JP4717087B2 - Optical deflection device - Google Patents
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Description
本発明は、光偏向装置に関し、さらに詳しくは、レーザ光の光を偏向させる光偏向装置に関する。 The present invention relates to an optical deflecting device, and more particularly to an optical deflecting device that deflects laser light.
今日レーザ光の光偏向の技術は、様々な分野で応用されている。たとえば自由空間光通信用の光行差補正・レーザレーダ用の走査系などが例として挙げられる。 Today, the technique of optical deflection of laser light is applied in various fields. For example, an optical path difference correction for free space optical communication and a scanning system for laser radar can be cited as examples.
従来、レーザ光の光偏向器やポインティング用光学系として、ジンバルミラー(gimballed mirror)が多く用いられている。このジンバルミラーを用いる方法は、ミラーを機械的に動かしてレーザ光の光方向制御をおこなうため、直接的でかつ簡単な方法である。 Conventionally, a gimballed mirror is often used as an optical deflector for laser light or a pointing optical system. This method using a gimbal mirror is a direct and simple method because the direction of the laser beam is controlled by mechanically moving the mirror.
また、液晶層をプリズム形状にした液晶プリズムに関する先行技術が存在する(たとえば、特許文献1、特許文献2参照。)。
Further, there is a prior art related to a liquid crystal prism in which a liquid crystal layer has a prism shape (see, for example,
しかしながら、上記従来の方法にあっては、比較的大きなミラーを大きな物理的動作を伴って制御する必要があることから、軽量・小型化が必要なシステムや、低消費電力を必要とする用途には適していないという問題点があった。 However, in the above conventional method, since it is necessary to control a relatively large mirror with a large physical operation, it is necessary for a system that requires a light weight and a small size and an application that requires low power consumption. There was a problem that was not suitable.
また、液晶層をプリズム形状にした液晶プリズムにあっては、製造工程が複雑になるだけでなく、その制御が難しいといった問題点があった。 Further, in the liquid crystal prism having the liquid crystal layer in the prism shape, there is a problem that not only the manufacturing process is complicated, but also its control is difficult.
この発明は、上記課題(問題点)を解決するためになされたものであり、小型・軽量化に適した単純な構造にできる高品位で高偏向角化が可能な光偏向装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems (problems), and provides an optical deflecting device capable of achieving a high-quality and high-deflection angle with a simple structure suitable for miniaturization and weight reduction. With the goal.
上記課題を解決するために、この発明にかかる光偏向装置は、液晶を用いて、入射された光を偏向して出射する液晶光位相変調素子と、前記液晶光位相変調素子を駆動する駆動手段と、前記液晶光位相変調素子の出射側に配置され、前記液晶光位相変調素子から出射された光を入射する入射面と、当該入射面から入射された光が出射される出射面とが所定の角度を有するウェッジ型プリズムと、を備え、前記液晶光位相変調素子は、平行ストライプ状に配した透明導電体からなる複数の個別電極を有する第1の透明基板と、前記透明導電体からなる共通電極を有する第2の透明基板と、前記第1の透明基板および前記第2の透明基板の間に挟持された液晶層と、を備え、前記駆動手段は、前記液晶層に屈折率の変調を生じさせるように、前記個別電極に所定の電圧を印加し、前記液晶光位相変調素子を少なくとも2つ並べて配置し、前段の液晶光位相変調素子から出射された光を後段の液晶光位相変調素子に入射し、前記ウェッジ型プリズムは、前記後段の液晶光位相変調素子の出射側に配置され、前記後段の液晶光位相変調素子から出射された光を入射する入射面と、当該入射面から入射された光が出射される出射面とが所定の角度を有し、前記前段の液晶光位相変調素子の個別電極の方向と、前記後段の液晶光位相変調素子の個別電極の方向が略直交となり、かつ、前記前段の液晶光位相変調素子の液晶層の配向方向と、前記後段の液晶光位相変調素子の液晶層の配向方向とが略同一となるように配置することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical deflection apparatus according to the present invention includes a liquid crystal optical phase modulation element that deflects and emits incident light using liquid crystal, and a driving unit that drives the liquid crystal optical phase modulation element. A light incident surface on which light emitted from the liquid crystal light phase modulation element is incident and a light emission surface from which light incident from the light incident surface is emitted are predetermined. The liquid crystal optical phase modulation element includes a first transparent substrate having a plurality of individual electrodes made of transparent conductors arranged in parallel stripes, and the transparent conductor. A second transparent substrate having a common electrode; and a liquid crystal layer sandwiched between the first transparent substrate and the second transparent substrate, and the driving means modulates the refractive index of the liquid crystal layer. Said to produce A predetermined voltage is applied to another electrode, and at least two of the liquid crystal optical phase modulation elements are arranged side by side, and light emitted from the previous liquid crystal optical phase modulation element is incident on the subsequent liquid crystal optical phase modulation element, and the wedge The mold prism is disposed on the emission side of the latter-stage liquid crystal optical phase modulation element, and has an incident surface on which light emitted from the latter-stage liquid crystal optical phase modulation element is incident, and light incident from the incident surface is emitted. And the direction of the individual electrodes of the preceding liquid crystal optical phase modulation element and the direction of the individual electrodes of the subsequent liquid crystal optical phase modulation element are substantially orthogonal, and The liquid crystal optical phase modulation element is arranged so that the alignment direction of the liquid crystal layer is substantially the same as the alignment direction of the liquid crystal layer of the subsequent liquid crystal optical phase modulation element.
また、この発明にかかる光偏向装置は、上記の発明において、所定数ごとの前記個別電極によって構成される各個別電極群に対応し、当該個別電極群の各個別電極に共通に接続された集電極と、前記集電極の両端に接続された一対の信号電極と、を備えたことを特徴とする。 The optical deflecting device according to the present invention corresponds to each individual electrode group constituted by a predetermined number of the individual electrodes in the above invention, and is a collection connected in common to each individual electrode of the individual electrode group. An electrode and a pair of signal electrodes connected to both ends of the collector electrode are provided.
この本発明によれば、小型・軽量化に適した単純な構造にできる高品位で高偏向角化が可能な光偏向装置が得られるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that an optical deflecting device capable of achieving a high-definition and high-deflection angle that can have a simple structure suitable for reduction in size and weight can be obtained.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光偏向装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。 Exemplary embodiments of an optical deflection apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
1−1.光偏向装置の構成
まず、本発明の実施の形態にかかる光偏向装置の構成を、図1〜図3を用いて説明する。図1および図2は、本発明の実施の形態における光偏向装置100の構成を示す模式断面図である。
1-1. Configuration of Optical Deflection Device First, the configuration of an optical deflection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing the configuration of an
図1に示すように、本発明の光偏向装置100は、液晶光位相変調素子101と、所定の傾斜角γ傾いた出射面161を持つくさび状のウェッジ型プリズム121とによって構成している。さらに、液晶光位相変調素子101には駆動装置141が接続されている。
As shown in FIG. 1, an
ここで、ウェッジ型プリズム121の出射面161は空気層と接触する。そのため、空気と基板界面での反射を防止するように必要に応じて無反射コートを形成する。無反射コートは、たとえば五酸化タンタル(Ta2O5)と二酸化シリコン(SiO2)の誘電体多層膜からなるコーティングを用いる。
Here, the
1−2.液晶光位相変調素子およびウェッジ型プリズムの配置
このウェッジ型プリズム121は、図1に示すように、液晶光位相変調素子101の出射側に当接させて配置する。液晶光位相変調素子101とウェッジ型プリズム121とを接着剤などを用いて固定する。また、図2に示すように、液晶光位相変調素子101から出射される光の偏向角から外れない程度に間隔102を空けて配置しても本発明と同じ効果を得ることができる。間隔102を開けることによって、光の種類によっては、通過する光によって発せられる熱が、液晶光位相変調素子101とウェッジ型プリズム121とを固定した接着剤などを溶かすといった問題を回避することができる。また、この場合のウェッジ型プリズム121の出射面161または入射面103は空気層と接触するため、上記構成と同様に必要に応じて無反射コートを形成するとよい。
1-2. Arrangement of Liquid Crystal Optical Phase Modulation Element and Wedge Type Prism As shown in FIG. 1, the
2−1.ウェッジ型プリズムの原理
図3は、本発明の実施の形態における光偏向装置の原理を示す説明図である。図3に示すように、液晶光位相変調素子101は、入射光151を所定の角度±θだけ偏向する作用をおこなう。両矢印で示したP偏光171は、図3に示した断面図に対して平行な偏光の方向を模式的に示している。図3ではウェッジ型プリズム121の出射面161に対するP偏光171を入射光151の偏光状態として示している。なお、S偏光を入射光151として使うようにしてもよい。これは、液晶光位相変調素子101の一部構成を変えることで対応可能である。S偏光を入射光151として使うことについての詳細は後述する。
2-1. Principle of Wedge Type Prism FIG. 3 is an explanatory diagram showing the principle of the optical deflection apparatus in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the liquid crystal optical
図3において、θを反時計方向に大きくする場合をプラス方向として、θの可変範囲の最大値をθmaxとすると、γ>θmaxとなるように傾斜角γを決める。すなわち、傾斜角γを、γ>θmaxを満たす所定の値に選択することで、液晶光位相変調素子101の偏向角θmaxが小さくても、ウェッジ型プリズム121によって偏向角θmaxを拡大することが可能となる。
In FIG. 3, when θ is increased counterclockwise, the inclination angle γ is determined so that γ> θmax, where θmax is the maximum value of the variable range of θ. That is, by selecting the tilt angle γ to a predetermined value that satisfies γ> θmax, the deflection angle θmax can be expanded by the
図3において、液晶光位相変調素子101が+θだけ入射光151を偏向した場合、第1の出射光153は、スネルの法則にしたがって、式(1)のような角度β1として出射する。
In FIG. 3, when the liquid crystal light
ng・sinα1=n0・sinβ1
ここで、ngは、ウェッジ型プリズム121の屈折率であり、n0は空気の屈折率である。
ng · sin α 1 = n 0 · sin β 1
Here, ng is the refractive index of the wedge-
また、液晶光位相変調素子101が入射光151を偏向しない場合、第2の出射光155は、角度β2としてスネルの法則にしたがって出射する。この場合、傾斜角γの定義から傾斜角γと角度α2は等しい値となる。液晶光位相変調素子101が入射光151を−θ偏向した場合、第3の出射光157は、角度β3としてスネルの法則にしたがい出射する。ここで、出射面161における、入射角である角度αと液晶光位相変調素子101の偏向角θとの関係をまとめると以下の(1)〜(3)のようになる。
Further, when the liquid crystal
θ=+θのとき、α=γ−θ (1)
θ=0のとき、 α=γ (2)
θ=−θのとき、α=γ+θ (3)
When θ = + θ, α = γ−θ (1)
When θ = 0, α = γ (2)
When θ = −θ, α = γ + θ (3)
屈折角である角度βがπ/2以上のときは、全反射条件となり、出射光が無くなる。ここで、一例としてウェッジ型プリズム121の材料としてBK7を用いると、屈折率ngは約1.507となるので式(4)を用いて計算すると臨界角αcは、
sinαc=n0/ng・sin(π/2)
=1/1.507 (4)
から、αcは約0.726ラジアン(41.57度)となる。
When the angle β, which is the refraction angle, is π / 2 or more, the total reflection condition is satisfied, and the emitted light is lost. Here, as an example, when BK7 is used as the material of the wedge-
sin α c = n 0 / ng · sin (π / 2)
= 1 / 1.507 (4)
Therefore, α c is about 0.726 radians (41.57 degrees).
臨界角αcを考慮すると、α3はαcより小さく設定した方が入射光151を有効に活用できるため、
θmax<γ<αc−θmax (5)
を満たすように傾斜角γを選ぶ必要がある。
Considering the critical angle α c , the
θmax <γ <α c −θmax (5)
It is necessary to select the inclination angle γ so as to satisfy.
2−2.入射角度と出射角度との関係
つぎに、ウェッジ型プリズム121の出射面161への入射角度αと、その出射面161からの出射角度βとの関係を示すグラフを図4を用いて説明する。図4に示すように、角度αが臨界角αc近傍で角度βの変化率が急速に大きくなることがわかる。このことをさらに詳しく説明するために、角度αと角度増加率dβ/dαとの関係を示すグラフを図5に示す。角度増加率dβ/dαは角度αに対する角度βの微分として定義した。図5から角度増加率dβ/dαは、臨界角αc近傍で急速に大きくなることが確認できる。したがって、図3の構成においてウェッジ型プリズム121の傾斜角γは、臨界角αcより小さいが臨界角に近い領域に設定した方が偏向角θmaxが小さい場合には有効である。
2-2. Relationship Between Incident Angle and Exit Angle Next, a graph showing the relationship between the incident angle α to the
ここで、偏向角θが0の場合の角度αを動作点角度αaと定義すると、前述の通り、
αa=γ (6)
となるので、動作点角度αaを傾斜角γで決めることができる。
Here, when the angle α when the deflection angle θ is 0 is defined as the operating point angle α a , as described above,
α a = γ (6)
Therefore, the operating point angle α a can be determined by the inclination angle γ.
ここで、液晶光位相変調素子101の最大偏向角θmaxを1.5度とし、さらに、図4に示すように動作点角度αaを40[度]とすると、図4のグラフから入力角度範囲(入射角度範囲)301よりも出力角度範囲(出射角度範囲)303が大きくなることがわかる。図4に示した入力角度範囲301と出力角度範囲303の要部を変数変換して再プロットしたグラフを図6に示す。
Here, assuming that the maximum deflection angle θmax of the liquid crystal optical
ここで、角度αの原点を置き換えて変数を入力角φとおき、そのとき(φ=0)での角度βを原点とみなして、変数を出力角Φとする。図6より、入力角φの入力角度範囲3[度]に対して出力角Φの出力角度範囲は約17[度]となり、約3倍に角度可変範囲を広げられることがわかる。 Here, the origin of the angle α is replaced with a variable as the input angle φ, the angle β at that time (φ = 0) is regarded as the origin, and the variable is set as the output angle Φ. FIG. 6 shows that the output angle range of the output angle Φ is about 17 degrees with respect to the input angle range of 3 degrees of the input angle φ, and the angle variable range can be expanded about three times.
3−1.液晶光位相変調素子の構造
つぎに、液晶光位相変調素子101の構造を図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態における液晶光位相変調素子の構造を示す断面図である。図7において、液晶層の一例として示すネマティック液晶層501は、液晶光位相変調素子101の第1の透明基板201の複合電極211の上と第2の透明基板203の共通電極213の上とに形成した配向層217によって電場無印加時のp型(ポジ型)液晶分子のダイレクタ207のティルト角209が5度以下となるようにホモジニアス配向させる。図7で示す液晶光位相変調素子101の場合、入射直線偏光511は、図7に示した断面図に対して平行な成分となるようにする。この入射直線偏光511はウェッジ型プリズム121の出射面161からみるとP偏光となる。
3-1. Next, the structure of the liquid crystal optical
図7には明示しないが、ネマティック液晶層501が数μmから数十μmの所定の一定厚みを保持するように、第1の透明基板201と第2の透明基板203はスペーサを介して固定する。また、図7には示していないが複合電極211と共通電極213が短絡するのを防ぐために複合電極211の上および共通電極213の上の少なくとも一方に五酸化タンタル(Ta2O5)や二酸化シリコン(SiO2)などの透明絶縁膜を形成してもよい。また、透明絶縁膜を高屈折率膜と低屈折率膜からなる多層膜化して透過率を向上することも望ましい。第2の透明基板203上に形成する共通電極213は透明導電膜からなる全面電極であってよい。なお、複合電極211の構造については後述する。
Although not explicitly shown in FIG. 7, the first
複合電極211の光路部分および共通電極213を形成する透明導電膜に酸化インジウムスズ(ITO)を用いるときは、膜厚を50nm以下として、さらに、利用する波長が近赤外域の場合、透過率を向上するために、成膜時に酸素濃度を多くしたシート抵抗数百Ωから1kΩ程度の膜を使用することが望ましい。
When using indium tin oxide (ITO) for the transparent conductive film forming the optical path portion of the
ITOのほかに透明導電膜としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)などの薄膜が使用可能である。この場合も、膜厚は50nm以下として、シート抵抗は数百Ωから1kΩ程度の膜を使うことが望ましい。 In addition to ITO, thin films such as indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO) can be used as the transparent conductive film. In this case as well, it is desirable to use a film with a film thickness of 50 nm or less and a sheet resistance of about several hundred Ω to 1 kΩ.
ガラスからなる第1の透明基板201または第2の透明基板203のネマティック液晶層501と反対の面のうちの空気層と接触する面には、空気と基板界面での反射を防止するため、必要に応じて無反射コート215を形成する。無反射コート215は、たとえば五酸化タンタル(Ta2O5)と二酸化シリコン(SiO2)の誘電体多層膜からなるコーティングを用いることができる。
Necessary for preventing reflection at the interface between air and the substrate on the surface of the first
なお、図3で示した入射光151または図7の入射直線偏光511はウェッジ型プリズム121の出射面161からみてP偏光171となる場合の構成を代表して示したが、入射直線偏光511が後段のウェッジ型プリズム121の出射面161からみてS偏光となる場合の液晶光位相変調素子101の構造を図8に示す。ネマティック液晶層501のダイレクタ207の向きを入射直線偏光511のS偏光と平行にすること以外は、図7と同様の構造である。
In addition, although the incident light 151 shown in FIG. 3 or the incident linearly
3−2.液晶光位相変調素子の動作原理
つぎに、液晶光位相変調素子101の動作原理について説明する。図9は、本発明の実施の形態における液晶光位相変調素子の動作の基本原理を示す模式図である。x−z面内に平行な方向にダイレクタ207がホモジニアス配向した状態で外部電場を印加した場合に、ダイレクタ207の長軸方向が電場方向に平行になるように配向するp型(ポジ型)ネマティック液晶を用いた液晶光位相変調素子101に、x軸に平行な方向に振動する直線偏光1110がz軸方向に入射することを考える。液晶光位相変調素子101に入射する前の入射波面1113は平面である。その液晶光位相変調素子101に電場を印加し所定の屈折率分布となるようにダイレクタ207の面内分布を制御すると、入射波面1113を所定の角度θだけ偏向した平面波の出射波面1123に変換させることができる。
3-2. Operation Principle of Liquid Crystal Optical Phase Modulation Element Next, the operation principle of the liquid crystal optical
この現象をさらに詳細に図10を用いて説明する。図10は、本発明の実施の形態における液晶光位相変調素子の動作原理を示す説明図である。図10において、液晶光位相変調素子101のネマティック液晶層501の出射側の平面をx−y平面とし、液晶は、x−z平面に平行となるように配向させる。このとき、入射直線偏光1201がネマティック液晶層501に垂直に入射される。このネマティック液晶層501内には位置xの関数である異常光屈折率ne(x)の分布1211が要素格子のピッチPにおけるa−b間で直線的に変化するように予め動作点を決めておく。
This phenomenon will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the operation principle of the liquid crystal optical phase modulation element in the embodiment of the present invention. In FIG. 10, the plane on the emission side of the nematic
また、ネマティック液晶層501の厚みdは一定であるが、屈折率ne(x)がピッチPで直線的に変化しているため、ネマティック液晶層501中を伝搬する入射直線偏光1201は、場所によって異なるリターデーションΔn(x)・dの変調を受けることになる。ここで、n0を液晶の常光屈折率とおくと、
Δn(x)=ne(x)−n0 (7)
である。
Further, although the thickness d of the nematic
Δn (x) = n e ( x) -n 0 (7)
It is.
入射直線偏光1201はネマティック液晶中、つまり誘電体媒質中を伝搬する場合、リターデーションが大きいところでは遅く、逆にリターデーションが小さい個所では速く伝搬する。このため、ネマティック液晶層501を出射した出射直線偏光1203は、波面が
tanθ=δΔn・d/P (8)
だけ傾くことになる。
When the incident linearly polarized light 1201 propagates in a nematic liquid crystal, that is, in a dielectric medium, the incident linearly polarized light 1201 propagates slowly when the retardation is large, and conversely propagates quickly when the retardation is small. Therefore, the output linearly polarized light 1203 emitted from the nematic
Will just lean.
ここで、δΔnは、a点とb点でのリターデーションΔn(x)の差を式(9)のように計算した値である。
δΔn=Δn(a)−Δn(b) (9)
Here, δΔn is a value obtained by calculating the difference between the retardations Δn (x) at point a and point b as in equation (9).
δΔn = Δn (a) −Δn (b) (9)
このように、光偏向装置のネマティック液晶層501における異常光屈折率ne(x)の分布1211が直線的であれば、入射直線偏光1201と同様に出射直線偏光1203の波面も平面となり、結果的に入射直線偏光1201に対して出射直線偏光1203はθだけ偏向させることができる。
Thus, if the
つぎに、本発明に用いるネマティック液晶層501の異常光屈折率ne(x)が直線近似できる条件について考察した。入射直線偏光は図11に示すような印加電圧−実効複屈折率特性によって決まる変調を受ける。図11において、横軸はネマティック液晶層501への印加電圧の実効値、縦軸は液晶分子の実効複屈折率Δnを示す。電気光学応答曲線の形状は、使用する液晶の弾性定数、誘電率異方性特性や電場無印加時の配向膜層によって決まるプレティルト角などのパラメータから決まる。この印加電圧−実効複屈折率特性はメルク社のネマティック液晶材料BL007(商品名)のものである。
Next, the conditions under which the extraordinary refractive index n e (x) of the nematic
またこの特性はΔnmax=0.287、液晶層厚さ20μmとして求めた理論曲線である。図11には、プレティルト角が0.5度、2度、5度および10度の場合の特性を示した。後述する図16に示す複合電極211aを持つ液晶光位相変調素子101として用いる場合は、図10の作用を得るために1次曲線を近似できる直線領域1520近傍を用いる必要がある。よって、前記ネマティック液晶のプレティルト角は直線領域1520を広く取るため5度以下、さらに好ましくは2度以下が望ましいことがわかる。
This characteristic is a theoretical curve obtained by assuming that Δnmax = 0.287 and the thickness of the liquid crystal layer is 20 μm. FIG. 11 shows the characteristics when the pretilt angles are 0.5 degree, 2 degrees, 5 degrees, and 10 degrees. When used as a liquid crystal optical
3−3.複数個の液晶光位相変調素子を備えた場合
以上の説明にあっては、液晶光位相変調素子は一つであったが、この液晶光位相変調素子を複数個備えるようにしてもよい。ここでは、液晶光位相変調素子を2つ設けた場合の3つの例を説明する。
3-3. In the case where a plurality of liquid crystal light phase modulation elements are provided In the above description, the number of liquid crystal light phase modulation elements is one, but a plurality of liquid crystal light phase modulation elements may be provided. Here, three examples when two liquid crystal optical phase modulation elements are provided will be described.
3−3−1.液晶セルの配向方向:平行、液晶セルの個別電極:平行
図12は、2つの液晶光位相変調素子を示す断面図である。図12において、入射光に対して、前段の液晶光位相変調素子101A(図面左)と、後段の液晶光位相変調素子101B(図面右)を、並べて配置する。この際、前段の液晶光位相変調素子101Aと後段の液晶光位相変調素子101Bの互いの液晶セルの配向方向は略平行である。また、互いの液晶セルの個別電極211A,211Bも同様に略平行である。したがって、同一の液晶光位相変調素子を同一方向に2つ並べた状態である。
3-3-1. Orientation direction of liquid crystal cell: parallel, individual electrode of liquid crystal cell: parallel FIG. 12 is a cross-sectional view showing two liquid crystal light phase modulation elements. In FIG. 12, a front-stage liquid crystal optical
このような構成とすることで、図12の断面図に対して平行な振動面を持つ入射偏光は、前段の液晶光位相変調素子101Aおよび後段の液晶光位相変調素子101Bよって断面図に平行な面内(x−z面内)に偏向される。したがって、位相変調量が、一つの液晶光位相変調素子の場合の2倍となり、これによって大きな偏向を実現することができる。なお、並べて配置する液晶光位相変調素子の数を3以上に増加させることによって、より大きな偏向を実現することができる。
With such a configuration, incident polarized light having a vibration plane parallel to the cross-sectional view of FIG. 12 is parallel to the cross-sectional view by the front-stage liquid crystal light
3−3−2.液晶セルの配向方向:直交、液晶セルの個別電極:平行
図13は、2つの液晶光位相変調素子を示す断面図である。図13において、入射光に対して、前段の液晶光位相変調素子101A(図面左)と、後段の液晶光位相変調素子101B(図面右)を、並べて配置する。この際、前段の液晶光位相変調素子101Aと後段の液晶光位相変調素子101Bの互いの液晶セルの配向方向は略直交である。また、互いの液晶セルの個別電極211A,211Bは、略平行である。
3-3-2. Liquid crystal cell orientation direction: orthogonal, liquid crystal cell individual electrode: parallel FIG. 13 is a cross-sectional view showing two liquid crystal light phase modulation elements. In FIG. 13, a front-stage liquid crystal optical
このような構成とすることで、図13の断面図に対して平行な振動面を持つ入射偏光は、後段の液晶光位相変調素子101Bによって変調されるとともに、図13の断面図に対して垂直な振動面を持つ入射偏光は、前段の液晶光位相変調素子101Aによって変調される。したがって、入射偏光に依存することがない入射偏光無依存型の光偏向装置を実現することができる。また、前段の液晶光位相変調素子101Aと後段の液晶光位相変調素子101Bは、入射する直線偏光に対して順番を入れ替えてもよい。
With such a configuration, incident polarized light having a vibration plane parallel to the cross-sectional view of FIG. 13 is modulated by the subsequent liquid crystal optical
3−3−3.液晶セルの配向方向:平行、液晶セルの個別電極:直交
図14は、2つの液晶光位相変調素子を示す断面図である。また、図15は本発明の実施の形態における光偏向装置を2次元光偏向装置として用いる場合の構成を説明するための模式図である。
3-3-3. Orientation direction of liquid crystal cell: parallel, individual electrode of liquid crystal cell: orthogonal FIG. 14 is a cross-sectional view showing two liquid crystal optical phase modulation elements. FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a configuration when the optical deflecting device according to the embodiment of the present invention is used as a two-dimensional optical deflecting device.
図14において、入射光に対して、前段の液晶光位相変調素子101A(図面左)と、後段の液晶光位相変調素子101B(図面右)を、並べて配置する。この際、前段の液晶光位相変調素子101Aと後段の液晶光位相変調素子101Bの互いの液晶セルの配向方向は略平行である。また、互いの液晶セルの個別電極211A,211Bは略垂直である。
In FIG. 14, a front-stage liquid crystal optical
また図15に示すように、本発明の光偏向装置100は、前段の液晶光位相変調素子101Aと後段の液晶光位相変調素子101Bおよび3角錐状の2次元ウェッジ型プリズム123より構成している。
As shown in FIG. 15, the
2次元ウェッジ型プリズム123は、x−z平面傾斜角γ1とy−z平面傾斜角(γ2)とで特徴付けられる。図15のように座標を取った場合、
tanγ1=wz/wx (10)
tanγ2=wz/wy (11)
となる。
The two-dimensional wedge-
tanγ 1 = wz / wx (10)
tanγ 2 = wz / wy (11)
It becomes.
ここで、x軸に平行な方向に振動する直線偏光1110がz軸方向に入射することを考える。液晶光位相変調素子101Bは、個別電極をx軸に平行となるように予め設定する。また、液晶の配向方向はx―z面内に平行とする。さらに、液晶光位相変調素子101Aの個別電極は、y軸と平行とし、液晶の配向方向はx−z面内に平行とする。
Here, consider that linearly polarized light 1110 that vibrates in a direction parallel to the x-axis is incident in the z-axis direction. In the liquid crystal optical
このような構成とすると、液晶光位相変調素子101Bは、入射した直線偏光1110の進行方向をy−z面内で角度θy偏向する作用をおこない、液晶光位相変調素子101Aは、x−z面内で角度θx偏向する作用をする。また、2次元ウェッジ型プリズム123は、角度θxを傾斜角γ1で決まるように拡大し、角度θyを傾斜角γ2で決まるようにそれぞれ独立に拡大する。このような構成とすることで、2次元光偏向装置を実現することが可能である。また、前段の液晶光位相変調素子101Aと後段の液晶光位相変調素子101Bは、入射する直線偏光1110に対して順番を入れ替えてもよい。
With such a configuration, the liquid crystal optical
4−1.第1の複合電極の構造
つぎに液晶光位相変調素子101のブレーズド型回折格子を形成するための第1の複合電極211aの構造について図16を用いて詳細に説明する。図16は第1の要素格子751と第2の要素格子761の2つの回折格子領域を第1の活性領域671を有する第1の複合電極211aの平面図である。
4-1. Next, the structure of the first
図16において、第1の要素格子751は第1の個別電極721から第Nの個別電極730を有する。また、第2の要素格子761は第N+1の個別電極731から、第2Nの個別電極740を有する。この第1の複合電極211aでは、説明を容易とするために便宜上N=10とした。また、第1の個別電極721から第2Nの個別電極740は上述の膜厚と抵抗値を有するITOなどの透明導電膜により形成する。
In FIG. 16, the
また、第1の個別電極721から第Nの個別電極730は、第1の活性領域671の外部で複数の群(図16では2つの群)にまとめられ、各群内における各個別電極を、個別電極と同じ材料であるITOなどの共通の集電極によって接続する。図16においては、第1の個別電極721から第Nの個別電極730を第1の活性領域671の外部で第1の集電極701で接続し、第N+1の個別電極731から第2Nの個別電極740は、同様にして第2の集電極703で接続する。
The first
また、第1の集電極701の両端にMoやAg合金などの低抵抗金属材料からなる第1の信号電極711と第2の信号電極713をそれぞれ接続し、第2の集電極703に、第3の信号電極715と第4の信号電極717をそれぞれ接続している。なお、前記集電極をシート抵抗数百〜1kΩの膜だけでなく、膜厚をさらに薄くしたり、その電極幅を狭くして電極の長辺方向に線形の抵抗を有するように構成してもよい。
In addition, a
図16では便宜上、第1の要素格子751と第2の要素格子761の2つの回折格子領域だけを示したが、実際の液晶光位相変調素子101においては、第1の活性領域671に入射ビーム径に応じた所定の数の要素格子を形成する必要がある。入射光として850nm帯を用いるときの具体的な設計例として、第1の活性領域671に半導体レーザからの光をコリメータにより平行光として、入射する場合を仮定する。
In FIG. 16, for convenience, only two diffraction grating regions of the first element grating 751 and the second element grating 761 are shown. However, in the actual liquid crystal optical
このとき、平行光のガウシアンビーム径を300μmとした場合、第1の活性領域671の幅Lを400μmから1.5mmとする。また、各要素格子の個別電極は、入射光の波長を考慮して2μm以下のラインアンドスペースが望ましく、要素格子のピッチP0を30μmから100μmとしたとき第1の複合電極211aの幅Wは、800μmから2mm程度が望ましい。したがって、ピッチP0を30μmとしたとき要素格子の数は、27個から67個となり、ピッチP0を100μmとしたときは、要素格子の数は、8個から20個となる。
At this time, when the Gaussian beam diameter of the parallel light is set to 300 μm, the width L of the first
上記の説明で明らかなように、ブレーズド型回折格子を形成する液晶光位相変調素子101においては一つの回折格子領域がN本の個別電極からなる場合にも、駆動回路からの制御信号に接続する信号電極の数は、集電極701,703の両端に接続することにより、要素格子の個数(M個)に対し2M本で済む。特に個別電極の数が増えた場合、信号電極の数を大幅に削減することが可能となるという利点を有する。
As apparent from the above description, in the liquid crystal optical
4−2.液晶光位相変調素子の駆動方法
つぎに前記第1の複合電極211aを持った液晶光位相変調素子101の駆動方法について説明する。初めに、第1の要素格子751の部分を取り出して説明する。図17に駆動波形を示す。第1の駆動波形1601を第1の信号電極711に印加し、第2の駆動波形1603を第2の信号電極713に印加する。第1の駆動波形1601と第2の駆動波形1603は互いに周波数と位相が等しく電圧のみが異なっており、第2の駆動波形1603の方が第1の駆動波形1601より電圧を大きくする。
4-2. Next, a method of driving the liquid crystal optical
また、期間t1においては第1の駆動波形1601は+V1[V]であり、第2の駆動波形1603は+V2[V]である。ここで、共通電極213を0[V]とする。したがって、透明導電膜など線形の抵抗材料で形成した第1の集電極701によって電位が分割されるため、第1の活性領域671に形成した第1の要素格子751の個別電極には、それぞれ第1の信号電極711と第2の信号電極713に印加した電圧が配置位置によって直線的に分割されることとなる。ここで、個別電極の長手方向については個別電極がネマティック液晶層501のインピーダンスと比較して低抵抗材料で形成されるためほぼ同電位とすることができる。さらに、必要に応じて共通電極213にバイアス交流電圧を印加する期間を期間1および期間2と別に設けてもよい。
In the period t1, the
4−3.集電極の電位勾配の発生現象
つぎに、前記第1の複合電極211a(図16)における第1の集電極701上の電位勾配と、各個別電極の電位との関係を詳細に説明する。図17に示す期間t1においては第1の信号電極711と第2の信号電極713とを接続する第1の集電極701の電位分布は、前述の説明したように、図18の第1の電位分布1801で示す直線状の電位分布となる。図17に示す期間t2においては、第1の集電極701の電位分布は、図18の第2の電位分布1803で示す電位分布となる。
4-3. Next, the relationship between the potential gradient on the
ここで、図18において、a点は、第1の信号電極711に接続される個別電極位置に対応し、b点は、第2の信号電極713に接続される個別電極位置に対応している。図17に示した駆動波形が50%デューティの矩形波の場合は、図18で示す2つの第1および第2の電位分布1801、1803を交互に時間的に繰り返すことになる。したがって、0[V]に維持した共通電極213を介してネマティック液晶層501に印加される電圧はどの個別電極の位置においても交番電圧化され、ネマティック液晶層501に直流成分が加わることはない。また、ネマティック液晶は実効値応答のため第1の信号電極711側には、実効値で常時V1[V]が印加され、第2の信号電極713には、V2[V]の電圧が印加され、さらに第1の集電極701で分割された電位が各個別電極に印加されると考えればよい。
Here, in FIG. 18, point a corresponds to the position of the individual electrode connected to the
4−4.集電極に発生する位相分布
つぎに、前記集電極に発生する位相分布について説明する。図19に液晶にBL007(メルク・ジャパン社製:商品名)を使用してプレティルト角を1度に設定したときの液晶に印加する電圧[Vrms]と相対位相差Δとの関係のグラフを示す。特性曲線1711は1.4〜1.8[V]近傍で直線近似領域1701を持つことがわかる。液晶層の厚さdは20[μm]として、波長λは850[nm]のときを考える。
4-4. Next, the phase distribution generated in the collector electrode will be described. FIG. 19 is a graph showing the relationship between the voltage [Vrms] applied to the liquid crystal and the relative phase difference Δ when BL007 (trade name, manufactured by Merck Japan Ltd.) is used as the liquid crystal and the pretilt angle is set to 1 degree. . It can be seen that the
なお、相対位相差Δは、実効複屈折率をΔnとおいて、
Δ=Δn・d/λ (12)
で定義する。
The relative phase difference Δ is set such that the effective birefringence is Δn.
Δ = Δn · d / λ (12)
Define in.
図19の相対位相差Δの直線近似領域1701から、λ=850nmにおいて直線可変調範囲1705が波長λで2波長以上、つまり位相で4π程度取れることがわかる。このように、プレティルト角によって異常光屈折率の直線近似ができると同時にそのプレティルト角の範囲内における、直線近似領域1701内で動作する動作電圧範囲1703以内の電圧を印加すれば、第1の複合電極211aの第1の活性領域671に、個別電極の位置に比例する位相分布を実現することができる。
It can be seen from the
4−5.液晶光位相変調素子の別の駆動方法
つぎに、複合電極211aを持つ液晶光位相変調素子101で任意の偏向角を実現する他の方法について説明する。
4-5. Next, another method for realizing an arbitrary deflection angle with the liquid crystal optical
4−5−1.他の駆動方法(その1)
図20は、本発明の実施の形態における液晶光位相変調素子の位相分布を示す模式図である。この場合、要素格子のピッチをP0とし、最大偏向角θmaxを、
tanθmax=λ/P0 (13)
と定義する。
4-5-1. Other driving methods (1)
FIG. 20 is a schematic diagram showing the phase distribution of the liquid crystal optical phase modulation element in the embodiment of the present invention. In this case, the pitch of the element lattice is P 0 , and the maximum deflection angle θmax is
tan θmax = λ / P 0 (13)
It is defined as
このときのθmaxの位相変調曲線2001(一点鎖線)のときの最大位相変調量は、要素格子のピッチP0の距離で一波長分つまり2πとなる。前記第1の複合電極211aの場合、第1、第2の信号電極の位置が予め決められているので、位相を変えるために任意の電極位置で、2πだけのリセットをかけることが不可能である。そこで、所定の位置でリセットをかけるために、まずθmaxより少し小さい角度θpを高次光の発生無く振る場合を考える。このとき、θpの位相変調曲線2003(実線)においては、λ〜2λの間でリセットをかける必要がある。このように、第1の複合電極211を用いる場合は、所定の要素格子のうち、位相変調量がλ以上2λ未満に入る要素格子ごとにリセットをかける駆動方法を用いるようにしてもよい。
At this time, the maximum phase modulation amount for the phase modulation curve 2001 (the one-dot chain line) of θmax is one wavelength, that is, 2π at the distance P 0 of the element grating. In the case of the first
4−5−2.他の駆動方法(その2)
つぎに、前記第1の複合電極211aを持った液晶光位相変調素子101の別の駆動方法について説明する。図21は、一つの要素格子に配置した信号電極端子への波形印加期間を示した図である。この駆動方法においては、1フレームを期間1と期間2に分けて駆動する。具体的には、ネマティック液晶層501の劣化を防ぐため、平均値が0となるような交番電圧の駆動信号2101を第1の信号電極711に印加し、第2の信号電極713を共通電極213と同電位となるように0[V]とする期間1と、第2の信号電極713に交番電圧の駆動信号2101を印加し、第1の信号電極711を共通電極213と同電位となるように0[V]とする期間2を交互に設けた駆動方法である。
4-5-2. Other driving methods (part 2)
Next, another driving method of the liquid crystal optical
このような駆動方法を用いることで期間1と期間2を足した1フレームに要素格子に生じる液晶電位分布は、それぞれの期間の実効値に近い値をとる。期間1および期間2の印加波形は、任意でよく、たとえば振幅の異なる2つの波形を印加できる。また、パルス幅変調により、実効値を制御した波形でもよい。さらに、必要に応じて共通電極にバイアス交流電圧を印加してもよい。
By using such a driving method, the liquid crystal potential distribution generated in the element lattice in one frame obtained by adding the
4−6.複合電極の他の構造(その1)
つぎにブレーズド型回折格子を形成するための複合電極の他の構造について図22を用いて詳細に説明する。先に説明した第1の複合電極211a(図16)の構造に加えて、第2の複合電極211bは、第1の活性領域671の外部で複数の個別電極の群の両端に集電極を配する構成を採用する。
4-6. Other structure of composite electrode (1)
Next, another structure of the composite electrode for forming the blazed diffraction grating will be described in detail with reference to FIG. In addition to the structure of the first composite electrode 211a (FIG. 16) described above, the second
図22においては、第1の活性領域671の外部で第1の集電極701と対向する位置に第3の集電極801を、第1の活性領域671の外部で第2の集電極703と対向する位置に第4の集電極803を配する。さらに、第3の集電極801はMoやAg合金などの低抵抗金属材料からなる第5の信号電極811と第6の信号電極813に接続し、第4の集電極803は第7の信号電極815と第8の信号電極817に接続している。
In FIG. 22, the
この第2の複合電極211bの構造では、第1の信号電極711と第5の信号電極811、第2の信号電極713と第6の信号電極813、第3の信号電極715と第7の信号電極815、および第4の信号電極717と第8の信号電極817のペアは外部で短絡して駆動する。なお、第2の複合電極211bを用いた光偏向装置の駆動方法は、先に説明した駆動方法をそのまま適用することができる。
In the structure of the second
図22に示した、光偏向装置を形成するための第2の複合電極211bの構造は、個別電極が細くまた長くした場合などに、ネマティック液晶層の駆動周波数でのインピーダンスに比較して個別電極のインピーダンスが、無視できなくなる程大きくなる場合に特に有効である。
The structure of the second
4−7 複合電極の他の構造(その2)
つぎに高速応答が必要な応用の場合に特に有効である他の構成の第3の複合電極211cについて説明する。図23はブレーズド型回折格子を実現するための第1の活性領域671と第3の複合電極211cの関係を示す平面図である。図23において第3の複合電極211cは、複合電極を構成するITOなどの透明導電膜により形成した第1の個別電極621から便宜上N=20とし、第Nの個別電極640により形成している。
4-7 Other structures of composite electrode (Part 2)
Next, the third
光偏向をおこなうためのブレーズド型回折格子を第1の活性領域671に実現するために第3の複合電極211cには所定の電圧をそれぞれの個別電極621〜640に印加する必要がある。電圧パターンへの印加手段は、第1の個別電極621から第Nの個別電極640を図23に示すように別々に形成して各個別電極を独立にICなどの駆動回路で駆動して、各個別電極に段階的な電位差を生じさせる。
In order to realize a blazed diffraction grating for performing light deflection in the first
その第3の複合電極211cを用いた液晶光位相変調素子101を用いて任意の偏向角を実現する方法を図24を用いて説明する。第3の複合電極211cにおいては、各個別電極は独立に直接駆動回路により任意の電圧を印加できる。したがって、可変調量が最小で2π(一波長)まで取れる場合、任意の偏向角を実現することが可能となる。たとえば、第1の位相変調波形1901を、第1の活性領域671に実現するような電圧を各個別電極に印加したとき、偏向角θ1は、
tanθ1=λ/P1 (14)
で与えられる値を取る。
A method for realizing an arbitrary deflection angle using the liquid crystal optical
tan θ 1 = λ / P 1 (14)
Takes the value given by.
ここで、λは一波長分の相対位相差を示す。また、x軸方向を個別電極に直交する方向とした。本構成を用いることで、所定の個別電極を束ねたピッチP1において、位相を一波長分リセットすることにより、回折効率を100パーセントに近づけることが可能となる。 Here, λ represents a relative phase difference for one wavelength. In addition, the x-axis direction was a direction orthogonal to the individual electrode. By using this configuration, it is possible to bring the diffraction efficiency closer to 100% by resetting the phase by one wavelength at the pitch P 1 where predetermined individual electrodes are bundled.
つぎに、第2の位相変調波形1903を、第1の活性領域671に実現するような電圧を各個別電極に印加したとき、偏向角θ2は、
tanθ2=λ/P2 (15)
で与えられる値を取る。このように、位相をリセットする所定のピッチP1を変更することで、任意の偏向角θを容易に実現することが可能となる。
Next, when a voltage that realizes the second
tan θ 2 = λ / P 2 (15)
Takes the value given by. In this way, it is possible to easily realize an arbitrary deflection angle θ by changing the predetermined pitch P 1 for resetting the phase.
さらに、第3の複合電極211cを用いた液晶光位相変調素子101の場合、たとえば、図19に示す直線近似領域1701だけでなく、特性曲線1711の全域を利用することが可能となる。液晶セルの電場印加から電場無印加時の応答速度はセル厚の2乗に比例することが知られているため、液晶セルの厚みを薄くして高速応答化をする上で有利である。これは、各個別電極に任意の電圧を印加できるため特性曲線1711の非線形性を印加電圧の重み付けにより吸収することが可能なためである。
Furthermore, in the case of the liquid crystal optical
以上の説明から明らかなように、本発明の光偏向装置においては、単純な構造を持ち、駆動も単純に、大きな角度の偏向が可能な自由空間光通信やレーザレーダまたは、光スキャナに適する機械的な可動部の無い、軽量小型化の光偏向装置を実現することができる。 As is apparent from the above description, the optical deflection apparatus of the present invention has a simple structure, can be driven easily, and can be used for free space optical communication, laser radar, or an optical scanner capable of large-angle deflection. It is possible to realize a light and small-sized optical deflecting device that does not have a movable part.
すなわち、本実施の形態にあっては、光偏向装置において、平行ストライプ状に配した透明導電体からなる複数の個別電極721〜740を有する第1の透明基板201と、透明導電体からなる共通電極213を有する第2の透明基板203との間に挟持したネマティック液晶層501を備え、第1の透明基板201上に形成された各個別電極721〜740に所定の電圧を印加することにより、ネマティック液晶層501に屈折率の変調を生じさせるように構成した液晶光位相変調素子101の光出射側に、液晶光位相変調素子101から出射した光の偏向角を拡大する機能を有するウェッジ型プリズム121を配置した構成となっている。また、本実施の形態にあっては、上記液晶光位相変調素子101を、複数枚構成するようにしてもよい。
That is, in the present embodiment, in the optical deflecting device, the first
また、本実施の形態にあっては、複数の個別電極721〜740が、複数の群にまとめられ、各群内における各複数の個別電極721〜740を共通の集電極701,703で接続するとともに、その集電極701,703の両端に一対の信号電極711,713,715,717を接続する構成となっている。また、本実施の形態にあっては、少なくとも一つの前記群に配した一対の信号電極(たとえば711,713)に、それぞれ異なる電圧の駆動波形を印加する。また、少なくとも一つの前記群に配した一対の信号電極(たとえば711,713)の一方に交番電圧を印加し、他方を0[V]とする期間と、該他方に交番電圧を印加し、該一方を0[V]とする期間を交互に設けるようにしてもよい。また、前記交番電圧が、パルス幅変調した電圧であってもよい。また、本実施の形態にあっては、共通電極203側からネマティック液晶層501に交流バイアスを印加する期間を設けるようにしてもよい。
In this embodiment, a plurality of
このように、本実施の形態にあっては、直線状の透明導電膜からなる複数の個別電極211を持ち複数の個別電極721〜740と共通電極213とでネマティック液晶層501を挟んだ液晶光位相変調素子101と液晶光位相変調素子101に隣接するように配置する偏向角を拡大するウェッジ型プリズム121を配置する構成を取ることによって、液晶光位相変調素子101で入射直線偏光のウェッジ型プリズム121に入射する入射角を制御する。つまりウェッジ型プリズム121は、入射角の偏角量を拡大する働きをする。
As described above, in the present embodiment, the liquid crystal light having a plurality of
さらに、液晶光位相変調素子101は、第1の透明基板201に形成された複数の個別電極721〜740に所定の電圧を印加することで、ネマティック液晶層501に空間的な屈折率変調領域を誘起して、ブレーズド型回折格子を実現する作用をする。液晶光位相変調素子101の複数の個別電極721〜740は、各個別電極721〜740を複数の群にまとめられ各群内における各複数の個別電極721〜740を共通の集電極701、703によって束ねる構成とすることで駆動電極本数を大幅に減らす構成としてもよい。この場合、各集電極701,703に設けた一対の信号電極711,713,715,717に所定の電位差を与えることで集電極701,703には、直線状の電位勾配が誘起され、各個別電極211(721〜740)に所定の電位が分配される。
Further, the liquid crystal optical
各個別電極211に所定の電位差を誘起する駆動方法としてたとえば、一対の信号電極711,713に、それぞれ異なる電圧の駆動波形を印加する方法を採用する。また、別の駆動方法としては、少なくとも一つの前記群に配した一対の信号電極の第1の信号電極711に交番電圧を印加し、第2の信号電極713を0[V]とする期間と、第2の信号電極713に交番電圧を印加し、第1の信号電極711を0[V]とする期間を交互に繰り返す方法を採用する。
As a driving method for inducing a predetermined potential difference in each
このように本実施の形態にかかる本発明の光偏向装置では、単純な構成で簡便な駆動方法により高機能な光偏向装置を実現できる。 As described above, in the optical deflecting device of the present invention according to the present embodiment, a highly functional optical deflecting device can be realized with a simple configuration and a simple driving method.
100 光偏向装置
101 液晶光位相変調素子
121 ウェッジ型プリズム
123 2次元ウェッジ型プリズム
141 駆動装置
151 入射光
153 第1の出射光
155 第2の出射光
157 第3の出射光
161 出射面
171 P偏光
201 第1の透明基板
203 第2の透明基板
207 ダイレクタ
209 ティルト角
211 複合電極
213 共通電極
301 入射角度範囲
303 出射角度範囲
501 ネマティック液晶層
511 入射直線偏光
621...640 個別電極
671 第1の活性領域
701 第1の集電極
703 第2の集電極
711 第1の信号電極
713 第2の信号電極
715 第3の信号電極
717 第4の信号電極
721...740 個別電極
751 第1の要素格子
761 第2の要素格子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記液晶光位相変調素子を駆動する駆動手段と、
前記液晶光位相変調素子の出射側に配置され、前記液晶光位相変調素子から出射された光を入射する入射面と、当該入射面から入射された光が出射される出射面とが所定の角度を有するウェッジ型プリズムと、
を備え、
前記液晶光位相変調素子は、
平行ストライプ状に配した透明導電体からなる複数の個別電極を有する第1の透明基板と、
前記透明導電体からなる共通電極を有する第2の透明基板と、
前記第1の透明基板および前記第2の透明基板の間に挟持された液晶層と、
を備え、
前記駆動手段は、前記液晶層に屈折率の変調を生じさせるように、前記個別電極に所定の電圧を印加し、
前記液晶光位相変調素子を少なくとも2つ並べて配置し、
前段の液晶光位相変調素子から出射された光を後段の液晶光位相変調素子に入射し、
前記ウェッジ型プリズムは、前記後段の液晶光位相変調素子の出射側に配置され、前記後段の液晶光位相変調素子から出射された光を入射する入射面と、当該入射面から入射された光が出射される出射面とが所定の角度を有し、
前記前段の液晶光位相変調素子の個別電極の方向と、前記後段の液晶光位相変調素子の個別電極の方向が略直交となり、かつ、前記前段の液晶光位相変調素子の液晶層の配向方向と、前記後段の液晶光位相変調素子の液晶層の配向方向とが略同一となるように配置することを特徴とする光偏向装置。 A liquid crystal light phase modulation element that deflects and emits incident light using liquid crystal; and
Driving means for driving the liquid crystal optical phase modulation element;
An incident surface that is disposed on an emission side of the liquid crystal optical phase modulation element and receives light emitted from the liquid crystal optical phase modulation element, and an emission surface from which light incident from the incident surface is emitted have a predetermined angle. A wedge-shaped prism having
With
The liquid crystal optical phase modulation element is
A first transparent substrate having a plurality of individual electrodes made of transparent conductors arranged in parallel stripes;
A second transparent substrate having a common electrode made of the transparent conductor;
A liquid crystal layer sandwiched between the first transparent substrate and the second transparent substrate;
With
The driving means applies a predetermined voltage to the individual electrodes so as to cause a refractive index modulation in the liquid crystal layer,
Arranging at least two liquid crystal optical phase modulation elements side by side;
The light emitted from the preceding liquid crystal light phase modulation element is incident on the latter liquid crystal light phase modulation element,
The wedge-type prism is disposed on the emission side of the latter-stage liquid crystal light phase modulation element, and has an incident surface on which light emitted from the latter-stage liquid crystal light phase modulation element is incident, and light incident from the incidence surface The exit surface to be emitted has a predetermined angle,
The direction of the individual electrodes of the liquid crystal optical phase modulation element at the front stage and the direction of the individual electrodes of the liquid crystal optical phase modulation element at the rear stage are substantially orthogonal, and the orientation direction of the liquid crystal layer of the liquid crystal optical phase modulation element at the front stage The optical deflecting device is arranged so that the alignment direction of the liquid crystal layer of the latter-stage liquid crystal optical phase modulation element is substantially the same.
前記集電極の両端に接続された一対の信号電極と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光偏向装置。 Corresponding to each individual electrode group composed of a predetermined number of the individual electrodes, a collector electrode commonly connected to each individual electrode of the individual electrode group,
A pair of signal electrodes connected to both ends of the collector electrode;
The optical deflection apparatus according to claim 1, further comprising:
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