JP2021028718A - 光学素子、撮像装置、焦点可変駆動方法及びレンズ中心の移動方法 - Google Patents
光学素子、撮像装置、焦点可変駆動方法及びレンズ中心の移動方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形である。
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形である。
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、
前記焦点可変駆動方法は、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に交流電圧を印加して、前記液晶層を第1のレンズ状態にさせるステップと、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に印加された交流電圧の振幅または位相を切り替えて、前記液晶層を前記第1のレンズ状態と異なる第2のレンズ状態にさせるステップと、を含む。
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、
前記光学素子のレンズ中心の移動方法は、前記光学素子のレンズ中心が第1位置にあり、且つ前記光学素子のレンズ中心の座標が以下の式で示される通りにするように、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に交流電圧を印加するステップと、V1、V2、V3、V4、φ1、φ2、φ3及び/またはφ4を変更して、前記光学素子のレンズ中心が第2位置にあるようにさせるステップと、を含み、
式中において、L1は、第1電極と第2電極との間の距離であり、L2は、第3電極と第4電極との間の距離であり、V1とφ1は、それぞれ第1電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V2とφ2は、それぞれ第2電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V3とφ3は、それぞれ第3電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V4とφ4は、それぞれ第4電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相である。
図2から図5に示すように、本発明の第1実施形態に係る光学素子は、光透過方向に沿って順に配置された第1基板、第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、第2電極層、及び第2基板を含む。第1基板及び第2基板は、透明なガラス材料からなる。第1配向層及び第2配向層の材料は、有機ポリマー材料であり、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂またはポリイミドであってもよい。第1配向層の配向方向は、第2配向層の配向方向と逆平行である。
図14乃至図16に示すように、本発明の実施例1に係る光学素子は、上から下へ順に配置された第1基板、第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、第2電極層及び第2基板を含む。第1配向層と第2配向層とのラビング方向は、逆平行である。第1基板、第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、第2電極層及び第2基板の光透過方向に沿った投影は、同じサイズの正方形である。
図18乃至図20に示すように、本発明の実施例2に係る光学素子は、上から下へ順に配置された第1基板、第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、第2電極層及び第2基板を含む。第1配向層と第2配向層とのラビング方向は、逆平行である。
本発明の実施例3は、実施例2における光学素子の構造に従って、実体光学素子(実体光学レンズ)を作製して、テストを行なう。その構造は、図18〜図20に示すようであり、実体光学素子の構造パラメータは、表1に示すようであり、実体光学素子の通光面積は、5mm×5mmであり、電極V1から電極V2まで、及び電極V3から電極V4までの距離は、何れも5mmであり、液晶層の厚さは、80μmであり、使用される液晶材料の複屈折率差△n=0.259である。
図22に示すように、本発明の実施例4に係る光学素子は、実施例2における光学素子の構造に基づいて改善されたものである。具体的には、第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極の光透過方向に沿った投影を矩形に形成させ、即ち、実施例4における光学素子の第1電極と第2電極との間の距離L1は、第3電極と第4電極との間の距離L2より大きい。
図23に示すように、本発明の第2実施形態に係る光学素子は、第1実施形態における光学素子の構造に基づいて改善されたものである。具体的には、第1基板と第2基板をキャンセルすると共に、第1インピーダンスフィルムと第1配向層との間に第1保護層を設けて、第2インピーダンスフィルムと第2配向層との間に第2保護層を設けることである。第1保護層と第2保護層の厚さは、1μmである。絶縁層は、インピーダンスフィルム及び電極を保護する役割を果たすと共に、電極及びインピーダンスフィルムのそれぞれと配向層が接する表面を平坦化にする。
図24に示すように、本発明の第3実施形態に係る光学素子は、第1実施形態における光学素子の構造に基づいて改善されたものである。具体的には、第1インピーダンスフィルムと第1配向層との間に第1保護層を設けて、第2インピーダンスフィルムと第2配向層との間に第2保護層を設けることである。これにより、第1保護層と第2保護層は、光学素子(光学レンズ)の内部の液晶層を保護することができる。
本発明の第4実施形態は、前述の各実施形態における何れか1つの光学素子を含む撮像装置を提供する。
本発明の第5実施形態は、光学素子の焦点可変駆動方法を提供する。前記光学素子は、上記の各実施形態に記載した何れか1つの光学素子である。前記焦点可変駆動方法は、以下のステップを含む。
本発明の実施例5は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=170°、V1=V2=V3=V4=6Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図25に示すようである。
本発明の実施例6は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=170°、V1=V2=V3=V4=8Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図26に示すようである。
本発明の実施形態6に係る光学素子の焦点可変駆動方法に使う光学素子は、実施形態1乃至実施形態5の中の何れか一種の光学素子であり、前記焦点可変駆動方法は、以下のステップを含む。
本発明の実施例7は、実施例2の光学素子を採用して、シミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=V3=V4=4Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図27に示すようである。
本発明の実施例8は、実施例2の光学素子を採用して、シミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=170°、V1=V2=V3=V4=4Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図28に示すようである。
本発明の実施例9は、実施例2の光学素子を採用して、シミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°、V1=V2=V3=V4=4Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図29に示すようである。
本発明の実施例10は、実施例2の光学素子を採用して、シミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=150°、V1=V2=V3=V4=4Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図30に示すようである。
本発明の実施例11は、実施例3における実体光学素子を用いて実験を行なう。実施例11において、各電極には電圧が印加されず、532nmの緑色レーザーで採取された光学素子の干渉縞は、図33に示すようである。
本発明の実施例12は、実施例3における実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、V1=V2=V3=V4=4V、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=170°であり、532nmの緑色レーザーで採取された光学素子の干渉縞は、図34に示すようである。
本発明の実施例13は、実施例3における実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、V1=V2=V3=V4=4V、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°であり、532nmの緑色レーザーで採取された光学素子の干渉縞は、図35に示すようである。
本発明の実施例14は、実施例3における実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、V1=V2=V3=V4=4V、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=150°であり、532nmの緑色レーザーで採取された光学素子の干渉縞は、図36に示すようである。
<実施例15>
本発明の実施例15は、実施例3における実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、V1=V2=V3=V4=4V、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=φであり、φの値がそれぞれ96°、128°、152°である時に、測定によって、実体光学素子の5mm直径範囲内での位相ドリフト量ψと座標xとの関係のテスト結果が図37に示すようである。φ=96°の場合、二次曲線を用いて実験測定値をフィッティングして得られたフィット曲線は、
本発明の第7実施形態は、光学素子のレンズ中心の移動方法を提供する。前記光学素子は、上記の各実施形態に記載した何れか1つの光学素子である。前記光学素子のレンズ中心の移動方法は、以下のステップを含む。
本発明の実施例16は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=V3=V4=4Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図39に示すようである。
本発明の実施例17は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V4=1V、V2=V3=4Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(1mm,4mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図40に示すようである。
本発明の実施例18は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=2V、V2=4V、V3=V4=3Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/3mm,5/2mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図41に示すようである。
本発明の実施例19は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=3V、V3=4V、V4=2Vであり、式(1−23)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、円形に分布され、その円心位置が(5/2mm,10/3mm)にあり、式(1−8)によってこの時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図が図42に示すようである。
本発明の第8実施形態に係る光学素子は、光透過方向に沿って順次に設けられた第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、及び第2電極層を含み、前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得される交流電圧は、以下の式を満たす。
本発明の実施例20は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°、V1=V2=5V、V3=V4=10Vであり、式(1−22)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、楕円形に分布され、その中心位置が(5/2mm,5/2mm)にある。式(1−26)に基づいて、長手方向の半軸と短手方向の半軸との比は、2である。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図43に示すようである。
本発明の実施例21は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°、V1=V2=10V、V3=V4=5Vであり、式(1−22)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、楕円形に分布され、その中心位置が(5/2mm,5/2mm)にある。式(1−26)に基づいて、長手方向の半軸と短手方向の半軸との比は、2である。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図44に示すようである。
本発明の実施例22は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°、V1=1V、V2=2V、V3=V4=4Vであり、式(1−22)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、楕円形に分布され、その中心位置が(10/3mm,5/2mm)にある。式(1−26)に基づいて、長手方向の半軸と短手方向の半軸との比は、8/3である。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図45に示すようである。
本発明の実施例23は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°、V1=V2=4V、V3=2V、V4=1Vであり、式(1−22)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の等電位線は、楕円形に分布され、その中心位置が(5/2mm,10/3mm)にある。式(1−26)に基づいて、長手方向の半軸と短手方向の半軸との比は、3/8である。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図46に示すようである。
本発明の実施例24は、実施例3の実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°であり、V1=V2=5V、V3=V4=10Vであり、この条件で採取された実体光学素子の干渉縞は、図47に示すようである。干渉縞図における干渉リングは、楕円形である。当該楕円形の長手方向の半軸と短手方向の半軸との比は、2である。
本発明の実施例25は、実施例3の実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=160°であり、V1=V2=10V、V3=V4=5Vであり、この条件で採取された実体光学素子の干渉縞は、図48に示すようである。干渉縞図における干渉リングは、楕円形である。当該楕円形の長手方向の半軸と短手方向の半軸との比は、約1/2である。
本発明の第9実施形態は、カラム光学素子(レンチキュラーレンズ)を提供する。前記カラム光学素子は、光透過方向に沿って順次に設けられた第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、及び第2電極層を含み、前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得される交流電圧は、以下の式を満たす。
本発明の実施例26は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=φ2=0°、φ4=180°、V1=V2=2V、V3=V4=4Vの場合、式(1−20)から分かるように、この時、m1=0である。式(1−28)によれば、この時の光学素子の液晶層内の実効電圧は、放物線状に分布し、且つ放物線面の対称軸は(x,5/2mm)に位置する。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図49に示すようである。式(1−28)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内のVrms値は、y座標と関係がない。式(1−28)によって、各x座標に対応するVrms値を計算し、各Vrms値とx座標の関係は、図52に示すようである。
本発明の実施例27は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=φ2=0°、φ4=180°、V1=V2=2V、V3=V4=8Vの場合、式(1−20)から分かるように、この時、m1=0である。式(1−28)によれば、この時の光学素子の液晶層内の実効電圧は、放物線状に分布し、且つ放物線面の対称軸は(x,5/2mm)に位置する。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図50に示すようである。式(1−28)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内のVrms値は、y座標と関係がない。式(1−28)によって、各x座標に対応するVrms値を計算し、各Vrms値とx座標の関係は、図52に示すようである。
本発明の実施例28は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=φ2=0°、φ4=180°、V1=V2=2V、V3=7V、V4=4Vの場合、式(1−20)から分かるように、この時、m1=0である。式(1−28)によれば、この時の光学素子の液晶層内の実効電圧は、放物線状に分布し、且つ放物線面の対称軸は(x,35/11mm)に位置する。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図51に示すようである。
本発明の実施例29は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=φ2=0°、φ4=180°、V1=V2=2V、V3=5V、V4=7Vの場合、式(1−20)から分かるように、この時、m1=0である。式(1−28)によれば、この時の光学素子の液晶層内の実効電圧は、放物線状に分布し、且つ放物線面の対称軸は(x,25/12mm)に位置する。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は、図53に示すようである。
本発明の実施例30は、実施例3の実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=φ2=0°、φ4=180°、V1=V2=3V、V3=V4=6Vである。この場合、実体光学素子の632.8nmの赤色光条件下での干渉縞を採集する。図54に示すように、干渉縞は、ストライプ状に分布する。干渉縞パターンから分かるように、カラム光学素子のレンズの中心位置は、ほぼ正方形のクリアアパーチャの左右対称の中心部位に位置する。
本発明の実施例31は、実施例3の実体光学素子を用いて実験を行なって、実施例3における実体光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータは、f1=f2=1kHz、f3=f4=2kHz、φ1=φ3=φ2=0°、φ4=180°、V1=V2=3V、V3=V4=9Vである。この場合、実体光学素子の632.8nmの赤色光条件下での干渉縞を採集する。図55に示すように、干渉縞は、ストライプ状に分布する。干渉縞パターンから分かるように、カラム光学素子のレンズの中心位置は、ほぼ正方形のクリアアパーチャの左右対称の中心部位に位置する。
本発明の第10実施形態に係る光学素子は、光透過方向に沿って順次に設けられた第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、及び第2電極層を含み、前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得される交流電圧の周波数は、等しい。
本発明の実施例32は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータがf1=f2=f3=f4=1kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=V3=V4=4Vの場合、式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の実効電圧分布はプリズム状であり、図56に示すようであり、電圧の変化勾配はdy/dx=-1である。
本発明の実施例33は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータがf1=f2=f3=f4=1kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=2V、V3=V4=4Vの場合、式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の実効電圧分布はプリズム状であり、図57に示すようであり、電圧の変化勾配はdy/dx=-1/2である。
本発明の実施例34は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータがf1=f2=f3=f4=1kHz、φ2=φ3=0°、φ1=φ4=180°、V1=V2=V3=V4=4Vの場合、式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の実効電圧分布はプリズム状であり、図58に示すようであり、電圧の変化勾配はdy/dx=1である。
本発明の実施例35は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータがf1=f2=f3=f4=1kHz、φ2=φ3=0°、φ1=φ4=180°、V1=V2=2V、V3=V4=4Vの場合、式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の実効電圧分布はプリズム状であり、図59に示すようであり、電圧の変化勾配はdy/dx=1/2である。
本発明の実施例36は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータがf1=f2=f3=f4=1kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=3V、V3=V4=6Vの場合、式(1−39)から分かるように、この時の光学素子の液晶層内の実効電圧は、プリズム状に分布される。式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の等電位線の分布図は図60に示すようである。y座標を2.5mmにし、式(1−39)によって、この時の光学素子の液晶層内の各x座標に対応するVrms値を計算する。各Vrms値とx座標の関係は、図62に示すようである。
本発明の実施例37は、実施例2の光学素子を採用してシミュレーションを行ない、実施例2の光学素子の第1電極、第2電極、第3電極及び第4電極に対して式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される電圧をそれぞれ印加する。各電極の電圧パラメータがf1=f2=f3=f4=1kHz、φ1=φ3=0°、φ2=φ4=180°、V1=V2=4V、V3=V4=8Vの場合、式(1−8)によって、この時の光学素子の液晶層に対してシミュレーションを行なうと、光学素子の液晶層内の実効電圧分布は、プリズム状であり、図61に示すようである。y座標を2.5mmにし、式(1−39)によって、この時の光学素子の液晶層内の各x座標に対応するVrms値を計算する。各Vrms値とx座標の関係は、図62に示すようである。
101b 第4基板
102a 第1平面電極
102b 第2平面電極
103 第3平面電極
104 絶縁層
105a 第1配向層
105b 第2配向層
106 第1液晶層
107 インピーダンス膜層
201 第1基板
202 第2基板
211a 第1電極
211b 第2電極
211c 第1インピーダンスフィルム
212a 第3電極
212b 第4電極
212c 第2インピーダンスフィルム
221 第1配向層
222 第2配向層
231 液晶層
203 第1保護層
204 第2保護層
205 光透過孔
Claims (20)
- 光透過方向に沿って順次に配置された第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層及び第2電極層を含む光学素子であって、
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であることを特徴とする光学素子。 - 前記光学素子は、楕円レンズ、レンチキュラーレンズ、プリズムまたは円形レンズであることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記光学素子は、楕円レンズであり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得される交流電圧は、以下の式を満たし、
式中において、L1は、第1電極と第2電極との間の距離であり、L2は、第3電極と第4電極との間の距離であり、V1とφ1は、それぞれ第1電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V2とφ2は、それぞれ第2電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V3とφ3は、それぞれ第3電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V4とφ4は、それぞれ第4電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であることを特徴とする請求項2に記載の光学素子。 - 前記光学素子は、レンチキュラーレンズであり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で得られる交流電圧は、以下の式を満たし、
式中において、L1は、第1電極と第2電極との間の距離であり、L2は、第3電極と第4電極との間の距離であり、V1とφ1は、それぞれ第1電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V2とφ2は、それぞれ第2電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V3とφ3は、それぞれ第3電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V4とφ4は、それぞれ第4電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であることを特徴とする請求項2に記載の光学素子。 - 前記光学素子は、プリズムであり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得される交流電圧の周波数は、等しいことを特徴とする請求項2に記載の光学素子。
- 前記光学素子は、円形レンズであり、前記円形レンズの液晶層内の等電位線は円形に分布されることを特徴とする請求項2に記載の光学素子。
- 前記透光孔の形状は、矩形であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記透光孔の形状は、正方形であることを特徴とする請求項7に記載の光学素子。
- 光学素子を備えた撮像装置であって、
前記光学素子は、光透過方向に沿って順次に設けられた第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、及び第2電極層を含み、
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、
前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であることを特徴とする撮像装置。 - 前記光学素子は、楕円レンズ、レンチキュラーレンズまたはプリズムであることを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
- 前記光学素子は、楕円レンズであり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得された交流電圧は、以下の公式を満たし、
式中において、L1は、第1電極と第2電極との間の距離であり、L2は、第3電極と第4電極との間の距離であり、V1とφ1は、それぞれ第1電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V2とφ2は、それぞれ第2電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V3とφ3は、それぞれ第3電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V4とφ4は、それぞれ第4電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であることを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。 - 前記光学素子は、レンチキュラーレンズであり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、及び前記第4電極で取得された交流電圧は、以下の式を満たし、
式中において、L1は、第1電極と第2電極との間の距離であり、L2は、第3電極と第4電極との間の距離であり、V1とφ1は、それぞれ第1電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V2とφ2は、それぞれ第2電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V3とφ3は、それぞれ第3電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V4とφ4は、それぞれ第4電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。 - 前記光学素子は、プリズムであり、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極で取得される交流電圧の周波数は、等しいことを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。
- 前記光学素子は、円形レンズであり、前記円形レンズの液晶層内の等電位線は円形に分布されることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。
- 光学素子の焦点可変駆動方法であって、
前記光学素子は、光透過方向に沿って順次に設けられた第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、及び第2電極層を含み、
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、
前記焦点可変駆動方法は、
前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に交流電圧を印加して、前記液晶層を第1のレンズ状態にさせるステップと、
前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に印加された交流電圧の振幅または位相を切り替えて、前記液晶層を前記第1のレンズ状態と異なる第2のレンズ状態にさせるステップと、
を含むことを特徴とする光学素子の焦点可変駆動方法。 - 前記焦点可変駆動方法は、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に交流電圧をそれぞれ印加して、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極での交流電圧の振幅をそれぞれV1、V2、V3及びV4にし、且つ前記液晶層を第1のレンズ状態にさせるステップと、
前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に印加された交流電圧の振幅をそれぞれnV1、nV2、nV3及びnV4にするように切り替えて、前記液晶層を前記第1のレンズ状態と異なる第2のレンズ状態にさせるステップと、を含み、
前記nは、正数であることを特徴とする請求項15に記載の光学素子の焦点可変駆動方法。 - 前記焦点可変駆動方法は、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に交流電圧を印加して、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極での交流電圧の初期位相をそれぞれφ1、φ2、φ3及びφ4にし、前記液晶層を第1のレンズ状態にするステップと、
前記第2電極及び前記第4電極に印加された交流電圧の初期位相を何れもφ5に切り替えて、前記液晶層を前記第1のレンズ状態と異なる第2のレンズ状態にさせるステップと、を含み、
φ1=φ3、φ2=φ4であることを特徴とする請求項15に記載の光学素子の焦点可変駆動方法。 - 光学素子のレンズ中心の移動方法であって、
前記光学素子は、光透過方向に沿って順次に設けられた第1電極層、第1配向層、液晶層、第2配向層、及び第2電極層を含み、
前記第1電極層は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1インピーダンスフィルムを含み、前記第1電極と前記第2電極は、それぞれ前記第1インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第2電極層は、第3電極、第4電極、及び前記第3電極と前記第4電極との間に配置された第2インピーダンスフィルムを含み、前記第3電極と前記第4電極は、それぞれ前記第2インピーダンスフィルムの相対両端に接続され、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極の前記光透過方向に形成された透光孔の形状は、平行四辺形であり、
前記光学素子のレンズ中心の移動方法は、前記光学素子のレンズ中心が第1位置にあり、且つ前記光学素子のレンズ中心の座標が以下の式で示される通りにするように、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極に交流電圧を印加するステップと、
V1、V2、V3、V4、φ1、φ2、φ3及び/またはφ4を変更して、前記光学素子のレンズ中心が第2位置にあるようにさせるステップと、を含み、
式中において、L1は、第1電極と第2電極との間の距離であり、L2は、第3電極と第4電極との間の距離であり、V1とφ1は、それぞれ第1電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V2とφ2は、それぞれ第2電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V3とφ3は、それぞれ第3電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であり、V4とφ4は、それぞれ第4電極で取得された交流電圧の振幅と初期位相であることを特徴とする光学素子のレンズ中心の移動方法。 - 前記光学素子は、楕円レンズ、レンチキュラーレンズ、プリズムまたは円形レンズであることを特徴とする請求項18に記載の光学素子のレンズ中心の移動方法。
- 前記光学素子は、円形レンズであり、前記円形レンズの液晶層内の等電位線は円形に分布されることを特徴とする請求項19に記載の光学素子のレンズ中心の移動方法。
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