JP2016090718A

JP2016090718A - 液晶レンズ

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Publication number: JP2016090718A
Application number: JP2014222922A
Authority: JP
Inventors: 隆秋元; Takashi Akimoto
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】１つの液晶レンズで様々なレンズ特性を容易に実現可能な液晶レンズを提供する。
【解決手段】液晶レンズ１は、光軸Ｃ上に配置された第１の液晶層２及び第２の液晶層３と、第１の液晶層２を挟むように対向配置され、第１の液晶層２に電圧を印加する第１の電極４及び第２の電極５と、第２の液晶層３を挟むように対向配置され、第２の液晶層３に電圧を印加する第３の電極６及び第４の電極７とを備える。第１の電極４及び第３の電極６は、平行に配列された複数のライン電極４ｂ，６ｂからなり、光軸Ｃの方向から見た場合に、複数のライン電極４ｂと複数のライン電極６ｂとが互いに直交する。そして、複数のライン電極４ｂの中で、第２の電極５との間で、相対的に高い電圧が印加される電極と、相対的に低い電圧が印加される電極とが任意に選択可能であり、複数のライン電極６ｂの中で、第４の電極７との間で、相対的に高い電圧が印加される電極と、相対的に低い電圧が印加される電極とが任意に選択可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶レンズに関する。

周知のように、液晶レンズは、液晶分子が配向している液晶層に電圧を加えて液晶分子の励起角度を制御し、これにより生じる屈折率変化を利用して焦点距離を可変とする液晶光学素子の一つである。

この種の液晶レンズとして、例えば特許文献１には、光軸上に順に、第１の電極、中心に円形の穴が設けられた第２の電極、第３の電極を有し、第１の電極と第２の電極の間に液晶層が設けられたものが開示されている。

特許文献１に開示の液晶レンズでは、第１〜第３の電極に電圧を印加することで、第２の電極に設けられた穴の中心軸を中心とする軸対称状の電界を発生させ、液晶層の液晶分子を励起させる。このとき、液晶分子の屈折率は、電界に倣って第２の電極に設けられた穴の中心部に向かって放物線状に変化する分布を示すため、球面レンズのような凸レンズ特性や凹レンズ特性が実現される。

特開２００６−９１８２６号公報

ところで、近年では、１つの液晶レンズでより多くの異なるレンズ特性を体現することが要求される場合もある。しかしながら、従来の液晶レンズでは、これらの要求に十分に対応できていない点もある。

以上の実情に鑑み、本発明は、１つの液晶レンズで様々なレンズ特性を容易に実現可能な液晶レンズを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明に係る液晶レンズは、光軸上に配置された第１の液晶部及び第２の液晶部と、第１の液晶部を挟むように対向配置され、第１の液晶部に電圧を印加する第１の電極及び第２の電極と、第２の液晶部を挟むように対向配置され、第２の液晶部に電圧を印加する第３の電極及び第４の電極とを備え、第１の電極が、光軸に垂直な面内で間隔を置いて平行に配列された複数のライン電極からなり、第３の電極が、光軸に垂直な面内で間隔を置いて平行に配列された複数のライン電極からなり、光軸の方向から見た場合に、第１の電極のライン電極と、第３の電極のライン電極とが互いに交差し、第１の電極の複数のライン電極の中で、第２の電極との間で相対的に高い電圧が印加される電極と、第２の電極との間で相対的に低い電圧が印加される電極とが任意に選択可能であり、第３の電極の複数のライン電極の中で、第４の電極との間で相対的に高い電圧が印加される電極と、第４の電極との間で相対的に低い電圧が印加される電極とが任意に選択可能であることを特徴とする。

このような構成によれば、第１の電極及び第３の電極のそれぞれのライン電極の配列群の中に、印加電圧が高→低→高と変化する電圧変化領域や、低→高→低と変化する電圧変化領域を形成することができる。この場合、第１の液晶部では、第１の電極の複数のライン電極における電圧変化領域に相当する部分において、ライン電極と平行な母線を有するシリンドリカルレンズに相当するレンズ特性（第１のシリンドリカルレンズ部という。）を実現することができる。また同様に、第２の液晶部でも、第３の電極の複数のライン電極における電圧変化領域において、第３の電極のライン電極と平行な母線を有するシリンドリカルレンズに相当するレンズ特性（第２のシリンドリカルレンズ部という。）を実現することができる。そして、第１の液晶部と第２の液晶部のそれぞれに形成されるシリンドリカルレンズ部は、光軸と垂直な面内で互いに交差する。そのため、光軸方向から見た場合に、第１のシリンドリカルレンズ部と、第２のシリンドリカルレンズ部とが重複する部分において、両者のレンズ特性が合成され、球面レンズのような凸レンズ特性又は凹レンズ特性を実現することができる。そして、第１のシリンドリカルレンズ部と第２のシリンドリカルレンズ部は、それぞれの位置・大きさ・数を電圧の印加パターンによって任意に変更できる。その結果、これら２つのシリンドリカルレンズ部のレンズ特性を合成してなる、球面レンズのような凸レンズ特性又は凹レンズ特性を有するレンズ部の位置・大きさ・数も任意に変更できる。したがって、１つの液晶レンズの面内において、様々なレンズ特性を実現できる。

上記の構成において、光軸の方向から見た場合に、第１の電極のそれぞれのライン電極と、第３の電極のそれぞれのライン電極とが互いに直交することが好ましい。

上記の構成において、第１の電極の複数のライン電極と第２の電極との間に印加される電圧は、相対的に高い第１の電圧と、相対的に低い第２の電圧との２つの異なる電圧からなり、第３の電極の複数のライン電極と第４の電極との間に印加される電圧は、相対的に高い第３の電圧と、相対的に低い第４の電圧との２つの異なる電圧からなり、第１の電圧と第３の電圧が同じ値であり、第２の電圧と第４の電圧が同じ値であってもよい。

上記の構成において、第１の電極のライン電極が、６本以上で構成され、第２の電極のライン電極が、６本以上で構成されていることが好ましい。

上記の構成において、第１の液晶部と第２の液晶部のそれぞれが、ｓ偏光波の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層と、ｐ偏光波の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層とを備えていることが好ましい。

以上のように本発明によれば、１つの液晶レンズで様々なレンズ特性を容易に実現することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る液晶レンズの断面図であって、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。第１の実施形態に係る液晶レンズにおける第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する態様を説明するための断面図である。第１の実施形態に係る液晶レンズの効果の一例を説明するための図であって、（ａ）は第１の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第１の液晶層における位相差分布を示す図、（ｂ）は第３の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第２の液晶層における位相差分布を示す図、（ｃ）は液晶レンズを通過した光を光軸方向から見たときの干渉縞を示す図である。第１の実施形態に係る液晶レンズの効果の別の一例を説明するための図であって、（ａ）は第１の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第１の液晶層における位相差分布を示す図、（ｂ）は第３の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第２の液晶層における位相差分布を示す図、（ｃ）は液晶レンズを通過した光を光軸方向から見たときの干渉縞を示す図である。第１の実施形態に係る液晶レンズの効果の別の一例を説明するための図であって、（ａ）は第１の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第１の液晶層における位相差分布を示す図、（ｂ）は第３の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第２の液晶層における位相差分布を示す図、（ｃ）は液晶レンズを通過した光を光軸方向から見たときの干渉縞を示す図である。第１の実施形態に係る液晶レンズの効果の別の一例を説明するための図であって、（ａ）は第１の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第１の液晶層における位相差分布を示す図、（ｂ）は第３の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第２の液晶層における位相差分布を示す図、（ｃ）は液晶レンズを通過した光を光軸方向から見たときの干渉縞を示す図である。第１の実施形態に係る液晶レンズの効果の別の一例を説明するための図であって、（ａ）は第１の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第１の液晶層における位相差分布を示す図、（ｂ）は第３の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第２の液晶層における位相差分布を示す図、（ｃ）は液晶レンズを通過した光を光軸方向から見たときの干渉縞を示す図である。第１の実施形態に係る液晶レンズの効果の別の一例を説明するための図であって、（ａ）は第１の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第１の液晶層における位相差分布を示す図、（ｂ）は第３の電極の各ライン電極の印加電圧の状態と、そのときの第２の液晶層における位相差分布を示す図、（ｃ）は液晶レンズを通過した光を光軸方向から見たときの干渉縞を示す図である。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る液晶レンズの断面図であって、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る液晶レンズ１は、光軸Ｃ上に光入射側（図中の下方側）から順に、第１の液晶部としての第１の液晶層２と、第２の液晶部としての第２の液晶層３とを備えている。第１の液晶層２は、互いに対向配置された第１の電極４と第２の電極５によって挟まれており、第２の液晶層３は、互いに対向配置された第３の電極６と第４の電極７によって挟まれている。第１〜第４の電極４〜７によって印加する電圧を調整することで、第１の液晶層２及び第２の液晶層３のそれぞれの屈折率が可変とされる。なお、光軸Ｃは、液晶レンズ１全体としての光軸であって、第１の液晶層２や第２の液晶層３の光軸とは必ずしても一致しない。また、図中のｘｙｚは、３次元の直交座標系を示しており、ｚ軸が光軸Ｃと一致しており、ｘ軸とｙ軸で構成される平面は光軸Ｃに垂直となる。

詳細には、液晶レンズ１は、光軸Ｃ上に光入射側から順に、第１の基板８、第２の基板９及び第３の基板１０を備えている。

第１の基板８と第２の基板９の間には、中心に貫通孔を有する第１の隔壁部材１１が設けられている。第１の液晶層２は、第１の基板８、第２の基板９及び第１の隔壁部材１１で区画形成される空間に液晶を充填することで形成される。

第１の基板８の光出射側には、透明な第１の電極４が形成されている。第１の電極４は、ｙ軸方向に延びる直線状のスリット部４ａによって分割された、複数のライン電極４ｂから構成されている。すなわち、各々のライン電極４ｂはｙ軸方向に長尺であり、ｘ軸方向に間隔を置いて配列される。

第２の基板９の光入射側には、透明な第２の電極５が形成されている。第２の電極５は、スリット部などが設けられていない平板状の電極から構成されている。なお、第１の電極４と第２の電極５は、位置を入れ替えてもよい。

同様に、第２の基板９と第３の基板１０の間には、中心に貫通孔を有する第２の隔壁部材１２が設けられている。第２の液晶層３は、第２の基板９、第３の基板１０及び第２の隔壁部材１２で区画形成される空間に液晶を充填することで形成される。

第２の基板９の光出射側には、透明な第３の電極６が形成されている。第３の電極６は、ｘ軸方向に延びる直線状の第２のスリット部６ａによって分割された、複数のライン電極６ｂから構成されている。すなわち、各々のライン電極６ｂはｘ軸方向に長尺であり、ｙ軸方向に間隔を置いて配列される。したがって、ライン電極６ｂは、光軸Ｃの方向から見た場合に、ライン電極４ｂと直交する。

第３の基板１０の光入射側には、透明な第４の電極７が形成されている。第４の電極７は、スリット部などが設けられていない平板状の電極から構成されている。なお、第３の電極６と第４の電極７は、位置を入れ替えもよい。

ここで、図示は省略するが、第１の電極４の光出射側の表面及び第３の電極６の光出射側の表面には、透明な絶縁層が設けられている。それぞれの絶縁層の内部には、透明な高抵抗膜が設けられている。高抵抗膜は液晶レンズ１の駆動電圧を低下させるためのものであり、絶縁層は電極４，６と高抵抗膜を絶縁するためのものである。なお、絶縁層及び高抵抗膜は、適宜省略してもよい。

また、第１の電極４に形成された絶縁層の光出射側の表面および第２の電極５の光入射側の表面には、それぞれ配向膜が形成されている。同様に、第３の電極６に形成された絶縁層の光出射側の表面および第４の電極７の光入射側の表面には、それぞれ配向膜が形成されている。これらの配向膜により、第１の液晶層２中の液晶分子や第２の液晶層３中の液晶分子の配向が行われる。

第１の液晶層２における配向方向と、第２の液晶層３における配向方向とは、光軸Ｃと垂直な面内において同じ（０°）か又は１８０°異なっている。すなわち、この実施形態では、ｐ偏光とｓ偏光のいずれか一方の偏光の入射光に対してのみその振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向をもつ。

図２に示すように、第１の電極４のそれぞれのライン電極４ｂと、第２の電極５の間に電圧が印加されるようになっている。第２の電極５は接地されている。

詳細には、第１の電極４の各ライン電極４ｂには、交流電源１３を介して第２の電極５に接続された状態と、交流電源１４を介して第２の電極５に接続された状態とを切り替え可能なスイッチ１５が設けられている。交流電源１３による印加電圧Ｖ_１と、交流電源１４による印加電圧Ｖ_２は互いに異なる。この実施形態では、印加電圧Ｖ_１が印加電圧Ｖ_２よりも小さい。そのため、スイッチ１５を切り替えることで、第１の電極４の複数のライン電極４ｂの中で、相対的に高い電圧が印加される電極と、相対的に低い電圧が印加される電極とが任意に選択できる。なお、図示例では、ｘ方向の両端に位置するライン電極４ｂが電源１３に接続されて相対的に低い電圧Ｖ_１が印加される電極とされ、それ以外のライン電極４ｂが電源１４に接続されて相対的に高い電圧Ｖ_２が印加される電極とされた状態を示している。

図示は省略するが、第３の電極６のそれぞれのライン電極６ｂと、第４の電極７の間に電圧が印加されるようになっている。第４の電極７は接地されている。そして、複数のライン電極６ｂの中で、相対的に高い電圧（電圧Ｖ_２）が印加される電極と、相対的に低い電圧（電圧Ｖ_１）が印加される電極が任意に選択可能となっている。第３の電極６に対して電圧を印加する詳細な態様については、図２に基づいて説明した第１の電極４に対する電圧印加の態様と実質的に同じであるので、詳しい説明は省略する。

ここで、第１〜第３の基板８〜１０、及び隔壁部材１１，１２は、例えばガラスで構成することができる。

第１〜第４の電極４〜７は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電体で構成することができる。

絶縁層は、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、フッ化マグネシウムのうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。

高抵抗膜は、例えば、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物、ゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。

配向膜は、例えばラビング処理されたポリイミド膜で構成することができる。

なお、後述する他の実施形態における基板、電極、隔壁部材、絶縁膜、高抵抗膜及び配向膜についても、上記に例示した同様の材料を用いることができる。

次に、以上のように構成された液晶レンズ１の動作について図３〜図８に基づいて説明する。なお、第１の液晶層２及び第２の液晶層３がｓ偏光波の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する場合を例にとって説明する。また、図３〜図８において、相対的に高い電圧Ｖ_２が印加されるライン電極にはクロスハッチングを付し、相対的に低い電圧Ｖ_１が印加されるライン電極（ハッチングを付していない電極）と区別している。

例えば、図３（ａ）では、第1の電極４の各ライン電極４ｂのうち、ｘ軸方向の両端に位置するライン電極４ｂに電圧Ｖ_１が印加され、それ以外のライン電極４ｂに電圧Ｖ_２が印加されている。このとき、第１の液晶層２は、電圧Ｖ_１は電圧Ｖ_２よりも小さいため、ｘ軸方向において、同図（ａ）に示したように凹レンズに対応する位相差分布特性を示す。一方、第１の液晶層２は、電圧Ｖ_１と電圧Ｖ_２の大小に関わらず、ｙ軸方向には実質的に位相差分布特性を示さない。そのため、第１の液晶層２は、ｙ軸（ライン電極４ｂ）と平行な母線を有するシリンドリカルレンズに相当するレンズ特性（第１のシリンドリカルレンズ部Ｌ１という。）を有する。

図３（ｂ）では、第３の電極６の各ライン電極６ｂのうち、ｙ軸方向の両端に位置するライン電極６ｂに電圧Ｖ_１が印加され、それ以外のライン電極６ｂに電圧Ｖ_２が印加されている。このとき、第２の液晶層３は、電圧Ｖ_１が電圧Ｖ_２よりも小さいため、ｙ軸方向において、同図（ｂ）に示したように凹レンズに対応する位相差分布特性を示す。一方、第２の液晶層３は、電圧Ｖ_１と電圧Ｖ_２の大小に関わらず、ｘ軸方向には実質的に位相差分布特性を示さない。そのため、第２の液晶層３は、ｘ軸（ライン電極６ｂ）と平行な母線を有するシリンドリカルレンズに相当するレンズ特性（第２のシリンドリカルレンズ部Ｌ２という）を有する。

したがって、偏光板などを用いてｓ偏光を液晶レンズ１に入射すると、ｓ偏光は、第１のシリンドリカルレンズ部Ｌ１で屈折するとともに、第２のシリンドリカルレンズ部Ｌ２で屈折する。その結果、図３（ｃ）に示すように、液晶レンズ１にｓ偏光を通過させた状態で、ｚ軸（光軸Ｃ）の方向から液晶レンズ１を見た場合、第１のシリンドリカルレンズ部Ｌ１と第２のシリンドリカルレンズ部Ｌ２の重複部分において、複数の円環状の干渉縞Ｆ１が形成される。すなわち、電圧Ｖ_１が電圧Ｖ_２よりも小さければ、ｘ軸及びｙ軸の両方向においてレンズ機能を有する、球面レンズのような凹レンズ特性を実現することができる。

なお、図３（ａ）及び（ｂ）に示す電圧印加パターンにおいて、電圧Ｖ_１が電圧Ｖ_２よりも大きければ、第１の液晶層２は、ｘ軸方向において凸レンズに対応する位相差分布特性を示し、第２の液晶層３は、ｙ軸方向において凸レンズに対応する位相差分布特性を示す。そのため、この場合には、液晶レンズ１において、ｘ軸及びｙ軸の両方向においてレンズ機能を有する、球面レンズのような凸レンズ特性を実現することができる。

ここで、第１の電極４のライン電極４ｂと、第３の電極６のライン電極６ｂは、それぞれ６本以上で構成されていることが好ましい。電圧印加パターンを細かく制御することができるためである。

以上のようなレンズ特性は、ライン電極４ｂ，６ｂへの電圧印加パターンを変更することで、種々の変更ができる。以下では電圧Ｖ_１が電圧Ｖ_２よりも小さい場合を例にとって説明する。なお、電圧Ｖ_１は電圧Ｖ_２よりも大きくてもよいが、この場合には、下記のレンズ特性における記述において、凸レンズと記載する部分を凹レンズと読み替え、凹レンズと記載する部分を凸レンズと読み替えるものとする。

例えば、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、電圧Ｖ_２が印加される領域を増減し、電圧Ｖ_２が印加される領域の両側に形成される、電圧Ｖ_１が印加される領域の大きさ（ライン電極４ｂ及びライン電極６ｂの本数）を異ならせれば、第１のシリンドリカルレンズ部Ｌ１が形成される位置がｘ方向に移動するとともに、第２のシリンドリカルレンズ部Ｌ２が形成される位置がｙ方向に移動する。その結果、両シリンドリカルレンズ部Ｌ１，Ｌ２の重複部分の位置や大きさも変化する。したがって、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、干渉縞Ｆ１の大きさや、中心位置を変更することができる。すなわち、球面レンズのような凹レンズ特性を有するレンズ部の大きさや、中心位置を変更することができる。

また、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライン電極６ｂにおいて、電圧Ｖ_１→電圧Ｖ_２→電圧Ｖ_１となる電圧変化領域の数を増やせば、第２のシリンドリカルレンズ部Ｌ２の個数を増やすことができる。その結果、図６（ｃ）に示すように、シリンドリカルレンズ部Ｌ１，Ｌ２の重複部分に形成される干渉縞Ｆ１の個数を増やすことができる。すなわち、球面レンズのような凹レンズ特性を有するレンズ部の数を増やすことができる。なお、ライン電極４ｂにおいて、電圧変化領域の数を増やしても、球面レンズのような凹レンズ特性を有するレンズ部の数を同様に増やすことができる。

また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｘ方向に隣接するライン電極４ｂ及びｙ方向に隣接するライン電極６ｂのそれぞれにおいて、電圧Ｖ_１が印加される電極と、電圧Ｖ_２が印加される電極とを交互に設けると、次のようなレンズ特性が実現できる。すなわち、ライン電極４ｂ及びライン電極６ｂのそれぞれにおいて、電圧Ｖ_１→電圧Ｖ_２→電圧Ｖ_１となる電圧変化領域が一定の間隔で複数形成される。そのため、第１のシリンドリカルレンズ部Ｌ１と、第２のシリンドリカルレンズ部Ｌ２が格子状に配列される。そのため、図７（ｃ）に示すように、これらのシリンドリカルレンズ部Ｌ１，Ｌ２の重複部分である格子の各交点において、干渉縞Ｆ１を有し、球面レンズのような凹レンズ特性を有するレンズ部を形成することができる。

更に、この場合、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライン電極４ｂ及びライン電極６ｂのそれぞれにおいて、電圧Ｖ_２→電圧Ｖ_１→電圧Ｖ_２となる領域も一定の間隔で複数形成される。そのため、図７（ａ）に示すように、ｘ軸方向において凸レンズに対応する位相差分布特性を示す第３のシリンドリカルレンズ部Ｌ３が一定の間隔で複数形成されるとともに、図７（ｂ）に示すように、ｙ軸方向において凸レンズに対応する位相差分布特性を示す第４のシリンドリカルレンズ部Ｌ４が一定の間隔で複数形成される。これらのシリンドリカルレンズ部Ｌ３，Ｌ４も格子状に配列される。そのため、図７（ｃ）に示すように、シリンドリカルレンズ部Ｌ３，Ｌ４の重複部分である格子の各交点において、干渉縞Ｆ２を有し、球面レンズのような凸レンズ特性を有するレンズ部を形成することができる。

ここで、図７（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、複眼レンズとしての活用が期待できる。また、電極パターンを数ミクロン程度まで微細化すれば、焦点可変マイクロレンズアレイとしても活用できる。

また、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の電極４のライン電極４ｂと、第３の電極６のライン電極６ｂにおいて、電圧Ｖ_２が印加される電極が連続する個数を異ならせると、楕円状の干渉縞Ｆ１を有するレンズ部を形成することができる。

＜第２の実施形態＞
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第２の実施形態に係る液晶レンズ１が、第１の実施形態に係る液晶レンズ１と相違するところは、第１の液晶部が第１の液晶層２１と第２の液晶層２２の２層から構成されるとともに、第２の液晶部が第３の液晶層２３と第４の液晶層２４との２層から構成されており、ｓ偏光及びｐ偏光のそれぞれの入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する点にある。なお、第１の液晶部及び第２の液晶部の構成以外は、第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と共通の構成については同一符号を付して詳しい説明を省略する。

詳細には、第２の実施形態に係る液晶レンズ１は、第１の基板８、第２の基板９及び第３の基板１０に加えて、第１の基板８と第２の基板９の間に第１の中間基板２５を備え、第２の基板９と第３の基板１０の間に第２の中間基板２６を備えている。中間基板２５，２６は、例えばガラスで構成することができる。

第１の基板８と第１の中間基板２５の間には、中心に貫通孔を有する第１の隔壁部材２７が設けられ、第１の基板８、第１の中間基板２５及び第１の隔壁部材２７で区画形成される空間に第１の液晶層２１が設けられている。

第１の中間基板２５と第２の基板９の間には中心に貫通孔を有する第２の隔壁部材２８が設けられ、第１の中間基板２５、第２の基板９及び第２の隔壁部材２８で区画形成された空間に第２の液晶層２２が設けられている。

第２の基板９と第２の中間基板２６の間には、中心に貫通孔を有する第３の隔壁部材２９が設けられ、第２の基板９、第２の中間基板２６及び第３の隔壁部材２９で区画形成された空間に第３の液晶層２３が設けられている。

第２の中間基板２６と第３の基板１０の間には、中心に貫通孔を有する第４の隔壁部材３０が設けられ、第２の中間基板２６、第３の基板１０及び第４の隔壁部材３０で区画形成された空間に第４の液晶層２４が設けられている。

なお、図示しないが、第１〜第４の液晶層２１〜２４のそれぞれの表裏面（光入射側の面と光出射側の面）に接する面には、配向膜が形成されている。

第１の液晶層２１における配向方向と、第２の液晶層２２における配向方向とは、光軸Ｃと垂直な面内において９０°異なっている。また、第３の液晶層２３における配向方向と、第４の液晶層２４における配向方向は、光軸Ｃに垂直な面内において９０°異なっている。

この実施形態では、第１の液晶層２１における配向方向と、第４の液晶層２４における配向方向とが、光軸Ｃに垂直な面内において同じ（０°）か又は１８０°異なるとともに、第２の液晶層２２における配向方向と、第３の液晶層２３における配向方向とが、光軸Ｃに垂直な面内において同じ（０°）か又は１８０°異なっている。すなわち、第１及び第４の液晶層２１，２４のそれぞれが、ｐ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する場合には、第２及び第３の液晶層２２，２３のそれぞれが、ｓ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する。逆に、第１及び第４の液晶層２１，２４のそれぞれが、ｓ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する場合には、第２及び第３の液晶層２２，２３のそれぞれが、ｐ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する。

このようにすれば、ｓ偏光の集光位置と、ｐ偏光の集光位置のずれを小さくすることができ、優れた結合性能が得られる。

もちろん、第１及び第２の液晶層２１，２２のうち、一方がｓ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層であり、他方がｐ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層であれば、第１及び第２の液晶層２１，２２のいずれをｓ偏光の入射光の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層としてもよい。このことは、第３及び第４の液晶層２３，２４についても同様である。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。

上記の実施形態では、第１の電極４のライン電極４ｂと、第３の電極６のライン電極６ｂとが、光軸Ｃの方向から見たときに互いに直交する場合を説明したが、ライン電極４ｂとライン電極６ｂは、光軸Ｃの方向から見たときに互いに交差していれば、直交していなくてもよい。

上記の実施形態では、第１の電極４の各ライン電極４ｂと、第３の電極６の各ライン電極６ｂに対して、異なる２つの電圧Ｖ_１，Ｖ_２のいずれかを印加する場合を説明したが、各ライン電極に対して、異なる３つ以上の電圧の中から選択される１つの電圧を印加するようにしてもよい。

上記の実施形態では、第１の液晶部及び第２の液晶部を、１層又は２層の液晶層から構成する場合を説明したが、これらを３層以上の液晶層から構成してもよい。また、更に電極に挟まれた液晶部を設けることで、１又は複数の液晶層を有する液晶部を光軸Ｃ上に３つ以上設けてもよい。

１液晶レンズ
２第１の液晶層
３第２の液晶層
４第１の電極
４ａスリット部
４ｂライン電極
５第２の電極
６第３の電極
６ａスリット部
６ｂライン電極
７第４の電極
２１第１の液晶層
２２第２の液晶層
２３第３の液晶層
２４第４の液晶層
Ｃ光軸
Ｆ１〜Ｆ２干渉縞
Ｌ１〜Ｌ４シリンドリカルレンズ部

Claims

光軸上に配置された第１の液晶部及び第２の液晶部と、
前記第１の液晶部を挟むように対向配置され、前記第１の液晶部に電圧を印加する第１の電極及び第２の電極と、
前記第２の液晶部を挟むように対向配置され、前記第２の液晶部に電圧を印加する第３の電極及び第４の電極とを備え、
前記第１の電極が、前記光軸に垂直な面内で間隔を置いて平行に配列された複数のライン電極からなり、
前記第３の電極が、前記光軸に垂直な面内で間隔を置いて平行に配列された複数のライン電極からなり、
前記光軸の方向から見た場合に、前記第１の電極の前記ライン電極と、前記第３の電極の前記ライン電極とが互いに交差し、
前記第１の電極の前記複数のライン電極の中で、前記第２の電極との間で相対的に高い電圧が印加される電極と、前記第２の電極との間で相対的に低い電圧が印加される電極とを任意に選択可能であり、
前記第３の電極の前記複数のライン電極の中で、前記第４の電極との間で相対的に高い電圧が印加される電極と、前記第４の電極との間で相対的に低い電圧が印加される電極とを任意に選択可能であることを特徴とする液晶レンズ。
前記光軸の方向から見た場合に、前記第１の電極のそれぞれの前記ライン電極と、前記第３の電極のそれぞれの前記ライン電極とが互いに直交することを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
前記第１の電極の前記複数のライン電極と前記第２の電極との間に印加される電圧は、相対的に高い第１の電圧と、相対的に低い第２の電圧との２つの異なる電圧からなり、
前記第３の電極の前記複数のライン電極と前記第４の電極との間に印加される電圧は、相対的に高い第３の電圧と、相対的に低い第４の電圧との２つの異なる電圧からなり、
前記第１の電圧と前記第３の電圧が同じ値であり、前記第２の電圧と前記第４の電圧が同じ値であることを特徴とする請求項1又は２に記載の液晶レンズ。
前記第１の電極の前記ライン電極が、６本以上で構成され、前記第２の電極の前記ライン電極が、６本以上で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
前記第１の液晶部と前記第２の液晶部のそれぞれが、ｓ偏光波の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層と、ｐ偏光波の振動方向に対して平行な液晶分子の配向方向を有する液晶層とを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の液晶レンズ。