WO2018110431A1 - 光ビーム偏向素子およびモジュール - Google Patents

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panel
phase
optical deflection
plate
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上塚　尚登
正浩 大川
姚　兵
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国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • G02F1/292—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 for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/24—Function characteristic beam steering

Definitions

  • the present invention relates to an optical deflecting element that can deflect a light beam at a wide angle and at a high speed and is stable with respect to environmental temperature.
  • FIG. 1 shows Birefringent prism steering, which has long been realized using pixelated liquid crystal switching elements using liquid crystals and birefringent wedges such as calcite and rutile (Non-Patent Document 1).
  • crystals such as calcite have a separation angle between ordinary light and extraordinary light of about 5 ° at most, which is problematic in terms of thickness and manufacturing cost, and has not been widely put into practical use.
  • Polarization gratings as shown in FIG. 2 have been devised as an element having a deflection separation function similar to this crystal.
  • Polarization Gratings are devices whose birefringence axis rotates in a spatially constant period, reported in 1955 (Non-Patent Document 2), and in 1970 as a polarization hologram, Soviet Journal But it has been reported. These are theoretical papers, and then a device that specifically uses photochoromic AgCl as a material, using a method in which two light beams with orthogonal polarizations of coherent laser light are superimposed on each other and exposed at a certain angle. As realized.
  • Patent Document 1 For a structure and a production method using a liquid crystal polymer as a material (Patent Document 1). Further, as an optical deflection element using PGs, an optical deflection element capable of deflecting a light beam at a wide angle shown in FIG. 2 has been proposed (Patent Document 2). LC Half-Waveplate and Passive PGs are stacked. Basically, the crystal used in the conventional birefringent prism steering shown in FIG.
  • a set of isotropic and liquid crystal half-wave plates that can switch the state of the half-wave plates is a set of polarization switches. It is a stack. As a result, an element capable of steering the light beam up to ⁇ 15 ° is realized.
  • the laser radar can simultaneously scan a number of different light beams having different wavelengths and adjust the divergence angle of each light beam.
  • conventional steering elements using PGs do not satisfy the above-mentioned requirements, and are extremely difficult to apply for fully automatic driving.
  • the present invention solves the following problem, which is indispensable for the practical application of a car that does not collide and the fully automatic driving ahead, and simultaneously, independently, further wide-angle various wavelengths and many light beams.
  • -The goal is to realize a highly reliable optical deflection element that can deflect at ultra-high speed and is stable with respect to ambient temperature.
  • Conventional PG Polyization Grating
  • Conventional PG is all “periodic uniaxial birefringence pattern”, and since it is uniform, a single light beam is rarely used in the required steering element. It is necessary to operate many light beams independently in various angular ranges and angular steps.
  • the wavelengths to be used are not the same, and many slightly different wavelengths are used.
  • the deflection angle is determined by the wavelength and the period, it is necessary to change the period in accordance with the wavelength in order to obtain a desired deflection angle.
  • a microsecond high-speed switch that cannot be realized with conventional nematic liquid crystal is required.
  • temperature control is indispensable because liquid crystals have birefringent temperature characteristics.
  • the liquid crystal deteriorates with respect to high temperature and high humidity. Therefore, it is necessary to hermetically seal for high reliability.
  • An optical deflection element comprising a phase panel that controls the phase (polarization) of light and a polarizing grating plate that is birefringent by the phase (polarization) of light
  • the phase panel includes electrodes, operates as a substantially isotropic medium when no voltage is applied, and operates as a half-wave plate at a working wavelength when a voltage is applied
  • the polarizing grating plate includes a plurality of plate segments made of a birefringent medium having a thickness that is a half-wave plate at a working wavelength in the plane thereof.
  • Each of the plate segments is rectangular or circular, and its birefringence axis rotates with a predetermined period ⁇ , the period ⁇ is not uniform within the plane of the polarization grating plate, and each of the plates The period and / or the rotation direction of the birefringence axis change for each segment,
  • the optical deflection element wherein the phase panel and the polarization grating plate are joined so as to overlap each other.
  • This is an optical deflecting element in which a phase panel and a polarizing grating plate composed of segments having changed ⁇ are joined.
  • phase panel is further divided into a plurality of panel segments each having an electrode, The optical deflection element according to (1), wherein each of the panel segments is a phase panel configured to overlap each of the plate segments with substantially the same size in plan view.
  • the phase panel is also an optical deflecting element having a segment structure like the polarizing grating plate.
  • phase panel consisting of the phase panel or the divided panel segment is composed of two substrates in which the electrodes are formed in a corrugated surface on the corrugated surface composed of uneven portions, a polymer-stabilized blue phase liquid crystal, Consisting of The polymer-stabilized blue phase liquid crystal is alternately arranged so that the corrugated convex portion of one of the substrates and the adjacent concave portion of the corrugated shape of the other substrate are opposed to each other at a predetermined interval.
  • Each corrugated thin film is composed of a material that is transparent at the light wavelength used,
  • the polymer-stabilized blue phase liquid crystal is stabilized by light irradiation,
  • the optical deflector according to (1) or (2), wherein the optical deflector is a phase panel capable of applying positive and negative voltages to electrodes formed in a thin film on the substrate.
  • the phase panel has a concavo-convex zigzag structure, and is an optical deflection element using a polymer-stabilized blue phase liquid crystal that applies a voltage in the vertical direction to a counter electrode.
  • the phase panel composed of the phase panel or the divided panel segment has two substrates formed on a thin film on each convex portion of a corrugated surface in which the electrode is composed of concave and convex portions, and a polymer-stabilized blue phase liquid crystal. Consisting of The polymer-stabilized blue phase liquid crystal is alternately arranged so that a convex portion of one of the substrates and a trough sandwiched between electrodes formed on adjacent convex portions of the other substrate face each other.
  • Each corrugated thin film is composed of a material that is transparent at the light wavelength used,
  • the polymer-stabilized blue phase liquid crystal is stabilized by light irradiation,
  • This is an optical deflecting element using polymer-stabilized blue phase liquid crystal, in which the phase panel has an uneven zigzag structure with opposed shapes and voltage is applied in the lateral direction with a comb-shaped electrode.
  • phase panels composed of the phase panel or the divided panel segments are stacked in the same direction, and provided with a phase panel laminated in multiple layers so that convex portions and concave portions of the substrates of the adjacent phase panels are staggered (3) or (5).
  • This is a configuration of incident light angle compensation of the counter electrode and the comb-shaped electrode.
  • a plurality of the optical deflecting elements are laminated by laminating each phase panel or each of the panel segments so as to overlap with each other using a transparent resin having a wavelength of the same refractive index as that of the substrate (3) Or the light deflection element of (5).
  • (12) (11) The optical deflection element according to (11), wherein the refractive index of the transparent resin is ⁇ 10% or less at a wavelength used as compared with a substrate material constituting the phase panel.
  • a plurality of the polarizing grating plates are arranged so as to overlap each other, A period ⁇ 1 to ⁇ n of each plate segment of the one polarizing grating plate;
  • the plate segment of the other polarizing grating plate is composed of a plate segment corresponding to the one polarizing grating plate, a plate segment having a slightly different period, and a plate segment whose birefringence axis does not rotate, (1) or (2), wherein a plurality of the one polarizing grating plate and the other polarizing grating plate are bonded to each other and effectively joined to the phase panel as one composite polarizing grating plate.
  • Light deflection element This is a composite polarizing grating plate in which two polarizing grating plates constitute one.
  • a set of rectangular waves (state “1”) and zero voltage (state “0”) in which the time width is T and the absolute value is V are reversed for each electrode of the phase panel of the optical deflection element in a predetermined order.
  • This is an optical deflection element whose temperature is controlled by a heater.
  • the optical deflection element described in (11) further includes a Peltier element composed of two substrates and a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, Bonding one substrate of the Peltier element to the light deflection element; Connecting a cooling heat sink to the other substrate of the Peltier element, An optical deflection element module, wherein the optical deflection element is controlled to a predetermined temperature. This is an optical deflecting element whose temperature is controlled by a Peltier element.
  • Birefringent prism steering is a conventional technology. It is explanatory drawing of the optical deflection
  • 1 is a first embodiment of an optical deflection element of the present invention. It is one Example of the half wavelength phase plate which comprises the optical deflection
  • (A) is an example of a polarizing grating plate.
  • (B) is another embodiment of the polarizing grating plate. 10 shows another embodiment of a polarizing grating plate.
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparison between a structure A-1 of a comb-shaped electrode formed on a conventional plane and its electric field distribution A-2, and a structure B-1 of the present invention and its electric field distribution B-2. It is a schematic diagram of a multi-laser radar used for automobile driving control.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a half-wave phase plate 31.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the optical deflection element of the present invention.
  • (A) shows a front view and
  • (B) shows a side view.
  • Each light deflection element 30 is composed of a half-wave phase plate 31 and a polarization grating plate 32, which are pasted with an optical resin having substantially the same refractive index as that of the half-wave phase plate 31 and the polarization grating plate 32.
  • the polarizing grating plate 32 is formed with segments 2-1 (a to i) of various birefringence patterns, and eight sets of light deflection elements 30 (30-1 to 30-8) are arranged in the thickness direction of the substrate. In the (Z direction), the segments 2-1 (a to i) are bonded together.
  • the optical resin 33 used for bonding is a resin having a refractive index substantially the same as that of the half-wave phase plate 31 and the polarizing grating plate 32.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the half-wave phase plate 31.
  • (A) is a cross-sectional view
  • (B) is an enlarged view of a convex portion 43 and a concave portion 44 arranged to face each other
  • (C) is a perspective view.
  • the upper substrate 41 is formed with a triangular convex portion 43, and a thin film electrode 40 transparent at the operating wavelength is formed thereon.
  • a triangular recess 44 is formed in the lower substrate 42, and a thin film electrode 40 is formed thereon.
  • the uneven shape may be not only a triangle but also a trapezoid.
  • the substrate material glass, optical resin, or the like is used.
  • the uneven shape can be easily realized by a mold or a stamper.
  • the transparent thin film electrode 40 ITO or the like can be used.
  • the upper substrate 41 and the lower substrate 42 are arranged so that the convex portion 43 and the concave portion 44 face each other with a spacer 46 having a desired dimension, and a polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45 is inserted therebetween.
  • a sealant 47 is formed in the vicinity of the spacer 46 to seal the polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45.
  • a voltage is applied from an electrode wire 49 via an electrode pad 48 formed on the thin film electrode 40.
  • the polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45 is used in the present invention.
  • the polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45 utilizes the Kerr effect in which birefringence increases with the square of the electric field.
  • An alignment film is not required and rubbing treatment is not required, but it is necessary to apply a voltage in a direction perpendicular to the light traveling direction, and it does not work with parallel plate type electrodes similar to conventional nematic liquid crystals. .
  • the angle ⁇ enclosed by the hypotenuses of the triangle and trapezoid is in the range of 30 to 90 °. The reason is that as the angle ⁇ is smaller, the electric field becomes lateral, birefringence occurs in this direction, the retardation of incident light can be changed efficiently, and half-wave operation can be realized with a low voltage.
  • the refractive index of the boundary should be the same. Therefore, the difference between the refractive index of all the materials such as the substrate constituting the phase panel, the polymer-stabilized blue phase liquid crystal, and the electrode material and the refractive index of the material constituting the polarizing grating plate is set to ⁇ 10% or less at the wavelength used. .
  • the phase panel and the polarizing grating plate were bonded with an optical resin having a refractive index substantially equal to the refractive index of these constituent materials, or directly joined without using air.
  • FIG. 5 shows a segment structure in which the thin film electrode is divided.
  • nine segmented thin film electrodes 40 are formed, and voltages can be applied independently of each other.
  • FIG. 6 is an example of another half-wave phase plate 31.
  • Two substrates 61 each having a triangular-shaped unevenness formed on one surface of a substrate 61 and a comb-shaped transparent thin-film electrode 62 formed on a slope near the apex thereof are used, and the comb-shaped thin-film electrode 62 described above is used.
  • the polymer stabilized blue phase liquid crystal 45 is inserted and stabilized by light irradiation.
  • the angle ⁇ surrounded by the oblique side of the convex portion is formed to be 90 ° to 140 °.
  • FIG. 14 shows the structure (A-1) and electric field distribution (A-2) of a comb-shaped electrode formed on a conventional plane, and the structure (B-1) and electric field distribution (B-2) of the present invention. Are shown in comparison.
  • the electrode interval W is 10 ⁇ m
  • the gap H is also 10 ⁇ m.
  • the electric field represented by a small arrow
  • ⁇ is 120 °.
  • FIG. 15 shows the relationship between the transmittance and applied voltage of the structure (A-1) of the comb-shaped electrode formed on a conventional plane and the structure (B-1) of the present invention.
  • the transmittance indicates normalized transmission when the half-wave phase plate 31 is inserted between two polarizers that are crossed Nicols. It can be seen that the structure (B-1) of the present invention has a higher transmittance at a lower voltage.
  • FIG. 16 shows an example of another half-wave phase plate 31.
  • two half-wave phase plates 31-a and 31-b are used and bonded so that these convex portions and concave portions face each other.
  • obliquely incident light for example, the light ray A
  • the light ray A has a short transit distance through the polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45 in the half-wavelength phase plate 31-a, but is long in the half-wavelength phase plate 31-b. Compensate each other.
  • the light beam B has a long passing distance through the polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45 in the half-wave phase plate 31-a, but is short in the half-wave phase plate 31-b and compensates for each other.
  • substantially the same polymer-stabilized blue phase liquid crystal passage distance can be realized for almost all incident light angles.
  • FIG. 7A shows an example of the polarizing grating plate 32.
  • FIG. It is composed of a birefringent medium having a thickness that is half the wavelength used.
  • a photonic crystal in which irregularities smaller than the wavelength are provided on the surface of liquid crystal polymer, glass, silicon, or the like may be used.
  • the birefringence axis rotates at a certain period ⁇ , but the period is not uniform in the plane, and has a segment 2-1 (a to i) structure in which the period changes in a step-like manner.
  • the segment 2-1f changes stepwise in the X-axis direction with a period ⁇ that is half that of the segment 2-1a. Further, in the segment 2-1c, the rotation direction of the birefringence axis is changed to the Y axis.
  • FIG. 7 (B) shows another embodiment of the polarizing grating plate 32.
  • the segments 2-1c and 2-1i not only the period ⁇ of the birefringence axis but also the direction of rotation changes.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the polarizing grating plate 32.
  • a polarizing grating plate 8-1 and a polarizing grating plate 8-2 are bonded together.
  • a part of each segment of the polarizing grating plate 8-2 (for example, 8-2b, 8-2d, 8-2f, 8-2i) has a birefringence axis that is not rotated and faces a certain direction.
  • a certain segment has a slightly different period ( ⁇ ⁇ ⁇ ) from the other polarizing grating plate 8-1 and the rotation direction is upside down. By bonding them together, a very small period ⁇ can be realized effectively in a certain segment.
  • the optical deflection element as described above has temperature dependence due to the temperature change of the birefringence of the polymer-stabilized blue phase liquid crystal. Therefore, temperature control is necessary for practical use.
  • FIG. 9 shows the structure of a phase panel with a heater.
  • a heater 90 made of a transparent electrode is attached to the entire surface of the substrate 61, and an insulating film 91 is further formed thereon.
  • the heater 90 is disposed in the vicinity of the transparent thin film electrode 62 through an insulating film 91 having a thickness of about several tens of um, the temperature of the polymer-stabilized blue phase liquid crystal 45 can be increased efficiently and in a short time. It becomes possible to raise to a desired temperature.
  • a material for the heater 90 ITO or the like can be used.
  • FIG. 10 shows an embodiment of the optical deflection element module of the present invention provided with a Peltier element.
  • the light deflection element 30 is surrounded by an airtight sealing block 100, and its boundary surface 104 is bonded with a sealing resin. A part of the surface of the light deflection element 30 is attached to one surface of the Peltier element 102, and the heat radiation fin 101 is disposed on the other surface of the Peltier element 102.
  • the light deflection element 30 may be the above-described light deflection element 30 with a heater. Light is input and output through the window 103. In this embodiment, there are nine segments in the window 103, and light beams having slightly different wavelengths can be incident on each of the segments and can be independently deflected.
  • a glass plate is attached to the window, but the glass plate may be omitted. Further, an ultraviolet cut filter 105 is formed on the input / output surface of the glass plate or the light deflecting element 30, so that deterioration of the polymer-stabilized blue phase liquid crystal due to ultraviolet rays from the outside can be suppressed.
  • FIG. 11 shows another embodiment of the optical deflection element module of the present invention.
  • four windows 103 are formed. Further, each window 103 is formed with nine segments, so that a total of 36 light beams can be deflected independently.
  • FIG. 12 shows an embodiment of the optical deflection element module driving system of the present invention.
  • Each electrode of the phase panel of the optical deflection element 30 is driven by a set of rectangular waves whose absolute values are V and inverted.
  • FIG. 12 (1) shows the applied voltage of the segment (2-1a)
  • FIG. 12 (2) shows the applied voltage of the segment (2-1d).
  • the time width T of the state is 60 ⁇ s
  • the state is “1” with three sets of square waves of inverted voltages (absolute value is 20 V)
  • the state where no voltage is applied is “0”.
  • the state “1” of the time width T " is almost synchronized.
  • the voltage absolute value of the first set of rectangular waves having a state of “1” is made larger than the others. Thereby, the rise time of the switch can be shortened, and high-speed switching can be realized.
  • the present invention is particularly suitable as a light deflecting element applied to a multi-laser radar for practical use of a vehicle that does not collide or a fully automatic driving ahead of it. It can be applied to communication devices and laser devices that require high-speed switches of microseconds in range and angle steps.

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Abstract

従来PGs (Polarization Gratings)を用いた光偏向素子では、一度に多くの光ビームをそれぞれ独立に、種々の角度範囲、角度ステップでμ秒の高速スイッチを実現することは困難であり、また、種々の環境温度で動作する高信頼性の光偏向素子モジュールを実現することは不可能だった。　PGsの周期Λがプレート面内で一様ではなく、周期あるいは複屈折率軸の回転方向、あるいはその両方が、変化する矩形、あるいは円形状のセグメント構造とする偏向グレーティングプレートと、その面内で対応して分割されたセグメント構造とする位相パネルとを対応するセグメントが互いに重なるように接合し位相パネルの電圧変化で偏光グレーティングの光スイッチを制御する光偏向素子を提供する。

Description

光ビーム偏向素子およびモジュール
　本発明は、広角・高速に光ビームを偏向でき、かつ、環境温度に対して安定な光偏向素子に関する。
　図１はBirefringent prism steeringであり古くから液晶を用いたpixelated liquid crystal switching elementsと方解石やルチルなどのbirefringent wedgeを用いて実現されてきた（非特許文献１）。
　しかし、方解石などの結晶が常光と異常光の分離角度は高々５°程度であり、厚さや製造コストの点で問題があり広く実用化するには至らなかった。
　この結晶と同じような偏向分離機能を持つ素子として、図２に示すようなPolarization Gratings(PGs)が考案された。
　Polarization Gratings(PGs)とは、空間的に一定の周期で複屈折軸が回転しているデバイスであり、1955年には報告があり（非特許文献２）、1970年にはPolarization hologramとしてSoviet Journalでも報告されている。
　これらは理論の論文であり、その後、このコヒーレントレーザー光の偏光を直交させた２つの光ビームをある角度を持って互いに重ね合わせて露光する方法を用いphotochoromic AgClを材料として用いて具体的にデバイスとして実現された。
　その後、さらに高性能なPGsを実現する方法として、Michael J. Escuti (Stichting Dutch Polymer Institutes)らにより、で液晶ポリマーを材料とした構造と製造方法が特許出願されている（特許文献１）。
　また、このPGsを用いた光偏向素子として図２に示す広角に光ビームを偏向できる光偏向素子が提案されている（特許文献２）。
　LC Half-WaveplateとPassive PGsをスタックしたものである。
　基本的には、図１に示した従来のBirefringent prism steeringに用いる結晶をPGsに置き換え、偏光スイッチの一種である、アイソトロピックと半波長板の状態をスイッチングできる液晶半波長プレートとを一組としてスタックしたものである。
　これにより±１５°まで光ビームをステアリングできる素子を実現している。
　近年、ぶつからない車やその先の全自動運転の実用化の検討が進められている。
　交差点のような死角の多い場所では、広い範囲に存在する人、障害物、信号機、レーン、走行可能領域などを高精度・即座に認識し、判断後、車を適格に操作する必要がある（図14）。
　このため、人・物体までの距離・形・色・速度などを極めて高速に検知し処理することが重要となる。
　従って、レーザーレーダーは同時に多数の波長の異なった光ビームを独立にスキャンし、かつ、各光ビームの発散角度の調整できることが望ましい。
　しかし、従来のPGsを用いるステアリング素子は上に述べた要求が満たされず、全自動運転用としては適用が極めて困難である。
US 7692759 B2, Polarization gratings in mesogenic films US 8987313 B2, BEAM STEERING DEVICES INLUDING STACKED LIQUID CRYSTAL POLARIZATION GRATINGS AND RELATED METHODS OF OPERATION
Optical Fiber Telecommunications IVA, Chapter18, p720, , Academic press Achromatic combination of birefringent Plates, S. Pancharatnam, Proc. Indian Acad. Sci. (1955)
　そこで、本発明は、ぶつからない車やその先の全自動運転の実用化のために不可欠となる、次の課題を解決し、種々の波長、多くの光ビームを同時に、かつ独立に、さらに広角・超高速に偏向でき、さらに環境温度に対して安定な高信頼性の光偏向素子を実現することを目標としている。
　（１）従前のPG(Polarization Grating)は、すべて”periodic uniaxial birefringence pattern“であり、一様であるところ、必要とされるステアリング素子では、単一の光ビームが用いられることは少ないため、一度に多くの光ビームをそれぞれ独立に、種々の角度範囲、角度ステップで動作する必要がある。
　（２）また、使用する波長は、同一ではなく僅かに、異なった多くの波長を使用する。
　波長と周期で偏向角度が決定されるため、所望の偏向角度を得るためには、波長に応じて周期を変化させることが必要となる。
　（３）従来のnematic液晶では実現できない、μ秒の高速スイッチが必要である。
　（４）μ秒の高速スイッチを実現するためには、各電極への印加電圧を遅延なく、同時に駆動することは極めて重要であり、制御技術を要する。
　（５）実用化にあたり、液晶は複屈折の温度特性を持つため、温度制御が不可欠である。
　（６）また、実用化にあたり、液晶は高温・高湿に対して劣化するため、高信頼化のためには気密封止をする必要がある。
　本発明は、上に述べた課題を解決するため以下の手段を提供する。
（１）
　光の位相（偏光）を制御する位相パネルと光の位相（偏光）により複屈折する偏光グレーティングプレートとからなる光偏向素子であって、
　前記位相パネルは電極を備え、電圧を印加しない場合はほぼアイソトロピックな媒体として動作し、電圧を印加した場合は使用波長において半波長板として動作し、
　前記偏光グレーティングプレートはその面内に使用波長で半波長プレートとなる厚さの複屈折率媒体からなる複数のプレートセグメントを備え、
　各前記プレートセグメントは矩形あるいは円形状であって、その複屈折率軸が所定の周期Λで回転しており、前記周期Λが該偏光グレーティングプレート面内で一様ではなく、かつ、各前記プレートセグメント毎に周期または複屈折率軸の回転方向、またはその両方が変化しており、
　前記位相パネルと偏光グレーティングプレートは互いに重なるように接合されたことを特徴とする光偏向素子。
　位相パネルとΛが変化したセグメントからなる偏光グレーティングプレートとを接合した光偏向素子である。
（２）
　前記位相パネルはさらにそれぞれ電極を有する複数のパネルセグメントに分割されていて、
　各前記パネルセグメントは各前記プレートセグメントと平面的に略同一寸法で重なるように構成されている位相パネルであることを特徴とする（１）に記載の光偏向素子。
　位相パネルも偏光グレーティングプレートと同様にセグメント構造を持つ光偏向素子である。
（３）
　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルは、前記電極が凹凸部からなる波板形状の表面に波板形状の薄膜に形成された２枚の基板とポリマー安定化ブルー相液晶とから構成され、
　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は一方の前記基板の波板形状の前記凸部と他方の前記基板の波板形状の隣り合う前記凹部とが対向するように互い違いに配置されて所定の間隔で対向させた前記2枚の基板に形成された波板形状の薄膜の間に挿入されており、
　各前記波板形状の薄膜は使用する光波長で透明となる材料から構成され、
　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は光照射して安定化させ、
　前記基板に薄膜に形成された電極に対してそれぞれ正負の電圧を印可し得る位相パネルであることを特徴とする（１）又は（２）の光偏向素子。
　位相パネルが凹凸形状のジグザグ構造であって、対向電極に上下方向に電圧印可する、ポリマー安定化ブルー相液晶を使用した光偏向素子である。
（４）
　前記凹凸部は概ね三角形あるいは台形状の形状をしており、その凸部斜辺の囲む角度が３０°～８０°である位相パネルであることを特徴とする（３）に記載の光偏向素子。
（５）
　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルは、前記電極が凹凸部からなる波板形状の表面の各凸部に薄膜に形成された２枚の基板とポリマー安定化ブルー相液晶とから構成され、
　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は一方の前記基板の凸部の電極と他方の前記基板の隣り合う凸部に形成された電極に挟まれた谷部とが対向するように互い違いに配置されて所定の間隔で対向させた前記2枚の基板の凹凸部の間に挿入されており、
　各前記波板形状の薄膜は使用する光波長で透明となる材料から構成され、
　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は光照射して安定化させ、
　各前記基板の各電極に対して横方向に正負の電圧を印可し得る位相パネルであることを特徴とする（１）又は（２）の光偏向素子。
　位相パネルが凹凸形状の対向したジグザグ構造で、櫛歯型電極で横方向に電圧印可する、ポリマー安定化ブルー相液晶を使用した光偏向素子である。
（６）
　前記凹凸部は概ね三角形あるいは台形状の形状をしており、その凸部斜辺の囲む角度が１００°～１４０°であることを特徴とする（５）に記載の光偏向素子。
（７）
　前記基板の波板形状の凸部に形成された隣り合う前記電極の間隔が前記所定の間隔と略等しく形成されている位相パネルであることを特徴とする（５）に記載の光偏向素子。
　位相パネルの電極間隔と櫛歯電極の間隔の寸法が限定された光偏向素子である。
（８）
　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルを同一方向に複数枚重ねて、隣り合う前記位相パネルの基板の凸部と凹部が互い違いになるように多層に積層した位相パネルを備えたことを特徴とする（３）又は（５）の光偏向素子。
　対向電極と櫛歯型電極の入射光角度補償の構成である。
（９）    
　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルを構成する基板、前記ポリマー安定化ブルー相液晶および光が通過する電極の屈折率および偏光グレーティングプレートを構成する材料の屈折率の差が、使用する波長において±１０％以下であることを特徴とする（３）又は（５）の光偏向素子。
　対向電極と櫛歯型電極の全反射を抑制する構成である。
（１０）              
　前記位相パネルと前記偏光グレーティングプレートをこれらの構成材料の屈折率とほぼ同じ屈折率をもつ光学樹脂で接着させるか、あるいは、空気を介せずに直接に接合させたことを特徴とする（１）乃至（３）又は（５）の光偏向素子。
　位相パネルと偏光グレーティングプレートの接合方法を限定する光偏向素子である。
（１１）              
　前記光偏向素子複数枚をほぼ前記基板と同じ屈折率の使用波長で透明な樹脂を用いて各位相パネルまたは各前記パネルセグメント同士が重なるように張り合わせて積層させたことを特徴とする（３）又は（５）の光偏向素子。
　光偏向素子をスタック張り合わせした光偏向素子である。
（１２）              
　前記透明な樹脂の屈折率は、前記位相パネルを構成する基板材料と比較して使用する波長において±１０％以下であることを特徴とする（１１）の光偏向素子。
　光偏向素子を張り合わせる樹脂の屈折率を限定した光偏向素子である。
（１３）              
　前記偏光グレーティングプレートを複数枚備え、
　各偏光グレーティングプレートのプレートセグメントはそれぞれ対応して重なるように配置され、
　一の前記偏光グレーティングプレートの各プレートセグメントの周期Λ１～Λｎを有し、
　他の前記偏光グレーティングプレートのプレートセグメントは、前記一方の偏光グレーティングプレートの対応するプレートセグメントとその周期が僅かに異なるプレートセグメントとその複屈折率軸が回転しないプレートセグメントから構成され、
　前記一の偏光グレーティングプレートと前記他の偏光グレーティングプレートを複数枚互いに張り合わせて、実効的に１枚の複合偏光グレーティングプレートとして、前記位相パネルと接合させたこと特徴とする（１）又は（２）の光偏向素子。
　２枚で１枚分の偏光グレーティングプレートを構成する、複合偏光グレーティングプレートである。
（１４）              
　前記光偏向素子の位相パネルの各電極を、各時間幅がTで絶対値がVの正負反転した一組の矩形波（状態「１」）とゼロ電圧（状態「０」）を所定の順序で駆動することを特徴とする（１１）に記載の光偏向素子の駆動方法。
　位相パネルへの正負反転した一組の電圧印可による駆動方法である。
（１５）              
　前記積層された光偏向素子の同一位相パネルの各電極または同一パネルセグメントの各電極への印加は同期していることを特徴とする（１４）に記載の光偏向素子の駆動方法。
　積層された光偏向素子の位相パネル間で同期化された電圧印可による駆動方法である。
（１６）
　前記時間幅Tが１ｍ秒以下であり、前記正負反転した駆動する電圧絶対値が５V以上であることを特徴とする（１４）又は（１５）の光偏向素子の駆動方法。
　位相パネル電圧印可における時間幅を限定した駆動方法である。
（１７）              
　最初の数組の前記矩形波の電圧絶対値を後の前記矩形波の電圧絶対値より大きくしてオーバードライブで駆動することを特徴とする（１４）又は（１５）の光偏向素子の駆動方法。
　位相パネル電圧印可において初期オーバードライブ駆動方法である。
（１８）              
　前記基板の電極の近傍に絶縁膜を介して使用波長で透明なヒータ層を形成したことを特徴とする（３）又は（５）の光偏向素子。
　ヒータにより温度制御する光偏向素子である。
（１９）              
　（１１）記載の光偏向素子はさらに2枚の基板とP型半導体・N型半導体とからなるペルチェ素子を備え、
　前記ペルチェ素子の一の基板を前記光偏向素子に接合し、
　前記ペルチェ素子の他の基板に冷却用ヒートシンクを接続して、
　前記光偏向素子を所定の温度に制御したことを特徴とする光偏向素子モジュール。
　ペルチェ素子により温度制御する光偏向素子である。
（２０）              
　前記光偏向素子のおよび前記ペルチェ素子のP型半導体・N半導体を透明な窓プレートで挟んだ空間に収納して気密封止した特徴とする（１９）に記載の光偏向素子モジュール。
　ペルチェ素子を用いた時のモジュール構造であってPN半導体部分を気密封止した光偏向素子モジュールである。
（２１）              
　前記光偏向素子の光の入力面と出力面とに紫外線カットフィルタを張り付けたことを特徴とする（１８）に記載の光偏向素子。
　ペルチェ素子を用いた時のモジュール構造であって紫外線カットフィルタを適用した光偏向素子である。
（２２）              
　各前記窓プレートに紫外線カットフィルタを張り付けたことを特徴とする（２０）に記載の光偏向素子モジュール。
　ペルチェ素子を用いた時のモジュール構造であって紫外線カットフィルタを適用した光偏向素子モジュールである。
（１）従来技術では、困難であった、一度に多くの光ビームをそれぞれ独立に、種々の角度範囲、角度ステップでμ秒の高速スイッチを実現することが可能となった。
（２）種々の環境温度でも動作する高信頼性の光偏向素子モジュールを実現することが可能となった。
従来技術であるBirefringent prism steeringである。 従来技術である広角に光ビームを偏向できる光偏向素子の説明図である。 本発明光偏向素子の第一の実施例である。 本発明光偏向素子を構成する半波長位相プレートの一実施例である。 本発明光偏向素子を構成する半波長位相プレートの薄膜電極が分割されたセグメント構造の一実施例である。 他の半波長位相プレートの一実施例である。 (A)は、偏光グレーティングプレートの一実施例である。(B)は、偏光グレーティングプレートの他の実施例である。 偏光グレーティングプレートの他の実施例を示したものである。 ヒータ付き位相パネルの構造である。 ペルチェ素子を備えた本発明光偏向素子モジュールの一実施例である。 ペルチェ素子を備えた本発明光偏向素子モジュールの他の実施例である。 本発明光偏向素子モジュール駆動方式の実施例である。 従来の平面に形成された櫛歯型電極の構造A-1とその電界分布A-2、本発明の構造B-1とその電界分布B-2を比較して示す図である。 自動車運転制御に用いられるマルチレーザーレーダーの模式図である。 従来の平面に形成された櫛歯型電極の構造（A-1）と本発明の構造（B-1）の透過率と印可電圧の関係を示す図である。 半波長位相プレート31の一実施例を表す断面図である。
　図３に本発明光偏向素子の第一の実施例を示す。
　（A）は正面図を（B）は側面図を示す。
　本実施例では、８組の光偏向素子30(30-1～30-8)を用いた場合を示しているが、張り合わせる数は、任意である。
　各光偏向素子30は、半波長位相プレート31と偏光グレーティングプレート32からなり、これらを半波長位相プレート31と偏光グレーティングプレート32とほぼ同じ屈折率の光学樹脂で貼り付けたものである。
　偏光グレーティングプレート32には、種々の複屈折パターンのセグメント2-1（a～i）が形成されており、８組の光偏向素子30（30-1～30-8）が基板の厚さ方向（Z方向）において、各セグメント2-1（a～i）が一致するように張り合わせている。
　なお、張り合わせに用いる光学樹脂33は、半波長位相プレート31と偏光グレーティングプレート32の屈折率とほぼ同じ屈折率を持つ樹脂を用いている。
　図４は半波長位相プレート31の一実施例である。
　（A）は断面図、(B）は対向して配置された凸部43と凹部44の拡大図、(C）は斜視図を示している。
　上基板41には三角形形状の凸部43が形成され、その上には使用波長で透明な薄膜電極40が形成されている。
　一方、下基板42には三角形状の凹部44が形成され、その上に薄膜電極40が形成されている。凹凸の形状としては、三角形のみならず、台形でもよい。
　基板材料としては、ガラスや光学樹脂などが用いられる。
　また、凹凸の形状は、モールドやスタンパーで容易に実現可能である。
　透明な薄膜電極40としてはITOなどを用いることができる。
　上基板41と下基板42は所望の寸法のスペーサ46を介して、凸部43と凹部44が対向するように配置され、その間にポリマー安定化ブルー相液晶45が挿入されている。
　スペーサ46の近傍には封止剤47が形成されており、ポリマー安定化ブルー相液晶45を封止している。
　薄膜電極40上に形成された電極パット48を経由して、電極ワイヤー49より電圧を印加する。
　従来のnematic液晶では、μ秒の高速スイッチを実現することは不可能であるため、本発明では、ポリマー安定化ブルー相液晶45を用いている。
　ポリマー安定化ブルー相液晶45は、電界の二乗で複屈折が増加するカー効果を利用する。
　配向膜が不要であり、そのためのラビング処理も不要である反面、光の進行方向と直交した方向に電圧を印可する必要があり、従来のnematic液晶と同じような平行平板型の電極では動作しない。
　光が基板面に対して垂直に入射する場合、基板面に対して平行な電界を発生させる必要がある。
　このため、三角形および台形の斜辺の囲む角度αは30～90°の範囲であることが重要である。
　その理由は、角度αが小さいほど、電界が横方向になり、この方向に複屈折が発生し、入射光のリターデーションを効率に変化でき、低い電圧で半波長動作を実現できるためである。
　しかし、このようなジグザグ構造の薄膜電極の場合は、斜めに入射する光ビームがジグザグ面で全反射する場合があり大きな効率低下を招く。
　全反射を抑制するためには、境界の屈折率を同じにすればよい。
　そこで、位相パネルを構成する基板、ポリマー安定化ブルー相液晶および電極材料など全ての材料の屈折率および偏光グレーティングプレートを構成する材料の屈折率の差が、使用する波長において±１０％以下とした。
　また、位相パネルと偏光グレーティングプレートをこれらの構成材料の屈折率とほぼ同じ屈折率をもつ光学樹脂で接着させるか、あるいは、空気を介せずに直接に接合させた。
　図５は、薄膜電極が分割されたセグメント構造の場合を示している。
　この例では、９つのセグメント化された薄膜電極40が形成され、それぞれ独立に電圧を印加できる。
　図６は、他の半波長位相プレート31の一実施例である。
　基板61の一方の面に三角形状の凹凸を形成し、その頂点付近の斜面に櫛歯型の透明な薄膜電極62が形成された基板61を２枚用い、前記した櫛歯型の薄膜電極62がある所望のギャップHを持って、互い違いに配置されるように対向させている。
　その間にポリマー安定化ブルー相液晶45を挿入し光照射することで安定化させたものである。なお、その凸部斜辺の囲む角度θは９０°～１４０°のように形成されている。
　図１４は、従来の平面に形成された櫛歯型電極の構造（A-1）とその電界分布（A-2）、本発明の構造（B-1）とその電界分布（B-2）を比較して示す。
　両方とも電極間隔Wは１０μｍ、ギャップHも１０μｍとしている。
　本発明の方が従来例に比較すると、電界（小さな矢印で表す）がより多く横方向に分布して（制御されている）いることが分かる。なお、ここでのθは１２０°である。
　図１５は、従来の平面に形成された櫛歯型電極の構造（A-1）と本発明の構造（B-1）の透過率と印可電圧の関係を示す。
　なお、透過率はクロスニコルとなっている２枚の偏光子間に半波長位相プレート31を挿入した場合の規格化透過を示している。本発明の構造（B-1）の方が低い電圧で高い透過率が得られていることが分かる。
　図１６は、他の半波長位相プレート31の一実施例である。
　ここでは、２枚の半波長位相プレート31-a, 31-bを用いて、これらの凸部と凹部が互いに対向するように接合させたものである。
　このようにすることで、斜めに入射する光、例えば光線Aは半波長位相プレート31-aではポリマー安定化ブルー相液晶４５を通過距離は短いが、半波長位相プレート31-bでは長く、互いに補償しあう。
　また、光線Bは半波長位相プレート31-aではポリマー安定化ブルー相液晶４５を通過距離は長いが、半波長位相プレート31-bでは短く、互いに補償しあう。
　このように、入射する光線のほぼ全て角度に対して、ほぼ同じポリマー安定化ブルー相液晶の通過距離を実現できる。
　図7(A)は、偏光グレーティングプレート32の一実施例を示したものである。
　使用波長で半波長となる厚さの複屈折率媒体から構成されている。
　材料としては、液晶ポリマーやガラス、シリコンなどの表面に波長よりも小さい凹凸を設けたフォトニック結晶を用いてもよい。
　複屈折率軸がある周期Λで回転しているが、その周期は面内で一様ではなく、ほぼステップ状に周期が変化したセグメント2-1（a～i）構造となっている。
　本実施例では、セグメント2-1fはセグメント2-1aの半分の周期ΛでX軸方向にステップ状に変化している。さらにセグメント2-1cは、複屈折率軸の回転方向がY軸に変化している。
　図7(B)は、偏光グレーティングプレート32の他の実施例を示したものである。
セグメント2-1c、セグメント2-1i の部分では、複屈折率軸の周期Λのみならず、回転の方向も変化している場合を示している。
　図８は、偏光グレーティングプレート32の他の実施例を示したものである。
　偏光グレーティングプレート8-1と偏光グレーティングプレート8-2を張り合わせたものである。
　偏光グレーティングプレート8-2の各セグメントの一部は（例えば、8-2b、8-2d、8-2f、8-2i）複屈折軸が回転しておらず一定方向を向いている。
　また、あるセグメントは、もう一枚の偏光グレーティングプレート8-1とより僅かに異なる周期（Λ ±ΔΛ）で、かつ回転方向が上下逆となっている。
　これらを張り合わせることで、あるセグメントにおいては実効的に極めて小さな周期ΔΛを実現できる。
　一般に、小さな周期ΔΛはプロセス時の揺らぎのため実現することは難しいが、本方法により比較的容易に実現が可能となる。
　なお、逆に大きな周期ΔΛを得るために、偏光グレーティングプレート8-1の複屈折軸の回転方向を上下逆しないで張り合わせてもよい。
　以上のような、光偏向素子はポリマー安定化ブルー相液晶の複屈折率の温度変化により温度依存性を持つ。
　このため実用化にあたり、温度制御が必要である。
　図９にヒータ付き位相パネルの構造を示す。
　基板61上に透明電極で作製したヒータ90が全面に取り付けられており、さらにその上に絶縁膜91が形成されている。
　ヒータ90は、厚さ数10um程度の絶縁膜91を介して透明な薄膜電極62の近傍に配置されるため、ポリマー安定化ブルー相液晶45を効率よく昇温することができる他、短時間で所望の温度へ上昇させることが可能となる。
　なお、ヒータ90の材料としてはITOなどを用いることができる。
　図１０は、ペルチェ素子を備えた本発明光偏向素子モジュールの一実施例である。
　光偏向素子30を気密封止ブロック100で囲んでその境界面104を封止用樹脂で接着する。
　光偏向素子30の一部の表面はペルチェ素子102の一方の面と貼り付け、ペルチェ素子102の他方の面には放熱フィン101が配置されている。
　光偏向素子30は前記したヒータ付き光偏向素子30でもよい。
　光の入出力は窓103を介して行う。
　この実施例では、窓103の中に９つのセグメントがありそれぞれに僅かに異なる波長の光ビームを入射させ、独立に偏向することができる。
　この例では、窓にガラス板を張り付けた構造になっているが、ガラス板は無くてもよい。
　また、ガラス板あるいは光偏向素子30の入出力面には紫外線カットフィルタ105が形成されており、これにより外界からの紫外線によるポリマー安定化ブルー相液晶の劣化を抑えることができる。
　また、光偏向素子30とペルチェ素子102のPN接合部を窓103内に配置し、気密封止することで、高温高湿の雰囲気でも故障の無い高信頼性の光偏向素子モジュールを実現できる。
　図１１は、本発明光偏向素子モジュールの他の実施例である。この例では、４つ窓103が形成されており。さらに各窓103には９つのセグメントが形成されており、全部で３６光ビームを独立に偏向できる。
　図12は、本発明光偏向素子モジュール駆動方式の実施例である。
　光偏向素子30の位相パネルの各電極を、絶対値がVの正負反転した一組の矩形波で駆動している。
　図１２(1)はセグメント(2-1a)の印可電圧を図１２(2)はセグメント(2-1d)の印可電圧を示している。
　本実施例では、状態の時間幅Tを60μsとしており、３組の正負反転した電圧（絶対値が20V）の矩形波で状態を“１”とし、何も電圧をかけない状態を“０”として駆動している。
　積層された光偏向素子（30-1, 30-2, 30-3・・・・・ 30-8）の積層方向の各セグメント（例えば2-1a）の間では、時間幅Tの状態“１”、状態“０”の信号はほとんど同期している。
　（２）のセグメント(2-1d)の場合は、状態を“１”の最初の１組の矩形波の電圧絶対値を他に比べて大きくしている。
　これにより、スイッチの立ち上がり時間を短くでき、高速なスイッチングを実現できる。
　なお、本実施例では、の最初の１組の矩形波の電圧のみを大きくしたが、二番目の組まで含めて、矩形波の電圧絶対値も大きくしてもよい。
　本発明は、ぶつからない車やその先の全自動運転の実用化のためのマルチレーザーレーダーに適用する光偏向素子として特に好適であるが、一度に多くの光ビームをそれぞれ独立に、種々の角度範囲、角度ステップでμ秒の高速スイッチを必要とする通信装置、レーザー装置に適用可能である。
2-1(a-i)：セグメント
8-1：＃1PG（偏光グレーティングプレート）（＃1PGセグメント）
8-2：＃2PG（偏光グレーティングプレート）（＃2PGセグメント）
8-1(a-i)：＃1PGセグメント   
8-2(a-i)：＃2PGセグメント
30(30-1～30-8)：光偏向素子　　　
31、31-a、31-b：半波長位相プレート          　
32：偏光グレーティングプレート（PG）
33：光学樹脂   　　
40：薄膜電極　　　
41：上基板　　　
42：下基板　　
43：凸部　　　
44：凹部　　　
45：ポリマー安定化ブルー相液晶　　　
46：スペーサ　　　
47：封止剤　　　
48：電極パット　　　
49：電極ワイヤー
61：基板　　　
62：櫛歯型の透明な薄膜電極
90：ヒータ　　　
91：絶縁膜　　　
100：気密封止ブロック　　　
101：放熱フィン（冷却用ヒートシンク）　　　
102：ペルチェ素子　　
103：窓（窓プレート）
104：境界面
105：紫外線カットフィルタ

Claims (22)

  1. 　光の位相（偏光）を制御する位相パネルと光の位相（偏光）により複屈折する偏光グレーティングプレートとからなる光偏向素子であって、
    　前記位相パネルは電極を備え、電圧を印加しない場合はほぼアイソトロピックな媒体として動作し、電圧を印加した場合は使用波長において半波長板として動作し、
    　前記偏光グレーティングプレートはその面内に使用波長で半波長プレートとなる厚さの複屈折率媒体からなる複数のプレートセグメントを備え、
    　各前記プレートセグメントは矩形あるいは円形状であって、その複屈折率軸が所定の周期Λで回転しており、前記周期Λが該偏光グレーティングプレート面内で一様ではなく、かつ、各前記プレートセグメント毎に周期または複屈折率軸の回転方向、またはその両方が変化しており、
    　前記位相パネルと偏光グレーティングプレートは互いに重なるように接合されたことを特徴とする光偏向素子。
  2. 　前記位相パネルはさらにそれぞれ電極を有する複数のパネルセグメントに分割されていて、
    　各前記パネルセグメントは各前記プレートセグメントと平面的に略同一寸法で重なるように構成されている位相パネルであることを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
  3. 　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルは、前記電極が凹凸部からなる波板形状の表面に波板形状の薄膜に形成された２枚の基板とポリマー安定化ブルー相液晶とから構成され、
    　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は一方の前記基板の波板形状の前記凸部と他方の前記基板の波板形状の隣り合う前記凹部とが対向するように互い違いに配置されて所定の間隔で対向させた前記2枚の基板に形成された波板形状の薄膜の間に挿入されており、
    　各前記波板形状の薄膜は使用する光波長で透明となる材料から構成され、
    　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は光照射して安定化させ、
    　前記基板に薄膜に形成された電極に対してそれぞれ正負の電圧を印可し得る位相パネルであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  4. 　前記凹凸部は概ね三角形あるいは台形状の形状をしており、その凸部斜辺の囲む角度が３０°～８０°である位相パネルであることを特徴とする請求項３に記載の光偏向素子。
  5. 　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルは、前記電極が凹凸部からなる波板形状の表面の各凸部に薄膜に形成された２枚の基板とポリマー安定化ブルー相液晶とから構成され、
    　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は一方の前記基板の凸部の電極と他方の前記基板の隣り合う凸部に形成された電極に挟まれた谷部とが対向するように互い違いに配置されて所定の間隔で対向させた前記2枚の基板の凹凸部の間に挿入されており、
    　各前記波板形状の薄膜は使用する光波長で透明となる材料から構成され、
    　前記ポリマー安定化ブルー相液晶は光照射して安定化させ、
    　各前記基板の各電極に対して横方向に正負の電圧を印可し得る位相パネルであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  6. 　前記凹凸部は概ね三角形あるいは台形状の形状をしており、その凸部斜辺の囲む角度が１００°～１４０°であることを特徴とする請求項５に記載の光偏向素子。
  7. 　前記基板の波板形状の凸部に形成された隣り合う前記電極の間隔が前記所定の間隔と略等しく形成されている位相パネルであることを特徴とする請求項５に記載の光偏向素子。
  8. 　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルを同一方向に複数枚重ねて、隣り合う前記位相パネルの基板の凸部と凹部が互い違いになるように多層に積層した位相パネルを備えたことを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  9. 　前記位相パネルまたは分割された前記パネルセグメントからなる位相パネルを構成する基板、前記ポリマー安定化ブルー相液晶および光が通過する電極の屈折率および偏光グレーティングプレートを構成する材料の屈折率の差が、使用する波長において±１０％以下であることを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  10. 　前記位相パネルと前記偏光グレーティングプレートをこれらの構成材料の屈折率とほぼ同じ屈折率をもつ光学樹脂で接着させるか、あるいは、空気を介せずに直接に接合させたことを特徴とする請求項１乃至請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  11. 　前記光偏向素子複数枚をほぼ前記基板と同じ屈折率の使用波長で透明な樹脂を用いて各位相パネルまたは各前記パネルセグメント同士が重なるように張り合わせて積層させたことを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  12. 　前記透明な樹脂の屈折率は、前記位相パネルを構成する基板材料と比較して使用する波長において±１０％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光偏向素子。
  13. 　前記偏光グレーティングプレートを複数枚備え、
    　各偏光グレーティングプレートのプレートセグメントはそれぞれ対応して重なるように配置され、
    　一の前記偏光グレーティングプレートの各プレートセグメントの周期Λ１～Λｎを有し、
    　他の前記偏光グレーティングプレートのプレートセグメントは、前記一方の偏光グレーティングプレートの対応するプレートセグメントとその周期が僅かに異なるプレートセグメントとその複屈折率軸が回転しないプレートセグメントから構成され、
    　前記一の偏光グレーティングプレートと前記他の偏光グレーティングプレートを複数枚互いに張り合わせて、実効的に１枚の複合偏光グレーティングプレートとして、前記位相パネルと接合させたこと特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  14. 　前記光偏向素子の位相パネルの各電極を、各時間幅がTで絶対値がVの正負反転した一組の矩形波（状態「１」）とゼロ電圧（状態「０」）を所定の順序で駆動することを特徴とする請求項１１に記載の光偏向素子の駆動方法。
  15. 　前記積層された光偏向素子の同一位相パネルの各電極または同一パネルセグメントの各電極への印加は同期していることを特徴とする請求項１４に記載の光偏向素子の駆動方法。
  16. 　前記時間幅Tが１ｍ秒以下であり、前記正負反転した駆動する電圧絶対値が５V以上であることを特徴とする請求項１４又は請求項１５のいずれか１項に記載の光偏向素子の駆動方法。
  17. 　最初の数組の前記矩形波の電圧絶対値を後の前記矩形波の電圧絶対値より大きくしてオーバードライブで駆動することを特徴とする請求項１４又は請求項１５のいずれか１項に記載の光偏向素子の駆動方法。
  18. 　前記基板の電極の近傍に絶縁膜を介して使用波長で透明なヒータ層を形成したことを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
  19. 　請求項１１記載の光偏向素子はさらに2枚の基板とP型半導体・N型半導体とからなるペルチェ素子を備え、
    　前記ペルチェ素子の一の基板を前記光偏向素子に接合し、
    　前記ペルチェ素子の他の基板に冷却用ヒートシンクを接続して、
    　前記光偏向素子を所定の温度に制御したことを特徴とする光偏向素子モジュール。
  20. 　前記光偏向素子のおよび前記ペルチェ素子のP型半導体・N半導体を透明な窓プレートで挟んだ空間に収納して気密封止した特徴とする請求項１９に記載の光偏向素子モジュール。
  21. 　前記光偏向素子の光の入力面と出力面とに紫外線カットフィルタを張り付けたことを特徴とする請求項１８に記載の光偏向素子。
  22. 　各前記窓プレートに紫外線カットフィルタを張り付けたことを特徴とする請求項２０に記載の光偏向素子モジュール。
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