液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズ
【課題】適切に液晶の屈折率を把握することによって、所望のレンズパワーを有する光学構造体の形状を決定することが可能な液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズを提供する。
【解決手段】フレネルレンズ構造（１１６）が配置された透明基板間に配置された液晶層（１３０）と、液晶層に電圧を印加するための透明電極（１１５、１２５）を有する液晶フレネルレンズ（１００）の製造方法であって、電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における液晶層の第１の平均屈折率を求め、フレネルレンズ構造の屈折率が第１の平均屈折率となるように材料を決定し、電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における液晶層の第２の平均屈折率を求め、第１及び第２の平均屈折率に基づいてフレネルレンズ構造の形状を決定するステップを有することを特徴とする液晶フレネルレンズの製造方法、及びそのような液晶フレネルレンズ。
【解決手段】フレネルレンズ構造（１１６）が配置された透明基板間に配置された液晶層（１３０）と、液晶層に電圧を印加するための透明電極（１１５、１２５）を有する液晶フレネルレンズ（１００）の製造方法であって、電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における液晶層の第１の平均屈折率を求め、フレネルレンズ構造の屈折率が第１の平均屈折率となるように材料を決定し、電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における液晶層の第２の平均屈折率を求め、第１及び第２の平均屈折率に基づいてフレネルレンズ構造の形状を決定するステップを有することを特徴とする液晶フレネルレンズの製造方法、及びそのような液晶フレネルレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズの製造方法及び液晶フレネルレンズに関し、特に、眼鏡フレームに装着して眼鏡用レンズ等として利用することが可能な液晶レンズの製造方法及び液晶フレネルレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の電圧を印加することによって着色された色が消える着消色機構を有するレンズを、眼鏡フレームに組み込み、眼鏡フレーム内に別途配置された電源と接続させる構造を有する眼鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＣＤとＤＶＤといった異なる厚みを有するディスクに対して信号の読み書きを１つの光ヘッドで行う場合に、基板にレンズ形状を形成することによって焦点距離が変更可能な液晶レンズを利用することが知られている（例えば、特許文献２参照）。前記光ヘッドでは、液晶レンズがオフ状態（電圧を印加しない状態）では、液晶レンズの基板の屈折率と液晶の屈折率が等しいので光は屈折せずにほぼ直進し、液晶レンズがオン状態（電圧が印加された状態）では、液晶レンズの基板の屈折率と液晶の屈折率が一致しないことから光は屈折し、液晶レンズは凹レンズとして機能する。
【０００４】
ここで、液晶レンズの基板の屈折率は、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間に設定され、液晶レンズがオン状態の場合の液晶の屈折率は常光屈折率と同じになるとされている。また、液晶レンズがオフ状態の場合、液晶レンズでは各基板付近では液晶分子が基板とほぼ平行になるように配向されている９０°ツイストネマチック液晶を利用していることから、ねじれた液晶の屈折率は、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間値にほぼ等しいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平３−３５５２３号公報（図１、図３）
【特許文献２】特開平１０−１２４９１０（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光学構造体を有する液晶レンズでは、液晶へ電圧を印加した場合には（又は印加しない場合）、光学構造体がレンズパワーを有しないように設定され（光学構造体の屈折率と液晶の屈折率がほぼ等しい状態）、液晶へ電圧を印加しない場合（又は印加した場合）には、光学構造体の屈折率と液晶の屈折率との屈折率差によって、光学構造体が所定のレンズパワーを生じるように設定される。
【０００７】
したがって、求められるレンズパワー、印加可能な電圧、液晶の特性等を考慮した上で、電圧の印加によって変更される液晶の屈折率に対応して、適切な光学構造体の材質（即ち、屈折率）及び形状を定める必要がある。
【０００８】
前述した特許文献２では、レンズ形状が形成された基板の屈折率を液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間に設定している。これは、特許文献２において、液晶レンズに電圧が印加されない場合の液晶の屈折率が、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間に等しいと予測しているからと考えられる。
【０００９】
しかしながら、液晶が封止される基板に光学構造体が形成されていると、液晶分子が配向される面は、必ずしも平坦な状態ではない。また、液晶分子が配向される面が平坦ではないと、液晶分子の状態が変化し、それによって基板法線方向に対する見かけの液晶の屈折率が変化してしまう。
【００１０】
図１は、液晶分子の挙動の一例を示す図であり、図１（ａ）は透明基板上に光学構造体が存在しない場合を示し、図１（ｂ）は透明基板上に光学構造体が存在する場合を示している。
【００１１】
図１（ａ）に示すように、透明基板ａ１側の液晶分子ｍ１及び透明基板ａ２側の液晶分子ｍ２は、配向膜等の作用によってプレチルト角ωの角度だけの傾きを持って配列されている。これに対して、図１（ｂ）に示すように、透明基板ａ２側に光学構造体ｂが形成されている場合には、透明基板ａ２側の液晶分子ｍ２´は、光学構造体ｂの角度θとプレチルト角ωの和だけの傾きを持って配列されることとなる。
【００１２】
したがって、液晶が封入される基板に形成される光学構造体の形状を考慮しないと、一分子ではなく液晶層としての基板法線方向に対する見かけの液晶の屈折率を正確に把握することができず、液晶の屈折率を正確に把握することができないと、適切な光学構造体の屈折率を選択することができず、適切な光学構造体の屈折率が選択できないと、所望のレンズパワーを得るための適切な光学構造体の形状を決定することができない、という不具合があった。
【００１３】
なお、適切な光学構造体の屈折率を選択していないと、液晶レンズ中において、所望のレンズパワーを出せず、光学構造体と液晶との境目が目立ってしまい、特に液晶レンズを眼鏡レンズとして利用する場合に見た目に違和感が生じるという不具合もあった。
【００１４】
本発明は、上記の不具合を解消することを可能とする液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、液晶が封入される基板の片面もしくは両面に光学構造体が形成される場合であっても、適切に液晶の屈折率を把握することによって、所望のレンズパワーを有する光学構造体の形状を決定することが可能な液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネル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】
【００１６】
本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法では、第１の透明基板とフレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板との間に配置された液晶層と、液晶層に電圧を印加するための透明電極を有する液晶フレネルレンズの製造方法であって、電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における前記液晶層の第１の平均屈折率を求め、フレネルレンズ構造の屈折率が第１の平均屈折率となるようにフレネルレンズ構造の材料を決定し、電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における液晶層の第２の平均屈折率を求め、第１及び第２の平均屈折率に基づいて、フレネルレンズ構造の形状を決定するステップを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る液晶フレネルレンズでは、第１の透明基板と、フレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板間に配置された液晶層と、液晶層に電圧を印加するための透明電極を有し、フレネルレンズ構造の屈折率が電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における液晶層の第１の平均屈折率と等しくなるように設定され、フレネルレンズ構造の形状が電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における液晶層の第２の平均屈折率に基づいて決定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズでは、光学構造体の形状を考慮した上で、液晶層の屈折率を求め、求められた液晶層の屈折率に基づいて光学構造体の屈折率を決定するので、液晶層と光学構造体の屈折率をほぼ等しく設定することが可能となった。
【００１９】
また、本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズでは、光学構造体の形状を考慮した上で、液晶層の屈折率を求め、求められた液晶層の屈折率に基づいて光学構造体の屈折率を決定するので、所望のレンズパワーを有する液晶フレネルレンズを容易に構成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】液晶分子の挙動の一例を示す図である。
【図２】電子眼鏡１の部分概略図である。
【図３】フィニッシュドレンズ１００´及びエッジングレンズ１００を説明するための図である。
【図４】ブランクレンズ１００´´を構成する２枚の透明基板を示す図である。
【図５】ブランクレンズ１００´´の断面図である。
【図６】エッジングレンズ１００とスプリングコネクタとの接続状態を示す図である。
【図７】液晶レンズ構造によるフレネルレンズ面の構造を説明するための図である。
【図８】フレネルレンズ構造１１６の形状を決定するためのフローチャートの一例を示す図である。
【図９】液晶分子の配向状態を示す図である。
【図１０】液晶層１３０の平均屈折率を求める経路を説明するための図である。
【図１１】フレネルレンズ構造の具体例を示す図である。
【図１２】液晶レンズの製造工程を示すフロー図である。
【図１３】液晶レンズの製造工程を説明するための図（１）である。
【図１４】液晶レンズの製造工程を説明するための図（２）である。
【図１５】液晶レンズの製造工程を説明するための図（３）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２２】
また、以下において、研磨加工する前の「ブランクレンズ」、「フィニッシュドレンズ」及び「セミフィニッシュドレンズ」を「エッジング前レンズ」と言い、「エッジング前レンズ」をエッジングしたものを「エッジングレンズ」と言うものとする。ここで、両面を所望のレンズ形状に研磨加工したものを「フィニッシュドレンズ」と言い、片面のみ研磨加工したものを「セミフィニッシュドレンズ」と言う。さらに、液晶フレネルレンズ構造を含む「ブランクレンズ」、「フィニッシュドレンズ」、「セミフィニッシュドレンズ」及びエッジングレンズを、総称して「液晶フレネルレンズ」と言うものとする。
【００２３】
図２は、エッジングレンズを利用する例としての電子眼鏡１の部分概略図である。
【００２４】
図２（ａ）に示す様に、電子眼鏡１は、眼鏡フレーム２、ヨロイ部３、蝶番４、テンプル５、ブリッジ６、パッド７を含み、眼鏡フレーム２には、エッジングレンズ１００が組み込まれている。ヨロイ部３には、エッジングレンズ１００の液晶レンズ構造５０と導通するためのスプリングコネクタ１０及び２０、スプリングコネクタ１０及び２０と接続された電源部としての電池を含む電圧供給部３０、デッィプスイッチ３１等が内蔵されている。
【００２５】
図２（ｂ）は、眼鏡フレーム２の内側からスプリングコネクタ１０及び２０の方向を示す図である。図２（ｂ）に示す様に、スプリングコネクタ１０及び２０が、後述するエッジングレンズ１００の第１凹部１１３及び第２凹部１２３に挿入可能に配置されている。また、眼鏡フレーム２の内側には、エッジングレンズ１００のヤゲンが嵌り込む溝部を設けるようにしても良い。なお、「ヤゲン」とは、眼鏡フレーム２に装着する際に、眼鏡フレーム２の内側の溝部に嵌り込むように形成された凸部であって、通常０．５〜１ｍｍ程度の高さを有している。
【００２６】
エッジングレンズ１００の中心部分には、後述する様に、フレネルレンズ面上に配置された第１透明電極１１１及び第１透明電極１１１に対向する第２透明電極１２１を含む液晶レンズ構造５０が形成されている。第１透明電極１１１及び第２透明電極１２１間に電圧が印加されない場合には、液晶レンズ構造５０は動作せず、電子眼鏡１はエッジングレンズ１００が本来有するレンズパワーを得ることができる。第１透明電極１１１及び第２透明電極１２１間に電圧供給部２０から所定の電圧が印加されると、液晶レンズ構造５０は所定のパワーを有するレンズとして動作するので、エッジングレンズ１００の液晶レンズ構造５０がある部分では、エッジングレンズ１００が本来有するレンズの焦点距離を液晶レンズ構造５０が可変するように動作する。
【００２７】
例えば、エッジングレンズ１００自体を遠点に焦点が合うようなパワーを得られるレンズ形状とし、液晶レンズ構造５０が動作しない場合には、電子眼鏡は遠点用の眼鏡として作用させ、液晶レンズ構造５０が動作すると、電子眼鏡は近点用の眼鏡として作用するように設計することが考えられる。液晶レンズ構造５０への電圧の印加のＯＮ／ＯＦＦを電子眼鏡１のディップスイッチ３１によって行うようにすれば、ディップスイッチ３１によって任意に切り替え可能な遠近両用の電子眼鏡１を提供することが可能となる。なお、エッジングレンズによって提供できる種類の眼鏡は上記のものに限定されず、様々な種類、例えば、遠視用のパワーを複数段で切り替え可能な遠視用電子眼鏡、近視用のパワーを複数段で切り替え可能な近視電子眼鏡等、乱視用又は老眼用等、視力回復トレーニング用等に適用することが可能である。
【００２８】
図３及び図４は、エッジングレンズ１００を説明するための図である。
【００２９】
図３（ａ）は、図２に示す電子眼鏡１に装着されたエッジングレンズ１００の外形を電子眼鏡１の眼鏡フレーム２に合わせ、点線Ｂにてエッジングする前のフィニッシュドレンズ１００´の平面図であり、図３（ｂ）は、エッジングレンズ１００の側面図である。
【００３０】
図４（ａ）はブランクレンズを構成する第１透明基板１１０を示し、図４（ｂ）はブランクレンズを構成する第２透明基板１２０を示す図である。第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０は、円柱状の基板である。第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０は、図５に示したシール材１４０及び液晶層１３０等を封止するようにして張り合わせた後に、外形がレンズ形状（例えば、凹レンズ）を有するように研磨加工されて、図３（ａ）に示すようにエッジング前のフィニッシュドレンズ１００´となる。なお、製造方法の詳細については、後述する。
【００３１】
図４（ａ）に示す様に、第１透明基板１１０には、第２透明基板１２０と接続される側には、第１凹部１１３が形成されている。また、第１透明基板１１０上に配置されたフレネルレンズ構造上には、スパッタリング法によってＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を材料として形成された第１透明電極１１１、及び第１透明電極１１１と接続された第１接続ライン１１２が配置されている。
【００３２】
図４（ｂ）に示す様に、第２透明基板１２０には、第１透明基板１１０と接続される側には、第２凹部１２３が形成されている。なお、第１凹部１１３は第２接続ライン１２２に対向する位置に配置され、第２凹部１２３は第１接続ライン１１２に対向する位置に配置されている。また、第２透明基板１２０上には、スパッタリング法によってＩＴＯを材料として形成された第２透明電極１２１、及び第２透明電極１２１と接続された第２接続ライン１２２が配置されている。
【００３３】
なお、透明電極等を形成する前の段階の、凹部を形成した第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の形状は同一であるので、各々の基板上に膜付けをする工程も同一な工程を用いることができ、後述するブランクレンズ１００´´の形成は、容易且つ比較的安価に行うことが可能である。
【００３４】
図３（ｂ）に示す様に、眼鏡フレーム２に設けられた第１スプリングコネクタ１０は、エッジングレンズ１００の端部側から第２凹部１２３に挿入され、第２凹部１２３の内側に配置される第１接続ライン１１２と接触する。第１スプリングコネクタ１０が内蔵するスプリングバネによって、第１スプリングコネクタ１０の先端部１１側面が第２凹部１２３の内側に配置された第１接続ライン１１２に押し付けられるので、第１スプリングコネクタ１０と第１接続ライン１１２との導通が確保される（図６参照）。
【００３５】
図３（ｂ）に示す様に、眼鏡フレーム２に設けられた第２スプリングコネクタ２０は、エッジングレンズ１００の端部側から第１凹部１１３に挿入され、第１凹部１１３の内側に配置される第２接続ライン１２２と接触する。第２スプリングコネクタ２０が内蔵するスプリングバネによって、第２スプリングコネクタ２０の先端部２１側面が第１凹部１１３の内側に配置された第２接続ライン１２２に押し付けられるので、第２スプリングコネクタ２０と第２接続ライン１２２との導通が確保される（図６参照）。
【００３６】
なお、第１凹部１１３及び第２凹部１２３をそれぞれ長さｗ１の長方形に形成したが、第１凹部１１３及び第２凹部１２３の長さ及び形状は、これらに限定されるものではなく、例えば形状は円形、楕円形、三角形等の他の多角形状であっても良い。また、凹部の幅は、挿入されるスプリングコネクタの直径等に応じて適宜選択することが可能である。さらに、凹部は、開口部、即ち、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の片面側から他方の面側まで貫通するように形成されていても良い。また、開口部の長さ及び形状も、凹部と同様に長さｗ１の長方形としても良いが、それらに限定されるものではなく、例えば形状は円形、楕円形、三角形等の他の多角形状であっても良い。
【００３７】
図５は、ブランクレンズ１００´´の断面図である。図５において、点線はフィニッシュド１００´の外形を示し、図３（ａ）のＡＡ´断面に対応している。
【００３８】
図５に示すように、ブランクレンズ１００´´は、第１透明基板１１０、第２透明基板１２０、第１及び第２透明基板１１０及び１２０の間に配置されるシール材１４０、充填層１５０及び液晶レンズ構造５０等から構成される。
【００３９】
液晶レンズ構造５０は、第１透明基板１１０、第２透明基板１２０、フレネルレンズ構造１１６、及びシール材１４０の間に封止された液晶層１３０等から構成される。液晶層１３０としては、ホモジニアス配向型の液晶が用いられるが、垂直配向型の液晶やツイステッドネマティック配向の液晶、ハイブリッド配向の液晶、ポリマー含有型液晶、コレステリック液晶など、電圧によって見かけの屈折を変化することができれば、どの液晶を用いても良い。
【００４０】
第１透明基板１１０上には、フレネルレンズ構造１１６、透明基板から発生するガスが液晶層１３０へ侵入しないようにするための第１ガスバリア層１１４（ＳｉＯ2、膜厚２００ｎｍ）、第１透明電極１１１（ＩＴＯ、膜厚５０ｎｍ）、第１透明電極１１１上に配置された第１配向膜１１５（膜厚５０ｎｍ）等が配置されている。なお、フレネルレンズ構造１１６の下に第１ガスバリア層１１４を配置するように構成しても良い。
【００４１】
第２透明基板１２０上には、透明基板から発生するガスが液晶層１３０へ侵入しないようにするための第２ガスバリア層１２４（ＳｉＯ2、膜厚２００ｎｍ）、第１透明電極１１１と対向した透明平面電極である第２透明電極１２１（ＩＴＯ、膜厚５０ｎｍ）、第２透明電極１２１上に配置された第２配向膜１２５（膜厚５０ｎｍ）等が配置されている。なお、不用意な上下の透明電極間のショートを防ぐために、第１透明電極１１１、第２透明電極１２１の少なくとも一方の上に絶縁膜層を設けても良い。
【００４２】
第１透明電極１１１と第２透明電極１２１との間隔を一定に保つために、シール材１４０中には、樹脂やシリカで構成されたスペーサ材１４１（直径１０．５μｍ）が複数混入されている。また、第１透明電極１１１と第２透明電極１２１との間隔を一定に保つために、更に、透明性樹脂による充填層１５０が、シール材１４０の外側であって、第１透明電極１１１と第２透明電極１２１との間に形成されている。
【００４３】
第１及び第２透明基板１１０及び１２０は、厚さ５ｍｍの円柱状のポリカーボネイトを材料として用いているが、その厚さに限定されないし、その他のプラスチック材であるアクリルやウレタンでも良いし、ガラスを材料として用いても良い。また、図面上は平板基板であるが、張り合わせにおける基板間のギャップが重要であり、ギャップが出れば平板に限定されず曲面基板同士の張り合わせとしても良い。
【００４４】
フレネルレンズ構造１１６は、アクリルを材料として用いているが、環状オレフィン系の透明樹脂、ラジカル重合型のアクリル系光硬化樹脂、カオチン又はアニオン重合型のエポキシ系熱硬化樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機−有機ハイブリッド材料等の光学材料を用いても良い。フレネルレンズ構造１１６を光硬化性樹脂を用いて形成する場合には、少なくとも紫外線が照射される側の基板は、紫外線を透過する特性を有する必要がある。なお、フレネルレンズ構造１１６の形状及び屈折率の決定に関しては後述する。
【００４５】
図５において、ｗ２は液晶レンズ構造５０の液晶層部分の幅を示し、図５の例では、ｗ２＝２０ｍｍであり、ｗ３はブランクレンズ１００´´及びフィニッシュドレンズ１００´の外形寸法を示し、図５の例ではｗ３＝７５ｍｍである。しかしながら、上記の値は一例であって、他の値を採用することも可能である。
【００４６】
図５においては、説明の便宜上、各基板や層の厚さの縮尺を変更して記載している場合がある点に留意されたい。また、図５において、眼鏡フレーム２に装着するための、エッジングレンズ１００の外形を一点鎖線で示している。
【００４７】
図６は、エッジングレンズ１００とスプリングコネクタとの接続状態を示す図である。
【００４８】
図６では、エッジングレンズ１００の点線Ｄで囲われた部分の拡大図を示している。前述したように、第１スプリングコネクタ１０が内蔵するスプリングバネによって、第１スプリングコネクタ１０の側面が第２凹部１２３の内側に配置された第１接続ライン１１２に押し付けられて、第１スプリングコネクタ１０と第１接続ライン１１２との導通が確保される。同様に、第２スプリングコネクタ２０が内蔵するスプリングバネによって、第２スプリングコネクタ２０の側面が第１凹部１１３の内側に配置された第２接続ライン１２２に押し付けられるので、第２スプリングコネクタ２０と第２接続ライン１２２との導通が確保される。なお、エッジングレンズ１００とスプリングコネクタとの接続方法は、上記の方法に限定されるものではなく、他の方法を採用しても良い。
【００４９】
上述したフィニッシュドレンズ１００´では、図３（ａ）に示す第１凹部１１３及び第２凹部１２３の幅ｗ１の間のどこで加工してエッジングレンズ１００としても、エッジングレンズ１００の端部側から、スプリングコネクタとの接続を得ることが可能となる（図６参照）。したがって、エッジングレンズ１００の外形を予め定めることなく、様々な形状の眼鏡フレームに対応することが可能となった。
【００５０】
以下、図７〜図１０を用いて、フレネルレンズ構造１１６の形状及び屈折率の決定について説明する。
【００５１】
図７は、液晶レンズ構造によるフレネルレンズ面の構造を説明するための図である。図７（ａ）は、フレネルレンズ構造１１６のサグ（段差で区切られたｚ軸方向の輪帯の高さに相当）の値を一定にした場合を示し、図７（ｂ）はフレネルレンズ構造１１６のピッチ（段差で区切られたｒ軸方向の輪帯の幅に相当）を一定にした場合を示している。
【００５２】
図７（ａ）及び（ｂ）では、フレネルレンズ面の頂点ＯＡ（すなわち、光軸上のレンズ面の点）を原点に半径ｒ方向のフレネルレンズ面の断面を表している。また、図７（ａ）及び（ｂ）における線Ｃは、フレネルレンズ構造１１６が有するレンズ特性の元となるレンズ面を表している。レンズ面は、一般のレンズと同様に、光軸に対して中心対象の連続局面として設計される。そこで、レンズ面の光軸に沿った位置が頂点と同じ位置となるように、レンズ面に段差を設けることにより、図７（ａ）及び（ｂ）に示すフレネルレンズ構造１１６及び１１６´のような断面形状を得る。これによって、段差で区切られた輪帯を複数有するフレネルレンズ面が形成される。
【００５３】
図７（ａ）では６つの輪帯を有するフレネルレンズ構造１１６を示し、図７（ｂ）では７つの輪帯を有するフレネルレンズ構造１１６´を示しているが、輪帯の数は一例であって、これに限定されるものではない。なお、以下の説明では、図７（ａ）に示すサグの値を一定にした場合を例にして説明する。
【００５４】
図８は、フレネルレンズ構造１１６の形状を決定するためのフローチャートの一例を示す図である。
【００５５】
最初に、フレネルレンズ構造１１６の初期角度θ0（ｄｅｇ）を設定する（Ｓ１０）。初期角度θ0は経験値に基づいて定めたものである。例えば、図７（ａ）に示したように、各輪帯の傾斜部分は、本来レンズ面Ｃの一部であることから、直線ではないが、直線に近時して以下の説明を行う。また、各輪帯の傾斜部分を直線に近時したとしても、各輪帯の傾斜部分の角度は一定ではない。しかしながら、以下の説明では、各輪帯の傾斜部の角度の平均値をもって、フレネルレンズ構造１１６の角度と考えることとする。なお、全ての輪帯の角度の単純平均を平均値としても良いし、各輪帯の傾斜部分の断面積によって各輪帯の角度に重み付けを行って平均値を算出しても良い。
【００５６】
次に、第１配向膜１１５及び第２配向膜１２５のプレチルト角ω（ｄｅｇ）（Ｓ１１）、液晶レンズ構造５０に必要とされる焦点距離ｆ（ｍｍ）（Ｓ１２）、液晶レンズ構造５０のレンズ有効径Ｄ（ｍｍ）（Ｓ１３）を設定する。更に、フレネルレンズ構造１１６の角度θ＝θ0と設定する（Ｓ１４）。
【００５７】
次に、フレネルレンズ構造１１６の角度θ及びプレチルト角ωに基づいて、電圧非印加時の液晶層１３０の平均屈折率ｎ1を演算によって求め（Ｓ１５）、使用する場合の駆動電圧を決定して、フレネルレンズ構造１１６の角度θ及びプレチルト角ωに基づいて、決定された駆動電圧印加時の液晶層１３０の平均屈折率ｎ2を演算によって求める（Ｓ１６）。
【００５８】
図９は、液晶分子の配向状態を示す図である。図９（ａ）は、電圧印加時におけるフレネルレンズ構造１１６（一部のみ示す）が形成された第１透明基板１１０と第２透明基板１２０間の液晶分子ｍ1〜ｍ7の配向状態を示し、図９（ｂ）は、液晶分子の長軸の傾き角度ψを示す図である。
【００５９】
図９（ｂ）において、曲線Ｄは、電圧印加時における液晶分子の長軸の傾き角度ψを示し（図９（ａ）に対応）、曲線Ｅは、電圧非印加時における液晶分子の長軸の傾き角度ψを示している。
【００６０】
液晶分子の長軸が、光軸（第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０に対してほぼ垂直な方向）に対して平行となる場合（液晶分子ｍ4に相当）、その液晶分子の光軸方向における屈折率はほぼ異常光屈折率ｎeに等しくなる。また、液晶分子の長軸が、光軸に対して垂直（第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０とほぼ平行）な方向を向く場合には、その液晶分子の光軸方向における屈折率はほぼ常光屈折率ｎoに等しくなる。また、液晶分子の長軸方向が、光軸に対して角度ψで傾く場合の光軸方向における屈折率ｎψは、以下の式１によって求めることができる。
【００６１】
【数１】
【００６２】
即ち、基板間の各液晶分子の長軸の配向方向をプレチルト角度ωとフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θを考慮しながら求め（曲線Ｄ及びＥ）、それに応じて式１に基づいて、断面方向で分割した各々の領域での屈折率を求めて平均すれば、所定の経路における屈折率ｎiを求めることができる。なお、異常光屈折率ｎe及び常光屈折率ｎoの値は液晶材料ごとのバルクの特性であり、予め容易に求めることができる。なお、電圧非印加時における液晶分子の長軸の傾き角度ψは、両方基板に配置される配向膜が同じであれば、同じ配向規制力になり、曲線Ｅはそれぞれ界面での傾きを結んだ直線になる。しかしながら、図９の例では、第１の透明基板１１０側にフレネルレンズ構造１１６があることから、曲線Ｅは、第１の透明基板１１０側の傾きが大きくなっている。
【００６３】
図１０は、液晶層１３０の平均屈折率を求める経路を説明するための図である。
【００６４】
液晶１３０の平均屈折率を求める場合には、図１０の始点ｘ0から終点ｘnまでの間にｎ＋１個の経路を設定し、経路毎に、図９に示すように屈折率ｎiを求め、求めたｎ＋１個の屈折率ｎiの平均値を平均屈折率とする。図８に示すフローチャートの場合、電圧非印加時の平均屈折率がｎ1であり（図９の曲線Ｅに相当）、電圧印加時の平均屈折率がｎ2である（図９の曲線Ｄに相当）。
【００６５】
ステップ１５及び３６では、上記にように液晶層１３０の平均屈折率ｎ1及びｎ2を求めるので、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０における配向膜が相互に異なっていても、プレチルト角が相互に異なっていても、適切な平均屈折率を求めることが可能である。
【００６６】
次に、フレネルレンズ構造１１６を構成する樹脂の屈折率を、電圧非印加時の平均屈折率ｎ1に決定する（Ｓ１７）。即ち、液晶レンズ構造５０に電圧を印加しない状態で、フレネルレンズ構造１１６と液晶層１３０の屈折率がほぼ同じとなるように設定する（ノーマリーオフ）。なお、フレネルレンズ構造１１６を構成する樹脂の屈折率を、電圧印加時の平均屈折率ｎ2に決定しても良い。その場合には、液晶レンズ構造５０に電圧を印加した状態で、フレネルレンズ構造１１６と液晶層１３０の屈折率がほぼ同じとなるように設定されることとなる（ノーマリーオン）。
【００６７】
次に、平均屈折率ｎ1及びｎ2に基づいて、液晶レンズ構造５０に求められる焦点距離ｆとなるように、フレネルレンズ構造の輪帯の（平均）傾斜角θ1を演算により求める（Ｓ１８）。光学設計によって、フレネルレンズ構造１１６が有するレンズ特性の元となるレンズ面の曲率半径Ｒを定める。ここで、曲率半径Ｒを定めることは、以下の式２に示される光路差関数Φの係数Ｃ１を求めることと等しい。なお、式２において、ｌ＝１０であっても良いが、ｌ＝３程度でも充分である。
【００６８】
【数２】
【００６９】
フレネルレンズ構造１１６のレンズ面が、球面レンズであるとすると、式２から以下の式３が導きだされ、式３を微分することによって式４が導きだされる。また、フレネルレンズ構造１１６の輪帯による傾斜角θ1による位相傾き（図７（ａ）参照）から以下の式５が導き出せる。さらに、焦点距離ｆは、光路差関数Φの係数Ｃ１を利用すると以下の式６のように表わすことができる。ここで、本発明においては、電圧印加による液晶層の平均屈折率差分（変化量）によって焦点を可変するので、実際にはこの平均屈折率の変化量Δｎを考慮し、Ｃ１からΔｎを割った値をＣ１として用いて設計を行う。なお、フレネルレンズ構造の場合、球面を端から中央に少しずらしながら輪切りにするようにして複数の輪帯を構成しているので、有効径Ｄが大きくなるほど、相対的に傾斜角θが大きくなる関係にある。
【００７０】
【数３】
【００７１】
また、式５におけるΔｎは、電圧印加による液晶層の平均屈折率差分（変化量）でありフレネルレンズ構造１１６と液晶層１３０との位相差でもあるから、Δｎ＝｜ｎ1−ｎ2｜である。以上より、フレネルレンズ構造１１６の輪帯による傾斜角θ1は、式３〜式６に基づいて、以下の式７のように表わすことが可能であり、式７に基づいて、平均屈折率ｎ1及びｎ2、焦点距離ｆに基づいて、フレネルレンズ構造の輪帯の傾斜角θ1を演算によって求めることが可能である。
θ1 ＝ ａｒｃｔａｎ（２・｜ｎ1−ｎ2｜／ｆ） ・・・（７）
【００７２】
次に、ステップ１４で設定したフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θ（例えば、Ｓ１０で設定した初期値θ0）とステップ１８で演算によって求められたθ1が等しいかを判断する（ステップ１９）。なお、どの程度までを等しいとするかの許容範囲は、アプリケーションによって異なるが、例えば、|θ-θ1|≦０．２×θ1以内（小数点３桁目）を許容範囲と設定することが可能である（即ち、許容範囲をθ1の０．２％以内と設定）。フレネルレンズとしては回折光の影響があるために、影響がなるべく出ないように考慮して、波長λを４００ｎｍ及びサグの量を１０μｍとした時に、λ/２０以内を許容範囲とすると、精度は０．２％となる。
【００７３】
ステップ１９において、ステップ１４で設定したフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θとステップ１８で演算によって求められたθ1がほぼ等しい場合には、ステップ１８で求めたθ1に基づいてフレネルレンズ構造１１６の形状を決定する（Ｓ２０）。なお、前述したように、実際のフレネルレンズ構造１１６は（図７（ａ）参照）、各輪帯の傾斜角は各場所それぞれ異なるので、（平均）傾斜角θ1に合わせて、実際の各輪帯の傾斜角を定めることとなる。
【００７４】
次に、平均屈折率ｎ1となるようなフレネルレンズ構造１１６の樹脂材料及び、平均屈折率ｎ1となるような第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の樹脂材料を決定して（Ｓ２１）、一連の作業を終了する。なお、前述したように、ノーマリーオンに設定した場合には、フレネルレンズ構造１１６、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の樹脂材料は、平均屈折率ｎ2となるように設定することとなる。
【００７５】
ステップ１９において、ステップ１４で設定したフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θとステップ１８で演算によって求められたθ1が等しくなかった場合には、θ＝θ1として（Ｓ２２）、再度ステップ１５〜ステップ１９を繰り返す。
【００７６】
上記のフローでは、フレネルレンズ構造１１６の形状が決まらないと、平均屈折率が定まらないが、一方で、平均屈折率が定まらないと所望の焦点距離ｆを有するフレネルレンズ構造１１６の形状が決まらないことから、一方を仮に定めておいて他方を演算によって求めることを繰り返しながら、徐々に所定の数値に収束し、両者を満足する値を求めるように演算を行う数値解方式を採用している。
【００７７】
上述した図８に示す、フレネルレンズ構造１１６の形状等を決定するフローチャートは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等を有するパーソナルコンピュータ等によって実行される。具体的には、ステップ１０〜ステップ１４を、キーボード及び／又はマウス等によって入力すると、ＨＤ等に予め記憶されているソフトウエアが実行され、ステップ１４〜ステップ２２を自動的に実行し、フレネルレンズ構造１１６の平均傾斜角θ1に及びフレネルレンズ構造１１６を構成する樹脂の屈折率ｎ1（又は平均屈折率ｎ2）等をディスプレイ上に表示する。
【００７８】
上記では、フレネルレンズ構造１１６のレンズ面が球面レンズであるとして、演算を行ったが、フレネルレンズ構造１１６のレンズ面は非球面レンズであっても良い。
【実施例１】
【００７９】
フレネルレンズ構造１１６の初期構造（初期（平均）傾斜角θ0を７．０００°）を表１のように設定し、配向膜のプレチルト角ωを６°（第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０において同じ）、焦点距離ｆを５００ｍｍ（２ diopter）、レンズ有効径Ｄを２０ｍｍ、異常光屈折率ｎe＝１．７１９、常光屈折率ｎo＝１．５１１（ｎe、ｎoともに５８９ｎｍの屈折率）、第１透明基板１１０と第２透明基板１２０間のセルギャップｄ＝１０．５μｍと設定した場合、１回目の演算では、
ｎ1＝１．７１７（電圧非印加時）
ｎ2＝１．５３５（駆動電圧として１０Ｖ印加時） となるので、
θ1＝４．２３５°となる。
さらに図８のフローチャートに示す処理を繰り返すと、最終的にθ＝４．１７０°で、ステップ１９における許容度が満足される。
【００８０】
上記の方法に基づいて設定したθ＝４．１７０°を利用して実際に形成したフレネルレンズ構造１１６の一例を図１１に示す。
図１１の例では、輪帯の数を５５、各輪帯のサグの量が全て１０μｍとなるように設定したものである。図１１において、「輪帯の位置」は、フレネルレンズ構造の中心から各輪帯の内側端までの距離（μｍ）を示し、「輪帯幅」は各輪帯の内側端から外側端までの距離（μｍ）を示し、「角度」は各輪帯において微小領域を０．００１ｍｍとして求めた傾斜角を示している。図１１に示すフレネルレンズ構造は、焦点距離ｆを５００ｍｍ（２ diopter）、レンズ有効径Ｄを２０ｍｍ、ｎ1＝１．７１７（電圧非印加時）、ｎ2＝１．５３５（駆動電圧として１０Ｖ印加時）である。
【００８１】
以下、図１２〜図１５を用いて、液晶フレネルレンズの製造工程を説明する。
【００８２】
最初に、円柱状（厚さ５ｍｍ）の第１透明基板１１０に第１凹部１１３を切削加工により形成し、円柱状（厚さ５ｍｍ）の第２透明基板１２０に第２凹部１２３を切削加工により形成する（Ｓ１０）。なお、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の樹脂材料の屈折率は、図８のステップ２１で決定された値に従うものとする。
【００８３】
次に、第１透明基板１１０上に、フレネルレンズ構造１１６を形成する（Ｓ３１）。フレネルレンズ構造１１６は、供給器２００から第１透明基板１１０上に光硬化樹脂２１０を所定量滴下して（図１３（ａ）参照）、モールド２０１によって光硬化樹脂２１０の形状を整えた後（図１３（ｂ）及び（ｃ）参照）、第１透明基板１１０の裏側から紫外線（ＵＶ）を照射して（図１３（ｃ）参照）、光硬化樹脂２１０を硬化させることによって形成する（図１３（ｄ）参照）。図１３（ｄ）では、第１透明基板１１０の大きさに対して、フレネルレンズ構造１１６を含めた硬化した光硬化樹脂２１０の領域が小さい構成での説明となっているが、第１透明基板１１０全面に形成する構成としても良い。なお、フレネルレンズ構造１１６の形状及びそれを構成する樹脂材料の屈折率は、図８のステップ２１で決定された値に従うものとする。
【００８４】
光硬化樹脂２１０としては、ＵＶ硬化性のアクリル樹脂を利用することができる。また、別途フレネルレンズ構造を形成し、完成したフレネルレンズ構造を第１透明基板１１０上に接着するようにしても良い。さらに、第１凹部１１３と同様に、第１透明基板を切削加工等することにより形成したり、キャスティングや射出成型で透明基板そのものと一体成型しても良い。
【００８５】
次に、フレネルレンズ構造１１６が形成された第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０上に、それぞれ、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ2皮膜による第１ガスバリア層１１４及び第２ガスバリア層１２４を成膜する（Ｓ３２）。
【００８６】
次に、第１透明基板１１０の第１ガスバリア層１１４の上から、ＩＴＯ膜の形成及びパターンニングを行い、第１透明電極１１１及び第１接続ライン１１２を形成する。同様に、第２透明基板１２０の第２ガスバリア層１２４の上から、ＩＴＯ膜の形成及びパターンニングを行い、第２透明電極１２１及び第２接続ライン１２２を形成する（Ｓ３３）。
【００８７】
次に、第１透明基板１１０の第１透明電極１１１の上から、第１配向膜１１５を成膜し、ラビングを行う。同様に、第２透明基板１２０の第２透明電極１２１の上から、第２配向膜１２５を成膜し、ラビングを行う（Ｓ３４）。
【００８８】
配向膜の形成は、例えば、供給器２０２から、膜構成材料２１１を所定量滴下し（図１４（ａ）参照）、所定雰囲気で乾燥（焼成）後、ローラー２０３を用いてラビングを行う（図１４（ｂ）参照）。配向膜は、このようなラビング処理を行わず、無機物を蒸着して形成する蒸着膜や、光照射によって配向する光配向膜などを用いることができる。
【００８９】
次に、シール材１４０を形成するために、第１透明基板１１０上に、供給器２０４からスペーサ材１４１が混入された光硬化樹脂２１２を配置する（図１４（ｃ）参照）（Ｓ１５）。なお、シール材１４０は、硬化した際に、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０とほぼ同じ屈折率を有するものを使用するのが好ましい。なお、図１４（ｃ）、図１４（ｄ）及び図１５（ａ）〜図１５（ｃ）では、便宜上、第１ガスバリア層１１４、第１透明電極１１１及び第１配向層１１５と、第２ガスバリア層１２４、第２透明電極１２１及び第２配向層１２５は省略して記載している。
【００９０】
次に、光硬化樹脂２１２の内側に、供給器２０６から液晶２１４を所定量滴下する（Ｓ３６、図１４（ｄ）参照）。即ち、ここでは、シール材に注入口を設けて、注入口から液晶を注入後に、注入口を封止する工法を用いずに、液晶滴下工法（ＯＤＦ）を用いている。このため、エッジングレンズ１００として利用する場合に、液晶を注入する経路が無く、自由にエッジングレンズ１００の外形を選ぶことができ、レンズの光学的特性を良好に維持することができる。
【００９１】
次に、第１透明基板１１０の上から第２透明基板１２０をチャンバ２０８内の真空雰囲気下で重ね合わせて張り合わせる（図１５（ａ）参照）（Ｓ３７）。
【００９２】
次に、所定のチャンバ２０９中に配置して、真空雰囲気下で、シール材１４０の外側であって、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の隙間に、毛細管現象を利用して、透明性接着剤２１６を充填させる（図１５（ｂ）参照）（Ｓ３８）。なお、充填層１５０に用いられる透明性接着剤は、低粘度及び光硬化性であり、透明で、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０とほぼ同じ屈折率を有するものを使用する。これによって、界面での反射ロスを減少させている。
【００９３】
次に、液晶層１３０の部分をマスクしてＵＶ照射を行い、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を硬化させ、シール材１４０及び充填層１５０を形成する（Ｓ３９）。液晶層１３０の部分をマスクするのは、液晶材料によってはＵＶによって特性が変化してしまうため、それを防止するためである。また、充填層１５０は、レンズの透過率の向上と、研磨加工時に耐えられる接着力の確保と、研磨剤及び研磨液等が内部に侵入するのを防止する作用をも有している。
【００９４】
これによって、滴下された液晶２１４は、第１透明基板１１０、第２透明基板１２０及びシール材１４０によって封止されて液晶層１３０となる。なお、樹脂を硬化させてシール材１４０及び充填層１５０を形成する際には、ＵＶの照射後に、高温雰囲気下で焼成するようにしても良い。これによって、例えば、図５に示すブランクレンズ１００´´（レンズ外形形状が形成されていない状態）が完成する。
【００９５】
次に、ブランクレンズ１００´´の外形を切削加工又は研磨加工して、レンズ形状とし、例えば、図５に点線で示すフィニッシュドレンズ１００´を完成させる（Ｓ４０）。なお、レンズ形状の形成は、片面ずつ行うが、片面のみ形成されているものをセミフィニッシュドレンズと言う。
【００９６】
次に、眼鏡フレーム２の形状に合わせて、フィニッシュドレンズ１００´をエッジングし、例えば、図６に示す様に、エッジングレンズ１００を完成させ（Ｓ４１）、液晶レンズ構造５０とスプリングコネクタ１０及び２０との導通を図るように、眼鏡フレーム２へ装着することによって、電子眼鏡１を完成させる（Ｓ４２）。
【００９７】
ブランクレンズ１００´´の状態（図５参照）では、液晶レンズ構造５０の周囲にはスペーサ材１４１が混入されたシール材１４０が形成され、シール材１４０の外側であって第１及び第２透明基板１１０及び１２０間の隙間には充填層１５０が形成されている。したがって、液晶レンズ構造５０のセルギャップは所定の厚さに維持される。また、その後の研磨加工が施されて、フィニッシュドレンズ１００´（図５の点線部分参照）となる際にも、同様に、液晶レンズ構造５０のセルギャップは、所定の厚さに維持される。
【００９８】
液晶レンズの製造過程において、最も液晶レンズ構造５０に圧力が加わるのは、フィニッシュドレンズとするための研磨加工時であるので、その状態において、スペーサ材１４１が混入したシール材１４０及び充填層１５０が健在であれば、液晶レンズ構造５０のセルギャップは所定の厚さに維持される。その後、エッジングレンズ１００にエッジングされてしまうと、眼鏡フレーム２の形状に応じて、充填層１５０の外周部は切除されてしまうが、残存する充填層１５０とシール材１４０によって、充分に、液晶レンズ構造５０のセルギャップは所定の厚さに維持される。
【００９９】
図１２〜図１５に示した液晶レンズの製造工程では、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を第１及び第２透明基板１１０及び１２０間に配置した後に、ＵＶ照射等を行い、シール材１４０及び充填層１５０を形成した。しかしながら、先に光硬化樹脂２１２のみにＵＶ照射を行ってシール材１４０を形成し、その後、透明性接着剤２１６を第１及び第２透明基板１１０間に毛細管現象を利用して充填し且つそれにＵＶ照射を行って充填層１５０を形成するような工程としても良い。ＵＶ照射を２回に分けて行うこととなるが、シール材１４０が既に形成された後に、透明性接着剤２１６を充填させる方が、張り合わせ後のアライメントズレに対して神経を使う必要がなく、透明性接着剤２１６の充填作業性が上がる。
【０１００】
図１２〜図１５に示した液晶レンズの製造工程では、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を第１及び第２透明基板１１０及び１２０間に配置した後に、ＵＶ照射等を行い、シール材１４０及び充填層１５０を形成した。しかしながら、第１透明基板１１０と第２透明基板１２０を張り合わせる前に、第１透明基板１１０上に、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を配置し、その後に、第１透明基板１１０と第２透明基板１２０を張り合わせるような工程としても良い。この場合、透明性接着剤２１６も、供給器（不図示）から第１透明基板１１０上に適量だけ滴下することとなる。なお、その後、第１及び第２透明基板１１０及び１２０間に配置された光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６に対して、同時にＵＶ照射等を行い、シール材１４０及び充填層１５０が形成される点は、図１５（ｃ）と同様である。
【０１０１】
充填層１５０のための透明性接着剤２１６を充填する前に、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の透明性接着剤２１６が充填される領域を予めプラズマ処理を施して置いたり、液晶の滴下後（Ｓ３６参照）に、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の透明性接着剤２１６が充填される領域の表面を洗浄したり、することによって、透明性接着剤２１６の塗れ性を向上させることが可能となる。また、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の透明性接着剤２１６が充填される領域の下地に凹凸形状を形成して、接着面積を増加させることによって、接着性を強化することが可能となる。さらに、上記の例では、透明性接着剤２１６は、配向膜１１５及び１２５と接着するように構成されているが、ＩＴＯ等との接着力が強ければ、充填層１５０の部分には配向膜１１５及び１２５を形成しなくても良い。
【０１０２】
上記の説明では、第１透明基板にフレネルレンズ構造があり、第２透明基板にはフレネルレンズ構造のない構成を用いて説明したが、特にこれに限定されず、第１透明基板と第２透明基板の両方にフレネルレンズ構造を設ける構成であっても良い。さらに、透明基板へのフレネルレンズ構造の形成方法としては、基板内に樹脂を配置したインプリントだけに限定されず、透明基板への直接加工で形成しても良い。
【０１０３】
また、第１透明基板及び第２透明基板の２枚の透明基板の厚みに関して、図面上は同じ厚みの基板となっているが、特にこれに限定されず、例えばフィルム状の薄い基板と厚い基板の組み合わせでも良いし、２枚の透明基板の材質が異なっていても良い。
【０１０４】
本実施形態では、電子眼鏡用レンズを例に説明したが、本発明のエッジング前レンズ及びエッジングレンズは、液晶を注入後、レンズの一部（中央部）に液晶を封入し、最後に所望の形に外形カットする液晶レンズであれば、電子顕微鏡や電子カメラ、ピックアップレンズ等、光学レンズとしていかなる用途のものでも採用することが可能である。また、光学構造としてフレネルレンズを用いれば液晶レンズになるが、本発明は光学構造に特長を持っているわけではないので特にこれに限定されず、シリンドリカルレンズやプリズム、マイクロレンズアレイ等の光学構造を用いた液晶光学素子でも適用することができる。また、両方の基板内にフレネルレンズ構造などの光学構造を設けなくてもよい。例えば、基板間に形成された電極に電圧を印加し、光を制御する機能を有するものであっても、本発明を採用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 電子眼鏡
２ 眼鏡フレーム
１０ 第１スプリングコネクタ
２０ 第２スプリングコネクタ
５０ 液晶レンズ構造
１００´´、１０１´´、１０２´´、１０３´´、１０４´´ ブランクレンズ
１００´、１０１´、１０２´、１０３´ フィニッシュドレンズ
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ エッジングレンズ
１１０ 第１透明基板
１２０ 第２透明基板
１３０ 液晶層
１４０ シール材
１４１ スペーサ
１５０ 充填層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズの製造方法及び液晶フレネルレンズに関し、特に、眼鏡フレームに装着して眼鏡用レンズ等として利用することが可能な液晶レンズの製造方法及び液晶フレネルレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の電圧を印加することによって着色された色が消える着消色機構を有するレンズを、眼鏡フレームに組み込み、眼鏡フレーム内に別途配置された電源と接続させる構造を有する眼鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＣＤとＤＶＤといった異なる厚みを有するディスクに対して信号の読み書きを１つの光ヘッドで行う場合に、基板にレンズ形状を形成することによって焦点距離が変更可能な液晶レンズを利用することが知られている（例えば、特許文献２参照）。前記光ヘッドでは、液晶レンズがオフ状態（電圧を印加しない状態）では、液晶レンズの基板の屈折率と液晶の屈折率が等しいので光は屈折せずにほぼ直進し、液晶レンズがオン状態（電圧が印加された状態）では、液晶レンズの基板の屈折率と液晶の屈折率が一致しないことから光は屈折し、液晶レンズは凹レンズとして機能する。
【０００４】
ここで、液晶レンズの基板の屈折率は、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間に設定され、液晶レンズがオン状態の場合の液晶の屈折率は常光屈折率と同じになるとされている。また、液晶レンズがオフ状態の場合、液晶レンズでは各基板付近では液晶分子が基板とほぼ平行になるように配向されている９０°ツイストネマチック液晶を利用していることから、ねじれた液晶の屈折率は、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間値にほぼ等しいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平３−３５５２３号公報（図１、図３）
【特許文献２】特開平１０−１２４９１０（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光学構造体を有する液晶レンズでは、液晶へ電圧を印加した場合には（又は印加しない場合）、光学構造体がレンズパワーを有しないように設定され（光学構造体の屈折率と液晶の屈折率がほぼ等しい状態）、液晶へ電圧を印加しない場合（又は印加した場合）には、光学構造体の屈折率と液晶の屈折率との屈折率差によって、光学構造体が所定のレンズパワーを生じるように設定される。
【０００７】
したがって、求められるレンズパワー、印加可能な電圧、液晶の特性等を考慮した上で、電圧の印加によって変更される液晶の屈折率に対応して、適切な光学構造体の材質（即ち、屈折率）及び形状を定める必要がある。
【０００８】
前述した特許文献２では、レンズ形状が形成された基板の屈折率を液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間に設定している。これは、特許文献２において、液晶レンズに電圧が印加されない場合の液晶の屈折率が、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間に等しいと予測しているからと考えられる。
【０００９】
しかしながら、液晶が封止される基板に光学構造体が形成されていると、液晶分子が配向される面は、必ずしも平坦な状態ではない。また、液晶分子が配向される面が平坦ではないと、液晶分子の状態が変化し、それによって基板法線方向に対する見かけの液晶の屈折率が変化してしまう。
【００１０】
図１は、液晶分子の挙動の一例を示す図であり、図１（ａ）は透明基板上に光学構造体が存在しない場合を示し、図１（ｂ）は透明基板上に光学構造体が存在する場合を示している。
【００１１】
図１（ａ）に示すように、透明基板ａ１側の液晶分子ｍ１及び透明基板ａ２側の液晶分子ｍ２は、配向膜等の作用によってプレチルト角ωの角度だけの傾きを持って配列されている。これに対して、図１（ｂ）に示すように、透明基板ａ２側に光学構造体ｂが形成されている場合には、透明基板ａ２側の液晶分子ｍ２´は、光学構造体ｂの角度θとプレチルト角ωの和だけの傾きを持って配列されることとなる。
【００１２】
したがって、液晶が封入される基板に形成される光学構造体の形状を考慮しないと、一分子ではなく液晶層としての基板法線方向に対する見かけの液晶の屈折率を正確に把握することができず、液晶の屈折率を正確に把握することができないと、適切な光学構造体の屈折率を選択することができず、適切な光学構造体の屈折率が選択できないと、所望のレンズパワーを得るための適切な光学構造体の形状を決定することができない、という不具合があった。
【００１３】
なお、適切な光学構造体の屈折率を選択していないと、液晶レンズ中において、所望のレンズパワーを出せず、光学構造体と液晶との境目が目立ってしまい、特に液晶レンズを眼鏡レンズとして利用する場合に見た目に違和感が生じるという不具合もあった。
【００１４】
本発明は、上記の不具合を解消することを可能とする液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、液晶が封入される基板の片面もしくは両面に光学構造体が形成される場合であっても、適切に液晶の屈折率を把握することによって、所望のレンズパワーを有する光学構造体の形状を決定することが可能な液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネル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】
【００１６】
本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法では、第１の透明基板とフレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板との間に配置された液晶層と、液晶層に電圧を印加するための透明電極を有する液晶フレネルレンズの製造方法であって、電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における前記液晶層の第１の平均屈折率を求め、フレネルレンズ構造の屈折率が第１の平均屈折率となるようにフレネルレンズ構造の材料を決定し、電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における液晶層の第２の平均屈折率を求め、第１及び第２の平均屈折率に基づいて、フレネルレンズ構造の形状を決定するステップを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る液晶フレネルレンズでは、第１の透明基板と、フレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板間に配置された液晶層と、液晶層に電圧を印加するための透明電極を有し、フレネルレンズ構造の屈折率が電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における液晶層の第１の平均屈折率と等しくなるように設定され、フレネルレンズ構造の形状が電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における液晶層の第２の平均屈折率に基づいて決定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズでは、光学構造体の形状を考慮した上で、液晶層の屈折率を求め、求められた液晶層の屈折率に基づいて光学構造体の屈折率を決定するので、液晶層と光学構造体の屈折率をほぼ等しく設定することが可能となった。
【００１９】
また、本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズでは、光学構造体の形状を考慮した上で、液晶層の屈折率を求め、求められた液晶層の屈折率に基づいて光学構造体の屈折率を決定するので、所望のレンズパワーを有する液晶フレネルレンズを容易に構成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】液晶分子の挙動の一例を示す図である。
【図２】電子眼鏡１の部分概略図である。
【図３】フィニッシュドレンズ１００´及びエッジングレンズ１００を説明するための図である。
【図４】ブランクレンズ１００´´を構成する２枚の透明基板を示す図である。
【図５】ブランクレンズ１００´´の断面図である。
【図６】エッジングレンズ１００とスプリングコネクタとの接続状態を示す図である。
【図７】液晶レンズ構造によるフレネルレンズ面の構造を説明するための図である。
【図８】フレネルレンズ構造１１６の形状を決定するためのフローチャートの一例を示す図である。
【図９】液晶分子の配向状態を示す図である。
【図１０】液晶層１３０の平均屈折率を求める経路を説明するための図である。
【図１１】フレネルレンズ構造の具体例を示す図である。
【図１２】液晶レンズの製造工程を示すフロー図である。
【図１３】液晶レンズの製造工程を説明するための図（１）である。
【図１４】液晶レンズの製造工程を説明するための図（２）である。
【図１５】液晶レンズの製造工程を説明するための図（３）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶フレネルレンズの製造方法及び液晶フレネルレンズについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２２】
また、以下において、研磨加工する前の「ブランクレンズ」、「フィニッシュドレンズ」及び「セミフィニッシュドレンズ」を「エッジング前レンズ」と言い、「エッジング前レンズ」をエッジングしたものを「エッジングレンズ」と言うものとする。ここで、両面を所望のレンズ形状に研磨加工したものを「フィニッシュドレンズ」と言い、片面のみ研磨加工したものを「セミフィニッシュドレンズ」と言う。さらに、液晶フレネルレンズ構造を含む「ブランクレンズ」、「フィニッシュドレンズ」、「セミフィニッシュドレンズ」及びエッジングレンズを、総称して「液晶フレネルレンズ」と言うものとする。
【００２３】
図２は、エッジングレンズを利用する例としての電子眼鏡１の部分概略図である。
【００２４】
図２（ａ）に示す様に、電子眼鏡１は、眼鏡フレーム２、ヨロイ部３、蝶番４、テンプル５、ブリッジ６、パッド７を含み、眼鏡フレーム２には、エッジングレンズ１００が組み込まれている。ヨロイ部３には、エッジングレンズ１００の液晶レンズ構造５０と導通するためのスプリングコネクタ１０及び２０、スプリングコネクタ１０及び２０と接続された電源部としての電池を含む電圧供給部３０、デッィプスイッチ３１等が内蔵されている。
【００２５】
図２（ｂ）は、眼鏡フレーム２の内側からスプリングコネクタ１０及び２０の方向を示す図である。図２（ｂ）に示す様に、スプリングコネクタ１０及び２０が、後述するエッジングレンズ１００の第１凹部１１３及び第２凹部１２３に挿入可能に配置されている。また、眼鏡フレーム２の内側には、エッジングレンズ１００のヤゲンが嵌り込む溝部を設けるようにしても良い。なお、「ヤゲン」とは、眼鏡フレーム２に装着する際に、眼鏡フレーム２の内側の溝部に嵌り込むように形成された凸部であって、通常０．５〜１ｍｍ程度の高さを有している。
【００２６】
エッジングレンズ１００の中心部分には、後述する様に、フレネルレンズ面上に配置された第１透明電極１１１及び第１透明電極１１１に対向する第２透明電極１２１を含む液晶レンズ構造５０が形成されている。第１透明電極１１１及び第２透明電極１２１間に電圧が印加されない場合には、液晶レンズ構造５０は動作せず、電子眼鏡１はエッジングレンズ１００が本来有するレンズパワーを得ることができる。第１透明電極１１１及び第２透明電極１２１間に電圧供給部２０から所定の電圧が印加されると、液晶レンズ構造５０は所定のパワーを有するレンズとして動作するので、エッジングレンズ１００の液晶レンズ構造５０がある部分では、エッジングレンズ１００が本来有するレンズの焦点距離を液晶レンズ構造５０が可変するように動作する。
【００２７】
例えば、エッジングレンズ１００自体を遠点に焦点が合うようなパワーを得られるレンズ形状とし、液晶レンズ構造５０が動作しない場合には、電子眼鏡は遠点用の眼鏡として作用させ、液晶レンズ構造５０が動作すると、電子眼鏡は近点用の眼鏡として作用するように設計することが考えられる。液晶レンズ構造５０への電圧の印加のＯＮ／ＯＦＦを電子眼鏡１のディップスイッチ３１によって行うようにすれば、ディップスイッチ３１によって任意に切り替え可能な遠近両用の電子眼鏡１を提供することが可能となる。なお、エッジングレンズによって提供できる種類の眼鏡は上記のものに限定されず、様々な種類、例えば、遠視用のパワーを複数段で切り替え可能な遠視用電子眼鏡、近視用のパワーを複数段で切り替え可能な近視電子眼鏡等、乱視用又は老眼用等、視力回復トレーニング用等に適用することが可能である。
【００２８】
図３及び図４は、エッジングレンズ１００を説明するための図である。
【００２９】
図３（ａ）は、図２に示す電子眼鏡１に装着されたエッジングレンズ１００の外形を電子眼鏡１の眼鏡フレーム２に合わせ、点線Ｂにてエッジングする前のフィニッシュドレンズ１００´の平面図であり、図３（ｂ）は、エッジングレンズ１００の側面図である。
【００３０】
図４（ａ）はブランクレンズを構成する第１透明基板１１０を示し、図４（ｂ）はブランクレンズを構成する第２透明基板１２０を示す図である。第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０は、円柱状の基板である。第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０は、図５に示したシール材１４０及び液晶層１３０等を封止するようにして張り合わせた後に、外形がレンズ形状（例えば、凹レンズ）を有するように研磨加工されて、図３（ａ）に示すようにエッジング前のフィニッシュドレンズ１００´となる。なお、製造方法の詳細については、後述する。
【００３１】
図４（ａ）に示す様に、第１透明基板１１０には、第２透明基板１２０と接続される側には、第１凹部１１３が形成されている。また、第１透明基板１１０上に配置されたフレネルレンズ構造上には、スパッタリング法によってＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を材料として形成された第１透明電極１１１、及び第１透明電極１１１と接続された第１接続ライン１１２が配置されている。
【００３２】
図４（ｂ）に示す様に、第２透明基板１２０には、第１透明基板１１０と接続される側には、第２凹部１２３が形成されている。なお、第１凹部１１３は第２接続ライン１２２に対向する位置に配置され、第２凹部１２３は第１接続ライン１１２に対向する位置に配置されている。また、第２透明基板１２０上には、スパッタリング法によってＩＴＯを材料として形成された第２透明電極１２１、及び第２透明電極１２１と接続された第２接続ライン１２２が配置されている。
【００３３】
なお、透明電極等を形成する前の段階の、凹部を形成した第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の形状は同一であるので、各々の基板上に膜付けをする工程も同一な工程を用いることができ、後述するブランクレンズ１００´´の形成は、容易且つ比較的安価に行うことが可能である。
【００３４】
図３（ｂ）に示す様に、眼鏡フレーム２に設けられた第１スプリングコネクタ１０は、エッジングレンズ１００の端部側から第２凹部１２３に挿入され、第２凹部１２３の内側に配置される第１接続ライン１１２と接触する。第１スプリングコネクタ１０が内蔵するスプリングバネによって、第１スプリングコネクタ１０の先端部１１側面が第２凹部１２３の内側に配置された第１接続ライン１１２に押し付けられるので、第１スプリングコネクタ１０と第１接続ライン１１２との導通が確保される（図６参照）。
【００３５】
図３（ｂ）に示す様に、眼鏡フレーム２に設けられた第２スプリングコネクタ２０は、エッジングレンズ１００の端部側から第１凹部１１３に挿入され、第１凹部１１３の内側に配置される第２接続ライン１２２と接触する。第２スプリングコネクタ２０が内蔵するスプリングバネによって、第２スプリングコネクタ２０の先端部２１側面が第１凹部１１３の内側に配置された第２接続ライン１２２に押し付けられるので、第２スプリングコネクタ２０と第２接続ライン１２２との導通が確保される（図６参照）。
【００３６】
なお、第１凹部１１３及び第２凹部１２３をそれぞれ長さｗ１の長方形に形成したが、第１凹部１１３及び第２凹部１２３の長さ及び形状は、これらに限定されるものではなく、例えば形状は円形、楕円形、三角形等の他の多角形状であっても良い。また、凹部の幅は、挿入されるスプリングコネクタの直径等に応じて適宜選択することが可能である。さらに、凹部は、開口部、即ち、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の片面側から他方の面側まで貫通するように形成されていても良い。また、開口部の長さ及び形状も、凹部と同様に長さｗ１の長方形としても良いが、それらに限定されるものではなく、例えば形状は円形、楕円形、三角形等の他の多角形状であっても良い。
【００３７】
図５は、ブランクレンズ１００´´の断面図である。図５において、点線はフィニッシュド１００´の外形を示し、図３（ａ）のＡＡ´断面に対応している。
【００３８】
図５に示すように、ブランクレンズ１００´´は、第１透明基板１１０、第２透明基板１２０、第１及び第２透明基板１１０及び１２０の間に配置されるシール材１４０、充填層１５０及び液晶レンズ構造５０等から構成される。
【００３９】
液晶レンズ構造５０は、第１透明基板１１０、第２透明基板１２０、フレネルレンズ構造１１６、及びシール材１４０の間に封止された液晶層１３０等から構成される。液晶層１３０としては、ホモジニアス配向型の液晶が用いられるが、垂直配向型の液晶やツイステッドネマティック配向の液晶、ハイブリッド配向の液晶、ポリマー含有型液晶、コレステリック液晶など、電圧によって見かけの屈折を変化することができれば、どの液晶を用いても良い。
【００４０】
第１透明基板１１０上には、フレネルレンズ構造１１６、透明基板から発生するガスが液晶層１３０へ侵入しないようにするための第１ガスバリア層１１４（ＳｉＯ2、膜厚２００ｎｍ）、第１透明電極１１１（ＩＴＯ、膜厚５０ｎｍ）、第１透明電極１１１上に配置された第１配向膜１１５（膜厚５０ｎｍ）等が配置されている。なお、フレネルレンズ構造１１６の下に第１ガスバリア層１１４を配置するように構成しても良い。
【００４１】
第２透明基板１２０上には、透明基板から発生するガスが液晶層１３０へ侵入しないようにするための第２ガスバリア層１２４（ＳｉＯ2、膜厚２００ｎｍ）、第１透明電極１１１と対向した透明平面電極である第２透明電極１２１（ＩＴＯ、膜厚５０ｎｍ）、第２透明電極１２１上に配置された第２配向膜１２５（膜厚５０ｎｍ）等が配置されている。なお、不用意な上下の透明電極間のショートを防ぐために、第１透明電極１１１、第２透明電極１２１の少なくとも一方の上に絶縁膜層を設けても良い。
【００４２】
第１透明電極１１１と第２透明電極１２１との間隔を一定に保つために、シール材１４０中には、樹脂やシリカで構成されたスペーサ材１４１（直径１０．５μｍ）が複数混入されている。また、第１透明電極１１１と第２透明電極１２１との間隔を一定に保つために、更に、透明性樹脂による充填層１５０が、シール材１４０の外側であって、第１透明電極１１１と第２透明電極１２１との間に形成されている。
【００４３】
第１及び第２透明基板１１０及び１２０は、厚さ５ｍｍの円柱状のポリカーボネイトを材料として用いているが、その厚さに限定されないし、その他のプラスチック材であるアクリルやウレタンでも良いし、ガラスを材料として用いても良い。また、図面上は平板基板であるが、張り合わせにおける基板間のギャップが重要であり、ギャップが出れば平板に限定されず曲面基板同士の張り合わせとしても良い。
【００４４】
フレネルレンズ構造１１６は、アクリルを材料として用いているが、環状オレフィン系の透明樹脂、ラジカル重合型のアクリル系光硬化樹脂、カオチン又はアニオン重合型のエポキシ系熱硬化樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機−有機ハイブリッド材料等の光学材料を用いても良い。フレネルレンズ構造１１６を光硬化性樹脂を用いて形成する場合には、少なくとも紫外線が照射される側の基板は、紫外線を透過する特性を有する必要がある。なお、フレネルレンズ構造１１６の形状及び屈折率の決定に関しては後述する。
【００４５】
図５において、ｗ２は液晶レンズ構造５０の液晶層部分の幅を示し、図５の例では、ｗ２＝２０ｍｍであり、ｗ３はブランクレンズ１００´´及びフィニッシュドレンズ１００´の外形寸法を示し、図５の例ではｗ３＝７５ｍｍである。しかしながら、上記の値は一例であって、他の値を採用することも可能である。
【００４６】
図５においては、説明の便宜上、各基板や層の厚さの縮尺を変更して記載している場合がある点に留意されたい。また、図５において、眼鏡フレーム２に装着するための、エッジングレンズ１００の外形を一点鎖線で示している。
【００４７】
図６は、エッジングレンズ１００とスプリングコネクタとの接続状態を示す図である。
【００４８】
図６では、エッジングレンズ１００の点線Ｄで囲われた部分の拡大図を示している。前述したように、第１スプリングコネクタ１０が内蔵するスプリングバネによって、第１スプリングコネクタ１０の側面が第２凹部１２３の内側に配置された第１接続ライン１１２に押し付けられて、第１スプリングコネクタ１０と第１接続ライン１１２との導通が確保される。同様に、第２スプリングコネクタ２０が内蔵するスプリングバネによって、第２スプリングコネクタ２０の側面が第１凹部１１３の内側に配置された第２接続ライン１２２に押し付けられるので、第２スプリングコネクタ２０と第２接続ライン１２２との導通が確保される。なお、エッジングレンズ１００とスプリングコネクタとの接続方法は、上記の方法に限定されるものではなく、他の方法を採用しても良い。
【００４９】
上述したフィニッシュドレンズ１００´では、図３（ａ）に示す第１凹部１１３及び第２凹部１２３の幅ｗ１の間のどこで加工してエッジングレンズ１００としても、エッジングレンズ１００の端部側から、スプリングコネクタとの接続を得ることが可能となる（図６参照）。したがって、エッジングレンズ１００の外形を予め定めることなく、様々な形状の眼鏡フレームに対応することが可能となった。
【００５０】
以下、図７〜図１０を用いて、フレネルレンズ構造１１６の形状及び屈折率の決定について説明する。
【００５１】
図７は、液晶レンズ構造によるフレネルレンズ面の構造を説明するための図である。図７（ａ）は、フレネルレンズ構造１１６のサグ（段差で区切られたｚ軸方向の輪帯の高さに相当）の値を一定にした場合を示し、図７（ｂ）はフレネルレンズ構造１１６のピッチ（段差で区切られたｒ軸方向の輪帯の幅に相当）を一定にした場合を示している。
【００５２】
図７（ａ）及び（ｂ）では、フレネルレンズ面の頂点ＯＡ（すなわち、光軸上のレンズ面の点）を原点に半径ｒ方向のフレネルレンズ面の断面を表している。また、図７（ａ）及び（ｂ）における線Ｃは、フレネルレンズ構造１１６が有するレンズ特性の元となるレンズ面を表している。レンズ面は、一般のレンズと同様に、光軸に対して中心対象の連続局面として設計される。そこで、レンズ面の光軸に沿った位置が頂点と同じ位置となるように、レンズ面に段差を設けることにより、図７（ａ）及び（ｂ）に示すフレネルレンズ構造１１６及び１１６´のような断面形状を得る。これによって、段差で区切られた輪帯を複数有するフレネルレンズ面が形成される。
【００５３】
図７（ａ）では６つの輪帯を有するフレネルレンズ構造１１６を示し、図７（ｂ）では７つの輪帯を有するフレネルレンズ構造１１６´を示しているが、輪帯の数は一例であって、これに限定されるものではない。なお、以下の説明では、図７（ａ）に示すサグの値を一定にした場合を例にして説明する。
【００５４】
図８は、フレネルレンズ構造１１６の形状を決定するためのフローチャートの一例を示す図である。
【００５５】
最初に、フレネルレンズ構造１１６の初期角度θ0（ｄｅｇ）を設定する（Ｓ１０）。初期角度θ0は経験値に基づいて定めたものである。例えば、図７（ａ）に示したように、各輪帯の傾斜部分は、本来レンズ面Ｃの一部であることから、直線ではないが、直線に近時して以下の説明を行う。また、各輪帯の傾斜部分を直線に近時したとしても、各輪帯の傾斜部分の角度は一定ではない。しかしながら、以下の説明では、各輪帯の傾斜部の角度の平均値をもって、フレネルレンズ構造１１６の角度と考えることとする。なお、全ての輪帯の角度の単純平均を平均値としても良いし、各輪帯の傾斜部分の断面積によって各輪帯の角度に重み付けを行って平均値を算出しても良い。
【００５６】
次に、第１配向膜１１５及び第２配向膜１２５のプレチルト角ω（ｄｅｇ）（Ｓ１１）、液晶レンズ構造５０に必要とされる焦点距離ｆ（ｍｍ）（Ｓ１２）、液晶レンズ構造５０のレンズ有効径Ｄ（ｍｍ）（Ｓ１３）を設定する。更に、フレネルレンズ構造１１６の角度θ＝θ0と設定する（Ｓ１４）。
【００５７】
次に、フレネルレンズ構造１１６の角度θ及びプレチルト角ωに基づいて、電圧非印加時の液晶層１３０の平均屈折率ｎ1を演算によって求め（Ｓ１５）、使用する場合の駆動電圧を決定して、フレネルレンズ構造１１６の角度θ及びプレチルト角ωに基づいて、決定された駆動電圧印加時の液晶層１３０の平均屈折率ｎ2を演算によって求める（Ｓ１６）。
【００５８】
図９は、液晶分子の配向状態を示す図である。図９（ａ）は、電圧印加時におけるフレネルレンズ構造１１６（一部のみ示す）が形成された第１透明基板１１０と第２透明基板１２０間の液晶分子ｍ1〜ｍ7の配向状態を示し、図９（ｂ）は、液晶分子の長軸の傾き角度ψを示す図である。
【００５９】
図９（ｂ）において、曲線Ｄは、電圧印加時における液晶分子の長軸の傾き角度ψを示し（図９（ａ）に対応）、曲線Ｅは、電圧非印加時における液晶分子の長軸の傾き角度ψを示している。
【００６０】
液晶分子の長軸が、光軸（第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０に対してほぼ垂直な方向）に対して平行となる場合（液晶分子ｍ4に相当）、その液晶分子の光軸方向における屈折率はほぼ異常光屈折率ｎeに等しくなる。また、液晶分子の長軸が、光軸に対して垂直（第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０とほぼ平行）な方向を向く場合には、その液晶分子の光軸方向における屈折率はほぼ常光屈折率ｎoに等しくなる。また、液晶分子の長軸方向が、光軸に対して角度ψで傾く場合の光軸方向における屈折率ｎψは、以下の式１によって求めることができる。
【００６１】
【数１】
【００６２】
即ち、基板間の各液晶分子の長軸の配向方向をプレチルト角度ωとフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θを考慮しながら求め（曲線Ｄ及びＥ）、それに応じて式１に基づいて、断面方向で分割した各々の領域での屈折率を求めて平均すれば、所定の経路における屈折率ｎiを求めることができる。なお、異常光屈折率ｎe及び常光屈折率ｎoの値は液晶材料ごとのバルクの特性であり、予め容易に求めることができる。なお、電圧非印加時における液晶分子の長軸の傾き角度ψは、両方基板に配置される配向膜が同じであれば、同じ配向規制力になり、曲線Ｅはそれぞれ界面での傾きを結んだ直線になる。しかしながら、図９の例では、第１の透明基板１１０側にフレネルレンズ構造１１６があることから、曲線Ｅは、第１の透明基板１１０側の傾きが大きくなっている。
【００６３】
図１０は、液晶層１３０の平均屈折率を求める経路を説明するための図である。
【００６４】
液晶１３０の平均屈折率を求める場合には、図１０の始点ｘ0から終点ｘnまでの間にｎ＋１個の経路を設定し、経路毎に、図９に示すように屈折率ｎiを求め、求めたｎ＋１個の屈折率ｎiの平均値を平均屈折率とする。図８に示すフローチャートの場合、電圧非印加時の平均屈折率がｎ1であり（図９の曲線Ｅに相当）、電圧印加時の平均屈折率がｎ2である（図９の曲線Ｄに相当）。
【００６５】
ステップ１５及び３６では、上記にように液晶層１３０の平均屈折率ｎ1及びｎ2を求めるので、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０における配向膜が相互に異なっていても、プレチルト角が相互に異なっていても、適切な平均屈折率を求めることが可能である。
【００６６】
次に、フレネルレンズ構造１１６を構成する樹脂の屈折率を、電圧非印加時の平均屈折率ｎ1に決定する（Ｓ１７）。即ち、液晶レンズ構造５０に電圧を印加しない状態で、フレネルレンズ構造１１６と液晶層１３０の屈折率がほぼ同じとなるように設定する（ノーマリーオフ）。なお、フレネルレンズ構造１１６を構成する樹脂の屈折率を、電圧印加時の平均屈折率ｎ2に決定しても良い。その場合には、液晶レンズ構造５０に電圧を印加した状態で、フレネルレンズ構造１１６と液晶層１３０の屈折率がほぼ同じとなるように設定されることとなる（ノーマリーオン）。
【００６７】
次に、平均屈折率ｎ1及びｎ2に基づいて、液晶レンズ構造５０に求められる焦点距離ｆとなるように、フレネルレンズ構造の輪帯の（平均）傾斜角θ1を演算により求める（Ｓ１８）。光学設計によって、フレネルレンズ構造１１６が有するレンズ特性の元となるレンズ面の曲率半径Ｒを定める。ここで、曲率半径Ｒを定めることは、以下の式２に示される光路差関数Φの係数Ｃ１を求めることと等しい。なお、式２において、ｌ＝１０であっても良いが、ｌ＝３程度でも充分である。
【００６８】
【数２】
【００６９】
フレネルレンズ構造１１６のレンズ面が、球面レンズであるとすると、式２から以下の式３が導きだされ、式３を微分することによって式４が導きだされる。また、フレネルレンズ構造１１６の輪帯による傾斜角θ1による位相傾き（図７（ａ）参照）から以下の式５が導き出せる。さらに、焦点距離ｆは、光路差関数Φの係数Ｃ１を利用すると以下の式６のように表わすことができる。ここで、本発明においては、電圧印加による液晶層の平均屈折率差分（変化量）によって焦点を可変するので、実際にはこの平均屈折率の変化量Δｎを考慮し、Ｃ１からΔｎを割った値をＣ１として用いて設計を行う。なお、フレネルレンズ構造の場合、球面を端から中央に少しずらしながら輪切りにするようにして複数の輪帯を構成しているので、有効径Ｄが大きくなるほど、相対的に傾斜角θが大きくなる関係にある。
【００７０】
【数３】
【００７１】
また、式５におけるΔｎは、電圧印加による液晶層の平均屈折率差分（変化量）でありフレネルレンズ構造１１６と液晶層１３０との位相差でもあるから、Δｎ＝｜ｎ1−ｎ2｜である。以上より、フレネルレンズ構造１１６の輪帯による傾斜角θ1は、式３〜式６に基づいて、以下の式７のように表わすことが可能であり、式７に基づいて、平均屈折率ｎ1及びｎ2、焦点距離ｆに基づいて、フレネルレンズ構造の輪帯の傾斜角θ1を演算によって求めることが可能である。
θ1 ＝ ａｒｃｔａｎ（２・｜ｎ1−ｎ2｜／ｆ） ・・・（７）
【００７２】
次に、ステップ１４で設定したフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θ（例えば、Ｓ１０で設定した初期値θ0）とステップ１８で演算によって求められたθ1が等しいかを判断する（ステップ１９）。なお、どの程度までを等しいとするかの許容範囲は、アプリケーションによって異なるが、例えば、|θ-θ1|≦０．２×θ1以内（小数点３桁目）を許容範囲と設定することが可能である（即ち、許容範囲をθ1の０．２％以内と設定）。フレネルレンズとしては回折光の影響があるために、影響がなるべく出ないように考慮して、波長λを４００ｎｍ及びサグの量を１０μｍとした時に、λ/２０以内を許容範囲とすると、精度は０．２％となる。
【００７３】
ステップ１９において、ステップ１４で設定したフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θとステップ１８で演算によって求められたθ1がほぼ等しい場合には、ステップ１８で求めたθ1に基づいてフレネルレンズ構造１１６の形状を決定する（Ｓ２０）。なお、前述したように、実際のフレネルレンズ構造１１６は（図７（ａ）参照）、各輪帯の傾斜角は各場所それぞれ異なるので、（平均）傾斜角θ1に合わせて、実際の各輪帯の傾斜角を定めることとなる。
【００７４】
次に、平均屈折率ｎ1となるようなフレネルレンズ構造１１６の樹脂材料及び、平均屈折率ｎ1となるような第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の樹脂材料を決定して（Ｓ２１）、一連の作業を終了する。なお、前述したように、ノーマリーオンに設定した場合には、フレネルレンズ構造１１６、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の樹脂材料は、平均屈折率ｎ2となるように設定することとなる。
【００７５】
ステップ１９において、ステップ１４で設定したフレネルレンズ構造１１６の傾斜角θとステップ１８で演算によって求められたθ1が等しくなかった場合には、θ＝θ1として（Ｓ２２）、再度ステップ１５〜ステップ１９を繰り返す。
【００７６】
上記のフローでは、フレネルレンズ構造１１６の形状が決まらないと、平均屈折率が定まらないが、一方で、平均屈折率が定まらないと所望の焦点距離ｆを有するフレネルレンズ構造１１６の形状が決まらないことから、一方を仮に定めておいて他方を演算によって求めることを繰り返しながら、徐々に所定の数値に収束し、両者を満足する値を求めるように演算を行う数値解方式を採用している。
【００７７】
上述した図８に示す、フレネルレンズ構造１１６の形状等を決定するフローチャートは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等を有するパーソナルコンピュータ等によって実行される。具体的には、ステップ１０〜ステップ１４を、キーボード及び／又はマウス等によって入力すると、ＨＤ等に予め記憶されているソフトウエアが実行され、ステップ１４〜ステップ２２を自動的に実行し、フレネルレンズ構造１１６の平均傾斜角θ1に及びフレネルレンズ構造１１６を構成する樹脂の屈折率ｎ1（又は平均屈折率ｎ2）等をディスプレイ上に表示する。
【００７８】
上記では、フレネルレンズ構造１１６のレンズ面が球面レンズであるとして、演算を行ったが、フレネルレンズ構造１１６のレンズ面は非球面レンズであっても良い。
【実施例１】
【００７９】
フレネルレンズ構造１１６の初期構造（初期（平均）傾斜角θ0を７．０００°）を表１のように設定し、配向膜のプレチルト角ωを６°（第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０において同じ）、焦点距離ｆを５００ｍｍ（２ diopter）、レンズ有効径Ｄを２０ｍｍ、異常光屈折率ｎe＝１．７１９、常光屈折率ｎo＝１．５１１（ｎe、ｎoともに５８９ｎｍの屈折率）、第１透明基板１１０と第２透明基板１２０間のセルギャップｄ＝１０．５μｍと設定した場合、１回目の演算では、
ｎ1＝１．７１７（電圧非印加時）
ｎ2＝１．５３５（駆動電圧として１０Ｖ印加時） となるので、
θ1＝４．２３５°となる。
さらに図８のフローチャートに示す処理を繰り返すと、最終的にθ＝４．１７０°で、ステップ１９における許容度が満足される。
【００８０】
上記の方法に基づいて設定したθ＝４．１７０°を利用して実際に形成したフレネルレンズ構造１１６の一例を図１１に示す。
図１１の例では、輪帯の数を５５、各輪帯のサグの量が全て１０μｍとなるように設定したものである。図１１において、「輪帯の位置」は、フレネルレンズ構造の中心から各輪帯の内側端までの距離（μｍ）を示し、「輪帯幅」は各輪帯の内側端から外側端までの距離（μｍ）を示し、「角度」は各輪帯において微小領域を０．００１ｍｍとして求めた傾斜角を示している。図１１に示すフレネルレンズ構造は、焦点距離ｆを５００ｍｍ（２ diopter）、レンズ有効径Ｄを２０ｍｍ、ｎ1＝１．７１７（電圧非印加時）、ｎ2＝１．５３５（駆動電圧として１０Ｖ印加時）である。
【００８１】
以下、図１２〜図１５を用いて、液晶フレネルレンズの製造工程を説明する。
【００８２】
最初に、円柱状（厚さ５ｍｍ）の第１透明基板１１０に第１凹部１１３を切削加工により形成し、円柱状（厚さ５ｍｍ）の第２透明基板１２０に第２凹部１２３を切削加工により形成する（Ｓ１０）。なお、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の樹脂材料の屈折率は、図８のステップ２１で決定された値に従うものとする。
【００８３】
次に、第１透明基板１１０上に、フレネルレンズ構造１１６を形成する（Ｓ３１）。フレネルレンズ構造１１６は、供給器２００から第１透明基板１１０上に光硬化樹脂２１０を所定量滴下して（図１３（ａ）参照）、モールド２０１によって光硬化樹脂２１０の形状を整えた後（図１３（ｂ）及び（ｃ）参照）、第１透明基板１１０の裏側から紫外線（ＵＶ）を照射して（図１３（ｃ）参照）、光硬化樹脂２１０を硬化させることによって形成する（図１３（ｄ）参照）。図１３（ｄ）では、第１透明基板１１０の大きさに対して、フレネルレンズ構造１１６を含めた硬化した光硬化樹脂２１０の領域が小さい構成での説明となっているが、第１透明基板１１０全面に形成する構成としても良い。なお、フレネルレンズ構造１１６の形状及びそれを構成する樹脂材料の屈折率は、図８のステップ２１で決定された値に従うものとする。
【００８４】
光硬化樹脂２１０としては、ＵＶ硬化性のアクリル樹脂を利用することができる。また、別途フレネルレンズ構造を形成し、完成したフレネルレンズ構造を第１透明基板１１０上に接着するようにしても良い。さらに、第１凹部１１３と同様に、第１透明基板を切削加工等することにより形成したり、キャスティングや射出成型で透明基板そのものと一体成型しても良い。
【００８５】
次に、フレネルレンズ構造１１６が形成された第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０上に、それぞれ、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ2皮膜による第１ガスバリア層１１４及び第２ガスバリア層１２４を成膜する（Ｓ３２）。
【００８６】
次に、第１透明基板１１０の第１ガスバリア層１１４の上から、ＩＴＯ膜の形成及びパターンニングを行い、第１透明電極１１１及び第１接続ライン１１２を形成する。同様に、第２透明基板１２０の第２ガスバリア層１２４の上から、ＩＴＯ膜の形成及びパターンニングを行い、第２透明電極１２１及び第２接続ライン１２２を形成する（Ｓ３３）。
【００８７】
次に、第１透明基板１１０の第１透明電極１１１の上から、第１配向膜１１５を成膜し、ラビングを行う。同様に、第２透明基板１２０の第２透明電極１２１の上から、第２配向膜１２５を成膜し、ラビングを行う（Ｓ３４）。
【００８８】
配向膜の形成は、例えば、供給器２０２から、膜構成材料２１１を所定量滴下し（図１４（ａ）参照）、所定雰囲気で乾燥（焼成）後、ローラー２０３を用いてラビングを行う（図１４（ｂ）参照）。配向膜は、このようなラビング処理を行わず、無機物を蒸着して形成する蒸着膜や、光照射によって配向する光配向膜などを用いることができる。
【００８９】
次に、シール材１４０を形成するために、第１透明基板１１０上に、供給器２０４からスペーサ材１４１が混入された光硬化樹脂２１２を配置する（図１４（ｃ）参照）（Ｓ１５）。なお、シール材１４０は、硬化した際に、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０とほぼ同じ屈折率を有するものを使用するのが好ましい。なお、図１４（ｃ）、図１４（ｄ）及び図１５（ａ）〜図１５（ｃ）では、便宜上、第１ガスバリア層１１４、第１透明電極１１１及び第１配向層１１５と、第２ガスバリア層１２４、第２透明電極１２１及び第２配向層１２５は省略して記載している。
【００９０】
次に、光硬化樹脂２１２の内側に、供給器２０６から液晶２１４を所定量滴下する（Ｓ３６、図１４（ｄ）参照）。即ち、ここでは、シール材に注入口を設けて、注入口から液晶を注入後に、注入口を封止する工法を用いずに、液晶滴下工法（ＯＤＦ）を用いている。このため、エッジングレンズ１００として利用する場合に、液晶を注入する経路が無く、自由にエッジングレンズ１００の外形を選ぶことができ、レンズの光学的特性を良好に維持することができる。
【００９１】
次に、第１透明基板１１０の上から第２透明基板１２０をチャンバ２０８内の真空雰囲気下で重ね合わせて張り合わせる（図１５（ａ）参照）（Ｓ３７）。
【００９２】
次に、所定のチャンバ２０９中に配置して、真空雰囲気下で、シール材１４０の外側であって、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の隙間に、毛細管現象を利用して、透明性接着剤２１６を充填させる（図１５（ｂ）参照）（Ｓ３８）。なお、充填層１５０に用いられる透明性接着剤は、低粘度及び光硬化性であり、透明で、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０とほぼ同じ屈折率を有するものを使用する。これによって、界面での反射ロスを減少させている。
【００９３】
次に、液晶層１３０の部分をマスクしてＵＶ照射を行い、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を硬化させ、シール材１４０及び充填層１５０を形成する（Ｓ３９）。液晶層１３０の部分をマスクするのは、液晶材料によってはＵＶによって特性が変化してしまうため、それを防止するためである。また、充填層１５０は、レンズの透過率の向上と、研磨加工時に耐えられる接着力の確保と、研磨剤及び研磨液等が内部に侵入するのを防止する作用をも有している。
【００９４】
これによって、滴下された液晶２１４は、第１透明基板１１０、第２透明基板１２０及びシール材１４０によって封止されて液晶層１３０となる。なお、樹脂を硬化させてシール材１４０及び充填層１５０を形成する際には、ＵＶの照射後に、高温雰囲気下で焼成するようにしても良い。これによって、例えば、図５に示すブランクレンズ１００´´（レンズ外形形状が形成されていない状態）が完成する。
【００９５】
次に、ブランクレンズ１００´´の外形を切削加工又は研磨加工して、レンズ形状とし、例えば、図５に点線で示すフィニッシュドレンズ１００´を完成させる（Ｓ４０）。なお、レンズ形状の形成は、片面ずつ行うが、片面のみ形成されているものをセミフィニッシュドレンズと言う。
【００９６】
次に、眼鏡フレーム２の形状に合わせて、フィニッシュドレンズ１００´をエッジングし、例えば、図６に示す様に、エッジングレンズ１００を完成させ（Ｓ４１）、液晶レンズ構造５０とスプリングコネクタ１０及び２０との導通を図るように、眼鏡フレーム２へ装着することによって、電子眼鏡１を完成させる（Ｓ４２）。
【００９７】
ブランクレンズ１００´´の状態（図５参照）では、液晶レンズ構造５０の周囲にはスペーサ材１４１が混入されたシール材１４０が形成され、シール材１４０の外側であって第１及び第２透明基板１１０及び１２０間の隙間には充填層１５０が形成されている。したがって、液晶レンズ構造５０のセルギャップは所定の厚さに維持される。また、その後の研磨加工が施されて、フィニッシュドレンズ１００´（図５の点線部分参照）となる際にも、同様に、液晶レンズ構造５０のセルギャップは、所定の厚さに維持される。
【００９８】
液晶レンズの製造過程において、最も液晶レンズ構造５０に圧力が加わるのは、フィニッシュドレンズとするための研磨加工時であるので、その状態において、スペーサ材１４１が混入したシール材１４０及び充填層１５０が健在であれば、液晶レンズ構造５０のセルギャップは所定の厚さに維持される。その後、エッジングレンズ１００にエッジングされてしまうと、眼鏡フレーム２の形状に応じて、充填層１５０の外周部は切除されてしまうが、残存する充填層１５０とシール材１４０によって、充分に、液晶レンズ構造５０のセルギャップは所定の厚さに維持される。
【００９９】
図１２〜図１５に示した液晶レンズの製造工程では、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を第１及び第２透明基板１１０及び１２０間に配置した後に、ＵＶ照射等を行い、シール材１４０及び充填層１５０を形成した。しかしながら、先に光硬化樹脂２１２のみにＵＶ照射を行ってシール材１４０を形成し、その後、透明性接着剤２１６を第１及び第２透明基板１１０間に毛細管現象を利用して充填し且つそれにＵＶ照射を行って充填層１５０を形成するような工程としても良い。ＵＶ照射を２回に分けて行うこととなるが、シール材１４０が既に形成された後に、透明性接着剤２１６を充填させる方が、張り合わせ後のアライメントズレに対して神経を使う必要がなく、透明性接着剤２１６の充填作業性が上がる。
【０１００】
図１２〜図１５に示した液晶レンズの製造工程では、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を第１及び第２透明基板１１０及び１２０間に配置した後に、ＵＶ照射等を行い、シール材１４０及び充填層１５０を形成した。しかしながら、第１透明基板１１０と第２透明基板１２０を張り合わせる前に、第１透明基板１１０上に、光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６を配置し、その後に、第１透明基板１１０と第２透明基板１２０を張り合わせるような工程としても良い。この場合、透明性接着剤２１６も、供給器（不図示）から第１透明基板１１０上に適量だけ滴下することとなる。なお、その後、第１及び第２透明基板１１０及び１２０間に配置された光硬化樹脂２１２及び透明性接着剤２１６に対して、同時にＵＶ照射等を行い、シール材１４０及び充填層１５０が形成される点は、図１５（ｃ）と同様である。
【０１０１】
充填層１５０のための透明性接着剤２１６を充填する前に、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の透明性接着剤２１６が充填される領域を予めプラズマ処理を施して置いたり、液晶の滴下後（Ｓ３６参照）に、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の透明性接着剤２１６が充填される領域の表面を洗浄したり、することによって、透明性接着剤２１６の塗れ性を向上させることが可能となる。また、第１透明基板１１０及び第２透明基板１２０の透明性接着剤２１６が充填される領域の下地に凹凸形状を形成して、接着面積を増加させることによって、接着性を強化することが可能となる。さらに、上記の例では、透明性接着剤２１６は、配向膜１１５及び１２５と接着するように構成されているが、ＩＴＯ等との接着力が強ければ、充填層１５０の部分には配向膜１１５及び１２５を形成しなくても良い。
【０１０２】
上記の説明では、第１透明基板にフレネルレンズ構造があり、第２透明基板にはフレネルレンズ構造のない構成を用いて説明したが、特にこれに限定されず、第１透明基板と第２透明基板の両方にフレネルレンズ構造を設ける構成であっても良い。さらに、透明基板へのフレネルレンズ構造の形成方法としては、基板内に樹脂を配置したインプリントだけに限定されず、透明基板への直接加工で形成しても良い。
【０１０３】
また、第１透明基板及び第２透明基板の２枚の透明基板の厚みに関して、図面上は同じ厚みの基板となっているが、特にこれに限定されず、例えばフィルム状の薄い基板と厚い基板の組み合わせでも良いし、２枚の透明基板の材質が異なっていても良い。
【０１０４】
本実施形態では、電子眼鏡用レンズを例に説明したが、本発明のエッジング前レンズ及びエッジングレンズは、液晶を注入後、レンズの一部（中央部）に液晶を封入し、最後に所望の形に外形カットする液晶レンズであれば、電子顕微鏡や電子カメラ、ピックアップレンズ等、光学レンズとしていかなる用途のものでも採用することが可能である。また、光学構造としてフレネルレンズを用いれば液晶レンズになるが、本発明は光学構造に特長を持っているわけではないので特にこれに限定されず、シリンドリカルレンズやプリズム、マイクロレンズアレイ等の光学構造を用いた液晶光学素子でも適用することができる。また、両方の基板内にフレネルレンズ構造などの光学構造を設けなくてもよい。例えば、基板間に形成された電極に電圧を印加し、光を制御する機能を有するものであっても、本発明を採用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 電子眼鏡
２ 眼鏡フレーム
１０ 第１スプリングコネクタ
２０ 第２スプリングコネクタ
５０ 液晶レンズ構造
１００´´、１０１´´、１０２´´、１０３´´、１０４´´ ブランクレンズ
１００´、１０１´、１０２´、１０３´ フィニッシュドレンズ
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ エッジングレンズ
１１０ 第１透明基板
１２０ 第２透明基板
１３０ 液晶層
１４０ シール材
１４１ スペーサ
１５０ 充填層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板とフレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板との間に配置された液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するための透明電極を有する液晶フレネルレンズの製造方法であって、
電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における前記液晶層の第１の平均屈折率を求め、
前記フレネルレンズ構造の屈折率が前記第１の平均屈折率となるように前記フレネルレンズ構造の材料を決定し、
電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における前記液晶層の第２の平均屈折率を求め、
前記第１及び第２の平均屈折率に基づいて、前記フレネルレンズ構造の形状を決定する、
ステップを有することを特徴とする液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の平均屈折率の差及び前記液晶フレネルレンズの所望の焦点距離に基づいて、前記フレネルレンズ構造の形状を決定する、請求項１に記載の液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項３】
前記液晶層と前記フレネルレンズ構造との間のプレチルト角及び前記フレネルレンズ構造の形状に基づいて、前記第１及び第２の平均屈折率を求める、請求項１又は２に記載の液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の透明基板の屈折率は、前記フレネルレンズ構造の屈折率と同じである、請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項５】
第１の透明基板と、
フレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板間に配置された液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加するための透明電極と、を有し、
前記フレネルレンズ構造の屈折率が、電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における前記液晶層の第１の平均屈折率と等しくなるように設定され、
前記フレネルレンズ構造の形状が、前記電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における前記液晶層の第２の平均屈折率に基づいて決定されている、
ことを特徴とする液晶フレネルレンズ。
【請求項１】
第１の透明基板とフレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板との間に配置された液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するための透明電極を有する液晶フレネルレンズの製造方法であって、
電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における前記液晶層の第１の平均屈折率を求め、
前記フレネルレンズ構造の屈折率が前記第１の平均屈折率となるように前記フレネルレンズ構造の材料を決定し、
電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における前記液晶層の第２の平均屈折率を求め、
前記第１及び第２の平均屈折率に基づいて、前記フレネルレンズ構造の形状を決定する、
ステップを有することを特徴とする液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の平均屈折率の差及び前記液晶フレネルレンズの所望の焦点距離に基づいて、前記フレネルレンズ構造の形状を決定する、請求項１に記載の液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項３】
前記液晶層と前記フレネルレンズ構造との間のプレチルト角及び前記フレネルレンズ構造の形状に基づいて、前記第１及び第２の平均屈折率を求める、請求項１又は２に記載の液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の透明基板の屈折率は、前記フレネルレンズ構造の屈折率と同じである、請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶フレネルレンズの製造方法。
【請求項５】
第１の透明基板と、
フレネルレンズ構造が配置された第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板間に配置された液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加するための透明電極と、を有し、
前記フレネルレンズ構造の屈折率が、電圧非印加時及び電圧印加時の内の何れか一方における前記液晶層の第１の平均屈折率と等しくなるように設定され、
前記フレネルレンズ構造の形状が、前記電圧非印加時及び電圧印加時の内の他の一方における前記液晶層の第２の平均屈折率に基づいて決定されている、
ことを特徴とする液晶フレネルレンズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１２８１０６（Ｐ２０１２−１２８１０６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８４０５（Ｐ２０１０−２７８４０５）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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