JP2007114231A - 液晶レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】量産性に優れるとともに、短焦点距離化が可能な液晶レンズを提供する。
【解決手段】液晶レンズ１は、第１電極１２を有する第１基板層１０、第２電極３２を有する第２基板層３０、及び第１基板層１０と第２基板層３０の間に挟まれた液晶層２０を備える。液晶レンズ１の第１基板層１０及び第２基板層３０は、それぞれ平板状の固定レンズ領域を形成する第１基板１１及び第２基板３１を備え、第１基板１１及び第２基板３１は、例えば、具体的には、屈折率分布レンズから構成される。また、液晶レンズ１の液晶層２０は、第１電極１２及び第２電極３２に印可された電圧により、屈折率が変化する可変レンズ領域を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部電圧により焦点距離を変えることの可能な液晶レンズに関する。

液晶は、液体のような流動性を有し、電気的光学的特性に異方性を示し、かつ分子配向状態を種々制御できるという特徴を有している。かかる液晶の特徴を利用した液晶表示素子は、薄型の平板型表示素子として、近年、目覚しい発展を続けている。

液晶分子の配向状態は、液晶表示素子を構成する２枚の透明導電膜を付したガラス基板の表面の処理や、外部印可電圧により容易に制御することができるので、液晶は、電圧印可により実効的な屈折率を異常光に対する値から常光に対する値まで連続的に可変できるという、他の光学材料にない優れた特性を有している。

このような液晶を用いた光学素子は、通常の受動型の光学素子とは異なり、媒質である液晶の屈折率を電圧印可により比較的容易に可変制御できるため、焦点距離を可変できる液晶レンズとして実現することができる。

例えば、ガラス基板と平凸レンズの間に液晶材料を挟み、平凸レンズの平面側を一方のガラス基板に接するように配置し、平凸レンズの曲面側に電極を設ける液晶レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この液晶レンズは、上述した形状を備えることにより、簡単な構成できわめて容易に光学的特性を可変することができるようになっている。

特開２００４−１８４９６６号公報

しかしながら、上述した液晶レンズにおいては、平板状のガラス基板と平凸レンズの間に液晶材料を挟むことになるので、従来の量産生産方式が使えず、量産性が低いという問題がある。

また、２枚の平板ガラス基板に液晶材料を挟むタイプの液晶レンズにおいては、液晶材料中の電位分布を示す電位分布曲線が比較的緩やかな曲線となることが知られており、このため、焦点距離が比較的長くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題の一例としては、量産性に優れるとともに、短焦点距離化が可能な液晶レンズを提供することにある。

上記の課題を達成するため、請求項１記載の液晶レンズは、第１の電極を備える第１の平板形状の基板と、前記第１の平板形状の基板と対向し、第２の電極を備える第２の平板形状の基板と、前記第１の平板形状の基板と前記第２の平板形状の基板に挟まれ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に加えられる電圧に応じて屈折率が変化する液晶層と、を有し、前記第１の平板形状の基板及び前記第２の平板形状の基板の少なくともいずれか一方は、平板形状のレンズであることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶レンズ１の概略構成を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、液晶レンズ１は、第１電極を有する第１基板層１０、第２電極を有する第２基板層３０、及び第１基板層１０と第２基板層３０の間に挟まれた液晶層２０を備える構成である。ここで、液晶レンズ１の第１基板層１０及び第２基板層３０は、平板形状の固定レンズ領域を具備し、固定レンズ領域は、例えば、屈折率分布レンズ（GRINレンズ）や回折レンズなどで構成される。また、液晶レンズ１の液晶層２０は、第１電極及び第２電極に印可された電圧により、屈折率が変化する可変レンズ領域を形成している。すなわち、液晶レンズ１は、平板形状の基板間に液晶材料を挟み込む構成であるので、量産性に優れるとともに、液晶層２０の可変レンズ領域だけでなく、第１基板層１０及び第２基板層３０の固定レンズ領域も光学的レンズ作用を及ぼすことができるので、従来の液晶レンズより短焦点距離化を実現することができるようになっている。

より詳しくは、液晶レンズ１は、図１（ｂ）に示すようなセル構成をしており、第１基板層１０は、固定レンズ領域を形成する第１基板１１に、第１電極１２及び配向膜１３が積層されている。同様に、第２基板３０は、第２基板３１に、第２電極３２及び配向膜３３が積層されている。ここで、第１基板１１及び第２基板３１は、具体的には、屈折率分布レンズであるとする。

第１電極１２及び第２電極３２は、例えば、具体的には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム・スズ酸化物）などの透明電極の薄膜であり、第１電極１２は、第１基板１１の、液晶層２０と接する面（右側面）、第２電極３２は、第２基板３１の、液晶層２０と接する面（左側面）に設けられている。尚、図１（ｂ）においては、第１電極１２及び第２電極３２を、それぞれ第１基板１１及び第２基板３１の、液晶層２０と接する面に設けたが、第１電極１２及び第２電極３２が配置される位置はこれに限定されるものではなく、液晶層２０と接する面とは反対側の面（第１基板１１の左側面、第２基板３１の右側面）に設けるようにしてもよい。また、第１電極１２及び第２電極３２の形状においても、図１（ｂ）に示すように、側面全体に渡って形成される他、後述する各実施例で示すような種々の形状パターン（例えば、中央部に円形の孔を設けた形状、中央部に設けられた円形の形状など）が適用可能である。これは、第１電極１２及び第２電極３２の配置位置及び形状は、液晶層２０の可変焦点レンズ領域の仕様に依存するため、液晶層２０にどのような光学的レンズ作用をさせるか（例えば、凹レンズとして機能させるか、凸レンズとして機能させるかなど）により、第１電極１２及び第２電極３２の配置位置及び形状は決定されるからである。

配向膜１３及び３３は、例えば、ポリイミドなどの薄膜であり、第１基板層１０及び第２基板層３０の液晶層２０と接する面にそれぞれ形成され、表面上は、液晶分子が均一に配列するように一方向にラビングされている。

固定レンズ領域を形成する屈折率分布レンズは、平板形状のものを採用し、平板形状内部に屈折率の勾配をつけ、この屈折率の勾配によって光を曲げて結像作用を持たせたレンズである。より詳しくは、本実施形態で用いられる屈折率分布レンズは、光軸方向と垂直方向に屈折率勾配があるラジアル型屈折率分布レンズであり、両端面が平面でもレンズ作用が得られるようになっている。例えば、屈折率分布レンズの屈折率分布が、図２（ａ）に示すように、中心部の屈折率を最も高く、中心部から離れるに従って低くなるような場合は、図２（ｂ）に示すように、屈折率分布レンズは凸レンズとして機能することになる。勿論、屈折率分布レンズの屈折率分布は、図２（ａ）に示すような屈折率分布に限定されるものではなく、他の屈折率分布、例えば、凹レンズとして機能するような屈折率分布など、としてもよい。

また、液晶レンズ１は、図３（ａ）に示すように、２つの基板層の双方が固定レンズ領域を具備する構成としたが、本発明の液晶レンズはこのような構成に限定されるものではなく、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、２つの基板層のいずれか一方が固定レンズ領域を具備する構成としてもよい。すなわち、液晶レンズ２は、均質なガラス基板４１を有する第１基板層４０、可変レンズ領域として機能する液晶層２０、及び固定レンズ領域として機能する第２基板層３０を備える構成である。また、液晶レンズ３は、固定レンズ領域として機能する第１基板層１０、可変レンズ領域として機能する液晶層２０、及び均質なガラス基板５１を有する第２基板層５０を備える構成である。

尚、上述した固定レンズ領域は、平板状に形成されるのであれば、屈折率分布レンズに限定されないものであり、他のレンズ、例えば、回折レンズであってもよい。回折レンズは、光の回折現象を使って光を曲げて結像作用を持たせたレンズである。ここで、回折レンズの基板表面には微細パターンが記録されているため、第１基板１１及び第２基板３１の、液晶層２０と接する面とは反対側の面（例えば、図１（ｂ）に示す構成の液晶レンズ１において、第１基板１１の左側面、第２基板３１の右側面）は、厳密には平板形状ではないが、可視光の波長程度の溝は、巨視的に見て平板形状であるといってよい。すなわち、本明細書上で定義される「平板形状」は、固定レンズ領域の表面に生じた微細な凹凸も含む意であり、具体的には、固定レンズ領域の表面上に、最大、可視光の波長の１０倍程度の溝が設けられた場合までを「平板形状」として許容する。このように、回折レンズの回折面は、液晶層と接する面とは反対側の面に設けられている。勿論、回折レンズは、基板表面に記録された微細パターンにより光学的レンズ作用が変わるため、屈折率分布レンズの場合と同様に、回折レンズを凸レンズ又は凹レンズとして機能させることが可能である。

液晶層２０は、電極１２と電極３２との間に印加された駆動電圧に応じて屈折率が変動する光学素子であり、外部電圧によって、レンズの焦点距離を任意に変えることが可能となっている。

以上のような構成の液晶レンズ１は、上述したように平板形状の固定レンズ領域を備えるため、従来からの量産生産方式を流用し、例えば、図４に示すような生産方法で作製することが出来る。すなわち、大きなガラス基板に上述した各層（配向膜、電極、液晶層）を形成させた後、各レンズのサイズに切り分けることで、液晶レンズ１を作成することができるので、一度に多くの液晶レンズ１を生産することができる。尚、第１基板１１及び第２基板３１を構成する屈折率分布レンズに関しては、例えば、イオン交換法を用いれば、図４に示すように、大きなガラス基板上にマトリックス状に集積配置された屈折率分布レンズを作成することができる。

図５は、液晶レンズ１の液晶層２０の光学的レンズ作用を示す図である。詳しくは、図５（ａ）は、液晶層２０に電圧を印可すると、液晶レンズ１の液晶層２０が凸レンズの作用を奏する場合、図５（ｂ）は、液晶層２０に電圧を印可すると、液晶レンズ１の液晶層２０が凹レンズの作用を奏する場合、図５（ｃ）は、液晶層２０に電圧を印可すると、液晶レンズ１の液晶層２０が凸レンズと凹レンズの両方の作用を奏する場合を示している。

上述したように、電極１２と電極３２の配置される位置及び電極の形状により、液晶レンズ１の液晶層２０の光学的レンズ作用は変化するので、以下においては、電極１２と電極３２の配置される位置及び電極の形状を特定した実施例を用いて、液晶レンズ１（２，３）を具体的に説明する。ここで、図６乃至９は、各実施例の液晶レンズの断面図、左側面図及び右側面図である。尚、実施例１、２、１１及び１２は、液晶層２０が凸レンズとして作用する場合、実施例３、４、５、６、１３、１４、１５及び１６は、液晶層２０が凹レンズとして作用する場合、実施例７、８、９、１０、１７、１８、１９及び２０は、液晶層２０が凸レンズと凹レンズの両方の作用をする場合である。

（実施例１）
実施例で記載している液晶とは、誘電率の符号が正の液晶を言うこととする。

実施例１の液晶レンズ１Ａは、固定レンズ領域である第１基板１１及び第２基板３１を備え、第１基板１１及び第２基板３１は、それぞれ屈折率分布レンズ（以下、各実施例では、屈折率分布レンズを１１ａ、３１ａと表記し、回折レンズを１１ｂ、３１ｂと表記する）１１ａ及び３１ａから構成されている。また、第１電極１２は、屈折率分布レンズ１１ａの、液晶層２０と接する面とは反対側の面（左側面）に設けられており、電極は当該面の中央部に円形の孔を有する形状となっている。一方、第２電極３２は、屈折率分布レンズ３１ａの、液晶層２０と接する面（左側面）全体に渡って設けられている。

このような電極配置及び電極形状においては、特開２００４−４６１６号公報に開示されるように、液晶層が凸レンズとして作用することが知られているので、液晶レンズ１Ａは、可変レンズ領域の凸レンズとしての光学的レンズ作用と、固定レンズ領域の光学的レンズ作用と、を有することができる。これにより、液晶レンズ１Ａは、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例１では、２つの固定レンズ領域を備えるようにしたが、これとは別に、１つの固定レンズ領域を備える液晶レンズとしてもよい。すなわち、屈折率分布レンズ１１ａを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０を備える液晶レンズ３Ａとしてもよいし、ガラス基板４１を含む第１基板層４０と、屈折率分布レンズ３１を含む第２基板層３０を備える液晶レンズ２Ａとしてもよい。

（実施例２）
実施例２の液晶レンズ２Ｂは、実施例１と電極配置及び電極形状は同一であるが、液晶レンズ１Ａの屈折率分布レンズ１１ａをガラス基板４１に、屈折率分布レンズ３１ａを回折レンズ３１ｂに代えている。この場合、回折レンズ３１ｂは屈折率分布レンズ３１ａと同一の光学的レンズ作用を奏するので、実施例１と同じ効果、すなわち、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例２では、第２基板層が固定レンズ領域を具備する構成としたが、これとは別に第１基板層が固定レンズ領域を具備する構成としてもよいし、また、第１基板層及び第２基板層の双方が固定レンズ領域を具備する構成としてもよい。すなわち、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０と、を備える液晶レンズ３Ｂとしてもよいし、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、回折レンズ３１ｂを含む第２基板層３０と、を備えた液晶レンズ１Ｂとしてもよい。

（実施例３）
実施例３の液晶レンズ１Ｃは、固定レンズ領域である第１基板１１及び第２基板３１を備え、第１基板１１及び第２基板３１は、それぞれ屈折率分布レンズ１１ａ及び３１ａから構成されている。また、第１電極１２は、屈折率分布レンズ１１ａの、液晶層２０と接する面とは反対側の面（左側面）の中央部に円形に設けられている。一方、第２電極３２は、屈折率分布レンズ３１ａの、液晶層２０と接する面（左側面）全体に設けられている。

このような電極配置及び電極形状を備える液晶レンズ（可変レンズ領域のみ有する液晶レンズ）の電位分布を図１０に示す。ここで、図１０（ａ）は、液晶レンズの断面図、図１０（ｂ）は、液晶レンズの電位分布図である。より詳しくは、図１０（ｂ）は、第１電極１２に５［Ｖ］の電圧を印加し、第２電極３２に０［Ｖ］の電圧を印加した場合の断面における電位分布図である。図１０（ｂ）に示すように、電位分布曲線は、凹レンズの如き態様で分布しており、この電位に沿って液晶が配向するため、図１０（ａ）に示す液晶レンズは凹レンズとして機能する。以上から、液晶レンズ１Ｃは、可変レンズ領域の凹レンズとしての光学的レンズ作用と、固定レンズ領域の光学的レンズ作用と、を有することができる。これにより、液晶レンズ１Ｃは、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例３では、２つの固定レンズ領域を備えるようにしたが、これとは別に、１つの固定レンズ領域を備える液晶レンズとしてもよい。すなわち、屈折率分布レンズ１１ａを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０を備える液晶レンズ３Ｃとしてもよいし、ガラス基板４１を含む第１基板層４０と、屈折率分布レンズ３１ａを含む第２基板層３０を備える液晶レンズ２Ｃとしてもよい。

（実施例４）
実施例４の液晶レンズ２Ｄは、実施例３と電極配置及び電極形状は同一であるが、液晶レンズ１Ｃの屈折率分布レンズ１１ａをガラス基板４１に、屈折率分布レンズ３１ａを回折レンズ３１ｂに代えている。すなわち、固定レンズ領域に回折レンズを用いた液晶レンズである。この場合、回折レンズ３１ｂは屈折率分布レンズ３１ａと同一の光学的レンズ作用を奏するので、実施例３と同じ効果、すなわち、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例４では、第２基板層が固定レンズ領域を具備する構成としたが、これとは別に第１基板層が固定レンズ領域を具備する構成としてもよいし、また、第１基板層及び第２基板層の双方が固定レンズ領域を具備する構成としてもよい。すなわち、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０と、を備える液晶レンズ３Ｄとしてもよいし、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、回折レンズ３１ｂを含む第２基板層３０と、を備えた液晶レンズ１Ｄとしてもよい。

（実施例５）
実施例５の液晶レンズ１Ｅは、固定レンズ領域である第１基板１１及び第２基板３１を備え、第１基板１１及び第２基板３１は、それぞれ屈折率分布レンズ１１ａ及び３１ａから構成されている。また、第１電極１２は、屈折率分布レンズ１１ａの、液晶層２０と接する面とは反対側の面（左側面）の中央部に円形に設けられている。一方、第２電極３２は、屈折率分布レンズ３１ａの、液晶層２０と接する面に設けられており、電極は当該面の中央部に円形の孔を有する形状となっている。

このような電極配置及び電極形状を備える液晶レンズ（可変レンズ領域のみ有する液晶レンズ）の電位分布を図１１に示す。ここで、図１１（ａ）は、液晶レンズの断面図、図１１（ｂ）は、液晶レンズの電位分布図である。より詳しくは、図１１（ｂ）は、第１電極１２に５［Ｖ］の電圧を印加し、第２電極３２に０［Ｖ］の電圧を印加した場合の断面における電位分布図である。図１１（ｂ）に示すように、電位分布曲線は、凹レンズの如き態様で分布しており、この電位に沿って液晶が配向するため、図１１（ａ）に示す液晶レンズは凹レンズとして機能する。また、液晶層での電位勾配が、図１０に示した液晶層での電位勾配と比較して、相対的に大きくなっているので、凹レンズ状に分布する傾向は図１０に示す液晶レンズより強いことがわかる。従って、液晶レンズ１Ｅは、可変レンズ領域の凹レンズとしての光学的レンズ作用と、固定レンズ領域の光学的レンズ作用と、を有することができる。これにより、液晶レンズ１Ｅは、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。また、液晶レンズ１Ｅは、液晶レンズ１Ｃよりも可変レンズ領域をより好適に凹レンズとして作用させることができる。

尚、実施例５では、２つの固定レンズ領域を備えるようにしたが、これとは別に、１つの固定レンズ領域を備える液晶レンズとしてもよい。すなわち、屈折率分布レンズ１１ａを含む第１基板層１０とガラス基板５１を含む第２基板層５０を備える液晶レンズ３Ｅとしてもよいし、ガラス基板４１を含む第１基板層４０と屈折率分布レンズ３１を含む第２基板層３０を備える液晶レンズ２Ｅとしてもよい。

（実施例６）
実施例６の液晶レンズ２Ｆは、実施例５と電極配置及び電極形状は同一であるが、液晶レンズ１Ｅの屈折率分布レンズ１１ａをガラス基板４１に、屈折率分布レンズ３１ａを回折レンズ３１ｂに代えている。すなわち、固定レンズ領域に回折レンズを用いた液晶レンズである。この場合、回折レンズ３１ｂは屈折率分布レンズ３１ａと同一の光学的レンズ作用を奏するので、実施例５と同じ効果、すなわち、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例６では、第２基板層が固定レンズ領域を具備する構成としたが、これとは別に第１基板層が固定レンズ領域を具備する構成としてもよいし、また、第１基板層及び第２基板層の双方が固定レンズ領域を具備する構成としてもよい。すなわち、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０と、を備える液晶レンズ３Ｆとしてもよいし、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、回折レンズ３１ｂを含む第２基板層３０と、を備えた液晶レンズ１Ｆとしてもよい。

（実施例７）
実施例７の液晶レンズ１Ｇは、固定レンズ領域である第１基板１１及び第２基板３１を備え、第１基板１１及び第２基板３１は、それぞれ屈折率分布レンズ１１ａ及び３１ａから構成されている。また、第１電極１２は、屈折率分布レンズ１１ａの、液晶層２０と接する面（右側面）に設けられており、電極は当該面の中央部に円形の孔を有する形状となっている。一方、第２電極３２は、屈折率分布レンズ３１の、液晶層２０と接する面（左側面）に設けられており、電極は当該面の中央部に円形の孔を有する形状となっている。

このような電極配置及び電極形状は、「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，２００１，Ｖｏｌ．４０，Ｐ．６５１４−６５２１」に開示されるように、液晶層が凸レンズ及び凹レンズの双方として作用することが知られているので、液晶レンズ１Ｇは、可変レンズ領域の凸レンズ及び凹レンズとしての光学的レンズ作用と、固定レンズ領域の光学的レンズ作用と、を有することができる。これにより、液晶レンズ１Ｇは、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例７では、２つの固定レンズ領域を備えるようにしたが、これとは別に、１つの固定レンズ領域を備える液晶レンズとしてもよい。すなわち、屈折率分布レンズ１１ａを含む第１基板層１０とガラス基板５１を含む第２基板層５０を備える液晶レンズ３Ｇとしてもよいし、ガラス基板４１を含む第１基板層４０と屈折率分布レンズ３１ａを含む第２基板層３０を備える液晶レンズ２Ｇとしてもよい。

（実施例８）
実施例８の液晶レンズ２Ｈは、実施例７と電極配置及び電極形状は同一であるが、液晶レンズ１Ｇの屈折率分布レンズ１１ａをガラス基板４１に、屈折率分布レンズ３１ａを回折レンズ３１ｂに代えている。この場合、回折レンズ３１ｂは屈折率分布レンズ３１ａと同一の光学的レンズ作用を奏するので、実施例７と同じ効果、すなわち、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例８では、第２基板層が固定レンズ領域を具備する構成としたが、これとは別に第１基板層が固定レンズ領域を具備する構成としてもよいし、また、第１基板層及び第２基板層の双方が固定レンズ領域を具備する構成としてもよい。すなわち、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０と、を備える液晶レンズ３Ｈとしてもよいし、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、回折レンズ３１ｂを含む第２基板層３０と、を備えた液晶レンズ１Ｈとしてもよい。

（実施例９）
実施例９の液晶レンズ１Ｉは、固定レンズ領域である第１基板１１及び第２基板３１を備え、第１基板１１及び第２基板３１は、それぞれ屈折率分布レンズ１１ａ及び３１ａから構成されている。また、第１電極１２は、屈折率分布レンズ１１ａの、液晶層２０と接する面（右側面）上全体に設けられている。一方、第２電極３２は、屈折率分布レンズ３１ａの、液晶層２０と接する面（左側面）に設けられており、電極は当該面の中央部に円形の孔を有する形状となっている。

上述したように、実施例７に示す電極配置及び電極形状の液晶レンズの液晶層は、凸レンズ及び凹レンズの双方として作用することから、本実施例に示す電極配置及び電極形状の液晶レンズの液晶層も、同様にして、液晶層が凸レンズ及び凹レンズの双方として作用する。従って、液晶レンズ１Ｉは、可変レンズ領域の凸レンズ及び凹レンズとしての光学的レンズ作用と、固定レンズ領域の光学的レンズ作用と、を有することができる。これにより、液晶レンズ１Ｉは、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例９では、２つの固定レンズ領域を備えるようにしたが、これとは別に、１つの固定レンズ領域を備える液晶レンズとしてもよい。すなわち、屈折率分布レンズ１１ａを含む第１基板層１０とガラス基板５１を含む第２基板層５０を備える液晶レンズ２Ｉとしてもよいし、ガラス基板４１を含む第１基板層４０と屈折率分布レンズ３１を含む第２基板層３０を備える液晶レンズ３Ｉとしてもよい。

（実施例１０）
実施例１０の液晶レンズ２Ｊは、実施例９と電極配置及び電極形状は同一であるが、液晶レンズ１Ｉの屈折率分布レンズ１１ａを均質ガラス基板４１に、屈折率分布レンズ３１ａを回折レンズ３１ｂに代えている。この場合、回折レンズ３１ｂは屈折率分布レンズ１１ａと同一の光学的レンズ作用を奏するので、実施例９と同じ効果、すなわち、従来の可変レンズ領域しか有しない液晶レンズよりも短焦点距離化を実現することができる。

尚、実施例１０では、第２基板層が固定レンズ領域を具備する構成としたが、これとは別に第１基板層が固定レンズ領域を具備する構成としてもよいし、また、第１基板層及び第２基板層の双方が固定レンズ領域を具備する構成としてもよい。すなわち、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、ガラス基板５１を含む第２基板層５０と、を備える液晶レンズ３Ｊとしてもよいし、回折レンズ１１ｂを含む第１基板層１０と、回折レンズ３１ｂを含む第２基板層３０と、を備えた液晶レンズ１Ｊとしてもよい。

（実施例１１〜２０）
実施例１１乃至２０は、上述した実施例１乃至１０を変形した実施例となっている（実施例１と実施例１１、実施例２と実施例１２、…、実施例１０と実施例２０が対応している）。具体的には、実施例１１乃至１６は、それぞれ実施例１乃至６の第２電極３２を、屈折率分布レンズ３１ａ（または回折レンズ３１ｂ）の、液晶層２０と接する面（左側面）から、液晶層２０と接する面とは反対側の面（右側面）に移動させたものである。また、実施例１７乃至２０は、それぞれ実施例７乃至１０の第１電極１２を、屈折率分布レンズ１１ａ（またはガラス基板４１）の、液晶層２０と接する面（右側面）から、液晶層２０と接する面とは反対側の面（左側面）に移動させるとともに、第２電極３２を、屈折率分布レンズ３１ａ（または回折レンズ３１ｂ）の、液晶層２０と接する面（左側面）から、液晶層２０と接する面とは反対側の面に移動させたものである。

このように実施例１１乃至２０の液晶レンズは、実施例１乃至１０の液晶レンズと電極の形状は同一であって、電極間の距離が離れただけなので、実施例１１乃至２０の液晶レンズの両電極間の電位分布曲線の態様は、実施例１乃至１０の液晶レンズの電位分布曲線とほぼ同一となる。従って、実施例１１乃至２０は、それぞれ実施例１乃至１０と同一の効果を有することができる。

以上、実施例１から実施例２０に係る液晶レンズについて説明したが、本発明の液晶レンズは、上記実施例に限定されるものでなく、電極１２と電極３２の配置される位置及び電極の形状には他のバリエーションも含まれるのは勿論である。例えば、電極の形状及び電極に設けられた孔は、上記実施例では、円形としたが、この他、楕円形や多角形であってもよいものである。また、固定レンズ領域に屈折率分布レンズと回折レンズをそれぞれ用いた構成としてもよい。例えば、屈折率分布レンズ１１ａを含む第１基板層１０と、回折レンズ３１ｂを含む第２基板層３０を備える液晶レンズとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の液晶レンズは、第１電極１２を備える平板形状の第１基板と、第１基板と対向し、第２電極３２を備える平板形状の第２基板と、第１基板と第２基板に挟まれ、第１の電極と第２の電極との間に加えられる電圧に応じて屈折率が変化する液晶層２０と、を有し、第１基板及び第２基板の少なくともいずれか一方は、平板形状のレンズであるので、量産性に優れるとともに、短焦点距離化を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る液晶レンズの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶レンズの固定レンズ領域に用いられる屈折率分布レンズの屈折率分布及び光学的作用を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶レンズの構成パターンを示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶レンズの液晶層の光学的作用を示す図である。 実施例１〜５の液晶レンズの概略構成を示す図である。 実施例６〜１０の液晶レンズの概略構成を示す図である。 実施例１１〜１５の液晶レンズの概略構成を示す図である。 実施例１６〜２０の液晶レンズの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶レンズの製造方法の一例を示す概略図である。 液晶レンズの液晶層が凹レンズとして機能する電極配置及び電極形状の一例と、当該液晶レンズの電位分布を示す図である。 液晶レンズの液晶層が凹レンズとして機能する電極配置及び電極形状の一例と、当該液晶レンズの電位分布を示す図である。

符号の説明

１，２，３，１Ａ〜１Ｊ，２Ａ〜２Ｊ，３Ａ〜３Ｊ 液晶レンズ
１０，４０ 第１基板層
２０ 液晶層
１１ 第１基板
３１ 第２基板
１２ 第１電極
１３，３３ 配向膜
３０，５０ 第２基板層
３２ 第２電極
４１，５１ ガラス基板

Claims (4)

1. 第１の電極を備える第１の平板形状の基板と、
   前記第１の基板と対向し、第２の電極を備える第２の平板形状の基板と、
   前記第１の平板形状の基板と前記第２の平板形状の基板に挟まれ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に加えられる電圧に応じて屈折率が変化する液晶層と、
   を有し、前記第１の平板形状の基板及び前記第２の平板形状の基板の少なくともいずれか一方は、平板形状のレンズであることを特徴とする液晶レンズ。
2. 前記平板形状のレンズは、屈折率分布レンズであることを特徴とする請求項１記載の液晶レンズ。
3. 前記平板形状のレンズは、回折レンズであることを特徴とする請求項１記載の液晶レンズ。
4. 前記回折レンズの回折面は、液晶層と接する面とは反対側の面にあることを特徴とする請求項３記載の液晶レンズ。

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