JP5388711B2 - Liquid crystal optical element - Google Patents

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Description

本発明は、液晶光学素子に関し、特に、入射ビームを偏向することが可能な液晶光学素子に関する。   The present invention relates to a liquid crystal optical element, and more particularly to a liquid crystal optical element capable of deflecting an incident beam.

ビームスポットの位置等を調整等するために、ビーム偏向器が用いられることがある。ビーム偏向器としては、反射ミラーなどがあるが、反射ミラー位置の微調整をするためには、機械的な反射ミラーの稼動手段等を設ける必要がある等の不具合があった。   A beam deflector may be used to adjust the position or the like of the beam spot. As the beam deflector, there is a reflection mirror and the like. However, in order to finely adjust the position of the reflection mirror, there is a problem that it is necessary to provide a mechanical reflection mirror operating means.

そこで、液晶を利用したビーム偏向器が提案されている。例えば、第1の透明基板上に配置された格子状の透明電極と、第2の透明基板上に配置された対向共通電極との間に液晶層を挟持した液晶光学素子において、電極間に所定の電圧を印加することによって、液晶光学素子をビーム偏向器として利用することが知られている(例えば、特許文献1)。   Therefore, a beam deflector using liquid crystal has been proposed. For example, in a liquid crystal optical element in which a liquid crystal layer is sandwiched between a grid-like transparent electrode disposed on a first transparent substrate and a counter common electrode disposed on a second transparent substrate, a predetermined interval is provided between the electrodes. It is known that a liquid crystal optical element is used as a beam deflector by applying the above voltage (for example, Patent Document 1).

しかしながら、格子状の透明電極を利用している液晶光学素子では、格子間に設けられている隙間などの作用によってノイズ光が発生し、液晶光学素子に入射するビームの内、所定の割合のビームしか実際に偏向されないという不具合があった。   However, in a liquid crystal optical element using a grid-like transparent electrode, noise light is generated by the action of a gap provided between the gratings, and a predetermined proportion of beams incident on the liquid crystal optical element. However, there was a problem that it was not actually deflected.

特開2005−292349号公報(第2図)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-292349 (FIG. 2)

そこで、本発明は、上記の問題点を解決することを目的とした液晶光学素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、偏向に寄与する入射ビームの割合をできるだけ高めるように設定された液晶光学素子を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element aimed at solving the above problems.
Another object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element that is set so as to increase the proportion of incident beams that contribute to deflection as much as possible.

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第1及び第2の透明基板と、第1及び第2の透明基板間に挟持された液晶層と、液晶層に対して入射ビームを偏向させるような所定の屈折率分布を発生させる電圧を印加する帯状電極パターンと、を有し、帯状電極パターンは、間隔S且つピッチPで配置された複数の帯状電極を有し、ピッチPが、10×Sから500μmの範囲内になるように設定されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a liquid crystal optical element according to the present invention includes a first transparent substrate, a second transparent substrate, a liquid crystal layer sandwiched between the first and second transparent substrates, and an incident light on the liquid crystal layer. A belt-like electrode pattern for applying a voltage for generating a predetermined refractive index distribution that deflects the beam, and the belt-like electrode pattern has a plurality of belt-like electrodes arranged at intervals S and pitches P, P is set to be within a range of 10 × S to 500 μm.

また、本発明に係る液晶光学素子では、帯状電極パターンは、間隔S且つピッチPで配置された複数の帯状電極を有し、ピッチPが、20×Sから300μmの範囲内になるように設定されていることが好ましい。   In the liquid crystal optical element according to the present invention, the strip electrode pattern has a plurality of strip electrodes arranged at intervals S and pitches P, and the pitch P is set to be in the range of 20 × S to 300 μm. It is preferable that

本発明に係る液晶光学素子は、透過性であるので、反射ミラーのように曇ったりせず、電気的に制御できるので駆動機構等を必要とせず、安価で確実な光偏向器として機能することが可能となった。   Since the liquid crystal optical element according to the present invention is transmissive, the liquid crystal optical element is not fogged like a reflecting mirror and can be electrically controlled, so that it does not require a driving mechanism or the like, and functions as an inexpensive and reliable optical deflector. Became possible.

また、本発明に係る液晶光学素子は、帯状電極パターンの回折格子的な性質による量子化誤差によるノイズ光及び帯状電極パターンの帯状電極間の漏れ光によるノイズ光を総合的に低下させるように構成されているため、偏向に寄与するビームの割合を高くすることが可能となった。   Further, the liquid crystal optical element according to the present invention is configured to comprehensively reduce noise light due to quantization error due to the diffraction grating property of the strip electrode pattern and noise light due to leakage light between the strip electrodes of the strip electrode pattern. Therefore, the ratio of the beam contributing to the deflection can be increased.

本発明に係る液晶光学素子の概略断面図を示す図である。It is a figure which shows the schematic sectional drawing of the liquid crystal optical element which concerns on this invention. 透明電極12の構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration of a transparent electrode 12. FIG. 帯状電極と、印加電圧及び実効屈折率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a strip electrode, an applied voltage, and an effective refractive index. 液晶光学素子のビーム偏向機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the beam deflection function of a liquid crystal optical element. 量子化誤差による発生するノイズ光を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the noise light which arises by a quantization error. 帯状電極の間隔Sが3μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio and the pitch of noise light in case the space | interval S of a strip | belt-shaped electrode is 3 micrometers. 帯状電極の間隔Sが4μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio and the pitch of noise light in case the space | interval S of a strip | belt-shaped electrode is 4 micrometers. 帯状電極の間隔Sが5μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio and the pitch of noise light in case the space | interval S of a strip | belt-shaped electrode is 5 micrometers. 帯状電極の間隔Sが6μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio and the pitch of noise light in case the space | interval S of a strip | belt-shaped electrode is 6 micrometers. 本発明に係る液晶光学素子10を電子写真方式のレーザプリンタに利用した利用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example which utilized the liquid crystal optical element 10 which concerns on this invention for the electrophotographic type laser printer.

以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。   The liquid crystal optical element according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

図1は、本発明に係る液晶光学素子の概略断面図を示す図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal optical element according to the present invention.

液晶光学素子10において、第1透明基板11上には透明電極12及び第1の配向膜12が形成され、第2透明基板17上にはベタ電極である透明対向電極16及び第2の配向膜15が形成されている。液晶層14は、第1透明基板11及び第2透明基板17と、シール部材18との間に封入され、封止されている。図1に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比とは異なる点に注意されたい。また、透明電極12と透明対向電極16との間に、電圧供給手段から所定の電圧を印加することによって、液晶光学素子10は、ビーム偏向器として作用し、入射ビーム(A)は、偏向角θだけ偏向されたビーム(A´)として出射される。偏向の原理等について後述する。   In the liquid crystal optical element 10, the transparent electrode 12 and the first alignment film 12 are formed on the first transparent substrate 11, and the transparent counter electrode 16 and the second alignment film that are solid electrodes are formed on the second transparent substrate 17. 15 is formed. The liquid crystal layer 14 is sealed and sealed between the first transparent substrate 11 and the second transparent substrate 17 and the seal member 18. It should be noted that each element shown in FIG. 1 is exaggerated for convenience of explanation, and is different from an actual thickness ratio. Further, by applying a predetermined voltage from the voltage supply means between the transparent electrode 12 and the transparent counter electrode 16, the liquid crystal optical element 10 acts as a beam deflector, and the incident beam (A) has a deflection angle. It is emitted as a beam (A ′) deflected by θ. The principle of deflection will be described later.

第1透明基板11及び第2透明基板17は、可撓性であって、厚さ100μmのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第1透明基板11及び第2透明基板17は、透明ガラス基板、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂等であっても良く、また厚さも50μm〜250μmとすることができる。   The first transparent substrate 11 and the second transparent substrate 17 are flexible and are formed of polycarbonate resin having a thickness of 100 μm. However, the first transparent substrate 11 and the second transparent substrate 17 may be a transparent glass substrate, a modified acrylic resin, a polymethacrylic resin, a polyether sulfone resin, a polyethylene terephthalate resin, a norboltene resin, etc., and the thickness is 50 μm. It can be set to ˜250 μm.

液晶光学素子10における液晶層14の厚さ(セルギャップ)は、6μmとした。また、液晶層は、平行配向液晶により形成した。なお、垂直配向液晶を使用することも可能である。   The thickness (cell gap) of the liquid crystal layer 14 in the liquid crystal optical element 10 was 6 μm. Moreover, the liquid crystal layer was formed of parallel alignment liquid crystals. It is also possible to use vertically aligned liquid crystal.

図2は、透明電極12の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the transparent electrode 12.

透明電極12は、複数のスプライト状の帯状電極20〜27と各帯状電極を接続する接続電極30からなる電極パターンを含んで構成されている(スプライト電極)。帯状電極21〜27は、例えば、幅W、長さLの大きさで、低抵抗のITOにより形成され、各帯状電極21〜27は、間隔S、ピッチP(=W+S)で配置されている。接続電極30は、高抵抗のITOにより形成され、幅R(3μm)で帯状電極同士を接続している。図2では、8本の帯状電極が記載されているが、透明電極12は、全体として、少なくともビーム径と同じ程度の幅及び長さL(例えば、1〜3mm)を有する様な長さ及び本数の帯状電極(例えば、200〜600本)を含んでいる。   The transparent electrode 12 is configured to include an electrode pattern including a plurality of sprite-like strip electrodes 20 to 27 and a connection electrode 30 that connects each strip-like electrode (sprite electrode). The strip electrodes 21 to 27 have a width W and a length L, for example, and are formed of low-resistance ITO, and the strip electrodes 21 to 27 are arranged at intervals S and pitches P (= W + S). . The connection electrode 30 is made of high-resistance ITO and connects the strip electrodes with a width R (3 μm). In FIG. 2, eight strip electrodes are shown, but the transparent electrode 12 as a whole has a length and a length L (for example, 1 to 3 mm) at least as large as the beam diameter. The number of strip electrodes (for example, 200 to 600) is included.

図3は、帯状電極と、印加電圧及び実効屈折率との関係を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the strip electrode, the applied voltage, and the effective refractive index.

図3(a)は、第1の透明基板11上の帯状電極の一部の断面を示す図である。図2に示したように、各帯状電極は接続電極30によって相互に接続されている。実際には、透明電極12の最右端に位置する帯状電極と最左端に位置する帯状電極との間に、電源40より所定のAC電圧が印加される。図3では、便宜上、帯状電極20に電圧V1が、帯状電極27に電圧V2が電源40から印加されているものとする。なお、AC電圧を印加するのは、直流電圧成分を長い間、液晶に印加すると、液晶の焼きつきや分解等の不具合を生じるからである。   FIG. 3A is a diagram showing a cross section of a part of the strip electrode on the first transparent substrate 11. As shown in FIG. 2, the strip electrodes are connected to each other by connection electrodes 30. Actually, a predetermined AC voltage is applied from the power source 40 between the strip electrode located at the rightmost end of the transparent electrode 12 and the strip electrode located at the leftmost end. In FIG. 3, for convenience, it is assumed that the voltage V <b> 1 is applied to the strip electrode 20 and the voltage V <b> 2 is applied to the strip electrode 27 from the power source 40. The reason why the AC voltage is applied is that if a DC voltage component is applied to the liquid crystal for a long time, problems such as burn-in and decomposition of the liquid crystal occur.

図3(b)は、各帯状電極と透明対向電極16との間に印加される実効電圧を示している。高抵抗の接続電極は、同一の幅Rを有していることから、各帯状電極は、同一の抵抗値を有する抵抗によって、相互に接続されているに等しい。また、各帯状電極は、低抵抗のITOから構成されているので、各帯状電極内における電位差は生じない。したがって、図3(a)の場合、帯状電極20〜27は、接続電極30によって抵抗分割されて、図3(b)に示すように、電位V1〜V2の段階状の実効電位が印加された状態となる。   FIG. 3B shows the effective voltage applied between each strip electrode and the transparent counter electrode 16. Since the high-resistance connection electrodes have the same width R, the strip electrodes are equivalent to being connected to each other by resistors having the same resistance value. Further, since each strip electrode is made of low-resistance ITO, there is no potential difference in each strip electrode. Therefore, in the case of FIG. 3A, the strip electrodes 20 to 27 are resistance-divided by the connection electrode 30, and stepwise effective potentials of potentials V1 to V2 are applied as shown in FIG. 3B. It becomes a state.

図3(c)は、各帯状電極による実効屈折率Nを示している。各帯状電極に対して図3(b)に示すような実効電圧が印加されることによって、対応する液晶層14を通過する入射ビームに対して、図3(c)に示すようなN1からN2の段階的な実効屈折率が発揮される。したがって、液晶光学素子10は、点線50に示すような実効屈折率分布を有することとなる。   FIG. 3C shows the effective refractive index N by each strip electrode. By applying an effective voltage as shown in FIG. 3B to each strip electrode, N1 to N2 as shown in FIG. 3C are applied to the incident beam passing through the corresponding liquid crystal layer. A stepwise effective refractive index is exhibited. Therefore, the liquid crystal optical element 10 has an effective refractive index distribution as shown by the dotted line 50.

なお、液晶光学素子10への入射ビームは、光路長(実効屈折率×セルギャップ)により変調を受けるが、液晶光学素子10ではセルギャップは一定なので、光路長と実効屈折率とは比例する。したがって、光路長分布と実効屈折率分布は相似することとなる。   The incident beam to the liquid crystal optical element 10 is modulated by the optical path length (effective refractive index × cell gap). However, since the cell gap is constant in the liquid crystal optical element 10, the optical path length and the effective refractive index are proportional. Therefore, the optical path length distribution and the effective refractive index distribution are similar.

帯状電極の隙間S(デッドスペース)では、実際には印加される実効電圧は0Vとなるが、図3(c)の領域52のように実効屈折率が落ちず、領域51のような状況が生じるのは、帯状電極間が非常に狭い(例えば、3μm)こと、さらに、液晶の印加電圧の変化に対する応答速度が遅いためである。   In the gap S (dead space) between the strip electrodes, the effective voltage actually applied is 0 V, but the effective refractive index does not drop as in the region 52 of FIG. This occurs because the gap between the strip electrodes is very narrow (for example, 3 μm), and the response speed to the change in the applied voltage of the liquid crystal is slow.

図4は、液晶光学素子のビーム偏向機能を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the beam deflection function of the liquid crystal optical element.

液晶光学素子10にビームAが入射すると、図3(c)に示した屈折率分布50に応じた位相の遅延が発生し、屈折率分布50の角度θと同様の角度を有するプリズムから空気中にビームが出射するようにして、出射ビームA´の出射角度が、角度θだけ偏向されることとなる。即ち、θ=tanθ−1(δ/D)と表すことができる。ここで、Dは入射ビームの有効径(μm)、δは有効径Dにおける左端と右端との光路長差(μm)である。 When the beam A is incident on the liquid crystal optical element 10, a phase delay corresponding to the refractive index distribution 50 shown in FIG. 3C is generated. Thus, the exit angle of the exit beam A ′ is deflected by the angle θ. That is, it can be expressed as θ = tan θ −1 (δ / D). Here, D is the effective diameter (μm) of the incident beam, and δ is the optical path length difference (μm) between the left end and the right end of the effective diameter D.

また、図4から、液晶光学素子10が有する屈折率分布50の角度θを調整することによって、入射ビームの偏向角θを調整可能であることが理解できる。屈折率分布50の角度θは、液晶光学素子10の透明電極12が有する帯状電極パターンに印加する実効電圧を調整することによって変化させることが可能であるので、電源40から液晶光学素子に印加される電圧を制御することによって、稼動部品を用いずに、簡単に入射ビームの偏向角θを調整することが可能となった。   Further, it can be understood from FIG. 4 that the deflection angle θ of the incident beam can be adjusted by adjusting the angle θ of the refractive index distribution 50 of the liquid crystal optical element 10. Since the angle θ of the refractive index distribution 50 can be changed by adjusting the effective voltage applied to the strip electrode pattern of the transparent electrode 12 of the liquid crystal optical element 10, it is applied from the power source 40 to the liquid crystal optical element. By controlling the voltage, it becomes possible to easily adjust the deflection angle θ of the incident beam without using moving parts.

以下、液晶光学素子におけるノイズ光の発生について説明する。   Hereinafter, generation of noise light in the liquid crystal optical element will be described.

液晶光学素子におけるノイズ光の発生原因としては大きく以下の2つが考えられる。第1は、帯状電極間の隙間S(デッドスペース)を通過する漏れ光によるノイズ光である。第2には、図3(c)に示すように実効屈折率分布50は完全に滑らかではなく、量子化誤差が残るが、この残存する量子化誤差によって発生する回折光によるノイズ光である。   There are two main causes for the generation of noise light in the liquid crystal optical element. The first is noise light due to leakage light that passes through the gap S (dead space) between the strip electrodes. Secondly, as shown in FIG. 3C, the effective refractive index distribution 50 is not completely smooth and a quantization error remains, but it is noise light due to diffracted light generated by the remaining quantization error.

最初に、帯状電極間の隙間S(デッドスペース)を通過する漏れ光によって発生するノイズ光について考察する。図3(c)において、説明したように、帯状電極間の隙間Sの部分では、所望の屈折率分布50と同様の屈折率を得ることができない(図3(c)の領域51参照)。したがって、そのデットスペースを通過する光(漏れ光)が、ノイズ光成分となる。しかしながら、複数の帯状電極に、段階状の実効電圧を印加するためには、帯状電極間に、絶縁のための隙間を形成する必要がある。例えば、スパッタリング法を用いて、透明電極12に帯状電極パターンを形成する場合、絶縁不良を起こさないようにするためには、最低でも1μm以上、例えば3μmの隙間Sを設ける必要がある。   First, consider the noise light generated by the leaked light passing through the gap S (dead space) between the strip electrodes. As described in FIG. 3C, the refractive index similar to the desired refractive index distribution 50 cannot be obtained in the gap S between the strip electrodes (see the region 51 in FIG. 3C). Therefore, light (leakage light) that passes through the dead space becomes a noise light component. However, in order to apply a stepwise effective voltage to a plurality of strip electrodes, it is necessary to form a gap for insulation between the strip electrodes. For example, when a strip electrode pattern is formed on the transparent electrode 12 by using the sputtering method, it is necessary to provide a gap S of at least 1 μm, for example, 3 μm, in order to prevent an insulation failure.

デッドスペースの割合はS/P×100(ここでPは帯状電極の配列ピッチ)となるので、帯状電極間の隙間S(デッドスペース)を通過する入射ビームによるノイズ光の発生を抑えるためには、できるだけ帯状電極のピッチPを大きくするように、帯状電極を形成すれば良いこととなる。   Since the ratio of dead space is S / P × 100 (where P is the arrangement pitch of the strip electrodes), in order to suppress the generation of noise light due to the incident beam passing through the gap S (dead space) between the strip electrodes. Therefore, it is only necessary to form the strip electrodes so as to increase the pitch P of the strip electrodes as much as possible.

図5は、量子化誤差による発生する回折光によるノイズ光を説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining noise light caused by diffracted light generated due to a quantization error.

次に、図5を利用して、量子化誤差による発生する回折光によるノイズ光について考察する。図3(c)に示すように、屈折率分布50は、実際には複数の段階状(量子化された)の屈折率により形成されているため、例えば、図3(c)の領域53に示す様に、屈折率分布50の図中の上部にはみ出した部分が量子化誤差として残存してしまう。図5では、残存した量子化誤差が、鋸歯状格子のような屈折率分布成分60を形成している状況を示している。   Next, noise light due to diffracted light generated due to quantization error will be considered using FIG. As shown in FIG. 3C, the refractive index distribution 50 is actually formed by a plurality of stepped (quantized) refractive indexes. For example, in the region 53 of FIG. As shown, the portion of the refractive index distribution 50 that protrudes from the upper part of the figure remains as a quantization error. FIG. 5 shows a situation in which the remaining quantization error forms a refractive index distribution component 60 like a sawtooth grating.

鋸歯状格子のような屈折率分布成分60は、帯状電極パターンのピッチPに対応して形成され、そのような鋸歯状格子のような屈折率分布成分60は回折格子として入射ビームAに対して作用する。したがって、液晶光学素子10に入射したビームの一部は、図5に示すような屈折率分布成分60による回折格子により回折光A´´又はA´´´となり、ノイズ光成分となる。   The refractive index distribution component 60 such as a sawtooth grating is formed corresponding to the pitch P of the strip electrode pattern, and the refractive index distribution component 60 such as a sawtooth grating is a diffraction grating with respect to the incident beam A. Works. Therefore, a part of the beam incident on the liquid crystal optical element 10 becomes a diffracted light A ″ or A ″ by a diffraction grating formed by the refractive index distribution component 60 as shown in FIG.

また、回折光は、鋸歯状格子のような屈折率分布成分60の高さHに比例して大きくなると考えられる。高さHを小さくするためには、量子化誤差をできるだけ小さく、言い換えれば、できるだけ細かく帯状電極を形成すれば良い。即ち、できるだけ帯状電極のピッチPを小さくするように、帯状電極を形成すれば良いこととなる。   The diffracted light is considered to increase in proportion to the height H of the refractive index distribution component 60 such as a sawtooth grating. In order to reduce the height H, the quantization error should be made as small as possible, in other words, the strip electrode should be formed as finely as possible. That is, it is only necessary to form the strip electrodes so as to make the pitch P of the strip electrodes as small as possible.

上述したように、漏れ光によるノイズ光を抑えるためには、帯状電極パターンのピッチPを大きくする必要があり、量子化誤差によるノイズ光を抑えるためには、帯状電極パターンのピッチPを小さくする必要がある。そこで、帯状電極パターンのピッチPを最適化することによって、液晶光学素子10のノイズ光の発生を抑制しつつ、偏向器として機能させる必要がある。   As described above, in order to suppress noise light due to leakage light, it is necessary to increase the pitch P of the strip electrode pattern, and in order to suppress noise light due to quantization error, the pitch P of the strip electrode pattern is decreased. There is a need. Therefore, by optimizing the pitch P of the strip electrode pattern, it is necessary to cause the liquid crystal optical element 10 to function as a deflector while suppressing the generation of noise light.

図6は、帯状電極の間隔Sが3μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ratio of the noise light and the pitch when the interval S between the strip electrodes is 3 μm.

図6は、液晶光学素子10の透明電極12が、間隔S(3μm)で配置された長さL(3mm)の帯状電極による帯状電極パターンを、ピッチPが10μm〜500μとなるように可変した場合のノイズ光の割合(%)を測定して示したものである。なお、入射ビームの波長を650nm、入射ビーム径を2mm、液晶層14のセルギャップを6μm、光路長差δをπ、ビーム偏向角θを0.16ミリラジアンとした。   In FIG. 6, the strip electrode pattern of the strip electrodes having the length L (3 mm) arranged at the interval S (3 μm) in the transparent electrode 12 of the liquid crystal optical element 10 is varied so that the pitch P is 10 μm to 500 μm. The ratio (%) of noise light in the case is measured and shown. The wavelength of the incident beam was 650 nm, the incident beam diameter was 2 mm, the cell gap of the liquid crystal layer 14 was 6 μm, the optical path length difference δ was π, and the beam deflection angle θ was 0.16 milliradian.

ノイズ光の割合は、入射ビームの光量Eと、調整したビーム偏向角θにおける偏向ビームの光量E´を測定して、ノイズ光の割合を(E−E´)/E×100により求めた。なお、ビーム光量の測定には、レーザーパワーメータを利用した。また、経験上、ノイズ光の割合が10%以下であれば、十分に実用に適しており、ノイズ光の割合が5%以下であれば、非常に良好なビーム偏向器として機能するものと考えられる。   The ratio of noise light was determined by measuring the light quantity E of the incident beam and the light quantity E ′ of the deflected beam at the adjusted beam deflection angle θ, and calculating the ratio of the noise light by (EE−E ′) / E × 100. A laser power meter was used for measuring the beam light quantity. Also, experience shows that if the ratio of noise light is 10% or less, it is sufficiently suitable for practical use, and if the ratio of noise light is 5% or less, it will function as a very good beam deflector. It is done.

図6より、帯状電極パターンのピッチが30μm〜500μmの範囲であれば、ノイズ光の割合が10%以下となり、十分に実用に適すると考えられ、ピッチが45μm〜300μmの範囲であれば、非常に良好なビーム偏向器として機能するものと考えられる。   From FIG. 6, it can be considered that if the pitch of the strip electrode pattern is in the range of 30 μm to 500 μm, the ratio of noise light is 10% or less, which is sufficiently suitable for practical use. If the pitch is in the range of 45 μm to 300 μm, It is thought that it functions as a good beam deflector.

図7は、帯状電極の間隔Sが4μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio of the noise light and the pitch when the interval S between the strip electrodes is 4 μm.

図7は、液晶光学素子10の透明電極12が、間隔S(4μm)で配置された長さL3mmの帯状電極による帯状電極パターンを、ピッチPが10μm〜500μとなるように可変した場合のノイズ光の割合(%)を測定して示したものである。なお、入射ビームの波長を650nm、入射ビーム径を2mm、液晶層14のセルギャップを6μm、光路長差δをπ、ビーム偏向角θを0.16ミリラジアンとした。   FIG. 7 shows the noise when the transparent electrode 12 of the liquid crystal optical element 10 is formed by changing the strip electrode pattern of strip electrodes having a length of L3 mm arranged at an interval S (4 μm) so that the pitch P is 10 μm to 500 μm. The percentage of light (%) is measured and shown. The wavelength of the incident beam was 650 nm, the incident beam diameter was 2 mm, the cell gap of the liquid crystal layer 14 was 6 μm, the optical path length difference δ was π, and the beam deflection angle θ was 0.16 milliradian.

図7より、帯状電極パターンのピッチが40μm〜500μmの範囲であれば、ノイズ光の割合が10%以下となり、十分に実用に適すると考えられ、ピッチが80μm〜300μmの範囲であれば、非常に良好なビーム偏向器として機能するものと考えられる。   From FIG. 7, it can be considered that if the pitch of the strip electrode pattern is in the range of 40 μm to 500 μm, the ratio of noise light is 10% or less, which is sufficiently suitable for practical use. If the pitch is in the range of 80 μm to 300 μm, It is thought that it functions as a good beam deflector.

図8は、帯状電極の間隔Sが5μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ratio of the noise light and the pitch when the interval S between the strip electrodes is 5 μm.

図8は、液晶光学素子10の透明電極12が、間隔S(5μm)で配置された長さL3mmの帯状電極による帯状電極パターンを、ピッチPが10μm〜500μとなるように可変した場合のノイズ光の割合(%)を測定して示したものである。なお、入射ビームの波長を650nm、入射ビーム径を2mm、液晶層14のセルギャップを6μm、光路長差δをπ、ビーム偏向角θを0.16ミリラジアンとした。   FIG. 8 shows noise when the transparent electrode 12 of the liquid crystal optical element 10 is formed by changing the strip electrode pattern of strip electrodes having a length of L3 mm arranged at an interval S (5 μm) so that the pitch P is 10 μm to 500 μm. The percentage of light (%) is measured and shown. The wavelength of the incident beam was 650 nm, the incident beam diameter was 2 mm, the cell gap of the liquid crystal layer 14 was 6 μm, the optical path length difference δ was π, and the beam deflection angle θ was 0.16 milliradian.

図8より、帯状電極パターンのピッチが50μm〜500μmの範囲であれば、ノイズ光の割合が10%以下となり、十分に実用に適すると考えられ、ピッチが100μm〜300μmの範囲であれば、非常に良好なビーム偏向器として機能するものと考えられる。   From FIG. 8, it is considered that if the pitch of the strip electrode pattern is in the range of 50 μm to 500 μm, the ratio of the noise light is 10% or less, which is sufficiently suitable for practical use. If the pitch is in the range of 100 μm to 300 μm, It is thought that it functions as a good beam deflector.

図9は、帯状電極の間隔Sが6μmの場合のノイズ光の割合とピッチとの関係を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the ratio of the noise light and the pitch when the interval S between the strip electrodes is 6 μm.

図9は、液晶光学素子10の透明電極12が、間隔S(6μm)で配置された長さL3mmの帯状電極による帯状電極パターンを、ピッチPが10μm〜500μとなるように可変した場合のノイズ光の割合(%)を測定して示したものである。なお、入射ビームの波長を650nm、入射ビーム径を2mm、液晶層14のセルギャップを6μm、光路長差δをπ、ビーム偏向角θを0.16ミリラジアンとした。   FIG. 9 shows the noise when the transparent electrode 12 of the liquid crystal optical element 10 is formed by changing the strip electrode pattern of strip electrodes having a length of L3 mm arranged at an interval S (6 μm) so that the pitch P is 10 μm to 500 μm. The percentage of light (%) is measured and shown. The wavelength of the incident beam was 650 nm, the incident beam diameter was 2 mm, the cell gap of the liquid crystal layer 14 was 6 μm, the optical path length difference δ was π, and the beam deflection angle θ was 0.16 milliradian.

図9より、帯状電極パターンのピッチが60μm〜500μmの範囲であれば、ノイズ光の割合が10%以下となり、十分に実用に適すると考えられ、ピッチが120μm〜300μmの範囲であれば、非常に良好なビーム偏向器として機能するものと考えられる。   From FIG. 9, it can be considered that if the pitch of the strip electrode pattern is in the range of 60 μm to 500 μm, the ratio of noise light is 10% or less, which is sufficiently suitable for practical use. If the pitch is in the range of 120 μm to 300 μm, It is thought that it functions as a good beam deflector.

図6〜9より、液晶光学素子10は、帯状電極間の間隔をSとすると、ピッチPが10×Sμm〜500μmの範囲であれば、十分に実用に適すると考えられる程度のノイズ光の割合となり、帯状電極間の間隔をSとすると、ピッチPが20×Sμm〜500μmの範囲であれば、非常に良好なノイズ光の割合の光偏向器として利用することが可能と考えられる。なお、ピッチPの下限が間隔Sの関数となるのは、ピッチPと間隔Sの値が近似しているためであり、ピッチPの上限が間隔Sの関数となっていないのは、間隔Sより非常に大きな値となってしまっているためであると考えられる。   6 to 9, the liquid crystal optical element 10 has a ratio of noise light that is considered to be sufficiently suitable for practical use if the pitch P is in the range of 10 × S μm to 500 μm, where S is the distance between the strip electrodes. Thus, if the interval between the strip electrodes is S, it can be used as an optical deflector having a very good ratio of noise light if the pitch P is in the range of 20 × S μm to 500 μm. The lower limit of the pitch P is a function of the interval S because the values of the pitch P and the interval S are approximate, and the upper limit of the pitch P is not a function of the interval S. This is probably because the value is much larger.

図10は、本発明に係る液晶光学素子10を電子写真方式のレーザプリンタ100に利用した利用例を示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing an application example in which the liquid crystal optical element 10 according to the present invention is used in an electrophotographic laser printer 100.

図10に示すレーザプリンタ100では、光源120から出力されたレーザビームは、コリメータレンズ121により略平行光に変換され、液晶光学素子10及びフレネルレンズ122を通過してポリゴンミラー123の反射面に入射する。ポリゴンミラー123の反射面から反射されたレーザビームは、感光体ドラム126上を矢印140の方向に等速で走査するようにするために第1走査レンズ124及び第2走査レンズ125を介して、感光体ドラム上を露光する。レーザビームが、不図示の構成によって帯電された感光体ドラム127上を露光することによって、潜像を形成され、不図示の現像器によって潜像にトナーが付着されてトナー像となり、不図示の転写器によってコピー紙に転写され、定着されて出力される。   In the laser printer 100 shown in FIG. 10, the laser beam output from the light source 120 is converted into substantially parallel light by the collimator lens 121, passes through the liquid crystal optical element 10 and the Fresnel lens 122, and enters the reflection surface of the polygon mirror 123. To do. The laser beam reflected from the reflecting surface of the polygon mirror 123 passes through the first scanning lens 124 and the second scanning lens 125 in order to scan the photosensitive drum 126 in the direction of the arrow 140 at a constant speed. The photosensitive drum is exposed. A laser beam exposes the photosensitive drum 127 charged by a configuration (not shown) to form a latent image, and a toner is attached to the latent image by a developing device (not shown) to form a toner image. The image is transferred to a copy sheet by a transfer device, fixed, and output.

ここで、潜像を正確に形成するために、感光体ドラム126上の露光のスタート位置を正確に位置合わせする必要がある。そこで、本発明による液晶光学素子10によって、レーザビームを偏向させ、ポリゴンミラー123の反射面に入射する位置の微調整を行い、感光体ドラム上の露光開始位置を、例えば、ビームスポット130〜132の何れにするか等といった、微調整を行うことが可能となる。   Here, in order to accurately form the latent image, it is necessary to accurately align the exposure start position on the photosensitive drum 126. Therefore, the liquid crystal optical element 10 according to the present invention deflects the laser beam, finely adjusts the position of incidence on the reflecting surface of the polygon mirror 123, and sets the exposure start position on the photosensitive drum to, for example, beam spots 130 to 132. It is possible to make fine adjustments such as which one to use.

微調整では、ポリゴンミラー123から反射されるレーザビームを、検出ミラー127で反射させて受光素子128で受光し、検出タイミングや検出ずれを検出して制御部110に出力する。制御部110は、受信した検出タイミングや検出ずれに応じて、液晶光学素子10における偏向角θを決定し、それに応じた実効屈折率分布が液晶層14に発生するような電圧が印加されるような制御を行う。   In fine adjustment, the laser beam reflected from the polygon mirror 123 is reflected by the detection mirror 127 and received by the light receiving element 128, and detection timing and detection deviation are detected and output to the control unit 110. The control unit 110 determines the deflection angle θ in the liquid crystal optical element 10 according to the received detection timing and detection deviation, and a voltage is applied so that an effective refractive index distribution corresponding to the generated deflection angle θ is generated in the liquid crystal layer 14. Control.

上述したように、図10に示すようなレーザプリンタ100におけるレーザビームの位置調整を行うために、本発明に係る液晶光学素子10を利用することが可能となる。   As described above, the liquid crystal optical element 10 according to the present invention can be used to adjust the position of the laser beam in the laser printer 100 as shown in FIG.

10 液晶光学素子
12 透明電極
14 液晶層
16 透明対向電極
20〜27 帯状電極
30 接続電極
40 電源
50 実効屈折率分布
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid crystal optical element 12 Transparent electrode 14 Liquid crystal layer 16 Transparent counter electrode 20-27 Strip electrode 30 Connection electrode 40 Power supply 50 Effective refractive index distribution

Claims (1)

第1及び第2の透明基板と、
前記第1及び第2の透明基板間に挟持された液晶層と、
前記液晶層に対して、入射ビームを偏向させるような所定の屈折率分布を発生させる電圧を印加する帯状電極パターンと、を有し、
前記帯状電極パターンは、間隔S且つピッチPで配置された複数の帯状電極を有し、ピッチPが、20×Sから300μmの範囲内になるように設定されている、
ことを特徴とする液晶光学素子。
First and second transparent substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the first and second transparent substrates;
A strip-shaped electrode pattern that applies a voltage that generates a predetermined refractive index distribution that deflects an incident beam to the liquid crystal layer, and
The strip electrode pattern has a plurality of strip electrodes arranged at intervals S and pitches P, and the pitch P is set to be in a range of 20 × S to 300 μm .
A liquid crystal optical element characterized by the above.
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