JP5359829B2 - Liquid crystal lenses and variable focal length glasses using them - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bright liquid crystal lens having a high response speed, and variable in a focal length thereof. <P>SOLUTION: A first transparent electrode 103 is formed on a first curved transparent substrate 101, and a second transparent electrode 104 is formed on a second curved transparent substrate 102 in the same manner. The first and the second transparent substrates 101 and 102 are superposed on each other while interposing an insulating spacer 105 therebetween. A blue phase liquid crystal is sealed into a enclosure in between the first and the second transparent substrates 101 and 102 to form a liquid crystal layer 106. In the liquid crystal lens, the focal length (f) of the liquid crystal lens 100 is varied by controlling a voltage applied to the first and the second transparent electrodes 103 and 104, and then, changing the strength of the electric field formed in the liquid crystal layer 106. The liquid crystal lens 100 uses the blue phase liquid crystal, and accordingly, it is unnecessary to use the polarization effect and to use a polarization plate therein, then, the bright lens having higher response speed is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、液晶レンズ、特にブルー相液晶を用いた液晶レンズと、それを用いた焦点距離可変眼鏡に関する。
The present invention relates to a liquid crystal lens, in particular a liquid crystal lens using a blue phase liquid crystal, relates to variable focal length eyeglass using the same.

互いに対向する透明電極を形成した一対の透明基板で液晶分子を挟持した構成を有する液晶レンズが、例えば特許文献1に開示されている。この様な液晶レンズは、透明電極によって挟持されているネマティック液晶の層に、不均一な電場を形成することで、液晶分子の位置によって、その配向が徐々に変化することを利用し、当該液晶レンズに入射した光が結ぶ焦点までの距離を変化させることができる。   For example, Patent Document 1 discloses a liquid crystal lens having a configuration in which liquid crystal molecules are sandwiched between a pair of transparent substrates on which transparent electrodes facing each other are formed. Such a liquid crystal lens makes use of the fact that the orientation gradually changes depending on the position of the liquid crystal molecules by forming a non-uniform electric field in the nematic liquid crystal layer sandwiched between the transparent electrodes. The distance to the focal point where the light incident on the lens is connected can be changed.

ところで、近年、ブルー相液晶と呼ばれている液晶が注目されている。このブルー相液晶は、無電場状態では光学的にみて等方性を有し、電場印加時に複屈折性を発現する。ブルー相液晶は、カイラルネマティック液晶の螺旋軸が3次元格子を形作っていると考えられており、そこに電場を形成することで、局所的な分子再配向、格子歪み、ネマティック相への相転移のいずれかが発生する。このため、電場を形成していない時に光学的等方性であったものが、電場を形成すると複屈折性を発現する。さらに、ブルー相液晶の配向変化の応答時間はおよそ1ミリ秒以下である。   By the way, in recent years, a liquid crystal called a blue phase liquid crystal has attracted attention. This blue phase liquid crystal is optically isotropic in the absence of an electric field, and exhibits birefringence when an electric field is applied. The blue phase liquid crystal is thought to be formed by the spiral axis of chiral nematic liquid crystal forming a three-dimensional lattice. By forming an electric field there, local molecular reorientation, lattice distortion, and phase transition to the nematic phase One of these occurs. For this reason, what is optically isotropic when no electric field is formed exhibits birefringence when the electric field is formed. Furthermore, the response time of the orientation change of the blue phase liquid crystal is about 1 millisecond or less.

特開2005−128518号公報JP 2005-128518 A

前記従来の液晶レンズは、液晶分子による複屈折を利用しているため、レンズの効果を発揮できるのは異常光に対してのみである。そのため、従来の液晶レンズは、偏光板を設置する必要があり、偏光した入力光を用いなければ、レンズとして機能しない。従って、無偏光の入力光に対しては二分の一以下の光量しか有効に使用できない。また、従来のネマティック液晶層の配向変化の応答時間はおよそ数10ミリ秒である。   Since the conventional liquid crystal lens utilizes birefringence due to liquid crystal molecules, the lens effect can be exerted only for extraordinary light. Therefore, the conventional liquid crystal lens needs to be provided with a polarizing plate, and does not function as a lens unless polarized input light is used. Therefore, only a half or less of the light amount can be effectively used for non-polarized input light. Further, the response time of the alignment change of the conventional nematic liquid crystal layer is about several tens of milliseconds.

そこで本発明は、焦点距離を変更可能で、明るく応答速度が速い液晶レンズを提供することを目的とする。更に、その液晶レンズを利用した、焦点距離可変眼鏡を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal lens that can change the focal length and is bright and has a high response speed. Further, using the liquid crystal lens, and an object thereof is to provide a variable focal length eyeglass.

前記目的を果たすため、本発明の液晶レンズの一態様は、第1の透明基板と、前記第1の透明基板上に形成された第1の透明電極と、前記第1の透明電極が形成されている面の側において前記第1の透明基板と対峙する第2の透明基板と、前記第2の透明基板上の前記第1の透明基板側の面に形成された第2の透明電極と、前記第2の透明基板上の前記第1の透明基板側の面と反対側の面に形成された第3の透明電極と、前記第3の透明電極が形成されている面の側において前記第2の透明基板と対峙する第3の透明基板と、前記第3の透明基板上の前記第2の透明基板側の面に形成された第4の透明電極と、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極とに挟持され、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極との間に電圧差がない場合には光学的に等方性を発現し、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極との間に電圧差がある場合には複屈折性を発現する、ブルー相液晶または高分子安定化ブルー相液晶により形成される第1の液晶層と、前記第3の透明電極と前記第4の透明電極とに挟持され、前記第3の透明電極と前記第4の透明電極との間に電圧差がない場合には光学的に等方性を発現し、前記第3の透明電極と前記第4の透明電極との間に電圧差がある場合には複屈折性を発現する、前記ブルー相液晶または前記高分子安定化ブルー相液晶により形成される第2の液晶層と、を有し前記第1の透明基板の前記第1の透明電極が形成されている側の面は凹面であり、前記第1の透明基板の前記第1の透明電極が形成されている面と反対側の面は凸面であり、前記第2の透明基板の前記第2の透明電極が形成されている側の面は凹面であり、前記第2の透明基板の前記第2の透明電極が形成されている面と反対側の面は凸面であり、前記第1の液晶層は凸レンズ形状である、第1の液晶レンズ部と、前記第2の透明基板の前記第3の透明電極が形成されている側の面は凸面であり、前記第2の透明基板の前記第3の透明電極が形成されている面と反対側の面は凹面であり、前記第3の透明基板の前記第4の透明電極が形成されている側の面は凸面であり、前記第3の透明基板の前記第4の透明電極が形成されている面と反対側の面は凹面であり、前記第2の液晶層は凹レンズ形状である、第2の液晶レンズ部と、前記第1の液晶レンズ部の、前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極に印加する電圧を制御し、前記第1の液晶層に形成する電場を制御するとともに、 前記第2の液晶レンズ部の、前記第3の透明電極及び前記第4の透明電極に印加する電圧を制御し、前記第2の液晶層に形成する電場を制御する、電圧制御手段と、を備え、前記第1の液晶レンズ部と前記第2の液晶レンズ部とが重ね合わせて構成されており、前記第1の液晶レンズ部の第1の光軸と前記第2の液晶レンズ部の第2の光軸とが一致している、ことを特徴とする。 To achieve the above object, according to one aspect of the liquid crystal lens of the present invention, a first transparent substrate, a first transparent electrode formed on the first transparent substrate, and the first transparent electrode are formed. A second transparent substrate facing the first transparent substrate on the surface side, a second transparent electrode formed on the surface of the first transparent substrate on the second transparent substrate, A third transparent electrode formed on a surface of the second transparent substrate opposite to the surface on the first transparent substrate side, and the third transparent electrode on the side of the surface on which the third transparent electrode is formed. A third transparent substrate facing the second transparent substrate, a fourth transparent electrode formed on the surface of the second transparent substrate on the third transparent substrate, the first transparent electrode, It is sandwiched between the second transparent electrode, when there is no voltage difference between the first transparent electrode and the second transparent electrode Histological to express isotropic, express birefringence when there is a voltage difference between the first transparent electrode and the second transparent electrode, blue phase liquid crystal or a polymer-stabilized blue A voltage difference between the third transparent electrode and the fourth transparent electrode, sandwiched between the first liquid crystal layer formed of phase liquid crystal , the third transparent electrode, and the fourth transparent electrode. The blue phase liquid crystal that is optically isotropic when there is no light and exhibits birefringence when there is a voltage difference between the third transparent electrode and the fourth transparent electrode Or a second liquid crystal layer formed of the polymer-stabilized blue phase liquid crystal, and the surface of the first transparent substrate on which the first transparent electrode is formed is a concave surface, The surface of the first transparent substrate opposite to the surface on which the first transparent electrode is formed is a convex surface, and the second The surface of the transparent substrate on which the second transparent electrode is formed is a concave surface, and the surface of the second transparent substrate opposite to the surface on which the second transparent electrode is formed is a convex surface. The first liquid crystal layer has a convex lens shape, the first liquid crystal lens portion and the surface of the second transparent substrate on which the third transparent electrode is formed are convex surfaces, and the second liquid crystal layer is a convex surface. The surface of the transparent substrate opposite to the surface on which the third transparent electrode is formed is a concave surface, and the surface of the third transparent substrate on the side on which the fourth transparent electrode is formed is a convex surface. A surface of the third transparent substrate opposite to the surface on which the fourth transparent electrode is formed is a concave surface, and the second liquid crystal layer has a concave lens shape; The voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal lens unit is controlled. , Controlling the electric field formed in the first liquid crystal layer, controlling the voltage applied to the third transparent electrode and the fourth transparent electrode of the second liquid crystal lens unit, Voltage control means for controlling an electric field formed in the liquid crystal layer, wherein the first liquid crystal lens unit and the second liquid crystal lens unit are configured to overlap each other, and the first liquid crystal lens unit The first optical axis of the second liquid crystal lens unit and the second optical axis of the second liquid crystal lens unit coincide with each other .

また、本発明の液晶レンズを用いた焦点距離可変眼鏡の一態様は、前記液晶レンズと、距離測定手段と、前記距離測定手段の測定結果に基づいて前記液晶レンズの目標焦点距離を設定する目標焦点距離設定部と、を更に具備し、前記電圧制御手段は、前記目標焦点距離に基づいて、前記第1の液晶層及び前記第2の液晶層に形成する電場を制御し、前記液晶レンズを眼鏡のレンズとして用いる、ことを特徴とする。 Also, one aspect of the variable focal length glasses using the liquid crystal lens of the present invention is the target for setting the target focal length of the liquid crystal lens based on the measurement result of the liquid crystal lens, the distance measurement means, and the distance measurement means. A focal length setting unit, wherein the voltage control unit controls an electric field formed in the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer based on the target focal length, and the liquid crystal lens It is used as a lens for spectacles.

本発明によれば、液晶レンズにブルー相液晶を用いることで、焦点距離を変更可能で、明るく応答速度が速い液晶レンズを提供できる。更に、その液晶レンズを用いた焦点距離可変眼鏡を提供できる。 According to the present invention, by using a blue phase liquid crystal as a liquid crystal lens, it is possible to provide a bright liquid crystal lens that can change a focal length and has a quick response speed. Furthermore, it is possible to provide a variable focal length eyeglass using the liquid crystal lens.

本発明の各実施形態に係る液晶レンズの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the liquid crystal lens which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る液晶レンズの焦点距離の変化を説明する図。The figure explaining the change of the focal distance of the liquid crystal lens which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る液晶レンズの構成の別の一例を示す図。The figure which shows another example of a structure of the liquid crystal lens which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る液晶レンズの焦点距離の変化を説明する図。The figure explaining the change of the focal distance of the liquid crystal lens which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る液晶レンズの構成の別の一例を示す図。The figure which shows another example of a structure of the liquid crystal lens which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る、液晶レンズを用いた焦点距離可変眼鏡の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the focal distance variable glasses using the liquid crystal lens based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る、液晶レンズを用いた焦点距離可変眼鏡の制御系の構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the structure of the control system of the focal distance variable glasses using the liquid crystal lens based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る、液晶レンズを用いた光ピックアップ装置の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the optical pick-up apparatus using the liquid crystal lens based on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る、液晶レンズを用いた光スイッチの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the optical switch using the liquid crystal lens based on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る、液晶レンズアレイの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the liquid-crystal lens array based on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る、液晶レンズアレイを用いた3次元表示装置の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the three-dimensional display apparatus using the liquid-crystal lens array based on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施形態に係る、液晶レンズアレイを用いた指向性制御液晶ディスプレイの構成の一例と、液晶レンズアレイによる光の指向性の概略を示す図。The figure which shows an example of the structure of the directivity control liquid crystal display using a liquid crystal lens array based on the 9th Embodiment of this invention, and the outline of the directivity of the light by a liquid crystal lens array. 本発明の第9の実施形態に係る、液晶レンズアレイを用いた指向性制御液晶ディスプレイの構成の一例と、液晶レンズアレイによる光の指向性の概略を示す図。The figure which shows an example of the structure of the directivity control liquid crystal display using a liquid crystal lens array based on the 9th Embodiment of this invention, and the outline of the directivity of the light by a liquid crystal lens array.

[第1の実施形態]
まず、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。初めに、本実施形態に係る液晶レンズ100の構造を図1に示す。この図に示す通り、当該液晶レンズ100は、第1の透明基板101と、第2の透明基板102と、第1の透明電極103と、第2の透明電極104と、絶縁性スペーサ105と、液晶層106とを有する。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the liquid crystal lens 100 according to the present embodiment is shown in FIG. As shown in this figure, the liquid crystal lens 100 includes a first transparent substrate 101, a second transparent substrate 102, a first transparent electrode 103, a second transparent electrode 104, an insulating spacer 105, A liquid crystal layer 106.

湾曲した例えばガラス基板等の透明基板である第1の透明基板101上には、例えば酸化インジウム錫(ITO)膜等の透明導電膜から成る第1の透明電極103が形成されている。同様に、湾曲したガラス基板等の第2の透明基板102上には、ITO膜等の第2の透明電極104が形成されている。これら第1の透明基板101と第2の透明基板102とは、第1の透明電極103が形成された面と第2の透明電極104が形成された面とが対向する様に、絶縁性スペーサ105を挟んで重ねられている。第1の透明基板101と第2の透明基板102と絶縁性スペーサ105とによって凸レンズ型の中空が形成され、また、第1の透明基板101と第2の透明基板102と絶縁性スペーサ105とによって形成される容器の外形も凸レンズ型の形状をしている。前記凸レンズ型の中空には、液晶が封入され、液晶層106を形成している。   On the first transparent substrate 101 which is a curved transparent substrate such as a glass substrate, a first transparent electrode 103 made of a transparent conductive film such as an indium tin oxide (ITO) film is formed. Similarly, a second transparent electrode 104 such as an ITO film is formed on a second transparent substrate 102 such as a curved glass substrate. The first transparent substrate 101 and the second transparent substrate 102 have an insulating spacer so that the surface on which the first transparent electrode 103 is formed faces the surface on which the second transparent electrode 104 is formed. 105 are stacked. The first transparent substrate 101, the second transparent substrate 102, and the insulating spacer 105 form a convex lens-shaped hollow, and the first transparent substrate 101, the second transparent substrate 102, and the insulating spacer 105 The outer shape of the container formed is also a convex lens shape. Liquid crystal is sealed in the hollow of the convex lens type to form a liquid crystal layer 106.

本液晶レンズの液晶層106を形成する液晶には、ブルー相液晶と呼ばれている液晶を用いる。ブルー相液晶はカイラルネマティック液晶の螺旋軸が3次元格子を形作っていると考えられている。ブルー相液晶は、電場が形成されていない場合には光学的に等方である。一方、電場が形成されていると、局所的な分子再配向、格子歪み、ネマティック相への相転移のいずれかが発生することによって、複屈折を発現する。典型的なブルー相の温度範囲は非常に狭い。一方近年、液晶中に光重合高分子を数%〜数十%混入させ、ブルー相の温度範囲でその高分子を光重合させることで、熱的に安定なブルー相を形成する技術が開発されている。この様な高分子安定化ブルー相液晶と呼ばれる液晶のブルー相の温度範囲は典型的なブルー相の温度範囲に比べて広くなる。また、ブルー相液晶は、ネマティック液晶に比べて、その液晶分子の配向を変化させる応答速度が速いことも特徴である。液晶層106を形成する液晶には、典型的なブルー相液晶を用いても良く、また高分子安定化ブルー相液晶を用いることもできる。   A liquid crystal called a blue phase liquid crystal is used as the liquid crystal forming the liquid crystal layer 106 of the present liquid crystal lens. The blue phase liquid crystal is thought to have a spiral axis of chiral nematic liquid crystal forming a three-dimensional lattice. Blue phase liquid crystals are optically isotropic when no electric field is formed. On the other hand, when an electric field is formed, any one of local molecular reorientation, lattice distortion, and phase transition to a nematic phase is generated, thereby expressing birefringence. The typical blue phase temperature range is very narrow. On the other hand, in recent years, a technology has been developed to form a thermally stable blue phase by mixing several to several tens of percent of a photopolymerized polymer in a liquid crystal and photopolymerizing the polymer in the temperature range of the blue phase. ing. The temperature range of the blue phase of such a liquid crystal stabilized blue phase liquid crystal is wider than the temperature range of a typical blue phase. The blue phase liquid crystal is also characterized in that the response speed for changing the orientation of the liquid crystal molecules is faster than that of the nematic liquid crystal. As the liquid crystal forming the liquid crystal layer 106, a typical blue phase liquid crystal may be used, or a polymer stabilized blue phase liquid crystal may be used.

第1の透明電極103及び第2の透明電極104は、印加電圧制御部121と電気的に接続されている。また、印加電圧制御部121は電源部122に接続している。電源部122は、印加電圧制御部121に電源を供給する。印加電圧制御部121は、第1の透明電極103及び第2の透明電極104に印加する電圧を制御し、液晶層106中に形成される電場を制御する。   The first transparent electrode 103 and the second transparent electrode 104 are electrically connected to the applied voltage control unit 121. The applied voltage control unit 121 is connected to the power supply unit 122. The power supply unit 122 supplies power to the applied voltage control unit 121. The applied voltage control unit 121 controls the voltage applied to the first transparent electrode 103 and the second transparent electrode 104 and controls the electric field formed in the liquid crystal layer 106.

この様に、例えば第1の透明基板101は第1の透明基板として機能し、例えば第1の透明電極103は前記第1の透明基板上に形成された第1の透明電極として機能し、例えば第2の透明基板102は第1の透明基板と対峙する第2の透明基板として機能し、例えば第2の透明電極104は第2の透明基板上の第1の透明基板側の面に形成された第2の透明電極として機能し、例えば液晶層106はブルー相液晶により形成される液晶層として機能し、例えば印加電圧制御部121は第1の透明電極及び第2の透明電極に印加する電圧を制御する電圧制御手段として機能する。   Thus, for example, the first transparent substrate 101 functions as a first transparent substrate, for example, the first transparent electrode 103 functions as a first transparent electrode formed on the first transparent substrate, for example, The second transparent substrate 102 functions as a second transparent substrate facing the first transparent substrate. For example, the second transparent electrode 104 is formed on the surface on the first transparent substrate side on the second transparent substrate. For example, the liquid crystal layer 106 functions as a liquid crystal layer formed of blue phase liquid crystal. For example, the applied voltage control unit 121 applies a voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode. Functions as a voltage control means for controlling.

次に、本液晶レンズの動作について説明する。図2(a)に、液晶層106に電場を形成していない場合の当該液晶レンズ100に入射する光の進路の概略を示す。液晶層106に電場を形成していない場合、液晶層106は光学的に等方であるため、入射光は、第1の透明基板101及び第2の透明基板102の形状に依存した屈折を示す。これに対して、液晶層106に電場を形成した場合の当該液晶レンズに入射する光の進路の概略を図2(b)に示す。   Next, the operation of the present liquid crystal lens will be described. FIG. 2A schematically shows a path of light incident on the liquid crystal lens 100 when no electric field is formed in the liquid crystal layer 106. When no electric field is formed in the liquid crystal layer 106, the liquid crystal layer 106 is optically isotropic, so that incident light exhibits refraction depending on the shapes of the first transparent substrate 101 and the second transparent substrate 102. . On the other hand, FIG. 2B shows a schematic path of light incident on the liquid crystal lens when an electric field is formed in the liquid crystal layer 106.

図2(a)に示す電場を形成していない場合の液晶層106の光軸方向の屈折率をNoffとし、図2(b)に示す電場を形成している場合の液晶層106の光軸方向の屈折率をNonとすると、一般にNoff>Nonである。ここで、屈折率Nonは液晶層106に形成された電場の強度によって変化するものである。 The refractive index in the optical axis direction of the liquid crystal layer 106 when the electric field shown in FIG. 2A is not formed is N off, and the light of the liquid crystal layer 106 when the electric field shown in FIG. 2B is formed. If the refractive index in the axial direction is N on , generally N off > N on . Here, the refractive index N on is to vary the intensity of the electric field formed in the liquid crystal layer 106.

レンズの屈折力をあらわす量として、焦点距離fの逆数であるディオプターDを用いる。第1の透明基板101及び第2の透明基板102の内側の曲率半径をRとすると、液晶層106に電場を形成していない場合のディオプターDoffは、下記式(1)で表される。

Figure 0005359829
Diopter D, which is the reciprocal of focal length f, is used as an amount representing the refractive power of the lens. When the radius of curvature inside the first transparent substrate 101 and the second transparent substrate 102 is R, the diopter D off when no electric field is formed in the liquid crystal layer 106 is expressed by the following formula (1).
Figure 0005359829

ここで、foffは、液晶層106に電場を形成していない場合の焦点距離fである。 Here, f off is a focal length f when no electric field is formed in the liquid crystal layer 106.

同様に、液晶層106に電場を形成している場合のディオプターDonは、下記式(2)で表される。

Figure 0005359829
Similarly, the diopter D on when an electric field is formed in the liquid crystal layer 106 is expressed by the following formula (2).
Figure 0005359829

ここで、fonは、液晶層106に電場を形成している場合の焦点距離fである。従って、焦点距離fは、屈折率がNoff>Nonの場合、foff<fonとなる。 Here, f on is a focal length f when an electric field is formed in the liquid crystal layer 106. Therefore, the focal length f is f off <f on when the refractive index is N off > N on .

液晶層106に電場を形成している場合といない場合のディオプターDの差であるΔDは、下記式(3)で表される。

Figure 0005359829
ΔD, which is the difference between the diopter D when the electric field is formed in the liquid crystal layer 106 and when it is not, is expressed by the following formula (3).
Figure 0005359829

ここで、ΔN=Non−Noffである。 Here, ΔN = N on −N off .

以上の通り、印加電圧制御部121によって、第1の透明電極103及び第2の透明電極104に印加する電圧を制御し、液晶層106に形成する電場の強度を変化させることで、当該液晶レンズ100の焦点距離fを変化させることができる。   As described above, the voltage applied to the first transparent electrode 103 and the second transparent electrode 104 is controlled by the applied voltage control unit 121 and the intensity of the electric field formed in the liquid crystal layer 106 is changed, so that the liquid crystal lens The focal length f of 100 can be changed.

尚、図2を参照した説明では、第1の透明基板101と第2の透明基板102と絶縁性スペーサ105とによって形成される容器を凸レンズ型の形状とした場合の説明を行ったが、凹レンズ型の形状とした場合も同様の効果が得られる。但し、凹レンズ型の場合はディオプターDの値は負の数で定義されることになる。   In the description with reference to FIG. 2, the case where the container formed by the first transparent substrate 101, the second transparent substrate 102, and the insulating spacer 105 has a convex lens shape has been described. Similar effects can be obtained when the shape of the mold is adopted. However, in the case of the concave lens type, the value of the diopter D is defined as a negative number.

本実施形態に依れば、液晶レンズ100は、第1の透明電極103及び第2の透明電極104に印加する電圧を制御することで、焦点距離を変えることができる。更に、本実施形態に係る液晶レンズ100の液晶層106を形成する液晶にブルー相液晶を用いているため、偏光を使用する必要がない。従って偏光板を用いることがないので明るいレンズを実現できる。また、光源があらかじめ偏光している場合であっても、その偏光面の向きに関わらず当該液晶レンズ100はレンズの効果を発揮する。また、ブルー相液晶を用いた当該液晶レンズ100はネマティック液晶を用いた液晶レンズに比べて応答速度が速いことも特徴である。   According to the present embodiment, the liquid crystal lens 100 can change the focal length by controlling the voltage applied to the first transparent electrode 103 and the second transparent electrode 104. Furthermore, since the blue phase liquid crystal is used as the liquid crystal forming the liquid crystal layer 106 of the liquid crystal lens 100 according to the present embodiment, it is not necessary to use polarized light. Therefore, since a polarizing plate is not used, a bright lens can be realized. Even when the light source is polarized in advance, the liquid crystal lens 100 exhibits the effect of the lens regardless of the direction of the polarization plane. Further, the liquid crystal lens 100 using the blue phase liquid crystal is characterized in that the response speed is faster than the liquid crystal lens using the nematic liquid crystal.

[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第1の実施形態との相違点について説明し、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態に係る液晶レンズ200は、第1の実施形態に係る凸型の液晶レンズと凹型の液晶レンズとを組み合わせたものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, in the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be described, the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The liquid crystal lens 200 according to the present embodiment is a combination of the convex liquid crystal lens and the concave liquid crystal lens according to the first embodiment.

図3に示す通り、当該液晶レンズ200は、湾曲した例えばガラス基板等の透明基板である第1の透明基板201と、第2の透明基板202と、第3の透明基板203とを有する。第1の透明基板201の凹面側には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第1の透明電極204が形成されている。また、第3の透明基板203の凸面側には、同様に、例えばITO膜等の第4の透明電極207が形成されている。また、第2の透明基板202の凹面側には、例えばITO膜等の第2の透明電極205が形成されており、第2の透明基板202の凸面側には、例えばITO膜等の第3の透明電極206が形成されている。   As shown in FIG. 3, the liquid crystal lens 200 includes a first transparent substrate 201 that is a curved transparent substrate such as a glass substrate, a second transparent substrate 202, and a third transparent substrate 203. A first transparent electrode 204 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on the concave surface side of the first transparent substrate 201. Similarly, a fourth transparent electrode 207 such as an ITO film is formed on the convex surface side of the third transparent substrate 203. A second transparent electrode 205 such as an ITO film is formed on the concave surface side of the second transparent substrate 202, and a third film such as an ITO film is formed on the convex surface side of the second transparent substrate 202. The transparent electrode 206 is formed.

そして、第1の透明電極204及び第2の透明電極205が対向する様に、第1の透明基板201及び第2の透明基板202は、第1の絶縁性スペーサ208を挟んで貼り合わされている。また、第3の透明電極206及び第4の透明電極207が対向する様に、第2の透明基板202及び第3の透明基板203は、第2の絶縁性スペーサ209を挟んで貼り合わされている。   Then, the first transparent substrate 201 and the second transparent substrate 202 are bonded to each other with the first insulating spacer 208 interposed therebetween so that the first transparent electrode 204 and the second transparent electrode 205 face each other. . Further, the second transparent substrate 202 and the third transparent substrate 203 are bonded with the second insulating spacer 209 interposed therebetween so that the third transparent electrode 206 and the fourth transparent electrode 207 face each other. .

第1の透明基板201と第2の透明基板202との間に形成された空間には、ブルー相液晶が封入され第1の液晶層210を形成している。また、第2の透明基板202と第3の透明基板203との間に形成された空間には、ブルー相液晶が封入され第2の液晶層211を形成している。   In a space formed between the first transparent substrate 201 and the second transparent substrate 202, blue phase liquid crystal is sealed to form a first liquid crystal layer 210. A blue liquid crystal is enclosed in a space formed between the second transparent substrate 202 and the third transparent substrate 203 to form a second liquid crystal layer 211.

ここで、第1の透明基板201、第2の透明基板202、及び第3の透明基板203の曲率半径は、全てRとする。このため、前記の様に構成した液晶レンズ200は、第1の液晶層210及び第2の液晶層211に共に電場を形成していない場合、光学的に等方である。   Here, the curvature radii of the first transparent substrate 201, the second transparent substrate 202, and the third transparent substrate 203 are all R. Therefore, the liquid crystal lens 200 configured as described above is optically isotropic when no electric field is formed in the first liquid crystal layer 210 and the second liquid crystal layer 211.

第1の透明電極204、第2の透明電極205、第3の透明電極206、及び第4の透明電極207は、それぞれ印加電圧制御部121に電気的に接続されている。また、印加電圧制御部121は電源部122に接続している。電源部122は、印加電圧制御部121に電源を供給する。印加電圧制御部121は、第1の透明電極204、第2の透明電極205、第3の透明電極206、及び第4の透明電極207に印加する電圧を制御し、第1の液晶層210及び第2の液晶層211中に形成される電場を制御する。   The first transparent electrode 204, the second transparent electrode 205, the third transparent electrode 206, and the fourth transparent electrode 207 are each electrically connected to the applied voltage control unit 121. The applied voltage control unit 121 is connected to the power supply unit 122. The power supply unit 122 supplies power to the applied voltage control unit 121. The applied voltage control unit 121 controls the voltage applied to the first transparent electrode 204, the second transparent electrode 205, the third transparent electrode 206, and the fourth transparent electrode 207, and controls the first liquid crystal layer 210 and The electric field formed in the second liquid crystal layer 211 is controlled.

この様に、例えば第2の透明基板202は、液晶レンズを2枚重ね合わされて構成される液晶レンズにおいて、該2枚の液晶レンズの接する2枚の透明基板と置き換えた1枚の透明基板として機能する。   Thus, for example, the second transparent substrate 202 is a single transparent substrate in which two liquid crystal lenses are superposed on each other in a liquid crystal lens formed by superimposing two liquid crystal lenses. Function.

次に本実施形態に係る液晶レンズ200の動作を説明する。図4に、液晶レンズ200の各液晶層に電場を形成した或いは形成しない場合の、当該液晶レンズ200に入射する光の進路の概略を示す。図4(a)は第1の液晶層210に電場を形成せず、第2の液晶層211に電場を形成した場合の、入射光の光路を表す。図4(b)は第1の液晶層210及び第2の液晶層211に共に電場を形成しない場合の、入射光の光路を示す。図4(c)は第1の液晶層210に電場を形成し、第2の液晶層211に電場を形成しない場合の、入射光の光路を表す。   Next, the operation of the liquid crystal lens 200 according to this embodiment will be described. FIG. 4 shows an outline of the path of light incident on the liquid crystal lens 200 when an electric field is formed or not formed on each liquid crystal layer of the liquid crystal lens 200. FIG. 4A shows an optical path of incident light when an electric field is not formed in the first liquid crystal layer 210 but an electric field is formed in the second liquid crystal layer 211. FIG. 4B shows an optical path of incident light when no electric field is formed in the first liquid crystal layer 210 and the second liquid crystal layer 211. FIG. 4C shows an optical path of incident light when an electric field is formed in the first liquid crystal layer 210 and no electric field is formed in the second liquid crystal layer 211.

図4(b)に示す場合の、合成されたディオプターDoff,offは、第1の液晶層210及び第2の液晶層211は、共に複屈折性を有しないため、当該液晶レンズ200の形状のため、Doff,off=0となる。 In the case shown in FIG. 4B, the synthesized diopter D off, off is the shape of the liquid crystal lens 200 because the first liquid crystal layer 210 and the second liquid crystal layer 211 do not have birefringence. Therefore , D off, off = 0.

一方、図4(a)に示す場合のディオプターDoff,onは、下記式(4)となり、液晶レンズ200は凸レンズとして機能する。

Figure 0005359829
On the other hand, the diopter D off, on in the case shown in FIG. 4A is expressed by the following formula (4), and the liquid crystal lens 200 functions as a convex lens.
Figure 0005359829

同様に、図4(c)に示す場合のディオプターDon,offは、下記式(5)となり、液晶レンズ200は凹レンズとして機能する。

Figure 0005359829
Similarly, the diopter D on, off in the case shown in FIG. 4C is expressed by the following equation (5), and the liquid crystal lens 200 functions as a concave lens.
Figure 0005359829

即ち、当該液晶レンズ200は、ディオプターDが±2ΔN/Rの範囲で、連続的に焦点距離が変更可能である。本実施形態の説明では、第1の透明基板201、第2の透明基板202、及び第3の透明基板203の曲面の曲率半径がすべてRで等しいと仮定したため、合成されたディオプターDは0を中心に制御範囲が決定されたが、第1の透明基板201、第2の透明基板202、及び第3の透明基板203の曲面の曲率半径を適切に設計することにより、制御中心値をずらして設定することもできる。   That is, the focal length of the liquid crystal lens 200 can be changed continuously in the range where the diopter D is ± 2ΔN / R. In the description of the present embodiment, since it is assumed that the curvature radii of the curved surfaces of the first transparent substrate 201, the second transparent substrate 202, and the third transparent substrate 203 are all equal to R, the synthesized diopter D is 0. Although the control range is determined at the center, by appropriately designing the curvature radii of the curved surfaces of the first transparent substrate 201, the second transparent substrate 202, and the third transparent substrate 203, the control center value is shifted. It can also be set.

本実施形態に依れば、当該液晶レンズ200は第1の実施形態の液晶レンズ100と比較して、焦点距離をより広い範囲に変化させることができる。更に、第1の実施形態と同様に、本実施形態に係る液晶レンズ200にはブルー相液晶を用いているため、偏光を使用する必要がない。従って偏光板を用いることがないので明るいレンズを実現できる。また、光源があらかじめ偏光している場合であっても、その偏光面の向きに関わらず当該液晶レンズ200はレンズの効果を発揮する。また、ブルー相液晶を用いた当該液晶レンズ200はネマティック液晶を用いた液晶レンズに比べて応答速度が速いことも特徴である。   According to the present embodiment, the liquid crystal lens 200 can change the focal length to a wider range as compared with the liquid crystal lens 100 of the first embodiment. Further, as in the first embodiment, since the liquid crystal lens 200 according to this embodiment uses a blue phase liquid crystal, it is not necessary to use polarized light. Therefore, since a polarizing plate is not used, a bright lens can be realized. Further, even when the light source is polarized in advance, the liquid crystal lens 200 exhibits the lens effect regardless of the direction of the polarization plane. Further, the liquid crystal lens 200 using a blue phase liquid crystal is characterized in that the response speed is faster than a liquid crystal lens using a nematic liquid crystal.

[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第1の実施形態との相違点について説明し、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Here, in the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be described, the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

本実施形態に係る液晶レンズ310は、図5(a)に示す様な構成を有する。即ち、例えばガラス基板等の絶縁性の第1の透明基板311上には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第1の透明電極312が形成されている。また、例えばガラス基板等の絶縁性の第2の透明基板313には、一方の面に凹レンズ状の曲面を有する窪みを設け、他方の面上には例えばITO膜等の透明導電膜から成る第2の透明電極314が形成されている。   The liquid crystal lens 310 according to the present embodiment has a configuration as shown in FIG. That is, for example, a first transparent electrode 312 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on an insulating first transparent substrate 311 such as a glass substrate. In addition, the insulating second transparent substrate 313 such as a glass substrate is provided with a depression having a concave lens-like curved surface on one surface and a second conductive film made of a transparent conductive film such as an ITO film on the other surface. Two transparent electrodes 314 are formed.

第1の透明基板311の第1の透明電極312が形成されている面と、第2の透明基板313の窪みが設けられている面とが貼り合わされており、第2の透明基板313の窪みにより形成されている空間には、ブルー相液晶が封入され、凸レンズ形状の液晶層315が形成されている。また、第1の透明電極312と、第2の透明電極314とには、それぞれ、図示を省略している印加電圧制御部121と同様の印加電圧制御部が接続されている。   The surface of the first transparent substrate 311 where the first transparent electrode 312 is formed and the surface where the recess of the second transparent substrate 313 is provided are bonded together, and the recess of the second transparent substrate 313 is bonded. The liquid crystal layer 315 having a convex lens shape is formed by enclosing the blue phase liquid crystal in the space formed by the above. The first transparent electrode 312 and the second transparent electrode 314 are connected to an applied voltage control unit similar to the applied voltage control unit 121 (not shown).

この様に、例えば第1の透明基板311は第1の透明基板として機能し、例えば第1の透明電極312は第1の透明基板上に形成された第1の透明電極として機能し、例えば第2の透明基板313は第1の透明基板側に凹レンズ形状の窪みを有する第2の透明基板として機能し、例えば第2の透明電極314は第2の透明基板の前記凹レンズ形状の窪み有する面と反対の面に形成された第2の透明電極として機能し、例えば液晶層315は凹レンズ形状の窪みに封入されたブルー相液晶により形成される液晶層として機能し、例えば印加電圧制御部121と同様の印加電圧制御部は第1の透明電極及び第2の透明電極に印加する電圧を制御する電圧制御手段として機能する。 Thus, for example, the first transparent substrate 311 functions as a first transparent substrate, for example, the first transparent electrode 312 functions as a first transparent electrode formed on the first transparent substrate, for example, the first transparent substrate 311 the second transparent substrate 313 functions as a second transparent substrate having a recess of concave shape on the first transparent substrate, for example, a second transparent electrode 314 surface having a recess of the concave shape of the second transparent substrate For example, the liquid crystal layer 315 functions as a liquid crystal layer formed of a blue phase liquid crystal sealed in a concave lens-shaped depression. For example, the applied voltage control unit 121 and the liquid crystal layer 315 function as a second transparent electrode. A similar applied voltage control unit functions as voltage control means for controlling the voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode.

本実施形態に係る液晶レンズ320は、図5(b)に示す様な構成を有する。即ち、例えばガラス基板等の絶縁性の第1の透明基板321上には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第1の透明電極322が形成されている。そして、第1の透明電極322の上には、例えばガラス等、透明な構造物から成る凸レンズ状構造物323が貼り合わされている。また、例えばガラス基板等の絶縁性の第2の透明基板324上には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第2の透明電極325が形成されている。   The liquid crystal lens 320 according to the present embodiment has a configuration as shown in FIG. That is, for example, a first transparent electrode 322 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on an insulating first transparent substrate 321 such as a glass substrate. A convex lens-like structure 323 made of a transparent structure such as glass is bonded onto the first transparent electrode 322. Further, a second transparent electrode 325 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on an insulating second transparent substrate 324 such as a glass substrate.

第1の透明基板321と第2の透明基板324とは、第1の透明電極322と第2の透明電極325とを対向させ、図示しない絶縁性スペーサによって一定間隔を維持するように貼り合わされている。そして、形成された間隙には、ブルー相液晶が封入され、凹レンズ形状の液晶層326が形成されている。また、第1の透明電極322と、第2の透明電極325とには、それぞれ、図示を省略している印加電圧制御部121と同様の印加電圧制御部が接続されている。   The first transparent substrate 321 and the second transparent substrate 324 are bonded to each other so that the first transparent electrode 322 and the second transparent electrode 325 are opposed to each other and maintained at a constant interval by an insulating spacer (not shown). Yes. Then, blue phase liquid crystal is sealed in the formed gap, and a concave lens-shaped liquid crystal layer 326 is formed. Further, the first transparent electrode 322 and the second transparent electrode 325 are connected to an applied voltage control unit similar to the applied voltage control unit 121 not shown.

この様に、例えば凸レンズ状構造物323は液晶層中に存在する凸レンズ形状の透明部材として機能する。   Thus, for example, the convex lens-like structure 323 functions as a convex lens-shaped transparent member present in the liquid crystal layer.

本実施形態に係る液晶レンズ330は、図5(c)に示す様な構成を有する。即ち、例えばガラス基板等の絶縁性の第1の透明基板331上には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第1の透明電極332が形成されている。また、例えばガラス基板等の絶縁性の第2の透明基板333には、一方の面にプリズム形状を有する窪みを設け、他方の面上には例えばITO膜等の透明導電膜から成る第2の透明電極334が形成されている。   The liquid crystal lens 330 according to the present embodiment has a configuration as shown in FIG. That is, for example, a first transparent electrode 332 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on an insulating first transparent substrate 331 such as a glass substrate. In addition, the insulating second transparent substrate 333 such as a glass substrate is provided with a depression having a prism shape on one surface, and the second surface made of a transparent conductive film such as an ITO film on the other surface. A transparent electrode 334 is formed.

第1の透明基板331の第1の透明電極332が形成されている面と、第2の透明基板333の窪みが設けられている面とが貼り合わされており、第2の透明基板333の窪みにより形成されている空間には、ブルー相液晶が封入され、プリズム形状の液晶層335が形成されている。また、第1の透明電極332と、第2の透明電極334とには、それぞれ、図示を省略している印加電圧制御部121と同様の印加電圧制御部が接続されている。   The surface of the first transparent substrate 331 on which the first transparent electrode 332 is formed and the surface on which the recess of the second transparent substrate 333 is provided are bonded together, and the recess of the second transparent substrate 333 is bonded. A blue phase liquid crystal is sealed in the space formed by the above, and a prism-shaped liquid crystal layer 335 is formed. The first transparent electrode 332 and the second transparent electrode 334 are connected to an applied voltage control unit similar to the applied voltage control unit 121 (not shown).

この様に、例えば第1の透明基板331は第1の透明基板として機能し、例えば第1の透明電極332は第1の透明基板上に形成された第1の透明電極として機能し、例えば第2の透明基板333は第1の透明基板側にプリズム形状の窪みを有する第2の透明基板として機能し、例えば第2の透明電極334は第2の透明基板の前記プリズム形状の窪み有する面と反対の面に形成された第2の透明電極として機能し、例えば液晶層335はプリズム形状の窪みに封入されたブルー相液晶により形成される液晶層として機能し、例えば印加電圧制御部121と同様の印加電圧制御部は第1の透明電極及び第2の透明電極に印加する電圧を制御する電圧制御手段として機能する。 Thus, for example, the first transparent substrate 331 functions as a first transparent substrate, for example, the first transparent electrode 332 functions as a first transparent electrode formed on the first transparent substrate, for example, the first transparent substrate the second transparent substrate 333 functions as a second transparent substrate having a recess of prisms on the first transparent substrate, for example, a second transparent electrode 334 surface having a recess of the prism shape of the second transparent substrate For example, the liquid crystal layer 335 functions as a liquid crystal layer formed of blue phase liquid crystal sealed in a prism-shaped depression, and for example, the applied voltage control unit 121 and A similar applied voltage control unit functions as voltage control means for controlling the voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode.

本実施形態に係る液晶レンズ340は、図5(d)に示す様な構成を有する。即ち、例えばガラス基板等の絶縁性の第1の透明基板341上には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第1の透明電極342が形成されている。そして、第1の透明電極342の上には、例えばガラス等、透明な構造物から成るプリズム状構造物343が貼り合わされている。また、例えばガラス基板等の絶縁性の第2の透明基板344上には、例えばITO膜等の透明導電膜から成る第2の透明電極345が形成されている。   The liquid crystal lens 340 according to the present embodiment has a configuration as shown in FIG. In other words, a first transparent electrode 342 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on an insulating first transparent substrate 341 such as a glass substrate. A prismatic structure 343 made of a transparent structure such as glass is bonded onto the first transparent electrode 342. Further, a second transparent electrode 345 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on an insulating second transparent substrate 344 such as a glass substrate.

第1の透明基板341と第2の透明基板344とは、第1の透明電極342と第2の透明電極345とを対向させ、図示しない絶縁性スペーサによって一定間隔を維持するように貼り合わされている。そして、形成された間隙には、ブルー相液晶が封入され、液晶層346が形成されている。また、第1の透明電極342と、第2の透明電極345とには、それぞれ、図示を省略している印加電圧制御部121と同様の印加電圧制御部が接続されている。   The first transparent substrate 341 and the second transparent substrate 344 are bonded to each other so that the first transparent electrode 342 and the second transparent electrode 345 are opposed to each other and maintained at a constant interval by an insulating spacer (not shown). Yes. Then, blue phase liquid crystal is sealed in the formed gap, and a liquid crystal layer 346 is formed. The first transparent electrode 342 and the second transparent electrode 345 are connected to an applied voltage control unit similar to the applied voltage control unit 121 (not shown).

この様に、例えばプリズム状構造物343は前記液晶層中のプリズム形状の透明部材として機能する。   Thus, for example, the prismatic structure 343 functions as a prism-shaped transparent member in the liquid crystal layer.

次に本実施形態に係る液晶レンズ310の動作を説明する。当該液晶レンズ310のレンズ効果は、第2の透明基板313の屈折率Nと、液晶層315に電場を形成しているときの液晶層315の屈折率Nonと、液晶層315に電場を形成していないときの液晶層315の屈折率Noffとの、大きさの関係で決定される。N<Non<Noffの場合、液晶レンズ310は凸レンズとして機能する。また、Non<Noff<Nの場合、液晶レンズ310は凹レンズとして機能する。また、Non<N<Noffの場合、液晶レンズ310は凹凸両用レンズとして機能する。何れの場合においても、液晶レンズ310は、第1の透明電極312及び第2の透明電極314に印加する電圧によって、焦点距離を変化させることができる。 Next, the operation of the liquid crystal lens 310 according to this embodiment will be described. The lens effect of the liquid crystal lens 310 is that the refractive index N g of the second transparent substrate 313, the refractive index N on of the liquid crystal layer 315 when an electric field is formed in the liquid crystal layer 315, and the electric field on the liquid crystal layer 315. It is determined by the relationship with the refractive index N off of the liquid crystal layer 315 when it is not formed. In the case of N g <N on <N off , the liquid crystal lens 310 functions as a convex lens. Further, when N on <N off <N g , the liquid crystal lens 310 functions as a concave lens. When N on <N g <N off , the liquid crystal lens 310 functions as a concave / convex lens. In any case, the liquid crystal lens 310 can change the focal length by the voltage applied to the first transparent electrode 312 and the second transparent electrode 314.

次に本実施形態に係る液晶レンズ320の動作を説明する。当該液晶レンズ320のレンズ効果も、凸レンズ状構造物323の屈折率Nと、液晶層326に電場を形成しているときの液晶層326の屈折率Nonと、液晶層326に電場を形成していないときの液晶層326の屈折率Noffとの、大きさの関係で決定される。Non<Noff<Nの場合、液晶レンズ320は凸レンズとして機能する。また、N<Non<Noffの場合、液晶レンズ320は凹レンズとして機能する。また、Non<N<Noffの場合、液晶レンズ320は凹凸両用レンズとして機能する。何れの場合も、液晶レンズ320は、第1の透明電極322及び第2の透明電極325に印加する電圧によって、焦点距離を変化させることができる。 Next, the operation of the liquid crystal lens 320 according to this embodiment will be described. Also the lens effect of the liquid crystal lens 320, forming a refractive index N g of the convex lens structure 323, the refractive index N on the liquid crystal layer 326 when the liquid crystal layer 326 to form an electric field, an electric field to the liquid crystal layer 326 It is determined by the relationship with the refractive index N off of the liquid crystal layer 326 when it is not. In the case of N on <N off <N g , the liquid crystal lens 320 functions as a convex lens. Further, when N g <N on <N off , the liquid crystal lens 320 functions as a concave lens. In the case of N on <N g <N off , the liquid crystal lens 320 functions as a concave / convex lens. In any case, the liquid crystal lens 320 can change the focal length by the voltage applied to the first transparent electrode 322 and the second transparent electrode 325.

液晶レンズ330及び液晶レンズ340の動作も、それぞれ液晶レンズ310及び液晶レンズ320と同様であり、第1の透明電極332及び第2の透明電極334、或いは第1の透明電極342及び第2の透明電極345に印加する電圧によって、液晶層335或いは液晶層346の屈折率を変化させることができる。従ってこれら屈折率の変化を制御することによって、光の出射方向を制御することができる。   The operations of the liquid crystal lens 330 and the liquid crystal lens 340 are the same as those of the liquid crystal lens 310 and the liquid crystal lens 320, respectively, and the first transparent electrode 332 and the second transparent electrode 334, or the first transparent electrode 342 and the second transparent electrode. The refractive index of the liquid crystal layer 335 or the liquid crystal layer 346 can be changed by a voltage applied to the electrode 345. Therefore, by controlling the change in the refractive index, the light emission direction can be controlled.

本実施形態に依れば、液晶レンズ310及び液晶レンズ320は、第1の実施形態の液晶レンズ100や第2の実施形態の液晶レンズ200と同様に、焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズとして機能する。また、液晶レンズ330及び液晶レンズ340は、光の出射方向を変化させる光学素子として機能する。その他、第1の実施形態と同様に、ブルー相液晶を用いているため、偏光を使用する必要がない。従って偏光板を用いることがないので明るいレンズを実現できる。また、光源があらかじめ偏光している場合であっても、その偏光面の向きに関わらず当該液晶レンズはレンズの効果を発揮する。また、ブルー相液晶を用いた当該液晶レンズはネマティック液晶を用いた液晶レンズに比べて応答速度が速いことも特徴である。   According to the present embodiment, the liquid crystal lens 310 and the liquid crystal lens 320 are variable focal length lenses that change the focal length, like the liquid crystal lens 100 of the first embodiment and the liquid crystal lens 200 of the second embodiment. Function. Further, the liquid crystal lens 330 and the liquid crystal lens 340 function as optical elements that change the light emission direction. In addition, since the blue phase liquid crystal is used as in the first embodiment, it is not necessary to use polarized light. Therefore, since a polarizing plate is not used, a bright lens can be realized. Even when the light source is polarized in advance, the liquid crystal lens exhibits the effect of the lens regardless of the direction of the polarization plane. Further, the liquid crystal lens using the blue phase liquid crystal is characterized in that the response speed is faster than the liquid crystal lens using the nematic liquid crystal.

[第4の実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、液晶レンズ100、液晶レンズ200、液晶レンズ310、或いは液晶レンズ320を用いた焦点距離可変眼鏡400である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is a variable focal length glasses 400 using the liquid crystal lens 100, the liquid crystal lens 200, the liquid crystal lens 310, or the liquid crystal lens 320.

本実施形態に係る焦点距離可変眼鏡400は、図6及び図7に示す様に、液晶レンズ401と、測距センサ402とを有する。また、制御部403と、電源部404、使用者情報記録部405とを含む本体部406を有する。制御部403は、測距センサ制御部407と、印加電圧制御部408とを含む。液晶レンズ401は、第1の実施形態の液晶レンズ100、第2の実施形態の液晶レンズ200、第3の実施形態の液晶レンズ310、或いは第3の実施形態の液晶レンズ320であり、印加電圧制御部408は、第1の実施形態等における印加電圧制御部121と同じである。従って、これらの説明は省略する。   As shown in FIGS. 6 and 7, the variable focal length glasses 400 according to the present embodiment include a liquid crystal lens 401 and a distance measuring sensor 402. In addition, a main body 406 including a control unit 403, a power supply unit 404, and a user information recording unit 405 is provided. The control unit 403 includes a ranging sensor control unit 407 and an applied voltage control unit 408. The liquid crystal lens 401 is the liquid crystal lens 100 of the first embodiment, the liquid crystal lens 200 of the second embodiment, the liquid crystal lens 310 of the third embodiment, or the liquid crystal lens 320 of the third embodiment. The control unit 408 is the same as the applied voltage control unit 121 in the first embodiment and the like. Therefore, these descriptions are omitted.

測距センサ402は、例えば公知の赤外線照射型の測距センサ等である。測距センサ制御部407は、測距センサ402の動作の制御、距離測定の演算等を行う。制御部403は、測距センサ制御部407が算出した測定結果に基づいて、液晶レンズ401の目標焦点距離を決定し、それを印加電圧制御部408に送る。印加電圧制御部408は、制御部403から入力された液晶レンズ401の目標焦点距離に基づいて、液晶レンズ401の焦点距離を設定する。使用者情報記録部405は、当該焦点距離可変眼鏡の使用者の視力に関する情報を記録している。   The distance measuring sensor 402 is, for example, a known infrared irradiation type distance measuring sensor. The distance measurement sensor control unit 407 controls the operation of the distance measurement sensor 402, calculates distance measurement, and the like. The control unit 403 determines the target focal length of the liquid crystal lens 401 based on the measurement result calculated by the ranging sensor control unit 407 and sends it to the applied voltage control unit 408. The applied voltage control unit 408 sets the focal length of the liquid crystal lens 401 based on the target focal length of the liquid crystal lens 401 input from the control unit 403. The user information recording unit 405 records information on the visual acuity of the user of the focal length variable glasses.

この様に、例えば測距センサ402及び測距センサ制御部407は距離測定手段として機能し、例えば制御部403は距離測定手段の測定結果に基づいて目標焦点距離を設定する目標焦点距離設定部として機能し、例えば使用者情報記録部405は使用者の視力情報を記録する使用者情報記録手段として機能する。   In this manner, for example, the distance measuring sensor 402 and the distance measuring sensor control unit 407 function as a distance measuring unit, and for example, the control unit 403 serves as a target focal length setting unit that sets a target focal length based on the measurement result of the distance measuring unit. For example, the user information recording unit 405 functions as a user information recording unit that records the user's visual acuity information.

次に本実施形態に係る焦点距離可変眼鏡の動作について説明する。測距センサ402は、測距センサ制御部407の制御の下、例えば赤外線照射型の測距センサであれば、赤外線を照射し、反射光を受光し、受光信号を測距センサ制御部407に出力する。測距センサ制御部407は、測距センサ402から入力された受光信号に基づき、対象物、即ち例えば赤外線を反射した物体と、当該測距センサ402との距離を算出する。測距センサ制御部407は、算出した対象物と当該測距センサ402との距離を、制御部403に出力する。   Next, the operation of the variable focal length glasses according to this embodiment will be described. If the distance measuring sensor 402 is controlled by the distance measuring sensor control unit 407, for example, if it is an infrared irradiation type distance measuring sensor, it irradiates infrared rays, receives reflected light, and sends a received light signal to the distance measuring sensor control unit 407 Output. The distance measurement sensor control unit 407 calculates the distance between the distance measurement sensor 402 and the object, for example, an object reflecting infrared rays, based on the light reception signal input from the distance measurement sensor 402. The distance sensor control unit 407 outputs the calculated distance between the object and the distance sensor 402 to the control unit 403.

制御部403は、測距センサ制御部407から入力された対象物と当該測距センサ402との距離に基づいて、液晶レンズ401の焦点距離の目標値である目標焦点距離を決定する。この際、予め使用者情報記録部405に記録しておいた、当該焦点距離可変眼鏡の使用者の視力に関する情報を参照する。この使用者の視力に関する情報には、例えば、使用者の視力を矯正するために最適な、液晶レンズ401の焦点距離を、使用者から観察対象物までの距離に応じて記録しておく。その結果、制御部403は、例えば、近視と老眼の症状を呈している使用者について、使用者から観察対象物までの距離が予め設定した距離よりも長い場合、当該使用者の近視を矯正するのに最適な液晶レンズ401の焦点距離を目標焦点距離とし、使用者から観察対象物までの距離が予め設定した距離よりも短い場合、当該使用者の老眼を矯正するのに最適な液晶レンズ401の焦点距離を目標焦点距離とする。   The control unit 403 determines a target focal length that is a target value of the focal length of the liquid crystal lens 401 based on the distance between the object input from the distance measurement sensor control unit 407 and the distance measurement sensor 402. At this time, information relating to the visual acuity of the user of the variable focal length glasses recorded in advance in the user information recording unit 405 is referred to. In the information on the user's visual acuity, for example, the focal length of the liquid crystal lens 401, which is optimal for correcting the user's visual acuity, is recorded according to the distance from the user to the observation object. As a result, the control unit 403, for example, corrects myopia of the user who has myopia and presbyopia when the distance from the user to the observation object is longer than a preset distance. When the target focal length is the focal length of the liquid crystal lens 401 that is optimal for the user, and the distance from the user to the observation object is shorter than a preset distance, the liquid crystal lens 401 that is optimal for correcting the presbyopia of the user. Is the target focal length.

ここでは、使用者から観察対象物までの距離が予め設定した距離よりも長い場合と短い場合の2つの設定値を選択する例を説明したが、3つ以上の設定値を選択するようにしても良い。また、測距センサ制御部407から入力された対象物と当該測距センサ402との距離が次々と変化する場合、それに応じて液晶レンズ401の焦点距離を次々と変化させると使用者に不快感を与えることから、短時間の変化では液晶レンズ401の焦点距離を変化させない様にしても良い。また、例えば図示しない設定切り替えボタンを使用者が押した時のみ、制御部403が前記の通り、液晶レンズ401の目標焦点距離を設定するようにしても良い。   Here, an example in which two setting values are selected when the distance from the user to the observation object is longer than a preset distance and when the distance is shorter is described. However, three or more setting values are selected. Also good. Further, when the distance between the object input from the distance measuring sensor control unit 407 and the distance measuring sensor 402 changes one after another, if the focal length of the liquid crystal lens 401 is changed one after another accordingly, the user feels uncomfortable. Therefore, the focal length of the liquid crystal lens 401 may not be changed by a short-time change. For example, the control unit 403 may set the target focal length of the liquid crystal lens 401 as described above only when the user presses a setting switching button (not shown).

制御部403が、液晶レンズ401の目標焦点距離を決定したら、制御部403はそれを印加電圧制御部408に出力する。印加電圧制御部408は、制御部403から入力された目標焦点距離に基づいて液晶レンズ401の各透明電極に印加する電圧を決定し制御する。その結果、液晶レンズ401の焦点距離は、測距センサ402によって検出した使用者から観察対象物までの距離に応じて、制御部403が決定した目標焦点距離と成る。   When the control unit 403 determines the target focal length of the liquid crystal lens 401, the control unit 403 outputs it to the applied voltage control unit 408. The applied voltage control unit 408 determines and controls the voltage applied to each transparent electrode of the liquid crystal lens 401 based on the target focal length input from the control unit 403. As a result, the focal length of the liquid crystal lens 401 becomes the target focal length determined by the control unit 403 according to the distance from the user to the observation target detected by the distance measuring sensor 402.

本実施形態に係る焦点距離可変眼鏡400に依れば、測距センサ402によって使用者から観察対象物までの距離を測定し、その情報に基づいて液晶レンズ401の焦点距離を自動調整することができる。また、当該焦点距離可変眼鏡400を用いれば、使用者情報記録部405に記録しておく使用者情報を書き換えれば、使用者の視力が変化しても、眼鏡を交換することなく、その時に応じた焦点距離を有する眼鏡を提供できる。更に、従来の遠近両用眼鏡では、レンズの一部を近視矯正用に用い、その他の部分を老眼矯正用に用いるべく、焦点距離の異なるレンズを1枚のレンズにて実現している。このため、従来の遠近両用眼鏡の使用に際しては、視野範囲に制限がある。これに対して、本実施形態に係る焦点距離可変眼鏡400は、レンズ全面の焦点距離を変えることで、複数の焦点距離を実現することができるため、広い視野を実現できる。   According to the variable focal length glasses 400 according to the present embodiment, the distance from the user to the observation object is measured by the distance measuring sensor 402, and the focal length of the liquid crystal lens 401 is automatically adjusted based on the information. it can. Further, when the focal length variable glasses 400 are used, if user information recorded in the user information recording unit 405 is rewritten, even if the user's visual acuity changes, the glasses can be changed without changing the glasses. Glasses having different focal lengths can be provided. Furthermore, in conventional bifocal glasses, a lens having a different focal length is realized by a single lens so that a part of the lens is used for correcting myopia and the other part is used for correcting presbyopia. For this reason, there is a limit to the field of view when using conventional bifocal glasses. On the other hand, the variable focal length glasses 400 according to the present embodiment can realize a plurality of focal lengths by changing the focal length of the entire lens surface, so that a wide field of view can be realized.

[第5の実施形態]
次に、本発明の第5の実施形態に係る、液晶レンズ100、液晶レンズ200、液晶レンズ310、或いは液晶レンズ320を用いた光ピックアップ装置について図面を参照して説明する。図8は、液晶レンズ100、液晶レンズ200、液晶レンズ310、或いは液晶レンズ320を用いた当該光ピックアップ装置500の概略を示す。本光ピックアップ装置500は、光学式記録媒体である光ディスク510の、記録面511に記録された情報を読み取る装置である。本光ピックアップ装置500は、公知の微小変位計測器である変位センサ521と、例えば半導体レーザーであるレーザー光源522と、ビームスプリッター523と、公知の光センサ524と、制御部525とを有する。また、光ピックアップ装置500は、液晶レンズ541と、印加電圧制御部542とを有する。
[Fifth Embodiment]
Next, an optical pickup device using the liquid crystal lens 100, the liquid crystal lens 200, the liquid crystal lens 310, or the liquid crystal lens 320 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 shows an outline of the optical pickup device 500 using the liquid crystal lens 100, the liquid crystal lens 200, the liquid crystal lens 310, or the liquid crystal lens 320. The optical pickup device 500 is a device that reads information recorded on a recording surface 511 of an optical disc 510 that is an optical recording medium. The optical pickup device 500 includes a displacement sensor 521 that is a known minute displacement measuring instrument, a laser light source 522 that is, for example, a semiconductor laser, a beam splitter 523, a known optical sensor 524, and a control unit 525. The optical pickup device 500 includes a liquid crystal lens 541 and an applied voltage control unit 542.

制御部525は、当該光ピックアップ装置500の各部を制御する。液晶レンズ541は、第1の実施形態の液晶レンズ100、第2の実施形態の液晶レンズ200、第3の実施形態の液晶レンズ310、或いは第3の実施形態の液晶レンズ320であり、印加電圧制御部542は、第1の実施形態等における印加電圧制御部121と同じである。従って、これらの説明は省略する。   The control unit 525 controls each unit of the optical pickup device 500. The liquid crystal lens 541 is the liquid crystal lens 100 of the first embodiment, the liquid crystal lens 200 of the second embodiment, the liquid crystal lens 310 of the third embodiment, or the liquid crystal lens 320 of the third embodiment. The control unit 542 is the same as the applied voltage control unit 121 in the first embodiment or the like. Therefore, these descriptions are omitted.

この様に、例えば変位センサ521は距離測定手段として機能し、例えば制御部525は距離測定手段の測定結果に基づいて目標焦点距離を設定する目標焦点距離設定部として機能し、例えばレーザー光源522は光ディスクに照射するレーザー光を発生するレーザー光源として機能し、例えば液晶レンズ541は光ディスクの記録面に前記レーザー光源から発生したレーザー光を集光させ、前記光ディスクの記録面に集光したレーザー光の反射光を平行光にする液晶レンズとして機能し、例えば光センサ524は光ディスクの記録面からの反射光を受光する受光素子として機能する。   Thus, for example, the displacement sensor 521 functions as a distance measuring unit, for example, the control unit 525 functions as a target focal length setting unit that sets a target focal length based on the measurement result of the distance measuring unit, and the laser light source 522, for example. For example, the liquid crystal lens 541 condenses the laser light generated from the laser light source on the recording surface of the optical disc and collects the laser light condensed on the recording surface of the optical disc. For example, the optical sensor 524 functions as a light receiving element that receives the reflected light from the recording surface of the optical disk.

次に本実施形態に係る光ピックアップ装置500の動作を説明する。光ディスク510は高速で回転しており、当該光ディスク510の記録面511は、上下に微小な変位をする。そこで、変位センサ521によって、当該光ディスク510の微小変位を計測する。変位センサ521による変位の計測結果は、制御部525へ出力される。   Next, the operation of the optical pickup device 500 according to this embodiment will be described. The optical disk 510 rotates at a high speed, and the recording surface 511 of the optical disk 510 is slightly displaced up and down. Therefore, the displacement sensor 521 measures a minute displacement of the optical disc 510. The measurement result of the displacement by the displacement sensor 521 is output to the control unit 525.

レーザー光源522から射出されたレーザー光は、ビームスプリッター523に入射し、液晶レンズ541へと向かう。このとき、制御部525は、変位センサ521から入力された光ディスク510の変位に基づいて、前記レーザー光が光ディスク510の記録面511に焦点を結ぶために必要な、液晶レンズ541の焦点距離を算出する。そして、制御部525は、算出した液晶レンズ541の焦点距離を印加電圧制御部542に出力する。印加電圧制御部542は、制御部525から入力された液晶レンズ541の焦点距離に基づいて、液晶レンズ541に入力する電圧を制御する。   Laser light emitted from the laser light source 522 enters the beam splitter 523 and travels toward the liquid crystal lens 541. At this time, the control unit 525 calculates the focal length of the liquid crystal lens 541 necessary for focusing the laser beam on the recording surface 511 of the optical disc 510 based on the displacement of the optical disc 510 input from the displacement sensor 521. To do. Then, the control unit 525 outputs the calculated focal length of the liquid crystal lens 541 to the applied voltage control unit 542. The applied voltage control unit 542 controls the voltage input to the liquid crystal lens 541 based on the focal length of the liquid crystal lens 541 input from the control unit 525.

前記の様に焦点距離を制御された液晶レンズ541によって、収束されたレーザー光は、光ディスク510の記録面511に焦点を結び、その反射光は、液晶レンズ541及びビームスプリッター523を介して光センサ524に入射する。光センサ524は、受光信号を制御部525に出力する。制御部525は、光センサ524から入力された受光信号に基づいて、記録面511に記録された情報を取得する。前記説明では、光ディスクの読み取りについて述べたが、勿論、書き込みも同様の構成で可能である。   The laser beam converged by the liquid crystal lens 541 whose focal length is controlled as described above is focused on the recording surface 511 of the optical disc 510, and the reflected light is an optical sensor via the liquid crystal lens 541 and the beam splitter 523. Incident to 524. The optical sensor 524 outputs a light reception signal to the control unit 525. The control unit 525 acquires information recorded on the recording surface 511 based on the light reception signal input from the optical sensor 524. In the above description, reading of the optical disk has been described. Of course, writing can also be performed with the same configuration.

本実施形態に係る光ピックアップ装置500に依れば、光ディスク510の変位に合わせて高速に情報読み取り用のレーザー光の焦点位置を調整し、正確な読み取りが可能となる。この際、ブルー相液晶の速い時間応答性が有効である。また、光ディスクは、例えばオーディオCD、DVD、ブルーレイディスク(BD)(登録商標)等、光ディスクの規格によって、使用するレーザー光の波長が異なる。一般にレンズの屈折率には波長分散があるため、異なった波長の光に対する焦点距離は異なる。そのため一般に、波長に応じた光学系の調整が必要となる。しかし、本実施形態の液晶レンズを用いれば、液晶レンズに印加する電圧を調整することによって使用するレーザー光の波長に合わせてレンズの焦点距離を調節できる。このため、複数種類の規格の光ディスクを扱う装置においても、光学系を簡素に設計できる。 According to the optical pickup device 500 according to the present embodiment, the focal position of the laser beam for reading information can be adjusted at high speed in accordance with the displacement of the optical disc 510, thereby enabling accurate reading. At this time, the quick time response of the blue phase liquid crystal is effective. In addition, the wavelength of laser light used for an optical disc varies depending on the standard of the optical disc, such as an audio CD, a DVD, a Blu-ray Disc (BD) (registered trademark), or the like. In general, since there is chromatic dispersion in the refractive index of a lens, the focal lengths for light of different wavelengths are different. Therefore, in general, it is necessary to adjust the optical system according to the wavelength. However, if the liquid crystal lens of this embodiment is used, the focal length of the lens can be adjusted in accordance with the wavelength of the laser beam to be used by adjusting the voltage applied to the liquid crystal lens. Therefore, an optical system can be designed simply even in an apparatus that handles optical discs of a plurality of types of standards.

[第6の実施形態]
次に、本発明の第6の実施形態に係る、第3の実施形態の液晶レンズ330或いは液晶レンズ340を用いた光スイッチについて図面を参照して説明する。図9は、第3の実施形態の液晶レンズ330或いは液晶レンズ340を用いた当該光スイッチ600の概念図を示す。光スイッチ600は、第1の入力光導波路601と、第2の入力光導波路602と、第1の出力光導波路603と、第2の出力光導波路604と、プリズム状の液晶レンズ611と、印加電圧制御部612とを有する。
[Sixth Embodiment]
Next, an optical switch using the liquid crystal lens 330 or the liquid crystal lens 340 of the third embodiment according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a conceptual diagram of the optical switch 600 using the liquid crystal lens 330 or the liquid crystal lens 340 of the third embodiment. The optical switch 600 includes a first input optical waveguide 601, a second input optical waveguide 602, a first output optical waveguide 603, a second output optical waveguide 604, a prism-like liquid crystal lens 611, and an application. Voltage control unit 612.

プリズム状の液晶レンズ611は、例えば第3の実施形態に係る液晶レンズ340であり、印加電圧制御部612の制御の下、光路を制御することができる。ここで、プリズムの形状が図5(d)と異なるが、本質は同じであり、光の進行方向が異なって記載されているのみである。この様に、液晶レンズ611の形状は、光スイッチ600の形状によって適宜設定できる。ここでは、液晶レンズ611については、第3の実施形態の説明と同じ符号を付し、その説明は省略する。   The prism-shaped liquid crystal lens 611 is, for example, the liquid crystal lens 340 according to the third embodiment, and can control the optical path under the control of the applied voltage control unit 612. Here, the shape of the prism is different from that in FIG. 5D, but the essence is the same, and only the traveling direction of the light is described. Thus, the shape of the liquid crystal lens 611 can be set as appropriate depending on the shape of the optical switch 600. Here, the liquid crystal lens 611 is denoted by the same reference numeral as that in the third embodiment, and the description thereof is omitted.

次に本実施形態に係る光スイッチの動作について説明する。まず、液晶レンズ611の液晶層346に電場を形成していない第1の状態においては、液晶レンズ611内を入射光は直進する。従って、第1の入力光導波路601を通り液晶レンズ611に入射した光は、液晶レンズ611を直進し、第1の出力光導波路603に導かれる。同様に、第2の入力光導波路602を通り液晶レンズ611に入射した光は、液晶レンズ611を直進し、第2の出力光導波路604に導かれる。   Next, the operation of the optical switch according to the present embodiment will be described. First, in a first state where no electric field is formed in the liquid crystal layer 346 of the liquid crystal lens 611, the incident light travels straight through the liquid crystal lens 611. Accordingly, light that has entered the liquid crystal lens 611 through the first input optical waveguide 601 travels straight through the liquid crystal lens 611 and is guided to the first output optical waveguide 603. Similarly, light that has entered the liquid crystal lens 611 through the second input optical waveguide 602 travels straight through the liquid crystal lens 611 and is guided to the second output optical waveguide 604.

一方、液晶レンズ611の液晶層346に電場を形成している第2の状態においては、液晶レンズ611内で入射光は屈曲する。従って、第1の入力光導波路601を通り液晶レンズ611に入射した光は、液晶レンズ611で屈曲し、第2の出力光導波路604に導かれ、第2の入力光導波路602を通り液晶レンズ611に入射した光は、液晶レンズ611で屈曲し、第1の出力光導波路603に導かれる。   On the other hand, in the second state where an electric field is formed in the liquid crystal layer 346 of the liquid crystal lens 611, incident light is bent in the liquid crystal lens 611. Therefore, the light that has entered the liquid crystal lens 611 through the first input optical waveguide 601 is bent by the liquid crystal lens 611, guided to the second output optical waveguide 604, and passed through the second input optical waveguide 602 to be liquid crystal lens 611. The light incident on is bent by the liquid crystal lens 611 and guided to the first output optical waveguide 603.

以上の様に、本実施形態に依れば、プリズム状の液晶レンズ611と光導波路を組み合わせることによって、二組の入出力を互いに切り替えるクロスバー型の光スイッチが作製できる。   As described above, according to the present embodiment, by combining the prism-shaped liquid crystal lens 611 and the optical waveguide, a crossbar type optical switch that switches two sets of inputs and outputs can be manufactured.

上記の実施形態は一例であり、例えば、液晶レンズ611の液晶層346に電場を形成していない第1の状態において、入射光が液晶レンズ611内で屈曲し、液晶層346に電場を形成している第2の状態において、入射光が液晶レンズ611内を直進する様に、プリズム状構造物343と液晶層346の屈折率を設定しても良い。また、入力となる入力光導波路を、第1の入力光導波路601のみとし、液晶レンズ611の第1の状態と第2の状態とを切り替えることにより、光の出力が第1の出力光導波路603又は第2の出力光導波路604に切り替わるように設計しても良い。また、入出力は2つに限らず、3つ以上の入出力を切り替えるようにしても良い。   The above embodiment is an example. For example, in a first state where an electric field is not formed in the liquid crystal layer 346 of the liquid crystal lens 611, incident light is bent in the liquid crystal lens 611 and an electric field is formed in the liquid crystal layer 346. In the second state, the refractive indexes of the prismatic structure 343 and the liquid crystal layer 346 may be set so that incident light travels straight through the liquid crystal lens 611. Further, the input optical waveguide as an input is only the first input optical waveguide 601, and the light output is changed to the first output optical waveguide 603 by switching between the first state and the second state of the liquid crystal lens 611. Alternatively, it may be designed to switch to the second output optical waveguide 604. Further, the number of inputs / outputs is not limited to two, and three or more inputs / outputs may be switched.

[第7の実施形態]
次に、本発明の第7の実施形態に係る、第1乃至第3の実施形態に係る液晶レンズをアレイ状に並べた液晶レンズアレイについて図面を参照して説明する。図10(a)に示す液晶レンズアレイ710は多数の円形レンズをアレイ状に並べた液晶レンズアレイである。当該液晶レンズアレイ710は、図示しない第1の透明電極を形成した第1の透明基板711と、図示しない第2の透明電極を形成し、第2の透明電極を形成していない面に多数の円形レンズ形状の窪みを設けた第2の透明基板712とを貼り合わせ、前記円形レンズ形状の窪みにブルー相液晶を封入し、液晶層713を形成したものである。
[Seventh Embodiment]
Next, a liquid crystal lens array according to a seventh embodiment of the present invention in which the liquid crystal lenses according to the first to third embodiments are arranged in an array will be described with reference to the drawings. A liquid crystal lens array 710 shown in FIG. 10A is a liquid crystal lens array in which a large number of circular lenses are arranged in an array. The liquid crystal lens array 710 includes a first transparent substrate 711 on which a first transparent electrode (not shown) is formed, a second transparent electrode (not shown), and a large number of surfaces on which the second transparent electrode is not formed. A liquid crystal layer 713 is formed by pasting together a second transparent substrate 712 provided with a circular lens-shaped depression and encapsulating a blue phase liquid crystal in the circular lens-shaped depression.

図10(b)に示す液晶レンズアレイ720は多数の円筒面形状のレンズをアレイ状に並べた液晶レンズアレイである。当該液晶レンズアレイ720は、図示しない第1の透明電極を形成した第1の透明基板721と、図示しない第2の透明電極を形成し、第2の透明電極を形成していない面に多数の円筒面形状の窪みを設けた第2の透明基板722とを貼り合わせ、前記円筒面形状の窪みにブルー相液晶を封入し、液晶層723を形成したものである。   A liquid crystal lens array 720 shown in FIG. 10B is a liquid crystal lens array in which a large number of cylindrical lenses are arranged in an array. The liquid crystal lens array 720 includes a first transparent substrate 721 on which a first transparent electrode (not shown) is formed, a second transparent electrode (not shown), and a large number of surfaces on a surface where the second transparent electrode is not formed. A liquid crystal layer 723 is formed by pasting together a second transparent substrate 722 provided with a cylindrical surface-shaped depression and enclosing a blue phase liquid crystal in the cylindrical surface-shaped depression.

図10(c)に示す液晶レンズアレイ730は多数のピラミッド形状のプリズムをアレイ状に並べた液晶レンズアレイである。当該液晶レンズアレイ730は、図示しない第1の透明電極を形成した第1の透明基板731と、図示しない第2の透明電極を形成し、第2の透明電極を形成していない面に多数のピラミッド形状の窪みを設けた第2の透明基板732とを貼り合わせ、前記ピラミッド形状の窪みにブルー相液晶を封入し、液晶層733を形成したものである。   A liquid crystal lens array 730 shown in FIG. 10C is a liquid crystal lens array in which a large number of pyramidal prisms are arranged in an array. The liquid crystal lens array 730 includes a first transparent substrate 731 on which a first transparent electrode (not shown) is formed, a second transparent electrode (not shown), and a large number of surfaces on the surface where the second transparent electrode is not formed. A liquid crystal layer 733 is formed by pasting together a second transparent substrate 732 provided with a pyramid-shaped depression and sealing a blue phase liquid crystal in the pyramid-shaped depression.

図10(d)に示す液晶レンズアレイ740は多数の三角柱形状のプリズムをアレイ状に並べた液晶レンズアレイである。当該液晶レンズアレイ740は、図示しない第1の透明電極を形成した第1の透明基板741と、図示しない第2の透明電極を形成し、第2の透明電極を形成していない面に多数の三角柱形状の窪みを設けた第2の透明基板742とを貼り合わせ、前記三角柱形状の窪みにブルー相液晶を封入し、液晶層743を形成したものである。   A liquid crystal lens array 740 shown in FIG. 10D is a liquid crystal lens array in which a large number of triangular prisms are arranged in an array. The liquid crystal lens array 740 includes a first transparent substrate 741 on which a first transparent electrode (not shown) is formed, a second transparent electrode (not shown), and a large number on a surface on which the second transparent electrode is not formed. A liquid crystal layer 743 is formed by pasting together a second transparent substrate 742 provided with a triangular prism-shaped depression and enclosing a blue phase liquid crystal in the triangular prism-shaped depression.

何れの液晶レンズアレイにおいても、第1の透明電極及び第2の透明電極に印加する電圧を制御することにより、前記第3の実施形態の場合と同様に、各円形レンズ形状、各円筒面形状、各ピラミッド形状、或いは各三角柱形状の液晶層における屈折によって、光源からの光の向きを各々変化させることができる。従って、液晶レンズアレイ全体では、光源からの光の集光性や拡散性、指向性を電気的に制御できるようになる。 In any liquid crystal lens array, by controlling the voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode, each circular lens shape and each cylindrical surface shape are the same as in the case of the third embodiment. The direction of light from the light source can be changed by refraction in each pyramid-shaped or triangular prism-shaped liquid crystal layer. Therefore, the entire liquid crystal lens array can electrically control the condensing property, diffusibility, and directivity of light from the light source.

例えば、図10(a)に示した液晶レンズアレイ710においては、液晶層713に形成する電場によって、円形レンズ形状の液晶層713を1つ含むユニット毎に、例えば第1の透明基板711の側から前記ユニット毎に入射した光を、それぞれ収束させたり、拡散させたりすることができる。同様に、図10(c)に示した液晶レンズアレイ730においては、液晶層733に形成する電場によって、ピラミッド形状の液晶層733を1つ含むユニット毎に、例えば第1の透明基板731の側から前記ユニット毎に入射した光を、それぞれ収束させたり、拡散させたりすることができる。   For example, in the liquid crystal lens array 710 illustrated in FIG. 10A, for example, the first transparent substrate 711 side is provided for each unit including one circular lens-shaped liquid crystal layer 713 by an electric field formed in the liquid crystal layer 713. The light incident on each unit can be converged or diffused. Similarly, in the liquid crystal lens array 730 shown in FIG. 10C, for example, on the side of the first transparent substrate 731 for each unit including one pyramid-shaped liquid crystal layer 733 by the electric field formed in the liquid crystal layer 733. The light incident on each unit can be converged or diffused.

また、図10(b)に示した液晶レンズアレイ720においては、液晶層723に形成する電場によって、第1の透明基板721の側から液晶レンズアレイ720に入射した光を、図10(b)における左右方向に収束又は拡散させることができる。同様に、図10(d)に示した液晶レンズアレイ740においては、液晶層743に形成する電場によって、第1の透明基板741の側から液晶レンズアレイ740に入射した光を、図10(d)における左右方向に収束又は拡散させることができる。   Further, in the liquid crystal lens array 720 shown in FIG. 10B, the light incident on the liquid crystal lens array 720 from the first transparent substrate 721 side by the electric field formed in the liquid crystal layer 723 is changed to that shown in FIG. Can be converged or diffused in the left-right direction. Similarly, in the liquid crystal lens array 740 shown in FIG. 10 (d), the light incident on the liquid crystal lens array 740 from the first transparent substrate 741 side by the electric field formed in the liquid crystal layer 743 is changed to that shown in FIG. ) In the left-right direction.

各液晶レンズアレイにおいて、各透明基板と液晶層の屈折率の関係を適宜設定することによって、第3の実施形態の説明に記載したとおり、当該液晶レンズアレイに光が入射した際の、当該液晶層に形成する電場と光の収束又は拡散の関係を設定することができる。   In each liquid crystal lens array, the liquid crystal when light is incident on the liquid crystal lens array as described in the description of the third embodiment by appropriately setting the relationship between the refractive indexes of the transparent substrates and the liquid crystal layer. The relationship between the electric field formed in the layer and the convergence or diffusion of light can be set.

尚、上記の液晶レンズアレイの形状は例であり、用途に応じて光の進行方向を変化させる種々の形状の液晶レンズアレイにおいても、同様の効果を奏する。   The shape of the liquid crystal lens array described above is an example, and the same effect can be obtained in liquid crystal lens arrays having various shapes that change the traveling direction of light according to the application.

[第8の実施形態]
次に、本発明の第8の実施形態に係る第7の実施形態の液晶レンズアレイ740を応用した3次元表示装置ついて図面を参照して説明する。一般に3次元表示装置は、右目で観察する画素に右目用の画像情報を、左目で観察する画素に左目用の画像情報を、それぞれ表示することで、3次元表示を可能にしている。つまり1画素分の画像情報を表示するために右目用と左目用の実質2画素を必要とする。このため、従来の3次元表示装置で2次元の画像を表示する場合、表示画素は表示装置が有する実質的な画素数の2分の1になってしまうため、文字等の細かい情報の表示が困難であるという課題がある。そこで、本実施形態に係る3次元表示装置800は、液晶レンズアレイ740を用いて、3次元表示モードと2次元表示モードとを切り替えることにより、2次元表示モードにおいては、右目用の画素と、左目用の画素とを用いて、3次元表示モードにおける画素数の2倍の画素数の画像を表示できるようにしている。
[Eighth Embodiment]
It will now be described with reference to the drawings attached to the three-dimensional display device that applies the liquid crystal lens array 740 of the seventh embodiment according to the eighth embodiment of the present invention. In general, the three-dimensional display device enables three-dimensional display by displaying right-eye image information on pixels observed with the right eye and left-eye image information on pixels observed with the left eye. That is, in order to display image information for one pixel, two pixels for the right eye and the left eye are required. For this reason, when a two-dimensional image is displayed on a conventional three-dimensional display device, the display pixel becomes one-half of the substantial number of pixels that the display device has, so that detailed information such as characters can be displayed. There is a problem that it is difficult. Therefore, the three-dimensional display device 800 according to the present embodiment uses the liquid crystal lens array 740 to switch between the three-dimensional display mode and the two-dimensional display mode, so that in the two-dimensional display mode, the right-eye pixel, By using the left-eye pixel, an image having the number of pixels twice the number of pixels in the three-dimensional display mode can be displayed.

本実施形態に係る3次元表示装置800は、複数の画素811を有する表示パネル810と、液晶レンズアレイ820と、印加電圧制御部822とを有する。液晶レンズアレイ820は、第7の実施形態に係る液晶レンズアレイ740である。ここでは、第7の実施形態の説明と同じ符号を付し、その構成を説明する。当該液晶レンズアレイ820は、第1の透明電極744を形成した第1の透明基板741と、第2の透明電極745を形成した第2の透明基板742とを有する。第2の透明基板742の第2の透明電極745を形成していない面に多数の三角柱形状の窪みを設けてある。第1の透明基板741の第1の透明電極744を形成している面と、第2の透明基板742の三角柱形状の窪みを設けている面とが貼り合わされており、前記三角柱形状の窪みにはブルー相液晶が封入され、液晶層743が形成されている。   A three-dimensional display device 800 according to this embodiment includes a display panel 810 having a plurality of pixels 811, a liquid crystal lens array 820, and an applied voltage control unit 822. The liquid crystal lens array 820 is the liquid crystal lens array 740 according to the seventh embodiment. Here, the same reference numerals as those in the description of the seventh embodiment are given, and the configuration thereof will be described. The liquid crystal lens array 820 includes a first transparent substrate 741 on which a first transparent electrode 744 is formed and a second transparent substrate 742 on which a second transparent electrode 745 is formed. A large number of triangular prism-shaped depressions are provided on the surface of the second transparent substrate 742 where the second transparent electrode 745 is not formed. The surface of the first transparent substrate 741 on which the first transparent electrode 744 is formed and the surface of the second transparent substrate 742 on which the triangular prism-shaped recess is provided are bonded together, and the triangular prism-shaped recess Is filled with blue phase liquid crystal, and a liquid crystal layer 743 is formed.

この様に、例えば表示パネル810は、平面上に配置され、表示光を射出する複数の画素から成る、画像を表示する表示面として機能し、例えば液晶レンズアレイ820は、前記表示面に重ねられた、前記液晶層に形成する電場を制御することで光路を変化させる液晶レンズアレイとして機能する。   In this manner, for example, the display panel 810 is arranged on a plane and functions as a display surface that displays an image including a plurality of pixels that emit display light. For example, the liquid crystal lens array 820 is overlaid on the display surface. Further, it functions as a liquid crystal lens array that changes the optical path by controlling the electric field formed in the liquid crystal layer.

次に、3次元表示装置800の動作を説明する。当該3次元表示装置800は、液晶レンズアレイ820をオフにしている状態(2次元表示モード)、即ち、図11中にその光路を破線で示す様に、液晶レンズアレイ820による光の屈折が起こらないように印加電圧を制御している場合、一般的な2次元表示の表示素子と同様に機能する。一方、液晶レンズアレイ820をオンにしている状態(3次元表示モード)、即ち、図11中にその光路を実線で示す様に、液晶レンズアレイ820による光の屈折が起こるように印加電圧を制御している場合、右目で観察する画素に右目用の画像情報を、左目で観察する画素に左目用の画像情報を、それぞれ表示し、3次元表示を可能にする。   Next, the operation of the three-dimensional display device 800 will be described. In the three-dimensional display device 800, the liquid crystal lens array 820 is turned off (two-dimensional display mode), that is, as shown by the broken line in FIG. In the case where the applied voltage is controlled so as not to exist, it functions in the same manner as a general two-dimensional display element. On the other hand, when the liquid crystal lens array 820 is turned on (three-dimensional display mode), that is, as shown by the solid line in FIG. 11, the applied voltage is controlled so that the light is refracted by the liquid crystal lens array 820. In this case, the image information for the right eye is displayed on the pixel observed with the right eye, and the image information for the left eye is displayed on the pixel observed with the left eye, thereby enabling three-dimensional display.

本実施形態に依れば、3次元表示モードでは、右目用の画素と左目用の画素とを使い分け、3次元表示を可能にする一方で、2次元表示モードにおいては、右目用の画素と、左目用の画素とを用いて、3次元表示モードにおける画素数の2倍の画素数の画像を表示できる。さらに液晶レンズアレイ820の印加電圧を制御することで、屈折角を変化させる、3次元表示に適した当該表示装置と目の間の距離を可変できるという特長がある。また、ブルー相液晶の速い時間応答性を利用して3次元表示モードと2次元表示モードとの切り替えを高速に行うことが可能である。また、本実施形態の液晶レンズは偏光を利用しないため、液晶ディスプレイに限らず、本質的に偏光を用いないプラズマ・ディスプレイや有機ELディスプレイにも使用できる。更にその際、表示の輝度を損なわない。 According to this embodiment, in the three-dimensional display mode, the right-eye pixel and the left-eye pixel are separately used to enable three-dimensional display, while in the two-dimensional display mode, the right-eye pixel, An image having the number of pixels twice the number of pixels in the three-dimensional display mode can be displayed using the left-eye pixels. Furthermore, by controlling the voltage applied to the liquid crystal lens array 820, there is a feature that the distance between the display device suitable for three-dimensional display that changes the refraction angle and the eyes can be varied. In addition, it is possible to switch between the three-dimensional display mode and the two-dimensional display mode at high speed by using the fast time response of the blue phase liquid crystal. Moreover, since the liquid crystal lens of this embodiment does not use polarized light, it can be used not only for liquid crystal displays but also for plasma displays and organic EL displays that do not use polarized light. At that time, the brightness of the display is not impaired.

[第9の実施形態]
次に、本発明の第9の実施形態に係る、第7の実施形態の液晶レンズアレイ740を応用した指向性制御液晶ディスプレイについて図面を参照して説明する。本実施形態の指向性制御液晶ディスプレイ900は、図12及び図13に示す通り、一般的な液晶表示素子である液晶表示パネル910と、そのバックライト911と、液晶レンズアレイ920と、印加電圧制御部922と、環境の明るさを測定する照度センサ923と、当該液晶表示パネル910を制御する制御部924とを有する。
[Ninth Embodiment]
Next, a directivity control liquid crystal display to which the liquid crystal lens array 740 of the seventh embodiment is applied according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The directivity control liquid crystal display 900 of this embodiment includes a liquid crystal display panel 910, which is a general liquid crystal display element, a backlight 911, a liquid crystal lens array 920, and an applied voltage control, as shown in FIGS. 922, an illuminance sensor 923 that measures the brightness of the environment, and a controller 924 that controls the liquid crystal display panel 910.

液晶レンズアレイ920は、第7の実施形態に係る液晶レンズアレイ740である。ここでは、第8の実施形態において説明した液晶レンズアレイ820と同じ符号を付し、その説明は省略する。   The liquid crystal lens array 920 is the liquid crystal lens array 740 according to the seventh embodiment. Here, the same reference numerals as those of the liquid crystal lens array 820 described in the eighth embodiment are given, and the description thereof is omitted.

この様に、例えば液晶表示パネル910は、表示面の裏側に光源を有し表示面から画像を表す表示光を射出する光透過型の表示素子として機能し、例えば液晶レンズアレイ920は、表示素子に重ねられ、前記表示光の指向性を変化させる液晶レンズアレイとして機能する。   In this manner, for example, the liquid crystal display panel 910 functions as a light-transmissive display element that has a light source behind the display surface and emits display light representing an image from the display surface. For example, the liquid crystal lens array 920 includes a display element. And functions as a liquid crystal lens array that changes the directivity of the display light.

次に、指向性制御液晶ディスプレイ900の動作を説明する。照度センサ923は、当該指向性制御液晶ディスプレイ900が設置されている環境の明るさを測定する。照度センサ923は測定結果の信号を制御部924に出力する。   Next, the operation of the directivity control liquid crystal display 900 will be described. The illuminance sensor 923 measures the brightness of the environment where the directivity control liquid crystal display 900 is installed. The illuminance sensor 923 outputs a measurement result signal to the control unit 924.

液晶レンズアレイ920は、第7の実施形態の説明において、説明した通り、光源からの光の集光性や拡散性、指向性を電気的に制御できる。そこで、制御部924は、照度センサ923から入力された環境の明るさが予め設定された閾値より高ければ、バックライト911からの光を図12及び図13中の上部に点線で示す様に、指向性を強めるべく、液晶レンズアレイ920の液晶層743に形成される電場を制御するように印加電圧制御部922に指令する。 As described in the description of the seventh embodiment, the liquid crystal lens array 920 can electrically control the condensing property, diffusibility, and directivity of light from the light source. Therefore, if the brightness of the environment input from the illuminance sensor 923 is higher than a preset threshold, the control unit 924 displays the light from the backlight 911 as indicated by a dotted line at the top in FIGS. 12 and 13. In order to enhance the directivity, the applied voltage control unit 922 is commanded to control the electric field formed in the liquid crystal layer 743 of the liquid crystal lens array 920.

印加電圧制御部922は、制御部924からの指令に基づき、液晶レンズアレイ920の液晶層743に形成する電場を制御し、バックライト911からの光の指向性を強める。 The applied voltage control unit 922 controls the electric field formed in the liquid crystal layer 743 of the liquid crystal lens array 920 based on a command from the control unit 924, and enhances the directivity of light from the backlight 911.

一方、制御部924は、照度センサ923から入力された環境の明るさが予め設定された閾値より低ければ、バックライト911からの光を図12及び図13中の上部に実線で示した様に、指向性を弱めるべく、液晶レンズアレイ920の液晶層743に形成される電場を制御するように印加電圧制御部922に指令する。 On the other hand, if the brightness of the environment input from the illuminance sensor 923 is lower than a preset threshold, the control unit 924 displays the light from the backlight 911 as indicated by a solid line at the top in FIGS. 12 and 13. In order to weaken the directivity, the applied voltage control unit 922 is instructed to control the electric field formed in the liquid crystal layer 743 of the liquid crystal lens array 920.

印加電圧制御部922は、制御部924からの指令に基づき、液晶レンズアレイ920の液晶層743に形成する電場を制御し、バックライト911からの光の指向性を弱める。 The applied voltage control unit 922 controls the electric field formed in the liquid crystal layer 743 of the liquid crystal lens array 920 based on a command from the control unit 924, and weakens the directivity of light from the backlight 911.

以上の様に、例えば、明るい晴天の野外等における使用では、液晶レンズアレイ920により、バックライト911からの光を図12及び図13中の上部に点線で示した様に、指向性を強める。これにより、液晶表示パネル910の表示の視野角を犠牲にして、正面の輝度を高め、視認性を向上させることができる。一方、暗い環境における使用では、バックライト911からの光を図12及び図13中の上部に実線で示した様に、指向性を弱める。これにより、視野角を優先させることができる。   As described above, for example, when used in bright sunny weather outdoors, the liquid crystal lens array 920 increases the directivity of the light from the backlight 911 as indicated by the dotted lines in the upper part of FIGS. Thereby, at the expense of the viewing angle of the display of the liquid crystal display panel 910, the front brightness can be increased and the visibility can be improved. On the other hand, when used in a dark environment, the directivity of the light from the backlight 911 is weakened as indicated by the solid line in the upper part of FIGS. Thereby, priority can be given to a viewing angle.

この様に、本実施形態に依れば、使用環境に応じて、表示状態を変化させて用いることができる指向性制御液晶ディスプレイ900を提供できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the directivity control liquid crystal display 900 that can be used by changing the display state according to the use environment.

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem described in the column of problems to be solved by the invention can be solved and the effect of the invention can be obtained. The configuration in which this component is deleted can also be extracted as an invention. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

100…液晶レンズ、101…第1の透明基板、102…第2の透明基板、103…第1の透明電極、104…第2の透明電極、105…絶縁性スペーサ、106…液晶層、121…印加電圧制御部、122…電源部、200…液晶レンズ、201…第1の透明基板、202…第2の透明基板、203…第3の透明基板、204…第1の透明電極、205…第2の透明電極、206…第3の透明電極、207…第4の透明電極、208…第1の絶縁性スペーサ、209…第2の絶縁性スペーサ、210…第1の液晶層、211…第2の液晶層、310…液晶レンズ、311…第1の透明基板、312…第1の透明電極、313…第2の透明基板、314…第2の透明電極、315…液晶層、320…液晶レンズ、321…第1の透明基板、322…第1の透明電極、323…凸レンズ状構造物、324…第2の透明基板、325…第2の透明電極、326…液晶層、330…液晶レンズ、331…第1の透明基板、332…第1の透明電極、333…第2の透明基板、334…第2の透明電極、335…液晶層、340…液晶レンズ、341…第1の透明基板、342…第1の透明電極、343…プリズム状構造物、344…第2の透明基板、345…第2の透明電極、346…液晶層、400…焦点距離可変眼鏡、401…液晶レンズ、402…測距センサ、403…制御部、404…電源部、405…使用者情報記録部、406…本体部、407…測距センサ制御部、408…印加電圧制御部、500…光ピックアップ装置、510…光ディスク、511…記録面、521…変位センサ、522…レーザ光源、523…ビームスプリッター、524…光センサ、525…制御部、541…液晶レンズ、542…印加電圧制御部、600…光スイッチ、601…第1の入力光導波路、602…第2の入力光導波路、603…第1の出力光導波路、604…第2の出力光導波路、611…液晶レンズ、612…印加電圧制御部、710…液晶レンズアレイ、711…第1の透明基板、712…第2の透明基板、713…液晶層、720…液晶レンズアレイ、721…第1の透明基板、722…第2の透明基板、723…液晶層、730…液晶レンズアレイ、731…第1の透明基板、732…第2の透明基板、733…液晶層、740…液晶レンズアレイ、741…第1の透明基板、742…第2の透明基板、743…液晶層、744…第1の透明電極、745…第2の透明電極、800…3次元表示装置、811…画素、810…表示パネル、820…液晶レンズアレイ、822…印加電圧制御部、900…3次元表示装置、910…液晶表示パネル、911…バックライト、920…液晶レンズアレイ、922…印加電圧制御部、923…照度センサ、924…制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Liquid crystal lens, 101 ... 1st transparent substrate, 102 ... 2nd transparent substrate, 103 ... 1st transparent electrode, 104 ... 2nd transparent electrode, 105 ... Insulating spacer, 106 ... Liquid crystal layer, 121 ... Applied voltage control unit, 122 ... power supply unit, 200 ... liquid crystal lens, 201 ... first transparent substrate, 202 ... second transparent substrate, 203 ... third transparent substrate, 204 ... first transparent electrode, 205 ... first 2 transparent electrodes, 206 ... third transparent electrode, 207 ... fourth transparent electrode, 208 ... first insulating spacer, 209 ... second insulating spacer, 210 ... first liquid crystal layer, 211 ... first 2 liquid crystal layers, 310 ... liquid crystal lens, 311 ... first transparent substrate, 312 ... first transparent electrode, 313 ... second transparent substrate, 314 ... second transparent electrode, 315 ... liquid crystal layer, 320 ... liquid crystal Lens, 321... First transparent substrate, 3 2 ... 1st transparent electrode, 323 ... Convex lens-like structure, 324 ... 2nd transparent substrate, 325 ... 2nd transparent electrode, 326 ... Liquid crystal layer, 330 ... Liquid crystal lens, 331 ... 1st transparent substrate, 332 ... 1st transparent electrode, 333 ... 2nd transparent substrate, 334 ... 2nd transparent electrode, 335 ... Liquid crystal layer, 340 ... Liquid crystal lens, 341 ... 1st transparent substrate, 342 ... 1st transparent electrode, 343 ... prismatic structure, 344 ... second transparent substrate, 345 ... second transparent electrode, 346 ... liquid crystal layer, 400 ... variable focal length glasses, 401 ... liquid crystal lens, 402 ... distance measuring sensor, 403 ... control unit, 404 ... Power source unit, 405 ... User information recording unit, 406 ... Main body unit, 407 ... Ranging sensor control unit, 408 ... Applied voltage control unit, 500 ... Optical pickup device, 510 ... Optical disc, 511 ... Recording surface, 521 ... Strange Sensors 522 ... Laser light source 523 ... Beam splitter 524 ... Optical sensor 525 ... Control unit 541 ... Liquid crystal lens 542 ... Applied voltage control unit 600 ... Optical switch 601 ... First input optical waveguide 602 ... Second input optical waveguide, 603 ... first output optical waveguide, 604 ... second output optical waveguide, 611 ... liquid crystal lens, 612 ... applied voltage control unit, 710 ... liquid crystal lens array, 711 ... first transparent substrate 712 ... second transparent substrate, 713 ... liquid crystal layer, 720 ... liquid crystal lens array, 721 ... first transparent substrate, 722 ... second transparent substrate, 723 ... liquid crystal layer, 730 ... liquid crystal lens array, 731 ... first. 1 transparent substrate, 732 ... second transparent substrate, 733 ... liquid crystal layer, 740 ... liquid crystal lens array, 741 ... first transparent substrate, 742 ... second transparent substrate, 743 ... liquid crystal Layer 744 ... 1st transparent electrode, 745 ... 2nd transparent electrode, 800 ... 3D display device, 811 ... Pixel, 810 ... Display panel, 820 ... Liquid crystal lens array, 822 ... Applied voltage controller, 900 ... 3 Dimensional display device, 910 ... liquid crystal display panel, 911 ... backlight, 920 ... liquid crystal lens array, 922 ... applied voltage control unit, 923 ... illuminance sensor, 924 ... control unit.

Claims (4)

第1の透明基板と、
前記第1の透明基板上に形成された第1の透明電極と、
前記第1の透明電極が形成されている面の側において前記第1の透明基板と対峙する第2の透明基板と、
前記第2の透明基板上の前記第1の透明基板側の面に形成された第2の透明電極と、
前記第2の透明基板上の前記第1の透明基板側の面と反対側の面に形成された第3の透明電極と、
前記第3の透明電極が形成されている面の側において前記第2の透明基板と対峙する第3の透明基板と、
前記第3の透明基板上の前記第2の透明基板側の面に形成された第4の透明電極と、
前記第1の透明電極と前記第2の透明電極とに挟持され、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極との間に電圧差がない場合には光学的に等方性を発現し、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極との間に電圧差がある場合には複屈折性を発現する、ブルー相液晶または高分子安定化ブルー相液晶により形成される第1の液晶層と、
前記第3の透明電極と前記第4の透明電極とに挟持され、前記第3の透明電極と前記第4の透明電極との間に電圧差がない場合には光学的に等方性を発現し、前記第3の透明電極と前記第4の透明電極との間に電圧差がある場合には複屈折性を発現する、前記ブルー相液晶または前記高分子安定化ブルー相液晶により形成される第2の液晶層と、
を有し
前記第1の透明基板の前記第1の透明電極が形成されている側の面は凹面であり、前記第1の透明基板の前記第1の透明電極が形成されている面と反対側の面は凸面であり、 前記第2の透明基板の前記第2の透明電極が形成されている側の面は凹面であり、前記第2の透明基板の前記第2の透明電極が形成されている面と反対側の面は凸面であり、前記第1の液晶層は凸レンズ形状である、
第1の液晶レンズ部と、
前記第2の透明基板の前記第3の透明電極が形成されている側の面は凸面であり、前記第2の透明基板の前記第3の透明電極が形成されている面と反対側の面は凹面であり、 前記第3の透明基板の前記第4の透明電極が形成されている側の面は凸面であり、前記第3の透明基板の前記第4の透明電極が形成されている面と反対側の面は凹面であり、前記第2の液晶層は凹レンズ形状である、
第2の液晶レンズ部と、
前記第1の液晶レンズ部の、前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極に印加する電圧を制御し、前記第1の液晶層に形成する電場を制御するとともに、
前記第2の液晶レンズ部の、前記第3の透明電極及び前記第4の透明電極に印加する電圧を制御し、前記第2の液晶層に形成する電場を制御する、
電圧制御手段と、
を備え、
前記第1の液晶レンズ部と前記第2の液晶レンズ部とが重ね合わせて構成されており、前記第1の液晶レンズ部の第1の光軸と前記第2の液晶レンズ部の第2の光軸とが一致している、
ことを特徴とする液晶レンズ。
A first transparent substrate;
A first transparent electrode formed on the first transparent substrate;
A second transparent substrate facing the first transparent substrate on the side where the first transparent electrode is formed;
A second transparent electrode formed on a surface on the first transparent substrate side on the second transparent substrate;
A third transparent electrode formed on a surface opposite to the surface on the first transparent substrate side on the second transparent substrate;
A third transparent substrate facing the second transparent substrate on the side on which the third transparent electrode is formed;
A fourth transparent electrode formed on the second transparent substrate side surface on the third transparent substrate;
Optically isotropic when there is no voltage difference between the first transparent electrode and the second transparent electrode between the first transparent electrode and the second transparent electrode In addition, when there is a voltage difference between the first transparent electrode and the second transparent electrode, the first phase is formed by blue phase liquid crystal or polymer stabilized blue phase liquid crystal that exhibits birefringence . and a liquid crystal layer of,
Optically isotropic when there is no voltage difference between the third transparent electrode and the fourth transparent electrode between the third transparent electrode and the fourth transparent electrode. In addition, when there is a voltage difference between the third transparent electrode and the fourth transparent electrode, the blue phase liquid crystal or the polymer stabilized blue phase liquid crystal that exhibits birefringence is formed. A second liquid crystal layer;
Have
The surface of the first transparent substrate on which the first transparent electrode is formed is a concave surface, and the surface of the first transparent substrate opposite to the surface on which the first transparent electrode is formed. Is a convex surface, the surface of the second transparent substrate on the side where the second transparent electrode is formed is a concave surface, and the surface of the second transparent substrate on which the second transparent electrode is formed The surface on the opposite side is a convex surface, and the first liquid crystal layer has a convex lens shape.
A first liquid crystal lens unit;
The surface of the second transparent substrate on which the third transparent electrode is formed is a convex surface, and the surface of the second transparent substrate opposite to the surface on which the third transparent electrode is formed. Is a concave surface, the surface of the third transparent substrate on the side where the fourth transparent electrode is formed is a convex surface, and the surface of the third transparent substrate on which the fourth transparent electrode is formed The surface on the opposite side is concave, and the second liquid crystal layer has a concave lens shape.
A second liquid crystal lens unit;
Controlling the voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal lens unit, controlling the electric field formed in the first liquid crystal layer,
Controlling a voltage applied to the third transparent electrode and the fourth transparent electrode of the second liquid crystal lens unit, and controlling an electric field formed in the second liquid crystal layer;
Voltage control means;
With
The first liquid crystal lens unit and the second liquid crystal lens unit are configured to overlap each other, and a first optical axis of the first liquid crystal lens unit and a second of the second liquid crystal lens unit are configured. The optical axis matches,
A liquid crystal lens characterized by that.
請求項1に記載の液晶レンズと、
距離測定手段と、
前記距離測定手段の測定結果に基づいて前記液晶レンズの目標焦点距離を設定する目標焦点距離設定部と、
を更に具備し、
前記電圧制御手段は、前記目標焦点距離に基づいて、前記第1の液晶層及び前記第2の液晶層に形成する電場を制御する、
ことを特徴とする液晶レンズ。
A liquid crystal lens according to claim 1 ;
A distance measuring means;
A target focal length setting unit that sets a target focal length of the liquid crystal lens based on a measurement result of the distance measuring means;
Further comprising
The voltage control unit controls an electric field formed in the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer based on the target focal length;
A liquid crystal lens characterized by that.
請求項に記載の液晶レンズを眼鏡のレンズとして用いる、
ことを特徴とする焦点距離可変眼鏡。
The liquid crystal lens according to claim 2 is used as a spectacle lens.
This is a variable focal length glasses.
使用者の視力情報を記録する使用者情報記録手段を更に具備し、
前記目標焦点距離設定部は、前記距離測定手段の測定結果に加えて前記使用者の視力情報に基づいて前記目標焦点距離を設定する、
ことを特徴とする請求項に記載の焦点距離可変眼鏡。
It further comprises a user information recording means for recording the user's eyesight information,
The target focal length setting unit sets the target focal length based on the visual information of the user in addition to the measurement result of the distance measuring unit;
The focal length variable glasses according to claim 3 .
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