JPH11133449A - Optical device - Google Patents

Optical device

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JPH11133449A
JPH11133449A JP30160097A JP30160097A JPH11133449A JP H11133449 A JPH11133449 A JP H11133449A JP 30160097 A JP30160097 A JP 30160097A JP 30160097 A JP30160097 A JP 30160097A JP H11133449 A JPH11133449 A JP H11133449A
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liquid crystal
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electrode group
layer
electrode
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Shiro Suyama
史朗 陶山
Kinya Kato
謹矢 加藤
Kazutake Kamihira
員丈 上平
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device capable of attaining high speed driving, having high uniformity, allowed to be easily manufactured and capable of actively, continuously and periodically changing optical characteristics. SOLUTION: In the optical device having a layer 12 including a liquid crystal(LC) layer, a transprent substance layer 11 of which surface contacting with the LC layer has a required curved surface shape, a 1st electrode group constituted of plural mutully parallel electrodes, a 2nd electrode group opposed to the 1st electrode group in parallel through the layer including the LC layer and the transparent substance layer, and a driving device 115 for impressing voltage to respective electrodes of the 1st and 2nd electrode groups, voltage of different amplitude is impressed from the driving device to each electrode of the 1st and 2nd electrode groups to change the direction of an electric field in a layer including LC within an area surrounded by two adjacent electrodes 13, 14 of the 1st electrode group and two adjacent electrodes 15, 16 of the 2nd electrode group.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に係わ
り、特に、光学装置の光学的特性、例えば、レンズの焦
点距離、プリズムの偏向角、あるいはレンティキュラレ
ンズの発散角等を、印加電圧により高速、かつ連続的
に、正確に変化できる光学装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device, and more particularly, to the optical characteristics of an optical device, such as the focal length of a lens, the deflection angle of a prism, or the divergence angle of a lenticular lens, by applying an applied voltage. The present invention relates to an optical device that can change accurately at high speed and continuously.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光学装置は、受動的な光学装置が
ほとんどであり、その光学的性質を電圧などによって変
化できる能動的な光学装置の種類は限られていた。その
なかで屈折率可変物質を用いた光学装置としては、例え
ば、図15に示すような液晶レンズなどが提案されてい
る(昭和59年度化学研究費補助金研究成果報告書 N
o.59850048)。
2. Related Background Art Most conventional optical devices are passive optical devices, and the types of active optical devices whose optical properties can be changed by voltage or the like are limited. Among them, as an optical device using a refractive index variable substance, for example, a liquid crystal lens as shown in FIG. 15 has been proposed (Research Report on Chemical Research Grant, 1984, N)
o. 59850048).

【0003】この液晶レンズの構造は、図15に示すよ
うに、高分子またはガラスなどで形成された平凹レンズ
91と、その表面に形成された透明電極93と、その透
明電極93上に形成されたポリイミド等による配向膜9
5と、液晶層92と、これらに対向した対向基板910
上に形成された透明電極94と、この透明電極94上に
形成されたポリイミド等による配向膜96と、これらを
駆動する駆動装置915とから構成される。ここで、液
晶層92には、誘電率異方性が周波数の違いにより逆転
しない通常のネマティック液晶が使用され、また、配向
膜(95、96)は、液晶層92の液晶分子がほぼ平行
に整列するように、ホモジニアス配向状態にしてある。
As shown in FIG. 15, the structure of this liquid crystal lens is a plano-concave lens 91 made of polymer or glass, a transparent electrode 93 formed on the surface thereof, and a transparent electrode 93 formed on the transparent electrode 93. Alignment film 9 made of polyimide, etc.
5, a liquid crystal layer 92, and an opposing substrate 910 opposing these.
It comprises a transparent electrode 94 formed thereon, an alignment film 96 made of polyimide or the like formed on the transparent electrode 94, and a driving device 915 for driving these. Here, for the liquid crystal layer 92, a normal nematic liquid crystal whose dielectric anisotropy is not reversed due to a difference in frequency is used, and the alignment films (95, 96) are formed such that the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 are substantially parallel. It is in a homogeneous alignment state so as to be aligned.

【0004】駆動装置915から透明電極93と透明電
極94との間に電圧を印加しない状態においては、配向
膜(95、96)の作用で液晶層92の液晶分子は対向
基板910にほぼ平行に並ぶように配向する。この場
合、この配向方向に平行な偏光状態の入射光99にとっ
て、液晶層92は平凹レンズ91よりも大きな屈折率を
有しているように見えるため、光学装置全体としては平
凸レンズとして作用し、出射光98のように集束する。
When no voltage is applied between the transparent electrode 93 and the transparent electrode 94 from the driving device 915, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 are substantially parallel to the counter substrate 910 by the action of the alignment films (95, 96). Orient to align. In this case, since the liquid crystal layer 92 appears to have a larger refractive index than the plano-concave lens 91 for the incident light 99 in a polarization state parallel to the alignment direction, the entire optical device acts as a plano-convex lens, It converges like outgoing light 98.

【0005】一方、駆動装置915から透明電極93と
透明電極94との間に適度な電圧を印加した状態におい
ては、印加電圧の作用により、液晶層92の液晶分子は
対向基板910や平凹レンズ91に対して垂直に配向す
る。この場合、入射光99にとって、液晶層92は平凹
レンズ91とほぼ同じ屈折率を有しているように見える
ため、光学装置全体としては単なるガラス板と同様な作
用しか及ぼさず、出射光97は入射光とほぼ同様の方向
に出射する。
On the other hand, when an appropriate voltage is applied between the transparent electrode 93 and the transparent electrode 94 from the driving device 915, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 are moved by the action of the applied voltage to the opposite substrate 910 and the plano-concave lens 91. Oriented perpendicular to In this case, since the liquid crystal layer 92 appears to have almost the same refractive index as the plano-concave lens 91 to the incident light 99, the optical device as a whole has the same effect as a simple glass plate, and the outgoing light 97 The light exits in substantially the same direction as the incident light.

【0006】このように、図15に示す液晶レンズにお
いては、印加電圧によって、平凸レンズの焦点距離を連
続的に変化させることができる。
As described above, in the liquid crystal lens shown in FIG. 15, the focal length of the plano-convex lens can be continuously changed by the applied voltage.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記したように、図1
5に示す従来の光学装置においても、印加電圧によっ
て、光学装置の光学的特性、例えば、平凸レンズの焦点
距離を連続的に変化することは可能であった。
As described above, as shown in FIG.
Also in the conventional optical device shown in FIG. 5, it is possible to continuously change the optical characteristics of the optical device, for example, the focal length of the plano-convex lens, by the applied voltage.

【0008】しかしながら、図15に示す従来の光学装
置においては、電圧を印加しない場合の液晶層92の液
晶分子の配向を配向膜(95、96)の配向規制力のみ
で行っていた。このような光学装置においては、液晶層
92の厚みが数100μm以上と厚くなるため、図17
に示すように、その駆動の際の回復時間が数秒以上と極
めて遅くなるという欠点を有していた。しかも、その回
復時間は電圧を印加しない状態であるため、ほとんど改
善は見られず、その短時間化への方策がないのが現状で
あった。
However, in the conventional optical device shown in FIG. 15, the alignment of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 when no voltage is applied is performed only by the alignment regulating force of the alignment films (95, 96). In such an optical device, since the thickness of the liquid crystal layer 92 is as thick as several hundred μm or more, FIG.
As shown in (1), there is a disadvantage that the recovery time during the driving is extremely slow, which is several seconds or more. In addition, since the recovery time is a state in which no voltage is applied, there is almost no improvement, and there is no measure for shortening the recovery time.

【0009】また、図18に示すように、配向膜(9
5、96)の配向規制力のみで液晶層92の液晶分子を
配向させる場合には、透明電極93の近くにおいては、
例えば、平凹レンズ91の曲面に沿って液晶層92の液
晶分子が配向する。このため、液晶分子の配向が一部分
傾いてしまい、入射光が感じる屈折率が、例えば、平凹
レンズ91の屈折率に近づき、光学的性質の変化量が小
さくなる他、レンズの位置によって光学的性質の変化量
に分布ができてしまうという欠点を有していた。
[0009] As shown in FIG.
In the case where the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 are aligned only by the alignment regulating force of (5, 96), near the transparent electrode 93,
For example, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 are oriented along the curved surface of the plano-concave lens 91. For this reason, the orientation of the liquid crystal molecules is partially inclined, and the refractive index felt by the incident light approaches, for example, the refractive index of the plano-concave lens 91, and the amount of change in the optical properties becomes small. However, there is a drawback that a distribution is generated in the amount of change in.

【0010】また、例えば、平凹レンズ91などの表面
上に透明電極93を形成するため、電圧を印加した状態
においては、透明電極93の近くでは電界がその表面に
垂直な形でかかり、図19に示すように、液晶層92の
液晶分子が透明電極93の表面に垂直な形で配向する。
このため、液晶分子の配向が一部分傾いてしまい、入射
光が感じる屈折率が、例えば、平凹レンズ91の屈折率
とかなり異なる領域が形成され、本来なら偏向をほとん
ど受けずに透過するべき入射光が部分的に偏向などを受
けるという欠点を有していた。
Further, for example, in order to form a transparent electrode 93 on the surface of a plano-concave lens 91 or the like, when a voltage is applied, an electric field is applied near the transparent electrode 93 in a form perpendicular to the surface. As shown in (1), the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 92 are aligned in a form perpendicular to the surface of the transparent electrode 93.
For this reason, the orientation of the liquid crystal molecules is partially tilted, and a region where the refractive index felt by the incident light is considerably different from, for example, the refractive index of the plano-concave lens 91 is formed. Have the disadvantage that they are partially deflected.

【0011】また、平凹レンズ91の表面形状が、さら
に複雑な形状、特に、深い溝や鋭い突起を有するような
場合には、透明電極93の均一な形成が困難になり、さ
らに、液晶層92の液晶分子を配向させるための配向膜
95の配向処理、例えば、ラビング処理なども困難にな
るという欠点を有していた。
When the surface shape of the plano-concave lens 91 is more complicated, especially when it has a deep groove or a sharp projection, it is difficult to form the transparent electrode 93 uniformly. However, there is a disadvantage that the alignment process of the alignment film 95 for aligning the liquid crystal molecules, for example, a rubbing process becomes difficult.

【0012】さらに、図15から分かるように、透明電
極(93,94)間の距離は位置によって異なりこれに
同一の電圧を印加するため、狭くなった部分において絶
縁性の劣化、あるいは短絡等が起こり易いという欠点を
有していた。
Further, as can be seen from FIG. 15, the distance between the transparent electrodes (93, 94) differs depending on the position, and the same voltage is applied to this. It had a drawback that it easily occurred.

【0013】以上説明したように、従来の屈折率可変物
質を用いた能動的な光学装置は、長い回復時間、不均一
性、製作上あるいは能動上の問題等、実用的に用いるに
は多くの欠点を有していた。
As described above, the conventional active optical device using the variable refractive index material has many problems in practical use, such as long recovery time, non-uniformity, problems in manufacturing or active. Had disadvantages.

【0014】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、光学装
置において、高速な駆動が可能で、均一性がよく、製作
が容易であり、かつ能動的に光学的特性を連続的に周期
的変化させることが可能となる技術を提供することにあ
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical device which can be driven at high speed, has good uniformity, and is easy to manufacture. It is an object of the present invention to provide a technique capable of continuously and periodically changing optical characteristics.

【0015】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0017】液晶層を含む層と、前記液晶層に接する面
が所望の曲面の表面形状を有する透明物質の層と、互い
に平行な複数の電極で構成される第1の電極群と、互い
に平行な複数の電極で構成され、前記液晶層を含む層と
透明物質の層とを挾んで第1の電極群と平行に相対向す
る第2の電極群と、前記第1の電極群および第2の電極
群の各電極に電圧を印加する駆動装置とを有する光学装
置であって、前記駆動装置から前記第1の電極群および
第2の電極群の各電極に振幅の異なる電圧を印加し、前
記第1の電極群の隣接する2本の電極と、前記第2の電
極群の隣接する2本の電極とで囲まれる領域内で、かつ
液晶を含む層内における電界方向の向きを変化させるこ
とを特徴とする。
A layer including a liquid crystal layer, a layer of a transparent material having a surface in contact with the liquid crystal layer having a desired curved surface shape, a first electrode group including a plurality of electrodes parallel to each other; A second electrode group composed of a plurality of electrodes, the second electrode group being opposed to the first electrode group in parallel with the layer including the liquid crystal layer and the layer of the transparent material, and the first electrode group and the second electrode group. And a driving device for applying a voltage to each electrode of the electrode group, wherein the driving device applies a voltage having a different amplitude to each electrode of the first electrode group and the second electrode group, The direction of the electric field direction is changed in a region surrounded by two adjacent electrodes of the first electrode group and two adjacent electrodes of the second electrode group and in a layer containing liquid crystal. It is characterized by the following.

【0018】前記駆動装置から前記第1の電極群および
第2の電極群の各電極に位相の異なる電圧を印加し、前
記第1の電極群の隣接する2本の電極と、前記第2の電
極群の隣接する2本の電極とで囲まれる領域内で、かつ
液晶を含む層内における電界方向の向きを、時間周期的
に変化させることを特徴とする。
The driving device applies voltages having different phases to the electrodes of the first electrode group and the second electrode group, and two adjacent electrodes of the first electrode group are connected to the second electrode group. It is characterized in that the direction of the direction of the electric field in a region surrounded by two electrodes adjacent to each other in the electrode group and in the layer containing the liquid crystal is changed periodically.

【0019】前記第1の電極群の隣接する2本の電極
と、前記第2の電極群の隣接する2本の電極とで囲まれ
る領域の重心位置と、前記第1の電極群の隣接する2本
の電極および前記第2の電極群の隣接する2本の電極と
の距離に比例して、前記第1の電極群の隣接する2本の
電極および前記第2の電極群の隣接する2本の電極に印
加する電圧の振幅を増加することを特徴とする。
The position of the center of gravity of the region surrounded by two adjacent electrodes of the first electrode group and the two adjacent electrodes of the second electrode group, and the position of the center of gravity of the first electrode group Two adjacent electrodes of the first electrode group and two adjacent electrodes of the second electrode group are proportional to the distance between two electrodes and two adjacent electrodes of the second electrode group. It is characterized in that the amplitude of the voltage applied to the electrodes is increased.

【0020】前記第1の電極群の隣接する2本の電極お
よび前記第2の電極群の隣接する2本の電極を、前記互
いに平行な複数の電極に直交する面で切った断面で、ほ
ぼ正方位置に配置し、前記第1の電極群の隣接する2本
の電極および前記第2の電極群の隣接する2本の電極に
印加する電圧の位相を、互いに平行な複数の電極に直交
する面で切った断面で、時計周り(あるいは反時計周
り)に90度づつずらしたことを特徴とする。
In a cross section obtained by cutting two adjacent electrodes of the first electrode group and two adjacent electrodes of the second electrode group along a plane orthogonal to the plurality of parallel electrodes, Arranged in a square position, the phases of voltages applied to two adjacent electrodes of the first electrode group and two adjacent electrodes of the second electrode group are orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other. It is characterized by being shifted clockwise (or counterclockwise) by 90 degrees in a cross section cut by a plane.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0022】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
In all the drawings for describing the embodiments, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0023】[実施の形態1]図1は、本発明の実施の
形態1の光学装置の概略構成を示す要部断面図である。
本実施の形態の光学装置は、基板(110,111)
と、透明物質の層11と、液晶層12と、これら透明物
質の層11と液晶層12とを挾む複数の平行な電極(図
1では、4つの電極(13,14,15,16)のみに
番号を付してある)と、これらを駆動するための駆動装
置115とから構成される。ここで、基板(110,1
11)は、例えば、ガラス、高分子、絶縁された金属等
で形成され、透明物質の層11は、例えば、透明な高分
子またはガラス等で形成される。また、液晶層12に
は、例えば、ネマティック液晶またはスメクティック液
晶等が使用される。
[First Embodiment] FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical device according to a first embodiment of the present invention.
The optical device according to the present embodiment includes a substrate (110, 111)
, A transparent material layer 11, a liquid crystal layer 12, and a plurality of parallel electrodes (four electrodes (13, 14, 15, 16) in FIG. 1) sandwiching the transparent material layer 11 and the liquid crystal layer 12. (Only numbers are given to them) and a driving device 115 for driving these. Here, the substrate (110, 1)
11) is formed of, for example, glass, a polymer, an insulated metal or the like, and the transparent material layer 11 is formed of, for example, a transparent polymer or glass. Further, for the liquid crystal layer 12, for example, a nematic liquid crystal or a smectic liquid crystal is used.

【0024】複数の平行な電極、例えば、電極(13,
14,15,16)は、透明電極であるITO、酸化ス
ズ(SnOx)、低抵抗な電極としてアルミニウム(A
l)電極、あるいはこれらの組み合わせ等により形成さ
れる。ここで、基板110側の各電極、即ち、図1に示
す電極(13,14)を含む各電極は第1の電極群を、
また、基板111側の各電極、即ち、図1に示す電極
(15,16)を含む各電極は第2の電極群を構成す
る。
A plurality of parallel electrodes, for example, electrodes (13,
14, 15, 16) are ITO and tin oxide (SnOx) as transparent electrodes, and aluminum (A) as a low-resistance electrode.
l) It is formed by an electrode or a combination thereof. Here, each electrode on the substrate 110 side, that is, each electrode including the electrodes (13, 14) shown in FIG.
Each electrode on the substrate 111 side, that is, each electrode including the electrodes (15, 16) shown in FIG. 1 constitutes a second electrode group.

【0025】本実施の形態では、能動的な光学装置の一
例として、例えば、焦点距離が可変な平凸レンズ(焦点
距離がプラス)を提供することを目的とし、かつ、例え
ば、液晶層12の屈折率の方が透明物質の層11の屈折
率よりも概ね大きい場合で、屈折率の大きい液晶層12
が、例えば、凸レンズ形状の場合について説明する。こ
の場合に、透明物質の層11の液晶層12側の表面形状
は、図1に示すように、例えば、凹フレネルレンズ形状
とされる。むろん、例えば、液晶層12の屈折率の方が
透明物質の層11の屈折率よりも概ね小さい場合には、
透明物質の層11の液晶層12側の表面形状を、後述す
る図10に示すように、例えば、凸フレネルレンズ形状
とすればよいことは明らかである。
The present embodiment aims at providing, for example, a plano-convex lens having a variable focal length (with a positive focal length) as an example of an active optical device. When the refractive index is substantially larger than the refractive index of the transparent material layer 11, the liquid crystal layer 12 having a large refractive index is used.
However, for example, a case of a convex lens shape will be described. In this case, the surface shape of the transparent material layer 11 on the liquid crystal layer 12 side is, for example, a concave Fresnel lens shape as shown in FIG. Of course, for example, when the refractive index of the liquid crystal layer 12 is generally smaller than the refractive index of the transparent material layer 11,
It is clear that the surface shape of the transparent material layer 11 on the liquid crystal layer 12 side may be, for example, a convex Fresnel lens shape as shown in FIG.

【0026】本実施形態においては、説明を簡単化する
ため、電極(13,14,15,16)がほぼ正方位置
(但し、互いに平行な複数の電極に直交する面で切った
断面で見た場合)に配置した例を示す。また、液晶層1
2は、正の誘電率異方性を有し、さらに、屈折率異方性
としては、no(正常屈折率)が透明物質の層11の屈
折率とほぼ等しく、ne(異常屈折率)が透明物質の層
11より概ね大きい液晶層12を用いる。
In the present embodiment, for simplicity of explanation, the electrodes (13, 14, 15, 16) are viewed in a cross section taken at a substantially square position (however, at a plane perpendicular to a plurality of electrodes parallel to each other). An example is shown below. The liquid crystal layer 1
2 has a positive dielectric anisotropy, and further, the refractive index anisotropy, substantially equal to n o (ordinary index) refractive index of the layer 11 of transparent material, n e (extraordinary refractive index ) Uses a liquid crystal layer 12 that is generally larger than the transparent material layer 11.

【0027】したがって、本実施の形態では、液晶層1
2の液晶分子が基板(110,111)に対して垂直に
配向した場合には、透明物質の層11と液晶層12の屈
折率が等しくなり、入射光19はほとんど変化を受けず
に出射光17として出射する。一方、液晶層12の液晶
分子が基板(110,111)に対して平行に配向した
場合には、透明物質の層11より液晶層12の屈折率が
大きくなり、この液晶の配向方向に平行な偏光を有する
入射光19に対しては、凸フレネルレンズとして機能す
るため、例えば、出射光18のように集束する。そし
て、液晶層12の液晶分子が両者の中間の傾きの場合に
は、液晶層12の屈折率も中間値をとるため、焦点距離
の変化するレンズとして機能することは、図15に示し
た従来例とほぼ同様である。
Therefore, in the present embodiment, the liquid crystal layer 1
When the two liquid crystal molecules are oriented perpendicular to the substrates (110, 111), the refractive indices of the transparent material layer 11 and the liquid crystal layer 12 become equal, and the incident light 19 is hardly changed and the output light Emitted as 17. On the other hand, when the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 12 are oriented parallel to the substrates (110, 111), the refractive index of the liquid crystal layer 12 becomes larger than that of the transparent material layer 11, and the liquid crystal layer 12 is parallel to the orientation direction of the liquid crystal. For the incident light 19 having polarized light, since it functions as a convex Fresnel lens, it is focused, for example, like the outgoing light 18. When the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 12 have an intermediate inclination between the two, the refractive index of the liquid crystal layer 12 also has an intermediate value, so that the liquid crystal layer 12 functions as a lens having a variable focal length, as shown in FIG. It is almost the same as the example.

【0028】図2、図3は、本実施の形態1の光学装置
の動作原理を説明するための図である。前記したよう
に、従来例では、液晶層(図15に示す92)の厚み
が、例えば、数100μm程度と厚いため、液晶分子が
基板に垂直な状態から平行な状態へ回復する速度は数秒
程度であり、また、印加電圧がゼロの状態であるため、
高速応答ができなかった。
FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the operation principle of the optical device according to the first embodiment. As described above, in the conventional example, since the thickness of the liquid crystal layer (92 shown in FIG. 15) is as thick as, for example, about several hundred μm, the speed at which the liquid crystal molecules recover from a state perpendicular to the substrate to a state parallel to the substrate is about several seconds. And the applied voltage is zero,
Could not respond fast.

【0029】これに対して、本実施の形態では、例え
ば、図2に示すように、電極(13,14)を同一電圧
V11とし、かつ電極(15,16)を同一電圧V12
とし、また、電圧(V11)と電圧(V12)とに十分
な電圧差を与えた状態から、例えば、図3に示すよう
に、電極(13,15)を同一電圧V13とし、かつ電
極(14,16)を同一電圧V14とし、また電圧(V
13)と電圧(V14)とに充分な電圧差を与えた状態
へと、駆動装置115から各電極(13,14,15,
16)に印加する電圧を変化させる。これにより、各電
極(13,14,15,16)で囲まれた領域で、かつ
液晶層12の領域内の電界を、空間的にほぼ均一な電界
E11から空間的にほぼ均一な別向きの電界E12へと
変化させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the electrodes (13, 14) are set to the same voltage V11 and the electrodes (15, 16) are set to the same voltage V12.
Further, from a state where a sufficient voltage difference is given between the voltage (V11) and the voltage (V12), for example, as shown in FIG. 3, the electrodes (13, 15) are set to the same voltage V13 and the electrodes (14, , 16) as the same voltage V14 and the voltage (V
13) and the voltage (V14) to a state where a sufficient voltage difference is given between the electrodes (13, 14, 15,.
The voltage applied to 16) is changed. As a result, the electric field in the region surrounded by the electrodes (13, 14, 15, 16) and in the region of the liquid crystal layer 12 is changed from the spatially substantially uniform electric field E11 to the spatially substantially uniform, differently oriented electric field. It can be changed to the electric field E12.

【0030】したがって、この領域内の液晶分子が、正
の誘電率異方性を有する場合には、液晶分子は、電界E
11に平行な方向から電界E12に平行な方向へ、即
ち、基板(110,111)に垂直な状態から平行な状
態へ、電界の向きに従って変化する。このように、本実
施の形態では、電界の向きの変化によって液晶分子の向
きを変化させるものであるため、図15に示す従来例よ
り高速化でき、さらに電界の強さを増すことにより、そ
の速度を高速化できるという利点を有する。
Therefore, when the liquid crystal molecules in this region have positive dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules
The direction changes from the direction parallel to 11 to the direction parallel to the electric field E12, that is, from the state perpendicular to the substrate (110, 111) to the state parallel to the electric field E12. As described above, in the present embodiment, the direction of the liquid crystal molecules is changed by changing the direction of the electric field. Therefore, the speed can be increased as compared with the conventional example shown in FIG. 15, and the intensity of the electric field is further increased. This has the advantage that the speed can be increased.

【0031】ここで、図2、図3に示す電圧の印加方法
は一例であり、電極(13,14,15,16)へ印加
する電圧の振幅を変化することにより、電界Eの向きを
連続的にどの向きにも変化できることは明らかである。
また、本実施の形態では、図15に示す従来例のよう
に、測定が困難な配向規制力ではなく、主に電界の向き
で液晶分子の向きを決定するため、その向きを正確に制
御できるという利点を有する。したがって、本実施の形
態の光学装置では、その光学的特性(例えば、焦点距離
等)を高速、かつ連続的に、正確に変化させることが可
能となる。
Here, the voltage application method shown in FIGS. 2 and 3 is an example, and the direction of the electric field E is continuously changed by changing the amplitude of the voltage applied to the electrodes (13, 14, 15, 16). Obviously, it can be changed in any direction.
Further, in the present embodiment, unlike the conventional example shown in FIG. 15, the direction of the liquid crystal molecules is determined mainly by the direction of the electric field, not by the alignment regulating force that is difficult to measure, so that the direction can be accurately controlled. It has the advantage that. Therefore, in the optical device according to the present embodiment, its optical characteristics (for example, focal length and the like) can be accurately changed at high speed and continuously.

【0032】また、本実施の形態の液晶分子の動きは電
界の向きが主体となるため、図15に示す従来例に比べ
て、これに接する層の表面状態の影響を受けにくいとい
う利点を有する。また、本実施の形態では、電極13を
透明物質の層11の表面に設けないため、複雑な形状の
部分に導電膜を形成する必要がなく、図15に示した従
来例に比べて、製作が容易になるという利点を有する。
また、電極間、例えば、電極13と電極15との間を概
ね同じ距離とすることも容易であり、かつ電極間に透明
物質の層11が存在することもあり、図15に示す従来
例と異なり、絶縁性の劣化や短絡等が起こりにくいとい
う利点も有する。このように、本実施の形態では、従来
例に比べて、駆動の高速化が図れ、かつ均一性、製作の
容易化、駆動上の問題点を解決することが可能となる。
ここで、本実施形態において、透明物質の層11の誘電
率と、液晶層12の誘電率とがほぼ同一であれば、電界
の方向の制御などもやり易く、かつ均一性もとり易いこ
とは明らかである。
Further, since the movement of the liquid crystal molecules in the present embodiment is mainly in the direction of the electric field, there is an advantage that the movement of the liquid crystal molecules is less affected by the surface state of the layer in contact with the conventional example shown in FIG. . Further, in this embodiment, since the electrode 13 is not provided on the surface of the transparent material layer 11, there is no need to form a conductive film on a portion having a complicated shape. Has the advantage of being easier.
In addition, it is easy to make the distance between the electrodes, for example, between the electrode 13 and the electrode 15 approximately the same, and the transparent material layer 11 may be present between the electrodes. On the other hand, there is also an advantage that deterioration of insulation properties, short circuit, and the like hardly occur. As described above, in the present embodiment, it is possible to speed up driving, to achieve uniformity, to facilitate manufacture, and to solve problems in driving, as compared with the conventional example.
Here, in the present embodiment, if the dielectric constant of the transparent material layer 11 and the dielectric constant of the liquid crystal layer 12 are substantially the same, it is clear that the control of the direction of the electric field can be easily performed and the uniformity can be easily obtained. It is.

【0033】なお、本実施の形態では、液晶層12が、
正の誘電率異方性を有する場合について説明したが、液
晶層12が、負の誘電率異方性を有する場合であって
も、前記と同様な効果が得られることは明らかである。
但し、液晶層12が、負の誘電率異方性を有する場合に
は、液晶分子が電界の向きに対して垂直となろうとする
ため、その垂直な面内における自由度が発生し、若干の
不安定要因となる可能性がある。むろん、通常は電極が
対照であるため、その自由度は制限されると考えられ
る。
In the present embodiment, the liquid crystal layer 12
Although the case where the liquid crystal layer 12 has a positive dielectric anisotropy has been described, it is apparent that the same effect as described above can be obtained even when the liquid crystal layer 12 has a negative dielectric anisotropy.
However, when the liquid crystal layer 12 has a negative dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules tend to be perpendicular to the direction of the electric field, so that a degree of freedom occurs in the perpendicular plane, and a slight degree of freedom occurs. It can be an instability factor. Of course, it is considered that the degree of freedom is limited because the electrode is usually a control.

【0034】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、電極(13,14,15,16)をほぼ
正方位置に配置した場合について説明したが、後述する
ように、電極(13,14,15,16)の配置が、ほ
ぼ正方位置とは異なる配置形状であっても、電極(1
3,14,15,16)で囲まれ、かつ液晶層12の領
域部分において、ほぼ均一な電界を与えるように、電極
(13,14,15,16)に印加する電圧の振幅を調
節すれば良いことは明らかである。
In this embodiment, the case where the electrodes (13, 14, 15, 16) are arranged in a substantially square position has been described for the sake of simplicity. , 14, 15, 16), even if the electrode (1) has an arrangement shape different from the substantially square position.
The amplitude of the voltage applied to the electrodes (13, 14, 15, 16) is adjusted so as to give a substantially uniform electric field in the region of the liquid crystal layer 12 surrounded by (3, 14, 15, 16). The good is clear.

【0035】なお、本実施の形態においては、前記した
ように、透明物質の層11の屈折率と、屈折率可変物
質、例えば、液晶層12の異常屈折率あるいは正常屈折
率のどちらかを同じ値か近い値に設定してもよい。しか
し、これらの屈折率を同じ値や近い値に設定する必要は
必ずしもなく、同様な効果は以下のようにすれば得るこ
とが可能である。即ち、例えば、透明物質の層11とし
て、固定焦点のレンズの場合を考えると、前記屈折率を
同じ値か近い値に設定することは、その場合の焦点距離
を無限大近くに設定することに相当する。例えば、前記
屈折率を同じ値か近い値にすることが材料上困難である
場合、あるいはそのような材料が他の物性値(例えば、
誘電率異方性、屈折率異方性、温度特性、溶媒との混合
性、毒性など)の関係から不利な場合であっても、単に
他の固定焦点のレンズをこの可変焦点レンズの前後に配
置して、焦点距離を補正するのみで、これを解決でき
る。
In the present embodiment, as described above, the refractive index of the transparent material layer 11 and the refractive index variable material, for example, either the extraordinary refractive index or the normal refractive index of the liquid crystal layer 12, are the same. It may be set to a value or a close value. However, it is not always necessary to set these refractive indices to the same value or close values, and a similar effect can be obtained as follows. That is, for example, in the case of a fixed focus lens as the transparent material layer 11, setting the refractive index to the same value or a close value means setting the focal length in that case to near infinity. Equivalent to. For example, when it is difficult for the material to make the refractive index the same value or a close value, or when such a material has another physical property value (for example,
Even if it is disadvantageous due to the relationship of dielectric anisotropy, refractive index anisotropy, temperature characteristics, miscibility with solvent, toxicity, etc.), simply attach another fixed focus lens before and after this variable focus lens. This can be solved only by disposing and correcting the focal length.

【0036】また、本実施の形態では、液晶層12の屈
折率が透明物質の層11の屈折率よりも、概ね大きい場
合について説明したが、これに限定されるものではな
く、液晶層12の屈折率が透明物質の層11の屈折率よ
りも、概ね小さい場合、あるいは液晶層13の屈折率の
可変範囲の中に透明物質の層11の屈折率の値が位置す
る場合であっても、同様な効果が得られることは明らか
である。
In this embodiment, the case where the refractive index of the liquid crystal layer 12 is substantially larger than the refractive index of the transparent material layer 11 has been described. However, the present invention is not limited to this. Even when the refractive index is substantially smaller than the refractive index of the transparent substance layer 11, or when the value of the transparent substance layer 11 is located within the variable range of the refractive index of the liquid crystal layer 13, Obviously, a similar effect can be obtained.

【0037】また、本実施の形態では、透明物質の層1
1の液晶層12側の表面形状として、フレネルレンズ形
状を用いた場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、透明物質の層11の液晶層12側の表面
形状として、凸レンズ形状、凹レンズ形状、プリズムア
レイ形状、レンティキュラレンズ形状、レンズアレイ形
状、回折格子形状、あるいはこれらの組み合わせた曲面
形状を含む場合であっても、同様な効果が得られること
は明らかである。
In the present embodiment, the transparent material layer 1
Although the case where the Fresnel lens shape is used as the surface shape on the liquid crystal layer 12 side of 1 has been described, the surface shape on the liquid crystal layer 12 side of the transparent material layer 11 is a convex lens shape, It is apparent that similar effects can be obtained even when the shape includes a concave lens shape, a prism array shape, a lenticular lens shape, a lens array shape, a diffraction grating shape, or a curved surface shape obtained by combining these shapes.

【0038】また、本実施の形態では、液晶層12の屈
折率と透明物質の層11との屈折率は、液晶分子が電極
(13,14,15,16)に対して垂直に立った場合
に両者がほぼ等しくなる場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、液晶分子が電極(13,1
4,15,16)に対して平行になった場合に両者がほ
ぼ等しくなる場合、あるいは液晶分子が電極(13,1
4,15,16)に対して一定の角度をなした場合に両
者がほぼ等しくなる場合であっても、本実施の形態と同
様な効果が得られることは明らかである。
In the present embodiment, the refractive index of the liquid crystal layer 12 and the refractive index of the transparent material layer 11 are determined when the liquid crystal molecules stand perpendicular to the electrodes (13, 14, 15, 16). The case where the two are almost equal has been described, but the present invention is not limited to this.
4, 15 and 16), when they are almost equal to each other, or when the liquid crystal molecules are electrodes (13, 1).
4, 15, 16), it is clear that the same effects as in the present embodiment can be obtained even when the two angles are substantially equal to each other.

【0039】[実施の形態2]図4は、本発明の実施の
形態2の光学装置の概略構成を示す要部断面図である。
本実施の形態の光学装置は、前記実施の形態1と同様、
基板(210,211)と、透明物質の層21と、液晶
層22と、これら透明物質の層21と液晶層22とを挾
む複数の平行な電極(図4では、4つの電極(23,2
4,25,26)のみに番号を付してある。)と、これ
らを駆動するための駆動装置215とから構成される。
ここで、基板210側の各電極、即ち、図4に示す電極
(23,24)を含む各電極は第1の電極群を、また、
基板211側の各電極、即ち、図4に示す電極(25,
26)を含む各電極は第2の電極群を構成する。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical device according to a second embodiment of the present invention.
The optical device according to the present embodiment is similar to the optical device according to the first embodiment.
The substrate (210, 211), the transparent material layer 21, the liquid crystal layer 22, and a plurality of parallel electrodes (four electrodes (23, 2
4, 25, 26) are numbered. ) And a driving device 215 for driving these.
Here, each electrode on the substrate 210 side, that is, each electrode including the electrodes (23, 24) shown in FIG. 4 corresponds to a first electrode group,
Each electrode on the substrate 211 side, that is, the electrodes (25,
Each electrode including 26) forms a second electrode group.

【0040】また、本実施の形態では、実施の形態1と
同様、能動的な光学装置の一例として、例えば、焦点距
離が可変な平凸レンズ(焦点距離がプラス)の提供を目
的とし、かつ、例えば、液晶層22の屈折率の方が透明
物質の層21の屈折率よりも概ね大きい場合で、屈折率
の大きい液晶層22が、例えば、凸レンズ形状の場合に
ついて説明する。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, an object of the present invention is to provide, as an example of an active optical device, a plano-convex lens with a variable focal length (plus a focal length), and For example, a case will be described in which the refractive index of the liquid crystal layer 22 is substantially larger than the refractive index of the transparent material layer 21 and the liquid crystal layer 22 having a large refractive index has, for example, a convex lens shape.

【0041】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、前記実施の形態1と同様、電極(23,
24,25,26)がほぼ正方位置(但し、互いに平行
な複数の電極に直交する面で切った断面で見た場合)に
配置した例を示す。また、液晶層22は、正の誘電率異
方性を有し、さらに、屈折率異方性としては、no(正
常屈折率)が透明物質の層21の屈折率とほぼ等しく、
e(異常屈折率)が透明物質の層21より概ね大きい
液晶層を用いる。
Further, in this embodiment, in order to simplify the explanation, the electrodes (23,
24, 25, and 26) are arranged at substantially square positions (however, when viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other). The liquid crystal layer 22 has a positive dielectric anisotropy, and as the refractive index anisotropy, n o (normal refractive index) is substantially equal to the refractive index of the transparent material layer 21.
A liquid crystal layer whose ne (abnormal refractive index) is generally larger than that of the transparent material layer 21 is used.

【0042】したがって、本実施の形態は、前記実施の
形態1と同様、液晶層22の液晶分子が基板(210,
211)に対して垂直に配向した場合には、透明物質の
層21と液晶層22の屈折率が等しくなり、入射光29
はほとんど変化を受けずに出射光27として出射する。
一方、液晶層22の液晶分子が基板(210,211)
に対して平行に配向した場合には、透明物質の層21よ
り液晶層22の屈折率が大きくなり、この液晶分子の配
向方向に平行な偏光を有する入射光29に対して凸フレ
ネルレンズとして機能するため、例えば、出射光28の
ように集束する。そして、液晶層22の液晶分子が両者
の中間の傾きの場合には、液晶層22の屈折率も中間値
をとるため、焦点距離の変化するレンズとして機能す
る。
Therefore, in the present embodiment, like the first embodiment, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 22 are
When the liquid crystal layer 22 is oriented perpendicular to 211), the refractive index of the transparent material layer 21 and the refractive index of the liquid crystal layer 22 become equal, and the incident light 29
Are emitted as emission light 27 with little change.
On the other hand, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 22 correspond to the substrates (210, 211).
When the liquid crystal layer 22 is oriented in parallel to the liquid crystal layer 22, the refractive index of the liquid crystal layer 22 becomes larger than that of the transparent substance layer 21. The liquid crystal layer 22 functions as a convex Fresnel lens for incident light 29 having polarization parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules. For this purpose, for example, the light is focused like the emitted light 28. When the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 22 have a tilt between the two, the refractive index of the liquid crystal layer 22 also has an intermediate value, and thus functions as a lens whose focal length changes.

【0043】本実施の形態では、図4に示すように、光
学装置の第1の電極群および第2の電極群の各電極に、
各々位相の異なる電圧、例えば、電極が4つの場合に
は、電圧の位相が、例えば、時計周りにあるいは反時計
周りに(但し、互いに平行な複数の電極に直交する面で
切った断面で見た場合)、90度ずつずれた、例えば、
正弦波の電圧を印加する。これにより、電極(23,2
4,25,26)で囲まれた領域で、かつ液晶層22の
領域内のほぼ均一な電界Eの方向を時計周りにあるいは
反時計周り(但し、互いに平行な複数の電極に直交する
面で切った断面で見た場合)に、連続的に、かつ周期的
に変化させることができる。このため、この領域内の液
晶分子の向きを、正の誘電率異方性を有する場合には、
電界Eの方向に平行に、時計周りにあるいは反時計周り
(但し、互いに平行な複数の電極に直交する面で切った
断面で見た場合)に連続的に、かつ時間周期的に変化さ
せることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, each of the first electrode group and the second electrode group of the optical device has:
In the case of voltages having different phases, for example, four electrodes, the phases of the voltages are, for example, clockwise or counterclockwise (provided that they are viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other). Is shifted by 90 degrees, for example,
Apply a sinusoidal voltage. Thereby, the electrodes (23, 2)
4, 25, 26) and the direction of the substantially uniform electric field E in the area of the liquid crystal layer 22 is clockwise or counterclockwise (however, on a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other). (When viewed in a cut cross-section), continuously and periodically. Therefore, when the orientation of the liquid crystal molecules in this region has a positive dielectric anisotropy,
Change continuously and time-period parallel to the direction of the electric field E, clockwise or counterclockwise (when viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other). Can be.

【0044】このように、本実施の形態では、電界の向
きの変化によって、液晶分子の向きを高速に、かつ連続
的に、正確に周期的変化させることが可能となる。むろ
ん、さらに電界の強さを増すことにより、その速度を高
速化できることは実施の形態1と同様である。したがっ
て、本実施の形態では、光学装置の光学的特性、即ち、
焦点距離等をを高速、かつ連続的に、また正確に周期的
に変化させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, it is possible to accurately and periodically change the direction of the liquid crystal molecules at high speed, continuously, by changing the direction of the electric field. Needless to say, the speed can be increased by further increasing the strength of the electric field, as in the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the optical characteristics of the optical device, that is,
It is possible to change the focal length and the like at high speed, continuously, and accurately and periodically.

【0045】なお、本実施の形態では、液晶層22が正
の誘電率異方性を有する場合について説明したが、液晶
層22が負の誘電率異方性を有する場合であっても、前
記と同様な効果が得られることは明らかである。但し、
液晶層22が負の誘電率異方性を有する場合には、液晶
分子が電界の向きに対して垂直となろうとするため、そ
の垂直な面内における自由度が発生し、若干の不安定要
因となる可能性がある。むろん、通常は電極が対照であ
るため、その自由度は制限されると考えられる。
In the present embodiment, the case where the liquid crystal layer 22 has a positive dielectric anisotropy has been described, but even if the liquid crystal layer 22 has a negative dielectric anisotropy, Obviously, the same effect as described above can be obtained. However,
When the liquid crystal layer 22 has a negative dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules tend to be perpendicular to the direction of the electric field, so that a degree of freedom is generated in the perpendicular plane, which causes a slight instability. It is possible that Of course, it is considered that the degree of freedom is limited because the electrode is usually a control.

【0046】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、電極(23,24,25,26)をほぼ
正方位置に配置した場合について説明したが、後述する
ように、電極(23,24,25,26)の配置が、ほ
ぼ正方位置とは異なる配置形状であっても、電極(2
3,24,25,26)で囲まれ、かつ液晶層22の領
域部分において、ほぼ均一な電界を与えるように、電極
(23,24,25,26)に印加する電圧の振幅を調
節すれば良いことは明らかである。
In this embodiment, for simplicity of explanation, the case where the electrodes (23, 24, 25, 26) are arranged at substantially square positions has been described. , 24, 25, 26) have an arrangement shape different from the substantially square position,
3, 24, 25, 26) and the amplitude of the voltage applied to the electrodes (23, 24, 25, 26) is adjusted so as to give a substantially uniform electric field in the region of the liquid crystal layer 22. The good is clear.

【0047】また、本実施の形態では、各電極に印加す
る電圧が正弦波である場合に説明したが、むろんこの電
圧の波形は必ずしも正弦波的である必要はなく、電極に
囲まれた領域がほぼ均一な電界となるように変化すれ
ば、どのような波形でもよいことは明らかである。
Although the present embodiment has been described with reference to the case where the voltage applied to each electrode is a sine wave, the waveform of this voltage is not necessarily required to be a sine wave, but may be a sine wave. It will be apparent that any waveform may be used as long as it changes so as to become a substantially uniform electric field.

【0048】なお、本実施の形態においては、前記した
ように、透明物質の層21の屈折率と、屈折率可変物
質、例えば、液晶層22の異常屈折率あるいは正常屈折
率のどちらかを同じ値か近い値に設定してもよい。しか
し、これらの屈折率を同じ値や近い値に設定する必要は
必ずしもなく、同様な効果は以下のようにすれば得るこ
とが可能である。即ち、例えば、透明物質の層21とし
て、固定焦点のレンズの場合を考えると、前記屈折率を
同じ値か近い値に設定することは、その場合の焦点距離
を無限大近くに設定することに相当する。例えば、前記
屈折率を同じ値か近い値にすることが材料上困難である
場合、あるいはそのような材料が他の物性値(例えば、
誘電率異方性、屈折率異方性、温度特性、溶媒との混合
性、毒性など)の関係から不利な場合であっても、単に
他の固定焦点のレンズをこの可変焦点レンズの前後に配
置して、焦点距離を補正するのみで、これを解決でき
る。
In the present embodiment, as described above, the refractive index of the transparent material layer 21 and the refractive index variable material, for example, either the extraordinary refractive index or the normal refractive index of the liquid crystal layer 22, are the same. It may be set to a value or a close value. However, it is not always necessary to set these refractive indices to the same value or close values, and a similar effect can be obtained as follows. That is, for example, considering the case of a fixed-focus lens as the transparent material layer 21, setting the refractive index to the same value or a close value means setting the focal length in that case to near infinity. Equivalent to. For example, when it is difficult for the material to make the refractive index the same value or a close value, or when such a material has another physical property value (for example,
Even if it is disadvantageous due to the relationship of dielectric anisotropy, refractive index anisotropy, temperature characteristics, miscibility with solvent, toxicity, etc.), simply attach another fixed focus lens before and after this variable focus lens. This can be solved only by disposing and correcting the focal length.

【0049】なお、以上の説明では、例えば、4つの電
極(23,24,25,26)で囲まれる領域に本発明
を適用した場合について説明したが、これに隣接する他
の4つの電極で囲まれる領域においても、本発明を適用
することにより、同様な効果が期待できることは明らか
である。但し、隣接する領域においては、前記領域にお
ける4つの電極(23,24,25,26)の何れかが
隣接領域での共通の電極となる(例えば、図4において
左側の隣接領域であれば電極(23,25)が共通の電
極となる)。
In the above description, for example, the case where the present invention is applied to a region surrounded by four electrodes (23, 24, 25, 26) has been described. It is clear that similar effects can be expected by applying the present invention even in a region surrounded by the region. However, in the adjacent region, any one of the four electrodes (23, 24, 25, 26) in the region becomes a common electrode in the adjacent region (for example, in the case of the adjacent region on the left side in FIG. (23, 25) are common electrodes).

【0050】そこで、隣接する領域では、液晶分子の方
向の変化する向きを逆向きにすることにより(例えば、
一方が時計回りであれば隣接領域は反時計回りとす
る)、各領域の電極に矛盾なく電圧を割り当てることが
可能となる。この場合に、液晶分子の動きが、隣接する
領域で逆向きとなるため、この境界にドメインが発生す
る恐れがある。しかし、電極間隔を充分に大きくとれる
ため、この部位にドメインが空間周期的に発生しても、
これが錯乱要因などの悪影響を与えることは少ないと考
えられる。
Therefore, in the adjacent region, the direction in which the direction of the liquid crystal molecules changes is reversed (for example,
If one is clockwise, the adjacent region is counterclockwise), so that voltages can be assigned to the electrodes in each region without contradiction. In this case, since the movement of the liquid crystal molecules is reversed in the adjacent region, a domain may be generated at this boundary. However, since the electrode spacing can be made sufficiently large, even if domains occur spatially periodically in this region,
This is considered to have little adverse effect such as a confusion factor.

【0051】[実施の形態3]図5は、本発明の実施の
形態3の光学装置の概略構成を示す要部断面図である。
本実施の形態の光学装置は、前記実施の形態1、2と同
様、基板(710,711)と、透明物質の層71と、
液晶層72と、これら透明物質の層71と液晶層72と
を挾む複数の平行な電極(図5では、4つの電極(7
3,74,75,76)のみに番号を付してある)と、
これらを駆動するための駆動装置715とから構成され
る。ここで、基板710側の各電極、即ち、図5に示す
電極(73,74)を含む各電極は第1の電極群を、ま
た、基板711側の各電極、即ち、図5に示す電極(7
5,76)を含む各電極は第2の電極群を構成する。
[Embodiment 3] FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
The optical device according to the present embodiment includes a substrate (710, 711), a transparent substance layer 71,
The liquid crystal layer 72 and a plurality of parallel electrodes (four electrodes (7 in FIG. 5) sandwiching the transparent material layer 71 and the liquid crystal layer 72 therebetween.
3, 74, 75, 76) only)
And a driving device 715 for driving these. Here, each electrode on the substrate 710 side, that is, each electrode including the electrodes (73, 74) shown in FIG. 5, corresponds to the first electrode group, and each electrode on the substrate 711 side, ie, the electrode shown in FIG. (7
5, 76) constitute a second electrode group.

【0052】また、本実施の形態では、実施の形態1,
2と同様、能動的な光学装置の一例として、例えば、焦
点距離が可変な平凸レンズ(焦点距離がプラス)の提供
を目的とし、かつ、例えば、液晶層72の屈折率の方が
透明物質の層71の屈折率よりも概ね大きい場合で、屈
折率の大きい液晶層72が、例えば、凸レンズ形状の場
合について説明する。
In the present embodiment, the first and second embodiments are used.
As in the case of 2, the objective is to provide, for example, a plano-convex lens with a variable focal length (plus a focal length) as an example of an active optical device, and for example, the refractive index of the liquid crystal layer 72 is made of a transparent material. The case where the liquid crystal layer 72 having a large refractive index is substantially larger than the refractive index of the layer 71, for example, has a convex lens shape will be described.

【0053】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、前記実施の形態1、2と同様、電極(7
3,74,75,76)がほぼ正方位置(但し、互いに
平行な複数の電極に直交する面で切った断面で見た場
合)に配置した例を示す。また、液晶層72は、正の誘
電率異方性を有し、さらに、屈折率異方性としては、n
o(正常屈折率)が透明物質の層71の屈折率とほぼ等
しく、ne(異常屈折率)が透明物質の層71より概ね
大きい液晶層を用いる。
In this embodiment, for simplicity of explanation, the electrode (7) is used as in the first and second embodiments.
3, 74, 75, 76) are arranged at substantially square positions (when viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other). The liquid crystal layer 72 has a positive dielectric anisotropy, and further has a refractive index anisotropy of n
o substantially equal to the (ordinary index) refractive index of the layer 71 of transparent material, n e (extraordinary refractive index) is used generally larger crystal layer than the layer 71 of transparent material.

【0054】したがって、本実施の形態では、前記実施
の形態1、2と同様、液晶層72の液晶分子が基板(7
10,711)に対して垂直に配向した場合には、透明
物質の層71と液晶層72の屈折率が等しくなり、入射
光79はほとんど変化を受けずに出射光77として出射
する。一方、液晶層72の液晶分子が基板(710,7
11)に対して平行に配向した場合には、透明物質の層
71より液晶層72の屈折率が大きくなり、この液晶分
子の配向方向に平行な偏光を有する入射光79に対して
凸フレネルレンズとして機能するため、例えば、出射光
78のように集束する。そして、液晶層72の液晶分子
が両者の中間の傾きの場合には、液晶層72の屈折率も
中間値をとるため、焦点距離の変化するレンズとして機
能する。
Therefore, in the present embodiment, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 72 correspond to the substrate (7) as in the first and second embodiments.
In the case where the liquid crystal layer 72 and the liquid crystal layer 72 are oriented perpendicular to 10, 711), the refractive index of the transparent substance layer 71 becomes equal to the refractive index of the liquid crystal layer 72, and the incident light 79 is emitted as the emitted light 77 with almost no change. On the other hand, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 72 correspond to the substrates (710, 7
11), the liquid crystal layer 72 has a higher refractive index than the transparent substance layer 71, and the convex Fresnel lens for incident light 79 having polarized light parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules. Therefore, for example, it converges like the outgoing light 78. When the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 72 have an intermediate tilt between them, the refractive index of the liquid crystal layer 72 also has an intermediate value, and thus functions as a lens whose focal length changes.

【0055】前記実施の形態2において説明したよう
に、電極に印加する電圧が連続的な場合には隣接領域に
おいて液晶分子の動きを逆にする必要があり、これによ
り、ドメインが発生する恐れがある。これによる悪影響
は小さいと考えられるが、液晶分子の動きに関してそれ
ほど精密なコントロールが必要とされない場合には、以
下に示すような電圧印加方法により、この要因を取り除
くことが可能となる。
As described in the second embodiment, when the voltage applied to the electrode is continuous, it is necessary to reverse the movement of the liquid crystal molecules in the adjacent region, which may cause a domain to be generated. is there. The adverse effect of this is considered to be small, but when the movement of the liquid crystal molecules is not required to be controlled very precisely, this factor can be eliminated by the following voltage application method.

【0056】まず、前記実施の形態に説明したように、
電極(73,74,75,76)で囲まれた領域に隣接
する領域においても、液晶分子の同様な向きを配向させ
る電圧配置は、液晶分子が基板に対して垂直に立ってい
る場合には、第1の電極群の各電極に同一電位の電圧
を、また第2の電極群の各電極に同一電位の電圧を印加
すればよく、また、液晶分子が基板に対して水平の一方
向に寝ている場合で、例えば、液晶分子の自発分極が充
分に小さい場合には、電界の方向のみで液晶分子は配向
するため、第1の電極群および第2の電極群の横方向の
各電極に、それぞれ大、小、大、小、…と繰り返す電圧
を印加すればよい。
First, as described in the above embodiment,
Even in the region adjacent to the region surrounded by the electrodes (73, 74, 75, 76), the voltage arrangement for orienting the liquid crystal molecules in the same direction is set when the liquid crystal molecules stand perpendicular to the substrate. A voltage of the same potential may be applied to each electrode of the first electrode group, and a voltage of the same potential may be applied to each electrode of the second electrode group. In the case of sleeping, for example, when the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules is sufficiently small, the liquid crystal molecules are oriented only in the direction of the electric field, so that each electrode in the lateral direction of the first electrode group and the second electrode group. , Small, large, small,...

【0057】したがって、電極に加える電圧をこれらの
電圧とし、中間の液晶分子の動きを液晶層の粘性との釣
合に任せればよい。即ち、例えば、光学装置の各電極
に、図5に示すように、各々位相の異なった不連続、あ
るいは急峻な変化を含む電圧、例えば、電極が4つの場
合には、位相が、例えば、90度ずつずれた、例えば、
矩形波の電圧を印加する。これにより、これら電極(7
3,74,75,76)で囲まれた領域およびその隣接
領域では、電界は基板(710,711)に垂直な電界
と、基板(710,711)に水平の一方向に寝ている
電界とが周期的(但し、互いに平行な複数の電極に直交
する面で切った断面で見た場合)に印加される。
Therefore, the voltages applied to the electrodes may be set to these voltages, and the movement of the intermediate liquid crystal molecules may be left to balance with the viscosity of the liquid crystal layer. That is, for example, as shown in FIG. 5, each electrode of the optical device has a discontinuous phase or a voltage including a steep change, for example, as shown in FIG. Deviated by degrees, for example,
Apply a square wave voltage. Thereby, these electrodes (7
In the region surrounded by (3, 74, 75, 76) and the region adjacent thereto, the electric field is an electric field perpendicular to the substrate (710, 711) and an electric field lying in one direction horizontal to the substrate (710, 711). Is applied periodically (however, when viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other).

【0058】このため、この領域の液晶層72が正の誘
電率異方性を有する場合には、液晶分子は電界Eの方向
に平行に動こうとする。しかし、液晶層72には粘性が
あるため、液晶分子の向きが不連続的変化することはな
く、電界の変化と粘性との釣合の下で連続的に変化す
る。しかも、液晶層7は結晶性を有するため、各領域に
おいて同様の動きを行おうとし、結果として連続的で、
かつ各領域でほぼ揃った運動が実現できる。
Therefore, when the liquid crystal layer 72 in this region has a positive dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules tend to move in the direction of the electric field E. However, since the liquid crystal layer 72 has viscosity, the direction of the liquid crystal molecules does not change discontinuously, but changes continuously in balance with the change in the electric field and the viscosity. In addition, since the liquid crystal layer 7 has crystallinity, it attempts to perform the same movement in each region, and as a result,
In addition, almost uniform exercise can be realized in each area.

【0059】このように、本実施の形態では、液晶分子
の向きを高速、かつ連続的に、またドメインの発生を抑
えて周期的に変化させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, it is possible to change the direction of liquid crystal molecules at high speed and continuously, and to change the direction periodically by suppressing the generation of domains.

【0060】むろん、さらに電界の強さを増すことによ
り、その速度を高速化できることは実施の形態1,2と
同様である。
As a matter of course, the speed can be increased by further increasing the strength of the electric field, as in the first and second embodiments.

【0061】なお、本実施の形態では、液晶層72が正
の誘電率異方性を有する場合について説明したが、液晶
層72が負の誘電率異方性を有する場合であっても、前
記と同様な効果が得られることは明らかである。但し、
液晶層72が負の誘電率異方性を有する場合には、液晶
分子が電界の向きに対して垂直となろうとするため、そ
の垂直な面内における自由度が発生し、若干の不安定要
因となる可能性がある。むろん、通常は電極が対照であ
るため、その自由度は制限されると考えられる。
In this embodiment, the case where the liquid crystal layer 72 has a positive dielectric anisotropy has been described. However, even when the liquid crystal layer 72 has a negative dielectric anisotropy, Obviously, the same effect as described above can be obtained. However,
When the liquid crystal layer 72 has a negative dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules tend to be perpendicular to the direction of the electric field, so that a degree of freedom is generated in the perpendicular plane, which causes a slight instability. It is possible that Of course, it is considered that the degree of freedom is limited because the electrode is usually a control.

【0062】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、電極(73,74,75,76)をほぼ
正方位置に配置した場合について説明したが、後述する
ように、電極(73,74,75,76)の配置が、ほ
ぼ正方位置とは異なる配置形状であっても、電極(7
3,74,75,76)で囲まれ、かつ液晶層72の領
域部分において、ほぼ均一な電界を与えるように、電極
(73,74,75,76)に印加する電圧の振幅を調
節すれば良いことは明らかである。
Further, in the present embodiment, the case where the electrodes (73, 74, 75, 76) are arranged in a substantially square position has been described for simplicity of description. , 74, 75, 76) have an arrangement shape different from the substantially square position,
3, 74, 75, 76) and in the region of the liquid crystal layer 72, the amplitude of the voltage applied to the electrodes (73, 74, 75, 76) is adjusted so as to give a substantially uniform electric field. The good is clear.

【0063】なお、本実施の形態においては、前記した
ように、透明物質の層71の屈折率と、屈折率可変物
質、例えば、液晶層72の異常屈折率あるいは正常屈折
率のどちらかを同じ値か近い値に設定してもよい。しか
し、これらの屈折率を同じ値や近い値に設定する必要は
必ずしもなく、同様な効果は以下のようにすれば得るこ
とが可能である。即ち、例えば、透明物質の層71とし
て、固定焦点のレンズの場合を考えると、前記屈折率を
同じ値か近い値に設定することは、その場合の焦点距離
を無限大近くに設定することに相当する。例えば、前記
屈折率を同じ値か近い値にすることが材料上困難である
場合、あるいはそのような材料が他の物性値(例えば、
誘電率異方性、屈折率異方性、温度特性、溶媒との混合
性、毒性など)の関係から不利な場合であっても、単に
他の固定焦点のレンズをこの可変焦点レンズの前後に配
置して、焦点距離を補正するのみで、これを解決でき
る。
In the present embodiment, as described above, the refractive index of the transparent material layer 71 and the refractive index variable material, for example, either the extraordinary refractive index or the normal refractive index of the liquid crystal layer 72 are the same. It may be set to a value or a close value. However, it is not always necessary to set these refractive indices to the same value or close values, and a similar effect can be obtained as follows. That is, for example, considering the case of a fixed focus lens as the transparent material layer 71, setting the refractive index to the same value or a close value means setting the focal length in that case to near infinity. Equivalent to. For example, when it is difficult for the material to make the refractive index the same value or a close value, or when such a material has another physical property value (for example,
Even if it is disadvantageous due to the relationship of dielectric anisotropy, refractive index anisotropy, temperature characteristics, miscibility with solvent, toxicity, etc.), simply attach another fixed focus lens before and after this variable focus lens. This can be solved only by disposing and correcting the focal length.

【0064】[実施の形態4]図6は、本発明の実施の
形態4の光学装置の概略構成を示す要部断面図である。
本実施の形態の光学装置は、前記実施の形態1,2と同
様、基板(810,811)と、透明物質の層81と、
液晶層82と、これら透明物質の層81と液晶層82と
を挾む複数の平行な電極(図6では、4つの電極(8
3,84,85,86)のみに番号を付してある)と、
これらを駆動するための駆動装置815とから構成され
る。ここで、基板810側の各電極、即ち、図6に示す
電極(83,84)を含む各電極は第1の電極群を、ま
た、基板811側の各電極、即ち、図6に示す電極(8
5,86)を含む各電極は第2の電極群を構成する。
[Fourth Embodiment] FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical device according to a fourth embodiment of the present invention.
As in the first and second embodiments, the optical device according to the present embodiment includes a substrate (810, 811), a transparent material layer 81,
The liquid crystal layer 82 and a plurality of parallel electrodes (four electrodes (8 in FIG. 6) sandwiching the transparent material layer 81 and the liquid crystal layer 82.
3,84,85,86) only)
And a driving device 815 for driving these. Here, each electrode on the substrate 810 side, that is, each electrode including the electrodes (83, 84) shown in FIG. 6 corresponds to the first electrode group, and each electrode on the substrate 811 side, ie, the electrode shown in FIG. (8
5,86) constitute a second electrode group.

【0065】本実施の形態においても、前記実施の形態
1,2と同様、能動的な光学装置の一例として、例え
ば、焦点距離が可変な平凸レンズ(焦点距離がプラス)
の提供を目的とし、かつ、液晶層82の屈折率の方が透
明物質の層81の屈折率よりも概ね大きい場合で、屈折
率の大きい液晶層82を、例えば、凸レンズ形状とした
場合を想定している。
In this embodiment, as in the first and second embodiments, as an example of an active optical device, for example, a plano-convex lens having a variable focal length (plus a focal length)
It is assumed that the liquid crystal layer 82 has a higher refractive index than the transparent material layer 81, and the liquid crystal layer 82 having a larger refractive index has, for example, a convex lens shape. doing.

【0066】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、前記実施の形態1,2と同様、電極(8
3,84,85,86)がほぼ正方位置(但し、互いに
平行な電極に直交する面で切った断面で見た場合)に配
置した例を示す。また、液晶層82は、正の誘電率異方
性を有し、さらに、屈折率異方性としては、no(正常
屈折率)が透明物質の層81の屈折率とほぼ等しく、n
e(異常屈折率)が透明物質の層81より概ね大きい液
晶層である場合について説明する。
In this embodiment, for simplicity of explanation, the electrode (8) is used as in the first and second embodiments.
3, 84, 85, 86) are arranged at substantially square positions (when viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to the electrodes parallel to each other). The liquid crystal layer 82 has positive dielectric anisotropy, and further, the refractive index anisotropy, substantially equal to n o (ordinary index) refractive index of the layer 81 of transparent material, n
A case in which the liquid crystal layer has e (an extraordinary refractive index) that is substantially larger than the transparent material layer 81 will be described.

【0067】したがって、本実施の形態において、液晶
層82の液晶分子が基板(810,811)に対して垂
直に配向した場合には、透明物質の層81と液晶層82
の屈折率が等しくなり、入射光89はほとんど変化を受
けずに出射光87として出射する。一方、液晶層82の
液晶分子が基板(810,811)に対して平行に配向
した場合には、透明物質の層81より液晶層82の屈折
率が大きくなり、この液晶分子の配向方向に平行な偏光
を有する入射光89に対して凸フレネルレンズとして機
能するため、例えば、出射光88のように集束する。そ
して、液晶層82の液晶分子が両者の中間の傾きの場合
には、液晶層82の屈折率も中間値をとるため、焦点距
離の変化するレンズとして機能する。
Therefore, in the present embodiment, when the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 82 are oriented perpendicular to the substrates (810, 811), the transparent material layer 81 and the liquid crystal layer 82
And the incident light 89 exits as the exit light 87 with little change. On the other hand, when the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 82 are oriented parallel to the substrates (810, 811), the refractive index of the liquid crystal layer 82 becomes larger than that of the transparent material layer 81, and is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules. In order to function as a convex Fresnel lens with respect to the incident light 89 having various polarizations, the incident light 89 converges, for example, as the outgoing light 88. When the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 82 have a tilt between the two, the refractive index of the liquid crystal layer 82 also has an intermediate value, and thus functions as a lens whose focal length changes.

【0068】また、図6に示すように、本実施の形態で
は、電極が疎らであるために、前記実施の形態1,2と
異なり、次の電極までの距離が充分に離れており、電圧
配置として隣接する領域を考慮する必要が著しく少なく
なる。また、電極が疎らな領域では電界が弱く、液晶層
82の結晶性により、液晶分子は周囲と同様な動きをし
ようとするため、例えば、電極(83,84,85,8
6)で囲まれた領域の液晶分子を電界により動かすと、
この電極が疎らな領域の液晶分子も同様な動きを行う。
したがって、全体として、液晶分子の一様な動きを実現
できる。但し、電極が疎らな領域の長さに応じて、一様
な液晶分子の動きとなるまでの時間が長くなるため、光
学装置に要求される光学特性の変化のスピードに応じて
この長さを選ぶ必要がある。
Also, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, unlike the first and second embodiments, the distance to the next electrode is sufficiently large because the electrodes are sparse. The necessity to consider adjacent regions as an arrangement is significantly reduced. Further, the electric field is weak in the region where the electrodes are sparse, and the liquid crystal molecules tend to move in the same manner as the surroundings due to the crystallinity of the liquid crystal layer 82. For example, the electrodes (83, 84, 85, 8)
When the liquid crystal molecules in the area surrounded by 6) are moved by the electric field,
The liquid crystal molecules in a region where the electrode is sparse perform the same movement.
Therefore, uniform movement of the liquid crystal molecules can be realized as a whole. However, the time required for uniform movement of liquid crystal molecules increases with the length of the region where the electrodes are sparse, so this length is set according to the speed of change in optical characteristics required for the optical device. You need to choose.

【0069】このように、本実施の形態では、液晶分子
の動きにそれほど精密なコントロールが必要とされない
場合に、液晶層82の結晶性を大幅に利用することによ
り、液晶分子の向きを、光速に、連続的に、かつドメイ
ンの発生を抑えて周期的に変化させることが可能とな
る。むろん、さらに電界の強さを増すことにより、その
速度を高速化できることは、前記実施の形態1,2と同
様である。
As described above, in the present embodiment, when the movement of the liquid crystal molecules does not need to be controlled very precisely, the crystallinity of the liquid crystal layer 82 is greatly utilized to change the direction of the liquid crystal molecules to the speed of light. In addition, it is possible to make the change continuously and periodically while suppressing generation of domains. Needless to say, the speed can be increased by further increasing the strength of the electric field, as in the first and second embodiments.

【0070】なお、本実施の形態では、液晶層82が正
の誘電率異方性を有する場合について説明したが、液晶
層82が負の誘電率異方性を有する場合であっても、前
記と同様な効果が得られることは明らかである。但し、
液晶層82が負の誘電率異方性を有する場合には、液晶
分子が電界の向きに対して垂直となろうとするため、そ
の垂直な面内における自由度が発生し、若干の不安定要
因となる可能性がある。むろん、通常は電極が対照であ
るため、その自由度は制限されると考えられる。
In this embodiment, the case where the liquid crystal layer 82 has a positive dielectric anisotropy has been described. Obviously, the same effect as described above can be obtained. However,
When the liquid crystal layer 82 has a negative dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules tend to be perpendicular to the direction of the electric field, so that a degree of freedom is generated in the perpendicular plane, which causes a slight instability. It is possible that Of course, it is considered that the degree of freedom is limited because the electrode is usually a control.

【0071】また、本実施の形態においては、説明を簡
単化するため、電極(83,84,85,86)がほぼ
正方位置(但し、互いに平行な電極に直交する面で切っ
た断面で見た場合)に配置した場合を示したが、後述す
るように、電極(83,84,85,86)の配置が、
ほぼ正方位置とは異なる配置形状であっても、電極(8
3,84,85,86)で囲まれ、かつ液晶層82の領
域部分において、ほぼ均一な電界を与えるように、電極
(83,84,85,86)に印加する電圧の振幅を調
節すれば良いことは明らかである。
In this embodiment, for simplicity of explanation, the electrodes (83, 84, 85, 86) are viewed in a cross section taken at a substantially square position (provided that they are cut at a plane perpendicular to the electrodes parallel to each other). Is shown), but as will be described later, the arrangement of the electrodes (83, 84, 85, 86) is
Even if the arrangement shape is different from the substantially square position, the electrode (8
3, 84, 85, 86) and in the region of the liquid crystal layer 82, the amplitude of the voltage applied to the electrodes (83, 84, 85, 86) is adjusted so as to give a substantially uniform electric field. The good is clear.

【0072】なお、本実施の形態においては、前記した
ように、透明物質の層81の屈折率と、屈折率可変物
質、例えば、液晶層82の異常屈折率あるいは正常屈折
率のどちらかを同じ値か近い値に設定してもよい。しか
し、これらの屈折率を同じ値や近い値に設定する必要は
必ずしもなく、同様な効果は以下のようにすれば得るこ
とが可能である。即ち、例えば、透明物質の層81とし
て、固定焦点のレンズの場合を考えると、前記屈折率を
同じ値か近い値に設定することは、その場合に焦点距離
を無限大近くに設定することに相当する。例えば、前記
屈折率を同じ値か近い値にすることが材料上困難である
場合、あるいはそのような材料が他の物性値(例えば、
誘電率異方性、屈折率異方性、温度特性、溶媒との混合
性、毒性など)の関係から不利な場合であっても、単に
他の固定焦点のレンズをこの可変焦点レンズの前後に配
置して、焦点距離を補正するのみで、これを解決でき
る。
In this embodiment, as described above, the refractive index of the transparent material layer 81 and the refractive index variable material, for example, either the extraordinary refractive index or the normal refractive index of the liquid crystal layer 82 are the same. It may be set to a value or a close value. However, it is not always necessary to set these refractive indices to the same value or close values, and a similar effect can be obtained as follows. That is, for example, considering the case of a fixed focus lens as the transparent material layer 81, setting the refractive index to the same value or a close value means setting the focal length to near infinity in that case. Equivalent to. For example, when it is difficult for the material to make the refractive index the same value or a close value, or when such a material has another physical property value (for example,
Even if it is disadvantageous due to the relationship of dielectric anisotropy, refractive index anisotropy, temperature characteristics, miscibility with solvent, toxicity, etc.), simply attach another fixed focus lens before and after this variable focus lens. This can be solved only by disposing and correcting the focal length.

【0073】[実施の形態5]図7は、本発明の実施の
形態5の光学装置の概略構成を示す図であり、同図
(a)は、その要部断面図、同図(b)は、同図(a)
に示す第2の電極群の各電極(下部電極)(35,3
6)と膜310との関係を示す図である。
[Fifth Embodiment] FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an optical device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) is a sectional view of a main part thereof, and FIG. (A)
(Lower electrodes) of the second electrode group shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between 6) and a film 310.

【0074】複数の電極、例えば、実施の形態1におけ
る電極(13,14,15,16)、あるいは実施の形
態2における電極(23,24,25,26)等のよう
に、これらの電極で囲まれた領域内に、できるだけ均一
な電界を生成することが重要である。本実施の形態で
は、これらの電極、例えば、電極33と電極34との間
に、例えば、電極(33,34)の抵抗値より高抵抗で
均一な電気抵抗値を有する膜310を配置し、かつ、こ
れらの電極(33,34)と膜310とを電気的に接続
するようにしたものである。
A plurality of electrodes, such as the electrodes (13, 14, 15, 16) in the first embodiment, or the electrodes (23, 24, 25, 26) in the second embodiment, etc. It is important to create an electric field as uniform as possible in the enclosed area. In the present embodiment, a film 310 having a higher electric resistance and a uniform electric resistance than the resistance of the electrodes (33, 34) is arranged between these electrodes, for example, the electrodes 33 and 34, In addition, these electrodes (33, 34) are electrically connected to the film 310.

【0075】このような構成にすることにより、膜31
0の近傍の電位は、電極33と電極34との電位の間で
ほぼ線形に変化することとなる。したがって、本実施の
形態では、電極(33,34,35,36)で囲まれた
領域の電界をより均一にすることができるという利点を
有する。但し、膜310に電流を流すこととなるため、
光学装置の消費電力が増加する恐れがある。これを抑制
する手段として、例えば、図7(b)に示すように、膜
310をライン/スペース状に配置することは有効であ
る。
With this configuration, the film 31
The potential near zero will change almost linearly between the potentials of the electrodes 33 and 34. Therefore, the present embodiment has an advantage that the electric field in the region surrounded by the electrodes (33, 34, 35, 36) can be made more uniform. However, since a current flows through the film 310,
The power consumption of the optical device may increase. As means for suppressing this, it is effective to arrange the films 310 in a line / space shape, for example, as shown in FIG.

【0076】[実施の形態6]図8は、本発明の実施の
形態6の光学装置における電極の配置を説明するための
図である。
[Sixth Embodiment] FIG. 8 is a diagram for explaining the arrangement of electrodes in an optical device according to a sixth embodiment of the present invention.

【0077】複数の電極、例えば、前記実施の形態1に
おける電極(13,14,15,16)、あるいは前記
実施の形態2における電極(23,24,25,26)
等のように、これらの電極に囲まれた領域においては、
できるだけ均一な電界を生成することが重要である。前
記実施の形態1,2においては、電極の配置は、例え
ば、ほぼ正方位置(但し、互いに平行な電極に直交する
面で切った断面で見た場合)の場合を示したが、むろん
別な配置でもよいことは自明である。
A plurality of electrodes, for example, the electrodes (13, 14, 15, 16) in the first embodiment, or the electrodes (23, 24, 25, 26) in the second embodiment
In the area surrounded by these electrodes as in
It is important to create an electric field that is as uniform as possible. In the first and second embodiments, the arrangement of the electrodes is, for example, a substantially square position (however, when viewed in a cross section taken along a plane orthogonal to the electrodes parallel to each other). It is obvious that the arrangement may be used.

【0078】この場合の指針は、内部が均一な電界であ
ることから、これら電極の重心位置から電極が離れるに
したがって、図8に示すように、その距離に応じた等電
位面を間に挾むことになることから分かるように、重心
位置からの電極の距離に比例する電圧を印加することで
ある。但し、電極を挿入することにより、2次的に生じ
る電界の乱れを補償する必要はある。
The guideline in this case is that since the inside is a uniform electric field, as the electrodes move away from the center of gravity of these electrodes, as shown in FIG. As can be seen from the above, applying a voltage proportional to the distance of the electrode from the position of the center of gravity. However, it is necessary to compensate the secondary electric field disturbance by inserting an electrode.

【0079】[実施の形態7]図9は、本発明の実施の
形態7の光学装置の概略構成を示す要部断面図である。
本実施の形態の光学装置は、前記実施の形態1,2と同
様、基板(510,511)と、透明物質の層501
と、液晶層52と、透明物質の層501と液晶層52と
挾む複数の平行な電極(図6では、4つの電極(53,
54,55,56)のみに番号を付してある)と、これ
らを駆動するための駆動装置515とから構成される。
ここで、基板510側の各電極、即ち、図9に示す電極
(53,54)を含む各電極は第1の電極群を、また、
基板511側の各電極、即ち、図9に示す電極(55,
56)を含む各電極は第2の電極群を構成する。
[Embodiment 7] FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
As in the first and second embodiments, the optical device of this embodiment includes a substrate (510, 511) and a transparent material layer 501.
, A liquid crystal layer 52, and a plurality of parallel electrodes (four electrodes (53, 53,
54, 55, and 56), and a drive unit 515 for driving these.
Here, each electrode on the substrate 510 side, that is, each electrode including the electrodes (53, 54) shown in FIG. 9 corresponds to a first electrode group.
Each electrode on the substrate 511 side, that is, the electrodes (55,
Each of the electrodes including 56) constitutes a second electrode group.

【0080】本実施の形態においては、液晶層52とし
て、no(正常屈折率)が透明物質の層501の屈折率
とほぼ等しく、ne(異常屈折率)が透明物質の層50
1より概ね大きい液晶層を用いる。
[0080] In this embodiment, as the liquid crystal layer 52, n o approximately equal to (ordinary index) refractive index of the layer 501 of transparent material, n e layer (extraordinary index of refraction) of a transparent material 50
A liquid crystal layer larger than 1 is used.

【0081】本実施の形態は、透明物質の層501の液
晶層52側の表面形状を凹レンズ形状としたものであ
る。前記実施の形態1ないし6に示す電圧を複数の電
極、例えば、4つの電極(53,54,55,56)に
印加すると、4つの電極(53,54,55,56)で
囲まれた領域内にほぼ均一な電界を生成でき、また、こ
の電界の向きを高速、かつ連続的に、正確に変化させる
ことができる。このため、液晶層52の液晶分子の向き
を高速、かつ正確に、連続的に変化させることができ、
透明物質の層501と液晶層52との屈折率の差が高
速、かつ連続的に、正確に変化する。したがって、本実
施の形態の光学装置は、この屈折率の差に基づき、高
速、かつ連続的に、正確に変化できる凸レンズとして機
能する。
In the present embodiment, the surface shape of the transparent material layer 501 on the liquid crystal layer 52 side is a concave lens shape. When the voltage shown in the first to sixth embodiments is applied to a plurality of electrodes, for example, four electrodes (53, 54, 55, 56), a region surrounded by the four electrodes (53, 54, 55, 56) A substantially uniform electric field can be generated in the device, and the direction of the electric field can be accurately changed at high speed and continuously. For this reason, the direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 52 can be continuously changed at a high speed and accurately.
The difference in refractive index between the transparent material layer 501 and the liquid crystal layer 52 changes accurately at high speed and continuously. Therefore, the optical device of the present embodiment functions as a convex lens that can change accurately at high speed and continuously based on the difference in refractive index.

【0082】[実施の形態8]図10は、本発明の実施
の形態8の光学装置の概略構成を示す要部断面図であ
る。本実施の形態の光学装置は、透明物質の層502の
液晶層52側の表面形状を凸フレネルレンズ形状とした
点で、前記実施の形態7と相違するが、それ以外の構成
は、前記実施の形態7と同じである。
[Eighth Embodiment] FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. The optical device of the present embodiment is different from that of the seventh embodiment in that the surface shape of the transparent substance layer 502 on the liquid crystal layer 52 side is a convex Fresnel lens shape. This is the same as Embodiment 7.

【0083】前記実施の形態1〜6に示す電圧を複数の
電極、例えば、4つの電極(53,54,55,56)
に印加すると、4つの電極(53,54,55,56)
で囲まれた領域内にほぼ均一な電界を生成でき、また、
この電界の向きを高速、かつ連続的に、正確に変化させ
ることができる。このため、液晶層52の液晶分子の向
きを高速、かつ連続的に、正確に変化させることがで
き、透明物質の層502と液晶層52との屈折率の差が
高速、かつ連続的に、正確に変化する。したがって、本
実施の形態の光学装置は、この屈折率の差に基づき、高
速、かつ連続的に、正確に焦点距離を変化できる凹フレ
ネルレンズとして機能する。
The voltages shown in the first to sixth embodiments are applied to a plurality of electrodes, for example, four electrodes (53, 54, 55, 56).
Applied to the four electrodes (53, 54, 55, 56)
A substantially uniform electric field can be generated in the area surrounded by
The direction of the electric field can be accurately changed at high speed and continuously. For this reason, the direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 52 can be accurately changed at high speed and continuously, and the difference in the refractive index between the transparent material layer 502 and the liquid crystal layer 52 can be changed at high speed and continuously. It changes exactly. Therefore, the optical device of the present embodiment functions as a concave Fresnel lens that can change the focal length accurately at high speed and continuously based on the difference in the refractive index.

【0084】[実施の形態9]図11は、本発明の実施
の形態9の光学装置の概略構成を示す要部断面図であ
る。本実施の形態の光学装置は、透明物質の層503の
液晶層52側の表面形状をプリズムアレイ形状とした点
で、前記実施の形態7と相違するが、それ以外の構成
は、前記実施の形態7と同じである。
[Embodiment 9] FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to Embodiment 9 of the present invention. The optical device of the present embodiment is different from that of the seventh embodiment in that the surface shape of the transparent material layer 503 on the liquid crystal layer 52 side is a prism array shape. Same as in mode 7.

【0085】前記実施の形態1〜6に示す電圧を複数の
電極、例えば、4つの電極(53,54,55,56)
に印加すると、4つの電極(53,54,55,56)
で囲まれた領域内にほぼ均一な電界を生成でき、また、
この電界の向きを高速、かつ連続的に、正確に変化させ
ることができる。このため、液晶層52の液晶分子の向
きを高速、かつ連続的に、正確に変化させることがで
き、透明物質の層503と液晶層52との屈折率の差が
高速、かつ連続的に、正確に変化する。したがって、本
実施の形態の光学装置は、この屈折率の差に基づき、高
速、かつ連続的に、正確に偏向角を変化できる光偏向装
置として機能する。
The voltages shown in the first to sixth embodiments are applied to a plurality of electrodes, for example, four electrodes (53, 54, 55, 56).
Applied to the four electrodes (53, 54, 55, 56)
A substantially uniform electric field can be generated in the area surrounded by
The direction of the electric field can be accurately changed at high speed and continuously. For this reason, the direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 52 can be changed accurately at high speed and continuously, and the difference in the refractive index between the transparent material layer 503 and the liquid crystal layer 52 can be changed at high speed and continuously. It changes exactly. Therefore, the optical device of the present embodiment functions as an optical deflecting device that can change the deflection angle accurately at high speed and continuously based on the difference in the refractive index.

【0086】[実施の形態10]図12は、本発明の実
施の形態10の光学装置の概略構成を示す要部断面図で
ある。本実施の形態の光学装置は、透明物質の層504
の液晶層52側の表面形状を凹レンティキュラレンズ形
状とした点で、前記実施の形態7と相違するが、それ以
外の構成は、前記実施の形態7と同じである。
[Embodiment 10] FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to Embodiment 10 of the present invention. The optical device according to this embodiment includes a transparent substance layer 504.
This embodiment is different from the seventh embodiment in that the surface shape on the liquid crystal layer 52 side is a concave lenticular lens shape, but the other configuration is the same as the seventh embodiment.

【0087】前記実施の形態1〜6に示す電圧を複数の
電極、例えば、4つの電極(53,54,55,56)
に印加すると、4つの電極(53,54,55,56)
で囲まれた領域内にほぼ均一な電界を生成でき、また、
この電界の向きを高速、かつ連続的に、正確に変化させ
ることができる。このため、液晶層52の液晶分子の向
きを高速、かつ連続的に、正確に変化させることがで
き、透明物質の層504と液晶層52との屈折率の差が
高速、かつ連続的に、正確に変化する。したがって、本
実施の形態の光学装置は、この屈折率の差に基づき、高
速、かつ連続的に、正確に焦点距離や発散角を変化でき
るレンティキュラレンズとして機能する。
The voltages shown in the first to sixth embodiments are applied to a plurality of electrodes, for example, four electrodes (53, 54, 55, 56).
Applied to the four electrodes (53, 54, 55, 56)
A substantially uniform electric field can be generated in the area surrounded by
The direction of the electric field can be accurately changed at high speed and continuously. For this reason, the direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 52 can be accurately changed at high speed and continuously, and the difference in the refractive index between the transparent material layer 504 and the liquid crystal layer 52 is rapidly and continuously changed. It changes exactly. Therefore, the optical device of the present embodiment functions as a lenticular lens that can change the focal length and the divergence angle accurately at high speed and continuously based on the difference in the refractive index.

【0088】[実施の形態11]図13は、本発明の実
施の形態11の光学装置の概略構成を示す要部断面図で
ある。本実施の形態の光学装置は、透明物質の層505
の液晶層52側の表面形状を回折格子形状とした点で、
前記実施の形態7と相違するが、それ以外の構成は、前
記実施の形態7と同じである。
[Eleventh Embodiment] FIG. 13 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention. The optical device according to this embodiment includes a layer 505 of a transparent substance.
In that the surface shape on the side of the liquid crystal layer 52 is a diffraction grating shape,
Although different from the seventh embodiment, the other configuration is the same as that of the seventh embodiment.

【0089】前記実施の形態1〜6に示す電圧を複数の
電極、例えば、4つの電極(53,54,55,56)
に印加すると、4つの電極(53,54,55,56)
で囲まれた領域内にほぼ均一な電界を生成でき、また、
この電界の向きを高速、かつ連続的に、正確に変化させ
ることができる。このため、液晶層52の液晶分子の向
きを高速、かつ正確に、連続的に変化させることがで
き、透明物質の層505と液晶層52との屈折率の差が
高速、かつ連続的に、正確に変化する。したがって、本
実施の形態の光学装置は、この屈折率の差に基づき、高
速、かつ連続的に、正確に回折効率を変化できる回折型
光学装置、例えば、光偏向装置として機能する。
The voltages shown in the first to sixth embodiments are applied to a plurality of electrodes, for example, four electrodes (53, 54, 55, 56).
Applied to the four electrodes (53, 54, 55, 56)
A substantially uniform electric field can be generated in the area surrounded by
The direction of the electric field can be accurately changed at high speed and continuously. Therefore, the direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 52 can be changed continuously at high speed and accurately, and the difference in the refractive index between the transparent material layer 505 and the liquid crystal layer 52 is changed at high speed and continuously. It changes exactly. Therefore, the optical device according to the present embodiment functions as a diffractive optical device, for example, a light deflecting device that can change the diffraction efficiency accurately at high speed and continuously based on the difference in the refractive index.

【0090】[実施の形態12]図14は、本発明の実
施の形態12の光学装置の概略構成を示す要部断面図で
ある。本実施の形態の光学装置は、液晶層62側の電
極、例えば、電極(65,66)などの表面上に、例え
ば、ポリイミド、PVA、PVB、斜方蒸着SiOなど
からなる配向膜60が形成され、液晶層62が、配向膜
60を含む構成となっている点で、前記実施の形態1と
相違し、それ以外の構成は、前記実施の形態1と同じで
ある。
[Twelfth Embodiment] FIG. 14 is a cross-sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention. In the optical device of the present embodiment, an alignment film 60 made of, for example, polyimide, PVA, PVB, obliquely deposited SiO, or the like is formed on the surface of the electrode on the liquid crystal layer 62 side, for example, the electrodes (65, 66). The liquid crystal layer 62 is different from the first embodiment in that the liquid crystal layer 62 includes an alignment film 60, and the other configuration is the same as the first embodiment.

【0091】この配向膜60に、例えば、ラビング処理
を加えることにより、この上の液晶層62の液晶分子を
一定の方向に配向させることができる。配向膜60を設
け、ラビング処理を施すことにより、液晶層62の液晶
分子が配向膜60に平行な方向に傾く場合において、液
晶層62の液晶分子を広いドメイン領域において均一な
配向状態とすることができる。これにより、電界の歪
み、あるいは乱れによる液晶分子の向きの乱れなどの悪
影響を抑制することができ、液晶層62の液晶分子が種
々の方向に向くことによって生じる散乱やこれによる白
濁を防ぐことが可能となる。
By subjecting the alignment film 60 to, for example, a rubbing treatment, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 62 thereon can be aligned in a certain direction. By providing the alignment film 60 and performing a rubbing process, when the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 62 are inclined in a direction parallel to the alignment film 60, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 62 are uniformly aligned in a wide domain region. Can be. Thereby, it is possible to suppress the adverse effects such as the distortion of the electric field or the disturbance of the orientation of the liquid crystal molecules due to the disturbance, and it is possible to prevent the scattering caused by the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 62 being directed in various directions and the white turbidity due thereto. It becomes possible.

【0092】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。
As described above, the invention made by the present inventor is:
Although a specific description has been given based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the invention.

【0093】[0093]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0094】本発明によれば、第1の電極群と、第2の
電極群とを、透明物質の層と液晶を含む層とを挟んで相
対向させ、第1の電極群の隣接する2つの電極と、第2
の電極群の隣接する2つの電極とで囲まれる領域内で、
かつ液晶を含む層内における電界方向の向きを変化させ
て、光学装置の光学的特性を変化させるようにしたの
で、能動的に光学装置の光学的特性を高速、かつ連続的
に、正確に変化させることが可能となる。
According to the present invention, the first electrode group and the second electrode group are opposed to each other with the transparent material layer and the liquid crystal-containing layer interposed therebetween. And two electrodes
In the region surrounded by two adjacent electrodes of the electrode group of
In addition, the optical characteristics of the optical device are changed by changing the direction of the direction of the electric field in the layer containing the liquid crystal, so that the optical characteristics of the optical device can be changed accurately at high speed and continuously. It is possible to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1の光学装置の概略構成を
示す要部断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of an optical device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態1の光学装置の動作原理を説明す
るための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation principle of the optical device according to the first embodiment.

【図3】本実施の形態1の光学装置の動作原理を説明す
るための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the optical device according to the first embodiment.

【図4】本発明の実施の形態2の光学装置の概略構成を
示す要部断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of an optical device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態3の光学装置の概略構成を
示す要部断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a main part of a schematic configuration of an optical device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態4の光学装置の概略構成を
示す要部断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of an optical device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態5の光学装置の概略構成を
示す図であり、同図(a)は、その要部断面図、同図
(b)は、同図(a)に示す第2の電極群の電極と膜と
の関係を示す図である。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a schematic configuration of an optical device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7A is a sectional view of a main part thereof, and FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an electrode of a second electrode group and a film.

【図8】本発明の実施の形態6の光学装置における電極
の配置を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining an arrangement of electrodes in an optical device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態7の光学装置の概略構成を
示す要部断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of an optical device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態8の光学装置の概略構成
を示す要部断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of an optical device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態9の光学装置の概略構成
を示す要部断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of an optical device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態10の光学装置の概略構
成を示す要部断面図である。
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical device according to Embodiment 10 of the present invention.

【図13】本発明の実施の形態11の光学装置の概略構
成を示す要部断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical device according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施の形態12の光学装置の概略構
成を示す要部断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing a main part of a schematic configuration of an optical device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図15】従来の液晶レンズの概略構成を示す要部断面
図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of a conventional liquid crystal lens.

【図16】図15に示す液晶レンズの印加電圧と焦点距
離との関係を示すグラフである。
16 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the focal length of the liquid crystal lens shown in FIG.

【図17】図15に示す液晶レンズにおける駆動の際の
回復時間を示すグラフである。
17 is a graph showing a recovery time when the liquid crystal lens shown in FIG. 15 is driven.

【図18】図15に示す液晶レンズにおける平凹レンズ
91表面の液晶層92の液晶分子の配向状態を説明する
ための図である。
18 is a view for explaining an alignment state of liquid crystal molecules in a liquid crystal layer 92 on the surface of the plano-concave lens 91 in the liquid crystal lens shown in FIG.

【図19】図15に示す液晶レンズにおける、電圧を印
加した時の液晶層92の液晶分子の配向状態を説明する
ための図である。
FIG. 19 is a view for explaining an alignment state of liquid crystal molecules of a liquid crystal layer 92 when a voltage is applied in the liquid crystal lens shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,61,71,81,501,502,50
3,504,505…透明物質の層、12,22,5
2,62,72,82,92…液晶層、13〜16,2
3〜26,33〜36,43〜46,53〜56,63
〜66,73〜76,83〜86…電極、19,29,
39,59,69,79,89,99…入射光、17,
18,27,28,37,38,57,58,67,6
8,77,78,87,88,97,98…出射光、9
1…平凹レンズ、93,94…透明電極、60,95,
96…配向膜、110,111,210,211,51
0,511,610,611,710,711,81
0,811…基板、115,215,515,615,
715,815,915…駆動装置、310…膜、91
0…対向基板。
11, 21, 61, 71, 81, 501, 502, 50
3,504,505 ... Transparent material layer, 12,22,5
2, 62, 72, 82, 92: liquid crystal layer, 13 to 16, 2
3-26, 33-36, 43-46, 53-56, 63
~ 66, 73 ~ 76, 83 ~ 86 ... electrodes, 19, 29,
39, 59, 69, 79, 89, 99 ... incident light, 17,
18, 27, 28, 37, 38, 57, 58, 67, 6
8, 77, 78, 87, 88, 97, 98 ... outgoing light, 9
1: Plano-concave lens, 93, 94: Transparent electrode, 60, 95,
96 ... orientation film, 110, 111, 210, 211, 51
0,511,610,611,710,711,81
0,811 ... substrate, 115,215,515,615,
715, 815, 915 drive device, 310 film, 91
0: Counter substrate.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液晶層を含む層と、 前記液晶層に接する面が所望の曲面の表面形状を有する
透明物質の層と、 互いに平行な複数の電極で構成される第1の電極群と、 互いに平行な複数の電極で構成され、前記液晶層を含む
層と透明物質の層とを挾んで第1の電極群と平行に相対
向する第2の電極群と、 前記第1の電極群および第2の電極群の各電極に電圧を
印加する駆動装置とを有する光学装置であって、 前記駆動装置から前記第1の電極群および第2の電極群
の各電極に振幅の異なる電圧を印加し、前記第1の電極
群の隣接する2本の電極と、前記第2の電極群の隣接す
る2本の電極とで囲まれる領域内で、かつ液晶を含む層
内における電界方向の向きを変化させることを特徴とす
る光学装置。
1. A layer including a liquid crystal layer, a layer of a transparent material having a surface in contact with the liquid crystal layer having a desired curved surface shape, and a first electrode group including a plurality of electrodes parallel to each other; A second electrode group composed of a plurality of electrodes parallel to each other and facing the first electrode group in parallel with the first electrode group across the layer including the liquid crystal layer and the transparent material layer; A driving device for applying a voltage to each electrode of the second electrode group, wherein a voltage having a different amplitude is applied from the driving device to each electrode of the first electrode group and the second electrode group. Then, the direction of the electric field direction in a region surrounded by two adjacent electrodes of the first electrode group and two adjacent electrodes of the second electrode group and in a layer containing liquid crystal is changed. An optical device characterized by changing.
【請求項2】 前記駆動装置から前記第1の電極群およ
び第2の電極群の各電極に位相の異なる電圧を印加し、 前記第1の電極群の隣接する2本の電極と、前記第2の
電極群の隣接する2本の電極とで囲まれる領域内で、か
つ液晶を含む層内における電界方向の向きを、時間周期
的に変化させることを特徴とする請求項1記載の光学装
置。
2. The driving device applies voltages having different phases to each of the first electrode group and the second electrode group, and two adjacent electrodes of the first electrode group, 2. The optical device according to claim 1, wherein a direction of an electric field direction in a region surrounded by two adjacent electrodes of the two electrode groups and in a layer containing liquid crystal is changed in a time-periodic manner. .
【請求項3】 前記第1の電極群、あるいは前記第2の
電極群の少なくとも一方の各電極間に電気的に接続さ
れ、前記各電極より電気抵抗が高く、かつ電気抵抗が均
一な膜を有すること特徴とする請求項1または請求項2
に記載された光学装置。
3. A film which is electrically connected between at least one electrode of the first electrode group and the second electrode group and has a higher electric resistance and a uniform electric resistance than each of the electrodes. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein
An optical device according to claim 1.
【請求項4】 前記第1の電極群の隣接する2本の電極
と、前記第2の電極群の隣接する2本の電極とで囲まれ
る領域の重心位置と、前記第1の電極群の隣接する2本
の電極および前記第2の電極群の隣接する2本の電極と
の距離に比例して、前記第1の電極群の隣接する2本の
電極および前記第2の電極群の隣接する2本の電極に印
加する電圧の振幅を増加することを特徴とする請求項1
ないし請求項3のいずれか1項に記載された光学装置。
4. A position of a center of gravity of a region surrounded by two adjacent electrodes of the first electrode group, two adjacent electrodes of the second electrode group, and The two adjacent electrodes of the first electrode group and the adjacent two electrodes of the second electrode group are proportional to the distance between the two adjacent electrodes and the two adjacent electrodes of the second electrode group. 2. The method according to claim 1, wherein the amplitude of the voltage applied to the two electrodes is increased.
An optical device according to claim 3.
【請求項5】 前記第1の電極群の隣接する2本の電極
および前記第2の電極群の隣接する2本の電極を、前記
互いに平行な複数の電極に直交する面で切った断面で、
ほぼ正方位置に配置し、 前記第1の電極群の隣接する2本の電極および前記第2
の電極群の隣接する2本の電極に印加する電圧の位相
を、互いに平行な複数の電極に直交する面で切った断面
で、時計周り(あるいは反時計周り)に90度づつずら
したことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれ
か1項に記載された光学装置。
5. A cross section in which two adjacent electrodes of the first electrode group and two adjacent electrodes of the second electrode group are cut by a plane orthogonal to the plurality of parallel electrodes. ,
Two electrodes adjacent to the first electrode group and the second electrode
The phase of the voltage applied to two adjacent electrodes in the group of electrodes is shifted 90 degrees clockwise (or counterclockwise) clockwise (or counterclockwise) in a section cut by a plane orthogonal to a plurality of electrodes parallel to each other. The optical device according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 前記液晶層は、正の誘電率異方性を有す
る液晶層であることを特徴とする請求項1ないし請求項
5のいずれか1項に記載された光学装置。
6. The optical device according to claim 1, wherein the liquid crystal layer is a liquid crystal layer having a positive dielectric anisotropy.
【請求項7】 前記透明物質の層の前記液晶層に接する
面の表面形状は、凸レンズ形状、凹レンズ形状、フレネ
ルレンズ形状、プリズムアレイ形状、レンズアレイ形
状、レンティキュラレンズ形状、回折格子形状あるいは
それらの組み合わせた曲面形状であることを特徴とする
請求項1〜6記載の光学装置。
7. The surface shape of the surface of the transparent material layer in contact with the liquid crystal layer may be a convex lens shape, a concave lens shape, a Fresnel lens shape, a prism array shape, a lens array shape, a lenticular lens shape, a diffraction grating shape, or any of them. The optical device according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical device has a curved surface shape obtained by combining:
【請求項8】 前記透明物質の層の誘電率と、前記液晶
層を含む層の誘電率とは、ほぼ同一の値であることを特
徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載
された光学装置。
8. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the dielectric constant of the layer of the transparent material and the dielectric constant of the layer including the liquid crystal layer have substantially the same value. An optical device according to claim 1.
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