JP3849384B2 - 空間変調デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間変調デバイスに関し、例えば液晶レンズに好適な空間変調デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック成形フレネル板、写真乾板式回折格子、ガラス版けがき式回折格子、写真乾板式ホログラム、フォトレジスト式ホログラムなどがあったが、製造時に透過又は反射光路は固定されている。
【０００３】
透過又は反射光路を偏向する技術としては、例えば、以下のものがある。
【０００４】
特開平１０−６２６０９号公報は、焦点距離を調整できるマイクロレンズを提案している。これは、レンズ一つの焦点位置を変更するものであり、小径瞳のレンズでしか成り立たない。また、単純に寸法が大きくなるだけであれば、必要な球面(非球面)が得られないため、実用化が困難であると考えられる。
【０００５】
特開平９−１８４９６５号公報には、入射光路を偏向する偏向手段にパワーを持たせる技術が開示されているが、レンズパワーは変化せず、撮影レンズの瞳を有効に使用することができない。
【０００６】
レーザー研究、第２５巻第１０号、第６８７頁、(１９９７年)「液晶マイクロレンズ」には、マイクロレンズアレーを作成し、焦点位置を変更できる技術が開示されている。しかし、直径数１０〜数１００μｍのレンズしか形成できない。
【０００７】
特許第２６２８６３０号（特開昭６２-１７０９３３号）公報には、同心円状に電極を配置し、リング状電極に順次異なる電圧を印加する方式が開示されている。しかし、この方式は、液晶をはさんだ電極間の配向、屈折力を制御する方法であり、各リング電極間にもつ配向変位、屈折力変位については述べられていない。リング電極間も電極の影響により配向がチルトし、屈折力も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる要因となる。
【０００８】
特開平９−３０４７４８号公報には、多重輪状構造をもち、中央から周辺にかけて径方向の電極幅が中心から周辺に向かって減少させることによってレンズ効果を持たせる技術が開示されている。しかし、電極と電極との間のみ屈折力変化をもつものとして設計されているが、多重輪状電極同士の間の部分も電極の影響により配向がチルトし、屈折力も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる。また、上下の電極を非対称にして、電極電圧を１種類だけとしているが、フレア問題について解決する方向ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、小型な装置で焦点位置を可変にする（２重焦点レンズシステム）として、液晶を利用することが述べられてきた。これは、２枚の基板に電極を形成し、これを多重リング形状として、液晶をはさんだ電極間の液晶の屈折率を変化させることでレンズ効果を持たせるようにしてきた。電界を印加しない場合は、液晶は基板に平行に配向しレンズ効果がなく、電界をかけたときには液晶の配向角が変化し、屈折力が変わることを利用してきた。
【００１０】
しかし、液晶をはさんだ電極間の配向、屈折力を制御する方法が述べられてきたが、各リング電極間に発生する配向変位、屈折力変位についての振る舞いが述べられていない。実際は、リング電極間も電極の影響により配向がチルトし、屈折率も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる要因となる。
【００１１】
フレアの発生は、ピント検出などのセンシングの誤検出になり、撮影系で利用する場合、フレアは画質の低下となり、レンズとしての性能が良いとはいえない。
【００１２】
また、液晶をはさんだ電極間は一定の屈折率であり、デバイス全体としての屈折力は、各リングごとの量子化された屈折となる。これら２つの要因により結像性能の良いレンズにはならない。
【００１３】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、結像性能の良い空間変調デバイスを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の空間変調デバイスを提供する。
【００１５】
空間変調デバイスは、光束内に配置され入射光を偏向させることができる屈折率可変材料と、該屈折率可変材料を挟んで両側に互いに略対向して同心円状、同心楕円状、又は偏倍同心楕円状に間隔を設けて配置された複数の電極対と、該電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記電極対間に印加される電圧により上記屈折率可変材料の屈折率分布が変わり焦点位置が変化するタイプのものである。上記各電極対の互いに対向する電極間の電極対向領域の幅に比べ、該電極対向領域間の非電極対向領域の幅の方が広い。そして、上記非電極対向領域の上記屈折率可変材料の屈折率分布が、隣接する上記電極対に印加される電圧により変わり焦点位置が変化する。
【００１６】
なお、「偏倍」とは、直交方向の倍率が同一でない場合のことであり、例えばＸ方向とＹ方向で倍率が異なる場合や、倍率が距離により変化する場合などを含む。
【００１７】
上記構成において、電圧印加手段により電極対間に電圧が印加されると、電極対向領域のみならず、非電極対向領域においても電界が生じる。屈折率可変材料は、この電界に応じた屈折率分布となる。非電極対向領域の屈折率は、後述するように種々の方法により、所望の分布とすることが容易である。大部分の入射光束は、電極対向領域より広い非電極対向領域に入射して結像するので、非電極対向領域の屈折率分布を制御することにより、結像性能を向上することができる。
【００１８】
例えば、上記構成を液晶レンズに適用すれば、電極対向領域の屈折率変化のみを利用する従来型の液晶レンズよりも、フレアを減らすことができる。またレンズとして必要な屈折率分布特性を得ることが容易となり、結像性能の良いレンズを構成することが可能である。
【００１９】
好ましくは、上記屈折率可変材料は液晶である。
【００２０】
液晶は、電界に応じた屈折率分布を得ることができ、製造も容易でる。したがって、液晶レンズ等を構成することが容易である。
【００２１】
好ましくは、上記屈折率可変材料は、ポッケルス効果材料又はカー効果材料である。
【００２２】
すなわち、屈折率が電界の強さに比例する材料であるポッケルス効果材料や、屈折率が電界の強さに２乗に比例する材料であるカー効果材料は、所望の屈折率分布を得るように構成する上で、好適である。
【００２３】
好ましくは、上記各電極対は、それぞれ、一方の電極と他方の電極が同一形状である。
【００２４】
上記構成によれば、屈折率可変材を挟む同一形状の電極間で電界を形成し、この広がりを利用して電極のない非電極対向領域について屈折率分布を形成し、レンズ効果をもたせることができ、屈折率分布の制御や空間変調デバイスの製造が容易になる。
【００２５】
具体的には、本願発明は、例えば、液晶をはさんだ電極間の略一定の屈折率を利用するのではなく、リング電極間の徐々に変化する屈折率分布を利用し、フレアの影響を少なくし、屈折力量子化による結像むらをなくして、結像性能の良い液晶レンズを提供する。
【００２６】
すなわち、従来は、例えばフレネルレンズの各プリズム要素が平面で構成されたプリズムの集まりであるのが、本発明ではフレネルレンズの各プリズム要素がレンズ球面で構成されたレンズの集まりであるといえる。
【００２７】
本発明により、屈折率分布レンズ（グリンレンズ）を液晶で実現し、その屈折率分布構造がフレネルレンズのようになっているというレンズが実現するともいえる。
【００２８】
本発明の利用分野は、例えば、以下のような領域である。
【００２９】
被写体からの光を入射する対物レンズの瞳内を通過した光束を利用して、センシングを行う場合に関係する。例えば、機器がカメラでセンシングが焦点検出とする。
【００３０】
具体的には、デジタルカメラの撮像エリアセンサを利用してピント位置を求める場合に、例えばコントラスト方式であれば最大コントラスト位置を求めて、撮影レンズのフォーカスレンズを動かしてコントラスト検出の出力カーブのピーク位置を求めてピントを合わせる。
【００３１】
一方、フォーカスレンズを動かさないでピント位置を求める方法もある。２枚の撮像センサを撮影レンズ光軸方向にずらせて配置し、コントラスト出力を比較してピント位置を想定する。この場合、２つの出力値の差を補間（外挿又は、内挿演算）してピント位置をおおよそ予測する。この場合、レンズの初期位置のピントぼけ量によって、演算可否が分かれる。この時ぼけ量が大きい場合は上記２つのセンサの光軸方向配置位置（ピントずらし量）が大きい場合、ピント位置を見つけやすく、ぼけ量が小さい場合は、ピント位置検出精度を上げるために２つのセンサの光軸方向配置位置（ピントずらし量）を小さく設定したい。大ぼけ時は２つのセンサは光軸方向に大きく離したいし、ピントが合ってきたら光軸方向に小さくし、最後のピント位置決定（ＡＦ完）の精度を上げたい。また、大ぼけでも高速ＡＦ可能といえる。
【００３２】
よって、従来コントラスト方式のＡＦは時間がかかっていたのが、本発明を使えば素早くＡＦできるようになる。
【００３３】
その他、瞳径の異なる対物レンズでセンシングする場合の対応できる種類が増える。すなわち、射出瞳によってけられることが問題であったセンシングに対し、瞳位置に応じて光束を変更できるためにセンシング範囲が増加する。
【００３４】
よって、例えばＦ値の明るいレンズしかピント検出できなかったものが、本発明を使えば、暗いレンズでもＡＦできるようになる。
【００３５】
又は、ピントのセンシングがＦ値の暗いところの光束で検出するようにしか設計できなかったために、精度を落としていたのが、本発明によって高精度なＡＦが可能となる。
【００３６】
さらに、撮影レンズでフォーカスレンズに利用すれば焦点調節可能となる。従来フォーカシングにガラスレンズを光軸方向に相当量動かす必要があるために、撮影レンズを大きくする必要があったのが、本発明により小型の撮影レンズができる。
【００３７】
なお、一般的な光学系設計において、従来必要な焦点位置を得るために、レンズそのものを交換するか、又はレンズ１枚又は、複数レンズを移動する必要があったのが、本発明により簡単に小型に光学系を構成できる。
【００３８】
また、従来の液晶レンズの提案では、収斂レンズ特性しか述べられていないが、発散レンズヘの応用が可能である。液晶の屈折率の変化率を電極の幅で制御することで任意の屈折率分布が得られ、発散レンズ（凹レンズ）特性を構成することも可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る液晶レンズについて、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、図１を用いて、従来の液晶レンズについて説明する。
【００４１】
図１（ａ）の模式断面図に示すように、液晶レンズ５００は、平行に配置した基板５１０，５２０とシール材５３８，５３９で、液晶５３０を密封したものであり、基板５１０，５２０の互いに対向する面には、電極５１１，５１２，５２１，５２２と、配向膜５１８，５２８が形成されている。電極５１１，５１２；５２１，５２２は、光軸Ｏと同心リング状に、かつ互いに対向するように、それぞれ形成されている。そして、対向する電極間の電極対向領域Ｐにおいては、電圧印加による電界で液晶５３０の配向を変化させ、特定の屈折率に制御することができる。しかし、その隣の電極が対向しない非電極対向領域Ｎでは、液晶５３０の配光が変化せず、屈折力を持たないとされていた。
【００４２】
そのため、領域Ｎと領域Ｐとでは屈折率が異なり、図１（ｂ）に端的に示したように、液晶レンズ５００の屈折率は、断続的な略方形の分布になる。換言すると、図１（ｃ）に示したように、液晶レンズ５００は、複数の直線状のレンズ面要素５４０を持ったフレネルレンズに相当する。そして、図１（ｄ）に示したように、電極対向領域Ｐを通過した光束５５２は焦点５５０に結像するが、非電極対向領域Ｎを通過した光束５５４は焦点５５０に結像せず、結像性が低かった。
【００４３】
実際には、液晶５３０の配向が変化しなくても（たとえ水平としても）、屈折率は空気と異なるため屈折する。また、電極間で発生する電界により、電極対向領域Ｐだけで配向が変化するのではなく、広がりを持つ。特に、後者によって、非電極対向領域Ｎ内では、電極対向領域Ｐから離れるに従い屈折率が徐々に大きくなり、結果としてパワーを持つ。
【００４４】
そこで、従来は電極対向領域Ｐの屈折率を制御して結像させていたのに対し、本発明では、図２に示すように、非電極対向領域Ｎにおける屈折率を制御して、結像性を向上している。図中、１０，２０は基板、１８，２８は配向膜、３０は液晶、３８，３９はシール材、Ｏは光軸、Ｌは光束の入射方向である。
【００４５】
すなわち、図２（ａ）の模式断面図に示すように、基板１０，２０に形成する同心リング状の電極１２，１３；２２，２３の幅を、非電極対向領域Ｎの幅よりも小さくし、また、電界遮断部３２，３４を設け、リング状のセルに区切っている。これにより、図２（ｂ）に示すように、非電極対向領域Ｎにおいて所望の傾きで屈折率を変化させている。この屈折率分布は、図２（ｃ）に示すように、複数の曲線状のレンズ面要素４０を持ったフレネルレンズに相当する。そして、図２（ｄ）に示したように、大部分の光束５４が非電極対向領域Ｎを通過し、焦点５０に結像するようにして、結像性を高くすることが可能である。さらには、電極対向領域Ｐを通過する光束５２も焦点５０に結像させ、結像性を一層向上することも可能である。
【００４６】
本発明の液晶レンズは、具体的には、以下のように種々の態様で構成することができる。
【００４７】
図３（ａ）の断面図に示すようにセルで区切らない場合には、隣接する電極間の電界変化の影響で、屈折率は、図３（ｂ）のように、山が繰り返すような分布となる。所望の結像性を得るには、一つの山状の屈折率分布において、その上昇部分又は下降部分の何れか一方のみを含む分布であることが必要である。そのためには、以下の各構成が可能である。
【００４８】
図４（ａ）の要部断面図は、不要な光束をカットする遮光部６２〜６５を設ける構成を示している。この構成では、遮光部６２〜６５は、屈折率分布曲線のうち結像性能に寄与しない範囲ＱT（図３（ｂ）参照）に対応する部分を通過する光束を遮断し、寄与する範囲ＱSに対応する部分についてのみ、光束が通過するようにする。遮光部６２〜６５は、例えば不透明膜を形成することにより、容易に形成することができる。しかし、この方法では、図４（ｂ）に示したように、山状の屈折率分布曲線の片側をカットすることになるので、全体光量が略半分に減少する。
【００４９】
なお、図４は収斂系のレンズ（凸レンズ）の場合であるが、発散系のレンズ（凹レンズ）の場合には、屈折率分布曲線のうち使用しなかった部分ＱTを使用することになるので、図４（ａ）とは逆の部分（光が透過する部分）をマスクすることになる。
【００５０】
別の構成としては、セルに区切り、有効領域を広げる。
【００５１】
図５は、電界シールド３１，３３，３５，３７によりセルに区切った場合の構成図である。電界シールド３１，３３，３５，３７は、例えば、銅や、透明電極で使用する材料（酸化インジウム、酸化錫、ＩＴＯすなわちインジウム錫酸化物など）を利用する。
【００５２】
図７（ａ）に示すように、電極の間隔を変えることにより、所望の屈折率分布を得ることができる。
【００５３】
すなわち、光軸Ｏの中心付近の電極間隔を広くし、光軸Ｏの周辺部分では電極の間隔を狭くすることで、図７（ｂ）に示すように、セルごとの屈折分布に差をつける。
【００５４】
いわゆるフレネルゾーンプレートの形とよく似た屈折分布とするには、図７中の記号を用いると、
各セルの幅については、
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ （１）
各セルの最大屈折率については、
ＱA＞ＱB＞ＱC＞ＱD＞ＱE （２）
である。
【００５５】
この場合には、各電極１２〜１６，２２〜２６に同一電圧を印加することができる。
【００５６】
１つ１つのセルを区切ることで、所望の方向とは逆方向に偏向する光束をなくし、透過率を向上させることができる。また、非電極対向領域の屈折率分布特性を向上させ、レンズ効果（結像性能）を向上させることができる。また、非球面レンズ効果を設定することも可能である。
【００５７】
また、図８に示すように、電極に印加する電圧を変えることにより、所望の屈折率分布を得ることもできる。
【００５８】
図８では、各セルＡ〜Ｆについて、それぞれの電極Ｘ1〜Ｘ6に印加する電圧を抵抗Ｒ1〜Ｒ5により段階的に変え、各セルＡ〜Ｆにおける最大電圧ＶA〜ＶFが、
ＶF＞ＶE＞ＶD＞ＶC＞ＶB＞ＶA （３）
となるようにして、全体のパワーを制御するものである。電源Ｖは、例えば１ｋＨｚ、５Ｖの電圧を交流駆動させる。この場合は、受光手段を同期させる必要がある。なお、直流電源で、一定の屈折率を維持できる材料の場合は同期の必要はない。
【００５９】
この場合、光軸Ｏの中央部を低電圧、光軸Ｏの周辺部を高電圧にすることで、図９に示すように、中央部付近のセルの液晶３０については水平配向に近い状態、すなわち高屈折率とし、周辺部付近のセルの液晶３０については配向の強い状態、すなわち低屈折率にでき、フレネルレンズのような屈折率分布効果が発揮できる。
【００６０】
すなわち、各セルＡ〜Ｄについての屈折率の分布が、図９（ａ）に示す記号を用いて、
ＱA＞ＱB＞ＱC＞ＱD （４）
ＱA ’＞ＱB ’＞ＱC ’＞ＱD ’ （５）
となるようにすることができる。
【００６１】
また、非球面効果も付加でき、レンズ性能が向上する。
【００６２】
各セルは、図１０〜図１４のように、種々の態様の構成とすることができる。
【００６３】
図１０は、各液晶セルを同心筒状の壁Ｗ1〜Ｗ6で各円環状のセルごとに明確に分離したものである。電磁シールド材からなる壁Ｗ1〜Ｗ6で仕切り、隣接するセルの電極の影響を受けないようにして、屈折力を高く設定することができる。ただし、液晶セルヘの入射角が垂直に近い場合に有効であり、角度がつくと分離用の壁Ｗ1〜Ｗ6が光路を遮り、悪影響を与える。
【００６４】
図１１は、各セルの屈折力を高く設定するために、各電極Ｘ2〜Ｘ6，Ｙ2〜Ｙ6の近傍にそれぞれグランド電極Ｓ2〜Ｓ6，Ｔ2〜Ｔ6を設定したものである。隣のセルの影響をなくす効果を持つ。グランドから制御するため、電位差の制御範囲が広く、また確実に設定できる。
【００６５】
図１２は、セルを明確に分離する壁Ｗ1〜Ｗ5を設定するとともに、各壁Ｗiの両側に、それぞれ電極ＳiとＴiの対、ＸiとＹiの対を配置する構成を示す。印加電圧は、ＶとＶ２で円環状のセルの外部と内部をおさえ、電界分布の制御をきめ細かくし、光路偏向の有効領域を広げることを可能とする。
【００６６】
図１３は、各セル自体の構成は図１１と同じであるが、図１１と異なり、電極Ｙ1〜Ｙ6もグランドに接地している。また、電圧Ｖは、マイコンによって変える。
【００６７】
図１４は、各セル自体の構成は図１０と同じであるが、図１１と異なり、各電極には同一電圧を印加し、その大きさは可変抵抗Ｒによって変えることができる。
【００６８】
図１５は、凹レンズの場合の例である。
【００６９】
凹レンズ構成とするためには、電界シールドの壁Ｗ2〜Ｗ6と電極Ｘ1〜Ｘ6，Ｙ1〜Ｙ6を、凸レンズ系とは逆の位置関係に配置し、電圧の大小の並びも逆にする。
【００７０】
すなわち、光軸Ｏの中央部付近では高電圧、光軸Ｏの周辺部付近では低電圧にすることで、図１５（ｂ）に示すように、屈折率分布曲線が凹状で、中央部付近を低屈折率、周辺部付近で高屈折率として、凹レンズとしての屈折率分布効果が発揮できるようにしている。
【００７１】
すなわち、各セルＡ〜Ｆについての屈折率の分布は、図中の記号を用いると、
ＱF＞ＱE＞ＱD＞ＱC＞ＱB＞ＱA （６）
ＱF ’＞ＱE ’＞ＱD ’＞ＱC ’＞ＱB ’＞ＱA ’ （７）
となる。
【００７２】
屈折率曲線が凹系か凸系かは、対向する電極同士Ｘi，Ｙi（ｉ＝１，２，・・・）の幅の寸法比で決めることができる。図１５では、電極Ｙi（ｉ＝１，２，・・・）の幅を広くとり、屈折率の立ち上がりをゆるくすることで、凹レンズ（拡散レンズ）系の性格を持たせている。電極同士Ｘi，Ｙi（ｉ＝１，２，・・・）が同じ幅であれば、前述したように、凸レンズ系（収斂レンズ）の特性を持たせることになる。この特性は、設計時に決定する。
【００７３】
以上の説明では、液晶材料として、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合について述べたが、他に、透明な固体や液体であって電場を加えたときに屈折率が変化する材料を用いてもよい。
【００７４】
屈折率変化が電場の強さに比例するポッケルス効果のある材料（例えば、ＢaＴiＯ3、ＫＨ2ＰＯ4(ＫＨＰ）、ＫＤ2ＰＯ4(ＫＤＰ)、ＬiＮｂＯ3、ＺnＯ）、又は電場の２乗に比例するカー効果利用の材料（例えば、ＣＳ2）でもよい。
【００７５】
なお、材料に応じて、光軸中央部付近と周辺部付近に印加する電圧分布の関係が逆配置になってもよい。
【００７６】
すなわち、使用材料の特性は、電界エネルギーが大きいほど屈折率が小さく、電界エネルギーが小さくなると屈折率が大きくなる場合の実施例を示したが、逆の場合もある。その場合には、例えば図６に示すように、電極１１〜１４、２１〜２４と電界シールド３２〜３４の関係は、図５とは逆になる。
【００７７】
また、光軸中心部を高電圧、周辺部を低電圧にすることで、レンズ特性の向上も図ることができる。この場合は、例えば図１６に示すようになる。
【００７８】
材料の特性と、使用目的に応じて整理すると、図１８のようになる。この図において、イ）は印加する電圧が一定で、電極間隔のみで制御する場合であり、ロ）は、電圧の変化をつけ、レンズ特性向上を図る場合である。
【００７９】
凸レンズ特性向上のためには、周辺部の屈折率を低い状態にすることを目的としている。凹レンズの場合は、周辺部の屈折率を高い状態にする。
【００８０】
以上説明した各実施例の液晶レンズは、液晶の屈折率を制御することにより、結像性能の良い液晶レンズとすることができる。
【００８１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００８２】
例えば、これまで説明してきた実施例では、電極は同心リング状であるため、各電極の配線は多層構成とすることが必要であるが、コストを下がるためには、図１７に示したように、渦巻き状の電極とすれば、配線層を減らすことが可能である。この場合、性能上は、同心電極の場合よりも落ちるが、配線は容易となる。
【００８３】
本発明のデバイスは、例えば図１９に示すように、光学レンズの光束内に設置して利用する。図１９（ａ）に示したように、光束が透過するデバイスとして用いても、図１９（ｂ）に示すように、入射面とは反対側に反射面を設け、光束を反射するデバイスとして用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の液晶レンズの説明図である。
【図２】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図３】 従来例の液晶レンズの説明図である。
【図４】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図５】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図６】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図７】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図８】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図９】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１０】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１１】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１２】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１３】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１４】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１５】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１６】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１７】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１８】 本発明の液晶レンズの構成態様を整理した表である。
【図１９】 本発明のデバイスの利用法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１１〜１６ 電極（電極対）
１８ 配向膜
２０ 基板
２１〜２６ 電極（電極対）
２８ 配向膜
３０ 液晶（屈折率可変材料）
３１、３３，３５，３７ 電界シールド
３２，３４ 区切り
３８，３９ シール材
４０ レンズ面要素
５０ 焦点
５２，５４ 光束
６２〜６５ 遮光部
Ｌ 入射方向
Ｎ 非電極対向領域
Ｏ 光軸
Ｐ 電極対向領域
Ｓ1〜Ｓ6 電極
Ｔ1〜Ｔ6 電極
Ｖ，Ｖ2 電源（電圧印加手段）
Ｗ1〜Ｗ6 壁
Ｘ1〜Ｘ6 電極（電極対）
Ｙ1〜Ｙ6 電極（電極対）
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間変調デバイスに関し、例えば液晶レンズに好適な空間変調デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック成形フレネル板、写真乾板式回折格子、ガラス版けがき式回折格子、写真乾板式ホログラム、フォトレジスト式ホログラムなどがあったが、製造時に透過又は反射光路は固定されている。
【０００３】
透過又は反射光路を偏向する技術としては、例えば、以下のものがある。
【０００４】
特開平１０−６２６０９号公報は、焦点距離を調整できるマイクロレンズを提案している。これは、レンズ一つの焦点位置を変更するものであり、小径瞳のレンズでしか成り立たない。また、単純に寸法が大きくなるだけであれば、必要な球面(非球面)が得られないため、実用化が困難であると考えられる。
【０００５】
特開平９−１８４９６５号公報には、入射光路を偏向する偏向手段にパワーを持たせる技術が開示されているが、レンズパワーは変化せず、撮影レンズの瞳を有効に使用することができない。
【０００６】
レーザー研究、第２５巻第１０号、第６８７頁、(１９９７年)「液晶マイクロレンズ」には、マイクロレンズアレーを作成し、焦点位置を変更できる技術が開示されている。しかし、直径数１０〜数１００μｍのレンズしか形成できない。
【０００７】
特許第２６２８６３０号（特開昭６２-１７０９３３号）公報には、同心円状に電極を配置し、リング状電極に順次異なる電圧を印加する方式が開示されている。しかし、この方式は、液晶をはさんだ電極間の配向、屈折力を制御する方法であり、各リング電極間にもつ配向変位、屈折力変位については述べられていない。リング電極間も電極の影響により配向がチルトし、屈折力も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる要因となる。
【０００８】
特開平９−３０４７４８号公報には、多重輪状構造をもち、中央から周辺にかけて径方向の電極幅が中心から周辺に向かって減少させることによってレンズ効果を持たせる技術が開示されている。しかし、電極と電極との間のみ屈折力変化をもつものとして設計されているが、多重輪状電極同士の間の部分も電極の影響により配向がチルトし、屈折力も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる。また、上下の電極を非対称にして、電極電圧を１種類だけとしているが、フレア問題について解決する方向ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、小型な装置で焦点位置を可変にする（２重焦点レンズシステム）として、液晶を利用することが述べられてきた。これは、２枚の基板に電極を形成し、これを多重リング形状として、液晶をはさんだ電極間の液晶の屈折率を変化させることでレンズ効果を持たせるようにしてきた。電界を印加しない場合は、液晶は基板に平行に配向しレンズ効果がなく、電界をかけたときには液晶の配向角が変化し、屈折力が変わることを利用してきた。
【００１０】
しかし、液晶をはさんだ電極間の配向、屈折力を制御する方法が述べられてきたが、各リング電極間に発生する配向変位、屈折力変位についての振る舞いが述べられていない。実際は、リング電極間も電極の影響により配向がチルトし、屈折率も変化し、この部分が必要としない屈折力を発生し、フレアを生じさせる要因となる。
【００１１】
フレアの発生は、ピント検出などのセンシングの誤検出になり、撮影系で利用する場合、フレアは画質の低下となり、レンズとしての性能が良いとはいえない。
【００１２】
また、液晶をはさんだ電極間は一定の屈折率であり、デバイス全体としての屈折力は、各リングごとの量子化された屈折となる。これら２つの要因により結像性能の良いレンズにはならない。
【００１３】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、結像性能の良い空間変調デバイスを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の空間変調デバイスを提供する。
【００１５】
空間変調デバイスは、光束内に配置され入射光を偏向させることができる屈折率可変材料と、該屈折率可変材料を挟んで両側に互いに略対向して同心円状、同心楕円状、又は偏倍同心楕円状に間隔を設けて配置された複数の電極対と、該電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記電極対間に印加される電圧により上記屈折率可変材料の屈折率分布が変わり焦点位置が変化するタイプのものである。上記各電極対の互いに対向する電極間の電極対向領域の幅に比べ、該電極対向領域間の非電極対向領域の幅の方が広い。そして、上記非電極対向領域の上記屈折率可変材料の屈折率分布が、隣接する上記電極対に印加される電圧により変わり焦点位置が変化する。
【００１６】
なお、「偏倍」とは、直交方向の倍率が同一でない場合のことであり、例えばＸ方向とＹ方向で倍率が異なる場合や、倍率が距離により変化する場合などを含む。
【００１７】
上記構成において、電圧印加手段により電極対間に電圧が印加されると、電極対向領域のみならず、非電極対向領域においても電界が生じる。屈折率可変材料は、この電界に応じた屈折率分布となる。非電極対向領域の屈折率は、後述するように種々の方法により、所望の分布とすることが容易である。大部分の入射光束は、電極対向領域より広い非電極対向領域に入射して結像するので、非電極対向領域の屈折率分布を制御することにより、結像性能を向上することができる。
【００１８】
例えば、上記構成を液晶レンズに適用すれば、電極対向領域の屈折率変化のみを利用する従来型の液晶レンズよりも、フレアを減らすことができる。またレンズとして必要な屈折率分布特性を得ることが容易となり、結像性能の良いレンズを構成することが可能である。
【００１９】
好ましくは、上記屈折率可変材料は液晶である。
【００２０】
液晶は、電界に応じた屈折率分布を得ることができ、製造も容易でる。したがって、液晶レンズ等を構成することが容易である。
【００２１】
好ましくは、上記屈折率可変材料は、ポッケルス効果材料又はカー効果材料である。
【００２２】
すなわち、屈折率が電界の強さに比例する材料であるポッケルス効果材料や、屈折率が電界の強さに２乗に比例する材料であるカー効果材料は、所望の屈折率分布を得るように構成する上で、好適である。
【００２３】
好ましくは、上記各電極対は、それぞれ、一方の電極と他方の電極が同一形状である。
【００２４】
上記構成によれば、屈折率可変材を挟む同一形状の電極間で電界を形成し、この広がりを利用して電極のない非電極対向領域について屈折率分布を形成し、レンズ効果をもたせることができ、屈折率分布の制御や空間変調デバイスの製造が容易になる。
【００２５】
具体的には、本願発明は、例えば、液晶をはさんだ電極間の略一定の屈折率を利用するのではなく、リング電極間の徐々に変化する屈折率分布を利用し、フレアの影響を少なくし、屈折力量子化による結像むらをなくして、結像性能の良い液晶レンズを提供する。
【００２６】
すなわち、従来は、例えばフレネルレンズの各プリズム要素が平面で構成されたプリズムの集まりであるのが、本発明ではフレネルレンズの各プリズム要素がレンズ球面で構成されたレンズの集まりであるといえる。
【００２７】
本発明により、屈折率分布レンズ（グリンレンズ）を液晶で実現し、その屈折率分布構造がフレネルレンズのようになっているというレンズが実現するともいえる。
【００２８】
本発明の利用分野は、例えば、以下のような領域である。
【００２９】
被写体からの光を入射する対物レンズの瞳内を通過した光束を利用して、センシングを行う場合に関係する。例えば、機器がカメラでセンシングが焦点検出とする。
【００３０】
具体的には、デジタルカメラの撮像エリアセンサを利用してピント位置を求める場合に、例えばコントラスト方式であれば最大コントラスト位置を求めて、撮影レンズのフォーカスレンズを動かしてコントラスト検出の出力カーブのピーク位置を求めてピントを合わせる。
【００３１】
一方、フォーカスレンズを動かさないでピント位置を求める方法もある。２枚の撮像センサを撮影レンズ光軸方向にずらせて配置し、コントラスト出力を比較してピント位置を想定する。この場合、２つの出力値の差を補間（外挿又は、内挿演算）してピント位置をおおよそ予測する。この場合、レンズの初期位置のピントぼけ量によって、演算可否が分かれる。この時ぼけ量が大きい場合は上記２つのセンサの光軸方向配置位置（ピントずらし量）が大きい場合、ピント位置を見つけやすく、ぼけ量が小さい場合は、ピント位置検出精度を上げるために２つのセンサの光軸方向配置位置（ピントずらし量）を小さく設定したい。大ぼけ時は２つのセンサは光軸方向に大きく離したいし、ピントが合ってきたら光軸方向に小さくし、最後のピント位置決定（ＡＦ完）の精度を上げたい。また、大ぼけでも高速ＡＦ可能といえる。
【００３２】
よって、従来コントラスト方式のＡＦは時間がかかっていたのが、本発明を使えば素早くＡＦできるようになる。
【００３３】
その他、瞳径の異なる対物レンズでセンシングする場合の対応できる種類が増える。すなわち、射出瞳によってけられることが問題であったセンシングに対し、瞳位置に応じて光束を変更できるためにセンシング範囲が増加する。
【００３４】
よって、例えばＦ値の明るいレンズしかピント検出できなかったものが、本発明を使えば、暗いレンズでもＡＦできるようになる。
【００３５】
又は、ピントのセンシングがＦ値の暗いところの光束で検出するようにしか設計できなかったために、精度を落としていたのが、本発明によって高精度なＡＦが可能となる。
【００３６】
さらに、撮影レンズでフォーカスレンズに利用すれば焦点調節可能となる。従来フォーカシングにガラスレンズを光軸方向に相当量動かす必要があるために、撮影レンズを大きくする必要があったのが、本発明により小型の撮影レンズができる。
【００３７】
なお、一般的な光学系設計において、従来必要な焦点位置を得るために、レンズそのものを交換するか、又はレンズ１枚又は、複数レンズを移動する必要があったのが、本発明により簡単に小型に光学系を構成できる。
【００３８】
また、従来の液晶レンズの提案では、収斂レンズ特性しか述べられていないが、発散レンズヘの応用が可能である。液晶の屈折率の変化率を電極の幅で制御することで任意の屈折率分布が得られ、発散レンズ（凹レンズ）特性を構成することも可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る液晶レンズについて、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、図１を用いて、従来の液晶レンズについて説明する。
【００４１】
図１（ａ）の模式断面図に示すように、液晶レンズ５００は、平行に配置した基板５１０，５２０とシール材５３８，５３９で、液晶５３０を密封したものであり、基板５１０，５２０の互いに対向する面には、電極５１１，５１２，５２１，５２２と、配向膜５１８，５２８が形成されている。電極５１１，５１２；５２１，５２２は、光軸Ｏと同心リング状に、かつ互いに対向するように、それぞれ形成されている。そして、対向する電極間の電極対向領域Ｐにおいては、電圧印加による電界で液晶５３０の配向を変化させ、特定の屈折率に制御することができる。しかし、その隣の電極が対向しない非電極対向領域Ｎでは、液晶５３０の配光が変化せず、屈折力を持たないとされていた。
【００４２】
そのため、領域Ｎと領域Ｐとでは屈折率が異なり、図１（ｂ）に端的に示したように、液晶レンズ５００の屈折率は、断続的な略方形の分布になる。換言すると、図１（ｃ）に示したように、液晶レンズ５００は、複数の直線状のレンズ面要素５４０を持ったフレネルレンズに相当する。そして、図１（ｄ）に示したように、電極対向領域Ｐを通過した光束５５２は焦点５５０に結像するが、非電極対向領域Ｎを通過した光束５５４は焦点５５０に結像せず、結像性が低かった。
【００４３】
実際には、液晶５３０の配向が変化しなくても（たとえ水平としても）、屈折率は空気と異なるため屈折する。また、電極間で発生する電界により、電極対向領域Ｐだけで配向が変化するのではなく、広がりを持つ。特に、後者によって、非電極対向領域Ｎ内では、電極対向領域Ｐから離れるに従い屈折率が徐々に大きくなり、結果としてパワーを持つ。
【００４４】
そこで、従来は電極対向領域Ｐの屈折率を制御して結像させていたのに対し、本発明では、図２に示すように、非電極対向領域Ｎにおける屈折率を制御して、結像性を向上している。図中、１０，２０は基板、１８，２８は配向膜、３０は液晶、３８，３９はシール材、Ｏは光軸、Ｌは光束の入射方向である。
【００４５】
すなわち、図２（ａ）の模式断面図に示すように、基板１０，２０に形成する同心リング状の電極１２，１３；２２，２３の幅を、非電極対向領域Ｎの幅よりも小さくし、また、電界遮断部３２，３４を設け、リング状のセルに区切っている。これにより、図２（ｂ）に示すように、非電極対向領域Ｎにおいて所望の傾きで屈折率を変化させている。この屈折率分布は、図２（ｃ）に示すように、複数の曲線状のレンズ面要素４０を持ったフレネルレンズに相当する。そして、図２（ｄ）に示したように、大部分の光束５４が非電極対向領域Ｎを通過し、焦点５０に結像するようにして、結像性を高くすることが可能である。さらには、電極対向領域Ｐを通過する光束５２も焦点５０に結像させ、結像性を一層向上することも可能である。
【００４６】
本発明の液晶レンズは、具体的には、以下のように種々の態様で構成することができる。
【００４７】
図３（ａ）の断面図に示すようにセルで区切らない場合には、隣接する電極間の電界変化の影響で、屈折率は、図３（ｂ）のように、山が繰り返すような分布となる。所望の結像性を得るには、一つの山状の屈折率分布において、その上昇部分又は下降部分の何れか一方のみを含む分布であることが必要である。そのためには、以下の各構成が可能である。
【００４８】
図４（ａ）の要部断面図は、不要な光束をカットする遮光部６２〜６５を設ける構成を示している。この構成では、遮光部６２〜６５は、屈折率分布曲線のうち結像性能に寄与しない範囲ＱT（図３（ｂ）参照）に対応する部分を通過する光束を遮断し、寄与する範囲ＱSに対応する部分についてのみ、光束が通過するようにする。遮光部６２〜６５は、例えば不透明膜を形成することにより、容易に形成することができる。しかし、この方法では、図４（ｂ）に示したように、山状の屈折率分布曲線の片側をカットすることになるので、全体光量が略半分に減少する。
【００４９】
なお、図４は収斂系のレンズ（凸レンズ）の場合であるが、発散系のレンズ（凹レンズ）の場合には、屈折率分布曲線のうち使用しなかった部分ＱTを使用することになるので、図４（ａ）とは逆の部分（光が透過する部分）をマスクすることになる。
【００５０】
別の構成としては、セルに区切り、有効領域を広げる。
【００５１】
図５は、電界シールド３１，３３，３５，３７によりセルに区切った場合の構成図である。電界シールド３１，３３，３５，３７は、例えば、銅や、透明電極で使用する材料（酸化インジウム、酸化錫、ＩＴＯすなわちインジウム錫酸化物など）を利用する。
【００５２】
図７（ａ）に示すように、電極の間隔を変えることにより、所望の屈折率分布を得ることができる。
【００５３】
すなわち、光軸Ｏの中心付近の電極間隔を広くし、光軸Ｏの周辺部分では電極の間隔を狭くすることで、図７（ｂ）に示すように、セルごとの屈折分布に差をつける。
【００５４】
いわゆるフレネルゾーンプレートの形とよく似た屈折分布とするには、図７中の記号を用いると、
各セルの幅については、
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ （１）
各セルの最大屈折率については、
ＱA＞ＱB＞ＱC＞ＱD＞ＱE （２）
である。
【００５５】
この場合には、各電極１２〜１６，２２〜２６に同一電圧を印加することができる。
【００５６】
１つ１つのセルを区切ることで、所望の方向とは逆方向に偏向する光束をなくし、透過率を向上させることができる。また、非電極対向領域の屈折率分布特性を向上させ、レンズ効果（結像性能）を向上させることができる。また、非球面レンズ効果を設定することも可能である。
【００５７】
また、図８に示すように、電極に印加する電圧を変えることにより、所望の屈折率分布を得ることもできる。
【００５８】
図８では、各セルＡ〜Ｆについて、それぞれの電極Ｘ1〜Ｘ6に印加する電圧を抵抗Ｒ1〜Ｒ5により段階的に変え、各セルＡ〜Ｆにおける最大電圧ＶA〜ＶFが、
ＶF＞ＶE＞ＶD＞ＶC＞ＶB＞ＶA （３）
となるようにして、全体のパワーを制御するものである。電源Ｖは、例えば１ｋＨｚ、５Ｖの電圧を交流駆動させる。この場合は、受光手段を同期させる必要がある。なお、直流電源で、一定の屈折率を維持できる材料の場合は同期の必要はない。
【００５９】
この場合、光軸Ｏの中央部を低電圧、光軸Ｏの周辺部を高電圧にすることで、図９に示すように、中央部付近のセルの液晶３０については水平配向に近い状態、すなわち高屈折率とし、周辺部付近のセルの液晶３０については配向の強い状態、すなわち低屈折率にでき、フレネルレンズのような屈折率分布効果が発揮できる。
【００６０】
すなわち、各セルＡ〜Ｄについての屈折率の分布が、図９（ａ）に示す記号を用いて、
ＱA＞ＱB＞ＱC＞ＱD （４）
ＱA ’＞ＱB ’＞ＱC ’＞ＱD ’ （５）
となるようにすることができる。
【００６１】
また、非球面効果も付加でき、レンズ性能が向上する。
【００６２】
各セルは、図１０〜図１４のように、種々の態様の構成とすることができる。
【００６３】
図１０は、各液晶セルを同心筒状の壁Ｗ1〜Ｗ6で各円環状のセルごとに明確に分離したものである。電磁シールド材からなる壁Ｗ1〜Ｗ6で仕切り、隣接するセルの電極の影響を受けないようにして、屈折力を高く設定することができる。ただし、液晶セルヘの入射角が垂直に近い場合に有効であり、角度がつくと分離用の壁Ｗ1〜Ｗ6が光路を遮り、悪影響を与える。
【００６４】
図１１は、各セルの屈折力を高く設定するために、各電極Ｘ2〜Ｘ6，Ｙ2〜Ｙ6の近傍にそれぞれグランド電極Ｓ2〜Ｓ6，Ｔ2〜Ｔ6を設定したものである。隣のセルの影響をなくす効果を持つ。グランドから制御するため、電位差の制御範囲が広く、また確実に設定できる。
【００６５】
図１２は、セルを明確に分離する壁Ｗ1〜Ｗ5を設定するとともに、各壁Ｗiの両側に、それぞれ電極ＳiとＴiの対、ＸiとＹiの対を配置する構成を示す。印加電圧は、ＶとＶ２で円環状のセルの外部と内部をおさえ、電界分布の制御をきめ細かくし、光路偏向の有効領域を広げることを可能とする。
【００６６】
図１３は、各セル自体の構成は図１１と同じであるが、図１１と異なり、電極Ｙ1〜Ｙ6もグランドに接地している。また、電圧Ｖは、マイコンによって変える。
【００６７】
図１４は、各セル自体の構成は図１０と同じであるが、図１１と異なり、各電極には同一電圧を印加し、その大きさは可変抵抗Ｒによって変えることができる。
【００６８】
図１５は、凹レンズの場合の例である。
【００６９】
凹レンズ構成とするためには、電界シールドの壁Ｗ2〜Ｗ6と電極Ｘ1〜Ｘ6，Ｙ1〜Ｙ6を、凸レンズ系とは逆の位置関係に配置し、電圧の大小の並びも逆にする。
【００７０】
すなわち、光軸Ｏの中央部付近では高電圧、光軸Ｏの周辺部付近では低電圧にすることで、図１５（ｂ）に示すように、屈折率分布曲線が凹状で、中央部付近を低屈折率、周辺部付近で高屈折率として、凹レンズとしての屈折率分布効果が発揮できるようにしている。
【００７１】
すなわち、各セルＡ〜Ｆについての屈折率の分布は、図中の記号を用いると、
ＱF＞ＱE＞ＱD＞ＱC＞ＱB＞ＱA （６）
ＱF ’＞ＱE ’＞ＱD ’＞ＱC ’＞ＱB ’＞ＱA ’ （７）
となる。
【００７２】
屈折率曲線が凹系か凸系かは、対向する電極同士Ｘi，Ｙi（ｉ＝１，２，・・・）の幅の寸法比で決めることができる。図１５では、電極Ｙi（ｉ＝１，２，・・・）の幅を広くとり、屈折率の立ち上がりをゆるくすることで、凹レンズ（拡散レンズ）系の性格を持たせている。電極同士Ｘi，Ｙi（ｉ＝１，２，・・・）が同じ幅であれば、前述したように、凸レンズ系（収斂レンズ）の特性を持たせることになる。この特性は、設計時に決定する。
【００７３】
以上の説明では、液晶材料として、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合について述べたが、他に、透明な固体や液体であって電場を加えたときに屈折率が変化する材料を用いてもよい。
【００７４】
屈折率変化が電場の強さに比例するポッケルス効果のある材料（例えば、ＢaＴiＯ3、ＫＨ2ＰＯ4(ＫＨＰ）、ＫＤ2ＰＯ4(ＫＤＰ)、ＬiＮｂＯ3、ＺnＯ）、又は電場の２乗に比例するカー効果利用の材料（例えば、ＣＳ2）でもよい。
【００７５】
なお、材料に応じて、光軸中央部付近と周辺部付近に印加する電圧分布の関係が逆配置になってもよい。
【００７６】
すなわち、使用材料の特性は、電界エネルギーが大きいほど屈折率が小さく、電界エネルギーが小さくなると屈折率が大きくなる場合の実施例を示したが、逆の場合もある。その場合には、例えば図６に示すように、電極１１〜１４、２１〜２４と電界シールド３２〜３４の関係は、図５とは逆になる。
【００７７】
また、光軸中心部を高電圧、周辺部を低電圧にすることで、レンズ特性の向上も図ることができる。この場合は、例えば図１６に示すようになる。
【００７８】
材料の特性と、使用目的に応じて整理すると、図１８のようになる。この図において、イ）は印加する電圧が一定で、電極間隔のみで制御する場合であり、ロ）は、電圧の変化をつけ、レンズ特性向上を図る場合である。
【００７９】
凸レンズ特性向上のためには、周辺部の屈折率を低い状態にすることを目的としている。凹レンズの場合は、周辺部の屈折率を高い状態にする。
【００８０】
以上説明した各実施例の液晶レンズは、液晶の屈折率を制御することにより、結像性能の良い液晶レンズとすることができる。
【００８１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００８２】
例えば、これまで説明してきた実施例では、電極は同心リング状であるため、各電極の配線は多層構成とすることが必要であるが、コストを下がるためには、図１７に示したように、渦巻き状の電極とすれば、配線層を減らすことが可能である。この場合、性能上は、同心電極の場合よりも落ちるが、配線は容易となる。
【００８３】
本発明のデバイスは、例えば図１９に示すように、光学レンズの光束内に設置して利用する。図１９（ａ）に示したように、光束が透過するデバイスとして用いても、図１９（ｂ）に示すように、入射面とは反対側に反射面を設け、光束を反射するデバイスとして用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の液晶レンズの説明図である。
【図２】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図３】 従来例の液晶レンズの説明図である。
【図４】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図５】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図６】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図７】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図８】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図９】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１０】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１１】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１２】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１３】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１４】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１５】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１６】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１７】 本発明の液晶レンズの説明図である。
【図１８】 本発明の液晶レンズの構成態様を整理した表である。
【図１９】 本発明のデバイスの利用法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１１〜１６ 電極（電極対）
１８ 配向膜
２０ 基板
２１〜２６ 電極（電極対）
２８ 配向膜
３０ 液晶（屈折率可変材料）
３１、３３，３５，３７ 電界シールド
３２，３４ 区切り
３８，３９ シール材
４０ レンズ面要素
５０ 焦点
５２，５４ 光束
６２〜６５ 遮光部
Ｌ 入射方向
Ｎ 非電極対向領域
Ｏ 光軸
Ｐ 電極対向領域
Ｓ1〜Ｓ6 電極
Ｔ1〜Ｔ6 電極
Ｖ，Ｖ2 電源（電圧印加手段）
Ｗ1〜Ｗ6 壁
Ｘ1〜Ｘ6 電極（電極対）
Ｙ1〜Ｙ6 電極（電極対）
Claims (4)
- 光束内に配置され入射光を偏向させることができる屈折率可変材料と、該屈折率可変材料を挟んで両側に互いに略対向して同心円状、同心楕円状、又は偏倍同心楕円状に間隔を設けて配置された複数の電極対と、該電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記電極対間に印加される電圧により上記屈折率可変材料の屈折率分布が変化する、空間変調デバイスにおいて、
上記各電極対の互いに対向する電極間の電極対向領域の幅に比べ、該電極対向領域間の非電極対向領域の幅の方を広くし、
上記非電極対向領域の上記屈折率可変材料の屈折率分布を、隣接する上記電極対に印加する電圧により制御することを特徴とする、空間変調デバイス。 - 上記屈折率可変材料は液晶であることを特徴とする、請求項１記載の空間変調デバイス。
- 上記屈折率可変材料は、ポッケルス効果材料又はカー効果材料であることを特徴とする、請求項１記載の空間変調デバイス。
- 上記各電極対は、それぞれ、一方の電極と他方の電極が同一形状であることを特徴とする、請求項１記載の空間変調デバイス。
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