(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な光学特性を有する液晶光学素子、画像表示装置、および撮像装置を提供する。【解決手段】液晶光学素子は、第１方向に延在し第２方向に配列された複数の第１電極１４、隣接する第１電極の間に設けられた複数の第２電極１６、第１配向膜１８、を有する第１基板部１０と、対向電極２４、第２配向膜２６を有する第２基板部２０と、両基板部に挟持された液晶層３０を備え、第１配向膜側の液晶分子３２は垂直に配向し第２配向膜側の液晶分子は水平に配向し、対向電極は、第２電極の第２方向における幅の中心線を通りかつ第２方向に垂直な第１平面４２と第２電極に隣接する一方の第１電極の中心線４１ａを通りかつ第２方向に垂直な第２平面との間にある第１領域、第１平面と第２電極に隣接する他方の第１電極の中心線４１ｂを通りかつ第２方向に垂直な第３平面との間にある第２領域を有し、第２領域には第１領域よりも数の多い開口２４ａを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向と前記第１方向に交差する第２方向とに平行な第１主面を有する第１基板、前記第１主面に設けられ前記第１方向に延在するとともに前記第２方向に配列された複数の第１電極、前記第１主面において隣り合う２つの前記第１電極の間に設けられ前記第１方向に延在するとともに前記第２方向に配列された複数の第２電極、および前記複数の第１電極と前記複数の第２電極と前記第１基板とを覆う第１配向膜、を有する第１基板部と、
前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板、前記第２主面に設けられた対向電極、および前記対向電極と前記第２基板上を覆う第２配向膜、を有する第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部との間に挟持された、液晶分子を有する液晶層と、
を備え、
前記第１配向膜側の前記液晶分子は前記第１主面に垂直に配向し、前記第２配向膜側の前記液晶分子は前記第２方向に沿って水平に配向し、
前記対向電極は、
前記第２電極の前記第２方向における幅の中心を結び前記第１方向に平行な中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な第１平面と、該第２電極の隣の一方の前記第１電極の中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な第２平面と、の間にある第１領域、および
前記第１平面と、該第２電極の隣の他方の前記第１電極の中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な第３平面と、の間にある第２領域を有し、
前記第１領域においては０以上の整数であるＮ個の第１の開口を有し、前記第２領域においては１以上で前記Ｎ個より大きい整数であるＭ個の第２の開口を有する、
液晶光学素子。
【請求項２】
前記第１の開口および前記第２の開口は、前記第１方向に延在するとともに前記第２方向に配列された、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記第２方向において、各前記第２電極の中心は、該第２電極と隣り合う２つの前記第１電極の中心の中点である請求項１または２記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記第２の開口のうち前記第１平面から最も遠い開口を前記第１基板に射影した領域は、前記第１電極とは重ならない請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記第２の開口のうち前記第１平面から最も遠い開口の、前記第１平面から最も近い側の端部と前記第３平面との距離は、該第３平面が通る前記第１電極の前記第２方向における幅の半分以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記第２の開口のうち前記第１平面から最も遠い開口の前記第２方向における幅は、前記第３平面が通る前記第１電極と前記第１平面が通る第２電極との間の前記第２方向における距離以下である請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項７】
前記第１平面に最も近い第１電極の、前記第１平面側の第１端部を円弧の中心とし、前記中心と前記第１電極の前記第１端部に最も近い第２電極との間の前記第２方向における距離を半径として円弧を描いたときに、この円弧と前記対向電極との交点と、前記第１平面に最も近い第１電極の中心との前記第２方向における距離は、前記第１平面から最も遠い開口の、前記第１平面に最も近い第１電極側の端部と前記第１平面に最も近い前記第１電極の中心との間の前記第２方向における距離以上である請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶光学素子と、
前記液晶光学素子に対向して設けられ、画像表示面を有する画像表示部と、
外部から入力された映像信号に基づいて前記画像表示部を制御し、前記画像表示部に前記映像信号に応じた画像を表示させる第１制御部と、
前記第１制御部からの信号に基づいて、前記液晶光学素子の前記第１および第２電極ならびに前記対向電極に電圧を印加して前記液晶光学素子を駆動制御し、前記画像表示部から出射される光を制御可能な第２制御部と、
を備えている画像表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶光学素子と、
前記液晶光学素子に対向して設けられ、前記液晶光学素子を介して入射される対象物からの光信号を電気信号に変換する画素を有する撮像部と、
前記撮像部を駆動制御し、前記電気信号から前記対象物の像を得る第１制御部と、
前記第１制御部からの信号に基づいて、前記液晶光学素子の前記第１および第２電極ならびに前記対向電極に電圧を印加して前記液晶光学素子を駆動制御する第２制御部と、
を備えている撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶光学素子、画像表示装置、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶分子の複屈折性を利用し、電圧の印加に応じて屈折率の分布を変化させる液晶光学素子が知られている。また、この液晶光学素子と、画像表示部と、を備えた立体画像表示装置が知られている。
【０００３】
立体画像表示装置では、液晶光学素子の屈折率の分布を変化させることで、画像表示部に表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる状態と、画像表示部に表示された画像を複数の視差画像として観察者の眼に入射させる状態と、を切り替える。これにより、高精細な二次元画素表示動作と、複数の視差画像による裸眼での立体視の三次元画像表示動作と、を実現する。立体画像表示装置に用いられる液晶光学素子において、良好な光学特性を実現することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施形態は、良好な光学特性を有する液晶光学素子、画像表示装置および撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の液晶光学素子は、第１方向と前記第１方向に交差する第２方向とに平行な第１主面を有する第１基板、前記第１主面に設けられ前記第１方向に延在するとともに前記第２方向に配列された複数の第１電極、前記第１主面において隣り合う２つの前記第１電極の間に設けられ前記第１方向に延在するとともに前記第２方向に配列された複数の第２電極、および前記複数の第１電極と前記複数の第２電極と前記第１基板とを覆う第１配向膜、を有する第１基板部と、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板、前記第２主面に設けられた対向電極、および前記対向電極と前記第２基板上を覆う第２配向膜、を有する第２基板部と、前記第１基板部と前記第２基板部との間に挟持された、液晶分子を有する液晶層と、を備え、前記第１配向膜側の前記液晶分子は前記第１主面に垂直に配向し、前記第２配向膜側の前記液晶分子は前記第２方向に沿って水平に配向し、前記対向電極は、前記第２電極の前記第２方向における幅の中心を結び前記第１方向に平行な中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な第１平面と、該第２電極の隣の一方の前記第１電極の中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な第２平面と、の間にある第１領域、および前記第１平面と、該第２電極の隣の他方の前記第１電極の中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な第３平面と、の間にある第２領域を有し、前記第１領域においては０以上の整数であるＮ個の第１の開口を有し、前記第２領域においては１以上で前記Ｎ個より大きい整数であるＭ個の第２の開口を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態による液晶光学素子を示す断面図。
【図２】第１実施形態の液晶光学素子を用いた一具体例の画像表示装置を示す図。
【図３】第１実施形態の液晶光学素子を用いた一具体例の撮像装置を示す図。
【図４】比較例の液晶光学素子を示す断面図。
【図５】比較例の液晶光学素子を示す断面図。
【図６】第１実施形態による液晶光学素子の屈折率分布を示す断面図。
【図７】第１実施形態による液晶光学素子の屈折率分布を示す断面図。
【図８】液晶光学素子の特性を示す図。
【図９】液晶光学素子の特性を示す図。
【図１０】開口の設定仕様を説明する断面図。
【図１１】第２実施形態による液晶光学素子を示す断面図。
【図１２】第２実施形態による液晶光学素子を用いた一具体例の画像表示装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
【０００９】
（第１実施の形態）
第１実施形態による液晶光学素子を図１に示す。図１は、第１実施形態の液晶光学素子の断面図である。この第１実施形態の液晶光学素子１は、第１基板部１０と、この第１基板部１０に対向して設けられた第２基板部２０と、第１基板部１０と第２基板部２０との間に挟持された液晶層３０と、を備えている。
【００１０】
第１基板部１０は、第１基板（パターン電極基板とも云う）１２と、複数の第１電極（レンズ端電極とも云う）１４と、第２電極（レンズ中央電極と云う）１６と、第１配向膜１８と、を備えている。
【００１１】
第２基板部２０に対向する、第１基板１２の第１面上に複数の第１電極１４が設けられる。各第１電極１４は、上記第１面に対して平行な第１方向に沿って延びている。上記第１面に対して垂直な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。例えば、Ｙ軸方向を第１方向とし、Ｘ軸方向を第２方向とする。以下の説明では、＋Ｘ軸方向はＸ軸の正方向を表し、−Ｘ軸方向はＸ軸の負方向を表す。Ｙ軸方向、Ｚ軸方向についても同様である。
【００１２】
第２電極１６もまた第１面上に設けられる。第２電極１６は、複数の第１電極１４のうちで隣接する２つの第１電極１４間において、第１方向（Ｙ軸方向）に沿って延びている。例えば、隣接する２つの第１電極１４のうちの一方の電極と、他方の電極との間に、第２電極１６が設けられる。図１に示す例では、各第２電極１６は、その中心が隣り合う２つの第１電極１４の中心に位置するように設けられる。なお、２つの第１電極１４の中心は、Ｘ軸方向において、一方の第１電極１４の幅の中心からの距離と他方の第１電極１４の幅の中心とからの距離が等しい。第２電極１６は、隣り合う２つの第１電極１４からの距離が異なるように配置されていてもよい。隣接する２つの第１電極１４間のＸ軸方向における距離は一定であり、この距離が液晶光学素子１のレンズピッチＬｐとなる。このレンズピッチＬｐが液晶光学素子１の１周期となる。また、第２電極１６間同士の間隔も一定で、Ｌｐに等しくなる。レンズピッチＬｐを素子全体にわたり一定値とする場合、電極パターニング精度の範囲内での変動は許容する。また、素子全体でみたときレンズピッチＬｐに特定の分布を生じるような設計をしてもよい。そして各第１電極１４のパターン形状および各第２電極１６のパターン形状はそれぞれ、例えば帯状である。
【００１３】
第２基板部２０は、第２基板（対向基板ともいう）２２と、対向電極２４と、第２配向膜２６と、を備えている。第１基板部１０に対向する対向基板２２の第２面上に対向電極２４は設けられる。対向電極２４には、第１方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる開口２４ａが設けられる。隣接する２つの第１電極１４のうちの一方の第１電極１４の第２方向（Ｘ軸方向）における中心４１ａと、他方の第１電極１４の第２方向における中心４１ｂと、を結ぶ線分の中点を通りＹＺ平面に対して平行な平面を平面４２（第１平面）とする。この平面４２は、第２電極のＸ方向の幅の中心を結びＹ方向に平行な中心線を含む。この平面４２と中心４１ａを通りＹＺ平面に平行な平面（第２平面）との間にある、対向電極２４の第２主面上の領域を第１領域とする。上記平面４２と中心４１ｂを通りＹＺ平面に平行な平面（第３平面）との間にある、対向電極２４の第２主面上の領域を第２領域とする。
【００１４】
言い換えると、第２平面は、第２電極の隣の一方の前記第１電極の中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な平面である。また第３平面は、第２電極の隣の他方の前記第１電極の中心線を通りかつ前記第２方向に垂直な平面である。
【００１５】
第１領域と第２領域は、設置される開口２４ａの個数が異なっている。例えば、第１領域においては０以上の整数であるＮ個の開口を有し、第２領域においては１以上でＮ個より大きい整数であるＭ個の開口を有する。
【００１６】
図１に示す例では、平面４２に対して左側の対向電極２４の第１領域に設けられる開口の個数は０、すなわち開口２４ａは設けられず、右側の対向電極２４の第２領域に設けられる開口２４ａの個数は１である。開口は２以上であってもよい。第１領域または第２領域のうち、開口を多く有する方の領域において、平面４２から最も遠い位置に位置する開口の平面４２から遠い端の位置と、上記開口に最も近い第１電極１４の中心４１ｂとの間の距離をｄ、開口２４ａの幅をW、各第１電極１４の幅、すなわち各第１電極１４の第２方向（Ｘ軸方向）における長さ（幅）を２ｈ、第１電極１４と、第２電極１６との間の間隔をＳとすると、ｄ≧ｈであり、W≦Ｓである。ここでＳは、第１電極１４の第２電極１６側の端部と第２電極１６の第１電極側の端部との距離である。なお、図１において、ＨＬｐは隣接する第１および第２電極１４、１６のＸ軸方向（第２方向）における中心間距離を示す。
【００１７】
液晶層３０は、複数の液晶分子３２を含む液晶である。この液晶は、液晶性の媒質である。液晶層３０には、例えば、ネマティック液晶が用いられる。液晶層３０の誘電異方性は、正または負である。以下では、液晶層３０として、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる場合について説明する。
【００１８】
第１電極１４と液晶層３０との間、および第２電極１６と液晶層３０との間に、第１配向膜１８が設けられる。第１配向膜１８は、液晶分子を垂直配向させる。なお、後述するように、第１基板部１０側の液晶のダイレクタは、厳密な垂直配向でなくても良い。
【００１９】
対向電極２４と液晶層３０との間に、第２配向膜２６が設けられる。第２配向膜２６は、液晶分子を水平配向させる。第２配向膜２６は、液晶分子３２のダイレクタ（長軸）をＸ軸方向に沿わせる。すなわち、第２配向膜２６の配向処理方向は、図１の矢印２９に示すように、Ｘ軸の負方向とする。すなわち、第２配向膜２６は、電圧非印加状態において、第２配向膜２６上の液晶分子３２を、ダイレクタと＋Ｘ軸方向のなす角が９０°より大きく１８０°以下となるように配向させる本実施形態において、液晶分子３２のダイレクタは、Ｘ軸方向に厳密に平行でなくても良い。Ｘ軸と、第２配向膜２６近傍のダイレクタを第２面に投影した成分との間の角度の絶対値は、１５度以下である。Ｘ軸と第２面に投影した成分との間の角度の絶対値が１５度以下の状態を、液晶分子３２のダイレクタが水平配向した状態とする。
【００２０】
第１電極１４と対向電極２４との間、および第２電極１６と対向電極２４との間に電圧が印加されていない状態（不活性状態）において、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）配向が形成される。ＨＡＮ配向においては、第１基板部１０側で垂直配向であり、第２基板部２０側で水平配向である。液晶層３０のうちの第１基板部１０の側の第１部分は、垂直配向である。液晶層３０のうちの第２基板部２０の側の第２部分は、水平配向である。水平配向において、前記の状態定義の範囲内で液晶分子３２の長軸はＸ軸方向に沿う。
【００２１】
水平配向においては、プレチルト角は、０°以上３０°以下である。プレチルト角は、液晶分子３２のダイレクタと第２面との間の角度である。垂直配向においては、プレチルト角は、６０°以上９０°以下である。また、プレチルト角が９０°未満の場合、その配向軸は、水平側と平行である。この場合の配向軸は、第１配向膜１８近傍のダイレクタを第１面に投影した際の、投影像の方位軸である。水平配向と、垂直配向側との配向軸間の角度差が±１°以内のとき、配向軸が平行であるとする。
【００２２】
プレチルトの方向は、液晶分子３２のダイレクタがＸ−Ｙ平面を基準としてチルトする方向である。プレチルトの方向は、例えば、クリスタルローテーション法などにより判定できる。また、液晶層３０に電圧を印加して、液晶の配向を変化させ、このときの液晶層３０の光学特性を観測することでも、プレチルトの方向が判定できる。
【００２３】
第１基板１２、第２基板２２、第１電極１４、第２電極１６および対向電極２４には、透明な材料（可視光が透過する材料）が用いられる。第１基板１２および第２基板２２には、例えば、ガラス、または樹脂などが用いられる。第１電極１４、第２電極１６および対向電極２４としては、例えばＩｎ、Ｓｎ、ＺｎおよびＴｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む酸化物を含む材料が用いられる。第１電極１４、第２電極１６および対向電極２４には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられる。また、第１電極１４、第２電極１６および対向電極２４には、薄い金属層やグラフェンを用いても良い。
【００２４】
第１配向膜１８、第２配向膜２６には、例えば、ポリイミドなどが用いられる。第１配向膜１８の材料は、第２配向膜２６の材料とは異なる。例えば、第２配向膜２６は、表面エネルギーが第１配向膜１８の表面エネルギーよりも大きい材料が用いられる。
【００２５】
第１実施形態による液晶光学素子１を用いた画像装置１００の一具体例を図２に示す。この具体例の画像装置１００は、画像表示装置であって、図２に示すように、画像表示装置１００は、液晶光学素子１と、画像表示部５０と、表示用制御回路６０と、液晶光学素子１を制御する制御回路７０と、を備えている。画像表示部５０は、画素を含む。図２に示す画像表示部５０においては、液晶光学素子１の１周期Ｌｐにつき３個の画素５２１、５２２、５２３が割り当てられている。
【００２６】
画像表示部５０は、画像を表示するための画像表示面５１を有している。画像表示面５１は、例えば矩形状である。画像表示部５０は、液晶光学素子１と積層される。積層される状態は、直接重ねられる状態であってもよい。また、互いに離間して重ねられる状態であってもよく、更にその間に他の要素が挿入されて重ねられる状態であってもよい。
【００２７】
液晶光学素子１は、画像表示部５０の表示面５１に対して、視聴者に近い位置に設けられる。また、液晶光学素子１は、例えば、画像表示面５１の全体を覆う。
【００２８】
液晶光学素子１は、例えば第１基板部１０が画像表示部５０と対向するように設けられる。
【００２９】
表示用制御回路６０は、画像表示部５０に電気的に接続される。液晶光学素子１を制御する制御回路７０は、液晶光学素子１および表示用制御回路６０に電気的に接続される。表示用制御回路６０は、画像表示部５０の動作を制御する。例えば、表示用制御回路６０には、記録媒体や外部入力などから、映像信号が入力される。表示用制御回路６０は、入力された映像信号に基づいて画像表示部５０の動作を制御する。入力された映像信号に応じた画像が、画像表示面５１に表示される。表示用制御回路６０は、画像表示部５０に含まれていても良い。表示用制御回路６０は、制御回路７０を含んでいても良い。
【００３０】
液晶光学素子を制御する制御回路７０は、第１電極１４、第２電極１６、および対向電極２４に電気的に接続される。また、制御回路７０は、表示用制御回路６０から供給される信号に基づいて、液晶光学素子１の第１電極１４、第２電極１６、および対向電極２４に印加する電圧を制御する。制御回路７０は、液晶光学素子１の液晶層３９に例えば図２に示す屈折率分布３４を形成する電圧を液晶層３０に供給する。
【００３１】
液晶光学素子１は、電圧印加状態においてＸ軸方向（第２方向）に屈折率分布を有し、例えば、液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）として機能する。液晶光学素子１の屈折率分布３４の状態は、第１電極１４、第２電極１４、および対向電極２４の間に印加される電圧値を変化させることにより、変化可能である。屈折率分布３４の１つの状態は、画像表示部５０に表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる第１状態に対応する。屈折率分布３４の別の状態は、画像表示部５０に表示された画像を複数の視差画像として観察者の眼に入射させる第２状態に対応する。第１電極１４は、レンズ端電極と称することができ、第２電極１６はレンズ中心電極と称することができる。
【００３２】
画像表示装置５０においては、液晶光学素子１の屈折率分布を変化させることにより、二次元の画像の表示（以下、２Ｄ表示と称す）と、三次元の画像の表示（以下、３Ｄ表示と称す）と、の選択的な切り替えが可能である。三次元の画像の表示においては、裸眼の立体視を提供する。
【００３３】
制御回路７０は、例えば、液晶光学素子１の第１状態と第２状態との切り替えを行う。画像表示装置１００において、２Ｄ表示を行う場合、制御回路７０は、液晶光学素子１を第１状態にし、表示用制御回路６０は、２Ｄ表示用の画像を画像表示部５０に表示させる。一方、画像表示装置１００において３Ｄ表示を行う場合、制御回路７０は、液晶光学素子１を第２状態にし、表示用制御回路６０は、３Ｄ表示用の画像を画像表示部５０に表示させる。
【００３４】
画像表示部５０は、矩形状の画像表示面５１を有する。画像表示面５１は、互いに垂直な２辺を有する。例えば、互いに垂直な２辺のうちの一方の辺は図１に示すＸ軸方向と平行であり、他方の辺は、Ｙ軸方向と平行である。例えば、画像表示面５１の辺の向きは、図１に示すＺ軸方向に対して垂直な任意の方向でもよい。
【００３５】
画像表示部５０は、二次元マトリクス状に配列された複数の画素群を有する。画像表示面５１は、これら複数の画素群によって形成される。画素群は、第１画素５２１と、第２画素５２２と、第３画素５２３と、を有する。例えば、第１乃至第３画素はそれぞれ、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色を表示する画素である。以下では、第１画素〜第３画素をまとめる場合に、画素と称す。画素群は、隣り合う２つの第１電極１４の間の領域と対向して配置される。画素群に含まれる第１画素５２１〜第３画素５２３は、Ｘ軸方向に並べられる。画素群に含まれる複数の画素の数は、任意である。
【００３６】
画像表示部５０は、例えば、画像表示面５１に表示される画像を含む光を出射する。この光は、例えば、実質的にＺ軸方向に進行する直線偏光状態にある。この直線偏光の偏光軸、すなわち電場の振動面のＸ−Ｙ平面における方位軸は、Ｘ軸方向である。この直線偏光の偏光軸は、第２基板部２０側の液晶分子３２のダイレクタ（長軸）と平行な方向である。この直線偏光は、例えば、Ｘ軸方向を偏光軸とする光学フィルタ（偏光子）を光路上に配置することで形成される。
【００３７】
液晶光学素子１の第１電極１４および第２電極１６のＹ軸方向（第１方向）における長さは、画像表示面５１のＹ軸方向の長さよりも長い。すなわち第１電極１４および第２電極１６は、Ｙ軸方向において画像表示面５１を横断する。
【００３８】
この例では、第１電極１４の端は、図示しない第１配線部に接続される。複数の第１電極１４と、第１配線部と、を含む形状は、例えば櫛刃状である。第１配線部に電圧を印加することで、第１電極１４に電圧が印加される。各第２電極１６の端は、図示しない第２配線部に接続される。複数の第２電極１６と、第２配線部と、を含む形状は、櫛刃状である。第２配線部の位置は、第１配線部の位置とは反対側に設けられる。第２配線部に電圧を印加することで、第２電極に電圧が印加される。
【００３９】
液晶光学素子１を制御する制御回路７０は、第１電極１４の電位、第２電極１６の電位および対向電極２４の電位を制御する。制御回路７０は、第１電極１４と対向電極２４との間の電圧を制御する。制御回路７０は、第２電極１６と対向電極２４との間の電圧を制御する。
【００４０】
液晶光学素子１における第１状態と第２状態との切り替えは、第１電極１４、第２電極１６、および対向電極２４への電圧の印加（電位の設定）によって行われる。図１に示したように、液晶層３０に含まれる複数の液晶分子３２は、液晶層３０に電圧が印加されていない状態（不活性状態）において、第１基板部１０側で垂直配向であり、第２基板部２０側で水平配向である。この状態において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、ほぼ均一な屈折率分布を示す。電圧が印加されていない状態においては、画像表示部５０に表示された画像を含む光の進行方向は、実質的に変化しない。液晶光学素子１は、電圧が印加されていない場合に、第１状態となる。
【００４１】
液晶光学素子１の第２状態においては、例えば、第１電極１４に電圧を印加し、第２電極１６および対向電極２４を接地する。すなわち、第１電極１４と対向電極２４との間の電圧の絶対値を、第２電極１６と対向電極２４との間の電圧の絶対値よりも大きくする。例えば、第１電極１４と対向電極２４との間の電圧の実効値を、第２電極１６と対向電極２４との間の電圧の実効値よりも大きくする。
【００４２】
図２に示したように、第２状態においては、液晶層３０における屈折率分布３４は、Ｘ軸方向に沿って変動する。第１電極１４と対向電極２４との間の領域においては、屈折率は相対的に低い。これに対して第２電極１６と対向電極２４との間の領域またはその近傍の領域においては、屈折率は相対的に高い。このように、Ｘ軸方向に沿って、液晶層３０における屈折率が変化する。隣接する２つの第１電極１４の間において上凸の放物線状またはそれに近い形状の屈折率分布３４が形成される（図２参照）。
【００４３】
なお、第１状態においては、液晶分子３０の配向を変化させない程度に弱い電圧が第１電極１４、第２電極、または対向電極２４に印加されていてもよい。
【００４４】
（画像装置の他の例）
図３は、第１実施形態の液晶光学素子１を用いた画像装置１００Ａの他の具体例を示す断面図である。この具体例では、画像装置１００Ａは、撮像部５５と、撮像用制御回路６０Ａと、液晶光学素子１を制御する制御回路７０Ａと、を備えた撮像装置である。撮像部５５の受光側に液晶光学素子１が配置され、液晶光学素子１の表面が受光面となっている。
【００４５】
撮像部５５は、液晶光学素子１を介して入射される対象物（図示せず）からの光信号を電気信号に変換する画素を有する。撮像用制御回路６０Ａは、撮像部５５を駆動制御し、上記電気信号から上記対象物の像を得る。制御回路７０Ａは、撮像用制御回路６０Ａからの信号に基づいて、液晶光学素子１の第１および第２電極１４、１６ならびに対向電極２４に電圧を印加して液晶光学素子１を駆動制御する。
【００４６】
この具体例の画像装置１００Ａでは、液晶光学素子１の第１基板部１０と第２基板部２０の配置が図２に示す一具体例の画像装置１００とは、逆になっている。すなわち、図２においては、画像装置１００の画像表示部５０側に第１基板部１０が配置されるのに対して、図３においては、他の具体例の画像装置１００Ａの撮像部５５側に第２基板部２０が配置される。しかし、本具体例において、の画像装置１００Ａの撮像部５５側に第１基板部１０を配置してもよい。
【００４７】
この他の具体例の撮像装置１００Ａにおいては、液晶光学素子１は、電圧が印加された（第２状態の）場合に撮像部５５の表面で概ね焦点を結ぶように液晶光学素子１と撮像部５５との間の距離を調整した状態で固定する。受光面、すなわち液晶光学素子１の撮像部５５と対向する面と反対側の面に、一般のカメラモジュールに用いられるようなメインレンズを設けてもよい。この場合、液晶光学素子１は、第２状態においてメインレンズによる結像を縮小再結像するための複眼レンズとして機能する。すなわち、画像装置１００Ａは、液晶光学素子１が第１状態の場合に高精細な静止画像を取得し、液晶光学素子１が第２状態の場合に複眼像を取得する。複眼像は、さらに画像処理部（図示せず）により、全焦点画像や、対象物の距離情報（デプスマップ）に変換される。
【００４８】
（比較例）
比較例による液晶光学素子を図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）を参照して説明する。図４（ａ）は比較例による液晶光学素子の断面図であり、図４（ｂ）、４（ｃ）は、比較例の液晶光学素子の第１電極（レンズ端電極）１４近傍における液晶分子３２の状態を示す図である。この比較例の液晶光学素子は、第１実施形態の液晶光学素子１と異なり、対向電極２４に開口を設けない構造を有している。この開口以外は、第１実施形態の液晶光学素子１と同じ構造を有している。なお、図４（ａ）においては、図１に示した第１配向膜１８および第２配向膜２６を省略している。
【００４９】
図４（ａ）に示したように、比較例の液晶光学素子において、各第１電極１４に電圧を印加し、各第２電極１６および対向電極２４を接地すると、第１電極１４の周りに電気力線３６が発生する。液晶層３０の誘電率異方性が正の場合、電気力線３６の密集域（すなわち強電場域）における液晶分子３２の配向は、電気力線３６の経路に沿って変形する。
【００５０】
第１電極１４と対向電極２４とが対向している領域では、第２基板２２側で水平配向となっていた液晶分子が、垂直配向に近くなる。一方、第２電極１６と対向電極２４とが対向している領域では、液晶分子３２は、水平配向のままである。そして、第１電極１４と第２電極１６との間の領域では、第２電極１６から第１電極１４に向かって徐々に垂直配向に近づくように、液晶分子３２の角度が変化する。すなわち、液晶分子３２は、ＺＸ平面において、電気力線３６に沿って液晶分子３２の長軸の角度を変化させる。液晶分子３２の長軸の角度は、Ｙ軸方向を回転軸として変化する。
【００５１】
液晶分子３２は複屈折性を有している。液晶分子３２の長軸方向の偏光に対する屈折率は、液晶分子３２の短軸方向の屈折率よりも高い。上記のように液晶分子３２の角度を変化させると、Ｘ軸方向の直線偏光に対する液晶層３０の屈折率は、液晶層３０のうちの第２電極１６と対向する領域において高い。屈折率は、第２電極１６と対向する領域から第１電極１４と対向する領域に向かって徐々に低くなる。これにより、凸レンズ状の屈折率分布が形成される。
【００５２】
既述したように、第１電極１４および第２電極１６それぞれは、Ｙ軸方向に沿って延びている。これにより、電圧印加時の液晶層３０の屈折率分布３４は、Ｙ軸方向に沿って延びるシリンドリカルレンズ状となる。また、第１電極１４および第２電極１６はそれぞれ、Ｘ軸方向に交互に複数並べられている。これにより、電圧印加時の液晶層３０の屈折率分布３４は、レンチキュラーレンズ状である。レンチキュラーレンズ状の屈折率分布においては、Ｙ軸方向に沿って延びる複数のシリンドリカルレンズが、Ｘ軸方向に配置される。
【００５３】
比較例の液晶光学素子においては、電気力線３６は、例えば、第１電極１４のＸ軸方向の中心４１ａ、４１ｂを対称軸として、実質的に対称に分布する。しかしながら、屈折率分布３４は、第１電極１４のＸ軸方向の中心を軸として、対称にはならない。
【００５４】
電気力線３６の密集度すなわち電場強度は、第１電極１４の近傍で強く、第２電極１６または対向電極２４に向かって離れると弱くなる。したがって、液晶分子３２を回転させる力は、第１電極１４の近傍で強い。電気力線３６は、第１電極１４の近傍では放射状に広がる。このため、一レンズのレンズ端となる２つの第１電極１４において、電気力線３６の傾斜方向が、平面４２を境界として互いに逆になる。レンズ端となる２つの第１電極１４の一方の電極の近傍領域、例えば、図４（ａ）において平面４２に対して左側の領域を順方向領域と云う。また、レンズ端となる２つの第１電極１４の他方の電極の近傍領域、例えば、図４（ａ）において平面４２に対して右側の領域を逆方向領域と云う。すると、図４（ｂ）に示すように、順方向領域における電気力線３６の方向は、液晶分子３２のプレチルトの方向に沿う。これに対して、図４（ｃ）に示すように、逆方向領域における電気力線３６の方向は、プレチルトの方向に対して逆方向となる。
【００５５】
図４（ｂ）、４（ｃ）はそれぞれ順方向領域および逆方向領域における第１電極１４の近傍でＺ軸方向に並ぶ液晶分子３２の配向状態を抜き出して示す図である。図４（ｂ）、４（ｃ）において、対応する第１電極１４の直下に、それぞれの第１電極１４の最近傍の電気力線３６が作用する前後における液晶の配向状態、すなわち液晶分子３２をＺ軸方向に並べた状態を表示している。図４（ｂ）、４（ｃ）において、上に表す液晶分子３２は対向電極２４に近い液晶分子３２であり、下に表す液晶分子３２は第１電極１４に近い液晶分子３２である。図４（ｂ）、４（ｃ）のそれぞれの左側には、電圧印加前の液晶配向状態に電気力線３６の方向を重ねて示す。図４（ｂ）、４（ｃ）のそれぞれの右側には電気力線３６の作用で変化した液晶配向状態を示す。
【００５６】
順方向領域では、第１電極１４の中心４１ａより右寄りの最近傍で電気力線３６の作用を受ける液晶分子３２の傾斜方向と、その上方における液晶分子３２の傾斜方向とが同じ方向である。すなわち、順方向領域の第１電極１４の近傍において、垂直配向した液晶分子３２の起き上がり方向と電場の傾斜方向が揃っている。この場合、第１電極１４の中心４１ａより右寄りの近傍において、ダイレクタが第１基板部１０側に傾斜し、その水平成分が増加し易い。この結果、第１基板部１０の近傍において屈折率は上昇する。
【００５７】
また、順方向領域では、第１電極１４の直上領域のうちの第２基板部２０の近傍においては、垂直方向（Ｚ軸方向）に伸びる電気力線に沿って液晶分子３２が立ち上がる。この結果、ダイレクタの水平成分が減少し、第２基板部２０の近傍において屈折率は低下する。このように、順方向領域では、第１および第２基板部の近傍における双方の効果が、互いに補償される。このため、第１電極１４の中心４１ａより右寄りの上方の近傍領域における屈折率の低下傾向は抑制される。
【００５８】
これに対して、逆方向領域では、第１電極１４の中心４１ｂより左寄りの最近傍で電気力線３６の作用を受ける液晶分子３２の傾斜方向と、その上方における液晶分子３２の傾斜方向とが逆方向である。すなわち、逆方向領域の第１電極１４の近傍において、垂直配向した液晶分子３２の起き上がり方向と電場の傾斜方向が逆になっている。この場合、双方の回転トルクが、互いに補償される。このため、第１電極１４の中心４１ｂより左寄りの最近傍における液晶分子は、傾き難い。第１電極の中心より左寄りの領域においては、液晶層３０全体として、ダイレクタの垂直成分の多くが維持される。
【００５９】
また、逆方向領域において、第１電極１４の直上領域のうちの第２基板部２０の近傍においては、垂直方向（Ｚ軸方向）に伸びる電気力線３６に沿って液晶分子３２が立ち上がる。この結果、ダイレクタの水平成分が減少し、第２基板部２０の近傍において屈折率は低減する。このため、第１電極１４の中心４１ａより左寄りの領域においては、順方向領域における補償効果は発現せず、屈折率の低下量は大きくなる。
【００６０】
このように、一レンズのレンズ端電極となる２つの第１電極１４の間の中心に第２電極１６を配置し、対向電極２４に開口を設けない比較例の構成においては、屈折率の変化量（例えば低下量）が、順方向領域と逆方向領域とで異なる。この結果、屈折率のピーク位置が、第１電極１４どうしの平面の位置とは重ならない。この比較例では、屈折率のピーク位置は、平面４２から図４（ａ）中の左方向へ移動する。このため、屈折率分布は、左右非対称（平面４２に対して非対称）となる。
【００６１】
比較例の液晶光学素子に、図４（ａ）に示す場合よりも高電圧を印加した状態を図５（ａ）、５（ｂ）、５（ｃ）、５（ｄ）に示す。図５（ａ）は比較例による液晶光学素子の断面図であり、図５（ｂ）と、５（ｃ）および５（ｄ）とはそれぞれ、比較例の液晶光学素子の第２電極１６（レンズ中央電極）の近傍および第１電極（レンズ端電極）１４の近傍における液晶分子３２の状態を示す図である。なお、図５（ａ）では、図１に示した第１配向膜１８および第２配向膜２６を省略している。ここで、高電圧とは、後述する屈折率の落ち込みが生じ始める電圧、すなわち素子の光学特性が劣化する電圧である。
【００６２】
逆方向領域、すなわち、図５（ａ）において平面４２より右側の領域において、液晶分子の傾斜方向とは逆に傾斜した電場が強くなり、図５（ｄ）の最下部の液晶分子３２ｄ１に示すように、第１電極１４の最近傍における液晶分子は、電場と同じ向きに傾く。そのため、その直上の液晶分子３２ｄ２との間に、弓形のベンド配向歪みが形成される。一方、順方向領域から平面４２を超えて広がる領域においては、図５（ｂ）に示すように、第１面の最近傍における液晶分子３２ｂ１は、プレチルトと同じ向きに傾く。双方の領域境界部では、図５（ｃ）に示すように、第１面の最近傍における液晶分子３２ｃ１およびその直上の液晶分子３２ｃ２は垂直配向し、この位置では周囲より屈折率が低くなる。その結果、段差状の屈折率分布３４が形成され、平面４２を軸とした屈折率分布が、さらに左右非対称になる。
【００６３】
第１実施形態において、液晶光学素子１に、図４（ａ）の場合と同じ電圧を印加した場合の液晶分子の状態を図６に示し、図５（ａ）の場合と同じ電圧（高電圧）を印加した場合の液晶分子の状態を図７に示す。なお、図６および図７では、図１に示した第１配向膜および第２配向膜を省略している。
【００６４】
図６および図７に示すように、第１実施形態による液晶光学素子１では、逆方向領域において、対向電極２４に開口２４ａが設けられる。開口２４ａでは、開口端から開口の中心へ向かって電位が低下するため、局所的に電場の水平成分が増加する。開口近傍で水平配向している液晶分子３２は、垂直方向への回転運動が抑制される。そのため、開口２４ａが設けられない場合と比較して、開口２４ａの近傍における屈折率の低下が抑制される。一方、順方向領域は開口２４ａから遠いため、その影響をほとんど受けず、電場印加時（活性状態）に生じる屈折率の低下の程度は、開口２４ａを設けない場合とほぼ同様となる。この結果として、得られる屈折率分布３４ｂの左右対称性は、開口２４ａを設けない場合の屈折率分布３４ａに比べて向上する。
【００６５】
比較例および第１実施形態による液晶光学素子１の屈折率分布を図８に示す。この図８に示す屈折率分布は、図４（ａ）に示す場合における比較例の屈折率分布３４ａおよび図６（ａ）に示す第１実施形態の液晶光学素子１における屈折率分布３４ｂを示している。横軸は、Ｘ軸方向の位置を示し、縦軸は液晶光学素子に電圧を印加しない場合の液晶層３０の屈折率で規格化した屈折率分布を示す。レンズ端電極１４の中心を平面４１として、隣接するレンズ中央電極１６の中心までの区間を表示している。
【００６６】
比較例の屈折率分布３４ａにおいては、屈折率は、左側のレンズ中央電極１６から、平面４１にかけて、なだらかに低下している。一方、平面４１と、右側のレンズ中央電極１６との間の領域のうちの平面４１側では、屈折率の低下が抑制されている。平面４１と右側のレンズ中央電極１６との間の領域のうちの、平面４１側では、屈折率の変化が急峻である。
【００６７】
一方、第１実施形態による液晶光学素子１の屈折率分布３４ｂにおいては、左側のレンズ中央電極１６と、平面４１との間において、屈折率の低下の勾配が、比較例よりも急峻である。すなわち、第１実施形態の屈折率分布３４ｂの対称性は、比較例の屈折率分布３４ａの対称性よりも高い。
【００６８】
第１実施形態では、対向電極２４の逆方向領域にのみ開口２４ａを設けることで、屈折率分布の対称性を向上させている。
【００６９】
また、液晶層３０の非対称性は、屈折率分布のピーク位置のずれだけでなくボトムの位置のずれも含み、そのずれ量は、必ずしも同じでは無い。図８からわかるように、第１実施形態では比較例に比べてずれ量が低減している。残存するずれに対しては、画像表示部の画素群と、液晶光学素子１と、を重ねて配置する際には、このずれを予め見込んだ位置関係に調整することが望ましい。
【００７０】
高電圧を印加した場合における、比較例および第１実施形態による液晶光学素子１の屈折率分布を図９に示す。この図９に示す屈折率特性は、図５（ａ）に示す場合における比較例の屈折率分布３４ａおよび図７（ａ）に示す第１実施形態の液晶光学素子１における屈折率分布３４ｂを示している。横軸は、Ｘ軸方向の位置を示し、縦軸は液晶光学素子に電圧を印加しない場合の液晶層３０の屈折率で規格化した屈折率分布を示す。レンズ端電極１４の中心を平面４１として、隣接するレンズ中央電極１６の中心までの区間を表示している。
【００７１】
比較例における屈折率分布においては、屈折率は、左側のレンズ中央電極１６から、平面４１にかけて、なだらかに低下している。さらに、屈折率には、平面４１の左側で段差状の分布が発生している。特に、段差のサブピーク部３４ａ１の左側に、周囲と逆傾斜の区間３４ａ２が発生しており、この区間３４ａ２を通過した光は、この区間３４ａ２の周囲とは逆向きに進行するため、迷光となり、レンズ性能を悪化させる。
【００７２】
一方、第１実施形態に係る液晶光学素子１の屈折率分布３４ｂにおいては、左側のレンズ中央電極１６と、平面４１との間において、屈折率の低下の勾配が、比較例よりも急峻である。すなわち、第１実施形態の屈折率分布の対称性は、比較例の屈折率分布の対称性よりも高い。更に、比較例と異なり、段差状の分布において、周囲と逆傾斜する区間は発生せず、短い水平区間に変わっている。このため、迷光が抑制される。
【００７３】
第１実施形態では、対向電極２４の逆方向領域に開口２４ａを設けることで、屈折率分布の対称性を向上させ、さらに迷光を抑制することができる。
【００７４】
なお、第１実施形態の液晶光学素子１において、対向電極２４に設けられる開口２４ａについて図１０を参照して説明する。図１０は、開口２４ａの設定仕様を説明する液晶光学素子１の断面図である。以下の説明では、レンズ端電極１４に所定の電圧を印加し、レンズ中央電極１６および対向電極２４を接地した駆動条件を想定する。
【００７５】
開口２４ａを第１基板１２に向けて射影したとき、その射影領域と、レンズ端電極１４の被覆領域とは、重ならないことが望ましい。すなわち、開口２４ａの端部のうちレンズ端電極１４に近い方の端部２４ａ１と、開口２４ａに最も近いレンズ端電極１４の平面４１ｂとのＸ軸方向における距離ｄは、レンズ端電極１４のＸ軸方向における幅の半幅ｈ以上とする。距離ｄがこれより短いと、レンズ端電極１４の近傍で垂直電場の強い区間長が短くなり、液晶分子の配向変化に伴う屈折率の変調量が減少し、これにより、液晶光学素子１の屈折力が弱まる。
【００７６】
所定の駆動条件において開口２４ａの近傍で発生する漏れ電場の強度は、開口２４ａの端部２４ａ１と最寄りのレンズ端電極１４との水平距離ｄに依存する。すなわち、開口２４ａの端部の近傍の液晶層３０に作用する電場の強度は、レンズ中心電極１６側の端部２４ａ２よりもレンズ端電極１４側の端部２４ａ１の方が強い。そのため、液晶分子の配向制御による屈折率分布の調整効果も同様に、レンズ中心電極１６側の端部２４ａ２よりもレンズ端電極１４側の端部２４ａ１の方が強い。そして、最寄のレンズ端電極１４から開口２４ａが遠ざかると、すなわち水平距離ｄが長くなると、上記効果は弱まる。上記効果は、第１基板１２上で最寄りのレンズ中心電極１６の近傍での液晶分子の配向制御効果と少なくとも同水準であることが望ましい。この条件は、レンズ端電極１４側の開口端２４ａ１と最寄りのレンズ端電極１４の開口２４ａに近い端部との距離が、レンズ端電極１４とレンズ中央電極１６との距離Ｓ以下であれば、概ね満たされる。レンズ端電極１４の開口２４ａに近い端部を中心として、対向基板２２に向かって半径Ｓの円弧を描き、この円弧と対向電極２４との交点をＰとする。レンズ端電極１４の平面４１ｂから点ＰまでのＸ軸方向における距離をｄｍａｘとする。レンズ端電極１４側の開口２４ａの端部２４ａ１の位置を示す距離ｄは、ｄｍａｘ以下にすることが望ましい。すなわち、第１平面４２に最も近い第１電極１４の、第１平面４２側の第１端部を円弧の中心とし、この中心と第１電極１４の第１端部に最も近い第２電極１６との間の第２方向における距離Ｓを半径として円弧を描いたときに、この円弧と対向電極２４との交点Ｐと、第１平面４２に最も近い第１電極１４の中心との第２方向における距離ｄｍａｘは、第１平面４２から最も遠い開口２４ａの、第１平面４２に最も近い第１電極１４側の端部と第１平面４２に最も近い第１電極１４の中心との間の第２方向における距離ｄ以上である。距離ｄがｄｍａｘより長いと、開口端２４ａの近傍での漏れ電場強度が弱まり、液晶分子の配向変化に伴う屈折率の変調量が減少し、これにより液晶光学素子１の屈折力が弱まる。
【００７７】
開口２４ａの端部のうちレンズ端電極１４から遠い方の端部２４ａ２と、レンズ端電極１４の平面４１ｂとのＸ軸方向における距離をｄ２とする。ｄ２はｄより長く、Ｓ以下とする。ｄ２がＳより長いと、開口２４ａを第１基板１２に向けて射影したとき、その射影領域がレンズ中心電極１６と重なるようになる。すなわち、対向電極２４がレンズ中心電極１６を完全に被覆できなくなり、レンズ中央部における屈折率分布の制御性が悪化する。
【００７８】
以上説明したように、第１実施形態によれば、良好な光学特性を有する液晶光学素子、画像表示装置、および撮像装置を提供することができる。
【００７９】
（第２実施形態）
第２実施形態による液晶光学素子１Ａの断面を図１２に示す。この第２実施形態の液晶光学素子１Ａは、図１に示す液晶光学素子１とは、第２配向膜２６の配向処理方向が逆となっている以外は、第１実施形態の液晶光学素子１と、同じ構造を有している。第２実施形態の液晶光学素子１Ａにおける第２配向膜２６の配向処理方向は、図１１の矢印２９ａに示すように、Ｘ軸の正方向である。
【００８０】
この第２実施形態の液晶光学素子１Ａを用いた画像装置の一具体例を図１２に示す。この具体例の画像装置は画像表示装置１００Ｂである。この画像表示装置１００Ｂは、図２に示す画像表示装置１００において、液晶光学素子１を第２実施形態の液晶光学素子１Ａに置き換えた構成を有している。なお、第１実施形態と同様に、この第２実施形態の液晶光学素子１Ａも撮像装置に用いることができる。
【００８１】
この第２実施形態の液晶光学素子１Ａは、図１に示す第１実施形態の液晶光学素子１よりも光変調量が多い。これについて、以下に説明する。
【００８２】
図１２はまた、第１電極１４への印加電圧を、図１に示す第１実施形態で説明した場合の設定より高くした状態の屈折率分布３４を示している。この印加電圧を第１実施形態の液晶光学素子１に印加した場合には、一レンズの中央より右側の領域（逆方向領域；第２領域）の屈折率分布３４において停留区間が発生する。
【００８３】
これに対して、第２実施形態の液晶光学素子１Ａにおいては、図１２に示すように、両方の領域に停留区間が発生する。第２実施形態の液晶光学素子１Ａと、第１実施形態の液晶光学素子１とでは、一レンズの中央より左右に位置する第１領域および第２領域の配置が入れ換わる。一レンズの中央より左側の領域（逆方向領域）における第１電極１４の近傍にはベンド配向歪みが短区間のみ発生し、それより左側の、傾きが揃った配向部との境界において、屈折率分布３４には、図１２に示したような停留区間が形成される。この第２実施形態においては、レンズの中央より右側の領域（順方向領域）において、左側の領域（逆方向領域）の屈折率の停留点の水平位置と概略左右対称な対向電極２４の位置に、開口２４ａが設けられている。開口２４ａでは、開口２４ａの端部から開口２４の中心へ向かって電位が低下するため、局所的に電場の水平成分が増加する。開口２４ａの近傍で水平配向している液晶は、垂直方向への回転運動が抑制される。そのため、屈折率分布３４には、図１２に示したような停留区間が形成される。停留区間を伴う屈折率分布３４は、フレネルレンズのように屈折率がかさ上げされたかのように振舞う。その結果、屈折率分布３４の対称性が向上し、かつ、図１に示す第１実施形態の液晶光学素子１対しては屈折率の変調量が増大する。
【００８４】
この第２実施形態も第１実施形態と同様に、良好な光学特性を有する液晶光学素子、画像表示装置、および撮像装置を提供することができる。
【００８５】
対向電極２４が有する開口の数Ｎ個およびＭ個は、第１配向膜１８のラビング方向や電極に印加する電圧、液晶層３０に用いる液晶材料の種類や液晶層３０の厚さにより適宜設定することができる。第２電極１６を中心として形成されるＧＲＩＮレンズの非対称性を改善する目的で、この第２電極より右側または左側の任意の側において対向電極２４の開口を多くすることができる。
【００８６】
上記第１および第２実施形態においては、液晶光学素子は、画像表示装置または撮像装置に用いたが、携帯情報端末の画像表示装置および撮像装置の少なくとも一方に用いてもよい。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８８】
１、１Ａ  液晶光学素子
１０  第１基板部
１２  第１基板（パターン電極基板）
１４  第１電極（レンズ端電極）
１６  第２電極（レンズ中央電極）
１８  第１配向膜
２０  第２基板部
２２  第２基板（対向基板）
２４  対向電極
２４ａ  開口
２６  第２配向膜
３０  液晶層
３２  液晶分子
３４  屈折率分布
３６  電気力線
５０  画像表示部
５１  画像表示面
５５  撮像部
６０  表示用制御装置
６０Ａ  撮像用制御装置
７０、７０Ａ  制御回路
１００、１００Ｂ  画像表示装置
１００Ａ  撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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