(57)【要約】【課題】本発明は、引き出し線領域によって不具合が生じることの無い液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】第１の基板（１０１）と、第２の基板（１０２）と、第３の基板（１０３）と、第１及び第２の基板間に挟持された第１の液晶（１３０）と、第２及び第３の基板間に挟持された第２の液晶（１３２）と、第１の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し線が配置された第１の引き出し線領域（１４０）を有する第１の電極パターン（３００）と、第２の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し線が配置された第２の引き出し線領域（１４２）を有する第２の電極パターンと、第１の液晶の内、第１の引き出し配線領域によって駆動される部分と、第２の液晶の内、第２の引き出し配線領域によって駆動される部分とを遮光するための遮光部材（２００）を有することを特徴とする液晶光学素子（１００）。【選択図】図１
2008070633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変焦点用レンズとして働く液晶光学素子であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、
前記第１又は第２の基板の一方に形成され、入射光に対する前記液晶の屈折率を変化させる屈折率可変領域及び前記屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された引き出し配線領域を有する電極パターンと、
前記液晶の内、前記引き出し配線領域によって駆動される部分を遮光するための遮光部材と、
を有することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
可変焦点用レンズとして働く液晶光学素子であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
第３の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持された第１の液晶と、
前記第２及び第３の基板間に挟持された第２の液晶と、
前記第１又は第２の基板の一方に形成され、入射光に対する前記第１の液晶の屈折率を変化させる第１の屈折率可変領域及び前記第１の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第１の引き出し配線領域を有する第１の電極パターンと、
前記第２又は第３の基板の一方に形成され、入射光に対する前記第２の液晶の屈折率を変化させる第２の屈折率可変領域及び前記第２の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第２の引き出し配線領域を有する第２の電極パターンと、
前記第１の液晶の内、前記第１の引き出し配線領域によって駆動される部分と、前記第２の液晶の内、前記第２の引き出し配線領域によって駆動される部分とを遮光するための遮光部材と、
を有することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項３】
前記遮光部材は、第１、第２及び第３の基板の内の、最も入射光側に配置された一つの基板上に形成されている、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記遮光部材は、前記引き出し配線領域より幅広の形状を有している、請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記遮光部材は、複数の開口部を有している、請求項４に記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記遮光部材のエッジ部は、曲線により形成されている、請求項４に記載の液晶光学素子。
【請求項７】
可変焦点用レンズとして働く液晶光学モジュールであって、
第１の基板、第２の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶、前記第１又は第２の基板の一方に形成され且つ入射光に対する前記液晶の屈折率を変化させる屈折率可変領域及び前記屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された引き出し配線領域を有する電極パターン、及び前記液晶の内、前記引き出し配線領域によって駆動される部分を遮光するための遮光部材を有する液晶光学素子と、
前記液晶光学素子に入射する入射光の最大入射角を決定する部材と、
集光レンズと、
を有することを特徴とする液晶光学モジュール。
【請求項８】
前記遮光部材は、前記最大入射角を有する入射光を、前記引き出し配線領域に入射させないように、前記引き出し配線領域より幅広の形状を有する、請求項７に記載の液晶光学モジュール。
【請求項９】
入射光に対して可変焦点用レンズとして働く液晶光学モジュールであって、
第１の基板、第２の基板、第３の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された第１の液晶、前記第２及び第３の基板間に挟持された第２の液晶、前記第１又は第２の基板の一方に形成され且つ入射光に対する前記第１の液晶の屈折率を変化させる第１の屈折率可変領域及び前記第１の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第１の引き出し配線領域を有する第１の電極パターン、前記第２又は第３の基板の一方に形成され且つ入射光に対する前記第２の液晶の屈折率を変化させる第２の屈折率可変領域及び前記第２の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第２の引き出し配線領域を有する第２の電極パターン、前記第１の液晶の内、前記第１の引き出し配線領域によって駆動される部分と、前記第２の液晶の内、前記第２の引き出し配線領域によって駆動される部分とを遮光するための遮光部材を有する液晶光学素子と、
前記液晶光学素子に入射する入射光の最大入射角を決定する部材と、
集光レンズと、
を有することを特徴とする液晶光学モジュール。
【請求項１０】
前記遮光部材は、前記最大入射角を有する入射光を、前記第１及び第２の引き出し配線領域に入射させないように、前記第１及び第２の引き出し配線領域より幅広の形状を有する、請求項９に記載の液晶光学モジュール。
【請求項１１】
前記遮光部材は、複数の開口部を有している、請求項８又は１０に記載の液晶光学モジュール。
【請求項１２】
前記遮光部材のエッジ部は、曲線により形成されている、請求項８又は１０に記載の液晶光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変焦点用レンズとして機能する液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を有する液晶光学モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶を共通電極と複数の同心リング状の透明電極帯とで挟持し、複数の同心リング状の透明電極帯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液晶を利用した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、同心リング状の透明電極帯同士は、絶縁帯によって絶縁され、各同心リング状の透明電極帯へ電圧を供給するための引き出し配線が、同心リング状の部分から外部に向けて配置されていた。
【０００４】
このような可変焦点レンズを駆動した場合、同心リング状の部分のみならず、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、同心リング状の部分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する）、リング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。複数の引き出し配線による屈折率分布は、リング状の屈折率分布を分断する溝のように形成されるので、その部分を通過する光が干渉して、（そのような液晶を利用した可変焦点レンズを利用して撮影を行った場合に）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】
ところで、可変焦点レンズとして液晶を利用するのではなく、光ピックアップ装置における球面収差補正用として液晶を利用する場合に、同心円状の複数の電極パターンを形成することがある。このような複数の電極パターンにそれぞれ異なった電圧を印加する場合にも、複数の電極パターンのそれぞれへ電圧を印加するための引き出し配線が必要となる。このような引き出し配線を不透明な金属によって形成し、引き出し配線の背後に光が到達しないようにして、引き出し配線部分の電圧によって駆動される液晶によって球面収差補正が影響を受けないようにした構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、可変焦点レンズして液晶光学素子を利用する場合には、光ピックアップ装置と異なり（光ピックアップ装置では、コーヒレント光を扱う）、自然光を取り扱うことから、斜めに液晶光学素子に入射した光が引き出し配線部分の背後に容易に周り込んでしまうので、引き出し配線部分のみを遮光しても、引き出し配線部分によって駆動される液晶部分に入射光が侵入して干渉が生じてしまう。さらに、同心円部分は導電性透明材料によって形成し、引き出し配線部分は導電性不透明材料によって形成しなければならず、製造ステップが複雑になり、コストアップにもなるというさらなる不具合もあった。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−８１６００号公報（第１１図）
【特許文献２】特開２００４−１１０９５９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解消することを可能とする液晶光学素子及び液晶光学モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、引き出し配線領域によって不具合が生じることの無い液晶光学素子及び液晶光学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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第１の基板と、第２の基板と、第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、第１又は第２の基板の一方に形成され、入射光に対する液晶の屈折率を変化させる屈折率可変領域及び屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された引き出し配線領域を有する電極パターンと、液晶の内、引き出し配線領域によって駆動される部分を遮光するための遮光部材を有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第１の基板と、第２の基板と、第３の基板と、第１及び第２の基板間に挟持された第１の液晶と、第２及び第３の基板間に挟持された第２の液晶と、第１又は第２の基板の一方に形成され且つ入射光に対する第１の液晶の屈折率を変化させる第１の屈折率可変領域及び第１の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第１の引き出し配線領域を有する第１の電極パターンと、第２又は第３の基板の一方に形成され且つ入射光に対する第２の液晶の屈折率を変化させる第２の屈折率可変領域及び第２の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第２の引き出し配線領域を有する第２の電極パターンと、第１の液晶の内、第１の引き出し配線領域によって駆動される部分と、第２の液晶の内、第２の引き出し配線領域によって駆動される部分とを遮光するための遮光部材を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学モジュールは、第１の基板、第２の基板、第１及び第２の基板間に挟持された液晶、第１又は第２の基板の一方に形成され且つ入射光に対する液晶の屈折率を変化させる屈折率可変領域及び屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された引き出し配線領域を有する電極パターン、及び液晶の内、引き出し配線領域によって駆動される部分を遮光するための遮光部材を有する液晶光学素子と、液晶光学素子に入射する入射光の最大入射角を決定する部材と、集光レンズを有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学モジュールは、第１の基板、第２の基板、第３の基板、第１及び第２の基板間に挟持された第１の液晶、第２及び第３の基板間に挟持された第２の液晶、第１又は第２の基板の一方に形成され且つ入射光に対する第１の液晶の屈折率を変化させる第１の屈折率可変領域及び第１の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第１の引き出し配線領域を有する第１の電極パターン、第２又は第３の基板の一方に形成され且つ入射光に対する第２の液晶の屈折率を変化させる第２の屈折率可変領域及び第２の屈折率可変領域に電圧を供給するための引き出し配線が配置された第２の引き出し配線領域を有する第２の電極パターン、第１の液晶の内、第１の引き出し配線領域によって駆動される部分と、第２の液晶の内、第２の引き出し配線領域によって駆動される部分とを遮光するための遮光部材を有する液晶光学素子と、液晶光学素子に入射する入射光の最大入射角を決定する部材と、集光レンズを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び液晶光学モジュールでは、遮光部材は、引き出し配線領域より幅広の形状を有していることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び液晶光学モジュールでは、遮光部材は、複数の開口部を有していることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び液晶光学モジュールでは、遮光部材のエッジ部は、曲線により形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、遮光部材によって、引き出し配線領域への入射光の侵入を防止することができるので、引き出し配線領域に入射した光の干渉によって、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】
【００１８】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び液晶光学モジュールについて説明する。
【００１９】
図１は、可変焦点用レンズとして機能する液晶光学素子１００の断面図である。
【００２０】
図中の矢印Ａの示す方向は、光が液晶光学素子１００に入射する方向を示している。液晶光学素子１００は、３枚の透明基板１０１、１０２及び１０３に挟持された第１の液晶層１３０及び第２の液晶層１３２から構成されている。第１の液晶層１３０と第２の液晶層１３２の液晶分子の配向方向は、互いに直行するように構成されており、第１の液晶層１３０はＰ波用液晶レンズとして機能し、第２の液晶層１３２はＳ波用液晶レンズとして機能する。なお、図１に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。
【００２１】
図１において、入射側の透明基板１０１上には、透明性対向電極１１０、遮光マスク２００及び配向膜１１２が形成されている。また、透明基板１０１に対向する透明基板１０２上には、屈折率補正用の透明電極パターン３００を有する透明電極１１４及び配向膜１１３が形成されている。第１の液晶層１３０は、２枚の透明基板１０１及び１０２と、シール部材１２０との間に、厚さａ２（１８μｍ）で封入されている。
【００２２】
また、入射側と逆側の透明基板１０３上には、透明性対向電極１１８及び配向膜１１７が形成されている。また、透明基板１０３に対向する透明基板１０２上には、屈折率補正用の透明電極パターン５００を有する透明電極１１５及び配向膜１１６が形成されている。第２の液晶層１３２は、２枚の透明基板１０３及び１０２と、シール部材１２１との間に、厚さａ４（１８μｍ）で封入されている。
【００２３】
３枚の透明基板１０１、１０２及び１０３は、屈折率１．５２のガラス材で構成され、それぞれ厚さａ１（１３２μｍ）、ａ３（３００μｍ）及びａ５（１３２μｍ）で形成されている。シール部材１２０及び１２１は樹脂から構成されている。本実施形態では、３枚の透明基板１０１、１０２及び１０３間に挟持される第１及び第２の液晶層１３０及び１３２としては、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、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
【００２４】
ところで、透明電極１１４上に形成された透明電極パターン３００は、引き出し配線領域１４０を含むので、第１の液晶層１３０は、引き出し配線領域１４０によって駆動される引き出し配線影響領域１３１を含むこととなる。同様に、透明電極１１５上に形成された透明電極パターン５００は、引き出し配線領域１４１を含むので、第２の液晶層１３２は、引き出し配線領域１４１によって駆動される引き出し配線影響領域１３３を含むこととなる。また、透明電極パターン３００と透明電極パターン５００とは同一の形状を有している。
【００２５】
遮光マスク２００は、不透明な導電性金属薄膜によって、透明性対向電極１１０上に形成される。図１において、線Ｂは、遮光マスク２００で遮られずに液晶光学素子１００内に入射する、最大入射角θ（３１．２５度）を有する入射光の軌跡の一例を示したものである。このように、遮光マスク２００によって、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線液晶領域１３３には、液晶光学素子１００に入射した光が侵入しないように構成されていることが理解できる。
【００２６】
なお、液晶光学素子１００の各構成要素の屈折率、厚さ等、さらに液晶光学素子１００への入射光の最大入射角θ等は、液晶光学素子１００及び液晶光学素子が配置される液晶光学モジュールの仕様に応じて適宜変更される。しかしながら、液晶光学素子１００の各構成要素の屈折率、厚さ等、さらに液晶光学素子１００への入射光の最大入射角θ等に応じて、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線液晶領域１３３に入射光が到達しないような遮光マスク２００を設計することが可能である。
【００２７】
また、図１の例では、遮光マスク２００を、入射側に配置された透明基板１０１上に形成したが、遮光マスク２００は、透明基板１０２又は１０３上に形成しても、複数に分割して形成しても良い。また、遮光マスク２００は、透明基板１０１の第１の液晶層１３０の反対側に形成しても良い。さらに、遮光マスク２００は、図１に示す線Ｂの内側領域であれば、透明基板１０１の第１の液晶層１３０側だけでなく、他の透明基板表面に形成しても良い。遮光マスク２００を透明基板１０２の透明基板１０１側に形成する場合には、引き出し配線１４０を被覆する絶縁膜を形成し、その絶縁膜を介して遮光マスク２００を形成することが好ましい。同様に、遮光マスク２００を透明基板１０２の透明基板１０３側に形成する場合には、引き出し配線１４１を被覆する絶縁膜を形成し、その絶縁膜を介して遮光マスク２００を形成することが好ましい。
【００２８】
図２は、図１に示された液晶光学素子１００における屈折率補正用の透明電極パターンの一例を示す図である。
【００２９】
図２に示す電極パターン３００は、透明電極１１４上に形成され、同心円状の輪帯３０１〜３２７を有しており、それぞれの輪帯は絶縁のために微小な間隔を空けて配置されている。また、各輪帯３０１〜３２７には電源１６０から電力の供給を受けた駆動ＩＣ回路１５０から所定のＡＣ電圧を個別に印加するように構成した。
【００３０】
また、図２における、ＣＣ´の部分の断面が、図１における液晶光学素子１００の断面図に相当する。さらに、領域３３０部分の拡大図を図３に示す。
【００３１】
図３は、図２の領域３３０部分を拡大した拡大図である。
【００３２】
図３に示すように、透明電極パターン３００には、各輪帯３０１〜３２７へそれぞれ電圧を供給するための引き出し配線３５１〜３７７が記載されており、引き出し配線３５１〜３７７が配置される領域（図中斜線で示した）が、引き出し配線領域１４０に相当する。透明電極パターン３００において、引き出し配線領域１４０以外が、輪帯領域となる。各引き出し配線３５１〜３７７も、各輪帯３０１〜３２７と同様に、微小領域を隔てて相互に絶縁されている。
【００３３】
図４は、各輪帯３０１〜３２７と、印加される電圧との関係を示す図である。
【００３４】
図４（ａ）は、透明基板１０２上の透明電極パターン３００の断面の一部分を拡大したものである。輪帯間の微小な間隔は全て３μｍに設定した（なお、便宜上、拡大して示している）。
【００３５】
図４（ｂ）は、基準電圧（輪帯３２７に印加される電圧、ここでは０［Ｖ］とする）に対する各輪帯３０１〜３２７それぞれの実効電圧４０１〜４２７を示している。なお、液晶光学素子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。従って液晶光学素子の各透明電極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、液晶光学素子に対する基準電圧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。
【００３６】
図５は、本実施形態で利用する第１及び第２の液晶層１３０、１３２を構成する液晶の、印加電圧と屈折率との関係を示す図である。
【００３７】
図５に示すように、Ｐ型の液晶を用いたホモジニアス型液晶では、印加電圧が上がるに従って、屈折率が徐々に減少する非線形な特性を有している。本実施形態では、透明電極パターン３００に対して、Ｖ１を（基準電圧として）輪帯３２７に印加し、Ｖ２を輪帯３０１に印加するように構成した。また、透明性対向電極１１０には、Ｖ１を（基準電圧）を印加した。
【００３８】
ところで、図５に示すように、ホモジニアス型液晶の印加電圧と屈折率との関係では、その中間（印加電圧範囲Ｖ３〜Ｖ４）で、ほぼ線形に変化する領域が存在するので、この領域を屈折率を制御する領域として利用することが好ましい。しかしながら、広い動作範囲を得るためには、非線形な領域を利用する方が好ましい場合がある。
【００３９】
図６は、透明電極パターン３００によって形成される屈折率分布パターンの一例を示す図である。
【００４０】
図６において、縦軸は液晶層１３０の屈折率を示し、横軸は透明電極パターン３００の瞳位置（Ｘ）を示している。さらに、Ｘ軸上には、各輪帯３０１〜３２７の断面を示した。
【００４１】
図４に示すように、引き出し配線３５１を介して、輪帯３０１に電圧４０１（Ｖ２）を印加することによって、輪帯３０１と透明性対向電極１１０との間に挟持される液晶層１３０の屈折率はＮ１（Ｎ＝１．５０）となる。同様に、引き出し配線３５２〜３７６を介して、輪帯３０２〜３２６に電圧４０２〜４２６を印加することによって、各輪帯３０２〜３２６と透明性対向電極１１０との間に挟持される液晶層１３０の屈折率はＮ２〜Ｎ２６となる。さらに、引き出し配線３７７を介して、輪帯３２７に電圧４２７（Ｖ１）を印加することによって、輪帯３２７と透明性対向電極１１０との間に挟持される液晶層１３０の屈折率はＮ２７（Ｎ＝１．７６）となる。
【００４２】
このように、各輪帯に所定の電圧を印加することによって、第１の液晶層１３０は、図６の曲線６００に示すような屈折率分布を有するので、第１の液晶層１３０を有する液晶光学素子１００は、Ｐ波用の可変焦点用液晶レンズ（凸レンズ）として機能することとなる。なお、前述したように、透明電極１１５上に形成された透明電極パターン５００は図２に示す透明電極パターン３００と同一の形状を有しているため、透明電極パターン３００へ印加する電圧と同様の電圧を透明電極パターン５００の各輪帯に印加することによって、第２の液晶層１３２も、図６の曲線６００に示すような屈折率分布を有する。したがって、第２の液晶層１３２を有する液晶光学素子１００は、Ｓ波用の可変焦点用液晶レンズ（凸レンズ）としても機能する。
【００４３】
図７は本発明に係る液晶光学モジュール１の断面図であり、図８は図７に示した液晶光学モジュール１の分解斜視図である。
【００４４】
液晶光学モジュール１は、焦点を可変させるための前述した液晶光学素子１００と、レンズ枠３０内に収容された３枚の光学レンズＬ１〜Ｌ３と、結像された光学像を電気信号に変換する光電変換素子５０を主要部品として、ケース１０とベース６０内に配置している。ケース１０のケース開口１１から入射する被写体からの光は、液晶光学素子１００と光学レンズＬ１〜Ｌ３とを通り、光電変換素子５０に結像して、電気信号に変換される。本実施形態では、ケース１０は、図８に示されるように、液晶光学素子１００の外形に対応して矩形状のボックスに構成されているが、矩形状のものに限定されるものではない。なお、モジュールの外形は、約１０ｍｍの立方体である。
【００４５】
液晶光学素子１００の第１の光学レンズＬ１に対向する面は、レンズ枠３０の前面から突出する円環状突出部３１に載置され、液晶光学素子１００のケース１０に対向する面は、ケース開口１１の直径より大きな直径をもつ、円環状弾性部材１５を介してケース１０に押し付けられている。液晶光学素子１００は、第１の押圧部材である円環状弾性部材１５と第２の押圧部材である円環状突出部３１とによって、押圧固定される。円環状突出部３１と円環状弾性部材１５は、液晶光学素子１００のシール部材１２０及び１２１を押圧するので、押圧力により液晶光学素子１００のギャップ厚が変化するようなことはない。したがって、この押圧力による液晶のギャップ厚の変動に起因して光学特性が劣化することはない。なお、円環状弾性部材１５は液晶光学素子１００とケース１０と接着剤で接着しておくことが望ましい。また、円環状突出部３１と液晶光学素子１００とも接着しておくほうがよい。
【００４６】
従来のレンズ枠が光軸方向に移動することによって焦点が変化する液晶レンズモジュールでは、ケース開口１１にはほこり等の侵入をふせぐための保護ガラス（カバーガラス）が必要であった。しかしながら、液晶光学素子１００を使用する本実施形態では、ケース開口１１を液晶光学素子１００の透明基板が円環状弾性部材１５を介して密着するので、液晶光学素子１００の透明基板がケース開口１１の保護ガラスを兼用し、ケース開口１１の保護ガラスは省略されている。なお、場合によっては、ケース開口の保護ガラスを装着するようにもできる。
【００４７】
円筒形のレンズ枠３０の内部には、３枚の第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３が収納される。第１の光学レンズＬ１は、レンズ枠３０の被写体側端面の開口３２に面して配置し、その下に第２の光学レンズＬ２を配置し、さらに開口を有する円板状スペーサ３３を介して、第３の光学レンズＬ３を配置する。これらの光学レンズのレンズ枠内への配置手法は適宜公知の手法を採用することができる。
【００４８】
第２の光学レンズＬ２と第３の光学レンズＬ３との間に配置された円板状スペーサ３３は、レンズ間隔を調整するためのもので、他の実施形態では必要がない場合もある。また、レンズ間隔を調整するための円板状スペーサ３３は、第１の光学レンズＬ１と第２の光学レンズＬ２との間、あるいは液晶光学素子１００と第１の光学レンズＬ１との間などにも、必要であれば、配置することができる。本実施形態では、レンズ枠３０に第１の光学レンズＬ１から順次挿入して固定するようにしているので、円板状スペーサ３３を用いているが、他の実施形態では、円板状スペーサ３３に代えてレンズ枠３０内に突出して形成されるフランジを用いることもできる。また、配置される光学レンズの数は、３個に限定されるものではなく、少なくとも１つあればよい。
【００４９】
レンズ枠３０は、ベース６０に支持されるレンズ枠ホルダー４０に固定され、レンズ枠ホルダー４０の外周に設けられた突起４１が、ケース１０の係合部１２に係合することにより、第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３及び液晶光学素子１００がケース１０に固定配置される。なお、レンズ枠ホルダー４０は、レンズ枠３０と一体に構成してもよいが、図示のように別体として、レンズ枠３０をレンズ枠ホルダー４０に対して移動可能にするのが好ましい。これにより、レンズ枠３０とレンズ枠ホルダー４０の最終的な組み付けで、光学レンズと光電変換素子５０との距離を調整することができる。この場合、液晶光学素子１００とケース１０との間に介在する円環状弾性部材１５は、レンズ枠３０の光軸方向の移動による液晶光学素子１００とケース１０の距離の変化を吸収する役割を果たし、ベース６０底面からレンズ枠３０の上面までの高さを常に一定に保つことができる。
【００５０】
光学系により結像された画像を電気信号に変換するための光電変換素子５０は、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳにより形成され、プリント基板５１の開口部から光電変換素子５０の受光面が露出するように基板の裏面側に設けられる。プリント基板５１の表面には、プリント基板５１の開口部を覆って、赤外線を光電変換素子５０に入射することを防ぐための赤外線（ＩＲ）カットフィルタ５２が配置される。赤外線カットフィルタ５２は、赤外線カットフィルタ５２に付着するダスト等が光電変換素子５０に写り込まないように、赤外線カットフィルタ５２と光電変換素子５０との距離をとる必要がある。このために、赤外線カットフィルタ５２はフィルタ取付枠５３を介して光電変換素子５０から所定距離だけ離して設けられる。プリント基板５１には引き出し電極（図示せず）が形成され、引き出し電極により取り出された画像信号は、デジタル信号処理部に送られる。
【００５１】
本実施形態では、第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３を保持するレンズ枠３０とケース１０との間に、液晶光学素子１００が、第１の押圧部材である円環状弾性部材１５と第２の押圧部材である円環状突出部３１とで押圧保持されるので、液晶光学素子１００を保持するためのホルダーが必要ではなく、コンパクトな液晶レンズモジュールが形成でき、さらに液晶光学素子１００と第１〜第３の光学レンズＬ１〜Ｌ３との光軸方向の位置が容易に決まる。
【００５２】
ここで、最大入射角θは、ケース１０の開口部と、レンズ枠３０の被写体側端面の開口３２とによって決定され、その値は、３１．２５度である。
【００５３】
図９は、遮光マスクの一例を示す図である。
【００５４】
図９では、遮光マスク２００を、透明電極パターン３００の引き出し配線領域１４０近傍と重ね合わせて示している。しかしながら、実際には、図１に示すように、遮光マスク２００は、透明基板１０１上の透明性対向電極１１０上に形成され、透明電極パターン３００は、透明基板１０２上の透明電極１１４に形成される。また、遮光マスク２００は、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２への遮光を行うために、引き出し配線領域１４０より幅ｃ１（１４３μｍ）だけ幅広に形成されている。
【００５５】
幅ｃ１は、液晶光学素子１００の各種構成要素の屈折率や厚さ、液晶光学素子１００が配置される液晶光学モジュール１の形状等による最大入射角θ等によって、定まる値であり、図１に示すように、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２への遮光を行うことができるように設計された値である。即ち、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光することが可能となる。したがって、液晶光学素子１００では、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２へ入射光が侵入しないため、この部分を通過する光の干渉が発生せず、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発生することがない。
【００５６】
図１０は、遮光マスクの他の例を示す図である。
【００５７】
図１０に示す他の遮光マスク２１０は、図９に示す遮光マスク２００の代わりに液晶光学素子１００に用いることができる。
【００５８】
図１０では、他の遮光マスク２１０を、透明電極パターン３００の引き出し配線領域１４０近傍と重ね合わせて示している。しかしながら、実際には、図１に示すように、遮光マスク２１０は、透明基板１０１上の透明性対向電極１１０上に形成され、透明電極パターン３００は、透明基板１０２上の透明電極１１４に形成される。また、遮光マスク２１０は、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２への遮光を行うために、引き出し配線領域１４０より幅ｃ２（７１．５μｍ）だけ幅広に形成されている。
【００５９】
図１０に示す遮光マスク２１０と、図９に示す遮光マスク２００との差異は、図１０に示す遮光マスク２１０が、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光するのではなく、ある程度だけ遮光することを目的とした点である。図９に示すように、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光するためには、多くの領域を遮光してしまうため、本来屈折率分布型レンズとして機能する液晶光学素子１００を通過した光（例えば、引き出し配線領域１４０に入射しない、第１の液晶１３０に対して垂直に入射する光）の光量が低下してしまう。そこで、図１０に示す遮光マスク２１０では、ある程度光の干渉による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を解消した上で、さらに液晶光学素子１００を通過した光の光量の低下も防止しようとするものである。
【００６０】
図１１は、遮光マスクの更に他の例を示す図である。
【００６１】
図１１に示す更に他の遮光マスク２２０は、図９に示す遮光マスク２００の代わりに液晶光学素子１００に用いることができる。
【００６２】
図１１では、更に他の遮光マスク２２０を、透明電極パターン３００の引き出し配線領域１４０近傍と重ね合わせて示している。しかしながら、実際には、図１に示すように、遮光マスク２２０は、透明基板１０１上の透明性対向電極１１０上に形成され、透明電極パターン３００は、透明基板１０２上の透明電極１１４に形成される。また、遮光マスク２２０は、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２への遮光を行うために、引き出し配線領域１４０より幅ｃ１（１４３μｍ）だけ幅広に形成されている。
【００６３】
図１１に示す遮光マスク２２０と、図９に示す遮光マスク２００との差異は、図１１に示す遮光マスク２２０が、遮光マスク２００と同じ大きさに設計されているが、部分的に光を通過するための開口部（１辺が５０μｍの正方形形状、ピッチ５０μｍ）を複数、メッシュ状に有している点である。開口部の目的は、図１０に示す遮光マスク２１０と同様に、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光するのではなく、ある程度だけ遮光することを目的とした点である。
【００６４】
図９に示すように、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光するためには、多くの領域を遮光してしまうため、屈折率分布型レンズとして機能する液晶光学素子１００を通過した光の光量が低下してしまう。そこで、図１１に示す遮光マスク２２０では、ある程度光の干渉による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を解消した上で、さらに開口部によって光を通過させて、液晶光学素子１００を通過した光の光量の低下も防止しようとするものである。なお、上記説明では、開口部を複数、メッシュ状に設けた例を示したが、この開口部を引き出し配線領域１４０に対応した領域には設けずに、遮光マスク２２０中で、引き出し配線領域１４０の外側に対応した領域にのみ設けるように構成することも可能である。
【００６５】
図１２は、遮光マスクの更に他の例を示す図である。
【００６６】
図１２に示す更に他の遮光マスク２３０は、図９に示す遮光マスク２００の代わりに液晶光学素子１００に用いることができる。
【００６７】
図１２では、更に他の遮光マスク２３０を、透明電極パターン３００の引き出し配線領域１４０近傍と重ね合わせて示している。しかしながら、実際には、図１に示すように、遮光マスク２３０は、透明基板１０１上の透明性対向電極１１０上に形成され、透明電極パターン３００は、透明基板１０２上の透明電極１１４に形成されているものとする。また、遮光マスク２３０は、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２への遮光を行うために、引き出し配線領域１４０より幅広に形成されている。
【００６８】
図１２に示す遮光マスク２３０と、図９に示す遮光マスク２００との差異は、図１２に示す遮光マスク２３０のエッジ部分が、直線上ではなく、円弧の組み合わせによって形成されている点である。具体的には、遮光マスク２３０の１辺は、透明電極パターン３００の円周側から中心に向かって、徐々に円弧が小さくなるような４つの円弧が連続的に組み合わさったような形状に設計されている。これは、遮光マスクのエッジ部分が直線に近いと、エッジ部分で回折光が発生し、回折光による不具合が発生することから、そのような不具合の発生を防止するために、遮光マスクのエッジ部分を曲線状に形成したものである。したがって、図１２に示す遮光マスク２３０では、図９に示すように、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光する上に、遮光マスクのエッジ部分での回折光の発生をも防止することが可能となる。
【００６９】
図１３は、遮光マスクの更に他の例を示す図である。
【００７０】
図１３に示す更に他の遮光マスク２４０は、図９に示す遮光マスク２００の代わりに液晶光学素子１００に用いることができる。
【００７１】
図１３では、更に他の遮光マスク２４０を、透明電極パターン３００の引き出し配線領域１４０近傍と重ね合わせて示している。しかしながら、実際には、図１に示すように、遮光マスク２４０は、透明基板１０１上の透明性対向電極１１０上に形成され、透明電極パターン３００は、透明基板１０２上の透明電極１１４に形成されているものとする。また、遮光マスク２４０は、第１の液晶層１３０の引き出し配線影響領域１３１及び第２の液晶層１３２の引き出し配線影響領域１３２への遮光を行うために、引き出し配線領域１４０より幅広に形成されている。
【００７２】
図１３に示す遮光マスク２４０と、図９に示す遮光マスク２００との差異は、図１２に示す遮光マスク２４０のエッジ部分が、直線上ではなく、円弧の組み合わせによって形成されている点である。具体的には、遮光マスク２４０の外周は、１周期が約４０μｍのサイン波状の曲線によって形成されるように設計されている。また、図１３において、点線２４１は、図９に示す遮光マスク２００の外周部分の位置を示しており、図１３に示す遮光マスク２４０の外周部のサイン状の曲線が図９に示す遮光マスク２００のエッジ部分の外に形成されていることが理解できる。これは、遮光マスクのエッジ部分が直線に近いと、エッジ部分で回折光が発生し、回折光による不具合が発生することから、そのような不具合の発生を防止するために、遮光マスクのエッジ部分を曲線状に形成したものである。したがって、図１３に示す遮光マスク２４０では、図９に示すように、引き出し配線領域１４０によって、所望の屈折率分布が得られない領域を完全に遮光する上に、遮光マスクのエッジ部分での回折光の発生をも防止することが可能となる。
【００７３】
図１４に、本発明に係る液晶光学素子１００を用いた液晶光学モジュール１の利用例を示す。
【００７４】
図１４において、レンズＬは、図７及び８で説明した光学レンズＬ１〜Ｌ３を含むレンズ群を示し、Ｃは、ＣＰＵ及び電源を含む制御部を示している。
【００７５】
図１４（ａ）は、無限遠にピントを合わせた場合であって、液晶光学素子１００の透明電極パターン３００に基準電圧を印加したので、液晶光学素子１００はパワーを有せず、液晶光学モジュール１に入射した有効径１０を有する入射光は、レンズＬのみによって、光電変換素子５０上に集光される。
【００７６】
図１４（ｂ）は、近距離にピントを合わせた場合であって、液晶光学素子１００の透明電極パターン３００に所定の電圧を印加したことによって、液晶光学素子１００は、例えば図６に示す屈折率分布６００を有する凸レンズとして機能する。したがって、光学装置１に入射した入射光は、図中６に示すように、液晶光学素子１００及びレンズＬによって、レンズＬのみ焦点距離（図中の７参照）とは異なった焦点距離で、光電変換素子５０上上に集光される。
【００７７】
また、所定の自動焦点調整回路からの信号に応じて、液晶光学素子１００の透明電極パターン３００に印加される電圧値を可変すれば、可動部品を用いずに、オートフォーカス光学系を容易に構成することが可能である。このような可動部品を用いずに、焦点距離を切替え可能な液晶光学モジュール１を、デジタルカメラや携帯電話に利用すれば、省スペース且つ低コスト化を図れるという大きな利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る液晶光学素子１００の断面図である。
【図２】図１に示された液晶光学素子１００における屈折率補正用の透明電極パターンの一例を示す図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】（ａ）は透明電極パターンの断面の一部拡大図であり、（ｂ）は各輪帯への印加電圧例を示した図である。
【図５】液晶の印加電圧と屈折率との関係を示す図である。
【図６】透明電極パターンによって形成される屈折率分布パターンの一例を示す図である。
【図７】本発明に係る液晶光学モジュールの断面図である。
【図８】図７に示す液晶光学モジュールの分解斜視図である。
【図９】遮光マスクの一例を示す図である。
【図１０】遮光マスクの他の例を示す図である。
【図１１】遮光マスクの更に他の例を示す図である。
【図１２】遮光マスクの更に他の例を示す図である。
【図１３】遮光マスクの更に他の例を示す図である。
【図１４】本発明に係る液晶光学モジュールの利用例を示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００    液晶光学素子
１０１、１０２、１０３    透明基板
１３０    第１の液晶層
１３１    引き出し配線影響領域
１３２    第２の液晶層
１３３    引き出し配線液晶領域
１４０    引き出し配線領域
２００、２１０、２２０、２３０、２４０    遮光マスク
３００    透明電極パターン
３０１〜３２７    輪帯
３５１〜３７７    引き出し配線
【図１】
2008070633.tif 000003
【図２】
2008070633.tif 000004
【図３】
2008070633.tif 000005
【図４】
2008070633.tif 000006
【図５】
2008070633.tif 000007
【図６】
2008070633.tif 000008
【図７】
2008070633.tif 000009
【図８】
2008070633.tif 000010
【図９】
2008070633.tif 000011
【図１０】
2008070633.tif 000012
【図１１】
2008070633.tif 000013
【図１２】
2008070633.tif 000014
【図１３】
2008070633.tif 000015
【図１４】
2008070633.tif 000016