉛膜などの光学的に透明な導電性の膜で構成される。
【００３１】
配向膜は、ポリイミド系配向膜やポリアミド系配向膜など、液晶材料を特定の方向に配向する有機配向膜で構成される。
【００３２】
電極は、金や銀や銅やニッケルやクロムやカーボンなど、導電性を有する材料から成る膜で構成される。
【００３３】
図４(Ｂ)に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０６は、スペーサ(図示せず)が分散されたシール剤１８２を介して結合される。シール剤１８２は、図４(Ａ)に示されるように、有効径以上外径以下の範囲において、透明平板１０６の平面部１５８近くを除いて周回している。これにより、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１８２とによって、透明平板１０６の平面部１５８近くに形成される隙間１８８を介して外部空間と連絡している空間が作られる。この空間は液晶物質を収容する空間であり、隙間１８８は液晶注入口となる。
【００３４】
同様に、両凸レンズ１０２と透明平板１０４は、図４(Ｂ)に示されるように、スペーサ(図示せず)が分散されたシール剤１７２を介して結合される。シール剤１７２は、シール剤１８２と同様に、透明平板１０４の平面部１３８近くを除いて周回している。これにより、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１７２とによって、透明平板１０４の平面部１３８近くに形成される隙間１７８を介して外部空間と連絡している空間が作られる。
【００３５】
図４(Ｂ)に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１８２とで作られた空間には、液晶注入口１８８を介して液晶物質、例えば正の誘電異方性を有するネマティック液晶１８４が注入され、液晶物質の注入後、封止剤１８６によって液晶注入口１８８が塞がれる。同様に、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１７２とで作られた空間には、液晶注入口１７８を介して液晶物質、例えばネマチック液晶１７４が注入され、液晶物質の注入後、封止剤１７６によって液晶注入口１７８が塞がれる。
【００３６】
液晶物質の注入は、液晶収容用の空間を真空に引いておき、この構造体を液晶物質中に浸すことで行なわれる。液晶物質は負圧によって液晶収容用の空間に引き込まれるため、この空間は液晶物質で満たされる。
【００３７】
シール剤１７２と１８２には、エポキシ系熱硬化型シール剤やエポキシ系紫外線硬化型シール剤やアクリル系熱硬化型シール剤やエポキシ系紫外線硬化型シール剤などが適用できる。
【００３８】
スペーサには、球状のガラススペーサや球状のプラスティックスペーサや不定形のガラススペーサや不定形のプラスティックススペーサなどが用いられる。
【００３９】
封止剤１７６と１８６には、エポキシ系熱硬化型封止剤やエポキシ系紫外線硬化型封止剤やアクリル系熱硬化型封止剤やエポキシ系紫外線硬化型封止剤などが適用できる。
【００４０】
図２に示されるように、液晶レンズ１００は両凹レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６を有しており、これらは平面部１１６と１３６と１５６を揃えて結合されている。平面部１１６と１３６と１５６には、それぞれ、両凹レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６に設けられた透明電極に導通している電極１２６と１４４と１６４が露出している。電極１４４と電極１６４は、液晶レンズ１００の光軸に平行な線上に位置しており、電極１２６は、この線から外れたところに位置している。
【００４１】
電極１２６と１４６と１６４が露出している、液晶レンズ１００の平面部１１６と１３６と１５６には、フレキシブル基板２０２が取り付けられる。フレキシブル基板２０２は、平行に延びる二本の帯状の配線２０４と２０６を有しており、配線２０４は、透明平板１０４の電極１４４と透明平板１０６の電極１６４に電気的に接続され、一方、配線２０６は、両凹レンズ１０２の電極１２６に電気的に接続される。
【００４２】
液晶レンズ１００へのフレキシブル基板２０２の取り付けは、例えば、異方性導電接着剤を用いて行なわれる。異方性導電接着剤による透明平板１０６の電極１６４とフレキシブル基板２０２の電極２０４との電気的接続が図３に模式的に示される。異方性導電接着剤２１２は、図３に示されるように、多数の導電性粒子２１４を含んでおり、フレキシブル基板２０２を液晶レンズ１００に加圧することで、フレキシブル基板２０２の電極２０４と２０６と液晶レンズ１００の電極１２６と１４４と１６４の間に位置する導電性粒子は潰され、この潰された導電性粒子２１６によって両者が電気的に接続される。
【００４３】
フレキシブル基板２０２の電極２０４と２０６は、図示しない駆動回路に接続され、この駆動回路から交番電圧が、電極２０４と２０６と電極１２６と１４４と１６４を介して、液晶レンズ１００に供給される。より詳しくは、両凹レンズ１０２の透明電極１２２と透明平板１０４の透明電極１４２の間および両凹レンズ１０２の透明電極１２４と透明平板１０６の透明電極１６２の間に、交番電圧が印加される。
【００４４】
液晶レンズ１００とこれに取り付けられたフレキシブル基板２０２は液晶レンズユニットを構成する。この液晶レンズユニットは、図５に示されるように、光学系レンズ枠３０２に実装される。
【００４５】
光学系レンズ枠３０２は、液晶レンズ１００が実装される端部に、切り欠き３０４を有している。切り欠き３０４は、フレキシブル基板２０２との機械的干渉を避けるため、フレキシブル基板２０２の幅よりも広い切り欠き幅を有している。
【００４６】
液晶レンズ１００は光学系レンズ枠３０２に挿入され、その後、切り欠き３０４に遮光性のある有機樹脂が充填される。これにより、液晶レンズ１００は光学系レンズ枠３０２に固定される。また、フレキシブル基板２０２は、図６に示されるように、光学系レンズ枠３０２の外側面に固定される。
【００４７】
このように光学系レンズ枠３０２とこれに実装された液晶レンズユニットは、液晶レンズアッセンブリーを構成する。
【００４８】
(作用)
シール剤１７２と１８２は、光学部材(透明平板１０６、両凹レンズ１０２、透明平板１０４)の積層のための接着機能を有している。シール剤１７２と１８２に分散されているスペーサは、対向する光学部材(透明平板１０６と両凹レンズ１０２、両凹レンズ１０２と透明平板１０４)の隙間を均一に保つ機能を有している。
【００４９】
両凹レンズ１０２の主面１１２と透明平板１０４の平面部１３８で定められる液晶注入口１７８は、ネマティック液晶１７４を注入する入口としての機能と、両凹レンズ１０２の外径以下(光学系レンズ枠３０２と機械的に干渉しない)でネマティック液晶１７４の封止を行なう機能を有している。同様に、両凹レンズ１０２の主面１１４と透明平板１０６の平面部１５８で定められる液晶注入口１８８は、ネマティック液晶１８４を注入する入口としての機能と、両凹レンズ１０２の外径以下でネマティック液晶１８４の封止を行なう機能を有している。
【００５０】
平面部１１６と１３６と１５６は、配向膜の配向処理の際の配向方向を規定する基準面として作用し、透明平板１０６と両凹レンズ１０２と透明平板１０４の積層時に、対向する配向膜の配向方向を平行にするための基準面として作用する。さらに、フレキシブル基板２０２の接続時には、フレキシブル基板２０２との異方性導電接着剤２１２の接着面として作用する。
【００５１】
それぞれ、透明平板１０６と両凹レンズ１０２と透明平板１０４の平面部１１６と平面部１３６と平面部１５６上に延びる電極１２６と電極１４４と電極１６４は、フレキシブル基板２０２を主面と直交する方向(本実施形態では特に光軸と平行方向)に延出する機能を有し、折り曲げによる機械的ストレスなしにフレキシブル基板２０２を光学系レンズ枠３０２へ引き出すように働く。
【００５２】
両凹レンズ１０２は、透明平板１０４と両凹レンズ１０２と透明平板１０６の積層工程に起因する液晶層１７４と液晶層１８４の光軸ずれをなくすように働く。また、両凹レンズ１０２は、液晶レンズ１００を光学系レンズ枠３０２に実装する際に光学系レンズ枠３０２と嵌合することで、液晶レンズ１００の光軸を光学系レンズ枠３０２の軸と一致させるように働く。また、切り欠き３０４は、フレキシブル基板２０２と光学系レンズ枠３０２の機械的干渉を防止するように働く。
【００５３】
切り欠き３０４に充填される有機樹脂は、光学系レンズ枠３０２の強度補強と光学系レンズ枠３０２内部への光のもれを防ぐ働きをする。
【００５４】
電極１４４と電極１６４は、互いの関係が光軸と平行となっているので、異方性導電接着剤２１２によりフレキシブル基板２０２と電気的に接続することで、一本の配線パターンで透明電極１４２と透明電極１６２を同電位となるよう作用する。電極１２６は、電気的に接続される透明電極１２２と透明電極１２４を同電位となるよう作用する。これにより、フレキシブル基板２０２はニ本の配線パターンだけで、電極１２６と１４４と１６４、透明電極１２２と１２４と１４２と１６２を経由して、液晶層１７４と液晶層１８４に駆動回路(図示しない)からの交番電圧を同時に供給する機能を有する。
【００５５】
続いて可変焦点の作用を説明する。
【００５６】
液晶層１７４と液晶層１８４に交番電圧を供給しない状態では、平板１０６側から入射した光のうち、配向膜の配向方向に対し垂直な方向の偏光成分に関して、液晶層１８４はネマティック液晶の常光屈折率を持つ媒質として働き、液晶層１７４はネマティック液晶の異常光屈折率を持つ媒質として働く。逆に、入射光のうち、配向膜の配向方向に対し平行な方向の偏光成分に関して、液晶層１８４はネマティック液晶の異常光屈折率を持つ媒質として働き、液晶層１７４はネマティック液晶の常光屈折率を持つ媒質として働く。両凹レンズ１０２は、凹面が光軸に垂直な面に対してほほ対称な形状であるため屈折面を接近させることで、このときの二重焦点を防止する機能を有する。また、両凹レンズ１０２は、液晶層１８４と液晶層１７４の対向面となる配向膜の配向方向を直交させる機能を一枚で果たしている。
【００５７】
液晶層１７４と液晶層１８４に交番電圧を供給した状態では、入射光の偏光方向に拘わらず、液晶層１７４と液晶層１８４は共に、ネマティック液晶の常光屈折率を持つ媒質として働く。
【００５８】
なお、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる代わりに、負の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いた場合、交番電圧の供給の有無による液晶レンズとしての機能は逆になる。この場合、交番電圧の供給した状態が前記交番電圧を供給しない状態に相当し、交番電圧の供給しない状態が前記交番電圧を供給した状態に相当する。
【００５９】
(効果)
透明平板１０４と両凹レンズ１０２と透明平板１０６の積層用として安価な外形基準の設備で対応できる。また、フレキシブル基板２０２を一括接続することで接続工数削減が期待できる。さらに、液晶レンズの光軸調整が不要となる。以上により、製造コストの低減が図れる。
【００６０】
本発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。
【００６１】
例えば、透明平板１０４は、実施形態では、ほぼ円形の外形形状を有しているが、平面部１３６と平面部１３８に相当する辺を有する多角形であってもよい。同様に、透明平板１０６も、平面部１５６と平面部１５８に相当する辺を有する多角形であってもよい。また、透明平板１０４と１０６の外形形状は、両凹レンズ１０２の外形形状と異なっていてもよい。
【００６２】
液晶注入口１７８と１８８は、実施形態では、平面部１３６と１５６の反対側に設けたが、平面部１３６と１５６でなければ、どこに設けられてもよい。
【００６３】
フレキシブル基板２０２は、単線ケーブルに変更されてもよい。また、電極１２４と１４６と１６６との電気的接続は、導電性接着剤やはんだ付けで行なわれてもよい。
【００６４】
［第二の実施の形態］
(構成)
この実施の形態は、基本的に第一の実施の形態と同じであり、フレキシブル基板と切り欠きが異なっている。以下、相違点に重点をおいて説明する。
【００６５】
図８に示されるように、フレキシブル基板２１２は、Ｌ字形の外形形状をしており、二本の配線パターン２１４と２１６を有している。配線パターン２１４の端部２１４ａは、液晶レンズ１００への取り付けの際に、電極１４４と電極１６４に電気的に接続される電極パッドとして機能し、また、配線パターン２１６の端部２１６ａは、電極１４４と電極１６４に電気的に干渉することなく、電極１２６に電気的に接続される電極パッドとして機能する。
【００６６】
図７に示されるように、フレキシブル基板２１２の形状に対応して、光学系レンズ枠３０２は、液晶レンズ１００とこれに取り付けられたフレキシブル基板２１２から成る液晶レンズユニットが実装される際に、フレキシブル基板２１２を外部に延出させるための切り欠き３０６を有している。この切り欠き３０６は、フレキシブル基板２１２の厚さよりも若干広い切り欠き幅を有していればよい。
【００６７】
(作用)
フレキシブル基板２１２が、最も小さい外形寸法であるフレキシブル基板の厚さ寸法で、光学系レンズ枠３０２を横切るので、光学系レンズ枠３０２に形成される切り欠き３０６の幅が小さくてよい。
【００６８】
(効果)
切り欠き３０６の幅が、図５に示される切り欠き３０４の幅に比べて狭いので、切り欠きを形成することによる剛性低下が少ない。すなわち、図６に示される液晶レンズアッセンブリーよりも高剛性の液晶レンズアッセンブリーとなる。
【００６９】
［第三の実施の形態］
この実施の形態は、基本的に第一の実施の形態と同じであり、両凹レンズ１０２と透明平板１０４と１０６の電極形成部の形状が異なっている。以下、図９を参照しながら、相違点に重点をおいて説明する。なお、図９において、既に説明した部材と同等の部材は、同一の参照符号で示される。
【００７０】
(構成)
図９に示されるように、両凹レンズ１０２は、主面１１２と平面部１１６のエッジに面取り部１１８が、主面１１４と平面部１１６のエッジに面取り部１２０が形成されている。また、透明平板１０４は、主面１３２と平面部１３６のエッジに面取り部１４０が形成されている。同様に、透明平板１０６は、主面１５２と平面部１５６のエッジに面取り部１６０が形成されている。
【００７１】
(作用)
両凹レンズ１０２の面取り部１１８と１２０は、電極１２６の折れ曲がりを和らげ、断線の発生を低減する働きをする。同様に、透明平板１０４の面取り部１４０は電極１４４の折れ曲がりを和らげ、透明平板１０６の面取り部１６０は電極１６４の折れ曲がりを和らげ、いずれも断線の発生を低減する。
【００７２】
(効果)
従って、液晶レンズユニットにおける液晶レンズとフレキシブル基板の間の電気的接続に関する信頼性が向上される。
【００７３】
本発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。
【００７４】
面取り部は、電極の折れ曲がりを和らげて断線の発生を低減しさえすればよく、従って、図９にはＣ面取りで描かれているが、Ｒ面取りであってもよい。また、同様な理由から、面取り部はエッジの一部に形成されていてもよい。
【００７５】
［第四の実施の形態］
この実施の形態は、基本的に第一の実施の形態と同じであり、液晶注入口の設け方が異なっている。以下、図１０と図１１を参照しながら、相違点に重点をおいて説明する。図１０と図１１において、既に説明した部材と同等の部材は、同一の参照符号で示される。
【００７６】
(構成)
図１１(Ｂ)に示されるように、両凹レンズ１０２と透明平板１０４は、スペーサが分散されたシール剤１９２により、所定の間隔をおいて結合され、同様に、両凹レンズ１０２と透明平板１０６は、スペーサが分散されたシール剤１９４により、所定の間隔をおいて結合される。
【００７７】
図１１(Ａ)に示されるように、シール剤１９４は、両凹レンズ１０２の平面部１１６の一部を除いて周回している。これにより、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とにより液晶物質を収容する空間が作られる。シール剤１９２は、シール剤１９４と同様に設けられ、従って、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とにより液晶物質を収容する空間が作られる。
【００７８】
図１０に示されるように、フレキシブル基板２０２は開口２２２と開口２２４を有しており、開口２２２は両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とで囲まれる空間と連絡し、開口２２４は両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とで囲まれる空間と連絡する。
【００７９】
従って、図１１(Ｂ)に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とで囲まれる空間には開口２２２を介して液晶１７４が注入され、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とで囲まれる空間には開口２２４を介して液晶１８４が注入される。液晶注入後、開口２２２と開口２２４は、封止剤１９６によって塞がれる。これにより、液晶レンズユニットが完成する。
【００８０】
(作用)
開口２２２は、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とで囲まれる空間に対する液晶注入口を構成し、開口２２４は、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とで囲まれる空間に対する液晶注入口を構成する。また、封止剤１９６は、フレキシブル基板２０２の取り付けの補強剤として機能する。
【００８１】
(効果)
従って、液晶レンズとこれに接続されたフレキシブル基板とから成る液晶レンズユニットのフレキシブル基板２０２の接続の信頼性が向上される。
【００８２】
本発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。
【００８３】
フレキシブル基板２０２に設けられる開口は、液晶注入口として機能しさえすれば、どのような形状であってもよい。従って、例えば、フレキシブル基板２０２には、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２で囲まれる空間と、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４で囲まれる空間の両方に連絡する一つの開口が設けられてもよい。
【００８４】
［第五の実施の形態］
この実施の形態は、基本的に第四の実施の形態と同じであり、液晶の封止の仕方が異なっている。以下、図１２を参照しながら、相違点に重点をおいて説明する。図１２において、既に説明した部材と同等の部材は、同一の参照符号で示される。
【００８５】
(構成)
この実施の形態では、フレキシブル基板２０２はは開口を有しておらず、液晶の注入は、フレキシブル基板２０２の取り付けに先立って行なわれる。すなわち、図１２に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２で囲まれる空間に注入された液晶１７４と、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４で囲まれる空間に注入された液晶１８４は、フレキシブル基板２０２と液晶レンズ１００の導通を取りながら両者を接着する異方性導電性接着剤２１２によって封止されている。
【００８６】
(作用)
異方性導電性接着剤２１２は、フレキシブル基板２０２と液晶レンズ１００の導通を取るとともに液晶を封止する働きを有し、従って、フレキシブル基板２０２と液晶レンズ１００の導通を取る工程は、液晶を封止する工程を兼ねる。
【００８７】
(効果)
電気的接続と液晶封止がひとつの工程で行なわれるので、液晶レンズとこれに接続されたフレキシブル基板とから成る液晶レンズユニットの製造の工程数が削減される。
【００８８】
これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
【００８９】
本発明は以下の各項の様に表現できる。
【００９０】
１. 筒状の光学系レンズ枠に嵌合される液晶レンズであり、
光学的に透明な第一の光学部材と、
第一の光学部材の一方の側に配置される光学的に透明な第二の光学部材と、
第一の光学部材と第二の光学部材を間隔を置いて結合する第一のシール剤と、
第一の光学部材の他方の側に配置される光学的に透明な第三の光学部材と、
第一の光学部材と第三の光学部材を間隔を置いて結合する第二のシール剤と、
第一の光学部材と第二の光学部材と第一のシール剤で囲まれる空間に収容された第一の液晶と、
第一の光学部材と第三の光学部材と第二のシール剤で囲まれた空間収容された第二の液晶とを有し、
第一の光学部材は、筒状の光学系レンズ枠内に嵌合する径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第一の平面部と、第二の光学部材に面する第一の面に形成された第一の透明電極と、第三の光学部材に面する第二の面に形成された第二の透明電極と、第一の平面部を横切って延び第一の透明電極と第二の透明電極に電気的に接続された第一の電極とを有しており、
第二の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第二の平面部と、第一の光学部材に面する第三の面に形成された第三の透明電極と、第二の平面部を横切って延び第三の透明電極を電気的に接続された第二の電極とを有しており、
第三の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第三の平面部と、第一の光学部材に面する第四の面に形成された第四の透明電極と、第三の平面部を横切って延び第四の透明電極を電気的に接続された第三の電極とを有している、液晶レンズ。
【００９１】
２. 第１項において、第一の光学部材は、第一の面に形成された第一の凹面と、第二の面に形成された第二の凹面とを有し、第一の凹面と第二の凹面は面対称で共通の軸を有し、この共通の軸は、第一の光学部材が筒状のレンズ系支持枠内に嵌合されたときに、レンズ系支持枠の軸に一致する、液晶レンズ。
【００９２】
３. 第１項において、第一の光学部材と第二の光学部材と第三の光学部材は、第一の平面部と第二の平面部と第三の平面部を揃えて配置されている、液晶レンズ。
【００９３】
４. 第３項において、第二の電極と第三の電極は一直線上に位置しており、第一の電極は第二の電極と第三の電極を通る直線から外れた位置にある、液晶レンズ。
【００９４】
５. 第１項において、第一の光学部材は、第一の平面部と第一の面のエッジに形成された第一の面取り部と、第一の平面部と第二の面のエッジに形成された第二の面取り部とを有しており、第二の光学部材は、第二の平面部と第三の面のエッジに形成された第三の面取り部とを有しており、第三の光学部材は、第三の平面部と第四の面のエッジに形成された第四の面取り部とを有している、液晶レンズ。
【００９５】
６. 筒状の光学系レンズ枠に実装される液晶レンズユニットであり、
第１項に記載の液晶レンズと、
この液晶レンズに取り付けられたフレキシブル基板とを有しており、
フレキシブル基板は、第一の電極に電気的に接続された第一の配線と、第二の電極と第三の電極に電気的に接続された第二の配線とを有している、液晶レンズユニット。
【００９６】
７. 第６項において、フレキシブル基板は異方性導電性接着剤によって液晶レンズに取り付けられている、液晶レンズユニット。
【００９７】
８. 第６項において、フレキシブル基板は帯状の外形形状を有している、液晶レンズユニット。
【００９８】
９. 第６項において、フレキシブル基板はＬ字の外形形状を有している、液晶レンズユニット。
【００９９】
１０. 第６項において、フレキシブル基板は少なくとも一つの開口を有しており、この開口を介して第一の液晶と第二の液晶が注入されている、液晶レンズユニット。
【０１００】
１１. 第６項において、第一の液晶と第二の液晶がフレキシブル基板によって封止されている、液晶レンズユニット。
【０１０１】
１２. 第６項に記載の液晶レンズユニットと、
この液晶レンズユニットが実装される筒状の光学系レンズ枠とを有しており、光学系レンズ枠は、フレキシブル基板を外側に延出させるための切り欠きを有している、液晶レンズアッセンブリー。
【０１０２】
１３. 第１２項において、フレキシブル基板は帯状の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の幅よりも広い幅を有している、液晶レンズアッセンブリー。
【０１０３】
１４. 第１２項において、フレキシブル基板はＬ字の外形形状を有しており、外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の厚さよりも広い幅を有している、液晶レンズアッセンブリー。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、細径の筒状の部材への組み込みに適した液晶レンズ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態における液晶レンズの主要な要素の結合前の斜視図である。
【図２】第一の実施の形態における液晶レンズユニットを構成する液晶レンズとフレキシブル基板の斜視図である。
【図３】図２に示される液晶レンズとフレキシブル基板の異方性導電接着剤による接続を模式的に示している。
【図４】図２に示された液晶レンズとフレキシブル基板とで構成された液晶レンズユニットの端面図と縦断面図である。
【図５】第一の実施の形態における液晶レンズアッセンブリーを構成する液晶レンズユニットと光学系レンズ枠の斜視図である。
【図６】図５に示された液晶レンズユニットと光学系レンズ枠とで構成された液晶レンズアッセンブリーの縦断面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態における液晶レンズアッセンブリーの斜視図である。
【図８】図７に示されたフレキシブル基板の平面図である。
【図９】第三の実施の形態における液晶レンズの主要な要素の結合前の斜視図である。
【図１０】第四の実施の形態における液晶注入前の液晶レンズユニットの斜視図である。
【図１１】第四の実施の形態による液晶レンズユニットの横断面図と縦断面図である。
【図１２】第五の実施の形態による液晶レンズユニットの縦断面図である。
【符号の説明】
１００ 液晶レンズ
１０２ 両凹レンズ
１０４,１０６ 透明平板
１１６,１３６,１５６ 平面部
１２２,１２４,１４２,１６２ 透明電極
１２６,１４４,１６４ 電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場の強度を変化させることにより焦点を可変する液晶レンズ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電場の強度を変化させることにより焦点を可変する液晶レンズ装置は、例えば、「焦点可変液晶レンズシステム(Variable Focus Liquid Crystal Lens System)」と題する米国特許４１９０３３０号に示されている。
【０００３】
この液晶レンズ装置は、複屈折を有するネマティック液晶材料が第１方向に配向された第１本体と、複屈折を有するネマティック液晶材料が第１方向に垂直な第２方向に配向された第２本体と、第１方向と第２方向に垂直な成分を持つ電場を第１本体と第２本体に加える一対の電極と、電場の強度を変化させる手段とを有している。
【０００４】
第１本体と第２本体に電場が印加されていない状態では、入射光のうち、第１本体の入射端の第１方向に垂直な偏光成分に対して、第１本体は液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働き、第２本体は液晶材料の異常光屈折率を持つ媒質として働く。逆に、第１本体の入射端の第１方向に平行な偏光成分に対して、第１本体は液晶材料の異常光屈折率を持つ媒質として働き、第２本体は液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働く。
【０００５】
電場の強度を変化させる手段により、第１本体と第２本体に電場が印加された状態では、入射光の偏光方向に拘わらず、第１本体と第２本体は共に液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働く。
【０００６】
このように、液晶レンズ装置は、電場の強度を変化させることにより屈折率を変化でき、一切を機械的に動かすことなしに焦点を可変する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
内視鏡の分野では、病変のより正確な診察が可能となるよう、鮮明な画像が常に得られる可変焦点機構が必要となっている。
【０００８】
最近の細径化の進んだ内視鏡では、内視鏡先端部の結像光学系保持部材に機械的手段による可変焦点機構を収納することは、スペース的に非常に難しい。従って、可変焦点機構は、機械的駆動部のない電気的手段により実現することが好ましい。有力な電気的手段のひとつとして、前述の液晶レンズ装置が考えられる。
【０００９】
また、細径化と出射光量の最大化を両立するために結像光学系保持部材の肉厚は可能な限り薄くしている。このため、結像光学系保持部材の必要最低限の剛性を確保するには、液晶レンズを組み込む際に結像光学系保持部材に設ける切り欠きはなるべく少ないことが好ましい。従って、内視鏡への組み込みを考慮した液晶レンズ装置は、外形が小さく、凸部が少ないことが望ましい。
【００１０】
本発明は、このような現状を考慮して成されたものであり、その目的は、細径の筒状の部材への組み込みに適した液晶レンズ装置を提供することである。
【００１１】
なお、本明細書において、液晶レンズ装置という用語は、液晶レンズ単体、液晶レンズとこれに取り付けられた配線基板から成る液晶レンズユニット、液晶レンズユニットとこれを支持するレンズ枠から成る液晶レンズアッセンブリーのいずれかを指すものとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一面においては、筒状の光学系レンズ枠に実装される液晶レンズユニットであり、筒状の光学系レンズ枠に嵌合される液晶レンズと、この液晶レンズに取り付けられたフレキシブル基板とを有している。液晶レンズは、光学的に透明な第一の光学部材と、第一の光学部材の一方の側に配置される光学的に透明な第二の光学部材と、第一の光学部材と第二の光学部材を間隔を置いて結合する第一のシール剤と、第一の光学部材の他方の側に配置される光学的に透明な第三の光学部材と、第一の光学部材と第三の光学部材を間隔を置いて結合する第二のシール剤と、第一の光学部材と第二の光学部材と第一のシール剤で囲まれる空間に収容された第一の液晶と、第一の光学部材と第三の光学部材と第二のシール剤で囲まれた空間収容された第二の液晶とを有し、第一の光学部材は、筒状の光学系レンズ枠内に嵌合する径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第一の平面部と、第二の光学部材に面する第一の面に形成された第一の透明電極と、第三の光学部材に面する第二の面に形成された第二の透明電極と、第一の平面部を横切って延び第一の透明電極と第二の透明電極に電気的に接続された第一の電極とを有しており、第二の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第二の平面部と、第一の光学部材に面する第三の面に形成された第三の透明電極と、第二の平面部を横切って延び第三の透明電極を電気的に接続された第二の電極とを有しており、第三の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第三の平面部と、第一の光学部材に面する第四の面に形成された第四の透明電極と、第三の平面部を横切って延び第四の透明電極を電気的に接続された第三の電極とを有している。フレキシブル基板は、第一の電極に電気的に接続された第一の配線と、第二の電極と第三の電極に電気的に接続された第二の配線とを有している。またフレキシブル基板は少なくとも一つの開口を有しており、この開口を介して第一の液晶と第二の液晶が注入されている。
【００１３】
本発明は、別の一面においては、液晶レンズアッセンブリーであり、前述の液晶レンズユニットと、この液晶レンズユニットが実装される筒状の光学系レンズ枠とを有しており、光学系レンズ枠は、フレキシブル基板を外側に延出させるための切り欠きを有している。
【００１４】
前述のフレキシブル基板は帯状の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の幅よりも広い幅を有している。または前述のフレキシブル基板はＬ字の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の厚さよりも広い幅を有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
［第一の実施の形態］
(構成)
図１に示されるように、液晶レンズ１００は、両凹レンズ１０２と、その前後に配置される一対の透明平板１０４と１０６を有している。
【００１７】
両凹レンズ１０２は、光学的に良好なほぼ円柱形状の削材から成り、その外周の一部に平面部１１６を有している。両凹レンズ１０２は、互いに向き合う一対の主面１１２と１１４を有しており、これらの主面１１２と１１４には面対称な凹面が形成されている。凹面は、図５を参照して後述するように、両凹レンズ１０２がレンズ枠３０２に挿入された際に、凹面の軸がレンズ枠３０２の軸と一致するように形成されている。
【００１８】
主面１１２の凹面部には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１２２と配向膜(図示せず)が積層されている。同様に、主面１１４の凹面部には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１２４と配向膜(図示せず)が積層されている。
【００１９】
二枚の透明電極１２２と１２４は、平面部１１６を横切り主面１１２と主面１１４にまで延びている電極１２６を介して、互いに電気的に接続されている。また、主面１１２に設けられる配向膜と、主面１１４に設けられた配向膜は、配向方向が互いに直交している。
【００２０】
透明平板１０４は、両凹レンズ１０２より僅かに小径のほぼ円柱形状をした光学的に良好な削材から成り、その外周の二カ所に互いに平行な平面部１３６と平面部１３８を有している。透明平板１０４は、互いに平行な平面から成る一対の主面１３２と１３４を有している。
【００２１】
両凹レンズ１０２の主面１１２に向き合う透明平板１０４の主面１３２には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１４２と配向膜(図示せず)が積層されている。また、反対側の主面１３４には反射防止膜(図示せず)が形成されている。
【００２２】
平面部１３６には、これを横切って延びる電極１４４が形成されており、この電極は主面１３２にまで延びており、透明電極１４２と電気的に接続されている。主面１３２に形成された配向膜は、透明平板１０４の平面部１３６を両凹レンズ１０２の平面部１１６に揃えた際に、その配向方向が、両凹レンズ１０２の主面１１４に形成された配向膜の配向方向と平行になっている。
【００２３】
透明平板１０６は、透明平板１０４と同様な形状をしており、両凹レンズ１０２より僅かに小径のほぼ円柱形状をした光学的に良好な削材から成り、その外周の二カ所に互いに平行な平面部１５６と平面部１５８を有している。透明平板１０６は、互いに平行な平面から成る一対の主面１５２と１５４を有している。
【００２４】
両凹レンズ１０２の主面１１４に向き合う透明平板１０６の主面１５２には、アンダーコート(図示せず)と透明電極１６２と配向膜(図示せず)が積層されている。また、反対側の主面１５４には反射防止膜(図示せず)が形成されている。
【００２５】
平面部１５６には、これを横切って延びる電極１６４が形成されており、この電極は主面１５２にまで延びており、透明電極１６２と電気的に接続されている。透明平板１０６の透明電極１６２と電極１６４と、前述の透明平板１０４の透明電極１４２と電極１４４とは、面対称な位置関係に配置されている。
【００２６】
また、主面１５２に形成された配向膜は、透明平板１０６の平面部１５６を両凹レンズ１０２の平面部１１６に揃えた際に、その配向方向が、両凹レンズ１０２の主面１１４に形成された配向膜の配向方向と平行になっている。
【００２７】
両凹レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６は、それぞれの平面部１１６と平面部１３６と平面部１５６を揃えて、互いに結合される。
【００２８】
アンダーコートは、両凸レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６から溶出するアルカリイオンのバリア層として機能するものであり、例えば二酸化珪素膜が用いられる。
【００２９】
硝材にはクラウンガラスやフリントガラスなどが適用される。
【００３０】
透明電極は、酸化インジウム錫膜やアンチモン添加酸化錫膜や酸化亜鉛膜などの光学的に透明な導電性の膜で構成される。
【００３１】
配向膜は、ポリイミド系配向膜やポリアミド系配向膜など、液晶材料を特定の方向に配向する有機配向膜で構成される。
【００３２】
電極は、金や銀や銅やニッケルやクロムやカーボンなど、導電性を有する材料から成る膜で構成される。
【００３３】
図４(Ｂ)に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０６は、スペーサ(図示せず)が分散されたシール剤１８２を介して結合される。シール剤１８２は、図４(Ａ)に示されるように、有効径以上外径以下の範囲において、透明平板１０６の平面部１５８近くを除いて周回している。これにより、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１８２とによって、透明平板１０６の平面部１５８近くに形成される隙間１８８を介して外部空間と連絡している空間が作られる。この空間は液晶物質を収容する空間であり、隙間１８８は液晶注入口となる。
【００３４】
同様に、両凸レンズ１０２と透明平板１０４は、図４(Ｂ)に示されるように、スペーサ(図示せず)が分散されたシール剤１７２を介して結合される。シール剤１７２は、シール剤１８２と同様に、透明平板１０４の平面部１３８近くを除いて周回している。これにより、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１７２とによって、透明平板１０４の平面部１３８近くに形成される隙間１７８を介して外部空間と連絡している空間が作られる。
【００３５】
図４(Ｂ)に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１８２とで作られた空間には、液晶注入口１８８を介して液晶物質、例えば正の誘電異方性を有するネマティック液晶１８４が注入され、液晶物質の注入後、封止剤１８６によって液晶注入口１８８が塞がれる。同様に、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１７２とで作られた空間には、液晶注入口１７８を介して液晶物質、例えばネマチック液晶１７４が注入され、液晶物質の注入後、封止剤１７６によって液晶注入口１７８が塞がれる。
【００３６】
液晶物質の注入は、液晶収容用の空間を真空に引いておき、この構造体を液晶物質中に浸すことで行なわれる。液晶物質は負圧によって液晶収容用の空間に引き込まれるため、この空間は液晶物質で満たされる。
【００３７】
シール剤１７２と１８２には、エポキシ系熱硬化型シール剤やエポキシ系紫外線硬化型シール剤やアクリル系熱硬化型シール剤やエポキシ系紫外線硬化型シール剤などが適用できる。
【００３８】
スペーサには、球状のガラススペーサや球状のプラスティックスペーサや不定形のガラススペーサや不定形のプラスティックススペーサなどが用いられる。
【００３９】
封止剤１７６と１８６には、エポキシ系熱硬化型封止剤やエポキシ系紫外線硬化型封止剤やアクリル系熱硬化型封止剤やエポキシ系紫外線硬化型封止剤などが適用できる。
【００４０】
図２に示されるように、液晶レンズ１００は両凹レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６を有しており、これらは平面部１１６と１３６と１５６を揃えて結合されている。平面部１１６と１３６と１５６には、それぞれ、両凹レンズ１０２と透明平板１０４と透明平板１０６に設けられた透明電極に導通している電極１２６と１４４と１６４が露出している。電極１４４と電極１６４は、液晶レンズ１００の光軸に平行な線上に位置しており、電極１２６は、この線から外れたところに位置している。
【００４１】
電極１２６と１４６と１６４が露出している、液晶レンズ１００の平面部１１６と１３６と１５６には、フレキシブル基板２０２が取り付けられる。フレキシブル基板２０２は、平行に延びる二本の帯状の配線２０４と２０６を有しており、配線２０４は、透明平板１０４の電極１４４と透明平板１０６の電極１６４に電気的に接続され、一方、配線２０６は、両凹レンズ１０２の電極１２６に電気的に接続される。
【００４２】
液晶レンズ１００へのフレキシブル基板２０２の取り付けは、例えば、異方性導電接着剤を用いて行なわれる。異方性導電接着剤による透明平板１０６の電極１６４とフレキシブル基板２０２の電極２０４との電気的接続が図３に模式的に示される。異方性導電接着剤２１２は、図３に示されるように、多数の導電性粒子２１４を含んでおり、フレキシブル基板２０２を液晶レンズ１００に加圧することで、フレキシブル基板２０２の電極２０４と２０６と液晶レンズ１００の電極１２６と１４４と１６４の間に位置する導電性粒子は潰され、この潰された導電性粒子２１６によって両者が電気的に接続される。
【００４３】
フレキシブル基板２０２の電極２０４と２０６は、図示しない駆動回路に接続され、この駆動回路から交番電圧が、電極２０４と２０６と電極１２６と１４４と１６４を介して、液晶レンズ１００に供給される。より詳しくは、両凹レンズ１０２の透明電極１２２と透明平板１０４の透明電極１４２の間および両凹レンズ１０２の透明電極１２４と透明平板１０６の透明電極１６２の間に、交番電圧が印加される。
【００４４】
液晶レンズ１００とこれに取り付けられたフレキシブル基板２０２は液晶レンズユニットを構成する。この液晶レンズユニットは、図５に示されるように、光学系レンズ枠３０２に実装される。
【００４５】
光学系レンズ枠３０２は、液晶レンズ１００が実装される端部に、切り欠き３０４を有している。切り欠き３０４は、フレキシブル基板２０２との機械的干渉を避けるため、フレキシブル基板２０２の幅よりも広い切り欠き幅を有している。
【００４６】
液晶レンズ１００は光学系レンズ枠３０２に挿入され、その後、切り欠き３０４に遮光性のある有機樹脂が充填される。これにより、液晶レンズ１００は光学系レンズ枠３０２に固定される。また、フレキシブル基板２０２は、図６に示されるように、光学系レンズ枠３０２の外側面に固定される。
【００４７】
このように光学系レンズ枠３０２とこれに実装された液晶レンズユニットは、液晶レンズアッセンブリーを構成する。
【００４８】
(作用)
シール剤１７２と１８２は、光学部材(透明平板１０６、両凹レンズ１０２、透明平板１０４)の積層のための接着機能を有している。シール剤１７２と１８２に分散されているスペーサは、対向する光学部材(透明平板１０６と両凹レンズ１０２、両凹レンズ１０２と透明平板１０４)の隙間を均一に保つ機能を有している。
【００４９】
両凹レンズ１０２の主面１１２と透明平板１０４の平面部１３８で定められる液晶注入口１７８は、ネマティック液晶１７４を注入する入口としての機能と、両凹レンズ１０２の外径以下(光学系レンズ枠３０２と機械的に干渉しない)でネマティック液晶１７４の封止を行なう機能を有している。同様に、両凹レンズ１０２の主面１１４と透明平板１０６の平面部１５８で定められる液晶注入口１８８は、ネマティック液晶１８４を注入する入口としての機能と、両凹レンズ１０２の外径以下でネマティック液晶１８４の封止を行なう機能を有している。
【００５０】
平面部１１６と１３６と１５６は、配向膜の配向処理の際の配向方向を規定する基準面として作用し、透明平板１０６と両凹レンズ１０２と透明平板１０４の積層時に、対向する配向膜の配向方向を平行にするための基準面として作用する。さらに、フレキシブル基板２０２の接続時には、フレキシブル基板２０２との異方性導電接着剤２１２の接着面として作用する。
【００５１】
それぞれ、透明平板１０６と両凹レンズ１０２と透明平板１０４の平面部１１６と平面部１３６と平面部１５６上に延びる電極１２６と電極１４４と電極１６４は、フレキシブル基板２０２を主面と直交する方向(本実施形態では特に光軸と平行方向)に延出する機能を有し、折り曲げによる機械的ストレスなしにフレキシブル基板２０２を光学系レンズ枠３０２へ引き出すように働く。
【００５２】
両凹レンズ１０２は、透明平板１０４と両凹レンズ１０２と透明平板１０６の積層工程に起因する液晶層１７４と液晶層１８４の光軸ずれをなくすように働く。また、両凹レンズ１０２は、液晶レンズ１００を光学系レンズ枠３０２に実装する際に光学系レンズ枠３０２と嵌合することで、液晶レンズ１００の光軸を光学系レンズ枠３０２の軸と一致させるように働く。また、切り欠き３０４は、フレキシブル基板２０２と光学系レンズ枠３０２の機械的干渉を防止するように働く。
【００５３】
切り欠き３０４に充填される有機樹脂は、光学系レンズ枠３０２の強度補強と光学系レンズ枠３０２内部への光のもれを防ぐ働きをする。
【００５４】
電極１４４と電極１６４は、互いの関係が光軸と平行となっているので、異方性導電接着剤２１２によりフレキシブル基板２０２と電気的に接続することで、一本の配線パターンで透明電極１４２と透明電極１６２を同電位となるよう作用する。電極１２６は、電気的に接続される透明電極１２２と透明電極１２４を同電位となるよう作用する。これにより、フレキシブル基板２０２はニ本の配線パターンだけで、電極１２６と１４４と１６４、透明電極１２２と１２４と１４２と１６２を経由して、液晶層１７４と液晶層１８４に駆動回路(図示しない)からの交番電圧を同時に供給する機能を有する。
【００５５】
続いて可変焦点の作用を説明する。
【００５６】
液晶層１７４と液晶層１８４に交番電圧を供給しない状態では、平板１０６側から入射した光のうち、配向膜の配向方向に対し垂直な方向の偏光成分に関して、液晶層１８４はネマティック液晶の常光屈折率を持つ媒質として働き、液晶層１７４はネマティック液晶の異常光屈折率を持つ媒質として働く。逆に、入射光のうち、配向膜の配向方向に対し平行な方向の偏光成分に関して、液晶層１８４はネマティック液晶の異常光屈折率を持つ媒質として働き、液晶層１７４はネマティック液晶の常光屈折率を持つ媒質として働く。両凹レンズ１０２は、凹面が光軸に垂直な面に対してほほ対称な形状であるため屈折面を接近させることで、このときの二重焦点を防止する機能を有する。また、両凹レンズ１０２は、液晶層１８４と液晶層１７４の対向面となる配向膜の配向方向を直交させる機能を一枚で果たしている。
【００５７】
液晶層１７４と液晶層１８４に交番電圧を供給した状態では、入射光の偏光方向に拘わらず、液晶層１７４と液晶層１８４は共に、ネマティック液晶の常光屈折率を持つ媒質として働く。
【００５８】
なお、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる代わりに、負の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いた場合、交番電圧の供給の有無による液晶レンズとしての機能は逆になる。この場合、交番電圧の供給した状態が前記交番電圧を供給しない状態に相当し、交番電圧の供給しない状態が前記交番電圧を供給した状態に相当する。
【００５９】
(効果)
透明平板１０４と両凹レンズ１０２と透明平板１０６の積層用として安価な外形基準の設備で対応できる。また、フレキシブル基板２０２を一括接続することで接続工数削減が期待できる。さらに、液晶レンズの光軸調整が不要となる。以上により、製造コストの低減が図れる。
【００６０】
本発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。
【００６１】
例えば、透明平板１０４は、実施形態では、ほぼ円形の外形形状を有しているが、平面部１３６と平面部１３８に相当する辺を有する多角形であってもよい。同様に、透明平板１０６も、平面部１５６と平面部１５８に相当する辺を有する多角形であってもよい。また、透明平板１０４と１０６の外形形状は、両凹レンズ１０２の外形形状と異なっていてもよい。
【００６２】
液晶注入口１７８と１８８は、実施形態では、平面部１３６と１５６の反対側に設けたが、平面部１３６と１５６でなければ、どこに設けられてもよい。
【００６３】
フレキシブル基板２０２は、単線ケーブルに変更されてもよい。また、電極１２４と１４６と１６６との電気的接続は、導電性接着剤やはんだ付けで行なわれてもよい。
【００６４】
［第二の実施の形態］
(構成)
この実施の形態は、基本的に第一の実施の形態と同じであり、フレキシブル基板と切り欠きが異なっている。以下、相違点に重点をおいて説明する。
【００６５】
図８に示されるように、フレキシブル基板２１２は、Ｌ字形の外形形状をしており、二本の配線パターン２１４と２１６を有している。配線パターン２１４の端部２１４ａは、液晶レンズ１００への取り付けの際に、電極１４４と電極１６４に電気的に接続される電極パッドとして機能し、また、配線パターン２１６の端部２１６ａは、電極１４４と電極１６４に電気的に干渉することなく、電極１２６に電気的に接続される電極パッドとして機能する。
【００６６】
図７に示されるように、フレキシブル基板２１２の形状に対応して、光学系レンズ枠３０２は、液晶レンズ１００とこれに取り付けられたフレキシブル基板２１２から成る液晶レンズユニットが実装される際に、フレキシブル基板２１２を外部に延出させるための切り欠き３０６を有している。この切り欠き３０６は、フレキシブル基板２１２の厚さよりも若干広い切り欠き幅を有していればよい。
【００６７】
(作用)
フレキシブル基板２１２が、最も小さい外形寸法であるフレキシブル基板の厚さ寸法で、光学系レンズ枠３０２を横切るので、光学系レンズ枠３０２に形成される切り欠き３０６の幅が小さくてよい。
【００６８】
(効果)
切り欠き３０６の幅が、図５に示される切り欠き３０４の幅に比べて狭いので、切り欠きを形成することによる剛性低下が少ない。すなわち、図６に示される液晶レンズアッセンブリーよりも高剛性の液晶レンズアッセンブリーとなる。
【００６９】
［第三の実施の形態］
この実施の形態は、基本的に第一の実施の形態と同じであり、両凹レンズ１０２と透明平板１０４と１０６の電極形成部の形状が異なっている。以下、図９を参照しながら、相違点に重点をおいて説明する。なお、図９において、既に説明した部材と同等の部材は、同一の参照符号で示される。
【００７０】
(構成)
図９に示されるように、両凹レンズ１０２は、主面１１２と平面部１１６のエッジに面取り部１１８が、主面１１４と平面部１１６のエッジに面取り部１２０が形成されている。また、透明平板１０４は、主面１３２と平面部１３６のエッジに面取り部１４０が形成されている。同様に、透明平板１０６は、主面１５２と平面部１５６のエッジに面取り部１６０が形成されている。
【００７１】
(作用)
両凹レンズ１０２の面取り部１１８と１２０は、電極１２６の折れ曲がりを和らげ、断線の発生を低減する働きをする。同様に、透明平板１０４の面取り部１４０は電極１４４の折れ曲がりを和らげ、透明平板１０６の面取り部１６０は電極１６４の折れ曲がりを和らげ、いずれも断線の発生を低減する。
【００７２】
(効果)
従って、液晶レンズユニットにおける液晶レンズとフレキシブル基板の間の電気的接続に関する信頼性が向上される。
【００７３】
本発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。
【００７４】
面取り部は、電極の折れ曲がりを和らげて断線の発生を低減しさえすればよく、従って、図９にはＣ面取りで描かれているが、Ｒ面取りであってもよい。また、同様な理由から、面取り部はエッジの一部に形成されていてもよい。
【００７５】
［第四の実施の形態］
この実施の形態は、基本的に第一の実施の形態と同じであり、液晶注入口の設け方が異なっている。以下、図１０と図１１を参照しながら、相違点に重点をおいて説明する。図１０と図１１において、既に説明した部材と同等の部材は、同一の参照符号で示される。
【００７６】
(構成)
図１１(Ｂ)に示されるように、両凹レンズ１０２と透明平板１０４は、スペーサが分散されたシール剤１９２により、所定の間隔をおいて結合され、同様に、両凹レンズ１０２と透明平板１０６は、スペーサが分散されたシール剤１９４により、所定の間隔をおいて結合される。
【００７７】
図１１(Ａ)に示されるように、シール剤１９４は、両凹レンズ１０２の平面部１１６の一部を除いて周回している。これにより、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とにより液晶物質を収容する空間が作られる。シール剤１９２は、シール剤１９４と同様に設けられ、従って、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とにより液晶物質を収容する空間が作られる。
【００７８】
図１０に示されるように、フレキシブル基板２０２は開口２２２と開口２２４を有しており、開口２２２は両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とで囲まれる空間と連絡し、開口２２４は両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とで囲まれる空間と連絡する。
【００７９】
従って、図１１(Ｂ)に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とで囲まれる空間には開口２２２を介して液晶１７４が注入され、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とで囲まれる空間には開口２２４を介して液晶１８４が注入される。液晶注入後、開口２２２と開口２２４は、封止剤１９６によって塞がれる。これにより、液晶レンズユニットが完成する。
【００８０】
(作用)
開口２２２は、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２とで囲まれる空間に対する液晶注入口を構成し、開口２２４は、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４とで囲まれる空間に対する液晶注入口を構成する。また、封止剤１９６は、フレキシブル基板２０２の取り付けの補強剤として機能する。
【００８１】
(効果)
従って、液晶レンズとこれに接続されたフレキシブル基板とから成る液晶レンズユニットのフレキシブル基板２０２の接続の信頼性が向上される。
【００８２】
本発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。
【００８３】
フレキシブル基板２０２に設けられる開口は、液晶注入口として機能しさえすれば、どのような形状であってもよい。従って、例えば、フレキシブル基板２０２には、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２で囲まれる空間と、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４で囲まれる空間の両方に連絡する一つの開口が設けられてもよい。
【００８４】
［第五の実施の形態］
この実施の形態は、基本的に第四の実施の形態と同じであり、液晶の封止の仕方が異なっている。以下、図１２を参照しながら、相違点に重点をおいて説明する。図１２において、既に説明した部材と同等の部材は、同一の参照符号で示される。
【００８５】
(構成)
この実施の形態では、フレキシブル基板２０２はは開口を有しておらず、液晶の注入は、フレキシブル基板２０２の取り付けに先立って行なわれる。すなわち、図１２に示されるように、両凸レンズ１０２と透明平板１０４とシール剤１９２で囲まれる空間に注入された液晶１７４と、両凸レンズ１０２と透明平板１０６とシール剤１９４で囲まれる空間に注入された液晶１８４は、フレキシブル基板２０２と液晶レンズ１００の導通を取りながら両者を接着する異方性導電性接着剤２１２によって封止されている。
【００８６】
(作用)
異方性導電性接着剤２１２は、フレキシブル基板２０２と液晶レンズ１００の導通を取るとともに液晶を封止する働きを有し、従って、フレキシブル基板２０２と液晶レンズ１００の導通を取る工程は、液晶を封止する工程を兼ねる。
【００８７】
(効果)
電気的接続と液晶封止がひとつの工程で行なわれるので、液晶レンズとこれに接続されたフレキシブル基板とから成る液晶レンズユニットの製造の工程数が削減される。
【００８８】
これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
【００８９】
本発明は以下の各項の様に表現できる。
【００９０】
１. 筒状の光学系レンズ枠に嵌合される液晶レンズであり、
光学的に透明な第一の光学部材と、
第一の光学部材の一方の側に配置される光学的に透明な第二の光学部材と、
第一の光学部材と第二の光学部材を間隔を置いて結合する第一のシール剤と、
第一の光学部材の他方の側に配置される光学的に透明な第三の光学部材と、
第一の光学部材と第三の光学部材を間隔を置いて結合する第二のシール剤と、
第一の光学部材と第二の光学部材と第一のシール剤で囲まれる空間に収容された第一の液晶と、
第一の光学部材と第三の光学部材と第二のシール剤で囲まれた空間収容された第二の液晶とを有し、
第一の光学部材は、筒状の光学系レンズ枠内に嵌合する径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第一の平面部と、第二の光学部材に面する第一の面に形成された第一の透明電極と、第三の光学部材に面する第二の面に形成された第二の透明電極と、第一の平面部を横切って延び第一の透明電極と第二の透明電極に電気的に接続された第一の電極とを有しており、
第二の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第二の平面部と、第一の光学部材に面する第三の面に形成された第三の透明電極と、第二の平面部を横切って延び第三の透明電極を電気的に接続された第二の電極とを有しており、
第三の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第三の平面部と、第一の光学部材に面する第四の面に形成された第四の透明電極と、第三の平面部を横切って延び第四の透明電極を電気的に接続された第三の電極とを有している、液晶レンズ。
【００９１】
２. 第１項において、第一の光学部材は、第一の面に形成された第一の凹面と、第二の面に形成された第二の凹面とを有し、第一の凹面と第二の凹面は面対称で共通の軸を有し、この共通の軸は、第一の光学部材が筒状のレンズ系支持枠内に嵌合されたときに、レンズ系支持枠の軸に一致する、液晶レンズ。
【００９２】
３. 第１項において、第一の光学部材と第二の光学部材と第三の光学部材は、第一の平面部と第二の平面部と第三の平面部を揃えて配置されている、液晶レンズ。
【００９３】
４. 第３項において、第二の電極と第三の電極は一直線上に位置しており、第一の電極は第二の電極と第三の電極を通る直線から外れた位置にある、液晶レンズ。
【００９４】
５. 第１項において、第一の光学部材は、第一の平面部と第一の面のエッジに形成された第一の面取り部と、第一の平面部と第二の面のエッジに形成された第二の面取り部とを有しており、第二の光学部材は、第二の平面部と第三の面のエッジに形成された第三の面取り部とを有しており、第三の光学部材は、第三の平面部と第四の面のエッジに形成された第四の面取り部とを有している、液晶レンズ。
【００９５】
６. 筒状の光学系レンズ枠に実装される液晶レンズユニットであり、
第１項に記載の液晶レンズと、
この液晶レンズに取り付けられたフレキシブル基板とを有しており、
フレキシブル基板は、第一の電極に電気的に接続された第一の配線と、第二の電極と第三の電極に電気的に接続された第二の配線とを有している、液晶レンズユニット。
【００９６】
７. 第６項において、フレキシブル基板は異方性導電性接着剤によって液晶レンズに取り付けられている、液晶レンズユニット。
【００９７】
８. 第６項において、フレキシブル基板は帯状の外形形状を有している、液晶レンズユニット。
【００９８】
９. 第６項において、フレキシブル基板はＬ字の外形形状を有している、液晶レンズユニット。
【００９９】
１０. 第６項において、フレキシブル基板は少なくとも一つの開口を有しており、この開口を介して第一の液晶と第二の液晶が注入されている、液晶レンズユニット。
【０１００】
１１. 第６項において、第一の液晶と第二の液晶がフレキシブル基板によって封止されている、液晶レンズユニット。
【０１０１】
１２. 第６項に記載の液晶レンズユニットと、
この液晶レンズユニットが実装される筒状の光学系レンズ枠とを有しており、光学系レンズ枠は、フレキシブル基板を外側に延出させるための切り欠きを有している、液晶レンズアッセンブリー。
【０１０２】
１３. 第１２項において、フレキシブル基板は帯状の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の幅よりも広い幅を有している、液晶レンズアッセンブリー。
【０１０３】
１４. 第１２項において、フレキシブル基板はＬ字の外形形状を有しており、外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の厚さよりも広い幅を有している、液晶レンズアッセンブリー。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、細径の筒状の部材への組み込みに適した液晶レンズ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態における液晶レンズの主要な要素の結合前の斜視図である。
【図２】第一の実施の形態における液晶レンズユニットを構成する液晶レンズとフレキシブル基板の斜視図である。
【図３】図２に示される液晶レンズとフレキシブル基板の異方性導電接着剤による接続を模式的に示している。
【図４】図２に示された液晶レンズとフレキシブル基板とで構成された液晶レンズユニットの端面図と縦断面図である。
【図５】第一の実施の形態における液晶レンズアッセンブリーを構成する液晶レンズユニットと光学系レンズ枠の斜視図である。
【図６】図５に示された液晶レンズユニットと光学系レンズ枠とで構成された液晶レンズアッセンブリーの縦断面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態における液晶レンズアッセンブリーの斜視図である。
【図８】図７に示されたフレキシブル基板の平面図である。
【図９】第三の実施の形態における液晶レンズの主要な要素の結合前の斜視図である。
【図１０】第四の実施の形態における液晶注入前の液晶レンズユニットの斜視図である。
【図１１】第四の実施の形態による液晶レンズユニットの横断面図と縦断面図である。
【図１２】第五の実施の形態による液晶レンズユニットの縦断面図である。
【符号の説明】
１００ 液晶レンズ
１０２ 両凹レンズ
１０４,１０６ 透明平板
１１６,１３６,１５６ 平面部
１２２,１２４,１４２,１６２ 透明電極
１２６,１４４,１６４ 電極
Claims (4)
- 筒状の光学系レンズ枠に実装される液晶レンズユニットであり、
筒状の光学系レンズ枠に嵌合される液晶レンズと、
この液晶レンズに取り付けられたフレキシブル基板とを有しており、
液晶レンズは、
光学的に透明な第一の光学部材と、
第一の光学部材の一方の側に配置される光学的に透明な第二の光学部材と、
第一の光学部材と第二の光学部材を間隔を置いて結合する第一のシール剤と、
第一の光学部材の他方の側に配置される光学的に透明な第三の光学部材と、
第一の光学部材と第三の光学部材を間隔を置いて結合する第二のシール剤と、
第一の光学部材と第二の光学部材と第一のシール剤で囲まれる空間に収容された第一の液晶と、
第一の光学部材と第三の光学部材と第二のシール剤で囲まれた空間収容された第二の液晶とを有し、
第一の光学部材は、筒状の光学系レンズ枠内に嵌合する径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第一の平面部と、第二の光学部材に面する第一の面に形成された第一の透明電極と、第三の光学部材に面する第二の面に形成された第二の透明電極と、第一の平面部を横切って延び第一の透明電極と第二の透明電極に電気的に接続された第一の電極とを有しており、
第二の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第二の平面部と、第一の光学部材に面する第三の面に形成された第三の透明電極と、第二の平面部を横切って延び第三の透明電極を電気的に接続された第二の電極とを有しており、
第三の光学部材は、第一の光学部材よりもわずかに小さい径を有しており、外周の少なくとも一部に形成された第三の平面部と、第一の光学部材に面する第四の面に形成された第四の透明電極と、第三の平面部を横切って延び第四の透明電極を電気的に接続された第三の電極とを有しており、
フレキシブル基板は、第一の電極に電気的に接続された第一の配線と、第二の電極と第三の電極に電気的に接続された第二の配線と、少なくとも一つの開口とを有しており、この開口を介して第一の液晶と第二の液晶が注入されている、液晶レンズユニット。 - 請求項１に記載の液晶レンズユニットと、この液晶レンズユニットが実装される筒状の光学系レンズ枠とを有しており、光学系レンズ枠は、フレキシブル基板を外側に延出させるための切り欠きを有している、液晶レンズアッセンブリー。
- フレキシブル基板は帯状の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の幅よりも広い幅を有している、請求項２に記載の液晶レンズアッセンブリー。
- フレキシブル基板はＬ字の外形形状を有しており、切り欠きはフレキシブル基板の厚さよりも広い幅を有している、請求項２に記載の液晶レンズアッセンブリー。
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