JP3421996B2

JP3421996B2 - 光学素子

Info

Publication number: JP3421996B2
Application number: JP17955493A
Authority: JP
Inventors: 宗和伊達; 敬二田中; 信二津留; 謹矢加藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 2003-06-30
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JPH0736063A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の方向を変える光学
素子（光偏向素子）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光の伝搬方向を変える素子（以
下、光偏向素子と称する）は、鏡の方向を機械的に変え
るものであり、このような素子の代表的なものとしてガ
ルバノミラーが知られている。

【０００３】図２はガルバノミラーを示す概略図であ
る。図において、201 は鏡、202 は回転軸で、回転軸20
2 に鏡201 を取付けた構造である。鏡201 に光203 を当
てると反射光204 が得られるが、鏡201 の回転角を変え
ることにより、反射光の方向を例えば205 の方向に変え
ることが可能となる。従って、鏡201 の回転角を連続的
に変えれば自由に光の方向を変えること（光偏向）がで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の光偏光素子は機械的動作に依っているため、小
型化が難しかった。さらに、慣性等の影響のため速度変
化の激しい俊敏な光偏向は困難であった。

【０００５】本発明は、機械的可動部を用いずに連続的
に光の方向を変えることができる光学素子を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項１では、外界からの光を入射可能
に設けられると共に少なくとも１枚が透明性を有する２
枚の電圧印加用の電極に挟まれ、前記電極に印加される
電圧によって前記屈折率を変化可能な透光性媒質と、前
記透光性媒質中に設けられると共に互いに屈折率の異な
る２つ以上の物質からなる波長程度の周期的多層構造を
有し且つ前記透光性媒質との境界面で前記透光性媒質と
の屈折率の差により反射機能を有する複数の物質とを有
し、前記境界面が前記電極と所定の角度をなすように前
記周期的多層構造が所定の間隔をあけて複数配置され、
前記透明性電極と平行でない前記境界面が複数形成され
ている光学素子を提案する。

【０００７】また、請求項２では、請求項１記載の光学
素子において、前記２枚の電極のうちの１枚のみが透明
性を有している光学素子を提案する。

【０００８】また、請求項３では、請求項１記載の光学
素子において、前記２枚の電極の両方が透明性を有して
いる光学素子を提案する。

【０００９】また、請求項４では、請求項１記載の光学
素子において、前記屈折率可変な透光性媒質として電気
的に屈折率が変化する物質を用いた光学素子を提案す
る。

【００１０】また、請求項５では、請求項１記載の光学
素子において、前記反射機能を有する物質が透光性を有
する光学素子を提案する。

【００１１】さらに、請求項６では、外界からの光を入
射可能に設けられると共に透明性を有する２枚の電圧印
加用の電極に挟まれ、前記電極に印加される電圧によっ
て屈折率を変化可能な透光性媒質と、前記透光性媒質中
に設けられると共に互いに屈折率の異なる２つ以上の物
質からなる波長程度の周期的多層構造を有し且つ前記透
光性媒質との境界面で前記透光性媒質との屈折率の差に
より反射機能を有する複数の物質とを有し、外界から一
方の前記電極を透過して入射したのち前記境界面で反射
され他方の前記電極を透過して外界に出射する出射光が
１点に集中するように、前記周期的多層構造が所定の間
隔をあけて複数配置され、前記透明性電極と平行でない
前記境界面が複数形成されている光学素子を提案する。

【００１２】また、請求項７では、外界からの光を入射
可能に設けられると共に少なくとも１枚が透明性を有す
る２枚の電圧印加用の電極に挟まれ、前記電極に印加さ
れる電圧によって屈折率を変化可能な透光性媒質と、前
記透光性媒質中に設けられると共に互いに屈折率の異な
る２つ以上の物質からなる波長程度の周期的多層構造を
有し且つ前記透光性媒質との境界面で前記透光性媒質と
の屈折率の差により反射機能を有する複数の物質とを有
し、前記透明性を有する電極側から入射した光の反射光
が、前記光の入射側の１点に集中するように、前記周期
的多層構造が所定の間隔をあけて複数配置され、前記透
明性電極と平行でない前記境界面が複数形成されている
光学素子を提案する。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１によれば、素子内には前記透
光性媒質と前記周期的多層構造との境界面が透明性電極
に対して非平行な状態で複数存在し、例えば外界から透
光性媒質中に入射光を照射すると、媒質中に入射した光
は該透光性媒質及び外界の屈折率に応じて屈折し伝搬方
向が変えられ、屈折率の異なる物質からなる波長程度の
周期的多層構造を有し且つ反射機能を有する前記周期的
多層構造との境界面に入射されると共に、該周期的多層
構造によって反射された後、透光性媒質内から外界へ出
射される。このときも、前記透光性媒質及び外界の屈折
率に応じて屈折される。これにより、出射光の伝搬方向
は前記入射光の伝搬方向とは異なったものとなる。さら
に、前記境界面が前記透明性電極に対して平行ではない
ので、前記透光性媒質の屈折率を変化させると、素子内
から外界に出射される出射角度が前記屈折率の変化に対
応して連続的に変化し、前記出射光の伝搬方向が変化す
る。

【００１４】また、請求項２によれば、前記２枚の電極
のうちの１枚のみが透明性を有し、該透明性を有する電
極を介して前記透光性媒質の光の入射と前記透光性媒質
から外界への光の出射が可能になる。

【００１５】また、請求項３によれば、前記２枚の電極
の両方が透明性を有し、該透明性を有する２枚の電極の
何れかを介して前記透光性媒質の光の入射と前記透光性
媒質から外界への光の出射が可能になる。

【００１６】また、請求項４によれば、前記透光性媒質
の屈折率が電気的に変化される。

【００１７】また、請求項５によれば、前記反射機能を
有する物質は透光性を有するので、光の透過が可能にな
る。

【００１８】また、請求項６によれば、一方の電極側か
ら外界から入射光を当てると、該入射光は前記一方の電
極を透過して透光性媒質内に入射し、前記透光性媒質内
で前記透光性媒質と前記反射機能を有する周期的多層構
造によって反射され、他方の電極を透過して外界に出射
され、このときの出射光が１点に集光する。さらに、前
記透光性媒質の屈折率を変化させることにより、前記出
射光の集光位置が変化する。これにより、可変焦点レン
ズが構成される。

【００１９】また、請求項７によれば、透明性を有する
電極に外界から入射光を当てると、該入射光は前記透光
性媒質内に入射し、前記透光性媒質と前記反射機能を有
する周期的多層構造によって反射され、該反射光は前記
入射光を当てた透明性電極を透過して外界に出射され、
このときの反射光が１点に集光する。さらに、前記透光
性媒質の屈折率を変化させることにより、前記反射光の
集光位置が変化する。これにより、可変焦点鏡が構成さ
れる。

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の動作原理及び
一実施例を説明する。まず、屈折率異方性のある媒質で
の反射及び屈折に関して説明する。図３の(a)(b)は複屈
折媒質での屈折および反射の様子を示した図である。一
般に複屈折媒質の屈折率を制御すると、以下に示した２
つの偏向効果がある。一つ目は、外界から媒質に入る際
の屈折による効果である。図３の(a) に示すように、一
般に屈折の法則は、外界301 の屈折率をｎ₀、透光性媒
質302 のθ方向の屈折率をｎ₁(θ) とし、入射角303 を
θi 、屈折角304 をθd とすると、ｎ₀sin θi ＝ｎ₁(θd) sin θd …(1) (1) 式の関係が成り立つ。つまり、ｎ₁(θ) が変化すれ
ばθi 、θd の関係が変化する。これは、出射の際も同
様である。

【００２１】二つ目は、媒質中における反射の際の効果
である。図３の(b) に示すように、媒質302 中に鏡305
を置いた場合、入射角306 （以下θ₀）と反射角307
（以下θ₁）とすると、等方性媒質中ではθ₀とθ₁は
等しいが、屈折率異方性のある媒質中では、その屈折率
をｎ₁(θ) とするとｎ₁(−θ₀) sin θ₀ ＝ｎ₁(θ₁) sin θ₁ …(2) (2) 式の関係を満たす。つまり、ｎ₁(θ) のθ依存性が
変化すれば、入射角θ₀と反射角θ₁の関係が変化す
る。即ち、これら２つの効果のため、媒質の屈折率を変
えることにより屈折角または反射角を変えること、つま
り光の方向を変化させること（光偏向）ができる。

【００２２】図１は、本発明に係る光学素子の原理を説
明するための基本構成を示す概略図である。２枚の透光
性板101 に挟まれた屈折率可変な透光性物質（以下、媒
質と称する）102 中に、例えば鏡の様な反射機能を持つ
領域（以下、反射体と称する）103が形成されている。

【００２３】入射光104 が外界から素子中に入射する
と、外界と媒質102 の屈折率差により屈折された光線10
5 となる。光線105 は媒質102 中の反射体103 によって
反射されて光線106 となり、外界との界面で再び屈折さ
れた後、出射光107 となって外界に出射される。

【００２４】媒質102 の屈折率の値及び異方性の一方ま
たは両方を変えると、先に述べた２つの効果により光偏
向ができる。例えば、光の経路は104 →105 →106 →10
7 から104 →109 →110 →108 の様に変化する。このと
き反射体103 の鏡面に対して、媒質102 と外界の界面が
平行でなければ、光線107 と光線108 は一般に平行では
なくなる。従って、媒質102 の屈折率を連続的に変化さ
せると、連続的に光の伝搬方向を変えること（偏向）が
できる。

【００２５】透光性板101 として透光性電極を用い、媒
質102 として例えば液晶のような電気的に屈折率可変な
透光性物質を用いれば、媒質102 に印加する電圧を連続
的に変えることにより媒質102 の屈折率ｎ₁(θ₁)が連続
的に変化するので、光の方向を連続的に制御することが
できる。

【００２６】次に、本発明に係る第１参考例を説明す
る。図４の(a)(b)(c) は第１参考例の光学素子を示す概
略構成図であり、前述した反射体として、媒質とは屈折
率の異なる物質との境界を用いた例である。第１参考例
の光学素子は、透光性電極401 と電極412 或いは２枚の
透光性電極401 によって、屈折率可変な媒質402 と透光
性物質403 を挟んだ構造をなし、素子内部では、媒質40
2 と透光性物質403 が屈折率の異なる周期的構造を形成
している。

【００２７】境界面による反射は屈折率差によって全反
射にも、有限の反射率とすることもできるが、基本的に
鏡面と等価であるので、前述した反射体103 として透光
性物質403 と媒質402 の境界面を用いたものに相当す
る。

【００２８】図４の(a) は入射光及び出射光が素子の同
一面を透過するように構成した場合を示す概略図であ
る。媒質402 と透光性物質403 が透光性電極401 と電極
412 によって挟まれた構造をなし、媒質402 と透光性物
質403 によって形成される反射面が、透光性電極401 側
の界面と所定角度を成すように形成されている。

【００２９】これにより、透光性電極401 側から入射光
404 を照射すると反射光405 が得られる。電極401,412
に電圧を印加し、媒質402 の屈折率および異方性を変え
ると、前述した原理と同様に光の伝搬方向が変わり、出
射光406 が得られる。さらに、電極401,412 に印加する
電圧を連続的に変化させることにより、連続的な光偏向
が実現される。この構造では反射面が周期的に複数形成
されているので、素子の薄型化が容易である。

【００３０】ここで、反射を担う境界面の物質の濃度変
化は、不連続であっても連続的であっても構わない。ま
た、透光性物質の領域は空洞であっても構わない。

【００３１】図４の(b) は光路が素子を貫通するように
構成した場合を示す概略図である。媒質402 と透光性物
質403 が２枚の透光性電極401 によって挟まれた構造を
なし、媒質402 と透光性物質403 によって形成される反
射面と透光性電極401 の界面との成す角度は、図４の
(a) に示す素子とは異なる所定角度に設定されている。

【００３２】これにより、一方の透光性電極401 側から
入射光404 を入射し、電極401 に印加する電圧を制御す
ることにより、他方の透光性電極401 側の界面からの出
射光は、例えば光線407 から光線408 のように方向を変
える。ここで、入射側の界面と出射側の界面が平行であ
る場合、この界面に対して媒質402 と透光性物質403に
よって形成される反射面が垂直であってはならないこと
は言うまでもない。

【００３３】図４の(c) は電極以外の部分から光を素子
に入射し、一方の電極側から出射するように、媒質402
と透光性物質403 によって形成される反射面と透光性電
極401 の界面との成す角度を設定して構成した場合を示
す概略図であり、媒質402 と透光性物質403 が透光性電
極401 と電極412 によって挟まれた構造をなしている。

【００３４】前述の構成によれば、電極401,412 以外の
側から入射光409 を入射し、電極401,412 に印加する電
圧を制御することにより、透光性電極401 の面から出射
される出射光は、例えば光線407 から光線408 のように
方向を変える。この例とは逆に電極側から素子に光を入
射し、電極以外の部分から出射してもよい。

【００３５】図４の(a)(b)(c) に示した第１参考例にお
ける、媒質402 としては、例えば屈折率異方性を有し電
界により分子の配向方向を制御可能な液晶を使用するこ
とができる。また、この場合、液晶領域は完全に純粋な
液晶領域ではなく、図５に示したような透光性物質501
中に液晶領域502 が分散したものでも良い。このように
液晶を分散させる場合は、液晶領域502 の大きさを小さ
くすることにより散乱を抑えることができる。また、液
晶領域502 中に樹脂が散在した状態や、両領域が絡んだ
状態であっても良い。

【００３６】また、透光性物質403 としては媒質402 と
屈折率の異なるものであればよく、例えば高分子樹脂を
用いることができる。

【００３７】図４に示した第１参考例の光学素子では、
両電極401,412 が平行になっているがこれに限らない。
さらに、電界によって屈折率制御を行ったがこれに限定
されることはない。例えば、媒質402 として液晶を用
い、磁界によって配向する性質を利用して磁界により偏
向方向を制御しても良いし、液晶は温度によって複屈折
状態と等方的状態をとるので、この相転移による屈折率
変化のような熱効果を用いても良い。また、例えばフォ
トクロミック材料の様な光により屈折率可変な材料を媒
質402 として用い、光によって偏向方向を制御しても良
い。電界を用いて制御しない場合は、電極401,412 が不
要であることは言うまでもない。

【００３８】また、媒質402 と透光性物質403 によって
形成される反射面（反射体）の間隔を小さくすると干渉
効果により、出射光の方向を離散化できる。さらに、連
続的に偏向する場合は、反射面の間隔を広げるか、或い
は間隔にゆらぎを持たせればよい。

【００３９】さらに、本参考例では媒質402 と透光性物
質403 によって反射面を形成しているが、透光性物質40
3 に限らず、透光性を持たない物質と媒質402 によって
反射面を形成しても良い。

【００４０】次に、本発明に係る第２参考例の光学素子
を説明する。図６の(a)(b)(c) は第２参考例の光学素子
を示す概略構成図であり、前述した反射体103 として、
屈折率の異なる物質からなる周期的微細構造を用いた例
である。第２参考例の光学素子は、透光性電極601 と電
極612 或いは２枚の透光性電極601 によって、屈折率可
変な媒質602 と透光性物質603 を挟んだ構造をなし、素
子内部では、媒質602 中に透光性物質603 が周期的に且
つ格子状に配置形成されている。これは前述した反射体
103 として格子面を用いたものに相当する。

【００４１】図６の(a) は入射光及び出射光が素子の同
一面を透過するように構成した場合を示す概略図であ
る。媒質602 と透光性物質603 が透光性電極601 と電極
612 によって挟まれた構造をなしている。これにより、
透光性電極601 側から入射光604 を照射すると格子面61
3aによって反射された反射光605 が得られる。電極601,
612 に電圧を印加し、媒質602 の屈折率及び異方性を変
えると第１参考例の場合と同様に光の伝搬方向が変わり
出射光606 が得られる。さらに、電極601,612 に印加す
る電圧を連続的に変えることにより、連続的な光偏向が
実現される。またこの構造では格子状に配置形成された
透光性物質603 の格子面が反射面となるので、素子の薄
型化が容易である。

【００４２】図６の(b) は光路が素子を貫通するように
構成した場合を示す概略図である。この場合、媒質602
と透光性物質603 が２枚の透光性電極601 によって挟ま
れた構造をなしている。これにより、入射光604 を入射
し電極601 間に印加する電圧を制御することにより、格
子面613bにより反射されて素子外に出射する出射光は60
7 から608 のように方向を変える。さらに、電極601 間
に印加する電圧を連続的に変えることにより、連続的な
光偏向が実現される。また、この構造では反射部分の厚
さが薄いので、素子の薄型化が容易である。ここで、入
射側の界面と出射側の界面が平行である場合は、反射面
は界面に対して垂直であってはならない。

【００４３】図６(c) は電極以外の部分から素子に光を
入射し、一方の電極側から出射するように構成した場合
を示す概略図であり、媒質602 と透光性物質603 が透光
性電極601 と電極612 によって挟まれた構造をなしてい
る。この構成によれば、電極601,612 以外の部分から入
射光609 を素子に入射し、電極601,612 に印加する電圧
を制御することにより、例えば格子面613cにより反射さ
れて透光性電極601 の面から出射される出射光は、光線
607 から光線608 のように方向を変え、電極601,612 間
に印加する電圧を連続的に変えることにより、連続的な
光偏向が実現される。この例とは逆に電極側から素子に
光を入射し、電極以外の部分から出射してもよい。

【００４４】図６の(a)(b)(c) に示した第２参考例にお
ける媒質602 としては、第１参考例と同様に、例えば屈
折率異方性を有し電界により分子の配向方向を制御可能
な液晶を使用することができる。また、図５に示したよ
うな透光性物質中に液晶領域が分散したものでも良い。
このように液晶を分散させる場合は、液晶領域の大きさ
を小さくすることにより散乱を抑えることができる。ま
た、液晶領域中に樹脂が散在した状態や、両領域が絡ん
だ状態であっても良い。

【００４５】また、透光性物質603 としては媒質602 と
屈折率の異なるものであればよく、例えば高分子樹脂や
ガラス微粒子等を用いることができる。

【００４６】さらに、本参考例では媒質602 と透光性物
質603 によって反射面を形成しているが、透光性物質60
3 に限らず、透光性を持たない物質と媒質602 によって
反射面を形成しても良い。

【００４７】図６に示した第２参考例の光学素子では、
両電極601,612 が平行になっているがこれに限らない。
さらに、電界によって屈折率制御を行ったがこれに限定
されることはない。例えば、媒質602 として液晶を用
い、磁界によって配向する性質を利用して磁界により偏
向方向を制御しても良い。また、媒質602 として液晶を
用い、液晶は温度によって複屈折状態と等法的状態をと
るのでこの相転移による屈折率変化のような熱効果を用
いても良い。また、例えばフォトクロミック材料の様に
光により屈折率可変な材料を媒質602 として用い、光に
よって偏向方向を制御しても良い。電界を用いて制御し
ない場合は、電極601,612 は必要無い。さらに、図６の
(a)(b)(c) は断面図であり、奥行き方向の透光性物質60
3 の分布は一様であっても変化があっても良い。

【００４８】次に、本発明の第１実施例の光学素子を説
明する。図７は第１実施例の光学素子を示す概略構成図
であり、第１参考例の光学素子において透光性物質403
によって構成した反射体として、屈折率の異なる透光性
物質からなる波長程度の周期的多層構造を用いた例であ
る。この例では、多層構造領域703 が反射体にあたる。
多層構造領域703 は、屈折率の異なる複数の透光性物質
によって多層構造を形成することにより実現され、多層
構造の周期は波長程度である。ここで透光性物質は屈折
率可変であっても無くてもよい。また、１周期当りの層
数は任意であり、屈折率が連続的に変化してもよい。

【００４９】第１実施例の光学素子は、２枚の透光性電
極701 によって屈折率可変な媒質702 と反射体を形成す
る多層構造領域703 を挟んだ構造をなし、素子内部で
は、媒質702 中に多層構造領域703 を周期的に配置した
構造になっている。

【００５０】この構成によれば、前述した第１及び第２
参考例と同様に、一方の透光性電極701 側から入射光70
4 を入射すると、素子内部の多層構造領域703 で反射
し、他方の透光性電極701 側から出射される出射光705
が得られる。電極701 に電圧を加えることにより、媒質
702 の屈折率を変化させ異なった方向、例えば光線706
の方向へ出射することができる。さらに、電極701 間に
印加する電圧を連続的に変えることにより、出射方向を
連続的に変化させることができる。

【００５１】図７に示す第１実施例の光学素子における
媒質702 としては、例えば屈折率異方性を有し、電界に
より分子の配向方向を制御可能な液晶を使用することが
できる。また、図５に示したような透光性物質中に液晶
領域が分散したものでもよい。このように液晶を分散さ
せる場合は、液晶領域の大きさを小さくすることにより
散乱を抑えることができる。

【００５２】反射体を形成する多層構造領域703 の層状
の屈折率分布は、複数の屈折率固定の物質によって形成
しても良いし、屈折率可変の物質によって形成しても良
い。また多層構造領域703 中の層構造は、多層構造領域
703 と媒質702 との界面に対して平行でなくても良い。
本構造は、第１参考例と比べて反射体を形成する多層構
造領域703 と屈折率可変な媒質702 との屈折率差が小さ
くても、反射面に於ける反射率を高め、素子効率を高め
ることができる。

【００５３】尚、図７に示した光学素子では、入射面と
出射面は平行になっているがこれに限らない。また、電
界で屈折率制御を行ったがこれに限定されることはな
い。例えば、媒質702 として液晶を用い、磁界によって
配向する性質を利用して磁界により偏向方向を制御して
も良い。さらに、媒質として液晶を用いた場合、液晶は
温度によって複屈折状態と等方的状態をとるのでこの相
転移による屈折率変化のような熱効果を用いても良い。
また、例えばフォトクロミック材料の様に光により屈折
率可変な材料を媒質702 として用い、光によって偏向方
向を制御しても良い。電界を用いて制御しない場合は電
極701 は必要ない。図７は光学素子の断面を示した図で
あり、奥行き方向の透光性物質の分布は一様であっても
変化があっても良い。

【００５４】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
８の(a)(b)は、前述した第１実施例の光学素子におい
て、反射体（屈折率可変な媒質中の透光性物質）の反射
面が互いに平行な平面でない構成とした場合の光学素子
を示す概略図である。光学素子801,811 は、２枚の透明
電極によって屈折率可変な媒質802,812 と反射体を形成
する透光性物質803,813 とを挟んだ構造をなし、素子80
1 に加える電界を変化させることにより光偏向を行って
いる。

【００５５】図８の(a) はこれにより実現した可変焦点
レンズを示す概略図である。光学素子801 は、入射光80
4 を当てると出射光805 が１点に集束するような素子で
ある。この様子は図８の(a) に示すように、素子内部の
位置によって反射面の角度を変化させることにより実現
している。例えば、素子801 に電界を加えない状態にお
いて、一方の面側から入射光804を当てると、他方の面
からの出射光804 は１点に集光する。また、素子801 に
電界を加えると、前述した偏向作用により出射光の方向
が変わり、出射光805 となり別の１点に集光する。さら
に、素子801 に印加する電界を変化させることによっ
て、出射光の集束点、即ち焦点を変化させることができ
る。このようにして、可変焦点レンズを実現できる。

【００５６】電圧により偏向した後に生じる収差は、電
極の抵抗率分布を変えたり電極を分割することにより補
正可能である。また、図８の(a) では素子内部における
反射面を平面として示したが曲面であっても良い。ま
た、点像に集光させたがこれに限らず任意の実像に集光
しても良い。

【００５７】図８の(b) は、前述と同様にして実現した
可変焦点鏡を示す概略図である。光学素子811 は、入射
光814 を当てると、素子811 の反射によって得られる出
射光815 が１点に集束するような素子である。この様子
は図８の(b) に示すように、反射面の角度を素子内部の
位置によって変化させることにより実現している。例え
ば、素子811 に電界を加えない状態において、一方の面
に入射光814 を当てると、反射によって得られる出射光
815 は１点に集光する。また、素子811 に電界を加える
と、前述した偏向作用により出射光の方向が変わり、出
射光816 となって別の１点に集光する。さらに、素子81
1 に印加する電界を変化させることによって、出射光の
集束点、即ち焦点を変化させることができる。このよう
にして、可変焦点鏡を実現できる。

【００５８】電圧により偏向した後に生じる収差は、電
極の抵抗率分布を変えたり電極を分割することにより、
場所に依存した電界分布を生じさせることにより補正可
能である。また、図では反射面を平面として示したが曲
面であってもよい。また点像に集光させたがこれに限ら
ず任意の実像に集光してもよい。また、電圧以外の他の
方法によって偏向動作を行ってもよい。

【００５９】次に、本発明に係る第３参考例として前述
した第１参考例に示した光学素子の作製方法を説明す
る。図９は第１参考例の光学素子を作製する装置の一例
を示す概略図である。図において、901 は所定口径のレ
ーザ光を発するレーザ光源、902 はビームスプリッタ、
903a,903b はミラー、904 は素子材料である。

【００６０】レーザ光源901 から出射した光をビームス
プリッタ902aで分割し、分割された２つの光をそれぞれ
ミラー903a,903b に入射する。さらに、ミラー903a,903
b によって反射された２つの光を交差させて互いに干渉
させ、干渉縞を生じさせる。この干渉縞が生じる位置に
素子材料904 を配置する。

【００６１】素子材料904 としては、透光性電極をつけ
た例えばガラス板の様な透光性固体により挟まれた、液
晶と光硬化樹脂の混合物を用いる。この素子材料904 中
に生じた干渉縞により、干渉縞の腹の部分で樹脂が硬化
して集結し、残りの部分が液晶領域となる。即ち、干渉
縞の腹の部分が反射体（反射領域）となり、残りの部分
が屈折率可変媒質となる。ここで、光硬化樹脂として
は、周知のＬＣＲ−２０８、ＬＣＲ−５０９Ａ等を使用
することができる。

【００６２】この際、形成する層の間隔は、干渉させる
レーザ光のなす角度を変えることにより任意に設定する
ことができる。また、多層領域の層の傾きは素子材料90
4 を回転することにより自由に変えることができる。

【００６３】また、レーザ光の口径が素子面積に比べ小
さい場合には、レンズを用いて拡大することにより大面
積のものが作製できる。

【００６４】平行光を干渉させることにより一様な素子
が実現できるが、拡大光等を用いることにより、全体と
して凹または凸面鏡的、或いはレンズ的な構造を作るこ
とができる。これにより、前述した第２実施例に示した
可変焦点レンズまたは可変焦点鏡構造を実現できる。

【００６５】次に、本発明に係る第４参考例として前述
した第２参考例に示した光学素子の作製方法を説明す
る。図１０は第２参考例の光学素子を作製する装置の一
例を示す概略図である。図において、1001は所定口径の
レーザ光を発するレーザ光源、1002a 〜1002c はビーム
スプリッタ、1003a 〜1003g はミラー、1004は素子材料
である。

【００６６】レーザ光源1001から出射した光をビームス
プリッタ1002a で分割し、分割された２つの光をそれぞ
れミラー1003a,1003b で反射させる。さらに、ミラー10
03aからの反射光をビームスプリッタ1002b によって分
割し、分割された２つの光をそれぞれミラー1003c,1003
d に入射する。また、ミラー1003b からの反射光をさら
にミラー1003e によって反射させた後、この反射光をビ
ームスプリッタ1002cによって分割する。ビームスプリ
ッタ1002c によって分割された２つの光をそれぞれミラ
ー1003f,1003g に入射する。さらに、４つのミラー1003
c,1003d,1003f,1003g のそれぞれからの反射光を交差さ
せて互いに干渉させ、干渉縞を生じさせる。この干渉縞
が生じる位置に素子材料1004を配置する。

【００６７】素子材料1004としては、透光性電極をつけ
た例えばガラス板の様な透光性固体により挟まれた、液
晶と光硬化樹脂の混合物を用いる。４光束を干渉させる
ことにより、素子材料1004中に生じた干渉縞の光強度分
布は格子点状となる。光強度の強い部分で樹脂が硬化し
て集結し、残りの部分が液晶領域となる。即ち、干渉縞
の腹の部分が反射体（反射領域）となり、残りの部分が
屈折率可変媒質となる。

【００６８】この際、形成する格子点の間隔は、干渉さ
せるレーザ光のなす角度を変えることにより任意に制御
できる。また、格子面の傾きは素子材料1004を回転する
ことにより自由に変えることができる。

【００６９】また、レーザ光の口径が素子面積に比べ小
さい場合には、レンズを用いて拡大することにより大面
積のものが作製できる。

【００７０】平行光を干渉させることにより一様な素子
が実現できるが、拡大光等を用いることにより、全体と
して凹または凸面鏡的、又はレンズ的な構造を作ること
ができる。これにより、前述した可変焦点レンズ又は可
変焦点鏡を実現できる。

【００７１】次に、本発明に係る第５参考例として前述
した第１実施例の光学素子の作製方法を説明する。図１
１は第１実施例の光学素子を作製する装置の一例を示す
概略図である。図において、1101は所定口径のレーザ光
を発するレーザ光源、1102a 〜1102d はビームスプリッ
タ、1103a 〜1103c はミラー、1104は素子材料である。

【００７２】レーザ光源1101から出射した光をビームス
プリッタ1102a で分割し、分割された２つの光をそれぞ
れビームスプリッタ1102b,1102c に入射し、それぞれの
光をさらに２分割する。ビームスプリッタ1102b によっ
て分割された一方の光をビームスプリッタ1102d を透過
させて素子材料1104に入射すると共に、他方の光をミラ
ー1103a によって反射させ、前記一方の光とは異なる入
射角度で素子材料1104に入射する。

【００７３】また、ビームスプリッタ1102c によって分
割された一方の光を直接素子材料1104に入射させ、他方
の光をミラー1103b,1103c 及びビームスプリッタ1102d
によって反射させて素子材料1104に入射する。

【００７４】この際、素子材料1104に入射する各光を交
差させて互いに干渉させ、素子材料1104中に干渉縞を生
じさせる。ここで、ビームスプリッタ1102d は、２つの
レーザ光のなす角度を微小角度に設定するために用いて
いる。

【００７５】また、素子材料1104としては、前述と同様
に透光性電極をつけた例えばガラス板の様な透光性固体
により挟まれた、液晶と光硬化樹脂の混合物を用いる。
これにより、素子材料1104中に生じた干渉縞の光強度の
強い部分で樹脂が硬化し、残りの部分が液晶領域とな
る。

【００７６】また、このとき生じる干渉縞は、光束のな
す角度の小さいものによって生じる周期の長いものと、
光束のなす角度の大きいものによって生じる周期の短い
ものとの重ね合わせとなる。この長い周期が反射面の間
隔に対応し、短いものが反射体を構成する多層領域内の
層の間隔に対応する。

【００７７】反射体を形成する多層領域内の層の間隔
や、隣合う多層領域間の間隔は、干渉させるレーザ光の
なす角度を変えることにより任意に設定することができ
る。また、多層領域の層の傾きは素子材料1104を回転す
ることにより自由に変えることができる。

【００７８】レーザ光の口径が、素子面積に比べ小さい
場合にはレンズを用いて拡大することにより大面積のも
のが作製できる。

【００７９】平行光を干渉させることにより一様な素子
が実現できるが、拡大光等を用いることにより、全体と
して凹または凸面鏡的な構造を作ることができる。これ
により、前述した可変焦点レンズまたは可変焦点鏡を実
現できる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１記
載の光学素子によれば、透光性媒質の屈折率を変化させ
ることにより、該屈折率の変化に対応して出射光の伝搬
方向を変化することができるので、機械的動作を用いず
に任意の速度で光の伝搬方向を連続的に制御することが
できる。さらに、素子内には透光性媒質と反射機能を有
する物質との境界面が透明性電極に対して非平行な状態
で１つ以上存在し、該境界面によって反射された後に透
光性媒質内から外界へ出射されるので、前記透光性媒質
の屈折率を変化させることにより、素子内から外界に出
射される出射角度を前記屈折率の変化に対応して連続的
に変化させることができる。また、前記反射機能を有す
る物質が互いに屈折率の異なる２つ以上の物質からなる
波長程度の周期的多層構造を有するので、前記透光性媒
質との屈折率差が小さくても、反射率を高めることがで
きるため、素子効率を高めることができる。

【００８１】また、請求項２記載の光学素子によれば、
上記の効果に加えて、２枚の電極のうちの透明性を有す
る１枚の電極を介して前記透光性媒質の光の入射と前記
透光性媒質から外界への光の出射が可能になる。

【００８２】また、請求項３記載の光学素子によれば、
上記の効果に加えて、前記２枚の電極の両方が透明性を
有し、該透明性を有する２枚の電極の何れかを介して前
記透光性媒質の光の入射と前記透光性媒質から外界への
光の出射が可能になる。

【００８３】また、請求項４記載の光学素子によれば、
上記の効果に加えて、前記透光性媒質の屈折率を電気的
に変化させることができるので、光の伝搬方向の可変制
御を容易に行うことができる。

【００８４】また、請求項５記載の光学素子によれば、
上記の効果に加えて、前記反射機能を有する物質が透光
性を有するので、光の透過が可能になる。

【００８５】また、請求項６記載の光学素子によれば、
一方の電極面側から入射して他方の電極面を介して外界
に出射される出射光が１点に集光する。さらに、透光性
媒質の屈折率を変化させることにより、該屈折率の変化
に対応して出射光の伝搬方向を変化することができる。
これにより、機械的動作を用いずに任意の速度で出射光
の集束点すなわち焦点を変化させることができるので、
可変焦点レンズを容易に実現することができる。

【００８６】また、請求項７記載の光学素子によれば、
透明性を有する電極面側から入射して反射される反射光
が１点に集光する。さらに、透光性媒質の屈折率を変化
させることにより、該屈折率の変化に対応して反射光の
伝搬方向を変化することができる。これにより、機械的
動作を用いずに任意の速度で反射光の集束点すなわち焦
点を変化させることができるので、可変焦点鏡を容易に
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の原理を説明するための基本
構成を示す概略図

【図２】ガルバノミラーを示す概略図

【図３】複屈折媒質での屈折および反射の様子を示した
図

【図４】本発明に係る第１参考例における光学素子を示
す概略構成図

【図５】複数の物質で構成する屈折率可変領域を示す概
略図

【図６】本発明に係る第２参考例における光学素子を示
す概略構成図

【図７】本発明の第１実施例における光学素子を示す概
略構成図

【図８】本発明の第２実施例における光学素子を示す概
略図

【図９】本発明に係る第１参考例における光学素子の作
製装置の一例を示す概略図

【図１０】本発明に係る第２参考例における光学素子の
作製装置の一例を示す概略図

【図１１】本発明の第１実施例における光学素子の作製
装置の一例を示す概略図

【符号の説明】

101 …透光性電極、102 …屈折率可変物質、103 …鏡、
104 〜110 …光束、201 …鏡、202 …回転軸、203 〜20
5 …光線、301 …外界、302 …屈折率可変媒質、306,30
8 …入射角、304 …屈折角、305 …鏡、307 …反射角、
401 …透明電極、402 …屈折率可変媒質、403 …透光性
物質、404,409 …入射光、405 〜408 …出射光、412 …
電極、501 …透光性物質、502 …屈折率可変物質領域、
601 …透明電極、602 …屈折率可変媒質、603 …透光性
物質、604,609 …入射光、605 〜608 …出射光、612 …
電極、701 …透光性電極、702 …屈折率可変物質、703
…反射体、704 …入射光、705 …出射光、801,811 …光
学素子、802,812 …媒質、803,804,813 …透光性物質、
804,814 …入射光、805,806,815,816 …出射光、901 …
レーザ光源、902 …ビームスプリッタ、903a,903b …
鏡、904 …素子材料、1001…レーザ光源、1002a 〜1002
c …ビームスプリッタ、1003a 〜1003g …ミラー、1004
…素子材料、1101…レーザ光源、1102a 〜1102d …ビー
ムスプリッタ、1103a 〜1103c …鏡、1104…素子材料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤謹矢東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平５−173196（ＪＰ，Ａ) 特開平５−142587（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−46955（ＪＰ，Ａ) 特開平５−142588（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−84122（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−270926（ＪＰ，Ａ) 機能材料，Ｖｏｌ．12，Ｎｏ，４（４月．1992）堀田豪，「ホログラムの技術と材料」ｐｐ．37 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/29 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外界からの光を入射可能に設けられると
共に少なくとも１枚が透明性を有する２枚の電圧印加用
の電極に挟まれ、前記電極に印加される電圧によって前
記屈折率を変化可能な透光性媒質と、前記透光性媒質中に設けられると共に互いに屈折率の異
なる２つ以上の物質からなる波長程度の周期的多層構造
を有し且つ前記透光性媒質との境界面で前記透光性媒質
との屈折率の差により反射機能を有する複数の物質とを
有し、前記境界面が前記電極と所定の角度をなすように前記周
期的多層構造が所定の間隔をあけて複数配置され、前記
透明性電極と平行でない前記境界面が複数形成されてい
ることを特徴とする光学素子。
【請求項２】前記２枚の電極のうちの１枚のみが透明
性を有していることを特徴とする請求項１記載の光学素
子。
【請求項３】前記２枚の電極の両方が透明性を有して
いることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項４】前記屈折率可変な透光性媒質として電気
的に屈折率が変化する物質を用いたことを特徴とする請
求項１記載の光学素子。
【請求項５】前記反射機能を有する物質が透光性を有
することを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項６】外界からの光を入射可能に設けられると
共に透明性を有する２枚の電圧印加用の電極に挟まれ、
前記電極に印加される電圧によって屈折率を変化可能な
透光性媒質と、前記透光性媒質中に設けられると共に互いに屈折率の異
なる２つ以上の物質からなる波長程度の周期的多層構造
を有し且つ前記透光性媒質との境界面で前記透光性媒質
との屈折率の差により反射機能を有する複数の物質とを
有し、外界から一方の前記電極を透過して入射したのち前記境
界面で反射され他方の前記電極を透過して外界に出射す
る出射光が１点に集中するように、前記周期的多層構造
が所定の間隔をあけて複数配置され、前記透明性電極と
平行でない前記境界面が複数形成されていることを特徴
とする光学素子。
【請求項７】外界からの光を入射可能に設けられると
共に少なくとも１枚が透明性を有する２枚の電圧印加用
の電極に挟まれ、前記電極に印加される電圧によって屈
折率を変化可能な透光性媒質と、前記透光性媒質中に設けられると共に互いに屈折率の異
なる２つ以上の物質からなる波長程度の周期的多層構造
を有し且つ前記透光性媒質との境界面で前記透光性媒質
との屈折率の差により反射機能を有する複数の物質とを
有し、前記透明性を有する電極側から入射した光の反射光が、
前記光の入射側の１点に集中するように、前記周期的多
層構造が所定の間隔をあけて複数配置され、前記透明性
電極と平行でない前記境界面が複数形成されていること
を特徴とする光学素子。