JP2921646B2 - 結像する色及び偏光選択性反射を行う光学素子及びその製造方法 - Google Patents

結像する色及び偏光選択性反射を行う光学素子及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コレステリック液晶を
含有する結合する色及び偏光選択性反射を行う光学素子
並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】コレステリック液晶（Ｃｈｏｌｅｓｔｒ
ｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ；ＣＬＣ）は、Ｃ
ＬＣの螺旋構造に依存する波長範囲内の円偏光した光を
反射する。反射色は螺旋構造のピッチ（ｐ）により決ま
りかつ帯域Δλを有する反射帯の中心波長λｍａｘで表
される。反射帯の中心波長を以下には反射波長と記載す
る。反射波長は観察角度に依存する。これは以下の方程
式：
【０００３】
【数１】
【０００４】［上記式中、ｎはＣＬＣの平均屈折率であ
りかつψは入射光線と入射面の法線との間の角度であ
る］によって表される。従って、垂直入射の場合にはψ
＝０°である。
【０００５】ＣＬＣのコレステリック反射特性は、螺旋
軸の方向に又は該方向から僅かに変位して登場する。垂
直入射の際に反射された光の円偏光は、入射角度が増大
するに伴い減少する。従って、反射された光の円偏光は
小さな入射角度のためにのみ利用できるにすぎない。
【０００６】コレステリック液晶を光透過フィルタとし
て使用することは、米国特許第３，６７９，２９０号明
細書から公知である。波長及び反射された光の偏光のた
めの種々の調整可能性の他に、ノッチ及びバンドフィル
タとして作用するＣＬＣ層の組み合わせが記載されてい
る。ＣＬＣ層は平坦に配置されている。
【０００７】米国特許第４，６７９，９１１号明細書か
ら、湾曲した表面と平坦な表面との間にＣＬＣを間挿
し、従ってＣＬＣの厚さが一定でなく、規定された形式
で変動することが公知である。ごく僅かな層厚さを有す
る箇所では、全入射光線が透過され、有限の層厚さを有
する箇所では、コレステリック液晶の反射波長と入射光
線の波長が一致すると、光が反射される。光線プロフィ
ールをカットするための記載の装置は、ＣＬＣ体積を制
限するために湾曲した面を利用する。この場合、曲率半
径が異なっていることに基づき、封入される体積は層厚
さで変動する。それにより、所望の位置に依存して異な
った透過率を生じる。
【０００８】ヨーロッパ特許公開第３０２６１９号明細
書では、円偏光を維持して可視光線の部分領域を反射す
るために、ＣＬＣからなる平坦なフィルタが使用され
る。該明細書に記載されたレフレクタは光の拡がり方向
だけを変化させるが、レンズに基づく結像作用はしな
い。更に、反射された光の記載された円偏光は、大きな
入射角度に基づき不完全である。
【０００９】ヨーロッパ特許公開第３４８１４１号明細
書から、鮮鋭度がＣＬＣを使用することにより改良され
た赤外線フィルタが公知である。第２ｂ図に示された、
保護眼鏡の図示のレンズ内の湾曲したコレステリック層
は、好ましくない波長の光を任意の方向で結像すること
なく反射し、そうして透過した光を濾波する。
【００１０】Schadt et al.は、“Japanese Jounal of
Applied Physics, 29, No.10 1990，1974−1984”に、
投影式ディスプレイ用の色及び偏光選択のための平面Ｃ
ＬＣレフレクタの装置を記載した。この場合には、ＣＬ
Ｃ層での反射は、それぞれ４５°の角度で行われる。反
射された光の円偏光は入射角度が増大するに伴い減少す
るので、この偏光子の反射された光は殆ど偏光されてい
ない。
【００１１】
【発明の構成】本発明は、少なくとも１種のコレステリ
ック液晶が湾曲した表面を有する２つの光透過性基板の
間の一定の厚さの中間室内に封入され、該液晶の螺旋軸
が光透過性基板の湾曲した表面に対して垂直に配向され
ており、かつ前記の中間室の規定された液晶層が光学的
に結像する鏡を形成することを特徴とする、結像する色
及び偏光選択性反射を行う光学素子を提供する。
【００１２】本発明において、コレステリック液晶（Ｃ
ＬＣ）とは、その光学的特性がネマチックキラール相の
特性に相当するヘリカル相を有する物質であると解され
るべきである。
【００１３】更に、本発明は、光学的に結像する波長及
び偏光選択性のレフレクタの製造方法に関する。
【００１４】本発明は、また、前記レフレクタを、ビー
ムスプリッタ、又は投影式ディプレイのような高い光量
を有する装置における再結合素子として使用することに
関する。
【００１５】本発明によるレフレクタは、光を使用され
るＣＬＣ色及び偏光選択性に依存して反射する。該レフ
レクタは、レンズの意味において結像光学素子として作
用する。反射されない光は、その光路を変化することな
くＣＬＣ層を経て進行する。従って、その作用が色及び
円偏光の回転方向に制限されかつその他の点では透過し
た光には影響しない結像レフレクタが生じる。このよう
な本発明による素子を用いると、色フィルタ、偏光子及
びレンズを１つの素子にまとめ合わせることができる。
【００１６】本発明においては、光とは、３００〜３０
００ｎｍ、特に３５０〜２０００ｎｍの波長を有する電
磁線であると解されるべきである。
【００１７】例えば、平凸レンズと平凹レンズの間のＣ
ＬＣ層からなる光学素子は、その都度いずれの側が照射
されるかに基づき、一方の側では凹面鏡として、他方の
側では凸面鏡として作用する。第１の場合には、平行に
入射する光はＣＬＣ層を経て反射されかつ焦点に集光さ
れる。第２の場合には、該光は発散されかつ、図１〜４
に示されている用に、該素子の後方の仮想焦点から放出
されるように見える。
【００１８】反射されなかった光の光路は、本発明によ
る素子の影響を受けない。該素子の焦点距離は使用レン
ズの焦点距離を適当に選択することにより調整すること
ができる。
【００１９】前記の平凸レンズ及び平凹レンズのほか
に、一方の方向には曲率を有しないが、該方向に対して
垂直方向で放物面、円形もしくは楕円形に湾曲した円柱
形状を有するレンズは、湾曲した表面を有する光透過性
基板の別の例である。
【００２０】理想的に結像するレフレクタは、放物面状
に湾曲した表面を有するべきである。しかしながら、球
面状もしくは楕円状に湾曲した表面を有するレンズも本
発明による素子を製造するために使用することができ
る。
【００２１】両側が湾曲した表面を有するレンズ、例え
ば凸凹レンズ、凸凸レンズ又は凹凹レンズを使用するこ
とにより、反射された光成分だけを結像するのでなく、
また透過した光成分も結像する素子を製造することがで
きる。
【００２２】平凸と平凹球面レンズの間のＣＬＣからな
る素子は、例えば投影式ディスプレイで使用するために
適当である。このような装置での高い光透過量は、感光
性の、光を吸収しない物質、例えばＣＬＣの使用を必要
とする。従来は、このような装置でＣＬＣを使用するこ
とは大きな角度で照射する際にＣＬＣの弱い偏光作用が
障害になっていた。本発明による素子を使用すると、こ
の問題は解決される。それというのも、大きな角度が生
じないからである。更に、本発明による素子を使用する
ことにより、投影式ディスプレイにおける構成成分が減
少しかつディスプレイの光収率が高まる。
【００２３】複数の本発明による素子を、１枚の基板に
組み合わせることができる。５×８の本発明による凹面
鏡の領域からなるこのような組み合わせは、図５〜６に
示されている。
【００２４】本発明によるレフレクタは、光透過性基板
の湾曲した表面に場合により配向層を施した後に少なく
とも１種のコレステリック液晶を載せ、引き続きこのコ
レステリック液晶を、場合により同様に配向層を施した
光透過性基板の第２の湾曲した表面を載せて分割し、両
者の光透過性基板の湾曲した表面の間に一定の厚さのＣ
ＬＣ薄膜が生ぜしめることにより製造することができ
る。基板表面に施す前に、該液晶を、場合により透明に
するか、又は流動性にするために透明点近くまで有利に
は２０℃に加熱する。有利には、また光透過性基板の湾
曲した表面を更にほぼ同じ温度に加熱する。
【００２５】本発明による光学素子を製造するためのも
う１つの方法は、少なくとも１種のＣＬＣを２つの湾曲
した表面の間の一定の厚さの中間室に間挿し、かつ液晶
質物質を自体公知方法で、螺旋軸が基板表面に対して垂
直になるように配向することよりなる。
【００２６】湾曲した表面を製造するための基板として
は、光透過性である全ての材料が適当である。ガラス、
石英及び／又は高透明プラスチックを使用するのが有利
である。光学ガラス、例えばＢＫ７（Schott Glaswer
k、ドイツ国マインツ在）を使用するのが有利である。
【００２７】基板の表面は、両方の表面の間に一定の厚
さの間隙が生じるように形成する。該間隙の厚さは、基
板表面相互の間隔を変更することにより調整可能であ
る。該間隙を所望の厚さに調整するために、スペーサを
使用することができる。所望の厚さは、有利には０．５
〜１５０μｍ、特に有利には２〜７０μｍである。従っ
て、湾曲した基板表面により一定の厚さの湾曲したセル
が形成される。
【００２８】このような表面の配置の簡単な例は、焦点
距離ｆ（凸面）の平凸の球面レンズと焦点距離ｆ（凹
面）の平凹レンズとの組み合わせであり、この場合に
は、両者のレンズは、凸面側が凹面側に接触するように
同一の屈折率ｎを有する（図１〜４参照）。
【００２９】曲率半径ｒに関しては、以下の方程式：
【００３０】
【数２】
【００３１】が当てはまり、この場合ｄは両者の表面の
間の間隙の厚さである。一般に使用されるレンズは、１
０ｍｍの最小焦点距離に相応して、５ｍｍより大きい曲
率半径を有する。このことに比較して、一般に最大１５
０μｍ、有利には最大７０μｍの空隙の厚さは無視する
ことができる。従って、一般に曲率半径が同じである
が、但し反対の符号を有するレンズを使用することがで
きる。このことに関しては、方程式：
【００３２】
【数３】
【００３３】が当てはまる。
【００３４】従って、
【００３５】
【数４】
【００３６】であるために、方程式：
【００３７】
【数５】
【００３８】が成り立つ。
【００３９】位置（ｘ，ｙ）での基板１及び基板２の曲
率ｐ（ｘ，ｙ）に関して以下の条件：
【００４０】
【数６】
【００４１】が満足される限り、本発明によるレフレク
タを製造するために、複雑化した形状を有する表面を使
用することができる。
【００４２】この場合、曲率ｐ（ｘ，ｙ）は基板表面
（ｘ，ｙ）の変形度と見做され、この場合も前記実施態
様によれば基板間の間隔は無視される。
【００４３】極めて小さな曲率半径を有するレンズ、例
えば５ｍｍ未満の曲率半径を有するレンズに関しては、
方程式（２）に基づきＣＬＣ層の厚さが考慮されるべき
である。
【００４４】２つの基板面の間の間隙に充填するために
は、３００〜３０００ｎｍの範囲内の光の波長で反射を
生じるピッチを有するそれぞれのＣＬＣが適当である。
【００４５】ＣＬＣの種類及びキラリティーの割合によ
り、ＣＬＣのねじれ構造のピッチ、ひいては反射される
光の波長は決まる。該構造のねじれは、左巻きでもま右
巻きでもよい。更に、該ＣＬＣは、配向された構造の後
での固定を可能にする、重合性、重縮合性もしくは重付
加を行う基を含有することができる。このような基の例
は、メタクリルオキシ基及びアクリルオキシ基である。
【００４６】適当な材料及びその製造方法は、例えばド
イツ国特許第３，６０４，７５７号明細書、ヨーロッパ
特許公開（Ａ２）第３２５２０８号明細書、ヨーロッパ
特許公開第公開（Ａ）第００６１３７号明細書（米国特
許第４，３８８，４５３号明細書に相当）又はD. J. Br
oer et al “Int. liquid Conf., Abstracts II, 921(1
992)に記載された文献に記載されている。
【００４７】特に適当であるのは、ヨーロッパ特許公開
第３５８，２０８号明細書に記載された３次元的に架橋
可能なポリオルガノシロキサンである。
【００４８】しかしながら、２つの表面間の間隙に充填
するためには、原則的に全てのＣＬＣが適当である。１
種類のＣＬＣを使用することもできるが、これらの液晶
の少なくとも２種のものの混合物を使用することもでき
る。コレステリック液晶質物質のモノマー混合物は、例
えばキラリティーを有するネマチック液晶の組み合わせ
により製造することができる。
【００４９】反射波長がそれぞれの所望の反射最大の範
囲内にある液晶質物質を使用することにより、任意の波
長のためのレフレクタを製造することができる。右巻き
又は左巻きの螺旋構造を有する液晶質物質を選択するこ
とにより、本発明によるレフレクタにより反射された円
偏光をそれぞれ所望に合わせて調整することができる。
【００５０】反射層を製造するには、レフレクタ面に対
して垂直なＣＬＣの螺旋軸の均一な配向が必要である。
【００５１】このことは原理的にはＣＬＣ層を配向する
ためのあらゆる公知方法を用いて行うことができる。例
えば、配向層の剪断又は取付けにより配向することがで
きる。
【００５２】有利に使用される、ネマチックのコレステ
リック材料の平面配向は、配向層として例えばポリイミ
ド又はナイロンもしくは別の適当な物質からなる薄いフ
ィルムを基板上に取付けるとにより製造することができ
る。この取付けは、例えばＬＣディスプレイの製造から
公知であるような方法に基づき行うことができる。例え
ばビロード布で擦ることにより、該フィルムはその平坦
な配向作用を有する。
【００５３】スメチック材料を使用する際に必要である
ホモトロープ配向は、例えば配向層としてレシチンを施
すことにより生ぜしめることができる。
【００５４】横方向の双極配向を有するＣＬＣを使用す
ると、配向はまた、セルに液晶質物質を充填した後に、
電界方向が基板表面に対して垂直に配向されるように電
界を印加することにより可能である。電界を用いた配向
は、例えば基板表面に導電性被覆を施すことにより可能
である。この手段は、例えば基板表面のＩＴＯ蒸着によ
り行うことができる。
【００５５】ＣＬＣは自体公知方法でセルに充填する。
この充填は、毛管現象を利用することにより可能であ
る。
【００５６】本発明によるレフレクタにより、反射帯の
スペクトル範囲内の円偏光の平行光線は反射されかつレ
フレクタの焦点にフォーカシングされる。反射されない
光は、その光路を変化せずに進行する。従って、透過し
た光は、更に使用するために提供される。フォーカシン
グされた光は、例えば小さな鏡によりまず転向され、そ
うして初期の光路の外側で任意の用途のために利用可能
である。
【００５７】本発明による、球面のＣＬＣ素子からなる
ビームスプリッタ素子は、図７に示されている。球面の
平凸レンズ１、球面平凹レンズ２及びＣＬＣ層３からな
るレフレクタに、平行に入射し、偏光されていない白色
光４が入射する。該光の反射された成分は、鏡５にフォ
ーカシングされかつ集光レンズ６により収束される。こ
の部分光線７は、円偏光されかつスペクトルが反射帯に
制限される。透過した光８は、この成分を含んでいない
ので、該光は反射帯の内で反対方向に偏光されかつ反射
帯内には存在しない波長に関しては偏光されていない。
【００５８】本発明による、球面ＣＬＣ素子からなる、
異なった色を有する結像光路の再結合素子は、図８に示
されている。入射する平行光線９は、集光レンズ６によ
り鏡５にフォーカシングされ、該鏡から球面の平凸レン
ズ１、球面の平凹レンズ２及びＣＬＣ層３からなる本発
明による素子に入射しかつ該素子から、円偏光及び色が
ＣＬＣ層３によって反射された円偏光及び色と一致する
と、反射されかつ透過した光１０と結合され、そうして
再結合された光１１が得られる。透過した光１０は、そ
れがＣＬＣ層３の反射帯域の外部の色成分のみを有する
場合には影響を受けない。
【００５９】従って、従来のビームスプリッタ及び再結
合素子はスペクトル範囲を分割ないしは結合するために
は、４５°で入射する光を９０°転向しかつ必要な偏光
をスペクトル範囲の分割とは別に実施するダイクロイッ
クミラーを使用するが、本発明によるビームスプリッタ
及び再結合素子は、スペクトル範囲の分割並びにそれぞ
れのスペクトル範囲の偏光を可能にする。
【００６０】円偏光した反射を利用することにより偏光
子を省くために、従来のビームスプリッタにおけるダイ
クロイックミラーの代わりに公知の平面ＣＬＣ層を使用
することは、不可能である。それというのも、公知のコ
レステリック層の偏光作用は４５°の角度での反射では
不十分であるからである（例えばSchat at al.,Japanes
e Journal of Applied Physics, 29, No.10 1990, 1974
-1984参照）。
【００６１】本発明による球面レフレクタを使用する
と、一般に使用されるアパーチャで有利には２０°未
満、特に有利には１５°未満の小さな反射角度のみが生
じるので、垂直入射でコレステリック反射の良好な偏光
が維持される。
【００６２】例えば、図９に示されているように、それ
ぞれ異なったＣＬＣ層を有する３つの本発明によるビー
ムスプリッタ１２ａ〜１２ｃを組み合わせることによ
り、定義された円偏光を有する原色赤、緑及び青を選択
し（７ａ〜７ｃ）、既に従来の技術において使用された
ような、それぞれ１つの液晶ディスプレイ１３ａ〜１３
ｃにより円偏光を位置変更する、即ち像点のその都度の
接続状態に基づき円偏光を逆転させるか又はそのまま維
持し、かつ３つの光路を本発明によるレフレクタ１４ａ
〜１４ｃからの第２の３結合によりそれぞれ異なったＣ
ＬＣ層と再結合させることができる。再結合した部分ビ
ーム１１ａ〜１１ｃは、結像対物レンズ１５により観察
スクリン１６に投影する。原色赤、緑及び青を反射する
素子の前記のような組み合わせにより、偏光、色分解及
び色結合をコレステリック層で行う投影ディスプレイを
構成することができる。
【００６３】図１〜４は、球面平凸レンズ１、球面平凹
レンズ２並びに両者のレンズ間のＣＬＣ層３からなる本
発明による光学素子の構造及び用途を示す。図中、ｒは
平凸レンズの曲率半径、Ｄは光学素子の直径、ｄはＣＬ
Ｃ層の厚さ（レンズ１と２の間隔に相当）、ａは凸レン
ズの中心部の厚さ、ｆ及びＦは凹面鏡として使用する際
の本発明による光学素子の焦点距離及び焦点、ａ′は凹
レンズの中心部の厚さ、ｆ′及びＦ′は凸面鏡として使
用する際の本発明による光学素子の焦点距離及び焦点で
ある。
【００６４】図１は、素子の縦断面図を示す。図２に記
入された切断面が示されている。
【００６５】図２は、素子の図１に対して垂直な縦断面
図を示す。図１に記入された切断面が示されている。
【００６６】図３は、本発明による素子を凹面鏡として
使用する際の光路を示す。
【００６７】図４は、本発明による素子を凸面鏡として
使用する際の光路を示す。
【００６８】図５は、１つの基板上での５×８個の本発
明による凹面鏡の組み合わせ体の断面図を示す。図６に
記入された切断面が示されている。
【００６９】図６は、概念的に強度に誇張して、図５に
示した図の横断面図を示す。５×８個の凸レンズ１７の
領域を含む透明な基板表面と、５×８個の凹レンズ１８
を含む透明な基板表面との間に、一定の厚さのＣＬＣ層
３が存在する。
【００７０】図７は、入射する、偏光されていない白色
光から定義された偏光を有する色を分離するための本発
明によるビームスプリッタ素子を示す。該図面におい
て、１は平凸レンズ、２は平凹レンズ、３はＣＬＣ層、
４は平行に入射する、偏光されていない白色光、５は平
面鏡、６は集光レンズ、７はコレステリック反射帯域の
スペクトル範囲を有する円偏光した光、８は透過した光
を示し、ＣＬＣ層により反射された成分は省略されてい
る。
【００７１】図８は、異なった色を有する結像光路を再
結合するための本発明によるビームスプリッタ素子を示
す。該図面において、１は平凸レンズ、２は平凹レン
ズ、３はＣＬＣ層、５は平面鏡、６は集光レンズ、９は
コレステリック反射帯のスペクトル範囲からの円偏光し
た光、１０はコレステリック反射帯の外側の光、１１は
再結合した光を示す。
【００７２】図９は、投影式ディスプレイにおける原色
赤、緑及び青を分離及び再結合するための複数のビーム
スプリッタ素子の組み合わせを示す。該図面において、
４は平行に入射する、偏光されていない白色光、７はコ
レステリック反射帯のスペクトル範囲からの円偏光した
光、１１は再結合した光、１２ａ〜ｃは図７に相当して
（１２ａ）赤、（１２ｂ）緑及び（１２ｃ）青色光用の
ビームスプリッタ、１３ａ〜ｃは（１３ａ）赤、（１３
ｂ）緑及び（１３ｃ）青色部分像を発生するための液晶
ディスプレイ、１４ａ〜ｃは（１４ａ）赤、（１４ｂ）
緑及び（１４ｃ）青色光のための図８に相当する再結合
素子、１５は結像光学系、１６は観察スクリンへの像の
投影を示す。
【００７３】図１０〜１３は、円柱状平凸レンズ１９、
円柱状平凹レンズ２０並びに両者のレンズ間のＣＬＣ層
３からなる本発明による光学素子の構造及び用途を示
す。図中、ｒは平凸レンズの曲率半径、Ｄは光学素子の
直径、ｄはＣＬＣ層の厚さ（レンズ１と２の間隔に相
当）、ａは凸レンズの中心部の厚さ、ｆ及びＦは凹面鏡
として使用する際の本発明による光学素子の焦点距離及
び焦点、ａ′は凹レンズの中心部の厚さ、ｆ′及びＦ′
は凸面鏡として使用する際の本発明による光学素子の焦
点距離及び仮想焦点である。
【００７４】図１０は該素子の縦断面図を示し、図１１
に記入された切断面が示されている。
【００７５】図１１は、該素子の図１０に対して垂直な
縦断面図を示す。図１０に記入された切断面が示されて
いる。
【００７６】図１２は、本発明による素子を凹面鏡とし
て使用する際の光路を示す。
【００７７】図１３は、本発明による素子を凸面鏡とし
て使用する際の光路を示す。
【００７８】
【実施例】次に、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【００７９】本発明による方法で使用するために、以下
の物質を使用した： 物質Ｉ：物質Ｗａｃｋｅｒ−ＬＣ−Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｃ
Ｃ３７６７（Wacker-Chmie GmbH；81737 Nuenchenから
市販されている）は、ネマチックのコレステリック液晶
質オルガノシロキサンである。７０℃で、このＣＬＣの
反射最大は６７０ｎｍである。反射された光は、左巻き
に偏光されている。
【００８０】物質ＩＩ：物質Ｗａｃｋｅｒ−ＬＣ−Ｓｉ
ｌｉｃｏｎ−ＣＣ３９３９(Wacker-Chmie GmbH；81737
Nuenchenから市販されている）は、ネマチックのコレス
テリック液晶質オルガノシロキサンである。７０℃で、
このＣＬＣの反射最大は３９０ｎｍである。反射された
光は、左巻きに偏光されている。
【００８１】物質ＩＩＩ：物質Ｗａｃｋｅｒ−ＬＣ−Ｓ
ｉｌｉｃｏｎ−ＣＣ３７１５０（Wacker-Chmie GmbH；8
1737 Nuenchenから市販されている）は、ネマチックの
コレステリック液晶質オルガノシロキサンである。７０
℃で、このＣＬＣの反射最大は１５００ｎｍである。反
射された光は、左巻きに偏光されている。
【００８２】物質ＩＶａ，ｂ，ｃ：物質Ｉ〜ＩＩＩの混
合により、３９０ｎｍ〜１５００ｎｍの各反射波長を調
整することができる。原色赤、緑及び青のために３種類
の混合物を製造した。これらの反射波長は、７０℃で重
合させた場合、６３４ｎｍ（ａ：物質Ｉ９５％及び物質
ＩＩ５％）、５３０ｎｍ（ｂ：物質Ｉ７０％及び物質Ｉ
Ｉ３０％）及び４５３ｎｍ（ｃ：物質Ｉ４０％及び物質
ＩＩ６０％）である。
【００８３】物質Ｖ： ネマチックのコレステリック液晶質オルガノシロキサン
を以下のようにして合成した： ａ）４−（プロペン−２−オキシ）安息香酸ドリステリ
ルエステルの製造 コレスタジエン（９８％、Ａｌｄｒｉｃ ＧｍｂＨ，７
９２４ Ｓｔｅｉｎｈｅｉｍ）５０ｇを、酢酸３０ｍｌ
を添加した乾燥酢酸エチルエステル８００ｍｌに溶か
し、酸化白金１．５ｇを添加した後に容積２リットルの
オートクーブに移行させた。水素添加は、５０℃及び水
素圧１０ａｔｍで実施しかつ一般に２４時後に終了し
た。反応終了後に、触媒を濾別し、溶剤を回転蒸発させ
かつ得られたドリステロールをエタノールから再結晶さ
せた。収量：４２．５ｇ（８８．５％）。該物質の純度
は、１Ｈ−ＮＭＲ−及び１３Ｃ−ＮＭＲ分光分析で確認
した。
【００８４】４−（プロペン−２−オキシ）安息香酸ク
ロリド（公知方法に基づき４−ヒドロキシ安息香酸メチ
ルエステルから出発して、アリル化し、鹸化しかつ酸塩
化物に転化することにより製造した）１７ｇ及びドリス
テロール３２ｇを乾燥トルエン中に溶かし、１５時間還
流加熱する。引き続き、溶剤を留去し、残留物をエタノ
ールから再結晶させる；収量：４４．９ｇ（収率９９
％）、融点９２℃（ｎ＊１０５℃ｉ）。
【００８５】ｂ）ヒドロシリル化 ４−（プロペン−２−オキシ）安息香酸ドリステリルエ
ステル１ｇ、４−（プロペン−２−オキシ安息香酸−
４′−フェニルフェニルエステル（通常の製造方法に基
づき製造）１．５３ｇ及びペンタメチルシクロペンタシ
ロキサン６４６ｍｇを乾燥トルエン２０ｍｌに溶かし、
かつジシクロペジエン白金ジクロリドの溶液（メチレン
クロリド中１重量％）０．１ｍｌを添加した後に１００
℃に１時間加熱する。５０℃に冷却した溶液に、４−
（プロペン−２−オキシ）安息香酸−（４−メタクリル
オキシ）フェニルエステル（通常の製造方法に基づき製
造）１．４５ｇ、ヒドロキノン５００ｐｐｍ及び更に触
媒溶液０．１ｍｌに加える。この溶液を７０〜８０℃で
半時間撹拌する。反応終了後に、触媒をシリカゲルを充
填した短いカラム（ｌ＝３ｃｍ，直径＝３ｃｍ）を分離
し、かつ生成物をエタノールから析出する。６０℃で４
５６ｎｍの反射波長を有する物質２．８ｇ（６０％）が
得られる。反射した光は右回りに偏光されている。
【００８６】物質ＶＩ：ネマチック混合物Ｍｅｒｃｋ−
ＺＬＩ−１５６５（E．Merck，Darmstadt）に、キラリ
ティーのＭｅｒｃｋ−ＺＬＩ−８１１ ２０重量％を加
えることによりネマチックのコレステリック液晶を得
る、該液晶は７７０ｎｍで左巻きの光を反射する。
【００８７】例１ 円筒状レフレクタ（図１０，１１は該素子の断面図を示
す）： 焦点距離３００ｍｍ及び−３００ｍｍを有するガラス
（ｎＢＫ７＝１．５１８７を有するＢＫ７）からなる平
凸円柱レンズ１９と平凹円柱レンズ２０の間に、反射性
ＣＬＣ層３を製造した。この際、５３０ｎｍの反射波長
を有する物質Ｖｂを使用しかつ後からの光重合のために
光開始剤２％（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ９０７：Ｃｉｂａ
Ｇｅｉｇｙ）を混合した。詳細には、円柱レンズの湾曲
した表面にまず硬化させたポリイミド層を施し、引き続
き配向するためにビロード布で唯一方向に擦った。引き
続き、約７０℃に調温した凹レンズの湾曲した表面に、
十分な量の同様に７０℃に加熱したＣＬＣを加え、引き
続き同様に約７０℃に加熱した凸レンズを載せることに
より、両面の間に薄膜（層厚さ約１０μｍ）が残留する
まで分割した。引き続き、該薄膜をＵＶＡ光を照射する
ことにより重合させた。
【００８８】この素子の反射帯域からの偏光した光に対
する結像特性は、±１５５．６ｍｍの曲率半径を有する
円筒状凹面鏡の特性に合致する。自由凹面鏡の場合に
は、近軸光線の対する焦点距離は凹面側でｒ／２であり
かつ凸面側では−ｒ／２である（図１２＋１３）。レン
ズ基板のガラス板は光路に付加的な屈折制限面を導入す
るので、焦点距離は方程式：
【００８９】
【数７】
【００９０】に基づき計算すると、凹面鏡（ａ＝４ｍ
ｍ）に関してはｆ＝５２．６ｍｍ及び凸面鏡（ａ′＝−
７．５ｍｍ；表１も参照）に関してはｆ′＝−４８．７
ｍｍが得られる。
【００９１】第１表：例１〜９に記載した光学素子のパ
ラメータ（長さ単位［ｍｍ］；略語は図面で使用したも
のに一致する；焦点距離ｆ及びｆ′は方程式７に基づき
計算した；ｆ（凸面）：凸レンズの焦点距離；ｆ（凹
面）：凹レンズの焦点距離）
【００９２】
【表１】
【００９３】例２ 球面レフレクタ、凹面鏡（図１，２は回転対称素子の断
面を示す）：焦点距離２００ｍｍ及び−２００ｍｍを有
する平凸球面レンズ１と平凹球面レンズ２の間に、例１
に記載した工程に類似して物質ＩＶａから赤色で反射す
る重合したＣＬＣ層３を製造した。反射帯からの左回り
の偏光した光に対する結像特性は、球面凹面鏡の特性と
同じである（図３，４参照）。該素子の寸法及び焦点距
離は、第１表にまとめて示す。
【００９４】例３ 例２に類似して、物質ＩＶｂの緑色で反射するＣＬＣで
球面凹面鏡を製造した。
【００９５】例４ 例２に類似して、物質ＩＶｃの青色で反射するＣＬＣを
有する球面凹面鏡を製造した。
【００９６】例５ 例２に類似して、物質ＩＩＩの１５００ｎｍ青色で反射
するＣＬＣを有する球面凹面鏡を製造した。
【００９７】例６ 従って、該物質を約３０℃である物質Ｖのガラス転移温
度以下に冷却することにより固定した。
【００９８】例７ 例２に類似して、物質ＶＩを有する球面凹面鏡を製造し
た。しかしながら、該素子の固定は、液晶の重合によら
ずに、レンズ縁部を市販の溶剤不含の接着剤（UHU Plus
速硬性）で接着することにより行った。
【００９９】例８ 例２に類似して、焦点距離６００ｍｍ及び−６００ｍｍ
のレンズを有する球面凹面鏡を製造した（第１表参
照）。
【０１００】例９ 例２に類似して、焦点距離１５０ｍｍ及び−１５０ｍｍ
のレンズを有する球面凹面鏡を製造した（第１表参
照）。
【０１０１】例１０ 例２に類似して、焦点距離１０ｍｍ及び−１０ｍｍのレ
ンズを有する球面凹面鏡を製造した（第１表参照）。
【０１０２】例１１ 偏光するビームスプリッタを、例３に記載の素子から構
成した（図３参照）。
【０１０３】このためには、白熱電球（１２Ｖ，１５０
Ｗ）のフィラメントをコンデンサを用いて無限遠に結像
させた。それによって、平行光線４がレフレクタに入射
した。緑色のスペクトル範囲内にあるＣＬＣ層の反射帯
域に相応して、入射する白色光の円偏光を鏡にフォーカ
シングした。射出光線７から、M. Born, E. Wolf; “Pr
inciples of Optics", (Pergamon Press 第6版; 552頁)
に記載された方法に基づき球面レフレクタでの発散開口
数に関する偏光度を測定した。この際、該アパーチャア
照明面の直径と、ＣＬＣ層３と鏡５内の焦点の間の距
離、即ち鏡の焦点距離（第１表参照）との比により与え
られる。照明面は絞りにより調整することができる。
０．２８の最大開口数まで、それぞれ、１の理想値に極
めて近い０．９７０±０．００２の同じ偏光度を生じ
た。この場合、観察帯域幅は２０ｎｍに制限した。
【０１０４】このための比較のために、９０°転向に関
して平坦なＣＬＣ（入射角度４５°）で明らかに悪い
０．９０の偏光度が測定された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明よる素子の１実施例の図２のＩａ−Ｉａ
線に沿った断面図である。
【図２】図１の素子の図１のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面
図である。
【図３】図１の素子を凹面鏡として使用する際の光路を
示す図である。
【図４】図１の素子を凸面鏡として使用する際の光路を
示す図である。
【図５】１つの基板上での５×８個の本発明による凹面
鏡の組み合わせ体の平面図である。
【図６】図５に示した組み合わせ体の図５のＩＩｂ−Ｉ
Ｉｂに沿った断面図である。
【図７】本発明によるビームスプリッタ素子の１実施例
の構成図である。
【図８】ビームスプリッタ素子の別の実施例の構成図で
ある。
【図９】ビームスプリッタ素子の組み合わせ装置の構成
図である。
【図１０】本発明による光学素子の別の実施例の図１１
のＶＩａ−ＶＩａ線に沿った断面図である。
【図１１】図１０の素子の図１０のＶＩｂ−ＶＩｂ線に
沿った断面図である。
【図１２】図１０の素子を凹面鏡として使用する際の光
路を示す図である。
【図１３】図１０の素子を凹面鏡として使用する際の光
路を示す図である。
【符号の説明】
１ 平凸レンズ、 ２ 平凹レンズ、 ３ ＣＬＣ層、
４ 平行に入射する、偏光されていない白色光、 ５
平面鏡、６ 集光レンズ、 ７ コレステリック反射
帯のスペクトル範囲からの円偏光した光、 ８ 透過光
（ＣＬＣそうにより反射した成分を含まない）、 ９
コレステリック反射帯のスペクトル範囲からの円偏光し
た光、 １０ コレステリック反射帯の外側の光、 １
１ 再結合した光、 １２ 赤（ａ）、緑（ｂ）及び青
（ｃ）光用のビームスプリッタ、１３ 赤（ａ）、緑
（ｂ）及び青（ｃ）色部分像を発生するための液晶ディ
スプレイ、 １４ 赤（ａ）、緑（ｂ）及び青（ｃ）色
光のための再結合子、１５結像光学系、１６ 観察スク
リンへの像の投影、 １８ 凹レンズ、 １９円柱状平
凸レンズ、 ２０ 円柱状平凹レンズ、 ｒ 平凸レン
ズの曲率半径、Ｄ 光学素子の直径、 ｄ ＣＬＣ層の
厚さ（レンズ１と２の間隔に相当）、ａ 凸レンズの中
心部の厚さ、 ｆ及びＦ 凹面鏡として使用する際の光
学素子の焦点距離及び焦点、 ａ′ 凹レンズの中心部
の厚さ、 ｆ′及びＦ′ 凸面鏡として使用する際の光
学素子の焦点距離及び焦点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン バイアーグレースライン ドイツ連邦共和国 ミュンヘン アイン トラハトシュトラーセ ６ (72)発明者 フランツ−ハインリヒ クロイツァー ドイツ連邦共和国 マルティンスリート ヨーゼフ−ゲルストナー−シュトラー セ 15 (56)参考文献 特開 平１−200325（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−144419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−128204（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/13 G02B 5/30

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１種のコレステリック液晶が
    湾曲した表面を有する２つの光透過性基板の間の一定の
    厚さの中間室内に封入され、該液晶の螺旋軸が光透過性
    基板の湾曲した表面に対して垂直に配向されており、か
    つ前記の中間室の規定された液晶層が光学的に結像する
    鏡を形成することを特徴とする、ビームスプリッタ又は
    高い光量を有する装置の再結合器におけるレフレクタと
    して使用する光学素子。
  2. 【請求項２】 コレステリック液晶として少なくとも１
    種のポリオルガノシロキサンを使用する、請求項１記載
    の素子。
  3. 【請求項３】 湾曲した表面を有する光透過性基板とし
    て第１の円柱レンズの凹面側と第２の円柱レンズの凸面
    側とが組み合わされ、円柱セグメントの形の素子を形成
    する、請求項１又は２記載の素子。
  4. 【請求項４】 湾曲した表面を有する光透過性基板とし
    て第１のレンズの凹面側と第２のレンズの凸面側とが組
    み合わされ、凹面鏡の形のレフレクタを形成する、請求
    項１又は２記載の素子。
  5. 【請求項５】 請求の範囲第１項から第４項までのいず
    れか１項記載の光学素子を製造する方法において、少な
    くとも１種のコレステリック液晶を２つの光透過性基板
    の２つの湾曲した表面の間の一定の厚さの中間室内に挿
    入し、かつ液晶質物質を通常の方法で配向する、ビーム
    スプリッタ又は高い光量を有する装置の再結合器におけ
    るレフレクタとして使用する光学素子の製造方法。
  6. 【請求項６】 請求の範囲第１項から第４項までのいず
    れか１項記載の光学素子を製造する方法において、光透
    過性基板の場合により加熱した、湾曲した表面に、場合
    により配向層を施した後に少なくとも１種の場合により
    加熱した、コレステリック液晶を載せ、かつこのコレス
    テリック液晶を、引き続き、場合により同様に配向層を
    施した光透過性基板の場合により加熱した、第２の湾曲
    した表面を載せることにより分割して、２つの光透過性
    基板の湾曲した表面の間に一定の厚さのＣＬＣ薄膜を生
    ぜしめることを特徴とする、ビームスプリッタ又は高い
    光量を有する装置の再結合器におけるレフレクタとして
    使用する光学素子の製造方法。
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