(57)【要約】【課題】携帯機器のカメラ機構に使用され、機械的な駆動機構を用いることなく、画像品質の向上を実現できる光学素子を提供する。【解決手段】第１の透明基板１１と、第１の透明基板１１に対して光の入射側に設けられ、入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させる偏光手段１２と、第１の透明基板１１と偏光手段１２との間に設けられた液晶レンズ素子１３と、を有し、液晶レンズ素子１３が、特定の偏光方向と同一の方向に配向した液晶分子を有する液晶層１４と、液晶層１４に対して光の入射側で液晶層１４に接して設けられた透明絶縁層１５と、液晶層１４の液晶分子の配向状態を制御するための電圧が印加される第１および第２の透明電極１６，１７であって、第１の透明基板１１と液晶層１４とに接して設けられた第１の透明電極１６と、透明絶縁層１５と偏光手段１２とに接して設けられた第２の透明電極１７と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板に対して光の入射側に設けられ、入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させる偏光手段と、
前記第１の透明基板と前記偏光手段との間に設けられた液晶レンズ素子と、
を有し、
前記液晶レンズ素子が、
前記特定の偏光方向と同一の方向に配向した液晶分子を有する液晶層と、
前記液晶層に対して光の入射側で該液晶層に接して設けられた透明絶縁層と、
前記液晶層の前記液晶分子の配向状態を制御するための電圧が印加される第１および第２の透明電極であって、前記第１の透明電極が、前記第１の透明基板と前記液晶層とに接して設けられ、前記第２の透明電極が、前記透明絶縁層と前記偏光手段とに接して設けられた、第１および第２の透明電極と、
を有する、光学素子。
【請求項２】
前記第１の透明電極が、前記第１の透明基板の光の入射側の表面全面を覆うように形成され、前記第２の透明電極が、円形電極と、該円形電極の周囲を囲うように形成され、該円形電極と電気的に絶縁された周囲電極と、を有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記偏光手段に対して光の入射側に設けられた第２の透明基板と、前記偏光手段と前記第２の透明基板との間に設けられた旋光手段と、をさらに有し、
前記旋光手段が、入射した光の偏光面を回転させるＴＮ液晶層と、該回転を制御するための電圧が印加される第３および第４の透明電極であって、前記第３の透明電極が、前記偏光手段と前記ＴＮ液晶層とに接して設けられ、前記第４の透明電極が、前記ＴＮ液晶層と前記第２の透明基板とに接して設けられた、第３および第４の透明電極と、を有する、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１および第２の透明電極が、互いに同電位となるように電気的に接続され、前記第３および第４の透明電極が、互いに同電位となるように電気的に接続され、
前記第２の透明電極と前記第３の透明電極とを電気的に接続する可撓性の配線部材と、該配線部材上に設けられ、前記第２および第３の透明電極間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、をさらに有する、請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記交流電圧印加手段が、電圧５Ｖ以下の直流電源により駆動されるようになっている、請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記偏光手段が偏光板である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記偏光手段が、第３の透明基板と、該第３の透明基板に対して光に入射側で該第３の透明基板に接して設けられた偏光フィルムとを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子を備えたカメラモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載のカメラモジュールを備えた携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの携帯機器に搭載される光学素子と、それを備えたカメラモジュールおよび携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの携帯機器には、多くの場合、小型のカメラ機構が搭載されている。一般的に、カメラ機構には、使用環境に応じて反射光による影響を除去する偏光フィルタ機能や、被写体までの距離に応じた焦点距離調整機能が装備されていることが好ましく、それにより、画像品質の向上を実現することが可能となる。
【０００３】
このような偏光フィルタ機能や焦点距離調整機能を実現するために、機械的な駆動機構を使用することが行われている。例えば、特許文献１には、コイルによってレンズを光軸方向に移動させる機械的な駆動機構を用いて、焦点距離の可変および調整を行うカメラモジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８５９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような機械的な駆動機構を設けることは、携帯機器の大型化につながってしまい、好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、携帯機器のカメラ機構に使用され、機械的な駆動機構を用いることなく、画像品質の向上を実現できる光学素子と、それを備えたカメラモジュールおよび携帯機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明の光学素子は、第１の透明基板と、第１の透明基板に対して光の入射側に設けられ、入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させる偏光手段と、第１の透明基板と偏光手段との間に設けられた液晶レンズ素子と、を有し、液晶レンズ素子が、特定の偏光方向と同一の方向に配向した液晶分子を有する液晶層と、液晶層に対して光の入射側で液晶層に接して設けられた透明絶縁層と、液晶層の液晶分子の配向状態を制御するための電圧が印加される第１および第２の透明電極であって、第１の透明電極が、第１の透明基板と液晶層とに接して設けられ、第２の透明電極が、透明絶縁層と偏光手段とに接して設けられた、第１および第２の透明電極と、を有している。
【０００８】
また、本発明のカメラモジュールは、上記に記載の光学素子を備えており、本発明の携帯機器は、上記に記載のカメラモジュールを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、携帯機器のカメラ機構に使用され、機械的な駆動機構を用いることなく、画像品質の向上を実現できる光学素子と、それを備えたカメラモジュールおよび携帯機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における光学素子の概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における光学素子の第１および第２の透明電極の概略平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における光学素子の概略断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における光学素子の概略断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における光学素子の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
【００１３】
本実施形態の光学素子１０は、カメラモジュールの撮像素子（図示せず）の前段で用いられ、第１の透明基板１１と、偏光板（偏光手段）１２と、第１の透明基板１１と偏光板１２との間に設けられた液晶レンズ素子１３と、を有している。
【００１４】
第１の透明基板１１は、ガラス板からなり、光の入射側（図１で見て上側）の表面に、後述する第１の透明電極１６が形成されている。偏光板１２は、第１の透明基板１１および液晶レンズ素子１３に対して光の入射側に設けられ、光学素子１０に入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させるために用いられている。これにより、被写体の遠景の画像がより鮮明となり、また、水面やガラスの反射光による被写体への不要な写りこみを防ぐことができる。
【００１５】
液晶レンズ素子１３は、液晶層１４と、液晶層１４に対して光の入射側で液晶層１４に接して設けられた透明絶縁層１５と、これらの層を挟むように設けられた第１および第２の透明電極１６，１７と、を有している。第１の透明電極１６は、第１の透明基板１１側で、第１の透明基板１１と液晶層１４とに接して設けられ、第２の透明電極１７は、偏光板１２側で、透明絶縁層１５と偏光板１２とに接して設けられている。
【００１６】
液晶層１４は、ラビング処理により所定の方向に配向した液晶分子を有しており、この液晶分子の配向方向は、偏光板１２を透過した光の偏光方向と同一の方向になるように設定されている。これにより、偏光板１２を透過した特定偏光成分の光が液晶層１４に入射され、液晶層１４、すなわち液晶レンズ素子１３での焦点距離の調整が可能となる。また、透明絶縁層１５は、液晶層１４と第２の電極１７との距離を調節するために、ガラスなどの薄膜として設けられている。
【００１７】
図２は、第１の透明電極１６および第２の透明電極１７を概略的に示す平面図であり、図２（ａ）が第１の透明電極１６の概略平面図、図２（ｂ）が第２の透明電極１７の概略平面図である。
【００１８】
第１および第２の透明電極１６，１７はそれぞれ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜から構成されている。第１の透明基板１１上に形成された第１の透明電極１６は、図２（ａ）に示すように、第１の透明基板１１の光の入射側の表面全面を覆うように、いわゆるベタパターンとして構成されている。一方、透明絶縁層１５上に形成された第２の透明電極１７は、図２（ｂ）に示すように、中央付近の円形電極１７ａと、円形電極１７ａの周囲を囲うように形成された周囲電極１７ｂとを有している。円形電極１７ａと周囲電極１７ｂとは、互いに電気的に絶縁され、内部が同電位となっている。したがって、第２の透明電極１７は、各電極１７ａ，１７ｂに対して個別に電圧を印加して、それらを制御できるように構成されている。
【００１９】
このような構成により、液晶レンズ素子１３は、２種類の電圧値のみの制御で、焦点距離調整機能を実現することができる。すなわち、第１の透明電極１６と周囲電極１７ｂとの間に印加される第１の電圧と、第１の透明電極１６と円形電極１７ａとの間に印加される第２の電圧とをそれぞれ調節することで、焦点距離調整機能が実現されるように、液晶層１４の液晶分子の配向状態を制御することができる。具体的には、第１の電圧により、液晶層１４にレンズとしての機能を付与することができ、その状態で、第１の電圧とは独立した第２の電圧を可変に印加することで、被写体の遠近度に応じた焦点距離の調整が可能となる。
【００２０】
以上のように、本実施形態の光学素子１０では、画像品質に関わる偏光フィルタ機能と焦点距離調整機能とが、機械的な駆動機構を用いることなく実現可能となる。これにより、カメラモジュールの小型化、薄型化を維持しながら、従来よりもより鮮明な画像を撮像素子に結像させて、画像を記録することが可能となる。
【００２１】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
【００２２】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、光の入射側の偏光手段の構成を変更した変形例である。本実施形態の光学素子２０には、第１の実施形態における偏光板１２の代わりに、ガラス板２２ａと、偏光方向が液晶層１４の配向方向と同一となるように設定された偏光フィルム２２ｂとからなる偏光手段２２が設けられている。これ以外の構成については、第１の実施形態と同様であり、本実施形態によって得られる効果についても、第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態を含め、以下に示す各実施形態では、第１の実施形態と同じ部材については図面に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２３】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
【００２４】
本実施形態は、第１の実施形態に対する変形例であり、入射光の偏光面を自由に選択するためのいくつかの層が追加されている。
【００２５】
第１の実施形態では、液晶レンズ素子が特定の一方向の偏光成分にしかレンズ効果を付与しないため、液晶レンズ素子を通過する光の偏光面の振動方向は、偏光板の偏光方向によって規定された方向に限定されることになる。所望の偏光面を有する光を通過させたい場合、偏光板と液晶レンズ素子を含めた素子全体を回転させることが考えられるが、このことは、機械的な回転機構を必要とするため、携帯機器の大型化につながってしまう。一方、本実施形態では、後述するように、入射した光の偏光面を回転させる機構が設けられていることで、機械的な回転機構を用いることなく所望の偏光面を有する光を通過させることが可能となっている。
【００２６】
すなわち、本実施形態の光学素子３０は、第１の実施形態の構成に加えて、偏光板１２よりもさらに光の入射側に設けられた第２の透明基板３１と、この第２の透明基板３１と偏光板１２との間に設けられた旋光手段３２と、をさらに有している。
【００２７】
旋光手段３２は、入射した光の偏光面を回転させるＴＮ液晶層３３と、この回転を制御するための電圧が印加される第３および第４の透明電極３４，３５と、を有している。第３の透明電極３４は、偏光板１２とＴＮ液晶層３４とに接して設けられ、第４の透明電極３５は、ＴＮ液晶層３４と第２の透明基板３１とに接して設けられている。なお、第３および第４の透明電極３４，３５はそれぞれ、第１および第２の透明電極１６，１７と同様の透明導電膜から構成されている。
【００２８】
ＴＮ液晶層３３は、ラビング処理によって、上下の透明板（図示せず）で液晶分子の配向方向が互いに直交するように構成され、したがって、層内の液晶分子は、９０度ねじれて配列されている。この状態では、ＴＮ液晶層３３を透過した光は、偏光面が９０度回転させられ、すなわちＴＮ液晶層３３は旋光性を示すことになる。本実施形態では、第３および第４の透明電極３４，３５を通じてＴＮ液晶層３３に電圧を印加すると、ＴＮ液晶層３３内の液晶分子の配向方向を変化させることができ、したがって、ＴＮ液晶層３３を透過する光の偏光面の回転量を変化させることができる。そのため、電極３４，３５間の印加電圧の強度を調節することにより、偏光面の回転量を制御して旋光性の度合いを変化させることが可能となる。このようにして、本実施形態では、旋光手段３２による透過光の偏光面と偏光板１２の偏光方向との相対角度を調整して、使用状況に応じてカメラモジュール（液晶レンズ素子１３）への入射光の偏光面の角度を制御することができる。これにより、機械的な駆動機構を用いることなく、電圧を印加するだけで、偏光板を回転させることによる偏光フィルタ効果と同等の効果を得ることができ、被写体の画像の鮮明度や光量の調整が可能となる。なお、ＴＮ液晶層３３は、偏光板１２側の配向方向が、偏光板１２の偏光方向（すなわち、液晶層１４の配向方向）と同一になるように設定されている。
【００２９】
また、本実施形態の旋光手段３２では、いずれもベタパターン（図示せず）の第３および第４の電極３４，３５の間に１種類の電圧を印加することだけで、入射光の偏光面の振動方向を自在に制御することができる点も有利である。また、第１および第３の透明電極１６，３４、あるいは第１および第４の透明電極１６，３５は、電気的に接続されて同電位であってもよく、それにより、４つの電極で３種類の電圧を独立に制御するのみで上記の効果を得ることができる。そのため、制御方法も非常に単純になる上、各電極のパターンも極めて単純であるため、製造コストを低く抑えることも可能となる。
【００３０】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す斜視図である。なお、簡単のために、一部の構成は図示を省略している。
【００３１】
本実施形態は、第３の実施形態に対する変形例であり、本実施形態の光学素子４０には、第２の透明電極１７と第３の透明電極３４とを電気的に接続する可撓性の配線部材であるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）４１が設けられている。さらに、このＦＰＣ４１上には、第２および第３の透明電極１７，３４間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段である集積回路（ＩＣ）４２が設けられている。ＩＣ４２は、電圧５Ｖ以下の直流電源で駆動されるようになっており、これにより、小型カメラや携帯電話などの電源電圧で駆動させることが可能となる。そのため、本実施形態の光学素子４０は、光学特性の電圧による制御が新たな電源供給機構を設けることなく可能となり、小型の携帯機器への搭載も容易に行うことができる。なお、本実施形態では、第１の透明電極および第２の透明電極ふが、互いに同電位となるように電気的に接続されており、同様に、第３の透明電極および第４の透明電極が、互いに同電位となるように電気的に接続されている。
【００３２】
また、本実施形態では、１枚のシート状のＦＰＣ４１を切り欠き、その切り欠き部分４１ａを折り曲げることによって、偏光板１２の上面および下面にそれぞれ設けられた第２の透明電極１７と第３の透明電極３４との電気的な接続が得られている。このため、本実施形態は、製造コストの低減にも寄与することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０，２０，３０，４０  光学素子
１１  第１の透明基板
１２  偏光板
１３  液晶レンズ素子
１４  液晶層
１５  透明絶縁層
１６  第１の透明電極
１７  第２の透明電極
１７ａ  円形電極
１７ｂ  周囲電極
２２  偏光手段
２２ａ  ガラス板
２２ｂ  偏光フィルム
３１  第２の透明基板
３２  旋光手段
３３  ＴＮ液晶層
３４  第３の透明電極
３５  第４の透明電極
４１  フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
４２  集積回路（ＩＣ）
【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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