JPH032840A - 液晶レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液晶を用いて、焦点を可変とした液晶レンズに
関するものである。

従来の技術 従来の焦点可変レンズは、複数のレンズを組み合わせて
用い、この中の特定のレンズのみを光軸方向に動かして
焦点距離を変えるのが一般的であった。

発明が解決しようとする課題 しかし、この従来方法では多数枚のレンズを使うために
部品点数が多く、構造も複雑となり、そのために小型化
がむずかしいと言う欠点を有する。

また、機械的な可動部があるため、焦点距離を変えるの
にある程度の時間がかかり、高速応答性の点においても
問題がある０本発明はかかる問題点に鑑み、液晶を用い
ることにより、可動部のない簡素な構造と、液晶印加電
圧を制御して焦点距離を変えることを可能として、上述
の問題点を解決した焦点可変レンズを提供するものであ
る。

課題を解決するための手段 液晶と、液晶に電圧を印加する制御電極、固定電極と、
制′４ｎ電極を同心リング形状をした透明電極帯と、こ
の透明電極帯どうしを絶縁する絶縁帯を有し、透明電極
帯と結像点との光学的距離が等しい透明電極帯に電圧を
印加して、この部分を通る光が透過あるいは不透過する
ように構成するか、または電圧印加された電極を透過す
る光と印加されない電極を透過する光の偏光面を互いに
直交させることによって光の収束機能を実現する。

作用 透明電極帯の形状リング形とし、各々の透明電極帯を透
過した光のうち、結像点に達したとき、光の位相が同相
となるような透明電極帯に電圧を印加して、この部分を
通る光のみを合成することによりの光の収束機能をもた
らせる。

実施例 以下本発明の一実施例の液晶レンズについて第１図、第
２図、第３圓を用いて説明する。第１図に液晶レンズの
構成を示す。光ビーム６は偏光子５を透過後、第３図に
示ずＹ方向の直線偏光となり、透明な固定電極４を透過
して、液晶３に至る。

液晶を第３図に示す様に固定電極４との界面では図中の
Ｙ方向に配向させ、制御電極２との界面ではＹ方向と直
交するＸ方向に配向する様構成すると、光ビーム６は制
御■電極２の透過後その偏光面が９０度回転してＸ方向
となる。偏光子１の偏光方向をＸ方向にすれば、光ビー
ムは偏光子ｌに遮られることなくここを透過する。ここ
で、制御電極２と固定電極４を用いて、液晶３に電圧を
加えると液晶の配向かなくなり光ビーム６は偏光子１に
遮られてここを透過することができない。以上の点につ
いては液晶の従来の一般的な構成と、使い方で、これは
液晶のもつ偏光面の回転と言う性質を利用して光の透過
、不透過を制御する方法であるが、液晶の他の性質であ
る電圧印加によって液晶自身が透明あるいは不透明にな
る特性を利用することもできる。本発明の特徴はこれに
光の収束機能をもたせたことにあり、以下にこの焦点収
束機能について詳しく説明する。

第２図に制御電極の構成を示す。尚、この図は光ビーム
６の方向から見たものである。制御電極２は同心円形状
をした透明′ＴＬ極帯７と絶縁帯８で構成され、絶縁帯
８によって、透明電極帯７は各各絶縁されており、独立
に電圧印加が可能となっている。制御電極２に動作電圧
が・加えられたとき、光ビーム６が偏光子１を透過する
様に構成したとすると、動作電圧が印加された部分の透
明電極帯７は光を通し、そうでない部分は光を通さない
ので、電圧印加によって透過光の空間分布を制御する事
ができる。そこで、各々の透明電極７を透過した光が焦
点０に達したとき、その光の位相が同相となる様な、す
なわち、透明電極帯７と焦点０との間の光学的距離が等
しくなる透明電極帯に光を通し、そうでない部分の光を
通さないようにすれば、ここにレンズと同様な光の収束
機能をもたせることができる。ここで、第１図に示す様
に、任意の透明電極帯７のリングのある一点Ｐと焦点０
との距離をＯＰ、透明電極帯７の中心Ｑと焦点Ｏとの距
翻をＯＱとし、ＯＰとＯＱとの光路長差が波長の整数倍
になるリングのみ光を通せば、上記の条件を満たすので
、焦点０に結像するレンズとなる。光を通すべきリング
を決定する条件を式で示すと１式の様になる。

炉でボアＰ２−ＱＱ　＝（ｍ＋１）・λ・・・・・・（
１）λ：光の波長 ｍ：整数 なお１式では偏光子７、透明電極帯７の厚みはＯＱに比
べて小さいとして無視した。焦点距離を変えるときはそ
れに応じたＯＱを１式に代入して、光を通すリングの組
合せを求め、このリングに動作電圧を加えればよい。こ
の組合せを決める方法としては、その都度１式を用いて
計算する方法、計算結果を予めメモリーに入れておき、
必要に応じて引き出す方法などがある。

先に説明した第１の実施例では透明電極帯の一部の光を
遮断するため液晶レンズに入射する光をすべて利用する
ことができないが、第２の実施例はこの点を改良したも
ので、次にこれについて説明する。

第２の実施例は第１図に示す第１の実施例と大略の構成
は同じであるが、異なるところは偏光子１がないことで
ある６本発明においても、第１の実施例と同様に電圧を
印加された制御電極７を通る光と電圧を印加されない制
御電極を通る光の性質が異なることを利用する。本発明
では液晶の持つ特性のうち特に電圧印加によって光の偏
光面を回転させることできることに着目し、制？１１電
極７の電圧印加された部分とされない部分を通る光の偏
光面が９０度異なる様にする。第３図に示す様に制御電
極２を出た後、光の偏光面は電圧印加の有無に応じて偏
光方向が違うが、本発明の第１の実施例と異なるところ
は先にも説明した様に、偏光子１がないことであり、従
って、液晶レンズに入射した光は偏光子１によって遮ら
れることがないために、光の透過効率を向上させること
ができる。液晶レンズを出た光は互いに偏光面が直交し
た２種類の光線となるが、偏光面が直交しているために
互いに干渉することがなく、それぞれ独立に結像しその
結像点は同一の点となり、空気の様な等方性媒体中で使
う限りにおいては問題はない。

発明の効果 以上述べたように、液晶に電圧印加して焦点距離を可変
とすることにより、Ｉａ城的可動部のない簡素な構造を
実現し、焦点可変レンズの小型化と、応答性の高速化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例に於ける液晶レンズの
構成図、第２図は同レンズの制御電極の１構成図、第３
図同レンズの光の偏光方向の説明図である。 １・・・・・・偏光子、２・・・・・・制御電極、３・
・・・・・液晶、４・・・・・・固定電極、５・・・・
・・偏光子、７・・・・・・透明電極帯、８・・・・・
・絶縁帯。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶と、液晶に電圧を印加する制御電極と、固定
   電極とを有し、制御電極を同心リング形状をした透明電
   極帯と、この透明電極帯どうしを絶縁する絶縁帯とで構
   成し、透明電極帯と結像点との間の光学的距離が等しく
   なる透明電極帯に電圧を印加して、この部分のみ、光が
   透過あるいは不透過である様に構成することによって光
   の収束機能をもたせたことを特徴とする液晶レンズ。
2. （２）液晶と、液晶に電圧を印加する制御電極、固定電
   極とを有し、制御電極を同心リング形状をした透明電極
   帯と、この透明電極帯どうしを絶縁する絶縁帯とで構成
   し、透明電極帯と結像点との間の光学的距離が等しくな
   る透明電極帯に電圧を印加することによって、ここを透
   過する光の偏光面と電圧を印加しない電極帯を透過する
   光の偏光面を互いに直交させたことを特徴とする液晶レ
   ンズ。