JPH09243806A - Optical characteristic variable optical element - Google Patents
Optical characteristic variable optical elementInfo
- Publication number
- JPH09243806A JPH09243806A JP8056454A JP5645496A JPH09243806A JP H09243806 A JPH09243806 A JP H09243806A JP 8056454 A JP8056454 A JP 8056454A JP 5645496 A JP5645496 A JP 5645496A JP H09243806 A JPH09243806 A JP H09243806A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- lens
- light
- formula
- variable
- 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
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光学特性可変光学素
子、更に詳しくは光学特性を変化させる光学特性可変光
学素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable-optical-characteristic optical element, and more particularly to a variable-optical-characteristic optical element for changing optical characteristics.
【0002】[0002]
【従来の技術】ズームレンズあるいは撮像装置のピント
合せでは、通常レンズを機械的に移動することが行なわ
れている。2. Description of the Related Art In focusing a zoom lens or an image pickup apparatus, the lens is usually moved mechanically.
【0003】しかし、レンズ系の全体、あるいは一部を
移動することは、超小型であることが要求される電子内
視鏡やマイクロマシンの眼等では不可能であり、また、
テレビカメラ、電子スチルカメラや銀塩フィルムカメラ
等でも、軽量化、コストダウンのためには、レンズ系を
移動させずにズーム、ピント合わせができることが望ま
しい。However, it is not possible to move the whole or a part of the lens system with an electronic endoscope or a micromachine eye, which is required to be very small, and
For a television camera, an electronic still camera, a silver salt film camera, or the like, it is desirable that zooming and focusing can be performed without moving the lens system in order to reduce weight and cost.
【0004】そこで、従来より、これらの課題をレンズ
の移動を行なわずに解決する手段として、例えば特開平
5−34656号公報や特開平4−345124号公報
に、可変焦点レンズが提案されている。Therefore, conventionally, as a means for solving these problems without moving the lens, a variable focus lens has been proposed, for example, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-34656 and 4-345124. .
【0005】例えば特開平5−34656号公報に提案
されている可変焦点レンズ201は、図29に示すよう
に、液晶分子の長軸を360°捩ったカイラルネマチッ
ク液晶202を、内側に透明電極膜203をそれぞれ被
膜させた平板ガラス204とフネネルンズ基板205と
の間に配向膜206を介して挟み、シール材207によ
り封止した構成となっている。For example, as shown in FIG. 29, a varifocal lens 201 proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-34656 has a chiral nematic liquid crystal 202 in which the major axis of liquid crystal molecules is twisted by 360 ° and a transparent electrode is provided inside. A flat glass 204 coated with the film 203 and a Fennenels substrate 205 are sandwiched by an alignment film 206 and sealed by a sealing material 207.
【0006】このような構成の可変焦点レンズ201に
おいて、電源208をスイッチ209によりONにし配
向膜206間に電場を与えると、カイラルネマチック液
晶202は、図30に示すように、ホメオトロピック配
向となり、入射光の偏光に対して等方的で、かつカイラ
ルネマチック液晶202の屈折率は、図29の状態に比
べて低いか、あるいは偏光の方向によっては等しい状態
になる。In the varifocal lens 201 having such a structure, when the power source 208 is turned on by the switch 209 and an electric field is applied between the alignment films 206, the chiral nematic liquid crystal 202 becomes homeotropic alignment as shown in FIG. The chiral nematic liquid crystal 202, which is isotropic with respect to the polarization of incident light, has a lower refractive index than the state of FIG. 29, or has the same state depending on the polarization direction.
【0007】図29の状態で、入射光の偏光方向と入射
側のカイラルネマチック液晶202の液晶分子210の
長軸(図29の楕円体の長い方向)が等しい場合には、
カイラルネマチック液晶202の屈折率は高くなり、入
射光の偏光方向と入射側の液晶分子の短軸方向とが一致
している場合には、カイラルネマチック液晶202の屈
折率は低くなる。In the state of FIG. 29, when the polarization direction of incident light and the major axis of the liquid crystal molecule 210 of the chiral nematic liquid crystal 202 on the incident side (long direction of ellipsoid of FIG. 29) are the same,
The chiral nematic liquid crystal 202 has a high refractive index, and when the polarization direction of incident light and the minor axis direction of the liquid crystal molecules on the incident side match, the chiral nematic liquid crystal 202 has a low refractive index.
【0008】なぜならば、この例では、カイラルネマチ
ック液晶202の捩れのピッチPは10μ〜30μであ
って、光の波長λ(可視光ならおよそ0.4μ〜0.7
μ)に比べてはるかに大きいため、左方から入射した光
は、液晶分子の捩れに習って偏光が回転して進む。この
理由は、例えば「吉野勝美、尾崎雅則 共著;液晶とデ
ィスプレイ応用の基礎P91〜P93;コロナ社」(以
下、文献1と記す)に示されているので説明は省略す
る。This is because, in this example, the pitch P of twist of the chiral nematic liquid crystal 202 is 10 μm to 30 μm, and the wavelength λ of light (about 0.4 μm to 0.7 μm for visible light).
Since it is much larger than that of μ), the light incident from the left will follow the twist of the liquid crystal molecules and the polarized light will proceed. The reason for this is shown, for example, in “Katsumi Yoshino, Masanori Ozaki; Basics of Liquid Crystal and Display Applications P91 to P93; Corona Publishing Co., Ltd.” (hereinafter referred to as Document 1), and therefore description thereof is omitted.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従って、入射側の液晶
分子の長軸方向の偏光に対しては図29の可変焦点レン
ズ201の焦点距離は短かく、また、入射側の液晶分子
の短軸方向の偏光に対しては図29の可変焦点レンズ2
01の焦点距離は長くなってしまい、従来の可変焦点レ
ンズ201は2重焦点レンズとなり、ボヤけた像しか結
像せず、目的とする可変焦点レンズを実現できない欠点
がある。Therefore, the varifocal lens 201 shown in FIG. 29 has a short focal length for polarized light in the long axis direction of the liquid crystal molecules on the incident side, and the short axis of the liquid crystal molecules on the incident side. The variable focus lens 2 of FIG.
Since the focal length of 01 becomes long, the conventional variable focus lens 201 becomes a double focus lens, and only a blurred image is formed, so that the target variable focus lens cannot be realized.
【0010】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、構造が簡単で、光量損出が少なく低電圧により
駆動可能でボケが生じることなく、光学特性を変化させ
る光学特性可変光学素子を提供することを目的としてい
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a simple structure, can be driven by a low voltage with little loss of light quantity, can be driven by a low voltage, and can change optical characteristics without changing the optical characteristics. Is intended to provide.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の光学特性可変光
学素子は、1対の部材により形成される空間に液晶を封
入し、外部からの物理的作用により前記液晶の液晶分子
の配向状態を制御し、前記液晶の光学特性を変化させる
光学特性可変光学素子において、前記液晶が前記液晶を
透過する光の波長に比べて小さい捻れピッチを持って構
成される。In the variable optical-characteristic element of the present invention, liquid crystal is enclosed in a space formed by a pair of members, and the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal is changed by a physical action from the outside. In the optical characteristic variable optical element for controlling and changing the optical characteristic of the liquid crystal, the liquid crystal is configured to have a twist pitch smaller than the wavelength of light transmitted through the liquid crystal.
【0012】本発明の光学特性可変光学素子では、前記
液晶が前記液晶を透過する光の波長に比べて小さい捻れ
ピッチを持たせて構成することで、構造が簡単で、光量
損出が少なく低電圧により駆動可能でボケが生じること
なく、光学特性を変化させることを可能とする。In the optical-property variable optical element of the present invention, the liquid crystal has a twist pitch smaller than the wavelength of the light transmitted through the liquid crystal, so that the structure is simple and the loss of the light amount is small. It is possible to drive by voltage and it is possible to change optical characteristics without causing blurring.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0014】図1ないし図17は本発明の第1の実施の
形態に係わり、図1は可変焦点レンズの基本構成を示す
構成図、図2は図1のカイラルネマテック液晶の分子の
屈折率楕円体を示す図、図3は図1の可変焦点レンズの
作用を説明する説明図、図4は図1の可変焦点レンズの
具体的な構成を示す構成図、図5は図1の可変焦点レン
ズの第1の変形例に用いられるカイラルスメクチック液
晶のカイラルスメクチックC相の液晶分子配列を示す
図、図6は図5のカイラルスメクチック液晶を用いた可
変焦点レンズの構成を示す構成図、図7は図6の可変焦
点レンズの作用を説明する説明図、図8はカイラルコレ
ステリック液晶を用いた図1の可変焦点レンズの第2の
変形例の構成を示す構成図、図9は図8の可変焦点レン
ズの作用を説明する説明図、図10は図8のカイラルコ
レステリック液晶の反射率の実測値を示す図、図11は
ディスコチック液晶を用いた図1の可変焦点レンズの第
2の変形例の構成を示す構成図、図12は図11の可変
焦点レンズの作用を説明する説明図、図13は図11の
ディスコチック液晶の分子の屈折率楕円体を示す図、図
14は図12のディスコチック液晶をZ方向から見た時
の第1の図、図15は図12のディスコチック液晶をZ
方向から見た時の第2の図、図16は図1のカイラルネ
マテック液晶の配向を変化させるのに磁場を用いた可変
焦点レンズの構成を示す構成図、図17は図1のカイラ
ルネマテック液晶の配向を変化させるのに温度変化を用
いた可変焦点レンズの構成を示す構成図である。1 to 17 relate to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing a basic configuration of a variable focus lens, and FIG. 2 is a refractive index of molecules of the chiral nematic liquid crystal of FIG. FIG. 3 is a diagram showing an ellipsoid, FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the variable focus lens of FIG. 1, FIG. 4 is a configuration diagram showing a specific configuration of the variable focus lens of FIG. 1, and FIG. 5 is a variable focus of FIG. FIG. 7 is a diagram showing a liquid crystal molecular arrangement of a chiral smectic C phase of a chiral smectic liquid crystal used in a first modification of the lens, FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of a varifocal lens using the chiral smectic liquid crystal of FIG. 5, and FIG. 6 is an explanatory view for explaining the operation of the variable focus lens of FIG. 6, FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a second modification of the variable focus lens of FIG. 1 using a chiral cholesteric liquid crystal, and FIG. 9 is a variable diagram of FIG. Explain the action of the focusing lens FIG. 10 is a diagram showing the actual measurement value of the reflectance of the chiral cholesteric liquid crystal of FIG. 8, and FIG. 11 is a configuration diagram showing the configuration of the second modification of the variable focus lens of FIG. 1 using discotic liquid crystal. 12 is an explanatory view for explaining the action of the varifocal lens of FIG. 11, FIG. 13 is a view showing a refractive index ellipsoid of molecules of the discotic liquid crystal of FIG. 11, and FIG. 14 is a view of the discotic liquid crystal of FIG. FIG. 15 is the first view when viewed, and FIG. 15 shows the discotic liquid crystal of FIG.
FIG. 16 is a second diagram when viewed from the direction, FIG. 16 is a configuration diagram showing a configuration of a varifocal lens that uses a magnetic field to change the orientation of the chiral nematic liquid crystal of FIG. 1, and FIG. It is a block diagram which shows the structure of the variable focus lens which used the temperature change for changing the orientation of the Matek liquid crystal.
【0015】図1に示すように、第1の実施の形態の光
学特性可変光学素子としての可変焦点レンズ1は、カイ
ラルネマテック液晶2を、内側に透明電極膜3をそれぞ
れ被膜させた平板ガラス4とレンズ5との間に配向膜6
を介して挟み、シール材7により封止した構成が基本構
成となっており、カイラルネマテック液晶2の捩れのピ
ッチPは、光の波長λに比べ非常に小さいものとする。
つまり、As shown in FIG. 1, a varifocal lens 1 as a variable-optical-characteristic optical element of the first embodiment is a flat glass having a chiral nematic liquid crystal 2 and a transparent electrode film 3 coated inside. 4 and the lens 5 between the alignment film 6
The basic structure is a structure in which the chiral nematic liquid crystal 2 is sandwiched between and sealed by a sealing material 7, and the twist pitch P of the chiral nematic liquid crystal 2 is extremely smaller than the wavelength λ of light.
That is,
【数1】P<<λ (1) である。このように、ピッチPが光の波長λに比べて非
常に小さいと、レンズ5は入射光の偏光によらず、屈折
率n’をもつレンズとして作用する。## EQU1 ## P << λ (1). In this way, when the pitch P is much smaller than the wavelength λ of light, the lens 5 acts as a lens having a refractive index n ′ regardless of the polarization of incident light.
【0016】[0016]
【数2】 ここで、neは液晶分子長軸方向の偏光に対する屈折率 noは液晶分子短軸方向の偏光に対する屈折率 であり、図2にカイラルネマテック液晶2の入射側の液
晶分子に対応する屈折率楕円体を示す。ここで、x軸及
びz軸は、液晶分子の短軸方向、y軸は液晶分子の長軸
方向になっている。なお、ne>noとする。[Equation 2] Here, ne is a refractive index for polarized light in the major axis direction of the liquid crystal molecule, and no is a refractive index for polarized light in the minor axis direction of the liquid crystal molecule, and in FIG. 2, a refractive index ellipse corresponding to the incident side liquid crystal molecule of the chiral nematic liquid crystal 2 Show the body. Here, the x-axis and the z-axis are the minor axis directions of the liquid crystal molecules, and the y-axis is the major axis direction of the liquid crystal molecules. Note that ne> no.
【0017】次に、ジョーンズのベクトルと行列によっ
て、なぜ、本実施の形態のカイラルネマテック液晶2が
実効的に屈折率n’の等方的な媒質としてふるまうのか
を、以下に説明する。Next, the reason why the chiral nematic liquid crystal 2 of this embodiment behaves effectively as an isotropic medium having a refractive index n ′ will be described below based on the Jones vector and matrix.
【0018】上記文献1のP85〜92、に示される、
式3.107と式3.110及び式3.126によれ
ば、絶対的な位相の変化exp(−iα)を含めた時、
図1に示した厚さdのカイラルネマテック液晶2に対す
るジョーンズの行列Wtは、As shown in P85-92 of the above-mentioned document 1,
According to Equation 3.107, Equation 3.110, and Equation 3.126, when the absolute phase change exp (-iα) is included,
The Jones matrix Wt for the chiral nematic liquid crystal 2 of thickness d shown in FIG.
【数3】 で与えられる。ただし、(Equation 3) Given in. However,
【数4】 (Equation 4)
【数5】 (Equation 5)
【数6】 (Equation 6)
【数7】 (Equation 7)
【数8】 である。(Equation 8) It is.
【0019】ここで、常光を液晶分子の短軸方向の偏光
と定義し、異常光を液晶分子の長軸方向の偏光、又は、
長軸を光軸に垂直な平面へ投影した時の方向の偏光と定
義すると、Γはカイラルネマテック液晶2による常光と
異常光の位相差を表わす。Here, ordinary light is defined as polarized light in the short axis direction of liquid crystal molecules, and extraordinary light is polarized light in the long axis direction of liquid crystal molecules, or
If the long axis is defined as the polarized light in the direction when projected on a plane perpendicular to the optical axis, Γ represents the phase difference between the ordinary ray and the extraordinary ray by the chiral nematic liquid crystal 2.
【0020】なお、Φはカイラルネマテック液晶2の液
晶分子の捩れ角をラジアンで表わしたものである。ま
た、式(3)、式(8)の座標系は、図1に示すx,
y,z軸のように取るものとする。つまり、x軸は紙面
の表から裏側へ向っており、y軸はカイラルネマテック
液晶2の入射面での液晶分子長軸の方向である。Φ represents the twist angle of the liquid crystal molecules of the chiral nematic liquid crystal 2 in radians. Further, the coordinate systems of the equations (3) and (8) are represented by x,
It should be taken like the y and z axes. That is, the x-axis is directed from the front side to the back side of the paper, and the y-axis is the direction of the liquid crystal molecule long axis on the incident surface of the chiral nematic liquid crystal 2.
【0021】さて、式(1)の条件のもとで、式(3)
のWtがどのようになるかを調べてみる。Now, under the condition of the equation (1), the equation (3)
Let's find out what Wt looks like.
【0022】まず、式(1)は、First, the equation (1) is
【数9】 と変形できる。そこで、P/λ→0の時、式(3)のW
tの極限値WtLを求めてみる。[Equation 9] And can be transformed. Therefore, when P / λ → 0, W in equation (3)
Let's find the limit value WtL of t.
【0023】[0023]
【数10】 であるから、P/λ<<1のとき(Equation 10) Therefore, when P / λ << 1
【数11】 となり、P/λ→0のとき|Γ/Φ|→0となる。[Equation 11] Therefore, when P / λ → 0, | Γ / Φ | → 0.
【0024】式(11)の条件のもとでUnder the condition of equation (11)
【数12】 (Equation 12)
【数13】 (Equation 13)
【数14】 [Equation 14]
【数15】 と近似でき、P/λ→0のとき、それぞれ、(Equation 15) When P / λ → 0,
【数16】X→Φ (16)[Expression 16] X → Φ (16)
【数17】cosX→cosΦ (17)[Expression 17] cosX → cosΦ (17)
【数18】 (Equation 18)
【数19】 となるので、P/λ→0のとき[Equation 19] Therefore, when P / λ → 0
【数20】 となる。これは屈折率n’=(ne+no)/2、厚さd
の、光軸に沿って等方な媒質のジョーンズ行列にほかな
らない。(Equation 20) Becomes This has a refractive index n '= (ne + no) / 2 and a thickness d.
, None other than the Jones matrix of an isotropic medium along the optical axis.
【0025】従って、P/λ<<1であるので、図1の
可変焦点レンズ1は、屈折率n’のレンズとして作用
し、ボケのない結像が実現できる。Therefore, since P / λ << 1, the varifocal lens 1 in FIG. 1 acts as a lens having a refractive index n ', and it is possible to form an image without blurring.
【0026】また、図1の可変焦点レンズ1において、
交流電源8をスイッチ9によりONにし、配向膜6間に
電場を与えると、カイラルネマテック液晶2は、図3の
ように配列し、液晶は屈折率noの等方媒質となるの
で、図1の状態と比べて、焦点距離の異なる液晶レンズ
となり、ボケのない可変焦点レンズが実現できるのであ
る。Further, in the variable focus lens 1 shown in FIG.
When the AC power supply 8 is turned on by the switch 9 and an electric field is applied between the alignment films 6, the chiral nematic liquid crystal 2 is arranged as shown in FIG. 3, and the liquid crystal becomes an isotropic medium having a refractive index no. Compared with the state of 1, the liquid crystal lens has a different focal length, and a variable focus lens without blur can be realized.
【0027】次に、上記の可変焦点レンズ1の具体的な
構成例を図4を用いて説明する。図4に示すように、可
変焦点レンズ1は、具体的には、可変抵抗21により電
圧を連続的に可変にした構成になり、液晶分子の配列
を、上記の図1と図3の中間にもってくることができる
ように構成する。これにより、焦点距離が連続的に変化
する液晶レンズを実現できる。Next, a specific structural example of the variable focus lens 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the varifocal lens 1 has a configuration in which the voltage is continuously variable by a variable resistor 21, and the liquid crystal molecules are arranged in the middle of the above FIGS. 1 and 3. Configure it so that you can bring it. As a result, a liquid crystal lens whose focal length changes continuously can be realized.
【0028】なお、図4のような中間の配列の場合にお
いても、neの値を、neとnoのある中間の値である異
常光の屈折率ne’で置きかえることで、上記の式
(3)〜式(20)は満たされる。Even in the case of the intermediate arrangement as shown in FIG. 4, by replacing the value of ne with the refractive index ne 'of extraordinary light which is an intermediate value between ne and no, the above equation (3) ) -Equation (20) is satisfied.
【0029】なお、図4のように構成することで、電圧
の印加のしかたとしては、連続可変に限らず、いくつか
の離散的な電圧値から印加電圧を選択するようにして
も、可変焦点レンズが実現できる。With the configuration shown in FIG. 4, the method of applying the voltage is not limited to the continuous variable, but the variable focus can be selected even if the applied voltage is selected from several discrete voltage values. A lens can be realized.
【0030】ここで、図4のように構成した可変焦点レ
ンズ1の実際的な例について、詳細に説明する。Here, a practical example of the variable focus lens 1 configured as shown in FIG. 4 will be described in detail.
【0031】式(20)にはP/λ→0の極限の場合が
示されているが、実際の液晶レンズ、可変焦点レンズで
は必ずしも極限値があてはまらない場合もあるので、式
(3)の近似式を導いてみる。Although the limit case of P / λ → 0 is shown in the formula (20), the limit value may not always be true in an actual liquid crystal lens or varifocal lens. Let's derive an approximate expression.
【0032】式(3)をP/λの1次までを考えて近似
すると、次のようになる。つまり、式(12)〜式(1
4)で、P/λの1次まで、すなわち式(10)より、
Γ/Φの1次までを残しP/λの2次以上、Γ/Φの2
次以上を省略すると、When the equation (3) is approximated by considering up to the first order of P / λ, it becomes as follows. That is, equations (12) to (1
In 4), up to the first order of P / λ, that is, from equation (10),
Remaining up to the 1st order of Γ / Φ, 2nd order or more of P / λ, 2 of Γ / Φ
If you omit the following items,
【数21】 (Equation 21)
【数22】 となり(Equation 22) Next
【数23】 を得る。従って、WtNの値が等方媒質のジョーンズ行列
とほぼ等しいと見なせるためには、|i・Γ/2Φ|が
0に近ければよい。この時WtNは、(Equation 23) Get. Therefore, in order to consider that the value of WtN is almost equal to the Jones matrix of the isotropic medium, | i · Γ / 2Φ | should be close to 0. At this time, WtN is
【数24】 に近づくが、この式は、液晶が入射光の偏光方向はΓ/
4・Γ/Φだけ回転するが、等方媒質であると見なせる
ことを意味している。(Equation 24) This equation shows that the liquid crystal has a polarization direction of incident light of Γ /
Although it rotates by 4 · Γ / Φ, it means that it can be regarded as an isotropic medium.
【0033】[0033]
【数25】 つまり、(Equation 25) That is,
【数26】 であれば、ボケのない可変焦点レンズが得られる。式
(10)より(Equation 26) If so, a variable focus lens without blur can be obtained. From equation (10)
【数27】 となる。[Equation 27] Becomes
【0034】実際のレンズ付撮像装置、例えば電子カメ
ラ、VTRカメラ、電子内視鏡などの、比較的低コスト
の製品等のレンズに本発明の可変焦点レンズを用いる場
合、固体撮像素子の画素数が少なく、高解像を要求しな
い場合もあるので、式(26)は条件をゆるめることが
でき、When the varifocal lens of the present invention is used for a lens of a relatively low-cost product such as an actual imaging device with a lens, for example, an electronic camera, a VTR camera, an electronic endoscope, etc., the number of pixels of a solid-state imaging device Since there are few cases and a high resolution may not be required, the condition of the equation (26) can be relaxed,
【数28】 であれば良い。[Equation 28] Is fine.
【0035】画素数の多い電子撮像装置のレンズ、フィ
ルムカメラ、顕微鏡などの高画質の製品等のレンズでは
高解像が要求されるので、Since a high resolution is required for a lens of an electronic image pickup device having a large number of pixels, a lens of a high quality product such as a film camera, a microscope, etc.,
【数29】 であればよい。(Equation 29) Should be fine.
【0036】光ディスクのレンズ等結像に用いないレン
ズの場合、条件はさらにゆるめられ、In the case of a lens such as a lens of an optical disk which is not used for image formation, the condition is further relaxed,
【数30】 であればよい。[Equation 30] Should be fine.
【0037】なお、本実施の形態に共通して言えること
であるが、液晶がらせん状の配列の時、液晶分子の長軸
方向が光軸に対して垂直でない時、つまり斜めの時は、
式(1)、式(26)〜式(30)のneを上記のne’
で置きかえればよい。It should be noted that, as is common to all of the present embodiments, when the liquid crystal has a helical arrangement, when the long axis direction of the liquid crystal molecules is not perpendicular to the optical axis, that is, when the liquid crystal molecules are oblique,
The ne of the formulas (1) and (26) to (30) is replaced with the above ne ′
You can replace it with.
【0038】以下に、いくつかの設計例を上げる。The following are some design examples.
【0039】カイラルネマテック液晶2の厚さdは、薄
いとレンズのパワーが弱く役に立たないし、厚いと光を
散乱、フレアの原因となるので、If the thickness d of the chiral nematic liquid crystal 2 is thin, the power of the lens is weak and is not useful, and if it is thick, light is scattered and flare is caused.
【数31】2μ<d<300μ (31) ぐらいが適当である。光の波長λの例としては可視光を
考えれば、Approximately 2 μ <d <300 μ (31) is appropriate. Considering visible light as an example of the wavelength λ of light,
【数32】0.35μ<λ<0.7μ (32) である。[Expression 32] 0.35μ <λ <0.7μ (32)
【0040】ne−noの値は液晶の物性で決まるが、The value of ne-no is determined by the physical properties of the liquid crystal,
【数33】 0.01<|ne−no|<0.4 (33) ぐらいの物質が多い。そこで、第1の設計例として、 d=15μ λ=0.5μ ne−no=0.2 P=0.05μ とすれば、 Γ/2Φ=π・0.2×0.05/0.5=0.02π となり、式(26)、式(28)、式(29)、式(3
0)を満たす。[Equation 33] There are many substances with 0.01 <| ne-no | <0.4 (33). Therefore, as a first design example, if d = 15μ λ = 0.5μ ne-no = 0.2 P = 0.05μ, then Γ / 2Φ = π · 0.2 × 0.05 / 0.5 = 0.02π, formula (26), formula (28), formula (29), formula (3
0) is satisfied.
【0041】第2の設計例として、 d=30μ λ=0.6μ ne−no=0.25 P=0.3μ とすれば、 Γ/2Φ=π・0.3×0.25/0.6=0.125
π となり、式(26)、式(28)、式(29)、式(3
0)を満たす。As a second design example, if d = 30 μ λ = 0.6 μ ne-no = 0.25 P = 0.3 μ, then Γ / 2Φ = π · 0.3 × 0.25 / 0. 6 = 0.125
becomes π, and formula (26), formula (28), formula (29), formula (3
0) is satisfied.
【0042】また、第3の設計例として d=50μ λ=0.55μ ne−no=0.2 P=0.6μ とすれば、 Γ/2Φ=π・0.2×0.6/0.55=0.218
π となり、式(28)、式(30)を満たす。As a third design example, if d = 50 μ λ = 0.55 μ ne-no = 0.2 P = 0.6 μ, then Γ / 2Φ = π · 0.2 × 0.6 / 0 .55 = 0.218
becomes π, and Expressions (28) and (30) are satisfied.
【0043】さらに、第4の設計例として、近赤外光用
の可変焦点レンズを考え、 d=200μ λ=0.95μ ne−no=0.2 P=0.7μ とすれば Γ/2Φ=π・0.2×0.7/0.95=0.145
8π となり、式(26)、式(28)、式(29)、式(3
0)を満たす。Further, as a fourth design example, considering a varifocal lens for near infrared light, and d = 200 μ λ = 0.95 μ ne-no = 0.2 P = 0.7 μ, Γ / 2Φ = Π ・ 0.2 × 0.7 / 0.95 = 0.145
8π, and equation (26), equation (28), equation (29), and equation (3
0) is satisfied.
【0044】以上の各設計例では、カイラルネマチック
液晶を例にとって説明したが、カイラルネマチック液晶
のらせんのピッチを、用いる光の波長よりも小さくする
ためには、カイラル剤を液晶に混ぜると良い。In each of the above design examples, the chiral nematic liquid crystal has been described as an example. However, in order to make the pitch of the helix of the chiral nematic liquid crystal smaller than the wavelength of the light used, it is advisable to mix the chiral agent with the liquid crystal.
【0045】カイラル剤としては、コレステリック液晶
又は合成品の光学活性化合物などが用いられる。以下の
化学式(1)、化学式(2)にカイラルネマチック液晶
の例を、化学式(3)、化学式(4)にカイラル剤の例
を示す。As the chiral agent, a cholesteric liquid crystal or a synthetic optically active compound is used. Examples of the chiral nematic liquid crystal are shown in the following chemical formulas (1) and (2), and examples of the chiral agent are shown in the chemical formulas (3) and (4).
【0046】[0046]
【化1】 Embedded image
【化2】 Embedded image
【化3】 Embedded image
【化4】 以上の説明において、可変焦点レンズ1に用いる液晶と
しては、カイラルネマチック液晶2を用いて説明した
が、本実施の形態はこれに限らず、可変焦点レンズの第
1の変形例として、図5に示ようなカイラルスメクチッ
ク液晶31を用いて構成することができる。この図5
は、カイラルスメクチックC相の液晶分子配列を示した
もので、これを用いた可変焦点レンズ1aの構造を図6
に示す。Embedded image In the above description, the chiral nematic liquid crystal 2 is used as the liquid crystal used for the varifocal lens 1, but the present embodiment is not limited to this, and as a first modification of the varifocal lens, FIG. It can be configured using a chiral smectic liquid crystal 31 as shown. This figure 5
6 shows an arrangement of liquid crystal molecules of a chiral smectic C phase, and FIG. 6 shows the structure of a varifocal lens 1a using the same.
Shown in
【0047】図6に示すように、カイラルスメクチック
液晶31では、電圧を加えない場合には液晶分子は各層
31aごとに特定の方向を向き、その方向が一定の周期
Pで回転している。As shown in FIG. 6, in the chiral smectic liquid crystal 31, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a specific direction for each layer 31a, and the direction rotates at a constant period P.
【0048】これに電圧を印加すると、各層の液晶分子
は、図7のように、座標系のZ軸方向に配列し、カイラ
ルスメクチック液晶31の屈折率は、図6の状態のn’
から、noに低下し、可変焦点レンズ1の焦点距離が変
化する。When a voltage is applied to this, the liquid crystal molecules of each layer are aligned in the Z-axis direction of the coordinate system as shown in FIG. 7, and the refractive index of the chiral smectic liquid crystal 31 is n ′ in the state of FIG.
To no, the focal length of the varifocal lens 1 changes.
【0049】この図5〜7に示した第1の変形例につい
ても、式(1)〜式(30)はあてはまり、特に式(2
6)、式(28)、式(29)、式(30)を満せばボ
ケの少ない可変焦点レンズが得られる。また、図6の構
成においても、カイラルスメクチック液晶31に加わる
電圧は連続的に変えることができ、それに伴って焦点距
離も連続的に変る。Equations (1) to (30) also apply to the first modified example shown in FIGS. 5 to 7, particularly equation (2).
By satisfying 6), formula (28), formula (29), and formula (30), a varifocal lens with less blur can be obtained. Also in the configuration of FIG. 6, the voltage applied to the chiral smectic liquid crystal 31 can be continuously changed, and accordingly, the focal length also continuously changes.
【0050】ここで、カイラルスメクチック液晶31を
用いた可変焦点レンズ1aの設計例を示すと、パラメー
タとして、 d=25μ λ=0.55μ ne−no=0.3 P=0.1μ とすると、 Γ/2Φ=π・0.3×0.1/0.55=0.054
5π となり、式(26)、式(28)、式(29)、式(3
0)を満たす。Here, an example of designing the varifocal lens 1a using the chiral smectic liquid crystal 31 will be described. As parameters, d = 25 μ λ = 0.55 μ ne-no = 0.3 P = 0.1 μ Γ / 2Φ = π · 0.3 × 0.1 / 0.55 = 0.054
5π, and the formula (26), the formula (28), the formula (29), and the formula (3
0) is satisfied.
【0051】なお、化学式(5)に、スメクチック液晶
31の分子構造の1例である「4−(n−ヘキシルオキ
シ)フェニルオキシ−4”−(2−メテルブチル)ビフ
ェニル−4’−カルボキシレート」を示した。なお、ピ
ッチPはおよそ0.2μである。In the chemical formula (5), "4- (n-hexyloxy) phenyloxy-4"-(2-meterbutyl) biphenyl-4'-carboxylate "which is an example of the molecular structure of the smectic liquid crystal 31 is shown. showed that. The pitch P is about 0.2 μ.
【0052】[0052]
【化5】 また、可変焦点レンズの第2の変形例として、図8に示
ように、カイラルコレステリック液晶41を用いた可変
焦点レンズ1bを構成することができる。Embedded image As a second modification of the variable focus lens, a variable focus lens 1b using a chiral cholesteric liquid crystal 41 can be configured as shown in FIG.
【0053】カイラルコレステリック液晶41では、液
晶分子の配向方向は各層でレンズ表面に平行で方位角が
周期Pで、Z軸方向にらせんを描いて変る。この状態で
式(1)〜式(30)があてはまる。In the chiral cholesteric liquid crystal 41, the alignment direction of the liquid crystal molecules is parallel to the lens surface in each layer, the azimuth angle is the period P, and changes in a spiral in the Z-axis direction. Equations (1) to (30) apply in this state.
【0054】電圧が加わると、液晶分子の配向が図9の
ようにらせんが無くなり、焦点距離が変化する。When a voltage is applied, the orientation of the liquid crystal molecules disappears as shown in FIG. 9, and the focal length changes.
【0055】なお、カイラルコレステリック液晶には選
択反射の性質があり、波長λs=Pn’近傍の右または
左の円偏光を全反射してしまう。図10は、自然偏光に
対するカイラルコレステリック液晶の反射率の実測値の
例を示している。The chiral cholesteric liquid crystal has the property of selective reflection, and totally reflects the right or left circularly polarized light near the wavelength λs = Pn ′. FIG. 10 shows an example of the actual measurement value of the reflectance of the chiral cholesteric liquid crystal with respect to natural polarized light.
【0056】従って、波長λsは、可変焦点レンズ1b
で用いる光の波長範囲外にあることが望ましい。つま
り、Pn’が、可変焦点レンズ1bを利用する光の波長
域外にあることが、さらに透過率の良い、着色のない液
晶レンズを得るために必要である。Therefore, the wavelength λs is the variable focus lens 1b.
It is desirable to be outside the wavelength range of the light used in. That is, it is necessary for Pn ′ to be outside the wavelength range of light using the varifocal lens 1b in order to obtain a liquid crystal lens with higher transmittance and no coloring.
【0057】可視光であれば、If it is visible light,
【数34】Pn’<0.4μ (34) であることが必要である。It is necessary that Pn '<0.4μ (34).
【0058】なお、上述した第1の変形例である図5の
カイラルスメチックC相の液晶でも選択反射は生じる場
合があり、上記の理由で式(34)は図5の例にも適用
される。Selective reflection may occur even in the liquid crystal of the chiral smectic C phase shown in FIG. 5, which is the first modification example described above, and therefore the formula (34) is also applied to the example shown in FIG. 5 for the above reason. It
【0059】カイラルコレステリック液晶41を用いた
可変焦点レンズ1bの設計例として、 d=15μ ne−no=0.4 λ=0.45μ P=0.01μ n’=1.7 とすると、 Γ/2Φ=π・0.4×0.01/0.45=0.00
89π となり、式(26)、式(28)、式(29)、式(3
0)を満たし、Pn’=0.017μであるから、式
(34)も満たしている。As a design example of the varifocal lens 1b using the chiral cholesteric liquid crystal 41, if d = 15 μ ne-no = 0.4 λ = 0.45 μ P = 0.01 μ n ′ = 1.7, then Γ / 2Φ = π ・ 0.4 × 0.01 / 0.45 = 0.00
It becomes 89π, and formula (26), formula (28), formula (29), formula (3
0) is satisfied and Pn ′ = 0.017 μ, and therefore the expression (34) is also satisfied.
【0060】化学式(6)はカイラルコレステリック液
晶の1例で、安息香酸コレステロールの化学式である。The chemical formula (6) is an example of a chiral cholesteric liquid crystal and is a chemical formula of cholesterol benzoate.
【0061】[0061]
【化6】 また、可変焦点レンズの第3の変形例として、図11に
示ように、ディスコチック液晶51を用いてもよく、電
圧が加わると、図12のようにディスコチック液晶51
の配向が変り、凸レンズとしての焦点距離が長くなる。
つまり、ディスコチック液晶51は、図13に示す屈折
率楕円体のように、負の1軸性結晶であるので、凸レン
ズとしての焦点距離が長くなるのである。[Chemical 6] As a third modification of the variable focus lens, a discotic liquid crystal 51 may be used as shown in FIG. 11, and when a voltage is applied, the discotic liquid crystal 51 as shown in FIG.
Changes its orientation, and the focal length as a convex lens becomes longer.
That is, since the discotic liquid crystal 51 is a negative uniaxial crystal like the refractive index ellipsoid shown in FIG. 13, the focal length as a convex lens becomes long.
【0062】なお、この場合、図12をZ方向から見た
時、ディスコチック液晶51の分子の配列が図14又は
図15のように一つの方向を向いていないならば、図1
2の状態で、液晶の配列はらせんを描かなくてもよい。
従って、式(1)〜式(30)は満さなくてもよい。In this case, when FIG. 12 is viewed from the Z direction, if the molecular arrangement of the discotic liquid crystal 51 is not oriented in one direction as shown in FIG. 14 or FIG.
In the state of 2, the alignment of the liquid crystal need not draw a spiral.
Therefore, the expressions (1) to (30) may not be satisfied.
【0063】本実施の形態並びに各変形例及び後述する
他の実施の形態で述べる可変焦点レンズに共通して言え
ることであるが、らせんのピッチPが、用いる光の波長
λに比べて小さいことが、ボケのより少ない可変焦点レ
ンズを得るためにより望ましいことであり、たとえば可
視光の場合、0.4μ<λ<0.7μで使用する光学装
置では、It can be said that the pitch P of the helix is smaller than the wavelength λ of the light used, which is common to the variable focus lenses described in the present embodiment, each of the modifications and other embodiments described later. Is more desirable in order to obtain a varifocal lens with less blurring. For example, in the case of visible light, in an optical device used with 0.4μ <λ <0.7μ,
【数35】 0.0001μ<P<0.4μ (35) が望ましい条件となる。さらに充分ボケを減らすために
は[Equation 35] 0.0001μ <P <0.4μ (35) is a desirable condition. To further reduce the blurring
【数36】 0.0001μ<P≦0.2μ (36) であることが望まれる。Pの下限は液晶分子自体の大き
さから決っている。It is desired that 0.0001μ <P ≦ 0.2μ (36). The lower limit of P is determined by the size of the liquid crystal molecule itself.
【0064】また、本実施の形態並びに各変形例では、
各液晶の配向を変化させるのに、電場を用いてきたが、
これに限らず、図16に示すように、コイル55及び鉄
芯56を用いて、例えばカイラルコレステリック液晶4
1に磁場Hを印加し、これを変化させても良い。なお、
図16はカイラルコレステリック液晶41の可変焦点レ
ンズの例であるが、カイラルネマチック液晶2あるいは
カイラルスメクチック液晶31の可変焦点レンズに適用
してもよい。Further, in the present embodiment and each modification,
Electric fields have been used to change the orientation of each liquid crystal,
Not limited to this, as shown in FIG. 16, a coil 55 and an iron core 56 are used, for example, a chiral cholesteric liquid crystal 4
The magnetic field H may be applied to 1 and changed. In addition,
Although FIG. 16 shows an example of the variable focus lens of the chiral cholesteric liquid crystal 41, it may be applied to the variable focus lens of the chiral nematic liquid crystal 2 or the chiral smectic liquid crystal 31.
【0065】また、各液晶の配向を変化させるのに、図
17に示すように、ヒータ58を用いて温度の変化によ
って、例えばカイラルコレステリック液晶41の配向を
変えるようにしてもよく、これまで述べた他の液晶、カ
イラルネマチック液晶2あるいはカイラススメクチック
液晶31等の可変焦点レンズにも適用できる。この構成
では、温度を変えることによって、液晶に相転移を生じ
させ、レンズの焦点距離を変えるようになっている。な
お、レンズをフレネルレンズ60として、液晶の厚さを
増加させずに、可変焦点レンズのパワーをかせいでい
る。ここで、フレネルレンズ60及びレンズ5は用途に
応じ非球面形状としても良い。To change the orientation of each liquid crystal, a heater 58 may be used to change the orientation of, for example, the chiral cholesteric liquid crystal 41 by changing the temperature as shown in FIG. In addition, the present invention can be applied to other liquid crystal, a chiral nematic liquid crystal 2, a chiral smectic liquid crystal 31, and the like, as well as a variable focus lens. In this configuration, by changing the temperature, a phase transition is caused in the liquid crystal and the focal length of the lens is changed. The lens is the Fresnel lens 60, and the power of the variable focus lens is obtained without increasing the thickness of the liquid crystal. Here, the Fresnel lens 60 and the lens 5 may have an aspherical shape depending on the application.
【0066】図18は本発明の第2の実施の形態に係る
可変焦点レンズの構成を示す構成図である。FIG. 18 is a structural diagram showing the structure of a variable focus lens according to the second embodiment of the present invention.
【0067】第2の実施の形態は、第1の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。Since the second embodiment is almost the same as the first embodiment, only different points will be described, the same components will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0068】第2の実施の形態は、回折光学素子(DO
EあるいはHOEとも呼ばれる)を液晶で作り、可変焦
点レンズとしたものである。In the second embodiment, the diffractive optical element (DO
(Also called E or HOE) is made of liquid crystal to form a variable focus lens.
【0069】図18に示すように、第2の実施の形態の
可変焦点レンズ61は、カイラルネマテック液晶2を、
内側に透明電極膜3をそれぞれ被膜させたレンズ62と
平行ガラス63との間に配向膜6を介して挟み、シール
材7により封止した構成となっている。As shown in FIG. 18, the variable focus lens 61 of the second embodiment uses the chiral nematic liquid crystal 2,
It is configured such that it is sandwiched between a lens 62 and a parallel glass 63, each of which has a transparent electrode film 3 coated on the inside, with an alignment film 6 interposed therebetween, and is sealed by a sealing material 7.
【0070】レンズ62はフレネルレンズ状であるが、
凹凸部は光の波長のレベルで、レンズ62のひとつの輪
帯の巾Wは、The lens 62 has a Fresnel lens shape,
The uneven portion is at the level of the wavelength of light, and the width W of one ring zone of the lens 62 is
【数37】W・θ=m・λ (37) で決る。ここで、θはその輪帯での光線の屈折角、mは
回折次数である。[Equation 37] W · θ = m · λ It is determined by (37). Here, θ is the refraction angle of the light ray in the ring zone, and m is the diffraction order.
【0071】カイラルネマテック液晶2の屈折率を電圧
の印加によって変えると、回折の次数が変わるので、不
連続的に可変焦点レンズ61の焦点距離を変えることが
できる。When the refractive index of the chiral nematic liquid crystal 2 is changed by applying a voltage, the order of diffraction is changed, so that the focal length of the varifocal lens 61 can be discontinuously changed.
【0072】つまり、ある輪帯のギザギザの高さをhと
し、レンズ62の屈折率をngとすれば、That is, if the notched height of a certain ring zone is h and the refractive index of the lens 62 is ng,
【数38】 (38)
【数39】 [Equation 39]
【数40】m1 ≠m2 (40) となる。[Expression 40] m1 ≠ m2 (40).
【0073】ただし、m1 、m2 は互いに異なる整数と
おく時、h、m1 、m2 、n’、no、ngが式(38)
〜式(40)を満すならば、可変焦点レンズ61は、次
数m1 とm2 とで回折効率の最適化された回折光学素子
となる。However, when m1 and m2 are different integers from each other, h, m1, m2, n ', no and ng are expressed by the formula (38).
If the expression (40) is satisfied, the varifocal lens 61 becomes a diffractive optical element whose diffraction efficiency is optimized by the orders m1 and m2.
【0074】焦点距離は、スイッチ9のON、OFFに
より、f1 /m1 、f1 /m2 にかわる。ここでf1
は、1次の回折光学素子の焦点距離である。なお、実用
的には式(38)、式(39)は近似的に満されていれ
ばよい。The focal length changes to f1 / m1 and f1 / m2 when the switch 9 is turned on and off. Where f1
Is the focal length of the first-order diffractive optical element. Note that, practically, the expressions (38) and (39) may be approximately satisfied.
【0075】以下に、上記の各実施の形態及びその各変
形例の応用例について説明する。Hereinafter, application examples of the above-described embodiments and their modifications will be described.
【0076】図19に示すように、上記の各実施の形態
及びその各変形例の可変焦点レンズを用いた第1の装置
としての電子内視鏡71は、被写体に照射する照明光を
伝送するライトガイド72からの照明光を照明レンズ7
3により被写体に照射し、被写体像を対物レンズ74を
介して入射する。そして、可変焦点レンズ75を絞り7
6近傍に配置し、光学レンズ77によりCCD78の結
像面に結像させ、信号処理装置79により信号処理しモ
ニタ80に被写体像を表示させる構成となっている。こ
の構成では、可変焦点レンズ75は、ピント調整のため
に用いられ、オートフォーカス機能を備えた電子内視鏡
を実現している。As shown in FIG. 19, an electronic endoscope 71 as a first device using the variable focus lens of each of the above-described embodiments and its modifications transmits illumination light for illuminating a subject. The illumination light from the light guide 72 is illuminated by the illumination lens 7.
The subject is irradiated with light from the subject 3 and the subject image is made incident through the objective lens 74. Then, the varifocal lens 75 is stopped down 7
It is arranged in the vicinity of 6, and an image is formed on the image forming surface of the CCD 78 by the optical lens 77, signal processing is performed by the signal processing device 79, and a subject image is displayed on the monitor 80. In this configuration, the variable focus lens 75 is used for focus adjustment and realizes an electronic endoscope having an autofocus function.
【0077】また、上記の実施の形態及びその各変形例
の可変焦点レンズを用いた第2の装置は、図20に示す
ように、対物レンズ81によりCCD82が被写体像を
撮像し、信号処理装置83で信号処理しモニタ84に被
写体像を表示させる撮像装置89であって、対物レンズ
81とCCD83との間に絞り88を介して2つの可変
焦点レンズ85、86を設け、この焦点距離を連動して
変化させることによりズーミングと、ピント合せの両方
を実現するものである。これらは実際には電子カメラ、
TVカメラ等に用いられ、可変焦点レンズ85、86の
駆動は制御回路87によってピントを合せつつ、ズーミ
ングするよう行われる。In the second device using the variable focus lens of the above-mentioned embodiment and each modification thereof, as shown in FIG. 20, the CCD 82 picks up the subject image by the objective lens 81, and the signal processing device. An image pickup device 89 for processing a signal by 83 and displaying a subject image on a monitor 84. Two variable focus lenses 85, 86 are provided between an objective lens 81 and a CCD 83 via a diaphragm 88, and the focal lengths are interlocked. Then, both zooming and focusing are realized. These are actually electronic cameras,
Used in a TV camera or the like, the variable focus lenses 85 and 86 are driven by a control circuit 87 so as to focus and zoom.
【0078】なお、図20では可変焦点レンズ85、8
6は、それぞれ凹、凸レンズの場合を示しているが、凸
凸、又は凸凹、凹凹のレンズの組合わせでもよい。In FIG. 20, variable focus lenses 85 and 8 are used.
6 shows the case of a concave lens and a convex lens, respectively, but a convex and convex lens or a combination of convex and concave lenses and a concave and convex lens may be used.
【0079】図21は、式(1)を満す液晶の別の応用
例で、光学系の絞り91に用いた例である。FIG. 21 shows another application example of the liquid crystal satisfying the expression (1), which is used for the diaphragm 91 of the optical system.
【0080】この絞り91は、式(1)を満す液晶であ
るカイラルネマテック液晶2を封止する透明な材質から
なる透明部材92、93により挟まれた構造になってい
て、透明部材93は液晶に接する部分の断面形状がのこ
切り状または3角になっている。また、絞り91は光軸
に対して回転対称な形状である。The diaphragm 91 has a structure sandwiched by transparent members 92 and 93 made of a transparent material which seals the chiral nematic liquid crystal 2 which is a liquid crystal satisfying the formula (1). Has a saw-toothed shape or a triangular shape in cross-section at the portion in contact with the liquid crystal. Further, the diaphragm 91 has a rotationally symmetrical shape with respect to the optical axis.
【0081】図21において、左右から絞り91の中心
に入射した光線aはそのまま通過するが、周辺部に入射
した光線bはカイラルネマテック液晶2と透明部材93
との境界面で全反射して側方に曲げられ、絞り91を透
過することができず、絞り91を絞った状態である。In FIG. 21, the ray a incident on the center of the diaphragm 91 from the left and right passes through as it is, while the ray b incident on the peripheral portion is the chiral nematic liquid crystal 2 and the transparent member 93.
It is in a state in which the diaphragm 91 is narrowed down because it is totally reflected at the boundary surface of and and is bent to the side and cannot pass through the diaphragm 91.
【0082】図22は、絞り91に電圧を加えた状態
で、カイラルネマテック液晶2はホメオトロピック配向
になるので、光線bは透明部材93とカイラルネマテッ
ク液晶2との境界面で全反射することなく直進し、図2
1に比べ絞りの有効径が広がった状態にある。なお、透
明部材93の屈折率をn93とする時In FIG. 22, when the voltage is applied to the diaphragm 91, the chiral nematic liquid crystal 2 is homeotropically oriented, so that the light ray b is totally reflected at the boundary surface between the transparent member 93 and the chiral nematic liquid crystal 2. Without going straight, Figure 2
Compared with No. 1, the effective diameter of the diaphragm is wider. When the refractive index of the transparent member 93 is n93,
【数41】 0.8no<n93<1.3no (41) であれば、図22の状態で光線bはほぼ直進する。## EQU00004 ## If 0.8no <n93 <1.3no (41), the light ray b travels substantially straight in the state of FIG.
【0083】図21の状態で光線aが全反射するための
条件は、図示の角をβとするとき、The condition for total reflection of the light ray a in the state of FIG. 21 is that when the illustrated angle is β,
【数42】 である。(Equation 42) It is.
【0084】また、カイラルネマテック液晶2は式
(1)のかわりに、実用的には式(26)又は式(2
8)又は式(29)又は式(30)を満たせばよい。Further, the chiral nematic liquid crystal 2 is practically replaced by the formula (26) or the formula (2) instead of the formula (1).
8) or the formula (29) or the formula (30) may be satisfied.
【0085】なお、液晶としては、カイラルネマテック
液晶2以外に、上述したカイラルスメクチック液晶3
1、カイラルコレテリック液晶41、ディスクチック液
晶51、さらには高分子中に液晶を分散させた高分子分
散液晶やポリマー液晶等も用いることができる。カイラ
ルスメクチック液晶31又はカイラルコレテリック液晶
41の場合には、式(34)も満すとなお良い。また、
どの液晶にも共通していえるが、式(35)、式(3
6)も満すとさらに良い。As the liquid crystal, in addition to the chiral nematic liquid crystal 2, the above-mentioned chiral smectic liquid crystal 3 is used.
1, a chiral cholesteric liquid crystal 41, a discotic liquid crystal 51, a polymer dispersed liquid crystal in which liquid crystal is dispersed in a polymer, a polymer liquid crystal, or the like can also be used. In the case of the chiral smectic liquid crystal 31 or the chiral cholesteric liquid crystal 41, it is more preferable that the formula (34) is also satisfied. Also,
As is common to all liquid crystals, the formula (35) and the formula (3
It is even better if 6) is satisfied.
【0086】図23はカイラルネマテック液晶2を用い
た第2の絞り101の例である。図21の絞り91と異
なるのは、透明部材93に代わる透明部材102の周辺
がDOE(回折光学素子)になっていることで、透明部
材102の周辺は、高さが使用する光の波長λ程度の、
のこぎり刃形状をしていることである。FIG. 23 shows an example of the second diaphragm 101 using the chiral nematic liquid crystal 2. 21 is different from the diaphragm 91 in FIG. 21 in that the periphery of the transparent member 102 that replaces the transparent member 93 is a DOE (diffractive optical element), and the periphery of the transparent member 102 has a height λ of light used. To the extent of
It is in the shape of a saw blade.
【0087】図23の状態ではIn the state of FIG.
【数43】no<n102 (43) なので、周辺部の光b1 、b2 は外側へ回折によって曲
げ、光吸収性物質103で吸収され絞り101より後方
へは伝送されない。なお、n102は透明部材102の屈
折率である。[Mathematical formula-see original document] Since no <n102 (43), the light beams b1 and b2 in the peripheral portion are bent outward by diffraction, are absorbed by the light absorbing substance 103, and are not transmitted backward from the diaphragm 101. Note that n102 is the refractive index of the transparent member 102.
【0088】図23は電圧をOFFにした時の状態であ
るため液晶がカイラルネマチックの配列でSince FIG. 23 shows the state when the voltage is turned off, the liquid crystal has a chiral nematic arrangement.
【数44】 0.9n’<n102<1.2n’ (44) であるため、b1 、b2 はおよそ直進し、実質的に絞り
が開いた状態として動作する。## EQU00004 ## Since 0.9n '<n102 <1.2n' (44), b1 and b2 go straight about, and operate as if the diaphragm is substantially open.
【0089】DOEの形状としては、式(37)で屈折
角θが決まり、回折効率を上げて、絞りとしての動作を
さらに向上させるためには、式(38)〜式(40)を
満たすとなお良い(ただし、ngをn102で置き換え
る)。As the shape of the DOE, the refraction angle θ is determined by the expression (37), and in order to increase the diffraction efficiency and further improve the operation as the diaphragm, the expressions (38) to (40) are satisfied. Even better (but replace ng with n102).
【0090】液晶としては、カイラルネマチック液晶2
以外に、上述したカイラルスメクチック液晶31、カイ
ラルコレステリック液晶41、ディスコチック液晶5
1、さらには高分子中に液晶を分散させた高分子分散液
晶やポリマー液晶等も用いることができる。カイラルス
メクチック液晶31又はカイラルコレステリック液晶4
1の場合には、式(34)も満すとなお良い。As the liquid crystal, chiral nematic liquid crystal 2 is used.
Besides, the above-mentioned chiral smectic liquid crystal 31, chiral cholesteric liquid crystal 41, and discotic liquid crystal 5
1, and further, polymer dispersed liquid crystal in which liquid crystal is dispersed in polymer, polymer liquid crystal and the like can be used. Chiral smectic liquid crystal 31 or chiral cholesteric liquid crystal 4
In the case of 1, it is even better if the expression (34) is also satisfied.
【0091】液晶は式(1)をみたす必要があるが、実
用的には式(1)のかわりに、式(26)又は式(2
8)又は式(29)又は式(30)を満たせばよい。The liquid crystal needs to satisfy the formula (1), but in practice, instead of the formula (1), the formula (26) or the formula (2) is used.
8) or the formula (29) or the formula (30) may be satisfied.
【0092】また、透明部材92もDOEとすれば、よ
り大きな屈折角が得られ、絞りとして高性能のものが得
られる。If the transparent member 92 is also DOE, a larger refraction angle can be obtained, and a high-performance diaphragm can be obtained.
【0093】なお、絞り101に加える電圧は連続的に
可変できるようにしてもよく、その場合、絞り101の
周辺部の透過率が連続的に変化する絞りとなり便利であ
る。The voltage applied to the diaphragm 101 may be continuously variable. In this case, the diaphragm in which the transmittance of the peripheral portion of the diaphragm 101 continuously changes is convenient.
【0094】上記の絞り91、101は、図19の電子
内視鏡71の絞り76や図20の撮像装置80の絞り8
8等に用いることができる。電子内視鏡71や撮像装置
80では必ず、電源が含まれるため、その電源を液晶素
子用にも用いることができるので好都合である。The diaphragms 91 and 101 are the diaphragm 76 of the electronic endoscope 71 of FIG. 19 and the diaphragm 8 of the image pickup apparatus 80 of FIG.
8 can be used. Since the electronic endoscope 71 and the imaging device 80 always include a power source, the power source can be used also for the liquid crystal element, which is convenient.
【0095】また、絞り101に於て、透明部材102
の中央のA部を無しにして、全面のこぎり刃状の形状に
すれば、光束径は変わらないが、光量を変化させること
のできる絞りが得られる。透過光量可変な光学素子と類
似の効果を持たせる場合には式(38)又は式(39)
の一方は近似的に満されるのが良く、式(38)と式
(39)とが同時に満されない方が良い(なお、式(4
0)は満す必要がある)。Further, in the diaphragm 101, the transparent member 102
If the central part A is eliminated and the entire surface is made into a saw-tooth shape, a diaphragm capable of changing the light quantity can be obtained although the luminous flux diameter does not change. In order to have an effect similar to that of the optical element capable of varying the amount of transmitted light, equation (38) or equation (39)
It is better that one of the two is approximately satisfied, and it is better that equations (38) and (39) are not simultaneously satisfied (note that equation (4)
0) needs to be satisfied).
【0096】なぜならば、たとえば式(38)が完全に
みたされ、式(39)が不完全であるなら、次数m1 の
光は図23、24のいずれの状態でも光量は異なるが、
存在するので、次式m1 の光に対して絞り101は濃度
可変フィルタとして動作するのである。This is because, for example, if the equation (38) is completely satisfied and the equation (39) is incomplete, the light amount of the order m1 is different in both states of FIGS.
Since it exists, the diaphragm 101 operates as a density variable filter for the light of the following formula m1.
【0097】また、式(38)、式(39)が両方みた
される場合には、次式m1 又はm2の光に対して、絞り
101は光シャッタとして動作することになる。この場
合でも図23から図24の状態に連続的に電圧を変えて
行けば、式(38)、式(39)の中のneは連続的に
変化するne’で置き変えられるので、透過光量可変な
光学素子として動作させることができる(なお、式
(2)を考慮する必要がある)。When both equations (38) and (39) are satisfied, the diaphragm 101 operates as an optical shutter for the light of the following equation m1 or m2. Even in this case, if the voltage is continuously changed from the state of FIG. 23 to the state of FIG. 24, the ne in the equations (38) and (39) can be replaced by the continuously changing ne ′, so that the transmitted light amount It can be operated as a variable optical element (it is necessary to consider equation (2)).
【0098】図25は式(1)、式(26)、式(2
8)、式(29)、式(30)のいずれかを満す液晶を
用いた可変プリズム(あるいは可変光偏向器)111の
一例である。FIG. 25 shows equations (1), (26) and (2).
8), the equation (29), or the equation (30), which is an example of the variable prism (or variable light deflector) 111 using a liquid crystal.
【0099】この可変プリズム111では、図25に示
すように、クサビ状あるいはのこぎり刃状の透明部材1
12と透明部材113の間にカイラルネマテック液晶2
が配置されている。たとえば、透明部材112の屈折率
をカイラルネマテック液晶2の屈折率n’と等しくして
おけば、図25の左右からの光は直進する。In this variable prism 111, as shown in FIG. 25, a wedge-shaped or saw-toothed transparent member 1 is used.
12 and the transparent member 113 between the chiral nematic liquid crystal 2
Is arranged. For example, if the refractive index of the transparent member 112 is made equal to the refractive index n ′ of the chiral nematic liquid crystal 2, the light from the left and right in FIG. 25 goes straight.
【0100】ここで電圧を可変プリズム111に加える
と、図26のように液晶の配列はホメオトロピックにな
り、カイラルネマテック液晶2の屈折率がnoに下るの
で、光は右上方へ屈折される。なお、電圧を連続可変に
すれば光の屈折角が連続的に変るので便利である。When a voltage is applied to the variable prism 111, the alignment of the liquid crystal becomes homeotropic as shown in FIG. 26, and the refractive index of the chiral nematic liquid crystal 2 drops to no, so that the light is refracted to the upper right. . It is convenient to make the voltage continuously variable because the refraction angle of light continuously changes.
【0101】液晶としては、カイラルネマチック液晶2
以外に、上述したカイラルスメクチック液晶31、カイ
ラルコレテリック液晶41、ディスクチック液晶51、
さらには高分子中に液晶を分散させた高分子分散液晶や
ポリマー液晶等も用いることができる。カイラルスメク
チック液晶31又はカイラルコレテリック液晶41の場
合には、式(34)も満すとなお良い。As the liquid crystal, a chiral nematic liquid crystal 2
Besides, the above-mentioned chiral smectic liquid crystal 31, chiral cholesteric liquid crystal 41, discotic liquid crystal 51,
Further, a polymer dispersed liquid crystal in which a liquid crystal is dispersed in a polymer, a polymer liquid crystal or the like can also be used. In the case of the chiral smectic liquid crystal 31 or the chiral cholesteric liquid crystal 41, it is more preferable that the formula (34) is also satisfied.
【0102】のこぎり刃の形をこまかくして透明部材1
12を回折光学素子としても可変プリズムが得られる。
この時、式(37)を満すとよく、さらに式(38)、
式(39)、式(40)を満せば、絞りの効果の高い、
光学素子が得られる(ただし、このときngは透明部材
112の屈折率を表わす)。The shape of the saw blade is finely divided to make the transparent member 1
A variable prism can be obtained by using 12 as a diffractive optical element.
At this time, it is preferable to satisfy the formula (37), and further the formula (38),
If the expressions (39) and (40) are satisfied, the diaphragm effect is high.
An optical element is obtained (however, ng represents the refractive index of the transparent member 112 at this time).
【0103】この可変プリズム111は、ブレ防止用
に、電子カメラ、TVカメラ、フィルムカメラ、双眼鏡
等に用いることができる。The variable prism 111 can be used in electronic cameras, TV cameras, film cameras, binoculars, etc. for preventing blurring.
【0104】ところで、上記の絞り91、101及び可
変プリズム111で用いた光線の空間変調の原理は、デ
ィスプレイにも用いることができる。By the way, the principle of spatial modulation of light rays used in the diaphragms 91 and 101 and the variable prism 111 can be applied to a display.
【0105】図27は、式(1)又は式(26)、式
(28)、式(29)、式(30)のいずれかを満す液
晶を用いたディスプレイ121の例である。FIG. 27 shows an example of a display 121 using a liquid crystal satisfying any one of formula (1) or formula (26), formula (28), formula (29), and formula (30).
【0106】このディスプレイ121では、図27に示
すように、のこぎり刃状の形をした断面を持つ透明部材
122と、透明部材123の間に液晶124が配置され
ている。透明部材122の屈折率はほぼn’に等しいと
する。液晶124は、個別電極125により所望の画素
に可変電圧が印加されるようになっており、ランプ12
6の光がカラーフィルタ127を介して、透明部材12
3、液晶124、透明部材122と順次透過するように
なっている。In this display 121, as shown in FIG. 27, a liquid crystal 124 is arranged between a transparent member 122 having a saw blade-shaped cross section and a transparent member 123. The refractive index of the transparent member 122 is substantially equal to n '. The liquid crystal 124 is configured such that a variable voltage is applied to a desired pixel by the individual electrode 125.
The light of No. 6 is transmitted through the color filter 127 to the transparent member 12
3, the liquid crystal 124, and the transparent member 122 are sequentially transmitted.
【0107】このように構成したディスプレイ121に
おいては、例えば、Aの画素のように電圧のかかってい
ない画素では、液晶124の配列はツイストネマチック
配向なので、ランプ125の光は直進するので、画素は
明るく見える。In the display 121 thus constructed, for example, in a pixel to which no voltage is applied, such as the pixel of A, the liquid crystal 124 has a twisted nematic orientation, and the light of the lamp 125 goes straight. Looks bright.
【0108】また、Bの画素のように高い電圧がかかっ
ている画素では、液晶124の配列はホメオトロピック
になるので、ランプ125の光は透明部材122によっ
て強く屈折され、人の眼には暗くみえる。Further, in a pixel to which a high voltage is applied, such as the B pixel, the liquid crystal 124 is homeotropic, so the light of the lamp 125 is strongly refracted by the transparent member 122 and is dark to the human eye. Can see
【0109】Cの画素のように中間の電圧を加えると、
ランプ125の光はAとBとの中間に屈折されるので、
人の眼にはやや明るくみえる。通常のディスプレイのよ
うに偏光板を使用しないので明るいのが特徴である。When an intermediate voltage is applied like the pixel of C,
Since the light of the lamp 125 is refracted between A and B,
It looks a little bright to human eyes. It is bright because it does not use a polarizing plate like ordinary displays.
【0110】図28はランプ125のかわりに反射板1
31を用いた反射型のディスプレイ130の例である。FIG. 28 shows a reflector 1 instead of the lamp 125.
It is an example of a reflective display 130 using 31.
【0111】反射型のディスプレイ130では、図28
に示すように、画素Aのように電圧のかかっていない画
素では入射光は反射されて明るく見える。また、画素B
では電圧が印加されているため、入射光は屈折され、や
がて吸収、散乱され暗くみえる。画素Cではその中間と
なる。In the reflection type display 130, FIG.
As shown in, the incident light is reflected and appears bright in a pixel such as the pixel A to which no voltage is applied. Also, pixel B
Since a voltage is applied to the incident light, the incident light is refracted and is eventually absorbed and scattered to appear dark. Pixel C is in the middle.
【0112】これらの光の屈折力を可変するディスプレ
イの他、画素の明暗を実現するのに、上述した絞り91
のように全反射を用いるタイプ、絞り101のように回
折光学素子を用いるタイプも考えられる。In addition to the display in which the refracting power of these lights is variable, in order to realize the brightness of pixels, the diaphragm 91 described above is used.
A type using total reflection as described above and a type using a diffractive optical element like the diaphragm 101 are also conceivable.
【0113】以上のディスプレイの例では用いる液晶
は、カイラルネマテック液晶2以外に、カイラルスメク
チック液晶31、カイラルコレステリック液晶41、デ
ィスコチック液晶51、さらには高分子中に液晶を分散
させた高分子分散液晶やポリマー液晶等も用いることが
できる。In the above display examples, the liquid crystal used is, in addition to the chiral nematic liquid crystal 2, a chiral smectic liquid crystal 31, a chiral cholesteric liquid crystal 41, a discotic liquid crystal 51, or a polymer dispersion in which liquid crystal is dispersed in a polymer. Liquid crystals and polymer liquid crystals can also be used.
【0114】ディスプレイに用いる液晶は式(1)、式
(26)、式(28)、式(29)、式(30)いずれ
かを満すと良い。カイラルスメクチック液晶31又はカ
イラルコレステリック液晶41の場合には、式(34)
も満すとなお良い。The liquid crystal used for the display should satisfy any one of formula (1), formula (26), formula (28), formula (29) and formula (30). In the case of the chiral smectic liquid crystal 31 or the chiral cholesteric liquid crystal 41, the formula (34)
It's even better to meet
【0115】以上述べた液晶を用いた、絞り回折光学素
子、プリズム、表示装置に於て、用いられる光の波長が
可視光の場合、式(35)又は式(36)を満すこと
で、より高性能のものが得られる。In the diaphragm optical element, the prism, and the display device using the liquid crystal described above, when the wavelength of the light used is visible light, the formula (35) or the formula (36) is satisfied, Higher performance can be obtained.
【0116】なお、上記各実施の形態で用いる液晶に、
赤外線を吸収する物質をまぜて、赤外カットフィルタ効
果を付与すると、可視光で用いる電子撮像系に用いる場
合、赤外カットフィルタが省略でき、コスト低減、スペ
ース削減で有利である。用いる光が可視光でない撮像系
の場合は、非観察光をカットする物質を液晶に混ぜれば
フィルタを省略でき同様の効果が出る。The liquid crystal used in each of the above embodiments is
When a substance that absorbs infrared rays is mixed to give an infrared cut filter effect, the infrared cut filter can be omitted when used in an electronic imaging system that uses visible light, which is advantageous in cost reduction and space reduction. In the case of an imaging system in which the light used is not visible light, if a substance that cuts non-observation light is mixed with the liquid crystal, the filter can be omitted and the same effect can be obtained.
【0117】上記各実施の形態での液晶を用いた可変特
性を持つ光学素子においては、式(1)を満すのが理想
ではあるが、現実の製品に用いる場合には、式(1)は
必ずしも満されなくてもよく、それほど高精度を要求し
ない場合には、It is ideal that the optical element having the variable characteristic using the liquid crystal in each of the above-mentioned embodiments should satisfy the expression (1). However, when it is used in an actual product, the expression (1) is used. Does not necessarily have to be satisfied, and if you do not require high precision,
【数45】P<λ (45) であれば良い。It is sufficient if P <λ (45).
【0118】また、やや高精度を望む場合には、If a slightly higher accuracy is desired,
【数46】P<λ/2 (46) が満されるとなお良い。It is even better if P <λ / 2 (46) is satisfied.
【0119】照明系、低コストの光学装置等では、For illumination systems, low-cost optical devices, etc.,
【数47】P<2λ (47) でも実用になることがある。Even if P <2λ (47), it may be practical.
【0120】なお、ディスコチック液晶51を用いた場
合には式(45)又は式(46)又は式(47)を満さ
れなくてもよい場合もある。When the discotic liquid crystal 51 is used, the formula (45) or the formula (46) or the formula (47) may not be satisfied in some cases.
【0121】これまでの各実施の形態すべてについて、
液晶としてはカイラルネマテック液晶2以外に、カイラ
ルスメクチック液晶31、カイラルコレステリック液晶
41、ディスコチック液晶51、さらには高分子中に液
晶を分散させた高分子分散液晶やポリマー液晶等も用い
ることができる。For all of the above-described embodiments,
As the liquid crystal, in addition to the chiral nematic liquid crystal 2, a chiral smectic liquid crystal 31, a chiral cholesteric liquid crystal 41, a discotic liquid crystal 51, a polymer dispersed liquid crystal in which a liquid crystal is dispersed in a polymer, a polymer liquid crystal, or the like can be used. .
【0122】[付記] (付記項1) 1対の部材により形成される空間に液晶
を封入し、外部からの物理的作用により前記液晶の液晶
分子の配向状態を制御し、前記液晶の光学特性を変化さ
せる光学特性可変光学素子において、前記液晶は、前記
液晶を透過する光の波長に比べて、小さい捻れピッチを
持つことを特徴とする光学特性可変光学素子。[Additional remarks] (Additional remark 1) A liquid crystal is enclosed in a space formed by a pair of members, and an alignment state of liquid crystal molecules of the liquid crystal is controlled by a physical action from the outside to obtain an optical characteristic of the liquid crystal. In the variable optical-characteristic element for changing the optical characteristic, the liquid crystal has a twist pitch smaller than a wavelength of light passing through the liquid crystal.
【0123】(付記項2)前記光学特性可変光学素子
は、前記液晶の焦点距離を可変させる可変焦点レンズで
あることを特徴とする付記項1に記載の光学特性可変光
学素子。(Additional Item 2) The variable optical characteristic optical element according to Additional Item 1, wherein the variable optical characteristic optical element is a variable focus lens that varies the focal length of the liquid crystal.
【0124】(付記項3)前記光学特性可変光学素子
は、前記液晶の透過光量を可変させる絞りであることを
特徴とする付記項1に記載の光学特性可変光学素子。(Additional Item 3) The variable optical characteristic optical element according to Additional Item 1, wherein the variable optical characteristic optical element is a diaphragm for varying the amount of transmitted light of the liquid crystal.
【0125】(付記項4)前記光学特性可変光学素子
は、前記液晶の透過光の透過方向を可変させるプリズム
であることを特徴とする付記項1に記載の光学特性可変
光学素子。(Additional Item 4) The variable optical characteristic optical element according to Additional Item 1, wherein the variable optical characteristic optical element is a prism for varying the transmission direction of the transmitted light of the liquid crystal.
【0126】(付記項5) 前記1対の部材の一方が回
折部材であって、前記光学特性可変光学素子は、前記液
晶の焦点距離を可変させることで前記回折部材の回折効
率を変化させる回折素子であることを特徴とする付記項
1に記載の光学特性可変光学素子。(Additional Item 5) One of the pair of members is a diffractive member, and the variable optical-characteristic element changes the focal length of the liquid crystal to change the diffraction efficiency of the diffractive member. 2. The variable optical characteristic optical element according to item 1, which is an element.
【0127】(付記項6) 1対の部材により形成され
る空間に液晶を封入し、外部からの物理的作用により前
記液晶の液晶分子の配向状態を制御し、前記液晶の光学
特性を変化させる光学特性可変光学素子を備えた表示装
置において、前記液晶は、前記液晶を透過する光の波長
に比べて、小さい捻れピッチを持つことを特徴とする表
示装置。(Additional Item 6) A liquid crystal is enclosed in a space formed by a pair of members, and the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal is controlled by a physical action from the outside to change the optical characteristics of the liquid crystal. A display device including an optical property variable optical element, wherein the liquid crystal has a twist pitch smaller than a wavelength of light passing through the liquid crystal.
【0128】(付記項7) 式(28)、式(29)、
式(30)、式(45)、式(46)、式(47)の少
なくともひとつを満たすことを特徴とする付記項1乃至
6のいずれか1つに記載の光学特性可変光学素子または
表示装置。(Additional Item 7) Formula (28), Formula (29),
7. The variable optical-property element or display device according to any one of appendices 1 to 6, which satisfies at least one of formula (30), formula (45), formula (46), and formula (47). .
【0129】(付記項8) 前記液晶として、カイラル
ネマチック液晶、カイラルコレステリック液晶、カイラ
ルスメクチック液晶、ポリマー液晶、高分子中に液晶を
分散させた物、ディスコチック液晶のいずれかを用いた
ことを特徴とする付記項1乃至7のいずれか1つに記載
の光学特性可変光学素子または表示装置。(Additional Item 8) As the liquid crystal, any one of a chiral nematic liquid crystal, a chiral cholesteric liquid crystal, a chiral smectic liquid crystal, a polymer liquid crystal, a liquid crystal dispersed in a polymer, and a discotic liquid crystal is used. 7. The variable optical property optical element or display device according to any one of Supplementary Notes 1 to 7.
【0130】(付記項9) P・n’が、用いる光の波
長より短く、前記液晶がカイラルコレステリック液晶あ
るいはカイラルスメクチック液晶であることを特徴とす
る付記項1乃至7のいずれか1つに記載の光学特性可変
光学素子または表示装置。(Additional Item 9) P.n 'is shorter than the wavelength of the light used, and the liquid crystal is a chiral cholesteric liquid crystal or a chiral smectic liquid crystal. Variable optical element or display device.
【0131】(付記項10) 式(35)または式(3
6)を満たすことを特徴とする付記項1乃至9のいずれ
か1つに記載の光学特性可変光学素子または表示装置。(Additional Item 10) Formula (35) or Formula (3)
6) The variable optical characteristic optical element or display device according to any one of appendices 1 to 9 characterized by satisfying 6).
【0132】(付記項11) 式(37)を満たす付記
項6に記載の光学特性可変光学素子からなる回折光学素
子。(Additional Item 11) A diffractive optical element including the variable optical-characteristic optical element according to Additional Item 6, which satisfies the expression (37).
【0133】(付記項12) 式(37)、式(3
8)、式(39)、式(40)を満たす付記項6に記載
の光学特性可変光学素子からなる回折光学素子。(Additional Item 12) Equation (37), Equation (3)
8), the formula (39), and the diffractive optical element including the variable optical-property element according to item 6 satisfying the equation (40).
【0134】(付記項13) 式(41)または式(4
2)を満たす付記項3または付記項7乃至10のいずれ
か1つに記載の光学特性可変光学素子からなる絞り。(Additional Item 13) Formula (41) or Formula (4)
A diaphragm comprising the variable optical-property element according to any one of appendices 3 or 7 to 10 that satisfies 2).
【0135】(付記項14) 式(37)を満たす付記
項6乃至10のいずれか1つに記載の光学特性可変光学
素子からなる絞り。(Additional Item 14) A diaphragm comprising the variable optical-property element according to any one of additional items 6 to 10, which satisfies the expression (37).
【0136】(付記項15) 式(37)、式(3
8)、式(39)、式(40)を満たす付記項6乃至1
0のいずれか1つに記載の光学特性可変光学素子からな
る絞り。(Additional Item 15) Expression (37), Expression (3
8), the formulas (39) and (40) are satisfied.
A diaphragm comprising the variable optical characteristic optical element described in any one of 0.
【0137】(付記項16) 式(43)または式(4
4)を満たす付記項6乃至10のいずれか1つに記載の
光学特性可変光学素子からなる回折光学素子。(Additional Item 16) Formula (43) or Formula (4)
4) A diffractive optical element including the variable optical-property element according to any one of items 6 to 10 which satisfies 4).
【0138】(付記項17) ディスコチック液晶から
なる特性可変の光学素子 (付記項18) 前記外部からの物理的作用は、電場、
磁場、温度の少なくとも一つを変化させる作用であるこ
とを特徴とする付記項1乃至10のいずれか1つに記載
の光学特性可変光学素子または表示装置。(Additional Item 17) Optical Element of Variable Characteristic Made of Discotic Liquid Crystal (Additional Item 18) The physical action from the outside is an electric field,
11. The variable optical-property element or display device according to any one of appendices 1 to 10, which has an action of changing at least one of a magnetic field and a temperature.
【0139】(付記項19) 式(28)、式(2
9)、式(30)、式(45)、式(46)、式(4
7)の少なくとも1つを満たす透過光量可変な光学素
子。(Additional Item 19) Equation (28), Equation (2)
9), formula (30), formula (45), formula (46), formula (4)
An optical element capable of varying the amount of transmitted light that satisfies at least one of 7).
【0140】(付記項20) 式(38)または式(3
9)の少なくとも1つと、式(40)を満たす付記項1
9に記載の透過光量可変な光学素子。(Additional Item 20) Formula (38) or Formula (3)
Additional item 1 that satisfies at least one of 9) and Expression (40).
9. An optical element according to item 9, wherein the transmitted light amount is variable.
【0141】(付記項21) 付記項1から20の光学
素子を用いた電子撮像装置。(Additional Item 21) An electronic image pickup device using the optical element according to additional items 1 to 20.
【0142】(付記項22) 付記項6から10の光学
素子を用いた反射型表示装置。(Additional Item 22) A reflective display device using the optical element according to Additional Items 6 to 10.
【0143】[0143]
【発明の効果】以上説明したように本発明の光学特性可
変光学素子によれば、液晶が液晶を透過する光の波長に
比べて小さい捻れピッチを持っているので、構造が簡単
で、光量損出が少なく低電圧により駆動可能でボケが生
じることなく、光学特性を変化させることができるとい
う効果がある。As described above, according to the optical-property variable optical element of the present invention, the liquid crystal has a twist pitch smaller than the wavelength of light passing through the liquid crystal, so that the structure is simple and the light amount loss is small. There is an effect that the optical characteristics can be changed without causing blurring due to a small amount of light emission, which can be driven by a low voltage.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る可変焦点レン
ズの基本構成を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a basic configuration of a variable focus lens according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のカイラルネマテック液晶の分子の屈折率
楕円体を示す図FIG. 2 is a diagram showing a refractive index ellipsoid of molecules of the chiral nematic liquid crystal of FIG.
【図3】図1の可変焦点レンズの作用を説明する説明図FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the operation of the variable focus lens of FIG.
【図4】図1の可変焦点レンズの具体的な構成を示す構
成図FIG. 4 is a configuration diagram showing a specific configuration of the variable focus lens shown in FIG.
【図5】図1の可変焦点レンズの第1の変形例に用いら
れるカイラルスメクチック液晶のカイラルスメクチック
C相の液晶分子配列を示す図5 is a diagram showing a liquid crystal molecular arrangement of a chiral smectic C phase of a chiral smectic liquid crystal used in a first modification of the varifocal lens of FIG.
【図6】図5のカイラルスメクチック液晶を用いた可変
焦点レンズの構成を示す構成図6 is a configuration diagram showing a configuration of a variable focus lens using the chiral smectic liquid crystal of FIG.
【図7】図6の可変焦点レンズの作用を説明する説明図FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an operation of the variable focus lens of FIG.
【図8】カイラルコレステリック液晶を用いた図1の可
変焦点レンズの第2の変形例の構成を示す構成図FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a second modification of the varifocal lens of FIG. 1 using a chiral cholesteric liquid crystal.
【図9】図8の可変焦点レンズの作用を説明する説明図FIG. 9 is an explanatory view explaining the operation of the variable focus lens of FIG.
【図10】図8のカイラルコレステリック液晶の反射率
の実測値を示す図FIG. 10 is a diagram showing measured values of reflectance of the chiral cholesteric liquid crystal of FIG.
【図11】ディスコチック液晶を用いた図1の可変焦点
レンズの第2の変形例の構成を示す構成図11 is a configuration diagram showing a configuration of a second modification of the variable focus lens of FIG. 1 using a discotic liquid crystal.
【図12】図11の可変焦点レンズの作用を説明する説
明図FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating the operation of the variable focus lens of FIG. 11.
【図13】図11のディスコチック液晶の分子の屈折率
楕円体を示す図13 is a diagram showing an index ellipsoid of molecules of the discotic liquid crystal of FIG.
【図14】図12のディスコチック液晶をZ方向から見
た時の第1の図FIG. 14 is a first diagram of the discotic liquid crystal of FIG. 12 when viewed from the Z direction.
【図15】図12のディスコチック液晶をZ方向から見
た時の第2の図FIG. 15 is a second view of the discotic liquid crystal of FIG. 12 seen from the Z direction.
【図16】図1のカイラルネマテック液晶の配向を変化
させるのに磁場を用いた可変焦点レンズの構成を示す構
成図16 is a configuration diagram showing the configuration of a varifocal lens that uses a magnetic field to change the orientation of the chiral nematic liquid crystal of FIG.
【図17】図1のカイラルネマテック液晶の配向を変化
させるのに温度変化を用いた可変焦点レンズの構成を示
す構成図FIG. 17 is a configuration diagram showing a configuration of a varifocal lens that uses temperature change to change the orientation of the chiral nematic liquid crystal of FIG. 1.
【図18】本発明の第2の実施の形態に係る可変焦点レ
ンズの構成を示す構成図FIG. 18 is a configuration diagram showing a configuration of a variable focus lens according to a second embodiment of the present invention.
【図19】各実施の形態の可変焦点レンズを備えた第1
の装置の構成を示す構成図FIG. 19 is a first diagram that includes the variable focus lens according to each embodiment.
Diagram showing the configuration of the device
【図20】各実施の形態の可変焦点レンズを備えた第2
の装置の構成を示す構成図FIG. 20 is a second view including the variable focus lens according to each embodiment.
Diagram showing the configuration of the device
【図21】各実施の形態の可変焦点レンズを適用した第
1の応用例の構成を示す構成図FIG. 21 is a configuration diagram showing a configuration of a first application example to which the variable focus lens of each embodiment is applied.
【図22】図21の第1の応用例の作用を説明する説明
図FIG. 22 is an explanatory view explaining the operation of the first application example of FIG. 21.
【図23】各実施の形態の可変焦点レンズを適用した第
2の応用例の構成を示す構成図FIG. 23 is a configuration diagram showing a configuration of a second application example to which the variable focus lens of each embodiment is applied.
【図24】図23の第2の応用例の作用を説明する説明
図FIG. 24 is an explanatory view explaining the operation of the second application example of FIG. 23.
【図25】各実施の形態の可変焦点レンズを適用した第
3の応用例の構成を示す構成図FIG. 25 is a configuration diagram showing a configuration of a third application example to which the variable focus lens of each embodiment is applied.
【図26】図25の第3の応用例の作用を説明する説明
図FIG. 26 is an explanatory view explaining the operation of the third application example of FIG. 25.
【図27】各実施の形態の可変焦点レンズを適用した第
4の応用例の構成を示す構成図FIG. 27 is a configuration diagram showing a configuration of a fourth application example to which the variable focus lens of each embodiment is applied.
【図28】各実施の形態の可変焦点レンズを適用した第
5の応用例の構成を示す構成図FIG. 28 is a configuration diagram showing a configuration of a fifth application example to which the variable focus lens of each embodiment is applied.
【図29】従来の可変焦点レンズの構成を示す構成図FIG. 29 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional variable focus lens.
【図30】図29の可変焦点レンズの作用を説明する説
明図FIG. 30 is an explanatory view explaining the operation of the variable focus lens shown in FIG. 29.
1…可変焦点レンズ 2…カイラルネマテック液晶 3…透明電極膜 4…平板ガラス 5…レンズ 6…配向膜 7…シール材 8…交流電源 9…スイッチ 21…可変抵抗 代理人 弁理士 伊藤 進 1 ... Variable focus lens 2 ... Chiral nematic liquid crystal 3 ... Transparent electrode film 4 ... Flat glass 5 ... Lens 6 ... Alignment film 7 ... Sealing material 8 ... AC power supply 9 ... Switch 21 ... Variable resistance agent Attorney Susumu Ito
Claims (1)
を封入し、外部からの物理的作用により前記液晶の液晶
分子の配向状態を制御し、前記液晶の光学特性を変化さ
せる光学特性可変光学素子において、 前記液晶は、前記液晶を透過する光の波長に比べて、小
さい捻れピッチを持つことを特徴とする光学特性可変光
学素子。1. A variable optical characteristic for enclosing a liquid crystal in a space formed by a pair of members, controlling an alignment state of liquid crystal molecules of the liquid crystal by an external physical action, and changing an optical characteristic of the liquid crystal. In the optical element, the variable optical characteristic element is characterized in that the liquid crystal has a twist pitch smaller than a wavelength of light transmitted through the liquid crystal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8056454A JPH09243806A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Optical characteristic variable optical element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8056454A JPH09243806A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Optical characteristic variable optical element |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005264495A Division JP4242862B2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Optical property variable optical element and display device including optical property variable optical element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09243806A true JPH09243806A (en) | 1997-09-19 |
Family
ID=13027563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8056454A Pending JPH09243806A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Optical characteristic variable optical element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09243806A (en) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6626532B1 (en) | 1997-06-10 | 2003-09-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Vari-focal spectacles |
JP2004038038A (en) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | Light deflection element, light deflection element manufacturing method, light deflection device, light deflection unit and picture display apparatus |
JP2004101885A (en) * | 2002-09-10 | 2004-04-02 | Pioneer Electronic Corp | Liquid crystal lens and its driving method, and device |
KR100451746B1 (en) * | 2002-09-17 | 2004-10-08 | 엘지전자 주식회사 | Flat panel display device using hologram pattern liquid crystal |
WO2005121641A1 (en) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Illumination system |
JP2006146175A (en) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Kenho Rin | Multilayer single lens with zoom function and focus function |
JP2008003576A (en) * | 2007-05-11 | 2008-01-10 | Olympus Corp | Optical device and imaging device |
US7369327B1 (en) | 1998-06-09 | 2008-05-06 | Olympus Corporation | Variable optical-property element and optical apparatus including the same |
JP2010517082A (en) * | 2007-01-22 | 2010-05-20 | ピクセルオプティクス, インコーポレイテッド | Cholesteric liquid crystal material |
JP2013510968A (en) * | 2009-11-17 | 2013-03-28 | レイブンブリック,エルエルシー | Temperature response switching type optical filter incorporating refractive optical structure |
JP2013522668A (en) * | 2010-03-12 | 2013-06-13 | コミシリア ア レネルジ アトミック エ オ エナジーズ オルタネティヴズ | Phase modulator containing liquid crystal with helical structure |
JP2013254025A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Mitsubishi Electric Corp | Laser irradiating apparatus |
JP2013545558A (en) * | 2010-12-01 | 2013-12-26 | アドレンズ ビーコン インコーポレイテッド | Endoscope with variable refractive power based on liquid lens technology |
US9541774B2 (en) | 2011-12-16 | 2017-01-10 | Mitsui Chemicals, Inc. | Control device for variable focus lenses, control method for variable focus lenses, and electronic glasses |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5925522U (en) * | 1982-08-02 | 1984-02-17 | ジヤツク・ホルスト・フレ−ル | solid photo camera |
JPH0534656A (en) * | 1991-08-01 | 1993-02-12 | Toyota Motor Corp | Focal length variable liquid crystal lens |
WO1994023334A1 (en) * | 1993-04-07 | 1994-10-13 | The Technology Partnership Plc | Switchable lens |
-
1996
- 1996-03-13 JP JP8056454A patent/JPH09243806A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5925522U (en) * | 1982-08-02 | 1984-02-17 | ジヤツク・ホルスト・フレ−ル | solid photo camera |
JPH0534656A (en) * | 1991-08-01 | 1993-02-12 | Toyota Motor Corp | Focal length variable liquid crystal lens |
WO1994023334A1 (en) * | 1993-04-07 | 1994-10-13 | The Technology Partnership Plc | Switchable lens |
JPH08508826A (en) * | 1993-04-07 | 1996-09-17 | ザ テクノロジィー パートナーシップ ピーエルシー | Switchable lens |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6626532B1 (en) | 1997-06-10 | 2003-09-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Vari-focal spectacles |
US7009757B2 (en) | 1997-06-10 | 2006-03-07 | Olympus Corporation | Optimal elements (such as vari focal lens component, vari-focal diffractive optical element and variable declination prism) and electronic image pickup unit using optical elements |
US7369327B1 (en) | 1998-06-09 | 2008-05-06 | Olympus Corporation | Variable optical-property element and optical apparatus including the same |
JP2004038038A (en) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | Light deflection element, light deflection element manufacturing method, light deflection device, light deflection unit and picture display apparatus |
JP2004101885A (en) * | 2002-09-10 | 2004-04-02 | Pioneer Electronic Corp | Liquid crystal lens and its driving method, and device |
KR100451746B1 (en) * | 2002-09-17 | 2004-10-08 | 엘지전자 주식회사 | Flat panel display device using hologram pattern liquid crystal |
WO2005121641A1 (en) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Illumination system |
JP2006146175A (en) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Kenho Rin | Multilayer single lens with zoom function and focus function |
JP2010517082A (en) * | 2007-01-22 | 2010-05-20 | ピクセルオプティクス, インコーポレイテッド | Cholesteric liquid crystal material |
JP2013079398A (en) * | 2007-01-22 | 2013-05-02 | Pixeloptics Inc | Cholesteric liquid crystalline material |
JP2013137544A (en) * | 2007-01-22 | 2013-07-11 | Pixeloptics Inc | Cholesteric liquid crystalline material |
EP2111563B1 (en) * | 2007-01-22 | 2017-12-20 | Mitsui Chemicals, Inc. | Cholesteric liquid crystalline material |
JP2008003576A (en) * | 2007-05-11 | 2008-01-10 | Olympus Corp | Optical device and imaging device |
JP2013510968A (en) * | 2009-11-17 | 2013-03-28 | レイブンブリック,エルエルシー | Temperature response switching type optical filter incorporating refractive optical structure |
JP2013522668A (en) * | 2010-03-12 | 2013-06-13 | コミシリア ア レネルジ アトミック エ オ エナジーズ オルタネティヴズ | Phase modulator containing liquid crystal with helical structure |
JP2013545558A (en) * | 2010-12-01 | 2013-12-26 | アドレンズ ビーコン インコーポレイテッド | Endoscope with variable refractive power based on liquid lens technology |
US9541774B2 (en) | 2011-12-16 | 2017-01-10 | Mitsui Chemicals, Inc. | Control device for variable focus lenses, control method for variable focus lenses, and electronic glasses |
JP2013254025A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Mitsubishi Electric Corp | Laser irradiating apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6166784A (en) | Imaging optical system | |
US5299037A (en) | Diffraction grating type liquid crystal display device in viewfinder | |
US6833938B2 (en) | Variable hologram element, and optical device using the same | |
JP4242862B2 (en) | Optical property variable optical element and display device including optical property variable optical element | |
EP0634674B1 (en) | Optical assembly with high efficiency chiral nematic LC polarizer | |
US6331916B1 (en) | Virtual image optical system | |
JP4586630B2 (en) | Diffraction type display device and display device in viewfinder of camera | |
EP1998191A2 (en) | Optical sheet and display device having the optical sheet | |
JPH09243806A (en) | Optical characteristic variable optical element | |
US7369327B1 (en) | Variable optical-property element and optical apparatus including the same | |
JP4547397B2 (en) | Optical device or imaging device | |
JPH0816765B2 (en) | Variable viewfinder optical system | |
JP2000231009A (en) | Optical device with variable optical characteristic | |
JPH11352453A (en) | Optical characteristic variable optical element | |
JP2000081573A (en) | Optical system and image pickup device | |
JP2000081573A5 (en) | ||
JP2000019472A (en) | Optical characteristic variable optical element | |
JP4429407B2 (en) | Imaging device | |
KR100596683B1 (en) | Ferroelectric liquid crystal cell and display means using it | |
JP4194381B2 (en) | Optical deflection device | |
US4472708A (en) | Front-lighted magneto-optic display | |
JPH03287215A (en) | Variable soft-focus filter | |
CN118348685A (en) | Novel HUD optical system | |
JP3235163B2 (en) | Liquid crystal display device and liquid crystal projector with liquid crystal display device | |
JPH0727161B2 (en) | Display device in the finder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050412 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050613 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050712 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050912 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20051102 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20051126 |