特許 6332981 光変調ユニット及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6332981

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】光変調ユニット及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/13 20060101AFI20180521BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20180521BHJP

   G02F 1/061 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/13 101

   G02F1/13 505

   G02F1/1333

   G02F1/061 505

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-13360(P2014-13360)

(22)【出願日】2014年1月28日

(65)【公開番号】特開2015-141280(P2015-141280A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2016年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126583

【弁理士】

【氏名又は名称】宮島 明

(72)【発明者】

【氏名】横山 正史

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／００９１７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−１４５６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−００４２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８６３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３７４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２８７２０７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３，

１／１３３−１／１３３４，

１／１３３９−１／１３４１，

１／１３４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光変調素子の透過面の面精度を測定し、所定の面精度範囲ごとに前記光変調素子を分類する面精度測定工程と、
前記面精度測定工程によって分類された前記複数の光変調素子から、面精度に依り発生する位相差を相殺するように前記複数の光変調素子を選択する工程と、
前記選択工程によって選択された前記複数の光変調素子の前記位相差を相殺するように重ね合わせる重ね合わせ工程と、
を有する光変調ユニットの製造方法。

【請求項2】

前記重ね合わせ工程は、前記複数の光変調素子の少なくとも一つを光束の透過軸を中心に所定の角度だけ回転させてから重ね合わせる
ことを特徴とする請求項１に記載の光変調ユニットの製造方法。

【請求項3】

前記重ね合わせ工程は、前記複数の光変調素子の少なくとも一つを裏返してから重ね合わせる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調ユニットの製造方法。

【請求項4】

前記複数の光変調素子に、電圧を印加するための引出し電極を形成する引出し電極形成工程を有し、
前記重ね合わせ工程は、前記複数の光変調素子の各前記引出し電極がそれぞれの透過面における同一方向側に配置されるように重ね合わせる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の光変調ユニットの製造方法。

【請求項5】

前記引出し電極形成工程は、前記複数の光変調素子のそれぞれに前記引出し電極を複数個所形成する
ことを特徴とする請求項４に記載の光変調ユニットの製造方法。

【請求項6】

透過する光束に位相変調を与える複数の光変調素子を備え、
前記複数の光変調素子は、前記光束の透過面の面精度に依り発生する位相差を相殺するようにそれぞれの前記透過面を重ね合わせる
ことを特徴とする光変調ユニット。

【請求項7】

前記複数の光変調素子のそれぞれは、所定の方向に沿って配向された液晶分子が含まれる液晶層と、前記液晶層を挟んで対向するように配置された二つの透明電極とを有し、
前記液晶層を透過する前記光束の位相を、前記二つの透明電極の間に電圧を印加することにより制御する液晶素子である
ことを特徴とする請求項６に記載の光変調ユニット。

【請求項8】

前記透明電極は、電圧を印加するための引出し電極を備え、
前記複数の光変調素子を重ね合わせるときに、各前記引出し電極がそれぞれの透過面における同一方向側に配置される
ことを特徴とする請求項７に記載の光変調ユニット。

【請求項9】

前記引出し電極は、前記複数の光変調素子のそれぞれに複数個所形成される
ことを特徴とする請求項８に記載の光変調ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透過する光の位相変調が可能な液晶素子を有する光変調素子であって、複数の光変調素子からなる光変調ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、レーザ顕微鏡、光ピックアップ装置、レーザ加工機など、光を対象物に照射することによって、その対象物の形状などの情報を検出したり、その対象物に何らかの変化を生じさせたりする光学装置が利用されている。このような光学装置に、例えば、対向する基板間に液晶分子を封入してなる光変調素子を有する光変調ユニットを組み込み、直線偏光をラジアル偏光に変換して集光スポット径をより小さくすることで超解像を可能にしたり、波面収差を補償したりする技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

すなわち、この液晶素子からなる光変調素子を複数組み合わせて光変調ユニットを形成し、位相反転素子と偏光面回転素子を組み合わせて超解像を可能にしたり、位相変調素子同士で３次球面収差と５次球面収差の補正を可能にしたりするなど多機能化も提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１２／１２４６３４号（第９頁、第２７頁、図３）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に示した従来技術において、液晶分子が二枚の透明基板とシール部材の間に封入された液晶層を有する液晶素子である光学変調素子は、その二枚の透明基板に歪みがなく真っ平らであり、その液晶層の厚みにバラツキのない光束の透過面の面精度が理想的に良好な液晶素子である。実際は、透明基板の変形やシール部材の厚みバラツキ、液晶注入量のバラツキなどに起因する面精度のバラツキがあり、この液晶素子を透過する直線偏光の光束に光学的なズレ、つまり位相差が発生する問題が有るが、この問題に対応する技術について、なんら開示がされていない。

【0006】

すなわち、この面精度のバラツキは、液晶素子を動作させない状態にあって、液晶層を透過する光束の光路長のバラツキであり、それにより液晶素子を透過する直線偏光に位相差が発生する。そのため、光変調素子は、理想的な液晶素子の位相変調特性に、発生した位相差が重畳された位相変調特性になるため、意図したレンズ特性や波面収差補正特性に歪みを生じる。特に、液晶素子の位相変調量を大きくしようと液晶層を厚くする場合は、面精度のバラツキにより発生する位相差が増大し、また、光変調ユニットの応答性を向上する対応として、液晶素子を複数枚重ねて用いる場合には、面精度のバラツキが重畳される結果、位相差が増大して位相変調特性に大きな影響を及ぼすという問題がある。

【0007】

以下、参考例によって、液晶素子の面精度バラツキと位相差との関係について、図１１から図１４によって説明する。図１１は、面精度が理想的に良好な液晶素子の平面図である。図１２は、図１１で示したＥ−Ｅ断面の端面図と、液晶素子を透過する直線偏光の位相差を示すグラフである。図１３は、図１２と同様の液晶素子の端面図とグラフであるが、面精度にバラツキのある液晶素子の端面図とその液晶素子を透過する直線偏光の位相差を示すグラフである。図１４は、面精度にバラツキのある液晶素子が二枚重ねられた光変
調ユニットにあって、その光変調ユニットを透過する直線偏光の位相差を説明するための図である。なお、以下の液晶素子の図に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。

【0008】

図１１に示す液晶素子１００は、面精度が理想的に形成された真っ平らな二枚の透明基板１１０、１１１と、点線で示すシール部材１２０と封口部材１３０で形成されたギャップ空間に、液晶分子が封入されて形成されている。一方の透明基板１１０の光束の透過面には、ＩＴＯからなる点線で示す透明電極パターン１４０が形成され、例えばレンズの特性を有する同心円状の透明電極パターン１４０が形成されている。他方の透明基板１１１の光束の透過面には、同様の、透明電極パターン或いは液晶層全体を覆う電極が形成されている。これらの透明電極パターン１４０に引出し電極１５０を経由して電圧を印加することによりレンズの特性を有する屈折率勾配型のレンズが形成される。

【0009】

図１２は、理想的な面精度を有する液晶素子１００の端面図と液晶素子１００を透過する直線偏光の位相差を表すグラフである。
図１２（ａ）は、図１１で示した液晶素子１００のＥ−Ｅ断面の端面図であり、液晶素子１００は、透明基板１１０、１１１とシール部材１２０とで形成されたギャップ空間に、所定の方向に沿って配向された液晶分子が封入され、液晶層１６０を形成し、その液晶層１６０の光束の透過面が平行で理想的な面精度を有して形成されている。
図１２（ｂ）は、液晶素子の面精度のバラツキに起因する位相差（これを以降、素子位相差と呼ぶ）を示すグラフであり、横軸は透明電極パターンの中心を原点とした液晶断面の幅を、縦軸は直線偏光の位相差を示す。

【0010】

図１２（ａ），（ｂ）に示す通り、液晶素子１００は透明基板１１０，１１１が歪なく平行に配置され、シール部材１２０の厚みが均一であり、理想的な面精度を有する。このため、液晶層１６０を透過する直線偏光の光路長に差がなく位相差が発生しないので、液晶素子１００の素子位相差２００は横軸上に直線で示される。

【0011】

図１３は、図１１の理想的な面精度を有する液晶素子１００と異なり、面精度のバラツキを有する液晶素子の代表的な三種類の変形形態を説明するための図であり、上段に液晶素子の端面図を、下段に直線偏光の位相差のグラフを示す。なお、以下に説明する液晶素子の面精度のバラツキは、液晶素子の透明基板の変形やシール部材の厚みバラツキ、液晶注入量のバラツキなどに起因し、二枚の透明基板が両方共変形するものが大多数であるが、説明の便宜上、誇張して図示し、一方の透明基板を基準として他方の透明基板にバラツキを集約して変形した形態で示し説明する。

【0012】

図１３（ａ）に示す第１の変形形態は、上段の液晶素子１０１の端面図に示すように、シール部材１２０の厚さに差があり不均一な形態である。例えば、液晶層１６１の左側が厚く、右側が薄いために透明基板１１２が傾き、液晶層１６１がくさび状に形成され、光束の透過面の面精度が傾いている。従って、下段のグラフに示すように、この液晶素子１０１を透過する直線偏光の素子位相差２０１は、右下がりの勾配を有する直線で表される。第１の変形形態と対をなす類似形態として左下がりの勾配を有する液晶素子も考えられる。

【0013】

図１３（ｂ）に示す第２の変形形態は、上段の液晶素子１０２の断面図に示すように、透明基板１１３が凸状に変形した面精度であり、液晶層１６２がそれに倣って凸形状に形成され、光束の透過面の面精度が凸形状の形態である。従って、下段のグラフに示すように、この液晶素子１０２を透過する直線偏光の素子位相差２０２は、液晶層１６２の凸形状に倣った凸形状で表される。第２の変形形態と対をなす類似形態として透明基板１１３が凹状に変形し、凹形状曲線の素子位相差を有する液晶素子も考えられる。

【0014】

図１３（ｃ）に示す第３の変形形態は、上段の液晶素子１０３の端面図に示すように、透明基板１１４が波形形状であって、量産時の透明基板１１４のほとんどの面精度がこのような波形形状である。すなわち、この液晶層１６３は、波形の透明基板１１４と図１３（ａ）のシール部材１２０の厚さの不均一が合成されたものである。従って、下段のグラフに示すように、液晶素子１０３の素子位相差２０３は、素子位相差２０１と波形をした透明基板１１４の合成した波形で表される。

【0015】

図１４は、屈折率勾配型レンズを形成する光変調ユニットにおいて、図１３（ｃ）と同様の形状からなる二枚の液晶素子１０３ａ、１０３ｂを重ね合わせ、焦点距離の可変領域をより拡大することを可能とする従来の光変調ユニットを示す参考例である。

【0016】

図１４（ａ），（ｂ）に示すように、液晶素子１０３ａは、二枚の透明基板１１０ａ、１１４ａと、シール部材１２０ａと封口部材１３０ａで形成されたギャップ空間に、液晶分子が封入されて矢印で示す配向方向Ｍに沿って配向された液晶層１６３ａを形成している。一方の透明基板１１０ａの液晶層１６３ａ側の光束の透過面には、ＩＴＯからなるレンズの特性を有する同心円状の透明電極パターン１４０ａが形成され、引出し電極１５０ａと電気的に接続されている。

【0017】

他方の波形形状の透明基板１１４ａの液晶層１６３ａ側の光束の透過面には、同様の、透明電極パターン或いは液晶層全体を覆う電極が形成されている。これらの透明電極パターン１４０ａに引出し電極１５０ａを経由して電圧を印加することによりレンズの特性を有する屈折率勾配型のレンズが形成される。
液晶素子１０３ｂも、液晶素子１０３ａと全く同様の構成と形状で、各部材の符号の末尾を「ａ」から「ｂ」に変えて記す。

【0018】

そして、二枚の液晶素子１０３ａ、１０３ｂの配置は、光束の透過軸の中心、すなわち、透明電極パターン１４０ａ、１４０ｂの同心円の中心軸と、配向方向Ｍと、引出し電極１５０ａ、１５０ｂとの位置を同じ方向に重ね合わせられている。そして、透明電極パターン１４０ａ、１４０ｂと対向電極とに、それぞれ引出し電極１５０ａ、１５０ｂから電圧が印加されることで液晶の実効屈折率を変化させて焦点距離を可変する屈折率勾配型レンズを形成するものである。

【0019】

しかしながら、図１４（ｂ）の端面図に示すように、液晶層１６３ａ、１６３ｂは、図１３（ｃ）の面精度のバラツキと同様の波形形状の液晶素子１０３ａ、１０３ｂに封入され、引出し電極１５０ａ、１５０ｂ側が薄く、引出し電極１５０ａ、１５０ｂと対向する側が厚く形成されている。従って、この液晶層１６３ａ、１６３ｂを直線偏光が透過する位相差は、図１４（ｃ）のグラフに示すように、図１３（ｃ）の位相差のグラフに示された素子位相差２０３が二つ重なった倍の値の素子位相差２０４で表される。この素子位相差２０４は、本来のレンズ特性を示す位相変調曲線に重畳されるために、得られる位相変調曲線に大きな歪を生じ、レンズ特性に悪影響を及ぼす問題があった。また、波面収差補正の補正量を増加するために複数の液晶素子を重ねる場合であっても、同様に、本来の波面収差補正の特性を示す位相変調曲線に歪を生じ波面収差補正の特性に悪影響を及ぼす問題があった。

【0020】

本発明の光変調ユニットは、このような課題を解決するためにある。そして、その目的は、面精度のバラツキを有する液晶素子をレンズパワーの向上や波面収差の補正量を増加するために複数の液晶素子を重ね合わせても、レンズ特性や波面収差補正の特性を有する位相変調曲線に歪を生ずることのない良好な光変調ユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0021】

上記目的を達成するために、本発明の光変調ユニットは、以下の構造を採用する。

【0022】

透過する光束に位相変調を与える複数の光変調素子を備え、複数の光変調素子は、光束の透過面の面精度に依り発生する位相差を相殺するようにそれぞれの透過面を重ね合わせることを特徴とする。

【0023】

複数の光変調素子のそれぞれは、所定の方向に沿って配向された液晶分子が含まれる液晶層と、液晶層を挟んで対向するように配置された二つの透明電極とを有し、液晶層を透過する光束の位相を、二つの透明電極の間に電圧を印加することにより制御する液晶素子であってもよい。

【0024】

透明電極は、電圧を印加するための引出し電極を備え、複数の光変調素子を重ね合わせるときに、各引出し電極がそれぞれの透過面における同一方向側に配置されていてもよい。

【0025】

引出し電極は、複数の光変調素子のそれぞれに複数個所形成されていてもよい。

【0026】

複数の光変調素子の透過面の面精度を測定し、所定の面精度範囲ごとに光変調素子を分類する面精度測定工程と、面精度測定工程によって分類された複数の光変調素子から、面精度に依り発生する位相差を相殺するように複数の光変調素子を選択する工程と、選択工程によって選択された複数の光変調素子の位相差を相殺するように重ね合わせる重ね合わせ工程と、を有することを特徴とする。

【0027】

重ね合わせ工程は、複数の光変調素子の少なくとも一つを光束の透過軸を中心に所定の角度だけ回転させてから重ね合わせてもよい。

【0028】

重ね合わせ工程は、複数の光変調素子の少なくとも一つを裏返してから重ね合わせてもよい。

【0029】

複数の光変調素子に、電圧を印加するための引出し電極を形成する引出し電極形成工程を有し、重ね合わせ工程は、複数の光変調素子の各引出し電極がそれぞれの透過面における同一方向側に配置されるように重ね合わせてもよい。

【0030】

引出し電極形成工程は、複数の光変調素子のそれぞれに引出し電極を複数個所形成してもよい。

【発明の効果】

【0031】

本発明の複数の液晶素子からなる光変調ユニットは、光束の液晶透過面の面精度バラツキによる位相差が相殺されるように複数の液晶素子を重ね合わせ、その重ね合わせによってレンズ特性のパワー向上や波面収差の補正量の増加がされると共に、位相変調特性に歪のない良好な光変調ユニットを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の光変調ユニットの実施例１の第１の実施形態を示す図面であって、屈折率勾配型レンズ用液晶素子の斜視図、端面図及び位相差特性グラフである。

【図2】本発明の光変調ユニットの実施例１の第１の実施形態の屈折率勾配型レンズ用液晶素子の特性曲線と面精度による位相変調量の関係を説明するためのグラフである。

【図3】本発明の光変調ユニットの実施例１の第２の実施形態を示す図面であって、コマ収差用液晶素子の斜視図、端面図及び位相差特性グラフである。

【図4】本発明の光変調ユニットの実施例１の第２の実施形態のコマ収差用液晶素子の特性曲線と面精度による位相変調量の関係を説明するグラフである。

【図5】本発明の光変調ユニットの実施例１の第３の実施形態を示す図面であって、球面収差用液晶素子の斜視図、端面図及び位相差特性グラフである。

【図6】本発明の光変調ユニットの実施例１の第３の実施形態の球面収差用液晶素子の特性曲線と面精度による位相変調量の関係を説明するグラフである。

【図7】本発明の光変調ユニットの実施例１の第４の実施形態を示す図面であって、コマ収差と球面収差用液晶素子の斜視図、端面図及び位相差特性グラフである。

【図8】本発明の光変調ユニットの実施例１の第４の実施形態のコマ収差用液晶素子と球面収差用液晶素子とを組み合わせた特性曲線と、面精度による位相変調量の関係を説明するグラフである。

【図9】本発明の光変調ユニットの実施例２の実施形態を示す図面であって、液晶素子の端面図及び位相差特性グラフである。

【図10】本発明の光変調ユニットの実施例３の製造方法を説明するための工程図である。

【図11】従来の面精度の良好な液晶素子の平面図で参考例である。

【図12】図１１の液晶素子の断面図と透過する直線偏光の位相差を示すグラフの参考例である。

【図13】従来の面精度にバラツキのある液晶素子の端面図とその液晶素子を透過する直線偏光の位相差を示すグラフの参考例である。

【図14】複数の液晶素子を重ねた従来の光変調ユニットの斜視図と端面図と透過する直線偏光の位相差のグラフの参考例である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明の光変調ユニットは、複数枚のそれぞれの光変調素子の面精度バラツキによる光路長差を、互いに相殺するように、光変調素子を重ね合わせて、光路長差に起因する位相差を最小にするという点が特徴的である。以下、光変調素子として、液晶素子を例に説明する。

【0034】

すなわち、複数枚の液晶素子を重ね合わせて用いるのは、例えば、球面収差、コマ収差に対する補正特性を有する液晶素子の補正量の増加、或いは、屈折率勾配型レンズ特性を有する液晶素子等のレンズパワーの向上、及び応答性の向上を図るため、またはこれらの液晶素子を組合せて使用するためである。その上で、それぞれの液晶素子が有する面精度バラツキによって発生する位相差で、せっかく向上した各特性に歪を生じないように、面精度バラツキを相殺するように液晶素子を組み合わせ光路長差、すなわち位相差を最小にすることで、光変調ユニットの位相変調特性を高め、更に、歪が生ずることなく、意図した位相変調の制御を可能とすることである。

【0035】

以下、図面を用いて本発明の光変調ユニットの一例を詳述する。
図１から図８を用いて実施例１を説明し、次に、図９を用いて実施例２を説明し、そして、図１０を用いて実施例３を説明する。実施例１には、光変調ユニットを形成する二枚の液晶素子を組み合わせて、面精度のバラツキによって発生する位相差が最小になる重ね合わせの例を示す。そして、それぞれ液晶素子の透明電極パターンの相違による位相変調の異なる四つの実施形態をそれぞれ説明する。実施例２には、実施例１とは異なる重ね合わせ方で液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットの例を示す。そして、実施例３には、液晶素子を面精度のバラツキによって発生する位相差が最小になるように重ね合わせた光変調ユニットの製造方法についての工程を説明する。

【実施例1】

【0036】

この実施例では、所望する光学特性を得るために二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調
ユニットについて、歪のない本来の位相変調特性曲線（これを以降、所望特性曲線と呼ぶ）と、二枚の液晶素子のそれぞれの面精度バラツキに起因して発生した位相差を相殺するように重ね合わせた時の位相差（これを以降、相殺位相差と呼ぶ）が所望特性曲線に重畳された位相変調特性曲線（これを以降、相殺特性曲線と呼ぶ）と、二枚の液晶素子のそれぞれの面精度バラツキに起因して発生した位相差が増長されるように重ね合わせた時の位相差（これを以降、増長位相差と呼ぶ）が所望特性曲線に重畳された位相変調特性曲線（これを以降、増長特性曲線と呼ぶ）との比較を示し、相殺特性曲線が所望特性曲線とほぼ同じ特性曲線となることを説明する。

【0037】

所望する光学特性を得るために二枚の液晶素子を重ねた実施形態として、第１の実施形態に屈折率勾配型レンズ特性を有する二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットを、第２の実施形態にコマ収差補正特性を有する二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットを、第３の実施形態に球面収差補正特性を有する二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットを、第４の実施形態にコマ収差補正特性を有する液晶素子と球面収差補正特性を有する液晶素子とを重ね合わせた光変調ユニットを順に説明する。

【0038】

［実施例１の第１の実施形態の説明：図１、図２］
まず、図１、図２を用いて本発明の光変調ユニットの実施例１の第１の実施形態を説明する。
以下の液晶素子の図に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なっている。

【0039】

図１は、面精度バラツキによって発生する位相差が最小になるように重ね合わせた屈折率勾配型レンズ特性の液晶素子を有する光変調ユニットの構成を説明する図である。図１（ａ）は、面精度バラツキが波形形状の二枚の液晶素子を重ね合わせた形態の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ断面の端面図であり、図１（ｃ）は、先述の図１２（ｂ）のグラフと同様、重ね合わせた二枚の液晶素子を透過する直線偏光の位相差を表すグラフであり、横軸は透明電極パターンの中心を原点とした液晶断面の幅を示し、縦軸は直線偏光の位相差を示す。

【0040】

図２は、第１の実施形態の光変調ユニットの屈折率勾配型レンズ特性の所望特性曲線、例えば、上に凸の曲線と、所望特性曲線に面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の重ね合わせで生ずる相殺位相差または増長位相差が重畳された光変調ユニットの位相変調曲線（相殺特性曲線または増長特性曲線）との関係を説明するグラフである。図２（ａ）は、第１の実施形態の所望特性曲線と、相殺位相差と、増長位相差のグラフを示し、図２（ｂ）は、第１の実施形態の相殺特性曲線と所望特性曲線の比較を示し、図２（ｃ）は、第１の実施形態の増長特性曲線と所望特性曲線の比較を示す。

【0041】

第１の実施形態の特徴は、屈折率勾配型レンズ特性を有する光変調ユニットにあって、個々の液晶素子の面精度バラツキが波形形状であっても、面精度バラツキの影響による光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせ、それによって位相差を最小にすることにより、歪の少ない屈折率勾配型レンズ特性のレンズパワーを向上した光変調ユニットを提供するものである。そして、ここで説明する光変調ユニットの二枚の液晶素子は、量産された数多くの液晶素子の中から、ほぼ同じ面精度バラツキの形状で、ほぼ同じ位相差を有する液晶素子をピックアップしたものである。

【0042】

図１（ａ），（ｂ）に示すように、液晶素子１ａは、二枚の透明基板１０ａ、１１ａと、シール部材１２ａと封口部材１３ａで形成されたギャップ空間に、液晶分子が封入されて矢印で示す配向方向Ｍに沿って配向された液晶層１６ａを形成している。透明基板１０ａの液晶層１６ａ側の光束の透過面には、ＩＴＯからなる透明電極パターン１４ａが形成
され、屈折率勾配型レンズの特性を有する同心円状のパターンで形成されて図示しない配線電極によって引出し電極１５Ｒａ、１５Ｌａと電気的に接続されている。

【0043】

もう一方の透明基板１１ａの液晶層１６ａ側の光束の透過面には、透明基板１０ａと同様の図示しない透明電極パターン、或いは、液晶層全体を覆う電極が形成されており、引出電極１５Ｒａ、１５Ｌａと電気的に接続されている。

【0044】

なお、液晶素子１ａの引出し電極の符号は、封口部材１３ａを上方に見て、右側が引出し電極１５Ｒａ、左側が引出し電極１５Ｌａと付している。これらの透明電極パターン１４ａに引出し電極１５Ｒａ、１５Ｌａのどちらかを経由して電圧を印加することによりレンズの特性を有する屈折率勾配型のレンズが形成される。

【0045】

この液晶素子１ａの面精度バラツキは、例えば、透明基板１１ａの波形形状の歪みと、シール部材１２ａの厚みが均一ではなく、液晶層１６ａの引出し電極１５Ｌａ側が厚く、引出し電極１５Ｒａ側が薄く形成されていることによる歪みとを重畳したものである。すなわち、図１３（ａ）に記載したような右下がりの直線勾配の位相差に、波形形状の位相差を重畳した図１３（ｃ）のような位相差を有する。

【0046】

液晶素子１ｂも、液晶素子１ａと全く同様の構成で、ほぼ同じ面精度バラツキによって発生するほぼ同じ位相差を有し、同一の部材の構成ではあるが、区別するため各部材の符号の末尾を「ａ」から「ｂ」に変えて記す。そして、透明基板１１ｂも、液晶素子１ａの透明基板１１ａとほとんど同じ波形形状であり、液晶層１６ｂも、液晶層１６ａと同様に、引出し電極１５Ｌｂ側が厚く、引出し電極１５Ｒｂ側が薄いため、図１３（ｃ）と同様の位相差を有している。

【0047】

従って、図１（ｂ）に示すように、二枚の液晶素子１ａ、１ｂの面精度バラツキによる位相差を相殺する重ね合わせは、光束の透過軸の中心、すなわち、透明電極パターン１４ａ、１４ｂの同心円の中心軸と、配向方向Ｍを同じ方向に揃え、液晶層１６ａの厚い部分と液晶層１６ｂの薄い部分、そして、液晶層１６ａの薄い部分と液晶層１６ｂの厚い部分を重ねるために、引出し電極１５Ｌａ側と引出し電極１５Ｒｂ側を合わせ、引出し電極１５Ｒａ側と引出し電極１５Ｌｂ側を合わせることである。

【0048】

図１（ｃ）のグラフに示すように、上述した液晶素子１ａと液晶素子１ｂとを、面精度のバラツキによって発生する位相差を相殺するように重ね合わせることで、面精度バラツキを有する液晶層１６ａ、１６ｂの位相差が互いに打ち消され、補完されているから、直線偏光が透過しても、位相差が最小となる相殺位相差２０を得ることが可能となる。

【0049】

上述したように、面精度バラツキが同じ傾向にある液晶素子の重ね合わせは、液晶素子１ａに対して液晶素子１ｂを透明電極パターン１４ａ、１４ｂの同心円の中心を軸に透過面に沿って１８０°回転することで位相差を最小に抑えられることになる。そして、引出し電極を液晶素子の配向方向に沿って両側に用意しておくことによって、同じ側に配置された引出し電極１５Ｒａ、１５Ｌｂ、或いは、引出し電極１５Ｌａ、１５Ｒｂのどちらか都合の良い方にＦＰＣを熱圧着して制御回路との接続を容易にすることが可能となる。そして、制御回路からＦＰＣを経由して電圧が印加されることで液晶の実効屈折率を変化させて焦点距離を可変する屈折率勾配型レンズの光変調ユニットを提供することが可能となる。

【0050】

図２（ａ）は、光変調ユニットの理想的な所望特性曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差を相殺した相殺位相差と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差が大凡倍に増長された増長位相差のグラフを示す図であり、所望特性曲線３０を
一点鎖線で、相殺位相差２０を点線で、増長位相差２０４（図１４（ｃ）参照）を破線で示す。

【0051】

図２（ａ）に示す通り、所望特性曲線３０は光変調ユニットに歪のない理想的な屈折率勾配型レンズの光学効果が得られる特性曲線を示している。また、相殺位相差２０は二枚の液晶素子１ａ，１ｂのそれぞれの面精度バラツキに起因する位相差を相殺するように重ねあわせた位相差を示しており、ほぼ無いに等しい。増長位相差２０５は図１４（ｃ）で説明したとおり、二枚の液晶素子のそれぞれの面精度バラツキに起因する位相差が大凡倍になるように重なった位相差を示しており、大きな歪を生じている。

【0052】

図２（ｂ）は、図２（ａ）で示した所望特性曲線３０と所望特性曲線３０に相殺位相差２０を重畳した相殺特性曲線、言い換えると、光変調ユニットの所望する屈折率勾配型レンズ特性である特性曲線３０が面精度バラツキを相殺した位相差歪の影響を受けた相殺特性曲線のグラフを示す図であり、所望特性曲線３０を一点鎖線で、相殺特性曲線３１を実線で示す。

【0053】

図２（ｃ）は、図２（ａ）で示した所望特性曲線３０と所望特性曲線３０に増長位相差２０４を重畳した増長特性曲線、言い換えると、光変調ユニットの所望する屈折率勾配型レンズ特性の特性曲線３０が面精度バラツキによって大凡倍に増長された位相差歪の影響を受けた増長特性曲線のグラフを示す図であり、所望特性曲線３０を一点鎖線で、増長特性曲線３２を実線で示す。

【0054】

図２（ｂ）に示す通り、所望特性曲線３０に対して、相殺特性曲線３１は差がほとんどなく、面精度バラツキによる位相差の影響を受ける度合いがかなり少ないことが明確であり、光変調ユニット本来の光学特性とほぼ同一の特性を得ることができる。

【0055】

一方、図２（ｃ）に示す通り、所望特性曲線３０に対し、増長特性曲線３２は大きく歪みが生じており、所望する光変調ユニットの光学特性は期待できないことは明らかである。

【0056】

以上に説明した通り、個々の液晶素子の面精度のバラツキが波形形状であっても、波形形状の光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせることによって、その光変調ユニット自体の位相差を最小にすることにより、二枚の液晶素子を重ね合わせて特性を向上しても歪のない屈折率勾配型レンズ特性を有する光変調ユニットを提供することが可能となる。

【0057】

前述の光変調ユニットでは、二枚の液晶素子の電極パターンがそれぞれ屈折率勾配型レンズ特性を持つ液晶素子として説明をしたが、所望する光変調ユニットの光学特性はこれに限定されず、種々の設計に応じた特性の液晶素子にも適応できる。以下に他の実施形態を説明する。
なお、第１の実施形態とは透明電極パターンと透明電極パターンによって得られる所望特性曲線が異なるのみであり、その他の同等の構成部材については説明を省略する。

【0058】

［実施例１の第２の実施形態の説明：図３、図４］
次に、図３、図４を用いて実施例１の第２の実施形態を説明する。
図３は、図１と同様に、二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットであるが、それぞれの液晶素子がコマ収差を補正する電極パターンが形成されている点が、第１の実施形態と異なる。従って、図４は、第１の実施形態の図２と異なり、光変調ユニットのコマ収差補正特性曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の重ね合わせで生ずる位相差による光変調ユニットの位相変調量の関係を説明するグラフとなる。

【0059】

第２の実施形態の特徴は、コマ収差の補正特性を有する光変調ユニットにあって、個々の液晶素子の面精度のバラツキが波形形状であっても、第１の実施形態と同様に、波形形状の光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせて、光路長差によって発生する位相差を最小にすることにより、二枚の液晶素子でコマ収差補正特性の補正量を増加した光変調ユニットを提供するものである。

【0060】

図３（ａ）は、コマ収差補正パターンが形成された液晶素子を有する光変調ユニットであって、面精度バラツキが波形形状の二枚の液晶素子を重ね合わせた形態の斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＢ−Ｂ断面の端面図であり、図３（ｃ）のグラフは、図１（ｃ）のグラフと同様、重ね合わせた二枚の液晶素子を透過する直線偏光の位相差を表す。

【0061】

図４（ａ）は、第２の実施形態の光変調ユニットのコマ収差補正特性の所望特性曲線と、相殺位相差の曲線と、増長位相差の曲線のグラフを示し、図４（ｂ）は、第２の実施形態の所望特性曲線と相殺位相差が重畳された相殺特性曲線との比較を示し、図４（ｃ）は、第２の実施形態の所望特性曲線と増長位相差が重畳された増長特性曲線との比較を示す。

【0062】

図３（ａ），（ｂ）に示すように、液晶素子１ｃ、１ｄは、第１の実施形態と同様の構成であって、区別するため構成部材の符号の末尾を「ｃ」、「ｄ」と変えて記す。そして、第１の実施形態と異なるのは、透明電極パターン１４ｃ、１４ｄがコマ収差補正特性を有するパターンで形成されていることだけである。

【0063】

それぞれの液晶素子１ｃ、１ｄは、シール部材１２ｃ，１２ｄによる液晶層１６ｃ、１６ｄの厚みバラツキと、透明基板１１ｃ、１１ｄの変形とが重畳された面精度バラツキによって発生する位相差をそれぞれが有している。

【0064】

従って、二枚の液晶素子１ｃ、１ｄの面精度バラツキによって発生する位相差を相殺する重ね合わせは、第１の実施形態と全く同様に、透明電極１４ｃ、１４ｄの同心円の中心軸を合わせ、配向方向Ｍを同じ方向に揃え、そして、液晶層１６ｃの厚い部分と液晶層１６ｄの薄い部分、液晶層１６ｃの薄い部分と液晶層１６ｄの厚い部分を重ねること、すなわち、引出し電極１５Ｌｃ側と引出し電極１５Ｒｄ側を合わせ、引出し電極１５Ｒｃ側と引出し電極１５Ｌｄ側を合わせることである。

【0065】

図３（ｃ）のグラフに示すように、液晶素子１ｃと液晶素子１ｄを面精度バラツキによって発生する位相差を相殺する重ね合わせにより、面精度バラツキを有する液晶層１６ｃ、１６ｄの位相差が互いに打ち消され、補完されているから、直線偏光が透過しても、位相差が最小となる相殺位相差２１を得ることが可能となる。

【0066】

従って、第１の実施形態と同様に、面精度バラツキが同じ傾向にある液晶素子の重ね合わせは、液晶素子１ｃに対して液晶素子１ｄを透明電極１４ｃ、１４ｄのパターンの同心円の中心を軸に透過面に沿って１８０°回転することで位相差が最小に抑えられることになる。

【0067】

図４（ａ）は、光変調ユニットの理想的なコマ収差補正特性の所望特性曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差を相殺した相殺位相差と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差が大凡倍に増長された増長位相差のグラフを示す図であり、所望特性曲線４０を一点鎖線で、相殺位相差２１を点線で、増長位相差２０４（図１４（ｃ）参照）を破線で示す。

【0068】

図４（ｂ）は、図４（ａ）で示した所望特性曲線４０と、所望特性曲線４０に相殺位相差２１が重畳した相殺特性曲線との比較を示すグラフであり、所望特性曲線４０を一点鎖線で、相殺特性曲線４１を実線で示す。

【0069】

図４（ｃ）は、図４（ａ）で示した所望特性曲線４０と、所望特性曲線４０に増長位相差２０４が重畳された増長特性曲線との比較を示すグラフであり、所望特性曲線４０を一点鎖線で、増長特性曲線４２を実線で示す。

【0070】

図４（ｂ）のグラフに示す通り、相殺特性曲線４１は所望特性曲線４０と差がなく、面精度バラツキによる位相差の影響を受ける度合いがかなり少ないことが明確であり、光変調ユニットの本来の光学特性とほぼ同一の特性を得ることができる。

【0071】

一方、図４（ｃ）のグラフに示す通り、増長特性曲線４２は所望特性曲線４０に対して、大きな歪みを生じており、光変調ユニットの本来の光学特性は期待できない。

【0072】

従って、個々の液晶素子の面精度のバラツキが波形形状であっても、波形形状の光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせて、光路長差によって発生する位相差を最小にすることにより、二枚の液晶素子を重ね合わせて補正量の増加をしても歪のないコマ収差補正特性を有する光変調ユニットを提供することが可能となる。

【0073】

［実施例１の第３の実施形態の説明：図５、図６］
次に、図５、図６を用いて実施例１の第３の実施形態を説明する。
図５は、図１と同様に、二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットであるが、それぞれの液晶素子が球面収差を補正する電極パターンが形成されている点が、第１の実施形態と異なる。従って、図６は、第１の実施形態の図２と異なり、光変調ユニットの球面収差補正特性曲線の曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の重ね合わせで生ずる位相差による光変調ユニットの位相変調量の関係を説明するグラフである。

【0074】

第３の実施形態の特徴は、球面収差補正特性を有する光変調ユニットにあって、個々の液晶素子の面精度のバラツキが波形形状であっても、第１の実施形態と同様に、光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせて、それにより発生する位相差を最小にすることにより、球面収差補正特性の補正量の増加をした光変調ユニットを提供するものである。

【0075】

図５（ａ）は、球面収差補正パターンが形成された液晶素子を有する光変調ユニットであって、面精度バラツキが波形形状の二枚の液晶素子を重ね合わせた形態の斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＣ−Ｃ断面の端面図であり、図５（ｃ）のグラフは、図１（ｃ）のグラフと同様、重ね合わせた二枚の液晶素子を透過する直線偏光の位相差を表す。

【0076】

図６（ａ）は、第３実施形態の光変調ユニットの所望特性曲線と、相殺位相差と、増長位相差のグラフを示し、図６（ｂ）は、第３の実施形態の所望特性曲線と、所望特性曲線に相殺位相差が重畳された相殺特性曲線との比較を示し、図６（ｃ）は、第３の実施形態の所望特性曲線と、所望特性曲線に増長位相差が重畳された増長特性曲線との比較を示す。

【0077】

図５（ａ）（ｂ）に示すように、液晶素子１ｅ、１ｆは、第１の実施形態と異なるのは、球面収差補正特性を有する透明電極パターン１４ｅ、１４ｆが形成されていることであって、その他の構成は全く同様である。従って、各構成部材に付した符号の末尾を「ｅ」
「ｆ」として重複する説明は省略する。

【0078】

そして、二枚の液晶素子１ｅ、１ｆの面精度のバラツキの位相差を相殺する重ね合わせは、液晶層１６ｅの厚い部分と液晶層１６ｆの薄い部分、そして、液晶層１６ｅの薄い部分と液晶層１６ｆの厚い部分を重ねることであり、第１、２の実施形態と全く同様であり、重複するので説明を省略する。

【0079】

図５（ｃ）のグラフに示すように、液晶素子１ｅと液晶素子１ｆを面精度バラツキによって発生する位相差を相殺する重ね合わせにより、面精度バラツキを有する液晶層１６ｅ、１６ｆの位相差が互いに打ち消され、補完されているから、直線偏光が透過しても、位相差が最小となる相殺位相差２２を得ることが可能となる。

【0080】

従って、第１の実施形態と同様に、面精度バラツキが同じ傾向にある液晶素子の重ね合わせは、液晶素子１ｅに対して液晶素子１ｆを透明電極１４ｅ、１４ｆのパターンの同心円の中心を軸として１８０°回転することで位相差が最小に抑えられることになる。

【0081】

図６（ａ）は、光変調ユニットの理想的な球面収差補正特性の所望特性曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差を相殺した相殺位相差と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差が大凡倍に増長された増長位相差のグラフを示す図であり、所望特性曲線５０を一点鎖線で、相殺位相差２２を点線で、増長位相差２０４（図１４（ｃ）参照）を破線で示す。

【0082】

図６（ｂ）は、図６（ａ）で示した所望特性曲線５０と、所望特性曲線５０に相殺位相差２２が重畳された相殺特性曲線との比較を示すグラフであり、所望特性曲線５０を一点鎖線で、相殺特性曲線５１を実線で示す。

【0083】

図６（ｃ）は、図６（ａ）で示した所望特性曲線５０と、所望特性曲線５０に増長位相差２０４が重畳された増長特性曲線との比較を示すグラフであり、所望特性曲線５０を一点鎖線で、増長特性曲線５２を実線で示す。

【0084】

図６（ｂ）に示す通り、相殺特性曲線５１は所望特性曲線５０との差がなく、面精度バラツキによる位相差の影響を受ける度合いがかなり少ないことが明確であり、光変調ユニットの本来の光学特性とほぼ同一の特性を得ることができる。

【0085】

一方、図６（ｃ）のグラフに示す通り、増長特性曲線５２は所望特性曲線５０に対して、大きな歪みを生じており、光変調ユニットの本来の光学特性は期待できない。

【0086】

従って、個々の液晶素子の面精度のバラツキが波形形状であっても、波形形状の光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせて、光路長差による位相差を最小にすることにより、二枚の液晶素子を重ね合わせて補正量の増加をしても歪のない球面収差補正特性を有する光変調ユニットを提供することが可能となる。

【0087】

［実施例１の第４の実施形態の説明：図７、図８］
次に、図７、図８を用いて実施例１の第４の実施形態を説明する。
図７は、図１と同様に、二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットであるが、一方がコマ収差、他方が球面収差と収差補正の異なる電極パターンが形成された液晶素子を重ね合わせる点が、第１の実施形態と異なる。従って、図８は、第１の実施形態と異なり、第４実施形態の光変調ユニットのコマ収差と球面収差補正特性曲線の波形形状の曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の重ね合わせで生ずる位相差による光変調ユニットの位相変調量の関係を説明するグラフである。

【0088】

第４の実施形態の特徴は、２つの収差補正特性、すなわち、コマ収差と球面収差補正特性を有する光変調ユニットにあって、それぞれの液晶素子の面精度バラツキが波形形状であっても、第１の実施形態と同様に、光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせて、光路長差による位相差を最小にすることにより、歪のないコマ収差と球面収差の両方の補正特性を有する光変調ユニットを提供するものである。

【0089】

図７（ａ）は、一方がコマ収差、他方が球面収差の補正パターンが形成された二枚の液晶素子を有する光変調ユニットであって、面精度バラツキが波形形状の二枚の液晶素子を重ね合わせた形態の斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＤ−Ｄ断面の端面図であり、図７（ｃ）のグラフは、図１（ｃ）のグラフと同様、重ね合わせた二枚の液晶素子を透過する直線偏光の位相差を表す。

【0090】

図８（ａ）は、第４実施形態の光変調ユニットの歪のない本来のコマ収差と球面収差補正特性曲線と、二枚の面精度バラツキを有する液晶素子の重ね合わせで、相殺した相殺位相差と、増長位相差のグラフを示し、図８（ｂ）は、コマ収差と球面収差の液晶素子を重ねあわせた所望特性曲線と、所望特性曲線に相殺位相差が重畳された相殺特性曲線との比較を示し、図８（ｃ）は、所望特性曲線と、所望特性曲線に増長位相差が重畳された増長特性曲線との比較を示す。

【0091】

図７（ａ）（ｂ）に示すように、液晶素子１ｈ、１ｉは、第１の実施形態と異なるのは、液晶素子１ｈがコマ収差補正特性を有する透明電極パターン１４ｈ、液晶素子１ｉが球面収差補正特性を有する透明電極パターン１４ｉが形成されていることであって、その他の構成は全く同様である。従って、各構成部材に付した符号の末尾を「ｈ」「ｉ」として重複する説明は省略する。

【0092】

二枚の液晶素子１ｈ、１ｉの面精度バラツキによって発生する位相差を相殺する重ね合わせは、第１から第３の実施形態と全く同様であり、重複するので説明を省略する。

【0093】

図７（ｃ）のグラフに示すように、液晶素子１ｈと液晶素子１ｉの面精度バラツキによって発生する位相差を相殺する重ね合わせにより、面精度バラツキを有する液晶層１６ｈ、１６ｉの位相差が互いに打ち消され、補完され、直線偏光が透過しても、位相差が最小になる相殺位相差２３を得ることが可能となる。

【0094】

従って、第１の実施形態と同様に、面精度バラツキが同じ傾向にある液晶素子の重ね合わせは、液晶素子１ｈに対して液晶素子１ｉを透明電極１４ｈ、１４ｉのパターンの同心円の中心を軸として１８０°回転することで位相差が最小に抑えられることになる。

【0095】

図８（ａ）は、光変調ユニットの理想的なコマ収差と球面収差とを重畳した補正特性である所望特性曲線と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差を相殺した相相殺位相差と、面精度バラツキを有する二枚の液晶素子の位相差が大凡倍に増長された増長位相差のグラフを示す図であり、所望特性曲線６０を一点鎖線で、相殺位相差２３を点線で、増長位相差２０４（図１４（ｃ）参照）を破線で示す。

【0096】

図８（ｂ）は、図８（ａ）で示した所望特性曲線６０と、所望特性曲線６０に相殺位相差２３が重畳された相殺特性曲線との比較を示すグラフであり、所望特性曲線６０を一点鎖線で、相殺特性曲線６１を実線で示す。

【0097】

図８（ｃ）は、図８（ａ）で示した所望特性曲線６０と、所望特性曲線６０に増長位相差２０４が重畳された増長特性曲線との比較を示すグラフであり、所望特性曲線６０を一
点鎖線で、増長特性曲線６２を実線で示す。

【0098】

図８（ｂ）に示す通り、相殺特性曲線６１は所望特性曲線６０との差がなく、面精度バラツキによる位相差の影響を受ける度合いがかなり少ないことが明確であり、変調ユニットの本来の光学特性とほぼ同一の特性を得ることができる。

【0099】

一方、図８（ｃ）のグラフに示す通り、増長特性曲線６２は所望特性曲線６０に対して、大きな歪みを生じており、光変調ユニットの本来の光学特性は期待できない。

【0100】

従って、個々の液晶素子の面精度のバラツキがあっても、光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせて、その光路長差によって発生する位相差を最小にすることにより、２種類の収差補正特性を有する、すなわち、コマ収差と球面収差補正特性を有する光変調ユニットを提供することが可能である。

【0101】

また、本実施形態においては、各種位相変調特性を有する液晶素子がコマ収差と球面収差補正特性を有する液晶素子の構成で説明を行ったが、これに限定されず、例えば収差補正特性を有する液晶素子とレンズ特性を有する液晶素子とを重ね合わせた場合や、収差補正を行う直線偏光方向が互いに直交するように二枚の液晶素子を重ね合わせた場合など、任意に選択が可能である。

【0102】

以上説明したとおり、実施例１の第１から第４の実施形態においては、位相差を最小に抑えながら各種位相変調特性を有する光変調ユニットの液晶素子が二枚である構成で説明したが、これに限定されることなく、三枚またはそれ以上の枚数の組み合わせでも可能である。

【実施例2】

【0103】

［実施例２の実施形態の説明：図９］
次に、図９を用いて光変調ユニットの実施例２の実施形態を説明する。
この実施例２の実施形態と実施例１の各実施形態との相違は、二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットであるが、一方の液晶素子が裏返しして重ね合わせられている点が、実施例１の各実施形態と異なっている。

【0104】

図９（ａ）は、すでに説明した図１（ｂ）と同様の断面を示す端面図であり、図９（ｂ）は、図１（ｃ）と同様に位相差を説明するグラフである。実施例２の実施形態は、実施例１の第１の実施形態と構成は全く同じであるので、各構成部材には同じ符号を用い、重複する説明は省略する。

【0105】

この実施例２の実施形態の特徴は、光変調ユニットを構成する液晶素子の一方を裏返しに重ね合わせたとしても、波形形状バラツキの光路長差を相殺するように二枚の液晶素子を重ね合わせることが可能で、その光路長差によって発生する位相差を最小にすることにより、歪のない屈折率勾配型レンズ特性を有する光変調ユニットを提供するものである。

【0106】

図９（ａ）に示すように、液晶素子１ａは、液晶素子１ｂに対して裏返しで重ね合わされている。それぞれの液晶素子１ａ、１ｂに封入された液晶分子の液晶層１６ａ、１６ｂは、透明基板１１ａ、１１ｂの変形による面精度のバラツキで、引出し電極１５Ｌａ、１５Ｌｂ側が厚く、引出し電極１５Ｒａ、１５Ｒｂ側が薄く形成され、面精度のバラツキと同様の光路長差をそれぞれが有している。

【0107】

従って、実施例１の第１の実施形態で説明したように、二枚の液晶素子１ａ、１ｂの面精度バラツキによって発生する位相差を相殺する重ね合わせは、透明電極（不図示）の同
心円の中心軸を合わせ、配向方向Ｍを同じ方向に揃え、そして、液晶層１６ａの厚い部分と液晶層１６ｂの薄い部分、そして、液晶層１６ａの薄い部分と液晶層１６ｂの厚い部分が重なるように、引出し電極１５Ｌａ側と引出し電極１５Ｒｂ側を合わせ、引出し電極１５Ｒａ側と引出し電極１５Ｌｂ側を合わせることである。

【0108】

その結果、図９（ｂ）のグラフに示すように、液晶素子１ｂに液晶素子１ａを裏返して重ね合わせたとしても、面精度バラツキを有する液晶層１６ａ、１６ｂの位相差が互いに打ち消され、補完されることが可能で、直線偏光が透過しても、位相差が最小となる相殺位相差２４を得ることが可能で、屈折率勾配型レンズ特性を強化向上した光変調ユニットを提供することが可能となる。
となる。

【0109】

なお、実施例２においては実施例１の第１の実施形態の屈折率勾配型レンズ特性を有する光変調ユニットを用いて説明を行ったが、実施例１の第２から第４の実施形態においても同様に適用ができ、位相差が最小となる相殺位相差を得られることは言うまでもない。

【0110】

また、液晶素子の重ね合わせにおいては、重ね合わせ方は配向方向と液晶素子の回転対称性によって拘束され、前述の実施例１及び２のように配向方向が一つの方向であれば、回転方向の選択肢は０°または１８０°の二回対称となる。このため、各液晶素子の引出し電極も１８０°回転させた時に同じ位置に重なるように配置すると、電圧を印加する位置を同じ位置にすることができる。
さらに、各液晶素子に複数の配向領域があり、配向方向が９０°回転対称性であれば、０°、９０°、１８０°、２７０°の四回対称となるため、各液晶素子の引出し電極も９０°回転させた時に同じ位置に重なるように配置すると、電圧を印加する位置を同じ位置にすることができる。例えば、液晶素子の基板平面が概略正方形であれば、引出し電極の形成位置を二回対称の場合には対向する辺に、四回対称の場合には各辺に設けるのが好ましい。これらは、透明電極パターンと引出し電極を電気的に接続する配線電極を両面配線や多層配線とすることによって作成することが可能である。

【0111】

なお、（３６０／ｎ）°回転対称性（ｎは自然数）であればｎ回対称となるため、引出し電極を（３６０／ｎ）°で重なるようにｎ個配置すると、同じ位置で電圧を印加することができる。

【0112】

また、引出し電極を透明基板の反対の面に同じ数配置（つまり２ｎ個）すれば、実施例２で説明したように裏返して重ね合わせた場合でも、同じ位置で電圧を印加することができる。これは、上述の配線電極の少なくとも一部を両面配線とすることによって作成することが可能である。

【実施例3】

【0113】

［実施例３の製造工程の説明：図１０］
次に、図１０を用いて光変調ユニットの製造工程、特に複数の液晶素子からなる光変調ユニットのそれぞれの液晶素子を面精度バラツキに起因する位相差が相殺できるようにピックアップし、重ねあわせた後に実装するまでの工程を説明する。

【0114】

本実施例においては、実施例１または実施例２に記載した二枚の液晶素子を重ね合わせた光変調ユニットの製造方法で説明する。また、各液晶素子の組立工程は従来から知られている液晶素子の製造方法を用いて作成が可能であるため説明を省略し、複数の液晶素子を作成した後の工程から説明をする。

【0115】

図１０に示す通り、光変調ユニットの製造工程は面精度測定工程（ステップＳ０１）、
面精度分類工程（ステップＳ０２）、液晶素子選択工程（ステップＳ０３）、ＦＰＣ圧着工程（ステップＳ０４）、電極端子削除工程（ステップＳ０５）、重ねあわせ工程（ステップＳ０６）、位置決め固定工程（ステップＳ０７）の順に行われる。

【0116】

まず、ステップＳ０１の面精度測定工程において、光変調ユニットに組み込むための、単個の状態にある液晶素子を準備し、一個ずつ、例えば光学式の非接触表面形状測定機で、液晶素子の光束の透過面の面精度バラツキを測定する。特に、液晶素子を構成する液晶分子やシール材、透明基板などの線膨張係数の違いにより、温度が変化すると膨張または収縮による歪みの影響を受けて面精度バラツキの状態が変化する。このため、光変調ユニットを実際の使用温度に調節した状態で面精度バラツキを測定するのが好ましい。

【0117】

次に、ステップＳ０２の面精度分類工程において、測定した液晶素子を、例えば図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示した形状と、それと対をなす類似形態の形状と、その変形量を数段階に分けて分類し、クラス分けを行う。従って、分別された液晶素子は、類似形状、類似変形量の複数の集団である類似クラスにクラス分けされる。

【0118】

次に、ステップＳ０３の液晶素子選択工程において、前述の面精度分類工程（ステップＳ０２）でクラス分けされた液晶素子を類似クラスから二枚を対でピックアップする。実施例１で説明したように、面精度のバラツキが同じ変形形状であれば、透明電極パターンの中心、すなわち、光束の透過軸を中心として、透過面に沿って１８０°回転することで、配向方向を変えずに、面精度のバラツキによる位相差を相殺して歪みを最小にすることが可能な二枚の液晶素子の組合せとなる。

【0119】

次に、ステップＳ０４のＦＰＣ圧着工程において、光変調ユニットを組み込む装置の都合によって、例えば、図１（ａ）において、ＦＰＣを引出し電極１５Ｌａ、１５Ｒｂ側が良いならば、引出し電極１５Ｌａと引出し電極１５ＲｂにＦＰＣをＡＣＦ（異方性導電膜）で熱圧着する。このように複数の電極の組合せから任意の電極を選択することができるため、共通のＦＰＣを使用することができ、便利である。

【0120】

次に、ステップＳ０５の電極端子削除工程において、前工程でＦＰＣを圧着しなかった側の引出し電極、例えば、図１（ａ）の例では、透明基板１０ａ、１０ｂの引出し電極１５Ｒａ、１５Ｌｂ部をシール部材１２ａ、１２ｂに沿って割り削除する。これにより、使用しない側の電極を含む領域の分だけ体積を少なくすることができるため、小型化が可能である。ただし、光変調ユニットに液晶素子の組み込み寸法に余裕があれば、ＦＰＣを取り付けなかった引出し電極を無理に削除する必要はなく、この工程を省くことがあっても良い。

【0121】

次に、ステップＳ０６の重ね合わせ工程において、ＦＰＣが熱圧着された液晶素子１ａ、１ｂを液晶素子の透明電極パターンの中心と、引出し電極１５Ｌａ、１５Ｒｂの位置と方向を合わせて光変調ユニットに組み込む。或いは、ＦＰＣの引き回しによっては、図９のように一方の液晶素子を裏返して重ねることも可能である。その結果、実施例１または実施例２で示したようにそれぞれの液晶素子が有する面精度バラツキに起因する光路長差によって発生する位相差を最小にすることができる。

【0122】

次に、ステップＳ０７の位置決め固定工程において、光変調ユニットに組み込まれた液晶素子を接着剤で充填し、固定する。その結果、面精度バラツキによって発生する位相差を最小にして、位相変調特性を強化向上した光変調ユニットを提供することが可能となる。

【0123】

以上のような製造工程によって、光変調ユニットに組み込まれる二枚の液晶素子は、そ
れぞれの面精度のバラツキを相殺する位置関係に組み込まれるから、それぞれが有する位相差を相殺することで最小にすることが可能となり、歪みのないレンズ特性、波面収差補正特性であって、更に、それらの特性を強化向上した光変調ユニットが提供可能となる。

【0124】

また、液晶素子は、位相差を相殺するために、二枚の液晶素子で説明してきたが、同様の考え方で、より枚数の多い複数枚の液晶素子を用いて位相差を相殺した光変調ユニットを提供することも可能である。

【0125】

また、液晶素子の重ね合わせにおいては、重ね合わせ方は配向方向と液晶素子の回転対称性によって拘束され、前述の実施例のように配向方向が一つの方向であれば、回転方向の選択肢は０°または１８０°の二回対称となる。このため、各液晶素子の引出し電極も１８０°回転させた時に同じ位置となるように配置すると、ＦＰＣの圧着が同じ場所で行えるため便利である。
さらに、各液晶素子に複数の配向領域があり、配向方向が９０°回転対称性であれば、０°、９０°、１８０°、２７０°の四回対称となるため、各液晶素子の引出し電極も９０°回転させた時に同じ位置となるよう配置すると、ＦＰＣの圧着が同じ場所で行えるため便利である。例えば、液晶素子の基板平面が概略正方形であれば、引出し電極の形成位置を二回対称の場合には対向する辺に、四回対称の場合には各辺に設けるのが好ましい。これらは、透明電極パターンと引出し電極を電気的に接続する配線電極を両面配線や多層配線とすることによって作成することが可能である。

【0126】

なお、（３６０／ｎ）°回転対称性（ｎは自然数）であればｎ回対称となるため、引出し電極を（３６０／ｎ）°で重なるようにｎ個配置すると、ＦＰＣの圧着が同じ場所で行えるため便利である。

【0127】

さらに、引出し電極を透明基板の反対の面に同じ数配置（つまり２ｎ個）すれば、裏返して重ね合わせた場合にもＦＰＣの圧着が同じ場所で行えるため非常に便利である。これは、上述の配線電極の少なくとも一部を両面配線とすることによって作成することが可能である。

【0128】

なお、各実施例では、光変調素子として、液晶素子を例に説明したが、面精度のバラツキにより、光路長差が発生する光変調素子であれば、液晶素子に限定されず、いかなる光変調素子においても、本発明は、効果を発揮する。また、本発明は、上述した光変調ユニットの実施例に限定されることなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々に変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0129】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｈ、１ｉ 液晶素子
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 透明基板
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 透明基板
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ シール部材
１３ａ、１３ｂ 封口部材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｈ、１４ｉ 透明電極パターン
１５Ｌａ、１５Ｌｂ、１５Ｌｃ、１５Ｌｄ 引出し電極
１５Ｒａ、１５Ｒｂ、１５Ｒｃ、１５Ｒｄ 引出し電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｈ、１６ｉ 液晶層
２０、２１、２２、２３、２４ 位相差の波形曲線
３０、３１、３２ 屈折率勾配型レンズ特性の特性曲線
４０、４１、４２ コマ収差補正特性の特性曲線
５０、５１、５２ 球面収差補正特性の特性曲線
６０、６１、６２ コマ収差と球面収差補正特性の特性曲線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】