液晶レンズ
【課題】焦点可変レンズとして有限系と無限系のダイナミックな切り替えが可能でありながら、可視光の広い波長帯域でも、有限系あるいは無限系のいずれか一方を確実に波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たし、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得ることができ、かつ安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供すること。
【解決手段】液晶３を挟持する２枚の透明基板２ａ、２ｂにおける液晶３に接する少なくとも一方の面に、レンズ面４が形成されている液晶レンズ１において、このレンズ面４を含む透明基板２ａ、２ｂを構成する部材のアッベ数と、液晶３における常光屈折率のアッベ数、または異常光屈折率のアッベ数とを等しくなるように構成した。
【解決手段】液晶３を挟持する２枚の透明基板２ａ、２ｂにおける液晶３に接する少なくとも一方の面に、レンズ面４が形成されている液晶レンズ１において、このレンズ面４を含む透明基板２ａ、２ｂを構成する部材のアッベ数と、液晶３における常光屈折率のアッベ数、または異常光屈折率のアッベ数とを等しくなるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光の広い波長帯域によらず、色収差の小さい良好な光学性能を維持し、かつ簡素な構成で実現可能な液晶レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、眼鏡やカメラなどの結像光学系において、また、プロジェクターなどの投影光学系において、それぞれの用途に合わせて光線の集光や発散を自在に切り替えることができる液晶レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照のこと）。
【０００３】
以下、従来の液晶レンズの構成を図面に基づいて説明する。図５は、特許文献１に記載されている液晶レンズの断面図を示したものである。
【０００４】
図５に示す液晶レンズ１０１は、液晶分子を配向するための配向膜（図示せず）と、液晶に電圧を印加するための透明電極（図示せず）をそれぞれ有する二枚の透明基板１０２ａ、１０２ｂによって、液晶１０３を挟持した構成となっている。また、図５に示す通り、二枚の透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３と接する面がレンズ面となっている。
【０００５】
この液晶レンズ１０１は、電圧印加により対向する透明基板１０２ａ、１０２ｂの表面にそれぞれ形成された透明電極（図示せず）の間に電界を発生させ、ここで発生した電界に沿って液晶１０３中の液晶分子が配列することにより、透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３が屈折率差を得て、焦点可変のレンズ効果を得ることができる様になっている。
【０００６】
この図５に示す液晶レンズ１０１は、凹部を持つ透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３の屈折率差によって焦点可変レンズとして作用するため、無限系と有限系の切り替えが可能であり、例えば、凹部を持つ透明基板１０２ａ、１０２ｂの屈折率と、液晶１０３の液晶分子の常光屈折率を同一にしておけば、透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３の屈折率差によるレンズ効果は発生せず無限系となり、液晶レンズへの入射光線１０５を素通しする平板効果が得られ、電圧印加によって液晶分子の異常光屈折率成分が発現すれば、透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３の屈折率差によるレンズ効果を持たせ有限系とすることができる。
【０００７】
ところで、一般的には液晶１０３のアッベ数は、透明基板１０２ａ、１０２ｂよりも小さいため、液晶レンズ１０１は強い色収差が発生することとなる。そこで、図５に示す液晶レンズ１０１は、凸レンズとしての効果を有するために、凹レンズの効果を有する透明基板１０２ａ、１０２ｂと組み合わせて、色収差を低減した液晶レンズとすることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１５６２２１号公報（第１頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図５に示す液晶レンズ１０１は、入射光線１０５が示すように、４００ｎｍの光線と７００ｎｍの光線では、集光位置が変わってしまうため、このような構成では、広い波長帯域の可視光では色収差の影響により、波面収差を小さく抑えることができない。例えば、光学性能の指標として、波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たせば、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得られるという判断が一
般的になされるが、この液晶レンズ１０１の構成では、これを満たすことが難しい。その特性について図６を用いて説明する。
【００１０】
図６は、図５に示した液晶レンズ１０１について、広い波長帯域の可視光における光学特性を示す図である。図６に記載されている波面収差λ／１４のラインは、光学性能の指標となるマレシャル基準を示したものであり、一般的には、液晶レンズ１０１で発生する波面収差を、λ/１４以下に抑えることができれば、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得られるという判断がなされる。
【００１１】
図５に示すように、液晶１０３に電圧を印加することで、この液晶レンズ１０１は、レンズ効果を得ることができる。このとき、図６に示すように広い波長帯域の可視光において、液晶１０３の波長分散の影響によって、広い波長帯域の入射光線１０５では同じ位置に集光することができず、色収差が発生するために回折限界となるλ／１４以下を満たすことはできない。
【００１２】
また、図５に示した従来の液晶レンズ１０１は、透明基板１０２ａ、１０２ｂのそれぞれがレンズ面を有するが、液晶レンズの製造工程において、両透明基板１０２ａ、１０２ｂのレンズ光軸を、正確に重ね合わせて貼り合わせることは、非常に困難である。このレンズ光軸がズレたまま、透明基板１０２ａ、１０２ｂを貼り合わせると、レンズの光軸芯ズレが発生し、これがレンズの光学性能を落とす要因となる。
【００１３】
このように、従来の液晶レンズ１０１は、焦点可変レンズとして有限系と無限系の切り替えは可能だが、色収差により光学性能が著しく低下してしまうという問題を有していた。また、液晶１０３を挟持する透明基板１０２ａ、１０２ｂにそれぞれレンズ面１０４があると、光軸芯ズレにより特性が低下するため、製造が難しくなるといった課題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、焦点可変レンズとして有限系と無限系のダイナミックな切り替えが可能でありながら、可視光の広い波長帯域でも、有限系あるいは無限系のいずれか一方を確実に波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たし、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得ることができ、かつ安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の液晶レンズは、基本的に下記の構成を有するものである。
【００１６】
本発明の液晶レンズは、液晶を挟持する２枚の透明基板における液晶に接する少なくとも一方の面に、レンズ面が形成されている液晶レンズにおいて、このレンズ面を含む透明基板を構成する部材のアッベ数と、液晶における常光屈折率のアッベ数、または異常光屈折率のアッベ数と、を等しくしたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の液晶レンズは、前述した２枚の透明基板の内の一方の基板に、レンズ面が形成されており、他方の基板に、レンズ面が形成されていない平板基板であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の液晶レンズは、前述したレンズ面が、入射する光束の光軸と直交する面内で、光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の液晶レンズは、前述したレンズ面が形成された透明基板が、樹脂基板であることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の液晶レンズは、前述した樹脂基板が、主剤に対して分極率の高いイオンが含む材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の液晶レンズは、前述した透明基板が、主剤に対して分極率の高いイオンを含む材料で形成されたガラス基板であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、簡易で安価な構成で、量産性に優れ、可変焦点レンズとして有限系から無限系へとダイナミックな切り替えが可能でありながら、可視光の広い波長帯域に関わらず、有限系あるいは無限系のいずれか一方を確実に波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たし、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得ることができる液晶レンズが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の液晶レンズの構成をについて以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明における第一の実施形態の液晶レンズについて、液晶レンズがレンズ効果を持った際の構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態である液晶レンズ１の構成を示す断面図であり、レンズとして作用した状態を示している。
【００２５】
図１に示す様に、本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１は、液晶３と接する面にレンズ面４を形成した樹脂６を有する透明基板２ａ（凹レンズの効果を有する透明基板２ａ）と、対向する、レンズ形状を有さない透明基板２ｂ（平板基板）によって構成されている。ここでは、レンズ面４は、液晶３の一方の面のみに、入射光線５ａの光軸と直交する面内で、光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状で形成されている。このレンズ面４を球面または非球面とするのかは、設計仕様に応じて任意である。また、このレンズ面４は曲率によって液晶３の厚さに大きく影響するので、液晶レンズ１の応答性に大きく関わる。そのため、液晶３の厚さを薄くするためにレンズ面４をフレネルレンズ形状としてもよい。さらに、ここで示した凹レンズ効果を有する透明基板２ａだけでなく、仕様に応じて凸レンズ効果を有する形態としても構わない。
【００２６】
また、レンズ面４を有する透明基板２ａおよび対向する透明基板２ｂには、それぞれの基板表面に形成された透明電極（図示せず）と配向膜（図示せず）とによって、基板間に挟持する液晶３に給電を行って、樹脂６のレンズ面４の入射光線５ａに対して液晶３との屈折率差を付与できる様になっている。
【００２７】
また、図１で示す液晶レンズ１において、レンズ面４を形成した樹脂６には、例えば、アクリル樹脂からなる主剤に対して分極率の高いイオンを含む、高屈折率でありかつ低アッベ数の材料を採用している。ここで示す分極率とは、物質の光による変位の受けやすさを表すものであるため、分極率が高い物質ほど高い屈折率を示す。また、ここで使用する樹脂６は、例えば、高い分極率を示す有機基であるベンゼン環、硫黄、ヨウ素、臭素などを有する高分子材料を用いることで、その樹脂材料の屈折率から更に高い屈折率に調整することができる。また、この様に上記有機基を備えた高分子材料によりレンズ面４を形成して屈折率を上昇させると、液晶レンズ１に入射する入射光線５ａの波長による分散の影響が大きくなるため、高屈折率の材料は必然的に波長分散の大きい低アッベ数の材料となることに留意すべきである。
【００２８】
また、図１で示す本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１において、液晶３はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型液晶を利用することも可能である。いずれの配向モードにおいても、液晶３の異常光屈折率Ｎｅを樹脂６の屈折率と一致させる。そうすることで、図１に示すように液晶分子が透明基板２ｂと平行（紙面に対して上下方向）になるように駆動した場合、入射光線５ａに対して液晶３の常光屈折率Ｎｏが作用するために、液晶３の常光屈折率Ｎｏと樹脂６の屈折率の差によって、レンズ面４で入射光線５ａが屈折することにより、液晶レンズ１にレンズ効果を持たせることができる。
【００２９】
また、液晶３は、異常光屈折率Ｎｅと常光屈折率Ｎｏのそれぞれにおいて、屈折率が異なるために、必然的に波長分散の大きさを示すアッベ数もそれぞれ異なる。そこで、液晶３とレンズとして作用させる樹脂材料のアッベ数を考慮せずに液晶レンズを構成すると、屈折率の大きい異常光屈折率Ｎｅの方が、屈折率の小さい常光屈折率Ｎｏよりも波長分散の大きい低アッベ数となるが、この異常光屈折率Ｎｅのアッベ数は、樹脂６のアッベ数と比べても小さくなってしまうこととなる。そのため、本発明においては、液晶３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、高屈折率である樹脂６のアッベ数とをほぼ一致するように構成した。このとき、当然ながら液晶３の異常光屈折率Ｎｅのアッベ数と、樹脂６のアッベ数とは異なる値となる。
【００３０】
そこで、樹脂６のアッベ数と液晶３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数とを一致させるために、具体的には、液晶３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数が３５前後であるため、樹脂６を先に述べた分極率の高い有機基を有する高分子材料用いて、屈折率とアッベ数を調整する。このとき、樹脂６の屈折率は１．６〜１．９程度、アッベ数が２０〜４０前後の範囲で調整可能となるため、樹脂６のアッベ数を３５前後になるように調整すれば、液晶３の常光屈折率Ｎｏのアッベ数にほぼ一致することになる。
【００３１】
また、液晶３の常光屈折率Ｎｏは１．５前後であり、樹脂材料の屈折率は１．６〜１．９前後となるため、両者の屈折率差が０．１〜０．４程度得られることになる。そして、液晶レンズ１は、この屈折率差の範囲内において色収差のない焦点可変レンズを実現することができる。
【００３２】
このように、図１で示す本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１は、レンズ効果を持つように液晶３を駆動させた場合に、常光屈折率Ｎｏが作用しても、この常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数とが一致するので、例え図１に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの広い波長帯域の入射光線５ａであったとしても、各波長の光の全てを同じ位置に集光させて、その結果、色収差を抑えることができるのである。
【００３３】
次に、本発明における液晶レンズ１について、液晶レンズ１が平板効果を持った際（液晶３を駆動させなかったとき）の形態について図２を用いて説明する。図２は、液晶レンズ１を図１に示したレンズ効果から、平板効果に切り替えたときを示す図面である。
【００３４】
先の説明の通り、本発明の液晶レンズ１は、液晶３の常光屈折率Ｎｏを樹脂６の屈折率と一致させている。そのため、図２に示すように液晶分子が透明基板２ｂと垂直になるように駆動した場合、入射光線５ｂには液晶３の異常光屈折率Ｎｅが作用することとなり、図１で示した形態とは異なり、レンズ面４で入射光線５ｂが屈折することなく、液晶レンズ１は平板として作用して、入射光線５ｂを素通しとすることができる。
【００３５】
しかしながら、図２で示す本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１は、平板効果を持つように液晶３を駆動させた場合に、異常光屈折率Ｎｅが作用しているため、この異
常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数とが異なることから、図２に示すように、広い波長帯域の入射光線５ｂは、各波長の光が同じ位置に集光することができず、色収差を抑えることは難しくなる。
【００３６】
次に、本発明の液晶レンズ１の性能について示す。図３は、図１と図２により説明した本発明における液晶レンズ１に、広い波長帯域の可視光の入射光線を入射させ、この液晶レンズ１から出射する光線における波面収差を示している。本図における縦軸は波面収差量であり、横軸は波長を示している。また、本図に示す実線は、液晶レンズ１がレンズ効果を持った際の波面収差を示し、点線が液晶レンズ１が平板効果を持った際の波面収差を示す。また、図３に記載されている波面収差λ／１４のラインは、光学性能の指標となるマレシャル基準を示したものであり、一般的にはこのλ／１４以下に波面収差を抑えることができれば、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得られるという判断がなされる。
【００３７】
図３に示すように、本発明における液晶レンズ１がレンズ効果を持った際には、回折限界であるλ／１４を満たすことができる。これは、先に述べたとおり、常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数とがほぼ一致することから、液晶レンズ１を透過した光線の色収差を、極力抑えることができるためである。
【００３８】
また、本発明における液晶レンズ１が平板効果を持った際には、回折限界であるλ／１４を満たすことが難しいことが判る。これも、先に述べたとおり、このときには、異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数が異なることから、液晶レンズ１を透過した光線の色収差を、抑えることは難しくなる。
【００３９】
また、本発明における第一の実施形態では、液晶レンズ１がレンズ効果を持った際に波面収差を最も小さくなるように構成しているため、平板効果の際には波面収差が悪化することとなるが、液晶レンズ１の実際の用途に合わせて、平板効果の際に波面収差を最も小さくすることも可能である。この平板効果の際に波面収差を最も小さくするためには、樹脂６のアッベ数が、液晶３の異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と一致するように設定すれば、その効果を得ることができる。
【００４０】
このように、本発明における第一の実施形態における液晶レンズ１によって、液晶レンズ１が有限系から無限系へとダイナミックな切り替えが可能となり、液晶レンズのそれぞれの用途に合わせて、可視域である、広い波長帯域の入射光に対して色収差の発生を極力抑え、回折限界まで波面収差を抑えることが可能となる。また、本発明の構成は、レンズ面が１面であるため、光軸芯ズレの問題も起こらないために、安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供することができる。
【００４１】
なお、レンズ効果と平板効果の両方において色収差を極力抑えたい場合には、レンズ面を形成する材料のアッベ数を、液晶の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数の中間となるように調整すればよい。
【００４２】
また、本実施例では、レンズ面４が一方の透明基板２ｂ側に形成した構成例を示したが、必要に応じて他方の面の透明基板２ａ表面にも、レンズ面を設けても構わない。この構成とすることにより、レンズ面を一方に設けた図１、図２の構成に比べて、液晶レンズの製造工程において、レンズの光軸芯ズレが発生する可能性が増すが、他の収差を低減する、またはレンズ効果を高める等、レンズ設計の自由度を広げながらにして、色収差の発生を極力抑えた形態とすることができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明における第一の実施形態の液晶レンズの他の構成について、液晶レンズがレンズ効果を持った際の構成について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態である液晶レンズ１１の構成を示す断面図であり、レンズとして作用した状態を示している。
【００４４】
図４に示す様に、本発明における第二の実施形態の液晶レンズ１１は、液晶１３と接する面にレンズ面１４を形成した透明基板１２ａと、対向する透明基板１２ｂによって構成されている。本形態においても、レンズ面１４は、液晶１３に対して一方の面に、入射光線１５ａの光軸と直交する面内で光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状で形成されている。このレンズ面形状を球面または非球面形状とするかは、仕様用途に応じて任意である。さらには、このレンズ面１４は曲率によって液晶１３の厚さに大きく影響するので、液晶レンズ１１の応答性に大きく関わる。そのため、液晶１３の厚さを薄くするためにレンズ面１４をフレネルレンズ形状としてもよい。
【００４５】
また、レンズ面１４を有する透明基板１２ａおよび対向する透明基板１２ｂには、それぞれの基板表面に形成された透明電極（図示せず）と配向膜（図示せず）とによって、基板間に挟持する液晶１３に給電を行って、レンズ面１４の入射光線１５ａに対して液晶１３との屈折率差を付与できる様になっている。
【００４６】
また、図４で示す本発明における第二の実施形態の液晶レンズ１１において、レンズ面１４を有する透明基板１２ａはガラス基板であり、主剤に対して分極率の高いイオンを含む、高屈折率でありかつ低アッベ数の材料を採用している。ここで示す分極率とは、物質の光による変位の受けやすさを表すものであるため、分極率が高い物質ほど高い屈折率を示す。この透明基板１２ａについては、例えば、ガラス材料に、高い分極率を示す鉛やバリウムの含有量を調整することで、高い屈折率を有する透明基板１２ａとすることができる。また、高い屈折率の透明基板１２ａとすると、入射光線の波長による分散の影響が大きくなるため、高屈折率の材料は必然的に波長分散の大きい低アッベ数の材料となることに留意する必要がある。
【００４７】
また、図４で示す本発明における第二の実施形態の液晶レンズ１１において、液晶１３はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型液晶を利用することも可能である。いずれの配向モードにおいても、液晶１３の異常光屈折率Ｎｅを透明基板１２ａの屈折率と一致させる。そうすることで、図４に示すように液晶分子が透明基板１２ｂと平行（紙面に対して上下方向）になるように駆動した場合、入射光線１５ａには液晶１３の常光屈折率Ｎｏが作用するために、液晶１３の常光屈折率Ｎｏと透明基板１２ａの屈折率の差によって、レンズ面１４で入射光線１５ａが屈折することにより、液晶レンズ１１にレンズ効果を持たせることができる。
【００４８】
また、液晶１３は、異常光屈折率Ｎｅと常光屈折率Ｎｏのそれぞれにおいて、屈折率が異なるために、必然的に波長分散の大きさを示すアッベ数もそれぞれ異なる。そこで、液晶１３とレンズとして作用させる透明基板材料を考慮せずに液晶レンズを構成すると、屈折率の大きい異常光屈折率Ｎｅの方が、屈折率の小さい常光屈折率Ｎｏよりも波長分散の大きい低アッベ数となるが、この異常光屈折率Ｎｅのアッベ数は、透明基板１２ａのアッベ数と比べても小さくなってしまうこととなる。そのため、本発明においては、常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と高屈折率である透明基板１２ａのアッベ数をほぼ一致するように構成した。このとき、当然ながら液晶１３の異常光屈折率Ｎｅのアッベ数と、透明基板１２ａのアッベ数とは異なる値となる。
【００４９】
そこで、透明基板１２ａのアッベ数と液晶１３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数とを一致させるために、具体的には、液晶１３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数が３５前後
であるため、透明基板１２ａを先に述べた分極率の高い鉛やバリウムをの含有量を調整して、屈折率とアッベ数を調整する。このとき、透明基板１２ａの屈折率は１．６〜１．９程度、アッベ数が２０〜４０前後の範囲で調整可能となるため、透明基板１２ａのアッベ数を３５前後になるように調整すれば、液晶１３の常光屈折率Ｎｏのアッベ数にほぼ一致することになる。また、液晶１３の常光屈折率Ｎｏは１．５前後であり、樹脂材料の屈折率は１．６〜１．９前後となるため、両者の屈折率差が０．１〜０．４程度得られることになる。液晶レンズ１１は、この屈折率差の範囲内において色収差のない焦点可変レンズを実現することができる。
【００５０】
このように、図４で示す本発明の液晶レンズ１１は、レンズ効果を持つように液晶１３を駆動させた場合に、常光屈折率Ｎｏが作用しても、この常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、透明基板１２ａのアッベ数とが一致するので、例え図４に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの広い波長帯域の入射光線１５ａであったとしても、各波長の光の全てを同じ位置に集光させて、色収差を抑えることができるのである。
【００５１】
また、本発明の第二の実施形態における液晶レンズ１１が、レンズ効果を持った際の波面収差と平板効果を持った際の波面収差の関係については、実施例１で説明した図１および図２とそれぞれと同様の効果を持つため、ここでの説明は省略する。
【００５２】
また、第二の実施形態における液晶レンズ１１も、先に説明したと同様に、レンズ効果を持った際に波面収差を最も小さくなるように構成しているため、平板効果の際には波面収差が悪化することとなるが、液晶レンズ１１の実際の用途に合わせて、平板効果の際に波面収差を最も小さくすることも可能である。この平板効果の際に波面収差を最も小さくするためには、透明基板１２ａのアッベ数が、液晶１３の異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と一致するように設定すれば、その効果を得ることができる。
【００５３】
このように、本発明の第二の実施形態における液晶レンズ１１によっても、液晶レンズ１１が有限系から無限系へとダイナミックな切り替えが可能となり、液晶レンズのそれぞれの用途に合わせて、可視光の広い波長帯域の入射光に対して色収差の発生を極力抑え、回折限界まで波面収差を抑えることが可能となる。また、本発明の構成は、レンズ面が１面であるため、光軸芯ズレの問題も起こらないために、安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における第一の実施形態の液晶レンズが、レンズ効果を持った際の断面図である。
【図２】本発明における第一の実施形態の液晶レンズが、平板効果を持った際の断面図である。
【図３】本発明の液晶レンズが、レンズ効果および平板効果をそれぞれ持った際の波面収差を表す図である。
【図４】本発明における第二の実施形態の液晶レンズが、レンズ効果を持った際の断面図である。
【図５】従来の液晶レンズの構成を示す断面図である。
【図６】従来の液晶レンズが、レンズ効果を持った際の波面収差を表す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１１、１０１ 液晶レンズ
２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ 透明基板
３、１３ 液晶
４、１４ レンズ面
５ａ、５ｂ、１５ａ 入射光線
６ 樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光の広い波長帯域によらず、色収差の小さい良好な光学性能を維持し、かつ簡素な構成で実現可能な液晶レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、眼鏡やカメラなどの結像光学系において、また、プロジェクターなどの投影光学系において、それぞれの用途に合わせて光線の集光や発散を自在に切り替えることができる液晶レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照のこと）。
【０００３】
以下、従来の液晶レンズの構成を図面に基づいて説明する。図５は、特許文献１に記載されている液晶レンズの断面図を示したものである。
【０００４】
図５に示す液晶レンズ１０１は、液晶分子を配向するための配向膜（図示せず）と、液晶に電圧を印加するための透明電極（図示せず）をそれぞれ有する二枚の透明基板１０２ａ、１０２ｂによって、液晶１０３を挟持した構成となっている。また、図５に示す通り、二枚の透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３と接する面がレンズ面となっている。
【０００５】
この液晶レンズ１０１は、電圧印加により対向する透明基板１０２ａ、１０２ｂの表面にそれぞれ形成された透明電極（図示せず）の間に電界を発生させ、ここで発生した電界に沿って液晶１０３中の液晶分子が配列することにより、透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３が屈折率差を得て、焦点可変のレンズ効果を得ることができる様になっている。
【０００６】
この図５に示す液晶レンズ１０１は、凹部を持つ透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３の屈折率差によって焦点可変レンズとして作用するため、無限系と有限系の切り替えが可能であり、例えば、凹部を持つ透明基板１０２ａ、１０２ｂの屈折率と、液晶１０３の液晶分子の常光屈折率を同一にしておけば、透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３の屈折率差によるレンズ効果は発生せず無限系となり、液晶レンズへの入射光線１０５を素通しする平板効果が得られ、電圧印加によって液晶分子の異常光屈折率成分が発現すれば、透明基板１０２ａ、１０２ｂと液晶１０３の屈折率差によるレンズ効果を持たせ有限系とすることができる。
【０００７】
ところで、一般的には液晶１０３のアッベ数は、透明基板１０２ａ、１０２ｂよりも小さいため、液晶レンズ１０１は強い色収差が発生することとなる。そこで、図５に示す液晶レンズ１０１は、凸レンズとしての効果を有するために、凹レンズの効果を有する透明基板１０２ａ、１０２ｂと組み合わせて、色収差を低減した液晶レンズとすることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１５６２２１号公報（第１頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図５に示す液晶レンズ１０１は、入射光線１０５が示すように、４００ｎｍの光線と７００ｎｍの光線では、集光位置が変わってしまうため、このような構成では、広い波長帯域の可視光では色収差の影響により、波面収差を小さく抑えることができない。例えば、光学性能の指標として、波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たせば、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得られるという判断が一
般的になされるが、この液晶レンズ１０１の構成では、これを満たすことが難しい。その特性について図６を用いて説明する。
【００１０】
図６は、図５に示した液晶レンズ１０１について、広い波長帯域の可視光における光学特性を示す図である。図６に記載されている波面収差λ／１４のラインは、光学性能の指標となるマレシャル基準を示したものであり、一般的には、液晶レンズ１０１で発生する波面収差を、λ/１４以下に抑えることができれば、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得られるという判断がなされる。
【００１１】
図５に示すように、液晶１０３に電圧を印加することで、この液晶レンズ１０１は、レンズ効果を得ることができる。このとき、図６に示すように広い波長帯域の可視光において、液晶１０３の波長分散の影響によって、広い波長帯域の入射光線１０５では同じ位置に集光することができず、色収差が発生するために回折限界となるλ／１４以下を満たすことはできない。
【００１２】
また、図５に示した従来の液晶レンズ１０１は、透明基板１０２ａ、１０２ｂのそれぞれがレンズ面を有するが、液晶レンズの製造工程において、両透明基板１０２ａ、１０２ｂのレンズ光軸を、正確に重ね合わせて貼り合わせることは、非常に困難である。このレンズ光軸がズレたまま、透明基板１０２ａ、１０２ｂを貼り合わせると、レンズの光軸芯ズレが発生し、これがレンズの光学性能を落とす要因となる。
【００１３】
このように、従来の液晶レンズ１０１は、焦点可変レンズとして有限系と無限系の切り替えは可能だが、色収差により光学性能が著しく低下してしまうという問題を有していた。また、液晶１０３を挟持する透明基板１０２ａ、１０２ｂにそれぞれレンズ面１０４があると、光軸芯ズレにより特性が低下するため、製造が難しくなるといった課題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、焦点可変レンズとして有限系と無限系のダイナミックな切り替えが可能でありながら、可視光の広い波長帯域でも、有限系あるいは無限系のいずれか一方を確実に波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たし、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得ることができ、かつ安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の液晶レンズは、基本的に下記の構成を有するものである。
【００１６】
本発明の液晶レンズは、液晶を挟持する２枚の透明基板における液晶に接する少なくとも一方の面に、レンズ面が形成されている液晶レンズにおいて、このレンズ面を含む透明基板を構成する部材のアッベ数と、液晶における常光屈折率のアッベ数、または異常光屈折率のアッベ数と、を等しくしたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の液晶レンズは、前述した２枚の透明基板の内の一方の基板に、レンズ面が形成されており、他方の基板に、レンズ面が形成されていない平板基板であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の液晶レンズは、前述したレンズ面が、入射する光束の光軸と直交する面内で、光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の液晶レンズは、前述したレンズ面が形成された透明基板が、樹脂基板であることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の液晶レンズは、前述した樹脂基板が、主剤に対して分極率の高いイオンが含む材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の液晶レンズは、前述した透明基板が、主剤に対して分極率の高いイオンを含む材料で形成されたガラス基板であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、簡易で安価な構成で、量産性に優れ、可変焦点レンズとして有限系から無限系へとダイナミックな切り替えが可能でありながら、可視光の広い波長帯域に関わらず、有限系あるいは無限系のいずれか一方を確実に波面収差のＲＭＳ値がλ／１４以下（マレシャル基準）を満たし、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得ることができる液晶レンズが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の液晶レンズの構成をについて以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明における第一の実施形態の液晶レンズについて、液晶レンズがレンズ効果を持った際の構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態である液晶レンズ１の構成を示す断面図であり、レンズとして作用した状態を示している。
【００２５】
図１に示す様に、本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１は、液晶３と接する面にレンズ面４を形成した樹脂６を有する透明基板２ａ（凹レンズの効果を有する透明基板２ａ）と、対向する、レンズ形状を有さない透明基板２ｂ（平板基板）によって構成されている。ここでは、レンズ面４は、液晶３の一方の面のみに、入射光線５ａの光軸と直交する面内で、光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状で形成されている。このレンズ面４を球面または非球面とするのかは、設計仕様に応じて任意である。また、このレンズ面４は曲率によって液晶３の厚さに大きく影響するので、液晶レンズ１の応答性に大きく関わる。そのため、液晶３の厚さを薄くするためにレンズ面４をフレネルレンズ形状としてもよい。さらに、ここで示した凹レンズ効果を有する透明基板２ａだけでなく、仕様に応じて凸レンズ効果を有する形態としても構わない。
【００２６】
また、レンズ面４を有する透明基板２ａおよび対向する透明基板２ｂには、それぞれの基板表面に形成された透明電極（図示せず）と配向膜（図示せず）とによって、基板間に挟持する液晶３に給電を行って、樹脂６のレンズ面４の入射光線５ａに対して液晶３との屈折率差を付与できる様になっている。
【００２７】
また、図１で示す液晶レンズ１において、レンズ面４を形成した樹脂６には、例えば、アクリル樹脂からなる主剤に対して分極率の高いイオンを含む、高屈折率でありかつ低アッベ数の材料を採用している。ここで示す分極率とは、物質の光による変位の受けやすさを表すものであるため、分極率が高い物質ほど高い屈折率を示す。また、ここで使用する樹脂６は、例えば、高い分極率を示す有機基であるベンゼン環、硫黄、ヨウ素、臭素などを有する高分子材料を用いることで、その樹脂材料の屈折率から更に高い屈折率に調整することができる。また、この様に上記有機基を備えた高分子材料によりレンズ面４を形成して屈折率を上昇させると、液晶レンズ１に入射する入射光線５ａの波長による分散の影響が大きくなるため、高屈折率の材料は必然的に波長分散の大きい低アッベ数の材料となることに留意すべきである。
【００２８】
また、図１で示す本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１において、液晶３はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型液晶を利用することも可能である。いずれの配向モードにおいても、液晶３の異常光屈折率Ｎｅを樹脂６の屈折率と一致させる。そうすることで、図１に示すように液晶分子が透明基板２ｂと平行（紙面に対して上下方向）になるように駆動した場合、入射光線５ａに対して液晶３の常光屈折率Ｎｏが作用するために、液晶３の常光屈折率Ｎｏと樹脂６の屈折率の差によって、レンズ面４で入射光線５ａが屈折することにより、液晶レンズ１にレンズ効果を持たせることができる。
【００２９】
また、液晶３は、異常光屈折率Ｎｅと常光屈折率Ｎｏのそれぞれにおいて、屈折率が異なるために、必然的に波長分散の大きさを示すアッベ数もそれぞれ異なる。そこで、液晶３とレンズとして作用させる樹脂材料のアッベ数を考慮せずに液晶レンズを構成すると、屈折率の大きい異常光屈折率Ｎｅの方が、屈折率の小さい常光屈折率Ｎｏよりも波長分散の大きい低アッベ数となるが、この異常光屈折率Ｎｅのアッベ数は、樹脂６のアッベ数と比べても小さくなってしまうこととなる。そのため、本発明においては、液晶３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、高屈折率である樹脂６のアッベ数とをほぼ一致するように構成した。このとき、当然ながら液晶３の異常光屈折率Ｎｅのアッベ数と、樹脂６のアッベ数とは異なる値となる。
【００３０】
そこで、樹脂６のアッベ数と液晶３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数とを一致させるために、具体的には、液晶３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数が３５前後であるため、樹脂６を先に述べた分極率の高い有機基を有する高分子材料用いて、屈折率とアッベ数を調整する。このとき、樹脂６の屈折率は１．６〜１．９程度、アッベ数が２０〜４０前後の範囲で調整可能となるため、樹脂６のアッベ数を３５前後になるように調整すれば、液晶３の常光屈折率Ｎｏのアッベ数にほぼ一致することになる。
【００３１】
また、液晶３の常光屈折率Ｎｏは１．５前後であり、樹脂材料の屈折率は１．６〜１．９前後となるため、両者の屈折率差が０．１〜０．４程度得られることになる。そして、液晶レンズ１は、この屈折率差の範囲内において色収差のない焦点可変レンズを実現することができる。
【００３２】
このように、図１で示す本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１は、レンズ効果を持つように液晶３を駆動させた場合に、常光屈折率Ｎｏが作用しても、この常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数とが一致するので、例え図１に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの広い波長帯域の入射光線５ａであったとしても、各波長の光の全てを同じ位置に集光させて、その結果、色収差を抑えることができるのである。
【００３３】
次に、本発明における液晶レンズ１について、液晶レンズ１が平板効果を持った際（液晶３を駆動させなかったとき）の形態について図２を用いて説明する。図２は、液晶レンズ１を図１に示したレンズ効果から、平板効果に切り替えたときを示す図面である。
【００３４】
先の説明の通り、本発明の液晶レンズ１は、液晶３の常光屈折率Ｎｏを樹脂６の屈折率と一致させている。そのため、図２に示すように液晶分子が透明基板２ｂと垂直になるように駆動した場合、入射光線５ｂには液晶３の異常光屈折率Ｎｅが作用することとなり、図１で示した形態とは異なり、レンズ面４で入射光線５ｂが屈折することなく、液晶レンズ１は平板として作用して、入射光線５ｂを素通しとすることができる。
【００３５】
しかしながら、図２で示す本発明における第一の実施形態の液晶レンズ１は、平板効果を持つように液晶３を駆動させた場合に、異常光屈折率Ｎｅが作用しているため、この異
常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数とが異なることから、図２に示すように、広い波長帯域の入射光線５ｂは、各波長の光が同じ位置に集光することができず、色収差を抑えることは難しくなる。
【００３６】
次に、本発明の液晶レンズ１の性能について示す。図３は、図１と図２により説明した本発明における液晶レンズ１に、広い波長帯域の可視光の入射光線を入射させ、この液晶レンズ１から出射する光線における波面収差を示している。本図における縦軸は波面収差量であり、横軸は波長を示している。また、本図に示す実線は、液晶レンズ１がレンズ効果を持った際の波面収差を示し、点線が液晶レンズ１が平板効果を持った際の波面収差を示す。また、図３に記載されている波面収差λ／１４のラインは、光学性能の指標となるマレシャル基準を示したものであり、一般的にはこのλ／１４以下に波面収差を抑えることができれば、回折限界の高い精度を持ち光学性能が十分に得られるという判断がなされる。
【００３７】
図３に示すように、本発明における液晶レンズ１がレンズ効果を持った際には、回折限界であるλ／１４を満たすことができる。これは、先に述べたとおり、常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数とがほぼ一致することから、液晶レンズ１を透過した光線の色収差を、極力抑えることができるためである。
【００３８】
また、本発明における液晶レンズ１が平板効果を持った際には、回折限界であるλ／１４を満たすことが難しいことが判る。これも、先に述べたとおり、このときには、異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と、樹脂６のアッベ数が異なることから、液晶レンズ１を透過した光線の色収差を、抑えることは難しくなる。
【００３９】
また、本発明における第一の実施形態では、液晶レンズ１がレンズ効果を持った際に波面収差を最も小さくなるように構成しているため、平板効果の際には波面収差が悪化することとなるが、液晶レンズ１の実際の用途に合わせて、平板効果の際に波面収差を最も小さくすることも可能である。この平板効果の際に波面収差を最も小さくするためには、樹脂６のアッベ数が、液晶３の異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と一致するように設定すれば、その効果を得ることができる。
【００４０】
このように、本発明における第一の実施形態における液晶レンズ１によって、液晶レンズ１が有限系から無限系へとダイナミックな切り替えが可能となり、液晶レンズのそれぞれの用途に合わせて、可視域である、広い波長帯域の入射光に対して色収差の発生を極力抑え、回折限界まで波面収差を抑えることが可能となる。また、本発明の構成は、レンズ面が１面であるため、光軸芯ズレの問題も起こらないために、安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供することができる。
【００４１】
なお、レンズ効果と平板効果の両方において色収差を極力抑えたい場合には、レンズ面を形成する材料のアッベ数を、液晶の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数の中間となるように調整すればよい。
【００４２】
また、本実施例では、レンズ面４が一方の透明基板２ｂ側に形成した構成例を示したが、必要に応じて他方の面の透明基板２ａ表面にも、レンズ面を設けても構わない。この構成とすることにより、レンズ面を一方に設けた図１、図２の構成に比べて、液晶レンズの製造工程において、レンズの光軸芯ズレが発生する可能性が増すが、他の収差を低減する、またはレンズ効果を高める等、レンズ設計の自由度を広げながらにして、色収差の発生を極力抑えた形態とすることができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明における第一の実施形態の液晶レンズの他の構成について、液晶レンズがレンズ効果を持った際の構成について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態である液晶レンズ１１の構成を示す断面図であり、レンズとして作用した状態を示している。
【００４４】
図４に示す様に、本発明における第二の実施形態の液晶レンズ１１は、液晶１３と接する面にレンズ面１４を形成した透明基板１２ａと、対向する透明基板１２ｂによって構成されている。本形態においても、レンズ面１４は、液晶１３に対して一方の面に、入射光線１５ａの光軸と直交する面内で光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状で形成されている。このレンズ面形状を球面または非球面形状とするかは、仕様用途に応じて任意である。さらには、このレンズ面１４は曲率によって液晶１３の厚さに大きく影響するので、液晶レンズ１１の応答性に大きく関わる。そのため、液晶１３の厚さを薄くするためにレンズ面１４をフレネルレンズ形状としてもよい。
【００４５】
また、レンズ面１４を有する透明基板１２ａおよび対向する透明基板１２ｂには、それぞれの基板表面に形成された透明電極（図示せず）と配向膜（図示せず）とによって、基板間に挟持する液晶１３に給電を行って、レンズ面１４の入射光線１５ａに対して液晶１３との屈折率差を付与できる様になっている。
【００４６】
また、図４で示す本発明における第二の実施形態の液晶レンズ１１において、レンズ面１４を有する透明基板１２ａはガラス基板であり、主剤に対して分極率の高いイオンを含む、高屈折率でありかつ低アッベ数の材料を採用している。ここで示す分極率とは、物質の光による変位の受けやすさを表すものであるため、分極率が高い物質ほど高い屈折率を示す。この透明基板１２ａについては、例えば、ガラス材料に、高い分極率を示す鉛やバリウムの含有量を調整することで、高い屈折率を有する透明基板１２ａとすることができる。また、高い屈折率の透明基板１２ａとすると、入射光線の波長による分散の影響が大きくなるため、高屈折率の材料は必然的に波長分散の大きい低アッベ数の材料となることに留意する必要がある。
【００４７】
また、図４で示す本発明における第二の実施形態の液晶レンズ１１において、液晶１３はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型液晶を利用することも可能である。いずれの配向モードにおいても、液晶１３の異常光屈折率Ｎｅを透明基板１２ａの屈折率と一致させる。そうすることで、図４に示すように液晶分子が透明基板１２ｂと平行（紙面に対して上下方向）になるように駆動した場合、入射光線１５ａには液晶１３の常光屈折率Ｎｏが作用するために、液晶１３の常光屈折率Ｎｏと透明基板１２ａの屈折率の差によって、レンズ面１４で入射光線１５ａが屈折することにより、液晶レンズ１１にレンズ効果を持たせることができる。
【００４８】
また、液晶１３は、異常光屈折率Ｎｅと常光屈折率Ｎｏのそれぞれにおいて、屈折率が異なるために、必然的に波長分散の大きさを示すアッベ数もそれぞれ異なる。そこで、液晶１３とレンズとして作用させる透明基板材料を考慮せずに液晶レンズを構成すると、屈折率の大きい異常光屈折率Ｎｅの方が、屈折率の小さい常光屈折率Ｎｏよりも波長分散の大きい低アッベ数となるが、この異常光屈折率Ｎｅのアッベ数は、透明基板１２ａのアッベ数と比べても小さくなってしまうこととなる。そのため、本発明においては、常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と高屈折率である透明基板１２ａのアッベ数をほぼ一致するように構成した。このとき、当然ながら液晶１３の異常光屈折率Ｎｅのアッベ数と、透明基板１２ａのアッベ数とは異なる値となる。
【００４９】
そこで、透明基板１２ａのアッベ数と液晶１３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数とを一致させるために、具体的には、液晶１３の常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数が３５前後
であるため、透明基板１２ａを先に述べた分極率の高い鉛やバリウムをの含有量を調整して、屈折率とアッベ数を調整する。このとき、透明基板１２ａの屈折率は１．６〜１．９程度、アッベ数が２０〜４０前後の範囲で調整可能となるため、透明基板１２ａのアッベ数を３５前後になるように調整すれば、液晶１３の常光屈折率Ｎｏのアッベ数にほぼ一致することになる。また、液晶１３の常光屈折率Ｎｏは１．５前後であり、樹脂材料の屈折率は１．６〜１．９前後となるため、両者の屈折率差が０．１〜０．４程度得られることになる。液晶レンズ１１は、この屈折率差の範囲内において色収差のない焦点可変レンズを実現することができる。
【００５０】
このように、図４で示す本発明の液晶レンズ１１は、レンズ効果を持つように液晶１３を駆動させた場合に、常光屈折率Ｎｏが作用しても、この常光屈折率Ｎｏにおけるアッベ数と、透明基板１２ａのアッベ数とが一致するので、例え図４に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの広い波長帯域の入射光線１５ａであったとしても、各波長の光の全てを同じ位置に集光させて、色収差を抑えることができるのである。
【００５１】
また、本発明の第二の実施形態における液晶レンズ１１が、レンズ効果を持った際の波面収差と平板効果を持った際の波面収差の関係については、実施例１で説明した図１および図２とそれぞれと同様の効果を持つため、ここでの説明は省略する。
【００５２】
また、第二の実施形態における液晶レンズ１１も、先に説明したと同様に、レンズ効果を持った際に波面収差を最も小さくなるように構成しているため、平板効果の際には波面収差が悪化することとなるが、液晶レンズ１１の実際の用途に合わせて、平板効果の際に波面収差を最も小さくすることも可能である。この平板効果の際に波面収差を最も小さくするためには、透明基板１２ａのアッベ数が、液晶１３の異常光屈折率Ｎｅにおけるアッベ数と一致するように設定すれば、その効果を得ることができる。
【００５３】
このように、本発明の第二の実施形態における液晶レンズ１１によっても、液晶レンズ１１が有限系から無限系へとダイナミックな切り替えが可能となり、液晶レンズのそれぞれの用途に合わせて、可視光の広い波長帯域の入射光に対して色収差の発生を極力抑え、回折限界まで波面収差を抑えることが可能となる。また、本発明の構成は、レンズ面が１面であるため、光軸芯ズレの問題も起こらないために、安価な構成で量産性に優れた液晶レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における第一の実施形態の液晶レンズが、レンズ効果を持った際の断面図である。
【図２】本発明における第一の実施形態の液晶レンズが、平板効果を持った際の断面図である。
【図３】本発明の液晶レンズが、レンズ効果および平板効果をそれぞれ持った際の波面収差を表す図である。
【図４】本発明における第二の実施形態の液晶レンズが、レンズ効果を持った際の断面図である。
【図５】従来の液晶レンズの構成を示す断面図である。
【図６】従来の液晶レンズが、レンズ効果を持った際の波面収差を表す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１１、１０１ 液晶レンズ
２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ 透明基板
３、１３ 液晶
４、１４ レンズ面
５ａ、５ｂ、１５ａ 入射光線
６ 樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶を挟持する２枚の透明基板における前記液晶に接する少なくとも一方の面に、レンズ面が形成されている液晶レンズにおいて、
前記レンズ面を含む前記透明基板を構成する部材のアッベ数と、前記液晶における常光屈折率のアッベ数、または異常光屈折率のアッベ数と、を等しくした
ことを特徴とする液晶レンズ。
【請求項２】
前記２枚の透明基板の内の一方の基板には、レンズ面が形成されており、他方の基板には、レンズ面が形成されていない平板基板である
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記レンズ面は、入射する光束の光軸と直交する面内で、光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記レンズ面が形成された前記透明基板は、樹脂基板である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記樹脂基板は、主剤に対して分極率の高いイオンを含む材料で形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
前記レンズ面が形成された透明基板は、主剤に対して分極率の高いイオンを含む材料で形成されたガラス基板である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項１】
液晶を挟持する２枚の透明基板における前記液晶に接する少なくとも一方の面に、レンズ面が形成されている液晶レンズにおいて、
前記レンズ面を含む前記透明基板を構成する部材のアッベ数と、前記液晶における常光屈折率のアッベ数、または異常光屈折率のアッベ数と、を等しくした
ことを特徴とする液晶レンズ。
【請求項２】
前記２枚の透明基板の内の一方の基板には、レンズ面が形成されており、他方の基板には、レンズ面が形成されていない平板基板である
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記レンズ面は、入射する光束の光軸と直交する面内で、光軸に対して回転対称となる球面または非球面形状である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記レンズ面が形成された前記透明基板は、樹脂基板である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記樹脂基板は、主剤に対して分極率の高いイオンを含む材料で形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
前記レンズ面が形成された透明基板は、主剤に対して分極率の高いイオンを含む材料で形成されたガラス基板である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１９２７９１（Ｐ２００９−１９２７９１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３０４８（Ｐ２００８−３３０４８）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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