(57)【要約】【課題】簡易な構成で光の進行方向を制御する。【解決手段】光方向制御装置（１００）は、第１電極（１１０）と、第２電極（１２０）と、第１液晶層（１３０）とを備える。第１液晶層（１３０）は、第１電極（１１０）と第２電極（１２０）との間に位置する。第１電極（１１０）は、第１端部（１１０ａ）と、第２端部（１１０ｂ）とを有する。第１端部（１１０ａ）は、第１電源（２１０）に接続される。第２端部（１１０ｂ）は、接地される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１液晶層と
を備え、
前記第１電極は、第１端部と、第２端部とを有し、
前記第１端部および前記第２端部のうちの一方は第１電源に接続され、前記第１端部および前記第２端部のうちの他方は接地される、光方向制御装置。
【請求項２】
前記第２電極は接地される、請求項１に記載の光方向制御装置。
【請求項３】
前記第１電源が電圧を印加しない場合、前記第１液晶層に入射する光は進行方向を変化せずに前記第１液晶層を通過し、
前記第１電源が電圧を印加する場合、前記第１液晶層は入射する光は進行方向を変化して前記第１液晶層を通過する、請求項１または２に記載の光方向制御装置。
【請求項４】
切替部をさらに備え、
前記切替部は、
前記第１電極の前記第１端部が前記第１電源に接続され、前記第１電極の前記第２端部が接地される状態と、
前記第１電極の前記第１端部が接地され、前記第１電極の前記第２端部が前記第１電源に接続される状態と
を切り替える、請求項１から３のいずれかに記載の光方向制御装置。
【請求項５】
前記第１電極および前記第２電極の一方に対して、前記第１液晶層とは反対側に配置された反射部材をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の光方向制御装置。
【請求項６】
第３電極と、
第４電極と、
前記第３電極と前記第４電極との間に位置する第２液晶層と
をさらに備え、
前記第４電極は、
第２電源と接続される端部と、
接地された端部と
を有する、請求項１から５のいずれかに記載の光方向制御装置。
【請求項７】
前記第３電極は接地される、請求項６に記載の光方向制御装置。
【請求項８】
前記第４電極のうちの前記第２電源に接続される端部は、前記第４電極に入射する光に対して、前記第１電極のうちの前記第１電源に接続される前記一方の端部と直交する位置に配置される、請求項６または７に記載の光方向制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光方向制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光は、照明、加工および通信だけでなく種々の用途で利用される。光の方向を制御するために、液晶を用いることが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、互いに対向する２つの基板のそれぞれに透明電極パターンを形成し、２つの透明電極パターンに印加される電位差を調節した制御装置が記載されている。特許文献１の制御装置では、液晶層の屈折率を調節することで、制御装置を通過する光の方向および形状を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５００６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の制御装置では、微細な透明電極パターンを形成することが必要であり、簡易な構成で光の進行方向を制御できなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で光の進行方向を制御可能な光方向制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光方向制御装置は、第１電極と、第２電極と、第１液晶層とを備える。前記第１液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する。前記第１電極は、第１端部と、第２端部とを有する。前記第１端部および前記第２端部のうちの一方は第１電源に接続され、前記第１端部および前記第２端部のうちの他方は接地される。
【０００８】
ある実施形態では、前記第２電極は接地される。
【０００９】
ある実施形態では、前記第１電源が電圧を印加しない場合、前記第１液晶層に入射する光は進行方向を変化せずに前記第１液晶層を通過し、前記第１電源が電圧を印加する場合、前記第１液晶層は入射する光は進行方向を変化して前記第１液晶層を通過する。
【００１０】
ある実施形態では、前記光方向制御装置は、切替部をさらに備え、前記切替部は、前記第１電極の前記第１端部が前記第１電源に接続され、前記第１電極の前記第２端部が接地される状態と、前記第１電極の前記第１端部が接地され、前記第１電極の前記第２端部が前記第１電源に接続される状態とを切り替える。
【００１１】
ある実施形態では、前記光方向制御装置は、前記第１電極および前記第２電極の一方に対して、前記第１液晶層とは反対側に配置された反射部材をさらに備える。
【００１２】
ある実施形態では、前記光方向制御装置は、第３電極と、第４電極と、前記第３電極と前記第４電極との間に位置する第２液晶層とをさらに備え、前記第４電極は、第２電源と接続された第１端部と、接地された第２端部とを有する。
【００１３】
ある実施形態では、前記第３電極は接地される。
【００１４】
ある実施形態では、前記第４電極のうちの前記第２電源に接続される端部は、前記第４電極に入射する光に対して、前記第１電極のうちの前記第１電源に接続される前記一方の端部と直交する位置に配置される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成で光の進行方向を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による光方向制御装置の実施形態の模式図である。
【図２】本実施形態の光方向制御装置の模式的な斜視図である。
【図３】（ａ）は本実施形態の光方向制御装置の模式図であり、（ｂ）は光方向制御装置における第１電極および第２電極のＸ方向に沿った電位の変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極に電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図５】本実施形態の光方向制御装置の模式的な斜視図である。
【図６】（ａ）は印加電圧に応じて光の進行方向を−Ｘ方向側と＋Ｘ方向側との間で変更可能な本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極に電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極に中間電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｃ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極に中間電圧よりも高い第２電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図７】（ａ）は第１電極の２つの端部と電源および接地との接続の切り替えによって光の進行方向を−Ｘ方向側と＋Ｘ方向側との間で変更可能な本実施形態の光方向制御装置の模式図であり、（ｂ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極と接続されない場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｃ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極の一方の端部と接続した場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｄ）は本実施形態の光方向制御装置において電源が第１電極の他方の端部と接続した場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図８】反射型である本実施形態の光方向制御装置の模式図である。
【図９】（ａ）は図８の光方向制御装置において電源が第１電極に電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｂ）は図８の光方向制御装置において電源が第１電極に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図１０】２つの液晶層を備えた本実施形態の光方向制御装置の模式図である。
【図１１】２つの液晶層を用いて光の進行方向を−Ｘ方向側と＋Ｘ方向側との間で変更可能な本実施形態の光方向制御装置の模式的な斜視図である。
【図１２】（ａ）は図１１の光方向制御装置において一方の電源が第１電極に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｂ）は図１１の光方向制御装置において他方の電源が第４電極に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図１３】光の進行方向をＸ方向およびＹ方向のそれぞれに沿って変更可能な本実施形態の光方向制御装置の模式的な斜視図である。
【図１４】（ａ）は図１３の光方向制御装置において２つの電源のいずれも電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｂ）は図１３の光方向制御装置において一方の電源が第１電極に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図であり、（ｃ）は図１３の光方向制御装置において他方の電源が第４電極に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図１５】２つの液晶層を備えた反射型の本実施形態の光方向制御装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明による光方向制御装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、本願明細書では、発明の理解を容易にするため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を記載することがある。典型的には、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向に平行であり、Ｚ方向は鉛直方向に平行である。
【００１８】
まず、図１を参照して、本発明による光方向制御装置１００の実施形態を説明する。光方向制御装置１００は、第１電極１１０と、第２電極１２０と、第１液晶層１３０とを備える。
【００１９】
第１電極１１０および第２電極１２０は互いに対向する。第１電極１１０および第２電極１２０は互いに平行に延びる。第１電極１１０は、導電性を有する。第２電極１２０は、導電性を有する。また、第１電極１１０および第２電極１２０は、光透過性を有する。第１電極１１０および第２電極１２０は、透明であってもよく透光性を有してもよい。
【００２０】
第１電極１１０および第２電極１２０の電気伝導率は、１０2Ｓ／ｍ以上であることが好ましく、１０3Ｓ／ｍ以上であることがさらに好ましい。また、第２電極１２０の電気伝導率は第１電極１１０の電気伝導率よりも高いことが好ましい。あるいは、第２電極１２０の電気伝導率は第１電極１１０の電気伝導率とほぼ等しくてもよい。
【００２１】
第１電極１１０および第２電極１２０は、透明導電膜を有することが好ましい。例えば、透明導電膜は、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）を含んでもよく、酸化スズ（ＳｎＯ2）を含んでもよい。
【００２２】
第１液晶層１３０は、第１電極１１０と第２電極１２０との間に位置する。典型的には、第１液晶層１３０の厚さ（Ｚ方向に沿った長さ）は場所によらず一定である。第１液晶層１３０は、液晶を含む。第１液晶層１３０の液晶分子の配向方向は、第１電極１１０と第２電極１２０との間の電圧に応じて変化する。第１液晶層１３０の屈折率は、液晶層１３０の液晶分子の配向方向に応じて変化する。このため、第１液晶層１３０の屈折率は、第１電極１１０と第２電極１２０との間の電圧に応じて変化する。なお、本明細書において、第１液晶層１３０を単に液晶層１３０と記載することがある。
【００２３】
上述したように、液晶層１３０は、液晶を含む。例えば、液晶層は、ネマチック液晶を含む。なお、液晶層１３０の液晶の種類は、ネマチック液晶に限定されない。液晶層１３０の液晶は、コレステリック液晶であってもよく、スメクチック液晶であってもよい。
【００２４】
以下に、図２を参照して本実施形態の光方向制御装置１００を説明する。図２は、光方向制御装置１００の模式的な斜視図である。
【００２５】
第１電極１１０には第１電源２１０が接続される。本実施形態の光方向制御装置１００において、第１電極１１０の電位は第１電極１１０の位置に応じて異なる。
【００２６】
例えば、第１電極１１０は薄板状である。また、第１電極１１０は、矩形状である。第１電極１１０は、端部１１０ａと、端部１１０ｂと、端部１１０ｃと、端部１１０ｄとを有する。
【００２７】
ここでは、第１電極１１０は、ＸＹ平面に広がる薄板状である。端部１１０ａは、第１電極１１０の＋Ｘ方向側に位置し、端部１１０ｂは、第１電極１１０の−Ｘ方向側に位置する。また、端部１１０ｃは、第１電極１１０の−Ｙ方向側に位置し、端部１１０ｄは、第１電極１１０の＋Ｙ方向側に位置する。
【００２８】
端部１１０ｂは、端部１１０ａと向かい合って位置し、端部１１０ｄは、端部１１０ｃと向かい合って位置する。端部１１０ｃは、端部１１０ａおよび端部１１０ｂと接続する。また、端部１１０ｄは、端部１１０ａおよび端部１１０ｂと接続する。
【００２９】
また、第１電極１１０と同様に、第２電極１２０も、薄板かつ矩形状である。第２電極１２０は、端部１２０ａと、端部１２０ｂと、端部１２０ｃと、端部１２０ｄとを有する。端部１２０ａは、第２電極１２０の＋Ｘ方向側に位置し、端部１２０ｂは、第２電極１２０の−Ｘ方向側に位置する。また、端部１２０ｃは、第２電極１２０の−Ｙ方向側に位置し、端部１２０ｄは、第２電極１２０の＋Ｙ方向側に位置する。
【００３０】
端部１２０ｂは、端部１２０ａと向かい合って位置し、端部１２０ｄは、端部１２０ｃと向かい合って位置する。端部１２０ｃは、端部１２０ａおよび端部１２０ｂと接続する。また、端部１２０ｄは、端部１２０ａおよび端部１２０ｂと接続する。第２電極１２０の端部１２０ａ、端部１２０ｂ、端部１２０ｃおよび端部１２０ｄは、液晶層１３０を介して、第１電極１１０の端部１１０ａ、端部１１０ｂ、端部１１０ｃおよび端部１１０ｄと対向する。
【００３１】
本実施形態の光方向制御装置１００において、第１電極１１０の端部１１０ａには第１電源２１０が接続される。第１電源２１０が第１電極１１０に印加する電圧は、１Ｖ以上であってもよく、３Ｖ以上であってもよい。また、第１電源２１０が第１電極１１０に印加する電圧は、１００Ｖ以下であってもよく、１０Ｖ以下であってもよい。あるいは、第１電源２１０が第１電極１１０に印加する電圧は、１００Ｖ以上であってもよい。なお、本明細書において、第１電源２１０を単に電源２１０と記載することがある。
【００３２】
第１電極１１０の端部１１０ｂは接地される。第１電極１１０の端部１１０ｂは接地電位に設定された電源または配線に接続されてもよい。
【００３３】
端部１１０ａは、第１電極１１０の一端に位置し、端部１１０ｂは、第１電極１１０の他端に位置する。端部１１０ａの電位は端部１１０ｂの電位とは異なる。ここでは、端部１１０ａは、第１電極１１０の長手方向（Ｘ方向）の一端に位置し、端部１１０ｂは、第１電極１１０の長手方向（Ｘ方向）の他端に位置する。
【００３４】
上述したように、第１電極１１０の端部１１０ａは第１電源２１０に接続されており、第１電極１１０の端部１１０ｂは接地される。このため、第１電極１１０の電位は、端部１１０ａから端部１１０ｂに向かって連続的に変化する。具体的には、第１電極１１０の電位は、＋Ｘ方向から−Ｘ方向に向かって連続的に低下する。ただし、第１電極１１０の電位は、Ｙ方向に沿って一定である。
【００３５】
また、ここでは、第２電極１２０の電位は第２電極１２０の位置によらず一定である。例えば、第２電極１２０の電位は接地電位であることが好ましい。一例として、第２電極１２０は接地電位に設定された電源または配線に接続されてもよい。例えば、第２電極１２０の端部１２０ｂは接地される。
【００３６】
本実施形態の光方向制御装置１００において、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加すると、液晶層１３０のうち端部１１０ａ側（＋Ｘ方向側）の電位が高く、液晶層１３０のうち端部１１０ｂ側（−Ｘ方向側）の電位が低くなる。このため、第１電極１１０と第２電極１２０との間に挟まれた液晶層１３０に印加される電圧は位置に応じて異なる。
【００３７】
本実施形態の光方向制御装置１００において、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する場合、＋Ｘ方向に向かうにつれて液晶層１３０の屈折率は大きくなり、−Ｘ方向に向かうにつれて液晶層１３０の屈折率の変化量は小さくなる。
【００３８】
なお、液晶層１３０のうち端部１１０ａと端部１１０ｂとの間の中間の領域では、液晶層１３０に印加される電圧は、端部１１０ａからの距離および端部１１０ｂからの距離に応じて変化する。このため、液晶層１３０の屈折率は、端部１１０ａからの距離に応じて連続的に変化する。
【００３９】
本実施形態の光方向制御装置１００では、液晶層１３０の屈折率がＸ方向の位置に応じて連続的に変化するため、液晶層１３０を通過する光の進行方向を所定の方向に変化させることができる。具体的には、液晶層１３０を通過する光は、屈折率の高い方向に曲げることができる。
【００４０】
例えば、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合、光方向制御装置１００は光の進行方向を変化させない。一方で、第１電源２１０が電圧を印加する場合、光方向制御装置１００は光の進行方向を変更できる。さらに、第１電源２１０が別の電圧を印加する場合、光方向制御装置１００は光の進行方向を別の方向に変更できる。
【００４１】
あるいは、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合、光方向制御装置１００は光の進行方向を第１方向に変更し、第１電源２１０が電圧を印加する場合、光方向制御装置１００は光の進行方向を第１方向とは異なる第２方向に変更してもよい。
【００４２】
なお、電源２１０は第１電極１１０に交流電圧を印加することが好ましい。交流電圧が印加されることにより、液晶層１３０に印加される電流が交流となり、液晶層１３０の劣化を抑制できる。例えば、交流電圧の振幅は０Ｖより大きく１００Ｖ以下であってもよい。また、交流電圧の振幅は０Ｖより大きく１０Ｖ以下であってもよい。あるいは、交流電圧の振幅は、１００Ｖ以上であってもよい。
【００４３】
光方向制御装置１００は、入射光を透過した透過光の方向を制御してもよい。あるいは、光方向制御装置１００は、入射光を反射した反射光の方向を制御してもよい。
【００４４】
本実施形態の光方向制御装置１００では、入射光は、屈折により、曲がって進行する。また、光方向制御装置１００は、入射光の波長よりも長い周期構造を有しておらず、入射光は回折しない。このため、光方向制御装置１００は、簡易な構造で光の進行方向を効率的に変更できる。
【００４５】
なお、光方向制御装置１００においてＸ方向に沿った液晶層１３０の屈折率の変化の割合（変化率）はほぼ一定であることが好ましい。この場合、光方向制御装置１００のうち液晶層１３０のうち光の通過する面積が比較的大きくても、光の進行方向を均一に変更できる。
【００４６】
上述したように、光方向制御装置１００における第２電極１２０は透明であることが好ましい。また、第２電極１２０の電気伝導率は比較的高いことが好ましい。第２電極１２０の電気伝導率が比較的高いことにより、第２電極１２０上のＸ方向の位置によらず第２電極１２０の電位をほぼ一定にできる。このため、第２電極１２０の電位によることなく第１電極１１０の電位（位置）に応じて液晶層１３０の印加電圧を変化できる。例えば、第２電極１２０はＩＴＯから形成されることが好ましい。
【００４７】
次に、図３を参照して本実施形態の光方向制御装置１００を説明する。図３（ａ）は光方向制御装置１００の模式図である。ここでは、光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０および液晶層１３０に加えて、基板１１２、基板１２２およびセパレータ１３２をさらに備える。基板１１２は、第１電極１１０を支持する。基板１２２は、第２電極１２０を支持する。基板１１２および基板１２２により、第１電極１１０および第２電極１２０は保護される。
【００４８】
基板１１２および基板１２２の少なくとも一方は、透明であってもよく、透光性を有してもよい。例えば、基板１１２および基板１２２はガラス基板または石英基板であってもよい。あるいは、基板１１２および基板１２２は樹脂基板であってもよい。
【００４９】
セパレータ１３２は、液晶層１３０の周囲を囲む。セパレータ１３２により、第１電極１１０と第２電極１２０とは互いに接触することなく所定の距離で維持される。セパレータ１３２は絶縁部材から形成される。
【００５０】
なお、一般に、液晶を表示装置に用いる場合、偏光素子を用いるが、本実施形態の光方向制御装置１００では偏光素子を用いなくてもよい。ただし、光方向制御装置１００は偏光素子を備えてもよい。例えば、偏光素子は基板１１２および／または基板１２２の外側に貼り付けられてもよい。
【００５１】
図３（ｂ）は光方向制御装置１００における第１電極１１０および第２電極１２０のＸ方向に沿った電位の変化を示すグラフである。図３（ｂ）に示すように、第１電極１１０の電位は、第１電極１１０上のＸ方向の位置に応じて異なる。ここでは、第１電極１１０の端部１１０ａの電位（Ｖ１ａ）は高く、端部１１０ｂの電位（Ｖ１ｂ）は低い。一方、第２電極１２０の電位は、第２電極１２０上のＸ方向の位置に応じて一定である。ここでは、第２電極１２０は接地されており、第２電極１２０の端部１２０ａの電位（Ｖ２ａ）および端部１２０ｂの電位（Ｖ２ｂ）は、端部１１０ｂの電位（Ｖ１ｂ）と等しい。
【００５２】
このように、第１電極１１０に電圧を印加すると、液晶層１３０の屈折率の勾配が形成される。光方向制御装置１００を通過する光は、屈折率の高い方向に曲がって進行する。このため、光方向制御装置１００は、通過する光の進行方向を制御できる。例えば、光方向制御装置１００は、入射光を透過した透過光の進行方向を制御できる。
【００５３】
例えば、図３に示した光方向制御装置１００において、第１電極１１０がＳｎＯ2から形成される場合、第１電極１１０の比抵抗は３×１０-2Ωｃｍである。第２電極１２０がＩＴＯから形成される場合、第２電極１２０の比抵抗は３×１０-4Ωｃｍである。第１電極１１０および第２電極１２０が長さ１ｃｍ、幅１ｃｍおよび厚さ０．２μｍの矩形状薄板であるとすると、第１電極１１０の抵抗は１．５ｋΩであり、第２電極１２０の抵抗は１５Ωである。
【００５４】
ここで、液晶層１３０の厚さを１０μｍとし、液晶層１３０の誘電率を１０ε0とすると、光方向制御装置１００の電気容量（Ｃ）は、Ｃ＝１０ε0×Ｓ／ｔ（＝１０×８．８５×１０-12（Ｆ／ｍ）×１×１０-4（ｍ2）／（１０×１０-6））＝８．８５×１０-11（Ｆ）となる。この電気容量は抵抗成分に比べて充分に小さいため、光方向制御装置１００の時定数（Ｔ）のオーダーは、Ｔ＝ＣＲ＝１×１０-10（ｓ）となる。
【００５５】
このように、光方向制御装置１００の時定数は小さいため、電源２１０からの電圧印加に伴う第１電極１１０の電位の立ち上がりは、光の進行方向の変化にほとんど影響しない。なお、典型的には、液晶層１３０の液晶分子の応答速度はミリ秒オーダーであるため、液晶の応答速度が光の進行方向の変化に対して律速となる。この光方向制御装置１００に対して電源２１０から５Ｖの電圧を印加すると、消費電力は０．００１６Ｗであり、光方向制御装置１００の消費電力は極めて小さい。
【００５６】
次に、図４を参照して本実施形態の光方向制御装置１００を説明する。ここでは、光方向制御装置１００は透過型である。光方向制御装置１００は−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって進行する光を透過する。
【００５７】
図４（ａ）は、本実施形態の光方向制御装置１００において第１電源２１０が電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、光方向制御装置１００は、光源３１０から出射された光が入射するように配置される。ここでは、光源３１０から出射された光は、第２電極１２０および液晶層１３０に対して垂直に入射する。
【００５８】
光源３１０として光を出射する任意の光源を用いることができる。光源３１０は、ランプを含んでもよい。または、光源３１０は、レーザ装置を含んでもよい。あるいは、光源３１０は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を含んでもよい。光源３１０から出射される光はある程度の指向性を有することが好ましい。光源３１０から出射された光は、光方向制御装置１００に入射光Ｌｉとして入射される。なお、光方向制御装置１００は、太陽光または発熱体からの光の方向を制御できる。このため、光源３１０として、太陽または発熱体を用いてもよい。
【００５９】
図４（ａ）に示すように、電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合、光方向制御装置１００は、入射光Ｌｉの進行方向を変化することなく通過光Ｌｏとして通過させる。
【００６０】
図４（ｂ）は、本実施形態の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。図４（ｂ）に示すように、電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する場合、光方向制御装置１００は、入射光Ｌｉの進行方向を変化させた通過光Ｌｏとして光を通過させる。
【００６１】
このとき、液晶層１３０の屈折率は、−Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に向かって変化する。この場合、光は、液晶層１３０に入射する際および液晶層１３０から出射する際だけでなく、液晶層１３０の進行中にも曲がる。したがって、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する場合の通過光Ｌｏの進行方向は、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合の通過光Ｌｏの進行方向とは異なる。
【００６２】
本実施形態の光方向制御装置１００は、第１電極１１０および第２電極１２０のいずれにも微細構造を形成することなく入射光Ｌｉの進行方向に対する通過光Ｌｏの進行方向を制御できる。また、光方向制御装置１００は、電源２１０から印加される電圧に応じて光の進行方向を制御できるため、機械的に操作せずに光の照射方向を変化できる。
【００６３】
例えば、本実施形態の光方向制御装置１００は、自動車のヘッドライトに好適に利用される。また、光方向制御装置１００は、電源２１０から印加される電圧に応じて光の進行方向を制御できるため、アクチュエータなしに光の方向を変化できる。例えば、光方向制御装置１００は、自動車のハンドルの操作に応じて光の進行方向を制御してもよい。
【００６４】
また、光方向制御装置１００は、レーザ加工装置におけるレーザ光の進行方向を制御する部品として好適に利用されてもよい。
【００６５】
あるいは、光方向制御装置１００は、光通信に利用されてもよい。例えば、光方向制御装置１００は、軽量に形成できるため、衛星間光通信に好適に用いられる。
【００６６】
なお、図２〜図４に示した光方向制御装置１００では、第１電源２１０に接続された第１電極１１０は液晶層１３０に対して＋Ｚ方向側に位置し、接地された第２電極１２０は液晶層１３０に対して−Ｚ方向側に位置したが、本実施形態はこれに限定されない。第１電源２１０に接続された第１電極１１０は液晶層１３０に対して−Ｚ方向側に位置し、接地された第２電極１２０は液晶層１３０に対して＋Ｚ方向側に位置してもよい。
【００６７】
また、図２〜図４に示した光方向制御装置１００では、第２電極１２０は接地されたが、本実施形態はこれに限定されない。第２電極１２０は接地されなくてもよい。ただし、第２電極１２０の電位が接地電位であることにより、第１電極１１０に印加される電圧を液晶層１３０に印加する電圧として好適に利用できる。
【００６８】
なお、図２に示した光方向制御装置１００では、第１電極１１０は電源２１０と直接接続されたが、本実施形態はこれに限定されない。第１電極１１０は電源２１０と間接的に接続されてもよい。
【００６９】
次に、図５を参照して、光方向制御装置１００を説明する。図５は、本実施形態の光方向制御装置１００の模式的な斜視図である。図５に示した光方向制御装置１００は、導電部材１１４および導電部材１１６をさらに備える点を除いて、図２を参照して上述した光方向制御装置１００と同様の構成を有している。このため、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
【００７０】
図５に示すように、光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０および液晶層１３０に加えて導電部材１１４および導電部材１１６を備える。導電部材１１４は、第１電極１１０の端部１１０ａに配置される。導電部材１１４は電源２１０と直接接続される。導電部材１１６は、第１電極１１０の端部１１０ｂに配置される。導電部材１１６は接地される。
【００７１】
導電部材１１４の電気伝導率は、第１電極１１０の電気伝導率よりも高い。導電部材１１４の電気伝導率は、５×１０6Ｓ／ｍ以上であることが好ましく、１０7Ｓ／ｍ以上であることがさらに好ましい。典型的には、導電部材１１４は金属から形成されることが好ましい。
【００７２】
導電部材１１４は、第１電極１１０のうちＹ方向に延びる端部１１０ａの両端にわたって配置される。このため、第１電極１１０の端部１１０ａの電位を均一に保つことができ、液晶層１３０にＸ方向に沿って均一に変化する電場を形成できる。導電部材１１４は、第１電極１１０の端部１１０ａの上面に配置されてもよい。あるいは、導電部材１１４は、第１電極１１０の端部１１０ａの側面に配置されてもよい。
【００７３】
同様に、導電部材１１６の電気伝導率は、第１電極１１０の電気伝導率よりも高い。導電部材１１６の電気伝導率は、５×１０6Ｓ／ｍ以上であることが好ましく、１０7Ｓ／ｍ以上であることがさらに好ましい。典型的には、導電部材１１６は金属から形成されることが好ましい。
【００７４】
導電部材１１６は、第１電極１１０のうちＹ方向に延びる端部１１０ｂの両端にわたって配置される。このため、第１電極１１０の端部１１０ｂの電位を均一に保つことができ、液晶層１３０のＸ方向に沿って均一に変化する電場を形成できる。導電部材１１６は、第１電極１１０の端部１１０ｂの上面に配置されてもよい。あるいは、導電部材１１６は、第１電極１１０の端部１１０ｂの側面に配置されてもよい。
【００７５】
なお、図４を参照して上述した光方向制御装置１００では、電源２１０が電圧を印加しない場合、光方向制御装置１００は光の進行方向を変化させなかったが、本実施形態はこれに限定されない。光方向制御装置１００は、電源２１０が電圧を印加しない場合でも光の進行方向を変化させてもよい。
【００７６】
次に、図６を参照して、印加電圧に応じて入射光の進行方向に対する通過光の進行方向を反対側に曲げる光方向制御装置１００を説明する。本実施形態の光方向制御装置１００は、印加電圧に応じて光の進行方向を−Ｘ方向側と＋Ｘ方向側との間で変更できる。本実施形態の光方向制御装置１００において、液晶層１３０のうちの第１電極１１０の端部１１０ａ側の厚さは液晶層１３０のうちの端部１１０ｂ側の厚さよりも小さい。
【００７７】
図６（ａ）は、本実施形態の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図である。実施形態の光方向制御装置１００において、液晶層１３０の厚さが変化する。詳細には、液晶層１３０のうち第１電極１１０の端部１１０ａ側の厚さは、第１電極１１０の端部１１０ｂ側の厚さよりも大きい。また、液晶層１３０の厚さは、端部１１０ｂから端部１１０ａ側に向かって連続的に小さくなる。図６（ａ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合、液晶層１３０に入射した入射光Ｌｉは、液晶層１３０から出るときに−Ｘ方向側に曲がり、通過光Ｌｏは、入射光Ｌｉに対して−Ｘ方向側に曲がった方向に進行する。
【００７８】
図６（ｂ）は、本実施形態の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０に中間電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。図６（ｂ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に中間電圧を印加した場合、液晶層１３０に入射した入射光Ｌｉは、液晶層１３０を通過中にわずかに＋Ｘ方向側に曲がるため、液晶層１３０と第１電極１１０との境界面における屈折がキャンセルされる。その結果、通過光Ｌｏは、入射光Ｌｉと同じ方向に進行する。
【００７９】
図６（ｃ）は、本実施形態の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０に中間電圧よりも高い電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。図６（ｃ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に中間電圧よりも高い電圧を印加した場合、液晶層１３０に入射した入射光Ｌｉは、液晶層１３０を通過中に＋Ｘ方向側に曲がり、通過光Ｌｏは、入射光Ｌｉに対して＋Ｘ方向側に曲がった方向に進行する。
【００８０】
以上のように、光方向制御装置１００は、第１電極１１０に印加する電圧に応じて、入射光Ｌｉに対する通過光Ｌｏの進行方向を＋Ｘ方向側または−Ｘ方向側に曲がるように制御してもよい。
【００８１】
なお、図６を参照して上述した光方向制御装置１００では、第１電極１１０の端部１１０ａは電源２１０に接続され、第１電極１１０の端部１１０ｂは接地されていたが、本実施形態はこれに限定されない。第１電極１１０において電源２１０に接続される端部および接地される端部を適宜切り替えてもよい。
【００８２】
次に、図７を参照して、第１電極１１０において電源２１０に接続される端部および接地される端部を適宜切り替え可能な光方向制御装置１００を説明する。本実施形態の光方向制御装置１００は第１電極１１０の端部１１０ａ、１１０ｂと第１電源２１０および接地と接続を切り替えることによって光の進行方向を−Ｘ方向側と＋Ｘ方向側との間で変更できる。
【００８３】
図７（ａ）は、本実施形態の光方向制御装置１００の模式図である。光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０および液晶層１３０に加えて切替部１０４をさらに備える。切替部１０４は、端子１０４ａ、端子１０４ｂ、端子１０４ｃおよび端子１０４ｄを有する。端子１０４ａは、第１電極１１０の端部１１０ａと電気的に接続しており、端子１０４ｂは、第１電極１１０の端部１１０ｂと電気的に接続している。また、端子１０４ｃは電源２１０と電気的に接続し、端子１０４ｄは接地される。
【００８４】
切替部１０４において、端子１０４ａは端子１０４ｃおよび端子１０４ｄのいずれかと接続するように切替可能である。また、端子１０４ｂは端子１０４ｃおよび端子１０４ｄのいずれかと接続するように切替可能である。なお、端子１０４ａが端子１０４ｃと接続する場合、端子１０４ｂは端子１０４ｄと接続できる。また、端子１０４ａが端子１０４ｄと接続する場合、端子１０４ｂは端子１０４ｃと接続できる。
【００８５】
図７（ｂ）は、本実施形態の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０と接続されない場合の光の進行方向を示す模式図である。図７（ｂ）に示すように、切替部１０４において、端子１０４ａは端子１０４ｃおよび端子１０４ｄのいずれとも接続せず、端子１０４ｂは端子１０４ｃおよび端子１０４ｄのいずれかともと接続しない。このように、切替部１０４において、端子１０４ｃが端子１０４ａおよび端子１０４ｂのいずれとも接続しない場合、第１電極１１０には電源２１０から電圧が印加されない。この場合、液晶層１３０の屈折率は変化しないため、通過光Ｌｏの進行方向は入射光Ｌｉから変化しない。
【００８６】
図７（ｃ）は、光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０の端部１１０ａと接続した場合の光の進行方向を示す模式図である。図７（ｃ）に示すように、切替部１０４において、端子１０４ａが端子１０４ｃと接続し、端子１０４ｂは端子１０４ｄと接続する。このように、切替部１０４において、端子１０４ａが端子１０４ｃと接続し、端子１０４ｂが端子１０４ｄと接続するため、第１電源２１０は第１電極１１０の端部１１０ａに電圧を印加する。この場合、第１電極１１０の端部１１０ａの電位が高いため、通過光Ｌｏは、入射光Ｌｉに対して＋Ｘ方向側に変化して進行する。
【００８７】
図７（ｄ）は、光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０の端部１１０ｂと接続した場合の光の進行方向を示す模式図である。図７（ｄ）に示すように、切替部１０４において、端子１０４ａが端子１０４ｄと接続し、端子１０４ｂは端子１０４ｃと接続する。このように、切替部１０４において、端子１０４ｂが端子１０４ｃと接続し、端子１０４ａが端子１０４ｄと接続するため、第１電源２１０は第１電極１１０の端部１１０ｂに電圧を印加する。この場合、第１電極１１０の端部１１０ｂの電位が高いため、通過光Ｌｏは、入射光Ｌｉに対して−Ｘ方向側に変化して進行する。
【００８８】
以上のように、本実施形態の光方向制御装置１００によれば、切替部１０４の切り替えにより、入射光Ｌｉに対する通過光Ｌｏの進行方向を切替できる。また、本実施形態の光方向制御装置１００によれば、第１電極１１０に電圧が印加されない場合には、通過光Ｌｏの進行方向は入射光Ｌｉから変化しないため、仮に切替部１０４の切り替えが適切に行われなかった場合でも、通過光Ｌｏの進行方向を入射光Ｌｉの進行方向から変更することなく維持できる。
【００８９】
なお、図２〜図７を参照して上述した説明では、光方向制御装置１００は透過型であったが、本実施形態はこれに限定されない。光方向制御装置１００は反射型であってもよい。
【００９０】
次に、図８および図９を参照して、反射型の光方向制御装置１００を説明する。図８は、本実施形態の光方向制御装置１００の模式図である。
【００９１】
図８に示すように、光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０および液晶層１３０に加えて反射部材１０２をさらに備える。反射部材１０２は、第１電極１１０および第２電極１２０の一方に対して、液晶層１３０とは反対側に配置される。ここでは、反射部材１０２は、第２電極１２０に対して、液晶層１３０とは反対側に配置される。
【００９２】
反射部材１０２は、入射光を反射する。反射部材１０２は、多層構造を有してもよい。反射部材１０２は、入射光を反射することによって反射光を生成する。
【００９３】
図９（ａ）は、図８の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図である。図９（ａ）に示すように、光方向制御装置１００に入射した入射光Ｌｉは、反射部材１０２において反射され、通過光Ｌｏとして進行する。
【００９４】
第１電極１１０に電圧が印加されない場合、第１電極１１０の電位は、第１電極１１０上のＸ方向の位置にかかわらず等しい。例えば、第１電極１１０の端部１１０ａの電位は、第１電極１１０の端部１１０ｂの電位と等しい。このとき、液晶層１３０の屈折率は全面にわたって均一である。
【００９５】
このため、光が液晶層１３０に入射する際に、光は、第１電極１１０と液晶層１３０との界面において屈折する。その後、光は、進行方向を変更することなく液晶層１３０中を直進し、反射部材１０２において反射される。反射された光は、進行方向を変更することなく液晶層１３０中を直進し、第１電極１１０と液晶層１３０との界面において屈折して外部に出射される。
【００９６】
図９（ｂ）は、図８の光方向制御装置１００において第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する場合の光の進行方向を示す模式図である。図９（ｂ）に示すように、第１電極１１０に電圧が印加される場合、第１電極１１０の電位は第１電極１１０上のＸ方向の位置に応じて変化する。第１電極１１０の端部１１０ａの電位は第１電極１１０の端部１１０ｂの電位よりも高い。
【００９７】
このとき、液晶層１３０の屈折率は、−Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に向かって変化する。この場合、光は、液晶層１３０に入射する際および液晶層１３０から出射する際だけでなく、液晶層１３０の進行中にも曲がる。したがって、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する場合の通過光Ｌｏの進行方向は、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない場合の通過光Ｌｏの進行方向とは異なる。
【００９８】
なお、図８および図９を参照して上述したように、光方向制御装置１００は反射型であってもよい。ただし、光方向制御装置１００が高強度の光の進行方向を制御する場合、光方向制御装置１００の損傷を低減させるために、光方向制御装置１００は透過型として利用されることが好ましい。
【００９９】
なお、図１〜図９を参照して上述した説明では、光方向制御装置１００は、第１液晶層１３０を備えていたが、光方向制御装置１００は、本実施形態はこれに限定されない。光方向制御装置１００は２以上の液晶層を備えてもよい。
【０１００】
次に、図１０を参照して、液晶層を２つ備えた光方向制御装置１００を説明する。図１０は、本実施形態の光方向制御装置１００の模式図である。本実施形態の光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０および第１液晶層１３０に加えて、基板１１２、基板１２２、基板１５２、第３電極１４０、第４電極１５０および第２液晶層１６０をさらに備える。なお、図１０に示した光方向制御装置１００は、基板１１２、基板１２２、基板１５２、第３電極１４０、第４電極１５０および第２液晶層１６０をさらに備える点を除いて、図１を参照して上述した光方向制御装置１００と同様の構成を有している。このため、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
【０１０１】
基板１１２は、第１電極１１０のうち第１液晶層１３０と向かい合う主面とは反対側の主面に配置される。基板１１２は、第１電極１１０を支持する。
【０１０２】
基板１２２は、第２電極１２０と第３電極１４０との間に位置する。基板１２２は、第２電極１２０および第３電極１４０を支持する。
【０１０３】
基板１５２は、第４電極１５０のうち第２液晶層１６０と向かい合う主面とは反対側の主面に配置される。基板１５２は、第４電極１５０を支持する。
【０１０４】
基板１１２、基板１２２および基板１５２は、光を透過する。基板１１２、基板１２２および基板１５２は、透明であってもよく、透光性を有してもよい。例えば、基板１１２、基板１２２および基板１５２はガラス基板または石英基板であってもよい。あるいは、基板１１２、基板１２２および基板１５２は樹脂基板であってもよい。また、基板１１２、基板１２２および基板１５２は、絶縁性であってもよく、導電性であってもよい。
【０１０５】
第３電極１４０は、導電性を有する。第４電極１５０は、導電性を有する。また、第３電極１４０および第４電極１５０は光透過性を有する。第３電極１４０および第４電極１５０は、透明であってもよく透光性を有してもよい。
【０１０６】
第３電極１４０および第４電極１５０の電気伝導率は、１０2Ｓ／ｍ以上であることが好ましく、１０3Ｓ／ｍ以上であることがさらに好ましい。また、第３電極１４０の電気伝導率は第４電極１５０の電気伝導率よりも高いことが好ましい。あるいは、第３電極１４０の電気伝導率は第４電極１５０の電気伝導率とほぼ等しくてもよい。
【０１０７】
第３電極１４０および第４電極１５０は、透明導電膜を有することが好ましい。例えば、透明導電膜は、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）を含んでもよく、酸化スズ（ＳｎＯ2）を含んでもよい。
【０１０８】
第３電極１４０および第４電極１５０は互いに対向する。第２液晶層１６０は、第３電極１４０と第４電極１５０との間に位置する。第２液晶層１６０は、液晶を含む。第２液晶層１６０の液晶分子の配向方向は、第３電極１４０と第４電極１５０との間の電圧に応じて変化する。第２液晶層１６０の屈折率は、液晶層１３０の液晶分子の配向方向に応じて変化する。このため、第２液晶層１６０の屈折率は、第３電極１４０と第４電極１５０との間の電圧に応じて変化する。なお、本明細書において、第２液晶層１６０を単に液晶層１３０と記載することがある。
【０１０９】
上述したように、液晶層１６０は、液晶を含む。例えば、液晶層は、ネマチック液晶を含む。なお、液晶層１６０の液晶の種類は、ネマチック液晶に限定されない。液晶層１６０の液晶は、コレステリック液晶であってもよく、スメクチック液晶であってもよい。
【０１１０】
なお、図１０を参照して上述した説明では、光方向制御装置１００は、第１電極１１０および第４電極１５０を保護する基板１１２および基板１５２を備えたが、本実施形態はこれに限定されない。基板１１２および基板１５２は省略されてもよい。
【０１１１】
また、図１０を参照して上述した説明では、光方向制御装置１００は、第２電極１２０と第３電極１４０との間に位置する基板１２２を備えたが、本実施形態はこれに限定されない。基板１２２は省略され、第２電極１２０と第３電極１４０は直接接触してもよい。あるいは、第２電極１２０と第３電極１４０とは一体化し、１つの電極として形成されてもよい。
【０１１２】
なお、図６および図７を参照して上述した説明では、光方向制御装置１００は、第１電極１１０に印加する電圧に応じて第１液晶層１３０の屈折率を変化させて、光の進行方向を反対側（例えば、＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側）に変更したが、光方向制御装置１００は、本実施形態はこれに限定されない。光方向制御装置１００は、第１液晶層１３０および第２液晶層１６０の屈折率を変化させて、光の進行方向を反対側（例えば、＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側）に変更してもよい。
【０１１３】
次に、図１１および図１２を参照して、液晶層１３０および液晶層１６０を用いて光の進行方向を−Ｘ方向側と＋Ｘ方向側との間で変更可能な本実施形態の光方向制御装置１００を説明する。図１１は、光方向制御装置１００の模式的な斜視図である。
【０１１４】
光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０、基板１２２、第１液晶層１３０、第３電極１４０、第４電極１５０および第２液晶層１６０を備える。なお、図１１および図１２に示した光方向制御装置１００は、基板１２２、第３電極１４０、第４電極１５０および第２液晶層１６０をさらに備える点を除いて、図２を参照して上述した光方向制御装置１００と同様の構成を有している。このため、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
【０１１５】
第３電極１４０は、薄板かつ矩形状である。第３電極１４０は、端部１４０ａと、端部１４０ｂと、端部１４０ｃと、端部１４０ｄとを有する。端部１４０ａは、第３電極１４０の＋Ｘ方向側に位置し、端部１４０ｂは、第３電極１４０の−Ｘ方向側に位置する。また、端部１４０ｃは、第３電極１４０の−Ｙ方向側に位置し、端部１４０ｄは、第３電極１４０の＋Ｙ方向側に位置する。
【０１１６】
端部１４０ｂは、端部１４０ａと向かい合って位置し、端部１４０ｄは、端部１４０ｃと向かい合って位置する。端部１４０ｃは、端部１４０ａおよび端部１４０ｂと接続する。また、端部１４０ｄは、端部１４０ａおよび端部１４０ｂと接続する。
【０１１７】
第４電極１５０には第２電源２２０が接続される。本実施形態の光方向制御装置１００において、第４電極１５０の電位は第４電極１５０上のＸ方向の位置に応じて異なる。
【０１１８】
例えば、第４電極１５０は薄板状である。また、第４電極１５０は、矩形状である。第４電極１５０は、端部１５０ａと、端部１５０ｂと、端部１５０ｃと、端部１５０ｄとを有する。
【０１１９】
第４電極１５０は、ＸＹ平面に広がる薄板状である。端部１５０ａは、第４電極１５０の＋Ｘ方向側に位置し、端部１５０ｂは、第４電極１５０の−Ｘ方向側に位置する。また、端部１５０ｃは、第４電極１５０の−Ｙ方向側に位置し、端部１５０ｄは、第４電極１５０の＋Ｙ方向側に位置する。
【０１２０】
端部１５０ｂは、端部１５０ａと向かい合って位置し、端部１５０ｄは、端部１５０ｃと向かい合って位置する。端部１５０ｃは、端部１５０ａおよび端部１５０ｂと接続する。また、端部１５０ｄは、端部１５０ａおよび端部１５０ｂと接続する。第４電極１５０の端部１５０ａ、端部１５０ｂ、端部１５０ｃおよび端部１５０ｄは、液晶層１６０を介して、第３電極１４０の端部１４０ａ、端部１４０ｂ、端部１４０ｃおよび端部１４０ｄと対向する。
【０１２１】
第３電極１４０は接地される。ここでは、第３電極１４０の端部１４０ｂが接地される。第３電極１４０の端部１４０ｂの電位は接地電位に設定される。例えば、端部１４０ｂは接地電位に設定された電源に接続されてもよい。
【０１２２】
第４電極１５０の端部１５０ｂには第２電源２２０が接続される。第４電極１５０の端部１５０ａは接地される。本実施形態の光方向制御装置１００では、端部１５０ａの電位は端部１５０ｂの電位とは異なる。第４電極１５０の電位は第４電極１５０上のＸ方向の位置に応じて異なる。
【０１２３】
本実施形態の光方向制御装置１００において、第１電極１１０の端部１１０ａには第１電源２１０が接続されており、第１電極１１０の端部１１０ｂは接地される。また、第４電極１５０の端部１５０ｂには第２電源２２０が接続されており、第４電極１５０の端部１５０ａは接地される。
【０１２４】
図１２（ａ）は、図１１の光方向制御装置１００において第１電源２１０が電圧を印加する場合の光の進行方向を示す模式図である。図１２（ａ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する一方で、第２電源２２０が第４電極１５０に電圧を印加しない場合、第２液晶層１６０は、通過する光の進行方向を変更せず、第１液晶層１３０は、通過する光の進行方向を変更する。
【０１２５】
図１２（ｂ）は、図１１の光方向制御装置１００において第２電源２２０が電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。図１２（ｂ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない一方で、第２電源２２０が第４電極１５０に電圧を印加する場合、第２液晶層１６０は、通過する光の進行方向を変更し、第１液晶層１３０は、通過する光の進行方向を変更しない。
【０１２６】
以上のように、光方向制御装置１００は、第１電極１１０および第４電極１５０に印加する電圧に応じて、入射光Ｌｉに対する通過光Ｌｏの進行方向を＋Ｘ方向側または−Ｘ方向側に曲がるように制御できる。
【０１２７】
なお、図１０〜図１２に示した光方向制御装置１００では、第２電源２２０に接続された第４電極１５０は液晶層１６０に対して−Ｚ方向側に位置し、接地された第３電極１４０は液晶層１６０に対して＋Ｚ方向側に位置したが、本実施形態はこれに限定されない。第２電源２２０に接続された第４電極１５０は液晶層１３０に対して＋Ｚ方向側に位置し、接地された第３電極１４０は液晶層１３０に対して−Ｚ方向側に位置してもよい。
【０１２８】
なお、図１１および図１２を参照して上述した説明では、光の進行方向は、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加した場合に＋Ｘ方向側に変化し、第２電源２２０が第４電極１５０に電圧を印加し場合に−Ｘ方向側に変化したが、本実施形態はこれに限定されない。光の進行方向は、別方向に変化してもよい。
【０１２９】
次に、図１３および図１４を参照して、光の進行方向が別方向に変化する光方向制御装置１００を説明する。図１３は、本実施形態の光方向制御装置１００の模式的な斜視図である。図１３に示した光方向制御装置１００は、第２電源２２０が第４電極１５０の端部１５０ｃに接続される点を除いて、図１１および図１２を参照して上述した光方向制御装置１００と同様の構成を有している。このため、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
【０１３０】
光方向制御装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０、基板１２２、第１液晶層１３０、第３電極１４０、第４電極１５０および第２液晶層１６０を備える。第１電極１１０には、第１電源２１０が接続される。第１電極１１０の端部１１０ａに第１電源２１０が接続されており、第１電極１１０の端部１１０ｂは接地される。
【０１３１】
第２電極１２０は接地される。また、第３電極１４０は接地される。
【０１３２】
第４電極１５０には、第２電源２２０が接続される。第４電極１５０の端部１５０ｃに第２電源２２０が接続されており、第４電極１５０の端部１５０ｄが接地される。
【０１３３】
上述したように、第１電極１１０のうち第１電源２１０と接続する端部１１０ａは、第１電極１１０の＋Ｘ方向側に位置する。また、第４電極１５０のうち第２電源２２０と接続する端部１５０ｃは、第４電極１５０の−Ｙ方向側に位置する。この場合、光方向制御装置１００にＺ方向に沿って光が入射すると、光方向制御装置１００は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って任意の割合で光の進行方向を変化させることができる。このため、第４電極１５０の端部１５０ａは、第４電極１５０に入射する光に対して、第１電極１１０のうちの第１電源２１０に接続される端部１１０ａと直交する位置に配置されることが好ましい。
【０１３４】
図１４（ａ）は、図１３の光方向制御装置１００において第１電源２１０および第２電源２２０のいずれも電圧を印加しない場合の光の進行方向を示す模式図である。図１４（ａ）に示すように、第１電源２１０および第２電源２２０のいずれも電圧を印加しない場合、入射光Ｌｉは進行方向を変更することなく通過光Ｌｏとして進行する。この場合、ＸＹ平面に沿って第１液晶層１３０の屈折率は一定である。このため、光が第１液晶層１３０を進行する際に、光の進行方向は変化しない。同様に、ＸＹ平面に沿って第２液晶層１６０の屈折率は一定である。このため、光が第２液晶層１６０を進行する際に、光の進行方向は変化しない。
【０１３５】
図１４（ｂ）は、図１３の光方向制御装置１００において第１電源２１０が電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。図１４（ｂ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加する一方で第２電源２２０が第４電極１５０に電圧を印加しない場合、第２液晶層１６０は、通過する光の進行方向を変更せず、第１液晶層１３０は、通過する光の進行方向を＋Ｘ方向側に変更する。
【０１３６】
図１４（ｃ）は、図１３の光方向制御装置１００において第２電源２２０が電圧を印加した場合の光の進行方向を示す模式図である。図１４（ｃ）に示すように、第１電源２１０が第１電極１１０に電圧を印加しない一方で第２電源２２０が第４電極１５０に電圧を印加する場合、第２液晶層１６０は、通過する光の進行方向を変更し、第１液晶層１３０は、通過する光の進行方向を−Ｙ方向側に変更する。
【０１３７】
なお、図１０〜図１４を参照して、第１液晶層１３０および第２液晶層１６０を備えた透過型の光方向制御装置１００を説明したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態の光方向制御装置１００は、第１液晶層１３０および第２液晶層１６０を備え、反射型であってもよい。
【０１３８】
ここで、図１５を参照して、第１液晶層１３０および第２液晶層１６０を備えた反射型の光方向制御装置１００を説明する。図１５は、本実施形態の光方向制御装置１００の模式図である。
【０１３９】
図１５に示すように、光方向制御装置１００は、反射部材１０２、基板１０６、第１電極１１０、第２電極１２０、基板１２２、第１液晶層１３０、第３電極１４０、第４電極１５０および第２液晶層１６０に加えて、反射部材１０２および基板１０６をさらに備える。反射部材１０２は、第４電極１５０のうち第２液晶層１６０と向かい合う主面とは反対側の主面に配置される。
【０１４０】
反射部材１０２は、入射光を反射する。反射部材１０２は、多層構造を有してもよい。反射部材１０２は、入射光を反射することによって反射光を生成する。反射部材１０２は絶縁性である。
【０１４１】
基板１０６は、反射部材１０２のうち第４電極１５０と向かい合う主面とは反対側の主面に配置される。基板１０６は、反射部材１０２および第１電極１１０から第４電極１５０までの構造を支持する。基板１０６は、透明であってよく透明でなくてもよい。基板１０６は、絶縁性であってもよく導電性であってもよい。
【０１４２】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施形態として実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の個数等は、図面作成の都合から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果を実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本実施形態の光方向制御装置は、種々の用途に適用可能である。例えば、本実施形態の光方向制御装置は、照明、レーザ加工および／または光通信に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１４４】
１００    光方向制御装置
１１０    第１電極
１２０    第２電極
１３０    液晶層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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