JPS59224821A - 焦点距離可変レンズ - Google Patents
焦点距離可変レンズInfo
- Publication number
- JPS59224821A JPS59224821A JP8910784A JP8910784A JPS59224821A JP S59224821 A JPS59224821 A JP S59224821A JP 8910784 A JP8910784 A JP 8910784A JP 8910784 A JP8910784 A JP 8910784A JP S59224821 A JPS59224821 A JP S59224821A
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- JP
- Japan
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- liquid
- liquid crystal
- lens
- crystal
- focal length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/1313—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells specially adapted for a particular application
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
老眼などのように、眼球における焦点距離の調節機能が
低下した場合には、近距離用と遠距離用の２種類の焦点
距離の異なる眼鏡を使用したり、眼鏡レンズ内で部分的
または連続的に焦点距離の異なる領域を持ち、近距離ま
たは遠距離でそれぞれ適当な焦点距離を持つ部分を通し
て物を見なければならないという不便さがある。
低下した場合には、近距離用と遠距離用の２種類の焦点
距離の異なる眼鏡を使用したり、眼鏡レンズ内で部分的
または連続的に焦点距離の異なる領域を持ち、近距離ま
たは遠距離でそれぞれ適当な焦点距離を持つ部分を通し
て物を見なければならないという不便さがある。
また、「そこひ」などの疾病により水晶体を摘出した場
合に、従来の焦点距離固定のレンズを用いた眼鏡では、
日常生活において数種類のレンズを用意して、情況に応
じて使い分ける必要があった。そこで本発明では、これ
らのｌｌＳ！鏡レンズし用時における不便さを解消する
ために、低電圧、低消費電力で作動する液晶を用いた電
圧制御型の焦点距離可変レンズを構成することをその目
的としている。
合に、従来の焦点距離固定のレンズを用いた眼鏡では、
日常生活において数種類のレンズを用意して、情況に応
じて使い分ける必要があった。そこで本発明では、これ
らのｌｌＳ！鏡レンズし用時における不便さを解消する
ために、低電圧、低消費電力で作動する液晶を用いた電
圧制御型の焦点距離可変レンズを構成することをその目
的としている。
一軸性の屈折率異方性を有する物質では、光軸を含む面
内に振動方向を持つ異常光線に対する屈折率と常光線に
対する屈折率が異なるので、このような物質を凸レンズ
または凹レンズ状とし、第１図（異常光ｌｉりおよび第
２図（常光線）に示したように、偏光板１により異常光
線と常光線の切り換えを行なうと、レンズ３の形状は同
じても、屈折率がそれぞれ異なるので、レンズ３の焦点
距離を変えることができる。一方、２枚の透明電極基板
に対して液晶分子が平行になるように配向させ、これら
の基板が直交するようにして配置して、２枚の基板の間
で液晶分子が９０６ねじれたようにしたＴＩ’ｔＪ （
Ｔｗ＋ｓｔｅａＮｅｍａｔｉｃ）液晶セルは、入力光の
偏光方向を９０°ねじるような効果を有するが、このＴ
Ｎ液晶セルに加える電圧４をあるしきい値以上にすると
、液晶分子は電界の方向に配列して光学活性を失ない、
入力光は偏光方向を回転することな（、この液晶セルを
通過する。そこで第３図に示したように、偏光板１の振
動方向とレンズ３を構成する物質の光軸方向を一致させ
、偏光板１とレンズ３の間にＴＮ液晶セル２を配置する
と、印加電圧４がしきい電圧より低ければ、入力光はＴ
Ｎ液晶セル２で振動方向に９０°回転し、入力光に対し
て常光線に対する屈折率を持つレンズとなるが、印加電
圧４がしきい電圧を越えると振動方向の回転が起らず、
したがって、ＴＮ液晶セルに印加する電圧により、レン
ズの焦点距離を切り換えることができる。しかし、この
ような方法ではレンズの焦点距離を連続的に可変させる
ことはできない。
内に振動方向を持つ異常光線に対する屈折率と常光線に
対する屈折率が異なるので、このような物質を凸レンズ
または凹レンズ状とし、第１図（異常光ｌｉりおよび第
２図（常光線）に示したように、偏光板１により異常光
線と常光線の切り換えを行なうと、レンズ３の形状は同
じても、屈折率がそれぞれ異なるので、レンズ３の焦点
距離を変えることができる。一方、２枚の透明電極基板
に対して液晶分子が平行になるように配向させ、これら
の基板が直交するようにして配置して、２枚の基板の間
で液晶分子が９０６ねじれたようにしたＴＩ’ｔＪ （
Ｔｗ＋ｓｔｅａＮｅｍａｔｉｃ）液晶セルは、入力光の
偏光方向を９０°ねじるような効果を有するが、このＴ
Ｎ液晶セルに加える電圧４をあるしきい値以上にすると
、液晶分子は電界の方向に配列して光学活性を失ない、
入力光は偏光方向を回転することな（、この液晶セルを
通過する。そこで第３図に示したように、偏光板１の振
動方向とレンズ３を構成する物質の光軸方向を一致させ
、偏光板１とレンズ３の間にＴＮ液晶セル２を配置する
と、印加電圧４がしきい電圧より低ければ、入力光はＴ
Ｎ液晶セル２で振動方向に９０°回転し、入力光に対し
て常光線に対する屈折率を持つレンズとなるが、印加電
圧４がしきい電圧を越えると振動方向の回転が起らず、
したがって、ＴＮ液晶セルに印加する電圧により、レン
ズの焦点距離を切り換えることができる。しかし、この
ような方法ではレンズの焦点距離を連続的に可変させる
ことはできない。
ところで、２枚の透明電極基板の間に誘電異方性が正の
電界効果形液晶を入れ、液晶分子が基板に平行になるよ
うに配向させた液晶セルに交流電圧を印加すると、しき
い値以上の印加電圧の大きさに対して液晶分子が基板に
対して垂直方向に連続的にその向きを変え、液晶分子の
配向方向に偏光した入射光に対して液晶セルのみかけの
屈折率は異常光に対する値から常光に対する値まで連続
的に変化する。このいわゆる電界制御複屈折率効果は液
晶セルの厚さに依存せず、また印加電界ではなく印加電
圧に依存して変化することが知られている。つまり、液
晶セルがレンズのような形をしており、液晶セルの厚さ
が各々の場所によって巽なっていても光学的には一様な
屈折率の変化が得られることになっている。しがって、
第４図に示した構成で、レンズ３を平行配向させた誘電
異方性が正の電界効果形液晶を用いて作成し、印加電圧
５により液晶分子を傾けて液晶セルのみかけの屈折率を
変化させることにより、レンズ３の焦点距離を連続的に
変化させることができる。具体的な例として、シアノビ
フェニル系液晶であるＰＣＢを用い、レンズの曲率半径
を１２１ｍｍとする液晶レンズを作成すると、１０■程
度の電圧印加により液晶レンズ焦点距離を１７５ｍｍか
ら２３０ｍｍ程度まで変化させることができる。垂直配
向させた誘電異方性が負の液晶を用いると、印加電圧に
対して焦点距離が逆の変化、すなわち常光に対する値か
ら異常光に対する値まで変化することになる。電圧を印
加するのと同様に、磁界を加えても液晶分子の配向状態
を変えることができるので、磁界による焦点距離可変の
レンズとすることもできる。
電界効果形液晶を入れ、液晶分子が基板に平行になるよ
うに配向させた液晶セルに交流電圧を印加すると、しき
い値以上の印加電圧の大きさに対して液晶分子が基板に
対して垂直方向に連続的にその向きを変え、液晶分子の
配向方向に偏光した入射光に対して液晶セルのみかけの
屈折率は異常光に対する値から常光に対する値まで連続
的に変化する。このいわゆる電界制御複屈折率効果は液
晶セルの厚さに依存せず、また印加電界ではなく印加電
圧に依存して変化することが知られている。つまり、液
晶セルがレンズのような形をしており、液晶セルの厚さ
が各々の場所によって巽なっていても光学的には一様な
屈折率の変化が得られることになっている。しがって、
第４図に示した構成で、レンズ３を平行配向させた誘電
異方性が正の電界効果形液晶を用いて作成し、印加電圧
５により液晶分子を傾けて液晶セルのみかけの屈折率を
変化させることにより、レンズ３の焦点距離を連続的に
変化させることができる。具体的な例として、シアノビ
フェニル系液晶であるＰＣＢを用い、レンズの曲率半径
を１２１ｍｍとする液晶レンズを作成すると、１０■程
度の電圧印加により液晶レンズ焦点距離を１７５ｍｍか
ら２３０ｍｍ程度まで変化させることができる。垂直配
向させた誘電異方性が負の液晶を用いると、印加電圧に
対して焦点距離が逆の変化、すなわち常光に対する値か
ら異常光に対する値まで変化することになる。電圧を印
加するのと同様に、磁界を加えても液晶分子の配向状態
を変えることができるので、磁界による焦点距離可変の
レンズとすることもできる。
また、第５図に示した構成で、ＴＮ液晶セル２に印加す
る電圧４により常光線と異常光線の切り換えを行ない、
また、液晶によるレンズ３に印加する電圧５による焦点
距離の制御を行なえば、さらに細かな焦点距離の変化を
得ることができる。
る電圧４により常光線と異常光線の切り換えを行ない、
また、液晶によるレンズ３に印加する電圧５による焦点
距離の制御を行なえば、さらに細かな焦点距離の変化を
得ることができる。
本発明は数Ｖ程度の低電圧で動作し、消費電力が極めて
少ない液晶セルを用いて焦点距離可５− 変のレンズを構成しているので、集積回路素子と直結で
き、また、薄形軽量なることにより、通常の眼鏡レンズ
として装着することが可能である。さらに、他の光学機
器の距離合わせ機構などを電子的に行なうことにも応用
できる。
少ない液晶セルを用いて焦点距離可５− 変のレンズを構成しているので、集積回路素子と直結で
き、また、薄形軽量なることにより、通常の眼鏡レンズ
として装着することが可能である。さらに、他の光学機
器の距離合わせ機構などを電子的に行なうことにも応用
できる。
図面は本発明の実施例と、その作動機構を説明するもの
で、第１図および第２図は本発明の焦点距離可変レンズ
の基本原理を示し、第１図は異常光線の場合を、第２−
騎光線の場合を示し、第３図はＴＮ液晶セルを組み合わ
せ電圧印加により２種の焦点距離を選択できる構成例を
示し、第４図は本発明の主要な部分である液晶によるレ
ンズに電圧を印加して液晶分子の配向を制御し、誘起参
委された複屈折の変化による焦点距離可変のレンズの構
成を示し、第５図は第４図の構成にＴＮ液晶セルを加え
たものである 図中、１は偏光板、２はＴＮ液晶セル、３は屈折率異方
性を有する物質（液晶）で作成した−〇− レンズ、４はＴＮ液晶セルの駆動電圧、５は液晶による
レンズの駆動電圧。 ７− 第１図 第２図 ５、Ｓ５ ［
で、第１図および第２図は本発明の焦点距離可変レンズ
の基本原理を示し、第１図は異常光線の場合を、第２−
騎光線の場合を示し、第３図はＴＮ液晶セルを組み合わ
せ電圧印加により２種の焦点距離を選択できる構成例を
示し、第４図は本発明の主要な部分である液晶によるレ
ンズに電圧を印加して液晶分子の配向を制御し、誘起参
委された複屈折の変化による焦点距離可変のレンズの構
成を示し、第５図は第４図の構成にＴＮ液晶セルを加え
たものである 図中、１は偏光板、２はＴＮ液晶セル、３は屈折率異方
性を有する物質（液晶）で作成した−〇− レンズ、４はＴＮ液晶セルの駆動電圧、５は液晶による
レンズの駆動電圧。 ７− 第１図 第２図 ５、Ｓ５ ［
Claims (1)
- 入射光側に偏光板を、出射光側にレンズの形状をし液晶
分子を一方向に配向された液晶セルを配置し、該液晶セ
ルに外部より電界または磁界を印加して液晶分子の配向
状態を制御することにより、液晶レンズの屈折率を連続
的に変化させるようにした焦点距離可変レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8910784A JPS59224821A (ja) | 1984-05-03 | 1984-05-03 | 焦点距離可変レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8910784A JPS59224821A (ja) | 1984-05-03 | 1984-05-03 | 焦点距離可変レンズ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53060427A Division JPS5850339B2 (ja) | 1978-05-20 | 1978-05-20 | 焦点距離可変レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224821A true JPS59224821A (ja) | 1984-12-17 |
Family
ID=13961666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8910784A Pending JPS59224821A (ja) | 1984-05-03 | 1984-05-03 | 焦点距離可変レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59224821A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62143925U (ja) * | 1986-03-05 | 1987-09-10 | ||
| US5815233A (en) * | 1993-03-31 | 1998-09-29 | Citizen Watch Co., Ltd. | Optical device containing a liquid crystal element for changing optical characteristics of a lens element |
| US6347742B2 (en) * | 1999-06-14 | 2002-02-19 | International Business Machines Corporation | Variable focal length lenses |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5232348A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-11 | Thomson Brandt | Automatic focusing projector and reader |
| JPS5499654A (en) * | 1977-12-27 | 1979-08-06 | Western Electric Co | Device for controlling optical focus |
| JPS54151854A (en) * | 1978-05-20 | 1979-11-29 | Sato Susumu | Variable focal length lens |
-
1984
- 1984-05-03 JP JP8910784A patent/JPS59224821A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5232348A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-11 | Thomson Brandt | Automatic focusing projector and reader |
| JPS5499654A (en) * | 1977-12-27 | 1979-08-06 | Western Electric Co | Device for controlling optical focus |
| JPS54151854A (en) * | 1978-05-20 | 1979-11-29 | Sato Susumu | Variable focal length lens |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62143925U (ja) * | 1986-03-05 | 1987-09-10 | ||
| US5815233A (en) * | 1993-03-31 | 1998-09-29 | Citizen Watch Co., Ltd. | Optical device containing a liquid crystal element for changing optical characteristics of a lens element |
| US6347742B2 (en) * | 1999-06-14 | 2002-02-19 | International Business Machines Corporation | Variable focal length lenses |
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