(57)【要約】【課題】通過する光のスポットにボケが無い液晶レンズアレイ素子を提供する。【解決手段】複数のレンズ形状よりなるレンズアレイ面８を備えた第１の透明基板と、第２の透明基板との間に、液晶を挟持した液晶レンズアレイ素子において、個々のレンズアレイ面ｂ上には、透明電極がそれぞれ設けられ、透明電極の形状は、レンズ形状のレンズアレイを透過する光を補正する補正用パターンであることを特徴とする。また、透明電極は、それぞれのレンズ形状に対して、個別に駆動できるように、分割されていることを特徴とする。【選択図】図１（ｂ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ形状よりなるレンズアレイ面を備えた第１の透明基板と、第２の透明基板との間に、液晶を挟持した液晶レンズアレイ素子において、
個々の前記レンズアレイ面上には、透明電極がそれぞれ設けられ、前記透明電極の形状は、前記レンズ形状のレンズアレイを透過する光を補正する補正用パターンであることを特徴とする液晶レンズアレイ素子。
【請求項２】
前記透明電極は、それぞれの前記レンズ形状に対して、個別に駆動できるように、分割されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズアレイ素子。
【請求項３】
前記補正用パターンは、光の収差補正を行う収差補正用パターンであることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズアレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面センサなどに用いられる液晶レンズアレイ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波面センサなどに用いられる液晶素子としては、文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、透明基板上にレンズアレイ面を作製した液晶素子が開示されている。液晶を用いないハルトマンレンズアレイの波面センサに比べ、スポット集光位置が光軸方向にシフトできるのでダイナミックレンジが向上するなどの利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４３１８２８号（第４頁、第４図）
【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に記載された液晶素子では、レンズアレイ面に照射される光の波面に大きな傾きが生じた場合には、波面の傾きが補正できず、スポットがボケて複数の画素に広がってしまう場合がある。このような場合はスポットの中心を認識することが難しく複雑なプログラムにてスポット中心を割り出すなどの処理を行う必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、レンズアレイ面に照射される光を光学的に局所補正が可能な液晶レンズアレイ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】
【０００６】
複数のレンズ形状よりなるレンズアレイ面を備えた第１の透明基板と、第２の透明基板との間に、液晶を挟持した液晶レンズアレイ素子において、個々の前記レンズアレイ面上には、透明電極がそれぞれ設けられ、この透明電極の形状は、レンズ形状のレンズアレイを透過する光を補正する補正用パターンであることを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、透明電極は、それぞれの前記レンズ形状に対して、個別に駆動できるように、分割されていることを特徴とする。また、補正用パターンは、光の収差補正を行う収差補正用パターンであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、透明基板に設けられたレンズアレイ面の上（もしくは下）に波面収差パターンを設けることで、個々のレンズに照射された光の波面を補正し測定位置で収差の少ない集光スポットを得ることができる。これにより、複数の画素に広がったスポットも集光させることが出来、所望の波面センサ性能を得ることができる。波面センサでは、波面の傾きが大きい場合には、測定スポットが次のスポットを追い越してしまう（ＣＣＤ上でスポット位置が入れ替わる）ことがあるが、液晶レンズアレイで焦点位置を変えることによって、スポットが入れ替わるのを防止しスポット位置を測定することができる。つまり、測定値のダイナミックレンジを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１（ａ）】本発明係る液晶レンズアレイ素子を示す正面図である。
【図１（ｂ）】本発明に係る液晶レンズアレイ素子を示す正面図の拡大図である。
【図２】図１（ａ）に示す液晶レンズアレイの断面図である。
【図３】収差補正パターンの例を示す説明図である。
【図４】本発明の液晶レンズアレイ素子を用いた波面センサの構成を示す図である。
【図５】波面センサの検出方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
［液晶レンズアレイ素子の構成の説明］
図１（ａ）は、本発明の液晶レンズアレイ素子である液晶可変焦点レンズアレイ１の正面図であり、図１（ｂ）は、その部分拡大図である。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、液晶可変焦点レンズアレイ１は、複数のレンズ形状よりなる透明のレンズアレイ面８が形成されている。また、周縁部には、液晶層の漏れを防止するとともに、液晶層６を所定の厚さに保っているシール７が設けられている。
【００１３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の枠ａの部分を拡大した図である。それぞれのレンズアレイ面８には、コマ収差を補正する補正用パターンｂの電極が形成されている。このコマ収差を補正する補正用パターンｂについては、後述する。
【００１４】
図２は、図１（ａ）液晶可変焦点レンズ１のＡ−Ａ‘での断面形状の模式図である。図２に示すように、液晶可変焦点レンズアレイ１は、透明電極２、３が形成され、さらにその上に液晶を配向させるための配向層９、１０がそれぞれ形成された２枚の対向する透明基板４、５によって、液晶層６が挟持された構造を有している。ここで透明基板４、５の材質として、例えば、ガラスやペット材料、ポリカーボネートなどが用いられる。液晶層には、例えば、ホモジニアス配向型または垂直配向型の液晶が用いられる。
【００１５】
透明基板４の面には、図１にも図示したように、複数のレンズ形状よりなる透明のレンズアレイ面８が形成されている。レンズアレイ面８は、例えば、ポリカーボネートやアクリルなどの光学材料または、環状オレフィン系などの透明樹脂、またはカオチン重合タイプやアクリル系樹脂などのＵＶ硬化樹脂により形成されることが望ましい。このレンズアレイ面８の光学表面は、単純な球面でも良いが、収差の低減の観点からは、非球面形状をしていることが望ましい。また、このレンズアレイ面８は、透明基板４の上に形成したが、対向基板の透明基板５に形成してもよく、両方の基板に形成しても良い。
【００１６】
さらに、図１で図示したように、レンズアレイ面８の表面には、収差補正用パターンのある透明電極３が形成されている。
【００１７】
［補正用パターンの説明］
次に液晶可変焦点レンズアレイ１の収差補正用パターンの電極パターンを説明する。図３（ａ）は、図２における一つのレンズアレイ面８に形成されたコマ収差を補正する電極パターンの模式図である。図３（ａ）に示されるように、内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための基準領域である。
【００１８】
図３（ｂ）に、Ｘ軸上において各電極に印加される電圧を示す。図３（ｃ）に、補正後のコマ収差を示す。このように、図３（ｂ）で図示した電圧を内側領域１８の電極パターン３０の各領域３１〜３５に印加されることによって、レンズアレイ面８では、液晶可変焦点レンズ１が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差を打ち消すように働く。よって、図３（ａ）に図示するように、レンズアレイ面８の各領域に収差補正する電極パ
ターンを設け、それぞれの電極に、図３（ｂ）で図示したような電圧を印加することによって、図３（ｃ）のようにレンズアレイ面に照射される光の波面の収差を補正することができる。
【００１９】
このような、電極パターンをそれぞれのレンズアレイ面上に採用することで、例えばコマ収差の影響で複数画素に広がってしまった光のスポットを補正し、スポットの輪郭をはっきりさせることが可能である。また、電極パターンはコマ収差に限定するものではなく、球面収差や非点収差などを補正する電極パターンを作成してもよい。
【００２０】
［波面センサ構成の説明］
本発明の液晶レンズアレイ素子を用いた波面センサの構成について、図４および図５を用いて説明する。図４は波面センサの構成を示す模式図であり、図５は、図４の波面センサにおける波面検出方法を示す説明図である。図４に図示するように、波面センサは、前述した液晶収差補正レンズアレイ１と、この液晶収差補正レンズアレイ１を通過した光の集光スポット位置を検出するＣＣＤ４１と、被測定波面４３と液晶収差補正レンズアレイ１を共益関係にするリレー光学系４２とで構成される。
【００２１】
また、この波面センサは、ＣＣＤ４１の出力から、被測定波面４３を求める波面演算器４６と、参照光源の入射光に対して、液晶収差補正レンズアレイ１の電圧を変化させる電圧コントローラ４４と、この電圧の変化前後に得られたＣＣＤ４１の出力を基に、液晶収差補正レンズアレイ１の電圧値とＣＣＤ４１のデータを元にスポット重心を求めるスポット重心演算器４５とを設けている。
【００２２】
図５は、波面演算器４６の算出方法を示した図である。図５を用いてスポットの移動を検出する仕組みを説明する。まず、図４のＣＣＤ４１でスポットの画像データ取得を行う。カラーＣＣＤの場合は画像データを２値化する。そして、取得した画像データから１つのスポットに対し輪郭候補点を数箇所抽出する。そのうち３点を通り一番強度の強い点が中心になるように円を描き、円の中心をスポットの中心とする。同様に他のスポットに対してもスポットの中心座標を求める。次に先の作業でうまく輪郭候補点を抽出できない箇所について、液晶収差補正レンズアレイ１の収差補正用の電極パターンに電圧を印加し（収差補正パターンＯＮ）、再度、ＣＣＤ４１で画像データ取得を行う。先の作業と同様に、画像データからスポットの中心座標を求める。リファレンス光（平行光をいれたときのスポット位置）からのズレ量をスポット移動量として求める（スポット移動量算出）。この移動量から、入射した光の波面の傾きを算出する（波面算出演算）。
【００２３】
このように、光が液晶収差補正レンズアレイ素子１を透過すると、各電極パターンによってレンズ内の波面の収差が補正され、スポットの輪郭のボケが補正される。よって、ＣＣＤ４１上でスポット輪郭の抽出精度が向上した。また、透明電極は、それぞれのレンズ形状に対して、個別に駆動できるように、分割されていることが望ましい。このように、個別に駆動することで、波面全体の収差をそのポジションにおいて最適値で補正することができるようになる。
【００２４】
補正用の電極パターンは、光の収差補正を行う収差補正用パターンである。本実施の形態では、コマ収差補正用の例を示したが、球面収差補正用、非点収差補正用の電極パターンを利用してもよい。このような電極パターンを採用することによって、それぞれの収差を補正する効果を得ることが可能である。
【００２５】
なお、本発明に係る液晶収差補正レンズアレイ１の波面センサにおける配置位置は、上記実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、光軸上でリレー光学系のあとに液晶収差補正レンズアレイ１を設置したが、リレー光学系の前に設置しても同等の機能を
満たすので、適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  液晶可変焦点レンズアレイ
３  透明電極
５  透明基板
６  液晶層
７  シール
８  レンズアレイ面
９、１０  配向層
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２】
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【図３】
2012027411.tif 000006
【図４】
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【図５】
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