JPH0323421A - 液晶焦点板 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は写真用カメラやビデオカメラ等に好適な液晶を
利用した液晶焦点板に関し、特に液品に印加する電圧を
制御し、該液晶の光学的性質を変化させることにより、
拡散特性を制御し４ＦＪるようにした液晶焦点板に関す
るものである。

（従来の技術） 従来より液晶を利用した液晶焦点返は神々と提案されて
いる。一般に液晶に電圧を印加すると液晶は分子の配列
状態は散乱し、焦点板としての機能を有するようになっ
てくる。液晶を用いた液１ｔ｝Ｉ焦点板において拡散特
性を変化させる方法としては、例えば特開昭４８−３７
３７９号公報や特開昭５９−１９５６：１３号公報等に
おいては液晶の動的散乱モードが光を拡散するという特
性を利用して液晶への印加電圧の有無により焦点板全体
を透明と拡散との間で切換えて行っている． 又、特開昭５０−１１５５２３号公報では印加電圧を変
化させて拡散特性を変化させて行っている。

この他、特開昭６０−２５０３３７号公報や特開昭６０
−２２１７２９　−＋公報では一方の透明基板面を散乱
面とし、この面上に透明電極を形成し、液晶の複屈折率
を利用して液晶の散乱特性を制御した構成の焦点板を開
示している。

第７図は同公報で提案されている焦点板であり、同図に
おいて７０は液晶素子、７３は液晶層、７２．７４は各
々透明電極、７１．７５は透明基板であり、このうち透
明基板７５には凹凸部が形成されている。又、７６は液
晶素子を駆動させるための電源である。

液晶の常屈折率ｎｏと透明基板７１．７５の屈折率がほ
ぼ同じになるようにし初期配向を液晶の長袖と透明基板
面が平行になるようにする。このとき電圧を印加した状
態では、液晶分子は電界に従って立ち上がり焦点板とし
て透過状態を形成する。これに対し、電圧を印加しない
状態では、液品の異常屈折率ｎｅと透明基板７５の凹凸
部の屈折率差に基づく入射光の拡散が起こり焦点板とし
て作用する。

又、焦点板として考案されたものではないか、高分子膜
中にネマチック液晶を分散させ、電圧により液晶分子の
向きを制御し液晶の複屈折率と高分子の屈折率の差に韮
づいた光の拡散を制御する液晶素子が、特開昭５８−５
０１６：ＩＩ号公報に開示されている。

この液晶素子において、液晶の常屈折率ｎｏと高分子の
屈折率はほぼ等しい部材で形成される。

電圧を印加しない状態では、高分子中に分散した液晶は
各ドメインごとにある方向に配向している。又、このと
き、各ドメインが示す液晶の向きは高分子膜中にランダ
ム存在している。この結果、非電圧印加時において、こ
の液晶素子は液晶の異常屈折率ｎｅと高分子の屈折率の
差に基ずく拡散状態を形成する。この液晶素子に電圧を
印加した場合には、高分子膜中の各ドメインにおいて、
液晶分子は電界の向きに向かせようとする力が働く。こ
のとき液晶分子は電界の強さによるこの力と高分子膜か
ら受ける配向規制力、および液晶の弾性エネルギーによ
りある一定の平衡状態に達する。液晶分子が、ほぼ電界
の向きに従ったときには液晶素子は良好な透過状態を形
成する。

又、中間電圧においては液晶素子の拡散状態も中間的な
ものになる。

（発明が解決しようとする問題点） 前述の各実施例における液晶の動的散乱を利用する液晶
素子には、以下のような問題点があった。

（イ）この動的散乱状態では、液晶分子団が液晶層内で
乱流状態となることにより光の散乱効果を得ている。こ
のときの液晶分子団の大きさは通常数十から数百μｍで
あり、例えばカメラのファインダーのように、数倍の拡
大率を持ったファインダー内に配置した場合、この液晶
分子団の乱杭状態が観察され、観察品位を低下させてく
る。

（ロ）又、液晶の複屈折率を利用した液晶素子では、拡
散状態を液晶の異常屈折率ｎｅと透明基板の屈折率との
差に基づいて形成しており、液晶の常屈折率ｎｏと透明
韮板の屈折率の差がないため、この方向に作用する振動
面を持つ光は透過する。つまり、入射光のうち半分の光
は拡散することなく透過してしまう。このときの拡散状
態に於ける透過光は焦点板としてのボケ像を見にくくさ
せ、焦点合わせ精度を低下させてしまう。

（ハ）特開昭５８−５０１６３１号公報で提案されてい
る高分子膜中にネマチック液晶を分散して形成される液
晶素子は焦点板としての機能を有するが、この液晶素子
においては、カメラのファインダーで拡大して見た時に
液晶分子団が識別されないように液晶分子団の大きさの
最大分布が１０μｍ程度以下となるように作製すると、
拡散状態形成時にファインダーの光量低下が起こってし
まう。

第８図はこの液晶素子を焦点板として用いたときの拡散
状態に於ける配光特性を示す。中央に鋭いピークがあり
、角度が大きい広角側にブロードにわたり強い特性を有
している。この広がりの配光特性はファインダーを覗い
た時に視野外に逃げる光量が大きいことを示しており、
この光量がファインダー観察時の光量低下の原因になっ
ていると考えられている。

本発明は液晶素子を用いて液晶焦点板を構成するときの
前述の諸問題点を考慮し、液晶層や透明基板の形状等を
適切に設定することにより、拡散状態においては波長依
存性がなく拡散され、又配光角度の大きい広角側の拡散
光の広がりを抑え、かつ非拡散透過光強度を抑えること
により観察の際の光量低下の少ないかつ可変ボケ量幅の
大きい高品位な観察が可能な液晶焦点板の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明の液晶焦点板は、正の誘電異方性のネマチック液
晶を常光線に対する該ネマチック液晶の屈折率と略等し
い屈折率を有する誘電異方性のない高分子中に分散させ
た高分子液晶層を１対の透明基板で挟持する際、該１対
の透明基板の対向する面の全面又は一部に透明電極を設
け、かつ該１対の透明基板のうち少なくとも一方の透明
基板面上に又は該１対の透明基板間に誘電異方性がなく
、該高分子の屈折率と略等しい屈折率の部材より成るラ
ンダムな大きさの凹凸部をランダムに形成し・該透明電
極に印加する電圧を制御することにより・該ネマチツク
液晶の光学的性質を変化させ、通過光束に対する拡散特
性を制御したことを特徴としている。

特に本発明ではランダムに設ける凹凸部の大きさを１μ
ｍ〜３０μｍ程度とし、ファインダー観察の際に該凹凸
部が観察されないようにしつつ、良好なる拡散特性を得
ている。

（実施例） 第１図は本発明の液晶黒点板の一実旅例の断面概略図で
ある。

第１図においてｉｏは液晶素子、１１．１４は各々透明
基板であり、このうち透明基板１４には後述する構成の
ランダムな大きさの凹凸部がランダムに形成されている
。１２は透明電極，１３は正の誘電異方性のネマチック
液晶（以下「液晶」という。）を高分子中に分散させた
高分子液晶層（以下「液晶層」という。）、１５は液晶
素子１０を駆動させる電源である。

第２図は第１図の透明基板１４面上の凹凸部のパターン
の説明図である。同図において２１は凸部、２２は凹部
である。

本実施例では液晶層ｌ３は正の誘電異方性のネマチック
液晶を、液晶の常屈折率ｎｏとほぼ等しい屈折率を持つ
高分子中に分散させて構成されている。透明電極１２は
１対の透明基板１１．１４の全面又は一部に設けられて
いる。透明基板１４面上のランダムに設けられた凹凸部
は、その屈折率が高分子の屈折率に略等しい部材で１〜
３０μｍ程度以下のランダムな大きさの形状より成って
いる。そして凹凸部を拡散面とすることにより液晶層１
３の拡散と共に焦点板として所定の拡散特性を得ている
。

尚、本実施例において屈折率が略等しいとは屈折率差で
０．０２以内のものをいう。

次に本実施例における液晶素子の動作について説明する
。

液晶層１３に電圧を印加しない状態においては、液晶を
分散した高分子層全体の屈折率は凹凸部の屈折率と異な
っている。このため、入射光に対しては液晶を分敗した
高分子層内の液晶と高分子層との屈折率差に基ずく第１
の拡散と、液晶を分散した高分子層の屈折率と凹凸部と
の屈折率との差に基ずく第２の拡散が同時に起こる。そ
こで本実施例では液晶の種類、液晶ダレインの大きさ、
液晶の高分子に対する濃度、液晶を分散した高分子層の
厚さ、凹凸部の大きさなどを任意に変えることにより双
方の拡散の度合を変化させ、これにより所望の波長選択
性のない配光特性を有した液晶焦点板を得ている。

第３図は本実施例における焦点板の配光特性の概略図で
ある。又液晶層１３に電圧を印加した状態では、電圧の
増加により液晶グレインの見かけの屈折率が高分子層の
屈折率に近づいていくため、各々の拡散・は減少してい
き最後には透過状態に達する。このように液晶層を印加
する電圧を制御することにより、拡散状態と透過状態間
の制御を光量低下を防止しつつ、かつ可変ボケ量が大き
〈な−名ようにして行っている。

又、この液晶素子において、高分子膜中に形成される液
晶ドメインの大きさをカメラのファインダー等で拡大し
て見てもそれが認識されない程度の大きさ、例えば３０
μｍ程度以下の大きさにし，かつ凹凸部の大きさを３０
μｍ程度以下にしている。これにより動的牧乱状態を利
用する液晶素子に見られる乱流によるような見えの低下
が観測されないようにしている。

更に、高分子膜中で各液晶のドメインが示す液晶の向き
はランダムであるため各ドメインの持つ偏光特性は液晶
素子全体では平均化される。このため液晶素子全体とし
ては、各偏光に対する特性は一様になる。この結果、本
実施例における液晶焦点板は拡散状態あるいは透過状態
において、その状態を阻害する光の成分（拡散状態では
透過光、透過状態では拡散光）が透過してしまうことも
ない等の特長を有している。このようにして本実施例で
は波長選択性のない高品位の液晶焦点を得ている。

第４図は本発明に係る液晶焦点板を従来の一眼レフカメ
ラに通用したときの要部概略図である。

同図において撮影レンズ４１を通過した光束はクイック
リターンミラー４８で反射し、液晶焦点板４５に集光し
、ファインダー像を形成する。このファインダー像に基
づく光束は液晶焦点板４５の拡散特性に応じて拡散され
コンデンサーレンズ４４、ベンタダハプリズム４２を介
し接眼レンズ４３に導光される。これにより液晶焦点板
４５面上に形成されたファインダー像の観察を行ってい
る。

次に本発明に係る液晶素子の作製法と液晶素ｆを焦点板
として駆動させる方法の一実施例ついて述べる。

重合度が約１０００のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
を水に溶解させ、メタノールを用いて再沈澱させて十分
に精製しｌＯ％ＰＶＡ水溶液を作製する。この溶液５ｇ
にメルク社のＺＬＩ２９１４液晶（登録商標）４ｇを混
合し、攪拌して乳液状にする。室温で約１時間放置後、
第１図で示される透明電ｉ１２を備えランダムな大きさ
の凹凸部を持つ透明基板１４面上に滴下し引き伸ばして
透明基板の凹面から対向する速明基板までの淳さが約１
２μｍの膜を形成した。

尚、透明基板１４の凹凸部はイオンミリング法を用いて
形成し、透明電極はイオンプレーテイング法を用いて形
成した。

第２図は本実施例における透明基板１４面上の凹凸部の
パターンを示す説明図であり、同図では直径が１μｍ〜
３０μｍ、高さが約５μｍのランダムな大きさの円筒の
凸部をランダムに配置して形成した。

本実施例に係る液晶焦点板は第３図に示すように配光角
度の大きい広角側の拡散光量も良好に抑えられている。

本発明の液晶焦点板を第４図に示すように一眼レフカメ
ラに適用したところ電圧を印加しない状態では光量低下
が小さくかつボケ量の大きい良好な−焦点合わせが可能
な拡散状態が形成された。

又、周波数１κＨ２、５０Ｖの矩形波を印加したところ
光量低下の少ない品位の高い透過状態が形成され、電圧
印加の才ン才フにより透過状態と拡散状態の瞬時の切り
換えが行えた。更に、その中間の印加電圧により液晶素
子に拡散状態を制御することにより、良好な被写界深度
の変化も可能となった。

そして、いずれの状態において周辺先量の低下は感じら
れず、拡散光が波長分散を有しない明るく見やすいファ
インダー系の構成が可能となった。

第５図は本発明の液晶焦点板の第２実施例の断面概略図
である。同図において第１図に示した要素と同一要素に
は同符番を付している。

第１図の第１実施例では透明基板の一方に凹凸部を形成
しているが本実施例では透明基板１１．１４の双方にラ
ンダムな大きさの凹凸部をランダムに形成している点が
異なりその他の構成は第１実施例と同様である。

次に本実施例の液晶素子の作製法と液晶素子を焦点板と
して駆動させる方法の一実施例について述べる。

重合度が約１０００のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
を水に溶解させ、メタノールを用いて再沈澱させて十分
に精製し１０％ＰＶＡ水溶液を作製する。この溶液５ｇ
にメルク社の２ＬＩ２０６１液晶（登録商標）５ｇを混
合し、攪拌して乳液状にする。室温で約１時間放置後、
第５図で示される透明電極を備えランダムな凹凸部を持
つ透明基板上に滴下し引き伸ばして透明基板の凹部から
の厚さが約７μｍの膜を形成した。この透明基板を３０
°Ｃで２時間乾燥後、貼り合わせ液晶素子を作製した。

尚、透明基板の凹凸部はイオンミリング法を用いて形成
し、透明電極はイオンブレーティング怯を用いて形成し
た。

又、凹凸部のパターンは、直径がｌμｍから１５μｍ、
高さが約３μｍの大きさの円筒状の凸部をランダムに配
置して形成し，透明基板の位置挟めはアライメントマー
クを用いて行った。

この液晶素子を、第１実施例と同様にカメラの焦点板と
して用いたところ、第１実施例と同様に電圧を印加しな
い状態では光量低下が小さくかつボケ量の大きい波長選
択性のない良好な焦点合わせが可能な拡散状態が形成さ
れた。又、周波数ｓ　ＫＨｚ、３０Ｖの矩形波を印加し
たところ光量低下の少ない品位の高い透過状態が形成さ
れ、電圧印加の才ンオフにより透過状態と拡散状態の瞬
時の切り換えが行えた。更に、その中間の印加電圧によ
り液晶素子の拡散状態を制御することにより、良好な被
写界深度の変化も可能となった。

そして、いずれの状態において周辺光量の低下は感じら
れず、拡散光が波長分散を有しない明るく見やすいファ
インダー系の構成が可能となった。

第６図は本発明の液晶焦点板の第３実施例の断面概略図
である。同図において第１図に示した要素と同一要素に
は同符番な付している。

図中、６３は液晶を分散した高分子液晶層、６４はレジ
ストパターンによるランダムな大きさの凹凸部を示す。

次に本実施例の液晶素子の作製怯と液晶素子を焦点板と
して駆動させる方法の一実施例について述べる。

第１実施例と同様の方法で、液晶一高分子混合溶液を作
製する。これを透明電極上にレジストパターンが形成さ
れている透明基板に塗布し、３０°Ｃで２時間乾燥後対
向する透明基板を貼り合わせ液晶素子を作製した。尚、
レジストパターンは東京応化製ＤｅｅｐＵＶレジスト（
登録商標）を用いて形成し、直径１μｍから１５μｍで
高さ５μｍの円筒形状にランダムに配置した。

この液晶素子を第１実施例と同様にカメラの焦点板とし
て用いたところ、第１実施例と同様の効果が得られた。

（発明の効果） 本発明によれば前述の如く透明基板面上、又は透明基板
間にランダムな大きさの凹凸部をランダムに形成し、該
凹凸部に液晶を封入して構成し、液晶と高分子による第
１拡散と凹凸部と液晶を分散した高分子層による第２拡
散の両方の拡散を利用して液晶焦点板を構成することに
より、拡散光が波長分散を有しなく、又拡故状態形成時
においてもファインダー観察時の光量低下の少ないファ
インダー系を構成することができる。

又、本発明の液晶焦点板は動的散乱モードを用いていな
いため、拡散状態においても液晶の乱流が見えることは
ない。又、各偏光に対して同様の拡散特性及び透過特性
を示す効果がある。

又、中間電圧においては、拡散状態も中間的なものにな
るため、この各状態の見えとカメラの被写界深度とを対
応させることにより、絞り込みのない深度確認ができる
液晶焦点板を提供できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面概略図、第２図は第
１図の透明基板面上の凹凸部のパターン説明図、第３，
図は本発明の液晶焦点板の配光特性の説明図、第４図は
本発明の液晶焦点板を一眼レフカメラに適用したときの
要部概略図、第５，第６図は本発明の第２，第３実施例
の断面概略図、−第７図は従来の液晶素子の断面図、第
８図は第７図の液晶焦点板の配光特性の説明図である。 図中、１０．７０は液晶素子、１１．１４は透明基板、
１２は透明電極、１３．６３は高分子液晶層、ｌ５は電
源、６４はレジストパターンによる凹凸部、２１は凸部
、２２は凹部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）正の誘電異方性のネマチック液晶を常光線に対す
   る該ネマチック液晶の屈折率と略等しい屈折率を有する
   誘電異方性のない高分子中に分散させた高分子液晶層を
   １対の透明基板で挟持する際、該１対の透明基板の対向
   する面の全面又は一部に透明電極を設け、かつ該１対の
   透明基板のうち少なくとも一方の透明基板面上に又は該
   １対の透明基板間に誘電異方性がなく、該高分子の屈折
   率と略等しい屈折率の部材より成るランダムな大きさの
   凹凸部をランダムに形成し、該透明電極に印加する電圧
   を制御することにより、該ネマチック液晶の光学的性質
   を変化させ、通過光束に対する拡散特性を制御したこと
   を特徴とする液晶焦点板。