JPH0477722A - 電気光学レンズ - 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】 「産業上の利用分野コ 本発明は電気光学レンズに関する。

［従来の技術］ 直方体形状に形成された電気光学媒体の１対の面に電極
対を電極同士が互いに対向するように配備し、この電極
対に電圧を印加することにより１方向的なレンズ作用を
生起させ得るようにした電気光学レンズが知られている
（特開平１−２３００１７号公報）。

このような電気光学レンズは電極対に印加する電圧を変
化させることにより極めて容易にレンズ作用の焦点距離
を変化させることが出来るので、各種光学系に於ける調
整や制御への応用が意図されている。

「発明が解決しようとする課題］ 上記電気光学レンズは、そのレンズ作用が電気光学媒体
の温度に依存して変動し易いので電気光学レンズの光学
性能を安定させるために高価な温度制御手段等を必要と
するという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
温度変化によるレンズ作用変化を有効に軽減した電気光
学レンズの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を特徴する 請求項１の電気光学レンズは、２対の電極対を形成され
た電気光学媒体と、電圧印加手段とを有する。

「電気光学媒体」としては、電気光学効果即ち電界の作
用により屈折率の変化する材料を利用することができる
。

電気光学媒体は直方体形状に形成される。

２対の「電極対」は、電気光学媒体の互いに対向する１
対の面に形成される。電気光学媒体は直方体形状に形成
されるので互いに対向する面は３対あるが、このうちで
電極対により電気光学媒体に所望のレンズ作用を生起さ
せ得る所定の対の各面に電極対を形成するのである。

各電極対を構成する電極は互いに対向するように形成さ
れる。電極対を構成する電極が互いに対向するとは［電
極対の形成された面に直交する方向から上記面に平行な
面に各電極を射影すると各電極の射影が電極対ごとに重
なり合うＪことを意味する。従って、個々の電極対を構
成する１対の電極は互いに合同的な同一形状である。

「電圧印加手段」は、上記２対の電極対の各々に電圧を
印加するための手段である。

請求項１の電気光学レンズの特徴は「２対の電極対の内
の一方によるレンズ作用が集束性のレンズ作用であり、
他方の電極対によるレンズ作用が発散性のレンズ作用で
ある」点にある。

請求項２の電気光学レンズは、請求項１の電気光学レン
ズを２個、光路上に配備し、各電気光学レンズのレンズ
作用の方向が互いに直交するようにし、電気光学レンズ
間に１／２波長板を配備したことを特徴とする。

上記請求項１．２の電気光学レンズに用いられる電気光
学媒体としては例えばＰＬＺＴ電気光学結晶が好適であ
る（請求項３）。

［作　　用］ 上記のように、本発明の電気光学効果では同一の電気光
学媒体に集束性のレンズ作用と発散性のレンズ作用を持
たせている。

電気光学媒体の温度が変化すると上記集束性・発散性の
各レンズ作用は、その強さが同時に強まるか同時に弱ま
る。このため集束性・発散性の各レンズ作用を合成した
全体としてのレンズ作用では、温度の影響は上記各レン
ズ作用の変化により相殺される。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図に於いて符号１０は電気光学レンズを示している
。電気光学レンズ１０は電気光学媒体１２と電極対１４
．１６と、これら電極対１４．１６に電圧を印加するた
めの電圧印加手段１８．２０を有している。

説明の具体性のため、電気光学媒体１２はＰＬＺＴ電気
光学結晶で形成されているものとする。

電気光学媒体１２は直方体形状に形成され、図のように
Ｘ、　Ｙ、　Ｘ方向を定めると電気光学媒体１２の各稜
線はこれらＸ、　Ｙ、　Ｘ方向に平行である。

電極対１４．１８は電気光学媒体１２の、ＸＹ平面に平
行な２つの面に形成されている。前述のように、これら
電極対を構成する電極の形状は各電極対に於いて互いに
等しく、Ｘ方向から見ると各電極対における電極同士が
互いにぴたりと重なり合う。

電極対１４は図に示すように、方形状の電極膜の中央部
分を半円形に除去した形状の電極１対で構成されている
。電極対１６は半円形状の１対の電極膜で形成されてい
る。これら電極の半円形状の円弧部分はＸ方向に張りだ
し、直径に当たる直線部分はＸ方向に平行である。

電気光学媒体１２を構成するＰＬＺＴ電気光学結晶の電
気光学効果は組成により異なる。ここでは９０／６５／
３５の組成を想定して説明する。この場合、結晶の対称
性は立方晶に属し中心対称性を持つ。

従って１次の電気光学効果はなく２次の電気光学効果の
みとなる。

電気光学媒体１２においてＰＬＺＴ電気光学結晶の光軸
方向はＹ方向であり、電極対１４．１６に電圧を印加す
ると電界はＸ方向に作用する。

電界Ｅ２が作用したときの屈折率楕円体は、次の式によ
り表すことができる。

［（Ｘ２＋Ｙ２）／ｎｏ（１−（１／２）ｎｇＲＩ　Ｊ
ｉ）２］十［Ｚ２／ｎ、ｏ（１−（１／２）ｎｇＲ３３
Ｅｉ）２］・１　　　　（１）従って、各成分の屈折率
変化△ｎＸ、△ｎＹ、△ｎ２は△ｎＸ・△ｎＹ＝−（１
／２）ｎｇＲｌ　３［（２）△ｎｚ＝−（１／２）ｎｉ
ｉＲ３３Ｅｚ　　　　　　　　（３）となる。なおｎ。

はＥ２＝ＯにおけるＰＬＺＴ電気光学結晶の屈折率、Ｒ
１３＋　Ｒ３３は２次電気光学係数のマトリックス成分
を表す。

第１図に示すように、Ｘ方向に直線偏光した平行光束を
Ｙ方向に透過させつつ、電界Ｅ２をＸ方向に印加すると
、電界の作用した部分の屈折率のＺ成分ｎ２は ｎｚ・ｎｏ（１−（１／２）ｎｇＲ３Ｊｚ）　　　　　
　　（４）となる。即ち電界が作用している部分では電
気光学媒体１２の屈折率がｎ。からｎ２へ、電界Ｅ２の
２乗に比例して低下する。

第１図に於いて電圧印加手段１８により電極対１４に電
圧を印加すると、電極膜に対応した部分では電気光学媒
体１２の屈折率が下がるから、屈折率の低下した部分に
囲まれて相対的に屈折率の高い部分として半円柱状の部
分が残される。この半円柱状の部分はＸ方向に正のパワ
ーを持つシリンダーレンズと同等に作用する。即ち電極
対１４に電圧印加を行うと、Ｘ方向に正のパワーを持っ
た１方向的な集束性のレンズ作用が実現される。

電極対１６に電圧印加手段２０により電圧を印加すると
、周囲の屈折率ｎ。より低い屈折率ｎ２を持つ部分が半
円柱状に形成されるので、この部分はＸ方向に負のパワ
ーを持つシリンダーレンズとして作用する。即ち電極対
１４に電圧印加を行うと、Ｘ方向に負のパワーを持った
１方向的な発散性のレンズ作用が実現される。

各レンズ作用は印加電圧が大きくなるほど強くなる。各
電極対に電圧印加手段１８．２０により印加する電圧を
変化・調整することにより合成レンズ作用による焦点距
離を変化・調整できる。

かくして電気光学レンズ１０は、Ｘ方向へ直線偏光しＹ
方向へ透過する光束に対して集束性および発散性の１方
向的なレンズ作用を及ぼすことができる。これらレンズ
作用の強弱を調整することにより合成レンズ作用を集束
性もしくは発散性とすることができる。

第１図の例では合成のレンズ作用を集束性としている。

従って電圧印加手段１８．２０による電圧印加を行うと
透過光束はＸ方向へ１方向的に集束してＸ方向に平行な
線像が結像される。

電極対１４の各電極における半円形の除去部分の半円部
の半径をｒｌ、電極対１６の各電極における半円部の半
径をｒ２とすると、電界が作用したときの焦点距離ｆｔ
、ｆｚに対して、集束性レンズ効果に就いては （１／ｆｌ）＝−（△ｎ、ｚ／ｎｏ）１／ｒ＋　　　　
　　　（５）発散性のレンズ効果に就いては ０／ｒ２）＝−（△ｎ’ｚ／ｎｏ）１／ｒｚ　　　　　
　（６）が成り立つ。△ｎｚと△ｎｚとは作用する電界
Ｅ２がおなじ大きさなら互いに等しくなる。

△ｎｚ、△ｎ’ｚは温度による変化量が大きく、温度が
上昇すると△ｎｚ、△ｎ’ｚとも小さくなり、これはレ
ンズ作用に於けるＸ方向のパワーの絶対値が小さくなる
ことを意味する。従って温度が高くなるとり、ｆ２とも
絶対値が大きくなる。

電気光学レンズ１０全体としてのレンズ作用は集束性の
レンズ作用と発散性のレンズ作用の合成作用であり、集
束性のレンズ作用が弱まる（強まる）と発散性のレンズ
作用も弱まる（強まる）ので、合成レンズ作用自体の変
化は小さくなる。

即ち第１図の電気光学レンズｌＯは、温度変化によるレ
ンズ作用変化を自動的に有効に軽減する補償機能を有し
ているのである。

電極対を構成する電極のパターンは第１図の実施例のも
のに限らず種々のものが可能である。

第２図に電極のパターンを５種示す。何れも斜線を施し
た部分が電極の形状を与える。

第２図（Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）に示すパターンの電極で
は、同図の上下方向を第１図のＹ方向に対応させて、ｔ
ｋ’ＦＴ２ｅｔ−した場合、何れも１方向的な集束性の
レンズ作用を実現できる。また同図（Ｄ）　（Ｅ）のパ
ターンの電極により電極対を形成し、図の上下方向を上
記Ｙ方向に対応させれば１方向的な発散性のレンズ作用
を実現できる。この外にも特開平１−２３００１７号公
報に開示されているパターンを適宜、利用できる。

これら集束性のレンズ作用を実現する電極パターンと発
散性のレンズ作用を実現する電極パターンを任意に組合
せて、本発明の電気光学レンズを実施できる。

第３図は請求項２の電気光学レンズの１実施例を示して
いる。電気光学媒体としてはここでもＰＬＺＴ電気光学
結晶を想定している。

電気光学レンズ３０．４０はともに合成のレンズ作用と
して１方向的な集束性のレンズ作用を持つ。

図に示すように集束性のレンズ作用を与える電極パター
ンとしては第１図の電極対１４のパターン及び第２図（
Ａ）のパターンが採用され、発散性のレンズ作用を与え
る電極パターンとしては第２図（Ｄ）のパターンが採用
されている。

符号３８．３９．４８．４９は電圧印加手段を示す。

レンズ作用は、電界の作用方向に直線偏光した光束に作
用するので電気光学レンズ３０へは、電界の作用方向、
即ち２方向に直線偏光した光束を入射させ、その後１／
２波長板５０により偏光面を９０度旋回させて、電気光
学レンズ４０に入射させる。

電気光学レンズ４０では電界の作用方向がＸ方向である
ので、Ｘ方向に偏光面を旋回された光束は電気光学レン
ズ４０によってレンズ作用を受ける。

電気光学レンズ３０．４０における合成レンズ作用は何
れも集束性であるので、これら電気光学レンズを透過し
た光束にはＺ及びＸ方向の集束性のレンズ作用が作用さ
れる。その結果、例えば光束を１点に集束させることも
できる。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な電気光学レンズを提供でき
る。このレンズでは１方向的な集束性・発散性のレンズ
作用が温度変化によるレンズ作用の変化を互いに打ち消
し合うように作用するので、合成的なレンズ作用に於い
て温度変化の影響を有効に軽減・補償できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１の電気光学レンズの１実施例亮７園 ンズの１実施例を示す図である。 １０、、、電気光学レンズ、１２．、、電気光学媒体、
１４゜壱Ｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直方体形状に形成され互いに対向する１対の面に、
   ２対の電極対を各電極対の電極同士が互いに対向するよ
   うに配備された電気光学媒体と、上記電極対の各々に電
   圧を印加する電圧印加手段とを有し、上記各電極対に電
   圧を印加することにより１方向的なレンズ作用を生起さ
   せ得るようにしてなり、 上記２対の電極対の内の一方によるレンズ作用が集束性
   のレンズ作用であり、他方の電極対によるレンズ作用が
   発散性のレンズ作用であることを特徴とする、電気光学
   レンズ。 ２、請求項１の電気光学レンズを２個、光路上に配備し
   、各電気光学レンズのレンズ作用の方向が互いに直交す
   るようにし、電気光学レンズ間に１／２波長板を配備し
   たことを特徴とする電気光学レンズ。 ３、請求項１または２に於いて、 電気光学媒体がＰＬＺＴ電気光学結晶であることを特徴
   とする電気光学レンズ。