JPH0323422A - 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】 （ＪＩ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、特に液晶に印加する電圧を
制御し、該液晶の光学的性質を変化させることにより、
拡散特性を制御し得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板は種々と提案されて
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。液晶を用いた液晶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４８−３７３７９
号公報や特開昭５９−＋９５６：１３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号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、液晶の異常屈折率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が、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基
づいた光の拡散を制御する液晶素子が、特開昭５８−５
０１６３１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問的な
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
乱杭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
基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黒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、
拡散状恩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ツ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牧させ
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周
期性のある凹凸部を形成し、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
を特徴としている。

特に本発明では周期性の凹凸部の大きさを３０μｍ程度
以下とし、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図は本発明の液晶焦点板の一実施例の断面概略図で
ある。

第１図において１０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
凹凸部が形成されている。ｌ２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。）、ｌ５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１３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而−１の凹凸部は、その屈折率が高
分子の屈折率に略等しい部材で３０μｍ程度以下の大き
さの周期性のある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１３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散し
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、液晶グレインの大きさ
、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
増加により液晶ダ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く
なる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。これにより動的散乱状態を利
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
ラに適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、ペンタダハプ゛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子を焦点板
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１０％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極】２を備え周期性のある凹凸
部を持つ透明基板１４面上に鏑下し引き伸ばして透明基
板の凹面から対向する透明基板までの厚さが約１２μｍ
の膜を形成した。更にこの膜を室温で５時間乾燥後対向
する透明基板を圧着し液晶素子を作製した。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
明電極はイオンブレーティング法を用いて形成した。

第２図は本実旅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８μｍ、
高さが約５μｍの大きさの円筒の凸部を２０μｍ周期に
配置して形成した。

本実施例に係る液晶焦点板は第３図に示すように中央領
域に凹凸部と液晶を分散させた高分子層による回折ピー
クが形成され、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
印加のオ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光量の低下は感じら
れず、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の双方に周
期性のある凹凸部を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ＺＬＩ２０６１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周期性のある凹凸部を
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３
０°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、透明電極はイオンプレーティング法を用いて形成
した。

又、凹凸部のパターンは、直径が５μｍ、高さが約３μ
ｍの大きさの円筒状の凸部を２０μｍ周期に配置して形
成し、透明基板の位置決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
ＩＫＨ２、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
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、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
は同符番を付している。

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凹凸部を示す。

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旅例について述べる。

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１０μｍ、高さ５μｍ
の円筒形状に２０μｍ周期で上下方向に配置した。

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
間に周期性のある凹凸部を形成し、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周期性のある凹凸部
   を形成し、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。