JP2001209037A - 可変ホログラム素子及びそれらを用いた光学装置 - Google Patents

可変ホログラム素子及びそれらを用いた光学装置

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JP2001209037A
JP2001209037A JP2000017312A JP2000017312A JP2001209037A JP 2001209037 A JP2001209037 A JP 2001209037A JP 2000017312 A JP2000017312 A JP 2000017312A JP 2000017312 A JP2000017312 A JP 2000017312A JP 2001209037 A JP2001209037 A JP 2001209037A
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hologram element
lens
optical
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Kimihiko Nishioka
公彦 西岡
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/026—Recording materials or recording processes
    • G03H2001/0264—Organic recording material

Abstract

(57)【要約】 【課題】光量の多い光学特性可変光学素子及びそれらを
用いた光学装置を提供すること。 【解決手段】 液晶可変ホログラム素子３は、透明基板
１６、１７の間に高分子層１８と液晶層１９とが交互に
並んで、液晶層１９中に液晶の粒２０が並んでなり、透
明電極２１、２２に電圧が加わっているときには液晶分
子２３はその長手方向を電極に垂直に向けて、高分子層
１８と液晶層１９の屈折率が略等しくなり、ホログラム
は発現しないが、電圧をＯＦＦにすると、高分子層１８
と液晶層１９の屈折率が異なり、その繰り返しが干渉縞
の作用をして、ホログラムが発現し、ホログラム反射鏡
として機能する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性を変える
ことのできる光学素子及びそれらを用いた光学装置に関
するものであり、特に、可変ホログラム素子及びそれら
を用いた光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、光学特性を変えることのでき
る光学素子としては、図２３に示すように、液晶レンズ
９０１が知られている。図の左方から入射した光束は、
偏光板９０２で紙面内に偏光した光だけになり、液晶レ
ンズ９０３に入射する。液晶レンズ９０３の液晶９０４
にかかる電圧ＯＦＦのときは、液晶分子９０５の方向が
図のようになり、屈折率が高いので凸レンズとして作用
する。電圧をＯＮにすると、液晶分子９０５の方向が光
軸９０６に平行になり、液晶９０４の屈折率が下り、凸
レンズ作用が弱まる。しかし、この液晶レンズ９０１に
おいては、偏光板９０２があるため光量が４０％程度に
なってしまう欠点があった。なお、図中、９０７は透明
電極、９０８はスイッチ、９０９は交流電源である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、光量の多い光学特性可変光学素子及びそれらを用
いた光学装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の可変ホログラム
素子は、例えば高分子分散液晶又は高分子安定化液晶を
用いたことを特徴とするものである。
【０００５】この場合、基板がレンズ又はミラー作用を
持つようにすることができる。
【０００６】また、式（１）、（４）、（８）、（１
０）、（１１）の何れか１つ以上を満たすようにするこ
とが望ましい。
【０００７】また、複数の上記可変ホログラム素子を透
明電極を挟んで積層してなるものとすることができる。
【０００８】この可変ホログラム素子を用いた撮像装置
のファインダーを構成することができる。
【０００９】その場合、半値幅の小さい光源を備えるこ
とが望ましい。
【００１０】また、式（５）、式（６）の何れか１つ以
上を満たすようにすることが望ましい。
【００１１】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
デジタルカメラのファインダーを構成することができ
る。
【００１２】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
一眼レフ式ファインダー、ガリレオ式ファインダー又は
アルバダファインダーを構成することができる。
【００１３】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
ウェアラブル情報装置を構成することができる。
【００１４】その場合、半値幅の小さい光源と共に用い
ることが望ましい。
【００１５】また、アダプター又はケースにその可変ホ
ログラム素子を用いることができる。
【００１６】また、頭部装着型表示装置として用いるこ
とができるようにすることができる。
【００１７】その場合、眼鏡の機能と表示装置の機能を
備えるようにすることができる。
【００１８】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
撮像装置の表示装置を構成することができる。
【００１９】その場合、半値幅の小さい光源を備えるこ
とが望ましい。
【００２０】また、アダプター又はケースにその可変ホ
ログラム素子を用いることができる。
【００２１】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
可変焦点眼鏡を構成することができる。
【００２２】その場合、半値幅の小さい光源を備えるこ
とが望ましい。
【００２３】又は、半値幅の小さい光源と共に用いるこ
とが望ましい。
【００２４】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
光ピックアップを構成することができる。
【００２５】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
異なるディスク用の光ピックアップを構成することがで
きる。
【００２６】それらの場合、半値幅の小さい光源と共に
用いることが望ましい。
【００２７】また、上記の可変ホログラム素子を光路切
換用に用いた光学測定器を構成することができる。
【００２８】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
光学測定器を構成することができる。
【００２９】その場合、半値幅の小さい光源と共に用い
ることが望ましい。
【００３０】また、上記の可変ホログラム素子を光路切
換用に用いた偏心測定器を構成することができる。
【００３１】また、上記の可変ホログラム素子を用いた
偏心測定器を構成することができる。
【００３２】本発明のもう１つの可変ホログラム素子
は、フォトニック結晶の隙間に液晶を染み込ませてなる
ことを特徴とするものである。
【００３３】本発明のさらにもう１つの可変ホログラム
素子は、フォトニック結晶と液晶とからなることを特徴
とするものである。
【００３４】本発明は、デジタルホログラムによって画
像を形成することを特徴とする内視鏡を含むものであ
る。
【００３５】その場合、式（１２）を満たすことが望ま
しい。
【００３６】また、赤外光を用いたデジタルホログラム
によって画像を形成するようにすることができる。
【００３７】その場合、可視光の観察可能にすることが
望ましい。
【００３８】また、３色の光源を備えたものとすること
ができる。
【００３９】赤外光を用いたデジタルホログラムによっ
て画像を形成する場合、式（１３）を満たすことが望ま
しい。
【００４０】なお、以上の内視鏡は、ハーフミラープリ
ズムを備えたものとすることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の可変ホログラム素
子の一例とそれらを用いた光学装置の実施例について説
明する。
【００４２】図１は、本発明の１実施例で、デジタルカ
メラ、ＶＴＲカメラ等の撮像装置１のファインダー２
に、液晶可変ホログラム素子（以下、ＬＣＶＨＥと略
記）３を用いた例であり、光学ファインダーとしても電
子ビューファインダーとしても切り換え使用できるファ
インダー２である。図中、４は撮像レンズ、５はハーフ
ミラー（又は、ハーフミラープリズム）、６は固体撮像
素子である。
【００４３】この撮像装置１において、まず、ＬＣＶＨ
Ｅ３に加わる電圧がＯＮのときを考える。撮像レンズ４
を通った撮像光束は、ハーフミラー５で一部上方に反射
されて曲がり、ミラー７で右方に反射されて曲がり、レ
ンズ８で拡大され、ＬＣＶＨＥ３を透過し、観察者の眼
９に入る。つまり、光学的ファインダーとして機能す
る。符号１０はＬＣＶＨＥ３を駆動する電源である。
【００４４】次に、ＬＣＶＨＥ３に加わる電圧がＯＦＦ
の場合を考える。このとき、ＬＣＶＨＥ３は凹面反射鏡
として機能する。そして、電子ビューファインダーの一
部として働く。
【００４５】すなわち、図中、１１は反射型液晶ディス
プレイで、波長幅の狭い光源１２によって照明される。
反射型液晶ディスプレイ１１に形成された固体撮像素子
６からの撮像画像はＬＣＶＨＥ３で拡大され、観察者の
眼９に入り、ビューファインダーとして機能する。ここ
で、１３は液晶表示用回路、１４はＣＣＤ駆動読出回
路、１５はメモリで、固体撮像素子６で撮像された画像
信号はＣＣＤ駆動読出回路１４で読み出され、メモリ１
５に一旦記憶されると共に、液晶表示用回路１３に供給
され反射型液晶ディスプレイ１１に表示される。
【００４６】このような構成のファインダー２は、固体
撮像素子６で撮像した画像を確認したり、暗い場所での
画像確認のためのビューファインダーとして便利であ
る。
【００４７】次に、ＬＣＶＨＥ３の構造について説明す
る。図２に示すように、透明基板１６、１７の間に、高
分子層１８と液晶層１９とが使用する光の波長λ程度の
間隔で交互に並んでいる。液晶層１９は、例えばネマチ
ック液晶の粒２０が並んでおり、その粒２０の間は高分
子で隔てられてなるものである。このような液晶は高分
子分散液晶という。図３に示すように、液晶の粒２０の
大きさは、その形を球形で近似したとき、直径が凡そｄ
であり、ｄは光の波長λと同程度かそれより小さく、次
の式（１）を満たすことが望ましい。
【００４８】 λ／３００＜ｄ＜５λ ・・・（１） 上記式（１）の上限の５λよりｄが大きいと、光の散乱
が増える。下限のλ／３００よりｄが小さいと、液晶分
子２３が周囲の高分子との分子間力のために動かなくな
って可変光学特性が発揮できない。なお、波長λは、可
視光の場合４００〜７００ｎｍ程度である。
【００４９】透明電極２１、２２に電圧が加わっている
ときには、液晶分子２３はその長手方向を電極に垂直に
向けている。この例では、液晶分子２３は正の誘電異方
性を持つネマチック液晶とするが、これに限らず、液晶
分子２３の誘電異方性は負でもよく、また、液晶はネマ
チック液晶に限らず、コレステリック液晶、スメクチッ
ク液晶、強誘電性液晶、ディスコチック液晶等でもよ
い。あるいは、液晶層１９は高分子安定化液晶でもよ
い。高分子安定化液晶というのは、液晶分子２３が高分
子の壁あるいは網で隔てられている液晶のことである。
【００５０】以上の様々な液晶は、本発明の他の実施例
に共通に用いることができる。
【００５１】図４に、液晶分子２３の屈折率楕円体を示
す。この例では、 ｎe ＞ｎo ・・・（２） であり、正の１軸性の液晶の例であり、ｚ軸は液晶分子
２３の長軸方向と一致する。
【００５２】さて、上記の例では、液晶分子２３は透明
基板１６、１７の面に垂直方向にその長軸を向けている
ため、透明基板１７の法線、つまり液晶分子２３の長軸
に平行な方向に進行する光に対しては、液晶分子２３の
屈折率は等方的でｎo となる。
【００５３】そして、高分子層１８の屈折率ｎP は、 ｎP ≒ｎo ・・・（３） を満たすとする。より正確には、 ｜ｎP −ｎo ｜＜０．１５ ・・・（４） を満たすとよい。
【００５４】すると、ＬＣＶＨＥ３は法線方向に進行す
る光に対しては透明なガラス板と等価となる。つまり、
ホログラムの効果が発現しない。
【００５５】図２に示すように、ファインダー２の光軸
はＬＣＶＨＥ３の法線方向とはθだけ傾いているが、 ０≦｜θ｜＜３０° ・・・（５） であれば、液晶分子２３の複屈性は小さいので、ＬＣＶ
ＨＥ３はホログラムとしての機能が出ず、ファインダー
２は光学ファインダーとして機能する。あるいは、ＬＣ
ＶＨＥ３を透過する光線の法線に対してなす角αの最大
値αmax が、 ０≦｜αmax ｜＜４０° ・・・（６） としてもよい。式（６）を満たせば、ファインダー２は
光学ファインダーとして機能する。
【００５６】さて、次に、ＬＣＶＨＥ３にかかる電圧を
ＯＦＦにすると、図５に示すように、液晶分子２３の方
向はランダムとなり、液晶層１９の屈折率ｎL は、 ｎL ＝ｗｎP ＋（１−ｗ）（２ｎo ＋ｎe ）／３ ・・・（７） となる。ここで、ｗは液晶層１９におけるポリマーの体
積の占める割合であり、ポリマーは、液晶の粒２０を取
り囲んでいる、あるいは、網目状に液晶分子２３を区分
している。つまり、高分子分散液晶あるいは高分子安定
化液晶状態である。
【００５７】ｗの値は小さい程ホログラムの特性が良い
が、余り小さいと、液晶の電圧ＯＮ→ＯＦＦ時の応答速
度が遅くなるので、 ０．００５＜ｗ＜０．７ ・・・（８） を満たす必要がある。ｗが上限の０．７を越えると、ｎ
L とｎP の差が小さくなりすぎ、以下に述べる電圧ＯＦ
Ｆ時のホログラム効果が出なくなる。
【００５８】図５の状態では、ｎP ≠ｎL となり、高分
子層１８と液晶層１９が交互に繰り返されるため、その
繰り返しが干渉縞の作用をして、ＬＣＶＨＥ３はホログ
ラム反射鏡として機能し、反射型液晶ディスプレイ１１
の画像はＬＣＶＨＥ３で反射されて眼９に入り、撮像装
置１で撮影された画像が観察できるのである。つまり、
ファインダー２は電子ビューファインダーとして機能す
る。
【００５９】図１では、光学ファインダーは１眼レフタ
イプとしたが、これに限らず、図６に示すようなアルバ
ダ式ファインダー、ガリレオ式ファインダーとして用い
てもよい。図６の例では、ＬＣＶＨＥ３の基板をレンズ
面３０１の形状とし、レンズ作用も持たせている。レン
ズ面３０１の形状は、球面、平面、非球面等、何れでも
よいが、特に回転対称性を持たない自由曲面とすれば、
収差補正上有利である。もちろん、基板に反射コート等
を施し、ミラー作用を持たせてもよい。
【００６０】図７は、携帯パソコン、携帯電話、ＰＤＡ
（Personal Degital Assistant）等のウェアラブル情報
装置２４の表示部２５にＬＣＶＨＥ２６を用いた例を示
す図である。ＬＣＶＨＥ２６の構造は、上記のＬＣＶＨ
Ｅ３と略同様であるが、ＬＣＶＨＥ２６に加わる電圧が
ＯＦＦのとき、ＬＣＶＨＥ２６は透明板として作用す
る。つまり、 ｎP ≒ｎL ・・・（９） である。より正確には、 ｜ｎP −ｎL ｜＜０．１５ ・・・（１０） であることが望ましい。
【００６１】したがって、このとき、表示装置２７、例
えば液晶ディスプレイに表示された画像、文字等を使用
者はＬＣＶＨＥ２６を通して見ることができる。このと
き、ウェアラブル情報装置２４は手に持って見る、ある
いは机上に置いて見るのが一般的な使い方である。
【００６２】次に、ＬＣＶＨＥ２６に加わる電圧がＯＮ
の場合、ＬＣＶＨＥ２６はルーペとして作用する。図８
に示すように、表示装置２７の拡大像２８がＬＣＶＨＥ
２６によって形成され、使用者は拡大像２８を見ること
ができる。このとき、表示装置２７は、図７の場合より
細かい画像、文字データを表示するようにしておけば、
図７の場合より多い情報を使用者に与えることができて
なおよい。
【００６３】ＬＣＶＨＥ２６に加わる電圧がＯＮのとき
は、 ｎP ＞ｗｎo ＋（１−ｗ）ｎP ・・・（１１） を満たすようにすれば、ＬＣＶＨＥ２６はホログラムと
して作用し、ルーペの効果が出るのである。なお、この
とき、表示装置２７の照明には、ＬＤ、ＬＥＤ等の光源
１２を用いるのがよい。
【００６４】また、ＬＣＶＨＥ２６に加わる電圧がＯＮ
のとき、ウェアラブル情報装置２４を見るのに、その情
報装置２４を人の頭部に装着するようにしてもよい。つ
まり、図９に示すように、ＨＭＤ（頭部装着型表示装
置）２９としてウェアラブル情報装置２４を用いること
ができるようにしてもよい。このようにすれば、眼とＬ
ＣＶＨＥ２６の距離が近づくので、ＬＣＶＨＥ２６の焦
点距離ｆを短くでき、表示装置２７の拡大像２８の大き
さが大きくなるのでなおよい。
【００６５】ＬＣＶＨＥ２６の作り方としては、図１０
のような方法がある。レーザー等のコヒーレントな光源
からの光をハーフミラー等で２つに分け、１つは略平行
光３０２として露光前の液晶とモノマーの混合層３０に
入射させる。同時に、もう一方の光束３０３を一点に集
光させるようにレンズ等で屈折させ、モノマーの混合層
３０に入射させる。２つの光束３０２、３０３で干渉が
生じ、光の強め合うところのみが光重合を起こしモノマ
ーがポリマーとなる。ＬＣＶＨＥ３の作製方法も略同様
である。モノマーとしては、ノーランド社のＮＯＡ−６
５が、液晶の例としてはＭＢＢＡ、ＣＢ−５等がある。
【００６６】なお、ＬＣＶＨＥ２６と表示装置２７の組
み合わせの表示部２５は、図１１に示すように、デジタ
ルカメラ６０の表示装置６１に用いてもよい。ＬＣＶＨ
Ｅ２６が透明板として作用するときには、表示装置２７
は通常の表示装置として作用する。ＬＣＶＨＥ２６がル
ーペとして作用するときには、図１２のように、眼９を
表示装置に近づけることで拡大像を見ることができる。
【００６７】また、図１３のように、ＬＣＶＨＥ２６を
デジタルカメラ６０とは別体にしてアダプター６２に付
けて、デジタルカメラ６０に着脱可能として用いてもよ
い。あるいは、ＬＣＶＨＥ２６はデジタルカメラ６０の
ケースに設けてもよい。また、アダプター６２はデジタ
ルカメラ６０のケースを兼ねてもよい。また、表示装置
２７の代わりに固定焦点のレンズを用いてもよい。同様
にして、ウェアラブル情報装置２４の場合でも、図１４
に示すように、ＬＣＶＨＥ２６を表示装置２７とは別体
にしてもよい。ＬＣＶＨＥ２６をアダプター６３に設
け、アダプター６３をウェアラブル情報装置２４に着脱
可能としてもよい。また、ＬＣＶＨＥ２６をウェアラブ
ル情報装置２４のケースに設けてもよい。あるいは、ア
ダプター６３はウェアラブル情報装置２４のケースを兼
ねてもよい。
【００６８】図１５は、ＬＣＶＨＥ３１を可変焦点眼鏡
３２のレンズ３３に用いた例を示す図である。電圧のＯ
Ｎ、ＯＦＦをコントローラー３０４によって行うこと
で、レンズ３３はレンズ作用が強くなったり、透明板と
なったりする。このため、眼鏡の視度が変わり、老眼の
人が眼鏡３２を掛け代えることなく近点も遠点も見るこ
とができる。レンズ３３の基板３４、３５はレンズ形状
としてもよく、電圧のＯＮ、ＯＦＦでパワーの異なる眼
鏡として作用する。ＬＣＶＨＥ３１への電圧ＯＮ、ＯＦ
Ｆは、距離センサー３６を眼鏡に設け、自動的に行うよ
うにしてもよい。
【００６９】また、照明光として、波長半値幅の短い光
源３７を用いれば、ホログラムの性能が向上するのでな
およい。光源３７は、例えば赤、緑、青の３色の半導体
レーザー、ＬＥＤ等を用いるとよい。何れも半値幅の小
さい光源である。波長の半値幅が１００μｍ以下である
となおよい。
【００７０】あるいは、光源３７を眼鏡３２に取り付け
る代わりに、光源３７をスタンド３８あるいは室内照明
３９に設けてもよい。このようにすれば、眼鏡３２が軽
量化できてよい。
【００７１】図１６は、可変焦点眼鏡３２のレンズ３３
をより詳しく説明した図で、赤、緑、青色光用のＬＣＶ
ＨＥ４０、４１、４２が３層設けられてなる。図中、４
３、４４、４５、４６は透明電極である。光源３７の一
色だけを点灯させ、それと同期して同色のＬＣＶＨＥだ
けをホログラムとして作用させる。そして、これを他の
色についても順次行っていくことで、自然な色再現が可
能な可変焦点眼鏡３２が得られる。なお、ＬＣＶＨＥ４
０、４１、４２の間には透明基板を設けず、透明電極の
み設けるようにすれば、軽量化できてよい。
【００７２】図１７は、ＨＭＤ４７に眼鏡の機能を設け
た例を示す図である。ＬＣＶＨＥ４８に加わる電圧を変
化させることで、ＬＣＶＨＥ４８は透過になり眼鏡とし
て機能したり、ＬＣＶＨＥ４８は反射鏡となり表示装置
２７を拡大して見たりすることができる。基板３４、３
５を使用者の眼の視度に合わせたレンズとしておくこと
で、表示装置としても眼鏡としても使うことができる。
【００７３】図１８は、厚さの異なる光ディスク５８に
用いることができる光ピックアップ光学系にＬＣＶＨＥ
４９を用いた例を示す図である。半導体レーザー５０か
ら出た光は、ＬＣＶＨＥ４９の電圧がＯＦＦのときはＡ
の光路を通り、ハーフミラー５１、レンズ５２、ビーム
スプリッタ５３、レンズ５４を通り、１つの光ディスク
５８Ａに入射する。ＬＣＶＨＥ４９の電圧がＯＮのとき
はＢの光路を通り、ミラー５５、レンズ５６、ビームス
プリッタ５３、レンズ５４を通り、異なる厚さの光ディ
スク５８Ｂに入射する。レンズ５２、５６を適当に設計
することで、光ディスク５８Ａ、５８Ｂの何れにしても
使用できる光ピックアップ光学系が実現できる。なお、
図中、符号５７は光ディスク５８Ａ、Ｂ読み取り用の受
光素子である。
【００７４】図１９は、ＬＣＶＨＥ７０を光学測定器に
用いた例を示す図であり、組み上がりレンズ偏心測定器
７１に用いた例である。同様の利用目的の測定器は、特
開平７−１４００３８号にも提案されている。ＬＣＶＨ
Ｅ７０は光路切り換え用の可変光学素子として機能す
る。このとき、ＬＣＶＨＥ７０に加わる電圧はＯＮであ
る。
【００７５】まず、ＬＣＶＨＥ７０が透明板として作用
している場合を考える。光源７２から出た光は、ハーフ
ミラープリズム７６、レンズ７３、ＬＣＶＨＥ７０、レ
ンズ７４を通り、被検レンズ７５に入射する。この光路
を被検光路と呼ぶ。光源７２としては半導体レーザー、
ＬＥＤ等が適している。被検レンズ７５の何れかの面で
反射した光は逆の順に進み、ハーフミラープリズム７６
で反射して、撮像素子７７に結像する。
【００７６】一方、ＬＣＶＨＥ７０が反射鏡として作用
するとき、つまり、ＬＣＶＨＥ７０に加わる電圧がＯＦ
Ｆのときは、光源７２から出た光は、ハーフミラープリ
ズム７６、レンズ７３、ＬＣＶＨＥ７０、イメージロー
テータ７８、レンズ７９、ミラー８０の光路を通り、ミ
ラー８０で反射して逆進し、ハーフミラープリズム７
６、撮像素子７７と進み、撮像素子７７に結像する。こ
の光路を参照光路と呼ぶ。
【００７７】そして、イメージローテータ７８が回転す
ると、撮像素子７７上の参照光路を通った光束の結像点
は円を描いて回転する。その回転中心と、被検光路の結
像点との差から、被検レンズ７５の光束が反射した面の
偏心量を求めることができる。
【００７８】次に、レンズ７３、７４、７９の位置を調
整することで、被検レンズ７５の他の面の偏心を同様に
求めることができる。
【００７９】この構成は、ＬＣＶＨＥ７０の代わりに移
動式の光路切り換え用のプリズムあるいはミラーを用い
た場合に比べ、精度の良い測定ができるメリットがあ
る。
【００８０】この例で、ＬＣＶＨＥ７０としては、既に
述べた図１０の方法で作ってもよいのであるが、図２０
のような方法で作った液晶フォトニック結晶８１でもよ
い。液晶フォトニック結晶８１はＬＣＶＨＥの１つであ
り、リソグラフィー、エピタキシャル成長等の方法で作
った３次元格子のフォトニック結晶８２の隙間部分に液
晶８３を含ませたものである。図１０の場合よりも高精
度にホログラムが作れるのでよい。
【００８１】フォトニック結晶８２の屈折率をｎS とす
る。ｎP をｎS で置き換えれば、前記の式（４）、式
（５）、式（６）、式（７）、式（９）、式（１０）は
同様に成り立つ。液晶分子がランダムにいろいろな方向
を向いている場合、式（７）は液晶フォトニック結晶８
１にも適用でき、このとき、ｗ＝１と置けばよい。図２
０に示す格子の間隔の１／２をｄとして採用すれば、式
（１）も成り立つ。
【００８２】上記液晶フォトニック結晶８１は、本発明
の他の実施例にも利用できる。
【００８３】また、本発明の実施例において、ＬＣＶＨ
Ｅ以外の可変ホログラム素子を用いてもよい。そのよう
な可変ホログラム素子としては、磁気光学効果を持つ物
質で作った可変回折光学素子、可変ミラーアレー（商品
名ＤＭＤ：テキサスインストゥルーメント社製）、チタ
ン酸バリウムで作った可変回折光学素子等があげられ
る。
【００８４】図２１は、本発明のさらに別の１例で、デ
ジタルホログラム内視鏡２００の例を示す図である。半
導体レーザー２０１から出た光は、物体（例えば、生
体、人体内部等）Ｏに当たり、反射して微小画素固体撮
像素子２０２に戻ってくる。一方、半導体レーザー２０
１から出た光の一部はハーフミラープリズム２０３で反
射し、微小画素固体撮像素子２０２に入る。ここで上記
２つの光は干渉し、干渉縞が微小画素固体撮像素子２０
２上に形成される。そして、その干渉縞をコンピュータ
２０４に取り込んで解析し、その解析画像をディスプレ
イ２０５上に表示する。
【００８５】この例は、デジタルなホログラム画像が得
られるのが特徴で、立体画像が得られる点で優れてい
る。
【００８６】半導体レーザー２０１は、赤、緑、青の３
色として順次点灯し、各色毎にホログラムから画像を再
生し重ね合わせれば、カラー画像が得られる。
【００８７】微小画素固体撮像素子２０２の１画素の大
きさＰは小さい程ホログラムの画角が広げられるのでよ
い。
【００８８】 ０．１μｍ≦Ｐ≦４μｍ ・・・（１２） を満たすと、画角も広げられ、解像力も向上するのでよ
い。この式の下限０．１μｍは微小画素固体撮像素子２
０２の製作が困難になることから決まる。
【００８９】図２２は、赤外デジタルホログラム内視鏡
２０６の例を示す図である。図２１の半導体レーザー２
０１の代わりに、赤外半導体レーザー２０７が用いられ
ている。
【００９０】この実施例は赤外光を用いるので、生体内
部まで見ることができるメリットがある。この場合に用
いる赤外光の波長λは、 λ＞８００ｎｍ ・・・（１３） を満たすと、生体での光吸収が少ないのでよい。
【００９１】また、通常の可視光の画像も得られるよう
に、可視の撮像系と可視の照明系２０８も赤外デジタル
ホログラム内視鏡２０６に設けるとよい。可視の照明系
２０８は、照明レンズ２０９とライトガイド２１０から
構成されている。そして、微小画素固体撮像素子２０２
は可視光も捉えることができ、可視の撮像系にも用いら
れる。その代わりに、可視光用のファイバースコープ観
察系、あるいは、可視光用の電子スコープ観察系を併せ
て赤外デジタルホログラム内視鏡２０６に設けるように
してもよい。
【００９２】以上の本発明では、可変ホログラム素子及
びそれらを用いた光学装置は、例えば次のように構成す
ることができる。
【００９３】〔１〕 高分子分散液晶又は高分子安定化
液晶を用いたことを特徴とする可変ホログラム素子。
【００９４】〔２〕 基板がレンズ又はミラー作用を持
つことを特徴とする上記１記載の可変ホログラム素子。
【００９５】〔３〕 式（１）、（４）、（８）、（１
０）、（１１）の何れか１つ以上を満たすことを特徴と
する上記１記載の可変ホログラム素子。
【００９６】〔４〕 複数の上記１記載の可変ホログラ
ム素子を透明電極を挟んで積層したことを特徴とする可
変ホログラム素子。
【００９７】〔５〕 可変ホログラム素子を用いたこと
を特徴とする撮像装置のファインダー。
【００９８】〔６〕 半値幅の小さい光源を備えたこと
を特徴とする上記５記載の撮像装置のファインダー。
【００９９】〔７〕 式（５）、式（６）の何れか１つ
以上を満たすことを特徴とする上記５記載の撮像装置の
ファインダー。
【０１００】〔８〕 可変ホログラム素子を用いたこと
を特徴とするデジタルカメラのファインダー。
【０１０１】
〔９〕 可変ホログラム素子を用いたこと
を特徴とする一眼レフ式ファインダー、ガリレオ式ファ
インダー又はアルバダファインダー。
【０１０２】〔１０〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とするウェアラブル情報装置。
【０１０３】〔１１〕 半値幅の小さい光源と共に用い
ることを特徴とする上記１０記載のウェアラブル情報装
置。
【０１０４】〔１２〕 アダプター又はケースに前記可
変ホログラム素子を用いたことを特徴とする上記１０記
載のウェアラブル情報装置。
【０１０５】〔１３〕 頭部装着型表示装置として用い
ることができることを特徴とする上記１０記載のウェア
ラブル情報装置。
【０１０６】〔１４〕 眼鏡の機能と表示装置の機能を
備えたことを特徴とする上記１３記載のウェアラブル情
報装置。
【０１０７】〔１５〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とする撮像装置の表示装置。
【０１０８】〔１６〕 半値幅の小さい光源を備えたこ
とを特徴とする上記１５記載の撮像装置の表示装置。
【０１０９】〔１７〕 アダプター又はケースに前記可
変ホログラム素子を用いたことを特徴とする上記１５記
載の撮像装置の表示装置。
【０１１０】〔１８〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とする可変焦点眼鏡。
【０１１１】〔１９〕 半値幅の小さい光源を備えたこ
とを特徴とする上記１８記載の可変焦点眼鏡。
【０１１２】〔２０〕 半値幅の小さい光源と共に用い
ることを特徴とする上記１８記載の可変焦点眼鏡。
【０１１３】〔２１〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とする光ピックアップ。
【０１１４】〔２２〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とする厚さの異なるディスク用の光ピックアッ
プ。
【０１１５】〔２３〕 半値幅の小さい光源と共に用い
ることを特徴とする上記２１又は２２記載の光ピックア
ップ。
【０１１６】〔２４〕 可変ホログラム素子を光路切換
用に用いたことを特徴とする光学測定器。
【０１１７】〔２５〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とする光学測定器。
【０１１８】〔２６〕 半値幅の小さい光源と共に用い
ることを特徴とする上記２４又は２５記載の光学測定
器。
【０１１９】〔２７〕 可変ホログラム素子を光路切換
用に用いたことを特徴とする偏心測定器。
【０１２０】〔２８〕 可変ホログラム素子を用いたこ
とを特徴とする偏心測定器。
【０１２１】〔２９〕 フォトニック結晶の隙間に液晶
を染み込ませてなることを特徴とする可変ホログラム素
子。
【０１２２】〔３０〕 フォトニック結晶と液晶とから
なることを特徴とする可変ホログラム素子。
【０１２３】〔３１〕 デジタルホログラムによって画
像を形成することを特徴とする内視鏡。
【０１２４】〔３２〕 式（１２）を満たすことを特徴
とする上記３１記載の内視鏡。
【０１２５】〔３３〕 赤外光を用いたデジタルホログ
ラムによって画像を形成することを特徴とする上記３１
記載の内視鏡。
【０１２６】〔３４〕 可視光の観察可能なことを特徴
とする上記３３記載の内視鏡。
【０１２７】〔３５〕 ３色の光源を備えたことを特徴
とする上記３１記載の内視鏡。
【０１２８】〔３６〕 式（１３）を満たすことを特徴
とする上記３３記載の内視鏡。
【０１２９】〔３７〕 ハーフミラープリズムを備えた
ことを特徴とする上記３１から３６の何れか１項記載の
内視鏡。
【０１３０】〔３８〕 可変ホログラム素子を用いた眼
鏡の機能と表示装置の機能を備えたことを特徴とする頭
部装着型表示装置。
【０１３１】〔３９〕 光路切り替え機能を持つ可変ホ
ログラム素子を用いたことを特徴とする光学測定器。
【０１３２】〔４０〕 上記５、８、９、１０、１５、
１８、２１、２２、２４、２５、２７、２８の何れか１
項記載のホログラム素子が高分子分散液晶又は高分子安
定化液晶を用いて構成されていることを特徴とする装
置。
【０１３３】
【発明の効果】本発明によれば、光学特性の変わる液晶
可変ホログラム素子並びにそれらを用いた光学光学装置
が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により撮像装置のファインダーに液晶可
変ホログラム素子を用いた実施例の構成を示す図であ
る。
【図２】図１の液晶可変ホログラム素子の構成を示す図
である。
【図３】液晶層中の液晶の粒を示す図である。
【図４】液晶分子の屈折率楕円体を示す図である。
【図５】図１の液晶可変ホログラム素子にかかる電圧を
ＯＦＦにした状態を示す図である。
【図６】別のファインダー形式の場合の構成を示す図で
ある。
【図７】ウェアラブル情報装置の表示部に液晶可変ホロ
グラム素子を用いた実施例の構成を示す図である。
【図８】図７の構成において液晶可変ホログラム素子を
ルーペとして作用させる場合の作用を示す図である。
【図９】ウェアラブル情報装置を頭部装着型表示装置と
して構成する場合の構成を示す図である。
【図１０】液晶可変ホログラム素子の作り方の例を説明
するための図である。
【図１１】液晶可変ホログラム素子をデジタルカメラの
表示装置に用いる場合の構成を示す図である。
【図１２】図１１の構成において液晶可変ホログラム素
子をルーペとして作用させる場合を示す図である。
【図１３】液晶可変ホログラム素子をデジタルカメラと
は別体のアダプターに付けて着脱可能として用いる場合
の構成を示す図である。
【図１４】液晶可変ホログラム素子をウェアラブル情報
装置とは別体のアダプターに付けて着脱可能として用い
る場合の構成を示す図である。
【図１５】液晶可変ホログラム素子を可変焦点眼鏡のレ
ンズに用いる場合の構成を示す図である。
【図１６】可変焦点眼鏡のレンズをより詳しく説明する
図である。
【図１７】頭部装着型表示装置に眼鏡の機能を設けた実
施例の構成を示す図である。
【図１８】厚さの異なる光ディスク用の光ピックアップ
光学系に液晶可変ホログラム素子を用いた実施例の構成
を示す図である。
【図１９】液晶可変ホログラム素子を光学測定器に用い
る実施例の構成を示す図である。
【図２０】本発明の可変ホログラム素子を液晶フォトニ
ック結晶で構成する場合を示す図である。
【図２１】本発明によるデジタルホログラム内視鏡の構
成を示す図である。
【図２２】本発明による赤外デジタルホログラム内視鏡
の構成を示す図である。
【図２３】従来の液晶レンズの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…撮像装置 ２…ファインダー ３…液晶可変ホログラム素子（ＬＣＶＨＥ） ４…撮像レンズ ５…ハーフミラー ６…固体撮像素子 ７…ミラー ８…レンズ ９…観察者の眼 １０…ＬＣＶＨＥ駆動電源 １１…反射型液晶ディスプレイ １２…光源 １３…液晶表示用回路 １４…ＣＣＤ駆動読出回路 １５…メモリ １６、１７…透明基板 １８…高分子層 １９…液晶層 ２０…液晶の粒 ２１、２２…透明電極 ２３…液晶分子 ２４…ウェアラブル情報装置 ２５…表示部 ２６…ＬＣＶＨＥ ２７…表示装置 ２８…拡大像 ２９…ＨＭＤ（頭部装着型表示装置） ３０…液晶とモノマーの混合層 ３１…ＬＣＶＨＥ ３２…可変焦点眼鏡 ３３…レンズ ３４、３５…レンズの基板 ３６…距離センサー ３７…光源 ３８…スタンド ３９…室内照明 ４０、４１、４２…ＬＣＶＨＥ ４３、４４、４５、４６…透明電極 ４７…ＨＭＤ ４８…ＬＣＶＨＥ ４９…ＬＣＶＨＥ ５０…半導体レーザー ５１…ハーフミラー ５２…レンズ ５３…ビームスプリッタ ５４…レンズ ５５…ミラー ５６…レンズ ５７…受光素子 ５８、５８Ａ、５８Ｂ…光ディスク ６０…デジタルカメラ ６１…表示装置 ６２、６３…アダプター ７０…ＬＣＶＨＥ ７１…レンズ偏心測定器 ７２…光源 ７３…レンズ ７４…レンズ ７５…被検レンズ ７６…ハーフミラープリズム ７７…撮像素子 ７８…イメージローテータ ７９…レンズ ８０…ミラー ８１…液晶フォトニック結晶 ８２…フォトニック結晶 ８３…液晶 ２００…デジタルホログラム内視鏡 ２０１…半導体レーザー ２０２…微小画素固体撮像素子 ２０３…ハーフミラープリズム ２０４…コンピュータ ２０５…ディスプレイ ２０６…赤外デジタルホログラム内視鏡 ２０７…赤外半導体レーザー ２０８…可視の照明系 ２０９…照明レンズ ２１０…ライトガイド ３０１…レンズ面 ３０２…略平行光 ３０３…収斂光 ３０４…コントローラー Ｏ…物体

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高分子分散液晶又は高分子安定化液晶を
    用いたことを特徴とする可変ホログラム素子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とする撮像装置のファインダー。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とするウェアラブル情報装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とする撮像装置の表示装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とする可変焦点眼鏡。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とする光ピックアップ。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とする光学測定器。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の可変ホログラム素子を用
    いたことを特徴とする偏心測定器。
  9. 【請求項９】 フォトニック結晶と液晶とからなること
    を特徴とする可変ホログラム素子。
  10. 【請求項１０】 デジタルホログラムによって画像を形
    成することを特徴とする内視鏡。
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