JP4383005B2

JP4383005B2 - 回折型液晶レンズ及び多焦点回折型液晶レンズ

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Publication number: JP4383005B2
Application number: JP2001166139A
Authority: JP
Inventors: 真宏河北; 啓吾飯塚; 譲土屋
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002357804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子を利用した回折型液晶レンズ及び多焦点回折型液晶レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スチールカメラやビデオカメラ等に用いられるズームレンズは複数枚のレンズからなっており、モータなどの機械的な駆動機構によってレンズ同士の間隔を調節することで焦点距離の調整を行っている。このように、機械的な駆動機構を用いて焦点距離の調節スピードの高速化を図る場合には限界がある。
【０００３】
そこで、従来、機械的な駆動機構によらないで焦点距離を調節する方法として、例えば特開昭６０−５０５１０公報や特許第２６６６９０７号公報に液晶レンズが提案されている。この液晶レンズは、フレネルレンズ状基板内に封入された液晶分子の配向方向を電気的に制御して、液晶分子の屈折率を異常光に対する値から常光に対する値まで連続的に変化させることで、焦点距離を調節するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の液晶レンズでは、電気的に焦点距離を制御することができるものの、光の屈折を利用して集光する構成であるので、特に焦点距離が短い場合やレンズの口径が大きくなるとレンズ状基板表面の凹凸の深さが増すため、封入される液晶の層が厚くなり、液晶分子の印加電圧に対する応答が遅くなる。さらに、液晶層の中心では基板からの配向規制力が有効に働かず、液晶分子の配向が乱れ入射光を散乱するため、入射光の透過率が低くなる。
【０００５】
このような問題を鑑み、本発明では、焦点距離やレンズの口径に関係なく常に液晶層が薄い、すなわち、焦点距離を高速で調節可能な、入射光の透過率の高い液晶レンズを提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載の発明は、スペーサーを介して対向させて配置した基板の内面に電極と配向膜とを積層し、前記配向膜の間に液晶分子を封入してなる回折型液晶レンズであって、前記配向膜の少なくとも一方は、同心円で並ぶ複数の輪帯状領域からなる輪帯状領域群を複数有し、複数の前記輪帯状領域群は同心円で並び、前記輪帯状領域群の幅が前記配向膜の中心から外側に向かうにしたがって漸減し、前記各輪帯状領域群は、前記輪帯状領域ごとに液晶分子のプレチルト角が異なるように配向処理されている回折型液晶レンズである。
【０００７】
かかる構成の回折型液晶レンズは、液晶層に電圧を印加しない、もしくは印加する電圧がしきい電圧値以下の場合（以下「電圧を印加しない」という）では、液晶分子は輪帯状領域ごとに異なる方向に配向する。前記液晶分子は複屈折特性を有するため、プレチルト角が異なると、それに応じて屈折率も異なるものになる。屈折率が異なると、入射光に位相差が生じるため、入射光は回折する。すなわち、異なるプレチルト角を持つように配向処理した前記輪帯状領域の集まりである輪帯状領域群では前記液晶分子により回折格子が形成されていることになる。さらに、前記輪帯状領域群は同心円で並び、その幅が配向膜の中心から外側に向かうにしたがって漸減するいわゆるフレネルゾーンプレート状に形成されているため、前記輪帯状領域群で回折された入射光は１点に集光する。一方、しきい電圧値以上の電圧を印加する場合（以下「電圧を印加する」という）では、液晶分子はすべて電界方向に配向し、場所によらず一様な屈折率となるため、前記液晶分子により回折格子は形成されず、入射光は集光することなく回折型液晶レンズを通過する。なお、「プレチルト角が異なるように配向処理する」とは、液晶分子の基板に対する立ち上がり方向が異なるように配向処理することを言う。
【０００８】
請求項２記載の発明は、スペーサーを介して対向させて配置した基板の内面に電極と配向膜とを積層し、前記配向膜の間に液晶分子を封入してなる回折型液晶レンズであって、前記配向膜は、平行に並ぶ複数の帯状領域からなる帯状領域群を複数有し、複数の前記帯状領域群が平行に並び、前記帯状領域群の幅が前記配向膜の中央から側方に向かうにしたがって漸減し、前記各帯状領域群は、前記帯状領域ごとに液晶分子のプレチルト角が異なるように配向処理されており、前記帯状領域が直交するように前記基板を対向させる回折型液晶レンズである。
【０００９】
かかる構成の回折型液晶レンズは、液晶層に電圧を印加しない場合では、帯状領域の液晶分子は異なる方向で配向するため、それに応じて屈折率も異なる。したがって、異なるプレチルト角を持つように配向処理した前記帯状領域の集まりである帯状領域群では液晶分子により回折格子が形成されることになる。さらに、前記帯状領域群が平行に並び、その幅が配向膜の中央から側方に向かうにしたがって漸減するように構成されているため、回折光はシリンドリカルレンズと同様に一方向に集光する。さらに、前記帯状領域が直交するように、すなわち集光方向が直交するように前記基板を対向させて張り合わせるので、前記帯状領域群で回折された入射光は一点に集光する。一方、しきい電圧値以上の電圧を印加する場合（以下「電圧を印加する」という）では、前記液晶分子はすべて電界方向に配向し、場所によらず一様な屈折率となるため、前記液晶分子により回折格子は形成されず、入射光は集光することなく回折型液晶レンズを通過する。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１及び請求項２記載の少なくとも一方の回折型液晶レンズの複数個を密着して積層した多焦点回折型液晶レンズである。
【００２１】
請求項３の多焦点回折型液晶レンズは、例えば、異なる焦点距離を有するＮ個の回折型液晶レンズを密着して積層した場合には、それぞれの回折型液晶レンズにおいてレンズとガラス状態とを切り替えることにより、２^Ｎ通りの焦点距離を持つ多焦点回折型液晶レンズを構成することができる。また、同じ焦点距離を有するＮ個の回折型液晶レンズを密着して積層した場合には、Ｎ通りの焦点距離を持つ多焦点回折型液晶レンズを構成することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、同じ焦点距離を有する請求項１及び請求項２記載の少なくとも一方の回折型液晶レンズの複数個を離間して積層した多焦点回折型液晶レンズである。
【００２５】
焦点距離が同じ回折型液晶レンズを密着して積層した場合には、前記したように、焦点距離はＮ通りに変化するが、請求項４のように同じ焦点距離をもつ多焦点回折型液晶レンズを離間して積層すると、Ｎ通り以上の焦点距離を有する多焦点回折型液晶レンズを構成することができる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の回折型液晶レンズと屈折型レンズとを組み合わせた回折型液晶レンズである。
【００２７】
かかる構成の回折型液晶レンズは、回折型液晶レンズの色分散特性と屈折型レンズの色分散特性とが逆であるため、回折型液晶レンズのみの場合と比較して、色収差を低減できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略するものとする。
【００２９】
なお、以下の第１から第６の実施形態を示す図では、液晶レンズの平面形状が四角形になっているが、これに限定されることはなく、その他の多角形または円形などでもよい。また、平板状の基板や電極だけでなく曲面状の基板や電極を用いてもよい。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る回折型液晶レンズの第１の実施形態を示す断面図である。図１に示すように、回折型液晶レンズ１０は、スペーサー６を介して対向している平板状の透明基板２と、透明基板２の内面に積層された透明電極３及び配向膜４と、スペーサー６によって配向膜４の間に生じた隙間に封入した液晶分子５により構成されている。また、透明電極３には電源装置７が接続されている。
【００３１】
透明基板２は、後記する透明電極３の基板であり、集光させる光の波長帯域に対して高い透過率を有する材料で形成する。可視光に対してはガラスや高分子フィルム等を用いることができる。
【００３２】
透明電極３は、液晶層１に電圧を印加し、液晶分子５の配向方向を制御するもので、透明基板２の内面に積層されている。透明電極３を透明基板２の内面に積層することで、小さい電圧で液晶分子５の配向を制御することが可能になる。また、透明電極３には電源装置７が接続され、液晶層１に電圧を印加できるようになっている。透明電極３は酸化インジウム膜に錫をドープしたいわゆるＩＴＯ膜などの透明導電性薄膜を蒸着あるいはスパッタ法などにより透明基板２に成膜して形成される。なお、透明電極３は集光する光の波長帯域に対して高い透過率を有する材料で形成する。
【００３３】
配向膜４は透明電極３に電圧を印加していないときに、液晶分子５を所定の方向に配向させておくためのもので、透明電極３に積層されている。第１の実施形態では、後記するように、配向膜４には液晶分子の配向方向が場所によって異なるように配向分割がなされている。なお、以下の実施形態では液晶分子５のプレチルト角が異なるように配向分割されているものとして説明を行う。配向膜４は、透明基板２がガラスで形成されていればＳｉＯ_２，ポリイミド及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の高分子膜が利用でき、透明基板２が高分子フィルムで形成されていれば変成ＰＶＡやナイロンエポキシ−有機チタン系等が利用できる。
【００３４】
図２（ａ）は配向膜の配向分割の状態を示す平面図、図２（ｂ）は各輪帯状領域における液晶分子の配向状態を示す断面図である。配向膜４には後記するような配向処理方法により、液晶分子５のプレチルト角がＳ１となるように配向処理された輪帯状領域Ａ１１と、液晶分子５のプレチルト角がＳ２となるように配向処理された輪帯状領域Ａ１２とからなる輪帯状領域群Ａ１が複数存在している。輪帯状領域群Ａ１，Ａ１・・・は同心円で並び、その幅ｂが配向膜４の中心から外側に向かうにつれて漸次狭くなっている。なお、輪帯状領域Ａ１１，Ａ１２では、液晶分子５のプレチルト角は異なるが、平面視すると液晶分子５の長軸は一様な方向に向くように配向処理が成されている。
【００３５】
なお、配向膜４に施すフレネルゾーンプレート状の配向分割は、対向する配向膜４のうち、少なくとも一方に施せばよい。一方の配向膜４にのみフレネルゾーンプレート状の配向処理を施した場合、他方の配向膜４には、ラビング法や光配向方法などの方法により一様な配向処理を行えばよい。
【００３６】
液晶分子５は対向する配向膜４の間のスペーサー６によって生じた隙間に封入されており、液晶層１を形成している。液晶分子５の組成や配列構造は公知のものでよく、例えばネマティック相、スメクティック相、コレステリック相などの配列構造を有する液晶や、これらを混合した液晶を使用することができる。
【００３７】
第１の実施形態に係る回折型液晶レンズ１０は以上のように構成されており、液晶層１に電圧を印加しない状態では、輪帯状領域Ａ１１の液晶分子５と、輪帯状領域Ａ１２の液晶分子５とはプレチルト角が異なって配向する（図２（ｂ））。一般に液晶分子５はその配向方向によって屈折率が異なる複屈折特性を有しているので、輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とでは液晶分子５の屈折率が異なることになる。この状態で液晶分子５の長軸方向に偏光した入射光Ｌを入射すると、輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とでは液晶分子５のプレチルト角の違いに起因する屈折率の違いにより入射光Ｌに位相差が生じ、入射光Ｌは回折する。さらに、輪帯状領域群Ａ１，Ａ１・・・が１点に集光するフレネルゾーンプレート状に並んでいるので、入射光Ｌは焦点Ｆで集光することになる。
【００３８】
すなわち、輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とで液晶分子５のプレチルト角が異なるように配向分割することで、図３（ｂ）に示すような２値的な段差により回折格子を形成しているのと同様な作用が得られる。
【００３９】
一方、電圧を印加した状態では、図２（ｃ）に示すように液晶分子５はすべて電界方向に向き、輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とにあった入射光Ｌに対する屈折率の違いはなくなるため、入射光Ｌに位相差は生じない。すなわち、レンズの作用は消滅し、入射光Ｌは集光することなく回折型液晶レンズ１０を通過する（ガラス状態）。
【００４０】
一般に、位相型の回折格子では、溝の深さは集光する光の波長帯域によって決まり、焦点距離やレンズの口径によっては変わらない。また、溝の深さは集光する光の波長程度でよい。液晶層１がフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成する回折型液晶レンズ１０においては、輪帯状領域Ａ１１とＡ１２を通過する光の光路長差が、入射光Ｌの波長程度となるように液晶層１を構成すればよい。したがって、液晶層１は屈折型の液晶レンズにおける液晶層と比較して非常に薄くすることができるため、液晶分子５の印加電圧に対する応答が高速になり、レンズとガラス状態との切り替えを高速で行うことが可能になる。また、液晶層１が薄いため液晶分子５への配向規制力が有効に働き、液晶分子５の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。また、液晶層１の厚さは焦点距離やレンズの口径により変化しない。
【００４１】
さらに、透明基板２や透明電極３が平板状であるため、径が４０ｃｍ以上あるような大型のレンズを製作することも可能である。また、回折型液晶レンズを構成する各材料は公知のものでよく、透明電極３の積層方法や後記する配向処理方法も従来の技術で十分対応が可能であるため、前記の回折型液晶レンズ１０を容易に製作することができる。
【００４２】
なお、前記では、輪帯状領域群Ａ１を輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とに配向分割し、液晶分子５のプレチルト角が２段階に変化するようにしたが、輪帯状領域群Ａ１の配向分割をさらに細かいものとしても良い。一般に位相型の回折格子では、溝の形状をキノフォーム形状（図３（ａ））とすると１次回折効率の理論値が１００％になり、キノフォーム形状を階段形状（図３（ｂ），図３（ｃ））で近似した場合には、階段の段数を増やすことで回折効率を向上させることができる。これと同様に、輪帯状領域群Ａ１において液晶分子５の屈折率が多段に変化するように配向分割することで、回折効率を向上させることができる。例えばプレチルト角の大きさを２段階とした場合の１次回折効率の理論限界は約４１％であるが、４段階とすると約８１％、８段階とすると約９５％となる。
【００４４】
また、一般的な位相型の回折格子では、焦点距離は溝の間隔により調整する。同様に、前記の回折型液晶レンズ１０では、輪帯状領域群Ａ１の幅ｂ（図２（ｂ）参照）により焦点距離を調節する。
【００４５】
次に、上述したような液晶分子の配向方向が輪帯状領域ごとに異なるように配向分割を行う方法を述べる。このような配向分割を可能にする方法の一つに光配向法がある。光配向法とは、配向膜に直線偏光した紫外光を照射して偏光方向の高分子鎖を選択的に反応させて配向膜に異方性を形成する配向処理方法である。照射する紫外光の偏光方向や強度により、配向方向を自由に設定することが可能である。なお、光配向法により配向処理を行う場合の配向膜の材料にはポリイミドやシンナモイル基を導入した変成ポリシラン、アゾ基を導入したポリイミドなどが用いられる。
【００４６】
図４（ａ），図４（ｂ）は光配向法による配向分割の方法を示した模式図である。図４（ａ）に示すように、フレネルゾーンプレート状に加工された第１のマスクＭ１は、図２（ａ）における輪帯状領域Ａ１１と同形の光の透過部Ｍ１１と、輪帯状領域Ａ１２と同形の遮蔽部Ｍ１２とを有している。透明電極３上に薄く塗布した配向膜４にマスクＭ１をあてがい、直線偏光した紫外光Ｌ１を照射すると、透過部Ｍ１１を通過した紫外光Ｌ１は配向膜４の高分子鎖と反応し、異方性を有する輪帯状領域Ａ１１が形成される。一方、遮蔽部Ｍ１２により紫外光Ｌ１が遮られた輪帯状領域Ａ１２では配向膜４に変化はおこらない。
【００４７】
次に、図４（ｂ）に示すような第１のマスクＭ１と透過部と遮蔽部とが逆転した第２のマスクＭ２を配向膜４にあてがい、紫外光Ｌ１とは異なる強度の紫外光Ｌ２を照射すると、第１のマスクＭ１をあてがったときに紫外光Ｌ１が照射されなかった領域で、紫外光Ｌ２と配向膜４の高分子鎖とが反応し、輪帯状領域Ａ１１とは異なる異方性を有する輪帯状領域Ａ１２が形成される。
【００４８】
このような配向方法により、図２に示すような、配向膜４に液晶分子５の配向方位角が異なる輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とを形成することができる。
【００４９】
また、図５（ａ），５（ｂ）に示すように、紫外光の強度を同じにして、配向膜４に第１のマスクＭ１をあてがったときには水平偏光した紫外光Ｌ３を、第２のマスクＭ２をあてがったときには垂直偏光した紫外光Ｌ４をそれぞれ照射して、液晶分子５が異なる配向方位角で配向する輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とを形成してもよい。
【００５０】
さらに、輪帯状領域群Ａ１において液晶分子５の屈折率が多段に変化するように配向分割する場合には、上述したようなマスクを段数分用いて、それぞれ偏光方向や強度の異なる紫外光を照射すればよい。
【００５１】
また、図示は省略するが、マスクを使用せずにインコヒーレントな２つの光で、各光束の広がり角が異なるものを干渉させ、２光束間でフレネルゾーンプレート状の干渉縞を作り、これを配向膜に照射して、液晶分子が異なる方向で配向する輪帯状領域Ａ１１とＡ１２とを形成してもよい。また、光配向法によらず、マスクラビング法などによっても良い。
【００５２】
（第２の実施形態）
図６は本発明に係る回折型液晶レンズの第２の実施形態を示す斜視図である。図６に示すように、回折型液晶レンズ１１は、配向膜に施す配向処理パターンを除いて、第１の実施形態と同様の構成である。なお、スペーサーの図示は省略する。
【００５３】
回折型液晶レンズ１１では、配向膜４を液晶分子５のプレチルト角がＳ１となるように配向処理された帯状領域Ａ２１と、液晶分子５のプレチルト角がＳ２となるように配向処理された帯状領域Ａ２２とに配向分割された帯状領域群Ａ２が複数存在している。帯状領域群Ａ２，Ａ２・・・は平行に並び、その幅が配向膜４の中央から側方に向かうにつれて漸次狭くなっている。また、帯状領域群Ａ２は、図の左側ではｘ軸に平行に、右側ではｙ軸に平行に並んでおり、対向する配向膜４，４の帯状領域群が直交するように透明基板２を張り合わせてある。なお、液晶分子５の平面上の配向方向は対向する配向膜４，４で同一方向とし、以下では、ｙ方向に配向されているものとして説明を行う。なお、上述した場所によりプレチルト角が異なるような配向処理は、第１の実施形態で述べたような光配向法により施すことができる。
【００５４】
第２の実施形態に係る回折型液晶レンズ１１は以上のように構成されており、第１の実施形態に係る回折型液晶レンズ１０と同様に、電圧を印加しない状態では、帯状領域Ａ２１とＡ２２とで液晶分子５のプレチルト角が異なって配向する。したがって、液晶分子５の複屈折特性により帯状領域Ａ２１とＡ２２とでは屈折率が異なる。この状態でｙ方向に偏光した入射光Ｌが図６の左側より液晶層１へ入射すると、帯状領域Ａ２１とＡ２２とでは液晶分子５のプレチルト角の違いに起因する屈折率の違いにより入射光Ｌに位相差が生じ、入射光Ｌは回折する。さらに、帯状領域群Ａ２，Ａ２・・・はｘ軸に平行に形成され、その幅は中心から外側に向かうにつれて漸次狭くなっているため、液晶分子５は一方向に集光するシリンドリカルレンズと同様の働きを持つ回折格子を形成することになり、入射光Ｌはｙ方向に集光する。
【００５５】
さらに、一方の配向膜４は、左側の帯状領域群Ａ２とは直交するように、ｙ軸に平行に帯状領域群Ａ２が形成されており、これにしたがって配向する液晶分子５によりｘ方向に集光する回折格子が形成されている。したがって、入射光Ｌは液晶層１を通過すると一点に集光する。すなわち、対向する配向膜４，４に前記のような配向分割を施し、液晶分子５を配向することにより、２枚のシリンドリカルレンズをその集光方向が直交するように並べたのと同様の作用が得られる。
【００５６】
一方、電圧を印加した状態では、液晶分子５はすべて電界方向に向き、帯状領域Ａ２１とＡ２２とにあった入射光Ｌに対する屈折率の差が解消されるため、入射光Ｌに位相差は生じない。すなわち、レンズの作用は消滅し、入射光Ｌは集光することなく回折型液晶レンズ１１を通過する。
【００５７】
したがって、液晶層１がシリンドリカルレンズと同様の働きを持つ回折格子を形成する回折型液晶レンズ１１においても、液晶層１は、帯状領域Ａ２１とＡ２２を通過する光の光路長差が、入射光Ｌの波長程度となるように構成すればよく、屈折型の液晶レンズにおける液晶層と比較して非常に薄くすることができるため、液晶分子５の印加電圧に対する応答が高速になり、レンズとガラス状態の切り替えを高速で行うことが可能になる。また、液晶層１が薄いため液晶分子５の配向規制力が有効に働き、液晶分子５の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。また、液晶層１の厚さは焦点距離やレンズの口径によらず一定である。
【００５８】
さらに、透明基板２や透明電極３が平板状であるため、径が４０ｃｍ以上あるような大型のレンズを製作することも可能である。回折型液晶レンズを構成する各材料は公知のものでよく、透明電極３の積層方法や後記する配向処理方法も従来の技術で十分対応が可能であるため、容易に前記の回折型液晶レンズ１１を製作することができる。
【００５９】
なお、第１の実施形態の回折型液晶レンズ１０と同様に帯状領域群Ａ２の配向分割をさらに細かくし、回折効率の向上を図ってもよい。
【００６１】
また、焦点距離は帯状領域群Ａ２の幅によるため、所望の焦点距離が得られるように適宜調整する。
【００６２】
（第３の実施形態）
図７は回折型液晶レンズの第３の実施形態（参考実施形態）を示す断面図である。図７に示すように、回折型液晶レンズ２０は、スペーサー６を介して対向している平板状の透明基板２と、透明基板２の内面に積層した透明電極３，３ａ及び配向膜４，４ａと、スペーサー６によって生じた配向膜４，４ａ間の隙間に封入した液晶分子５とで構成されている。透明電極３ａには回折格子の溝１２が形成されており、配向膜４ａは溝１２に沿って積層されている。また、透明電極３，３ａに電圧を供給する電源装置７が接続されている。
【００６３】
透明基板２、液晶分子５及びスペーサー６は第１の実施形態で説明したものと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
透明電極３及び透明電極３ａは、液晶層１に電圧を印加し、液晶分子５の配向方向を制御するもので、透明基板２に積層されている。透明電極３は第１の実施形態で説明したものと同様であるので説明は省略する。透明電極３ａには後記するような方法により、図８に示すように、輪帯状の溝１２が複数形成され、これらが同心円状に並び、かつ溝１２の幅が透明電極３ａの中心から外側に向かうにしたがって漸次狭くなっており、回折光が１点に集光するフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成している。
【００６５】
溝１２の断面形状は、キノフォーム形状（図３（ａ））を４段の階段形状（図３ｃ）で近似したものである。透明電極３ａは集光する光の波長帯域に対して高い透過率をし、基板間に封入する液晶分子５の異常光屈折率もしくは常光屈折率と等しい屈折率を有する材料で形成する。
【００６６】
なお、回折格子の溝を形成する階段の段数はこれに限定されることはなく、また、断面形状もキノフォーム形状やこれを三角形で近似した鋸歯形状としてもよく、レンズの用途や製作性などを加味しながら、所望の回折効率が得られるように適宜選択すればよい。なお、回折格子の溝の断面形状をキノフォーム形状（図３（ａ））とした場合の１次回折効率の理論値が１００％であるのに対し、これを階段形状で近似した場合の１次回折効率の理論限界は、１段階（図３（ｂ））で約４１％、４段階（図３（ｃ））で約８１％、８段階（図示せず）で約９５％である。階段の段数を多くすると回折効率が高くなり、明るい画像が得られるとともに、０次や高次の回折光の影響を抑えることができる。
【００６７】
フレネルゾーンプレート状の回折格子では焦点距離は、溝１２の間隔によるため、所望の焦点距離が得られるように適宜調節する。
【００６８】
配向膜４ａはフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成した透明電極３ａにスピンコートで配向剤を塗布することなどにより成膜する。また、透明電極３ａに形成した回折格子の溝１２に沿って同心円状に液晶分子５が配向すると、偏光した入射光Ｌに対して場所により異なる光学特性になってしまうので、ラビング法や光配向法などの配向処理方法により、液晶分子５が一方向に配向するように配向処理を行う。
【００６９】
液晶分子５はスペーサー６によって生じた配向膜４，４ａ間の隙間に封入されており、液晶層１を構成している。また、液晶分子５の組成や配列構造は公知のものでよいが，液晶分子５の異常光屈折率もしくは常光屈折率と透明電極３ａの屈折率とが等しくなるような材料を選択する。なお、以下では液晶分子５の異常光屈折率と透明電極３ａの屈折率とが等しいものとして説明を行う。
【００７０】
第３の実施形態に係る回折型液晶レンズ２０は以上のように構成されており、透明電極３，３ａに電圧を印加すると、液晶分子５は電界方向に向かって配向する。このときの液晶分子５の入射光Ｌに対する屈折率は常光屈折率であり、透明電極３ａの屈折率とは異なるので、透明電極３ａに入射した入射光Ｌは、透明電極３ａに形成した同心円状の溝１２，１２・・・により位相差を生じ回折する。さらに、溝１２，１２・・・はフレネルゾーンプレート状に配置されているので、入射光Ｌは焦点Ｆに集光する。
【００７１】
一方、透明電極３，３ａに電圧を印加しない状態では、液晶分子５は前記の配向処理により一様に配向している。このときの液晶分子５の入射光Ｌに対する屈折率は異常光屈折率であり、透明電極３ａの屈折率と等しくなる。したがって、透明電極３ａに形成した溝１２，１２・・・に透明電極３ａと屈折率の等しい異常光屈折率状態の液晶分子５が入り込み、溝１２では位相差が生じないため、入射光Ｌは回折せずに、回折型液晶レンズ２０を通過する。
【００７２】
以上のように、透明電極３ａにフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成した第３の実施形態における回折型液晶レンズ２０においては、液晶層１の厚さは、スペーサー６の厚みに、透明電極３ａに形成した回折格子の溝１２の深さを足した程度でよい。なお、回折格子の溝１２の深さｄ（図８参照）は、液晶分子５の常光屈折率ｎ₀と異常光屈折率ｎ_eとの差に溝１２の深さｄを乗じた値が光の波長λ（λ＝（ｎ_e−ｎ_o）×ｄ）程度となればよい。液晶層１を薄くできるため、液晶分子５の印加電圧に対する応答が高速になり、レンズとガラス状態とを高速で切り替えることができる。また、液晶層１が薄いため液晶分子５の配向規制力が有効に働き、液晶分子５の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。さらに、回折型液晶レンズ２０を構成する各部材は従来用いられているものを使用することができる。
【００７３】
なお、前記のように、一方の透明電極３ａのみに回折格子を形成すると、基板の張り合わせ作業は容易となるが、焦点距離が短くかつ大口径のレンズ（Ｆナンバーが小さいレンズ）を製作する場合には、周辺部で回折格子の溝が非常に細かくなりレンズの製作が難しくなる。この場合には、両方の透明電極にフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成し、同心円状の溝の中心が一致するように対向させてもよい。このようにすると、Ｆナンバーを実質約半分にできるので、溝の間隔を粗くすることができ回折格子の製作が容易になる。さらに、両側に配向構造ができるため、液晶層１の厚さをより薄くすることが可能で、液晶分子５の印加電圧に対する応答速度をより高速にすることができる。
【００７４】
また、前記では透明電極３ａに用いる材料の屈折率と、封入する液晶分子５の異常光屈折率とが等しくなるように材料を選択したが、透明電極３ａの屈折率と液晶分子５の常光屈折率とが等しくするように材料を選択しても良い。このように構成すると、液晶層１に電圧を印加しない状態（液晶分子５の異常光屈折率と透明電極３ａとの屈折率が異なる状態）で入射光Ｌは回折し、電圧を印加した状態（液晶分子５の常光屈折率と透明電極３ａの屈折率とが等しくなる状態）では、入射光Ｌは回折せずに回折型液晶レンズ２０を通過する。
【００７５】
次に、透明電極に階段形状の回折格子の溝を成形する方法を説明する。このような加工は、電子集積回路の製作に用いられるリソグラフィー技術を適用することにより可能になる。透明電極にレジストを塗布し、これに回折格子が刻まれているマスクをあてがい、このマスクを介して露光光をレジストに露光し、そのマスクパターンの潜像を形成する。現像によって露光部（潜像部）のレジストを取り除いた後にエッチングを行い、最後に残留しているレジストを除去すると、透明電極には２段の階段形状が形成される。これらの処理を繰り返すことで所望の段数の階段形状が得られる。このように、前記の回折型液晶レンズ２０では、比較的容易に透明電極３ａに回折格子を形成することができる。
【００７６】
（第４の実施形態）
図９は回折型液晶レンズの第４の実施形態（参考実施形態）を示す斜視図である。図９に示すように、回折型液晶レンズ２１は、透明電極の回折格子の形状を除いて、第３の実施形態で説明した回折型液晶レンズ２０と同様の構成である。なお、スペーサーの図示は省略する。
【００７７】
回折型液晶レンズ２１では、透明電極３ｂに帯状の溝１３が複数形成され、これらが平行に隣接して並び、かつその幅が透明電極３ｂの中央から側方に向かうにしたがって漸次狭くなっており、回折光が一方向に集光するシリンドリカルレンズと同じ作用を持つ回折格子を形成している。同様に透明電極３ｂと対向する透明電極３ｃにもシリンドリカルレンズ状の回折格子が形成され、透明電極３ｂに形成した溝１３と透明電極３ｃに形成した溝１４とが直交するように張り合わされている。
【００７８】
回折格子を形成する溝１３，１４の断面形状はキノフォーム形状（図３（ａ））やキノフォーム形状を近似した階段形状（図３（ｃ））などとする。これらは回折型液晶レンズ２１の用途や製作性などを加味しながら所望の回折効率が得られるように適宜選択すればよい。また、溝の幅は所望の焦点距離が得られるように適宜調節する。
【００７９】
透明電極３ｂ，３ｃ及び液晶分子５は公知の材料で形成すればよいが、透明電極３ｂ，３ｃの屈折率と、液晶分子５の常光屈折率もしくは異常光屈折率とが等しくなるような材料を選択する。なお、以下では液晶分子５の常光屈折率と透明電極３ｂ，３ｃの屈折率とが等しいものとして説明を行う。
【００８０】
配向膜４ｂ，４ｃを透明電極３ｂ，３ｃに成膜し、配向処理を行うが、配向方向は、透明電極３ｂ，３ｃに形成した溝１３，１４と同方向とする。これによりラビング法などの簡単な配向方法で配向処理を行うことができる。なお、電圧を印加しない状態では、図９のように、液晶分子５の長軸が９０度回転して配向する（ツイステッドネマティック配向）。
【００８１】
第４の実施形態に係る回折型液晶レンズ２１は以上のように構成されており、透明電極３ｂ，３ｃに電圧を印加しない状態では、液晶分子５の入射光Ｌに対する屈折率は異常光屈折率であり、透明電極３ｂ，３ｃの屈折率とは異なっている。この状態で、透明電極３ｂ側より、溝１３の方向（ｘ方向）に偏光した入射光Ｌを入射すると、入射光Ｌは透明電極３ｂに形成した帯状の溝１３，１３・・・により位相差を生じ回折する。さらに、溝１３がシリンドリカルレンズ状に配置されているので、入射光Ｌはｙ方向に集光する。
【００８２】
前述したように、液晶分子５はツイステッドネマティック配向となっているため、ｘ方向に偏光した入射光Ｌは、透明電極３ｃに達する間に、液晶分子５の旋光性によりｙ方向に偏光する。したがって、透明電極３ｃの溝１４にはｙ方向に偏光した入射光Ｌが入射し、ｘ方向に集光するように透明電極３ｃに形成したシリンドリカルレンズ状の回折格子により、ｘ方向に集光する。すなわち、透明電極３ｂと３ｃに形成した集光方向の異なる２つのシリンドリカルレンズ状の回折格子により焦点Ｆに集光する。
【００８３】
一方、透明電極３ｂ，３ｃに電圧を印加した状態では、液晶分子５は電界方向に一様に配向する。このときの入射光Ｌに対する液晶分子５の屈折率は常光屈折率であり、透明電極３ｂ，３ｃの屈折率と等しくなる。したがって、透明電極３ｂに形成した溝１３，１３・・・及び透明電極３ｃに形成した溝１４，１４・・・が透明電極３ｂ及び３ｃと屈折率の等しい常光屈折率状態の液晶分子５により埋められるため、位相差は生じない。すなわち、入射光Ｌは回折せずに、液晶レンズ２１を通過する（ガラス状態）。なお、液晶分子５の異常光屈折率と透明電極３ｂ，３ｃの屈折率とを等しくした場合には、前記とは反対に、電圧を印加するとレンズとして作用し、電圧を印加しない場合にはレンズの作用は消滅しガラス状態となる。
【００８４】
以上のように、透明電極３ｂ，３ｃにシリンドリカルレンズ状の回折格子を形成した第４の実施形態における回折型液晶レンズ２１においても、液晶層１の厚さは、スペーサー６の厚みに、透明電極３ｂ，３ｃに形成した回折格子の溝１３，１４の深さを足した程度でよい。なお、回折格子の溝１３，１４の深さｄは、それぞれ液晶分子５の常光屈折率ｎ₀と異常光屈折率ｎ_eとの差に溝の深さｄを乗じた値が光の波長λ（λ＝（ｎ_e−ｎ_o）×ｄ）程度となればよい。液晶層１を薄くできるため、液晶分子５の印加電圧に対する応答が高速になり、レンズとガラス状態とを高速で切り替えることができる。また、液晶層１が薄いため液晶分子５の配向規制力が有効に働き、液晶分子５の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。
【００８５】
さらに、回折型液晶レンズ２１を構成する各部材は従来用いられているものを使用することができ、製作方法も従来の技術で対応が可能であるため、容易に液晶レンズを製作することができる。さらに、配向膜４ｂ，４ｃに施す配向処理は、回折格子の溝に沿ったものであるため、ラビング法などにより容易に行うことが可能で、かつ液晶分子５の良好な配向制御が可能である。
【００８６】
（第５の実施の形態）
図１０は回折型液晶レンズの第５の実施形態（参考実施形態）を示す断面図である。図１０に示すように、回折型液晶レンズ３０は第２の実施形態で電極３ａに形成したフレネルゾーンプレート状の回折格子と同様な回折格子を透明基板２ａに形成したものである（図８参照）。
【００８７】
階段形状の溝２２を有する透明基板２ａに積層する透明電極３ｄはＩＴＯ膜などの透明導電性薄膜を蒸着やスパッタ法などにより成膜すればよい。なお、溝２２の深さと透明電極３ｄの厚さによっては、透明電極３ｄが分断されている状態になる可能性があるが、溝の深さが８００ｎｍであるフレネルゾーンプレート状の回折格子が形成してある基板上に、７６ｎｍの透明電極３ｄ（ＩＴＯ膜）をスパッタ法により成膜して、導通テストを行った結果、透明電極３ｄには分断が無いことを確認している。
【００８８】
なお、第３の実施形態で述べたように、焦点距離が短い場合やレンズの口径が大きい場合など、回折格子の溝が細かくなるような場合には、もう一方の透明基板２にもフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成し、同心円状の溝の中心が一致するように対向させてもよい。
【００８９】
透明基板２ａは集光する光の波長帯域に対して高い透過率を有し、屈折率と液晶分子５の異常光屈折率もしくは常光屈折率とが等しくなるような材料を選択する。
【００９０】
以上のように、透明基板２ａにフレネルゾーンプレート状の回折格子を形成した第５の実施形態における回折型液晶レンズ３０においては、液晶層１の厚さは、スペーサー６の厚みに、透明基板２ａに形成した回折格子の溝２２の深さを足したものとなる。なお、回折格子の溝の深さｄは、液晶分子５の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eとの差に溝の深さｄを乗じた値が光の波長λ（λ＝（ｎ_e−ｎ_o）×ｄ）程度となればよい。液晶層１を薄くできるため、液晶分子５の印加電圧に対する応答が高速になり、レンズとガラス状態とを高速で切り替えることができる。また、液晶層１が薄いため液晶分子５の配向規制力が有効に働き、液晶分子５の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。
【００９１】
さらに、回折型液晶レンズ３０を構成する各部材は従来用いられているものを使用することができ、製作方法も従来の技術で対応が可能であるため、容易に回折型液晶レンズ３０を製作することができる。さらに、回折格子を形成する透明基板２ａに適用できる材料が多いため、液晶分子５の異常光屈折率もしくは常光屈折率と等しい屈折率をもつ材料を選択しやすい。また、透明基板をプラスチックのような柔らかい材料で形成する場合には、金型を押し付けることによって回折格子の溝を製作することも可能になり、材料加工のコストダウンも可能になる。
【００９２】
（第６の実施形態）
図１１は回折型液晶レンズの第６の実施形態（参考実施形態）を示す斜視図である。図１１に示すように、回折型液晶レンズ３１は、第３の実施形態で透明電極３ｂ，３ｃに形成したシリンドリカルレンズ状の回折格子と同様な回折格子を透明基板２ｂ，２ｃに形成したものである。なお、スペーサーの図示は省略する。
【００９３】
なお、透明基板２ｂは集光する光の波長帯域に対して高い透過率を有し、屈折率と液晶分子５の常光屈折率もしくは異常光屈折率とが等しくなるような材料を選択する。
【００９４】
以上のように、透明基板２ｂ，２ｃにシリンドリカルレンズ状の回折格子を形成した回折型液晶レンズ３１においても、液晶層１の厚さは、スペーサーの厚みに、透明基板２ｂ，２ｃに形成した回折格子の溝２３，２４の深さを足したものとなる。なお、回折格子の溝の深さｄは、液晶分子５の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eとの差に溝の深さｄを乗じた値が光の波長λ（λ＝（ｎ_e−ｎ_o）×ｄ）程度でよい。液晶層１を薄くできるため、液晶分子５の印加電圧に対する応答が高速になり、レンズとガラス状態を高速で切り替えることができる。また、液晶層１が薄いため液晶分子５の配向規制力が有効に働き、液晶分子５の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。
【００９５】
さらに、回折型液晶レンズ３１を構成する各部材は従来用いられているものを使用することができ、製作方法も従来の技術で対応が可能であるため、容易に液晶レンズを製作することができる。回折格子を形成する透明基板２ｂ，２ｃに適用できる材料が多いため、液晶分子５の常光屈折率と等しい屈折率をもつ材料を選択しやすい。また、透明基板をプラスチックのような柔らかい材料で形成する場合には、金型を押し付けることによって回折格子の溝を製作することも可能になり、材料加工のコストダウンも可能になる。
【００９６】
（第７の実施形態）
回折型レンズの焦点距離は、回折格子の周期構造に依存するため、液晶に印加する電圧に応じて焦点距離を連続的に変化させることは難しい。このような問題を解決するために、図１２に示すように、入射光の偏光方向が変わらない第１，第２，第３及び第５の実施形態で示したような回折型液晶レンズからなる群から選択された回折型液晶レンズの複数個を密着して積層する多焦点回折型液晶レンズ４０を構成してもよい。
【００９７】
密着して積層した複数個の回折型液晶レンズのそれぞれにおいて、レンズとガラス状態とを切り替えることで焦点距離ｆを可変にすることができる。図１２のように焦点距離がそれぞれｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_Nである回折型液晶レンズＫ₁，Ｋ₂，・・・，Ｋ_Nを密着して積層し、それぞれの回折型液晶レンズで、レンズとガラス状態とを切り替えることで、２^N通りの焦点距離をもつ多焦点回折型液晶レンズ４０を構成することができる。例えば、図１２のように、回折型液晶レンズＫ₂，Ｋ₃及びＫ_Nをレンズ（ＯＮ）として作用させ、残りの回折型液晶レンズをガラス（ＯＦＦ）として作用させた場合の多焦点回折型液晶レンズ４０の焦点距離ｆはｆ＝（１／ｆ₂＋１／ｆ₃＋１／ｆ_N）^-1となる。
【００９８】
第１，第２，第３及び第５の実施形態の回折型液晶レンズは、前記したように、いずれも、レンズとガラス状態とを電気的に高速で切り替えることが可能で、また高い光の透過率と光集光性を有する。したがって、これを積層した多焦点回折型液晶レンズ４０においても、焦点距離ｆの切り替えを高速で行うことが可能で、また光の透過率と光集光性も高い。さらに、機械的な駆動装置が不要になるため、屈折型のレンズで焦点距離を調節するよりも小型化、軽量化を図ることができる。
【００９９】
さらに、第１の実施形態に係る回折型液晶レンズの複数個を密着して積層した場合、または第２の実施形態に係る回折型液晶レンズの複数個を密着して積層した場合、もしくは第１及び第２の実施形態に係る回折型液晶レンズの複数個を密着して積層した場合には、大口径かつ焦点距離が可変となる多焦点回折型液晶レンズ４０を構成することができる。
【０１００】
また、第５の実施形態に係る回折型液晶レンズの複数個を密着して積層した場合、透明基板に回折格子を形成するので、使用する材料の選択の幅が広がり、様々な加工方法により回折格子を形成することが可能になる。したがって、多焦点回折型液晶レンズ４０を容易に形成することが可能になる。
【０１０１】
さらに、同じ焦点距離を有する回折型液晶レンズの複数個を密着して積層してもよい。Ｎ枚の回折型液晶レンズを密着して積層した場合には、Ｎ通りの焦点距離をもつ多焦点回折型液晶レンズ４０となる。例えば、図１２において、回折型液晶レンズＫ₁，Ｋ₂，・・・，Ｋ_Nの焦点距離をすべてｆ₀とすると、焦点距離ｆはｆ＝（１／ｆ₂＋１／ｆ₃＋１／ｆ_N）^-1＝（３／ｆ₀）^-1となる。また、同じ焦点距離を有する同じ形態の回折型液晶レンズを使用して多焦点回折型液晶レンズ４０を構成すれば、量産化した場合に製作コストを低く押さえることができる。
【０１０２】
（第８の実施形態）
同じ焦点距離を有する回折型液晶レンズの複数個を離間して積層してもよい。前述したように、同じ焦点距離を有する回折型液晶レンズの複数個を密着して積層した場合の焦点距離の種類はＮ通りであるが、離間して積層することで、Ｎ通り以上の焦点距離を有する多焦点回折型液晶レンズを構成することができる。
【０１０３】
（第９の実施形態）
第１乃至第６の実施形態のいずれかの回折型液晶レンズと屈折型レンズとを組み合わせてもよい。回折型液晶レンズの色分散特性と屈折型レンズの色分散特性とが逆であるため、色収差を低減できる。したがって、回折型液晶レンズのみの場合と比較して、画質が向上する。なお、多焦点回折型液晶レンズと屈折型レンズとを組み合わせても勿論よい。
【０１０４】
以上のような回折型液晶レンズ、もしくは回折型液晶レンズの複数個を積層した多焦点回折型液晶レンズは、例えばカメラのズームレンズ、遠近焦点可変の眼鏡、三次元表示ディスプレイなど様々な光学装置へ適用が可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に係る回折型液晶レンズによれば、液晶層の厚さを屈折型の液晶レンズにおける液晶層と比較して非常に薄くすることが可能である。これにより、液晶分子の印加電圧に対する応答が高速になるため、レンズとガラス状態の切り替えも高速で行うことができる。さらに、液晶層が薄いため液晶分子の配向規制力が有効に働き、液晶分子の配向が乱れないので、光の透過率が高くなる。また、基板や電極が平板状であるため、大口径のレンズの作成も可能である。
【０１０９】
請求項３に係る多焦点回折型液晶レンズは、前記の効果を有する入射光の偏光方向が変わらない請求項１または請求項２に係る回折型液晶レンズの複数個を密着して積層することで、焦点距離を変えられる多焦点回折型液晶レンズを構成することができる。例えばＮ枚の回折型液晶レンズを密着して積層すれば、各回折型液晶レンズにおいて、レンズとガラス状態を切り替えることにより２^Ｎ通りの焦点距離を高速で調節することが可能になる。また、機械的な駆動装置が不要となるため、この多焦点回折型液晶レンズを組み込んだ光学機器においては、小型化や軽量化を図ることが可能になる。
【０１１０】
また、請求項３に係る多焦点回折型液晶レンズは、請求項１及び請求項２に係る回折型液晶レンズを使用するので、前記した多焦点回折型液晶レンズの効果に加えて、レンズの口径が大きい多焦点回折型液晶レンズを構成することが可能になる。
【０１１２】
また、請求項３に係る多焦点回折型液晶レンズを、同じ焦点距離を有する同じ形態の回折型液晶レンズで構成すれば、量産化した場合に製作コストを押さえることができる。
【０１１３】
また、焦点距離が同じ回折型液晶レンズを密着して積層した場合には、Ｎ通りの焦点距離を有する多焦点回折型液晶レンズとなるが、請求項４のように、各レンズを離間して積層することで、Ｎ通り以上の焦点距離を有する多焦点回折型液晶レンズを構成することができる。
【０１１４】
請求項５に係る回折型液晶レンズは、回折型液晶レンズの色分散特性と屈折型レンズの色分散特性とが逆であるため、回折型液晶レンズのみの場合と比較して、色収差を低減できるため、画質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回折型液晶レンズの第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】配向膜の配向状態を示す説明図である。
【図３】回折格子の溝の断面図である。
【図４】場所により異なった配向とするための配向処理方法の説明図である。
【図５】場所により異なった配向とするためのその他の配向処理方法の説明図である。
【図６】本発明に係る回折型液晶レンズの第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】回折型液晶レンズの第３の実施形態（参考実施形態）を示す斜視図である。
【図８】回折型液晶レンズの第４の実施形態（参考実施形態）を示す断面図である。
【図９】回折型液晶レンズの第３及び第５の実施形態（参考実施形態）を示す説明図である。
【図１０】回折型液晶レンズの第５の実施形態（参考実施形態）を示す断面図である。
【図１１】回折型液晶レンズの第６の実施形態（参考実施形態）を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る多焦点回折型液晶レンズの実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１液晶層
２透明基板
３透明電極
４配向膜
５液晶分子
６スペーサー
１０回折型液晶レンズ
１２溝
Ａ１輪帯状領域群
Ａ１１，Ａ１２輪帯状領域

Claims

スペーサーを介して対向させて配置した基板の内面に電極と配向膜とを積層し、前記配向膜の間に液晶分子を封入してなる回折型液晶レンズであって、
前記配向膜の少なくとも一方は、同心円で並ぶ複数の輪帯状領域からなる輪帯状領域群を複数有し、
複数の前記輪帯状領域群は同心円で並び、
前記輪帯状領域群の幅が前記配向膜の中心から外側に向かうにしたがって漸減し、
前記各輪帯状領域群は、前記輪帯状領域ごとに液晶分子のプレチルト角が異なるように配向処理されていることを特徴とする回折型液晶レンズ。
スペーサーを介して対向させて配置した基板の内面に電極と配向膜とを積層し、前記配向膜の間に液晶分子を封入してなる回折型液晶レンズであって、
前記配向膜は、平行に並ぶ複数の帯状領域からなる帯状領域群を複数有し、
複数の前記帯状領域群が平行に並び、
前記帯状領域群の幅が前記配向膜の中央から側方に向かうにしたがって漸減し、
前記各帯状領域群は、前記帯状領域ごとに液晶分子のプレチルト角が異なるように配向処理されており、
前記配向膜の前記帯状領域が直交するように前記基板を対向させることを特徴とする回折型液晶レンズ。
請求項１及び請求項２記載の少なくとも一方の回折型液晶レンズの複数個を密着して積層したことを特徴とする多焦点回折型液晶レンズ。
同じ焦点距離を有する請求項１及び請求項２記載の少なくとも一方の回折型液晶レンズの複数個を離間して積層したことを特徴とする多焦点回折型液晶レンズ。
請求項１または請求項２に記載の回折型液晶レンズと屈折型レンズとを組み合わせたことを特徴とする回折型液晶レンズ。