JPH02251821A - 拡散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、カメラの焦点板等に好適な拡散装置に関し、
特に拡散性を別間することが可能な拡散装置に関するも
のである。

［従来技術］ 従来からダイナミックスキャツタリングモードで動作す
る散乱型液晶を用いたカメラ用の焦点板として知られて
おり、例えば、特開昭４８−３７３７９号公報及び特開
昭５９−１９５６３３号公報に開示されるごとく、印加
電圧の有無により、焦点板全体を透明状態と拡散状態の
間で切換える可能な焦点板や、特開昭５０−１１５５２
３号公報に開示されるごとく、印加電圧を変化させ焦点
板拡散性を制御可能な焦点板が知られている。

この散乱型液晶は、液晶分子団を印加電圧により、乱流
状態とすることにより入射光を拡散せしめる。しかしな
がら、この散乱効果を発生する液晶分子団は数十μｍ〜
数百μｍと小さいものではあるが、カメラのファインダ
ーの如く、数倍の拡大率をもったファインダー内に配置
した場合、液晶分子の乱流が見えてしまい、品位の悪い
焦点板となってしまう。

一方、特開昭６０−２５０３３７や特開昭６０−２２１
７２９号では、液晶の複屈折性を利用した焦点板が開示
されている。この焦点板では、液晶セルを識別する一方
の基板面を散乱面にし、かつ、一対の基板面の各々に電
圧が印加される透明電極を形成し、電界印加によって液
晶分子の配向を変化せしめて、液晶の複屈折性による屈
折率差を利用して、セルの拡散性（散乱面の拡散性）を
制御している。しかしながら、この場合、基板面に透明
電極を形成するのに面倒な真空成膜技術を用いなければ
ならず、さらに散乱面の角ばった部分では成膜状態があ
まり良くなく、断線する場合が多々あった。

また、電圧印加により散乱性を制御する場合、カメラ等
の広い温度範囲での使用を考えた場合、特に低温で液晶
が動作しなくなる等の問題があった。

［発明の概要］ 本発明は、上記の従来の欠点を解消した全く新しい型の
拡散装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の拡散装置は、一対
の基板間に互いに異なる方向に液晶分子を配向せしめた
複数個の液晶層を分布させた液晶セルと液晶セルの光入
射側若しくは光射出側の少なくとも一方に設けた回転可
能な偏光板とを有している。

本発明では、偏光板を回転させることにより装置の拡散
特性を制御できるので、液晶として散乱型液晶を使用す
る必要がなく、また液晶セルの基板面に電極を形成して
、この電極を介して液晶分子の配向状態を変えるといっ
たことも不要であるので、前述の従来の液晶焦点板で生
じていた問題は全く生じない、従って、カメラのファイ
ンダー等に使用しても像の視認が良く、また装置として
極めて安定している。

本発明の更なる特徴や具体的形態は以下の実施例に記載
されている。

［実施例］ 第１図乃至第３図は本発明の係る拡散装置の一実施例を
示す説明図であり、第１図は本拡散装置の液晶セルの一
方の基板の部分的平面図、第２図は液晶セル断面図、第
３図は、本拡散装置の断面図である。

第１図乃至第３図を用いて本拡散装置に関して詳しく述
べる。

第１図中の数値は後述する配向処理膜の各領域の寸法を
示しており、単位なμｍである。そして、同図において
、１ガホメオトロビツク配向処理膜を、２ガホモジニア
ス配向処理膜を示している。

第２図及び第３図において、８は液晶セル、５．６はガ
ラス基板で、該ガラス基板５，６の対向する各基板面上
にホモジニアス配向処理膜、２．４が形成さ、れ更にそ
の上にホメオトロピック配向処理ＩＩ＠１．３が形成さ
れている。そして、各基板５．６の基板面上の各配向膜
の分布は第１図に示す通りである。９は誘電異方性が正
のネマチック液晶分子で構成される液晶層、１１は液晶
セルホルダー　１２は偏光板、１３は偏光板ボルダ−で
あって、液晶セルホルダー１１に対し回動可能な状態で
取り付けられており、偏光板１２を液晶セル８に対し回
転させる。

本発明に用いる配向処理膜は下記の様にして形成される
。まず、ガラス基板５上にＳｉＯ，ＳｉＯ２゜ＴｉＯ２
，ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル。

ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなど
の被膜を形成する０例えば、ＯＣＤ　　（東京応化製）
をスピン塗布し、七″ｏｏ℃で、１時間加熱して５１０
２Ｍを形成する。次いで、この上を、布、ビロードなど
でラビング処理し、ホモジニアス配向処理膜２とする。

また、被膜形成法としては、上述の方法以外に、前述の
化合物を斜め蒸着法を用いて形成しても良い。

次に、フォトレジストを塗布し、ホメオトロピック配向
させたい部分以外にフォトレジストが残る様に所定の分
布パターンが形成しであるマスクを用いて露光し、現像
を行いホメオトロピック配向させたい部分のホモジニア
ス配向膜を露出させる。

次に、ＣＦ３　（ＣＦ２）ｉ−５ｉ−（ＯＣＨ３）３．
ＣＦ３　（ＣＦ２）４−５ｉ−（ＯＣＨ３）　ｓ　、　
ＣＦ３　（ＣＦ２）’Ｓ−５ｉ−（ＯＣＨｓ）　３．　
ＣＦ３（ＣＦ、）　ａ−５ｉ−（ＯＣＨ３）３などのフ
ッ素系シラン化合物を、フォトレジストを浸食しない溶
剤、例えば、５ＲＸ−６７９（東しシリコーン社製；純
粋希釈）等を用いてスピン塗布し、フォトレジストのは
く離が可能なまでの温度（例えば、１００℃）で加熱乾
燥した後、フォトレジストをアセトン、　ＭＥＸ、アル
コール等を用いて除去し、更に１５０℃〜２００℃で１
時間加熱処理し、ホメオトロピック配向膜１．３とする
。

以上の工程により、ガラス基板５．６上に液晶分子７を
水平に配向させるホモジニアス配向膜２．４と、垂直に
配向させるホメオトロピック配向［１，３を形成でき、
これらを、その配向膜を向い合せ、その間に液晶層９を
挟持することにより液晶セル８を構成する。

この液晶セルは、液晶分子７が水平に配向した領域中に
液晶分子が垂直に配向した領域が複数分布したものとな
り、第１図に示した様になる。そこで、この液晶セルと
偏光板を組み合せ、第３図に示す様な液晶焦点板を構成
する。なお、ホモジニアス配向膜２と４は、それによる
液晶分子の配向方向がほぼ同一方向になる様に構成する
のが望ましい。

次に動作について説明する。液晶分子は、その長袖方向
の偏光をもつ光に対してｎ６なる屈折率を、また短軸方
向の偏光をもつ光に対してはｎｏなる屈折率を示す。そ
れゆえ液晶分子を光学的には、長袖が２０６、短軸が２
ｎ、なる回転だ同体として表わせる。第４図は、この液
晶分子の断面図であり、１４は無電界すなわち印加電圧
０の場合を、１４°は電圧が印加され、液晶分子がその
話電異方性により電界の方向にその長袖を向ける。この
向き方は印加される電界の強さに比例し、第４図ではθ
［°］回転した状態である。ここで光が２軸方向から入
射すると、この入射光はＸ軸と直交するｙ軸方向（紙面
に垂直な方向）の偏光成分と、Ｘ軸方向の成分とに分割
して考えるこ事が出来、自然光の場合それぞれ等量であ
る。

ここで、ｙ軸方向の偏光光に対しては、第４図からもわ
かる様に、液晶分子が回転しても常にｎ、なる屈折率で
ある。そこで、■軸方向の偏光成分についてのみが、液
晶分子の回転にともなって変化する。この時の屈折率ｎ
θはＸ軸と交わる点の値として得られる。そこでＸ軸、
Ｘ軸からθだけ回転したＸ°軸、ｚ゛軸へのｎｏの射影
をそ１１　２”　Ｘ　　”　＋　Ｚ　θ” θ　　　　　　θ ｓｉｎ　　θ冨　θ／ｎθ と表わされ、分子の回転にともなって、ｎ、（θ＝０）
からｎｏ　　（θ＝９０°）まで変化する。

第５図は、液晶として、メルク社のネマチック液晶２目
−１６９４（ｎ、　−１，６３３，ｎ、　−１，５３０
）を用いた時の液晶分子長軸方向の偏光光に対する屈折
率である。

以上の説明においては、液晶層への入射する光の偏光を
一定とし、液晶分子の回転により屈折率が変る事を示し
たが、逆に、液晶分子自体を一定方向と、これに入射す
る光の偏光方向を変化しても同様となる０本発明はこの
点を利用したものである。

第６図は本拡散装置における液晶分子の屈折率変化を説
明する図であり同図においては、液晶分子長軸方向１５
が偏光板１６の偏光軸方向１７と相対的にθ［°］に傾
いた状態を示している。同図と、第４図に示した液晶分
子の傾きは全く同一であり、偏光板１６の回転による屈
折率の変化は第５図の横軸を、第６図の液晶分子長軸方
向１５と偏光軸３°向１７に置きかえるだけで表わす事
が出来る。

尚、第２図において、ホメオトロピック配向された領域
の液晶分子は偏光板１６の偏光軸と９０［°］の角度で
対向していると言えるのでここでの屈折率は第５図を参
照すれば常にｎｏなる値である。それゆえ、偏光板１６
の回転により屈折率変化を示すのは液晶分子がホモジニ
アス配向されている領域２，４のみである。

これにより、液晶層中のホメオトロピック配内部（第１
液晶層）とホモジニアス配内部（第２液晶層）の屈折率
差で生じる位相型の液晶焦点板を構成でき、本拡散装置
においては、偏光板１６の回転により、その偏光軸１７
とホモジニアス配向部の液晶分子の長軸１５とのなす角
度Ｏがθ＝９０°の時は、焦点板として全く作用せず屈
折率ｎ。なる均質体となり（拡散なし）、又θ〈９０゛
の時は前述のｎｏと００の差の屈折率による位相型焦点
板となるので入射光を拡散せしめ、θ＝０°で最大の屈
折率差をすなわち（ｎａｎｏ）を得て最大拡散作用を示
す。この液晶焦点板としては、従来の如く、その位相差
をπすなわちλ／２（λは波長）にすると良い。

一般に液晶の屈折率差△ｎ＝　（ｎ、−ｎｏ　）は０．
０２〜０．２程度である。また、液晶層９の厚さｄは数
μｍ〜１０μｍ程度である。ここで、波長０．５５μｍ
の光に対して、位相差△ｎｄ＝πを得るためには、液晶
として例えば、メルク社製の液晶ＺＬＩ−１５９９を用
いると、この液晶の最大屈折率差が△ｎ　（＝　ｎ　ｅ
　　ｎ　ａ　）　！＝ｒＯ１０７であるため、液晶層９
の厚さｄを３．９μｍにする。よって、液晶層９の厚さ
は３．９μｍ以上であれば、偏光板１６の回転により位
相差をＯ〜πまで可変にする事が可能である。

第７図は液晶として前述のＺＬＩ−１５９９、液晶層９
の厚さ３．９μｍ偏光軸１７と液晶分子長軸１５のなす
角度θを“０”°とした時に得られた第１図乃至第２図
に示した液晶セル８第５の回折散乱光の強度分布を表わ
し、図示しである円の大きさは強度に比例している。第
７図で外側の大きな円は回折角で４°の位置を示してい
る。なお、第７図は、最大の回折散乱状態であり、偏光
板１６の回転により、回折光は減少し、最終的にはθ＝
９００で中心すなわち０１の位置に１００％の光が集中
し、焦点板としては作用しなくなる。

また同図中の各数値は全出射光を１００とした時の強度
を示しである。

なお、ホメオトロピック配向処理膜は、上下２つの透明
基板５，６でほぼ対向する様装置する事が望ましい。

［他の実施例］ 第８図と第９図は本発明の他の実施例を示す説明図であ
る。第１図に示した２０μｍ周期の単位ユニット内の配
向膜の配置をより複雑な形状にしたものであり、第９図
はこの配向膜を用いた液晶セルからの回折散乱光の強度
分布を第７図と同様に表わしたものであり配向処理膜の
分布を変える事で回折散乱光分布を変る事が可能である
ことがわかる。それゆえ本発明は、配向処理膜の分布を
限定するものではない。

第１Ｏ図は本発明の他の実施例であって、第３図に示し
た偏光板１２の配置を変えたものを示す。図中２０は撮
影レンズ、２１はミラー、２２はコンデンサーレンズ、
２３はペンタプリズム、２４はアイピースレンズ（接眼
レンズ）、２５はフィルム、２６はカメラボディーを示
す。

液晶セル８はフィルム２５と等価な位置に配置し、偏光
板はこの液晶セル８とは別に、たとえばアイピースレン
ズ２４の後方の位置２８、あるいは撮影レンズ２０の前
面の位置２７に配置されている。従ってカメラ用の拡散
装置として、より操作性の良いものとなっている。

以上説明したように、一対の基板間の液晶層中で、例え
ばホモジニアス配向とホメオトロピック配向の互いに異
なる方向に液晶分子を配向せしめた液晶層部分を形成し
、液晶層に入射もしくは出射する光束を制御する偏光板
とから焦点板を構成し、このホモジニアス配向した液晶
分子の長袖方向と偏光板の偏光軸が相対的に回動させら
れる様に偏光板を回動可能とする事で、液晶層の複屈折
性を利用して、液晶層への入射光又は液晶層からの出射
光の偏光成分比を制御する事により、ホメオトロピック
配向領域とホメオトロピック配向領域との間での位相差
を制御し、もって、液晶セルからの回折散乱光強度分布
を制御、可能となった。従フて、電界の印加を行なわな
くとも、透明と散乱との間で拡散性を制御出来、低温で
動かなくなったりすることがなく、あるいは温度に応じ
て駆動電圧を変えるといった面倒な制御も不要となる。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば、偏光板を回転させることにより
装置の拡散特性を制御できるので、従来の散乱液晶を用
いたり、電界制御による液晶焦点板で生じていた種々の
問題が生じることなく、液晶セルの構成も簡単になる。

従って、カメラの焦点板等に極めて好適であり、このよ
うな用途に用いても像の視認性が良く、また安定した性
能が得られるという格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る拡散装置の一実施例の液晶セルの
配向膜の分布を示す図。 第２図は本拡散装置の液晶セルの断面図。 第３図は本拡散装置の液晶セルの断面図。 第４図〜第６図は本発明におわる液晶の屈折率変化を示
す説明する図。 第７図は第２図の液晶セルによる回折散乱光の分布図。 第８図は本発明の他の実施例に係る配向膜の分布図。 第９図は本発明の他の実施例の液晶セルの回折散乱光の
分布を示す図。 第１Ｏ図は本発明の他の実施例の偏光板の配置例を示す
説明図。 １．３．１８・・・ホメオトロピック配向処理膜２．４
．１９・・・ホモジニアス配向処理膜５．６・・・ガラ
ス基板 ９・・・液晶層 １０・・・液晶分子 １２・・・偏光板 １６・・・液晶分子長軸方向 １７・・・偏光軸方向 ２７．２８・・・偏光板の配置位置 眉折孝 シ鯖−９〕−子［巨］ｍビミ負

〔０〕

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板間に互いに異なる方向に液晶分子を配
   向せしめた複数個の液晶層を分布させた液晶セルと、該
   液晶セルの光入射側若しくは光射出側の光路の少なくと
   も一方に設けた回転可能な偏光板とを有する拡散装置。
2. （２）前記一対の基板の前記液晶層の側の面に各々配向
   膜が形成されており、各配向膜は、ホモジニアス配向膜
   とホメオトロピック配向膜とからなり、ホモジニアス配
   向膜又はホメオトロピック配向膜が液晶層と接する領域
   が複数の領域で形成されている特許請求の範囲第（１）
   項記載の拡散装置。
3. （３）前記一対の基板に形成したホモジニアス配向膜が
   互いにほぼ等しい方向に液晶分布を配向せしめる特許請
   求の範囲第（２）項記載の拡散装置。
4. （４）前記偏光板は液晶層と相対的に少なくとも９０°
   以上の範囲で回動可能である特許請求の範囲第（１）項
   記載の拡散装置。
5. （５）前記配向膜はホモジニアス配向膜上にホメオトロ
   ピック配向膜が形成され、かつこれらの配向膜はそれぞ
   れ液晶層と接している特許請求の範囲第（１）項記載の
   拡散装置。