JP2001194635A - Focal position variable space modulation device - Google Patents

Focal position variable space modulation device

Info

Publication number
JP2001194635A
JP2001194635A JP2000006526A JP2000006526A JP2001194635A JP 2001194635 A JP2001194635 A JP 2001194635A JP 2000006526 A JP2000006526 A JP 2000006526A JP 2000006526 A JP2000006526 A JP 2000006526A JP 2001194635 A JP2001194635 A JP 2001194635A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
variable
electrode
electrodes
modulation device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000006526A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3714083B2 (en
Inventor
Masataka Hamada
正隆 浜田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP2000006526A priority Critical patent/JP3714083B2/en
Priority to US09/757,706 priority patent/US6577434B2/en
Publication of JP2001194635A publication Critical patent/JP2001194635A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3714083B2 publication Critical patent/JP3714083B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focal position variable space modulation device good in the image-formation performance. SOLUTION: The device is equiped with a refractive index variable material 30 disposed in the luminous flux, which deflects the incident light, a plurality of electrode pair 11, 21; 12, 22; 13, 23 disposed in the shape of a concentric circle, in the shape of a concentric ellipse, or in the shape of a partial power concentric ellipse, whose both sides are faced almost mutually on both sides of the refractive index variable material 30, and a voltage impressing means which applies the voltage between electrode pair 11, 21; 12, 22; 13, 23. About the refractive index variable material 30, space between the first area of the mutually opposing spacing of electrode P of the first electrode pair and the circumscription of it, and the second area of the mutually opposing spacing of electrode P of the second electrode pair adjacent to the first electrode pair and the circumscription of it, is devided, so that the influence of the other electric field is decreased mutually between the first and second areas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、焦点位置可変空間
変調デバイスに関し、例えば液晶レンズに好適な焦点位
置可変空間変調デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spatial light modulator having a variable focal position, and more particularly to a spatial light modulator having a variable focal position suitable for a liquid crystal lens.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラスチック成形フレネル板、写
真乾板式回折格子、ガラス版けがき式回折格子、写真乾
板式ホログラム、フォトレジスト式ホログラムなどがあ
ったが、製造時に透過又は反射光路は固定されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there have been plastic molded Fresnel plates, photographic dry plate type diffraction gratings, glass plate scribe type diffraction gratings, photographic dry plate type holograms, photoresist type holograms, but the transmission or reflection optical path is fixed during manufacturing. ing.

【0003】透過又は反射光路を偏向する技術として
は、例えば、以下のものがある。
[0003] Techniques for deflecting the transmitted or reflected light path include, for example, the following.

【0004】特開平10−62609号公報は、焦点距
離を調整できるマイクロレンズを提案している。これ
は、レンズ一つの焦点位置を変更するものであり、小径
瞳のレンズでしか成り立たない。また、単純に寸法が大
きくなるだけであれば、必要な球面(非球面)が得られな
いため、実用化が困難であると考えられる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-62609 proposes a microlens whose focal length can be adjusted. This changes the focal position of one lens, and is applicable only to a lens having a small diameter pupil. In addition, if the size is simply increased, a necessary spherical surface (aspheric surface) cannot be obtained, and it is considered that practical use is difficult.

【0005】特開平9−184965号公報には、入射
光路を偏向する偏向手段にパワーを持たせる技術が開示
されているが、レンズパワーは変化せず、撮影レンズの
瞳を有効に使用することができない。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-184965 discloses a technique in which a deflecting means for deflecting an incident optical path has power, but the lens power does not change and the pupil of the photographing lens is effectively used. Can not.

【0006】レーザー研究、第25巻第10号、第68
7頁、(1997年)「液晶マイクロレンズ」には、マイ
クロレンズアレーを作成し、焦点位置を変更できる技術
が開示されている。しかし、直径数10〜数100μm
のレンズしか形成できない。
Laser Research, Vol. 25, No. 10, 68
7, "(Liquid Crystal Microlens)" (1997) discloses a technique for creating a microlens array and changing the focal position. However, several tens of micrometers in diameter
Can only be formed.

【0007】特許第2628630号(特開昭62-1
70933号)公報には、同心円状に電極を配置し、リ
ング状電極に順次異なる電圧を印加する方式が開示され
ている。しかし、この方式は、液晶をはさんだ電極間の
配向、屈折力を制御する方法であり、各リング電極間に
もつ配向変位、屈折力変位については述べられていな
い。リング電極間も電極の影響により配向がチルトし、
屈折力も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生
し、フレアを生じさせる要因となる。
[0007] Japanese Patent No. 2628630 (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-1)
Japanese Patent No. 70933) discloses a method in which electrodes are arranged concentrically and different voltages are sequentially applied to ring-shaped electrodes. However, this method is a method of controlling the alignment and refractive power between electrodes sandwiching a liquid crystal, and does not describe the alignment displacement and refractive power displacement between ring electrodes. The orientation also tilts between the ring electrodes due to the influence of the electrodes,
The refractive power also changes, and this part generates unnecessary refractive power, which causes a flare.

【0008】特開平9−304748号公報には、多重
輪状構造をもち、中央から周辺にかけて径方向の電極幅
が中心から周辺に向かって減少させることによってレン
ズ効果を持たせる技術が開示されている。しかし、電極
と電極との間のみ屈折力変化をもつものとして設計され
ているが、多重輪状電極同士の間の部分も電極の影響に
より配向がチルトし、屈折力も変化し、この部分が必要
としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる。また、
上下の電極を非対称にして、電極電圧を1種類だけとし
ているが、フレア問題について解決する方向ではない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-304748 discloses a technique having a multi-ring structure, in which a radial electrode width is reduced from the center to the periphery from the center to the periphery to have a lens effect. . However, although it is designed to have a refractive power change only between the electrodes, the orientation between the multiple annular electrodes also tilts due to the effect of the electrodes, and the refractive power also changes, so this part is necessary. Generates refracting power that does not cause flare. Also,
Although the upper and lower electrodes are asymmetrical and only one type of electrode voltage is used, this is not the direction to solve the flare problem.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来から、小型な装置
で焦点位置を可変にする(2重焦点レンズシステム)と
して、液晶を利用することが述べられてきた。これは、
2枚の基板に電極を形成し、これを多重リング形状とし
て、液晶をはさんだ電極間の液晶の屈折率を変化させる
ことでレンズ効果を持たせるようにしてきた。電界を印
加しない場合は、液晶は基板に平行に配向しレンズ効果
がなく、電界をかけたときには液晶の配向角が変化し、
屈折力が変わることを利用してきた。
Hitherto, it has been described that a liquid crystal is used as a variable focal point position (double focus lens system) with a small device. this is,
Electrodes are formed on two substrates and formed into a multi-ring shape, and a lens effect is provided by changing the refractive index of the liquid crystal between the electrodes sandwiching the liquid crystal. When no electric field is applied, the liquid crystal is oriented parallel to the substrate and has no lens effect. When an electric field is applied, the orientation angle of the liquid crystal changes,
We have used the fact that the refractive power changes.

【0010】しかし、液晶をはさんだ電極間の配向、屈
折力を制御する方法が述べられてきたが、各リング電極
間に発生する配向変位、屈折力変位についての振る舞い
が述べられていない。実際は、リング電極間も電極の影
響により配向がチルトし、屈折率も変化し、この部分が
必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる要因
となる。
However, although a method for controlling the alignment and refractive power between the electrodes sandwiching the liquid crystal has been described, the behavior regarding the alignment displacement and the refractive power displacement generated between the ring electrodes is not described. Actually, the orientation between the ring electrodes is tilted due to the influence of the electrodes, and the refractive index also changes. This portion generates unnecessary refractive power and causes flare.

【0011】フレアの発生は、ピント検出などのセンシ
ングの誤検出になり、撮影系で利用する場合、フレアは
画質の低下となり、レンズとしての性能が良いとはいえ
ない。
The occurrence of flare causes erroneous sensing such as focus detection, and when used in a photographing system, the flare reduces image quality and cannot be said to have good lens performance.

【0012】また、液晶をはさんだ電極間は一定の屈折
率であり、デバイス全体としての屈折力は、各リングご
との量子化された屈折となる。これら2つの要因により
結像性能の良いレンズにはならない。
Further, the refractive index between the electrodes sandwiching the liquid crystal is constant, and the refractive power of the entire device is a quantized refraction for each ring. These two factors do not result in a lens with good imaging performance.

【0013】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、結像性能の良い焦点位置可変空間変調デバ
イスを提供することである。
Accordingly, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a variable focal position spatial modulation device having good imaging performance.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の焦
点位置可変空間変調デバイスを提供する。
The present invention provides a variable focal position spatial modulation device having the following configuration to solve the above technical problems.

【0015】焦点位置可変空間変調デバイスは、光束内
に配置され入射光を偏向させることができる屈折率可変
材料と、該屈折率可変材料を挟んで両側に互いに略対向
して同心円状、同心楕円状、又は同心偏倍楕円状に間隔
を設けて配置された複数の電極対と、該電極対間に電圧
を印加する電圧印加手段とを備え、上記電極対間に印加
される電圧により上記屈折率可変材料の屈折率分布が変
わり焦点位置が変化するタイプのものである。上記屈折
率可変材料について、第1の上記電極対の互いに対向す
る電極間およびその周辺の第1の領域と、該第1の上記
電極対に隣接する第2の上記電極対の互いに対向する電
極間およびその周辺の第2の領域との間を区切り、該第
1および第2の領域間において互いに他方の電界の影響
が少なくなるようにする。
The variable focal position spatial modulation device comprises a variable refractive index material disposed in a light beam and capable of deflecting incident light, and concentric and concentric ellipses substantially opposed to each other on both sides of the variable refractive index material. A plurality of electrode pairs arranged at intervals in a shape or a concentric magnification ellipse, and voltage applying means for applying a voltage between the electrode pairs, and the refraction is performed by a voltage applied between the electrode pairs. This is a type in which the refractive index distribution of the variable index material changes and the focal position changes. For the variable refractive index material, a first region between and around the first pair of electrodes facing each other and a second region of the second electrode pair adjacent to the first pair of electrodes facing each other. The first and second regions are separated from each other and between the first and second regions so as to reduce the influence of the other electric field.

【0016】なお、「偏倍」とは、直交方向の倍率が同
一でない場合のことであり、例えばX方向とY方向で倍
率が異なる場合や、倍率が距離により変化する場合など
を含む。
The term "magnification" refers to a case where the magnification in the orthogonal direction is not the same, and includes, for example, a case where the magnification differs in the X direction and the Y direction, a case where the magnification changes with distance, and the like.

【0017】上記構成において、電圧印加手段により電
極対間に電圧が印加されると電界が生じる。屈折率可変
材料は、この電界に応じた屈折率分布となる。屈折率可
変材料を電極対ごとに領域を区切り、各領域において隣
接する領域の電界の影響を少なくする。これにより、屈
折率可変材料の屈折率の制御が容易となり、結像性能を
向上する所望の屈折率分布とすることが可能となる。
In the above configuration, when a voltage is applied between the electrode pair by the voltage applying means, an electric field is generated. The refractive index variable material has a refractive index distribution corresponding to the electric field. The region of the variable refractive index material is divided for each electrode pair, and the influence of an electric field in an adjacent region in each region is reduced. This makes it easy to control the refractive index of the variable refractive index material, and makes it possible to obtain a desired refractive index distribution that improves the imaging performance.

【0018】例えば、上記構成を液晶レンズに適用すれ
ば、電極領域の屈折率変化のみを利用する従来型の液晶
レンズよりも、結像に有害な光束がなくなり、フレアが
減る。またレンズとして必要な屈折率分布特性を得るこ
とが容易となり、結像性能のよい焦点位置可変レンズを
構成することが可能である。
For example, when the above-described configuration is applied to a liquid crystal lens, there is no luminous flux harmful to image formation and flare is reduced as compared with a conventional liquid crystal lens using only a change in the refractive index of an electrode region. Further, it becomes easy to obtain a refractive index distribution characteristic required as a lens, and it is possible to configure a focal position variable lens having good imaging performance.

【0019】好ましくは、上記第1の領域と上記第2の
領域との間に電界シールド材料を配置する。
Preferably, an electric field shielding material is disposed between the first region and the second region.

【0020】これにより、隣接する領域の電界の影響を
無くし、所望の屈折率分布を達成するのが容易である。
Thus, it is easy to eliminate the influence of the electric field in the adjacent region and achieve a desired refractive index distribution.

【0021】好ましくは、上記各電極対の少なくとも一
方に隣接して、該少なくとも一方の電極により形成され
る電界を軽減する電界軽減用電極を備える。
Preferably, an electric field reducing electrode is provided adjacent to at least one of the electrode pairs to reduce an electric field formed by the at least one electrode.

【0022】電界軽減用電極に適宜に電圧を印加するこ
とにより、電極対による電界が隣接する領域へ及ぼす悪
影響を軽減することができる。電界軽減用電極は、電極
対と同時に形成することが可能である。また、屈折率可
変材料を領域ごとに物理的に区切らなくても、機能的、
電磁気的に区切ることができる。
By appropriately applying a voltage to the electric field reducing electrode, the adverse effect of the electric field generated by the electrode pair on the adjacent region can be reduced. The electric field reducing electrode can be formed simultaneously with the electrode pair. Also, even if the refractive index variable material is not physically divided into regions,
It can be separated electromagnetically.

【0023】好ましくは、上記屈折率可変材料は液晶で
ある。
Preferably, the variable refractive index material is a liquid crystal.

【0024】液晶は、電界に応じた屈折率分布を得るこ
とができ、製造も容易でる。したがって、液晶レンズ等
を構成することが容易である。
The liquid crystal can obtain a refractive index distribution according to the electric field, and is easy to manufacture. Therefore, it is easy to configure a liquid crystal lens and the like.

【0025】好ましくは、上記屈折率可変材料は、ポッ
ケルス効果材料又はカー効果材料である。
Preferably, the variable refractive index material is a Pockels effect material or a Kerr effect material.

【0026】すなわち、屈折率が電界の強さに比例する
材料であるポッケルス効果材料や、屈折率が電界の強さ
に2乗に比例する材料であるカー効果材料は、所望の屈
折率分布を得るように構成する上で、好適である。
That is, the Pockels effect material whose refractive index is proportional to the electric field strength and the Kerr effect material whose refractive index is proportional to the square of the electric field strength have a desired refractive index distribution. This is preferable in the configuration for obtaining the same.

【0027】また、本発明は、以下の構成の焦点位置可
変空間変調デバイスを提供する。
The present invention also provides a spatial light modulation device having the following configuration.

【0028】焦点位置可変空間変調デバイスは、光束内
に配置され入射光を偏向させることができる屈折率可変
材料と、該屈折率可変材料を挟んで両側に互いに略対向
して同心円状、同心楕円状、又は同心偏倍楕円状に間隔
を設けて配置された複数の電極対と、該電極対間に電圧
を印加する電圧印加手段とを備え、上記電極対間に印加
される電圧により上記屈折率可変材料の屈折率分布が変
わり焦点位置が変化するタイプのものである。上記屈折
率可変材料のうち所望の屈折率分布でない部分を透過す
る光束を遮断する遮光マスクを備える。これにより、上
記屈折率可変材料のうち所望の屈折率分布の部分のみを
光束が透過するように構成する。
The variable focal position spatial modulation device comprises a variable refractive index material disposed in a light beam and capable of deflecting incident light, and concentric and concentric ellipses substantially opposite to each other on both sides of the variable refractive index material. A plurality of electrode pairs arranged at intervals in a shape or a concentric magnification ellipse, and voltage applying means for applying a voltage between the electrode pairs, and the refraction is performed by a voltage applied between the electrode pairs. This is a type in which the refractive index distribution of the variable index material changes and the focal position changes. A light-shielding mask for blocking a light beam that passes through a portion of the variable refractive index material that does not have a desired refractive index distribution is provided. Thereby, the light beam is transmitted only through a portion having a desired refractive index distribution in the variable refractive index material.

【0029】上記構成において、電圧印加手段により電
極対間に電圧が印加されると電界が生じる。屈折率可変
材料は、この電界に応じた屈折率分布となる。
In the above configuration, when a voltage is applied between the electrode pair by the voltage applying means, an electric field is generated. The refractive index variable material has a refractive index distribution corresponding to the electric field.

【0030】屈折率可変材料のうち所望の屈折率分布で
ない部分を透過する光束は、目的とする収斂、または発
散性能に寄与しない光束、例えば、目的とは逆の収斂、
または発散性能となる光束やフレアの原因となる光束な
どである。この不要光束は、遮光マスクによりカットさ
れる。一方、屈折率可変材料のうち所望の屈折率分布の
部分を通過する光束は、目的とする収斂、または発散性
能に寄与する光束である。この光束は、遮光マスクによ
りカットされずに屈折率可変材料を通過するので、一つ
の像を得る結像性能または、虚像結像性能を持たせるこ
とができる。不要光束をカットするので、性能面では開
口率が落ちるが、比較的低コストで、高い結像性能を達
成することができる。
A light beam that passes through a portion of the variable refractive index material that does not have the desired refractive index distribution is a light beam that does not contribute to the desired convergence or divergence performance, for example, a convergence opposite to the desired light,
Alternatively, the light flux may be a divergent light beam or a light beam causing a flare. This unnecessary light beam is cut by the light shielding mask. On the other hand, a light beam that passes through a portion having a desired refractive index distribution in the variable refractive index material is a light beam that contributes to a target convergence or divergence performance. Since this light beam passes through the variable refractive index material without being cut by the light shielding mask, it is possible to provide an image forming performance for obtaining one image or a virtual image forming performance. Since unnecessary light beams are cut, the aperture ratio decreases in terms of performance, but high imaging performance can be achieved at relatively low cost.

【0031】好ましくは、上記遮光マスクは、上記各電
極対の互いに対向する電極間の電極対向領域と、隣接す
る該電極対向領域間の非電極対向領域の略中央より片側
の略半分とについて、光束を遮断する。
Preferably, the light-shielding mask includes an electrode facing region between the electrodes facing each other in each of the electrode pairs, and a substantially half of one side from a substantially center of the non-electrode facing region between the adjacent electrode facing regions. Blocks the light beam.

【0032】各電極対に電圧を印加すると、一般には、
隣接する電極対の間において、略対称に電界が形成さ
れ、これにより、屈折率可変材料の屈折率分布曲線は凹
状、又は凸状に略対称となる。必要とする屈折率分布曲
線は、その半分(勾配の片側)だけである。上記構成の
遮光マスクは、一般に屈折率の勾配を生じないか生じて
も小さい電極対向領域と、所望の勾配とは逆勾配の屈折
率分布曲線となる非電極対向領域の略半分とを透過する
光束を遮断し、所望のレンズ性能を出す光束だけが通過
するようにする。
When a voltage is applied to each electrode pair, generally,
An electric field is formed substantially symmetrically between adjacent pairs of electrodes, whereby the refractive index distribution curve of the variable refractive index material becomes substantially symmetrical in a concave or convex shape. The refractive index distribution curve required is only half (on one side of the gradient). In general, the light-shielding mask having the above-described configuration transmits an electrode-facing region where a gradient of a refractive index does not occur or is small even if it occurs, and substantially half of a non-electrode-facing region having a refractive index distribution curve having a gradient opposite to a desired gradient. The light beam is blocked so that only the light beam having the desired lens performance passes.

【0033】好ましくは、上記遮光マスクは、上記電極
対の何れか一方の電極に隣接して配置される。
Preferably, the light-shielding mask is disposed adjacent to any one of the electrode pairs.

【0034】屈折率可変材料を通過した光束は、収斂ま
たは発散光となるため、不要光束のカットは片側だけで
制限した方が、製造上の誤差や、遮光マスクのエッジの
影響など軽減できる。
Since the light beam that has passed through the variable refractive index material becomes convergent or divergent light, cutting off unnecessary light beams on only one side can reduce manufacturing errors and the effects of edges of the light-shielding mask.

【0035】好ましくは、上記屈折率可変材料は液晶で
ある。
Preferably, the variable refractive index material is a liquid crystal.

【0036】液晶は、電界に応じた屈折率分布を得るこ
とができ、製造も容易でる。したがって、液晶レンズ等
を構成することが容易である。
The liquid crystal can obtain a refractive index distribution according to the electric field, and is easy to manufacture. Therefore, it is easy to configure a liquid crystal lens and the like.

【0037】好ましくは、上記屈折率可変材料は、ポッ
ケルス効果材料又はカー効果材料である。
Preferably, the variable refractive index material is a Pockels effect material or a Kerr effect material.

【0038】すなわち、屈折率が電界の強さに比例する
材料であるポッケルス効果材料や、屈折率が電界の強さ
に2乗に比例する材料であるカー効果材料は、所望の屈
折率分布を得るように構成する上で、好適である。
That is, the Pockels effect material whose refractive index is proportional to the electric field strength and the Kerr effect material whose refractive index is proportional to the square of the electric field strength have a desired refractive index distribution. This is preferable in the configuration for obtaining the same.

【0039】具体的には、本願発明は、例えば、液晶を
はさんだ電極間の略一定の屈折率を利用するのではな
く、リング電極間の徐々に変化する屈折率分布を利用
し、フレアの影響を少なくし、屈折力量子化による結像
むらをなくして、結像性能の良い液晶レンズを提供す
る。
More specifically, for example, the present invention does not use a substantially constant refractive index between the electrodes sandwiching the liquid crystal, but uses a gradually changing refractive index distribution between the ring electrodes to reduce the flare. The present invention provides a liquid crystal lens having good image forming performance by reducing the influence and eliminating image forming unevenness due to refractive power quantization.

【0040】すなわち、従来は、例えばフレネルレンズ
の各プリズム要素が平面で構成されたプリズムの集まり
であるのが、本発明ではフレネルレンズの各プリズム要
素がレンズ球面で構成されたレンズの集まりであるとい
える。
That is, conventionally, for example, each prism element of a Fresnel lens is a collection of prisms formed of a plane, but in the present invention, each prism element of a Fresnel lens is a collection of lenses formed of a lens spherical surface. It can be said that.

【0041】本発明により、屈折率分布レンズ(グリン
レンズ)を液晶で実現し、その屈折率分布構造がフレネ
ルレンズのようになっているというレンズが実現すると
もいえる。
According to the present invention, it can be said that a lens in which the refractive index distribution lens (Grin lens) is realized by liquid crystal and the refractive index distribution structure is like a Fresnel lens is realized.

【0042】本発明の利用分野は、例えば、以下のよう
な領域である。
The fields of application of the present invention are, for example, the following areas.

【0043】被写体からの光を入射する対物レンズの瞳
内を通過した光束を利用して、センシングを行う場合に
関係する。例えば、機器がカメラでセンシングが焦点検
出とする。
This is related to the case where sensing is performed using a light beam that has passed through the pupil of the objective lens on which light from a subject enters. For example, assume that the device is a camera and the sensing is focus detection.

【0044】具体的には、デジタルカメラの撮像エリア
センサを利用してピント位置を求める場合に、例えばコ
ントラスト方式であれば最大コントラスト位置を求め
て、撮影レンズのフォーカスレンズを動かしてコントラ
スト検出の出力カーブのピーク位置を求めてピントを合
わせる。
More specifically, when the focus position is obtained by using the imaging area sensor of the digital camera, for example, in the case of the contrast method, the maximum contrast position is obtained, and the focus lens of the photographing lens is moved to output the contrast detection. Find the peak position of the curve and focus.

【0045】一方、フォーカスレンズを動かさないでピ
ント位置を求める方法もある。2枚の撮像センサを撮影
レンズ光軸方向にずらせて配置し、コントラスト出力を
比較してピント位置を想定する。この場合、2つの出力
値の差を補間(外挿又は、内挿演算)してピント位置を
おおよそ予測する。この場合、レンズの初期位置のピン
トぼけ量によって、演算可否が分かれる。この時ぼけ量
が大きい場合は上記2つのセンサの光軸方向配置位置
(ピントずらし量)が大きい場合、ピント位置を見つけ
やすく、ぼけ量が小さい場合は、ピント位置検出精度を
上げるために2つのセンサの光軸方向配置位置(ピント
ずらし量)を小さく設定したい。大ぼけ時は2つのセン
サは光軸方向に大きく離したいし、ピントが合ってきた
ら光軸方向に小さくし、最後のピント位置決定(AF
完)の精度を上げたい。また、大ぼけでも高速AF可能
といえる。
On the other hand, there is also a method of obtaining the focus position without moving the focus lens. The two image sensors are displaced in the direction of the optical axis of the photographing lens, and contrast outputs are compared to assume a focus position. In this case, the focus position is roughly predicted by interpolating (extrapolating or interpolating) the difference between the two output values. In this case, whether or not calculation is possible depends on the amount of defocus at the initial position of the lens. At this time, when the amount of blur is large, when the arrangement position of the two sensors in the optical axis direction (the amount of focus shift) is large, the focus position is easy to find. I want to set the position of the sensor in the optical axis direction (the amount of focus shift) small. At the time of large blur, the two sensors want to be largely separated in the direction of the optical axis.
I want to improve the accuracy of (end). In addition, it can be said that high-speed AF is possible even with large blur.

【0046】よって、従来コントラスト方式のAFは時
間がかかっていたのが、本発明を使えば素早いくAFで
きるようになる。
Thus, the conventional AF of the contrast method takes a long time. However, the present invention makes it possible to perform the AF quickly.

【0047】その他、瞳径の異なる対物レンズでセンシ
ングする場合の対応できるの種類が増える。すなわち、
射出瞳によってけられることが問題であったセンシング
に対し、瞳位置に応じて光束を変更できるためにセンシ
ング範囲が増加する。
In addition, the number of types that can be used for sensing with an objective lens having a different pupil diameter increases. That is,
In contrast to sensing which is problematic due to the exit pupil, the luminous flux can be changed according to the pupil position, so that the sensing range increases.

【0048】よって、例えばF値の明るいレンズしかピ
ント検出できなかったものが、本発明を使えば、暗いレ
ンズでもAFできるようになる。
Thus, for example, a lens whose focus can be detected only by a lens having a bright F-number can be used with the present invention to perform AF even with a dark lens.

【0049】又は、ピントのセンシングがF値の暗いと
ころの光束で検出するようにしか設計できなかったため
に、精度を落としていたのが、本発明によって高精度な
AFが可能となる。
Alternatively, since the focus sensing can be designed only to detect the light beam at a place where the F value is dark, the accuracy is lowered. However, the present invention enables high-precision AF.

【0050】さらに、撮影レンズでフォーカスレンズに
利用すれば焦点調節可能となる。従来フォーカシングに
ガラスレンズを光軸方向に相当量動かす必要があるため
に、撮影レンズを大きくする必要があったのが、本発明
により小型の撮影レンズができる。
Further, when the lens is used as a focus lens in a photographing lens, the focus can be adjusted. Conventionally, since the glass lens had to be moved by a considerable amount in the optical axis direction for focusing, it was necessary to increase the size of the photographing lens.

【0051】なお、一般的な光学系設計において、従来
必要な焦点位置を得るために、レンズそのものを交換す
るか、又はレンズ1枚又は、複数レンズを移動する必要
があったのが、本発明により簡単に小型に光学系を構成
できる。
It should be noted that, in a general optical system design, in order to obtain a necessary focal position, it has been necessary to replace the lens itself or move one or more lenses in the present invention. Accordingly, the optical system can be easily formed in a small size.

【0052】また、従来の液晶レンズの提案では、収斂
レンズ特性しか述べられていないが、発散レンズヘの応
用が可能である。液晶の屈折率の変化率を電極の幅で制
御することで任意の屈折率分布が得られ、発散レンズ
(凹レンズ)特性を構成することも可能となる。
In the conventional proposal of a liquid crystal lens, only the characteristic of a convergent lens is described, but application to a divergent lens is possible. By controlling the rate of change of the refractive index of the liquid crystal by the width of the electrode, an arbitrary refractive index distribution can be obtained, and the diverging lens (concave lens) characteristic can be configured.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
液晶レンズについて、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, liquid crystal lenses according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0054】まず、図1を用いて、従来の液晶レンズに
ついて説明する。
First, a conventional liquid crystal lens will be described with reference to FIG.

【0055】図1(a)の模式断面図に示すように、液
晶レンズ500は、平行に配置した基板510,520
とシール材538,539で、液晶530を密封したも
のであり、基板510,520の互いに対向する面に
は、電極511,512,521,522と、配向膜5
18,528が形成されている。電極511,512;
521,522は、光軸Oと同心リング状に、かつ互い
に対向するように、それぞれ形成されている。そして、
対向する電極間の電極対向領域Pにおいては、電圧印加
による電界で液晶530の配向を変化させ、特定の屈折
率に制御することができる。しかし、その隣の電極が対
向しない非電極対向領域Nでは、液晶530の配光が変
化せず、屈折力を持たないとされていた。
As shown in the schematic sectional view of FIG. 1A, the liquid crystal lens 500 includes substrates 510 and 520 arranged in parallel.
The liquid crystal 530 is sealed with sealing materials 538 and 539, and electrodes 511, 512, 521 and 522, and an alignment film 5 are provided on opposite surfaces of the substrates 510 and 520.
18,528 are formed. Electrodes 511, 512;
The reference numerals 521 and 522 are formed concentrically with the optical axis O and opposed to each other. And
In the electrode facing region P between the facing electrodes, the orientation of the liquid crystal 530 can be changed by an electric field generated by applying a voltage to control the liquid crystal 530 at a specific refractive index. However, in the non-electrode facing region N where the adjacent electrode does not face, the light distribution of the liquid crystal 530 is not changed, and the liquid crystal 530 has no refracting power.

【0056】そのため、領域Nと領域Pとでは屈折率が
異なり、図1(b)に端的に示したように、液晶レンズ
500の屈折率は、断続的な略方形の分布になる。換言
すると、図1(c)に示したように、液晶レンズ500
は、複数の直線状のレンズ面要素540を持ったフレネ
ルレンズに相当する。そして、図1(d)に示したよう
に、電極対向領域Pを通過した光束552は焦点550
に結像するが、非電極対向領域Nを通過した光束554
は焦点550に結像せず、結像性が低かった。
Therefore, the refractive index differs between the region N and the region P, and as shown in FIG. 1B, the refractive index of the liquid crystal lens 500 has an intermittent substantially rectangular distribution. In other words, as shown in FIG.
Corresponds to a Fresnel lens having a plurality of linear lens surface elements 540. Then, as shown in FIG. 1D, the light flux 552 that has passed through the electrode facing region P is
The light beam 554 that has passed through the non-electrode facing region N
Did not form an image at the focal point 550, and the image formability was low.

【0057】実際には、液晶530の配向が変化しなく
ても(たとえ水平としても)、屈折率は空気と異なるた
め屈折する。また、電極間で発生する電界により、電極
対向領域Pだけで配向が変化するのではなく、広がりを
持つ。特に、後者によって、非電極対向領域N内では、
電極対向領域Pから離れるに従い屈折率が徐々に大きく
なり、結果としてパワーを持つ。
In practice, even if the orientation of the liquid crystal 530 does not change (even if it is horizontal), the liquid crystal 530 is refracted because it has a different refractive index from air. In addition, due to the electric field generated between the electrodes, the orientation is not changed only in the electrode facing region P, but is widened. In particular, due to the latter, in the non-electrode facing region N,
The refractive index gradually increases as the distance from the electrode facing region P increases, resulting in power.

【0058】そこで、従来は電極対向領域Pの屈折率を
制御して結像させていたのに対し、本発明では、図2に
示すように、非電極対向領域Nにおける屈折率を制御し
て、結像性を向上している。図中、10,20は基板、
18,28は配向膜、30は液晶、38,39はシール
材、Oは光軸、Lは光束の入射方向である。
In view of this, in contrast to the conventional method of controlling the refractive index of the electrode facing region P to form an image, the present invention controls the refractive index of the non-electrode facing region N as shown in FIG. , The image forming property is improved. In the figure, 10 and 20 are substrates,
Reference numerals 18 and 28 denote alignment films, 30 denotes a liquid crystal, 38 and 39 denote sealing materials, O denotes an optical axis, and L denotes an incident direction of a light beam.

【0059】すなわち、図2(a)の模式断面図に示す
ように、基板10,20に形成する同心リング状の電極
12,13;22,23の幅を、非電極対向領域Pの幅
よりも小さくし、また、電界遮断部32,34を設け、
リング状のセルに区切っている。これにより、図2
(b)に示すように、非電極対向領域Nにおいて所望の
傾きで屈折率を変化させている。この屈折率分布は、図
2(c)に示すように、複数の曲線状のレンズ面要素4
0を持ったのフレネルレンズに相当する。そして、図2
(d)に示したように、大部分の光束54が非電極対向
領域Nを通過し、焦点50に結像するようにして、結像
性を高くすることが可能である。さらには、電極対向領
域Pを通過する光束52も焦点50に結像させ、結像性
を一層向上することも可能である。
That is, as shown in the schematic sectional view of FIG. 2A, the widths of the concentric ring-shaped electrodes 12, 13; 22, 23 formed on the substrates 10, 20 are made larger than the width of the non-electrode facing region P. And electric field cutoffs 32 and 34 are provided,
It is divided into ring-shaped cells. As a result, FIG.
As shown in (b), the refractive index is changed at a desired inclination in the non-electrode facing region N. As shown in FIG. 2C, the refractive index distribution includes a plurality of curved lens surface elements 4.
It is equivalent to a Fresnel lens having 0. And FIG.
As shown in (d), most of the light flux 54 passes through the non-electrode facing region N and forms an image at the focal point 50, so that the image forming property can be improved. Further, the light beam 52 passing through the electrode facing region P is also formed into an image at the focal point 50, so that the image forming property can be further improved.

【0060】本発明の液晶レンズは、具体的には、以下
のように種々の態様で構成することができる。
The liquid crystal lens of the present invention can be specifically configured in various modes as described below.

【0061】図3(a)の断面図に示すようにセルで区
切らない場合には、隣接する電極間の電界変化の影響
で、屈折率は、図3(b)のように、山が繰り返すよう
な分布となる。所望の結像性を得るには、一つの山状の
屈折率分布におて、その上昇部分又は下降部分の何れか
一方のみを含む分布であることが必要である。そのため
には、以下の各構成が可能である。
When the cells are not separated as shown in the cross-sectional view of FIG. 3A, the refractive index repeats peaks as shown in FIG. 3B under the influence of electric field changes between adjacent electrodes. It becomes such a distribution. In order to obtain a desired image formability, it is necessary that one mountain-like refractive index distribution has a distribution including only one of the rising portion and the falling portion. For this purpose, the following configurations are possible.

【0062】図4(a)の要部断面図は、不要な光束を
カットする遮光部62〜65を設ける構成を示してい
る。この構成では、遮光部62〜65は、屈折率分布曲
線のうち結像性能に寄与しない範囲QT(図3(b)参
照)に対応する部分を通過する光束を遮断し、寄与する
範囲QSに対応する部分についてのみ、光束が通過する
ようにする。遮光部62〜65は、例えば不透明膜を形
成することにより、容易に形成することができる。しか
し、この方法では、図4(b)に示したように、山状の
屈折率分布曲線の片側をカットすることになるので、全
体光量が略半分に減少する。
FIG. 4A is a sectional view of a main part showing a configuration in which light shielding portions 62 to 65 for cutting unnecessary light beams are provided. In this configuration, the light shielding unit 62 to 65 blocks the light beams passing through the portion corresponding to the range does not contribute to imaging performance Q T (see FIG. 3 (b)) of the refractive index distribution curve, contribute range Q Only the portion corresponding to S allows the light beam to pass. The light shielding portions 62 to 65 can be easily formed by forming an opaque film, for example. However, in this method, as shown in FIG. 4B, one side of the mountain-shaped refractive index distribution curve is cut, so that the total light amount is reduced to approximately half.

【0063】なお、図4は収斂系のレンズ(凸レンズ)
の場合であるが、発散系のレンズ(凹レンズ)の場合に
は、屈折率分布曲線のうち使用しなかった部分QTを使
用することになるので、図4(a)とは逆の部分(光が
透過する部分)をマスクすることになる。
FIG. 4 shows a convergent lens (convex lens).
However, in the case of a divergent lens (concave lens), the unused portion QT of the refractive index distribution curve is used, so the portion ( T ) opposite to FIG. The light-transmitting portion) is masked.

【0064】別の構成としては、セルに区切り、有効領
域を広げる。
As another configuration, the effective area is expanded by dividing into cells.

【0065】図5は、電界シールド31,33,35,
37によりセルに区切った場合の構成図である。電界シ
ールド31,33,35,37は、例えば、銅や、透明
電極で使用する材料(酸化インジウム、酸化錫、ITO
すなわちインジウム錫酸化物など)を利用する。
FIG. 5 shows the electric field shields 31, 33, 35,
37 is a configuration diagram in the case where cells are divided by 37. FIG. The electric field shields 31, 33, 35 and 37 are made of, for example, copper or a material used for a transparent electrode (indium oxide, tin oxide, ITO
That is, indium tin oxide or the like is used.

【0066】図7(a)に示すように、電極の間隔を変
えることにより、所望の屈折率分布を得ることができ
る。
As shown in FIG. 7A, a desired refractive index distribution can be obtained by changing the distance between the electrodes.

【0067】すなわち、光軸Oの中心付近の電極間隔を
広くし、光軸Oの周辺部分では電極の間隔を狭くするこ
とで、図7(b)に示すように、セルごとの屈折分布に
差をつける。
That is, by increasing the distance between the electrodes near the center of the optical axis O and by narrowing the distance between the electrodes near the optical axis O, as shown in FIG. Make a difference.

【0068】いわゆるフレネルゾーンプレートの形とよ
く似た屈折分布とするには、図7中の記号を用いると、
各セルの幅については、 a>b>c>d>e (1) 各セルの最大屈折率については、 QA>QB>QC>QD>QE (2) である。
In order to obtain a refraction distribution very similar to the shape of a so-called Fresnel zone plate, using the symbols in FIG.
The width of each cell, a>b>c> d > For e (1) the maximum refractive index of each cell, Q A> Q B> Q C> Q D> Q E (2)

【0069】この場合には、各電極12〜16,22〜
26に同一電圧を印加することができる。
In this case, each of the electrodes 12-16, 22-
26 can be applied with the same voltage.

【0070】1つ1つのセルを区切ることで、所望の方
向とは逆方向に偏向する光束をなくし、透過率を向上さ
せることができる。また、非電極対向領域の屈折率分布
特性を向上させ、レンズ効果(結像性能)を向上させる
ことができる。また、非球面レンズ効果を設定すること
も可能である。
By dividing each cell, a light beam deflected in a direction opposite to a desired direction can be eliminated, and the transmittance can be improved. Further, the refractive index distribution characteristics of the non-electrode facing region can be improved, and the lens effect (imaging performance) can be improved. It is also possible to set an aspheric lens effect.

【0071】また、図8に示すように、電極に印加する
電圧を変えることにより、所望の屈折率分布を得ること
もできる。
As shown in FIG. 8, a desired refractive index distribution can be obtained by changing the voltage applied to the electrodes.

【0072】図8では、各セルA〜Fについて、それぞ
れの電極X1〜X6に印加する電圧を抵抗R1〜R5により
段階的に変え、各セルA〜Fにおける最大電圧VA〜VF
が、 VF>VE>VD>VC>VB>VA (3) となるようにして、全体のパワーを制御するものであ
る。電源Vは、例えば1kHz、5Vの電圧を交流駆動
させる。この場合は、受光手段を同期させる必要があ
る。なお、直流電源で、一定の屈折率を維持できる材料
の場合は同期の必要はない。
In FIG. 8, for each of the cells A to F, the voltage applied to each of the electrodes X 1 to X 6 is changed stepwise by resistors R 1 to R 5 , and the maximum voltage V A to each of the cells A to F is changed. V F
But, V F> V E> V D> V C> V B> V A (3) The overall power is controlled in such a way as The power source V drives a voltage of, for example, 1 kHz and 5 V in AC. In this case, it is necessary to synchronize the light receiving means. Note that there is no need for synchronization in the case of a material that can maintain a constant refractive index with a DC power supply.

【0073】この場合、光軸Oの中央部を低電圧、光軸
Oの周辺部を高電圧にすることで、図9に示すように、
中央部付近のセルの液晶30については水平配向に近い
状態、すなわち高屈折率とし、周辺部付近のセルの液晶
30については配向の強い状態、すなわち低屈折率にで
き、フレネルレンズのような屈折率分布効果が発揮でき
る。
In this case, by setting the central portion of the optical axis O to a low voltage and the peripheral portion of the optical axis O to a high voltage, as shown in FIG.
The liquid crystal 30 in the cell near the center can be in a state close to horizontal alignment, that is, a high refractive index, and the liquid crystal 30 in the cell near the periphery can be in a state of strong alignment, that is, a low refractive index. The rate distribution effect can be exhibited.

【0074】すなわち、各セルA〜Dについての屈折率
の分布が、図9(a)に示す記号を用いて、 QA>QB>QC>QD(4) QA >QB >QC >QD (5) となるようにすることができる。
[0074] That is, the distribution of the refractive index for each cell A~D, using the symbols shown in FIG. 9 (a), Q A> Q B> Q C> Q D (4) Q A '> Q B ' > Q C ' > Q D ' (5).

【0075】また、非球面効果も付加でき、レンズ性能
が向上する。
Also, an aspherical effect can be added, and the lens performance is improved.

【0076】各セルは、図10〜図14のように、種々
の態様の構成とすることができる。
Each cell can have various configurations as shown in FIGS.

【0077】図10は、各液晶セルを同心筒状の壁W1
〜W6で各円環状のセルごとに明確に分離したものであ
る。電磁シールド材からなる壁W1〜W6で仕切り、隣接
するセルの電極の影響を受けないようにして、屈折力を
高く設定することができる。ただし、液晶セルヘの入射
角が垂直に近い場合に有効であり、角度がつくと分離用
の壁W1〜W6が光路を遮り、悪影響を与える。
FIG. 10 shows that each liquid crystal cell is formed of a concentric cylindrical wall W 1.
WW 6 clearly separates each annular cell. Partition walls W 1 to W-6 consisting of an electromagnetic shielding material, it is possible to avoid the influence of the electrodes of adjacent cells, set high refractive power. However, an effective when the incident angle of the liquid crystal Seruhe is nearly perpendicular, wall W 1 to W-6 for separating the angles attaches it blocks the optical path, an adverse effect.

【0078】図11は、各セルの屈折力を高く設定する
ために、各電極X2〜X6,Y2〜Y6の近傍にそれぞれグ
ランド電極S2〜S6,T2〜T6を設定したものである。
隣のセルの影響をなくす効果を持つ。グランドから制御
するため、電位差の制御範囲が広く、また確実に設定で
きる。
[0078] Figure 11, in order to set a high refractive power of each cell, a ground electrode S 2 ~S 6, T 2 ~T 6 respectively in the vicinity of the electrodes X 2 ~X 6, Y 2 ~Y 6 It is set.
It has the effect of eliminating the influence of the adjacent cell. Since control is performed from the ground, the control range of the potential difference is wide and can be set reliably.

【0079】図12は、セルを明確に分離する壁W1
5を設定するとともに、各壁Wiの両側に、それぞれ電
極SiとTiの対、XiとYiの対を配置する構成を示す。
印加電圧は、VとV2で円環状のセルの外部と内部をお
さえ、電界分布の制御をきめ細かくし、光路偏向の有効
領域を広げることを可能とする。
FIG. 12 shows walls W 1 to W 4 clearly separating cells.
Sets the W 5, on both sides of each wall W i, respectively a pair of electrodes S i and T i, the construction of arranging the pair of X i and Y i.
The applied voltage controls the outside and inside of the ring-shaped cell with V and V2, makes it possible to finely control the electric field distribution and expand the effective area of the optical path deflection.

【0080】図13は、各セル自体の構成は図11と同
じであるが、図11と異なり、電極Y1〜Y6もグランド
に接地している。また、電圧Vは、マイコンによって変
える。
FIG. 13 shows the configuration of each cell itself, which is the same as that of FIG. 11. However, unlike FIG. 11, the electrodes Y 1 to Y 6 are also grounded. The voltage V is changed by the microcomputer.

【0081】図14は、各セル自体の構成は図10と同
じであるが、図11と異なり、各電極には同一電圧を印
加し、その大きさは可変抵抗Rによって変えることがで
きる。
FIG. 14 shows the structure of each cell itself which is the same as that of FIG. 10, but differs from FIG. 11 in that the same voltage is applied to each electrode, and the magnitude can be changed by the variable resistor R.

【0082】図15は、凹レンズの場合の例である。FIG. 15 shows an example in the case of a concave lens.

【0083】凹レンズ構成とするためには、電界シール
ドの壁W2〜W6と電極X1〜X6,Y 1〜Y6を、凸レンズ
系とは逆の位置関係に配置し、電圧の大小の並びも逆に
する。
In order to form a concave lens, an electric field seal
Do wall WTwo~ W6And electrode X1~ X6, Y 1~ Y6The convex lens
It is arranged in the opposite positional relationship to the system, and the order of voltage magnitude is also reversed.
I do.

【0084】すなわち、光軸Oの中央部付近では高電
圧、光軸Oの周辺部付近では低電圧にすることで、図1
5(b)に示すように、屈折率分布曲線が凹状で、中央
部付近を低屈折率、周辺部付近で高屈折率として、凹レ
ンズとしての屈折率分布効果が発揮できるようにしてい
る。
That is, by setting a high voltage near the central portion of the optical axis O and a low voltage near the peripheral portion of the optical axis O, as shown in FIG.
As shown in FIG. 5 (b), the refractive index distribution curve is concave, with a low refractive index near the center and a high refractive index near the periphery, so that a refractive index distribution effect as a concave lens can be exerted.

【0085】すなわち、各セルA〜Fについての屈折率
の分布は、図中の記号を用いると、 QF>QE>QD>QC>QB>QA (6) QF >QE >QD >QC >QB >QA (7) となる。
[0085] That is, the distribution of the refractive index for each cell A~F is the use of symbols in the figure, Q F> Q E> Q D> Q C> Q B> Q A The (6) Q F '> Q E'> Q D '> Q C'> Q B '> Q A' (7).

【0086】屈折率曲線が凹系か凸系かは、対向する電
極同士Xi,Yi(i=1,2,・・・)の幅の寸法比で
決めることができる。図15では、電極Yi(i=1,
2,・・・)の幅を広くとり、屈折率の立ち上がりをゆ
るくすることで、凹レンズ(拡散レンズ)系の性格を持
たせている。電極同士Xi,Yi(i=1,2,・・・)
が同じ幅であれば、前述したように、凸レンズ系(収斂
レンズ)の特性を持たせることになる。この特性は、設
計時に決定する。
Whether the refractive index curve is concave or convex can be determined by the dimensional ratio of the width of the opposing electrodes X i , Y i (i = 1, 2,...). In FIG. 15, the electrodes Y i (i = 1,
2,...) Are widened and the rise of the refractive index is made slow, thereby giving the character of a concave lens (diffusion lens) system. The electrodes X i , Y i (i = 1, 2,...)
If the widths are the same, the characteristics of the convex lens system (convergent lens) are provided as described above. This characteristic is determined at the time of design.

【0087】以上の説明では、液晶材料として、誘電異
方性が正のネマチック液晶を用いた場合について述べた
が、他に、透明な固体や液体であって電場を加えたとき
に屈折率が変化する材料を用いてもよい。
In the above description, a case was described in which a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy was used as a liquid crystal material. However, a transparent solid or liquid, which has a refractive index when an electric field is applied, is also used. Changing materials may be used.

【0088】屈折率変化が電場の強さに比例するポッケ
ルス効果のある材料(例えば、BaTiO3、KH2PO
4(KHP)、KD2PO4(KDP)、LiNbO3、Zn
O)、又は電場の2乗に比例するカー効果利用の材料
(例えば、CS2)でもよい。
Materials having a Pockels effect in which the change in the refractive index is proportional to the strength of the electric field (for example, BaTiO 3 , KH 2 PO)
4 (KHP), KD 2 PO 4 (KDP), LiNbO 3 , Zn
O), or a material utilizing the Kerr effect proportional to the square of the electric field (for example, CS 2 ).

【0089】なお、材料に応じて、光軸中央部付近と周
辺部付近に印加する電圧分布の関係が逆配置になっても
よい。
Note that, depending on the material, the distribution of the voltage applied near the center of the optical axis and the vicinity of the periphery may be reversed.

【0090】すなわち、使用材料の特性は、電界エネル
ギーが大きいほど屈折率が小さく、電界エネルギーが小
さくなると屈折率が大きくなる場合の実施例を示した
が、逆の場合もある。その場合には、例えば図6に示す
ように、電極11〜14、21〜24と電界シールド3
2〜34の関係は、図5とは逆になる。
That is, the characteristics of the materials used have been described in connection with the embodiment in which the refractive index decreases as the electric field energy increases and the refractive index increases as the electric field energy decreases. In that case, for example, as shown in FIG.
The relationship of 2 to 34 is opposite to that of FIG.

【0091】また、光軸中心部を高電圧、周辺部を低電
圧にすることで、レンズ特性の向上も図ることができ
る。この場合は、例えば図16に示すようになる。
Further, by setting the central portion of the optical axis at a high voltage and the peripheral portion at a low voltage, the lens characteristics can be improved. In this case, for example, as shown in FIG.

【0092】材料の特性と、使用目的に応じて整理する
と、図18のようになる。この図において、は印加す
る電圧が一定で、電極間隔のみで制御する場合であり、
は、電圧の変化をつけ、レンズ特性向上を図る場合で
ある。
FIG. 18 shows an arrangement according to the characteristics of the material and the purpose of use. In this figure, is a case where the applied voltage is constant and is controlled only by the electrode interval,
Is a case where the voltage is changed to improve the lens characteristics.

【0093】凸レンズ特性向上のためには、周辺部の屈
折率を低い状態にすることを目的としている。凹レンズ
の場合は、周辺部の屈折率を高い状態にする。
The purpose of improving the convex lens characteristics is to reduce the refractive index of the peripheral portion. In the case of a concave lens, the refractive index of the peripheral portion is made high.

【0094】以上説明した各実施例の液晶レンズは、液
晶の屈折率を制御することにより、結像性能の良い液晶
レンズとすることができる。
The liquid crystal lens of each embodiment described above can be a liquid crystal lens having good imaging performance by controlling the refractive index of the liquid crystal.

【0095】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various other modes.

【0096】例えば、これまで説明してきた実施例で
は、電極は同心リング状であるため、各電極の配線は多
層構成とすることが必要であるが、コストを下がるため
には、図17に示したように、渦巻き状の電極とすれ
ば、配線層を減らすことが可能である。この場合、性能
上は、同心電極の場合よりも落ちるが、配線は容易とな
る。
For example, in the embodiments described above, since the electrodes are concentric rings, it is necessary that the wiring of each electrode has a multilayer structure. However, in order to reduce the cost, FIG. As described above, if a spiral electrode is used, the number of wiring layers can be reduced. In this case, the performance is lower than in the case of the concentric electrode, but the wiring becomes easier.

【0097】本発明のデバイスは、例えば図19に示す
ように、光学レンズの光束内に設置して利用する。図1
9(a)に示したように、光束が透過するデバイスとし
て用いても、図19(b)に示すように、入射面とは反
対側に反射面を設け、光束を反射するデバイスとして用
いてもよい。
The device of the present invention is installed and used in a light beam of an optical lens as shown in FIG. 19, for example. FIG.
As shown in FIG. 9 (a), even when used as a device through which a light beam passes, as shown in FIG. 19 (b), a reflection surface is provided on the side opposite to the incident surface to be used as a device that reflects the light beam. Is also good.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来の液晶レンズの説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional liquid crystal lens.

【図2】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a liquid crystal lens of the present invention.

【図3】 従来例の液晶レンズの説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a conventional liquid crystal lens.

【図4】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a liquid crystal lens of the present invention.

【図5】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a liquid crystal lens of the present invention.

【図6】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図7】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a liquid crystal lens of the present invention.

【図8】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図9】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図10】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図11】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a liquid crystal lens of the present invention.

【図12】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図13】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図14】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図15】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図16】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図17】 本発明の液晶レンズの説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram of the liquid crystal lens of the present invention.

【図18】 本発明の液晶レンズの構成態様を整理した
表である。
FIG. 18 is a table summarizing the configuration of the liquid crystal lens of the present invention.

【図19】 本発明のデバイスの利用法の説明図であ
る。
FIG. 19 is an explanatory diagram of how to use the device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 11〜16 電極(電極対) 18 配向膜 20 基板 21〜26 電極(電極対) 28 配向膜 30 液晶(屈折率可変材料) 31、33,35,37 電界シールド 32,34 区切り 38,39 シール材 40 レンズ面要素 50 焦点 52,54 光束 62〜65 遮光部(遮光マスク) L 入射方向 N 非電極対向領域 O 光軸 P 電極対向領域 S1〜S6 電極(電界軽減用電極) T1〜T6 電極(電界軽減用電極) V,V2 電源(電圧印加手段) W1〜W6 壁(電界シールド材料) X1〜X6 電極(電極対) Y1〜Y6 電極(電極対)DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11-16 Electrode (electrode pair) 18 Alignment film 20 Substrate 21-26 Electrode (electrode pair) 28 Alignment film 30 Liquid crystal (refractive index variable material) 31, 33, 35, 37 Electric field shield 32, 34 Partition 38, 39 Sealing material 40 Lens surface element 50 Focus 52, 54 Light flux 62-65 Light shielding part (light shielding mask) L Incident direction N Non-electrode facing area O Optical axis P Electrode facing area S 1 -S 6 electrode (Electric field reducing electrode) T 1 through T 6 electrode (field relief electrode) V, V 2 supply (voltage applying means) W 1 to W-6 walls (field shielding material) X 1 to X 6 electrodes (an electrode pair) Y 1 to Y 6 electrode (electrode pairs )

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光束内に配置され入射光を偏向させるこ
とができる屈折率可変材料と、該屈折率可変材料を挟ん
で両側に互いに略対向して同心円状、同心楕円状、又は
同心偏倍楕円状に間隔を設けて配置された複数の電極対
と、該電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備
え、上記電極対間に印加される電圧により上記屈折率可
変材料の屈折率分布が変わり焦点位置が変化する、焦点
位置可変空間変調デバイスにおいて、 上記屈折率可変材料について、第1の上記電極対の互い
に対向する電極間およびその周辺の第1の領域と、該第
1の上記電極対に隣接する第2の上記電極対の互いに対
向する電極間およびその周辺の第2の領域との間を区切
り、該第1および第2の領域間において互いに他方の電
界の影響が少なくなるようにしたことを特徴とする、焦
点位置可変空間変調デバイス。
1. A variable-refractive-index material disposed in a light beam and capable of deflecting incident light, and concentrically, concentrically-elliptical, or concentrically magnified on both sides of the variable-refractive-index material substantially opposite to each other. A plurality of pairs of electrodes arranged at intervals in an elliptical shape, and voltage applying means for applying a voltage between the pair of electrodes, wherein the refractive index of the refractive index variable material is changed by the voltage applied between the pair of electrodes. In the variable focal position spatial modulation device in which the distribution changes and the focal position changes, the variable refractive index material includes a first region between the electrodes facing each other of the first electrode pair and around the first electrode pair, It separates between the opposing electrodes of the second electrode pair adjacent to the electrode pair and the second region around the electrodes, and the first and second regions are less affected by the other electric field. What I did Wherein, the focal position varying spatial modulation device.
【請求項2】 上記第1の領域と上記第2の領域との間
の少なくとも一部分に、電界シールド材料を配置するこ
とを特徴とする、請求項1記載の焦点位置可変空間変調
デバイス。
2. The spatial light modulation device according to claim 1, wherein an electric field shielding material is disposed in at least a part between the first region and the second region.
【請求項3】 上記各電極対の少なくとも一方に隣接し
て、該少なくとも一方の電極により形成される電界を軽
減する電界軽減用電極を備えたことを特徴とする、請求
項1記載の焦点位置可変空間変調デバイス。
3. The focal position according to claim 1, further comprising an electric field reducing electrode adjacent to at least one of said electrode pairs for reducing an electric field formed by said at least one electrode. Variable spatial modulation device.
【請求項4】 上記屈折率可変材料は液晶であることを
特徴とする、請求項1記載の焦点位置可変空間変調デバ
イス。
4. The spatial light modulation device according to claim 1, wherein the variable refractive index material is a liquid crystal.
【請求項5】 上記屈折率可変材料は、ポッケルス効果
材料又はカー効果材料であることを特徴とする、請求項
1記載の焦点位置可変空間変調デバイス。
5. The spatial light modulation device according to claim 1, wherein the refractive index variable material is a Pockels effect material or a Kerr effect material.
【請求項6】 光束内に配置され入射光を偏向させるこ
とができる屈折率可変材料と、該屈折率可変材料を挟ん
で両側に互いに略対向して同心円状、同心楕円状、又は
同心偏倍楕円状に間隔を設けて配置された複数の電極対
と、該電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備
え、上記電極対間に印加される電圧により上記屈折率可
変材料の屈折率分布が変わり焦点位置が変化する、焦点
位置可変空間変調デバイスにおいて、 上記屈折率可変材料のうち所望の屈折率分布でない部分
を透過する光束を遮断する遮光マスクを備えたことを特
徴とする、焦点位置可変空間変調デバイス。
6. A variable-refractive-index material disposed in a light beam and capable of deflecting incident light, and concentrically, concentrically-elliptical, or concentrically magnified on both sides of the variable-refractive-index material substantially opposite to each other. A plurality of pairs of electrodes arranged at intervals in an elliptical shape, and voltage applying means for applying a voltage between the pair of electrodes, wherein the refractive index of the refractive index variable material is changed by the voltage applied between the pair of electrodes. A focal position variable spatial modulation device in which the distribution changes and the focal position changes, comprising: a light-blocking mask that blocks a light beam that passes through a portion of the variable refractive index material that does not have a desired refractive index distribution. Variable position spatial modulation device.
【請求項7】 上記遮光マスクは、上記各電極対の互い
に対向する電極間の電極対向領域と、隣接する該電極対
向領域間の非電極対向領域の略中央より片側の略半分と
について、光束を遮断することを特徴とする、請求項6
記載の焦点位置可変空間変調デバイス。
7. The light-shielding mask includes a light flux for an electrode-facing region between electrodes facing each other in each of the electrode pairs and a half of one side from a substantially center of a non-electrode facing region between the adjacent electrode facing regions. 7. The device according to claim 6, wherein
13. The variable focal position spatial modulation device according to claim 1.
【請求項8】 上記遮光マスクは、上記電極対の何れか
一方の電極に隣接して配置されたことを特徴とする、請
求項6記載の焦点位置可変空間変調デバイス。
8. The focal position variable spatial modulation device according to claim 6, wherein the light shielding mask is arranged adjacent to one of the electrodes of the electrode pair.
【請求項9】 上記屈折率可変材料は液晶であることを
特徴とする、請求項6記載の焦点位置可変空間変調デバ
イス。
9. The spatial light modulator according to claim 6, wherein the variable refractive index material is a liquid crystal.
【請求項10】 上記屈折率可変材料は、ポッケルス効
果材料又はカー効果材料であることを特徴とする、請求
項6記載の焦点位置可変空間変調デバイス。
10. The spatial light modulator according to claim 6, wherein the variable refractive index material is a Pockels effect material or a Kerr effect material.
JP2000006526A 2000-01-14 2000-01-14 Focal position variable spatial modulation device Expired - Fee Related JP3714083B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000006526A JP3714083B2 (en) 2000-01-14 2000-01-14 Focal position variable spatial modulation device
US09/757,706 US6577434B2 (en) 2000-01-14 2001-01-11 Variable focal position spatial modulation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000006526A JP3714083B2 (en) 2000-01-14 2000-01-14 Focal position variable spatial modulation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001194635A true JP2001194635A (en) 2001-07-19
JP3714083B2 JP3714083B2 (en) 2005-11-09

Family

ID=18535041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000006526A Expired - Fee Related JP3714083B2 (en) 2000-01-14 2000-01-14 Focal position variable spatial modulation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3714083B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006279940A (en) * 2005-03-03 2006-10-12 Fuji Photo Film Co Ltd Imaging apparatus, imaging method, imaging program, imaging output system and image recording output method
JP2010134981A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Citizen Holdings Co Ltd Liquid crystal optical element and optical pickup apparatus
JP2010231976A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd Illuminating apparatus
JP2013050503A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Japan Display West Co Ltd Liquid crystal optical element
CN104238231A (en) * 2014-09-05 2014-12-24 京东方科技集团股份有限公司 Liquid crystal lens optical splitter, manufacturing method for same and three-dimensional display device
WO2019221115A1 (en) * 2018-05-15 2019-11-21 凸版印刷株式会社 Light deflection device
CN115373187A (en) * 2022-08-29 2022-11-22 京东方科技集团股份有限公司 Liquid crystal lens
WO2023141738A1 (en) * 2022-01-25 2023-08-03 成都耶塔科技有限责任公司 Liquid crystal lens, driving method, glasses, electronic product, and vr/ar device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186734A (en) * 1981-05-12 1982-11-17 Canon Inc Variable focal length lens
JPS61140920A (en) * 1984-12-13 1986-06-28 Olympus Optical Co Ltd Liquid crystal lens
JPH05100201A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Seiko Epson Corp Variable focus lens
JPH05323261A (en) * 1992-05-22 1993-12-07 Toyota Motor Corp Liquid crystal light refracting element
JPH07128631A (en) * 1993-10-29 1995-05-19 Toyota Motor Corp Liquid crystal optical deflection element and liquid crystal variable focus optical element
JPH0729524U (en) * 1993-10-28 1995-06-02 新日本無線株式会社 Variable focus lens and variable focus lens system
JPH0996789A (en) * 1995-03-14 1997-04-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light emitting element, its driving circuit, view finder and video camera

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186734A (en) * 1981-05-12 1982-11-17 Canon Inc Variable focal length lens
JPS61140920A (en) * 1984-12-13 1986-06-28 Olympus Optical Co Ltd Liquid crystal lens
JPH05100201A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Seiko Epson Corp Variable focus lens
JPH05323261A (en) * 1992-05-22 1993-12-07 Toyota Motor Corp Liquid crystal light refracting element
JPH0729524U (en) * 1993-10-28 1995-06-02 新日本無線株式会社 Variable focus lens and variable focus lens system
JPH07128631A (en) * 1993-10-29 1995-05-19 Toyota Motor Corp Liquid crystal optical deflection element and liquid crystal variable focus optical element
JPH0996789A (en) * 1995-03-14 1997-04-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light emitting element, its driving circuit, view finder and video camera

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006279940A (en) * 2005-03-03 2006-10-12 Fuji Photo Film Co Ltd Imaging apparatus, imaging method, imaging program, imaging output system and image recording output method
JP2010134981A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Citizen Holdings Co Ltd Liquid crystal optical element and optical pickup apparatus
JP2010231976A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd Illuminating apparatus
JP2013050503A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Japan Display West Co Ltd Liquid crystal optical element
CN104238231A (en) * 2014-09-05 2014-12-24 京东方科技集团股份有限公司 Liquid crystal lens optical splitter, manufacturing method for same and three-dimensional display device
WO2019221115A1 (en) * 2018-05-15 2019-11-21 凸版印刷株式会社 Light deflection device
TWI716872B (en) * 2018-05-15 2021-01-21 日商凸版印刷股份有限公司 Light deflection device
US11054715B2 (en) 2018-05-15 2021-07-06 Toppan Printing Co., Ltd. Optical deflection apparatus
WO2023141738A1 (en) * 2022-01-25 2023-08-03 成都耶塔科技有限责任公司 Liquid crystal lens, driving method, glasses, electronic product, and vr/ar device
CN115373187A (en) * 2022-08-29 2022-11-22 京东方科技集团股份有限公司 Liquid crystal lens
CN115373187B (en) * 2022-08-29 2024-04-02 京东方科技集团股份有限公司 Liquid crystal lens

Also Published As

Publication number Publication date
JP3714083B2 (en) 2005-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6577434B2 (en) Variable focal position spatial modulation device
US6859333B1 (en) Adaptive liquid crystal lenses
US6549730B1 (en) Focal position changeable spatial modulation unit and focus detection device
KR101099847B1 (en) Polarization-modulating optical element
US6583915B1 (en) Display device using a micro light modulator and fabricating method thereof
US6778246B2 (en) Liquid crystal adaptive lens with closed-loop electrodes and related fabrication methods and control methods
US8937701B2 (en) Wave front analyzer having liquid-crystal microlenses
US20100053539A1 (en) Liquid crystal lens with variable focus
US20110043717A1 (en) Low voltage liquid crystal lens with variable focal length
US5596430A (en) Distributed index light deflector and method of light deflection
JP3849384B2 (en) Spatial modulation device
US11442332B1 (en) Tunable liquid crystal lens with electrically tunable axis of astigmatism
US9323039B2 (en) Particle manipulation system and projection device
JP3714083B2 (en) Focal position variable spatial modulation device
JP2001194636A (en) Focal position variable space modulation device
JPH01187513A (en) Focusing point detecting optical system
CN110412810B (en) Liquid crystal lens and driving method thereof
US5638203A (en) Liquid crystal electrooptical device
JP2005128518A (en) Variable focus lens
KR20010093230A (en) Reflection liquid crystal display
JPH06331932A (en) Projection optical device
JP4022096B2 (en) Optical deflection element and image display device
JP2520186B2 (en) Projection type image display device
JP2570314B2 (en) Viewfinder optical system
CN114415272A (en) Birefringent crystal lens and imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040906

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041221

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20050218

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20050221

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050221

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20050221

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050802

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050815

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080902

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090902

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees