JP2003149621A

JP2003149621A - 光路切替素子、空間光変調器及び画像表示装置

Info

Publication number: JP2003149621A
Application number: JP2001346268A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Tomono; 英紀友野; Hitoshi Kondo; 均近藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で耐久性や光利用効率が高く、高
速で動作するＳ／Ｎ比の高い光路切替素子、空間光変調
器及びそれを用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】導光部材１を介した光入射部３と、該光
入射部３から入った入射光を反射する反射部６と、該反
射部６で反射した光を前記導光部材１を介して出射光と
して外部へ出す光出射部４とよりなり、反射部６を含む
光路中に屈折率可変物質５を封入する。この屈折率可変
物質５に情報に応じて信号を与え屈折率変化を生じせし
め、反射部６で反射した光が導光部材１を介して出射す
る際の光路を変える。上記の屈折率可変物質として側鎖
に液晶性部位を有する高分子と、低分子液晶との混合物
による高分子安定化液晶を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光路切替素子、空
間光変調器及び画像表示装置に関し、より詳細には、構
造が簡単で耐久性や光利用効率が高く、高速で動作する
Ｓ／Ｎ比の高い光路切替素子、空間光変調器及びそれを
用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】入射光の反射方向を変化させることによ
って光をスイッチングするデバイス及びそれを用いた空
間光変調器として、例えば特開平５−１９６８８０号公
報に示されるような微小な回転鏡を二次元状に多数配列
したものが知られている。

【０００３】図２１は、上記特開平５−１９６８８０号
公報に記載の空間光変調器の平面図であり、空間光変調
器において、平面上では、方形トーションビーム反射表
面１０１とビーム支持ポスト１０２のみが観察される。
図２２は、図２１に示した空間光変調器におけるひとつ
の回転鏡を示す断面図で、図２２（Ａ）はヒンジに沿っ
た断面を示す図で、図２２（Ｂ）はそれと直角方向の断
面を示す図である。ビーム支持ポスト１０２は、ポスト
１０５に連結されたヒンジ１０３の捻れによって、トー
ションビーム反射表面１０１を接地電極１０４に向けて
回転可能にする。その駆動力はポスト１０６によって支
持されたアドレス電極１０７に印加される電圧で与えら
れる。アドレス電極１０７への電圧印加は、基板層１０
９に設けられたＣＭＯＳ回路（図示せず）の信号を金属
層１０８を介して伝達することにより行われる。ビーム
１０１の回転状態を回転鏡ごとに変えることによって、
入射した光を二次元的に空間変調することができる。し
かしながら、上記方式においては、大きな回転角を得る
ために回転鏡の構造が複雑になっており、製造コストが
高くなるという問題がある。

【０００４】その他の光路切替素子として、例えば特開
平１１−２０２２２２号公報に開示されている光路切替
素子がある。図２３は、上記特開平１１−２０２２２２
号公報で提案されている光路切替素子の動作説明図であ
る。この光路切替素子は、光を全反射して伝達可能な全
反射面１２４を備えた導光部材１２０と、全反射面１２
４に対し抽出面１１２を接近させてエバネッセント光を
捉え、それを反射して出射することができるプリズム１
１１と、このプリズム１１１を導光部材１２０に接近さ
せ又は離すように駆動する駆動部１１０とを、光の出射
方向に対してこの順番で積層した構成となっている。

【０００５】図２３の右側のセルは、駆動部１１０を動
作させることによってプリズム１１１がエバネッセント
光の漏出する抽出距離以上離れた位置にある状態を示し
ている。この時には、導光部材１２０中を伝搬してきた
光線１２１は、図２３に示されるように、全反射面１２
４で全反射され図の右方向へと出射光１２２として出射
していく。駆動部１１０を動作させない時には、図２３
の左側のセルのように、プリズム１１１はエバネッセン
ト光が漏出する抽出距離以下に近接しているので、導光
部材１２０中を伝搬してきた光線１２１は、図２３の左
側のセルに示されるように、全反射面１２４で反射する
ことなくプリズム１１１に進入する。プリズム１１１に
進入した光線はプリズムの反射面１１１ａで反射して、
出射光１２３に示されるように導光部材１２０を透過し
て出射される。

【０００６】上記の方式において、エバネッセント光の
抽出・非抽出という２つの状態をスイッチングするに
は、光の波長程度以下の微小な変位でよいため比較的簡
単な駆動機構を採用することができるが、図２３に示し
たようなプリズム１１１は、その構造が複雑であるた
め、複数個を微小なサイズで基板上に均一に形成するの
は困難であり、そのため、製造歩留まりが低下し、コス
トアップにつながるという問題がある。また、プリズム
１１１を導光部材１２０，全反射面１２４に近接させる
とファンデルワールス力あるいは液架橋力が作用して、
引き剥がしが困難になるという問題もある。

【０００７】さらに、別の光路切替素子として、特開２
０００−１７１８１３号公報に開示されている光路切替
素子がある。図２４は、前記特開２０００−１７１８１
３号公報で提案されている光路切替素子の概略構成を示
す図である。導光体１３０に接触させた液晶１４０に電
圧を印加することにより、液晶分子の配向をコントロー
ルし、それにより実効的な屈折率を異常光に対する値と
常光に対する値の間で変化させる。この結果、入射光
（直線偏光）１３１が全反射光１３２として出射される
状態と、透過光となったのち反射膜１４１によって向き
を変えられて反射光１３３として出射させる状態とをス
イッチングすることができる。なお、図２４において、
１３４は透明電極、１５０は液晶駆動用ＩＣ基板、１５
１は電極端子である。

【０００８】この方式においては、機械的な駆動部を持
たないため、前述のような問題は生じないが、導光体と
液晶との界面で全反射させるために、導光体を屈折率の
高い材料で作製する必要がある、あるいは光の入射角を
大きくしなければならないという制約があり、材料コス
トが高くなる、あるいは光学系が複雑になったり、光利
用効率が低下するなど実用上好ましくない問題が生じる
可能性がある。

【０００９】そこで本発明者らは、上記の問題点を解決
するために特願２００１−１８７５７７号公報において
図２５に示す光路切替素子及びそれを用いた空間光変調
器、画像表示装置を提案した。上記特願２００１−１８
７５７７号公報で提案している光路切替素子は、導光部
材１を介した光入射部３と、光入射部から入った入射光
を反射する光反射部６との間に屈折率可変物質５を封入
し、信号印加によって屈折率可変物質５の屈折率を変化
させて、光出射部４において全反射する状態と全反射し
ない状態とを切り替えることで光スイッチングを行う。

【００１０】なお、図２５において、図２５（Ａ）及び
図２５（Ｂ）は、それぞれ液晶分子の配向状態に従う光
路について説明するための図で、図中、７は個別電極と
なる金属膜、８は絶縁体、９は基板、１０は透明電極、
１１はシール剤、１３は光検出器、１５は反射基板であ
る。この方式において、光路切替素子の駆動速度は屈折
率可変物質の応答速度で規定される。屈折率可変物質と
して液晶からなる材料を用いているが、液晶材料は応答
速度が遅いという問題点がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決し、応答速度の速い光路切替素子、空間光変調器、
およびそれを用いた画像表示装置を提供することを目的
とする。より具体的には、（１）構造が簡単で耐久性や
光利用効率が高く、高速で動作するＳ／Ｎ比の高い光路
切替素子を提供すること（請求項１）、（２）上記
（１）に加え、さらに、Ｓ／Ｎ比を高くできる光路切替
素子を提供すること（請求項２）、（３）よりＳ／Ｎ比
の高い光路切替素子を提供すること（請求項３）、
（４）安価な材料で構成でき、部材コストの低い光路切
替素子を提供すること（請求項４）、（５）よりＳ／Ｎ
比を高くできる光路切替素子を提供すること（請求項
５）、（６）さらにＳ／Ｎ比を高くできる光路切替素子
を提供すること（請求項６）、（７）よりＳ／Ｎ比を高
くできる光路切替素子を提供すること（請求項７）、
（８）上記に加え、製造が容易な光路切替素子を提供す
ること（請求項８）、（９）上記に加え、駆動エネルギ
ーを小さくできる光路切替素子を提供すること（請求項
９）、（１０）さらに、駆動エネルギーを小さくできる
光路切替素子を提供すること（請求項１０）、（１１）
構造が簡単で耐久性が高く、部材コストを低減でき、光
利用効率が高く、Ｓ／Ｎ比の高い空間光変調器を提供す
ること（請求項１１）、（１２）よりＳ／Ｎ比を高くで
きる空間光変調器を提供すること（請求項１２）、（１
３）耐久性が高く、低コストで光利用効率が高く、Ｓ／
Ｎ比の高い画像表示装置を提供すること（請求項１
３）、（１４）よりＳ／Ｎ比を高くできる画像表示装置
を提供すること（請求項１４）、をその目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、導光
部材を介した光入射部と、該光入射部から入った入射光
を反射する反射部と、該反射部で反射した光を前記導光
部材を介して出射光として外部へ出す光出射部とよりな
り、前記反射部を含む光路中に屈折率可変物質を封入
し、該屈折率可変物質に情報に応じて信号を与え屈折率
変化を生じせしめる信号入力手段を具備する光路切替素
子において、前記屈折率可変物質が、側鎖に液晶性部位
を有する高分子と、低分子液晶との混合物による高分子
安定化液晶であることを特徴としたものである。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記高分子安定化液晶における全ての液晶分子及び
液晶性部位が、前記屈折率変化を生じせしめるための電
圧が無印加時に概略一方向に配列していることを特徴と
したものである。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折
率変化を、前記入射光が前記導光部材と前記屈折率可変
物質との界面で透過及び全反射する範囲で行うことを特
徴としたものである。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１または２の発
明において、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折
率変化を、前記入射光が前記導光部材と前記屈折率可変
物質との界面で全反射しない範囲で行うことを特徴とし
たものである。

【００１６】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折率変化
を、前記反射部で反射した光が前記光出射部において前
記導光部材とそれに接触する外部物質との界面で全反射
する第一の状態と、全反射しない第二の状態とを取るこ
とができる範囲で行うことを特徴としたものである。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れか１の発明において、前記光入射部と前記光出射部と
が互いに平行でない面で構成されていることを特徴とし
たものである。

【００１８】請求項７の発明は、請求項４乃至６のいず
れか１の発明において、前記出射光を第２の導光部材を
介して外部へ出すことができる第２の光出射部を設ける
ことを特徴としたものである。

【００１９】請求項８の発明は、請求項１ないし７のい
ずれか１の発明において、前記光入射部に光学的接合
し、前記導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設
けたことを特徴としたものである。

【００２０】請求項９の発明は、請求項１ないし８のい
ずれか１の発明において、前記反射部が一辺を共有する
２つの面によって構成され、前記屈折率可変物質に進入
した入射光と前記光入射部を構成する面の法線とのなす
角度の動作範囲における最大値をθ_2maxとすると、前記
反射部を構成する少なくとも１つの面の法線と前記光入
射部を構成する面の法線とのなす角度が９０°−θ_2max
以下であることを特徴としたものである。

【００２１】請求項１０の発明は、請求項１ないし９の
いずれか１の発明において、前記反射部が、前記屈折率
可変物質に信号を印加する単位要素に対して、複数組の
面を有していることを特徴としたものである。

【００２２】請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の
いずれか１に記載の光路切替素子が二次元アレイ状に配
列されていることを特徴としたものである。

【００２３】請求項１２の発明は、請求項１乃至１０の
いずれか１に記載の光路切替素子が一次元アレイ状に配
列されていることを特徴としたものである。

【００２４】請求項１３の発明は、請求項１１に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーン
に投影し表示する手段とを有することを特徴としたもの
である。

【００２５】請求項１４の発明は、請求項１２に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光変調
器の光路切替素子の整列方向に対して垂直な方向に走査
する走査機構と、該走査機構から出射した光線をスクリ
ーンに投影し表示する手段とを有することを特徴とした
ものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】（構成・動作）本発明の特徴は導
光部材を介した光入射部と、該光入射部から入った入射
光を反射する反射部と、該反射部で反射した光を、導光
部材を介して出射光として外部へ出す光出射部とよりな
り、反射部を含む光路中に屈折率可変物質を封入し、そ
の屈折率可変物質に情報に応じて信号を与え屈折率変化
を生じせしめる信号入力手段を具備する光路切替素子に
おいて、屈折率可変物質が高分子安定化液晶であること
を特徴とする光路切替素子にある。

【００２７】ここで、導光部材の屈折率をｎ₁、屈折率
可変物質の屈折率をｎ₂とし、導光部材中を透過する光
が光入射部を構成する面の法線とのなす角度（入射角）
をθ₁、入射光が屈折率可変物質中に進入する際に前記
光入射部を構成する面の法線とのなす角度（屈折角）を
θ₂とすると、スネルの法則により、以下の式が成り立
つ。ｓｉｎθ₂／ｓｉｎθ₁＝ｎ₁／ｎ₂…（１）

【００２８】外部信号によってｎ₂が変化すると、
（１）式に従ってθ₂が変化し、その結果、反射部での
反射角が変わる、あるいはｎ₂がｎ₁よりも小さくなり以
下の式（２）を満足する場合には、入射光は導光部材と
屈折率可変物質との界面で全反射する。ｎ₁ｓｉｎθ₁＞ｎ₂ …（２）これにより所定の位置で光出力を検出すれば、ｎ₂の変
化に伴って光出力が変化することになり、信号印加によ
る光スイッチングが可能となる。

【００２９】本発明では上記屈折率可変物質として高分
子安定化液晶を用いる。高分子安定化液晶とは、通常の
低分子液晶中に液晶性プレポリマーを添加して、熱や紫
外線などでそのプレポリマーを重合したものである。液
晶性プレポリマーとは、液晶骨格を持ち、反応性の官能
基を有するモノマーもしくはオリゴマーのことで、熱や
紫外線などの外部からのエネルギーによって重合しポリ
マーを形成する。低分子液晶は重合によって形成された
ポリマーネットワークによって規制力を受けるため低分
子液晶の配向動作が速くなる。したがって情報に応じて
与えた信号による液晶分子の配向変化の結果生じる屈折
率変化の応答速度を高速にすることができる（請求項
１）。図１９は、高分子安定化液晶の構造を模式的に示
す図で、高分子安定化液晶は、低分子液晶と液晶性の側
鎖を持ったポリマーネットワークとが混合した構造を持
つ。低分子液晶はポリマーネットワークの液晶性側鎖か
ら規制力を受けるため電界をオフにしたときに初期状態
へもどる配向動作が速くなる。

【００３０】また上記の液晶は電圧無印加時に全ての液
晶分子が概略一方向に配列していることが好ましい。す
なわち、液晶を初期配向させることにより屈折率変化量
を大きくすることができる。図２０は、液晶を初期配向
させた状態を模式的に示す図で、ポリマーネットワーク
の液晶性側鎖と低分子液晶とが、電圧無印加時に概略一
方向に配向した構造となっている。特に電圧無印加時の
液晶の配向方向を電圧印加時に液晶分子が揃う方向（電
界方向）とほぼ垂直に設定することで、電圧印加によっ
て屈折率変化量を大きく取ることができる。これによ
り、θ₂の変化量を大きくすることができ、その結果、
光出射部へ入射する角度φ₁の変化量を大きくすること
ができるので、高いＳ／Ｎ比を得ることができる（請求
項２）。

【００３１】また信号による前記屈折率可変物質の屈折
率変化を、前記入射光が前記導光部材と屈折率可変物質
との界面で透過及び全反射する範囲で行うので、高いＳ
／Ｎ比を得ることができる（請求項３）。

【００３２】また信号による前記屈折率可変物質の屈折
率変化を、前記入射光が前記導光部材と屈折率可変物質
との界面で全反射しない範囲で行うことで、導光部材の
屈折率の制約が少ないため、安価な材料を用いてデバイ
スおよびシステムを実現することができる（請求項
４）。

【００３３】また、信号による屈折率可変物質の屈折率
変化を、反射部で反射した光が光出射部において導光部
材とそれに接触する外部物質との界面で全反射する第一
の状態と、全反射しない第二の状態とを取ることができ
る範囲で行うことが好ましい。この場合、θ₂の変化量
に比べて出射角の変化量が非常に大きくなり、さらに高
いＳ／Ｎ比が得られる（請求項５）。

【００３４】上記において、光入射部と光出射部とが互
いに平行でない面で構成されていることが好ましい。こ
のようにすることにより出射角の変化量をより大きくす
ることができるので、より高いＳ／Ｎ比が得られる（請
求項６）。

【００３５】出射光を第二の導光部材を介して外部へ出
すことができる第二の光出射部を設けることが好まし
い。光出射部から出射した光は、再び第二の導光部材に
入射し、第二の光出射部から出射するため、Ｓ／Ｎ比の
高い光路切替素子を提供できる（請求項７）。

【００３６】さらに上記において、光入射部に光学的接
合し、導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設け
ることが製造の容易さから好ましい。この場合、平板導
光体と反射部材とこの間に狭持された屈折率可変物質と
によって構成されるデバイスを作製した後に、導光部材
を光学的に接触させればよいので、複雑な形状の導光部
材を用いてデバイスを作製するよりは格段に製造が容易
となる（請求項８）。

【００３７】反射部が一辺を共有する２つの面によって
構成され、光入射部から屈折率可変物質に進入した入射
光と光入射部を構成する面の法線とのなす角度の動作範
囲における最大値をθ_2maxとすると、反射部を構成する
少なくとも１つの面の法線と光入射部を構成する面の法
線とのなす角度が９０°−θ_2max以下であることが好ま
しい。このようにすることによって反射部から光入射部
までの距離を小さくすることができるので、屈折率可変
物質に与えるエネルギー（駆動エネルギー）を小さくす
ることができる（請求項９）。

【００３８】さらに、反射部が、屈折率可変物質に信号
を印加する単位要素に対して、複数組の面を有している
ことが好ましい。このようにすることによって反射部か
ら光入射部までの距離をさらに小さくすることができる
ので、駆動エネルギーをより小さくすることができる
（請求項１０）。

【００３９】本発明による光路切替素子を一次元もしく
は二次元に配列することで空間光変調器を構成すること
ができる。このような空間光変調器は構造が簡単であ
り、また使用する部材の制約が少ないために、耐久性が
高く安価なものとなる。一次元に配列した空間光変調器
は光路切替素子の配列方向に垂直な方向に走査する走査
機構を用いることで二次元の空間光変調ができるが、一
次元の空間光変調器は二次元の空間光変調器に比べて安
価であるため、より低コストとなる（請求項１１、請求
項１２）。

【００４０】上記の空間光変調器と、光線入射手段およ
び空間光変調器により形成した画像をスクリーンに拡大
投影する手段を設けることにより、耐久性が高く安価な
画像表示装置を構成することができる（請求項１３、請
求項１４）。

【００４１】（実施の形態１）図１は、本発明の第１の
実施の形態を説明するための図で、図中、１はガラス、
プラスチック等からなる光学的に透明な導光部材で、該
導光部材１は光源からの光線を屈折率可変物質５に入射
させる光入射部３、反射部６で反射した光線を導光部材
１の外部へと出射させる光出射部４を有している。この
例では光入射部３を構成する面と光出射部４を構成する
面とは平行となっている。反射部６を含む反射基板１５
はＳｉ、ガラス等からなる基板９上にガラス、プラスチ
ックまたは酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニ
ウム等のセラミックス等からなる絶縁体８で傾斜面を形
成した後、その傾斜面にＡｌ、Ａｇ等からなる高反射率
の金属膜７を真空蒸着、スパッタリング等の公知の方法
で形成して得ることができる。また、必要に応じてフォ
トリソエッチングによりパターンニングしてもよい。こ
の金属膜７は電極としても作用する。基板９には金属膜
７に信号電圧を印加するための駆動素子等を形成するの
が望ましい。

【００４２】反射部６としては、絶縁体８が基板９を兼
ねる構成や金属板を基板として直接傾斜面を形成する構
成等も可能である。好適な傾斜面形成方法の一例を挙げ
れば、面積階調もしくは濃度諧調のパターンを形成した
フォトマスクを用いてパターンニングしてドライエッチ
ングを行う異方性エッチング法がある。屈折率可変物質
５としては、液晶分子２１及びポリマーネットワーク２
２よりなる高分子安定化液晶２０を用いる。液晶材料と
してはネマティック液晶、スメクティック液晶、コレス
テリック液晶等を用いることができ、単一もしくは２種
類以上の液晶性化合物や液晶性化合物以外の物質も含ん
だ混合物であってもよい。液晶性プレポリマーの液晶骨
格としては、ベンゼン環、シクロヘキサン環、シクロヘ
キセン環、ピリミジン環、ジオキサン環、ピリジン環な
どの六員環を必要に応じてエステル、アセチレン、エチ
レンなどの連結基で連結した構造で具体的にはビフェニ
ル基、シクロヘキシルビフェニル基、シクロヘキシルシ
クロヘキシルフェニル基、ターフェニル基などを挙げる
ことができる。また、官能基としてはアクリル基、メタ
クリル基、エン・チオール基などを挙げることができ
る。単官能でも多官能でも構わないが、多官能の場合、
重合後のポリマーネットワークが必要以上に強固にな
り、低分子液晶に対する規制力が強くなりすぎる場合が
あるので、単官能の方が好ましい。図２に単官能の液晶
性プレポリマーの例を示す。また、複数の液晶性プレポ
リマーの混合物でもよい。さらに、熱や紫外線による重
合を促進するための重合開始剤を添加することが好まし
い。

【００４３】光入射部３には屈折率可変物質５に電圧を
印加するためのＩＴＯ等からなる透明電極１０が設けら
れている。屈折率可変物質５が液晶のように流動性のあ
る材料からなる時には、エポキシ樹脂等からなるシール
剤１１を形成して、保持するのがよい。作製工程の一例
を示せば、導光部材１（もしくは反射基板１５）の周辺
部に熱硬化性のエポキシ樹脂を一部に開口部（注入孔）
を残して印刷した後、反射基板１５（もしくは導光部材
１）を貼り合わせて加熱硬化する。注入孔から液晶とプ
レポリマーとを混合した材料を注入した後、孔を接着剤
で塞ぎ、プレポリマーを熱や紫外線などで重合すれば完
成する。

【００４４】図１（Ａ）は、屈折率可変物質５の屈折率
ｎ₂が導光部材の屈折率ｎ₁より大きい場合を示す図で、
屈折角θ₂は式（１）に従って入射角θ₁より小さくな
る。反射部６を構成する面の法線と光入射部３を構成す
る面の法線とのなす角度＝反射部６を構成する面の傾斜
角αをα＝θ₂／２に設定しておけば、反射光は光入射
部３に垂直に入射し出射する。

【００４５】図１（Ｂ）はｎ₂がｎ₁よりも小さくなり式
（２）が成り立つ場合を示す図である。このとき、入射
光は透明電極１０と屈折率可変物質５との界面で全反射
し、図１（Ｂ）の右方へ出射する。図１（Ａ）の出射光
が検出面に垂直に入射するように光検出器１３を設置す
ると、図１（Ａ）の場合には検出される（オン状態）
が、図１（Ｂ）の場合には検出されず（オフ状態）、良
好なＳ／Ｎ比が得られる。

【００４６】具体的な例を示す。導光部材１を重フリン
トガラスＳＦＳ１（ｎｄ＝１.９１８）で作製した。屈
折率可変物質５は、ネマティック液晶Ｅ７（常光屈折率
ｎｏ＝１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）９５
ｗｔ％に図３及び図４に示す液晶性単官能アクリレート
プレポリマーをそれぞれ５０ｗｔ％ずつ混合した材料
（常光屈折率１.４８、異常光屈折率１.５５５）を５ｗ
ｔ％添加したものを作製した光路切替素子内に充填し
た。液晶分子２１は図示しない配向膜によって図１
（Ａ）に示すように、光入射部３に対して水平で紙面に
垂直な方向に配向させ、その状態で紫外線を照射してプ
レポリマーを重合した。配向膜としてはＳｉＯ、ポリイ
ミド等の公知の材料が使用でき、少なくとも透明電極１
０および金属膜７の表面に形成するのが好ましい。

【００４７】また、液晶分子を予め一方向に配列させる
方法として、前述のような配向膜を用いる方法以外に以
下に示すような方法を用いることも可能である。重合す
る際に電界を印加することで、液晶を一方向に配向する
ことができる。この時、低分子液晶に接しているプレポ
リマーの液晶骨格部は低分子液晶の配向に引きずられて
同じ方向に配向する。この状態でプレポリマーを重合す
るとプレポリマーの液晶骨格部は低分子液晶の配向方向
に倣った形で固定される。固定された液晶骨格部は低分
子液晶に対して配向膜と同等の機能を有するので、プレ
ポリマーが重合した後に電界を解除しても、低分子液晶
は重合時に印加していた電界方向に揃うことになる。

【００４８】入射光取込部１２と光入射部３とのなす角
ψを６０°とする。図１（Ａ）の状態でレーザ光（波長
６３３ｎｍ）をＳ偏光として入射光取込部１２に垂直す
なわちθ_１＝６０°で入射させると、屈折率可変物質５
の屈折率は液晶とアクリレートの屈折率との体積平均
（≒１.７３７）となるので、式（１）に従ってθ_２＝
７３°となる。α＝３６.５°に設定すると反射光は光
出射部４に対して垂直に出射して光検出器１３に入射す
る。図１（Ｂ）のときには透明電極１０と屈折率可変物
質５との界面で全反射する。全反射した光は、図１
（Ｂ）に示すように導光部材１の右側より出射する。

【００４９】屈折率可変物質５における液晶分子２１は
重合した高分子鎖から規制力が働くため高屈折率状態と
低屈折率状態との切り替えの応答速度が１００μｓ〜１
ｍｓと、通常の液晶（数ｍｓ〜数１０ｍｓ）に比べて速
くなり、そのため高速動作の光路切替素子を得ることが
できる。

【００５０】以上のようにして高速でかつ、高いＳ／Ｎ
比の光路切替素子を得ることができる。なお上記におい
ては、入射光をＳ偏光としたが、Ｐ偏光であってもよ
く、その場合には電圧印加時と無印加時の光の振る舞い
が逆になる。Ｐ偏光を用いると界面反射損失が減少する
ので、光利用効率の点ではより好ましい。

【００５１】（実施の形態２）本発明の第２の実施形態
を図５に基づき説明する。光入射部３には屈折率可変物
質５に電圧を印加するためのＩＴＯ等からなる透明電極
１０が設けられている。屈折率可変物質５が液晶のよう
に流動性のある材料からなる時には、エポキシ樹脂等か
らなるシール剤１１を形成して、保持するのがよい。作
製工程の一例を示せば、導光部材１（もしくは反射基板
１５）の周辺部に熱硬化性のエポキシ樹脂を一部に開口
部（注入孔）を残して印刷した後、反射基板１５（もし
くは導光部材１）を貼り合わせて加熱硬化する。注入孔
から液晶とプレポリマーとを混合した材料を注入した
後、孔を接着剤で塞ぎ、プレポリマーを熱や紫外線など
で重合すれば完成する。

【００５２】図５（Ａ）は、屈折率可変物質５の屈折率
ｎ₂が導光部材の屈折率ｎ₁より大きい場合で、屈折角θ
₂は式（１）に従って入射角θ₁より小さくなる。反射部
６を構成する面の法線と光入射部３を構成する面の法線
とのなす角度＝反射部６を構成する面の傾斜角αをα＝
θ₂／２に設定しておけば、反射光は光入射部３に垂直
に入射し出射する。

【００５３】図５（Ｂ）は、ｎ₂がｎ₁と概略同程度の場
合でθ₂はθ₁にほぼ等しいため図５（Ａ）の時よりも反
射角が大きくなり、反射光は光出射部４に対して概略φ
_１＝θ₁−θ₂の角度で入射し、導光部材１に接触してい
る外部物質２が空気（ｎ_a＝1）の場合には出射角φ₂＝
ｓｉｎ^-1(ｎ₁ｓｉｎφ₁)で出射する。図５（Ａ）の出射
光が検出面に垂直に入射するように光検出器１３を設置
すると、図５（Ａ）の場合には検出される（オン状態）
が、図５（Ｂ）の場合にはほとんど検出されず（オフ状
態）、良好なＳ／Ｎ比が得られる。

【００５４】具体的な例を示す。導光部材１をクラウン
ガラスＢＫ７（ｎｄ＝１.５１７）で作製した。屈折率
可変物質５は、ネマティック液晶Ｅ７（常光屈折率ｎｏ
＝１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）９５ｗｔ
％に図３及び図４に示す液晶性単官能アクリレートプレ
ポリマーをそれぞれ５０ｗｔ％ずつ混合した材料（常光
屈折率１.４８、異常光屈折率１.５５５）を５ｗｔ％添
加したものを作製して光路切替素子内に充填した。液晶
分子２１は図示しない配向膜によって図５（Ａ）に示す
ように、光入射部３に対して水平で紙面に垂直な方向に
配向させ、その状態で紫外線を照射してプレポリマーを
重合した。配向膜としてはＳｉＯ、ポリイミド等の公知
の材料が使用でき、少なくとも透明電極１０および金属
膜７の表面に形成するのが好ましい。

【００５５】ここで入射光取込部１２と光入射部３との
なす角ψを６０°とする。図５（Ａ）の状態でレーザ光
（波長６３３ｎｍ）をＳ偏光として入射光取込部１２に
垂直すなわちθ₁＝６０°で入射させると、屈折率可変
物質の屈折率は液晶とアクリレートの屈折率との体積平
均（≒１.７３７）となるので、式（１）に従ってθ₂＝
４９°となる。α＝２４.５°に設定すると反射光は光
出射部４に対して垂直に出射して光検出器１３に入射す
る。図５（Ｂ）のときにはφ₁は約１１°となり出射角
φ₂は約１７°で出射する。第一の実施形態では透明電
極１０と屈折率可変物質５との界面で全反射させるた
め、導光部材１として光学的に透明で屈折率の大きい材
料を用いる必要があった。しかし光学的に透明でしかも
屈折率の大きい材料はコストが高いという問題がある。
本実施形態では第一の実施形態のように透明電極１０と
屈折率可変物質５の界面での全反射を使わないため、Ｂ
Ｋ７等の屈折率が小さくコストの安い導光部材を用いる
ことができる。

【００５６】屈折率可変物質５における液晶分子２１
は、重合した高分子鎖から規制力が働くため高屈折率状
態と低屈折率状態との切り替えの応答速度が通常の液晶
に比べて速くなり、そのため高速動作の光路切替素子を
得ることができる。以上のようにして安価に、高速でか
つＳ／Ｎ比の高い光路切替素子を得ることができる。

【００５７】（実施の形態３）図６は、本発明の第３の
実施形態を説明するための図である。本実施形態は、上
記第２の実施形態と異なり、光入射部３を構成する面と
光出射部４を構成する面が平行ではない。その他の設定
は第１の実施形態と同様である。また光出射部４を構成
する面と光入射部３を構成する面とのなす角βをβ＝４
０°に設定してある。そのほかは第２の実施形態と同じ
である。

【００５８】入射光を入射光取込部１２に対して垂直に
入射させると、図６（Ａ）の場合には光出射部４より出
射角φ₂は７７°で出射する。図６（Ｂ）の場合には出
射光の出射角はφ₂＝４７°となって光検出器１３で検
出される。この場合図６（Ａ）と図６（Ｂ）とで出射角
の差が３０°と、第２の実施形態に比べて大きくなるの
で、出射エリアが大きい場合でも漏れ光が検出されるこ
とが少なくなり、Ｓ／Ｎ比の低下を少なくすることがで
きる。

【００５９】（実施の形態４）図７は、本発明の第４の
実施の形態を説明するための図である。基本的な構成は
第３の実施の形態と同様であるが、光出射部４を構成す
る面と光入射部３を構成する面とのなす角βをβ＝４５
°と大きくしている。図７（Ａ）の時には反射光は光出
射部４に対してφ₁＝４５°で入射する。この時外部物
質２が空気（ｎ_a＝１）の場合には下式（３）を満たす
ので、反射光は光出射部４において全反射する。ｓｉｎφ_１≧ｎ_a／ｎ₁ …（３）また図７（Ｂ）のときにはφ₂＝５８°で出射する。こ
の場合出射角の差は、１８０°−（４５°＋５８°）＝
７７°となるので、ほとんど漏れ光を検出することはな
く、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

【００６０】（実施の形態５）図８は、本発明の第５の
実施の形態を説明するための図である。図８において、
１７は導光部材１と同じ材質からなる第２の導光部材
で、１８は出射光を第２の導光部材を介して外部へ出す
ことができる第２の光出射部である。この例では光出射
部４と第２の導光部材１７（ともに入射光の波長程度の
平滑度で仕上げている）をラフに密着させることによっ
て、入射光の波長程度の空隙（空気層）を持たせてい
る。また、第２の光出射部１８を構成する面は光入射部
３を構成する面とほぼ平行となるようにしている。ま
た、光入射面と光出射面とのなす角βはβ＝３４°、反
射部を構成する面の傾斜角αをα＝３０°とした。その
他の設定は第４の実施形態と同様である。

【００６１】図８（Ｂ）の時には、光出射部４から出射
した光はほぼ直進（実際には波長程度平行移動する）し
て、再び第２の導光部材１７に入射し、第２の光出射部
１８から波長による光路のずれなく垂直に出射する。図
８（Ａ）の時には、第４の実施形態と同様に反射基板１
５で反射した光は光出射部４と空隙部の空気層との界面
で全反射する。この場合図８（Ａ）と図８（Ｂ）とで出
射角の差が９０°を超えるので、漏れ光を検出すること
はなく、非常に高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

【００６２】（実施の形態６）図９は、本発明の第６の
実施の形態を説明するための図で、図中、１９は導光部
材１と屈折率が概略等しい平板導光体で、導光部材１と
は光学的接合がなされている。その他の構成は第４の実
施形態と同様であり、動作原理も同じである。光学的接
合とは使用する光の波長に比べて両部材間の間隙が充分
に小さいほどに密着している状態であって、具体的に
は、流動性のある物体を両者間に介在させることによっ
て得ることができる。流動性のある物体は両部材との密
着を確保した後に固化しても構わない。より具体的に
は、流動性のある物体として、屈折率が概略導光部材１
及び平板導光体１９と等しい揮発性の低い液体あるいは
光硬化性接着剤を用いるのが好適である。この実施形態
においては、屈折率可変物質５と接するのは平板導光体
１９であるので、透明電極１０は平板導光体１９上に形
成される。この場合導光部材１の接合は最後に行えばよ
いので、デバイスの主要部分の作製を複雑な形状の導光
部材を用いないで行うことができるため、歩留まりが向
上し、コストを低減することができる。

【００６３】（実施の形態７）図１０は、本発明の第７
の実施の形態を説明するための図で、この場合、反射部
６が一辺を共有する２つの面（反射面１６及び逆傾斜面
１４）によって構成され、屈折率可変物質５に進入した
入射光と光入射部３を構成する面の法線とのなす角度
（屈折角）θ₂の動作範囲における最大値をθ_2maxとす
ると、前記反射部６を構成する少なくとも１つの面（こ
の例では逆傾斜面１４）の法線と前記光入射部３を構成
する面の法線とのなす角度＝逆傾斜面の傾斜角γが９０
°−θ_2max以下となっている。その他の構成は第３の実
施形態と同様である。この場合、θ _2max＝θ₁＝６０°
であるので、γを３０°以下に設定すると、光入射部３
における入射光の照射エリアＡは第１の実施形態と同じ
であるため、反射面１６の底辺から導光部材１の光入射
部３までの距離、すなわち屈折率可変物質５の最大層厚
ｔ_maxを小さくすることができ、駆動電圧を低くするこ
とができる。

【００６４】（実施の形態８）図１１は、本発明の第８
の実施の形態を説明するための図で、この場合、図１０
の実施形態における照射エリアＡに対向する領域に反射
面１６及び逆傾斜面１４を複数組（図１１では２組）設
けている。図１１から明らかなように、照射エリアＡが
図１０と等しい場合には、ｔ_maxがさらに小さくなり、
より駆動電圧を低減できる。

【００６５】本発明においては、導光部材の屈折率は屈
折率可変物質（液晶）の最小の屈折率（ｎｏ）と同等も
しくはそれより小さくてもよいため、上記実施形態では
最も典型的な光学ガラスであるＢＫ７を用いた例を挙げ
たが、特開２０００−１７１８１３号公報に開示されて
いるような導光部材と液晶との界面での全反射を利用す
る従来技術を用いて、上記実施形態と同じ液晶（Ｅ７）
と入射角（６０°）を適用した場合には屈折率が１.７
６以上の導光部材を用いなければならず、コストアップ
につながる。

【００６６】（実施の形態９）図１２は、本発明の第９
の実施の形態を説明するための図で、図中、３０は一次
元空間光変調器で、図１２（Ａ）はその一次元空間変調
器の斜視図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の一次元空間
光変調器をＢ方向から見た図、図１２（Ｃ）は図１２
（Ａ）の一次元空間光変調器をＣ方向から見た図であ
る。本実施形態の基本的な構成は第７の実施の形態と同
様であるが、個別電極を兼ねる金属膜７が一次元アレイ
状に配置されている。基板には各個別電極に接続され、
それらに選択的に信号を供給するための駆動素子が設け
られるのが好ましい。アレイ状に配列した各個別電極
（金属膜７）に選択的に電圧信号を印加することによっ
て、選択された個別電極からの反射光のみが光出射部４
から出射し、ライン状の光のＯＮ／ＯＦＦ（空間光変
調）ができる。個別電極が配列している方向と垂直な方
向に走査する走査装置と組み合わせることで二次元の空
間光変調ができる。

【００６７】また、図１３に示すように、空間光変調器
３０の個別電極（金属膜７）への駆動信号供給とガルバ
ノミラー等からなる走査機構３３の駆動を画像信号に基
づいて制御し、得られた二次元空間光変調された光線を
投影レンズ３４によってスクリーン３５に投影すること
で、画像表示装置を形成することができる。図１３にお
いて、光源３１にはレーザ、ＬＥＤ、ランプ等を用いる
ことができる。また、コリメートレンズ３２を光インテ
グレータとしてもよく、これらの後段には図示しない偏
光変換光学系を付与してもよい。

【００６８】（実施の形態１０）図１４は、本発明の第
１０の実施の形態を説明するための図で、二次元空間光
変調器の斜視概略図である。基本的な構成は図１２と同
様であるが、個別電極を兼ねる金属膜７が二次元アレイ
状に配置されている。反射基板１５には各個別電極に接
続され、それらに選択的に信号を供給するための駆動素
子が設けられるのが好ましい。アレイ状に配列した各個
別電極に選択的に電圧信号を印加することによって、選
択された個別電極（金属膜７）からの反射光のみが光出
射部４から出射し、面状の光のＯＮ／ＯＦＦ（空間光変
調）ができる。この場合、空間光変調器４０だけで二次
元の空間光変調ができるため、図１３に示したような走
査機構は不要で、光出射部の外側に投影レンズを設置
し、スクリーンに投影することで画像表示装置を形成す
ることができる。

【００６９】なお、図１２，図１４に示した例では導光
部材１を共通にして一つにしているが、導光部材を各光
路切替素子ごとに分割しても構わない。また、上記一次
元アレイ状の空間光変調器４０もしくは二次元アレイ状
の空間光変調器を使った画像表示装置では、赤、緑、青
など複数の波長の入射光を使い、時分割で各色の画像を
表示したり（フィールドシーケンシャル方式）、複数の
空間光変調器を設けて各色の画像を同時に投影すること
で、フルカラー画像を表示することもできる。

【００７０】（実施例１）図１５は、二次元空間光変調
器の製作工程の一例を説明するための図で、該二次元空
間光変調器は以下のようにして作製した。（１）反射部材の作製図１５（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板９の表面にＭＯＳ
ＦＥＴによる駆動素子５１を複数個形成し、その上にＣ
ＶＤ法により５μｍ厚の酸化シリコンによる絶縁体８を
堆積した。次に、面積階調のパターンを形成したフォト
マスクを用いてパターンニングしてドライエッチングを
行うことによって傾斜面およびコンタクトホール５２を
形成した。そしてメタルＣＶＤによる穴埋めを行った
後、スパッタリングによりアルミニウムを０.１μｍ厚
で堆積し、反射膜兼個別電極（金属膜７）となるように
パターンニングした。この上にスピンコートにより０.
１μｍ厚のポリイミド膜を形成し、ラビングを行うこと
により配向膜５３を形成した。

【００７１】（２）セルの作製図１５（Ｂ）に示すように、重フリントガラス（ＳＦＳ
１）からなる平板導光体１９の片面に５０ｎｍ厚のＩＴ
Ｏからなる透明電極１０およびポリイミドからなる配向
膜５４を形成したものと、図１５（Ａ）に示した反射部
材とを、エポキシ樹脂からなるシール材１１を用いて貼
り合わせ、空セルを作製した。シール材の一部には注入
孔を設けた。

【００７２】（３）液晶の注入図１５（Ｃ）に示すように、図１５（Ｂ）に示した空セ
ル内を真空排気した後、液晶（Ｅ７）と図１６及び図１
７に示す液晶性プレポリマーをそれぞれ５０ｗｔ％ずつ
混合した物質（常光屈折率ｎｏ＝１.５１１、異常光屈
折率ｎｅ＝１.６６３）との混合物（液晶濃度９５ｗｔ
％）を注入し、注入孔を封止した。

【００７３】（４）重合図１５（Ｄ）に示すように、高圧水銀ランプによりＵＶ
光（４００ｍＷ／ｃｍ ²）５６を照射し、液晶性プレポ
リマーを重合した。

【００７４】（５）導光部材の接合図１５（Ｅ）に示すように、平板導光体１９の上面に光
硬化性接着剤を用いて、重フリントガラス（ＳＦＳ１）
でできた導光部材１を接合した。上述のようにして作製
した空間光変調器を用いて、以下のように画像表示を行
った。

【００７５】断面がほぼ長方形となるように整形された
レーザ光（波長６３３ｎｍ）をＳ偏光として光入射部３
より入射した。駆動素子５１により画像データに応じて
選択的に個別電極（金属膜７）に電圧（５Ｖ）を印加し
たところ、光出射部４から空間変調された出力光が取り
出され、（図示しない）投影レンズによりスクリーンに
拡大投影画像（２値）を得ることができた。

【００７６】（実施例２）図１８は、二次元空間光変調
器の製作工程の他の例を説明するための図で、該二次元
空間変調器は以下のようにして作製した。（１）反射部材の作製図１８（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板９の表面にＭＯＳ
ＦＥＴによる駆動素子５１を複数個形成し、その上にＣ
ＶＤ法により５μｍ厚の酸化シリコンによる絶縁体８を
堆積した。次に、面積階調のパターンを形成したフォト
マスクを用いてパターンニングしてドライエッチングを
行うことによって傾斜面およびコンタクトホール５２を
形成した。メタルＣＶＤによる穴埋めを行った後、スパ
ッタリングによりアルミニウムを０.１μｍ厚で堆積
し、反射膜兼個別電極（金属膜７）となるようにパター
ンニングした。この上にスピンコートにより０.１μｍ
厚のポリイミド膜を形成し、ラビングを行うことにより
配向膜５３を形成した。

【００７７】（２）セルの作製図１８（Ｂ）に示すように、クラウンガラス（ＢＫ７）
からなる平板導光体１９の片面に５０ｎｍ厚のＩＴＯか
らなる透明電極１０およびポリイミドからなる配向膜５
４を形成したものと、図１８（Ａ）に示した反射部材と
をエポキシ樹脂からなるシール材１１を用いて貼り合わ
せ、空セルを作製した。シール材の一部には注入孔を設
けた。

【００７８】（３）注入図１８（Ｃ）に示すように、図１８（Ｂ）に示した空セ
ル内を真空排気した後、液晶（Ｅ７）と図１６及び図１
７に示す液晶性プレポリマーをそれぞれ５０ｗｔ％ずつ
混合した物質（常光屈折率ｎｏ＝１.５１１、異常光屈
折率ｎｅ＝１.６６３）との混合物（液晶濃度９５ｗｔ
％）を注入し、注入孔を封止した。

【００７９】（４）重合図１８（Ｄ）に示すように、高圧水銀ランプによりＵＶ
光（４００ｍＷ／ｃｍ ²）５６を照射し、高分子分散液
晶による屈折率可変物質５を形成した。

【００８０】（５）導光部材の接合図１８（Ｅ）に示すように、平板導光体１９の上面に光
硬化性接着剤を用いて、導光部材１及び第２の導光部材
１７を接合した。上述のようにして作製された空間光変
調器を用いて、以下のように画像表示を行った。

【００８１】断面がほぼ長方形となるように整形された
レーザ光（波長６３３ｎｍ）をＳ偏光として光入射部３
より入射した。駆動素子５１により画像データに応じて
選択的に個別電極（金属膜７）に電圧（５Ｖ）を印加し
たところ、第２の光出射部１８から空間変調された出力
光が取り出され、（図示しない）投影レンズによりスク
リーンに拡大投影画像（６４諧調）を得ることができ
た。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光路切替素子によれば、導光部材を介した光入射部
と、該光入射部から入った入射光を反射する反射部と、
該反射部で反射した光を、前記導光部材を介して出射光
として外部へ出す光出射部とよりなり、前記反射部を含
む光路中に屈折率可変物質を封入し、該屈折率可変物質
に情報に応じて信号を与え屈折率変化を生じせしめる信
号入力手段を具備する光路切替素子において、前記屈折
率可変物質が高分子安定化液晶であることとしたので、
構造が簡単で耐久性や光利用効率が高く、高速で動作す
るＳ／Ｎ比の高い光路切替素子を提供することができ
る。また電圧無印加時に全ての液晶分子を概略一方向に
配列させることにより、上記に加えさらに、Ｓ／Ｎ比を
高くできる光路切替素子を提供することができる。

【００８３】さらに本発明に光路切替素子によれば、信
号による前記屈折率可変物質の屈折率変化を、入射光が
導光部材と屈折率可変物質との界面で透過および全反射
する範囲で行うことにより、よりＳ／Ｎ比の高い光路切
替素子を提供することができる。

【００８４】また信号による屈折率可変物質の屈折率変
化を、前記入射光が前記導光部材と屈折率可変物質との
界面で全反射しない範囲で行うことにより、安価な材料
で構成でき、部材コストの低い光路切替素子を提供する
ことができる。

【００８５】また信号による屈折率可変物質の屈折率変
化を、反射部で反射した光が光出射部において導光部材
とそれに接触する外部物質との界面で全反射する第一の
状態と、全反射しない第二の状態とを取ることができる
範囲で行うことにより、よりＳ／Ｎ比を高くできる光路
切替素子を提供することができる。

【００８６】また光入射部と光出射部とが互いに平行で
ない面で構成することにより、さらにＳ／Ｎ比を高くで
きる光路切替素子を提供することができる。また出射光
を第二の導光部材を介して外部へ出すことができる第２
の光出射部を設けたので、Ｓ／Ｎ比の高い光路切替素子
を提供することができる。また導光部材に光学的接合
し、導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設ける
ことにより、上記に加え、製造が容易な光路切替素子を
提供することができる。

【００８７】また反射部が一辺を共有する２つの面によ
って構成され、屈折率可変物質に進入した入射光と光入
射部を構成する面の法線とのなす角度の動作範囲におけ
る最大値をθ_2maxとした時、反射部を構成する少なくと
も１つの面の法線と光入射部を構成する面の法線とのな
す角度が９０°−θ_2max以下であるようにすることによ
り、駆動エネルギーを小さくできる光路切替素子を提供
することができる。

【００８８】また反射部が、屈折率可変物質に信号を印
加する単位要素に対して、複数組の面を有するように構
成することにより、さらに駆動エネルギーを小さくでき
る光路切替素子を提供することことができる。

【００８９】また本発明の光路切替素子を二次元アレイ
状に配列したので、構造が簡単で耐久性が高く、部材コ
ストを低減でき、光利用効率の高い空間光変調器を提供
することができる。またこの空間光変調器により形成し
た画像をスクリーンに投影するようにすることにより、
耐久性が高く、低コストで光利用効率の高い画像表示装
置を提供することができる。

【００９０】また本発明の光路切替素子を一次元アレイ
状に配列することにより、製造歩留まりが高く低コスト
な空間光変調器を提供することができる。またこの空間
光変調器から出射した光線を垂直方向に走査してスクリ
ーンに投影し、二次元画像を得るようにすることによ
り、低コストな画像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図
である。

【図２】本発明に適用可能な単官能の液晶性プレポリ
マーの例を示す図である。

【図３】本発明の実施例に用いる液晶性単官能アクリ
レートプレポリマーを示す図である。

【図４】本発明の他の実施例に用いる液晶性単官能ア
クリレートプレポリマーを示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態を説明するための図
である。

【図６】本発明の第３の実施形態を説明するための図
である

【図７】本発明の第４の実施形態を説明するための図
である。

【図８】本発明の第５の実施形態を説明するための図
である。

【図９】本発明の第６の実施形態を説明するための図
である。

【図１０】本発明の第７の実施形態を説明するための
図である。

【図１１】本発明の第８の実施形態を説明するための
図である。

【図１２】本発明の第９の実施形態を説明するための
図である。

【図１３】本発明の画像表示装置の一実施形態を説明
するための図である。

【図１４】本発明の第１０の実施形態を説明するため
の図である。

【図１５】二次元空間光変調器の製作工程の一例を説
明するための図である。

【図１６】本発明の実施例に用いる液晶性プレポリマ
ーを示す図である。

【図１７】本発明の他の実施例に用いる液晶性プレポ
リマーを示す図である。

【図１８】二次元空間光変調器の製作工程の他の例を
説明するための図である。

【図１９】高分子安定化液晶の構造を模式的に示す図
である。

【図２０】液晶を初期配向させた状態を模式的に示す
図である。

【図２１】従来の空間光変調器の一例を示す平面図で
ある。

【図２２】図２１に示した空間光変調器におけるひと
つの回転鏡を示す断面図である。

【図２３】従来の光路切替素子の一例における動作説
明図である。

【図２４】従来の光路切替素子の他の例の概略構成を
示す図である

【図２５】従来の光路切替素子の更に他の例を示す図
である。

【符号の説明】

１…導光部材、２…外部物質、３…光入射部、４…光出
射部、５…屈折率可変物質、６…反射部、７…金属膜、
８…絶縁体、９…基板、１０…透明電極、１１…シール
剤、１２…入射光取込部、１３…光検出器、１４…逆傾
斜面、１５…反射基板、１６…反射面、１７…第２の導
光部材、１８…第２の光出射部、１９…平板導光体、２
０…高分子安定化液晶、２１…液晶分子、２２…ポリマ
ーネットワーク、３０，４０…空間光変調器、３１…光
源、３２…コリメートレンズ、３３…走査機構、３４…
投影レンズ、３５…スクリーン、５１…駆動素子、５２
…コンタクトホール、５３，５４…配向膜、５６…ＵＶ
光、１０１…方形トーションビーム反射表面、１０２…
支持ポスト、１０３…ヒンジ、１０４…接地電極、１０
５…ポスト、１０６…ポスト、１０７…アドレス電極、
１０８…金属層、１０９…基板層、１１０…駆動部、１
１１…プリズム、１１１ａ…反射面、１１２…抽出面、
１２０…導光部材、１２１…光線、１２２，１２３…出
射光、１２４…全反射面、１３０…導光体、１３１…入
射光（直線偏光）、１３２…全反射光、１３３…反射
光、１３４…透明電極、１４０…液晶、１４１…反射
膜、１５０…液晶駆動用ＩＣ基板、１５１…電極端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA31 EA40 GA06 HA01 HA02 HA04 HA28 HA30 KA05 MA20 2H091 FA23Z FA41Z GA01 GA02 GA07 GA13 LA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光部材を介した光入射部と、該光入射
部から入った入射光を反射する反射部と、該反射部で反
射した光を前記導光部材を介して出射光として外部へ出
す光出射部とよりなり、前記反射部を含む光路中に屈折
率可変物質を封入し、該屈折率可変物質に情報に応じて
信号を与え屈折率変化を生じせしめる信号入力手段を具
備する光路切替素子において、前記屈折率可変物質が、
側鎖に液晶性部位を有する高分子と、低分子液晶との混
合物による高分子安定化液晶であることを特徴とする光
路切替素子。
【請求項２】前記高分子安定化液晶における全ての液
晶分子及び液晶性部位が、前記屈折率変化を生じせしめ
るための電圧が無印加時に概略一方向に配列しているこ
とを特徴とする請求項１に記載の光路切替素子。
【請求項３】前記信号による前記屈折率可変物質の屈
折率変化を、前記入射光が前記導光部材と前記屈折率可
変物質との界面で透過及び全反射する範囲で行うことを
特徴とする請求項１または２に記載の光路切替素子。
【請求項４】前記信号による前記屈折率可変物質の屈
折率変化を、前記入射光が前記導光部材と前記屈折率可
変物質との界面で全反射しない範囲で行うことを特徴と
する請求項１または２に記載の光路切替素子。
【請求項５】前記信号による前記屈折率可変物質の屈
折率変化を、前記反射部で反射した光が前記光出射部に
おいて前記導光部材とそれに接触する外部物質との界面
で全反射する第一の状態と、全反射しない第二の状態と
を取ることができる範囲で行うことを特徴とする請求項
４に記載の光路切替素子。
【請求項６】前記光入射部と前記光出射部とが互いに
平行でない面で構成されていることを特徴とする請求項
１乃至５のいずれか１に記載の光路切替素子。
【請求項７】前記出射光を第２の導光部材を介して外
部へ出すことができる第２の光出射部を設けることを特
徴とする請求項４乃至６のいずれか１に記載の光路切替
素子。
【請求項８】前記光入射部に光学的接合し、前記導光
部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設けたことを特
徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の光路切
替素子。
【請求項９】前記反射部が一辺を共有する２つの面に
よって構成され、前記屈折率可変物質に進入した入射光
と前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度の動作
範囲における最大値をθ_2maxとすると、前記反射部を構
成する少なくとも１つの面の法線と前記光入射部を構成
する面の法線とのなす角度が９０°−θ_2max以下である
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載
の光路切替素子。
【請求項１０】前記反射部が、前記屈折率可変物質に
信号を印加する単位要素に対して、複数組の面を有して
いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に
記載の光路切替素子。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１に記載
の光路切替素子が二次元アレイ状に配列されていること
を特徴とする空間光変調器。
【請求項１２】請求項１乃至１０のいずれか１に記載
の光路切替素子が一次元アレイ状に配列されていること
を特徴とする空間光変調器。
【請求項１３】請求項１１に記載の空間光変調器と、
該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変
調器により形成した画像をスクリーンに投影し表示する
手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】請求項１２に記載の空間光変調器と、
該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変
調器から出射した光線を該空間光変調器の光路切替素子
の整列方向に対して垂直な方向に走査する走査機構と、
該走査機構から出射した光線をスクリーンに投影し表示
する手段とを有することを特徴とする画像表示装置。