JP5076194B2 - Light irradiation device - Google Patents

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本発明は、光照射装置に関し、特に、液晶により光線の進行方向を偏向させる光偏向を行う光照射装置に関する。 The present invention relates to an optical irradiation apparatus, in particular, it relates to a light irradiation apparatus for performing optical deflection for deflecting the traveling direction of the light by the liquid crystal.

車両用灯具の一態様である車両用前照灯の光源として、例えばハロゲンランプなどの白熱電球、あるいはメタルハライドランプなどの高圧放電灯が知られている。 As a light source of the headlamp for a vehicle which is one embodiment of a vehicle lamp, for example a high-pressure discharge lamp such as an incandescent lamp or a metal halide lamp, such as a halogen lamp is known.

近年、車両用前照灯の分野において、上述のような白熱電球や放電灯に替えて、発光ダイオード(LED)を光源として用いることが考えられている。 Recently, in the field of the vehicle headlamp, in place of incandescent lamps and discharge lamps, as described above, and a light-emitting diode (LED) it is thought to use as a light source. LEDは、小型かつ軽量な光源であり、また、上記の従来の光源に対して高寿命かつ低消費電力であるので、新たな前照灯用光源として期待されている。 LED is a small and lightweight light source and, since it is long life and low power consumption relative to conventional light sources described above, it is expected as a new headlight light source.

ところで、車両用前照灯は、走行用配光とすれ違い用配光との2種類の配光を得ることが要求される。 Meanwhile, the vehicle headlamp is required to obtain the two kinds of light distribution of the traveling light distribution and low-beam light distribution. このような配光の切り替え方法には、例えば以下のような方法がある。 Such a light distribution switching method, there is a method such as follows.

第1の切り替え方法は、走行用配光に対応した光源とすれ違い用配光に対応した光源との2種類の光源を用いて、それぞれの配光に応じて光源を切り替えるものである。 First switching method uses two types of light sources of the light source corresponding to the light source and passing light distribution corresponding to the traveling light distribution, which switches the light source in accordance with the respective light distribution. この方法は白熱電球を用いた前照灯でよく用いられている。 This method is often used in the headlamp using an incandescent light bulb.

また、第2の切り替え方法は、2種類の配光を切り替えるために可動式の遮光部を用いるものである。 The second switching method is to use a light shielding portion of the movable to switch the two types of light distribution. この方法は放電灯を用いた前照灯によく用いられている。 This method is often used in the headlamp using a discharge lamp.

しかしながら、これらの配光切り替え方法を用いた場合には、2種類の光源または可動式の遮光部を用意するため、前照灯全体としての構成要素が大きくかつ重量も嵩んでしまう。 However, in the case of using these light distribution switching method, two kinds of light source or to provide a light shielding portion of the movable components of the entire headlamp will in large and weight also piling up.

LED光源特有の利点を活用するための配光切り替え方法として、液晶光学素子を用いた方法が提案されている。 Light distribution switching method for utilizing LED light sources particular advantage, the method using a liquid crystal optical element has been proposed. 例えば特許文献1は、一対の基板の一方の内面にプリズムを形成した液晶セルを用いて、光偏向を行う技術を開示する。 Patent Document 1 uses the liquid crystal cell forming a prism on one of the inner surfaces of the pair of substrates, discloses a technique for performing optical deflection. 電圧無印加状態と電圧印加状態とを切り替えて、液晶層の屈折率を切り替えることにより、光の進行方向を切り替える。 By switching between a state where no voltage is applied and the voltage applied state, by switching the refractive index of the liquid crystal layer to switch the traveling direction of light.

特開2006−147377号公報 JP 2006-147377 JP

しかし、特許文献1が開示する技術では、同文献の図10や、明細書の段落[0053]、[0016]等に示されているように、液晶セルに入射する光線の、偏光方向が相互に直交する2つの偏光成分うち、一方の偏光成分しか偏向させることができない。 However, in the technique Patent Document 1 is disclosed, and FIG. 10 of the document, specification paragraphs [0053], as shown in [0016], etc., of light incident on the liquid crystal cell, the polarization direction is mutually of two polarization components orthogonal to, can not be one polarization component only it is deflected. 液晶セルに入射する光線の両方の偏光成分を偏向させることができる技術が望まれる。 Techniques that can be deflected to both polarization components of the rays incident on the liquid crystal cell is desired.

本発明の一目的は、液晶セルを用いて、入射光線の両方の偏光成分を偏向させることにより、光照射方向を変えることができる光照射装置を提供することである。 One object of the present invention, by using a liquid crystal cell, by deflecting the both polarization components of the incident light, is to provide a light irradiation apparatus capable of changing the light irradiation direction.

本発明の一観点によれば、光線が入射する第1の光偏向液晶セルであって、相互に対向する一対の第1及び第2の透明基板と、前記第1及び第2の透明基板上に形成され、前記第1及び第2の透明基板間に電圧を印加する一対の第1及び第2の透明電極と、前記第1及び第2の透明基板間に挟まれた第1の液晶層と、前記第1及び第2の透明基板の一方の前記第1の液晶層側内面上方に、該第1の液晶層と接するようにプリズムが形成された第1のプリズム層と、前記第1の液晶層と第1のプリズム層との界面の液晶分子の長軸方向を、第1の方向に制御し、アンチパラレル配向処理で形成された第1の配向構造とを含む第1の光偏向液晶セルと、前記第1の光偏向液晶セルを透過した光線が入射する第2の光偏向液晶セルであって、相互に According to one aspect of the present invention, there is provided a first light deflecting liquid crystal cell which light rays incident, a pair of first and second transparent substrates facing each other, said first and second transparent substrate is formed, a pair of first and second transparent electrodes for applying a voltage between the first and second transparent substrates, a first liquid crystal layer sandwiched between said first and second transparent substrates When the one of the first liquid crystal layer side inner surface above the of the first and second transparent substrates, a first prism layer prism in contact with the first liquid crystal layer is formed, the first the longitudinal direction of the liquid crystal molecules at the interface between the liquid crystal layer and the first prism layer, were controlled to the first direction, the first light deflection and a first alignment structure formed by antiparallel alignment treatment a second light deflecting liquid crystal cell and the liquid crystal cell, light is transmitted through the first light deflecting liquid crystal cell is incident, another 向する一対の第3及び第4の透明基板と、前記第3及び第4の透明基板上に形成され、前記第3及び第4の透明基板間に電圧を印加する一対の第3及び第4の透明電極と、前記第3及び第4の透明基板間に挟まれた第2の液晶層と、前記第3及び第4の透明基板の一方の前記第2の液晶層側内面上方に、該第2の液晶層と接するようにプリズムが形成された第2のプリズム層と、前記第2の液晶層と第2のプリズム層との界面の液晶分子の長軸方向を、第2の方向に制御し、アンチパラレル配向処理で形成された第2の配向構造とを含む第2の光偏向液晶セルと、前記第1〜第4の透明電極に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第1の光偏向液晶セルに光線を入射させる入射光学系とを有し、前記第1の光偏向液晶セルを透過した光線の A pair of third and fourth transparent substrate direction, the third and formed in the fourth transparent substrate, said third and fourth third and fourth pair for applying a voltage between the transparent substrate and the transparent electrode, the third and second liquid crystal layer sandwiched between the fourth transparent substrate, one said second liquid crystal layer side inner surface above the of the third and fourth transparent substrate, said a second prism layer formed prism in contact with the second liquid crystal layer, the major axis direction of liquid crystal molecules at the interface between the second liquid crystal layer and the second prism layer, the second direction controlling a second light deflecting liquid crystal cell and a second alignment structure formed by antiparallel alignment process, and a voltage applying means for applying a voltage to the first to fourth transparent electrodes, said first of and an incident optical system which causes light rays incident on the light deflecting liquid crystal cell, the light beam transmitted through the first light deflecting liquid crystal cell ち、電気ベクトルの振動方向が前記第1の方向と直交する偏光成分が、前記第2の液晶層と第2のプリズム層との界面に到達したとき、該偏光成分の電気ベクトルの振動方向と前記第2の方向とが平行になるように、該第2の方向が選択されている光照射装置が提供される。 Chi, when the vibration direction of the electric vector polarized component orthogonal to the first direction, reaches the interface between the second liquid crystal layer and the second prism layer, the vibration direction of the electric vector of the polarized light component wherein the so are parallel second direction, the light irradiation apparatus in which the direction of the second has been selected is provided.

偏光方向が相互に直交する2つの偏光成分を、それぞれ、第1及び第2の光偏向液晶セルで偏向させることができる。 The two polarization components whose polarization directions are perpendicular to each other, it is possible to respectively deflect the first and second light deflecting liquid crystal cell. 第1の光偏向液晶セルで、電気ベクトルの振動方向が第1の方向に平行な偏光成分を偏向させることができ、第1の光偏向液晶セルで偏向されなかった偏光成分を、第2の光偏向液晶セルで偏向させることができる。 In the first light deflecting liquid crystal cell, the vibration direction of the electric vector can be deflected parallel polarization component in a first direction, the polarization component which has not been deflected by the first light deflecting liquid crystal cell, the second it can be deflected by the light deflecting liquid crystal cell. 印加電圧に応じて、偏向方向を変化させることができる。 Depending on the applied voltage, it is possible to change the polarization direction.

まず、図1〜図3を参照して、本発明の実施例による第1及び第2の光偏向液晶セルの構成例及び作製方法について説明する。 First, with reference to FIGS. 1 to 3, a description will be given of a configuration example and a manufacturing method of the first and second light deflecting liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention. 図1は、第1の(または第2の)光偏向液晶セルの概略断面図である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a first (or second) optical deflecting liquid crystal cell.

まず、第1の光偏向液晶セルについて説明する。 First, a description will be given of a first light deflecting liquid crystal cell. 表面に、透明電極が形成された一対の平板状のガラス基板(透明電極2が形成された下側ガラス基板1、及び、透明電極12が形成された上側ガラス基板11)を用意した。 On the surface, a pair of plate-shaped glass substrate having a transparent electrode has been formed (transparent electrode 2 lower glass substrate 1 is formed, and the upper glass substrate 11 having a transparent electrode 12 was formed) was prepared.

透明電極2、12は、それぞれ、例えば厚さ150nmであり、例えば酸化インジウムスズ(ITO)からなる。 Transparent electrodes 2 and 12, respectively, for example, a thickness of 150 nm, for example, indium tin oxide (ITO). ガラス基板1、11の板厚は、それぞれ、例えば0.7mmtであり、ガラス材質は、例えば無アルカリガラスである。 Thickness of the glass substrate 1, 11, respectively, for example, 0.7 mmt, glass material is, for example, alkali-free glass. 実施例では、透明電極2、12として、ベタパタンのものを用いたが、必要に応じてパタニングされたものを用いることができる。 In the embodiment, as the transparent electrode 2 and 12, it was used as the Betapatan, can be used which is patterned as needed.

片側のガラス基板の透明電極上に(下側ガラス基板1の透明電極2上に)、プリズム層3を形成した。 On the transparent electrode side of a glass substrate (on the transparent electrode 2 on the lower glass substrate 1), thereby forming a prism layer 3. プリズム層3は、平板状のベース層3b上に、頂角45度、底角が45度及び90度の三角柱状のプリズム3aが、プリズム3aの長さ方向と直交する方向に並んだ形状を有する。 Prism layer 3, on a flat plate-like base layer 3b, an apex angle of 45 degrees, triangular prisms 3a of base angles of 45 degrees and 90 degrees, the aligned shape in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the prism 3a a.

図2に、プリズム層3の概略斜視図を示す。 Figure 2 shows a schematic perspective view of a prism layer 3. 図3に、光偏向液晶セルの概略平面図を示す。 Figure 3 shows a schematic plan view of a light deflecting liquid crystal cell. 多数の細長いプリズム3aが、ストライプ状に配置されている。 Number of elongated prisms 3a are arranged in stripes. ガラス基板1上のプリズム層3の形成されている領域は、実施例ではカマボコ型であり、その寸法は、例えば、プリズム3aの並ぶ方向(図3の横方向、カマボコ型の底辺方向)が80mmであり、プリズム3aの長さ方向(図3の縦方向、カマボコ型の高さ方向、ただし出っ張りを含まない直線部分の寸法)が50mmである。 Region formed of the prism layer 3 on the glass substrate 1 in the embodiment is semicylindrical, the dimensions, for example, the direction of arrangement of prism 3a (lateral semicylindrical the bottom direction in FIG. 3) is 80mm , and the (longitudinal direction, the dimension of the linear portion which does not include semicylindrical the height direction, but the projection of FIG. 3) the length direction of the prism 3a is 50 mm.

図1に示すように、ベース層3bの厚さは、例えば20μm〜40μmである。 As shown in FIG. 1, the thickness of the base layer 3b is, for example, 20Myuemu~40myuemu. プリズム3aの高さは、例えば20μmであり、プリズム3aの幅(隣り合うプリズム3a間のピッチ)は、例えば20μmである。 The height of the prism 3a is, for example, 20 [mu] m, the width of the prism 3a (pitch between adjacent prisms 3a) is, for example, 20 [mu] m.

プリズム層3の作製方法について説明する。 A method for manufacturing the prism layer 3. 下側ガラス基板1の透明電極2上に、所定量の紫外(UV)硬化性樹脂(例えばロックタイト製376L)を滴下し、その上の所定位置に、プリズム3aに対応する型が形成された金型を置き、厚手の石英部材などを基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。 Gold on the transparent electrode 2 on the lower glass substrate 1, was added dropwise a predetermined amount of ultraviolet (UV) curable resin (e.g., Loctite Ltd. 376L), which in a predetermined position thereon, the type corresponding to the prism 3a is formed place the mold were pressed at state reinforced by placing such thick quartz member on the back side of the substrate. なお、金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。 It is also possible to form a fine groove for air vent in the mold. また、真空中で重ね合わせてもよい。 In addition, it may be superimposed in a vacuum.

プレス後、1分以上放置した後、下側ガラス基板1の裏側(UV硬化性樹脂層と反対側)から紫外線を照射し、UV硬化性樹脂を硬化させた。 After pressing, after standing for at least 1 minute, ultraviolet rays are irradiated from the rear side of the lower glass substrate 1 (the side opposite to the UV-curable resin layer), to cure the UV curable resin. 紫外線の照射量は、例えば500mJ/cm である。 Dose of ultraviolet light is, for example, 500 mJ / cm 2. 紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように、適宜設定すればよい。 The dose of ultraviolet rays, so that the resin is cured, may be set appropriately. なお、ITOは紫外線を吸収するため、透明電極の膜厚が変われば必要な紫外線照射量も変わるであろう。 Incidentally, ITO in order to absorb ultraviolet rays, will also vary the amount of UV irradiation needed if Kaware film thickness of the transparent electrode.

プリズム層3に、ラビング処理を行った。 The prism layer 3 was subjected to a rubbing treatment. 第1の光偏向液晶セルでは、液晶分子の長軸方向が、プリズム3aの長さ方向と平行に制御されるように、ラビング方向を、プリズム3aの長さ方向と平行にする。 In the first light deflecting liquid crystal cell, the long axis direction of liquid crystal molecules, so as to be parallel to control and the length direction of the prisms 3a, the rubbing direction is parallel to the length direction of the prisms 3a.

もう一方のガラス基板の透明電極上に(上側ガラス基板11の透明電極12上に)、例えばポリイミドからなる配向膜13を形成した。 On the transparent electrode of the other glass substrate (on the transparent electrode 12 of the upper glass substrate 11), for example to form an alignment film 13 made of polyimide. 実施例では、日産化学製のSE−410からなる膜を、フレキソ印刷法で厚さ80nm形成して、180℃で1.5時間焼成を行った。 In an embodiment, a film made of Nissan Chemical Industries of SE-410, and a thickness of 80nm formed by a flexographic printing method and subjected to 1.5 hours firing at 180 ° C.. 焼成後、配向膜13にラビング処理を行った。 After firing, it was subjected to a rubbing treatment to the alignment film 13. 配向膜13のラビング方向は、両ガラス基板を重ね合わせてセルを形成したとき、プリズム層3のラビング方向に対してアンチパラレルとなるように定められる。 Rubbing direction of the alignment film 13 when forming the cell by superposing the glass substrates is determined so as to be anti-parallel to the rubbing direction of the prism layer 3.

次に、下側のガラス基板1上に、ギャップコントロール剤を2wt%〜5wt%含んだメインシール剤を形成した。 Then, on the glass substrate 1 lower, to form a main seal agent which contains 2 wt% to 5 wt% of the gap controller. 形成方法として、例えば、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。 As a formation method, for example, screen printing or a dispenser is used. プリズム3aの頂点から配向膜13までの、液晶層21の厚さが、例えば5μm〜30μmとなるように、ギャップコントロール剤が選択される。 From the apex of the prism 3a to the alignment film 13, the thickness of the liquid crystal layer 21 is, for example, as a 5 m to 30 m, the gap control agent is selected.

メインシール剤中のギャップコントロール剤の径は、例えば45μm〜90μmとする。 Diameter of gap controller in the main sealing agent, eg, 45Myuemu~90myuemu. 実施例では、積水化学製の径が75μmのプラスチックボールを選んだ。 In an embodiment, the diameter made of Sekisui Chemical chose a plastic ball of 75μm. このプラスチックボールを、三井化学製のシール剤ES−7500に4wt%添加し、メインシール剤とした。 The plastic balls, was added 4 wt% to Mitsui Chemicals sealant ES-7500, was the main sealant.

上側のガラス基板上には、ギャップコントロール剤14を散布した。 On the upper side of the glass substrate, it was sprayed with gap controller 14. 上側のガラス基板上のギャップコントロール剤14の径は、例えば10μm〜50μmとする。 Diameter of gap controller 14 on the glass substrate of the upper, for example, 10 m to 50 m. 実施例では、積水化学製の径が15μmのプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。 In an embodiment, the diameter made of Sekisui Plastic ball 15 [mu] m, was sprayed using a dry gap spreaders.

次に、両ガラス基板1、11の重ね合わせを行い、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、メインシール剤を硬化させた。 Next, the superposition of two glass substrates 1 and 11, by heat treatment while applying a constant pressure with a press machine to cure the main sealant. 実施例では、150℃で3時間の熱処理を行った。 In the embodiment, heat treatment was carried out for 3 hours at 0.99 ° C..

このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層21を形成した。 Thus the empty cell which is manufactured, the liquid crystal is vacuum injected, to form a liquid crystal layer 21. なお、下側の基板にはプリズム層3が形成されているので、液晶層21の厚さは位置により変化する。 Since the prism layer 3 on the lower side of the substrate is formed, the thickness of the liquid crystal layer 21 varies depending on the position. プリズムの谷近傍では、プリズムの山近傍よりも液晶層が厚くなる。 The valley near the prism, the liquid crystal layer is thicker than the mountain near the prism. なお、液晶の注入方法は真空注入に限らず、例えばOne Drop Fill(ODF)法を用いてもよい。 Incidentally, the injection method of the liquid crystal is not limited to vacuum infusion, for example One Drop Fill (ODF) method may be used.

実施例では、液晶として、Δεが正でΔn=0.298の大日本インキ化学工業製のものを用いた。 In the embodiment, as the liquid crystal, [Delta] [epsilon] was used made of Dainippon Ink and Chemicals of [Delta] n = 0.298 positive. 電圧無印加状態で、液晶分子の長軸がガラス基板に平行な方向に沿い、電圧印加により、液晶分子の長軸がガラス基板の法線方向(上下基板の対向方向)に立ち上がる。 In the absence of an applied voltage, the long axis of the liquid crystal molecules along the direction parallel to the glass substrate, by applying voltage, the long axis of the liquid crystal molecules rise in the normal direction of the glass substrate (opposing direction of the upper and lower substrates).

液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。 After the liquid crystal injection, the end seal agent is applied to the inlet was sealed. 封止後、120℃で1時間の熱処理を行い、液晶の配向状態を整えた。 After sealing, a heat treatment of 1 hour at 120 ° C., trimmed the alignment state of the liquid crystal. このようにして、第1の光偏向液晶セルを作製した。 Thus, to produce a first light deflecting liquid crystal cell.

実施例に用いた液晶は、電気ベクトルの振動方向(光の振動方向)が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対して、屈折率1.823を示し、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対して、屈折率1.525を示す。 Liquid crystal used in the Examples, with respect to the polarization component parallel to the longitudinal direction of the liquid crystal molecules (the vibration direction of light) the oscillation direction of the electric vector, a refractive index 1.823, the vibration direction of the electric vector LCD with respect to the vertical polarization component in the axial direction of the molecule, a refractive index 1.525.

プリズム層3を構成するUV硬化性樹脂の屈折率は、1.51であり、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する液晶の屈折率と同等である。 Refractive index of the UV-curable resin forming the prism layer 3 is 1.51, the vibration direction of electric vector is equivalent to the refractive index of the liquid crystal with respect to the vertical polarization component in the longitudinal direction of the liquid crystal molecules. なお、第1の材料の屈折率と第2の材料の屈折率との差が、第1の材料の屈折率または第2の材料の屈折率に対して3%以内(より好ましくは2%以内)であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。 Incidentally, the difference in refractive index of the first material and the second material, within 3% relative refractive index or refractive index of the second material of the first material (more preferably within 2% when) is the refractive index of both materials is to be equivalent.

次に、第2の光偏向液晶セルについて説明する。 Next, a description will be given of the second light deflecting liquid crystal cell. 第2の光偏向液晶セルは、ラビング方向以外については第1の光偏向液晶セルと同様な構成のものであり、第1の光偏向液晶セルと同様な工程で作製される。 Second light deflecting liquid crystal cell except for the rubbing direction is of the same configuration as the first light deflecting liquid crystal cell, is made of a first light deflecting liquid crystal cell and the same steps.

図2に示すように、第1の光偏向液晶セルのプリズム層3上のラビング方向が、プリズム3aの長さ方向と平行であったのに対し、第2の光偏向液晶セルのプリズム層3上のラビング方向は、プリズム3aの並ぶ方向と平行(プリズム3aの長さ方向と直交)にする。 As shown in FIG. 2, the rubbing direction on the first prism layer 3 of the optical deflecting liquid crystal cell, while was parallel to the length direction of the prisms 3a, a prism layer of the second light deflecting liquid crystal cell 3 the rubbing direction of the upper is parallel to the direction of arrangement of prism 3a (perpendicular to the length direction of the prisms 3a). すなわち、第2の光偏向液晶セルでは、液晶分子の長軸方向が、プリズム3aの並ぶ方向と平行に制御される。 That is, in the second light deflecting liquid crystal cell, the long axis direction of liquid crystal molecules is parallel to control the direction of arrangement of prism 3a.

また、上側ガラス基板11上の配向膜13のラビング方向は、両ガラス基板を重ね合わせてセルを形成したとき、プリズム層3のラビング方向に対してアンチパラレルとなるように定められる。 Further, the rubbing direction of the alignment film 13 on the upper glass substrate 11, when forming the cell by superposing the glass substrates is determined so as to be anti-parallel to the rubbing direction of the prism layer 3.

このように作製した第1及び第2の光偏向液晶セルを積層し、各液晶セルの電極を、印加電圧を制御する制御装置に接続して、実施例による光偏向装置を作製した。 Thus the first and second light deflecting liquid crystal cell laminated fabricated, the electrodes of each liquid crystal cell, connected to a control device for controlling the applied voltage, to produce a light deflection device according to an embodiment.

両液晶セルは、第1の液晶セルのプリズムの長さ方向と、第2のプリズムの長さ方向とが平行になるように、かつ、プリズムの底角45°で立ち上がる面同士が平行になり、底角90°で立ち上がる面同士が平行になるように積層した。 Both liquid crystal cell, the length direction of the first liquid crystal cell prisms, as the length direction of the second prism are parallel and face each other rising at base angle 45 ° of the prism is parallel , it faces thereof rising at base angle 90 ° was laminated so as to be parallel. 両液晶セルのプリズム層上のラビング方向が、平面視上直交する。 The rubbing direction on the prism layer of the two liquid crystal cell is orthogonal as viewed in plan.

図4に、実施例の光偏向装置の積層セルの写真を示す。 Figure 4 shows a photograph of a laminated cell having a light deflecting device of Example. 第1の光偏向液晶セルが上側に配置され、第2の光偏向液晶セルが下側に配置されている。 First light deflecting liquid crystal cells are arranged on the upper side, the second light deflecting liquid crystal cell is disposed on the lower side. 各液晶セルで、プリズム層の形成されていない基板(配向膜が形成された基板)が上側に配置され、プリズム層の形成された基板が下側に配置されている。 In the liquid crystal cell, a substrate not formed with the prism layer (substrate alignment layer is formed) is arranged on the upper side, a substrate formed of the prism layer is disposed on the lower side. それぞれの液晶セルの透明電極にピン端子をつなげることにより導通を取り、第1の液晶セルと第2の液晶セルに等しい電圧を印加できるようにしてある。 Take conduction by connecting the respective pin terminals to the transparent electrodes of the liquid crystal cell, it is also available applying a voltage equal to the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell.

次に、図5及び図6を参照して、実施例の光偏向装置の光偏向特性を測定した実験について説明する。 Next, with reference to FIGS. 5 and 6, the experiment of measuring the optical deflection characteristics of the optical deflecting device of embodiment will be described. 図5は、測定光学系の構成を示す概略図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing the configuration of a measurement optical system. 光源41として、白色発光ダイオード(LED)が配置されている。 As a light source 41, a white light emitting diode (LED) is disposed. 光源41から放出された光が、凸レンズ42に入射する。 Light emitted from the light source 41 is incident on the convex lens 42. 光源41は、ほぼ点光源とみなせ、凸レンズ42の前側焦点位置に配置されている。 Light source 41 is regarded as a nearly point source is disposed at the front focal position of the convex lens 42. 光源41から放出され、凸レンズ42を透過した光が、ほぼ平行光となる。 Emitted from the light source 41, light transmitted through the convex lens 42 becomes substantially parallel light.

凸レンズ42を透過した光が、第1及び第2の光偏向液晶セルを積層した積層セル43に入射する。 Light transmitted through the convex lens 42 is incident to the laminated cell 43 formed by laminating the first and second light deflecting liquid crystal cell. 積層セル43を透過した光が、絞り44を経て、ホトディテクタ45に入射する。 The light transmitted through the stacked cell 43, through the aperture 44, incident on the photodetector 45. 制御装置31が、積層セル43への印加電圧を制御して、電圧無印加(印加電圧が0V)であるオフ状態と、各液晶セルへの印加電圧が例えば20Vであるオン状態とを切り替える。 Controller 31 controls the voltage applied to the stacked cell 43, switches and the off state is a no voltage is applied (the applied voltage is 0V), the on state is applied voltage for example 20V to the liquid crystal cell.

凸レンズ42を透過して積層セル43に入射する光線の進行方向をZ軸方向とし、積層セル43の、プリズムの長さ方向をX軸方向とし、Z軸及びX軸の双方に直交する方向をY軸方向とする座標系を考える。 The traveling direction of the light rays incident to the laminated cell 43 passes through the convex lens 42 is a Z-axis direction, the stacked cell 43, the length direction of the prism and the X-axis direction, a direction orthogonal to both the Z-axis and X-axis consider the coordinate system with the Y-axis direction.

光源41、凸レンズ42、及び積層セル43は、共通の支持台46に対して固定されている。 Light source 41, a convex lens 42 and the laminated cell 43, is fixed to a common support base 46. 支持台46は、積層セル43の配置された位置を中心としX軸に平行な回転軸47の周りに回転可能である。 Support table 46 is rotatable about a center and to the X-axis parallel to the rotation axis 47 a disposed position of the stacked cell 43.

支持台46の回転角を変化させながら、積層セル43を透過した光の強度をホトディテクタ45で測定することにより、積層セル43から出射した光の強度のYZ面内での角度分布を得ることができる。 While changing the rotation angle of the support base 46, by measuring the intensity of light transmitted through the laminated cell 43 in photodetector 45, to obtain the angular distribution in the YZ plane of the intensity of the light emitted from the stacked cell 43 can. つまり、積層セル43によりどれだけの光量がどの角度に曲げられたのか測定することができる。 That is, it is possible to measure how much light quantity is bent to any angle by stacking cell 43.

図6を参照して、測定結果について説明する。 Referring to FIG. 6, it will be described the measurement results. 図6の曲線A1がオン状態の光強度の角度分布であり、曲線A2がオフ状態の光強度の角度分布である。 Curve A1 in Fig. 6 is an angular distribution of the light intensity in the ON state, the curve A2 is the angular distribution of light intensity in the off state. オン状態では、光強度分布が、0°を中心にほぼ正規分布している。 In the on state, the light intensity distribution, are substantially normally distributed around the 0 °. すなわち、オン状態では積層セル43への入射光線がそのまま直進する。 That is, in the on-state incident light in the stacking cell 43 is straight ahead.

一方、オフ状態では、18°を中心とする幅の広いピークと、0°を中心とする幅の狭いピークとを持つ光強度分布となっている。 On the other hand, in the off state, has a broad peak centered at 18 °, the light intensity distribution having a narrow peaks centered at 0 °. オフ状態の0°を中心とするピークは幅が狭いため、積分するとほとんどの光が18°近傍に集まった光強度分布と言える。 For peak centered at 0 ° in an off state is narrow, it can be said when integrated light intensity distribution gathered almost near the light 18 °.

実際にスクリーンなどに投影して観察すると、0°付近の光は非常に弱く、ほとんどの光が18°を中心とした方向に曲げられていることが確認された。 In fact observed by projecting onto a screen or the like, 0 light near ° is very weak, that the bent direction around most of the light is a 18 ° was confirmed. このように、オフ状態では、積層セル43への入射光線が、YZ面内で偏向される。 Thus, in the off state, incident light to the laminated cell 43 is deflected in the YZ plane.

次に、図7及び図8を参照して、実施例の光偏向装置の作用について考察する。 Next, with reference to FIGS. 7 and 8, consider the operation of the optical deflecting device of Example. 図7及び図8は、プリズム3aの長さ方向に平行な視線で見た、積層セルの概略断面図を示す。 7 and 8, viewed in parallel to the length direction of the prisms 3a sight shows a schematic cross-sectional view of a laminated cell. 図7は、印加電圧がオフ状態を示し、図8が、オン状態を示す。 7, the applied voltage indicates the OFF state, FIG. 8 shows the ON state. なお、ここで、第1の液晶セル101及び第2の液晶セル102の構成部材について、それぞれ、「−1」及び「−2」を付して区別する。 Here, the first component of the liquid crystal cell 101 and the second liquid crystal cell 102, respectively, - distinguishing "1" and subjected to "-2".

まず図7を参照して、オフ状態について説明する。 Referring first to FIG. 7, a description will be given off. 第1の液晶セル101の上側ガラス基板11−1に、光線Lが垂直入射する。 The upper glass substrate 11-1 of the first liquid crystal cell 101, light L is incident vertically. 上側ガラス基板11−1に入射する光線Lの進行方向をZ軸方向とし、プリズム3a−1及び3a−2の長さ方向をX軸方向とし、Z軸及びX軸の双方に直交する方向をY軸方向とする座標系を考える。 The traveling direction of the light beam L incident on the upper glass substrate 11-1 and a Z-axis direction, the length direction of the prisms 3a-1 and 3a-2 and X-axis direction, a direction orthogonal to both the Z-axis and X-axis consider the coordinate system with the Y-axis direction.

上側ガラス基板11−1、透明電極12−1、及び配向膜13−1を透過した光線Lが、液晶層21−1に入射する。 Upper glass substrate 11-1, the transparent electrode 12-1, and light L transmitted through the alignment layer 13-1 is incident on the liquid crystal layer 21-1. 液晶層21−1を透過した光線Lが、プリズム3a−1の、底角45°で立ち上がる平面3c−1に斜めに(入射角45°で)入射する。 Light L transmitted through the liquid crystal layer 21-1 is, the prism 3a-1, obliquely (at an incident angle of 45 °) to the plane 3c-1 rising at a base angle 45 ° incident.

オフ状態で、第1の液晶セル101の液晶分子M−1の長軸方向は、プリズム3a−1の長さ方向と平行であり、すなわち、X軸方向を向いている。 In the off state, the longitudinal direction of the liquid crystal molecules M-1 of the first liquid crystal cell 101 is parallel to the length direction of the prisms 3a-1, i.e., are oriented in the X-axis direction. 光線Lのうち、X軸方向に電気ベクトルが振動する偏光成分LXについて、液晶層21−1の屈折率とプリズム3a−1の屈折率とが異なり、Y軸方向に電気ベクトルが振動する偏光成分LYについて、液晶層21−1の屈折率とプリズム3a−1の屈折率とが同等である。 Of light rays L, the polarization component LX electric vector vibrates in the X-axis direction, the polarized light component is different from the refractive index of the liquid crystal layer 21-1 and the prism 3a-1 of the refractive index, the electric vector vibrates in the Y-axis direction for LY, and the refractive index of the liquid crystal layer 21-1 and the refractive index of the prism 3a-1 are equivalent.

従って、偏光成分LYは、液晶層21−1とプリズム層3−1との界面3c−1をそのまま直進して通過する。 Accordingly, the polarization component LY passes through the interface 3c-1 and the liquid crystal layer 21-1 and the prism layer 3-1 go straight to. 一方、偏光成分LXは、スネルの法則に従って、界面3c−1において、YZ面内で偏向される。 On the other hand, polarization component LX, according to Snell's law at the interface 3c-1, is deflected in the YZ plane.

プリズム層3−1を透過した偏光成分LX及びLYが、透明電極2−1及び下側ガラス基板1−1を透過して、第2の液晶セル102に入射する。 Polarization components LX and LY have passed through the prism layer 3-1, it passes through the transparent electrode 2-1 and the lower glass substrate 1-1, is incident on the second liquid crystal cell 102. 第2の液晶セル102の上側ガラス基板11−2、透明電極12−2、及び配向膜13−2を透過した偏光成分LX及びLYが、液晶層21−2を透過して、プリズム3−2に入射する。 Upper glass substrate 11-2 of the second liquid crystal cell 102, the polarization component LX and LY transparent electrodes 12-2, and transmitted through the alignment layer 13-2, it passes through the liquid crystal layer 21-2, a prism 3-2 incident on. オフ状態で、第2の液晶セル102の液晶分子M−2の長軸方向は、プリズム3a−2が並ぶ方向と平行であり、すなわち、Y軸方向を向いている。 In the off state, the longitudinal direction of the liquid crystal molecules M-2 of the second liquid crystal cell 102 is parallel to the direction in which the prism 3a-2 are aligned, i.e., it is oriented in the Y-axis direction.

第1の液晶セル101で偏向された偏光成分LXについて、液晶層21−2の屈折率とプリズム3a−2の屈折率とが同等であり、偏光成分LXは、プリズム3a−2で偏向されない。 The polarization component LX deflected by the first liquid crystal cell 101, and the refractive index of the liquid crystal layer 21-2 and the refractive index of the prism 3a-2 is equivalent to the polarization components LX is not deflected by the prism 3a-2. 偏光成分LXは、第1の液晶セル101から出射した方向と平行な方向のまま、第2の液晶セル102から出射する。 Polarization component LX, leaving the first direction parallel direction emitted from the liquid crystal cell 101 and exits from the second liquid crystal cell 102.

第1の液晶セル102で偏向されなかった偏光成分LYは、プリズム3a−2の、底角45°で立ち上がる平面3c−2に斜めに(入射角45°で)入射する。 Polarization component LY which has not been deflected by the first liquid crystal cell 102, the prism 3a-2, obliquely (at an incident angle of 45 °) to the plane 3c-2 rising at a base angle 45 ° incident. 偏光成分LYについて、液晶層21−2の屈折率とプリズム3a−2の屈折率とが異なる。 The polarization component LY, and the refractive index of the liquid crystal layer 21-2 and the refractive index of the prism 3a-2 are different. 従って、偏光成分LYは、液晶層21−2とプリズム3a−2の界面3c−2で、スネルの法則に従い、YZ面内で偏向される。 Accordingly, the polarization component LY is a liquid crystal layer 21-2 and the prism 3a-2 of the interface 3c-2, in accordance with Snell's law, is deflected in the YZ plane.

偏向される偏光成分に対する、液晶層の屈折率及びプリズム層の屈折率が、第1及び第2の液晶セルで等しくなるように、かつ、偏向される偏光成分に対して、液晶層からプリズムへの入射角が、第1及び第2の液晶セルで等しくなるように、両液晶セルが構成されているので、2つの偏光成分が、等しい方向に曲がる。 For polarized light component is deflected, the refractive index of the refractive index and the prism layer of the liquid crystal layer, to be equal in the first and second liquid crystal cells, and, to polarized light component is deflected, the prism from the liquid crystal layer angle of incidence, to be equal in the first and second liquid crystal cell, since both the liquid crystal cell is composed, the two polarization components, bent equal direction.

次に、図8を参照して、オン状態について説明する。 Next, with reference to FIG. 8, the ON state will be described. オン状態では、充分な大きさの電圧印加により、第1及び第2の液晶セル双方で、液晶分子の長軸方向が、上下基板の法線方向(対向方向)と平行になっている。 In the on state, the voltage application of a sufficient size, in the first and second liquid crystal cells both long axis direction of liquid crystal molecules is parallel to the normal direction of the upper and lower substrates (opposite direction). すなわち、第1の液晶セル101の液晶分子M−1の長軸方向、及び、第2の液晶セル102の液晶分子M−2の長軸方向の双方とも、Z軸方向を向いている。 That is, the liquid crystal molecules M-1 in the long axis direction of the first liquid crystal cell 101, and, both in the longitudinal direction of the liquid crystal molecules M-2 of the second liquid crystal cell 102 are oriented in the Z-axis direction.

このため、第1の液晶セル101に入射する光線Lのうち、X軸方向に電気ベクトルが振動する偏光成分LX、及び、Y軸方向に電気ベクトルが振動する偏光成分LYの双方について、液晶層21−1の屈折率とプリズム3a−1の屈折率とが同等である。 Therefore, among the light beams L incident on the first liquid crystal cell 101, the polarization component LX electric vector vibrates in the X-axis direction, and, for both polarization components LY electric vector vibrates in the Y-axis direction, the liquid crystal layer the refractive index of 21-1 and the refractive index of the prism 3a-1 and are equivalent. 従って、偏光成分LX及びLYの双方とも、第1の液晶セル101をそのまま直進して通過し、第2の液晶セル102に入射する。 Accordingly, both of the polarization components LX and LY, the first liquid crystal cell 101 passes straight as it is incident on the second liquid crystal cell 102.

同様に、第2の液晶セル102に入射する偏光成分LX及びLXの双方について、液晶層21−2の屈折率とプリズム3a−2の屈折率とが同等である。 Similarly, for both polarization components LX and LX enters the second liquid crystal cell 102, and the refractive index of the liquid crystal layer 21-2 and the refractive index of the prism 3a-2 are equivalent. 従って、偏光成分LX及びLYの双方とも、第2の液晶セル102をそのまま直進して通過する。 Accordingly, both of the polarization components LX and LY, passing a second liquid crystal cell 102 and goes straight.

以上説明したように、オフ状態では、2つの偏光成分が第1及び第2の液晶セルでそれぞれ偏向され、オン状態では、両偏光成分とも偏向されずに直進すると考えられる。 As described above, in the off state, the two polarization components are deflected respectively by the first and second liquid crystal cell, in the on state, is considered to be straight without being deflected both polarization components. なお、以上の説明は、概略的な原理についての考察である。 The above description is a discussion of general principles. 実際の液晶光学素子の挙動はより複雑と考えられるので、上記の理想的な挙動と完全には一致しないであろう。 Since the actual behavior of the liquid crystal optical element is considered more complex, it will not exactly match the ideal behavior described above.

例えば、オフ状態において、理想的には0°のピークは現れないと考えられるが、測定された偏向特性(図6)では、0°付近にピークが現れる。 For example, in the off state, but ideally it would not appear peaks of 0 °, the measured deflection characteristic (FIG. 6), a peak appears in the vicinity of 0 °. この理由としては、例えば、プリズム表面のラビング処理による液晶分子の配向制御が完全でなかったのではないかと推察される。 The reason, for example, control the orientation of liquid crystal molecules by rubbing the prism surfaces is presumed that it would be was not complete. しかし、例えばラビング処理方法を最適化することにより、0°付近のピークを低下させることが可能であろう。 However, for example, by optimizing the rubbing method, it would be possible to reduce the peak in the vicinity of 0 °.

次に、図9を参照し、1層の液晶セルにより光偏向を行った比較実験について説明する。 Next, with reference to FIG. 9, comparative experiment will be described which performs light deflected by the liquid crystal cells of the first layer. 液晶セルとして、第1の液晶セル(ラビング方向がプリズムの長さ方向に平行なセル)を用いた。 As the liquid crystal cell, the first liquid crystal cell (rubbing directions cell parallel to the length direction of the prisms) were used. 曲線A3がオン状態の光強度の角度分布であり、曲線A4がオフ状態の光強度の角度分布である。 Curve A3 is angular distribution of light intensity in the ON state, curve A4 is an angle distribution of the light intensity in the off state.

実施例の積層セルと同様に、オン状態では、光強度分布が、0°を中心にほぼ正規分布している。 Like the laminated cell of Example, in the on state, the light intensity distribution, are substantially normally distributed around the 0 °. オフ状態では、18°を中心とするピークが現れるが、0°のピークの積分強度も高い。 In the off state, the peak appears around the 18 °, even higher integrated intensity of the peaks of 0 °. 図7及び図8を参照して考察したように、1層の液晶セルでは、一方の偏光成分しか偏向しない。 As discussed with reference to FIGS. 7 and 8, in the liquid crystal cells of the first layer, only deflect one polarization component. 他方の偏光成分は直進するので、0°近傍と18°近傍の両方向に同程度の光量が照射されることになる。 Since the polarization component of the other is straight, 0 ° near the 18 ° comparable amount in both directions in the vicinity is to be irradiated.

以上説明したように、実施例による光偏向装置は、偏光方向が相互に直交する2つの偏光成分の双方を偏向することができる。 As described above, the optical deflecting device according to Example can be polarization direction is deflected both of the two polarization components orthogonal to each other.

なお、上記実施例では、プリズムの長さ方向にラビング処理を行った液晶セルを光源側に配置し、プリズムの並ぶ方向にラビング処理を行った液晶セルを観察者側(ディテクタ側)に配置したが、この配置を逆にしても、2つの偏光成分の偏向は可能である。 In the above embodiment, a liquid crystal cell subjected to a rubbing treatment in the longitudinal direction of the prism placed on the light source side, was placed a liquid crystal cell subjected to rubbing treatment in a direction of arrangement of the prism on the viewer side (detector side) but even if this arrangement Conversely, deflection of the two polarization components is possible.

また、上記実施例では、2つの液晶セルとも、プリズムの形成されない基板を光源側に配置し、プリズムの形成された基板を観察者側に配置したが、この配置を逆にしても、光偏向を行うことは可能である。 In the above embodiment, both the two liquid crystal cells, a substrate which is not formed of the prism placed on the light source side, has been placed a substrate formed of a prism on the viewer side, even if the arrangement Conversely, light deflection it is possible to perform. このような基板の配置の順序が、2つの液晶セルで揃っていても、異なっていても、2つの偏光成分の偏向は可能である。 The order of arrangement of such substrate, be aligned with the two liquid crystal cells, be different, the deflection of the two polarization components is possible.

なお、上記実施例では、プリズム層と、それに対向する基板上の配向膜との双方にラビングを施して、液晶層とプリズム層との界面における液晶分子の長軸方向を制御する配向構造を形成したが、長軸方向が充分に制御できるのであれば、片側のみのラビングで配向構造を形成してもよい。 In the above embodiment, forming a prism layer, it is subjected to rubbing to both the opposing alignment layer on the substrate, an alignment structure for controlling the longitudinal direction of the liquid crystal molecules at the interface between the liquid crystal layer and the prism layer but it was, if the long axis direction can be sufficiently controlled, may form an alignment structure with a rubbing of only one side.

さらに、上記実施例では、液晶セルの上下基板のラビング方向を反平行(パラレル配向)としたが、上下基板のラビング方向を相互に交差させた(捩れ配向とした)液晶セルを用いることもできる。 Furthermore, in the above embodiment, the rubbing direction of the upper and lower substrates of the liquid crystal cell was antiparallel (parallel orientation), (was twisted alignment) crossed the rubbing direction of the upper and lower substrates to each other can also be used liquid crystal cells .

ツイステッドネマチック(TN)配向とした第3の光偏向液晶セルについて説明する。 It explained twisted nematic (TN) third light deflecting liquid crystal cell was oriented. 第3の光偏向液晶セルは、ラビング方向以外については第1の光偏向液晶セルと同様なものであり、第1の光偏向液晶セルと同様な工程で作製される。 Third optical deflecting liquid crystal cell except for the rubbing direction is the same as those of the first light deflecting liquid crystal cell, it is made of a first light deflecting liquid crystal cell and the same steps.

第3の光偏向液晶セルのプリズム層上のラビング方向は、第1の光偏向液晶セルと同様に、プリズムの長さ方向と平行にする。 Third rubbing direction on the prism layer of the optical deflecting liquid crystal cell, similar to the first light deflecting liquid crystal cell is parallel to the length direction of the prism. 一方、プリズム層と対向する基板側のラビング方向は、セルが形成された状態で、液晶分子の長軸がプリズムの並ぶ方向と平行に制御されるように定める。 On the other hand, the rubbing direction of the prism layer opposite to the substrate side, in a state in which cells are formed, defined as the long axis of the liquid crystal molecules is parallel to control the direction of arrangement of the prism.

図10に、第3の液晶セルを用いた光偏向装置の構成例の概略的な斜視図を示す。 Figure 10 shows a schematic perspective view of a constitutional example of an optical deflecting device having a third liquid crystal cell. 第1の液晶セル51を光源側に配置し、第3の液晶セル52を観察者側に配置し、各セルでプリズムの形成されない基板を光源側に配置し、プリズムの形成された基板を観察者側に配置する。 The first liquid crystal cell 51 disposed on the light source side, the third liquid crystal cell 52 disposed on the viewer side, the substrate is not formed of the prism in each cell is arranged on the light source side, observing a substrate formed of a prism placed finisher side. 平面視上、第1の液晶セル51の上下側のラビング方向と第3の液晶セルのプリズム層側のラビング方向とが平行で、第3の液晶セルのプリズム層対向側のラビング方向が、これらの方向に直交する。 A plan view, parallel to the rubbing direction of the upper and lower rubbing direction and the prism layer side of the third liquid crystal cell of the first liquid crystal cell 51, the rubbing direction of the prism layer opposite side of the third liquid crystal cell is, these It is orthogonal to the direction.

次に、このような光偏向装置での光偏向作用について考察する。 Next, consider the light deflection effect in such an optical deflection device. 第1の液晶セルで偏向されなかった偏光成分53の、第3の液晶セルの液晶層への入射時の電気ベクトルの振動方向が、第3の液晶セルの、配向膜と液晶層との界面での液晶分子の長軸方向と平行となっている。 Polarization component 53 that has not been deflected by the first liquid crystal cell, the vibration direction of the electric vector of the time of incidence to the liquid crystal layer of the third liquid crystal cell is, the third liquid crystal cell, the interface between the alignment film and the liquid crystal layer It is parallel to the longitudinal direction of the liquid crystal molecules in.

偏光成分53は、第3の液晶セルの液晶層で偏光方向を回され、液晶層とプリズムとの界面に到達したとき、電気ベクトルの振動方向が、液晶分子の長軸方向と平行であり、プリズムの長さ方向と平行になっている。 Polarization component 53 is wound the polarization direction in the liquid crystal layer of the third liquid crystal cell, when it reaches the interface between the liquid crystal layer and the prism, the vibration direction of electric vector is parallel to the longitudinal direction of the liquid crystal molecules, It is parallel to the length direction of the prism.

このように、第1の液晶セルで曲げられなかった偏光成分53の電気ベクトルの振動方向が、第3の液晶セルにおいて、液晶分子の長軸方向に沿うので、偏光成分53が曲げられることになる。 Thus, the vibration direction of the electric vector of the polarized light component 53 which has not been bent in the first liquid crystal cell, in the third liquid crystal cell, since along the longitudinal direction of the liquid crystal molecules, that is polarization component 53 is bent Become.

図11は、このような光偏向装置の光偏向特性を示すグラフである。 Figure 11 is a graph showing the optical deflection characteristics of the optical deflecting device. 曲線A5がオン状態の光強度の角度分布であり、曲線A6がオフ状態の光強度の角度分布である。 Curve A5 is the angle distribution of the light intensity in the ON state, the curve A6 is an angle distribution of the light intensity in the off state.

オフ状態で、12°〜17°付近に光が曲げられていることがわかる。 In the off state, it can be seen that the light is bent in the vicinity of 12 ° to 17 °. オフ状態とオン状態の0°近傍の光強度の差が、1層の液晶セルを用いた光偏向装置(図9参照)に比べると明瞭に大きく、両偏光成分が偏向されていることがわかる。 Difference in light intensity of near 0 ° in the OFF state and the ON state is clearly larger than the optical deflecting device using a liquid crystal cell of one layer (see FIG. 9), it can be seen that both polarized light component is deflected .

なお、上記実施例では、三角柱状のプリズムを用いた。 In the above embodiment, using a triangular prism. 底角として、90°及び45°であるものを用いたが、底角はこれに限らない。 As base angle has been used as a 90 ° and 45 °, the base angle is not limited thereto. 基板に対し垂直入射した光線について、垂直に近い底角で立ち上がる面は偏向に寄与せず、基板から適当に緩い角度で立ち上がる面が偏向に寄与する。 The rays of light vertically incident to the substrate, the surface rising at nearly vertical base angle does not contribute to the deflection, the surface rising at suitably loose angle from the substrate contributes to the deflection. このような構成により、一方向への偏向が容易になる。 Such a configuration facilitates deflection in one direction. 三角柱状のプリズム底角として、一方は90°±5°の範囲とすることが好ましく、他方は5°〜60°の範囲とすることが好ましい。 As triangular prism base angles, one is preferably in the range of 90 ° ± 5 °, the other is preferably in a range of 5 ° to 60 °.

上記実施例では、ストライプ状に配置された三角柱状プリズムのピッチを20μmとした。 In the above embodiment, the pitch of arranged triangular prisms in stripes was 20 [mu] m. プリズムのピッチは1μm〜100μmの範囲であることが好ましい。 It is preferable pitch of the prism is in the range of 1 m to 100 m.

上記実施例では、各液晶セルが光を一方向に偏向させ、かつ両液晶セルで偏向方向が揃っていたが、偏向の態様はこれに限らない。 In the above embodiment, each liquid crystal cell light is deflected in one direction, and had deflecting direction aligned with both the liquid crystal cell, aspects of the deflection is not limited to this. 必要に応じ、各液晶セルが光を多方向に偏向させ、両セルの偏向方向が相互に異なるような光偏向装置を作製することもできる。 If necessary, the respective liquid crystal cell light is deflected in multiple directions, the deflection direction of both cells may also be made of different type of optical deflection device to each other.

例えば、液晶層に接するプリズムの断面形状や、プリズムの平面形状を、必要に応じて様々なものに変えることにより、様々な偏向態様を得ることができる。 For example, the cross-sectional shape of the prism in contact with the liquid crystal layer, the planar shape of the prism, by changing to various ones as needed, it is possible to obtain various deflection aspects. 例えば、断面形状がサインカーブのプリズムを用いることも可能である。 For example, it is also possible that the cross-sectional shape using a prism of sine curve. また、例えば、平面形状が格子状、同心円状、楕円状、フレネルレンズ状、ドット状等のプリズムを用いることも可能である。 Further, for example, the planar shape of the grid-like, concentric, elliptical, a Fresnel lens shape, it is possible to use a prism dot shape or the like. また、必要に応じて、第1層目の液晶セルと第2層目の液晶セルとで、プリズム形状を異ならせることもできる。 If necessary, in the first layer liquid crystal cell and the second layer liquid crystal cell, it is also possible to vary the prism shape.

例えば、上記実施例の第1と第2の液晶セルを、偏向方向が左右反対となるように積層し光偏向装置を作製することができる。 For example, the first and second liquid crystal cell of the above-described embodiment, stacked so deflection direction is reversed left to right can be produced an optical deflection device. この装置では、2つの直線偏向が、左右に振り分けられる。 In this apparatus, two straight deflection, are distributed to the left and right.

なお、実施例の光偏向装置は、偏光板を用いる液晶光学素子に比べ、高透過率である。 The optical deflection apparatus embodiment, compared with the liquid crystal optical device using a polarizing plate, a high transmittance. 液晶セルを2層積層した積層セルの透過率として、80%〜90%が見込まれる(大気の透過率を100%とした場合)。 As the transmittance of a laminated cell formed by laminating a liquid crystal cell 2 layers, it expected 80% to 90% (when the transmittance of the atmosphere is 100%).

なお、上記実施例では、オフ状態とオン状態の2状態を切り替える例を説明したが、中間調電圧を印加することにより、偏向角度を連続的に制御することが可能である。 In the above embodiment, a description has been given of an example of switching the two states in the OFF state and the ON state by applying a halftone voltage, it is possible to continuously control the deflection angle.

なお、上記実施例では、Δεが正の液晶を用いたが、Δεが負の液晶を用いた光偏向液晶セルを作製することも可能である。 In the above embodiment, Δε was used a positive liquid crystal, it is also possible to produce a light deflecting liquid crystal cell Δε is used a negative liquid crystal. Δεが負の液晶を用いた液晶セルでは、電圧無印加状態で、基板に垂直に液晶分子を配向させる。 In the liquid crystal cell Δε is used a negative liquid crystal, no voltage is applied thereto, thereby orienting the liquid crystal molecules perpendicular to the substrate. 従って、例えば、オフ状態で入射光線が直進する。 Thus, for example, incident light travels straight in the OFF state. 電圧印加により基板に平行に液晶分子が倒れ込む。 Parallel to the substrate by applying a voltage collapses liquid crystal molecules. 従って、オン状態で入射光線が偏向される。 Therefore, the incident light is deflected in the on state. 例えば、パラレル配向の2層の液晶セルを用いる場合、液晶分子の倒れ込む方向が、平面視上相互に直交する方向に制御されるように、第1層目と第2層目の液晶セルのラビング方向を定める。 For example, when using the liquid crystal cells of two layers of parallel orientation, direction collapses the liquid crystal molecules, so as to be controlled in mutually orthogonal directions in a plan view, a rubbing of the first layer and the second layer liquid crystal cell determine the direction. なお、垂直配向液晶セルを用いる場合、プリズムの傾斜によっても液晶分子の倒れる方向が制限されるので、それを踏まえてラビングのプレティルト発現方向を定める配慮が必要となろう。 In the case of using a vertical alignment liquid crystal cell, since the direction is limited to the liquid crystal molecules fall by the inclination of the prism would consideration that in light of it defines the pretilt expression direction of rubbing needed.

なお、上記実施例では、プリズム材料の屈折率と液晶層の屈折率とが等しい状態と、相互に異なる状態とを切り替えたが、液晶層の屈折率を必ずしもこのように変化させる必要はない。 In the above embodiment, the state is equal to the refractive index of the refractive index of the liquid crystal layer of the prism material, has been switched to the mutually different states, it is not always necessary to vary in this way the refractive index of the liquid crystal layer. 偏向させる偏光成分に関する液晶層の屈折率が、印加電圧変化によって、プリズムの屈折率に対して変化すれば、当該偏光成分の進行方向を変化させることができる。 The refractive index of the liquid crystal layer regarding polarization component which deflected is, the applied voltage changes, if the change with respect to the refractive index of the prism, it is possible to change the traveling direction of the polarized light component. なお、例えばオン状態で、プリズムの屈折率と液晶層の屈折率とが等しいと、光が直進するので、光学装置の設計上扱いやすくなる利点があろう。 Incidentally, for example, in the on state, when the refractive index of the refractive index of the liquid crystal layer of the prism are equal, the light goes straight, it would be an advantage to easily handle the design of the optical device.

実施例の光偏向装置を、光源と組み合わせて、照射方向が可変の光照射装置を作製することができる。 The optical deflecting device of Example, in combination with the light source can be irradiated direction to produce a variable light irradiation device. このような光照射装置は、例えば車両用の前照灯として利用することができる。 Such light irradiation apparatus, for example, can be used as a headlight for a vehicle.

次に、図12及び図13を参照して、実施例による自動車用の前照灯について説明する。 Next, with reference to FIGS. 12 and 13, will be described headlamp for motor vehicles according to an embodiment. 図12は、前照灯の構成の一例を示す概略断面図である。 Figure 12 is a schematic sectional view showing an example of a headlamp configuration. 高輝度放電(HID)ランプ61から放出された光線が、楕円型リフレクタ62で反射され、楕円型リフレクタ62の焦点に配置されたシェード63に集光される。 Rays emitted from a high intensity discharge (HID) lamp 61 is reflected by the elliptical reflector 62, it is focused on the shade 63 disposed at the focus of elliptical reflector 62. シェード63を透過した光線が、レンズ64でほぼ平行光にされて、実施例の積層セル65に入射する。 Light transmitted through the shade 63, is substantially parallel beam by the lens 64, is incident to the laminated cell 65 of the embodiment. 積層セル65を透過した光がカバー66を介して照射される。 The light transmitted through the stacked cell 65 is irradiated through the cover 66. 上述のように、積層セル65に印加する電圧を変化させることにより、照射方向を変えることができる。 As described above, by changing the voltage applied to the stacked cell 65, it is possible to change the irradiation direction.

図13は、前照灯の構成の他の例を示す概略断面図である。 Figure 13 is a schematic sectional view showing another example of a headlamp configuration. LED71から放出された光線が、リフレクタ72で反射され、ほぼ平行光にされ、インナーレンズ73を介して実施例の積層セル74に入射する。 Rays emitted from LED71 is reflected by the reflector 72, is substantially parallel light, enters the laminate cell 74 of the embodiment through the inner lens 73. 積層セル74を透過した光がカバー75を介して照射される。 The light transmitted through the stacked cell 74 is irradiated through the cover 75. 積層セル74に印加する電圧を変化させることにより、照射方向を変えることができる。 By varying the voltage applied to the stacked cell 74, it is possible to change the irradiation direction.

このような前照灯は、例えば、アダプティブフロントライティングシステム(AFS)や、オートレベリングに利用可能である。 Such headlamps, for example, an adaptive front lighting system (AFS) and is available for automatic leveling. AFSでは旋回方向に応じて、左右方向に照射方向を変化させ、オートレベリングでは車体の角度に応じて、上下方向に照射方向を変化させる。 Depending on the AFS in the turning direction, to change the irradiation direction in the horizontal direction, depending on the vehicle body angle in the auto leveling, to change the irradiating direction in the vertical direction.

例えばAFSの場合、例えばオフ時に左右それぞれに照射方向を曲げるような、2つの光偏向装置を用意し、オン時は両方が正面照射を行うようにしておき、右または左への旋回時に、対応する方向が照らされるよう、一方の装置を駆動させることができる。 For example, in the case of AFS, such as, for example, bending the irradiation direction to the left and right respectively in the OFF state, provides two optical deflection devices, both on-time has advance to perform the front-lit, when turning to the right or left, the corresponding as the direction in which is illuminated, it is possible to drive one of the devices.

また例えば、偏向角度幅が18°である光偏向装置を用いるとすると、角度幅の中間の値、例えば中央値である9°の偏向角のとき正面照射が行われるようにし、旋回方向に応じて左右に照射方向を振り分けることができる。 Further, for example, when the use of the optical deflecting device deflecting angle width of 18 °, as an intermediate value of the angular width, for example, the front-lit when the 9 ° deflection angle is the median performed, depending on the turning direction it can be distributed irradiation direction to the right and left Te.

実施例の光照射装置は、機械的な作動部なしに、照射方向を変えることができる。 Light irradiation apparatus of the embodiment, without mechanical actuation unit, it is possible to change the irradiation direction. なお、実施例の光照射装置は、例えば最大で18°程度の角度範囲で照射方向を変えられる(図6参照)。 The light irradiation apparatus embodiment, for example, can change the irradiation direction in an angular range of approximately up to 18 ° (see FIG. 6). 自動車用の前照灯で求められている角度制御範囲は、オートレベリングで3°程度、AFSで15°程度であるので、角度制御範囲について、実施例の光照射装置は充分な性能を有しているといえる。 Angle control range that is determined in headlight for vehicles, 3 ° about the auto-leveling are the order of 15 ° in AFS, the angle control range, the light irradiation device of embodiment has sufficient performance to have a say.

なお、光照射装置に用いる光源として、HIDランプ、LEDの他に、例えば電界放射(FE)光源、蛍光灯等が考えられる。 As a light source used for light irradiation device, HID lamp, in addition to the LED, for example, field emission (FE) light source, a fluorescent lamp or the like. 点光源を用いると、光を平行化しやすく、積層セルに平行光線束を入射させて、方向の揃った照射光を得やすい。 With a point source, easily collimate the light, by the incidence of collimated light beams onto the laminated cell, easily obtained illumination light having a uniform direction. この観点からは、光源にLEDを用いることが好ましい。 From this viewpoint, it is preferable to use an LED as a light source.

実施例の光照射装置は、例えば、自動車用(普通乗用車、軽自動車、トラック、バス等)の灯具(前照灯、補助灯、フォグランプ、コーナリングライト)や、二輪用(オートバイ、自転車等)の灯具(配光制御部)や、一般照明器具(屋内照明、街路灯、懐中電灯)の配光制御部等に応用できる。 The light irradiation apparatus embodiment, for example, automotive (passenger cars, light cars, trucks, buses, etc.) of the lamp (headlight, an auxiliary lamp, fog lamps, cornering lights) and, for a two-wheel (motorcycle, bicycle, etc.) lamp (light distribution control unit) or general lighting fixtures (indoor lighting, street lights, flashlights) can be applied to the light distribution control unit or the like.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。 The present invention has been described in connection with the preferred embodiments, but the invention is not limited thereto. 例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 For example, various modifications, improvements, combinations and the like can be obvious to those skilled in the art.

図1は、実施例による光偏向液晶セルの概略断面図である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a light deflecting liquid crystal cell according to the embodiment. 図2は、プリズム層3の概略斜視図である。 Figure 2 is a schematic perspective view of a prism layer 3. 図3は、実施例の光偏向液晶セルの概略平面図である。 Figure 3 is a schematic plan view of a light deflecting liquid crystal cell of Example. 図4は、積層セルの写真である。 Figure 4 is a photograph of the laminated cell. 図5は、測定光学系の構成を示す概略図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing the configuration of a measurement optical system. 図6は、実施例の光偏向装置のオン状態及びオフ状態の光強度の角度分布を示すグラフである。 Figure 6 is a graph showing the angular distribution of the light intensity of the on and off states of the optical deflecting device of Example. 図7は、実施例の光偏向装置のオフ状態での作用を説明するための概略断面図である。 Figure 7 is a schematic sectional view for explaining the operation of the off state of the optical deflecting device of Example. 図8は、実施例の光偏向装置のオン状態での作用を説明するための概略断面図である。 Figure 8 is a schematic sectional view for explaining the operation of the on-state of the optical deflecting device of Example. 図9は、比較例の光偏向装置のオン状態及びオフ状態の光強度の角度分布を示すグラフである。 Figure 9 is a graph showing the angular distribution of the light intensity of the on and off states of the optical deflecting device of the comparative example. 図10は、他の実施例の光偏向装置の概略斜視図である。 Figure 10 is a schematic perspective view of an optical deflector according to another embodiment. 図11は、他の実施例の光偏向装置のオン状態及びオフ状態の光強度の角度分布を示すグラフである。 Figure 11 is a graph showing the angular distribution of the light intensity of the on and off states of the optical deflecting device of another embodiment. 図12は、実施例の前照灯の概略断面図である。 Figure 12 is a schematic cross-sectional view of a headlamp embodiment. 図13は、他の実施例の前照灯の概略断面図である。 Figure 13 is a schematic cross-sectional view of a headlight of another embodiment.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、11 ガラス基板2、12 透明電極3 プリズム層3a プリズム3b ベース層13 配向膜14 ギャップコントロール剤21 液晶層31 制御装置41 光源42 凸レンズ43 積層セル44 絞り45 ホトディテクタ101 第1の光偏向液晶セル102 第2の光偏向液晶セル61 HIDランプ62 楕円型リフレクタ63 シェード64 レンズ65 積層セル66 カバー71 LED 1,11 glass substrate 2, 12 a transparent electrode 3 prism layer 3a prism 3b base layer 13 alignment film 14 gap controller 21 liquid crystal layer 31 controller 41 light source 42 lens 43 stacked cell 44 diaphragm 45 photodetectors 101 first light deflecting liquid crystal cell 102 second light deflecting liquid crystal cell 61 HID lamp 62 elliptical reflector 63 shade 64 lens 65 stacked cell 66 cover 71 LED
72 リフレクタ73 インナーレンズ74 積層セル75 カバー 72 reflector 73 the inner lens 74 stacked cell 75 cover

Claims (4)

  1. 光線が入射する第1の光偏向液晶セルであって、 A first light deflecting liquid crystal cell light is incident,
    相互に対向する一対の第1及び第2の透明基板と、 A pair of first and second transparent substrates facing each other,
    前記第1及び第2の透明基板上に形成され、前記第1及び第2の透明基板間に電圧を印加する一対の第1及び第2の透明電極と、 Is formed on the first and second transparent substrates, a pair of first and second transparent electrodes for applying a voltage between the first and second transparent substrates,
    前記第1及び第2の透明基板間に挟まれた第1の液晶層と、 A first liquid crystal layer sandwiched between said first and second transparent substrates,
    前記第1及び第2の透明基板の一方の前記第1の液晶層側内面上方に、該第1の液晶層と接するようにプリズムが形成された第1のプリズム層と、 Wherein one said first liquid crystal layer side inner surface above the of the first and second transparent substrates, a first prism layer prism in contact with the first liquid crystal layer is formed,
    前記第1の液晶層と第1のプリズム層との界面の液晶分子の長軸方向を、第1の方向に制御し、アンチパラレル配向処理で形成された第1の配向構造とを含む第1の光偏向液晶セルと、 First comprising first and orientation structure that a longitudinal direction of the liquid crystal molecules at the interface between the first liquid crystal layer and the first prism layer, were controlled in a first direction, formed by antiparallel alignment treatment and light deflecting liquid crystal cell of,
    前記第1の光偏向液晶セルを透過した光線が入射する第2の光偏向液晶セルであって、 A second light deflecting liquid crystal cell light transmitted through the first light deflecting liquid crystal cell is incident,
    相互に対向する一対の第3及び第4の透明基板と、 A pair of third and fourth transparent substrates facing each other,
    前記第3及び第4の透明基板上に形成され、前記第3及び第4の透明基板間に電圧を印加する一対の第3及び第4の透明電極と、 Is formed on the third and fourth transparent substrate, and a pair of third and fourth transparent electrodes for applying a voltage between the third and fourth transparent substrate,
    前記第3及び第4の透明基板間に挟まれた第2の液晶層と、 And the second liquid crystal layer sandwiched between the third and fourth transparent substrate,
    前記第3及び第4の透明基板の一方の前記第2の液晶層側内面上方に、該第2の液晶層と接するようにプリズムが形成された第2のプリズム層と、 One said second liquid crystal layer side inner surface above the of the third and fourth transparent substrate, and a second prism layer prism in contact with the second liquid crystal layer is formed,
    前記第2の液晶層と第2のプリズム層との界面の液晶分子の長軸方向を、第2の方向に制御し、アンチパラレル配向処理で形成された第2の配向構造とを含む第2の光偏向液晶セルと、 Second containing said second liquid crystal layer to the major axis direction of liquid crystal molecules in the interface between the second prism layer, were controlled in the second direction, the second alignment structure formed by antiparallel alignment treatment and light deflecting liquid crystal cell of,
    前記第1〜第4の透明電極に電圧を印加する電圧印加手段と、 Voltage applying means for applying a voltage to the first to fourth transparent electrodes,
    前記第1の光偏向液晶セルに光線を入射させる入射光学系とを有し、 Having an incident optical system and for entering the light to the first light deflecting liquid crystal cell,
    前記第1の光偏向液晶セルを透過した光線のうち、電気ベクトルの振動方向が前記第1の方向と直交する偏光成分が、前記第2の液晶層と第2のプリズム層との界面に到達したとき、該偏光成分の電気ベクトルの振動方向と前記第2の方向とが平行になるように、該第2の方向が選択されている光照射装置。 Of the light transmitted through the first light deflecting liquid crystal cell, the polarization component oscillating direction of the electric vector perpendicular to the first direction, reaches the interface between the second liquid crystal layer and the second prism layer when, as with the second direction and the vibration direction of the electric vector of the polarized light components are parallel, the light irradiation apparatus in which the direction of the second is selected.
  2. 前記第1及び第2のプリズム層は、屈折率が同等な透明材料で構成され、ともに、三角柱状のプリズムがプリズムの長さ方向に直交する方向に並んだ構造を有し、該第1及び第2のプリズム層の三角柱状のプリズムの長さ方向は相互に平行であり、該第1及び第2のプリズム層の三角柱状のプリズムは共通の底角を有し、第1の底角で立ち上がる面同士が平行で、第2の底角で立ち上がる面同士が平行であり、 It said first and second prism layer is composed of an equivalent transparent material whose refractive index, both having a parallel structure in a direction in which triangular prisms are orthogonal to the length direction of the prism, said first and the length direction of the triangular prism of the second prism layer are parallel to each other, triangular prisms of the first and second prism layer have a common base angle, a first base angle face each other rises parallel, surfaces with each other rises at the second base angles are parallel,
    前記第1及び第2の液晶層は、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する屈折率が同等であり、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する屈折率も同等である液晶材料から構成されている請求項1に記載の光照射装置。 Said first and second liquid crystal layer, the vibration direction of the electric vector are equivalent refractive index with respect to polarized light component parallel to the long axis direction of liquid crystal molecules, the vertical vibration direction of the electric vector in the longitudinal direction of the liquid crystal molecules light irradiation apparatus according to claim 1 and a liquid crystal material is equal to the refractive index with respect to Do polarization component.
  3. 前記第1の底角が5°〜60°の範囲の角度であり、前記第2の底角が90°±5°の範囲の角度である請求項2に記載の光照射装置。 Wherein an angle of the first bottom range angle is 5 ° to 60 °, the light irradiation apparatus according to claim 2 wherein the second base angle is an angle in the range of 90 ° ± 5 °.
  4. 前記第1のプリズム層の屈折率と、前記第1の液晶層の、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する屈折率とが同等であり、前記第2のプリズム層の屈折率と、前記第2の液晶層の、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する屈折率とが同等である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光照射装置。 Wherein a first refractive index of the prism layer, said first liquid crystal layer, the vibration direction of electric vector is equivalent to the refractive index with respect to polarized light component perpendicular to the long axis direction of liquid crystal molecules, the second prism the refractive index of the layer, of the second liquid crystal layer, to any one of claims 1-3 and a refractive index of equal vibration direction with respect to polarized light component perpendicular to the longitudinal direction of the liquid crystal molecules of the electric vector light irradiation apparatus according.
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