液晶レンズ構造とその駆動方法
【課題】液晶レンズ構造とその駆動方法を提供する。
【解決手段】液晶レンズ構造は、上部基板と、下部基板と、液晶及び高分子複合フィルムと、液晶層と、を備えるように構成される。上部基板は、第１導電層と第１配向層を有する。下部基板は、第２導電層と第２配向層を有する。液晶及び高分子複合フィルムを第１配向層の片側に設置するとともに、第１レンズを形成する。液晶層を液晶及び高分子複合フィルムと第２配向層との間に設置するとともに、第２レンズを形成する。液晶及び高分子複合フィルムが内蔵されたことにより、低電圧で、広い焦点距離範囲を持つ液晶レンズを実現することができる。
【解決手段】液晶レンズ構造は、上部基板と、下部基板と、液晶及び高分子複合フィルムと、液晶層と、を備えるように構成される。上部基板は、第１導電層と第１配向層を有する。下部基板は、第２導電層と第２配向層を有する。液晶及び高分子複合フィルムを第１配向層の片側に設置するとともに、第１レンズを形成する。液晶層を液晶及び高分子複合フィルムと第２配向層との間に設置するとともに、第２レンズを形成する。液晶及び高分子複合フィルムが内蔵されたことにより、低電圧で、広い焦点距離範囲を持つ液晶レンズを実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズ構造とその駆動方法に関し、特に液晶及び高分子複合フィルムが内蔵された液晶レンズ構造とその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、カメラ、カメラ付き携帯電話機や、立体映像処理用設備などの装置では、ズームレンズを用いることにより、画像のオートフォーカス、拡大または縮小が可能になり、結像させることができる。従来のズームレンズは、複数のレンズ群（ｌｅｎｓ ｇｒｏｕｐ）を設ける必要があり、これらのレンズ群を光軸方向に沿って移動させ、相互の距離を変えることにより、結像距離に影響することなく、全体焦点距離を変化できる。しかしながら、この種のレンズはより長いレンズ群移動距離が必要であり、且つその距離が非線形関係となっているため、構造設計を複雑にし、精度の制御が難しい、製造コストが高くなり過ぎて軽減できないといった問題があった。一方、液体レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｎｓ）または液晶レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｌｅｎｓ， ＬＣレンズという）を使用し、レンズ群移動距離を改善することにより、カメラ装置のサイズを小型化するものもある。
【０００３】
液体レンズの一般的な原理としては、調節可能な液体充填レンズと固体レンズを組み合わせ、液体充填レンズの形状（両凸レンズや凹凸レンズなど）を変化させるか、異なる屈折率の充填媒質に変化させることにより、レンズの焦点距離を調節してズーム機能を持たせる目的を達成する。また、液晶充填レンズのほかに、液晶屈折率も外部電場を印加するにつれて、電子制御方式で焦点距離を変化させることが可能な液晶レンズがあって、例えば、非特許文献１（Ｓｕｓｕｍｕ Ｓａｔｏ、「Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌｅｎｓ−Ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈ」、Ｊａｐａｎ Ｊ．ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７９年３月１２日）に開示されたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第ＵＳ２００７／０１３９３３３号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｓｕｓｕｍｕ Ｓａｔｏ、「Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌｅｎｓ−Ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈ」、Ｊａｐａｎ Ｊ．ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７９年３月１２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、他の従来技術（米国特許出願公開第ＵＳ２００７／０１３９３３３号明細書、特許文献１）として、一種の光学素子（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）が開示されているように、第１基板と、第２基板と、液晶層とを備えるように構成され、該第１基板は第１電極を有し、一方、該第２基板の片側に設けられた第２電極は貫通穴を有し、該液晶層は、該第１基板と該第２基板との間に設けられ、また、該第１電極と該第２電極とは電源に電気的に接続される。そして、該液晶層に電圧を印加することによって、液晶分子の配向を変化させることができる。さらに、該第２基板上にはさらに誘電層と第３電極を追設し、この第３電極で、画像品質や焦点距離を調節することができるが、上述した従来技術では、以下のような問題があった。
【０００７】
イ、 構造が複雑になり、その製造コストが高くなってしまう。
【０００８】
ロ、 高駆動電圧で、駆動回路のコストが高くなり、且つ多くの駆動エネルギーが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以上の従来技術の問題に鑑みなされたものであって、電極設計が複雑で、作動電圧が高い、体積厚さがより大きい、焦点距離範囲が調整できないといった課題を解決できる、一種の液晶レンズ構造とその駆動方法を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明は、上部基板と、下部基板と、液晶及び高分子複合フィルムと、液晶層とを備えた、一種の液晶レンズ構造を提供する。上部基板は、第１導電層と第１配向層を有し、第１導電層を上部基板の片側に設置し、且つ第１配向層を第１導電層の片側に設置する。下部基板は、第２導電層と第２配向層を有し、第２導電層を下部基板の片側に設置し、且つ第２配向層を第２導電層の片側に設置する。液晶及び高分子複合フィルムを第１配向層の片側に設置するとともに、第１レンズを形成する。液晶層を液晶及び高分子複合フィルムと第２配向層との間に設置するとともに、第２レンズを形成する。
【００１１】
また、液晶及び高分子複合フィルムとしては、例えば、液晶と高分子単体からなってもよい、さらに、この液晶及び高分子複合フィルムは複屈折フィルムであってもよい。
【００１２】
また、第１導電層には、貫通穴が形成され、この貫通穴の穴径が２ｍｍであってもよい。これにより、液晶及び高分子複合フィルムの等価屈折率と比誘電率は、製造時の不均一な電場分布によって円対称性があるように分布される。この貫通穴の中央部では、比較的小さい比誘電率と比較的大きい等価屈折率を有するのに比べ、貫通穴の周縁部では、比較的大きい比誘電率と比較的小さい等価屈折率を有する。
【００１３】
尚、液晶及び高分子複合フィルムは、比誘電率が均一に分布しているフィルムであってもよいし、比誘電率が不均一に分布しているフィルムであってもよい。
【００１４】
また、第１レンズは、正レンズまたは負レンズのいずれであってもよい。
【００１５】
また、こうした液晶レンズ構造は、小型プロジェクター、携帯電話機カメラシステムまたは電子制御フォーカス素子が必要な携帯式装置に用いることができる。
【００１６】
また、この液晶レンズ構造の作動電圧範囲は、１５Ｖｒｍｓ〜３５Ｖｒｍｓであってもよい。
【００１７】
さらに、本発明の目的に基づき、液晶レンズ構造を駆動するための一種の駆動方法を提供する。この駆動方法は、下記のステップを含んでいる。まず、第１駆動電圧を印加するステップと、この後、第１駆動電圧から第２駆動電圧に切り換えるステップと、を備えている。
【００１８】
また、第１駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであってもよいし、第２駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであってもよいため、この場合、印加電圧を１５Ｖｒｍｓ（第１駆動電圧）から３５Ｖｒｍｓ（第２駆動電圧）に切り換えることができる。
【００１９】
さらに、第１駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであってもよいし、第２駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであってもよい、この場合、印加電圧を３５Ｖｒｍｓ（第１駆動電圧）から１５Ｖｒｍｓ（第２駆動電圧）に切り換えることができる。
【００２０】
また、こうした駆動方法では、第２駆動電圧から第３駆動電圧に切り換えるステップをさらに含んでいる。これにより、印加電圧を１５Ｖｒｍｓから５５Ｖｒｍｓに切り換えてから、５５Ｖｒｍｓから３５Ｖｒｍｓに切り換えるか、または印加電圧を３５Ｖｒｍｓから０Ｖｒｍｓに切り換えてから、０Ｖｒｍｓから１５Ｖｒｍｓに切り換えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたとおり、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法は、以下のように１つまたは複数の長所を有する。
【００２２】
イ、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法によれば、単一電圧で駆動することができるため、単純な構造で完成できる液晶レンズ構造を得ることができる。
【００２３】
ロ、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法によれば、ガラスの代わりに液晶及び高分子複合フィルムを使用することによって、非液晶層の分圧を軽減したため、低作動電圧の効果を有する。
【００２４】
ハ、本発明の液晶レンズ構造によれば、全体の構造が単純で、厚みも薄い。
【００２５】
ニ、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法によれば、高分子複合フィルムを使用することによって、異なる初期焦点距離を作製し得るため、焦点距離範囲を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の液晶レンズ構造の実施例１を模式的に示す図である。
【図２】本発明の液晶レンズ構造の実施例２を模式的に示す図である。
【図３ａ】本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例１を模式的に示す図である。
【図３ｂ】本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例２を模式的に示す図である。
【図３ｃ】本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例３を模式的に示す図である。
【図４ａ】本発明に電圧が印加されていない状態での液晶レンズ構造図である。
【図４ｂ】本発明に電圧が印加された状態での液晶レンズ構造図である。
【図５ａ】本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュール（ｃｏｍｐａｃｔ ｃａｍｅｒａ ｍｏｄｕｌｅ）に適用した例を示す配置概略図である。
【図５ｂ】本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュールに適用した場合の、対物面と印加電圧の関係を示す曲線図である。
【図６ａ】本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した例を示す配置概略図である。
【図６ｂ】本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した場合の、結像面と印加電圧の関係を示す曲線図である。
【図７】本発明の駆動方法を示すフロー図である。
【図８】本発明の駆動方法の実施例１における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図９】本発明の駆動方法の実施例２における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図１０】本発明の駆動方法の実施例３における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図１１】本発明の駆動方法の実施例４における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施例１）
図１は、本発明の液晶レンズ構造の実施例１を模式的に示す図である。図１に示すように、液晶レンズ構造１は、上部基板１１と、下部基板１２と、液晶及び高分子複合フィルム１３と、液晶層１４と、を備えるように構成される。
【００２８】
上部基板１１は、第１導電層１１１と第１配向層１１２を有し、第１導電層１１１を上部基板１１の片側に設置し、且つ第１配向層１１２を第１導電層１１１の片側に設置する。同じように、下部基板１２は、第２導電層１２１と第２配向層１２２を有し、第２導電層１２１を下部基板１２の片側に設置し、第２配向層１２２を第２導電層１２１の片側に設置する。尚、上部基板１１と下部基板１２とは、例えば、ガラス基板であってもよいので、上部基板１１の第１導電層１１１と下部基板１２の第２導電層１２１としては、ガラス基板上にめっきされたＩＴＯ層を形成するものを使用してもよい。
【００２９】
液晶及び高分子複合フィルム１３は、液晶と高分子単体からなる複屈折フィルムである。この液晶及び高分子複合フィルム１３を第１配向層１１２の片側に設置し、且つ液晶及び高分子複合フィルム１３の等価屈折率と比誘電率は、円対称性があるように分布されている。これにより、液晶及び高分子複合フィルム１３は、屈折率の分布により、初期焦点距離を有する第１レンズを形成することができる。換言すれば、屈折率の分布状態によって、第１レンズを正レンズまたは負レンズとして形成することができる。
【００３０】
液晶層１４は、例えば、液晶及び高分子複合フィルム１３と第２配向層１２２との間に設置することができる。屈折率の分布状態によって、所定の焦点距離を有する第２レンズを形成することができる。これにより、液晶レンズ構造１の総焦点距離（ｔｏｔａｌ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）は、液晶及び高分子複合フィルム１３の初期焦点距離に液晶層１４の焦点距離を加えたものであることが分かる。
（実施例２）
図２は、本発明の液晶レンズ構造の実施例２を模式的に示す図である。本実施例２の構造は、実施例１とほぼ同じような構造であるが、相違点としては、第１導電層１１１には、貫通穴１１１１が形成されていることで、この貫通穴１１１１は、穴径２ｍｍの円形穴状であることが好ましく、このようにすれば、電源を第１導電層１１１と第２導電層１２１とへ供給する場合、円対称性があるように電場分布させることができる。一例として、貫通穴１１１１の中央部の液晶及び高分子複合フィルム１３は、比較的小さい比誘電率と比較的大きい等価屈折率を有するとともに、貫通穴１１１１の周縁部の液晶及び高分子複合フィルム１３では、比較的大きい比誘電率と比較的小さい等価屈折率を有する。また、貫通穴１１１１の中央部の液晶及び高分子複合フィルム１３は、比較的大きい比誘電率と比較的小さい等価屈折率を有するとともに、貫通穴１１１１の周縁部の液晶及び高分子複合フィルム１３では、比較的小さい比誘電率と比較的大きい等価屈折率を有する。ここで、説明すべきこととしては、貫通穴１１１１の形状は円形であることが好ましいが、この限りでない。
【００３１】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、それぞれ本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例１、実施例２及び実施例３を模式的に示す図である。図３ｂ及び図３ｃに示すように、これらの実施例における液晶及び高分子複合フィルム１３は、比誘電率が均一に分布されているフィルムであることが分かる。また、図３ａに示すように、この実施例における液晶及び高分子複合フィルム１３は、比誘電率が不均一に分布されているフィルムであることが分かる。
【００３２】
特に、注意すべき点としては、第１導電層１１１の貫通穴１１１１は非均一に分布する電場の提供に用いるだけであるため、本発明を構成するための必要要素ではない。当該技術分野の技術者であれば、液晶及び高分子複合フィルム１３の比誘電率分布（例えば、均一な分布や非均一な分布など）を変化させて、より好ましい焦点効果を奏する機能を有する液晶レンズ構造１を達成することができる。
【００３３】
図４ａ及び図４ｂは、それぞれ本発明に電圧が印加されていない状態での液晶レンズ構造図及び電圧が印加された状態での液晶レンズ構造図である。これらの図に示すように、電源を液晶レンズ構造１に供給した場合、第１導電層１１１の円形貫通穴により、電場が円対称性があるように分布する。これにより、円対称性があるように分布した電場で、液晶層１４の液晶分子の配向を変化させて、レンズ構造の全体の焦点距離を変えることができる。
【００３４】
液晶レンズ構造１に電圧が印加されていない状態において、その焦点距離が８．８２ｃｍとし、一方、電圧が印加された後、電圧が３５Ｖｒｍｓになると、４．４１ｃｍの最短焦点距離が得られる。これにより、液晶層１４の焦点距離の範囲を無限遠から８．８２ｃｍまでであることを逆推理することが可能である。
【００３５】
図５ａ及び図５ｂは、それぞれ本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュール（ｃｏｍｐａｃｔ ｃａｍｅｒａ ｍｏｄｕｌｅ）に適用した例を示す配置概略図及び本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュールに適用した場合の、対物面と印加電圧の関係を示す図である。
【００３６】
図５ａに示すように、映像システム５は、液晶レンズ構造５２と、レンズの組み合わせ５３と、光センサー５４と、を備えるように構成される。対象物体（Ｏｂｊｅｃｔ）５１は、液晶レンズ構造５２で、１次結像を行った後、レンズの組み合わせ５３で、２次結像を行い、この結像は、光センサー（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）５４上に焦点合わせ効果を奏する機能を有し、異なる対物距離（ｏｂｊｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｄｏに応じて液晶レンズ５２の焦点距離を調節することによって同じような焦点距離効果を達成することが可能である。さらに、図５ｂから分かるように、従来技術と同じように最遠の対物焦点距離が３．５ｍであるが、最近の対物焦点距離が８．６ｃｍである。このような結果が得られるのは、液晶及び高分子複合フィルム１３を用いた液晶レンズ構造１の位相損失（Ｐｈａｓｅ ｌｏｓｓ）が比較的小さいため、より短い焦点距離が得られる。この他、同じの対物距離の条件で、本発明に適用する作動電圧は、従来技術の液晶レンズ（例えば、Ｓａｔｏ氏より提出された光学素子など）に比べ低いことが分かる。
【００３７】
図６ａ及び図６ｂは、それぞれ本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した例を示す配置概略図及び本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した場合の、結像面と印加電圧の関係を示す図である。
【００３８】
図６ａに示すように、投影システム（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）６は、ＬＥＤ光源６１と、リレーレンズ（ｒｅｌａｙ ｌｅｎｓ）６２と、前偏光板（ｐｒｅ−ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）６３と、ＬＣＯＳ表示パネル６４と、偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＰＢＳ）６５と、投影レンズ６６と、液晶レンズ構造６７と、を備えるように構成される。
【００３９】
映像はＬＣＯＳ表示パネル６４から発出して、投影レンズ６６と液晶レンズ構造６７とを介して、スクリーン６８に結像する。その像距離（ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｄｉにおける液晶レンズの作動電圧に対する関係では、図６ｂに示すように、結像できる最短像距離としは、高分子複合フィルムを使用した液晶レンズの方がより短いことが分かる。また、小型プロジェクターの作動範囲が３．５ｍ〜３５ｃｍであることを考えると、この場合、液晶及び高分子複合フィルムを使用したレンズの作動電圧が１０Ｖｒｍｓ以下であることが分かり、また、従来技術の液晶レンズ（例えば、Ｓａｔｏ氏より提出された光学素子）の作動電圧５０Ｖｒｍｓに比べ、低いことが明らかにされた。
【００４０】
以上、実施例としてカメラレンズモジュール及び小型プロジェクターについて説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。例えば、液晶レンズ構造を電子制御焦点距離素子が必要な携帯式装置に適用することも可能である。
【００４１】
本発明の特長を明らかにするために、本発明とＳａｔｏ氏の発明との比較評価を行い、まとめた結果を下記の表１に示した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
以上に示したとおり、本発明は、液晶及び高分子複合フィルムを使用してバリア層を形成するという技術特長を生かしたため、Ｓａｔｏ氏の発明に比べれば、初期焦点距離の調整が可能で、体積が小さく、作動電圧が低いといった顕著な効果がある。
【００４４】
図７は、本発明の駆動方法を示すフロー図である。液晶レンズ構造を駆動するための駆動方法は、以下のステップを含んでいる。
【００４５】
ステップＳ７１、第１駆動電圧を印加する。
【００４６】
ステップＳ７２、第１駆動電圧から第２駆動電圧に切り換える。
【００４７】
ステップＳ７３、第２駆動電圧から第３駆動電圧に切り換える。
【００４８】
ここで、説明しておくべきこととしては、液晶レンズ構造１の最適な作動範囲は１５Ｖｒｍｓ〜３５Ｖｒｍｓであるため、以下の実施例は、これらの２つの電圧について説明を行ったが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、例えば、電圧は二段式の切換え操作（即ち、１５Ｖｒｍｓと３５Ｖｒｍｓとの切換え）に限らず、連続制御といった異なる電圧を連続的に切り換える制御操作（例えば、１５Ｖｒｍｓと１５．３Ｖｒｍｓとの切換え、１５．３Ｖｒｍｓと１５．５Ｖｒｍｓとの切換えや１５．７Ｖｒｍｓと１６Ｖｒｍｓとの切換えなど）であってもよいことは容易に理解し得るものである。
【００４９】
図８は、本発明の駆動方法の実施例１における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００５０】
まず、１５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００５１】
次に、１５Ｖｒｍｓから３５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００５２】
本実施例において、印加電圧を低い駆動電圧から高い駆動電圧に切り換えて、電圧上昇時間が４６８ｍｓであることが分かった。
【００５３】
図９は、本発明の駆動方法の実施例２における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００５４】
まず、３５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００５５】
次に、３５Ｖｒｍｓから１５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００５６】
本実施例において、印加電圧を高い駆動電圧から低い駆動電圧に切り換えて、電圧下降時間は約１ｓであることが分かった。
【００５７】
図１０は、本発明の駆動方法の実施例３における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００５８】
まず、１５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００５９】
次に、１５Ｖｒｍｓから５５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６０】
最後に、５５Ｖｒｍｓから３５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６１】
本実施例において、電圧上昇する際には、電圧が５５Ｖｒｍｓで、時間が２９８ｍｓのパルス信号を印加し、液晶の回転を加速化させた。
【００６２】
図１１は、本発明の駆動方法の実施例４における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００６３】
まず、３５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００６４】
次に、３５Ｖｒｍｓから０Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６５】
最後に、０Ｖｒｍｓから１５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６６】
本実施例において、電圧下降する際には、電圧が０Ｖｒｍｓで、時間が７３７ｍｓのパルス信号を印加し、液晶の復元を助ける。このため、本発明は、第１駆動電圧から第２駆動電圧に切換え、第２駆動電圧から第３駆動電圧に切換えることにより、液晶レンズの反応時間を従来の１．４７ｓから０．６４ｓまでに短くすることができるとともに、液晶レンズの反応速度を大幅に上げることができた。
【００６７】
本発明は、液晶及び高分子複合フィルム１３を液晶レンズ構造１に内蔵することによって、低電圧で、広い焦点距離範囲を持つ液晶レンズを実現することができる。この液晶及び高分子複合フィルム１３は、不均一な比誘電率分布を有する場合、液晶レンズの配向層自体として活用するだけでなく、所定の焦点距離も有している。また、液晶層１４も、液晶及び高分子複合フィルム１３も、本発明の液晶レンズの焦点距離に対する貢献の割合となり、さらに、液晶層１４は、電子フォーカス機能を提供することができる。しかも、液晶及び高分子複合フィルム１３は、一定の焦点距離を生成し、本発明の液晶レンズは、従来技術の液晶レンズに比べ、低電圧で操作できるし、単純な構造で構成できるし、全体の厚みも低減できるなどの長所を有するため、このようなレンズは、適用上の優位性を有している。
【符号の説明】
【００６８】
１、５２、６７ 液晶レンズ構造
１１ 上部基板
１１１ 第１導電層
１１１１ 貫通穴
１１２ 第１配向層
１２ 下部基板
１２１ 第２導電層
１２２ 第２配向層
１３ 液晶及び高分子複合フィルム
１４ 液晶層
５ 映像システム
５１ 対象物体
５３ レンズの組み合わせ
５４ 光センサー
６ 投影システム
６１ ＬＥＤ光源
６２ リレーレンズ
６３ 前偏光板
６４ ＬＣＯＳ表示パネル
６５ 偏光ビームスプリッタ
６６ 投影レンズ
６８ スクリーン
Ｓ７１〜Ｓ７３ ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズ構造とその駆動方法に関し、特に液晶及び高分子複合フィルムが内蔵された液晶レンズ構造とその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、カメラ、カメラ付き携帯電話機や、立体映像処理用設備などの装置では、ズームレンズを用いることにより、画像のオートフォーカス、拡大または縮小が可能になり、結像させることができる。従来のズームレンズは、複数のレンズ群（ｌｅｎｓ ｇｒｏｕｐ）を設ける必要があり、これらのレンズ群を光軸方向に沿って移動させ、相互の距離を変えることにより、結像距離に影響することなく、全体焦点距離を変化できる。しかしながら、この種のレンズはより長いレンズ群移動距離が必要であり、且つその距離が非線形関係となっているため、構造設計を複雑にし、精度の制御が難しい、製造コストが高くなり過ぎて軽減できないといった問題があった。一方、液体レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｎｓ）または液晶レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｌｅｎｓ， ＬＣレンズという）を使用し、レンズ群移動距離を改善することにより、カメラ装置のサイズを小型化するものもある。
【０００３】
液体レンズの一般的な原理としては、調節可能な液体充填レンズと固体レンズを組み合わせ、液体充填レンズの形状（両凸レンズや凹凸レンズなど）を変化させるか、異なる屈折率の充填媒質に変化させることにより、レンズの焦点距離を調節してズーム機能を持たせる目的を達成する。また、液晶充填レンズのほかに、液晶屈折率も外部電場を印加するにつれて、電子制御方式で焦点距離を変化させることが可能な液晶レンズがあって、例えば、非特許文献１（Ｓｕｓｕｍｕ Ｓａｔｏ、「Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌｅｎｓ−Ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈ」、Ｊａｐａｎ Ｊ．ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７９年３月１２日）に開示されたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第ＵＳ２００７／０１３９３３３号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｓｕｓｕｍｕ Ｓａｔｏ、「Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌｅｎｓ−Ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈ」、Ｊａｐａｎ Ｊ．ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７９年３月１２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、他の従来技術（米国特許出願公開第ＵＳ２００７／０１３９３３３号明細書、特許文献１）として、一種の光学素子（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）が開示されているように、第１基板と、第２基板と、液晶層とを備えるように構成され、該第１基板は第１電極を有し、一方、該第２基板の片側に設けられた第２電極は貫通穴を有し、該液晶層は、該第１基板と該第２基板との間に設けられ、また、該第１電極と該第２電極とは電源に電気的に接続される。そして、該液晶層に電圧を印加することによって、液晶分子の配向を変化させることができる。さらに、該第２基板上にはさらに誘電層と第３電極を追設し、この第３電極で、画像品質や焦点距離を調節することができるが、上述した従来技術では、以下のような問題があった。
【０００７】
イ、 構造が複雑になり、その製造コストが高くなってしまう。
【０００８】
ロ、 高駆動電圧で、駆動回路のコストが高くなり、且つ多くの駆動エネルギーが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以上の従来技術の問題に鑑みなされたものであって、電極設計が複雑で、作動電圧が高い、体積厚さがより大きい、焦点距離範囲が調整できないといった課題を解決できる、一種の液晶レンズ構造とその駆動方法を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明は、上部基板と、下部基板と、液晶及び高分子複合フィルムと、液晶層とを備えた、一種の液晶レンズ構造を提供する。上部基板は、第１導電層と第１配向層を有し、第１導電層を上部基板の片側に設置し、且つ第１配向層を第１導電層の片側に設置する。下部基板は、第２導電層と第２配向層を有し、第２導電層を下部基板の片側に設置し、且つ第２配向層を第２導電層の片側に設置する。液晶及び高分子複合フィルムを第１配向層の片側に設置するとともに、第１レンズを形成する。液晶層を液晶及び高分子複合フィルムと第２配向層との間に設置するとともに、第２レンズを形成する。
【００１１】
また、液晶及び高分子複合フィルムとしては、例えば、液晶と高分子単体からなってもよい、さらに、この液晶及び高分子複合フィルムは複屈折フィルムであってもよい。
【００１２】
また、第１導電層には、貫通穴が形成され、この貫通穴の穴径が２ｍｍであってもよい。これにより、液晶及び高分子複合フィルムの等価屈折率と比誘電率は、製造時の不均一な電場分布によって円対称性があるように分布される。この貫通穴の中央部では、比較的小さい比誘電率と比較的大きい等価屈折率を有するのに比べ、貫通穴の周縁部では、比較的大きい比誘電率と比較的小さい等価屈折率を有する。
【００１３】
尚、液晶及び高分子複合フィルムは、比誘電率が均一に分布しているフィルムであってもよいし、比誘電率が不均一に分布しているフィルムであってもよい。
【００１４】
また、第１レンズは、正レンズまたは負レンズのいずれであってもよい。
【００１５】
また、こうした液晶レンズ構造は、小型プロジェクター、携帯電話機カメラシステムまたは電子制御フォーカス素子が必要な携帯式装置に用いることができる。
【００１６】
また、この液晶レンズ構造の作動電圧範囲は、１５Ｖｒｍｓ〜３５Ｖｒｍｓであってもよい。
【００１７】
さらに、本発明の目的に基づき、液晶レンズ構造を駆動するための一種の駆動方法を提供する。この駆動方法は、下記のステップを含んでいる。まず、第１駆動電圧を印加するステップと、この後、第１駆動電圧から第２駆動電圧に切り換えるステップと、を備えている。
【００１８】
また、第１駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであってもよいし、第２駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであってもよいため、この場合、印加電圧を１５Ｖｒｍｓ（第１駆動電圧）から３５Ｖｒｍｓ（第２駆動電圧）に切り換えることができる。
【００１９】
さらに、第１駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであってもよいし、第２駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであってもよい、この場合、印加電圧を３５Ｖｒｍｓ（第１駆動電圧）から１５Ｖｒｍｓ（第２駆動電圧）に切り換えることができる。
【００２０】
また、こうした駆動方法では、第２駆動電圧から第３駆動電圧に切り換えるステップをさらに含んでいる。これにより、印加電圧を１５Ｖｒｍｓから５５Ｖｒｍｓに切り換えてから、５５Ｖｒｍｓから３５Ｖｒｍｓに切り換えるか、または印加電圧を３５Ｖｒｍｓから０Ｖｒｍｓに切り換えてから、０Ｖｒｍｓから１５Ｖｒｍｓに切り換えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたとおり、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法は、以下のように１つまたは複数の長所を有する。
【００２２】
イ、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法によれば、単一電圧で駆動することができるため、単純な構造で完成できる液晶レンズ構造を得ることができる。
【００２３】
ロ、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法によれば、ガラスの代わりに液晶及び高分子複合フィルムを使用することによって、非液晶層の分圧を軽減したため、低作動電圧の効果を有する。
【００２４】
ハ、本発明の液晶レンズ構造によれば、全体の構造が単純で、厚みも薄い。
【００２５】
ニ、本発明の液晶レンズ構造とその駆動方法によれば、高分子複合フィルムを使用することによって、異なる初期焦点距離を作製し得るため、焦点距離範囲を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の液晶レンズ構造の実施例１を模式的に示す図である。
【図２】本発明の液晶レンズ構造の実施例２を模式的に示す図である。
【図３ａ】本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例１を模式的に示す図である。
【図３ｂ】本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例２を模式的に示す図である。
【図３ｃ】本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例３を模式的に示す図である。
【図４ａ】本発明に電圧が印加されていない状態での液晶レンズ構造図である。
【図４ｂ】本発明に電圧が印加された状態での液晶レンズ構造図である。
【図５ａ】本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュール（ｃｏｍｐａｃｔ ｃａｍｅｒａ ｍｏｄｕｌｅ）に適用した例を示す配置概略図である。
【図５ｂ】本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュールに適用した場合の、対物面と印加電圧の関係を示す曲線図である。
【図６ａ】本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した例を示す配置概略図である。
【図６ｂ】本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した場合の、結像面と印加電圧の関係を示す曲線図である。
【図７】本発明の駆動方法を示すフロー図である。
【図８】本発明の駆動方法の実施例１における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図９】本発明の駆動方法の実施例２における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図１０】本発明の駆動方法の実施例３における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図１１】本発明の駆動方法の実施例４における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施例１）
図１は、本発明の液晶レンズ構造の実施例１を模式的に示す図である。図１に示すように、液晶レンズ構造１は、上部基板１１と、下部基板１２と、液晶及び高分子複合フィルム１３と、液晶層１４と、を備えるように構成される。
【００２８】
上部基板１１は、第１導電層１１１と第１配向層１１２を有し、第１導電層１１１を上部基板１１の片側に設置し、且つ第１配向層１１２を第１導電層１１１の片側に設置する。同じように、下部基板１２は、第２導電層１２１と第２配向層１２２を有し、第２導電層１２１を下部基板１２の片側に設置し、第２配向層１２２を第２導電層１２１の片側に設置する。尚、上部基板１１と下部基板１２とは、例えば、ガラス基板であってもよいので、上部基板１１の第１導電層１１１と下部基板１２の第２導電層１２１としては、ガラス基板上にめっきされたＩＴＯ層を形成するものを使用してもよい。
【００２９】
液晶及び高分子複合フィルム１３は、液晶と高分子単体からなる複屈折フィルムである。この液晶及び高分子複合フィルム１３を第１配向層１１２の片側に設置し、且つ液晶及び高分子複合フィルム１３の等価屈折率と比誘電率は、円対称性があるように分布されている。これにより、液晶及び高分子複合フィルム１３は、屈折率の分布により、初期焦点距離を有する第１レンズを形成することができる。換言すれば、屈折率の分布状態によって、第１レンズを正レンズまたは負レンズとして形成することができる。
【００３０】
液晶層１４は、例えば、液晶及び高分子複合フィルム１３と第２配向層１２２との間に設置することができる。屈折率の分布状態によって、所定の焦点距離を有する第２レンズを形成することができる。これにより、液晶レンズ構造１の総焦点距離（ｔｏｔａｌ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）は、液晶及び高分子複合フィルム１３の初期焦点距離に液晶層１４の焦点距離を加えたものであることが分かる。
（実施例２）
図２は、本発明の液晶レンズ構造の実施例２を模式的に示す図である。本実施例２の構造は、実施例１とほぼ同じような構造であるが、相違点としては、第１導電層１１１には、貫通穴１１１１が形成されていることで、この貫通穴１１１１は、穴径２ｍｍの円形穴状であることが好ましく、このようにすれば、電源を第１導電層１１１と第２導電層１２１とへ供給する場合、円対称性があるように電場分布させることができる。一例として、貫通穴１１１１の中央部の液晶及び高分子複合フィルム１３は、比較的小さい比誘電率と比較的大きい等価屈折率を有するとともに、貫通穴１１１１の周縁部の液晶及び高分子複合フィルム１３では、比較的大きい比誘電率と比較的小さい等価屈折率を有する。また、貫通穴１１１１の中央部の液晶及び高分子複合フィルム１３は、比較的大きい比誘電率と比較的小さい等価屈折率を有するとともに、貫通穴１１１１の周縁部の液晶及び高分子複合フィルム１３では、比較的小さい比誘電率と比較的大きい等価屈折率を有する。ここで、説明すべきこととしては、貫通穴１１１１の形状は円形であることが好ましいが、この限りでない。
【００３１】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、それぞれ本発明の液晶及び高分子複合フィルムの実施例１、実施例２及び実施例３を模式的に示す図である。図３ｂ及び図３ｃに示すように、これらの実施例における液晶及び高分子複合フィルム１３は、比誘電率が均一に分布されているフィルムであることが分かる。また、図３ａに示すように、この実施例における液晶及び高分子複合フィルム１３は、比誘電率が不均一に分布されているフィルムであることが分かる。
【００３２】
特に、注意すべき点としては、第１導電層１１１の貫通穴１１１１は非均一に分布する電場の提供に用いるだけであるため、本発明を構成するための必要要素ではない。当該技術分野の技術者であれば、液晶及び高分子複合フィルム１３の比誘電率分布（例えば、均一な分布や非均一な分布など）を変化させて、より好ましい焦点効果を奏する機能を有する液晶レンズ構造１を達成することができる。
【００３３】
図４ａ及び図４ｂは、それぞれ本発明に電圧が印加されていない状態での液晶レンズ構造図及び電圧が印加された状態での液晶レンズ構造図である。これらの図に示すように、電源を液晶レンズ構造１に供給した場合、第１導電層１１１の円形貫通穴により、電場が円対称性があるように分布する。これにより、円対称性があるように分布した電場で、液晶層１４の液晶分子の配向を変化させて、レンズ構造の全体の焦点距離を変えることができる。
【００３４】
液晶レンズ構造１に電圧が印加されていない状態において、その焦点距離が８．８２ｃｍとし、一方、電圧が印加された後、電圧が３５Ｖｒｍｓになると、４．４１ｃｍの最短焦点距離が得られる。これにより、液晶層１４の焦点距離の範囲を無限遠から８．８２ｃｍまでであることを逆推理することが可能である。
【００３５】
図５ａ及び図５ｂは、それぞれ本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュール（ｃｏｍｐａｃｔ ｃａｍｅｒａ ｍｏｄｕｌｅ）に適用した例を示す配置概略図及び本発明の液晶レンズ構造をカメラレンズモジュールに適用した場合の、対物面と印加電圧の関係を示す図である。
【００３６】
図５ａに示すように、映像システム５は、液晶レンズ構造５２と、レンズの組み合わせ５３と、光センサー５４と、を備えるように構成される。対象物体（Ｏｂｊｅｃｔ）５１は、液晶レンズ構造５２で、１次結像を行った後、レンズの組み合わせ５３で、２次結像を行い、この結像は、光センサー（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）５４上に焦点合わせ効果を奏する機能を有し、異なる対物距離（ｏｂｊｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｄｏに応じて液晶レンズ５２の焦点距離を調節することによって同じような焦点距離効果を達成することが可能である。さらに、図５ｂから分かるように、従来技術と同じように最遠の対物焦点距離が３．５ｍであるが、最近の対物焦点距離が８．６ｃｍである。このような結果が得られるのは、液晶及び高分子複合フィルム１３を用いた液晶レンズ構造１の位相損失（Ｐｈａｓｅ ｌｏｓｓ）が比較的小さいため、より短い焦点距離が得られる。この他、同じの対物距離の条件で、本発明に適用する作動電圧は、従来技術の液晶レンズ（例えば、Ｓａｔｏ氏より提出された光学素子など）に比べ低いことが分かる。
【００３７】
図６ａ及び図６ｂは、それぞれ本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した例を示す配置概略図及び本発明の液晶レンズ構造を小型プロジェクターに適用した場合の、結像面と印加電圧の関係を示す図である。
【００３８】
図６ａに示すように、投影システム（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）６は、ＬＥＤ光源６１と、リレーレンズ（ｒｅｌａｙ ｌｅｎｓ）６２と、前偏光板（ｐｒｅ−ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）６３と、ＬＣＯＳ表示パネル６４と、偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＰＢＳ）６５と、投影レンズ６６と、液晶レンズ構造６７と、を備えるように構成される。
【００３９】
映像はＬＣＯＳ表示パネル６４から発出して、投影レンズ６６と液晶レンズ構造６７とを介して、スクリーン６８に結像する。その像距離（ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｄｉにおける液晶レンズの作動電圧に対する関係では、図６ｂに示すように、結像できる最短像距離としは、高分子複合フィルムを使用した液晶レンズの方がより短いことが分かる。また、小型プロジェクターの作動範囲が３．５ｍ〜３５ｃｍであることを考えると、この場合、液晶及び高分子複合フィルムを使用したレンズの作動電圧が１０Ｖｒｍｓ以下であることが分かり、また、従来技術の液晶レンズ（例えば、Ｓａｔｏ氏より提出された光学素子）の作動電圧５０Ｖｒｍｓに比べ、低いことが明らかにされた。
【００４０】
以上、実施例としてカメラレンズモジュール及び小型プロジェクターについて説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。例えば、液晶レンズ構造を電子制御焦点距離素子が必要な携帯式装置に適用することも可能である。
【００４１】
本発明の特長を明らかにするために、本発明とＳａｔｏ氏の発明との比較評価を行い、まとめた結果を下記の表１に示した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
以上に示したとおり、本発明は、液晶及び高分子複合フィルムを使用してバリア層を形成するという技術特長を生かしたため、Ｓａｔｏ氏の発明に比べれば、初期焦点距離の調整が可能で、体積が小さく、作動電圧が低いといった顕著な効果がある。
【００４４】
図７は、本発明の駆動方法を示すフロー図である。液晶レンズ構造を駆動するための駆動方法は、以下のステップを含んでいる。
【００４５】
ステップＳ７１、第１駆動電圧を印加する。
【００４６】
ステップＳ７２、第１駆動電圧から第２駆動電圧に切り換える。
【００４７】
ステップＳ７３、第２駆動電圧から第３駆動電圧に切り換える。
【００４８】
ここで、説明しておくべきこととしては、液晶レンズ構造１の最適な作動範囲は１５Ｖｒｍｓ〜３５Ｖｒｍｓであるため、以下の実施例は、これらの２つの電圧について説明を行ったが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、例えば、電圧は二段式の切換え操作（即ち、１５Ｖｒｍｓと３５Ｖｒｍｓとの切換え）に限らず、連続制御といった異なる電圧を連続的に切り換える制御操作（例えば、１５Ｖｒｍｓと１５．３Ｖｒｍｓとの切換え、１５．３Ｖｒｍｓと１５．５Ｖｒｍｓとの切換えや１５．７Ｖｒｍｓと１６Ｖｒｍｓとの切換えなど）であってもよいことは容易に理解し得るものである。
【００４９】
図８は、本発明の駆動方法の実施例１における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００５０】
まず、１５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００５１】
次に、１５Ｖｒｍｓから３５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００５２】
本実施例において、印加電圧を低い駆動電圧から高い駆動電圧に切り換えて、電圧上昇時間が４６８ｍｓであることが分かった。
【００５３】
図９は、本発明の駆動方法の実施例２における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００５４】
まず、３５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００５５】
次に、３５Ｖｒｍｓから１５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００５６】
本実施例において、印加電圧を高い駆動電圧から低い駆動電圧に切り換えて、電圧下降時間は約１ｓであることが分かった。
【００５７】
図１０は、本発明の駆動方法の実施例３における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００５８】
まず、１５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００５９】
次に、１５Ｖｒｍｓから５５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６０】
最後に、５５Ｖｒｍｓから３５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６１】
本実施例において、電圧上昇する際には、電圧が５５Ｖｒｍｓで、時間が２９８ｍｓのパルス信号を印加し、液晶の回転を加速化させた。
【００６２】
図１１は、本発明の駆動方法の実施例４における印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【００６３】
まず、３５Ｖｒｍｓの駆動電圧を印加する。
【００６４】
次に、３５Ｖｒｍｓから０Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６５】
最後に、０Ｖｒｍｓから１５Ｖｒｍｓに切り換える。
【００６６】
本実施例において、電圧下降する際には、電圧が０Ｖｒｍｓで、時間が７３７ｍｓのパルス信号を印加し、液晶の復元を助ける。このため、本発明は、第１駆動電圧から第２駆動電圧に切換え、第２駆動電圧から第３駆動電圧に切換えることにより、液晶レンズの反応時間を従来の１．４７ｓから０．６４ｓまでに短くすることができるとともに、液晶レンズの反応速度を大幅に上げることができた。
【００６７】
本発明は、液晶及び高分子複合フィルム１３を液晶レンズ構造１に内蔵することによって、低電圧で、広い焦点距離範囲を持つ液晶レンズを実現することができる。この液晶及び高分子複合フィルム１３は、不均一な比誘電率分布を有する場合、液晶レンズの配向層自体として活用するだけでなく、所定の焦点距離も有している。また、液晶層１４も、液晶及び高分子複合フィルム１３も、本発明の液晶レンズの焦点距離に対する貢献の割合となり、さらに、液晶層１４は、電子フォーカス機能を提供することができる。しかも、液晶及び高分子複合フィルム１３は、一定の焦点距離を生成し、本発明の液晶レンズは、従来技術の液晶レンズに比べ、低電圧で操作できるし、単純な構造で構成できるし、全体の厚みも低減できるなどの長所を有するため、このようなレンズは、適用上の優位性を有している。
【符号の説明】
【００６８】
１、５２、６７ 液晶レンズ構造
１１ 上部基板
１１１ 第１導電層
１１１１ 貫通穴
１１２ 第１配向層
１２ 下部基板
１２１ 第２導電層
１２２ 第２配向層
１３ 液晶及び高分子複合フィルム
１４ 液晶層
５ 映像システム
５１ 対象物体
５３ レンズの組み合わせ
５４ 光センサー
６ 投影システム
６１ ＬＥＤ光源
６２ リレーレンズ
６３ 前偏光板
６４ ＬＣＯＳ表示パネル
６５ 偏光ビームスプリッタ
６６ 投影レンズ
６８ スクリーン
Ｓ７１〜Ｓ７３ ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と第１配向層を有する上部基板と、第２導電層と第２配向層を有する下部基板と、液晶及び高分子複合フィルムと、液晶層と、を備える液晶レンズ構造であって、
前記第１導電層を前記上部基板の片側に設置し、且つ前記第１配向層を前記第１導電層の片側に設置し、
前記第２導電層を前記下部基板の片側に設置し、且つ前記第２配向層が前記第２導電層の片側に設置し、
前記液晶及び高分子複合フィルムを前記第１配向層の片側に設置するとともに、第１レンズを形成し、
前記液晶層を前記液晶及び高分子複合フィルムと前記第２配向層との間に設置するとともに、第２レンズを形成することを特徴とする、液晶レンズ構造。
【請求項２】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、液晶と高分子単体からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項３】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、複屈折フィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項４】
前記第１導電層には、貫通穴が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項５】
前記貫通穴の穴径が、２ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の液晶レンズ構造。
【請求項６】
前記液晶及び高分子複合フィルムの等価屈折率と比誘電率は、円対称性があるように分布されることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項７】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、比誘電率が均一に分布されているフィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項８】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、比誘電率分布が不均一に分布されているフィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項９】
前記第１レンズは、正レンズまたは負レンズであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項１０】
前記液晶レンズ構造は、小型プロジェクター、携帯電話機カメラシステムまたは電子制御焦点距離素子が必要な携帯式装置に用いることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項１１】
前記液晶レンズ構造の作動電圧範囲は、１５Ｖｒｍｓ〜３５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項１２】
第１駆動電圧を印加するステップと、
前記第１駆動電圧から第２駆動電圧に切り換えるステップと、
を含むことを特徴とする、前記請求項１に記載の液晶レンズ構造を駆動するための駆動方法。
【請求項１３】
前記第１駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１４】
前記第１駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１５】
前記第１駆動電圧から前記第２駆動電圧に切り換えるステップに、前記第２駆動電圧から第３駆動電圧に切り換えるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１６】
前記第１駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が５５Ｖｒｍｓであり、前記第３駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１５に記載の駆動方法。
【請求項１７】
前記第１駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が０Ｖｒｍｓであり、前記第３駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１５に記載の駆動方法。
【請求項１】
第１導電層と第１配向層を有する上部基板と、第２導電層と第２配向層を有する下部基板と、液晶及び高分子複合フィルムと、液晶層と、を備える液晶レンズ構造であって、
前記第１導電層を前記上部基板の片側に設置し、且つ前記第１配向層を前記第１導電層の片側に設置し、
前記第２導電層を前記下部基板の片側に設置し、且つ前記第２配向層が前記第２導電層の片側に設置し、
前記液晶及び高分子複合フィルムを前記第１配向層の片側に設置するとともに、第１レンズを形成し、
前記液晶層を前記液晶及び高分子複合フィルムと前記第２配向層との間に設置するとともに、第２レンズを形成することを特徴とする、液晶レンズ構造。
【請求項２】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、液晶と高分子単体からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項３】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、複屈折フィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項４】
前記第１導電層には、貫通穴が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項５】
前記貫通穴の穴径が、２ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の液晶レンズ構造。
【請求項６】
前記液晶及び高分子複合フィルムの等価屈折率と比誘電率は、円対称性があるように分布されることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項７】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、比誘電率が均一に分布されているフィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項８】
前記液晶及び高分子複合フィルムは、比誘電率分布が不均一に分布されているフィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項９】
前記第１レンズは、正レンズまたは負レンズであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項１０】
前記液晶レンズ構造は、小型プロジェクター、携帯電話機カメラシステムまたは電子制御焦点距離素子が必要な携帯式装置に用いることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項１１】
前記液晶レンズ構造の作動電圧範囲は、１５Ｖｒｍｓ〜３５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項１２】
第１駆動電圧を印加するステップと、
前記第１駆動電圧から第２駆動電圧に切り換えるステップと、
を含むことを特徴とする、前記請求項１に記載の液晶レンズ構造を駆動するための駆動方法。
【請求項１３】
前記第１駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１４】
前記第１駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１５】
前記第１駆動電圧から前記第２駆動電圧に切り換えるステップに、前記第２駆動電圧から第３駆動電圧に切り換えるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１６】
前記第１駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が５５Ｖｒｍｓであり、前記第３駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１５に記載の駆動方法。
【請求項１７】
前記第１駆動電圧が３５Ｖｒｍｓであり、前記第２駆動電圧が０Ｖｒｍｓであり、前記第３駆動電圧が１５Ｖｒｍｓであることを特徴とする、請求項１５に記載の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２３３６０（Ｐ２０１２−１２３３６０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７０５４（Ｐ２０１１−１０７０５４）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５９８１３９７４８）國立交通大學 (92)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５９８１３９７４８）國立交通大學 (92)
【Ｆターム（参考）】
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