JP6482960B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、収差補正や液晶レンズ等に用いられる光学素子に関する。

従来、デジタルカメラ等で用いられているオートフォーカス機構では、レンズを移動させるメカニカル機構が必須であり、そのため小型化や耐衝撃性等に問題があった。これに対し、液晶への電圧印加に応じて、焦点距離を可変できる液晶レンズと称される屈折率勾配型レンズとして機能する液晶光学素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この特許文献１の液晶光学素子は、同一構成の第１の液晶光学素子と第２の液晶光学素子を有し、第１の液晶光学素子における偏光軸と第２の液晶光学素子における偏光軸とが直交するように両者を光学装置の光軸上に配置している。

これは、液晶光学素子には視野角特性があり、液晶層を通過する光のうち、偏光方向が各液晶光学素子の偏光軸と略一致した光のみが、液晶による屈折率変化の影響を受けるので、デジタルカメラ等の光学装置に入射する光の全ての偏光方向に対応できるように、２枚の液晶光学素子の偏光軸を直交させて配置する必要があるからである。

また、特許文献１には記載されていない構成であるが、特定の偏光に対してレンズの効果を大きくしたい場合などでは、複数の液晶素子の偏光軸が一致するように重ねて配置することで、レンズ効果の大きな光学素子を実現できることも知られている。

また、顕微鏡や光ピックアップなどの光学装置で発生する球面収差やコマ収差などの収差を補正するために、それぞれの収差に対応した複数の液晶光学素子を光軸に沿って重ねて配置して、収差補正を実現する提案がなされている（たとえば、特許文献２参照）。

この特許文献２によれば、収差補正デバイスは、対称性収差補正素子と非対称性収差補正素子との二つの液晶光学素子である位相変調素子を積層して構成され、球面収差などの対称性収差やコマ収差などの非対称性収差の両方を補正できることが示されている。

しかし、上記のいずれの場合でも、複数の液晶光学素子（位相変調素子）を重ねて配置するには、各液晶光学素子の光軸及び偏光軸を厳密に位置合わせして配置しなければ、目的とする光学特性を得ることができない。たとえば、特許文献１の第１の液晶光学素子と第２の液晶光学素子の光軸又は偏光軸がずれた状態で重ねた場合には、正確なフォーカス調整が出来ない問題が生じることになる。

このように複数の液晶光学素子を積層して使用する場合、正確な位置合わせが必要となるが、複数の液晶光学素子を高精度に位置合わせして貼り合わせる方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

この特許文献３の貼り合わせ方法は、液晶光学素子である液晶パネル面内の非表示領域に透明電極からなるアライメントパターンを設け、さらに端子部にはアライメントパターンに対して通電するアライメントパターン点灯用端子を形成している。そして、位置合わせ工程において、アライメントパターン点灯用端子に所定の電圧を印加してアライメントパターンを点灯させ、各アライメントパターンが重なった時点で位置合わせ作業を完了させることが示されている。

国際公開第ＷＯ２００６／０５４８０３号公報（第１０頁、図９） 国際公開第ＷＯ２０１３／１７２０８５号公報（第１６頁、図３） 特開２００２−２９６５６０号公報（第３頁、図３）

しかしながら、特許文献３の液晶パネルの貼り合わせ方法は、パネル面内のアライメントパターンが観察可能であって、このアライメントパターンによって位置合わせを行なうことができるが、アライメントパターンごとに点灯用端子を設けているので、液晶パネルの引き出し線数が増加して好ましくない。特に、液晶パネルの画素数が多い場合や、液晶パネルの小型化が要求される場合には、アライメントパターンの引き出し線数が無視できなくなり、光学素子の小型化が難しく、また駆動回路の構成が大きくなる問題があった。

また、アライメントパターンを認識しやすくするために、アライメントパターンの形状をある程度、大きくする必要があり、その結果、アライメントパターンの領域を確保するために光学素子の外形が大きくなる問題があった。また、光学素子の小型化を優先するために、アライメントパターンを小さくすると、視認性が低下して位置合わせ作業が難しくなる問題があった。

本発明の目的は上記課題を解決するためにアライメントパターンの構成を改良し、複数の光学素子の位置合わせが容易で、且つ、小型化しやすい光学素子を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光学素子は下記記載の構成を採用する。

本発明の光学素子は、第１の光学素子と第２の光学素子を備え、第１の光学素子と第２の光学素子を積層する光学素子であって、第１の光学素子及び第２の光学素子は、それぞれ互いに位置合わせを行うためのアライメントパターンを備え、第１の光学素子と第２の光学素子は、それぞれ一対の基板であって、前記一対の基板の対向面にそれぞれ形成された導電膜を有し、一対の基板の一方の導電膜は、光変調を行う画素と、画素と接続される配線とを有し、画素の一部又は配線の一部の導電膜を取り除いてアライメントパターンを形成し、アライメントパターンの周辺の画素の一部又は配線の一部に電圧を印加して、第１の光学素子と第２の光学素子の位置合わせを行うことを特徴とする。

本発明の光学素子により、アライメントパターンは、画素又は配線の一部として形成されるので、アライメントパターンを点灯するための配線が不要となり、配線数が少ない小型の光学素子を実現できる。また、導電膜を取り除いてアライメントパターンを形成することで、アライメントパターンとその周囲に形成されている導電膜のパターンとの色のコントラストを大きくできるため、アライメントパターンの視認性が向上し、複数の光学素子の位置合わせ作業が容易となり、高精度の位置合わせを実現できる。また、アライメントパターンが見やすくなるため、パターン形状を小さくでき、その結果、光学素子をさらに小型化できる。

また、画素は、光が入射する有効領域を備え、アライメントパターンは、有効領域を除いた領域に形成してもよい。

これにより、アライメントパターンは、光学素子の有効領域外に形成されるので、アライメントパターンが、光学素子の光学特性に悪影響を及ぼすことがなく、高性能な光学素子を提供できる。

また、アライメントパターンは、配線の一部の幅を広げた領域に形成してもよい。

これにより、配線の一部として形成されるアライメントパターンとその周囲における導電膜との色のコントラストを大きくできるので、アライメントパターンの視認性が向上し、複数の光学素子の位置合わせ作業が容易となる。また、配線の幅を広げた領域にアライメントパターンを形成するので、アライメントパターンの形成による配線抵抗の増加を防ぎ、画素への駆動電圧を正常に供給できる。

また、アライメントパターンは、光学素子の同心円の複数の輪帯画素の中心に対して対象の位置に複数形成してもよい。

これにより、アライメントパターンを対向して複数形成することで、位置合わせによる誤差を最小にできるので、高精度の位置合わせを実現できる。

本発明の光学素子によれば、画素の一部又は配線の一部の導電膜を取り除いてアライメントパターンを形成するので、アライメントパターンを点灯するための配線が不要となり、配線数が少ない小型の光学素子を実現できると共に、アライメントパターンとその周囲における導電膜との色のコントラストを大きくできるので、アライメントパターンが鮮明で視認性が向上し、光学素子の位置合わせ作業が容易となる。

本発明の第１の実施形態に係わる光学素子の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学素子の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学素子のアライメントパターンの拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学素子の位置合わせ工程を説明する斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学素子の位置合わせ工程を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係わる光学素子の位置合わせ工程におけるアライメントパターンの見え方の一例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係わる光学素子の平面図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係わる光学素子の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる光学素子の平面図である。 本発明の第３の実施形態に係わる光学素子の平面図である。 本発明の第３の実施形態に係わる光学素子のアライメントパターンの拡大図である。 本発明の第３の実施形態の変形例に係わる光学素子の平面図である。

以下図面に基づいて本発明の光学素子の具体的な実施の形態を詳述する。
［実施形態の特徴］
第１の実施形態の特徴は本発明の基本形であり、光変調を行う画素の一部にアライメントパターンが形成される構成である。第２の実施形態の特徴は、画素の有効領域以外の画素の一部にアライメントパターンが形成される構成である。第３の実施形態の特徴は、配線の一部にアライメントパターンが形成される構成である。

なお、説明にあっては、その説明及び図は一実施形態であって、これに限定されるものではない。また、図面における寸法や形状は実際の形状を正確に反映したものではなく、
図面を見やすく、また、理解しやすくするため一部誇張して模式的に記載している。また、発明に直接関係しない一部の要素は省略し、各実施形態において同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略するものとする。

以下の各実施形態において、光学素子は液晶光学素子であり、電圧印加に応じて偏光軸と略一致する偏光に対して焦点距離が可変可能な液晶レンズを例として説明を行う。

［第１の実施形態］
［第１の実施形態の光学素子の構成説明：図１、図２］
第１の実施形態の光学素子の構成を図１の平面図と、図１で示す切断線Ａ−Ａ´による図２の断面図を用いて説明する。

図１及び図２において、符号１は第１の実施形態の光学素子である。光学素子１は、一対の透明基板１０、２０と、この透明基板１０、２０の間に挟持される液晶２などによって構成される液晶光学素子である。

透明基板１０、２０のそれぞれの対向面には、導電膜１１、２１が形成され、導電膜１１、２１のそれぞれの表面には、図示しない配向膜が形成されている。透明基板１０、２０の内周にはシール部材３（図１：点線で示す）が配置され、このシール部材３の中に混在させた球状又は円柱状のスペーサー（ここでは図示せず）によって、透明基板１０、２０は所定の間隔で固定されている。液晶２（図２：楕円形で示す）は、透明基板１０、２０の間にあって、シール部材３によって封入されている。

２枚の透明基板１０、２０は、たとえばガラス材やプラスチック材を用いることができる。また、シール部材３は樹脂によって構成されている。また、導電膜１１、２１は、透明導電材料で構成され、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が使用される。

上述の導電膜１１、２１に電圧を印加すると、導電膜１１、２１に挟まれた液晶２は駆動され、非光変調状態から光変調状態となるため、光学素子１は、光学素子１の導電膜１１、２１を通過する光のうち液晶２の偏光軸と略一致した光を光変調する光学素子として機能する。

［第１の実施形態の光学素子のパターン形状の説明：図１］
次に、透明基板１０に形成される導電膜１１のパターン形状の一例について、図１を用いて説明する。図１において、導電膜１１は複数の輪帯画素からなる輪帯画素群１２や、各輪帯画素と接続される配線群１５を形成している。

輪帯画素群１２は、光学素子１の光軸１ｓを中心に同心円の複数の輪帯画素１２ａ〜１２ｉに別れており、各輪帯画素間の実線はそれぞれを絶縁するための微小な隙間をあらわしている。ここで、中心の画素が輪帯画素１２ａであり、最外周の画素が輪帯画素１２ｉである。

なお、輪帯画素群１２の画素数は限定されず、本実施形態では、図面を分かりやすくするために実際より画素数を少なく記述している。この輪帯画素１２ａ〜１２ｉのそれぞれに所定の電圧を印加することで、入射した光に対して位相の変調（屈折率変調）が行われ、光学素子１は液晶レンズとして機能する。なお、液晶レンズは公知技術であるので、詳細な説明は省略する。

符号１３、１４は、本発明の特徴であるアライメントパターンである。アライメントパ
ターン１３、１４は、輪帯画素群１２の領域の一部に形成される。アライメントパターン１３、１４はいずれか一つのみでもよいが、図面左右上下方向及び光軸１ｓを回転軸とする回転方向を高精度に合わせるためにも二つ以上形成するのが好ましい。また、アライメントパターン１３、１４間の距離や位置は特に限定されないが、距離が離れているほど位置合わせ精度が高くなり、位置合わせの対象中心に対して対称に配置することで位置合わせ作業を容易にできる。このため、図１に示すように、アライメントパターン１３、１４は、輪帯画素群１２のうち最外周の輪帯画素１２ｉ上であって、光軸１ｓを通る直線Ｂ（点線で示す）上で光軸１ｓに対して等間隔に対向するように形成されるのが好ましい。なお、直線Ｂの角度は限定されない。

また、アライメントパターン１３、１４は、導電膜１１を取り除くことで形成される。すなわち、アライメントパターン１３、１４の箇所には、導電膜１１が存在しない。なお、アライメントパターン１３、１４の詳細な形状と動作は後述する。

配線群１５は、前述の輪帯画素１２ａ〜１２ｉにそれぞれ接続する配線１５ａ〜１５ｉで構成され、透明基板１０の端部まで延ばされて、図示しない接続手段によって外部と電気的に接続される。すなわち、輪帯画素１２ａ〜１２ｉは、配線１５ａ〜１５ｉを介して外部に接続され、外部の駆動手段（図示せず）によって所定の電圧が印加されて駆動される。

上述した輪帯画素群１２、アライメントパターン１３、１４及び配線群１５は、導電膜１１をエッチング加工して取り除くなどの既知の方法によって形成することができ、マスクパターンを用いたフォトリソグラフィ技術により一度の工程で形成することができる。

また、透明基板１０に対向して配置される透明基板２０に形成される導電膜２１（図２参照）のパターンは、ベタパターンであって、図１では図示を省略している。

［第１の実施形態のアライメントパターンの形状説明：図３］
次に、第１の実施形態のアライメントパターンの形状の一例について、図３を用いて説明する。なお、アライメントパターン１３と１４は、同一形状であるので、ここでは、アライメントパターン１３について説明する。

図３は図１における領域Ｃの拡大図である。図３において、アライメントパターン１３は、たとえば導電膜１１（すなわち、輪帯画素１２ｉ）の一部が取り除かれた５つの小さな四角形状のパターン１３ａ〜１３ｅによって構成される。パターン１３ａは、アライメントパターン１３の中心に位置し、パターン１３ｂはパターン１３ａに対して図面上の上側に位置し、パターン１３ｃは図面上の右側に位置し、パターン１３ｄは図面上の下側に位置し、パターン１３ｅは図面上の左側に位置する。

すなわち、中心に位置するパターン１３ａに対して、パターン１３ｂ〜１３ｅが上下左右方向に等間隔で位置する。この構成により、アライメントパターン１３の周囲の導電膜１１（すなわち、輪帯画素１２ｉ）に所定の電圧が印加されると、上述した通り、導電膜１１、２１に挟まれた液晶は駆動され、非光変調状態から光変調状態となるが、導電膜１１が取り除かれたアライメントパターン１３の５つのパターン１３ａ〜１３ｅの領域においては、液晶２が駆動しないため非光変調状態のままとなる。

これによって位置合わせを行うときに、アライメントパターン１３、１４と導電膜１１との色のコントラストを大きくすることができるため、アライメントパターン１３、１４を正確に認識することができる。また、色のコントラストを調整でき、例えばアライメントパターン１３の明度を導電膜１１の明度よりも明るくすることにより視認性を良くする
ことができる。なお、アライメントパターン１３、１４の形状は限定されず、たとえば、円形や十字形などでもよい。

［第１の実施形態の光学素子の位置合わせ工程の説明：図４〜図６］
次に、第１の実施形態の光学素子の２枚を積層して光軸及び偏光軸の位置合わせを行う工程について、図４〜図６を用いて説明する。図４は位置合わせ工程を説明する斜視図であり、図５は位置合わせ工程のフローチャートであり、図６は２枚が積層された光学素子のアライメントパターンの見え方の一例を示している。

なお、２枚の光学素子を積層する目的は、前述したように、液晶光学素子には視野角特性があるため、デジタルカメラ等で使用する液晶レンズを構成する場合、光の全ての偏光方向に対応できるように、２枚の液晶光学素子の偏光軸を直交させて配置する必要があるからである。

はじめに、図４に示すように、光軸方向に沿って画像センサ３２、第１の偏光板２５、第１の光学素子１Ａ、第２の光学素子１Ｂ、第２の偏光板２６を順に配置する。また、図示しない手段によって、画像センサ３２と対向する側から観察光３１を照射して、画像センサ３でアライメントパターンを観察することによって行われる。

画像センサ３２は、各光学素子のアライメントパターンを観察するものであり、ひとつの画像センサ３２を移動可能にして、適時、アライメントパターン１３Ａ又は１４Ａの真上に位置するようにしてもよいし、アライメントパターン１３Ａ及び１４Ａのそれぞれの真上にひとつずつ配置してもよい。

第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂは、偏光軸が互いに直交していることを除いて、共に前述した光学素子１と同様の構成である。ここで、第１の光学素子１Ａの導電膜による構成要素は、輪帯画素群１２Ａ、アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、配線群１５Ａと称する。また、第２の光学素子１Ｂの導電膜による構成要素は、輪帯画素群１２Ｂ、アライメントパターン１３Ｂ（図示せず）、１４Ｂ、配線群１５Ｂと称する。

偏光板２５、２６は、所定の方向の偏光のみを通過する偏光子である。偏光板２６は後述する観察光３１が無偏光（ランダム偏光ともいう）である場合に用い、観察光３１を偏光にする。観察光３１が偏光である場合には、偏光板２６は無くてもよい。偏光板２５は、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを通過した光のうち、光変調領域と非光変調領域を観察しやすくするためのものである。

次に、位置合わせの工程について説明する。図４において、２枚の第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂとを図示しない手段によって支持し、積層して２つの偏光板２５、２６の間に配置する（図５のフローチャートにおけるステップＳ１：配置）。このとき、第１の光学素子１Ａの偏光軸と第２の光学素子１Ｂの偏光軸は略直交するように配置しておくとよい。また、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂとを光軸に垂直な面に対して平行になるように配置しておくとよい。

第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂのいずれか一方又は両方は、図示しない手段によってＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能であり、また、それぞれの光軸を基準にして回転可能であるとよい。

偏光板２５、２６は、第１及び第２の各光学素子１Ａ、１Ｂの光変調状態及び非光変調状態を通過した観察光３１が観察できるように、偏光板２５、２６の偏光方向を第１及び第２の各光学素子１Ａ、１Ｂの偏光軸を二分する方向に略一致するように配置するのがよ
り好ましい。

なお、所定の偏光に対して光変調を行う光学素子を第１及び第２の光学素子として用いる場合は、各光学素子の偏光軸が一致するように配置するため、その場合、偏光板２５、２６の偏光方向は、各光学素子の偏光軸と平行又は光軸及び偏光軸に直交する方向に配置するのが好ましい。

次に図４において、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのそれぞれの配線群１５Ａ、１５Ｂに、図示しない手段によって外部から所定の電圧を印加し、輪帯画素群１２Ａ、１２Ｂを光変調状態にする（図５におけるステップＳ２：電圧印加）。これにより、第１の光学素子１Ａのアライメントパターン１３Ａ、１４Ａと、第２の光学素子１Ｂのアライメントパターン１３Ｂ、１４Ｂのみが非光変調状態となる。なお、輪帯画素群１２Ａ、１２Ｂの最外周の輪帯画素１２ｉ（図１参照）のみに電圧を印加して光変調状態としてもよい。

次に図４において、第２の光学素子１Ｂの図面上の下方側から、図示しない手段によって所定の観察光３１を上向きに照射する観察光照射を行う（図５におけるステップＳ３：観察光照射）。これにより、第１の光学素子１Ａのアライメントパターン１３Ａ、１４Ａと、第２の光学素子１Ｂのアライメントパターン１３Ｂ、１４Ｂがそれぞれ重なっている領域は、観察光３１が光変調されないまま通過する。よって、アライメントパターン１３Ａ、１４Ａとアライメントパターン１３Ｂ、１４Ｂが正確に一致していれば、所定のアライメントパターン通りのパターン像を観察することができる。

次に図４において、第１の光学素子１Ａのアライメントパターン１３Ａ、１４Ｂの図面上の上方に配置した画像センサ３２によって、各光学素子を通過した観察光３１を検出し、この画像センサ３２で捉えた画像に基づいて各光学素子のアライメントパターンが一致しているか否かを判定するパターン観察を行う（図５におけるステップＳ４：パターン観察）。ここで、アライメントパターンが一致していない判定（判定Ｎ）であれば、位置合わせを行うステップＳ５に進み、アライメントパターンが一致している判定（判定Ｙ）であれば、次のステップＳ６に進む。なお、アライメントパターンが一致しているかの観察及び判定は、画像センサ３２によって取得した画像と図示しない画像処理装置による自動判定としてもよいし、目視による判定でもよい。

次にステップＳ４において、判定Ｎであった場合、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを支持している部材（図示せず）によって、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのいずれか一方又は両方を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向又は回転方向に移動させて、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの光軸の位置合わせを行う（図５におけるステップＳ５：位置合わせ）。なお、ステップＳ４で判定Ｙがなされるまで、ステップＳ４とステップＳ５を繰り返す。

ここで、アライメントパターンの位置合わせについて説明する。図６は第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂを通過した観察光３１が、偏光板２５を介して画像センサ３２によって取得された画像であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの領域を観察した画像の一例を示している。なお、図６で示す一致領域Ｋ（ハッチングで示す）は、非光変調状態のアライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの位置が平面方向で重なって見える領域であることを示している。

図６（ａ）は、いずれか一方の光学素子が、＋Ｘ方向と−Ｙ方向に僅かずつずれている場合の一例であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの５つのパターンよる一致領域Ｋの形状は、共に四角形で大きさも同じであるが面積が小さいことを示している。この場合は、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂのいずれか一方又は両方を図示しない手段によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動して位置合わせを実施する。

また、図６（ｂ）は、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのアライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの中心は一致しているが、角度がずれている場合の一例であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの５つのパターンよる一致領域Ｋの大きさと形状が異なっていることを示している。

この場合は、時計回りにずれている一方の光学素子をわずかに反時計回りに回転させて位置合わせを実施するとよい。なお、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの角度がずれている場合は、対となって対向しているアライメントパターン１３と１４の見え方が異なるので、その見え方の違いによって、角度のずれを調整できる。

また、図６（ｃ）は、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのアライメントパターン１３Ａ、１３Ｂが、Ｘ方向、Ｙ方向、そして角度においても一致している場合であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの５つのパターンよる一致領域Ｋの形状が四角形であり、大きさもアライメントパターンの大きさと一致している。

ここで、対向している二つのアライメントパターン１３、１４についてそれぞれ判定を実施し、二つのアライメントパターン１３、１４が共に図６（ｃ）のように見えるならば、２枚が重なった第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂは、光軸が一致し、互いの偏光軸が直交している状態であるということになり、ステップＳ４で判定Ｙと判断される。

ステップＳ４で、アライメントパターンが一致した（判定Ｙ）と判断されたならば、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂへの電圧印加と観察光３１の照射を停止する（図５におけるステップＳ６：電圧及び観察光ＯＦＦ）。

次に、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの位置を固定するために、接着剤（図示せず）などによって、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを固定して一体化した後に、支持部材から外して位置合わせ工程を終了する（図５におけるステップＳ７：固定）。

このように、ステップＳ４で判定Ｙがなされるまで、ステップＳ４とＳ５を繰り返し、画像センサ３２で捉えた画像を確認しながら、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂのいずれか一方又は両方を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向又は回転方向に移動することで、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂの光軸及び偏光軸の位置合わせを実施する。

ここで、前述したように、各アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂは、導電膜１１が取り除かれることで形成されているので、輪帯画素群１２Ａ、１２Ｂに所定の電圧が印加されると、輪帯画素群１２Ａ、１２Ｂは光変調状態となるが、各アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂは非光変調状態のままとなる。

その結果、図６で示すように、２枚の第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの各アライメントパターンが一致した一致領域Ｋのみが光変調をされず、それ以外の領域は光変調がされているので、アライメントパターンの重なり具合（すなわち、光学素子の位置ずれ）を明確に認識することができる。このとき、光変調領域と非光変調領域との色のコントラストが大きくなるように、第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂのそれぞれに印加する電圧や、偏光板２５，２６の方向を変えることが好ましい。

以上のように、第１の実施形態の光学素子によれば、光変調を行う輪帯画素群１２の領域の一部にアライメントパターン１３、１４を形成するので、アライメントパターンを点灯するための配線の引き回しが不要であり、その結果、光学素子外周の面積の増大がなく、外形が小型の光学素子を提供できる。また、光学素子の配線数が増加しないので、光学
素子に所定の電圧を供給する駆動手段（図示せず）の構成を簡素化できる。

また、画素の導電膜１１を取り除いてアライメントパターン１３、１４を形成することで、アライメントパターンのみが非光変調状態となって表示されるので、アライメントパターンが鮮明で視認性が向上し、その結果、光学素子の位置合わせ作業が容易となり、高精度の位置合わせを実現できる。

また、アライメントパターン１３、１４は複数であり、光学素子１の光軸１ｓを基準に対向して形成されており、この対向するアライメントパターンをそれぞれ位置合わせすることで、光軸の位置合わせ誤差を最小にでき、複数の光学素子をきわめて高精度に位置合わせすることが可能となる。

また、輪帯画素群１２の領域中にアライメントパターン１３、１４を配置するので、アライメントパターンのための領域を確保する必要がなく、小型の光学素子を実現できる。また、アライメントパターンが視認性に優れているので、パターン形状を小さくでき、その結果、光学素子の大きさ（外径）をさらに小型化できる。

次に、第１の実施形態の変形例の光学素子の構成について、図７、図８を用いて説明する。第１の変形例の特徴は、画素の一部にアライメントパターンを一つのみ形成して、アライメントを実施することであり、アライメントパターンの位置が異なる例を２つ説明する。第２の変形例の特徴は、画素の一部に４つのアライメントパターンを形成して、アライメントを実施する例を説明する。ぞれぞれの変形例においては、アライメントパターン以外の構成は上述した第１の実施形態の光学素子１（図１、図２参照）と同様であるため説明を省略する。

［第１の実施形態の第１の変形例の構成説明：図７］
第１の実施形態の第１の変形例の第１例である光学素子４０について説明する。図７（ａ）に示すように、輪帯電極群１２の最外周の輪帯画素１２ｉの領域の一部であって、配線群１５の近傍に１つのアライメントパターン４１が形成されている。ここで、配線群１５は、光学素子４０の光学特性（光変調）に寄与しないため、アライメントパターン４１を配線群１５の近傍に配置することで、アライメントパターン４１が光学素子４０の光学特性に悪影響を及ぼすことを防ぐ効果が期待できる。

次に第１の実施形態の第１の変形例の第２例である光学素子４２について説明する。図７（ｂ）に示すように、輪帯電極群１２の最外周の輪帯画素１２ｉの領域の一部であって、配線群１５から離れた位置に１つのアライメントパターン４３が形成されている。この配置によって、アライメントパターン４３の周辺には輪帯電極群１２以外のパターンが存在しないため、アライメントパターン４３の視認性が向上する効果が期待できる。なお、各アライメントパターン４１、４３の形状は、第１の実施形態と同様（図３参照）であるので説明は省略する。

ここで、第１の変形例の光学素子４０又は光学素子４２の偏光軸を直交させて２枚を積層し液晶レンズを構成する場合は、第１の実施形態と同様の工程（図４〜図６参照）で位置合わせを実施する。ここで、第１の実施形態の第１の変形例の光学素子４０又は４２は、アライメントパターンが一つなので、一回の位置合わせ工程を実施すればよく、位置合わせ工程を簡略化できる効果がある。

［第１の実施形態の第２の変形例の構成説明：図８］
次に、第１の実施形態の第２の変形例の光学素子４５の構成について、図８を用いて説明する。この第２の変形例の特徴は、画素の一部に４つのアライメントパターン４６〜４
９を形成して、アライメントを実施することである。

各アライメントパターン４６〜４９は、輪帯電極群１２の最外周の輪帯画素１２ｉの領域の一部に、光学素子４５の光軸４５ｓを基準にして等間隔に対向して配置されている。すなわち、アライメントパターン４６と４７とが対向して形成され、また、アライメントパターン４８と４９とが対向して形成される。

この第２の変形例の光学素子４５の偏光軸を直交させて２枚を積層して液晶レンズを構成する場合は、第１の実施形態と同様の工程（図４〜図６参照）で位置合わせを実施する。ここで、第２の変形例の光学素子４５は、アライメントパターンが４つあるので、それぞれのアライメントパターンを位置合わせすることで、さらに位置合わせ誤差を減らして高精度に光軸を合わせることが可能となる。

たとえば、まず、対向して形成される一方のアライメントパターン４６と４７とについて、前述したフローチャート（図５参照）に沿って位置合わせ工程を実施し、さらに、対向して形成される他方のアライメントパターン４８と４９とによって、位置合わせの確認と微調整を実施することで、位置ずれの少ない高性能な光学素子を実現できる。

［第２の実施形態］
［第２の実施形態の光学素子の構成説明：図９］
次に、第２の実施形態の光学素子の構成について、図９を用いて説明する。第２の実施形態の特徴は、光学素子の有効領域以外の画素の一部にアライメントパターンが形成されることである。

図９において、符号５０は第２の実施形態の光学素子である。光学素子５０の基本的な構成は、第１の実施形態の光学素子１（図１、図２参照）と同様であるため、重複する説明は省略する。

符号５１は、光学素子５０の輪帯画素群１２に備えられる有効領域であり、この有効領域５１を示す点線の内側の輪帯画素群１２に入射する光に対して、光学素子５０は所定の光変調を行い、液晶レンズとして機能する。

符号５２、５３はアライメントパターンであり、アライメントパターン５２、５３は、輪帯画素群１２に備えられている有効領域５１を除いた外側の輪帯画素１２ｉの領域の一部に、光軸５０ｓを基準に対向して形成される。

以上の構成により、第２の実施形態の光学素子５０は、アライメントパターン５２、５３が光学素子５０の有効領域５１を除いた外側に形成されるので、アライメントパターン５２、５３が、光学素子５０の光学特性に影響を与えることがなくなるため、高性能の光学素子を提供できる。また、アライメントパターン５２、５３は、第１の実施形態と同様に導電膜を取り除き、対向して形成されているで、第１の実施形態と同様に優れた効果を備えている。

また、本実施形態のアライメントパターンの数は限定されず、第１の実施形態の第１の変形例（図７参照）のように、１つのアライメントパターンを設けてもよいし、第１の実施形態の第２の変形例（図８参照）のように、４つのアライメントパターンを設けてもよい。これによって、さらに、位置合わせ精度を向上させることが可能となる。

［第３の実施形態］
［第３の実施形態の光学素子の構成説明：図１０］
次に、第３の実施形態の光学素子６０の構成について、図１０を用いて説明する。第３の実施形態の特徴は、画素に接続される配線の一部にアライメントパターンが形成されることである。それ以外の基本的な構成は第１の実施形態の光学素子１（図１、図２参照）と同様であるため、重複する説明は省略する。

符号６１、６２は本実施形態の特徴であるアライメントパターンである。アライメントパターン６１、６２は、輪帯画素群１２の最外周の輪帯画素１２ｉに接続される配線１５ｉにおける導電膜の一部を取り除くことによって形成され、輪帯画素群１２の外側であって、基板１０の対角線上に光学素子６０の光軸６０ｓを基準に対向して配置される。

［第３の実施形態のアライメントパターンの形状説明：図１１］
次に、第３の実施形態のアライメントパターンの形状の一例について、図１１を用いて説明する。図１１は図１０における領域Ｄの拡大図である。なお、第３の実施形態のアライメントパターン６１、６２は、同一形状であるので、ここでは、アライメントパターン６１について説明する。

図１１に示すように、配線１５ｉは、一部が幅の広いアライメント配線１５ｉ´を有しており、アライメントパターン６１は、このアライメント配線１５ｉ´を形成する導電膜１１の一部を取り除くことによって配置される。

アライメントパターン６１は、第１の実施形態の光学素子１におけるアライメントパターン１３と同様であり、アライメント配線１５ｉ´内部に、５つの小さな四角形状のパターン６１ａ〜６１ｅが形成されることで、アライメントパターン６１が構成される。パターン６１ａは、アライメントパターン６１の中心に位置し、パターン６１ｂはパターン６１ａに対して図面上の上側に位置し、パターン６１ｃは図面上の右側に位置し、パターン６１ｄは図面上の下側に位置し、パターン６１ｅは図面上の左側に位置する。すなわち、中心に位置するパターン６１ａに対して、パターン６１ｂ〜６１ｅが上下左右方向に等間隔で位置する。

以上の構成により、配線１５ｉ（すなわち、輪帯画素１２ｉ）に所定の電圧が印加されると、アライメント配線１５ｉ´は光変調状態となるが、導電膜１１が取り除かれたアライメントパターン６１の５つのパターン６１ａ〜６１ｅは、非光変調状態のままとなる。これにより、光学素子６０に電圧印加したときに、アライメントパターンを明確に認識することができる。なお、アライメントパターン６１、６２の形状は限定されず、たとえば、円形や十字形などでもよい。

以上のように、第３の実施形態によれば、アライメントパターン６１、６２が光学素子６０の輪帯画素群１２の外側に形成されるので、アライメントパターン６１、６２が、光学素子６０の光学特性に悪影響を及ぼすことがなく、高性能の光学素子を提供できる。

また、第１の実施形態と同様に、導電膜を取り除いてアライメントパターン６１、６２を形成することで、アライメントパターンのみが非光変調状態となって表示されるので、アライメントパターンが鮮明で視認性が向上し、その結果、光学素子の位置合わせ作業が容易となり、高精度の位置合わせを実現できる。また、アライメントパターン６１、６２は、配線１５ｉの一部として形成されるので、アライメントパターン６１、６２を点灯するための専用の配線が不要であり、配線数が少ない小型の光学素子を実現できる。

また、配線の幅を広げたアライメント配線１５ｉ´にアライメントパターン６１、６２を形成するので、アライメントパターン６１、６２の形成による配線抵抗の増加を防ぎ、画素への駆動電圧を正常に供給できる。

また、図１０に示すように、基板１０における輪帯画素群１２を配置しない位置に形成することによって、余白領域を有効に使用することができるとともに、光学素子を大きくすることなくアライメントパターンを配置することができる。

［第３の実施形態の変形例の説明：図１２］
次に、第３の実施形態の変形例の光学素子７０の構成について、図１２を用いて説明する。この第３の実施形態の変形例の特徴は、画素に接続される配線の一部に複数のアライメントパターンを形成し、各アライメントパターンは、それぞれ異なる配線の一部として形成されることである。それ以外の基本的な構成は第１の実施形態の光学素子１（図１、図２参照）や第３の実施形態の光学素子６０（図１０、図１１参照）と同様であるため、重複する説明は省略する。

アライメントパターン７１は、輪帯画素群１２の中心の輪帯画素１２ａに接続される配線１５ａの一部の導電膜を取り除くようにして形成される。また、アライメントパターン７２は、輪帯画素群１２の最外周の輪帯画素１２ｉに接続される配線１５ｉの一部の導電膜を取り除くようにして形成される。これにより、配線１５ａに電圧を印加したときは、アライメントパターン７１が認識（制御）できるようになり、同様に配線１５ｉに電圧を印加したときは、アライメントパターン７２を認識（制御）できるようになるため、それぞれを独立して制御することができる。

以上のように、第３の実施形態の変形例によれば、アライメントパターン７１、７２は、配線群１５の一部として形成されるので、アライメントパターン７１、７２を点灯するための専用の配線が不要である。また、アライメントパターン７１と７２は、それぞれ異なる配線に分かれて形成されるので、配線１５ａと配線１５ｉとに印加する電圧を個別に調整することで、アライメントパターン７１、７２のコントラストを個別に制御し、観察環境等に応じて各アライメントパターンを最適なコントラストに設定できる効果がある。

また、第３の実施形態のアライメントパターンの数は限定されず、たとえば、第１の実施形態の第２の変形例（図８参照）のように、４つのアライメントパターンについて光軸７０ｓを基準にして等間隔に対向して配置してもよい。このように、アライメントパターンの数を増やすことで、さらに、位置合わせ精度を向上させることが可能となる。

また、本発明の実施形態で示した光学素子として機能する導電膜の形状はレンズとして機能する輪帯画素群に限定されるものではなく、光学系上に発生する球面収差や非点収差などの収差を補正するための画素電極パターンや、ベクトルビームに変換するための光位相変調素子における画素電極にも適用できる。また、それ以外の構成要素についても本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更してよい。

本発明の光学素子は、デジタルカメラ等のオートフォーカス装置等で用いられる液晶レンズや、顕微鏡、光ピックアップなどの収差補正用光学素子として、幅広く利用することが出来る。

１、４０、４２、４５、５０、６０、７０ 光学素子
１ｓ、４５ｓ、５０ｓ、６０ｓ、７０ｓ 光軸
２ 液晶
３ シール部材
１０、２０ 透明基板
１１、２１ 導電膜
１２ 輪帯画素群
１２ａ〜１２ｉ 輪帯画素
１３、１４、４１、４３、４６〜４９、５２、５３、６１、６２、７１、７２ アライメントパターン
１３ａ〜１３ｅ、６１ａ〜６１ｅ パターン
１５ 配線群
１５ａ〜１５ｉ 配線
１５ｉ´ アライメント配線
３１ 観察光
３２ 画像センサ
５１ 有効領域

Claims (4)

1. 第１の光学素子と第２の光学素子を備え、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子を積層する光学素子であって、
   前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、それぞれ互いに位置合わせを行うためのアライメントパターンを備え、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、それぞれ一対の基板であって、前記一対の基板の対向面にそれぞれ形成された導電膜を有し、
   前記一対の基板の一方の導電膜は、光変調を行う画素と、前記画素と接続される配線とを有し、
   前記画素の一部又は前記配線の一部の前記導電膜を取り除いてアライメントパターンを形成し、
   前記アライメントパターンの周辺の前記画素の一部又は前記配線の一部に電圧を印加して、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子の位置合わせを行う
   ことを特徴とする光学素子。
2. 前記画素は、光が入射する有効領域を備え、前記アライメントパターンは、前記有効領域を除いた領域に形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記アライメントパターンは、前記配線の一部の幅を広げた領域に形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記アライメントパターンは、前記光学素子の同心円の複数の輪帯画素の中心に対して対象の位置に複数形成される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の光学素子。

Images