(57)【要約】【課題】光変調素子としての液晶素子の分解能を向上させるために、独立に駆動可能電極を設け、電極１本１本に加わるＯＮ−ＯＦＦの電圧を印加することが考えられる。しかしながら、実際の装置においてはさらなる分解能を必要とする。例えば、尿糖測定や非侵襲の血糖値計を想定した場合、検出分解能としては１００ｍｇ／ｄｌ以上の分解能が要求される。【解決手段】この方式において分解能をあげるためには光照射領域内の電極の数を多くすることである。本発明の液晶素子の電極を１方向からだけではなく、多方向から光照射領域に配線することによって、光照射領域内の電極の数を多くする構造とする。第１の有効電極１５以外に第２の有効電極１６および第３の有効電極１７を設ける。上記構造を採用することにより、光照射領域１３内の電極数が増え、光変調装置である液晶素子３３の分解能が向上する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射領域における第１の基板に形成された複数の電極と対向する第２の基板に形成された電極間の電位差によって、前記第１の基板と前記第２の基板の間の液晶を駆動する液晶素子を使って光変調を行う光変調装置であって、前記光照射領域は異なる方向から配線される複数の電極群を有する光変調装置。
【請求項２】
前記電極群が、データ集積回路の出力端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項３】
複数のデータ集積回路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光変調装置。
【請求項４】
前記複数のデータ集積回路が対向する位置にあることを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶素子を光変調素子として使用する場合における、光変調特性の安定性と分解能に関する。特に旋光性を利用した濃度測定装置に対して有効である。例えば尿糖測定や非侵襲の血糖値計を想定した場合、検出分解能としては１０ｍｇ／ｄｌ程度が要求される。本発明はこれらの製品に採用する光変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旋光のための液晶素子自体については、液晶素子とλ／４板を組み合わせたセナーモント旋光器の発展系として、可変電圧印加可能な３つの液晶素子を光照射方向に対して直列に配置させ、より自由度の高い光変調が可能になる装置の発明がある（例えば、特許文献１参照。）。また、液晶素子の旋光性を用いた濃度測定装置としては、従来の機械的な動作部が無いことを特徴としている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、液晶素子への印加電圧のステップ幅を大として駆動を安定させるため、液晶素子がそれぞれ独立に駆動可能電極を設け、電極１本１本に加わるＯＮ−ＯＦＦのために電圧印加する工夫もある。
【０００３】
図４は特許文献２と上述の液晶素子にそれぞれ独立に駆動可能電極を設けた工夫を組み込んだ動作原理を表す図を示す。図中、直線偏光光源手段４４はレーザーダイオード４１、偏光子４３、光学系８２から構成されている。ここで、光学系８２は光照射領域を所定の領域にするためのレンズとスリットから構成されている。光源駆動回路４２によって駆動されるレーザーダイオード４１から発生される光を、光学系８２により光照射領域を規定し、偏光子４３により直線偏光とする機能を有する。電気光学的な光旋光手段７９は旋光用液晶素子２６とλ／４板６３からなり、直線偏光光源手段４４からの直線偏光光を旋光し、直線光として通過させる。ここで、旋光用液晶素子２６は平行配向のツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶素子であり、旋光用液晶素子２６は旋光用液晶駆動回路８０によって駆動される電極を１本づつ独立に駆動できる機能を持つ。λ／４板６３は旋光用液晶素子２６と共に用いることにより、入射した直線偏光を旋光した直線偏光で出射するための素子である。光強度検出手段５３は偏光子５０、受光素子５１および受光回路５２から構成されており、偏光子５０によって特定方向の光成分強度を受光素子５１の光検出電流として検出し、受光回路５２によって光検出電流を増幅して電圧に変換される。制御回路６５は光源駆動回路４２、旋光用液晶素子駆動回路８０を駆動し、受光回路５２からの信号を受けて制御する。
【０００４】
直線偏光光源手段４４からの直線偏光は、光旋光手段７９によって自在に旋光された直線偏光となる。直線偏光の方向が、偏光子５０の透過方向と直交となるように光旋光手段７９によって旋光する。旋光性成分が在る試料を通過した場合の旋光用液晶素子２６に印加された電圧と、旋光性成分が無い試料を通過した場合の旋光用液晶素子２６に印加された電圧を比較することにより、旋光性成分の濃度を測定できる。
この時、旋光用液晶素子２６に印加される電圧ステップ幅を大きくするために、電極１本１本をＯＮ−ＯＦＦする手法を用いる。図５は旋光用液晶素子２６の詳細構造を示す。図中、データ基板１２は透明電極配線が形成してあり、２２個の出力端子を持つデータドライバ２５を搭載している。データ基板１２と対向基板１１の間に液晶を注入して光変調素子として使用する。対向基板１１には全面透明導電膜が形成されている。
データドライバ２５の駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５、液晶駆動電源線６およびグランド線７を設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３を設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４を設ける。
データ基板１２に形成された透明電極群３６は、データドライバ２５の第１列目から第６列目の出力を伝達する電極が形成されている。光照射領域１３は濃度測定装置において光が照射される領域を示し、有効電極群３８は第７列目の電極から第１６列目の電極までの合計１０本の有効電極群３８が光照射領域１３内に入っている。すなわち、上述の１０本の有効電極をＯＮ−ＯＦＦすることによって、入射した直線光を光旋光手段７９は旋光する。
予備電極群３６と予備電極群３７はそれぞれ有効電極群３８を挟んで左側と右側の予備の電極である。予備電極群３６は光照射領域１３が左側にずれた場合に一部を有効電極として使用することができ、予備電極群３６は光照射領域１３が右側にずれた場合に一部を有効電極として使用することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２１８８８９号公報（図３）
【特許文献２】
特開２００１−３５６０８９号公報（図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通りの原理で測定する場合、例えば尿糖測定や非侵襲の血糖値計を想定した場合、検出分解能としては１０ｍｇ／ｄｌ程度が要求される。しかしながら、従来の方法により微小濃度を測定する場合には、旋光用液晶素子への印加電圧のステップ幅を微小にしなければならない。本発明は旋光用液晶素子の分解能を向上させ、特に光変調装置による濃度測定精度を上げることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光変調装置は、下記記載の手段を採用する。
光照射領域における第１の基板に形成された複数の電極と対向する第２の基板に形成された電極間の電位差によって、第１の基板と第２の基板の間の液晶を駆動する液晶素子を使って光変調を行う光変調装置において、光照射領域における複数の電極は異なる方向から配線される。また、前記複数の電極は、データ集積回路の出力端子に接続され、複数の電極は、複数のデータ集積回路の出力端子に接続され、複数のデータ集積回路は対向する位置に搭載されることが好ましい。
【０００８】
［作用］
本発明では、１方向からだけではなく、多方向から光照射領域に配線することによって、光照射領域内の電極の分解能を向上させる。また、光照射方向に複数の旋光用液晶素子を配置して、光照射領域内の電極の分解能を向上させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の光変調装置における最適な実施形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における光変調機能を有する液晶素子３３の構造図を示す。図中、データ基板３１は透明電極配線が形成してあり、２２個の出力端子を持つデータドライバ２５を搭載している。データ基板３１と対向基板３２の間に液晶を注入して光変調装置として使用する。対向基板３２には全面透明導電膜が形成されている。
データ基板３１にはデータドライバ２５の駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５、液晶駆動電源線６およびグランド線７を設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ｅを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４を設けている。
対向信号電極１０は対向基板３２に形成された全面電極の電位を設定する信号を伝達するための電極である。すなわち、データ基板３１に形成された各電極群と対向基板３２に形成された全面電極の電位差によって、液晶駆動される。
【００１１】
データ基板３１に形成された透明電極は、データドライバ２５の第１列目の出力を伝達し、順次２２列目までの出力を伝達する電極群が形成されている。光照射領域１３は光変調装置において光が照射される領域を示し、第７列目の電極から第１６列目の電極までの合計１０本の第１の有効電極群１５が光照射領域１３内に入っている。すなわち、上述の１０本の有効電極群１５をＯＮ−ＯＦＦすることによって、入射した直線光を旋光する。
さらに、光照射領域１３に第２の有効電極群１６として１列目の電極から５列目の電極が左側から入り込み、第３の有効電極群１７として１８列目の電極から２２列目の電極が右側から入り込む。すなわち、光照射領域１３には２０本の電極が入り、従来の１０本の２倍の分解能となる。
予備電極１８と予備電極１４はそれぞれ第１の有効電極群１５を挟んで左側と右側の予備の電極である。予備電極群１８は光照射領域１３が左側にずれた場合に一部を有効電極として使用することができ、予備電極群１４は光照射領域１３が右側にずれた場合に一部を有効電極として使用することができる。
【００１２】
（第２の実施の形態）
次にデータドライバを２個用いた場合を説明する。図２は本発明の実施の形態を説明するための光変調機能を有する液晶素子９８の構造図を示す。図中、２２個の出力端子を持つ上側データドライバ２５Ｆおよび下側データドライバ２５Ｇは、データ基板９６の各辺に沿って搭載されている。データ基板９６と対向基板９７の間に液晶を注入して光変調素子として使用する。対向基板９７には全面透明導電膜が形成されている。
【００１３】
データ基板９６には上側データドライバ２５Ｆの駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５Ｆ、液晶駆動電源線６Ｆおよびグランド線７Ｆを設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ｆを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４Ｆを設けている。データ基板９６には下側データドライバ２５Ｇの駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５Ｇ、液晶駆動電源線６Ｇおよびグランド線７Ｇを設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ｇを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４Ｇを設けている。
ここで、液晶駆動電源、グランド、同期信号群は共通である。データ信号群は各々のデータドライバに応じて独立の信号である。すなわち、上記２つのデータドライバは共通の同期信号と各々のデータ信号によって出力信号を制御する。
【００１４】
データ基板９６に形成された有効電極群９２および有効電極群９９は、各々データドライバ２５Ｆおよびデータドライバ２５Ｇの第９列目の電極から第１８列目の電極までの合計２０本であり、光照射領域１３内に入る。上記２０本の電極をＯＮ−ＯＦＦをすることによって光変調する。
データ基板９６に形成された予備電極群９１、予備電極群９３、予備電極群９４および予備電極群９５は、各々データドライバ２５Ｆおよびデータドライバ２５Ｇの第１列目の電極から第８列目の電極および第１９列目から第２２列目までの合計２４本の使用されない電極である。しかしながら、光照射領域１３が右側にずれた場合は予備電極群群９１および予備電極群９４が有効電極になり、左側にずれた場合は予備電極群９３および予備電極群９５が有効電極になる予備の電極である。
対向信号電極９０は対向電極９７に形成された全面電極の電位を設定する信号を伝達するための電極である。すなわち、データ基板９６に形成された各電極群と全面電極の電位差によって、液晶駆動される。
【００１５】
（第３の実施の形態）
次にデータドライバを４個用いた場合を説明する。図３は本発明の実施の形態を説明するための光変調機能を有する液晶素子の構造図を示す。図中、２２個の出力端子を持つ第１のデータドライバ２５Ａ、第２のデータドライバ２５Ｂ、第３のデータドライバ２５Ｃ、第４のデータドライバ２５Ｄの４個のデータドライバは、データ基板３４の各辺に沿って搭載されている。データ基板３４と対向基板３５の間に液晶を注入して光変調素子として使用する。対向基板３２には全面透明導電膜が形成されている。
【００１６】
データ基板３４には第１のデータドライバ２５Ａの駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５Ａ、液晶駆動電源線６Ａおよびグランド線７Ａを設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ａを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４Ａを設けている。データ基板３４には第２のデータドライバ２５Ｂの駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５Ｂ、液晶駆動電源線６Ｂおよびグランド線７Ｂを設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ｂを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４Ｂを設けている。
データ基板３４には第３のデータドライバ２５Ｃの駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５Ｃ、液晶駆動電源線６Ｃおよびグランド線７Ｃを設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ｃを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４Ｃを設けている。データ基板３４には第４のデータドライバ２５Ｄの駆動に必要な電源を伝達するためのロジック電源線５Ｄ、液晶駆動電源線６Ｄおよびグランド線７Ｄを設け、データ信号群をデータドライバに伝達するためのデータ信号群線３Ｄを設け、同期信号群を伝達するための同期信号群線４Ｄを設けている。
ここで、液晶駆動電源、グランド、同期信号群は共通である。データ信号群は各々のデータドライバに応じて独立の信号である。すなわち、上記４つのデータドライバは共通の同期信号と各々のデータ信号によって出力信号を制御する。
【００１７】
データ基板３４に形成された有効電極２Ａ、有効電極２Ｂ、有効電極２Ｃおよび有効電極２Ｄは、各々データドライバ２５Ａ、データドライバ２５Ｂ、データドライバ２５Ｃおよびデータドライバ２５Ｄの第９列目の電極から第１３列目の電極までの合計２０本は光照射領域１３内に入り、ＯＮ−ＯＦＦをすることによって光変調する。
データ基板３４に形成されたダミー電極１は、各々データドライバ２５Ａ、データドライバ２５Ｂ、データドライバ２５Ｃおよびデータドライバ２５Ｄの第１列目の電極から第８列目の電極および第１５列目から第２２列目までの合計１６本の使用されない電極である。
データ基板３４に形成された予備電極８Ａ、予備電極８Ｂ、予備電極８Ｃおよび予備電極８Ｄは、各々データドライバ２５Ａ、データドライバ２５Ｂ、データドライバ２５Ｃおよびデータドライバ２５Ｄの第１４列目の電極である。光照射領域１３が右側にずれた場合は予備電極８Ａが有効電極になり、下側にずれた場合は予備電極８Ｂが有効電極になり、左側にずれた場合は予備電極８Ｃが有効電極になり、上側にずれた場合は予備電極８Ｄが有効電極になり予備電極が有効電極になる予備の電極である。
対向信号電極２０は対向電極に形成された全面電極の電位を設定する信号を伝達するための電極であり、銀点９は上記信号を対向電極３５へ伝えるための銀ペーストである。すなわち、データ基板９６に形成された各電極群と全面電極の電位差によって、液晶駆動される。
【００１８】
これらの実施の形態ではデータドライバの数が１，２，４について示したが、データドライバの数に制限はない。また、データドライバでなくてもよく、予備電極はなくてもよい。電極の引き回しが許されない場合は複数データドライバが有効である。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば従来の有効電極群以外の有効電極を設ける構造であるので、光照射領域内の電極数が増え、光変調装置における液晶素子の分解能が向上する。また、各々の方向からの有効電極群の周辺に予備電極群を形成することによって、光照射領域がずれても光照射領域内の電極数は減らず、分解能も低下することなく向上したままであり、適用範囲が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するための光変調装置における液晶素子の構造図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明するための光変調装置における液晶素子の構造図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明するための光変調装置における液晶素子の構造図である。
【図４】従来の光変調装置の構成を説明するためのシステムブロック図面である。
【図５】従来の光変調装置における液晶素子を説明するための構造図面である。
【符号の説明】
１５  第１の有効電極群
１６  第２の有効電極群
３３  液晶素子
９４  予備電極群
【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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