JP2018163214A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な動作部分を含まない構成で光の進行方向を二次元的に制御することができる光走査装置を提供する。【解決手段】第１液晶素子１００と、少なくとも１つの第２液晶素子２００と、第１液晶素子及び第２液晶素子を駆動する駆動装置を備える光走査装置である。第１液晶素子は、光入射口から入射した光を基板間の液晶層で導光しながらその進行方向を変えて光出射口から出射させる。第２液晶素子は、第１液晶素子の光出射口から出射する光が一方の基板を介して入射すると、基板間の液晶層において当該光の進行方向を変えて他方の基板から出射させる。【選択図】図１

Description

本発明は、入射光の進路を自在に偏向して走査するための技術に関し、特に液晶素子を用いるものに関する。

特開２０１０−２１７３５１号公報（特許公報１）には、液晶素子を用いて光束の光路を制御する光走査装置が開示されている。この光走査装置における液晶素子は、２つの入力端子と、これらの入力端子間に印加される電圧に応じて屈折率変化を生じる液晶層を有している。この液晶素子に光束を入射させながら、２つの入力端子に互いに異なる実効電圧を印加することで、光束の光路を曲げることができる。

上記の液晶素子は、一方基板上に２つの入力端子が配置され、かつこれらの入力端子間に、複数のストライプ電極が配列された構造を有している。各ストライプ電極は、それぞれの一端側で細線電極を介して相互に接続されている。そして、この細線電極の一端に上記２つの入力端子のうち１つが接続され、他端に他の１つの入力端子が接続されている。

ところで、上記の液晶素子では、機械的な動作部分を含まずに配光制御を実現できるがその配光制御は一次元的であり、二次元的に光の進行方向を制御することはできない。

特開２０１０−２１７３５１号公報

本発明に係る具体的態様は、機械的な動作部分を含まない構成により光の進行方向を二次元的に制御することが可能な配光制御技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の光走査装置は、第１液晶素子と、少なくとも１つの第２液晶素子と、前記第１液晶素子及び前記第２液晶素子を駆動する駆動装置を含む。前記第１液晶素子は、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板の一面側に設けられる１つ以上の第１電極と、（ｃ）前記第２基板の一面側に設けられており前記第１電極と対向配置される第２電極と、（ｄ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置される第１液晶層と、（ｅ）前記第１基板及び前記第２基板の平面視における一端側に設けられており、前記第１液晶層に対して前記第１基板と前記第２基板の各基板面と略平行方向に光を入射させるための光入射口と、（ｆ）前記第１基板及び前記第２基板の平面視における前記一端側と前記液晶層を挟んで対向する他端側に設けられており、前記液晶層から前記第１基板と前記第２基板の各基板面と略平行方向に光を出射させるための少なくとも１つの光出射口と、を有し、（ｇ）前記第１電極は、前記光入射口から入射させる光の主進行方向に対して平面視において斜交する電極エッジを１つ以上有している。前記第２液晶素子は、（ｈ）対向配置される第３基板及び第４基板と、（ｉ）前記第３基板の一面側に設けられ、平面視において相互間に間隙を有して配置される一対の電極と、（ｊ）前記第３基板の一面側に設けられ、平面視において前記一対の電極の間に配置されて当該一対の電極の各々と接続される高抵抗膜と、（ｋ）前記第３基板の一面側と前記第４基板の一面側の間に設けられる第２液晶層と、を含み、（ｌ）前記高抵抗膜のシート抵抗が前記一対の電極のシート抵抗よりも大きく設定されている。そして、前記第１液晶素子と前記第２液晶素子は、前記第１液晶素子の前記光出射口から出射する前記光が前記第３基板又は前記第４基板を通って前記一対の電極の相互間の前記間隙に入射するように相互に配置される。

上記構成によれば、機械的な動作部分を含まない構成により光の進行方向を二次元的に制御することが可能な光走査装置が得られる。

図１は、第１実施形態の光走査装置の全体構成を概略的に示す図である。 図２は、第１液晶素子の原理的構成について説明するための模式的な平面図である。 図３は、第１液晶素子の原理的構成について説明するための模式的な断面図である。 図４は、第１液晶素子への入射光の状態を示す模式的な断面図である。 図５は、屈折率分布と入射光の偏向について概念的に示した平面図である。 図６は、一実施形態の第１液晶素子の構成を示す平面図である。 図７は、第１液晶素子の構成を示す断面図である。 図８は、第１液晶素子の製造方法について説明するための平面図である。 図９は、第１液晶素子の製造方法について説明するための平面図である。 図１０は、第１液晶素子を用いて光走査を行う様子を示す平面図である。 図１１は、異形導光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。 図１２は、光を直接的に入射される場合に好適な第１液晶素子の構成例を示す平面図である。 図１３は、光出射口にレンズを設ける変形例について説明するための図である。 図１４は、第２液晶素子の構成を示す模式的な平面図である。 図１５は、第２液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。 図１６は、第２液晶素子の動作原理を説明するための模式的な断面図である。 図１７は、第２液晶素子の製造方法を説明するための模式的な平面図である。 図１８は、各配向膜として垂直配向膜が形成された基板同士を貼り合わせて得られたセルの模式的な平面図である。 図１９は、第２液晶素子を用いて光走査を行う様子を示す平面図である。 図２０は、いくつかの条件による配光角θと応答速度の計測結果を示す図である。 図２１は、第２実施形態の光走査装置の構成を示す平面図である。 図２２は、第３実施形態の光走査装置の構成を示す平面図である。 図２３は、第３実施形態の第１液晶素子の各電極の製造方法を説明するための平面図である。

Ａ．第１実施形態
Ａ１．光走査装置の全体構成
図１は、第１実施形態の光走査装置の全体構成を概略的に示す図である。詳細には、図１（Ａ）は光走査装置の平面図、図１（Ｂ）は光走査装置の側面図である。第１実施形態の光走査装置は、第１液晶素子１００、第２液晶素子２００、並びにこれらの接続された駆動装置（図示省略）を含んで構成されている。図示のように、第１液晶素子１００と第２液晶素子２００とは、互いの主面が略直交するようにして配置されている。

第１液晶素子１００は、平板状の液晶素子であり、光源３００からの光（レーザ光）を一端側から入射させると、この光を素子内で導波しつつ、その進行方向をｘｙ平面内において自在に曲げて他端側から出射させることができる。

第２液晶素子２００は、平板状の液晶素子であり、第１液晶素子１００から出射した光を一面側から入射させると、上記のｘｙ平面と直交するｘｚ平面内において光の進行方向を自在に曲げて他面側から出射させることができる。図示のように、第２液晶素子２００は、光を入射させる一面側を第１液晶素子１００の他方端に近接させて配置されている。これらの第１液晶素子１００と第２液晶素子２００を用いることで、互いに直交する２つの平面内で光の進行方向を自在に曲げられるので、全体として二次元的な配光制御を行うことができる。

Ａ２．第１液晶素子の詳細構成
図２は、第１液晶素子の原理的構成について説明するための模式的な平面図である。また、図３は、第１液晶素子の原理的構成について説明するための模式的な断面図である。

図２に示す第１液晶素子１００において、各電極１ａ、１ｂは、それぞれ折線状にパターン形成された部位を有しており、お互いの折線状部位を噛み合わせて配置されている。電極２は、各電極１ａ、１ｂの少なくとも上記した折線状部位と重なるように配置されている。各電極１ａ、１ｂ、電極２は、それぞれ、例えばガラス基板等の基板５、６の一面上に設けられている。図示の例では、各電極１ａ、１ｂの折線状部位は、その幅（図中上下方向の長さ）が段階的に大きくなっている。

また、各電極１ａ、１ｂと電極２の間には液晶層３が設けられている。液晶層３は、例えば負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用いて構成されている。各基板５、６にはラビング処理などの一軸配向処理が施されており、一方向への配向規制力を有する。これにより、液晶層３は、各基板面に対して比較的高い（例えば８８．５°〜８９．９°程度）のプレティルト角を有して、各電極１ａ、１ｂと電極２との間で略垂直配向している。図３に示すように、各基板５、６は、配向規制力の方向が互い違い（アンチパラレル）となるように配置されている。

このような第１液晶素子１００に対して、各基板５、６の端部に設けられた光入射口７から両基板間の液晶層３に対して、両基板の基板面と略平行方向にレーザなどの光Ｌを入射させる。このとき、光Ｌの入射方向は、図２に示すように各電極１ａ、１ｂの折線状部位の電極エッジに対して垂直ではない方向に設定する。別言すれば、各電極１ａ、１ｂの折線状部位（折線状電極）は、光入射口７から入射させる光の主進行方向（図中では左右方向）に対して平面視において斜交する電極エッジを１つ以上有するように構成される。そして、各電極１ａ、１ｂと電極２の間に印加する電圧によって液晶層３の液晶分子の配向状態を変化させることで屈折率分布を形成し、その部分を透過する光Ｌの進路をスネルの法則により制御することができる。

詳細には、各電極１ａ、１ｂと電極２の間に印加する電圧が０Ｖである場合（電圧ＯＦＦ）には、液晶層３は初期状態である略垂直配向となっているので、屈折率としては液晶層３の層厚方向（セル厚方向）に縦長の屈折率楕円体となる（図３（Ａ）参照）。これに対して、例えば電極１ａと電極２の間に液晶材料のしきい値電圧を超える電圧を印加し、電極１ｂは電極２と同電位とした場合（電圧ＯＮ）には、誘電率異方性が負の液晶材料を用いていることから、液晶層３の電極１ａと電極２に挟まれた領域では極角方向としては液晶分子の長軸が電界と直交方向へ向かうように液晶層３の配向方向が変化する（図３（Ｂ）参照）。液晶分子の傾斜方向は一軸配向処理の方向（配向規制力の方向）に一致する。このとき、液晶層３の液晶分子の配向状態が互いに異なる領域同士の境界８が生じる。この境界８は、平面視においては、光入射口７から入射させる光の主進行方向に対して斜交する境界となる（図２参照）。

図４は、第１液晶素子への入射光の状態を示す模式的な断面図である。ここでは、第１液晶素子１００に光入射口７から入射されるレーザ光Ｌが図示のように液晶層３の層厚方向と同じ方向に偏光しているものとする。図４に示すように、電極１ａと電極２の間での電圧印加によって液晶層３の配向状態が水平配向かそれに近い状態となっている領域では、レーザ光Ｌに対する屈折率は相対的に小さい。また、電圧無印加で液晶層３の配向状態が初期の略垂直配向となっている領域では、レーザ光Ｌに対する屈折率は相対的に大きい。図示のように、屈折率が相対的に大きい領域と相対的に小さい領域との間には境界８が生じる。また、液晶層３を挟んで光入射口７と対向する他端側には、液晶層３から各基板面と略平行方向に光を出射させるための光出射口９が設けられている。液晶層３を通過した光はこの光出射口９から出射する。

図５は、上記した屈折率分布と入射光の偏向について概念的に示した平面図である。図示の電極１ａは１つの折線状部位（三角形状部位）を有している。そして、電極２は、少なくとも電極１ａの折線状部位と平面視で重なるようにして配置されている。この電極１ａと電極２の間に電圧を印加すると、両者の重なる領域において液晶層３に配向変化を生じ、当該領域の屈折率が相対的に低くなる。図示のように、屈折率の大きさが相対的に異なる境界８が二ヶ所存在する。このような境界８にレーザ光Ｌを入射させた場合には、境界８がレーザ光Ｌの主進行方向に対して平面視で斜交していることから、境界８を挟んで生じた屈折率差によってレーザ光Ｌの進行方向を曲げること（偏向すること）ができる。上述した図２に示した構成の第１液晶素子１００では、このような屈折率差を生じる境界８が多数得られるので、各境界８を通過するたびにレーザ光Ｌの進行方向が曲げられることになり、全体としてレーザ光Ｌの進路を大きく曲げることが可能になる。

なお、入射光であるレーザ光の波長は、液晶層３に用いる液晶材料の光学特性に合わせて選定することが望ましい。別言すれば、レーザ光の波長に合わせて液晶材料を選定することが望ましい。具体的には、液晶材料による光の吸収が少ないほど望ましい。一般的な液晶材料では、赤外の長波長側や、紫外の短波長側で吸収が大きいので、可視光から近赤外光の領域が望ましく、例えば、８５０ｎｍ、９０５ｎｍ、９７０ｎｍなどが望ましい。

図６は、一実施形態の第１液晶素子の構成を示す平面図である。また、図７は、第１液晶素子の構成を示す断面図である。なお、図７の断面図は、図６に示すａ−ａ線方向の断面を示している。また、図６では、説明の便宜上、一部構成を点線によって示している。

基板１１および基板１２は、それぞれ例えばガラス基板であり、互いの一面側を対向させて配置されている。電極１３ａ、電極１３ｂは、それぞれ基板１１の一面に設けられている。電極１４は、基板１２の一面に設けられている。

電極１３ａは、平面視において複数（図示の例では５つ）の鋭角な下向きの凸部を有した鋸波状電極３３ａと、この鋸波状電極３３ａと接続された配線部とを有する。同様に、電極１３ｂは、平面視において複数（図示の例では５つ）の鋭角な上向きの凸部を有した鋸波状電極３３ｂと、この鋸波状電極３３ｂと接続された配線部とを有する。そして、電極１３ａと電極１３ｂとは、互いの鋸波状電極３３ａ、３３ｂを噛み合わせて、各々の鋭角な凸部が１つずつ交互に並ぶように配置されている。両者の鋸波状電極の相互間には、絶縁のための隙間が設けられている。

低屈折率膜１５は、基板１１の一面において各電極１３ａ、１３ｂを覆って設けられている。同様に、低屈折率膜１６は、基板１２の一面において電極１４を覆って設けられている。これらの低屈折率膜１５、１６は、液晶層１９の液晶材料の屈折率よりも相対的に低い屈折率を有する膜である。

配向膜１７は、基板１１の一面において低屈折率膜１５を覆って設けられている。同様に、配向膜１８は、基板１２の一面において低屈折率膜１６を覆って設けられている。各配向膜１７、１８は、ラビング処理などの一軸配向処理が施されており、一方向への配向規制力を有する。図示の例では、各配向膜１７、１８は、平面視においてシール材２０よりも内側の領域にのみ設けられている。

液晶層１９は、基板１１と基板１２の間に設けられており、各配向膜１７、１８と接して各々からの配向規制力を受けて液晶分子の初期配向状態（電圧無印加時の配向状態）が設定されている。本実施形態の液晶層１９は、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて構成されており、初期配向状態が略垂直配向状態に設定されている。

シール材２０は、液晶層１９を封止するためのものであり、基板１１と基板１２の間に設けられている。本実施形態のシール材２０は、平面視において枠状に形成されており、かつ、少なくとも各電極１３ａ、１３ｂの鋸波状電極３３ａ、３３ｂを包含するように形成されている。また、シール材２０の一部（図示の例では左辺中央）に注入口（開口）２１が設けられており、液晶層１９の形成時にはこの注入口２１から液層材料が注入される。

エンドシール材２２は、注入口２１を塞ぎ、かつ光ファイバ２３を固定するためのものであり、基板１１と基板１２の端部であって注入口２１の近傍に設けられている。エンドシール材２２は、例えば紫外線硬化性樹脂である。

光ファイバ２３は、その一端側が注入口２１の内部に配置されており、他端側は外部に露出している。この光ファイバ２３は、基板１１および基板１２の端部から液晶層１９に対して、その層厚方向と垂直な方向から光を入射させるためのものである。

なお、本実施形態では、この光ファイバ２３と上記の注入口２１およびエンドシール材２２が「光入射口」に対応しており、この光入射口と平面視で対向する基板１１と基板の他端側の一部が「光出射口」に対応する。

図８および図９は、第１液晶素子の製造方法について説明するための平面図である。
まず、一対のガラス基板を複数用意する。例えば、基板上に予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜などの透明導電膜が形成されたものを用いる。透明導電膜の形成方法としてはスパッタ法や真空蒸着法などがある。

このような一対のガラス基板上の透明導電膜をパターニングすることにより、各電極１３ａ、１３ｂを有する基板１１を形成するとともに（図８（Ａ））、電極１４を有する基板１２を形成する（図８（Ｂ））。各電極１３ａ、１３ｂの相互間距離は、例えば１００μｍ程度とする。ここでは電極１３ａ、１３ｂの２つを設けるものとしたが、さらに多くの互いに独立した電極を設けてもよい。なお、各電極１３ａ、１３ｂ、電極１４は、ＩＴＯ膜などの透明導電膜に限らず、導電性があれば光を透過しないもの（遮光性のもの）であっても構わないので金属膜などを用いることもできる。ただし、吸光性は低いことが好ましい。理想的には吸光性が無いことが望ましい。また、本例では図中の左側面の入光部分にダミー電極を設けているが、省略してもよい。

次に、基板１１の一面に低屈折率膜１５を形成する（図８（Ｃ））。また、基板１２の一面に低屈折率膜１６を形成する（図８（Ｄ））。低屈折率膜１５、１６は、例えば可視光に対しても透明性の高い材料を用いて形成することができるが、用いるレーザ光の波長（例えば赤外線領域）に対し透明であればそれに限らない。各低屈折率膜１５、１６の形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法などの真空プロセス、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット、バーコート、スリットコートなどの各種印刷方法、スピンコート、ディップ法（ラングミュアブロジェット法含む）などが挙げられる。例えば、バーコートによりシリカ系の低屈折率膜材料をコーティングし、その後ホットプレートにて溶媒を揮発させ、さらにクリーンオーブンにて焼成を行うことで低屈折率膜を形成することができる。焼成条件は、例えば１５０℃で１時間である。各低屈折率膜１５、１６の膜厚は、例えば１．５μｍ、屈折率は１．４６である。

なお、ここではシリカ系の無機低屈折率膜を例示したが、液晶材料よりも低い屈折率であればこれに限らない。例えばフッ素系樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂類やフッ素系金属膜（フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム等）及びこれらとシリカの混合材料などを用いることも可能である。なお、光散乱しない膜、すなわち曇り度（Haze)の低い膜であることが望ましい。また、膜厚についても、１．５μｍを例示したが、それより薄くても構わない。低屈折率膜１５、１６は、導波路としての第１液晶素子１００においてクラッド層として機能するものである。クラッド層はレーザ光のしみ出しを抑えて全反射を生じさせるに足りればよいため、膜厚としては１００ｎｍ以上あれば機能としては十分である。但し、第１液晶素子１００内の各電極の段差の影響が懸念されるため、膜厚はある程度の厚さがあることが望ましい。なお、量産においてはフレキソ印刷を行うことがあるが、通常の条件において５００〜８００ｎｍ程度の厚さを得られることが確認されており、十分な厚さを確保できることがわかる。

また、各低屈折率膜１５、１６の形成範囲は図示のものよりも広くても狭くてもよい。少なくとも後述するレーザ光などの光が通過する経路に形成されていれば十分である。但し、各基板の端子部分（外部回路との接続部分）には形成しないことが望ましい。また、樹脂系の膜など基板への密着性があまり高くない材料を用いる場合には、特にシール材２０と重なる部分には低屈折率膜１５、１６が形成されていないことが望ましい。従って、低屈折率膜１５、１６を形成するにはマスクスパッタや各種印刷法を用いて必要な部分にのみ形成することが望ましく、スピンコートなどで全面に形成した場合は、フォトリソグラフィ等によりパターニング（ドライエッチング、リフトオフ等による）をすることが望ましい。もしくは、各種印刷法（フレキソ印刷など）により端子上などにレジスト膜をパターン塗布し、その上に低屈折率膜を全面形成し、最後にリフトオフして端子上などにある絶縁膜を除去してもよい。

なお、各低屈折率膜１５、１６の上にパッシベーション膜などの絶縁膜を設けてもよい（図示せず）。これは基板間ショート防止の効果がある。この場合には、低屈折率膜と同様に端子部分には形成されないことが望ましい。また密着性の悪い材料についてはシール材２０と重なる部分には形成されないことが望ましい。

次に、基板１１、基板１２の各々に配向膜１７、１８を形成する。ここでは各々に垂直配向膜をパターン形成した（図８（Ｅ）、図８（Ｆ））。パターン形成には、例えばフレキソ印刷、インクジェット法などを用いることができる。例えば、印刷性・密着性に優れ、側鎖に剛直な骨格（液晶性のものなど）を有するタイプの垂直配向膜材料をフレキソ印刷によって適当な膜厚（例えば５００〜８００Å程度）を形成する。垂直配向膜材料を印刷後、熱処理を所定条件で行う（例えば１６０〜２５０℃、１〜１．５時間焼成）。

なお、ここでは有機配向膜（ポリイミド）として上記のタイプのものを用いたが、それに限らない。また無機の配向膜（主鎖骨格がシロキサン結合（Si-O-Si結合)で形成されているものなど）を用いてもよい。

その後、基板１１と基板１２の各配向膜１７、１８に対して配向処理を行う。ここでは、ラビング処理を行い、その条件である押し込み量を０．３〜０．８ｍｍとする。配向処理方向については、基板１１と基板１２とを重ね合わせたときに、各基板の配向処理方向が互い違いで平行（アンチパラレル）となるように配向処理方向を設定する。図中において、配向処理方向を矢印で示している。なお、配向処理方法はこれに限られないし、その配置についてもアンチパラレルに限られない。

次に、基板１１の一面にシール材２０を形成する（図９（Ａ））。ここでは入射させる光の波長に対して光学的に透明であって散乱のない材料を用いる。例えば、エポキシ系、アリル系、フッ素系、アクリル系等の光硬化型のシール材を用いることができる。基板１１の一面上に、ギャップコントロール材を適量（例えば２〜５ｗｔ％）含んだシール材２０を例えばディスペンサによって形成する。また、ここではシール材２０に添加するギャップコントロール材の径は液晶層１９の層厚が５μｍ程度となるようにした。なお、液晶層１９の層厚はこれに限らない。また、シール材２０は基板１２の一面に形成してもよい。ギャップコントロール材の材質は入射させる光の波長に対して光学的に透明であることが透過率の観点からは望ましい。ギャップコントロール材の材質が、入射させる光の波長に対して光学的に不透明であることも散乱の観点からは好ましい。ギャップコントロール材の材質が、シール材との間で屈折率差が少ないことも出射光の散乱の観点から好ましい。

さらに、シール材２０に添加するギャップコントロール材の径を変えたパターンを注入口部分などに形成してもよい。これはレーザ光の入光を行いやすくするためのものであるが、必須ではない。例えば、注入口となる注入口２１の部分の長さを例えば１０ｍｍとし、そのうち液晶層１９に近い側の５ｍｍ分のシール材２０には５０μｍ径のギャップコントロール材を添加し、残り５ｍｍ分のシール材２０には１５０μｍ径のギャップコントロール材を添加することができる。

ディスペンサを用いる場合、複数のシリンジヘッドを用い、各部分でギャップ径の異なるギャップコントロール材が添加されたシール材をそれぞれのヘッドで形成すればよい。また、例えばスクリーン印刷を用いる場合、基板１１と基板１２に対してそれぞれギャップ径の異なるギャップコントロール材が添加されたシール材を所定のパターンでそれぞれスクリーン印刷することで注入口付近に径を変えたパターンを形成することができる。

ここで、液晶層１９の層厚について説明する。本実施形態の液晶素子の場合、光を曲げる角度（配光制御角）は電極パターンや用いる液晶材料の複屈折で決まるため、液晶層１９の層厚にはほとんど依存しない。一方、液晶層１９の電界への応答性については層厚の２乗に反比例するため、層厚が薄いほど高速応答化が可能である。他方で、層厚が厚いほど光を入射させるのが容易であるが、上記のように注入口付近（レーザ入光部分）を厚くすれば入光効率を高くできるので、その場合には光制御部分の液晶層１９の層厚は薄いほど好ましい。具体的には、液晶層１９の層厚は、例えば２μｍ〜１０μｍの間で適宜選択することができる。なお、層厚は導光する光の波長よりは厚いことが好ましい。

なお、他方の基板（例えば基板１２）上にギャップコントロール材を散布するか、もしくはリブ材を形成してギャップコントロール処理を行ってもよい。例えば、粒径５μｍのプラスチックボールを乾式のギャップ散布機によって散布するか、もしくは高さ５μｍのリブ材による柱を形成するとよい。液晶素子の外形サイズは概ね１０ｍｍ角以上の場合にはギャップコントロール処理を行う事が望ましい。このとき、ギャップコントロール材の径もしくはリブ柱の高さは、シール材２０に添加したギャップコントロール材の径とほぼ同等となるようにする。また、液晶層１９の導光部分にはギャップコントロール材もしくはリブ材が配置されないようにギャップコントロール処理を行う事が望ましい。

次に、基板１１と基板１２の一面同士を対向させて両者を重ね合わせ、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理もしくは紫外線照射することにより、シール材２０を硬化させる（図９（Ｂ））。ここでは、例えば３０００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線照射によりシール材２０を硬化させる。

次に、基板１１と基板１２の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層１９を形成する（図９（Ｃ））。液晶材料の充填は、例えば真空注入法によって行うことができる。ここでは、例えば誘電率異方性△εが負、屈折率異方性△ｎが約０．２５（ｎｏ：１．５１、ｎｅ：１．７６)の液晶材料を用いる。なお、ここではカイラル材を添加されていない液晶材料を用いる。液晶材料の注入方法としては毛細管現象を利用した注入方法でもよい。配光制御角を広くするという観点では、より高い屈折率異方性を有する液晶材料を用いることが望ましい。なお、液晶材料の封入は注入法に限らず滴下法でも構わない。

液晶材料の注入後、その注入口２１にエンドシール材２２を塗布し封止する（図９（Ｃ））。エンドシール材としては、例えば紫外線硬化性樹脂を用いることができる。また、導光する光の波長に対し光学的に透明で散乱のないシール材を用いる。例えばエポキシ系、アリル系、フッ素系、アクリル系等のシール材を用いることができる。

次に、小径の光ファイバ２３（例えば、クラッドを含めた径の直径１２５μｍ）をエンドシール材２２が塗布されている注入口に挿入する（図９（Ｃ））。このとき、光ファイバ２３の方向が狙いとする光の導光方向になるよう挿入し固定することが望ましい。そのため、位置合わせのガイドなどを用いることが望ましい（図示せず）。光ファイバ２３を固定した状態でエンドシール材２２に紫外線を所定量照射しエンドシール材２２を硬化させる。以上により、こうして導光式の第１液晶素子１００が完成する。

なお、ここではクラッド層を有する光ファイバ２３を想定して説明したが基本的に空気層がクラッドとして働くため、クラッド層は無くても構わない。この場合、光ファイバ２３のコアの屈折率よりも低屈折率膜１５、１６の屈折率の方が低いことが好ましい。また、光ファイバ２３は、偏波保持光ファイバが好ましい。上記構成の場合には、偏光軸方向は液晶素子の基板平面に対して垂直方向であることが望ましい。但し、好ましい偏光軸方向は配向処理方向、液晶材料や配向膜材料の種類により異なる。

また、光ファイバ２３を注入口に先に挿入してからエンドシール材２２を塗布してもよい。また、液晶材料を注入後に、液晶素子をプレスしてからエンドシール材２２を塗布してもよい。その場合、液晶素子をプレスなどで押して余分な液晶を注入口から出してからエンドシール材２２を塗布し、光ファイバ２３の挿入後、プレスを解除し、適宜エンドシール２２を注入口内に吸いこませた状態で紫外線を照射してエンドシール材を固化することが望ましい。

図１０は、第１液晶素子を用いて光走査を行う様子を示す平面図である。この図１０は、第１液晶素子を上から見た様子を示している。図示の第１第１液晶素子１００は、駆動装置４００によって駆動されて、光源３００から入射するレーザ光を走査する。

詳細には、第１液晶素子１００の液晶層１９に対して電圧を無印加としているときは、光源３００から第１液晶素子１００の光ファイバ２３へ入射されて液晶層１９を通過したレーザ光は、直線的に進む。これをスクリーン５００に投影したとすると、図示のように少し縦長のスポット形状のレーザスポットが得られる。レーザスポットが縦長になる理由としては、レーザ光の出射側の端面に対して特段に光学的な工夫を行っていないため、シール材２０を透過したレーザ光が自由空間に放射されるときの回折効果により広がることによるものと考えられる。

また、駆動装置４００によって第１液晶素子１００の電極１３ａに５Ｖの交流電圧を与え、電極１３ｂと電極１４には基準電位（接地電位）を与えた場合には、レーザ光を左方向（図中における上方向）に配光角θで偏向することができる。例えば、上記した製造方法において例示した諸条件で作製された第１液晶素子１００を用いる場合であれば、配光角θとしては約１６．７５°が得られる。

同様に、駆動装置４００によって第１液晶素子１００の電極１３ｂに５Ｖの交流電圧を与え、電極１３ａと電極１４には基準電位（接地電位）を与えた場合には、レーザ光を右方向（図中における下方向）に配光角θで偏向することができる。例えば、上記した製造方法において例示した諸条件で作製された第１液晶素子１００を用いる場合であれば、配光角θとしては約１６．７５°が得られる。

なお、上記した製造方法において例示した諸条件で作製された第１液晶素子１００を用いる場合において、電圧印加時における動作速度は７０ｍｓｅｃとなる。これに対して、例えば液晶層１９の層厚を１００μｍにした場合には、配光角θは１７．３°と大差ないのに対して動作速度は３０００ｍｓｅｃと大幅に低下する。一般に、液晶素子は液晶層厚を薄くすることにより大幅に高速化できることが知られており、セル厚をさらに薄くすることで数ミリ秒まで高速化できると考えられる。一方、配光角は電極のパターンと液晶材料の複屈折に主として依存するため液晶層厚が変わっても同じ電極のパターンと液晶材料を用いた場合はほとんど変化しないと考えられる。

上記の配光角θは、第１液晶素子１００の電極１３ａ又は電極１３ｂと電極１４の間に印加する電圧を変えることで自在に制御することができる。また、電極１３ａ、電極１３ｂおよび電極１４に印加する電圧をそれぞれ変えた場合にはより複雑な光制御が可能となる。また、第１液晶素子１００の電極１３ａ又は電極１３ｂと電極１４をさらに分割して電圧を印加できるエリアを制御することで、配光角だけでなく出射端面の出射位置も可変に設定することが可能である。

駆動装置４００による駆動方法についてまとめると以下の通りである。入射光を偏向させない場合には、第１液晶素子１００の電極１３ａと電極１３ｂに対して任意の同じ電位を与える。このとき、電極１４に与える電位は、電極１３ａと電極１３ｂに対して与える電位と同じであってもよいし異なってもよい。入射光をある方向（第１方向）へ偏向させる場合には、電極１３ａと電極１４に対して任意の同じ電位を与え、電極１３ｂには異なる電位を与える。電極１３ｂに与える電位は、電極１４との間に生じる電圧が液晶材料の閾値以上となるようにする。入射光を第１方向とは異なる方向（第２方向）へ偏向させる場合には、電極１３ｂと電極１４に対して任意の同じ電位を与え、電極１３ａには異なる電位を与える。電極１３ａに与える電位は、電極１４との間に生じる電圧が液晶材料の閾値以上となるようにする。この駆動方法は、電極１３ａまたは電極１３ｂに与える電位をある同じ電位にしたときを中心に線対称に配光制御できるというメリットもある。

ところで、上記した第１液晶素子１００では光ファイバ２３を用いて液晶層１９へ光を入射させていたが、異形導光フィルムを用いても光を入射させてもよい。図１１は、異形導光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。具体的には、異形導光フィルム１２３の相対的に膜厚の小さい他端側の端面を第１液晶素子１００の注入口部分に配置ないし挿入しておく。そして、異形導光フィルム１２３の相対的に膜厚の大きい一端側の端面に光源３００からの光を入射させ、フィルム内を導光させて第１液晶素子１００の液晶層１９内へ光を入射させる。この場合、異形導光フィルム１２３の上面側および下面側にクラッド層を形成してもよいが、基本的に空気層がクラッドとして働くため、無くても構わない。この構成例では異形導光フィルム１２３と注入口２１とエンドシール材２２が「光入射口」に対応する。

図１２は、光を直接的に入射される場合に好適な第１液晶素子の構成例を示す平面図である。上記した第１液晶素子１００では光ファイバ２３を介して液晶層１９へ光を入射させていたが、コリメートもしくは集光された光を直接的に入射させるようにしてもよい。なお、上記した図６に示した液晶素子と共通する構成については同符号を付しており、それらについては詳細な説明を省略する。図１２に示す第１液晶素子１００ａにおいて、エンドシール材１２２は、上記した実施形態の第１液晶素子１００のように基板外部へ盛り上がるように形成するのではなく、基板の端面と同じ位置もしくは少し奥まった位置に形成されている。このようにするためには、プレスエンドシール処理を行うなどして、エンドシール材１２２を注入口２１の中に吸い込ませてから余った部分を取り除き、紫外線硬化するような製造方法を採ることが望ましい。この構成例では、注入口２１とエンドシール材１２２が「光入射口」に対応する。なお、上記した滴下法により液晶材料を封入する場合はエンドシール部を要しないため、入射部における特別な加工等を行わなくても構わない。

この第１液晶素子１００ａにおいては、注入口２１の部分に対して図示のように光源３００から出射するレーザ光を直接的に照射して入光させる。このような液晶素子でも液晶層１９内をレーザ光が透過し、反対側のシール材２０を介して出射させることができ、かつこの出射する光を自在に偏向させることができる。得られる配光角は上記した実施形態の第１液晶素子１００と変わりない。これは、各低屈折率膜１５、１６がエンドシール材１２２や液晶材料より屈折率が低くクラッド層として働くためと考えられる。なお、各低屈折率膜１５、１６を設けない場合には、レーザ光のほとんどは液晶層１９内ではなく基板１１と基板１２の各基板内を通過することになり、光の利用効率が低下し、かつ配光角も小さくなると考えられる。また、用いたレーザ光の注入口２１付近でのスポット径は、例えば１５０μｍ以下に絞ることが望ましい。それにより、注入口２１とレーザ光のスポットとの位置合わせを精度良く行えば高効率に入光させることができる。

図１３は、光出射口にレンズを設ける変形例について説明するための図である。第１第１液晶素子１００において、各基板５、６の間を進行するレーザ光は、厳密に見れば図示のように基板５、６の間（低屈折率膜１５、１６の間）を全反射しながら導光される成分が多いと考えられる。このため、図示のように、光出射口としてのシール材２０の外側に、基板５、６の間で導光されたレーザ光を集光するためのレンズ４０を設けることも好ましい。図示の例ではレンズ４０としてプリズム状のレンズを示したが、球面状のレンズなどであってもよい。レンズ形状（プリズム角度等）は、液晶層８の屈折率、低屈折率膜１５、１６の屈折率などの諸条件に応じて最適化するとよい。

Ａ３．第２液晶素子の詳細構成
図１４は、第２液晶素子の構成を示す模式的な平面図である。また、図１５は、第２液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。なお、図１５に示す断面図は図１４に示すｂ−ｂ方向の断面に対応している。各図に示す第２液晶素子２００は、基板５１、基板５２、２つの電極５３ａ、５３ｂ、高抵抗膜５４、共通電極５６、配向膜５５、５７、液晶層５８、シール材５９を含んで構成されている。

各基板５１、５２は、ともに、例えばガラス基板などの透光性を有する基板である。ここでいう透光性とは、第２液晶素子２００による制御対象となる光が透過し得る透過率を有していることをいう。

２つの電極５３ａ、５３ｂは、基板１の一面側に設けられている。これらの電極５３ａ、５３ｂは、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電膜をパターニングすることによって形成されている。なお、各電極５３ａ、５３ｂは、原理上必ずしも透光性を必要とするものではないので、透光性を有しない金属薄膜などを用いて形成されていてもよい。各電極５３ａ、５３ｂは、例えばそれぞれ平面視において一方向に延びる矩形状に形成されており、両者間に間隙を設けて配置されている。電極５３ａは、配線部を介して取り出し電極６３ａと接続されている。電極５３ｂは、配線部を介して取り出し電極６３ｂと接続されている。各取り出し電極６３ａ、６３ｂは、基板５１の一端側（図示の例では基板５１の上端側）に設けられている。

高抵抗膜５４は、２つの電極５３ａ、５３ｂの相互間に設けられている。図示の例では２つの電極５３ａ、５３ｂの間を埋め、さらに各電極５３ａ、５３ｂの一部を覆うようにして設けられている。この高抵抗膜５４は、各電極５３ａ、５３ｂを構成する材料よりもシート抵抗の高い材料を用いて形成される。例えば、高抵抗膜５４は、各電極５３ａ、５３ｂに対して少なくとも１０倍以上のシート抵抗を有することが好ましく、１００倍〜１０^１０倍程度のシート抵抗を有することがより好ましい。

配向膜５５は、基板５１の一面側において各電極５３ａ、５３ｂと高抵抗膜５４を覆って設けられている。この配向膜５５としては、液晶層５８をどのような初期配向とするかに応じて垂直配向膜または水平配向膜が選択的に用いられる。

共通電極５６は、基板５２の一面側に設けられている。この共通電極５６は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電膜をパターニングすることによって形成されている。共通電極５６は、少なくとも各電極５３ａ、５３ｂと対向する領域に形成されている。図示の例では、図中の上下方向に延びる矩形状に形成されており、その一部が各電極５３ａ、５３ｂと対向するように配置されている。共通電極５６は、配線部を介して取り出し電極６４と接続されている。この取り出し電極６４は、基板５２の一端側（図示の例では基板５２の下端側）に設けられている。

配向膜５７は、基板５２の一面側において共通電極５６を覆って設けられている。この配向膜５７としても、液晶層５８をどのような初期配向とするかに応じて垂直配向膜または水平配向膜が選択的に用いられる。

液晶層５８は、誘電率異方性が負の液晶材料、もしくは誘電率異方性が正の液晶材料を用いて形成されている。この液晶層５８は、各配向膜５５、５７による配向規制力を受けて初期配向状態（電圧無印加時の配向状態）が定まる。例えば、各配向膜５５、５７として垂直配向膜が用いられていれば初期配向状態が垂直配向状態となり、各配向膜５５、５７として水平配向膜が用いられていれば初期配向状態が水平配向状態となる。

シール材５９は、液晶層５８を封止するためのものであり、平面視において基板５１と基板５２の間で液晶層５８を囲んで枠状に形成されている。シール材５９は、その一部（図示の例では左側）が開口しており、この開口部分が液晶材料の注入口として用いられる。

図１６は、第２液晶素子の動作原理を説明するための模式的な断面図である。図１６（Ａ）に示す第２液晶素子は、対向配置された２つの基板（透明基板）５１、５２の間に液晶層５８が配置されている。そして、基板５１は、その一面側に、一対の電極５３ａ、５３ｂと、これら電極５３ａ、５３ｂの間に設けられてそれぞれと接続している高抵抗膜５４と、少なくとも高抵抗膜５４の上側領域に設けられた配向膜５５を有する。基板５２は、その一面側に、少なくとも各電極５３ａ、５３ｂおよび高抵抗膜５４と対向する領域に設けられた共通電極５６と、少なくともこの共通電極５６の上側領域に設けられた配向膜５７を有する。

図示の例では、各配向膜５５、５７は、ラビング処理等の配向処理が施されており一方向への配向規制力を有する垂直配向膜である。また、液晶層５８は、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて構成されており、各配向膜５５、５７の配向規制力を受けて一方向（例えば図示の左右方向）へ配向し、電圧無印加時の配向（初期配向）が略垂直配向となる。ここでいう略垂直配向とは、液晶層５８のプレティルト角が９０°未満であって９０°に近い状態（例えば８８°〜８９．９°程度）であることをいう。

なお、原理的には、各配向膜５５、５７は、ラビング処理等の配向処理が施されており一方向への配向規制力を有する水平配向膜であってもよい。この場合、液晶層５８は、誘電率異方性が正の液晶材料を用いて構成され、各配向膜５５、５７の配向規制力を受けて一方向（例えば図示の左右方向）へ配向し、電圧無印加時の配向（初期配向）が略水平配向となる。ここでいう略水平配向とは、液晶層５８のプレティルト角が０°より大きい状態であって比較的０°に近い状態（例えば２°〜５°程度）であることをいう。

図１６（Ｂ）に示すように、例えば電極５３ａ、５３ｂの間に電位差Ｖｈが生じるように電圧を印加する。一例として、電極５３ａに１５ボルト、電極５３ｂに０ボルト、共通電極５６に０ボルトの電圧を印加する。印加する電圧は、例えば１００Ｈｚの交流電圧とする。これにより、電極５３ａと電極５３ｂの間が高抵抗膜５４を介して導通して両者間に連続的な電圧勾配を生じる。

この電圧勾配により、液晶層５８の配向状態が変化する。具体的には、電極５３ａに近い領域ほど電圧が高いため、この電圧に応じて液晶分子の配向方向が大きく変化する。逆に、電極５３ｂに近い領域ほど電圧が低いため、この電圧に応じて液晶分子の配向方向が僅かに変化する。さらに電極５３ｂに近い領域では液晶分子の配向方向がほとんど変化しない。すなわち、電圧勾配に応じて液晶層５８の配向状態は、電極５３ａ、５３ｂの間（高抵抗膜５４の存在する領域）において連続的に変化する。

このような状態の第２液晶素子に対して、レーザ光などの偏光を入射させる。例えば図１６（Ｃ）に示すように、各配向膜５５、５７への配向処理方向（液晶層５８の配向方向）と偏光方向が平行な光ＢＭを基板５１の他面側から入射させる。すると、図示のように液晶層５８の配向状態が連続的に変化していることから液晶層５８内部の位置によってリターデーションが異なる状態であるため、そこを通過する光ＢＭの通過速度が領域によって異なることになる。このため、ホイヘンスの定理により、液晶層５８を通過する光ＢＭの進行方向が変化するものと考えられる。図示の例では、電圧の相対的に高い側の電極５３ａ側へ光ＢＭが曲がって進む。なお、上記と逆に電極５３ｂ側が相対的に高い電圧となるように電圧勾配を形成すれば、電極５３ｂ側へ光ＢＭが曲がって進むことになる。

図１７は、第２液晶素子の製造方法を説明するための模式的な平面図である。
まず、基板５１の一面側に各電極５３ａ、５３ｂ、配線部および各取り出し電極６３ａ、６３ｂを形成する（図１７（Ａ）参照）。例えば、一面側の全体にＩＴＯ膜が形成されているガラス基板を用意し、ＩＴＯ膜をパターニングすることによって各電極５３ａ、５３ｂ等が形成される。各電極５３ａ、５３ｂは、相互間の幅Ｌが例えば１００μｍ程度となるように形成される。

次に、基板５１の一面側において、各電極５３ａ、５３ｂの相互間に高抵抗膜５４を形成する（図１７（Ｂ）参照）。図示の例では、高抵抗膜５４は、各電極５３ａ、５３ｂの間を埋め、さらに各電極５３ａ、５３ｂの一部を覆うように形成されているが、少なくとも各電極５３ａ、５３ｂの相互間の隙間を埋めるように形成されていればよい。この高抵抗膜５４は、各電極５３ａ、５３ｂを構成する材料よりもシート抵抗が高く、かつ制御対象の光に対して透明な材料を用いて形成される。

上記のような高抵抗膜５４としては、例えば各種の金属酸化膜、導電性高分子膜（有機系導電膜）、金などの金属からなる薄膜、金属ナノ粒子や金属酸化膜ナノ粒子の分散膜、絶縁性ナノ粒子に導電性修飾を施したナノ粒子の分散膜などが挙げられる。高抵抗膜５４の形成方法としては、例えばスパッタ法や真空蒸着法などの真空成膜法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット法、バーコート法、スリットコート法などの各種印刷法、スピンコート法やディップ法（ラングミュアブロジェット法を含む）などの成膜法が挙げられる。

上記の通り、高抵抗膜５４は、各電極５３ａ、５３ｂに対して少なくとも１０倍以上のシート抵抗を有することが好ましく、１００倍〜１０^１０倍程度のシート抵抗を有することがより好ましい。一例として、各電極５３ａ、５３ｂを構成するＩＴＯ膜のシート抵抗が１０Ω／sq.であるとすると、高抵抗膜５４のシート抵抗は１ｋΩ／sq.程度でもよい。消費電力をより低減するためにはシート抵抗をより高くすることが好ましく、具体的には１ｋΩ／sq.〜１０ＧΩ／sq.程度であることが好ましく、例えば１００ＭΩ／sq.程度に設定される。一例として、スパッタ法により成膜されるＺｎＯ膜を高抵抗膜５４として用いることができる。

なお、高抵抗膜５４の形成範囲については、少なくとも制御対象の光が通過する領域を確保し得る程度であればよいが、各電極５３ａ、５３ｂと接続される各取り出し電極６３ａ、６３ｂの上面には形成しないことが好ましい。また、有機系導電膜など基板への密着性があまり高くない材料を用いる場合には、特にシール材５９の形成される領域には高抵抗膜５４を形成しないことが好ましい。したがって、高抵抗膜５４を形成する際には、マスクスパッタ法や各種印刷法を用いて、必要な領域にのみ選択的に形成することが好ましく、スピンコート法等によって基板全面に成膜した場合には、フォトリソ法等によってパターニングして不要な部分を除去することが好ましい。もしくは、フレキソ印刷等の各種印刷法により各取り出し電極６３ａ、６３ｂ上などにレジスト膜を塗布し、その上に高抵抗膜５４を成膜し、最後にリフトオフして各取り出し電極６３ａ、６３ｂ上のレジスト膜を除去してもよい。

また、高抵抗膜５４の上側にパッシベーション膜などの絶縁膜を設けてもよい。これは基板間の短絡防止、光学的な機能向上（透過率向上、液晶層５８との屈折率マッチングによる表面反射防止など）の効果が期待できる。この場合の絶縁膜についても各取り出し電極６３ａ、６３ｂの上側やシール材５９の形成領域には形成されないことが好ましい。なお、絶縁膜としてフレキソ印刷可能なシリコン酸化膜を用いる場合には、密着性が非常に高いため、シール材５９の形成領域に絶縁膜が形成されてもよい。

次に、基板５２の一面側に共通電極５６、配線部および取り出し電極６４を形成する（図１７（Ｃ）参照）。例えば、一面側の全体にＩＴＯ膜が形成されているガラス基板を用意し、ＩＴＯ膜をパターニングすることによって共通電極６等が形成される。

次に、基板５１の一面側において、少なくとも各電極５３ａ、５３ｂと高抵抗膜５４の形成領域を覆う範囲に配向膜５を形成する（図１７（Ｄ）参照）。同様に、基板５２の一面側において、少なくとも各電極５３ａ、５３ｂと高抵抗膜５４の形成領域と対向する範囲に配向膜７を形成する（図１７（Ｅ）参照）。配向膜５、７は、例えばフレキソ印刷法、インクジェット法などで配向膜材料を塗布し、熱処理を行うことによって形成される。

配向膜５５、５７として垂直配向膜を形成する場合には、例えば、印刷性と密着性に優れ、側鎖に剛直な骨格（液晶性のものなど）を有するタイプの垂直配向膜材料を、フレキソ印刷法によって適当な膜厚（例えば５００〜８００Å程度）に成膜し、その後熱処理（例えば１６０℃〜２５０℃で１時間〜１．５時間の焼成）を行う。なお、有機配向膜としては上記タイプのみに限定されない。さらに、無機配向膜、例えば主鎖骨格がシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）で形成されているものなどを用いてもよい。

配向膜５５、５７として水平配向膜を形成する場合には、例えば、ＳＴＮ用と呼ばれる比較的に高いプレティルト角を得られるタイプの側鎖（アルキル鎖）付きの水平配向膜材料を、フレキソ印刷法によって適当な膜厚（例えば５００〜８００Å程度）に成膜し、その後熱処理（例えば１６０℃〜２５０℃で１時間〜１．５時間の焼成）を行う。なお、有機配向膜としては上記タイプのみに限定されない。さらに、無機配向膜（例えばＳｉＯ斜方蒸着膜）を用いてもよい。

次に、各配向膜５５、５７に対して配向処理を行う。配向処理としては、例えば一方向へ配向膜を擦る処理であるラビング処理を行う。その条件としては、例えば押し込み量を０．３ｍｍ〜０．８ｍｍに設定することができる。

ラビング処理の方向は、各配向膜５５、５７が垂直配向膜である場合には、各電極５３ａ、５３ｂの延在方向（図中左右方向）に対して略直交する方向となるようにする。なお、厳密に直交でなくてもよく、例えば直交方向から０．１°〜５°程度ずれた方向にラビング方向を設定してもよい。

また、ラビング処理の方向は、各配向膜５５、５７が水平配向膜である場合には、各電極５３ａ、５３ｂの延在方向（図中左右方向）に対して略平行な方向となるようにする。なお、厳密に平行でなくてもよく、例えば平行方向から０．１°〜５°程度ずれた方向にラビング方向を設定してもよい。

なお、上記の各ラビング方向は一例であり、各配向膜５５、５７が垂直配向膜である場合においてそのラビング方向を各電極５３ａ、５３ｂの延在方向（図中左右方向）に対して略平行な方向としてもよいし、各配向膜５５、５７が水平配向膜である場合においてそのラビング方向を各電極５３ａ、５３ｂの延在方向（図中左右方向）に対して略直交の方向としてもよい。

次に、いずれか一方の基板、例えば基板５１の一面側にギャップコントロール材を適量（例えば２〜５ｗｔ％）含んだシール材５９を形成する（図１７（Ｆ）参照）。シール材５９は、例えばスクリーン印刷法やディスペンサ法によって形成される。また、ここではギャップコントロール材の径を、例えば液晶層５８の厚さが１０μｍ程度となるように設定する。

液晶層５８の層厚は上記に限定されないが、光の進路が曲がる角度（配光角）をより大きくしたい場合には層厚をより大きくすればよく、液晶層５８の電界に対する動作速度（反応速度）を早くしたい場合には層厚をより小さくすればよい。具体的には、液晶層５８の層厚は、例えば２μｍ〜５００μｍの間で設定することができる。

また、他方の基板である基板５２の一面側には、ギャップコントロール材が散布される。例えば、粒径１０μｍのプラスチックボールを乾式散布機によって散布する。もしくは、ギャップコントロールのためのリブ材が形成されてもよい。このときのギャップコントロール材（またはリブ材）の高さは、シール材５９に添加されたギャップコントロール材の径とほぼ同等にする。また、各電極５３ａ、５３ｂの間隙（スリット部）にはギャップコントロール材（またはリブ材）が配置されないようにすると更に好ましい。なお、第２液晶素子２００の大きさが概ね１０ｍｍ角程度より大きい場合には本工程を行うことが好ましいが、大きさがそれ以下の場合には本工程を省略してもよい。

次に、基板５１と基板５２をそれぞれの一面側が対向するようにして重ね合わせ、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、シール材５９を硬化させる。例えば、１５０℃で３時間の熱処理が行われる。それにより基板５１と基板５２とが貼り合わされる。

図１８は、各配向膜５５、５７として垂直配向膜が形成された基板５１と基板５２を貼り合わせて得られたセルの模式的な平面図である。このセルでは、図中の右下側に矢印で示すように、基板５１の配向処理方向（図中ｙ方向に沿って上向き）と基板５２の配向処理方向（図中ｙ方向に沿って下向き）とがアンチパラレル配置となり、かつ配向処理方向のそれぞれが各電極５３ａ、５３ｂ間のスリット部６５の延在方向（図中Ｘ方向）に対して略直交している。なお、スリット部６５とは、一対の電極５３ａ、５３ｂの間に画定されるスリット形状の間隙である（以下同様）。第２液晶素子２００は、第１液晶素子１００（１００ａ）の光出射口から出射するレーザ光が基板５１（または基板５２）を通ってスリット部６５に入射するように配置される。

次に、基板５１と基板５２の間に液晶材料を充填することによって液晶層５８を形成する。例えば、シール材５９に設けられた注入口を用いて真空注入法により液晶材料を基板間に注入する。ここでは、誘電率異方性Δεが負の液晶材料（例えば屈折率異方性Δｎが約０．２５）を充填する。また、ここではカイラル材が添加されていない液晶材料を用いる。なお、配光角をより大きくするには屈折率異方性Δｎがより大きい液晶材料を用いることが好ましい。

液晶材料を充填した後、その注入口をエンドシール材によって封止する。そして、液晶材料の相転移温度以上の温度で適宜熱処理（例えば、１２０℃で１時間）を行うことにより、液晶層５８の液晶分子の配向状態を整える。以上により、第２液晶素子２００が完成する。

図１９は、第２液晶素子を用いて光走査を行う様子を示す平面図である。第２液晶素子２００は、駆動装置２０１によって駆動されて、第１液晶素子１００（１００ａ）から出射するレーザ光Ｌの進行方向を自在に変化させる。図示の例においてレーザ光Ｌは、図中ｘ方向に偏光方向を有する偏光である。第２液晶素子２００は、レーザ光Ｌの偏光方向に対して各配向膜５５、５７への配向処理方向（液晶層５８の配向方向）が略平行となり、かつスリット部６５（図１８参照）の延在方向が略直交し、当該スリット部６５に対してレーザ光Ｌが略垂直に入射するように配置される。駆動装置２０１は、第２液晶素子２００の各取り出し電極６３ａ、６３ｂ、６４（図１４参照）と接続され、これらの電極を介して液晶層５８へ駆動電圧を与える。

例えば、駆動装置２０１から第２液晶素子２００に対して、各取り出し電極６３ａ等を介して、電極５３ａに交流電圧を印加し、電極５３ｂと共通電極５４には基準電位を与える（例えば接地端子と接続する）。電圧の大きさと周波数は適宜設定することができ、例えば１５Ｖ、１００Ｈｚとする。それにより、第２液晶素子２００へ入射したレーザ光は、電圧無印加時の進行方向を基準として、図示のｘ方向において一方向（例えば右方向）へ進行方向が変化する。また、駆動装置２０１から電極５３ｂに交流電圧を印加し、電極５３ａと共通電極５４には基準電位を与えた場合には、第２液晶素子２００へ入射したレーザ光は、逆方向（例えば左方向）へ進行方向が変化する。

ここで、レーザ光の進行方向を最大値の配光角θで変化させることができる電圧値については、電極５３ａ、５３ｂの相互間距離、レーザ光のスポット径、液晶層厚などに依存する。同様に、周波数についても電極５３ａ、５３ｂの相互間距離、レーザ光のスポット径、液晶層厚などに依存するものであるが、周波数が高くなるほど配光角θの最大値が大きくなる傾向が見られる。図２０にいくつかの条件による配光角θと応答速度の計測結果を示す。第２液晶素子２００において、液晶層厚（セル厚）と駆動条件を変えて、その際の配光角θと応答速度を計測した結果である。なお、計測に用いた第２液晶素子２００については、上記した製造方法において例示した条件によって作製された。

第２液晶素子２００の駆動方法についてまとめる。第２液晶素子２００は、基板５１に２つの電極５３ａ、５３ｂを有し、基板５２に共通電極５６を有するので、これらを用いて液晶層５８を交流駆動する。その際、配光角を変化させない場合（配光角θ＝０）には、各電極５３ａ、５３ｂを同電位にすればよく、その際、共通電極５４の電位は各電極５３ａ、５３ｂと同じにしてもよいし異なる電位としてもよい。ある方向へ配光を変化させる場合には、電極５３ａと共通電極５６に同電位を与え、電極５３ｂに異なる電位を与える。また、逆方向へ配光を変化させる場合には、電極５３ｂと共通電極５６に同電位を与え、電極３ａに異なる電位を与える。このような駆動方法を用いることで、特定方向（例えば、上下方向または左右方向）に沿って対称に配光制御することができる。

以上のような第１実施形態によれば、機械的な動作部分を含まない構成により光の進行方向を二次元的に制御することが可能な光走査装置が得られる。

Ｂ．第２実施形態
図２１は、第２実施形態の光走査装置の構成を示す平面図である。第１実施形態の光走査装置では、第１液晶素子１００（１００ａ）が１つの光出射口を有していたところ、第２実施形態の光走査装置における第１液晶素子１００ｂは３つの光出射口４１、４２、４３を有している点と、各光出射口４１、４２、４３のそれぞれに対応付けて３つの第２液晶素子２００が配置されている点が主に異なっている。また、各光出射口４１、４２、４３にはそれぞれレンズ４０（図１３参照）が設けられている。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を用い、それらの説明については省略する。

図２１に示す第１液晶素子１００ｂは、光入射口側である一端、すなわち光ファイバ２３が挿入されている側の一端と対向する他端が異形カットされており、３つの辺を有して略台形状に形成されている。そして、各辺に対応するシール材２０の一部分が光出射口４１、４２、４３として用いられる。各光出射口４１、４２、４３のそれぞれの外側にはレンズ４０が設けられているが、これらは省略されてもよい。また、各光出射口４１、４２、４３のそれぞれの外側に配置された各第２液晶素子２００の詳細構成については上記した第１実施形態のものと同様であり、各第２液晶素子２００は、各々のスリット部６５と各光出射口４１、４２、４３とが対向するように配置される。

以上のような第２実施形態によれば、第１液晶素子１００ａの構成の違いにより、第１実施形態に比べてレーザ光をより広範囲に配光制御することができる。ただし、第２実施形態では、光出射口４１、４２の境界箇所、光出射口４２、４３の境界箇所のそれぞれにおいて、各第２液晶素子２００のスリット部６５と対向せず、いずれのスリット部６５へも光を入射させられない領域が生じ得る。このため、そのような領域にはレーザ光が入射しないように第１液晶素子１００ｂを駆動することが好ましい。具体的には、各第２液晶素子２００のスリット部６５が存在する領域にレーザ光を入射させる場合には第１液晶素子１００ｂの各電極１３ａ、１３ｂ、１４に対して供給する駆動電圧を連続的に変化させるのに対し、スリット部６５が存在しない領域に差し掛かった場合には駆動電圧を急激に（非連続的に）変化させることで、当該領域にレーザ光を入射させないようにすることができる。

Ｃ．第３実施形態
図２２は、第３実施形態の光走査装置の構成を示す平面図である。第３実施形態の光走査装置は、上記した第２実施形態の光走査装置における第１液晶素子１００ｂに対して、さらに各光出射口４１、４２、４３に対応付けて一対の電極を設けて第１液晶素子１００ｃを構成している点が異なっている。なお、第１実施形態および第２実施形態と共通する構成については同一符号を用い、それらの説明については省略する。

第１液晶素子１００ｃは、一対の電極１３ａ、１３ｂと、光出射口４１に対応付けて設けられた一対の鋸波状電極３４ａ、３４ｂと、光出射口４２に対応付けて設けられた一対の鋸波状電極３５ａ、３５ｂと、光出射口４３に対応付けて設けられた一対の鋸波状電極３６ａ、３６ｂを有している。これらの鋸波状電極３４ａ等は、平面視において互いに分離している。また、電極１４は、各鋸波状電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂのそれぞれと重なる範囲に設けられている。

また、鋸波状電極３４ａ、３５ａ、３６ａは、それぞれ絶縁膜を介して各々の下層側の基板１１上に設けられた配線３８ａとコンタクトホールを介して電気的に接続されている。そして、この配線３８ａは、絶縁膜を介して上層側に設けられた電極３７ａとコンタクトホールを介して接続されている。これにより、電極３７ａに電圧を与えることで各鋸波状電極３４ａ、３５ａ、３６ａに電圧を与えることができる。

同様に、鋸波状電極３４ｂ、３５ｂ、３６ｂは、それぞれ絶縁膜を介して各々の下層側の基板１１上に設けられた配線３８ｂとコンタクトホールを介して電気的に接続されている。そして、この配線３８ｂは、絶縁膜を介して上層側に設けられた電極３７ｂとコンタクトホールを介して接続されている。これにより、電極３７ｂに電圧を与えることで各鋸波状電極３４ｂ、３５ｂ、３６ｂに電圧を与えることができる。

このような構成を有することにより、一対の電極１３ａ、１３ｂと、各光出射口４１、４２、４３との間においても配光制御を行うことができる。以下に、具体的な配光制御の一例を説明する。まず、一対の電極１３ａ、１３ｂの各鋸波状電極３３ａ、３３ｂと電極１４を用いて、光ファイバ２３から入射するレーザ光を、光出射口４１、４２、４３の何れかへ向かう方向に大まかに配光制御する。

例えば、光出射口４２へ向けて配光制御する場合であれば、各鋸波状電極３３ａ、３３ｂと電極１４に同電位またはそれに近い電圧を与えることで、レーザ光はほぼ直進し、一対の鋸波状電極３５ａ、３５ｂの配置された領域へ入射する。そして、電極３７ａ、３７ｂを介して各鋸波状電極３５ａ、３５ｂの間に所定の電位差を生じるように電圧を与えることにより、レーザ光の進行方向が曲げられ、光出射口４２の所定位置からレーザ光を出射させることができる。この出射したレーザ光は、光出射口４２に対応付けられたレンズ４０によって集光されて第２液晶素子２００へ入射し、さらに第２液晶素子２００によって進行方向が適宜曲げられる。それにより、光出射口４２に対応する範囲内で二次元的な配光制御が実現される。

同様に、光出射口４１へ向けて配光制御する場合であれば、各鋸波状電極３３ａ、３３ｂと電極１４に所定の電位差を与えることで、レーザ光はその進行方向が曲げられて一対の鋸波状電極３４ａ、３４ｂの配置された領域へ入射する。そして、電極３７ａ、３７ｂを介して各鋸波状電極３４ａ、３４ｂの間に所定の電位差を生じるように電圧を与えることにより、レーザ光の進行方向が曲げられ、光出射口４１の所定位置からレーザ光を出射させることができる。この出射したレーザ光は、光出射口４１に対応付けられたレンズ４０によって集光されて第２液晶素子２００へ入射し、さらに第２液晶素子２００によって進行方向が適宜曲げられる。それにより、光出射口４１に対応する範囲内で二次元的な配光制御が実現される。

同様に、光出射口４３へ向けて配光制御する場合であれば、各鋸波状電極３６ａ、３６ｂと電極１４に所定の電位差を与えることで、レーザ光はその進行方向が曲げられて一対の鋸波状電極３６ａ、３６ｂの配置された領域へ入射する。そして、電極３７ａ、３７ｂを介して各鋸波状電極３６ａ、３６ｂの間に所定の電位差を生じるように電圧を与えることにより、レーザ光の進行方向が曲げられ、光出射口４３の所定位置からレーザ光を出射させることができる。この出射したレーザ光は、光出射口４３に対応付けられたレンズ４０によって集光されて第２液晶素子２００へ入射し、さらに第２液晶素子２００によって進行方向が適宜曲げられる。それにより、光出射口４３に対応する範囲内で二次元的な配光制御が実現される。

第１液晶素子１００ｃにおいて一対の鋸波状電極３３ａ、３３ｂを用いることで、上記のように、例えば±１７°程度の範囲で光の進行方向を曲げることができる。このため、さらに各鋸波状電極３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂを用いることで、第１液晶素子１００ｃを出射する時点でみると、±５１°（全角１０２°）の範囲で光の進行方向を曲げることができる。この角度は、光入射口から光出射口までの光路長を長くして鋸波状電極のパターンを増やしたり、鋸波状電極の平面視での電極エッジの角度をより鋭角にしたり、液晶材料の屈折率をより高いものにすること等によって、更に広げることができる。また、動作速度については、一対の基板１１、１２の間の距離（セル厚）を薄くすることでさらに高速化を図ることができる。このとき、配光制御の角度の大きさはセル厚にあまり影響しないことが確認されている。

図２３は、第１液晶素子の各電極の製造方法を説明するための平面図である。なお、電極の製造方法以外については上記した第１実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。まず、図２３(Ａ)に示すように、基板１１の一面側にＩＴＯ膜などの導電膜を形成し、これをパターニングすることによって配線３８ａ、３８ｂを形成する。次に、各配線３８ａ、３８ｂを覆うようにして基板１１の一面側の全体にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜を形成する。

次いで、図２３（Ｂ）に示すように、基板１１上の絶縁膜に対して、各配線３８ａ、３８ｂと重なる所定位置にコンタクトホール３９ａ、３９ｂを形成する。この工程は、例えばドライエッチング法によって行う。次いで、図２３（Ｃ）に示すように、基板１１の一面側に金属膜やＩＴＯ膜などの導電膜を形成し、これをパターニングすることによって、各電極１３ａ、１３ｂ、各鋸波状電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ、各電極３７ａ、３７ｂを形成する。

この基板１１の一面側に、さらに低屈折率膜１５を形成する。この基板１１を、上記第１実施形態において説明したようにして形成した基板１２と重ね合わせる。その際、シール材２０については、異形カット形状に応じて形成する。シール材２０を焼成した後に、異形カット部分をスクライブなどによって除去する。その後、液晶材料の注入、光ファイバ２３の挿入などを経て、第１液晶素子１００ｃが完成する。

なお、第３実施形態では、基板１１上に電極を二層化することによって各鋸波状電極を形成する場合を例示していたが、このような二層化をせずに、引き回し線をシール材の周辺に引き回すことによって各鋸波状電極を設けてもよい。また、異形カット部分については上記に例示したような略台形状に限らず、さらに多角に形成してもよいし、円弧状に形成してもよい。多角に形成する場合にはその辺の数に応じてそれぞれの辺に第２液晶素子を配置することが望ましい。また、円弧状に形成する場合には、第２液晶素子として曲面状のものを用いるか、もしくは、第１液晶素子の光出射口と第２液晶素子との距離が場所によって異なっても光学マッチングが取れるような構成を加える必要がある。

以上のような第３実施形態によれば、第１液晶素子１００ｃの構成の違いにより、第１実施形態に比べてレーザ光をより広範囲に配光制御することができる。

上記した各実施形態の光走査装置は、例えば、投射型ディスプレイ、路面描画装置、LiDAR用光源（配光制御）、各種照明装置、各種センサ、LiDAR用受光素子、光学補正機器（カメラの手振れ補正等）、太陽電池用配光制御（太陽追尾）、セキュリティーカメラ、見守りカメラ、医療用カメラの代用(距離もわかるもの)、エアコンなど種々の装置・システムに組み込んで用いることができる。

なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、電極のパターンについては上記した実施形態等に限られず、液晶素子内の位置によって電極のエッジ方向（エッジ角度）や電極幅を変えてもよい。

また、上記した実施形態では各電極がＩＴＯ膜などの透明導電膜によって形成されていたが、金属膜を用いて電極を形成してもよい。その場合、銀やアルミなどの反射率が高いものが望ましい。なお、電極間については、あらかじめ絶縁膜を形成しておいて、その上に薄く金属膜を形成してパターン電極化する等の方法で形成することが可能である。さらに、上記した実施形態では各基板の一例としてガラス基板を挙げていたがこれに限定されない。各基板は必ずしも透明でなくてもよい。また、例えば基板としてプラスチック基板を用いてもよいし、絶縁膜付きステンレス箔基板などの金属泊基板を用いてもよい。

１ａ、１ｂ、２：電極
３、１９、５８：液晶層
５、６、１７、１８、５５、５７：配向膜
７：光入射口
８：境界
９：光出射口
１１、１２、５１、５２：基板
１３ａ、１３ｂ、１４、５３ａ、５３ｂ：電極
１５、１６：低屈折率膜
２０、５９：シール材
２１：注入口
２２：エンドシール材
２３：光ファイバ
３３ａ、３３ｂ：鋸波状電極
５４：高抵抗膜
５６：共通電極
１００：第１液晶素子
２００：第２液晶素子
３００：光源
４００：駆動装置

Claims (6)

1. 第１液晶素子と、
   少なくとも１つの第２液晶素子と、
   前記第１液晶素子及び前記第２液晶素子を駆動する駆動装置と、
   を含み、
   前記第１液晶素子は、
   対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の一面側に設けられる１つ以上の第１電極と、
   前記第２基板の一面側に設けられており前記第１電極と対向配置される第２電極と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置される第１液晶層と、
   前記第１基板及び前記第２基板の平面視における一端側に設けられており、前記第１液晶層に対して前記第１基板と前記第２基板の各基板面と略平行方向に光を入射させるための光入射口と、
   前記第１基板及び前記第２基板の平面視における前記一端側と前記液晶層を挟んで対向する他端側に設けられており、前記液晶層から前記第１基板と前記第２基板の各基板面と略平行方向に光を出射させるための少なくとも１つの光出射口と、
   を有し、前記第１電極は、前記光入射口から入射させる光の主進行方向に対して平面視において斜交する電極エッジを１つ以上有しており、
   前記第２液晶素子は、
   対向配置される第３基板及び第４基板と、
   前記第３基板の一面側に設けられ、平面視において相互間に間隙を有して配置される一対の電極と、
   前記第３基板の一面側に設けられ、平面視において前記一対の電極の間に配置されて当該一対の電極の各々と接続される高抵抗膜と、
   前記第３基板の一面側と前記第４基板の一面側の間に設けられる第２液晶層と、
   を含み、前記高抵抗膜のシート抵抗が前記一対の電極のシート抵抗よりも大きく設定されており、
   前記第１液晶素子と前記第２液晶素子は、前記第１液晶素子の前記光出射口から出射する前記光が前記第３基板又は前記第４基板を通って前記一対の電極の相互間の前記間隙に入射するように相互に配置される、
   光走査装置。
2. 前記第１液晶素子は、前記光出射口を複数有しており、
   前記第２液晶素子は、前記光出射口の各々に対応して複数設けられている、
   請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１液晶素子における複数の前記光出射口のうち少なくとも１つは、前記光入射口から入射させる光の主進行方向に対して平面視において斜交するように配置されている、
   請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記第１液晶素子は、
   前記第１基板の一面側において前記第１電極の少なくとも一部を覆って設けられる第１低屈折率膜と、
   前記第２基板の一面側において前記第２電極の少なくとも一部を覆って設けられる第２低屈折率膜と、
   を更に含み、
   前記第１低屈折率膜と前記第２低屈折率膜の各々の屈折率が前記第１液晶層の屈折率よりも相対的に小さい値である、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶素子。
5. 前記第１液晶素子は、
   前記第２基板の一面側に設けられ、平面視において前記一対の電極と重なるように配置される共通電極を更に含む、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶素子。
6. 前記第１液晶素子の前記光入射口へ入射させる光を生成する光源を更に含む、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の光走査装置。

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