JPH06324298A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH06324298A
JPH06324298A JP5108692A JP10869293A JPH06324298A JP H06324298 A JPH06324298 A JP H06324298A JP 5108692 A JP5108692 A JP 5108692A JP 10869293 A JP10869293 A JP 10869293A JP H06324298 A JPH06324298 A JP H06324298A
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lens
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optical device
optical
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Yasuhiro Takagi
康博 高木
Shigeru Morokawa
滋 諸川
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Abstract

(57)【要約】 高屈折率の固定焦点レンズと、微細画素２次元配列位相
変調素子とを組み合わせ、パワーを持ち、かつ電気的に
レンズ特性が空間の関数として制御出来る液晶アクティ
ブレンズ。 【目的】可動部分なしに電子的に制御出来る光学系の実
現 【構成】液晶空間位相変調素子と固定焦点の高パワーレ
ンズの結合。 【効果】焦点距離の電子制御が可能。レンズの電子制御
による空間的な分割制御。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子制御可能な光学装置
に関するものであり、さらに詳しくは微細画素液晶素子
の位相制御により光学装置の特性を電気的に行う機構を
実現する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来光学装置の使用状況に対応した特性
制御は、一定の光学特性を有する複数のガラスレンズの
組み合わせ構造の、機械的位置を変化させる事により、
実現してきた。これらの特性制御は優れたものである
が、機械装置を介した構造出あるために、経時変化でガ
タが生じたり、極寒地において油が凍結したりする事故
が生じ、また、重量増大・体積増加の弊害があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、液晶素子が表示
用途に開発され、この分子の屈折率異方性をプリズムや
レンズの作用発現に利用しようとする努力がなされた。
しかし、残念ながら、これらの努力にも拘らず、光を曲
げるには液晶層が薄く、また層の厚みを増すと分子配高
が均一にならず、光学部品としての効果はほとんど発現
しなかった。液晶を用いて実用上十分な光学特性制御を
実現する方法は、未知であった。
【０００４】
【課題を解決する手段】上記の光学部品として不足な効
果の理由を考察したところ、パワーの問題が大きい事が
判明した。ここで、パワー発現を従来の光学素子に負わ
せ、光学素子として重要な補正成分を液晶素子に分担さ
せる事で、電子制御光学素子を実現出来る事が判明し、
確認された。以下に図面を用いて本発明の内容を説明す
る。図１は本発明の基本構成を示し、レンズ１０１と液
晶素子１０３が張り合わせられている。液晶素子は、微
細な画素で構成され、各面素は独立に印可電圧に応じて
通過光の位相遅れを制御する。液晶素子板は光軸に直交
しており、２次元的な位相分布を電子的にもたらす事が
出来る。図２は本発明による光学系の動作を示す。ここ
でパワーを持つ従来のレンズと２次元位相変調液晶素子
の張り合わせた素子を液晶アクティブレンズと呼ぶ事に
する。入射画像ｇ（ｘ０，ｙ０）は距列とする。出射画
像ｕ（ｘｉ，ｙｉ）は以下の式で表現される。以下の式
の表現において、Ａ＾３はＡの３乗を示すが如く、べき
乗を表すのに＾の印を用いるものとする。また、添え字
は半角で表すものとする。 ｕ（ｘｉ，ｙｉ） ＝ｇ（ｘｏ，ｙｏ）＊Ｆ［ｅｘｐ｛ｉΦｓ（ｘ１，ｙ１）｝］・・式１ ここでΦｓ（ｘ１，ｙ１）は液晶素子パネルでのサンプ
リングされた位相分布を示し、＊は数学的コンボリュー
ションを表している。さらに、 ［ｅｘｐ｛ｉΦｓ（ｘ１，ｙ１） ｝］ ＝［〔ｅｘｐ｛ｉΦｓ（ｘ１／ａ、ｘ１／ａ）｝〕 ＊ｒｅｃｔ（ｘ１／ｂ，ｙ１／ｂ）］ ｒｅｃｔ（ｘ１／ｂ，ｙ１／ｂ） ・・・式２ ここで ＊ｒｅｃｔ（ｘ１／ｂ，ｙ１／ｂ））］ ｒｅｃｔ（ｘ１／ｂ，ｙ１／ｂ） はサンプリングを示す項である。さらに Ｆ［ｅｘｐ（ｉΦｓ（ｘ１，ｙ１）］ ＝ａ＾４ ｂ＾２ Ｎ＾２［［Ｆ［ｅｘｐ｛Φ（Ｘ１， ｙ１）｝］ ＊ｃｏｍｂ（ａνｘ，ａνｙ）］ ｓｉｎｃ（ｂνｘ，ｂνｙ）〕 ＊ｓｉｎｃ（ａＮνｘ，ｂＮνｙ） ・・・式３ ここで、 νｘ＝ｘｉ／λｓｉ， νｙ＝ｙｉ／λｓｉ であり、λは光の波長である。Ｆ［ｅｘｐ｛Φ（ｘ１，
ｙ１）｝］を図示すると図３ａのようになり、０次成分
の横に高次スプリアス成分が分布する。サンプリングが
画像に与える制限は 画像サイズ： （λｓｉ／ａ）ｘ（λｓｉ／ａ） 解像点数 ： Ｎ ｘ Ｎ 明るさ ： ∝ ａ＾４ ｂ＾２ Ｎ＾２ ａ＾２ Ｓ／Ｎ ： １／｛ｓｎｃ（ｂ／ｗａ）｝＾２ である。以下に空間変調素子とその動作を図３Ｂ〜３Ｈ
に示す。図３Ｃは出射画像を光軸と直交する平面上に横
方向に動かす場合の例を示し、この場合の液晶画素群は
液晶素子はモザイクプリズムを構成している。また、焦
点距離を調節する場合にはモザイクフレネルレンズを構
成している。図Ｅはマッチドフィルターを構成し、コン
ボリユーション演算の結果最も近いパタンの位置の光点
が明るく輝く。また、同様に雑音に埋もれた信号画像を
抽出できる。図３Ｆは特殊効果及び収差補正の場合の例
を示す。図３Ｇは光ニューラルネットワークおよび光イ
ンターコネクションの例を示す。この場合は出力端子の
数だけのモザイク液晶レンズ群が構成されている。図３
Ｈはコヒーレント光処理の輪郭抽出およびホログラム立
体動画像再生の例を示す。図３Ｉはモザイク色フィルタ
を組み合わせた例で、入力画像を赤・緑・青の３色に空
間的あるいは時間的に分離する例およびアクロマティッ
ク・アクティブ・レンズの例を示す。
【実施例】 また画素ピッチと像距離の関係は、表１の如くなり、こ
れは図４のようになる。
【０００５】 また、画像の明るさと信号対雑音比（−Ｓ／Ｎ）の関係
は表２のようになり、図５のように表される。
【０００６】液晶アクティブレンズの実施例を図６に示
す。液晶素子パネルに配置する回折型レンズにするため
の位相分布は、サンプリング定理より、隣接画素の位相
変化量がπ以下にする必要があり、透過光の位相量をφ
Τ、波長をλ、ｎ番目の液晶の輪の半径寸法をｒｎ、焦
点距離をｆＤとして、 φＴ＝−ｉ（２πｒ＾２／２λｆＤ） ｒｎ＝（ｎλｆＤ）＾（１／２） Δｒｎ＝ｒｎ＋１−ｒｎ＝（λｆＤ／ｎ）＾（１／２）
／２ これが液晶画素ピッチａより大の必要がある。 Δｒｎ≧ａ ｎ ≦λｆＤ／４ａ＾２ ｎの最大値をＮとし、最大半径をｒＮとして Ｎ＝λｆＤ／４ａ＾２ ｒＮ＝λｆＤ／２ａ 液晶素子パネル全体を含むには ｒｎ≧ａＮ／２ ｆＤ≧（ａ＾２）Ｎ／λ 同様に負レンズの場合も ｆＤ≦−（ａ＾２）Ｎ／λ 最小焦点距離ｆｍｉｎは以下の式を満たさねばならな
い。 ｆＤ≧ｆｍｉｎ，ａｎｄ ｆＤ≦−ｆｍｉｎ ｆｍｉｎ＝（Ｎａ＾２）／λ 液晶アクティブレンズを用いた光学系の光軸方向の挙動
を考察すると、図７に示されるようになる。液晶アクテ
ィブレンズはパワーを持つ従来型のガラスレンズまたは
プラスチックレンズに組み合わされ、液晶素子が中心か
らの距離の関数で通過光の位相量を上記のように制御す
る事で焦点距離を変える事が可能になる。これを画素ピ
ッチと画素数の関数として表すと表３のようになり、こ
れは図−８のように描かれる。 合成焦点距離をｆとし、従来型の固定レンズの焦点距離
をｆＲとするとし、液晶素子による薄いパワーのちいさ
いレンズとしての焦点距離をｆＤとすると、 ｆ＝ｆＲ−ｆＤ／（ｆＲ＋ｆＤ） 図９は画素数５００の場合の合成焦点距離を示し、焦点
距離数＋ｃｍのガラスレンズと組み合わせて１０ｃｍか
ら数ｍの焦点可変範囲が得られる事が判る。簡単なイメ
ージでいえば、微細画素の液晶素子でパワーの小さい電
気的に制御出来るフレネルレンズを形成し、パワーの大
きい固定焦点レンズと一定の距離で張り合わせ、全体と
してパワーがあり、かつ電気的にパワーを制御出来る可
変レンズを構成する事が出来る事を示している。
【０００８】同様に液晶アクティブレンズの横方向の作
用を利用する事が出来る。全体の合成焦点距離を変化さ
せ、結像の電子制御が出来る。既に用いた式１を再度記
述すると、入射画像ｇと出射画像ｕと瞳関数（ｅｘｐ
｛ｉΦｓ（ｘ１，ｙ１）｝を用いてコヒーレント光の場
合、 ｕ（ｘｉ，ｙｉ） ＝ｇ（ｘ０，ｙ０）＊Ｆ［ｅｘｐ｛ｉΦｓ（ｘ１，ｙ１）｝］・・・式１ 同じくインコーヒーレント光の場合、 │ｕ（ｘｉ，ｙｉ）│２ ＝│ｇ（ｘ０，ｙ０）│２＊│Ｆ［ｅｘｐ｛ｉΦｓ（ｘ１，ｙ１）｝］│２ コンボリューションをとる画像Ｆ［ｅｘｐ｛ｉΦｓ（ｘ
１，ｙ１）｝］は、 サイズ ： （λｓｉ／ａ）２ 解像点数： Ｎ ｘ Ｎ で考える事が出来る。丁度、パワーの大きいレンズと薄
い液晶フレネルレンズを組み合わせると同様にして、フ
レネルプリズムを液晶素子で形成して組み合わせ、画像
の結像位置を上下に動かす事が出来ると考えれば良い。
例えば、 以上の関係があるから、瞳関数として φＴ（ｘ１，ｙ１）＝−（２πｒＳ／λｓｉ） （Δｘ
ν１＋Δｙν１） という位相分布を用いれば、画像を像面内で移動する事
が出来る。画像の移動範囲は、 −（λｓｉ／２ａｘ）≦ Δｘ ≦（λｓｉ／２ａｘ） −（λｓｉ／２ａｙ）≦ Δｙ ≦（λｓｉ／２ａｙ） であるから、今回の実施例装置では −３．０４ ≦ Δｘ ≦ ３．０４ −３．０４ ≦ Δｙ ≦ ３．０４ となる。この原理により、像を上下あるいは左右に動か
す事が出来る。これらの合成も当然出来るから、結像位
置を光軸に垂直な平面上で自在に移動させる事が出来
る。これを応用すると、ビデオカメラレコーダの撮像画
像の揺れを補正して、カメラの平均光軸方向に撮像点を
固定する事が出来る。この場合には、カメラの出力の特
定の走査線に関してその前後のフレーム画像データとの
相関演算を行い、移動する同一画像の時間差分を算定
し、この時間差分が減少するように液晶アクティブレン
ズの左右の像位置を移動させる負帰還を行う。上下の振
れは同様に同一フレーム内部の走査線の間の画像情報の
相関演算から上下方向の同一画像の差分時間を算出し、
これを最小にするように負帰還をほどこす。撮像素子を
機械的に動かして補正する従来の方法よりも電力が少な
く、また電気的に演算操作で撮像範囲の内側にトリミン
グして見かけ上揺動を補正する方式に比較すると情報の
切り捨てがないぶん画像の荒れが少ない。ズームレンズ
機構の場合は、レンズ系の倍率を変化させつつ焦点位置
を一定に保つためにレンズを移動する機械機構が複雑に
なり、あるいは微妙に焦点位置が変動する。これを本発
明の液晶アクティブレンズと組み合わせると、主機構は
機械的にパワーのあるレンズを移動し、液晶アクティブ
レンズが結像位置と焦点位置を補正する機構にする事が
出来る。さらには、可動部をなくして液晶アクティブレ
ンズ単独あるいは複数使用でズームレンズ系を実現出来
る。液晶アクティブレンズの最も特長的な所は、非球面
レンズの実現および補正用の電気制御非点収差レンズの
実現であって、特に複雑な非点収差光学系の補正におい
ては、従来不可能であったような個別補正が実現する。
前述の光軸方向への結像位置の制御と光軸直交平面上の
像位置の制御を重ね合わせた制御を行う信号を液晶に加
える事により、結像点を３次元的に電気的に制御する事
が可能である。これを用いると、上下左右で焦点位置が
ずれた乱視の補正が可能であり、とくに複雑に歪んだ乱
視に対して実際の結像状態を確かめながらフィードバッ
クして完全に合わせ込み、不揮発性メモリに書き込んだ
眼鏡を作成する事が出来る。これをさらに使用者が微調
整する構造も、電気的な微小補正データの加算で行う事
で容易に実現出来る。同様に、焦点深度の浅い顕微鏡に
この液晶アクテイブレンズを組み込む事で、対物レンズ
をで対象物を押しつぶす心配なく焦点を合わせられる。
【０００９】図９に本発明の実施例に用いたレンズの形
状、図１０に同じく液晶素子の寸法例、図１１に液晶駆
動のためのフレームメモリの階調に対する位相変調の値
［ラジアン］を示す。図１２は本発明の液晶アクティブ
レンズの特性評価に用いた装置の概要である。液晶の微
細画素の２次元位相分布を計算するには市販の演算チッ
プで行い、結果を画面記憶回路に記憶する。液晶の駆動
はこの記憶された画面情報に基ずいて行われ、演算途中
の中途半端な情報で液晶アクテフィブレンズから余計な
歪を発生させない。図１３は液晶アクティブレンズの光
軸縦方向の結像位置の実験結果を示す。図１４は同様に
横方向の瞳関数制御により出射画像を結像面上で横方向
に動かす例を示す。図１５は人眼の光学系の例を示す。
パワーのある角膜レンズと屈折力の小さい可変水晶体レ
ンズとの組み合わせで焦点を調節している人間の眼に類
似した構成である。本発明の液晶板は水晶体に対応し、
固定レンズは角膜に対応する。図１６は本発明の液晶ア
クティブレンズの実施例を示し、１６図（Ａ）はレンズ
１６０３のの片面を平面とし、透明電極を形成して液晶
素子の基板の一方を兼用にした構成である。レンズ１６
０３と液晶１６０４の間の不要多重反射を低く抑える事
が出来る利点がある。従って直線偏光板１６０２はレン
ズの外側に配置されてさらにこれを紫外線防御のガラス
フィルタ１６０１で覆って、偏光板の紫外線劣化を同時
にふせいでいる。レンズの他方の側は偏光板をはさんで
他の光学素子１６０６・１６０７を配置し、結局表面偏
光板はレンズに囲われて傷がつかない。１６図（Ｂ）は
液晶板重ねて色補正板１６１３をはさんだ構造で、カメ
ラの撮像など色バランスの厳しい仕様に対応させてい
る。液晶板１６１５の位相シフト量の透過光の位相の波
長依存性を補正する。レンズ１６１１に張り合わせて偏
光板１６１２があり、位相補正板１６１３と液晶板１６
１４ともうひとつの偏光板１６１５が重ねられる。図１
６（Ｃ）は複数の液晶板１６１８を固足レンズ１６１６
に張り合わせた構造をしめしている。位相変調量を大き
くしたり、２種類の補正を独立に行いたい場合に便利で
ある。図１７は矩形の液晶基板１７０３と円形の固定レ
ンズ１７０５の組み合わせにおいて、液晶駆動回路集積
回路１７０１、１７０４を液晶基板上に形成した例を示
す。液晶板の多数の画素を駆動する集積回路片を基板上
に実装する事で、基板外部への電気配線の数を減らし、
実用面で効果が大きい。図１８は本発明の液晶レンズの
応用の例を示し、固定レンズ１８０１に一枚の液晶板を
張り合わせ、これの画素領域を４つの領域１８０２、１
８０３、１８０４、１８０５に分割してそれぞれ別個の
レンズのように制御を行う。この方式では４つのレンズ
を平面配置したように用いる事が出来、結像点をまった
く独立に４つ形成する事も出来る。入射画像を別個のセ
ンサー素子の上に自在に振り分けたり出来るし、この分
割自体を自在に切り替える事も出来る。レンズを瞬時に
複眼にしたり単眼にしたり出来る。このレンズを用いて
結像画像をわずかにずらせて位相的に加減算を行う輪郭
軸出や空間周波数成分の高域補正も可能である。図１９
は像面の多数点と物体面の多数点を結像関係で結び付け
る例を示している。図１９において、点像１９０１・１
９０２は、本発明の液晶アクティブレンズ１９０１の液
晶板１９０４の分割レンズの電子的制御作用によりそれ
ぞれ独立にセンサーの受光端１９０５・１９０６・１９
０７・１９０８に光学的に結像連結される。これらの連
結は独立であり、これによれば、電気配線の接触不良を
心配しないで複雑な多対多対応関係を制御出来る事を示
している。この構成を利用してレンズを分割使用してカ
メラで立体画像を撮影したり距離を測定する事も可能で
ある。図２０はズームレンズ機構にに本発明の液晶アク
ティブレンズ作用を適用した場合の例を示し、従来の可
のレンズのかわりに本発明の液晶アクティブレンズを用
いる事で結像面の光軸上の位置の変動を補正して一定に
したり、あるいはまったく可動部分のないズームレンズ
の構成ができ、あるいは従来の固定レンズを用いた高倍
率変化・高解像度のズームレンズ系において、図２０
（Ａ）の結像位置の変動を補正して２０図（Ｂ）の如く
する事が出来る。図２１は液晶投影装置のズーム・結像
系に本発明のアクティブ液晶レンズを適用する例を示
す。液晶投影装置であるから、画像は直線偏光を用いて
おり、相性が良く、本発明のレンズにおいては画像作成
用液晶変調素子と同方向の振動の光を漉しとるための本
レンズ側の直線偏光板を省略出来る。ここで、光源２１
１０から出た光は集光レンズ２１１１を経由して直線偏
光板２１１２で直線偏光にされ、液晶素子２１１３で偏
光度が変調され、検光子出ある直線偏光板２１１４を経
由してレンズ２１０４および本発明の液晶アクティブレ
ンズと偏光面が一致して組み合わされる。アクティブレ
ンズ２１０２の偏光面と偏光番２１１４の偏光画が一致
しているから、片方の偏光番は除去可能である。アクテ
ィブレンズ２１０２を出た光は投影番に投影されて像２
１０１が得られる。以上述べた如く、パワーのある固定
レンズと組み合わされる事で、液晶の持つ電気制御の利
点が大きく拡大されて、従来存在しなかった便利な電気
制御レンズが実現した。本発明のこうかを大きくするの
は液晶の位相変調特性と、微細画素の独立制御性であ
り、このためには平行配向液晶素子の画素にアクティブ
スイッチ素子を結合するとか、液晶配向をひねる事によ
り電気光学係数を大きくしてやる必要があり、９０度、
１８０度、２７０度のひねり構造の採用が、電圧感度向
上に有効である。本発明のレンズはとくに縦方向と横方
向の焦点の異なる非点収差光学系の補正や、球面レンズ
の補正出来ない歪成分の補正など、従来の光学系で困難
であった数々の処理が可能であり、複雑な乱視や老眼の
補正において有効である。
【１０１２】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明の液晶アクテ
ィブレンズは、機械的可動部分なしに光学系の焦点位置
・結像位置・倍率を電気的に制御出来、静粛性・重量・
信頼性・においてすぐれている。また、非点収差の補正
・画像演算・多対多接続など、大きな応用領域を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の液晶アクティブレンズの構成を示
し、１０１は組み合わせ構成図であり、１０２は屈折率
の大きい固定焦点レンズ、１０３はマトリクス配置の微
細画素液晶位相変調素子である。
【図２ａ】 本発明の液晶アクティブレンズの作用を示
す。
【図２ｂ】 本発明の液晶アクティブレンズのパラメー
タを示す。
【図３ａ】 本発明の入射画像と液晶パネルでサンプリ
ングされた位相分布と出射画像の関係を示す。
【図３ｂ】 本発明の入射画像と出射画像と液晶パネル
でサンプリングされた位相分布を示す。
【図３ｃ】 本発明の入射画像と出射画像と液晶パネル
の位相分布を示す。
【図３ｄ】 本発明の入射画像と横方向移動の出射画像
および光軸方向への結像点移動と液晶パネル位相分布を
示す。
【図３ｅ】 本発明の入射画像とパタンマッチングおよ
び画像強調のの出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図３ｆ】 本発明の入射画像と特殊効果および収差補
正の出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図３ｇ】 本発明の入射画像とニューラルネットワー
クおよび光インターコネクションの出射画像と液晶パネ
ル位相分布を示す。
【図３ｈ】 本発明の入射画像と輪郭抽出およびホログ
ラム立体動画像の出射画像と液晶パネル位相分布を示
す。
【図３ｉ】 本発明の入射画像と色収差補正、色分離、
色時分割分離の出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図４】 本発明の液晶アクティブレンズの液晶画素ピ
ッチと画像サイズの関係を示す。
【図５】 本発明の液晶アクティブレンズの画像のＳ／
Ｎ（信号対雑音比）と液晶画素のモジュレーションの関
係を示す。
【図６】 本発明の液晶アクティブレンズの液晶位相変
調パタンの位相分布と半径の関係を示す。
【図７】 本発明の液晶アクティブレンズ光軸２沿った
縦方向の焦点距離の可変範囲を示す。
【図８】 本発明の液晶回折型レンズ単独の焦点ｆＤの
可変範囲を示す。
【図９】 本発明の液晶回折型レンズと屈折率の大きな
レンズを組み合わせた複合レンズの合成焦点可変範囲を
示す。
【図１０】 本発明の実施例に用いた液晶素子の形状寸
法及び同レンズの形状寸法を示す。
【図１１】 本発明の実施例に用いた液晶位相変調素子
の特性を示す。
【図１２】 本発明の実施例の確認に用いた実験装置を
示す。
【図１３】 本発明の実施例に用いた液晶アクティブレ
ンズ素子の特性を示す。
【図１４】 本発明の構方向の作用を説明する入射画像
と瞳関数と出射画像の関係を示す。
【図１５】 本発明の光学構成と対比される人眼の光学
構造を示す。
【図１６】 本発明の液晶アクティブレンズの実施例を
しめし、図１６（Ａ）はレンズガラスと液晶基板を兼用
とした構造、図１６（Ｂ）は色補正の位相補正板を組み
合わせた実施例、図１６（Ｃ）は複数液晶位相変調板を
組み合わせた液晶アクティブレンズの構成例を示す。
【図１７】 本発明の液晶アクティブレンズの液晶基板
を基板上に実装したＩＣで駆動する構成の実施例を示
す。
【図１８】 本発明の液晶アクティブレンズのレンズ領
域を液晶領域の分割により行い、複数独立制御されるア
クティブレンズとした構成の実施例を示す。
【図１９】 本発明の液晶アクティブレンズのレンズ領
域を分割制御する事により、多物体像を各々独立に別の
多点に結像する構成のれいんを示す。
【図２０】 本発明の液晶アクティブレンズを直線偏光
画像出力の液晶空間変調素子と組み合わせた液晶プロジ
ェクターの焦点の電気制御構成の実施例を示す。
【符号の説明】
図１に置いて、 １０１ 液晶アクティブレンズ構成例、 １０２ 固定焦点高屈折率レンズ、 １０３ 微細画素２次元配列液晶位相変調素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年３月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶アクティブレンズの構成を示す。
【図２】本発明の液晶アクティブレンズの作用を示す。
【図３】本発明の液晶アクティブレンズのパラメータを
示す。
【図４】本発明の入射画像と液晶パネルでサンプリング
された位相分布と出射画像の関係を示す。
【図５】本発明の入射画像と出射画像と液晶パネルでサ
ンプリングされた位相分布を示す。
【図６】本発明の入射画像と出射画像と液晶パネルの位
相分布を示す。
【図７】本発明の入射画像と横方向移動の出射画像およ
び光軸方向への結像点移動と液晶パネル位相分布を示
す。
【図８】本発明の入射画像とパタンマッチングおよび画
像強調のの出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図９】本発明の入射画像と特殊効果および収差補正の
出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図１０】本発明の入射画像とニューラルネットワーク
および光インターコネクションの出射画像と液晶パネル
位相分布を示す。
【図１１】本発明の入射画像と輪郭抽出およびホログラ
ム立体動画像の出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図１２】本発明の入射画像と色収差補正、色分離、色
時分割分離の出射画像と液晶パネル位相分布を示す。
【図１３】本発明の液晶アクティブレンズの液晶画素ピ
ッチと画像サイズの関係を示す。
【図１４】本発明の液晶アクティブレンズの画像のＳ／
Ｎ（信号対雑音比）と液晶画素のモジュレーションの関
係を示す。
【図１５】本発明の液晶アクティブレンズの液晶位相変
調パタンの位相分布と半径の関係を示す。
【図１６】本発明の液晶アクティブレンズ光軸２沿った
縦方向の焦点距離の可変範囲を示す。
【図１７】本発明の液晶回折型レンズ単独の焦点ｆＤの
可変範囲を示す。
【図１８】本発明の液晶回折型レンズと屈折率の大きな
レンズを組み合わせた複合レンズの合成焦点可変範囲を
示す。
【図１９】本発明の実施例に用いた液晶素子の形状寸法
及び同レンズの形状寸法を示す。
【図２０】本発明の実施例に用いた液晶位相変調素子の
特性を示す。
【図２１】本発明の実施例の確認に用いた実験装置を示
す。
【図２２】本発明の実施例に用いた液晶アクティブレン
ズ素子の特性を示す。
【図２３】本発明の横方向の作用を説明する入射画像と
瞳関数と出射画像の関係を示す。
【図２４】本発明の光学構成と対比される人眼の光学構
造を示す。
【図２５】本発明の液晶アクティブレンズの実施例をし
めし、図１６（Ａ）はレンズガラスと液晶基板を兼用と
した構造、図１６（Ｂ）は色補正の位相補正板を組み合
わせた実施例、図１６（Ｃ）は複数液晶位相変調板を組
み合わせた液晶アクティブレンズの構成例を示す。
【図２６】本発明の液晶アクティブレンズの液晶基板を
基板上に実装した１Ｃで駆動する構成の実施例を示す。
【図２７】本発明の液晶アクティブレンズのレンズ領域
を液晶領域の分割により行い、複数独立制御されるアク
ティブレンズとした構成の実施例を示す。
【図２８】本発明の液晶アクティブレンズのレンズ領域
を分割制御する事により、多物体像を各々独立に別の多
点に結像する構成のれいんを示す。
【図２９】本発明の液晶アクティブレンズを直線偏光画
像出力の液晶空間変調素子と組み合わせた液晶プロジェ
クターの焦点の電気制御構成の実施例を示す。
【図３０】液晶投影装置のズーム・結像系に本発明のア
クティブ液晶レンズを適用する例を示す。
【符号の説明】 図１に置いて、 １０１ 液晶アクティブレンズ構成例、 １０２ 固定焦点高屈折率レンズ、 １０３ 微細画素２次元配列液晶位相変調素子
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図１３】
【図３】
【図８】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１７】
【図２６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図２０】
【図２５】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２３】
【図３０】
【図２１】
【図２２】
【図２４】

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次元的に分割配置された複数の液晶微
    細画素と、該画素を時分割駆動する複数のタイミング電
    極及び複数のデータ電極を備え、通過光波動の位相を電
    気的に変調する時分割駆動微細画素液晶位相変調素子
    と、正もしくは負のパワーを有するレンズとを光学的に
    結合し、電気的に光学特性を制御する電気制御光学装
    置。
  2. 【請求項２】 液晶素子は平行配向のネマティック液晶
    素子である事を特長とする請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 液晶素子はツイスト構造のネマティック
    液晶素子である事を特長とする請求項１に記載の光学装
    置。
  4. 【請求項４】 液晶素子はガラス基板で構成され、該複
    数の駆動電極は該液晶基板と同一ガラス基板上に配置さ
    れた集積回路により直接駆動する駆動回路一体構造液晶
    素子である事を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  5. 【請求項５】 時分割駆動微細画素液晶位相変調素子と
    パワーを有するレンズの組み合わせた素子と、時分割駆
    動微細画素液晶振幅変調素子とをくみあわせ、不要な妨
    害雑音情報成分の光の成分を除去もしくは抑圧する構成
    の請求項１に記載の光学装置。
  6. 【請求項６】 該パワーを有するレンズと組み合わせた
    時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御によ
    り光学系の焦点位置を制御する構成の請求項１に記載の
    光学装置。
  7. 【請求項７】 該パワーを有するレンズと組み合わせた
    時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御によ
    り光学系の焦点位置を固定したまま倍率を可変制御する
    構成の請求項１に記載の光学装置。
  8. 【請求項８】 該パワーを有するレンズと組み合わせた
    時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御によ
    り光学系の結像位置を光軸に直角な平面内で制御する構
    成の請求項１に記載の光学装置。
  9. 【請求項９】 該パワーを有するレンズと組み合わせた
    時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御によ
    り光学系の焦点位置を追尾制御し、該設定像焦点位置近
    傍の像のみ瞳位置に伝達し、非結像範囲の光をマスクす
    る構成の請求項１に記載の光学装置。
  10. 【請求項１０】 液晶素子はガラス基板で構成され、該
    複数の駆動電極は該液晶基板と同一ガラス基板上に配置
    された集積回路により直接駆動する駆動回路一体構造液
    晶素子であり、該パワーを有するレンズと組み合わせた
    時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御によ
    り光学系の歪の補正を行う事を特徴とする請求項１に記
    載の光学装置。
  11. 【請求項１１】 該パワーを有するレンズと組み合わせ
    た時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御に
    より乱視眼鏡及び老眼のの補正を複合的に電気的に行う
    構成の請求項１に記載の光学装置。
  12. 【請求項１２】 該パワーを有するレンズと組み合わせ
    た時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の電気的制御に
    より別に設定された画像情報により画像の同定もしくは
    共通度合いを認識・判定を行う構成の請求項１に記載の
    光学装置。
  13. 【請求項１３】 該パワーを有するレンズと組み合わせ
    た時分割駆動微細画素液晶位相変調素子の画素上に色フ
    ィルターを形成し、該画素の電気的制御により画像の色
    収差補正もしくは色分離もしくは時分割色切り替えを行
    う請求項１に記載の光学装置。
  14. 【請求項１４】 該パワーを有するレンズと組み合わせ
    た時分割駆動微細画素液晶位相変調素子に第一の多点光
    学情報端子と大にの多点光学情報端子とを結像点関係で
    結合する光インターコネクションを該画素の電気的制御
    により行う請求項１に記載の光学装置。
  15. 【請求項１５】 該パワーを有するレンズと組み合わせ
    た時分割駆動微細画素液晶位相変調素子に第一の多点光
    学情報端子と大にの多点光学情報端子とを結像点関係で
    結合する光インターコネクションを用いたニューラルネ
    ットワーク形成を該画素の電気的制御により行う請求項
    １に記載の光学装置。
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