JPH0337630A - 焦点距離可変レンズ - Google Patents
焦点距離可変レンズInfo
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- JPH0337630A JPH0337630A JP17273589A JP17273589A JPH0337630A JP H0337630 A JPH0337630 A JP H0337630A JP 17273589 A JP17273589 A JP 17273589A JP 17273589 A JP17273589 A JP 17273589A JP H0337630 A JPH0337630 A JP H0337630A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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
この発明はレーザ光を使用する光記録等の情報処理分野
あるいは医療、生物領域の光計測制御分野に利用される
焦点距離可変レンズに関する。
あるいは医療、生物領域の光計測制御分野に利用される
焦点距離可変レンズに関する。
従来の上記のような分野における焦点距離可変レンズは
、光学レンズ状の凸型外殻の内部に、例えば有機液状材
料や高分子ゲル状物質を封入させ、これらを体積変化さ
せることによって、焦点距離を可変とするようにしたも
の、液晶に電界を印加させ、配向状態変化に伴う屈折率
変化を利用して焦点距離を可変としたもの、光導波路上
に、導波光の光路長を変えることにより集束作用を起こ
させるジオデシックレンズや光の回折作用により導波光
を集束させるフレネルレンズ等を形成し、印加電圧の変
化によって焦点距離を可変にしたもの、ルネブルグレン
ズを用いたもの等がある０例えば、米国特許第４４６６
７０３号がある。
、光学レンズ状の凸型外殻の内部に、例えば有機液状材
料や高分子ゲル状物質を封入させ、これらを体積変化さ
せることによって、焦点距離を可変とするようにしたも
の、液晶に電界を印加させ、配向状態変化に伴う屈折率
変化を利用して焦点距離を可変としたもの、光導波路上
に、導波光の光路長を変えることにより集束作用を起こ
させるジオデシックレンズや光の回折作用により導波光
を集束させるフレネルレンズ等を形成し、印加電圧の変
化によって焦点距離を可変にしたもの、ルネブルグレン
ズを用いたもの等がある０例えば、米国特許第４４６６
７０３号がある。
上記のような各種焦点距離可変レンズのうち、有機液状
材料や高分子ゲル状物質に電界を印加するもの、液晶に
電界を印加するもの、フレネルレンズに電界を印加して
温度変化により焦点距離を可変とするものは、応答速度
が数百ｒｇｓ程度であって、応答性能が低いという問題
点がある。 又、上記ルネブルグレンズでは、設計、製造が複雑困難
であるという問題点がある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、小型で製作が容易であるのみならず、応答速度が
速い焦点距離可変レンズを提供することを目的とする。
材料や高分子ゲル状物質に電界を印加するもの、液晶に
電界を印加するもの、フレネルレンズに電界を印加して
温度変化により焦点距離を可変とするものは、応答速度
が数百ｒｇｓ程度であって、応答性能が低いという問題
点がある。 又、上記ルネブルグレンズでは、設計、製造が複雑困難
であるという問題点がある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、小型で製作が容易であるのみならず、応答速度が
速い焦点距離可変レンズを提供することを目的とする。
この発明は、結晶に形成された光導波路層と、この光導
波路層の一部及び前記結晶の一部を挾み込むようにして
形成された対をなすレンズ形状の電極と、これらの電極
間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有してなる焦点
距離可変レンズにより上記目的を達成するものである。 又、前記光導波路層と前記一方の電極の間にバッファ層
を設けることにより上記目的を達成するものである。 更に、前記結晶を、光導波路層の基板とし、前記対をな
す！極の一方を、前記バッファ層上に設け、他方の電極
を、前記結晶の前記バッファ層に対応する部分の裏側に
形成された凹所に設けることにより上記目的を達成する
ものである。 又、前記レンズ形状の電極を、前記光導波路層に沿って
、複数対配置することにより上記目的を達成するもので
ある。
波路層の一部及び前記結晶の一部を挾み込むようにして
形成された対をなすレンズ形状の電極と、これらの電極
間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有してなる焦点
距離可変レンズにより上記目的を達成するものである。 又、前記光導波路層と前記一方の電極の間にバッファ層
を設けることにより上記目的を達成するものである。 更に、前記結晶を、光導波路層の基板とし、前記対をな
す！極の一方を、前記バッファ層上に設け、他方の電極
を、前記結晶の前記バッファ層に対応する部分の裏側に
形成された凹所に設けることにより上記目的を達成する
ものである。 又、前記レンズ形状の電極を、前記光導波路層に沿って
、複数対配置することにより上記目的を達成するもので
ある。
この発明において、光導波路層を挾み込むようにして形
成されたレンズ形状の電極に電圧を印加すると、電気光
学効果によって電極間における光導波路層が屈折率変化
を生じ、これによって焦点距離が変化する。又応答速度
も数ＩＩＳと非常に速い。
成されたレンズ形状の電極に電圧を印加すると、電気光
学効果によって電極間における光導波路層が屈折率変化
を生じ、これによって焦点距離が変化する。又応答速度
も数ＩＩＳと非常に速い。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
本発明の第１実施例は、第１図に示されるように、結晶
基板１０の表面に光導波路層１２を形成し、この光導波
Ｉｉ！層１２を図において上下から挾み込むように凸レ
ンズ形状の電１１４Ａ、１４Ｂを配置し、これらの電極
１４Ａ、１４Ｂに、電圧印加手段１６から電圧を適宜印
加するようにしたものである。 前記結晶基板１０は、Ｘ方向に伝搬軸をもつ２ｃｕｔ
、 Ｌ＋ Ｎｂ ０３から形成されている。 前記凸レンズ型のＮ ｔ＋１４ Ａ、１４Ｂは、アルミ
ニウムを蒸着したものであり、２つの曲率半径「１＝４
問、ｒ２＝ １００１で、直径が８ｎｕｎのレンズの断
面形状とされている。 図において上側の電＠１４Ａは、光導波路Ｎ１２の、図
において上直に配置されたバッファ層１８の上面に蒸着
されている。 前記バッファ層１８は、光導波路層１２の上面に、例え
ばコーニング７０５９ （商品名）ガラスをスパッタ蒸
着することによって形成されている。 この場合、バッファ層１８は、５ｉ０２等の他の材料か
ら構成してもよい。 前記光導波路層１２は、結晶基板１０の図において上面
に、Ｔ１を２００〜５００Ａの厚さで蒸着した後、１ｏ
ｏｏ℃の電気炉内で水分を含ませたＡｒ 、０２ガス雰
囲気中で数時間熱拡散を行って形成する。ここで、０２
ガスは熱拡散終了前に導波路中の０２不足を補うために
Ａｒガスから切換えている。 前記結晶基板１０における前記バッファ層１８の下側部
は、裏面側から削られ、凹所２０が形成されている。こ
の凹所２０の底部における結晶基板１０の厚さは約１０
０μ僧とされている。 前記他方のｔｉ１４Ｂは、前記凹所２０の底面にアース
電極としてアルミ蒸着によって形成されている。 一般に、薄肉型の単レンズを作成する際、第２図に示さ
れるように、２つの曲率半径ｒｌ、ｒｌ、単レンズＬの
屈折率をｎとすると、次の（１）式が欧文する。 １／ｆ ＝ （ｎ −１） （１／ｒｌ−１／ｒ２＞
・・・ （１） ここでずばレンズＬの焦点距離である。 前記単レンズＬを電気光学効果による屈折率変化が大き
いＬｉ Ｎｂ ０３でｍ戒すると、その電気光学定数ｒ
３３が一番大きいので、「３３による屈折率増加分をΔ
ｎとすると、焦点距ｙ４ｔは次の（２）式のようになる
。 ｆ ＝ｒ２− ｒ１／Δｎ （ｒ２−ｒｌ） −
（２）ここで、電気光学効果による屈折率差ΔｎはΔｎ
＝１／２ｒ ３ｓｎ ｌＥであり、又Ｅ＝Ｖ／ｄであ
るので、焦点’＆ Ｍ ｆは次の（３）式のようになる
。 ｆ −２ｄ −ｒｌ−ｒ２／ｒ ３３ｎ ３Ｖ （ｒ２
−ｒｌ）・・・（３） ここでＶは印加電圧、ｄは単レンズＬの直径である。 上記（３）式から、印加電圧Ｖを変化させることにより
、それに応じて焦点距離ｆが変わることがわかる。 上記実施例においては、第１図に示されるように、Ｚ軸
方向に電界成分をもつレーザ光２２をシリンドリカルレ
ンズ２４で絞り、更にル、チルプリズム２６を介して光
導波路層１２に導波させる。 導波光は光導波路層１２の、第１図における右端から出
力されるが、ここで、電［１４Ａ、１４Ｂへの印加電圧
を３．Ｏｋｖとすると、電８ｉ！１４Ａ、１４Ｂ間のレ
ンズ形状部における屈折による焦点距離ｆ＝８６０ｉｎ
であるが、印加電圧を３．５ｋｖに変化させると、焦点
距離も１００ｎｎ程度短くすることができる。 光導波路１１２内を進行する導波光は、第３図に示され
るように、その一部が光導波路層１２からはみだして分
布し、該はみだし部分が電極１４Ａによって吸収されて
しまうので、この電極１４Ａをバッファ層１８上に設け
ることによって、光の減衰を低減させることができる。 又この実施例では特に、結晶基板１０の、電極１４Ｂを
蒸着すべき個所を削り取って凹所２０とし、その凹所２
０の底面（図において上面）に電＆１４Ｂを蒸着形成し
ているので、印加電圧の制御を効率的に行うことができ
るという利点がある。 次に第４図に示される本発明の第２実施例につき説明す
る。 この第２実施例は、複数対の電極２８Ａ、２８Ｂ、３０
Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂを配置して、レンズの組合
せを構成したものである。電圧印加手段１６は複数対の
電極への印加電圧を任意個別に制御できる。又、電極２
８Ａ、３０Ａ、３２Ａ間及び２８Ａ、３０Ｂ、３２０間
は絶縁されている。 この実施例は、各電極対への印加電圧を適宜変更するこ
とによって、異なる焦点距離のレンズの各種組合せを構
成できるので、例えばレンズ設計のシュミレーション等
に応用することができる。 次に第５図に示される本発明の第３実施例について説明
する。 この第３実施例は、前記第１又は第２実施例におけるレ
ンズに相当する部分３５を除いて、その前後に電ｆ！３
４Ａ、３４Ｂを形成したものである。 この実施例の場合、電極３４Ａ、３４Ｂ部分に電圧を印
加することによってこの部分の屈折率が増大するので、
電極を設けていない部分は相対的に屈折率が小さくなり
凹レンズの作用をすることになる。 なお上記実施例において、結晶基板１０はＬＮｂ ０３
から４１戒され、又、光導波路１１２は結晶基板１０に
Ｔｉを熱拡散して形成したものであるが、本発明はこれ
らに限定されるものでなく、池の材質から構成するよう
にしてもよい。
基板１０の表面に光導波路層１２を形成し、この光導波
Ｉｉ！層１２を図において上下から挾み込むように凸レ
ンズ形状の電１１４Ａ、１４Ｂを配置し、これらの電極
１４Ａ、１４Ｂに、電圧印加手段１６から電圧を適宜印
加するようにしたものである。 前記結晶基板１０は、Ｘ方向に伝搬軸をもつ２ｃｕｔ
、 Ｌ＋ Ｎｂ ０３から形成されている。 前記凸レンズ型のＮ ｔ＋１４ Ａ、１４Ｂは、アルミ
ニウムを蒸着したものであり、２つの曲率半径「１＝４
問、ｒ２＝ １００１で、直径が８ｎｕｎのレンズの断
面形状とされている。 図において上側の電＠１４Ａは、光導波路Ｎ１２の、図
において上直に配置されたバッファ層１８の上面に蒸着
されている。 前記バッファ層１８は、光導波路層１２の上面に、例え
ばコーニング７０５９ （商品名）ガラスをスパッタ蒸
着することによって形成されている。 この場合、バッファ層１８は、５ｉ０２等の他の材料か
ら構成してもよい。 前記光導波路層１２は、結晶基板１０の図において上面
に、Ｔ１を２００〜５００Ａの厚さで蒸着した後、１ｏ
ｏｏ℃の電気炉内で水分を含ませたＡｒ 、０２ガス雰
囲気中で数時間熱拡散を行って形成する。ここで、０２
ガスは熱拡散終了前に導波路中の０２不足を補うために
Ａｒガスから切換えている。 前記結晶基板１０における前記バッファ層１８の下側部
は、裏面側から削られ、凹所２０が形成されている。こ
の凹所２０の底部における結晶基板１０の厚さは約１０
０μ僧とされている。 前記他方のｔｉ１４Ｂは、前記凹所２０の底面にアース
電極としてアルミ蒸着によって形成されている。 一般に、薄肉型の単レンズを作成する際、第２図に示さ
れるように、２つの曲率半径ｒｌ、ｒｌ、単レンズＬの
屈折率をｎとすると、次の（１）式が欧文する。 １／ｆ ＝ （ｎ −１） （１／ｒｌ−１／ｒ２＞
・・・ （１） ここでずばレンズＬの焦点距離である。 前記単レンズＬを電気光学効果による屈折率変化が大き
いＬｉ Ｎｂ ０３でｍ戒すると、その電気光学定数ｒ
３３が一番大きいので、「３３による屈折率増加分をΔ
ｎとすると、焦点距ｙ４ｔは次の（２）式のようになる
。 ｆ ＝ｒ２− ｒ１／Δｎ （ｒ２−ｒｌ） −
（２）ここで、電気光学効果による屈折率差ΔｎはΔｎ
＝１／２ｒ ３ｓｎ ｌＥであり、又Ｅ＝Ｖ／ｄであ
るので、焦点’＆ Ｍ ｆは次の（３）式のようになる
。 ｆ −２ｄ −ｒｌ−ｒ２／ｒ ３３ｎ ３Ｖ （ｒ２
−ｒｌ）・・・（３） ここでＶは印加電圧、ｄは単レンズＬの直径である。 上記（３）式から、印加電圧Ｖを変化させることにより
、それに応じて焦点距離ｆが変わることがわかる。 上記実施例においては、第１図に示されるように、Ｚ軸
方向に電界成分をもつレーザ光２２をシリンドリカルレ
ンズ２４で絞り、更にル、チルプリズム２６を介して光
導波路層１２に導波させる。 導波光は光導波路層１２の、第１図における右端から出
力されるが、ここで、電［１４Ａ、１４Ｂへの印加電圧
を３．Ｏｋｖとすると、電８ｉ！１４Ａ、１４Ｂ間のレ
ンズ形状部における屈折による焦点距離ｆ＝８６０ｉｎ
であるが、印加電圧を３．５ｋｖに変化させると、焦点
距離も１００ｎｎ程度短くすることができる。 光導波路１１２内を進行する導波光は、第３図に示され
るように、その一部が光導波路層１２からはみだして分
布し、該はみだし部分が電極１４Ａによって吸収されて
しまうので、この電極１４Ａをバッファ層１８上に設け
ることによって、光の減衰を低減させることができる。 又この実施例では特に、結晶基板１０の、電極１４Ｂを
蒸着すべき個所を削り取って凹所２０とし、その凹所２
０の底面（図において上面）に電＆１４Ｂを蒸着形成し
ているので、印加電圧の制御を効率的に行うことができ
るという利点がある。 次に第４図に示される本発明の第２実施例につき説明す
る。 この第２実施例は、複数対の電極２８Ａ、２８Ｂ、３０
Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂを配置して、レンズの組合
せを構成したものである。電圧印加手段１６は複数対の
電極への印加電圧を任意個別に制御できる。又、電極２
８Ａ、３０Ａ、３２Ａ間及び２８Ａ、３０Ｂ、３２０間
は絶縁されている。 この実施例は、各電極対への印加電圧を適宜変更するこ
とによって、異なる焦点距離のレンズの各種組合せを構
成できるので、例えばレンズ設計のシュミレーション等
に応用することができる。 次に第５図に示される本発明の第３実施例について説明
する。 この第３実施例は、前記第１又は第２実施例におけるレ
ンズに相当する部分３５を除いて、その前後に電ｆ！３
４Ａ、３４Ｂを形成したものである。 この実施例の場合、電極３４Ａ、３４Ｂ部分に電圧を印
加することによってこの部分の屈折率が増大するので、
電極を設けていない部分は相対的に屈折率が小さくなり
凹レンズの作用をすることになる。 なお上記実施例において、結晶基板１０はＬＮｂ ０３
から４１戒され、又、光導波路１１２は結晶基板１０に
Ｔｉを熱拡散して形成したものであるが、本発明はこれ
らに限定されるものでなく、池の材質から構成するよう
にしてもよい。
本発明は上記のように構成したので、簡単な構造で製作
が容易であり、且つ小型であると共に、応答速度の速い
焦点距離可変レンズとすることができるという優れた効
果を有する。
が容易であり、且つ小型であると共に、応答速度の速い
焦点距離可変レンズとすることができるという優れた効
果を有する。
第１図は本発明に係る焦点距離可変レンズの実施例を示
す斜視図、第２図は単レンズの各種設計条件を示す略示
断面図、第３図は第１図の■−■線に沿う拡大断面図、
第４図は本発明の第２実施例を示す平面図、第５図は本
発明の第３実施例を示す平面図である。 １０・・・結晶基板、 １ １４Ａ、１４Ｂ、２８Ａ、 ３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、 １６・・・電圧印加手段、 １ ２０・・・凹所。 ２・・・光導波路層、 ２８Ｂ、３０Ａ、 ３４Ａ、３４Ｂ・・・電極、 ８・・・バッファ層、
す斜視図、第２図は単レンズの各種設計条件を示す略示
断面図、第３図は第１図の■−■線に沿う拡大断面図、
第４図は本発明の第２実施例を示す平面図、第５図は本
発明の第３実施例を示す平面図である。 １０・・・結晶基板、 １ １４Ａ、１４Ｂ、２８Ａ、 ３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、 １６・・・電圧印加手段、 １ ２０・・・凹所。 ２・・・光導波路層、 ２８Ｂ、３０Ａ、 ３４Ａ、３４Ｂ・・・電極、 ８・・・バッファ層、
Claims (4)
- （１）結晶に形成された光導波路層と、この光導波路層
の一部及び前記結晶の一部を挾み込むようにして形成さ
れた対をなすレンズ形状の電極と、これらの電極間に電
圧を印加する電圧印加手段と、を有してなる焦点距離可
変レンズ。 - （２）請求項１において、前記光導波路層と前記一方の
電極間にバッファ層を設けたことを特徴とする焦点距離
可変レンズ。 - （３）請求項２において、前記結晶は光導波路層の基板
であり、前記対をなす電極の一方は、前記バッファ層上
に設けられ、他方の電極は、前記結晶の前記バッファ層
に対応する部分の裏側に形成された凹所に設けられたこ
とを特徴とする焦点距離可変レンズ。 - （４）請求項１、２又は３において、前記レンズ形状の
電極は、前記光導波路層に沿つて、複数対配置されたこ
とを特徴とする焦点距離可変レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17273589A JPH0337630A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 焦点距離可変レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17273589A JPH0337630A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 焦点距離可変レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337630A true JPH0337630A (ja) | 1991-02-19 |
Family
ID=15947347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17273589A Pending JPH0337630A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 焦点距離可変レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0337630A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194219A (ja) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | Fujitsu Ltd | プログラマブル光ｉｃ |
-
1989
- 1989-07-04 JP JP17273589A patent/JPH0337630A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194219A (ja) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | Fujitsu Ltd | プログラマブル光ｉｃ |
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