JP2017026732A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光学素子の位置合わせを正確に、且つ、容易に実現できる光学ユニットを提供する。【解決手段】複数の光学素子１Ａ、１Ｂを重ねて配置する光学ユニット１００であって、それぞれの光学素子は、一対の基板１０、２０と、一対の基板のそれぞれに形成された導電膜１１、２１とを有し、導電膜１１、２１に電圧を印加することによって光変調を行う光変調素子であり、導電膜１１、２１は、光変調を行う画素群１２と、画素群１２に接続される配線群１５とを有し、配線群のうちの所定の配線の一部に互いの光学素子と位置合わせを行うためのアライメントパターン１３、１４を有する構成である。これにより、アライメントパターンを光変調するための専用の配線が不要となるので、配線を増やすことなく小型の光学ユニットを提供できる。【選択図】図１

Description

本発明は、収差補正や液晶レンズ等に用いられる複数の光学素子を備えた光学ユニットに関する。

従来から、複数の光学素子を積層することによって、単数の光学素子では得ることが出来ない機能を備えた光学ユニットが提案されている。例えば、液晶に電圧を印加することによって、所定の偏光に対して焦点距離を可変できる液晶レンズを、互いの偏光方向が直交するように重ねて配置することにより全ての偏光方向に対して焦点距離を可変できる液晶レンズの光学ユニットを実現することができる。また、液晶表示素子の液晶のピッチを変化させてＲ、Ｇ、Ｂ各色の選択反射をもつ３枚の液晶パネルを作製し、これらを積層することによりフルカラー表示の光学ユニットを実現することができる。

しかし、複数の光学素子を重ねて光学ユニット化する場合、各光学素子を正確に位置合わせしなければ、目的とする光学特性を得ることはできない。上述した前者の液晶レンズの場合、各液晶レンズ（光学素子）の光軸又は偏光方向が所望の位置からずれた状態で重ねてしまうと、正確なフォーカス調整が出来ない問題が生じる。また、後者の液晶パネルにおいては、複数の液晶パネルの位置がずれた状態で重ねてしまうと、カラー表示が色ずれする問題が生じる。そこで、複数の光学素子を正確に位置合わせするための光学素子の貼り合わせ方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１においては、各液晶パネルはフルドット表示（ドットマトリックス）であり、駆動手段によって、液晶パネルごとにフルドット表示の一部に所定のアライメントマークを表示させ、複数の液晶パネルの位置合わせを実施するものである。これにより、各液晶パネルにアライメントパターンを形成しなくても、複数のパネルの位置合わせが可能であることが示されている。

また、他の液晶パネルの貼り合わせ方法として、液晶パネル面内の非表示領域にアライメントパターンを設けて複数の表示パネルの位置合わせを実施する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２は、液晶光学素子である液晶パネル面内の非表示領域に透明電極からなるアライメントパターンを設け、さらに端子部にはアライメントパターンに対して通電するアライメントパターン点灯用端子を形成している。そして、位置合わせ工程において、アライメントパターン点灯用端子に所定の電圧を印加してアライメントパターンを点灯させ、各アライメントパターンを確認しながら位置合わせ作業を実施することが示されている。

特開２００２−２９６５６１号公報（第３頁、図１） 特開２００２−２９６５６０号公報（第３頁、図３）

しかしながら、特許文献１で開示されている光学ユニットである液晶パネルの貼り合わせ方法は、液晶パネルのフルドット上にアライメントパターンを表示させる専用の駆動手
段が必要であり、位置合わせ工程における駆動手段の構成が増大し、且つ、駆動手段の制御が複雑化してしまう課題がある。また、フルドット表示上の一部をアライメントパターンとして用いるので、フルドットとして機能する表示エリアが実質的に狭くなり、表示エリア全体を有効活用できない場合が想定されて好ましくない。さらに、セグメントでパターン表示をする光学素子においてはこの構成は適用ができない。

また、特許文献２で開示されている光学ユニットである液晶パネルの貼り合わせ方法は、アライメントパターンごとに点灯用端子を設けているので、液晶パネルの引き出し線数が増加して好ましくない。特に、液晶パネルの画素数が多い場合や、液晶パネルの小型化が要求される場合には、アライメントパターンの引き出し線数が無視できなくなり、光学素子の小型化が難しく、また、配線が増えるので駆動回路の構成が大きくなる課題がある。

このように、液晶パネルに代表される光学素子を複数重ねて様々な機能を有する光学ユニットが提案されているが、光学素子の位置合わせのために、駆動手段の構成が増大したり、制御が複雑化したり、また、小型化が困難である等の課題がある。

本発明の目的は上記課題を解決し、複数の光学素子の位置合わせを正確に、且つ、容易に実現できる光学ユニットを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光学ユニットは下記記載の構成を採用する。

本発明の光学ユニットは、複数の光学素子を重ねて配置する光学ユニットであって、光学素子は、それぞれ他の光学素子と位置合わせを行うためのアライメントパターンを有し、少なくとも１つの光学素子は、一対の基板と、一対の基板のそれぞれに形成された導電膜とを有し、導電膜に電圧を印加することによって光変調を行う光変調素子であり、導電膜は、光変調を行う画素と、画素に接続される配線とを有し、配線の一部は、アライメントパターンであることを特徴とする。

本発明の光学ユニットにより、複数の光学素子のアライメントパターンは、配線の一部として形成されるので、アライメントパターンを光変調するための専用の配線が不要となり、その結果、ユニットの小型化や駆動回路の小規模化を実現できる。

また、アライメントパターンは、光学素子の光軸を基準に対向して複数形成してもよい。

これにより、アライメントパターンを対向して複数形成することで、光学素子の位置合わせ誤差を最小にできるので、高精度の位置合わせを実現できる。

また、複数のアライメントパターンは、それぞれ異なる配線の一部として形成してもよい。

これにより、複数のアライメントパターンは、それぞれ異なる配線に分かれて形成されるので、各アライメントパターンに印加する電圧を個別に制御することが可能となり、各アライメントパターンのコントラストを個別に調整して、各アライメントパターンのコントラストを最適に設定できる。

本発明の光学ユニットによれば、複数の光学素子のアライメントパターンは、配線の一
部として形成されるので、アライメントパターンを光変調するための専用の配線が不要となる。その結果、光学ユニットの小型化や光学ユニットを駆動する駆動回路の小規模化を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットの斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットを構成する光学素子の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットを構成する光学素子の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットを構成する光学素子のアライメントパターンの一例を示す拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットの位置合わせ工程の構成を説明する斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットの位置合わせ工程順を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係わる光学ユニットの位置合わせ工程におけるアライメントパターンの見え方の一例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係わる光学ユニットを構成する光学素の平面図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係わる光学ユニットを構成する光学素子の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる光学ユニットを構成する光学素子の平面図である。

本発明の光学ユニットは、光変調を行う画素と配線とを形成する導電膜を有する複数の光学素子を重ねた光学ユニットであって、光学素子として機能する画素に接続された配線の一部にアライメントパターンが形成されていることに特徴を有する。

以下、図面を用いて本発明の光学ユニットの具体的な実施の形態を詳述する。
第１の実施形態は、光学素子の画素に接続された配線を用いて２つのアライメントパターンが形成された構成であり、図１から図７を用いて光学ユニットの構成、光学素子の構成及び各光学素子の位置合わせ工程について説明をする。また、第１の実施形態の変形例１として各光学素子のアライメントパターンが４つのものを、同様に変形例２としてアライメントパターンが１つのものを、それぞれ図８、９を用いて説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に画素に接続された配線を用いて２つのアライメントパターンを形成する点で共通ではあるが、それぞれのアライメントパターンは別々の画素に接続される配線に形成する点で異なることを特徴とし、図１０を用いて詳述する。

なお、説明にあっては、その説明及び図は一実施形態であって、これに限定されるものではない。また、図面における寸法や形状は実際の形状を正確に反映したものではなく、図面を見やすく、また、理解しやすくするため一部誇張して模式的に記載している。また、発明に直接関係しない一部の要素は省略し、各実施形態において同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略するものとする。

以下の各実施形態の光学ユニットは、液晶への電圧印加に応じて、直交する偏光方向のそれぞれに対して焦点距離を可変できる液晶レンズ等に用いられる輪帯電極パターンを有
する複数の液晶光学素子を備えたユニットを例として説明する。

［第１の実施形態］
［第１の実施形態の光学ユニットの構成説明：図１］
第１の実施形態の光学ユニットの概略構成について、図１を用いて説明する。図１において、符号１００は、第１の実施形態の光学ユニットである。光学ユニット１００は、複数の光学素子を重ねて配置されている構成であり、ここでは、一例として、２つの光学素子を重ねて配置された構成として説明する。

光学素子ユニット１００は、第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂを重ねて固定された構成であり、第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂのそれぞれに形成された互いの光軸中心を合わせるためのアライメントパターン１３、１４が平面視で一致している。これにより、光学ユニットに入射する光は、第１の光学素子１Ａの偏光方向と第２の光学素子１Ｂの偏光方向（第１の光学素子１Ａの偏光方向に対して直交する偏光方向）とに対してそれぞれ光変調されるため、全ての偏光方向に対して光変調された光を出射される。

光学ユニット１００は、図１では説明をわかりやすくするために、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂとを離間して（厚み方向に距離をおいて）図示しているが、実際には密着又は充分に近づけた状態に重ねて接着剤等によって貼り合わせ固定されている。
位置合わせを行い、貼り合わせ及びその状態で固定をする工程については後述する。

第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂは、偏光方向（図示せず）が互いに直交していることを除いて、共に同様の構成であり、一対の透明基板１０、２０と、透明基板１０、２０間に封止された液晶と、透明基板１０、２０のそれぞれに形成された導電膜とを有し、導電膜に電圧を印加することによって光変調を行う光変調素子である。

導電膜は、光変調を行う画素群１２と、画素群１２にそれぞれ接続される配線群１５とを形成している。また、配線群１５には、配線の一部に前述したアライメントパターン１３、１４が形成されている。これにより、画素を駆動する配線とアライメントパターンとして機能する配線とを共通化することができ、素子を小型化することができる。画素群１２と配線群１５、及び、アライメントパターン１３、１４の詳細は後述する。

［第１の実施形態の光学ユニットを構成する光学素子の構成説明：図２、図３］
次に、第１の実施形態の光学ユニット１００を構成する光学素子の構成を図２、図３を用いて説明する。ここで、前述のように第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂは同様の構成であるので、以下では共通の構成であることを前提として光学素子１として説明する。図２は光学素子１の平面図であり、図３は、図２で示す切断線Ａ−Ａ´による断面図である。

図２及び図３に示すように、光学素子１は、液晶光学素子であり、一対の透明基板１０、２０に液晶２が挟持され、透明基板１０、２０間の外周に配置されたシール部材３（図２：点線で示す）によって封止されている。

透明基板１０、２０は、例えばガラス材やプラスチック材等の光透過性部材であり、それぞれの対向面に導電膜１１、２１が形成され、導電膜１１、２１のそれぞれの表面には、図示しない配向膜が形成されている。ここで、導電膜１１、２１の少なくとも一方は前述した画素群１２や配線群１５として形成されている。画素群１２のパターンについては後述する。導電膜１１、２１の材料は例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電性部材を用いることができる。

シール部材３は液晶を封止し、外部からの混入物の侵入を防ぐものであり、例えば熱硬化性や紫外線硬化性等の樹脂によって構成されている。このシール部材３の中に球状又は円柱状等のスペーサー（ここでは図示せず）を混在させることによって、透明基板１０、２０は所定の間隔で固定することができる。

上述の構成の光学素子１は、導電膜１１、２１に電圧を印加することによって、導電膜１１、２１に挟まれた液晶２を駆動させ、非光変調状態と光変調状態とを切り替えることができるため、光学素子１は、光学素子１の導電膜１１、２１を通過する光のうち液晶２の偏光方向と略一致した光を光変調する光学素子として機能することができる。導電膜１１及び／又は２１によって形成された画素群１２の形状、パターン等によって所望の光変調パターンを得ることができる。

［第１の実施形態の光学ユニットを構成する光学素子のパターン形状の説明：図２］
次に、光学素子１の透明基板１０に形成される導電膜１１のパターン形状の一例について、図２を用いて説明する。図２において、導電膜１１は、複数の輪帯画素からなる画素群１２と、各輪帯画素にそれぞれ接続される複数の配線群１５を形成している。

画素群１２は、光学素子１の光軸１ｓを中心に同心円の複数の輪帯画素１２ａ〜１２ｉに別れており、各輪帯画素間の実線はそれぞれを絶縁するための微小な隙間をあらわしている。ここで、中心の画素が輪帯画素１２ａであり、最外周の画素が輪帯画素１２ｉである。なお、画素群１２の画素数は限定されず、本実施形態では、図面を分かりやすくするために実際より画素数を少なく図示している。この輪帯画素１２ａ〜１２ｉのそれぞれに所定の電圧を印加することで、入射した光に対して位相変調（屈折率変調）が行われ、光学素子１は液晶レンズとして機能する。なお、液晶レンズは公知技術であるので、詳細な説明は省略する。

配線群１５は、前述の輪帯画素１２ａ〜１２ｉにそれぞれ接続する配線１５ａ〜１５ｉで構成され、透明基板１０の端部１０ａまで延出されて、図示しない接続手段によって電気的に接続される。すなわち、輪帯画素１２ａ〜１２ｉは、配線１５ａ〜１５ｉを介して外部に接続され、外部の駆動手段（図示せず）によって所定の電圧が印加されて駆動される。ここで、配線１５ａは、画素群１２の中心に位置する輪帯画素１２ａに接続され、配線１５ｉは、画素群１２の最外周に位置する輪帯画素１２ｉに接続される。

符号１３、１４は、本発明の特徴であるアライメントパターンであり、導電膜１１から形成される。アライメントパターン１３、１４は、複数の光学素子を互いに位置合わせするために設けられるパターンであり、透明基板１０の端部１０ａから輪帯画素１２ｉに接続する配線１５ｉの途中に配線１５ｉの一部として形成される。

すなわち、アライメントパターン１３は、図面上、画素群１２の右下に位置し、配線１５ｉの途中に形成され、配線１５ｉは、このアライメントパターン１３を経て輪帯画素１２ｉに接続する。また、アライメントパターン１４は、図面上、画素群１２の左上に位置し、配線１５ｉは延長して画素群１２を回り込み、アライメントパターン１４を経て輪帯画素１２ｉに接続する。

なお、アライメントパターン１３、１４は、いずれか一つのみでもよいが、図面左右上下方向及び光軸１ｓを回転軸とする回転方向を高精度に合わせるためにも二つ以上形成することが好ましい。

また、アライメントパターン１３、１４の位置やパターン間の距離は特に限定されない
が、位置は透明基板１０の大きさに影響しないように、図示するように、透明基板１０の四隅のいずれかに形成することが好ましい。また、距離は離れているほど位置合わせ精度がよくなり、位置合わせの対象中心に対して対称に配置することで位置合わせ作業を容易にできるため、図示するように、画素群１２の外周近傍であって、光軸１ｓを基準に対向して形成されることが好ましい。なお、アライメントパターン１３、１４の詳細な形状は後述する。

上述した画素群１２、配線群１５、およびアライメントパターン１３、１４は、導電膜１１をエッチング加工して取り除く等の既知の方法によって形成することができ、マスクパターンを用いたフォトリソグラフィ技術により一度の工程で形成することができる。

また、この実施形態において、透明基板１０に対向して配置される透明基板２０に形成される導電膜２１（図３参照）のパターンは、ベタパターンであって、図２では図示を省略している。

［第１の実施形態のアライメントパターンの形状説明：図４］
次に、第１の実施形態のアライメントパターンの形状の一例について、図４を用いて説明する。なお、アライメントパターン１３と１４は同一形状であるので、ここでは、アライメントパターン１３について説明する。

図４は図２における円形の領域Ｃの拡大図である。図４において、アライメントパターン１３は、導電膜１１で成る配線１５ｉの直線部分と、この配線１５ｉに対して直交する方向に延出したパターン１３ａ、１３ｂと、によって構成される。すなわち、パターン１３ａは、配線１５ｉから図面上の上側に延出し、パターン１３ｂは、配線１５ｉから図面上の下側に延出している。これにより、アライメントパターン１３は、配線１５ｉの一部であり、直線部分の配線１５ｉとパターン１３ａ、１３ｂとによって、略十字形に形成される。

この構成により、配線１５ｉに所定の電圧が印加されると、導電膜１１でなるアライメントパターン１３（すなわち、配線１５ｉとパターン１３ａ、１３ｂ）と導電膜２１とによって挟まれた液晶２（図３参照）は、駆動されて光変調状態となる。また、導電膜１１が存在しないアライメントパターン１３の周囲１３ｃは、液晶２が駆動されないため非光変調状態のままとなる。

その結果、位置合わせのときに、配線１５ｉに所定の電圧を印加することで、アライメントパターン１３は、周囲１３ｃとのコントラストが大きくなるので、アライメントパターン１３を容易に、且つ、正確に認識することができる。また、アライメントパターン１４においても同様である。なお、アライメントパターン１３、１４の形状は限定されず、配線から延出するパターンの数や形状は任意である。

［第１の実施形態の光学ユニットの位置合わせ工程の説明：図５〜図７］
次に、第１の実施形態の光学ユニットを構成する光学素子の２枚を積層して光軸および偏光方向の位置合わせを行う工程を図５〜図７を用いて説明する。図５は位置合わせ工程の構成を説明する斜視図であり、図６は位置合わせ工程順を説明するフローチャートであり、図７は２枚が積層された光学素子のアライメントパターンの見え方の一例を示している。

図５に示すように、光学ユニット１００の位置合わせを行うための構成は、光軸方向に画像センサ３２、第１の偏光板２５、第１の光学素子１Ａ、第２の光学素子１Ｂ、第２の偏光板２６の順に配置し、画像センサ３２と対向する側から観察光３１を照射する。

画像センサ３２は、各光学素子のアライメントパターンを観察するものであり、複数のアライメントパターンのそれぞれの真上にひとつずつ配置してもよいし、ひとつの画像センサ３２を移動可能にして、適時、各アライメントパターンの真上に位置するようにしてもよい。

第１の光学素子１Ａ及び第２の光学素子１Ｂは、偏光方向が互いに直交していることを除いて、共に同様の構成である。ここで、第１の光学素子１Ａの導電膜による構成要素は、画素群１２Ａ、アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、配線群１５Ａと称する。また、第２の光学素子１Ｂの導電膜による構成要素は、画素群１２Ｂ、アライメントパターン１３Ｂ、１４Ｂ、配線群１５Ｂと称する。

偏光板２５、２６は、所定の方向の偏光のみを通過する偏光子である。偏光板２６は観察光３１が無偏光（ランダム偏光ともいう）である場合に用い、観察光３１を偏光にする。観察光３１が偏光である場合には、偏光板２６は無くてもよい。偏光板２５は、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを通過した光のうち、光変調領域と非光変調領域を観察しやすくするためのものである。

次に、位置合わせ工程の順序について説明する。図５において、２枚の第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂとを図示しない手段によって支持し、積層して配置する（図６のフローチャートにおけるステップＳ１：配置）。このとき、第１の光学素子１Ａの偏光方向と第２の光学素子１Ｂの偏光方向は略直交するように配置しておくとよい。

また、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂとを光軸に垂直な面に対して平行になるように配置しておくとよい。偏光板２５、２６は、第１及び第２の各光学素子１Ａ、１Ｂの光変調状態および非光変調状態を通過した観察光３１が観察できるように、偏光板２５、２６の偏光方向を第１及び第２の各光学素子１Ａ、１Ｂの偏光方向を二分する方向に略一致するように配置するのがより好ましい。

なお、所定の偏光に対して光変調を行う光学素子を第１及び第２の光学素子として用いる場合、光変調はクロスニコル観察においては２θ毎に現れるため、偏光板２５、２６の偏光方向と各光学素子の偏光方向とのなす角が４５度となるように配置するのが好ましい。

第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂのいずれか一方、又は両方は、図示しない手段によってＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能であり、また、それぞれの光軸を基準にして回転可能であるとよい。

次に図５において、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの各透明基板の端部まで延出された配線群１５Ａ、１５Ｂに、図示しない手段によって所定の電圧を印加し、画素群１２Ａ、１２Ｂを光変調状態にする（図６におけるステップＳ２：電圧印加）。これにより、第１の光学素子１Ａのアライメントパターン１３Ａ、１４Ａと、第２の光学素子１Ｂのアライメントパターン１３Ｂ、１４Ｂが光変調状態となる。なお、画素群１２Ａ、１２Ｂの最外周の輪帯画素１２ｉ（すなわち、配線１５ｉ：図２参照）のみに電圧を印加してもよい。

次に図５において、第２の光学素子１Ｂの図面上の下方側から、図示しない手段によって所定の観察光３１を上向きに照射する（図６におけるステップＳ３：観察光照射）。これにより、第１の光学素子１Ａのアライメントパターン１３Ａ、１４Ａと、第２の光学素子１Ｂのアライメントパターン１３Ｂ、１４Ｂは光変調され、各アライメントパターン１
３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂの周囲は、観察光３１が光変調されないまま通過する。

これにより、アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂと周囲のコントラストが大きくなるので、アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂが見やすくなり、アライメントパターン像を容易に、且つ、正確に観察できるので、高精度な位置合わせ調整が可能となる。

次に図５において、第１の光学素子１Ａのアライメントパターン１３Ａ、１４Ａの図面上の上方に配置した画像センサ３２によって、各光学素子を通過した観察光３１を検出し、この画像センサ３２で捉えた画像に基いて各光学素子のアライメントパターンが一致しているか否かを判定する（図６におけるステップＳ４：パターン観察）。

ここで、アライメントパターンが一致していない判定（判定Ｎ）であれば、位置合わせを行うステップＳ５に進み、アライメントパターンが一致している判定（判定Ｙ）であれば、次のステップＳ６に進む。なお、アライメントパターンが一致しているかの観察及び判定は、画像センサ３２による画像と図示しない画像処理装置による自動判定としてもよいし、画像センサ３２による画像を目視によって判定してもよい。

次にステップＳ４において、判定Ｎであった場合、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを支持している部材（図示せず）によって、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのいずれか一方、又は両方をＸ軸方向、Ｙ軸方向、又は回転方向に移動させて、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの光軸の位置合わせを行う（図６におけるステップＳ５：位置合わせ）。なお、ステップＳ４で判定Ｙがなされるまで、ステップＳ４とステップＳ５を繰り返す。

ここで、図７は第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを通過した観察光３１を、偏光板２５を介して画像センサ３２が捉えた２枚が重なった第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのアライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの画像の一例を示している。

図７（ａ）は、いずれか一方の光学素子が、＋Ｘ軸方向と−Ｙ軸方向に僅かずつずれている場合の一例であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの略十字形（配線１５ｉとパターン１３ａ、１３ｂ：図４参照）の画像がずれて太く見えることを示している。この場合は、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂのいずれか一方、又は両方を図示しない手段によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動して位置合わせを実施する。

また、図７（ｂ）は、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのアライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの中心は一致しているが、光学素子同士の角度がずれている場合の一例であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの略十字形の画像が放射状に広がって見えることを示している。

この場合は、例えば、時計回りにずれている一方の光学素子をわずかに反時計回りに回転させて位置合わせを実施するとよい。なお、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの角度がずれている場合は、対となって対向しているアライメントパターン１３と１４の見え方が異なるので、その見え方の違いを識別して、角度のずれを調整できる。

また、多くの場合は、図７（ａ）で示したようにＸ軸方向及びＹ軸方向がずれている状態と、図７（ｂ）で示したように角度がずれている状態の両方が存在するが、その場合は、例えば、光学素子同士の角度のずれを最初に調整したのちに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のずれを調整するとよい。

また、図７（ｃ）は、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂのアライメントパターン１３Ａ、１３Ｂが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、そして角度においても一致している場合であり、アライメントパターン１３Ａ、１３Ｂの略十字形の画像が完全に重なり、一つのアライメントパターンと同等に見える。

ここで、対向している二つのアライメントパターン１３、１４についてそれぞれ判定を実施し、二つのアライメントパターン１３、１４の画像が共に図７（ｃ）のように見えるならば、２枚が重なった第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂは、光軸が一致し、偏光方向が直交している状態であって、図６におけるステップＳ４で判定Ｙと判定される。

ステップＳ４で、アライメントパターンが一致した（判定Ｙ）と判定されたならば、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂへの電圧印加と観察光３１の照射を停止する（図６におけるステップＳ６：電圧及び観察光ＯＦＦ）。

次に、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂの位置を固定するために、接着剤（図示せず）等によって、第１及び第２の光学素子１Ａ、１Ｂを固定して一体化した後に、支持部材から外して位置合わせ工程を終了し、光学ユニット１００が完成する（図６におけるステップＳ７：固定）。

このように、ステップＳ４で肯定判定がなされるまで、ステップＳ４とＳ５を繰り返し、画像センサ３２で捉えた画像を確認しながら、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂのいずれか一方、又は両方をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動、又は回転することで、第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂとの光軸の位置合わせを実施する。

ここで、前述したように、各アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂは、配線１５ｉに所定の電圧を印加しているので光変調状態となるが、各アライメントパターン１３Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１４Ｂの周囲は非光変調状態のままである。

その結果、アライメントパターン１３、１４は、周囲とのコントラストが大きくなるので、アライメントパターン１３、１４の画像を容易に正確に認識することが可能となり、図７で示すように、アライメントパターンの重なり具合（すなわち、光学素子の位置ずれ状態）を明確に認識することができる。このとき、光変調領域と非光変調領域との色のコントラストが大きくなるように、各光学素子に印加する電圧や偏光板の方向を変えることが好ましい。

以上のように、第１の実施形態の光学ユニットによれば、画素群１２に接続する配線群１５の一部にアライメントパターン１３、１４を形成するので、アライメントパターンを点灯するための専用の配線が不要であり、その結果、光学素子外周の面積の増大がなく、外形が小型の光学ユニットを提供できる。また、光学素子の配線数が増加しないので、光学ユニットに所定の電圧を供給する駆動手段（図示せず）の構成を小規模化できる。

また、光学素子の位置合わせ工程において、光学素子に所定の電圧を印加し、光学素子を駆動しながら位置合わせを実施するので、アライメントパターンが光変調状態となってコントラストが大きくなり、その結果、アライメントパターンのずれを明確に認識できるので、光学素子の位置合わせを容易に、且つ、高精度に実施できる。

また、アライメントパターンは複数であり、光学素子１の光軸１ｓを基準に対向して形成されており、この対向するアライメントパターンをそれぞれ位置合わせすることで、光軸の位置合わせ誤差を最小にでき、複数の光学素子をきわめて高精度に位置合わせすることが可能となる。

なお、光学ユニット１００の光学素子の数は２つとして説明を行ったが、光学素子の数は特に限定することはなく、３つ以上であってもよい。その場合、隣接する光学素子同士の位置合わせを行えるように使用する画素に接続する配線の一部にアライメントパターンを形成し、順次位置合わせを行って光学ユニットを形成してもよいし、特定の光学素子を基準として、その特定の光学素子に対して位置合わせを行うように、使用する画素に接続する配線の一部にアライメントパターンを形成して位置合わせを行うことによって光学ユニットを形成してもよい。

また、本実施形態において光学ユニットは第１の光学素子１Ａと第２の光学素子１Ｂの導電膜を同一構成の液晶レンズとして機能するパターンとして説明をしたが、パターンの構成が異なる光学素子を重ねて配置してもよい。例えば、第１の光学素子は、非点収差を補正するための画素パターンを形成し、第２の光学素子は、コマ収差を補正するための画素パターンを形成してもよい。このような構成においても、各光学素子の配線の一部を利用してアライメントパターンを形成することにより互いの光学素子の位置合わせを行うことができる。

［第１の実施形態の第１の変形例の構成説明：図８］
次に、第１の実施形態の第１の変形例の光学ユニットの構成について、図８を用いて説明する。この第１の変形例の特徴は、光学素子の配線の一部にアライメントパターンを一つのみ形成して、アライメントを実施することである。

図８において、符号４０は第１の実施形態の第１の変形例の光学素子である。光学素子４０の基本的な構成は、第１の実施形態の光学素子１（図２参照）と同様であり、一対の透明基板１０、２０と、この透明基板１０、２０の間に挟持される液晶等によって構成される液晶光学素子である。

また、透明基板１０の表面には導電膜が形成され、同心円の複数の輪帯画素１２ａ〜１２ｉを備えた画素群１２、及び、画素群１２のそれぞれに接続される配線１５ａ〜１５ｉで成る配線群１５が形成されている。なお、画素群１２と配線群１５との接続は、第１の実施形態と同様である。

符号４１は、一つのアライメントパターンであり、透明基板１０の端部から輪帯画素１２ｉに接続する配線１５ｉの途中に配線１５ｉの一部として形成される。アライメントパターン４１の位置は特に限定されないが、透明基板１０の大きさに影響しないように、透明基板１０の四隅のいずれかで、配線１５ｉが必要以上に長くならない位置に形成されるのが好ましい。なお、アライメントパターン４１の形状は、第１の実施形態と同様（図４参照）であるので説明は省略する。また、アライメントパターン４１に接続する配線は配線１５ｉに限定されず、例えば、配線１５ａの一部として形成してもよい。

この第１の変形例の光学素子４０の偏光方向を直交させて２枚を積層し、液晶レンズとして機能する光学ユニットを構成する場合は、第１の実施形態と同様の工程（図５〜図７参照）で位置合わせを実施する。ここで、第１の実施形態の第１の変形例の光学素子４０は、アライメントパターンが一つなので、一つのアライメントパターンについてのみ位置合わせ工程を実施すればよく、位置合わせ工程を簡略化できる効果がある。

［第１の実施形態の第２の変形例の構成説明：図９］
次に、第１の実施形態の第２の変形例の光学ユニットの構成について、図９を用いて説明する。この第２の変形例の特徴は、光学素子の配線の一部にアライメントパターンを４つ形成して、アライメントを実施することである。

図９において、符号５０は第１の実施形態の第２の変形例の光学素子である。光学素子５０の基本的な構成は、第１の実施形態の光学素子１（図２参照）と同様であり、一対の透明基板１０、２０と、この透明基板１０、２０の間に挟持される液晶等によって構成される液晶光学素子である。

また、透明基板１０の表面には導電膜によって、同心円の複数の輪帯画素１２ａ〜１２ｉを備えた画素群１２、及び、画素群１２のそれぞれに接続される配線１５ａ〜１５ｉで成る配線群１５が形成されている。なお、画素群１２と配線群１５との接続は、第１の実施形態と同様である。

符号５１〜５４は、４つのアライメントパターンである。各アライメントパターン５１〜５４は、輪帯電極群１２の最外周の輪帯画素１２ｉの外周近傍に、配線１５ｉの途中に配線１５ｉの一部として形成され、光学素子５０の光軸５０ｓを基準にして等間隔に対向して形成されることが好ましい。すなわち、アライメントパターン５１と５３とは光軸５０ｓを基準に対向して形成され、また同様にアライメントパターン５２と５４とは光軸５０ｓを基準に対向して形成される。

また、アライメントパターン５１〜５４は、透明基板１０の大きさに影響しないように、図示するように、透明基板１０の四隅付近に形成されるのが好ましい。なお、アライメントパターン５１〜５４の形状は、第１の実施形態と同様（図４参照）であるので説明は省略する。

この第２の変形例の光学素子５０の偏光方向を直交させて２枚を積層し、液晶レンズとして機能する光学ユニットを構成する場合は、第１の実施形態と同様の工程（図５〜図７参照）で位置合わせを実施する。ここで、第２の変形例の光学素子５０は、アライメントパターンが４つあるので、それぞれのアライメントパターンを位置合わせすることで、さらに位置合わせ誤差を減らして高精度に光軸を合わせることが可能となる。

例えば、まず、対向して形成される一方のアライメントパターン５１と５３とについて、前述したフローチャート（図６参照）に沿って位置合わせ工程を実施し、さらに、対向して形成される他方のアライメントパターン５２と５４とによって、位置合わせの確認と微調整を実施することで、位置ずれの少ない高性能な光学ユニットを実現できる。

［第２の実施形態］
［第２の実施形態の光学ユニットの構成説明：図１０］
次に、第２の実施形態の光学ユニットの構成について、図１０を用いて説明する。この第２の実施形態の特徴は、画素に接続される配線の一部に複数のアライメントパターンを形成し、各アライメントパターンは、それぞれ異なる配線の一部として形成されることである。

図１０において、符号６０は第２の実施形態の光学ユニットを構成する光学素子である。光学素子６０の基本的な構成は、第１の実施形態の光学素子１（図２参照）と同様であり、一対の透明基板１０、２０と、この透明基板１０、２０の間に挟持される液晶等によって構成される液晶光学素子である。

また、透明基板１０の表面には導電膜によって、同心円の複数の輪帯画素１２ａ〜１２ｉを備えた画素群１２、及び、画素群１２のそれぞれに接続される配線１５ａ〜１５ｉで成る配線群１５が形成されている。なお、画素群１２と配線群１５との接続は、第１の実施形態と同様である。

符号６１、６２はアライメントパターンである。アライメントパターン６１、６２は、画素群１２の最外周の輪帯画素１２ｉの外周近傍に、光学素子６０の光軸６０ｓを基準に対向して形成される。そして、アライメントパターン６１は、画素群１２の中心の輪帯画素１２ａに接続される配線１５ａの一部として形成される。また、アライメントパターン６２は、画素群１２の最外周の輪帯画素１２ｉに接続される配線１５ｉの一部として形成される。なお、アライメントパターン６１、６２の形状は、第１の実施形態と同様（図４参照）であるので説明は省略する。

この第２の実施形態の光学素子６０の偏光方向を直交させて２枚を積層し、液晶レンズとして機能する光学ユニットを構成する場合は、第１の実施形態と同様の工程（図５〜図７参照）で位置合わせを実施することができる。

以上のように、第２の実施形態によれば、アライメントパターン６１、６２は、配線群１５の一部として形成されるので、アライメントパターン６１、６２を点灯するための専用の配線が不要である。また、アライメントパターン６１と６２とは、それぞれ異なる配線に分かれて形成されるので、配線１５ａと配線１５ｉとに印加する電圧を個別に制御することで、アライメントパターン６１、６２のコントラストを個別に調整できる。その結果、各アライメントパターンを最適なコントラストに設定し、アライメントパターンが最も見やすい状態で位置合わせを実施できる。

また、本実施形態のアライメントパターンの数は限定されず、例えば、第１の実施形態の第２の変形例（図９参照）のように、４つのアライメントパターンを等間隔に形成し、二つずつのアライメントパターンを異なる配線に分けて配置してもよい。このように、アライメントパターンの数を増やすことで、さらに、位置合わせ精度を向上させることが可能となる。

なお、実施形態で示した光学ユニットを構成する光学素子は、輪帯画素パターンを備えた液晶レンズ用途等に限定されるものではなく、光学系上に発生する球面収差や非点収差等の収差を補正するための光学素子や、ベクトルビームへの変換やビームの偏向制御を行うための光学素子等にも適用できる。また、それ以外の構成要素についても本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更してよい。

本発明の光学ユニットは、デジタルカメラ等のオートフォーカス装置等で用いられる液晶レンズや、顕微鏡、光ピックアップ等の収差補正用光学ユニットとして、幅広く利用することが出来る。

１、１Ａ、１Ｂ、４０、５０、６０ 光学素子
１ｓ、５０ｓ、６０ｓ 光軸
２ 液晶
３ シール部材
１０、２０ 透明基板
１１、２１ 導電膜
１２ 画素群
１２ａ〜１２ｉ 輪帯画素
１３、１４、４１、５１、５２、５３、５４、６１、６２ アライメントパターン
１３ａ、１３ｂ パターン
１５ 配線群
１５ａ〜１５ｉ 配線
３１ 観察光
３２ 画像センサ
１００ 光学ユニット

Claims (3)

1. 複数の光学素子を重ねて配置する光学ユニットであって、
   前記光学素子は、それぞれ他の前記光学素子と位置合わせを行うためのアライメントパターンを有し、
   少なくとも１つの前記光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれに形成された導電膜とを有し、前記導電膜に電圧を印加することによって光変調を行う光変調素子であり、
   前記導電膜は、光変調を行う画素と、前記画素に接続される配線とを有し、
   前記配線の一部は、前記アライメントパターンである
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 前記アライメントパターンは、前記光学素子の光軸を基準に対向して複数形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 複数の前記アライメントパターンは、それぞれ異なる前記配線の一部として形成されることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
   

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