JPH0361923A - 屈折力可変ミラーレンズ - 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〕 この発明は、複屈折性を示す光学材料が、電圧印加等に
より、屈折力が変化することを利用した屈折力可変ミラ
ーレンズに関する。

〔従来の技術〕

外部から印加する電圧を調節することにより、単レンズ
の屈折力を変化させることが可能なレンズの代表的なも
のに、液晶材料を使用したいわゆる液晶レンズがあり、
この液晶レンズは。

特開昭５２−３２３４８号公報、特開昭５４−９９６５
４号公報、および特開昭５９−２２４８２０号公報など
において既に提案されている。

例えば、特開昭５９−２２４８２０号公報に記載の屈折
力可変液晶レンズでは、液晶の初期配向時の液晶ディレ
クターの方向に偏光板の透過軸を揃えて使用している。

この結果、Ｎ圧を印加しない状態においては、液晶レン
ズは異常光に対する屈折力を示し、電圧を充分印加した
状態においては、電気力線に並行となるように電極間に
封入された液晶分子が回転し、レンズ形状は変わらずに
屈折力が変化し、常光に対する屈折力を示すことになる
。またその中間の印加電圧においては、印加した電圧の
値に応じて連続的に屈折力を変化させることが可能とな
っている。

さらに特開昭６２−１７０９３３号公報には、上記屈〆
可変レンズを透過型ではなく反射型で用いる屈折力可変
ミラーレンズが提案されている。第４図に示したこの屈
折力可変ミラーレンズは大きく分けて、入射光をある特
定の偏光方向を持つ直線偏光光に変える偏光板２と、こ
の偏光光を所望の屈折力によって屈折させるように上記
偏光板後方に設けられた屈折力可変レンズ部１と、この
レンズ部１の後方に、レンズの透過光を再びレンズ内に
向けて反射する向きに設けられた反射ミラー３とからな
る。また上記レンズ部１は詳しくは、凹部を有する透明
基板４と平板状の透明基板５をスペーサー６を介しては
り合わせ、これによってできたレンズ状の空間に液晶７
を封入したものとなっている。さらに上記透明基板４及
び５の対向する表面上には透明導電層８，９及び配向層
１０．１１が形成されている。また透明導電層８，９に
はこの導電層間に電圧を印加するための電圧調整回路１
２と交番電圧源１３とスイッチ１４が直列に接続されて
いる。

このような構成の屈折力可変ミラーレンズに入射した光
は、屈折力可変ミラーレンズによって所定の屈折力を与
えられ屈折されることになる。透明導電層８，９間に印
加する電圧を電圧調整回路１２により変化させると、こ
の電圧変化に応じてレンズ部に封入された液晶７の液晶
分子が回転し、液晶分子のディレクターが変化する。こ
のことにより液晶レンズの屈折力が変化して視野角を変
化させることができるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような屈折力可変ミラーレンズは液晶レンズに限ら
ず、その複屈折性を利用するため一般に偏光板を組み合
わせて、入射光を特定方向に直線偏光された光とし、こ
の偏光光に対して屈折力可変効果をひきだしている。

偏光板を用いなければ、例えば凸レンズの場合、常光と
して屈折力を受けた光と、異常光として屈折力を受けた
光が二つの焦点を結ぶこととなって、二重像が発生する
。このためこのような屈折力可変レンズの多くのものに
ついては偏光光を利用することが必要不可欠である。

ところが、従来のそのようなレンズでは、偏光板により
、常光１常光のどちらか一方に偏光された光を使用する
ため、光の偏光板における透過率が最大でも５０％とな
り、利用可能な光量が半分以下になってしまうという欠
点がある。

また、このような屈折力可変ミラーレンズを、単体では
なく他の偏光ビームスプリッタ−などの光学部品と組み
合わせて使用すると、他の光学部品と屈折力可変ミラー
レンズの偏光板とが、丁度クロスニコルにおける偏光子
と検光子の関係を構成してしまうことがあり、光学系の
レンズの歪が色づいて見えることがあるという偏光を扱
う光学系に共通の欠点もある。

そこでこの発明は、上述のような問題点に着目してなさ
れたものであり、利用可能な光量を増大して光の反射率
を向上させることができ、無偏光光を入射させても二重
像が発生しない、屈折力可変ミラーレンズを提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前述のような問題点を解決し、ｇ的を達成するためこの
発明は、複屈折性を示す光学材料からなり、外部信号に
応じて屈折力が変化するレンズと、このレンズの透過光
を再びレンズ内へ導くためのミラーとから成る屈折力可
変ミラーレンズにおいて、上記レンズと上記ミラーの間
に４分の１波長板を配設して屈折力可変ミラーレンズを
構成したものである。

〔作用〕

このような手段に基づく作用について説明する。４分の
１波長板とミラーを組み合わせた光学系に入射した光の
進み方は、まず４分の１波長板に直線偏光が入射すると
、出射光は円偏光となり、この円偏光がミラーで反射さ
れると回転が反対まわりとなる６そして再び先の４分の
１波長板にこの円偏光が入射すると、直線偏光にもどる
が、偏光方向は最初の直線偏光とは９０＠ずれている。

この発明の屈折力可変ミラーレンズにおいてはこのｙＫ
ｌｌＩが応用されている。

この発明による屈折力可変ミラーレンズが偏先板により
直線偏光とされていない光、すなわち無偏光光を入射さ
せても２重像を生じないという点について説明するため
、まずある方向に偏光した直線偏光が、この発明の屈折
力可変ミラーレンズに入射したものとして第３図を用い
て説明をする。なお、この図では、４分の１波長板と複
屈折材料の境界面で起きる屈折については、説明の簡単
化のため、省略して描いである。　いま、第３図におい
て、複屈折性を示す光学材料で作られたレンズの光学軸
は紙面上下方向であり、また破線で示した入射光の偏光
方向が紙面と平行な方向であるとし、これをＡで表わす
と、＊ず入射した直線偏光Ａは異常光に対する屈折力Ｄ
ｅを受けその光路は曲がってゆく。

次にその出射光が４分の１波長板に入射し、ミラーで反
射され、再び４分の１波長板を通って戻ってくると、偏
光方向は９０＠ずれるため、今度は常光に対する屈折力
Ｄｏを受けることになる。

以上のことは式で表現すれば、入射光Ａに対する最終的
な屈折力をＤＡとすると、ミラーレンズが薄肉レンズと
見なし得る場合は、 ＤＡ　＝　Ｄｏ　＋　Ｄｏ　　　　　　　　　（１）と
表わされることになる。複屈折性を示す光学材料を利用
して作られた屈折力可変ミラーレンズでは、電圧などの
外部信号（Ｖ）に応じて液晶分子が回転し異常光に対す
る屈折力Ｄｏが変化する。即ち、ＤｏはＶの関数となり
、 Ｄｅ　＝Ｄｏ　（Ｖ）　　　　　　　　　　（２）であ
るから、最終的な屈折力Ｄ＾は ＯＡ　＝　Ｄｅ　（Ｖ）　十Ｄｏ　　　　　（３）と表
わされる。

一方、第３図に実線で示した入射光の偏光方向が１紙面
と垂直な方向であるとし、これをＢと表わすと、入射光
Ｂが初めに受ける屈折力はＤｏであり、ミラーで反射し
た後にＤｅの屈折力を受けることになる。これをＡと同
様に式で表現すれば、最終的な屈折力ＤＢは ＤＢ　密生＝　Ｄｏ　＋　Ｄｏ　（Ｖ　）　　　　（４
）となり、（３）、　（４）式より Ｄ＾＝　ｏ、、　　　　　　　　　　　　　（５）とな
ることがわかる、なお、上述の説明において電圧により
変化する異常光に対する屈折力Ｄｅとは、入射光方向か
ら見た。レンズの見かけ上の屈折力である。

上式（５）は、この発明の屈折力可変ミラーレンズが任
意の２つの直交する偏光方向を持つ光に対して、等しい
屈折力が作用することを示し、このことからあらゆる偏
光方向をもつ光。

すなわち無偏光光が入射したとしても、２重像を生じる
ことなく屈折力可変ミラーレンズとして機能するという
ことが理解できる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

第１図はこの発明による屈折力可変ミラーレンズの第１
の実施例を説明するための断面図である。なお、第４＠
に示した従来の屈折力可変ミラーレンズと同一の部材に
は同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

第１図に示したこの実施例の屈折力可変ミラーレンズは
大きく分けて３つの部分からなる。

一つ目は、屈折力可変レンズ部ｌであり、自然光である
入射光を所望の屈折力で屈折させるはたらきをする。二
つ目は４分の１波長板１５であり、屈折力可変レンズ部
１の後方に設けられており、屈折力可変レンズ部１から
の透過光の互いに垂直な方向に振動する成分に対し、４
分の１波長の光路差を持たせるはたらきをしている。

三つ目は反射ミラー３であり、４分の１波長板１５の後
方に設けられており、４分の１波長板１５の透過光を再
び４分の１波長板内に反射するはたらきをしている。

また上記屈折力可変レンズ部１は詳しくは凹部を有する
光学ガラス基板４と、平板状の光学ガラス基板５を絶縁
性スペーサー６を介して貼り合わせ、これによってでき
たレンズ状の空間に複屈折性を示す光学材料としてネマ
チック液晶７を封入したものとなっている。さらに上記
光学ガラス基板４．及び５の互いに対向する表面上には
、Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ　）
からなる透明導電層８，９がそれぞれ形成されている、
さらにこの透明導電層８，９の表面上にはポリビニルア
ルコールからなる液晶配向層１０゜１１がそれぞれ形成
されており、この配向Ｎ１０゜１１の間に、上記液晶７
が封入されている。また上記透明導電Ｎ８，９には電圧
調整回路１２と交番電圧源１３とスイッチ１４が直列に
接続されている。

このように構成されたこの実施例に入射した光の進み方
については先に述べた通りなので省略するが、この実施
例に示す屈折力可変ミラーレンズによれば、偏光板では
なく、４分の１波長板を用いることにより、反射率の高
い屈折力可変ミラーレンズとすることができる。そのた
め従来、光量の低下のため実質的に不可能であったハー
フミラ−と組み合わせることもでき。

屈折力可変ミラーレンズの応用範囲を広げることができ
る。

比較のため、第４図に示した従来タイプの屈折力可変ミ
ラーレンズを作製し、この実施例における屈折力可変ミ
ラーレンズと反射光量を測定したところ、従来の偏光板
を用いるタイプが入射光の３０％しか光を反射しないの
に対し、この実施例のレンズでは１反射光は入射光の８
０％の光量を持っていた。

また、偏光板を用いないため、前述のようなレンズの歪
が見えるなどの偏光光学系特有の問題も発生しない、さ
らに４分の１波長板による光の振動面の回転により、常
光、異常光が補償し合い、光学軸上の非点収差を取り除
くことができる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。

第２図はこの発明の第２の実施例である。この実施例が
前述の実施例と異なる点は、屈折力可変レンズ部ｌの透
明基板４の、透明基板５と対向する表面の形状を図に示
すように鋸歯状とし、屈折力可変レンズ部ｌが、フレネ
ルレンズを構成するようにした点にある。

この第２の実施例においても、上記第１の実施例と同様
な作用効果を有する。さらにこの実施例では、屈折力可
変ミラーレンズ部ｌ自体を薄くすることができるので、
屈折力可変に伴う主点位置の変動を非常に小さくするこ
とができるという効果が得られるものである。

以上、実施例により述べてきたこの発明の屈折力可変ミ
ラーレンズは、例えば自動車のフェンダ−ミラーに応用
すれば、運転席から容易に視野を変えることができるフ
ェンダ−ミラーとすることができ、死角を少なくするこ
とができる。また複写機などに使用される露光光学系の
反射鏡に利用すれば、コピー倍率を変える時、従来に比
ベレンズの動きを少なくした光学系を容易に作ることが
できる。さらにこのミラーレンズをカメラのファインダ
ーに用いれば１倍率を可変としたファインダー光学系を
構成することも可能となる。

なお、第１及び第２の実施例においては複屈折性を示す
光学材料としてネマチック液晶を用いたが、この発明は
これに限定されるものではなく１例えばリチウムナイオ
ベート、あるいはリチウムタンタレートなど、結晶が電
気光学効果を示す材料も、複屈折性を示す光学材料とし
て使用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明は、複屈折性を示す光学材
料からなり、外部信号に応じて屈折力が変化するレンズ
と、このレンズの透過光を再びレンズ内へ導くためのミ
ラーとから成るミラーレンズにおいて、上記レンズと上
記ミラーの間に４分の１波長板を配設したことにより、
光の反射率が高く、かつ二重像を発生しない屈折力可変
ミラーレンズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の屈折力可変ミラーレンズの第１の実
施例を示す断面図、第２図はこの発明の第２実施例であ
るフレネルレンズ型の屈折力可変ミラーレンズを示す断
面図、第３図はこの発明の屈折力可変ミラーレンズに任
意の直線偏光を入射した時の光路を示す模式図、第４図
は従来の屈折力可変ミラーレンズの断面図である。 １−−−−−一屈折力可変しンズ部 ２−−−−−−偏光板 ３−−−−−一反射ミラー ４．５−透明基板 ６−−−−−−スペーサー ７−−−−−−複屈折材料（液晶） ８．９−透明導電層 １０、１１−一配向層 １２−−−−−一電圧調整回路 １３−−−−−一交流電圧源 １４−−−−−−スイッチ １５−−一−−−４分の１波長板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複屈折性を示す光学材料からなり、外部信号に応
   じて屈折力が変化するレンズと、このレンズの透過光を
   再びレンズ内へ導くためのミラーとから成る屈折力可変
   ミラーレンズにおいて、上記レンズと上記ミラーの間に
   ４分の１波長板を配設したことを特徴とする屈折力可変
   ミラーレンズ。
2. （２）請求項１記載の屈折力可変ミラーレンズにおいて
   、上記レンズが液晶レンズであることを特徴とする屈折
   力可変ミラーレンズ。