JPH04345124A - 焦点距離可変液晶レンズ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦点距離可変液晶レン
ズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶の電気光学効果を利用し
て焦点距離を可変とした焦点距離可変液晶レンズが知ら
れている。例えば、特開昭６０−５０５１０号公報には
、レンズの形状を有し、一対の透明基板で画定された空
間に誘電異方性が正の電界効果形液晶を封入した液晶セ
ルよりなり、液晶分子を基板に平行となるように一方向
に配向させた焦点距離可変液晶レンズが開示されている
。

【０００３】この液晶レンズにしきい値以上の交流電圧
を印加すると、電子分極により分極している液晶分子は
長軸の向きを電圧印加方向に変える。このため、印加電
圧の大きさを制御することにより、基板に平行に配向し
ていた液晶分子の長軸の向きを基板に対して垂直方向に
連続的に変えることができる。したがって、液晶分子の
配向の方位に偏光した入射光に対して、液晶セルのみか
けの屈折率は異常光に対する値から常光に対する値まで
連続的に変化する。このように、印加電圧により液晶分
子の配向方向を制御して液晶セルのみかけの屈折率を変
化させることにより、レンズの焦点距離を異常光に対す
る値から常光に対する値まで連続的に変化させることが
できる。

【０００４】なお、基板に対して垂直配向させた誘電異
方性が負の液晶を用いると、印加電圧に対する焦点距離
の変化が逆になる。また、磁界を加えても液晶分子の配
向状態を変えることができるので、磁界による焦点距離
可変のレンズとすることもできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の焦
点距離可変液晶レンズでは、入射光の偏光方向を液晶分
子の配向方向に一致させるために、偏光板を必要とする
。このため、常に偏光板による６０〜７０％の透過損失
が避けられず、明るい焦点距離可変レンズとすることが
できないという問題点がある。

【０００６】このような問題点を解決するものとして、
偏光板を不要とした焦点距離可変液晶レンズが特開昭６
０−５１８１８号公報に開示されている。この液晶レン
ズは、同一の特性を有する２枚の液晶による焦点距離可
変レンズＡ、Ｂを、電圧を印加していないときの各々の
液晶分子の配向方向が互いに直交するように重ね合わせ
た構造としたものである。このレンズで、偏光板が不要
となる理由は以下の通りである。

【０００７】入射光は、互いに直交する２つの偏光成分
、つまりレンズＡの液晶分子の配向方向とレンズＢの液
晶分子の配向方向とに分解することができる。まず、レ
ンズＡにおける配向方向と平行な偏光成分がレンズＡに
入射した場合を考える。この偏光成分はレンズＡに対し
て異常光線となる。したがって、この状態でレンズＡに
電圧を印加すると、液晶分子は電圧に応じて徐々に電極
に垂直な方向に向きを変えるので、異常光線成分に対し
て液晶レンズＡのみかけの屈折率は異常光に対する値か
ら常光に対する値まで連続的に変化し、焦点距離可変の
効果を受けることができる。このレンズＡに対しての異
常光線成分はレンズＢでは常光成分となるため、みかけ
の屈折率は変化せず焦点距離可変の効果を受けない。 したがって、そのまま直進する。一方、もう一方の入射
光成分であるレンズＡで常光に相当する偏光成分はレン
ズＡではみかけの屈折率は変化せず、焦点距離可変の効
果は受けないが、レンズＢでは異常光に相当する成分と
なるため、上述のレンズＡに異常光が入射した場合と同
様に、液晶レンズＢのみかけの屈折率は変化し焦点距離
可変の効果を受けることになる。ここで、レンズＡ及び
レンズＢに同じ電圧を印加すれば互いに等しい焦点距離
可変の効果を及ぼすことになる。したがって、２枚の焦
点距離可変レンズの光軸方向を互いに直交するように重
ねることにより、あらゆる方向に対して焦点距離可変の
レンズとして動作することとなり、偏光板を使用するこ
となく入射光の偏光方向に無関係に焦点距離を可変でき
るレンズとすることができる。

【０００８】このように、上記特開昭６０−５１８１８
号公報に開示された焦点距離可変液晶レンズでは、偏光
板を不要にすることはできたが、偏光板を不要とするた
めにレンズを２枚必要とするので、構造が複雑で、かさ
ばり重くなるという欠点がある。本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、偏光板が不要で、かつ構造が
簡単な焦点距離可変液晶レンズを提供することを解決す
べき技術課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の焦点距離可変液
晶レンズは、レンズの形状を有し、相対向する内周面に
それぞれ配向膜をもつ一対の透明基板で画定された空間
に液晶を封入することにより形成され、外部からの電界
又は磁界の印加により液晶分子の配向状態を制御して液
晶のみかけの屈折率を連続的に変化させるようにした焦
点距離可変液晶レンズであって、一対の前記配向膜の配
向処理方向が互いに垂直方向となされていることを特徴
とする。

【００１０】

【作用】本発明の焦点距離可変液晶レンズでは、一対の
配向膜の配向処理方向が互いに垂直となされ、両基板間
で液晶分子が互いに垂直方向となるように配向している
。ここで、一方の透明基板の配向処理方向をｐとし、他
方の透明基板の配向処理方向をｑとする（ｐ⊥ｑ）。

【００１１】この液晶レンズに入射する入射光は、互い
に直交する２つの偏光成分、つまり一方の透明基板の配
向処理方向ｐと平行なａ方向の偏光成分と他方の透明基
板の配向処理方向ｑと平行なｂ方向の偏光成分とに分解
することができる。電界又は磁界を印加していない状態
では、一方の透明基板の配向処理方向ｐと平行なａ方向
の入射光の偏光成分は、一方の透明基板の配向処理方向
ｐと平行に配向した液晶分子の長軸方向と一致しこれら
の液晶分子に対して異常光線となる。また、他方の透明
基板の配向処理方向ｑと平行なｂ方向の入射光の偏光成
分は、他方の透明基板の配向処理方向ｑと平行に配向し
た液晶分子の長軸方向と一致しこれらの液晶分子に対し
て異常光線となる。

【００１２】そして、電界又は磁界を印加すると、液晶
分子は電圧に応じて徐々に電極に垂直な方向に向きを変
えるので、上記ａ方向及びｂ方向の入射光の異常光線成
分に対して液晶のみかけの屈折率は異常光に対する値か
ら常光に対する値まで連続的に変化し、焦点距離可変の
効果を受けることができる。したがって、本発明の焦点
距離可変液晶レンズでは、入射光の偏光方向に無関係に
焦点距離を可変できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を説明する。 （実施例１）図１の断面図に示す本実施例の焦点距離可
変液晶レンズは、平凹レンズ（本発明の透明基板をなす
）１と、平凹レンズ１の内周面に形成された第１透明導
電膜２と、第１透明導電膜２の表面に形成された第１配
向膜３と、平板ガラス（本発明の透明基板をなす）４と
、平板ガラス４の内周面に形成された第２透明導電膜５
と、第２透明導電膜５の表面に形成された第２配向膜６
と、平凹レンズ１及び平板ガラス４の周囲を封止して密
閉空間を形成するシール剤７と、上記密閉空間内に封入
された液晶８とから構成されている。なお、第１透明導
電膜２及び第２透明導電膜５は、図示しない電界印加手
段に接続されている。

【００１４】上記第１配向膜３及び第２配向膜６は、ポ
リビニルアルコールの溶液を塗布することにより約１０
００Åの膜厚で形成されている。なお、ポリイミド溶液
を塗布してもよい。そして、第１配向膜３は図１の左右
方向（ｐ方向）にラビング処理され、第２配向膜６は図
１の紙面に垂直方向（ｑ方向）にラビング処理されてい
る。したがって、第１配向膜３及び第２配向膜６の配向
処理方向が互いに垂直方向となされており（ｐ⊥ｑ）、
本実施例の液晶レンズを構成する液晶セルはＴＮ型液晶
セルとなされている。

【００１５】本実施例の焦点距離可変液晶レンズに入射
する入射光は、互いに直交する２つの偏光成分、つまり
第１配向膜３の配向処理方向ｐと平行なａ方向の偏光成
分と第２配向膜６の配向処理方向ｑと平行なｂ方向の偏
光成分とに分解することができる。電界を印加していな
い状態では、第１配向膜３の配向処理方向ｐと平行なａ
方向の入射光の偏光成分は、第１配向膜３の配向処理方
向ｐと平行に配向した液晶分子の長軸方向と一致しこれ
らの液晶分子に対して異常光線となる。また、第２配向
膜６の配向処理方向ｑと平行なｂ方向の入射光の偏光成
分は、第２配向膜６の配向処理方向ｑと平行に配向した
液晶分子の長軸方向と一致しこれらの液晶分子に対して
異常光線となる。

【００１６】そして、第１透明導電膜２及び第２透明導
電膜５に電界を印加すると、液晶分子は電圧に応じて徐
々に第１透明導電膜２及び第２透明導電膜５に垂直な方
向に向きを変えるので、上記ａ方向及びｂ方向の入射光
の異常光線成分に対して液晶８のみかけの屈折率は異常
光に対する値から常光に対する値まで連続的に変化し、
焦点距離可変の効果を受けることができる。

【００１７】したがって、本実施例の焦点距離可変液晶
レンズは、偏光板を使用することなく、入射光の偏光方
向に無関係に焦点距離を可変できる。しかも、本実施例
の液晶レンズは単独のＴＮ型液晶セルより構成されてい
るので、その構造が簡単で、薄型軽量化を図ることがで
きる。 （第２実施例）上記第１実施例の液晶レンズにおける第
１配向膜３及び第２配向膜６の配向処理方向を変更した
第２実施例を示す。

【００１８】第２実施例の液晶レンズにおける第１配向
膜３’は図２に模式的に示すように同心円状にラビング
配向処理され、第２配向膜６’は図３に模式的に示すよ
うに放射状にラビング配向処理されている。したがって
、第１配向膜３’及び第２配向膜６’の配向処理方向が
互いに垂直方向となされており、本第２実施例の液晶レ
ンズでは、上記第１実施例の液晶レンズと同様の作用効
果に加えて、液晶分子の一様な分子配向状態を得ること
ができ、レンズとしての光学的特性をさらに向上させる
ことができる。すなわち、平凹レンズ１の曲面状の壁面
に沿って形成される第１配向膜３’が同心円状に配向処
理されていると、液晶分子は上記曲面状の壁面に沿って
中心対称的に配向することになるため、配向の場所的な
不均一さが無くなり、上記曲面状の壁面全域で均一な分
子配向状態が得られる。

【００１９】なお、第１配向膜３’を放射状に配向処理
し、第２配向膜６’を同心円状に配向処理しても同様の
効果を得ることができる。また、同心円状の配向処理は
、ポリビニルアルコールなどの溶液を塗布した基板を回
転させながら綿布等でラビング（摩擦）することにより
行うことができる。また、放射状の配向処理は、スリッ
トの入った覆板を利用して周方向に部分的にラビング処
理を行いながら基板を回転させて全周にラビング処理す
ることにより行うことができる。

【００２０】上記実施例では、電界を印加することによ
り液晶分子の配向状態を制御する例を示したが、磁界を
印加する場合にも本発明を適用することができる。また
、フレネルレンズ等を利用した液晶レンズにも本発明を
適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の焦点距離
可変液晶レンズは、偏光板を用いることなく、単独の液
晶セルで入射光の偏光方向に無関係に焦点距離を可変で
き、構造の簡素化及び薄型軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の焦点距離可変液晶レンズを示す断面
図である。

【図２】第２実施例の焦点距離可変液晶レンズにおける
第１配向膜の配向方向を模式的に示す図である。

【図３】第２実施例の焦点距離可変液晶レンズにおける
第２配向膜の配向方向を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１は平凹レンズ、２は第１透明導電膜、３、３’は第１
配向膜、４は平板ガラス、５は第２透明導電膜、６、６
’は第２配向膜、７はシール剤、８は液晶である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レンズの形状を有し、相対向する内周
   面にそれぞれ配向膜をもつ一対の透明基板で画定された
   空間に液晶を封入することにより形成され、外部からの
   電界又は磁界の印加により液晶分子の配向状態を制御し
   て液晶のみかけの屈折率を連続的に変化させるようにし
   た焦点距離可変液晶レンズであって、一対の前記配向膜
   の配向処理方向が互いに垂直方向となされていることを
   特徴とする焦点距離可変液晶レンズ。