(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線の照射方向を変更し得る拡散異方性液晶光学素子であって、 
前記拡散異方性液晶光学素子は、透明電極と配向膜とが対向面に備えられた２枚の透明基板と、
前記透明基板に挟持された液晶、および、紫外線硬化性材料を含む液晶層とから成り、
前記液晶層は部分的な紫外線の照射により硬化が行われており、
前記紫外線の照射は、前記液晶層の封入後に行われ、フォトマスクを用いて所定の露光形状に行われ、
前記露光形状がグレーティング状であり、前記硬化が生じた部分が液晶性ポリマーから成り前記露光形状の透光部／遮光部の線幅は１０／１０〜１００／１００μｍの範囲であることを特徴とする拡散異方性液晶光学素子。
【請求項２】
前記紫外線硬化性材料は液晶性モノマーからなり、
前記液晶への添加量が１〜１５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の拡散異方性液晶光学素子。
【請求項３】
前記液晶性ポリマーは、液晶に液晶性モノマーを混入した混合物が部分的に硬化したものであることを特徴とする請求項１〜請求項２何れかに記載の拡散異方性液晶光学素子。
【請求項４】
前記液晶と前記液晶性モノマーの、正常光屈折率、および、異常光屈折率がそれぞれ、ほぼ等しいことを特徴とする請求項２〜請求項３何れかに記載の拡散異方性液晶光学素子。
【請求項５】
透明電極と配向膜とが対向面に備えられ前記対向面の少なくとも一方にシール材を塗布された二枚の透明基板を準備する工程と、
前記二枚の透明基板を所定の間隔をもって対向させる工程と、
前記所定の間隔の空間に液晶性光硬化性モノマーを添加した液晶を充填する工程と、
前記液晶にフォトマスクを用いて前記液晶性光硬化性モノマーを部分的に硬化させてグレーティング部を形成する工程と、を含む拡散異方性液晶光学素子の製造方法であって、
前記フォトマスクを用いて前記液晶性光硬化性モノマーを部分的に硬化させてグレーティング部を形成するときのフォトマスクパターンはスリットパターンであり、
スリットのピッチは透光部／遮光部の線幅は１０／１０〜１００／１００μｍの範囲内のピッチであり、
スリット方向と前記液晶分子が配向されている方向とが４５度以上、１３５度以下、
前記紫外線の照射時間が１０秒〜１時間以内であることを特徴とする拡散異方性液晶光学素子の製造方法。
【請求項６】
光源と、反射板と、上記請求項１〜請求項４の何れかに記載された拡散異方性液晶光学素子と、前記光源を発光させる駆動回路と、レンズとを有し、前記拡散異方性液晶光学素子の前記グレーティング状の露光形状に硬化が生じた部分の長辺が略垂直方向としてあることを特徴とするストロボ装置。
【請求項７】
前記グレーティング状の露光形状は、透光部幅が１０〜１００μｍであり、遮光部幅が１０〜１００μｍで有ることを特徴とする請求項６記載のストロボ装置。
【請求項８】
前記拡散異方性液晶光学素子は、前記液晶の液晶分子の配向方向が左右方向であって、前記拡散異方性液晶光学素子の前記透明電極による駆動により、中／遠距離撮影と近距離撮影の切り換えを電気的に行うことを特徴とする請求項６または請求項７記載のストロボ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は拡散異方性液晶光学素子、その製造方法、及び、当該の拡散異方性液晶光学素子を採用することで照射角を可変としたストロボ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の、写真撮影用のストロボ装置の構成の例を示すものが第８図であり、光源である例えばクセノン放電灯（図示は省略する）の被写体側にマトリクス状に駆動可能とするように、より小さなエレメント９１を集積した液晶素子９０をレンズとして設置する。
【０００３】
このときに、前記液晶素子９０の構成は、液晶の常光線屈折率と、高分子物質とはほぼ等しい部材で形成されており、駆動電圧が印加されない状態では、高分子部材中に分散された液晶は、各ドメインごとに、有る方向に配向している。
【０００４】
その結果、電圧無印加時（駆動が行われていない状態）においては、この素子９０（または、エレメント９１）は、液晶異常光線屈折率と高分子屈折率との差に基づく拡散状態を形成する。そして、この液晶９０に駆動電圧を印加した場合には、液晶分子は電界の向きに向くものとなり、良好な透明状態を形成する。
【０００５】
このとき、前記液晶分子の向かう向きは、最終的には、印加する駆動電圧の電位により調整することが可能であり、前記液晶素子の電界方向に対する傾きを中間状態に止めておけば、光の拡散状態も、電圧の無印加時と規定電位の印加時との中間状態が得られるものとなる。
【０００６】
従って、カメラに取付けられている撮影レンズが、ズームレンズである場合、長焦点側に設定するに合わせて駆動電圧も規定値まで上昇させていけば、液晶素子９０の透明度は高まり遠方の被写体９２まで照明可能となり、逆に短焦点側に設定するに従い駆動電圧を低下させていけば拡散度が徐々に拡がり、光の到達距離が減ずると共に広い範囲に拡散され短焦点レンズ、即ち、広角レンズに適し、主に近距離の被写体９３を主とする照明効果が得られるものとなる。
【０００７】
また、液晶素子９０をマトリクス状としたことで、エレメント９１を選択し透明化するなどの手段で、画面９４の一部のみを重点的に照明し、撮影者の意図を明確にするなど、画面効果の演出効果の向上の面などにも使用が可能なものとなる。
【特許文献１】特開平１０−０２６７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来のものは、究極的には、拡散異方性液晶光学素子内の全てのエレメント９１を自在な透過度（拡散度）に設定することで、１００％その性能を発揮できるものとなるものであって、そのためには、ＣＰＵなどを採用して個々のエレメントを制御しなければ成らず、また、エレメント９１の側も、他のエレメント９１とは独立して動作しなければならないものとなるので、駆動回路なども必要とされ、駆動が煩雑化すると共に、駆動回路などにより大型化、高コスト化せざるを得ず、例えば、アマチュアが手軽に使用する小型のデジタルカメラなどに採用するのは困難となる問題点を生じている。
【０００９】
また、近年においては、白色ＬＥＤなど発光形状が点状、または円形状で、撮影用光源として採用可能なものも開発されているが、撮られる写真側は、横長、或いは、縦長の矩形状であり、照明範囲と撮影範囲との形状間に相違を生じ、例えば、光源に取付ける反射鏡のみでは対応か困難であるなどの問題も生じてきている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、光線の照射方向を変更し得る拡散異方性液晶光学素子であって、前記拡散異方性液晶光学素子は、透明電極と配向膜とが対向面に備えられた２枚の透明基板と、前記透明基板に挟持された液晶、および、紫外線硬化性材料を含む液晶層とから成り、前記液晶層は部分的な紫外線の照射により硬化が行われている拡散異方性液晶光学素子と、前記光源を発光させる駆動回路を有し、前記拡散異方性液晶光学素子のグレーティング状の露光形状に硬化が生じた部分の長辺が略垂直方向としてあるストロボ装置を提供することで、光源の発光形状に係わらず、照明範囲の縦横比の変更を自在として、課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、所定の幅としたグレーディング部が設けられて、印加電圧を変化させるのみで、屈折率差による屈折角の制御により照射幅が自在に変化させられる拡散異方性液晶光学素子が設けられたストロボ装置としたことで、極めて簡便な方向で照射角をレンズの焦点距離、或いは、撮影距離などに合わせて変化させられるものとなり、例えば、近来、普及が著しい携帯電話に取付けられたカメラ、或いは、使い切りカメラなどのストロボ装置としてコストアップを生じることなく採用できるものとなり、この種のカメラの性能向上に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に係るストロボ装置１０に採用される拡散異方性液晶光学素子であり、この拡散異方性液晶光学素子１の基本構成は、ガラス、樹脂などからなる透明基板２を平行に所定の間隔をもって対向させ、それぞれの透明基板２のお互いに対向する側の表面上にＩＴＯ膜などによる透明電極３が形成されている。
【００１３】
そして、それぞれの透明電極３の表面上には樹脂などの有機高分子膜からなる配向膜が形成され、所定の間隔をもって対向する配向膜４の周縁部にはシール材（図示は省略する）が塗布されて、対向する配向膜４とシール材とによって囲まれる空間内に液晶５が充填されている。
【００１４】
尚、本発明の拡散異方性液晶光学素子１においては、前記配向膜４上に通常行われるラビング処理は行われていないが、ノンラビング（ＮＲ）であっても、液晶分子同士に自発的に配向する性質があるため。隣り合う液晶分子同士はほぼ並行に配向する。但し、短距離では並びに秩序を有するが、離れた液晶同士では配向方向は一様とは成らず、アモルファス配光といわれる状態を示すものとなる。
【００１５】
本発明においては、上記の構成としたセルに液晶が充填される配向膜４の間隔（セルギャップ）は４〜７５μｍの範囲内として設定されている。前記したセルギャップの範囲内では液晶層により光に与える散乱性は１５μｍが最良であり、応答速度は４μｍが最良で、散乱性も満足できる範囲である。
【００１６】
液晶の特性は、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）であり、透明電極を介して電位差を与えると、液晶分子の長軸が電界方向に平行となるように配向する。また、屈折率異方性Δｎは約０．２５である。（常光に対する屈折率ｎ0は、約１．５１、異常光に対する屈折率ｎｅは約１．７６、ｎ０−ｎｅ＝０．２５）
【００１７】
液晶には光硬化性モノマー（本発明においては液晶性を示すモノマーを採用）が１〜１５ｗｔ％の範囲内の重量比で添加されており、紫外線を照射することでモノマーをポリマー化することができる。
【００１８】
光硬化性モノマーは、光硬化性であれば限定されるものではなく、この実施形態においては、ＵＶキュアラブル液晶ＵＣＬ−００１（大日本インキ化学工業株式会社）を０．５〜２０ｗｔ％の重量比で添加して実験を行い、上記の添加量を決定した。
【００１９】
光硬化性モノマーが添加された液晶に紫外線を照射してモノマーをポリマーに重合させるときの方法は、ガラス基板上にストライブ状に透過部と遮光部とが交互に形成されたフォトマスクを置き、このフォトマスクを通して紫外線で露光することでモノマーをポリマー化される。
【００２０】
前記フォトマスクの紫外線透過部と、遮断部とのストライブの幅は、透過部／遮光部＝１０／１０μｍ〜１００／１００μｍの範囲内であれば良く、さらに好ましくは、透過部／遮光部＝２０／２０μｍ〜５０／５０μｍの範囲内である。尚、本実施形態では、透過部／遮光部＝３０／３０μｍとしてある。また、露光時間は１０秒〜１時間に範囲であれば良く。好ましくは、３０〜１２０秒の範囲である。尚、本実施形態では６０秒としている。
【００２１】
尚、紫外線の照射は前記フォトマスクを用いた露光に限定されるものではなく、適宜な走査光学系を用いた走査露光によっても行うことができる。フォトマスクと走査露光を組合わせることもできる。紫外線照射の光源は、紫外線ランプでも紫外線レーザーでもかまわない。
【００２２】
このようにすることで、図１に示すように、液晶層５に、液晶に添加された液晶モノマーがポリマーに重合された部分（グレーティング部６）と。重合されなかった部分（非グレーティング部７）とが交互にストライブ状に形成される。
【００２３】
ここで、上記のようにして形成された拡散異方性液晶光学素子１の作用について説明を行う。まず拡散異方性液晶光学素子１に電圧が印加されていないときには、ポリマー化されたグレーティング部６と、非グレーティング部７の間には屈折率の大きく異なる境界は存在しない。これは、紫外線硬化を行う際に電界を印加した状態で行わないので、初期配向が維持された構成となっており、また重合前の液晶モノマーと液晶の屈折率分布がほぼ一致しているからである。
【００２４】
ここで、拡散異方性液晶光学素子１に電圧が印加されると、グレーティング部は構造が固定されているために変化を生じないが、一方、非グレーティング部７を構成する液晶は、印加電圧に応じて配向方向を変化させる。
【００２５】
グレーティング部と非グレーティング部の間で屈折率分布の一様性が破られ、屈折率変化面、即ちお互いに屈折率の異なる界面が生じる。屈折率の異なる界面を通過する光は進行方向が変化するので、これにより拡散する光を生じるものとなる。屈折率の異なる度合いは、電圧非印加時に最小であり、充分な電圧の印加で液晶が基板に対して垂直に配向したときに最大となる。またグレーティング部と非グレーティング部の界面で屈折率が大きく異なる程拡散の度合いが大きくなる。そして、液晶は、上記にも説明したように、印加される電圧により傾きは制御可能であるので、拡散の度合いも制御できるものとなる。このとき、界面を通過しない光は液晶の応答度合いに関わらず進行方向に変化はない。このことにより本発明の拡散異方性液晶光学素子は拡散異方性を有するのである。
【００２６】
図３、図４も示すものは、配向処理を施さないノンラビングセル（NR)について、液晶に添加する液晶性モノマーの重量比（ｗｔ％）を変えたときにおける、電圧を印可しないときのhaze値(Voff Haze)と、電圧を印加したときのhaze値(Von Haze)の比を示したグラフであり、図３はセルギャップを４μｍとしたときの測定結果Ｈ０と、図４はセルギャップを１５μｍとしたときの測定結果Ｈ１である。
【００２７】
尚、haze値とは雲価とも呼ばれ、フィルムなどに平行光を照射したときの全透過光に対する拡散透過光の割合である。よって、数値が大きいほど透過光中の拡散光が示す割合が大きくなる。従って、図３、図４で示される(Von/Voff)比は、数値が大きくなるほど透過光中の拡散透過光の占める割合が多くなることを示している。
【００２８】
図３によると、ノンラビングセルの場合、４μｍのセルギャップにおいては、液晶に添加するモノマーの重量比が１５wt％以下の範囲では、モノマーの比重比が大きくなるに従って拡散度も大きくなる。また、図４によれば、１５μｍのセルギャップにおいては、同じくモノマーの重量比が１０wt％近傍で最大値を示すことが解る。
【００２９】
図５は、実際のストロボ装置に用いられている拡散レンズに、本発明に係る拡散異方性液晶光学素子１を重ねて光の拡がり方を評価したものであり、拡散異方性液晶光学素子１に電圧を印加しない状態で１ｃｍの光束がスクリーンに投影される状態としておき、電圧印加時の光束の拡がり方（異方性）を評価した。
【００３０】
図５に示したデータにより縦横の拡散比を制御できることがわかる。また、このときの投影光の形状は略楕円状であり、前記拡散異方性液晶光学素子１のレスポンスは、４μｍのセルギャップの場合が約３０msec、１５μｍのセルギャップの場合が約９０msecであった。
【００３１】
ここで、カメラ用の照明装置としてはストロボ装置１０は、大別すると、クセノン放電管などの光源１１、反射鏡１２、レンズ１３などで構成されており、光源１１として、大光量が発光できるＧＮ（ガイドナンバー）の大きなクセノン放電管が採用され、更には一層の大光量を発生させるのに適するフラッシュバルブなどを光源として大光量を発光し、遠方、或いは、広い範囲（広角）を照明できるものも、依然として採用されている。
【００３２】
その一方では、使い切りカメラ、或いは、携帯電話などにもカメラが取付けられ、メモ的に写真撮影が行えるものも、多く市場に供給されるものとなっている。しかしながら、携帯電話に取付けられるものは、例えば、反射鏡とレンズとの相互位置を移動させ、照射角を変更するなどの、場所的な余裕は無く、また、デザイン的にも、携帯電話機の形態に合わせて、例えば、円形、正方形などとすることが要求される。
【００３３】
よって、一般的には長方形である写真形状の範囲を照明することは困難となり、画面の長手方向の左右に露光不足の部分を生じやすいものとなる。図６は、このような条件下において、拡散異方性液晶光学素子を駆動しないときの照射角度α０、及び、照射形状と、駆動したときとの照明角度α１、α２と照射形状の相違を示したものであり、駆動を行うことで、照明幅も照射形状も変化していることが明確である。
【００３４】
尚、本発明の拡散異方性液晶光学素子１においては駆動を行った時点から液晶の配向が行われるまでに時間が必要であるが、これは、例えば撮像素子であるＣＣＤセンサからの画像の取り込みに適宜な遅延を設け、液晶の配向が行われ、所望の配向となった後に画像の取り込みを行えば良い。但し、あまりに遅延が長いと撮影者に違和感を生じさせるので、セルギャップなども適度のものとし、液晶自体の配向変化も迅速化させることが好ましい。
【００３５】
図７は、本発明に係るストロボ装置１０の構成の一例を示すものであり、例えばクセノン放電管などによる光源１１と、この光源は発する光を照射方向に反射する反射鏡１２と、前記光源１１、及び、反射鏡１２からの光に適宜な配光特性を与えるレンズ１３、及び、光源１１を駆動するための駆動回路１４とが設けられている。尚、レンズ１３、及び、拡散異方性液晶光学素子１は何れが被写体側にあっても良い。
【００３６】
加えて、本発明のストロボ装置１０においては、例えば、前記光源１１とレンズ１３との中間に拡散異方性液晶光学素子１がグレーティング部６と非グレーティング部７とを、前記反射鏡１２からの反射光を含む光源１１からの光を拡げたい方向に直交させて拡散異方性液晶光学素子１が取付けられている。このとき、前記拡散異方性液晶光学素子１に対しては、印加電圧を可変とする液晶駆動回路８が設けられて、拡散幅が調整可能とされている。
【００３７】
従って、本発明によれば、機械的な動作部なしで、クセノン放電管など光源１１からの光をレンズの焦点距離や、周囲の明るさに応じて調整することが可能となり、偏光板を使用しないので高透過率（９５％以上）であり、加えて、セルギャップを狭くするなど適宜な手段を講ずることで撮影時に撮影者に違和感を生じない程度の高速化ができる。また、駆動もＡＣ、または、ＤＣの２．５Ｖと低電圧で良いので、携帯用電話機などにも容易に適応できるものとなる。尚、拡散異方性液晶光学素子１の構成、動作などについては、同一出願人により、特願２００５−２７０５３５号として出願済みである。
【００３８】
尚、本発明においては、照明装置がストロボ装置１０であり、その光源１１として、最も一般的であるクセノン放電管を採用したときの例で説明したが、本発明は、これを限定するものではなく、例えば従来から使用されているフラッシュ装置で使用されていたフラッシュバルブ、或いは、近年、カメラ付きの携帯電話用の光源１１として採用されているＬＥＤランプ、その他、無機、有機ＥＬ、フィールドエミッションランプなどを光源とするカメラ用照明装置などに対しても採用可能である。
【００３９】
また、例えば、前記したカメラ付きの携帯電話用などにおいては、撮影レンズに近距離時と遠距離時とのピントリングが付いているものがあるので、このリングに可変抵抗器などを連動させておき、近距離のときには照射幅を狭く、中、遠距離のときには広く、自動的にリングの回転量に応じて設定しても良いものである。尚、ピンとリングの回転は、デジタルカメラの距離計のによる撮影レンズの移動量に換えても良いことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る拡散異方性液晶光学素子の構成を一部を破断した状態で示す説明図である。
【図２】同じく本発明に係る拡散異方性液晶光学素子の動作原理を示す説明図である。
【図３】本発明に係る拡散異方性液晶光学素子のセルギャップ４μｍ時における液晶の含有量と散乱度との関係を示すグラフである。
【図４】同じく本発明に係る拡散異方性液晶光学素子のセルギャップ１５μｍ時における液晶の含有量と散乱度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る拡散異方性液晶光学素子の光の拡がり状況を示すデータである。
【図６】拡散異方性液晶光学素子の非駆動時と駆動時との照射角の相違の例を示すグラフである。
【図７】本発明に係るストロボ装置を示す説明図である。
【図８】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…拡散異方性液晶光学素子
２…透明基板
３…透明電極
４…配向膜
５…液晶
６…グレーティング部
７…非グレーティング部
８…液晶駆動回路
１０…ストロボ装置
１１…光源
１２…反射鏡
１３…レンズ
１４…駆動回路
【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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