JP4989949B2 - Liquid crystal optical element and liquid crystal optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変焦点用レンズとして機能する液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を有する液晶光学モジュールに関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal optical element that functions as a variable focus lens and a liquid crystal optical module having such a liquid crystal optical element.
液晶を共通電極と複数の同心リング状の透明電極帯とで挟持し、複数の同心リング状の透明電極帯に印加する電圧を制御して入射光に対する液晶の屈折率分布を形成し、所望の焦点距離を得るための位相分布を形成する液晶を利用した可変焦点レンズが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A liquid crystal is sandwiched between a common electrode and a plurality of concentric ring-shaped transparent electrode bands, and a voltage applied to the plurality of concentric ring-shaped transparent electrode bands is controlled to form a refractive index distribution of the liquid crystal with respect to the incident light. A variable focus lens using a liquid crystal that forms a phase distribution for obtaining a focal length is known (for example, see Patent Document 1).
また、特許文献1に記載の可変焦点レンズでは、同心リング状の透明電極帯同士は、絶縁体によって絶縁され、各同心リング状の透明電極帯へ電圧を供給するための引き出し配線が、同心リング状の部分から外部に向けて配置されていた。
In the variable focus lens described in
このような可変焦点レンズを駆動した場合、同心リング状の部分のみならず、引き出し配線部分にも所定の電圧が印加される。したがって、引き出し配線部分に対応した液晶も、同心リング状の部分と同様に動作してしまい(即ち、引き出し配線部分に対応した液晶が所定の屈折率を有するように変化する)、リング状の屈折率分布が正確に形成されず、複数の引き出し配線による屈折率分布が形成されてしまう。複数の引き出し配線による屈折率分布は、リング状の屈折率分布を分断する溝のように形成されるので、その部分を通過する光が屈折して、(そのような液晶を利用した可変焦点レンズを利用して撮影を行った場合に)輝点の周辺がにじんだ画像や、輝線が発生した画像が得られてしまうという問題があった。 When such a variable focus lens is driven, a predetermined voltage is applied not only to the concentric ring-shaped part but also to the lead-out wiring part. Therefore, the liquid crystal corresponding to the lead-out wiring portion also operates in the same manner as the concentric ring-shaped portion (that is, the liquid crystal corresponding to the lead-out wiring portion changes so as to have a predetermined refractive index), and the ring-shaped refraction The refractive index distribution is not accurately formed, and a refractive index distribution is formed by a plurality of lead wires. The refractive index distribution by a plurality of lead wires is formed like a groove that divides the ring-shaped refractive index distribution, so that light passing through that portion is refracted, and a variable focus lens using such a liquid crystal There is a problem in that an image in which the periphery of a bright spot is blurred or an image in which a bright line is generated is obtained.
また、複数の輪帯状電極と複数の輪帯状電極への引き出し配線とを異なる面内に形成し、複数の輪帯状電極と引き出し配線とをスルーホールによって接続する可変焦点レンズが知られている(例えば、特許文献2)。 There is also known a variable focus lens in which a plurality of ring-shaped electrodes and lead wires to the plurality of ring-shaped electrodes are formed in different planes, and the plurality of ring-shaped electrodes and the lead wires are connected by through holes ( For example, Patent Document 2).
特許文献2に記載される可焦点レンズでは、輪帯状電極に欠落がないので、良好な結像特性を持つレンズを形成することができるが、複数の輪帯状電極と引き出し配線とをスルーホールによって接続するための位置合わせが難しく、特に、微小且つ複数の輪帯状電極を構成する場合に、製造工程が複雑になるという不具合があった。
In the focusable lens described in
そこで、本発明は、上記問題点を解消することを可能とする液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element and a liquid crystal optical module that can solve the above problems.
また、本発明は、引き出し配線領域によって不具合が生じることの無い液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a liquid crystal optical element and a liquid crystal optical module that do not cause problems due to the lead-out wiring region.
さらに、本発明は、スルーホールを利用せずに、欠落のない輪帯状電極を形成することが可能な液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element and a liquid crystal optical module capable of forming a ring-shaped electrode having no omission without using a through hole.
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第1の基板と、第2の基板と、第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、第1又は第2の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線と、複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜と、透明絶縁膜を跨ぐように配置されて複数の円弧状電極のそれぞれと接続され、入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid crystal optical element according to the present invention includes a first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, and the first or second substrate. A plurality of arc-shaped electrodes formed on one side of the substrate, a plurality of lead wires for supplying a voltage to each of the plurality of arc-shaped electrodes, a transparent insulating film provided so as to cover the plurality of lead wires, and transparent A plurality of complementary electrodes that are arranged so as to straddle the insulating film and are connected to each of the plurality of arc-shaped electrodes, and form a plurality of ring zones without missing portions to change the refractive index for incident light to different degrees. It is characterized by having.
また、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第1の基板と、第2の基板と、第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、第1又は第2の基板の一方に形成された複数の引き出し配線と、複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜と、透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid crystal optical element according to the present invention includes a first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, and the first or second substrate. A plurality of lead wires formed on one of the two substrates, a transparent insulating film provided so as to cover a part of the plurality of lead wires, and formed on the transparent insulating film and covered with the transparent insulating film It has a plurality of ring-shaped electrodes that are respectively connected to the plurality of lead-out wirings that are not present and change the refractive index for incident light to different degrees.
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学モジュールは、
第1の基板、第2の基板、前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、前記第1又は第2の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び前記複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜を跨ぐように配置されて前記複数の円弧状電極のそれぞれと接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極を有する液晶光学素子と、
集光レンズを有することを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, a liquid crystal optical module according to the present invention includes:
A first substrate; a second substrate; a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates; a plurality of arc-shaped electrodes formed on one of the first or second substrate; and the plurality of circles A plurality of lead wires for supplying a voltage to each of the arc-shaped electrodes, a transparent insulating film provided so as to cover the plurality of lead wires, and the plurality of arc-shaped electrodes arranged so as to straddle the transparent insulating film A liquid crystal optical element having a plurality of complementary electrodes that are connected to each other and form a plurality of ring zones without omission to change the refractive index of the incident light to different degrees, and
It has a condensing lens.
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学モジュールは、
第1の基板、第2の基板、前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶、前記第1又は第2の基板の一方に形成された複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった前記複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極を有する液晶光学素子と、
集光レンズを有することを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, a liquid crystal optical module according to the present invention includes:
A first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, a plurality of lead wires formed on one of the first or second substrates, and the plurality of lead wires. A transparent insulating film provided so as to cover a part thereof, and each of the plurality of lead wirings formed on the transparent insulating film and not covered by the transparent insulating film; A liquid crystal optical element having a plurality of ring-shaped electrodes for changing to different degrees,
It has a condensing lens.
本発明によれば、透明絶縁膜によって、複数の引き出し配線が液晶を駆動することがなくなり、欠落の無い輪帯又は輪帯状電極によって屈折率分布を発生することができるので、引き出し配線によって駆動された液晶部分に入射した光の屈折によって、輝点の周辺がにじんだ画像や、輝線が発生した画像が得られてしまうという問題を解消することが可能となった。 According to the present invention, the transparent insulating film prevents the plurality of lead wires from driving the liquid crystal, and the refractive index distribution can be generated by the ring zone or the ring-shaped electrode having no omission. It is possible to solve the problem that an image in which the periphery of a bright spot is blurred or an image in which a bright line is generated is obtained by refraction of light incident on the liquid crystal portion.
以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び液晶光学モジュールについて説明する。 Hereinafter, a liquid crystal optical element and a liquid crystal optical module according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、可変焦点用レンズとして機能する液晶光学素子100の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal
図中の矢印Aの示す方向は、光が液晶光学素子100に入射する方向を示している。液晶光学素子100は、3枚の透明基板101、102及び103に挟持された第1の液晶層130及び第2の液晶層132から構成されている。第1の液晶層130と第2の液晶層132の液晶分子の配向方向は、互いに直行するように構成されており、第1の液晶層130はP波用液晶レンズとして機能し、第2の液晶層132はS波用液晶レンズとして機能する。なお、図1に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。
A direction indicated by an arrow A in the drawing indicates a direction in which light enters the liquid crystal
図1において、入射側の透明基板101上には、透明性対向電極110が形成されている。また、透明基板101に対向する透明基板102上には、後述する円弧状電極パターン300及び引き出し配線351〜377を有する透明電極パターン114、透明絶縁膜170及び補完電極パターン180が形成されている。第1の液晶層130は、2枚の透明基板101及び102と、シール部材120との間に、厚さa2(20μm)で封入されている。
In FIG. 1, a
また、入射側と逆側の透明基板103上には、透明性対向電極118が形成されている。また、透明基板103に対向する透明基板102上には、複数の円弧状電極パターン700及び引き出し配線領域141を有する透明電極パターン115、透明絶縁膜171及び補完電極パターン181が形成されている。第2の液晶層132は、2枚の透明基板103及び102と、シール部材121との間に、厚さa4(20μm)で封入されている。
A
3枚の透明基板101、102及び103は、屈折率1.52のガラス材で構成され、それぞれ厚さa1(130μm)、a3(300μm)及びa5(130μm)で形成されている。シール部材120及び121は樹脂から構成されている。本実施形態では、3枚の透明基板101、102及び103間に挟持される第1及び第2の液晶層130及び132としては、ホモジニアス型の液晶が用いられ、その屈折率は、1.50〜1.76の間で変化する。なお、液晶として、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
The three
ところで、透明電極パターン114は、引き出し配線領域140を含むので、第1の液晶層130は、引き出し配線領域140によって駆動される引き出し配線影響領域131を含むこととなる。同様に、透明電極パターン115は、引き出し配線領域141を含むので、第2の液晶層132は、引き出し配線領域141によって駆動される引き出し配線影響領域133を含むこととなる。また、円弧状電極パターン300及び700は同一の形状を有し、補完電極パターン180及び181は同一の形状を有している。また、透明基板101、102及び103上に形成された各層と第1、第2の液晶層130及び131との間には、配向膜(不図示)が形成されている。また、液晶光学素子100の各構成要素の屈折率、厚さ等は、液晶光学素子100及び液晶光学素子が配置される液晶光学モジュールの仕様に応じて適宜変更される。
Incidentally, since the transparent electrode pattern 114 includes the lead-out
図2は、補完電極パターンの一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a complementary electrode pattern.
図2に示す補完電極パターン180は、同心円状の欠落のない輪帯状電極501〜527を有しており、それぞれは絶縁のために微小な間隔を空けて配置されている。また、各輪帯状電極501〜527には、後述するように、引き出し配線351〜377及び円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327を介して、電源160から電力の供給を受けた駆動IC回路150から所定のAC電圧が個別に印加されるように構成されている。
The
また、図2における、CC´の部分の断面が、図1における液晶光学素子100の断面図に相当する。また、後述する透明絶縁膜170が配置される位置を図中に点線で示した。
2 corresponds to the cross-sectional view of the liquid crystal
図3は、複数の円弧状電極及び複数の引き出し配線の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a plurality of arc-shaped electrodes and a plurality of lead wires.
図3に示す円弧状電極パターン300は、透明電極パターン114上に形成され、同心円状の円弧状電極301〜327を有しており、それぞれは絶縁のために微小な間隔を空けて配置されている。また、各円弧状電極301〜327には、後述するように、引き出し配線351〜377を介して、電源160から電力の供給を受けた駆動IC回路150から所定のAC電圧が個別に印加されるように構成されている。
The arc-
図4は、図3の領域330部分を拡大した拡大図である。
FIG. 4 is an enlarged view of the
図4に示すように、円弧状電極パターン300には、各円弧状電極301〜327へそれぞれ電圧を供給するための引き出し配線351〜377が接続されており、引き出し配線351〜377が配置される領域(図中斜線で示した)が、引き出し配線領域140に相当する。各引き出し配線351〜377も、各円弧状電極301〜327と同様に、微小領域を隔てて相互に絶縁されている。
As shown in FIG. 4, the arc-
円弧状電極301〜327は、同一平面上に複数の引き出し配線351〜377が配置されているため、欠落が生じ、完全な輪帯とはならない(円弧状電極301を除く)。また、引き出し配線351〜377を介して円弧状電極301〜327に電圧を供給すると、引き出し配線部分によって駆動された液晶によって、前述したような不具合が生じてしまう。そこで、本発明に係る液晶光学素子100では、引き出し配線351〜377を覆うように、透明絶縁膜170を、引き出し配線と第1の液晶層130との間に配置して、引き出し配線351〜377によって第1の液晶層130が駆動されない(即ち、引き出し配線影響領域131が駆動されない)ように構成している。さらに、透明絶縁膜170と第1の液晶層130との間に、補完電極パターン180を形成して、補完電極パターン180の輪帯状電極501〜527が、それぞれ円弧状電極パターン300の円弧状電極301〜327と接続されるように構成した。よって、補完電極パターン180の輪帯状電極501〜527のそれぞれには、引き出し配線351〜377及び円弧状電極301〜327を介して、個別の電圧を供給することができる。したがって、欠落のない補完電極パターン180の輪帯状電極501〜527(図2参照)が、屈折率補正用の電極パターンとして、理想的で、歪の無い屈折率分布を形成できるようになった。
Since the arc-shaped
以下、図5〜図7を用いて、図2に示す屈折率補正用の電極パターンの製造方法について説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the electrode pattern for refractive index correction shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
最初に、図5に示すように、透明基板102上に、円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327及び引き出し配線351〜357を有する透明電極パターン114形成する。図5(a)は電極パターンの平面図を示し、図5(b)は図5(a)のDD´断面図を示している。また、図5(a)及び(b)では、円弧状電極パターン300の内の円弧状電極301〜304のみ、及び引き出し配線351〜354のみを示している。
First, as shown in FIG. 5, the transparent electrode pattern 114 having the arc-shaped
円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327及び各引き出し配線351〜377は、透明基板102上にITOを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用して同時にパターン化したものである。なお、ITO以外にも、透明電極部材として、SnO2、ZnO等を利用することも可能である。
The arc-shaped
次に、円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327及び引き出し配線351〜357の形成後、図6に示すように、各引き出し配線351〜377を覆う様に、透明絶縁膜170を形成する。図6(a)は電極パターンの平面図を示し、図6(b)は図6(a)のDD´断面図を示している。
Next, after forming the arc-shaped
透明絶縁膜170は、形成された円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327及び各引き出し配線351〜377の上一面に透明絶縁膜を形成後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化して形成したものである。しかしながら、透明絶縁膜170を印刷によって形成しても良い。なお、透明絶縁膜の材料としては、アクリル系又はポリイミド系の感光性樹脂を使用することができる。
The transparent
最後に、透明絶縁膜170の形成後、図7に示すように、円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327を覆うように、補完電極パターン180の各輪帯状電極501〜527を形成する。図7(a)は電極パターンの平面図を示し、図7(b)は図7(a)のDD´断面図を示している。
Finally, after the formation of the transparent
補完電極パターン180の各輪帯状電極501〜527は、円弧状電極パターン300及び透明絶縁膜170上一面にITOを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化したものである。なお、ITO以外にも、透明電極部材として、SnO2、ZnO等を利用することも可能である。
Each of the ring-shaped
上記では、第1の液晶層130に対応した透明基板102上における、円弧状電極パターン300、引き出し配線351〜377及び補完電極パターン180を含む電極パターン(形状、構成及び製造方法)について説明したが、第2の液晶層132に対応した透明基板102上における、円弧状電極パターン700、円弧状電極パターン700の各円弧状電極に電圧を供給するための引き出し配線及び補完電極パターン181を含む電極パターン(形状、構成及び製造方法)についても、これと同様である。
In the above description, the electrode pattern (shape, configuration, and manufacturing method) including the arc-shaped
図8は、各輪帯状電極501〜527と、それらに印加される電圧との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between each of the
図8(a)は、透明基板102上の補完電極パターン180の断面の一部分を拡大したものである。輪帯状電極間の微小な間隔は全て3μmに設定した(なお、便宜上、拡大して示しており、円弧状電極や透明絶縁膜の記載は省略している)。
FIG. 8A is an enlarged view of a part of the cross section of the
図8(b)は、基準電圧(輪帯状電極527に印加される電圧、ここでは0[V]とする)に対する各輪帯状電極501〜527それぞれの実効電圧401〜427を示している。なお、液晶光学素子に用いる液晶は一般に印加電圧に対し実効値応答を示す。また直流電圧成分を長時間この液晶に加えると、液晶の焼きつきや分解等の不都合を生ずる。従って液晶光学素子の各透明電極には直流電圧成分を印加しないように交流電圧を印加して液晶を駆動する。また、液晶光学素子に対する基準電圧0[V]は正確には液晶層に印加される電圧であり、その電圧を任意に設定することができる。一般的には印加電圧が0[V]の状態を基準とする事が多いが、他の電圧値(例えば3[V])の時を基準電圧とすることも可能である。
FIG. 8B shows
図9は、本実施形態で利用する第1及び第2の液晶層130、132を構成する液晶の、印加電圧と屈折率との関係を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and the refractive index of the liquid crystal constituting the first and second liquid crystal layers 130 and 132 used in the present embodiment.
図9に示すように、P型の液晶を用いたホモジニアス型液晶では、印加電圧が上がるに従って、屈折率が徐々に減少する非線形な特性を有している。本実施形態では、補完電極パターン180に対して、V2を(基準電圧として)輪帯状電極527に印加し、V1を輪帯状電極501に印加するように構成した。また、透明性対向電極110には、V2を(基準電圧)を印加した。
As shown in FIG. 9, the homogeneous liquid crystal using the P-type liquid crystal has a non-linear characteristic in which the refractive index gradually decreases as the applied voltage increases. In the present embodiment, V 2 is applied to the annular electrode 527 (as a reference voltage) and V 1 is applied to the
ところで、図9に示すように、ホモジニアス型液晶の印加電圧と屈折率との関係では、その中間(印加電圧範囲V3〜V4)で、ほぼ線形に変化する領域が存在するので、この領域を屈折率を制御する領域として利用することが好ましい。しかしながら、広い動作範囲を得るためには、非線形な領域を利用する方が好ましい場合がある。 By the way, as shown in FIG. 9, in the relationship between the applied voltage and the refractive index of the homogeneous liquid crystal, there is a region that changes almost linearly in the middle (applied voltage range V 3 to V 4 ). Is preferably used as a region for controlling the refractive index. However, in order to obtain a wide operating range, it may be preferable to use a non-linear region.
図10は、補完電極パターン180によって形成される屈折率分布パターンの一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a refractive index distribution pattern formed by the
図10において、縦軸は第1の液晶層130の屈折率を示し、横軸は補完電極パターン180の瞳位置(X)を示している。さらに、X軸上には、各輪帯状電極501〜527の断面を示した。
In FIG. 10, the vertical axis represents the refractive index of the first
図8に示すように、引き出し配線351及び円弧状電極301を介して、輪帯状電極501に実効電圧401(V1)を印加することによって、輪帯状電極501と透明性対向電極110との間に挟持される第1の液晶層130の屈折率はN1(N=1.78)となる。同様に、引き出し配線352〜376及び円弧状電極302〜326を介して、輪帯状電極502〜526に実効電圧402〜426を印加することによって、各輪帯状電極502〜526と透明性対向電極110との間に挟持される第1の液晶層130の屈折率はN2〜N26となる。さらに、引き出し配線377及び円弧状電極327を介して、輪帯状電極527に実効電圧427(V2)を印加することによって、輪帯状電極527と透明性対向電極110との間に挟持される第1の液晶層130の屈折率はN27(N=1.50)となる。
As shown in FIG. 8, an effective voltage 401 (V 1 ) is applied to the ring-shaped
このように、各輪帯状電極501〜527に所定の電圧を印加することによって、第1の液晶層130は、図10の曲線600に示すような屈折率分布を有するので、第1の液晶層130を有する液晶光学素子100は、P波用の可変焦点用液晶レンズ(凸レンズ)として機能することとなる。なお、前述したように、補完電極パターン181は図2に示す補完電極パターン180と同一の形状を有しているため、補完電極パターン180へ印加する電圧と同様の電圧を補完電極パターン181の各輪帯に印加することによって、第2の液晶層132も、図10の曲線600に示すような屈折率分布を有する。したがって、第2の液晶層132を有する液晶光学素子100は、S波用の可変焦点用液晶レンズ(凸レンズ)としても機能する。
In this way, by applying a predetermined voltage to each of the
図11は本発明に係る液晶光学モジュール1の断面図であり、図12は図11に示した液晶光学モジュール1の分解斜視図である。
11 is a cross-sectional view of the liquid crystal
液晶光学モジュール1は、焦点を可変させるための前述した液晶光学素子100と、レンズ枠30内に収容された3枚の第1〜第3の光学レンズL1〜L3と、結像された光学像を電気信号に変換する光電変換素子50を主要部品として、ケース10とベース60内に配置している。ケース10のケース開口11から入射する被写体からの光は、液晶光学素子100と第1〜第3の光学レンズL1〜L3とを通り、光電変換素子50に結像して、電気信号に変換される。本実施形態では、ケース10は、図12に示されるように、液晶光学素子100の外形に対応して矩形状のボックスに構成されているが、矩形状のものに限定されるものではない。なお、モジュールの外形は、約6mmの立方体である。
The liquid crystal
液晶光学素子100の第1の光学レンズL1に対向する面は、レンズ枠30の前面から突出する円環状突出部31に載置され、液晶光学素子100のケース10に対向する面は、ケース開口11の直径より大きな直径をもつ、円環状弾性部材15を介してケース10に押し付けられている。液晶光学素子100は、第1の押圧部材である円環状弾性部材15と第2の押圧部材である円環状突出部31とによって、押圧固定される。円環状突出部31と円環状弾性部材15は、液晶光学素子100のシール部材120及び121を押圧するので、押圧力により液晶光学素子100のギャップ厚が変化するようなことはない。したがって、この押圧力による液晶のギャップ厚の変動に起因して光学特性が劣化することはない。なお、円環状弾性部材15は液晶光学素子100とケース10と接着剤で接着しておくことが望ましい。また、円環状突出部31と液晶光学素子100とも接着しておくほうがよい。
The surface of the liquid crystal
従来のレンズ枠が光軸方向に移動することによって焦点が変化する液晶レンズモジュールでは、ケース開口11にはほこり等の侵入をふせぐための保護ガラス(カバーガラス)が必要であった。しかしながら、液晶光学素子100を使用する本実施形態では、ケース開口11を液晶光学素子100の透明基板が円環状弾性部材15を介して密着するので、液晶光学素子100の透明基板がケース開口11の保護ガラスを兼用し、ケース開口11の保護ガラスは省略されている。なお、場合によっては、ケース開口の保護ガラスを装着するようにもできる。
In the liquid crystal lens module in which the focal point changes as the conventional lens frame moves in the optical axis direction, the case opening 11 needs a protective glass (cover glass) to prevent intrusion of dust and the like. However, in this embodiment using the liquid crystal
円筒形のレンズ枠30の内部には、3枚の第1〜第3の光学レンズL1〜L3が収納される。第1の光学レンズL1は、レンズ枠30の被写体側端面の開口32に面して配置し、その下に第2の光学レンズL2を配置し、さらに開口を有する円板状スペーサ33を介して、第3の光学レンズL3を配置する。これらの光学レンズのレンズ枠内への配置手法は適宜公知の手法を採用することができる。
Inside the
第2の光学レンズL2と第3の光学レンズL3との間に配置された円板状スペーサ33は、レンズ間隔を調整するためのもので、他の実施形態では必要がない場合もある。また、レンズ間隔を調整するための円板状スペーサ33は、第1の光学レンズL1と第2の光学レンズL2との間、あるいは液晶光学素子100と第1の光学レンズL1との間などにも、必要であれば、配置することができる。本実施形態では、レンズ枠30に第1の光学レンズL1から順次挿入して固定するようにしているので、円板状スペーサ33を用いているが、他の実施形態では、円板状スペーサ33に代えてレンズ枠30内に突出して形成されるフランジを用いることもできる。また、配置される光学レンズの数は、3個に限定されるものではなく、少なくとも1つあればよい。
The disc-
レンズ枠30は、ベース60に支持されるレンズ枠ホルダー40に固定され、レンズ枠ホルダー40の外周に設けられた突起41が、ケース10の係合部12に係合することにより、第1〜第3の光学レンズL1〜L3及び液晶光学素子100がケース10に固定配置される。なお、レンズ枠ホルダー40は、レンズ枠30と一体に構成してもよいが、図示のように別体として、レンズ枠30をレンズ枠ホルダー40に対して移動可能にするのが好ましい。これにより、レンズ枠30とレンズ枠ホルダー40の最終的な組み付けで、光学レンズと光電変換素子50との距離を調整することができる。この場合、液晶光学素子100とケース10との間に介在する円環状弾性部材15は、レンズ枠30の光軸方向の移動による液晶光学素子100とケース10の距離の変化を吸収する役割を果たし、ベース60底面からレンズ枠30の上面までの高さを常に一定に保つことができる。
The
光学系により結像された画像を電気信号に変換するための光電変換素子50は、CCDあるいはCMOSにより形成され、プリント基板51の開口部から光電変換素子50の受光面が露出するように基板の裏面側に設けられる。プリント基板51の表面には、プリント基板51の開口部を覆って、赤外線を光電変換素子50に入射することを防ぐための赤外線(IR)カットフィルタ52が配置される。赤外線カットフィルタ52は、赤外線カットフィルタ52に付着するダスト等が光電変換素子50に写り込まないように、赤外線カットフィルタ52と光電変換素子50との距離をとる必要がある。このために、赤外線カットフィルタ52はフィルタ取付枠53を介して光電変換素子50から所定距離だけ離して設けられる。プリント基板51には引き出し電極(図示せず)が形成され、引き出し電極により取り出された画像信号は、デジタル信号処理部に送られる。
The
本実施形態では、第1〜第3の光学レンズL1〜L3を保持するレンズ枠30とケース10との間に、液晶光学素子100が、第1の押圧部材である円環状弾性部材15と第2の押圧部材である円環状突出部31とで押圧保持されるので、液晶光学素子100を保持するためのホルダーが必要ではなく、コンパクトな液晶レンズモジュールが形成でき、さらに液晶光学素子100と第1〜第3の光学レンズL1〜L3との光軸方向の位置が容易に決まる。
In this embodiment, between the
ここで、液晶光学素子100への最大入射角θは、ケース10の開口部と、レンズ枠30の被写体側端面の開口32とによって決定され、その値は、30度である。
Here, the maximum incident angle θ to the liquid crystal
図13に、本発明に係る液晶光学素子100を用いた液晶光学モジュール1の利用例を示す。
FIG. 13 shows an application example of the liquid crystal
図13において、レンズLは、図11及び12で説明した第1〜第3の光学レンズL1〜L3を含むレンズ群を示し、Cは、CPU及び電源を含む制御部を示している。 In FIG. 13, a lens L indicates a lens group including the first to third optical lenses L1 to L3 described in FIGS. 11 and 12, and C indicates a control unit including a CPU and a power source.
図13(a)は、無限遠にピントを合わせた場合であって、液晶光学素子100の補完電極パターン180及び181に基準電圧を印加したので、液晶光学素子100はパワーを有せず、液晶光学モジュール1に入射した有効径10を有する入射光は、レンズLのみによって、光電変換素子50上に集光される。
FIG. 13A shows a case where the focus is set to infinity, and since the reference voltage is applied to the
図13(b)は、近距離にピントを合わせた場合であって、液晶光学素子100の補完電極パターン180及び181に所定の電圧を印加したことによって、液晶光学素子100は、例えば図10に示す屈折率分布の曲線600を有する凸レンズとして機能する。したがって、液晶光学モジュール1に入射した入射光は、図中6に示すように、液晶光学素子100及びレンズLによって、レンズLのみ焦点距離(図中の7参照)とは異なった焦点距離で、光電変換素子50上に集光される。
FIG. 13B shows a case where the focus is adjusted to a short distance, and by applying a predetermined voltage to the
また、所定の自動焦点調整回路からの信号に応じて、液晶光学素子100の補完電極パターン180に印加される電圧値を可変すれば、可動部品を用いずに、オートフォーカス光学系を容易に構成することが可能である。このような可動部品を用いずに、焦点距離を切替え可能な液晶光学モジュール1を、デジタルカメラや携帯電話に利用すれば、省スペース且つ低コスト化を図れるという大きな利点を有する。
Further, if the voltage value applied to the
図14は、前述した液晶光学素子100の電極パターンの他の例を示す図である。図14(a)は電極パターンの平面図を示し、図14(b)は図14(a)におけるDD´断面図を示している。
FIG. 14 is a diagram showing another example of the electrode pattern of the liquid crystal
図7では、円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327のそれぞれの上に、再度、補完電極パターン180の各輪帯状電極501〜527を形成した。しかしながら、引き出し配線領域140以外のほとんどの領域では、円弧状電極301〜327が既に形成されているので、再度輪帯状電極501〜527を形成する必要は必ずしも無い。
In FIG. 7, the ring-shaped
そこで、図14の例では、引き出し配線領域140を覆うように形成された透明絶縁膜170上を跨ぐように、補完電極パターン182の扇状電極552〜577を形成した。なお、図14では、円弧状電極パターン300の内の円弧状電極301〜304のみ、及び補完電極パターン182の内の扇状電極552〜554のみを示している。図14に示すように、扇状電極552は、透明絶縁膜170によって覆われた部分を繋ぐようして、円弧状電極302の一方の端部と他方の端部に接続されるように配置される。また、扇状電極552は、引き出し配線352を介して円弧状電極302と同一の電位となる。したがって、円弧状電極302と扇状電極552によって、同一電位を有する、欠落のない輪帯状電極が形成されることとなる。
Therefore, in the example of FIG. 14, the fan-shaped
同様に、扇状電極553〜577は、それぞれ透明絶縁膜170によって覆われた部分を繋ぐようして、円弧状電極303〜327の一方の端部と他方の端部に接続されるように配置される。また、扇状電極553〜577は、それぞれ引き出し配線353〜377を介して円弧状電極303〜327と同一の電位となる。したがって、円弧状電極303〜327と扇状電極553〜527によって、同一電位を有する、欠落のない複数の輪帯状電極が形成されることとなる。
Similarly, the fan-shaped
図14に示す、扇状電極552〜527は、透明絶縁膜170の形成後、円弧状電極パターン300の各円弧状電極301〜327及び透明絶縁膜170上一面にITOを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化したものである。なお、ITO以外にも、透明電極部材として、SnO2、ZnO等を利用することも可能である。ここで、円弧状電極パターン300及び引き出し配線351〜377の形成と、透明絶縁膜170の形成は、図5及び図6に示した方法と同様な方法により形成する。
The fan-shaped
図7に示すような補完電極パターン180の輪帯状電極501〜527を形成しなくとも、図14に示すように、透明絶縁膜170の部分を跨ぐように扇状電極552〜577を形成するようにしても、同様の効果を得ることができる。なお、扇状電極552〜577の大きさは、図14に示したものに限定されるものではなく、適宜、最適な設計値を用いることができる。
Even if the
図15は、前述した液晶光学素子100の電極パターンの更に他の例を示す図である。図15(a)は電極パターンの平面図を示し、図15(b)は図15(a)におけるDD´断面図を示している。
FIG. 15 is a diagram showing still another example of the electrode pattern of the liquid crystal
図14に示した例では、円弧状電極パターン300及び引き出し配線351〜377を形成した後に、透明絶縁膜170を形成し、その後、透明絶縁膜170を跨ぐ様に、補完電極パターン180を形成した。これに対して、図15に示す例では、先に引き出し配線801〜827を形成し、その後、引き出し配線801〜827の一部分を残して他の部分を覆う様に、透明絶縁膜172形成し、更にその後、透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927を形成するように構成した。なお、透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927は、図2に示す補完電極パターン180の輪帯状電極501〜527と同じ形状を有している。また、図15においては、透明電極パターン900の内の輪帯状電極901〜904のみを図示している。
In the example shown in FIG. 14, after forming the arc-shaped
したがって、透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927へは、最初に形成した引き出し配線電極801〜827を介して、適切な電圧を供給することができ、且つ透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927の輪帯状態に欠落がないようにすることができる。
Therefore, an appropriate voltage can be supplied to each of the ring-shaped
以下図16及び図17を用いて、図15に示す電極パターンの製造方法について説明する。 A method for manufacturing the electrode pattern shown in FIG. 15 will be described below with reference to FIGS.
図16は、最初に形成する引き出し配線を示した図である。図16(a)は電極パターンの平面図を示し、図16(b)は図16(a)におけるDD´断面図を示している。 FIG. 16 is a diagram showing the lead wiring formed first. FIG. 16A shows a plan view of the electrode pattern, and FIG. 16B shows a DD ′ cross-sectional view in FIG.
図16では、引き出し配線801〜827の内、引き出し配線801〜804のみを示している。引き出し配線801〜827は、透明基板102上にITOを成膜後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化したものである。なお、ITO以外にも、引き出し配線の材料として、SnO2、ZnO等を利用することも可能である。
FIG. 16 shows only the
図17は、引き出し配線の上に形成する透明絶縁膜の一例を示す図である。図17(a)は電極パターンの平面図を示し、図17(b)は図17(a)におけるDD´断面図を示している。 FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a transparent insulating film formed on the lead-out wiring. FIG. 17A shows a plan view of the electrode pattern, and FIG. 17B shows a DD ′ cross-sectional view in FIG.
図17に示すように、透明絶縁膜172は、各引き出し配線801〜827の一部分のみを残して、他の部分を覆うような形状をしている。各引き出し配線801〜827において、透明絶縁膜172によって覆われなかった部分が、後に形成される透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927と接続される部分である。透明絶縁膜172は、形成された引き出し配線801〜827の上一面に透明絶縁膜を形成後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化して形成したものである。しかしながら、透明絶縁膜172を印刷によって形成しても良い。なお、透明絶縁膜の材料としては、アクリル系又はポリイミド系の感光性樹脂を使用することができる。
As shown in FIG. 17, the transparent
図17に示す透明絶縁膜172を形成後、その上に透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927を形成することによって、図15に示した電極パターンが形成される。なお、透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927は、前述した補完電極パターン180と同様の方法により製造される。
After forming the transparent
図18は、図15に示した引き出し配線の変形例を示す図である。 FIG. 18 is a view showing a modification of the lead wiring shown in FIG.
図15に示す例では、引き出し配線801〜827の先端の一部分を残すようにして、透明絶縁膜172で引き出し配線801〜827を覆った。しかしながら、図18に示すように、引き出し配線801〜827の先端部分に、後に形成される透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927との接続をより良好とするための突出部852〜877(図8では、この内、突出部852〜854のみを表示)を設けることができる。図18に示す突出部852〜877は、透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927が非常に細くなって接続部分の面積が十分に確保できない場合に特に有効である。また、突出部852〜877を設けることによって、透明絶縁膜の形状を、図15に示す透明絶縁膜172にように複雑な形状ではなく、図18に示すように簡単な形状にすることもできる。
In the example shown in FIG. 15, the
なお、図18に示すような引き出し配線801〜827及び突出部852〜877を形成した後に、透明絶縁膜170及び透明電極パターン900の各輪帯状電極901〜927を形成する手順等は、図15〜図17において説明した通りである。
The procedure for forming the ring-shaped
100 液晶光学素子
101、102、103 透明基板
130 第1の液晶層
132 第2の液晶層
170、171、172 透明絶縁膜
180、181、182 補完電極パターン
300 円弧状電極パターン
301〜327 円弧状電極
351〜377、801〜827 引き出し配線
501〜527、901〜927 輪帯状電極
552〜577 扇状電極
852〜877 突出部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第1の基板と、
第2の基板と、
前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、
前記第1又は第2の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び前記複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線と、
前記複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜と、
前記透明絶縁膜を跨ぐように配置されて前記複数の円弧状電極のそれぞれと接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極と、
を有することを特徴とする液晶光学素子。 A liquid crystal optical element that acts as a variable focus lens for incident light,
A first substrate;
A second substrate;
Liquid crystal sandwiched between the first and second substrates;
A plurality of arc-shaped electrodes formed on one of the first or second substrate and a plurality of lead wires for supplying a voltage to each of the plurality of arc-shaped electrodes;
A transparent insulating film provided to cover the plurality of lead wires;
A plurality of annular zones that are arranged so as to straddle the transparent insulating film and are connected to each of the plurality of arc-shaped electrodes and have no omission to change the refractive index with respect to the incident light to different degrees. With complementary electrodes,
A liquid crystal optical element comprising:
第1の基板と、
第2の基板と、
前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、
前記第1又は第2の基板の一方に形成された複数の引き出し配線と、
前記複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜と、
前記透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった前記複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極と、を有し、
前記複数の引き出し配線と前記複数の輪帯状電極は、前記第1の基板又は第2の基板の内の同一面内に配置されている、
することを特徴とする液晶光学素子。 A liquid crystal optical element that acts as a variable focus lens for incident light,
A first substrate;
A second substrate;
Liquid crystal sandwiched between the first and second substrates;
A plurality of lead wires formed on one of the first or second substrates;
A transparent insulating film provided so as to cover a part of the plurality of lead wires;
A plurality of ring-shaped electrodes connected to the plurality of lead wirings formed on the transparent insulating film and not covered by the transparent insulating film, respectively, for changing the refractive index with respect to the incident light to different degrees. And having
The plurality of lead wires and the plurality of ring-shaped electrodes are disposed on the same surface of the first substrate or the second substrate.
A liquid crystal optical element.
第1の基板、第2の基板、前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、前記第1又は第2の基板の一方に形成された複数の円弧状電極及び前記複数の円弧状電極のそれぞれに電圧を供給するための複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜を跨ぐように配置されて前記複数の円弧状電極のそれぞれと接続され且つ前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための欠落の無い複数の輪帯を形成する複数の補完電極を有する液晶光学素子と、
集光レンズと、
を有することを特徴とする液晶光学モジュール。 A liquid crystal optical module acting as a variable focus lens,
A first substrate; a second substrate; a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates; a plurality of arc-shaped electrodes formed on one of the first or second substrate; and the plurality of circles A plurality of lead wires for supplying a voltage to each of the arc-shaped electrodes, a transparent insulating film provided so as to cover the plurality of lead wires, and the plurality of arc-shaped electrodes arranged so as to straddle the transparent insulating film A liquid crystal optical element having a plurality of complementary electrodes that are connected to each other and that form a plurality of ring zones that are not missing to change the refractive index of the incident light to different degrees;
A condenser lens;
A liquid crystal optical module comprising:
第1の基板、第2の基板、前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶、前記第1又は第2の基板の一方に形成された複数の引き出し配線、前記複数の引き出し配線の一部を覆うように設けられた透明絶縁膜、及び前記透明絶縁膜の上に形成され且つ前記透明絶縁膜によって覆われなかった前記複数の引き出し配線とそれぞれ接続され、前記入射光に対する屈折率をそれぞれ異なった度合いに変化させるための複数の輪帯状電極を有し、前記複数の引き出し配線と前記複数の輪帯状電極は、前記第1の基板又は第2の基板の内の同一面内に配置されている液晶光学素子と、
集光レンズと、
を有することを特徴とする液晶光学モジュール。 A liquid crystal optical module acting as a variable focus lens,
A first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, a plurality of lead wires formed on one of the first or second substrates, and the plurality of lead wires. A transparent insulating film provided so as to cover a part thereof, and each of the plurality of lead wirings formed on the transparent insulating film and not covered by the transparent insulating film; Each has a plurality of ring-shaped electrodes for changing to different degrees, and the plurality of lead- out wirings and the plurality of ring-shaped electrodes are arranged on the same surface of the first substrate or the second substrate. A liquid crystal optical element,
A condenser lens;
A liquid crystal optical module comprising:
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