(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の構成要素と、それらの要素間の電気光学媒体とを具えている、電磁放射ビームを制御する装置であって、それらの要素の各々が、基板層、電極層及び配向層を連続的に具え、配向層の各々が、電気光学媒体に対向し、かつ、電気光学媒体が少なくとも二つの状態の間で切替可能な装置において、
配向層のうちの少なくとも一つが、高いストリップ状表面部分と低いストリップ状表面部分とが交互に並ぶ線形な周期的表面輪郭を有し、前記配向層が、一方の状態における電気光学媒体の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する複屈折材料を具えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、第２配向層が高いストリップ状表面部分と低いストリップ状表面部分とが交互に並ぶ線形な周期的表面輪郭を有し、かつ、前記の一方の状態における電気光学媒体の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する複屈折材料を具え、第２配向層の表面部分の長さ方向が、第１配向層の前記長さ方向と十分異なることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、前記電気光学媒体が二つの状態で切替可能であり、その一方がほぼ光学的に等方性であり、輪郭を描かれた配向層の材料の屈折率が、他方の状態における電気光学媒体の屈折率とほぼ等しいことを特徴とする装置。
【請求項４】
双方の配向層が線形な周期的表面輪郭を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の装置において、電気光学媒体がねじれネマチック液晶構造であり、２個の配向層の表面部分の長さ方向が、ねじれネマチック液晶構造のねじれ角とほぼ等しい角で相互に交差することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の装置において、電気光学媒体が、少なくとも二つの複屈折状態の間で切替可能であり、輪郭を描かれた配向層の材料の屈折率が、複屈折状態のうちの一方における電気光学材料の屈折率とほぼ等しいことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１又は５記載の装置において、電気光学煤体が、強誘電性、フェリ誘電性又はエレタトロクリニック液晶を具えることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の装置において、輪郭を描かれた配向層が、液晶材料を含む配向ポリマー組織を具えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の装置において、表面輪郭が位相回折格子により構成され、構成要素の電極層が駆動手段へ接続されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、格子の周期が少なくとも0.1μmであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の装置において、格子の周期が大きくても100μmであることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８〜10記載の装置において、駆動手段が定電圧源及びスイッチにより構成されたことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１記載の装置を具える画像表示パネルにおいて、各電極層が、画像データ及び選択電圧を受信するためのストリップ状の電極の線形アレイ具え、２個の電極層の電極構造により規定される電気光学媒体部分の透過度を決定することを特徴とする画像表示パネル。
【請求項１３】
照明ユニットと画像表示パネル及び鉄パネル用の駆動手段を具えている直視画像表示装置において、該画像表示パネルが、請求項12に記載されたパネルであることを特徴とする直視画像表示装置。
【請求項１４】
請求項13記載の直視画像表示装置において、視聴者側において、格子の少なくとも一部分が可変周期を有することを特徴とする直視画像表示装置。
【請求項１５】
請求項13記載の直視画像表示装置において、視聴者側において、格子の少なくとも一部分がフレネル構造を有することを特徴とする直視画像表示装置。
【請求項１６】
照明システムと画像表示パネルと該パネル用の駆動手段及び投影レンズを順に具える画像投影装置において、表示パネルが、請求項12に記載されたパネルであり、対物レンズが、表示パネルからの零次のビームの通路内にのみ配置されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項１７】
波長選択装置において、請求項１〜７のいずれか１項に記載された装置を具え、配向層の表面輪郭が位相回折格子により構成されかつ、電極層が可制御電圧源へ接続されていることを特徴とする波長選択装置。
【請求項１８】
請求項17記載の波長選択装置において、線形的な周期的表面輪郭を有する２個の配向層を具え、一方の層の表面部分の長さ方向が、他方の層の表面部分の長さ方向に対してほぼ垂直であることを特徴とする波長選択装置。
【請求項１９】
ビーム方向制御装置において、請求項１記載の装置を具え、表面輪郭が鋸歯状輪郭であり、電極層が、スイッチを介して定電圧源へ接続されていることを特徴とするビーム方向制御装置。
【請求項２０】
請求項19記載のビーム方向制御装置において、双方の配向層が鋸歯状輪郭を有することを特徴とするビーム方向制御装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、２個の構成要素と、それらの要素の間の電気光学媒体とを具える、電磁放射線のビームを制御するための装置に関するもので、それらの要素の各々が、基板層、電極層及び配向層を順に具え、配向層の各々が、電気光学媒体に向いており、かつ、電気光学媒体が、少なくとも二つの状態の間で切替可能である。本発明は、画像表示パネルにも関係している。そのようなパネルは、例えばビデオアプリケーションに対して、又はモニタとしての、直視表示装置又は画像投影装置に用いられる。本発明の装置は、波長選択器又はビーム方向制御器にも用いられる。
冒頭部分に記載されたような装置は、米国特許明細書第5,262,882号に記載されている。この特許においては、液晶セルが液晶材料を含む配向ポリマーの配向層と共に示されている。配向層と切替可能な液晶材料との間の強い相互作用によって、切替可能な液晶材料が、配向ポリマーの配向方向に配向される。
ディスプレー又はシャッタ応用にそのようなセルが用いられた場合には、それは、通常、２個の相互に交差した偏光子の間に配置される。第１偏光子が、入射する可視光線の偏光成分のうちの一方を透過させ、かつ、他方の偏光成分を吸収する。セルの両端間の電圧に依存して、透過した成分の偏光方向が多少回転し、かつ、部分的又は全体的に第２偏光子を通過する。第２偏光子を通過しない光は、この偏光子により吸収される。更に、偏光子表面における反射による光損失が生じうるので、第１偏光子に入射する光の50％以上が大幅に失われる。
前記の欠点が完全に又は部分的に回避されるような画像表示装置に使用するために、前述の種類の装置を提供することが、本発明の目的である。この目的のために、本発明による装置は、配向層のうちの少なくとも一つが、高いストリップ状表面部分と低いストリップ状表面部分とが交互に並ぶ線形な周期的表面輪郭を有し、かつ、一方の状態における電気光学媒体の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する複屈折材料を具えていることを特徴としている。
後者の状態において、配向層と電気光学媒体、例えば液晶媒体との界面において、屈折率の変化が生じないので、入射可視光ビームは表面輪郭を「見ず」、かつ、それにより影響されない。電気光学媒体が他の状態の一つにある場合には、配向層の表面輪郭は、異常なビーム成分、すなわちストリップ状の表面部分の長さ方向に平行な偏光の方向を有する成分に影響するのに対して、正常なビーム成分、すなわち前記の長さ方向を横切る偏光の方向を有する成分は、妨げられないで通過される。この方法で、この装置に入射するビームの偏光成分のうちの一つが制御され得る。
２個の偏光成分が制御されることを可能にする装置の好適例は、第２配向層が、高いストリップ状表面部分と低いストリップ状表面部分とが交互に並ぶ線形な周期的表面輪郭を有し、かつ、前記一方の状態における電気光学媒体の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する複屈折材料を具え、第２配向層の表面部分の長さ方向が、第１配向層の前記の長さ方向とほぼ異なっていることを特徴としている。
電気光学媒体の他方側での第２表面輪郭によって、かつ、輪郭の長さ方向の間の相互角に依存して、異常なビーム成分がほとんど伝播されず、一方、正常なビーム成分が。第２表面輪郭により影響される。
本発明の装置に用いられるべき電気光学媒体は、異なる種類のものでもよい。この装置の第１例は、電気光学媒体が２状態間で切替可能であり、その一方が、ほぼ光学的に等方性であり、輪郭を描かれた配向層の材料の屈折率が、他方の状態における電気光学媒体の屈折率とほぼ等しいことを特徴としている。
双方の配向層が線形な周期的表面輪郭を有するこの装置の第２例は、電気光学媒体がねじれネマチック液晶構造であり、２個の配向層の表面部分の長さ方向が、ねじれネマチック液晶構造のねじれ角とほぼ等しい角で相互に交差することを特徴としている。
この装置の第３例は、電気光学媒体が少なくとも２個の複屈折状態の間で切り換え可能であり、輪郭を描かれた配向層の材料の屈折率が、複屈折状態のうちの一方における電気光学材料の屈折率にほぼ等しいことを特徴としている。
前記の電気光学媒体は強誘電性、フェリ誘電性又はエレクトロクリニック液晶を具え得る。
この媒体はゲルの形で存在してもよい。この媒体はなるべく、輪郭を描かれた表面の付近の分子が表面フェイサの長さ方向とほぼ平行である状態と、分子が前記の長さ方向を十分に横切る状態との間で変わるほうがよい。
この装置の別の例は、輪郭を描かれた配向層が、液晶材料を含む配向ポリマー組織を具えることを特徴としている。
また、表面輪郭の形状に対して、本発明の装置は、異なる態様を有してもよい。
第１例は、表面輪郭が位相回折格子により構成され、構成要素の電極層が駆動手段へ接続されていることを特徴としている。
材料がそれらの状態のうちの一方において電気光学媒体の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する格子構造を得るために、液晶材料が中に存在する配向ポリマー組織を具える格子構造が好適に用いられる。そのような格子構造の周期は、困難なフォトリソグラフィック処理工程を回避するように、少なくとも0.1μmであるほうがよい。0.5μmより短い周期において、配向層の一部が摩擦中に摩擦手段（布又は摩擦ロール）としばしば満足に接触せず、又は全く接触が得られないことが見だされた。これに反して、前記周期はなるべく、例えば表示パネルの画素の大きさ（実際には100μm）よりも小さいほうがよい。
駆動手段を定電圧源及びスイッチにより構成することを特徴とする場合には、それは強度スイッチとして用いられ得る。
電極間に電圧が供給されない場合には、光ビームは、電気光学材料と配向層との間の界面において格子構造が見えず、そのビームは、この界面を妨害なく通過する。電圧が印加された場合には、光ビームは、界面において回折され、かつ、零次ビームと高次回折ビームとに分離されるので、中央の、すなわち零次ビームの強度は低減される。
各配向層が、輪郭を描かれた表面を有する場合には、二つの偏光成分がこの方法で制御され得る。
本発明は画像表示パネルに用いられ得る。そのようなパネルは、前述のような装置を具え、かつ、各電極層が画像データ及び選択電圧を受信するためのストリップ状の電極の線形なアレイを更に具え、２個の電極層の電極構造により規定される電気光学媒体部分の透過度を決定することを特徴としている。
この装置は、通常の表示パネルと２個の偏光子とを置き換え、かつ、光がほとんど吸収されないという付加的な利点を有する。
本発明は、照明ユニット、画像表示パネル及びそのパネル用の駆動手段を具えた直視画像表示装置にも関係している。この装置は、画像表示パネルが前述のようなパネルであることを特徴としている。
この装置は更に、視聴者側において、格子の少なくとも一部が可変周期を有することを特徴としてもよい。
代わりに、この装置は視聴者側において、格子の少なくとも一部がフレネル構造を有することを特徴としてもよい。
本発明は画像投影装置にも関係している。照明システム、画像表示パネル、このパネル用の駆動手段及び投影レンズを順に具えるこの装置は、表示パネルが前述のようなパネルであること、及び対物レンズが表示パネルからの零次ビームの通路内にのみ配設されていることを特徴とする。
本発明は更に波長選択装置に関係している。この装置は、それが前述のような装置を具え、配向層の表面輪郭が位相回折格子により構成され、かつ、電極層が可制御電圧源へ接続されていることを特徴としている。
それにより格子構造により通される中央、すなわち零次ビームの波長が、電極層間に印加される電圧に依存すると言う事実が用いられる。
波長選択装置は更に、それが線形な周期的表面輪郭を有する２個の配向層を具え、一方の層の表面部分の長さ方向が、他方の層の表面部分の長さ方向にほぼ垂直であることを特徴としている。
この装置によって、双方の偏光成分の波長が制御され得る。
本発明はビーム方向制御装置にも適用できる。この制御装置は、表面輪郭が鋸歯状輪郭であり、電極層がスイッチを介して定電圧源へ接続されていることを特徴としている。
電極層間に電圧が印加された場合、電気光学媒体の屈折率が配向層の屈折率と異なるので、鋸歯状輪郭が有効になり、偏光成分の一方を偏向する。この方法で、入射ビームの放射エネルギーが、二つの空間的に分離されたサブビームにわたって分配され得る。
このビーム方向制御装置が更に、双方の配向層が鋸歯状輪郭を有することを特徴とする場合には、そのビームの双方の偏光成分が同時に制御され得る。
本発明の前述の態様が以下に記載される実施例から明らかになるであろうし、本発明の他の態様が以下に記載される実施例を参照して説明されるであろう。
図1a及び1bは、２個の構成要素間に捩れ液晶材料２を有する液晶セル１を具える液晶装置の一部分を、部分的に独立した図式的かつ部分的な断面図で示しており、その各々が、例えばガラス又は透明プラスチックの透明基板層３，４と、電極層５，６と、配向層７，８とを具える。層７，８は、構成要素の内面において液晶材料を配向する。本発明により、この実施例においては、内面が格子構造として実現される。
配向層は、米国特許明細書第5,262,882号に記載された技術によって、又は格子構造内の溝の方向に摩擦することによって配向され、その結果、このセルは、この実施例においては90°のねじれ角を有している。この場合には、液晶材料が正の光学異方性と正の誘電異方性(dielectric anisotropy)とを有している。電極層が電圧源９から電圧Ｖ0が印加された場合には、図1bに示すように、分子、したがって、ディレクタ(director)10自身を電界へ向ける。
本発明によると、格子構造の材料は、入射ビーム11の異常成分及び正常成分(ordinary component)に対して、液晶材料（媒体）２と同じ屈折率ｎe及びｎoを有している。図1aに示された電極層５，６の電圧Ｖ＝０において、配向層７及び媒体２内の分子は、配向層７と媒体２との界面において入射ビーム11の異常成分及び正常成分に対する屈折率の変化が起こらないように配向される。ビームは、屈折率の任意の変化を受けないので、ビームは、妨げなく界面を通過する。媒体２と、材料が入射ビームの異常成分及び正常成分について液晶媒体２と同一屈折率ｎe及びｎoの格子構造を有する配向層８との間の界面に対しても、同じことが当てはまる。
しかしながら、図1bに示したように、電圧Ｖ＝Ｖ0が電極５，６へ印加された場合には、配向層７と媒体２との界面において入射ビーム11の異常成分に対して屈折率の差が生じるが、正常成分に対して屈折率の差が生じないように、配向層７及び媒体２内の分子が配置される。したがって、正常ビーム成分は、媒体通過に際して影響が及ぼされない。異常ビーム成分は、格子の影響が及ぼされ、それによって、格子ストリップの方向に対して垂直に回折される。配向層８の格子構造が配向層７の格子構造に対して90°回転しているので、媒体２と配向層８との界面において、屈折率差は、回折されない正常ビーム成分に対しては生じるが、異常ビーム成分の回折された部分に対しては生じない。これらの回折された部分が、媒体２と配向層８との間の遷移の際に妨害なく通過できるようになる。正常ビーム成分は、格子構造の影響が及ぼされ、これによって、異常ビーム成分は、分散された方向を横切る方向に分散される。狭いビーム11に対して、このことは、第１に、配向層７と媒体２との界面において、異常成分が、配向層７の格子構造の溝の方向と交差する平面内で回折され、続いて媒体２と配向層８との界面において、正常ビーム成分が配向層８の格子構造の溝と交差する平面内で回折されることを意味している。その結果、入射ビームの放射エネルギーは、図1b内にサブビーム11a及び11bにより示されたように、交差形状パターンに配置された幾つかの高次回折のサブビームに分割される。したがって、電圧Ｖ＝Ｖ0が電極に供給された場合には、中央、すなわち零次、ビーム11が、ほぼ消滅するのに対して、電圧が電極へ供給されない場合には、このビームは、ほとんど妨害なく装置を通過する。互いに相違する電圧が装置の電極に順次に供給された場合には、この装置は、そのような強度スイッチ又は強度変調器として機能する。
図２は、配向層が格子形状表面の代わりに平らな内面を有する装置の一実施例を示している。正常ビーム成分は、液晶媒体２と配向層８との界面において回折されない。出現したビームは、図２においてサブビーム11a及び11bにより示されたように、線状パターンで配置された複数のサブビームに分割される。入射ビームが一方向のみに回折されるので、出射ビームは電圧Ｖ＝Ｖ0において完全に消滅しない。出射ビームは、格子構造と交差する平面内で溝と平行な偏光方向を有する直線偏光されたビームである。この装置は、所望されない偏光成分を吸収する代わりに、所望されない偏光成分を回折する偏光子として機能する。この装置が、出射するビームの偏光方向と交差する偏光方向を有する偏光子と組み合わされた場合には、図３に示された透過-電圧曲線と類似の透過-電圧曲線を得ることができる。
前述されたような格子構造は、それ自体既知の複製技術によって得ることができる。それにより、周期的三角構造を有する例えばポリエチレン酸化物の機械的に形成された型を用いることができる。三角形は、例えば６μmの高さを有し、一方、それらの基礎的な寸法は約４μmである。格子構造の周期において大きい変動が可能である。その後、電極を設けたガラス基板は、単軸方向に摩擦された配向層によって被覆される。10％のＬＣディアクリレート(C6M)及び90％の液晶材料を含む混合物と、１％のＵＶ開始剤とが、配向の方向と平行に選択した格子溝により、型と基板との間に付与される。紫外放射による重合の後に、型が除去される。複製層内の分子の配向が格子溝の分子の配向と平行であることを、光学的な分析によって示した。この種類の２個の構造によって、図1aに示されたようなセルが構成され、かつ、格子構造を有する層と液晶材料とがほぼ同一屈折率を有するような液晶材料により充填される。
電気光学媒体２は、上記実施例におけるようにねじれネマチック液晶である必要がない。代わりに、（反）強誘電性又はフェリ誘電性液晶媒体、又はＳＴＮセルのような、複屈折媒体が選択され得る。格子構造を有する層の材料は、状態のうちの一方、例えば無電圧状態ににおいて、この材料が入射ビーム11のそれぞれの異常成分と正常成分とに対して、電気光学媒体２と同じ屈折率ｎeとｎoとを有するのに対して、他方の状態においては成分のうちの一方に対して屈折率の差が生じるように、常に選ばれる。
格子構造は、図１，２に示されている三角形状を有する必要はない。例えば、図4a，4b及び4cは幾つかの可能な変形を示しており、これらの中では格子構造を有する配向層７が矩形形状輪郭、鋸歯状輪郭及び正弦又は波形状輪郭をそれぞれ有している。図4dに示すように、輪郭構造が基板層３内に設けられた波形状パターンにより構成されてもよい。同じ構造を有する配向層７は、入射ビーム11の異常成分と正常成分とのそれぞれに対して、電機光学媒体２と同じ屈折率ｎeとｎoとを有する三角形状、又はその他の形状の構造を与えられても又は与えられなくてもよい。
図５は前述のような装置を具えている直視画像表示装置を示している。透明電極は、方向が、例えば90°の角を囲むストリップ形状電極５，６に分割される。これらの電極がそれらの相互交差の範囲において、この装置が表示パネルとして用いられ得るように、画素素子すなわち画素を規定する。その新しい表示パネルは通常の表示パネルに対して知られた方法と類似の方法で駆動される。駆動ライン15及び16を介して、ストリップ形状電極５，６に、データと、例えばデータレジスタ18及びマルチプレクサ17により発生される選択電圧とが供給される。必要な場合は、相互同期がとられる信号20も適合される制御回路19により保証される。
この表示装置は更に、ランプ14′とランプハウジング14内へ進む光ガイド13とを収容するランプハウジング14を具えている、照明ユニット12を具えている。その設計は、壁13′，13″に入射するランプ14′からの光が、臨界角より小さい角で光が壁13″に入射するので、光が装置１に向かって伝播するまで、これらの壁により１回以上全体に内部的に反射（全反射）されるような設計である。照明ユニット12からの照明ビームは、画素構造によって、画素数と等しい複数のサブビームに分割される。所定の画素へ印加される電圧に依存して、関連するサブビームの零次成分が消滅し又は消滅せず、これは、サブビームが図５の実施例において装置１上に視聴者自身を見出す視聴者の見る方向に通過しないか又は通過することを意味している。この方法では、このサブビームと全ての他のサブビームとが、画像の形成に寄与する。
視聴者側における画像光の過大な散乱を防止するため、あるいは画像ビームを望まれる方向へ向けるために、視聴者側において、可変格子構造又は視準フレネル構造により構成された一方又は双方の格子を設けることが望ましい。
図６は、本発明による装置１を設けられた画像投影装置を非常に図式的に示している。照明ユニット12が、反射ランプ保持器14内に収容されたランプ14′と、コリメータレンズを有する他のレンズ手段２１とを具えるので、照明ビーム11が、コリメートされたビームとなる。この照明ユニットは、例えば米国特許明細書第5,098,184号及び5,184,248号に示されたように構成されてもよい。この装置１は、図５に示された駆動手段と類似した駆動手段が設けられ、かつ、図５を参照して記載したのと同じ方法で表示パネルとして機能する。装置１の画素により発生した画像であって、その画素が明るい状態と暗い状態との間で切り換えられる画像が、投影スクリーン23上に投影レンズシステム22により投影される。回折された、すなわち非零次の、サブビームが投影スクリーンへ到達するのを防止するために、光遮蔽手段24がこの投影装置のハウジング内に組み込まれている。
これまで記載したように、本発明は、非等方性状態における媒体の屈折率とほぼ等しい構造の屈折率により、少なくとも一方が電気光学媒体の側において格子構造を有する２個の組み立てられた要素の間の切換可能な電気光学媒体に関係している。等方性状態においては、屈折率の差によって、格子構造が有効になるので、中央、すなわち零次のビーム成分の強度が減少する。この原理に基づいて、例えば画像投影のみならず光減衰器及び偏光子のための光シャッタが実現され得る。
図１，２及び４に示された二重格子構造を有する類似の装置は、カラー選択装置としても用いられ得る。そのような装置が図７に示されている。この装置においては、矩形溝を有する位相格子に対して、零次ビームに対する透過率Ｔは波長λに依存すると言う事実が用いられ、その透過率は
Ｔ（λ）＝cos2（π・Δｎ・ｄ／λ）                    （１）
により与えられる。式（１）において
Δｎ＝ｎ−ｎ′
であり、ここでｎは格子材料の屈折率であり、ｎ′は格子溝内の媒体の屈折率、すなわち電気光学媒体の屈折率である。図７に示されたように、それらの格子溝、したがって、格子材料のディレクタ（又は分子配向）10a及び10bが90°であるように、２個のそのような格子が配置される。このねじれた状態において、格子の付近における電気光学媒体の屈折率が格子材料の屈折率と整合されるので、格子は有効でなく、かつ、回折が生じない。
しかしながら、電圧が電極５，６へ印加された場合には、媒体２の分子が格子の表面との垂線に対して角θをなすように回転し、垂直投射に対する有効異常屈折率ｎe（eff）が
0003836140.tif 000002
に従って減少し、一方、正常屈折率は同一のままである。
この方法で、式（１）におけるΔｎ＝ｎ（eff）−ｎが、印加される電圧Ｖの関数として変化し得る。図８は、波長λの関数として計算されたΔｎを示し、一方、図９には、計算された透過する強度、すなわち零次ビームの強度が、それぞれ、0.28，0.2，0.15，0.1及び0.05の対応するΔｎ値により、５個の互いに相違する電圧V1，V2，V3，V4及びV5に対する波長の関数としてプロットされている。透過する強度が波長に強く依存すること、及び透過した、零次ビームのスペクトルが印加電圧により決定されるｎe(eff)の関数として変化することがわかる。それで、透過するビームの色は、電極５，６へ印加される電圧を変えることにより制御され得る。
２個の交差する格子構造を有する図７の実施例においては、電圧が印加されて全ビームの色が制御される場合、入射ビーム11の２個の偏光成分が回折されることが保証される。唯一の格子が存在する一実施例においては、ビーム11の唯一の偏光成分がカラー制御される。
図10は、本発明を用いているビーム方向制御装置の一実施例を示している。この装置は、第１基板層３と、第１透明電極５と、屈折率ｎoとｎeを有する異方性材料の層20を具えている。この層は、鋸歯状輪郭表面22を有している。この表面と、第２基板層４に設けられた第２電極６との間に、切換可能な電気光学媒体23が存在している。電極５，６に電圧が印加されない場合には、媒体23の分子は鋸歯状小面と平行に配向され、かつ、媒体23と層20との屈折率の間には差がない。入射ビーム25は、この装置を真っ直ぐに通過し、かつ、出射ビーム27は、入射ビームと同じ方向を有する。電極５，６へ電圧が印加された場合には、媒体23の分子が再配向され、かつ、この媒体のディレクタ30は、図10の下側部分に示されたように鋸歯状小面31に対して角αであり、かつ、異常ビーム成分に対する媒体23の屈折率はｎe(eff)となり、
0003836140.tif 000003
により与えられる。
異常ビーム成分に対する層20と媒体23との屈折率の差によって、鋸歯状輪郭が有効であり、それは、屈折により、この小面の各々が同じ角でその上に入射するビームの一部が偏向することを意味する。入射ビームの異常成分が偏向され、かつ、ビーム28として励起する。
図10の実施例においては、唯一の入射ビームの偏光成分が偏向される。両成分の方向を変えるためには、図11に示された実施例が用いられ得る。
この実施例においては、鋸歯状輪郭22に類似しているが、鋸歯状輪郭22を鏡面変換した鋸歯状輪郭36を有する第２配向層35が、第２電極６上に配置される。２個の表面22と36の間の電気光学媒体23は、クリスマスツリーの形状を有している。入射ビーム25の異常成分は、電圧が印加された場合には、図10の実施例におけるように、表面22において偏向される。層35の正常屈折率と異常屈折率とが層22の異常屈折率と正常屈折率とにそれぞれ対応するので、この表面において正常成分が屈折率差に従うので、正常成分は、第２鋸歯状表面36により同じ角で偏向される。装置へ電圧が印加されない場合には、双方の成分が、偏向されないで装置を通過し、ビーム27として出射する。
図10及び11に示された装置は、互いに相違するチャネル間でビームのエネルギーを切り換えるため、又はこのエネルギーをこれらのチャネル上に分配するために、任意の光学システムに使用され得る。これらのチャネルは、光ガイド、例えば光ファイバーにより形成されてもよい。このアプリケーションは、図12及び13に図式的に表現されており、これらの図においては、40が光源、例えばランプであり、41がビーム、例えば平行ビームに光を束ねる反射器である。このビームがレンズ又は鏡システム43によって集中されるので、ビームは更に、光学装置を通って案内され得る。このシステムは更に、ビーム方向制御装置、それぞれ図10及び図11に従って、図12においては45及び図13においては46、を具えている。
電圧がこの装置へ印加されない場合には、図12の上側部分に示されたように、全ビーム42が第１チャネル48上に集中される。電圧が印加された場合には、ビーム42の偏向成分50の一方、例えば正常成分が偏向なしで装置45を通過し、チャネル48上に入射する。異常成分は、装置45により偏向され、かつ、図12の下側部分に示されたように、第２チャネル47に入射され、この方法でビーム42のエネルギーは二つのチャネルに亘って分割される。
図11による装置46を具えている図13の実施例においては、図13の下側部分に示されたように、電圧が装置46へ印加された場合には、双方の偏光成分が同じ方法で処理されて、すなわち、それらは双方とも第２チャネル47に向かって偏向され、図13の上側部分に示されたように、電圧が印加されない場合には、第１チャネル48に向かって偏向されずに双方が通過する。
図12及び13のチャネルはファイバー光ガイドであってもよい。そのようなファイバー光システムは、例えば車両照明に用いられ得る。一方のチャネルから他方のチャネルへの切り換えにより、車両照明からのビームの方向が変えられ得る。
【図面の簡単な説明】
図1a及び1bは二つの異なった状態における本発明による装置の第１実施例を示し、
図２はこの装置の第２実施例を示し、
図３は関連する伝導-電圧曲線を示し、
図４はこれらの装置に用いられる格子構造の幾つかの変形を示し、
図５は本発明による直視表示装置を示し、
図６は本発明による投影表示装置を示し、
図７は本発明によるカラー選択装置の実施例を示し、
図８は波長に対する関連する屈折率差曲線を示し、
図９は異なる電圧に対する伝導-波長曲線を示し、
図10は本発明によるビーム方向制御装置の第１実施例を示し、
図11は本発明によるビーム方向制御装置の第２実施例を示し、
図12及び13は後者の装置が光学システムにいかにして用いられ得るかを図式的に示している。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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【図１３】
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