液晶透鏡、液晶透鏡驅(qū)動方法、透鏡單元、攝像機模塊及膠囊型醫(yī)療設備的制作方法
液晶透鏡、液晶透鏡驅(qū)動方法、透鏡單元、攝像機模塊及膠囊型醫(yī)療設備的制作方法
【專利摘要】液晶透鏡包括第一液晶單元、第二液晶單元以及它們所夾著的中間層。第一液晶單元包括一對第一以及第二透明基板、由第一以及第二透明基板夾著的第一液晶層、以及配置在第一透明基板與第一液晶層之間的第一電極。第二液晶單元包括一對第三以及第四透明基板、由第三以及第四透明基板夾著并且在與第一液晶層正交的方向上取向的第二液晶層、以及配置在第四透明基板與第二液晶層之間的第二電極。中間層包括：與第二透明基板和第三透明基板相接，由第一液晶單元和第二液晶單元夾著的高介電常數(shù)層；以及具有開口部并且接地的第三電極。
【專利說明】液晶透鏡、液晶透鏡驅(qū)動方法、透鏡單元、攝像機模塊及膠囊型醫(yī)療設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠通過電信號使焦距變化的液晶透鏡及其驅(qū)動方法。此外，本發(fā)明涉及具備液晶透鏡的透鏡單元、攝像機模塊及膠囊型醫(yī)療設備。
【背景技術】
[0002]液晶透鏡被期待發(fā)揮能夠?qū)ζ浣咕噙M行電控制這種特征，而應用到攝像機的自動對焦功能、光拾取裝置等中。在以往的自動對焦功能中，利用使用音圈馬達而使透鏡的位置移動的方式，但通過使用能夠使焦距變化的液晶透鏡，能夠取消機械式的可動部分，實現(xiàn)透鏡單元的小型化、省電化。
[0003]液晶透鏡例如在專利文獻1、專利文獻2中公開。這些文獻所公開的液晶透鏡為，使用同心圓狀地形成圖案的透明電極，從透鏡的中心朝向外周形成施加電壓的梯度。然后，通過使液晶分子的平均傾斜角變化，能夠得到透鏡的動作。
[0004]在使用了這種構(gòu)造的情況下，將透鏡的中心部的同心圓電極向外部引出，因此需要有損于旋轉(zhuǎn)對稱性的引出線的圖案，不能夠避免透鏡的變形。此外，在透鏡的通過光的部分會存在透明電極的微小圖案，但由于透明電極的折射率與玻璃基板、液晶相比大到不能夠忽略的程度，因此在圖案端部產(chǎn)生光的散射、反射，會妨礙成像。此外，在上述文獻中，需要細致地控制大量電極的電壓，驅(qū)動電路變得復雜。
[0005]此外，在上述文獻的其他例子中，在所形成圖案的透明電極中流動電流，通過電阻的電壓下降而形成對液晶施加的電壓的梯度。在該情況下，雖然電壓的控制簡單，但是用于驅(qū)動的消耗電力變大。
[0006]近年，在組裝于移動電話等中的小型攝像機模塊中，附加了焦點調(diào)整功能、視角調(diào)整功能的制品被實用化。焦點調(diào)整功能、視角調(diào)整功能，例如，通過利用音圈馬達等使透鏡單元內(nèi)部的一部分透鏡空間地移動來實現(xiàn)。但是，在這種方式中，需要使透鏡空間地移動的機構(gòu)，因此難以小型化。
[0007]在醫(yī)療現(xiàn)場，進行使用了能夠攝影立體圖像的內(nèi)窺鏡的醫(yī)療行為。在此所使用的內(nèi)窺鏡，例如是使用了光纖的直管型內(nèi)窺鏡。此外，組裝有小型攝像機模塊的膠囊型醫(yī)療設備被實用化，被檢者從口吞入膠囊型醫(yī)療設備，能夠?qū)π∧c、大腸等消化器官進行攝影。并且，對消化器官的立體圖像進行攝影的膠囊型醫(yī)療設備正在被研究以及開發(fā)，但還未被實用化。其理由之一為，在有限的空間中設置兩個以上的小型攝像機模塊的困難度非常高。
[0008]但是，通過將復眼化的透鏡單元組裝到膠囊型醫(yī)療設備中，由此能夠得到立體圖像的攝影所需要的具有視差的多個圖像，通過這些圖像能夠生成觀察部位的立體圖像。通過對該立體圖像進行觀察，能夠?qū)疾康陌纪沟鹊谋砻鏍顟B(tài)進行詳細觀察，期待能夠進行高精度的檢查以及治療。
[0009]此外，通過從體外利用電磁感應方式等非接觸電力傳送來傳輸膠囊型醫(yī)療設備的驅(qū)動電力的內(nèi)容正在被研究。此時，擔心強力的電磁波對膠囊型醫(yī)療設備內(nèi)部的元件類產(chǎn)生影響。特別是，膠囊型醫(yī)療設備中所組裝的小型攝像機模塊的音圈馬達會受到強力的電磁波的磁場的影響而誤動作。由此，焦點調(diào)整功能、視角調(diào)整功能不能夠正確地起作用。
[0010]現(xiàn)有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本專利第3047082號公報
[0013]專利文獻2:日本特開2000-81600號公報
[0014]專利文獻3:日本特開2001-095756號公報
[0015]專利文獻4:日本特開2001-170002號公報
[0016]專利文獻5:日本特開2004-248753號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]發(fā)明要解決的課題
[0018]本發(fā)明是鑒于上述情況而進行的，其目的在于提供一種液晶透鏡及其驅(qū)動方法，其中，不需要電極用的復雜的微小圖案的加工，并且能夠減少消耗電力，并且成像性能優(yōu)良。
[0019]此外，本發(fā)明的目的在于，提供一種液晶透鏡，能夠減少制造成本，并且能夠減少焦點偏移導致的散焦。
[0020]此外，本發(fā)明的目的在于提供具有焦點調(diào)整功能或者視角調(diào)整功能并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。此外，本發(fā)明的目的在于提供能夠生成立體圖像并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本發(fā)明一個方案的液晶透鏡的特征在于，具備:第一液晶單元，具有一對第一以及第二透明基板、由上述第一以及第二透明基板夾著的第一液晶層、以及配置在上述第一透明基板與上述第一液晶層之間的第一電極；第二液晶單元，具有一對第三以及第四透明基板、由上述第三以及第四透明基板夾著并且在與上述第一液晶層正交的方向上取向的第二液晶層、以及配置在上述第四透明基板與上述第二液晶層之間的第二電極；以及中間層，包括與上述第二透明基板和上述第三透明基板相接且由上述第一液晶單元和上述第二液晶單元夾著的高介電常數(shù)層，以及具有一個或者多個開口部的第三電極。
[0023]本發(fā)明一個方案的液晶透鏡驅(qū)動方法的特征在于，具備:將上述第三電極接地的工序；對上述第一以及第二電極分別施加第一以及第二交流電壓的工序；以及通過使上述第一以及第二交流電壓的相位差變化，使上述液晶透鏡的焦距變化的工序。
[0024]本發(fā)明一個方案的透鏡單元的特征在于，具備上述液晶透鏡、以及配置在上述液晶透鏡的光軸上并且焦距固定的固定透鏡，通過使上述液晶透鏡的焦距變化，來調(diào)整焦點或者視角。
[0025]本發(fā)明一個方案的攝像機模塊的特征在于，具備:上述透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；以及控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制。
[0026]本發(fā)明一個方案的膠囊型醫(yī)療設備的特征在于，具備:上述透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制；以及膠囊，將上述透鏡單元、上述攝影元件以及上述控制電路封閉。
[0027]發(fā)明的效果
[0028]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種液晶透鏡及其驅(qū)動方法，其中，不需要電極用的復雜的微小圖案的加工，并且能夠減少消耗電力，并且成像性能優(yōu)良。
[0029]此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種液晶透鏡，能夠減少制造成本，并且能夠減少焦點偏移導致的散焦。
[0030]此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有焦點調(diào)整功能或者視角調(diào)整功能并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠生成立體圖像并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是表示第一實施方式的液晶透鏡100的構(gòu)成的截面圖。
[0032]圖2是表示對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的構(gòu)成的概略圖。
[0033]圖3是對液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。
[0034]圖4是對液晶透鏡100的動作原理進行說明的立體圖。
[0035]圖5是對電壓控制電路200的電壓控制動作進行說明的曲線圖。
[0036]圖6是對數(shù)值模擬了電壓分布而成的區(qū)域進行說明的圖。
[0037]圖7是對比較例的液晶透鏡的電壓分布進行說明的圖。
[0038]圖8是對施加了同相的電壓的情況下的液晶透鏡100的電壓分布進行說明的圖。
[0039]圖9是對施加了逆相的電壓的情況下的液晶透鏡100的電壓分布進行說明的圖。
[0040]圖10是表示相移時間τ與焦距f之間的關系的曲線圖。
[0041]圖11是對第二實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。
[0042]圖12是對噴射取向以及彎曲取向進行說明的圖。
[0043]圖13是對第三實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。
[0044]圖14是表示第四實施方式的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0045]圖15是表示接著圖14的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0046]圖16是表示接著圖15的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0047]圖17是表示密封材料的實施例的平面圖。
[0048]圖18是表示接著圖16的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0049]圖19是表示接著圖18的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0050]圖20是表示接著圖19的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0051]圖21是表示接著圖20的液晶透鏡的制造工序的平面圖。
[0052]圖22是表示沿著圖21的k-k'線的液晶透鏡的制造工序的截面圖。
[0053]圖23是對液晶透鏡的焦點偏移進行說明的概略圖。
[0054]圖24是將圖23所示的俯視圖以及側(cè)面圖合成后的概略圖。
[0055]圖25是對X透鏡與Y透鏡的象差進行說明的概略圖。
[0056]圖26是表示第五實施方式的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0057]圖27是表示液晶單元的其他構(gòu)成例的圖。[0058]圖28是表示接著圖26的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0059]圖29是表示接著圖28的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0060]圖30是表不接著圖29的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0061]圖31是表示第六實施方式的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0062]圖32是表示接著圖31的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0063]圖33是表示接著圖32的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0064]圖34是表示接著圖33的液晶透鏡的制造工序的平面圖。
[0065]圖35是表示沿著圖34所示的A-A'線的液晶透鏡的制造工序的截面圖。
[0066]圖36是表示接著圖35的液晶透鏡的制造工序的平面圖。
[0067]圖37是表示沿著圖36所示的A-A'線以及B-B'線的液晶透鏡的制造工序的截面圖。
[0068]圖38是表示第七實施方式的具有焦點調(diào)整功能的攝像機模塊的構(gòu)成的概略圖。
[0069]圖39是對液晶透鏡的取向進行說明的概略圖。
[0070]圖40是表示第七實施方式的具有視角調(diào)整功能的攝像機模塊的構(gòu)成的概略圖。
[0071]圖41是對液晶透鏡的取向進行說明的概略圖。
[0072]圖42是表示具有視角調(diào)整功能的攝像機模塊的其他構(gòu)成的概略圖。
[0073]圖43是表示實施例1的攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0074]圖44是表示實施例2的攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0075]圖45是表示實施例3的攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0076]圖46是表示第八實施方式的復眼型液晶透鏡的構(gòu)成的截面圖。
[0077]圖47是表示復眼型液晶透鏡的構(gòu)成的立體圖。
[0078]圖48是表示實施例1的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的平面圖。
[0079]圖49是表示實施例1的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0080]圖50是表示實施例2的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0081]圖51是表示實施例3的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0082]圖52是表示實施例4的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0083]圖53是對多視角式攝像機模塊攝影的圖像進行說明的圖。
[0084]圖54是表示第九實施方式的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的俯視圖。
[0085]圖55是表示實施例1的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0086]圖56是表示實施例2的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0087]圖57是表示實施例3的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0088]圖58是表示第十實施方式的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的俯視圖。
[0089]圖59是表示實施例1的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0090]圖60是表示實施例2的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0091]圖61是表示實施例3的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0092]圖62是表示液晶透鏡的概略的立體圖。
[0093]圖63是表示第十一實施方式的攝像機模塊的構(gòu)成的平面圖。
[0094]圖64是表示沿著圖63所示的A-A'線的攝像機模塊的截面圖。
[0095]圖65是表示攝像機模塊的其他構(gòu)成例的截面圖。[0096]圖66是表示攝像機模塊的其他構(gòu)成例的截面圖。
【具體實施方式】
[0097]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。但是，附圖是概略性或者概念的圖，應注意各附圖的尺寸以及比率等不一定限于與現(xiàn)實的相同。此外，即使在附圖的相互間表示相同部分的情況下，有時相互的尺寸關系、比率也被不同地表示。特別是，以下所示的幾個實施方式，例示出用于將本發(fā)明的技術思想具體化的裝置以及方法，不是用于根據(jù)構(gòu)成元件的形狀、構(gòu)造、配置等來確定本發(fā)明的技術思想。本發(fā)明的技術思想在不脫離其要旨的范圍內(nèi)，能夠施加各種變更。此外，在以下的說明中，對于具有相同功能以及構(gòu)成的要素，賦予相同附圖標記，并僅在需要的情況下進行重復說明。
[0098][第一實施方式]
[0099]圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的液晶透鏡100的構(gòu)成的截面圖。液晶透鏡100具備第一液晶單元110、第二液晶單元130、以及夾在這些之間的中間層120。
[0100]第一液晶單元110具備:由例如玻璃基板構(gòu)成的一對透明基板111以及117、電極112、一對取向膜113以及116、以及液晶層114。在透明基板111上設置有電極112。電極112由透明的具有透光性的導電材料構(gòu)成,例如使用ITO(銦錫氧化物:indium-tin oxide)。
[0101]在電極112上設置有取向膜113。此外，在透明基板117的與透明基板111對置的面上，設置有取向膜116。液晶層114由取向膜113以及116夾持。構(gòu)成液晶層114的液晶材料是，根據(jù)對其施加的電場而液晶分子的取向方向被操作，并且光學特性變化。為了決定未施加電場時(初始取向時)的液晶分子的取向方向，對于取向膜113以及116的與液晶層114相接的面實施了取向處理。
[0102]在取向膜113以及116之間，以與這些相接的方式設置有密封材料115。作為密封材料115，使用混入有球狀二氧化硅或者圓柱狀玻璃小片的粘合劑，密封材料115在圓周方向上包圍透鏡部分的外邊緣部。密封材料115具有將液晶層114保持為規(guī)定厚度的功能、將液晶層114的液晶材料密封的功能、以及使透明基板111以及117貼合的功能。作為密封材料115，例如使用丙烯酸類粘著劑、環(huán)氧類粘著劑等具有粘合性的具有。此外，能夠使用光固化型樹脂(例如丙烯酸類的光固化型樹脂)等、能夠接觸光而成形的樹脂、以及熱固化型樹脂(例如環(huán)氧類的熱固化型樹脂)等、能夠通過熱而成形的樹脂。
[0103]第二液晶單元130具備由例如玻璃基板構(gòu)成的一對透明基板131以及137、電極132、一對取向膜133以及136、以及液晶層134。
[0104]在透明基板131上設置有電極132。電極132由透明的具有透光性的導電材料構(gòu)成，例如使用與電極112相同的材料。
[0105]在電極132上設置有取向膜133。此外，在透明基板137的與透明基板111對置的面上，設置有取向膜136。液晶層134由取向膜133以及136夾持。構(gòu)成液晶層134的液晶材料是，根據(jù)對其施加的電場而液晶分子的取向方向被操作，光學特性變化。為了決定未施加電場時的液晶分子的取向方向，對于取向膜133以及136的與液晶層134相接的面施加了取向處理。
[0106]在取向膜133以及136之間，以與這些相接的方式設置有密封材料135。作為密封材料135，例如使用與密封材料115相同的材料，密封材料135在圓周方向上包圍透鏡部分的外邊緣部。密封材料135具有將液晶層134保持為規(guī)定厚度的功能、對液晶層134的液晶材料進行密封的功能、以及使透明基板131以及137貼合的功能。
[0107]在第一液晶單元110與第二液晶單元130之間，設置有中間層120。第一液晶單元110被配置為，透明基板117與中間層120相接，第二液晶單元130被配置為，透明基板137與中間層120相接。
[0108]中間層120具備電極121和高介電常數(shù)層122。電極121是具有成為透鏡口徑(透鏡有效區(qū)域)的例如圓形的開口部、由導電材料構(gòu)成的例如環(huán)狀電極。關于電極121的開口部的形狀，只要液晶透鏡100作為透鏡起作用，則也可以是圓形以外的形狀。電極121例如被配置為與透明基板117相接。電極121的位置不特別限制，電極121也可以被配置為與透明基板137相接，也可以埋入高介電常數(shù)層122的中間部。
[0109]高介電常數(shù)層122設置在透明基板117與透明基板137之間、以及電極121與透明基板137之間。高介電常數(shù)層122由透明的絕緣材料構(gòu)成。高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)，優(yōu)選為比作為透明基板的材料的玻璃的比介電常數(shù)大，是玻璃的比介電常數(shù)的2倍以上。具體地說，當將玻璃的比介電常數(shù)設為5左右時，高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)優(yōu)選為10以上且50以下的范圍。通過滿足這種條件，能夠構(gòu)成具有所希望的口徑的液晶透鏡100。此外，為了使液晶透鏡100的口徑變大，只要操作使高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)變大、使高介電常數(shù)層122的厚度變厚、及其雙方的任意的方法即可。
[0110]在電極121與透明基板137之間，以與這些相接的方式設置有密封材料123。作為密封材料123，例如使用與密封材料115相同的材料，密封材料123在圓周方向上包圍透鏡部分的外邊緣部。密封材料123具有將高介電常數(shù)層122保持為規(guī)定厚度的功能、對高介電常數(shù)層122的材料進行密封的功能、以及使電極121以及透明基板137貼合的功能。此夕卜，也可以代替密封材料115，而配置對電極121與透明基板137之間的距離進行調(diào)整的隔離物。隔離物123由塑料或玻璃等構(gòu)成。
[0111]為了防止透鏡內(nèi)的不必要的散射光、反射光，優(yōu)選高介電常數(shù)層122與透明基板117 (或者137)的界面的反射率較低。因此，高介電常數(shù)層122的折射率被設定為，接近與其相接的透明基板117以及137的折射率或電極112以及132的折射率的值、或者其以下。具體地說，高介電常數(shù)層122的折射率被設定為透明基板117 (或者137)的折射率以上、且為電極112 (或者132)的折射率以下。此外，當作為透明基板117以及137的玻璃的折射率為1.5左右時，為了使與玻璃基板之間的界面的光的反射減小，而優(yōu)選高介電常數(shù)層122的折射率為2.0以下。
[0112]在透明基板111的與設置有電極112的面相反的面上設置有防反射膜101。同樣，在透明基板131的與設置有電極132的面相反的面上設置有防反射膜102。作為防反射膜101以及102，例如使用氟化鎂薄膜、或者氧化鈦以及氧化硅等的層疊薄膜。此外，也可以代替防反射膜101以及102，而粘貼施加了防反射涂層的樹脂膜。
[0113]在此，液晶層114成為液晶分子的長軸與面內(nèi)方向(沿著透明基板面的方向)平行、且長軸方向為第一方向(X方向)的平行取向(homogenious alignment)。被平行取向的液晶層的介電常數(shù)各向異性為正。如上所述，液晶層114的取向通過取向膜113以及116和取向處理工序來控制。此外，液晶層134成為液晶分子的長軸與面內(nèi)方向平行、且長軸方向為與X方向正交的第二方向(Y方向)的平行取向。如上所述，液晶層134的取向通過取向膜133以及136和取向處理工序來控制。
[0114]圖2是表示對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的構(gòu)成的概略圖。電壓控制電路200具備對第一液晶單元110的電極112施加電壓的第一電壓控制電路201、和對第二液晶單元130的電極132施加電壓的第二電壓控制電路202。電極121接地。電壓控制電路200的動作將后述。
[0115](實施例)
[0116]以下，對液晶透鏡100的實施例進行說明。
[0117]液晶層114以及134的厚度分別為50 μ m左右。透明基板(玻璃基板)117以及137的厚度分別為50μπι左右，玻璃的比介電常數(shù)為5左右。透明基板(玻璃基板)111以及131的厚度為500 μ m左右，但這些與液晶透鏡100的動作無關，因此是任意的。玻璃基板117以及137可以從最初就使用50 μ m厚的玻璃，但也能夠初始使用500 μ m厚等，在使玻璃基板111或者玻璃基板131貼合之后通過蝕刻、研磨而成為50 μ m厚。
[0118]電極121由導電性薄膜構(gòu)成，內(nèi)徑為1.5mm左右。通過將鉻(Cr)等的金屬薄膜在玻璃基板117上成膜之后、利用光刻對該金屬薄膜進行加工、或者對導電性墨進行印刷以及燒制，來形成電極121。電極121的材料優(yōu)選為含有碳系的導電性墨、例如石墨粒子的導電性樹脂那樣的光的反射率較低的材料。在電極121使用了黑系的導電材料的情況下，電極121導致的不必要的反射光減少，液晶透鏡100的成像特性提高。
[0119]高介電常數(shù)層122例如由碳酸丙酯構(gòu)成。碳酸丙酯為液體，因此在制造過程中氣泡等難以進入，與固體的絕緣膜相比制造工序容易。此外，能夠在與液晶相同的制造工序中形成高介電常數(shù)層122，因此能夠減少制造成本。高介電常數(shù)層122的厚度為50 μ m左右，比介電常數(shù)為20左右。此外，高介電常數(shù)層122也可以如下形成:涂敷將以鈦酸鋇為主成分的鐵電物質(zhì)的微粒分散到樹脂的粘合劑中而成的物質(zhì)，通過熱或者紫外線(UV)使其固化而形成。
[0120](動作)
[0121 ] 首先，對液晶透鏡100的動作原理進行說明。圖3是對液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。圖3將作為透鏡起作用的液晶層134提取加以表示。
[0122]對平行取向的液晶層134賦予不均勻電場，制作出液晶分子的長軸的平均傾斜角在透鏡中心較小、隨著向透鏡周邊部而變大那樣的取向分布。當平面波入射到該液晶層134時，由于液晶層134的折射率各向異性，因此在透鏡中心和透鏡周邊部產(chǎn)生光路差，通過了液晶層134的光的波面成為曲面。
[0123]在圖3中，“y”為距離透鏡中心的高度(半徑)，“f ”為焦距，“Re (y)”為透鏡中心與半徑y(tǒng)之間的位置的光路差。Re (y)由“AnXd”表示?！?Δη”為折射率各向異性，“d”為液晶層的厚度。
[0124]半徑y(tǒng)、光路差Re (y)分別由以下的式表示。
[0125]f.tan Θ =y …(I)
[0126]f.(sec θ — I) =Re …(2)
[0127]從式(I)以及式(2)中消除Θ，
[0128]l/f=2Re/ Cy2 — Re2)
[0129]N 2Re/y2 …(3)[0130]“1/f”為透鏡光學能力。
[0131]將式(3)變形，Re (y)由以下的式表示。
[0132]Re (y) N y2/2f...(4)
[0133]根據(jù)式(4)，以與半徑y(tǒng)的平方成正比例的光路差Re(y)顯現(xiàn)的方式使液晶層134動作。
[0134]但是，在I張液晶層134中僅對一個方向的偏振光進行作用，因此為了制作對所有方向的偏振光有效的液晶透鏡，如圖4所示那樣，將液晶分子的取向方向為相互垂直的兩個液晶層114以及134組合使用即可。由此，能夠控制為通過了液晶層114以及134的光的波面成為球面，因此通過了液晶透鏡100的光集中在光軸上的一點，在圖4的例子中起到凸透鏡的作用。液晶層114作為對X方向的偏振光進行作用的X-透鏡起作用，液晶層134作為對Y方向的偏振光進行作用的Y-透鏡起作用。
[0135]如此，通過對液晶層114以及134賦予電壓梯度，由此成為細長棒狀的形狀的液晶(例如向列液晶)分子使其長軸朝向電場方向進行取向。作為其結(jié)果，通過液晶層114以及134的取向分布的變化，而折射率分布從透鏡中心到透鏡周邊部為止進行變化，因此能夠使液晶層114以及134作為透鏡起作用。根據(jù)向電極112、121以及132施加電壓的方法不同，能夠使液晶層114以及134的折射率分布自由變化，能夠進行作為凸透鏡的光學特性的控制。
[0136]接下來，對得到從液晶透鏡100的透鏡中心朝向透鏡周邊部順暢的電壓梯度的方法進行說明。
[0137]圖5是對電壓控制電路200的電壓控制動作進行說明的曲線圖。
[0138]電壓控制電路201對電極112施加單側(cè)振幅為V1、周期T的矩形波的交流電壓Vl (t)。電壓控制電路202對電極132施加單側(cè)振幅為V2、周期T的矩形波的交流電壓V2(t)。將電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的相移時間設為τ 0電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的周期T相同。
[0139]電壓控制電路201能夠?qū)﹄妷篤l (t)的單側(cè)振幅V1、周期T、相位進行控制。同樣，電壓控制電路202能夠?qū)﹄妷篤2 (t)的單側(cè)振幅V2、周期T、相位進行控制。單側(cè)振幅Vl以及V2的大小被適當?shù)乜刂疲沟脤σ壕?14以及134施加的電場大小相同。在第一實施方式中，如圖1所示那樣，電極132與電極121的距離比電極112與電極121的距離大。為了對該距離之差進行修正，在圖5的例子中，單側(cè)振幅V2比單側(cè)振幅Vl大。
[0140]圖7至圖9是通過數(shù)值模擬來求出液晶透鏡100的剖面的電壓分布的圖。圖7至圖9表示圖6的斜線所示的剖面部分、即透鏡剖面的一半?yún)^(qū)域的電壓分布。圖7至圖9的縱軸和橫軸的單位為[μ m]。設V1=V2=15V。等電位線為IV間隔。此外，圖8以及圖9的電壓分布使用在上述實施例中說明了的液晶透鏡100的數(shù)值。
[0141]圖7是施加了 Vl (t)=V2 (t)的電壓的情況、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為同相的情況、且沒有高介電常數(shù)層的情況下的等電位線。在圖7中，例如在高介電常數(shù)層的部分使用玻璃，因此，在液晶層114以及134之間充滿玻璃。玻璃的比介電常數(shù)按照5進行模擬。在沒有高介電常數(shù)層的情況下，施加電壓的梯度集中在透鏡周邊部的接近電極121的區(qū)域的液晶層上，但對于透鏡中心附近的液晶層幾乎未施加電場。因此，在圖7的例子中，不能夠?qū)σ壕淤x予電壓梯度，因此不能夠作為凸透鏡起作用。[0142]圖8是施加了 Vl (t)=V2 (t)的電壓的情況、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為同相的情況、且包括高介電常數(shù)層122的情況下的等電位線。高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)按照20來進行模擬。在包括高介電常數(shù)層122的情況下，可知電場侵入到透鏡中心附近，從透鏡中心到透鏡周邊部為止得到順暢的電壓梯度。在這種情況下，從透鏡中心到透鏡周邊部光路差緩和地變化，能夠得到良好的凸透鏡的性能。此外，通過操作使高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)變大、使高介電常數(shù)層122的厚度變厚、及其雙方的任意的方法，能夠控制為等電位線向透鏡中心方向較大地進入。由此，能夠使得到電壓梯度的區(qū)域(即透鏡口徑)變大。
[0143]圖9是施加了 Vl (t)= - V2 (t)的電壓的情況、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為逆相的情況、且包括高介電常數(shù)層122的情況下的等電位線。此時，從透鏡中心到透鏡周邊部為止均勻地施加電場。該狀態(tài)為透鏡不起作用的狀態(tài)，焦距為無限大。
[0144]圖8的狀態(tài)相當于施加了振幅相等、同相的矩形波交流電壓Vl (t)以及V2 (t)的情況，圖9的狀態(tài)相當于施加了振幅相等、逆相的矩形波交流電壓Vl (t)以及V2 (t)的情況。通過產(chǎn)生電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的相位為同相和逆相的中間的狀態(tài)、S卩、使電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的相位錯開，由此能夠使對液晶層114以及134施加的有效電壓連續(xù)地變化。
[0145]圖10是表示相移時間τ與焦距f之間的關系的曲線圖。圖10的橫軸表示相移時間τ相對于周期T之比“ τ/Τ”，縱軸表示透鏡光學能力(diopter)。使V1=V2=15V。
[0146]如根據(jù)圖10可知的那樣，在τ/Τ為O時、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為同相時，透鏡光學能力變大、即成為焦距f較短的凸透鏡。另一方面，在τ/Τ為0.5時、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為逆相時，透鏡光學能力成為O、即焦距f為無限大。如此，通過對電壓Vl (t)以及V2 (t)之間的相移時間τ進行控制，能夠使液晶透鏡100的焦距f變化。
[0147](效果)
[0148]如以上詳細說明的那樣，在第一實施方式中，液晶透鏡100具備第一液晶單元110、第二液晶單元130以及由這些所夾的中間層120。第一液晶單元110具備電極112以及液晶層114，第二液晶單元130具備電極132以及液晶層134，中間層120具備具有開口部的電極121以及高介電常數(shù)層122。此外，液晶層114被平行取向，液晶層134在與液晶層114相差90度的方向上平行取向。并且，在將電極121接地的狀態(tài)下，對電極112施加交流電壓Vl (t)，對電極132施加交流電壓V2 (t)，并且使交流電壓Vl (t)與交流電壓V2(t)的相位差變化。
[0149]因此，根據(jù)第一實施方式，通過使交流電壓Vl (t)與交流電壓V2 (t)的相位錯開這種簡單的驅(qū)動方法，就能夠使液晶透鏡100的焦距變化。并且，通過具備取向方向不同的兩個液晶層114以及134，能夠構(gòu)成具有對全部方向的偏振光有效的凸透鏡的功能的液晶透鏡100。
[0150]此外，使用對液晶透鏡100的上下電極112以及132施加的交流電壓各自的振幅和兩者的相移這兩個參數(shù)來控制焦距，因此能夠通過簡單的驅(qū)動電路來驅(qū)動液晶透鏡100，并且能夠減小消耗電力。
[0151]此外，不需要設置以往的液晶透鏡那樣的復雜形狀、需要高精度加工的電極圖案。因此，能夠減少液晶透鏡100的制造成本。[0152]此外，由于在光通過的部分沒有電極圖案，因此不會由于圖案邊緣的散射光而使透鏡的成像性能惡化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)成像性能優(yōu)良的液晶透鏡100。
[0153][第二實施方式]
[0154]第二實施方式為，使用垂直取向(homeotropic alignment)的兩個液晶層來構(gòu)成液晶透鏡100。
[0155]液晶層114成為液晶分子的長軸與面內(nèi)方向幾乎垂直的垂直取向。垂直取向的液晶層114為，折射率變大的方向與介電常數(shù)變小方向相同、即介電常數(shù)各向異性為負。因此，在作為初始取向、即在無電壓的狀態(tài)下使液晶分子取向為與面內(nèi)方向幾乎垂直的情況下，通過施加電壓而液晶分子傾斜。液晶層114為了在電壓施加時使液晶分子傾斜的方向相同，而從垂直方向向膜面的第一方向(X方向)稍微傾斜地進行初始取向。即，液晶層114的液晶分子具有相對于X方向均勻的微量預傾角。預傾角是指，液晶分子的長軸相對于與膜面垂直的方向的傾斜角。液晶層114的取向通過取向膜113以及116和取向處理工序來控制。
[0156]液晶層134與液晶層114同樣成為垂直取向。此外，為了在電壓施加時使液晶分子傾斜的方向相同，液晶層134從垂直方向向與膜面的X方向正交的第二方向(Y方向)稍微傾斜地進行初始取向。即，液晶層134的液晶分子具有相對于Y方向均勻的微量預傾角。如此，從透鏡光軸觀察，液晶層114以及134的液晶分子傾斜的方向正交。
[0157]液晶透鏡100的構(gòu)成，除了液晶層114以及134的初始取向不同以外，與第一實施方式所示的圖1以及圖2相同。此外，關于對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的動作，也與第一實施方式相同。
[0158]圖11是對第二實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。在圖11中將作為透鏡起作用的液晶層134提取加以表示。液晶層114的動作除了取向方向相差90度以外，與圖11的液晶層134相同。
[0159]當使用電壓控制電路200對液晶層134賦予如圖8那樣的電壓梯度時，液晶層134的液晶分子在透鏡中心部取向為與面內(nèi)方向幾乎垂直的方向，隨著接近透鏡周邊部而向面內(nèi)方向傾斜。在使用垂直取向的液晶層134的情況下，如圖11所示那樣，透鏡中心部的光路差比透鏡周邊部的光路差變小。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)進行凹透鏡的動作、即透鏡光學能力為負的液晶透鏡100。
[0160]如以上詳細說明的那樣，根據(jù)第二實施方式，能夠構(gòu)成具有焦距可變的凹透鏡的功能的液晶透鏡100。其他效果與第一實施方式相同。
[0161][第三實施方式]
[0162]第三實施方式使用彎曲取向(bend alignment)的兩個液晶層來構(gòu)成液晶透鏡100。
[0163]液晶層114在初始取向、即無電壓的狀態(tài)下成為噴射(splay)取向，但通過施加電壓而向彎曲取向轉(zhuǎn)移。圖12 (a)是說明噴射取向的圖，圖12 (b)是說明彎曲取向的圖。噴射取向為，液晶分子組相對于面內(nèi)方向具有較小的傾斜角而排列為噴射狀。彎曲取向為，液晶分子組排列為弓狀。此外，液晶層114使液晶分子的長軸朝向膜面的第一方向(X方向)而成為噴射取向。液晶層114的取向由取向膜113以及116和取向處理工序來控制。
[0164]液晶層134與液晶層114同樣，在無電壓的狀態(tài)下成為噴射取向，但通過施加電壓而向彎曲取向轉(zhuǎn)移。此外，液晶層134使液晶分子的長軸朝向與膜面的X方向正交的第二方向(Y方向)而成為噴射取向。如此，從透鏡光軸觀察，液晶層114以及134的液晶分子的取向方向正交。
[0165]液晶透鏡100的構(gòu)成除了液晶層114以及134的初始取向不同以外，與第一實施方式所示的圖1以及圖2相同。此外，關于對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的動作，也與第一實施方式相同。
[0166]圖13是對第三實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。在圖13中，將作為透鏡起作用的液晶層134提取加以表示。液晶層114的動作除了取向方向相差90度以外，與圖13的液晶層134相同。
[0167]當使用電壓控制電路200對液晶層134賦予圖8那樣的電壓梯度時，液晶層134從噴射取向向彎曲取向轉(zhuǎn)移，并且隨著從透鏡中心部接近透鏡周邊部，液晶分子向與膜面垂直的方向較大地傾斜。作為其結(jié)果，通過液晶層134的取向分布的變化，而折射率分布從透鏡中心到透鏡周邊部為止進行變化，因此能夠使液晶層134作為透鏡起作用。此外，根據(jù)向電極112、121以及132施加電壓的方法不同，能夠使液晶層134的折射率分布自由變化，能夠進行作為凸透鏡的光學特性的控制。
[0168]如以上詳細說明的那樣，根據(jù)第三實施方式，能夠構(gòu)成具有焦距可變的凸透鏡的功能的液晶透鏡100。彎曲取向模式具有如下特長:如果是相同的單元間隙，則與平行取向模式相比，基于電壓變化的光路差的變化較小，因此透鏡光學能力變小，但響應速度較大。其他效果與第一實施方式相同。
[0169]此外，在上述各實施方式中說明了的液晶透鏡100，能夠用于處理透鏡的各種光學裝置、電子設備。例如，能夠用于攝像機模塊、攝像機、帶攝像機便攜式電子設備(移動電話、便攜信息終端等)、光拾取器、對條形碼或QR (Quick Response:快速響應)代碼等進行讀取的讀取器、以及掃描儀等小型電子設備。
[0170][第四實施方式]
[0171]在第四實施方式中，說明對本發(fā)明的液晶透鏡100的散焦進行抑制的方法、和用于實現(xiàn)適合于本發(fā)明的液晶透鏡100的構(gòu)造的制造方法。
[0172]圖14 Ca)是表示液晶透鏡100的制造工序的平面圖，圖14 (b)是沿著圖14 (a)所示的A-A^線的截面圖。此外，圖14(a)的平面圖將在后工序中被單體化的液晶單元110概略化表不。
[0173]如圖14所示那樣，使兩張母玻璃111以及117貼合來制作單元300，但一方的母玻璃111具有透明電極112，另一方的母玻璃117是不具有透明電極的素玻璃。通過現(xiàn)行的一般的液晶面板的制造工序來制作該單元300，因此各個母玻璃的厚度為0.5mm~1.1mm左右。在母玻璃111以及117上分別形成有取向膜113以及116，對這些取向膜113以及116實施研磨處理。
[0174]接著，在將密封材料115以及301向母玻璃111 (或者母玻璃117)進行了印刷之后，使兩張母玻璃111以及117貼合來制作單元300。為了控制液晶層的厚度，在密封材料115中含有所希望的尺寸的隔離物。密封材料115的外形例如為四邊形。密封材料301沿著母玻璃111的端部形成。
[0175]接著，如圖15所示那樣，通過使素玻璃側(cè)的母玻璃117變薄，能夠?qū)卧?00進行薄型化(薄膜化)加工。在使玻璃薄膜化的加工中，存在通過研磨劑對玻璃表面進行機械式地削取的機械研磨法、和通過化學反應對玻璃表面進行削取的化學研磨法，但在本實施方式中可以使用機械研磨法和化學研磨法中的任意方式。關于被薄膜化的玻璃基板117 (以及玻璃基板137)的膜厚條件將后述。
[0176]接著，進行將單元300分割為單體的液晶單元110的、劃線以及切斷工序。具體地說，在對單元300通過激光劃線等進行了形成刻痕線的劃線處理之后，進行對刻痕線加壓而將單元300分割的切斷處理。圖16 (a)是單體化后的液晶單元110的平面圖，圖16 (b)是沿著圖16 (a)所示的A-A'線的截面圖。液晶單元110具有圖的橫向比縱向長的長方形。同樣，密封材料115的外形也具有長方形。
[0177]為了將單元內(nèi)部的透明電極113向外部引出，使薄膜化后的玻璃基板117的尺寸比透明電極113側(cè)的玻璃基板111的尺寸小一圈。在圖16中，以在平面圖中玻璃基板111(以及透明電極112)的一部分露出的方式，使薄膜化后的玻璃基板117的尺寸在圖的橫向上減小。此外，在圖16中圖示出對液晶層的厚度進行控制的隔離物302。隔離物302由塑料、玻璃等構(gòu)成。
[0178]在劃線以及切斷工序中，由于對單元300施加壓力，因此擔心液晶單元110 (特別是玻璃基板)扭曲。此時，當密封材料115為四邊形時，液晶單元110也扭曲為與四邊形對應的形狀，在構(gòu)成圓形的透鏡的情況是不優(yōu)選的。作為其對策，如圖17 (a)所示那樣，使密封材料115成為與透鏡相同的環(huán)狀(圓形)。由此，液晶單元110中由密封材料115圍起的圓形區(qū)域，扭曲為與圓形相應的形狀。由此，即使在經(jīng)過了劃線以及切斷工序的情況下，也能夠抑制透鏡的特性惡化。
[0179]此外，如圖17 (b)以及圖17 (C)所示那樣，在用于密封液晶的四邊形的密封材料115A的內(nèi)側(cè)，也可以形成一部分欠缺的環(huán)狀的密封材料115B。換言之，密封材料115B由兩個圓弧狀的部件構(gòu)成。在這種構(gòu)成的情況下，除了圖17 (a)的效果以外，通過四邊形的密封材料115A還能夠保持液晶單元110的強度。此外，密封材料115B的欠缺部分成為液晶的注入口。對密封材料135也應用圖17的例子。
[0180]接著，如圖18所示那樣，向液晶單元110內(nèi)注入液晶，然后，將密封材料115的開口部用封口材料303密封。此外，為了通過后工序使兩個液晶單元貼合，而封口材料303優(yōu)選不向外部伸出。在到此為止的制造工序中，完成液晶單元110。液晶單元130使用與單體化后的液晶單元110相同的液晶單元。
[0181]接著，如圖19所示那樣，在玻璃基板117上形成環(huán)狀的電極121。此時，從環(huán)狀的電極121引出連接端子(引出電極)304。在本實施方式中，連接端子304被向透明電極132露出的一側(cè)引出。在環(huán)狀的電極121中，為了在作為透鏡動作時減小環(huán)電極導致的光反射，而使用黑色的碳系的導電漿料。通過網(wǎng)版印刷將導電漿料印刷在玻璃基板117的上表面上，形成環(huán)狀的電極121。環(huán)狀的電極121的厚度優(yōu)先為5 μ m?10 μ m左右，以便在下一個工序中粘貼高介電膜片時臺階部分能夠被充分填充。在本實施方式的驗證試驗中，使用東洋Ink制造(株)制的“SS ')才7 二一文'”來制作了環(huán)狀的電極。
[0182]圖20 (a)是單體化后的液晶單元130的平面圖，圖20 (b)是沿著圖20 (a)所示的A-A'線的截面圖。如圖20所示那樣，在液晶單元130的玻璃基板137上，形成尺寸比環(huán)電極大的高介電常數(shù)層122。高介電常數(shù)層122是將厚度30 μ m左右的片狀的高介電膜粘貼到玻璃基板137上而形成的。該高介電膜片，是使以鈦酸鋇為主成分的鐵電物質(zhì)的微粒分散到樹脂的粘合劑中而成的片。該樹脂的粘合劑具有熱軟化性，并具有通過照射UV而進行固化反應的特性。在圖20的工序中，對高介電膜片進行加熱而使其軟化，并將該高介電膜片粘貼到液晶單元130的表面上，通過UV的固化工序在下一個工序中實施。
[0183]接著，如圖21以及圖22所示那樣，使形成有環(huán)狀的電極121的液晶單元110、與形成有高介電常數(shù)層122的液晶單元130貼合。具體地說，以使液晶層114與液晶層134的取向方向相差90度的方式、使液晶單元110與液晶單元130對置之后，使環(huán)狀的電極121與高介電常數(shù)層122接觸。然后，在對高介電常數(shù)層122進行加熱而使其軟化了的狀態(tài)下，對兩個液晶單元彼此進行加壓。此時，由于高介電常數(shù)層122軟化，因此能夠?qū)㈦姌O121的開口部的階梯差填埋。此外，該貼合工序中，氣泡有可能進入兩個液晶單元之間，因此優(yōu)選在真空中進行。在使兩個液晶單元彼此壓合之后，對貼合了的液晶單元整體照射UV，使高介電常數(shù)層122固化，將兩個液晶單元粘合。如此，制作第四實施方式的液晶透鏡100。
[0184]接下來，對薄膜化的玻璃基板117 (以及玻璃基板137)的膜厚條件進行說明。圖23是對液晶透鏡100的焦點偏移進行說明的概略圖。圖23表示液晶透鏡100的俯視圖以及側(cè)面圖。圖24是將圖23所示的俯視圖以及側(cè)面圖合成后的概略圖。圖25是對X透鏡和Y透鏡的象差進行說明的概略圖。X透鏡對應于液晶單元110，Y透鏡對應于液晶單元130。
[0185]在圖23中，焦距為L，透鏡口徑為2R。將X透鏡與Y透鏡的光出射面(出光面)的距離設為AL。在本實施方式中，光出射面(出光面)是指，由液晶單元折射的折射光出射的基準面。此時，光軸方向上的X透鏡與Y透鏡的焦點大致偏移AL (N AL)。即，光軸方向上的X透鏡與Y透鏡的象差(焦點偏移量)為“N AL”。此外，在本實施方式中，將與光軸正交的方向(透鏡口徑方向)上的X透鏡與Y透鏡的焦點偏移量稱為橫象差Δ d0 [0186]在圖25中，設液晶透鏡100的出射光的折射角Θ、空氣的折射率\、玻璃基板(透明基板111、117、131、137)的 折射率118以及折射角Θ g、液晶(液晶層114、134)的折射率Ikc以及折射角Θ U、電介質(zhì)(高介電常數(shù)層122)的折射率1以及折射角θ ε、玻璃基板117的厚度h、高介電常數(shù)層122的厚度t2、玻璃基板137的厚度t3、以及液晶層134的厚度t4。因此，X透鏡與Y透鏡的出光面的距離為“ AI^t1 + t2 + t3 + t4”。Ad1為通過了玻璃基板117的光在透鏡口徑方向上前進的距離，Ad2為通過了高介電常數(shù)層122的光在透鏡口徑方向上前進的距離，Ad3為通過了玻璃基板137的光在透鏡口徑方向前進的距離，^山為通過了液晶層134的光在透鏡口徑方向上前進的距離。
[0187]根據(jù)斯涅耳法則,成立“a =na.sin Θ =ng.sin Θ g=nLC.sin Θ LC=nE.sin θ ε ”。A為常量。圖25所示的距離Ad1~Δ d4由式(5)~(8)表示。SinQ由式(9)表示。
[0188][數(shù)學式I]
【權(quán)利要求】
1.一種液晶透鏡，其特征在于，具備: 第一液晶單元，包括一對第一以及第二透明基板、由上述第一以及第二透明基板夾著的第一液晶層、以及配置在上述第一透明基板與上述第一液晶層之間的第一電極； 第二液晶單元，包括一對第三以及第四透明基板、由上述第三以及第四透明基板夾著并且在與上述第一液晶層正交的方向上取向的第二液晶層、以及配置在上述第四透明基板與上述第二液晶層之間的第二電極；以及 中間層，包括與上述第二透明基板和上述第三透明基板相接且由上述第一液晶單元和上述第二液晶單元夾著的高介電常數(shù)層、以及具有一個或者多個開口部的第三電極。
2.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層在第一方向上平行取向， 上述第二液晶層在與上述第一方向正交的第二方向上平行取向。
3.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層以液晶分子在第一方向上具有預傾角的方式垂直取向， 上述第二液晶層以液晶分子在與上述第一方向正交的第二方向上具有預傾角的方式垂直取向。
4.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層在第一方向上噴射取向， 上述第二液晶層在與上述 第一方向正交的第二方向上噴射取向。
5.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 焦距根據(jù)上述第一電極的交流電壓與上述第二電極的交流電壓之間的相位差而變化。
6.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述高介電常數(shù)層的比介電常數(shù)比玻璃的比介電常數(shù)大。
7.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述高介電常數(shù)層由分散有以鈦酸鋇為主成分的微粒的樹脂構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第三電極由含碳的導電材料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶單元以及上述第二液晶單元間的口徑方向的象差為像素節(jié)距以下。
10.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層的出光面與上述第二液晶層的出光面之間的距離為500 μ m以下。
11.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第二透明基板被加工為比上述第一透明基板薄， 上述第三透明基板被加工為比上述第四透明基板薄。
12.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第二以及第三透明基板的厚度為150 μ m以下。
13.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 還具備將上述第一以及第二液晶層分別密封的第一以及第二密封材料， 上述第一以及第二密封材料分別為環(huán)狀。
14.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于，還具備將上述第一以及第二液晶層分別密封的第一以及第二密封材料， 上述第一以及第二密封材料分別包括:環(huán)狀的第一部件、以及包圍上述第一部件的四邊形的第二部件。
15.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第三電極的厚度為10 μ m以下。
16.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第三電極設置在絕緣性的基板上， 將上述高介電常數(shù)層作為粘合材料而由上述第一液晶單元和上述第二液晶單元夾著上述基板。
17.如權(quán)利要求16記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述基板包括:第一端子，與上述第一電極電連接；第二端子，與上述第二電極電連接；以及第三端子，與上述 第三電極電連接。
18.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一電極包括圓形的第一電極部分、以及從上述第一電極部分向上述第一液晶單元的角引出的第一端子， 上述第二電極包括圓形的第二電極部分、以及從上述第二電極部分向上述第二液晶單元的角引出的第二端子， 上述第三電極包括環(huán)狀的第三電極部分、以及從上述第三電極部分向上述第一液晶單元的角引出的第三端子， 上述第一至第三端子被配置為相互不重疊。
19.如權(quán)利要求18記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一以及第二液晶單元各自的平面形狀為正方形。
20.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述多個開口部的直徑相同， 與上述多個開口部對應的多個透鏡部分各自的焦距相同。
21.一種液晶透鏡的驅(qū)動方法，是上述權(quán)利要求1記載的液晶透鏡的驅(qū)動方法，其特征在于，具備: 將上述第三電極接地的工序； 對上述第一以及第二電極分別施加第一以及第二交流電壓的工序；以及 通過使上述第一以及第二交流電壓的相位差變化，而使上述液晶透鏡的焦距變化的工序。
22.一種透鏡單元，特征在于， 具備: 權(quán)利要求1記載的液晶透鏡；以及 固定透鏡，配置在上述液晶透鏡的光軸上，并且焦距固定， 通過使上述液晶透鏡的焦距變化，來調(diào)整焦點或者視角。
23.一種透鏡單元，其特征在于， 具備: 權(quán)利要求1記載的液晶透鏡；以及復眼透鏡，配置在上述液晶透鏡的光軸上，并且焦距固定，通過使上述液晶透鏡的焦距變化，來調(diào)整焦點或者視角。
24.一種攝像機模塊，其特征在于，具備:權(quán)利要求22記載的透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；以及控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制。
25.一種膠囊型醫(yī)療設備，其特征在于，具備:權(quán)利要求22記載的透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制；以及膠囊，將上述透鏡單元、上述攝影元件以及上述控制電路封閉。
26.一種攝像機模塊，其特征在于，具備:復眼透鏡，焦距固定；攝影元件，從上述復眼透鏡接受光；以及控制電路，對上述液晶透鏡 以及上述攝影元件進行控制。
【文檔編號】G02B3/14GK103477269SQ201280005630
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月17日
【發(fā)明者】山口稔, 吉田守 申請人:奧特司科技株式會社
【專利摘要】液晶透鏡包括第一液晶單元、第二液晶單元以及它們所夾著的中間層。第一液晶單元包括一對第一以及第二透明基板、由第一以及第二透明基板夾著的第一液晶層、以及配置在第一透明基板與第一液晶層之間的第一電極。第二液晶單元包括一對第三以及第四透明基板、由第三以及第四透明基板夾著并且在與第一液晶層正交的方向上取向的第二液晶層、以及配置在第四透明基板與第二液晶層之間的第二電極。中間層包括：與第二透明基板和第三透明基板相接，由第一液晶單元和第二液晶單元夾著的高介電常數(shù)層；以及具有開口部并且接地的第三電極。
【專利說明】液晶透鏡、液晶透鏡驅(qū)動方法、透鏡單元、攝像機模塊及膠囊型醫(yī)療設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠通過電信號使焦距變化的液晶透鏡及其驅(qū)動方法。此外，本發(fā)明涉及具備液晶透鏡的透鏡單元、攝像機模塊及膠囊型醫(yī)療設備。
【背景技術】
[0002]液晶透鏡被期待發(fā)揮能夠?qū)ζ浣咕噙M行電控制這種特征，而應用到攝像機的自動對焦功能、光拾取裝置等中。在以往的自動對焦功能中，利用使用音圈馬達而使透鏡的位置移動的方式，但通過使用能夠使焦距變化的液晶透鏡，能夠取消機械式的可動部分，實現(xiàn)透鏡單元的小型化、省電化。
[0003]液晶透鏡例如在專利文獻1、專利文獻2中公開。這些文獻所公開的液晶透鏡為，使用同心圓狀地形成圖案的透明電極，從透鏡的中心朝向外周形成施加電壓的梯度。然后，通過使液晶分子的平均傾斜角變化，能夠得到透鏡的動作。
[0004]在使用了這種構(gòu)造的情況下，將透鏡的中心部的同心圓電極向外部引出，因此需要有損于旋轉(zhuǎn)對稱性的引出線的圖案，不能夠避免透鏡的變形。此外，在透鏡的通過光的部分會存在透明電極的微小圖案，但由于透明電極的折射率與玻璃基板、液晶相比大到不能夠忽略的程度，因此在圖案端部產(chǎn)生光的散射、反射，會妨礙成像。此外，在上述文獻中，需要細致地控制大量電極的電壓，驅(qū)動電路變得復雜。
[0005]此外，在上述文獻的其他例子中，在所形成圖案的透明電極中流動電流，通過電阻的電壓下降而形成對液晶施加的電壓的梯度。在該情況下，雖然電壓的控制簡單，但是用于驅(qū)動的消耗電力變大。
[0006]近年，在組裝于移動電話等中的小型攝像機模塊中，附加了焦點調(diào)整功能、視角調(diào)整功能的制品被實用化。焦點調(diào)整功能、視角調(diào)整功能，例如，通過利用音圈馬達等使透鏡單元內(nèi)部的一部分透鏡空間地移動來實現(xiàn)。但是，在這種方式中，需要使透鏡空間地移動的機構(gòu)，因此難以小型化。
[0007]在醫(yī)療現(xiàn)場，進行使用了能夠攝影立體圖像的內(nèi)窺鏡的醫(yī)療行為。在此所使用的內(nèi)窺鏡，例如是使用了光纖的直管型內(nèi)窺鏡。此外，組裝有小型攝像機模塊的膠囊型醫(yī)療設備被實用化，被檢者從口吞入膠囊型醫(yī)療設備，能夠?qū)π∧c、大腸等消化器官進行攝影。并且，對消化器官的立體圖像進行攝影的膠囊型醫(yī)療設備正在被研究以及開發(fā)，但還未被實用化。其理由之一為，在有限的空間中設置兩個以上的小型攝像機模塊的困難度非常高。
[0008]但是，通過將復眼化的透鏡單元組裝到膠囊型醫(yī)療設備中，由此能夠得到立體圖像的攝影所需要的具有視差的多個圖像，通過這些圖像能夠生成觀察部位的立體圖像。通過對該立體圖像進行觀察，能夠?qū)疾康陌纪沟鹊谋砻鏍顟B(tài)進行詳細觀察，期待能夠進行高精度的檢查以及治療。
[0009]此外，通過從體外利用電磁感應方式等非接觸電力傳送來傳輸膠囊型醫(yī)療設備的驅(qū)動電力的內(nèi)容正在被研究。此時，擔心強力的電磁波對膠囊型醫(yī)療設備內(nèi)部的元件類產(chǎn)生影響。特別是，膠囊型醫(yī)療設備中所組裝的小型攝像機模塊的音圈馬達會受到強力的電磁波的磁場的影響而誤動作。由此，焦點調(diào)整功能、視角調(diào)整功能不能夠正確地起作用。
[0010]現(xiàn)有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本專利第3047082號公報
[0013]專利文獻2:日本特開2000-81600號公報
[0014]專利文獻3:日本特開2001-095756號公報
[0015]專利文獻4:日本特開2001-170002號公報
[0016]專利文獻5:日本特開2004-248753號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]發(fā)明要解決的課題
[0018]本發(fā)明是鑒于上述情況而進行的，其目的在于提供一種液晶透鏡及其驅(qū)動方法，其中，不需要電極用的復雜的微小圖案的加工，并且能夠減少消耗電力，并且成像性能優(yōu)良。
[0019]此外，本發(fā)明的目的在于，提供一種液晶透鏡，能夠減少制造成本，并且能夠減少焦點偏移導致的散焦。
[0020]此外，本發(fā)明的目的在于提供具有焦點調(diào)整功能或者視角調(diào)整功能并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。此外，本發(fā)明的目的在于提供能夠生成立體圖像并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本發(fā)明一個方案的液晶透鏡的特征在于，具備:第一液晶單元，具有一對第一以及第二透明基板、由上述第一以及第二透明基板夾著的第一液晶層、以及配置在上述第一透明基板與上述第一液晶層之間的第一電極；第二液晶單元，具有一對第三以及第四透明基板、由上述第三以及第四透明基板夾著并且在與上述第一液晶層正交的方向上取向的第二液晶層、以及配置在上述第四透明基板與上述第二液晶層之間的第二電極；以及中間層，包括與上述第二透明基板和上述第三透明基板相接且由上述第一液晶單元和上述第二液晶單元夾著的高介電常數(shù)層，以及具有一個或者多個開口部的第三電極。
[0023]本發(fā)明一個方案的液晶透鏡驅(qū)動方法的特征在于，具備:將上述第三電極接地的工序；對上述第一以及第二電極分別施加第一以及第二交流電壓的工序；以及通過使上述第一以及第二交流電壓的相位差變化，使上述液晶透鏡的焦距變化的工序。
[0024]本發(fā)明一個方案的透鏡單元的特征在于，具備上述液晶透鏡、以及配置在上述液晶透鏡的光軸上并且焦距固定的固定透鏡，通過使上述液晶透鏡的焦距變化，來調(diào)整焦點或者視角。
[0025]本發(fā)明一個方案的攝像機模塊的特征在于，具備:上述透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；以及控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制。
[0026]本發(fā)明一個方案的膠囊型醫(yī)療設備的特征在于，具備:上述透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制；以及膠囊，將上述透鏡單元、上述攝影元件以及上述控制電路封閉。
[0027]發(fā)明的效果
[0028]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種液晶透鏡及其驅(qū)動方法，其中，不需要電極用的復雜的微小圖案的加工，并且能夠減少消耗電力，并且成像性能優(yōu)良。
[0029]此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種液晶透鏡，能夠減少制造成本，并且能夠減少焦點偏移導致的散焦。
[0030]此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有焦點調(diào)整功能或者視角調(diào)整功能并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠生成立體圖像并且能夠更小型化的液晶透鏡、透鏡單元、攝像機模塊以及膠囊型醫(yī)療設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是表示第一實施方式的液晶透鏡100的構(gòu)成的截面圖。
[0032]圖2是表示對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的構(gòu)成的概略圖。
[0033]圖3是對液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。
[0034]圖4是對液晶透鏡100的動作原理進行說明的立體圖。
[0035]圖5是對電壓控制電路200的電壓控制動作進行說明的曲線圖。
[0036]圖6是對數(shù)值模擬了電壓分布而成的區(qū)域進行說明的圖。
[0037]圖7是對比較例的液晶透鏡的電壓分布進行說明的圖。
[0038]圖8是對施加了同相的電壓的情況下的液晶透鏡100的電壓分布進行說明的圖。
[0039]圖9是對施加了逆相的電壓的情況下的液晶透鏡100的電壓分布進行說明的圖。
[0040]圖10是表示相移時間τ與焦距f之間的關系的曲線圖。
[0041]圖11是對第二實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。
[0042]圖12是對噴射取向以及彎曲取向進行說明的圖。
[0043]圖13是對第三實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。
[0044]圖14是表示第四實施方式的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0045]圖15是表示接著圖14的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0046]圖16是表示接著圖15的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0047]圖17是表示密封材料的實施例的平面圖。
[0048]圖18是表示接著圖16的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0049]圖19是表示接著圖18的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0050]圖20是表示接著圖19的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0051]圖21是表示接著圖20的液晶透鏡的制造工序的平面圖。
[0052]圖22是表示沿著圖21的k-k'線的液晶透鏡的制造工序的截面圖。
[0053]圖23是對液晶透鏡的焦點偏移進行說明的概略圖。
[0054]圖24是將圖23所示的俯視圖以及側(cè)面圖合成后的概略圖。
[0055]圖25是對X透鏡與Y透鏡的象差進行說明的概略圖。
[0056]圖26是表示第五實施方式的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0057]圖27是表示液晶單元的其他構(gòu)成例的圖。[0058]圖28是表示接著圖26的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0059]圖29是表示接著圖28的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0060]圖30是表不接著圖29的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0061]圖31是表示第六實施方式的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0062]圖32是表示接著圖31的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0063]圖33是表示接著圖32的液晶透鏡的制造工序的圖。
[0064]圖34是表示接著圖33的液晶透鏡的制造工序的平面圖。
[0065]圖35是表示沿著圖34所示的A-A'線的液晶透鏡的制造工序的截面圖。
[0066]圖36是表示接著圖35的液晶透鏡的制造工序的平面圖。
[0067]圖37是表示沿著圖36所示的A-A'線以及B-B'線的液晶透鏡的制造工序的截面圖。
[0068]圖38是表示第七實施方式的具有焦點調(diào)整功能的攝像機模塊的構(gòu)成的概略圖。
[0069]圖39是對液晶透鏡的取向進行說明的概略圖。
[0070]圖40是表示第七實施方式的具有視角調(diào)整功能的攝像機模塊的構(gòu)成的概略圖。
[0071]圖41是對液晶透鏡的取向進行說明的概略圖。
[0072]圖42是表示具有視角調(diào)整功能的攝像機模塊的其他構(gòu)成的概略圖。
[0073]圖43是表示實施例1的攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0074]圖44是表示實施例2的攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0075]圖45是表示實施例3的攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0076]圖46是表示第八實施方式的復眼型液晶透鏡的構(gòu)成的截面圖。
[0077]圖47是表示復眼型液晶透鏡的構(gòu)成的立體圖。
[0078]圖48是表示實施例1的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的平面圖。
[0079]圖49是表示實施例1的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0080]圖50是表示實施例2的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0081]圖51是表示實施例3的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0082]圖52是表示實施例4的多視角式攝像機模塊的構(gòu)成的截面圖。
[0083]圖53是對多視角式攝像機模塊攝影的圖像進行說明的圖。
[0084]圖54是表示第九實施方式的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的俯視圖。
[0085]圖55是表示實施例1的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0086]圖56是表示實施例2的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0087]圖57是表示實施例3的膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0088]圖58是表示第十實施方式的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的俯視圖。
[0089]圖59是表示實施例1的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0090]圖60是表示實施例2的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0091]圖61是表示實施例3的多視角式膠囊型醫(yī)療設備的構(gòu)成的截面圖。
[0092]圖62是表示液晶透鏡的概略的立體圖。
[0093]圖63是表示第十一實施方式的攝像機模塊的構(gòu)成的平面圖。
[0094]圖64是表示沿著圖63所示的A-A'線的攝像機模塊的截面圖。
[0095]圖65是表示攝像機模塊的其他構(gòu)成例的截面圖。[0096]圖66是表示攝像機模塊的其他構(gòu)成例的截面圖。
【具體實施方式】
[0097]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。但是，附圖是概略性或者概念的圖，應注意各附圖的尺寸以及比率等不一定限于與現(xiàn)實的相同。此外，即使在附圖的相互間表示相同部分的情況下，有時相互的尺寸關系、比率也被不同地表示。特別是，以下所示的幾個實施方式，例示出用于將本發(fā)明的技術思想具體化的裝置以及方法，不是用于根據(jù)構(gòu)成元件的形狀、構(gòu)造、配置等來確定本發(fā)明的技術思想。本發(fā)明的技術思想在不脫離其要旨的范圍內(nèi)，能夠施加各種變更。此外，在以下的說明中，對于具有相同功能以及構(gòu)成的要素，賦予相同附圖標記，并僅在需要的情況下進行重復說明。
[0098][第一實施方式]
[0099]圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的液晶透鏡100的構(gòu)成的截面圖。液晶透鏡100具備第一液晶單元110、第二液晶單元130、以及夾在這些之間的中間層120。
[0100]第一液晶單元110具備:由例如玻璃基板構(gòu)成的一對透明基板111以及117、電極112、一對取向膜113以及116、以及液晶層114。在透明基板111上設置有電極112。電極112由透明的具有透光性的導電材料構(gòu)成,例如使用ITO(銦錫氧化物:indium-tin oxide)。
[0101]在電極112上設置有取向膜113。此外，在透明基板117的與透明基板111對置的面上，設置有取向膜116。液晶層114由取向膜113以及116夾持。構(gòu)成液晶層114的液晶材料是，根據(jù)對其施加的電場而液晶分子的取向方向被操作，并且光學特性變化。為了決定未施加電場時(初始取向時)的液晶分子的取向方向，對于取向膜113以及116的與液晶層114相接的面實施了取向處理。
[0102]在取向膜113以及116之間，以與這些相接的方式設置有密封材料115。作為密封材料115，使用混入有球狀二氧化硅或者圓柱狀玻璃小片的粘合劑，密封材料115在圓周方向上包圍透鏡部分的外邊緣部。密封材料115具有將液晶層114保持為規(guī)定厚度的功能、將液晶層114的液晶材料密封的功能、以及使透明基板111以及117貼合的功能。作為密封材料115，例如使用丙烯酸類粘著劑、環(huán)氧類粘著劑等具有粘合性的具有。此外，能夠使用光固化型樹脂(例如丙烯酸類的光固化型樹脂)等、能夠接觸光而成形的樹脂、以及熱固化型樹脂(例如環(huán)氧類的熱固化型樹脂)等、能夠通過熱而成形的樹脂。
[0103]第二液晶單元130具備由例如玻璃基板構(gòu)成的一對透明基板131以及137、電極132、一對取向膜133以及136、以及液晶層134。
[0104]在透明基板131上設置有電極132。電極132由透明的具有透光性的導電材料構(gòu)成，例如使用與電極112相同的材料。
[0105]在電極132上設置有取向膜133。此外，在透明基板137的與透明基板111對置的面上，設置有取向膜136。液晶層134由取向膜133以及136夾持。構(gòu)成液晶層134的液晶材料是，根據(jù)對其施加的電場而液晶分子的取向方向被操作，光學特性變化。為了決定未施加電場時的液晶分子的取向方向，對于取向膜133以及136的與液晶層134相接的面施加了取向處理。
[0106]在取向膜133以及136之間，以與這些相接的方式設置有密封材料135。作為密封材料135，例如使用與密封材料115相同的材料，密封材料135在圓周方向上包圍透鏡部分的外邊緣部。密封材料135具有將液晶層134保持為規(guī)定厚度的功能、對液晶層134的液晶材料進行密封的功能、以及使透明基板131以及137貼合的功能。
[0107]在第一液晶單元110與第二液晶單元130之間，設置有中間層120。第一液晶單元110被配置為，透明基板117與中間層120相接，第二液晶單元130被配置為，透明基板137與中間層120相接。
[0108]中間層120具備電極121和高介電常數(shù)層122。電極121是具有成為透鏡口徑(透鏡有效區(qū)域)的例如圓形的開口部、由導電材料構(gòu)成的例如環(huán)狀電極。關于電極121的開口部的形狀，只要液晶透鏡100作為透鏡起作用，則也可以是圓形以外的形狀。電極121例如被配置為與透明基板117相接。電極121的位置不特別限制，電極121也可以被配置為與透明基板137相接，也可以埋入高介電常數(shù)層122的中間部。
[0109]高介電常數(shù)層122設置在透明基板117與透明基板137之間、以及電極121與透明基板137之間。高介電常數(shù)層122由透明的絕緣材料構(gòu)成。高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)，優(yōu)選為比作為透明基板的材料的玻璃的比介電常數(shù)大，是玻璃的比介電常數(shù)的2倍以上。具體地說，當將玻璃的比介電常數(shù)設為5左右時，高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)優(yōu)選為10以上且50以下的范圍。通過滿足這種條件，能夠構(gòu)成具有所希望的口徑的液晶透鏡100。此外，為了使液晶透鏡100的口徑變大，只要操作使高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)變大、使高介電常數(shù)層122的厚度變厚、及其雙方的任意的方法即可。
[0110]在電極121與透明基板137之間，以與這些相接的方式設置有密封材料123。作為密封材料123，例如使用與密封材料115相同的材料，密封材料123在圓周方向上包圍透鏡部分的外邊緣部。密封材料123具有將高介電常數(shù)層122保持為規(guī)定厚度的功能、對高介電常數(shù)層122的材料進行密封的功能、以及使電極121以及透明基板137貼合的功能。此夕卜，也可以代替密封材料115，而配置對電極121與透明基板137之間的距離進行調(diào)整的隔離物。隔離物123由塑料或玻璃等構(gòu)成。
[0111]為了防止透鏡內(nèi)的不必要的散射光、反射光，優(yōu)選高介電常數(shù)層122與透明基板117 (或者137)的界面的反射率較低。因此，高介電常數(shù)層122的折射率被設定為，接近與其相接的透明基板117以及137的折射率或電極112以及132的折射率的值、或者其以下。具體地說，高介電常數(shù)層122的折射率被設定為透明基板117 (或者137)的折射率以上、且為電極112 (或者132)的折射率以下。此外，當作為透明基板117以及137的玻璃的折射率為1.5左右時，為了使與玻璃基板之間的界面的光的反射減小，而優(yōu)選高介電常數(shù)層122的折射率為2.0以下。
[0112]在透明基板111的與設置有電極112的面相反的面上設置有防反射膜101。同樣，在透明基板131的與設置有電極132的面相反的面上設置有防反射膜102。作為防反射膜101以及102，例如使用氟化鎂薄膜、或者氧化鈦以及氧化硅等的層疊薄膜。此外，也可以代替防反射膜101以及102，而粘貼施加了防反射涂層的樹脂膜。
[0113]在此，液晶層114成為液晶分子的長軸與面內(nèi)方向(沿著透明基板面的方向)平行、且長軸方向為第一方向(X方向)的平行取向(homogenious alignment)。被平行取向的液晶層的介電常數(shù)各向異性為正。如上所述，液晶層114的取向通過取向膜113以及116和取向處理工序來控制。此外，液晶層134成為液晶分子的長軸與面內(nèi)方向平行、且長軸方向為與X方向正交的第二方向(Y方向)的平行取向。如上所述，液晶層134的取向通過取向膜133以及136和取向處理工序來控制。
[0114]圖2是表示對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的構(gòu)成的概略圖。電壓控制電路200具備對第一液晶單元110的電極112施加電壓的第一電壓控制電路201、和對第二液晶單元130的電極132施加電壓的第二電壓控制電路202。電極121接地。電壓控制電路200的動作將后述。
[0115](實施例)
[0116]以下，對液晶透鏡100的實施例進行說明。
[0117]液晶層114以及134的厚度分別為50 μ m左右。透明基板(玻璃基板)117以及137的厚度分別為50μπι左右，玻璃的比介電常數(shù)為5左右。透明基板(玻璃基板)111以及131的厚度為500 μ m左右，但這些與液晶透鏡100的動作無關，因此是任意的。玻璃基板117以及137可以從最初就使用50 μ m厚的玻璃，但也能夠初始使用500 μ m厚等，在使玻璃基板111或者玻璃基板131貼合之后通過蝕刻、研磨而成為50 μ m厚。
[0118]電極121由導電性薄膜構(gòu)成，內(nèi)徑為1.5mm左右。通過將鉻(Cr)等的金屬薄膜在玻璃基板117上成膜之后、利用光刻對該金屬薄膜進行加工、或者對導電性墨進行印刷以及燒制，來形成電極121。電極121的材料優(yōu)選為含有碳系的導電性墨、例如石墨粒子的導電性樹脂那樣的光的反射率較低的材料。在電極121使用了黑系的導電材料的情況下，電極121導致的不必要的反射光減少，液晶透鏡100的成像特性提高。
[0119]高介電常數(shù)層122例如由碳酸丙酯構(gòu)成。碳酸丙酯為液體，因此在制造過程中氣泡等難以進入，與固體的絕緣膜相比制造工序容易。此外，能夠在與液晶相同的制造工序中形成高介電常數(shù)層122，因此能夠減少制造成本。高介電常數(shù)層122的厚度為50 μ m左右，比介電常數(shù)為20左右。此外，高介電常數(shù)層122也可以如下形成:涂敷將以鈦酸鋇為主成分的鐵電物質(zhì)的微粒分散到樹脂的粘合劑中而成的物質(zhì)，通過熱或者紫外線(UV)使其固化而形成。
[0120](動作)
[0121 ] 首先，對液晶透鏡100的動作原理進行說明。圖3是對液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。圖3將作為透鏡起作用的液晶層134提取加以表示。
[0122]對平行取向的液晶層134賦予不均勻電場，制作出液晶分子的長軸的平均傾斜角在透鏡中心較小、隨著向透鏡周邊部而變大那樣的取向分布。當平面波入射到該液晶層134時，由于液晶層134的折射率各向異性，因此在透鏡中心和透鏡周邊部產(chǎn)生光路差，通過了液晶層134的光的波面成為曲面。
[0123]在圖3中，“y”為距離透鏡中心的高度(半徑)，“f ”為焦距，“Re (y)”為透鏡中心與半徑y(tǒng)之間的位置的光路差。Re (y)由“AnXd”表示?！?Δη”為折射率各向異性，“d”為液晶層的厚度。
[0124]半徑y(tǒng)、光路差Re (y)分別由以下的式表示。
[0125]f.tan Θ =y …(I)
[0126]f.(sec θ — I) =Re …(2)
[0127]從式(I)以及式(2)中消除Θ，
[0128]l/f=2Re/ Cy2 — Re2)
[0129]N 2Re/y2 …(3)[0130]“1/f”為透鏡光學能力。
[0131]將式(3)變形，Re (y)由以下的式表示。
[0132]Re (y) N y2/2f...(4)
[0133]根據(jù)式(4)，以與半徑y(tǒng)的平方成正比例的光路差Re(y)顯現(xiàn)的方式使液晶層134動作。
[0134]但是，在I張液晶層134中僅對一個方向的偏振光進行作用，因此為了制作對所有方向的偏振光有效的液晶透鏡，如圖4所示那樣，將液晶分子的取向方向為相互垂直的兩個液晶層114以及134組合使用即可。由此，能夠控制為通過了液晶層114以及134的光的波面成為球面，因此通過了液晶透鏡100的光集中在光軸上的一點，在圖4的例子中起到凸透鏡的作用。液晶層114作為對X方向的偏振光進行作用的X-透鏡起作用，液晶層134作為對Y方向的偏振光進行作用的Y-透鏡起作用。
[0135]如此，通過對液晶層114以及134賦予電壓梯度，由此成為細長棒狀的形狀的液晶(例如向列液晶)分子使其長軸朝向電場方向進行取向。作為其結(jié)果，通過液晶層114以及134的取向分布的變化，而折射率分布從透鏡中心到透鏡周邊部為止進行變化，因此能夠使液晶層114以及134作為透鏡起作用。根據(jù)向電極112、121以及132施加電壓的方法不同，能夠使液晶層114以及134的折射率分布自由變化，能夠進行作為凸透鏡的光學特性的控制。
[0136]接下來，對得到從液晶透鏡100的透鏡中心朝向透鏡周邊部順暢的電壓梯度的方法進行說明。
[0137]圖5是對電壓控制電路200的電壓控制動作進行說明的曲線圖。
[0138]電壓控制電路201對電極112施加單側(cè)振幅為V1、周期T的矩形波的交流電壓Vl (t)。電壓控制電路202對電極132施加單側(cè)振幅為V2、周期T的矩形波的交流電壓V2(t)。將電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的相移時間設為τ 0電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的周期T相同。
[0139]電壓控制電路201能夠?qū)﹄妷篤l (t)的單側(cè)振幅V1、周期T、相位進行控制。同樣，電壓控制電路202能夠?qū)﹄妷篤2 (t)的單側(cè)振幅V2、周期T、相位進行控制。單側(cè)振幅Vl以及V2的大小被適當?shù)乜刂疲沟脤σ壕?14以及134施加的電場大小相同。在第一實施方式中，如圖1所示那樣，電極132與電極121的距離比電極112與電極121的距離大。為了對該距離之差進行修正，在圖5的例子中，單側(cè)振幅V2比單側(cè)振幅Vl大。
[0140]圖7至圖9是通過數(shù)值模擬來求出液晶透鏡100的剖面的電壓分布的圖。圖7至圖9表示圖6的斜線所示的剖面部分、即透鏡剖面的一半?yún)^(qū)域的電壓分布。圖7至圖9的縱軸和橫軸的單位為[μ m]。設V1=V2=15V。等電位線為IV間隔。此外，圖8以及圖9的電壓分布使用在上述實施例中說明了的液晶透鏡100的數(shù)值。
[0141]圖7是施加了 Vl (t)=V2 (t)的電壓的情況、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為同相的情況、且沒有高介電常數(shù)層的情況下的等電位線。在圖7中，例如在高介電常數(shù)層的部分使用玻璃，因此，在液晶層114以及134之間充滿玻璃。玻璃的比介電常數(shù)按照5進行模擬。在沒有高介電常數(shù)層的情況下，施加電壓的梯度集中在透鏡周邊部的接近電極121的區(qū)域的液晶層上，但對于透鏡中心附近的液晶層幾乎未施加電場。因此，在圖7的例子中，不能夠?qū)σ壕淤x予電壓梯度，因此不能夠作為凸透鏡起作用。[0142]圖8是施加了 Vl (t)=V2 (t)的電壓的情況、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為同相的情況、且包括高介電常數(shù)層122的情況下的等電位線。高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)按照20來進行模擬。在包括高介電常數(shù)層122的情況下，可知電場侵入到透鏡中心附近，從透鏡中心到透鏡周邊部為止得到順暢的電壓梯度。在這種情況下，從透鏡中心到透鏡周邊部光路差緩和地變化，能夠得到良好的凸透鏡的性能。此外，通過操作使高介電常數(shù)層122的比介電常數(shù)變大、使高介電常數(shù)層122的厚度變厚、及其雙方的任意的方法，能夠控制為等電位線向透鏡中心方向較大地進入。由此，能夠使得到電壓梯度的區(qū)域(即透鏡口徑)變大。
[0143]圖9是施加了 Vl (t)= - V2 (t)的電壓的情況、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為逆相的情況、且包括高介電常數(shù)層122的情況下的等電位線。此時，從透鏡中心到透鏡周邊部為止均勻地施加電場。該狀態(tài)為透鏡不起作用的狀態(tài)，焦距為無限大。
[0144]圖8的狀態(tài)相當于施加了振幅相等、同相的矩形波交流電壓Vl (t)以及V2 (t)的情況，圖9的狀態(tài)相當于施加了振幅相等、逆相的矩形波交流電壓Vl (t)以及V2 (t)的情況。通過產(chǎn)生電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的相位為同相和逆相的中間的狀態(tài)、S卩、使電壓Vl (t)與電壓V2 (t)的相位錯開，由此能夠使對液晶層114以及134施加的有效電壓連續(xù)地變化。
[0145]圖10是表示相移時間τ與焦距f之間的關系的曲線圖。圖10的橫軸表示相移時間τ相對于周期T之比“ τ/Τ”，縱軸表示透鏡光學能力(diopter)。使V1=V2=15V。
[0146]如根據(jù)圖10可知的那樣，在τ/Τ為O時、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為同相時，透鏡光學能力變大、即成為焦距f較短的凸透鏡。另一方面，在τ/Τ為0.5時、即電壓Vl (t)與電壓V2 (t)為逆相時，透鏡光學能力成為O、即焦距f為無限大。如此，通過對電壓Vl (t)以及V2 (t)之間的相移時間τ進行控制，能夠使液晶透鏡100的焦距f變化。
[0147](效果)
[0148]如以上詳細說明的那樣，在第一實施方式中，液晶透鏡100具備第一液晶單元110、第二液晶單元130以及由這些所夾的中間層120。第一液晶單元110具備電極112以及液晶層114，第二液晶單元130具備電極132以及液晶層134，中間層120具備具有開口部的電極121以及高介電常數(shù)層122。此外，液晶層114被平行取向，液晶層134在與液晶層114相差90度的方向上平行取向。并且，在將電極121接地的狀態(tài)下，對電極112施加交流電壓Vl (t)，對電極132施加交流電壓V2 (t)，并且使交流電壓Vl (t)與交流電壓V2(t)的相位差變化。
[0149]因此，根據(jù)第一實施方式，通過使交流電壓Vl (t)與交流電壓V2 (t)的相位錯開這種簡單的驅(qū)動方法，就能夠使液晶透鏡100的焦距變化。并且，通過具備取向方向不同的兩個液晶層114以及134，能夠構(gòu)成具有對全部方向的偏振光有效的凸透鏡的功能的液晶透鏡100。
[0150]此外，使用對液晶透鏡100的上下電極112以及132施加的交流電壓各自的振幅和兩者的相移這兩個參數(shù)來控制焦距，因此能夠通過簡單的驅(qū)動電路來驅(qū)動液晶透鏡100，并且能夠減小消耗電力。
[0151]此外，不需要設置以往的液晶透鏡那樣的復雜形狀、需要高精度加工的電極圖案。因此，能夠減少液晶透鏡100的制造成本。[0152]此外，由于在光通過的部分沒有電極圖案，因此不會由于圖案邊緣的散射光而使透鏡的成像性能惡化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)成像性能優(yōu)良的液晶透鏡100。
[0153][第二實施方式]
[0154]第二實施方式為，使用垂直取向(homeotropic alignment)的兩個液晶層來構(gòu)成液晶透鏡100。
[0155]液晶層114成為液晶分子的長軸與面內(nèi)方向幾乎垂直的垂直取向。垂直取向的液晶層114為，折射率變大的方向與介電常數(shù)變小方向相同、即介電常數(shù)各向異性為負。因此，在作為初始取向、即在無電壓的狀態(tài)下使液晶分子取向為與面內(nèi)方向幾乎垂直的情況下，通過施加電壓而液晶分子傾斜。液晶層114為了在電壓施加時使液晶分子傾斜的方向相同，而從垂直方向向膜面的第一方向(X方向)稍微傾斜地進行初始取向。即，液晶層114的液晶分子具有相對于X方向均勻的微量預傾角。預傾角是指，液晶分子的長軸相對于與膜面垂直的方向的傾斜角。液晶層114的取向通過取向膜113以及116和取向處理工序來控制。
[0156]液晶層134與液晶層114同樣成為垂直取向。此外，為了在電壓施加時使液晶分子傾斜的方向相同，液晶層134從垂直方向向與膜面的X方向正交的第二方向(Y方向)稍微傾斜地進行初始取向。即，液晶層134的液晶分子具有相對于Y方向均勻的微量預傾角。如此，從透鏡光軸觀察，液晶層114以及134的液晶分子傾斜的方向正交。
[0157]液晶透鏡100的構(gòu)成，除了液晶層114以及134的初始取向不同以外，與第一實施方式所示的圖1以及圖2相同。此外，關于對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的動作，也與第一實施方式相同。
[0158]圖11是對第二實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。在圖11中將作為透鏡起作用的液晶層134提取加以表示。液晶層114的動作除了取向方向相差90度以外，與圖11的液晶層134相同。
[0159]當使用電壓控制電路200對液晶層134賦予如圖8那樣的電壓梯度時，液晶層134的液晶分子在透鏡中心部取向為與面內(nèi)方向幾乎垂直的方向，隨著接近透鏡周邊部而向面內(nèi)方向傾斜。在使用垂直取向的液晶層134的情況下，如圖11所示那樣，透鏡中心部的光路差比透鏡周邊部的光路差變小。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)進行凹透鏡的動作、即透鏡光學能力為負的液晶透鏡100。
[0160]如以上詳細說明的那樣，根據(jù)第二實施方式，能夠構(gòu)成具有焦距可變的凹透鏡的功能的液晶透鏡100。其他效果與第一實施方式相同。
[0161][第三實施方式]
[0162]第三實施方式使用彎曲取向(bend alignment)的兩個液晶層來構(gòu)成液晶透鏡100。
[0163]液晶層114在初始取向、即無電壓的狀態(tài)下成為噴射(splay)取向，但通過施加電壓而向彎曲取向轉(zhuǎn)移。圖12 (a)是說明噴射取向的圖，圖12 (b)是說明彎曲取向的圖。噴射取向為，液晶分子組相對于面內(nèi)方向具有較小的傾斜角而排列為噴射狀。彎曲取向為，液晶分子組排列為弓狀。此外，液晶層114使液晶分子的長軸朝向膜面的第一方向(X方向)而成為噴射取向。液晶層114的取向由取向膜113以及116和取向處理工序來控制。
[0164]液晶層134與液晶層114同樣，在無電壓的狀態(tài)下成為噴射取向，但通過施加電壓而向彎曲取向轉(zhuǎn)移。此外，液晶層134使液晶分子的長軸朝向與膜面的X方向正交的第二方向(Y方向)而成為噴射取向。如此，從透鏡光軸觀察，液晶層114以及134的液晶分子的取向方向正交。
[0165]液晶透鏡100的構(gòu)成除了液晶層114以及134的初始取向不同以外，與第一實施方式所示的圖1以及圖2相同。此外，關于對液晶透鏡100施加電壓的電壓控制電路200的動作，也與第一實施方式相同。
[0166]圖13是對第三實施方式的液晶透鏡100的動作原理進行說明的截面圖。在圖13中，將作為透鏡起作用的液晶層134提取加以表示。液晶層114的動作除了取向方向相差90度以外，與圖13的液晶層134相同。
[0167]當使用電壓控制電路200對液晶層134賦予圖8那樣的電壓梯度時，液晶層134從噴射取向向彎曲取向轉(zhuǎn)移，并且隨著從透鏡中心部接近透鏡周邊部，液晶分子向與膜面垂直的方向較大地傾斜。作為其結(jié)果，通過液晶層134的取向分布的變化，而折射率分布從透鏡中心到透鏡周邊部為止進行變化，因此能夠使液晶層134作為透鏡起作用。此外，根據(jù)向電極112、121以及132施加電壓的方法不同，能夠使液晶層134的折射率分布自由變化，能夠進行作為凸透鏡的光學特性的控制。
[0168]如以上詳細說明的那樣，根據(jù)第三實施方式，能夠構(gòu)成具有焦距可變的凸透鏡的功能的液晶透鏡100。彎曲取向模式具有如下特長:如果是相同的單元間隙，則與平行取向模式相比，基于電壓變化的光路差的變化較小，因此透鏡光學能力變小，但響應速度較大。其他效果與第一實施方式相同。
[0169]此外，在上述各實施方式中說明了的液晶透鏡100，能夠用于處理透鏡的各種光學裝置、電子設備。例如，能夠用于攝像機模塊、攝像機、帶攝像機便攜式電子設備(移動電話、便攜信息終端等)、光拾取器、對條形碼或QR (Quick Response:快速響應)代碼等進行讀取的讀取器、以及掃描儀等小型電子設備。
[0170][第四實施方式]
[0171]在第四實施方式中，說明對本發(fā)明的液晶透鏡100的散焦進行抑制的方法、和用于實現(xiàn)適合于本發(fā)明的液晶透鏡100的構(gòu)造的制造方法。
[0172]圖14 Ca)是表示液晶透鏡100的制造工序的平面圖，圖14 (b)是沿著圖14 (a)所示的A-A^線的截面圖。此外，圖14(a)的平面圖將在后工序中被單體化的液晶單元110概略化表不。
[0173]如圖14所示那樣，使兩張母玻璃111以及117貼合來制作單元300，但一方的母玻璃111具有透明電極112，另一方的母玻璃117是不具有透明電極的素玻璃。通過現(xiàn)行的一般的液晶面板的制造工序來制作該單元300，因此各個母玻璃的厚度為0.5mm~1.1mm左右。在母玻璃111以及117上分別形成有取向膜113以及116，對這些取向膜113以及116實施研磨處理。
[0174]接著，在將密封材料115以及301向母玻璃111 (或者母玻璃117)進行了印刷之后，使兩張母玻璃111以及117貼合來制作單元300。為了控制液晶層的厚度，在密封材料115中含有所希望的尺寸的隔離物。密封材料115的外形例如為四邊形。密封材料301沿著母玻璃111的端部形成。
[0175]接著，如圖15所示那樣，通過使素玻璃側(cè)的母玻璃117變薄，能夠?qū)卧?00進行薄型化(薄膜化)加工。在使玻璃薄膜化的加工中，存在通過研磨劑對玻璃表面進行機械式地削取的機械研磨法、和通過化學反應對玻璃表面進行削取的化學研磨法，但在本實施方式中可以使用機械研磨法和化學研磨法中的任意方式。關于被薄膜化的玻璃基板117 (以及玻璃基板137)的膜厚條件將后述。
[0176]接著，進行將單元300分割為單體的液晶單元110的、劃線以及切斷工序。具體地說，在對單元300通過激光劃線等進行了形成刻痕線的劃線處理之后，進行對刻痕線加壓而將單元300分割的切斷處理。圖16 (a)是單體化后的液晶單元110的平面圖，圖16 (b)是沿著圖16 (a)所示的A-A'線的截面圖。液晶單元110具有圖的橫向比縱向長的長方形。同樣，密封材料115的外形也具有長方形。
[0177]為了將單元內(nèi)部的透明電極113向外部引出，使薄膜化后的玻璃基板117的尺寸比透明電極113側(cè)的玻璃基板111的尺寸小一圈。在圖16中，以在平面圖中玻璃基板111(以及透明電極112)的一部分露出的方式，使薄膜化后的玻璃基板117的尺寸在圖的橫向上減小。此外，在圖16中圖示出對液晶層的厚度進行控制的隔離物302。隔離物302由塑料、玻璃等構(gòu)成。
[0178]在劃線以及切斷工序中，由于對單元300施加壓力，因此擔心液晶單元110 (特別是玻璃基板)扭曲。此時，當密封材料115為四邊形時，液晶單元110也扭曲為與四邊形對應的形狀，在構(gòu)成圓形的透鏡的情況是不優(yōu)選的。作為其對策，如圖17 (a)所示那樣，使密封材料115成為與透鏡相同的環(huán)狀(圓形)。由此，液晶單元110中由密封材料115圍起的圓形區(qū)域，扭曲為與圓形相應的形狀。由此，即使在經(jīng)過了劃線以及切斷工序的情況下，也能夠抑制透鏡的特性惡化。
[0179]此外，如圖17 (b)以及圖17 (C)所示那樣，在用于密封液晶的四邊形的密封材料115A的內(nèi)側(cè)，也可以形成一部分欠缺的環(huán)狀的密封材料115B。換言之，密封材料115B由兩個圓弧狀的部件構(gòu)成。在這種構(gòu)成的情況下，除了圖17 (a)的效果以外，通過四邊形的密封材料115A還能夠保持液晶單元110的強度。此外，密封材料115B的欠缺部分成為液晶的注入口。對密封材料135也應用圖17的例子。
[0180]接著，如圖18所示那樣，向液晶單元110內(nèi)注入液晶，然后，將密封材料115的開口部用封口材料303密封。此外，為了通過后工序使兩個液晶單元貼合，而封口材料303優(yōu)選不向外部伸出。在到此為止的制造工序中，完成液晶單元110。液晶單元130使用與單體化后的液晶單元110相同的液晶單元。
[0181]接著，如圖19所示那樣，在玻璃基板117上形成環(huán)狀的電極121。此時，從環(huán)狀的電極121引出連接端子(引出電極)304。在本實施方式中，連接端子304被向透明電極132露出的一側(cè)引出。在環(huán)狀的電極121中，為了在作為透鏡動作時減小環(huán)電極導致的光反射，而使用黑色的碳系的導電漿料。通過網(wǎng)版印刷將導電漿料印刷在玻璃基板117的上表面上，形成環(huán)狀的電極121。環(huán)狀的電極121的厚度優(yōu)先為5 μ m?10 μ m左右，以便在下一個工序中粘貼高介電膜片時臺階部分能夠被充分填充。在本實施方式的驗證試驗中，使用東洋Ink制造(株)制的“SS ')才7 二一文'”來制作了環(huán)狀的電極。
[0182]圖20 (a)是單體化后的液晶單元130的平面圖，圖20 (b)是沿著圖20 (a)所示的A-A'線的截面圖。如圖20所示那樣，在液晶單元130的玻璃基板137上，形成尺寸比環(huán)電極大的高介電常數(shù)層122。高介電常數(shù)層122是將厚度30 μ m左右的片狀的高介電膜粘貼到玻璃基板137上而形成的。該高介電膜片，是使以鈦酸鋇為主成分的鐵電物質(zhì)的微粒分散到樹脂的粘合劑中而成的片。該樹脂的粘合劑具有熱軟化性，并具有通過照射UV而進行固化反應的特性。在圖20的工序中，對高介電膜片進行加熱而使其軟化，并將該高介電膜片粘貼到液晶單元130的表面上，通過UV的固化工序在下一個工序中實施。
[0183]接著，如圖21以及圖22所示那樣，使形成有環(huán)狀的電極121的液晶單元110、與形成有高介電常數(shù)層122的液晶單元130貼合。具體地說，以使液晶層114與液晶層134的取向方向相差90度的方式、使液晶單元110與液晶單元130對置之后，使環(huán)狀的電極121與高介電常數(shù)層122接觸。然后，在對高介電常數(shù)層122進行加熱而使其軟化了的狀態(tài)下，對兩個液晶單元彼此進行加壓。此時，由于高介電常數(shù)層122軟化，因此能夠?qū)㈦姌O121的開口部的階梯差填埋。此外，該貼合工序中，氣泡有可能進入兩個液晶單元之間，因此優(yōu)選在真空中進行。在使兩個液晶單元彼此壓合之后，對貼合了的液晶單元整體照射UV，使高介電常數(shù)層122固化，將兩個液晶單元粘合。如此，制作第四實施方式的液晶透鏡100。
[0184]接下來，對薄膜化的玻璃基板117 (以及玻璃基板137)的膜厚條件進行說明。圖23是對液晶透鏡100的焦點偏移進行說明的概略圖。圖23表示液晶透鏡100的俯視圖以及側(cè)面圖。圖24是將圖23所示的俯視圖以及側(cè)面圖合成后的概略圖。圖25是對X透鏡和Y透鏡的象差進行說明的概略圖。X透鏡對應于液晶單元110，Y透鏡對應于液晶單元130。
[0185]在圖23中，焦距為L，透鏡口徑為2R。將X透鏡與Y透鏡的光出射面(出光面)的距離設為AL。在本實施方式中，光出射面(出光面)是指，由液晶單元折射的折射光出射的基準面。此時，光軸方向上的X透鏡與Y透鏡的焦點大致偏移AL (N AL)。即，光軸方向上的X透鏡與Y透鏡的象差(焦點偏移量)為“N AL”。此外，在本實施方式中，將與光軸正交的方向(透鏡口徑方向)上的X透鏡與Y透鏡的焦點偏移量稱為橫象差Δ d0 [0186]在圖25中，設液晶透鏡100的出射光的折射角Θ、空氣的折射率\、玻璃基板(透明基板111、117、131、137)的 折射率118以及折射角Θ g、液晶(液晶層114、134)的折射率Ikc以及折射角Θ U、電介質(zhì)(高介電常數(shù)層122)的折射率1以及折射角θ ε、玻璃基板117的厚度h、高介電常數(shù)層122的厚度t2、玻璃基板137的厚度t3、以及液晶層134的厚度t4。因此，X透鏡與Y透鏡的出光面的距離為“ AI^t1 + t2 + t3 + t4”。Ad1為通過了玻璃基板117的光在透鏡口徑方向上前進的距離，Ad2為通過了高介電常數(shù)層122的光在透鏡口徑方向上前進的距離，Ad3為通過了玻璃基板137的光在透鏡口徑方向前進的距離，^山為通過了液晶層134的光在透鏡口徑方向上前進的距離。
[0187]根據(jù)斯涅耳法則,成立“a =na.sin Θ =ng.sin Θ g=nLC.sin Θ LC=nE.sin θ ε ”。A為常量。圖25所示的距離Ad1~Δ d4由式(5)~(8)表示。SinQ由式(9)表示。
[0188][數(shù)學式I]
【權(quán)利要求】
1.一種液晶透鏡，其特征在于，具備: 第一液晶單元，包括一對第一以及第二透明基板、由上述第一以及第二透明基板夾著的第一液晶層、以及配置在上述第一透明基板與上述第一液晶層之間的第一電極； 第二液晶單元，包括一對第三以及第四透明基板、由上述第三以及第四透明基板夾著并且在與上述第一液晶層正交的方向上取向的第二液晶層、以及配置在上述第四透明基板與上述第二液晶層之間的第二電極；以及 中間層，包括與上述第二透明基板和上述第三透明基板相接且由上述第一液晶單元和上述第二液晶單元夾著的高介電常數(shù)層、以及具有一個或者多個開口部的第三電極。
2.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層在第一方向上平行取向， 上述第二液晶層在與上述第一方向正交的第二方向上平行取向。
3.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層以液晶分子在第一方向上具有預傾角的方式垂直取向， 上述第二液晶層以液晶分子在與上述第一方向正交的第二方向上具有預傾角的方式垂直取向。
4.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層在第一方向上噴射取向， 上述第二液晶層在與上述 第一方向正交的第二方向上噴射取向。
5.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 焦距根據(jù)上述第一電極的交流電壓與上述第二電極的交流電壓之間的相位差而變化。
6.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述高介電常數(shù)層的比介電常數(shù)比玻璃的比介電常數(shù)大。
7.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述高介電常數(shù)層由分散有以鈦酸鋇為主成分的微粒的樹脂構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第三電極由含碳的導電材料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶單元以及上述第二液晶單元間的口徑方向的象差為像素節(jié)距以下。
10.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一液晶層的出光面與上述第二液晶層的出光面之間的距離為500 μ m以下。
11.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第二透明基板被加工為比上述第一透明基板薄， 上述第三透明基板被加工為比上述第四透明基板薄。
12.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第二以及第三透明基板的厚度為150 μ m以下。
13.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 還具備將上述第一以及第二液晶層分別密封的第一以及第二密封材料， 上述第一以及第二密封材料分別為環(huán)狀。
14.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于，還具備將上述第一以及第二液晶層分別密封的第一以及第二密封材料， 上述第一以及第二密封材料分別包括:環(huán)狀的第一部件、以及包圍上述第一部件的四邊形的第二部件。
15.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第三電極的厚度為10 μ m以下。
16.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第三電極設置在絕緣性的基板上， 將上述高介電常數(shù)層作為粘合材料而由上述第一液晶單元和上述第二液晶單元夾著上述基板。
17.如權(quán)利要求16記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述基板包括:第一端子，與上述第一電極電連接；第二端子，與上述第二電極電連接；以及第三端子，與上述 第三電極電連接。
18.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一電極包括圓形的第一電極部分、以及從上述第一電極部分向上述第一液晶單元的角引出的第一端子， 上述第二電極包括圓形的第二電極部分、以及從上述第二電極部分向上述第二液晶單元的角引出的第二端子， 上述第三電極包括環(huán)狀的第三電極部分、以及從上述第三電極部分向上述第一液晶單元的角引出的第三端子， 上述第一至第三端子被配置為相互不重疊。
19.如權(quán)利要求18記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述第一以及第二液晶單元各自的平面形狀為正方形。
20.如權(quán)利要求1記載的液晶透鏡，其特征在于， 上述多個開口部的直徑相同， 與上述多個開口部對應的多個透鏡部分各自的焦距相同。
21.一種液晶透鏡的驅(qū)動方法，是上述權(quán)利要求1記載的液晶透鏡的驅(qū)動方法，其特征在于，具備: 將上述第三電極接地的工序； 對上述第一以及第二電極分別施加第一以及第二交流電壓的工序；以及 通過使上述第一以及第二交流電壓的相位差變化，而使上述液晶透鏡的焦距變化的工序。
22.一種透鏡單元，特征在于， 具備: 權(quán)利要求1記載的液晶透鏡；以及 固定透鏡，配置在上述液晶透鏡的光軸上，并且焦距固定， 通過使上述液晶透鏡的焦距變化，來調(diào)整焦點或者視角。
23.一種透鏡單元，其特征在于， 具備: 權(quán)利要求1記載的液晶透鏡；以及復眼透鏡，配置在上述液晶透鏡的光軸上，并且焦距固定，通過使上述液晶透鏡的焦距變化，來調(diào)整焦點或者視角。
24.一種攝像機模塊，其特征在于，具備:權(quán)利要求22記載的透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；以及控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制。
25.一種膠囊型醫(yī)療設備，其特征在于，具備:權(quán)利要求22記載的透鏡單元；攝影元件，從上述透鏡單元接受光；控制電路，對上述液晶透鏡以及上述攝影元件進行控制；以及膠囊，將上述透鏡單元、上述攝影元件以及上述控制電路封閉。
26.一種攝像機模塊，其特征在于，具備:復眼透鏡，焦距固定；攝影元件，從上述復眼透鏡接受光；以及控制電路，對上述液晶透鏡 以及上述攝影元件進行控制。
【文檔編號】G02B3/14GK103477269SQ201280005630
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月17日
【發(fā)明者】山口稔, 吉田守 申請人:奧特司科技株式會社
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