JP2003315852A - 光路切替素子、光路切替素子の駆動方法、空間光変調器および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で耐久性や光利用効率が高く、応
答速度の速い光路切替素子、空間光変調器および画像表
示装置を提供する。 【解決手段】 二つの基板電極７および一つの透明電極
１０に印加する電圧を変えることで、印加電界の方向を
光入射部３の法線方向および接線方向に制御して、液晶
分子１２の配向方向を変化させる。図１（Ａ）では、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
も小さくなり、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て光路切替素子の右方へ出射す
る。図１（Ｂ）ではｎ₂がｎ₁より大きく、反射部１５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に垂直に出射する。上記の構成によって光路
切替による光スイッチングを行うことができ、このとき
常に電界による力をかけるため高速な駆動を行うことが
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、光
路切替素子の駆動方法、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切替えてスイッチングする光路切
替素子及びその駆動方法と、こ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５−１９６８８０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。図３０は、従来（特許文献
１に記載）の空間光変調器の平面図であり、平面上で
は、図３０に示すように、方形トーションビーム反射表
面４１とビーム支持ポスト４２のみが観察される。図３
１は、図３０に示した空間光変調器のひとつの回転鏡の
断面図で、図３１（Ａ）はヒンジに沿っての断面図、図
３１（Ｂ）はそれと直角方向の断面図である。ビーム支
持ポスト４２は、ポスト４５に連結されたヒンジ４３の
捻れによって、ビーム４１を接地電極４４に向けて回転
可能にする。その駆動力はポスト４６によって支持され
たアドレス電極４７に印加される電圧で与えられる。ア
ドレス電極４７への電圧印加は、基板層４９に設けられ
たＣＭＯＳ回路（図示せず）の信号を金属層４８を介し
て伝達することにより行われる。ビーム４１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。

【０００３】その他の光路切替素子として、例えば特許
文献２に開示されている光路切替素子がある。図３２
は、前記特許文献２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６２を備えた導光部材６１と、全反
射面６２に対し抽出面７２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７１と、このプリズム７１を導光部材６１に接近させ
又は離すように駆動する駆動部８０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３２
の右側のセルは、駆動部８０を動作させることによって
プリズム７１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６１中を伝搬してきた光線５１は、図３２に示さ
れるように、全反射面６２で全反射され光線５２に示す
ように図の右方向へと出射していく。駆動部８０を動作
させない時には、図３２の左側のセルのように、プリズ
ム７１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６１中を伝搬してきた光線５
１は、図３２左側のセルに示されるように、全反射面６
２で反射することなくプリズム７１に進入する。プリズ
ム７１に進入した光線はプリズムの反射面７１ａで反射
して、図３２に示した光線５３のように導光部材６１を
透過して出射される。

【０００４】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３２に示し
たようなプリズム７１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７１
を導光部材６１，全反射面６２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、別の光路切替素子として、特許文
献３に開示されている光路切替素子がある。図３３は、
前記特許文献３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。全反射により光を伝えている導光体
１００に接触させた液晶１１０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）９１が全
反射光９２として出射される状態と、透過光となったの
ち反射膜１１１によって向きを変えられて反射光９３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３３において、１０１は透明電極、１２０
は液晶駆動用ＩＣ基板、１２１は電極端子である。

【０００６】この方式においては、機械的な駆動部を持
たないため、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。さらに、液晶を電界方向に配向させる場
合には電界による力が作用するので高速で配向させるこ
とができるが、電界と垂直な方向に配向させる場合には
配向膜による規制力で配向させているので、配向速度が
遅く、全体としての駆動速度が上がらない、という問題
がある。

【０００７】

【特許文献１】特開平５−１９６８８０号公報

【特許文献２】特開平１１−２０２２２２号公報

【特許文献３】特開２０００−１７１８１３号公報

【０００８】

【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）よりＳ／Ｎ
比の高い光路切替素子を提供すること（請求項２）、
（３）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３）、（４）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
４）、（５）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５）、（６）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６）、
（７）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７）、（８）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
８）、（９）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９）、（１０）Ｓ／
Ｎ比の高い光路切替素子の駆動方法を提供すること（請
求項１０）、（１１）耐久性が高く、Ｓ／Ｎ比の高い光
路切替素子の駆動方法を提供すること（請求項１１）、
（１２）構造が簡単で耐久性や光利用効率が高く、Ｓ／
Ｎ比の高い光路切替素子を提供すること（請求項１
２）、（１３）よりＳ／Ｎ比の高い光路切替素子を提供
すること（請求項１３）、（１４）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１４）、（１５）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１５）、（１６）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１６）、（１７）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１７）、（１８）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１８）、（１９）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１９）、（２
０）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２０）、（２１）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２１）、（２２）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２２）、（２３）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２３）、（２４）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２
４）、（２５）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２５）、（２６）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２６）、（２７）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２７）、をその目的とする。

【０００９】

【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、該屈折率可変物質が少なくとも液晶を含む
材料からなり、該屈折率可変物質への電界印加方向を、
前記光入射部光入射面の法線方向と該光入射面の接線方
向とで切り替えることができることを特徴としたもので
ある。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１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を特徴とした
ものである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１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。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れか一項の発明において、前記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を特徴とした
ものである。

【００１３】請求項５の発明は、請求項３または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。

【００１４】請求項６の発明は、請求項３乃至５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
ることを特徴としたものである。

【００１５】請求項７の発明は、請求項１乃至６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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】請求項１０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の駆動方法にお
いて、前記信号として電圧を用い、電圧を印加する電極
を複数設けて、前記屈折率可変物質に印加される電界の
分布を制御することを特徴としたものである。

【００１９】請求項１１の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記屈折率可変物質に印加される電界が概略均
一となるように各電極への印加電圧を制御することを特
徴としたものである。

【００２０】請求項１２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電圧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、
前記電圧信号を印加するための電極を複数設けることを
特徴としたものである。

【００２１】請求項１３の発明は、請求項１２の発明に
おいて、前記電圧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および全反射する範囲となるように
制御する手段を有することを特徴としたものである。

【００２２】請求項１４の発明は、請求項１２の発明に
おいて、前記電圧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となるように制御する
手段を有することを特徴としたものである。

【００２３】請求項１５の発明は、請求項１４の発明に
おいて、前記電圧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となるように制御する手段を有す
ることを特徴としたものである。

【００２４】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。

【００２５】請求項１７の発明は、請求項１４乃至１６
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。

【００２６】請求項１８の発明は、請求項１２乃至１７
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。

【００２７】請求項１９の発明は、請求項１２乃至１８
のいずれか一項の発明において、前記反射部が、前記屈
折率可変物質に電圧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。

【００２８】請求項２０の発明は、請求項１２乃至１８
のいずれか一項の発明において、前記屈折率可変物質
は、液晶からなることを特徴としたものである。

【００２９】請求項２１の発明は、請求項１２乃至１８
のいずれか一項の発明において、前記屈折率可変物質
は、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。

【００３０】請求項２２の発明は、請求項２１の発明に
おいて、前記液晶は、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。

【００３１】請求項２３の発明は、請求項２０乃至２２
のいずれか一項の発明において、電圧無印加時に全ての
前記液晶の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。

【００３２】請求項２４の発明は、請求項１乃至９，１
２乃至２３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。

【００３３】請求項２５の発明は、請求項１乃至９，１
２乃至２３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。

【００３４】請求項２６の発明は、請求項２４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。

【００３５】請求項２７の発明は、請求項２５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。

【００３６】

【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、
該屈折率可変物質が少なくとも液晶を含む材料からな
り、該屈折率可変物質への電界印加方向を、おおむね光
入射部の光入射面の法線方向と該光入射面の接線方向と
で切り替えることができることを特徴とする光路切替素
子にある。

【００３７】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）

【００３８】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。本発明で
は、屈折率可変物質として、少なくとも液晶を含む材料
を用いるので、屈折率を変化させるための信号としては
電圧を印加することになる。このとき電界の印加方向と
して、おおむね光入射部の光入射面の法線方向と該光入
射面の接線方向とで切り替えられるようにする。これに
よって、屈折率可変物質中の液晶分子の方向を、信号に
応じて光入射部の法線方向および接線方向に制御できる
ので、高速な光路切替素子を実現できる（請求項１）。
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ので、高いＳ／Ｎ比を得
ることができる（請求項２）。

【００３９】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
３）。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）。

【００４０】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４）。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６）。

【００４１】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７）。

【００４２】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９）。

【００４４】また、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の駆動方法に
おいて、信号として電圧を用い、電圧を印加する電極を
複数設けて、屈折率可変物質に印加される電界の分布を
制御することを特徴とする光路切替素子の駆動方法にあ
る（請求項１０）。

【００４５】また、前記屈折率可変物質に印加される電
界が概略均一となるように各電極への印加電圧を制御す
ることが、光路切替素子の耐久性およびＳ／Ｎ比向上に
は好ましい（請求項１１）。

【００４６】本発明の特徴はさらに、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電圧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、電圧信号を印加するための電極を複数設けることを
特徴とする光路切替素子にある（請求項１２）。

【００４７】屈折率可変物質は、信号として何らかのエ
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
あり、与えられるエネルギーの形態は光、熱、電界、応
力などがある。信号として光を用いる場合には光によっ
て屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を屈折率
可変物質として使用することができ、電界を用いる場合
には電界によって屈折率が変化する電気光学材料を使用
することができる。また、物質の屈折率は一般に温度に
よって変化するので、屈折率の温度係数の大きな材料を
使って熱による屈折率制御を行うことが可能である。さ
らに、応力を印加することによって複屈折が発生する光
弾性という現象を利用することで、応力による屈折率制
御を行うことも可能である。

【００４８】これら各種の材料のうち、制御のしやすさ
から電界によって屈折率が変化する電気光学材料が、よ
り好適に使用できる。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、また液晶などが挙げられる。

【００４９】本発明では信号として電圧を用い、電圧を
印加する電極を複数設けて、屈折率可変物質に印加され
る電界の分布を制御するので、屈折率可変物質の屈折率
分布を制御することができるので、出射光の方向を精密
に制御することができ、良好なＳ／Ｎ比の光路切替を行
うことができる。また、屈折率可変物質に印加される電
界強度の分布を概略均一に制御すれば、電極間隔が不均
一な場合でも、絶縁破壊が発生するおそれが小さく、良
好なＳ／Ｎ比の光路切替を行うことができる。さらに、
電圧信号を印加するための電極を複数設けるので、屈折
率可変物質へ印加する電界強度の分布を簡易な構成で概
略均一にすることが可能となる。

【００５０】前記電圧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およ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１３）。

【００５１】前記電圧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
１４）。

【００５２】また、電圧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１５）。

【００５３】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１６）。

【００５４】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１７）。

【００５５】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１８）。

【００５６】さらに、反射部が、屈折率可変物質に電圧
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１９）。

【００５７】屈折率可変物質として用いる電気光学材料
として、電界強度あ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材料がより好ましい。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２０）。

【００５８】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２１、請求項２
２）。

【００５９】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２３）。

【００６０】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２４、請求
項２５）。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２６、請求
項２７）。

【００６１】以下に添付された図面を参照しながら本発
明の実施形態を具体的に説明する。なお、実施形態を説
明するための全図において、同様の機能を有する部分に
は同じ符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【００６２】＜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１５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１５を含む反
射基板６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ｔを形成した後、図示するようにＡｌ、Ａｇ等から
なる高反射率の金属膜７（基板電極）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。

【００６３】上記金属膜７は個別に信号電圧を印加でき
るようにする。この金属膜７のうち、傾斜面ｔに形成し
た金属膜７は光の反射膜としても機能する。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。なお、金属膜７の形成位置は図１の
位置だけとは限らない。図２は、本発明の光路切替素子
の金属膜の他の構成例を示す図で、例えば、図２では傾
斜面ｔの下部に水平面ｈを設け、傾斜面ｔと水平面ｈに
電極となる金属膜７を設けている。また、図３は、光路
切替素子の金属膜の更に他の構成例を示す図で、図３
（Ａ）に示すように傾斜面ｔに二つの電極となる金属膜
７を設けている。図３の場合には横方向の電界は図３
（Ｂ）の紙面垂直方向に印加されるので、液晶分子は図
３（Ｂ）のように紙面垂直方向に配向する。

【００６４】反射基板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ｔを形成す
る構成等も可能である。好適な傾斜面ｔの形成方法の一
例を挙げれば、面積階調もしくは濃度階調のパターンを
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異方性エッチング法がある。屈折率
可変物質５は少なくとも液晶を含む材料からなる。液晶
材料としてはネマチック液晶、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。また、液晶材料を高分子
マトリクス中に分散保持した液晶／高分子複合体であっ
てもよい。

【００６５】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。エポキシ樹脂等からなるシール剤１１を形成
して、屈折率可変物質５を保持してもよい。このとき傾
斜面ｔに対向するシール剤部もしくは、反射基板６に
は、例えば図１に示すように傾斜面ｔに設けた基板電極
の対向電極となる電極（金属膜７）をスパッタや蒸着に
よって形成する。作製工程の一例を示せば、導光部材１
（もしくは反射基板６）の周辺部に熱硬化性のエポキシ
樹脂などのシール剤を一部に開口部（注入孔）を残して
印刷した後、反射基板６（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。

【００６６】二つの基板電極７および一つの透明電極１
０に印加する電圧を変えることで、印加電界の方向を、
おおむね光入射部３の法線方向（該光入射部３を構成す
る光入射面の法線方向）および光入射部３の接線方向
（該光入射面の接線方向）に制御することができる。電
圧の印加パターンの一例を図４に示す。図４（Ａ）では
基板電極７の一方に−Ｕ（Ｖ）、もう一方に＋Ｕ
（Ｖ）、透明電極１０に０（Ｖ）を印加している。この
ときには図に示すように傾斜面ｔと光入射部３との間の
電気力線は、光入射部３に対してほぼ並行になる。図４
（Ｂ）に示すように二つの基板電極７に＋Ｕ（Ｖ）、透
明電極１０に０（Ｖ）を印加すると傾斜面ｔと光入射部
３との間の電気力線Ｅは光入射部３の法線方向となる。
以上のように電圧の印加の仕方によって電界の方向を制
御でき、液晶分子の配向方向を変えることが可能とな
る。液晶分子を縦方向に配向させる場合にも横方向に配
向させる場合にも電界による力が作用するので、配向膜
を使った通常の液晶素子に比べて動作が高速となる。

【００６７】図１（Ａ）は、ｎ₂がｎ₁よりも小さくなり
式（２）が成り立つ場合である。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、素
子の右方へ出射する。また、図１（Ｂ）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。反射部１５を構成する面の法線と光入射部３を
構成する面（光入射面）の法線とのなす角度＝反射部１
５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。
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）の場合には検出されず
（オフ状態）、良好なＳ／Ｎ比が得られる。また、液晶
分子１２の配向状態を図１（Ａ）、図１（Ｂ）で切り替
えるときに、常に電界による力をかけるため高速な駆動
を行うことができる。

【００６８】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、ネマチック液晶Ｅ７（常光屈折率ｎ
ｏ＝１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）を用い
た。入射光取込部１４と光入射部３とのなす角ψを６０
°とする。電界印加が図４（Ａ）の場合には液晶材料Ｅ
７の配向状態は図１（Ａ）のようになる。この状態でレ
ーザ光（波長６３３ｎｍ）をＰ偏光として入射光取込部
１４に垂直すなわちθ₁＝６０°で入射させると、この
光に対する液晶の屈折率はｎｅ・ｎｏ／（ｎｏ²ｃｏｓ²
θ₁＋ｎｅ²ｓｉｎ²θ₁）^1/2＝１.５７０となるので式
（２）にしたがって入射光は光入射部３で全反射し、図
１（Ａ）に示すように図中右方へ出射する。

【００６９】一方、図４（Ｂ）の電界印加状態では液晶
分子１２の配向状態は図１（Ｂ）のようになる。この光
に対しては液晶の屈折率はｎｅ・ｎｏ／（ｎｏ²ｓｉｎ²
θ₁＋ｎｅ²ｃｏｓ²θ₁）^1/2＝１.６８１となるので、式
（１）に従ってθ₂＝８１°となる。α＝４０.５°に設
定すると反射部１５で反射し、光出射部４から垂直に出
射し、出射光は光検出器１３に入射して検出される。

【００７０】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Ｐ偏光としたが、Ｓ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、図３の
電極構成の場合には、光入射部３の光入射面の接線方向
に電界を印加した場合の液晶の配向方向が図１（Ａ）の
場合とは垂直になるので、入射光の偏光方向に対する光
の振る舞いが変わる。

【００７１】＜実施の形態２＞図５は、本発明の第２の
実施形態を説明するための図である。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。エポキシ樹脂等から
なるシール剤１１を形成して、保持してもよい。作製工
程の一例を示せば、導光部材１（もしくは反射基板６）
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６（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。

【００７２】図５（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
部１５を構成する面の法線と光入射部３を構成する面
（光入射面）の法線とのなす角度＝反射部１５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。

【００７３】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。

【００７４】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、ネマチック液晶Ｅ７（常光屈折率ｎｏ＝
１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）を用いた。
入射光取込部１４と光入射部３（光入射部を構成する光
入射面）とのなす角ψを６０°とする。図５（Ｂ）の状
態でレーザ光（波長６３３ｎｍ）をＰ偏光として入射光
取込部１４に垂直すなわちθ₁＝６０°で入射させる
と、屈折率可変物質５の屈折率は１.６８１となるの
で、式（１）に従ってθ₂＝５１°となる。α＝２５.５
°に設定すると反射光は光出射部４に対して垂直に出射
する。図５（Ａ）のときには１.５７０となるのでθ₂＝
５７°となる。φ₁は約６°となり出射角φ₂は約９°で
出射する。第１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１
の実施形態のように透明電極１０と屈折率可変物質５と
の界面での全反射を使わないため、ＢＫ７等の屈折率が
小さくコストの安い導光部材１を用いることができる。
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。

【００７５】＜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。本実施形態の光路
切替素子は、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。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°に設定してある。そのほかは第２の
実施形態と同じである。入射光を入射光取込部１４に対
して垂直に入射させると、図６（Ｂ）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（Ａ）の
場合には出射光の出射角はφ₂＝５８°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１９°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。

【００７６】＜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。本実施形態の基
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（Ｂ）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。 ｓｉｎφ₁≧ｎ_a／ｎ₁ …（３） 図７（Ａ）のときにはφ₂＝７３°で出射する。この場
合出射角の差は１８０°−（４５°＋５６°）＝６２°
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。

【００７７】＜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、
１６は導光部材１と同じ材質からなる第二の導光部材
で、１７は出射光を第二の導光部材１６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１６（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１７を構成する面（光出射
面）は入射部３を構成する面（光入射面）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＝３９°、反射部１５を構成する面の傾斜角
αをα＝２８.５°とした。その他の設定は第４の実施
形態と同様である。

【００７８】図８（Ａ）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、再び第二の導光部材１６に入射し、第二の光出射部
１７から波長による光路のずれなく垂直に出射する。図
８（Ｂ）の時には、第４の実施形態と同様に反射部１５
で反射した光は光出射部４と空隙部（光出射部４と第二
の導光部材１６との間の空隙部）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。

【００７９】＜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、１８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。本実施形態のその他の構
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、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１８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１８であるので、透明電極１０は平板導光
体１８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。

【００８０】＜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
１５が一辺を共有する２つの面（反射面１５ａおよび逆
傾斜面１５ｂ）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１５を構成する少なくとも１
つの面（この例では逆傾斜面１５ｂ）の法線と前記光入
射部３を構成する面（光入射面）の法線とのなす角度＝
逆傾斜面１５ｂ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４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１
５ａ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。

【００８１】＜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１５ａおよび逆傾斜面１５ｂを複数組（図１１では２
組）設けている。図１２（Ａ）のように電圧を印加する
と、電気力線Ｅに示すようにおおむね光入射部３の接線
方向（光入射部を構成する光入射面の接線方向）に電界
が印加されるので、図１１（Ａ）のように液晶分子１２
が配向する。また、図１２（Ｂ）のように電圧を印加す
ると、電気力線Ｅに示すようにおおむね光入射部３の法
線方向（光入射部を構成する光入射面の接線方向）に電
界が印加されるので、図１１（Ｂ）のように液晶分子１
２が配向する。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。

【００８２】＜実施の形態９＞図１３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、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１５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１５を含む反
射基板６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
方法で形成する。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。

【００８３】本発明では電圧信号を印加する電極を複数
設けて、屈折率可変物質５に印加される電界が概略均一
になるように各電極への印加電圧を制御する。そのため
に例えば電圧信号を印加する金属膜７を、入射光の入射
面に平行な方向（図１３の紙面に平行な面）、すなわち
傾斜面方向に複数に分割して形成する。あるいは光入射
部３に設けられる透明電極１０を対向する傾斜面ｔの傾
斜方向に対して複数に分割して形成しても良い。

【００８４】電圧の印加は、各電極にそれぞれ独立に電
圧を印加しても良いし、抵抗体で電圧を分割して印加し
てもよい。それぞれの電極に独立に電圧を印加する場合
には、各電極ごとにドライバＩＣを設ける必要がある
が、各電圧を細かく制御することが可能である。また抵
抗体で電圧を分割する場合には、各透明電極１０に印加
する電圧を独立に制御することはできないが、少ないド
ライバＩＣで駆動することができる。

【００８５】透明電極側１０を分割して抵抗体で電圧を
分割して印加する場合には、図１４に示すように低抵抗
の透明電極１３０をストライプ状に蒸着し、それらの両
端を高抵抗透明電極１３１でつなぐ。高抵抗透明電極１
３１の両端に設けた電圧印加部ＡおよびＢの間に電圧を
印加すると高抵抗透明電極１３１に電位勾配が発生し、
これによって印加電圧が分割されて各低抵抗透明電極１
３０に印加される。高抵抗透明電極１３１の抵抗値分布
を制御することで屈折率可変物質５中の電界強度を概略
均一にすることができる。高抵抗透明電極１３１の抵抗
値は透明電極の膜厚をかえることで制御することが可能
である。また、電極を分割せずに設けた場合には、透明
電極１０と金属膜７との間のギャップが狭い部分での電
界強度が高くなりすぎて絶縁破壊を起こすおそれがあっ
たが、本発明の場合には概略均一な電界を印加できるの
でこのような問題も発生しなくなる。

【００８６】反射基板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ｔを形成す
る構成等も可能である。好適な傾斜面ｔの形成方法の一
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。

【００８７】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チック液晶、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。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ＩＴ
Ｏ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６）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６（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。

【００８８】図１３（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
θ₂は式（１）に従って入射角θ₁より小さくなる。反射
部を構成する面の法線と光入射部を構成する面の法線と
のなす角度＝反射部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。

【００８９】図１３（Ｂ）は、ｎ₁がｎ₂よりも小さくな
り式（２）が成り立つ場合である。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１３（Ｂ）の右方へ出射する。図１３（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１３（Ａ）の場合には検出される（オン状態）
が、図１３（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。

【００９０】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、ネマチック液晶ＢＬ２４（常光屈折
率ｎｏ＝１.５１３２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７１７
４）とした。液晶分子は図示しない配向膜によって図１
３（Ａ）に示すように、光入射部３に対して水平で紙面
に垂直な方向にあらかじめ配向させておく。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はＩＴＯを図１４に示した
パターンで形成した。

【００９１】低抵抗透明電極１３０の幅は３０μｍ、低
抵抗透明電極１３０の間隔は５μｍとし、３ライン形成
した。また高抵抗透明電極１３１は電圧印加部Ａおよび
電圧印加部Ｂとの間の抵抗値が９ｋΩとなるように形成
した。導光部材１と反射基板６とを張り合わせるときに
透明電極１０と金属膜７との間の最小ギャップが１μｍ
となるようにした。また、傾斜面ｔの高さは７６μｍと
した。このときα＝３６°となる。

【００９２】入射光取込部１４と光入射部３とのなす角
ψを６０°とし、図１３（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１４に垂直す
なわちθ１＝６０°で入射させると、屈折率可変物質５
の屈折率はｎ₂＝ｎｅ＝１.７１７４となるので、式
（１）に従ってθ２＝７２°となる。α＝３６°なので
反射光は光出射部４に対して垂直に出射して光検出器１
３に入射した。

【００９３】透明電極１０の電圧印加部のうち、反射部
１５とのギャップが狭い側の電圧印加部に８Ｖ、反射部
とのギャップが広い側の電圧印加部に５２Ｖの電圧を印
加すると、屈折率可変物質５中の電界強度はほぼ一定
（０.８Ｖ／μｍ）となり、入射光は図１３（Ｂ）のよ
うに透明電極１０と屈折率可変物質５との界面で全反射
した。全反射した光は、図１３（Ｂ）に示すように導光
部材１の右側より出射した。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。

【００９４】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。

【００９５】＜実施の形態１０＞本発明の第１０の実施
形態を図１５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６）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６（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、穴を接着剤で塞げば完成す
る。

【００９６】図１５（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
θ₂は前述の式（１）に従って入射角θ₁より小さくな
る。反射部１５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１５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。

【００９７】図１５（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１５（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、導光部材に接触してい
る外部物質２が空気（ｎａ=1）の場合には出射角φ₂＝
ｓｉｎ−１（ｎ₁ｓｉｎφ₁）で出射する。図１５（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１５（Ａ）の場合には検出される（オ
ン状態）が、図１５（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。

【００９８】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、ネマチック液晶Ｅ７（常光屈折率ｎｏ＝
１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）を作製した
光路切替素子内に充填した。液晶分子は図示しない配向
膜によって図１５（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。金属膜７は傾斜方向に幅３０μｍ、間隔
５μｍで３分割し、それぞれに独立に電圧を印加できる
ようにした。また、透明電極１０と金属膜７とのギャッ
プの最小値は１μｍ、傾斜面ｔの高さは４２μｍとし
た。このときα＝２４.５°となる。

【００９９】入射光取込部１４と光入射部３とのなす角
ψを６０°とする。図１５（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１４に垂直
すなわちθ１＝６０°で入射させると、屈折率可変物質
５の屈折率はｎｅ＝１.７４６となるので、式（１）に
従ってθ₂＝４９°となる。α＝２４.５°なので反射光
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。

【０１００】次に分割した金属膜７に透明電極１０との
間隔が広い側から順に３７Ｖ、２２Ｖ、７Ｖを印加し
た。このとき屈折率可変物質５には約１Ｖ／μｍのほぼ
均一な電界が印加され、図１５（Ｂ）のようになった。
このときφ₁は約１１°となり出射角φ₂は約１７°で出
射する。第１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。本形態では第１の実施
形態のように透明電極１０と屈折率可変物質５との界面
での全反射を使わないため、ＢＫ７等の屈折率が小さく
コストの安い導光部材１を用いることができる。また、
屈折率可変物質５に概略均一な電界が印加されたため、
出射光の発散がほとんどなく、高いＳ／Ｎ比を得ること
ができた。

【０１０１】＜実施の形態１１＞本発明の第１１の実施
形態を図１６に基づき説明する。本実施形態は、第１０
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
してある。その他は第１０の実施形態と同じである。

【０１０２】入射を入射光取込部１４に対して垂直に入
射させると、図１６（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１６（Ｂ）の場合には
出射光の出射角はφ₂＝４８°となって光検出器１３で
検出される。この場合図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）とで
出射角の差が２９°と、第１０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。

【０１０３】＜実施の形態１２＞本発明の第１２の実施
の形態を図１７に基づき説明する。基本的な構成は第１
１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１７（Ｂ）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。 ｓｉｎφ₁≧ｎ_a／ｎ₁ …（３） 図１７（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。

【０１０４】＜実施の形態１３＞図１８は、本発明の第
１３の実施の形態を説明するための図である。図１８に
おいて、１６は導光部材１と同じ材質からなる第二の導
光部材で、１７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である。この例では
光出射部４と第二の導光部材１６（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１７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。ま
た、光入射面と光出射面とのなす角βはβ＝３４°、反
射部１５を構成する反射面ｔの傾斜角αをα＝３０°と
した。その他の設定は第１２の実施形態と同様である。

【０１０５】図１８（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、再び第二の導光部材１６に入射し、第二の光出射
部１７から垂直に出射する。図１８（Ａ）の時には、第
１２の実施形態と同様に反射膜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
１８（Ａ）と図１８（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。

【０１０６】＜実施の形態１４＞図１９は、本発明の第
１４の実施の形態を説明するための図で、図中、１８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
１２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１８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１８であるので、透明電極１１は平板導光体１
８上に形成される。

【０１０７】この場合導光部材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。

【０１０８】＜実施の形態１５＞本発明の第１５の実施
形態を図２０に基づき説明する。第１４の実施形態にお
ける照射エリアＡに対向する反射部１５の領域に反射面
１５ａ及び逆傾斜面１５ｂよりなる傾斜領域を複数組
（図２０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１４
の実施形態と同じであるため、反射部から光入射部まで
の距離、すなわち屈折率可変物質５の最大層厚ｔｍａｘ
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。

【０１０９】具体例を示す。反射部１５を構成する反射
面１５ａの傾斜角αをα＝２４.５°、反対側の逆傾斜
面１５ｂの傾斜角（図２０中のγ）を４１°、反射面１
５ａ及び逆傾斜面１５ｂの高さを２７μｍ、金属膜７と
透明電極１０との最小ギャップを１μｍとした。反射面
１５ａ及び逆傾斜面１５ｂからなる傾斜領域は２組と
し、各領域の金属膜７は幅３０μｍ、間隔５μｍで２ラ
インとした。その他は第１４の実施形態と同じとした。

【０１１０】金属膜７に電圧を印加しないとき、すなわ
ち図２０（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１４に垂直すなわちθ₁＝６
０°で入射させると、反射部１５による反射光は光出射
部４で全反射した。反射部１５の金属膜７に、透明電極
１０との間隔が広い側から順に２２Ｖ、７Ｖを印加する
と、屈折率可変物質５には約１Ｖ／μｍのほぼ均一な電
界が印加され図２０（Ｂ）のようになった。このとき出
射光は光検出器１３に入射した。

【０１１１】＜実施の形態１６＞本発明の第１６の実施
形態を図２１に基づき説明する。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１５の実施形態と
同様の構成である。高分子分散液晶は高分子マトリクス
１４２中に液晶ドロップレット１４１が分散されてな
る。液晶材料としてはネマチック液晶、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。

【０１１２】高分子マトリクス１４２の材料としては透
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。

【０１１３】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。

【０１１４】また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。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基板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。

【０１１５】具体的な高分子分散液晶の例を示す。ネマ
チック液晶ＢＬ２４（ｎｏ＝１.５１３，ｎｅ＝１.７１
７，メルク社）を紫外線硬化性プレポリマーＮＯＡ８１
（ノーランド社）に溶解（液晶重量濃度45%）し、紫外
線（４００ｍＷ／ｃｍ²）を照射したものを用いた。導
光部材１はクラウンガラスＢＫ７（ｎｄ＝１.５１７）
としβ＝４１.５°とした。入射角θ₁は５０°とした。
さらに反射部１５を構成する反射面１５ａの傾斜角αを
α＝２４°、反対側の傾斜面（逆傾斜面１５ｂ）の傾斜
角（図中のγ）を４３°、これら傾斜面の高さを１１μ
ｍ、金属膜７と透明電極１０との最小ギャップを１μｍ
とした。

【０１１６】反射面１５ａ及び逆傾斜面１５ｂは図２１
に示すように２組設けた。透明電極１０はＩＴＯを反射
部１５に対向する位置に図１４に示したパターンで形成
した。低抵抗透明電極１３０の幅は１０μｍ、低抵抗透
明電極１３０の間隔は５μｍとし、２ライン形成した。
また高抵抗透明電極１３１は電圧印加部Ａおよび電圧印
加部Ｂとの間の抵抗値が６００Ωとなるように形成し
た。そのほかは実施の形態１５と同じである。

【０１１７】電圧印加部に電圧を印加していない時（図
２１（Ａ））には、液晶分子の配向したドロップレット
１４１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.
５７）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。入射角θ₁＝５０°で光を入射させたとき、
屈折角は４８°となり、入射光は反射部１５で反射し、
光入射部３にほぼ垂直に入射し、導光部材１の光出射部
４で全反射した。

【０１１８】透明電極１０の電圧印加部のうち、反射部
１５とのギャップが狭い側の電圧印加部に３２Ｖ、反射
部１５とのギャップが広い側の電圧印加部に９９Ｖの電
圧を印加すると、屈折率可変物質５中の電界強度はほぼ
一定（１０Ｖ／μｍ）となり、液晶分子は図２１（Ｂ）
のように電界方向に配列する。このとき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。

【０１１９】このとき屈折角は４９°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＝
７９°で出射する。この場合出射角の差は５９.５°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２１（Ａ）の状
態と図２１（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。

【０１２０】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
２２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２
３に示す装置を用いて、試料１５７にパルス電圧（２０
０Ｖ）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。
図２３において、１５１はレーザ、１５２は偏光子、１
５３，１５４はレンズ、１５５は検光子、１５６はパワ
ーメータ、１５７は試料、１５８はＡｕ電極、１５９は
Ｓｉ基板、１６０は高分子分散液晶である。なお、試料
１５７は高分子分散液晶１６０の層厚を２０μｍ、光路
長を１ｍｍとした。

【０１２１】高分子分散液晶１６０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２４に模式的に
示す。電界が印加されていない時（図２４（Ａ））には
液晶ドロップレット１４１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
１４３を印加すると（図２４（Ｂ））、液晶ドロップレ
ット１４１の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。

【０１２２】図２３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１５５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２２の応答速度
は本発明においても同様に適用できる。図２２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。

【０１２３】さらには、液晶ドロップレット１４１の粒
径を入射光の波長の１／５以下、より望ましくは１／１
０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（４）のように表され
る。 Ｔ＝ｅｘｐ（−ＮＲＬ），Ｒ＝２４π３（（ｍ２−１）／（ｍ２＋２））２Ｖ ２／λ４ …（４） 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＝１.０
７、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１４１の粒径ｄ、体積分率（＝Ｎ
Ｖ）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。

【０１２４】図２５はＴ＝０.９となる液晶ドロップレ
ット１４１の粒径を体積分率が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２５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。

【０１２５】＜実施の形態１７＞本発明の第１７の実施
形態を図２６に基づき説明する。電圧無印加時（図２６
（Ａ）の時）に、液晶ドロップレット１４１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１６の実
施形態と同様の構成である。この配列方向は電圧印加時
（図２６（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。

【０１２６】具体的には第１６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２６
（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
（≒１.５６）との体積平均（≒１.６１）と見なすこと
ができる。第１５の実施形態と同様に入射角を５０°に
設定すると、屈折角は４６°となるので、α＝２３°、
γ＝４５°に設定すると入射光は逆傾斜面１５ｂには入
射せず、反射面１５ａで反射し、光入射部３にほぼ垂直
に入射する。β＝４１.５°に設定すると反射光は光出
射部４に対してφ１＝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３において全反
射する。

【０１２７】図２６（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４９°となり、
反射光は光出射部４に対してφ₁＝３９°で入射し、出
射角φ₂＝７１°で出射する。この場合出射角の差は６
１.５°となり、第１６の実施形態よりも大きくなる。

【０１２８】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。

【０１２９】＜実施の形態１８＞図２７は、本発明の第
１８の実施の形態を説明するための図で、図２７におい
て、２０は一次元空間光変調器で、図２７（Ａ）は斜視
図、図２７（Ｂ）は図２７（Ａ）をＢ方向から見た図、
図２７（Ｃ）は図２７（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９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
（図示せず）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／Ｏ
ＦＦ（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。

【０１３０】また、図２８に示すように、一次元空間光
変調器２０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２３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２４によってスクリーン２５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２
８において、光源２１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２２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。

【０１３１】＜実施の形態１９＞図２９は、本発明の第
１９の実施の形態を説明するための図で、図２９は二次
元空間光変調器３０の斜視図である。本実施形態の基本
的な構成は図２７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６
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２８に
示した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。

【０１３２】なお、図２７，図２９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１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。

【０１３３】

【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、該屈折率可
変物質が少なくとも液晶を含む材料からなり、該屈折率
可変物質への電界印加方向を、おおむね光入射部の光入
射面の法線方向と該光入射面の接線方向とで切り替える
ことができるようにすることにより、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。

【０１３４】また、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
とすることにより、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、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
ととすることにより、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。さら
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比を高くできる光路切替
素子を提供することができる。

【０１３５】また、本発明の光路切替素子によれば、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ようにす
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。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、Ｓ／Ｎ比の高い光路切替素子を提供で
きる。さらに、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。

【０１３６】また、本発明の光路切替素子によれば、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。
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
ことができる。

【０１３７】また本発明の光路切替素子の駆動方法によ
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
路切替素子の駆動方法において、信号として電圧を用
い、電圧を印加する電極を複数設けて、屈折率可変物質
に印加される電界の分布を制御するので、Ｓ／Ｎ比の高
い光路切替素子の駆動方法を提供することができる。ま
た、前記屈折率可変物質に印加される電界が概略均一と
なるように各電極への印加電圧を制御するので、耐久性
が高くＳ／Ｎ比の高い光路切替素子の駆動方法を提供す
ることができる。

【０１３８】また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電圧信号を与え屈
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、電圧信号を印加するための電極を複数
設けたので、構造が簡単で耐久性や光利用効率が高く、
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、前記電圧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
の界面で透過および全反射する範囲で行うこととしたの
で、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。

【０１３９】また本発明の光路切替素子によれば、前記
電圧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としたので、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。また、前記電圧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としたので、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。

【０１４０】また本発明の光路切替素子によれば、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
ることとしたので、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二の光出射
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たので、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。

【０１４１】また本発明の光路切替素子によれば、反射
部が、屈折率可変物質に電圧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ので、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がで
きる。また、前記屈折率可変物質が液晶からなることと
したので、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。また、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としたので、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。

【０１４２】また本発明の光路切替素子によれば、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
ットであることとしたので、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こ
ととしたので、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。

【０１４３】また、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、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。また上記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。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。また、上記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
うにしたので、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の実施の形態を説明するための
図である。

【図２】 本発明の光路切替素子の金属膜の他の構成例
を示す図である。

【図３】 光路切替素子の金属膜の更に他の構成例を示
す図である。

【図４】 第１の実施形態の構成における電界の状態を
説明するための図である。

【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の実施の形態を説明するための
図である。

【図８】 本発明の第５の実施の形態を説明するための
図である。

【図９】 本発明の第６の実施の形態を説明するための
図である。

【図１０】 本発明の第７の実施の形態を説明するため
の図である。

【図１１】 本発明の第８の実施の形態を説明するため
の図である。

【図１２】 第８の実施形態の構成における電界の状態
を説明するための図である。

【図１３】 本発明の第９の実施の形態を説明するため
の図である。

【図１４】 透明電極を分割して電圧を印加するための
電極構成例を示す図である。

【図１５】 本発明の第１０の実施形態を説明するため
の図である。

【図１６】 本発明の第１１の実施形態を説明するため
の図である。

【図１７】 本発明の第１２の実施の形態を説明するた
めの図である。

【図１８】 本発明の第１３の実施の形態を説明するた
めの図である。

【図１９】 本発明の第１４の実施の形態を説明するた
めの図である。

【図２０】 本発明の第１５の実施形態を説明するため
の図である。

【図２１】 本発明の第１６の実施形態を説明するため
の図である。

【図２２】 液晶ドロップレットサイズと応答速度との
関係を示した図である。

【図２３】 液晶ドロップレットの応答速度を測定する
装置の例を示す図である。

【図２４】 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示した図である。

【図２５】 Ｔ＝０.９となる液晶ドロップレットの粒
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ものである。

【図２６】 本発明の第１７の実施形態を説明するため
の図である。

【図２７】 本発明の第１８の実施の形態を説明するた
めの図である。

【図２８】 本発明の画像表示装置の一実施形態を示す
概略構成図である。

【図２９】 本発明の第１９の実施の形態を説明するた
めの図である。

【図３０】 特開平５−１９６８８０号公報に記載の空
間光変調器の平面図である。

【図３１】 図３０に示した空間光変調器のひとつの回
転鏡の断面図である。

【図３２】 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。

【図３３】 特開２０００−１７１８１３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。

【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…反射基板、７…金属膜
（基板電極）、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…入射光取込部、１５…反射部、１５ａ…反射
面、１５ｂ…逆傾斜面、１６…第二の導光部材、１７…
第二の光出射部、１８…平板導光体、２０…一次元空間
光変調器、２１…光源、２２…コリメートレンズ、２３
…走査機構、２４…投影レンズ、２５…スクリーン、３
０…二次元空間光変調器、４１…方形トーションビーム
反射表面、４２…ビーム支持ポスト、４３…ヒンジ、４
４…接地電極、４５，４６…ポスト、４７…アドレス電
極、４８…金属層、４９…基板層、５１，５２，５３…
光線、６１…導光部材、６２…全反射面、７１…プリズ
ム、７１ａ…プリズムの反射面、７２…抽出面、８０…
駆動部、９１…入射光（直線偏光）、９２…全反射光、
９３…反射光、１００…導光体、１０１…透明電極、１
１０…液晶、１１１…反射膜、１２０…液晶駆動用ＩＣ
基板、１２１…電極端子、１３０…低抵抗透明電極、１
３１…高抵抗透明電極、１４１…液晶ドロップレット、
１４２…高分子マトリクス、１４３…電界、１５１…レ
ーザ、１５２…偏光子、１５３，１５４…レンズ、１５
５…検光子、１５６…パワーメータ、１５７…試料、１
５８…Ａｕ電極、１５９…Ｓｉ基板、１６０…高分子分
散液晶、ｔ…傾斜面。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA37 EA45 FA19 JA04 MA10 MA16 MA20 2K002 AA07 AB04 AB10 BA06 CA14 DA14 EA14 EB08 EB09 HA02

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【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、該屈折率可変物質が少な
   くとも液晶を含む材料からなり、該屈折率可変物質への
   電界印加方向を、前記光入射部光入射面の法線方向と該
   光入射面の接線方向とで切り替えることができることを
   特徴とする光路切替素子。
2. 【請求項２】 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を特
   徴とする請求項１に記載の光路切替素子。
3. 【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に記載の光路切替素子。
4. 【請求項４】 前記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を特徴とする請求項１乃
   至３のいずれか一項に記載の光路切替素子。
5. 【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
   ３または４に記載の光路切替素子。
6. 【請求項６】 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ることを特
   徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光路切
   替素子。
7. 【請求項７】 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６のいずれか一項に記載の光路切
   替素子。
8. 【請求項８】 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乃至７のいずれか一項に記載
   の光路切替素子。
9. 【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。
10. 【請求項１０】 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の駆動方法において、前記信号と
    して電圧を用い、電圧を印加する電極を複数設けて、前
    記屈折率可変物質に印加される電界の分布を制御するこ
    とを特徴とする光路切替素子の駆動方法。
11. 【請求項１１】 前記屈折率可変物質に印加される電界
    が概略均一となるように各電極への印加電圧を制御する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光路切替素子の駆
    動方法。
12. 【請求項１２】 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
    て電圧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、前記電圧信号を印
    加するための電極を複数設けることを特徴とする光路切
    替素子。
13. 【請求項１３】 前記電圧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および全反射する範囲とな
    るように制御する手段を有することを特徴とする請求項
    １２に記載の光路切替素子。
14. 【請求項１４】 前記電圧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となるように
    制御する手段を有することを特徴とする請求項１２に記
    載の光路切替素子。
15. 【請求項１５】 前記電圧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となるように制御する手
    段を有することを特徴とする請求項１４に記載の光路切
    替素子。
16. 【請求項１６】 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１２乃至１５のいずれか一項に記載の光路切替素子。
17. 【請求項１７】 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１４乃至１６のいずれか一項に記載の
    光路切替素子。
18. 【請求項１８】 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１２乃至１７のいずれか一項に記載の
    光路切替素子。
19. 【請求項１９】 前記反射部が、前記屈折率可変物質に
    電圧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１２乃至１８のいずれ
    か一項に記載の光路切替素子。
20. 【請求項２０】 前記屈折率可変物質は、液晶からなる
    ことを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれか一項に
    記載の光路切替素子。
21. 【請求項２１】 前記屈折率可変物質は、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１２乃至１８のいずれか
    一項に記載の光路切替素子。
22. 【請求項２２】 前記液晶は、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２１に記載の光路切替素子。
23. 【請求項２３】 電圧無印加時に全ての前記液晶の分子
    が概略一方向に配列していることを特徴とする請求項２
    ０乃至２２のいずれか一項に記載の光路切替素子。
24. 【請求項２４】 請求項１乃至９，１２乃至２３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。
25. 【請求項２５】 請求項１乃至９，１２乃至２３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。
26. 【請求項２６】 請求項２４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。
27. 【請求項２７】 請求項２５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。