(57)【要約】【課題】  製造コストを低く抑えることができる光変調素子などを提供する。【解決手段】  第１の透明電極２１を有する第１の透明部材１１と、第１の透明電極の上に配置され、親油性を有するマイクロプリズム部材２４と、マイクロプリズム部材の表面に形成され、該表面の近傍の物質と屈折率が略等しい透明な油膜２５と、油膜と所定の間隔をあけて配置された第２の透明電極２２を有する第２の透明部材１２と、第２の透明電極と油膜との間に充填され、第１の透明電極とは絶縁され、マイクロプリズム部材の物質と屈折率が異なる透明な電解液２６とを備える。【選択図】      図１
2007017676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明電極を有する第１の透明部材と、
前記第１の透明電極の上に配置され、親油性を有するマイクロプリズム部材と、
前記マイクロプリズム部材の表面に形成され、該表面の近傍の物質と屈折率が略等しい透明な油膜と、
前記油膜と所定の間隔をあけて配置された第２の透明電極を有する第２の透明部材と、
前記第２の透明電極と前記油膜との間に充填され、前記第１の透明電極とは絶縁され、前記マイクロプリズム部材の前記物質と屈折率が異なる透明な電解液とを備えた
ことを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調素子と、
前記光変調素子の内部に光を入射させる光源と、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に印加される電圧を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載の光変調素子と、
前記光変調素子の内部に光を入射させる光源と、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に印加される電圧を制御する制御手段とを備え、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との少なくとも一方は、図形および／または文字を含むパターン形状を成す
ことを特徴とする表示素子。
【請求項４】
請求項３に記載の表示素子と、
前記表示素子から前記パターン形状に応じて出射した光と被写体からの光とを重ねて観察者の眼に導く光学系とを備えた
ことを特徴とする観察光学系内表示装置。                                                                                
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路型の光変調素子、光スイッチ、表示素子、および、観察光学系内表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばカメラのファインダ（観察光学系）内表示装置では、高分子分散型液晶(PDLC)を用いた光変調素子によって様々な情報を表示している（例えば特許文献１を参照）。この高分子分散型液晶は、電極間に電圧が印加されなければ透明状態であり、電圧が印加されると液晶の向きが変わって光散乱状態となる。そして、高分子分散型液晶を用いた光変調素子では、光散乱状態となった箇所で光を変調して外部に（例えば観察光路上に）導くことができる。
【特許文献１】特開平１０−４８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の光変調素子は、高価な液晶を用いるので、製造コストが高くなるという問題があった。
本発明の目的は、製造コストを低く抑えることができる光変調素子、光スイッチ、表示素子、および、観察光学系内表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の光変調素子は、第１の透明電極を有する第１の透明部材と、前記第１の透明電極の上に配置され、親油性を有するマイクロプリズム部材と、前記マイクロプリズム部材の表面に形成され、該表面の近傍の物質と屈折率が略等しい透明な油膜と、前記油膜と所定の間隔をあけて配置された第２の透明電極を有する第２の透明部材と、前記第２の透明電極と前記油膜との間に充填され、前記第１の透明電極とは絶縁され、前記マイクロプリズム部材の前記物質と屈折率が異なる透明な電解液とを備えたものである。
【０００５】
本発明の光スイッチは、上記の光変調素子と、前記光変調素子の内部に光を入射させる光源と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に印加される電圧を制御する制御手段とを備えたものである。
本発明の表示素子は、上記の光変調素子と、前記光変調素子の内部に光を入射させる光源と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に印加される電圧を制御する制御手段とを備え、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との少なくとも一方は、図形および／または文字を含むパターン形状を成すものである。
【０００６】
本発明の観察光学系内表示装置は、上記の表示素子と、前記表示素子から前記パターン形状に応じて出射した光と被写体からの光とを重ねて観察者の眼に導く光学系とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、安価な光変調素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の光変調素子１０は、図１(ａ),(ｂ)に示すように、透明基板１１,１２を平行に配置して、その間に透明電極２１,２２と絶縁層２３とマイクロプリズム部材２４とを設け、さらに油膜２５と電解液２６とを充填したものである。また、電解液２６の漏洩を阻止すると共に、透明基板１１,１２の間隔を規定するため、周囲には封止部材１３が設けられる。
【０００９】
透明基板１１,１２は、例えばガラスやアクリル樹脂などの透明部材を平板状に成形したものである。一方の透明基板１１の表面には、用途に応じた所定のパターン形状（例えば図形や文字などの形）を成す透明電極２１が形成されている。また、他方の透明基板１２の表面には、パターンを持たない全面均一な透明電極２２が形成されている。透明電極２１,２２は、例えばＩＴＯ(Indium-tix Oxide)膜であり、絶縁層２３とマイクロプリズム部材２４と油膜２５と電解液２６とを介して対向配置されている。
【００１０】
絶縁層２３は、透明電極２１を電解液２６から絶縁するために、透明電極２１の全体を覆うように形成されている。本実施形態では、絶縁層２３を設けることにより、透明電極２１,２２が電解液２６を介して電気的にショートする事態を回避している。また、絶縁層２３も透明な物質からなる。
マイクロプリズム部材２４は、透明電極２１の上に、この場合は絶縁層２３を介して配置され、微細な三角波状の凹凸構造を有する。本実施形態では、マイクロプリズム部材２４の表面の全体にわたって同じような三角波状の凹凸構造が形成されているとする。
【００１１】
さらに、マイクロプリズム部材２４は、無極性で油との親和性が強く、例えば親油性の物質からなる。または、非親油性の物質の表面に親油性処理を施したものをマイクロプリズム部材２４としてもよい。さらに、マイクロプリズム部材２４は、透明な物質からなり、電気絶縁性を有することが好ましい。このようなマイクロプリズム部材２４の物質としては、例えばシリコーンゴムやＵＶ硬化樹脂などを用いることが考えられる。
【００１２】
油膜２５は、マイクロプリズム部材２４の表面に形成され、マイクロプリズム部材２４の表面の近傍の物質と屈折率が略等しい。また、油膜２５は、例えば常温で液状の油脂であり、マイクロプリズム部材２４と相溶性に富むために安定した膜となる。さらに、油膜２５も透明な物質からなる。このような油膜２５の物質としては、例えばシリコーンオイルなどを用いることが考えられる。なお、上記の透明電極２２は、油膜２５と所定の間隔をあけて配置されている。
【００１３】
電解液２６は、油膜２５と透明電極２２との間に充填され、本実施形態では絶縁層２３を介して透明電極２１とは絶縁されている。電解液２６と油膜２５とは相溶しないので、その界面は明瞭な境界面を形成する。また、電解液２６は、マイクロプリズム部材２４の表面の近傍の物質と屈折率が異なり、透明な物質からなる。このような電解液２６の物質としては、例えばＮａＣｌ溶液などを用いることが考えられる。
【００１４】
次に、上記のように構成された本実施形態の光変調素子１０の動作原理を説明する。本実施形態の光変調素子１０では、透明電極２１,２２の間に電圧を印加するか否かによって油膜２５と電解液２６との境界面の状態が変化し、この変化に応じて光を変調する（具体的には光の進行方向を変える）ことができる。透明電極２１,２２の間に電圧を印加しない状態を図２(ａ)に示す。また、電圧を印加した直後の状態を図２(ｂ)、印加後の安定化した状態を図２(ｃ)に示す。
【００１５】
図２(ａ)から分かるように、透明電極２１,２２の間に電圧を印加しなければ、油膜２５と電解液２６との境界面は平坦であり、油膜２５がマイクロプリズム部材２４の表面を覆っている。ところが、透明電極２１,２２の間に電圧を印加すると（図２(ｂ)）、透明電極２１に電荷（図中＋）が移動し、透明電極２２を介して電解液２６の表面（油膜２５側）に逆極性の電荷（図中−）が移動する。
【００１６】
そして、透明電極２１に移動した電荷（＋）と電解液２６の表面に移動した電荷（−）とが電気的に引き合い、電解液２６と油膜２５との境界面がマイクロプリズム部材２４の方へ移動し始める。その結果、マイクロプリズム部材２４の表面から油膜２５が取り除かれ、図２(ｃ)に示すように、電解液２６の中にマイクロプリズム部材２４の表面が露出して安定状態となる。
【００１７】
また、既に説明した通り、油膜２５とマイクロプリズム部材２４とは屈折率が略等しく、電解液２６とマイクロプリズム部材２４とは屈折率が異なる。
したがって、図２(ａ)の電圧印加前の状態では、油膜２５とマイクロプリズム部材２４とが光学的に１枚の平板層として振る舞うことになる。この場合、図３(ａ)のように斜め方向から入射した光Ｌ０は、電解液２６と油膜２５との境界面で屈折した後、油膜２５とマイクロプリズム部材２４とを素通りする（光Ｌ１）。
【００１８】
これに対し、図２(ｃ)の電圧印加後の状態では、マイクロプリズム部材２４の表面が、屈折率の異なる電解液２６の中に露出している。この場合、図３(ｂ)のように斜め方向から入射した光Ｌ０は、電解液２６とマイクロプリズム部材２４との境界面（微細な三角波状の凹凸構造）で反射して、その進行方向を変える（Ｌ２）。
このように、本実施形態の光変調素子１０では、透明電極２１,２２の間に電圧を印加するか否かによって油膜２５と電解液２６との境界面の状態を変化させ（図２(ａ)〜(ｃ)）、この変化に応じて光の進行方向を変える（図３(ａ),(ｂ)）ことができる。そして、マイクロプリズム部材２４の表面が露出した箇所で反射した光（図３(ｂ)の光Ｌ２）を光変調素子１０の外部に導くことができる。
【００１９】
図３(ａ),(ｂ)のように斜め方向から入射する光Ｌ０は、図４に示す通り、光変調素子１０の端面近傍に光源３１（例えばＬＥＤ光源）を配置して、光源３１から光変調素子１０の内部に入射させた光に起因する。この光は、光変調素子１０の内部に入射すると、透明基板１１,１２の表面で全反射を繰り返しながら伝搬する（光導波路型）。そして、油膜２５と電解液２６との境界面が全体的に図３(ａ)の状態であれば、全反射を繰り返した後、光源３１とは反対側の端面に到達する（光Ｌ３）。
【００２０】
また、伝搬の途中で、油膜２５と電解液２６との境界面が図３(ｂ)のように変化して、マイクロプリズム部材２４の表面が露出していると、そこで光の進行方向が変化し（Ｌ０→Ｌ２）、例えば図４に示す光Ｌ４のように、透明基板１１の表面に対して臨界角以上の角度で入射することになる。そして、この光Ｌ４は、透明基板１１の表面で全反射することなく、変調光として光変調素子１０の外部に出射する。このような変調光（Ｌ４）は、光変調素子１０の透明電極２１の箇所で発生し得る。
【００２１】
したがって、図４に示すように、光変調素子１０の端面近傍に光源３１を配置し、透明電極２１,２２にドライバ３２を接続して、透明電極２１,２２の間に印加される電圧を制御することにより、光の進行方向を切り替えることができる（Ｌ３／Ｌ４）。つまり、光変調素子１０と光源３１とドライバ３２とで光スイッチを構成することができる。また、複数の透明電極２１を独立に制御することで、変調光（Ｌ４）の出射位置を切り替えることもできる。このような光スイッチは光通信分野などに好適である。
【００２２】
さらに、図４の構成において透明電極２１が例えば図形や文字などのパターン形状を成す場合、このパターン形状の組み合わせに応じて変調光（Ｌ４）が出射するため、パターン形状に応じた様々な情報を表示できる。つまり、光変調素子１０と光源３１とドライバ３２とで表示素子を構成することができる。ただし、表示素子の透明電極２１のパターン形状には、図形および／または文字が含まれる。
【００２３】
このように、本実施形態の光変調素子１０によれば、マイクロプリズム部材２４と油膜２５と電解液２６とを用い、油膜２５と電解液２６との境界面の変化に応じて、光を変調する（光の進行方向を変える）ので、構造も簡単であり、製造コストを低く抑えることができる。なお、本件において、透明という用語は、透光性のあるという意味であり、物質の透過率を限定するものではない。いわゆる半透明な物質でも光変調素子１０の各物質として用いることができる。
（第２実施形態）
ここでは、図４に示す表示素子（光変調素子１０,光源３１,ドライバ３２）を、図５に示す一眼レフカメラ４０のファインダ内表示装置に組み込む例を説明する。
【００２４】
図４に示す表示素子（１０,３１,３２）の光変調素子１０は、一眼レフカメラ４０のスクリーン４４とペンタプリズム４５との間（スクリーン４４の近傍）に配置される。光変調素子１０の大きさはスクリーン４４とほぼ同じである。光変調素子１０の透明電極２１のパターン形状の一例を図６(ａ)に示す。図６(ａ)において、中央部には焦点検出エリアを示すパターン形状の透明電極２１(1)が形成され、左下部には露光時間と絞り値とを示すパターン形状の透明電極２１(2)が形成される。
【００２５】
撮影に先立ち、撮影条件などに応じて光変調素子１０の透明電極２１(1),(2)と透明電極２２との間に選択的に電圧が印加されると、実際に電圧が印加された透明電極２１(1)などのパターン形状に応じて変調光（Ｌ４）が出射する。この変調光（Ｌ４）は、一眼レフカメラ４０のペンタプリズム４５と接眼レンズ４６とを介した後、観察者の眼に導かれる。その結果、ファインダ視野４７には、例えば図６(ｂ)に示す通り、焦点検出エリアを表すマーク５１と、露光時間と絞り値とを表す数字５２とが表示される。
【００２６】
一方、被写体からの光は、交換レンズ４１を介してカメラボディ４２の内部に導かれ、撮影前には、クイックリターンミラー４３で反射した後、スクリーン４４に到達する。このとき、スクリーン４４には被写体像が形成される。そして、被写体からの光は、スクリーン４４を透過し、光変調素子１０を透過し、ペンタプリズム４５と接眼レンズ４６とを介した後、観察者の眼に導かれる。
【００２７】
このように、一眼レフカメラ４０のファインダ内表示装置では、光変調素子１０から透明電極２１のパターン形状に応じて出射した光と被写体からの光とを重ねて観察者の眼に導くことができる。したがって、透明電極２１のパターン形状に応じた各種の情報（図６(ｂ)のマーク５１や数字５２など）を被写体像に重ねてファインダ視野４７内に表示（スーパーインポーズ表示）することができる。
【００２８】
なお、上記の一眼レフカメラ４０において、撮影時には、レリーズ操作に応じてクイックリターンミラー４３がスクリーン４４の方へ跳ね上げられ、被写体からの光が像面４８に入射する。この像面４８には、不図示の撮像素子またはフィルムが配置され、被写体像が形成される。
（変形例）
上記した実施形態では、光変調素子１０の透明電極２１とマイクロプリズム部材２４との間に絶縁層２３を設けたが、本発明はこれに限定されない。マイクロプリズム部材２４が電気絶縁性を有する場合には、絶縁層２３を省略し、マイクロプリズム部材２４によって透明電極２１の全体を覆ってもよい。ただし、絶縁層２３を設けた方が絶縁性の確保の観点からはより一層望ましい。
【００２９】
さらに、上記した実施形態では、透明電極２１が所定のパターン形状を成し、透明電極２２が全面均一である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。透明電極２１が全面均一、透明電極２２がパターン形状を成すようにしてもよい。透明電極２１,２２の双方をパターン形状にしてもよい。
また、上記した実施形態では、透明電極２１,２２の少なくとも一方をパターン形状とすることによって図形や文字などを表示したが、本発明はこれに限定されない。マイクロプリズム部材２４の表面における微細な三角波状の凹凸構造の領域をパターン形状として、そのパターン形状を含むように透明電極２１,２２を設けることにより、図形や文字などを表示させてもよい。
【００３０】
さらに、上記した実施形態では、マイクロプリズム部材２４の表面に微細な三角波状の凹凸構造を設けて光の進行方向を変える場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。マイクロプリズム部材２４の表面の凹凸構造は、三角波状に限らず、のこぎり波状など他の形状でもよい。
また、上記した実施形態では、２次元的な広がりを持つ透明基板１１,１２の間に透明電極２１,２２などを設けたが、本発明はこれに限定されない。１次元的に延在する細長い形状の透明部材の間に、同様の透明電極２１,２２などを設けてもよい。
【００３１】
さらに、上記した実施形態では、図４に示す表示素子（光変調素子１０,光源３１,ドライバ３２）をカメラのファインダ内表示装置に組み込む例で説明したが、本発明はこれに限定されない。その他の観察装置（例えば顕微鏡など）において、その観察光学系内表示装置に本実施形態の光変調素子を組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の光変調素子１０の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】光変調素子１０の動作原理を説明する図である。
【図３】光変調素子１０における光の進行方向の変化を説明する図である。
【図４】光変調素子１０を備えた表示素子の構成を示す概略図である。
【図５】第２実施形態の一眼レフカメラ４０の構成を示す概略図である。
【図６】光変調素子１０の透明電極２１のパターン形状の一例を示す図(ａ)およびファインダ視野４７内の表示例を説明する図(ｂ)である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  光変調素子  ；  １１,１２  透明基板  ；  ２１,２２  透明電極  ；
２３  絶縁層  ；  ２４  マイクロプリズム部材  ；  ２５  油膜  ；
２６  電解液  ；  ３１  光源  ；  ３２  ドライバ  ；  ４５  ペンタプリズム  ；
４６  接眼レンズ                                                                                
【図１】
2007017676.tif 000003
【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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