CN105829958A - 光调制元件 - Google Patents

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Abstract

液晶光学器件具有沿着光轴排列的多个液晶元件(2－1～2－3)。在该液晶光学器件中，各液晶元件具有封入有在规定的方向上取向了的液晶分子(15)的液晶层(10)以及配置成隔着液晶层(10)对置的两个透明电极(13、14)，两个透明电极中的至少一方具有多个部分电极(13－1～13－n)，并且在按规定的等级数分割了对透过液晶层的光束赋予的相位分布中的相位调制量的最大值与最小值之差时，针对此时的每个等级，在对光束赋予该等级的相位调制量的液晶层的部分配置多个部分电极中的至少一个，相对于光束的相邻的两个部分电极间的边界的位置针对每个液晶元件而不同。

Description

光调制元件
技术领域
本发明涉及对光束赋予相位分布的液晶光学器件。
背景技术
以往以来，研究了在光学***内配置液晶元件，利用该液晶元件的折射率可变性来对透过液晶元件的光束赋予所期望的相位分布，从而变更光学***的焦距或者校正像差。例如，在专利文献1中，公开了如下液晶元件，该液晶元件具有液晶层，在该液晶层的至少一个面同心圆状地设置多个环状的透明电极，针对每个环状的透明电极，调节在各透明电极与夹着液晶层对置的另一方的透明电极之间施加的电压，从而能够调节焦距。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008－529064号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如上所述，通过对隔着液晶层对置的两个透明电极间施加的电压来调节液晶层的折射率。因此，通过能够施加不同的电压的多个部分电极来形成设置于液晶层的至少一个面的透明电极并进行图案化，从而根据该透明电极的图案来调节液晶层的折射率。并且，对透过液晶层的光束赋予的相位分布为与透明电极的图案相应的离散分布。因此，为了减小想要对透过液晶层的光束赋予的理想并且连续的相位分布与实际赋予的相位分布之差，需要减少各个部分电极并且增加部分电极的数量。
但是，如果部分电极的数量增加，则用于使相邻的部分电极彼此绝缘的间隙也增加。另外，为了将液晶元件的控制电路与各部分电极电连接而从各部分电极引出到液晶元件的外部的引出电极的数量也增加。透过了液晶层中的相当于间隙和引出电极的部分的光不受到基于液晶层的所期望的相位调制，所以间隙和引出电极的增加导致液晶元件的光学性能的降低。另外，由于在液晶层的表面设置透明电极时的加工技术的制约，在部分电极的精密化中存在限制。
因此，本发明提供一种能够对光束赋予比形成于液晶层的表面的透明电极图案的分辨率更细微的分辨率的相位分布的液晶光学器件。
解决技术问题的技术手段
根据本发明的一个实施方式，提供一种具有沿着光轴排列的N个液晶元件、并且N是2以上的整数的液晶光学器件。在该液晶光学器件中，N个液晶元件分别具有：液晶层，其封入有在规定的方向上取向了的液晶分子；以及两个透明电极，其被配置成隔着液晶层对置，两个透明电极中的至少一方具有多个部分电极，并且按规定的等级数分割了对透过液晶层的光束赋予的相位分布中的相位调制量的最大值与最小值之差时，针对此时的每个等级，在对光束赋予该等级的相位调制量的液晶层的部分配置多个部分电极中的至少一个，相对于光束的、相邻的两个部分电极间的边界的位置，针对每个液晶元件而具有不同的部位。
在该液晶光学器件中，优选以使各等级的相位调制量针对每个液晶元件而依次偏移如下的相位调制量之差的方式，针对各液晶元件配置多个部分电极，其中该相位调制量之差是按N对在按规定的等级数对相位调制量的最大值与最小值之差进行等分割时的相当于相邻等级间的差的相位调制量进行等分割而得到的相位调制量之差。
进而，优选在N个液晶元件中的至少一个中，以与相位调制量的相邻的两个极值分别相当的、与光轴正交的面上的位置的间隔越小则在该间隔中包括的相位调制量的等级的数量越少的方式，配置多个部分电极。
进而，在该液晶光学器件中，优选的是，与光轴正交的面上的、对多个部分电极供给电力的引出电极的位置针对多个液晶元件中的各液晶元件而言是相同的。
另外，液晶光学器件优选还具有控制电路，该控制电路针对N个液晶元件中的各液晶元件，在多个部分电极中的各部分电极与对置的透明电极之间，施加与对透过液晶层中的设置有该部分电极的部分的光束赋予的相位调制量的等级相应的电压。
进而，在该液晶光学器件中，优选的是针对N个液晶元件中的各液晶元件，多个部分电极中的相互相邻的两个部分电极分别通过电阻元件来连接，控制电路在对应于相位调制分布图中的相位调制量为极大值的位置的部分电极和对应于相位调制量为极小值的位置的部分电极与对置的透明电极之间，分别以相位调制量成为极大值和极小值的方式施加电压。
进而，在该液晶光学器件中，优选的是，针对N个液晶元件中的第1液晶元件的规定的等级数是第1等级数，针对N个液晶元件中的其他液晶元件的规定的等级数是对第1等级数加1而得到的第2等级数，
控制电路以第2电压差相对于第1电压差之比等于第2等级数相对于第1等级数之比的方式，控制各液晶元件的各部分电极与对置的透明电极之间的电压，其中，第1电压差是在第1液晶元件中的多个部分电极中的对应于相位调制量的最大值的部分电极与对置的透明电极之间施加的电压、和在对应于相位调制量的最小值的部分电极与对置的透明电极之间施加的电压的电压差，第2电压差是在其他液晶元件中的多个部分电极中的对应于相位调制量的最大值的部分电极与对置的透明电极之间施加的电压、和在对应于相位调制量的最小值的部分电极与对置的透明电极之间施加的电压的电压差。
发明效果
根据本发明，液晶光学器件能够对透过液晶光学元件的光束赋予比形成于液晶层的表面的透明电极图案的分辨率更细微的分辨率的相位分布。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的液晶光学器件的概略结构图。
图2的(A)是液晶光学器件具有的液晶元件的概略侧视图。图2的(B)是液晶光学器件具有的液晶元件的概略主视图。
图3是示出液晶光学器件对光束赋予的对称性像差校正用的相位分布的一个例子的图。
图4的(A)～图4的(C)分别是表示各个液晶元件对光束赋予的相位分布的一个例子和对应的环形电极图案的图。
图5是表示各液晶元件对光束赋予的相位分布的偏移的图。
图6是示出对透过了液晶光学器件整体的光束赋予的相位分布的一个例子的图。
图7是示出各环形电极与所施加的电压的关系的图。
图8是表示各个液晶元件对光束赋予的相位分布的另一个例子的图。
图9是示出对透过了液晶光学器件整体的光束赋予的相位分布的另一个例子的图。
图10的(A)～图10的(C)分别是表示变形例的各个液晶元件对光束赋予的相位分布的一个例子和对应的环形电极图案的图。
图11是表示变形例的各液晶元件对光束赋予的相位分布的偏移的图。
图12是示出变形例的对透过了液晶光学器件整体的光束赋予的相位分布的一个例子的图。
图13是实施方式或者变形例的具有液晶光学器件的激光显微镜的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的液晶光学器件的适合的实施方式。
该液晶光学器件沿着光轴方向具有多个液晶元件。各液晶元件具有液晶层以及隔着液晶层对置的两个透明电极。并且，设置于各液晶元件的两个透明电极中的至少一方通过根据对透过液晶光学器件的光束赋予的相位分布而配置的多个部分电极而形成。并且，以使对透过了液晶层中的与相互相邻的两个部分电极对应各个区域的部分光束间赋予的相位调制量的等级差相等的方式，确定部分电极的配置。进而，以使相对于透过液晶光学器件的光束的、部分电极间的边界的位置针对每个液晶元件而偏移的方式，配置部分电极。由此，该液晶光学器件对光束赋予具有比各个液晶元件的透明电极的图案的分辨率更细微的分辨率的相位分布。
此外，在入射到液晶光学器件的光束是平行光束的情况下，如果从光轴到部分电极间的边界的距离针对每个液晶元件而不同，则相对于透过液晶光学器件的光束的、部分电极间的边界的位置针对每个液晶元件而不同。另一方面，在入射到液晶光学器件的光束是扩散光或者会聚光的情况下，如果从光轴到部分电极间的边界的距离相对于从光轴到光束的外周的距离之比针对每个液晶元件而不同，则相对于透过液晶光学器件的光束的、部分电极间的边界的位置针对每个液晶元件而不同。
图1是本发明的一个实施方式的液晶光学器件的概略结构图。液晶光学器件1沿着配置液晶光学器件的光学***的光轴OA，具有3个液晶元件2－1～2－3和控制各液晶元件的控制电路3。并且，透过液晶光学器件1的光束透过各液晶元件2－1～2－3各自具有的液晶层，从而通过各液晶元件2－1～2－3而被相位调制。由此，液晶光学器件1对光束赋予所期望的相位分布、例如校正在配置有液晶光学器件1的光学***中产生的波象差的相位分布。
此外，液晶光学器件1具有的液晶元件的数量不限于3个，只要是2个以上即可。
以下，说明液晶光学器件1具有的液晶元件2－1～2－3。此外，液晶元件2－1～2－3除了透明电极的配置图案以外，具有相同的构造和功能。因此，以下仅说明液晶元件2－1。
图2的(A)是液晶元件2－1的概略主视图，图2的(B)是液晶元件2－1的概略侧视图。
液晶元件2－1具有液晶层10以及沿着光轴OA大致平行地配置于液晶层10的两侧的透明基板11、12。并且，在液晶层10中包括的液晶分子15被封入到透明基板11和12与密封部件16之间。此外，在图2的(B)中，为了方便说明，相比实际的液晶分子的尺寸，夸大了液晶分子15的尺寸。另外，液晶元件2－1具有配置于透明基板11与液晶层10之间的透明电极13以及配置于液晶层10与透明基板12之间的透明电极14。此外，透明基板11、12例如通过玻璃或者树脂等对于具有在规定的波长区域中包括的波长的光而言透明的材料而形成。另外，透明电极13、14例如通过被称为ITO的、在氧化铟中添加了氧化锡的材料而形成。另外，也可以在透明电极13、14与液晶层10之间，配置使液晶分子15在规定的方向上取向的取向膜(未图示)。
透明电极13具有以光轴OA为中心的同心圆状地配置的多个环形电极13－1～13－n。各环形电极是部分电极的一个例子。并且，通过多个环形电极，覆盖液晶层10中的、通过利用控制电路3驱动液晶分子而能够对透过液晶元件2－1的光束的相位进行调制的区域即有源区域整体。另一方面，透明电极14形成为覆盖有源区域整体的圆形形状的一个电极。此外，透明电极14也可以与透明电极13同样地，具有同心圆状地配置的多个环形电极。通过在各环形电极与透明电极14之间分别施加相互不同的电压，在与各个环形电极对应的液晶层10的每个环形形状的部分(以下，为方便起见，简称为环形部)，对光束赋予不同的相位调制量。因此，通过控制电路3调节对各环形电极施加的电压，能够对透过液晶元件2－1的光束赋予所期望的相位分布。
被封入到液晶层10的液晶分子15例如以液晶分子15的长轴方向与入射到液晶元件2－1的直线偏振光的偏振面大致平行的方式进行平行取向。即，各个液晶分子15以其长轴方向相互平行、并且和透明基板11、12与液晶层10的界面平行的方式排列。此外，被封入到液晶元件2－2、2－3的液晶层的液晶分子也在与液晶元件2－1的液晶分子的取向方向相同的方向上取向。
液晶分子15的长轴方向上的折射率和与长轴方向正交的方向上的折射率不同，针对与液晶分子15的长轴方向平行的偏振分量(非寻常光线)的折射率ne高于针对与液晶分子15的短轴方向平行的偏振分量(寻常光线)的折射率no。因此，使液晶分子15平行取向而得到的液晶元件2－1作为单轴性的双折射元件而进行动作。
液晶分子15具有介电常数各向异性，一般来说力在使液晶分子长轴与电场方向一致的方向上起作用。即，当对设置于夹着液晶分子15的2块透明基板11、12的透明电极13、14之间施加电压时，液晶分子15的长轴方向从与透明基板11、12平行的状态起，根据所施加的电压而向与透明基板11、12的表面正交的方向倾斜。此时，如果考虑与液晶分子15的长轴平行的偏振分量的光束，则关于液晶层10的折射率nψ，no≦nψ≦ne(no是寻常光的折射率，ne是非寻常光的折射率)。因此，如果液晶层10的厚度为d，则在通过液晶层10中的被施加了电压的区域的光束和通过未被施加电压的区域的光束之间，产生光程长度差为Δnd(＝ned－nψd)。因此，该两个光束间的相位差为2πΔnd/λ。此外，λ是入射到液晶层10的光束的波长。另外，如果设为对某个环形部施加的电压为Va时的液晶层10的其环形部的折射率为na、对其他环形部施加的电压为Vb时的液晶层10的其环形部的折射率为nb，则在透过了该两个环形部的光束间产生的相位差为2π(na－nb)d/λ。
此外，根据入射到液晶层10的光束的波长，液晶层10的折射率发生变化。因此，控制电路3根据入射的光束的波长来调节对各环形电极施加的电压，从而无论入射的光束的波长大小，都能够对透过液晶元件2－1的光束赋予规定的相位分布。
接下来，说明各液晶元件2－1～2－3的透明电极13具有的各环形电极的配置图案的确定方法。首先，确定在液晶光学器件1中想要显示的相位调制分布图。例如以校正在包括液晶光学器件1的光学***整体中产生的、称为球面像差的以光轴OA为中心的对称性的波象差的方式来确定该相位调制分布图。在该情况下，相位调制分布图表示与包括液晶光学器件1的光学***整体中产生的波象差的相位分布相反的相位分布。
图3是示出液晶光学器件1对光束赋予的对称性的波象差校正用的相位调制分布图的一个例子的图。在图3的上侧，横轴表示与光轴OA正交的面上的位置。此外，在横轴中用O表示光轴OA的位置。纵轴表示相位调制量。曲线300表示相位调制分布图。在本实施方式中，以使得相互相邻的环形部间的相位差为等间隔的方式，对相位调制分布图300进行分割，从而确定环形电极的配置图案。在相互相邻的环形部间的相位差为等间隔的情况下，如后面所述，针对相邻的每两个环形电极，用具有相同的电阻值的电阻来连接，从而能够赋予对相位调制分布图300离散地进行近似的相位调制分布图310。
在图3的下侧，示出与离散的相位调制分布图310对应的环形电极的图案320。此外，在图3中，用实线表示环形电极间的间隙。即，用实线分隔的各个环或者圆从中心起依次分别对应于一个环形电极320－1～320－11。在该例子中，对相位调制分布图300的最大相位调制量与最小相位调制量之差进行6等分(即，相位调制量的等级数为6)，对应的环形电极为11个。
进而，在本实施方式中，以使得在各液晶元件之间相位调制量变化的边界、即环形部间的边界成为透过液晶光学器件1的光束的不同的位置的方式，确定各液晶元件的环形电极的图案。例如，在对液晶光学器件1显示的相位调制分布图的最大相位调制量与最小相位调制量之差进行M等分(即，相位调制量的等级数为M，M是2以上的整数)时的、对光束赋予从相位调制量最小的等级起的第L个等级的相位调制量的各液晶元件的环形部的位置和范围依照下式来确定。
[式1]
(L-k/N)/M≤F(x，y)＜(L+1-k/N)/M(1)
(k＝0时，0≤L＜M、k＝1，2，...，N-1时，0≤L≤M)
此处，x，y表示与光轴正交的平面上的相互正交的两个轴各自的坐标，F(x，y)表示坐标(x，y)处的归一化相位调制分布图的相位调制量。归一化相位调制分布图是将各液晶元件显示的相位调制分布图以其最大相位调制量为1的方式进行归一化而得到的。另外，N是液晶光学器件1具有的对同一偏振方向的光束的相位进行调制的液晶元件的数量，是2以上的整数。k表示对同一偏振方向的光束的相位进行调制的液晶元件的编号。例如，在本实施方式中，N＝3，k＝0～2分别对应于液晶元件2－1～2－3。此外，(1)式中的编号k不对应于沿着光轴OA的液晶元件的顺序。依照任意的顺序来确定与各液晶元件对应的编号k即可。
满足(1)式的坐标(x，y)的集合为第L个环形部的位置和范围。并且，在各个环形部处分别配置一个环形电极。即，在各液晶元件中，针对与用规定的等级数对相位调制量的最小值与最大值之差进行等分割时的各相位调制量的等级相当的每个位置，设置对液晶层施加的电压不同的环形电极。因此，相邻等级间的相位调制量之差在各液晶元件中相同。进而，关于相位调制量的各等级，针对每个液晶元件，利用规定的等级数对相位调制量的最小值与最大值之差进行等分割时的相邻等级间的相位调制量之差错开利用液晶光学器件具有的液晶元件的数量进行等分割而得到的相位调制量之差。由此，各液晶元件的各个环形部相对于其他液晶元件的环形部，各偏移该环形部的宽度的大致1/N。
图4的(A)～图4的(C)分别是表示在N＝3、M＝6时依照(1)式来确定的液晶元件2－1～2－3的相位调制分布图的一个例子和对应的环形电极图案的图。在图4的(A)～图4的(C)的上侧，横轴表示与光轴OA正交的面上的位置。此外，在横轴中用O表示光轴OA的位置。纵轴表示相位调制量。在图4的(A)～图4的(C)的下侧，表示设置于液晶元件2－1～2－3的环形电极的图案411、421、431。与图3同样地，用实线表示环形电极间的间隙。
如图4的(A)的相位调制分布图410所示，液晶元件2－1(k＝0)赋予的相位调制量被等分割为6个等级。并且，当在与图3的相位调制分布图300对应的理想的相位调制分布图400中、中心的相位调制量与光束的最外周的相位调制量相等的情况下，设定11个环形部。即，图4的(A)的相位调制分布图与先前示出的图3的相位调制分布图310相同，液晶元件2－1的环形电极的图案411与图3所示的环形电极的图案320相同。另一方面，如图4的(B)、图4的(C)的相位调制分布图420、430所示，液晶元件2－2(k＝1)和液晶元件2－3(k＝2)赋予的相位调制量被等分割为7个等级。因此，在液晶元件2－2、2－3的环形电极图案421、431中，设定13个环形部。在该情况下，相邻的环形部间的边界的位置针对每个液晶元件而不同。
图5是示出各液晶元件对光束赋予的相位分布的偏移的图。另外，图6是示出对透过了液晶光学器件整体的光束赋予的相位分布的一个例子的图。在图5和图6中，横轴表示与光轴OA正交的面上的位置。此外，在横轴中用O表示光轴OA的位置。纵轴表示相位调制量。并且，图5中的曲线400表示理想的相位调制分布图，对应于图4的(A)～图4的(C)中的相位调制分布图400。另外，在图6中虚线所示的相位调制分布图600表示与合成通过各液晶元件赋予的相位调制分布图而得到的相位调制分布图610对应的理想的相位调制分布图(即，相位调制分布图600具有关于各液晶元件的理想的相位调制分布图的相位调制量的3倍的相位调制量)。相位调制分布图410～430分别表示液晶元件2－1～2－3对光束赋予的相位调制，对应于图4的(A)～图4的(C)中的相位调制分布图410～430。如图5所示，针对每个液晶元件，相位调制量的相邻等级间的边界位置不同。因此，如图6的相位调制分布图610所示，对透过液晶光学器件1的光束赋予的相位调制量是通过35个环形部而被等分割为18个等级而得到的。这样，与各液晶元件具有的透明电极图案的分辨率相比，对透过液晶光学器件1的光束赋予的相位分布的分辨率更高。并且，与相位调制分布图410～430相比，相位调制分布图610能够更适当地针对理想的相位调制分布图400进行近似。
此外，各液晶元件中的相位调制量的等级数M不限于上述例子。相位调制量的等级数M根据液晶光学器件1的用途和规格来适当设定即可。例如，相位调制元件的等级数M也可以是16。即，关于N个液晶元件之一，相位调制量的最大值与最小值间之差被分割成16个等级，关于其他液晶元件，相位调制量的最大值与最小值间之差被分割成17个等级。在这种情况下，如果液晶元件的数量是3个(即，N＝3)，则对透过液晶光学器件1的光束赋予的相位调制量被分割成48个等级。
为了关于各环形部而使液晶层10的相邻的环形部间的相位调制量之差相同，关于各环形电极，也使对设置于相邻的环形部的环形电极间的液晶层10施加的电压之差相同即可。并且，为了以使相邻的环形电极间的施加电压之差相同的方式设定各环形电极的施加电压，根据相位调制分布图，确定与相位调制量最大的位置和最小的位置对应的环形电极。并且，控制电路3将成为最大相位调制量的施加电压与成为最低相调制量的施加电压施加到各自对应的环形电极。另外，多个环形电极通过具有相同的电阻的电极(电阻元件)来将各自相邻的环形电极间连接。因此，通过电阻分压，相邻的环形电极间的电压差变得相同。另外，通过这样控制施加电压，与独立地控制对各环形电极施加的电压相比，能够减少引出电极的数量，并且能够简化控制电路3的结构。
图7是示出液晶元件2－1～2－3具有n个环形电极的情况下的各环形电极与所施加的电压的关系的图。在图7中，将中心电极设为环形电极1，将最外周的环形电极设为环形电极n，将施加最大电压的环形电极设为环形电极m。在该例子中，对作为中心电极的第1个环形电极与最外周的第n个环形电极施加相同的电压V1，对第m个环形电极施加电压V2。
此处，根据(1)式，与k＝0对应的液晶元件(例如，液晶元件2－1)的相位调制量的等级数为M，比与k≠0对应的液晶元件(例如，液晶元件2－2、2－3)的相位调制量的等级数(M+1)少一个。因此，相对于与k＝0对应的液晶元件中的最大电压V2与最小电压V1之差ΔV0＝(V2－V1)，将与k≠0对应的液晶元件中的最大电压V2与最小电压V1之差ΔV1＝(V2－V1)设定为ΔV1＝ΔV0(M+1)/M。例如，如图4的(A)～图4的(C)所示，如果与k＝0对应的液晶元件2－1的等级数是6，在液晶元件2－1中赋予最大相位调制量的等级与赋予最小相位调制量的等级间的电压差是V，则在等级数为7的液晶元件2－2、2－3中赋予最大相位调制量的等级与赋予最小相位调制量的等级间的电压差为7/6V。
另外，以使得各液晶元件的最大相位调制量和最小相位调制量成为将液晶光学器件1整体对光束赋予的最大相位调制量和最小相位调制量按液晶光学器件1具有的液晶元件的数量进行等分而得到的相位调制量的方式，确定对各液晶元件施加的电压即可。
另外，液晶光学器件1对光束赋予的相位分布也可以不是光轴对称的分布。例如，液晶光学器件1也可以以对光束赋予校正在配置有液晶光学器件1的光学***整体中产生的慧形像差这样的相对于光轴非对称的波象差的相位分布的方式，确定各液晶元件的透明电极13的配置图案。
图8是示出在设为N＝3、M＝7时依照(1)式来确定的、液晶元件2－1～2－3的相位调制分布图的另一个例子的图。另外，图9是示出对透过了液晶光学器件1整体的光束赋予的相位调制分布图的另一个例子的图。图8所示的理想的相位调制分布图800以及图9所示的与合成了各液晶元件快速地赋予的相位调制分布图而得到的相位调制分布图对应的理想的相位调制分布图900例如是校正具有液晶光学器件1的光学***产生的慧形像差这样的非对称的像差的相位调制分布图。
在图8和图9中，横轴表示与光轴OA正交的面上的位置。此外，在横轴中用O表示光轴OA的位置。纵轴表示相位调制量。如图8的相位调制分布图810所示，液晶元件2－1(k＝0)赋予的相位调制量被等分割为6个等级。并且，针对与各等级对应的液晶层10的每个部分配置部分电极。另一方面，如相位调制分布图820、830所示，液晶元件2－2(k＝1)和液晶元件2－3(k＝2)赋予的相位调制量被等分割为7个等级。在该情况下，相位调制量的相邻等级间的边界的位置、即相邻的部分电极间的边界的位置也针对每个液晶元件而不同。因此，如图9的相位调制分布图910所示，对透过液晶光学器件1的光束赋予的相位调制量被等分割为18个等级。这样，液晶光学器件1整体对光束赋予的相位调制分布图910与对应的理想的相位调制分布图900之差小于各个液晶元件对光束赋予的相位调制分布图810～830与理想的相位调制分布图800之差。
此外，如图8所示，在相位调制量的极大点、极小点和液晶层的有源区域的最外周处的相位调制量分别不同的情况下，从控制电路3经由引出电极对设置于该极大点、极小点和有源区域的最外周的部分电极供给与设置有该部分电极的部分的相位调制量相应的电压。并且，相邻的部分电极间通过具有相同的电阻的电极(电阻元件)来连接即可。
此外，用于从控制电路3对各液晶元件的环形电极供给电力的引出电极也可以分别设置于与光轴OA正交的面上的相同位置。由此，入射到液晶光学器件1的光束中的、透过引出电极的部分的比例变小，所以液晶光学器件1能够对该入射光束的更多的部分赋予所期望的相位分布。
如以上说明的那样，该液晶光学器件以使得相对于入射的光束的部分电极间的边界的位置针对每个液晶元件而不同的方式，确定透明电极的图案。因此，该液晶光学器件能够对透过的光束赋予具有比各个液晶元件的透明电极的图案的分辨率更细微的分辨率的相位分布。因此，该液晶光学器件能够减小对光束赋予的理想并且连续的相位分布与实际对光束赋予的离散的相位分布的误差，所以能够对光束赋予更适当的相位分布。进而，该液晶光学器件能够使各个液晶元件对光束赋予的相位调制量的等级数少于作为液晶光学器件整体对光束赋予的相位调制量的等级数，所以各个液晶元件具有的部分电极的数量也可以少。因此，该液晶光学器件能够抑制部分电极间的间隙和引出电极的数量。
此外，关于各液晶元件中的、相邻的两个部分电极间的多个边界中的一部分边界，也可以相对于透过各液晶元件的光束而成为相同的位置。在该情况下，关于相邻的两个部分电极间的多个边界的其他边界，也相对于透过各液晶元件的光束而成为不同的位置，所以液晶光学器件能够对透过的光束赋予具有比各个液晶元件的透明电极的图案的分辨率更细微的分辨率的相位分布。
另外，根据变形例，在液晶光学器件中，为了关于具有任意的方向的偏振面的光束也能够进行所期望的相位调制，也可以具有两组上述液晶元件的组，使各组液晶元件的电极的配置图案和液晶的配列方向相互正交。或者，液晶光学器件也可以针对作为校正对象的像差的每个种类而具有上述液晶元件的组。
根据再另一个变形例，相邻的部分电极间的施加电压之差也可以不同。即，基于各个液晶元件的相位调制量的相邻等级间的差也可以针对每个等级而不同。例如，为了避免部分电极变得微小，在至少一个液晶元件中，也可以相位调整量的相邻的两个极值间的沿着与光轴正交的面的间隔越窄、即相位调整量越陡峭地变化，则使在该间隔中包括的相位调制量的等级的数量越少。
图10的(A)～图10的(C)分别是示出变形例的、用于对光束赋予相当于图3所示的相位调制分布图的相位调制的液晶元件2－1～2－3的相位调制分布图的一个例子和对应的环形电极图案的图。在图10的(A)～图10的(C)的上侧，横轴表示与光轴OA正交的面上的位置。此外，在横轴中用O表示光轴OA的位置。纵轴表示相位调制量。在图10的(A)～图10的(C)的下侧，示出设置于液晶元件2－1～2－3的环形电极的图案1011、1021、1031。与图3同样地，用实线示出环形电极间的间隙。此外，在该变形例中，也设为N＝3，依照(1)式来确定环形电极图案。
如图10的(A)的相位调制分布图1010所示，从相位调制量为极小值的光轴的位置0到相位调制量为极大值的位置r1，与图4的(A)所示的相位调制分布图同样地，相位调制量被等分割为6个等级(即，M＝6)。另一方面，从位置r1到成为有源区域的最外周的位置即与位置r1相邻的、相位调制量为极小值的位置r2，相位调制量被分割成4个等级。特别是，在相位调制量变得陡峭的部分，相邻等级间的相位调制量之差为从位置0到r1的范围内的相邻等级间的相位调制量之差的2倍。因此，在该变形例中，在与图3的相位调制分布图300对应的理想的相位调制分布图1000中，设定比图4的(A)所示的环形电极图案具有的环形部的数量少的9个环形部。
此外，如图7所示，在相位调制量为极值的环形电极与控制电路3相连接的例子中，为了实现这样的相位调制分布图，相邻等级间的相位调制量差越大，则使连接对应的两个环形电极的电阻元件的电阻值越大即可。在图10的(A)的例子中，在液晶元件2－1的环形电极的图案1011中，相当于相邻等级间的相位调制量之差为其他部分中的相邻等级间的相位调制量之差的2倍的部分的、连接于从最外周起的第2个环形电极1011a与第3个环形电极1011b之间的电阻元件、以及连接于环形电极1011b与从最外周起的第4个环形电极1011c之间的电阻元件与连接于其他环形电极间的电阻元件的电阻值相比，具有2倍的电阻值。
同样地，如图10的(B)、图10的(C)的相位调制分布图1020、1030所示，从光轴的位置0到相位调制量为极大值的位置r1，液晶元件2－2(k＝1)和液晶元件2－3(k＝2)赋予的相位调制量被等分割为7个等级。另一方面，从位置r1到位置r2，相位调制量分别被分割成5个等级、4个等级。并且，在相位调制分布图1020和1030中，在相位调制量变得陡峭的部分，相邻等级间的相位调制量之差也为从位置0到r1的范围内的相邻等级间的相位调制量之差的2倍。因此，在液晶元件2－2、2－3的环形电极图案1021、1031中，设定比图4的(B)和图4的(C)所示的环形电极图案具有的环形部的数量少的11个、10个环形部。此外，在该变形例中，相邻的环形部间的边界的位置也针对每个液晶元件而不同。
图11是示出具有图10的(A)～图10的(C)所示的环形电极图案的各液晶元件对光束赋予的相位分布的偏移的图。另外，图12是示出对透过了液晶光学器件整体的光束赋予的相位分布的一个例子的图。在图11和图12中，横轴表示与光轴OA正交的面上的位置。此外，在横轴中用O表示光轴OA的位置。纵轴表示相位调制量。并且，图11中的曲线1000表示各个液晶元件对光束赋予的理想的相位调制分布图，对应于图10的(A)～图10的(C)中的相位调制分布图1000。相位调制分布图1010～1030分别表示液晶元件2－1～2－3对光束赋予的相位调制，对应于图10的(A)～图10的(C)中的相位调制分布图1010～1030。另外，在图12中虚线所示的相位调制分布图1200表示对应于合成通过各液晶元件赋予的相位调制分布图而得到的相位调制分布图1210的理想的相位调制分布图。如图11所示，针对每个液晶元件，相位调制量的相邻等级间的边界位置不同。因此，如图12的相位调制分布图1210所示，对透过液晶光学器件1的光束赋予的相位调制量通过30个环形部而被等分割为18个等级。因此，在该变形例中，与各液晶元件具有的透明电极图案的分辨率相比，对透过液晶光学器件1的光束赋予的相位分布的分辨率也更高。另外，在该变形例中，与上述实施方式相比，各个环形部的宽度中的最小的宽度变宽，所以容易在透明基板上形成透明电极图案。
另外，在单独地调节相位调制量的相邻等级间的差的情况下，各液晶元件的各部分电极相互绝缘，各部分电极分别经由引出电极，从控制电路单独地接受与设置有该部分电极的部分对光束赋予的相位调制量相应的电压即可。
图13是具备本发明的一个实施方式或者变形例的液晶光学器件的激光显微镜100的概略结构图。通过准直光学***102将从作为相干光源的激光光源101射出的激光光束调整成平行光，该平行光在透过上述实施方式或者变形例的液晶光学器件103之后，通过物镜104而会聚于试样105上。通过试样105反射或者散射了的光束或者通过试样产生的荧光等包括试样的信息的光束在光程中反向前进，被分束器106反射，通过作为第2光学***的共焦光学***107而再次会聚于共焦点针孔108上。并且，共焦点针孔108切断来自试样的焦点位置以外的光束，所以通过检测器109而得到SN比良好的信号。此外，激光光源101也可以具有所放射的激光的波长不同的多个激光光源。
此处，估计通过包括物镜104的从激光光源1到光束的会聚位置的光学***而产生的波象差，将消除该波象差那样的相位分布作为相位调制分布图而显示于液晶光学器件103，从而该激光显微镜100使成像性能提高。
另外，在以上说明的实施方式中，示出了将本发明的液晶光学器件用于激光显微镜等光学***的像差校正的例子，但本发明不限于这些实施例。例如，本发明的液晶光学器件也可以用作光轴对称的折射率分布透镜。
符号说明
1液晶光学器件
2－1～2－3液晶元件
3控制电路
10液晶层
11、12透明基板
13、14透明电极
13－1～13－n环形电极(部分电极)
15液晶分子
16密封部件
100激光显微镜
101激光光源
102准直光学***
103像差校正器件
104物镜
105试样
106分束器
107共焦光学***
108共焦点针孔
109检测器。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种液晶光学器件，其具有沿着光轴排列的N个液晶元件，并且N是2以上的整数，所述液晶光学器件的特征在于，
所述N个液晶元件分别具有：
液晶层，其封入有在规定的方向上取向了的液晶分子；以及
两个透明电极，其被配置成隔着所述液晶层对置，
所述两个透明电极中的至少一方具有多个部分电极，并且按规定的等级数分割了对透过所述液晶层的光束赋予的、在从所述光轴到所述光束的最外周之间具有相位调制量的极值的相位分布中的相位调制量的最大值与最小值之差时，针对此时的每个等级，在对所述光束赋予该等级的相位调制量的所述液晶层的部分配置所述多个部分电极中的至少一个，并且，所述多个部分电极各自的在从所述光轴离开的方向上的宽度为：与该部分电极对应的位置处的沿着从所述光轴离开的方向的所述相位分布中的所述相位调制量的变化越平缓则越宽，
相对于所述光束的、相邻的两个所述部分电极间的边界的位置，针对每个所述液晶元件而具有不同的部位。
2.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，
以使各等级的相位调制量针对每个所述液晶元件而依次偏移如下的相位调制量之差的方式，针对各液晶元件配置所述多个部分电极，其中该相位调制量之差是按所述N对在按所述规定的等级数对所述相位调制量的最大值与最小值之差进行等分割时的相当于相邻等级间的差的相位调制量进行等分割而得到的相位调制量之差。
3.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，
在所述N个液晶元件中的至少一个中，
以与所述相位调制量的相邻的两个极值分别相当的、与所述光轴正交的面上的位置的间隔越小则在该间隔中包括的相位调制量的等级的数量越少的方式，配置所述多个部分电极。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的液晶光学器件，其特征在于，
与所述光轴正交的面上的、对所述多个部分电极供给电力的引出电极的位置针对所述多个液晶元件中的各液晶元件而言是相同的。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的液晶光学器件，其特征在于，
还具有控制电路，该控制电路针对所述N个液晶元件中的各液晶元件，在所述多个部分电极中的各部分电极与对置的所述透明电极之间，施加与对透过所述液晶层中的设置有该部分电极的部分的光束赋予的相位调制量的所述等级相应的电压。
6.根据权利要求5所述的液晶光学器件，其特征在于，
针对所述N个液晶元件中的各液晶元件，所述多个部分电极中的相互相邻的两个部分电极分别通过电阻元件来连接，
所述控制电路在对应于所述相位调制分布图中的相位调制量为极大值的位置的所述部分电极和对应于所述相位调制量为极小值的位置的所述部分电极与对置的所述透明电极之间，分别以所述相位调制量成为极大值和极小值的方式施加电压。
7.根据权利要求5或者6所述的液晶光学器件，其特征在于，
针对所述N个液晶元件中的第1液晶元件的所述规定的等级数是第1等级数，针对所述N个液晶元件中的其他液晶元件的所述规定的等级数是对所述第1等级数加1而得到的第2等级数，
所述控制电路以第2电压差相对于第1电压差之比等于所述第2等级数相对于所述第1等级数之比的方式，控制各液晶元件的各部分电极与对置的所述透明电极之间的电压，其中，所述第1电压差是在所述第1液晶元件中的所述多个部分电极中的对应于所述相位调制量的最大值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压、和在对应于所述相位调制量的最小值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压的电压差，所述第2电压差是在所述其他液晶元件中的所述多个部分电极中的对应于所述相位调制量的最大值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压、和在对应于所述相位调制量的最小值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压的电压差。

Claims (7)

1.一种液晶光学器件，其具有沿着光轴排列的N个液晶元件，并且N是2以上的整数，所述液晶光学器件的特征在于，
所述N个液晶元件分别具有：
液晶层，其封入有在规定的方向上取向了的液晶分子；以及
两个透明电极，其被配置成隔着所述液晶层对置，
所述两个透明电极中的至少一方具有多个部分电极，并且按规定的等级数分割了对透过所述液晶层的光束赋予的相位分布中的相位调制量的最大值与最小值之差时，针对此时的每个等级，在对所述光束赋予该等级的相位调制量的所述液晶层的部分配置所述多个部分电极中的至少一个，
相对于所述光束的、相邻的两个所述部分电极间的边界的位置，针对每个所述液晶元件而具有不同的部位。
2.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，
以使各等级的相位调制量针对每个所述液晶元件而依次偏移如下的相位调制量之差的方式，针对各液晶元件配置所述多个部分电极，其中该相位调制量之差是按所述N对在按所述规定的等级数对所述相位调制量的最大值与最小值之差进行等分割时的相当于相邻等级间的差的相位调制量进行等分割而得到的相位调制量之差。
3.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，
在所述N个液晶元件中的至少一个中，
以与所述相位调制量的相邻的两个极值分别相当的、与所述光轴正交的面上的位置的间隔越小则在该间隔中包括的相位调制量的等级的数量越少的方式，配置所述多个部分电极。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的液晶光学器件，其特征在于，
与所述光轴正交的面上的、对所述多个部分电极供给电力的引出电极的位置针对所述多个液晶元件中的各液晶元件而言是相同的。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的液晶光学器件，其特征在于，
还具有控制电路，该控制电路针对所述N个液晶元件中的各液晶元件，在所述多个部分电极中的各部分电极与对置的所述透明电极之间，施加与对透过所述液晶层中的设置有该部分电极的部分的光束赋予的相位调制量的所述等级相应的电压。
6.根据权利要求5所述的液晶光学器件，其特征在于，
针对所述N个液晶元件中的各液晶元件，所述多个部分电极中的相互相邻的两个部分电极分别通过电阻元件来连接，
所述控制电路在对应于所述相位调制分布图中的相位调制量为极大值的位置的所述部分电极和对应于所述相位调制量为极小值的位置的所述部分电极与对置的所述透明电极之间，分别以所述相位调制量成为极大值和极小值的方式施加电压。
7.根据权利要求5或者6所述的液晶光学器件，其特征在于，
针对所述N个液晶元件中的第1液晶元件的所述规定的等级数是第1等级数，针对所述N个液晶元件中的其他液晶元件的所述规定的等级数是对所述第1等级数加1而得到的第2等级数，
所述控制电路以第2电压差相对于第1电压差之比等于所述第2等级数相对于所述第1等级数之比的方式，控制各液晶元件的各部分电极与对置的所述透明电极之间的电压，其中，所述第1电压差是在所述第1液晶元件中的所述多个部分电极中的对应于所述相位调制量的最大值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压、和在对应于所述相位调制量的最小值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压的电压差，所述第2电压差是在所述其他液晶元件中的所述多个部分电极中的对应于所述相位调制量的最大值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压、和在对应于所述相位调制量的最小值的部分电极与对置的所述透明电极之间施加的电压的电压差。
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