JPS6188230A - 光変向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は光変向器の改良に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 被検体を拡大して観察するための顕微鏡１として、第８
図に示すように、光変向器２で光路の方向を切換えて、
肉眼による観察及び写真機３による写真県影ができるよ
うにした従来例がある。

上記従来の光変向２！ｉ２は、３角形のプリズム４が光
路上にある場合には、該プリズム４″ｃ直角ｌｊ向に全
反射して接眼側に専ぎ、正方形のプリズム５が光路中に
入っている場合には該プリズム５を透過させて写真機３
のフィルム６に光が送られるようになっている。

しかしながら、上記従来例は両プリズム４．５をメカニ
カルに交換しているため大きなスペースが必要となる。

又、必要とされる精度を出すことが難しいという欠点が
あった。

［発明目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたしので、メカ
ニカルに交換することなく、簡単に進（１方向を各方向
に切換えることのできる光変向器を捉供することを目的
とする。

［発明の概要］ 本発明は２軸性液晶を層状にしたものを１対のプリズム
の間に挟み、透明電極を介してこれら液晶に印加する電
圧のオン、オフ又は印加電圧（ｉｌ’ｉの制御によりそ
の屈折率の主軸方向の変化あるいは屈折率を変化して透
過又は全反射状態に設定し、光の進行方向を切換えられ
る光変向器を構成しでいる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して水元［！１１を具体的に説明する
。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図１．１第１実施例の４１１１成を示し、第２図（、未
第１実施例に用いられでいる液晶の屈折’＋＜楕円体を
小し、第３図及び第４図は印加電）■のＡノ及びオン状
態での２軸性液晶による光の透過及び光の反射によって
光の進行方向が切換えられることを示すものである。

第１実施例の光変向器１１は、第１図に示すように、２
つの直角３角プリズム１２．１３の山斜面の間にスペー
サを介装し、透明電極１４ａ、１４ｂ：１５ａ、１５ｂ
で１火まれだ液晶１６．１７か封入されている。

これらの液晶１６．１７は、第２図に示す屈折率楕円体
に示すように、電圧が印加されていない状態（・はその
楕円面の各主軸に一致づる座標軸Ｘ１、Ｘ２．Ｘ３に沿
う方向の各屈折率がｎｌ、ｎ２、ｎ３となり、これら屈
折率ｎ１．ｎ２．ｎ３が ｎ３＞ｎ２＞ｒｌｌ　　　　　　　　　　　　　　・・
・　（１）の関係を満た１２軸性の結晶の特徴を右して
いる。

尚、両プリズム１２．１３はガラス等の月貿が用いられ
、それらの屈折率ｎＦ〕か、例えば、ｎ３＞ｎρ≧ｎ２
　　　　　　　・・・（２）の関係を満たｔ　＋Ａ料が
ｊバ定されている。高屈ｉＪＴ　’１ｎ３とｎ２との差
はあまり大きくなく、屈折率ｎ３を軽で屈折率ｎｐある
いはｎ２の媒質に進行する光は全反射しないで進むよう
になっている。

又、透明電ｆｆ１１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂはそ
れらの屈折率ｎｅがプリズム１２．１３のＩｎ）折率ｎ
ｐに対し、例えば、 ｎｅ≧ｎｐ の関係にある。（１記以外の場合、つまりｎｅ＜ｎｐで
もプリズム１２．１３の角度ψが、プリズム１２を経て
電１ｆｆｉ　１４　ａに入射される際に境界面で全反射
しなｔ）れば良い。）又、上記屈折率ｎＱは、屈折率ｎ
２あるいはｎ３と大きく異るものでなく、屈折率ｎｅか
ら屈折率ｎ２又は屈折率ｎ３から回折率ｎｅに進？Ｔ　
’Ｊる光は全反射しないように設定しである。

一方、上記プリズム１２．１３の傾斜のなす角度Φ（例
えば４５度が都合が良い）において、屈折率ｒ１２　、
ｎｐ　、ｎＯのいずれの媒質を通った光も、屈折率ｎ１
の媒質との境界面で全反射Ｊるように選定されている。

ところで上記液晶１６．１７をそれぞれ挟む電１１１４
ａ、１４ｂ及び１５ａ、１５ｂには連動スイッチＳ＋　
、８２を介して、電ｇｉ１８．１９の交流電圧を印加で
さるようになっている。

上記電源１８．１９から交流電圧が印加されない状態で
は、各液晶１６．１７は、第３図に示すような回折率の
方向性を示し、一方交流電圧が印加されると、液晶分子
の配向状態が変化し、第４図に示すように屈折率の主軸
が入れ換わるようになっている。

このように構成された第１実施例の動作を以十に説明す
る。

先ず交流電圧が印加されない状態では、液晶１６．１７
は第３図に示すような屈折率を持つ。

この状態に対し、入射される光をプリズム１２゜電ｔｆ
ｉ１４ａ、１４ｂ、液晶１６等の境界面にズ・１し、そ
の電場成分が入射平面内のＰ波とこれに垂直なＳ波に分
けて説明１−る。

ここで説明を簡単にするため、プリズム１２゜１３の屈
折率ｎｐと電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ。

１５ｂの屈折率ｎｅは等しいとする。（屈折率ｎ２とｎ
３も実質的に等しいとしても良いし、上記屈折率ｎｐ及
びｎｅがこれらと等しいとして名えても良い。（図示で
は屈折率ｎｐ　　（又はｎｅＨよＪｕｌ折率ｎ２より若
干大きいものとしである。）上記Ｐ波がプリズム１２に
入）１されると、プリズム１２から電極１４ａをそのま
ま直進し１，１＋ｉ晶１６との境界面で仝反α１づるこ
となく屈折して液晶１６内を進行する。この液晶１６内
を通った光は電ＩＭ１４ｂ、１５ａを屈折して通り、次
いで液晶１７を屈折して通り、さらに液晶１７と電極１
５ｂとの境界面で全反射づることなく、屈折して電極］
５ｂ、プリズム１３を通り、この先変向器１１を介して
入用光に対向さけたく例えば）写真機側に進行する。

一方、Ｓ波がプリズム１２に入射されると、そのまま電
１４１４　ａを通り、屈折して液晶１６を通る。この液
晶１６を通った光は、電極１４ｂ、１５ａで全段０４づ
ることなく屈折し、さらに液晶１７を屈＋１ｒ　シて通
る。この液晶１７を通った光は、電啄１５ｂで全段口・
１することなく、屈折して電比１５ｂ、プリズム１３を
通り抜ける。

つまり、交流電圧を印加しない場合には、入射光は光変
向器１１を通り扱ける。

次に各液晶１６．１７に適宜値の交２ＡＥ電圧を印加し
、液晶分子の配向状態を変えて、各屈折率方向の座（票
系の主軸方向を第４図に示すように変える（図示ではｌ
１ｌｉｌ街率の（１「■で示しである。）。

この状態では１〕波が入射されると、プリズム１２、雷
（り１４ｂを通った光は屈折率ｎｃ（＝ｎｐ）の電極１
４ｂとＤＨ折れｒ＋　１の１１シ晶１６との境界面で全
反射されて、光の進行方向が角度２ψ変えられ、その方
向のプリズム１２を通り抜け、この光の進行方向の接眼
側に進む。

一方、Ｓ波が入射されると、プリズム１２．電ＩＮ　１
４　ａを通った光は、液晶１６で屈折し、さらに電１４
１４ｂ、１５ａ側に屈折して進む。しかして、この屈折
率ｎｏの電１木１５ａと屈折率ｎ１の液晶１７との境界
面で全反射し、さらに液晶１０゜雷［１１４ａ、プリズ
ム１２を通り抜１）で化１１ｆ’Ｊ側に進行する。つま
り電圧を印加寸−ることによって液晶１６．１７の境界
面で全反射させて光の進行方向を可変できる。

電圧を印加した場合、液晶１６．１７の配向状態を変え
ることによって、第４図に示すように屈折率が異る方向
に移り変えられるものに限らず第４図における液晶１Ｇ
と１７との屈折率を入れ換えた第５図に示す状態にして
も良い。

この場合には、図示のようなＰ波は電＋Ｉ　１５　ａと
液晶１７との境界面で全反射して進行方向が変えられ、
Ｓ波は雷１ｋ　１４　ａと液晶１６との境界面で全反射
して、その進行方向が変えられることになる。

第６図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例は、上記第１実施例の変向器１１に、水
晶等の複屈折性物質２１を設けたもので、この複屈折性
物質２１によってＰ波とＳ波のずれを解消するしのであ
る。

即ち、電圧を印加して、進行方向が変えられたＰ波及び
Ｓ波の進１ｊ方向に直交して板状の複屈折性物質２１が
耐大ｕされている。この物質２１は、例えば図示のにう
に、れ−晶’１１１１方向へが紙面内にあり、ｒ］つ）
にが入射される方向と傾いている。

従って、この物質２１に大川されるＳ波が常光となり、
通１１シの１１１１折の法則に従って（この場合）ｉｉ
’ｉ准りるが、Ｉ）波は）“２ｊ：３光Ｐ−ど４ｆす、
この［）波の撮動方向の１ｉｊｉ折：ｒの影響を受ＬＪ
　（２１めに進行し、この（ｋ状の複１ｉｉ（ＩＪｒ　
１′１１カＹＴ　２１の１゛ンみを進ｔ−ｓ　シた境界
面でＳ波と重なり、接眼側に導くようにしである。

この第２実施例にＪ、れば、ずれのない観察１３Ｉを（
ｑることができる。

尚、上記第２実施例では反射光路側に設けたが、透過光
側にも設けてずれのない踊影像を１′？ることかできる
ようにづることもできる。（透過光側は一般に反射光側
よりもずれは相当小さい。）第７図は本発明の第３実１
ｌｌｌ！！例を示１゜この第３実施例の変向器４１にお
いては、第１実施例における１対のプリズム１２．１３
の間に２つの層状の液晶６．１７を積層しないで、それ
ぞれ１対のプリズム４２．４３：４４．４５とに別々に
挟んだものである。

この第３実施例は、各’Ａ１品１６．１７を挾む１対の
電ｆｆ１１４ａ、１４ｂ及び１５ａ、１５ｂに電圧を印
加しない揚台には、上記第１実施例と同様に仝反Ｑ＝１
させないで、Ｂ方向に透過進行さけることができる。

一方、各１対の電に１４ａ、１４ｂ及び１５ａ。

１５ｂに電圧を印加することによって、電（セ１４ａと
液晶１６の境界面でＰ波（又はＳ波）を反射してＣ方向
に変向し、且つ電１４１５ａと液晶１７どの境界面′ｃ
Ｓ波（又はＰ波）を反則させてＤプラ向に変向させるこ
とができる。っまりミルを印加づることによって、Ｃ方
向にもＤ方向にも光を送ることができる。

又、印加Ｊる電！、１を可変づる口とによって、Ｂｈ向
への透過光と、Ｃ又はＤ方向への反印１光とに分Ｎ１り
るごどもでさる。

さらに印＋１１１　’１３る電圧によって屈折りの人さ
゛さを変化して、Ｃ又は１つのいずれかの方向のみに送
ることもできる。

なＪ３、上記第１実施例の動作の説明においては、例え
ばプリズム１２．１３の屈折率「）ρとが電極の屈折率
ｎｃが屈折率ｎ２以上としたが、境界面の角度Φにａ３
いて屈折率ｎｅの媒質から屈１バ十ｎ１の媒７１に人ｑ
４りる場合に全反射が生じるならばｎｅ＞ｎｌあるいは
ｌ］ｐ＞ｎｌの条件ｒｂ良い。

尚、プリズム１２．１３の屈折率ｎ　ｐと電極のｌ１ｉ
ｌ折−Ｉ′ｎｃとはお互いの境界面で仝反ｑ１を生じな
い条１′１を満たｌばｎｐ＞ｎｅあるいはｎｐ＜ｎ（！
であっ（ム良い。

又、例えば第１実施例において、第３図に示す電圧を印
加しない状態の屈折率楕円体を電圧を印加することによ
って、その楕内体を屈折率ｎ１の球状のものないしこれ
に近いものにする（つまり第４図においてｎ２か略ｎｌ
　、ｎ３も略ｎ１にする）ことによって、Ｐ波、Ｓ波と
もに全反射さけるようにしＣ１層のみで光の変向を制御
できるようにづ゛ることもできる。

尚、上）ホの光変向器２１．４１等は透過光側が写真機
側で、反則光側が接眼側となるものに限定されるもので
ない。

又、上記光変向器２１．４１等は、顕微鏡における光路
途上に設りられ、照影側と接眼側の切換えに使用できる
に限らず、広く光学似器類の光路の途中に介装リ−るこ
とによって、異る方向に分離したり、異る方向に分割し
たりする場合に広くｊδ用できるものである。

尚、上述では印加電圧をオン、オフ又は可変して光の進
行方向を選択する手段に、液晶１６，１７を用いている
が、本発明はこれに限定されるもので−なく、液晶の代
りに印加電１Ｆで屈折率が変化したり、配向状態が変化
する２軸性結晶のとか２４ｔｈ性のセラミックスｈｐＣ
・心良い。

又、印加電圧の周波数を６Ｊ変Ｊることによって、屈折
：１・之の（１ｒ１等を可変して透過状態あるいは全反
則状態とを選ＩＲできるようにすることもできる。

［弁明の効果Ｊ 以上述べたように本発明によれば、層状の液晶等の２軸
性物質を、プリズムに挟み、印加゛電圧のオン、オフ等
でその屈折率の配向状態を可変して、その境界面で仝反
ＯＪ又は透過を制御できるようにしくあるのＣ１切換え
を筒中１１つ迅速に行うことかＣさる１、又、従来例の
ようにメカニ／Ｊルに交換りることを必要どしないため
交換（’　ｌｅ７冒ヂれが生じたり、Ｉ’Ａ耗りること
かなく、長期間に、わたってｒ＋’ｊ度及び（ｒ−ｉ　
Ｊｆｉ性を確保で・さる。又、メカニカルに交換する場
合よりム小ざいスペースに収納できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図ｉよ第１実施例の光変向器を示り概！Ｉ８断面図、第
２図は第１実施例に用いられている液晶の屈折率楕円体
を示１説明図、第３図は第１実施例を透過光状態で使用
した場合の光路を示す説明図、第４図は全段（ト１させ
て使用した場合の光路を示す説明図、第５図は第１実施
例の変形例を示づ説明図、第６図は本発明の第２実施例
を示す断面図、第７図は本発明の第３実施例を示す説明
図、第８図は従来例が用いられている顕ｙ！ｌｖＡを示
す概略説明図である。 １１．４１・・・光変向器 １２．１３・・・プリズム １４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ・・・電憧１６．１７
・・・液晶　　　１８．１９・・パ市源２１・・・複同
析性物質　　４２．４３・・・プリズム代理人　　弁理
士　　伊　睦　　１１Ｂ゛、−−−′ 第１　図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学機器における光路途上に介装され、光の進行方向を
   切換えるのに用いられる光変向器において、対となるプ
   リズムの間に介装され、印加電圧のオン、オフ又は印加
   電圧の値又は印加電圧の周波数で屈折率の値又は屈折率
   の主軸方向が可変される層状の２軸性物質を２個用いた
   ことを特徴とする光変向器。