JP2000081570A5 - - Google Patents

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【特許請求の範囲】
【請求項1】 螺旋構造を持つ液晶の配向を変化させることにより、光学特性が変化する光学特性可変光学素子であって、下記式(5−63)、(5−64)、(5−65)、(5−66)、(5−67)、(5−68)のいずれかを満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
λ≦P<20λ (5−63)
λ≦Pかつ |Γ/2Φ|<π (5−64)
2λ≦P<20λ (5−65)
2λ≦Pかつ |Γ/2Φ|<π (5−66)
2/3λ≦P<20λ (5−67)
2/3λ≦Pかつ |Γ/2Φ|<π (5−68)
【請求項2】 液晶に加わる電場の周波数を変化させることにより光学特性を変化させるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の光学特性可変光学素子。
【請求項3】 請求項1又は2に記載する光学特性可変光学素子として、正の屈折率異方性を持つ液晶を用いたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【請求項4】 請求項1、2又は3のいずれか1項に記載する光学特性可変光学素子を用いた可変焦点レンズ。
【請求項5】 請求項4に記載する可変焦点レンズを備えた撮像装置。
【請求項6】 請求項4に記載する可変焦点レンズを備えた観察装置。
【請求項7】 請求項4に記載する可変焦点レンズを備えた眼鏡。
[Claims]
1. An optical characteristic variable optical element whose optical characteristics change by changing the orientation of a liquid crystal having a spiral structure, wherein the following equations (5-63), (5-64), (5-65) are used. ), (5-66), (5-67), and (5-68).
λ≤P <20λ (5-63)
λ≤P and | Γ / 2Φ | <π (5-64)
2λ≤P <20λ (5-65)
2λ≤P and | Γ / 2Φ | <π (5-66)
2/3 λ ≤ P <20λ (5-67)
2 / 3λ≤P and | Γ / 2Φ | <π (5-68)
2. The optical characteristic variable optical element according to claim 1, wherein the optical characteristics are changed by changing the frequency of an electric field applied to the liquid crystal.
3. The optical characteristic variable optical element according to claim 1 or 2, wherein a liquid crystal having a positive refractive index anisotropy is used as the optical characteristic variable optical element.
4. A varifocal lens using the optical characteristic variable optical element according to any one of claims 1, 2 or 3.
5. An imaging device including the varifocal lens according to claim 4.
6. An observation device including the varifocal lens according to claim 4.
7. Eyeglasses provided with the varifocal lens according to claim 4.

【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、螺旋構造を持つ液晶の配向を変化させることにより、光学特性が変化する光学特性可変光学素子であって、下記式(5−63)、(5−64)、(5−65)、(5−66)、(5−67)、(5−68)のいずれかを満足することを特徴とする。
λ≦P<20λ (5−63)
λ≦Pかつ |Γ/2Φ|<π (5−64)
2λ≦P<20λ (5−65)
2λ≦Pかつ |Γ/2Φ|<π (5−66)
2/3λ≦P<20λ (5−67)
2/3λ≦Pかつ |Γ/2Φ|<π (5−68)
0012
[Means for solving problems]
The image pickup apparatus of the present invention is an optical characteristic variable optical element whose optical characteristics change by changing the orientation of a liquid crystal having a spiral structure, and is described in the following equations (5-63), (5-64), (5). It is characterized in that any one of -65), (5-66), (5-67), and (5-68) is satisfied.
λ≤P <20λ (5-63)
λ≤P and | Γ / 2Φ | <π (5-64)
2λ≤P <20λ (5-65)
2λ≤P and | Γ / 2Φ | <π (5-66)
2/3 λ ≤ P <20λ (5-67)
2 / 3λ≤P and | Γ / 2Φ | <π (5-68)

図5に示すように液晶分子10を配向させるためには、図6に示すようなピッチSの細かい溝11を規則的に設ければよい。この溝11の深さは0.1nm〜 数十nmで、例えば、日本光学会発行の菊田・岩田共著、「波長より細かな格子構造による光制御」光学27巻1号12頁〜17頁(1998)に記載されているような、描画露光とエッチングにより作ることができる。又、エッチング等により溝を形成した型を作り、この型を用いてプラスチックに転写してもよい。 In order to orient the liquid crystal molecules 10 as shown in FIG. 5, fine grooves 11 having a pitch S as shown in FIG. 6 may be regularly provided. The depth of this groove 11 is 0.1 nm to several tens of nm. For example, Kikuta and Iwata, co-authored by the Optical Society of Japan, "Optical control by a lattice structure finer than the wavelength ", Optics Vol. 27, No. 1, pp. 12-17 ( It can be made by drawing exposure and etching as described in 1998). Alternatively, a mold having a groove formed by etching or the like may be formed and transferred to plastic using this mold.

このパターンは、配向膜3ではなく、透明基板又はの表面に形成してもよい。この場合、配向膜3は省略し得ることもある。又微細な溝11はへこみでなく逆に出っ張っていてもよい。 This pattern may be formed on the surface of the transparent substrate 4 or 5 instead of the alignment film 3. In this case, the alignment film 3 may be omitted. Further, the fine groove 11 may be not a dent but a protrusion on the contrary.

図15は、第3の実施の形態を示す図で、図12乃至図14に示す可変焦点レンズをズームレンズに用いた例である。図において21A、21Bは夫々図12等に示す可変焦点レンズ21であり、そのうち21Aは絞り26の前方に又、21Bは絞り26の後方に配置された夫々前群と後群である。つまりこのズームレンズは、凹の作用をもつ可変焦点レンズ21Aよりなる負の屈折力の前群と絞り26と凸の作用をもつ可変焦点レンズ21Bと凸レンズ29よりなり全体として正の屈折力をもつ後群とよりなり、各レンズを機械的に移動させることなしに可変焦点レンズ21Aと21Bの焦点距離を変化させることにより、レンズ系全系の焦点距離を変化させると共に像面の移動を補正することができる。又、同様にピント合わせを行なうことができる。 FIG. 15 is a diagram showing a third embodiment, and is an example in which the varifocal lens shown in FIGS. 12 to 14 is used as the zoom lens. In the figure, 21A and 21B are varifocal lenses 21 shown in FIGS. 12 and the like, of which 21A is a front group and a rear group arranged in front of the aperture 26 and 21B is arranged behind the aperture 26, respectively. That is, this zoom lens is composed of a variable focal length lens 21A having a concave action, a front group having a negative refractive force, an aperture 26, a variable focal length lens 21B having a convex action, and a convex lens 29, and has a positive refractive force as a whole. It consists of a rear group, and by changing the focal lengths of the variable focal length lenses 21A and 21B without mechanically moving each lens, the focal length of the entire lens system is changed and the movement of the image plane is corrected. be able to. Also, focusing can be performed in the same manner.

又、液晶25b、25Gは螺旋状液晶に限らず誘電異方性が周波数とともに変化する液晶を高分子中に分散させた高分子分散液晶を用いてもよい。可変焦点レンズ21Bは、高分子分散液晶を用いた光学特性可変光学素子の一例である。 Further, the liquid crystals 25b and 25G are not limited to spiral liquid crystals, and polymer-dispersed liquid crystals in which liquid crystals whose dielectric anisotropy changes with frequency are dispersed in a polymer may be used. The variable focus lens 21B is an example of an optical characteristic variable optical element using a polymer-dispersed liquid crystal.

ffの値が条件()の上限0.999を超えるとポリマーが少なくなり、液晶分子34の粒子が形成できなくなる。又下限の0.5を下回ると可変焦点レンズとしての効果つまり焦点距離の変化量が減少する。 When the value of ff exceeds the upper limit of 0.999 of the condition (9 ), the amount of polymer is reduced and the particles of the liquid crystal molecule 34 cannot be formed. If it falls below the lower limit of 0.5, the effect as a varifocal lens, that is, the amount of change in the focal length decreases.

図18の状態において、配向膜2による配向規制力が充分であれば、スイッチ9はオフでもよい。しかし、スイッチ9をオンにすれば液晶分子36が規則的に並ぶため液晶分子36による光の散乱を防止し得るので望ましい。 In the state of FIG. 18, the switch 9 may be turned off as long as the orientation regulating force of the alignment film 2 is sufficient. However, when the switch 9 is turned on, the liquid crystal molecules 36 are arranged regularly, which is desirable because the scattering of light by the liquid crystal molecules 36 can be prevented.

図12において、絞り26の後方に可変焦点液晶レンズ21凹面を含むレンズ28と凸レンズ27と液晶レンズ部25凸レンズ29とにて構成された光学系が配置されている。凸レンズ29は、固体撮像素子30に対して主光線が垂直又はほぼ垂直例えば固体撮像素子の受光面に対して主光線の角度が90°±20°で入射するようにするために設けてある。又、凹レンズ28はペッツバール和を改善して像面湾曲を補正するために設けてある。又絞り26側(入射側)の凸レンズ27は、物体側の面が凸面であり、これにより球面収差を良好に補正するようにしている。又液晶レンズ25は、色収差を補正するために凹レンズの形状にしてある。又、レンズ27、28、29のレンズ面のうちのいずれかの面を非球面にすることにより収差を一層良好に補正することが可能になり好ましい。又液晶レンズ25は絞り26の近傍に位置させることが液晶レンズ25の有効径を小さくすることができ、その厚さを減少させ得るため好ましい。 In FIG. 12, an optical system composed of a varifocal liquid crystal lens 21 ( a lens 28 including a concave surface, a convex lens 27, and a liquid crystal lens portion 25 ) and a convex lens 29 is arranged behind the aperture 26. The convex lens 29 is provided so that the main ray is perpendicular to or substantially perpendicular to the solid-state image sensor 30, for example, the angle of the main ray is 90 ° ± 20 ° with respect to the light receiving surface of the solid-state image sensor. Further, the concave lens 28 is provided to improve the Petzval sum and correct curvature of field. Further, the convex lens 27 on the diaphragm 26 side (incident side) has a convex surface on the object side, whereby spherical aberration is satisfactorily corrected. Further, the liquid crystal lens 25 has a concave lens shape in order to correct chromatic aberration. Further, it is preferable to make any one of the lens surfaces of the lenses 27, 28, and 29 an aspherical surface so that the aberration can be corrected more satisfactorily. Further, it is preferable to position the liquid crystal lens 25 in the vicinity of the diaphragm 26 because the effective diameter of the liquid crystal lens 25 can be reduced and the thickness thereof can be reduced.

次に、図29は、本発明の光学特性可変光学素子を電子内視鏡の観察系の対物光学系120に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合も、観察系の対物光学系125は、ズーミングフォーカシングを行なう反射型光学特性可変光学素子128を備えた結像光学系を用いている。これら反射型光学特性可変光学素子は液晶66Hが用いられている。この電子内視鏡は、図29(A)に示すように、電子内視鏡111と、照明光を供給する光源装置112と、その電子内視鏡111に対応する信号処理を行なうビデオプロセッサ113と、このビデオプロセッサ113から出力される映像信号を表示するモニター114と、このビデオプロセッサ113と接続され映像信号等に記録するVTRデッキ115、および、ビデオディスク116と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ117と共に構成されており、電子内視鏡111の挿入部118の先端部119は、図29(B)に示すように構成されている。光源装置112から照明された光束は、ライトガイドファイバー束126を通って照明用対物光学系127により、観察部位を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバー部材124を介して、観察用対物光学系125によって物体像として形成される。この物体像は、ローパスフーフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター121を介してCCD122の撮像面123上に形成される。さらに、この物体像は、CCD122によって映像信号に変換され、その映像信号は、図29(A)に示すビデオプロセッサ113により、モニター114上に直接表示されると共に、VTRデッキ115、ビデオディスク116中に記録され、また、ビデオプリンタ117から映像としてプリントアウトされる。 Next, FIG. 29 shows a conceptual diagram of a configuration in which the variable optical characteristic optical element of the present invention is incorporated into the objective optical system 120 of the observation system of an electronic endoscope. Also in this example, the objective optical system 125 of the observation system uses an imaging optical system including a reflective optical characteristic variable optical element 128 that performs zooming focusing. Liquid crystal 66H is used as these reflective optical characteristic variable optical elements. As shown in FIG. 29 (A), the electronic endoscope includes an electronic endoscope 111, a light source device 112 that supplies illumination light, and a video processor 113 that performs signal processing corresponding to the electronic endoscope 111. The monitor 114 that displays the video signal output from the video processor 113, the VTR deck 115 that is connected to the video processor 113 and records on the video signal, the video disc 116, and the video signal are printed out as video. The tip portion 119 of the insertion portion 118 of the electronic endoscope 111 is configured as shown in FIG. 29 (B). The luminous flux illuminated from the light source device 112 passes through the light guide fiber bundle 126 and illuminates the observation portion by the illumination objective optical system 127. Then, the light from the observation portion is formed as an object image by the observation objective optical system 125 via the cover member 124. This object image is formed on the imaging surface 123 of the CCD 122 via a filter 121 such as a low-pass filter or an infrared cut filter. Further, this object image is converted into a video signal by the CCD 122, and the video signal is directly displayed on the monitor 114 by the video processor 113 shown in FIG. 29 (A), and in the VTR deck 115 and the video disc 116. It is recorded in the video printer 117 and printed out as a video from the video printer 117.

また、側頭フレーム143にはスピーカー144が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞くことができるようになっている。このようにスピーカー144を有する表示装置本体142には、映像音声伝達コード145を介してポータブルビデオカセット等の再生装置146が接続されているので、観察者はこの再生装置146を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保持して、映像音響を楽しむことができるようになっている。図33の符号147は再生装置146のスイッチ、ボリューム等の調節部である。なお、表示装置本体142の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵させてある。 Further, a speaker 144 is attached to the temporal frame 143 so that the stereophonic sound can be heard while observing the image. Since a playback device 146 such as a portable video cassette is connected to the display device main body 142 having the speaker 144 via the video / audio transmission code 145, the observer belts the playback device 146 as shown in the figure. It is possible to enjoy the image and sound by holding it at an arbitrary position such as a place. Reference numeral 147 in FIG. 33 is an adjustment unit for a switch, a volume, and the like of the reproduction device 146. Electronic components such as video processing and audio processing circuits are built in the display device main body 142.

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