專利名稱：變焦透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡，具體涉及其中采用了具有電光效應(yīng)的光學(xué)材料的能夠改變 焦距的變焦透鏡。
背景技術(shù)：
以往，光學(xué)透鏡、棱鏡等光學(xué)部件應(yīng)用在相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)設(shè)備、打印 機(jī)、復(fù)印機(jī)等電子照相式的記錄設(shè)備、DVD等光記錄裝置、以及通信用及工業(yè)用的光學(xué)器件 等中。一般的光學(xué)透鏡焦距是固定的，但是，根據(jù)情況需要，有時(shí)在上述器械、設(shè)備中使用能 調(diào)節(jié)焦距的透鏡、即所謂的變焦透鏡。現(xiàn)有的變焦透鏡通過(guò)組合多個(gè)透鏡并借助于機(jī)械手 段來(lái)調(diào)節(jié)焦距。但是，這種機(jī)械式的變焦透鏡在響應(yīng)速度、制造成本、小型化、功耗等方面都 存在不足之處，所以，這些因素限制了其適用范圍的擴(kuò)大。因此，例如，人們提出了下述的變焦透鏡，S卩變焦透鏡一，構(gòu)成光學(xué)透鏡的透明介 質(zhì)采用折射率可變的物質(zhì)；變焦透鏡二，通過(guò)機(jī)械手段改變光學(xué)透鏡的形狀，以取代改變光 學(xué)透鏡的位置。作為上述變焦透鏡一，有人提出了一種將液晶用作光學(xué)透鏡而構(gòu)成的變焦 透鏡。根據(jù)這種變焦透鏡的結(jié)構(gòu)，例如，由2片玻璃板夾著液晶，將液晶封入由透明物質(zhì)制 成的容器內(nèi)。將該容器的內(nèi)側(cè)加工成球面狀，使液晶成形為透鏡形狀，這樣就能構(gòu)成變焦透 鏡。在該容器的內(nèi)側(cè)設(shè)置透明電極，通過(guò)對(duì)液晶施加電場(chǎng)來(lái)控制折射率，從而實(shí)現(xiàn)焦距的可 變控制(例如，參考專利文獻(xiàn)1)。作為上述變焦透鏡二，變形的透鏡的材料多使用液體。例如，非專利文獻(xiàn)1中記載 的變焦透鏡具有在玻璃板夾著的空間中封入硅油等液體的結(jié)構(gòu)。玻璃板被加工變薄，由鋯 鈦酸鉛(PZT)壓電執(zhí)行器從外部向玻璃板施加壓力，以使由硅油和整個(gè)玻璃板所構(gòu)成的透 鏡變形，從而控制焦點(diǎn)位置。該變焦透鏡的工作原理與眼球的水晶體工作原理相同。然而，現(xiàn)有的變焦透鏡中，無(wú)論是通過(guò)機(jī)械手段調(diào)節(jié)焦距的變焦透鏡，還是對(duì)液晶 施加電場(chǎng)來(lái)控制折射率的變焦透鏡，抑或是通過(guò)PZT壓電執(zhí)行器使透鏡變形的變焦透鏡， 在改變焦距所要求的響應(yīng)速度上存在局限性，因此，均不能適應(yīng)Irns以下的高速響應(yīng)。本發(fā)明的目的在于，提供能夠快速改變焦距的變焦透鏡。專利文獻(xiàn)1 日本國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)“特開(kāi)平11-64817號(hào)”非專利文獻(xiàn)1 “使用變焦透鏡的長(zhǎng)焦深度視覺(jué)機(jī)構(gòu)”，金子卓等著，刊載于“電裝 技術(shù)論文集”，第3卷，第1期，第52-58頁(yè)，1998年

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的特征在于，包括由具有反演對(duì)稱性 的單晶體構(gòu)成的電光材料以及形成在該電光材料的光入射面及光出射面上的電極，光軸被 設(shè)定為使所述光從所述入射面的未形成有電極的空隙入射并從所述出射面的未形成有電 極的空隙出射，連結(jié)所述入射面的電極和所述出射面的電極的電力線的一部分在所述空隙 中彎曲，從而使得所述光透過(guò)的部分的電場(chǎng)以所述光軸為中心發(fā)生變化，通過(guò)改變所述入射面的電極和所述出射面的電極之間的外加電壓來(lái)使從所述電光材料中透過(guò)的光的焦點(diǎn)
發(fā)生變化。所述電光材料適合使用鈣鈦礦型單晶材料，典型地可使用鉭鈮酸鉀(KTahNbxO3)。 此外，所述電光材料中晶體的主要成分包括元素周期表中的IA族和VA族元素，IA族元素 是鉀，VA族元素是鈮和鉭中的至少1種，此外，還可包括元素周期表中IA族的除鉀以外的 元素例如鋰，或者，IIA族元素的1種或多種作為添加的雜質(zhì)。優(yōu)選分別配置所述入射面的電極和所述出射面的電極，使得隔著所述空隙相對(duì)的 邊相互平行。此外，優(yōu)選所述入射面的電極的所述相對(duì)的邊和所述出射面的電極的所述相 對(duì)的邊分別平行地設(shè)置，其中，所述出射面的電極隔著所述電光材料與所述入射面的電極 相對(duì)。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的變焦透鏡的原理的圖。圖3是表示變焦透鏡的基板內(nèi)部的電場(chǎng)分量和折射率分布的圖。圖4是表示實(shí)施例1的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)的圖。圖5A是表示實(shí)施例2的變焦透鏡的光程調(diào)制分布的圖。圖5B是表示實(shí)施例2的變焦透鏡的光程調(diào)制分布的圖。圖6是表示實(shí)施例2的變焦透鏡中光程調(diào)制與理想的二次曲線的偏差的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施方式中的變焦透鏡包 括電光材料和安裝在該電光材料上的電極。通過(guò)利用電光效應(yīng)，與現(xiàn)有的變焦透鏡做比較， 能獲得很高的響應(yīng)速度。圖1中示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)。在將電光材料加工為片狀 所獲得的基板1的頂面(光入射面)和底面(光出射面)上，分別形成有1對(duì)上部電極2a、 2b和1對(duì)下部電極3a、3b。上部電極2a、2b具有相同電位，下部電極3a、3b也具有相同電 位。為使光通過(guò)等電位的電極對(duì)之間的空隙，在y軸方向上設(shè)定光軸。使上部電極2a、2b 的隔著透光的空隙相對(duì)的邊都平行于ζ軸，該2個(gè)邊的間隔設(shè)為A。下部電極3a、3b也按相 同方式形成，其相對(duì)的邊的位置與上部電極2a、2b的相對(duì)的邊在χ軸方向上一致，即，隔著 基板1相一致。這里，將基板1的厚度設(shè)為T(mén)?？蓮纳喜侩姌O2向下部電極3施加電壓，或 者反向施加。電光材料適合采用具有反演對(duì)稱性的氧化物單晶材料。關(guān)于反演對(duì)稱性，后面會(huì) 對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。后面還會(huì)對(duì)電極進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D2，對(duì)本實(shí)施方式的變焦透鏡的原理進(jìn)行說(shuō)明。在圖1所示的變焦透鏡中， 上部電極2a、2b被施加正電壓，下部電極3a、3b被施加負(fù)電壓。在這種情況下，與一般的電 容器一樣，電場(chǎng)都是在上下相對(duì)的電極之間從上至下地產(chǎn)生。此外，不僅在上下電極之間， 而且還在其周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng)，并且在透光的部分也會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。通過(guò)該露出的電場(chǎng)，在作為電 光材料的基板1中產(chǎn)生電光效應(yīng)，從而可調(diào)制透光部分的折射率。
對(duì)透光的部分中的電場(chǎng)分布和折射率調(diào)制進(jìn)行說(shuō)明。電光材料的相對(duì)介電常數(shù)一 般都遠(yuǎn)大于1。因此，基板1內(nèi)部電場(chǎng)的電力線在表面附近大致平行于基板表面(符號(hào)4a， 4b)。從上部電極2a向右側(cè)方向延伸的電力線4a在離開(kāi)上部電極2a之后，直接與基板1 的頂面大致平行地延伸。另外，從上部電極2b向左側(cè)方向延伸的電力線4b也在離開(kāi)上部 電極2b之后，直接與基板1的頂面大致平行地延伸。2條電力線4a，4b在上部電極2a，2b 之間的中央位置相遇，并在此處大幅度地變換方向，然后向基板1的下側(cè)方向延伸。之后， 電力線4a，4b到達(dá)底面，大幅度地變換方向，并彼此相反方向地延伸，然后分別到達(dá)下部電 極3a，3b。這樣，在基板1的內(nèi)部，在表面附近延伸的電力線在等電位的電極對(duì)之間的空隙 中會(huì)劇烈彎曲，所以電場(chǎng)會(huì)在該彎曲部分發(fā)生大幅度變化。即，以光軸為中心，電場(chǎng)在透光 的部分發(fā)生變化，從而調(diào)制折射率。圖3示出基板內(nèi)部的電場(chǎng)分量和折射率分布。圖3(a)表示基板1的頂面附近的χ 軸方向的電場(chǎng)分量Ex的分布。橫軸表示等電位的電極對(duì)之間透光部分的χ軸方向的位置。 以中央部為界，左側(cè)和右側(cè)電力線的方向相差180度，所以會(huì)形成這種分布。圖3(b)同樣 表示χ軸方向的每個(gè)位置上的y軸方向的電場(chǎng)分量Ey的分布。雖然電場(chǎng)分量Ey的符號(hào)不 變，但是，其絕對(duì)值在中央部很小，越靠近電極就會(huì)變的越大。通過(guò)這種電場(chǎng)分布調(diào)制χ軸 方向的折射率。圖3 (c)表示這種情況下的折射率調(diào)制，即電光材料采用鉭鈮酸鉀(KTai_xNbx03， 以下稱作KTN)，入射光的光電場(chǎng)方向?yàn)棣品较?。在基?的中央部附近即光軸附近，折射率 要小于在χ軸方向上遠(yuǎn)離中央部并靠近電極對(duì)的部分的折射率，所以光高速行進(jìn)，越是遠(yuǎn) 離中央部并靠近電極對(duì)的部分，光在其中的行進(jìn)速度就會(huì)越慢。因此，從基板1中透過(guò)的光 的波面形狀為靠近電極對(duì)的部分滯后于中央部附近，這種形狀能發(fā)揮凹透鏡的功能。如果 將透光部分視為透鏡，則可實(shí)現(xiàn)具有很好的聚光或散光效果的透鏡。在圖1和圖2的結(jié)構(gòu) 中，只在χ軸方向上而不在ζ方向上聚光或散光，所以，實(shí)現(xiàn)所謂的柱面透鏡而非普通的球 面透鏡的功能。再準(zhǔn)備一組具有圖1和圖2的結(jié)構(gòu)的變焦透鏡，將其透光部分的光軸設(shè)置為一致。 將2個(gè)變焦透鏡以光軸為中心相互成90°地配置，通過(guò)在2個(gè)方向上聚光或散光，可以實(shí)現(xiàn) 與球面透鏡等效的功能。(電光材料)盡管電光效應(yīng)包括若干種不同次的電光效應(yīng)。，但是在通常情況下，人們常利用1 次電光效應(yīng)(以下稱作泡克耳斯效應(yīng))和2次電光效應(yīng)(以下稱作克爾效應(yīng))。然而，在電 光效應(yīng)中，適合使用能夠發(fā)生與電場(chǎng)平方成正比的折射率調(diào)制且具有2次電光效應(yīng)(克爾 效應(yīng))的材料。這是因?yàn)?，在利用克爾效?yīng)時(shí)，如圖3所示，折射率分布Δη不依賴電場(chǎng)分 量艮的符號(hào)，所以，能夠形成適于作為透鏡的左右對(duì)稱的形狀。另外，在利用泡克爾斯效應(yīng) 時(shí)，折射率調(diào)制與電場(chǎng)1次方成正比，根據(jù)電場(chǎng)分量Ex獲得的折射率變化并不左右對(duì)稱，所 以不能很好地發(fā)揮透鏡的作用。此外，具有反演對(duì)稱性的單晶體是指這樣的晶體，在X，y，ζ坐標(biāo)系內(nèi)以某個(gè)原點(diǎn) 為中心將原子排列反轉(zhuǎn)之后仍能形成與原來(lái)的原子排列完全相同的原子排列。此外，將具 有自發(fā)極化的材料在坐標(biāo)軸上反轉(zhuǎn)，則自發(fā)極化的方向就會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，因此這種晶體材料 不具有反演對(duì)稱性。另外，具有反演對(duì)稱性的單晶體不具有泡克爾斯效應(yīng)，克爾效應(yīng)就成為最低次的電光效應(yīng)。因此，在具有電光效應(yīng)的晶體材料中，優(yōu)選具有反演對(duì)稱性的單晶體。晶體內(nèi)部電場(chǎng)的大小與施加到電極上的電壓成正比。此外，由于折射率調(diào)制與電 場(chǎng)的平方成正比，所以折射率調(diào)制的大小與電壓的平方成正比。由此，凹透鏡的焦距可以通 過(guò)電壓來(lái)進(jìn)行控制。此外，這里對(duì)電光材料用作凹透鏡的情況進(jìn)行了說(shuō)明，不過(guò)，電光系數(shù) 的符號(hào)因材料、光的偏振的不同而不同，所以，上述電光材料也可以實(shí)現(xiàn)凸透鏡的功能。電光材料適合采用具有鈣鈦礦型晶體構(gòu)造的單晶材料。這是因?yàn)椋}鈦礦型單晶 材料如果選擇適當(dāng)?shù)氖褂脺囟染湍苄纬稍谑褂脿顟B(tài)下具有反演對(duì)稱性的立方晶相，且該立 方晶相不具有泡克爾斯效應(yīng)。例如，人們熟悉的鈦酸鋇(BaTiO3，以下稱作BT)，如果超過(guò)了 晶相在120°C附近由四方晶相向立方晶相發(fā)生相變的溫度(以下稱作相變溫度)，就會(huì)變?yōu)?立方晶相并顯現(xiàn)克爾效應(yīng)。此外，以KTN為主要成分的單晶材料具有更適合的特征。與BT相變溫度固定相比， KTN可以根據(jù)鉭和鈮的組成比來(lái)選擇相變溫度。由此，可以將相變溫度設(shè)定為接近室溫的溫 度。KTN在溫度高于相變溫度時(shí)變?yōu)榱⒎骄?，具有反演?duì)稱性和很好的克爾效應(yīng)。因此， 將相變溫度設(shè)定為接近室溫的溫度，對(duì)于簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)強(qiáng)克爾效應(yīng)是非常重要的。作為具有反演對(duì)稱性的單晶材料，可以采用晶體的主要成分包括周期表中的IA 族和VA族元素且IA族是鉀、VA族是鈮和鉭中的至少1種這樣的材料。此外，還可以包括 周期表中IA族的除鉀以外的元素例如鋰，或者，IIA族中的1種或多種元素作為添加的雜 質(zhì)。例如，也可使用具有很強(qiáng)的克爾效應(yīng)的立方晶相的KLTNOVyLiyTa1INbxC^O <x< 1,0 < y < 1)的晶體。當(dāng)使用溫度接近相變溫度時(shí)，KTN的介電常數(shù)就會(huì)急劇增大，從而電光效應(yīng)就會(huì)增 強(qiáng)。此外，當(dāng)介電常數(shù)較大時(shí)，圖2所示的電力線的彎曲就會(huì)變得更加劇烈，透鏡的效果也 會(huì)增強(qiáng)。較強(qiáng)的電光效應(yīng)和劇烈的電力線彎曲，由于這二者的疊加協(xié)同效應(yīng)，例如，當(dāng)KTN 的相對(duì)介電常數(shù)超過(guò)10000并且被施加到KTN基板上的電壓超過(guò)500V時(shí)，焦距就會(huì)達(dá)到Im 以下，從而獲得實(shí)用上有效的特性。此外，與其他電光晶體同樣地，KTN的折射率調(diào)制根據(jù)外加電場(chǎng)的方向和光電場(chǎng)的 方向之間的關(guān)系發(fā)生變化。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，偏振分為兩種情況，S卩光電場(chǎng)的方向?yàn)?χ軸方向的情況以及光電場(chǎng)的方向?yàn)棣戚S方向的情況。在這兩種情況下，光受到的折射率調(diào) 制八！^和Δ nz不同，分別為Δηχ = _1/2η。3 (snEx2+s12Ey2)Δ nz = _1/2η。3 (s12Ex2+s12Ey2)。這里，η。表示調(diào)制前的折射率。此外，S11和S12表示電光系數(shù)，S11為正值，S12為負(fù)值，S11的絕對(duì)值比S12的絕對(duì)值 大?；谶@個(gè)特點(diǎn)，電光材料的功能因入射光的偏振狀態(tài)而完全發(fā)生變化，即，當(dāng)光電場(chǎng)的 方向?yàn)閄方向時(shí)為凸透鏡，光電場(chǎng)的方向?yàn)棣品较驎r(shí)為凹透鏡。(電極材料)當(dāng)向電光材料施加高電壓時(shí)，就會(huì)從電極注入電荷，從而可在晶體內(nèi)產(chǎn)生空間電 荷。由于該空間電荷的作用，在電壓的施加方向上產(chǎn)生電場(chǎng)傾斜，由此導(dǎo)致折射率的調(diào)制也 產(chǎn)生傾斜。因此，為了防止為使電光材料發(fā)揮透鏡作用所不期望的折射率分布，和防止從電光材料中透過(guò)的光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在對(duì)基板1施加了電壓后，基板1的內(nèi)部不產(chǎn)生空間電荷較 好?？臻g電荷量依賴于載流子的注入效率，所以從電極注入的載流子的注入效率為低注入 效率較好。隨著電極材料的工作函數(shù)的增大，電極和基板之間的狀態(tài)接近于肖特基結(jié)，載流 子的注入效率降低。當(dāng)電光晶體中負(fù)責(zé)導(dǎo)電的載流子是電子時(shí)，電極材料的工作函數(shù)優(yōu)選 為5. OeV以上。作為工作函數(shù)為5. OeV以上的電極材料，例如，可以使用Co (5. 0) ,Ge (5. 0)、 Au (5. 1)、Pd (5. 12)、Ni (5. 15)、Ir (5. 27)、Pt (5. 65)和 Se (5. 9)。()內(nèi)表示工作函數(shù)(eV)。另外，當(dāng)電光晶體中負(fù)責(zé)導(dǎo)電的載流子為空穴時(shí)，為了抑制空穴的注入，電極材 料的工作函數(shù)優(yōu)選小于5. OeV。作為工作函數(shù)在5. OeV以上的電極材料，例如，可以使用 Ti (3. 84)等。此外，Ti的單層電極氧化后電阻會(huì)變高，所以一般情況下使用Ti/Pt/Au的疊 層電極來(lái)使得Ti層和電光晶體形成結(jié)。此外，也可使用ITO(Indium Tin Oxide 銦錫氧化 物)、ZnO等的透明電極。(實(shí)施例1)圖4示出實(shí)施例1的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)。在將電光材料加工成片狀而獲得的基板11 的頂面和底面上，分別形成有1對(duì)上部電極12a，12b和1對(duì)下部電極13a，13b。由KTN單晶 體切塊，形成3mmX3mmX (厚度T = ) Imm的形狀而得到基板11。令基板11的6個(gè)面都與 晶體的(100)面平行，并進(jìn)行光學(xué)研磨。該KTN單晶體的相變溫度是35°C，因此，在本實(shí)施 例中，將其使用溫度設(shè)定得稍微高于其相變溫度，即，使用溫度為40°C。該溫度下的相對(duì)介 電常數(shù)為20000。上部電極12a，12b和下部電極13a，13b均為0. 6mmX 2. 6mm的方形，通過(guò)蒸鍍鉬 (Pt)來(lái)形成。此外，隔著透光的空隙而相對(duì)的邊相互平行，并且該2個(gè)邊之間的間隔A為 1. 4mm。將實(shí)施例1中的變焦透鏡的溫度控制在40°C，并在此狀態(tài)下將校準(zhǔn)后的激光入射 到上部電極12a，12b之間的空隙中。光呈線性偏振狀態(tài)，振蕩電場(chǎng)的方向?yàn)棣戚S方向。在 上下電極間施加500V的電壓時(shí)，從下部電極13a，13b之間出射的光就會(huì)沿χ軸方向發(fā)散， 因此能夠起到柱面凹透鏡的作用。焦距為25cm。這里，如果將外加電壓設(shè)定為250V，那么 發(fā)散就會(huì)降低，焦距大致為lm。即，可通過(guò)外加電壓來(lái)改變焦距。由于僅通過(guò)改變外加電壓 就能夠改變焦距，所以響應(yīng)時(shí)間在1μ s以下，與現(xiàn)有的變焦透鏡的響應(yīng)時(shí)間相比，提高了 3 位數(shù)以上。此外，使光的行進(jìn)方向保持不變，并使其偏振方向轉(zhuǎn)90度后進(jìn)行測(cè)量。即，將χ軸 方向設(shè)定為光的振蕩電場(chǎng)的方向。這時(shí)，能夠起凸透鏡的作用。當(dāng)外加電壓為500V時(shí)，焦 距為19cm，可通過(guò)外加電壓來(lái)改變焦距。(實(shí)施例2)透鏡的特性可由光透過(guò)基板1所受到的光程調(diào)制來(lái)表示。光程調(diào)制Δ s是在入射 光通過(guò)電光材料的整個(gè)路徑上對(duì)折射率調(diào)制Δη進(jìn)行積分所得到的。如上所述，折射率調(diào) 制是X和y的函數(shù)，因此，將其設(shè)為Δη(χ，》。折射率調(diào)制Δη不依賴于Ζ。在本實(shí)施方式 的變焦透鏡中，光在y軸方向上傳播，所以光程調(diào)制Δ s為As = S Δ η (x, y) dy為不依賴于y只依賴于χ的函數(shù)。S卩，只在光聚散的χ軸方向上變化，而不在ζ軸 方向上變化。
圖5A和圖5B示出實(shí)施例2的變焦透鏡的光程調(diào)制分布。圖5A表示上部電極和 下部電極的間隔A = 2mm時(shí)的光程調(diào)制分布，圖5B表示間隔A = Imm時(shí)的光程調(diào)制分布。 在上述任一種情況下，基板1均使用厚度T = Imm的電光材料。橫軸表示χ軸方向的位置， 并且以透光部分的中央作為原點(diǎn)?？v軸是光程調(diào)制As。在上述任一種情況下，光電場(chǎng)朝向 χ軸方向時(shí)，光程調(diào)制(ASx)向上凸起，表明其起凸透鏡的作用；光電場(chǎng)朝向ζ軸方向時(shí)， 光程調(diào)制(ASz)向下凸出，表明其起凹透鏡的作用。圖5A和圖5B的曲線顯示了對(duì)二次曲線的擬合結(jié)果。理想地，優(yōu)選與該二次曲線 一致，但是，均存在稍許的偏差。此外，與圖5B相比，在圖5A中二次曲線的偏差要大些。這 是因?yàn)?，從各電極向透光的部分延伸的電力線只在由基板1的厚度T所確定的范圍內(nèi)延伸。 即，在上部電極和下部電極之間施加了相同的電壓時(shí)，如果上部電極和下部電極的間隔A 過(guò)寬(圖5A的情況)，電力線無(wú)法到達(dá)透光部分的中央，電光效應(yīng)減弱，折射率調(diào)制也降低。圖6示出實(shí)施例2的變焦透鏡中光程調(diào)制和理想的二次曲線之間的偏差。橫軸 表示電極對(duì)之間空隙的間隔A與基板1的厚度T之比R( = Α/Τ)?？v軸表示實(shí)際的光程調(diào) 制Δ s和理想的二次曲線之間的偏差量的峰-峰值。S卩，確定間隔A和厚度T來(lái)求得實(shí)際 的光程調(diào)制(圖5Α和圖5Β的圖線〇、□)，進(jìn)行圖5Α和圖5Β所示的擬合，在χ坐標(biāo)中空 隙的間隔A的整個(gè)范圍內(nèi)找到偏差量的最小值和最大值，將偏差幅度以峰-峰值表示。當(dāng) R很大時(shí)，電力線無(wú)法到達(dá)透光部分的中央，光程調(diào)制As的偏差量變大，所以，優(yōu)選在一定 程度上將R設(shè)定得較小。實(shí)際應(yīng)用中，光程調(diào)制As的偏差量的標(biāo)準(zhǔn)在光波長(zhǎng)左右(大約 1 μ m)，所以優(yōu)選R在1.5以下。在上述實(shí)施例1中，雖然上部電極12a，12b顯示為獨(dú)立的電極，只要不給基板11 內(nèi)部的電場(chǎng)分布帶來(lái)不必要的干擾，也可以采用下述結(jié)構(gòu)，即在基板11的頂面將二者連 接而形成為一個(gè)電極，或者，通過(guò)其他方法將二者連接而形成為一個(gè)電極。同樣，下部電極 13a，13b只要不給基板11內(nèi)部的電場(chǎng)分布帶來(lái)不必要的干擾，也可以結(jié)合成一個(gè)電極。上述實(shí)施例1中，上部電極12a，12b的相對(duì)的邊和下部電極13a，13b的相對(duì)的邊 隔著基扳11在X軸方向上對(duì)齊，但也可以無(wú)需完全對(duì)齊，互相平行即可。上述實(shí)施例中，上部電極和下部電極表示為方形。但是，除隔著透光的空隙而相對(duì) 的邊以外，其它部分由于不影響透鏡功能，因而可以是任意的形狀。并且，在ζ軸方向上離 開(kāi)透光區(qū)域的外延區(qū)域的距離大于或等于電極的間隔A或基板的厚度T的位置，隔著空隙 而相對(duì)的邊也可以是任意形狀。
8
權(quán)利要求
包括由具有反演對(duì)稱性的單晶體形成的電光材料以及形成于該電光材料的光入射面和光出射面的電極；光軸被設(shè)定成使所述光從未形成有所述入射面的電極的空隙入射并從未形成有所述出射面的電極的空隙出射；連結(jié)所述入射面的電極和所述出射面的電極的電力線的一部分在所述空隙中彎曲，使得所述光透過(guò)的部分的電場(chǎng)以所述光軸為中心發(fā)生變化；從所述電光材料中透過(guò)的光的焦點(diǎn)能夠通過(guò)改變被施加在所述入射面的電極和所述出射面的電極之間的電壓而發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其特征在于，所述電光材料是鈣鈦礦型單晶材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變焦透鏡，其特征在于，所述電光材料是鉭鈮酸鉀 (KTa1^xNbxO3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變焦透鏡，其特征在于，所述電光材料的晶體的主成分包括 元素周期表中的IA族和VA族元素，IA族元素是鉀，VA族元素是鈮和鉭中的至少1種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦透鏡，其特征在于，所述電光材料還包括元素周期表中 IA族的除鉀以外的元素例如鋰，或者，IIA族中的1種或多種元素作為添加的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的變焦透鏡，其特征在于，所述電極由與所述電光 材料形成肖特基結(jié)的材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的變焦透鏡，其特征在于，所述入射面的電極和所 述出射面的電極的隔著所述空隙相對(duì)的邊相互平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變焦透鏡，其特征在于，所述入射面的電極的所述相對(duì)的邊 與所述出射面的電極的所述相對(duì)的邊分別平行地設(shè)置，該出射面的電極隔著所述電光材料 與所述入射面的電極相對(duì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變焦透鏡，其特征在于，所述入射面的電極的所述相對(duì)的邊 與所述出射面的電極的所述相對(duì)的邊被配置在隔著所述電光材料相一致的位置，該出射面 的電極隔著所述電光材料與所述入射面的電極相對(duì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的變焦透鏡，其特征在于，隔著所述空隙相對(duì)的邊的間 隔A與所述電光材料的厚度T之比R = A/T在1. 5以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠快速改變焦距的變焦透鏡。包括電光材料以及形成在該電光材料的光入射面和光出射面上的電極；設(shè)定光軸使所述光從所述入射面的未形成有電極的空隙入射并從所述出射面的未形成有電極的空隙出射；連結(jié)所述入射面的電極和所述出射面的電極的電力線的一部分在所述空隙中彎曲，從而使所述光透過(guò)的部分的電場(chǎng)以所述光軸為中心進(jìn)行變化；改變所述入射面的電極和所述出射面的電極之間的外加電壓，從而使透過(guò)所述電光材料的光的焦點(diǎn)發(fā)生變化。
文檔編號(hào)G02F1/03GK101910914SQ20088012246
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者今井欽之, 八木生剛, 宮津純, 笹浦正弘, 藤浦和夫 申請(qǐng)人:日本電信電話株式會(huì)社