CN112005139A - 光照射装置及传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种薄且能够投影光学图案的光照射装置及使用该光照射装置的传感器。通过如下光照射装置来解决课题，所述光照射装置具有：发光元件，其在面内具有多个光射出部；及液晶光学元件，液晶光学元件具备使用液晶组合物来形成的光学各向异性层，光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，且具有在将源自液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1周期时1周期的长度不同的区域。

Description

光照射装置及传感器

技术领域

本发明涉及一种使用控制从光源射出的光的方向的光学元件的光照射装置及使用该光照射装置的传感器。

背景技术

光学图案的投影像光学三维(3D)投影那样被广泛使用。

例如，在智能手机等移动电子设备中，通过光学图案的投影来进行照射的面部认证。具体而言，将从多个点光源射出的光束光学图案投影到使用者的面部，并由受光元件接收来自面部的反射光。对受光元件接收而得到的光学像进行处理，并与投影的光学图案进行比较，由此认证使用者的面部。

为了将光照射到要检测的物体上，投影这种光学图案的传感器中利用小型的光照射装置。

如专利文献1所示，作为一例，小型的光照射装置通过利用透镜使从在面内具备多个光射出部的光源射出的光向不同的方向进行配光来形成光学图案。通过用衍射光学元件在不同的方向上复制所形成的光学图案来将光学图案投影到宽范围内。

然而，在专利文献1中，为了将光照射装置小型化，作为一例，具备多个光射出部的面光源中使用VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser，垂直谐振腔面发光激光器)。

然而，期望智能手机等移动电子设备进一步进行薄型化。

为了解决该问题，已知有专利文献2中所记载的光学式导光元件。在专利文献2中所记载的光学式导光元件中，通过如下结构来实现薄型化：将入射的光用相对于光的入射方向以约45°的角度配置的第1反射面进行反射而将光的行进方向转换为与入射方向正交的方向，进而将光用与第1反射面平行地配置的第2反射面进行反射，并从光学式导光元件输出光。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2014/0376092号说明书

专利文献2：日本特表2018-500589号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

如此，在以往的小型的光照射装置中，为了实现装置的薄型化，例如需要构成反射面以约45°的角度平行地配置的导光件。因此，导致装置的结构变复杂，进而薄型化也并不充分。

并且，在以往的小型的光照射装置中，由于将光向不同的方向进行配光的透镜的厚度厚，因此成为妨碍薄型化的主要原因之一。

本发明的目的在于解决这种以往技术的问题点，并提供一种薄且能够投影光学图案的光照射装置及使用该光照射装置的传感器。

用于解决技术课题的手段

为了解决该课题，本发明的光学元件具有以下结构。

[1]一种光照射装置，其具有：

发光元件，其在面内具有多个光射出部；及

液晶光学元件，其中，

液晶光学元件具有使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层，

光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，且具有在将源自液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1周期时液晶取向图案中的1周期的长度不同的区域。

[2]根据[1]所述的光照射装置，其中，朝着液晶取向图案中的源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向，液晶取向图案的1周期逐渐变短。

[3]根据[1]或[2]所述的光照射装置，其中，液晶光学元件为使入射的光折射而透射的透射型的光学元件。

[4]根据[3]所述的光照射装置，其中，光学各向异性层的液晶取向图案为以从内侧朝外侧的同心圆状具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向的同心圆状的图案。

[5]根据[3]或[4]所述的光照射装置，其中，在光学各向异性层的液晶取向图案中，朝一方向的源自液晶化合物的光学轴的朝向的旋转方向在所有的一方向上为相同的方向。

[6]根据[1]或[2]所述的光照射装置，其中，光学各向异性层为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。

[7]根据[6]所述的光照射装置，其中，液晶取向图案中的源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的方向为一方向。

[8]根据[6]或[7]所述的光照射装置，其具有：透镜元件，其使从发光元件的各光射出部射出并由液晶光学元件的胆甾醇型液晶层反射的多个光从胆甾醇型液晶层的面方向的中心朝着外方向发散，或者使其聚集在胆甾醇型液晶层的面方向的中心。

[9]根据[1]至[8]中任一项所述的光照射装置，其中，在发光元件与液晶光学元件之间具有将具有透镜功能的小区域二维地排列而成的透镜阵列。

[10]根据[9]所述的光照射装置，其中，透镜阵列中的一个小区域对应于发光元件的一个光射出部。

[11]根据[9]或[10]所述的光照射装置，其中，透镜阵列的小区域具有使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成且源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，液晶取向图案为以从内侧朝外侧的同心圆状具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向的同心圆状的图案，

透镜阵列为将具有同心圆状的图案的小区域二维地排列而成的液晶透镜阵列。

[12]根据[1]至[11]中任一项所述的光照射装置，其中，在发光元件与液晶光学元件之间具有相位差板。

[13]根据[12]所述的光照射装置，其中，相位差板为λ/4板。

[14]根据[12]或[13]所述的光照射装置，其中，在光的行进方向的比相位差板更靠上游的位置具有起偏器。

[15]根据[1]至[14]中任一项所述的光照射装置，其中，发光元件射出红外线。

[16]根据[1]至[15]中任一项所述的光照射装置，其中，发光元件为垂直谐振腔面发光激光器。

[17]根据[1]至[15]中任一项所述的光照射装置，其中，发光元件为光子晶体激光器。

[18]根据[1]至[17]中任一项所述的光照射装置，其中，发光元件的光射出部射出光束发散角在3°以内的光。

[19]根据[1]至[18]中任一项所述的光照射装置，其中，在光的行进方向的比液晶光学元件更靠下游的位置具有衍射光学元件。

[20]根据[19]所述的光照射装置，其中，衍射光学元件具有衍射方向不同的多个衍射元件。

[21]根据[19]或[20]所述的光照射装置，其中，衍射光学元件具有液晶衍射元件，所述液晶衍射元件具有使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成且源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。

[22]根据[21]所述的光照射装置，其中，衍射光学元件具有液晶衍射元件和相位差板。

[23]根据[22]所述的光照射装置，其中，相位差板为λ/4板。

[24]一种传感器，其具有[1]至[23]中任一项所述的光照射装置和受光元件。

发明效果

本发明的光照射装置薄且能够投影目标光学图案。并且，使用该光照射装置的本发明的传感器为薄型且装置结构简单。

附图说明

图1是概念性地表示本发明的光照射装置的一例的图。

图2是概念性地表示液晶光学元件的一例的图。

图3是概念性地表示图2所示的液晶光学元件的光学各向异性层的图。

图4是图2所示的液晶光学元件的光学各向异性层的俯视图。

图5是表示图2所示的液晶光学元件的光学各向异性层的作用的概念图。

图6是表示图2所示的液晶光学元件的光学各向异性层的作用的概念图。

图7是概念性地表示对图2所示的液晶光学元件的取向膜进行曝光的曝光装置的一例的图。

图8是液晶光学元件的光学各向异性层的另一例的俯视图。

图9是概念性地表示对形成图8所示的光学各向异性层的取向膜进行曝光的曝光装置的一例的图。

图10是液晶光学元件的光学各向异性层的另一例的俯视图。

图11是表示发光元件的一例的俯视图。

图12是发光元件的另一例的俯视图。

图13是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图14是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图15是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图16是表示透镜阵列的一例的图。

图17是表示透镜阵列的另一例的图。

图18是表示透镜阵列和发光元件的配置的一例的俯视图。

图19是表示液晶透镜阵列的一例的图。

图20是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图21是表示本发明的光照射装置的作用的概念图。

图22是表示本发明的光照射装置的作用的概念图。

图23是表示本发明的光照射装置的作用的概念图。

图24是表示本发明的传感器的一例的图。

图25是概念性地表示光学各向异性层的另一例的图。

图26是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图27是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图28是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图29是表示本发明的光照射装置的另一例的图。

图30是用于说明胆甾醇型液晶层的作用的概念图。

具体实施方式

以下，基于附图所示的优选实施例，对本发明的光照射装置及传感器进行详细说明。

在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”的前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。

在本说明书中，“(甲基)丙烯酸酯”以“丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的任一者或两者”的含义来使用。

在本说明书中，“相同”视为包含在技术领域中一般允许的误差范围。并且，在本说明书中，当称为“全部”、“均”及“整体”等时，视为除了100％的情况以外，还包括包含在技术领域中一般允许的误差范围，例如99％以上、95％以上或90％以上的情况。

在本说明书中，可见光为在电磁波中可被人眼观察到的波长的光，表示380～780nm的波长区域的光。非可见光为小于380nm的波长区域及超过780nm的波长区域的光。

并且，虽然并不限定于此，但在可见光中，420～490nm的波长区域的光为蓝色光，495～570nm的波长区域的光为绿色光，620～750nm的波长区域的光为红色光。另外，虽然并不限定于此，但在非可见光中，紫外线(紫外光)是小于380nm且200nm以上的波长区域的光，红外线(红外光)是超过780nm且12000nm以下的波长区域的光。

在本说明书中，Re(λ)表示在波长λ下的面内的延迟。没有特别记载时，波长λ设为550nm。

在本说明书中，Re(λ)为在AxoScan(Axometrics公司制造)中在波长λ下测定出的值。通过在AxoScan中输入平均折射率((nx+ny+nz)/3)和膜厚(d(μm))来计算出

慢轴方向(°)

Re(λ)＝R0(λ)。

另外，R0(λ)被显示为由AxoScan计算出的数值，但表示Re(λ)。

本发明的光照射装置具有：发光元件，其在面内具有多个光射出部；及液晶光学元件，液晶光学元件具备使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层，光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。

并且，本发明的液晶光学元件具有在光学各向异性层的液晶取向图案中将源自液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1周期时液晶取向图案中的1周期的长度不同的区域。

在本发明的光照射装置中，液晶光学元件在第1方式中使光折射并透射，在第2方式中反射规定的光。在后面详细叙述，在本发明的光照射装置中，通过液晶光学元件的光学各向异性层具有这种液晶取向图案，在第1方式中能够在面内改变入射并透射的光的角度。并且，在第2方式中，能够将入射并反射的光以与镜面反射不同的角度进行反射。

[光照射装置的第1方式]

在图1中概念性地示出本发明的光照射装置的第1方式的一例。

图示例的第1方式的光照射装置100具有液晶光学元件10和发光元件110。

在光照射装置100中，如图1所示，液晶光学元件10配置于发光元件110的光的射出侧。

在图1所示的光照射装置100中，发光元件110与液晶光学元件10之间成为空间(空气层)。另外，此时，发光元件110与液晶光学元件10之间的空间优选设为使液晶光学元件10不脱离发光元件110所射出的光的角度。

然而，本发明的光照射装置并不限于此，发光元件110和液晶光学元件10也可以由设置于其之间的贴合层进行固定。在本发明中，贴合层只要是使成为贴合对象的物体彼此贴合的层，则能够利用由公知的各种材料构成的层。因此，贴合层可以为由在贴合时具有流动性且在其后成为固体的粘接剂构成的层，也可以为由在贴合时为凝胶状(橡胶状)的柔软的固体且在其后凝胶状的状态也不变的粘合剂构成的层，也可以为由具有粘接剂和粘合剂这两者的特征的材料构成的层。即，贴合层只要使用光学透明粘接剂(OCA(Optical ClearAdhesive))、光学透明双面胶以及紫外线固化型树脂等在光学装置及光学元件等中用于片状物的贴合的公知的层即可。或者，可以用框体或夹具等保持，而不是用贴合层贴合，来构成本发明的光照射装置。

＜液晶光学元件＞

在图2中概念性地示出本发明的液晶光学元件的一例。

图示例的液晶光学元件10具有支撑体20、取向膜24及光学各向异性层26。

如上所述，液晶光学元件10具有使用包含液晶化合物的组合物来形成的、源自液晶化合物的光学轴旋转的规定的液晶取向图案。在图示例的液晶光学元件10中，光学各向异性层26使用包含液晶化合物的组合物来形成，且具有该液晶取向图案。

另外，图示例的液晶光学元件10具有支撑体20，但本发明的液晶光学元件也可以不具有支撑体20。例如，可以从图2所示的结构中剥离支撑体20而仅由取向膜24及光学各向异性层26构成液晶光学元件。另外，也可以从图2所示的结构中剥离支撑体20及取向膜24而仅由光学各向异性层26构成液晶光学元件。

本发明的光照射装置也可以具有多个液晶光学元件，包括后述的第2方式也在内。当本发明的光照射装置中层叠有多个液晶光学元件时，具有支撑体20和/或取向膜24的液晶光学元件和不具有支撑体20和/或取向膜24的液晶光学元件可以混合存在。

即，在本发明的光照射装置100中，若液晶光学元件为如下，则能够利用各种层结构：具有使用包含液晶化合物的组合物来形成的光学各向异性层，光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，且具有在光学各向异性层的液晶取向图案中将源自液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1周期时液晶取向图案中的1周期的长度不同的区域。

＜＜支撑体＞＞

如上所述，液晶光学元件10具有支撑体20、取向膜24及光学各向异性层26。

在液晶光学元件10中，支撑体20支撑取向膜24及光学各向异性层26。

支撑体20只要能够支撑取向膜24及光学各向异性层26，则能够利用各种片状物(薄膜、板状物)。

作为支撑体20，优选透明支撑体，能够举出聚甲基丙烯酸甲酯等聚丙烯酸类树脂膜、三乙酸纤维素等纤维素类树脂膜、环烯烃聚合物类薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯及聚氯乙烯等。作为环烯烃聚合物类薄膜，作为一例可以例示出JSR Corporation制造的商品名“ARTON”及Zeon Corporation制造的商品名“ZEONOR”等。

支撑体并不限于挠性的薄膜，也可以为玻璃基板等非挠性的基板。

支撑体20的厚度并没有限制，根据液晶光学元件10的用途及支撑体20的形成材料等适当地设定能够保持取向膜24及光学各向异性层26的厚度即可。

支撑体20的厚度优选1～1000μm，更优选3～250μm，进一步优选5～150μm。

支撑体20中可以加入紫外线吸收剂等添加剂。通过作为紫外线吸收剂而加入到支撑体20中，在能够提高液晶光学元件10的耐光性的观点上优选。

＜＜取向膜＞＞

在液晶光学元件10中，在支撑体20的表面形成有取向膜24。

取向膜24为在形成液晶光学元件10的光学各向异性层26时用于使液晶化合物30以规定的液晶取向图案取向的取向膜。

如后述，在液晶光学元件10中，光学各向异性层26具有源自液晶化合物30的光学轴30A(参考图4)的朝向沿着面内的一方向(后述的箭头X方向)一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。因此，液晶光学元件10的取向膜24被形成为能够使光学各向异性层26形成该液晶取向图案。

在以下的说明中，将“光学轴30A的朝向旋转”也简称为“光学轴30A旋转”。

取向膜24能够利用公知的各种取向膜。

例如，可以例示出由聚合物等有机化合物构成的摩擦处理膜、无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜以及将使用ω-二十三烷酸、双十八烷基甲基氯化铵及硬脂酸甲酯等有机化合物通过朗格缪尔-布洛杰特法形成的LB(Langmuir-Blodgett)膜沉积而成的膜等。

通过摩擦处理形成的取向膜能够通过用纸张或布将聚合物层的表面沿一定方向摩擦多次而形成。

作为取向膜中所使用的材料，可以优选例示出聚酰亚胺、聚乙烯醇、日本特开平9-152509号公报中所记载的具有聚合性基团的聚合物、日本特开2005-097377号公报、日本特开2005-099228号公报及日本特开2005-128503号公报中所记载的取向膜等的形成中所使用的材料。

在液晶光学元件10中，取向膜24优选利用对光取向性的原材料照射偏振光或非偏振光而成为取向膜的所谓的光取向膜。即，在本发明的液晶光学元件10中，作为取向膜，优选利用在支撑体20上涂布光取向材料而形成的光取向膜。

能够从垂直方向或倾斜方向对光取向膜进行偏振光的照射，且能够从倾斜方向对光取向膜进行非偏振光的照射。

作为用于本发明中能够利用的光取向膜的光取向材料，作为优选例例如可以例示出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-076839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-094071号公报、日本特开2007-121721号公报、日本特开2007-140465号公报、日本特开2007-156439号公报、日本特开2007-133184号公报、日本特开2009-109831号公报、日本专利第3883848号公报及日本专利第4151746号公报中所记载的偶氮化合物、日本特开2002-229039号公报中所记载的芳香族酯化合物、日本特开2002-265541号公报及日本特开2002-317013号公报中所记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺和/或烯基取代纳迪克酰亚胺(nadiimide)化合物、日本专利第4205195号及日本专利第4205198号中所记载的光交联性硅烷衍生物、日本特表2003-520878号公报、日本特表2004-529220号公报及日本专利第4162850号中所记载的光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺及光交联性酯、以及日本特开平9-118717号公报、日本特表平10-506420号公报、日本特表2003-505561号公报、国际公开第2010/150748号、日本特开2013-177561号公报及日本特开2014-012823号公报中所记载的能够光二聚化的化合物，尤其是肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物及香豆素化合物等。

其中，优选利用偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺、光交联性酯、肉桂酸酯化合物及查耳酮化合物。

取向膜24的厚度并没有限制，根据取向膜24的形成材料适当地设定可得到所需取向功能的厚度即可。

取向膜24的厚度优选0.01～5μm，更优选0.05～2μm。

取向膜的形成方法并没有限制，能够利用各种与取向膜的形成材料相对应的公知的方法。作为一例，可以例示出将取向膜涂布于支撑体20的表面并进行干燥之后，通过激光对取向膜进行曝光而形成取向图案的方法。

在图7中概念性地示出对取向膜24进行曝光而形成上述取向图案的曝光装置的一例。

图7所示的曝光装置60具备具有激光器62的光源64、将激光器62所射出的激光M分离为光线MA及MB这两个的光束分离器68、分别配置于所分离的两个光线MA及MB的光路上的反射镜70A及70B、以及λ/4板72A及72B。

另外，虽然省略图示，但光源64射出直线偏振光P_O。λ/4板72A将直线偏振光P_O(光线MA)转换为右旋圆偏振光P_R，λ/4板72B将直线偏振光P_O(光线MB)转换为左旋圆偏振光P_L。

具有形成取向图案之前的取向膜24的支撑体20配置于曝光部，通过使两个光线MA和光线MB在取向膜24上交叉而使其发生干涉，并将该干涉光照射到取向膜24而进行曝光。

通过此时的干涉，照射到取向膜24的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地变化。由此，在取向膜24上可得到取向状态周期性地变化的取向图案。

在曝光装置60中，通过改变两个光线MA及MB的交叉角α，能够调节取向图案的周期。即，在曝光装置60中，通过调节交叉角α，在源自液晶化合物30的光学轴30A沿着一方向连续旋转的取向图案中，能够调节光学轴30A旋转的一方向上的、光学轴30A旋转180°的1周期的长度(后述的1周期Λ)。

通过在具有这种取向状态周期性地变化的取向图案的取向膜上形成光学各向异性层，如后述，能够形成具有源自液晶化合物30的光学轴30A朝着一方向连续旋转的液晶取向图案的光学各向异性层26。

并且，通过使λ/4板72A及72B的光学轴各自旋转90°，能够使光学轴30A的旋转方向相反。

另外，在本发明的液晶光学元件中，取向膜是作为优选方式而设置的，并不是必须的构成要件。

例如，通过利用摩擦处理支撑体20的方法、用激光等加工支撑体20的方法等在支撑体20上形成取向图案，也能够将光学各向异性层26等设为具有源自液晶化合物30的光学轴30A的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案的结构。

＜＜光学各向异性层＞＞

在液晶光学元件10中，在取向膜24的表面上形成有光学各向异性层26。

另外，在图2(及后述的图5～图6)中，为了简化附图并明确地示出液晶光学元件10的结构，光学各向异性层26仅示出取向膜的表面的液晶化合物30(液晶化合物分子)。然而，如图3中概念性所示，光学各向异性层26与通常的使用包含液晶化合物的组合物来形成的光学各向异性层同样地具有取向的液晶化合物30在厚度方向上堆叠的结构。

如上所述，在液晶光学元件10中，光学各向异性层26使用包含液晶化合物的组合物来形成。当将面内延迟的值设定为λ/2时，光学各向异性层26具有作为一般的λ/2板的功能，即对入射到光学各向异性层的光中所包含的相互正交的两个直线偏振光成分赋予半波长即180°的相位差的功能。

光学各向异性层26在面内具有源自液晶化合物30的光学轴30A的朝向沿箭头X所示的一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。

另外，源自液晶化合物30的光学轴30A是在液晶化合物30中折射率最高的轴，所谓的慢轴。例如，当液晶化合物30为棒状液晶化合物时，光学轴30A沿着棒形状的长轴方向。

在以下的说明中，将“箭头X所示的一方向”也简称为“箭头X方向”。并且，在以下的说明中，将源自液晶化合物30的光学轴30A也称为“液晶化合物30的光学轴30A”或“光学轴30A”。

在光学各向异性层26中，液晶化合物30在分别与箭头X方向和与该箭头X方向正交的Y方向平行的面内二维地排列。另外，在图2、图3、后述的图5～图6中，Y方向成为与纸面正交的方向。

在图4中概念性地示出光学各向异性层26的俯视图。

另外，俯视图是在图2中从上方观察液晶光学元件10的图，即为从厚度方向(＝各层(膜)的层叠方向)观察液晶光学元件10的图。换言之，是从与主表面正交的方向观察光学各向异性层26的图。

并且，在图4中，为了明确地示出本发明的液晶光学元件10的结构，与图2同样地，液晶化合物30仅示出取向膜24的表面的液晶化合物30。然而，光学各向异性层26在厚度方向上具有如图3所示从该取向膜24的表面的液晶化合物30开始堆叠有液晶化合物30的结构，这如上所述。

光学各向异性层26在面内具有源自液晶化合物30的光学轴30A的朝向沿着箭头X方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。

具体而言，液晶化合物30的光学轴30A的朝向沿箭头X方向(规定的一方向)一边连续旋转一边变化是指，沿着箭头X方向排列的液晶化合物30的光学轴30A与箭头X方向所成的角度根据箭头X方向的位置而不同，沿着箭头X方向，光学轴30A与箭头X方向所成的角度从θ至θ+180°或θ-180°为止依次变化。

另外，沿箭头X方向彼此相邻的液晶化合物30的光学轴30A的角度差优选为45°以下，更优选为15°以下，进一步优选为更小的角度。

另一方面，关于形成光学各向异性层26的液晶化合物30，在与箭头X方向正交的Y方向，即与光学轴30A连续旋转的一方向正交的Y方向上，光学轴30A的朝向相等的液晶化合物30以等间隔排列。

换言之，在形成光学各向异性层26的液晶化合物30中，沿Y方向排列的液晶化合物30彼此之间，光学轴30A的朝向与箭头X方向所成的角度相等。

在这种光学各向异性层26的液晶化合物30的液晶取向图案中，将在面内光学轴30A的朝向连续旋转而变化的箭头X方向上的、液晶化合物30的光学轴30A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的1周期的长度Λ。在以下的说明中，将该1周期的长度Λ也称为1周期Λ。换言之，液晶取向图案中的1周期Λ由液晶化合物30的光学轴30A与箭头X方向所成的角度从θ至θ+180°为止的距离来定义。

即，将相对于箭头X方向的角度相等的两个液晶化合物30的箭头X方向的中心之间的距离设为1周期Λ。具体而言，如图3所示，将箭头X方向与光学轴30A的方向一致的两个液晶化合物30的箭头X方向的中心之间的距离设为1周期Λ。

在本发明的液晶光学元件10中，光学各向异性层的液晶取向图案在箭头X方向即光学轴30A的朝向连续旋转而变化的一方向上重复着该1周期Λ。

如上所述，在光学各向异性层中，沿Y方向排列的液晶化合物的、光学轴30A与箭头X方向(液晶化合物30的光学轴的朝向旋转的一方向)所成的角度相等。将沿Y方向配置有该光学轴30A与箭头X方向所成的角度相等的液晶化合物30的区域设为区域R。

在该情况下，各个区域R中的面内延迟(Re)的值优选为半波长即λ/2。由伴随区域R的折射率各向异性而产生的折射率差Δn与光学各向异性层的厚度之积计算出这些面内延迟。在此，伴随光学各向异性层中的区域R的折射率各向异性而产生的折射率差是由区域R的面内的慢轴的方向的折射率和与慢轴的方向正交的方向的折射率之差定义的折射率差。即，伴随区域R的折射率各向异性而产生的折射率差Δn等于光学轴30A的方向的液晶化合物30的折射率与在区域R的面内与光学轴30A垂直的方向的液晶化合物30的折射率之差。即，上述折射率差Δn等于液晶化合物的折射率差。

若圆偏振光入射到这种光学各向异性层26，则光被折射，且圆偏振光的方向被转换。

在图5中概念性地示出其作用。另外，光学各向异性层26设为液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值为λ/2。

如图5所示，当光学各向异性层26的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值为λ/2时，若作为左旋圆偏振光的入射光L₁入射到光学各向异性层26，则入射光L₁通过光学各向异性层26而被赋予180°的相位差，透射光L₂被转换为右旋圆偏振光。

并且，入射光L₁在通过光学各向异性层26时其绝对相位根据各个液晶化合物30的光学轴30A的朝向而变化。此时，光学轴30A的朝向沿着箭头X方向旋转的同时变化，因此入射光L₁的绝对相位的变化量根据光学轴30A的朝向而不同。另外，形成于光学各向异性层26的液晶取向图案为在箭头X方向上有周期性的图案，因此如图5所示，对于通过了光学各向异性层26的入射光L₁赋予在与各个光学轴30A的朝向相对应的箭头X方向上有周期性的绝对相位Q1。由此，形成相对于箭头X方向而向相反的方向倾斜的等相位面E1。

因此，透射光L₂以相对于等相位面E1朝着垂直的方向倾斜的方式被折射，并沿与入射光L₁的行进方向不同的方向行进。如此，左旋圆偏振光的入射光L₁被转换为相对于入射方向向箭头X方向倾斜一定角度的右旋圆偏振光的透射光L₂。

另一方面，如图6中概念性所示，当光学各向异性层26的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值为λ/2时，若右旋圆偏振光的入射光L₄入射到光学各向异性层26，则入射光L₄通过光学各向异性层26而被赋予180°的相位差，从而被转换为左旋圆偏振光的透射光L₅。

并且，入射光L₄在通过光学各向异性层26时其绝对相位根据各个液晶化合物30的光学轴30A的朝向而变化。此时，光学轴30A的朝向沿着箭头X方向旋转的同时变化，因此入射光L₄的绝对相位的变化量根据光学轴30A的朝向而不同。另外，形成于光学各向异性层26的液晶取向图案为在箭头X方向上有周期性的图案，因此如图6所示，对于通过了光学各向异性层26的入射光L₄赋予在与各个光学轴30A的朝向相对应的箭头X方向上有周期性的绝对相位Q2。

在此，入射光L₄为右旋圆偏振光，因此在与光学轴30A的朝向相对应的箭头X方向上有周期性的绝对相位Q2与作为左旋圆偏振光的入射光L₁相反。其结果，入射光L₄中形成与入射光L₁相反地向箭头X方向倾斜的等相位面E2。

因此，入射光L₄以相对于等相位面E2朝着垂直的方向倾斜的方式被折射，并沿与入射光L₄的行进方向不同的方向行进。如此，入射光L₄被转换为相对于入射方向向与箭头X方向相反的方向倾斜一定角度的左旋圆偏振光的透射光L₅。

在光学各向异性层26中，多个区域R的面内延迟的值优选为半波长。尤其，优选对于波长为λnm的入射光的光学各向异性层26的多个区域R的面内延迟Re(λ)＝Δn_λ×d在由下述式(1)规定的范围内。其中，Δn_λ为入射光的波长为λnm时的、伴随区域R的折射率各向异性而产生的折射率差，d为光学各向异性层26的厚度。

0.7×(λ/2)nm≤Δn_λ×d≤1.3×(λ/2)nm……(1)

即，若光学各向异性层26的多个区域R的面内延迟Re(λ)＝Δn_λ×d满足式(1)，则能够将入射到光学各向异性层26的光的足够量的圆偏振光分量转换为沿相对于箭头X方向向正方向或相反方向倾斜的方向行进的圆偏振光。

面内延迟Re(λ)＝Δn_λ×d更优选0.8×(λ/2)nm≤Δn_λ×d≤1.2×(λ/2)nm，进一步优选0.9×(λ/2)nm≤Δn_λ×d≤1.1×(λ/2)nm。

并且，也能够使用上述式(1)的范围外的光学各向异性层26中的多个区域R的面内延迟的值。具体而言，通过设为Δn_λ×d＜0.7×(λ/2)nm或1.3×(λ/2)＜Δn_λ×d，能够分为沿与入射光的行进方向相同的方向行进的光和沿与入射光的行进方向不同的方向行进的光。若Δn_λ×d接近0nm或λnm，则沿与入射光的行进方向相同的方向行进的光的分量增加，沿与入射光的行进方向不同的方向行进的光的分量减少。

在此，通过改变形成于光学各向异性层26的液晶取向图案的1周期Λ，能够调节透射光L₂及L₅的折射的角度。具体而言，液晶取向图案的1周期Λ越短，则通过了彼此相邻的液晶化合物30的光彼此干涉越强，因此能够使透射光L₂及L₅更大幅折射。

另外，通过将沿着箭头X方向旋转的液晶化合物30的光学轴30A的旋转方向设为相反方向，能够将透射光的折射的方向设为相反方向。

光学各向异性层26是将包含棒状液晶化合物或圆盘状液晶化合物的液晶组合物固化而成，具有棒状液晶化合物的光学轴或圆盘状液晶化合物的光学轴如上所述那样取向的液晶取向图案。

通过在支撑体20上形成取向膜24，并在取向膜24上涂布液晶组合物并且进行固化，能够得到由液晶组合物的固化层构成的光学各向异性层26。另外，虽然作为所谓的λ/2板发挥功能的是光学各向异性层26，但本发明包括一体具备支撑体20及取向膜24的层叠体作为λ/2板发挥功能的方式。

并且，用于形成光学各向异性层26的液晶组合物含有棒状液晶化合物或圆盘状液晶化合物，还可以含有流平剂、取向控制剂、聚合引发剂及取向助剂等其他成分。

光学各向异性层26优选相对于入射光的波长为宽频带，且优选使用双折射率成为反波长色散的液晶材料来构成。

并且，还优选通过对液晶组合物赋予扭曲分量和/或通过层叠不同的相位差板来使光学各向异性层相对于入射光的波长实质上成为宽频带。例如，在日本特开2014-089476号公报等中示出在光学各向异性层中实现通过层叠扭曲方向不同的两层的液晶而被宽频带图案化的λ/2板的方法，在本发明中能够优选使用。

-棒状液晶化合物-

作为棒状液晶化合物，可以优选使用甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类及链烯基环己基苄腈类。不仅能够使用如上所述的低分子液晶性分子，也能够使用高分子液晶性分子。

更优选通过聚合而将棒状液晶化合物的取向固定，作为聚合性棒状液晶化合物，能够使用Makromol.Chem.，190卷、2255页(1989年)、Advanced Materials 5卷、107页(1993年)、美国专利4683327号说明书、美国专利5622648号说明书、美国专利5770107号说明书、国际公开第95/22586号、国际公开95/24455号、国际公开97/00600号、国际公开98/23580号、国际公开98/52905号、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-016616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-080081号公报及日本特愿2001-064627号公报等中所记载的化合物。另外，作为棒状液晶化合物，例如也能够优选使用日本特表平11-513019号公报及日本特开2007-279688号公报中所记载的棒状液晶化合物。

-圆盘状液晶化合物-

作为圆盘状液晶化合物，例如能够优选使用日本特开2007-108732号公报及日本特开2010-244038号公报中所记载的圆盘状液晶化合物。

另外，当在光学各向异性层中使用圆盘状液晶化合物时，在光学各向异性层中，液晶化合物30沿厚度方向竖起，源自液晶化合物的光学轴30A被定义为与圆盘面垂直的轴、所谓的快轴(参考图25)。

在液晶光学元件10中，光学各向异性层26的膜厚并没有限制，但从光照射装置100的薄型化的观点考虑，优选20μm以下，更优选15μm以下，进一步优选10μm以下，尤其优选5μm以下。

在图2～图6所示的液晶光学元件中，光学各向异性层的液晶取向图案中的液晶化合物30的光学轴30A仅沿着箭头X方向连续旋转。

然而，本发明并不限于此，在光学各向异性层中，只要液晶化合物30的光学轴30A沿着至少一方向连续旋转，则能够利用各种结构。

作为一例，可以例示出如图8的俯视图中概念性所示的液晶取向图案。例示出图8所示的液晶取向图案为以从内侧朝外侧的同心圆状具有液晶化合物30的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向的同心圆状的图案的光学各向异性层34。

换言之，图8所示的光学各向异性层34的液晶取向图案为液晶化合物30的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向从光学各向异性层34的中心以放射状设置的液晶取向图案。

另外，在图8中，与图4同样地，也仅示出取向膜的表面的液晶化合物30，但在光学各向异性层34中具有如图3所示从该取向膜的表面的液晶化合物30开始堆叠有液晶化合物30的结构，这如上所述。

并且，在图8中，为了简化附图，仅示出液晶化合物30。在图8所示的例子中，液晶化合物30为棒状液晶化合物，光学轴的方向与液晶化合物30的长度方向一致。

在光学各向异性层34中，液晶化合物30的光学轴的朝向沿着从光学各向异性层34的中心朝外侧的多个方向，例如箭头A₁所示的方向、箭头A₂所示的方向、箭头A₃所示的方向、箭头A₄所示的方向……一边连续旋转一边变化。

入射到具有该液晶取向图案的光学各向异性层34的圆偏振光在液晶化合物30的光学轴的朝向不同的各个局部区域中其绝对相位分别变化。此时，各自的绝对相位的变化量根据圆偏振光所入射的液晶化合物30的光学轴的朝向而不同。

在光学各向异性层34中，液晶化合物30的光学轴的旋转方向在所有的方向(一方向)上为相同的方向。在图示例中，在箭头A₁所示的方向、箭头A₂所示的方向、箭头A₃所示的方向及箭头A₄所示的方向的所有的方向上，液晶化合物30的光学轴的旋转方向为逆时针方向。

即，若将箭头A₁和箭头A₄视为1条直线，则在该直线上，在光学各向异性层34的中心，液晶化合物30的光学轴的旋转方向反转。作为一例，假设箭头A₁与箭头A₄所成的直线朝图中右方向(箭头A₁方向)。在该情况下，液晶化合物30的光学轴最初从光学各向异性层34的外方向朝着中心向顺时针方向旋转，旋转方向在光学各向异性层34的中心处反转，然后，从光学各向异性层34的中心朝着外方向逆时针方向旋转。

如上所述，在具有液晶化合物30的光学轴的朝向朝着一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案的光学各向异性层(液晶光学元件)中，透射的光的折射方向依赖于液晶化合物30的光学轴的旋转方向。即，在该液晶取向图案中，当液晶化合物30的光学轴的旋转方向相反时，透射的光的折射方向相对于光学轴旋转的一方向成为相反的方向。

因此，具有这种同心圆状的液晶取向图案，即具有光学轴以放射状连续旋转而变化的液晶取向图案的光学各向异性层34，能够根据液晶化合物30的光学轴的旋转方向及入射的圆偏振光的回旋方向而使多个入射光(光束)发散或聚集而透射。

即，通过将光学各向异性层的液晶取向图案设为同心圆状，液晶光学元件10例如显现作为凸透镜或凹透镜的功能。

在此，当将光学各向异性层的液晶取向图案设为同心圆状而使液晶光学元件发挥作为凸透镜的作用时，优选从光学各向异性层34的中心朝着光学轴连续旋转的一方向的外方向逐渐缩短在液晶取向图案中光学轴旋转180°的1周期Λ。

如上所述，液晶取向图案中的1周期Λ越短，则相对于入射方向的光的折射角度越大。因此，通过从光学各向异性层34的中心朝着光学轴连续旋转的一方向的外方向逐渐缩短液晶取向图案中的1周期Λ，能够进一步提高基于光学各向异性层34的光的聚集能力，能够提高作为凸透镜的性能。

即使在将光学各向异性层的液晶取向图案设为同心圆状而使液晶光学元件作为凹透镜发挥作用的情况下，也同样优选将光学轴连续旋转的方向向相反的方向旋转而从光学各向异性层34的中心朝着一方向的外方向逐渐缩短在液晶取向图案中光学轴旋转180°的1周期Λ。

如上所述，液晶取向图案中的1周期Λ越短，则相对于入射方向的光的折射角度越大。因此，通过从光学各向异性层34的中心朝着光学轴连续旋转的一方向的外方向逐渐缩短液晶取向图案中的1周期Λ，能够进一步提高基于光学各向异性层34的光的发散能力，能够提高作为凹透镜的性能。

另外，在具有液晶化合物30的光学轴的朝向朝着一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案的光学各向异性层中，相对于光学轴旋转的一方向的透射光的折射方向在入射的圆偏振光的回旋方向上相反。

因此，关于具有同心圆状的液晶取向图案的光学各向异性层34的液晶光学元件，通过选择入射的圆偏振光的回旋方向，既能够使液晶光学元件作为凸透镜发挥作用，也能够作为凹透镜发挥作用。

在本发明中，当使液晶光学元件作为凸透镜或凹透镜发挥作用时，优选满足下述式。

Φ(r)＝(π/λ)[(r²+f²)^1/2-f]

其中，r为距同心圆的中心的距离，由下式r＝(x²+y²)^1/2表示。x、y表示面内的位置，(x、y)＝(0、0)表示同心圆的中心。Φ(r)表示距中心的距离r处的光学轴的角，λ表示波长，f表示目标焦距。

另外，在本发明中，也可以相反地从光学各向异性层34的中心朝着光学轴连续旋转的一方向的外方向逐渐延长同心圆状的液晶取向图案中的1周期Λ。

另外，根据液晶光学元件的用途，例如欲对透射光设定光量分布的情况等，也能够利用具有在光学轴连续旋转的一方向上1周期Λ局部不同的区域的结构，而不是朝着光学轴连续旋转的一方向逐渐变更1周期Λ。

而且，本发明的液晶光学元件也可以具有1周期Λ在整个面上均匀的光学各向异性层和具有1周期Λ不同的区域的光学各向异性层。关于这点，在如图4及后述的图10所示的仅在一方向上光学轴连续旋转的结构中也相同。

在图9中概念性地示出在取向膜24上形成这种同心圆状的取向图案的曝光装置的一例。

曝光装置80具有具备激光器82的光源84、将来自激光器82的激光M分离为S偏振光MS和P偏振光MP的偏振光束分离器86、配置于P偏振光MP的光路的反射镜90A及配置于S偏振光MS的光路的反射镜90B、配置于S偏振光MS的光路的透镜92、偏振光束分离器94以及λ/4板96。

由偏振光束分离器86分离的P偏振光MP被反射镜90A反射而入射到偏振光束分离器94。另一方面，由偏振光束分离器86分离的S偏振光MS被反射镜90B反射，并被透镜92聚光而入射到偏振光束分离器94。

P偏振光MP及S偏振光MS由偏振光束分离器94合波，并通过λ/4板96成为与偏振方向相对应的右旋圆偏振光及左旋圆偏振光而入射到支撑体20上的取向膜24。

在此，通过右旋圆偏振光与左旋圆偏振光的干涉，照射到取向膜24的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地变化。随着从同心圆的内侧朝外侧，左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的交叉角变化，因此可得到从内侧朝外侧而间距变化的曝光图案。由此，在取向膜24上可得到取向状态周期性地变化的同心圆状的取向图案。

在该曝光装置80中，液晶化合物30的光学轴沿着一方向连续旋转180°的液晶取向图案的1周期Λ能够通过改变透镜92的折射力(透镜92的F数)、透镜92的焦距及透镜92与取向膜24的距离等来控制。

并且，通过调节透镜92的折射力(透镜92的F数)，能够在光学轴连续旋转的一方向上变更液晶取向图案的1周期的长度Λ。

具体而言，根据与平行光干涉的由透镜92发散的光的发散角，能够在光学轴连续旋转的一方向上改变液晶取向图案的1周期的长度Λ。更具体而言，若减弱透镜92的折射力，则接近平行光，因此液晶取向图案的1周期的长度Λ从内侧朝着外侧逐渐变短，F数变大。相反地，若增强透镜92的折射力，则液晶取向图案的1周期的长度Λ从内侧朝着外侧急剧变短，F数变小。

如此，在光学轴连续旋转的一方向上变更光学轴旋转180°的1周期Λ的结构，即使在图2～6所示的仅在箭头X方向的一方向上液晶化合物30的光学轴30A连续旋转而变化的结构中也能够利用。

例如，通过朝着箭头X方向逐渐缩短液晶取向图案的1周期Λ，能够得到以仅在箭头的X方向上聚光的方式使光透射的液晶光学元件。并且，通过在液晶取向图案中将朝箭头X方向的光学轴30A的旋转方向设为相反，能够得到以仅在箭头X方向上发散的方式使光透射的液晶光学元件。

另外，通过将入射的圆偏振光的回旋方向设为相反，也能够得到以仅在箭头X方向上发散的方式使光透射的液晶光学元件。

另外，也可以如图10中概念性地示出俯视图的光学各向异性层36那样，以箭头X方向的中心为中心线，线对称地变更液晶取向图案的1周期Λ及光学轴30A的旋转方向。另外，在图10中，液晶化合物30也是棒状液晶化合物，光学轴的方向也与长度方向一致。

例如，从箭头X方向的中心朝着箭头X方向及与箭头X方向相反的方向逐渐缩短液晶取向图案的1周期Λ，且在中心处使朝箭头X方向的光学轴的旋转方向反转。在图示例中，光学轴的旋转方向朝着箭头X方向，在从图中左侧至中心为止为顺时针方向，在从中心至图中右侧为止为逆时针方向。即，在图10所示的例子中，从中心朝着箭头X方向及从中心朝着与箭头X方向相反的方向，光学轴的旋转方向均为逆时针方向。

具有这种液晶取向图案的光学各向异性层36(液晶光学元件)作为关于箭头X方向的中心线而对称地使多个入射光聚集或发散的透镜显现功能。

另外，根据液晶光学元件的用途，例如欲对透射光设定光量分布的情况等，也能够利用具有在箭头X向上1周期Λ局部不同的区域的结构，而不是朝着箭头X方向逐渐变更1周期Λ。

另外，作为在光学各向异性层中局部变更1周期Λ的方法，例如能够利用在图7所示的曝光装置60及图9所示的曝光装置80中配置局部变更光线的交叉角的光学元件的方法、及任意改变聚光的激光的偏振方向的同时，对光取向膜进行扫描曝光而进行图案化的方法等。

在本发明的光照射装置中，液晶光学元件的光学各向异性层的液晶取向图案中的1周期Λ并没有限制，根据光学元件的用途等适当地设定即可。

＜发光元件＞

在图11及图12中概念性地示出光照射装置100中所使用的发光元件110的一例的俯视图。另外，俯视图是从发光元件110的光的射出方向观察发光元件110的图。在光照射装置100中，是从与图4所示的光学各向异性层26的俯视图相同的方向观察发光元件的图。

在本发明的光照射装置100中，发光元件110在面内具有多个光射出部112。

通过使用在面内具有多个光射出部112的发光元件110，能够利用发光元件110所射出的光来在对象物上投影基于多个光点的光学图案(光线图案、(光)点图案)。

作为在面内具有多个光射出部112的发光元件110的一例，可以优选例示出VCSEL(Vertical-Cavity Surface-emitting Laser，垂直谐振腔面发光激光器)。

VCSEL被已知为小型且低功耗，能够实现高输出化的光源。

VCSEL对基板垂直地射出光，因此能够在基板面内配置多个光射出部。

作为在面内具有多个光射出部且射出的光的光束发散角小的发光元件，也可以优选例示出光子晶体激光器。

通过使用射出的光的光束发散角小的发光元件，能够投影高解像力的光学图案。

发光元件110的各光射出部112所射出的光的光束发散角并没有限制，但优选较小。光射出部112所射出的光的光束发散角较小时，如上所述，能够投影解像力高的光学图案。光的光束发散角为辐射强度从射出的光的辐射强度最大值成为最大值的一半的角度(半高全宽角度)。

发光元件110的各光射出部112所射出的光的光束发散角优选20°以下，更优选15°以下，进一步优选10°以下，尤其优选5°以下，最优选3°以下。

在本发明的光照射装置100中，如图11的俯视图所示，发光元件110的面内的多个光射出部112可以有规则地排列。

或者，在本发明的光照射装置100中，如图12的俯视图所示，发光元件110的面内的多个光射出部112也可以不规则地配置。通过不规则地配置光射出部112，投影的光学图案变得不规则。其结果，例如在物体的形状认证用传感器等中利用本发明的光照射装置100时，可提高认证精度，因此优选。

在本发明的光照射装置100中，发光元件110所射出的光的波长并没有限制，可以为可见光，也可以为非可见光。当射出光为可见光时，可以为蓝色光或绿色光或红色光或混合有多种颜色分量的光，也可以为白色光。并且，当射出光为非可见光时，可以为红外线，也可以为紫外线。

作为一例，当将本发明的光照射装置用作传感器用光照射装置时，光照射装置100的发光元件110所射出的光优选为人难以视觉辨认或无法视觉辨认的红外线。

在本发明的光照射装置100中，发光元件110(光射出部112)所射出的光的偏振状态并没有限制，但所射出的光优选为偏振光。其中，在能够高效地将入射到液晶光学元件10(光学各向异性层26)的光进行配光(折射(衍射))的观点上，发光元件110所射出的光更优选为圆偏振光。

当发光元件110所射出的光为直线偏振光时，如图13中概念性所示，优选在发光元件110与液晶光学元件10之间配置λ/4板等相位差板120。由此，能够将发光元件110所射出的直线偏振光转换为圆偏振光而入射到液晶光学元件10。如此，通过根据发光元件110所射出的光的偏振状态来调节相位差板120的相位差，能够将从发光元件110射出的光转换为圆偏振光而使用。

在本发明的光照射装置中，可以利用贴合层将液晶光学元件10和相位差板120和/或相位差板120和发光元件110进行固定。如上所述，在本发明中，贴合层只要是使成为贴合对象的物体彼此贴合的层，则能够利用由公知的各种材料构成的层。或者，可以用框体及夹具等保持液晶光学元件10、相位差板120及发光元件110中的两个以上，而不是用贴合层进行贴合，来构成本发明的光照射装置。

在本发明的光照射装置中，当发光元件110所射出的光的偏振状态为无偏振光时，如图14中概念性所示，在发光元件110与相位差板120之间还可以配置起偏器130。由此，能够仅将发光元件110所射出的光的直线偏振光分量入射到相位差板120，并将圆偏振光入射到液晶光学元件10。

在本发明的光照射装置中，可以利用贴合层将液晶光学元件10和相位差板120和/或相位差板120和起偏器130和/或起偏器130和发光元件110进行固定。如上所述，在本发明中，贴合层只要是使成为贴合对象的物体彼此贴合的层，则能够利用由公知的各种材料构成的层。或者，可以用框体或夹具等保持液晶光学元件10、相位差板120、起偏器130及发光元件110中的两个以上，而不是用贴合层进行贴合，来构成本发明的光照射装置。

本发明的光照射装置100只要维持投影光学图案的功能，则可以在液晶光学元件与发光元件之间配置其他光学部件。

＜透镜阵列＞

在本发明的光照射装置100中，作为一例，如图15概念性所示，可以在发光元件110与液晶光学元件10之间配置将具有作为凸透镜的透镜功能的小区域二维地排列而成的透镜阵列140。

发光元件110的光射出部112所射出的光具有一定程度的光束发散角的情况较多。相对于此，通过在发光元件110与液晶光学元件10之间设置透镜阵列140，能够减小从发光元件110射出的光的光束发散角来提高指向性。优选能够将入射到液晶光学元件10的光设为平行光(准直光)。

如上所述，通过减小从发光元件110射出的光的光束发散角，能够投影高解像力的光学图案。

作为透镜阵列140，作为一例可以例示出如图16中概念性所示的透镜阵列140那样，具有作为凸透镜的透镜功能的小区域142二维地排列而成的透明阵列。

各小区域142可以分开配置，也可以接触。关于这点，图17及图19所示的透镜阵列也相同。

透镜阵列140的小区域142只要具有透镜功能，则能够利用各种透镜阵列。

例如，如图17所示的透镜阵列140那样，可以将复眼透镜那样的圆形透镜的一部分形状作为小区域142而二维地排列。

在本发明的光照射装置100中，透镜阵列140也可以为小区域142为使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层的液晶透镜阵列。液晶透镜阵列的小区域142也优选具有上述液晶取向图案。

作为液晶透镜阵列，具体而言，可以例示出如图19中概念性所示的将具有与上述图8所示的光学各向异性层34相同的液晶取向图案的小区域142二维地排列而成的透镜阵列140。即，该液晶透镜阵列的小区域142具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，液晶取向图案具有以从内侧朝外侧的同心圆状具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向的同心圆状的图案。如上所述，具有该同心圆状的液晶取向图案的光学各向异性层作为凸透镜或凹透镜发挥作用。因此，液晶透镜阵列的小区域142显现与图8所示的光学各向异性层34相同的透镜功能。

在使本发明的光照射装置100变薄的观点上，优选使用液晶透镜阵列作为透镜阵列140。

在本发明的光照射装置100中，在减小从发光元件110的各光射出部112射出的光的光束发散角的观点上，如图18的俯视图中概念性所示，优选透镜阵列140中的一个小区域142对应于发光元件110的一个光射出部112。即，在具有透镜阵列140的本发明的光照射装置100中，优选在透镜阵列140中的一个小区域142的面内配置一个发光元件110的光射出部112。

并且，在减小光束发散角的观点上，在透镜阵列140的面方向上，优选以透镜阵列140的各小区域142的焦点位置与发光元件110的光射出部112在透镜阵列140的面方向上一致的方式排列透镜阵列140的小区域142。透镜阵列140的面方向是发光元件110的面内方向，即为光射出部112的排列方向。

因此，当发光元件110的光射出部112不规则地配置时，优选透镜阵列140的小区域142也不规则地排列。

＜衍射光学元件＞

作为一例，如图20所示，本发明的光照射装置100可以依次具有发光元件110、液晶光学元件10及衍射光学元件146。

衍射光学元件146将由从发光元件110射出并透射了液晶光学元件10的射出方向不同的多个光构成的光学图案复制并投影到更宽的角度区域。换言之，衍射光学元件146通过将由发光元件110所射出的多个光构成的光学图案中的一个光(一个光束)进行分离而复制光学图案并进行排列，使得能够投影到更宽的角度区域。

光学图案的复制投影作为光学三维投影而被广泛利用。

这种投影通过处理其光学像而生成一个物体的表面的三维形状。所投影的光学图案的所期望的特性一般依赖于应用，典型地，包括高对比度、高投影效率及构成光学图案的光束之间的强度分布的高均匀性。

若投影方法的均匀度低，则光学像的处理精度降低，因此期望提高均匀度，所以一般经常使用衍射光学元件。

但是，衍射光学元件具有所谓的零级问题。零级光线是入射光的一部分，是不会因投影而衍射，因此通过光学系统到达投影空间的光线，其强度大。为了减少该零级光线的影响，例如在美国专利6,560,019说明书中，关于具有第1光栅及第2光栅的衍射光学元件进行了记载。并且，在美国专利申请公开第2007/0019909号说明书中，关于衍射光学元件及具有设置于从衍射光学元件输出的零级光线不会入射的位置的第1表面的图像显示装置进行了记载。并且，在日本特开2014-209237号公报中，关于使用多个衍射元件来分散零级光线的强度以得到高强度分布的均匀性的方法进行了记载。除此以外，期望改进投影光学图案的方法。

在本发明的光照射装置100中，衍射光学元件146优选使用液晶衍射元件来构成。液晶衍射元件与上述液晶光学元件10同样具有使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层。并且，该光学各向异性层同样优选具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。

在本发明的光照射装置100中，衍射光学元件146能够通过使用这种液晶衍射元件来任意地控制零级光线及±一级光线的强度，可得到高强度分布的均匀性。

并且，通过重叠1周期Λ不同的液晶衍射元件，能够控制±一级光线的角度，因此能够以不使复制投影的图案相互重叠的方式用均匀强度的光高效率地覆盖宽空间。另外，如上所述，1周期Λ是在液晶取向图案中源自液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期的长度。

在液晶衍射元件中，可以将源自液晶化合物的光学轴旋转的一方向(图2～图6中的箭头X方向)平行地重叠，或者可以正交地重叠，或者以倾斜相交的方式重叠。即，在本发明的光照射装置中，衍射光学元件146可以具有衍射方向不同的多个衍射元件。

通过它们的组合，能够用光学图案覆盖三维空间的宽区域。

并且，在本发明中，当衍射光学元件146具有液晶衍射元件时，衍射光学元件146优选除了液晶衍射元件以外，还具有相位差板。

当衍射光学元件146重叠具有多个液晶衍射元件时，优选在液晶衍射元件之间具有相位差板。并且，当重叠具有多个液晶衍射元件时，还优选将一个相位差板与一个液晶衍射元件组合使用。

相位差板将衍射的圆偏振光转换为另一偏振状态。由此，当通过了相位差板的光入射到下游的液晶衍射元件时，能够使±一级光线成为相同的强度。在本发明中，当没有特别指定时，上游及下游是发光元件110所射出的光的行进方向上的上游及下游。

相位差板并没有限制，根据液晶衍射元件的光学各向异性适当地选择即可，但优选λ/4板。此时，圆偏振光被转换为直线偏振光，因此能够使来自以左右偏振光的重合显现的直线偏振光的液晶衍射光的±一级光线成为相同的强度，从而能够使光的强度均匀化。

如上所述，液晶衍射元件具有光学各向异性层。在光学各向异性层中，能够根据液晶取向图案的1周期Λ的长度来控制透射光的折射角度，这如上所述。

并且，通过在光学各向异性层中具有液晶取向图案的1周期Λ的长度不同的区域来在面内改变透射光的折射角度，这也如上所述。

另外，在本发明的光照射装置100中，将光进行分离的衍射光学元件146并不限于使用液晶衍射元件。

即，在本发明中，衍射光学元件146能够利用各种基于表面浮雕(surface relief)的衍射光学元件及基于衍射全息图的衍射光学元件等用于光学图案的投影的公知的衍射光学元件(DOE(Diffractive Optical Element))。并且，衍射光学元件146也可以使用各种市售品。

＜光照射装置的作用＞

本发明的光照射装置100具有在面内具备多个光射出部112的发光元件110和液晶光学元件10。

并且，液晶光学元件10具有使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层26。在本发明中，液晶光学元件10的光学各向异性层26具有源自液晶化合物30的光学轴30A的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，且具有在面内液晶取向图案中的1周期Λ不同的区域。1周期Λ是在液晶取向图案中源自液晶化合物30的光学轴30A旋转180°的1周期的长度(参考图4)。

这种本发明的光照射装置100能够使装置薄型化，且能够对目标物体投影所期望的光学图案。

以下，参考图21～图23的概念图对本发明的光照射装置100的作用进行详细说明。

另外，在图21～图23中，以在光的行进方向上分离的方式示出构成光照射装置100的各部件，但各部件也可以层叠并利用贴合层等进行固定，这如上所述。

图21所示的光照射装置100具有液晶光学元件10和发光元件110。

发光元件110从配置于面内的不同位置的多个光射出部112射出光116。

发光元件110所射出的光116入射到液晶光学元件10。如上所述，液晶光学元件10具有光学各向异性层。该光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴沿着至少一方向连续旋转的液晶取向图案。如上所述，这种光学各向异性层使入射的圆偏振光朝着光学轴旋转的一方向折射而透射。因此，入射到液晶光学元件10的光116根据液晶光学元件10面内的入射位置改变行进方向而透射液晶光学元件10。

如此，通过将从发光元件110的面内的不同位置射出的光116配光为沿不同方向行进的光，能够将所期望的光学图案投影到物体上。

并且，本发明的光照射装置100为仅将由支撑体、取向膜及光学各向异性层构成的液晶光学元件10与发光元件110组合而成的结构，因此与如专利文献1及专利文献2中所记载的投影光学图案的以往的光照射装置相比，能够实现装置的大幅薄型化。

如上所述，具有该液晶取向图案的光学各向异性层根据圆方向的回旋方向及朝一方向的光学轴的旋转方向而光的折射方向相反。因此，在本发明的光照射装置100中，作为一例，可以如图21(a)所示，使透射了液晶光学元件10的多个光(光线)116朝着外方向发散，也可以如图21(b)中作为一例所示那样聚集。

并且，在本发明的光照射装置100中，透射了液晶光学元件10的多个光也可以沿不规则的方向行进。

在本发明的光照射装置100中，液晶光学元件10的光学各向异性层在面内具有液晶取向图案中的1周期Λ的长度不同的区域。如上所述，基于液晶光学元件10的光的折射角能够通过缩短液晶取向图案中的1周期Λ而变大。

例如，当液晶光学元件10具有如图8所示的同心圆状的液晶取向图案的光学各向异性层34时，在源自液晶化合物的光学轴旋转的一方向(箭头A₁方向、箭头A₂方向…)上，从中心朝着外方向逐渐缩短1周期Λ。

由此，在液晶光学元件10(光学各向异性层34)的面方向上，入射的光116的折射在中心部变小，从中心朝着外方向逐渐变大。即，在该结构中，入射到光学各向异性层34的光在中心部在接近入射方向的光路上行进，随着向周边部前进，在相对于入射方向的倾斜度大的光路上行进。

因此，在该情况下，根据朝一方向的光学轴的旋转方向及所入射的圆偏振光的回旋方向，液晶光学元件10使光116朝着外方向预先折射，由此能够使入射到液晶光学元件10的多个光(多个光的光路)向外方向大幅发散而扩大光学图案的投影区域。

在本发明的光照射装置100中，若考虑将从发光元件110射出的光向不同的方向进行配光而投影光学图案这一点，则液晶光学元件10的光学各向异性层优选在面内具有液晶取向图案中的1周期Λ为100μm以下的区域，更优选具有50μm以下的区域，进一步优选具有30μm以下的区域。

另外，若考虑液晶取向图案的精度等，则光学各向异性层的液晶取向图案中的1周期Λ优选0.1μm以上。

在图22中示出本发明的光照射装置的另一例。

图22所示的光照射装置100在发光元件110与液晶光学元件10之间还具有透镜阵列140。如上所述，透镜阵列140是将具有透镜功能的小区域二维地排列而成(参考图16等)。

通过光照射装置100具备透镜阵列140，能够减小从发光元件110射出的光116的光束发散角。

配置于发光元件110的面内的不同位置的多个光射出部所射出的光116通过透射透镜阵列140而成为指向性高的光117，然后入射到液晶光学元件10。入射到液晶光学元件10的多个光117根据液晶光学元件10面内的入射位置改变行进方向而透射液晶光学元件10，被配光为沿互不相同的方向行进的光。如此，通过减小入射到液晶光学元件10的光的光束发散角来提高指向性，能够投影高解像力的光学图案。

在图23中示出本发明的光照射装置的另一例。

图23所示的光照射装置100在液晶光学元件10的下游还具有衍射光学元件146。如上所述，衍射光学元件146通过将由多个光构成的光学图案中的各光进行分离而复制光学图案，并投影到更宽的角度区域。

在图23所示的光照射装置100中，发光元件110的光射出部所射出的光116入射到液晶光学元件10，根据液晶光学元件10面内的入射位置改变行进方向而透射液晶光学元件10，被配光为沿互不相同的方向行进的光。若配光的光入射到衍射光学元件146，则各光被分离，即发光元件110所射出的光116的光学图案被复制并投影。

通过本发明的光照射装置100具备衍射光学元件146，能够作为将透射了液晶光学元件10的光118(光学图案)复制到更宽的角度区域的光119(光学图案)而进行投影。

另外，本发明的光照射装置100并不限于仅具有透镜阵列140及衍射光学元件146中的一者的结构，也可以具有这两者。

[光照射装置的第2方式]

在图26中概念性地示出本发明的第2方式的光照射装置的一例。

图26所示的本发明的第2方式的光照射装置150具有发光元件110、反射元件170、液晶光学元件50及透镜元件160。

在本发明的第2方式的光照射装置150中，液晶光学元件50与上述液晶光学元件10同样地具有使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层。

并且，液晶光学元件50的光学各向异性层也具有与上述液晶光学元件10的光学各向异性层26相同的液晶取向图案。即，液晶光学元件50的光学各向异性层也具有源自液晶化合物的光学轴朝着至少一方向连续旋转的液晶取向图案。另外，液晶光学元件50的光学各向异性层也具有液晶取向图案中的1周期Λ不同的区域。1周期Λ是在液晶取向图案中源自液晶化合物30的光学轴30A旋转180°的1周期的长度(参考图4)。

在此，在上述本发明的第1方式的光照射装置100中，液晶光学元件10为使光透射的元件，通过使透射的光折射而所入射的多个光(多个光的光路)发散或聚集。

相对于此，在本发明的第2方式的光照射装置150中，液晶光学元件50的光学各向异性层为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。因此，光照射装置150的液晶光学元件50选择性地反射特定的波长区域的特定的回旋方向的圆偏振光。

在图30中概念性地示出光照射装置150的液晶光学元件50的结构。

液晶光学元件50具有支撑体20、取向膜24及作为光学各向异性层的胆甾醇型液晶层52。支撑体20及取向膜24与上述液晶光学元件10的支撑体及取向膜相同。

＜胆甾醇型液晶层＞

胆甾醇型液晶层52具有液晶化合物30沿厚度方向以螺旋状回旋而堆叠的螺旋结构，将液晶化合物30以螺旋状旋转一次(旋转360°)而堆叠的结构设为螺旋1间距时，具有以螺旋状回旋的液晶化合物30层叠多个间距而成的结构。

已知胆甾醇型液晶相在特定的波长下显出选择反射性。选择反射的中心波长(选择反射中心波长)λ依赖于胆甾醇型液晶相中的螺旋结构的间距P(＝螺旋的周期)，与胆甾醇型液晶相的平均折射率n遵从λ＝n×P的关系。因此，通过调节该螺旋结构的间距，能够调节选择反射中心波长。胆甾醇型液晶相的间距依赖于在形成胆甾醇型液晶层时与液晶化合物一起使用的手性试剂的种类或其添加浓度，因此通过对它们进行调节，能够得到所期望的间距。

另外，关于间距的调节，富士胶片研究报告No.50(2005年)p.60-63中有详细的记载。关于螺旋的旋向及间距的测定法，能够使用“液晶化学实验入门”日本液晶学会编西格玛出版2007年出版、46页及“液晶便览”液晶便览编辑委员会丸善196页中所记载的方法。

胆甾醇型液晶相在特定的波长下对左旋圆偏振光或右旋圆偏振光显出选择反射性。关于反射光是右旋圆偏振光还是左旋圆偏振光，取决于胆甾醇型液晶相的螺旋的扭曲方向(旋向)。关于基于胆甾醇型液晶相的圆偏振光的选择反射，当胆甾醇型液晶相的螺旋的扭曲方向为右时反射右旋圆偏振光，当螺旋的扭曲方向为左时反射左旋圆偏振光。

另外，胆甾醇型液晶相的回旋方向能够根据形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类和/或所添加的手性试剂的种类来进行调节。

并且，显出选择反射的选择反射带(圆偏振光反射带)的半峰宽度Δλ(n m)依赖于胆甾醇型液晶相的Δn和螺旋的间距P，并遵从Δλ＝Δn×P的关系。因此，选择反射带的宽度的控制能够调节Δn来进行。Δn能够根据形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类及其混合比率以及取向固定时的温度来进行调节。

反射波长区域的半峰宽度例如根据光照射装置150的用途来进行调节，作为一例，只要是10～500nm即可，优选为20～300nm，更优选为30～100nm。

胆甾醇型液晶层52的厚度并没有限制，根据光照射装置150的用途、对液晶光学元件50(胆甾醇型液晶层52)所要求的光的反射率及胆甾醇型液晶层的形成材料等适当地设定可得到所需要的光的反射率的厚度即可。

如图4所示，胆甾醇型液晶层52在面内具有液晶化合物30的光学轴沿着箭头X方向(规定的一方向)一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。在图30中，液晶化合物30为棒状液晶化合物，光学轴与液晶化合物30的长度方向一致。

将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层通常对入射的光(圆偏振光)进行镜面反射。

相对于此，具有如上所述的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层52将入射的光向相对于镜面反射沿箭头X方向具有角度的方向进行反射。例如，胆甾醇型液晶层52并不是向法线方向反射从法线方向入射的光，而是相对于法线方向向箭头X倾斜地进行反射。从法线方向入射的光即为从正面入射的光，是相对于主面垂直地入射的光。主面是胆甾醇型液晶层52的最大面。

作为一例，对选择性地反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层进行说明。

入射到胆甾醇型液晶层52的右旋圆偏振光在被胆甾醇型液晶层52反射时其绝对相位根据各液晶化合物30的光学轴的朝向而变化。

在此，在胆甾醇型液晶层52中，液晶化合物30的光学轴沿着箭头X方向(一方向)旋转的同时变化。因此，入射的右旋圆偏振光的绝对相位的变化量根据光学轴的朝向而不同。

另外，形成于胆甾醇型液晶层52的液晶取向图案为在箭头X方向上有周期性的图案。因此，对入射到胆甾醇型液晶层52的右旋圆偏振光赋予在与各个光学轴的朝向相对应的箭头X方向上有周期性的绝对相位Q。

并且，液晶化合物30的光学轴相对于箭头X方向的朝向在与箭头X方向正交的Y方向的液晶化合物30的排列中均匀(参考图4)。

由此，在胆甾醇型液晶层52中，对右旋圆偏振光形成相对于XY面向箭头X方向倾斜的等相位面E。

因此，右旋圆偏振光向等相位面E的法线方向(与等相位面E正交的方向)被反射，被反射的右旋圆偏振光向相对于XY面(胆甾醇型液晶层52的主面)向箭头X方向倾斜的方向被反射。

在胆甾醇型液晶层52中，反射光相对于入射光的角度根据1周期Λ而不同。具体而言，1周期Λ越短，则反射光相对于入射光的角度比镜面反射更大。

因此，通过胆甾醇型液晶层52即液晶光学元件50的光学各向异性层在面内具有1周期Λ不同的区域，能够将入射的光根据向胆甾醇型液晶层52的入射位置而以不同的角度进行反射。

作为一例，使用在用于形成上述液晶光学元件10的光学各向异性层26的液晶组合物中添加了手性试剂的液晶组合物，同样能够形成胆甾醇型液晶层52。

另外，在形成胆甾醇型液晶层52时，在涂布液晶组合物之后，根据需要进行干燥和/或加热，然后进行固化，由此形成胆甾醇型液晶层。在该干燥和/或加热工序中，液晶组合物中的液晶化合物以胆甾醇型液晶相被取向即可。

--手性试剂(光学活性化合物)--

手性试剂(chiral agent)具有诱发胆甾醇型液晶相的螺旋结构的功能。手性试剂根据化合物而诱发的螺旋的扭曲方向或螺旋间距不同，因此根据目的选择即可。

作为手性试剂并没有特别限制，能够使用公知的化合物(例如，记载于液晶器件手册、第3章4-3项、TN(twisted nematic：扭曲向列)、STN(SuperTwisted Nematic：超扭曲向列)用手性试剂、199页、日本学术振兴会第142委员会编、1989)、异山梨醇及异甘露糖醇衍生物等。

手性试剂一般包含不对称碳原子，但不包含不对称碳原子的轴向不对称化合物或表面不对称化合物也能够用作手性试剂。轴向不对称化合物或表面不对称化合物的例子包括联萘、螺烯、对环芳烷及它们的衍生物。手性试剂可以具有聚合性基团。当手性试剂和液晶化合物均具有聚合性基团时，通过聚合性手性试剂与聚合性液晶化合物的聚合反应，能够形成具有由聚合性液晶化合物衍生的重复单元和由手性试剂衍生的重复单元的聚合物。在该方式中，聚合性手性试剂所具有的聚合性基团优选为与聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团相同种类的基团。因此，手性试剂的聚合性基团也优选为不饱和聚合性基团、环氧基或氮丙啶基，更优选为不饱和聚合性基团，进一步优选为烯属不饱和聚合性基团。

并且，手性试剂也可以为液晶化合物。

当手性试剂具有光异构化基团时，在涂布、取向之后，能够通过活化光线等光掩模照射来形成与发光波长相对应的所期望的反射波长的图案，因此优选。作为光异构化基团，优选显出光致变色性的化合物的异构化部位、偶氮基、氧化偶氮基或肉桂酰基。作为具体的化合物，能够使用日本特开2002-080478号公报、日本特开2002-080851号公报、日本特开2002-179668号公报、日本特开2002-179669号公报、日本特开2002-179670号公报、日本特开2002-179681号公报、日本特开2002-179682号公报、日本特开2002-338575号公报、日本特开2002-338668号公报、日本特开2003-313189号公报及日本特开2003-313292号公报等中所记载的化合物。

＜第2方式的光照射装置＞

如上所述，图26所示的本发明的第2方式的光照射装置150具有发光元件110、反射元件170、液晶光学元件50及透镜元件160。

发光元件110与具有沿面方向排列的多个光射出部的上述发光元件110相同。

反射元件170并没有限制，能够利用对光进行镜面反射(正反射)的公知的光反射部件。作为一例，可以例示出形成有铝及银等金属膜的反射元件以及形成有电介质多层膜的反射元件等。

发光元件110所射出的多个光被反射元件170反射而入射到液晶光学元件50。

如上所述，在液晶光学元件50中，胆甾醇型液晶层52具有源自液晶化合物的光学轴朝着X方向旋转的液晶取向图案。因此，液晶光学元件50将入射的光相对于镜面反射向箭头X方向倾斜地进行反射。由此，被液晶光学元件50反射的光能够适当地入射到配置于与镜面反射不同的方向上的透镜元件160。即，液晶光学元件50及反射元件170具有将从发光元件110射出的光引导到透镜元件160的功能。如图26所示，各元件可以隔开间隔而配置。

在此，从反射元件170向液晶光学元件50的光的入射角度根据液晶光学元件50的位置而不同。因此，在胆甾醇型液晶层52的面内形成1周期Λ不同的区域，以便能够根据向液晶光学元件50的光的入射角度，将光适当地朝着透镜元件160进行反射。例如，在胆甾醇型液晶层52中，朝着箭头X方向而使1周期Λ逐渐变长。

透镜元件160使入射的多个光(光束)从面方向的中心朝着外方向发散或聚集。即，透镜元件160在光学上显现出与上述光照射装置100的液晶光学元件10相同的作用。

光照射装置150通过具有透镜元件160，能够将从发光元件110的面内的不同位置射出的多个光(多个光的光路)配光为沿不同方向行进的光而使其发散或聚集，从而将所期望的光学图案投影到物体上。

因此，作为透镜元件160，可以使用具有上述液晶取向图案的光学各向异性层的液晶光学元件。作为一例，可以将如图8所示的具有以从内侧朝外侧的同心圆状具有液晶化合物30的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的一方向的同心圆状的液晶取向图案的光学各向异性层34的液晶光学元件用作透镜元件160。通过使用液晶光学元件作为透镜元件160，在能够将光照射装置薄型化的观点上优选。

另外，透镜元件160并不限于液晶光学元件，只要显现相同的光学作用，则能够利用各种光学元件。

作为透镜元件160，作为一例可以例示出凸透镜及凹透镜等。

在图27中概念性地示出本发明的光照射装置150的另一例。

作为一例，如图27所示，使用具有胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50的光照射装置150可以由液晶光学元件50、发光元件110、透镜元件160及多个反射元件170构成。

在本例中，从发光元件110射出的光在被图中下方的反射元件170反射之后，被图中上方的反射元件170反射，然后，同样入射到液晶光学元件50，并且被液晶光学元件50反射而入射到透镜元件160，从而能够形成所期望的光学图案。

液晶光学元件10及反射元件170具有将从发光元件110射出的光引导到透镜元件160的功能。如图27所示，各元件可以隔开间隔而配置。

在图28中概念性地示出本发明的光照射装置150的另一例。

作为一例，如图28所示，使用具有胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50的光照射装置150可以为具有多个液晶光学元件50、发光元件110、透镜元件160的结构。液晶光学元件50均具有源自液晶化合物的光学轴朝着箭头X方向连续旋转的液晶取向图案。

从发光元件110射出的光入射到图中上方的液晶光学元件50。如上所述，液晶光学元件50具有源自液晶化合物的光学轴朝着箭头X方向连续旋转的液晶取向图案。因此，被液晶光学元件50反射的光向箭头X方向倾斜地被反射而入射到图中下方的液晶光学元件50。此后，同样地，光被图中下方的液晶光学元件50反射而入射到透镜元件160，从而能够投影所期望的光学图案。

液晶光学元件10具有将从发光元件110射出的光引导到透镜元件160的功能。如图28所示，各元件可以隔开间隔而配置。

图26～图28所示的本发明的光照射装置150使用具有胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50。即使在从发光元件110射出的光的光束发散角比较大的情况下，该光照射装置150也能够将高指向性的光向不同方向进行配光，并将所期望的光学图案投影到物体上。

当光的光束发散角比较大时，为了使从发光元件110射出的光成为高指向性的光，发光元件110优选配置于透镜元件160的焦点上。

并且，为了提高从透镜元件160射出的光的指向性，当F值(＝透镜的焦距/有效口径)大即相同的有效口径时，优选使用焦距长的透镜。因此，为了使从发光元件110射出的光成为高指向性的光，需要在发光元件110与透镜元件160之间设置一定程度的光路长度。根据使用将光进行反射的液晶光学元件50的本发明的光照射装置150，通过将光以折回的方式进行反射，能够在发光元件110与透镜元件160之间确保足够的光路长度。

在此，在专利文献2中所记载的光学式导光元件中，通过将光由与第1反射面平行地配置的第2反射面进行反射而将入射到光学式导光元件的光的方向转换为正交的方向来实现薄型化，但由于相对于光的入射方向以约45°的角度配置反射面，因此薄型化受限。

相对于此，在本发明的光照射装置150中，使用具备具有光学轴朝着一方向旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50。在这种本发明的光照射装置150中，通过液晶光学元件50(胆甾醇型液晶层)，能够将光向与正反射方向不同的方向进行反射。因此，根据本发明的光照射装置150，能够实现进一步的薄型化。

在使用具有胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50的光照射装置150中，与第1方式的光照射装置100同样地，也可以使用衍射光学元件146。

例如，如图29所示，在图26所示的光照射装置150中，也能够优选使用在透镜元件160的下游配置有衍射光学元件146的结构。

通过光照射装置150具有衍射光学元件146，能够作为将透射了透镜元件160的光166(光学图案)复制到更宽的角度区域的光119而进行投影。

并且，在使用具有胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50的光照射装置150中，与上述光照射装置100同样地，根据需要可以并用透镜阵列140。

另外，在使用具有胆甾醇型液晶层的液晶光学元件50的光照射装置150中，根据需要，如图13所示，可以并用相位差板120，如图14所示，也可以并用起偏器130及相位差板120。

在图24中概念性地示出使用本发明的光照射装置的本发明的传感器的一例。

图24所示的传感器300构成为具有照射光学图案的本发明的光照射装置100及测量光学图案的受光元件200(光学相机)。

图24所示的传感器300将从光照射装置100照射的光学图案入射到物体O(测定对象)，并将被物体O反射的光入射到受光元件200。

在传感器300中，根据光照射装置100所照射的光学图案与受光元件200所接收的光学图案的差异来进行例如物体O的认证等。

以上，对本发明的光照射装置及传感器进行了详细说明，但本发明并不限定于上述例子，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种改良或变更是理所当然的。

实施例

以下，举出实施例对本发明的特征进行进一步具体的说明。以下实施例所示的材料、试剂、使用量、物质量、比例、处理内容及处理步骤等只要不脱离本发明的宗旨，则能够适当地进行变更。因此，本发明的范围不应通过以下所示的具体例进行限定性解释。

[实施例1]

＜液晶光学元件的制作＞

(支撑体及支撑体的皂化处理)

作为支撑体，准备了市售的三乙酰纤维素薄膜(Fujifilm Corporation制造，Z-TAC)。

使支撑体通过温度60℃的介电加热辊而将支撑体的表面温度升温至40℃。然后，使用棒涂布机在支撑体的一面以涂布量14mL(升)/m²涂布下述所示的碱溶液，并将支撑体加热至110℃，进而在蒸汽式远红外加热器(Norita ke Co.,Ltd.制造)的下方输送了10秒钟。

接着，使用相同的棒涂布机在支撑体的碱溶液涂布面以3mL/m²涂布了纯水。接着，反复进行3次基于喷注式涂布机的水洗及基于气刀的脱水之后，在70℃的干燥区域中输送10秒钟而使其干燥，并对支撑体的表面进行了碱皂化处理。

碱溶液

(底涂层的形成)

用#8的绕线棒在支撑体的碱皂化处理面连续涂布了下述底涂层形成用涂布液。将形成有涂膜的支撑体用60℃的暖风干燥60秒钟，进而用100℃的暖风干燥120秒钟而形成了底涂层。

底涂层形成用涂布液

[化学式1]

(取向膜的形成)

用#2的绕线棒在形成有底涂层的支撑体上连续涂布了下述取向膜形成用涂布液。将形成有该取向膜形成用涂布液的涂膜的支撑体在60℃的加热板上干燥60秒钟而形成了取向膜。

取向膜形成用涂布液

-光取向用原材料A-

[化学式2]

(取向膜的曝光)

使用图9所示的曝光装置对取向膜进行曝光而形成了具有取向图案的取向膜P-1。

在曝光装置中，作为激光器，使用了射出波长(325nm)的激光的激光器。将基于干涉光的曝光量设为100mJ/cm²。

(光学各向异性层的形成)

作为形成光学各向异性层的液晶组合物，制备出下述组合物A-1。

组合物A-1

液晶化合物L-1

[化学式3]

流平剂T-1

[化学式4]

通过将组合物A-1多层涂布于取向膜P-1上而形成了光学各向异性层。多层涂布是指反复进行如下处理：首先，在取向膜上涂布第1层组合物A-1，并进行加热、冷却之后，进行紫外线固化而制作出液晶固定化层之后，第2层以后，重叠涂布于该液晶固定化层而进行涂布，同样地进行加热、冷却之后，进行紫外线固化。由于通过多层涂布来形成，因此在液晶层的总厚变厚时，取向膜的取向方向也会从液晶层的下表面反映到上表面。

首先，就第1层而言，在取向膜P-1上涂布下述组合物A-1，并将涂膜在加热板上加热至70℃，然后冷却至25℃之后，在氮环境气体下使用高压汞灯将波长365nm的紫外线以100mJ/cm²的照射量照射到涂膜，由此将液晶化合物的取向固定化。此时的第1层的液晶层的膜厚为0.2μm。

第2层以后，重叠涂布于该液晶层，在与上述相同的条件下进行加热、冷却之后，进行紫外线固化而制作出液晶固定化层。以该方式反复进行重叠涂布直至总厚成为所期望的膜厚而形成光学各向异性层，从而制作出液晶光学元件。

另外，使用Axometrics公司的AxoScan在目标波长下测定光学各向异性层的延迟值“Δn_λ×d”，使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope、SE M)测定了膜厚。

对于光学各向异性层，用偏振光显微镜确认到液晶的Δn₉₄₀×厚度(Re(940))最终成为470nm，且成为如图8所示的同心圆状(放射状)的周期性的取向表面。另外，该光学各向异性层的液晶取向图案为如下液晶取向图案：关于液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期，中心部的1周期为328μm，从中心起1.0mm的距离处的1周期为27μm，从中心起2.0mm的距离处的1周期为13.5μm，并且朝着外方向而周期变短。以下，没有特别记载时，同样地进行“Δn₉₄₀×d”等的测定。

＜发光元件的制作＞

参考美国专利申请公开第2010/0118123号说明书，制作出高指向性的面光源。光源中使用了波长为940nm的激光二极管。

并且，对黑色的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)薄膜蒸镀铝，开设多个直径30μm的圆形孔而制作出发光元件用掩模。

＜＜λ/4板的制作＞＞

(取向膜P-10的形成)

用#2.4的绕线棒在形成有底涂层的支撑体上连续涂布了下述取向膜P-10形成用涂布液。将形成有该取向膜P-10形成用涂布液的涂膜的支撑体在80℃的加热板上干燥5分钟而形成了取向膜P-10。

取向膜P-10形成用涂布液

((聚合物A2的合成))

向具备搅拌机、温度计、滴液漏斗及回流冷却管的反应容器中装入2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷100质量份、甲基异丁基酮500质量份及三乙胺10质量份，并在室温下进行了混合。接着，将去离子水100质量份从滴液漏斗经30分钟滴加之后，一边在回流下混合一边在80℃下使其反应了6小时。反应结束之后，取出有机相，利用0.2质量％硝酸铵水溶液清洗至清洗后的水成为中性之后，在减压下蒸馏除去溶剂及水。由此以粘稠的透明液体形态得到了含有环氧基的聚有机硅氧烷。

对该含有环氧基的聚有机硅氧烷进行了¹H-NMR(Nuclear Magnetic Reson ance：核磁共振)分析的结果，在化学位移(δ)＝3.2ppm附近如理论强度那样得到基于环氧乙烷基的峰，确认到在反应中未产生环氧基的副反应。该含有环氧基的聚有机硅氧烷的重均分子量Mw为2,200，环氧当量为186g/摩尔。

接着，向100mL的三口烧瓶中装入上述中所得到的含有环氧基的聚有机硅氧烷10.1质量份、含有丙烯酸基的羧酸(TOAGOSEI CO.,LTD.制造，ARONI X M-5300，丙烯酸ω-羧基聚己内酯(聚合度n≒2))0.5质量份、乙酸丁酯20质量份、利用日本特开2015-026050号公报的合成例1的方法得到的肉桂酸衍生物1.5质量份及四丁基溴化铵0.3质量份，并在90℃下搅拌了12小时。反应结束之后，用与反应溶液等量(质量)的乙酸丁酯进行稀释，并水洗了3次。

浓缩该溶液，反复进行2次用乙酸丁酯进行稀释的操作，最终得到了包含具有光取向性基团的聚有机硅氧烷(下述聚合物A2)的溶液。该聚合物A2的重均分子量Mw为9,000。并且，进行¹H-NMR分析的结果，聚合物A2中的具有肉桂酸酯基的成分为23.7质量％。

-聚合物A2-

[化学式5]

-低分子化合物B2-

使用了下述式所表示的低分子化合物B2(The Nisshin OilliO Group,Lt d.，NOMCORT TAB)。

[化学式6]

-交联剂C1-

使用了下述式所表示的交联剂C1(Nagase Chemtex Corporation制造，De nacolEX411)。

[化学式7]

-化合物D1-

使用了下述式所表示的化合物D1(Kawaken Fine Chemicals Co.,Ltd.制造，铝螯合物A(W))。

[化学式8]

-化合物D2-

使用了下述式所表示的化合物D2(Toyo Science Corp.制造，三苯基硅烷醇)。

[化学式9]

(取向膜P-10的曝光)

通过对所得到的取向膜P-10照射(20mJ/cm²，使用超高压汞灯)偏振光紫外线来进行了取向膜P-10的曝光。

＜＜光学各向异性层(λ/4板)的制作＞＞

通过将组合物A-1涂布于取向膜P-10上而形成了光学各向异性层。将涂布的涂膜在加热板上加热至70℃，然后冷却至25℃之后，在氮环境气体下使用高压汞灯将波长365nm的紫外线以500mJ/cm²的照射量照射到涂膜，由此使液晶化合物的取向固定化而制作出光学各向异性层。

所得到的光学各向异性层的Δn₉₄₀×d(Re(940))为235nm。

依次配置面光源、偏振片、λ/4板及发光元件用掩模而制作出发光元件。

从发光元件射出的光的光束发散角为1°。并且，从发光元件射出的光为圆偏振光。

层叠发光元件和液晶光学元件而制作出光照射装置。

[实施例2]

在面光源与偏振片之间配置扩散板而使从发光元件射出的光的光束发散角成为4°，除此以外，以与实施例1相同的方式制作出光照射装置。

[实施例3]

以与实施例1相同的方式制作出液晶光学元件。

以与实施例2相同的方式制作出发光元件。

＜透镜阵列的制作＞

使用图9所示的曝光装置对取向膜进行曝光而形成了具有取向图案的取向膜P-3。

在曝光装置中，作为激光器，使用了射出波长(325nm)的激光的激光器。将基于干涉光的曝光量设为100mJ/cm²。

并且，使用具有四边形状的开口的掩模，以不使开口以外的部位曝光的方式实施了曝光。反复进行移动掩模和对相邻部位进行曝光的工序来进行了取向膜P-3的曝光。另外，通过改变透镜的f数、透镜有效口径、焦距、透镜与取向膜P-3的面之间的距离来控制了由两个激光的干涉而形成的图案的旋转间距。

使用了取向膜P-3，除此以外，以与实施例1的液晶光学元件相同的方式制作出光学各向异性层。

对于所制作的光学各向异性层，用偏振光显微镜确认到液晶的Δn₉₄₀×厚度(Re(940))最终成为470nm且成为如图19所示的同心圆状(放射状)的周期性的取向在面内配置有多个的液晶透镜阵列。

依次配置发光元件、透镜阵列及液晶光学元件而制作出光照射装置。另外，将发光元件的光射出部配置于透镜阵列的焦点位置。

[实施例4]

以与实施例1相同的方式制作出液晶光学元件。

以与实施例1的发光元件制作相同的方式制作出面光源及发光元件用掩模。

依次配置面光源、偏振片、发光元件用掩模而制作出发光元件。

从发光元件射出的光的光束发散角为1°。并且，从发光元件射出的光为直线偏振光。

以与实施例1相同的方式制作出λ/4板。

依次层叠发光元件、λ/4板及液晶光学元件而制作出光照射装置。

[实施例5]

以与实施例1相同的方式制作出液晶光学元件。

以与实施例1的发光元件制作相同的方式制作出面光源及发光元件用掩模。

依次配置面光源、发光元件用掩模而制作出发光元件。

从发光元件射出的光的光束发散角为1°。并且，从发光元件射出的光为非偏振光。

以与实施例1相同的方式制作出λ/4板。

依次层叠发光元件、偏振片、λ/4板及液晶光学元件而制作出光照射装置。

[实施例6]

以与实施例1相同的方式制作出液晶光学元件及发光元件。

＜光学衍射元件的制作＞

作为对取向膜进行曝光的曝光装置，使用了图7所示的曝光装置，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了取向膜P-7。另外，通过改变两个光的交叉角(交叉角α)来控制了由两个激光的干涉而形成的取向图案的1周期(源自液晶化合物的光学轴旋转180°的长度)。

将组合物A-1多层涂布于取向膜P-7上而设为所期望的膜厚，除此以外，以与实施例1的液晶光学元件相同的方式形成光学各向异性层，从而制作出液晶衍射元件。

对于光学各向异性层，用偏振光显微镜确认到液晶的Δn₉₄₀×厚度(Re(940))最终成为287nm且成为如图4所示的周期性的取向表面。另外，在该光学各向异性层的液晶取向图案中，源自液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为6.5μm。

另外，关于液晶衍射元件，制作出第1液晶衍射元件和第2液晶衍射元件。

以与实施例1相同的方式制作出第1λ/4板及第2λ/4板。

将所制作的液晶衍射元件和λ/4板以第1λ/4板、第1液晶衍射元件、第2λ/4板、第2液晶衍射元件的顺序层叠而制作出具有液晶衍射元件及λ/4板的光学衍射元件。另外，第1液晶衍射元件及第2液晶衍射元件以在光学各向异性层中使光学轴旋转的一方向(箭头X方向)相互正交的方式配置并进行了层叠。

层叠发光元件、液晶光学元件、所制作的光学衍射元件而制作出光照射装置。另外，光学衍射元件以使第1λ/4板侧成为液晶光学元件侧的方式进行了层叠。

[实施例7]

＜液晶光学元件的制作＞

(取向膜的曝光)

以与实施例1的取向膜P-1相同的方式形成取向膜，一边任意地改变聚光的激光的偏振方向，一边使用对光取向膜进行扫描曝光来图案化的曝光装置对取向膜进行曝光，形成了具有取向图案的取向膜P-2。在曝光装置中，作为激光器，使用了射出波长(325nm)的激光的激光器。

(光学各向异性层的形成)

作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备出下述组合物C-1。该组合物C-1为选择反射中心波长为940nm且形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。

组合物C-1

手性试剂Ch-1

[化学式10]

通过将组合物C-1多层涂布于取向膜P-2上而形成了胆甾醇型液晶层。

首先，就第1层而言，在取向膜P-2上涂布组合物C-1，并将涂膜在加热板上加热至95℃，然后冷却至25℃之后，在氮环境气体下使用高压汞灯将波长365nm的紫外线以100mJ/cm²的照射量照射到涂膜，由此将液晶化合物的取向固定化。此时的第1层的液晶层的膜厚为0.2μm。

第2层以后，重叠涂布于该液晶层，在与上述相同的条件下进行加热、冷却之后，进行紫外线固化而制作出液晶固定化层。以该方式反复进行重叠涂布直至总厚成为所期望的膜厚而形成了反射胆甾醇型液晶层。

用SEM确认了反射层的剖面，其结果，反射胆甾醇型液晶层的胆甾醇型液晶相为8间距。

对于胆甾醇型液晶层，用偏振光显微镜确认到液晶取向图案的1周期成为朝着一方向逐渐变长的周期性的取向。另外，在该胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为1.0～1.2μm，是朝着一方向而周期变长的液晶取向图案。

＜发光元件的制作＞

在面光源与偏振片之间配置扩散板而使从发光元件射出的光的光束发散角成为10°，除此以外，以与实施例1相同的方式制作出发光元件。

＜透镜元件的制作＞

以与实施例1的液晶光学元件相同的方式制作出液晶光学元件，将其用作透镜元件。

将涂布有银的反射镜用作反射元件，并使用上述中所制作的液晶光学元件、发光元件、透镜元件制作出图27所示的结构的光照射装置。

[实施例8]

以与实施例6相同的方式制作出具有液晶衍射元件及λ/4板的光学衍射元件。

以与实施例7相同的方式制作出光照射装置，并在透镜元件的下游配置光学衍射元件而制作出本实施例的光照射装置。另外，液晶衍射元件以使第1λ/4板侧成为透镜元件侧的方式进行了配置。

[比较例1]

在实施例1的光照射装置中，除了液晶光学元件以外，以相同的方式制作出光照射装置。

[光学图案的评价]

评价了从所制作的光照射装置投影的光学图案。

用光照射装置将光学图案投影到在光照射装置的法线方向上30cm的距离处配置的屏幕上，并评价了用红外相机拍摄的图像。

在比较例1的光照射装置中，发光元件所射出的各个光没有以不同的角度配光，在投影到屏幕上的投影像中，投影范围没有扩大，因此未能观察到由扩大投影的多个光点构成的光学图案。

相对于此，在实施例1的光照射装置中观察到如下情况：发光元件所射出的各个光以不同的角度配光，在屏幕上投影有由多个光点构成的光学图案。

实施例2的光照射装置相对于实施例1的光照射装置，所投影的光学图案的点变大，解像力稍微降低。

实施例3的光照射装置相对于实施例2的光照射装置，所投影的光学图案的点变小，解像力得到了提高。

实施例4及实施例5的光照射装置观察到与实施例1的光照射装置相同的光学图案。

实施例6的光照射装置观察到实施例1的光照射装置中的光学图案沿屏幕的水平方向和铅垂方向(9区域)复制投影的情况。

实施例7的光照射装置观察到如下情况：来自发光元件的光以不同的角度配光，在屏幕上投影有光学图案。

实施例8的光照射装置观察到实施例7的光照射装置中的光学图案沿屏幕的水平方向和铅垂方向(9区域)复制投影的情况。

实施例1～5的距发光元件表面的光照射装置的厚度为约1.5mm。并且，在实施例7中，由图27所示的液晶光学元件50、透镜元件160及反射元件170构成的结构的最厚部的厚度(与箭头X正交的方向)为约1.5mm。这些实施例薄于搭载于智能手机等的投影光学图案的光照射装置(光学衍射元件除外)的厚度为约3mm。

实施例6的距发光元件表面的光照射装置的厚度为约2mm。并且，在实施例8中，在由图27所示的液晶光学元件50、透镜元件160及反射元件170构成的结构中加上了光学衍射元件的结构的最厚部的厚度(与箭头X正交的方向)为约2mm。这些实施例薄于搭载于智能手机等的投影光学图案的光照射装置(包括光学衍射元件)的厚度为约4mm。

如上所述，本发明的光照射装置薄，且能够适当地投影光学图案，该光照射装置具有：发光元件，其在面内具有多个光射出部；及液晶光学元件，其中，液晶光学元件具备使用包含液晶化合物的液晶组合物来形成的光学各向异性层，光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，且具有在将源自液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1周期时液晶取向图案中的1周期的长度不同的区域。

根据以上结果，可明确本发明的效果。

产业上的可利用性

能够优选利用于传感器等投影光学图案的各种用途。

符号说明

10、50-液晶光学元件，20-支撑体，24-取向膜，26、34-光学各向异性层，30-液晶化合物，30A-光学轴，52-胆甾醇型液晶层，60、80-曝光装置，62、82-激光器，64、84-光源，68-光束分离器，70A、70B、90A、90B-反射镜，72A、72B、96-λ/4板，86、94-偏振光束分离器，92-透镜，100、150-光照射装置，110-发光元件，112-光射出部，116、117、118、119、166-光，120-相位差板，130-起偏器，140-透镜阵列，142-小区域，146-衍射光学元件，160-透镜元件，170-反射元件，200-受光元件，M-激光，MA、MB-光线，MP-P偏振光，MS-S偏振光，P_O-直线偏振光，P_R-右旋圆偏振光，P_L-左旋圆偏振光，Q、Q1、Q2-绝对相位，E、E1、E2-等相位面，O-物体。

Claims (24)

1.一种光照射装置，其具有：

发光元件，其在面内具有多个光射出部；及

液晶光学元件，其中，

所述液晶光学元件具有使用包含液晶化合物的液晶组合物而形成的光学各向异性层，

所述光学各向异性层具有源自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，且具有在将源自所述液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1周期时所述液晶取向图案中的所述1周期的长度不同的区域。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其中，

朝着所述液晶取向图案中的源自所述液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的所述一方向，所述液晶取向图案的所述1周期逐渐变短。

3.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其中，

所述液晶光学元件为使入射的光折射而透射的透射型的光学元件。

4.根据权利要求3所述的光照射装置，其中，

所述光学各向异性层的所述液晶取向图案为以从内侧朝外侧的同心圆状具有源自所述液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的所述一方向的同心圆状的图案。

5.根据权利要求3或4所述的光照射装置，其中，

在所述光学各向异性层的所述液晶取向图案中，朝所述一方向的源自所述液晶化合物的光学轴的朝向的旋转方向在所有的所述一方向上为相同的方向。

6.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其中，

所述光学各向异性层为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。

7.根据权利要求6所述的光照射装置，其中，

所述液晶取向图案中的源自所述液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的方向为一方向。

8.根据权利要求6或7所述的光照射装置，其具有：

透镜元件，其使从所述发光元件的各光射出部射出并由所述液晶光学元件的胆甾醇型液晶层反射的多个光从所述胆甾醇型液晶层的面方向的中心朝着外方向发散，或者使其聚集在所述胆甾醇型液晶层的面方向的中心。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光照射装置，其中，

在所述发光元件与所述液晶光学元件之间具有将具有透镜功能的小区域二维地排列而成的透镜阵列。

10.根据权利要求9所述的光照射装置，其中，

所述透镜阵列中的一个所述小区域对应于所述发光元件的一个所述光射出部。

11.根据权利要求9或10所述的光照射装置，其中，

所述透镜阵列的所述小区域具有使用包含液晶化合物的液晶组合物而形成且源自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案，所述液晶取向图案为以从内侧朝外侧的同心圆状具有源自所述液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边变化的所述一方向的同心圆状的图案，

所述透镜阵列为将具有所述同心圆状的图案的所述小区域二维地排列而成的液晶透镜阵列。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光照射装置，其中，

在所述发光元件与所述液晶光学元件之间具有相位差板。

13.根据权利要求12所述的光照射装置，其中，

所述相位差板为λ/4板。

14.根据权利要求12或13所述的光照射装置，其中，

在光的行进方向的比所述相位差板更靠上游的位置具有起偏器。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的光照射装置，其中，

所述发光元件射出红外线。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的光照射装置，其中，

所述发光元件为垂直谐振腔面发光激光器。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的光照射装置，其中，

所述发光元件为光子晶体激光器。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的光照射装置，其中，

所述发光元件的所述光射出部射出光束发散角在3°以内的光。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的光照射装置，其中，

在光的行进方向的比所述液晶光学元件更靠下游的位置具有衍射光学元件。

20.根据权利要求19所述的光照射装置，其中，

所述衍射光学元件具有衍射方向不同的多个衍射元件。

21.根据权利要求19或20所述的光照射装置，其中，

所述衍射光学元件具有液晶衍射元件，所述液晶衍射元件具有使用包含液晶化合物的液晶组合物而形成且源自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一方向一边连续旋转一边变化的液晶取向图案。

22.根据权利要求21所述的光照射装置，其中，

所述衍射光学元件具有所述液晶衍射元件和相位差板。

23.根据权利要求22所述的光照射装置，其中，

所述相位差板为λ/4板。

24.一种传感器，其具有权利要求1至23中任一项所述的光照射装置和受光元件。

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