(57)【要約】【課題】凹レンズ動作を可能として焦点可変範囲を拡大し、可変焦点型のマイクロレンズアレイを構成する。【解決手段】液晶光変調装置の構成はそのままに、従来の凸レンズ動作領域とは異なる、液晶分子層の屈折率の変調領域の２次曲線変調領域を用いて前記液晶光変調装置の動作させて凹レンズとして動作させる。また、従来の液晶光得変調装置で用いていた２次曲線変調領域に加え、その領域とは異なる領域の２次曲線変調領域を用いて凹レンズとして動作させ、液晶光変調装置の動作を凸レンズと凹レンズとを可変とする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストライプ状に配した複数のストライプ電極を有する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板との間に狭持した液晶分子層を備え、前記各ストライプ電極の両端に異なる電圧を印加して前記液晶分子層に屈折率の変調を生じさせることができる液晶光変調装置において、
前記第２の基板は前記ストライプ電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を備え、
前記ストライプ電極及び対向電極の印加電圧により、前記液晶分子層の屈折率の変調領域として、液晶分子層への印加電圧に対する複屈折率が下に凸の特性を示す曲線変調領域又は上に凸の特性を示す曲線変調領域を用い、前記液晶光変調装置の動作を凹レンズ又は凹レンズとして動作させることを特徴とする液晶光変調装置。
【請求項２】
ストライプ状に配した複数のストライプ電極を有する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板との間に狭持した液晶分子層を備え、前記各ストライプ電極の両端に異なる電圧を印加して前記液晶分子層に屈折率の変調を生じさせることができる液晶光変調装置において、
前記第２の基板は前記ストライプ電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を備え、
前記分割した対向電極に印加するバイアス信号の位相制御により液晶分子層の屈折率の位相変調曲線上の動作点をシフトさせるとともに、前記複数のストライプ電極を制御する制御信号によって液晶光変調装置のレンズ動作の焦点距離を可変とすることを特徴とする液晶光変調装置。
【請求項３】
前記ストライプ電極は、平行ストライプ形状の多数の透明電極で構成されていることを特徴とする請求項１又は２の記載の液晶光変調装置。
【請求項４】
前記複数のストライプ電極を接続する接続用ストライプ電極を備え、
当該接続用ストライプ電極は、前記ストライプ電極と同じか高いシート抵抗を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項５】
前記接続用導電ストライプ電極は、透明導電電極で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶光変調装置。
【請求項６】
前記第２の基板に設けられた対向電極は、光学的に透明であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項７】
液晶を用いた光変調装置において、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、前記同心円状に配置されている多数の導電電極を一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねてなる複合電極を有する第１の基板と、
前記複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板で挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、
前記接続用導電電極の端部には制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで、各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、
前記分割した前記対向電極に所定の対向電圧を印加し、
ホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域において、前記電圧印加により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成し、
前記ストライプ電極及び対向電極の印加電圧により、前記液晶分子層の屈折率の変調領域として、液晶分子層への印加電圧に対する複屈折率が下に凸の特性を示す曲線変調領域又は上に凸の特性を示す曲線変調領域を用い、前記液晶光変調装置の動作を凹レンズ又は凹レンズとして動作させることを特徴とする液晶光変調装置。
【請求項８】
液晶を用いた光変調装置において、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、前記同心円状に配置されている多数の導電電極を一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねてなる複合電極を有する第１の基板と、
前記複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板で挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、
前記接続用導電電極の端部には制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで、各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、
前記分割した前記対向電極に所定の対向電圧を印加し、
ホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域において、前記電圧印加により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成し、
前記分割した対向電極に印加するバイアス信号の位相制御により液晶分子層の屈折率の位相変調曲線上の動作点をシフトさせるとともに、前記複数のストライプ電極を制御する制御信号によって液晶光変調装置のレンズ動作の焦点距離を可変とすることを特徴とする液晶光変調装置。
【請求項９】
前記半円環形状をした多数の導電電極は透明導電電極で構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の液晶光変調装置。
【請求項１０】
前記複数の半円環形状の導電電極を接続する接続用ストライプ電極を備え、
当該接続用ストライプ電極は、前記導電電極と同じか高いシート抵抗を有していることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１１】
前記接続用導電電極は、透明導電電極で構成されていることを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１２】
前記第２の基板に設けられた対向電極は、光学的に透明であることを特徴とする請求項７乃至１１の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１３】
前記接続用導電電極は、正方開口部の対角線の位置に２本形成されていることを特徴とする請求項７乃至１２の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１４】
前記半円環形状をした同心円状に配置された多数の導電電極はその一部にスリット部が設けられており、当該スリット部により少なくとも２つの群に区分されていることを特徴とする請求項７乃至１３の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１５】
前記半円環形状をした同心円状に配置された多数の導電電極からなる導電電極群は、更にセグメントストライプ状の多数の導電電極を含んでいることを特徴とする請求項７から１４の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１６】
ホモジニアス配向の場合は、液晶分子層のプレティルト角が０．５度から２０度の所定の値となるように形成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１７】
ホモジニアス配向の場合は、液晶分子層のプレティルト角が０．５度から２０度の所定の値となるように形成したことを特徴とする請求項７から１５の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１８】
前記スリット部に直交する向きに液晶分子層のダイレクタ方向を設定することを特徴とする請求項７から１５の何れかに記載の液晶光変調装置。
【請求項１９】
請求項７から１８の何れかに記載された液晶光変調装置が複数個二次元的に互いに隣接して配置されていることを特徴とする液晶光変調装置。
【請求項２０】
液晶を用いた光変調装置において、平行ストライプ形状をした多数の導電電極を一つ若しくは複数の接続用導電ストライプ電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用ストライプ電極には所定の間隔で制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、
駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加することを特徴とする液晶光変調装置の駆動方法。
【請求項２１】
液晶を用いた光変調装置において、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、前記同心円状に配置されている当該多数の導電電極が一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用導電電極の端部には制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで、各信号電極間の接続用導電電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、
駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加することを特徴とする液晶光変調装置の駆動方法。
【請求項２２】
液晶を用いた光変調装置において、平行ストライプ形状をした多数の導電電極を一つ若しくは複数の接続用導電ストライプ電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用ストライプ電極には所定の間隔で制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、
駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加する期間と液晶分子層に交流バイアスを印加する期間を設けることを特徴とする液晶光変調装置の駆動方法。
【請求項２３】
液晶を用いた光変調装置において、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、前記同心円状に配置されている当該多数の導電電極が一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用導電電極の端部には制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで、各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、
駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加する期間と液晶分子層に交流バイアスを印加する期間を設けることを特徴とする液晶光変調装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶光変調装置に関し、更に詳しくは衛星間や地上衛星間光通信あるいは地上での自由空間光通信において、安定な光通信リンクを維持するために適用する補償光学技術に用いることを可能とした、凹レンズまたは凸レンズとして動作、または凹レンズと凸レンズの動作を可変とした液晶光変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ通信の通信速度を増加させるためにはビット当たりの光量を一定に保ち全体の光量を増加することが必要である。このために送信機および受信機のアンテナ利得を高めることが重要となる。また、地上と衛星間などの自由空間光通信においては、光の伝送路に大気ゆらぎがあるため、大気中を伝搬するレーザビームの波面が乱れてしまう。その対策として、アンテナ径を増大させてアンテナ利得を高めることが考えられる。しかし、ある程度以上にアンテナ口径を増加させても、大気ゆらぎによる波面歪みのためにアンテナの指向性は鋭くならず、アンテナ利得もある一定値以上には増加できないという問題がある。
【０００３】
したがって、自由空間において高速光通信を行うためには、大気ゆらぎを補償する必要がある。近年、補償光学技術を用いて大気ゆらぎを補償する光通信技術の開発が進んでいる。
【０００４】
この補償光学技術を用いた光通信技術において、波面センサにより検出した波面歪みのデータを用いて可変形鏡を制御し、大気ゆらぎの影響のない波面を再生する。
【０００５】
この様に、前記補償光学技術を用いて波面歪みを検出することが重要な要素となる。その波面検出センサの一つの例としてシャック・ハルトマン型センサがある。図３２にシャック・ハルトマン型センサの原理を示す。入射した波面歪みを持った入射光２７０１はマイクロレンズアレイ２７０３によって分割されＣＣＤアレイ２７０５上に焦点２７０７を結ぶ。この焦点２７０７の位置は、前記ＣＣＤアレイ２７０５の光強度検出値を基に算出した強度分布曲線２７０９のピーク値から求められる。つまり、この光強度検出により焦点２７０７の位置ズレが判明するのである。
【０００６】
この位置のズレが、各マイクロレンズの小開口で分割された入射光２７０１の各部分の波面の傾きに相当し、その傾きの情報は波面の一次微分に比例するため、その情報を基に演算を行い、大気ゆらぎの影響のない波面の再構成に用いることができる。
【０００７】
ここで、マイクロレンズの直径と焦点距離は波面の再生精度に影響を及ぼすこととなる。つまり、その焦点距離は測定系の波面の傾きを検出する精度を決めることとなる。また、マイクロレンズの直径は焦点の輝度と測定しようとする波面歪みの空間分解能に影響するので、高い空間分解能を得るには、その分だけ直径を小さくしなくてはない。
【０００８】
また、前述したマイクロレンズアレイ２７０３は、固定焦点型である。しかし、波面歪みは測定場所と季節に大きく依存するため、測定しようとする波面歪みの程度に応じて複数種の固定焦点型マイクロレンズアレイを交換して使用する必要がある。レンズアレイの交換は、装置を大型にし、また、交換に時間を要するという問題がある。よって、マイクロアレイレンズを構成するマイクロレンズを可変焦点型とするが望まれている。
【０００９】
上述した用途で前記マイクロレンズアレイを実現する一方法として、以下に示す構成の液晶光変調装置を一つのレンズとし、その液晶光変調装置をアレイ状に配置して、上記マイクロレンズアレイとして機能させる技術を本願出願人により既に提案した（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この構成によれば、前述した液晶光変調装置とは異なり、液晶の位相変調領域の二次曲線に近似された領域を使用して複数のストライプ電極の両端に所定の電圧を印加することにより、この液晶光偏光装置を凸レンズとして動作させることができる。その構成と動作について説明する。
【００１１】
まず、本方式の液晶光変調装置による液晶レンズの構成を説明する。図１は可変焦点型マイクロレンズアレイに用いる一つの液晶光変調装置の構成を説明するための断面図である。
【００１２】
図１に示すように、液晶光変調装置は、複合電極１１１を形成する第１の基板１０３と、全面電極である対向電極１１３を形成する第２の基板１０５との間にネマティック液晶層１０１を挟持することにより構成している。ネマティック液晶層１０１は、第１の基板の複合電極１１１の上と第２の基板の対向電極１１３の上とに形成した配向層１１７によって電界無印加時のｐ型液晶分子のダイレクタ１０７のティルト角１０９が０．５度から２０度となるようにホモジニアス配向としている。第１の基板１０３及び第２の基板１０５の、それぞれ液晶層と反対側の面には反射防止用の無反射コート１１５が設けられる。
【００１３】
従来、上記液晶光変調装置を用いて円筒面レンズを構成することが知られている。液晶光変調装置を用いた円筒面レンズを形成するための複合電極１１１の構造について図３３を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図３３は複合電極１１１の平面図であり、複合電極１１１は活性領域２８７１に第１の円筒面レンズ２８５１と第２の円筒面レンズ２８６１の２つのレンズ領域を有している。
【００１５】
ここで、第１の円筒面レンズ２８５１はＩＴＯなどの低抵抗多結晶透明導電膜により形成した第１のストライプ電極２８２０から第Ｎのストライプ電極２８２９（図３３ではＮ＝１０本）と、第２の円筒面レンズの一本目でもある第Ｎ＋１のストライプ電極２８３０から第２Ｎのストライプ電極２８３９とによりストライプ電極束を形成し、このストライプ電極束は第１の傾斜電位電極２８０１で接続される。この第１の傾斜電位電極２８０１は、ストライプ電極と同一材料で一括して形成しても良いが、Ｉｎ２Ｏ３に不純物を所定量添加した材料などの透明でストライプ電極のＩＴＯより高抵抗のアモルファス導電材料で形成することが望ましい。
【００１６】
また、第１の傾斜電位電極２８０１の両端およびその中央部には、それぞれＭｏやＡｇ合金などの低抵抗金属材料からなる信号電極ａ２８１１、信号電極ｂ２８１３、さらに信号電極ｃ２８１５に接続している。なお、対向電極（図示していない）は、ＩＴＯによって形成した全面電極としている。
【００１７】
図３４（ａ）は円筒面レンズの一構成例の斜視図である。第１の基板１０３に設けられた複合電極１１１と、第２の基板１０５に設けられた全面電極からなる対向電極１１３とはネマティック液晶層１０１を把持し、電極及び液晶を通過する光を屈折させてレンズを構成する。
【００１８】
ここで、前記液晶光変更装置に配した傾斜電位電極２８０１に配した各信号電極ａ２８１１、ｃ２８１５に、振幅と周波数が等しく位相が１８０度異なる交流パルス信号を印加すると共に、信号電極ｂ２８１３に０［Ｖ］を印加する。これにより傾斜電位電極２８０１で直線状電位勾配を作り出し、隣り合うストライプ電極に段階的に電位勾配を持たせることができる。図３５（ａ）は、信号電極ａ，ｂ，ｃ間に形成する傾斜電位を示している。この様に、ストライプ電極束によって液晶光変調装置内に線形の傾斜を持った電位分布を生じさせることができる。
【００１９】
これにより、例えば２つのレンズ領域を１つのレンズとして用いる場合には、第１の円筒面レンズ２８５１と第２の円筒面レンズ２８６１の２つのレンズ領域により、凸レンズ領域が形成される。図３４（ａ）に示す符号２９０１は、この凸レンズ領域を模式的に示している。
【００２０】
次に、従来の液晶層の特性と液晶光変調装置の動作領域について説明する。ホモジニアス配向を採用した液晶光変調装置に入射する入射直線偏光の波面は、図５に示すような印加電圧−実効複屈折率特性によって決まる変調を受ける。
【００２１】
図５において横軸は液晶層への印加電圧Ｖ、縦軸は実効複屈折率Δｎを示す。なお、ここで示す電気光学応答曲線の形状は、使用する液晶の弾性定数、誘電率異方性特性や電界無印加時の配向層によって決められるプレティルト角などから決まる。また、液晶層の屈折率および複屈折率は波長依存性を持つため光源の波長によっても電気光学応答曲線は変化する。
【００２２】
ここで、図５における特性図に於いて、液晶電圧０［Ｖｒｍｓ］から第１の変曲点までを第１の直線領域５２１とし、第１の変曲点から第２の変曲点までの曲線領域を第１の２次曲線近似領域５２０とし、第２の変曲点から第３の変曲点までの曲線領域を第２の２次曲線近似領域５２２とし、第３の変曲点から高電圧側の領域を第２の直線領域としてその動作領域について説明する。なお、図５では、第２の直線領域は示されていない。
【００２３】
従来の液晶光変調装置は、第１の２次曲線近似領域５２０の近傍を凸レンズ曲線領域とし、この領域を用いて凸レンズ動作をさせている。
【００２４】
図５は、プレティルト角をそれぞれ１０°，５．０°，２．０°，０．５°に設定した場合の電気光学応答曲線を示している。図５から理解される様に、プレティルト角を０．５°に設定した場合、液晶電圧が０〜１［Ｖｒｍｓ］迄は、第１の直線領域５２１となる。従って、この電圧範囲内では液晶光変調装置を球面レンズとして使用することが困難である。
【００２５】
一方、その他のプレティルト角の特性曲線に関しては、略液晶電圧が０〜２［Ｖｒｍｓ］の範囲で最も効率良く球面レンズとして使用することが可能であることが判る。この特性曲線は、液晶の材質や液晶の膜厚等によって変化するが、何れに於いてもプレティルト角が０．５°の場合を除けば、特に図５の符号５２０で示される第１の２次曲線近似領域に於いては、液晶は好ましい状態で位相変調層として動作し、このときのプレティルト角は２度から１０度が好ましい。
【００２６】
前記第１の２次曲線近似領域での液晶レンズの凸レンズの動作例を説明する。例えば、図１における全面電極である対向電極１１３と信号電極ｂ２８１３を０［Ｖ］とし、信号電極ａ２８１１に第１の２次曲線近似領域５２０の領域の電圧である＋Ｖ［Ｖ］、信号電極ｃ２８１５に−Ｖ［Ｖ］を印加すれば、図３５（ａ）に示すように、複合電極１１１に備えた第１の傾斜電位電極２８０１に電位勾配を持たせることができる。
【００２７】
傾斜した電位勾配が印加されたストライプ電極束は、液晶層１０１に線形傾斜の電位分布を形成する。この電位分布により、液晶層の実効屈折率は、前記した実効複屈折率の特性曲線にしたがって電極位置に応じて異なる値となり、図３５（ｂ）に示すように凸の形状を示す。したがって、この液晶層を通過した光は、実効屈折率の違いにより位相変調される量が異なり屈折する。この様に、各信号電極に任意の電圧を印加することにより、液晶光変調装置に入射する光の位相変調量を制御することができ、この液晶光変調装置が凸レンズとしての動作を可能とする。
【００２８】
また、この液晶光変調装置の複合電極１１１の構成を、円環状の電極パターンとすれば、球面レンズの構成をとることができる。図３６において、中心電極３００９を中心として多数の半円環状のストライプ電極３００１〜３００８を一つの傾斜電位電極３０１０で電気的に接続する。傾斜電位電極３０１０の両端部は、円形開口を兼ねる第１の信号電極３０３１と第２の信号電極３０３３のそれぞれに接続される。ストライプ電極及び信号電極は、第１のスリット３０２１及び第２のスリット３０２３により２つの領域に分離される。
【００２９】
球面凸レンズ動作については前述した内容と同じであるが、さらに、円環状の電極パターンの対角線上に傾斜電位電極を配する構成とすることにより、矩形の開口を持つ球面レンズを構成することができる。また、複数の円環上の電極パターンを配してアレイ化し、可変焦点型のマイクロレンズアレイを構成することができる。
【００３０】
【特許文献１】
特開２０００−２１４４２９号公報
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液晶光変調装置では、ホモジニアス配向を採用し、液晶に印加される実効値電圧を傾斜電位電極の中心点付近において最も低くなる駆動電圧しか印加することができないため、原理的に特に球面レンズでは凸レンズ動作しか実現できなかった。さらに、組合せレンズ系に組み込んで使用することを考えた場合、焦点可変範囲は大きいことが望ましいが、この従来の構成では、凸レンズ動作だけに限定されるため焦点可変範囲が狭くても構わない用途の場合に限定されてしまうという課題があった。
【００３２】
本発明の目的は上記のような課題を解決した液晶光変調装置を提供することにあり、また、従来の凸レンズ動作に加え、凹レンズの動作を任意に可変可能とした液晶光変調装置とその駆動方法を提供することにある。
【００３３】
さらに、開口率が大きく単純な構造で駆動法も簡単なマイクロレンズアレイ化に適した液晶光変調装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、実効複屈折率−電圧曲線の高電圧領域を使用することにより、凹レンズとして動作することを可能とし、さらに、凹レンズの動作を任意に可変可能とするものである。
【００３５】
本発明の第１の態様は円筒面レンズの構成に適用することができる。
【００３６】
本発明の液晶光変調装置は、ストライプ状に配した複数のストライプ電極を有する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板との間に狭持した液晶分子層を備え、各ストライプ電極の両端に異なる電圧を印加して前記液晶分子層に屈折率の変調を生じさせることができる構成であり、第２の基板はストライプ電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を備え、ストライプ電極及び対向電極の印加電圧により、液晶分子層の屈折率の変調領域として、液晶分子層への印加電圧に対する複屈折率が下に凸の特性を示す曲線変調領域又は上に凸の特性を示す曲線変調領域を用い、液晶光変調装置の動作を凹レンズ又は凹レンズとして動作させる。
【００３７】
また、本発明の液晶光変調装置は、ストライプ状に配した複数のストライプ電極を有する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板との間に狭持した液晶分子層を備え、各ストライプ電極の両端に異なる電圧を印加して前記液晶分子層に屈折率の変調を生じさせることができる構成であり、第２の基板は前記ストライプ電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を備え、分割した対向電極に印加するバイアス信号の位相制御により液晶分子層の屈折率の位相変調曲線上の動作点をシフトさせるとともに、前記複数のストライプ電極を制御する制御信号によって液晶光変調装置のレンズ動作の焦点距離を可変とする。
【００３８】
本発明の液晶光変調装置の第１の態様の円筒面レンズの構成において、ストライプ電極は平行ストライプ形状の多数の透明電極で構成される。また、複数のストライプ電極を接続する接続用ストライプ電極を備え、この接続用ストライプ電極は、ストライプ電極と同じか高いシート抵抗を有している。これにより、各ストライプ電極に所定電圧を印加する。接続用導電ストライプ電極は透明導電電極で構成し、また、第２の基板に設けられた対向電極は光学的に透明とすることができる。
【００３９】
光は、液晶光変調装置の液晶分子層を通過する際に屈折される。この際、光は、ストライプ電極、接続用ストライプ電極、対向電極等を透過する。
【００４０】
この態様において、ホモジニアス配向の場合は、液晶分子層のプレティルト角が０．５度から２０度の所定の値となるように形成する。
【００４１】
また、本発明の液晶光変調装置は、液晶を用いた光変調装置において、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、同心円状に配置されている多数の導電電極を一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねてなる複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板で挟持した液晶分子層を含む光学要素を備える。
【００４２】
接続用導電電極は、その端部に制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することにより、各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させて、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加する。この電圧印加により液晶分子層の屈折率を変調する。この変調は、ホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域において行う。
【００４３】
分割した対向電極に印加するバイアス信号の位相制御により液晶分子層の屈折率の位相変調曲線上の動作点をシフトさせるとともに、前記複数のストライプ電極を制御する制御信号によって液晶光変調装置のレンズ動作の焦点距離を可変とする。ここで、凹レンズとして動作させる場合には、液晶分子層の屈折率の変調領域として、液晶分子層への印加電圧に対する複屈折率が下に凸の特性を示す曲線変調領域を用いる。
【００４４】
また、凸レンズ又は凹レンズとして動作を可変とする場合には、液晶分子層の屈折率の変調領域として、液晶分子層への印加電圧に対する複屈折率が上に凸の特性を示す第１の曲線変調領域、又は下に凸の特性を示す第２の曲線変調領域を選択的に用いる。
【００４５】
半円環形状をした多数の導電電極は、透明導電電極で構成される。また、複数の半円環形状の導電電極を接続する接続用ストライプ電極を備え、この接続用ストライプ電極は、導電電極と同じか高いシート抵抗を有する。これにより、各ストライプ電極に所定電圧を印加する。この接続用導電電極は、透明導電電極で構成される。また、第２の基板に設けられた対向電極は光学的に透明である。
【００４６】
接続用導電電極は、正方開口部の対角線の位置に２本形成される。半円環形状をした同心円状に配置された多数の導電電極はその一部にスリット部が設けられており、このスリット部により少なくとも２つの群に区分される。
【００４７】
半円環形状をした同心円状に配置された多数の導電電極からなる導電電極群は、更にセグメントストライプ状の多数の導電電極を含む。
【００４８】
この態様において、ホモジニアス配向の場合は、液晶分子層のプレティルト角が０．５度から２０度の所定の値となるように形成する。また、スリット部に直交する向きに液晶分子層のダイレクタ方向を設定する。
【００４９】
複数個の液晶光変調装置を二次元的に互いに隣接して配置し、アレイ構成とすることもできる。
【００５０】
また、本発明の液晶光変調装置の第１の駆動方法は円筒面状レンズの駆動方法であり、平行ストライプ形状をした多数の導電電極を一つ若しくは複数の接続用導電ストライプ電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用ストライプ電極には所定の間隔で制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加する。
【００５１】
また、本発明の液晶光変調装置の第２の駆動方法は球面状レンズの駆動方法であり、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、同心円状に配置されている当該多数の導電電極が一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用導電電極の端部には制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで、各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加する。
【００５２】
また、本発明の液晶光変調装置の第３の駆動方法は円筒面状レンズの駆動方法であり、平行ストライプ形状をした多数の導電電極を一つ若しくは複数の接続用導電ストライプ電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用ストライプ電極には所定の間隔で制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加する期間と液晶分子層に交流バイアスを印加する期間を設ける。
【００５３】
また、本発明の液晶光変調装置の第４の駆動方法は球面状レンズの駆動方法であり、半円環形状をした多数の導電電極が同心円状に配置されており、且つ、前記同心円状に配置されている当該多数の導電電極が一つ又は複数の接続用導電電極で電気的に束ねた複合電極を有する第１の基板と、複合電極の所定の領域に対応する分割した対向電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用導電電極の端部には制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで、各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線状の電位傾斜を発生させ、分割した対向電極に所定の対向電圧を印加し、それによりホモジニアス配向またはホメオトロピック配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されている液晶光変調装置において、駆動波形を印加する所定の信号電極間に２つの１８０度位相の異なる同じ振幅で同じ周波数の駆動波形を印加する期間と液晶分子層に交流バイアスを印加する期間を設ける。
【００５４】
第３の駆動方法及び第４の駆動方法において、交流バイアスを印加することにより、電気光学特性の曲線変調領域の動作点を変更して、凸レンズと凹レンズとの切り換えや、レンズの焦点距離の調整を行うことができる。
【００５５】
本発明の目的の一つは、波面センサに適用可能な可変焦点レンズの働きをする液晶光変調装置とその駆動方法を提供することだが、屈折率分布を凸型だけでなく凹型可変焦点レンズの働きをすることも可能であるため、本発明の範囲はここに述べる装置により限定されないで、例えば地上でのビル間通信に用いるレーザビームのビーム幅制御など任意に波面を変換するための液晶光変調装置への応用も可能であることは言うまでもない。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良な形態における液晶光変調装置の構成およびその駆動方法の構成を説明する。
【００５７】
はじめに本発明の第１の実施形態における液晶光変調装置の構成を、図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態における液晶光変調装置の構成を説明するための断面図であり、その断面構成は従来の技術で説明した通りである。断面構成については、従来の技術の項で説明した液晶光変調装置と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５８】
図２は液晶光変調装置が備える複合電極の平面図であり、図３は対向電極の平面図である。
【００５９】
本発明の液晶光変調装置の複合電極１１１は、従来の可変焦点型マイクロレンズアレイを実現する方法として説明した構成と同じであるが、対向電極１１３の構成（図３に示す）のみが異なる。
【００６０】
複合電極１１１は、活性領域２７１に第１の円筒面レンズ２５１と第２の円筒面レンズ２６１の２つのレンズ領域を有し、第１の円筒面レンズ２５１はＩＴＯなどの低抵抗多結晶透明導電膜により形成した第１のストライプ電極２２０から第Ｎのストライプ電極２２９（図２ではＮ＝１０本）と、第２の円筒面レンズの一本目でもある第Ｎ＋１のストライプ電極２３０から第２Ｎのストライプ電極２３９とによりストライプ電極束を形成し、このストライプ電極束は第１の傾斜電位電極２０１で接続される。第１の傾斜電位電極２０１には、制御信号電極ａ２１１，ｂ２１３，ｃ２１５が設けられ、これら電極に所定の電圧を印加することにより、第１の傾斜電位電極２０１を介してストライプ電極束に勾配電位を印加する。
【００６１】
また、本発明の液晶光変調装置において、直線状あるいは円環状のストライプ電極束を傾斜電位電極で電気的に接続する構成を採り得るものであり、好ましくは、直線状あるいは円環状の透明導電膜からなるストライプ電極束を、このストライプ電極の透明導電膜より比抵抗の大きいストライプ状の透明導電膜で形成する傾斜電位電極で電気的に接続する構成を採るものである。
【００６２】
このストライプ電極の透明導電膜より比抵抗の大きいストライプ状の透明導電膜高抵抗の金属材料は、ストライプ電極と同一材料で一括形成しても良いが、Ｉｎ２Ｏ３に不純物を所定量添加した材料などの透明でストライプ電極のＩＴＯより高抵抗のアモルファス導電材料で形成するのが望ましい。
【００６３】
尚、開口率が下がっても良い場合には、不透明で比較的高抵抗の金属材料を傾斜電位電極に使用することも可能である。この場合には、前記ストライプ電極には、通常の金属材料から形成された電極を使用することが可能であり、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（α−Ｔａあるいはβ−Ｔａ等）、チタンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）  、あるいは窒素をドープしたチタン（Ｔｉ）、タンタル（α−Ｔａあるいはβ−Ｔａ等）、チタンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）等が使用可能である。
【００６４】
以下、対向電極の構成について説明する。図３は複合電極１１１に対向する対向電極１１３の構造である。活性領域２７１には、第１の円筒面レンズ２５１と第２の円筒面レンズ２６１が形成される。第１の円筒面レンズ２５１用の対向電極を、第１の分割線３１７により第１の対向電極３９１と第２の対向電極３９３とに分けて構成する。また、第２の円筒面レンズ２６１用の対向電極を、第２の分割線３１９により第２の対向電極３９３と第３の対向電極３９５とに分けて構成する。ここでは、対向電極を分ける分割線を、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３の中間と、信号電極ｂ２１３と信号電極ｃ２１５の中間に設けた例を示している。
【００６５】
第１から第３の対向電極３９１、３９３、３９５には、それぞれ第１から第３の対向信号電極３８１、３８３，３８５によって所定の電圧を印加する。なお、図３（ａ）に示す実施例では第２の対向電極３９３を第１の円筒面レンズ２５１と第２の円筒面レンズ２６１とで共有する構造を示しているが、図３（ｂ）に示す実施例の様に、第２の対向電極３９３を第３の分割線３１８により第１および第２の円筒面レンズ２５１、２６１用に分割する構造としても構わない。
【００６６】
また、図１における複合電極１１１と対向電極１１３とは、図２および図３に示した第１の円筒面レンズ２５１部と第２の円筒面レンズ２６１部が重なるように対向して液晶円筒面レンズを形成する。図３４（ｂ）の斜視図は、液晶円筒面レンズを模式的に示している。第１の円筒面レンズ２５１と第２の円筒面レンズ２６１の２つのレンズ領域により、凸レンズ領域あるいは凹レンズ領域２８１が形成される。
【００６７】
以上の説明で明らかな様に、本発明の円筒面レンズを形成する液晶光変調装置においては一つの円筒面レンズがＮ本のストライプ電極からなる場合にも駆動回路からの信号電極への接続数は円筒面レンズの個数をＭとするとＭ＋１本で済む。したがって全てのストライプ電極に駆動信号を接続する場合の本数Ｍ×Ｎ本に対して特にストライプ電極の数が増えた場合、信号電極の数を大幅に削減することが可能となる。
【００６８】
ここで、本発明の液晶光変調装置の駆動について説明する。前記傾斜電位電極に所定の間隔で信号電極を設け隣接する信号電極間に振幅と周波数が等しく位相が１８０度異なる交流パルス信号を印加する。これにより傾斜電位電極で直線状電位勾配を作り出し、ストライプ電極束によって液晶光変調装置内に線形の傾斜を持った電位分布を生じさせることができる。
【００６９】
液晶光変調装置は、第１の基板１０３に配した複合電極１１１であるストライプ電極束に対向するように、透明導電膜で形成した対向電極１１３を配置する。この対向電極１１３は、ストライプ電極束の分割した群、つまり第１、第２の円筒面レンズ２５１，２６１に対応して所定の領域に分割して構成される。ストライプ電極束からなる複合電極１１１と対向電極１１３との間には、０．５度から２０度のプレティルト角を持ったホモジニアス配向の液晶層１０１を挟持する。
【００７０】
図５は、ホモジニアス配向の液晶の位相変調曲線を示し、横軸は液晶に印加する実効値電圧Ｖを示し，縦軸は実効複屈折率Δｎを示している。液晶分子層１０１の実効複屈折率分布は、複合電極１１１および対向電極１１３上に形成される電圧分布に従い、図５の位相変調曲線によって決まる。
【００７１】
このホモジニアス配向の液晶分子層１０１を下に凸なレンズ（凹レンズ）として作用させるためには、液晶駆動期間の実効電圧値が、液晶分子層１０１の信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３および信号電極ｃ２１５の近傍で図５におけるＶ１［ｒｍｓ］となるようにし、液晶分子層１０１の第１の分割線３１７と第２の分割線３１９の近傍で図５のＶ１＋α［ｒｍｓ］となるようにすれば良い。
【００７２】
ここで、本願発明の液晶光変調装置を下に凸なレンズ（凹レンズ）として機能させるための具体的な駆動方法について説明する。
【００７３】
図６の期間１において図７（ａ）に示すように、図２の信号電極ａ２１１と信号電極ｃ２１５に信号電圧＋α［Ｖ］を印加し、信号電極ｂ２１３に信号電圧−α［Ｖ］を印加する。第１の傾斜電位電極２０１の作用により、各信号電極間には実線のような直線状の電位分布が生じるため、第１の円筒面レンズ２５１の第１の分割線３１７と、第２の円筒面レンズ２６１の第２の分割線３１９近傍では、図７（ａ）に示すように０［Ｖ］となる。
【００７４】
同じ、図６の期間１において、図３に示す対向信号電極３８１および対向信号電極３８５に、図７（ｂ）に示すように実線で示す＋Ｖ１＋α［Ｖ］を印加し、対向信号電極３８３に実線で示す−Ｖ１−α［Ｖ］を印加する。このとき液晶分子層１０１に印加される期間１における電位分布は、図７（ａ）と図７（ｂ）との差になるため、これを図示すると図７（ｃ）の実線となる。
【００７５】
また、図６で示す期間２においては、図７（ａ）に示すように、図２の信号電極ａ２１１と信号電極ｃ２１５に信号電圧−α［Ｖ］を印加し、信号電極ｂ２１３に信号電圧＋α［Ｖ］を印加する。第１の傾斜電位電極２０１の作用により、各信号電極間には点線のような直線状の電位分布が生じるため、第１の円筒面レンズ２５１の第１の分割線３１７と第２の円筒面レンズ２６１の第２の分割線３１９近傍では、０［Ｖ］となる。
【００７６】
同じ、図６の期間２において、図７（ｂ）の点線に示すように対向信号電極３８１および対向信号電極３８５にそれぞれ−Ｖ１−α［Ｖ］を印加し、対向信号電極３８３に点線で示す＋Ｖ１＋α［Ｖ］を印加する。このとき液晶分子層１０１に印加される期間２における電位分布は、図７（ａ）と図７（ｂ）との点線で示す曲線の差になるため、これを図示すると図７（ｃ）の点線となる。
【００７７】
この様な駆動方法を採用し、図６の期間１および期間２を同一周期で交互に印加電圧パターンを繰り返す事で、液晶分子層１０１に印加する電圧の平均値を０［Ｖ］とすることができ、液晶の劣化を抑える事が可能となり、図６の期間１および期間２における液晶分子層１０１に印加される実効電圧は、図７（ｄ）および図８（ａ）で示す波形となる。したがって、液晶分子層には図８（ｂ）で示すような下に凸（凹）の屈折率分布が生じ、凹レンズとして機能させることができる。
【００７８】
また、凸レンズを実現するには、本発明の構成のまま、液晶駆動期間の実効電圧値が、液晶分子層１０１の信号電極ａ２１１、信号電極ｂ２１３および信号電極ｃ２１５の近傍で図５のＶ２＋β［ｒｍｓ］となるようにし、液晶分子層１０１の第１の分割線３１７と第２の分割線３１９の近傍で図５のＶ２［ｒｍｓ］となるようにすれば良い。
【００７９】
ここで、本願発明の液晶光変調装置を凸レンズとして機能させるための具体的な駆動方法について説明する。
【００８０】
図６の期間１において図９（ａ）に示すように、図２の信号電極ａ２１１と信号電極ｃ２１５に信号電圧＋β［Ｖ］を印加し、信号電極ｂ２１３に信号電圧−β［Ｖ］を印加する。傾斜電位電極２０１の作用により、各信号電極間には実線のような直線状の電位分布が生じるため、第１の円筒面レンズ２５１の第１の分割線３１７と第２の円筒面レンズ２６１の第２の分割線３１９近傍では、０［Ｖ］となる。
【００８１】
同じ、図６の期間１において、図９（ｂ）に示すように対向信号電極３８１および対向信号電極３８５に実線で示す−Ｖ２［Ｖ］を印加し、対向信号電極３８３に実線で示す＋Ｖ２［Ｖ］を印加する。このとき液晶分子層１０１に印加される期間１における電位分布は、図９（ａ）と図９（ｂ）との差になるため、これを図示すると図９（ｃ）の実線となる。
【００８２】
また、図６で示す期間２においては、図９（ａ）に示すように、図２の信号電極ａ２１１と信号電極ｃ２１５に信号電圧−β［Ｖ］を印加し、信号電極ｂ２１３に信号電圧＋β［Ｖ］を印加する。傾斜電位電極２０１の作用により、各信号電極間には点線のような直線状の電位分布が生じるため、第１の円筒面レンズ２５１の第１の分割線３１７と第２の円筒面レンズ２６１の第２の分割線３１９近傍では、０［Ｖ］となる。
【００８３】
同じ、図６の期間２において、図９（ｂ）の点線に示すように対向信号電極３８１および対向信号電極３８５に＋Ｖ２［Ｖ］を印加し、対向信号電極３８３に点線で示す−Ｖ２［Ｖ］を印加する。このとき液晶分子層１０１に印加される期間２における電位分布は、図９（ａ）と図９（ｂ）との点線で示す曲線の差になるため、これを図示すると図９（ｃ）の点線となる。
【００８４】
この様な駆動方法を採用し、同一周期で図６の期間１および期間２の印加電圧パターンを交互に繰り返す事で、液晶分子層１０１に印加する電圧の平均値を０［Ｖ］とし、液晶の劣化を抑える事が可能となり、図６の期間１および期間２における液晶分子層１０１に印加される実効電圧は、図９（ｄ）および図１０（ａ）で示す波形となる。したがって、液晶分子層には図１０（ｂ）で示すような上に凸の屈折率分布が生じ、凸レンズとして機能させることができる。
【００８５】
この様に、本は発明の液晶光変調装置によれば、それぞれの信号電極に第１の２次曲線近似領域の電圧値を印加することで凸レンズとして動作させることができ、また、第２の２次曲線近似領域の電圧値をそれぞれ印加することで凹レンズとして動作させることができることが判る。したがって、ストライプ電極部の電位傾斜により空間的に円筒面または球面の屈折率変調分布を実現することができるのである。
【００８６】
なお、ホメオトロピック配向の液晶層を用いて凸レンズ動作する場合には、ホミジニアス配向で凹レンズ動作させる場合と同様に、信号電極に印加する電圧に対してそれに対向する分割した対向電極を図７に示すような同相電圧を印加すれば良い。
【００８７】
また、ホメオトロピック配向の液晶層を用いて凹レンズ動作する場合には、ホミジニアス配向で凸レンズ動作させる場合と同様に、信号電極に印加する電圧に対してそれに対向する分割した対向電極を図９に示すような逆相電圧を印加すれば良い。
【００８８】
また、本方式によれば、複合電極の信号電極に接続する一組２本の制御信号により、レンズパワーを制御できることに加え、対向電極を複合電極に対応させて分割したことにより、後段で説明する駆動方法のように動作点を決めるバイアス電圧を時分割するだけでなく、対向電極に印加する２つのバイアス信号の位相制御で、一組２本の対向電極信号により直線性良く位相変調曲線上の任意の動作点にシフトさせることが可能となる。
【００８９】
この結果、円筒面レンズまたは球面レンズの焦点距離を正（凸レンズ）から負（凹レンズ）まで可変することを可能にする。特に、構造が単純なためアレイ化にも適した構造である。
【００９０】
次に、円筒面レンズを形成するための複合電極１１１の他の構造を図４を用いて説明する。この構成は、図２におけるストライプ電極を挟んで反対側に更に信号電極を配した構成である。ストライプ電極の長辺方向に抵抗成分がある場合、つまり液晶層の駆動周波数でのインピーダンスに対してストライプ電極のインピーダンスが大きくなる場合には、ストライプ電極の長辺方向に沿って電圧分布が生じて、ストライプ電極の長辺方向に屈折率が変化するが、この構成とすることで、ストライプ電極の長辺方向に沿った電圧分布を均一として屈折率の歪みを防ぐことができる。
【００９１】
また、図４の複合電極構造では信号電極ａ４１１と信号電極ａ′４１１′、信号電極ｂ４１３と信号電極ｂ′４１３′、さらに信号電極ｃ４１５と信号電極ｃ′４１５′のペアは外部で短絡して駆動することで、前記した液晶光変調装置の駆動方法を適用することができる。なお、対向電極の構成は、前述した図３に示す構造で良い。
【００９２】
ここで、本発明の液晶レンズの動作原理についてホモジニアス配向を例に挙げて凸レンズ動作の場合を主に図１１を用いて説明する。
【００９３】
図１１において、ｘ軸に平行な方向にダイレクタ１０７がホモジニアス配向しているｐ型ネマティック液晶を用いた液晶レンズ６０１に、ｘ軸に平行な方向に振動する直線偏光６１０がｚ軸方向に入射することを考える。液晶レンズ６０１に入射する前の入射波面６１３は平面である。液晶レンズ６０１に電界を印加し、所定の屈折率分布となるようにダイレクタの面内分布を制御すると、入射波面６１３を焦点ｆ６３０に収束する球面波の出射波面６２３に変換することができる。
【００９４】
なお、凹レンズ動作の場合は、凸レンズが入射平面波を焦点ｆ（＞０）に収束する球面波に変換すると考える部分を、入射平面波を凹レンズの手前（入射側）の焦点ｆ（＜０）から発散（広がる方向）する球面波に変換すると考えれば良いので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００９５】
液晶レンズによる収束条件の導出を図１２（ａ）を用いて説明する。液晶レンズ６０１の液晶層の出射側の平面をｘ−ｙ平面にとり、ｘ−ｙ平面の原点Ｏを通るｚ軸上に焦点ｆ６３０が来るようにする。原点Ｏから測った液晶レンズ６０１の出射側平面上の任意の点ｒ７０１の距離をｒとすると、光軸Ｏ−ｚ上を進行する光の第１の光路長Ｒ７１０に対して点ｒ７０１から焦点ｆ６３０に向かう光は第２の光路長ｔ７２０だけ余分な距離を伝搬する必要がある。図１２（ａ）からわかるように、
【００９６】
ｒ２＋Ｒ２＝（ｔ＋Ｒ）２    （１）
となるからこれをｔについて解くと
ｔ＝（Ｒ２＋ｒ２）１／２−Ｒ    （２）
となる。ここで、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２である。
【００９７】
したがって、液晶レンズ６０１の出射側平面に達するまでに、液晶レンズ６０１内における入射波が伝搬する光路長を光軸上原点Ｏを通る光に対して点ｒ７０１では第２の光路長ｔ（ｒ）７２０だけ短くすることが出来れば、入射波面６１３を焦点ｆ６３０に収束する球面波に変換できることがわかる。
【００９８】
また、凹レンズ動作の場合は、図１２（ｂ）に示すように焦点−ｆ６３３の位置から伝搬する球面波に入射平面波を変換すると考えて、液晶レンズ６０１の出射側平面に達するまでに液晶レンズ６０１内における入射波が伝搬する光路長を光軸上原点Ｏを通る光に対して点ｒ７０１では第２の光路長ｔ（ｒ）７２０だけ長くすることが出来れば入射波面６１３を焦点−ｆ６３３から発散する球面波に変換できることが判る。
【００９９】
ここで、液晶レンズ６０１が図１２のｘ−ｙ平面において図１３に示すような正方開口８１０を持つとする。このとき、液晶レンズ６０１の凸レンズ動作時において液晶層の出射側の平面から焦点ｆ６３０までの第２の光路長ｔ（ｒ）７２０の最大値ｔｍａｘはｒ＝ｒｍａｘのときで
ｔｍａｘ＝（Ｒ２＋ｒｍａｘ２）１／２−Ｒ    （３）
となる。したがって、ｒｍａｘでの位置での光路長を基準点としたときの液晶レンズ６０１によって補正する相対光路長分布φ（ｒ）は
φ（ｒ）＝ｔｍａｘ−ｔ（ｒ）    （４）
となるように決めれば良いことが示された。
【０１００】
凹レンズ動作の場合は、ｒ＝ｒｍａｘのときに液晶層では最も位相を遅らせるようにすれば良いので液晶レンズ６０１によって補正する相対光路長分布φ（ｒ）は
φ（ｒ）＝ｔ（ｒ）    （４）′
となるように決めれば良い。
（４）式に（２）式および（３）式を代入すると
2004264549.tif 000003
【０１０１】
2004264549.tif 000004
となる。ここで、（５）式の平方根で囲まれた一項目および二項目を２項展開し、展開した二項目までをとって整理し、Ｒを焦点距離ｆで置き換えると（６）式となる。
（近軸近似）
φ（ｒ）＝１／（２ｆ）・（ｒｍａｘ２−ｒ２）    （６）
【０１０２】
図１４は、相対光路長分布φを説明するための図である。したがって、図１４（ａ）に示すように液晶レンズ６０１の液晶層の凸レンズ位相曲線９０１が（６）式を満たすような二次曲線となれば液晶層が凸レンズとして機能する。
【０１０３】
凹レンズの場合は、（４）′式に（２）式を代入して近軸近似で考えると
φ（ｒ）＝１／（２ｆ）・ｒ２                  （６）′
となる。
【０１０４】
したがって、図１４（ｂ）に示すように、液晶レンズ６０１の液晶層の凹レンズ位相曲線９０３が（６）′式を満たすように下に凸の二次曲線となれば液晶層は凹レンズとして機能する。
【０１０５】
なお、上記した液晶レンズの動作に関する説明は、球面レンズを形成する場合を前提に説明したものであり、円筒面レンズを形成する場合には、当該焦点は点ではなく線状となる。しかしながら、円筒面レンズは、上記した説明において、一方向に対して変化しない様にしたものであるので、円筒面レンズの説明は球面レンズの特別な例として考えることができる。
【０１０６】
次に、本発明に用いる液晶層の特性を説明する。入射直線偏光の波面は、図５に示すような印加電圧−実効複屈折率特性によって決まる変調を受ける。図５において横軸は液晶層への印加電圧Ｖ、縦軸は実効複屈折率Δｎを示す。電気光学応答曲線の形状は、使用する液晶の弾性定数、誘電率異方性特性や電界無印加時の配向層によって決められるプレティルト角などから決まる。また、液晶層の屈折率および複屈折率は波長依存性を持つため光源の波長によっても電気光学応答曲線は変化する。
【０１０７】
図５の印加電圧−実効複屈折率特性は、光源としてＨｅ−Ｎｅ（ヘリウムネオン）レーザの６３３ｎｍ近傍で使用する場合の特性を示し、メルク社のネマティック液晶材料ＢＬ００７のものであり、Δｎｍａｘ＝０．２８７、液晶層厚さ２０μｍとして求めた理論曲線である。図５における横軸は、ホモジニアス配向セルの印加電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］を示し、縦軸は液晶分子の実効複屈折率Δｎを示す。
【０１０８】
本発明の液晶光変調装置を凸レンズとして用いる場合は、２次曲線を近似できる第１の２次曲線領域５２０近傍を用いるのが望ましい。また、凹レンズとして用いる場合は第２の２次曲線領域５２２近傍を用いるのが望ましい。このときのプレティルト角は０．５度から２０度が望ましい。
【０１０９】
図５から理解されるように、凸レンズ動作時に用いる第１の２次曲線領域５２０より小さな電圧領域、つまり０〜１［Ｖｒｍｓ］近傍においては特にプレティルト角が小さい場合、Δｎがフラットな状態（第１の直線領域５２１）を示す。したがって、この電圧範囲内では、球面レンズとして使用することが困難であるが、後述するように所定のバイアス電圧を印加することで動作点をずらすことが可能であり、プレティルト角が小さい特性となっても球面レンズとして使用することが可能となる。
【０１１０】
次に、図１５にホメオトロピック配向の場合の印加電圧−実効複屈折特性の例を示す。ホメオトロピック配向の場合は、液晶材料の誘電異方性Δεが負の材料を選択する必要がある。ホメオトロピック配向の場合は、第１の２次動作領域１００１が低電圧側に生じ、凸レンズ動作領域１００３が高電圧側に生じることになる。したがって、ホモジニアス配向の代りにホメオトロピック配向を用いる場合は、各実施例において凸レンズ動作を凹レンズ動作にまた、凹レンズ動作を凸レンズ動作に置き換えて考えれば良い。以降の説明では特別に断らない限り、ホモジニアス配向を例として説明する。
【０１１１】
次に、図２に示すストライプ電極形状を有する複合電極を持った本発明の液晶光変調装置の信号電極に駆動電圧を印加した場合の動作を説明する。
【０１１２】
はじめに、凸レンズ動作の場合の駆動波形を図１６に示す。駆動波形ａ１１０１を信号電極ａ２１１に印加し、駆動波形ｂ１１０３を信号電極ｂ２１３に印加する。駆動波形ａ１１０１と駆動波形ｂ１１０３は互いに周波数と振幅が等しく位相のみが１８０度異なっている。同様に、駆動波形ｃ１１０５を信号電極ｃ２１５に印加する。駆動波形ｃ１１０５と駆動波形ａ１１０１は同一波形である。また、図３に示す対向電極は全て同電位とし、０［Ｖ］を印加することとする。
【０１１３】
図１６において、時間ｔ＝ｔ１において、駆動波形ａ１１０１および駆動波形ｃ１１０５は＋Ｖ［Ｖ］であり、駆動波形ｂ１１０３は−Ｖ［Ｖ］である。したがって、線形の抵抗材料で形成した第１の傾斜電位電極２０１によって電位が分割されるため、活性領域２７１に形成した第１の円筒面レンズ２５１のストライプ電極にはそれぞれ信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３に印加した電圧が場所によって分割された電位が現れる。
【０１１４】
また、第２の円筒面レンズ２６１のストライプ電極には、それぞれ信号電極ｂ２１３と信号電極ｃ２１５に印加した電圧が分割された電位が現れる。ここで、ストライプ電極の長手方向については、ストライプ電極が低抵抗材料で形成されるため同電位となる。したがって、第１の円筒面レンズ２５１及び第２の円筒面レンズ２６１の活性領域２７１には、ストライプ電極の配列方向に電圧が変化する面状の勾配が形成されることになる。
【０１１５】
図１７は、電極位置による電圧分布を示している。図１６で説明したように、円筒面レンズの両端に位置する信号電極に＋Ｖ［Ｖ］と−Ｖ［Ｖ］を印加することで、図１７に示すように、図１６におけるｔ＝ｔ１においてはｔ＝ｔ１の電位１２０１で示す直線状の電位分布とすることができる。また、図１６に示すｔ＝ｔ２においては、図１７のｔ＝ｔ２の電位１２０３で示す電位分布とすることができる。よって、図１６に示すように、駆動波形を５０％デューティの矩形波形とする場合は、図１７で示す２つの電位分布を交互に繰り返すこととなり、対向電極を介して液晶層に印加される電圧は、どの個々のストライプ電極の位置においても交番電圧化され、液晶層に直流成分が加わることはない。
【０１１６】
また、ネマティック液晶は実効値応答であるため、信号電極ａ２１１と信号電極ｃ２１５間の第１の傾斜電極２０１に発生する電位は実効値で考える必要がある。この電位１２０５は、図１７（ｂ）に示すように、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３および信号電極ｃ２１５を＋Ｖ［Ｖ］の電圧とし、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点および信号電極ｂ２１３と信号電極ｃ２１５の中点を０［Ｖ］とし、これら各電圧を結んで電位が直線的に変化する。
【０１１７】
次に、活性領域中のネマティック液晶層の実効複屈折率の分布、及び位相変調量を図１８，図１９を用いて説明する。
【０１１８】
図１８に示す実効複屈折率のグラフにおいて、横軸は液晶層にかかる実効値電圧Ｖを示し、縦軸は実効複屈折率Δｎを示す。まず、図３に示す３つの対向電極３９１，３９３，３９５に０［Ｖ］を印加した場合を考える。図２の第１の円筒面レンズ２５１の部分で説明すると、前記したと同様に信号電極ａ２１１と第１の対向電極３９１の間には、実効値電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］が印加される。そして、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点では実効値で０となる。信号電極ａ２１１から、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点までの区間は、対向電極３９１との間で電圧がＶ［Ｖ］から０［Ｖ］まで直線的に連続して変化するため、図１９（ｂ）の１４１３で示す実効値電圧分布となり、図１８の第１のレンズ領域１３０１の矢印で示した向きに実効複屈折Δｎが変化する。
【０１１９】
次に、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点から、信号電極ｂ２１３までの区間では、対向電極３９３との間で実効値電圧が０［Ｖｒｍｓ］からＶ［Ｖｒｍｓ］まで変化するため、図１９（ｂ）の符号１４１５で示す実効値電圧分布となり、実効複屈折率Δｎは図１８の第２のレンズ領域１３０３で示した矢印の向きに連続して変化する。
【０１２０】
同様に、図２に示す第２の円筒面レンズ２６１の部分では、信号電極ｂ２１３と第２の対向電極３９３との間には、実効値電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］が印加される。そして、信号電極ｂ２１３と信号電極ｃ２１５との中点は実効値で０［Ｖｒｍｓ］となる。信号電極ｂ２１３から、信号電極ｂ２１３と信号電極ｃ２１５との中点までの区間は、対向電極３９３との間で電圧がＶ［Ｖｒｍｓ］から０［Ｖｒｍｓ］まで直線的に連続して変化するため、図１８の第１のレンズ領域１３０１の矢印で示した向きに実効複屈折率Δｎが変化する。
【０１２１】
次に、信号電極ｂ２１３と信号電極ｃ２１５との中点から信号電極ｃ２１５までの区間では、対向電極３９５との間で実効値電圧が０［Ｖｒｍｓ］からＶ［Ｖｒｍｓ］まで変化するため、実効複屈折率Δｎは図１８の第２のレンズ領域１３０３で示した矢印の向きに連続的に変化する。
【０１２２】
その結果、第１の円筒面レンズ２５１と第２の円筒面レンズ２６１においては、図１９において、各領域の位相曲線１４０１，１４０３，１４０５，１４０７により位相曲線Ａで示すような位相変調量となり、屈折率が一次元で変化する円筒面レンズとして機能する。なお、図１９において、横軸は図２に示す第１の傾斜電位電極２０１の方向の電極位置を示し、縦軸はその電極位置における液晶の相対位相変調量を示している。なお、この相対位相変調量は、相対複屈折率Δｎに液晶層の厚みｄを掛けたものに相当する。
【０１２３】
この様に、駆動波形の振幅Ｖを変更することにより液晶の屈折率分布の曲率変化を変えることができ、この液晶の屈折率分布を変えることにより焦点距離変更することができる。
【０１２４】
また、ここで信号電極ａ２１１に図１６における駆動波形ａ１１０１を印加し、信号電極ｂ２１３は高インピーダンス状態に保持して信号電極ｃ２１５に図１６における駆動波形ｂ１１０３を印加した場合を考える。この駆動波形の印加により、図１９（ｃ）中の実効値電圧１４１７が印加される。この場合、図１９において、信号電極ａ２１１から信号電極ｂ２１３の間の領域の位相曲線１４０９（破線で示す）と、信号電極ｂ２１３から信号電極ｃ２１５の間の領域の位相曲線１４１１（破線で示す）とにより、位相曲線Ｂ（破線で示す）で示すような相対位相変調量分布となる。位相曲線Ａと位相曲線Ｂとを比較すると、位相曲線Ｂのレンズ径は位相曲線Ａのレンズ径の２倍となる。
【０１２５】
したがって、本発明の円筒面レンズを形成する液晶光変調装置においては同一のパターンを用いても、駆動波形印加点を変更するだけでレンズ径を容易に変更することが可能となる。
【０１２６】
次に、印加電圧−実効複屈折特性において動作点をシフトする駆動法について説明する。
【０１２７】
前記したように、図５に示す印加電圧−実効複屈折特性において、上に凸の特性を示す第１の２次曲線領域５２０上に動作点を設定することで凸レンズ動作を行い、下に凸の特性を示す第２の２次曲線領域５２２上に動作点を設定することで凹レンズ動作を行う。また、直線特性を示す第１の直線領域５２１上に動作点を設定した場合には、レンズ動作を行うことはできない。
【０１２８】
液晶層が低プレティルトの場合には、第１の直線領域５２１の領域幅が大きく、印加電圧０を動作点とする駆動方法では、第１の直線領域５２１の部分により屈折率に歪みが生じることになる。このような場合に、第１の直線領域５２１による影響がない領域まで動作点を移動させることにより、屈折率の歪みを防ぐことができる。
【０１２９】
以下、液晶層が低プレティルトの場合の動作点シフト、及び第２の２次曲線領域を用いた凹レンズの動作点シフトについて説明する。
【０１３０】
はじめに、液晶層が低プレティルトの場合の動作点シフトについて説明する。ここで、図２の第１の円筒面レンズ２５１の部分を用いて説明する。図２０で示す駆動波形ｄ１５０１を信号電極ａ２１１に印加し、振幅と周波数は駆動波形ｄ１５０１と同じで位相だけを１８０度＋ψだけずらした駆動波形ｅ１５０３を信号電極ｂ２１３に印加する。図２０において、期間Ａでは信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３には同相の電圧±Ｖ［Ｖ］が印加され、期間Ｂでは信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３には逆相の電圧が印加される。したがって、図２１（ａ）の期間Ａの電位分布に示すように、信号電極ａ２１１から信号電極ｂ２１３の間の任意の電極位置において、期間Ａの電位分布は、正電位分布１６０１また負電位分布１６０３となり、第１の傾斜電位電極２０１には傾斜電圧は発生しない。一方、第１、第２の対向電極３９１，３９３と第１の円筒面レンズ２５１の複合電極部との間には、期間Ａにおいて一定電圧が印加されることになる。
【０１３１】
また、図２１（ｂ）の期間Ｂの電位分布に示すように、期間Ｂでは信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との間の第１の傾斜電位電極２０１は、第１の傾斜電位１６０５または第２の傾斜電位１６０７に示す傾斜電位が発生する。
【０１３２】
このように本発明の液晶光変調装置では所定の信号電極に同相電圧を印加する期間Ａを設けることで、液晶層に交流バイアス電圧を印加することができる。したがって、期間Ａで交流バイアス電圧を制御し、期間Ｂでレンズ動作のための傾斜電圧を独立に制御出来ることになる。各期間ＡおよびＢでは、印加電圧は駆動波形ｄ１５０１の一周期で考えると交番電界となるため、液晶層に直流成分が印加され続けることは無い。
【０１３３】
このように、期間Ａで印加する交流バイアス電圧は所定の値に設定できるので、液晶層のプレティルトが低く第１直線領域の範囲が大きい場合には、図２２に示すように曲線動作領域まで動作点をシフトさせてレンズとして動作させることができる。
【０１３４】
次に、液晶層が低プレティルトの場合の動作点シフトについて、図１８の実効複屈折率Δｎ特性を用いて詳細に説明する。
【０１３５】
図２０と同様の位相をずらした駆動波形ｄ，ｅを信号電極ａ，ｂに印加し、期間Ａにおいて図２１（ａ）に示す電圧分布を形成し、期間Ｂにおいて図２１（ｂ）に示す電圧分布を形成する。この電圧分布により、液晶層には図２１（ｃ）に示す実効値電圧が印加される。なお、図２１（ｃ）は、縦軸に期間Ａおよび期間Ｂに液晶層に印加される信号の実効値電圧をとり、横軸に傾斜電位電極の長手方向の電極位置をとっている。
【０１３６】
図２１（ｃ）に示す期間Ａと期間Ｂとを合成した実効値電圧は、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点において実効値でＶα［Ｖｒｍｓ］とし、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３の両端点において実効値でＶβ［Ｖｒｍｓ］となる。ここで、Ｖα及びＶβは、期間Ａにおける電圧値、期間Ａと期間Ｂのデューティー比で定まる。このデューティー比は、位相ずれφによって定めることができる。
【０１３７】
この電圧分布による動作点シフトについて、図１８の液晶レンズ活性領域中のネマティック液晶層の実効複屈折率分布を用いて説明する。なお、このとき、電圧分布１６０９の最大実効値をＶβ［Ｖｒｍｓ］と仮定する。
【０１３８】
まず、図３に示す第１から第３の対向電極３９１，３９３，３９５に０［Ｖ］を印加した場合を考える。
【０１３９】
図２の第１の円筒面レンズ３５１の部分で説明すると、前記した様に信号電極ａ２１１と対向電極３９１の間には、実効値電圧Ｖβ［Ｖｒｍｓ］が印加される。そして、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点では、実効値でＶα［Ｖｒｍｓ］となる。信号電極ａ２１１から信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点までの区間は、対向電極３９１との間において線形抵抗材料で形成された傾斜電位電極によって電圧がＶβ［Ｖｒｍｓ］からＶα［Ｖｒｍｓ］まで直線的に連続で変化する。そのため、図１８の第１のシフトレンズ領域１３０５の矢印で示した向きに実効複屈折Δｎを変化させることができる。
【０１４０】
次に、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点から信号電極ｂ２１３までの区間では、対向電極３９３との間で実効値電圧がＶα［Ｖｒｍｓ］からＶβ［Ｖｒｍｓ］まで変化するため、実効複屈折率Δｎは図１８の第２のシフトレンズ領域１３０７で示した矢印の向きに連続的に変化する。
【０１４１】
図２１（ｄ）は、実効値電圧Ｖα［Ｖｒｍｓ］とＶβ［Ｖｒｍｓ］により設定される、相対位相変調量１６１１の電極位置における分布を示している。交流バイアイスを印加しない場合には、図２２に示すように、０とＶの間の動作範囲１７０１を含む範囲で動作させることになるため、第１直線領域の範囲及び第１曲線領域を含むため、屈折率のひずみが生じ、また、凸レンズの機能を呈することができない。
【０１４２】
これに対して、交流バイアイスを印加したい場合には、図２２に示すように、ＶαとＶβの間の動作範囲１７０３で動作することになるため、第２曲線領域の範囲内で動作することができ凸レンズとして動作させることができる。
【０１４３】
このように、交流バイアス電圧を印加しない場合には、レンズ領域は０［Ｖｒｍｓ］からＶ［Ｖｒｍｓ］の間となるのに対して、交流バイアス電圧を印加した場合には、レンズ領域はＶα［Ｖｒｍｓ］からＶβ［Ｖｒｍｓ］の間となり、凸レンズとして動作させることができる。凸レンズ領域を定める電圧値Ｖα［Ｖｒｍｓ］，Ｖβ［Ｖｒｍｓ］は、期間Ａで印加する交流バイアス電圧や、期間Ａと期間Ｂのデューティー比で定めることができる。
【０１４４】
本発明の別の駆動方法として、図２３に示すように期間１と期間２からなるフレームに分けて液晶光変調装置に信号を印加しても良い。この場合、期間１は、低電圧印加時の動作点をずらす働きをするために、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３とに同相となるように信号電圧を印加する期間とし、期間２はレンズ動作をさせるために信号電極ａ３１１と信号電極ｂ３１３とに逆相電圧を印加する期間とする。期間１および期間２内の駆動信号はそれぞれ液晶層の劣化を防ぐために印加する電圧を平均値が０になるような交番電圧とする。なお、この駆動方法として凸レンズの場合について以下に説明する。
【０１４５】
このような駆動方法を用いることで、期間１と期間２とを足した１フレームにおいて、図２における第１の円筒面レンズ３５１に生じる液晶電位分布は、それぞれの期間の実効値の和に近い値とすることができる。
【０１４６】
なお、期間１および期間２の印加波形は動作点を所定の値に調整できるなら任意で良く、例えば電圧の異なる２つの矩形波形を印加することができる。例えば、動作点シフトのためのバイアス電圧を印加する期間１では、信号電極ａ２１１に電圧ａ１８０３（図２３（ｂ））を印加し、信号電極ｂ２１３に同位相の電圧ｂ１８０７（図２３（ｃ））を印加する。また、傾斜電位を加えるための期間２では、信号電極ａ２１１に電圧ａ１８０５（図２３（ｂ））を印加し、信号電極ｂ２１３に逆位相の電圧ｂ１８０９（図２３（ｃ））を印加する。このとき、液晶電位分布は、期間１の実効電圧１８１１と期間２の実効電圧１８１３の和に近い値をとる。また、パルス幅変調により実効値を制御した波形を用いても良い。
【０１４７】
次に図２に示す複合電極を持った本発明の液晶光変調装置の信号電極に駆動電圧を印加した場合の凹レンズ動作について、第１の円筒面レンズ２５１を例に挙げて説明する。
【０１４８】
駆動信号は、図２３に示すように期間１の動作バイアス点を決めるバイアス駆動期間と、期間２の凹レンズ動作を実現する駆動期間からなるフレームからなる。ここでは、簡単のため、期間１と期間２は等しい時間として説明を続ける。
【０１４９】
次に、図２３と図２４を用いて凹レンズ動作を実現する駆動期間の駆動波形について説明する。図２４に示す駆動波形１９０１を信号電極ａ２１１に印加し、駆動波形１９０３を信号電極ｂ２１３に印加する。駆動波形１９０１と駆動波形１９０３は互いに周波数と振幅が等しく位相のみが１８０度異なっている。同様に、対向駆動波形１９０５を第１の対向信号電極３８１に印加し、対向駆動波形１９０７を第２の対向信号電極３８３に印加する。なお、ここでの駆動波形１９０１と対向駆動波形１９０５は同一波形であり、駆動波形１９０３と対向駆動波形１９０７は同一波形である。
【０１５０】
図２４は、図２３の期間２における駆動波形を示す。このとき、時間ｔ＝ｔ１では駆動波形１９０１は＋Ｖ［Ｖ］であり、駆動波形１９０３は−Ｖ［Ｖ］である。したがって、線形の抵抗材料で形成した第１の傾斜電位電極２０１によって電位が分割されるため、活性領域２７１に形成した第１の円筒面レンズ２５１のストライプ電極には、それぞれ信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３に印加した電圧が場所によって分割された電位が現れる。ここで、ストライプ電極の長手方向についてはストライプ電極を低抵抗材料で形成することにより同電位とすることができる。なお、ストライプ電極の長手方向に電圧勾配が生じる場合には、図４の構成とすることにより、電位を均一にすることができる。
【０１５１】
前述した駆動波形を各信号電極に印加することで、図２５（ａ）に示すようにｔ＝ｔ１において各ストライプ電極の複合電極側の電位は、複合電極２１１における傾斜電位電極方向の電極位置により、電位２００１で示す直線状の電位分布（ｔ＝ｔ１）となる。また、図２５（ａ）に示すようにｔ＝ｔ２における電位は、電位２００３で示す電位分布（ｔ＝ｔ２）となる。
【０１５２】
図２４に示した５０％デューティの矩形波形を各信号電極に印加した場合、複合電極上の傾斜電位電極方向の電極位置における電位分布は、図２５（ａ）で示す２つの電位分布を繰り返すことになる。
【０１５３】
また、対向電極側では、図２５（ｂ）に示すように、図２４に示すｔ＝ｔ１において第１の対向信号電極３８１に接続された第１の対向電極３９１の電位は対向電極３９１上では同電位となるため、ｔ＝ｔ１の対向電位は２０１１で示す直線状の電位分布となる。また、図２４に示すｔ＝ｔ２において第２の対向信号電極３８３に接続された第２の対向電極３９３の電位は２０１３で示す電位分布となる。よって、図２４に示した５０％デューティの矩形波形の場合、対向電極上の電位は図２５（ｂ）で示す２つの電位分布を繰り返すことになる。この様に、対向電極を介して液晶層に印加される電圧はどのストライプ電極の位置においても交番電圧化され液晶層に直流成分が加わることはない。
【０１５４】
次に、図２５（ｃ）は液晶層に印加される実効電圧波形２０２１を示している。ネマティック液晶は実効値応答のため、信号電極ａ２１１と信号電極ｃ２１５間の第１の傾斜電位電極２０１に発生する電位は、実効値で信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３の点を０［Ｖｒｍｓ］の電圧とし、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点でＶ［Ｖｒｍｓ］となるように電位が直線的に変化することが分かる。さらに、図２３において、期間１で図２における第１の円筒面レンズ２５１全体の液晶層に実効電圧Ｖ＝Ｖ′β［Ｖｒｍｓ］となるように駆動波形を印加するとすれば、第１の円筒面レンズ２５１の信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３とに隣接する側の液晶層には、図２３に示した１フレームで、（（０２＋Ｖ′β２）／２）１／２＝０＋Ｖ′β／２１／２→Ｖβ［Ｖｒｍｓ］が印加され、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３の中点に隣接する側の液晶層には、１フレームで（（Ｖ２＋Ｖ′β２）／２）１／２［Ｖｒｍｓ］だけの実効電圧が印加されることとなる。ここで、Ｖγ＝（（Ｖ２＋Ｖ′β２）／２）１／２と置き換えることにする。なお、Ｖは駆動波形の実効電圧値である。
【０１５５】
次に、図２の活性領域２７１中のネマティック液晶層の実効複屈折率の分布を図１８を用いて説明する。図２の第１の円筒面レンズ２５１の部分で説明すると、前述した様に、図２３に示す１フレームにおいて信号電極ａ２１１および信号電極ｂ２１３と対向電極３９１の間には、実効値でＶβ［Ｖｒｍｓ］が印加される。そして、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点では、実効値でＶγ［Ｖｒｍｓ］となる。信号電極ａ２１１から信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点までの区間は、対向電極３９１との間で電圧がＶβ［Ｖｒｍｓ］からＶγ［Ｖｒｍｓ］までほぼ直線的に連続で変化するため、図１８の第１の凹レンズ領域１３１１の矢印で示した向きに実効複屈折Δｎが変化する。
【０１５６】
次に、信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との中点から信号電極ｂ２１３までの区間では対向電極３９３との間で、実効値電圧がＶγ［Ｖｒｍｓ］からＶβ［Ｖｒｍｓ］まで変化するため、実効複屈折率Δｎは図１３の第２の凹レンズ領域１３１３で示した矢印の向きに連続的に変化する。
【０１５７】
その結果、第１の円筒面レンズ２５１においては、図２６（ａ）の位相曲線２１０３あるいは２１０５で示すような位相変調量となり、屈折率が一次元で変化する円筒面凹レンズとして機能する。図２６（ｂ）において、横軸は図２における傾斜電位電極の長手方向の電極位置を示し、縦軸はその電極位置における液晶の相対位相変調量を示す。この相対位相変調量は相対複屈折率Δｎに液晶層の厚みｄを掛けたものに相当する。信号電極ａ２１１と信号電極ｂ２１３との間における相対位相変調量は中点に向かって減少し、凹レンズ動作を行うことを示している。
【０１５８】
ここで、凹レンズ領域の屈折率及び凹レンズ焦点距離は、Ｖγの大きさを調整することで変更することができる。Ｖγは（（Ｖ２＋Ｖ′β２）／２）１／２であるため、駆動波形の電圧Ｖを調整することにより、凹レンズの焦点距離を変更することができる。
【０１５９】
例えば、第１の態様では、中点での電位を調整する。図２６（ａ）において、中点での電圧をＶγ１に設定したときには実効値電圧は▲１▼で示す破線となり、また、Ｖγ２に設定したときには実効値電圧は▲２▼で示す破線となる。このＶγ１による電位分布によって相対位相変調量は図２６（ｂ）中の▲１▼で示す破線となり、Ｖγ２による電位分布によって相対位相変調量は図２６（ｂ）中の▲２▼で示す破線となる。これにより、凹レンズの焦点距離を変更することができる。このとき、実効複屈折率特性上において、それぞれの動作範囲は▲１▼で示されるＶβとＶγ１の範囲、及び▲２▼で示されるＶβとＶγ２の範囲で表される。
【０１６０】
なお、Ｖβのバイアス分を含まない場合には、各図において▲３▼で示される特性曲線となり、図２６（ｂ）の相対位相変調量の▲３▼の特性で示すように、凹レンズの動作をさせることは困難である。
【０１６１】
第２の態様では、端部での電位を調整する。図２７（ａ）において、両端部での電圧をＶβ１に設定したときには実効値電圧は▲１▼で示す破線となり、また、Ｖβ２に設定したときには実効値電圧は▲２▼で示す破線となる。このＶβ１による電位分布によって相対位相変調量は図２７（ｂ）中の▲１▼で示す破線となり、Ｖβ２による電位分布によって相対位相変調量は図２７（ｂ）中の▲２▼で示す破線となる。これにより、凹レンズの焦点距離を変更することができる。このとき、実効複屈折率特性上において、それぞれの動作範囲は▲１▼で示されるＶβ１とＶγの範囲、及び▲２▼で示されるＶβ２とＶγの範囲で表される。
【０１６２】
この様に液晶の屈折率分布の曲率変化つまり焦点距離を変更する場合は駆動波形の振幅Ｖを変更することで実現できることが判る。
【０１６３】
上記説明では、本発明の第１の実施形態においては、凸レンズおよび凹レンズ動作可能な円筒面レンズとして動作する一次元の液晶光変調装置として説明したが、本構成においては円筒面レンズをアレイ化（多素子化）することは容易である。
【０１６４】
更に複合電極のストライプ電極の向きを直交させて液晶分子のダイレクタ方向を平行とした２枚の円筒面レンズを重ねることで球面レンズアレイを実現することができる。図２８は、この一構成例を説明するための概略図である。図２８において、第１の円筒面レンズ２３０１が備える複合電極のストライプ電極２３０２の方向と、第２の円筒面レンズ２３０４が備える複合電極のストライプ電極２３０５の方向とを直交させ、さらに、各円筒面レンズが備える液晶分子のダイレクタ方向２３０３と２３０６とを平行させて重ねる。この重ねた二枚の円筒面レンズ２３０１，２３０４により球面レンズアレイが構成される。
【０１６５】
つぎに本発明の第２の実施の形態を図２９を用いて説明する。第１の実施の形態は一次元の屈折率変調をおこなう円筒面レンズの構成であるのに対して、第２の実施の形態においては、二次元の屈折率変調をネマティック液晶層２０１で行う球面レンズの構成である。
【０１６６】
第２の実施の形態において、球面レンズとするための複合電極の構成は従来と同じである。図２９（ａ）は複合電極２４００の構成を示す平面図である。円形の開口を持つ球面レンズの複合電極２４００は、中心電極２４０９を中心として多数の半円環状のストライプ電極２４０１〜２４０８を一つの傾斜電位電極２４１０で電気的に接続する。傾斜電位電極２４１０の両端は、円形開口を兼ねる第１の信号電極２４３１と第２の信号電極２４３３にそれぞれ接続される。ストライプ電極及び信号電極は、第１のスリット２４２１及び第２のスリット２４２３により２つの領域に分離される。
【０１６７】
ここで、中心電極２４０９と各半円環状を構成するストライプ電極は多結晶ＩＴＯ透明導電膜で形成し、傾斜電位電極２４１０はＩｎ２Ｏ３を主成分として複数種の不純物元素をドープしたアモルファス透明導電膜とする。傾斜電位電極２４１０のシート抵抗は各ストライプ電極及び中心電極２４０９のシート抵抗より大きくなる材料を選定する。第１の信号電極２４３１及び第２の信号電極２４３３はＭｏや銀合金などの低抵抗金属膜を用いる。
【０１６８】
また、図２９（ｂ）は対向電極の構成を示す平面図である。複合電極２４００に対向する対向電極２４４０は、分割線２４５１により第１の信号電極２４３１に重なる第１の対向電極２４４１と第２の信号電極２４３３に重なる第２の対向電極２４４３とに分けて構成する。複合電極２４００と対向電極２４４０とは、互いに重なるように対向して液晶球面レンズを形成する。
【０１６９】
また、矩形開口に適用する球面レンズの例を図３０を用いて説明する。図３０において、矩形の開口を持つ球面レンズの複合電極２５００は、中心電極２５２０を中心として多数の半円環状のストライプ電極２５０１〜２５０９とセグメントストライプ電極２５１０，２５１３と２５１５と第１の対角傾斜電位電極２５４１と第２の対角傾斜電位電極２５４３で電気的に接続する。第１の対角傾斜電位電極２５４１と第２の対角傾斜電位電極２５４３の両端は、矩形開口を兼ねる第１の信号電極２５３１と第２の信号電極２５３３にそれぞれ接続される。ストライプ電極及び信号電極は、第１のスリット２５２１及び第２のスリット２５２３により２つの領域に分離される。
【０１７０】
ここで、中心電極２５２０と各半円環状及びセグメントを構成するストライプ電極は多結晶ＩＴＯ透明導電膜で形成し、傾斜電位電極はＩｎ２Ｏ３を主成分として複数種の不純物元素をドープしたアモルファス透明導電膜とする。傾斜電位電極のシート抵抗は各ストライプ電極及び中心電極２５２０のシート抵抗より大きくなる材料を選定する。第１の信号電極２５３１及び第２の信号電極２５３３はＭｏや銀合金などの低抵抗金属膜を用いる。
【０１７１】
本発明の第２の実施の形態においては円筒面レンズと球面レンズという差異はあるものの、動作原理及び液晶層の特性は第１の実施の形態で述べた内容と同じである。
【０１７２】
本発明の第２の実施の形態における球面レンズの駆動は、第１の実施の形態と同様とすることができ、球面凸レンズ、球面凹レンズに設定することがき、さらに球面凹凸レンズを任意に変えることができる。
【０１７３】
図３０に示す構成の複合電極を用いてアレイ化した複合電極の構成について、図３１を用いて説明する。
【０１７４】
図３１に示す構成は、図３０に示した構成のレンズ部分を単位レンズ２６１０として２×２に正方配列した球面レンズアレイの構成例である。単位レンズ２６１０の第１の対角傾斜電位電極２６２１と第２の対角傾斜電位電極２６２３を信号ラインａ２６０１、信号ラインｂ２６０３、及び信号ラインｃ２６０５に接続することにより各レンズに駆動波形を印加できるようにする。信号ラインはＭｏや銀合金などの低抵抗金属材料で形成するためレンズアレイにおいては不活性領域となるが、信号ライン周辺の面積を必要最小限とすることができるため、開口率を１００％に近づけることができる。
【０１７５】
また、アレイ化した場合の駆動法を簡易的に説明すると、隣接する信号ラインに振幅と周波数が同じで位相だけが１８０度異なる駆動波形を印加することで、単個レンズと同様に凸レンズ駆動が可能となる。また、隣接する信号ラインに同相信号が印加される期間を設けることで、交流バイアス駆動ができることも単個レンズと同様である。
【０１７６】
さらに、ここでは明示しないが、分割した対向電極に所定の対向駆動信号を印加して凹レンズ動作可能なことも単個レンズと同様である。
【０１７７】
さらに、本発明の第２の実施の形態においては、複合電極１１１と対向電極１１３の間に挟持するネマティック液晶層１０１のダイレクタの向きは複合電極のスリットラインの方向と直交する向きに設定した方が良い。これは、複合電極に駆動波形印加中はスリット近傍では常にスリットラインに直交する向きに強電界がかかるため、スリットラインに平行な液晶分子が存在すると平面内で回転するトルクが掛かり、スリット近傍のディスクリネーションの拡大を誘発し、結果として位相変調特性に悪影響を与えてしまうからである。
【０１７８】
実施の形態において示した−Ｖ［Ｖ］、＋Ｖ［Ｖ］等の電位は例えば５〜３０［Ｖ］で１〜１００００［Ｈｚ］の交流パルス源を実際の電圧源として使用することができる。
【０１７９】
可変焦点型のマイクロレンズの用途として、ビル間の光無線通信用送受信器の送信または受信ビーム角制御用レンズに、マイクロレンズを使用する場合がある。この場合、単一の可変焦点レンズで所定の焦点距離を形成することは難しいため、可変焦点レンズと固定レンズとを組み合わせて使用することとなる。
【０１８０】
この可変焦点型のマイクロレンズにおいて、本発明の液晶光変調装置を適用することができる。液晶光変調装置を適用することにより可変焦点レンズを制御し、これによりビーム幅を可変とし、ビルの伸縮や揺れによるレーザビームの振れを送信側または受信側のビームの拡散角を必要に応じて微小な角度を可変とすることができる。
【０１８１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の液晶光変調装置によれば、凹レンズとして動作することを可能とすることができる。また、従来の凸レンズ動作に加え、凹レンズの動作を任意に可変可能とし、その焦点距離を可変とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶光変調装置の構成を説明するための断面図である。
【図２】本発明の液晶光変調装置が備える複合電極の平面図である。
【図３】本発明の液晶光変調装置が備える対向電極の平面図である。
【図４】本発明の円筒面レンズを形成する他の構造の複合電極の平面図である。
【図５】本発明の液晶光変調装置の液晶層の印加電圧−実効複屈折率特性を示すグラフである。
【図６】本願発明の液晶光変調装置の信号電極に対する印加信号の期間を示す図である。
【図７】本発明の液晶光変調装置を凹レンズ動作させる場合の駆動波形を説明するための図である。
【図８】本発明の液晶分子層に印加される実効電圧を説明するための図である。
【図９】本発明の液晶光変調装置を凸レンズ動作させる場合の駆動波形を説明するための図である。
【図１０】本発明の液晶分子層に印加される実効電圧を説明するための図である。
【図１１】本発明の液晶レンズの動作原理を説明するための図である。
【図１２】本発明の液晶レンズによる収束条件の導出を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の正方開口の液晶レンズを説明するための概略図である。
【図１４】本発明の相対光路長分布φを説明するための図である。
【図１５】ホメオトロピック配向の場合の印加電圧−実効複屈折特性の例を示すグラフである。
【図１６】本発明の液晶光変調装置を凸レンズ動作させる場合の駆動波形を説明するための図である。
【図１７】本発明の液晶光変調装置を凸レンズ動作させる場合の電極位置による電圧分布を示す図である。
【図１８】活性領域中のネマティック液晶層の実効複屈折率の分布を説明するための図である。
【図１９】活性領域中のネマティック液晶層の位相変調量を説明するための図である。
【図２０】本発明の液晶光変調装置のレンズ動作の動作点を移動させる場合の駆動波形を説明するための図である。
【図２１】本発明の液晶光変調装置のレンズ動作の動作点を移動させる場合の電極位置による電圧分布を説明するための図である。
【図２２】本発明の動作点シフトを説明する図である。
【図２３】本発明の別の駆動方法による駆動波形を説明するための図である。
【図２４】本発明の凹レンズ動作を実現する駆動期間の駆動波形を説明するための図である。
【図２５】本発明の凹レンズ動作を実現する電極位置による電圧分布を説明するための図である。。
【図２６】本発明の凹レンズ動作において焦点距離を変更する動作を説明するための図である。
【図２７】本発明の凹レンズ動作において焦点距離を変更する動作を説明するための図である。
【図２８】本発明液晶光変調装置による２枚の円筒面レンズを重ねることで球面レンズアレイを構成する例を説明するための図である。
【図２９】二次元の屈折率変調をネマティック液晶層で行う球面レンズ構成を説明するための図である。
【図３０】矩形開口に適用する球面レンズの例を説明するための図である。
【図３１】アレイ化した複合電極の構成を説明するための図である。
【図３２】シャック・ハルトマン型センサの原理を示す図である。
【図３３】液晶光変調装置を用いた円筒面レンズを形成する複合電極の構造を説明するための平面図である。
【図３４】円筒面レンズの一構成例の斜視図である。
【図３５】液晶光変更装置に印加する傾斜電位を説明するための図である。
【図３６】液晶光変調装置を用いた球面レンズの構成を形成する複合電極の構造を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０１  液晶分子層
１０３  第１の基板
１０５  第２の基板
１０７  ダレクタ
１０９  ティルト角
１１１  複合電極
１１３  対向電極
１１５  無反射コート
１１７  配向層
２０１  第１の傾斜電位電極
２１１，２１３，２１５  信号電極
２２０〜２３９  ストライプ電極
２５１  第１の円筒面レンズ
２６１  第２の円筒面レンズ
２７１  活性領域
２８１  レンズ領域
３１７，３１８，３１９  分割線
３８１，３８３，３８５  対向信号電極
３９１，３９３，３９５  対向電極
４０１，４０１′  第２の傾斜電位電極
４１１，４１３，４１５，４１１′，４１３′，４１５′  信号電極
４５１  第１の円筒面レンズ
４６１  第２の円筒面レンズ
４７１  活性領域
５２０  第１の２次曲線領域
５２１  第１の直線領域
５２２  第２の２次曲線領域
６０１  液晶レンズ
６１０  直線偏光
６１３  入射波面
６２３  出射波面
７０１  点ｒ
７１０  第１の光路長
７２０  第２の光路長
８１０  正方開口
９０１  凸レンズ位相曲線
９０３  凹レンズ位相曲線
１００１  凹レンズ動作領域
１００３    凸レンズ動作領域
１１０１，、１１０３，１１０５  駆動波形
１２０１，１２０３，１２０５  電位
１３０１  第１のレンズ領域
１３０３  第２のレンズ領域
１３０５  第１のシフトレンズ領域
１３０７  第２のシフトレンズ領域
１３１１  第１の凹レンズ領域
１３１３  第２の凹レンズ領域
１４０１，１４０３，１４０５，１４０７，１４０９，１４１１  位相曲線
１４０７  位相曲線Ａ
１４１３  位相曲線Ｂ
１４１５，１４１７、１４１９  電位
１５０１，１５０３  駆動波形
１６０１  正電位分布
１６０３  負電位分布
１６０５  第１の傾斜電位
１６０７  第２の傾斜電位
１６０９  電位分布
１６１１  相対位相変調量
１７０１  第１直線領域
１７０３  第１曲線領域
１７０５  動作点
１７１１，１７１３  動作範囲
１８０３，１８０５，１８０７，１８０９  駆動波形
１８１１，１８１３  実効電圧
１９０１，１９０３，１９０５，１９０７  駆動波形
２００１，２００３  電位
２０１１，２０１３  対向電位
２０２１  実効電位
２１０１，２１０３，２１０５  電位
２１１１，２１１３，２１１５  相対位相変調量
２１２１，２１２３，２１２５  相対位相変調量
２３０１  第１の円筒面レンズ
２３０２、２３０５  ストライプ電極
２３０４  第２の円筒面レンズ
２３０５，２３０６  ダイレクタ方向
２４０１〜２４０９  半円環状ストライプ電極
２４０９  中心電極
２４１０  傾斜電位電極
２４２１  第１のスリット
２４２３  第２のスリット
２４３１  第１の信号電極
２４３３  第２の信号電極
２４００  複合電極
２４４０  対向電極
２４４１  第１の領域
２４４３  第２の領域
２４５１  分割線
２５００  複合電極
２５０１〜２５０９  半円環状のストライプ電極
２５１０，２５１３，２５１５  セグメントストライプ電極
２５２０  中心電極
２５２１  第１のスリット
２５２３  第２のスリット
２５２１  第１の対角傾斜電位電極
２５２３  第２の対角傾斜電位電極
２５３１  第１の信号電極
２５３３  第２の信号電極
２６１０  単位レンズ
２６０１  信号ラインａ
２６０３  信号ラインｂ
２６０５  信号ラインｃ
２６２１  第１の対角傾斜電位電極
２６２３  第２の対角傾斜電位電極
２７０１  入射光
２７０３  マイクロレンズアレイ
２７０５  ＣＣＤアレイ
２７０７  焦点
２７０９  強度分布曲線
２８０１  第１の傾斜電位電極
２８１１，２８１３，２８１５  信号電極
２８２０〜２８３９  ストライプ電極
２８５１  第１の円筒面レンズ
２８６１  第２の円筒面レンズ
２８７１  活性領域
２９０１  凸レンズ領域
３００１〜３００８  半円環状のストライプ電極
３１０９  中心電極
３１０１〜３１０８  半円環状のストライプ電極
３０１０  傾斜電位電極
３１２１  第１のスリット
３１２３  第２のスリット
３１３１  第１の信号電極
３１３３  第２の信号電極
【図１】
2004264549.tif 000005
【図２】
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【図３】
2004264549.tif 000007
【図４】
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【図５】
2004264549.tif 000009
【図６】
2004264549.tif 000010
【図７】
2004264549.tif 000011
【図８】
2004264549.tif 000012
【図９】
2004264549.tif 000013
【図１０】
2004264549.tif 000014
【図１１】
2004264549.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004264549.tif 000019
【図１６】
2004264549.tif 000020
【図１７】
2004264549.tif 000021
【図１８】
2004264549.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2004264549.tif 000036
【図３３】
2004264549.tif 000037
【図３４】
2004264549.tif 000038
【図３５】
2004264549.tif 000039
【図３６】
2004264549.tif 000040