JP2006343385A

JP2006343385A - 可変焦点レンズ

Info

Publication number: JP2006343385A
Application number: JP2005166574A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hirose; 悟広瀬
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】焦点距離を負の範囲で変化させることが可能な液晶を用いた可変焦点レンズにおいて、液晶層を封入する透明基板を平板からなるものとする。
【解決手段】平板である第１の透明基板１１と第２の透明基板１２との間に液晶層１３を配置する。第１の透明基板１１の液晶層１３と対向する側の表面には第１の透明電極１４を全面に形成する。第２の透明基板１２の液晶層１３と対向する側と反対側の表面には、第１の透明電極１４よりも小さい径の第２の透明電極１５を形成する。電圧印加手段３０によって第１の透明電極１４と、第２の透明電極１５との間に電圧を印加すると、屈折率分布が凹レンズを形成するように液晶層１３の液晶が再配向される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶を用いた可変焦点レンズに関する。

誘電率異方性がある液晶は、電界に依存して、すなわち電気力線の方向に依存して向きを変えることから、電界を制御することによって光学特性を制御できるため、液晶を用いたさまざまな光学素子が提案されている。

例えば、非特許文献１では、平凹レンズと平板のガラス基板との間に液晶を封入した凹レンズ（負の焦点距離を有する）としての液晶レンズが提案されている。この液晶レンズは液晶部分での電界分布を制御することによって負の範囲で焦点距離が可変である。

また、特許文献１では、凹レンズをフレネルレンズとし、このフレネルレンズと平板のガラス基板との間に液晶を封入した焦点距離可変液晶レンズが提案されている。

特開平５−３４６５６号公報（第３頁、図１）Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．１８，ｐ．１６７９，１９７９

しかし、特許文献１および非特許文献１で提案された可変焦点レンズは、負の範囲で焦点距離を変化させることができるが、平凹レンズやフレネルレンズを使用するものであり、高価であった。

そこで、本発明は、安価な平板からなる透明基板を用いて、焦点距離を変化させることができる凹レンズとして作用する、液晶を用いた可変焦点レンズ提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために本発明の可変焦点レンズは、液晶層と、この液晶層の一方に配置された平板からなる第１の透明基板と、前記液晶の前記一方に配置された第１の透明電極と、前記液晶層の他方に配置された平板からなる第２の透明基板と、前記液晶層の前記他方に配置され、前記第１の透明電極よりも径の小さい第２の透明電極とを備える。

（２）また本発明は、上記構成の可変焦点レンズにおいて、前記液晶層に平行に配置された環状の遮光部材を備えることを特徴とする
ことを特徴とする。

本発明によると、第１の透明電極と、第１の透明電極よりも径の小さい第２の透明電極との間に電圧を印加して形成される電界によって、ともに平板からなる第１の透明基板と第２の透明基板との間に封入された液晶層の屈折率分布が凹レンズを形成するように液晶層の液晶分子を再配向させることができ、また、この電圧を変化させることによって、凹レンズの屈折率を変化させることができる可変焦点レンズを得ることができる。

また本発明によると、環状の遮光部材を設けることによって、可変焦点レンズの球面収差を小さくし、光学特性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態について、図を用いて説明する。図１は第１の実施形態に係る可変焦点レンズの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は液晶層部分の部分断面図、図４は第１の実施形態の別の態様に係る可変焦点レンズの平面図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。

まず可変焦点レンズ１０の構成について説明する。可変焦点レンズ１０は、図１および図２に示すように、同じ外径の円形の平板である第１の透明基板１１と第２の透明基板１２とが離隔対向配置されており、その間には液晶層１３が封入されている。第１の透明基板１１の、液晶層１３に対向する側の表面の全面には第１の透明電極１４が設けられている。また、第２の透明基板１２の液晶層１３と対向する側とは反対側の表面には、第１の透明電極１４よりも小さい外径の第２の透明電極１５が設けられている。第１の透明電極１４と第２の透明電極１５は、液晶層１３に投影すると中心が一致し、同心円を構成する。第２の透明電極１５の外周から、可変焦点レンズ１０の外周方向へ配線部１５ａが設けられている。なお、第１の透明電極１４と配線部１５ａとの間に形成される電界を小さくする観点から、配線部１５ａはできるだけ細いことが望ましい。

また、第１の透明基板１１および第２の透明基板１２は、透明な絶縁体であればガラスや樹脂などからなるものとしてよい。第１の透明電極１４および第２の透明電極１５は、例えば酸化インジウム酸化錫（ＩＴＯ）など、導電性および透光性のあるものであればよい。第１の電極１４は、配線部１５ａは第２の透明電極１５と同じ材料で一体に設けられていても、別の材料からなるものであってもよい。

可変焦点レンズ１０には、電圧印加手段３０が取り付けられられている。第１の透明電極１４は外周から、第２の透明電極１５は配線部１５ａの端部から、金属の導線からなる配線３１によって電圧印加手段３０と接続されている。電圧印加手段３０によって、第１の透明電極１４と、第２の透明電極１５との間には同位相の交流電圧が印加される。なお、電圧印加手段３０によって印加される電圧は直流電圧であっても構わない。

次に可変焦点レンズ１０の電圧制御について説明する。電圧印加手段３０によって、第１の透明電極１４と第２の透明電極１５との間に電圧を印加すると、第１の透明電極１４と、第２の透明電極１５との間には、図３に示すように第２の透明電極１５側から第１の透明電極１４に向かって外周方向に広がる電気力線１８が生じる。

液晶層１３の液晶分子１３ａは、正の誘電性をもつものを封入しているので、電気力線１８にしたがって再配向され、液晶層１３は第１の透明電極１４および第２の透明電極１５の中心軸に近いほど屈折率が低くなり、可変焦点レンズ１０は、平板からなる第１の透明基板１１と第２の透明基板１２とを用いても負の焦点距離を有するレンズすなわち凹レンズとして作用する。また、第２の透明電極１５の電位を高くすると焦点距離の絶対値が小さくなり、第２の透明電極１５の電位を低くすると焦点距離の絶対値が大きくなるため、可変焦点レンズ１０は焦点距離を変化させることができる凹レンズとして作用する。

本実施形態において、図４および図５に示すように、第２の透明基板１２と第２の透明電極１５との間に絶縁層１６を設け、第２の透明基板１２と絶縁層１６との間に中央部に孔を有する環状の不透明な遮光部材２１を設けてもよい。このとき、孔の径は第２の透明基板１２の径よりも大きいものとし、遮光部材２１は、液晶層１３に投影すると孔の中心が第２の透明電極１５の中心と一致する位置に配置する。

遮光部材２１によって、凹レンズの中心から離れた周辺部の球面収差を生じる部分の影響をカットすることができるため、可変焦点レンズ１０の凹レンズとしての光学特性を向上させることができる。なお、遮光部材２１は、第２の透明基板１２と絶縁層１６との間ではなく、第２の透明基板１２上に絶縁層１６を設けてその上に配置してもよいし、第１の透明基板１１のいずれの側の面上に配置してもよい。また、可変焦点レンズ１０とは離して別の部材として設けてもよい。

なお、以上の説明に用いた図は、模式図であり透明基板、電極、液晶層、絶縁層などの大きさ、厚さなどの比は実際のものとは異なる。

は、第１の実施形態に係る可変焦点レンズの平面図である。は、図１のＡ−Ａ断面図である。は、液晶層部分の部分断面図である。は、第１の実施形態の別の態様に係る可変焦点レンズの平面図である。は、図４のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１０可変焦点レンズ
１１第１の透明基板
１２第２の透明基板
１３液晶層
１５第２の透明電極
２１遮光部材

Claims

液晶層と、この液晶層の一方に配置された平板からなる第１の透明基板と、前記液晶の前記一方に配置された第１の透明電極と、前記液晶層の他方に配置された平板からなる第２の透明基板と、前記液晶層の前記他方に配置され、前記第１の透明電極よりも径の小さい第２の透明電極とを備える可変焦点レンズ。
前記液晶層に平行に配置され、前記第２の透明電極よりも径の大きい孔を有する環状の遮光部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。