特許 6099827 高コントラスト電気光学液晶カメラアイリス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099827

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】高コントラスト電気光学液晶カメラアイリス

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/13 20060101AFI20170313BHJP

   G02F 1/1347 20060101ALI20170313BHJP

   G03B 9/02 20060101ALI20170313BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20170313BHJP

   H04N 5/238 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/13 505

   G02F1/1347

   G03B9/02 E

   H04N5/225 D

   H04N5/238 Z

【請求項の数】16

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-533039(P2016-533039)

(86)(22)【出願日】2014年9月19日

(65)【公表番号】特表2016-534392(P2016-534392A)

(43)【公表日】2016年11月4日

(86)【国際出願番号】US2014056553

(87)【国際公開番号】WO2015042395

(87)【国際公開日】20150326

【審査請求日】2016年5月19日

(31)【優先権主張番号】14/034,283

(32)【優先日】2013年9月23日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/976,408

(32)【優先日】2014年4月7日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504466317

【氏名又は名称】エルシー−テック ディスプレイズ アーベー

【氏名又は名称原語表記】ＬＣ−ＴＥＣ ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100198568

【弁理士】

【氏名又は名称】君塚 絵美

(72)【発明者】

【氏名】ジェスパー オスターマン

(72)【発明者】

【氏名】テリー ジェイ シェフェール

【審査官】 井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２１８９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５００２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２３７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１１０４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３

Ｇ０２Ｆ １／１３４７

Ｇ０３Ｂ ９／０２

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ５／２３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

均一階調のために、入射光の角度非依存性の透過を提供する高コントラストの電気光学液晶カメラアイリスであって、
第１及び第２の光偏光フィルターと、
離間した対をなす第１の電極構造を含む第１の液晶装置、及び離間した対をなす第２の電極構造を含む第２の液晶装置と、
を備え、
前記第１及び第２の液晶装置は、前記第１と第２の光偏光フィルターとの間に位置付けられるとともに、光学的に直列に配置されて、前記第１の電極構造の一方の表面が前記第２の電極構造の一方の表面に隣接又は対向して前記第１と第２の液晶装置との間にインターフェースを形成し、前記インターフェースは、前記第１及び第２の電極構造の前記隣接又は対向している表面の一方から他方へと伝播する入射光を遮る、実質的に非選択の偏光状態によって特徴付けられ、
前記第１の液晶装置は、前記第１の電極構造の内面上に形成され、第１の液晶ダイレクタを間に閉じ込める、離間した第１の配向面を有し、前記第１の液晶ダイレクタは、第１の偏向場を形成するとともに、前記第１の配向面に接触する第１の表面接触ダイレクタを含み、かつ前記第１の配向面それぞれの上に方位角方向を画定し
前記第２の液晶装置は、前記第２の電極構造の内面上に形成され、第２の液晶ダイレクタを間に閉じ込める、離間した第２の配向面を有し、前記第２の液晶ダイレクタは、第２の偏向場を形成するとともに、前記第２の配向面に接触する第２の表面接触ダイレクタを含み、かつ前記第２の配向面それぞれの上に方位角方向を画定し
前記第１及び第２の偏向場の一方は、前記第１及び第２の偏向場の他方の鏡像であり、
前記隣接又は対向している第１及び第２の電極構造のそれぞれの上に形成される前記第１及び第２の配向面上に画定される前記方位角方向は平行配列である、液晶カメラアイリス。

【請求項2】

前記第１の光偏光フィルターと前記第１の液晶装置との間の位置、前記第１と第２の液晶装置との間の位置、及び前記第２の液晶装置と前記第２の光偏光フィルターとの間の位置を含む１つ以上の位置に配置される１つ以上の外部リターデーションフィルムをさらに備える、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項3】

前記第１及び第２の電極構造は、調整可能な被写界深度を生成するために、同心円リングにパターニングされる、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項4】

前記第１及び第２の光偏光フィルターは、互いに直交する透過軸を有する、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項5】

前記第１及び第２の液晶装置は、正の誘電異方性を有する液晶を収容している、均一に方向づけられる電気制御型複屈折（ＥＣＢ）装置である、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項6】

前記第１及び第２の液晶装置は、負の誘電異方性を有する液晶を収容している、準ホメオトロピックに方向づけられる電気制御複型屈折（ＥＣＢ）装置である、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項7】

前記第１の光偏光フィルターは入力光を受け、前記第１の液晶装置及び前記第２の液晶装置は前記入力光を連続して伝播させ、前記第２の光偏光フィルターは、前記第２の液晶装置を出る光を受け、前記第２の液晶装置と前記第２の光偏光フィルターとの間に配置される光学リターダをさらに備えている、請求項６に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項8】

前記第１の光偏光フィルターは入力光を受け、前記第１の液晶装置及び前記第２の液晶装置は前記入力光を連続して伝播させ、前記第２の偏光フィルターは、前記第２の液晶装置を出る光を受け、前記第１の液晶装置と前記第１の光偏光フィルターとの間に配置される光学リターダをさらに備えている、請求項６に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項9】

前記第１及び第２の液晶装置は、正の誘電異方性を有する液晶を収容し、前記第１及び第２の液晶ダイレクタの配向場は反対の回転方向である、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項10】

反対の回転方向の前記第１及び第２の液晶偏向場は、６０°のねじれ角を画定する、請求項９に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項11】

前記第１の液晶装置は、入力偏光方向を有する入力光が入射する光入力面を有し、前記第１の表面接触ダイレクタは、離間した第１の配向面の異なる配向面上に異なる方位角方向を画定し、これにより前記異なる方位角方向は該方位角方向の間の角距離を画定し、前記入力偏光方向は、前記異なる方位角方向の間の前記角距離を二等分する、請求項１０に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項12】

反対の回転方向の前記第１及び第２の液晶の偏向場は、９０°のねじれ角を画定する、請求項９に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項13】

前記第１の液晶装置の前記第１の電極構造の１つは、入力偏光方向を有する入力光が入射する光入力面を有し、前記第１の電極構造のうちの１つの内面に形成された前記第１の配向面に接する前記第１の表面接触ダイレクタは、前記入力偏光方向と２０°の角度をなす方位角方向を画定する、請求項１２に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項14】

前記第１及び第２の液晶装置それぞれは、前記アイリスのＦ値設定の範囲にわたって無彩色性能を向上させるために、染料を混合した液晶材料を含む、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項15】

無彩色性を向上させるために前記アイリスのＦ値設定の範囲にわたって色ずれ量を減少させるために色調整装置をさらに備え、前記色調整装置は、前記第１及び第２の液晶装置から電気的に切り離された液晶電気光学装置を含む、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【請求項16】

前記第１及び第２の液晶装置は、それぞれ第１及び第２の液晶セルを含む電気制御型複屈折（ＥＣＢ）装置であり、前記第１及び第２の液晶セルは、前記第１及び第２の液晶装置それぞれを通って伝播する入射光の偏光成分の、電圧依存の位相シフト変化をもたらすセルギャップを有し、前記第１及び第２の液晶装置によって与えられる前記位相シフト変化は、前記カメラアイリスに光を透過させるために追加する、請求項１に記載の液晶カメラアイリス。

【発明の詳細な説明】

【著作権表示】

【0001】

(c)ＬＣ−ＴＥＣ Ｄｉｓｐｌａｙ ＡＢ。本特許明細書の開示の一部は、著作権保護の対象となる資料を含む。著作権者は、本明細書が特許商標庁への特許出願又は記録であると認められる複製又は特許開示に対しては異議を唱えないが、それ以外のあらゆる全ての著作権の権利を保有する。３７ＣＦＲ§１．７１（ｄ）。

【技術分野】

【0002】

本開示は、カメラ、特にスマートフォンに搭載されるタイプの小型カメラのような画像記録装置用の液晶アイリスに関する。

【背景技術】

【0003】

従来のカメラは、フィルム、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）光センサアレイといった記録媒体に到達する光量を制御するために、メカニカルアイリス絞りを用いている。メカニカルアイリスは、スマートフォン及び他の携帯機器に見られるような多くの小型カメラ用途には不向きな複雑な機器である。ゲスト・ホスト液晶ディスプレイ（米国特許第4,774,537号明細書及び米国特許出願公開第2012/0242924号明細書）、ねじれネマティック（ＴＮ）液晶ディスプレイ（米国特許出願公開第2008/0084498号明細書）、電気泳動ディスプレイ（米国特許第7,859,741号明細書）、デジタル・マイクロミラー・ディスプレイ（欧州特許出願公開第1001619号明細書）、エレクトロウェッティングディスプレイ（米国特許第7,508,566号明細書）のような、メカニカルアイリスに対する多くの電気光学的な代替品が提案されてきた。これらの代替品はいずれも、記録媒体に入る光量を制御することができ、電極構造が、アパーチャーを変化させることのできる同心リングの配置にパターン化されていると、これらの代替品は、被写界深度を調整することもできる。電極構造のこのようなパターン化リング配置は、例えば、米国特許出願公開第2008/0084498号明細書に詳細に記載されている。

【0004】

液晶装置（ＬＣＤｓ）は成熟した主流の技術であるため、電気光学アイリス用に液晶を使用することは特に魅力的である。メカニカルアイリスと同様に、液晶アイリスは、光を有効に制御するために、小型カメラの光学系で通常、見られる光入射角の範囲にわたって、高コントラスト比だけでなく、中間調で均一な透過率を提供することができなければならない。アイリスの透過率の角度依存性によって、記録媒体の光感応領域にわたる露光が不均一になる。従来設計の液晶アイリスは、これらの要件を満たしておらず、こうした欠点が、液晶アイリスがまだ広く商業用途を見出していない理由である。

【0005】

シミュレーションによると、カメラアイリスとして使用される、米国特許出願公開第2008/0084498号明細書に提案されているようなＴＮ装置が非常に高いコントラスト比を提供するも、中間調での透過率が、入射光の角度の範囲にわたってかなり不均一であることを示した。図１は、法線入射白色光の条件下での、従来のＴＮアイリス装置のシミュレートした電気光学曲線を示す。この曲線は、ドイツのダルムシュタット所在のMerck GmbH社から入手可能な液晶混合物ＭＬＣ−７０３０にドイツのカルルスルーエ所在のAutronic-Meichers GmbH社から入手可能なされたディスプレイモデリングシステム（ＤＩＭＯＳ）ソフトウェアを用いてシミュレートした。ＭＬＣ−７０３０は、５５０ｎｍの設計波長で、３．８の正の誘電異方性、及びΔｎ＝０．１１２６の複屈折性を有する。セルギャップは、設計波長で最大のスループットを提供するよう「第1の最小」条件Δｎ・ｄ／λ＝０．８６６を満たすように４．２３μｍとして選定される。図１のデータを用いると、正規化された透過輝度は２．８１Ｖで５０％であり、正規化された透過輝度は５．２５Ｖで０．１％であり、その結果、コンストラスト比は１，０００である。

【0006】

図２は、本シミュレーションにおいて、法線入射で透過輝度５０％となる２．８１Ｖの駆動電圧を印加した、従来のＴＮアイリスの正規化された透過輝度の角度変化を示している。これらのデータは、便宜上、透過輝度の極座標投稿線図（iso-transmitted luminance polar contour diagram）によって表され、この図における等高線は一定の正規化された透過輝度の線である。図の中心は法線入射を表し、正規化された透過輝度は５０％であり、図の外周は極角４０°での入射光を表す。入射光の方位角は、０°から３６０°までの円方向に表されている。図２は、正規化された透過輝度が外側に２０°にまで及ぶ入射角にわたって約９％から約８２％にまで変化することを示している。このＴＮ装置は、高コントラスト比を達成することができるが、ＴＮ装置の中間透過率の大きな角度変化は、このＴＮ装置をカメラアイリスとしての使用には不十分である。

【0007】

米国特許出願公開第2012/0242924号明細書の図６Ａ及び６Ｂに示される従来のデュアルセル・ゲスト・ホストアイリスは、光学的に直列に配置され、それらの表面配向方向が９０°に向けられた、２つの均一に配向されるゲスト・ホストセルからなる。図３は、６．２の二色比を有する無彩色の有機染料混合物が加わった液晶混合物ＭＬＣ−７０３０で充填された５μｍのセルギャップを有する従来のアイリスの、シミュレートされた電気光学曲線を示している。シミュレーションは、１２Ｖでも、コントラスト比は４．１にしか到達しないことを示している。図４は、法線入射での、正規化された透過輝度が５０％となる３．１Ｖの印加で、シミュレートされた、正規化された透過輝度の輝度等高線図を示す。図４において、正規化された透過輝度は、極角２０°の外側に延在する入射角の範囲にわたって約４２％から６０％まで変化する。図４は、図２でシミュレートされたＴＮアイリスの角度変化と比較して中間透過率の角度変化がいくらか少ないことを示している。しかし、デュアルセル・ゲスト・ホストアイリスは低コントラスト比であるためカメラアイリスとして使用するには不十分である。

【発明の概要】

【0008】

本開示の液晶電気光学アイリスは、中間透過輝度の角度変化を小さくしつつ高コントラスト比を提供することによって従来の液晶アイリスの欠点を解消する。本開示の液晶アイリスは、光学的に直列に配置され、光学偏光板の間に位置する第１及び第２の液晶セル又は装置の組み合わせを含む。第２の液晶装置の配向場は、第１の液晶装置の配向場の鏡像であり、２つの液晶装置は、表面接触ダイレクタの方位角方向が、２つの液晶装置の基板の隣接又は対向する表面で平行に配置されるようにともに位置する。このような第１及び第２の液晶装置の配置は、隣接する基板の表面接触ダイレクタの方位角方向は互いに直交する配向にある、従来のデュアルセルアセンブリの配置とは非常に異なる。

【0009】

本発明の第１及び第２の液晶装置の上記配置についての質的な説明は次のとおりである。例えば、第１の液晶装置において、中間透過輝度は、液晶層における光の伝播方向が液晶層の中間に位置する傾いたダイレクタの方向にほぼ沿っていると、大きい角度変化を示す。しかし、光が第２の液晶装置を通過すると、第２の液晶層の中間に位置する傾いたダイレクタはさらに光伝播方向に向くため、組み合わされた透過率の角度変化は大きく減少する。そのため、記載されたような配置により２つの液晶装置がともに位置することによって、光は、“悪い”方向に第１の液晶装置を通過し、“良い”方向に第２の液晶装置を通過する。逆もまた同様である。本開示のデュアルセル液晶アイリスは、そのため、従来の液晶アイリスによって提供される角度変化より、中間輝度の角度変化を小さくすることができる。

【0010】

第１の実施形態において、液晶装置は、ねじれていない電気制御複屈折（ＥＣＢ）セルであり、ネマティック液晶は正の誘電異方性又は負の誘電異方性を有するタイプとすることができる。誘電異方性が正である場合、表面接触ダイレクタは液晶層の平面から小さいプレチルト角をなし（ホメオトロピック配列）、誘電異方性が負である場合、表面接触ダイレクタは液晶層の法線方向から小さいプレチルト角をなす（準ホメオトロピック配列）。各液晶装置のセルギャップは、連続的で、装置を通過する光の通常偏光成分及び異常偏光成分の間での電圧依存の位相変化が９０°までとなるよう選択される。所望の位相変化は、２つの液晶装置の基板における隣接又は対向する表面の表面接触ダイレクタの方位角方向が平行な配向となるように、２つの液晶装置をともに位置することによって達成される。各液晶装置によって与えられた９０°の位相変化は、第１及び第２の液晶装置が、直交配向の偏光板の間に配置されると最大の光透過率を提供する直線偏光の９０°回転と同等の組み合わせで１８０℃の位相変化まで追加される。

【0011】

第２の実施形態において、液晶は正の誘電異方性を有し、２つの液晶装置の液晶層ねじれ角度はほぼ６０°であるが、第２の液晶装置の偏向場は第１の液晶装置の偏向場の鏡像であるため、反対にねじれる。さらに、第２の実施形態において、λを設計波長とすると、セルギャップｄ、液晶の複屈折Δｎ倍の製品では、概ねΔｎ・ｄ／λ＝０．６２９である。２つの液晶装置は、該２つの液晶装置の基板の隣接又は対向する表面の表面接触ダイレクタの方位角方向が平行な配向となるようにともに位置する。第２の実施形態において、入力偏光方向は、第１の液晶装置の基板の内面で表面接触ダイレクタの方位角方向の間の角距離を概ね二等分するように設定される。

【0012】

第２の実施形態の液晶装置に電圧が印加されないと、第１の液晶装置を出る光は、設計波長で円偏光し、第２の液晶層を出る光は直線偏光するが、入力直線偏光方向から９０°回転する。この配置における液晶装置が最適な高駆動電圧で作動すると、第１の液晶装置を出る光は直線偏光し、第２の液晶装置を出る光は入力直線偏光方向と同一の方向に直線偏光する。直交配向の偏光板の間に第２の実施形態を配置することによって、第１及び第２の液晶装置に電圧が印加されないと最大の光透過率が提供され、高電圧が第１及び第２の液晶装置に印加されると実質的にゼロの透過率が提供され、これにより最大スループット及び高コントラスト比が保証される。中間調は、０Ｖと高駆動電圧との間の中間の電圧を印加することによって得られる。

【0013】

第３の実施形態において、液晶は正の誘電異方性を有し、第２の液晶装置の偏向場は第１の液晶装置の偏向場の鏡像であるため、２つの液晶装置の液晶層のねじれ角はほぼ９０°であるが、反対にねじれる。さらに、この第３の実施形態において、λを設計波長とすると、セルギャップｄ、液晶の複屈折Δｎ倍の製品では、概ねΔｎ・ｄ／λ＝０．４４７である。２つの液晶装置は、該２つの液晶装置の基板の隣接又は対向する表面の表面接触ダイレクタの方位角方向が平行な配向となるようにともに位置する。この第３の実施形態において、入力偏光方向は、第１の液晶装置の入力面で表面接触ダイレクタの方位角に対してほぼ２０°に設定される。

【0014】

さらなる態様及び効果は、以降の、添付の図面を参照しての好ましい実施形態の詳細な説明から明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ＴＮ液晶装置を備える従来のアイリスにおける正規化された、シミュレートされた透過輝度の電気光学曲線である。

【図2】法線入射光で法線透過輝度５０％となるよう調整された駆動電圧での単ＴＮ液晶装置を備える、図１の従来のカメラアイリスの正規化された極座標等高線図を示す図である。

【図3】直交して配置された２つのゲスト・ホスト液晶装置を備える従来技術のカメラアイリスの、正規化された、シミュレートされた透過輝度電気光学曲線である。

【図4】法線入射光で法線透過輝度５０％となるよう調整された駆動電圧を用いる、直交して配置された２つのゲスト・ホスト液晶装置を備える従来のカメラアイリスの、正規化された、シミュレートされた極座標等高線図である。

【図5】第１および第２の同等に配置されたＥＣＢ装置を備え、第２の液晶装置の配向場は第１の液晶装置の配向場の鏡像であり、第１および第２の液晶装置が、２つの液晶装置の基板の隣接又は対向する表面の面接触配向場の方位角方向が平行となるようにともに位置した本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第１の実施形態の第１の態様の分解図である。

【図6】印加電圧の関数として正規化された透過輝度を示す、図５の第１の実施形態の正規化された透過輝度電気光学曲線である。

【図7】法線入射光で正規化されたそれぞれ７５％、５０％、及び２５％の透過輝度を与えるよう調整された駆動電圧を用いる、図５に示す第１の実施形態のカメラアイリスの正規化された極座標等高線図である。

【図8】図８Ａは、図５に示す第１の実施形態の、計測され、正規化された透過輝度電気光学曲線を示す図である。図８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄは、それぞれ法線入射において７５％中間調、１．４１Ｖで、法線入射において５０％中間調、１．７４Ｖで、法線入射において２５％中間調、２．２２Ｖで得られた、図５に示す第１の実施形態の、計測され、正規化された透過輝度電気光学曲線を示す図である。

【図9】第２の液晶装置の偏向場は第１の液晶装置の偏向場の鏡像であり、第１および第２の液晶装置が、２つの液晶装置の基板の隣接又は対向する表面の面接触配向場の方位角方向が平行となるようにともに位置した垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）装置を備える、本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第１の実施形態の第２の態様の分解図である。

【図10】印加電圧の関数としての透過輝度を示す、図９の第１の実施形態の例である、計測された透過輝度電気光学曲線である。データの点は、ｆ／２からｆ／１２までのＦ値の設定単位を示す。

【図11】ｆ／２，ｆ／６，及びｆ／１２のＦ値で計測された、単一の、従来技術のＶＡＮ液晶装置を備える液晶アイリスの極座標等高線図である。

【図12】ｆ／２，ｆ／６，及びｆ／１２のＦ値で計測された、２つのＶＡＮ液晶装置を備える、図９の液晶アイリスの極座標等高線図である。

【図13】ｆ／２，ｆ／６，及びｆ／１２のＦ値で計測された、２つのＶＡＮ液晶装置及び２軸リターダを備える、図９の第１の実施形態の第２の態様の液晶アイリスの極座標等高線図である。

【図14】液晶カメラアイリスの第１の実施形態の第２の態様の液晶アイリスの１９７６ＣＩＥ（ｕ’，ｖ’）均等色空間における異なるＦ値設定での色座標を示す。二色性染料のドーピングにおける３つの異なる濃度に３つの異なるＶ状曲線が対応する。

【図15】イエローのＮａｇａｓｅ染料Ｇ−４７０を用いて計測された解像度１ｗｔ．％の通常吸収係数α_Ｏ及び異常吸収係数α_Ｅの図である。

【図16】マゼンタ色のＮａｇａｓｅ染料Ｇ−２４１を用いて計測された解像度１ｗｔ．％の通常吸収係数α_Ｏ及び異常吸収係数α_Ｅの図である。

【図17】Ｆ値設定間の色ずれを最小化し、アイリスを無彩色にするために、２つの色調整装置が液晶アイリスに組み入られた、本開示の液晶カメラアイリスのブロック図である。

【図18】本発明の第１の実施形態の第２の態様の、第１の色調整装置を用いた、及び用いない１９７６ＣＩＥ（ｕ’，ｖ’）均等色空間でのｆ／２とｆ／８との間のＦ値設定単位の色座標の比較である。

【図19】図９の第１の実施形態の第２の態様でのｆ／２，ｆ／６，およびｆ／１０での一定でのＦ値設定の維持を必要とする駆動電圧の調整を示す。

【図20】本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第２の実施形態の、シミュレートされ、印加電圧の関数としての正規化された透過輝度電気光学曲線を示す。

【図21】法線入射光で正規化された透過輝度が５０％となるよう調節された駆動電圧を用いる第２の実施形態のカメラアイリスの、正規化された、シミュレートされた極座標等高線図を示す。

【図22】本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第３の実施形態の、正規化された、シミュレートされた透過輝度電気光学曲線を示す。

【図23】法線入射光で正規化された透過輝度が５０％となるよう調節された駆動電圧を用いる第３の実施形態のカメラアイリスの、正規化された極座標等高線図を示す。

【図24】本開示の液晶アイリスを実装したカメラモジュールの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図５は、本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第１の実施形態の第１の態様として構成された液晶アイリス１０の簡略図である。液晶アイリス１０は、第１のＥＣＢ液晶装置１２及び第２のＥＣＢ液晶装置１４を備え、それぞれが正の誘電異方性を有する液晶を収容する。簡略化のために、各ＥＣＢ液晶装置１２及び１４の屈折率整合コーティングは図から省略されている。ＥＣＢ液晶装置１２及び１４は、それぞれ液晶ダイレクタ１８で構成される配向場１６、及び液晶ダイレクタ２２で構成される配向場２０を有する。中間駆動電圧Ｖでの各配向場１６及び２０が、図５に示されている。ＥＣＢ液晶装置１４の配向場２０は、ＥＣＢ液晶装置１２の配向場１６の鏡像である。すなわち、配向場２０における液晶ダイレクタ２２は、配向場１６における対応する液晶ダイレクタ１８と比べると反対に配向されている。

【0017】

ＥＣＢ液晶装置１２は、基板プレート２４_１及び２４_２を含む、離間した対をなす第１の電極構造を有する。基板プレート２４_１上に形成される光学的に透明な電極２６_１は、対をなす第１の電極構造の一方に対する内面を構成し、この上に配向層２８_１が形成される。基板プレート２４_２上に形成される光学的に透明な電極２６_２は、対をなす第１の電極構造の他方に対する内面を構成し、この上に配向層２８_２が形成される。配向層２８_１及び２８_２は、それぞれ配向面３０_１及び３０_２を有する。

【0018】

ＥＣＢ液晶装置１４は、基板プレート３２_１及び３２_２を含む、離間した対をなす第２の電極構造を有する。基板プレート３２_１上に形成される光学的に透明な電極３４_１は、対をなす第２の電極構造の一方に対する内面を構成し、この上に配向層３６_１が形成される。基板プレート３２_２上に形成される光学的に透明な電極３４_２は、対をなす第２の電極構造の他方に対する内面を構成し、この上に配向層３６_２が形成される。配向層３６_１及び３６_２は、それぞれ配向面３８_１及び３８_２を有する。

【0019】

表面接触ダイレクタ１８ｃ及び２２ｃは、それぞれ各配向面３０_１、３０_２、及び３８_１、３８_２と角度αをなす。表面接触ダイレクタの方位角方向が矢印で示されている。具体的にいうと、矢印４０は、配向面３０_１及び３８_２でのそれぞれ表面接触ダイレクタ１８ｃ及び２２ｃの方位角方向を示し、矢印４２は、配向面３０_２及び３８_１でのそれぞれ表面接触ダイレクタ１８ｃ及び２２ｃの方位角方向を示している。矢印４２は、ＥＣＢ液晶装置１２及び１４それぞれの基板プレート２４_２及び３２_１の隣接又は対向する表面に平行である。高コントラスト比を得るために、ＥＣＢ液晶装置１２と１４の複合残留リターデーションを補償するために１つ以上の外部リターダが液晶アイリス１０に含まれる。リターダの遅軸は、隣接位置にリターダがある配向層の表面接触ダイレクタの方位角方向に概して垂直配向で設定されるが、他のリターダ軸の方向も可能である。単数又は複数のリターダは、図５に示されるように位置４４_１、４４_２、及び４４_３に配置することができる。ＥＣＢ液晶装置１２及び１４は、直線偏光板４６と４８との間に位置付けられ、これら偏光板の透過軸は直交配向される。入射光５０は、偏光板４６に入射する。

【0020】

図６は、液晶アイリス１０によって表される、第１の実施形態の第１の態様の一例における、シミュレートされた電気光学曲線を示す。シミュレーションでは、液晶ＭＬＣ−７０３０が用いられ、各ＥＣＢ液晶装置１２及び１４のセルギャップは１．５０μｍに設定される。プレチルト角αは３°である。高コントラスト比を得るために、３１．４ｎｍのポリカーボネートリターダが、位置４４_２及び４４_３のところに配置され、それらの遅軸はＥＣＢ液晶装置１２及び１４それぞれの表面接触ダイレクタ１８ｃ及び２２ｃの方位角方向４０に対して垂直配向に設定される。この方向で、２つのリターダは、６．５１Ｖの印加電圧でＥＣＢ液晶装置１２と１４との複合残留リターデーションを十分に補償する。ＥＣＢ液晶装置１２及び１４と、位置４４_２及び４４_３の関連するリターダとの組み合わせは、各ＥＣＢ液晶装置１２及び１４の表面接触ダイレクタ１８ｃ及び２２ｃの方位角４０は、基板プレート２４_１の光入力面５２に入射する光の偏光方向と４５°の角度をなすように、直交配向の偏光板４６と４８との間に配置される。正規化された透過輝度は２．９５Ｖの印加電圧で５０％であり、正規化された透過輝度は６．１６Ｖの印加電圧で０．１％であり、したがって、コントラスト比は１，０００である。

【0021】

図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃは、３つの異なる駆動電圧Ｖの印加のもとでの正規化された透過輝度の角度依存性を示している。２．５５Ｖ、２．９５Ｖ、及び３．４７Ｖの駆動電圧それぞれによって、法線入射での透過輝度は７５％、５０％、及び２５％となる。図２のように、これらのデータは、図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃでは、正規化された透過輝度の極座標等高線図の形で表されている。図７Ｂを、従来技術のＴＮアイリスの図２と比較すると、５０％階調での角度依存の均一性が顕著に改善されていることが明らかである。図７Ａ及び７Ｃは、それぞれ７５％階調及び２５％階調における角度依存の均一性が良好であることを示している。第１の実施形態の液晶アイリス１０は、光入射角度の広い範囲にわたって高コントラスト比を達成し、均一な階調を維持することができるため、カメラアイリスとしての用途に非常に適している。

【0022】

図８Ａは、第１の実施形態の第１の態様の液晶アイリス１０の一例に対する、法線入射で計測され、正規化された透過輝度の電気光学曲線を示している。この計測でＥＣＢ液晶装置１２及び１４に用いられる液晶は、５８９ｎｍ及び２０℃で０．０９９の複屈折性を有し、各ＥＣＢ液晶装置１２及び１４のセルギャップは１．４μｍに設定される。第１の１５ｎｍのリターダフィルムが、ＥＣＢ液晶装置１２の基板プレート２４_１の光入力面５２におけるリターダ位置４４_２に配置される。第１の１５ｎｍのリターダの遅軸は、光入力面５２で表面接触ダイレクタ１８ｃの方位角方向４０に対して垂直に設定される。ＥＣＢ液晶装置１４の基板プレート３２_２の光出力面５４におけるリターダ位置４４_３に第２の１５ｎｍのリターダフィルムが配置される。第２の１５ｎｍリターダフィルムの遅軸は、光出力面５４で表面接触ダイレクタ２２ｃの方位角方向４０に垂直に設定される。ＥＣＢ液晶装置１２及び１４と、位置４４_２及び４４_３に配置される関連するリターダとの組み合わせは、各ＥＣＢ液晶装置１２及び１４の表面接触ダイレクタ１８ｃ及び２２ｃの方位角方向４０が、入射光の偏光方向と４５°の角度をなすように、直交配向の偏光板４６と４８との間に配置される。１．４１Ｖ、１．７４Ｖ、及び２．２２Ｖの印加電圧の場合、法線入射での正規化された透過輝度はそれぞれ７５％、５０％、及び２５％である。

【0023】

図８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄは、第１の実施形態の液晶アイリス１０の上記例の、法線入射での正規化された透過輝度がそれぞれ７５％、５０％、及び２５％となる１．４１Ｖ、１．７４Ｖ、及び２．２２Ｖの印加電圧で計測された極座標等高線図を示す。これらの図の中央部分は透過率の角度依存性が弱いことを示し、したがってシミュレーション結果を検証するに、第１の実施形態の第１の態様の液晶アイリス１０はカメラアイリスの用途に適していることを示している。

【0024】

図９は、本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第１の実施形態の第２の態様として構成される液晶アイリス１０’’’の簡略図である。第２の態様は、液晶が負の誘電異方性を有し、表面接触ダイレクタが液晶層の法線方向から小さいプレチルト角をなすものである。第２の態様も２つのＥＣＢ液晶装置を用い、負の誘電異方性液晶の場合、ＥＣＢ液晶装置は、より一般的には垂直配向ネマティック又はＶＡＮ液晶装置と称される。

【0025】

ＶＡＮ液晶装置を用いる第１の実施形態の構造は、以下の記載を除いて、正の誘電異方性液晶を用いる第１の実施形態の第１の態様で図５に示される液晶アイリス１０の構造と同様である。第2の態様の液晶装置の偏向場は、第１の実施形態の第１の態様のＥＣＢ液晶装置１２及び１４の偏向場１６及び２０とは異なる。したがって、図９に示す第２の態様の液晶装置及び関連する偏向場には、対応する参照番号の後にトリプルプライム符号（’’’）を付して示してある。

【0026】

液晶アイリス１０’’’は、第１のＶＡＮ液晶装置１２’’’、及び第２のＶＡＮ液晶装置１４’’’を備え、それぞれが負の誘電異方性を有する液晶を収容している。簡略化のために、各ＶＡＮ液晶装置１２’’’及び１４’’’の複屈折整合コーティングは図から省略されている。ＶＡＮ液晶装置１２’’’及び１４’’’は、それぞれ液晶ダイレクタ１８’’’で構成される配向場１６’’’、及び液晶ダイレクタ２２’’’で構成される配向場２０’’’を有する。各配向場１６’’’及び２０’’’は中間駆動電圧Ｖで示される。ＶＡＮ液晶装置１４’’’の配向場２０’’’は、ＶＡＮ液晶装置１２’’’の配向場１６’’’の鏡像である。すなわち、配向場２０’’’における液晶ダイレクタ２２’’’は、配向場１６’’’における対応する液晶ダイレクタ１８’’’と比べると反対に配置されている。

【0027】

ＶＡＮ液晶装置１２’’’は、基板プレート２４_１’’’及び２４_２’’’を含む、離間した対をなす第１の電極構造を有する。基板プレート２４_１’’’上に形成される光学的に透明な電極２６_１’’’は、対をなす第１の電極構造の一方に対する内面を構成し、この上に配向層２８_１’’’が形成される。基板プレート２４_２’’’上に形成される光学的に透明な電極２６_２’’’は、対をなす第１の電極構造の他方に対する内面を構成し、この上に配向層２８_２’’’が形成される。配向層２８_１’’’及２８_２’’’は、それぞれ配向面３０_１’’’及び３０_２’’’を有する。

【0028】

ＶＡＮ液晶装置１４’’’は、基板プレート３２_１’’’及び３２_２’’’を含む、離間した対をなす第２の電極構造を有する。基板プレート３２_１’’’上に形成される光学的に透明な電極３４_１’’’は、対をなす第２の電極構造の一方に対する内面を構成し、この上に配向層３６_１’’’が形成される。基板プレート３２_２’’’上に形成される光学的に透明な電極３４_２’’’は、対をなす第２の電極構造の他方に対する内面を構成し、この上に配向層３６_２’’’が形成される。配向層３６_１’’’及び３６_２’’’は、それぞれ配向面３８_１’’’及び３８_２’’’を有する。

【0029】

表面接触ダイレクタ１８ｃ’’’及び２２ｃ’’’は、それぞれ各配向面３０_１’’’、３０_２’’’、及び３８_１’’’、３８_２’’’と角度αをなす。表面接触ダイレクタの方位角方向は矢印で示されている。具体的にいうと、矢印４０’’’は、配向面３０_１’’’及び３８_２’’’でのそれぞれ表面接触ダイレクタ１８ｃ’’’及び２２ｃ’’’の方位角方向を示し、矢印４２’’’は、配向面３０_２’’’及び３８_１’’’でのそれぞれ表面接触ダイレクタ１８ｃ’’’及び２２ｃ’’’の方位角方向を示している。矢印４２’’’は、ＶＡＮ液晶装置１２’’’及び１４’’’それぞれの基板プレート２４_２’’’及び３２_１’’’の隣接又は対向する表面に平行である。

【0030】

表面接触ダイレクタの方位角方向４０’’’及び４２’’’に対して、偏光板４６’’’の透過方向は、４５°に設定され、偏光板４８’’’の透過方向は−４５°に設定される。光出力面５４’’’と偏光板４８’’’との間に位置するリターダフィルム４４_３’’’は、第２の態様にある唯一のリターダフィルムである。図５に示される第１の態様における正の誘電異方性液晶装置とは異なり、図９のＶＡＮ液晶装置の残留リターダンスは比較的低く、リターダフィルムを追加することはできるが、通常はそのような小さい値を補償するリターダフィルムを必要としない。リターダフィルム４４_３’’’の目的は、アイリス１０’’’を透過する光の角度均一性を向上させることにある。リターダフィルム４４_３’’’は、面内リターデーションＲ_０及び面外リターデーションＲ_ｔｈを有する２軸リターダであり、面内遅軸は隣接する偏光板４８’’’の透過軸と平行に方向づけられ。

【0031】

図１０は、図９の液晶アイリス１０’’’で表される第２の態様で、法線入射で計測された透過輝度電気光学曲線を示している。本例では、液晶は０．０８の複屈折、及び−４．４の誘電異方性を有し、各ＶＡＮ液晶装置１２’’’及び１４’’’のセルギャップは、２．４０μｍである。偏光板４６’’’及び４８’’’は、非偏光光で３９％の透過率を有する高耐久型であり、保護ＴＡＣ層を有し、それぞれ約−４０ｎｍの面外リターデーションを有する。２軸リターダは、５５ｎｍの面内リターデーション（Ｒ_０）及び２２０ｎｍの面外リターデーション（Ｒ_ｔｈ）を有する。透過輝度電気光学曲線上の点は、カメラのＦ値設定に対応する透過輝度値である。２５％の透過輝度は、例えばｆ／２に相当し、曲線の右端に載っている点で示されている。Ｆ値（Ｆ−Ｓｔｏｐ）設定の増加とともに、透過輝度は2倍減少する。ｆ／６では、透過輝度は１．５６２５％であり、ｆ／１２での曲線の左端の点では透過輝度は０．０２４４１である。曲線の中間点は、ｆ／２とｆ／１２との間のＦ値設定単位に相当する。

【0032】

図１１Ａ、１１Ｂ、及び１１Ｃは、単一のＶＡＮ液晶装置を備える従来の液晶アイリスの場合の、ｆ／２、ｆ／６、及びｆ／１２のＦ値設定での透過輝度の角度依存性を示す。角度データは、透過輝度の極座標等高線図の形で表されている。ｆ／６及びｆ／１２での透過輝度の角度依存の均一性は良くない。図１２Ａ、１２Ｂ、及び１２Ｃは、液晶アイリス１０’’’が図９に示すように組み立てられるも、リターダフィルム４４_３’’’を含まない２つのＶＡＮ液晶装置を備えている場合の、ｆ／２、ｆ／６、及びｆ／１２のＦ値設定での透過輝度の角度依存性を示している。ｆ／６での透過輝度の角度依存の均一性は大きく改善されるが、ｆ／１２での均一性はなおも劣っている。図１３Ａ、１３Ｂ、及び１３Ｃは、液晶アイリス１０’’’が図９に示すように組み立てられ、かつ先に記載された２軸リターダ４４_３’’’を含む２つのＶＡＮ液晶装置を備えている場合の、ｆ／２、ｆ／６、及びｆ／１２のＦ値設定での透過輝度の角度依存性を示している。図１３Ｃを図１２Ｃと比較すると、ｆ／１２での透過輝度の角度依存の均一性が、２軸リターダ４４_３’’’を加えることによって大きく改善されていることが分かる。

【0033】

第１の実施形態の第２の態様の多くの他の構成も、当然可能である。２軸リターダは、第２のＶＡＮ液晶装置１４’’’の底面ではなく、第１のＶＡＮ液晶装置１２’’’の上面に配置することもできる。あるいは、２軸リターダは上面及び底面の位置の両方に配置することもできる。２軸リターダは、Ａプレートリターダ及び負のＣプレートリターダをＶＡＮ液晶装置１２’’’及び１４’’’のスタックの各側に１つずつ組み合わせるか、又は別々にしたものを置き換えることができる。負のＣプレートリターダは、ＶＡＮ液晶装置１２’’’と１４’’’との間に配置することもできる。同様に、２軸リターダは、液晶が正の誘電異方性を有する第１の実施形態の第１の態様に追加することもできる。

【0034】

理想的には、液晶アイリスは、Ｆ値設定の全範囲にわたって無彩色性能を有するべきであり、すなわち、それ自体のいかなる着色も導入すべきでない。ＶＡＮ液晶装置１０’’’及び１２’’’を有する第１の実施形態の第２の態様における液晶アイリス１０の性能の測定結果は、Ｆ値依存の僅かな色ずれを示した。これは、図１４に、計測された「無染料」曲線によって定量的に示され、ｆ／３からｆ／１０までの範囲のＦ値設定での色座標（ｕ’、ｖ’）が１９７６ＣＩＥ均等色空間に示されている。Ｆ値色域（F-Stop color gamut）といわれるＶ字状曲線は、（ｕ’、ｖ’）＝（０．２１０５，０．４７３７）での等エネルギー白色点Ｅからある程度離れた距離に位置している。二色性染料の混合物を液晶に加えることによって、Ｆ値色域の全体の大きさを小さくするだけでなく、白色点に近い方向にＦ値色域を移動させることができる。これは、図１４において、白色点に向かってＶ字状の曲線部をシフトする破線の曲線「０．６％染料混合物」、及び白色点にほぼ近いＶ字状曲線をもたらす点線の曲線「１．２％染料混合物」によって示されている。

【0035】

０．６％染料混合物は、０．３ｗｔ％のイエロー染料Ｇ−４７０と、０．３ｗｔ％のマゼンタ染料Ｇ−２４１とを加えたネマティック液晶を含む。１．２％染料混合物は、これらの各染料を０．６ｗｔ％有するネマティック液晶を含む。Ｇ−４７０及びＧ−２４１染料は、日本のＮａｇａｓｅ社から粉末状で入手可能である。これら２つの染料の通常吸収係数α_Ｏ及び異常吸収係数α_Ｅのスペクトルが、１ｗｔ．％染料混合物に対して単位ｎｍ^−１で示されている。

【0036】

液晶に等方性染料を加えることによって、Ｆ値色域の色座標全てが、特定の染料色に依存する方向に同じ量シフトするが、全ての色座標が同じ量シフトするためＦ値色域の全範囲は同じである。単に外部色フィルターを追加するだけで同様の効果を達成することができる。液晶中に溶解した異方性染料による光の吸収は、他方では、液晶ダイレクタの配向に依存する。正の二色性染料は、Ｆ値色域をシフトするだけでなく、その大きさを小さくする。大きいＦ値設定ではＶＡＮ液晶装置内の配向場はほぼホメオトロピックであり、入力光は小さい通常吸収係数で相互作用するため、Ｆ値色域の全体の大きさは小さくなる。これにより、低いＦ値設定の場合に発生するよりも少なく色座標がシフトし、液晶はホメオトロピック配向から離れて傾斜し、光がより大きい異常吸収係数で相互作用する。正の二色性染料も、液晶が正の誘電異方性を有する第１の実施形態の第１の態様におけるのと同様の効果を有する。

【0037】

二色性染料をアイリスの２つの液晶装置に組み入れるのではなく、二色性染料、又は染料の混合物は、色調整装置といわれる１つ以上の、別の液晶電気光学装置に追加することができる。これらの装置は、２つのアイリス液晶装置から電気的に切り離されるため、色調整装置は、Ｆ値設定の間で色シフト量を最小化し、アイリスをより無彩色にするために独立して駆動させることができる。図１７は、破線の長方形によって示される第１、第２、及び第３の実施形態の液晶アイリスの偏光板４６及び４８の外側に位置する第１の色調整装置５６と第２の色調整装置５８とを組み入れた、本開示の液晶カメラアイリスのブロック図である。簡単化のために、液晶アイリス１０が示され、その電極構造、基板、配向場、及びリターデーションフィルムは図から省略されている。アイリス１０の第１及び第２の液晶装置１２及び１４はともに、所望のＦ値設定を実質的に生成するよう調整される電圧Ｖで駆動される。第１及び第２の色調整装置５６及び５８は、アイリス電圧Ｖと協働して、Ｆ値番号間での色合い及び色ずれを最少量にする所望のＦ値設定を生成するよう調節される色調整電圧Ｖ_１及びＶ_２で独立して駆動される。いったんアイリス１０が校正されたら、適切な駆動電圧Ｖ、Ｖ_１、及びＶ_２は、例えば、ルックアップテーブルに入れ、さらなる調整をせずに一連の無彩色Ｆ値設定間で迅速に切り替えることができる。

【0038】

色調整装置５６及び５８は、液晶に加えられる二色性染料、又は染料混合物を含む、好ましくはＥＣＢ液晶装置である。これらの色調整装置は、ゲスト−ホストＥＣＢ装置といわれることがある。最大の色調整効果を達成するために、ＥＣＢ色調整装置５６及び５８の表面接触ダイレクタの方位角方向は、それらの隣接する偏光板４６及び４８の偏光光の透過方向に平行に向けられる。

【0039】

次の例は、４．８μｍのセルギャップ及び０．２％濃度のイエロー染料Ｇ４７０を有するＶＡＮ液晶装置から成る単一の色調整装置の使用例を示す。この例では、アイリスの液晶装置もＶＡＮ液晶装置である。図１８は、１９７６ＣＩＥ均等色空間において、ｆ／２からｆ／８まで変化するＦ値設定単位でシミュレートされたｕ’、ｖ’色座標を示し、色調整装置を有さない場合と、単一のＶＡＮ色調整装置を有する単一のＶＡＮ液晶装置の場合とを比較している。図１８を参照すると、色調整がある場合の低いＦ値番号間での色の違いは、色調整がない場合に比べて非常に少なく、色は標準の白色点Ｄ５５にかなり近い。この例では、以下の表は、図１８で与えられたＦ値設定の色座標を達成するために必要とされる色調整電圧Ｖ_１及びアイリス駆動電圧Ｖを示す。

【0040】

【表1】

【0041】

弾性定数、誘電定数、及び屈折率といった液晶の材料定数は、温度に依存することが知られている。したがって、所与のＦ値設定を達成するために必要とされる電圧は、液晶カメラアイリスの温度に依存する。図１９は、５℃から４０℃の温度範囲にわたってｆ／２、ｆ／６、及びｆ／１０のＦ値設定を維持するために要求される駆動電圧の温度依存性を示している。図１９のデータは、負の誘電異方性液晶を有する第１の実施形態の第２の態様での計測により得られたが、本開示の液晶カメラアイリスの他の例及び実施形態からのＦ値設定も温度依存の駆動電圧を示すはずである。アイリスの位置に、又はその近くに温度センサを取り付け、駆動電圧を適切に調整する制御回路に温度情報を送信することによって、この温度依存の駆動電圧を自動的に調整することができる。これは、例えば、アイリスに配置するサーミスタ及び駆動電圧制御回路に実装されたルックアップテーブルを用いて達成することができる。

【0042】

図２０は、本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第２の実施形態の一例における、シミュレートされた透過輝度電気光学曲線を示す。第２の実施形態の構造は、以下の記載を除いて、図５に示す液晶アイリス１０の構造と同様である。第２の実施形態の液晶装置の配向場は、第１の実施形態におけるＥＣＢ液晶装置１２及び１４の配向場１６及び２０、並びにＥＣＢ液晶装置１２’’’及び１４’’’の配向場１６’’’及び２０’’’とは異なる。したがって、第２の実施形態における液晶装置及び関連する配向場は、対応する参照番号の後にプライムを付して示す。液晶ＭＬＣ−７０３０（Δｎ＝０．１１２６）がシミュレーションで用いられ、λを５５０ｎｍの設計波長とすると、セルギャップｄ、液晶の複屈折Δｎが概ね式Δｎ・ｄ／λ＝０．６２９で与えられるように、各液晶装置１２’及び１４’のセルギャップは３．０７μｍに設定される。プレチルト角は３°である。液晶装置１２’は、配向面３０_１’から配向面３０_２’へのセルの厚さ寸法に沿って６０°の層ねじれ角を有する。液晶装置１４’は、配向面３８_１’から配向面３８_２’へのセルの厚さ寸法に沿って−６０°の層ねじれ角を有する。液晶装置１４’の配向場２０’は、液晶装置１２’の配向場１６’の鏡像であるため、液晶装置１４’のねじれ角は、液晶装置１２’のねじれ角と反対にねじれ又は回転する。液晶装置１２’及び１４’は、各液晶装置１２’及び１４’の基板プレート２４_２’及び３２_１’の隣接又は対向している面での表面接触ダイレクタ１８ｃ’及び２２ｃ’の方位角方向４２’が平行な配向となるように、互いに配置される。（６０°のねじれ角のために、方位角方向４２’は、基板プレート２４_２’及び３２_１’の面それぞれの表面接触ダイレクタ１８ｃ’及び２２ｃ’の投影を表す。）第２の実施形態において、入力偏光方向は、液晶装置１２’の各配向面３０_１’及び３０_２’での表面接触ダイレクタ１８ｃの方位角方向４０’及び４２’の間の角距離を概ね二等分するように設定される。正規化された透過輝度は２．６１Ｖの印加電圧で５０％であり、正規化された透過輝度は６．６３Ｖで０．１％であり、このため、コントラスト比は１，０００となる。第２の実施形態は、高コントラスト比を達成するための外部リターデーションを必要としない。

【0043】

図２１は、法線入射で正規化された透過輝度が５０％となる２．６１Ｖの駆動電圧の印加で正規化された透過輝度の視野角依存を示す。これらのデータは、図２１に、正規化された透過輝度の極座標等高線図で表されている。図２１を、従来のＴＮアイリスの図２と比べると、透過輝度の角度変化が非常に少ないことが明らかである。第２の実施形態の液晶アイリスは、光入射角度の広い範囲にわたって高コントラスト比を達成し、均一な階調を維持することができるため、カメラアイリスとしての用途に非常に適している。

【0044】

図２２は、本開示の電気光学液晶カメラアイリスの第３の実施形態の例の、シミュレートされた電気光学曲線を示す。第３の実施形態の構造は、以降の説明を除いて、図５に示す液晶アイリス１０の構造と同様である。そのため、第３の実施形態の液晶装置の偏向場は、第１の実施形態におけるＥＣＢ液晶装置１２及び１４の偏向場１６及び２０、液晶装置１２’’’及び１４’’’の偏向場１６’’’及び２０’’’とは異なる。そのため、第３の実施形態における液晶装置、及び関連する偏向場は、対応する参照番号の後にダブルプライム符号（’’’）を付して示してある。液晶ＭＬＣ−７０３０（Δｎ＝０．１１２６）は、シミュレーションで用いられ、各液晶装置１２’’及び１４’’のセルギャップは、λを５５０ｎｍの設計波長とすると、セルギャップｄ、液晶の複屈折Δｎ倍の製品では、概ねΔｎ・ｄ／λ＝０．４４７となるように２．１８μｍに設定される。プレチルト角は３°である。液晶装置１２’’は、配向面３０_１’’から配向面３０_２’’の厚さに沿ってねじれ角９０°の層を有する。液晶装置１４’’は、配向面３８_１’’から配向面３８_２’’の厚さに沿ってねじれ角−９０°の層を有する。液晶装置１４’’の偏向場２０’’は液晶装置１２’’の偏向場１６’’の鏡像であるため、液晶装置１４’’のねじれ角は、液晶装置１２’’のねじれ角と反対のねじれである。液晶装置１２’’及び１４’’は、各液晶装置１２’’及び１４’’の基板プレート２４_２’’及び３２_１’’に隣接又は対向する面で表面接触ダイレクタ１８ｃ’’及び２２ｃ’’の方位角方向４２’’が平行に配向されるように、ともに位置する。（ねじれ角が９０°であるため、方位角方向４２’’は、基板プレート２４_２’’及び３２_１’’の表面上の表面接触ダイレクタ１８ｃ’’及び２２ｃ’’の投影を表す。）第３の実施形態において、入力偏光方向は、液晶装置１２’’の光入力面５２’’での表面接触ダイレクタ１８ｃ’’の方位角方向４０’’に対して、ほぼ２０°に設定される。正規化された透過輝度は、２．６９Ｖの印加電圧で５０％であり、６．６３Ｖでは０．１％であるため、これによりコントラスト比は１，０００となる。第３の実施形態は、高コントラスト比を達成するために外部リターデーションを必要としない。

【0045】

図２３は、法線入射で透過輝度が５０％となる２．６９Ｖの駆動電圧の印加のもとでの正規化された透過輝度の視野角依存を示す。これらのデータは、図２３に正規化された透過輝度の極座標等高線図で表されている。図２３を従来技術のＴＮアイリスの図２と比較すると、階調レベル５０％での角度依存の均一性はかなり改善されていることが明らかである。第３の実施形態の液晶アイリス装置は、光入射角度の広い範囲にわたって高コントラスト比を達成し、均一な階調を維持することができるため、カメラアイリスとしての用途に非常に適している。

【0046】

図２４は、本開示の電気光学液晶カメラアイリスの３つの実施形態のいずれかの液晶アイリスを含むカメラモジュール６０の一例のブロック図である。図２４は、簡便のために第１の実施形態の液晶アイリス１０を示す。カメラモジュール６０は、スマートフォンのハウジングに合う小型サイズの光学部品を含み、フルモーションビデオ、そして画像も提供する。カメラモジュール６０に入る入力光５０は、通過する光の量を制御する液晶アイリス１０に入射する。レンズ６２は、単一の部品として例示されているが、複合レンズ体とすることができ、光を収集し、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳ型のイメージセンサ６４に像を結ぶ。イメージプロセッサ６６は、イメージデータを処理し、イメージ情報をコントローラ６８に送信し、コントローラ６８は、イメージをメモリ、液晶表示スクリーン、他のストレージ又は表示媒体に出力する。コントローラ６８は、アイリスドライバ７０にもイメージ情報を送信し、アイリスドライバ７０は、イメージセンサ６４に到達する光の量を制御するために液晶アイリスに適切な信号を加える。制御信号は、アイリスドライバ７０にも、直接、加えられる。

【0047】

本発明の本質を逸脱することなく、上記の実施形態に多くの変更がなされることは、当業者には明らかだろう。例えば、液晶装置１２の光学的に透明な電極２６_１及び２６_２、液晶装置１４の光学的に透明な電極３４_１及び３４_２は、同心円状に生成され、調整可能な被写界深度を形成することができる。このような代替は、記載された他の実施形態にも適用可能である。さらに、液晶装置１２で、表面接触ダイレクタ１８ｃが配向面３０_１となす角度αは、表面接触ダイレクタ１８ｃが配向面３０_２となす角度αと同一である必要はない。また、液晶装置１４で、表面接触ダイレクタ２２ｃが配向面３８_１となす角度αは、表面接触ダイレクタ２２ｃが配向面３８_２となす角度αと同一である必要はない。このような代替は、記載された他の実施形態にも適用可能である。そのため、本発明の範囲は、次の請求項によってのみ決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図11A】

【図11B】

【図11C】