(57)【要約】      （修正有）【課題】光学レンズモジュールは、節電型で、組立てが簡単であり、かさばらないので、薄く小さくすることができる。【解決手段】光学レンズモジュール７００は、支持フレーム７１０、液晶レンズ群７２０、および、収差補償レンズ群７３０を備える。収差補償レンズ７３０は、液晶レンズによって生じた収差を補償する。液晶レンズ群７２０、および、固定収差補償レンズ群７３０は、同じ光軸上に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレームと、
前記支持フレームに固定され、少なくとも１つのズーム液晶レンズを有する固定ズームレンズ群と、
前記支持フレームに固定され、少なくとも１つの合焦液晶レンズを有する固定合焦レンズ群と、
前記支持フレームに固定され、少なくとも１つの収差補償レンズを有する固定収差補償レンズ群と、
を備え、
前記収差補償レンズは、前記ズーム液晶レンズによって生じた収差、および、前記合焦液晶レンズによって生じた収差を補償し、
前記固定ズームレンズ群、前記固定合焦レンズ群、および、前記固定収差補償レンズ群は、同じ光軸上に配置される、
光学レンズモジュール。
【請求項２】
前記収差補償レンズは、一定の屈折率を有するレンズである、請求項１に記載の光学レンズモジュール。
【請求項３】
前記ズーム液晶レンズは、可変電圧源をさらに有し、前記可変電圧源は、前記ズーム液晶レンズに接続されて前記ズーム液晶レンズに可変電圧を供給することにより、前記ズーム液晶レンズの屈折率を変化させることで、前記ズーム液晶レンズの焦点距離を変化させる、請求項１に記載の光学レンズモジュール。
【請求項４】
前記合焦液晶レンズは、可変電圧源をさらに有し、前記可変電圧源は、前記合焦液晶レンズに接続されて前記合焦液晶レンズに可変電圧を供給することにより、前記合焦液晶レンズの屈折率を変化させることで、前記合焦液晶レンズの焦点距離を変化させる、請求項１に記載の光学レンズモジュール。
【請求項５】
支持フレームと、
各群が前記支持フレームに固定され少なくとも１つの液晶レンズを有する、少なくとも１つの固定液晶レンズ群と、
前記支持フレームに接続される少なくとも１つの収差補償レンズを有する固定収差補償レンズ群と、
を備え、
前記収差補償レンズは、前記液晶レンズによって生じた収差を補償し、
前記固定液晶レンズ群、および、前記固定収差補償レンズ群は、同じ光軸上に配置される、
光学レンズモジュール。
【請求項６】
前記収差補償レンズは、一定の屈折率を有するレンズである、請求項５に記載の光学レンズモジュール。
【請求項７】
前記固定液晶レンズ群における少なくとも１つのレンズは、ズームまたは合焦のために用いられる、請求項５に記載の光学レンズモジュール。
【請求項８】
各固定液晶レンズ群は、可変電圧源をさらに有し、前記可変電圧源は、前記液晶レンズに接続されて前記液晶レンズに可変電圧を供給することにより、前記液晶レンズの屈折率を変化させることで、前記液晶レンズの焦点距離を変化させる、請求項５に記載の光学レンズモジュール。
【請求項９】
前記液晶レンズは、
間隔を空けて積層された第１の透明基板および第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に密閉された液晶と、
前記第１の透明基板の片面に載置された透明球殻層と、
前記透明球殻層と前記第２の透明基板とにそれぞれ接着された２つの透明導電膜と、
を有する、請求項５に記載の光学レンズモジュール。
【請求項１０】
前記液晶レンズの直径は、６ｍｍであり、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との前記間隔は、２５μｍであり、前記透明球殻層の高さは、０．２６ｍｍであり、前記第１の透明基板の厚みは、０．１１ｍｍである、請求項９に記載の光学レンズモジュール。
【請求項１１】
支持フレームと、
前記支持フレームに固定され、少なくとも１つの液晶レンズを有する固定液晶レンズ群と、
前記支持フレームに固定され、少なくとも１つの収差補償レンズを有する固定収差補償レンズ群と、
を備え、
前記収差補償レンズは、前記液晶レンズによって生じた収差を補償し、
前記固定液晶レンズ群、および、前記固定収差補償レンズ群は、同じ光軸上に配置される、
光学レンズモジュール。
【請求項１２】
前記収差補償レンズは、一定の屈折率を有するレンズである、請求項１１に記載の光学レンズモジュール。
【請求項１３】
各固定液晶レンズ群は、可変電圧源をさらに有し、前記可変電圧源は、前記液晶レンズに接続されて前記液晶レンズに可変電圧を供給することにより、前記液晶レンズの屈折率を変化させることで、前記液晶レンズの焦点距離を変化させる、請求項１１に記載の光学レンズモジュール。
【請求項１４】
前記液晶レンズは、
間隔を空けて積層された第１の透明基板および第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に密閉された液晶と、
前記第１の透明基板の片面に載置された透明球殻層と、
前記透明球殻層と前記第２の透明基板とにそれぞれ接着された２つの透明導電膜と、
を有する、請求項１１に記載の光学レンズモジュール。
【請求項１５】
前記液晶レンズの直径は、６ｍｍであり、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との前記間隔は、２５μｍであり、前記透明球殻層の高さは、０．２６ｍｍであり、前記第１の透明基板の厚みは、０．１１ｍｍである、請求項１４に記載の光学レンズモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光学レンズモジュールに関し、より詳しくは、液晶レンズを用いる光学レンズモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラモジュールというものは、大抵、例えば、携帯電話、および、ＰＤＡなどの小型または携帯デバイスに内蔵されて、写真を撮影する、リアルタイムに情報を収集する、または、ビデオ通信する目的でユーザに提供される。写真やビデオを撮る場合、ユーザは、通常、実際の必要条件に応じて視認しなければならないので、所望のイメージング効果を有するズーム機能が必要となる。したがって、光学ズーム機能を備えるカメラモジュールが、固定焦点カメラモジュール、または、デジタルズーム機能を備える固定焦点カメラモジュールに取って代わりつつある。
【０００３】
しかしながら、光学ズーム機能を備える従来のカメラモジュールにおいては、レンズ群がアクチュエータおよび駆動機構（可動部）によって移動されることにより、焦点距離が変化する。一方、カメラモジュールに関しては、アクチュエータおよび駆動機構の構造のせいで、製品テストにおける衝突テストが非常に困難である。
【発明の開示】
【０００４】
したがって、本発明は、液晶レンズを用いる光学レンズモジュールを目的とする。光学レンズモジュールは、構造が単純であり、節電型であり、組立てが簡単でかさばらないという長所をもっており、このことは、光学レンズモジュールを薄く小さくするのに役立ち、ひいては、小型または携帯デバイスを薄く小さくするのに役立つ。
【０００５】
本発明は、支持フレーム、固定液晶レンズ群、および、固定収差補償レンズ群を備える光学レンズモジュールを提供する。各固定液晶レンズ群は、少なくとも１つの液晶レンズを有し、支持フレームに固定されている。固定収差補償レンズ群は、少なくとも１つの収差補償レンズを有し、支持フレームに固定されている。収差補償レンズは、液晶レンズによって生じる収差を補償する。固定液晶レンズ群、および、固定収差補償レンズ群は、同じ光軸上に配置される。
【０００６】
光学レンズモジュールにおいては、収差補償レンズは、一定の屈折率を有するレンズである。
【０００７】
光学レンズモジュールにおいては、固定液晶レンズ群は、ズームまたは合焦機能を提供しうる。
【０００８】
光学レンズモジュールにおいては、各固定液晶レンズ群は、液晶レンズに接続されて当該液晶レンズに可変電圧を供給することにより、液晶レンズの屈折率を変化させ、それによって、液晶レンズの焦点距離を変化させる可変電圧源をさらに有する。
【０００９】
光学レンズモジュールでは、液晶レンズは、第１の透明基板および第２の透明基板と、液晶と、透明球殻層と、２つの透明導電膜とを有する。第１の透明基板および第２の透明基板は、一定の間隔を空けて積層される。液晶は、第１の透明基板と第２の透明基板との間に密閉される。透明球殻層は、第１の透明基板の片面に載置される。２つの透明導電膜は、透明球殻層と、第２の透明基板とにそれぞれ接着される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付の図面は、本発明の理解を深めるのに役立つと共に、本願明細書の一部をなす。図面は、記載と共に本発明の複数の実施形態を示し、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における光学レンズモジュールの概略側面図であり、一点鎖線は、光学レンズモジュールの光軸を示す。
【００１２】
【図２】本発明の第１の実施形態における液晶レンズの概略側面図である。
【００１３】
【図３】電圧が供給される前（Ｖ＝０）の、本発明の第１の実施形態における液晶レンズの液晶の液晶分子配列を示す概略上面図である。
【００１４】
【図４】電圧が供給された後（Ｖ≠０）の、本発明の第１の実施形態における液晶レンズの液晶の液晶分子配列を示す概略上面図である。
【００１５】
【図５】異なる駆動電圧の下で市販の光学シュミレーションソフトウェアＤＩＭＯＳにより計算された液晶分子の偏向角分布を示す曲線図である（液晶レンズの焦点距離）。
【００１６】
【図６】本発明の第２の実施形態における光学レンズモジュールの概略側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明における本実施形態への詳細な説明がなされる。可能な限り、図面および説明中に用いられる同じ参照符号は、同じまたは同様の構成要素を指す。
【００１８】
［実施形態１］
【００１９】
図１および２を参照すると、図１は、本発明の第１の実施形態における光学レンズモジュールの概略側面図であり、一点鎖線は、光学レンズモジュールの光軸を示す。図２は、本発明の第１の実施形態における液晶レンズの概略側面図である。
【００２０】
図１に示すように、光学レンズモジュール７００は、支持フレーム７１０、２つの固定液晶レンズ群７２０、７２０、および、固定収差補償レンズ群７３０を備える。
【００２１】
支持フレーム７１０は、例えば図示されるように、固定液晶レンズ群７２０、および、固定収差補償レンズ群を固定し、光線を透過させることができるいかなる種類の支持フレームであってよく、前端面および後端面（すなわち、図では左端面および右端面）にそれぞれ１つの円形穴を有する矩形のケースである。各円形穴は、固定収差補償レンズ群７３０を配置するために用いられる。支持フレーム７１０は、単にブラケットであってもよい。
【００２２】
各固定液晶レンズ群７２０は、少なくとも１つ（例えば１つ）の液晶レンズ７２１を有し、支持フレーム７１０に固定されている。
【００２３】
固定収差補償レンズ群７３０は、少なくとも１つ（例えば２つ）の収差補償レンズ７３１、７３２を有し、支持フレーム７１０に固定されている。収差補償レンズ７３１、７３２は、一定の屈折率を有するレンズである。２つの収差補償レンズ７３１、７３２は、２つの液晶レンズ７２１、７２１によって生じた収差を補償するために用いられる。２つの固定液晶レンズ群７２０、７２０、および、固定収差補償レンズ群７３０は、同じ光軸上に配置される。図１では、２つの収差補償レンズ群が示されているが、２つの液晶レンズ７２１、７２１によって生じた収差を補償するために１つの収差補償レンズが用いられてもよい。
【００２４】
図２に示すように、各液晶レンズ７２１は、第１の透明基板７２１ａおよび第２の透明基板７２１ｂと、液晶７２１ｃと、透明球殻層７２１ｄと、２つの透明導電膜７２１ｅ１、７２１ｅ２と、可変電圧源７２１ｆとを有する。
【００２５】
第１の透明基板７２１ａおよび第２の透明基板７２１ｂは、平面プレート状であり、間隔ｄＬＣを空けて積層されている。液晶７２１ｃは、第１の透明基板７２１ａと第２の透明基板７２１ｂとの間に密閉されている。液晶７２１ｃの液晶分子は、異なる電界において異なる角度で偏向されてよい。
【００２６】
透明球殻層７２１ｄは、球殻状であり、第１の透明基板７２１ａの片面７２１ａ１上に載置される。
【００２７】
第１の透明基板７２１ａ、第２の透明基板７２１ｂ、および、透明球殻層７２１ｄは、例えば、ガラス、または、アクリル樹脂など、光線を透過させることができるいかなる材料で作製されてもよい。
【００２８】
２つの透明導電膜７２１ｅ１、７２１ｅ２は、透明球殻層７２１ｄと、第２の透明基板７２１ｂとにそれぞれ接着される。透明球殻層７２１ｄは、球殻状であり、第２の透明基板７２１ｂは、平面プレート状なので、２つの透明導電膜のうち７２１ｅ１は、球殻状になり、７２１ｅ２は、平面プレート状になる。透明導電膜７２１ｅ１および７２１ｅ２は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜など、光線を透過させることができるいかなる材料で作製されてもよい。
【００２９】
可変電圧源７２１ｆは、球状の透明導電膜７２１ｅ１と、平面状の透明導電膜７２１ｅ２とに接続される。可変電圧源７２１ｆは、２つの透明導電膜７２１ｅ１、７２１ｅ２を介して液晶７２１ｃに電界を印加してよく、液晶７２１に印加された電界は、球状透明導電膜７２１ｅ１および平面状透明導電膜７２１ｅ２を用いることにより、液晶レンズ７２１の中心から周辺部への勾配変化を伴い分布する。
【００３０】
透明球殻層７２１ｄは、透明導電膜７２１ｅ１の形状を決定するキャリアとして用いられる。透明球殻層７２１ｄは、透明導電膜７２１ｅ１と、透明導電膜７２１ｅ２との間で特定の分布の電界を生じさせられるような、例えば、球形などのいかなる形状を有してもよい。さらに、上記のように、特定の分布の電界は、液晶レンズ７２１の中心から周辺部への勾配変化を伴う分布を有する電界である。
【００３１】
本発明における液晶レンズ７２１の実験例では、液晶レンズ７２１の直径（Ｄ）は、６ｍｍであり、第1の透明基板７２１ａの厚み（ｄｇ）は、０．１１ｍｍであり、第1の透明基板７２１ａと第２の透明基板７２１ｂとの間隔（液晶層ｄＬＣの厚み）は、２５μｍである。採用した液晶７２１ｃは、Ｎｏ．ＬＣ  ＢＬ−０３８の液晶である。透明球殻層７２１ｄの高さ（ｄｓ）は、０．２６ｍｍである。可変電圧源７２１ｆの駆動電圧は、３５．４Ｖｒｍｓであり、その合焦範囲は、６６．２ｃｍ〜∞（無限大）である。
【００３２】
そして、駆動電圧が変化するにつれ発揮される液晶レンズ７２１の機能が示される。図３は、本発明の第１の実施形態における、液晶レンズに電圧が印加される前（Ｖ＝０）の液晶分子配列を示す概略上面図である。図４は、本発明の第１の実施形態における、液晶レンズに電圧が印加された後（Ｖ≠０）の液晶分子配列を示す上面図である。図５は、市販の光学シュミレーションソフトウェアＤＩＭＯＳによって計算された、液晶レンズの焦点距離が異なるごとに必要となる液晶分子の偏向角分布を示す曲線図である。
【００３３】
図２および３を参照すると、可変電圧源７２１ｆの電圧が０の場合、液晶７２１ｃに印加される電界は、０になるので、液晶７２１ｃの液晶分子は、偏向せず（偏向角θｃは、９０度になる）、したがって、液晶７２１ｃの屈折率の分布は、変化せず、つまり、液晶レンズ７２１の焦点距離は、変わらない、ということである。ただし、偏向角θは、液晶７２１ｃの液晶分子の主軸と、第２の透明基板７２１ｂが配置されるプレートの垂直方向との間に形成される角度である。図２および４を参照すると、可変電圧源７２１ｆが２つの透明導電膜７２１ｅ１および７２１ｅ２に電圧を供給すると、液晶レンズ７２１の中心から周辺部への勾配変化を伴う分布を有する電界が、透明導電膜７２１ｅ１と透明導電膜７２１ｅ２との間の液晶７２１ｃに印加され、それによって、液晶７２１ｃの液晶分子は、印加される異なる電界（位置）に従う異なる角度（異なる偏向角θｃ）だけ偏向する。したがって、液晶７２１ｃの屈折率分布は、液晶レンズ７２１の中心から周辺部への勾配変化を伴う分布に変化するので、特定の焦点距離を有するレンズの効果が得られる。さらに、透明導電膜７２１ｅ１および７２１ｅ２に印加される駆動電圧が変化するにつれ、液晶レンズ７２１の屈折率分布も変化しうるので、他の特定の焦点距離を有するレンズの効果が得られる。すなわち、液晶レンズは、駆動電圧を調整することにより、特定の焦点距離を有するレンズをシュミレーションすることができる。駆動電圧の変化につれて変化する焦点距離は、液晶レンズの焦点距離とも呼ばれる。
【００３４】
液晶レンズ７２１の液晶関連パラメータおよび構造関連パラメータに従い、光学シュミレーションソフトウェアＤＩＭＯＳは、液晶分子のさまざまな偏向角度の分布から、液晶レンズ７２１の焦点距離を算出する。
【００３５】
図５を参照すると、縦軸におけるθｃは、液晶分子の偏向角を示し、横軸におけるＲは、液晶分子とレンズの中心との間隔を表す。例えば、可変電圧源７２１ｆに印加される電圧は、Ｖ１（図示せず）であり、液晶分子の偏向角θｃの分布は、最も上の曲線である（黒太実線で示される）。このとき、液晶分子の偏向角θｃは、液晶レンズ７２１の円周（Ｒ＝−５ｍｍまたは５ｍｍ）では約３５度であり、Ｒ＝−３ｍｍまたは３ｍｍの位置では約６２度であり、中心点（Ｒ＝０ｍｍ）では、約９０であり、液晶レンズ７２１の焦点距離ｆは、１．５ｍ（ｆ１）である。可変電圧源７２１ｆに印加される電圧がＶ２（図示せず）である場合、液晶分子の偏向角θｃの分布は、中間の曲線の１つ（一点鎖線で示される）である。このとき、液晶分子の偏向角θｃは、液晶レンズ７２１の円周では約２０度であり、Ｒ＝−３ｍｍまたは３ｍｍの位置では約５７度であり、中心点では約９０度であり、液晶レンズ７２１の焦点距離ｆは、１．２ｍ（ｆ２）である。可変電圧源７２１ｆに印加される電圧がＶ３（図示せず）である場合、液晶分子の偏向角θｃの分布は、最も下の曲線（黒細実線で示される）である。このとき、液晶分子の偏向角θｃは、液晶レンズ７２１の円周では約０度であり、Ｒ＝−３ｍｍまたは３ｍｍの位置では約５４度であり、中心点では約９０度であり、液晶レンズ７２１の焦点距離ｆは、１．０５ｍ（ｆ３）である。したがって、液晶レンズ７２１の焦点距離（ｆ１、ｆ２、および、ｆ３）は、可変電圧源７２１ｆの駆動電圧（Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ３）を調整するだけで変えられる。
【００３６】
図１を参照すると、本発明における上記構造を有する光学レンズモジュール７００の機能が示されている。例えば、視認するとき、可変電圧源７２１ｆにより１つの固定液晶レンズ群７２０に駆動電圧が印加されるので、固定液晶レンズ群７２０の屈折率分布が変化し、それによって、固定液晶レンズ群７２０の焦点距離が変化し、見えている画像が拡大または縮小することによりズーム機能が得られる。固定液晶レンズ群７２０の焦点距離に従い視認し終わると、他の固定液晶レンズ群７２０の可変電圧源７２１ｆによって他の固定液晶レンズ群７２０に駆動電圧が印加されるので、他の固定液晶レンズ群７２０の屈折率の分布が変化し、それによって、他の固定液晶レンズ群７２０の焦点距離が変化し、目に映っている画像が鮮明になるので、合焦機能が得られる。
【００３７】
［実施例２］
【００３８】
上記実施形態では、２つの固定液晶レンズ群の例が示されており、そのうちの一方がズーム用に用いられ、もう一方が合焦用に用いられることにより、ズームおよび合焦機能を併せ持つ光学レンズモジュールが形成される。しかしながら、本発明はこれに限定されず、１つの固定液晶レンズ群のみを合焦機能用とし、合焦機能を有する光学レンズモジュールを形成してもよい。
【００３９】
図６は、本発明の光学レンズモジュールを形成する光学レンズモジュールの概略側面図である。図６における他の図面と同じ構成要素は、同じ参照番号が付され、繰り返し説明しない。
【００４０】
本発明の第２の実施形態における光学レンズモジュールは、合焦機能を有する光学レンズモジュールとして用いられる。本実施形態における光学レンズモジュール８００と、第１の実施形態における光学レンズモジュールとの相違は、固定液晶レンズ群が１つしか用いられないという点である。
【００４１】
１つの固定液晶レンズ群７２０は、支持フレーム８１０上に配置され、支持フレーム８１０の他の構造および機能は、第１の実施形態における支持フレーム７１０の構造および機能と同じであるので、繰り返し説明しない。
【００４２】
本発明の光学レンズモジュール構造は、可動部を全く有しない点が、例えば、可動レンズ群などの可動部を必要とする一般的な光学レンズモジュールと異なり、その結果、本発明の光学レンズモジュールの構造は簡易化され、節電型であり、組立てが簡単で、かさばらないので、光学レンズモジュールを薄く小さくすることに役立ち、ひいては、小型または携帯デバイスを薄く小さくすることに役立つ。
【００４３】
本発明の範囲または趣旨に逸脱せずに、本発明の構造にさまざまな修正および変更がなされうることが当業者には明らかであろう。上記に鑑み、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲に納まる限りにおいて、本発明は、本発明の修正および変更を含むことが意図される。
【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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【外国語明細書】
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