(57)【要約】【課題】  ブルー相液晶あるいは高分子安定化ブルー相液晶を用いて、入射偏光に依存しない高速光スイッチング可能な波面制御素子を提供する。【解決手段】  液晶に印加する電圧値に応じて液晶１４を透過する光の波面を変化させる波面制御素子１０であって、一対の透明基板１１、１３間に扶持されたコレステリックブルー相液晶１４と、透明基板１１、１３の少なくとも一面に一様、または分割して設けた電極１５、１６と、この電極１５、１６を介してコレステリックブルー相液晶に電圧を印加する電源１８とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶に印加する電圧値に応じて前記液晶を透過する光の波面を変化させる波面制御素子であって、
一対の透明基板間に扶持されたコレステリックブルー相液晶と、
前記透明基板の少なくとも一面に一様に、または分割して設けた電極と、
この電極を介して前記コレステリックブルー相液晶に電圧を印加する電源と
を有することを特徴とする波面制御素子。
【請求項２】
前記電極は、この電極面内に電位分布を発生させるための複数の給電電極を具えている請求項１に記載の波面制御素子。
【請求項３】
前記コレステリックプルー相液晶は、内部に光重合高分子が分散または網目状にネットワーク化された高分子安定化ブルー相液晶である請求項１又は２に記載の波面制御素子。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の波面制御素子を用いた液晶レンズであって、
電極を介してコレステリックブルー相液晶に印加する電圧値に応じて焦点距離が変化することを特徴とする液晶レンズ。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の波面制御素子を用いた収差補正素子であって、
コレステリックブルー相液晶に入射する入射光の波面に対して、電極を介して前記コレステリックブルー相液晶に印加する電圧値により、球面収差、コマ収差及び非点収差のうち少なくとも何れか１種類の収差成分を含む波面に変調させる出射光を形成することを特徴とする収差補正素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面制御素子、及びこの波面制御素子に用いる液晶の実効屈折率を制御してレンズ効果を発現させる液晶レンズ、並びに入射光に対して出射光の波面を変化させ光学系の波面収差を補償する収差補正素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
カイラル材が含有された等方的屈折率を有するコレステリックブルー相液晶(以下、「ブルー相液晶」とよぶ)を利用し、印加電圧値に応じて実効屈折率を等方的に変化させることができる光変調素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載された光変調素子を備えた光学系の構成例を図７に示す。
この光学系は、光源１００と、光変調素子２００と、スクリーン３００とを備えている。このうち光変調素子２００には、パターニングされた電極２０１、２０２が形成された２枚のガラス基板２０３、２０４と、このガラス基板２０３、２０４とシール材２０５との間の空間に充填されたブルー相液晶２０６とを備えた液晶素子２１０を有しており、対向する電極２０１、２０２間に交流電源２０７を用いて電圧を印加するように構成されている。
【０００４】
このような構成の液晶素子２１０を備えた光学系では、光源１００を出射し液晶素子２１０を透過して投射スクリーン３００に到達する主光線は、その強度が印加電圧に応じて変化するようになっており、高速スイッチング可能な位相グリッドなどが得られるようになっている。
なお、屈折率が等方的なブルー相は、数℃の極めて狭い温度範囲でしか発現しないため、発熱透明板２０８を一方のガラス基板２０３に形成し、ブルー相を維持するように正確な温度調整を行っている。
【０００５】
このような事情から、このブルー相を維持する温度範囲を拡大させるための手段として、例えば、液晶に重合性モノマーを混合してブルー相液晶の温度域で紫外線を照射することにより、モノマーを光重合高分子化してブルー相液晶の温度範囲を約１℃から６０℃以上に拡大できるようにした、高分子安定化ブルー相液晶が報告されており、１ｍｓｅｃ以下での高速応答が確認されている（例えば、非特許文献１）。
【０００６】
ところで、ネマティック相やスメクティック相を呈する液晶にあっては、液晶を用いてレンズとして機能させるように構成したレンズ素子や、光学系の波面収差を補償するために液晶を用いて波面を制御するように構成した収差補正素子などの光学素子の開発が試みられている。
【特許文献１】米国特許公報第４，７６７，１９４号
【非特許文献１】「ネイチャー  マテリアル」第１巻  マクシミリアン出版（英国）  ２００２年９月発行  ｐ６４（Nature Materials，vol.1，Macmillan Press  2002年9月、p.64）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ネマティック相やスメクティック相を呈する液晶を用いた前述のような光学素子（レンズ素子や収差補正素子）にあっては、例えば、ネマティック相を利用したものでは応答速度が遅いこと、スメクティック相強誘電液晶を用いて応答性を改善したものでは入射光の偏光状態に応じて作用が異なる、といったことが実用化する上で問題となっている。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ブルー相液晶または高分子安定化ブルー相液晶を用いて、入射偏光に依存しない高速光スイッチング可能な波面制御素子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】
本発明は、液晶に印加する電圧値に応じて前記液晶を透過する光の波面を変化させる波面制御素子であって、一対の透明基板間に扶持されたコレステリックブルー相液晶と、前記透明基板の少なくとも一面に一様に、または分割して設けた電極と、この電極を介して前記コレステリックブルー相液晶に電圧を印加する電源とを有することを特徴とする波面制御素子を提供する。
上記構成によれば、ブルー相液晶を用いているため、印加電圧値に応じて高速に、かつ、入射偏光に依存せずに波面制御を行える。
【００１０】
また、前記電極には、この電極面内に電位分布を発生させるための複数の給電電極を具えている上記の波面制御素子を提供する。
上記構成によれば、ブルー相液晶に電圧を印加するための電極において、電極面内に電位分布を発生するための複数の給電電極を具えているため、給電電極間の電位差に応じた位相分布を得ることができ、簡易な電圧制御手段でも高精度な波面制御を達成できる。
【００１１】
また、前記コレステリックプルー相液晶は、内部に光重合高分子が分散または網目状にネットワーク化された高分子安定化ブルー相液晶である上記の波面制御素子を提供する。
上記構成によれば、高分子安定化ブルー相液晶を用いているため、液晶中に形成された高分子ネットワークによりブルー相の温度範囲が拡大され、広い温度範囲で入射偏光に依存しない波面制御が行える。
【００１２】
また、本発明は、上記発明の何れかに記載の波面制御素子を用いた液晶レンズであって、電極を介してコレステリックブルー相液晶に印加する電圧に応じて焦点距離が変化することを特徴とする液晶レンズを提供する。
上記構成によれば、印加電圧に応じて透過光の焦点距離が変化するので、液晶レンズとして高速、かつ、入射偏光に依存せずに焦点距離を変化できる。
【００１３】
さらに、本発明は、上記発明の何れかに記載の波面制御素子を用いた収差補正素子であって、コレステリックブルー相液晶を入射する入射光の波面に対して、電極を介して前記コレステリックブルー相液晶に印加する電圧値に応じて、球面収差、コマ収差及び非点収差のうち少なくとも何れか１種類の収差成分を含む波面に変調させる出射光を形成することを特徴とする収差補正素子を提供する。
上記構成によれば、入射波面を印加電圧に応じて球面収差、コマ収差、非点収差を含む波面に変調することができるために、高速かつ入射偏光に依存しないで、光学系の波面収差を補償できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブルー相液晶を用いているため、印加電圧値に応じて高速に、かつ、入射偏光に依存せずに、波面制御を行うことができる波面制御素子及び液晶レンズ並びに変調素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は第1の実施形態に係る波面制御素子１０を示すものであり、この波面制御素子１０は、一対の透明基板１１、１２と、この透明基板１１、１２間に挟着されたシール１３と、透明基板１１、１２の間のスペースに充填されたブルー相液晶１４と、このブルー相液晶１４に臨む各透明基板１１、１２の一面に固設された電極１５、１６及び配向膜１７と、電圧制御手段１８とを備えている。
【００１７】
一対の透明基板１１、１２は、シール１３とによりセルを構成している。このセル中にはブルー相液晶１４が充填されている。透明基板１１、１２は、波面制御素子１０に透過する光に対して透明であれば、ガラスでも有機材料でも良いが、ガラスの方が耐熱性、耐久性などの面で優れており好ましい。
【００１８】
シール１３は、エポキシ樹脂などの熱硬化型高分子や、紫外線硬化型樹脂などにガラスファイバーなどのスペーサーを数％程度混入させ、スクリーン印刷法などにより透明基板１１または１２に印刷する。その後、透明基板１１、１２を重ね合せ圧着・固化させてセルを形成する。
【００１９】
ブルー相液晶１４は、ネマティック液晶材料などに光学活性物質であるカイラル材などを添加した材料を基本としており、室温ではコレステリック相である。このコレステリック相の螺旋周期が数百ｎｍ以下の場合、コレステリック相−アイソトロピック相の相転移温度付近でブルー相と呼ばれる特異な３次元周期構造を有する相が出現する。
この相では液晶分子が周期的な３次元螺旋構造になるよう配向しており、光波長の大きさでは等方的な屈折率体と見なすことができる。従って、通常の液晶材料では偏光により実効屈折率が異なるが、ブルー相液晶を用いた場合においては偏光に依存しないため、半導体レーザーなどを用いた偏光光学系において、特に好適な材料である。
更に、ブルー相液晶の電圧応答速度は通常のネマティック液晶より早く、１ｍｓｅｃ以下の応答速度が得られるため、高速に波面を変化させたい用途においては特に好ましい材料である。
【００２０】
一方、典型的なブルー相の温度範囲は１℃以下であり、従来、各種の光学系などへの応用においては高精度な温度調整装置が必要であった。しかし、［背景技術］の欄で説明したように、近年、液晶中に光重合高分子を数％〜数十％混入させブルー相温度範囲で光重合させることで、ブルー相を６０℃以上の温度範囲で熱的に安定にする（これを「高分子安定化ブルー相液晶」とよぶ）技術が開発されている（非特許文献１）。
そこで、本発明では、波面制御素子１０において、前記高分子安定化ブルー相液晶を用いており、高精度な温度調整装置が不要になり、広い温度範囲でブルー相を維持できるため大変好ましい。
【００２１】
電極１５、１６は、ブルー相液晶１４に電圧を印加するためのものであり、透明基板１１、１２の表面に配向膜１７を介して固設されており、外部の電圧制御手段１８と結線され電圧が印加されるようになっている。また、この電極１５、１６は、図１では分割のない一対の一様な電極として図示したが、本実施形態では、これを複数の電極に分割したり、電極面内に電位分布が発生するよう給電電極を設置することにより、所望の波面制御に応じた位相分布が得られるような電極パターンを構成するようになっている。
【００２２】
配向膜１７は、ブルー相液晶１４の配向を得るためのものであり、透明基板１１、１２のブルー相液晶１４に臨む表面に固設されている。
この配向膜１７は、ブルー相液晶１４の配向を規制するためのものであり、ポリイミド膜をラビングしたり、酸化珪素膜を蒸着することで、垂直配向、または水平配向処理することができる。光束有効範囲内で均一なブルー相を得るには水平配向膜を用いることが好ましい。
【００２３】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る波面制御素子１０の応用例として、レンズ作用を有する構成のもの（液晶レンズ）と波面収差変調作用を有する構成のもの（収差変調素子）とについて、電極パターンと透過光の位相分布の関係を説明する。
【００２４】
（Ｉ）液晶レンズ：
図２（Ａ）は液晶レンズとしてのレンズ作用を発生させる手段(これを「液晶レンズ用駆動手段２０」とよぶ)の模式図であり、特にこれは分割型電極パターンの例、（Ｂ）はその分割型電極パターン（Ａ）により得られる位相差分布である。
一方、図３（Ａ）も液晶レンズとしてレンズ作用を発生させる駆動手段３０の模式図であり、特にこれは給電型電極パターンの例、（Ｂ）はその給電型電極パターン（Ａ）により得られる位相差分布である。
【００２５】
このうち、前者の液晶レンズ用駆動手段２０の分割型電極パターンは、図２（Ａ）に示すように、一様な電極をエッチングなどにより分割電極２１〜２５に分割し、各々異なる電圧を印加できるよう図示外の外部の電圧制御手段と結ばれている。
一方、後者の液晶レンズ用駆動手段３０の給電型電極パターンは、図３（Ａ）に示すように、一様電極３１に、電気抵抗の小さな材料で給電電極３２〜３４を形成する。給電電極３２〜３４は、図示外の外部の電圧制御手段と結ばれており、各々異なる電圧を印加できる。すると、一様電極３１（斜線部全域）内には、給電電極３２〜３４間の電圧差に応じた電圧降下が発生するため、電位分布は電極面内で連続的に変化する。
【００２６】
ところで、ブルー相液晶１４の実効屈折率の電圧特性は、液晶材料の誘電率異方性に依存する。即ち、誘電率異方性が正がならば、電圧無印加で液晶分子が水平配向しており、実効屈折率は印加電圧の増加と共に減少する。一方、誘電率異方性が負であれば、電圧無印加で液晶分子が垂直配向しており、実効屈折率は印加電圧の増加と共に増加する。ネマティック液晶の場合、実効屈折率の電圧依存性は、初期配向及び光源の偏光に強く依存する。これは光の波長が液晶分子の複屈折を初期配向に応じた異方性として感じるためである。しかし、ブルー相液晶の場合では、液晶複屈折が初期配向によらず光の波長程度に変化しているため、実質的には入射偏光によらない等方的な媒質と見なすことができ、印加電圧に応じて等方的に実効屈折率を制御できる。
【００２７】
従って、分割電極２１〜２５、又は給電電極３２〜３４の形状及び印加電圧を適切にすれば、図２（Ｂ）または図３（Ｂ）に示すような、２次曲線状の位相分布を得ることが可能である。その結果、光の透過波面は、波面制御素子１０（即ち、液晶レンズ用駆動手段２０又は３０）により所定の位相分布に変調された後、光線は波面に垂直に進むと考えれば、光は集光、発散できる。
つまり、以上のような構成の液晶レンズ用駆動手段２０又は３０を得ることにより、波面制御素子を入射偏光に依存しない、高速な焦点可変レンズとして機能させることが可能である。
【００２８】
（ＩＩ）収差補正素子：
次に、本発明の第１の実施形態に係る波面制御素子１０の他の応用例として、波面制御素子の波面収差変調作用を有する構成例（収差補正素子）を示す。この収差補正素子は、入射波面を特定の波面収差に変調できるため、光学系の波面収差を補償する目的などに応用できる。
図４（Ａ）は収差補正素子として球面収差を発生させる収差補正素子用駆動手段４０の模式図であり、特にこれは分割型電極パターンの例、（Ｂ）はその分割型電極パターン（Ａ）により得られる位相差分布である。
一方、図５（Ａ）も収差補正素子として球面収差を発生させる収差補正素子用駆動手段５０の模式図であり、特にこれは給電型電極パターンの例、（Ｂ）はその給電型電極パターン（Ａ）により得られる位相差分布である。
【００２９】
このうち、前者の収差補正素子用駆動手段４０の分割電極４１〜４５の形成方法及び機能、後者の収差補正素子用駆動手段５０の一様電極５１（斜線部全域）、給電電極５２〜５４の形成方法及び機能は、前述の液晶レンズ用駆動手段２０及び３０と同様であり、詳細については割愛する。
ここでも、収差補正素子用駆動手段４０の分割電極４１〜４５、又は収差補正素子用駆動手段５０の給電電極５２〜５４の形状及び印加電圧を適切にすれば、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す位相分布を得ることができる。
【００３０】
本例では、分割電極４１〜４５、又は給電電極５２〜５４の形状、印加電圧を補償すべき球面収差に応じて設定しているので、本収差補正素子用駆動手段４０又は５０の透過波面は、図４（Ｂ）又は図５（Ｂ）の位相分布に応じた球面収差を含む波面に変調される。
そこで、この変調された球面収差により、光学系が有する球面収差を打ち消すことができれば、光学系の収差を補償できる。同様な方法により、電極形状及び印加電圧を設定すれば、コマ収差や非点収差など他の収差も補償できる。
【００３１】
波面制御素子による位相分布と目的とする位相分布との差を少なくするためには、駆動手段の分割電極や給電電極の数を増やせば良いが、電極数があまり増えると構造や制御が複雑になり好ましくない。従って、図２（Ａ）又は図４（Ａ）に例示した分割型電極に比べ、図３（Ａ）又は図５（Ａ）に例示した給電型電極を用いた方が、連続的な電圧分布を形成できるため、より少ない電極数で目的とする位相分布に近い形状を得ることができるため好ましい。
【００３２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図６を参照しながら説明する。
図６は本発明の第２の実施形態に係る波面制御素子６０を示すものであり、この波面制御素子６０は、レンズ作用を得ることを目的とした液晶レンズを構成している。
本実施形態の波面制御素子６０は、透明基板６１、６２と、この透明基板６１、６２間に挟着されたシール６３と、透明基板６１、６２の間のスペースに充填されたブルー相液晶６４と、このブルー相液晶６４に臨む各透明基板６１、６２の一面に固設された電極６５、６６及び配向膜６７とを備えており、電圧制御手段６８によりブルー相液晶６４に印加する電圧を制御するように構成されている。
【００３３】
透明基板６２の一方の表面は、所望する位相分布に等しい形状に凹凸が形成されている。この透明基板６２上にこのような凹凸を形成するには、エッチング法、プレス法、射出成型法などを利用すれば良い。透明基板６２に凹凸を形成した後、電極６５、配向膜６７を形成する。なお、透明基板６１は、断面略矩形を有する平板が用いられている。
【００３４】
第１の実施形態の電極１５、１６では、分割あるいは給電電極が設置されていたが、本実施形態の電極６５、６６においては、一様電極であれば良い。このように構成することにより、電極構成や電圧制御が簡便となる利点がある。
【００３５】
電圧制御手段６８によりブルー相液晶６４に一様電圧を印加すると、この電圧に応じてブルー相液晶６４の実効屈折率が変化するため、透明基板６２に形成された凹凸形状に波面が変調される。本実施形態では、図６に示すように、凹凸形状が光軸対称２次曲面であれば、透過光を集光、発散させることができる。
【００３６】
従って、以上の構成の波面制御素子６０により、入射偏光の状態に依存しない、高速な焦点可変レンズを実現できる。
【００３７】
同様な構成により、透明基板に形成する凹凸形状を、目的とする波面形状に成形すれば、任意の形状に波面を変調することができる。
例えば、波面収差を補償する機能を付与するためには、補償すべき波面収差関数と同じ凹凸形状を透明基板（例えば、図６に示す本実施形態では透明基板６２）表面に形成すればよい。
【００３８】
このように構成すれば、透明基板上の凹凸に一致した形状に波面を変調できるため、凹凸形状の最適化により波面の誤差を最小限に抑えることができるので好ましい。発生する位相分布は、透明基板６２の屈折率（ｎS）とブルー相液晶６４の実効屈折率（ｎL）との差に比例する。図６において、ｎS＞ｎLであれば凹レンズとして機能し、ｎS＜ｎLであれば凸レンズとして機能する。また、ｎS＝ｎLであれば、均一な位相分布となるため、レンズ機能が発生しない。
【００３９】
本発明の波面制御素子のさらなる特徴について、以下に示す実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００４０】
「実施例１」
初めに、本実施例１の波面制御素子１０の製造方法について、図１に示す断面図を参照しながら説明する。
（１）まず、透明基板１１、１２の片面に電極１５、１６を作製する。本実施例では、この透明基板１１、１２にガラスを用いている。
（２）次に、電極１５、１６は、透明基板１１、１２の一面にＩＴＯをスパッタリング法により成膜した後、この透明基板１２上の電極１５を、フォトリソグラフィー技術及びエッチング法を用いて図２（Ａ）の分割電極２１〜２５に分割する。
（３）分割電極２１〜２５は、外部の電圧制御手段１８により異なる電圧を印加できるように接続する。
（４）次に、電極１５、１６が形成された面に、ポリイミドをスピンコートして焼成・固化した後、ラビング法により液晶の配向力を誘起させて配向膜１７とする。
（５）次に、直径１０μｍのガラスファイバースペーサーを５％混入した熱硬化型接着材を透明基板１１の電極１６が形成された面に印刷塗布し、透明基板１２を重ね合せ圧着・固化することによりセルとする。
（６）そこで、シール１３の一部に設けられた注入口（図示せず）から、カイラル材とモノマーと重合開始材がネマティック液晶に混合されたブルー相液晶１４を、セル中に充填するように注入する。
このブルー相液晶１４は、前述の［背景技術］の非特許文献１に開示された材料および製法と同様に、液晶相がブルー相となるように温度調整した状態で、液晶が注入されたセルに紫外線を照射し、モノマーを高分子化して形成した、ブルー相の温度範囲が室温から５０℃となる高分子安定化ブルー相液晶が用いられている。
（７）最後に、注入口を接着剤で封止すれば、波面制御素子１０となる。
【００４１】
本実施例１の波面制御素子１０の液晶層の厚さは１０μｍである。ブルー相液晶１４の屈折率は印加電界に応じて変化する。本実施例１のブルー相液晶１４の屈折率電圧依存性ｎ（Ｖｒｍｓ）は、１ｋＨｚの矩形交流電圧を印加した場合、ｎ（０Ｖｒｍｓ）＝１．５４、ｎ（１５０Ｖｒｍｓ）＝１．４９であり、１５０Ｖｒｍｓの電圧印加により約０．０５だけ屈折率が変化する。また、屈折率電圧依存性は入射偏光によらないことから、この屈折率変化は等方的である。また、応答速度は約１ｍｓｅｃ以下である。
【００４２】
次に、本実施例１の波面制御素子１０の作用について説明する。
本実施例１の波面制御素子１０に波長６３３ｎｍのコリメートされたレーザー光を入射させて、電極１１〜１５に０Ｖｒｍｓ〜１５０Ｖｒｍｓの電圧を適宜印加すると、透過波面は図２（Ｂ）に示すような分布となり、焦点距離約５００ｍｍの凸レンズとして機能する。また、電極１５、１６への印加電圧を変化することで、集光位置を光軸方向に移動することができる。
このように、本実施例１の波面制御素子１０により、入射偏光の状態に依存せず高速に制御可能な焦点距離可変レンズを作製できる。
【００４３】
「実施例２」
初めに、本実施例２の波面制御素子１０の製造方法について、説明する。なお、本実施例の波面制御素子１０の断面図は、図１に示した第１の実施例（第１の実施形態）と同じである。
（１）まず、透明基板１１および１２の片面に電極１５および１６を形成する。この電極１５および１６は、それぞれ透明基板１１および１２の片面において、ＩＴＯをスパッタリング法により成膜する。
（２）さらに、透明基板１２の電極１５を、フォトリソグラフィー技術及びエッチング法を用いて、図５（Ａ）の一様電極５１を形成する。
（３）その後、更にクロム膜をスパッタリング法により成膜して、再びフォトリソグラフィー技術及びエッチング法により、図５（Ａ）に示すように、給電電極５２〜５４を形成する。この給電電極５２〜５４には、外部の電圧制御手段８により任意の電圧を印加できるように接続する。
（４）次に、透明基板１１、１２の電極１５、１６、一様電極５１がそれぞれ形成された面に、ポリイミドをスピンコートして焼成・固化した後、ラビング法により液晶の配向力を誘起させて配向膜１７とする。
（５）そして、直径１０μｍのガラスファイバースペーサーを５％混入した熱硬化型接着材を透明基板１１の電極１６が形成された面に印刷塗布した後、透明基板１２を重ね合せ圧着固化することによりセルとする。シール１３の一部に設けられた注入口（図示せず）から、カイラル材とモノマーと重合開始材がネマティック液晶に混合されたブルー相液晶１４をセル中に充填するように注入する。
ここで、ブルー相液晶１４は、実施例１と同様に、つまり［背景技術］の非特許文献１に開示された材料および製法と同様に、液晶相がブルー相となるように温度調整した状態で、液晶が注入されたセルに紫外線を照射し、モノマーを高分子化して形成した、ブルー相の温度範囲が室温から５０℃となる高分子安定化ブルー相液晶が用いられている。
（６）最後に、注入口を接着剤で封止すれば、波面制御素子５０となる。
【００４４】
本実施例２の波面制御素子５０の液晶層の厚さは、実施例１と同様に、１０μｍである。本実施例のブルー相液晶１４の屈折率電圧依存性ｎ（Ｖｒｍｓ）は、１ｋＨｚの矩形交流電圧を印加した場合、ｎ（０Ｖｒｍｓ）＝１．５４、ｎ（１５０Ｖｒｍｓ）＝１．４９であり、１５０Ｖｒｍｓの電圧印加により約０．０５屈折率が変化する。また屈折率電圧依存性は入射偏光の状態によらないことから、この屈折率変化は等方的である。また、応答速度は約１ｍｓｅｃ以下である。
【００４５】
次に、本実施例２の波面制御素子５０の作用について説明する。
本実施例の波面制御素子５０に、波長（λ）６３３ｎｍのコリメートされたレーザー光を入射させ、給電電極５２〜５４に０Ｖｒｍｓ〜１５０Ｖｒｍｓの電圧を印加すると、透過波面は図５（Ｂ）と同様な形状となり、次式で示す３次の球面収差Ｗ（ｒ）
Ｗ（ｒ）＝６ｒ4−６ｒ2＋１
但し、ｒ：光軸からの距離
が発生する。
【００４６】
ここで、給電電極５２〜５４への印加電圧を変化すれば、連続的に−０.２λｒｍｓ〜０.２λｒｍｓの球面収差を発生できる。よって、本実施例の波面制御素子５０により、入射偏光に依存せずに、しかも高速に、光学系の有する球面収差を補償できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の波面制御素子において、コレステリックブルー相液晶に印加する電圧を変化させることにより、波面制御素子に入射した光の波面を高速で変化することが可能であり、入射偏光に依存しない高速な波面変調素子として焦点可変レンズ、波面収差補償素子として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態である波面制御素子の断面図。
【図２】（Ａ）は図１に示す波面制御素子に液晶レンズとしてのレンズ作用を発生させる駆動手段の模式図であって、分割型電極パターンの例、（Ｂ）はその分割型電極パターンにより得られる位相差分布図。
【図３】（Ａ）は図１に示す波面制御素子に液晶レンズとしてのレンズ作用を発生させる駆動手段の模式図であって、給電型電極パターンの例、（Ｂ）はその給電型電極パターンにより得られる位相差分布図。
【図４】（Ａ）は収差補正素子として球面収差を発生させる駆動手段の模式図であり、特に分割型電極パターンの例、（Ｂ）はその分割型電極パターンにより得られる位相差分布図。
【図５】（Ａ）は収差補正素子として球面収差を発生させる駆動手段の模式図であり、特に給電型電極パターンの例、（Ｂ）はその給電型電極パターンにより得られる位相差分布図。
【図６】本発明の第２の実施形態である波面制御素子の断面図。
【図７】従来の光変調素子を用いた光学システムの構成例を示す側面図。
【符号の説明】
【００４９】
１０、６０  波面制御素子
１１、１２、６１、６２  透明基板
１３、６３  シール
１４、６４  ブルー相液晶
１５、１６、６５、６６  電極
１７、６７  配向膜
１８、６８：電圧制御手段
２１〜２５、４１〜４５  分割電極
３１、５１  一様電極
３２〜３４、５２〜５４  給電電極
２０  液晶レンズ用駆動手段（分割型電極パターンの場合）
３０  液晶レンズ用駆動手段（給電型電極パターンの場合）
４０  収差補正素子用駆動手段（分割型電極パターンの場合）
５０  収差補正素子用駆動手段（給電型電極パターンの場合）
１００  光源
２００  光学変調素子
３００  スクリーン
２０１、２０２  電極
２０３、２０４  ガラス基板
２０５  シール
２０６  ブルー相液晶
２０７  交流電源
２０８  発熱透明板
【図１】
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【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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