【事件の表示】
　特許第３３０３２７５号「光学素子およびその素子を用いた光学装置」の請求項１、２、７ないし１１に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３３０３２７５号の請求項１ないし９に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許第３３０３２７５号は、平成８年７月１１日（優先権主張　平成８年１月１７日）に特許出願され、平成１４年５月１０日に特許権の設定登録がなされたが、請求項１、２及び７ないし１１に係る特許について有限会社オフィスアテナより特許異議の申立てがなされ、取消しの理由が通知され、その指定期間内である平成１５年６月３日に訂正請求がなされたものである。
　
２．訂正の適否
（１）訂正の内容
　特許権者の求める訂正の内容は、およそ次のとおりである。
ａ．請求項１及び２を削除する。
ｂ．請求項３を独立形式とし、新たに請求項１とする。
ｃ．請求項４を新たな請求項２とし、新たな請求項１を引用するものとする。
ｄ．請求項５を独立形式とし、新たに請求項３とする。
ｅ．請求項６を新たな請求項４とし、新たな請求項３を引用するものとする。
ｆ．請求項７を新たな請求項５とし、新たな請求項１乃至４を引用するものとする。
ｇ．請求項８を新たな請求項６とし、新たな請求項１乃至５を引用するものとする。
ｈ．請求項９を新たな請求項７とし、新たな請求項１乃至６を引用するものとする。
ｉ．請求項１０を新たな請求項８とし、新たな請求項１乃至７を引用するものとする。
ｊ．請求項１１を新たな請求項９とし、新たな請求項８を引用するものとする。
ｋ．上記訂正に伴い、発明の詳細な説明中の記載を特許請求の範囲の記載と整合すべく訂正する。
　
（２）訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　上記訂正事項ａは、請求項を削除するものであり、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
　上記訂正事項ｂないしｊは、請求項１及び２の削除に伴い、記載形式及び請求項の番号を変更するものであり、不明瞭な記載の釈明を目的とするものである。
　上記訂正事項ｋは、上記ａ〜ｊの訂正に伴い、発明の詳細な説明中の記載を特許請求の範囲の記載と整合すべく訂正するものであり、不明瞭な記載の釈明を目的とするものである。
　そして、上記訂正事項ａ〜ｋは、明細書または図面に記載された事項の範囲内の訂正であり、また、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　
（３）むすび
　以上のとおりであり、上記訂正は、いずれも、特許法第１２０条の４第２項の規定並びに同条第３項で準用する第１２６条第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議申立について
（１）申立の理由の概要
　申立人は、甲第１号証：特開平５−３４６５６号公報、甲第２号証：特開平６−６７１６２号公報、甲第３号証：特公昭６１−４５８１２号公報、甲第４号証：特開平６−３２４３１０号公報、甲第５号証：液晶の世界（平成６年４月１５日初版発行、産業図書株式会社）、甲第６号証：特開平５−６１０２３号公報、甲第７号証：光学概論Ｉ（昭和５４年２月２５日初版発行、株式会社朝倉書店）及び甲第８号証：特開昭６２−１７０９３３号公報を提出して、訂正前の本件請求項１、２及び７ないし１１に係る発明について、上記甲第１〜８号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであり、これらの請求項に係る特許を取り消すべきと主張している。
　
（２）訂正後の本件発明
　訂正後の本件発明は、訂正明細書の特許請求の範囲に記載される事項により特定される次のとおりのものである。
「【請求項１】表面形状を有する透明物質の層と、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しかつ異なる誘電率の差Δεが異なる駆動周波数ｆ1及びｆ2で逆符号となる２周波駆動液晶の層と、前記透明物質の層と２周波駆動液晶の層とを挟んで配置される少なくとも２つの平行透明電極とを備え、
　前記透明物質の層の表面形状は、凸レンズまたは凹レンズまたはフレネルレンズまたはプリズムアレイまたはレンズアレイまたはレンチキュラレンズまたは回折格子あるいはこれらを任意に組み合わせた形状であり、
　前記２周波駆動液晶の層は前記透明物質の層の表面形状を有する側とこれに対向する平行透明電極との間に配置される光学素子と、
　前記駆動周波数ｆ1を周波数とする電圧及び駆動周波数ｆ2を周波数とする電圧を前記平行透明電極間に前記液晶の粘性や結晶としての束縛力と均衡する力を発生させ得る一定の印加時間及び一定の周期で順次供給する駆動装置と
　を備えたことを特徴とする光学装置。
 【請求項２】前記駆動装置は、周波数ｆ1、ｆ2をそれぞれ周波数とする電圧Ｖ1、Ｖ2を、一定の印加時間及び一定の周期で順次供給する際、前記周期の所望の位相で供給を一時停止し、その後、再開することを特徴とする請求項１記載の光学装置。
 【請求項３】表面形状を有する透明物質の層と、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しかつ異なる誘電率の差Δεが異なる駆動周波数ｆ1及びｆ2で逆符号となる２周波駆動液晶の層と、前記透明物質の層と２周波駆動液晶の層とを挟んで配置される少なくとも２つの平行透明電極とを備え、
　前記透明物質の層の表面形状は、凸レンズまたは凹レンズまたはフレネルレンズまたはプリズムアレイまたはレンズアレイまたはレンチキュラレンズまたは回折格子あるいはこれらを任意に組み合わせた形状であり、
　前記２周波駆動液晶の層は前記透明物質の層の表面形状を有する側とこれに対向する平行透明電極との間に配置される光学素子と、
　前記駆動周波数ｆ1を周波数とする電圧及び駆動周波数ｆ2を周波数とする電圧を重畳した電圧を前記平行透明電極間に供給する駆動装置と
　を備えたことを特徴とする光学装置。
 【請求項４】前記駆動装置は、周波数ｆ1、ｆ2をそれぞれ周波数とする電圧Ｖ1、Ｖ2を重畳した電圧を供給する際、所望の時刻で供給を一時停止し、その後、再開することを特徴とする請求項３記載の光学装置。
 【請求項５】前記駆動装置が印加する電圧は、正弦波又は矩形波又は鋸歯状波からなる電圧波形であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の光学装置。
 【請求項６】前記光学素子の２周波駆動液晶の層側の面を光の入射側に向けて配置したことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の光学装置。
 【請求項７】平行透明電極のいずれか一方を入射光の少なくとも一部を反射する電極と置き換えたことを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の光学装置。
 【請求項８】前記光学素子は、２周波駆動液晶の層と接する側の平行透明電極の該２周波駆動液晶の層と接する面上に、液晶を一方向に配向させる配向膜を設けたことを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の光学装置。
 【請求項９】請求項８記載の光学装置を複数個、配向膜の配向方向が互いに直交するように直列に並べたことを特徴とする光学装置。」
　
（３）判断
　訂正後の請求項１ないし４に係る発明は、訂正前の請求項３ないし６に係る発明であって、これらの請求項に係る特許については特許異議の申立てがなされていないので、取り消すことはできない。
　また、訂正後の請求項５ないし９に係る発明は、訂正前の請求項７ないし１１に係る発明であって、これらに対しては特許異議の申立てがなされているが、いずれも請求項１ないし４に係る発明を引用し、これらを構成要件として含むものであり、ここで、これらの請求項１ないし４に係る特許に対しては前記のとおり特許異議の申立てがなされておらず、また、これらの請求項１ないし４に係る発明について上記甲第１〜８号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたと認めることはできないから、これら請求項１ないし４に記載される事項を含んで構成される訂正後の請求項５ないし９に係る発明について、上記甲第１〜８号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたとすることはできない。
　
４．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、本件訂正後の請求項５ないし９に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１５年６月１０日（２００３．６．１０）
【訂正の要旨】
　特許第３３０３２７５号発明の明細書中の特許請求の範囲において、特許請求の範囲の減縮を目的として、請求項１及び２を削除する。
　また、請求項３を独立形式とするため、請求項３における「請求項１記載の光学素子」を明瞭でない記載の釈明を目的として、「
表面形状を有する透明物質の層と、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しかつ異なる誘電率の差Δεが異なる駆動周波数ｆ１及びｆ２で逆符号となる２周波駆動液晶の層と、前記透明物質の層と２周波駆動液晶の層とを挟んで配置される少なくとも２つの平行透明電極とを備え、前記透明物質の層の表面形状は、凸レンズまたは凹レンズまたはフレネルレンズまたはプリズムアレイまたはレンズアレイまたはレンチキュラレンズまたは回折格子あるいはこれらを任意に組み合わせた形状であり、前記２周波駆動液晶の層は前記透明物質の層の表面形状を有する側とこれに対向する平行透明電極との間に配置される
　また、請求項５を独立形式とするため、請求項５における「請求項１記載の光学素子」を明瞭でない記載の釈明を目的として、「
表面形状を有する透明物質の層と、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しかつ異なる誘電率の差Δεが異なる駆動周波数ｆ１及びｆ２で逆符号となる２周波駆動液晶の層と、前記透明物質の層と２周波駆動液晶の層とを挟んで配置される少なくとも２つの平行透明電極とを備え、前記透明物質の層の表面形状は、凸レンズまたは凹レンズまたはフレネルレンズまたはプリズムアレイまたはレンズアレイまたはレンチキュラレンズまたは回折格子あるいはこれらを任意に組み合わせた形状であり、前記２周波駆動液晶の層は前記透明物質の層の表面形状を有する側とこれに対向する平行透明電極との間に配置される
　また、請求項１０を請求項１及び２を引用しない形式とするため、請求項１０における「請求項１記載の光学素子に代えて請求項２記載の光学素子を用いたことを特徴とする」を明瞭でない記載の釈明を目的として、「
前記光学素子は、２周波駆動液晶の層と接する側の平行透明電極の該２周波駆動液晶の層と接する面上に、液晶を一方向に配向させる配向膜を設けた
　また、請求項３〜１１の番号を２ずつ繰り上げ、請求項１〜９と訂正する（請求項対応表参照）。これに伴い、いずれも明瞭でない記載の釈明を目的として、特許時の請求項４における「請求項３記載の光学装置」を訂正後の請求項２における「請求項
１
３
１
４
１
５
１
６
１
７
８
　さらに、上記訂正に伴い、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の記載との整合をとるため、いずれも明瞭でない記載の釈明を目的として、以下の通り訂正を行う。
　すなわち、明細書段落【０００１】、【００１２】、【００３１】、【００３５】、【００６０】、【００６５】、【００６９】、【００７３】、【００７７】、【００８１】、【００８５】、及び【０１０５】の「光学素子およびその素子を用いた光学装置」を「
光
　また、明細書段落【００１３】の「本発明の請求項１では、・・・光学素子を提案する」を「本発明の
光学装置
第１の
適用
　また、明細書段落【００１６】の「本発明の請求項２では、・・・請求項１記載の光学素子を提案する」を「本発明の
光学装置
前記第１の光学素子において、
第２
適用
　また、明細書段落【００１８】の「また、本発明の請求項３では、請求項１記載の光学素子と」を「
そして
１
前記第１
　また、明細書段落【００２０】の「本発明の請求項４では、・・・請求項３記載の光学装置」を「本発明の請求項
２
１
　また、明細書段落【００２２】の「本発明の請求項５では、請求項１記載の光学素子と」を「本発明の請求項
３
前記第１
　また、明細書段落【００２４】の「本発明の請求項６では、・・・請求項５記載の光学装置」を「本発明の請求項
４
３
　また、明細書段落【００２６】の「前記駆動装置が・・・を用いることができる」を「
また、本発明の請求項５では、
請求項１乃至４いずれか記載の光学装置を提案する
　また、明細書段落【００２７】の「また、前記光学素子の・・・配置することにより、入射光の」を「また、
本発明の請求預６では、
請求項１乃至５いずれか記載の光学装置を提案する。これ
　また、明細書段落【００２８】の「また、平行透明電極の・・・置き換えることにより、光学特性が」を「また、
本発明の請求項７では、
請求項１乃至６いずれか記載の光学装置を提案する。これ
　また、明細書段落【００２９】の「また、本発明の光学装置の光学素子として、請求項１記載の光学素子に代えて請求項２記載の光学素子を用いても良い」を「また、
本発明の請求項８では、
前記第１
前記第２
る請求項１乃至７いずれか記載の光学装置を提案する
　また、明細書段落【００３０】の「また、前記請求項２記載の光学素子を用いた本発明の光学装置を・・・並べることにより、入射光の」を「また、
本発明の請求項９では、
８
の光
光学装置を提案する。これ
　また、明細書段落【００３５】の「図６は請求項１、３に対応する」を「図６は請求項
１
　また、明細書段落【００４７】の「図７乃至図１１は請求項３、４に対応する」を「図７乃至図１１は請求項
１、２
　また、明細書段落【００６０】の「図１３は請求項１、３に対応する」を「図１３は請求項
１
　また、明細書段落【００６５】の「図１４は請求項１、３に対応する」を「図１４は請求項
１
　また、明細書段落【００６９】の「図１５は請求項１、３に対応する」を「図１５は請求項
１
　また、明細書段落【００７３】の「図１６は請求項１、３に対応する」を「図１６は請求項
１
　また、明細書段落【００７７】の「図１７は請求項１、３に対応する」を「図１７は請求項
１
　また、明細書段落【００８１】の「図１８は請求項１、３に対応する」を「図１８は請求項
１
　また、明細書段落【００８５】の「図１９は請求項２、１０に対応する」を「図１９は請求項
８
　また、明細書段落【００９４】の「図２０は請求項１１に対応する」を「図２０は請求項
９
　また、明細書段落【００９５】の「図２１は請求項５に対応する」を「図２１は請求項
３
　また、明細書段落【０１０５】の「図２４、２５は請求項１、５に対応する」を「図２４、２５は請求項
３
　また、明細書段落【０１２１】の「図２６は請求項６に対応する」を「図２６は請求項
４
　また、明細書段落【０１２９】の「図２７は請求項９に対応する」を「図２７は請求項
７
　また、明細書段落【０１３４】の「図２８は請求項９に対応する」を「図２８は請求項
７
　また、明細書段落【０１３８】の「図２９は請求項９に対応する」を「図２９は請求項
７
　また、明細書段落【０１４３】の「本発明の請求項１によれば」を「本発明
に適用した前記第１の光学素子
　また、明細書段落【０１４４】の「本発明の請求項２によれば」を「本発明
に適用した前記第２の光学素子
　また、明細書段落【０１４５】の「本発明の請求項３によれば」を「本発明の請求項
１
　また、明細書段落【０１４６】の「本発明の請求項４によれば」を「本発明の請求項
２
　また、明細書段落【０１４７】の「本発明の請求項５によれば」を「本発明の請求項
３
　また、明細書段落【０１４８】の「本発明の請求項６によれば」を「本発明の請求項
４
　また、明細書段落【０１４９】の「本発明の請求項８によれば」を「本発明の請求項
６
　また、明細書段落【０１５０】の「本発明の請求項１０によれば」を「本発明の請求項
７
　また、明細書段落【０１５１】の「本発明の請求項１１によれば」を「本発明の請求項
９
（５４）【発明の名称】
光
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項
１
表面形状を有する透明物質の層と、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しかつ異なる誘電率の差Δεが異なる駆動周波数ｆ１及びｆ２で逆符号となる２周波駆動液晶の層と、前記透明物質の層と２周波駆動液晶の層とを挟んで配置される少なくとも２つの平行透明電極とを備え、
　
前記透明物質の層の表面形状は、凸レンズまたは凹レンズまたはフレネルレンズまたはプリズムアレイまたはレンズアレイまたはレンチキュラレンズまたは回折格子あるいはこれらを任意に組み合わせた形状であり、
　
前記２周波駆動液晶の層は前記透明物質の層の表面形状を有する側とこれに対向する平行透明電極との間に配置される
　前記駆動周波数ｆ１を周波数とする電圧及び駆動周波数ｆ２を周波数とする電圧を前記平行透明電極間に前記液晶の粘性や結晶としての束縛力と均衡する力を発生させ得る一定の印加時間及び一定の周期で順次供給する駆動装置と
　を備えたことを特徴とする光学装置。
　【請求項
２
１
　【請求項
３
表面形状を有する透明物質の層と、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しかつ異なる誘電率の差Δεが異なる駆動周波数ｆ１及びｆ２で逆符号となる２周波駆動液晶の層と、前記透明物質の層と２周波駆動液晶の層とを挟んで配置される少なくとも２つの平行透明電極とを備え、
　
前記透明物質の層の表面形状は、凸レンズまたは凹レンズまたはフレネルレンズまたはプリズムアレイまたはレンズアレイまたはレンチキュラレンズまたは回折格子あるいはこれらを任意に組み合わせた形状であり、
　
前記２周波駆動液晶の層は前記透明物質の層の表面形状を有する側とこれに対向する平行透明電極との間に配置される
　前記駆動周波数ｆ１を周波数とする電圧及び駆動周波数ｆ２を周波数とする電圧を重畳した電圧を前記平行透明電極間に供給する駆動装置と
　を備えたことを特徴とする光学装置。
　【請求項
４
３
　【請求項
５
１
４
　【請求項
６
１
５
　【請求項
７
１
６
　【請求項
８
前記光学素子は、２周波駆動液晶の層と接する側の平行透明電極の該２周波駆動液晶の層と接する面上に、液晶を一方向に配向させる配向膜を設けた
１
７
　【請求項
９
８
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　本発明は、印加電圧により光学的性質、例えばレンズにおける焦点距離、プリズムにおける偏向角、レンチキュラレンズにおける発散角等を周期的かつ連続的に変化でき
る光
　【０００２】
　【従来の技術】
　従来の光学装置は、受動的な光学装置がほとんどであり、その光学的性質を電圧等によって変化できる能動的な光学装置の種類は限られていた。その中で屈折率可変物質を用いた光学装置として、例えば昭和５９年度科学研究費補助金研究成果報告書Ｎｏ．５９８５００４８に記載された液晶レンズがある。
　【０００３】
　図１は前記液晶レンズの構造を示すもので、高分子やガラス等で形成された平凹レンズ１と、その表面に形成された透明電極２と、該透明電極２上に形成されたポリイミド等による配向膜３と、液晶（誘電率異方性が周波数の違いにより逆転しない通常のネマチック液晶）４と、これらに対向した対向基板５と、該対向基板５上に形成された透明電極６と、この透明電極６上に形成されたポリイミド等による配向膜７と、これらを駆動するための駆動装置８とから構成される。ここで、配向膜３及び７は液晶４がほぼ平行に整列するようにホモジニアス配向状態にしてある。
　【０００４】
　透明電極２と６との間に電圧を印加しない状態においては、配向膜３，７の作用により液晶４は対向基板５にほぼ平行に並ぶように配向する。この場合、この配向方向に対して平行な偏光状態の入射光１１にとって、液晶４は平凹レンズ１と比較して大きな屈折率を有しているように見えるため、光学装置全体としては平凸レンズとして作用し、出射光１２のように集束する。
　【０００５】
　一方、透明電極２と６との間に適度な電圧を印加した状態においては、印加電圧の作用により、液晶４は対向基板５や平凹レンズ１に対して垂直に配向する。この場合、入射光１１にとって液晶４は平凹レンズ１とほぼ同じ屈折率を有しているように見えるため、光学装置全体としては単なるガラス板と同様な作用しか及ぼさず、出射光１３は入射光１１とほぼ同様な方向に出射する。
　【０００６】
　このように、従来の光学装置においても、印加電圧によって平凸レンズの光学的性質、例えば焦点距離を図２に示すように連続的に変化することは可能であった。
　【０００７】
　【発明が解決しようとする課題】
　しかしながら、従来の光学装置においては、電圧を印加しない場合の液晶４の配向を配向膜３，７の配向規制力のみで行っていた。このような光学装置においては液晶４の厚みが数１００μｍ以上と厚くなるため、その駆動の際の回復時間が図３に示すように数秒以上と極めて遅くなる欠点を有していた。しかも印加電圧を増加してもその回復時間にはほとんど改善は見られず、短縮化への方策がないのが現状であった。
　【０００８】
　また、前述したように、配向膜３，７の配向規制力のみで液晶４を配向させる場合、透明電極２の近くにおいては、図４に示すように平凹レンズ１の曲面に沿って液晶４の分子４ａが配向する。このため、液晶の配向が一部分傾いてしまい、入射光が感じる屈折率が平凹レンズ１の屈折率に近づき、光学的性質の変化量が小さくなる他、レンズの位置によって光学的性質の変化量に分布ができてしまうという欠点を有していた。
　【０００９】
　また、平凹レンズ１等の表面上に透明電極２を形成するため、電圧を印加した場合、透明電極２の近くでは電界がその表面に垂直な形でかかり、図５に示すように液晶４がその表面に垂直な形で配向する。このため、液晶の配向が一部分傾いてしまい、入射光が感じる屈折率が平凹レンズ１の屈折率とかなり異なる領域が形成され、本来なら偏向をほとんど受けずに透過するべき入射光が部分的に偏向等を受けるという欠点を有していた。
　【００１０】
　また、平凹レンズ１の表面形状がさらに複雑な形状、特に深い溝や鋭い突起を有するような場合には、透明電極の均一な形成が困難となる欠点を有していた。また、液晶４を配向させるための配向膜の配向処理、例えばラビング処理等も困難となる欠点を有していた。さらに、透明電極間の距離は、図１から明かなように位置によって異なり、これに同一の電圧を印加するため、狭い部分において絶縁性の劣化や短絡が起こり易いという欠点を有していた。
　【００１１】
　このように、従来の屈折率可変物質を用いた能動的な光学装置は、長い回復時間、不均一性、製作上あるいは駆動上の問題点等、実用化上、多くの欠点を抱えていた。
　【００１２】
　本発明の目的は、高速駆動が可能で均一性が良く、製作が容易であり、しかも能動的に光学的性質を連続的に周期的変化でき
る光
　【００１３】
　【課題を解決するための手段】
　前記目的を達成するため、本発明の
光学装置
第１の
適用
　【００１４】
　本素子によれば、２周波駆動液晶の層に印加する電圧の周波数を変えることによってその屈折率を変化させ、これにより表面形状を有する透明物質の層とともに構成する素子の光学的性質を変化させるため、従来の電圧のオン・オフによってその屈折率を変化させる物質を用いたものの如く電圧オフ時の屈折率の変化（回復）に長い時間を要し、その分、高速駆動ができなかった素子と異なり、高速な駆動が可能であり、しかも常に電界の及ぼす力を利用できるため、電界強度を大きくすることによりその速度をさらに高めることができる。
　【００１５】
　また、本素子によれば、電界の及ぼす力によって２周波駆動液晶の層の屈折率を変化させ、しかも透明電極を透明物質の層の２周波駆動液晶の層側に設けないため、２周波駆動液晶の層がいずれの状態の場合でも、従来の素子に比べて透明物質の層の表面形状の影響を受け難く、光学的性質の変化量を均一化し易い。また、本素子によれば、透明電極を透明物質の層の２周波駆動液晶の層側に設けないため、複雑な形状の部分に膜を形成する必要がなく、従来の素子に比べて製作が容易となる。さらにまた、本素子によれば、透明電極を透明物質の層の２周波駆動液晶の層側に設けないため、透明電極間の距離を概ね同じ距離とすることも容易であり、しかも透明電極間には常に透明物質の層が存在するため、従来の素子と異なり、絶縁性の劣化や短絡等が起こり難い。
　【００１６】
　また、本発明の
光学装置
前記第１の光学素子において、
第２
適用
　【００１７】
　本素子によれば、液晶の配向が配向膜に平行な方向となる駆動状態において広いドメイン領域において均一な配向状態とすることができ、液晶の屈折率変化を入射光に効率良く伝えることが可能となり、かつ液晶が種々の方向を向くことによって生ずる散乱やこれに起因する白濁を防ぐことができる。
　【００１８】
　
そして
１
前記第１
　【００１９】
　本装置によれば、２周波駆動液晶の層の屈折率が前記駆動周波数ｆ１を周波数とする電圧Ｖ１及び駆動周波数ｆ２を周波数とする電圧の周波数に応じて周期的に変化し、疑似的にそれらの中間的な値をとることが可能となり、光学的性質を連続的に変化できる。
　【００２０】
　また、本発明の請求項
２
１
　【００２１】
　本装置によれば、２周波駆動液晶の層における状態の維持特性を利用して所望の屈折率を電圧を停止したまま維持でき、必ずしも周期的変化ではない高速な屈折率変化をもたらすことができる。
　【００２２】
　また、本発明の請求項
３
前記第１
　【００２３】
　本装置によれば、２周波駆動液晶の層の屈折率が前記駆動周波数ｆ１を周波数とする電圧及び駆動周波数ｆ２を周波数とする電圧の電圧比によって連続的に変化し、疑似的にそれらの中間的な値をとることが可能となり、光学的性質を連続的に変化できる。
　【００２４】
　また、本発明の請求項
４
３
　【００２５】
　本装置によれば、２周波駆動液晶の層における状態の維持特性を利用して所望の屈折率を電圧を停止したまま維持でき、必ずしも周期的変化ではない高速な屈折率変化をもたらすことができる。
　【００２６】
　
また、本発明の請求項５では、
請求項１乃至４いずれか記載の光学装置を提案する
　【００２７】
　また、
本発明の請求項６では、
請求項１乃至５いずれか記載の光学装置を提案する。これ
　【００２８】
　また、
本発明の請求項７では、
請求項１乃至６いずれか記載の光学装置を提案する。これ
　【００２９】
　また、
本発明の請求項８では、
前記第１
前記第２
る請求項１乃至７いずれか記載の光学装置を提案する
　【００３０】
　また、
本発明の請求項９では、
８
の光
光学装置を提案する。これ
　【００３１】
　【発明の実施の形態】
　以下、本発明
の光
　【００３２】
　また、以下の例では、主に屈折率可変物質として液晶を用いた例について説明するが、誘電率異方性の周波数依存性を有する他の材料を用いても同様な効果を期待できることは明らかである。
　【００３３】
　また、以下の例では、主に液晶が透明電極に対して垂直に立った時に該液晶及び透明物質の屈折率がほぼ等しくなる場合について説明するが、液晶が透明電極に対して平行になった時にほぼ等しくなる場合、あるいは液晶が透明電極に対して一定の角度をなした時にほぼ等しくなる場合であっても同様な効果が期待できることは明らかである。
　【００３４】
　さらに、以下の例では、主に液晶の屈折率が透明物質の屈折率よりも概ね大きい場合について説明するが、液晶の屈折率が透明物質の屈折率よりも概ね小さい場合、あるいは液晶の屈折率の可変範囲内に透明物質の屈折率の値が含まれる場合であっても同様な効果が期待できることは明らかである。
　【００３５】
　【第１の形態】
　図６は請求項
１
の光
　【００３６】
　ここでは能動的な光学装置の一つとして、焦点距離が可変な平凸レンズ（焦点距離がプラス）の提供を目的とし、例えば屈折率可変物質２２の屈折率の方が透明物質の層２１の屈折率よりも概ね大きい場合には、屈折率可変物質２２を凸レンズ形状とすれば良い。従って、屈折率可変物質２２側の透明物質の層２１の表面形状を、図示したような凹フレネルレンズ形状等とすれば良い。むろん、屈折率可変物質２２の屈折率の方が透明物質の層２１の屈折率よりも概ね小さい場合には、屈折率可変物質２２側の透明物質の層２１の表面形状を、例えば凸フレネルレンズ形状とすれば良いことは明らかである。
　【００３７】
　本例においては、屈折率可変物質２２は、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しており、その誘電率異方性としては、周波数ｆ１１の時に誘電率異方性Δε（＝ε‖（分子の長軸に平行な誘電率）−ε⊥（分子の長軸に垂直な誘電率））がプラスであり、周波数ｆ１２の時に誘電率異方性Δεがマイナスである例を用いる。さらに屈折率異方性としてはｎｏ（正常屈折率）が透明物質の層２１の屈折率とほぼ等しく、ｎｅ（異常屈折率）が透明物質の層２１より概ね大きい例を用いる。
　【００３８】
　駆動装置２５より周波数ｆ１１の電界が透明電極２３，２４間に印加された場合には、Δε＞０なので、屈折率可変物質２２の分子は電界方向に平行な向き、即ち透明電極２３，２４に対してほぼ垂直に立つ。このため、前述した透明物質の層２１と屈折率可変物質２２との屈折率の関係から、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層２１の屈折率とほぼ同じとなる。従って、本発明の光学装置に入射してきた光２６はほとんど変化を受けずに出射光２７として透過する。
　【００３９】
　一方、駆動装置２５より周波数ｆ１２の電界が透明電極２３，２４間に印加された場合には、Δε＜０なので、屈折率可変物質２２の分子は電界方向に垂直な向き、即ち透明電極２３，２４にほぼ平行になる。このため、前述した透明物質の層２１と屈折率可変物質２２との屈折率の関係から、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層２１の屈折率よりも大きくなる。ここで、屈折率可変物質２２の部分は凸フレネルレンズ形状となるため、本光学装置は、屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光２６に対して凸フレネルレンズとして機能し、出射光２８のように集束する。
　【００４０】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、光学装置の光学的性質のうち、レンズの焦点距離を変化させることができる。
　【００４１】
　また、本例では、屈折率可変物質２２の配向状態を印加電圧の周波数の相違によって変化させ、図１乃至５に示した従来例と異なり、主に電界の及ぼす力を利用するため、電界強度を大きくすることにより、その変化速度を極めて高速化できる。
　【００４２】
　また、電界の及ぼす力によって屈折率可変物質２２の配向を変化させ、かつ透明電極２３を透明物質の層２１の屈折率可変物質２２側に設けないため、屈折率可変物質２２がいずれの配向状態の場合でも、図１乃至５に示した従来例に比べて透明物質の層２１の表面形状の影響を受け難く、焦点距離の変化量を均一化し易い。
　【００４３】
　また、透明電極２３を透明物質の層２１の屈折率可変物質２２側に設けないため、複雑な形状の部分に膜を形成する必要がなく、図１乃至５に示した従来例に比べて製作が容易となる。
　【００４４】
　さらにまた、透明電極２３を透明物質の層２１の屈折率可変物質２２側に設けないため、透明電極２３，２４間の距離を概ね同じ距離とすることも容易であり、しかも透明電極２３，２４間には常に透明物質の層２１が存在するため、図１乃至５に示した従来例と異なり、絶縁性の劣化や短絡等が起こり難い。
　【００４５】
　前述したように、本例では、透明物質の層の屈折率と、液晶等の屈折率可変物質の正常屈折率（あるいは異常屈折率）とをほぼ等しい値に設定したが、必ずしもそうしなくても良い。即ち、前記屈折率をほぼ等しい値に設定することはその焦点距離を無限大近くに設定することに相当するが、前記屈折率をほぼ等しい値に設定することが材料上困難である場合、あるいは前記屈折率をほぼ等しい値に設定できる材料が他の物性値（誘電率異方性、屈折率異方性、温度特性、溶媒との混合性、毒性等）との関係から採用し難い場合であっても、単に本装置の前後に他の固定焦点のレンズを配置して補正すれば、その焦点距離を無限大近くに設定できるからである。
　【００４６】
　このように、本例では、従来例に比べて駆動の高速化を図れ、均一性、製作の容易化、駆動上の問題点を解決できることが明らかである。
　【００４７】
　【第２の形態】
　図７乃至図１１は請求項
１、２
　【００４８】
　図７は２周波駆動液晶の誘電率異方性Δε（＝ε‖−ε⊥）の駆動周波数依存性の具体例を示すものである。低周波ではΔε＞０であるが、周波数が大きくなると次第にΔεは小さくなり、高周波領域ではΔε＜０となる。ここで、△ε＞０の場合には２周波駆動液晶の分子の長軸が電界に沿って配向し、Δε＜０の場合には分子の長軸が電界に垂直に配向する。従って、周波数を単純に変えるだけでは２周波駆動液晶の屈折率はほぼ２値的（ｎｏ及びｎｅ）に変化し、連続的に屈折率を変化させることはできない（なお、配向規制力と電界の力との釣合によって変化させることはできるが、これは従来例で述べたように多くの欠点を有している。）。
　【００４９】
　図８は２周波駆動液晶の屈折率を連続的に周期的変化できる駆動電圧波形の一例を示すものである。例として、Δεの符号が異なる２つの周波数ｆ２１（Δε＞０）及びｆ２２（Δε＜０）を用いる場合を示す。本例の駆動方法では、例えば周波数ｆ２１を主な周波数とする電圧と、これと振幅の等しい、周波数ｆ２２を主な周波数とする電圧とを一定のデューティ比及び一定の周期で印加する。
　【００５０】
　このように駆動すると、２周波駆動液晶の分子は、その長軸を電界に沿って配向させる力（周波数ｆ２１印加時）と、その長軸を電界に垂直に配向させる力（周波数ｆ２２印加時）とを周期的に交互に感じることになる。もし、他に拘束力がなければ、このような駆動では、液晶は周波数ｆ２１と周波数ｆ２２とが切り替わる点において急激にデジタル的に変化し、実用的にアナログ的動作を行わせることはできない。しかしながら、実際には粘性や液晶の結晶としての束縛力があるため、この周期的に加わる交互の力と均衡し、広い領域に亘ってほぼ均一で高速な液晶のアナログ的周期的配向運動を可能とする。
　【００５１】
　但し、この駆動方法においては、周波数ｆ２１と周波数ｆ２２の電界を周期的に一定の時間加えることが重要であり、例えば周波数ｆ２１と周波数ｆ２２の電界をそれぞれ一回だけ印加しても、均一性が損なわれたり、散乱が大きくなったりして、可変焦点レンズとしての実用性は乏しくなる。周波数ｆ２１と周波数ｆ２２の電界を周期的に一定の時間印加することにより、前述した均衡がとれ、広い領域に亘って均一な動作が可能となる。
　【００５２】
　図９は前述した液晶の連続的な周期的運動の一例を示すもので、ここでは図６に示した装置における透明物質の層の表面形状としてプリズム形状を用いた場合を示している。また、駆動周波数として、低周波ｆ２１と高周波ｆ２２とを用いて図８中の矩形波の場合のように駆動し、液晶が透明電極に対して垂直に立った場合に液晶の屈折率と透明物質の屈折率とがほぼ等しくなり、透明電極に対してほぼ平行な場合に液晶の屈折率が透明物質の屈折率より大きくなる場合について示す。横軸は高周波ｆ２２の始まる時点からの時間（ｆ２２及びｆ２１の繰り返し周期で規格化）であり、縦軸はプリズム構造と液晶の屈折率変化により生じる出射光の振れ角（度）である。
　【００５３】
　同図から、位相が増加するにつれて出射光の振れ角はほぼ正弦波に近い挙動を示し、アナログ的に変化できることが明らかになった。また、この例における２周波（ｆ２２及びｆ２１）の繰り返し周期はほぼ２０ｍｓであり、このことから、本発明によれば、従来例の回復速度の数秒に比べて著しく高速化できることが分かる。
　【００５４】
　図１０は前記例における出射光の形を示すものである（ある時点での瞬間像）。入射光として円形のスポット光を入射した場合であり、出射光も同様なスポット状となっている。他の時点でも同様なスポット像が得られていることから、液晶が広い領域においてほぼ均一な配向運動を行っていることが明らかである。
　【００５５】
　図１１は２周波駆動液晶の屈折率を連続的に変化できる駆動電圧波形の他の例を示すものである。ここでは、図８の場合と同様に、Δεの符号が異なる２つの周波数ｆ２１（Δε＜０）及びｆ２２（Δε＞０）を用いる場合を示すが、図８では振幅の等しい周波数ｆ２１及びｆ２２の２つの電圧を一定のデューティ比及び周期で印加する場合を示しているのに対し、ここではその周期の途中の所望の位相で電圧の供給を一時停止し、その後、供給を再開する場合を示す。
　【００５６】
　このように電圧の供給を一時停止すると、２周波駆動液晶の分子は停止した位相に対応する傾きで停止し、配向規制力や温度等によるゆらぎ等によって、徐々にその配向が乱されるまでその状態を維持する。配向規制力や温度等によるゆらぎ等によって配向が乱されるまでの時間としては、通常、数秒以上かかる。従って、この時間内に再び電圧供給を開始すれば、配向の乱れを少なく保つことができ、しかもこの小さな配向の乱れも一定時間の電圧供給の再開によりなくすことができる。このように駆動することにより、前述した乱れを直すための一定のリフレッシュ時間は定期的に必要であるが、必ずしも周期的変化ではない高速な屈折率変化をもたらすことができる。
　【００５７】
　図１２は前述したような駆動方法を適用する装置の一例を示すもので、ここでは多くのセル３１をマトリックス状に配置した装置３２を示す。駆動シーケンスとしては、まず、（１）一定時間のリフレッシュ動作（図８に示したような周期的動作）の後に、（２）各々のセルにおいて必要とされる屈折率変化に対応した位相において各々のセルへの電圧供給を停止する。そして、各セルにおいて一定時間後に再びリフレッシュ動作に入る。このような駆動を繰り返すことにより、多くのセルからなるマトリックス装置３２を駆動できる。
　【００５８】
　ここで、駆動電圧の波形は正弦波である必要はなく、これらの周波数を主な周波数として含む矩形波や鋸歯状波等でも良いことはいうまでもない。また、振幅に周期的変化を持たせても良いことは明らかである。さらにまた、本例では２つの周波数を用いたが、より多くの周波数を用いても良いことはいうまでもない。
　【００５９】
　本例の駆動方法による屈折率変化は電界が主要因であるため、その振幅を大きくすることにより、さらに高速化を図ることが可能となる。即ち、本駆動方法による屈折率変化の周期は従来の数秒から数ｍｓ〜数１０ｍｓ程度以上まで高速化できる。この速度は図６に示したような構造における透明電極間が数１００μｍ程度に厚くなる場合であり、このような構造でも十分な速度が得られることを示している。
　【００６０】
　【第３の形態】
　図１３は請求項
１
の光
　【００６１】
　前述したように、屈折率可変物質２２は屈折率異方性及び誘電率異方性を有しており、その誘電率異方性としては周波数ｆ１１の時にΔε＞０であり、周波数ｆ１２の時にΔε＜０であるものとする。また、屈折率異方性としてはｎｏ（正常屈折率）が透明物質の層４１の屈折率とほぼ等しく、ｎｅ（異常屈折率）が透明物質の層４１より概ね大きいものとする。
　【００６２】
　透明物質の層４１の表面形状は凸レンズをなしており、周波数ｆ１１が印加された場合、屈折率可変物質２２の分子は電界方向に平行な向き、即ち透明電極２３，２４に対してほぼ垂直に立つ。このため、前述した透明物質の層４１と屈折率可変物質２２との屈折率の関係から、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４１の屈折率とほぼ同じとなる。従って、本例の装置に入射してきた光４２はほとんど変化を受けずに出射光４３として透過する。
　【００６３】
　一方、周波数ｆ１２が印加された場合、屈折率可変物質２２の分子は電界方向に垂直な向き、即ち透明電極２３，２４にほぼ平行になる。このため、前述した透明物質の層４１と屈折率可変物質２２との屈折率の関係から、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４１の屈折率より大きくなる。ここで、屈折率可変物質２２の部分は凹レンズ形状となるため、本例の装置に屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光４２に対しては凹レンズとして機能し、出射光４４のように発散する。
　【００６４】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、凹レンズの焦点距離を変化させることができる。
　【００６５】
　【第４の形態】
　図１４は請求項
１
の光
　【００６６】
　本装置に周波数ｆ１１が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４５の屈折率とほぼ同じとなり、入射光４２はほとんど変化を受けずに出射光４３として透過する。
　【００６７】
　一方、周波数ｆ１２が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４５の屈折率より大きくなる。ここで、屈折率可変物質２２の部分は凸レンズ形状となるため、本例の装置に屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光４２に対しては凸レンズとして機能し、出射光４６のように集束する。
　【００６８】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、凸レンズの焦点距離を変化させることができる。
　【００６９】
　【第５の形態】
　図１５は請求項
１
の光
　【００７０】
　本装置に周波数ｆ１１が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４７の屈折率とほぼ同じとなり、入射光４２はほとんど変化を受けずに出射光４３として透過する。
　【００７１】
　一方、周波数ｆ１２が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４７の屈折率より大きくなる。ここで、屈折率可変物質２２の部分は凹フレネルレンズ形状となるため、本例の装置に屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光４２に対しては凹フレネルレンズとして機能し、出射光４８のように発散する。
　【００７２】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、凹フレネルレンズの焦点距離を変化させることができる。
　【００７３】
　【第６の形態】
　図１６は請求項
１
の光
　【００７４】
　本装置に周波数ｆ１１が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４９の屈折率とほぼ同じとなり、入射光４２はほとんど変化を受けずに出射光４３として透過する。
　【００７５】
　一方、周波数ｆ１２が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層４９の屈折率より大きくなり、本例は、屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光４２に対しては、屈折率の差とプリズムの傾きに応じて光を偏向する偏向素子として機能し、出射光５０のように偏向する。
　【００７６】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、偏向素子の偏向角を変化させることができる。
　【００７７】
　【第７の形態】
　図１７は請求項
１
の光
　【００７８】
　本装置に周波数ｆ１１が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層５１の屈折率とほぼ同じとなり、入射光４２はほとんど変化を受けずに出射光４３として透過する。
　【００７９】
　一方、周波数ｆ１２が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層５１の屈折率より大きくなる。ここで、屈折率可変物質２２の部分は凸レンチキュラレンズ形状となるため、本例は、屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光４２に対しては凸レンチキュラレンズとして機能し、出射光５２のように発散する。
　【００８０】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、凸レンチキュラレンズの焦点距離や発散角度を変化させることができる。
　【００８１】
　【第８の形態】
　図１８は請求項
１
の光
　【００８２】
　本装置に周波数ｆ１１が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層５３の屈折率とほぼ同じとなり、入射光４２はほとんど変化を受けずに出射光４３として透過する。
　【００８３】
　一方、周波数ｆ１２が印加された場合、図１３の例と同様に、屈折率可変物質２２の屈折率は透明物質の層５３の屈折率より大きくなる。ここで、屈折率可変物質２２の部分は回折格子形状となるため、本例は、屈折率可変物質２２の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光４２に対しては回折格子として機能し、出射光５４のように回折する。
　【００８４】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、回折格子における屈折率差を変化させることができ、回折光の強度を変化できる。
　【００８５】
　【第９の形態】
　図１９は請求項
８
の光
　【００８６】
　配向膜６１はポリイミド、ＰＶＡ、ＰＶＢ、斜方蒸着ＳｉＯ等からなり、屈折率可変物質２２側の透明電極２４の表面上に形成されている。この配向膜６１はラビング法等による処理を加えることにより、その上の屈折率可変物質、ここでは液晶２２を一定の方向に配向させることができる。
　【００８７】
　このような構成及び処理により、液晶２２が配向膜６１に平行な配向となるような駆動状態において、該液晶２２を広いドメイン領域において均一な配向状態とすることができる。これにより、液晶２２の屈折率変化を入射光に効率良く伝えることが可能となり、かつ液晶２２が種々の方向を向くことによって生ずる散乱やこれに起因する白濁を防ぐことができる。
　【００８８】
　また、液晶２２側の透明物質の層２１の表面上にポリイミド、ＰＶＡ、ＰＶＢ、斜方蒸着ＳｉＯ等からなる配向膜を塗布し、ラビング法等による配向処理を加えることにより、液晶２２の透明物質の層２１側の配向性を向上させることができる。また、透明物質の層２１をレプリカ法（金属やガラス、プラスチック等の型のレプリカをとる方法）によって形成する場合は、その剥す方向によって液晶を直接配向させることも可能である。この場合は特殊な膜を塗布したり、表面に凹凸のある面を配向処理する必要がないため、本装置の作製が容易になる。
　【００８９】
　また、液晶２２側の透明物質の層２１の表面上に垂直配向材を塗布することにより、液晶２２の透明物質の層２１側を垂直配向とすることも可能である。また、垂直配向材以外にも、例えば弗素等の基を有しかつ液晶材料との濡れ性が悪い材料を透明物質の層２１の表面上に塗布することにより、液晶２２の透明物質の層２１側を垂直配向に近い配向とすることも可能である。これらの場合は膜を塗布するだけで良く、表面に凹凸のある面を配向処理する必要がないため、本装置の作製が容易となる。
　【００９０】
　また、本発明の光学装置は、屈折率可変物質として、例えば二周波駆動液晶を用い、かつ屈折率可変物質側の透明電極上にポリイミド、ＰＶＡ、ＰＶＢ、斜方蒸着ＳｉＯ等からなる配向膜を含み、屈折率可変物質側の透明物質の層上に前述したような特別な配向膜を含まない構成もできる。
　【００９１】
　このような構成によれば、配向膜が配置された透明電極の近傍では、この配向膜にラビング法等による配向処理を加えることにより、その付近の二周波駆動液晶（屈折率可変物質）の分子を一定の方向に配向させることができるが、透明物質の層の近傍では、特に配向処理を加えないため、二周波駆動液晶が場所によって異なった向きを向いた配向を示し、入射光に屈折率変化を充分に伝えられず、可変焦点の効果が充分に発現しない可能性がある。
　【００９２】
　しかしながら、このような構成においても、例えば入射光を液晶の配向がより均一な方向（例えば、配向膜が形成されている側）から入射させることにより、この問題を解決できる。即ち、入射光の偏光状態を前記配向方向と一致させることにより、屈折率可変物質の屈折率変化を入射光に効率良く伝えることが可能となる。これは液晶の旋光性によるものであり、液晶分子の配向方向が入射光の進行方向に、波長に比べてゆっくりと変化する場合は、入射光の偏光方向はこの液晶分子の配向方向の変化に追随して変化する（例えば、液晶の配向方向が右回りに変化する場合は偏光方向も右回りに変化する。）。このため、透明物質の層付近で液晶の配向が場所により異なっても入射光は屈折率変化を充分に感じることになる。
　【００９３】
　このような構成によれば、特殊な膜を塗布したり、表面に凹凸のある面を配向処理する必要がないため、本装置の作製が容易となる。
　【００９４】
　【第１０の形態】
　図２０は請求項
９
　【００９５】
　【第１１の形態】
　図２１は請求項
３
　【００９６】
　本例においては、屈折率可変物質８１は、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しており、その誘電率異方性としては、周波数ｆ３１の時に誘電率異方性Δε（＝ε‖（分子の長軸に平行な誘電率）−ε⊥（分子の長軸に垂直な誘電率））がプラスであり、周波数ｆ３２の時に誘電率異方性Δεがマイナスである例を用いる。さらに屈折率異方性としてはｎｏ（正常屈折率）がｎｅ（異常屈折率）より概ね小さい例を用いる。
　【００９７】
　駆動装置８４より周波数ｆ３１の電界が透明電極８２，８３間に印加された場合には、Δε＞０なので、屈折率可変物質８１の分子は電界方向に平行な向き、即ち透明電極８２，８３に対してほぼ垂直に立つ。このため、屈折率可変物質８１の屈折率はｎｏとなり、この屈折率と層の厚さとの積に対応した位相ずれを入射光８５に対してもたらす。
　【００９８】
　一方、駆動装置８４より周波数ｆ３２の電界が透明電極８２，８３間に印加された場合には、Δε＜０なので、屈折率可変物質８１の分子は電界方向に垂直な向き、即ち透明電極８２，８３に対してほぼ平行になる。このため、屈折率可変物質８１の屈折率はｎｅとなり、屈折率が大きくなるため、入射光８５にもたらされる位相ずれは周波数ｆ３１の場合に比べて大きくなる。
　【００９９】
　このように本例では、屈折率可変物質８１の屈折率を変化させることにより、光学装置の光学的性質のうち、光の位相ずれを変化させることができる。
　【０１００】
　しかしながら、前述したようにΔε＞０の場合には分子の長軸が電界に沿って配向し、Δε＜０の場合には分子の長軸が電界に垂直に配向するため、周波数を単純に変えるだけでは、光学装置の光学的性質における中間値、例えば屈折率ｎｏとｎｅに対応する位相ずれの中間値に変化させることはできない（なお、配向規制力と電界の力との釣合によって変化させることはできるが、これは従来例で述べたように多くの欠点を有している。）。
　【０１０１】
　図２２、２３は前記光学的性質を連続的に変化できる駆動電圧波形の一例を示すもので、図２２は正弦波の場合を、また、図２３は矩形波の場合をそれぞれ示す。本例では、周波数ｆ３１を主な周波数とする電圧Ｖｓ１（正弦波の場合）またはＶｒ１（矩形波の場合）と、周波数ｆ３２を主な周波数とする電圧Ｖｓ２（正弦波の場合）またはＶｒ２（矩形波の場合）とを、ある電圧比で重畳した電圧Ｖｓｓ（正弦波の場合）またはＶｒｒ（矩形波の場合）を印加する。
　【０１０２】
　このように駆動すると、２周波駆動液晶の分子は、その長軸を電界に沿って配向させる力（周波数ｆ３１印加時）と、その長軸を電界に垂直に配向させる力（周波数ｆ３２印加時）との相反する向きの力を前記電圧比に応じて同時に感じることになる。このため、分子は前記電圧比に応じて、この相反する向きの力が均衡する角度で電界方向から傾くことになり、屈折率に高速で連続的な変化をもたらすことができる。また、この作用に液晶の結晶としての束縛力とが合わさり、広いドメイン領域に亘ってほぼ均一で高速な液晶の配向運動が可能となる。
　【０１０３】
　ここで、駆動電圧の波形は正弦波や矩形波である必要はなく、これらの周波数を主な周波数として含む鋸歯状波等でも良いことはいうまでもない。また、振幅に時間的変化を持たせても良いことは明らかである。さらにまた、本例では２つの周波数を用いたが、より多くの周波数を用いても良いことはいうまでもない。
　【０１０４】
　本例の駆動方法による屈折率変化は電界が主要因であるため、その振幅を大きくすることにより、さらに高速化を図ることが可能となる。即ち、透明電極間が数１００μｍ程度と厚い場合であっても、屈折率可変物質としての２周波駆動液晶の屈折率変化の応答速度として数１０ｍｓ程度以下に高速化できる。
　【０１０５】
　【第１２の形態】
　図２４、２５は請求項
３
の光
　【０１０６】
　透明物質の層８６は所望の曲面の表面形状を有する透明な高分子やガラス等からなり、透明電極８２，８３間に配置されている。
　【０１０７】
　ここでは能動的な光学装置の一つとして、焦点距離が可変な平凸レンズ（焦点距離がプラス）の提供を目的とし、例えば屈折率可変物質８１の屈折率の方が透明物質の層８６の屈折率よりも概ね大きい場合には、屈折率可変物質８１を凸レンズ形状とすれば良い。従って、屈折率可変物質８１側の透明物質の層８６の表面形状を、図示したような凹フレネルレンズ形状等とすれば良い。むろん、屈折率可変物質８１の屈折率の方が透明物質の層８６の屈折率よりも概ね小さい場合には、屈折率可変物質８１側の透明物質の層８６の表面形状を、例えば凸フレネルレンズ形状とすれば良いことは明らかである。
　【０１０８】
　本例においては、屈折率可変物質８１は、屈折率異方性及び誘電率異方性を有しており、その誘電率異方性としては、周波数ｆ３１の時にΔε＞０であり、周波数ｆ３２の時にΔε＜０である例を用いる。さらに屈折率異方性としてはｎｏが透明物質の層８６の屈折率とほぼ等しく、ｎｅが透明物質の層８６より概ね大きい例を用いる。
　【０１０９】
　駆動装置８４より周波数ｆ３１の電界が透明電極８２，８３間に印加された場合には、Δε＞０なので、屈折率可変物質８１の分子は電界方向に平行な向き、即ち透明電極８２，８３に対してほぼ垂直に立つ。このため、前述した透明物質の層８６と屈折率可変物質８１との屈折率の関係から、屈折率可変物質８１の屈折率は透明物質の層８６の屈折率とほぼ同じとなる。従って、本発明の光学装置に入射してきた光８５はほとんど変化を受けずに出射光８７として透過する。
　【０１１０】
　一方、駆動装置８４より周波数ｆ３２の電界が透明電極８２，８３間に印加された場合には、Δε＜０なので、屈折率可変物質８１の分子は電界方向に垂直な向き、即ち透明電極８２，８３にほぼ平行になる。このため、前述した透明物質の層８６と屈折率可変物質８１との屈折率の関係から、屈折率可変物質８１の屈折率は透明物質の層８６の屈折率よりも大きくなる。ここで、屈折率可変物質８１の部分は凸フレネルレンズ形状となるため、本光学装置は、屈折率可変物質８１の分子の長軸と平行の偏光で入射してきた光８５に対しては凸フレネルレンズとして機能し、出射光８８のように集束する。
　【０１１１】
　このように本例では、屈折率可変物質８１の屈折率を変化させることにより、光学装置の光学的性質のうち、レンズの焦点距離を変化させることができる。
　【０１１２】
　しかしながら、前述したように、周波数を単純に変えるだけでは屈折率可変物質の屈折率をｎｏとｎｅとの中間の値に変化させることができず、レンズの焦点距離のような光学装置の光学的性質も中間的な値に変化させることはできない。
　【０１１３】
　この光学的性質の連続的な変化は、例えば図２２または２３に示したような、周波数ｆ３１を主な周波数とする電圧Ｖ３１と、周波数ｆ３２を主な周波数とする電圧Ｖ３２とを、ある電圧比で重畳して印加することにより可能となる。この時、２周波駆動液晶の分子は前記電圧比に応じて、この相反する向きの力が均衡する角度で電界方向から傾くことになる。これにより、屈折率に高速で連続的な変化をもたらすことができる。また、この作用に液晶の結晶としての束縛力とが合わさり、広いドメイン領域に亘ってほぼ均一で高速な液晶の配向運動が可能となり、均一な光学的性質の変化が達成できる。
　【０１１４】
　図２５は前記光学的性質の連続的な変化の一例を示すものである。この例では、透明物質の層の表面形状としてプリズム形状を用いている。横軸は周波数ｆ３１を主な周波数とする電圧Ｖ３１と、周波数ｆ３２を主な周波数とする電圧Ｖ３２における電圧比Ｖ３２／（Ｖ３１＋Ｖ３２）であり、縦軸は屈折率変化に伴う出射光の偏向角度である。同図から、電圧比Ｖ３２／（Ｖ３１＋Ｖ３２）が増加するにつれて偏向角度がアナログ的に変化することが分かる。なお、本例における出射光の形も、図１０に示したものと同様であり、液晶が広い領域においてほぼ均一な配向運動を行っていることは明らかである。
　【０１１５】
　ここで、駆動電圧の波形は正弦波である必要はなく、これらの周波数を主な周波数として含む矩形波や鋸歯状波等でも良いことはいうまでもない。また、振幅に時間的変化を持たせても良いことは明らかである。さらにまた、本例では２つの周波数を用いたが、より多くの周波数を用いても良いことはいうまでもない。
　【０１１６】
　本例の駆動方法による屈折率変化は電界が主要因であるため、その振幅を大きくすることにより、さらに高速化を図ることが可能となる。即ち、透明電極間が数１００μｍ程度と厚い場合であっても、屈折率可変物質としての２周波駆動液晶の屈折率変化の応答速度として数１０ｍｓ程度以下に高速化できる。
　【０１１７】
　また、電界の及ぼす力によって屈折率可変物質８１の配向を変化させ、かつ透明電極８２を透明物質の層８６の屈折率可変物質側に設けないため、屈折率可変物質がいずれの配向状態の場合でも、図１乃至５に示した従来例に比べて透明物質の層８６の表面形状の影響を受けにくい。
　【０１１８】
　また、透明電極８２を透明物質の層８６の屈折率可変物質側に設けないため、複雑な形状の部分に膜を形成する必要がなく、図１乃至５に示した従来例に比べて、製作が容易となる。
　【０１１９】
　さらにまた、透明電極８２を透明物質の層８６の屈折率可変物質側に設けないため、透明電極８２，８３間の距離を概ね同じ距離とすることも容易であり、しかも透明電極８２，８３間に常に透明物質の層８６が存在するため、図１乃至５に示した従来例と異なり、絶縁性の劣化や短絡等が起こり難い。
　【０１２０】
　このように、本例では、従来例に比べて、駆動の高速化を図れ、均一性、製作の容易化、駆動上の問題点を解決できることが明らかである。
　【０１２１】
　【第１３の形態】
　図２６は請求項
４
　【０１２２】
　本例の駆動方法では、周波数ｆ３１を主な周波数とする電圧と、周波数ｆ３２を主な周波数とする電圧とを、ある電圧比で重畳して印加し、さらにある瞬間に電圧の供給を一時停止し、その後、供給を再開する。
　【０１２３】
　このように電圧の供給を一旦停止すると、２周波駆動液晶の分子は前記電圧比に対応する傾きで停止し、配向規制力や温度等によるゆらぎ等によって、徐々にその配向が乱されるまでその状態を維持する。配向規制力や温度等によるゆらぎ等によって配向が乱されるまでの時間としては、通常、数秒以上かかる。従って、この時間内に再び電圧供給を開始すれば、配向の乱れを少なく保つことができ、しかもこの小さな配向の乱れも一定時間の電圧供給の再開によりなくすことができる。このように駆動することにより、前述した乱れを直すための一定のリフレッシュ時間は定期的に必要であるが、常に電圧を印加する必要のない高速な屈折率変化をもたらすことができる。
　【０１２４】
　この駆動方法も、図１２に示したような多くのセルをマトリックス状に配置した装置に適用することができる。駆動シーケンスとしては、まず、（１）一定時間のリフレッシュ動作（図２２または２３に示したような動作）の後に、（２）各々のセルにおいて必要とされる屈折率変化に対応した位相において各々のセルへの電圧供給を停止する。そして、各セルにおいて一定時間後に再びリフレッシュ動作に入る。このような駆動を繰り返すことにより、多くのセルからなるマトリックス装置を駆動できる。
　【０１２５】
　ここで、駆動電圧の波形は正弦波である必要はなく、これらの周波数を主な周波数として含む矩形波や鋸歯状波等でも良いことはいうまでもない。また、振幅に周期的変化を持たせても良いことは明らかである。さらにまた、本例では２つの周波数を用いたが、より多くの周波数を用いても良いことはいうまでもない。
　【０１２６】
　本例の駆動方法による屈折率変化は電界が主要因であるため、その振幅を大きくすることにより、さらに高速化を図ることが可能となる。即ち、本駆動方法による屈折率変化の周期は従来の数秒から数ｍｓ〜数１０ｍｓ程度以上まで高速化できる。この速度は図２１に示したような構造における透明電極間が数１００μｍ程度に厚くなる場合であり、このような構造でも十分な速度が得られることを示している。
　【０１２７】
　なお、前述した第４乃至第１０の形態においても、第１１、第１２の形態で説明した、周波数ｆ３１を主な周波数とする電圧と周波数ｆ３２を主な周波数とする電圧とをある電圧比で重畳した電圧で駆動しても良く、また、第１３の形態で説明した、周波数ｆ３１を主な周波数とする電圧と周波数ｆ３２を主な周波数とする電圧とをある電圧比で重畳して印加し、さらにある瞬間に電圧の供給を一時停止し、その後、供給を再開する方法で駆動しても良い。
　【０１２８】
　【第１４の形態】
　これまでの説明では、屈折率可変物質を駆動するための２つの電極を両方とも透明電極としたが、このうちの一方を鏡面を形成する電極とすることも用途によっては、例えば焦点距離や光偏向角等の光学特性が変化するアクティブなミラーを必要とするような場合等には有益となる。また、この電極をハーフミラーを形成する電極とし、焦点距離や光偏向角等の光学特性が変化するアクティブなハーフミラーとして用いることも有益である。
　【０１２９】
　図２７は請求項
７
　【０１３０】
　電極９１は、図６の装置における透明電極２４の代わりに配置された鏡面を形成する電極であり、例えばアルミ膜やクロム膜等からなる金属電極で構成される。
　【０１３１】
　前記構成において、図示しない駆動装置から周波数ｆ１１が印加されると、第１の形態の場合と同様に透明物質の層２１の屈折率と屈折率可変物質２２の屈折率とはほぼ同じであるから、透明電極２３側から入射した入射光９２は、ほとんど変化を受けずに電極９１に達し、ここで反射されて透明電極２３側から出射光９３として出射される。
　【０１３２】
　一方、周波数ｆ１２が印加されると、屈折率可変物質２２の屈折率の変化に応じた光学効果、例えばレンズ効果や偏向効果等を受けて電極９１に達し、ここで反射されて再び同様な光学効果を受け、透明電極２３側から出射光９４として出射される。
　【０１３３】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、焦点可変なミラーや偏向角可変なミラーを実現できる。
　【０１３４】
　【第１５の形態】
　図２８は請求項
７
　【０１３５】
　前記構成において、図示しない駆動装置から周波数ｆ１１が印加されると、第１の形態の場合と同様に透明物質の層２１の屈折率と屈折率可変物質２２の屈折率とはほぼ同じであるから、透明電極２３側から入射した入射光９２は、ほとんど変化を受けずに電極９５に達する。電極９５に達した光の一部は該電極９５を透過し、出射光９６ａとして出射され、残りの光は反射されて透明電極２３側から出射光９６ｂとして出射される。
　【０１３６】
　一方、周波数ｆ１２が印加されると、屈折率可変物質２２の屈折率の変化に応じた光学効果、例えばレンズ効果や偏向効果等を受けて電極９５に達するが、該達した光の一部は該電極９５を透過し、出射光９７ａとして出射され、残りの光は反射されて再び同様な光学効果を受け、透明電極２３側から出射光９７ｂとして出射される。
　【０１３７】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、焦点可変なレンズ及びミラー、偏向角可変な透過性光学素子及びミラー等を同時に実現できる。また、電極９５側から入射光を入射すれば、焦点可変なレンズ及び単純なミラー、偏向角可変な透過性光学素子及び単純なミラー等を同時に実現できる。
　【０１３８】
　【第１６の形態】
　図２９は請求項
７
　【０１３９】
　前記構成において、電極９８側から入射光９２を入射すると、その一部は該電極９８で反射され、残りは透明物質の層２１及び屈折率可変物質２２側に入射する。
　【０１４０】
　この際、図示しない駆動装置から周波数ｆ１１が印加されると、第１の形態の場合と同様に透明物質の層２１の屈折率と屈折率可変物質２２の屈折率とはほぼ同じであるから、入射した光はほとんど変化を受けずに電極９１に達し、ここで反射される。該反射された光は再び電極９８に達し、再度、その一部が反射され、残りが外部に出射し、以下、同様な工程を繰り返すが、この場合は何ら光学効果を受けないので、出射光は入射光９２の単なる反射光となる。
　【０１４１】
　一方、周波数ｆ１２が印加されると、電極９８を透過した光は屈折率可変物質２２の屈折率の変化に応じた光学効果、例えばレンズ効果や偏向効果等を受けて電極９１に達し、ここで反射される。該反射された光は再び同様な光学効果を受けて電極９８に達し、再度、その一部が反射され、残りが外部に出射し、以下、同様な工程を繰り返すが、この繰り返しの度に光学効果を受けるため、繰り返す回数に応じて大きな光学効果が加えられた出射光９９として出射される。
　【０１４２】
　このように本例では、屈折率可変物質２２の屈折率を変化させることにより、多数の焦点を同時に有しかつその焦点を可変なレンズ、多数の偏向角を同時に有しかつその偏向角を可変な光学素子等を実現できる。この際、同時に具備し得る焦点や偏向角の数は、電極９８の透過／反射の割合を調節することにより実質的に決定できる。
　【０１４３】
　【発明の効果】
　以上説明したように、本発明
に適用した前記第１の光学素子
　【０１４４】
　また、本発明
に適用した前記第２の光学素子
　【０１４５】
　また、本発明の請求項
１
　【０１４６】
　また、本発明の請求項
２
　【０１４７】
　また、本発明の請求項
３
　【０１４８】
　また、本発明の請求項
４
　【０１４９】
　また、本発明の請求項
６
　【０１５０】
　また、本発明の請求項
７
　【０１５１】
　また、本発明の請求項
９
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　従来の液晶レンズの一例を示す構成図
　【図２】
　図１の装置における焦点距離と印加電圧との関係図
　【図３】
　図１の装置における反応時間と印加電圧との関係図
　【図４】
　図１の装置における配向規制力による液晶分子の配列の概念図
　【図５】
　図１の装置における電圧印加時の液晶分子の配列の概念図
　【図６】
　本発明の光学装置の第１の実施の形態を示す構成図
　【図７】
　本発明の光学装置の第２の実施の形態を説明する液晶の誘電率と周波数との関係図
　【図８】
　本発明の光学装置の第２の実施の形態を説明する駆動電圧波形図
　【図９】
　本発明の光学装置の第２の実施の形態を説明する液晶の連続的な周期的運動の説明図
　【図１０】本発明の光学装置の第２の実施の形態を説明する出射光の輝度の平面分布グラフ
　【図１１】
　本発明の光学装置の第２の実施の形態を説明する他の駆動電圧波形図
　【図１２】
　本発明の光学装置の第２の実施の形態を説明するマトリックス装置の構成図
　【図１３】
　本発明の光学装置の第３の実施の形態を示す構成図
　【図１４】
　本発明の光学装置の第４の実施の形態を示す構成図
　【図１５】
　本発明の光学装置の第５の実施の形態を示す構成図
　【図１６】
　本発明の光学装置の第６の実施の形態を示す構成図
　【図１７】
　本発明の光学装置の第７の実施の形態を示す構成図
　【図１８】
　本発明の光学装置の第８の実施の形態を示す構成図
　【図１９】
　本発明の光学装置の第９の実施の形態を示す構成図
　【図２０】
　本発明の光学装置の第１０の実施の形態を示す構成図
　【図２１】
　本発明の光学装置の第１１の実施の形態を示す構成図
　【図２２】
　本発明の光学装置の第１１の実施の形態を説明する駆動電圧波形図
　【図２３】
　本発明の光学装置の第１１の実施の形態を説明する駆動電圧波形図
　【図２４】
　本発明の光学装置の第１２の実施の形態を示す構成図
　【図２５】
　本発明の光学装置の第１２の実施の形態を説明する光学的性質の連続的な変化の説明図
　【図２６】
　本発明の光学装置の第１３の実施の形態を説明する駆動電圧波形図
　【図２７】
　本発明の光学装置の第１４の実施の形態を示す構成図
　【図２８】
　本発明の光学装置の第１５の実施の形態を示す構成図
　【図２９】
　本発明の光学装置の第１６の実施の形態を示す構成図
　【符号の説明】
　２１，４１，４５，４７，４９，５１，５３，８６…透明物質の層、２２，８１…屈折率可変物質、２３，２４，８２，８３…透明電極、２５，８４…駆動装置、６１…配向膜、３１…セル、７１，７２…光学装置、９１，９５，９８…電極。