(57)【要約】【課題】液晶レンズユニットを組込んでＡＦ付きカメラモジュールとしたとしても、カメラモジュールの厚みを極力薄くしながらにして、高精細の光学像を得ることができる液晶レンズとそれを搭載したカメラモジュールを提供する。【解決手段】少なくとも一方にパターン電極が形成された２枚の透明基盤を、所定の間隙を持って配置し、その間隙に液晶を配した液晶レンズにおいて、パターン電極により規定されるレンズ有効エリアの外周のほぼ全面に渡って、遮光性を有する部材によりスペーサが形成されており、レンズ有効エリアの外周に入射する光を、スペーサにて遮光できる構成を採用した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方にパターン電極が形成された２枚の透明基盤を、所定の間隙を持って配置し、その間隙に液晶を配した可変焦点型の液晶レンズにおいて、
前記パターン電極により規定されるレンズ有効エリアの外周のほぼ全面に渡って、遮光性を有する部材によりスペーサが形成されており、
前記レンズ有効エリアの外周に入射する光を、前記スペーサにて遮光できる様にしたことを特徴とする液晶レンズ。
【請求項２】
前記スペーサは、遮光性を有する部材により形成されて入射する光を遮光する機能とともに、前記２枚の透明基盤を所定の間隙を持って固定配置する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記スペーサは、金属膜により構成されており、液晶を直接加熱するヒーター電極として機能させる様にしたことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記液晶レンズは、第１の液晶レンズと第２の液晶レンズとを有し、
前記第２の液晶レンズは、前記第１の液晶レンズの配向方向に対して配向方向を直交させて積層して配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記第１、第２の液晶レンズにおけるそれぞれの液晶注入口が、重ならない様に積層して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
レンズ系と、そのレンズ系を通過した光学像を受光する光電変換素子と、前記レンズ系と光電変換素子とを載置する鏡筒とを備えたカメラモジュールにおいて、
前記レンズ系は、請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶レンズを含むことを特徴とする焦点可変のカメラモジュール。
【請求項７】
前記スペーサは、前記レンズ系に入射する光に対して開口絞りとして機能することを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶レンズおよびカメラモジュールに関し、特に、液晶レンズユニットを組込んでＡＦ付きカメラモジュールとしたとしても、カメラモジュールの厚みを極力薄くしながらにして、コントラストの高い高精細な光学像を得ることができる液晶レンズおよびそれを搭載したカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等に搭載される、レンズ系と、そのレンズ系を通過した光学像を光電変換する光電変換素子と、これら部材を載置する鏡筒とを有する単焦点型カメラモジュールの研究開発が進められており、この単焦点型カメラモジュールには、小型・薄型化とともに画質の向上も要求されている。特に近年では、携帯電話に代表されるような小型のモバイル端末においても、カメラモジュールの高画質化が進み、さらなる小型・薄型化が求められている。
【０００３】
そこで、この様な用途に対応した単焦点型カメラモジュールが提案された（例えば、特許文献１参照）。この従来のカメラモジュールの構成を図６に示す。
【０００４】
本図面に示すように、この特許文献１に記載の単焦点型カメラモジュール１００は、レンズ系１１２の入射光側の光学面周縁を覆う開口絞り１０１が形成された鏡筒１１１を有し、この開口絞り１０１により制限された入射光（光学像）１４０が、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサからなる光電変換素子１１３に集光するようになっている。この開口絞り１０１は、レンズ系１１２に入射する光線束の開きを制限する絞りとして機能するものであり、これにより、コントラストの高い高精細な光学画像の取得が可能な単焦点型のカメラモジュールとすることができるようになる。
【０００５】
また、小型・薄型の単焦点型カメラモジュールに、オートフォーカス機能を付加する要求もある。このオートフォーカス機能を付加したカメラモジュール（以下、ＡＦ付きカメラモジュールという。）は、レンズ系を構成する複数枚のレンズの内の少なくとも１を、レンズ駆動機構により可動させることで、カメラに入射する光の焦点を可変にできる様になっている。しかしながら、このＡＦ付きカメラモジュールは、前述した単焦点型カメラモジュールに比べて、レンズの動作領域や、レンズ駆動機構等を配するスペース等が新たに必要となり、ＡＦ付きカメラモジュールの小型・薄型化は難しいとされていた。上記ＡＦ付きカメラモジュールを、小型・薄型化ができなければ、当然なことながら小型のモバイル機器には搭載することはできない。
【０００６】
そこで、入射する光の屈折率を変化させて可変焦点レンズとして機能させるために、Ｐ偏光用液晶レンズとＳ偏光用液晶レンズの２枚の液晶レンズを積層配置した、液晶レンズユニットが提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
上述した構成の液晶レンズユニットを用いれば、偏光無依存型の液晶レンズとすることができ、しかも、可変焦点機能を液晶レンズに備えた液晶層を電気的に制御することにより達成できるので、ＡＦ付きカメラモジュールにおけるレンズの動作領域や、レンズ駆動機構等が必要無くなる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１―２２１９０４号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】特開昭６１―１５６２２１号公報（第２−３頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この特許文献１に記載の単焦点型カメラモジュール１００は、鏡筒１１１により開口絞り１０１を構成しているので、この鏡筒１１１の肉厚分の厚みが、カメラモジュール１００の光軸側の厚みを増すこととなる。そして、この単焦点型カメラモジュール１００に、特許文献２に記載の液晶レンズユニットを組込んで、ＡＦ付きカメラモジュールとすると、その液晶レンズユニットの分だけさらにカメラモジュールの厚みが増すこととなってしまう。
【００１０】
したがって、この様な形態のＡＦ付きカメラモジュールでは、小型・薄型化を達成することはさらに難しくなることは明らかである。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、液晶レンズユニットを組込んでＡＦ付きカメラモジュールとしたとしても、カメラモジュールの厚みを極力薄くしながらにして、コントラストの高い高精細な光学像を得ることができる液晶レンズとそれを搭載したカメラモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的を達成するために、本発明の液晶レンズとそれを搭載したカメラモジュールは、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
【００１３】
本発明にかかる液晶レンズは、少なくとも一方にパターン電極が形成された２枚の透明基盤を、所定の間隙を持って固定配置し、その間隙に液晶を配した液晶レンズにおいて、パターン電極により規定されるレンズ有効エリアの外周のほぼ全面に渡って、遮光性を有する部材によりスペーサが形成されており、レンズ有効エリアの外周に入射する光を、スペーサにて遮光できる様にしたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明にかかる液晶レンズにおいて、前述したスペーサが、遮光性を有する部材により形成されて入射する光を遮光する機能とともに、２枚の透明基盤を所定の間隙を持って固定配置する機能を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に掛かる液晶レンズは、前述したスペーサが、金属膜により構成されており、液晶を直接加熱するヒーター電極として機能させる様にしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明にかかる液晶レンズにおいて、前述した液晶レンズを、第１の液晶レンズと第２の液晶レンズとを有して液晶レンズユニットとし、さらに第２の液晶レンズを、第１の液晶レンズの配向方向に対して配向方向を直交させて積層して配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明にかかる液晶レンズにおいて、前述した第１、第２の液晶レンズにおけるそれぞれの液晶注入口が、重ならない様に積層して配置されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明にかかるカメラモジュールにおいて、レンズ系と、そのレンズ系を通過した光学像を受光する光電変換素子と、レンズ系と光電変換素子とを載置する鏡筒とを備えたカメラモジュールにおいて、レンズ系が、前述したいずれかの液晶レンズを含むことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明にかかるカメラモジュールにおいて、前述したスペーサが、レンズ系に入
射する光に対して開口絞りとして機能することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成を採用すれば、液晶レンズを含む光学系に絞りを別途用意する必要がなくなり、カメラモジュールの光軸方向の長さを短くすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の液晶レンズは、少なくとも一方にパターン電極が形成された２枚の透明基盤を用意し、電極が形成された面を対向させて所定の間隙をもって固定して配置し、その間隙に液晶を配した構成となっている。そして、この液晶レンズには、パターン電極により規定されるレンズ有効エリアの外周のほぼ全面に渡って、遮光性を有する部材によりスペーサが形成されており、レンズ有効エリアの外周に入射する光を、このスペーサにて遮光できる様にしてある。
【００２２】
以下に、図面を参照して、本発明にかかる液晶レンズの好適な実施の形態を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の液晶レンズの概略構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、本図（ａ）に示した液晶レンズのスペーサとレンズ有効エリアとの関係を示す図面である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、本発明の液晶レンズ７ａは、透明電極５ａが形成された透明基盤３ａと、透明電極５ｂが形成された透明基盤３ｂとを、それぞれの透明電極５ａ，５ｂを対向させて透明基盤３ａ，３ｂの間にスペーサ１ａを介して配置され、このスペーサ１ａによって規定された間隙（ギャップ）に液晶２が封入されて構成されている。なお、透明電極５ａ、５ｂの透明電極には、同心円状の複数個の輪帯電極からなるパターン電極が形成されており、他方の透明電極には共通電極が形成されているものとし、一方の透明電極に形成されたパターン電極における、隣り合う輪帯電極に段階的な電圧を印加することにより、この液晶レンズ７ａに入射する入射光に対する焦点位置を可変できる様になっている。なお、透明電極５ａ，５ｂの両方に、パターン電極が形成されていても構わない。
【００２４】
また、本形態で示すスペーサ１ａは、球状もしくは円柱状のギャップ規定部材が散布されたシール剤を用いて、ギャップを一定に保つ様にしており、このスペーサ１ａが、下記に示す光を遮光する機能と、ギャップを一定に保つ機能を兼ねた構成となる。
【００２５】
また、この液晶レンズ７ａに配したスペーサ１ａは、図１（ｂ）に示すように、一方の透明電極に形成された同心円状の複数個の輪対電極からなるパターン電極８の外縁部のほぼ全面に渡って形成されている。そして、スペーサ１ａの一部には液晶２を封入するための液晶注入口６ａが設けられている。以後、パターン電極８の内側領域をレンズ有効エリア４として説明をする。この様に構成することによって、本発明の液晶レンズ７ａにおけるレンズ有効エリア４を通過する入射光のみが、レンズとして作用を受けることととなる。
【００２６】
また、スペーサ１ａを構成する部材は、上述した機能を備えるために、光を遮光することができる部材とすることが肝要である。光を遮光する部材として、黒色顔料等を含む遮光性材料を含んだ接着剤をシール剤として使用することができる。なお本形態においては、スペーサ１ａが、入射光を遮光する機能と、透明基盤３ａ，３ｂを一定の間隔を保って固定するシールの機能とを兼ね備えている例を示したが、前述した手段に代えて、金属膜のような光を遮光する部材をスペーサとして２枚の透明基盤３ａ，３ｂの間に配設し、それとは別にシール剤にて２枚の透明基盤３ａ，３ｂを固定した構成としても構わない。
【００２７】
また、この金属膜を、液晶２を直接加熱するヒーター電極として機能せさせる様にしても構わない。この形態とする際には、ヒーター電極をパターン電極８と同じ透明基盤３ａ面に形成する必要がある。このヒーター電極は、特に低温環境下における液晶２の応答速度の低下を緩和するために設ける。この様に、スペーサ１ａをヒーター電極とすることにより、様々な温度環境下において、特に低温環境下において、実用にあたって十分な速さで動作させることができる液晶レンズ７ａとすることができる。
【００２８】
この様に、スペーサ１ａは、液晶注入口６ａとレンズ有効エリア４以外に入射した光を全て遮光して、開口絞りとして機能させることができる。そして、レンズ有効エリア４を通過する光のみが、レンズとして作用を受けることができる様になる。
【００２９】
次に、図２を用いて上述した液晶レンズ７ａをカメラモジュールに設置した本発明のカメラモジュールの構成例を示す。図２は、液晶レンズを単焦点型カメラモジュールに組込んでＡＦ付きカメラモジュールとした構成例を示す概略図面である。
【００３０】
図２に示すように、カメラモジュール１５は、鏡筒１１内を通過した光学像を、後段の所定の箇所にて集光するレンズ系１２と、このレンズ系１２により集光された光学像を光電変換するＣＣＤイメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサからなる光電変換素子１３とを有する構成となっている。このカメラモジュール１５だけでは、単焦点型カメラモジュールとして機能する。なお、このカメラモジュール１５に入射する光の入射面側には、本図面に示すように、従来技術で示した鏡筒１１の縁部により形成された開口絞りを有していない。
【００３１】
そして、このカメラモジュール１５の光が入射する前段に、基本的に同じ構成の２枚の液晶レンズ７ａからなる液晶レンズユニット７を設けて、ＡＦ付きカメラモジュールとした。なお、以下の説明では、この液晶レンズ７ａを第１の液晶レンズとして示し、その後段に配する液晶レンズを第２の液晶レンズを７ｂとして示す。
【００３２】
この液晶レンズユニット７を構成する第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂは、後段で説明をする液晶注入口の配置形態以外の構成は、基本的に同じ構成となっており、偏光無依存となるように、液晶の配向方向が直行するように２つの液晶レンズがそれぞれ積層配置された構成となっている。そして、この液晶レンズユニット７は、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂにそれぞれ設けられた各レンズ有効エリア４が、同じ位置で重なる様に構成されている。
【００３３】
次に、図３を用いて第１及び第２の液晶レンズにおける液晶注入口の配置関係について説明をする。図３は、液晶レンズユニットにおける、第１、第２の液晶レンズの液晶注入口の配置関係を示す斜視図である。
【００３４】
図３に示すように、第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂを積層配置するときに、互いの液晶注入口６ａ、６ｂが同じ位置で重ならないように、例えば、本図面に示すように、この液晶注入口６ａ、６ｂが対称の位置になるように２枚の液晶レンズを積層して設置するのが好ましい。この様に、互いの液晶注入口６ａ，６ｂが重ならないように、また、前述した様に、第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂが、レンズ有効エリア４と液晶注入口６ａ，６ｂ以外の全面に渡って、開口絞りとして機能するスペーサ１ａ，１ｂ（本形態ではシールがこのスペーサの機能を兼ねた構成としている。）を配設しているので、液晶レンズユニットの周囲から入射光がカメラモジュール１５内に進入することを極力抑えることができる様になる。
【００３５】
なお、本図面においては、液晶注入口６ａ，６ｂを、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７
ｂにおける矩形形状の透明基盤３ａ，３ｂに対して対向する位置に設けた例を示したが、これに限定されるものではなく、この液晶注入口６ａ，６ｂが重ならない様に同一の辺に設けられていても構わないし、隣り合う辺にそれぞれ設けられていても構わない。また、透明基盤３ａ，３ｂの形状を円形状としたものを用いて構成しても構わない。
【００３６】
次に、液晶レンズユニット７を配設した、本発明のカメラモジュールの作用について図４を用いて説明する。図４は、この本発明のカメラモジュールの作用を説明するための図面である。
【００３７】
Ｓ偏光とＰ偏光の２つの偏光成分を有する入射光４０は、カメラモジュール１５に設置された液晶レンズユニット７に入射する。このとき、第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂには、スペーサ１ａ，１ｂが設けられており、このスペーサ１ａ，１ｂが開口絞りとして機能するので、各液晶レンズからは、レンズ有効エリア４のみから入射光４０が透過することととなる。
【００３８】
また、第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂにおけるレンズ有効エリア４を透過した透過光４１は、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂの後段に配したレンズ系１２よって屈折されて、光電変換部１３に結像する。なお、本図面に示した例では、２つのレンズにより構成されたレンズ系１２を示したが、透過光４１の収差を補正するために更に他のレンズを新たに配しても良いし、カメラモジュールの仕様に応じて、このレンズ系１２を１つのレンズとしても構わない。
【００３９】
そして、可変焦点型の第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂは、外部に設けられた駆動手段（図示せず）により、光電変換部１３に入射光４０の光学像における各偏光成分を制御して、ＡＦ付きのカメラモジュールとして機能させることができるようになる。
【００４０】
なお、第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂにおけるレンズ有効エリア４の外側領域には、先に示した通り、ほぼ全域に渡ってスペーサ１ａ，１ｂが配設されているが、液晶注入口６ａ、６ｂにはこのスペーサ１ａ，１ｂが設置されていないので、入射光４０が第１の液晶レンズ７ａを透過する際に、液晶注入口６ａから入射光が透過してしまうこととなる。しかし、前述した様に、液晶レンズユニット７における液晶注入口６ｂと液晶注入口６ａとは重ならない位置に設置されているため、液晶注入口６ａを透過した光は、第２の液晶レンズ７ｂに設置されたスペーサ１ｂによって遮光され、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂのレンズ有効エリア４以外の光がカメラモジュール１５内に入射することはない。
【００４１】
以上より、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂを構成するスペーサ１ａ、１ｂに光を遮光する部材を使用して、このスペーサ１ａ、１ｂを開口絞りとして機能させることにより、カメラモジュールの厚みを極力薄くし、さらにコントラストの高い高精細な光学像を得ることが出来るようになる。
【００４２】
また、液晶レンズ内部に開口絞りとして機能するスペーサ１ａ，１ｂを配設したので、従来の様に、鏡筒１１に開口絞りを別途設置する必要がなくなる。したがって、その鏡筒１１に設けていた開口絞りの肉厚分だけモジュールの光軸方向の長さを短くした、小型のカメラモジュールを提供することができるようになる。
【００４３】
また、本形態では、各スペーサ１ａ，１ｂの形状を、液晶レンズユニット７におけるレンズ有効エリア４の径とほぼ同じ径となるように設置しているので、レンズ有効エリア４の透明基盤３ａ，３ｂによる液晶層の厚み斑を減少させることもできる。
【００４４】
また、本発明は、上述した形態に示した第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂの構成に限らず、液晶が封入されたセルの形状を異なる形状としてもよい。例えば、セルの一方の面、または両面が凹型、凸型、フレネルレンズ形状とした液晶レンズであっても構わない。また、本形態において、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂを１枚ずつ重ね合わせた例を説明したが、第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂの枚数を、それぞれ複数枚としても構わない。
【００４５】
また、本形態では、液晶レンズユニット７をカメラモジュール１５の前面に配置する構成例を示したが、この液晶レンズユニット７をカメラモジュール１５の内部に設置しても、開口絞りのとしての機能は達成される。
【００４６】
次に、本発明のカメラモジュールの変形例について説明をする。
図５は、先に示した本発明の液晶レンズを構成するスペーサが、カメラモジュール１５の視野絞りとした概略構成を示す図である。
【００４７】
図５に示すように、ここで示すカメラモジュール１５は、鏡筒１１と、レンズ系１２と、光電変換部１３とからなり、このカメラモジュール１５の内部に、配向方向が直行するように２枚の第１、第２の液晶レンズ７ａ，７ｂを積層配置した液晶レンズユニット７を固定する構成となっている。
【００４８】
そして、レンズ系１２の前方には、従来技術と同様に、開口絞り１６が鏡筒１１と一体となり、レンズ系１２の入射光側の光学面周縁を覆うよう配置されている。なお、ここに示す液晶レンズユニット７の構成は、先に示した形態と同様であるが、第１、第２の液晶レンズ７ａ、７ｂにおけるスペーサ１ａ，１ｂは、レンズ系１２からの出射光を受けこの出射光の所定画角以上の光を遮光できる位置に配置されて、視野絞りの機能を備えている点が、先に示した形態とは異なっている。これにより、必要以上の画角の入射光が結像作用と関係無く光電変換部１３に入射することを防ぐことができる様になる。
【００４９】
次に、前述した液晶レンズユニット７をカメラモジュール１５の内部に設置したときのカメラモジュールの作用を本図面に基づいて説明する。
入射光４０は、カメラモジュール１５の前面よりレンズ系１２に入射する。レンズ系１２を出射した光は、第１液晶レンズ７ａ、第２の液晶レンズ７ｂからなる液晶レンズユニット７に入射し、それぞれの液晶レンズで複屈折を起こしたのちに出射され、光電変換部１３に結像する。
【００５０】
また、第１及び第２の液晶レンズ７ａ、７ｂに形成されたスペーサ１ａ，１ｂは、レンズ系１２からの光の所定画角以外の光を遮光して、カメラモジュールとして視野絞りとしての機能させることができる。
【００５１】
この様に、液晶レンズユニット７に配したスペーサ１ａ，１ｂに光を遮光する部材を用い、また液晶レンズのレンズ有効エリア４以外に入射する光をスペーサ１ａ，１ｂにより遮光することで、カメラモジュール１５内部に視野絞りを形成したＡＦ付きカメラモジュールとすることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかる液晶レンズは、ＡＦ付きカメラモジュールにおいて、カメラモジュールの光学長に対する高さを低減するものであり、特に、カメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニタなどに用いられるカメラ、内視鏡のカメラ部などに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明にかかる液晶レンズの概略構成例を示す断面図、および平面図である。
【図２】本発明のカメラモジュールの構成例を示す図面である。
【図３】本発明のカメラモジュールの構成例を示す斜視図である。
【図４】本発明のカメラモジュールの作用を示す図面である。
【図５】本発明のカメラモジュールの変形例と作用を示す図面である
【図６】従来のカメラモジュールの構成例を示す図面である。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ、１ｂ  スペーサ
２  液晶
３ａ、３ｂ  透明基盤
４  レンズ有効エリア
５ａ、５ｂ  透明電極
６ａ、６ｂ  液晶注入口
７  液晶レンズユニット
７ａ  第１の液晶レンズ（液晶レンズ）
７ｂ  第２の液晶レンズ
８  パターン電極
１１  鏡筒
１２  レンズ系
１３  光電変換部
１５  カメラモジュール
４０  入射光
４１  透過光
【図１】
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【図２】
2006243573.tif 000004
【図３】
2006243573.tif 000005
【図４】
2006243573.tif 000006
【図５】
2006243573.tif 000007
【図６】
2006243573.tif 000008