(57)【要約】【課題】広い波長域において高い回折効率を有するとともに、少なくとも２つの電気活性化状態を有する光学素子を提供する。【解決手段】第１の状態と第２の状態とに切り替え可能な光学素子（１００）であって、第１の材料（１１０）で構成される第１の光学要素と、第２の材料（１２０）で構成される第２の光学要素とを有し、第１の光学要素および第２の光学要素の少なくとも一方は、凹凸形状の光学面を有し、第１の状態において、設計回折次数をｍｉ、第１の材料の屈折率をｎｉ１、第２の材料の屈折率をｎｉ２、第２の状態において、設計回折次数をｍｊ、第１の材料の屈折率をｎｊ１、第２の材料の屈折率をｎｊ２とするとき、所定の条件を満足する。【選択図】図１
2019120789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の状態と第２の状態とに切り替え可能な光学素子であって、
第１の材料で構成される第１の光学要素と、
第２の材料で構成される第２の光学要素とを有し、
前記第１の光学要素および前記第２の光学要素の少なくとも一方は、凹凸形状の光学面を有し、
前記第１の状態において、設計回折次数をｍｉ、前記第１の材料の屈折率をｎｉ１、前記第２の材料の屈折率をｎｉ２とし、前記第２の状態において、設計回折次数をｍｊ、前記第１の材料の屈折率をｎｊ１、前記第２の材料の屈折率をｎｊ２とするとき、
｜ｍｊ／ｍｉ−（ｎｊ２−ｎｊ１）／（ｎｉ２−ｎｉ１）｜≦０．１
なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の状態は、第１の電気活性化状態であり、
前記第２の状態は、第２の電気活性化状態であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の状態において、前記第１の材料の屈折率をｎｉ１、前記第２の材料の屈折率をｎｉ２とするとき、
ｎｉ１＜ｎｉ２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１の状態において、前記第１の材料のアッベ数をνｉ１、前記第２の材料のアッベ数をνｉ２とするとき、
νｉ１＜νｉ２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の材料および前記第２の材料はそれぞれ、０．０８以上の複屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の材料の屈折率ｎｉ１および前記第２の材料の屈折率ｎｉ２は、
０．００６≦（ｎｉ２−ｎｉ１）≦０．０６０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記光学素子は、更に、電気不活性化状態である第３の状態に切り替え可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の材料は、前記第１の状態と前記第２の状態と前記第３の状態とで前記第１の材料の屈折率および前記第１の材料のアッベ数が変化し、
前記第２の材料は、前記第１の状態と前記第２の状態と前記第３の状態とで前記第２の材料の屈折率および前記第２の材料のアッベ数が変化することを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１の材料および前記第２の材料のそれぞれは、印加される電圧に応じて、前記第１の状態と前記第２の状態と前記第３の状態とで変化する電気活性材料であることを特徴とする請求項７または８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第３の状態から前記第１の状態へ変化したときの前記第１の材料の屈折率の変化量および前記第１の材料のアッベ数の変化量をそれぞれΔｎｉ１、Δνｉ１、前記第３の状態から前記第１の状態へ変化したときの前記第２の材料の屈折率の変化量および前記第２の材料のアッベ数の変化量をそれぞれΔｎｉ２、Δνｉ２とするとき、
Δｎｉ１／Δνｉ１＜Δｎｉ２／Δνｉ２
なる条件を満足することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記変化量Δｎｉ１、Δνｉ１、Δｎｉ２、Δνｉ２は、
（Δｎｉ１／Δνｉ１）／（Δｎｉ２／Δνｉ２）≧１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第３の状態における前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率との差は、前記第１の状態における前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率との差よりも小さいことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記第３の状態における前記第１の材料のアッベ数と前記第２の材料のアッベ数との差は、前記第１の状態における前記第１の材料のアッベ数と前記第２の材料のアッベ数との差よりも小さいことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記第１の材料および前記第２の材料の少なくとも一方に隣接した基板を更に含み、
前記基板は、前記第１の材料または前記第２の材料に向かって凸形状であり、
前記第１の状態において、前記光学素子のパワーをφｉ、前記凹凸形状の光学面のパワーをφｉＤＯとするとき、
０．２≦φｉＤＯ／φｉ≦０．４
なる条件を満足することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記第１の材料または前記第２の材料に隣接した、セグメント化された透明電極を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記第３の状態における前記第１の材料の屈折率および前記第２の材料の屈折率のそれぞれと、前記基板の屈折率との差は、前記第１の状態における前記第１の材料の屈折率および前記第２の材料の屈折率のそれぞれと、前記基板の前記屈折率との差よりも小さいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の光学素子。
【請求項１７】
前記第３の状態における前記第１の材料のアッベ数および前記第２の材料のアッベ数ν２のそれぞれと、前記基板のアッベ数との差は、前記第１の状態における前記第１の材料のアッベ数および前記第２の材料のアッベ数のそれぞれと、前記基板の前記アッベ数との差よりも小さいことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１８】
前記第１の材料および前記第２の材料はそれぞれ、コレステリック液晶、またはカイラルツイスト剤が添加されたネマチック液晶であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記光学素子は、可変焦点機能を有する液晶回折レンズであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子を前記第１の状態または前記第２の状態に設定可能な制御部と、を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変焦点機能を有する液晶回折レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、老眼用パワー部を可変パワーとし、無限遠などの遠方を見る際はパワーを付加させことなく読書距離などの至近を見る際にのみパワーを付加する電気活性素子（液晶回折レンズ）を用いた眼鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３７５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された液晶回折レンズは、電気活性化状態において回折面を挟んで低屈折率かつ低分散な液晶材料と高屈折率かつ高分散な基板とを組み合わせて用いられているため、広い波長域において高い回折効率を実現することが困難である。また、特許文献１に開示された液晶回折レンズは、電気不活性化状態と１つの電気活性化状態の２つのパワーの状態しか取ることができない。
【０００５】
そこで本発明は、広い波長域において高い回折効率を有するとともに、少なくとも二つの電気活性化状態を有する光学素子および光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての光学素子は、第１の状態と第２の状態とに切り替え可能な光学素子であって、第１の材料で構成される第１の光学要素と、第２の材料で構成される第２の光学要素とを有し、前記第１の光学要素および前記第２の光学要素の少なくとも一方は、凹凸形状の光学面を有し、前記第１の状態において、設計回折次数をｍｉ、前記第１の材料の屈折率をｎｉ１、前記第２の材料の屈折率をｎｉ２とし、前記第２の状態において、設計回折次数をｍｊ、前記第１の材料の屈折率をｎｊ１、前記第２の材料の屈折率をｎｊ２とするとき、所定の条件を満足する。
【０００７】
本発明の他の側面としての光学機器は、前記光学素子と、前記光学素子を前記第１の状態または前記第２の状態に設定可能な制御部とを有する。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、広い波長域において高い回折効率を有するとともに、少なくとも２つの電気活性化状態を有する光学素子および光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態における光学素子の構成図である。
【図２】本実施形態における光学素子を構成する材料の屈折率およびアッベ数である。
【図３】本実施形態における光学素子の回折効率である。
【図４】本実施形態における第１の変形例としての光学素子の構成図である。
【図５】本実施形態における第１の変形例としての光学素子を構成する材料の屈折率およびアッベ数である。
【図６】本実施形態における第１の変形例としての光学素子の回折効率である。
【図７】本実施形態における第２の変形例としての光学素子の構成図である。
【図８】本実施形態における第３の変形例としての光学素子の構成図である。
【図９】比較例としての光学素子の構成図である。
【図１０】比較例としての光学素子を構成する材料の屈折率およびアッベ数である。
【図１１】比較例としての光学素子の回折効率である。
【図１２】本実施形態における光学機器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
まず、図９乃至図１１を参照して、比較例としての光学素子（液晶回折レンズまたは電気活性レンズ）について説明する。図９は、比較例としての液晶回折レンズ５００の構成図（断面図）である。液晶回折レンズ５００は、略平坦な表面を有する基板５１０、レリーフ面（（凹凸形状の光学面））を有する基板５２０、および、基板５１０と基板５２０との間に設けられた液晶材料５３０を備えて構成される。レリーフ面とは、高さ（深さ）が光の波長程度の微細なレリーフ形状（起伏形状または凹凸形状）を有する面である。液晶材料５３０に面する２つの基板５１０、５２０の表面は、光学的に透明な単一の電極５４０、５５０でそれぞれ被覆されている。図１０は、比較例としての液晶回折レンズを構成する材料（基板５２０、液晶材料５３０）の屈折率およびアッベ数である。図１０に示されるように、基板５２０の屈折率およびアッベ数と、電気不活性化状態での液晶材料５３０の屈折率およびアッベ数とをそれぞれ略一致させ、電気活性化状態にて液晶材料５３０の屈折率を変化させることによりパワーを発生させる。しかしながら、このような構成の液晶回折レンズでは、電気活性化状態において回折面を挟んで低屈折率・低分散な液晶材料と高屈折率・高分散な基板との組み合わせとなり、広い波長域において高い回折効率を得ることは困難である。なお本実施形態において、回折効率は、入射光束に対する各回折方向へ伝播する光束の割合として定義される。
【００１３】
図１１は、比較例としての光学素子（液晶回折レンズ５００）の回折効率である。設計波長である５５０ｎｍにおいて、設計次数である１次光の回折効率は高いが、設計波長から離れた波長では回折効率が低下し、特に短波長域では大きく低下してしまう。そして、設計次数で回折効率が低下した分の光は、他の回折次数の光となる。設計次数以外の光はフレア光となり、コントラストを低下させる。このため、読書時などに液晶回折レンズ５００を用いると、不要回折光（０次光や２次光）によるフレアが顕著となり、文字の視認性が低下して好ましくない。
【００１４】
また、液晶回折レンズ５００では、電気不活性化状態と電気活性化状態の２つのパワーの状態しか取ることができない。一般的に、６０歳代での眼の屈折力の調節幅は１Ｄ程度となるため、読書距離（３０ｃｍ程度）の近点に焦点を合わせるためには２Ｄの付加パワーが必要となる。一方、文字が小さく読書距離では上手く視認できない場合などでは、読書距離よりもさらに近い距離（２０ｃｍ程度）にて対象を見る必要があり、このとき必要になる付加パワーは３Ｄとなる。このような使用用途では、液晶回折レンズは異なるパワーの複数の電気活性化状態を有することが好ましい。
【００１５】
本実施形態の光学素子（液晶回折レンズまたは電気活性レンズ）は、少なくとも２つの電気活性化状態を有し、それぞれの電気活性化状態にて異なる光学的状態となる。ここで、光学的状態とは、電気活性レンズの光学的パワー（焦点距離）を意味し、電気活性レンズは、電気不活性化状態（第３の状態）と少なくとも２つの電気活性化状態（第１の状態および第２の状態）にて、それぞれ異なるパワーを有する。代表的な例としては、電気不活性化状態において実質的にパワーを有しておらず、第１の電気活性化状態において第１のパワー（例えば＋２Ｄ）を有し、第２の電気活性化状態において第２のパワー（例えば＋３Ｄ）を有する。このような電気活性レンズを老眼鏡（光学機器）に用いることにより、無限遠などの遠方を見る際は老眼用パワー部にパワーを付加させず、読書距離などの至近を見る際にのみ老眼用パワー部にパワーを付加することが可能となる。
【００１６】
次に、図１乃至図３を参照して、本実施形態における光学素子（電気活性レンズ）について説明する。本実施形態の光学素子は、可変焦点機能を有する液晶回折レンズである。図１は、本実施形態における光学素子（電気活性レンズ１００）の構成図（断面図）である。
【００１７】
電気活性レンズ１００は、第１の光学要素と第２の光学要素とを有する。第１の光学要素は、第１の屈折率（第１の材料の屈折率）および第１のアッベ数（第１の材料のアッベ数）を有する第１の電気活性材料１１０（第１の材料、液晶材料）で構成される。第２の光学要素は、第２の屈折率（第２の材料の屈折率）および第２のアッベ数（第２の材料のアッベ数）を有する第２の電気活性材料１２０（第２の材料、液晶材料）で構成される。本実施形態において、第１の電気活性材料１１０と第２の電気活性材料１２０は、互いに異なる光学的性質（屈折率やアッベ数など）を有する。
【００１８】
第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０のそれぞれの少なくとも一方の面はレリーフ面（凹凸形状を有する光学面）である。また電気活性レンズ１００は、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０を保持するため、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０を挟むように設けられた一対の基板１３０、１４０を有する。基板１３０、１４０はそれぞれ、第１の電気活性材料１１０または第２の電気活性材料１２０の一方側に設けられている。すなわち基板１３０、１４０は、第１の光学要素および第２の光学要素の少なくとも一方に隣接している（または近傍に配置されている）。基板１３０は、第１の電気活性材料１１０に近接する面が第１の電気活性材料１１０側へ向けて凸形状となるように構成されている。基板１４０は、第２の電気活性材料１２０に近接する面が第２の電気活性材料１２０側へ向けて凸形状となるように構成されている。
【００１９】
また電気活性レンズ１００は、第１の電気活性材料１１０または第２の電気活性材料１２０に近接して設けられた光学的に透明な電極１５０、１６０、１７０を有する。光学的に透明な電極１５０、１６０、１７０は、例えばＩＴＯから構成される。電極１６０、１７０はそれぞれ、セグメント化された電極である。電極１５０、１６０、１７０のそれぞれ面のうち対応する電気活性材料に接する面に配向膜を設けてもよく、この構成により電気活性材料の配向を制御することができる。電極１５０、１６０、１７０は、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０のそれぞれに所定の電圧を印加し、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０のそれぞれの屈折率およびアッベ数を所望の値に変化させる。このように第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０のそれぞれは、印加される電圧に応じて、電気不活性化状態（第３の状態）と電気活性化状態（第１の状態と第２の状態）とで変化する。
【００２０】
第１の電気活性化状態において、垂直入射（図１中の上下方向の入射）に対する光の回折効率を最大にするには、レリーフ形状の山と溝の光路長差を波長の整数倍とすればよい。このとき、以下の式（１）が成立する。
【００２１】
｛ｎ１２（λ０）−ｎ１１（λ０）｝ｄ＝ｍ１λ０  …  （１）
式（１）において、λ０は設計波長、ｄはレリーフ形状の高さ、ｎ１１（λ）、ｎ１２（λ）はそれぞれ第１の電気活性化状態における波長λに関する第１の屈折率および第２の屈折率、ｍ１は第１の電気活性化状態における設計回折次数である。同様に、第２の電気活性化状態において、垂直入射に対する光の回折効率を最大にするための条件は、以下の式（２）のように表される。
【００２２】
｛ｎ２２（λ０）−ｎ２１（λ０）｝ｄ＝ｍ２λ０  …  （２）
式（２）において、ｎ２１（λ）およびｎ２２（λ）はそれぞれ第２の電気活性化状態における波長λに関する第１の屈折率および第２の屈折率、ｍ２は第２の電気活性化状態における設計回折次数である。式（１）および式（２）より、第１の電気活性化状態と第２の電気活性化状態のそれぞれにおいて回折効率を最大にするには、以下の式（３）を満足する必要がある。
【００２３】
ｍ２／ｍ１＝｛ｎ２２（λ０）−ｎ２１（λ０）｝／｛ｎ１２（λ０）−ｎ１１（λ０）｝  …  （３）
電気活性化状態を変更して電気活性レンズ１００のパワーを変更する際に、それぞれの電気活性化状態にて回折効率を最大にするには、設計回折次数の比および電気活性材料間の屈折率差の比を保ったまま、第１の屈折率および第２の屈折率を変更する必要がある。このため、第１の電気活性化状態における設計回折次数をｍｉ、第１の屈折率をｎｉ１、第２の屈折率をｎｉ２、第２の電気活性化状態における設計回折次数をｍｊ、第１の屈折率をｎｊ１、第２の屈折率をｎｊ２とするとき、以下の式（４）を満足する。
【００２４】
｜ｍｊ／ｍｉ−（ｎｊ２−ｎｊ１）／（ｎｉ２−ｎｉ１）｜≦０．１  …  （４）
式（４）において、設計回折次数ｍｉ、ｍｊは、ｍｉ≠０、ｍｊ≠０である。式（４）の上限値を上回ると、設計波長λ０における光の回折効率が低下し、電気活性化状態での視認性が劣化するため好ましくない。好ましくは、以下の式（４’）を満足することにより、それぞれの電気活性化状態において、視認性の高い電気活性レンズを実現することができる。
【００２５】
｜ｍｊ／ｍｉ−（ｎｊ２−ｎｊ１）／（ｎｉ２−ｎｉ１）｜≦０．０５  …  （４’）
式（４）および式（４’）において、第１の屈折率ｎｉ１、ｎｊ１、および、第２の屈折率ｎｉ２、ｎｊ２はそれぞれ、ｄ線に対する値である。例えば、第１の電気活性化状態において、式（１）が成立しない他の波長λにおけるｍ１次の回折効率η１は、以下の式（５）のように表される。
【００２６】
η１（λ）＝［ｓｉｎ｛π（φ１（λ）−ｍ１）｝／｛π（φ１（λ）−ｍ１）｝］２  …  （５）
式（５）において、φ１（λ）＝｛ｎ１２（λ）−ｎ１１（λ）｝ｄ／λである。全ての波長の光に対して式（１）を満足する場合、回折効率の波長依存性は解消される。設計次数をｍ１＝１とし、ｄ、Ｃ、Ｆ線のそれぞれに関して式（１）を満足する場合、以下の式（６）が導出される。
【００２７】
｛ｎ１２（λｄ）−ｎ１１（λｄ）｝／［｛ｎ１２（λＦ）−ｎ１２（λＣ）｝−｛ｎ１１（λＦ）−ｎ１１（λＣ）｝］＝λｄ／（λＦ−λＣ）  …  （６）
式（６）において、λｄ、λＣ、λＦはそれぞれｄ、Ｃ、Ｆ線の波長である。式（６）より、広い波長域において高い回折効率を実現するには、高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせで構成する必要があることが分かる。このため電気活性レンズ１００において、好ましくは、電気活性化状態での第１の屈折率ｎｉ１および第２の屈折率ｎｉ２は、以下の式（７）を満足する。
【００２８】
ｎｉ１＜ｎｉ２  …  （７）
また好ましくは、電気活性化状態での第１のアッベ数νｉ１および第２のアッベ数νｉ２は、以下の式（８）を満足する。
【００２９】
νｉ１＜νｉ２  …  （８）
式（７）において、第１の屈折率ｎｉ１および第２の屈折率ｎｉ２はそれぞれ、ｄ線に対する値である。式（８）において、第１のアッベ数νｉ１および第２のアッベ数νｉ２はそれぞれ、ｄ線を基準波長としたアッベ数である。
【００３０】
図２は、電気活性レンズ１００を構成する材料（第１の電気活性材料１１０、第２の電気活性材料１２０）の屈折率およびアッベ数である。図２において、実線は第１の電気活性材料１１０に対応し、破線は第２の電気活性材料１２０に対応している。電気不活性化状態において第１の電気活性材料１１０の屈折率およびアッベ数と第２の電気活性材料１２０の屈折率およびアッベ数とをそれぞれ略一致させ、電気活性化状態においてそれぞれの屈折率を変化させることによりパワーを発生させる。
【００３１】
電気活性レンズ１００において、第１の電気活性材料１１０は、電気不活性化状態（第３の状態）と第１の電気活性化状態（第１の状態）と第２の電気活性化状態（第２の状態）との間で第１の屈折率および第１のアッベ数が変化する。同様に、第２の電気活性材料１２０は、電気不活性化状態と第１の電気活性化状態と第２の電気活性化状態との間で第２の屈折率および第２のアッベ数が変化する。本実施形態において、電気不活性化状態から第１の電気活性化状態へ変化すると、第１の電気活性化状態における第１の電気活性材料１１０の第１の屈折率ｎ１１および第１のアッベ数ν１１はそれぞれｎ１１＝１．５１５、ν１１＝３３．９４となるように変化する。同様に、第１の電気活性化状態における第２の電気活性材料１２０の第２の屈折率ｎ１２および第２のアッベ数ν１２はそれぞれｎ１２＝１．５２５、ν１２＝３５．３０となるように変化する。また、第１の電気活性化状態から第２の電気活性化状態へ変化すると、第２の電気活性化状態における第１の電気活性材料１１０の第１の屈折率ｎ２１および第１のアッベ数ν２１はそれぞれｎ２１＝１．４８５、ν２１＝３６．７３となるように変化する。同様に、第２の電気活性化状態における第２の電気活性材料１２０の第２の屈折率ｎ２２および第２のアッベ数ν２２はそれぞれｎ２２＝１．５０５、ν２２＝３８．４４となるように変化する。このような構成により、第１および第２の電気活性化状態のそれぞれにおいて、高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせとなり、広い波長域において高い回折効率を実現することが可能となる。
【００３２】
図３は、電気活性化状態における電気活性レンズ１００の回折効率である。図３（Ａ）は第１の電気活性化状態における回折効率、図３（Ｂ）は第２の電気活性化状態における回折効率をそれぞれ示している。図３（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は波長（μｍ）、縦軸は回折効率をそれぞれ示している。第１の電気活性化状態における設計回折次数ｍ１は１次であり、第２の電気活性化状態における設計回折次数ｍ２は２次である。
【００３３】
図３（Ａ）から明らかなように、比較例としての液晶回折レンズ５００の回折効率（図１１）と比較して、第１の電気活性化状態における短波長および長波長での１次光の回折効率が向上しており、特に短波長側において回折効率は大きく改善している。これにより、不要回折光（０次光や２次光）によるフレアを低減させることができ、視認性を高めることが可能となる。図３（Ｂ）から明らかなように、第２の電気活性化状態において、設計波長（５５０ｎｍ）付近での回折効率を高く維持でき、高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせにより、設計波長以外での回折効率の低下を抑制することが可能となる。
【００３４】
電気活性レンズ１００において、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０は、以下の式（９）を満足することが好ましい。
【００３５】
Δｎｉ１／Δνｉ１＜Δｎｉ２／Δνｉ２  …  （９）
式（９）において、Δｎｉ１、Δνｉ１はそれぞれ、電気不活性化状態から電気活性化状態へ変化したときの第１の屈折率および第１のアッベ数の変化量である。Δｎｉ２、Δνｉ２はそれぞれ、電気不活性化状態から電気活性化状態へ変化したときの第２の屈折率および第２のアッベ数の変化量である。
【００３６】
屈折率の変化量Δｎ（変化量Δｎｉ１、変化量Δｎｉ２）とアッベ数の変化量Δν（変化量Δνｉ１、変化量Δνｉ２）との比Δｎ／Δνは、電気活性材料の屈折率およびアッベ数のｎ−ν図上での変化曲線の傾きを表す。本実施形態において、第１の電気活性材料１１０として、変化曲線の傾きが第１の電気活性化状態にてΔｎ１１／Δν１１＝−０．０１４となり、第２の電気活性化状態にてΔｎ２１／Δν２１＝−０．０１２となる材料を用いる。また、第２の電気活性材料１２０として、変化曲線の傾きが第１の電気活性化状態にてΔｎ１２／Δν１２＝−０．００８となり、第２の電気活性化状態にてΔｎ２２／Δν２２＝−０．００７となる材料を用いる。このような構成により、それぞれの電気活性化状態にて、高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせとなり、広い波長域において高い回折効率を実現することが可能となる。
【００３７】
電気活性レンズ１００において、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０はそれぞれ、０．０８以上の複屈折率を有することが好ましい。液晶などの一軸性光学材料は、常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅを有し、複屈折率は両者の差分ｎｅ−ｎｏと定義される。本実施形態においては、第１の電気活性材料１１０として常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅがそれぞれ、ｎｏ＝１．４８５、ｎｅ＝１．６０５となる材料を用いる。また第２の電気活性材料１２０として、常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅがそれぞれ、ｎｏ＝１．４９２、ｎｅ＝１．５９８となる材料を用いる。この場合、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０の複屈折率はそれぞれ、０．１２０、０．１０６となる。このように、複屈折率が０．０８以上の電気活性材料を用いることにより、電気不活性化状態から電気活性化状態への変化に伴う屈折率の変化のダイナミックレンジを広くすることができ、電気活性化状態における屈折率を容易に制御することが可能となる。
【００３８】
電気活性レンズ１００において、電気活性化状態における第１の屈折率ｎｉ１および第２の屈折率ｎｉ２は、以下の式（１０）を満足することが好ましい。
【００３９】
０．００６≦（ｎｉ２−ｎｉ１）≦０．０６０  …  （１０）
電気活性化状態において、垂直入射での光の回折効率を最大にするには、レリーフ面の山と溝の光路長差（レリーフ形状の高さｄ）を波長λの整数倍とする必要がある。ヒトの視覚システムは、可視光スペクトルの全ての波長の光に対して一様に応答しない。ヒトの視覚システムは、可視光スペクトルの中央付近で大きい応答を示すが、両端部の赤や青の波長に対しては、その応答は小さくなる。明順応条件での応答ピークは５５０ｎｍ付近にあるため、設計波長を５５０ｎｍとすることが一般的である。設計波長を５５０ｎｍ、設計回折次数を１次とする場合、式（１）または式（２）より、（ｎｉ２−ｎｉ１）＝５５０ｎｍ／ｄが得られる。
【００４０】
このため、式（１０）の上限値を上回ると、レリーフ形状の高さｄが小さくなり過ぎ、レリーフ形状の加工が困難となるため、好ましくない。レリーフ形状は、機械加工、型による転写、または、エッチングを含む多数の技術を用いて成形することが可能であるが、理想的にはレリーフ形状の高さが１０〜１００μｍとなることが好ましい。一方、式（１０）の下限値を下回ると、屈折率の差が小さくなり過ぎ、回折によるパワーの付加が困難となるため、好ましくない。
【００４１】
電気活性レンズ１００において、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０は、以下の式（１１）を満足することが好ましい。
【００４２】
（Δｎｉ１／Δνｉ１）／（Δｎｉ２／Δνｉ２）≧１．５  …  （１１）
屈折率の変化量Δｎおよびアッベ数の変化量Δνの比Δｎ／Δνは、電気活性材料の屈折率およびアッベ数のｎ−ν図上での変化曲線の傾きを表す。式（１１）の下限値を下回ると、第１の電気活性材料１１０と第２の電気活性材料１２０との変化曲線の傾きが互いに近い値となる。この場合、電気活性化状態において電気活性材料間の屈折率の差を確保しつつ、効果的に高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせを実現することが困難となり、好ましくない。
【００４３】
電気活性レンズ１００は、第１の電気活性材料１１０と第２の電気活性材料１２０を保持するため、２つの電気活性材料が間に位置するように設けられた一対の基板１３０、１４０を有する。電気活性化状態での軸上色収差を補正するため、電気活性レンズ１００において、基板１３０、１４０のそれぞれの電気活性材料側の面は、電気活性材料側へ向けて凸形状となっていることが好ましい。
【００４４】
ここで、電気活性レンズ１００を構成する第１の電気活性材料１１０、第２の電気活性材料１２０、レリーフ面、および、基板１３０、１４０を薄肉単レンズとして考え、色消し条件について説明する。第１の電気活性材料１１０の薄肉単レンズのパワーをφ１、第２の電気活性材料１２０の薄肉単レンズのパワーをφ２とする。また、第１の電気活性材料１１０に近接した基板１３０のパワーをφ１’、第２の電気活性材料１２０に近接した基板１４０のパワーをφ２’とする。このとき、色消し条件は、以下の式（１２）、（１３）のように表される。
【００４５】
φ１’＋φ１＋φＤＯ＋φ２＋φ２’＝φ  …  （１２）
φ１’／ν０＋φ１／ν１＋φＤＯ／νＤＯ＋φ２／ν２＋φ２’／ν０＝０  …  （１３）
式（１２）において、φは電気活性レンズ１００のパワー、φＤＯはレリーフ面のパワーである。式（１３）において、ν０は基板１３０、１４０のアッベ数であり、νＤＯ＝λｄ／（λＦ−λＣ）＝−３．４５３である。電気活性材料とその電気活性材料に近接した基板とは曲率面を共有している（共通の曲率を有する）ため、電気活性材料の薄肉単レンズのパワーは、基板の薄肉単レンズのパワーを用いて、以下の式（１４）、（１５）のように表される。
【００４６】
φ１＝−（ｎ１−１）／（ｎ０−１）φ１’  …  （１４）
φ２＝−（ｎ２−１）／（ｎ０−１）φ２’  …  （１５）
式（１４）、（１５）において、ｎ０は基板１３０、１４０の屈折率、ｎ１は第１の電気活性材料１１０の屈折率、ｎ２は第２の電気活性材料１２０の屈折率である。式（１４）、（１５）を色消し条件に関する式（１２）、（１３）に代入することで、レリーフ面のパワーφＤＯの値に対応する色消し条件を満たす基板のパワーφ１’、φ２’を求めることができる。また、以下の曲率半径とパワーに関する以下の式（１６）、（１７）とに基づいて、基板のパワーに対応する曲率半径を求めることが可能である。
【００４７】
φ１’＝−（ｎ０−１）／ｒ１  …  （１６）
φ２’＝（ｎ０−１）／ｒ２  …  （１７）
式（１６）、（１７）において、ｒ１は第１の電気活性材料１１０と基板１３０との間の面の曲率半径、ｒ２は第２の電気活性材料１２０と基板１４０との間の面の曲率半径である。電気活性レンズ１００の基板１３０、１４０として、屈折率ｎ０およびアッベ数ν０がそれぞれｎ０＝１．５４５、ν０＝３０．００なる材料を用いる。このため、電気活性化状態において、ｎ１＜ｎ２＜ｎ０、ν０＜ν１＜ν２なる条件を満足する。このような構成において、電気活性レンズのパワーをφ＝２Ｄ、レリーフ面のパワーを０．６Ｄとすると、ｒ１＜０、ｒ２＞０となり、電気活性材料に近接した基板の電気活性材料側の面が電気活性材料側に向けて凸形状となる。このような構成により、電気活性化状態において、軸上色収差が良好に補正された視認性の高い電気活性レンズを提供することが可能となる。
【００４８】
電気活性レンズ１００において、電気活性化状態における全系のパワーφｉとレリーフ面のパワーφｉＤＯは、以下の式（１８）を満足することが好ましい。
【００４９】
０．２≦φｉＤＯ／φｉ≦０．４  …  （１８）
式（１８）の上限値を上回ると、電気活性レンズ１００の色消し条件を満足するには、基板１３０の第１の電気活性材料１１０側の面が基板１３０側へ向けて凸形状となる（すなわち第１の電気活性材料１１０に対して凹形状となる）。このため、基板１４０の第２の電気活性材料１２０側の面の曲率半径が小さくなる。その結果、第２の電気活性材料１２０の周辺部の厚みが増してしまい、好ましくない。一方、式（１８）の下限値を下回ると、電気活性レンズ１００の色消し条件を満足するには、基板１４０の第２の電気活性材料１２０側の面が基板１４０側へ向けて凸形状となる（すなわち第２の電気活性材料１２０に対して凹形状となる）。このため、基板１３０の第１の電気活性材料１１０側の面の曲率半径が小さくなる。その結果、第１の電気活性材料１１０の周辺部の厚みが増してしまい、好ましくない。
【００５０】
電気活性レンズ１００は、第１の電気活性材料１１０または第２の電気活性材料１２０に近接したセグメント化された透明電極（電極１６０、１７０）を有することが好ましい。電気活性化状態において軸上色収差を補正するため、基板の電気活性材料側の面に曲率を持たせる必要がある。これにより、基板とレリーフ面との間に位置する電気活性材料は、中心部と周辺部にて厚さが異なる。このため、各電気活性材料に近接したそれぞれの透明電極をセグメント化し、セグメントごとに異なる電圧を印加することにより、各電気活性材料に印加される電場強度が場所によらず一定になるようにする。このような構成により、径方向に厚さの異なる電気活性材料に対しても、電気活性化状態にて、電気活性材料の屈折率およびアッベ数を所望の値に変化させることが可能となる。
【００５１】
故障や電力消費により、電気活性材料に電圧を印加することができない場合、電気活性レンズの使用者に及ぼす影響を避けなければならない。通常の老眼鏡は、無限遠などの遠点に焦点が合うように使用者の視力を矯正した上で、読書距離などの近点に焦点を移した際の調節力の不足分を老眼用パワー部に付加している。このため、電気活性材料に電圧が印加されていない電気不活性化状態においては、電気活性レンズにパワーを与えず、電気活性材料に電圧が印加されている電気活性化状態において、電気活性レンズにパワーが付加される構成を採用することが好ましい。このような構成により、故障などで電気活性材料に電圧を印加することができない状況でも、電気活性レンズが遠点に焦点が合った状態に初期化され、使用者に及ぼす影響を回避することが可能となる。
【００５２】
このような構成を実現するため、電気活性レンズ１００において、好ましくは、電気不活性化状態における第１の屈折率ｎ１と第２の屈折率ｎ２との差は、電気活性化状態における第１の屈折率ｎ１と第２の屈折率ｎ２との差よりも小さい。より好ましくは、電気不活性化状態での第１の屈折率ｎ１および第２の屈折率ｎ２は互いに略等しい値である。このような構成により、電気不活性化状態において、電気活性レンズに屈折力が生じず、遠点に正しく焦点を合わせることが可能となる。
【００５３】
また電気活性レンズ１００において、好ましくは、電気不活性化状態における第１のアッベ数ν１と第２のアッベ数ν２との差は、電気活性化状態における第１のアッベ数ν１と第２のアッベ数ν２との差よりも小さい。より好ましくは、電気不活性化状態での第１のアッベ数ν１および第２のアッベ数ν２は互いに略等しい値である。このような構成により、電気不活性化状態において、設計波長の光だけでなく他の波長の光に対しても屈折力が生じず、色収差を低減した電気活性レンズを提供することが可能となる。
【００５４】
電気活性レンズ１００は、軸上色収差を補正するため、基板と電気活性材料との間の面が曲率を有する面（曲面、凸形状面）である。このため好ましくは、電気不活性化状態における第１の屈折率および第２の屈折率のそれぞれと、基板の屈折率との差は、電気活性化状態における第１の屈折率および第２の屈折率のそれぞれと、基板の屈折率との差よりも小さい。より好ましくは、電気不活性化状態における第１の屈折率および第２の屈折率はそれぞれ、基板の屈折率に略等しい値である。このような構成により、電気不活性化状態において、電気活性レンズに屈折力が生じず、遠点に正しく焦点を合わせることが可能となる。
【００５５】
また好ましくは、電気不活性化状態における第１のアッベ数および第２のアッベ数のそれぞれと、基板のアッベ数との差は、電気活性化状態における第１のアッベ数および第２のアッベ数のそれぞれと、基板のアッベ数との差よりも小さい。より好ましくは、電気不活性化状態における第１のアッベ数および第２のアッベ数はそれぞれ、基板のアッベ数に略等しい値である。このような構成により、電気不活性化状態において、設計波長の光だけでなく他の波長の光に対しても屈折力が生じず、色収差を低減した電気活性レンズを提供することが可能となる。
【００５６】
電気活性レンズ１００において、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０はそれぞれ、コレステリック液晶、またはカイラルツイスト剤が添加されたネマチック液晶であることが好ましい。コレステリック液晶は、ネマチック液晶と同様に、光学的に一軸性であり複屈折性を有する。ただし、コレステリック液晶に関しては、液晶分子のディレクタが液晶材料の厚さ方向に渡って螺旋状に回転する。液晶分子のディレクタが３６０°回転するまでの回転軸に沿った長さをツイストピッチと呼ぶ。ツイストピッチに相当する波長を有し、液晶分子のディレクタに垂直に伝播する光波に対して、コレステリック液晶は平均屈折率ｎａｖｅ＝（ｎｏ＋ｎｅ）／２を有する。十分に強い電圧が印加された場合、液晶分子のディレクタは印加された電場と平行になる。このため、電場方向に伝播する光波に対して、コレステリック液晶は常光屈折率ｎｏを有する。したがって、コレステリック液晶は、印加された電場強度に従って液晶分子の配向を変化させ、ディレクタの回転軸に沿って伝播する光波に対して平均屈折率ｎａｖｅと常光屈折率ｎｏとの間の屈折率値を有する。
【００５７】
また、ネマチック液晶にカイラルツイスト剤を添加することにより、コレステリック液晶と同等の特性を得ることが可能である。カイラルツイスト剤を添加したネマチック液晶は、元のネマチック液晶と同じ常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅを有し、添加するカイラルツイスト剤のヘリカルツイスト力によりツイストピッチを所望の値に調整することが可能である。コレステリック液晶やカイラルツイスト剤を添加したネマチック液晶の平均屈折率ｎａｖｅは、入射光波の偏光状態に依存しない一定値となるため、コレステリック液晶やカイラルツイスト剤を添加したネマチック液晶は偏光不感受性を有する。このため、第１の電気活性材料１１０または第２の電気活性材料１２０として、コレステリック液晶、またはカイラルツイスト剤を添加したネマチック液晶を用いることにより、ランダムに偏光された光波に対して一様に収束力を付加することが可能となる。
【００５８】
次に、図４乃至図６を参照して、本実施形態における変形例としての光学素子（電気活性レンズまたは液晶回折レンズ）について説明する。図４は、第１の変形例としての光学素子（電気活性レンズ２００）の構成図（断面図）である。
【００５９】
電気活性レンズ２００は、第１の屈折率および第１のアッベ数を有する第１の電気活性材料２１０（第１の材料）と、第２の屈折率および第２のアッベ数を有する第２の電気活性材料２２０（第２の材料）とを有する。また電気活性レンズ２００は、第１の電気活性材料２１０および第２の電気活性材料２２０を保持するため、第１の電気活性材料２１０および第２の電気活性材料２２０を挟むように設けられた一対の基板２３０、２４０を有する。また電気活性レンズ２００は、第１の電気活性材料２１０と第２の電気活性材料２２０との間に設けられた基板２５０を有する。基板２５０の両面はレリーフ面である。また、第１の電気活性材料２１０および第２の電気活性材料２２０のそれぞれの面のうち基板２５０に近接する面は、レリーフ面である。基板２３０は、第１の電気活性材料２１０に近接する面が第１の電気活性材料２１０側へ向けて凸形状となっている。基板２４０は、第２の電気活性材料２２０に近接する面が第２の電気活性材料２２０側へ向けて凸形状となっている。電気活性レンズ２００は、基板２５０の両面をレリーフ面とすることにより、レリーフ面を容易に成形することができる。
【００６０】
電気活性レンズ２００は、電気活性材料に近接した光学的に透明な電極２６０、２７０、２８０、２９０を有する。光学的に透明な電極２６０、２７０、２８０、２９０はそれぞれ、例えばＩＴＯから構成される。電極２８０、２９０は、セグメント化された電極である。電極２６０、２７０、２８０、２９０のそれぞれ面のうち対応する電気活性材料に接する面に配向膜を設けてもよく、この構成により電気活性材料の配向を制御することができる。電極２６０、２７０、２８０、２９０は、第１の電気活性材料２１０および第２の電気活性材料２２０のそれぞれに所定の電圧を印加し、第１の電気活性材料２１０および第２の電気活性材料２２０のそれぞれの屈折率およびアッベ数を所望の値に変化させる。
【００６１】
図５は、電気活性レンズ２００を構成する材料（第１の電気活性材料２１０、第２の電気活性材料２２０）の屈折率およびアッベ数である。図５において、実線は第１の電気活性材料２１０に対応し、破線は第２の電気活性材料２２０に対応している。図５中の点線は、式（６）を満足する電気活性材料の組み合わせの一例を示している。電気不活性化状態において第１の電気活性材料２１０の屈折率およびアッベ数と第２の電気活性材料２２０の屈折率およびアッベ数とをそれぞれ略一致させ、電気活性化状態においてそれぞれの屈折率を変化させることによりパワーを発生させる。
【００６２】
電気活性レンズ２００において、第１の電気活性材料２１０として、ｎｏ＝１．５１０、ｎｅ＝１．８０４の液晶材料を用い、第２の電気活性材料２２０として、ｎｏ＝１．５２８、ｎｅ＝１．７８６の液晶材料を用いる。また、電気不活性化状態から第１の電気活性化状態へ変化すると、第１の電気活性化状態における第１の電気活性材料２１０の第１の屈折率ｎ１１および第１のアッベ数ν１１がそれぞれｎ１１＝１．６１０、ν１１＝１７．６９となるように変化する。同様に、第１の電気活性化状態における第２の電気活性材料２２０の第２の屈折率ｎ１２および第２のアッベ数ν１２はそれぞれｎ１２＝１．６２０、ν１２＝１８．５６となるように変化する。このとき、変化曲線の傾きは、Δｎ１１／Δν１１＝−０．０４３、Δｎ１２／Δν１２＝−０．０２２である。
【００６３】
また、第１の電気活性化状態から第２の電気活性化状態へ変化すると、第２の電気活性化状態における第１の電気活性材料２１０の第１の屈折率ｎ２１および第１のアッベ数ν２１はそれぞれｎ２１＝１．５６０、ν２１＝１９．３７となるように変化する。同様に、第２の電気活性化状態における第２の電気活性材料２２０の第２の屈折率ｎ２２および第２のアッベ数ν２２はそれぞれｎ２２＝１．５８０、ν２２＝２１．２３となるように変化する。このとき、変化曲線の傾きは、Δｎ２１／Δν２１＝−０．０３５、Δｎ２２／Δν２２＝−０．０１８である。
【００６４】
第２の電気活性化状態から第３の電気活性化状態（第４の状態）へ変化すると、第３の電気活性化状態における第１の電気活性材料２１０の第１の屈折率ｎ３１および第１のアッベ数ν３１はそれぞれｎ３１＝１．５１０、ν３１＝２２．００となるように変化する。同様に、第３の電気活性化状態（第４の状態）における第２の電気活性材料２２０の第２の屈折率ｎ３２および第２のアッベ数ν３２はそれぞれｎ３２＝１．５４０、ν３２＝２５．６２となるように変化する。このとき、変化曲線の傾きは、Δｎ３１／Δν３１＝−０．０２７、Δｎ３２／Δν３２＝−０．０１３である。このような構成により、それぞれの電気活性化状態において、高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせとなり、広い波長域において高い回折効率を実現することが可能となる。
【００６５】
図６は、電気活性化状態における電気活性レンズ２００の回折効率である。図６（Ａ）は第１の電気活性化状態における回折効率、図６（Ｂ）は第２の電気活性化状態における回折効率、図６（Ｃ）は第３の電気活性化状態における回折効率をそれぞれ示している。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれにおいて、横軸は波長（μｍ）、縦軸は回折効率をそれぞれ示している。第１の電気活性化状態における設計回折次数ｍ１は１次、第２の電気活性化状態における設計回折次数ｍ２は２次、第３の電気活性化状態における設計回折次数ｍ３は３次である。
【００６６】
図６（Ａ）から明らかなように、式（６）を満足する組み合わせに近い構成を採用すると、比較例としての液晶回折レンズ５００の回折効率（図１１）と比較して、第１の電気活性化状態における短波長および長波長での１次光の回折効率が向上する。特に、短波長側において回折効率は大きく改善する。これにより、不要回折光（０次光や２次光）によるフレアを低減させることができ、視認性を高めることが可能となる。また、図６（Ｂ）、（Ｃ）から明らかなように、第２および第３の電気活性化状態において、設計波長（５５０ｎｍ）付近での回折効率を高く維持できる。また、高屈折率・低分散材料と低屈折率・高分散材料との組み合わせにより、設計波長以外での回折効率の低下を抑制することが可能となる。
【００６７】
次に、図７を参照して、本実施形態における第２の変形例としての光学素子（電気活性レンズまたは液晶回折レンズ）について説明する。図７は、第２の変形例としての光学素子（電気活性レンズ３００）の構成図（断面図）である。
【００６８】
電気活性レンズ３００は、第１の屈折率および第１のアッベ数を有する第１の電気活性材料３１０（第１の材料）と、第２の屈折率および第２のアッベ数を有する第２の電気活性材料３２０（第２の材料）とを有する。また電気活性レンズ３００は、第１の電気活性材料３１０および第２の電気活性材料３２０を保持するため、第１の電気活性材料３１０および第２の電気活性材料３２０を挟むように設けられた一対の基板３３０、３４０を有する。また電気活性レンズ３００は、第１の電気活性材料３１０および第２の電気活性材料３２０を保持するため、第１の電気活性材料３１０と第２の電気活性材料３２０との間に設けられた基板３５０を有する。電気活性レンズ３００において、第１の電気活性材料３１０および第２の電気活性材料３２０のそれぞれの面のうち基板３５０に近接した面は、レリーフ面である。基板３５０は、第１の電気活性材料３１０に近接する面が第１の電気活性材料３１０側へ向けて凸形状となっている。基板３４０は、第２の電気活性材料３２０に近接する面が第２の電気活性材料３２０側へ向けて凸形状となっている。電気活性レンズ３００は、基板３３０、３５０の電気活性材料側の面をレリーフ面とすることにより、レリーフ面を容易に成形することができる。
【００６９】
また電気活性レンズ３００は、第１の電気活性材料３１０または第２の電気活性材料３２０に近接して設けられた光学的に透明な電極３６０、３７０、３８０、３９０を有する。光学的に透明な電極３６０、３７０、３８０、３９０は、例えばＩＴＯから構成される。電極３８０、３９０は、セグメント化された電極である。電極３６０、３７０、３８０、３９０のそれぞれ面のうち対応する電気活性材料に接する面に配向膜を設けてもよく、この構成により電気活性材料の配向を制御することができる。電極３６０、３７０、３８０、３９０は、第１の電気活性材料３１０および第２の電気活性材料３２０のそれぞれに所定の電圧を印加し、第１の電気活性材料３１０および第２の電気活性材料３２０のそれぞれの屈折率およびアッベ数を所望の値に変化させる。
【００７０】
電気活性レンズ３００は、基板３３０、３５０のそれぞれの一方の面をレリーフ面とすることにより、レリーフ面を容易に成形することができる。電気活性レンズ３００において、電気活性化状態での垂直入射の光の回折効率を最大にするための条件は、以下の式（１９）のように表される。
【００７１】
｛ｎ１１（λ０）−ｎｓｕｂ（λ０）｝ｄ１＋｛ｎ１２（λ０）−ｎｓｕｂ（λ０）｝ｄ２＝ｍ１λ０  …  （１９）
式（１９）において、ｄ１は基板３３０に近接したレリーフ形状の高さ、ｄ２は基板３５０に近接したレリーフ形状の高さ、ｎｓｕｂ（λ０）は設計波長λ０での基板３３０、３５０の屈折率である。レリーフ形状の高さｄ１、ｄ２をｄ１＝−ｄ、ｄ２＝ｄとすると、式（１９）は、以下の式（１９’）のように書き換えられる。
【００７２】
｛ｎ１２（λ０）−ｎ１１（λ０）｝ｄ＝ｍ１λ０  …  （１９’）
このように、式（１９’）は式（１）と一致し、レリーフ面の成形性を考慮してレリーフ面を設ける面を移動させても、同様の効果が得られる。
【００７３】
次に、図８を参照して、本実施形態における第３の変形例としての光学素子（電気活性レンズまたは液晶回折レンズ）について説明する。図８は、第３の変形例としての光学素子（電気活性レンズ４００）の構成図（断面図）である。
【００７４】
電気活性レンズ４００は、第１の屈折率および第１のアッベ数を有する第１の電気活性材料４１０（第１の材料）と、第２の屈折率および第２のアッベ数を有する第２の電気活性材料４２０（第２の材料）とを有する。また電気活性レンズ４００は、第１の電気活性材料４１０および第２の電気活性材料４２０を保持するため、第１の電気活性材料４１０および第２の電気活性材料４２０を挟むように設けられた一対の基板４３０、４４０を有する。また電気活性レンズ４００は、第１の電気活性材料４１０および第２の電気活性材料４２０を保持するため、第１の電気活性材料４１０と第２の電気活性材料４２０との間に設けられた基板４５０を有する。電気活性レンズ４００において、第１の電気活性材料４１０および第２の電気活性材料４２０のそれぞれの面のうち基板４５０に近接した面は、レリーフ面である。基板４３０は、第１の電気活性材料４１０に近接する面が第１の電気活性材料４１０側へ向けて凸形状となっている。基板４５０は、第２の電気活性材料４２０に近接する面が第２の電気活性材料４２０側へ向けて凸形状となっている。電気活性レンズ４００は、基板４４０、４５０の電気活性材料側の面をレリーフ面とすることにより、レリーフ面を容易に成形することができる。
【００７５】
また電気活性レンズ４００は、第１の電気活性材料４１０または第２の電気活性材料４２０に近接して設けられた光学的に透明な電極４６０、４７０、４８０、４９０を有する。光学的に透明な電極４６０、４７０、４８０、４９０は、例えばＩＴＯから構成される。電極４８０、４９０は、セグメント化された電極である。電極４６０、４７０、４８０、４９０のそれぞれ面のうち対応する電気活性材料に接する面に配向膜を設けてもよく、この構成により電気活性材料の配向を制御することができる。電極４６０、４７０、４８０、４９０は、第１の電気活性材料４１０および第２の電気活性材料４２０のそれぞれに所定の電圧を印加し、第１の電気活性材料４１０および第２の電気活性材料４２０のそれぞれの屈折率およびアッベ数を所望の値に変化させる。
【００７６】
次に、図１２を参照して、本実施形態における光学素子（電気活性レンズ）を備えた光学機器について説明する。図１２は、光学機器（眼鏡１０）の概略図である。図１２に示されるように、眼鏡１０のレンズとして、電気活性レンズ１００（または、電気活性レンズ２００、３００、４００）を用いる。制御部２０は、第１の電気活性材料１１０および第２の電気活性材料１２０のそれぞれに印加する電圧を制御し、電気活性レンズ１００を電気不活性化状態（第３の状態）または電気活性化状態（第１の状態、第２の状態、または、第４の状態）に設定可能である。
【００７７】
本実施形態によれば、広い波長域において高い回折効率を有するとともに、少なくとも２つの電気活性化状態を有する光学素子および光学機器を提供することができる。
【００７８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば本発明の光学素子（電気活性レンズ）は、老視矯正用の眼鏡だけでなく、双眼鏡やヘッドマウントディスプレイなど種々の光学機器へ適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１００  電気活性レンズ（レンズ）
１１０  第１の電気活性材料（第１の材料）
１２０  第２の電気活性材料（第２の材料）
【図１】
2019120789.tif 000003
【図２】
2019120789.tif 000004
【図３】
2019120789.tif 000005
【図４】
2019120789.tif 000006
【図５】
2019120789.tif 000007
【図６】
2019120789.tif 000008
【図７】
2019120789.tif 000009
【図８】
2019120789.tif 000010
【図９】
2019120789.tif 000011
【図１０】
2019120789.tif 000012
【図１１】
2019120789.tif 000013
【図１２】
2019120789.tif 000014