JPH048769B2 - - Google Patents
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- JPH048769B2 JPH048769B2 JP60270124A JP27012485A JPH048769B2 JP H048769 B2 JPH048769 B2 JP H048769B2 JP 60270124 A JP60270124 A JP 60270124A JP 27012485 A JP27012485 A JP 27012485A JP H048769 B2 JPH048769 B2 JP H048769B2
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 claims description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims 1
- 210000000695 crystalline len Anatomy 0.000 description 60
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/294—Variable focal length devices
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は焦点距離可変液晶レンズに係わり、特
に、印加電圧等を変化させることにより凹レンズ
及び凸レンズのいずれにもなるように焦点距離が
変化される焦点距離可変液晶レンズを２以上重ね
合わせた焦点距離可変液晶レンズに関するもので
ある。
に、印加電圧等を変化させることにより凹レンズ
及び凸レンズのいずれにもなるように焦点距離が
変化される焦点距離可変液晶レンズを２以上重ね
合わせた焦点距離可変液晶レンズに関するもので
ある。
「従来の技術」
白内症などの眼の疾病により眼球の水晶体が摘
出されてしまつた場合に、従来の焦点距離が固定
のレンズを用いた眼鏡では、使用する距離に応じ
て焦点距離の異なつた数種類の眼鏡を用意してそ
れぞれの状況に応じて使い分ける必要があり、実
生活において多大なる不便さを強いられている。
従つて、焦点距離を自由に変化させることのでき
る眼鏡レンズの出現が望まれていた。また、光学
レンズに用いられるズームレンズと呼ばれる可変
焦点レンズの焦点距離の制御は、その中の複数枚
数の単レンズから構成されるレンズ群同士の間隔
を変化させることによつて行つている。従つて、
レンズ群の移動のためレンズ可動機構が不可欠で
あり、小型化・低コストという要求を十分満足す
ることができず、レンズの移動なしに焦点距離が
自由に変化させることのできる焦点距離可変レン
ズの出現が望まれていた。
出されてしまつた場合に、従来の焦点距離が固定
のレンズを用いた眼鏡では、使用する距離に応じ
て焦点距離の異なつた数種類の眼鏡を用意してそ
れぞれの状況に応じて使い分ける必要があり、実
生活において多大なる不便さを強いられている。
従つて、焦点距離を自由に変化させることのでき
る眼鏡レンズの出現が望まれていた。また、光学
レンズに用いられるズームレンズと呼ばれる可変
焦点レンズの焦点距離の制御は、その中の複数枚
数の単レンズから構成されるレンズ群同士の間隔
を変化させることによつて行つている。従つて、
レンズ群の移動のためレンズ可動機構が不可欠で
あり、小型化・低コストという要求を十分満足す
ることができず、レンズの移動なしに焦点距離が
自由に変化させることのできる焦点距離可変レン
ズの出現が望まれていた。
液晶は、一般に長さ数10Å、幅が約数Åの細長
い棒状分子構造をもつており、また誘電異方性を
もち、液晶分子の軸方向に平行な誘電率と直角な
方向の誘電率とは一般に一致しない。前者が後者
よりも大きいものを正の液晶といい、逆のものは
負の液晶と言われている。
い棒状分子構造をもつており、また誘電異方性を
もち、液晶分子の軸方向に平行な誘電率と直角な
方向の誘電率とは一般に一致しない。前者が後者
よりも大きいものを正の液晶といい、逆のものは
負の液晶と言われている。
２枚の透明電極基板の間に異方性が正の電界効
果形液晶を入れ、液晶分子が基板に平行になるよ
うに配向させた液晶分子にしきい値以上の交流電
圧を印加すると、液晶分子の双極子モーメントに
働く力により液晶分子は液晶分子軸を電圧印加方
向に向きを変える。従つて、印加電圧の大きさに
より基板に平行に配向していた液晶分子を基板に
対して垂直方向に連続的にその向きを変えること
ができる。よつて液晶分子の配向の方位に偏向し
た入射光に対して液晶セルのみかけの屈折率は異
常光に対する値から常光に対する値まで連続的に
変化する。
果形液晶を入れ、液晶分子が基板に平行になるよ
うに配向させた液晶分子にしきい値以上の交流電
圧を印加すると、液晶分子の双極子モーメントに
働く力により液晶分子は液晶分子軸を電圧印加方
向に向きを変える。従つて、印加電圧の大きさに
より基板に平行に配向していた液晶分子を基板に
対して垂直方向に連続的にその向きを変えること
ができる。よつて液晶分子の配向の方位に偏向し
た入射光に対して液晶セルのみかけの屈折率は異
常光に対する値から常光に対する値まで連続的に
変化する。
このいわゆる電界制御複屈折効果は電気エネル
ギと弾性的エネルギの相対的な関係によつて決ま
るため、液晶セルの厚みに依存せず、また印加電
界ではなく印加電圧に依存して変化することが知
られている。つまり、液晶セルがレンズのような
形をしており、液晶セルの厚みが各々の場所によ
つて異なつていても光学的には一様な屈折率の変
化が得られることになる。即ち、液晶分子を適宜
の方向に配向させたレンズの形状を有する基板の
間に誘電異方性が正の液晶を封入し、印加電圧に
より液晶分子の配向方向を制御して液晶セルのみ
かけの屈折率を変化させることにより、液晶レン
ズの焦点距離を異常光に対する値Feから常光に
対する値Fpまで連続的に変化させることができ
る。垂直配向させた誘電異方性が負の液晶を用い
ると印加電圧に対する焦点距離の変化が逆にな
る。電圧を印加する代わりに磁界を加えても液晶
分子の配向状態を変えることができるので、磁界
による焦点距離可変レンズとすることもできる。
ギと弾性的エネルギの相対的な関係によつて決ま
るため、液晶セルの厚みに依存せず、また印加電
界ではなく印加電圧に依存して変化することが知
られている。つまり、液晶セルがレンズのような
形をしており、液晶セルの厚みが各々の場所によ
つて異なつていても光学的には一様な屈折率の変
化が得られることになる。即ち、液晶分子を適宜
の方向に配向させたレンズの形状を有する基板の
間に誘電異方性が正の液晶を封入し、印加電圧に
より液晶分子の配向方向を制御して液晶セルのみ
かけの屈折率を変化させることにより、液晶レン
ズの焦点距離を異常光に対する値Feから常光に
対する値Fpまで連続的に変化させることができ
る。垂直配向させた誘電異方性が負の液晶を用い
ると印加電圧に対する焦点距離の変化が逆にな
る。電圧を印加する代わりに磁界を加えても液晶
分子の配向状態を変えることができるので、磁界
による焦点距離可変レンズとすることもできる。
「発明が解決しようとする課題」
しかしながら、従来の液晶レンズでは、焦点距
離を変化させることができるが、印加電圧を変化
させるだけで凹レンズと凸レンズを切り替えた
り、凹レンズ及び凸レンズのいずれにも焦点距離
を変化させながら連続的に切り替えることができ
なかつた。特に液晶レンズをメガネに応用した場
合において、例えば老視用メガネでは遠方を見る
時には凹レンズにより視力を矯正し、遠方を見る
時には凸レンズにより視力を矯正する必要があ
る。しかし、従来の液晶レンズでは１個のレンズ
で凹レンズと凸レンズとを共用することができ
ず、遠用メガネと近用メガネの２種類のメガネを
携帯しなければならず極めて不便であつた。な
お、一般に使用されるガラス等の眼鏡レンズに
は、遠用と近用の屈折率を有する２重焦点レンズ
や、レンズ面を非球面に研磨して焦点距離を連続
的に変化させた多重焦点レンズ（オムニフオカル
レンズ）がある。しかしながら、二重焦点レンズ
は遠用部と近用部の境界が目だつ上、像のジヤン
プが避けられないという問題点があり、オムニフ
オカルレンズは非球面の研磨に手間がかかりコス
ト高となる問題点があつた。
離を変化させることができるが、印加電圧を変化
させるだけで凹レンズと凸レンズを切り替えた
り、凹レンズ及び凸レンズのいずれにも焦点距離
を変化させながら連続的に切り替えることができ
なかつた。特に液晶レンズをメガネに応用した場
合において、例えば老視用メガネでは遠方を見る
時には凹レンズにより視力を矯正し、遠方を見る
時には凸レンズにより視力を矯正する必要があ
る。しかし、従来の液晶レンズでは１個のレンズ
で凹レンズと凸レンズとを共用することができ
ず、遠用メガネと近用メガネの２種類のメガネを
携帯しなければならず極めて不便であつた。な
お、一般に使用されるガラス等の眼鏡レンズに
は、遠用と近用の屈折率を有する２重焦点レンズ
や、レンズ面を非球面に研磨して焦点距離を連続
的に変化させた多重焦点レンズ（オムニフオカル
レンズ）がある。しかしながら、二重焦点レンズ
は遠用部と近用部の境界が目だつ上、像のジヤン
プが避けられないという問題点があり、オムニフ
オカルレンズは非球面の研磨に手間がかかりコス
ト高となる問題点があつた。
「課題を解決するための手段」
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、対
向する一対の基板と、この基板間に封入された液
晶素材とからなり、この液晶分子を適宜の方向に
配向させると共に、前記基板の少なくとも一方に
曲率を設けた液晶セルに対して、外部より電界又
は磁界を印加して該液晶分子の配向状態を制御
し、液晶の屈折率を段階的又は連続的に変化させ
る様にした液晶レンズいおいて、前記基板の屈折
率が、前記液晶素材の常光線に対する屈折率より
も大きく、かつ、前記液晶素材の異常光線に対す
る屈折率よりも小さい値となる様な材料で前記基
板が形成されており、前記電界又は磁界を変化さ
せることにより、前記液晶レンズが凹レンズ及び
凸レンズのいずれにもなるように焦点距離が変化
される焦点距離可変液晶レンズを２以上重ね合わ
せ、あらゆる方向の偏光に対して、共通の焦点を
有し、該焦点の位置が可変となる様にしたことを
特徴としている。
向する一対の基板と、この基板間に封入された液
晶素材とからなり、この液晶分子を適宜の方向に
配向させると共に、前記基板の少なくとも一方に
曲率を設けた液晶セルに対して、外部より電界又
は磁界を印加して該液晶分子の配向状態を制御
し、液晶の屈折率を段階的又は連続的に変化させ
る様にした液晶レンズいおいて、前記基板の屈折
率が、前記液晶素材の常光線に対する屈折率より
も大きく、かつ、前記液晶素材の異常光線に対す
る屈折率よりも小さい値となる様な材料で前記基
板が形成されており、前記電界又は磁界を変化さ
せることにより、前記液晶レンズが凹レンズ及び
凸レンズのいずれにもなるように焦点距離が変化
される焦点距離可変液晶レンズを２以上重ね合わ
せ、あらゆる方向の偏光に対して、共通の焦点を
有し、該焦点の位置が可変となる様にしたことを
特徴としている。
「作用」
以上の様に構成された本発明は、液晶セルを構
成する基板の屈折率が、液晶素材の常光線に対す
る屈折率よりも大きく、かつ、該液晶素材の異常
光線に対する屈折率よりも小さい値となる様な材
料で基板が構成されているので、この液晶セルに
印加される印加電圧又は磁界を変化させることに
より、液晶レンズが凹レンズ及び凸レンズの何れ
にもなる様に焦点距離が変化されるものである。
そして本発明は、この焦点距離可変液晶レンズを
２以上重ねることにより、光学特性の優れた焦点
距離可変液晶レンズを提供することができる。
成する基板の屈折率が、液晶素材の常光線に対す
る屈折率よりも大きく、かつ、該液晶素材の異常
光線に対する屈折率よりも小さい値となる様な材
料で基板が構成されているので、この液晶セルに
印加される印加電圧又は磁界を変化させることに
より、液晶レンズが凹レンズ及び凸レンズの何れ
にもなる様に焦点距離が変化されるものである。
そして本発明は、この焦点距離可変液晶レンズを
２以上重ねることにより、光学特性の優れた焦点
距離可変液晶レンズを提供することができる。
「実施例」
本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、
第１図は本実施例の構成を示すものであり、液晶
セル本体１は、液晶素材２と、この液晶素材２を
挟んで対向する透明電極を備えた基板（以下、基
板という）３ａ，３ｂと、この基板３ａ，３ｂの
間隔を電気的に絶縁すると共に、前記液晶素材２
が外部に漏洩するのを防止するための絶縁スペー
サ４とからなつている。そして、前記基板３ａ，
３ｂに形成された透明電極には、液晶素材２に電
界を印加するための印加手段５が接続されてい
る。本実施例においては、一対の基板の内、一方
の基板３ａが凹レンズの形状をなしており、液晶
セル１に封入された液晶２は、それ自体凹レンズ
の形状に充填されている。なお、一対の基板の両
方をレンズ形状に形成してもよい。
第１図は本実施例の構成を示すものであり、液晶
セル本体１は、液晶素材２と、この液晶素材２を
挟んで対向する透明電極を備えた基板（以下、基
板という）３ａ，３ｂと、この基板３ａ，３ｂの
間隔を電気的に絶縁すると共に、前記液晶素材２
が外部に漏洩するのを防止するための絶縁スペー
サ４とからなつている。そして、前記基板３ａ，
３ｂに形成された透明電極には、液晶素材２に電
界を印加するための印加手段５が接続されてい
る。本実施例においては、一対の基板の内、一方
の基板３ａが凹レンズの形状をなしており、液晶
セル１に封入された液晶２は、それ自体凹レンズ
の形状に充填されている。なお、一対の基板の両
方をレンズ形状に形成してもよい。
次に第２図に基づいて、本液晶セル１の焦点距
離を計算することにする。ここで、基板３ａの凹
レンズの屈折率をn1とし、その曲率半径をR1と
する。また液晶２で形成された凸レンズの屈折率
は、印加電圧の関数であるからｎ（Ｖ）とし、そ
の曲率半径をR2とする。
離を計算することにする。ここで、基板３ａの凹
レンズの屈折率をn1とし、その曲率半径をR1と
する。また液晶２で形成された凸レンズの屈折率
は、印加電圧の関数であるからｎ（Ｖ）とし、そ
の曲率半径をR2とする。
ところで、平凸レンズ又は平凹レンズの焦点距
離は屈折率と曲率半径により次式で表せる。
離は屈折率と曲率半径により次式で表せる。
ｆ＝Ｒ／ｎ−１ …(1)
但し、凹レンズではｆが正となり、凸レンズで
はｆが負となる。
はｆが負となる。
そこで、基板３の凹レンズ（焦点距離f1）と液
晶素材２で形成された凸レンズ（焦点距離f2）の
合成焦点距離を計算すると、下記の様になる。
晶素材２で形成された凸レンズ（焦点距離f2）の
合成焦点距離を計算すると、下記の様になる。
合成焦点距離ｆは
ｆ＝（１／f1＋１／f2）-1 …(2)
で表され、第２図よりＲ＝R1＋R2であり、基板
３ａのレンズは凹レンズであるからf1は負となる
ので、第１式を第２式に代入すると合成焦点距離
ｆは、 ｆ＝（１／f1＋１／f2）-1＝（ｎ（Ｖ）−１／Ｒ−n1−
１／Ｒ）-1 ＝Ｒ／ｎ（Ｖ）−n1 …(3) となる。つまり、ｎ（Ｖ）はは、印加電圧より異
常光に対応する屈折率neと常光に対応する屈折率
npの間で変化することができるので、［np≦ｎ
（Ｖ）≦ne］液晶素材２の屈折率と合成焦点距離と
の関係は第３図の様になる。即ち、液晶素材２の
屈折率がnpとなる様な電圧から、基板３ａの屈折
率であるn1と等しくなる様な電圧（○
３ａのレンズは凹レンズであるからf1は負となる
ので、第１式を第２式に代入すると合成焦点距離
ｆは、 ｆ＝（１／f1＋１／f2）-1＝（ｎ（Ｖ）−１／Ｒ−n1−
１／Ｒ）-1 ＝Ｒ／ｎ（Ｖ）−n1 …(3) となる。つまり、ｎ（Ｖ）はは、印加電圧より異
常光に対応する屈折率neと常光に対応する屈折率
npの間で変化することができるので、［np≦ｎ
（Ｖ）≦ne］液晶素材２の屈折率と合成焦点距離と
の関係は第３図の様になる。即ち、液晶素材２の
屈折率がnpとなる様な電圧から、基板３ａの屈折
率であるn1と等しくなる様な電圧（○
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 対向する一対の基板と、この基板間に封入さ
れた液晶素材とからなり、この液晶分子を適宜の
方向に配向させると共に、前記基板の少なくとも
一方に曲率を設けた液晶セルに対して、外部より
電界又は磁界を印加して該液晶分子の配向状態を
制御し、液晶の屈折率を段階的又は連続的に変化
させる様にした液晶レンズにおいて、前記基板の
屈折率が、前記液晶素材の常光線に対する屈折率
よりも大きく、かつ、前記液晶素材の異常光線に
対する屈折率よりも小さい値となる様な材料で前
記基板が形成されており、前記電界又は磁界を変
化させることにより、前記液晶レンズが凹レンズ
及び凸レンズのいずれにもなるように焦点距離が
変化される焦点距離可変液晶レンズを２以上重ね
合わせ、あらゆる方向の偏光に対して、共通の焦
点を有し、該焦点の位置が可変となる様にしたこ
とを特徴とする焦点距離可変液晶レンズ。 ２ ２個の焦点距離可変液晶レンズが、これらの
液晶分子の配向方向が互いに直交する様に重ね合
わされている特許請求の範囲第１項記載の焦点距
離可変液晶レンズ。 ３ ２個の焦点距離可変液晶レンズが、液晶分子
を同心円状又は放射状に配向されたほぼ同一特性
を有するものであり、この重ね合わされた２個の
焦点距離可変液晶レンズの間に、TN液晶セルを
挟んだ特許請求の範囲第１項記載の焦点距離可変
液晶レンズ。 ４ ２個の焦点距離可変液晶レンズが、液晶分子
を同心円状に配向された液晶レンズと、液晶分子
を放射状に配向させた液晶レンズとからなる特許
請求の範囲第１項記載の焦点距離可変液晶レン
ズ。 ５ ２個の焦点距離可変液晶レンズが、液晶セル
を構成する一方の基板上では液晶分子を同心円状
に配向させ、他方の基板上では放射状に配向させ
たほぼ同一特性を有するものであり、配向面が同
心円状、放射状、同心円状、放射状の順に、又は
これと逆の順になるように重ね合わせた特許請求
の範囲第１項記載の焦点距離可変液晶レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60270124A JPS62129815A (ja) | 1985-11-30 | 1985-11-30 | 焦点距離可変液晶レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60270124A JPS62129815A (ja) | 1985-11-30 | 1985-11-30 | 焦点距離可変液晶レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62129815A JPS62129815A (ja) | 1987-06-12 |
| JPH048769B2 true JPH048769B2 (ja) | 1992-02-18 |
Family
ID=17481883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60270124A Granted JPS62129815A (ja) | 1985-11-30 | 1985-11-30 | 焦点距離可変液晶レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62129815A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130839A (en) * | 1989-03-10 | 1992-07-14 | Ricoh Company Ltd. | Scanning optical apparatus |
| JP3442845B2 (ja) * | 1994-02-15 | 2003-09-02 | 富士写真フイルム株式会社 | 焦点位置可変光学系及び光ビーム走査装置 |
| EP1742099A4 (en) * | 2004-04-30 | 2008-04-02 | Asahi Glass Co Ltd | LIQUID CRYSTAL LENS ELEMENT AND OPTICAL HEAD |
| US8885139B2 (en) | 2005-01-21 | 2014-11-11 | Johnson & Johnson Vision Care | Adaptive electro-active lens with variable focal length |
| US7522256B2 (en) | 2005-07-28 | 2009-04-21 | Citizen Electronics Co., Ltd. | Liquid crystal lens apparatus |
| GB2585188B (en) * | 2019-06-26 | 2023-02-01 | Flexenable Ltd | Stacked liquid crystal cell device electrically operable to generate refractive index pattern |
| JP2021051187A (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 光制御装置 |
| WO2024029309A1 (ja) * | 2022-08-02 | 2024-02-08 | 富士フイルム株式会社 | レンズデバイス |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54151854A (en) * | 1978-05-20 | 1979-11-29 | Sato Susumu | Variable focal length lens |
-
1985
- 1985-11-30 JP JP60270124A patent/JPS62129815A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54151854A (en) * | 1978-05-20 | 1979-11-29 | Sato Susumu | Variable focal length lens |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62129815A (ja) | 1987-06-12 |
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