JPH1164817A - Variable focusing lens, variable focusing diffraction optical element and variable polarizing angle prism - Google Patents
Variable focusing lens, variable focusing diffraction optical element and variable polarizing angle prismInfo
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、液晶光学素子と
しての、可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子、およ
び可変偏角プリズムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element, and a variable deflection prism as liquid crystal optical elements.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、可変焦点レンズ系を構成するにあ
たっては、レンズとして、ガラスを研磨して製造したも
のを用いる場合には、それ自体で焦点距離を変化させる
ことが困難であることから、例えば、カメラのズームレ
ンズにおけるように、レンズ群の一部を光軸方向に移動
させることで、レンズ系の焦点距離を変化させるように
している。しかし、このような構成では、機械的構造が
複雑になるという不具合がある。2. Description of the Related Art Conventionally, in constructing a variable focus lens system, when a lens manufactured by polishing glass is used as a lens, it is difficult to change the focal length by itself. For example, as in a zoom lens of a camera, a part of a lens group is moved in an optical axis direction to change a focal length of a lens system. However, such a configuration has a disadvantage that the mechanical structure is complicated.
【0003】このような不具合を解決するものとして、
例えば、図18に示すように、偏光板1と液晶レンズ2
とを用いる光学系が提案されている。ここで、液晶レン
ズ2は、レンズ3a,3bと、これらレンズ間に透明電
極4a,4bを介して設けた液晶層5とを有し、透明電
極4a,4b間にスイッチ6を介して交流電源7を接続
して、液晶層5に選択的に電界を印加することにより、
その屈折率を変化させるよう構成されている。In order to solve such a problem,
For example, as shown in FIG.
An optical system using the following has been proposed. Here, the liquid crystal lens 2 has lenses 3a and 3b and a liquid crystal layer 5 provided between the lenses via transparent electrodes 4a and 4b, and an AC power supply via a switch 6 between the transparent electrodes 4a and 4b. 7 and by selectively applying an electric field to the liquid crystal layer 5,
It is configured to change the refractive index.
【0004】かかる光学系において、偏光板1に、例え
ば自然光を入射させると、その所定の直線偏光成分のみ
が偏光板1を透過して液晶レンズ2に入射する。ここ
で、図18に示すように、スイッチ6がオフで、液晶層
5に電界が印加されない状態では、液晶分子5aは、そ
の長軸が入射直線偏光と同じ方向に向くので、液晶層5
の屈折率が高くなり、液晶レンズ2の焦点距離が短くな
る。これに対し、図19に示すように、スイッチ6がオ
ンで、液晶層5に電界が印加された状態では、液晶分子
5aは、その長軸が光軸と平行となるので、液晶層5の
屈折率が低くなり、液晶レンズ2の焦点距離が長くな
る。このように、図18に示す光学系においては、液晶
レンズ2に選択的に電界を印加することにより、その焦
点距離を可変にしている。In such an optical system, for example, when natural light is incident on the polarizing plate 1, only a predetermined linearly polarized light component is transmitted through the polarizing plate 1 and is incident on the liquid crystal lens 2. Here, as shown in FIG. 18, when the switch 6 is turned off and no electric field is applied to the liquid crystal layer 5, the major axis of the liquid crystal molecules 5a is oriented in the same direction as the incident linearly polarized light.
And the focal length of the liquid crystal lens 2 becomes shorter. On the other hand, as shown in FIG. 19, when the switch 6 is turned on and an electric field is applied to the liquid crystal layer 5, the long axis of the liquid crystal molecules 5a is parallel to the optical axis. The refractive index decreases, and the focal length of the liquid crystal lens 2 increases. As described above, in the optical system shown in FIG. 18, the focal length is made variable by selectively applying an electric field to the liquid crystal lens 2.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図18
に示す液晶レンズ2を用いる光学系にあっては、液晶レ
ンズ2の前方に偏光板1を配置して、所定の直線偏光成
分のみを液晶レンズ2に入射させる必要があることか
ら、該偏光板1を透過して液晶レンズ2に入射する光が
減少して、光の利用効率が低下するという問題がある。
また、このように光の利用効率が低いことから、適用製
品が限定され、汎用性に欠けるという問題もある。However, FIG.
In the optical system using the liquid crystal lens 2 shown in (1), it is necessary to dispose the polarizing plate 1 in front of the liquid crystal lens 2 so that only a predetermined linearly polarized light component is incident on the liquid crystal lens 2. There is a problem that the amount of light passing through 1 and entering the liquid crystal lens 2 decreases, and the light use efficiency decreases.
In addition, since the light use efficiency is low as described above, there is a problem that applicable products are limited and lack versatility.
【0006】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、光の利用効率を高めることがで
き、種々の光学製品に有効に適用できるよう適切に構成
した汎用性に優れた、液晶光学素子としての、可変焦点
レンズ、可変焦点回折光学素子、および可変偏角プリズ
ムをそれぞれ提供することを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and can improve the light use efficiency, and has excellent versatility appropriately configured so that it can be effectively applied to various optical products. It is another object of the present invention to provide a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element, and a variable deflection prism as liquid crystal optical elements.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る可変焦点レンズは、例えば、以下の
構成を有する。第1および第2の面を有し、入射光を前
記第1および第2の面を経て透過させる第1の光学部材
と、該第1の光学部材を透過した光を受ける第3の面を
有する第2の光学部材と、前記第1、第2および第3の
面の少なくとも一面に形成したレンズ面と、前記第2お
よび第3の面側にそれぞれ設けた一対の透明電極と、こ
れら透明電極間に設けた高分子分散液晶層とを有し、前
記一対の透明電極を介して前記高分子分散液晶層に電界
を印加することにより、前記第1および第2の光学部材
を透過する光、または前記第1の光学部材を透過し、前
記第3の面で反射されて再び前記第1の光学部材を透過
する光の焦点位置を可変し得るよう構成したことを特徴
とするものである。To achieve the above object, a variable focus lens according to the present invention has, for example, the following configuration. A first optical member having first and second surfaces and transmitting incident light through the first and second surfaces; and a third surface receiving light transmitted through the first optical member. A second optical member, a lens surface formed on at least one of the first, second, and third surfaces; a pair of transparent electrodes provided on the second and third surfaces, respectively; A polymer-dispersed liquid crystal layer provided between electrodes, and a light transmitted through the first and second optical members by applying an electric field to the polymer-dispersed liquid crystal layer through the pair of transparent electrodes. Alternatively, the focus position of light transmitted through the first optical member, reflected by the third surface, and transmitted through the first optical member can be changed again. .
【0008】さらに、この発明に係る可変焦点回折光学
素子は、例えば、以下の構成を有する。第1および第2
の面を有し、入射光を前記第1および第2の面を経て透
過させる第1の光学部材と、第3および第4の面を有
し、前記第1の光学部材を透過した光を前記第3および
第4の面を経て出射させる第2の光学部材と、前記第
1、第2および第3の面の少なくとも一面に形成した回
折面と、前記第2および第3の面側にそれぞれ設けた透
明電極と、これら透明電極間に設けた高分子分散液晶層
とを有し、前記一対の透明電極を介して前記高分子分散
液晶層に電界を印加することにより、前記第1および第
2の光学部材を透過する光の焦点位置を可変し得るよう
構成したことを特徴とするものである。Further, the variable focus diffractive optical element according to the present invention has, for example, the following configuration. First and second
A first optical member that transmits incident light through the first and second surfaces, and a third optical member that has third and fourth surfaces, and transmits light transmitted through the first optical member. A second optical member that emits light through the third and fourth surfaces, a diffraction surface formed on at least one of the first, second, and third surfaces, and a second optical member on the second and third surfaces. A transparent electrode provided respectively, and a polymer-dispersed liquid crystal layer provided between the transparent electrodes, and by applying an electric field to the polymer-dispersed liquid crystal layer through the pair of transparent electrodes, The present invention is characterized in that the focal position of light transmitted through the second optical member can be changed.
【0009】さらに、この発明に係る可変偏角プリズム
は、例えば、以下の構成を有する。第1および第2の面
を有し、入射光を前記第1および第2の面を経て透過さ
せる第1の光学部材と、第3および第4の面を有し、前
記第1の光学部材を透過した光を前記第3および第4の
面を経て出射させる第2の光学部材と、前記第1、第2
および第3の面の少なくとも一面に形成した傾斜面と、
前記第2および第3の面側にそれぞれ設けた透明電極
と、これら透明電極間に設けた高分子分散液晶層とを有
し、前記一対の透明電極を介して前記高分子分散液晶層
に電界を印加することにより、前記第1および第2の光
学部材を透過する光の偏角を可変し得るよう構成したこ
とを特徴とするものである。Further, the variable deflection prism according to the present invention has, for example, the following configuration. A first optical member having first and second surfaces and transmitting incident light through the first and second surfaces; and a first optical member having third and fourth surfaces. A second optical member for emitting light transmitted through the third and fourth surfaces, and the first and second optical members.
And an inclined surface formed on at least one of the third surfaces;
A transparent electrode provided on each of the second and third surfaces; and a polymer dispersed liquid crystal layer provided between the transparent electrodes. An electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer through the pair of transparent electrodes. Is applied to change the deflection angle of light transmitted through the first and second optical members.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図1は、この発明に係る可変焦点
レンズの原理的構成を示す図である。この可変焦点レン
ズ11は、第1,第2の面としてのレンズ面8a,8b
を有する第1のレンズ12aと、第3,第4の面として
のレンズ面9a,9bを有する第2のレンズ12bと、
これらレンズ間に透明電極13a,13bを介して設け
た高分子分散液晶層14とを有し、入射光を第1,第2
のレンズ12a,12bを経て収束させるものである。
透明電極13a,13bは、スイッチ15を介して交流
電源16に接続して、高分子分散液晶層14に交流電界
を選択的に印加するようにする。なお、高分子分散液晶
層14は、それぞれ液晶分子17を含む球状、多面体等
の任意の形状の多数の微小な高分子セル18を有して構
成し、その体積は、高分子セル18を構成する高分子お
よび液晶分子17がそれぞれ占める体積の和に一致させ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing a principle configuration of a variable focus lens according to the present invention. The varifocal lens 11 has lens surfaces 8a and 8b as first and second surfaces.
A first lens 12a having lens surfaces, a second lens 12b having lens surfaces 9a and 9b as third and fourth surfaces,
A polymer-dispersed liquid crystal layer 14 provided between the lenses via transparent electrodes 13a and 13b, and allows incident light to pass through first and second
Are converged through the lenses 12a and 12b.
The transparent electrodes 13a and 13b are connected to an AC power supply 16 via a switch 15 to selectively apply an AC electric field to the polymer dispersed liquid crystal layer 14. The polymer-dispersed liquid crystal layer 14 includes a large number of microscopic polymer cells 18 each having an arbitrary shape such as a sphere or a polyhedron containing liquid crystal molecules 17. To the sum of the volumes occupied by the polymer and the liquid crystal molecules 17, respectively.
【0011】ここで、高分子セル18の大きさは、例え
ば球状とする場合、その平均の直径Dを、使用する光の
波長をλとするとき、例えば、 2nm≦D≦λ/5 (1) とする。すなわち、液晶分子17の大きさは、2nm程
度以上であるので、平均の直径Dの下限値は、2nm以
上とする。また、Dの上限値は、可変焦点レンズ11の
光軸方向における高分子分散液晶層14の厚さtにも依
存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率と液晶
分子17の屈折率との差により、高分子セル18の境界
面で光が散乱して高分子分散液晶層14が不透明になっ
てしまうため、後述するように、好ましくはλ/5以下
とする。可変焦点レンズが用いられる光学製品によって
は高精度を要求しない場合もあり、そのときDはλ以下
でよい。なお、高分子分散液晶層14の透明度は、厚さ
tが厚いほど悪くなる。Here, when the size of the polymer cell 18 is, for example, spherical, the average diameter D is 2 nm ≦ D ≦ λ / 5 (1 ). That is, since the size of the liquid crystal molecules 17 is about 2 nm or more, the lower limit of the average diameter D is set to 2 nm or more. The upper limit of D also depends on the thickness t of the polymer dispersed liquid crystal layer 14 in the optical axis direction of the varifocal lens 11, but if it is larger than λ, the refractive index of the polymer and the Due to the difference from the refractive index, light is scattered at the boundary surface of the polymer cell 18 and the polymer dispersed liquid crystal layer 14 becomes opaque, so that it is preferably λ / 5 or less as described later. High precision may not be required depending on the optical product in which the varifocal lens is used, and D may be λ or less. The transparency of the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 becomes worse as the thickness t increases.
【0012】また、液晶分子17は、例えば、一軸性の
ネマティック液晶分子を用いる。この液晶分子17の屈
折率楕円体は、図2に示すような形状となり、 nox=noy=no (2) である。ただし、no は常光線の屈折率を示し、noxお
よびnoyは、常光線を含む面内での互いに直交する方向
の屈折率を示す。As the liquid crystal molecules 17, for example, uniaxial nematic liquid crystal molecules are used. Refractive index ellipsoid of the liquid crystal molecules 17 becomes the shape as shown in FIG. 2, an n ox = n oy = n o (2). However, n o is the refractive index of an ordinary ray, n ox and n oy are refractive indices in directions perpendicular to each other in a plane including an ordinary ray.
【0013】ここで、図1に示すように、スイッチ15
をオフ、すなわち高分子分散液晶層14に電界を印加し
ない状態では、液晶分子17が様々な方向を向いている
ので、入射光に対する高分子分散液晶層14の屈折率は
高く、屈折力の強いレンズとなる。これに対し、図3に
示すように、スイッチ15をオンとして高分子分散液晶
層14に交流電界を印加すると、液晶分子17は、屈折
率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ11の光軸と平行
となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈折力
の弱いレンズとなる。Here, as shown in FIG.
Is turned off, that is, in a state where an electric field is not applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14, the liquid crystal molecules 17 are oriented in various directions, so that the refractive index of the polymer dispersed liquid crystal layer 14 for incident light is high and the refractive power is strong. It becomes a lens. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the switch 15 is turned on and an AC electric field is applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer 14, the long axis direction of the refractive index ellipsoid changes the optical axis of the varifocal lens 11. Since the lens is oriented so as to be parallel to the lens, the lens has a low refractive index and has a low refractive power.
【0014】なお、高分子分散液晶層14に印加する電
圧は、例えば、図4に示すように、可変抵抗器19によ
り段階的あるいは連続的に変化させることもできる。こ
のようにすれば、印加電圧が高くなるにつれて、液晶分
子17は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レンズ11の
光軸と平行となるように配向するので、屈折力を段階的
あるいは連続的に変えることができる。The voltage applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 can be changed stepwise or continuously by a variable resistor 19 as shown in FIG. In this way, as the applied voltage increases, the liquid crystal molecules 17 are oriented so that the major axis of the ellipse gradually becomes parallel to the optical axis of the varifocal lens 11, so that the refractive power is increased stepwise or continuously. Can be changed to
【0015】ここで、図1に示す状態、すなわち高分子
分散液晶層14に電界を印加しない状態での、液晶分子
17の平均屈折率nLC′は、図2に示すように屈折率楕
円体の長軸方向の屈折率をnz とすると、およそ (nox+noy+nz )/3≡nLC′ (3) となる。また、上記(2)式が成り立つときの平均屈折
率nLCは、nz を異常光線の屈折率ne と表して、 (2no +ne )/3≡nLC (4) で与えられる。このとき、高分子分散液晶層14の屈折
率nA は、高分子セル18を構成する高分子の屈折率を
nP とし、高分子分散液晶層14の体積に占める液晶分
子17の体積の割合をffとすると、マックスウェル・ガ
ーネットの法則により、 nA =ff・nLC′+(1−ff)nP (5) で与えられる。Here, the average refractive index n LC ′ of the liquid crystal molecules 17 in the state shown in FIG. 1, that is, without applying an electric field to the polymer-dispersed liquid crystal layer 14, is shown in FIG. When the refractive index of the long axis and n z, is approximately (n ox + n oy + n z) / 3≡n LC '(3). Moreover, average refractive index n LC when equation (2) is satisfied, it represents a n z the refractive index n e of the extraordinary ray is given by (2n o + n e) / 3≡n LC (4). At this time, the refractive index n A of the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 is represented by the ratio of the volume of the liquid crystal molecules 17 to the volume of the polymer-dispersed liquid crystal layer 14, where n P is the refractive index of the polymer constituting the polymer cell 18. Is given by ff, and according to Maxwell Garnet's law, n A = ff · n LC ′ + (1−ff) n P (5)
【0016】したがって、図4に示すように、レンズ1
2aおよび12bの内側の面、すなわち高分子分散液晶
層14側の面の曲率半径を、それぞれR1 およびR2 と
すると、可変焦点レンズ11の焦点距離f1 は、 1/f1 =(nA −1)(1/R1 −1/R2 ) (6) で与えられる。なお、R1 およびR2 は、曲率中心が像
点側にあるとき、正とする。また、レンズ12aおよび
12bの外側の面による屈折は除いている。つまり、高
分子分散液晶層14のみによるレンズの焦点距離が、
(6)式で与えられる。Therefore, as shown in FIG.
Assuming that the radii of curvature of the inner surfaces of 2a and 12b, that is, the surfaces on the polymer dispersed liquid crystal layer 14 side are R 1 and R 2 , respectively, the focal length f 1 of the varifocal lens 11 is 1 / f 1 = (n A -1) (1 / R 1 -1 / R 2 ) (6) Note that R 1 and R 2 are positive when the center of curvature is on the image point side. Also, refraction by the outer surfaces of the lenses 12a and 12b is excluded. That is, the focal length of the lens by only the polymer dispersed liquid crystal layer 14 is
It is given by equation (6).
【0017】また、常光線の平均屈折率を、 (nox+noy)/2=no ′ (7) とすれば、図3に示す状態、すなわち高分子分散液晶層
14に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層14
の屈折率nB は、 nB =ff・no ′+(1−ff)nP (8) で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層14の
みによるレンズの焦点距離f2 は、 1/f2 =(nB −1)(1/R1 −1/R2 ) (9) で与えられる。なお、高分子分散液晶層14に、図3に
おけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、
(6)式で与えられる焦点距離f1 と、(9)式で与え
られる焦点距離f2 との間の値となる。Further, the average refractive index of the ordinary ray, if (n ox + n oy) / 2 = n o ' and (7) was applied state shown in FIG. 3, i.e. the electric field to the liquid crystal layer 14 Polymer dispersed liquid crystal layer 14 in the state
The refractive index n B, because it is given by n B = ff · n o ' + (1-ff) n P (8), the focal length f 2 of the liquid crystal layer 14 lens according to only this case, 1 / f 2 = (n B −1) (1 / R 1 −1 / R 2 ) (9) The focal length when a voltage lower than that in FIG. 3 is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14 is as follows:
It is a value between the focal length f 1 given by the equation (6) and the focal length f 2 given by the equation (9).
【0018】上記(6)および(9)式から、高分子分
散液晶層14による焦点距離の変化率は、 |(f2 −f1 )/f2 |=|(nB −nA )/(nB −1)| (10) で与えられる。したがって、この変化率を大きくするに
は、|nB −nA |を大きくすればよい。ここで、 nB −nA =ff(no ′−nLC′) (11) であるから、|no ′−nLC′|を大きくすれば、変化
率を大きくすることができる。実用的には、nB が、
1.3〜2程度であるから、 0.01≦|no ′−nLC′|≦10 (12) とすれば、ff=0.5のとき、高分子分散液晶層14に
よる焦点距離を、0.5%以上変えることができるの
で、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。な
お、|no ′−nLC′|は、液晶物質の制限から、10
を越えることはできない。From the above equations (6) and (9), the rate of change of the focal length by the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 is | (f 2 −f 1 ) / f 2 | = | (n B −n A ) / (N B −1) | (10) Therefore, to increase the rate of change, it is only necessary to increase | n B −n A |. Here, since it is n B -n A = ff (n o '-n LC') (11), | n o '-n LC' | if the large, it is possible to increase the change rate. Practically, n B is
Because it is about 1.3~2, 0.01 ≦ | n o ' -n LC' | if ≦ 10 (12), when ff = 0.5, the focal length obtained by the liquid crystal layer 14 , 0.5% or more, an effective variable focus lens can be obtained. It should be noted that, | n o '-n LC' | because of restrictions on liquid crystal substances, 10
Cannot be exceeded.
【0019】次に、上記(1)式の上限値の根拠につい
て説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cel
ls」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Pub
lishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission v
ariation using scattering/transparent switching fi
lms 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたとき
の透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献
の第206 頁、図6には、高分子分散液晶の半径をrと
し、t=300μm、ff=0.5、nP =1.45、n
LC=1.585、λ=500nmとするとき、透過率τ
は、理論値で、r=5nm(D=λ/50、D・t=λ
・6μm(ただし、Dおよびλの単位はnm、以下も同
じ))のときτ≒90%となり、r=25nm(D=λ
/10)のときτ≒50%になることが示されている。Next, the grounds for the upper limit of the above equation (1) will be described. `` Solar Energy Materials and Solar Cel
ls '', Vol. 31, Wilson and Eck, 1993, Eleevier Science Pub
lishers Bv pages 197-214, `` Transmission v
ariation using scattering / transparent switching fi
“lms” shows the change in the transmittance τ when the size of the polymer-dispersed liquid crystal is changed. On page 206 of this document, FIG. 6 shows that the radius of the polymer dispersed liquid crystal is r, t = 300 μm, ff = 0.5, n P = 1.45, n
When LC = 1.585 and λ = 500 nm, the transmittance τ
Is a theoretical value, r = 5 nm (D = λ / 50, D · t = λ
Τ ≒ 90% at 6 μm (where D and λ are in nm and the same applies hereinafter), and r = 25 nm (D = λ
/ 10), it is shown that τ ≒ 50%.
【0020】ここで、例えば、t=150μmの場合を
推定してみると、透過率τがtの指数関数で変化すると
仮定して、t=150μmの場合の透過率τを推定して
みると、r=25nm(D=λ/10、D・t=λ・1
5μm)のときτ≒71%となる。また、t=75μm
の場合は、同様に、r=25nm(D=λ/10、D・
t=λ・7.5μm)のときτ≒80%となる。Here, for example, when estimating the case where t = 150 μm, assuming that the transmittance τ changes as an exponential function of t, the transmittance τ when t = 150 μm is estimated. , R = 25 nm (D = λ / 10, D · t = λ · 1)
5 μm), τμ71%. Also, t = 75 μm
, Similarly, r = 25 nm (D = λ / 10, D ·
τ ≒ 80% when t = λ · 7.5 μm).
【0021】これらの結果から、 D・t≦λ・15μm (13) であれば、τは70%〜80%以上となり、レンズとし
て十分実用になる。したがって、例えば、t=75μm
の場合は、D≦λ/5で、十分な透過率が得られること
になる。From these results, if D · t ≦ λ · 15 μm (13), τ is 70% to 80% or more, and the lens is sufficiently practical. Therefore, for example, t = 75 μm
In the case of, a sufficient transmittance can be obtained when D ≦ λ / 5.
【0022】また、高分子分散液晶層14の透過率は、
nP の値がnLC′の値に近いほど良くなる。一方、
no ′とnP とが異なる値になると、高分子分散液晶層
14の透過率は悪くなる。図1の状態と図3の状態と
で、平均して高分子分散液晶層14の透過率が良くなる
のは、 nP =(no ′+nLC′)/2 (14) を満足するときである。The transmittance of the polymer dispersed liquid crystal layer 14 is as follows:
The better the value of n P is closer to the value of n LC ′, the better. on the other hand,
If n o 'and n P have different values, the transmittance of the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 will be poor. In the state of the state and 3 of FIG. 1, average of the transmittance of the liquid crystal layer 14 is improved by the, n P = (n o ' + n LC') / 2 (14) when satisfying It is.
【0023】ここで、可変焦点レンズ11は、レンズと
して使用するものであるから、図1の状態でも、図3の
状態でも、透過率はほぼ同じで、かつ高い方が良い。そ
のためには、高分子セル18を構成する高分子の材料お
よび液晶分子17の材料に制限があるが、実用的には、 no ′≦nP ≦nLC′ (15) とすればよい。Here, since the varifocal lens 11 is used as a lens, it is preferable that the transmittance is substantially the same and high in both the state shown in FIG. 1 and the state shown in FIG. For this purpose, there is a limit to the material of the polymeric material and the liquid crystal molecules 17 constituting the polymer cell 18, the practical, n o '≦ n P ≦ n LC' (15) and may be.
【0024】上記(14)式を満足すれば、上記(1
3)式は、さらに緩和され、 D・t≦λ・60μm (16) であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則
によれば、反射率は屈折率差の2乗に比例するので、高
分子セル18を構成する高分子と液晶分子17との境界
での光の反射、すなわち高分子分散液晶層14の透過率
の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子17との屈折
率の差の2乗に比例するからである。If the above equation (14) is satisfied, the above equation (1) is satisfied.
The expression (3) is further relaxed, and it suffices that D · t ≦ λ · 60 μm (16). Because, according to Fresnel's law of reflection, the reflectance is proportional to the square of the difference in refractive index, so that light is reflected at the boundary between the polymer constituting the polymer cell 18 and the liquid crystal molecules 17, ie, the polymer dispersion. This is because the decrease in the transmittance of the liquid crystal layer 14 is approximately proportional to the square of the difference in the refractive index between the polymer and the liquid crystal molecules 17.
【0025】以上は、no ′≒1.45、nLC′≒1.
585の場合であったが、より一般的に定式化すると、 D・t≦λ・15μm・(1.585 −1.45)2 /(nu −nP )2 (17) であればよい。ただし、(nu −nP )2 は、(nLC′
−nP )2 と(no ′−nP )2 とのうち、大きい方で
ある。[0025] The above, n o '≒ 1.45, n LC' ≒ 1.
585 was the case, more generally formulated, may be a D · t ≦ λ · 15μm · (1.585 -1.45) 2 / (n u -n P) 2 (17). However, (n u -n P ) 2 is (n LC ′
−n P ) 2 and ( no′− n P ) 2 , whichever is larger.
【0026】また、可変焦点レンズ11の焦点距離変化
を大きくするには、ffの値が大きい方が良いが、ff=1
では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル18を形
成できなくなるので、 0.1≦ff≦0.999 (18) とする。一方、ffは、小さいほどτは向上するので、上
記(17)式は、好ましくは、 4 ×10-6〔μm〕2 ≦D・t≦λ・45μm・(1.585−1.45) 2 /(nu −nP ) 2 (19) とする。なお、tの下限値は、図1から明らかなよう
に、t=Dで、Dは、上述したように2nm以上である
ので、D・tの下限値は、(2×10-3μm)2 、すな
わち4×10-6〔μm〕2 となる。The change in the focal length of the varifocal lens 11
In order to increase the value of ff, it is better that the value of ff is large, but ff = 1
Then, the volume of the polymer becomes zero and the polymer cell 18 is formed.
0.1 ≦ ff ≦ 0.999 (18) On the other hand, since τ increases as ff decreases,
The expression (17) is preferably 4 × 10-6[Μm]Two≦ D ・ t ≦ λ ・ 45μm ・ (1.585-1.45)Two/ (nu-NP) Two (19) Note that the lower limit of t is apparent from FIG.
In addition, when t = D, D is 2 nm or more as described above.
Therefore, the lower limit of D · t is (2 × 10-3μm)Two,sand
4 × 10-6[Μm]TwoBecomes
【0027】なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似
が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー8 小惑星が
やってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第58頁に
記載されているように、Dが10nm〜5nmより大き
い場合である。また、Dが500λを越えると、光の散
乱は幾何学的となり、高分子セル18を構成する高分子
と液晶分子17との界面での光の散乱がフレネルの反射
式に従って増大するので、Dは、実用的には、 7nm≦D≦500λ (20) とする。It should be noted that the approximation of expressing the optical property of a substance by a refractive index is established as described in “Iwanami Science Library 8: Asteroid Comes” by Tadashi Mukai, 1994, p. 58, published by Iwanami Shoten. , D is larger than 10 nm to 5 nm. When D exceeds 500λ, light scattering becomes geometrical, and light scattering at the interface between the polymer constituting the polymer cell 18 and the liquid crystal molecules 17 increases according to the Fresnel reflection formula. Is practically 7 nm ≦ D ≦ 500λ (20).
【0028】図1または図4に示す構成において、上記
のnox,noy,no ,nz ,ne ,nP ,ff,D,t,
λ,R1 ,R2 ,nLC′,nLC,nA ,nB ,f1 ,f
2 、および可変焦点レンズ11の直径φは、具体的に
は、それぞれ以下の値にする。 nox=noy=no =1.5 nz =ne =1.75 nP =1.54 ff=0.5 D=50nm t=125μm λ=500nm R1 =25mm R2 =∞ nLC′=nLC=1.5833 nA =1.5617 nB =1.52 f1 =44.5mm f2 =48.04mm φ=5mm[0028] In the configuration shown in FIG. 1 or FIG. 4, the above n ox, n oy, n o , n z, n e, n P, ff, D, t,
λ, R 1 , R 2 , n LC ′, n LC , n A , n B , f 1 , f
2 and the diameter φ of the varifocal lens 11 are specifically set to the following values, respectively. n ox = n oy = n o = 1.5 n z = n e = 1.75 n P = 1.54 ff = 0.5 D = 50nm t = 125μm λ = 500nm R 1 = 25mm R 2 = ∞ n LC '= n LC = 1.5833 n A = 1.5617 n B = 1.52 f 1 = 44.5mm f 2 = 48.04mm φ = 5mm
【0029】この場合、上記(19)式の右辺は、 λ・45μm・(1.585−1.45) 2 /( nu −nP ) 2=500
nm ・45μm・(0.135) 2 /(0.0433) 2≒218712nm
・μm となる。また、D・tは、 D・t=50nm・125 μm=6250nm・μm となり、確かに(19)式を満足する。[0029] In this case, the right side of the expression (19), λ · 45μm · (1.585-1.45) 2 / (n u -n P) 2 = 500
nm ・ 45μm ・ (0.135) 2 /(0.0433) 2 ≒ 218712nm
・ Μm D · t = 50 nm · 125 μm = 6250 nm · μm, which certainly satisfies the expression (19).
【0030】また、上記の具体例において、R1 =R2
=∞、とすることもできる。この場合は、高分子分散液
晶層14の光路長が、電圧のオン・オフで変わることに
なるので、可変焦点レンズ11をレンズ系の光束が平行
でない部分に配置して、ピント調整を行うのに用いた
り、レンズ系全体の焦点距離等を変えるのに用いること
ができる。In the above specific example, R 1 = R 2
= ∞. In this case, since the optical path length of the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 changes depending on the on / off of the voltage, the focus adjustment is performed by disposing the varifocal lens 11 at a portion where the light flux of the lens system is not parallel. Or to change the focal length or the like of the entire lens system.
【0031】図5は、図4に示す可変焦点レンズ11を
用いるデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示すもの
である。この撮像光学系においては、物体(図示せず)
の像を、絞り21、可変焦点レンズ11およびレンズ2
2を介して、例えばCCDよりなる固体撮像素子23上
に結像させる。なお、図5では、液晶分子の図示を省略
してある。FIG. 5 shows the configuration of an image pickup optical system for a digital camera using the varifocal lens 11 shown in FIG. In this imaging optical system, an object (not shown)
The image of the diaphragm 21, the varifocal lens 11 and the lens 2
An image is formed on the solid-state imaging device 23 composed of, for example, a CCD via the imaging device 2. In FIG. 5, illustration of liquid crystal molecules is omitted.
【0032】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器1
9により可変焦点レンズ11の高分子分散液晶層14に
印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ11の焦
点距離を変えることより、可変焦点レンズ11およびレ
ンズ22を光軸方向に移動させることなく、例えば、無
限遠から600mmまでの物体距離に対して、連続的に
合焦させることが可能となる。According to the imaging optical system, the variable resistor 1
9 to adjust the AC voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14 of the varifocal lens 11 to change the focal length of the varifocal lens 11, thereby moving the varifocal lens 11 and the lens 22 in the optical axis direction. For example, it is possible to continuously focus on an object distance from infinity to 600 mm.
【0033】図6は、この発明に係る可変焦点レンズを
用いる電子内視鏡用の対物光学系の構成を示すものであ
る。この対物光学系では、物体(図示せず)の像を、前
方レンズ25、絞り26、可変焦点レンズ27および後
方レンズ28を経て、例えばCCDよりなる固体撮像素
子29上に結像させる。ここで、可変焦点レンズ27
は、高分子分散液晶層14を挟む一方のレンズ12aの
内面の曲率半径R1 を無限大とし、他方のレンズ12b
の内面をフレネルレンズ状に形成する他は、図4と同様
に構成して、その高分子分散液晶層14に交流電源16
から可変抵抗器19およびスイッチ15を経て交流電圧
を印加するようにする。なお、図6では、液晶分子の図
示を省略してある。FIG. 6 shows the configuration of an objective optical system for an electronic endoscope using the variable focus lens according to the present invention. In this objective optical system, an image of an object (not shown) is formed on a solid-state imaging device 29 formed of, for example, a CCD via a front lens 25, an aperture 26, a variable focus lens 27, and a rear lens 28. Here, the varifocal lens 27
Makes the radius of curvature R1 of the inner surface of one lens 12a sandwiching the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 infinite and the other lens 12b
Is formed in the same manner as in FIG. 4 except that the inner surface of the
, Through the variable resistor 19 and the switch 15 to apply an AC voltage. In FIG. 6, illustration of liquid crystal molecules is omitted.
【0034】かかる対物光学系においても、物体距離に
応じて可変焦点レンズ27の高分子分散液晶層14に印
加する交流電圧を調整して、該可変焦点レンズ27の焦
点距離を変えることにより、可変焦点レンズ27および
後方レンズ28を光軸方向に移動させることなく、ピン
ト調整を行うことが可能となる。In such an objective optical system as well, the AC voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14 of the varifocal lens 27 is adjusted according to the object distance, and the focal length of the varifocal lens 27 is changed, so that Focus adjustment can be performed without moving the focusing lens 27 and the rear lens 28 in the optical axis direction.
【0035】図7は、この発明に係る可変焦点回折光学
素子の一例の構成を示すものである。この可変焦点回折
光学素子31は、平行な第1,第2の面32a,32b
を有する第1の透明基板32と、光の波長オーダーの溝
深さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を形成し
た第3の面33aおよび平坦な第4の面33bを有する
第2の透明基板33とを有し、入射光を第1,第2の透
明基板32,33を経て出射させるものである。第1,
第2の透明基板32,33間には、図1で説明したと同
様に、透明電極13a,13bを介して高分子分散液晶
層14を設け、透明電極13a,13bをスイッチ15
を経て交流電源16に接続して、高分子分散液晶層14
に交流電界を印加するようにする。FIG. 7 shows an example of the configuration of a variable focus diffractive optical element according to the present invention. The variable-focus diffractive optical element 31 has parallel first and second surfaces 32a and 32b.
And a second transparent substrate having a third surface 33a and a flat fourth surface 33b on which a ring-shaped diffraction grating having a sawtooth-shaped cross section having a groove depth on the order of the wavelength of light is formed. And a substrate 33 for emitting incident light through the first and second transparent substrates 32 and 33. First
The polymer dispersed liquid crystal layer 14 is provided between the second transparent substrates 32 and 33 via the transparent electrodes 13a and 13b as described with reference to FIG.
Is connected to an AC power supply 16 through the
An AC electric field is applied to the.
【0036】かかる構成において、可変焦点回折光学素
子31に入射する光線は、第3の面33aの格子ピッチ
をpとし、mを整数とすると、 p sinθ=mλ (21) を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深
さをh、透明基板33の屈折率をn33とし、kを整数と
すると、 h(nA −n33)=mλ (22) h(nB −n33)=kλ (23) を満たせば、波長λで回折効率が100%となり、フレ
アの発生を防止することができる。In this configuration, the light beam incident on the variable focus diffractive optical element 31 is deflected by an angle θ satisfying p sin θ = mλ (21), where p is the grating pitch of the third surface 33a and m is an integer. And emitted. Further, assuming that the groove depth is h, the refractive index of the transparent substrate 33 is n 33, and k is an integer, h (n A −n 33 ) = mλ (22) h (n B −n 33 ) = kλ (23) ), The diffraction efficiency becomes 100% at the wavelength λ, and the occurrence of flare can be prevented.
【0037】ここで、上記(22)および(23)式の
両辺の差を求めると、 h(nA −nB )=(m−k)λ (24) が得られる。したがって、例えば、λ=500nm、n
A =1.55、nB =1.5とすると、 0.05h=(m−k)・500nm となり、m=1,k=0とすると、 h=10000nm=10μm となる。この場合、透明基板33の屈折率n33は、上記
(22)式から、n33=1.5であればよい。また、可
変焦点回折光学素子31の周辺部における格子ピッチp
を10μmとすると、θ≒2.87°となり、Fナンバ
ーが10のレンズを得ることができる。Here, when the difference between both sides of the above equations (22) and (23) is obtained, h (n A −n B ) = (m−k) λ (24) is obtained. Therefore, for example, λ = 500 nm, n
A = 1.55, when n B = 1.5, 0.05h = ( m-k) · 500nm next, when m = 1, k = 0, the h = 10000nm = 10μm. In this case, the refractive index n 33 of the transparent substrate 33, the above equation (22) may be any n 33 = 1.5. Further, the grating pitch p in the peripheral portion of the variable focus diffractive optical element 31
Is set to 10 μm, θ ≒ 2.87 °, and a lens having an F-number of 10 can be obtained.
【0038】かかる、可変焦点回折光学素子31は、高
分子分散液晶層14への印加電圧のオン・オフで光路長
が変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない部
分に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レンズ
系全体の焦点距離等を変えるのに用いることができる。Since the optical path length of the variable focus diffractive optical element 31 changes depending on the on / off of the voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14, for example, the variable focus diffractive optical element 31 is disposed in a portion where the light flux of the lens system is not parallel to focus. It can be used to make adjustments or to change the focal length or the like of the entire lens system.
【0039】なお、この実施形態において、上記(2
2)〜(24)式は、実用上、 0.7mλ≦h(nA −n33)≦1.4mλ (25) 0.7kλ≦h(nB −n33)≦1.4kλ (26) 0.7(m−k)λ≦h(nA −nB )≦1.4(m−k)λ (27) を満たせば良い。In this embodiment, (2)
2) - (24) equation, practically, 0.7mλ ≦ h (n A -n 33) ≦ 1.4mλ (25) 0.7kλ ≦ h (n B -n 33) ≦ 1.4kλ (26) 0.7 (m-k) λ ≦ h (n a -n B) ≦ 1.4 (m-k) λ (27) may satisfy the.
【0040】図8および図9は、可変焦点眼鏡35を示
し、眼鏡レンズとして可変焦点回折光学素子36を用い
たものである。可変焦点回折光学素子36は、レンズ3
7および38を有し、その入射側のレンズ37の内面に
は、図7で説明したと同様の断面鋸歯波状のリング状回
折格子を形成する。これらレンズ37,38の内面上に
は、それぞれ透明電極13a,13bを介して配向膜3
9a,39bを設け、これら配向膜39a,39b間
に、図1で説明したと同様の高分子分散液晶層14を設
ける。また、透明電極13a,13bは、スイッチ15
を介して交流電源16に接続し、これにより高分子分散
液晶層14に交流電界を印加するようにする。FIGS. 8 and 9 show variable-focus spectacles 35 using a variable-focus diffractive optical element 36 as a spectacle lens. The variable focus diffractive optical element 36 is a lens 3
7 and 38, and a ring-shaped diffraction grating having a sawtooth cross section similar to that described with reference to FIG. 7 is formed on the inner surface of the lens 37 on the incident side. On the inner surfaces of these lenses 37 and 38, the alignment film 3 is provided via transparent electrodes 13a and 13b, respectively.
9a and 39b are provided, and a polymer dispersed liquid crystal layer 14 similar to that described with reference to FIG. 1 is provided between these alignment films 39a and 39b. The transparent electrodes 13a and 13b are connected to the switch 15
To the AC power supply 16, thereby applying an AC electric field to the polymer dispersed liquid crystal layer 14.
【0041】かかる構成の可変焦点眼鏡35によれば、
スイッチ15を例えば手動でオン・オフすることによ
り、図8に示すスイッチ15をオフにしたときと、図9
に示すスイッチ15をオンにしたときとで、高分子分散
液晶層14の液晶分子17の配列を変えることができる
ので、眼鏡レンズ全体の視度を変えることができる。し
たがって、図10に示す従来の二重焦点レンズ41を用
いる眼鏡42のように、視線方向で視度が変わるものに
比べて、違和感がなくなる。According to the varifocal glasses 35 having such a configuration,
When the switch 15 shown in FIG. 8 is turned off by, for example, manually turning on / off the switch 15,
Since the arrangement of the liquid crystal molecules 17 in the polymer dispersed liquid crystal layer 14 can be changed when the switch 15 is turned on, the diopter of the entire spectacle lens can be changed. Therefore, the sense of incongruity is reduced as compared with a case in which the diopter changes in the direction of the line of sight, such as the glasses 42 using the conventional bifocal lens 41 shown in FIG.
【0042】図11は、図8に示す可変焦点眼鏡35に
おいて、例えばフレーム35aに物体45までの距離を
測定する測距センサ46を設け、この測距センサ46の
出力に基づいてスイッチ15をオン・オフ制御して、自
動的に視度調整を行うようにしたものである。FIG. 11 shows a variable focus spectacles 35 shown in FIG. 8, in which a frame 35a is provided with a distance measuring sensor 46 for measuring the distance to the object 45, and the switch 15 is turned on based on the output of the distance measuring sensor 46. -The diopter is automatically adjusted by controlling the off state.
【0043】このように、物体距離に基づいて自動的に
視度調整するようにすれば、特に、視度調整力の衰えた
老人に便利な眼鏡が得られる。As described above, if the diopter is automatically adjusted based on the object distance, it is possible to obtain eyeglasses that are particularly useful for an elderly man with a diminished diopter adjusting ability.
【0044】なお、図8および図11に示した可変焦点
眼鏡35においては、眼鏡レンズ全体を可変焦点回折光
学素子36としたが、眼鏡レンズの一部、例えば図12
に示すように、中心よりやや下側に可変焦点回折光学素
子36を設けるようにしてもよい。また、可変焦点回折
光学素子36に代えて、図1に示した可変焦点レンズ1
1や、図6に示した可変焦点レンズ27を用いることも
できる。さらに、図11では、測距センサ46の出力に
基づいてスイッチ15を自動的に切り換えるようにした
が、新たにスイッチを設けて、測距センサ46による自
動切り換えと、手動による切り換えとを選択できるよう
にしたり、測距センサ46による自動切り換え中に、手
動による切り換えに変更できるように構成することもで
きる。さらにまた、上記の可変焦点眼鏡35に一体的に
補聴器を設けることもできる。In the variable focus spectacles 35 shown in FIGS. 8 and 11, the entire spectacle lens is the variable focus diffractive optical element 36, but a part of the spectacle lens, for example, FIG.
As shown in (5), the variable focus diffractive optical element 36 may be provided slightly below the center. Further, the variable focus lens 1 shown in FIG.
1 or the varifocal lens 27 shown in FIG. 6 can also be used. Further, in FIG. 11, the switch 15 is automatically switched based on the output of the distance measuring sensor 46. However, a new switch can be provided to select between automatic switching by the distance measuring sensor 46 and manual switching. Alternatively, it may be configured such that the automatic switching by the distance measuring sensor 46 can be changed to manual switching. Furthermore, a hearing aid may be provided integrally with the variable-focus glasses 35 described above.
【0045】また、図11に示すように測距センサ46
を設ける場合には、可変焦点回折光学素子36の高分子
分散液晶層14への印加電圧を段階的または連続的に可
変できるようにすると共に、ユーザに応じて測距センサ
46の出力と印加電圧との対応関係をプリセットして、
測距センサ46の出力に基づいて印加電圧を制御するよ
うにすることもできる。このようにすれば、ユーザ毎に
物体距離に応じたより正確な視度調整を自動的に行うこ
とができる。Further, as shown in FIG.
Is provided, the voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14 of the variable focus diffractive optical element 36 can be varied stepwise or continuously, and the output of the distance measuring sensor 46 and the applied voltage can be changed according to the user. Preset the correspondence with
The applied voltage may be controlled based on the output of the distance measuring sensor 46. In this way, more accurate diopter adjustment according to the object distance can be automatically performed for each user.
【0046】さらに、上記の可変焦点眼鏡35におい
て、交流電源16は、電池を電源とするインバータ回路
をもって構成することができる。この場合、電池とし
は、マンガン電池、リチウム電池、太陽電池、充電式電
池の一種または複数種を、フレーム35aに一体的に、
すなわち内蔵したり、別体に設けてコードで接続した
り、あるいは内蔵電池と外部電池とを有するようにする
こともできる。Further, in the varifocal glasses 35 described above, the AC power supply 16 can be constituted by an inverter circuit using a battery as a power supply. In this case, as the battery, one or more of a manganese battery, a lithium battery, a solar battery, and a rechargeable battery are integrated with the frame 35a,
That is, it may be built in, provided separately and connected by a cord, or have a built-in battery and an external battery.
【0047】また、単に、可変焦点眼鏡を構成する場合
には、上述した高分子分散液晶を用いる可変焦点レンズ
に代えて、ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点
レンズを用いることもできる。図13および図14は、
この場合の可変焦点眼鏡50の構成を示すものであり、
可変焦点レンズ51は、レンズ52および53と、これ
らレンズの内面上にそれぞれ透明電極13a,13bを
介して設けた配向膜39a,39bと、これら配向膜間
に設けたツイストネマティック液晶層54とを有して構
成し、その透明電極13a,13bを可変抵抗器19を
経て交流電源16に接続して、ツイストネマティック液
晶層54に交流電界を印加するようにする。In the case of simply constructing variable-focus glasses, a variable-focus lens using twisted nematic liquid crystal may be used instead of the above-described variable-focus lens using polymer-dispersed liquid crystal. FIG. 13 and FIG.
It shows the configuration of the variable focus glasses 50 in this case,
The varifocal lens 51 includes lenses 52 and 53, alignment films 39a and 39b provided on the inner surfaces of the lenses via transparent electrodes 13a and 13b, respectively, and a twisted nematic liquid crystal layer 54 provided between the alignment films. The transparent electrodes 13a and 13b are connected to an AC power supply 16 via a variable resistor 19 to apply an AC electric field to the twisted nematic liquid crystal layer 54.
【0048】かかる構成において、ツイストネマティッ
ク液晶層54に印加する電圧を高くすると、液晶分子5
5は、図14に示すようにホメオトロピック配向とな
り、図13に示す印加電圧が低いツイストネマティック
状態の場合に比べて、ツイストネマティック液晶層54
の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。In this configuration, when the voltage applied to the twisted nematic liquid crystal layer 54 is increased, the liquid crystal molecules 5
5 has a homeotropic alignment as shown in FIG. 14, and the twisted nematic liquid crystal layer 54 has a smaller voltage than the twisted nematic state shown in FIG.
Has a smaller refractive index and a longer focal length.
【0049】ここで、図13に示すツイストネマティッ
ク状態における液晶分子55の螺旋ピッチPは、光の波
長λに比べて十分小さくする必要があるので、例えば、 2nm≦P≦2λ/3 (28) とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさ
で決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図13
の状態でツイストネマティック液晶層54が等方媒質と
して振る舞うために必要な値であり、この上限値の条件
を満たさないと、可変焦点レンズ51は偏光方向によっ
て焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重像が
形成されてぼけた像しか得られなくなる。Here, since the helical pitch P of the liquid crystal molecules 55 in the twisted nematic state shown in FIG. 13 needs to be sufficiently smaller than the wavelength λ of light, for example, 2 nm ≦ P ≦ 2λ / 3 (28) And Note that the lower limit of this condition is determined by the size of the liquid crystal molecules, and the upper limit is determined when the incident light is natural light, as shown in FIG.
This is a value necessary for the twisted nematic liquid crystal layer 54 to behave as an isotropic medium in the state described above. If the condition of the upper limit is not satisfied, the varifocal lens 51 becomes a lens having a different focal length depending on the polarization direction. A superimposed image is formed and only a blurred image can be obtained.
【0050】図15(A)は、この発明に係る可変偏角
プリズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズ
ム61は、第1,第2の面62a,62bを有する入射
側の第1の透明基板62と、第3,第4の面63a,6
3bを有する出射側の平行平板状の第2の透明基板63
とを有する。入射側の透明基板62の内面(第2の面)
62bは、フレネル状に形成し、この透明基板62と出
射側の透明基板63との間に、図1で説明したと同様
に、透明電極13a,13bを介して高分子分散液晶層
14を設ける。透明電極13a,13bは、可変抵抗器
19を経て交流電源16に接続し、これにより高分子分
散液晶層14に交流電界を印加して、可変偏角プリズム
61を透過する光の偏角を制御するようにする。なお、
図15(A)では、透明基板62の内面62bをフレネ
ル状に形成したが、例えば、図15(B)に示すよう
に、透明基板62および63の内面を相対的に傾斜させ
た傾斜面を有する通常のプリズム状に形成することもで
きるし、あるいは図7に示した回折格子状に形成するこ
ともできる。回折格子状に形成する場合には、上記の
(21)〜(27)式が同様にあてはまる。FIG. 15A shows the configuration of a variable deflection prism according to the present invention. The variable deflection prism 61 includes an incident-side first transparent substrate 62 having first and second surfaces 62a and 62b, and third and fourth surfaces 63a and 63.
Outgoing side parallel flat second transparent substrate 63 having 3b
And Inner surface (second surface) of incident side transparent substrate 62
62b is formed in a Fresnel shape, and the polymer dispersed liquid crystal layer 14 is provided between the transparent substrate 62 and the transparent substrate 63 on the emission side via the transparent electrodes 13a and 13b as described with reference to FIG. . The transparent electrodes 13a and 13b are connected to an AC power supply 16 via a variable resistor 19, thereby applying an AC electric field to the polymer-dispersed liquid crystal layer 14 to control the deflection of light transmitted through the variable deflection prism 61. To do it. In addition,
In FIG. 15 (A), the inner surface 62b of the transparent substrate 62 is formed in a Fresnel shape. For example, as shown in FIG. 15 (B), the inclined surfaces where the inner surfaces of the transparent substrates 62 and 63 are relatively inclined are formed. It can be formed in the shape of a normal prism having the same, or can be formed in the shape of a diffraction grating shown in FIG. In the case of forming a diffraction grating, the above equations (21) to (27) similarly apply.
【0051】かかる構成の可変偏角プリズム61は、例
えば、TVカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、
双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることができ
る。この場合、可変偏角プリズム61の屈折方向(偏向
方向)は、上下方向とするのが望ましいが、さらに性能
を向上させるためには、2個の可変偏角プリズム61を
偏向方向を異ならせて、例えば図16に示すように、上
下および左右の直交する方向で屈折角を変えるように配
置するのが望ましい。なお、図15および図16では、
液晶分子の図示を省略してある。The variable deflection prism 61 having the above-described configuration is, for example, a TV camera, a digital camera, a film camera,
It can be effectively used for blur prevention of binoculars and the like. In this case, it is desirable that the refraction direction (deflection direction) of the variable deflection prism 61 is in the vertical direction, but in order to further improve the performance, the deflection directions of the two variable deflection prisms 61 are made different. For example, as shown in FIG. 16, it is desirable to arrange so as to change the refraction angle in the directions perpendicular to the vertical and horizontal directions. In FIGS. 15 and 16,
Illustration of liquid crystal molecules is omitted.
【0052】図17は、この発明に係る可変焦点レンズ
としての可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦
点ミラー65は、第1,第2の面66a,66bを有す
る第1の透明基板66と、第3,第4の面67a,67
bを有する第2の透明基板67とを有する。第1の透明
基板66は、平板状またはレンズ状に形成して、内面
(第2の面)66bに透明電極13aを設け、第2の透
明基板67は、内面(第3の面)67aを凹面状に形成
して、該凹面上に反射膜68を施し、さらにこの反射膜
68上に透明電極13bを設ける。透明電極13a,1
3b間には、図1で説明したと同様に、高分子分散液晶
層14を設け、これら透明電極13a,13bをスイッ
チ15および可変抵抗器19を経て交流電源16に接続
して、高分子分散液晶層14に交流電界を印加するよう
にする。なお、図17では、液晶分子の図示を省略して
ある。FIG. 17 shows a variable focus mirror as a variable focus lens according to the present invention. The variable focus mirror 65 includes a first transparent substrate 66 having first and second surfaces 66a and 66b, and third and fourth surfaces 67a and 67.
b, and a second transparent substrate 67 having b. The first transparent substrate 66 is formed in the shape of a flat plate or a lens, and a transparent electrode 13a is provided on an inner surface (second surface) 66b. The second transparent substrate 67 has an inner surface (third surface) 67a. The reflective film 68 is formed on the concave surface, and the transparent electrode 13b is provided on the reflective film 68. Transparent electrode 13a, 1
3b, a polymer-dispersed liquid crystal layer 14 is provided as described with reference to FIG. 1, and these transparent electrodes 13a and 13b are connected to an AC power supply 16 via a switch 15 and a variable resistor 19. An AC electric field is applied to the liquid crystal layer 14. In FIG. 17, the liquid crystal molecules are not shown.
【0053】かかる構成によれば、透明基板66側から
入射する光線は、反射膜68により高分子分散液晶層1
4を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層14の
作用を2回もたせることができると共に、高分子分散液
晶層14への印加電圧を変えることにより、反射光の焦
点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラ
ー65に入射した光線は、高分子分散液晶層14を2回
透過するので、高分子分散液晶層14の厚さの2倍をt
とすれば、上記の各式を同様に用いることができる。な
お、透明基板66または67の内面を、図7に示したよ
うに回折格子状にして、高分子分散液晶層14の厚さを
薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をよ
り少なくできる利点がある。According to such a configuration, the light incident from the transparent substrate 66 side is reflected by the reflective film 68 to the polymer dispersed liquid crystal layer 1.
4 is an optical path that is folded back, so that the action of the polymer dispersed liquid crystal layer 14 can be provided twice, and the focal position of the reflected light can be changed by changing the voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 14. . In this case, the light beam incident on the varifocal mirror 65 passes through the polymer dispersed liquid crystal layer 14 twice, so that twice the thickness of the polymer dispersed liquid crystal layer 14 is t.
Then, the above equations can be similarly used. Note that the inner surface of the transparent substrate 66 or 67 may be formed in a diffraction grating shape as shown in FIG. 7 to reduce the thickness of the polymer-dispersed liquid crystal layer 14. This has the advantage that scattered light can be reduced.
【0054】なお、以上の説明では、液晶の劣化を防止
するため、電源として交流電源16を用いて、液晶に交
流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶
に直流電界を印加するようにすることもできる。また、
液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させ
ること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかけ
る磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化さ
せることによってもよい。以上に示した実施形態におい
て、高分子分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあ
るので、その場合はレンズ12a,12bの一方、透明
基板32、レンズ38、レンズ52,53の一方、図1
5(A)における透明基板63、図15(B)における
透明基板62,63の一方、透明基板66,67の一方
はなくてもよい。In the above description, in order to prevent the deterioration of the liquid crystal, the AC power supply 16 is used as a power supply to apply an AC electric field to the liquid crystal. However, a DC power supply is used to apply the DC electric field to the liquid crystal. It can also be done. Also,
As a method of changing the direction of the liquid crystal molecules, in addition to changing the voltage, the frequency of the electric field applied to the liquid crystal, the strength and frequency of the magnetic field applied to the liquid crystal, or the temperature of the liquid crystal may be changed. In the embodiment described above, the polymer-dispersed liquid crystal is not liquid but may be almost solid. In that case, one of the lenses 12a and 12b, one of the transparent substrate 32, the lens 38, and one of the lenses 52 and 53, and FIG.
The transparent substrate 63 in FIG. 5A, one of the transparent substrates 62 and 63 in FIG. 15B, and one of the transparent substrates 66 and 67 may not be provided.
【0055】次に、レンズの一つである不均質媒質レン
ズの製造方法について説明する。不均質媒質レンズと
は、レンズの部分ごとの屈折率が異なる媒質でできたレ
ンズのことで、例えば、図20に示すような半径方向に
屈折率が変化するラジアルグラディエントの不均質媒質
レンズ71では、図21に示すように、分光中心軸(屈
折率分布中心軸)である光軸Oを中心として、半径rが
大きくなるに従って屈折率nが小さくなっている。な
お、光軸に沿った方向では屈折率は変化していない。Next, a method of manufacturing a lens of an inhomogeneous medium, which is one of the lenses, will be described. An inhomogeneous medium lens is a lens made of a medium having a different refractive index for each lens portion. For example, in the case of a radial gradient inhomogeneous medium lens 71 whose refractive index changes in the radial direction as shown in FIG. As shown in FIG. 21, the refractive index n decreases as the radius r increases with respect to the optical axis O which is the spectral central axis (refractive index distribution central axis). The refractive index does not change in the direction along the optical axis.
【0056】このような不均質媒質レンズ71は、ガラ
スやプラスチック等の材料を用い、イオン交換法やゾル
ゲル法等で、その素材が作成される。しかし、図22に
示すように、これらの方法で作成される不均質媒質レン
ズの素材72は棒状であるため、最終製品としての不均
質媒質レンズ71を得るためには、切断、研磨、コート
等の工程を経る必要がある。The material of such an inhomogeneous medium lens 71 is made of a material such as glass or plastic by an ion exchange method or a sol-gel method. However, as shown in FIG. 22, the material 72 of the heterogeneous medium lens produced by these methods is rod-shaped, so that in order to obtain the heterogeneous medium lens 71 as a final product, cutting, polishing, coating, etc. It is necessary to go through the process of.
【0057】一方、ガラス等よりなる通常の均質レンズ
を得る場合には、先ず、一枚のレンズの両面を研磨し、
次に、二つの球面の中心を結ぶ線(光軸)に対して回転
対象となるように外周を削るようにしている。この方法
は、一般に広く用いられており、安価にできる利点があ
る。On the other hand, when obtaining a normal homogeneous lens made of glass or the like, first, both sides of one lens are polished,
Next, the outer periphery is cut so as to be rotated with respect to a line (optical axis) connecting the centers of the two spherical surfaces. This method is widely used in general, and has the advantage of being inexpensive.
【0058】しかしながら、不均質媒質レンズの場合に
は、通常のレンズ加工と異なり、素材72の分光中心軸
がレンズの外周の中心になければならず、また、図20
に示すように、レンズ面73は分光中心軸と直交しなけ
ればならない。このため、上述した通常のレンズの加工
法によって製造すると、分光中心軸とレンズ外周の中心
とがずれたり、傾いたり、また、レンズ面73が分光中
心軸に対して正確に直交しない場合がある。However, in the case of an inhomogeneous medium lens, unlike ordinary lens processing, the spectral center axis of the material 72 must be located at the center of the outer periphery of the lens.
As shown in (1), the lens surface 73 must be perpendicular to the spectral center axis. For this reason, when manufactured by the above-described normal lens processing method, the center of the spectral center and the center of the outer periphery of the lens may be shifted or tilted, and the lens surface 73 may not be orthogonal to the spectral center axis exactly. .
【0059】以下、このような不具合を解決し得る不均
質媒質レンズの製造方法について、図面を参照して説明
する。先ず、レンズ面73が平面の場合の製造方法の一
例について説明する。この場合には、素材72の中心に
分光中心軸があるものと仮定する。この仮定は、イオン
交換法、ゾルゲル法等で作られた素材72では、実際に
一致する。先ず、図23に示すように、分光中心軸が素
材72の中心からずれないように、センターレス75で
素材72の直径を小さく削る。なお、センターレス75
は、削って小さくなった素材72aの外径が必要なレン
ズの直径となるように、予め2軸の距離を調整してお
く。Hereinafter, a method for manufacturing a heterogeneous medium lens that can solve such a problem will be described with reference to the drawings. First, an example of a manufacturing method when the lens surface 73 is flat will be described. In this case, it is assumed that the spectral center axis is located at the center of the material 72. This assumption actually agrees with the material 72 made by the ion exchange method, the sol-gel method, or the like. First, as shown in FIG. 23, the diameter of the material 72 is reduced with a centerless 75 so that the spectral center axis does not deviate from the center of the material 72. In addition, centerless 75
The distance between the two axes is adjusted in advance so that the outer diameter of the material 72a that has been cut and reduced becomes the required lens diameter.
【0060】次に、図24に示すように、切断機76で
素材72aを、研磨しろを加えた必要なレンズ長さに切
断する。その後、切断した素材72bを、図25に示す
ように、平面上に載置したVブロック77のV溝の側面
に、平面に対して分光中心軸が直交するように接着する
か、あるいは、図26に示すように歯車78の歯溝の側
面に、歯車78の中心軸と分光中心軸とが平行となるよ
うに接着する。Next, as shown in FIG. 24, the raw material 72a is cut by a cutting machine 76 into a required lens length with an allowance for polishing. Thereafter, as shown in FIG. 25, the cut material 72b is adhered to the side surface of the V groove of the V block 77 placed on the plane so that the spectral central axis is orthogonal to the plane, or As shown at 26, the gear 78 is bonded to the side face of the tooth groove so that the central axis of the gear 78 and the spectral central axis are parallel.
【0061】次に、Vブロック77あるいは歯車78に
接着した素材72bを、図27に示すように平面研削盤
81にセットして、素材72bの一方のレンズ面を、分
光中心軸と直交するようにダイヤモンド砥石で削る。そ
の後、図28に示すように、研磨機82で、徐々に細か
いダイヤモンドペレット82aを用いて何段階かの精研
削を行ってから、ウレタンシートあるいはピッチ等を用
いて、CeO2 と水とで研磨してレンズ面を鏡面状に仕
上げる。他方のレンズ面についても、図25〜図28に
示す工程を行って、同様に、鏡面状に仕上げる。Next, the material 72b adhered to the V block 77 or the gear 78 is set on a surface grinding machine 81 as shown in FIG. 27, and one lens surface of the material 72b is set to be orthogonal to the spectral center axis. With a diamond whetstone. Then, as shown in FIG. 28, the polishing machine 82 gradually performs fine grinding in several stages using fine diamond pellets 82a, and then grinds with CeO 2 and water using a urethane sheet or a pitch. To make the lens surface mirror-finished. The other lens surface is also mirror-finished by performing the steps shown in FIGS.
【0062】その後、図29に示すように、ダライ盤8
4等で両レンズ面の面取りを行った後、両レンズ面に反
射防止用のマルチコートあるいはMgF2 等の単層コー
トを施して、両面が平面の不均質媒質レンズを得る。Thereafter, as shown in FIG.
After chamfering both lens surfaces with 4 or the like, a multi-coat for anti-reflection or a single-layer coat such as MgF 2 is applied to both lens surfaces to obtain an inhomogeneous medium lens having two flat surfaces.
【0063】なお、図24に示した切断工程で、分光中
心軸に対する切断面(レンズ面)の直角度が保たれる場
合には、図25あるいは図26に示したVブロック77
あるいは歯車78に接着することなく、図27および図
28に示すレンズ面の精研削および研磨を行うようにす
ることもできる。また、図28に示す工程で一方のレン
ズ面の研磨が終了したら、その研磨が終了したレンズ面
を、図30に示すように貼りつけ皿86に突き当てて貼
り、その状態で研磨機82で精研削および研磨を行うよ
うにしてもよい。このようにすれば、工程が簡単とな
り、コスト面で有利となる。When the perpendicularity of the cut surface (lens surface) with respect to the spectral center axis is maintained in the cutting step shown in FIG. 24, the V block 77 shown in FIG. 25 or FIG.
Alternatively, the fine grinding and polishing of the lens surface shown in FIGS. 27 and 28 may be performed without bonding to the gear 78. When the polishing of one lens surface is completed in the step shown in FIG. 28, the polished lens surface is abutted against an attaching plate 86 as shown in FIG. Fine grinding and polishing may be performed. This simplifies the process and is advantageous in cost.
【0064】さらに、レンズ面73が平面の場合の他の
製造方法においては、図23で示した外径の研削工程を
行うことなく、図24に示した切断工程を行い、その
後、図25〜図28に示した工程を両方のレンズ面に対
して行う。次に、図31に示すように、レンズ面の研磨
が終了した素材72cをピッチ88を介してサイダ式芯
取り機90に貼りつける。この貼りつけにあたっては、
サイダ式芯取り機90を回転させたときに素材72cが
振れないように、ピックテスタ91で調べながら、ある
いは顕微鏡92で素材72cの外周を観察しながら行
う。この状態で、サイダ式芯取り機90を回転させなが
ら、砥石93で素材72cの外周を、仕上がりレンズの
外径となるまで研削する。その後、サイダ式芯取り機9
0で面取りを行ってから、レンズ面に反射防止コートを
施して、レンズ中心と分光中心軸とが一致する不均質媒
質レンズを得る。Further, in another manufacturing method when the lens surface 73 is a flat surface, the cutting step shown in FIG. 24 is performed without performing the outer diameter grinding step shown in FIG. The process shown in FIG. 28 is performed on both lens surfaces. Next, as shown in FIG. 31, the raw material 72c having been subjected to the polishing of the lens surface is attached to a cider type centering machine 90 via a pitch 88. When attaching this,
This is performed while checking the material 72c with the pick tester 91 or observing the outer periphery of the material 72c with the microscope 92 so that the material 72c does not shake when the cider type centering machine 90 is rotated. In this state, the outer periphery of the material 72c is ground with the grindstone 93 until the outer diameter of the finished lens is reached while rotating the cider type centering machine 90. Then, the cider centering machine 9
After chamfering at 0, an antireflection coating is applied to the lens surface to obtain an inhomogeneous medium lens whose lens center coincides with the spectral center axis.
【0065】以上、両面が平面の不均質媒質レンズの製
造方法について説明したが、上述した製造方法は、片面
が平面の不均質媒質レンズの場合や、仕上がり後に外径
を揃える場合にも有効に適用することができる。While the method for manufacturing a heterogeneous medium lens having flat surfaces on both sides has been described above, the above-described manufacturing method is also effective in the case of a heterogeneous medium lens having a flat surface on one side, and when the outer diameter is uniform after finishing. Can be applied.
【0066】次に、レンズ面が半径Rの球面の不均質媒
質レンズを得る場合の製造方法の一例について説明す
る。図32に示すように、先ず、ガラス、金属、樹脂等
により半径Rの面を持つレンズ面部材95を作成する。
その後、このレンズ面部材95をサイダ式芯取り機の回
転軸に偏芯のないように貼り付けて、回転軸を回転させ
ながら、その中心にダイヤモンド砥石96を用いて、切
断した不均質媒質レンズ素材が入る穴を形成すると共
に、外周の芯取りを行う。この穴を形成したレンズ面部
材をヤトイと呼ぶことにする。Next, an example of a manufacturing method for obtaining an inhomogeneous medium lens having a spherical surface with a radius R will be described. As shown in FIG. 32, first, a lens surface member 95 having a surface with a radius R is made of glass, metal, resin, or the like.
Thereafter, this lens surface member 95 is attached to the rotation axis of the cider type centering machine so as not to be eccentric, and while the rotation axis is being rotated, a non-uniform medium lens cut using a diamond grindstone 96 at the center thereof. A hole for accommodating the material is formed, and the outer periphery is centered. The lens surface member having this hole will be called a stop.
【0067】次に、図33に示すように、ヤトイ97の
穴に、切断した不均質媒質レンズ素材72dを入れて石
膏等で固定し、その状態で、図34に示すように、研磨
機82でヤトイ97とともに素材72dを精研削および
研磨して、分光中心軸に対して偏芯のない球面を形成す
る。なお、ヤトイ97の穴に入れる切断した不均質媒質
レンズ素材72cは、予めセンターレスで仕上がりレン
ズの外径に削っておくこともできる。この場合には、当
然のことながら、ヤトイ97の穴は、仕上がりレンズの
外径とほぼ等しい内径とする。Next, as shown in FIG. 33, the cut inhomogeneous medium lens material 72d is put into the hole of the toy 97 and fixed with plaster or the like. In this state, as shown in FIG. Then, the material 72d is finely ground and polished together with the toy 97 to form a spherical surface having no eccentricity with respect to the spectral center axis. The cut non-homogeneous medium lens material 72c to be inserted into the hole of the yoke 97 can be cut in advance to the finished lens outer diameter without a center. In this case, as a matter of course, the hole of the stopper 97 has an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the finished lens.
【0068】他方の面についても、同様にして球面に形
成することができるが、特に、レンズの縁肉(外周面の
光軸方向の寸法)が小さい場合には、以下の方法で他方
の面を球面に形成することができる。すなわち、図35
に示すように、一方の面を球面に研磨した不均質媒質レ
ンズ素材72eを、その球面側を半径Rの凹面を有する
ヤトイ101にピッチ88を介して貼り付ける。この貼
り付けにあたっては、図31で説明したと同様に、ヤト
イ101を回転させたときに、素材72eが振れないよ
うに、ピックテスタ91で調べながら、あるいは顕微鏡
92で素材72eの外周を観察しながら行う。ここで、
ヤトイ101は、後述するカーブジェネレータや芯取り
機の回転軸とほぼ同径で、素材72eを貼り付けたま
ま、カーブジェネレータや芯取り機に取り付けられるよ
うにする。なお、ヤトイ101に貼り付ける球面は、最
終的に形成する二つの球面のうち、曲率半径の大きい球
面とするのが、上記の貼り付け作業を容易に行う点で好
ましい。The other surface can be formed into a spherical surface in the same manner. In particular, when the edge of the lens (the dimension of the outer peripheral surface in the optical axis direction) is small, the other surface is formed by the following method. Can be formed into a spherical surface. That is, FIG.
As shown in FIG. 7, an inhomogeneous medium lens material 72e, one surface of which is polished to a spherical surface, is attached via a pitch 88 to a jaw 101 having a concave surface with a radius R on the spherical surface side. In this pasting, as described with reference to FIG. 31, while rotating the jaw 101, the material 72 e is checked by a pick tester 91 or the microscope 92 while observing the outer periphery of the material 72 e so that the material 72 e does not shake. Do. here,
The toy 101 has substantially the same diameter as a rotation axis of a curve generator or a centering machine described later, and can be attached to the curve generator or the centering machine with the material 72e adhered thereto. Note that it is preferable that the spherical surface to be attached to the toy 101 be a spherical surface having a large radius of curvature among the two spherical surfaces to be finally formed, in that the above-described attaching operation is easily performed.
【0069】次に、図36に示すように、ヤトイ101
をカーブジェネレータ102に取り付けて、素材72e
の他方の面(図において、右側の面)を所望の曲率とな
るように研削する。その後、ヤトイ101を芯取り機に
取り付けて、素材72eの外周をレンズの仕上がり外径
まで研削する。次に、素材72eの他方の面を通常の研
磨機で鏡面に研磨してから、両面に必要なコーティング
を施して、両面球面の不均質媒質レンズを得る。Next, as shown in FIG.
Is attached to the curve generator 102, and the material 72e
Is ground so as to have a desired curvature. Thereafter, the jaws 101 are attached to a centering machine, and the outer periphery of the material 72e is ground to the finished outer diameter of the lens. Next, the other surface of the raw material 72e is polished to a mirror surface by an ordinary polishing machine, and then the necessary coating is applied to both surfaces to obtain a heterogeneous medium lens having spherical surfaces on both surfaces.
【0070】なお、芯取り機による素材72eの外周の
研削工程は、他方の面の研磨後に行うようにしてもよ
い。この場合には、図37に示すように、ベルクランプ
芯取り機103を用いて、素材72eの外周を研削する
こともできる。また、他方の面の研磨後に、素材72e
の外周を研削する場合には、図38に示すように、両面
研磨した素材72eをピッチ88を介してヤトイ101
に貼り付け、ヤトイ101を回転させながら砥石で研削
することもできる。この場合には、回転振れが生じない
ように、顕微鏡92で観察しながら、素材72eをヤト
イ101に貼り付ける。あるいは、顕微鏡92を用い
ず、通常のサイダ式芯取り機で素材72eの球面(図3
8において、右側の面)の反射像の振れを観測して、素
材72eの外周を研削することもできる。The step of grinding the outer periphery of the raw material 72e by the centering machine may be performed after polishing the other surface. In this case, as shown in FIG. 37, the outer periphery of the raw material 72e can be ground using a bell clamp centering machine 103. Also, after polishing the other surface, the material 72e
In the case of grinding the outer periphery of the material 101, as shown in FIG.
And grind with a grindstone while rotating the toy 101. In this case, the material 72e is attached to the toy 101 while observing with the microscope 92 so as not to cause rotational shake. Alternatively, the spherical surface of the raw material 72e (FIG.
In 8, the outer periphery of the material 72 e can be ground by observing the shake of the reflection image on the right side surface).
【0071】球面形状の不均質媒質レンズは、上述した
製造方法に限らず、特に、レンズの縁肉、すなわちレン
ズ外周面の光軸方向の寸法が大きい場合には、以下の方
法によっても得ることができる。すなわち、図39に示
すように、先ず、切断した素材72bをコレットチャッ
ク105に取り付け、カーブジェネレータ102で一方
の面を所望の球面に研削した後、該面を精研削、ピッチ
研磨を行って鏡面にする。次に、図40に示すように、
球面を支えるパイプ106を有するコレットチャック1
07に、素材72bの他方の面(未研磨面)が外側とな
るように、該素材72bを取り付けて、同様にして、カ
ーブジェネレータ102で他方の面を所望の球面に研削
する。なお、パイプ106を用いるのは、レンズの縁肉
Lが所望の値になるようにするため、および素材72b
の分光中心軸に対して球面が偏芯しないようにするため
である。その後、球面に研削した他方の面に対して、精
研削、ピッチ研磨を行って鏡面にする。次に、必要に応
じて、上述したいずれかの方法で、素材72bの外径を
レンズ仕上がり外径に研削した後、面取り、コーティン
グを行って、両面球面の不均質媒質レンズを得る。な
お、上記の説明では、球面形状の不均質媒質レンズを製
造するようにしたが、同様にして、非球面形状の不均質
媒質レンズを製造することもできる。The spherical inhomogeneous medium lens is not limited to the above-described manufacturing method. In particular, when the rim of the lens, that is, the dimension of the outer peripheral surface of the lens in the optical axis direction is large, it can be obtained by the following method. Can be. That is, as shown in FIG. 39, first, the cut material 72b is attached to a collet chuck 105, and one surface is ground to a desired spherical surface by a curve generator 102, and then the surface is finely ground and pitch-polished to obtain a mirror surface. To Next, as shown in FIG.
Collet chuck 1 having pipe 106 supporting spherical surface
At 07, the material 72b is attached so that the other surface (unpolished surface) of the material 72b is outside, and the other surface is similarly ground to a desired spherical surface by the curve generator 102. The reason why the pipe 106 is used is that the rim L of the lens is set to a desired value and that the material 72b is used.
This is to prevent the spherical surface from being decentered with respect to the spectral central axis of (1). Then, the other surface ground into a spherical surface is finely ground and pitch-polished to obtain a mirror surface. Next, if necessary, the outer diameter of the material 72b is ground to the finished lens outer diameter by any one of the methods described above, and then chamfering and coating are performed to obtain a heterogeneous medium lens having spherical surfaces on both sides. In the above description, a spherical inhomogeneous medium lens is manufactured. However, an aspherical inhomogeneous medium lens can be manufactured in the same manner.
【0072】付記項 1.請求項1記載の可変焦点レンズにおいて、該可変焦
点レンズは、第1および第2の面を有し、入射光を前記
第1および第2の面を経て透過させる第1の光学部材
と、該第1の光学部材を透過した光を受ける第3の面を
有する第2の光学部材と、前記第1、第2および第3の
面の少なくとも一面に形成したレンズ面と、前記第2お
よび第3の面側にそれぞれ設けた一対の透明電極と、こ
れら透明電極間に設けた高分子分散液晶層とを有し、前
記一対の透明電極を介して前記高分子分散液晶層に電界
を印加することにより、前記第1および第2の光学部材
を透過する光、または前記第1の光学部材を透過し、前
記第3の面で反射されて再び前記第1の光学部材を透過
する光の焦点位置を可変し得るよう構成したことを特徴
とする可変焦点レンズ。 2.請求項2記載の可変焦点回折光学素子において、該
可変焦点回折光学素子は、第1および第2の面を有し、
入射光を前記第1および第2の面を経て透過させる第1
の光学部材と、第3および第4の面を有し、前記第1の
光学部材を透過した光を前記第3および第4の面を経て
出射させる第2の光学部材と、前記第1、第2および第
3の面の少なくとも一面に形成した回折面と、前記第2
および第3の面側にそれぞれ設けた透明電極と、これら
透明電極間に設けた高分子分散液晶層とを有し、前記一
対の透明電極を介して前記高分子分散液晶層に電界を印
加することにより、前記第1および第2の光学部材を透
過する光の焦点位置を可変し得るよう構成したことを特
徴とする可変焦点回折光学素子。 3.請求項3記載の可変偏角プリズムにおいて、該可変
偏角プリズムは、第1および第2の面を有し、入射光を
前記第1および第2の面を経て透過させる第1の光学部
材と、第3および第4の面を有し、前記第1の光学部材
を透過した光を前記第3および第4の面を経て出射させ
る第2の光学部材と、前記第1、第2および第3の面の
少なくとも一面に形成した傾斜面と、前記第2および第
3の面側にそれぞれ設けた透明電極と、これら透明電極
間に設けた高分子分散液晶層とを有し、前記一対の透明
電極を介して前記高分子分散液晶層に電界を印加するこ
とにより、前記第1および第2の光学部材を透過する光
の偏角を可変し得るよう構成したことを特徴とする可変
偏角プリズム。 4.請求項1,2、付記項1,2のいずれか一項記載の
可変焦点レンズまたは可変焦点回折光学素子を有するこ
とを特徴とする可変焦点眼鏡。 5.請求項3または付記項3記載の可変偏角プリズム
を、偏角方向が異なるように複数個配置したことを特徴
とする光偏向装置。 6.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか一
項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子または
可変偏角プリズムを有することを特徴とする撮像装置。 7.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか一
項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子または
可変偏角プリズムよりなる液晶光学素子において、前記
高分子分散液晶層の体積に占める液晶分子の体積の割合
をffとするとき、 0.1≦ff≦0.999 を満足するよう構成したことを特徴とする液晶光学素
子。 8.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか一
項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子または
可変偏角プリズムよりなる液晶光学素子において、 4 ×10-6〔μm〕2 ≦D・t≦λ・45μm・(1.585−1.
45) 2 /( nu −nP) 2 を満足することを特徴とする液晶光学素子。 ただし、D:高分子分散液晶層を構成する液晶分子を含
む高分子セルの平均の直径 t:光軸方向における高分子分散液晶層14の厚さ λ:使用波長 nP :高分子セルを構成する高分子の屈折率 (nu −nP )2 :(nLC′−nP )2 と(no ′−n
P )2 とのうち大きい方で、 nLC′:液晶分子の平均屈折率 no ′:常光線の平均屈折率 9.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか一
項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子または
可変偏角プリズムよりなる液晶光学素子において、 2nm≦D≦λ/5 を満足することを特徴とする液晶光学素子。 9’.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか
一項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子また
は可変偏角プリズムよりなる液晶光学素子において、 2nm≦D<λ を満足することを特徴とする液晶光学素子。 10.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか
一項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子また
は可変偏角プリズムよりなる液晶光学素子において、 0.01≦|no ′−nLC′|≦10 を満足することを特徴とする液晶光学素子。 11.請求項1,2,3、付記項1,2,3のいずれか
一項記載の可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子また
は可変偏角プリズムよりなる液晶光学素子において、 7nm≦D≦500λ を満足することを特徴とする液晶光学素子。 12.請求項2、付記項2,7〜11のいずれか一項記
載の可変焦点回折光学素子において、 0.7mλ≦h(nA −n33)≦1.4mλ 0.7kλ≦h(nB −n33)≦1.4kλ 0.7(m−k)λ≦h(nA −nB )≦1.4(m−
k)λ を満足することを特徴とする可変焦点回折光学素子。 ただし、m,k:整数 h:格子の溝深さ nA :電界を印加しない状態での高分子分散液晶層の屈
折率 nB :電界を印加した状態での高分子分散液晶層の屈折
率 n33:回折格子を形成した透明基板の屈折率 13.請求項1,2、付記項1,2,7〜12のいずれ
か一項記載の可変焦点レンズまたは可変焦点回折光学素
子を有することを特徴とする液晶可変焦点眼鏡。 14.付記項7〜12いずれか一項記載の可変焦点レン
ズ、可変焦点回折光学素子または可変偏角プリズムを有
することを特徴とする撮像装置。 15.対向する一対の電極と、これら電極間に設けたツ
イストネマティック液晶層とを有する眼鏡レンズとして
の液晶光学素子を有し、前記ツイストネマティック液晶
層は、ツイストネマティック状態における液晶分子の螺
旋ピッチPが、 2nm≦P≦2λ/3 を満足することを特徴とする液晶可変焦点眼鏡。 16.付記項1記載の可変焦点レンズにおいて、前記第
3の面に反射膜を設けて、入射光線を前記高分子分散液
晶層中に折り返して複数回通過させるよう構成したこと
を特徴とする可変焦点ミラー。 17.付記項1〜16のいずれか一項記載の可変焦点レ
ンズ、可変焦点回折光学素子または可変偏角プリズムよ
りなる液晶光学素子と、該液晶光学素子の前記一対の電
極間に電圧を印加する電圧源とを有することを特徴とす
る液晶光学装置。 18.付記項17記載の液晶光学装置において、前記電
圧源は、前記一対の電極間に可変の電圧を印加するよう
構成したことを特徴とする液晶光学装置。 19.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材の外径をセンターレスを用いてレンズ仕上がり外径に
研削する工程を含むことを特徴とする不均質媒質レンズ
の製造方法。 20.不均質媒質レンズを製造するにあたり、ピックテ
スタまたは顕微鏡を用いて不均質素材の外周の振れを調
節して、該不均質素材を芯取り機の回転軸に固定した
後、その外径をレンズ仕上がり外径に研削する工程を含
むことを特徴とする不均質媒質レンズの製造方法。 21.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材に、中心が分光中心軸とほぼ一致するように所望の形
状の曲面を形成した後、前記不均質素材の外周をベルク
ランプまたはサイダ式芯取り機を用いてレンズ仕上がり
外径に研削する工程を含むことを特徴とする不均質媒質
レンズの製造方法。 22.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材を、その研削面方向に対して垂直となるように治具に
固定した状態で、前記不均質素材を平面に研削および研
磨する工程を含むことを特徴とする不均質媒質レンズの
製造方法。 23.付記項22記載の不均質媒質レンズの製造方法に
おいて、前記治具として、Vブロックまたは歯車を用い
ることを特徴とする不均質媒質レンズの製造方法。 24.不均質媒質レンズを製造するにあたり、外径が製
造すべき不均質媒質レンズの外径よりも大きく、かつ所
望の形状の曲面を有し、その中心部に不均質素材の直径
にほぼ等しい穴を形成したガラス、金属、樹脂等からな
るヤトイを用い、該ヤトイの穴に不均質素材を固定し
て、該不均質素材を前記ヤトイとともに所望の形状の曲
面に研削および研磨する工程を含むことを特徴とする不
均質媒質レンズの製造方法。 25.不均質媒質レンズを製造するにあたり、一方の面
を所望の形状の曲面に研削した不均質素材の前記曲面
を、逆の形状の曲面を有するヤトイの回転軸に、ピック
テスタまたは顕微鏡を用いて外周の振れを調節して固定
した後、カーブジェネレータを用いて前記不均質素材の
他方の面を所望の形状の曲面に研削する工程を含むこと
を特徴とする不均質媒質レンズの製造方法。 26.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材の両端に、中心が分光中心軸にほぼ一致する所望の形
状の曲面をそれぞれ形成した後、該不均質素材をベルク
ランプ法により芯取りする工程を含むことを特徴とする
不均質媒質レンズの製造方法。 27.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材の両端に、中心が分光中心軸にほぼ一致する所望の形
状の曲面をそれぞれ形成した後、一方の曲面を、それと
は逆の形状の曲面を有するヤトイに固定し、他方の曲面
による反射像を観測して、サイダ式芯取り機により前記
不均質素材を芯取りする工程を含むことを特徴とする不
均質媒質レンズの製造方法。 28.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材の両端に、中心が分光中心軸にほぼ一致する所望の形
状の曲面をそれぞれ形成した後、該不均質素材をサイダ
式芯取り機により芯取りする工程を含むことを特徴とす
る不均質媒質レンズの製造方法。 29.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材をコレットチャックにて固定した状態で、カーブジェ
ネレータを用いて一方の面を所望の形状の曲面に研削す
る工程を含むことを特徴とする不均質媒質レンズの製造
方法。 30.不均質媒質レンズを製造するにあたり、不均質素
材の一方の面を、分光中心軸にほぼ一致する中心を有す
る所望の形状の曲面に形成した後、該曲面をパイプで支
えながら不均質素材をコレットチャックにて固定し、そ
の状態でカーブジェネレータを用いて他方の面を所望の
形状の曲面に研削する工程を含むことを特徴とする不均
質媒質レンズの製造方法。 31.付記項19〜30のいずれか一項記載の不均質媒
質レンズの製造方法において、前記不均質素材として、
該素材の中心軸と分光中心軸とがほぼ一致しているもの
を用いることを特徴とする不均質媒質レンズの製造方
法。Additional Items 1. The variable focus lens according to claim 1, wherein the variable focus lens has first and second surfaces, and a first optical member that transmits incident light through the first and second surfaces. A second optical member having a third surface for receiving light transmitted through the first optical member; a lens surface formed on at least one of the first, second, and third surfaces; And a polymer dispersed liquid crystal layer provided between the transparent electrodes, and an electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer via the pair of transparent electrodes. Thereby, the focal point of the light transmitted through the first and second optical members or the light transmitted through the first optical member, reflected by the third surface, and transmitted through the first optical member again. A varifocal lens characterized in that the position can be changed. 2. 3. The variable focus diffractive optical element according to claim 2, wherein the variable focus diffractive optical element has first and second surfaces,
A first for transmitting incident light through the first and second surfaces;
An optical member having a third and a fourth surface, and a second optical member that emits light transmitted through the first optical member through the third and the fourth surface; A diffractive surface formed on at least one of the second and third surfaces;
And a transparent electrode provided on the third surface side, and a polymer dispersed liquid crystal layer provided between the transparent electrodes, and an electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer via the pair of transparent electrodes. The variable focus diffractive optical element is characterized in that the focus position of the light passing through the first and second optical members can be changed. 3. 4. The variable deflection prism according to claim 3, wherein the variable deflection prism has first and second surfaces, and a first optical member that transmits incident light through the first and second surfaces. , A second optical member having a third surface and a fourth surface, and for emitting light transmitted through the first optical member through the third and fourth surfaces; and the first, second, and third surfaces. 3, a transparent electrode provided on each of the second and third surfaces, and a polymer-dispersed liquid crystal layer provided between the transparent electrodes. A variable declination characterized in that a declination of light transmitted through the first and second optical members can be varied by applying an electric field to the polymer-dispersed liquid crystal layer through a transparent electrode. prism. 4. Variable-focus glasses comprising the variable-focus lens or variable-focus diffractive optical element according to claim 1. 5. 4. An optical deflecting device, comprising a plurality of variable deflection prisms according to claim 3 or 3 arranged so as to have different deflection directions. 6. An imaging apparatus comprising the variable focus lens, the variable focus diffractive optical element, or the variable deflection prism according to any one of claims 1, 2, and 3. 7. 4. A liquid crystal optical element comprising a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element or a variable deflection prism according to claim 1, 2, 3, or 3, wherein the polymer dispersed liquid crystal layer has A liquid crystal optical element characterized by satisfying 0.1 ≦ ff ≦ 0.999, where ff represents the ratio of the volume of liquid crystal molecules to the volume. 8. A liquid crystal optical element comprising a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element or a variable deflection prism according to any one of claims 1, 2, and 3, and 4 × 10 -6 [μm 2 ≦ D ・ t ≦ λ ・ 45μm ・ (1.585-1.
45) 2 / (n u -n P) liquid crystal optical element that satisfies the 2. Here, D: average diameter of the polymer cell containing liquid crystal molecules constituting the polymer dispersed liquid crystal layer t: thickness of the polymer dispersed liquid crystal layer 14 in the optical axis direction λ: operating wavelength n P : constituting the polymer cell refractive index of the polymer of (n u -n P) 2: (n LC '-n P) 2 and (n o' -n
P) the larger of the 2, n LC ': average refractive index n o of the liquid crystal molecules': average refractive index of ordinary ray 9. A liquid crystal optical element comprising a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element, or a variable deflection prism according to any one of claims 1, 2, 3 and additional claims 1, 2 and 3, wherein 2 nm ≦ D ≦ λ / 5. A liquid crystal optical element characterized by satisfying the following. 9 '. 4. A liquid crystal optical element comprising a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element, or a variable deflection prism according to claim 1, wherein 2 nm ≦ D <λ. A liquid crystal optical element. 10. Claim 1, 2, 3, the variable focus lens according to one of Additional Item 1, 2, 3, in the liquid crystal optical element consisting of a variable focal diffractive optical element or a variable deflection angle prism, 0.01 ≦ | n o '-N LC ' | ≤10. 11. 4. A liquid crystal optical element comprising a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element, or a variable deflection prism according to claim 1, wherein 7 nm ≦ D ≦ 500λ. A liquid crystal optical element. 12. The variable-focus diffractive optical element according to any one of claims 2 and 7 to 11, wherein 0.7mλ ≦ h (n A −n 33 ) ≦ 1.4mλ 0.7kλ ≦ h (n B − n 33 ) ≦ 1.4 kλ 0.7 (mk) λ ≦ h (n A −n B ) ≦ 1.4 (m−
k) A variable focus diffractive optical element satisfying λ. Here, m and k: integers h: groove depth of the lattice n A : refractive index of the polymer dispersed liquid crystal layer when no electric field is applied n B : refractive index of the polymer dispersed liquid crystal layer when an electric field is applied n 33 : refractive index of transparent substrate on which diffraction grating is formed Liquid crystal variable focus glasses comprising the variable focus lens or the variable focus diffractive optical element according to any one of claims 1 and 2, and additional claims 1, 2, 7 to 12. 14. 13. An imaging apparatus comprising the variable focus lens, the variable focus diffractive optical element, or the variable deflection prism according to any one of additional items 7 to 12. 15. It has a liquid crystal optical element as a spectacle lens having a pair of electrodes facing each other and a twisted nematic liquid crystal layer provided between these electrodes, and the twisted nematic liquid crystal layer has a helical pitch P of liquid crystal molecules in a twisted nematic state. Liquid crystal variable focus glasses satisfying 2 nm ≦ P ≦ 2λ / 3. 16. 3. The variable focus lens according to claim 1, wherein a reflective film is provided on the third surface so that an incident light beam is turned back into the polymer dispersed liquid crystal layer and passed a plurality of times. . 17. 17. A liquid crystal optical element comprising a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element or a variable deflection prism according to any one of additional items 1 to 16, and a voltage source for applying a voltage between the pair of electrodes of the liquid crystal optical element. A liquid crystal optical device comprising: 18. 18. The liquid crystal optical device according to claim 17, wherein the voltage source is configured to apply a variable voltage between the pair of electrodes. 19. A method for manufacturing a heterogeneous medium lens, comprising manufacturing an inhomogeneous medium lens by grinding the outer diameter of the heterogeneous material to a finished lens diameter using a centerless lens. 20. In manufacturing a heterogeneous medium lens, the unevenness of the outer periphery of the heterogeneous material is adjusted using a pick tester or a microscope, and the heterogeneous material is fixed to a rotating shaft of a centering machine. A method for manufacturing a heterogeneous medium lens, comprising a step of grinding to a diameter. 21. In manufacturing an inhomogeneous medium lens, a curved surface of a desired shape is formed on the inhomogeneous material such that the center substantially coincides with the spectral center axis, and then the outer periphery of the inhomogeneous material is bell-clamped or cider-type centering machine. A method for producing a lens of a heterogeneous medium, comprising a step of grinding the lens to a finished outer diameter by using a method. 22. In manufacturing a heterogeneous medium lens, the method includes a step of grinding and polishing the heterogeneous material to a flat surface while fixing the heterogeneous material to a jig so as to be perpendicular to the grinding surface direction. A method for producing a heterogeneous medium lens. 23. 23. The method of manufacturing a heterogeneous medium lens according to claim 22, wherein a V-block or a gear is used as the jig. 24. In manufacturing a heterogeneous medium lens, a hole whose outer diameter is larger than the outer diameter of the heterogeneous medium lens to be manufactured, has a curved surface of a desired shape, and has a hole substantially equal to the diameter of the heterogeneous material in the center thereof. Using a formed toy made of glass, metal, resin, or the like, fixing a heterogeneous material in a hole of the toy, and grinding and polishing the heterogeneous material together with the toy to a curved surface of a desired shape. A method for producing a heterogeneous medium lens. 25. In manufacturing the heterogeneous medium lens, the curved surface of the heterogeneous material in which one surface is ground into a curved surface of a desired shape is used as a rotation axis of a yatoy having a curved surface of an opposite shape, and a pick tester or a microscope is used for the outer periphery. A method for manufacturing a heterogeneous medium lens, comprising a step of adjusting the run-out and fixing the same, and then grinding the other surface of the heterogeneous material into a curved surface having a desired shape using a curve generator. 26. In manufacturing a heterogeneous medium lens, after forming a curved surface of a desired shape whose center substantially coincides with the spectral central axis at both ends of the heterogeneous material, a step of centering the heterogeneous material by a bell clamp method is performed. A method for producing a lens of a heterogeneous medium, comprising: 27. In manufacturing an inhomogeneous medium lens, at each end of the inhomogeneous material, after forming a curved surface of a desired shape whose center substantially coincides with the spectral central axis, one of the curved surfaces has a curved surface of the opposite shape. A method for manufacturing a heterogeneous medium lens, comprising the steps of: fixing to a yatoi, observing a reflection image by the other curved surface, and centering the heterogeneous material with a cider-type centering machine. 28. In manufacturing a heterogeneous medium lens, after forming a curved surface of a desired shape whose center substantially coincides with the spectral central axis at both ends of the heterogeneous material, the heterogeneous material is centered by a cider-type centering machine. A method for producing a heterogeneous medium lens, comprising the steps of: 29. In manufacturing a heterogeneous medium lens, a step of grinding one surface into a curved surface of a desired shape using a curve generator while fixing the heterogeneous material with a collet chuck is provided. Manufacturing method of lens. 30. In manufacturing a heterogeneous medium lens, after forming one surface of the heterogeneous material into a curved surface of a desired shape having a center substantially coinciding with the spectral central axis, the heterogeneous material is colleted while supporting the curved surface with a pipe. A method for manufacturing an inhomogeneous medium lens, comprising a step of fixing with a chuck and grinding the other surface into a curved surface of a desired shape using a curve generator in this state. 31. In the method for manufacturing a heterogeneous medium lens according to any one of additional items 19 to 30, wherein the heterogeneous material is
A method for manufacturing a heterogeneous medium lens, characterized in that a material whose central axis and spectral central axis are substantially coincident is used.
【0073】付記項6記載の撮像装置によれば、液晶光
学素子の応答が速いので、動画のオートフォーカスが可
能になると共に、光量損失が少ないので、暗いところで
も撮像できる利点がある。付記項19記載の不均質媒質
レンズの製造方法によれば、安価な費用で偏芯の少ない
不均質媒質レンズを得ることができる。付記項20記載
の不均質媒質レンズの製造方法によれば、付記項19記
載の製造方法と比較して、より精度の良い不均質媒質レ
ンズを得ることができ、品質管理がし易くなる。付記項
21記載の不均質媒質レンズの製造方法によれば、所望
の形状の曲面を精度良く形成することにより、簡単な加
工で偏芯の少ない不均質媒質レンズを得ることができ
る。付記項22記載の不均質媒質レンズの製造方法によ
れば、面偏芯の少ない不均質媒質レンズを得ることがで
きる。付記項24記載の不均質媒質レンズの製造方法に
よれば、ヤトイさえ精度良く形成すれば、偏芯の少ない
不均質媒質レンズを容易に得ることができる。付記項2
5記載の不均質媒質レンズの製造方法によれば、縁肉の
小さい不均質媒質レンズでも容易に得ることができる。
付記項26記載の不均質媒質レンズの製造方法によれ
ば、偏芯の少ない不均質媒質球面レンズを得ることがで
きる。付記項27記載の不均質媒質レンズの製造方法に
よれば、より偏芯の少ない高精度の不均質媒質球面レン
ズを得ることができる。付記項28記載の不均質媒質レ
ンズの製造方法によれば、簡単な加工で、偏芯の少ない
高精度の不均質媒質球面レンズを得ることができる。付
記項29および30記載の不均質媒質レンズの製造方法
によれば、偏芯の少ない不均質媒質球面レンズを簡単に
得ることができる。According to the imaging device described in the above item 6, the response of the liquid crystal optical element is fast, so that the automatic focusing of a moving image can be performed. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 19, a heterogeneous medium lens with little eccentricity can be obtained at low cost. According to the method of manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 20, a more accurate heterogeneous medium lens can be obtained as compared with the manufacturing method described in Additional Item 19, and quality control can be easily performed. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 21, by forming a curved surface having a desired shape with high precision, a heterogeneous medium lens with less eccentricity can be obtained by simple processing. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 22, a heterogeneous medium lens having little plane eccentricity can be obtained. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 24, a heterogeneous medium lens with less eccentricity can be easily obtained if even the yoke is accurately formed. Appendix 2
According to the method for manufacturing an inhomogeneous medium lens described in Item 5, even an inhomogeneous medium lens having a small edge can be easily obtained.
According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 26, a spherical lens having a small eccentricity can be obtained. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 27, a highly accurate heterogeneous medium spherical lens with less eccentricity can be obtained. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Item 28, a highly accurate non-uniform medium spherical lens with little eccentricity can be obtained by simple processing. According to the method for manufacturing a heterogeneous medium lens described in Additional Items 29 and 30, a spherical lens having a small amount of eccentricity can be easily obtained.
【0074】[0074]
【発明の効果】この発明に係る液晶光学素子としての可
変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子および可変偏角プ
リズムによれば、高分子分散液晶を用いるようにしたの
で、例えば電界の印加によって屈折率を迅速に変化させ
て、その光学特性を変更することができる。したがっ
て、液晶光学素子を介する光線の光路を迅速に変更する
ことができる。また、高分子分散液晶を用いることによ
り、必ずしも偏光板を必要としないので、光量低減を抑
えることができ、したがって、フィルムカメラ、顕微
鏡、TVカメラ、双眼鏡、眼鏡、内視鏡、デジタルカメ
ラ、光ピックアップ等の各種の光学機器の焦点調整、ズ
ームレンズ、ぶれ防止用として広く用いることができ
る。さらに、特に、可変焦点回折光学素子および可変偏
角プリズムにおいては、全体を薄くできるので、光散乱
も少なくできる。According to the variable focus lens, the variable focus diffractive optical element and the variable deflection prism as the liquid crystal optical element according to the present invention, the polymer dispersed liquid crystal is used. Can be changed quickly to change its optical properties. Therefore, the optical path of the light beam passing through the liquid crystal optical element can be quickly changed. In addition, by using a polymer-dispersed liquid crystal, a polarizing plate is not necessarily required, so that a reduction in light amount can be suppressed. Therefore, a film camera, a microscope, a TV camera, binoculars, glasses, an endoscope, a digital camera, It can be widely used for focus adjustment of various optical devices such as pickups, zoom lenses, and blur prevention. Furthermore, in particular, the variable focus diffractive optical element and the variable deflection prism can be made thinner as a whole, so that light scattering can be reduced.
【図1】この発明に係る可変焦点レンズの原理的構成を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a principle configuration of a variable focus lens according to the present invention.
【図2】一軸性のネマティック液晶分子の屈折率楕円体
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a refractive index ellipsoid of a uniaxial nematic liquid crystal molecule.
【図3】図1に示す高分子分散液晶層に電界を印加状態
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a state where an electric field is applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer shown in FIG.
【図4】図1に示す高分子分散液晶層への印加電圧を可
変にする場合の一例の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a configuration in which a voltage applied to a polymer-dispersed liquid crystal layer shown in FIG. 1 is made variable.
【図5】この発明に係る可変焦点レンズを用いるデジタ
ルカメラ用の撮像光学系の一例の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of an imaging optical system for a digital camera using the variable focus lens according to the present invention.
【図6】同じく、この発明に係る可変焦点レンズを用い
る電子内視鏡用の対物光学系の一例の構成を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example of an objective optical system for an electronic endoscope using the variable focus lens according to the present invention.
【図7】この発明に係る可変焦点回折光学素子の一例の
構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an example of a variable focus diffractive optical element according to the present invention.
【図8】この発明に係る可変焦点回折光学素子を眼鏡レ
ンズとして用いる可変焦点眼鏡を示す図である。FIG. 8 is a view showing variable focus spectacles using the variable focus diffractive optical element according to the present invention as a spectacle lens.
【図9】図8に示す可変焦点回折光学素子に電圧を印加
した状態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state where a voltage is applied to the variable focus diffractive optical element shown in FIG. 8;
【図10】従来の二重焦点レンズを用いる眼鏡を示す図
である。FIG. 10 is a diagram showing spectacles using a conventional bifocal lens.
【図11】図8に示す可変焦点眼鏡の変形例を示す図で
ある。FIG. 11 is a view showing a modification of the variable focus glasses shown in FIG. 8;
【図12】同じく、他の変形例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another modified example.
【図13】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点
レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of variable-focus glasses having a variable-focus lens using a twisted nematic liquid crystal.
【図14】図13に示すツイストネマティック液晶層へ
の印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing an alignment state of liquid crystal molecules when a voltage applied to the twisted nematic liquid crystal layer shown in FIG. 13 is increased.
【図15】この発明に係る可変偏角プリズムの二つの例
の構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of two examples of a variable deflection prism according to the present invention.
【図16】図15に示す可変偏角プリズムの使用態様を
説明するための図である。FIG. 16 is a view for explaining a usage mode of the variable deflection prism shown in FIG. 15;
【図17】この発明に係る可変焦点レンズとしての可変
焦点ミラーの一例の構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an example of a variable focus mirror as a variable focus lens according to the present invention.
【図18】従来の液晶レンズを用いる光学系の構成を示
す図である。FIG. 18 is a diagram showing a configuration of an optical system using a conventional liquid crystal lens.
【図19】図18に示す液晶レンズに電界を印加した状
態を示す図である。19 is a diagram showing a state where an electric field is applied to the liquid crystal lens shown in FIG.
【図20】ラジアルグラディエントの不均質媒質レンズ
を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a radial gradient inhomogeneous medium lens.
【図21】図20に示す不均質媒質レンズの屈折率分布
を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a refractive index distribution of the heterogeneous medium lens shown in FIG. 20;
【図22】不均質媒質レンズの素材を示す図であるFIG. 22 is a view showing a material of a heterogeneous medium lens.
【図23】センターレスによる不均質素材の研削工程を
説明するための図である。FIG. 23 is a view for explaining a step of grinding a heterogeneous material by a centerless process.
【図24】切断機による不均質素材の切断工程を説明す
るための図である。FIG. 24 is a view for explaining a step of cutting a heterogeneous material by a cutting machine.
【図25】切断した不均質素材のVブロックへの接着状
態を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a state in which a cut heterogeneous material is bonded to a V block.
【図26】切断した不均質素材の歯車への接着状態を示
す図である。FIG. 26 is a diagram showing a state where a cut heterogeneous material is bonded to a gear.
【図27】平面研削盤による不均質素材の研削工程を説
明するための図である。FIG. 27 is a view for explaining a step of grinding a heterogeneous material using a surface grinder.
【図28】研磨機による不均質素材の精研削、研磨工程
を説明するための図である。FIG. 28 is a view for explaining a fine grinding and polishing step of a heterogeneous material by a polishing machine.
【図29】ダライ盤による不均質素材の面取り工程を説
明するための図である。FIG. 29 is a view for explaining a step of chamfering a heterogeneous material using a Dalai machine.
【図30】研磨機による不均質素材の精研削、研磨工程
の他の例を説明するための図である。FIG. 30 is a view for explaining another example of the fine grinding and polishing process of the heterogeneous material by the polishing machine.
【図31】サイダ式芯取り機による不均質素材の研削工
程を説明するための図である。FIG. 31 is a view for explaining a step of grinding a heterogeneous material by a cider type centering machine.
【図32】球面の不均質媒質レンズの製造に用いるヤト
イの形成工程を説明するための図である。FIG. 32 is a diagram for explaining a step of forming a toy used for manufacturing a spherical heterogeneous medium lens.
【図33】ヤトイへの不均質素材の取り付け状態を示す
図である。FIG. 33 is a diagram showing a state in which a heterogeneous material is attached to a yatoy.
【図34】研磨機による不均質素材の精研削、研磨工程
を説明するための図である。FIG. 34 is a view for explaining a fine grinding and polishing step of a heterogeneous material by a polishing machine.
【図35】不均質素材のヤトイへの貼り付け工程を説明
するための図である。FIG. 35 is a view for explaining a step of attaching a heterogeneous material to a yatoy.
【図36】カーブジェネレータによる不均質素材の曲率
面研削工程を説明するための図である。FIG. 36 is a view for explaining a curvature surface grinding step of a heterogeneous material by a curve generator.
【図37】ベルクランプ芯取り機による不均質素材の外
周の研削工程を説明するための図である。FIG. 37 is a view for explaining a step of grinding the outer periphery of the heterogeneous material by the bell clamp centering machine.
【図38】両面研磨後の不均質素材の外周の研削工程を
説明するための図である。FIG. 38 is a view illustrating a grinding step of the outer periphery of the heterogeneous material after the double-side polishing.
【図39】カーブジェネレータによる不均質素材の一方
の面の研削工程を説明するための図である。FIG. 39 is a view for explaining a step of grinding one surface of the heterogeneous material by the curve generator.
【図40】同じく、カーブジェネレータによる不均質素
材の他方の面の研削工程を説明するための図である。FIG. 40 is also a view illustrating a step of grinding the other surface of the heterogeneous material by the curve generator.
8a 第1の面 8b 第2の面 9a 第3の面 9b 第4の面 11 可変焦点レンズ 12a,12b レンズ 13a,13b 透明電極 14 高分子分散液晶層 15 スイッチ 16 交流電源 17 液晶分子 18 高分子セル 19 可変抵抗器 21 絞り 22 レンズ 23 固体撮像素子 25 前方レンズ 26 絞り 27 可変焦点レンズ 28 後方レンズ 29 固体撮像素子 31 可変焦点回折光学素子 32,33 透明基板 32a 第1の面 32b 第2の面 33a 第3の面 33b 第4の面 35 可変焦点眼鏡 35a フレーム 36 可変焦点回折光学素子 37,38 レンズ 39a,39b 配向膜 45 物体 46 測距センサ 61 可変偏角プリズム 62,63 透明基板 62a 第1の面 62b 第2の面 63a 第3の面 63b 第4の面 65 可変焦点ミラー 66,67 透明基板 66a 第1の面 66b 第2の面 67a 第3の面 67b 第4の面 68 反射膜 8a 1st surface 8b 2nd surface 9a 3rd surface 9b 4th surface 11 Variable focus lens 12a, 12b Lens 13a, 13b Transparent electrode 14 Polymer dispersed liquid crystal layer 15 Switch 16 AC power supply 17 Liquid crystal molecule 18 Polymer Cell 19 Variable resistor 21 Aperture 22 Lens 23 Solid-state image sensor 25 Front lens 26 Aperture 27 Variable focus lens 28 Back lens 29 Solid-state image sensor 31 Variable focus diffractive optical element 32, 33 Transparent substrate 32a First surface 32b Second surface 33a Third surface 33b Fourth surface 35 Variable focus glasses 35a Frame 36 Variable focus diffractive optical element 37, 38 Lens 39a, 39b Alignment film 45 Object 46 Distance measuring sensor 61 Variable deflection prism 62, 63 Transparent substrate 62a First Surface 62b second surface 63a third surface 63b fourth surface 65 variable focus The second surface 67a first surface 66b Ra 66,67 transparent substrate 66a third surface 67b fourth surface 68 reflecting film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G02C 7/08 G02C 7/08 G02F 1/1333 G02F 1/1333 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G02C 7/08 G02C 7/08 G02F 1/1333 G02F 1/1333
Claims (3)
ズ。1. A varifocal lens using a polymer-dispersed liquid crystal.
学素子。2. A variable focus diffractive optical element using a polymer dispersed liquid crystal.
ム。3. A variable deflection prism using a polymer dispersed liquid crystal.
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| JP9-151771 | 1997-06-10 | ||
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