JP2003255410A

JP2003255410A - 光路切替素子、空間光変調器および画像表示装置

Info

Publication number: JP2003255410A
Application number: JP2002058546A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kondo; 均近藤; Hidenori Tomono; 英紀友野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で耐久性及び光利用効率が高く、
応答速度の速い光路切替素子、空間光変調器及び画像表
示装置を提供する。【解決手段】光路切替素子は、導光部材１を介して光
を入射させる光入射部３と、入射光を反射させる反射部
６と、反射光を出射させる光出射部４を有し、入射光の
光路中に印加電界の有無に応じて屈折率を変化させる屈
折率可変物質５が封入されている。屈折率可変物質５は
シール剤１１でシールされるが、シール剤１１から屈折
率可変物質５に対して光が入射しないように遮光膜２１
を設ける。このような構成により、屈折率可変物質５に
対して所望の角度以外から入射する光を排除することが
できる。

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
間光変調器および画像表示装置に関し、より詳細には、
入射光の反射方向を変化させることによって光路を変
え、光をスイッチングするための光路切替素子、及びそ
れを用いた空間光変調器および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
って光路を変え、光をスイッチングするデバイスおよび
それを用いた空間光変調器として、例えば特開平５−１
９６８８０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。図２３は従来
の空間光変調器の平面図であり、方形トーションビーム
８０の反射表面とビーム支持ポスト８１のみが観察され
る。図２４は図２３に示す空間光変調器のひとつの回転
鏡の断面図で、図２４（Ａ）はヒンジに沿っての断面
図、図２４（Ｂ）はそれと直角方向の断面図である。ビ
ーム支持ポスト８１はポスト９３に連結されたヒンジ９
１の捻れによって、ビーム８０を接地電極９２に向けて
回転可能にする。その駆動力はポスト９３によって支持
されたアドレス電極９４に印加される電圧で与えられ
る。アドレス電極９４への電圧印加は、基板層１０２に
設けられたＣＭＯＳ回路（図示せず）の信号を金属層１
０１を介して伝達することにより行われる。ビーム８０
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。この方式
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。

【０００３】そのほかの技術として、特開平１１−２０
２２２２号公報に開示されている光スイッチング素子が
ある。図２５は、特開平１１−２０２２２２号公報で提
案されている光スイッチング素子の動作説明図である。
光を全反射して伝達可能な全反射面１２１を備えた導光
部１２０と、全反射面に対し抽出面１３１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１３２と、この光スイッチング部を駆
動する駆動部１４０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。図２５の右側のセルは、
駆動部１４０を動作させることによってプリズム１３２
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１２０中
を伝搬してきた光線１１０は図２５に示されるように全
反射面１２１で全反射され図の右方向へと出射してい
く。駆動部１４０を動作させない時には図２５の左側の
セルのようにプリズム１３２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１２０中
を伝搬してきた光線１１０は図２５の左側セルに示され
たように全反射面１２１で反射することなくプリズム１
３２に進入する。プリズム１３２に進入した光線はプリ
ズムの反射面１３２ａで反射して図２５に示した光線１
１１のように導光部１２０を透過して出射される。

【０００４】この方式において、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２５に示したよ
うなプリズム１３２の構造は複雑であるため、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１３２を全反
射面１２１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。

【０００５】さらに別の技術として、特開２０００−１
７１８１３号公報に開示されている光スイッチング素子
がある。図２６は特開２０００−１７１８１３号公報で
提案されている光スイッチング素子の概略構成を示す図
である。全反射により光を伝えている導光体１５１に接
触させた液晶１５３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）１５４が全反射光１
５５として出射される状態と、透過光となったのち反射
膜１５２によって向きを変えられて反射光１５６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。

【０００６】この方式においては、機械的な駆動部を持
たないために上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。

【０００７】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号において図２
２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２００１−１８７５
７７号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３から入った入射光を反射
する反射部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。

【０００８】なお、図２２において、図２２（Ａ）及び
図２２（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は反射部材であ
る。しかしながら、上記いずれの素子においても信号を
与えられた液晶あるいは屈折率可変物質中には、液晶あ
るいは屈折率可変物質が接する光入射部から直接入射す
る光以外の光が進入する場合があり、Ｓ／Ｎ比を低下さ
せる要因となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明では上記問題点
を解決し、構造が簡単で、耐久性が高く、Ｓ／Ｎ比の高
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が高く、かつＳ／Ｎ比の
高い光路切替素子を提供すること（請求項１）、（２）
上記に加え、光利用効率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比を高くで
きる光路切替素子を提供すること（請求項３）、（４）
より低コストで信頼性の高い光路切替素子を提供するこ
と（請求項４）、（５）上記に加え、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）、

【００１０】（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）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（請求項１
０）、

【００１１】（１１）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１１）、（１２）さらに
製造が容易で、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１２）、（１３）上記に加え、応答
速度の速い光路切替素子を提供すること（請求項１
３）、（１４）上記に加え、光損失の小さい光路切替素
子を提供すること（請求項１４）、（１５）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（請求項１５）、

【００１２】（１６）さらに応答速度の速い光路切替素
子を提供すること（請求項１６）、（１７）構造が簡単
で耐久性が高く、Ｓ／Ｎ比の高い空間光変調器を提供す
ること（請求項１７）、（１８）上記に加え、より低コ
ストな空間光変調器を提供すること（請求項１８）、
（１９）耐久性が高く、コントラスト比の高い画像表示
装置を提供すること（請求項１９）、（２０）さらに低
コストな画像表示装置を提供すること（請求項２０）、
をその目的とする。

【００１３】

【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が封入
され、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、該光路切替素子は、前記光入射部から直
接入射する光以外の光が前記屈折率可変物質に進入しな
いようにした遮光手段を備えたことを特徴としたもので
ある。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記遮光手段は、前記光入射部を構成する部材と、
前記反射部を構成する部材との間の一部の領域に設けた
遮光部材であることを特徴としたものである。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】請求項５の発明は、請求項４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６の発明は、請求項４または５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該導光部材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。

【００１９】請求項７の発明は、請求項４乃至６のいず
れか一項の発明において、前記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
たことを特徴としたものである。

【００２０】請求項８の発明は、請求項１乃至７のいず
れか一項の発明において、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。

【００２１】請求項９の発明は、請求項１乃至８のいず
れか一項の発明において、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１０の発明は、請求項４乃至９のい
ずれか一項の発明において、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小値をθ_2min、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_2min＋θ_2max）／２以外の角度である
ことを特徴としたものである。

【００２３】請求項１１の発明は、請求項１０に記載の
光路切替素子において、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
のなす角度は、９０°−θ_2min以上または９０°−θ
_2max以下の角度であることを特徴としたものである。

【００２４】請求項１２の発明は、請求項１乃至１１の
いずれか一項の発明において、前記屈折率可変物質が液
晶からなることを特徴としたものである。

【００２５】請求項１３の発明は、請求項１乃至１１の
いずれか一項の発明において、前記屈折率可変物質が液
晶材料を高分子マトリクス中に分散保持した液晶／高分
子複合体からなることを特徴としたものである。

【００２６】請求項１４の発明は、請求項１３の発明に
おいて、前記液晶が入射光の波長の１／５以下の粒径を
有するドロップレットであることを特徴としたものであ
る。

【００２７】請求項１５の発明は、請求項１２乃至１４
のいずれか一の発明において、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を特徴としたも
のである。

【００２８】請求項１６の発明は、請求項１２乃至１５
のいずれか一項の発明において、前記液晶が二周波駆動
液晶であることを特徴としたものである。

【００２９】請求項１７の発明は、請求項１乃至１６の
いずれか一項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。

【００３０】請求項１８の発明は、請求項１乃至１６の
いずれか一項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。

【００３１】請求項１９の発明は、請求項１７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
に投影して表示する手段とを有することを特徴としたも
のである。

【００３２】請求項２０の発明は、請求項１８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。

【００３３】

【発明の実施の形態】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、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が封入され、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、該光路切替素子は、光入射部から直接入射する光以
外の光が屈折率可変物質中に進入しないようにした遮光
手段を備えたことを特徴とする光路切替素子にある。

【００３４】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）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。

【００３５】本発明においては、信号を与えられた屈折
率可変物質中には、導光部材を介して光入射部から直接
入射する光以外の光が進入しないようにしたので、屈折
率可変物質中に所望の角度以外の角度で入射する光を排
除することができ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる
（請求項１）。

【００３６】上記を実現するために、光入射部を構成す
る部材と反射部を構成する部材との間の一部領域に遮光
部材を設けるのが好ましい。このようにすることによ
り、入射光の内、利用に供さない光の割合を最小限に留
めることができ、光利用効率を高くすることができる
（請求項２）。

【００３７】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）。

【００３８】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）。

【００３９】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５）。

【００４０】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６）。

【００４１】さらには、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。この時
の出射角の変化量は第二の導光部材がない時よりも大き
くすることが可能であり、より高いＳ／Ｎ比を得ること
ができる（請求項７）。

【００４２】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
反射部とこの間に封入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
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）。

【００４３】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小さくすることができるので、
駆動エネルギーを小さくすることができる（請求項
９）。

【００４４】また、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小値をθ_2min、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_2min＋θ_2max）／２以外の角度であるように、
より好ましくは９０°−θ_2min以上、または９０°−θ
_2max以下に設定することにより、オフ時の漏れ光を減少
させることができるので、Ｓ／Ｎ比を高くすることがで
きる（請求項１０、１１）。

【００４５】屈折率可変物質としては、外部からエネル
ギーを与えることによって屈折率が変化するものであれ
ば使用可能であるが、制御のしやすさから電界によって
屈折率が変化する、いわゆる電気光学材料が好適に使用
できる。電気光学材料としては、ポッケルス効果を示す
ＬｉＮｂＯ₃やカー効果を示すＢａＴｉＯ₃やＰＬＺＴな
どの固体結晶、液晶などが知られているが、中でも電界
強度当たりの屈折率変化量が大きいことおよび流動性が
あることから液晶が好ましい。屈折率変化量が大きいこ
とにより、θ₂の変化量を大きくすることができ、その
結果出射角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。また、流動性があるこ
とにより導光部材（あるいは平板導光体）および反射部
への光学的接触を容易に実現することができる（請求項
１２）。

【００４６】屈折率可変物質として、液晶／高分子複合
体を用いることが応答速度の点から好ましい。このよう
な液晶／高分子複合体として、液晶ドロップレットを高
分子マトリクス中に分散した、いわゆる高分子分散液晶
が好適に使用できる。高分子分散液晶の応答速度は液晶
ドロップレットの粒径を小さくするにつれて速くなるこ
とが実験的にわかっており、特に入射光の波長の１／５
以下の粒径にすることが、散乱が減少し光透過率が高く
なる、すなわち光損失が著しく小さくなることから好ま
しい。なお、ここでいう粒径とは構造体を代表する粒径
であって、通常は電子顕微鏡写真等によって計測された
平均粒径が好適に使用される（請求項１３、１４）。

【００４７】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。この方
向を電圧印加時に液晶分子が揃う方向（電界方向）とほ
ぼ直交させることにより大きな屈折率差が得られるた
め、θ₂の変化量を大きくすることができ、その結果出
射角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１５）。

【００４８】上記の液晶は二周波駆動液晶であることが
好ましい。二周波駆動液晶とは液晶に印加する電圧の周
波数によって液晶の誘電異方性の符号が異なる液晶で、
高速な配向動作に特徴がある。誘電異方性とは液晶分子
の長軸方向と短軸方向で誘電率が異なる性質で、電界を
印加したときに誘電率の大きい方向が電界方向に向く。
液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも
大きい時を誘電異方性が正とするので、誘電異方性が正
の場合には液晶分子の長軸が電界方向に配向し、誘電異
方性が負の場合には液晶分子の短軸が電界方向に配向す
る。二周波駆動液晶では長軸を電界方向に配向させる場
合でも、短軸を電界方向に配向させる場合でも、液晶分
子にローレンツ力が作用するため、ネマチック液晶など
通常の液晶材料に比べて配向運動が高速に行われるの
で、応答速度を速くすることができる（請求項１６）。

【００４９】本発明の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るた
め、耐久性が高く安価で、かつＳ／Ｎが高くなる。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１７、１８）。

【００５０】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
で、コントラスト比の高い画像表示装置を構成すること
ができる（請求項１９、２０）。

【００５１】以下に本発明の実施の形態を添付された図
面を参照して具体的に説明する。なお、実施の形態を説
明するための全図において、同様の機能を有する部分に
は同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

【００５２】（実施の形態１）本発明の第１の実施形態
を図１および図２に基づき説明する。図１は本発明の実
施形態の１例を示したもので、図２は、本実施形態の比
較例を示したものである。図１において、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１を介して
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は入射光を実質的に出射光に変換
する反射面１７と、これと一辺を共有する逆傾斜面１８
によって構成される。

【００５３】反射部６を含む反射部材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、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に情報に応じた
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。

【００５４】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、液晶が好適に使用できる。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。

【００５５】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。また、図１においては光入射部３から直接入
射する光以外の光が屈折率可変物質５に進入しないよう
にした遮光手段である。遮光膜２１が透明電極１０上の
一部に設けられている。遮光膜２１に用いる材料として
は、カーボンブラックや酸化鉄、酸化クロム、金属超微
粒子等の無機顔料、また、ダイレクトブラックやアシッ
ドブラック等の染料等の光吸収性材料あるいはＡｌ、Ａ
ｇ等の光反射性材料等光透過率の小さい材料が好適に使
用できる。遮光膜２１の形成方法は溶剤や分散媒に溶解
もしくは分散させて塗布、乾燥を行う方法やメッキ法、
蒸着やスパッタによる方法など既存の形成方法を用いる
ことができる。パターンニング方法はフォトリソエッチ
ング法や感光性樹脂を分散媒に用いる方法など公知の方
法を用いることができる。

【００５６】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、必要に応じてスペーサ材を混
合した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（もしくは反射部材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、反射部材１５（もしくは導光部材１）を貼り合わ
せて加熱硬化する。注入孔から液晶を注入した後、孔を
接着剤で塞げば完成する。

【００５７】図１（Ａ）は、屈折率可変物質５の屈折率
ｎ₂が導光部材１の屈折率ｎ₁より大きい場合で、屈折角
θ₂は式（１）に従って入射角θ₁より小さくなる。反射
面１７の法線と光入射部３を構成する面の法線とのなす
角度、すなわち反射面１７の傾斜角αをα＝θ₂／２に
設定しておけば、反射光は光出射部４に垂直に入射し出
射する。図１（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１（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φ₁＝
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＝ｓｉ
ｎ^-1（ｎ₁ｓｉｎφ₁）で出射する。図１（Ｂ）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（Ｂ）の場合には検出される（オン状態）
が、図１（Ａ）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。

【００５８】図２において、入射光の一部（図中点線）
はシール剤１１を通った後に屈折率可変物質５に進入す
る。シール剤１１の屈折率がｎ₁と概略同程度とする
と、図２（Ａ）の場合にはシール剤１１から屈折率可変
物質５に進入した光は屈折し、光入射部３から直接入射
した光の出射方向（３０）とは異なる方向（３１）に出
射するため、一部の光が光検出器１３に入射する結果、
Ｓ／Ｎ比を低下させる。

【００５９】図１においては、遮光膜２１によってシー
ル剤１１に入射する光を遮断するので、上記のようなこ
とは起こらず、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。ここ
で、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、すなわち屈折角θ₂の
動作範囲における最小値をθ_2min、最大値をθ_2maxとす
ると、反射部６を構成する少なくとも１つの面（ここで
は逆傾斜面１８）の法線と光入射部３を構成する面の法
線とのなす角度、すなわち逆傾斜面１８の傾斜角γが９
０°−（θ_2min＋θ_2max）／２以外の角度であるように
設定するのが望ましい。その理由を図３に基づき説明す
る。

【００６０】図３は反射部での入射光の挙動を拡大して
示したものである。屈折率可変物質５の屈折率が最小、
すなわち屈折角θ₂が最大（θ_2max）の場合には、入射
光は実線のように反射面１７で光路３５の方向に反射さ
れる。一方、屈折率可変物質５の屈折率が最大、すなわ
ち屈折角θ₂が最小（θ_2min）の場合には、大部分の入
射光は一点鎖線のように反射面１７で光路３６の方向に
反射されるが、γが９０°−θ_2minより小さい場合には
一部の光は逆傾斜面１８に入射し、そこで反射した後に
反射面１７に入射する。この時特定のγの値において、
反射面１７への入射角が上記の実線の場合と等しくな
り、その結果点線のように反射面１７で光路３７の方
向、すなわち光路３５と平行をなす方向に反射される。
このような光はオフ状態でありながらオン方向に漏れる
ことになり、Ｓ／Ｎ比を低下させる。この特定のγの値
は幾何学計算により容易に求めることができる。逆傾斜
面１８での入射角と反射角が等しいという条件から以下
の関係が成り立つ。（９０°−γ）−θ_2min＝γ−（９０°−θ_2max）…（３）

【００６１】上記（３）式を変形すると、γ＝９０°−
（θ_2min＋θ_2max）／２となる。γがこれ以外の角度で
あれば反射面１７への入射角は実線の場合とは異なるこ
とになるが、より確実に分離するためにはγを９０°−
θ_2min以上、もしくは９０°−θ_2max以下とするのがよ
り好ましい。前者の場合にはθ_2minの入射光の反射面１
７での反射方向はθ_2maxの入射光の反射方向（実線）に
対して、左方向にθ_2m _ax−θ_2minだけ回転する。同様に
後者の場合には右方向にθ_2max−θ_2min以上回転する。
いずれの場合も充分分離可能な角度変化であるが、後者
の場合には多重反射光がオフ光とは異なる方向に出射す
るので、その処理手段をオフ光の処理と別に考慮する必
要があることから、前者の方がよりシステムを単純化で
きる点で好ましい。

【００６２】具体的な例として、導光部材１をクラウン
ガラスＢＫ７（ｎｄ＝１.５１７）で作製し、屈折率可
変物質５をネマティック液晶Ｅ７（常光屈折率ｎｏ＝
１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）とし、予め
図示しない配向膜を用いて液晶分子１２を図１（Ａ）の
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
向しておく。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。図１（Ａ）の状
態でレーザ光（波長６３３ｎｍ）をＳ偏光としてθ₁＝
６０°で入射させると、この光に対しては液晶の屈折率
はｎ₂＝ｎｅ＝１.７４６となるので、式（１）に従って
θ₂＝４９°となる。α＝２４.５°、γ＝４５°に設定
すると入射光は逆傾斜面１８には入射せず、反射面１７
で反射し、光出射部４から垂直に出射する。一方、透明
電極１０と金属膜７の間に電圧を印加すると図１（Ｂ）
のように液晶分子１２が電界方向に配列し、同様の入射
光に対して液晶の屈折率はｎ₂＝ｎｏ＝１.５２２となる
ので、入射光および反射光はほぼ直進し、光出射部４に
対してφ₁＝１１°で入射し、出射角φ₂＝１７°で出射
する。

【００６３】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。また、αをθ₂／２に設定したがθ₁／２でもよ
く、その場合には図１（Ｂ）の時に反射光が光出射部４
から垂直に出射し、図１（Ａ）の時には図１（Ｂ）とは
逆の方向に１７°より若干大きい角度で出射する。な
お、ここに示したような変形は後述の他の実施形態にお
いても同様に許容されるものである。

【００６４】上記の場合、単素子で、出射ビーム径が小
さい場合には比較的近距離で検出しても充分なＳ／Ｎ比
を得ることができるが、出射エリアの大きい場合（例え
ば空間光変調器として用いるような場合）には漏れ光
（図１（Ａ）に一点鎖線で示した光線３２）を検出し
て、Ｓ／Ｎ比の低下を招くことがある。

【００６５】（実施の形態２）図４は、本発明の第２の
実施形態を説明するための図である。本実施形態は、第
１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。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＝４０°に設
定すると、図４（Ａ）の時には反射光は光出射部４に対
してφ₁＝４０°で入射し、出射角φ₂＝７７°で出射す
る。図４（Ｂ）の時にはφ₁＝２９°で入射し、出射角
φ₂＝４７°で出射する。この場合図４（Ａ）と図４
（Ｂ）とで出射角の差が３０°と、第１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（図４（Ａ）の一点鎖線の光線３３）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。

【００６６】（実施の形態３）図５は、本発明の第３の
実施形態を説明するための図である。本実施形態の基本
的な構成は第２の実施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５（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（４）
を満たすので、反射光は光出射部４において全反射す
る。ｓｉｎφ₁≧ｎ_a／ｎ₁ …（４）図５（Ｂ）の時にはφ₁＝３４°で入射し、出射角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。

【００６７】（実施の形態４）図６は、本発明の第４の
実施形態を説明するための図で、図中、１４は導光部材
１と同じ材質からなる第二の導光部材で、１６は出射光
を第二の導光部材１４を介して外部へ出すことができる
第二の光出射部である。この例では光出射部４と第二の
導光部材１４（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、第二
の光出射部１６を構成する面は入射部３を構成する面と
ほぼ平行となるようにしている。その他の設定は第３の
実施形態と同様である。図６（Ａ）の時、反射光は光出
射部４と空隙部（光出射部４と第二の導光部材１４との
間の空隙部）の空気層との界面で全反射する。図６
（Ｂ）の時、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、再び第二の導
光部材１４に入射し、第二の光出射部１６から出射す
る。この場合図６（Ａ）と図６（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。

【００６８】（実施の形態５）図７は、本発明の第５の
実施形態を説明するための図で、図中、２２は導光部材
１と屈折率が概略等しい平板導光体で、光入射部３と光
学的接合がなされている。その他の構成は第３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、両部材間の間隙が使用する光の波長に比べて充分に
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および平板
導光体２２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２２である
ので、透明電極１０は平板導光体２２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１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。

【００６９】（実施の形態６）図８は、本発明の第６の
実施形態を説明するための図である。本実施形態では、
第３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１７を複数組（図８では２組）設けている。図か
ら明らかなように、光入射部３における入射光の照射エ
リアＡは第３の実施形態と同じであるため、反射部６か
ら光入射部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。

【００７０】（実施の形態７）図９は、本発明の第７の
実施形態を説明するための図である。本実施形態は、屈
折率可変物質５として、高分子分散液晶を用いる以外は
第３の実施形態と同様の構成を有するものである。高分
子分散液晶は高分子マトリクス２０中に液晶ドロップレ
ット１９が分散されてなる。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。高分子マトリクス材料としては透明なポリマ
ーが好ましく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性
樹脂のいずれであってもよい。高分子分散液晶の製法と
しては、（１）液晶と熱あるいは光硬化（重合）性モノ
マーやオリゴマーもしくはプレポリマーで溶液を作り、
重合によって相分離させる重合相分離法、（２）液晶と
高分子と溶剤で溶液を作り、溶剤を蒸発させることによ
って相分離させる溶媒蒸発相分離法、（３）液晶と熱可
塑性高分子を加熱溶解させた後、冷却によって相分離さ
せる熱相分離法などを用いることができる。

【００７１】ポリマーとしては、製造工程の容易さ、液
晶相との分離性等の点から紫外線硬化型の樹脂を用いる
のが好ましい。具体的な例として紫外線硬化性アクリル
系樹脂が例示され、特に紫外線照射によって重合硬化す
るアクリルモノマー、アクリルオリゴマーを含有するも
のが好ましい。このようなモノマーまたはオリゴマーと
しては（ポリ）エステルアクリレート、（ポリ）ウレタ
ンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリブタジエ
ンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンア
クリレート、（ポリ）ホスファゼンメタクリレート等が
ある。その他の例として、チオール−エン系も光硬化速
度が速いことから好適に使用できる。

【００７２】重合を速やかに行うために光重合開始剤を
用いてもよく、この例としてジクロロアセトフェノンや
トリクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類、１−
ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェ
ノン、ミヒラーケトン、ベンゾイル、ベンゾインアルキ
ルエーテル、ベンジルジメチルケタール、モノサルファ
イド、チオキサントン類、アゾ化合物、ジアリルヨード
ニウム塩、トリアリルスルフォニウム塩、ビス（トリク
ロロメチル）トリアジン化合物等を挙げることができ
る。

【００７３】この紫外線硬化性化合物中に液晶材料を均
一に溶解させた液状物を反射部６と導光部材１との間に
注入した後、紫外線照射を行うことによって紫外線硬化
性化合物を硬化させると同時に液晶材料を相分離させ、
高分子分散液晶層を形成する。

【００７４】具体的な高分子分散液晶の例として、ネマ
ティック液晶ＢＬ２４（ｎｏ＝１.５１３，ｎｅ＝１.７
１７，メルク社）を紫外線硬化性プレポリマーＮＯＡ８
１（ノーランド社）に溶解（液晶重量濃度４５％）し、
紫外線（４００ｍＷ／ｃｍ ²）を照射したもの（液晶ド
ロップレットの平均粒径は約６０ｎｍ）を用いた場合、
図９（Ａ）の時には液晶分子の配向したドロップレット
１９の向きがランダムであるため、層全体が光学的に等
方な媒体になっており、その屈折率はほぼ液晶の平均屈
折率（≒（２ｎｏ＋ｎｅ）／３≒１.５８）と高分子マ
トリクスの屈折率（≒１.５６）との体積平均（≒１.５
７）と見なすことができる（液晶の体積分率を約３５％
と見積もった）。なお、この場合予め配向処理を行って
いない。導光部材１をクラウンガラスＢＫ７（ｎｄ＝
１.５１７）とし、入射角を７５°に設定すると、屈折
角は６９°となるので、α＝３４.５°、γ＝２５°に
設定すると入射光は逆傾斜面１８には入射せず、反射面
１７で反射し、光入射部３にほぼ垂直に入射する。β＝
４３°に設定すると反射光は光出射部４に対してφ ₁＝
４３°で入射する。この時式（４）を満たすので、反射
光は光出射部４において全反射する。

【００７５】図９（Ｂ）の時には液晶分子が電界方向に
配列し、Ｓ偏光に対する高分子分散液晶層の屈折率は液
晶の屈折率（≒ｎｏ＝１.５１３）と高分子マトリクス
の屈折率（≒１.５６）との体積平均（≒１.５４）と見
なすことができる。この時、屈折角は７２°となり、反
射光は光出射部４に対してφ₁＝４０°で入射し、出射
角φ₂＝７７°で出射する。この場合出射角の差は１８
０°−（４３°＋７７°）＝６０°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。また、図９（Ａ）の状態と図９（Ｂ）の状
態との間のスイッチング時間は数１０μｓのオーダーが
得られ、この値はバルク液晶に比べ２桁以上高速になっ
ている。

【００７６】液晶ドロップレットサイズと応答速度の関
係についてさらに詳細に調べた結果を以下に示す。高分
子分散液晶における液晶ドロップレットの大きさは、プ
レポリマーの組成、液晶の混合濃度、硬化時の紫外線強
度等を変えることによって変化させることができる。図
１０は、液晶ドロップレットサイズと応答速度との関係
を示したものである。液晶材料はＥ７およびＢＬ２４
（メルク社）、プレポリマーはＮＯＡ６０，６５および
８１（ノーランド社）を適宜用いた。応答速度の測定は
図１１に示す装置を用いて、試料４７にパルス電圧（２
００Ｖ）を印加した時の光出力の立ち上がり時間（Ｔｏ
ｎ）と立ち下がり時間（Ｔｏｆｆ）の合計を測定した。
試料４７は高分子分散液晶層５０の厚さを２０μｍ、光
路長を１ｍｍとした。なお、図１１において、４１はレ
ーザ、４２は偏光子、４３，４４はレンズ、４５は検光
子、４６はパワーメータ、４８はＡｕ電極、４９はＳｉ
基板、５０は高分子分散液晶層である。

【００７７】高分子分散液晶に電界が印加されていない
時と印加されている時の様子を図１２に模式的に示す。
電界が印加されていない時には液晶ドロップレットの向
きはランダムであるので、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の屈折
率はどれも等しく、層全体が光学的に等方な媒体になっ
ている。ｚ方向に電界５１を印加すると、液晶分子の分
子軸がこの方向にそろうため、ｚ軸方向の屈折率は大き
くなり、ｘ軸およびｙ軸方向の屈折率はお互いに等しい
まま、その大きさが小さくなる。図１１のように光が電
界方向とは垂直のｘ方向から入射される場合、ｙｚ平面
に複屈折が生じるために偏光状態を変化させることがで
き、検光子を通した光出力が変化する。本発明ではこの
ような複屈折現象は利用しないが、電界印加時の液晶分
子の挙動とそれに伴う屈折率変化を利用するので、図１
０の応答速度は本発明においても同様に適用できる。図
１０から液晶ドロップレットサイズが小さくなるにつれ
て応答速度が速くなることがわかる。

【００７８】さらには、液晶ドロップレットの粒径を入
射光の波長の１／５以下、より望ましくは１／１０以下
にすることが光透過率の観点から好ましい。以下にレイ
リー散乱理論から光透過率を計算した結果を示す。体積
Ｖの球形散乱体が数密度Ｎで存在する場合、厚さＬの媒
体の光透過率Ｔは下記式（５）のように表される。 T=exp(-NRL)，R=24π³((m²-1)/(m²+2))²V²/λ⁴ …（５）

【００７９】ここで、Ｒは散乱断面積、ｍは散乱体の屈
折率と媒体の屈折率の比、λは使用する光の波長であ
る。ｍ＝１.０７、Ｌ＝１００μｍとした時の透過率Ｔ
を散乱体すなわち液晶ドロップレットの粒径ｄ、体積分
率（＝ＮＶ）および波長λをパラメータとして計算し
た。式からわかるようにｄが大きくなる（すなわちＶが
大きくなる）ほど、またλが小さくなるほどＴが減少す
る。また、透過率としては、９０％（Ｔ＝０.９）以上
であることが光利用効率の点から好ましい。図１３はＴ
＝０.９となる粒径を体積分率が１０％（ｄ（０.
１））、３０％（ｄ（０.３））および５０％（ｄ（０.
５））の場合について、波長に対してプロットしたもの
である。体積分率が小さいと屈折率変化量が小さくＳ／
Ｎ比がとれなくなるので、体積分率は１０％以上が好ま
しく、５０％程度がより好ましい。これ以上の体積分率
では作製が極めて困難になる。この観点から、図１３よ
り、光路切替素子（光スイッチング素子）として適用さ
れる可視〜赤外領域の波長に対しては、ｄがλ／５以下
であるのが好ましく、λ／１０以下であることがより好
ましい。なお、この計算ではｍおよびＬを固定したが、
実デバイスにおいてこれ以下の値であると考えられるた
め、上記の粒径範囲であれば問題はない。

【００８０】（実施の形態８）図１４は、本発明の第８
の実施形態を説明するための図である。本実施形態は、
電圧無印加時（図１４（Ａ）の時）に、ドロップレット
中の全ての液晶分子が概略一方向に配列している以外は
第７の実施形態と同様の構成を有するものである。この
配列方向は電圧印加時（図１４（Ｂ）の時）に液晶分子
が揃う方向（電界方向）とほぼ直交し、光入射部３に対
して水平で紙面に垂直な方向にするのがよい。こうする
ことにより、大きな屈折率差が得られるため、θ₂の変
化量を大きくすることができ、高いＳ／Ｎ比を得ること
ができる。具体的には第７の実施形態と同様の材料およ
び処方の高分子分散液晶を用いた場合、図１４（Ａ）の
時に高分子分散液晶層の屈折率は液晶の屈折率（≒ｎｅ
＝１.７１７）と高分子マトリクスの屈折率（≒１.５
６）との体積平均（≒１.６１）と見なすことができ
る。第７の実施形態と同様に入射角を７５°に設定する
と、屈折角は６６°となるので、α＝３３°、γ＝２５
°に設定すると入射光は逆傾斜面１８には入射せず、反
射面１７で反射し、光入射部３にほぼ垂直に入射する。
β＝４３°に設定すると反射光は光出射部４に対してφ
₁＝４３°で入射する。この時式（２）を満たすので、
反射光は光出射部４において全反射する。図１４（Ｂ）
の時には液晶分子が電界方向に配列し、Ｓ偏光に対する
高分子分散液晶層の屈折率は液晶の屈折率（≒ｎｏ＝
１.５１３）と高分子マトリクスの屈折率（≒１.５６）
との体積平均（≒１.５４）と見なすことができる。こ
の時、屈折角は７２°となり、反射光は光出射部４に対
してφ₁＝３７°で入射し、出射角φ₂＝６６°で出射す
る。この場合出射角の差は１８０°−（４３°＋６６
°）＝７１°となり、第７の実施形態よりも大きくな
る。

【００８１】さらに付言すれば、入射角を６０°に設定
した場合、図１４（Ａ）の時、屈折角は５５°となる。
α＝２７.５°，β＝４３°に設定すると、図１４
（Ｂ）の時、φ₁＝３９°,φ₂＝７３°となり、出射角
の差は１８０°−（４３°＋７３°）＝６４°となる。
入射角が７５°の場合に比べて出射角の差は小さくなる
が、実用上充分な値である。なお、特に後述のような二
次元空間光変調器やそれを用いた画像表示装置に適用す
る場合、入射角が小さい（好ましくは６０°以下であ
る）方が照明光学系の設計が容易になるので望ましい。

【００８２】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。高分子マトリ
クス材料を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、液晶に接して
いるプレポリマーは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液晶
との界面は液晶の配向に倣った形で固定される。この界
面構造は液晶に対して配向膜として機能するため、高分
子マトリクス材料が硬化した後に電界を解除しても、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。
また、電界の代わりに磁界を用いる方法も好適に使用で
きる。

【００８３】（実施の形態９）図１５および図１６は、
本発明の第９の実施形態を説明するための図で、図１５
は本発明の実施形態の１例を示したもので、図１６は比
較例を示すものである。本実施形態の基本的な素子構造
は第１の実施形態と同様であるが、反射部６が、屈折率
可変物質５に異なる信号（Ｖ１およびＶ２）を与えるこ
とのできる複数（図では２つ）の独立した反射面１７お
よび金属膜７を有している。また、屈折率可変物質５の
屈折率は、導光部材１の屈折率に対して、下式（２）を
満たす場合（図の右側のセル）と満たさない場合（図の
左側のセル）との間で変化するようにしている。ｎ₁ｓｉｎθ₁＞ｎ₂ …（２）

【００８４】図１６において、右側のセルに入射した光
は導光部材１と屈折率可変物質５の界面で全反射するは
ずであるが、一部左側のセルを通過した光が屈折率可変
物質５中に進入し、反射面１７で反射して左側のセルの
出射方向（光路３３）と近い角度（光路３１）で出射す
る。これは右側のセルにおける漏れ光となり、Ｓ／Ｎ比
を低下させる。

【００８５】図１５においては、光入射部３と反射部６
の間隙の一部に遮光部材２３を設けている。これにより
左側のセルからの入射光を遮断するので、上記のような
ことは起こらず、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。

【００８６】遮光部材２３に用いる材料としては、カー
ボンブラックや酸化鉄、酸化クロム、金属超微粒子等の
無機顔料、また、ダイレクトブラックやアシッドブラッ
ク等の染料などの光吸収性材料あるいはＡｌ、Ａｇ等の
光反射性材料など光透過率の小さい材料が好適に使用で
きる。遮光膜の形成方法は溶剤や分散媒に溶解もしくは
分散させて塗布、乾燥を行う方法やメッキ法、蒸着やス
パッタによる方法など既存の形成方法を用いることがで
きる。パターンニング方法はフォトリソエッチング法や
感光性樹脂を分散媒に用いる方法など公知の方法を用い
ることができる。

【００８７】同様の機能を持たせるためには第１の実施
形態のように透明電極１０上の一部に遮光膜を設ける方
法もあるが、その場合には左側のセルからの出射光の一
部を遮ってしまうため、光利用効率が低下する。上記の
ような遮光部材２３を用いたときにはそのようなことが
なく、光利用効率の低下を抑えることができる。遮光部
材２３として、特に光反射性材料を用いた場合には、遮
光部材２３で反射した光を左側のセルで再利用できる
（図１５の光路３４）ため、より光利用効率が向上す
る。また、遮光部材２３を光入射部３表面の透明電極１
０または透明電極１０上に設けられた配向膜と反射部材
の双方に接触するように形成することにより、光入射部
３と反射部６との間隙を保持する、いわゆるギャップ保
持機能を兼ね備えることができる。

【００８８】具体的な例として、導光部材１をフリント
ガラスＦ２（ｎｄ＝１.６２０）で作製し、屈折率可変
物質５をネマティック液晶ＺＬＩ１１３２（ｎｏ＝１.
４９３，ｎｅ＝１.６３３，メルク社）とし、予め図示
しない配向膜を用いて液晶分子１２を図１５の右側のセ
ルのように光入射部３に対して水平で紙面に垂直な方向
に配向しておく。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。初期状態
（右側のセル：Ｖ２＝０Ｖ）においてレーザ光（波長６
３３ｎｍ）をＰ偏光としてθ₁＝７０°で入射させる
と、この光に対しては液晶の屈折率はn₂=ne・no/(no²co
s²θ₁+ne²sin²θ₁)^1/2=1.507となるので、式（２）を満
たし全反射する。光入射部３に対して液晶分子がほぼ垂
直に配向する電圧（Ｖ１）を透明電極１０と金属膜７の
間に印加した場合（左側のセル）には、同じ光に対して
液晶の屈折率はn₂’=ne・no/(ne²cos²θ₁+no²sin²θ₁)
^1/2=1.614となるので、式（２）を満たさず、入射光は
屈折率可変物質（液晶）５中を透過して反射面１７に到
達する。反射面１７の傾斜角α＝３５°に設定すると入
射光は反射面１７で反射し、光出射部４からほぼ垂直に
出射する。

【００８９】（実施の形態１０）図１７および図１８
は、本発明の第１０の実施形態を説明するための図であ
る。本実施形態の基本的な素子構造は第９の実施形態と
同様であるが、屈折率可変物質５として二周波駆動液晶
を用いている。図１７に二周波駆動液晶の誘電異方性の
周波数特性を示す。印加電圧の周波数が高くなり、クロ
スオーバー周波数ｆｃを越えると誘電異方性が負とな
る。例えば図１８の左側のセルに示すようにクロスオー
バー周波数以下の周波数ｆ₁の電圧を印加した場合には
液晶分子が電界方向に配向する。液晶の長軸方向の屈折
率をｎｅ、短軸方向の屈折率をｎｏ（＜ｎｅ）とする
と、液晶分子の長軸が電界方向にそろうため、ｚ軸方向
の屈折率はｎｅとなり、ｘ軸方向およびｙ軸方向の屈折
率はｎｏとなる。右側のセルに示すようにクロスオーバ
ー周波数以上の周波数ｆ₂の電圧を印加すると、液晶の
長軸は電界に垂直な方向すなわち光入射部３に平行な方
向に配向するが、配向処理によって光入射部３に平行な
面内ではｘ軸方向に配向するので、結果として液晶分子
はｘ軸方向に配向する。そのためｘ軸方向の屈折率はｎ
ｅとなり、ｙ軸方向およびｚ軸方向の屈折率はｎｏとな
る。

【００９０】二周波駆動液晶では長軸を電界方向に配向
させる場合でも、短軸を電界方向に配向させる場合で
も、液晶分子にローレンツ力が作用するため、ネマティ
ック液晶など通常の液晶材料に比べて配向運動が高速に
行われる。例えば、図１８の左側セルの状態から右側セ
ルの状態に切り替える際に、通常のネマティック液晶で
は電圧を０Ｖにした時の配向規制力による戻りを利用す
るため、応答に数ｍｓ〜数１０ｍｓを要するが、二周波
駆動液晶を用いて高周波電界で強制的に配向変化を起こ
させる場合には１ｍｓ以下での応答が可能となる。

【００９１】二周波駆動液晶としては、例えば、２，３
−ジシアノ−４−ペンチルオキシフェニル−４−（トラ
ンス−４−エチルシクロヘキシル）ベンゾアート、２，
３−ジシアノ−４ペンチルオキシフェニル−トランス−
４−プロピル−１−シクロヘキサンカルボキシラート、
２，３−ジシアノ−４−エトキシフェニル−４−（トラ
ンス−４−ペンチルシクロヘキシル）ベンゾアート、
２，３−ジシアノ−４−エトキシフェニル−４−（トラ
ンス−４−ブチルシクロヘキシル）ベンゾアート、２，
３−ジシアノ−４−ブトキシフェニル−４−（トランス
−４−ブチルシクロヘキシル）ベンゾアートなどを用い
ることができる。

【００９２】具体的な例として、導光部材１をフリント
ガラスＦ２（ｎｄ＝１.６２０）で作製し、屈折率可変
物質５を二周波駆動液晶ＭＸ００１５４４（ｎｏ＝１.
４８９，ｎｅ＝１.６２２，クロスオーバー周波数ｆｃ
≒２０ｋＨｚ，メルク社）とし、予め図示しない配向膜
を用いて液晶分子１２を図１８の右側のセルのように光
入射部３に対して水平で紙面に垂直な方向に配向してお
く。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。透明電極１０と金属膜７
の間にクロスオーバー周波数以上の周波数ｆ₂＝１００
ｋＨｚの電圧を印加した状態（右側のセル）で、レーザ
光（波長６３３ｎｍ）をＰ偏光としてθ₁＝７０°で入
射させると、この光に対しては液晶の屈折率はn₂=ne・n
o/(no²cos²θ₁+ne²sin²θ₁)^1/2=1.502となるので、式
（２）を満たし全反射する。クロスオーバー周波数以下
の周波数ｆ₁＝１ｋＨｚの電圧を印加した場合（左側の
セル）には、同じ光に対して液晶の屈折率はｎ₂’=ne・
no/(ne²cos²θ₁+no²sin²θ₁)^1/2=1.604となるので、式
（２）を満たさず、入射光は屈折率可変物質（液晶）５
中を透過して反射面１７に到達する。反射面１７の傾斜
角α＝３６°に設定すると入射光は反射面で反射し、光
出射部４からほぼ垂直に出射する。

【００９３】（実施の形態１１）図１９および図２０
は、本発明の第１１の実施形態を説明するための図であ
る。図１９は一次元空間光変調器を示す図で、図１９
（Ａ）は一次元空間光変調器の斜視概略図、図１９
（Ｂ）は、図１９（Ａ）をＢ方向から見た図、図１９
（Ｃ）は図１９（Ａ）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、上記第３あるいは第７の実施
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、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。また図２０に示すように、一次
元空間光変調器６０の個別電極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６３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６４によってスクリーン６５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２０
において、光源６１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６２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。

【００９４】（実施の形態１２）図２１は、本発明の第
１２の実施形態を説明するための図で、二次元空間光変
調器７０の斜視概略図である。本実施形態の基本的な構
成は上記第９あるいは第１０の実施形態と同様である
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。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、空間光変調器だけで二次元の空間光変調がで
きるため、図２０のような走査機構は不要で、光出射部
４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。

【００９５】なお、図１９、図２１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１を各光路素子ご
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６０もしくは二次元アレイ状の空間光変調
器７０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。

【００９６】

【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、光入射部から入った入射光を反射する反射部と、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
折率可変物質が封入され、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、信号を与えられた屈折
率可変物質中には、該屈折率可変物質が接する光入射部
から直接入射する光以外の光が進入しないようにするこ
とにより、構造が簡単で耐久性が高く、かつ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、光入
射部と反射部との間隙の一部に遮光部材を設けることに
より、光利用効率の高い光路切替素子を提供することが
できる。

【００９７】また、本発明の光路切替素子によれば、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及び全反射する範囲で行うよ
うにすることにより、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。また、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
で全反射しない範囲で行うようにしたので、より低コス
トで信頼性の高い光路切替素子を提供することができ
る。更に、光入射部と光出射部とを互いに平行でない面
で構成することにより、さらにＳ／Ｎ比の高い光路切替
素子を提供することができる。

【００９８】また、本発明の光路切替素子によれば、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ようにすることによ
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。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二の光出射部を設けることにより、
さらに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。

【００９９】また、本発明の光路切替素子によれば、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。
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小値を
θ_2min、最大値をθ_2m _ax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_2min＋θ_2max）／２以外の
角度であるようにすることにより、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。

【０１００】更に、上記光路切替素子において、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を９０°−θ_2min以上または
９０°−θ_2max以下の角度にすることにより、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。更に、屈折率可変物質が液晶からなるようにするこ
とにより、さらに製造が容易で、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。更に、屈折率可
変物質が液晶材料を高分子マトリクス中に分散保持した
液晶／高分子複合体（高分子分散液晶）からなるように
することにより、上記に加え、応答速度の速い光路切替
素子を提供することができる。

【０１０１】また、本発明の光路切替素子によれば、屈
折率可変物質が高分子分散液晶からなり、液晶を入射光
の波長の１／５以下の粒径を有するドロップレットとす
ることにより、上記に加え、光損失の小さい光路切替素
子を提供することができる。また、電圧無印加時に全て
の液晶分子が概略一方向に配列しているようにすること
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。更に、液晶として二
周波駆動液晶を用いたので、さらに応答速度の速い光路
切替素子を提供することができる。

【０１０２】また、本発明の空間光変調器によれば、上
記光路切替素子を二次元アレイ状に配列することによ
り、構造が簡単で耐久性が高く、かつＳ／Ｎ比の高い空
間光変調器を提供することができる。また、上記光路切
替素子を一次元アレイ状に配列することにより、上記に
加え、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。

【０１０３】また、本発明の画像表示装置によれば、上
記二次元アレイ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、コントラスト比の高い画像表示装置を提供すること
ができる。また、上記一次元アレイ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、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の実施形態を示した図である。

【図２】第１の実施形態の比較例を示した図である。

【図３】反射部での入射光の挙動を拡大して示した図
である。

【図４】本発明の第２の実施形態を説明するための図
である。

【図５】本発明の第３の実施形態を説明するための図
である。

【図６】本発明の第４の実施形態を説明するための図
である。

【図７】本発明の第５の実施形態を説明するための図
である。

【図８】本発明の第６の実施形態を説明するための図
である。

【図９】本発明の第７の実施形態を説明するための図
である。

【図１０】液晶ドロップレットサイズと応答速度との
関係を示したものである。

【図１１】液晶ドロップレットの応答速度を測定する
装置の概略図である。

【図１２】高分子分散液晶に電界が印加されていない
時と印加されている時の様子を模式的に示す図である。

【図１３】Ｔ＝０.９となる粒径を体積分率が１０
％、３０％および５０％の場合について、波長に対して
プロットした図である。

【図１４】本発明の第８の実施形態を説明するための
図である。

【図１５】本発明の第９の実施形態を説明するための
図である。

【図１６】本発明の第９の実施形態の比較例を説明す
るための図である。

【図１７】本発明の第１０の実施形態を説明するため
の図で、二周波駆動液晶の誘電異方性の周波数特性を示
す図である。

【図１８】本発明の第１０の実施形態を説明するため
の図で、素子の概略構成を示す図である。

【図１９】本発明の第１１の実施形態を説明するため
の図で、一次元空間光変調器の構成を示す図である。

【図２０】本発明の第１１の実施形態を説明するため
の図で、画像表示装置の構成例を示す図である。

【図２１】本発明の第１２の実施形態を説明するため
の図である。

【図２２】液晶分子の配向状態に従う光路について説
明するための図である。

【図２３】従来の空間光変調器の一例の平面図であ
る。

【図２４】図２３に示す空間光変調器のひとつの回転
鏡の断面図である。

【図２５】特開平１１−２０２２２２号公報で提案さ
れている光スイッチング素子の動作説明図である。

【図２６】特開２０００−１７１８１３号公報で提案
されている光スイッチング素子の概略構成を示す図であ
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…液晶分子、１３…光検出器、１４…第二の導
光部材、１５…反射部材、１６…第二の光出射部、１７
…反射面、１８…逆傾斜面、１９…液晶ドロップレッ
ト、２０…高分子マトリクス、２１…遮光膜、２２…平
板導光体、２３…遮光部材、３１…光路、３３…光線、
３４…光路、３５…光路、３６…光路、４１…レーザ、
４２…偏光子、４３，４４…レンズ、４５…検光子、４
６…パワーメータ、４７…試料、４８…Ａｕ電極、４９
…Ｓｉ基板、５０…高分子分散液晶層、６０…一次元空
間光変調器、６１…光源、６２…コリメートレンズ、６
３…走査機構、６４…投影レンズ、６５…スクリーン、
７０…二次元空間光変調器、８０…方形トーションビー
ム反射表面、８１…ビーム支持ポスト、９１…ヒンジ、
９２…接地電極、９３…ポスト、９４…アドレス電極、
１０１…金属層、１０２…基板層、１１０，１１１…光
線、１２０…導光部、１２１…全反射面、１３１…抽出
面、１３２…プリズム、１３２ａ…反射面、１４０…駆
動部、１５１…導光体、１５２…反射膜、１５３…液
晶、１５４…入射光（直線偏光）、１５５…全反射光、
１５６…反射光。

フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA12 EA44 GA03 GA10 HA01 HA03 HA14 MA20 2H089 KA04 QA16 RA11 TA01 TA04 TA13 UA05 2H091 FA23Z FB04 GA01 GA06 HA11 LA30 MA07 2K002 AA07 AB04 BA06 CA14 DA02 DA14 EA14 HA03 2K103 AA05 AA16 AB10 BB02

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
折率可変物質が封入され、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、該光路切替素子は、
前記光入射部から直接入射する光以外の光が前記屈折率
可変物質に進入しないようにした遮光手段を備えたこと
を特徴とする光路切替素子。
【請求項２】前記遮光手段は、前記光入射部を構成す
る部材と、前記反射部を構成する部材との間の一部の領
域に設けた遮光部材であ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
４に記載の光路切替素子。
【請求項６】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該導光部材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または５に記載の光路切替素子。
【請求項７】前記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たことを特
徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の光路切
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乃至７のいずれか一項に記載の光路切
替素子。
【請求項９】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乃至８のいずれか一項に記
載の光路切替素子。
【請求項１０】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
作範囲における最小値をθ_2min、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_2min＋θ_2max）／２以外の角度であることを特徴
とする請求項４乃至９のいずれか一項に記載の光路切替
素子。
【請求項１１】請求項１０に記載の光路切替素子にお
いて、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は、９
０°−θ_2min以上または９０°−θ_2max以下の角度であ
ることを特徴とする光路切替素子。
【請求項１２】前記屈折率可変物質が液晶からなるこ
とを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載
の光路切替素子。
【請求項１３】前記屈折率可変物質が液晶材料を高分
子マトリクス中に分散保持した液晶／高分子複合体から
なることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項
に記載の光路切替素子。
【請求項１４】前記液晶が入射光の波長の１／５以下
の粒径を有するドロップレットであることを特徴とする
請求項１３に記載の光路切替素子。
【請求項１５】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を特徴とする請求項１２乃至
１４のいずれか一項に記載の光路切替素子。
【請求項１６】前記液晶が二周波駆動液晶であること
を特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載
の光路切替素子。
【請求項１７】請求項１乃至１６のいずれか一項に記
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１８】請求項１乃至１６のいずれか一項に記
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１９】請求項１７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て表示す
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２０】請求項１８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。