JPH0764123A - 屈折率分布型光偏向器及び光偏向方法 - Google Patents
屈折率分布型光偏向器及び光偏向方法Info
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- JPH0764123A JPH0764123A JP5206241A JP20624193A JPH0764123A JP H0764123 A JPH0764123 A JP H0764123A JP 5206241 A JP5206241 A JP 5206241A JP 20624193 A JP20624193 A JP 20624193A JP H0764123 A JPH0764123 A JP H0764123A
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 偏向光の波面の乱れが生じず、光の利用効率
が高く、機械的な可動部がないようにする。 【構成】 高抵抗透明電極１４及び偏向角制御電極１８
を覆うように液晶配向膜２０が被覆され、低抵抗透明電
極１６を覆うように液晶配向膜２０が被覆されている。
液晶配向膜２０間には、スペーサ２２が並行に介在さ
れ、液晶配向膜２０、スペーサ２２により形成されるセ
ルにはネマティック液晶２４が充填されている。低抵抗
透明電極１６と高抵抗透明電極１４との間及び高抵抗透
明電極１４の両端に印加する電圧を変化すると、電位勾
配が変化し、屈折率勾配も同様に変化する。この屈折率
勾配の液晶中を光が透過すると屈折率分布に応じて光が
偏向する。また、電勾配を変化させて屈折率勾配を変化
させると偏向角が変化する。
が高く、機械的な可動部がないようにする。 【構成】 高抵抗透明電極１４及び偏向角制御電極１８
を覆うように液晶配向膜２０が被覆され、低抵抗透明電
極１６を覆うように液晶配向膜２０が被覆されている。
液晶配向膜２０間には、スペーサ２２が並行に介在さ
れ、液晶配向膜２０、スペーサ２２により形成されるセ
ルにはネマティック液晶２４が充填されている。低抵抗
透明電極１６と高抵抗透明電極１４との間及び高抵抗透
明電極１４の両端に印加する電圧を変化すると、電位勾
配が変化し、屈折率勾配も同様に変化する。この屈折率
勾配の液晶中を光が透過すると屈折率分布に応じて光が
偏向する。また、電勾配を変化させて屈折率勾配を変化
させると偏向角が変化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、屈折率分布型光偏向器
及び光偏向方法に係り、より詳しくは、レーザープリン
ター、バーコードリーダー、テレビカメラの手ぶれ補正
機構等に使用可能な機械的可動部が存在しない屈折率分
布型光偏向器及び光偏向方法に関する。
及び光偏向方法に係り、より詳しくは、レーザープリン
ター、バーコードリーダー、テレビカメラの手ぶれ補正
機構等に使用可能な機械的可動部が存在しない屈折率分
布型光偏向器及び光偏向方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光偏向器は様々な装置で使用
されているが、そのほとんどが機械的な動きによって偏
向を行なっている。レーザープリンターでは、多面鏡を
回転させ、鏡の向きを連続的に変化させることにより反
射レーザー光を偏向している。また、光磁気ディスクの
トラッキング機構では、レンズを左右に移動させるこ
と、あるいは反射鏡の向きを変えることにより光を偏向
している。最近では、テレビカメラの手ぶれ補正機構と
して液体で構成されたプリズムを用い、このプリズムの
形状を変化させることで像を撮像管上で移動させてい
る。これらは、機械的な機構が複雑で、組み立て調整が
難しく、また振動に弱い、という問題がある。また、偏
向速度も、機械部品の大きさや重量によって制限されて
いる。さらに、偏向速度の増加に伴って消費電力も多く
なる。
されているが、そのほとんどが機械的な動きによって偏
向を行なっている。レーザープリンターでは、多面鏡を
回転させ、鏡の向きを連続的に変化させることにより反
射レーザー光を偏向している。また、光磁気ディスクの
トラッキング機構では、レンズを左右に移動させるこ
と、あるいは反射鏡の向きを変えることにより光を偏向
している。最近では、テレビカメラの手ぶれ補正機構と
して液体で構成されたプリズムを用い、このプリズムの
形状を変化させることで像を撮像管上で移動させてい
る。これらは、機械的な機構が複雑で、組み立て調整が
難しく、また振動に弱い、という問題がある。また、偏
向速度も、機械部品の大きさや重量によって制限されて
いる。さらに、偏向速度の増加に伴って消費電力も多く
なる。
【０００３】これらの欠点を解消するために、表面弾性
波素子（ＳＡＷデバイス）を用いた可変回折格子のよう
に機械的な動きを伴わない光偏向器も提案されている
（砂川寛著、”導波路型音響光学広角偏向器”，光学，
vol.19，No.4，pp232 ）。この光偏向器は、導波路中に
ＳＡＷデバイスを作成し、弾性波の周波数を変化させる
ことで格子間隔を変化し、光を偏向させている。しか
し、回折効率が悪く、光の利用率が低くなり、また、素
子の作成も難しい、という問題がある。
波素子（ＳＡＷデバイス）を用いた可変回折格子のよう
に機械的な動きを伴わない光偏向器も提案されている
（砂川寛著、”導波路型音響光学広角偏向器”，光学，
vol.19，No.4，pp232 ）。この光偏向器は、導波路中に
ＳＡＷデバイスを作成し、弾性波の周波数を変化させる
ことで格子間隔を変化し、光を偏向させている。しか
し、回折効率が悪く、光の利用率が低くなり、また、素
子の作成も難しい、という問題がある。
【０００４】これらのことから、容易にデバイスが作成
でき、大きく屈折率を変化できる液晶を応用した次のよ
うな偏向器が提案されている。
でき、大きく屈折率を変化できる液晶を応用した次のよ
うな偏向器が提案されている。
【０００５】すなわち、非常に多くの透明電極を備えた
偏向器（S.T.Kowel, D.S.Clerverly, and P.G.Kornreic
h "Focusing by electrical modulation of reflection
ina Liquid crystal cell", Applied Opt., 23,278(19
84)）、２つの電極間に高電圧を印加し、液晶の配向方
向を変えることで偏向させる偏向器（A.F.Fray, D.Jone
s, "Large-angel beam deflector using liquid crysta
l", Electo.Lett., 11,358(1975)；A.Sasaki, T.Ishiba
shi, "Liquid-crystal light deflector", Electo.Let
t., 15,293(1979) ）、直流電流で形成されるウィリア
ムズドメインを利用した可変回折格子（岡野光治、小林
駿介共著、”液晶 応用編”、培風館、p213(1989)）、
全反射によるスイッチングを利用した偏向器（G.Labrun
ie and S.Valette, "Nematic Liquid Crystal Digital
Light Deflector", Appl.Oct., 13,1802(1974)) 、液晶
界面における全反射効果を利用した光偏向デバイス（R.
A.Kashnow and C.R.Stein,"Total-Reflection Liquid C
rystal Electrooptic Device", Appl.Opt., 12,2309(19
73) ；日本学術振興会第１４２委員会編、”液晶デバイ
スハンドブック”、日刊工業新聞社、ｐ617(1989））等
である。
偏向器（S.T.Kowel, D.S.Clerverly, and P.G.Kornreic
h "Focusing by electrical modulation of reflection
ina Liquid crystal cell", Applied Opt., 23,278(19
84)）、２つの電極間に高電圧を印加し、液晶の配向方
向を変えることで偏向させる偏向器（A.F.Fray, D.Jone
s, "Large-angel beam deflector using liquid crysta
l", Electo.Lett., 11,358(1975)；A.Sasaki, T.Ishiba
shi, "Liquid-crystal light deflector", Electo.Let
t., 15,293(1979) ）、直流電流で形成されるウィリア
ムズドメインを利用した可変回折格子（岡野光治、小林
駿介共著、”液晶 応用編”、培風館、p213(1989)）、
全反射によるスイッチングを利用した偏向器（G.Labrun
ie and S.Valette, "Nematic Liquid Crystal Digital
Light Deflector", Appl.Oct., 13,1802(1974)) 、液晶
界面における全反射効果を利用した光偏向デバイス（R.
A.Kashnow and C.R.Stein,"Total-Reflection Liquid C
rystal Electrooptic Device", Appl.Opt., 12,2309(19
73) ；日本学術振興会第１４２委員会編、”液晶デバイ
スハンドブック”、日刊工業新聞社、ｐ617(1989））等
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
くの透明電極を備えた偏向器は、それぞれの電極に印加
する電圧を制御することで液晶内に屈折率の分布を形成
して偏向を行っているため、液晶内の電場分布が一様に
変化せず階段状になっている。このため屈折率の分布も
階段状になり偏向した光の波面が乱れる、という問題が
ある。電極の数を増やすことでこの傾向を減少させるこ
とができるが、偏向させる光の波面を円滑に保持するた
めには電極を多数必要とし、実現不可能である。
くの透明電極を備えた偏向器は、それぞれの電極に印加
する電圧を制御することで液晶内に屈折率の分布を形成
して偏向を行っているため、液晶内の電場分布が一様に
変化せず階段状になっている。このため屈折率の分布も
階段状になり偏向した光の波面が乱れる、という問題が
ある。電極の数を増やすことでこの傾向を減少させるこ
とができるが、偏向させる光の波面を円滑に保持するた
めには電極を多数必要とし、実現不可能である。
【０００７】高電圧を印加する偏向器は、２つの離れた
電極間に高電圧を印加し、液晶分子を２枚のガラス間で
除々に曲げて配向させるものである。この方式では大き
な偏向角度が得られるが液晶の屈折率分布を一様に変化
させられないため偏向光の波面が乱れる、という問題が
ある。また、ビームの形状も乱れる。
電極間に高電圧を印加し、液晶分子を２枚のガラス間で
除々に曲げて配向させるものである。この方式では大き
な偏向角度が得られるが液晶の屈折率分布を一様に変化
させられないため偏向光の波面が乱れる、という問題が
ある。また、ビームの形状も乱れる。
【０００８】ウィリアムズドメインを利用した可変回折
格子は、高電圧の直流を流し、液晶中にイオンの流れを
生成して回折格子を形成し、電圧を制御することでドメ
インの大きさを変化させる。それに伴い格子間隔が変わ
ることで一次の回折光の偏向角度が制御できる。この方
式では１次、２次などの高次の回折光の強度の制御がで
きず、ＳＡＷデバイスと同様に偏向できる光の利用効率
が低い。また、光の波長によって偏向角度が変化する。
格子は、高電圧の直流を流し、液晶中にイオンの流れを
生成して回折格子を形成し、電圧を制御することでドメ
インの大きさを変化させる。それに伴い格子間隔が変わ
ることで一次の回折光の偏向角度が制御できる。この方
式では１次、２次などの高次の回折光の強度の制御がで
きず、ＳＡＷデバイスと同様に偏向できる光の利用効率
が低い。また、光の波長によって偏向角度が変化する。
【０００９】全反射を利用した光偏向デバイスは、２方
向への偏向の切り替えだけが可能となり、偏向角を連続
またはランダムに制御することができず、レーザープリ
ンター等のレーザービームをスキャンニングする装置や
ディスプレイ装置等には適用できない、という問題があ
る。
向への偏向の切り替えだけが可能となり、偏向角を連続
またはランダムに制御することができず、レーザープリ
ンター等のレーザービームをスキャンニングする装置や
ディスプレイ装置等には適用できない、という問題があ
る。
【００１０】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、偏向光の波面の乱れが生じず、光の利用効
率が高く、機械的な可動部がない屈折率分布型光偏向器
及び光偏向方法を提供することを目的とする。
れたもので、偏向光の波面の乱れが生じず、光の利用効
率が高く、機械的な可動部がない屈折率分布型光偏向器
及び光偏向方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、一方の面に高抵抗の第１の透明電
極が設けられた第１の透明基板と、一方の面に低抵抗の
第２の透明電極が設けられると共に、第２の透明電極が
設けられた面が前記第１の透明基板の第１の透明電極が
設けられた面と対向するように配置された第２の透明基
板と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間
に介在された液晶と、前記第１の透明電極と前記第２の
透明電極との間及び前記第１の透明電極の両端に変化す
る電圧を印加する電源と、を含んで構成されている。
に請求項１の発明は、一方の面に高抵抗の第１の透明電
極が設けられた第１の透明基板と、一方の面に低抵抗の
第２の透明電極が設けられると共に、第２の透明電極が
設けられた面が前記第１の透明基板の第１の透明電極が
設けられた面と対向するように配置された第２の透明基
板と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間
に介在された液晶と、前記第１の透明電極と前記第２の
透明電極との間及び前記第１の透明電極の両端に変化す
る電圧を印加する電源と、を含んで構成されている。
【００１２】また、請求項２の発明は、一方の面に高抵
抗の第１の透明電極が設けられた第１の透明基板と、一
方の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共に、
第２の透明電極が設けられた面が前記第１の透明基板の
第１の透明電極が設けられた面と対向するように配置さ
れた第２の透明基板と、一方の面に高抵抗の第１の透明
電極が設けられかつ他方の面に低抵抗の第２の透明電極
が設けられると共に、第２の透明電極が設けられた面が
前記第１の透明基板の第１の透明電極が設けられた面と
対向しかつ第１の透明電極が設けられた面が前記第２の
透明基板の第２の透明電極が設けられた面と対向するよ
うに、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間
に配置された第３の透明基板と、前記第１の透明電極と
前記第２の透明電極との間の各々に介在された液晶と、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々
及び前記第１の透明電極の両端の各々に変化する電圧を
印加する電源と、を含んで構成されている。
抗の第１の透明電極が設けられた第１の透明基板と、一
方の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共に、
第２の透明電極が設けられた面が前記第１の透明基板の
第１の透明電極が設けられた面と対向するように配置さ
れた第２の透明基板と、一方の面に高抵抗の第１の透明
電極が設けられかつ他方の面に低抵抗の第２の透明電極
が設けられると共に、第２の透明電極が設けられた面が
前記第１の透明基板の第１の透明電極が設けられた面と
対向しかつ第１の透明電極が設けられた面が前記第２の
透明基板の第２の透明電極が設けられた面と対向するよ
うに、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間
に配置された第３の透明基板と、前記第１の透明電極と
前記第２の透明電極との間の各々に介在された液晶と、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々
及び前記第１の透明電極の両端の各々に変化する電圧を
印加する電源と、を含んで構成されている。
【００１３】請求項３の発明は、一方の面に高抵抗の第
１の透明電極が設けられた第１の透明基板と、一方の面
に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共に、第２の
透明電極が設けられた面が前記第１の透明基板の第１の
透明電極が設けられた面と対向するように配置された第
２の透明基板と、一方の面に高抵抗の第１の透明電極が
設けられかつ他方の面に低抵抗の第２の透明電極が設け
られると共に、第１の透明電極と第２の透明電極とが対
向するように複数個並列配置されて構成され、第２の透
明電極が設けられた最も外側の面が前記第１の透明基板
の第１の透明電極が設けられた面と対向しかつ第１の透
明電極が設けられた最も外側の面が前記第２の透明基板
の第２の透明電極が設けられた面と対向するように、前
記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に配置さ
れた第３の透明基板群と、前記第１の透明電極と前記第
２の透明電極との間の各々に介在された液晶と、前記第
１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々及び前
記第１の透明電極の両端の各々に変化する電圧を印加す
る電源と、を含んで構成されている。
１の透明電極が設けられた第１の透明基板と、一方の面
に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共に、第２の
透明電極が設けられた面が前記第１の透明基板の第１の
透明電極が設けられた面と対向するように配置された第
２の透明基板と、一方の面に高抵抗の第１の透明電極が
設けられかつ他方の面に低抵抗の第２の透明電極が設け
られると共に、第１の透明電極と第２の透明電極とが対
向するように複数個並列配置されて構成され、第２の透
明電極が設けられた最も外側の面が前記第１の透明基板
の第１の透明電極が設けられた面と対向しかつ第１の透
明電極が設けられた最も外側の面が前記第２の透明基板
の第２の透明電極が設けられた面と対向するように、前
記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に配置さ
れた第３の透明基板群と、前記第１の透明電極と前記第
２の透明電極との間の各々に介在された液晶と、前記第
１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々及び前
記第１の透明電極の両端の各々に変化する電圧を印加す
る電源と、を含んで構成されている。
【００１４】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
か１項の発明の液晶をネマティック液晶にしたものであ
る。
か１項の発明の液晶をネマティック液晶にしたものであ
る。
【００１５】請求項５の発明は、第１の透明電極と、第
１の透明電極と対向するように配置された第２の透明電
極と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間
に介在された液晶と、を備えた層を少なくとも１層含む
光偏向器を用いて光を偏向させるにあたり、第１の透明
電極と第２の透明電極との間に、第１の透明電極の一端
から他端に向かって連続的に変化する勾配の電界が生じ
るように電圧を印加し、直線偏光された光を第１または
第２の透明電極側から入射して該光を偏向するものであ
る。
１の透明電極と対向するように配置された第２の透明電
極と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間
に介在された液晶と、を備えた層を少なくとも１層含む
光偏向器を用いて光を偏向させるにあたり、第１の透明
電極と第２の透明電極との間に、第１の透明電極の一端
から他端に向かって連続的に変化する勾配の電界が生じ
るように電圧を印加し、直線偏光された光を第１または
第２の透明電極側から入射して該光を偏向するものであ
る。
【００１６】
【作用】請求項１の発明では、電源により、高抵抗の第
１の透明電極と低抵抗の第２の透明電極との間及び高抵
抗の第１の透明電極の両端に電圧を印加すると、第１の
透明電極が高抵抗であるため、第１の透明電極では一端
から他端に向かって電位分布が連続的に変化し、これに
よって第１の透明電極と第２の透明電極との間に、第１
の透明電極の一端から他端に向かって連続的に変化する
勾配のある分布の電界が印加される。また、第１の透明
電極と第２の透明電極との間には液晶が介在されている
ので、この勾配のある電界に応じて液晶分子の配向が傾
き、液晶分子の配向に応じた屈折率分布が得られる。こ
のような液晶としては、一軸性のネマテック液晶を用い
ることができるが他の液晶を用いてもよい。
１の透明電極と低抵抗の第２の透明電極との間及び高抵
抗の第１の透明電極の両端に電圧を印加すると、第１の
透明電極が高抵抗であるため、第１の透明電極では一端
から他端に向かって電位分布が連続的に変化し、これに
よって第１の透明電極と第２の透明電極との間に、第１
の透明電極の一端から他端に向かって連続的に変化する
勾配のある分布の電界が印加される。また、第１の透明
電極と第２の透明電極との間には液晶が介在されている
ので、この勾配のある電界に応じて液晶分子の配向が傾
き、液晶分子の配向に応じた屈折率分布が得られる。こ
のような液晶としては、一軸性のネマテック液晶を用い
ることができるが他の液晶を用いてもよい。
【００１７】電圧印加前の配向方向は液晶の種類によっ
て異なり、誘電率が正の液晶は透明基板に対して並行
に、誘電率が負の液晶は透明基板に対して垂直に配向さ
せる。液晶分子は細長い構造をしているため、分子軸の
方向とそれに直交する方向とで屈折率が異なる光学的異
方性を示し、勾配のある電界を印加すると電界に応じて
液晶分子の配向が傾き、屈折率分布が得られる。直線偏
光された光を第１の透明基板に略垂直にかつ偏光方向が
配向した液晶分子の電界によって配向が傾く面と平行に
なる方向（異常光）に入射すると、入射光は屈折率の大
きい方向に曲げられて進行し、第２の透明基板がら射出
される。従って、入射光を所定方向に偏向させて射出さ
せることができる。
て異なり、誘電率が正の液晶は透明基板に対して並行
に、誘電率が負の液晶は透明基板に対して垂直に配向さ
せる。液晶分子は細長い構造をしているため、分子軸の
方向とそれに直交する方向とで屈折率が異なる光学的異
方性を示し、勾配のある電界を印加すると電界に応じて
液晶分子の配向が傾き、屈折率分布が得られる。直線偏
光された光を第１の透明基板に略垂直にかつ偏光方向が
配向した液晶分子の電界によって配向が傾く面と平行に
なる方向（異常光）に入射すると、入射光は屈折率の大
きい方向に曲げられて進行し、第２の透明基板がら射出
される。従って、入射光を所定方向に偏向させて射出さ
せることができる。
【００１８】ここで、本発明では、高抵抗の第１の透明
電極と低抵抗の第２の透明電極との間及び高抵抗の第１
の透明電極の両端に変化する電圧を印加しているため、
印加した電圧に応じて液晶の屈折率分布が変化し、これ
によって第２の透明基板がら射出される光の偏向角を制
御することができる。すなわち、連続的に変化する電圧
を印加すると偏向角を連続的に変化させることができ、
周期的に変化する電圧を印加すると偏向角を周期的に変
化させることができ、また、ランダムに変化する電圧を
印加すると偏向角をランダムに変化させることができ
る。
電極と低抵抗の第２の透明電極との間及び高抵抗の第１
の透明電極の両端に変化する電圧を印加しているため、
印加した電圧に応じて液晶の屈折率分布が変化し、これ
によって第２の透明基板がら射出される光の偏向角を制
御することができる。すなわち、連続的に変化する電圧
を印加すると偏向角を連続的に変化させることができ、
周期的に変化する電圧を印加すると偏向角を周期的に変
化させることができ、また、ランダムに変化する電圧を
印加すると偏向角をランダムに変化させることができ
る。
【００１９】また、請求項２または３の発明のように、
一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設けられかつ他方
の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられた第３の透明
基板を、１つまたは複数個第１の透明電極と第２の透明
電極との間に設け、第１の透明電極と第２の透明電極と
の間の各々に液晶を介在させると、それぞれの液晶によ
って入射光が偏向されるため、最終の透明基板がら射出
される光の偏向角を大きくさせて偏向角を制御すること
ができる。
一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設けられかつ他方
の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられた第３の透明
基板を、１つまたは複数個第１の透明電極と第２の透明
電極との間に設け、第１の透明電極と第２の透明電極と
の間の各々に液晶を介在させると、それぞれの液晶によ
って入射光が偏向されるため、最終の透明基板がら射出
される光の偏向角を大きくさせて偏向角を制御すること
ができる。
【００２０】本発明では、第１の透明電極の抵抗によっ
て連続的に変化する電界分布を利用しているので、屈折
率の変化が連続的であり、偏向光の波面の乱れはなく、
また光が分子軸の方向に曲げられて進行するため、光の
利用効率が高い。
て連続的に変化する電界分布を利用しているので、屈折
率の変化が連続的であり、偏向光の波面の乱れはなく、
また光が分子軸の方向に曲げられて進行するため、光の
利用効率が高い。
【００２１】請求項５の発明は、第１の透明電極と、第
１の透明電極と対向するように配置された第２の透明電
極と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間
に介在された液晶と、を備えた層を少なくとも１層含む
光偏向器を用いて光を偏向させるにあたり、第１の透明
電極と第２の透明電極との間に、第１の透明電極の一端
から他端に向かって連続的に変化する勾配の電界が生じ
るように電圧を印加し、直線偏光された光を第１または
第２の透明電極側から入射して該光を偏向するものであ
る。第１の透明電極と第２の透明電極との間に、第１の
透明電極の一端から他端に向かって連続的に変化する勾
配の電界を生じさせるには、上記のように高抵抗の透明
電極と低抵抗の透明電極とを用いることができる。
１の透明電極と対向するように配置された第２の透明電
極と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間
に介在された液晶と、を備えた層を少なくとも１層含む
光偏向器を用いて光を偏向させるにあたり、第１の透明
電極と第２の透明電極との間に、第１の透明電極の一端
から他端に向かって連続的に変化する勾配の電界が生じ
るように電圧を印加し、直線偏光された光を第１または
第２の透明電極側から入射して該光を偏向するものであ
る。第１の透明電極と第２の透明電極との間に、第１の
透明電極の一端から他端に向かって連続的に変化する勾
配の電界を生じさせるには、上記のように高抵抗の透明
電極と低抵抗の透明電極とを用いることができる。
【００２２】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。図１に示すように、本実施例の屈折率分布型
光偏向器は、並行に配列された第１の透明基板としての
第１のガラス基板１０、及び第２の透明基板としての第
２のガラス基板１２を備えている。第１のガラス基板１
０の第２のガラス基板１２と対向する面には、第１の透
明電極としての高抵抗透明電極１４が貼着され、第２の
ガラス基板１２の第１のガラス基板１０と対向する面に
は、第２の透明電極としての低抵抗透明電極１６が貼着
されている。高抵抗透明電極１４には、一対の偏向角制
御電極１８が並行に固着されている。高抵抗透明電極１
４及び偏向角制御電極１８を覆うように液晶配向膜２０
が被覆され、また低抵抗透明電極１６を覆うように液晶
配向膜２０が被覆されている。液晶配向膜２０間には、
偏向角制御電極１８の延在方向に延在するように、スペ
ーサ２２が並行に介在され、液晶配向膜２０、スペーサ
２２により液晶を充填するセルが形成されている。この
セルにはネマティック液晶２４が充填されている。
説明する。図１に示すように、本実施例の屈折率分布型
光偏向器は、並行に配列された第１の透明基板としての
第１のガラス基板１０、及び第２の透明基板としての第
２のガラス基板１２を備えている。第１のガラス基板１
０の第２のガラス基板１２と対向する面には、第１の透
明電極としての高抵抗透明電極１４が貼着され、第２の
ガラス基板１２の第１のガラス基板１０と対向する面に
は、第２の透明電極としての低抵抗透明電極１６が貼着
されている。高抵抗透明電極１４には、一対の偏向角制
御電極１８が並行に固着されている。高抵抗透明電極１
４及び偏向角制御電極１８を覆うように液晶配向膜２０
が被覆され、また低抵抗透明電極１６を覆うように液晶
配向膜２０が被覆されている。液晶配向膜２０間には、
偏向角制御電極１８の延在方向に延在するように、スペ
ーサ２２が並行に介在され、液晶配向膜２０、スペーサ
２２により液晶を充填するセルが形成されている。この
セルにはネマティック液晶２４が充填されている。
【００２３】各々の偏向角制御電極１８には、交流電源
である偏向角制御電源２８が接続され、偏向角制御電極
１８と偏向角制御電源２８との間には、バイアス電源２
６の正極が接続され、低抵抗透明電極１６にはバイアス
電源２６の負極が接続されている。
である偏向角制御電源２８が接続され、偏向角制御電極
１８と偏向角制御電源２８との間には、バイアス電源２
６の正極が接続され、低抵抗透明電極１６にはバイアス
電源２６の負極が接続されている。
【００２４】図２は、ネマティック液晶の配向方向を示
すものであり、誘電率Δεが正の場合には、（１）に示
すように、電圧を印加しない状態で分子軸がガラス基板
に並行に配向するモホジニアス配向にする。この配向の
液晶に電圧を印加すると、（２）に示すように液晶の配
向が変化する。また、誘電率Δεが負の場合には、
（３）に示すように、電圧を印加しない状態で分子軸が
ガラス基板に垂直に配向するホメロトロピック配向にす
る。この配向の液晶に電圧を印加すると、（４）に示す
ように液晶の配向が変化する。
すものであり、誘電率Δεが正の場合には、（１）に示
すように、電圧を印加しない状態で分子軸がガラス基板
に並行に配向するモホジニアス配向にする。この配向の
液晶に電圧を印加すると、（２）に示すように液晶の配
向が変化する。また、誘電率Δεが負の場合には、
（３）に示すように、電圧を印加しない状態で分子軸が
ガラス基板に垂直に配向するホメロトロピック配向にす
る。この配向の液晶に電圧を印加すると、（４）に示す
ように液晶の配向が変化する。
【００２５】図３は、ネマティック液晶の印加電圧と屈
折率変化との関係を示すものである。このように変化す
る原因は、外部電界よって液晶分子に誘起された分極双
極子が外部電界から力を受け液晶分子が回転するからで
ある。電界が小さい場合、すなわち図３の円で囲んだ領
域では、印加電界と屈折率との間には直線関係が成り立
っている。
折率変化との関係を示すものである。このように変化す
る原因は、外部電界よって液晶分子に誘起された分極双
極子が外部電界から力を受け液晶分子が回転するからで
ある。電界が小さい場合、すなわち図３の円で囲んだ領
域では、印加電界と屈折率との間には直線関係が成り立
っている。
【００２６】上記の図１に示した屈折率分布型偏向装置
の高抵抗透明電極１４の両端に偏向角制御電極１８を介
して一定電圧を印加すると、高抵抗透明電極１４が高抵
抗であるため、一方の偏向角制御電極１８の固定部位か
ら他方の偏向角制御電極１８の固定部位に向かって、高
抵抗透明電極１４の電位が連続的に変化する。更に、低
抵抗透明電極１６と高抵抗透明電極１４との間にバイア
ス電圧を印加すると、低抵抗透明電極１６と高抵抗透明
電極１４との間には図４に実線で示すような直線的な勾
配を持つ電界分布が形成される。この電界中に存在する
液晶中には、同様に直線的に変化する屈折率分布が形成
される。直線偏光された光を第１の透明基板１０に垂直
にかつ偏光方向が配向した液晶分子の電界によって傾く
面に対し平行となる方向に入射すると、入射光は屈折率
の大きい方向に曲げられて進行し、第２の透明基板１２
から射出される。従って、入射光を所定方向に偏向させ
て射出させることができる。
の高抵抗透明電極１４の両端に偏向角制御電極１８を介
して一定電圧を印加すると、高抵抗透明電極１４が高抵
抗であるため、一方の偏向角制御電極１８の固定部位か
ら他方の偏向角制御電極１８の固定部位に向かって、高
抵抗透明電極１４の電位が連続的に変化する。更に、低
抵抗透明電極１６と高抵抗透明電極１４との間にバイア
ス電圧を印加すると、低抵抗透明電極１６と高抵抗透明
電極１４との間には図４に実線で示すような直線的な勾
配を持つ電界分布が形成される。この電界中に存在する
液晶中には、同様に直線的に変化する屈折率分布が形成
される。直線偏光された光を第１の透明基板１０に垂直
にかつ偏光方向が配向した液晶分子の電界によって傾く
面に対し平行となる方向に入射すると、入射光は屈折率
の大きい方向に曲げられて進行し、第２の透明基板１２
から射出される。従って、入射光を所定方向に偏向させ
て射出させることができる。
【００２７】低抵抗透明電極１６と高抵抗透明電極１４
との間及び高抵抗透明電極１４の両端に印加する電圧を
変化すると、電位勾配が変化し、屈折率勾配も同様に変
化する。この屈折率勾配の液晶中を光が透過すると屈折
率勾配に応じて光が偏向する。また、勾配を変化させる
と偏向角が変化する。
との間及び高抵抗透明電極１４の両端に印加する電圧を
変化すると、電位勾配が変化し、屈折率勾配も同様に変
化する。この屈折率勾配の液晶中を光が透過すると屈折
率勾配に応じて光が偏向する。また、勾配を変化させる
と偏向角が変化する。
【００２８】本実施例では、偏向角制御電源２８によ
り、交流電圧を印加しているため、低抵抗透明電極１６
と高抵抗透明電極１４との間及び高抵抗透明電極１４の
両端に印加する電圧が周期的に変化し、第２の透明基板
１２から射出される光の偏向角を周期的に変化させて光
を掃引させることができる。
り、交流電圧を印加しているため、低抵抗透明電極１６
と高抵抗透明電極１４との間及び高抵抗透明電極１４の
両端に印加する電圧が周期的に変化し、第２の透明基板
１２から射出される光の偏向角を周期的に変化させて光
を掃引させることができる。
【００２９】本実施例では、高抵抗透明電極の抵抗によ
る連続した電界分布を用いているので、屈折率の変化が
直線的である。このため偏向された光の波面の乱れは非
常に少なく、コヒーレントな光への応用に適している。
また、２枚のガラス基板と電極のみという簡単な構造の
ため、作成コストを安くすることができる。
る連続した電界分布を用いているので、屈折率の変化が
直線的である。このため偏向された光の波面の乱れは非
常に少なく、コヒーレントな光への応用に適している。
また、２枚のガラス基板と電極のみという簡単な構造の
ため、作成コストを安くすることができる。
【００３０】本実施例のセル１枚あたりの偏向角度は偏
向角制御電極間距離、すなわち開口部の大きさとガラス
基板間隔、液晶の屈折率の変化に関係し、次のような式
で表すことができる。
向角制御電極間距離、すなわち開口部の大きさとガラス
基板間隔、液晶の屈折率の変化に関係し、次のような式
で表すことができる。
【００３１】最大偏向角＝arctan（セルの厚み×屈折率
変化／開口部の大きさ） 上記式より、セルの厚みを厚くすると偏向角を大きくで
きるが、同じ応答速度を得ようとすると電圧を大きくし
なければならない。応答速度は電界の大きさと液晶の誘
電率と粘弾性に依存し、厚み数十ミクロン、印加電圧数
ボルトでおよそ数十Ｈｚである。
変化／開口部の大きさ） 上記式より、セルの厚みを厚くすると偏向角を大きくで
きるが、同じ応答速度を得ようとすると電圧を大きくし
なければならない。応答速度は電界の大きさと液晶の誘
電率と粘弾性に依存し、厚み数十ミクロン、印加電圧数
ボルトでおよそ数十Ｈｚである。
【００３２】セルの厚みを５０ミクロン、屈折率の変化
を０．１、偏向角制御電極の間隔を３ｍｍ（入射光の径
が３ｍｍ）とすると、最大偏向角は９５ミリ度、１．６
ミリｒａｄである。入射光をレンズで集光し、偏向角制
御電極の間隔を小さくすると偏向角を大きくでき、偏向
角制御電極の間隔を３０ミクロンにすると、偏向角は
９．５度、０．１６ｒａｄになる。
を０．１、偏向角制御電極の間隔を３ｍｍ（入射光の径
が３ｍｍ）とすると、最大偏向角は９５ミリ度、１．６
ミリｒａｄである。入射光をレンズで集光し、偏向角制
御電極の間隔を小さくすると偏向角を大きくでき、偏向
角制御電極の間隔を３０ミクロンにすると、偏向角は
９．５度、０．１６ｒａｄになる。
【００３３】次に、図５を参照して、第２実施例を説明
する。本実施例は、第１のガラス基板１０と第２のガラ
ス基板１２との間に、一方の面に高抵抗透明電極１４が
貼着されかつ他方の面に低抵抗透明電極１６が貼着され
た２つの第３のガラス基板３０が配置されている。２つ
の第３のガラス基板３０は、高抵抗透明電極１４が貼着
された面と低抵抗透明電極１６が貼着された面とが対向
するように配置され、更に低抵抗透明電極１６が設けら
れた最も外側の面が第１の透明基板１０の高抵抗透明電
極１４が設けられた面と対向し、かつ高抵抗透明電極１
４が設けられた最も外側の面が第２の透明基板１２の低
抵抗透明電極１６と対向するように、第１のガラス基板
１０と第２のガラス基板１２との間に配置さている。
する。本実施例は、第１のガラス基板１０と第２のガラ
ス基板１２との間に、一方の面に高抵抗透明電極１４が
貼着されかつ他方の面に低抵抗透明電極１６が貼着され
た２つの第３のガラス基板３０が配置されている。２つ
の第３のガラス基板３０は、高抵抗透明電極１４が貼着
された面と低抵抗透明電極１６が貼着された面とが対向
するように配置され、更に低抵抗透明電極１６が設けら
れた最も外側の面が第１の透明基板１０の高抵抗透明電
極１４が設けられた面と対向し、かつ高抵抗透明電極１
４が設けられた最も外側の面が第２の透明基板１２の低
抵抗透明電極１６と対向するように、第１のガラス基板
１０と第２のガラス基板１２との間に配置さている。
【００３４】また、第１のガラス基板１０と第３のガラ
ス基板３０との間、第３のガラス基板３０間、及び第３
のガラス基板３０と第２のガラス基板１２との間には、
スペーサ２２が並行に介在されて、液晶を充填するセル
が形成されている。このセルの各々にはネマティック液
晶２４が充填されている。本実施例においても第１実施
例と同様のバイアス電源及び偏向角制御電源が使用され
るが、高抵抗透明電極１４の偏向角制御電極１８の各々
は偏向角制御電源に接続され、低抵抗透明電極１６の各
々はバイアス電源の負極に接続される。
ス基板３０との間、第３のガラス基板３０間、及び第３
のガラス基板３０と第２のガラス基板１２との間には、
スペーサ２２が並行に介在されて、液晶を充填するセル
が形成されている。このセルの各々にはネマティック液
晶２４が充填されている。本実施例においても第１実施
例と同様のバイアス電源及び偏向角制御電源が使用され
るが、高抵抗透明電極１４の偏向角制御電極１８の各々
は偏向角制御電源に接続され、低抵抗透明電極１６の各
々はバイアス電源の負極に接続される。
【００３５】なお、他の構成は第１実施例と同様である
ので説明は省略する。本実施例では、上記第１実施例と
同様に光の偏向角を周期的に変化させることができる
が、本実施例では液晶が複数層介在されているので、各
々の液晶で光が偏向され、最終的な偏向角を大きくする
ことができる。また、上記各実施例では、印加する電圧
を周期的に変化させた例について説明したが、連続的ま
たはランダムに変化させてもよい。
ので説明は省略する。本実施例では、上記第１実施例と
同様に光の偏向角を周期的に変化させることができる
が、本実施例では液晶が複数層介在されているので、各
々の液晶で光が偏向され、最終的な偏向角を大きくする
ことができる。また、上記各実施例では、印加する電圧
を周期的に変化させた例について説明したが、連続的ま
たはランダムに変化させてもよい。
【００３６】なお、上記実施例では、２つの第３のガラ
ス基板を挿入した例について説明したが、１つまたは３
つ以上の第３のガラス基板を挿入してもよい。
ス基板を挿入した例について説明したが、１つまたは３
つ以上の第３のガラス基板を挿入してもよい。
【００３７】また、第１実施例で説明した屈折率分布型
光偏向器を複数個並列配置しても第２実施例と同様に最
終的な偏向角を大きくすることができる。この場合に
は、各屈折率分布型光偏向器の位置を調整することによ
り、各屈折率分布型光偏向器において入射光を第１のガ
ラス基板に垂直に入射させることができるので、光損失
を最小にすることができる。
光偏向器を複数個並列配置しても第２実施例と同様に最
終的な偏向角を大きくすることができる。この場合に
は、各屈折率分布型光偏向器の位置を調整することによ
り、各屈折率分布型光偏向器において入射光を第１のガ
ラス基板に垂直に入射させることができるので、光損失
を最小にすることができる。
【００３８】本発明は多くの分野において応用可能であ
る。まず、レーザープリンター、バーコードリーダー等
に使用されているレーザー光走査光学系のポリゴンミラ
ーの代わりにこの偏向器を用いると、振動に強くなり、
信頼性が増す。また、省電力にもなる。なお、この偏向
器は偏向角度が小さいため、レーザー光走査光学系に利
用する場合には光路長を長くする必要がある。
る。まず、レーザープリンター、バーコードリーダー等
に使用されているレーザー光走査光学系のポリゴンミラ
ーの代わりにこの偏向器を用いると、振動に強くなり、
信頼性が増す。また、省電力にもなる。なお、この偏向
器は偏向角度が小さいため、レーザー光走査光学系に利
用する場合には光路長を長くする必要がある。
【００３９】レーザー光をランダムに走査して、投射型
のディスプレーとして文字や図形を映し出すことができ
る。ポリゴンミラーによる走査はＣＲＴのように順次走
査には適しているがランダム走査はできない。
のディスプレーとして文字や図形を映し出すことができ
る。ポリゴンミラーによる走査はＣＲＴのように順次走
査には適しているがランダム走査はできない。
【００４０】ＣＤプレーヤの対物レンズの前に取り付け
レンズへの入射角を変え、微少トラッキングを行ことが
できる。
レンズへの入射角を変え、微少トラッキングを行ことが
できる。
【００４１】レンズと撮像管あるいはＣＣＤの間に挿入
し、撮影した像のぶれを補正するテレビカメラの手ぶれ
補正機構として応用できる。
し、撮影した像のぶれを補正するテレビカメラの手ぶれ
補正機構として応用できる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は高抵抗の第
１の透明電極と低抵抗の第２の透明電極との間に液晶を
介在させ、第１の透明電極と第２の透明電極との間及び
第１の透明電極の両端に変化する電圧を印加するように
したので、波面の乱れが生じず、光の利用効率が高く、
機械的な可動部を用いずに光を偏向することができる、
という効果が得られる。
１の透明電極と低抵抗の第２の透明電極との間に液晶を
介在させ、第１の透明電極と第２の透明電極との間及び
第１の透明電極の両端に変化する電圧を印加するように
したので、波面の乱れが生じず、光の利用効率が高く、
機械的な可動部を用いずに光を偏向することができる、
という効果が得られる。
【図１】本発明の第１実施例の斜視図である。
【図２】（１）、（２）は誘電率が正の場合の液晶分子
配向を示す概略図である。（３）、（４）は誘電率が負
の場合の液晶分子配向を示す概略図である。
配向を示す概略図である。（３）、（４）は誘電率が負
の場合の液晶分子配向を示す概略図である。
【図３】印加電圧と屈折率との関係を示す線図である。
【図４】電界分布と屈折率分布とを示す線図である。
【図５】本発明の第２実施例の断面図である。
１０ 第１のガラス基板 １２ 第２のガラス基板 １４ 高抵抗透明電極 １６ 低抵抗透明電極 １８ 偏向角制御電極 ２０ 液晶配向膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 文明 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究所 内
Claims (5)
- 【請求項１】 一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設
けられた第１の透明基板と、 一方の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共
に、第２の透明電極が設けられた面が前記第１の透明基
板の第１の透明電極が設けられた面と対向するように配
置された第２の透明基板と、 前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に介在
された液晶と、 前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間及び前
記第１の透明電極の両端に変化する電圧を印加する電源
と、 を含む屈折率分布型光偏向器。 - 【請求項２】 一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設
けられた第１の透明基板と、 一方の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共
に、第２の透明電極が設けられた面が前記第１の透明基
板の第１の透明電極が設けられた面と対向するように配
置された第２の透明基板と、 一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設けられかつ他方
の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共に、第
２の透明電極が設けられた面が前記第１の透明基板の第
１の透明電極が設けられた面と対向しかつ第１の透明電
極が設けられた面が前記第２の透明基板の第２の透明電
極が設けられた面と対向するように、前記第１の透明基
板と前記第２の透明基板との間に配置された第３の透明
基板と、 前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々
に介在された液晶と、 前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々
及び前記第１の透明電極の両端の各々に変化する電圧を
印加する電源と、 を含む屈折率分布型光偏向器。 - 【請求項３】 一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設
けられた第１の透明基板と、 一方の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共
に、第２の透明電極が設けられた面が前記第１の透明基
板の第１の透明電極が設けられた面と対向するように配
置された第２の透明基板と、 一方の面に高抵抗の第１の透明電極が設けられかつ他方
の面に低抵抗の第２の透明電極が設けられると共に、第
１の透明電極と第２の透明電極とが対向するように複数
個並列配置されて構成され、第２の透明電極が設けられ
た最も外側の面が前記第１の透明基板の第１の透明電極
が設けられた面と対向しかつ第１の透明電極が設けられ
た最も外側の面が前記第２の透明基板の第２の透明電極
が設けられた面と対向するように、前記第１の透明基板
と前記第２の透明基板との間に配置された第３の透明基
板群と、 前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々
に介在された液晶と、 前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の各々
及び前記第１の透明電極の両端の各々に変化する電圧を
印加する電源と、 を含む屈折率分布型光偏向器。 - 【請求項４】 前記液晶はネマティック液晶である請求
項１〜３のいずれか１項の屈折率分布型光偏向器。 - 【請求項５】 第１の透明電極と、第１の透明電極と対
向するように配置された第２の透明電極と、前記第１の
透明電極と前記第２の透明電極との間に介在された液晶
と、を備えた層を少なくとも１層含む光偏向器を用いて
光を偏向させるにあたり、 第１の透明電極と第２の透明電極との間に、第１の透明
電極の一端から他端に向かって連続的に変化する勾配の
電界が生じるように電圧を印加し、直線偏光された光を
第１または第２の透明電極側から入射して該光を偏向す
る光偏向方法。
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| JP5206241A JPH0764123A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 屈折率分布型光偏向器及び光偏向方法 |
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