(57)【要約】【課題】引き出し配線に起因するレンズ性能の劣化を極力抑えることができる可変焦点レンズを提供すること。【解決手段】第１の透明基板に設けられた、所定の幅の絶縁領域を空けて配設される複数個の輪帯電極と、第２の透明基板に設けられた対向電極とで液晶層を挟持する可変焦点レンズにおいて、複数個の輪帯電極と第１の透明基板との間の、複数個の輪帯電極とは異なる面に、所定の幅の絶縁領域を補う様に配設される補完電極を設ける構成とした。【選択図】図１
2008216626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板に設けられ、所定の幅の絶縁領域を空けて配設される複数個の輪帯電極と、第２の透明基板に設けられた対向電極とで液晶層を挟持する可変焦点レンズにおいて、
前記複数個の輪帯電極と前記第１の透明基板との間の、前記複数個の輪帯電極とは異なる面に、前記所定の幅を補う様に配設される補完電極を設けた
ことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記補完電極は、前記所定の幅よりも幅広に、かつ前記複数個の輪帯電極に対してオーバーラップして設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記複数個の輪帯電極と前記補完電極とは、絶縁膜を介して異なる面に形成されてなる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記補完電極と隣接する前記輪帯電極の一方とは、電気的に接続されており、
前記補完電極と隣接する前記輪帯電極の他方とは、絶縁されている
ことを特徴とする請求項３に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記補完電極を設けた同一面に、前記補完電極に接続する引き出し配線を設けた
ことを特徴とする請求項３または４に記載の可変焦点レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引き出し配線に起因するレンズ性能の劣化を極力抑えることができる可変焦点用レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対向電極と複数個の輪帯電極とで液晶を挟持し、複数個の輪帯電極に印加する電圧を制御して入射光に対する液晶の屈折率分布を形成し、所望の焦点距離を得るための位相分布を形成する可変焦点レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献１に記載の可変焦点レンズでは、複数個の輪帯電極同士は、絶縁膜によって絶縁され、各複数個の輪帯電極へ電圧を供給するための引き出し配線が、複数個の輪帯電極の部分から外部に向けて配置されている。
【０００４】
このような可変焦点レンズを駆動した場合、複数個の輪帯電極のみならず、引き出し配線部分にも所定の電圧が印加される。したがって、引き出し配線部分に対応した液晶も、複数個の輪帯電極と同様に動作してしまい（即ち、引き出し配線部分に対応した液晶が所定の屈折率を有するように変化してしまい）、輪帯状の屈折率分布が正確に形成されず、複数の引き出し配線による屈折率分布が形成されてしまう。この従来の可変焦点レンズと撮像素子を組み合わせて撮像光学系を構成し、この撮像光学系を用いて撮影を行った場合に、複数の引き出し配線により輪帯電極に給電されて形成される屈折率分布が、輪帯状の屈折率分布を分断して形成されるので、その部分を通過する光が屈折して、輝点の周辺がにじんだ画像や、輝線が発生した画像が得られてしまうという問題があった。
【０００５】
また、複数個の輪帯電極と複数個の輪帯電極への引き出し配線とを異なる面内に形成し、複数個の輪帯電極と引き出し配線とをスルーホールによって接続する可変焦点レンズが知られている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
特許文献２に記載される可変焦点レンズでは、閉ループ形状に所定の幅の絶縁領域を空けて輪帯電極が形成されているので、この輪帯電極に対応する液晶については上記と同様の撮像光学素子として用いた場合に、良好な結像特性を持つレンズを形成することができる。しかしながら、複数個の輪帯電極間に設けられた所定の幅の絶縁領域に対応する液晶はレンズとして作用しないため、結像特性が劣化してしまうという問題があり、十分な性能が得られないという問題を有している。
【特許文献１】特開２０００−８１６００号公報（第４−５頁、第１−２図）
【特許文献２】特開平５−１００２０１号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点を解消することを可能とし、引き出し配線に起因するレンズ性能の劣化を極力抑えることができる可変焦点レンズ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る可変焦点レンズは、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
【０００９】
本発明に係る可変焦点レンズは、第１の透明基板に設けられ、所定の幅の絶縁領域を空けて配設される複数個の輪帯電極と、第２の透明基板に設けられた対向電極とで液晶層を
挟持する可変焦点レンズにおいて、複数個の輪帯電極と第１の透明基板との間の、複数個の輪帯電極とは異なる面に、所定の幅を補う様に配設される補完電極を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の可変焦点レンズは、前述した補完電極が、所定幅よりも幅広に、かつ複数個の輪帯電極に対してオーバーラップして設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の可変焦点レンズは、前述した複数個の輪帯電極と補完電極とは、絶縁膜を介して異なる面に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の可変焦点レンズは、前述した補完電極と隣接する輪帯電極の一方とは、電気的に接続されており、補完電極と隣接する輪帯電極の他方とは、絶縁されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の可変焦点レンズは、前述した補完電極を設けた同一面に、補完電極に接続する引き出し配線を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数個の輪帯電極間の所定の幅の絶縁領域を補うように補完電極が配設されており、所定の幅の絶縁領域に対応する液晶がレンズとして作用するので、結像特性が劣化してしまうという問題を解消することが可能となった。
【００１５】
また、本発明によれば、絶縁膜によって引き出し配線が液晶を駆動することがなくなり、欠落のない輪帯電極によって屈折率分布を与えることができるので、引き出し配線によって駆動された液晶部分に入射した光の屈折によって、結像特性が劣化してしまうという問題を解消することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明に係る可変焦点レンズの構成について説明する。図1は、本実施形態の可変焦点レンズの構成を示す図であり、本図（ａ）は、本発明の可変焦点レンズの構成を示す断面図であり、本図（ｂ）は、可変焦点レンズの電極構成を示す図である。
【００１７】
図１（ａ）に示す様に、本発明の可変焦点レンズ１００を構成する第１の透明基板１０１上には、透明電極材料により対向電極１１０が形成されている。この透明電極材料とは、レンズ作用を期待する光の波長範囲において透過率が高い材料で、可視光範囲であればインジウム・スズ酸化物（以下ＩＴＯと略す）などが用いられている。
【００１８】
また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す様に、第１の透明基板１０１に対向する第２の透明基板１０２上には、補完電極パターン３０１〜３０３が形成され、この補完電極３０１〜３０３を被覆する絶縁膜１４０表面（補完電極パターン３０１〜３０３が形成された面とは異なる面）に、複数個の輪帯電極５０１〜５０４を有する輪帯電極パターン５００が形成されている。なお、本図に示す符号３５１は、補完電極３０１〜３０３が形成された面と同一面に形成された、輪帯電極５０１に接続部２５１を介して接続する引き出し配線である。
【００１９】
また、液晶層１６０は、第１、第２の透明基板１０１、１０２と、シール部材１５０との間に、厚さａ２（２０μｍ）を保って封入されている。この様にして形成された電極パターンは、図１（ａ）に示した第２の透明基板１０２の主表面に形成されて、その表面に
配向膜（図示せず）を設けた後に、ラビング処理が施されている。
【００２０】
また、第１、第２の透明基板１０１、１０２は、屈折率１．５２のガラス材で構成され、それぞれ厚さａ１（３００μｍ）で形成されている。シール部材１５０は樹脂から構成されている。本実施形態では、第１、第２の透明基板１０１、１０２間に挟持される液晶層１６０としてホモジニアス型の液晶が用いられ、その屈折率は、１．５０〜１．７６の間で変化する。なお、液晶として、ホモジニアス型に代えて垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
【００２１】
ここで、本発明の可変焦点レンズにおける電極パターンの構成について更に詳細に説明する。
図１（ｂ）に示す様に、閉ループ形状の複数個の輪帯電極５０１〜５０４は、絶縁のために所定の幅の絶縁領域５１１〜５１３を空けて同一面に配置されている。
【００２２】
また、図１（ａ）に示す様に、補完電極３０１〜３０３は、複数個の輪帯電極５０１〜５０４間の所定の幅の絶縁領域５１１〜５１３を補うように、かつ絶縁領域５１１〜５１３に隣接する、各輪帯電極５０１〜５０４とオーバーラップして、輪帯電極５０１〜５０４が形成された面とは異なる面に、絶縁膜１４０を介して配設されている。なお、各輪帯電極５０１〜５０４は、ここでは図示しない引き出し配線から接続部２５１〜２５４を介して電気的に接続されている。そして、電源から電力の供給を受けた駆動ＩＣ回路から所定のＡＣ電圧が、個別に各輪帯電極５０１〜５０４に印加されるように構成されている。
【００２３】
次に、上述した電極パターンを構成する、補完電極パターン、引き出し配線パターンと絶縁膜の構成例について説明する。図２は、本発明の可変焦点レンズにおける補完電極パターンと引き出し配線パターンの構成例を示す図である。図３は、本発明の可変焦点レンズにおける絶縁膜の構成例を示す図である。
【００２４】
まず、補完電極パターン３００と引き出し配線パターン３５０の構成例について図２を用いて説明する。
図２に示す様に、円弧状の補完電極パターン３００は、切り欠きを有する円弧状に形成されて、この切り欠き部から、各補完電極３０１〜３０３に接続された引き出し配線３５２〜３５４と、輪帯電極５０１に接続部２５１を介して接続する引き出し配線３５１からなる引き出し配線パターン３５０が配置されている。
【００２５】
そして、引き出し配線３５１と補完電極３０１〜３０３に設けられた接続部２５１〜２５４では、後段で説明する絶縁膜に設けたスルーホールを介して、輪帯電極５０１〜５０４に接続される。これにより、補完電極３０１〜３０３と隣接する２つの輪帯電極の一方とが接続され、他方とは接続されない形態となる。
【００２６】
具体的には、接続部２５１で、引き出し配線３５１と輪帯電極５０１とが接続されて、引き出し配線３５１と輪帯電極５０１とに、同電位が供給される。また、接続部２５２で、補完電極３０１と隣接する輪帯電極５０２とが接続されて、引き出し配線３５２と補完電極３０１と輪帯電極５０２とに、同電位が供給される。なお、補完電極３０２と隣接する輪帯電極５０１とは、絶縁されている。以下同様に、接続部２５３にて補完電極３０２と輪帯電極５０３が、接続部２５４にて補完電極３０３と輪帯電極５０４とが接続される。
【００２７】
次に、絶縁膜１４０の構成例について説明する。
図３に示す絶縁膜１４０は、先に示したように、図２に示した補完電極パターン３００及び引き出し配線パターン３５０と、複数個の輪帯電極パターン５００との間に介在して
配置されている。そして、絶縁膜１４０には、接続部２５１〜２５４に設けたスルーホールが形成されている。そして、このスルーホールを介して、上述したように、輪帯電極パターン５００と引き出し配線パターン３５０とが接続される。なお、この引き出し配線パターン３５０は、全て絶縁膜１４０で覆われているので、本発明の可変焦点レンズ１００と撮像素子とを組み合わせて撮像光学系を構成して撮像し、引き出し配線パターン３５０を介して輪帯電極パターン５００に給電を行ったとしても、輝点の周辺がにじんだ画像や、輝線が発生した画像を撮像することは無い。
【００２８】
この様にして、本発明の可変焦点レンズ１００は、図１に示すように、引き出し配線パターン３５０及び補完電極パターン３００と、輪帯電極パターン５００とが、絶縁膜１４０を介して異なる面に形成される。そして、補完電極３０１〜３０３と輪帯電極５０２〜５０４、引き出し配線３５１と輪帯電極５０１は、それぞれ接続部２５１〜２５４を介して電気的に接続されて、引き出し配線３５１〜３５４から輪帯電極５０１〜５０４への給電を行なうことができる様になる。
【００２９】
そして、本発明の可変焦点レンズ１００における引き出し配線３５１〜３５４を介して、輪帯電極５０１〜５０４及び補完電極３０１〜３０３を配した可変焦点レンズ有効径領域に屈折率分布を与えるための駆動電圧を給電することで、液晶層１６０を駆動する各制御電圧を、複数個の輪帯電極５０１〜５０４及び補完電極３０１〜３０３のそれぞれに印加することができる。その際に、輪帯電極５０１〜５０４間の絶縁領域５１１〜５１３には、隣接する一方の輪帯電極と接続する補完電極３０１〜３０３を配しているので、従来の可変焦点レンズで生じていたこの絶縁領域５１１〜５１３における液晶の非動作領域を無くした状態で、可変焦点レンズ有効径領域の全ての領域を、可変焦点レンズとして作用させることができる。
【００３０】
ここで、本発明の可変焦点レンズ１００の優れた特性について、従来の構成との対比をして説明する。図４は、従来の可変焦点レンズにおける実効電圧プロファイルを示す図であり、図５は、本発明の可変焦点レンズにおける実効電圧プロファイルを示す図である。なお、両図面における（ａ）図面は、第２の透明基板１０２上の輪帯電極５０１〜５０４の半分の領域における断面構造を示している。輪帯電極間の絶縁領域の幅は、全て５μｍに設定した。また、両図面における（ｂ）図面におけるＸ軸は、最も外側の輪帯電極５０４の外縁部からの距離を示しており、Ｙ軸は、基準電圧（輪帯電極５０１に印加される電圧、ここでは０〔Ｖ〕とする）に対する電極パターンにおける実効電圧を示している。また、両図面に示す実効電圧４０１〜４０４は、凸レンズ状態の屈折率分布を作るために、各輪帯電極５０１〜５０４に印加される実効電圧を示しており、図４（ｂ）における実効電圧１００１〜１００３は、輪帯電極５０１〜５０４の間の絶縁領域で印加される実効電圧を示し、図５（ｂ）における実効電圧４５１〜４５３は、補完電極３０１〜３０３に印加される実効電圧を示している。
【００３１】
可変焦点レンズに用いる液晶は、一般に印加電圧に対し実効値応答を示す。また、直流電圧成分を長時間この液晶に加えると、液晶の焼きつきや分解等の不都合を生ずる。従って、可変焦点レンズの電極パターンには直流電圧成分を印加しないように交流電圧を印加して液晶を駆動する。また、可変焦点レンズに対する基準電圧０〔Ｖ〕は正確には液晶層に印加される電圧であり、その電圧を任意に設定することができる。一般的には印加電圧が０〔Ｖ〕の状態を基準とする事が多いが、他の電圧値（例えば３〔Ｖ〕）の時を基準電圧とすることも可能である。
【００３２】
図４（ａ）に示す様に、従来の可変焦点レンズは、駆動ＩＣ回路１７０から各輪帯電極５０１〜５０４に対してそれぞれ引き出し配線３５１〜３５４が接続されており、各輪帯電極５０１〜５０４を個別に給電できる様になっている。ところが、図４（ｂ）に示す様
に、各輪帯電極５０１〜５０４の間の絶縁領域には電極が存在しないので、液晶には実効電圧１００１〜１００３が掛かることとなる。従って、撮像光学系にこの従来の可変焦点レンズを用いると、この液晶の非動作領域があるがために、結像特性が劣化してしまうことが理解できよう。
【００３３】
それに対して、本発明の可変焦点レンズ１００は、図５（ａ）に示す様に、駆動ＩＣ回路１７０から各輪帯電極５０１〜５０４に対してそれぞれ引き出し配線３５１〜３５４が接続されており、かつ各輪帯電極５０１〜５０４の間の絶縁領域にも、絶縁膜１４０を介して補完電極３０１〜３０３を配しており、隣接する一方の輪帯電極と同電位が給電できる様になっている。これにより、図５（ｂ）に示す様に、従来の実効電圧プロファイルにおける電圧の落ち込み（図４（ｂ）に示した実効電圧１００１〜１００３）が生じることが無くなり、液晶に所望のレンズ状態を作る屈折率分布を与えることができる。
【００３４】
なお、補完電極３０１は、輪帯電極５０２と電気的に接続されているが、絶縁膜部分による電圧降下によって、補完電極３０１に印加される実効電圧４５１は、輪帯電極５０２に印加される実効電圧４０２より若干低くなるが、従来の構成に比べて格段に特性が向上していることが判る。同様に、補完電極３０２、３０３は、輪帯電極５０３、５０４と電気的にそれぞれ接続されているが、補完電極３０２、３０３に印加される実効電圧４５２、４５３は、輪帯電極５０３、５０４に印加される実効電圧４０３、４０４よりそれぞれ若干低い電圧となる。
【００３５】
このように、引き出し配線３５１〜３５４に給電を行ない、各輪帯電極５０１〜５０４及び補完電極３０１〜３０３に所定の電圧を印加することによって、複数個の輪帯電極５０１〜５０４間に設けられた絶縁領域の所定の幅に対応する液晶も可変焦点レンズとして機能させることができる。
【００３６】
また、本発明の可変焦点レンズ１００は、引き出し配線３５１〜３５４を、絶縁膜１４０で覆っているので、引き出し配線３５１〜３５４に外部から給電されたとしても、この引き出し配線３５１〜３５４に対応する液晶の動作はレンズ特性にはほとんど影響せず、閉ループ形状の輪帯電極５０１〜５０４と、補完電極３０１〜３０３によって、所望の電圧を液晶に印加することができる。
【００３７】
次に、この可変焦点レンズ１００の製造方法について図１、図２を用いて説明する。
【００３８】
図１、図２に示すように、第２の透明基板１０２に最初に形成されるのが、引き出し配線３５１〜３５４及び補完電極３０１〜３０３である。引き出し配線３５１〜３５４及び補完電極３０１〜３０３は、第２の透明基板１０２上にＩＴＯをスパッタリング法により成膜した後に、フォトリソグラフィ法を利用して同時にパターン化することで得ることができる。
【００３９】
次に、引き出し配線３５１〜３５４及び補完電極３０１〜３０３を形成した後、引き出し配線３５１〜３５４及び補完電極３０１〜３０３を覆うように、絶縁膜１４０を形成する。このとき、絶縁膜１４０は、形成された引き出し配線３５１〜３５４及び補完電極３０１〜３０３を被覆して、アクリル系またはポリイミド系の感光性樹脂からなる絶縁膜を形成した後に、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化して形成する。なおここでの、絶縁膜１４０の形成を、スクリーン印刷法によって行っても良い。
【００４０】
最後に、絶縁膜１４０を形成した後に、補完電極３０１〜３０３に設けられた所定の幅の絶縁領域５１１〜５１３を補うように、輪帯電極５０１〜５０４を形成する。
【００４１】
輪帯電極５０１〜５０４は、絶縁膜１４０上一面にＩＴＯをスパッタリング法で成膜した後、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化して得ることができる。なお、本工程におけるパターン化工程によって、引き出し配線３５１は、輪帯電極５０１と電気的接続を実現する。引き出し配線３５２は、輪帯電極５０２と補完電極３０１の両方と電気的にされる。以下同様に引き出し配線３５３は、輪帯電極５０３と補完電極３０２と、引き出し配線３５４は、輪帯電極５０４と補完電極３０３とそれぞれ電気的に接続される。
【００４２】
次に、第１の透明基板１０１にも同様にＩＴＯをスパッタリング法で成膜し、フォトリソグラフィ法により、対向電極１０を形成する。
【００４３】
そして、各第１、第２の透明基板１０１、１０２に配向膜（図示していない）をそれぞれ形成した後に、この配向膜表面にラビング処理を施し、両電極を内側に向けて第１の透明基板１０１と第２の透明基板１０２を対向して配置し、その間に液晶層１６０を封入することで、目的の可変焦点レンズ１００を製造することができる。
【００４４】
この様にして製造された可変焦点レンズ１００は、引き出し配線３５１〜３５４に給電されて、輪帯電極５０１〜５０４と補完電極３０１〜３０３のそれぞれに、所望の電圧を供給することができる様になる。
【００４５】
特に限定しないが、一例として輪帯電極５０１〜５０４の各部の構成および絶縁領域の寸法を示す。輪帯電極５０１〜５０４の総数は、図１に示した構成例では４本としていたが、もっと多く例えば２０本で良い性能が得られた。これら輪帯電極５０１〜５０４間の絶縁領域の幅は、例えば５μｍである。
【００４６】
同様に、一例として補完電極３０１〜３０３の各部の構成および絶縁領域の寸法を示す。補完電極３０１〜３０３の総数は、図１および図２に示した構成例では３本としていたが、上記輪帯電極の配設本数に応じて、各絶縁領域を補う数だけ配置すればよい。これら補完電極間の絶縁領域の幅は、例えば５μｍである。
【００４７】
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に掲載した寸法や特性値などの値は一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、液晶の種類もネマティック液晶に限定されるものではない。
【００４８】
また、液晶の配向方法には、ホモジニアス（水平)配向、ホメオトロピック（垂直)配向、ハイブリッド配向、ツイスト配向またはベンド配向などがあるが、これらの配向であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る可変焦点レンズは、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のモニタなどに用いられるカメラ、内視鏡のカメラ部、レンズの度を変化される機能に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る可変焦点レンズの断面図及び電極パターンの構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る可変焦点レンズの補完電極及び引き出し電極の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る可変焦点レンズの絶縁膜の構成例を示す図である。
【図４】従来の可変焦点レンズにおける実効電圧プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の可変焦点レンズにおける実効電圧プロファイルを示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  可変焦点レンズ
１０１  第１の透明基板
１０２  第２の透明基板
１１０  対向電極
１４０  絶縁膜
１６０  液晶層
１７０  駆動ＩＣ回路
２５１〜２５４  接続部
３００  補完電極パターン
３０１〜３０３  補完電極
３５０  引き出し配線パターン
３５１〜３５４  引き出し配線
４０１〜４０４、４５１〜４５３  実効電圧  
５００  輪帯電極パターン
５０１〜５０４  輪帯電極
５１１〜５１３  絶縁領域
【図１】
2008216626.tif 000003
【図２】
2008216626.tif 000004
【図３】
2008216626.tif 000005
【図４】
2008216626.tif 000006
【図５】
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