JP2006010834A - 光変調素子、ディスプレイ装置、カメラのファインダ内表示装置及び回折型光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶を用いた光変調素子と比べて、製品コストを低下させた光変調素子を提供すること。
【解決手段】 一対のガラス基板１１，１８には、それぞれ透明電極１２，１７が設けられ、透明電極１２は、所定形状のパターンで形成されているが、透明電極１７は、パターンをもたない全面均一な電極である。透明電極１２が設けられた表面には、透明な絶縁層１３、親油性処理層１４、油膜１５が順次形成されている。油膜１５と透明電極１７との間隙には、電解液１６が充填されている。このような構成の光変調素子１０は、透明電極１２，１７に電圧を印加すると、油膜１５と電解液１６との界面が彎曲して、入射光を反射光としてまたは回折光として射出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光変調素子、その光変調素子を用いたディスプレイ装置、回折型光学装置およびそのディスプレイ装置を備えるカメラのファインダ内表示装置に関する。

カメラのファインダ内表示装置では、被写体像が形成されるスクリーンの近傍にファインダ表示パネルを配設してファインダ表示パネルの端面から光を入射させ、ファインダ視野内にフォーカスエリア、シャッタスピード、絞り値などの種々の情報を被写体像と重ね合わせて表示する。従来、このファインダ表示パネルとして、液晶中に高分子物質を分散させ、電圧が印加されていない時には透明状態であるが、電圧が印加された時には電極の部分だけ液晶の向きが変わって光散乱状態となる高分子分散型液晶を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−４８５９２号公報（第３頁、図１，３）

上記特許文献１の高分子分散型液晶セルは、高価な液晶を用いるので、製品コストが高くなるという問題がある。

（１）上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明の光変調素子は、パターン形状をもつ第１の透明電極が形成された第１の透明基板と、第１の透明電極が形成された表面に親油性処理が施されて成る親油性処理層と、親油性処理層の表面に形成された油膜と、第２の透明電極が形成された第２の透明基板と、油膜と第２の透明電極が対向配置されて形成される間隙に充填された電解液とを有することを特徴とする。
（２）請求項２に係る発明の光変調素子は、請求項１または２の光変調素子において、第１の透明電極と親油性処理層との間に、さらに絶縁層を有することを特徴とする。

（３）請求項３に係る発明のディスプレイ装置は、請求項１または２の光変調素子であって、パターン形状が図形や文字である光変調素子と、光変調素子の端面から光を入射させる光源と、パターン形状をもつ透明電極に印加される電界の向きおよび大きさを制御する電圧制御手段とを備え、端面から入射する光をパターン形状に応じて変形する油膜と電解液との界面で反射させることにより、反射光束として第１の透明基板から射出させることを特徴とする。
（４）請求項４に係る発明のカメラのファインダ内表示装置は、請求項３のディスプレイ装置を備え、パターン形状に基づく図形や文字の情報を被写体像と重畳させて表示することを特徴とする。
（５）請求項５に係る発明の回折型光学装置は、請求項１または２の光変調素子であって、パターン形状が縞状である光変調素子と、第２の透明基板を通して光を入射させる光源と、第２の透明基板を透過して入射する光をパターン形状に応じた回折光として第１の透明基板から射出させるために、パターン形状をもつ透明電極に印加される電界の向きおよび大きさを制御する電圧制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の光変調素子によれば、安価な油膜と電解液を用いるので、製品コストを低く抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態による光変調素子、およびそれを用いたディスプレイ装置、回折型光学装置について、図１〜７を参照しながら説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態による光変調素子を用いたディスプレイ装置が搭載される一眼レフカメラの構成を模式的に示す全体構成図である。一眼レフカメラ１は、カメラボディ２とカメラボディ２に交換可能に装着される交換レンズ３とを備える。カメラボディ２内には、クイックリターンミラー４、スクリーン５、光変調素子１０、ペンタプリズム６、接眼レンズ７が設けられ、交換レンズ３内には、被写体光Ｌ１を撮像面８へ結像させる撮影レンズ３ａが収納されている。

光変調素子１０は、ファインダで観察される被写体像に重畳させて表示する各種撮影情報のパターンを生成する素子である。光変調素子１０は、スクリーン５に隣接して配置され、光変調素子１０の端面近傍には、ＬＥＤ光源９が配設されている。また、光変調素子１０には、光変調素子１０を電気的に制御するためのドライバ２０が接続されている。ドライバ２０は、光変調素子１０に電圧を印加するための電源回路２０ａと電源回路２０ａを駆動制御する制御回路２０ｂとを備えている。ＬＥＤ光源９、光変調素子１０およびドライバ２０は、ディスプレイ装置１００を構成する。

被写体から発せられた被写体光Ｌ１は、撮影レンズ３ａを介してクイックリターンミラー２１へ入射する。クイックリターンミラー４で上方に反射された被写体光Ｌ１は、スクリーン５上で結像し、この被写体像は、ペンタプリズム６と接眼レンズ７により観察される。レリーズ操作によりクイックリターンミラー４が上方に跳ね上げられると、被写体光Ｌ１は、そのまま直進し、フィルムまたは撮像素子の撮像面８に結像する。

ＬＥＤ光源９からの照明光Ｌ２は、光変調素子１０の端面に入射し、光変調素子１０により変調され、所定のパターン像を形成する変調光Ｌ３として光変調素子１０から上方へ射出する。この変調光Ｌ３は、被写体光Ｌ１と同じ光路を経由して接眼レンズ７に入射するので、所定のパターン像と上述の被写体像とが重畳されてファインダ視野内に表示（スーパーインポーズ表示）され、撮影者（観察者）は、被写体像とパターン像を同時に観察することができる。

次に、図２を参照して、本実施の形態の光変調素子１０について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態による光変調素子１０の構造を模式的に示す断面図である。図２に示されるように、ガラス基板１１，１８には、それぞれ透明電極１２，１７が設けられ、一対のガラス基板１１，１８は、透明電極１２，１７が対向するように平行配置されている。一対のガラス基板１１，１８は、封止部材１９の厚さにより所定間隔に保持され、この封止部材１９により、後述する液状の油膜１５と電解液１６が外部に漏洩することを阻止している。透明電極１２は、所定形状のパターンで形成されているが、透明電極１７は、パターンをもたない全面均一な電極である。透明電極１２，１７は、例えばＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)膜で形成される。

ガラス基板１１の透明電極１２が設けられた表面には、透明な絶縁層１３が設けられ、絶縁層１３の表面には、親油性処理層１４が形成されている。親油性処理層１４は、無極性で油との親和性が強く、電気絶縁性の性質を有する。親油性処理層１４の表面には、油膜１５が形成されている。油膜１５は、例えば常温で液状の油脂であり、親油性処理層１４と相溶性に富むために安定した膜となる。油膜１５と透明電極１７との間隙には、電解液１６が充填されている。油膜１５と電解液１６とは相溶しないので、その界面は、明瞭な境界面を形成する。また、油膜１５の屈折率ｎ１は、電解液１６の屈折率ｎ２よりも高い。なお、親油性処理層１４は、電気絶縁性の性質を有するので、絶縁層１３を省略してもよいが、絶縁層１３を設けた方が絶縁性の確保の観点からはより一層望ましい。

図３（ａ）は、第１の実施の形態による光変調素子１０を用いたディスプレイ装置１００を模式的に示す構成図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の領域Ａにおける電圧無印加時の状態を示す部分断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の領域Ａにおける電圧印加時の状態を示す部分断面図である。図３（ｂ），（ｃ）に示されるように、透明電極１２は、電源回路２０ａのプラス側に、透明電極１７は、電源回路２０ａのマイナス側に接続されている。

図３（ａ）に示されるように、ＬＥＤ光源９からの照明光Ｌ２は、光変調素子１０の端面から入射し、ガラス基板１１，１８の表面で全反射を繰り返しながら、右方に進行する。領域Ａに注目すると、図３（ｂ）の電圧無印加時では、油膜１５と電解液１６との界面Ｆは、平坦になっており、光変調素子１０内を進行する照明光Ｌ２は、界面Ｆで屈折するだけでそのまま進行し、ＬＥＤ光源９と反対側の端面から射出する。一方、図３（ｃ）の電圧印加時では、界面Ｆは、透明電極１２のパターンピッチに従って繰り返し彎曲している。これは、透明電極１２に移動したプラス電荷と、透明電極１７から注入されて電解液１６を経て界面Ｆまで到達したマイナス電荷とが電気的に引き合うために生じたものである。彎曲の度合い（彎曲面の高低差）は、印加電圧に応じて大きくなる。

図３（ｃ）において、電解液１６中から一旦油膜１５に入って油膜１５内を進行する照明光Ｌ２は、彎曲した界面Ｆに入射するときの入射角が全反射の生じる臨界角を越えた場合は、全反射して変調光Ｌ３として光変調素子１０の外部へ射出する。従って、各彎曲部分において全反射条件を満たす狭い領域からのみ変調光Ｌ３が射出することになる。このような変調光Ｌ３は、界面Ｆの各彎曲部分で生成されるので、パターン形状に即した表示が可能となる。すなわち、パターン形状に応じて変形する油膜１５と電解液１６との界面Ｆで全反射させることにより、反射光束としてガラス基板１１から外部に射出させることができる。

図４（ａ）は、第１の実施の形態による光変調素子１０の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示される透明電極１２の左側のパターンを拡大した図である。光変調素子１０は、図１に示されるように、被写体光Ｌ１に沿ってスクリーン５の直後に配置され、光変調素子１０の寸法は、スクリーン５とほぼ同じである。光変調素子１０の中央には、焦点検出エリアを示すパターンが透明電極１２により形成されている。このパターンは、図４（ｂ）に示されるように、細いストライプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃから構成されている。従って、電圧印加時には、細いストライプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々から変調光Ｌ３が射出し、全体として焦点検出エリアのマークを形成する。このように、透明電極１２のパターンを複数本の細いストライプに分割して形成するので、表示したい図形や文字がどのような形状であっても対応することができる。

上述のように、本実施の形態の光変調素子１０では、パターン形状の透明電極１２と全面均一の透明電極１７に電圧を印加し、油膜１５と電解液１６との界面Ｆを彎曲させることにより、任意の図形や文字を表示することができる。光変調素子１０を備えるディスプレイ装置１００をカメラのファインダ内表示装置として応用する場合、電圧印加時には、これらの図形や文字は、パターン像として被写体像に重畳されるので、透明電極１２が形成された領域の被写体像は部分的に歪んで観察される。しかし、一般に、ファインダ内に表示されるパターン像がファインダ全域に占める面積は小さいので、被写体像を確認する上では問題はない。もちろん、電圧無印加時には、界面Ｆは平坦であるので、被写体像が歪むことはない。

図５により、本実施の形態の光変調素子１０の変形例を示す。図５（ａ）は、光変調素子１０Ａの電圧無印加の状態を示す部分断面図、図５（ｂ）は、光変調素子１０Ａの電圧印加の状態を示す部分断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示されるように、透明電極１２Ａと１２Ｂは、互いに絶縁を保って交互に形成されており、透明電極１２Ａは、電源回路２０ａのプラス側に、透明電極１２Ｂは、電源回路２０ａのマイナス側に接続されている。また、透明電極１７は、電源回路２０ａのマイナス側に接続され、透明電極１２Ｂと同じ電位である。図５の変形例では、透明電極１２Ａの配列ピッチは、図３の透明電極１２と同じであるが、透明電極１２Ａの幅寸法は、透明電極１２よりも小さくし、透明電極１２Ｂが交互に挿入された配置となっている。

図５（ａ）に示されるように、電圧無印加時では、油膜１５と電解液１６との界面Ｆは、平坦になっており、これは、図３の場合と同様である。一方、図５（ｂ）に示されるように、電圧印加時では、界面Ｆは、透明電極１２Ａのパターンピッチに従って繰り返し彎曲している。しかし、図５（ｂ）の光変調素子１０Ａでは、プラス電位の透明電極１２Ａとマイナス電位の透明電極１２Ｂが交互に配列しているため、界面Ｆは、透明電極１２Ａによって引き付けられる部分と透明電極１２Ｂによって排斥される部分が交互に生じる。

その結果、この変形例では、同じ印加電圧の場合、第１の実施の形態の光変調素子１０よりも彎曲の度合い（彎曲面の高低差）が大きくなる。換言すれば、この変形例では、第１の実施の形態の光変調素子１０の場合よりも小さい印加電圧で同様の彎曲面を形成することができる。特に、光変調素子１０の透明電極１２のパターンピッチを小さくした場合は、油膜１５と電解液１６の粘性が界面Ｆの彎曲に対して抵抗となるが、この変形例のように、プラス電位の透明電極１２Ａとマイナス電位の透明電極１２Ｂとを交互に配列することにより、印加電圧を大きくすることなく所望の彎曲面を得ることができる。

〈第２の実施の形態〉
図６，７を参照しながら第２の実施の形態による光変調素子を用いた回折型光学装置を説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態による光変調素子を用いた回折型光学装置を模式的に示す構成図である。回折型光学装置２００は、光変調素子３０と、光変調素子３０へ平行光Ｌ４を照射する平面光源３１と、光変調素子３０を電気的に制御するためのドライバ４０とを備えている。

光変調素子３０は、第１の実施の形態の光変調素子１０と基本的には同じであり、透明電極３２のパターン形状のみが透明電極１２と異なっている。透明電極３２のパターンは、縞状の繰り返しパターン、すなわちラインアンドスペースである。平面光源３１は、光変調素子３０のガラス基板１８へ平行光Ｌ４を例えば入射角９０°で照射する光源である。但し、平行光Ｌ４は、光源から直接に発せられたものである必要はなく、光学系を経由してきた光であってもよい。ドライバ４０は、光変調素子３０に電圧を印加するための電源回路４０ａと電源回路４０ａを駆動制御する制御回路４０ｂを備えており、第１の実施の形態で説明したドライバ２０と基本的には変わらない。

上述のように構成された回折型光学装置２００の動作を説明する。図７（ａ）は、第２の実施の形態による光変調素子３０における電圧無印加時の状態を示す部分断面図、図７（ｂ）は、第２の実施の形態による光変調素子３０における電圧印加時の状態を示す部分断面図である。図７（ａ），（ｂ）に示されるように、透明電極３２は、電源回路４０ａのプラス側に、透明電極１７は、電源回路４０ａのマイナス側に接続されている。

図７（ａ）の電圧無印加時では、油膜１５と電解液１６との界面Ｆは、平坦になっており、光変調素子３０内を進行する平行光Ｌ４は、そのまま進行し、ガラス基板１１を透過して外部に射出する。一方、図７（ｂ）の電圧印加時では、界面Ｆは、透明電極３２のパターンピッチに従って繰り返し彎曲しているので、紙面左右方向では油膜１５の屈折率ｎ１と電解液１６の屈折率ｎ２が繰り返し存在し、紙面垂直方向では屈折率変化のない回折格子が形成される。この回折格子の格子間隔は、透明電極３２のパターンピッチに相当する。

図７（ｂ）において、電解液１６に入射した平行光Ｌ４は、回折格子により回折光Ｌ５となってガラス基板１１を透過して外部に射出する。平行光Ｌ４の波長、入射角および回折格子の格子間隔に基づく回折条件を満たす場合に回折光が発生する。なお、透明電極３２のパターンピッチを変えることにより回折条件も変わるので、複数の高次の回折光を発生させることもできる。

以上説明したように、第１の実施の形態の光変調素子１０および第２の実施の形態の光変調素子３０を用いると、電圧を印加して油膜１５と電解液１６との界面Ｆを彎曲させることにより、任意の図形や文字を表示したり、入射光を回折させることができる。光変調素子１０，３０は、液晶と比べて、油膜１５、電解液１６という安価な材料を使用するので、素子全体の製造コストを低く抑えることができる。また、液晶を用いないので、偏光光に限らず通常光にも対応できる。

本発明は、油膜と電解液との界面を彎曲させることにより、入射光を変調することに特徴がある。本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係る光変調素子を用いたディスプレイ装置が搭載される一眼レフカメラの構成を模式的に示す全体構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光変調素子の構造を模式的に示す断面図である。 図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光変調素子を用いたディスプレイ装置を模式的に示す構成図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の領域Ａにおける電圧無印加時の状態を示す部分断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の領域Ａにおける電圧印加時の状態を示す部分断面図である。 図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光変調素子の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示される透明電極１２の左側のパターンを拡大した図である。 図５（ａ）は、第１の実施の形態の変形例による光変調素子の電圧無印加の状態を示す部分断面図、図５（ｂ）は、第１の実施の形態の変形例による光変調素子の電圧印加の状態を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光変調素子を用いた回折型光学装置を模式的に示す構成図である。 図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光変調素子における電圧無印加時の状態を示す部分断面図、図７（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光変調素子における電圧印加時の状態を示す部分断面図である。

符号の説明

１：一眼レフカメラ
９：ＬＥＤ光源
１０，１０Ａ，３０：光変調素子
１１，１８：ガラス基板
１２，１７，３２：透明電極
１３：絶縁層
１４：親油性処理層
１５：油膜
１６：電解液
１９：封止部材
２０，４０：ドライバ
２０ａ，４０ａ：電源回路
２０ｂ，４０ｂ：制御回路
１００：ディスプレイ装置
２００：回折型光学装置
Ｌ１：被写体光
Ｌ２：照明光
Ｌ３：変調光
Ｌ４：平行光
Ｌ５：回折光

Claims (5)

1. パターン形状をもつ第１の透明電極が形成された第１の透明基板と、
   前記第１の透明電極が形成された表面に親油性処理が施されて成る親油性処理層と、
   前記親油性処理層の表面に形成された油膜と、
   第２の透明電極が形成された第２の透明基板と、
   前記油膜と前記第２の透明電極が対向配置されて形成される間隙に充填された電解液とを有することを特徴とする光変調素子。
2. 請求項１に記載の光変調素子において、
   前記第１の透明電極と親油性処理層との間に、さらに絶縁層を有することを特徴とする光変調素子。
3. 請求項１または２に記載の光変調素子であって、前記パターン形状が図形や文字である光変調素子と、
   前記光変調素子の端面から光を入射させる光源と、
   前記パターン形状をもつ透明電極に印加される電界の向きおよび大きさを制御する電圧制御手段とを備え、
   前記端面から入射する光を前記パターン形状に応じて変形する前記油膜と電解液との界面で反射させることにより、反射光束として前記第１の透明基板から射出させることを特徴とするディスプレイ装置。
4. 請求項３に記載のディスプレイ装置を備え、
   前記パターン形状に基づく図形や文字の情報を被写体像と重畳させて表示することを特徴とするカメラのファインダ内表示装置。
5. 請求項１または２に記載の光変調素子であって、前記パターン形状が縞状である光変調素子と、
   前記第２の透明基板を通して光を入射させる光源と、
   前記第２の透明基板を透過して入射する光を前記パターン形状に応じた回折光として前記第１の透明基板から射出させるために、前記パターン形状をもつ透明電極に印加される電界の向きおよび大きさを制御する電圧制御手段とを備えることを特徴とする回折型光学装置。

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