(57)【要約】  【課題】  液晶を利用した光偏向装置において、２次元方向に光を偏向できるようにする。  【解決手段】  第１透明電極１ａが形成された第１透明基板４ａと、第２透明電極１ｂが形成された第２透明基板４ｂとの間に、対向する一対の配向膜２ａ，２ｂを介して液晶層３を配置する。そして第１透明電極の向かい合う側端に形成された端子１１ａ，１１ｂに第１電圧印加手段５によって異なる電圧を印加する。また端子１１ａ，１１ｂ間の方向と直交する方向の、第２透明電極１ｂの向かい合う側端に形成された端子１２ａ，１２ｂに第２電圧印加手段６によって異なる電圧を印加する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明電極が形成された第１透明基板と、第２透明電極が形成された第２透明基板との間に、対向する一対の配向膜を介して液晶層が挟まれてなる光偏向装置であって、
第１透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、第１透明電極に形成された端子間の方向と直交する方向の、第２透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に、電圧を印加する第２電圧印加手段とを備えたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
第１透明電極が形成された第１透明基板と、第２透明電極が形成された第３基板との間に、対向する一対の配向膜を介して液晶層が挟まれてなる光偏向装置であって、
第２透明電極と第３基板との間に光を反射する反射層が形成され、
第１透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、第１透明電極に形成された端子間の方向と直交する方向の、第２透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に、電圧を印加する第２電圧印加手段とを備えたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項３】
第１透明電極および第２透明電極の所定の１点に印加される実効電圧が一定となるように、第１透明電極および第２透明電極に印加する電圧を制御する請求項１又は２記載の光偏向装置。
【請求項４】
第１透明電極および第２透明電極の電気抵抗値が１００Ω〜１ＭΩの範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の光偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶層を有する光偏向装置に関し、より詳細には液晶層に電圧を印加することによって光を偏向させる光偏向装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種装置で用いられてきた光偏向装置は、ポリゴンミラーやホログラムスキャナ、振動ミラーなど機械的な動きによって光の偏向を行うものであった。このような機械的な動きによって光の偏向を行う装置は、機構が複雑で、組み立て作業も難しく、しかも消費電力が大きいという問題があった。
【０００３】
そこで、このような機械的な動きを用いずに光の偏向を行うことのできる、液晶を利用した光偏向装置がこれまでから種々提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６３−２４０５３４号公報（特許請求の範囲、第２頁、第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記提案された光偏向装置では、１次元方向にしか光を偏向することができず、その用途も限られていた。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液晶を利用した光偏向装置において、２次元方向に光を偏向できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成する本発明に係る光偏向装置は、第１透明電極が形成された第１透明基板と、第２透明電極が形成された第２透明基板との間に、対向する一対の配向膜を介して液晶層が挟まれてなる光偏向装置であって、第１透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、第１透明電極に形成された端子間の方向と直交する方向の、第２透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に、電圧を印加する第２電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
もう一つの発明に係る光偏向装置は、第１透明電極が形成された第１透明基板と、第２透明電極が形成された第３基板との間に、対向する一対の配向膜を介して液晶層が挟まれてなる光偏向装置であって、第２透明電極と第３基板との間に光を反射させる反射層が形成され、第１透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、第１透明電極に形成された端子間の方向と直交する方向の、第２透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に、電圧を印加する第２電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、液晶層全体の平均屈折率を常に一定とする観点からは、第１透明電極および第２透明電極の所定の１点に印加される実効電圧が一定となるように、第１透明電極および第２透明電極に印加する電圧を制御するのが好ましい。
【０００９】
また、２次元方向の光偏向を大きくする観点からは、第１透明電極および第２透明電極の電気抵抗値を１００Ω〜１ＭΩの範囲とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光偏向装置では、第１透明電極の向かい合う側端に形成された端子間、および第１透明電極に形成された端子間の方向と直交する方向の、第２透明電極の向かい合う側端に形成された端子間に電圧を印加するので、２次元方向に光を偏向させることができるようになる。これにより本発明の光偏向装置は、光ディスクのトラッキング機構などに好適に用いることができるにようになる。
【００１１】
もう一つの発明に係る光偏向装置では、前記の発明に係る光偏向装置の構成に反射層をさらに加えて液晶層を２度透過させるようにするので、一層大きな光偏向を得ることができるようになる。
【００１２】
２つの透明電極の所定の１点に印加される実効電圧を一定となるように、第１透明電極と第２透明電極に印加する電圧を制御すると、液晶層全体の平均屈折率が一定となり、光学系全体の光軸の光路長に影響を与えずに光を偏向させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１に、本発明に係る光偏向装置の一例を示す斜視図を、図２に、図１の光偏向装置の概説図をそれぞれ示す。図２から理解されるように、この光偏向装置は、第１透明基板４ａと第２透明基板４ｂとが離隔対向して配置され、第１透明基板４ａと第２透明基板４ｂの対向する表面に第１透明電極１ａと第２透明電極１ｂがそれぞれ形成されている。そして、第１透明電極１ａの上に形成された第１配向膜２ａと、第２透明電極１ｂの上に形成された第２配向膜２ｂとの間の、シール剤Ｓで周囲が封止された空間に液晶剤が封入され液晶層３が形成されている。
【００１５】
図３に、第１透明電極１ａと第２透明電極１ｂの平面図を示す。同図（ａ）に示すように、第１透明電極１ａの上下方向の側端には端子１１ａ，１１ｂが形成されている。また同図（ｂ）に示すように、第２透明電極１ｂの左右方向の側端には端子１２ａ，１２ｂが形成されている。なお、図３では、端子の形成方向が、第１透明電極１ａでは上下方向で、第２透明電極１ｂでは左右方向であるが、これに限定されるものではなく、第１透明電極１ａと第２透明電極１ｂの端子の形成方向が互いに直交する方向であればよい。
【００１６】
本発明で使用する高電気抵抗な第１透明電極１ａ及び第２透明電極１ｂとしては、例えばガリウム、アルミニウム、シリコン、イットリウム、インジウムなどの元素の１種又は２種以上をドープした酸化亜鉛膜；ケイ素、アンチモン、インジウム、ガリウムなどの元素の１種又は２種以上をドープした酸化スズ膜；ドープしない酸化亜鉛膜や酸化スズ膜、ＩＴＯ膜などが挙げられる。この中でも、インジウムをドープした酸化亜鉛膜およびドープしない酸化スズ膜が好ましい。これらの電極膜の電気抵抗値としては１００Ω〜１ＭΩの範囲が好ましい。
【００１７】
図２に示すように、第１透明電極１ａの端子１１ａ，１１ｂ（図３に図示）には第１電圧印加手段５が接続され、第２透明電極１ｂの端子１２ａ，１２ｂ（図３に図示）には第２電圧印加手段６が接続される。ここで例えば光を上下方向に偏向させる場合には、図４に示すように、第１電圧印加手段５によって、第１透明電極１ａの端子１１ａ，１１ｂにそれぞれ異なった電圧Ｖ11，Ｖ12を印加する。すると、第１透明電極１ａは高抵抗膜であるため、端子１１ａから端子１１ｂに向かって直線状に変化する電位勾配が形成される。一方、液晶分子の立ち上がり角度は電位差が大きくなるほど大きくなる。液晶分子の長軸方向に沿って偏向した光線（異常光）に対する屈折率は、液晶分子の立ち上がり角度が大きくなるほど低くなるから、前記のような電位勾配が第１透明電極１ａに形成されることによって、液晶層３の屈折率は上部では低く、下部では高くなる。このような屈折率分布が液晶層３に形成されることによって、液晶層３に水平に入射した光は下方へ偏向して出射し、プリズムと同様の効果が奏されるようになる。
【００１８】
光を左右方向に偏向させる場合も同様にして、第２電圧印加手段６によって、第２透明電極１ｂの端子１２ａ，１２ｂに異なる電圧を印加すればよい。このように、第１電圧印加手段５および第２電圧印加手段６によって、端子１１ａ，１１ｂおよび端子１２ａ，１２ｂにそれぞれ異なった電圧を印加することによって、２次元方向に光を偏向させることができるようになる。
【００１９】
次に、各端子間に印加する電圧について具体的に説明する。第１透明電極１ａの上下端に形成された端子１１ａ，１１ｂには、図５に示すように、第２透明電極１ｂの中心位置の電位Ｖ2（図３に図示）を基準として、波長と位相が同じで振幅の異なる電圧Ｖ11，Ｖ12が印加される。これにより、第１透明電極１ａの端子間方向（図３の上下方向）に電位勾配が形成され、前述のように、液晶層３の屈折率が上下方向で変化し、光を上下方向に偏向させることができるようになる。なお、端子１１ａ，１１ｂに印加する電圧を変化させる、すなわち端子間の電位勾配を変化させる場合、上下方向中央の電位Ｖ10（図５の実線）は変化しないように両端子１１ａ，１１ｂに印加する電圧を設定するのが望ましい。かかる電圧設定による効果は後述する。
【００２０】
第２透明電極１ｂの左右端に形成された端子１２ａ，１２ｂには、図６に示すように、左右方向中央の電位Ｖ20（図５の実線、図３（ｂ）を参照）が常に一定となるように、電位Ｖ20を中心として線対称の電圧Ｖ21，Ｖ22が印加される。これにより、第２透明電極１ｂの端子間方向（図３の左右方向）に電位勾配が形成され、液晶層３の屈折率が左右方向で変化し、光を左右方向に偏向させることができるようになる。
【００２１】
第１透明電極１ａおよび第２透明電極１ｂに以上のような電圧を印加すると、図７に示すように、第１透明電極１ａおよび第２透明電極１ｂの中心点間の電位差（Ｖ1−Ｖ2）は、印加電圧を変化させても常に一定となる。これにより、液晶層３全体の平均屈折率を常に一定とすることができ、本発明の光偏向装置が使用された光学系全体の光軸上の光路長に影響を与えることなく、光を偏向させることができるようになる。
【００２２】
次に、もう一つの発明に係る光偏向装置について説明する。この発明の光偏向装置が、先の発明の光偏向装置と異なるところは、第２透明電極１ｂと第３基板４ｃとの間に反射層７を設けた点にある。すなわち液晶層３を透過してきた光を反射層７で反射させて再び液晶層３を透過させる点が前述の光偏向装置と異なる。かかる相違に起因して、第２透明基板４ｂの代わりに第３基板４ｃを用いる。すなわち、本発明の光偏向装置では、第２透明電極１ｂを形成する基板として透明でないものを用いることができる。以下、この発明の光偏向装置について図に基づいて説明するが、前述の発明に係る光偏向装置と同じ部材および部分については同一符号とし、その説明を省略する。
【００２３】
図８は、この発明に係る光偏向装置の一例を示す概略構成図である。図８の光偏向装置は、第１透明基板４ａと第３基板４ｃとが離隔対向して配置されている。第１透明基板４ａの表面には第１透明電極１ａが形成され、その上に第１配向膜２ａが積層されている。一方、第３基板４ｃの表面には反射層７が形成され、その上に第２透明電極１ｂ、第２配向膜２ｂがこの順に積層されている。そして、第１透明基板４ａと第３基板４ｃとの間のシール剤Ｓで封止された空間に液晶剤が封入され液晶層３が形成されている。
【００２４】
第１電圧印加手段５および第２電圧印加手段６によって第１透明電極１ａおよび第２透明電極１ｂに前記と同様の電圧を印加すると、液晶層３の上下方向および左右方向に屈折率分布が形成され、液晶層３に入射した光は２次元方向に偏向される。そして液晶層３から出射した光は反射層７によって反射され、再び液晶層３に入射し２次元方向に偏向される。このようにこの発明の光偏向装置では、光は液晶層３を２度透過することになるので、前述の光偏向装置に比べて２倍の偏向効果を得ることができる、あるいは偏向効果が同等でよければ液晶層３の厚みを薄くでき、応答性を格段に向上できるようになる。
【００２５】
本発明で使用する反射層７としては、光を反射するものであれば特に限定はなく、例えば第３基板４ｃの表面に絶縁性の金属膜を蒸着形成したものが例示される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の発明に係る光偏向装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の光偏向装置の概説図である。
【図３】図１の光偏向装置で使用する第１透明電極と第２透明電極の平面図である。
【図４】第１透明電極に電圧を印加した場合の作用を説明する図である。
【図５】第１透明電極の端子間に印加する電圧波形図例である。
【図６】第２透明電極の端子間に印加する電圧波形図例である。
【図７】第１透明電極と第２透明電極の中心点間に印加される電圧波形図例である。
【図８】第２の発明に係る光偏向装置の一例を示す概説図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ａ    第１透明電極
１ｂ    第２透明電極
２ａ    第１配向膜
２ｂ    第２配向膜
３    液晶層
４ａ    第１透明基板
４ｂ    第２透明基板
４ｃ    第３基板
５    第１電圧印加手段
６    第２電圧印加手段
７    反射層
１１ａ，１１ｂ    端子
１２ａ，１２ｂ    端子
【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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