JP4797496B2

JP4797496B2 - Optical element

Info

Publication number: JP4797496B2
Application number: JP2005224269A
Authority: JP
Inventors: 悟広瀬
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: JP2007041215A

Description

本発明は、液晶を用いた光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element using liquid crystal.

誘電率異方性がある液晶は、電界に依存して、すなわち電気力線の方向に依存して向きを変えることから、電界を制御することによって光学特性を制御できるため、液晶を用いたさまざまな光学素子が提案されている。 Since liquid crystal with dielectric anisotropy changes its direction depending on the electric field, that is, depending on the direction of the lines of electric force, the optical characteristics can be controlled by controlling the electric field. Optical elements have been proposed.

例えば、非特許文献１では、開口部を有する電極間に配置された液晶の屈折率分布を、電極間の電圧を制御して変化させることによって、焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズが提案されている。 For example, in Non-Patent Document 1, there is a variable focus lens that can change the focal length by changing the refractive index distribution of a liquid crystal disposed between electrodes having openings by controlling the voltage between the electrodes. Proposed.

Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ５，ｐ．Ｌ５７１Jpn. J. et al. Appl. Phys. , Vol. 41, No5, p. L571

しかし、非特許文献１で提案された可変焦点レンズでは、焦点距離の可変範囲は電極の開口径と電極間の距離でほぼ決定されているため、レンズとしての開口径が限られており、あまり広い範囲の焦点距離が得られなかった。 However, in the varifocal lens proposed in Non-Patent Document 1, the variable range of the focal length is almost determined by the aperture diameter of the electrode and the distance between the electrodes, so the aperture diameter as a lens is limited, so A wide range of focal lengths could not be obtained.

そこで、本発明は、従来と大きさを変えることなく、開口径を変化させることが可能であり、より広い範囲の焦点距離が得られる光学素子としての可変焦点レンズを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable focus lens as an optical element that can change the aperture diameter without changing the size thereof and can obtain a wider range of focal lengths. .

上記目的を達成するために本発明に係る光学素子は、液晶層と、この液晶層の一方に配置された第１の透明基板と、この第１の透明基板に接するように配置された透明な第１の電極と、前記第２の透明基板の前記液晶層に対向する側の反対側に配置された第２の透明基板と、この第２の透明基板に接し、円形の開口部を有する電極と、その開口部の内側に同心円状に配置された１個以上の環状の電極とからなる第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備える。 In order to achieve the above object, an optical element according to the present invention includes a liquid crystal layer, a first transparent substrate disposed on one of the liquid crystal layers, and a transparent substrate disposed so as to be in contact with the first transparent substrate. A first transparent electrode; a second transparent substrate disposed on the opposite side of the second transparent substrate facing the liquid crystal layer; and an electrode having a circular opening in contact with the second transparent substrate And a second electrode composed of one or more annular electrodes concentrically arranged inside the opening, and a voltage for applying a voltage between the first electrode and the second electrode Applying means.

また、本発明に係る光学素子は、液晶層と、この液晶層の一方に配置された第１の透明基板と、この第１の透明基板に接するように配置された透明な第１の電極と、前記液晶層の他方に配置された第２の透明基板と、前記液晶層の他方の、前記第２の透明基板の前記液晶層に対向する側に配置され、円形の開口部を有する電極およびその開口部の内側に同心円状に配置された１個以上の環状の電極を有する第２の電極と、前記液晶層と前記第２の電極との間に配置された第１の絶縁層と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備える。 The optical element according to the present invention includes a liquid crystal layer, a first transparent substrate disposed on one side of the liquid crystal layer, and a transparent first electrode disposed so as to be in contact with the first transparent substrate. A second transparent substrate disposed on the other side of the liquid crystal layer; an electrode having a circular opening disposed on the other side of the liquid crystal layer on the side facing the liquid crystal layer of the second transparent substrate; A second electrode having one or more annular electrodes disposed concentrically inside the opening, a first insulating layer disposed between the liquid crystal layer and the second electrode; Voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode;

また本発明は、上記構成の光学素子において、前記第２の電極の、前記液晶層に対向する側の反対側に、第３の電極を、第２の絶縁層を介して設けたことを特徴とする。 According to the present invention, in the optical element configured as described above, a third electrode is provided on a side opposite to the side facing the liquid crystal layer of the second electrode via a second insulating layer. And

また本発明は、上記構成の光学素子において、前記第２の電極の中心部に第３の電極を設けたことを特徴とする。 According to the present invention, in the optical element configured as described above, a third electrode is provided at the center of the second electrode.

また本発明は、上記構成の光学素子において、第２の電極を構成する電極の電位を独立して制御可能であることを特徴とする。 According to the present invention, in the optical element having the above structure, the potential of the electrode constituting the second electrode can be independently controlled.

また本発明は、上記構成の光学素子において、第２の電極を構成する電極の電位が内側から順に単調変化していることを特徴とする。 According to the present invention, in the optical element configured as described above, the potential of the electrode constituting the second electrode changes monotonously in order from the inside.

また本発明は、上記構成の光学素子において、第２の電極を構成する電極の電位が内側から順に単調変化していないことを特徴とする。 According to the present invention, in the optical element configured as described above, the potential of the electrode constituting the second electrode does not change monotonically in order from the inside.

本発明に係る光学素子は、第１の電極と、開口部を有し、同心円状に配置された複数の電極からなる第２の電極との間に電圧を印加してできる電界によって、液晶層の液晶分子を再配向させて液晶層の屈折率分布を変化させることによって、焦点距離およびレンズの開口径を変化させることができる可変焦点レンズとして作用させることができる。 The optical element according to the present invention has a liquid crystal layer by an electric field generated by applying a voltage between a first electrode and a second electrode having an opening and a plurality of concentrically arranged electrodes. By reorienting the liquid crystal molecules to change the refractive index distribution of the liquid crystal layer, it is possible to act as a variable focus lens capable of changing the focal length and the aperture diameter of the lens.

また、本発明によると、第２の透明基板または第１の絶縁層によって液晶層と第２の電極との間隔があるため、液晶層の第２の電極に直接対向する部分だけでなく、第２の電極に対向しない部分にも広がりを持った電界分布が形成され、液晶層の広い範囲の屈折率分布を制御することができ、例えば滑らかな収差補正を行うことができる。 In addition, according to the present invention, since the liquid crystal layer and the second electrode are spaced apart by the second transparent substrate or the first insulating layer, not only the portion of the liquid crystal layer directly facing the second electrode, A wide electric field distribution is formed also in a portion not facing the two electrodes, and the refractive index distribution in a wide range of the liquid crystal layer can be controlled. For example, smooth aberration correction can be performed.

また、本発明によると、第２の電極の開口部の中心に対向する位置に第３の電極を備えるため、光学素子を凸レンズとしてのみならず凹レンズとしても作用させることができる。 Further, according to the present invention, since the third electrode is provided at a position facing the center of the opening of the second electrode, the optical element can be operated not only as a convex lens but also as a concave lens.

また、本発明によると、第２の電極を構成する電極の電位を独立して制御可能であるため、レンズの球面補正も可能である。 Further, according to the present invention, since the potential of the electrode constituting the second electrode can be controlled independently, spherical correction of the lens is also possible.

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図を用いて説明する。図１は第１の実施形態に係る光学素子である可変焦点レンズの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。 <First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a variable focus lens that is an optical element according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

まず可変焦点レンズ１０の構成について説明する。可変焦点レンズ１０は、図１および図２に示すように、同じ外径の円形の第１の透明基板１１と第２の透明基板１２とが離隔対向配置されており、その間には液晶層１３が封入されている。第１の透明基板１１の、液晶層１３に対向する側の表面の全面には透明な第１の電極１４が設けられている。 First, the configuration of the variable focus lens 10 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the variable focus lens 10 includes a circular first transparent substrate 11 and a second transparent substrate 12 having the same outer diameter, and a liquid crystal layer 13 interposed therebetween. Is enclosed. A transparent first electrode 14 is provided on the entire surface of the first transparent substrate 11 on the side facing the liquid crystal layer 13.

第２の透明基板１２の液晶層１３と対向する側とは反対側の表面には、この面に接するように、透明な第２の電極１５が設けられている。第２の電極１５は、同心円状に配置された環状の個別電極１５ａ〜１５ｆからなり、最も大きい個別電極１５ａの外径は、第２の透明基板１２と同じ外径である。また、個別電極１５ｂ〜１５ｆには、個別電極１５ａの外周まで延長部１６が設けられている。この延長部１６も第２の透明基板１２に接するため、個別電極１５ａ〜１５ｅには他の個別電極に設けられた延長部１６が接しないように切り込みが設けられている。この場合、延長部１６は第２の電極１５と同時に第２の透明基板１２上に設けることができる。 A transparent second electrode 15 is provided on the surface of the second transparent substrate 12 opposite to the side facing the liquid crystal layer 13 so as to be in contact with this surface. The second electrode 15 includes annular individual electrodes 15 a to 15 f arranged concentrically, and the outer diameter of the largest individual electrode 15 a is the same as that of the second transparent substrate 12. Moreover, the extension part 16 is provided in the individual electrode 15b-15f to the outer periphery of the individual electrode 15a. Since this extension part 16 also contacts the second transparent substrate 12, the individual electrodes 15a to 15e are provided with cuts so that the extension parts 16 provided on the other individual electrodes do not contact each other. In this case, the extension 16 can be provided on the second transparent substrate 12 simultaneously with the second electrode 15.

なお、延長部１６は、図３に示す第１の実施形態の別の態様に係る可変焦点レンズの平面図および図４に示す図３のＢ−Ｂ断面図のように、切り込みのない個別電極１５ａ〜１５ｆからなる第２の電極１５を第２の透明基板１２上に形成した後、各個別電極１５ｂ〜１５ｆ上に、それぞれに対応する延長部１６を設けてもよい。この場合、延長部１６を設ける前に延長部１６と、それに対応しない各個別電極１５ａ〜１５ｅとの間に相当する部分に絶縁層１７を設けておく。このようにすることによって、個別電極１５ａ〜１５ｅには切り込みを設ける必要がないため、第１の電極１４と第２の電極１５との間に歪みのない同心円状の電界分布を得ることができ、液晶層１３において第２の電極１５の中心を軸とする軸対称状のきれいな屈折率分布を得ることができる。また、最外周の個別電極１５ａは、第１の電極１４を第２の電極１５上に投影した場合に、その外周が第１の電極１４の外周と一致するか、第１の電極１４を内包する限りにおいて円形でなくても構わない。 In addition, the extension part 16 is a separate electrode without a cut | notch like the top view of the variable focus lens which concerns on another aspect of 1st Embodiment shown in FIG. 3, and BB sectional drawing of FIG. 3 shown in FIG. After the second electrode 15 made of 15a to 15f is formed on the second transparent substrate 12, the corresponding extension portions 16 may be provided on the individual electrodes 15b to 15f. In this case, before the extension part 16 is provided, the insulating layer 17 is provided in a portion corresponding to the extension part 16 and the individual electrodes 15a to 15e not corresponding thereto. In this way, since it is not necessary to provide notches in the individual electrodes 15a to 15e, a concentric electric field distribution without distortion can be obtained between the first electrode 14 and the second electrode 15. In the liquid crystal layer 13, it is possible to obtain a clean refractive index distribution that is axisymmetric about the center of the second electrode 15. Further, when the first electrode 14 is projected onto the second electrode 15, the outermost individual electrode 15 a includes the first electrode 14 or the outer periphery thereof coincides with the outer periphery of the first electrode 14. As long as it does, it does not need to be circular.

絶縁層１７としては、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、ポリイミドまたはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）などを用いることができる。形成方法として、窒化シリコンを用いた場合は熱ＣＶＤまたはプラズマＣＶＤ、二酸化シリコンを用いた場合は熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤまたは真空蒸着、ポリイミドを用いた場合はスピンコート、フッ化マグネシウムを用いた場合は真空蒸着を用いることができる。 As the insulating layer 17, silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), silicon dioxide (SiO ₂ ), polyimide, magnesium fluoride (MgF ₂ ), or the like can be used. When using silicon nitride, thermal CVD or plasma CVD, when using silicon dioxide, thermal CVD, plasma CVD or vacuum deposition, when using silicon dioxide, spin coating when using polyimide, when using magnesium fluoride Vacuum deposition can be used.

第１の透明基板１１および第２の透明基板１２は、ガラスや樹脂などからなる透明な絶縁体であればよい。また、第１の電極１４および第２の電極１５は例えば酸化インジウム酸化錫（ＩＴＯ）など、導電性および透光性のあるものであればよい。 The first transparent substrate 11 and the second transparent substrate 12 may be transparent insulators made of glass or resin. Moreover, the 1st electrode 14 and the 2nd electrode 15 should just have electroconductivity and translucency, such as indium oxide tin oxide (ITO), for example.

また、可変焦点レンズ１０には、配線２１によって電圧印加手段２０が接続されている。第１の電極１４および最外周の個別電極１５ａは外周から、最外周の個別電極１５ａ以外の第２の電極１５は延長部１６から、電圧印加手段２０に対して金属の導線からなる配線２１が設けられており、電圧印加手段２０によって、第１の電極１４と、第２の電極１５との間には交流電圧が印加され、第２の電極１５の各個別電極１５ａ〜１５ｅの電位は独立して制御することが可能である。なお、電圧印加手段２０によって印加される電圧を交流電圧とするのは、直流電圧が印加されると液晶が固まってしまうことがあるからである。 In addition, a voltage application unit 20 is connected to the variable focus lens 10 by a wiring 21. The first electrode 14 and the outermost individual electrode 15a are provided from the outer periphery, the second electrode 15 other than the outermost individual electrode 15a is provided from the extension portion 16, and the wiring 21 made of a metal conductor is connected to the voltage applying means 20. An AC voltage is applied between the first electrode 14 and the second electrode 15 by the voltage applying means 20, and the potentials of the individual electrodes 15a to 15e of the second electrode 15 are independent. And can be controlled. The reason why the voltage applied by the voltage applying means 20 is an AC voltage is that the liquid crystal may solidify when a DC voltage is applied.

次に可変焦点レンズ１０の電圧制御について説明する。例えば、第２の電極１５において最外周の個別電極１５ａだけが存在し、他の個別電極１５ｂ〜１５ｆが存在していない場合と同様の電界分布を液晶層１３に形成しようとする場合、個別電極１５ａだけに電圧を印加し、他の個別電極１５ｂ〜１５ｆの電位を第１の電極１４と同じ電位に保ったのでは、個別電極１５ａに印加された交流電圧によって、他の個別電極１５ｂ〜１５ｆに誘導起電力が発生し、意図した電界分布を得ることができない。しかし、図５に示すように、第２の電極１５の個別電極１５ａ〜１５ｆに、内側から順に外側に行くほど電位が高くなるように設定することによって、誘導起電力の影響を小さくし、意図したものに近い電界分布を得ることができる。図５は、横軸の両端が最外周の個別電極１５ａの最大開口径、横軸の中心が第２の電極１５の中心であり、縦軸は個別電極１５ａ〜１５ｆ間の相対電位である。図３には、各個別電極の開口部の縁の部分について電位をプロットしている。電位の設定例として、各個別電極の開口部の縁の電位を結ぶと直線となる直線型や、二次曲線となる曲線型１、２を示している。これらの場合、いずれも第２の電極１５において最外周の個別電極１５ａだけが存在し、他の個別電極１５ｂ〜１５ｆが存在していない場合と同様の電界分布を液晶層１３に形成することができ、おのおのの設定によって可変焦点レンズ１０の焦点距離が異なる。直線型は個別電極１５ａ〜１５ｆ間の電位差が最も大きいので焦点距離がこの３つの設定のうちで最も短く、曲線型１は個別電極１５ａ〜１５ｆ間の電位差が最も小さいので焦点距離が最も長い。 Next, voltage control of the variable focus lens 10 will be described. For example, when only the outermost individual electrode 15a exists in the second electrode 15 and the same electric field distribution as that in the case where the other individual electrodes 15b to 15f do not exist is formed in the liquid crystal layer 13, the individual electrode When a voltage is applied only to 15a and the potentials of the other individual electrodes 15b to 15f are kept at the same potential as that of the first electrode 14, the other individual electrodes 15b to 15f are applied by an AC voltage applied to the individual electrode 15a. Induced electromotive force is generated in the, and the intended electric field distribution cannot be obtained. However, as shown in FIG. 5, by setting the individual electrodes 15 a to 15 f of the second electrode 15 so that the potential increases in the order from the inside to the outside, the influence of the induced electromotive force is reduced, An electric field distribution close to that obtained can be obtained. In FIG. 5, both ends of the horizontal axis are the maximum opening diameter of the outermost individual electrode 15a, the center of the horizontal axis is the center of the second electrode 15, and the vertical axis is the relative potential between the individual electrodes 15a to 15f. In FIG. 3, the electric potential is plotted about the edge part of the opening part of each individual electrode. As examples of potential setting, a linear type that becomes a straight line when connecting the potentials at the edges of the openings of the individual electrodes, and curve types 1 and 2 that become quadratic curves are shown. In any of these cases, only the outermost individual electrode 15a exists in the second electrode 15, and the same electric field distribution as in the case where the other individual electrodes 15b to 15f do not exist may be formed in the liquid crystal layer 13. The focal length of the varifocal lens 10 differs depending on each setting. The linear type has the largest potential difference between the individual electrodes 15a to 15f, so that the focal length is the shortest of the three settings, and the curved type 1 has the longest focal length because the potential difference between the individual electrodes 15a to 15f is the smallest.

次に、電圧制御についての別の例を示す。図６には、図５に示した直線型の電位設定（設定１）に加えて、最外周から２番目の個別電極１５ｂの電位を設定１よりも低く設定した設定２と、設定１よりも高く設定した設定３とを示している。図７には図６に示した設定の電位によって形成される電界強度の分布を示している。図７は、横軸の両端が最外周の個別電極１５ａの最大開口径、横軸の中心が第２の電極１５の中心であり、縦軸は液晶層１３における電界強度である。 Next, another example of voltage control is shown. 6 includes setting 2 in which the potential of the second individual electrode 15b from the outermost periphery is set lower than setting 1 in addition to the linear potential setting (setting 1) shown in FIG. Setting 3 is set higher. FIG. 7 shows the distribution of the electric field strength formed by the set potential shown in FIG. In FIG. 7, both ends of the horizontal axis are the maximum opening diameter of the outermost individual electrode 15 a, the center of the horizontal axis is the center of the second electrode 15, and the vertical axis is the electric field strength in the liquid crystal layer 13.

また、図８には、図６に示した設定１に加えて、最外周から４番目の個別電極１５ｄの電位を設定１より低く設定し、５番目の個別電極１５ｅの電位を設定１より高く設定した設定４と、最外周から４番目と５番目の個別電極１５ｄ、１５ｅの電位を設定１より高く設定し、最も内側の個別電極１５ｆの電位を設定１より低く設定した設定５とを示している。図９には図７と同様に、図８に示した設定の電位によって形成される電界強度の分布を示している。 Further, in FIG. 8, in addition to the setting 1 shown in FIG. 6, the potential of the fourth individual electrode 15d from the outermost periphery is set lower than the setting 1, and the potential of the fifth individual electrode 15e is set higher than the setting 1. Setting 4 is shown, and setting 5 is set such that the potential of the fourth and fifth individual electrodes 15d and 15e from the outermost periphery is set higher than setting 1, and the potential of the innermost individual electrode 15f is set lower than setting 1. ing. FIG. 9 shows the distribution of the electric field strength formed by the set potential shown in FIG. 8, as in FIG.

図４〜図７からわかるように、各個別電極１５ａ〜１５ｆの電位を制御することによって、それらに対向する位置周辺の液晶層１３における電界強度を制御することができる。したがって、個別電極１５ａ〜１５ｆの電位の制御によって液晶層１３の屈折率分布を制御し、可変焦点レンズ１０単独で球面収差のないレンズとすることができる。また、可変焦点レンズ１０を、図示しない他のレンズと組み合わせた場合、この他のレンズの収差を補正することもできる。 As can be seen from FIGS. 4 to 7, by controlling the potentials of the individual electrodes 15 a to 15 f, the electric field strength in the liquid crystal layer 13 around the position facing the individual electrodes 15 a to 15 f can be controlled. Therefore, the refractive index distribution of the liquid crystal layer 13 is controlled by controlling the potentials of the individual electrodes 15a to 15f, and the varifocal lens 10 alone can be a lens having no spherical aberration. Further, when the variable focus lens 10 is combined with another lens (not shown), the aberration of the other lens can be corrected.

また、第１の実施形態において、最外周の個別電極１５ａと、それに隣接する個別電極１５ｂとの電位を等しく設定することによって、最外周の個別電極１５ａの電位をそれ以外の個別電極１５ｂ〜１５ｆの電位よりも高く設定した場合よりも、可変焦点レンズ１０がレンズとして作用する開口径を小さくすることができる。この状態で、個別電極１５ｃ〜１５ｆの電位を、個別電極１５ａ、１５ｂの電位よりも低い電位で制御することによって、焦点距離を変化させることができ、さらに球面収差を補正することができる。同様に、最外周から３個またはそれ以上の個別電極の電位を等しく設定し、その内側の個別電極の電位をそれより低い電位で制御することによって、可変焦点レンズ１０の開口径をより小さくしつつ、焦点距離を変化させ、球面収差を補正することができる。つまり、第２の電極１５を構成する個別電極１５ａ〜１５ｆの電位を制御することによって、可変焦点レンズ１０の開口径、焦点距離、球面収差の補正を制御することができる。 In the first embodiment, the potentials of the outermost individual electrode 15a and the adjacent individual electrode 15b are set equal to each other, thereby setting the potential of the outermost individual electrode 15a to the other individual electrodes 15b to 15f. The aperture diameter at which the varifocal lens 10 acts as a lens can be made smaller than when the potential is set to be higher than the first potential. In this state, by controlling the potentials of the individual electrodes 15c to 15f at a potential lower than the potentials of the individual electrodes 15a and 15b, the focal length can be changed and spherical aberration can be corrected. Similarly, by setting the potentials of three or more individual electrodes from the outermost circumference equal, and controlling the potential of the individual electrodes on the inner side at a lower potential, the aperture diameter of the variable focus lens 10 can be made smaller. Meanwhile, the spherical aberration can be corrected by changing the focal length. That is, by controlling the potentials of the individual electrodes 15a to 15f constituting the second electrode 15, the correction of the aperture diameter, focal length, and spherical aberration of the varifocal lens 10 can be controlled.

また、第２の電極１５と液晶層１３との間に第２の透明基板１２が設けられているため、第２の電極１５と液晶層１３との間には間隔があり、液晶層１３の第２の電極１５に対向する部分だけでなく、第２の電極１５に対向しない部分にも広がりを持った電界分布を形成することができる。よって、液晶層１３の広い範囲の屈折率分布を制御することができ、可変焦点レンズ１０の球面収差の補正を滑らかに行うことができる。
また、第２の電極１５を、図１０に示す第１の実施形態のまた別の態様に係る可変焦点レンズの平面図および図１１に示す図１０のＣ−Ｃ断面図のように、第２の透明基板１２の液晶層１３に対向する側に設けてもよい。この場合、第２の電極１５を第２の透明基板１２の液晶層１３に対向する面上に設け、第２の電極１５と液晶層１３との間に絶縁層１９を設ける。絶縁層１９によって、第２の電極１５と液晶層１３との間隔を広げることができるため、第２の電極１５を第２の透明基板１２の液晶層１３に対向する側の反対側に設けた場合と同様に、可変焦点レンズ１０の球面収差の補正を滑らかに行うことができる。 In addition, since the second transparent substrate 12 is provided between the second electrode 15 and the liquid crystal layer 13, there is a gap between the second electrode 15 and the liquid crystal layer 13, and the liquid crystal layer 13 An electric field distribution having a spread can be formed not only in the portion facing the second electrode 15 but also in the portion not facing the second electrode 15. Therefore, the refractive index distribution in a wide range of the liquid crystal layer 13 can be controlled, and the spherical aberration of the variable focus lens 10 can be corrected smoothly.
Further, the second electrode 15 is formed as shown in a plan view of a variable focus lens according to another aspect of the first embodiment shown in FIG. 10 and a CC cross-sectional view of FIG. 10 shown in FIG. The transparent substrate 12 may be provided on the side facing the liquid crystal layer 13. In this case, the second electrode 15 is provided on the surface of the second transparent substrate 12 facing the liquid crystal layer 13, and the insulating layer 19 is provided between the second electrode 15 and the liquid crystal layer 13. Since the space between the second electrode 15 and the liquid crystal layer 13 can be widened by the insulating layer 19, the second electrode 15 is provided on the opposite side of the second transparent substrate 12 to the side facing the liquid crystal layer 13. As in the case, the spherical aberration of the variable focus lens 10 can be corrected smoothly.

＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態について図を用いて説明する。図１２は第２の実施形態に係る可変焦点レンズの平面図、図１３は図１２のＤ−Ｄ断面図である。第２の実施形態は、第２の電極の上に絶縁層および第３の電極が設けられている点が異なる以外は第１の実施形態と同じであり、実質上同一の部分には同一の符号を付してある。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a plan view of a variable focus lens according to the second embodiment, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. The second embodiment is the same as the first embodiment except that an insulating layer and a third electrode are provided on the second electrode, and substantially the same parts are the same. The code | symbol is attached | subjected.

図１２に示すように、第２の実施形態に係る可変焦点レンズ１０は、第２の電極１５の上に絶縁層１７を介して透明の第３の電極１８が設けられている。第３の電極１８は、ＩＴＯなどからなるものであり、外径は第２の透明基板１２と同じ外径である。絶縁層１７として、第１の実施形態で説明した窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリイミドまたはフッ化マグネシウムなどを用いることができる。 As shown in FIG. 12, in the variable focus lens 10 according to the second embodiment, a transparent third electrode 18 is provided on the second electrode 15 via an insulating layer 17. The third electrode 18 is made of ITO or the like and has the same outer diameter as that of the second transparent substrate 12. As the insulating layer 17, the silicon nitride, silicon dioxide, polyimide, magnesium fluoride, or the like described in the first embodiment can be used.

第２の実施形態において、第３の電極１８の電位を第２の電極１５の電位よりも高く設定することによって、液晶層１３部分において電界が液晶層１３を負の屈折率とするように分布し、可変焦点レンズ１０を凹レンズとして作用させることができる。さらに第２の電極１５の個別電極１５ａ〜１５ｆの電位を制御することによって、凹レンズによる光の発散状態を制御することもできる。 In the second embodiment, by setting the potential of the third electrode 18 higher than the potential of the second electrode 15, the electric field is distributed so that the liquid crystal layer 13 has a negative refractive index in the liquid crystal layer 13 portion. In addition, the variable focus lens 10 can act as a concave lens. Furthermore, by controlling the potentials of the individual electrodes 15a to 15f of the second electrode 15, the divergence state of the light by the concave lens can be controlled.

また、第２の実施形態においても、第３の電極１８の電位を第２の電極１５の電位よりも低く設定することによって、第１の実施形態と同様に可変焦点レンズを凸レンズとして作用させることができ、第２の透明基板１２によってあけられた第２の電極１５と液晶層１３との間隔によって可変焦点レンズ１０の球面収差の補正を滑らかに行うことができる。 Also in the second embodiment, by setting the potential of the third electrode 18 to be lower than the potential of the second electrode 15, the variable focus lens acts as a convex lens as in the first embodiment. The spherical aberration of the varifocal lens 10 can be smoothly corrected by the distance between the second electrode 15 and the liquid crystal layer 13 formed by the second transparent substrate 12.

なお、第３の電極１８は、第２の電極１５の開口部の上に位置するものであれば、第２の電極１５の開口部よりも外径が小さくてもよい。 The outer diameter of the third electrode 18 may be smaller than that of the opening of the second electrode 15 as long as the third electrode 18 is located above the opening of the second electrode 15.

また、第３の電極１８は、図１４に示す第２の実施形態の別の態様に係る可変焦点レンズの平面図および図１５に示す図１２のＥ−Ｅ断面図のように、第２の電極１５の開口部の内側に、第２の透明基板１２に接するように設けてもよい。この場合、第２の電極１５上に絶縁層を設ける必要がなく、また、第２の透明基板１２上に第２の電極１５と同時に形成することができる。 Further, the third electrode 18 includes a second electrode as shown in the plan view of the variable focus lens according to another aspect of the second embodiment shown in FIG. 14 and the EE cross-sectional view of FIG. 12 shown in FIG. You may provide inside the opening part of the electrode 15 so that the 2nd transparent substrate 12 may be touched. In this case, it is not necessary to provide an insulating layer on the second electrode 15, and it can be formed on the second transparent substrate 12 simultaneously with the second electrode 15.

また、第２の電極１５と第３の電極１８は、第２の透明基板１２の液晶層１３に対向する側に設けてもよい。この例を図１６および図１７に示す。図１６は第２の実施形態のまた別の態様に係る可変焦点レンズの平面図であり、図１７は図１６のＦ−Ｆ断面図である。この場合、第３の電極１８を第２の透明基板１２の液晶層１３に対向する面上に設け、その上に絶縁層１７ａおよび第２の電極１５を順に設ける。続いて第２の電極１５の個別電極１５ａ〜１５ｅのそれぞれに対応する延長部１６を、それぞれに対応して設けられた絶縁層１７ｂ上に設け、第２の電極１５および延長部１６上に絶縁層１９を設ける。第１の透明基板１１と絶縁層１９まで設けられた第２の透明基板１２によって、液晶層１３を封入し、図１６および図１７に示す可変焦点レンズ１０が完成する。絶縁層１７ａ、１７ｂ、１９として窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリイミドまたはフッ化マグネシウムなどを用いることができる。 Further, the second electrode 15 and the third electrode 18 may be provided on the side of the second transparent substrate 12 facing the liquid crystal layer 13. An example of this is shown in FIGS. FIG. 16 is a plan view of a variable focus lens according to still another aspect of the second embodiment, and FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. In this case, the third electrode 18 is provided on the surface of the second transparent substrate 12 facing the liquid crystal layer 13, and the insulating layer 17 a and the second electrode 15 are provided thereon in this order. Subsequently, an extension 16 corresponding to each of the individual electrodes 15a to 15e of the second electrode 15 is provided on the insulating layer 17b provided corresponding to each of the individual electrodes 15a to 15e, and is insulated on the second electrode 15 and the extension 16. Layer 19 is provided. The liquid crystal layer 13 is encapsulated by the second transparent substrate 12 provided up to the first transparent substrate 11 and the insulating layer 19, and the variable focus lens 10 shown in FIGS. 16 and 17 is completed. As the insulating layers 17a, 17b, 19, silicon nitride, silicon dioxide, polyimide, magnesium fluoride, or the like can be used.

このように構成した場合でも、絶縁層１９によって、第２の電極１５と液晶層１３との間隔を広げることができるため、第２の電極１５を第２の透明基板１２の液晶層１３に対向する側の反対側に設けた場合と同様に、可変焦点レンズ１０の球面収差の補正を滑らかに行うことができる。 Even in such a configuration, since the gap between the second electrode 15 and the liquid crystal layer 13 can be widened by the insulating layer 19, the second electrode 15 is opposed to the liquid crystal layer 13 of the second transparent substrate 12. As in the case where the variable focal length lens 10 is provided on the opposite side, the spherical aberration of the variable focus lens 10 can be smoothly corrected.

なお、第１および第２の実施形態において、第２の電極１５の最外周の個別電極１５をアルミニウムなどからなる不透明なものとしてもよい。このとき、この不透明な電極は凸レンズまたは凹レンズとして作用する可変焦点レンズ１０の、液晶層１３の中心軸から離れた球面収差を発生する部分を遮光する絞りとして作用するため、複雑な電圧制御を行わなくても可変焦点レンズ１０を容易に球面収差の小さいレンズとすることができる。 In the first and second embodiments, the outermost individual electrode 15 of the second electrode 15 may be opaque made of aluminum or the like. At this time, the opaque electrode functions as a diaphragm for shielding the portion of the variable focus lens 10 that functions as a convex lens or a concave lens that generates spherical aberration away from the central axis of the liquid crystal layer 13, so that complicated voltage control is performed. Even without this, the varifocal lens 10 can be easily made into a lens having small spherical aberration.

また、第１の電極１４は、第１の透明基板の液晶層１３に対向する側と反対側の表面に設けてもよい。この場合も、可変焦点レンズ１０は、第１の電極１４を第１の透明基板１１の液晶層１３に対向する側の表面に形成した場合と同様に作用することができる。 Further, the first electrode 14 may be provided on the surface of the first transparent substrate opposite to the side facing the liquid crystal layer 13. Also in this case, the varifocal lens 10 can operate in the same manner as when the first electrode 14 is formed on the surface of the first transparent substrate 11 facing the liquid crystal layer 13.

第１の実施形態に係る可変焦点レンズの平面図The top view of the variable focus lens which concerns on 1st Embodiment 図１のＡ−Ａ断面図AA sectional view of FIG. 第１の実施形態の別の態様に係る可変焦点レンズの平面図The top view of the variable focus lens which concerns on another aspect of 1st Embodiment. 図３のＢ−Ｂ断面図BB sectional view of FIG. 第２の電極の電位の設定例Setting example of potential of second electrode 第２の電極の電位の別の設定例Another example of setting the potential of the second electrode 図６の電位の設定の場合の電界強度Electric field strength in the case of potential setting in FIG. 第２の電極の電位の別の設定例Another example of setting the potential of the second electrode 図８の電位の設定の場合の電界強度Electric field strength in the case of potential setting in FIG. 第１の実施形態のまた別の態様に係る可変焦点レンズの平面図The top view of the variable focus lens which concerns on another aspect of 1st Embodiment. 図１０のＣ−Ｃ断面図CC sectional view of FIG. 第２の実施形態に係る可変焦点レンズの平面図The top view of the variable focus lens which concerns on 2nd Embodiment 図１０のＤ−Ｄ断面図DD sectional view of FIG. 第２の実施形態の別の態様に係る可変焦点レンズの平面図The top view of the variable focus lens which concerns on another aspect of 2nd Embodiment. 図１２のＥ−Ｅ断面図EE sectional view of FIG. 第２の実施形態のまた別の態様に係る可変焦点レンズの平面図The top view of the variable focus lens which concerns on another aspect of 2nd Embodiment. 図１６のＦ−Ｆ断面図FF sectional view of FIG.

Explanation of symbols

１０可変焦点レンズ
１１第１の透明基板
１２第２の透明基板
１３液晶層
１４第１の電極
１５第２の電極
１５ａ個別電極
１５ｂ個別電極
１５ｃ個別電極
１５ｄ個別電極
１５ｅ個別電極
１５ｆ個別電極
１７絶縁層
１８第３の電極
２０電圧印加手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Variable focus lens 11 1st transparent substrate 12 2nd transparent substrate 13 Liquid crystal layer 14 1st electrode 15 2nd electrode 15a Individual electrode 15b Individual electrode 15c Individual electrode 15d Individual electrode 15e Individual electrode 15f Individual electrode 17 Insulating layer 18 Third electrode 20 Voltage application means

Claims

A liquid crystal layer, a first transparent substrate disposed on one of the liquid crystal layers, a transparent first electrode disposed on and in contact with the first transparent substrate, and disposed on the other of the liquid crystal layers A second transparent substrate and an electrode having a circular opening disposed on the opposite side of the second transparent substrate facing the liquid crystal layer, and one concentrically disposed inside the opening A second electrode having the above-mentioned annular electrode; and a voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode, and facing the liquid crystal layer of the second electrode to the side opposite to the side, the third electrodes, the optical elements you characterized by providing through the second insulating layer.

A liquid crystal layer, a first transparent substrate disposed on one of the liquid crystal layers, a transparent first electrode disposed on and in contact with the first transparent substrate, and disposed on the other of the liquid crystal layers An electrode having a circular opening and a concentric arrangement on the inner side of the second transparent substrate and the other liquid crystal layer on the side facing the liquid crystal layer of the second transparent substrate A second electrode having one or more annular electrodes, a first insulating layer disposed between the liquid crystal layer and the second electrode, the first electrode, and the second electrode A voltage applying means for applying a voltage between the electrode and the third electrode provided on the opposite side of the second electrode to the side facing the liquid crystal layer via a second insulating layer. optics you wherein a.

The optical element according to claim 1 or claim 2, characterized in that independently the potential of the electrode constituting the second electrode can be controlled.

The optical element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the potential of the electrode constituting the second electrode are sequentially monotonously changed from the inside.

The optical element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the potential of the electrode constituting the second electrode is not sequentially monotonously changed from the inside.