(57)【要約】【課題】  ストライプ電極の本数が比較的少なくても液晶層中の屈折率分布を連続的に制御できる光偏向素子及び光学素子を得る。【解決手段】  平行に配置された複数の透明ストライプ電極２群を有する第一の基板１と、共通透明電極６を有する第二の基板５とが透明電極面を対向させて間隔を保持されかつ、両基板１、５間に液晶層４を充填し、第一の基板１の各透明ストライプ電極２に段階的に変化する電圧を印加して共通透明電極６を所定電位とすることで、液晶層４内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層４の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、第一の基板１の透明ストライプ電極２群と液晶層４の間に誘電体層３を形成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された複数の透明ストライプ電極群を有する第一の基板と、共通透明電極を有する第二の基板とが透明電極面を対向させて間隔を設けて設置され、両基板間に液晶層を形成し、第一の基板の各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加するとともに共通透明電極に所定電圧を印加し、液晶層内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、
前記第一の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成したことを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
前記第二の基板が有する前記共通透明電極が前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状であり、
前記第二の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に前記誘電体層を形成したことを特徴とする請求項１記載の光偏向素子。
【請求項３】
前記各基板上での前記透明ストライプ電極は、光路から見て交互に配置されていることを特徴とする請求項２記載の光偏向素子。
【請求項４】
平行に配置された複数の透明ストライプ電極群を有する第一の基板と、前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状の透明電極を有する第二の基板とが透明電極面を対向させて間隔を設けて設置され、両基板間に液晶層を形成し、第一の基板の各透明ストライプ電極及び第二基板の各透明ストライプ電極に電圧を印加して液晶層内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、
前記第一の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層との間及び前記第二の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に誘電体層を形成し、
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極を所定電位とし、対応する前記第一および前記第二の透明ストライプ電極間に印加する電位差を段階的に変化させて前記液晶層厚み方向の電界に強度分布を形成させる第一の電界印加状態と前記第一および前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極群に電極配列方向に段階的に変化する電圧を印加し、各基板の隣接する透明ストライプ電極間の電位差を大きくして液晶層の層方向に電界を形成させる第二の電界印加状態形成することを特徴とする光偏向素子。
【請求項５】
前記各基板上での前記透明ストライプ電極は、光路から見て交互に配置されていることを特徴とする請求項４記載の光偏向素子。
【請求項６】
ストライプ状の透明電極群を有する第１の基板と、共通透明電極を有する第２の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記透明ストライプ電極群に、段階的に変化する電圧を印加するとともに前記第２の基板の前記共通透明電極には所定の電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、
前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成したことを特徴とする光偏向素子。
【請求項７】
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする請求項６記載の光偏向素子。
【請求項８】
前記第二の基板の前記共通透明電極を接地することを特徴とする請求項６又は７記載の光偏向素子。
【請求項９】
前記液晶層に形成された電界強度分布を変更するとき、
前記各透明ストライプ電極間における電位差を小さくし、略無電界状態を経て、前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項１０】
前記各透明ストライプ電極間における電位差が小さい状態を経て前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする請求項９記載の光偏向素子。
【請求項１１】
前記液晶層に所定の電界強度分布を形成するための電圧を印加する前に、前記透明ストライプ電極及び前記透明共通電極の少なくともいずれかに、前記液晶層内の配向状態を平行又は垂直とするための電圧を印加することを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項１２】
ストライプ状の透明電極群を有する第１の基板と、前記第一の基板に設けられたストライプ状の透明電極と同形状のストライプ電極を有する第２の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記ストライプ電極群に電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、
前記第一の基板及び第二の基板に設けられた透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成したことを特徴とする光偏向素子。
【請求項１３】
前記第１の基板の前記透明ストライプ電極群と前記第２の基板の前記透明ストライプ電極群を重ね合わせたとき、前記両基板の前記透明ストライプ電極同士が交わらないことを特徴とする請求項１２記載の光偏向素子。
【請求項１４】
前記第１の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする請求項１２又は１３記載の光偏向素子。
【請求項１５】
前記第２の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項１６】
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、
前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極には段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、
前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記第一の電界印加状態において前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能としたことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項１７】
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、
前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、
前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能とする前記第一の電界印加状態と、前記第一の電界印加状態の電圧パターンを前記透明ストライプ電極の配列方向に対して左右対称に反転させた形の電圧パターンを印加する前記第二の電界印加状態とを切替えることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項１８】
前記液晶層に形成された電界強度分布を変更するとき、
前記各透明ストライプ電極間における電位差を小さくし、略無電界状態を経て、前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項１９】
前記各透明ストライプ電極間における電位差が小さい状態を経て前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする請求項１８記載の光偏向素子。
【請求項２０】
前記液晶層に所定の電界強度分布を形成するための電圧を印加する前に、前記第一の基板の透明ストライプ電極及び前記第二の基板の透明ストライプ電極の少なくともいずれかに、前記液晶層内の配向状態を平行又は垂直とするための電圧を印加することを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項２１】
前記第一および前記第二の電界印加状態が、前記液晶層内の有効領域の水平方向（ストライプ電極の配列方向）に対して、大きな水平電界印加領域から小さな水平電界印加領域へと変化し、略無電界領域を経て、小さな垂直電界印加領域から大きな垂直電界印加領域へと連続的に電界強度とその方向が変化するように印加電圧パターンを制御することを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項２２】
少なくとも、透明基板上に平行に配置された複数の透明ストライプ電極群と、
前記透明ストライプ電極上に形成した誘電体層と、
前記両基板の前記誘電体層面を対向させて間隔を保持するスペーサーと、
前記両基板間に充填した液晶層とを有し、
前記両基板の前記透明ストライプ電極郡を互いに平行に配置し、
前記各透明ストライプ電極に印加する電圧値を制御し、前記液晶層内に電界強度の空間分布を形成した状態、あるいは前記液晶層内に均一な水平電界または垂直電界を印加可能であることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号によって光の方向を変える光偏向素子及び光学素子、特に液晶の電気光学効果を利用した液晶プリズムに関する。本発明は、プロジェクションディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの電子ディスプレイ装置、レーザービームプリンタの光書込み装置、レーザーレーダーシステム等に応用される。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１である「２次元フェーズド・アレイ光ビーム指向装置」には以下の技術が示されている。即ち、光学ビーム偏向器が、共通電極を有する第１のウインドウと、電気的に分離された平行なストライプ形態の複数の電極を有する第２のウインドウと、該第１および第２のウインドウ間の液晶分子層とを含む液晶セル要素と、前記複数のストライプ電極と、前記共通電極間で複数の制御信号を個々に結合することにより前記液晶層における屈折率の選択可能な局部的変化を生じさせる手段とを含む光学ビーム偏向器である（図９参照）。
【０００３】
又、例えば、特許文献２である「効率的な液晶の波面変調の為の電極構造」には以下の技術が示されている。即ち、光学ビームを波面変調する装置において、光学的に透明な共通電極を有する第１窓と、電気的に束ねた平行ストライプ形状をした多数の透明導電電極を有する第２窓と、第１窓と第２窓の中間に設けられた液晶分子層とを含む光学要素を備え、光学装置は、光学ビームが第１窓に入射して第２窓により反射または透過されるように位置決めされ、さらに、制御信号を各セルの外側の電極に個々に印加する手段を備えることにより、接合電極に沿いまたセル領域を通して直線情報の電圧傾度を発生させ、ＬＣの電子光学特性の直線または非直線部分により液晶層に屈折率の局部的な変化を生ぜしめるように構成されていることを特徴とする光学ビームを波面変調する装置である（図１０参照）。
【０００４】
更に、例えば、特許文献３である「液晶光変調装置およびその駆動方法」には以下の技術が示されている。即ち、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、共通電極を有する第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上の電位傾斜を発生させ、それによりホモジニアス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ことを特徴とする液晶光変調装置である（図１１参照）。
【特許文献１】特許第３２６７６５０号公報
【特許文献２】特開平１０−２２１７０３号公報
【特許文献３】特開２０００−２１４４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の公知技術では、図１２（ａ）及び（ｂ）のように各ストライプ電極に印加する電圧値を段階的に変化させて、対向する共通電極との間の電界強度を段階的に変化させている。入射する直線偏向に対する液晶層の屈折率は電界強度に応じて変化するので、図１２（ｃ）のように素子内の屈折率分布も段階的になる。この種の光偏向素子は液晶層内の屈折率分布によるプリズム効果あるいはレンズ効果によって光を偏向するため、段階的な屈折率分布は収差発生の原因となる。
【０００６】
ストライプ電極の幅とピッチを短くして本数を増やし、細かな段階で電圧を印加することにより、比較的連続的な屈折率分布が得られるが、ストライプ電極本数の増加による基板の複雑化や回折光発生などの不具合が生じる。
【０００７】
本発明は、ストライプ電極の本数が比較的少なくても液晶層中の屈折率分布を連続的に制御でき、収差の発生や液晶配向欠陥の発生を低減できる光偏向素子及び光学素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、平行に配置された複数の透明ストライプ電極群を有する第一の基板と、共通透明電極を有する第二の基板とが透明電極面を対向させて間隔を設けて設置され、両基板間に液晶層を形成し、第一の基板の各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加するとともに共通透明電極に所定電圧を印加し、液晶層内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光偏向素子において、前記第二の基板が有する前記共通透明電極が前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状であり、前記第二の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に前記誘電体層を形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光偏向素子において、前記各基板上での前記透明ストライプ電極は、光路から見て交互に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、平行に配置された複数の透明ストライプ電極群を有する第一の基板と、前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状の透明電極を有する第二の基板とが透明電極面を対向させて間隔を設けて設置され、両基板間に液晶層を形成し、第一の基板の各透明ストライプ電極及び第二基板の各透明ストライプ電極に電圧を印加して液晶層内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層との間及び前記第二の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に誘電体層を形成し、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極を所定電位とし、対応する前記第一および前記第二の透明ストライプ電極間に印加する電位差を段階的に変化させて前記液晶層厚み方向の電界に強度分布を形成させる第一の電界印加状態と前記第一および前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極群に電極配列方向に段階的に変化する電圧を印加し、各基板の隣接する透明ストライプ電極間の電位差を大きくして液晶層の層方向に電界を形成させる第二の電界印加状態形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の光偏向素子において、前記各基板上での前記透明ストライプ電極は、光路から見て交互に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第１の基板と、共通透明電極を有する第２の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記透明ストライプ電極群に、段階的に変化する電圧を印加するとともに前記第２の基板の前記共通透明電極には所定の電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の光偏向素子において前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の光偏向素子において、前記第二の基板の前記共通透明電極を接地することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、請求項６から８のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記液晶層に形成された電界強度分布を変更するとき、前記各透明ストライプ電極間における電位差を小さくし、略無電界状態を経て、前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光偏向素子において、前記各透明ストライプ電極間における電位差が小さい状態を経て前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、請求項６から１０のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記液晶層に所定の電界強度分布を形成するための電圧を印加する前に、前記透明ストライプ電極及び前記透明共通電極の少なくともいずれかに、前記液晶層内の配向状態を平行又は垂直とするための電圧を印加することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第１の基板と、前記第一の基板に設けられたストライプ状の透明電極と同形状のストライプ電極を有する第２の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記ストライプ電極群に電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板及び第二の基板に設けられた透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成したことを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の光偏向素子において、前記第１の基板の前記透明ストライプ電極群と前記第２の基板の前記透明ストライプ電極群を重ね合わせたとき、前記両基板の前記透明ストライプ電極同士が交わらないことを特徴とする。
【００２１】
請求項１４記載の発明は、１２又は１３記載の光偏向素子において、前記第１の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５記載の発明は、請求項１２から１４のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記第２の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする。
【００２３】
請求項１６記載の発明は、請求項１２から１５のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極には段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記第一の電界印加状態において前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能としたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１７記載の発明は、請求項１２から１６のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能とする前記第一の電界印加状態と、前記第一の電界印加状態の電圧パターンを前記透明ストライプ電極の配列方向に対して左右対称に反転させた形の電圧パターンを印加する前記第二の電界印加状態とを切替えることを特徴とする。
【００２５】
請求項１８記載の発明は、請求項１２から１７のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記液晶層に形成された電界強度分布を変更するとき、前記各透明ストライプ電極間における電位差を小さくし、略無電界状態を経て、前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする。
【００２６】
請求項１９記載の発明は、請求項１８記載の光偏向素子において、前記各透明ストライプ電極間における電位差が小さい状態を経て前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする。
【００２７】
請求項２０記載の発明は、請求項１２から１９のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記液晶層に所定の電界強度分布を形成するための電圧を印加する前に、前記第一の基板の透明ストライプ電極及び前記第二の基板の透明ストライプ電極の少なくともいずれかに、前記液晶層内の配向状態を平行又は垂直とするための電圧を印加することを特徴とする。
【００２８】
請求項２１記載の発明は、請求項１２から１７のいずれか１項記載の光偏向素子において、前記第一および前記第二の電界印加状態が、前記液晶層内の有効領域の水平方向（ストライプ電極の配列方向）に対して、大きな水平電界印加領域から小さな水平電界印加領域へと変化し、略無電界領域を経て、小さな垂直電界印加領域から大きな垂直電界印加領域へと連続的に電界強度とその方向が変化するように印加電圧パターンを制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項２２記載の光学素子は、少なくとも、透明基板上に平行に配置された複数の透明ストライプ電極群と、前記透明ストライプ電極上に形成した誘電体層と、前記両基板の前記誘電体層面を対向させて間隔を保持するスペーサーと、前記両基板間に充填した液晶層とを有し、前記両基板の前記透明ストライプ電極郡を互いに平行に配置し、前記各透明ストライプ電極に印加する電圧値を制御し、前記液晶層内に電界強度の空間分布を形成した状態、あるいは前記液晶層内に均一な水平電界または垂直電界を印加可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、透明ストライプ電極群と液晶層の間に誘電体層を形成しているので、透明電極端部や電極間部で生じる不均一電界が液晶層中に印加されるのを防止できる。また液晶層中の電界強度分布を均一あるいは滑らかにできるので、屈折率分布も滑らかになり収差の発生を低減できる。
【００３１】
本発明によれば、両基板上に透明ストライプ電極群を形成し、個々に電圧印加状態を設定できるので、液晶層内の電界分布や方向を自在に設定できる。また、透明ストライプ電極群と液晶層の間に誘電体層を形成しているので、電極端部の不均一電界を鈍らせて液晶層内での電界均一性も向上する。従って、液晶層内の屈折率分布を任意に設定でき、収差の発生を効果的に低減できる。
【００３２】
本発明によれば、上下基板の透明ストライプ電極を交互に配置しているので、透明電極による透過率低下の影響が均一になる。また、電界強度の周期構造が緩和されるので、液晶層厚み方向および層方向の電界を均一化できる。
【００３３】
本発明によれば、上下基板の透明ストライプ電極群への電圧印加状態を切り換えることによって、液晶層の厚み方向の電界と層方向の電界を切り換えることができる。また光偏向動作ＯＦＦ時も静電的に液晶分子の配向方向を切り換えるので、応答速度を速くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る光偏向素子に関する説明図である。その構成を図１（ａ）に示す。ガラスや樹脂などの透明基板からなる第一の基板１面に透明電極材料からなるストライプ電極２を形成してある。透明電極材料としてはＩＴＯ膜などを用い、フォトリソグラフィーとエッチングによってストライプ形状に加工する。ストライプ電極２の幅と間隔は、所望の光偏向角度、液晶の複屈折、液晶層の厚みなどに応じて適宜設定される。
【００３５】
本発明では透明ストライプ電極２上に誘電体層３を形成していることが特徴である。誘電体層３としては、ガラスや樹脂など透明性の高いものを用いることができる。誘電体層３に液晶配向膜を形成する場合には、配向膜の加熱処理工程が必要なため、耐熱性に優れたガラスを誘電体層３とすることが好ましい。
【００３６】
誘電体層３の厚みは１μm〜２００μm程度が好ましく、透明ストライプ電極２の幅やピッチなどに応じて最適化されるが、この範囲よりも薄いと液晶層４中での電界均一化効果が少なく、これよりも厚いと液晶層４の駆動に必要な電圧が増加してしまう。第一の基板１と誘電体層３の接着にはＵＶ硬化型などの光学接着剤を用いることができる。
【００３７】
誘電体層３の表面には図示しない液晶配向膜を形成しても良い。液晶配向膜としてはポリイミド系材料などをスピンコート法などで塗布し、ホモジニアス配向を生じさせるためのラビング処理を行っても良い。ラビング処理の方向は入射光の直線偏向面に平行であることが好ましい。また、配向膜種とラビング条件を制御してプレチルト角を与えることが好ましい。
【００３８】
また、使用する液晶材料の特性によっては、誘電体層３の表面にホメオトロピック配向性の配向膜を形成してもよい。その場合、ホメオトロピック配向膜上での液晶分子に数度以下の僅かなプレチルト角を与えるために弱いラビング処理を行ってもよい。ホメオトロピック配向に対して僅かなプレチルト角を与えることで無電界時および電界駆動時の液晶分子の配向方向の均一性が向上し、ドメインの発生を低減できる。さらに、一方の基板にホモジニアス配向処理を行い、他方の基板にホメオトロピック配向処理を行い、両者を組み合わせてハイブリッド配向にしてもよい。
【００３９】
第二の基板５上には共通電極６としてＩＴＯ膜が形成されている。ＩＴＯ膜上には図示しない液晶配向膜が形成されていても良い。図示しないスペーサーを挟んで二つの基板の誘電体層３とＩＴＯ膜を対面させてセルを形成する。スペーサーとしては粒子形状やフィルム形状のものを用い、光が透過する有効領域外に配置することが好ましい。
【００４０】
スペーサーは接着剤に混合して塗布しても良い。スペーサーの粒子径や厚みは液晶層４の厚みに応じて設定される。スペーサーの形成方法としては、基板上にスペーサー部材となる厚膜を塗布形成し、フォトリソグラフィー法によって所望の形状に加工形成してもよい。または、別途金型を形成し、基板上にスペーサー部材を転写形成してもよい。転写形成部材としてはフォトポリマーなどを用いることができる。
【００４１】
スペーサー部の高さによって規定される液晶層４の厚みｄは、狙いの光偏向角度に対して必要な位相差Δｎ・ｄと、液晶層４内の電界分布によって決まる実効的な屈折率分布の差Δｎとによって設定される。
【００４２】
セル内に液晶材料を注入後、接着剤で封止して光偏向素子が得られる。液晶材料としては、ネマチック液晶やスメクチック液晶を用いることができるが、比較的配向性がよく、一般的な液晶素子に用いられるような、上下基板間での電界印加に対して液晶分子がホモジニアス配向からホメオトロピック配向に変化する正の誘電異方性を持つネマチック液晶が好ましい。または、前述のように基板面にホメオトロピック配向膜を形成した場合には、上下基板間での電解印加に対して液晶分子がホメオトロピック配向からホモジニアス配向に変化する負の誘電異方性を持つネマチック液晶を用いることもできる。一般に、スメクチック液晶は均一な配向性を得ることが比較的難しいが、液晶材料注入後の降温過程において電界を印加することで液晶分子に静電力が働き、配向性を向上させることができる。
【００４３】
第一の基板１の各ストライプ電極群にはストライプ電極の幅方向に向かって段階的に異なる電圧が印加される。ネマチック液晶の場合は、数十〜数百ヘルツの周波数で±数ボルト〜数十ボルト程度の交流電圧が印加される。図１（ａ）では７本のストライプ電極の例を示した。ここで、基板面のホモジニアス配向膜に入射光の直線偏光面に平行なラビング処理が施してある場合、無電界時の液晶配向方向は、紙面左右方向になる。Ｖ１は電圧値が小さく液晶分子はラビングによるホモジニアス配向に近い状態であり、Ｖ７では比較的電圧値が大きく正の誘電異方性を有する液晶分子は分子長軸を電界方向に向ける静電力によってホメオトロピック配向に変化する。
【００４４】
ここで紙面上の左右方向に平行な偏光面を持つ入射光に対して、ホモジニアス配向的な部分では屈折率が大きく、ホメオトロピック配向的な部分では屈折率が小さく感じられる。この屈折率差によって位相差Δｎ・ｄが生じて図１（ｄ）のように出射光が偏向される。
【００４５】
ストライプ電極２近傍では、電極の不連続性のために電位分布も不連続で段階的になっているが、液晶層４内では誘電体層３中で電位分布が鈍ってくるので図１（ｂ）のように連続的な電位分布となる。従って、液晶層中の屈折率分布も図１（ｃ）のように連続的になり、プリズムとしての収差が低減する。なお、図１では１つの屈折率分布を描いているが、ストライプ電極本数を増やして電圧印加パターンを繰り返し、周期的な鋸歯形状のように屈折率分布を変化させても良い。
【００４６】
各ストライプ電極２に段階的に異なる電位を印加する方法としては、個々の電極に独立した電源を接続する方法や、各ストライプ電極を抵抗材料でつなぎ、電極群の両端あるいは一定間隔毎に比較的大きな電圧を印加して抵抗分割する方法がある。その場合、抵抗材料は各基板のストライプ電極面上に形成することが好ましい。
【００４７】
第二の基板５上の電極が共通電極６の場合、液晶層４中の電気力線は共通電極６に垂直な方向となるので、図１（ａ）の中央部のように液晶分子が斜めに配向した状態を作るには静電的な力と液晶層の弾性による力のバランスが重要になる。従って、温度変化などによって液晶層の粘弾性が変化すると液晶分子の配向状態が変化する恐れがある。
【００４８】
図２は本発明の第２の実施形態に係る光偏向素子の構成図である。第２の実施形態では、図２のように第二の基板５上の電極もストライプ電極２で電気的に独立して形成していることを特徴とする。例えば、図２のように第一および第二の基板１、５上の各ストライプ電極２に独立に電位を与えることで、液晶層４の厚み方向への電位差と同時に層方向への電位差も与えることができるので、液晶層内の斜め方向に電界を印加することができる。
【００４９】
図２以降では簡単のためプラス極性が印加されている状態を示しているが、全体的に極性が反転した状態と切り換る交流電界を印加することが好ましい。従って、液晶分子を斜めに配向させるために静電的な力も働かせることができるので、温度変化などにも安定した屈折率分布を形成することができる。
【００５０】
また、斜め方向への電界印加によって印加電圧に対する屈折率変化の特性が直線的に変化することも期待される。これによって収差が発生しない電圧印加条件でも比較的大きな屈折率差を利用することができ、比較的大きな光偏向角度を得ることが期待できる。
【００５１】
各電極近傍での不均一電界は誘電体層によって鈍り、液晶層４中では連続的な電界分布が得られる。また、第二の基板５の各ストライプ電極２を同電位あるい接地しても良く、上述の第一の実施形態と同様な特性を得ることができる。各ストライプ電極２に段階的に異なる電位を印加する方法としては、個々の電極に独立した電源を接続する方法や、各ストライプ電極を抵抗材料でつなぎ、電極群の両端あるいは一定間隔毎に比較的大きな電圧を印加して抵抗分割する方法がある。抵抗材料は各基板のストライプ電極面上に形成することが好ましい。
【００５２】
図２のように第一と第二の基板１、５での電位分布を変えるためには、各基板に形成する抵抗体の抵抗値と印加電圧値を変える。個々のストライプ電極に印加する電圧値のパターンは、使用する液晶材料の特性や抵抗体の特性に応じて、所望の光偏光特性との相関を予め実験的に決定しておく。ストライプ電極２を形成する透明電極は、完全な透明ではなくわずかに透過率が低下する。第一と第二の基板１、５上のストライプ電極の位置が重なっている場合、透過率の低下は顕著になってしまう。
【００５３】
図３は本発明の第３の実施形態に係る光偏向素子の構成図である。第３の実施形態では、図３のように上下基板１、５の透明ストライプ電極２を交互に配置しているので、透明電極による透過率低下の影響が均一になる。
【００５４】
また、上下電極の位置が一致している場合、液晶層３中央付近に対して作用する電極ピッチはストライプ電極ピッチと等しいが、上下電極の位置が交互に配置されている場合、液晶層中央付近に対して作用する電極ピッチはストライプ電極ピッチの１／２と等価になる。従って、電極ピッチに伴う電界強度の周期構造が小さくなって緩和されるため、液晶層内の電界がより均一化される。
【００５５】
上記の光偏向素子にネマチック液晶を用いた場合、電圧ＯＮ時の液晶分子の応答は静電的エネルギーによる力が働いているため比較的速いが、電圧ＯＦＦ時の液晶分子の応答は液晶層の粘弾性や配向規制力に起因しているため比較的遅いという問題がある。
【００５６】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る光偏向素子に関する説明図である。第４の実施形態では、図４（ａ）のように第一の基板１の各透明ストライプ電極２に段階的に変化する電圧を印加し、第二の基板５の各透明ストライプ電極２を同電位とするか接地して、対応する第一および第二の透明ストライプ電極２間に印加する電位差を段階的に変化させて液晶層厚み方向の電界に強度分布を形成させる第一の電界印加状態と、図４（ｂ）のように第一および第二の基板１、５の各透明ストライプ電極２に同様に電極配列方向に段階的に変化する電圧を印加し、上下電極間の電位差を小さく、隣接する透明ストライプ電極間の電位差を大きくして、液晶層４の層方向に電界を形成させる第二の電界印加状態を有する。
【００５７】
第二の電界印加状態によって本来の液晶層４の粘弾性や配向規制力に加えて静電的にもホモジニアス配向に戻る力が働くため比較的高速化できる。また、本発明の第５の実施形態では、第一の電界印加状態は図４（ａ）のような片側が同電位もしくは接地されている場合に限らず、第二の実施形態の図２のように両基板に段階的な電圧が印加される場合でも良い。この場合、第１の電界印加状態において液晶分子を斜めに配向させるために静電的な力も働かせることができるので、温度変化などにも安定した屈折率分布を形成することができる。また、斜め方向への電界印加によって印加電圧に対する屈折率変化の特性が直線的に変化することも期待できる。これによって収差が発生しない電圧印加条件でも比較的大きな屈折率差を利用することができため、大きな光変更角度を得ることができる。
【００５８】
一方、第二の電界印加状態は図４（ｂ）のような上下対象の電極配置に限らず、図４（ｃ）のように第三の実施形態のような電極配置にして印加電圧値が上下の電極で交互に段階的な変化するように電圧を印加しても良い。さらに、段階的に電圧値を増加していくのでは無く、図５のように各基板１、５のストライプ電極２に交互に電圧を印加しても良い。この場合、ストライプ電極２の本数が多い場合でも比較的小さな電圧値で全面に均一な水平電界を印加することができる。したがって、屈折率分布の最適化による収差の低減と水平方向への電界印加による通常のネマチック液晶を用いた二周波駆動的な高速駆動が可能となる。
【００５９】
図４（ａ）と図４（ｂ）の切替では、図１（ｄ）のような入射光に対して出射光がある一方向に偏光する状態と直進する状態を切り替えているが、本発明の第６の実施形態では、図４（ａ）を左右対称に反転させた形の印加電圧パターンに切り替えることで、液晶相中の屈折率分布を対象に反転させ、図６（ａ）と図６（ｂ）のように紙面の左右方向に大きな偏向角度を得ることができる。
【００６０】
しかし、図６（ａ）から図６（ｂ）の状態に直接電圧印加パターンを切り替える場合を考えると、素子右側の液晶部では無電界状態から厚み方向への電界が印加されるため、静電力によって高速に配向を変化させることができるが、素子左側の液晶部は厚み方向の電界印加状態から無電界状態になるので、配向変化の応答が遅くなってしまう場合がある。
【００６１】
そこで、本発明の第７の実施形態では、印加電圧パターンの反転時において、図６(ｃ)中の矢印で示したように液晶素子の有効領域の水平方向（ストライプ電極の配列方向）において、大きな水平電界印加領域（ストライプ電極間の電位差が大きい状態）から小さな水平電界印加領域（ストライプ電極間の電位差が小さい状態）へと変化し、略無電界領域を経て、小さな垂直電界印加領域から大きな垂直電界印加領域へと連続的に変化するように印加電圧パターンを制御することを特徴とする。図６(ａ)の状態が図４(ａ)と同一電圧パターンであるとすると、光路偏向方向の切替え時において図４(ｃ)に例示した電圧パターンにように個々の電極の電圧値を制御する。この場合、前述の素子左側を水平配向状態に切り替えるための静電力が働くため、全ての領域で高速に図６(ｂ)の状態に切替えることができる。あるいは、図６（ｃ）の電圧パターンを中間状態として一時的に印加するのではなく、図６（ｃ）のパターンを定常状態とし、それを左右反転させたパターンを直接切替えても良い。
【００６２】
図６のように素子内の液晶配向状態を紙面の左右対称に切替える場合は、電界強度やプレチルト角によっては、素子内に液晶配向欠陥が生じる場合がある。ここで、図７は図６の素左側近傍の配向状態を拡大して示している。図７（ａ）左端には垂直方向の電界が印加されているが、図６（ｃ）のように水平電界が印加された場合、垂直配向した液晶分子は図中矢印のように右回りあるいは左回りに回転するように水平配向状態に変化する。この時、右回りに回転すると図７（ｂ）のように既に左回りに配向していた領域との境界に欠陥が生じる。この欠陥は光散乱の原因となり好ましくない。一方、左回りに回転した場合は図７（ｃ）のように欠陥は生じない。このような垂直配向状態から水平配向状態に切り替わる時の回転方向は配向処理によるプレチルト角の付与によっても制御は可能である。本発明の第八の形態では、光路偏向方向の切替え時において、一時的に素子全面の液晶配向状態を均一にする電圧パターンを印加した後、光路偏向状態の電圧パターンを印加することを特徴とする。例えば、図６(ａ)から図６(ｂ)の状態に切替える中間状態として、図８(ａ)のような全面水平電界、あるいは図８(ｂ)のような全面垂直電界を与える電圧パターンを印加した後、所望の電圧パターンを印加する。例えば、図４（ｂ）、図４（ｃ）、及び図５のような電圧パターンで均一な水平電界を印加することが出来る。あるいは、第一の基板面のストライプ電極郡と第二の基板面のストライプ電極郡のそれぞれが一定の電圧が印加されるように切替え、両電極郡間に電位差を印加することで、第一と第二の基板間に均一な垂直電界を印加することが出来る。ここで、使用する液晶がネマチック液晶の場合は交流電圧を印加することが好ましい。このように一度素子全体の液晶配向を一方向に均一に揃えた後に連続的な配向分布を形成するので、図７（ｂ）のような液晶回転方向の不一致による非連続的な配向欠陥の発生を防止できる。
【００６３】
なお、本発明は所望の電圧パターンを印加可能なストライプ電極郡と誘電体層の組合せによって、液晶層中に所望の滑らかな電界強度分布あるいは均一水平電界や均一垂直電界を自在に印加可能である光学素子を用いることを特徴としており、上記図中の例示した電圧値やその組合せに限定されない。
【実施例１】
【００６４】
大きさ３ｃｍ×４ｃｍ、厚さ１ｍｍの２枚のガラス基板上にスパッタリング装置を用いて厚さ１０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。第一の基板のＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーとウェットエッチングによってストライプ形状に加工した。ストライプ電極の有効領域内での幅は５０μｍ、長さ２ｍｍ、非電極部の幅は５０μｍで電極ピッチは１００μｍとした。有効幅２ｍｍ中に２０本のストライプ電極を形成した。基板上の有効領域外では電極の幅を２００μｍと太くして電気配線の取出しを容易にした。
【００６５】
第一の基板の有効領域のＩＴＯ面上に、大きさ１ｃｍ角、厚み２０μｍのガラスシート（誘電体層）を紫外線硬化型接着剤を用いて接着した。ガラスシート面上に厚み６００Åのポリイミド系配向膜をスピンコートで塗布した。配向膜表面をストライプ電極の配列方向に並行（ストライプ電極の長手方向に直交）にラビング処理を行った。プレチルト角は約１度に設定した。
【００６６】
第二の基板のＩＴＯ膜上にも同様に配向膜を形成し、同様にラビング処理をした。二枚の基板のラビング方向がアンチパラレル方向になるようにスペーサー粒子を挟んで接着してセルを作成した。粒子径２０μｍのスペーサーを接着剤に混合して有効領域外に塗布して硬化させた。セル内にネマチック液晶を注入して封止し、光偏向素子を作成した。
【００６７】
第一の基板の各ストライプ電極にフレキシブル基板による導線を接続し、各導線間を１００Ωの抵抗で直列に接続した。また、第二の基板の共通電極を接地した。ビーム径１ｍｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光を直線偏向板を通して有効領域に照射し、ビームの投射位置の変化から偏向角度を測定した。
【００６８】
第一基板のストライプ電極群を結んだ直列抵抗の両端の一方に±４Ｖ、他方に±２Ｖの交流電圧（５０Ｈｚ）を極性を揃えて印加したところ、各ストライプ電極には抵抗分割された電圧値が個々に印加され、ストライプ電極の配列方向に液晶層の屈折率分布が生じた。素子温度３０℃における電圧印加による偏向角度は２分で、応答速度は電圧印加時が約１０ｍｓｅｃ、電圧ＯＦＦ時が約３０ｍｓｅｃであった。この時、透過した光のビーム形状の変化は無く、収差の少ない光偏向素子が得られた。
【００６９】
しかし、素子温度４０℃で同様な電圧印加条件にしたところ、偏向角度は同様であったが僅かにビーム形状の変化が見られ、温度変化により僅かな収差が発生することが分かった。
【００７０】
（比較例）
第一の基板上に誘電体層であるガラスシートを貼り付けなかったこと以外は実施例１同様にして光偏向素子を作成した。比較例では誘電体層が無いために印加電圧値が小さく設定できるので、第一基板のストライプ電極群を結んだ直列抵抗の両端の一方に±２Ｖ、他方に±１Ｖの交流電圧（５０Ｈｚ）を極性を揃えて印加した。素子温度３０℃における電圧印加による偏向角度は２分と同様であったが、透過した光のビーム形状が大きくなり、収差が発生していることが分かった。
【実施例２】
【００７１】
第二の基板にも実施例１の第一の基板と同様なストライプ電極と誘電体層と配向膜を形成した。両基板のストライプ電極の位置が一致するように、２０μｍのスペーサーを挟んで貼りあわせてセルを作成した。実施例１と同様のネマチック液晶を注入し、両基板の各ストライプ電極にフレキシブル基板による導線を接続し、各導線間を１００Ωの抵抗で直列に接続した。
【００７２】
ビーム径１ｍｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光を直線偏向板を通して有効領域に照射し、ビームの投射位置の変化から偏向角度を測定した。図２のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には１２Ｖと０Ｖ、第二の基板のストライプ電極群の両端部には６Ｖと０Ｖの交流電圧を極性を揃えて印加したところ、各ストライプ電極には抵抗分割された電圧値が個々に印加され、ストライプ電極の配列方向に液晶層の屈折率分布が生じた。
【００７３】
素子温度３０℃における電圧印加による偏向角度は２．５分で、応答速度は電圧印加時が約１０ｍｓｅｃ、電圧ＯＦＦ時が約３０ｍｓｅｃであった。さらに、素子温度４０℃でも、透過した光のビーム形状の変化は無く、温度変化に対しても収差の少ない安定した光偏向素子が得られた。
【００７４】
しかし、素子の有効領域を透過光による顕微鏡観察を行うと、ＩＴＯのストライプ電極が有る部分と無い部分が透過率の違いとして明確に観察された。この透過率の違いは光偏向素子の応用分野によっては不具合となる場合が懸念される。
【実施例３】
【００７５】
実施例２と同様に両基板にストライプ電極と誘電体層と配向膜を形成した。両基板のストライプ電極の位置が交互に位置するように、２０μｍのスペーサーを挟んで貼りあわせてセルを作成した。実施例２と同様のネマチック液晶を注入し、両基板の各ストライプ電極にフレキシブル基板による導線を接続し、各導線間を１００Ωの抵抗で直列に接続した。
【００７６】
ビーム径１ｍｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光を直線偏向板を通して有効領域に照射し、ビームの投射位置の変化から偏向角度を測定した。実施例２と同様に第一の基板のストライプ電極群の両端部には１２Ｖと０Ｖ、第二の基板のストライプ電極群の両端部には６Ｖと０Ｖの交流電圧を極性を揃えて印加したところ、各ストライプ電極には抵抗分割された電圧値が個々に印加され、ストライプ電極の配列方向に液晶層の屈折率分布が生じた。
【００７７】
素子温度３０℃における電圧印加による偏向角度は２．５分で、応答速度は電圧印加時が約１０ｍｓｅｃ、電圧ＯＦＦ時が約３０ｍｓｅｃであった。さらに、素子温度４０℃でも、透過した光のビーム形状の変化は無く、温度変化に対しても収差の少ない安定した光偏向素子が得られた。
【００７８】
素子の有効領域を透過光による顕微鏡観察を行うと、全体にＩＴＯストライプ電極が配置されているように観察された。従って、均一な透過率の光偏向素子が得られた。
【実施例４】
【００７９】
実施例２と同様な光偏向素子を用いて、図２のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には１２Ｖと０Ｖ、第二の基板のストライプ電極群の両端部には６Ｖと０Ｖの交流電圧を極性を揃えて印加した第一の電界印加状態と、図３のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には１２Ｖと０Ｖ、第二の基板のストライプ電極群の両端部にも１２Ｖと０Ｖの交流電圧を極性を揃えて印加した第二の電界印加状態とを切り換えた。
【００８０】
液晶がホモジニアス配向状態から第一の電界印加状態により図９の配向分布状態に変化するまでの時間は約１０ｍｓｅｃで他の実施例と同様であったが、第二の電界印加状態によりホモジニアス配向状態に戻るまでの時間が約１０ｍｓｅｃに短縮した。これは、第二の電界印加状態によって本来の液晶層の粘弾性や配向規制力に加えて静電的にもホモジニアス配向に戻る力が働くためと考えられる。また、素子温度が３０℃の場合と４０℃の場合とを比較したが、透過した光ビーム形状の変化は無く、温度変化に対しても収差が少なかった。従って、応答時間が高速化され、温度変化に対する安定性にも優れた光偏向素子が得られた。
【実施例５】
【００８１】
実施例２と同様な光偏向素子を用いて、図２のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には１２Ｖと０Ｖ、第二の基板のストライプ電極群の両端部には６Ｖと０Ｖの交流電圧を極性を揃えて印加した第一の電界印加状態と、図２の電圧値を紙面左右方向に対称に変更した第二の電界印加状態とを切換えた。その結果、図６（ａ）と（ｂ）のような液晶配向状態を切換えていると考えられ、偏向角度が５．０分と比較的大きな偏向角度が得られた。
【００８２】
但し、透過光のビーム形状を観察すると、偏向方向切換え時の形状の乱れが比較的大きく、正常なビーム形状を形成して切り替わるまでの時間は約３０ｍｓｅｃと比較的遅くなった。これは素子端部の液晶の応答速度が比較的遅いためと考えられる。
【実施例６】
【００８３】
実施例２と同様な光偏向素子を用いて、図６（ｃ）に示すような液晶素子の有効領域の水平方向（ストライプ電極の配列方向）において、大きな水平電界印加領域（ストライプ電極間の電位差が大きい状態）から小さな水平電界印加領域（ストライプ電極間の電位差が小さい状態）へと変化し、略無電界領域を経て、小さな垂直電界印加領域から大きな垂直電界印加領域へと連続的に変化するように電圧パターンを印加した。上記の過程により図６（ｃ）に示す第一の電圧印加状態を紙面の左右対称の電圧パターンを印加する第二の電圧印加状態へ切り替えた。その結果、偏向角度は５．０分と大きく、応答時間も約１０ｍｓｅｃと高速応答となった。しかし、切換え時の液晶層を観察すると、素子端部に配向欠陥によるものと推測される光散乱が発生した。
【実施例７】
【００８４】
実施例６と同様な光偏向素子と電圧印加手段を用いて、偏向方向の切換え時に中間状態として図８（ｃ）に示したパルス状の電圧パターンを約５ｍｓｅｃの間印加するように電圧印加手段を設定した。その結果、偏向角度は５．０分、応答時間は約１３ｍｓｅｃの特性が得られた。実施例６に比べて応答時間が遅くなったが、切換え時の光散乱は発生しなかった。
【００８５】
上記発明により、以下の効果が得られる。
【００８６】
本発明によれば、第一の電界印加状態において、液晶分子を斜めに配向させるために静電的な力も働かせることが出来るので、温度変化などにも安定した屈折率分布を形成することが出来る。また、斜め方向への電界印加によって印加電圧に対する屈折率変化の特性が直線的に変化することも期待される。これによって収差が発生しない電圧印加条件でも比較的大きな屈折率差を利用することが出来、比較的大きな光偏向角度を得ることが期待できる。
【００８７】
また、本発明によれば、液晶層中の屈折率分布を対称に反転させるので、大きな偏向角度を得ることが出来る。
【００８８】
また、本発明によれば、大きな偏向角度が得られ、かつ高速応答性を示す光偏向素子を提供する。
【００８９】
また、本発明によれば、光路偏向方向の切替え時において、一時的に素子全体の液晶配向を水平配向状態あるいは垂直配向状態の一方向に均一に揃えた後に連続的な配向分布を形成するので、液晶回転方向の不一致による非連続的な配向欠陥の発生を防止できる。
【００９０】
また、本発明によれば、所望の電圧パターンを印加可能なストライプ電極郡と誘電体層の組合せによって、液晶層中に所望の滑らかな電界強度分布あるいは均一水平電界や均一垂直電界を自在に印加可能である。以上により、液晶層内の電界分布を所望のパターンに制御可能な光学素子を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】（ａ）は、本発明を適用した光偏向素子の図である。（ｂ）は、各ストライプ電極に印加された電位を表す図である。（ｃ）は、各ストライプ電極に電圧を印加したときの屈折率分布を表す図である。（ｄ）は、各ストライプ電極に電圧を印加したときに光が屈折する方向を表す図である。
【図２】本発明を適用した光偏向素子に段階的に変化する電圧を印加した図である。
【図３】上下の基板の透明ストライプ電極を交互に配置した光偏向素子の図である。
【図４】（ａ）は、上部の基板のみに段階的に変化する電圧を印加した図である。（ｂ）は、両基板に段階的に変化する電圧を印加した図である。（ｃ）は、両基板の透明ストライプ電極が交互に配置された光偏向素子の上下の電極で交互に電圧を段階的に変化させた図である。
【図５】本発明を適用した光偏向素子の透明ストライプ電極群に交互に電圧を印加した図である。
【図６】（ａ）は、上部の基板のみに段階的に変化する電圧を印加した図である。（ｂ）は、（ａ）の電圧印加パターンを左右対称に反転させた図である。（ｃ）は、両基板の中心から端に向けて段階的に変化する電圧を印加した図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、本発明を適用した光偏向素子に液晶配向欠陥が生じた図である。
【図８】（ａ）は、本発明を適用した光偏向素子に水平電界を印加した図である。（ｂ）は、本発明を適用した光偏向素子に垂直電界を印加した図である。
【図９】従来例の説明図である。
【図１０】従来例の説明図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【図１２】従来の光偏向素子の説明図である。（ａ）は、各ストライプ電極に印加された電位を表す図である。（ｂ）は、各ストライプ電極に電圧を印加したときの屈折率分布を表す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１    第一の基板
２    ストライプ電極
３    誘電体層
４    液晶層
５    第二の基板
６    共通電極
【図１】
2005099689.tif 000003
【図２】
2005099689.tif 000004
【図３】
2005099689.tif 000005
【図４】
2005099689.tif 000006
【図５】
2005099689.tif 000007
【図６】
2005099689.tif 000008
【図７】
2005099689.tif 000009
【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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