(57)【要約】【課題】  光の偏向を行うことができ、非常にシンプルな構成の偏向素子、並びに偏向素子を用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】  偏向材２とレンズ１０とを備え、偏向材２によって光線がレンズ１０に入射する位置を変化させることにより、レンズ１０を通過した光線の出射方向が変化し、光線の偏向がなされる偏向素子１を構成する。また、光源部と、この光源部から出射された光を偏向する光線偏向部とを有し、この光線偏向部が上記偏向素子１により構成され、光線偏向部において光源部から出射された光を偏向することにより画像の表示がなされる画像表示装置を構成する。【選択図】        図１ 
2005202069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向材と、
レンズとを備え、
前記偏向材によって光線が前記レンズに入射する位置を変化させることにより、前記レンズを通過した光線の出射方向が変化し、前記光線の偏向がなされる
ことを特徴とする偏向素子。
【請求項２】
前記偏向材が、電気光学効果を有する材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏向素子。
【請求項３】
前記偏向材が、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏向素子。
【請求項４】
前記偏向材の表面に複数の電極が形成され、２つ以上の前記電極に電圧を印加して、電圧を印加した前記電極間の前記偏向材に電界による屈折率変化を発生させることにより、前記光線が前記レンズに入射する位置を変化させることを特徴とする請求項２に記載の偏向素子。
【請求項５】
光源部と、
前記光源部から出射された光を偏向する光線偏向部とを有し、
前記光線偏向部は、偏向材と、レンズとを備え、前記偏向材によって光線が前記レンズに入射する位置を変化させることにより、前記レンズを通過した光線の出射方向が変化し、前記光線の偏向がなされる偏向素子により構成され、
前記光線偏向部において、前記光源部から出射された光を偏向することにより、画像の表示がなされる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記光源部が少なくとも２次元画像に対応する光を出射する構成であり、前記光線偏向部が、前記光源部からの光を、前記２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向する構成であり、前記光線偏向部での偏光方向に同期して、前記光源部における前記２次元画像の１画素毎の光に、３次元画像に対応する強度変調が行われることにより、３次元画像の表示がなされることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記偏向素子の前記偏向材が電気光学効果を有する材料から成ることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向素子、及び偏向素子を用いた画像表示装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
光線の進行方向を制御する偏向素子は、レーザープリンター用のヘッドや、光ネットワーク用のマトリックス光スイッチ等において必須の素子である。
【０００３】
代表的な偏向デバイスの一つとして、音響光学効果（ＡＯ効果）を利用した偏向素子があり、なかでも表面弾性波を用いる光導波路型素子が期待されている（非特許文献１より抜粋）。
【０００４】
しかし、このような音響光学効果を利用した偏向素子は、弾性波の進行速度で偏向速度が制限され、さらに数百ＭＨｚの弾性波励起信号を必要とするためにドライバーが複雑でかつ大きく、課題は大きい（非特許文献１より抜粋）。
【０００５】
多チャネル光クロスコネクト装置としては、ＭＥＭＳミラーに光を反射させて、ミラーを偏向することで光路を立体的に切替える３次元型ＭＥＭＳ光スイッチが有望とされている（非特許文献２より抜粋、一部変更）。
【０００６】
しかし、従来の光スイッチではＭＥＭＳミラー自体の応答速度が遅く、さらに切替え時にミラーの機械的共振が発生するため、高速切替えが不可能である。また、多チャネルにすると光スイッチのサイズが大きくなるという問題もある（非特許文献２より抜粋、一部変更）。
【０００７】
【非特許文献１】「Fuji Xerox Technical Report No12」、１９９８年（平成１０年）、Ｆｕｊｉ  Ｘｅｒｏｘ
【非特許文献２】“［ＰＲＥＳＳ  ＲＥＬＥＡＳＥ］（技術）「ＭＥＭＳミラーを用いた高速多チャネル光スイッチを開発」”、［online］、平成１５年９月３０日、富士通、［平成１５年１１月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://pr.fujitsu.com/jp/news/2003/09/29.html ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、シンプルな構成であり、可動部がなく、しかも応答の速い偏向素子が求められている。
【０００９】
上述した問題の解決のために、本発明は、光の偏向を行うことができ、非常にシンプルな構成の偏向素子、並びに偏向素子を用いた画像表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の偏向素子は、偏向材と、レンズとを備え、偏向材によって光線がレンズに入射する位置を変化させることにより、レンズを通過した光線の出射方向が変化し、光線の偏向がなされるものである。
【００１１】
上述の本発明の偏向素子の構成によれば、偏向材と、レンズとを備え、偏向材によって光線がレンズに入射する位置を変化させることにより、レンズを通過した光線の出射方向が変化し、光線の偏向がなされる構成であるため、偏向材とレンズだけのシンプルな構成で光の偏向を行うことが可能になる。また、偏向材やレンズを動かす必要がないため、可動部を設けなくても済み、可動部における機械的振動を発生しない。
【００１２】
上記本発明の偏向素子において、偏向材が電気光学効果を有する材料から成る構成とすることも可能である。
このような構成としたときには、偏向材の内部で、電気光学効果により屈折率を変化させて、光線がレンズに入射する位置を変化させることができる。そして、音響光学効果を利用して偏向する構成よりも、応答を速くすることができる。
【００１３】
上記本発明の偏向素子において、さらに、偏向材の表面に複数の電極が形成され、２つ以上の電極に電圧を印加して、電圧を印加した電極間の偏向材に電界による屈折率変化を発生させることにより、光線がレンズに入射する位置を変化させる構成とすることも可能である。
このような構成としたときには、電界による屈折率変化を発生した領域の境界面において、光線を屈折させて、光線がレンズに入射する位置を変化させることができる。また、電圧を制御することにより、光線がレンズに入射する位置を制御することが可能になる。
【００１４】
本発明の画像表示装置は、光源部と、この光源部から出射された光を偏向する光線偏向部とを有し、この光線偏向部は、偏向材と、レンズとを備え、偏向材によって光線が前記レンズに入射する位置を変化させることにより、レンズを通過した光線の出射方向が変化し、光線の偏向がなされる偏向素子により構成され、光線偏向部において光源部から出射された光を偏向することにより画像の表示がなされるものである。
【００１５】
本発明の画像表示装置の構成によれば、光源部と、この光源部から出射された光を偏向する光線偏向部とを有し、この光線偏向部は上記本発明の偏向素子により構成され、光線偏向部において光源部から出射された光を偏向することにより画像の表示がなされることにより、光の偏向を行うための構成がシンプルな構成の偏向素子のみとなる。
【００１６】
上記本発明の画像表示装置において、さらに、光源部が少なくとも２次元画像に対応する光を出射し、光線偏向部が光源部からの光を２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向し、光線偏向部での偏光方向に同期して、光源部における２次元画像の１画素毎の光に３次元画像に対応する強度変調が行われることにより、３次元画像の表示がなされる構成とすることも可能である。
このような構成としたときには、光線偏向部から出射された光が観察者の視域内を走査されることから、観察者が、３次元画像（立体像）に対応するように強度変調された光を、右眼と左眼とでそれぞれ観察することができ、偏向する方向の数に対応した解像度の３次元画像を見ることが可能になる。そして、光源部と光線偏向部とにおいて、それぞれ光強度変調と光偏向との機能を分離させているため、光源を偏光方向の数や画素数に合わせて用意する必要がなく、また光線偏光面との距離等により左右されることなく、３次元画像の表示が可能であり、かつシンプルな構成の画像表示装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述の本発明の偏向素子によれば、偏向材とレンズのシンプルな構成の偏向素子を実現することができる。
また、可動部がないため、その分構成を簡略化することができると共に、可動部における機械的振動を発生しない。
【００１８】
さらに、偏向材が電気光学効果を有する材料から成る構成としたときには、応答を速くして、高速で動作させることが可能になる。
【００１９】
また、本発明の画像表示装置によれば、本発明の偏向素子を用いて光の偏向を行うことにより、光の偏向を行うための構成がシンプルな構成の偏向素子のみとなることから、装置構成の簡略化を図ることが可能になる。
【００２０】
さらに、光源部が少なくとも２次元画像に対応する光を出射し、光線偏向部が光源部からの光を２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向し、光線偏向部での偏光方向に同期して、光源部における２次元画像の１画素毎の光に３次元画像に対応する強度変調が行われることにより、３次元画像の表示がなされる構成としたときには、３次元画像（立体像）の表示のための光の偏向が光線偏向部のみで行われる。これにより、画像表示装置の構成が簡易化され、また解像度を上げるために光源を追加する必要がないため、装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
さらに、偏向素子の偏向材が電気光学効果を有する材料から成る構成としたときには、偏向素子が高速に動作するので、高速に画像表示を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要を説明する。
【００２３】
本発明の偏向素子は、偏向材とレンズとを備え、偏向材によりレンズへの光の入射位置を変化させて、レンズから出射する光を偏向させる構成とする。
【００２４】
そして、偏向材によるレンズへの光の入射位置の変化は、例えば電気光学効果（Electro-optic Effect：ＥＯ効果）、即ち材料に電圧を印加すると材料の屈折率が変化する効果を利用して行うことができる。
ＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）等の強誘電体は、この電気光学効果を有する材料であり、それらの結晶やセラミックスに電場を加えると屈折率の変化が生じる。
【００２５】
この電気光学効果を用いたプリズム型偏向素子は、音響光学効果と比較して応答の速い偏向素子として知られており、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３単結晶ウェーハへ光導波路を作りこんだ素子の研究が進んでいる。
【００２６】
しかし、電気光学効果による屈折率変化のみを利用して、大きな偏向角を得ることは困難である。
そこで、本発明では、電気光学効果を利用して、レンズへの光の入射位置を変化（移動）させる構成とすることにより、大きな偏向角が得られるようにするものである。
【００２７】
ここで、例えば、図９Ａに示すように、下面が平面で上面が凹面である凹レンズ１００に下方から光線が入射したときを考える。凹レンズ１００に入射した光線は、凹レンズ１００の上面（凹面）の表面で屈折して広がっていく。このときの広がり角は、凹レンズ１００の焦点距離によって決定される。
従って、図９Ｂのように、光線が凹レンズ１００に入射する位置を変えることにより、凹レンズ１００を通過した後の光線を様々な角度で出射させることができる。図中凹レンズ１００の左側に入射させた場合には、左斜めに出射させることができ、凹レンズ１００の中央に入射させた場合には上方に出射させることができ、凹レンズ１００の右側に入射させた場合には、右斜めに出射させることができる。
【００２８】
なお、図示しないが、凸レンズでも同様のことが可能である。また、レンズは、レンズ面（凹面又は凸面）が片方の主面だけであっても両方の主面であっても構わない。
例えば両主面が凸面である場合には、入射した光線が焦点に収束されるが、偏向した光線をレンズの焦点近傍では使用しないようにすれば、同様に偏光方向を変化させることが可能である。
【００２９】
次に、光線がレンズに入射する位置を制御する方法を説明する。
【００３０】
屈折率分布がある媒質中を通過する光線の振る舞いは、スネルの法則に従う。
スネルの法則とは、光線が２つの屈折率の異なった媒質の界面を通過するときの、その界面への入射角と出射角の関係を示したものである。図１０に示すように、屈折率ｎ１の第１の媒質５１中から界面に対して入射角θ１で入射した光線が、屈折率ｎ２の第２の媒質に５２出射角θ２で進むとき、
ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２  （１）
の関係が成り立つ。
【００３１】
従って、媒質中に屈折率分布がある場合には、光線は徐々に曲がりながら媒質中を通過することになる。
【００３２】
そこで、図１１に示すように、材料１０１中に屈折率の異なる領域１０２を斜めに形成した場合を考える。また、領域１０２の屈折率ｎ２は、材料１０１の屈折率ｎ１に対して、小さくなっている（ｎ２＜ｎ１）ものとする。
この構成では、光線が材料１０１中の屈折率の異なる領域の境界１０３，１０４でそれぞれ屈折されるため、光の入射位置に対して、出射位置がシフトする。このとき、屈折率の違い（｜ｎ２−ｎ１｜）が大きいほど、出射位置のシフト量１０５も大きくなる。
本発明では、この原理を利用して、光線のレンズに入射する位置を変化させて、レンズから出射する光を偏向させるものである。
【００３３】
さらに、この材料１０１中の屈折率を変化させる方法としては、例えば、前述した電気光学効果を利用することができる。
電気光学効果には、一次の効果（Ｐｏｃｋｅｌｓ効果）と、二次の効果（Ｋｅｒｒ効果）とがあり、それぞれの効果による屈折率変化Δｎは、以下のように表わされる。
Δｎ＝−１／２ｒ・ｎ３・Ｖ／Ｄ    （Ｐｏｃｋｅｌｓ効果）  （２）
Δｎ＝−１／２Ｒ・ｎ３・（Ｖ／Ｄ）２    （Ｋｅｒｒ効果）  （３）
ここで、ｒ,Ｒ：電気光学係数、ｎ：屈折率、Ｖ：電圧、ｄ：電極間隔である。即ちＶ／Ｄは電極間の電界の大きさを示している。
【００３４】
そして、材料１０１を、電気光学効果を有する材料により、例えば前述したようなＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）等の強誘電体により構成すれば、電気光学効果を利用して材料１０１中の屈折率を変化させることができる。
【００３５】
次に、本発明の偏向素子の実施の形態を説明する。
本発明の一実施の形態として、偏向素子の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この偏向素子１は、断面八角形状の偏向材２と、この偏向材２の上に設けられたレンズ１０とにより構成されている。
偏向材２は、左下の面に第１の電極１１、右下の面に第２の電極１２、左上の面に第３の電極１３、左上の面に第４の電極１４が、それぞれ形成されている。各電極１１，１２，１３，１４は、それぞれ配線を接続して、配線を通じて電圧を印加することができるように構成されている。偏向材２の上下の界面はほぼ平行になっている。
また、レンズ１０は、偏向材２側の主面が平面、その反対側の主面がレンズ面（凹面）となっている。
【００３６】
なお、レンズ１０の中心軸が、偏向材２の中心軸とほぼ一致するように、偏向材２及びレンズ１０が配置されている。
【００３７】
本実施の形態の偏向素子１では、偏向材２の材料として、電気光学効果を有する材料を用いる。
例えば、前述したＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）等の強誘電体を、偏向材２の材料として用いることができる。
【００３８】
また、本実施の形態の偏向素子１では、特に、互いに対向する２つの電極に、即ち第１の電極１１と第４の電極１４とに、或いは第２の電極１２と第３の電極１３とに、電極間に電位差を有するように電圧を印加する。これにより、電圧が印加された電極間の偏向材２に、屈折率の変化した領域を斜めに形成することができる。
【００３９】
続いて、本実施の形態の偏向素子１における、偏向素子１に入射した光線を偏向させる動作について説明する。
まず、４つの電極１１，１２，１３，１４に電圧を印加していない状態では、例えば、下から界面に対して垂直に偏向材２へ入射した光線は、図示しないが、そのまま偏向材２中を直進していく。
なお、電極に電圧を印加しているが、４つの電極１１，１２，１３，１４に電位差がない状態においても同様になる。
そして、偏向材２の中心軸に沿って入射した光線は、図１に示すように偏向材２の上下の界面が平行になっているため、レンズ１０に入射してもそのまま中心軸に沿って上方に出射される。
【００４０】
次に、図２Ａに示すように、第２の電極１２及び第３の電極１３に対して、直列に電源Ｖを接続して電圧を印加すると、第２の電極１２と第３の電極１３との間に電位差を生じるため、これら電極１２,１３間にある偏向材２に、斜めに屈折率の変化した領域２Ａが形成される。ここでは、偏向材２の屈折率の変化した領域２Ａの屈折率が、他の領域の偏向材２の屈折率よりも低くなる構成としている。
このとき、図２Ａに示す偏向材２の中心軸に沿って入射した光線は、屈折率の変化した領域２Ａの上下の界面でそれぞれ屈折率の高い方に屈折するため、レンズ１０への入射位置が左にシフトする。これにより、最終的にレンズ１０から出射される光線Ｌ２は、偏向素子１に入射した光線Ｌ１に対して左方向に偏向される。
【００４１】
次に、図２Ｂに示すように、第１の電極１１及び第４の電極１４に対して、直列に電源Ｖを接続して電圧を印加すると、第１の電極１１と第４の電極１４との間に電位差を生じるため、これら電極１１,１４間にある偏向材２に、斜めに屈折率の変化した領域２Ｂが形成される。この偏向材２の屈折率の変化した領域２Ｂの屈折率も、他の領域の偏向材２の屈折率よりも低くなる。
このとき、図２Ｂに示す偏向材２の中心軸に沿って入射した光線は、屈折率の変化した領域２Ｂの上下の界面でそれぞれ屈折率の高い方に屈折するため、レンズ１０への入射位置が右にシフトする。これにより、最終的にレンズ１０から出射される光線Ｌ２は、偏向素子１に入射した光線Ｌ１に対して右方向に偏向される。
【００４２】
さらに、図２Ａに示した場合も、図２Ｂに示した場合も、いずれの場合も、屈折する角度が屈折率分布に依存するので、対向する電極間の電位差によって、領域２Ａ又は２Ｂの屈折率を制御して、これにより偏向角度を制御することが可能である。
【００４３】
なお、本実施の形態の偏向素子１では、偏向材２の中心軸に沿わないように光線を入射させた場合、即ち、偏向材２の下面に対して斜めに光線を入射させた場合や、偏向材２の中心軸からずらして中心軸と平行に光線を入射させた場合には、レンズ１０への光線の入射位置も中心軸からずれるため、光線がレンズ１０上面のレンズ面で屈折して、レンズ１０から出射する光線の方向が入射する光線とは異なる方向になる。
しかし、これらの場合でも、偏向材２における電気光学効果による、光線のレンズ１０への入射位置の変化が生じるため、光線を偏向材２の中心軸に沿って入射させる場合と同様に、偏向動作を行うことが可能である。即ち、電極１１，１２，１３，１４に電位差がない状態では、偏向材２への光線の入射位置及び入射角度に対応して、レンズ１０から決まった方向に光線が出射する。一方、対向する電極間に電位差を形成した状態では、レンズ１０から光線が出射する方向が変化する。
【００４４】
また、本実施の形態の偏向素子１では、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、偏向材２の中心軸に沿って光線Ｌ１を入射させると、光線の偏向方向を左右に変えるときに、電圧を印加する電極を変える必要があり、電気的なスイッチングが必要となる。
そこで、図３に示すように、偏向材２の中心軸からずらして光線Ｌ１を入射させるようにすると、第２の電極１２及び第３の電極１３の間に電位差がない状態では、レンズ１０から出射する光線Ｌ２Ａは右側に進み、電源Ｖによって電極に印加する電圧を大きくするに従い、出射する光線は図中Ｌ２Ｂ，Ｌ２Ｃで示すように、左へ方向を変化させていく。
即ち、電気的なスイッチングを行わなくても、電圧の大きさにより偏向を制御することが可能になる。
【００４５】
本実施の形態の偏向素子１によれば、電気光学効果を有する材料から成る偏向材２の上にレンズ１０を配置し、偏向材２に第１の電極１１・第２の電極１２・第３の電極１３・第４の電極１４を設けたことにより、電極１１，１２，１３，１４に電圧を印加することによって対向する電極１１及び１４，１２及び１３間に電位差を発生させ、これにより偏向材２の内部に電界を発生させて、電気光学効果により屈折率の異なる（低い）領域２Ａ又は２Ｂを形成し、偏向材２の内部に屈折率分布を形成することができる。
そして、偏向材２内部の屈折率分布を利用して、光線を偏向材２内部で屈折させて、光線のレンズ１０への入射位置を変化させて、レンズ１０から出射される光線の偏向を行うことができる。
【００４６】
また、偏向材２及び電極１１，１２，１３,１４、並びにレンズ１０により、偏向素子１が構成されているため、偏向素子１の構成がシンプルである。
【００４７】
また、電極１１，１２，１３，１４に対して、電圧を印加する電圧や電圧値を制御することにより、対向する電極１１及び１４，１２及び１３間の電位差及び電界の大きさを制御して、光線のレンズ１０への入射位置やレンズ１０から出射する光線の偏向の程度を調節することが可能である。
【００４８】
また、本実施の形態の偏向素子１は、電極１１，１２，１３，１４に印加する電圧によって対向する電極１１及び１４，１２及び１３間に発生する電位差により偏向材２の内部に電界を発生させて、電気光学効果により屈折率の異なる（低い）領域２Ａ又は２Ｂを形成して、光線のレンズ１０への入射位置を変化させて、レンズから出射される光線の偏向を行うため、音響光学効果を利用して偏向する構成よりも、応答を速くすることができる。これにより、偏向素子１が高速で動作する。
【００４９】
さらに、電極１１〜１４、偏向材２、レンズ１０を動かす必要がないため、可動部を設けなくても済み、その分偏向素子の構成が簡易化されると共に、可動部における機械的振動を発生しない。
【００５０】
上述の実施の形態の偏向素子１では、一次元方向の偏向しか得られないが、本発明の偏向素子では、二次元方向の偏向を行うことも可能である。その場合の実施の形態を、次に示す。
【００５１】
本発明の偏向素子の他の実施の形態の概略構成図を図４に示す。なお、この図４では、正面図としているため、図１〜図３の断面図とは表記を変更している。
この偏向素子５は、図１の偏向素子１と同じ偏向材２に対して、この偏向材２と同様の構成の偏向材３を、偏向材の中心軸に対して９０°回転させた向きとして、偏向材２とレンズ１０との間に配置した構成である。
偏向材３の手前側にある下の斜面及び上の斜面には、それぞれ偏向材２の４つの電極１１〜１４と同様の電極、即ち第５の電極１５及び第６の電極１６が形成され、図示しない向こう側においても、同様に下の斜面及び上の斜面に２つの電極（第７の電極及び第８の電極）が形成されている。
【００５２】
このように偏向素子５を構成したことにより、先の実施の形態の偏向素子１と同様の作用効果が得られると共に、電極に電位差を与えて、各偏向材２及び３において、斜めに屈折率の異なる領域２Ａ及び３Ｂをそれぞれ左右方向と前後方向に形成することができ、これにより、レンズ１０に光線が入射する位置を、左右前後に変化させる、即ち二次元的に変化させることができる。
【００５３】
本発明の偏向素子のさらに他の実施の形態の概略構成図を図５に示す。なお、この図５でも、正面図としているため、図４に準じた表記にしている。
この図５に示す偏向素子６は、図４の偏向素子５の２つの偏向材２及び３を、一つの偏向材２にまとめた構成である。
即ち、偏向素子６を構成する偏向材２には、図１又は図４に示した第１の電極１１〜第４の電極１４と、図４に示した第５の電極１５及び第６の電極１６、並びに図示しない２つの電極（第７の電極及び第８の電極）が形成されている。ただし、第１の電極１１〜第４の電極１４と、第５の電極１５〜第８の電極とは、それぞれ偏向材２の辺の所で分離されており、異なる電圧を印加することが可能なように構成される。
【００５４】
このように偏向素子６を構成したことにより、先の実施の形態の偏向素子１と同様の作用効果が得られると共に、電極に電位差を与えて、偏向材２において、斜めに屈折率の異なる領域２Ａ及び２Ｂをそれぞれ左右方向と前後方向に形成することができ、これにより、レンズ１０に光線が入射する位置を左右前後に変化させる、即ち二次元的に変化させることができる。
【００５５】
また、本発明の偏向素子の別の実施の形態の概略構成図（断面図）を図６に示す。
この偏向素子２０は、図１に示した偏向素子１と同様の構成の偏向素子（偏向材２、レンズ１０、並びに電極１１〜１４）を、４個横にくっつけて並べた構成である。
このように偏向素子２０を構成したことにより、４本の光線に対して、偏向を行うことが可能になる。
また、４個の偏向材２において、それぞれ電極１１〜１４に印加される電圧を異ならせれば、４本の光線をそれぞれ異なる方向に偏向させることが可能になる。
【００５６】
本発明の偏向素子を、光スイッチ等の用途に用いる場合には、図６に示した偏向素子２０のような複数の偏向素子（偏向材＋レンズ）を一次元に並べたアレイとして使用することや、図示しないが偏向素子（偏向材＋レンズ）を二次元に並べたマトリックスとして使用することも可能である。
これらの構成とした場合には、偏向素子を用いて、多チャンネルの光スイッチを構成することが可能になる。そして、偏向素子の応答が高速であり、かつ偏向素子に可動部がなく機械的振動を発生しないため、例えば前記非特許文献２に記載された構成（ミラーによる偏向）と比較して、光スイッチのスイッチング動作を高速にすることが可能になる。
【００５７】
なお、上述の各実施の形態では、偏向材２，３上に接してレンズ１０が配置されているが、本発明では、偏向材とレンズとが接触しておらず、偏向材とレンズとの間が空間又は他の光学部品であっても構わない。
また、レンズを、凸レンズ、両主面がレンズ面であるレンズ、並びに複数のレンズを組み合わせて成るレンズ等により構成してもよい。
【００５８】
ここで、偏向材へ印加する電圧に対して、どの程度光線がシフトするかを、例えば図７に示すモデルについて計算した。
図７に示すモデルは、断面八角形状の偏向材２１に対して、左下及び右上にそれぞれ電極２２，２３を設け、これらの電極２２及び２３間に電源による電圧Ｖを印加して、これら電極２２，２３間の偏向材２１の領域２１Ａの屈折率を変化させる構成となっている。偏向材２１の寸法は、高さを５００μｍ、幅を１０００μｍ、下の電極２２のある辺の高さを２００μｍとした。また、偏向材２１の材料をＰＬＺＴとして、その屈折率ｎ＝２.５、電気光学定数（カー定数）＝８×１０−１６ｍ２／Ｖ２とした。
そして、偏向材２１の中心軸２４に沿って光を入射させ、出射光の中心軸２４からのシフト量ＳＨを計算により求めた。
計算結果を図８に示す。なお、ＰＬＺＴの応答速度は、使用する電源の容量等にもよるが、１μｓｅｃ以下である。
【００５９】
図８より、電極２２，２３間に印加する電圧Ｖの増加に伴い、シフト量ＳＨが増大していることがわかる。また、シフト量ＳＨは電圧Ｖの２乗にほぼ比例している。
【００６０】
上述した各実施の形態の偏向素子１，５，６，２０は、レーザープリンター用のヘッドや、光ネットワーク用のマトリックス光スイッチ等の様々な用途に使用することが可能である。
【００６１】
また、上述した各実施の形態の偏向素子１，５，６，２０を画像表示装置に使用して、光源部からの光を偏向させて、画像の表示を行うことが可能である。これにより、光を偏向するための構成として、シンプルな構成の偏向素子１，５，６，２０のみとなり、例えばマイクロミラーアレイのような複雑な構成を必要としないので、装置構成を簡略化することができる。
さらに、偏向素子１，５，６，２０が高速に動作するので、高速に画像表示を行うことが可能になる。
【００６２】
そして、特に、上述した各実施の形態の偏向素子１，５，６，２０を、画像表示の画素毎に設けて、各画素においてそれぞれ出射される光の強さを出射角に応じて制御することにより、（光線再生法による）立体像（３次元画像）を表示することも可能になる。
【００６３】
従来、立体像（３次元画像）を表示する構成として、例えば、ホログラムの動作原理と同様に、光の変調・偏向が可能である複数の光源を用いて、画像内の点（画素）から出射される光の強さを、出射角に応じて制御する、即ち出射方向に応じて光の強さを変えることができる発光面を備えた３次元画像生成方法及び装置が提案されている（特表２０００−５０９５９１号公報等参照）。
この技術は、窓ガラス越しに実体を見ているときの窓ガラスを仮想的な３次元画像表示装置としているものである。提案されている手法では、第１及び第２の発光面を設け、具体的には複数の光源からの光を第２の発光面において光源の数に対応する変調器により強度変調し、第２の発光面において出射方向の偏向を行っている。
この場合、光源の数に対応する視点を得ることができ、視点を増やしても解像度は悪くならないが、視点数を増やすほど装置が大きくなってしまうという問題がある。
【００６４】
これに対して、本発明の画像表示装置の構成を適用し、さらに、複数の光源を用いる代わりに１つの光源部にして、その光源部からの光線を２次元画像の画素毎に対応させて、光線偏向部即ち観察者からは画面（又はスクリーン）上で視域内を走査するように偏向する構成とすることにより、装置を簡易化することができる。このとき、光線の方向と強度を対応させて変化させることにより、３次元画像（立体像）を再生することができる。
次に、本発明の画像表示装置の実施の形態として、この３次元画像（立体像）を表示する構成の画像表示装置を、以下に示す。
【００６５】
本発明の画像表示装置の一実施の形態の概略構成図を図１２に示す。
この画像表示装置３０は、光源部３１と、光源部３１からの光線を偏向する光線偏向部３２とを備え、３次元の画像を表示することができるものである。
【００６６】
光源部３１は、指向性のある光線（例えばレーザ）を、光線偏向部３２に向けて出射する構成とする。
指向性のある光線としては、例えばレーザが好ましい。
また、１本のレーザ光を矢印ａで示すように走査させてもよい。
さらに、レーザ以外の光源からの光を利用する場合、例えば液晶型の２次元画像表示光源を利用する場合は、例えばレンズアレイ等の光学系を介して光線偏向部３２の各画素部に向けて２次元画像を表示する光を出射させることもできる。
【００６７】
このように、光源部３１においてレーザ光を変調する素子としては、例えば米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社が開発したＧＬＶ（Glating Light Valve ）素子を用いることができる。
また、光源部３１としては、液晶プロジェクター、ＣＲＴ（陰極線管）プロジェクター等の２次元画像表示手段、またＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の各種光変調素子により２次元画像を表示する光源部を適用することができる。
【００６８】
光線偏向部３２は、画像表示の各画素が、ぞれぞれ（独立して）偏向機構を有するように構成する。具体的には、図１２の光線偏向部３２の１画素の拡大図を図１３に示すように、各画素を、入射光Ｌ１を偏向させて様々な出射角度の光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｅを出射する偏向画素３３によって、構成する。図１２及び図１３では、５方向に出射光を出射させている。
【００６９】
そして、この偏向画素３３は、前述した各実施の形態の偏向素子１，５，６，２０等、本発明の偏向素子により構成することができる。
本発明の偏向素子によって偏向画素３３を構成することにより、偏向画素３３の構成をシンプルにすることができ、小型化することができる。
【００７０】
なお、各偏向画素３３における偏光方向（出射光の出射方向）は、本実施の形態の構成（５方向）に限定されることなく、２以上の複数の方向であればよく、多数化する程解像度を上げることができる。
【００７１】
次に、この画像表示装置における、３次元画像表示方法について説明する。
まず光源部３１から指向性のある光線Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌｎを光線偏向部３２に向けて出射する。
そして、光線偏向部３２に入射した光線は、この光線偏向部３２において、例えば矢印Ｌ１１〜Ｌ１５で示すように偏向され、各画素を中心に矢印ｂで示すように視域を走査するように出射される。
このとき、それぞれの光線（例えばＬ１１〜Ｌ１５）の方向に対応して、光線の強度を変調することにより、３次元画像（立体像）を再生することができる。
【００７２】
次に、図１２の光源部３１に、例えば前述したＧＬＶ素子等の光変調素子を用いた場合の光源部３１等の概略構成図を、図１４に示す。
図１４に示すように、レーザ光Ｌ０を出射する光源４０と、照明レンズ４１と、ＧＬＶ素子等の光変調素子３４、投影レンズ４２、走査ミラー４３の各部品により、図１２の光源部３１が構成されている。
【００７３】
画像の表示を行う際には、ＲＧＢ（赤、緑、青）のレーザ光Ｌ０を、光源４０から照明レンズ４１を介して光変調素子３４にスリット状に照射する。そして、光変調素子３４により強度変調された光は、投射レンズ４２を介して走査ミラー４３により矢印ｃで示すように走査されて、光線偏向部３２に矢印ｓで示すように走査照射される。なお、図１４において、Ｌｓは投影される光を示す。
【００７４】
このとき、光変調素子３４により形成した１次元像を、走査ミラー４３の回転によって水平方向（矢印ｓで示す方向）に走査させることにより、２次元画面を構成することができる。なお、図１４においては光源部３１として単色の光源４０を用いた構成を示すが、ＲＧＢそれぞれの光に対して、同様に光変調素子３４を配置する構成とすることもできる。
【００７５】
ここで、画像表示装置３０が、例えばフルＨＤ（High Definition ）対応であるとすると、水平方向の画素数は１９２０であり、６０Ｈｚで走査すると１画素あたり約８μ秒留まっている計算になる。
光線偏向部３２の各偏向画素３３では、この８μ秒の間に視域を走査する。例えば、４視点であれば、それぞれの視点では２μ秒ずつ留まっている計算になり、視点数が増えれば増えるだけそれぞれの視点の方向に留まっている時間は短くなる。
そして、前述したように、それぞれの光線の方向に対応して、光線の強度を変調することにより、立体像を再生することができる。
【００７６】
上述の本実施の形態の画像表示装置３０の構成によれば、光線偏向部３２が２次元画像の画素（偏向画素３３）毎に本発明の偏向素子によって光を偏向させる構成となっており、光の強度に応じた角度調整等を行わず、強度変調機能は光源部３１に、偏向機能は光線偏向部３２において実行される。このように、強度変調機能と偏向機能とを画像表示装置３０内で分離する構成とすることにより、光源を偏光方向の数や画素数に合わせて用意する必要がなく、また光線偏光面との距離等により左右されることなく、より簡単な構成で３次元画像表示装置３０を構成することができる。また、装置３０の小型化を図ることができる。
【００７７】
さらに、本実施の形態の画像表示装置３０では、装置構成の簡易化により、コスト高を招来することなく視点数を増加させることができ、即ち高解像度の３次元画像表示を行うことができる。
【００７８】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施の形態の偏向素子の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ、Ｂ  図１の偏向素子における入射光の偏向を示す図である。
【図３】図１の偏向素子における入射光の偏向を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の偏向素子の概略構成図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態の偏向素子の概略構成図である。
【図６】本発明の別の実施の形態の偏向素子の概略構成図（断面図）である。
【図７】本発明の偏向素子の特性の計算を行うために用いた偏向材のモデルを示す図である。
【図８】図７のモデルにおいて、電極間の印加電圧Ｖと光線のシフト量ＳＨとの関係を示す図である。
【図９】Ａ、Ｂ  凹レンズへの光線の入射位置による出射方向の変化を説明する図である。
【図１０】スネルの法則を説明する図である。
【図１１】材料中に屈折率の異なる領域を形成した場合の、光線の屈折を示す図である。
【図１２】本発明の画像表示装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図１３】図１２の光線偏向部の１画素の拡大図である。
【図１４】光源部に光変調素子を用いた場合の、図１２の画像表示装置の光源部等の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，５，６，２０  偏向素子、２，３  偏向材、１０  レンズ、１１  第１の電極、１２  第２の電極、１３  第３の電極、１４  第４の電極、１５  第５の電極、１６  第６の電極、３０  画像表示装置、３１  光源部、３２  光線偏向部、３３  偏向画素、３４  光変調素子、４０  光源
【図１】
2005202069.tif 000003
【図２】
2005202069.tif 000004
【図３】
2005202069.tif 000005
【図４】
2005202069.tif 000006
【図５】
2005202069.tif 000007
【図６】
2005202069.tif 000008
【図７】
2005202069.tif 000009
【図８】
2005202069.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005202069.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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