JPS61219929A - 焦点可変レンズ - Google Patents
焦点可変レンズInfo
- Publication number
- JPS61219929A JPS61219929A JP6136485A JP6136485A JPS61219929A JP S61219929 A JPS61219929 A JP S61219929A JP 6136485 A JP6136485 A JP 6136485A JP 6136485 A JP6136485 A JP 6136485A JP S61219929 A JPS61219929 A JP S61219929A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- substrate
- refractive index
- focus
- electro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、機械可動部を用いることなく印加電圧の変化
で焦点制御を行なうことのできる光学レンズに関する。
で焦点制御を行なうことのできる光学レンズに関する。
光ディスク等の情報の記録あるいは読み取りには光学レ
ンズを光軸方向に移動させて焦点制御を行なうようにし
た機械可動部をもつ光学系が用いられているが、追従性
、信頼性の点で問題が残されている。そこで機械的可動
部を無くした可変体点光学レンズとして例えば第４［ｉ
ｌに示す構造のものが特開昭！；ｑ−／９１００２に開
示されている。
ンズを光軸方向に移動させて焦点制御を行なうようにし
た機械可動部をもつ光学系が用いられているが、追従性
、信頼性の点で問題が残されている。そこで機械的可動
部を無くした可変体点光学レンズとして例えば第４［ｉ
ｌに示す構造のものが特開昭！；ｑ−／９１００２に開
示されている。
第６図で／、２は温度光学効果を有する物質例えばＴｉ
Ｏ２からなる透明基板で、これら基板ｌ。
Ｏ２からなる透明基板で、これら基板ｌ。
２間に、その全長にわたる長さの線状発熱体３を介在さ
せて接合した構造となっている。
せて接合した構造となっている。
上記の装置で線状発熱体３に駆動電流を供給しこれを発
熱させると、基板１．２には等混線が発熱体３を中心と
する同心円状をなす温度分布ｌを生じ、この温度分布ψ
に対応した屈折率分布をもつレンズ作用部ｊが生じる。
熱させると、基板１．２には等混線が発熱体３を中心と
する同心円状をなす温度分布ｌを生じ、この温度分布ψ
に対応した屈折率分布をもつレンズ作用部ｊが生じる。
このレンズ作用部Ｓの端面から光軸方向に光ビーム乙を
入射させ、発熱体３に印加する駆動電流を変えることに
より、レンズ作用部ｊの焦点距離を変化させる。
入射させ、発熱体３に印加する駆動電流を変えることに
より、レンズ作用部ｊの焦点距離を変化させる。
上述した従来の温度光学効果を利用した可変焦点レンズ
は、レンズ体の中心軸に発熱体があるため、入射光ビー
ムはこの発熱体で散乱を受け、レンズ体としては必ずし
も良好なものではない。
は、レンズ体の中心軸に発熱体があるため、入射光ビー
ムはこの発熱体で散乱を受け、レンズ体としては必ずし
も良好なものではない。
また温度変化で基板体内の屈折率分布を変えるため、応
答速度が遅いという問題がある。
答速度が遅いという問題がある。
電気光学効果を有する基板内にこの基板とは屈折率の異
なるレンズ部分を一体に形成するとともに、前記レンズ
の光軸に直交する面内でレンズ部分を囲むように且つ軸
対称に正負各電極を配置し、これら電極間に印加する電
圧を変化させることによりレンズの焦点位置を変えるよ
うにした。
なるレンズ部分を一体に形成するとともに、前記レンズ
の光軸に直交する面内でレンズ部分を囲むように且つ軸
対称に正負各電極を配置し、これら電極間に印加する電
圧を変化させることによりレンズの焦点位置を変えるよ
うにした。
上記の構成によれば、電極間の印加電圧変化によって、
基板内レンズ部分における各点での屈折率が電気光学効
果によって変化し、つまり等屈折率分布面の形状が変化
し、このレンズ部分に入射する光線の屈折角が変化して
レンズの焦点位置が変わる。
基板内レンズ部分における各点での屈折率が電気光学効
果によって変化し、つまり等屈折率分布面の形状が変化
し、このレンズ部分に入射する光線の屈折角が変化して
レンズの焦点位置が変わる。
以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明に係る可変焦点レンズの平面視、第２図
は同断面視である。１０は、電気光学効果をもつ物質か
ら成る使用波長光に対して透明な基板であり、この基板
１０内には屈折率勾配をもつが レンズ部分／／が一体的に埋め込み形式しであるととも
に、基板表面上には上記レンズ部分／／の側周を囲むよ
うに同心円環状に正負電極／２Ａ、 ／２Ｂが設けであ
る。基板１０の材質としてはＬｉＮｂＯ３゜ＬｉＴａＯ
３、ＢａＴｉＯ３等を用いることができ、また赤外光に
対してはＩｎＰなどの半導体を使用することができる。
は同断面視である。１０は、電気光学効果をもつ物質か
ら成る使用波長光に対して透明な基板であり、この基板
１０内には屈折率勾配をもつが レンズ部分／／が一体的に埋め込み形式しであるととも
に、基板表面上には上記レンズ部分／／の側周を囲むよ
うに同心円環状に正負電極／２Ａ、 ／２Ｂが設けであ
る。基板１０の材質としてはＬｉＮｂＯ３゜ＬｉＴａＯ
３、ＢａＴｉＯ３等を用いることができ、また赤外光に
対してはＩｎＰなどの半導体を使用することができる。
レンズ部分ｌ／は第１図、第２図中に等屈折率分布線を
示す如く、基板面法線方向（以下Ｚ軸方向とする）に表
面から深部に向けて次第に減少する屈折率分布を有し、
また基板面に平行な面（ＸＹ面）内で中心軸線／３から
外周に向けて半径方向に次第に減少する屈折率分布を有
しており、その断面形状は大略半円状である。
示す如く、基板面法線方向（以下Ｚ軸方向とする）に表
面から深部に向けて次第に減少する屈折率分布を有し、
また基板面に平行な面（ＸＹ面）内で中心軸線／３から
外周に向けて半径方向に次第に減少する屈折率分布を有
しており、その断面形状は大略半円状である。
つまりレンズ部分／／内の等屈折率分布面は、中心軸と
基板表面との交点を中心とする同心球殻状を成しており
、一般に座標（Ｘｒｙ＋Ｚ）の点における屈折率ｎ （
ｘ ＊ ｙ ＋ Ｚ）は次式で表わすことができる。
基板表面との交点を中心とする同心球殻状を成しており
、一般に座標（Ｘｒｙ＋Ｚ）の点における屈折率ｎ （
ｘ ＊ ｙ ＋ Ｚ）は次式で表わすことができる。
ただしｎｂは基板の屈折率、ｎｓはレンズ中心部の屈折
率、Ａはレンズ表面（基板表面）での屈折率がｎｓ／ｅ
となるレンズ半径、Ｄはレンズ中心部の深さ方向の屈折
率がｎｓ／ｅとなる深さを示す。
率、Ａはレンズ表面（基板表面）での屈折率がｎｓ／ｅ
となるレンズ半径、Ｄはレンズ中心部の深さ方向の屈折
率がｎｓ／ｅとなる深さを示す。
上記のような屈折率勾配型レンズを基板内に一体に埋め
込み形成する方法としては例えば、ＬｉＮｂＯ３やＬｉ
ＴａＯ３からなる基板表面にドーパントとしてのＴ１金
属を球面状に堆積させ、この堆積層を熱拡散又は電界を
印加しながら基板中に拡散させる方法、あるいは基板表
面をＳｉ３Ｎ４膜等のイオン透過防止マスクで被覆する
とともにマスクに円形の微小開孔を設け、このマスキン
グされた基板を−００”Ｃ−２３０℃の安息香酸（、Ｃ
６Ｈ５ＣＯＯＨ）液中に浸すことにより、上記開孔を通
して液中の水素イオンと基板中のリチウムイオンとのイ
オン交換を行ない、この後約ｔｔｏｏ”ｃで熱処理する
方法などがある。また、基板としてＩｎＰを用いる場合
は、特開昭Ｓ！−／３７２７／に開示されているように
、イオン透過防止マスクとして５ｉ０２やＳｉ３Ｎ４
膜ヲ用い、このマスキング基板をＺｎ及びＰを含む高温
雰囲気中においてマスク開口を通して基板内にＺｎの拡
散を行なうことで屈折率勾配型レンズ部分へ ｌ／を基板ＩＯ内に一体に埋め込み形会することができ
る。
込み形成する方法としては例えば、ＬｉＮｂＯ３やＬｉ
ＴａＯ３からなる基板表面にドーパントとしてのＴ１金
属を球面状に堆積させ、この堆積層を熱拡散又は電界を
印加しながら基板中に拡散させる方法、あるいは基板表
面をＳｉ３Ｎ４膜等のイオン透過防止マスクで被覆する
とともにマスクに円形の微小開孔を設け、このマスキン
グされた基板を−００”Ｃ−２３０℃の安息香酸（、Ｃ
６Ｈ５ＣＯＯＨ）液中に浸すことにより、上記開孔を通
して液中の水素イオンと基板中のリチウムイオンとのイ
オン交換を行ない、この後約ｔｔｏｏ”ｃで熱処理する
方法などがある。また、基板としてＩｎＰを用いる場合
は、特開昭Ｓ！−／３７２７／に開示されているように
、イオン透過防止マスクとして５ｉ０２やＳｉ３Ｎ４
膜ヲ用い、このマスキング基板をＺｎ及びＰを含む高温
雰囲気中においてマスク開口を通して基板内にＺｎの拡
散を行なうことで屈折率勾配型レンズ部分へ ｌ／を基板ＩＯ内に一体に埋め込み形会することができ
る。
上記の屈折率勾配型レンズ／／はその光軸が基板表面に
垂直であり、電界を印加しない状態で基板面に垂直に入
射した光線は屈折率分布で定まる特定の焦点ｌ≠Ａに集
光する。レンズ部分ｌ／の側周を囲むように配置された
同心円環状の両電極／ｊＡ、／！Ｂ間に直流電圧を印加
すると、電気光学効果によりレンズ部分／／中における
各点で電界強度に応じた変化量で屈折率が変化する。Ｚ
軸方向での電界強度の分布の側を第３図のグラフに示す
。同グラフで横軸は基板表面から光軸方向（Ｚ軸方向）
の距離、たて軸は電界強度である。
垂直であり、電界を印加しない状態で基板面に垂直に入
射した光線は屈折率分布で定まる特定の焦点ｌ≠Ａに集
光する。レンズ部分ｌ／の側周を囲むように配置された
同心円環状の両電極／ｊＡ、／！Ｂ間に直流電圧を印加
すると、電気光学効果によりレンズ部分／／中における
各点で電界強度に応じた変化量で屈折率が変化する。Ｚ
軸方向での電界強度の分布の側を第３図のグラフに示す
。同グラフで横軸は基板表面から光軸方向（Ｚ軸方向）
の距離、たて軸は電界強度である。
図のように光軸方向で電界強度のピークが存在し、これ
は入射光線が電圧印加で集束されることを示す。上記の
ようにして電圧印加により、例えば第一図の破線で示す
ように等屈折率分布線が変形し、これによってレンズ／
ｌの焦点は光軸上でｌ弘Ｂの点に移動する。
は入射光線が電圧印加で集束されることを示す。上記の
ようにして電圧印加により、例えば第一図の破線で示す
ように等屈折率分布線が変形し、これによってレンズ／
ｌの焦点は光軸上でｌ弘Ｂの点に移動する。
このようにして電極／、！Ａ、／２Ｂ間に印加する電圧
を変化させることにより焦点位置が変化し、且つ電極／
２Ａ、／２Ｂをレンズ／／の光軸と中心を一致させた同
心円環状に設けているので、電界変化による屈折率変化
はレンズ光軸を中心として等距離の円周上の各点で等方
的に生じ、このためレンズ／ｌの焦点位置はぶれること
なく正確に光軸に沿って移動する。
を変化させることにより焦点位置が変化し、且つ電極／
２Ａ、／２Ｂをレンズ／／の光軸と中心を一致させた同
心円環状に設けているので、電界変化による屈折率変化
はレンズ光軸を中心として等距離の円周上の各点で等方
的に生じ、このためレンズ／ｌの焦点位置はぶれること
なく正確に光軸に沿って移動する。
ここで、電気光学効果による電界強度と屈折率との関係
は結晶の軸方向によって係数が異なり、用途に応じて結
晶軸に対する基板面方向を選ぶことが重要である。
は結晶の軸方向によって係数が異なり、用途に応じて結
晶軸に対する基板面方向を選ぶことが重要である。
一般に電気光学効果による屈折率変化は、屈折率楕円体
の長・短軸の長さが次のように変化して生じる。
の長・短軸の長さが次のように変化して生じる。
ｎＸ−ｎ□ −／／２ ｎ０ｒ１３ＥＺｎＺ−ｎｅ
／／２ ｎ、ｒ３３ｇｚ例、ｔ ハＬｉＮｂ０３Ｔ：
” ハ上記ｆｆ、 ｖ１ｒ１３−１．６ 、 ｒ３３−
Ｊ ｏＪであり両係数の値が大きく異なるため、基板面
の法線（レンズ光軸）を結晶のＸ軸あるいはＹ軸に一致
させると基板面に平行な面内で直交方向に屈折率変化の
扁りを生じ、ビームスポットが楕円となる。これを避け
るためにはレンズ光軸方向を基板結晶のＺ軸方向に一致
させるように基板を成形することが望ましい。
／／２ ｎ、ｒ３３ｇｚ例、ｔ ハＬｉＮｂ０３Ｔ：
” ハ上記ｆｆ、 ｖ１ｒ１３−１．６ 、 ｒ３３−
Ｊ ｏＪであり両係数の値が大きく異なるため、基板面
の法線（レンズ光軸）を結晶のＸ軸あるいはＹ軸に一致
させると基板面に平行な面内で直交方向に屈折率変化の
扁りを生じ、ビームスポットが楕円となる。これを避け
るためにはレンズ光軸方向を基板結晶のＺ軸方向に一致
させるように基板を成形することが望ましい。
このように方向を選べば基板面に平行な面（Ｘ７面）内
では電圧変化■に対する屈折率変化量が等方的になり、
印加電圧によらず常に円形のビームスポットを得ること
ができる。
では電圧変化■に対する屈折率変化量が等方的になり、
印加電圧によらず常に円形のビームスポットを得ること
ができる。
以上の実施例では７つの基板に単一のレンズを形成した
場合について述べたが、言うまでもなく単一基板内に電
極を備えたレンズを複数設けてもよい。例えば第ψ図に
示すように基通の基板ＩＯの両面側にそれぞれ屈折率勾
配レンズ／／と電極対／２Ａ、／２Ｂを両レンズの光軸
を一致させて設けた構造としてもよい。また基板の片面
または両面側に相互に間隔をおいて複数のレンズおよび
電極の対を配置してもよい。さらに第５図に示すように
レンズ／／を、横断面内では前述のような屈折率勾配を
有し長手方向には屈折率が一様なライン状集光機能をも
つ半円柱レンズとした場合は、レンズ／／の対向両側縁
にそれぞれ正負電極７２Ａおよび／２Ｂを光軸対称に配
置すれば、前述実施例と同様の効果が得られる。
場合について述べたが、言うまでもなく単一基板内に電
極を備えたレンズを複数設けてもよい。例えば第ψ図に
示すように基通の基板ＩＯの両面側にそれぞれ屈折率勾
配レンズ／／と電極対／２Ａ、／２Ｂを両レンズの光軸
を一致させて設けた構造としてもよい。また基板の片面
または両面側に相互に間隔をおいて複数のレンズおよび
電極の対を配置してもよい。さらに第５図に示すように
レンズ／／を、横断面内では前述のような屈折率勾配を
有し長手方向には屈折率が一様なライン状集光機能をも
つ半円柱レンズとした場合は、レンズ／／の対向両側縁
にそれぞれ正負電極７２Ａおよび／２Ｂを光軸対称に配
置すれば、前述実施例と同様の効果が得られる。
〔効 果〕
本発明によれば、レンズ側縁部に設けた電極に印加する
電圧を変化させるだけでレンズの焦点位置を制御するこ
とができ、機械可動部を含まないため極めて高速度の焦
点調整を実現でき、光ディスクの情報書き込み、読み取
り等広範な分野において有用である。
電圧を変化させるだけでレンズの焦点位置を制御するこ
とができ、機械可動部を含まないため極めて高速度の焦
点調整を実現でき、光ディスクの情報書き込み、読み取
り等広範な分野において有用である。
第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第コ界強度の
分布を示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例を示す
断面斜視図、第５図は本発明のさらに別の実施例を示す
断面斜視図、第６図は従来の温度光学効果を用いた可変
焦点レンズの例を示す斜視図である。 ＩＯ・・・・・・基 板 ／／・・・・・・レンズ ／
２に、／２Ｂ・・・・・・電 極 ／３・・・・・・光
軸 ／グＡ、／ＬＢ・・曲焦 点第１図 第２図 第３図 第４図 １２１：５
分布を示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例を示す
断面斜視図、第５図は本発明のさらに別の実施例を示す
断面斜視図、第６図は従来の温度光学効果を用いた可変
焦点レンズの例を示す斜視図である。 ＩＯ・・・・・・基 板 ／／・・・・・・レンズ ／
２に、／２Ｂ・・・・・・電 極 ／３・・・・・・光
軸 ／グＡ、／ＬＢ・・曲焦 点第１図 第２図 第３図 第４図 １２１：５
Claims (1)
- 電気光学効果を有する基板内にこの基板とは屈折率の異
なるレンズ部分を一体に形成するとともに、前記レンズ
の光軸に直交する面内でレンズ部分を囲むように且つ軸
対称に正負電極を配置し、これら電極間に印加する電圧
を変化させることによりレンズの焦点位置を変えるよう
にしたことを特徴とする焦点可変レンズ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6136485A JPS61219929A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 焦点可変レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6136485A JPS61219929A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 焦点可変レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61219929A true JPS61219929A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13169035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6136485A Pending JPS61219929A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 焦点可変レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61219929A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4238251A1 (en) * | 1991-11-12 | 1993-05-13 | Hitachi Koki Kk | Light beam deflection controller for laser printer or optical disc system - has thin base of electro optical material with electrode controlling deflection through pair of prisms |
-
1985
- 1985-03-26 JP JP6136485A patent/JPS61219929A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4238251A1 (en) * | 1991-11-12 | 1993-05-13 | Hitachi Koki Kk | Light beam deflection controller for laser printer or optical disc system - has thin base of electro optical material with electrode controlling deflection through pair of prisms |
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