(57)【要約】  【課題】  電気光学効果を利用した積層電気光学レンズおよびその積層電気光学レンズを用いた光学装置に関し、低電圧にて屈折率分布を得ることができる。  【解決手段】  電気光学効果を有する複数層の透光性セラミック層１６と、透光性セラミック層１６間において光軸に対して対称な環状に形成された複数層の内部電極１３と、各層の内部電極１３から交互に一対の側面にまで伸びて形成された引出電極１５とからなる積層体と、積層体の一対の側面にそれぞれ形成され各側面に露出した引出電極１５に電気的に接続した一対の外部電極１７，１８とを備え、外部電極１７，１８への電圧印加により、積層体内を透過する光の屈折率分布が得られるものである。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する複数層の透光性セラミック層と、前記透光性セラミック層間において光軸に対して対称な環状に形成された複数層の内部電極と、各層の内部電極から交互に一対の側面にまで伸びて形成された引出電極とからなる積層体と、
前記積層体の前記一対の側面にそれぞれ形成され各側面に露出した引出電極に電気的に接続した一対の外部電極とを備え、
前記外部電極への電圧印加により、前記積層体内を透過する光の屈折率分布が得られる、ことを特徴とする積層電気光学レンズ。
【請求項２】
前記透光性セラミック層は、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系透光性セラミックを主成分とする、ことを特徴とする請求項１に記載の積層電気光学レンズ。
【請求項３】
前記積層体内を透過する光の進行方向に、前記内部電極の面積が順次大きくなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層電気光学レンズ。
【請求項４】
前記積層体内を透過する光の進行方向に、前記内部電極の内径が順次小さくなる、ことを特徴とする請求項３に記載の積層電気光学レンズ。
【請求項５】
前記内部電極が透明電極にて形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の積層電気光学レンズ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の積層電気光学レンズを用いたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用した積層電気光学レンズおよびその積層電気光学レンズを用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光の進行方向と印加される電界の方向とが一致する縦型の電気光学効果を利用した電気光学レンズが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の電気光学レンズについて，図３２および図３３に基づいて説明する。
【０００４】
電気光学レンズは、基板５０と、基板５０の光Ｌの入射側の表面および裏面にそれぞれ積層形成されたパターン電極５１，５１とから構成されている。
【０００５】
電極５１，５１は光軸に対して対称な環状に形成されており、電極５１，５１に電圧を印加することによって、基板５０内部に屈折率分布を与える電界が形成される。
【特許文献１】特開平９−２５８１５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電気光学レンズでは、基板５０の表裏面に電極５１，５１が形成されており、両電極５１，５１間の距離は基板５０の厚み寸法に相当し、当該距離が大きくなる。
【０００７】
このため、電極５１，５１間に電圧を印加して屈折率分布を得る際、屈折率分布を生じさせるために高電圧を必要とする。このように、高電圧を必要とするため、電気光学レンズを用いた光学装置における消費電力が増大するなどの問題があった。
【０００８】
本発明は、低電圧にて屈折率分布を得ることができる積層電気光学レンズおよび光学装置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】
【０００９】
本発明の積層電気光学レンズは、電気光学効果を有する複数層の透光性セラミック層と、前記透光性セラミック層間において光軸に対して対称な環状に形成された複数層の内部電極と、各層の内部電極から交互に一対の側面にまで伸びて形成された引出電極とからなる積層体と、前記積層体の前記一対の側面にそれぞれ形成され各側面に露出した引出電極に電気的に接続した一対の外部電極とを備え、前記外部電極への電圧印加により、前記積層体内を透過する光の屈折率分布が得られるものである。
【００１０】
透光性セラミック層は、例えば（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系透光性セラミックを主成分とするものである。
【００１１】
内部電極は、積層体内を透過する光の進行方向に、面積が順次大きくなる。例えば、積層体内を透過する光の進行方向に、内部電極の内径を順次小さくする。また、内部電極は、透明電極にて形成してもよい。
【００１２】
光学装置は、その積層電気光学レンズを用いたものである。
【００１３】
本発明の積層電気光学レンズおよび光学装置によると、電気光学効果を有する透光性セラミック層からなる積層体の内部電極に電圧を印加することにより、光軸に対して対称な環状に形成された内部電極の積層部分において光の屈折率が低下し、内部電極のない積層体の中心付近では光の屈折率がほとんど低下しないので、積層体内部に光の屈折率分布が得られる。ここで、屈折率分布を得る際に電圧を印加する電極が、積層体内に積層した内部電極であるため電極間距離が短くなり、低電圧にて屈折率分布を得ることができる。なお、内部電極に印加する電圧の大きさを変えることにより、屈折率分布が変化し、レンズの焦点距離を連続的に変化させることができる。
【００１４】
また、積層体内を透過する光の進行方向に、内部電極の面積を順次大きくすることにより、光の出口側の屈折率が大きくなり、焦点距離が短くなる。
【００１５】
さらに、積層体内を透過する光の進行方向に、内部電極の内径を順次小さくしたり、内部電極を透明電極にて形成することにより、積層電気光学レンズに入射する光量を多くできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の積層電気光学レンズおよび光学装置によれば、低電圧にて屈折率分布を得ることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例１）
本発明の実施例１を図１ないし図７に基づいて説明する。
【００１８】
図１は積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図、図２は積層電気光学レンズの積層体の断面図、図３は積層電気光学レンズの断面図、図４は積層電気光学レンズに印加する電圧が低い時の断面図、図５は図４の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図、図６は積層電気光学レンズに印加する電圧が高い時の断面図、図７は図６の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図である。
【００１９】
図１ないし図３を用いて、積層電気光学レンズ１０の製造について説明する。
【００２０】
まず、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系透光性セラミック（ＰＬＺＴ系透光性セラミック）粉末を主成分とするセラミックスラリーを用意する。
【００２１】
このスラリーを用いてドクターブレード法などによりシート成形し、２０〜１００μｍの厚みのグリーンシートを得る。このグリーンシートを矩形形状に打ち抜き、平面形状が矩形のグリーンシート１２（図１参照）を得る。
【００２２】
矩形のグリーンシート１２の表面にＡｇ−Ｐｄペーストのような導電ペーストをスクリーン印刷し、乾燥することにより、内部電極パターンを印刷する。本実施例の内部電極１３は、内外径がそれぞれ所定の値に設定され、光軸に対して対称な環状のパターンに形成されている。さらに、環状の内部電極１３の外周から矩形のグリーンシート１２の一側面１２ａにまで達する引出電極１５が、グリーンシート１２の表面に形成されている。
【００２３】
内部電極１３を形成したグリーンシート１２を所定の枚数積層し、かつ、上下には保護層となる内部電極１３が形成されていないグリーンシート１２を数枚積層し、積層方向に加圧することにより積層体１１（図２参照）を得る。なお、内部電極１３を形成したグリーンシート１２は、引出電極１５が左右交互に位置するように積層する。
【００２４】
グリーンシート１２は電気光学効果を有する透光性セラミック層１６となり、透光性セラミック層１６の間に中央の透光開口部１４を積層方向に位置合わせした状態にて複数の内部電極１３を積層してなる積層体１１が得られる。
【００２５】
積層体１１を酸素雰囲気下（濃度約９８％）において、１０００〜１２００℃程度の温度で数時間焼成し、内部電極１３以外が透光性である焼結体を得る。
【００２６】
焼結体の引出電極１５が露出した対向し合う一対の側面をそれぞれ覆うようにＡｇペーストを塗布し、焼き付けることにより、あるいは、Ａｇを蒸着やスパッタリング等により付与することにより外部電極１７，１８（図３参照）を形成する。外部電極１７，１８は、それぞれが形成された側面に露出した引出電極１５に電気的に接続される。すなわち、左右の外部電極１７，１８が、積層方向交互に、内部電極１３に接続される。
【００２７】
さらに、焼結体の上下面を平行に鏡面研磨して積層電気光学レンズ１０を得る。積層電気光学レンズ１０の入口側１０ａから入射した光Ｌは、内部電極１３の透光開口部１４における透光性セラミック層１６を透過し、出口側１０ｂから出て撮像素子等に達して結像する。
【００２８】
図４，６に示すように、外部電極１７，１８に配線２０を介して電源１９を接続し、内部電極１３間に電圧を印加する。電圧を印加することにより、積層電気光学レンズ１０の内部に屈折率分布が生じる。
【００２９】
すなわち、光軸に対して対称な環状に形成された内部電極１３の積層部分において、透光性セラミック層１６の屈折率が電気光学効果によって低下する。内部電極の無い積層体の中心付近では、光の屈折率がほとんど低下しないので、積層体１１内部に屈折率分布が得られる。
【００３０】
また、外部電極１７，１８に印加する電圧の高低により、焦点距離が変化する。
【００３１】
図４は、印加する電圧が低い場合であり、結像位置２１までの焦点距離Ｌ１が長くなる。この場合、図５に示すように、屈折率の変化は小さくなる。
【００３２】
図６は、印加する電圧が高い場合であり、結像位置２２までの焦点距離Ｌ２が短くなる。この場合、図７に示すように、屈折率の変化は大きくなる。
【００３３】
このように、外部電極１７，１８に印加する電圧の大きさを変えることにより、焦点距離を任意の値にすることができる。
【００３４】
なお、内部電極１３の積層枚数が多いほど、また、透光性セラミック層１６の厚みが薄いほど、電圧印加時における積層電気光学レンズ１０内の屈折率分布の幅が広くなる。すなわち、高い電圧を印加した時と、低い電圧を印加した時とを比較した場合、積層電気光学レンズ１０内を透過した光Ｌが結像する焦点までの距離の差が大きくなる。
【００３５】
このように構成された積層電気光学レンズ１０および光学装置によると、内部電極１３間に電圧を印加することにより、積層体１１内部に屈折率分布が生じる。電圧を印加する電極が内部電極１３であるため、電極間距離が短く、印加する電圧が低電圧であっても屈折率分布を得ることができ、積層電気光学レンズ１０を用いた光学装置における消費電力の低減が図れる。
【００３６】
また、内部電極１３に印加する電圧の大きさを変えることにより、屈折率分布が変化し、レンズの焦点距離を連続的に変化させることができる。
【００３７】
（実施例２）
本発明の実施例２を図８ないし図１６に基づいて説明する。
【００３８】
図８は積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図、図９は積層電気光学レンズの積層体の断面図、図１０は積層電気光学レンズの断面図、図１１は積層電気光学レンズに印加する電圧が低い時の断面図、図１２，１３は図１１の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図、図１４は積層電気光学レンズに印加する電圧が高い時の断面図、図１５，１６は図１４の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図である。
【００３９】
なお、図１ないし図７に示した実施例１と同一部分は、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
実施例２は、グリーンシート１２の表面に印刷する内部電極パターンに特徴がある。この実施例２の内部電極３２は、外径は同一であり、内径が光Ｌの進行方向に順次小さくなる環状のパターンに形成されている。すなわち、透光開口部３３の面積が光Ｌの進行方向に順次小さくなり、逆に内部電極３２の電極面積は光Ｌの進行方向に順次大きくなる。
【００４１】
さらに、環状の内部電極３２の外周から矩形のグリーンシート１２の一側面１２ａにまで達する引出電極１５が、グリーンシート１２の表面に形成されている。
【００４２】
なお、積層電気光学レンズ３０の製造方法は、実施例１と同様である。
【００４３】
図１１，１４に示すように、外部電極１７，１８に配線２０を介して電源１９を接続し、内部電極３２間に電圧を印加し、積層電気光学レンズ３０の内部に光Ｌの屈折率分布が生じる。しかも、積層体３１内を透過する光Ｌの進行方向に、内部電極３２の面積を順次大きくしたことにより、光Ｌの出口側３０ｂの屈折率が大きくなり、焦点距離が短くなる。
【００４４】
図１２は図１１における積層電気光学レンズ３０の光Ｌの出口側３０ｂにおける屈折率分布を示しており、図１３は光Ｌの入口側３０ａにおける屈折率分布を示している。
【００４５】
図１５は図１４における積層電気光学レンズ３０の光Ｌの出口側３０ｂにおける屈折率分布を示しており、図１６は光Ｌの入口側３０ａにおける屈折率分布を示している。
【００４６】
このように構成された積層電気光学レンズ３０および光学装置においても、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、光Ｌの進行方向に内部電極３２の面積を順次大きくし、出口側３０ｂの屈折率を入口側３０ａの屈折率より大きくしたことにより、実施例１に比べ、同じ大きさの電圧を印加した場合における焦点距離が短くなり、より近距離の撮影が可能となる。
【００４７】
また、内部電極３２の透光開口部３３の面積は、光Ｌの入口側３０ａが大きく形成されており、積層電気光学レンズ３０に入射する光量を多くでき、より明るいレンズが得られる。
【００４８】
なお、各層の内部電極３２の透光開口部３３の面積は一定とし、内部電極３２の外径を光Ｌの進行方向に順次大きくすることにより、光Ｌの出口側３０ｂの屈折率を大きくしてもよい。
【００４９】
（実施例３）
本発明の実施例３を図１７ないし図２３に基づいて説明する。
【００５０】
図１７は積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図、図１８は積層電気光学レンズの積層体の断面図、図１９は積層電気光学レンズの断面図、図２０は積層電気光学レンズに印加する電圧が低い時の断面図、図２１は図２０の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図、図２２は積層電気光学レンズに印加する電圧が高い時の断面図、図２３は図２２の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図である。
【００５１】
なお、図１ないし図７に示した実施例１と同一部分は、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
実施例３は、グリーンシート１２の表面に印刷する内部電極の材質に特徴がある。すなわち、実施例３の内部電極４２は、ＩＴＯ（インジウム−すず酸化物）被膜からなる透明電極にて形成されている。内部電極４２のパターンは実施例１と同様に環状に形成されており、中央に透光開口部４３を有している。
【００５３】
さらに、内部電極４２の外周から矩形のグリーンシート１２の一側面１２ａにまで達する引出電極１５が、グリーンシート１２の表面に形成されている。
【００５４】
なお、積層電気光学レンズ４０の製造方法は、実施例１と同様である。
【００５５】
積層電気光学レンズ４０の入口側４０ａから入射した光Ｌは、透光性セラミック層１６ならびに透光開口部４３を含む透明の内部電極４２を透過して、出口側４０ｂから出て撮像素子等に結像する。
【００５６】
図２０，２２に示すように、外部電極１７，１８に配線２０を介して電源１９を接続し、内部電極４２間に電圧を印加する。電圧を印加することにより、積層電気光学レンズ４０の内部に光Ｌの屈折率分布が生じる。
【００５７】
図２０は、印加する電圧が低い場合であり、結像位置２１までの焦点距離Ｌ１が長くなる。この場合、図２１に示すように、屈折率の変化は小さくなる。
【００５８】
図２２は、印加する電圧が高い場合であり、結像位置２２までの焦点距離Ｌ２が短くなる。この場合、図２３に示すように、屈折率の変化は大きくなる。
【００５９】
このように構成された積層電気光学レンズ４０および光学装置においても、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、内部電極４２を透明電極にて形成したので、透光開口部４３における透光性セラミック層１６のみならず、内部電極４２を透過する光Ｌをも結像でき、光量を多くでき、より明るいレンズが得られる。
【００６０】
なお、各層の内部電極の透光開口部の面積は一定とし、内部電極の外径を光の進行方向に順次大きくすることにより、光の出口側の屈折率を大きくしたものにおいて、当該内部電極を透明電極にて形成したものでもよい。
【００６１】
（実施例４）
本発明の実施例４を図２４ないし図３１に基づいて説明する。
【００６２】
図２４は積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図、図２５は積層電気光学レンズの積層体の斜視図、図２６は図２５のＡ−Ａ断面図、図２７は積層電気光学レンズの斜視図、図２８は図２７のＸ−Ｘ断面図、図２９は図２８の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図、図３０は図２７のＹ−Ｙ断面図、図３１は図３０の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図である。
【００６３】
この実施例４は、積層電気光学レンズ６０の積層体６１の上部に内部電極６２を形成し、下部に内部電極６３を形成したものである。内部電極６２と内部電極６３は、互いに直交する姿勢にてグリーンシート１２の表面に形成された一対の矩形電極にて構成されている。内部電極６２，６３は、各々積層方向交互にグリーンシート１２の対向する端面にまで達して形成されている。
【００６４】
内部電極６２，６３に接続した外部電極６４，６５間に電源１９を接続し、内部電極６２，６３間に電圧を印加する。内部電極６２，６３の積層部分において屈折率が電気光学効果によって低下する。すなわち、積層体上部の入口側６０ａから入射した光Ｌは、内部電極６２の電圧印加による屈折率分布によってＸ−Ｘ方向に収束し、さらに内部電極６３の電圧印加による屈折率分布によってＹ−Ｙ方向に収束する。その結果、積層体下部の出口側６０ｂから出射した光Ｌはして１点に収束して、撮像素子等に結像する。
【００６５】
なお、内部電極６２，６３に印加する電圧の大きさを変えることにより、焦点距離を変更できる。すなわち、電圧を低くすることで屈折率の変化が小さくなり、焦点距離が長くなり、逆に電圧を高くすることで屈折率の変化が大きくなり、焦点距離が短くなる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の積層電気光学レンズおよび光学装置は、カメラ付き携帯電話やデジタルカメラ用のレンズとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１における積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図
【図２】本発明の実施例１における積層電気光学レンズの積層体の断面図
【図３】本発明の実施例１における積層電気光学レンズの断面図
【図４】本発明の実施例１における積層電気光学レンズに印加する電圧が低い時の断面図
【図５】図４の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図６】本発明の実施例１における積層電気光学レンズに印加する電圧が高い時の断面図
【図７】図６の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図８】本発明の実施例２における積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図
【図９】本発明の実施例２における積層電気光学レンズの積層体の断面図
【図１０】本発明の実施例２における積層電気光学レンズの断面図
【図１１】本発明の実施例２における積層電気光学レンズに印加する電圧が低い時の断面図
【図１２】図１１の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図１３】図１１の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図１４】本発明の実施例２における積層電気光学レンズに印加する電圧が高い時の断面図
【図１５】図１４の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図１６】図１４の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図１７】本発明の実施例３における積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図
【図１８】本発明の実施例３における積層電気光学レンズの積層体の断面図
【図１９】本発明の実施例３における積層電気光学レンズの断面図
【図２０】本発明の実施例３における積層電気光学レンズに印加する電圧が低い時の断面図
【図２１】図２０の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図２２】本発明の実施例３における積層電気光学レンズに印加する電圧が高い時の断面図
【図２３】図２２の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図２４】本発明の実施例４における積層電気光学レンズの積層体の分解斜視図
【図２５】本発明の実施例４における積層電気光学レンズの積層体の斜視図
【図２６】図２５のＡ−Ａ断面図
【図２７】本発明の実施例４における積層電気光学レンズの斜視図
【図２８】図２７のＸ−Ｘ断面図
【図２９】図２８の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図３０】図２７のＹ−Ｙ断面図
【図３１】図３０の積層電気光学レンズにおける屈折率の分布を示す特性図
【図３２】従来例における積層電気光学レンズの正面図
【図３３】従来例における積層電気光学レンズの断面図
【符号の説明】
【００６８】
１０，３０，４０，６０  積層電気光学レンズ
１０ａ，３０ａ，４０ａ，６０ａ  入口側
１０ｂ，３０ｂ，４０ｂ，６０ｂ  出口側
１１，３１，４１，６１  積層体
１２  グリーンシート
１３，３２，４２  内部電極
１４，３３，４３  透光開口部
１５  引出電極
１６  透光性セラミック層
１７，１８，６４，６５  外部電極
【図１】
2005181503.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005181503.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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