JP2023180205A - Liquid crystal lens device and wide-angle fovea lens device - Google Patents

Liquid crystal lens device and wide-angle fovea lens device Download PDF

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Souta Shimizu
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Abstract

To provide a liquid crystal lens device that can generate a lens effect at an arbitrary position while suppressing reduction in optical performance, and a wide-angle fovea lens device using the same.SOLUTION: A liquid crystal lens device 10 has a liquid crystal cell 11, an ultrasonic unit 12 having a plurality of ultrasonic generation elements 18, a driving circuit 14, and a control section 15 controlling the ultrasonic unit 12 through the driving circuit 14. The liquid crystal lens device overlaps ultrasonic waves from the plurality of ultrasonic generation elements 18 to form one or more lens areas to be a convex lens or a concave lens at an arbitrary position of the liquid crystal cell 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液晶レンズ装置及び広角中心窩レンズ装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal lens device and a wide-angle foveal lens device.

人の眼をモデルにして、視野が広く、しかも注目領域である中心部では高い解像度が得られる広角中心窩レンズと称される光学系が知られている(例えば、特許文献1を参照)。また、一対の基板の間に液晶層を設け、一対の基板に設けた電極から液晶層に電圧を印加する液晶レンズが知られている(特許文献2を参照)。この液晶レンズでは、電圧によって液晶分子の配向を制御することによって、任意の位置の被写体像の1又は複数箇所を拡大又は縮小する。 An optical system called a wide-angle foveal lens is known, which is modeled after the human eye and has a wide field of view and high resolution in the center, which is the region of interest (for example, see Patent Document 1). Furthermore, a liquid crystal lens is known in which a liquid crystal layer is provided between a pair of substrates and a voltage is applied to the liquid crystal layer from electrodes provided on the pair of substrates (see Patent Document 2). In this liquid crystal lens, by controlling the orientation of liquid crystal molecules using a voltage, one or more parts of a subject image at an arbitrary position can be enlarged or reduced.

また、超音波発生素子の振動で液晶レンズを共振させて、超音波の振動強度に応じて液晶層の厚みを変化させることによって、液晶レンズの焦点距離を変化させる液晶レンズが特許文献3によって知られている。特許文献3に記載される液晶レンズは、液晶レンズの共振周波数と一致する周波数の超音波を発生させる円環形状の超音波発生素子を、液晶層の周囲を囲むようにして、液晶層を挟む一方の基板上に設けている。 Further, Patent Document 3 discloses a liquid crystal lens that changes the focal length of the liquid crystal lens by causing the liquid crystal lens to resonate with the vibration of an ultrasonic wave generating element and changing the thickness of the liquid crystal layer according to the vibration intensity of the ultrasonic wave. It is being In the liquid crystal lens described in Patent Document 3, a ring-shaped ultrasonic wave generating element that generates an ultrasonic wave with a frequency that matches the resonance frequency of the liquid crystal lens is placed around a liquid crystal layer, and one of the elements sandwiching the liquid crystal layer. It is installed on the board.

さらに、矩形状の液晶セルを設けた基板上に複数の超音波発生素子を設け、それらの超音波発生素子により液晶セルを共振させることで格子状のたわみ振動を発生させて、液晶分子の配向を2次元的かつ周期的に変化させる液晶分子配向制御方法が知られている(例えば特許文献4)。 Furthermore, a plurality of ultrasonic generating elements are provided on a substrate on which a rectangular liquid crystal cell is provided, and by making the liquid crystal cell resonate with these ultrasonic generating elements, a lattice-shaped flexural vibration is generated, and the alignment of liquid crystal molecules is achieved. A liquid crystal molecule orientation control method for two-dimensionally and periodically changing is known (for example, Patent Document 4).

特開2020-56849号公報JP2020-56849A 国際公開第2012/153837号International Publication No. 2012/153837 特開2018-92069号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-92069 特開2018-31818号公報JP 2018-31818 Publication

ところで、特許文献2に記載されるような液晶レンズを用いた広角中心窩レンズでは、メカニカルな機構を不要としながら、高倍率とする注目領域をイメージサークル内で移動させることができるとともにその倍率を変化させることができる。しかしながら、電極に電圧を印加するための配線が、レンズ効果に異方性を発生させる原因となり、レンズとしての光学性能を低下させる要因となっていた。また、特許文献3に記載される液晶レンズでは、液晶レンズの共振を利用しているため任意の位置にレンズ効果を発生させることはできない。 By the way, with a wide-angle foveal lens using a liquid crystal lens as described in Patent Document 2, it is possible to move a region of interest with high magnification within an image circle and to change the magnification while eliminating the need for a mechanical mechanism. It can be changed. However, the wiring for applying voltage to the electrodes causes anisotropy in the lens effect, which causes a decrease in the optical performance of the lens. Further, in the liquid crystal lens described in Patent Document 3, since resonance of the liquid crystal lens is utilized, a lens effect cannot be generated at an arbitrary position.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学性能の低下を抑えながら任意の位置にレンズ効果を発生させることができる液晶レンズ装置及びこれを用いた広角中心窩レンズ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a liquid crystal lens device that can generate a lens effect at any position while suppressing deterioration of optical performance, and a wide-angle foveal lens device using the same. The purpose is to

本発明の液晶レンズ装置は、対向配置され、対面する面に配向膜が形成された一対の透明な基板と前記一対の透明な基板の間に設けられた液晶からなる液晶層とを有する液晶セルと、前記液晶セルの周面に設けられた複数の超音波発生素子を有し、前記超音波発生素子が前記液晶セルの周縁から前記液晶層に超音波を与える超音波ユニットと、前記液晶層の1または複数のレンズとするレンズ領域の中心位置が腹または節となる定在波を前記超音波発生素子からの各超音波の重ね合わせにより形成するように、前記レンズ領域の位置に基づいて複数の前記超音波発生素子からの超音波の位相及び出力タイミングを制御する制御部とを備えるものである。 The liquid crystal lens device of the present invention is a liquid crystal cell having a pair of transparent substrates arranged to face each other and having an alignment film formed on the facing surfaces, and a liquid crystal layer made of liquid crystal provided between the pair of transparent substrates. an ultrasonic unit having a plurality of ultrasonic generation elements provided on the peripheral surface of the liquid crystal cell, the ultrasonic generation elements applying ultrasonic waves from the periphery of the liquid crystal cell to the liquid crystal layer; and the liquid crystal layer. based on the position of the lens area so that a standing wave having an antinode or a node at the center position of the lens area, which is one or more lenses, is formed by superimposing each ultrasonic wave from the ultrasonic generating element. The apparatus further includes a control section that controls the phase and output timing of the ultrasonic waves from the plurality of ultrasonic wave generating elements.

本発明の広角中心窩レンズ装置は、対向配置され、対面する面に配向膜が形成された一対の透明な基板と前記一対の透明な基板の間に設けられた液晶からなる第1液晶層を有する第1液晶セル及び第2液晶層を有する第2液晶セルと、前記第1液晶セルの周面に設けられ、前記第1液晶セルの周縁から前記第1液晶層に超音波を与える複数の第1超音波発生素子と、前記第2液晶セルの周面に設けられ、前記第2液晶セルの周縁から前記第2液晶層に超音波を与える複数の第2超音波発生素子とを有する超音波ユニットと、前記第1液晶層または前記第2液晶層の一方の液晶層に凸レンズとするレンズ領域の中心位置が腹となる定在波を、他方の液晶層に凹レンズとする第2レンズ領域の中心位置が節となる定在波を複数の超音波の重ね合わせによりそれぞれ形成するように、前記第1液晶層におけるレンズ領域の位置に基づいて複数の前記第1超音波発生素子からの超音波の位相及び出力タイミングを制御するとともに、前記第2液晶層におけるレンズ領域の位置に基づいて複数の前記第2超音波発生素子からの超音波の位相及び出力タイミングを制御する制御部とを備えるものである。 The wide-angle foveal lens device of the present invention includes a pair of transparent substrates that are arranged to face each other and have an alignment film formed on their facing surfaces, and a first liquid crystal layer made of liquid crystal that is provided between the pair of transparent substrates. a second liquid crystal cell having a first liquid crystal cell and a second liquid crystal layer; An ultrasonic wave generator having a first ultrasonic generating element and a plurality of second ultrasonic generating elements provided on the peripheral surface of the second liquid crystal cell and applying ultrasonic waves from the peripheral edge of the second liquid crystal cell to the second liquid crystal layer. a sonic wave unit; and a second lens region in which one of the first liquid crystal layer or the second liquid crystal layer has a convex lens and a standing wave having an antinode at the center position of the lens region, and the other liquid crystal layer has a concave lens. Based on the position of the lens area in the first liquid crystal layer, the ultrasonic waves from the plurality of first ultrasonic generating elements are formed so that a standing wave having a node at the center position of the ultrasonic wave is formed by superimposing a plurality of ultrasonic waves. and a control unit that controls the phase and output timing of the ultrasound waves and also controls the phase and output timing of the ultrasound waves from the plurality of second ultrasound generation elements based on the position of the lens region in the second liquid crystal layer. It is something.

本発明によれば、液晶セルの周囲に設けた複数の超音波発生素子から液晶層に入力される超音波を重ね合わせてレンズとなるレンズ領域を形成するので、光学性能の低下を抑えながら任意の位置にレンズ効果を発生させることができる。 According to the present invention, ultrasonic waves input into the liquid crystal layer from a plurality of ultrasonic generating elements provided around the liquid crystal cell are superimposed to form a lens region that becomes a lens, so that optical performance can be suppressed while suppressing deterioration of optical performance. A lens effect can be generated at the position of

実施形態に係る液晶レンズ装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a liquid crystal lens device according to an embodiment. 液晶セルと超音波発生素子とを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a liquid crystal cell and an ultrasonic wave generating element. 液晶セルにおける液晶分子の配向を模式的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the orientation of liquid crystal molecules in a liquid crystal cell. 液晶セルを円板状にした例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of a disk-shaped liquid crystal cell. 超音波の定在波によって凸レンズとなるレンズ領域を形成した状態を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which a lens region that becomes a convex lens is formed by a standing wave of an ultrasonic wave. 超音波の定在波によって凹レンズとなるレンズ領域を形成した状態を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which a lens region that becomes a concave lens is formed by a standing wave of an ultrasonic wave. 各超音波のピークが所定の中心位置で重なるように初期位相が制御された状態を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the initial phases are controlled so that the peaks of each ultrasonic wave overlap at a predetermined center position. 中心位置Pを中心に凸レンズとなるレンズ領域を形成するように各超音波の出力タイミングが制御された状態を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the output timing of each ultrasonic wave is controlled so as to form a lens region that becomes a convex lens around a center position P. FIG. 中心位置Pを中心に凹レンズとなるレンズ領域を形成するように各超音波の出力タイミングが制御された状態を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the output timing of each ultrasonic wave is controlled so as to form a lens region that becomes a concave lens around a center position P. FIG. 正方形状の液晶セルにおいて凸レンズとなるレンズ領域を形成する際に液晶層に入力される各超音波を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing each ultrasonic wave input into a liquid crystal layer when forming a lens region that becomes a convex lens in a square liquid crystal cell. 円板状の液晶セルにおいて中心位置P、Pを中心とする2個の凸レンズとなるレンズ領域を形成する際に液晶層に入力される各超音波を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing each ultrasonic wave input into a liquid crystal layer when forming a lens region that becomes two convex lenses centered on center positions P 1 and P 2 in a disk-shaped liquid crystal cell. 液晶セルを用いた広角中心窩レンズ装置の構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of a wide-angle foveal lens device using a liquid crystal cell.

図1において、液晶レンズ装置10は、大別してレンズユニットU1と、制御ユニットU2とを備える。レンズユニットU1は、レンズとなる液晶セル11と、超音波ユニット12とを有する。また、制御ユニットU2は、超音波ユニット12を駆動する駆動回路14と、駆動回路14を介して超音波ユニット12を制御する制御部15とを有する。超音波ユニット12には、超音波を発生して出力する複数の超音波発生素子(以下、単に「発生素子」と称する)18が設けられている。各発生素子18は、液晶セル11に取り付けられている。この液晶レンズ装置10は、複数の発生素子18からの超音波で液晶セル11の任意の位置に凸レンズまたは凹レンズとなる1または複数のレンズ領域を形成する。 In FIG. 1, the liquid crystal lens device 10 is broadly divided into a lens unit U1 and a control unit U2. The lens unit U1 includes a liquid crystal cell 11 serving as a lens and an ultrasonic unit 12. Further, the control unit U2 includes a drive circuit 14 that drives the ultrasound unit 12 and a control section 15 that controls the ultrasound unit 12 via the drive circuit 14. The ultrasonic unit 12 is provided with a plurality of ultrasonic generating elements (hereinafter simply referred to as "generating elements") 18 that generate and output ultrasonic waves. Each generating element 18 is attached to the liquid crystal cell 11. This liquid crystal lens device 10 forms one or more lens regions serving as convex lenses or concave lenses at arbitrary positions of the liquid crystal cell 11 using ultrasonic waves from a plurality of generating elements 18 .

図2において、レンズユニットU1の液晶セル11は、一対の基板21、22と、これらの基板21、22の間に形成された液晶層23とを有している。基板21、22は、光学的に透明な材料で板状に形成されている。この例では、基板21、22は、各辺の長さがDsの正方形のガラスプレートである。したがって、液晶セル11は、平面視した形状が正方形である。基板21、22の外側の面(液晶層23と反対側の面)の一方が光の入射面となり、他方が射出面となる。 In FIG. 2, the liquid crystal cell 11 of the lens unit U1 includes a pair of substrates 21 and 22, and a liquid crystal layer 23 formed between these substrates 21 and 22. The substrates 21 and 22 are plate-shaped and made of an optically transparent material. In this example, the substrates 21 and 22 are square glass plates with each side having a length Ds. Therefore, the liquid crystal cell 11 has a square shape when viewed from above. One of the outer surfaces of the substrates 21 and 22 (the surface opposite to the liquid crystal layer 23) becomes a light incident surface, and the other becomes a light exit surface.

基板21、22は、所定の間隔をあけて互いに一方の面を対面させた状態で平行に配置されており、それらの周縁がシール材24によって封止されている。液晶層23は、基板21、22及びシール材24の間に形成された空間内に液晶を満たすことで形成されている。液晶層23は、この例ではネマティック液晶から構成される。基板21と基板22との間隔が一定にされている。したがって、この例では、液晶層23は、一定の厚みを有し、断面が基板21、22とほぼ同サイズの正方形の板状になっている。 The substrates 21 and 22 are arranged in parallel with each other with one surface facing each other with a predetermined interval, and their peripheral edges are sealed with a sealing material 24. The liquid crystal layer 23 is formed by filling a space formed between the substrates 21 and 22 and the sealant 24 with liquid crystal. The liquid crystal layer 23 is made of nematic liquid crystal in this example. The distance between the substrate 21 and the substrate 22 is kept constant. Therefore, in this example, the liquid crystal layer 23 has a constant thickness and has a square plate shape with a cross section that is approximately the same size as the substrates 21 and 22.

基板21、22の互いに対向する内面には、配向膜25がそれぞれ形成されている。図3に模式的に示すように、配向膜25は、液晶層23を構成する液晶分子27を90度のプレチルト角で垂直配向する。これにより、液晶層23中で、超音波によって圧力変動しない部分においては、液晶分子27が90度のプレチルト角で垂直配向される。 An alignment film 25 is formed on the opposing inner surfaces of the substrates 21 and 22, respectively. As schematically shown in FIG. 3, the alignment film 25 vertically aligns the liquid crystal molecules 27 constituting the liquid crystal layer 23 at a pretilt angle of 90 degrees. As a result, the liquid crystal molecules 27 are vertically aligned at a pretilt angle of 90 degrees in the portions of the liquid crystal layer 23 where the pressure does not fluctuate due to the ultrasonic waves.

図2に示されるように、入射面及び射出面に直交する面であって、液晶層23の周囲となる液晶セル11の周りの4つの面(以下、周面と称する)28には、超音波ユニット12の複数の発生素子18がそれぞれ設けられている。この例では、4つの周面28のそれぞれに5個の発生素子18が設けられている。この例では、周面28のそれぞれにおいて、5個の発生素子18が一定のピッチで設けられ、各周面28に設けた発生素子18のピッチを等しくすることで、レンズユニットU1は、液晶セル11の中心を通る軸周りに回転対称な形状、配置になっている。 As shown in FIG. 2, four surfaces (hereinafter referred to as peripheral surfaces) 28 around the liquid crystal cell 11 that are perpendicular to the incident surface and the exit surface and surround the liquid crystal layer 23 include A plurality of generating elements 18 of the sound wave unit 12 are respectively provided. In this example, five generating elements 18 are provided on each of the four peripheral surfaces 28. In this example, five generating elements 18 are provided at a constant pitch on each of the circumferential surfaces 28, and by making the pitches of the generating elements 18 provided on each circumferential surface 28 equal, the lens unit U1 can be used as a liquid crystal cell. The shape and arrangement are rotationally symmetrical around the axis passing through the center of 11.

なお、液晶セル11の形状、発生素子18の配置、発生素子18の個数等は、上記のものに限定されない。例えば、液晶セル11の平面視した形状が三角形や、五角形等の多角形であってもよい。また、図4に示すレンズユニットU1のように、円板状(平面視円形)の液晶セル11Aの周面に、周方向に所定のピッチで複数の発生素子18を配列した構成としてもよい。図4の例では、一定のピッチで12個の発生素子18を液晶セル11Aの周囲に均等に配置している。 Note that the shape of the liquid crystal cell 11, the arrangement of the generating elements 18, the number of generating elements 18, etc. are not limited to those described above. For example, the shape of the liquid crystal cell 11 in plan view may be a triangle or a polygon such as a pentagon. Further, as in the lens unit U1 shown in FIG. 4, a plurality of generating elements 18 may be arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction on the circumferential surface of a disk-shaped (circular in plan view) liquid crystal cell 11A. In the example of FIG. 4, 12 generating elements 18 are evenly arranged around the liquid crystal cell 11A at a constant pitch.

発生素子18は、例えば圧電(ピエゾ)素子等で構成されており、駆動回路14から入力される駆動信号に基づいた超音波を出力する。発生素子18は、それが出力する超音波を液晶セル11の周縁から液晶層23に与えるように、周面28に取り付けられている。この例では、発生素子18の一端(出力端)をシール材24に密着させて取り付けており、発生素子18からの超音波がシール材24を介して液晶層23に伝えられる。液晶層23に伝えられた超音波は、液晶層23を構成する液晶を媒質として液晶層23中を伝播する。なお、発生素子18の取り付け手法は、液晶セル11の周縁から液晶層23に超音波を与えることができれば、これに限らない。例えば発生素子18の一端が液晶層23に露呈するように取り付けてもよいし、発生素子18と液晶層23との間に空気層等の空隙(隙間)があってもよい。また、発生素子18の出力端を液晶セル11の周面28を構成する基板21及び基板22の一方または両方の端面に密着させて取り付けて超音波を基板21、22の一方または両方に伝えることによって、液晶セル11の周縁から超音波を基板21、22の一方または両方を伝播させて、その超音波の振動を液晶層23に与えてもよい。 The generating element 18 is composed of, for example, a piezoelectric element, and outputs an ultrasonic wave based on a drive signal input from the drive circuit 14. The generating element 18 is attached to the peripheral surface 28 so as to apply the ultrasonic waves it outputs from the peripheral edge of the liquid crystal cell 11 to the liquid crystal layer 23 . In this example, one end (output end) of the generating element 18 is attached in close contact with the sealing material 24, and the ultrasonic waves from the generating element 18 are transmitted to the liquid crystal layer 23 via the sealing material 24. The ultrasonic waves transmitted to the liquid crystal layer 23 propagate through the liquid crystal layer 23 using the liquid crystal forming the liquid crystal layer 23 as a medium. Note that the method for attaching the generating element 18 is not limited to this, as long as the ultrasonic wave can be applied to the liquid crystal layer 23 from the periphery of the liquid crystal cell 11. For example, the generating element 18 may be attached so that one end thereof is exposed to the liquid crystal layer 23, or there may be a gap such as an air layer between the generating element 18 and the liquid crystal layer 23. Further, the output end of the generating element 18 may be attached in close contact with the end face of one or both of the substrates 21 and 22 that constitute the peripheral surface 28 of the liquid crystal cell 11 to transmit the ultrasonic waves to one or both of the substrates 21 and 22. Accordingly, ultrasonic waves may be propagated through one or both of the substrates 21 and 22 from the periphery of the liquid crystal cell 11, and the vibrations of the ultrasonic waves may be applied to the liquid crystal layer 23.

制御部15は、レンズ領域を形成する際には、超音波ユニット12から複数の発生素子18を選択し、駆動回路14を介して選択した発生素子18を駆動する。選択する発生素子18は、2個以上であればよく、超音波ユニット12の全ての発生素子18でもよい。レンズ領域の等方的な形成すなわちレンズ領域によるレンズ効果を等方的にする観点からは、形成すべきレンズ領域に向けて異なる方向から、またより多くの方向から超音波が伝播するように、複数の発生素子18を選択するのがよい。この例のように、正方形の液晶セル11の周面28に発生素子18を設けた場合には、4つの周面28に設けられた発生素子18をそれぞれ選択するのがよい。また、上記のような観点から、液晶セルを多角形状にして各周面に発生素子18を設ける場合には、液晶セルの多角形の頂点の数が多くなるほどレンズ効果の等方性の程度が高くなるため、頂点を多くすることが好ましく、液晶セル11Aのように円形状にすることは特に好ましい。 When forming a lens region, the control unit 15 selects a plurality of generating elements 18 from the ultrasonic unit 12 and drives the selected generating elements 18 via the drive circuit 14. The number of generating elements 18 to be selected may be two or more, and all the generating elements 18 of the ultrasonic unit 12 may be selected. From the perspective of isotropically forming the lens region, that is, making the lens effect by the lens region isotropic, it is important to make sure that ultrasonic waves propagate toward the lens region to be formed from different directions and from more directions. It is preferable to select a plurality of generating elements 18. When the generating elements 18 are provided on the circumferential surface 28 of the square liquid crystal cell 11 as in this example, it is preferable to select the generating elements 18 provided on the four circumferential surfaces 28, respectively. Furthermore, from the above point of view, when the liquid crystal cell is made into a polygonal shape and the generation elements 18 are provided on each peripheral surface, the degree of isotropy of the lens effect increases as the number of vertices of the polygon of the liquid crystal cell increases. Since the height increases, it is preferable to have many vertices, and it is particularly preferable to have a circular shape like the liquid crystal cell 11A.

レンズ領域を形成する際に、制御部15は、レンズ領域の中心位置と、レンズ領域を凸レンズとするか凹レンズとするかによって、選択された発生素子18からの超音波の初期位相、出力タイミングを制御する。各発生素子18は、同じ周波数fの超音波を出力する。 When forming the lens region, the control unit 15 controls the initial phase and output timing of the ultrasonic wave from the selected generation element 18 depending on the center position of the lens region and whether the lens region is a convex lens or a concave lens. Control. Each generating element 18 outputs ultrasonic waves having the same frequency f.

液晶層23中では、超音波によって生じる音響放射圧によって、液晶層23を構成する液晶分子に傾きが生じる。音響放射圧の変動(振幅)が大きいほど液晶分子が初期の垂直方向から水平方向に向けて倒れ、その倒れ角度が大きくなる。この結果、液晶セル11の入射面から射出面に透過する光については、液晶分子の倒れ角度に応じて、その光路長に変化が生じる。 In the liquid crystal layer 23, the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 23 are tilted due to the acoustic radiation pressure generated by the ultrasonic waves. The larger the fluctuation (amplitude) of the acoustic radiation pressure, the more the liquid crystal molecules tilt from the initial vertical direction toward the horizontal direction, and the tilt angle becomes larger. As a result, the optical path length of the light transmitted from the entrance surface to the exit surface of the liquid crystal cell 11 changes depending on the tilt angle of the liquid crystal molecules.

図5及び図6は、液晶層23に超音波の共鳴現象によって生じる定在波Swが形成されている場合を示している。以下、超音波及びその定在波の波形に関しては、特に言及しない場合は、超音波の媒質すなわち液晶層23の液晶の圧力(音圧)の変化(疎密の変化)を示すものとして説明及び図示する。例えば、超音波の定在波において、「腹」は、圧力変動が最大(圧力の振幅が最大)となる位置であり、「節」は、圧力変動が最小ないし変化しない位置である。また、超音波のピーク(極大)、ボトム(極小)は、圧力(媒質の圧力)が極大、極小になる部分であり、超音波の振動の中心は、圧力の振幅の中心であって圧力の変化が「0」の部分である。なお、音響放射圧の変動は、超音波の定在波の腹の位置で最大となり節の位置で最小ないしは0となる。 5 and 6 show a case where a standing wave Sw generated by an ultrasonic resonance phenomenon is formed in the liquid crystal layer 23. In the following, the waveforms of ultrasonic waves and their standing waves will be explained and illustrated as indicating changes in pressure (sound pressure) (changes in density) of the ultrasonic medium, that is, the liquid crystal of the liquid crystal layer 23, unless otherwise mentioned. do. For example, in an ultrasonic standing wave, an "antinode" is a position where pressure fluctuation is maximum (the amplitude of pressure is maximum), and a "node" is a position where pressure fluctuation is minimum or does not change. In addition, the peak (maximum) and bottom (minimum) of an ultrasound are the parts where the pressure (pressure of the medium) is maximum or minimum, and the center of vibration of an ultrasound is the center of the amplitude of the pressure. This is the part where the change is "0". Note that the variation in acoustic radiation pressure becomes maximum at the antinode position of the standing wave of the ultrasonic wave, and becomes minimum or zero at the node position.

図5に示されるように、超音波の定在波Swの腹となる位置を中心に、その両側に向かって液晶分子の倒れ角度が連続的に漸減し、レンズ効果を有するレンズ領域が形成される。レンズ効果は、液晶分子の倒れ角度が大きいほど光路長が短くなることによるものである。この場合のレンズ領域は凸レンズとして機能する。また、図6に示されるように、超音波の定在波Swの節となる位置に注目すると、その位置を中心として両側に向かって液晶分子の倒れ角度が連続的に漸増するレンズ領域が形成される。この場合のレンズ領域は、凹レンズとして機能する。 As shown in FIG. 5, the angle of inclination of the liquid crystal molecules gradually decreases from the center of the antinode of the ultrasonic standing wave Sw toward both sides, forming a lens region having a lens effect. Ru. The lens effect is due to the fact that the larger the angle of inclination of liquid crystal molecules, the shorter the optical path length. The lens region in this case functions as a convex lens. Furthermore, as shown in Fig. 6, if we focus on the node positions of the ultrasonic standing waves Sw, a lens region is formed in which the tilt angle of the liquid crystal molecules gradually increases continuously from that position toward both sides. be done. The lens region in this case functions as a concave lens.

制御部15は、液晶層23中において、選択した発生素子18からの各超音波による定在波の腹または節がレンズ領域の中心位置となるように、選択した発生素子18からの各超音波の初期位相を決める。レンズ領域を凸レンズとして機能させる場合には、そのレンズ領域の中心位置が定在波の腹に、凹レンズとして機能させる場合には、そのレンズ領域の中心位置が定在波の節となるようにする。 The control unit 15 generates each ultrasonic wave from the selected generating element 18 so that the antinode or node of the standing wave due to each ultrasonic wave from the selected generating element 18 is at the center position of the lens area in the liquid crystal layer 23. Determine the initial phase of. When the lens area is to function as a convex lens, the center position of the lens area should be at the antinode of the standing wave, and when it is to function as a concave lens, the center position of the lens area should be the node of the standing wave. .

図7に模式的に示す例では、レンズ領域となる中心位置Pで定在波Swの腹が形成されるように、対向する位置から液晶層23に入力される各超音波S1、S2の初期位相が制御された状態を示している。このように制御された対向する発生素子18のうちの一方が逆位相となるように、初期位相をさらにπだけ遅れる(または進む)ように制御することで、中心位置Pに超音波の定在波Swの節が形成されるように制御できる。 In the example schematically shown in FIG. 7, the initial stage of each ultrasonic wave S1 and S2 input to the liquid crystal layer 23 from opposing positions is such that the antinode of the standing wave Sw is formed at the center position P, which is the lens area. This shows a state where the phase is controlled. By controlling the initial phase to further lag (or advance) by π so that one of the opposing generating elements 18 thus controlled has an opposite phase, the ultrasonic wave can be kept at the center position P. It can be controlled so that nodes of the wave Sw are formed.

図8は、制御部15が、図5に示されるように各超音波の初期位相を制御するとともに、各超音波の出力タイミングを制御して、発生素子18からの各超音波S1a、S2aのピークを中心位置Pのみで重ね合わせた状態を示している。このような制御では、中心位置Pをピークとする山状の超音波の定在波Swaが生じる。この定在波Swaによって、中心位置Pを中心として、図5に示される場合と同様な凸レンズとして機能するレンズ領域が形成される。発生素子18からの各超音波S1a、S2aのボトムを中心位置Pのみで重ね合わせて谷状の超音波の定在波を生じさせても、同様に凸レンズとして機能するレンズ領域が形成される。このように、レンズ領域の中心位置Pが定在波の腹すなわち中心位置Pから外側に向かって圧力(音響放射圧)の振幅が漸減する定在波を形成することによって、凸レンズとして機能するレンズ領域が形成される。 FIG. 8 shows that the control unit 15 controls the initial phase of each ultrasonic wave as shown in FIG. A state in which the peaks are superimposed only at the center position P is shown. In such control, a mountain-shaped ultrasonic standing wave Swa having a peak at the center position P is generated. This standing wave Swa forms a lens region centered on the center position P that functions as a convex lens similar to the case shown in FIG. Even if the bottoms of the ultrasonic waves S1a and S2a from the generating element 18 are overlapped only at the center position P to generate a trough-shaped ultrasonic standing wave, a lens region that functions as a convex lens is similarly formed. In this way, the center position P of the lens area forms a standing wave in which the amplitude of the pressure (acoustic radiation pressure) gradually decreases outward from the antinode of the standing wave, that is, the center position P, so that the lens functions as a convex lens. A region is formed.

図9は、制御部15が、定在波Swbの節が中心位置Pとなるように各超音波の初期位相を制御するとともに、出力タイミングを制御して、発生素子18からの各超音波S1b、S2bの振動の中心を中心位置Pのみで重ね合わせる例を示している。このような制御では、中心位置Pで液晶の圧力変動が「0」となり、その中心位置Pから一方の向きに圧力が漸減し、他方の向きに圧力が漸増するS字状の超音波の定在波Swbが生じる。この定在波Swbによって、図6に示される場合と同様な凹レンズとして機能するレンズ領域が形成される。このように、レンズ領域の中心位置Pが定在波の節すなわち中心位置Pを中心にして一方向に圧力(音響放射圧)の振幅が漸増する定在波を形成することによって、凹レンズとして機能するレンズ領域が形成される。なお、図8、図9のいずれの例の場合にも、制御部15は、半波長分の超音波S1b、S2bを出力するように制御している。 In FIG. 9, the control unit 15 controls the initial phase of each ultrasonic wave so that the node of the standing wave Swb is at the center position P, and also controls the output timing to generate each ultrasonic wave S1b from the generating element 18. , S2b are overlapped only at the center position P. In this type of control, the pressure fluctuation of the liquid crystal becomes "0" at the center position P, and the pressure gradually decreases in one direction from the center position P, and the pressure gradually increases in the other direction. Current wave Swb occurs. This standing wave Swb forms a lens region that functions as a concave lens similar to the case shown in FIG. In this way, the center position P of the lens area forms a node of a standing wave, that is, a standing wave in which the amplitude of pressure (acoustic radiation pressure) gradually increases in one direction around the center position P, which functions as a concave lens. A lens region is formed. In addition, in any case of FIG. 8, FIG. 9, the control part 15 is controlled to output the ultrasonic waves S1b and S2b of half wavelength.

なお、発生素子18が出力する超音波の振幅、周波数(波長)の制御により、屈折率の高低(焦点距離の長短)、レンズ領域の大きさを制御できる。例えば、超音波の振幅すなわち音圧を大きくするほど、レンズ領域の屈折率の絶対値を大きくできる。また、超音波の周波数を小さく、すなわち液晶中の超音波の波長を大きくするほどレンズ領域を広くできる。レンズ領域の屈折率は、選択する発生素子18、すなわち重ね合わせる超音波の数によって生成される定在波の振幅を増減することによっても調整できる。 Note that by controlling the amplitude and frequency (wavelength) of the ultrasonic waves output by the generating element 18, the height of the refractive index (length of focal length) and the size of the lens area can be controlled. For example, the greater the amplitude of the ultrasonic waves, that is, the sound pressure, the greater the absolute value of the refractive index of the lens region. Furthermore, the lens area can be made wider as the frequency of the ultrasonic wave is decreased, that is, the wavelength of the ultrasonic wave in the liquid crystal is increased. The refractive index of the lens region can also be adjusted by increasing or decreasing the amplitude of the standing wave generated by the selected generating element 18, ie by the number of superimposed ultrasound waves.

次に、上記のように構成される液晶レンズ装置10において、液晶セル11の任意の位置に1つのレンズ領域を形成する場合について説明する。まず、凸レンズとして機能するレンズ領域を形成する場合を説明する。なお、図1に示される正方形の液晶セル11の場合を例に説明するが、円板状の液晶セル11Aの場合についても同様である。 Next, in the liquid crystal lens device 10 configured as described above, a case where one lens region is formed at an arbitrary position of the liquid crystal cell 11 will be described. First, the case of forming a lens region that functions as a convex lens will be described. Note that although the case of the square liquid crystal cell 11 shown in FIG. 1 will be described as an example, the same applies to the case of the disk-shaped liquid crystal cell 11A.

以下では、説明を簡単にするために、発生素子18は、直接に液晶層23に超音波を伝達するものとして説明する。また、XY平面が液晶セル11(基板21)の表面に平行なXY座標を用いて液晶セル11、液晶層23における各位置を表し、形成するレンズ領域の中心位置をPとし、その中心位置Pの座標を(X,Y)とする。また、各発生素子18の取り付けられた周面28における位置すなわち液晶層23への超音波の入力位置をQ(iは、1、2、・・・)とし、入力位置Qの座標を(X,Y)とする。さらに、入力位置Qにある発生素子18を特に区別する場合には、発生素子18として説明する。 In the following description, in order to simplify the explanation, it will be assumed that the generating element 18 transmits the ultrasonic wave directly to the liquid crystal layer 23. In addition, each position in the liquid crystal cell 11 and the liquid crystal layer 23 is expressed using XY coordinates whose XY plane is parallel to the surface of the liquid crystal cell 11 (substrate 21), and the center position of the lens area to be formed is P, and the center position P Let the coordinates of be (X P , Y P ). Further, the position on the circumferential surface 28 where each generating element 18 is attached, that is, the input position of the ultrasonic wave to the liquid crystal layer 23 is defined as Q i (i is 1, 2, . . . ), and the coordinates of the input position Q i are Let it be (X i , Y i ). Further, when the generating element 18 located at the input position Q i is particularly distinguished, it will be described as the generating element 18 i .

中心位置Pを中心として凸レンズとなるレンズ領域を形成する場合には、超音波ユニット12のうちから2個以上の発生素子18を選択し、選択した各発生素子18からの超音波のピーク同士またはボトム同士が中心位置Pで互いに重なるように、それらの各発生素子18から半波長分の超音波を出力するように駆動する。各発生素子18から超音波を出力した場合に、凹と凸とが繰り返したフレネルレンズ状のレンズ効果がレンズ領域に生じることが予想されるが、そのときにおいても最大となる音響放射圧によって、凸レンズとなるレンズ効果が支配的になってレンズ領域を凸レンズとみなすことができればよい。このため、発生素子18から出力する超音波は厳密に半波長分とする必要はない。なお、凹レンズとなるレンズ領域を形成する場合についても同様である。 When forming a lens region that becomes a convex lens around the center position P, two or more generating elements 18 are selected from the ultrasonic unit 12, and the peaks of the ultrasonic waves from the selected generating elements 18 are aligned with each other or Each of the generating elements 18 is driven to output half a wavelength of ultrasonic waves so that the bottoms overlap each other at the center position P. When ultrasonic waves are output from each generating element 18, it is expected that a Fresnel lens-like lens effect with repeated concave and convex areas will occur in the lens area, but even at that time, due to the maximum acoustic radiation pressure, It is sufficient if the lens effect of forming a convex lens becomes dominant and the lens region can be regarded as a convex lens. Therefore, it is not necessary that the ultrasonic wave output from the generating element 18 be exactly half a wavelength. Note that the same applies to the case of forming a lens region that becomes a concave lens.

入力位置Qにおける超音波(S)は、振幅A、角振動数ω(=2πf)、初期位相φを用いて式(1)で表される。振幅Aは、各発生素子18で同じでも異なっていてもかまわないが、選択した各発生素子18からの超音波のピーク同士またはボトム同士が中心位置Pで重った際すなわち増加的干渉によって生じる定在波の振幅が形成すべき凸レンズの焦点距離に応じたものとなるように調整される。
=A・sin(ωt+φ)・・・(1)
The ultrasonic wave (S i ) at the input position Q i is expressed by equation (1) using amplitude A i , angular frequency ω (=2πf), and initial phase φ i . The amplitude A i may be the same or different for each generating element 18, but it may be caused by incremental interference when the peaks or bottoms of the ultrasonic waves from the selected generating elements 18 overlap at the center position P. The amplitude of the standing wave generated is adjusted so that it corresponds to the focal length of the convex lens to be formed.
S i =A i・sin(ωt+φ i )...(1)

初期位相φは、ピーク同士を重ねる場合には、発生素子18からの超音波のピークが、他の選択した各発生素子18からの超音波のピークと中心位置Pで互いに重なるように設定される。ボトム同士を重ねる場合には、初期位相φは、発生素子18からの超音波のボトムが、他の選択した各発生素子18からの超音波のボトムと中心位置Pで互いに重なるように設定される。発生素子18は、例えば、それに入力される駆動信号と同じ周波数と位相を持つ超音波を発生する。このため、選択された各発生素子18に入力する駆動信号の位相を調整することによって、選択した各発生素子18からの超音波のピーク同士またはボトム同士が中心位置Pで互いに重なるように初期位相φの調整が可能である。 When the peaks overlap, the initial phase φ i is set so that the peak of the ultrasonic wave from the generating element 18 i overlaps the peak of the ultrasonic wave from each of the other selected generating elements 18 i at the center position P. Set. When the bottoms overlap each other, the initial phase φ i is set such that the bottom of the ultrasonic wave from the generating element 18 i overlaps the bottom of the ultrasonic wave from each of the other selected generating elements 18 i at the center position P. Set. The generating element 18 generates, for example, an ultrasonic wave having the same frequency and phase as the drive signal input thereto. Therefore, by adjusting the phase of the drive signal input to each selected generation element 18, the initial phase is adjusted such that the peaks or bottoms of the ultrasonic waves from each selected generation element 18 overlap each other at the center position P. Adjustment of φ i is possible.

具体的には、各超音波のピーク同士またはボトム同士を中心位置Pで互いに重ねるためには、発生素子18の入力位置Qから中心位置Pまでの距離をLとし、超音波が液晶層23を移動する速度をv(m/s)としたとき(入力位置Qから中心位置Pまでの到達時間はT=L/vとなる)、時刻t=T+n・T+tのそれぞれにおいて、中心位置Pで超音波の位相がピーク同士の場合には「π/2+2π・m」、ボトム同士の場合には「3π/2+2π・m」となるように式(1)の初期位相φを調整する。ここで、周期T(s)は発生素子18が発するオンオフからなる一定の超音波の出力パターンの発生周期であり、nとmは、0以上の整数である。また、tは、所望の位置にレンズ効果を生み出すための周期Tの超音波の出力パターンを切り替える際の基準となる任意の時刻である。 Specifically, in order to overlap the peaks or bottoms of each ultrasonic wave at the center position P, the distance from the input position Q i of the generating element 18 i to the center position P is set as L i , and the ultrasonic wave is When the speed of moving the layer 23 is v (m/s) (the arrival time from the input position Q i to the center position P is T i =L i /v), time t = T i +n・T+t 0 In each case, the initial stage of equation (1) is set so that the phase of the ultrasonic waves at the center position P is "π/2 + 2π・m" when the peaks are mutual, and "3π/2 + 2π・m" when the phases are between the bottoms. Adjust the phase φ i . Here, the period T(s) is the generation period of a constant ultrasonic output pattern consisting of on and off waves emitted by the generating element 18i , and n and m are integers of 0 or more. Further, t0 is an arbitrary time that serves as a reference when switching the output pattern of the ultrasonic wave with a period T for producing a lens effect at a desired position.

また、ここでは説明を容易にするために、超音波が発生素子18から中心位置Pに到る途上、速度vで液晶層23だけを移動する場合を想定して説明しているが、液晶層23以外にシール材24や発生素子18と液晶層23(及びシール材24)との間に空気層等による空隙がある場合には、そのシール材24や空気層を通過する際に、超音波の速度vがその通過する媒質によって変化することを考慮する必要がある。また、発生素子18から基板21、22に直接に超音波を伝えて、その超音波が基板21、22を媒質として伝播する場合には、速度vを基板21、22内における超音波の速度とする。 Furthermore, in order to simplify the explanation, the explanation here assumes that the ultrasonic wave moves only through the liquid crystal layer 23 at a speed v on the way from the generating element 18 i to the center position P. In addition to the layer 23, if there is a gap due to an air layer or the like between the sealing material 24 or the generating element 18i and the liquid crystal layer 23 (and the sealing material 24), when passing through the sealing material 24 or the air layer, It is necessary to consider that the speed v of the ultrasonic wave changes depending on the medium through which it passes. In addition, when the ultrasonic waves are transmitted directly from the generating element 18 i to the substrates 21 and 22 and the ultrasonic waves propagate using the substrates 21 and 22 as a medium, the velocity v is expressed as the velocity of the ultrasonic waves within the substrates 21 and 22. shall be.

選択した発生素子18からは、周期T(s)で、ピークまたはボトムを中心とする半波長分の超音波を出力する。このときに、時刻tが「n・T+T-ΔT+t≦t≦n・T+T+ΔT+t」となる期間に超音波を出力し、時刻tが「n・T+t≦t≦n・T+T-ΔT+t」及び「n・T+T+ΔT+t≦t≦(n+1)T+t」となる期間では超音波を出力しないよう、選択した発生素子18を制御する。 The selected generating element 18i outputs an ultrasonic wave of half wavelength centered at the peak or bottom at a period T(s). At this time, ultrasonic waves are output during a period when time t is "n・T+T i -ΔT+t 0 ≦t≦n・T+T i +ΔT+t 0 ", and time t is "n・T+t 0 ≦t≦n・T+T i -ΔT+t 0 ” and “n·T+T i +ΔT+t 0 ≦t≦(n+1)T+t 0 ”, the selected generation element 18 i is controlled so as not to output ultrasonic waves.

上記時間ΔTは、上述のように発生素子18から超音波の長さ(半波長)の1/2を出力する時間として規定されるものである。すなわち、時間ΔTは、発生素子18が1/4波長分の超音波を出力する時間であって、液晶層23中を超音波が1/4波長分移動するのに要する時間である。上述のように、発生素子18から出力する超音波は厳密に半波長分とする必要がないので、時間ΔTについても、厳密でなくてよい。時間ΔTは、超音波の周波数fから予め得られる。周期Tは、例えば超音波が液晶層23中を液晶セル11の一辺の長さ(Ds)を進むのに要する時間(T=Ds/v)として予め決められる。 The above-mentioned time ΔT is defined as the time for outputting 1/2 of the length (half wavelength) of the ultrasonic wave from the generating element 18 as described above. That is, the time ΔT is the time during which the generating element 18 outputs an ultrasonic wave corresponding to 1/4 wavelength, and is the time required for the ultrasonic wave to travel within the liquid crystal layer 23 by 1/4 wavelength. As described above, the ultrasonic wave output from the generating element 18 does not have to be exactly half a wavelength, so the time ΔT does not have to be strict either. The time ΔT is obtained in advance from the ultrasonic frequency f. The period T is predetermined, for example, as the time required for the ultrasonic wave to travel the length (Ds) of one side of the liquid crystal cell 11 in the liquid crystal layer 23 (T=Ds/v).

上記のように時刻tが「n・T+T-ΔT+t≦t≦n・T+T+ΔT+t」となる期間だけ、選択した発生素子18から周期Tごとに位相の調整を行った超音波を出力することによって、任意の中心位置Pのレンズ領域に凸レンズを生成することができる。 As mentioned above, only during the period when time t is "n・T+T i -ΔT+t 0 ≦t≦n・T+T i +ΔT+t 0 ", the ultrasonic wave whose phase has been adjusted every period T is emitted from the selected generating element 18 i . By outputting, a convex lens can be generated in a lens region at an arbitrary center position P.

上記のようにして、選択した発生素子18から超音波を出力することで、中心位置Pにおいて選択した全ての発生素子18からの超音波のピーク同士またはボトム同士が同時に重なり、中心位置Pとして凸レンズとなるレンズ領域が形成される。選択した各発生素子18からは、周期Tで繰り返し超音波が出力され、短い周期Tで繰り返し超音波の音圧のピーク同士またはボトム同士が重なるため、定常的にレンズ領域が形成される。この結果、このように形成されるレンズ領域をレンズとして用いることができる。 By outputting ultrasonic waves from the selected generating elements 18 i in the above manner, the peaks or bottoms of the ultrasonic waves from all the selected generating elements 18 overlap at the same time at the center position P, and the center position P A lens region that becomes a convex lens is formed. Each of the selected generating elements 18i repeatedly outputs ultrasonic waves with a period T, and the peaks or bottoms of the sound pressure of the repeating ultrasonic waves overlap each other with a short period T, so that a lens region is constantly formed. As a result, the lens region formed in this way can be used as a lens.

周期Tを上記のように決めた場合には、中心位置Pを、液晶セル11の一辺の長さがDsの正方形に内接する円内に設定することができる。なお、周期Tを、液晶層23中を液晶セル11の対角線の長さだけ進むのに要する時間(T=21/2・Ds/v)またはそれ以上とすれば、中心位置Pを液晶セル11の全域に設定することができる。円板状の液晶セル11Aの場合には、周期Tを、その液晶層23中を液晶セル11Aの直径の長さだけ進むのに要する時間またはそれ以上とすれば、中心位置Pを液晶セル11Aの全域に設定することができる。 When the period T is determined as described above, the center position P can be set within a circle inscribed in a square of the liquid crystal cell 11 whose side length is Ds. Note that if the period T is the time required to travel the length of the diagonal line of the liquid crystal cell 11 through the liquid crystal layer 23 (T=2 1/2 ·Ds/v) or longer, then the center position P is the length of the liquid crystal cell 11. It can be set in the entire range of 11. In the case of a disk-shaped liquid crystal cell 11A, if the period T is the time required to move through the liquid crystal layer 23 by the length of the diameter of the liquid crystal cell 11A or longer, then the center position P is set at the center position P of the liquid crystal cell 11A. It can be set over the entire range.

上記では、中心位置Pのレンズ領域に凸レンズ効果を発生させる場合について説明しているが、時刻t=T+n・Tごとに中心位置Pにおいて、選択した発生素子18の一部からの超音波の位相が「0+2π・m」となり、残りの一部からの超音波の位相が逆位相すなわち「π+2π・m」となるように式(1)の初期位相φを調整することで、中心位置Pのレンズ領域に凹レンズ効果を発生させることが可能である。この場合、振動中心を中心とする半波長分の超音波を出力する。 In the above, a case has been described in which a convex lens effect is generated in the lens region at the center position P. However, at every time t=T i +n·T, an ultrasonic wave from a part of the selected generation element 18 is generated at the center position P. By adjusting the initial phase φ i in equation (1) so that the phase of the ultrasonic wave from the remaining part becomes "0+2π・m" and the phase of the ultrasonic wave from the remaining part becomes the opposite phase, that is, "π+2π・m", the center position can be determined. It is possible to generate a concave lens effect in the lens region of P. In this case, an ultrasonic wave with a half wavelength centered around the vibration center is output.

発生素子18の配列が回転対称である構成において、凹レンズ効果を発生させる場合、任意に選択した1つの発生素子18に対して特定の位置関係(対向関係)にある他の発生素子18も選択し、それらを上記のような位相関係となるように駆動することが好ましい。特定の位置関係にある発生素子18は、上記回転対称の対称軸を挟んで反対側に配された発生素子18であり、より詳細には、選択した1つの発生素子(以下、着目発生素子と称する)18と回転対称な位置にある発生素子18のうち、着目発生素子18との距離が最大となる発生素子18である。例えば、nを2、3・・・として、正(2n)角形や円形の液晶セルの周面28にそれぞれ発生素子18を配した場合には、1つの着目発生素子18に対して特定の位置関係のものとして1つの発生素子18が選択される。一方、正三角形や正五角形のように、正(2n-1)角形の液晶セル11の周面28にそれぞれ発生素子18を配した場合には、1つの着目発生素子18に対して特定の位置関係のものとして2つの発生素子18が選択される。このように特定の位置関係のものとして2個の発生素子18を選択した場合には、これら2個の発生素子18からの超音波の振幅を、着目発生素子18からの超音波の振幅の半分とすればよい。 When generating a concave lens effect in a configuration in which the arrangement of the generating elements 18 is rotationally symmetrical, other generating elements 18 that are in a specific positional relationship (opposed relationship) with respect to one arbitrarily selected generating element 18 are also selected. , it is preferable to drive them so that they have the above phase relationship. The generating elements 18 in a specific positional relationship are the generating elements 18 arranged on the opposite side across the axis of rotational symmetry, and more specifically, one selected generating element (hereinafter referred to as the focused generating element). Among the generating elements 18 located at a position rotationally symmetrical to the generating element 18 of interest, this is the generating element 18 having the maximum distance from the generating element 18 of interest. For example, when n is set to 2, 3, etc., and the generating elements 18 are arranged on the peripheral surface 28 of a regular (2n) square or circular liquid crystal cell, a specific position for one generating element 18 of interest is set. One generating element 18 is selected as related. On the other hand, when the generating elements 18 are arranged on the circumferential surface 28 of a regular (2n-1) square liquid crystal cell 11, such as an equilateral triangle or a regular pentagon, a specific position is set for one generating element 18 of interest. Two generating elements 18 are selected as being related. In this way, when two generating elements 18 are selected as having a specific positional relationship, the amplitude of the ultrasonic waves from these two generating elements 18 is set to half the amplitude of the ultrasonic wave from the focused generating element 18. And it is sufficient.

図10は、発生素子18、18、18、1811、1813、1815を選択して、中心位置Pにレンズ領域を形成する際に、入力位置Q、Q、Q、Q11、Q13、Q15から液晶層23に入力される超音波を模式的に示している。この図10に示されるように、入力位置Q、Q、Q、Q11、Q13、Q15からは、周期Tで繰り返し、半波長分の超音波が液晶層23に入力される。この例では、ピークを中心とする半波長分の超音波を入力している。 FIG. 10 shows input positions Q 1 , Q 3 , Q 4 when generating elements 18 1 , 18 3 , 18 4 , 18 11 , 18 13 , and 18 15 are selected to form a lens region at center position P. , Q 11 , Q 13 , and Q 15 , which schematically shows the ultrasonic waves input into the liquid crystal layer 23 . As shown in FIG. 10, from input positions Q 1 , Q 3 , Q 4 , Q 11 , Q 13 , and Q 15 , half-wavelength ultrasonic waves are input into the liquid crystal layer 23 repeatedly at a period T. . In this example, ultrasonic waves for half a wavelength centered on the peak are input.

このように入力される各超音波は、上述のように出力タイミングがそれぞれ制御されることで、入力位置Q、Q、Q、Q11、Q13、Q15から中心位置Pまでの距離に応じた時間T、T、T、T11、T13、T15によって、発生タイミングがずらされている。例えば、入力位置Q3からの超音波は、入力位置Qからの超音波に対して時間(T-T)だけ遅れて液晶層23に入力される。このようにして、発生素子18、18、18、1811、1813、1815からの全ての超音波のピークが同時に中心位置Pで重なる。これに、各超音波の増加的干渉により中心位置Pをピークとする山状の定在波が形成される。 Each of the ultrasonic waves inputted in this way has its output timing controlled as described above, so that the ultrasonic waves are transmitted from the input positions Q 1 , Q 3 , Q 4 , Q 11 , Q 13 , and Q 15 to the center position P. The generation timing is shifted by times T 1 , T 3 , T 4 , T 11 , T 13 , and T 15 depending on the distance. For example, the ultrasonic wave from the input position Q3 is input to the liquid crystal layer 23 with a delay of time (T 1 - T 3 ) with respect to the ultrasonic wave from the input position Q 1 . In this way, the peaks of all the ultrasound waves from the generating elements 18 1 , 18 3 , 18 4 , 18 11 , 18 13 , 18 15 overlap at the center position P at the same time. In addition, a mountain-shaped standing wave having a peak at the center position P is formed due to the incremental interference of each ultrasonic wave.

そして、発生素子18、18、18、1811、1813、1815から、周期Tで繰り返し半波長分の超音波が液晶層23に入力されることにより、中心位置Pをピークとする山状の定在波が継続的に形成される。この結果、中心位置Pを中心に凸レンズとなるレンズ領域が継続的に形成された状態になる。なお、液晶層23にピークを中心とする半波長分の超音波を入力して凸レンズとなるレンズ領域を形成しているが、ボトム(極小)を中心とする半波長分の超音波を入力してもよい。 Then, by repeatedly inputting half-wavelength ultrasonic waves from the generating elements 18 1 , 18 3 , 18 4 , 18 11 , 18 13 , and 18 15 to the liquid crystal layer 23 with a period T, the peak is set at the center position P. A mountain-shaped standing wave is continuously formed. As a result, a lens region that becomes a convex lens is continuously formed around the center position P. Note that although the lens region that becomes a convex lens is formed by inputting ultrasonic waves for a half wavelength centered at the peak into the liquid crystal layer 23, it is also possible to input ultrasonic waves for a half wavelength centered at the bottom (minimum). It's okay.

凹レンズとなるレンズ領域を形成する場合には、選択した複数の発生素子18の初期位相を凸レンズとなるレンズ領域を形成する際の初期位相から、一部の発生素子18についてはπ/2だけ進め、残りの一部についてはπ/2だけ遅らせたものとし、上記のように一部の発生素子18からの超音波と残りの一部の発生素子18からの超音波とを逆位相をとすればよい。この場合には、振動の中心を中心とした半波長分の複数の超音波が液晶層23にそれぞれ入力される。そして、半波長分の各超音波の全ての振動の中心が中心位置Pで互いに重なり、これらの増加的干渉により形成される定在波によって凹レンズとなるレンズ領域が形成される。この場合にも、周期Tで繰り返し半波長分の超音波が液晶層23に入力されることにより、凹レンズとなるレンズ領域が継続的に形成された状態になる。 When forming a lens region that becomes a concave lens, the initial phase of the selected plurality of generating elements 18 i is changed from the initial phase when forming a lens region that becomes a convex lens, and for some of the generating elements 18 i , π/2 , and the remaining part is delayed by π/2, and as described above, the ultrasonic waves from some of the generating elements 18 i and the ultrasonic waves from the remaining part of the generating elements 18 i are reversed. All you have to do is take the phase. In this case, a plurality of ultrasonic waves each having a half wavelength centered on the center of vibration are input to the liquid crystal layer 23, respectively. Then, the centers of all the vibrations of each ultrasonic wave for half a wavelength overlap each other at the center position P, and a lens region that becomes a concave lens is formed by the standing waves formed by these incremental interferences. In this case as well, by repeatedly inputting half-wavelength ultrasonic waves to the liquid crystal layer 23 with a period T, a lens region that becomes a concave lens is continuously formed.

凸レンズとなるレンズ領域、凹レンズとなるレンズ領域のいずれを形成する場合にも、発生素子18、18、18、1811、1813、1815から出力される超音波の初期位相、出力タイミングを変えることによって、中心位置Pを変えて、その中心位置Pを中心にレンズ領域を形成することができる。また、例えば、発生素子18、18、18、1811、1813、1815から出力される超音波の一部または全部から出力される超音波の振幅を増減すれば、形成されるレンズ領域による焦点距離を変化させることができる。 When forming either a convex lens region or a concave lens region, the initial phase and output of the ultrasonic waves output from the generating elements 18 1 , 18 3 , 18 4 , 18 11 , 18 13 , 18 15 By changing the timing, the center position P can be changed and a lens region can be formed around the center position P. For example, if the amplitude of the ultrasonic waves output from some or all of the ultrasonic waves output from the generating elements 18 1 , 18 3 , 18 4 , 18 11 , 18 13 , 18 15 is increased or decreased, the generated The focal length depending on the lens area can be changed.

図11は、円板状(平面視円形)の液晶セル11Aを用いて、中心位置P、Pを中心とする2個の凸レンズとなるレンズ領域を形成する例を示している。発生素子18及び入力位置Qについては、上記の例と同様に付して説明する。図11の例では、i=3,4,6,9,10,12の発生素子18を選択している。 FIG. 11 shows an example in which a disk-shaped (circular in plan view) liquid crystal cell 11A is used to form a lens region that becomes two convex lenses centered at center positions P 1 and P 2 . The generating element 18 i and the input position Q i will be described in the same manner as in the above example. In the example of FIG. 11, the generating elements 18i of i=3, 4, 6, 9, 10, and 12 are selected.

2個のレンズ領域を形成する場合には、選択した発生素子18からは中心位置Pを中心にレンズ領域を形成する超音波(以下、第1超音波と称する)G1と、中心位置Pを中心にレンズ領域を形成する超音波(以下、第2超音波と称する)G2とを、選択した複数の発生素子18から液晶層23に周期Tでそれぞれ繰り返し入力する。この例では、第1超音波G1、第2超音波G2は、どちらも凸レンズとなるレンズ領域を形成するので、いずれも例えばピークを中心とする半波長分の超音波である。 In the case of forming two lens regions, the selected generating element 18 generates an ultrasonic wave (hereinafter referred to as the first ultrasonic wave) G1 that forms the lens region around the center position P1 , and an ultrasonic wave G1 that forms the lens area around the center position P2. Ultrasonic waves (hereinafter referred to as second ultrasonic waves) G2 that form a lens region around G2 are repeatedly input to the liquid crystal layer 23 at a period T from a plurality of selected generating elements 18. In this example, the first ultrasonic wave G1 and the second ultrasonic wave G2 both form a lens region that becomes a convex lens, so both are ultrasonic waves of half a wavelength centered on the peak, for example.

なお、第1超音波G1、第2超音波G2は、ボトムを中心とする半波長分の超音波としてもよく、それらの一方をピークを中心とする半波長分の超音波、他方をボトムを中心とする半波長分の超音波としてもよい。また、この例では、第1超音波G1を出力する発生素子18と第2超音波G2を出力する発生素子18とを同一のものとしているが、第1超音波G1を出力する発生素子18に対して第2超音波G2を出力する発生素子18の一部または全部を異なるものとしてもよい。 Note that the first ultrasonic wave G1 and the second ultrasonic wave G2 may be half-wavelength ultrasonic waves centered on the bottom; It may also be an ultrasonic wave with a half wavelength around the center. Further, in this example, the generating element 18 that outputs the first ultrasonic wave G1 and the generating element 18 that outputs the second ultrasonic wave G2 are the same, but the generating element 18 that outputs the first ultrasonic wave G1 On the other hand, part or all of the generating element 18 that outputs the second ultrasonic wave G2 may be different.

第1超音波G1の初期位相φ1iは、発生素子18からの超音波のピークが、他の選択した各発生素子18からの超音波のピークと中心位置Pで互いに重なるように設定される。また、この第1超音波G1は、時刻tが「n・T+T1i-ΔT+t≦t≦n・T+T1i+ΔT+t」となる期間に出力され、時刻tが「n・T+t≦t≦+n・T+T1i-ΔT+t」及び「n・T+T1i+ΔT+t≦t≦(n+1)T+t」となる期間では超音波が出力されないように、選択した発生素子18iが制御される。なお、時間T1iは、液晶層23中において超音波が入力位置Qから中心位置Pまで進むのに要する時間である。 The initial phase φ 1i of the first ultrasonic wave G1 is set so that the peak of the ultrasonic wave from the generating element 18 i overlaps with the peak of the ultrasonic wave from each of the other selected generating elements 18 i at the center position P 1 be done. Moreover, this first ultrasonic wave G1 is output during a period in which time t is "n・T+T 1i -ΔT+t 0 ≦t≦n・T+T 1i +ΔT+t 0 ", and time t is "n・T+t 0 ≦t≦+n The selected generating element 18i is controlled so that no ultrasonic waves are output during the periods where ・T+T 1i −ΔT+t 0 ” and “n·T+T 1i +ΔT+t 0 ≦t≦(n+ 1 )T+t 0 ”. Note that the time T 1i is the time required for the ultrasonic wave to travel from the input position Q i to the center position P 1 in the liquid crystal layer 23 .

第2超音波G2の初期位相φ2iは、発生素子18からの超音波のピークが、他の選択した各発生素子18からの超音波のピークと中心位置Pで互いに重なるように設定される。したがって、第1超音波G1と第2超音波G2とを出力する場合に初期位相の設定が切り替えられる。また、この第2超音波G2は、時刻tが「n・T+T2i-ΔT+t≦t≦n・T+T2i+ΔT+t」となる期間に出力され、時刻tが「n・T+t≦t≦+n・T+T2i-ΔT+t」及び「n・T+T2i+ΔT+t≦t≦(n+1)T+t」となる期間では超音波が出力されないように、選択した発生素子18iが制御される。なお、時間T2iは、液晶層23中において超音波が入力位置Qから中心位置Pまで進むのに要する時間である。 The initial phase φ 2i of the second ultrasonic wave G2 is set so that the peak of the ultrasonic wave from the generating element 18 i overlaps with the peak of the ultrasonic wave from each of the other selected generating elements 18 i at the center position P 1 be done. Therefore, when outputting the first ultrasonic wave G1 and the second ultrasonic wave G2, the initial phase settings are switched. Further, this second ultrasonic wave G2 is output during a period in which time t is "n・T+T 2i -ΔT+t 0 ≦t≦n・T+T 2i +ΔT+t 0 ", and time t is "n・T+t 0 ≦t≦+n The selected generating element 18i is controlled so that the ultrasonic wave is not output during the period in which: ・T+T 2i −ΔT + t 0 and “n·T+T 2i +ΔT+t 0 ≦t (n+1)T+t 0 ”. Note that the time T 2i is the time required for the ultrasonic wave to travel from the input position Q i to the center position P 2 in the liquid crystal layer 23 .

上記のようにして選択した各発生素子18からの第1超音波G1、第2超音波G2が液晶層23に周期Tで繰り返し入力される。これにより、第1超音波の全てが同時に中心位置Pで繰り返し重なる。また、第2超音波の全てが同時に中心位置Pで重なる。これにより、中心位置Pを中心に凸レンズとなるレンズ領域が形成されると同時に中心位置Pを中心に凸レンズとなるレンズ領域が形成される。 The first ultrasonic wave G1 and the second ultrasonic wave G2 from each of the generating elements 18 selected as described above are repeatedly input into the liquid crystal layer 23 at a period T. This causes all of the first ultrasound waves to repeatedly overlap at the center position P1 at the same time. Also, all of the second ultrasound waves overlap at the center position P2 at the same time. As a result, a lens region that becomes a convex lens is formed around the center position P1 , and at the same time, a lens region that becomes a convex lens is formed around the center position P2 .

上記では、凸レンズとなる2個のレンズ領域を形成する例について説明しているが、第1超音波G1、第2超音波G2の波形を上記のように変えることで、凹レンズとなる2個のレンズ領域を形成したり、凸レンズ及び凹レンズとなる2個のレンズ領域を形成したりすることもできる。また、正方形の液晶セル11を用いた場合についても、同様に複数のレンズ領域を形成することができる。さらに、3個以上のレンズ領域を形成することもできる。 The above example describes an example in which two lens regions that become convex lenses are formed, but by changing the waveforms of the first ultrasound G1 and the second ultrasound G2 as described above, two lens regions that become concave lenses can be formed. It is also possible to form a lens region, or to form two lens regions that are a convex lens and a concave lens. Furthermore, even when a square liquid crystal cell 11 is used, a plurality of lens regions can be formed in the same manner. Furthermore, three or more lens regions can also be formed.

液晶レンズ装置10は、上記のように任意の位置にレンズ効果を有するレンズ領域を形成することができるとともに、光が透過する液晶セル11内には、レンズ効果に異方性を生じさせる電極や配線が設けられていないため、光学性能の低下を抑えられている。また、発生素子18から出力する超音波の位相、出力タイミングの制御によって、レンズ領域の形成位置を変えられるため、その位置を高精度で制御する場合であっても、レンズ効果に異方性を生じさせる電極や配線の増加がなく、さらなる光学性能の低下を招くことがない。 The liquid crystal lens device 10 can form a lens region having a lens effect at any position as described above, and in the liquid crystal cell 11 through which light passes, there are electrodes and the like that cause anisotropy in the lens effect. Since no wiring is provided, deterioration in optical performance is suppressed. In addition, since the formation position of the lens region can be changed by controlling the phase and output timing of the ultrasonic waves output from the generating element 18, even if the position is controlled with high precision, anisotropy may occur in the lens effect. There is no increase in the number of electrodes or wirings, and no further deterioration of optical performance occurs.

上記のように構成される液晶レンズ装置を用いて広角中心窩レンズ装置を構成することができる。図12に一例を示すように、広角中心窩レンズ装置30は、物体側から順番に集光レンズ群31、レンズユニットU1Aの液晶セル32、レンズユニットU1Bの液晶セル33、結像レンズ群34が光軸方向に離して配置されたレンズ系と、レンズユニットU1A、U1Bに対応して設けられた駆動回路37a、37bと、制御部38とを有している。集光レンズ群31は、レンズ系を広角化するための1枚または複数枚のレンズから構成される。また、結像レンズ群34は、レンズ系の像を像面(図示省略)に結像させる1枚または複数枚のレンズから構成される。 A wide-angle foveal lens device can be constructed using the liquid crystal lens device configured as described above. As an example is shown in FIG. 12, the wide-angle foveal lens device 30 includes, in order from the object side, a condenser lens group 31, a liquid crystal cell 32 of lens unit U1A, a liquid crystal cell 33 of lens unit U1B, and an imaging lens group 34. It has lens systems arranged apart in the optical axis direction, drive circuits 37a and 37b provided corresponding to lens units U1A and U1B, and a control section 38. The condensing lens group 31 is composed of one or more lenses for widening the lens system. Further, the imaging lens group 34 is composed of one or more lenses that form an image of the lens system on an image plane (not shown).

レンズユニットU1A、U1Bは、上記のレンズユニットU1と同様に超音波ユニットを含んで構成される。液晶セル32、33は、レンズ系の光軸に対して基板が垂直にそれぞれ配されている。制御部38は、液晶セル32、33に設けた超音波ユニットの複数の発生素子(図示省略)を駆動回路37a、37bを介してそれぞれ駆動する。これにより、レンズ系において高い解像度あるいは高倍率で観察しようとする注目領域に対応する液晶セル32、33の位置にレンズ領域をそれぞれ形成する。このときに、制御部38は、液晶セル32のレンズ領域を凸レンズ、液晶セル33のレンズ領域を凹レンズとする。これにより、注目領域の像倍率を凸レンズと凹レンズとの組み合わせにより周囲の領域よりも高くする。なお、これとは逆に、液晶セル32のレンズ領域を凹レンズ、液晶セル33のレンズ領域を凸レンズとすることで、注目領域の像倍率を周囲の領域よりも低くすることができる。 Lens units U1A and U1B are configured to include an ultrasonic unit like the lens unit U1 described above. The liquid crystal cells 32 and 33 have substrates arranged perpendicularly to the optical axis of the lens system. The control unit 38 drives a plurality of generating elements (not shown) of the ultrasonic units provided in the liquid crystal cells 32 and 33, respectively, via drive circuits 37a and 37b. As a result, lens regions are formed in the lens system at the positions of the liquid crystal cells 32 and 33 corresponding to the region of interest to be observed with high resolution or high magnification. At this time, the control unit 38 makes the lens region of the liquid crystal cell 32 a convex lens, and the lens region of the liquid crystal cell 33 a concave lens. Thereby, the image magnification of the region of interest is made higher than that of the surrounding region by the combination of the convex lens and the concave lens. In contrast, by making the lens region of the liquid crystal cell 32 a concave lens and the lens region of the liquid crystal cell 33 a convex lens, the image magnification of the region of interest can be made lower than that of the surrounding region.

上記のような広角中心窩レンズ装置30では、凸レンズ及び凹レンズとなる各レンズ領域の形成位置を精度よく制御する必要があるが、このように制御する場合であっても、上述のように光学性能のさらなる低下を招くことがない。また、各レンズ領域の位置及びレンズパワーを変化させることで、注目領域の位置を移動させ、また注目領域の像倍率を変えて注目領域の像を拡大または縮小することができる。さらには、複数の注目領域のそれぞれの像倍率を高くあるいは低くしたり、それらの注目領域の像倍率を互いに異なったものとしたりすることができる。 In the wide-angle foveal lens device 30 as described above, it is necessary to precisely control the formation positions of each lens region that becomes a convex lens and a concave lens, but even when controlling in this way, the optical performance This will not cause a further decrease in Furthermore, by changing the position and lens power of each lens area, the position of the area of interest can be moved and the image magnification of the area of interest can be changed to enlarge or reduce the image of the area of interest. Furthermore, the image magnification of each of the plurality of attention areas can be made high or low, or the image magnification of the attention areas can be made different from each other.

10 液晶レンズ装置
11、11A、32、33 液晶セル
12 超音波ユニット
15、38 制御部
18 超音波発生素子
21、22 基板
23 液晶層
30 広角中心窩レンズ装置

10 Liquid crystal lens device 11, 11A, 32, 33 Liquid crystal cell 12 Ultrasonic unit 15, 38 Control section 18 Ultrasonic wave generating element 21, 22 Substrate 23 Liquid crystal layer 30 Wide-angle foveal lens device

Claims (6)

対向配置され、対面する面に配向膜が形成された一対の透明な基板と前記一対の透明な基板の間に設けられた液晶からなる液晶層とを有する液晶セルと、
前記液晶セルの周面に設けられた複数の超音波発生素子を有し、前記超音波発生素子が前記液晶セルの周縁から前記液晶層に超音波を与える超音波ユニットと、
前記液晶層の1または複数のレンズとするレンズ領域の中心位置が腹または節となる定在波を前記超音波発生素子からの各超音波の重ね合わせにより形成するように、前記レンズ領域の位置に基づいて複数の前記超音波発生素子からの超音波の位相及び出力タイミングを制御する制御部と
を備えることを特徴とする液晶レンズ装置。
A liquid crystal cell having a pair of transparent substrates arranged to face each other and having an alignment film formed on the facing surfaces, and a liquid crystal layer made of liquid crystal provided between the pair of transparent substrates;
an ultrasonic unit having a plurality of ultrasonic generating elements provided on a peripheral surface of the liquid crystal cell, the ultrasonic generating elements applying ultrasonic waves to the liquid crystal layer from the peripheral edge of the liquid crystal cell;
The position of the lens area is such that a standing wave having an antinode or node at the center position of the lens area, which is one or more lenses of the liquid crystal layer, is formed by superimposing each ultrasonic wave from the ultrasonic wave generating element. and a control section that controls the phase and output timing of ultrasound from the plurality of ultrasound generating elements based on the following.
前記レンズ領域のレンズとしての焦点距離に応じて、超音波を出力する前記超音波発生素子の個数または前記超音波発生素子から出力される超音波の振幅を増減することを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ装置。 Claim 1, wherein the number of the ultrasonic generating elements that output ultrasonic waves or the amplitude of the ultrasonic waves output from the ultrasonic generating elements is increased or decreased depending on the focal length of the lens area as a lens. The liquid crystal lens device described in . 前記レンズ領域の大きさに応じて前記超音波の周波数を増減することを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ装置。 2. The liquid crystal lens device according to claim 1, wherein the frequency of the ultrasonic wave is increased or decreased depending on the size of the lens area. 前記液晶セルは、平面視正方形であり、各周面に前記超音波発生素子がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の液晶レンズ装置。 4. The liquid crystal lens device according to claim 1, wherein the liquid crystal cell has a square shape in plan view, and the ultrasonic wave generating element is provided on each peripheral surface. 前記液晶セルは、平面視円形であり、周面に前記超音波発生素子がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の液晶レンズ装置。 4. The liquid crystal lens device according to claim 1, wherein the liquid crystal cell has a circular shape in a plan view, and each of the ultrasonic wave generating elements is provided on a peripheral surface of the liquid crystal cell. 対向配置され、対面する面に配向膜が形成された一対の透明な基板と前記一対の透明な基板の間に設けられた液晶からなる第1液晶層を有する第1液晶セル及び第2液晶層を有する第2液晶セルと、
前記第1液晶セルの周面に設けられ、前記第1液晶セルの周縁から前記第1液晶層に超音波を与える複数の第1超音波発生素子と、前記第2液晶セルの周面に設けられ、前記第2液晶セルの周縁から前記第2液晶層に超音波を与える複数の第2超音波発生素子とを有する超音波ユニットと、
前記第1液晶層または前記第2液晶層の一方の液晶層に凸レンズとするレンズ領域の中心位置が腹となる定在波を、他方の液晶層に凹レンズとする第2レンズ領域の中心位置が節となる定在波を複数の超音波の重ね合わせによりそれぞれ形成するように、前記第1液晶層におけるレンズ領域の位置に基づいて複数の前記第1超音波発生素子からの超音波の位相及び出力タイミングを制御するとともに、前記第2液晶層におけるレンズ領域の位置に基づいて複数の前記第2超音波発生素子からの超音波の位相及び出力タイミングを制御する制御部と
を備えることを特徴とする広角中心窩レンズ装置。
A first liquid crystal cell and a second liquid crystal layer having a pair of transparent substrates arranged to face each other and having an alignment film formed on their facing surfaces, and a first liquid crystal layer made of liquid crystal provided between the pair of transparent substrates; and a second liquid crystal layer. a second liquid crystal cell having;
a plurality of first ultrasonic generating elements provided on the circumferential surface of the first liquid crystal cell and applying ultrasonic waves from the circumferential edge of the first liquid crystal cell to the first liquid crystal layer; and a plurality of first ultrasonic wave generating elements provided on the circumferential surface of the second liquid crystal cell. an ultrasonic unit having a plurality of second ultrasonic generating elements that apply ultrasonic waves to the second liquid crystal layer from the periphery of the second liquid crystal cell;
One liquid crystal layer of the first liquid crystal layer or the second liquid crystal layer has a standing wave whose center position is a convex lens area, and the other liquid crystal layer has a standing wave whose center position is a concave lens area. The phase and phase of the ultrasonic waves from the plurality of first ultrasonic generating elements are determined based on the position of the lens region in the first liquid crystal layer so that standing waves serving as nodes are formed by superimposing a plurality of ultrasonic waves. A control unit that controls output timing and also controls the phase and output timing of ultrasonic waves from the plurality of second ultrasonic wave generating elements based on the position of the lens region in the second liquid crystal layer. wide-angle foveal lens device.
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