JP2010224045A - 可変焦点レンズ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気光学材料と、該電気光学材料の光の入射面および出射面に垂直な向かい合った2つの平行の面の各々の面に形成された入射面側電極と出射面側電極とを備え、前記光を前記入射面から入射し、前記出射面から出射するように光軸が設定され、前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺に対向する辺は互いに平行に配置され、前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する前記辺と、前記電気光学材料を挟んで対向する面上に形成された前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する辺は、各々、平行に配置され、前記入射面側電極と前記出射面側電極との間に形成された電界が、前記光軸を中心に前記光が透過する部分において変化させられ、前記入射面側電極と前記出射面側電極との間の印加電圧を変えることにより、前記電気光学材料を透過した光の焦点が可変となる。
【選択図】図1
Description
電気光学効果には、いくつかの次数の異なる電気光学効果が含まれるが、一般的には、1次の電気光学効果(以下、ポッケルス効果という)と2次の電気光学効果(以下、カー効果という)が利用されている。しかし、電気光学効果の中でも、電界の自乗に比例した屈折率変調が起こる、2次の電気光学効果(カー効果)を有する材料が好適である。カー効果の場合は、図3に示したように、屈折率分布Δnは電界成分Exの符号に依存しないので、レンズとして好適な左右対称形になるからである。一方、ポッケルス効果の場合は、屈折率変調は電界の1乗に比例し、電界成分Exによる屈折率変化は左右対称とならないため、レンズとしてうまく機能しない。
電気光学材料に高い電圧を印加すると、電極から電荷が注入され、結晶内に空間電荷が発生しうる。この空間電荷により電圧の印加方向に電界の傾斜が生じるために、屈折率の変調にも傾斜が生じる。
図4は、実施例1にかかる可変焦点レンズの構成を示す。図4(a)は正面図、図4(b)は立体図である。基板1は、KTN単結晶から、ブロックを切り出し、6mm×6mm×6mmの形状に成形した。基板1の6面とも、結晶の(100)面に平行とし、光学研磨を行っている。図4の電気光学材料の基板1の左側面に、入射面側電極2aと出射面側電極3aが形成されている。同様に右側面に、入射面側電極2bと出射面側電極3bが形成されている。このKTN単結晶は、相転移温度35℃であったので、これを少し上回る40℃で使用することとした。この温度での比誘電率は20,000である。
図5は、実施例2にかかる可変焦点レンズの構成を示す。実施例1と同様の構成で左側面および右側面の電極間に溝を形成した。溝の形状としては深さ0.5mm、幅1mm〜2mm、長さ5mmとした。溝を形成することで、電界分布が変化し、レンズ性能が改善した。
図6は、実施例3にかかる可変焦点レンズの構成を示す。この実施例では、実施例1の構成の可変焦点レンズをもう一組用意し、光が透過する部分の光軸を一致させて配置する。光軸に関して一方の可変焦点レンズが他方の可変焦点レンズに対して90度回転するように2つの可変焦点レンズを配置する。実施例1と同様に、コリメートしたレーザ光を、上面より入射する。2方向で集光または発散を行うことにより、球面レンズと等価な機能を実現することができる。
2a 入射面側電極
2b 入射面側電極
3a 出射面側電極
3b 出射面側電極
10 出射面側電極3aと対向する辺
20 入射面側電極2aと対向する辺
30 出射面側電極3bと対向する辺
40 入射面側電極2bと対向する辺
Claims (8)
- 反転対称性を有する電気光学材料と、該電気光学材料の光の入射面および出射面に垂直な向かい合った2つの平行の面の各々の面に形成された入射面側電極と出射面側電極とを備え、
前記光を前記入射面から入射し、前記出射面から出射するように光軸が設定され、
前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する辺は互いに平行に配置され、
前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する前記辺と、前記電気光学材料を挟んで対向する面上に形成された前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する辺は、各々、平行に配置され、
前記入射面側電極と前記出射面側電極との間に形成された電界が、前記光軸を中心に前記光が透過する部分において変化させられ、
前記入射面側電極と前記出射面側電極との間の印加電圧を変えることにより、前記電気光学材料を透過した光の焦点が可変であることを特徴とする可変焦点レンズ。 - 前記電気光学材料は、ペロブスカイト型単結晶材料であることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
- 前記電気光学材料は、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1−xNbxO3)であることを特徴とする請求項2に記載の可変焦点レンズ。
- 前記電気光学材料は、結晶の主成分が、周期律表Ia族とVa族から構成されており、Ia族はカリウムであり、Va族はニオブ、タンタルの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2に記載の可変焦点レンズ。
- 前記電気光学材料は、さらに、添加不純物としてカリウムを除く周期律表Ia族、またはIIa族の1または複数種を含むことを特徴とする請求項4に記載の可変焦点レンズ。
- 前記電極は、前記電気光学材料とショットキー接合が形成される材料であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の可変焦点レンズ。
- 前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する前記辺と、前記電気光学材料を挟んで対向する面上に形成された前記入射面側電極の辺のうち前記出射面側電極の辺と対向する前記辺は、各々、前記光軸方向において一致した位置に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の可変焦点レンズ。
- 前記入射面側電極と前記出射面側電極との間に溝を形成し、前記電気光学材料を挟んで対向する面上に形成された前記入射面側電極と前記出射面側電極との間に溝を形成したことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の可変焦点レンズ。
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