JPS61140925A

JPS61140925A - 複屈折の温度補正液晶レンズ

Info

Publication number: JPS61140925A
Application number: JP26412584A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Nishioka; 公彦西岡; Takao Okada; 孝夫岡田; Takeaki Nakamura; 剛明中村; Hiroyuki Yamamoto; 博之山本; Toshihito Kawachi; 河内　利仁; Akihiro Shibayama; 柴山　哲広; Hideo Tomabechi; 苫米地　英夫
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1986-06-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は液晶レンズ等、光学レンズの複屈折の影響を改
善することができる複屈折の温度補正液晶レンズに関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点１液晶は、これに印加する電圧等を１ｌＪｉｌｌすること
によって、その液晶分子の配向状態を制御でき、従って
、その配向状態の変化に伴う屈折率の変化をｌ１ｌＩｌ
ｌできることになる。この特徴を利用することによって
、焦点距離可変レンズを実現できる。

上記焦点距離可変レンズの従来例として、例えば特願昭
５９−１３７７４０号に提案されているものがある。こ
の従来例はこれまでのようにレンズをメカニカルに可動
する必要がないので、軽盪でコンパクトな焦点距離可変
レンズを実現できるという利点を有する。

しかしながら、液晶は特にその異常光に対する屈折率の
温度依存性が大きいため、複屈折率の差が温度と共に大
きく変化してしまい、解像力を必要とする光学機器に適
用する場合大きな障害になるものであった。

［発明の目的］本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、１１
度が変化しても複屈折率の差を小さく保持できるように
して解像力の低下を防止できる複屈折の温度補正液晶レ
ンズを提供することを目的とする。

［発明の概！！］本発明は印加する電圧等でその屈折率が可変される液晶
レンズ等、複屈折率の差が温度に依存する液晶レンズ等
の光学レンズに対し、温度補正用液晶レンズを組合わせ
、その際光学レンズの温度を温度センサで検出し、この
検温信号で温度補正用液晶レンズに印加する電圧等を制
御して、複屈折率の差を小さく保持するように構成しで
ある。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図及び第２図は本発明の１実施例に係り、第１図は
１実施例の構成を示し、第２図は常光及び異常光に対す
る液晶の屈折率の温度依存特性を示す。

第１図に示すように１実施例の液晶レンズ１は、その複
屈折率に温度依存性、を示す第１の液晶レンズ２の他に
補正用の液晶レンズ３が組合わせである。

上記第１の液晶レンズ２は透明板４ａの両面の周縁に沿
ってリング状のスペーサ５ａ、６ａを介装して該透明板
４ａの各面とそれぞれ対向する凸面状透明板７ａ、８ａ
とで形成された各セル内に、同一特性の液晶９ａ、１０
ａが封入されて形成され、この液晶レンズ２はフレーム
１１ａに固定しである。

上記透明板４ａの両面には３ｎ　０２等の透明電極１２
８．１３ａが形成され、又、これら電極１２ａ、１３ａ
に対向する凸面状透明板７ａ、８ａの内側の各面にも透
明電極１４ａ、１５ａが形成されている。

上記外側の電極１４ａ、１５ａは互いに導通され、リー
ド線を介してアース端子に接続され、一方向側の電極１
２ａ、１３ａも互いに導通され、リード線を介して焦点
距離可変用の可変抵抗（器）１６の可変端子に接続され
ている。しかして、この可変抵抗１６の一方は接地され
、他端は印加電圧制御回路１７を介してＤ　Ｃ／Ａ　Ｃ
コンバータ１８に接続されている。

ところで上記液晶レンズ２に用いられる液晶９ａ、　１
Ｑａとしては例えばネマチック液晶が用いられ、第１図
における符号Ａ、Ｂで示すように、各液晶９ａ、１０ａ
における液晶分子の配向方向は、互いに直交する方向で
あり、これらの方向Ａ。

Ｂは電極１２ａ、１３ａ面と平行となるようにｒｊｂｂ
ｉｎｇ処理等が施されており、従ってこれら配向方向Ａ
、Ｂはレンズとし□ての□光軸と直交する方向に設定さ
せである。

上記液晶レンズ２は、電圧が印加されていない場合、レ
ンズの光軸と直交する平面内における互いに直交する方
向に液晶分子を配向させることにより、″偏向板を必要
としない焦点距離可変レンズが構成されている。

即ち、入射光は互いに直交する２つの偏光成分、例えば
第１図の液晶９ａ（の液晶分子）の配向方向、つまり矢
印方向Ａの配向方向と液晶１０ａ（の液晶分子）の配向
方向、つまりＢの配向方向に分解することができる。ま
ずＡの方向と平行な偏光成分が透田板７ａを通って一晶
９ａに入射した場合、この光線成分は該液晶９ａに対し
て、異常光線となる。したがって、この状態で液晶９ａ
に電圧を印加すると、液菖分子は電圧に応じて徐々に電
極１２ａ面に垂直な方向に配向の向きを変えるので異常
光線成分に対して液晶９ａのみかけの屈折率は異常光に
対する値から常光に対する値まで連続的に変化し、焦点
距離可変の効果をうけることになる。この液晶９ａに対
しての異常光成分゛は液晶１０ａでは常光成分となるた
め、電圧によってみかけの屈折率は殆んど変化せず焦点
距離可変の効果をうけ□ない。したがって、そのまま直
進する。一方、もう一方の入射光成分、つまり液晶９ａ
に対して常光に相当する成分は該液晶９ａではみかけの
屈折率は殆んど変化せず、焦点距離可変の効果をうけな
いが、液晶１０ａでは異常光に相当する成分となるため
前記液晶９ａに異常光が入射した場合（前述）と同様に
、みかけの屈折率は変化し、焦点距離可変の効果を受け
ることになる。液晶９ａおよび１０ａは同じ電圧を印加
されるため、互いに等しい焦点距離可変の効果を及ぼす
ことになる。したがって、焦点距離可変レンズとして機
能する液晶９ａ、１０ａの光軸方向を互いに直交するよ
うに重ねることにより、あらゆる方向の偏光に対しても
焦点距離可変のレンズとして動作することになり、偏光
板を使用することなく入射光の偏向方向に無関係に焦点
距離を可変できるレンズが実現されている。つまり、偏
向板を使用することなく、直線偏光になっていない自然
光に対しても光の利用効率の高い明るいレンズを実現し
ている。

ところで上記液晶レンズの各液晶９ａ、１０ａはその屈
折率ｎが常光に対する屈折率ｎｏと異常光に対する屈折
率ｎｅが、例えば第２図に示すような温度依存性を示す
。

屈折率ｎ□は温度Ｔに対して殆んど変化しないが、異常
光に対する屈折率ｎｅは温度依存性が大きい。

従って、例えば温度Ｔｏの場合における（異常光に対す
る）屈折率ｎｏ　（Ｔｏ　）と（常光に対する）屈折率
ｎｅ（Ｔｏ）との屈折率の差Δｎ（＝ｎｅ（Ｔｏ　）　
−ｎｏ　　（Ｔｏ　）　）つまり複屈折率は比較的小さ
いが、温度Ｔ１では屈折率の差Δｎはがなり大きくなっ
てしまう。この屈折率の差へ〇のため、液晶９ａを通っ
た際における常光と異常光における光路にずれが大きく
なる。このずれは、次の液晶１０ａを通る際に、該液晶
１０ａにとって常光と異常光とが前記液晶９ａの場合と
入れ換わるためかなり改善される。しかしながら、入射
角度が大きい光線に対しては、液晶９ａを通った際の光
路と液晶１０ａを通った際の光路の差異が大きくなり、
上記屈折率の差Δｎを十分解消できない場合も生じる。

このため第１実施例においては補正用の液晶レンズ３を
用いて改善している。

上記補正用の液晶レンズ３は液晶レンズ２と同様な構造
になっており、上記液晶レンズ２に付けられたａの代り
にｂを付けて示している。

上記液晶レンズ３の内側電極１２ｂ、１３ｂは、印加電
圧制御回路１９を介してＤＣ／ＡＣコンバータ１８に接
続されている。

上記液晶レンズ２（３でも良い）には温度センサ２０が
取付けてあり、この温度センサ２０の信号出力は測温回
路２１に入力され、検温信号に変換された後Ａ／Ｄコン
バータ２２に入力される。

このＡ／Ｄコンバータ２２のディジタル信号はＲＯＭ２
３に入力される。

又、上記液晶レンズ２へのＡＣ印加電圧は整流器２４で
整流され、このＤＣ電圧はＡ／Ｄコンバータ２５でディ
ジタル量に変換されてＲＯＭ２３に入力される。

上記ＲＯＭ２３にはアドレス端に印加されるアドレス信
号によって、各液晶レンズ２．３に印加するＡＣ電圧を
設定するためのデータが書き込まれており、読み出され
た一対のデータはそれぞれＤ／Ａコンバータ２６，２７
を経て印加電圧制御回路１７．１９の各制御端に印加さ
れるようになっている。

上記各印加電圧ｔＩ１１１１１７．１９はＤ　Ｃ／Ａ　
Ｃコンバータ１８のＡＣＣソノ電圧（値）を可変して出
力するものであり、各制御端に印加される信号によって
制御されるようにしである。

上記印加電圧制御回路１７は、温度Ｔが低くなりた場合
、温度センサ２０の出力に基づいて、そのＡＣ出力電圧
レベルを大きくし、大きくしたＡＣ出力電圧によって異
常光に対する屈折率ｎｅを小さくし、屈折率の差Δｎを
小さくすることができるようにしである。

又、上記他方の印加電圧制御回路１９は（Δｎを小さく
するために）上記液晶レンズ２への印加電圧が変化する
に従って、焦点距離が変化してしまうその変化分を補正
するためのアナログ信号がその制御端に印加されるよう
になっている。

このように構成された１実施例の動作を以下に説明する
。

温度ＴがＴｏの状態で可変抵抗１６がある値に設定され
た状態のとき、液晶レンズ２は第２図において異常光に
対する屈折率がＣで示す値を示すとする（常光に対して
は印加電圧に対して屈折率が変化しないものとする。）
。しかして、周囲の温度Ｔが温度Ｔｏから温度Ｔ１に下
がった場合、印加電圧制御回路１７がそのまま保持され
ると、屈折率がＣの状態は符号りで示す屈折率になる。

上記温度変化は温度センサ２０で窒出され、その検温信
号に基づいて印加電圧制御回路１７の制御端に印加され
る電圧が小さくなり、このため出力電圧が大きくなって
、符号りで示す屈折率はＤ′になる。（Δｎがあるレベ
ル例えば１点鎖線で示す範囲Δｎｓｔ以下にされる。）
しかして、この屈折率り一になることにより、液晶レン
ズ２の焦点距離は温度Ｔｏの状態より小さくなってしま
う（場合によっては大きくなる）。この分は、液晶レン
ズ３によって補正される。

つまり、上記印加電圧制御回路１７に出力されるＲＯＭ
２３から出力されるデータと共に、対となって出力され
るデータに基づいて、印加電圧制御回路１９に出力され
る。この印加電圧制御回路１９から出力されるＡＣＩ！
圧によって液晶レンズ３の焦点距離が旬変され、上記液
晶レンズ２が温度変化及び屈折率の差Δ−ｎを許容レベ
ル以下に設定した際の焦点距離の変化を補正する。

尚、この場合補正用の液晶レンズ３においては、異常光
に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎＱとの差Δ
ｎは許容レベル以下に保持される。

（このΔｎの差は十分小さく設定されることが望ましい
。）上記第１実施例によれば、温度によって複屈折率の差が
大きくなってしまうのを防止できる。従って、解像度を
高めることができる。

上記１実施例において、複屈折率が補正される光学レン
ズとして、液晶レンズ２が用いであるが、本発明はこれ
に限定されるものでなく、電気光学素子等用いた光学レ
ンズに対しても補正用液晶レンズ３を組合わせることに
より同様に適用できるものである。

又、補正用の液晶レンズの構造は第１図に示すものに限
らず、例えば凹レンズとして機能するものであっても良
い。又、第１図において透明板４ｂが凹レンズ状、又は
凸レンズ状にしたり、透明板７ｂ、８ｂを凹レンズ状又
は凸レンズ状にしたり、透明板４ｂの両面をフレネル構
造にして応答性を良好にすることもできる。

又、第１図に示す液晶レンズ２のように液晶９ａ、１０
ａを用いることにより異常光及び常光に対して対称的な
光学レンズとは異る場合には、補正用の液晶レンズとし
て第１図に示すように一対の液晶９ａ、１０ｂを対称的
に構成したものに限らず、一方のみを用いて複屈折を補
正する（許容レベルより小さくする）液晶レンズを構成
することができる場合もある。又、許容レベルよりも大
きな複屈折率を示す補正されるべき光学レンズに対し、
上述のような液晶レンズ３等で（Ｉｉ度依存性があるな
しにかかわらず）補正することができる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、温度変化によって複
屈折率が変化する光学レンズに対し、検温手段と、印加
電圧又は周波数で前記複屈折率を改善する液晶レンズと
を設けであるので、前記複屈折率を小さくして解像度を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の１実施例に係り、第１図は
１実施例を示す構成図、第２図は温度変化に対する屈折
率の変化を示す特性図である。１・・・温度補正液晶レンズ２・・・液晶レンズ３・・・（補正用の）液晶レンズ４ａ、４ｂ・・・透明板９ａ、１０ａ、９ｂ、１０ｂ−・・液晶１６・・・可変
抵抗１７．１９・・・印加電圧制御回路２２．２５・・・Ａ／Ｄコンバータ２３・・・ＲＯＭ

Claims

【特許請求の範囲】

温度によつて、常光及び異常光に対する屈折率に差を有
する光学レンズに対し、その検温手段と、前記屈折率の
差を補正するための液晶レンズを設け、該液晶レンズに
印加する電圧又は周波数を変化させて、前記光学ガラス
の屈折率の差を小さくする複屈折率補正手段を形成した
ことを特徴とする複屈折の温度補正液晶レンズ。