通过在光学元件中进行电控制，可以极大地改变焦距。该光学元件包括：第一基板（１１１），具有第一电极（２１）；第二基板（１１２）；第二电极（２２），设置在第二基板之外；以及液晶层（３１１），设置在第一基板和第二基板之间并且由取向的液晶分子构成。将第一电压（Ｖｏ）施加在第一电极和第二电极之间，由此控制液晶分子的取向，借此操作该光学元件。第三电极（２３）设置在绝缘层之上以及第二电极之外。与第一电压（Ｖｏ）无关的第二电压（Ｖｃ）施加到第三电极，从而改变光学特性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学元件，其中在构成液晶单元的基板上设置的电极和该基板外侧设置的电极之间施加两种不同的电压，从而控制液晶分子的取向，并且可以容易地调节特定的光学特性。
技术介绍
液晶具有与液体一样的流动性并且呈现电光性能的各向异性。液晶分子的取向可以以多种方式控制。近年来，已经利用液晶的性能，开发薄且重量轻、平面型的显示装置已经有了显著进展。如果对两个构成液晶元件并且具有透明导电薄膜的玻璃板进行表面处理，并且如果从外部施加电压，则可以容易地控制液晶分子的取向。任何这类液晶元件的折射率可以在其呈现出非寻常光的值到其呈现出寻常光的值之间连续变化。这是其它光学材料所不能呈现的卓越特性。已经提出了可变焦点的透镜，其中每一个的有效折射率会变化(参见专利文献1和非专利文献1和2)。通过利用向列液晶的电光效应，可以弯曲具有透明电极的玻璃基板。因此，液晶层如透镜一样成形，而不像普通液晶显示器中所包括的元件结构中的那样。电压施加在电极上，以控制液晶分子的取向。从而，改变该透镜的有效折射率。可利用这样一种方法，其中将折射率的空间分布赋予光学介质，从而获得一种透镜效果。这种称为SELFOC(GRIN)透镜的光学介质可以从市场上获得。在向列液晶单元中，液晶分子沿电场方向取向。已经公布了提供呈现空间分布的折射率的液晶透镜的方法(参见专利文献2、专利文献3以及非专利文献3和4)。在这些方法中，使用具有圆形图案的电极，产生轴对称的非均匀电场，并且通过利用液晶分-->子取向的效果来获得这种液晶透镜。正如专利文献4公开了一种在液晶中的网状高分子网络，以便改善液晶的性能。将这种使用液晶的透镜修改为微型透镜阵列比较容易，该微型透镜阵列包括多个以二维设置的微小、所谓的微型透镜，由此形成平板。已经提出，在液晶微型透镜中，一对电极应当设置在圆形图案的电极的外侧，以便提高透镜的性能(参见非专利文献5)。此外，已经提出了一种方法，其中绝缘层插在液晶层和具有圆形图案的电极之间，并且减轻了圆形图案的直径与液晶层厚度的比应该为2∶1到大约3∶1以便将最佳性能赋予微型透镜的要求(参见非专利文献6和7)。另一方面，已经提出了一种光学装置，其使用液晶元件代替透镜反射镜(lens mirror)(参见专利文献5)。在该装置中，成像设备检测由具有聚焦单元的光学系统所获得的光学图像，该聚焦单元具有像差改正机制，并且利用成像设备所产生的信号来确定像差。产生用于改正像差的信号，由此改正由于大气摆动而出现在光学系统中的像差，以便提供一种没有失真的光学图像。而且，已经提出了一种电场控制、折射率为椭圆分布的变形液晶透镜作为利用液晶光学元件的透镜(参见非专利文献8)。不像作为无源元件的普通光学元件，这些使用液晶的光学元件可以提供能够调节诸如焦距和光学系统的像差等性能的透镜。可以使用聚合可固化的液晶作为液晶材料。在这种情况下，液晶聚合，并由此固化，在对焦距调节后，提供一种聚合体透镜(参见专利文献6)。专利文献1：日本专利申请KOKAI公报No.54-151854专利文献2：日本专利申请KOKAI公报No.11-109303专利文献3：日本专利申请KOKAI公报No.11-109304专利文献4：日本专利申请KOKAI公报No.10-239676专利文献5：日本专利申请KOKAI公报No.03-265819专利文献6：日本专利申请KOKAI公报No.09-005695-->非专利文献1：S.Sato，“Liquid-crystal lens-cell with variable focallength”，Japanese Journal of Applied Physics，1979，第18卷，第1679-1683页非专利文献2：S.Sato，“Liquid crystals and application thereof”，Sangyo Tosho Co.，Ltd.，1984年10月14日，第204-206页非专利文献3：T.Nose和S.Sato，“A liquid-crystal micro lensobtained with a non uniform electric field”，Liquid Crystals，1989，第1425-1433页非专利文献4：S.Sato，“The World of liquid crystal”，Sangyo ToshoCo.，Ltd.，1994年4月15日，第186-189页非专利文献5：M.Honma，T.Nose和S.Sato，“Enhancement ofnumerical aperture of liquid crystal microlenses using a stacked electrodestructure”，Japanese Journal of Applied Physics，2000年8月，第39卷，No.8，第4799-4802页非专利文献6：M.Ye和S.Sato，“Optical properties of liquid crystallens of any size”，Preliminary reports，49th meeting of the AppliedPhysics Society，2002年3月，28p-X-10，第1277页非专利文献7：M.Ye和S.Sato，“Optical properties of liquid crystallens of any size”，Japanese Journal of Applied Physics，2002年5月，第41卷，No.5，第L571-L573页非专利文献8：Y.Yokoyama，M.Ye和S.Sato，“Electricallycontrollable liquid crystal anamorphic lens”，2004 preliminary reports，meeting of the Society of Liquid Crystal，日本，2004年9月26日
技术实现思路
上面所述的所有内容：具有透镜形液晶层的液晶透镜；利用液晶分子的空间折射率分布的液晶微透镜，这通过轴对称的非均匀电场获得并且通过圆形图案的电极所产生；一种如非专利文献5所提出的方法，其中将一对电极设置在圆形图案电极的外侧；以及如非专利文献6和7所提出的一种结构，其中绝缘层设置在液晶层和圆形图案电极-->之间，这些都能够获得良好的光学特性。然而，它们都存在问题。它们几乎不能在所施加的宽电压范围上获得良好的性能。因此，本专利技术一个实施例的目的是提供一种具有良好光学特性的光学元件，可以在保持的同时容易且极大地改变该光学特性。本专利技术另一实施例的目的是提供一种焦点能够以三维方式移动的光学元件。本专利技术另一实施例的目的是提供象这种可以控制为用于凸透镜或凹透镜的光学特性。为了解决上述问题，根据本专利技术的光学元件主要包括具有第一电极的第一基板、第二基板、设置在第二基板的外侧并且具有孔的第二电极以及液晶层，其中该液晶层设置在第一基板和第二基板之间并且由沿一个方向取向的液晶分子组成。第一电压施加在第一电极和第二电极之间，控制液晶分子的取向，借此操作该光学元件。在该光学元件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学元件，其包括：第一基板，具有第一电极；第二基板；第二电极，设置在该第二基板之外并且具有孔；以及液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间并且由取向的液晶分子构成，并且其中在所述第一电极和所述第二电极之间施加第一电压以控制所述液晶分子的取向，其特征在于，第三电极设置在绝缘层之上以及所述第二电极之外，并且配置成接收与所述第一电压无关的第二电压；并且所述第一电压具有将最优的第一级光学特性赋予所述光学元件的固定值，并且改变所述第二电压以使所述光学元件的第二级光学特性 变化。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-8-26 246860/2004;JP 2005-2-28 052626/20051、一种光学元件，其包括：第一基板，具有第一电极；第二基板；第二电极，设置在该第二基板之外并且具有孔；以及液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间并且由取向的液晶分子构成，并且其中在所述第一电极和所述第二电极之间施加第一电压以控制所述液晶分子的取向，其特征在于，第三电极设置在绝缘层之上以及所述第二电极之外，并且配置成接收与所述第一电压无关的第二电压；并且所述第一电压具有将最优的第一级光学特性赋予所述光学元件的固定值，并且改变所述第二电压以使所述光学元件的第二级光学特性变化。2、一种光学元件，其包括：第一基板，具有第一电极；第二基板；第二电极，设置在该第二基板之外并且具有孔；以及液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间并且由取向的液晶分子构成，并且其中在所述第一电极和所述第二电极之间施加第一电压以控制所述液晶分子的取向，其特征在于，第三电极设置在绝缘层之上以及所述第二电极之外，并且配置成接收与所述第一电压无关的第二电压；并且所述第二电压具有将最优的第一级光学特性赋予所述光学元件的固定值，并且改变所述第一电压以使所述光学元件的第二级光学特性变化。3、根据权利要求1或2所述的光学元件，其中具有孔的所述第二电极被分为多个围绕光轴的电极段，并且分别将彼此独立的控制电压施加到这些所述电极段上。4、根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于所述第三电极的形状由正弦波函数、正弦波函数的叠加函数或者任意幂函数限定。5、根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于一个绝缘层将所述液晶层分成第一液晶层和第二液晶层，或者多个绝缘层将所述液晶层分成多个液晶层。6、根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于一个或多个绝缘层将所述液晶层分为被设置成使所述液晶分子相互平行或者相互垂直取向的若干液晶层。7、根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于使所述液晶层形成为双频率驱动型，其在由高频信号驱动时起N型作用而在由低频信号驱动时起P型作用。8、一种光学元件，其特征在于包括：第一基板，具有位于内表面上的第一电极；第二基板，面向所述第一基板的所述内表面；第二电极，设置在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤进，叶茂，
申请(专利权)人：财团法人秋田企业活性化中心，独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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