(57)【要約】【課題】波面収差の小さな液晶レンズを提供する。【解決手段】液晶レンズ１は、液晶層１１と、第１の電極２１と、第２の電極２２と、第３の電極２３とを備えている。第１の電極２１には、開口２１ａと、開口２１ａを外部に連通させる連通口２１ｂとが形成されている。第２の電極２２は、主電極部２２ａと、線状の引き出し電極部２２ｂとを有する。主電極部２２ａは、開口２１ａ内に配されている。主電極部２２ａは、第１の電極２１とは電気的に絶縁されている。引き出し電極部２２ｂは、主電極部２２ａに電気的に接続されている。引き出し電極部２２ｂは、連通口２１ｂ内に設けられている。第３の電極２３は、第１及び第２の電極２１，２２の少なくとも一部と対向している。引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅は、７０μｍ以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、
前記液晶層の一方側に設けられており、開口と、前記開口を外部に連通させる連通口とが形成された第１の電極と、
前記液晶層の一方側において、前記開口内に配されており、前記第１の電極とは電気的に絶縁された主電極部と、前記主電極部に電気的に接続されており、前記連通口内に設けられた線状の引き出し電極部とを有する第２の電極と、
前記液晶層の他方側に設けられており、前記第１及び第２の電極の少なくとも一部と対向する第３の電極と、
を備え、
前記引き出し電極部の前記主電極部との接続部の幅が７０μｍ以下である、液晶レンズ。
【請求項２】
前記引き出し電極部の前記主電極部との接続部の幅が５０μｍ以下である、請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記開口が円形であり、前記主電極部が前記開口よりも直径が小さい円形である、請求項１または２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記連通口の前記開口との接続部の幅が、１５０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記連通口の前記開口との接続部の幅が、前記引き出し電極部の前記主電極部との接続部の幅よりも２０μｍ以上大きい、請求項４に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
液晶が注入される内部空間を有するセル本体と、
前記内部空間の一方側に設けられており、開口と、前記開口を外部に連通させる連通口とが形成された第１の電極と、
前記内部空間の一方側において、前記開口内に配されており、前記第１の電極とは電気的に絶縁された主電極部と、前記主電極部に電気的に接続されており、前記連通口内に設けられた線状の引き出し電極部とを有する第２の電極と、
前記内部空間の他方側に設けられており、前記第１及び第２の電極の少なくとも一部と対向する第３の電極と、
を備え、
前記引き出し電極部の前記主電極部との接続部の幅が７０μｍ以下である、液晶レンズ用セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズ及び液晶レンズ用セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１等に記載のような液晶レンズに対する注目が高まってきている。液晶レンズでは、液晶層に印加する電圧を変化させ、液晶層の屈折率を変化させることにより、光学的パワーを変化させることができる。このため、液晶レンズを用いることにより、光学系をコンパクト化したり、高機能化したりし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶レンズの適用用途を拡大していくにあたっては、液晶レンズの波面収差を改善することが重要となる。
【０００５】
本発明は、波面収差の小さな液晶レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液晶レンズは、液晶層と、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを備えている。第１の電極は、液晶層の一方側に設けられている。第１の電極には、開口と、開口を外部に連通させる連通口とが形成されている。第２の電極は、主電極部と、線状の引き出し電極部とを有する。主電極部は、液晶層の一方側において、開口内に配されている。主電極部は、第１の電極とは電気的に絶縁されている。引き出し電極部は、主電極部に電気的に接続されている。引き出し電極部は、連通口内に設けられている。第３の電極は、液晶層の他方側に設けられている。第３の電極は、第１及び第２の電極の少なくとも一部と対向している。引き出し電極部の主電極部との接続部の幅は、７０μｍ以下である。
【０００７】
引き出し電極部の主電極部との接続部の幅は、５０μｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
開口が円形であり、主電極部が開口よりも直径が小さい円形であることが好ましい。
【０００９】
連通口の開口との接続部の幅は、１５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
連通口の開口との接続部の幅は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅よりも２０μｍ以上大きいことが好ましい。
【００１１】
本発明に係る液晶レンズ用セルは、セル本体と、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを備える。セル本体は、液晶が注入される内部空間を有する。第１の電極は、内部空間の一方側に設けられている。第１の電極には、開口と、開口を外部に連通させる連通口とが形成されている。第２の電極は、内部空間の一方側において、開口内に配されている。第２の電極は、主電極部と、線状の引き出し電極部とを有する。主電極部は、第１の電極とは電気的に絶縁されている。引き出し電極部は、主電極部に電気的に接続されている。引き出し電極部は、連通口内に設けられている。第３の電極は、内部空間の他方側に設けられている。第３の電極は、第１及び第２の電極の少なくとも一部と対向している。引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が７０μｍ以下である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、波面収差の小さな液晶レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における第１及び第２の電極の略図的平面図である。
【図３】図３は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が５０μｍである場合の位相差を表すグラフである。
【図４】図４は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が５０μｍである場合の波面収差の写真である。
【図５】図５は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が６０μｍである場合の位相差を表すグラフである。
【図６】図６は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が７０μｍである場合の位相差を表すグラフである。
【図７】図７は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が８０μｍである場合の位相差を表すグラフである。
【図８】図８は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が９０μｍである場合の位相差を表すグラフである。
【図９】図９は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が１００μｍである場合の位相差を表すグラフである。
【図１０】図１０は、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が１００μｍである場合の波面収差の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１５】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１６】
図１に本実施形態の液晶レンズ１の略図的断面図を示す。
【００１７】
図１に示すように、液晶レンズ１は、素子本体（セル本体）１０を備えている。この素子本体１０と、後述する第１〜第３の電極２１〜２３とにより液晶レンズ用セルが構成されている。素子本体１０は、第１の主壁部１０ａと、第２の主壁部１０ｂと、側壁部１０ｃとを有する。これら第１及び第２の主壁部１０ａ、１０ｂと側壁部１０ｃとによって、円柱状の内部空間１０ｄが形成されている。この内部空間１０ｄには、液晶が注入され液晶レンズ１となる。内部空間１０ｄに液晶を注入するための液晶注入孔は、主壁部１０ａ、１０ｂに設けられていてもよいし、側壁部１０ｃに設けられていてもよい。
【００１８】
液晶レンズ１の内部空間１０ｄには、液晶層１１が設けられている。なお、液晶層１１は、例えばガラスなどからなる中間板によって厚み方向ｚに沿って複数に分割されていてもよい。その場合、複数の液晶層を連通させる連通口を中間板に設けてもよい。そうすることにより、複数の液晶層間における圧力ばらつきを小さくすることができる。
【００１９】
液晶層１１は、厚み方向ｚの一方側に設けられた第１及び第２の電極２１，２２と、厚み方向ｚの他方側に設けられた第３の電極２３とにより挟持されている。
【００２０】
第１及び第２の電極２１，２２は、第１の主壁部１０ａの液晶層１１側の主面の上に配されている。第１の主壁部１０ａの液晶層１１側の主面の上には、第１及び第２の電極２１，２２を覆うように配向膜（図示せず）が設けられている。
【００２１】
第３の電極２３は、第２の主壁部１０ｂの液晶層１１側の主面の上に配されている。第３の電極２３は、第１及び第２の電極２１，２２の少なくとも一部と厚み方向ｚにおいて対向するように設けられている。本実施形態では、具体的には、第３の電極２３は、第１及び第２の電極２１，２２の全体と厚み方向ｚにおいて対向するように設けられている。なお、第２の主壁部１０ｂの液晶層１１側の主面の上には、第３の電極２３を覆うように配向膜（図示せず）が設けられている。
【００２２】
液晶レンズ１では、第１の電極２１と第３の電極２３との間に電圧Ｖ１が印加され、第２の電極２２と第３の電極２３との間に電圧Ｖ２が印加される。これら電圧Ｖ１，Ｖ２を変化させることにより、液晶層１１に含まれる液晶分子の配向が変化する。その結果、液晶レンズ１の光学的パワーが変化する。
【００２３】
図２に、本実施形態における第１及び第２の電極の略図的平面図を示す。次に、図２を主として参照しながら、第１及び第２の電極２１，２２の構成について詳細に説明する。
【００２４】
第１の電極２１には、開口２１ａと、連通口２１ｂとが形成されている。開口２１ａは、円形である。
【００２５】
連通口２１ｂは、開口２１ａを、第１の電極２１の外部に連通させている。すなわち、連通口２１ｂは、開口２１ａと第１の電極２１の外周とを接続している。本実施形態において、連通口２１ｂは、直線状に設けられている。但し、本発明は、この構成に限定されない。連通口２１ｂは、例えば曲線状に設けられていてもよい。
【００２６】
第２の電極２２は、主電極部２２ａと、引き出し電極部２２ｂとを有する。主電極部２２ａは、開口２１ａ内に設けられている。主電極部２２ａは、第１の電極２１とは電気的に絶縁されている。主電極部２２ａは、円形である。詳細には、主電極部２２ａは、開口２１ａよりも直径が小さな円形である。主電極部２２ａの直径は、例えば、０．１ｍｍ〜３０ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
引き出し電極部２２ｂは、主電極部２２ａに電気的に接続されている。引き出し電極部２２ｂと第１の電極２１とは、電気的に絶縁されている。引き出し電極部２２ｂは、連通口２１ｂ内に設けられている。引き出し電極部２２ｂは、主電極部２２ａから外側に向かって線状に延びている。引き出し電極部２２ｂは、第１の電極２１の外周にまで至っている。本実施形態では、引き出し電極部２２ｂは、直線状に設けられている。但し、本発明は、この構成に限定されない。引き出し電極部２２ｂは、例えば、曲線状に設けられていてもよい。
【００２８】
引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１は、７０μｍ以下であり、５０μｍ以下であることがより好ましい。主電極部２２ａの直径に対する引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１の比（（引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１の比）／（主電極部２２ａの直径））は、０．０２３以下であることが好ましく、０．０１７以下であることがより好ましい。連通口２１ｂの開口２１ａとの接続部の幅Ｗ２は、１５０μｍ以下であることが好ましく、１１０μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。ただし、耐電力性を悪化させない観点からは、連通口２１ｂの開口２１ａとの接続部の幅Ｗ２は、引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１よりも２０μｍ以上大きいことが好ましい。
【００２９】
以上説明したように、液晶レンズ１では、引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１が７０μｍ以下とされている。このため、液晶レンズ１では、波面収差が小さい。
【００３０】
引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１を７０μｍ以下とすることにより波面収差を小さくできる理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。
【００３１】
主電極部に電源を接続するために、第１の電極の外側にまで引き出された引き出し電極を主電極部に電気的に接続することが考えられる。しかしながら、引き出し電極を設けると、第２の電極の形状が点対称ではなくなる。このため、発生する電気力線の点対称性が低くなる。従って、波面収差が大きくなるものと考えられる。
【００３２】
引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１を７０μｍ以下と小さくした場合であっても、第２の電極２２の形状は点対称にはならない。しかしながら、引き出し電極部２２ｂが十分に細いため、発生する電気力線の点対称性の悪化が抑制され、その結果、小さな波面収差が実現されるものと考えられる。
【００３３】
波面収差をより小さくする観点からは、引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅Ｗ１を５０μｍ以下とすることがより好ましい。また、連通口２１ｂの開口２１ａとの接続部の幅Ｗ２を１５０μｍ以下とすることが好ましく、１１０μｍ以下とすることがより好ましく、１００μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【００３４】
図３は、引き出し電極部２２ｂの幅が５０μｍである場合の位相差を表すグラフである。図４は、引き出し電極部２２ｂの幅が５０μｍである場合の波面収差の写真である。図５は、引き出し電極部２２ｂの幅が６０μｍである場合の位相差を表すグラフである。図６は、引き出し電極部２２ｂの幅が７０μｍである場合の位相差を表すグラフである。図７は、引き出し電極部２２ｂの幅が８０μｍである場合の位相差を表すグラフである。図８は、引き出し電極部２２ｂの幅が９０μｍである場合の位相差を表すグラフである。図９は、引き出し電極部２２ｂの幅が１００μｍである場合の位相差を表すグラフである。図１０は、引き出し電極部２２ｂの幅が１００μｍである場合の波面収差の写真である。
【００３５】
なお、図３、図５〜図９に示すグラフにおいて、横軸は、光軸Ｃからの距離であり、縦軸は、光軸Ｃとの位相差である。図３、図５〜図９に示すグラフにおいて、四角で表すデータは、図２に示すＤ１方向（光軸Ｃから、引き出し電極部２２ｂの径方向における中心へと向かう方向）に沿った位相差を表すデータであり、菱形で表すデータは、Ｄ１方向とは１８０°異なるＤ２方向に沿った位相差を表すデータである。主電極部の平面形状は、半径が１．５ｍｍの円形である。
【００３６】
図７〜図１０に示すように、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が７０μｍよりも大きいと、光軸Ｃから離れた周縁部のみならず、光軸Ｃ近傍の中央部においても、引き出し電極が設けられた方向と、引き出し電極が設けられていない方向とで位相差が相互に異なっていることが分かる。それに対して、図３，図５及び図６に示すように、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅が７０μｍ以下である場合は、中央部においては、引き出し電極が設けられた方向と、引き出し電極が設けられていない方向とで位相差が実質的に等しいことが分かる。この結果から、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅を７０μｍ以下とすることにより、波面収差を改善できることが分かる。
【００３７】
また、図３に示すように、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅を５０μｍとした場合は、中央部のみならず周縁部においても、引き出し電極が設けられた方向と、引き出し電極が設けられていない方向とで位相差が実質的に等しいことが分かる。この結果から、引き出し電極部の主電極部との接続部の幅を５０μｍ以下とすることにより、波面収差をさらに効果的に改善できることが分かる。
【００３８】
なお、液晶レンズ１では、引き出し電極部２２ｂの長さ方向において、幅が一定である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅と、接続部以外の部分の幅とが異なっていてもよい。例えば、接続部以外の部分の幅が引き出し電極部２２ｂの主電極部２２ａとの接続部の幅よりも大きくてもよい。同様に、連通口２１ｂの幅も、一定である必要は必ずしもない。連通口２１ｂの開口２１ａとの接続部の幅と、接続部以外の部分の幅とが異なっていてもよい。例えば、接続部以外の部分の幅が連通口２１ｂの開口２１ａとの接続部の幅よりも大きくてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…液晶レンズ
１０…素子本体
１０ａ…第１の主壁部
１０ｂ…第２の主壁部
１０ｃ…側壁部
１０ｄ…内部空間
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ…開口
２１ｂ…連通口
２２…第２の電極
２２ａ…主電極部
２２ｂ…引き出し電極部
２３…第３の電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図１０】
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