(57)【要約】【課題】引き出し配線の領域における液晶の配向を安定させ、所望の光学特性を得ることを可能とする液晶レンズを提供する。【解決手段】本発明の液晶レンズ１０は、２枚の透明基板５５、５６がシール５３を介して貼り合わされ、シール５３の内側に負の誘電率異方性を持つ液晶５０が充填されている。透明基板５５には共通電極としてパターン電極６０が形成され、透明基板５６には、複数の輪帯パターン電極３０と、各輪帯パターン電極３０からの引き出し配線３５とからなるパターン電極５８が形成されている。パターン電極５８、６０の上には、液晶５０を配向させるための配向膜５２が形成されている。本発明の液晶レンズ１０は、液晶５０の電圧印加時の配向方向２０と引き出し配線３５の並ぶ方向２５とが、略直交している。これにより、電圧を印加した際の液晶５０の配向乱れによる散乱光の発生を抑え、光学特性を向上させることが可能となる。【選択図】図１
2009175211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板に設けられ、同心円状に配置された複数の輪帯電極と、第２の透明基板に設けられた共通電極とで、負の誘電率異方性を持つ液晶層を挟持し、前記第１の透明基板に前記各輪帯電極に電圧を印加する引き出し配線が並んで配設された液晶レンズにおいて、
前記各引き出し配線の並んだ方向と、前記液晶層の電圧印加時の配向方向とが、略直交する
ことを特徴とする液晶レンズ。
【請求項２】
前記各輪帯電極は一部が開口された開口部を有し、
前記各輪帯電極の内側に位置する輪帯電極に電圧を印加する引き出し配線が、前記開口部を通って配設され、
前記開口部において、前記輪帯電極と前記引き出し配線との並んだ方向と、前記液晶層の電圧印加時の配向方向とが、略直交する
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
２つの前記液晶層の配向方向が互いに直交するように、前記液晶層および前記各透明基板が重ね合わされた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記第１の透明基板の両面に、前記各輪帯電極が設けられ、
前記各引き出し配線と接続した電極端子が並んで配設された電極端子群を、前記第１の透明基板の両面の互いに重なる位置にそれぞれ有し、
前記各輪帯電極の中心より、前記第１の透明基板の第１の面で前記引き出し配線が配設された方向と、前記第１の透明基板の第２の面で前記引き出し配線が配設された方向とに対して、略４５度をなす位置に、前記各電極端子群の中心が位置する
ことを特徴とする請求項３に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記第１の透明基板の両面に、互いに同一構成の前記輪帯電極が設けられ、
前記第１の透明基板の第１の面と第２の面とは、同一構成の前記輪帯電極の前記引き出し配線が、同一順序で配設された
ことを特徴とする請求項４に記載の液晶レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系、投影光学系などにおいて焦点距離の調整用に用いられる液晶レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学系の焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点機構として、レンズを移動させることにより焦点を合わせる方式が広く用いられている。しかし、この方式では、レンズ駆動機構が必要であるため、機構が複雑になるという欠点や、レンズ駆動用モータに比較的多くの電力を要するという欠点がある。また、一般に耐衝撃性が低いという欠点もある。そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点機構として、液晶レンズの屈折率を変化させることにより焦点を合わせる方式が提案された。この液晶レンズを用いた方式は、駆動電圧を変化させることによって液晶レンズの屈折率分布を変化させて、可変焦点レンズとして機能させる方式である。
【０００３】
液晶レンズは、２枚の透明基板を重ねて構成される。透明基板には、所望の屈折率分布を得るために液晶を駆動する電極として、透明電極がパターニングされている。この透明電極として、輪帯状にパターニングされた電極を備える液晶レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、特許文献１に記載された液晶レンズの輪帯パターン電極の構成を示す説明図である。図７に示すように、特許文献１に記載された液晶レンズは、中心部からの距離に応じて異なる幅に形成され、同心円状に配置された複数の輪帯パターン電極３０と、各輪帯パターン電極に所望の電圧を印加する引き出し配線３５とを有するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５―３０２２４８号公報（第７−８頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来の液晶レンズでは、次のような問題がある。特許文献１に記載された従来の液晶レンズは、引き出し配線が並んで配設された箇所において、引き出し配線のギャップ領域における液晶の配向が乱れる。液晶が負の誘電率異方性を持つ場合は、特に、図７に示すように、符号２５で示す引き出し配線３５の並ぶ方向と、符号２０で示す電圧印加時の液晶の配向方向（電圧印加時に液晶分子の長軸が向く方向）とが略同一（平行）となる構成で、引き出し配線のギャップ領域における液晶の配向乱れが大きい。この現象について、図８及び図９を用いて詳細に説明する。
【０００７】
図８及び図９は、従来の液晶レンズの引き出し配線のギャップ領域における、電圧分布および液晶の配向状態のシミュレーション結果を示す説明図である。図８は断面図であり、図９は平面図である。
透明基板８１と透明基板８２との間には、負の誘電率異方性を持つ液晶分子８０からなる液晶が充填されている。また、透明基板８１には、分割されていない一様な電極、いわゆるベタ電極で、共通電極である透明電極８３が形成され、透明基板８２には、引き出し配線である透明電極８４ａ、８４ｂが、所定の間隔を有して形成されている。
【０００８】
図８（ａ）及び図９（ａ）は、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に、電圧を印加していない状態、または同一の電圧を印加して電圧差を生じさせていない状態を示す。また、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間
に８．４Ｖの電圧を印加した際の状態を示す。図８（ｂ）で透明基板８１と透明基板８２の間に示されている曲線は等電位曲線８６であり、１区間で０．４Ｖの電位差を示している。
図８及び図９においては、液晶層の厚みは１８μｍと設定し、液晶層の厚みに対して透明電極の厚みは１７ｎｍと非常に薄いことから、透明電極の厚みは０とみなしてシミュレーションを行っている。また図８においては、図面表示上の問題から、透明電極は厚く、透明基板は薄く表しており、実際のアスペクト比とは大きく異なっている。
【０００９】
図８（ａ）及び図９（ａ）に示す、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に電圧を印加しない状態、または同一の電圧を印加して電圧差を生じさせていない状態では、図示しない配向膜により、液晶分子８０の長軸は、透明基板８１、透明基板８２に対してほぼ垂直方向に一様に並んでいる。
ここで、電圧印加時に液晶分子８０が倒れる方向を規定するため、電圧無印加時の液晶分子８０の長軸方向が透明基板８１、８２と所定のプレチルト角をなして傾くように、図示しない配向膜にはラビング等の配向処理が施されている。図８（ａ）及び図９（ａ）に示す例では、引き出し配線である透明電極８４ａ、８４ｂの並んでいる方向に液晶分子８０が傾くように、配向処理が施されている。
【００１０】
また図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に電圧が印加された状態では、液晶分子８０は、誘電率異方性により、液晶層に形成される電界に応じて向きを変える。図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す例では、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂにより、透明基板８１、８２の垂直方向の電界（縦電界）が液晶層に形成される。
このため、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に電圧が印加されると、負の誘電率異方性を持つ液晶分子８０は、長軸方向が、透明基板８１、８２と平行で且つラビング等により配向処理された方向（透明電極８４ａ、８４ｂの並んでいる方向）となるように向きを変える。
【００１１】
しかし、図８（ｂ）の等電位曲線８６に示すように、透明電極８４ａ、８４ｂが形成された領域と、透明電極８４ａ、８４ｂのギャップ領域では、電圧の分布が一様とならない。すなわち、透明電極８４ａ、８４ｂの領域からギャップ領域に行くに従って、電圧の降下が起きており、特に透明電極８４、８４ｂの端部近傍で、急激な電圧降下が生じている。すなわち、この急激な電圧降下により、透明電極８４ａ、８４ｂの端部近傍では、それぞれギャップ領域の中心に向けて横電界が発生している。この横電界により、液晶分子８０の長軸方向が配向処理方向からずれる領域が生じ、局所的に液晶の配向が乱れた状態となる。
従来の液晶レンズでは、このような液晶の配向乱れにより、散乱光が生じてフレアが発生する等、光学特性が劣化してしまう問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、液晶レンズの引き出し配線間のギャップ領域における液晶の配向を安定させて、散乱光の発生を抑え、所望の光学特性を得ることを可能とする液晶レンズ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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の液晶レンズは下記記載の構成を採用するものである。
【００１４】
本発明の液晶レンズは、第１の透明基板に設けられ、同心円状に配置された複数の輪帯電極と、第２の透明基板に設けられた共通電極とで、負の誘電率異方性を持つ液晶層を挟持し、第１の透明基板に各輪帯電極に電圧を印加する引き出し配線が並んで配設された液
晶レンズにおいて、各引き出し配線の並んだ方向と、液晶層の電圧印加時の配向方向とが、略直交することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の液晶レンズは、各輪帯電極は一部が開口された開口部を有し、各輪帯電極の内側に位置する輪帯電極に電圧を印加する引き出し配線が、開口部を通って配設され、開口部において、輪帯電極と前記引き出し配線との並んだ方向と、液晶層の電圧印加時の配向方向とが、略直交することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の液晶レンズは、２つの液晶層の配向方向が互いに直交するように、液晶層および各透明基板が重ね合わされたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の液晶レンズは、第１の透明基板の両面に、各輪帯電極が設けられ、各引き出し配線と接続した電極端子が並んで配設された電極端子群を、第１の透明基板の両面の互いに重なる位置にそれぞれ有し、各輪帯電極の中心より、第１の透明基板の第１の面で引き出し配線が配設された方向と、第１の透明基板の第２の面で引き出し配線が配設された方向とに対して、略４５度をなす位置に、各電極端子群の中心が位置することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の液晶レンズは、第１の透明基板の両面に、互いに同一構成の輪帯電極が設けられ、第１の透明基板の第１の面と第２の面とは、同一構成の輪帯電極の引き出し配線が、同一順序で配設されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の液晶レンズでは、負の誘電率異方性を持つ液晶の電圧印加時の配向方向と、引き出し配線の並ぶ方向とが略直交している。これにより、電圧を印加した状態における液晶分子の誘電率の大きい方向（電圧を印加した際に電気力線に沿って向く方向）と、液晶層に電圧を印加した際のそれぞれの箇所の横電界の方向とが、略等しくなり、液晶に電圧が印加された際の横電界による液晶の配向乱れを防ぐことができる。よって、本発明の液晶レンズでは、引き出し配線の領域における液晶の配向乱れによる散乱光の発生を抑え、光学特性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる液晶レンズの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の実施例１の液晶レンズについて説明する。図１は、実施例１の液晶レンズ１０の構成を示す説明図である。図１（ａ）は本発明の液晶レンズの断面図であり、図１（ｂ）は液晶レンズの輪帯パターン電極および引き出し配線の平面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、実施例１の液晶レンズ１０は、２枚の透明基板５５、５６が、内側面に形成されたパターン電極５８、パターン電極６０が対向するようにシール５３を介して貼り合わされた構成を有する。シール５３は、セルギャップを決めるスペーサ５４が混入されており、透明基板５５、５６の外縁部に設けられている。シール５３の内側には、液晶５０が充填されている。この液晶５０は、一般的な所謂一軸対称性を持つ棒状の液晶分子で、液晶分子の長軸方向の誘電率ε‖から長軸と直角方向の誘電率ε⊥を引いた誘電率異方性Δεが負となる、ネガ型液晶である。
【００２３】
透明基板５５には、共通電極としてパターン電極６０が形成され、透明基板５６には、パターン電極５８が形成されている。図１（ｂ）に示すように、透明基板５６のパターン
電極５８は、中心部からの距離に応じて異なる幅に形成され、液晶レンズ１０の有効径４０の領域で同心円状に配置された複数の輪帯パターン電極３０と、輪帯パターン電極３０からの引き出し配線３５とを含んでいる。
各輪帯パターン電極３０は、所定の電極間ギャップ（例えば、１．５μｍ）だけ離して形成されている。この輪帯パターン間ギャップ領域において液晶に印加される電圧の降下を防ぐために、輪帯パターン電極間ギャップは出来るだけ狭いことが好ましい。
【００２４】
引き出し配線３５は、各輪帯パターン電極３０の一部が開口された開口部を通って配設され、各輪帯パターン電極３０と図示しない電極端子とを、１対１の対応で繋ぐ。この構成により、各輪帯パターン電極３０に対して任意の電圧を独立に印加することができる。これは独立輪帯方式と呼ばれるものであり、以後の説明は、便宜上、この独立輪帯方式を用いて行う。また本発明は、図１に示す輪帯パターン電極３０及び引き出し配線３５の本数に限定されるものではない。
【００２５】
パターン電極５８及びパターン電極６０の上には、液晶５０を垂直配向させるための配向膜５２が形成されている。この配向膜５２には、電圧印加時の液晶層の配向方向（電圧印加時の液晶分子の長軸方向）が図１（ｂ）の符号２０で示す方向となるように、ラビング等の配向処理が施されている。配向膜５２は、シール５３に重なる位置まで形成されており、シール５３の際まで液晶５０を配向させている。
このような構成を備え、共通電極と輪帯パターン電極３０との間の電位差によって液晶分子を駆動させ、有効径４０内に液晶５０の屈折率分布を形成することで、液晶レンズ１０はレンズの効果を持つ。
【００２６】
実施例１の液晶レンズ１０は、図１（ｂ）に示すように、液晶の電圧印加時の配向方向２０と、引き出し配線３５の並ぶ方向２５とが、略直交している。このように、電圧印加時に、誘電率異方性Δεが負の液晶の長軸が向く方向と、引き出し配線の並ぶ方向とが略直交の構成における、引き出し配線のギャップ領域での液晶の配向状態について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２７】
図２及び図３は、実施例１の液晶レンズ１０の引き出し配線のギャップ領域における、電圧分布および液晶の配向状態のシミュレーション結果を示す説明図である。図２は断面図であり、図３は平面図である。
透明基板８１と透明基板８２との間には、負の誘電率異方性を持つ液晶分子８０からなる液晶が充填されている。透明基板８１には、分割されていない一様な電極、いわゆるベタ電極で、共通電極である透明電極８３が形成され、透明基板８２には、引き出し配線である透明電極８４ａ、８４ｂが、所定の間隔を有して形成されている。
【００２８】
図２（ａ）及び図３（ａ）は、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に、電圧を印加していない状態、または同一の電圧を印加して電圧差を生じさせていない状態を示す。図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に８．４Ｖの電圧を印加した際の状態を示す。図２（ｂ）で透明基板８１と透明基板８２の間に示されている曲線は等電位曲線８６であり、１区間で０．４Ｖの電位差を示している。
図２及び図３においては、液晶層の厚みは１８μｍと設定し、液晶層の厚みに対して透明電極の厚みは１７ｎｍと非常に薄いことから、透明電極の厚みは０とみなし、透明電極８４ａと透明電極８４ｂとのギャップを３．０μｍとしてシミュレーションを行った。また図２においては、図面表示上の問題から、透明電極は厚く、透明基板は薄く表しており、実際のアスペクト比とは大きく異なっている。
【００２９】
図２（ａ）及び図３（ａ）に示す、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に電圧を印加しない状態、または同一の電圧を印加して電圧差を生じさせていない状態では、
図示しない配向膜により、液晶分子８０の長軸は、透明基板８１、透明基板８２に対してほぼ垂直方向に一様に並んでいる。
ここで、電圧印加時に液晶分子８０の倒れる方向を規定するため、液晶分子８０の長軸方向が透明基板８１、８２と所定のプレチルト角をなして傾くように、図示しない配向膜にラビング等の配向処理が施されている。図２（ａ）及び図３（ａ）に示す例では、引き出し配線である透明電極８４ａ、８４ｂの並んでいる方向と略直交する方向（引き出し配線である透明電極８４ａ、８４ｂの伸びる方向）に液晶分子８０が傾くように、配向処理が施されている。
【００３０】
図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示す、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に電圧が印加された状態では、透明基板８１、８２に対して垂直方向の電界（縦電界）が液晶層に形成される。このため、透明電極８３と透明電極８４ａ、８４ｂとの間に電圧が印加されると、負の誘電率異方性を持つ液晶分子８０は、長軸方向が、透明基板８１、８２と平行で、且つラビング等により配向処理された方向（透明電極８４ａ、８４ｂの並んでいる方向と略直交する方向）となるように向きを変える。
【００３１】
ここで、図２（ｂ）の等電位曲線８６に示すように、透明電極８４ａ、８４ｂが形成された領域と透明電極８４ａ、８４ｂのギャップ領域では、電圧の分布が一様とならず、透明電極８４ａ、８４ｂの領域からギャップ領域に行くに従って、電圧が降下する。特に、透明電極８４ａ、８４ｂの端部近傍で急激な電圧降下が生じ、これによりギャップ領域の中心に向けて横電界が発生している。
【００３２】
実施例１の液晶レンズ１０では、図２及び図３に示すように、液晶層に電圧を印加した状態で液晶分子８０の長軸が向く方向（電圧印加時の液晶層の配向方向）と、液晶層に電圧を印加した際に異なる電圧の分布が生じる方向（引き出し配線の並ぶ方向）と、が略直交している。すなわち、液晶層に電圧を印加した状態における液晶分子８０の誘電率の大きい方向（電圧を印加した際に電気力線に沿って向く方向）と、電圧印加によるそれぞれの箇所の横電界の方向とが、略同一となる。
これにより、液晶層に電圧を印加した際に、場所によって、液晶分子８０の長軸方向が大きく異なることを抑えることができる。よって、本発明の液晶レンズ１０では、液晶層に電圧を印加した際の、引き出し配線領域の液晶の配向を安定させて散乱光の発生を抑え、光学特性を向上させることが可能となる。
【００３３】
図２及び図３では、透明電極８４ａと透明電極８４ｂとに同一の電圧が印加される例を示したが、本発明は、透明電極８４ａと透明電極８４ｂとに異なる電圧が印加される構成においても同様に適用可能である。
【００３４】
図４は、輪帯パターン電極３０の開口部近傍の拡大図である。図４に示すように、実施例１の液晶レンズ１０では、輪帯パターン電極３０の開口部において、輪帯パターン電極３０ならびに引き出し配線３５との並んだ方向２５と、電圧印加時の液晶層の配向方向２０とが略直交している。これにより、輪帯パターン電極３０の端部３３と引き出し配線３５とのギャップ領域３９においても、図２及び図３で説明した、引き出し配線３５どうしのギャップ領域と同様に、液晶層に電圧を印加した際に、場所によって、横電界により液晶分子８０の長軸方向が大きく異なることを抑えることができる。
よって、実施例１の液晶レンズ１０では、液晶層に電圧を印加した際の、引き出し配線３５と輪帯パターン電極３０のギャップ領域の液晶の配向を安定させて散乱光の発生を抑え、光学特性を更に向上させることが可能となる。
【００３５】
ここで、引き出し配線３５の並ぶ方向と液晶の電圧印加時の配向方向とが略直交するように形成させたとしても、対向する共通電極であるパターン電極６０を、パターン電極５
８よりも小さい領域で形成させた場合には、電圧印加時に、横電界の発生によって共通電極が形成されていない領域での液晶分子の配向が乱れてしまう。このため、図１に示すように、共通電極であるパターン電極６０は、少なくとも有効径４０以上の大きさを有し、分割されていない一様な電極、いわゆるベタ電極を含んで形成することが望ましい。
パターン電極６０を、有効径４０内で分割された電極を含んで形成する場合においては、分割された電極の並ぶ方向と液晶の電圧印加時の配向方向とが略直交となるように形成することが望ましい。これにより、分割された電極のギャップ領域における液晶の配向乱れを抑えることが可能となる。
【実施例２】
【００３６】
次に、本発明の実施例２の液晶レンズについて説明する。実施例２の液晶レンズは、電圧印加時の配向方向が互いに直交する方向に配向処理された２層の液晶層を備える。２層の液晶層を、それぞれＰ偏光、Ｓ偏光の変調素子として機能させることで、実施例１の１層の液晶層の液晶レンズと比較して、偏光子を必要としないため、光量の多い液晶レンズとして機能させることができる。
図５は実施例２の液晶レンズ１１の構成を示す説明図である。図５（ａ）は実施例２の液晶レンズ１１の断面図である。図５（ｂ）は後述する透明基板５６の一方の面に設けられたパターン電極５８の平面図であり、図５（ｃ）は透明基板５６の他方の面に設けられたパターン電極５９の平面図である。
【００３７】
図５（ａ）に示すように、実施例２の液晶レンズ１１は、３枚の透明基板５５〜５７が、それぞれの面に形成されたパターン電極が対向するようにシール５３を介して貼り合わされた構成を有する。シール５３は、セルギャップを決めるスペーサ５４が混入されており、透明基板５５〜５７の外縁部に設けられている。透明基板５５と透明基板５６との間のシール５３の内側には、誘電率異方性Δεが負であるネガ型液晶の液晶５０が充填されている。透明基板５６と透明基板５７との間のシール５３の内側には、同じくネガ型液晶の液晶５１が充填されている。ここで液晶５０、５１は、それぞれ第１及び第２の液晶層の一例である。
【００３８】
透明基板５５には、共通電極としてパターン電極６０が形成されている。透明基板５６の透明基板５５と向かい合う面にはパターン電極５８が形成され、透明基板５７と向かい合う面にはパターン電極５９が形成されている。透明基板５７には共通電極としてパターン電極６１が形成されている。
図６（ａ）は、透明基板５６の透明基板５５と向かい合う面に設けられたパターン電極５８と電極端子６５とを示す平面図である。図６（ｂ）は、透明基板５６の透明基板５７と向かい合う面に設けられたパターン電極５９と電極端子６６とを、パターン電極５８が設けられた面から見た透視平面図である。
【００３９】
図５及び図６に示すように、透明基板５６のパターン電極５８は、それぞれ中心部からの距離に応じて異なる幅に形成され、液晶レンズ１１の有効径４０の領域で同心円状に配置された複数の輪帯パターン電極３１と、輪帯パターン電極３１からの引き出し配線３６とを含んでいる。同様に、パターン電極５９は、有効径４０の領域で同心円状に配置された複数の輪帯パターン電極３２と、輪帯パターン電極３２からの引き出し配線３７とを含んでいる。
ここで、輪帯パターン電極３１と輪帯パターン電極３２とは、透明基板５６のそれぞれの面において、互いの中心が重なる位置に形成されている。また、引き出し配線３６と引き出し配線３７とは、透明基板５６のそれぞれの面に互いに直交する向きで形成されている。電極端子６５、６６は、図６に示すように、例えば透明基板５６の端辺に並んで形成される。
【００４０】
引き出し配線３６は、各輪帯パターン電極３１の一部が開口された開口部を通って配設され、図６（ａ）に示すように、各輪帯パターン電極３１と電極端子６５とを１対１の対応で繋ぐ。同様に、引き出し配線３７は、各輪帯パターン電極３２の一部が開口された開口部を通って配設され、図６（ｂ）に示すように、各輪帯パターン電極３２と電極端子６６とを１対１の対応で繋ぐ。この構成により、各輪帯パターン電極３１、３２に対して任意の電圧を独立に印加することができる。
【００４１】
各透明基板のパターン電極の上には、液晶５０、５１を配向させるための配向膜５２がラビング等の配向処理を施されて形成されている。
透明基板５５と透明基板５６とで挟持された液晶５０は、配向膜５２によって、電圧無印加時は透明基板５５と透明基板５６に対して、長軸の方向が略垂直をなすように配向する。また、液晶５０は、電圧印加時は、長軸の向きが図５（ｂ）及び図６（ａ）の符号２１で示す方向となるように配向する。透明基板５５と透明基板５６とで挟持された液晶５１は、配向膜５２によって、電圧無印加時は透明基板５６と透明基板５７に対して、長軸の方向が略垂直をなすように配向する。また、液晶５１は、電圧印加時は、長軸の向きが図５（ｃ）及び図６（ｂ）の符号２２で示す方向となるように配向する。この符号２１で示す方向と符号２２で示す方向とは互いに直交する。
共通電極と各輪帯パターン電極３０との間の電位差によって液晶分子を駆動させ、有効径４０内に液晶５０、５１の屈折率分布を形成することで、液晶レンズ１１にレンズの効果を持たせる。
【００４２】
実施例２の液晶レンズ１１は、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示すように、透明基板５５と透明基板５６とで挟持された液晶５０の電圧印加時の配向方向２１と、透明基板５６の透明基板５５と向かい合う面に設けられた引き出し配線３６の並ぶ方向２６とが、略直交している。また、図５（ｃ）及び図６（ｂ）に示すように、透明基板５６と透明基板５７とで挟持された液晶５１の電圧印加時の配向方向２２と、透明基板５６の透明基板５７と向かい合う面に設けられた引き出し配線３７の並ぶ方向２７とが、略直交している。
これにより、図２及び図３を用いて説明した実施例１と同様に、液晶層に電圧を印加した際に、場所によって、液晶分子の長軸方向が大きく異なることを抑えることができる。よって、本発明の液晶レンズ１１では、液晶層に電圧を印加した際の、引き出し配線領域の液晶の配向を安定させて散乱光の発生を抑え、光学特性を向上させることが可能となる。
【００４３】
また実施例２の液晶レンズ１１は、実施例１と同様に、各輪帯パターン電極の開口部において、輪帯パターン電極ならびに引き出し配線との並んだ方向と、液晶の電圧印加時の配向方向とが略直交している。これにより、輪帯パターン電極の端部と引き出し配線とのギャップ領域においても、液晶層に電圧を印加した際に、場所によって、横電界により液晶分子の長軸方向が大きく異なることを抑えることができる。
よって、実施例２の液晶レンズ１１では、液晶層に電圧を印加した際の、引き出し配線と輪帯パターン電極のギャップ領域の液晶の配向を安定させて散乱光の発生を抑え、光学特性を更に向上させることが可能となる。
【００４４】
また実施例２の液晶レンズ１１においても、横電界の発生による液晶分子の配向乱れを防ぐために、図５に示すように、共通電極であるパターン電極６０、６１は、少なくとも有効径４０以上の大きさを有し、分割されていない一様な電極、いわゆるベタ電極を含んで形成することが望ましい。パターン電極６０、６１を、有効径４０内で分割された電極を含んで形成する場合においては、分割された電極の並ぶ方向と液晶の電圧印加時の配向方向とが略直交となるように形成することが望ましい。
【００４５】
また図６に示すように、実施例２の液晶レンズ１１は、輪帯パターン電極３１、３２の
中心位置からみて、引き出し配線３６が配設された方向と引き出し配線３７が配設された方向とに対して、略４５度をなす位置に、電極端子６５からなる端子群と電極端子６６からなる端子群のそれぞれの中心が位置する。透明基板５６の一方の面と他方の面とで、同一構成の輪帯パターン電極の引き出し配線を、輪帯パターン電極の中心を軸とした回転方向に、同一の順序で配設することにより、同一構成の輪帯パターン電極の引き出し配線が接続された電極端子を、透明基板５６の一方の面と他方の面の互いに重なる位置に形成することが可能となる。これにより、それぞれの面の電極端子に接続したＦＰＣ（Flexible
Printed Circuit）基板どうしを貼りあわせて、同一の電圧が印加される配線どうしを導通させることが容易となる。
【００４６】
また、透明基板５６のそれぞれの面に形成された輪帯パターン電極３１と輪帯パターン電極３２とを同一の構成とし、同一構成の輪帯パターン電極の引き出し配線を、透明基板５６の一方の面と他方の面とで、輪帯パターン電極の中心を軸とした回転方向に、逆の順序で配設することにより、それぞれの面の引き出し配線を略同じ長さで配線して配線抵抗を略同じにすることが、非常に容易となる。
【００４７】
図５及び図６においては、透明基板５６のそれぞれの面に、輪帯パターン電極３１、３２及び引き出し配線３６、３７が形成された例を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、輪帯パターン電極３１及び引き出し配線３６が透明基板５５に形成され、輪帯パターン電極３２及び引き出し配線３７が透明基板５５に形成されるとしても良い。
【００４８】
上述したように、本発明の液晶レンズは、負の誘電率異方性を持つ液晶の電圧印加時の配向方向と、引き出し配線の並ぶ方向とが略直交している。これにより、液晶層に電圧を印加した際に、場所によって、液晶分子の長軸方向が大きく異なることを抑えることができ、液晶の配向乱れを防ぐことができる。よって、本発明の液晶レンズは、引き出し配線の領域における液晶の配向乱れによる散乱光の発生を抑え、光学特性を向上させることが可能となる。
本発明は、独立輪帯方式といった引き出し配線の領域が広い方式の液晶レンズにおいて、特に有効である。
【００４９】
上述した実施の形態においては、液晶の配向処理の例として、配向膜へのラビングを用いて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、配向膜への光照射、斜方蒸着による配向膜の形成、透明基板上に構造物を設ける等の他の配向処理であっても適用可能である。
【００５０】
また、上述した実施の形態においては、説明の関係上、ネガ型液晶の例として、液晶分子の長軸と直角の方向に高い誘電率を有する場合について説明を行ったが、本発明は、これに限定されるものではない。液晶分子の誘電率の高い方向が、長軸と直角の方向以外であっても、液晶分子の誘電率の高い方向と引き出し配線による横電界方向とが平行となるように、電圧印加時の液晶の配向方向を設定することにより、液晶層に電圧を印加した際に、場所によって、横電界により液晶分子の長軸方向が大きく異なることを抑えることができる。これにより、液晶層に電圧を印加した際の液晶の配向を安定させて散乱光の発生を抑え、光学特性を向上させることが可能となる。
【００５１】
また、上述した本発明の実施の形態においては、垂直配向（ホメオトロピック配向）を例として説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、負の誘電率異方性を持つ液晶であれば、ベンド配向、スプレイ配向、ハイブリッド配向などの他の配向方式にも適用可能である。さらに本発明は、輪帯パターン電極の構成・本数・設計方法、液晶材料の種類、層数等に依らないので、液晶レンズに広く適用可能である。
【００５２】
また、ナノインプリント、レーザー加工などにより形成されたフレネルレンズ形状を有する透明基板を備え、透明基板上のパターン電極で液晶に電圧を印加する液晶レンズにおいても、パターン電極として引き出し配線を有する構成であれば、同様に本発明は適用可能である。
【００５３】
本発明の液晶レンズは、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニターなどに用いられるカメラなどの撮像光学系に広く適用可能である。さらに本発明の液晶レンズは、撮像光学系のみならず、プロジェクタ、レーザーポインタなどの投影光学系に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の液晶レンズの構成を示す断面図および平面図である（実施例１）。
【図２】本発明の液晶レンズの引き出し配線のギャップ領域における、電圧分布および液晶分子の配向状態のシミュレーション結果を示す断面図である。
【図３】本発明の液晶レンズの引き出し配線のギャップ領域における、電圧分布および液晶分子の配向状態のシミュレーション結果を示す平面図である。
【図４】本発明の液晶レンズの輪帯パターン電極の開口部近傍の拡大図である。
【図５】本発明の液晶レンズの構成を示す断面図および平面図である（実施例２）。
【図６】本発明の液晶レンズのパターン電極および電極端子の構成を示す平面図である（実施例２）。
【図７】従来の液晶レンズのパターン電極の構成を示す平面図である。
【図８】従来の液晶レンズの引き出し配線のギャップ領域における、電圧分布および液晶分子の配向状態のシミュレーション結果を示す断面図である。
【図９】従来の液晶レンズの引き出し配線のギャップ領域における、電圧分布および液晶分子の配向状態のシミュレーション結果を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１１  液晶レンズ
２０〜２２  液晶の電圧印加時の配向方向
２５〜２７  引き出し配線の並ぶ方向
３０〜３２  輪帯パターン電極
３３  輪帯パターン電極の端部
３５〜３７  引き出し配線
３９  輪帯パターン電極の端部と引き出し配線とのギャップ領域
４０  有効径
５０、５１  液晶
５２  配向膜
５３  シール
５４  スペーサ
５５〜５７  透明基板
５８〜６１  パターン電極
６５、６６  電極端子
８０  液晶分子
８１、８２  透明基板
８３、８４ａ〜８４ｃ  透明電極
８６  等電位曲線
【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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【図９】
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