JP4671341B2 - 液晶レンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、各々電極を有する透明な基板間に液晶材料を充填して液晶セルを構成し、前記電極間の電圧印加により屈折率を変化させて焦点距離を可変とした液晶レンズに関する。

従来光ディスク装置やカメラ等の合焦点機構における可変焦点レンズとして、液晶材料の複屈折性を利用して光路長を電気的に制御する液晶レンズが提案されている。
この液晶レンズは透過光に光路差を与えて焦点を可変するものであり、その一例としては、少なくとも一方の基板がレンズ形状に形成された対向する２枚の透明基板と、この透明基板の互いに対向する側の面にそれぞれ設けられた一様な透明電極と、この透明電極に挟まれたレンズ形状の空間内に封入された液晶材料とよりなり、前記透明電極への印加電圧を制御する事によって屈折率を可変するレンズ形状型の液晶レンズがある。（例えば、特許文献１参照）

また、他の例としては、平坦な２枚の透明基板と、この透明基板の互いに対向する内面の少なくとも一方の面には光軸を中心に同心状に設けられた複数の同心電極を含め、各々の面に設けられた透明電極と、この透明電極に挟まれた平坦な空間内に封入された液晶材料とよりなり、前記同心電極を構成する各透明電極への印加電圧を異ならせることにより、半径方向に電圧分布を発生させて屈折率を可変する平行基板型の液晶レンズがある。（例えば、特許文献２参照）

また、液晶レンズに関する技術ではないが、液晶材料が低温時に動作特性が悪くなることに着目し、表示装置に用いる液晶セルにヒータ電極を設けて低温時に加熱する技術が提案されている。（例えば、特許文献３参照）
また、本発明でヒータ電極の形成に用いる水金法による液晶セル電極の形成に付いては、本発明者がすでに提案している公知技術がある（例えば、特許文献４参照）

特許昭６３−２０６７２１号公報 特開平５−５３０８９号公報 特開２００４−１７０８５２号公報 特開平１１−１９４３５８号公報

前記液晶レンズをカメラのズーム機能やフォーカス機能に応用するためには、焦点距離の可変範囲を大きくする必要があり、このためには大きな屈折率変化を発生する必要がある。さらに液晶レンズをカメラの焦点調節機構として用いる場合には、その応答速度が重要な要素であり、自動焦点調節機構に於いては２秒以下の応答速度が要求される。

しかし、前記平行基板型の液晶レンズにおいて屈折率変化を大きくするためには、液晶セルを構成する液晶物質の屈折率異方性（Δｎ）を大きくするか、または前記平行基板間の距離すなわちセルギャップ（ｄ）を大きくする必要がある。しかし液晶物質の屈折率異方性には大きさに限界があり（Δｎ＜０，３）、必要な屈折率変化を得る為にはセルギャップ（ｄ）を大きくする必要がある。

一方、このセルギャップの大きさは液晶セルの応答特性及び温度特性に大きな影響を有する。すなわち液晶セルの駆動電圧印加による立ち上がり、または立ち下りの応答速度とセルギャップのとの関係は、応答速度がセルギャップの二乗に比例して遅くなり、また温度に対して大きく依存する。

図１５は従来の液晶セル（セルギャップ１０μｍ）と液晶レンズ用にセルギャップを大きくした液晶セル（セルギャップ２５μｍ）との温度に対する応答速度の特性図であり、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は応答速度（ｍｓ）を示す。
図１５においてＬＣ１はセルギャップ１０μｍの従来の液晶セル、ＬＣ２はセルギャップ２５μｍの液晶レンズ用の液晶セルの特性曲線であり、ＬＣ１では−１０℃でも２０００ｍｓ以下であるのに対し、ＬＣ２は５℃で２０００ｍｓを超えている。
すなわち、液晶レンズ用にセルギャップを大きくした液晶セルでは、低温側においてカメラ用の液晶レンズとしての機能を満足しない事になる。

すなわち、液晶レンズによってカメラの焦点調節機構を実現する場合、焦点調節範囲を大きくするために大きなセルギャップが必要であり、またセルギャップを大きくすることによって応答速度が遅くなるという相反する問題がある。現状の液晶レンズにおいてはこの問題に関する有効な解決策が見いだされておらず、液晶レンズを用いたカメラの焦点調節機構は実用化が進んでいない。

そこで本出願人は、焦点調節範囲を大きくするとともに応答速度を改善した液晶レンズとして、ヒータ電極による加熱方式の液晶レンズを既に提案している。
以下、図１０〜１４により先願のヒータ付き液晶レンズに付いて説明する。

図１０は先願の液晶レンズ装置を組み込んだカメラ機構の構成図である。１００は液晶レンズ装置で、後述するヒータ電極１０を有する液晶レンズ１と液晶駆動回路１１０と前記ヒータ電極１０を駆動するヒータ駆動電源１２０とのより構成される。

前記液晶レンズ装置１００はレンズ１３０，１４０等とともにハウジング１５０に収められており、被写体１６０に向けられるカメラを構成している。そして前記ハウジング１５０には前記被写体１６０側に開口部１５０ａが設けられている。

図１１は図１０に示す液晶レンズ１の断面図、図１２はその平面図である。図に示すごとく液晶レンズ５０は第１液晶セルである上セル２と第２液晶セルである下セル３との、配向方向を直交させた２個の液晶セルを積層したいわゆる２層液晶レンズである。上セル２と下セル３とは基本的構成は同じ構成を有するので、そこ構成を上セル２に付いて説明する。
５は大型の第１基板、６は小型の第２基板であり、この２枚の基板間に液晶層７が封止されて上セル２が構成されている。さらに前記第１基板５の内面側には液晶駆動電極８、ヒータ電極５１が設けられ、さらに第１基板５の庇部分には接続電極９が設けられている。また前記第２基板６の内面側にはコモン電極１１が設けられている。

前述のごとく上セル２と下セル３とは基本的構成は同じであるが、図１２に示すごとく上セル２の配向方向Ｈ１と下セル３の配向方向Ｈ２とは直交配置されており、この基本的構成は同じで配向方向のみが異なる２個の液晶セルの第１基板側をＵＶ接着層１２で接着することにより液晶レンズ５０を構成している。
なお、この直交配向の２層液晶レンズは、前記特許文献２に記載されている公知の液晶レンズであり、広い範囲での合焦点動作が可能で偏光依存性のない優れたものである。そして先願における液晶セルの定義としては、前記液晶レンズ１の図１０に示す配置において入射光側、すなわち被写体１６０側に向いている方を上セル２、被写体１６０の対向側を下セル３としている。

図１３、図１４は図１１に示す第１基板５と第２基板６の電極パターン図である。図１３において前記液晶駆動電極８はレンズ用の複数の透明輪帯電極であり、各輪帯電極は抵抗線１５で接続されるとともに中心電極８ａと最外周電極８ｂに電源を供給することによりレンズ動作を行なう。また前記ヒータ電極５１は前記液晶駆動電極８の周囲を取り囲むようにリング形状設けられている。そして前記接続電極９は液晶駆動電極８に接続される２本の接続電極９ａ，９ｂとヒータ電極５１に接続される２本の接続電極９ｃ、９ｄと前記第２基板６に設けられたコモン電極１１に基板間導通部１１ａを介して接続される１本の接続電極９ｅとがある。

次に上記液晶レンズ５０の動作を説明する。前記第１基板５に形成された液晶駆動電極８と第２基板６に形成されたコモン電極１１は何れもＩＴＯ（酸化インジューム・酸化スズ合金）等の透明電極で構成せれており、前記液晶駆動回路１１０より接続電極９ａ，９ｂを介して前記抵抗線１５に供給される液晶駆動信号により、各透明輪帯電極には半径方向に電圧分布を発生する。そしてこの各透明輪帯電極に発生した電圧分布と前記コモン電極１１に接続電極９ｅから基板間導通部１１ａを介して供給されるコモン信号とにより、液晶層７の屈折率が制御されてレンズ機能を生ずることになる。

また、前記第１基板５における液晶駆動電極８の周囲を取り囲むように設けられたヒータ電極５１は、レンズ領域外に設けられているので透明である必要はなく、導電性の良い金電極等の金属材料を使用している。
そして、前記第１液晶セル２と第２液晶セル３とに各々設けられたヒータ電極５１は温度低下を検出する温度センサー（図示せず）の信号に従って、前記ヒータ駆動電源１２０から接続電極９ｃ，９ｄを介して供給されるヒータ駆動信号により発熱して、前記液晶層７を過熱することで応答速度の改善を行なう。

しかし、前記ヒータ電極５１を前記液晶駆動電極８の周囲にリング形状に設けた場合、その形状や材質によって発熱体としての機能を発揮させるための条件が厳しいことが解った。
図１３において、液晶レンズ部分の大きさは直径４ｍｍ程度の小さいものであり、そのレンズ範囲を取り囲むヒータ電極５１の直径も５ｍｍ以下である。
この直径が５ｍｍ程度のヒータ電極５１の材料としてシート抵抗３Ωの金薄膜を用いた場合、ヒータ電極５１の幅を２００μｍとするとヒータ抵抗が５０Ωとなる。このヒータ電極５１に３Ｖの電圧を供給すると６０ｍＡの電流がながれて１８０ｍＷの電力となるが、その結果としてヒータ温度が２０℃しか上昇しなかった。

この温度上昇が少ない理由は、電力消費がリング全体で行われるため、単位面積あたりの電力消費が小さくなって、温度上昇が少なくなるものと思われる。
また、ヒータ電極としてシート抵抗の低い金薄膜に替えて、シート抵抗の高いＩＴＯを用いることも考えられるが、電子カメラ等の電池電源機器の場合３Ｖ以上の電圧供給は困難であり、同じ３Ｖ電源の場合にはさらに温度上昇が低下する結果となる。

本発明は、液晶レンズのヒータ電極構成を改良する事により、電子カメラのような電池電源による低電圧電源においても十分な温度補償が得られ、高速応答する広範囲な焦点調節範囲を有する液晶レンズを実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明における液晶レンズ装置では、内面側に電極を有する２枚の基板の間に液晶を封入して液晶セルを構成し、前記２枚の基板の一方の基板の内面側にレンズ用の複数の透明輪体電極よりなる液晶駆動電極と、前記液晶駆動電極の周囲を取り囲むようにリング形状のヒータ電極を設け、ヒータ電極によって液晶層を加熱する液晶レンズにおいて、前記ヒータ電極は発熱部を構成する高抵抗電極部と該高抵抗電極部間を接続する低抵抗電極部とを交互に設けて構成され、かつ前記発熱部は前記リング形状の中心に対して対称位置に配置されていることを特徴とするものである。

本発明の液晶レンズ装置では、前記高抵抗電極部が透明電極で形成される透明電極部であり、前記低抵抗電極部が金属電極で形成される金属電極部である。

本発明の液晶レンズ装置では、前記透明電極はインジューム・スズ酸化膜であり、前記金属電極は金電極である。

本発明の液晶レンズ装置では、前記透明電極の長さが金属電極の長さより小さく、また前記透明電極の幅が金属電極の幅より大きく構成されている。

本発明の液晶レンズ装置では、前記ヒータ電極における、透明電極部は前記レンズ用の透明輪帯電極と同一透明電極であり、金属電極部は前記透明輪帯電極の接続電極と同一の金電極である。

本発明の液晶レンズ装置では、前記液晶レンズは液晶配向方向を直交させた第1、第２の液晶セルを積層して構成されており、前記第1、第２の液晶セルの少なくとも一方の液晶セルにヒータ電極を設けている。

本発明の液晶レンズ装置では、前記第1の液晶セルは、液晶レンズを装置に組み込んだ状態で入射光側に向く上セルを構成し、前記第２の液晶セルは、前記入射光側の反対方向に向く下セルを構成しており、前記ヒータ電極は下セルである第２の液晶セルにのみ設けている。

本発明の液晶レンズ装置では、第1、第２の液晶セルは、１枚の共通基板と２枚の対向基板との３枚の基板によって構成されており、前記共通基板の１方の面に前記ヒータ電極を設けている。

上述したように、本発明によれば液晶レンズの温度補償が十分行われることで、焦点調節の可変範囲が大きくて応答速度の速い液晶レンズ装置が実現できる。

以下、図面により本発明の実施の形態に付いて詳細に説明する。なお前記図１０〜図１４に示す先願の液晶レンズ装置は基本的に本発明にも適用するものであり、同一要素には同一番号を付して説明を省略する。

図１は本発明の液晶レンズの断面図であり、液晶レンズ１は図１１３に示す先願の液晶レンズ５０と基本構成は同じでヒータ電極１０のみが異なっている。また図２、図３は図１おける第１基板５と第２基板６の電極パターン図であり、先願における図１３、図１４に対応している。
従って、図２、図３において図１３、図１４と同一要素には同一番号を付して説明を省略する。

図２において、図１３と異なるのはヒータ電極の構成であり、図１３のヒータ電極５１が金薄膜のような一様な金属層で構成されていたが、図２に示す本発明のヒータ電極１０は発熱部を構成する透明電極部１０ａ（高抵抗電極部）と該透明電極部１０ａ間を接続する金属電極部１０ｂ（低抵抗電極部）とが交互に設けられたゼブラ模様に構成されていることである。そしてヒータ電極１０は前記液晶駆動電極８の周囲を取り囲むように設けられており、ヒータ電極１０に接続される２本の接続電極９ｃ、９ｄに前記ヒータ駆動電源１２０から供給される電圧によって前記透明電極部１０ａを発熱させて液晶レンズ１の温度補償を行う。
また、図３に示す第２基板６のコモン電極１１は図１４のパターンと同一構成、同一作用である。

図４ａ、図４ｂは図２に示す電極パターンを分解した電極パターン図であり、図４ａは前記液晶駆動電極８を示し、図４ｂは前記ヒータ電極１０を示す。
図４ｂにおいて、液晶レンズ部分の大きさは直径４ｍｍ程度の小さいものであり、そのレンズ範囲を取り囲むヒータ電極１０の直径も５ｍｍ以下である。本実施形態においては直径が５ｍｍのヒータ電極１０について説明する。

前記ヒータ電極１０の透明電極部１０ａを前記液晶駆動電極８と同じＩＴＯの透明電極で構成し、また金属電極部１０ｂを接続電極９と同じ金薄膜電極で構成した。そしてヒータ電極１０のリング巾を２００μｍ、前記発熱部を構成する透明電極部１０ａの長さＬを２０μｍとし、かつ前記発熱部である透明電極部１０ａは前記ヒータ電極１０のリング形状の中心に対して対称位置に３個配置した。
この結果、接続電極９ｄ、９ｃ間の抵抗値は５８Ωとなり、この接続電極９ｄ，９ｃに３Ｖの電圧を供給したところ５１．７ｍＡの電流が流れ、３箇所の発熱部の温度上昇が１００℃を超えて十分な温度補償が出来た。

上記構成によれば、ヒータ電極１０の全体を発熱させるのではなく、微小面積の透明電極部１０ａのみを発熱させることによって高い温度上昇を可能とし、さらに発熱部をヒータ電極１０のリング形状の中心に対して対称位置に配置することによって、それぞれ微小面積での発熱を液晶レンズを構成する液晶全体に対して効率よく伝えることで温度補償を可能にしている。
さらに、前記透明電極部１０ａの数を少なくすれば発熱部における温度上昇は大きくなるが、液晶レンズ部分に対する温度分布のバラツキが大きくなる。一方前記透明電極部１０ａの数を多くすれば発熱部における温度上昇は小さくなるが液晶レンズ部分に対する温度分布のバラツキが小さくなる。
従って、この透明電極部１０ａの数の選択は、供給電力に対する温度上昇と温度バラツキの状態を考慮してヒータの最適条件を決めるようにおこなわれる。例えば３０ｍＷの供給電力において液晶レンズ部分の温度を出来るだけ均一に２０℃上昇させることである。

次に上記ゼブラ模様のヒータ電極１０の製造方法に付いて説明する。
この製造方法に付いては本発明者が「液晶パネルの配線パターン形成法」として既に特許文献４で提案している水金法で形成している。

すなわち上記水金法による第１基板５の電極パターン形成工程を簡単に説明すると、まず第１基板５の上面にＩＴＯ電極膜を構成する（工程ａ）。次に有機金に酸化性の樹脂を混ぜ合わせてペーストを作り、このペーストで上記ＩＴＯ電極膜上の必要部分（各接続電極部分と前記ヒータ電極１０の金属電極部１０ｂ）にスクリーン印刷機を用いて金ペースト印刷膜を形成する（工程ｂ）。次に第１基板５を焼成炉に入れて５００℃位に過熱し、前記金ペースト印刷膜の樹脂分を完全に蒸発させる。この樹脂分を完全に蒸発させることによって金だけが残り、この金がＩＴＯ電極膜の表面に焼き付いて金電極膜が形成される（工程ｃ）。この金電極膜により、各接続電極９と前記ヒータ電極１０の金属電極部１０ｂが形成される。 上記工程ｂ及び工程ｃによって金電極膜を形成する方法はいわゆる「水金法」とよばれるものである。

次に金電極膜とＩＴＯ電極膜の露出した全面にスクリーン印刷でポジ型のフォトレジスト膜を形成する（工程ｄ）。次に配線パターン形状のフォトマスクを用いて紫外線照射を行いパターンイングを行う（工程ｅ）。次に金用のエッチング液に浸漬して金電極膜の不要な部分を除去する（工程ｆ）。この工程により、前記各接続電極９と前記ヒータ電極１０の金属電極部１０ｂとの余分な部分が除去されて各電極の形状が整えられる。続いてＩＴＯ用のエッチング液に浸漬し、ＩＴＯ電極膜をパターンニングする（工程ｇ）。この工程により前記液晶駆動電極８の透明輪帯電極とヒータ電極１０の透明電極部１０ａが形成される。上記エッチング処理工程の後に、表面層に残ったフォトレジスト膜をレジスト剥離液に浸漬して除去することで前記第１基板５の電極パターン形成工程が終了する。

図２に示す、ゼブラ模様のヒータ電極１０には以下のような利点がある。
まず、透明電極部１０ａ（高抵抗部）と金属電極部１０ｂ（低抵抗部）とを直列に配置することで、発熱部である透明電極部１０ａの形状と配置位置を任意に設定する事が出来るため、発熱条件の選択自由度が高い。また発熱部である透明電極部１０ａを分割して分散配置しているため、各透明電極部１０ａの電極幅を比較的広くする事が可能となり、この結果、熱の拡散がよく電極が剥がれ難くなる。

上記のヒータ電極を構成する金電極膜を水金法で形成することによって以下の利点がある。
まず、加熱効率を良くするために液晶セル内部にヒータ電極を設ける場合は、特にヒータ電極を構成する金属と液晶物質が直接接触するために前記金属の安定性が問題になる。その場合に水金法によって形成される金電極膜は純金に近い安定したものとなるため、液晶物質に直接触れても化学反応による劣化を生ずる事が無い。
また、水金法によって形成される金電極膜は、ＩＴＯ膜やガラスとの密着性が良いため、過熱された時に剥がれ難い。
さらに、水金法とホトエッチングの組合せ加工によって形成されるヒータ電極１０は、微細パターン形成が可能なためヒータ電極としての重要なファクターである抵抗値の管理がし易く、高性能な液晶レンズの製造が可能となる。

図５は本発明の第２の実施の形態を示すヒータ電極パターン図であり、前記第１基板５に形成されたヒータ電極２１は透明電極部１０ａの数を多くし、５個の透明電極部１０ａを前記ヒータ電極２１のリング形状の中心に対して対称位置に配置した。
このようにヒータ電極２１のリング形状の中心に対して対称位置に配置された発熱部の数を増やすことによって、それぞれ微小面積での発熱を液晶レンズを構成する液晶全体に対して、さらに効率よく熱を伝えることが可能となる。

図６は本発明の第３の実施の形態を示すヒータ電極パターン図であり、前記第１基板５に形成されたヒータ電極３１における透明電極部１０ａの巾をヒータ電極１０のリング巾より大きくしている。
すなわち、ヒータ電極３１のリング巾２００μｍに対して前記発熱部を構成する透明電極部１０ａは巾が３００μｍで、長さＬを２０μｍとしている。
この結果、透明電極部１０ａの面積が増えたことによって発熱部での温度上昇が大きくなり、液晶レンズを構成する液晶全体に対して、さらに効率よく熱を伝えることが可能となる。

図７は本発明の第４の実施の形態を示す液晶レンズの断面図であり、図１に示す液晶レンズの断面図と同一要素には同一番号を付し説明を省略する。
図７に示す液晶レンズ２０において前記図１に示す液晶レンズ１と異なるところは、ヒータ電極１０を下セル３にのみ設け、上セル２には設けていないことでる。
我々は、２層セル方式の液晶レンズにおいて液晶層７に対する温度特性を測定した結果、図７に示す下セル３のみにヒータ電極１０を設ける方式が、上セル２のみにヒータ電極１０を設ける方式に比べて優れており、図１示す下セルと上セルの両方にヒータ電極１０を設ける方式に比して遜色がないことがわかった。

以下、２層セル方式の液晶レンズにおける両側ヒータ方式と片側ヒータ方式との加熱特性に付いて説明する。
図９はヒータ電極１０の加熱による各液晶セルの温度上昇を示す温度特性図であり、横軸はヒータ電極１０に対するヒータ駆動電源１２０からの印加電圧、縦軸は各液晶セルの温度を示す。
図９においてＴａｂは上セル２と下セル３の両方にヒータ１０を設けて加熱した場合の温度上昇を示す温度特性、Ｔａは上セル２のみにヒータ電極１０を設けて加熱した場合の温度上昇を示す温度特性、Ｔｂは下セル３のみにヒータ電極１０を設けて加熱した場合の温度上昇を示す温度特性である。
各温度特性において上セル２と下セル３とは熱伝導の良いＵＶ接着層１２で一体化されているため、どの加熱方式においても略同一の温度に保たれているが、両セル加熱の温度Ｔａｂ（５０℃）に比べて片側セル加熱の温度Ｔａ（３０℃）とＴｂ（４２℃）とは当然低い温度になるが、この温度低下にヒータ電極１０を設ける液晶セルによって差が生じることがわかった。

この温度低下に差がある理由は、前記先願の図１０に示すごとく液晶レンズの加熱された温度は前記ハウジング１５０の外気に向いている開口部１５０ａ（入射光側）から外部に放熱されるためである。
すなわち、上セル２のみにヒータ１０を設けて加熱した場合には上セル２から、前記ハウジング１５０の開口部１５０ａを通して直接外部に放熱されるため、下セル３側への熱伝達が十分行なわれず低い温度しか得られないのに対し、下セル３のみにヒータ１０を設けて加熱した場合には下セル３から上セル２を通して前記ハウジング１５０の開口部１５０ａから外部に放熱されるため、下セル３から上セル２への熱伝達が十分行なわれ、加熱温度を有効に活用する事ができるので温度低下を少なくする事がわかった。

図７に示すごとく両セルをＵＶ接着層で一体化した２層セル方式の液晶レンズの、下セルのみにヒータ電極を設ける方式は前記ハウジング１５０の開口部１５０ａの対向側の下セルから上セルを加熱する構成と、ＵＶ接着層の熱伝導性の良さから、両セルにヒータ電極を設ける方式に対して温度特性的に差が少なく、しかも１方の液晶セルのみにヒータ電極を設けるだけで良いため、構成が単純化されてコスト的にも有利になるという効果を有する。

図８は本発明の第５の実施の形態を示す液晶レンズの断面図であり、図１に示す液晶レンズの断面図と同一要素には同一番号を付し説明を省略する。
図８に示す液晶レンズ３０において前記図１に示す液晶レンズ１と異なるところは、前記液晶レンズ１の上セル２と下セル３の大型基板である２枚の第１基板５の代わりに１枚の共通大型基板である第３基板３５を設けた３枚構成の２層液晶セルである。
この２層液晶セルにおいては第３基板３５の両面に、図２に示した液晶駆動電極８か設けられ、かつヒータ電極１０は下セル３を構成する側の面にのみ設けられている。
もちろん、このヒータ電極１０を上セル２側にも設けても良いが、図７に示す液晶レンズ２０で説明したように下セル３のみのヒータ電極で加熱特性が満足出来る上、液晶レンズ３０の場合はＵＶ接着層１２がない１層基板であるのでさらに熱伝導率は良く、液晶レンズ２０より良好な加熱特性が得られた。

上記のごとく本発明によれば、液晶レンズの温度補償用のヒータ電極を発熱部を構成する透明電極と金属電極とを交互に設けたゼブラ模様に構成することによって液晶レンズを効率良く加熱しているため、低温時の動作遅れが補償されて焦点調節の可変範囲が大きくて応答速度の速い液晶レンズ装置が実現できる。
また、２層液晶セルで構成された液晶レンズにおいて片側の液晶セルのみにヒータ電極を設けることで構成が簡単で、コスト的に有利な液晶レンズが実現できる。
また、ヒータ電極を水金法とエッチングを用いて形成することにより電極の安定性が得られ、さらにコストダウンも期待できる。

前記ゼブラ模様のヒータ電極や水金法によるヒータ電極の形成に付いて、実施の形態では内在型のヒータ電極に付いて説明したが当然これに限定されるものではなく、外在型のヒータ電極の場合にも有効なことはいうまでもない。

本発明による液晶レンズ装置は実施の形態に示したカメラに限定されず、ディスクのピックアップ装置や内視鏡等の医療機器、さらにはメガネの度数調整用等に利用可能である。

本発明の第１の実施形態を示す液晶レンズの断面図。 図１に示す第１基板５の電極パターン図。 図１に示す第２基板６の電極パターン図。 図１に示す第１基板５の液晶レンズの電極パターン図。 図１に示す第１基板５のヒータ電極パターン図。 本発明の第２の実施形態を示すヒータ電極パターン図。 本発明の第３の実施形態を示すヒータ電極パターン図。 本発明の第４の実施形態を示す液晶レンズの断面図。 本発明の第５の実施形態を示す液晶レンズの断面図。 ヒータ電極１０の加熱による各液晶セルの温度特性図。 先願における液晶レンズ装置を組み込んだカメラ機構の構成図。 先願における液晶レンズの断面図。 先願における液晶レンズの断面図。 図１０に示す第１基板５の電極パターン図。 図１０に示す第２基板６の電極パターン図。 従来の液晶セルと、レンズ用液晶セルとの温度―応答速度特性図。

符号の説明

１、２０，３０，５０ 液晶レンズ
２ 上セル
３ 下セル
５ 第１基板
６ 第２基板
７ 液晶層
８ 液晶駆動電極
９ 接続電極
１０、２１、３１、５１ ヒータ電極
１０ａ 透明電極部
１０ｂ 金属電極部
１１ コモン電極
１２ ＵＶ接着層
３５ 第３基板
１００ 液晶レンズ装置
１１０ 液晶駆動回路
１２０ ヒータ駆動電源

Claims (11)

1. 内面側に電極を有する２枚の基板の間に液晶を封入して液晶セルを構成し、前記２枚の基板の一方の基板の内面側にレンズ用の複数の透明輪体電極よりなる液晶駆動電極と、前記液晶駆動電極の周囲を取り囲むようにリング形状のヒータ電極を設け、ヒータ電極によって液晶層を加熱する液晶レンズにおいて、前記ヒータ電極は発熱部を構成する高抵抗電極部と該高抵抗電極部間を接続する低抵抗電極部とを交互に設けて構成され、かつ前記発熱部は前記リング形状の中心に対して対称位置に配置されていることを特徴とする液晶レンズ装置。
2. 前記高抵抗電極部が透明電極で形成される透明電極部であり、前記低抵抗電極部が金属電極で形成される金属電極部である請求項１記載の液晶レンズ装置。
3. 前記透明電極はインジューム・スズ酸化膜であり、前記金属電極は金電極である請求項２記載の液晶レンズ装置。
4. 前記透明電極部は前記ヒータ電極の全面にリング形状に形成されており、前記金属電極部はヒータ電極を構成するリング形状の透明電極の発熱部を除く部分の表面に焼き付いて形成されている請求項２記載の液晶レンズ装置。
5. 前記透明電極部の長さが金属電極部の長さより小さい請求項２〜４の何れか１項に記載の液晶レンズ装置。
6. 前記透明電極部の幅が金属電極部の幅より大きい請求項５に記載の液晶レンズ装置。
7. 前記ヒータ電極における、透明電極部は前記レンズ用の透明輪帯電極と同一透明電極であり、金属電極部は前記透明輪帯電極の接続電極と同一の金電極である請求項1〜６に記載の液晶レンズ装置。
8. 前記液晶レンズは液晶配向方向を直交させた第1、第２の液晶セルを積層して構成されており、前記第1、第２の液晶セルの少なくとも一方の液晶セルにヒータ電極を設けた請求項１〜７の何れか１項に記載の液晶レンズ装置。
9. 前記第1または第２の液晶セルの一方の液晶セルにのみヒータ電極を設けた請求項８記載の液晶レンズ装置。
10. 前記第1の液晶セルは、液晶レンズを装置に組み込んだ状態で入射光側に向く上セルを構成し、前記第２の液晶セルは、前記入射光側の反対方向に向く下セルを構成しており、前記ヒータ電極は下セルである第２の液晶セルにのみ設けた請求項９記載の液晶レンズ装置。
11. 第1、第２の液晶セルは、１枚の共通基板と２枚の対向基板との３枚の基板によって構成されており、前記共通基板の一方の面に前記ヒータ電極を設けた請求項８〜１０の何れか１項に記載の液晶レンズ装置。

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