JPS6294822A - 屈折率可変透過光学素子 - Google Patents
屈折率可変透過光学素子Info
- Publication number
- JPS6294822A JPS6294822A JP23451985A JP23451985A JPS6294822A JP S6294822 A JPS6294822 A JP S6294822A JP 23451985 A JP23451985 A JP 23451985A JP 23451985 A JP23451985 A JP 23451985A JP S6294822 A JPS6294822 A JP S6294822A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- refractive index
- layers
- optical element
- layer
- Prior art date
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- Pending
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は屈折率の変化する透過光学素子に関し、特に液
晶を用い且つ透過特性の改善された透過光学素子に関す
る。この様な透過光学素子はたとえば各種光学機器の光
学系において焦点距離可変レンズとして利用される。
晶を用い且つ透過特性の改善された透過光学素子に関す
る。この様な透過光学素子はたとえば各種光学機器の光
学系において焦点距離可変レンズとして利用される。
光学系において、その特性を変化させるために該光学系
を構成する光学素子たとえばレンズやプリズム等を移動
させることが行なわれる。たとえば、ズームレンズにお
いては焦点距離を変化させるために１以上の単レンズを
光軸方向に移動させている。従って、この種の光学系を
有する光学機器においては光学素子の移動の丸めの機構
が不可欠となり、小型軽量化及び低コスト化の要求を十
分に満たすことができない。
を構成する光学素子たとえばレンズやプリズム等を移動
させることが行なわれる。たとえば、ズームレンズにお
いては焦点距離を変化させるために１以上の単レンズを
光軸方向に移動させている。従って、この種の光学系を
有する光学機器においては光学素子の移動の丸めの機構
が不可欠となり、小型軽量化及び低コスト化の要求を十
分に満たすことができない。
そこで、光学素子を移動させることなしに、光学素子自
体の特性たとえば焦点距離を変化させるためＫ、液晶を
用いて光学素子を構成することが提案されている。
体の特性たとえば焦点距離を変化させるためＫ、液晶を
用いて光学素子を構成することが提案されている。
たとえば、特公昭５８−５０３３９号公報においては、
液晶分子を一方向に配向させた液晶セルに外部よシミ界
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Ｋ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が開示されている。しかし
ながら、ここに記載の光学素子においては液晶分子の配
向方向と入射光の偏光方向とを一致させるために偏光板
を使用することが必要であり、かくしてこの光学素子に
おいては常に偏光板による６０〜７０％程度の大きな透
過損失が避けられないという問題がある。
液晶分子を一方向に配向させた液晶セルに外部よシミ界
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Ｋ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が開示されている。しかし
ながら、ここに記載の光学素子においては液晶分子の配
向方向と入射光の偏光方向とを一致させるために偏光板
を使用することが必要であり、かくしてこの光学素子に
おいては常に偏光板による６０〜７０％程度の大きな透
過損失が避けられないという問題がある。
また、特開昭６０−５１８１８号公報においては、上記
特公昭５８−５０３３９号公報に記載の焦点距離可変レ
ンズを２枚用いて各レンズの液晶分子配向方向が互いに
直交するように重ねあわせたものが開示されている。こ
れによれば偏光板を使用しなくてもよいので大きな透過
損失は避けられるのであるが、２枚のレンズのそれぞれ
の両面に透明電極等の電界または磁界印加のための層を
設けるため全体として比較的厚くなシ、更に該層のため
に透過特性の劣化が比較的大きくなるという問題があっ
た。
特公昭５８−５０３３９号公報に記載の焦点距離可変レ
ンズを２枚用いて各レンズの液晶分子配向方向が互いに
直交するように重ねあわせたものが開示されている。こ
れによれば偏光板を使用しなくてもよいので大きな透過
損失は避けられるのであるが、２枚のレンズのそれぞれ
の両面に透明電極等の電界または磁界印加のための層を
設けるため全体として比較的厚くなシ、更に該層のため
に透過特性の劣化が比較的大きくなるという問題があっ
た。
本発明によれば、上記の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、液晶分子を一方向に配向させた液晶層が
複数積層されており、全液晶層の配向方向が層厚方向か
らみて実質上回転対称性を有しておシ、且つ全液晶層に
対して電界または磁界を印加するための手段を有してい
ることを特徴とする、屈折率可変透過光学素子が提供さ
れる。
るものとして、液晶分子を一方向に配向させた液晶層が
複数積層されており、全液晶層の配向方向が層厚方向か
らみて実質上回転対称性を有しておシ、且つ全液晶層に
対して電界または磁界を印加するための手段を有してい
ることを特徴とする、屈折率可変透過光学素子が提供さ
れる。
以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図であり、第
２図はその概略分解斜視図である。本実施例は焦点距離
可変レンズに適用されたものである。゛ これら図面において２ｇ、２ｂ、２ｃ、２ｄは液晶層で
あシ、４ａ、４ｂは透明電極層であり、５ｍ、５ｂ、５
ｅは液晶層の境界層であり透明である。液晶層２ａと２
ｂとの境界層５ａ、液晶層２ｂと２ｃとの境界層５ｂ、
液晶層２Ｃと２ｄとの境界層５Ｃ１及び透明電極４ｂの
面はいづれも平面である。一方、透明電極４ａの面は外
方に向って凸球面状をなしている。また、Ｘは本実施例
レンズの光軸であり、液晶層２ａ〜２ｄの層厚方向を向
いている。第１図及び第２図は透明電極層４ｍ 、４ｂ
間に電圧が印加されていない状態を示し、各液晶層２ａ
〜２ｄ内の液晶分子は光軸Ｘに垂直な面内において矢印
で示される方向に配向せしめられている。この配向は各
液晶層に接する境界層または電極層の表面のうちの少な
くとも１つをラビングまたは斜方蒸着等によシ配向する
ことにより実現される。本実施例において用いられてい
る液晶は電界効果型の正の誘電異方性を有するものであ
る。
２図はその概略分解斜視図である。本実施例は焦点距離
可変レンズに適用されたものである。゛ これら図面において２ｇ、２ｂ、２ｃ、２ｄは液晶層で
あシ、４ａ、４ｂは透明電極層であり、５ｍ、５ｂ、５
ｅは液晶層の境界層であり透明である。液晶層２ａと２
ｂとの境界層５ａ、液晶層２ｂと２ｃとの境界層５ｂ、
液晶層２Ｃと２ｄとの境界層５Ｃ１及び透明電極４ｂの
面はいづれも平面である。一方、透明電極４ａの面は外
方に向って凸球面状をなしている。また、Ｘは本実施例
レンズの光軸であり、液晶層２ａ〜２ｄの層厚方向を向
いている。第１図及び第２図は透明電極層４ｍ 、４ｂ
間に電圧が印加されていない状態を示し、各液晶層２ａ
〜２ｄ内の液晶分子は光軸Ｘに垂直な面内において矢印
で示される方向に配向せしめられている。この配向は各
液晶層に接する境界層または電極層の表面のうちの少な
くとも１つをラビングまたは斜方蒸着等によシ配向する
ことにより実現される。本実施例において用いられてい
る液晶は電界効果型の正の誘電異方性を有するものであ
る。
第３図は液晶層の光学的特性を説明するだめの図である
。
。
一方向に配列した液晶層は光学的には一般に一軸性結晶
と同様に取扱うことができる。即ち、そ第３図（ａ）は
上記第１図及び第２図に示される様な液晶層の平面図で
あり、第３図（ｂ）は第３図（ａ）の様に配向された液
晶層の屈折率楕円体を示す。第３図（ｂ）に示される様
に、液晶分子の配向方向に偏光した光に対する屈折率は
ｎｌ）であシ、液晶の配向方向に垂直な方向に偏光した
光に対する屈折率はｎあである。
と同様に取扱うことができる。即ち、そ第３図（ａ）は
上記第１図及び第２図に示される様な液晶層の平面図で
あり、第３図（ｂ）は第３図（ａ）の様に配向された液
晶層の屈折率楕円体を示す。第３図（ｂ）に示される様
に、液晶分子の配向方向に偏光した光に対する屈折率は
ｎｌ）であシ、液晶の配向方向に垂直な方向に偏光した
光に対する屈折率はｎあである。
第４図は本実施例のレンズを光軸方向からみた場合の各
液晶層の液晶分子の配向方向の全てを示すものである。
液晶層の液晶分子の配向方向の全てを示すものである。
図示される様に、本実施例においては各液晶層の液晶分
子の配向方向は４５°ずつずれておシ、光軸のまわシに
回転対称である。尚、本図は液晶層に電界が印加されて
いない状態のものである。
子の配向方向は４５°ずつずれておシ、光軸のまわシに
回転対称である。尚、本図は液晶層に電界が印加されて
いない状態のものである。
第５図は本実施例のレンズを光軸方向からみた場合の各
液晶層の屈折率楕円体の全てを示すものであり、第４図
に対応するものでるる。図において、６は全液晶層の屈
折率楕円体を総合したときの平均屈折率楕円体を示す。
液晶層の屈折率楕円体の全てを示すものであり、第４図
に対応するものでるる。図において、６は全液晶層の屈
折率楕円体を総合したときの平均屈折率楕円体を示す。
の方向からみた場合の各液晶層の屈折率楕円体８を示す
ものであり、第７図（ａ）〜（Ｃ）は第６図（、）〜（
Ｃ）に対応して光軸方向からみた場合の各液晶層の屈折
率楕円体の全てを示すものである。第６図（、）、第７
図（＆）は透明電極４ａ 、４ｂ間に電圧を印加してい
ない状態を示し、該透明電極４ａ、４ｂ間に徐々に電圧
を印加していくと液晶分子が次第に層厚方向即ち光軸方
向に傾いてきて第６図（ｂ）、第７図（ｂ）の様になり
、ついには液晶分子が層厚方向即ち光軸方向に配向され
第６図（Ｃ）、第７図（Ｃ）の様になる。
ものであり、第７図（ａ）〜（Ｃ）は第６図（、）〜（
Ｃ）に対応して光軸方向からみた場合の各液晶層の屈折
率楕円体の全てを示すものである。第６図（、）、第７
図（＆）は透明電極４ａ 、４ｂ間に電圧を印加してい
ない状態を示し、該透明電極４ａ、４ｂ間に徐々に電圧
を印加していくと液晶分子が次第に層厚方向即ち光軸方
向に傾いてきて第６図（ｂ）、第７図（ｂ）の様になり
、ついには液晶分子が層厚方向即ち光軸方向に配向され
第６図（Ｃ）、第７図（Ｃ）の様になる。
第７図（、）〜（Ｃ）に示される様に、本実施例レンズ
においては、液晶層への電圧印加状態によらず平均屈折
率楕円体は光軸方向からみて実質上回転対称性を有する
ので、光軸方向に入射する光に対し該入射光の全ての偏
光成分に対して均等な屈折率を有する。そして、第６図
（、）、第７図（ａ）の状態においては該屈折率は異常
光線に対する屈折率とほぼ等しく、また第６図（Ｃ）、
第７図（ｃ）の状態においては該屈折率は常光線に対す
る屈折率とほぼ等しい。これらの中間の状態においては
該屈折率は異常光線に対する屈折率から常光線に対する
屈折率まで連続的に変化する。
においては、液晶層への電圧印加状態によらず平均屈折
率楕円体は光軸方向からみて実質上回転対称性を有する
ので、光軸方向に入射する光に対し該入射光の全ての偏
光成分に対して均等な屈折率を有する。そして、第６図
（、）、第７図（ａ）の状態においては該屈折率は異常
光線に対する屈折率とほぼ等しく、また第６図（Ｃ）、
第７図（ｃ）の状態においては該屈折率は常光線に対す
る屈折率とほぼ等しい。これらの中間の状態においては
該屈折率は異常光線に対する屈折率から常光線に対する
屈折率まで連続的に変化する。
かくして、本実施例のレンズにおいては、透明電極層４
ａ 、４ｂによシ液晶層２ａ〜２ｄに印加する電圧を制
御することによシ透過光に対する屈折率を連続的に変化
させ、これに基づきレンズの焦点距離を連続的に変化さ
せることができる。
ａ 、４ｂによシ液晶層２ａ〜２ｄに印加する電圧を制
御することによシ透過光に対する屈折率を連続的に変化
させ、これに基づきレンズの焦点距離を連続的に変化さ
せることができる。
上記実施例においては液晶として正の誘電異方性を有す
るものが用いられているが、本発明においては負の誘電
異方性を有するものを用いることもできる。但し、負の
誘電異方性を有する液晶の場合には、印加電圧変化に対
する屈折率変化の関係が正の誘電異方性を有するものの
場合と逆になる。更に、強誘電性液晶も用いることも可
能で、この場合、電界の印加方向によって該液晶の配向
方向を制御出来る。
るものが用いられているが、本発明においては負の誘電
異方性を有するものを用いることもできる。但し、負の
誘電異方性を有する液晶の場合には、印加電圧変化に対
する屈折率変化の関係が正の誘電異方性を有するものの
場合と逆になる。更に、強誘電性液晶も用いることも可
能で、この場合、電界の印加方向によって該液晶の配向
方向を制御出来る。
また、上記実施例においては液晶の配向方向を変化させ
るだめの手段として電界印加が用いられているが、本発
明においては磁界印加を用いることもできる。
るだめの手段として電界印加が用いられているが、本発
明においては磁界印加を用いることもできる。
更に、上記実施例においては液晶層が４層設けられてい
るが、本発明においては液晶層は２層以上であればよい
。液晶層は３層以上であるのが好ましく、特に均一性の
点≠）ら４層以上であるのが望ましい。即ち、各液晶層
の厚さを薄くして液晶層の数を増加させることにより、
各液晶層における常光線と異常光線との光路長差を少な
くして、全体としてより良好な屈折率均一化をはかるこ
とができる。更に、各境界層をも球面状とすることがで
き、これにより屈折率の均一性を維持しつつより強いパ
ワーの焦点距離可変レンズが得られる。
るが、本発明においては液晶層は２層以上であればよい
。液晶層は３層以上であるのが好ましく、特に均一性の
点≠）ら４層以上であるのが望ましい。即ち、各液晶層
の厚さを薄くして液晶層の数を増加させることにより、
各液晶層における常光線と異常光線との光路長差を少な
くして、全体としてより良好な屈折率均一化をはかるこ
とができる。更に、各境界層をも球面状とすることがで
き、これにより屈折率の均一性を維持しつつより強いパ
ワーの焦点距離可変レンズが得られる。
上記実施例においては透過光学素子として凸レンズが示
されているが、本発明素子は凹レンズ、シリンドリカル
レンズ等の種々の曲面をもつレンズ、平行平面板やプリ
ズム等としても具体化することができる。
されているが、本発明素子は凹レンズ、シリンドリカル
レンズ等の種々の曲面をもつレンズ、平行平面板やプリ
ズム等としても具体化することができる。
以上の如き本発明によれば、偏光板を用いることなく且
つ比較的簡単な液晶分子配向方向変化手段を用いて透過
光学素子の屈折率を変化させるので、自然光を使用する
ことができ、透過損失が極めて小さく且つ小型・軽量化
が実現できる。
つ比較的簡単な液晶分子配向方向変化手段を用いて透過
光学素子の屈折率を変化させるので、自然光を使用する
ことができ、透過損失が極めて小さく且つ小型・軽量化
が実現できる。
第１図は本発明素子の断面図であり、第２図はその分解
斜視図である。 第３図（ａ） 、 （ｂ）は液晶層の光学的特性の説明
図である。 第４図は本発明素子における液晶分子の配向方向を示す
図であり、第５図は液晶層の屈折率楕円体の図である。 第６図（，１〜（Ｃ）は本発明素子における液晶層の屈
折率楕円体を側面からみた図であり、第７図（、）〜（
Ｃ）は該屈折率楕円体を正面からみた図である。 ２ａ〜２ｄ：液晶層、４ａ 、 ４ｂ ：透明電極、５
＆〜５ｃ：境界層、６：平均屈折率楕円体、８：屈折率
楕円体。 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第１図 第２図 第３図 第６図 （ａ） （ｂ） （ｃ）第７図
斜視図である。 第３図（ａ） 、 （ｂ）は液晶層の光学的特性の説明
図である。 第４図は本発明素子における液晶分子の配向方向を示す
図であり、第５図は液晶層の屈折率楕円体の図である。 第６図（，１〜（Ｃ）は本発明素子における液晶層の屈
折率楕円体を側面からみた図であり、第７図（、）〜（
Ｃ）は該屈折率楕円体を正面からみた図である。 ２ａ〜２ｄ：液晶層、４ａ 、 ４ｂ ：透明電極、５
＆〜５ｃ：境界層、６：平均屈折率楕円体、８：屈折率
楕円体。 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第１図 第２図 第３図 第６図 （ａ） （ｂ） （ｃ）第７図
Claims (3)
- （１）液晶分子を一方向に配向させた液晶層が複数積層
されており、全液晶層の配向方向が層厚方向からみて実
質上回転対称性を有しており、且つ全液晶層に対して電
界または磁界を印加するための手段を有していることを
特徴とする、屈折率可変透過光学素子。 - （２）電界を印加するための手段が、最外側の２つの液
晶層の表面に設けられた透明電極層を有してなるもので
ある、特許請求の範囲第１項の屈折率可変透過光学素子
。 - （３）レンズ形状をなしている、特許請求の範囲第１項
の屈折率可変透過光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23451985A JPS6294822A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 屈折率可変透過光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23451985A JPS6294822A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 屈折率可変透過光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6294822A true JPS6294822A (ja) | 1987-05-01 |
Family
ID=16972292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23451985A Pending JPS6294822A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 屈折率可変透過光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6294822A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5539548A (en) * | 1991-10-08 | 1996-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device with laminated layers of liquid crystal an light scattering support layers |
| WO2006022346A1 (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | The Akita Center To Implement Vigorous Enterprises | 光学素子 |
-
1985
- 1985-10-22 JP JP23451985A patent/JPS6294822A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5539548A (en) * | 1991-10-08 | 1996-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device with laminated layers of liquid crystal an light scattering support layers |
| WO2006022346A1 (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | The Akita Center To Implement Vigorous Enterprises | 光学素子 |
| US8194228B2 (en) | 2004-08-26 | 2012-06-05 | Japan Science And Technology Agency | Liquid crystal lens in which a voltage imparts optimal first-stage optical properties to the liquid crystal lens by influencing a liquid crystal layer |
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