【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液晶セルを利用した液
晶光偏向素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal light deflection element using a liquid crystal cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、液晶の複屈折性や電気光学効
果を利用した液晶光偏向素子が知られている。例えば、
特開昭６３−２４０５３３公報には、図１３に示すよう
に、対向配設された一対の平板状の透明基板８１、８２
間に、誘電異方性が正のネマティック液晶よりなる液晶
層８３が挟持された液晶セルからなる液晶光偏向素子が
開示されている。このものでは、一方の透明基板８１の
内面にＩＴＯよりなる透明導電膜８４が形成され、他方
の透明基板８２の内面にＺｎＯよりなる透明抵抗膜８５
と、さらにこの透明抵抗膜８５の上に幅１ｍｍのスリッ
ト部を設けた金電極８６とが形成されている。また一方
の透明基板８１は液晶の分子軸が基板表面に対して平行
に配向するように配向処理がなされ、他方の基板８２は
液晶の分子軸が基板表面に対して垂直な方向に配向する
ように配向処理がなされている。2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid crystal light deflection element utilizing the birefringence of liquid crystal and the electro-optical effect has been known. For example,
In Japanese Patent Laid-Open No. 63-240533, as shown in FIG. 13, a pair of flat plate-shaped transparent substrates 81 and 82 arranged to face each other.
There is disclosed a liquid crystal light deflection element composed of a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer 83 made of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is sandwiched. In this structure, a transparent conductive film 84 made of ITO is formed on the inner surface of one transparent substrate 81, and a transparent resistance film 85 made of ZnO is formed on the inner surface of the other transparent substrate 82.
Further, a gold electrode 86 having a slit portion having a width of 1 mm is formed on the transparent resistance film 85. Also, one transparent substrate 81 is subjected to an alignment treatment so that the molecular axes of the liquid crystal are aligned parallel to the substrate surface, and the other substrate 82 is aligned so that the molecular axes of the liquid crystal are aligned perpendicular to the substrate surface. Alignment treatment is performed on the.
【０００３】この液晶光偏向素子では、一方の透明基板
８１側の透明導電膜８４を接地し、他方の透明基板８２
側の金電極８６の一端（図１３の左端）に電圧を印加
し、かつ、該金電極８６の他端（図１３の右端）を接地
することにより、液晶分子の配向分布が発生し、これに
より光偏向機能が発揮される。つまり、液晶分子の配向
状態は、上記他方の透明基板８２側の電極における電位
分布を受けて、金電極８６が接地された側（図１３の右
側）における部分的配向状態から、金電極８６に電圧が
印加された側（図１３の左側）における垂直配向状態ま
で連続的に変化する。この液晶分子の配向分布による屈
折率勾配に応じて、液晶分子の配向方向に偏光成分をも
つ入射光が偏向される。In this liquid crystal light deflection element, the transparent conductive film 84 on one transparent substrate 81 side is grounded, and the other transparent substrate 82.
By applying a voltage to one end (left end in FIG. 13) of the gold electrode 86 on the side and grounding the other end (right end in FIG. 13) of the gold electrode 86, an alignment distribution of liquid crystal molecules is generated. The light deflection function is exerted by. That is, the alignment state of the liquid crystal molecules is changed from the partial alignment state on the side where the gold electrode 86 is grounded (right side in FIG. 13) to the gold electrode 86 by receiving the potential distribution in the electrode on the other transparent substrate 82 side. It continuously changes to the vertical alignment state on the side where the voltage is applied (the left side in FIG. 13). Incident light having a polarization component in the alignment direction of the liquid crystal molecules is deflected according to the refractive index gradient due to the alignment distribution of the liquid crystal molecules.
【０００４】また、図１４に示すように、楔型及びフレ
ネルプリズム型の液晶光偏向素子も知られている。Further, as shown in FIG. 14, wedge type and Fresnel prism type liquid crystal light deflecting elements are also known.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の図１３に示す液晶光偏向素子は、電極部をパターニン
グし、液晶分子に加わる電界を変化させることにより、
液晶分子の向きを制御し、入射光を偏向させている。し
かし、この方法では、液晶分子を均一に制御することが
困難であるので、入射光が散乱されてしまう問題があ
る。As described above, in the conventional liquid crystal light deflecting element shown in FIG. 13, the electrode portion is patterned to change the electric field applied to the liquid crystal molecules.
The direction of liquid crystal molecules is controlled to deflect incident light. However, this method has a problem that incident light is scattered because it is difficult to uniformly control the liquid crystal molecules.
【０００６】また、上記従来の図１４に示す楔型及びフ
レネルプリズム型の液晶光偏向素子においても、セルギ
ャップが不均一なため、液晶分子を均一に制御すること
が困難であるので、入射光が散乱されてしまう問題があ
る。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、液
晶分子の均一な制御を可能とし、入射光の散乱の問題を
解消した液晶光偏向素子を提供することを目的とするも
のである。In the conventional wedge-type and Fresnel-prism-type liquid crystal light deflector shown in FIG. 14 as well, it is difficult to control the liquid crystal molecules uniformly because the cell gap is not uniform. Is scattered. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal light deflection element that enables uniform control of liquid crystal molecules and solves the problem of incident light scattering.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本第
１発明は、対向配設された一対の透明基板間に均一厚さ
の液晶層が挟持された液晶セルよりなり、該液晶層に斜
め入射させた入射光を偏向させる液晶光偏向素子であっ
て、前記一方の透明基板側では前記液晶分子が該基板表
面に対して平行な方向に配向され、前記他方の透明基板
側では前記液晶分子が該基板表面に対して垂直な方向に
配向されるとともに、前記液晶層の厚さは該液晶層が旋
光性を示さない範囲内に小さく設定されていることを特
徴とするものである。The first invention for solving the above-mentioned problems comprises a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer having a uniform thickness is sandwiched between a pair of transparent substrates which are arranged opposite to each other. A liquid crystal light deflection element for deflecting obliquely incident incident light, wherein the liquid crystal molecules are oriented in a direction parallel to the substrate surface on the one transparent substrate side, and the liquid crystal on the other transparent substrate side. The molecules are oriented in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and the thickness of the liquid crystal layer is set to be small within a range in which the liquid crystal layer does not exhibit optical activity.
【０００８】上記課題を解決する本第２発明は、対向配
設された一対の透明基板間に均一厚さの液晶層が挟持さ
れた液晶セルよりなり、該液晶層に斜め入射させた入射
光を偏向させる液晶光偏向素子であって、前記一方の透
明基板側では前記液晶分子が該基板表面に対して平行な
方向に配向され、前記他方の透明基板側では前記液晶分
子が該基板表面に対して平行な方向で、かつ、該一方の
透明基板側の液晶分子の配向方向と異なる方向に配向さ
れるとともに、前記液晶層の厚さは該液晶層が旋光性を
示さない範囲内に小さく設定されていることを特徴とす
るものである。The second invention for solving the above-mentioned problems comprises a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer having a uniform thickness is sandwiched between a pair of transparent substrates opposed to each other, and incident light obliquely incident on the liquid crystal layer. A liquid crystal light deflection element for deflecting the liquid crystal molecules on the one transparent substrate side in a direction parallel to the substrate surface, and on the other transparent substrate side the liquid crystal molecules on the substrate surface. The liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel to each other and in a direction different from the alignment direction of the liquid crystal molecules on the one transparent substrate side, and the thickness of the liquid crystal layer is small within a range in which the liquid crystal layer does not exhibit optical activity. It is characterized by being set.
【０００９】[0009]
【作用】上記構成を有する本第１発明及び第２発明の液
晶光偏向素子は、液晶層への電界又は磁界の印加状態を
変化させることにより、液晶層の液晶分子の配向状態を
変化させ、これにより、後述の作用原理に従って該偏向
素子に斜め入射した入射光を偏向させたり、またその偏
向角を零から所定の角度まで変化させたりすることがで
きる。つまり、液晶層における液晶分子の配向状態を制
御して、一方の透明基板側での液晶分子の見掛けの屈折
率と他方の透明基板側での液晶分子の見掛けの屈折率と
を適当に制御することにより、該液晶層に斜め入射した
入射光に対して所定の偏向機能が発揮される。In the liquid crystal light deflecting element of the first and second inventions having the above-mentioned structure, the alignment state of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is changed by changing the application state of the electric field or magnetic field to the liquid crystal layer, Thereby, the incident light obliquely incident on the deflecting element can be deflected or the deflection angle can be changed from zero to a predetermined angle in accordance with the principle of operation described later. That is, by controlling the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules on one transparent substrate side and the apparent refractive index of the liquid crystal molecules on the other transparent substrate side are appropriately controlled. As a result, a predetermined deflecting function is exerted on the incident light obliquely incident on the liquid crystal layer.
【００１０】そして、本第１発明及び第２発明の液晶光
偏向素子においては、液晶層が均一厚さとされているた
め、上記電界又は磁界の印加による液晶分子の配向状態
を均一に制御することができる。このような偏向機能は
液晶層が旋光性を示さない場合に発揮されるもので、液
晶層の厚さが厚すぎて該液晶層が旋光性を示すようにな
ると上記偏向機能は失われる。これは、入射光が液晶層
を進行する間に、該液晶層の旋光性により入射光の偏光
面が回転すると、液晶層の出射側での液晶分子の見掛け
の屈折率が上記偏光面の回転に応じて変化するので、後
述する作用原理に従わなくなり、偏向機能が失われるか
らである。In the liquid crystal light deflecting elements of the first and second aspects of the invention, since the liquid crystal layer has a uniform thickness, it is possible to uniformly control the alignment state of the liquid crystal molecules by applying the electric field or magnetic field. You can Such a deflecting function is exhibited when the liquid crystal layer does not exhibit optical rotatory power. If the liquid crystal layer becomes too thick and the liquid crystal layer exhibits optical rotatory power, the deflecting function is lost. This is because when the polarization plane of the incident light rotates due to the optical activity of the liquid crystal layer while the incident light travels through the liquid crystal layer, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules on the exit side of the liquid crystal layer causes the rotation of the polarization plane. This is because it changes in accordance with the above, and the operation principle described later is not followed, and the deflection function is lost.
【００１１】この液晶層の厚さは、入射光の波長を基準
として設定することができ、具体的には液晶層の厚さを
入射光の波長の同等以下とすることにより、液晶層が旋
光性を示さない範囲内とすることができる。以下、本第
１発明及び第２発明の液晶光偏向素子が偏向機能を発揮
する作用原理を説明する。The thickness of the liquid crystal layer can be set on the basis of the wavelength of the incident light. Specifically, by setting the thickness of the liquid crystal layer to be equal to or less than the wavelength of the incident light, the liquid crystal layer can rotate. It can be within the range that does not show sex. Hereinafter, the principle of operation in which the liquid crystal light deflecting elements of the first and second aspects of the present invention exert the deflecting function will be described.
【００１２】本第１発明の液晶光偏向素子に、図１２の
光学系に示すように、一方の透明基板１側から、該一方
の透明基板１側の液晶分子の長軸方向に偏光した光が斜
め入射し、該一方の透明基板１と液晶層との第１界面
（１）の法線に対して入射角θ0をもって入射したとき
の作用について、（Ａ）電界無印加状態、（Ｂ）液晶層
の液晶分子の配向方向が多少変化する程度に電界を印加
した状態、（Ｃ）上記液晶分子の配向が完全に変化しき
るまで十分に電界を印加した状態に分けて以下説明す
る。なお、誘電異方性が正の液晶を用いた場合を想定す
る。また、一対の透明基板１、２の屈折率は同じと想定
する。The liquid crystal light deflecting element of the first invention is shown in FIG.
As shown in the optical system, from one transparent substrate 1 side,
The light polarized in the long axis direction of the liquid crystal molecules on the transparent substrate 1 side of
The first interface between the one transparent substrate 1 and the liquid crystal layer.
Incident angle θ with respect to the normal of (1)0When incident
(A) no electric field applied, (B) liquid crystal layer
The electric field is applied to the extent that the alignment direction of the liquid crystal molecules of the
(C) The orientation of the liquid crystal molecules has completely changed.
The following explanation will be divided into the states in which an electric field is sufficiently applied until
It It is assumed that a liquid crystal with positive dielectric anisotropy is used.
It Further, it is assumed that the pair of transparent substrates 1 and 2 have the same refractive index.
To do.
【００１３】（Ａ）電界無印加状態では、一方の透明基
板１側で液晶分子が該基板１の表面に対して平行な方向
に配向され、他方の透明基板２側で液晶分子が該基板２
の表面に対して垂直な方向に配向されている。入射光は
一方の透明基板１と液晶層との第１界面（１）での液晶
分子の長軸方向に偏光した光だから、第１界面（１）で
の液晶分子の見掛けの屈折率ｎL1は、異常光に対する屈
折率ｎeとなる。すなわち、 ｎL1＝ｎe …（ａ） となる。(A) In the state where no electric field is applied, liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel to the surface of the transparent substrate 1 side, and liquid crystal molecules are aligned on the transparent substrate 2 side.
Is oriented perpendicular to the surface of the. Since the incident light is polarized in the major axis direction of the liquid crystal molecules at the first interface (1) between the transparent substrate 1 and the liquid crystal layer on one side, the apparent refractive index nL1 of the liquid crystal molecules at the first interface (1) is Is the refractive index ne for extraordinary light. That is, nL1 = ne (a)
【００１４】また、第１界面（１）の法線に対して入射
角θ0をもって入射した光は、第１界面（１）において
スネルの法則に従って、第１界面（１）の法線に対して
屈折角θ1をもって屈折する。このため、第１界面
（１）での屈折角θ1は、一方の透明基板１の屈折率を
ｎ1とすると、スネルの法則に従って、次式（ｂ）で計
算される。Light incident at an incident angle θ0 with respect to the normal line of the first interface (1) follows Snell's law at the first interface (1) with respect to the normal line of the first interface (1). Refraction with a refraction angle θ1 . Therefore, the refraction angle θ1 at the first interface (1) is calculated by the following equation (b) according to Snell's law, where n1 is the refractive index of the transparent substrate 1.
【００１５】 ｎ1ｓｉｎθ0＝ｎL1ｓｉｎθ1 …（ｂ） 次に、液晶層内を伝播した光は、液晶層と他方の透明基
板２との第２界面（２）に第２界面（２）の法線に対し
て入射角θ1をもって入射し、該第２界面（２）で第２
界面（２）の法線に対して屈折角θ2をもって屈折す
る。この第２界面（２）における液晶分子は基板２の表
面、つまり第２界面（２）に対して垂直な方向に配向さ
れており、第２界面（２）に入射する光はこの液晶分子
に対して入射角θ1をもって入射することとなるので、
第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL2は、
次式（ｃ）で計算される。N1 sin θ0 = nL1 sin θ1 (b) Next, the light propagating through the liquid crystal layer has a second interface (2) at the second interface (2) between the liquid crystal layer and the other transparent substrate 2. ) Is incident at an incident angle θ1 with respect to the normal, and the second interface (2)
Refraction occurs at a refraction angle θ2 with respect to the normal line of the interface (2). The liquid crystal molecules at the second interface (2) are oriented on the surface of the substrate 2, that is, in the direction perpendicular to the second interface (2), and the light incident on the second interface (2) is directed to the liquid crystal molecules. On the other hand, since it is incident with an incident angle θ1 ,
The apparent refractive index nL2 of the liquid crystal molecules at the second interface (2) is
It is calculated by the following equation (c).
【００１６】 ｎL2＝（ｎe−ｎo）ｓｉｎθ1＋ｎ0 …（ｃ） また、第２界面（２）での屈折角（出射角）θ2は、他
方の透明基板２の屈折率をｎ2とすると、スネルの法則
に従って、次式（ｄ）で計算される。 ｎL2ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2 …（ｄ） このように、電界無印加状態で、液晶層に入射角θ0を
もって斜め入射した光は、液晶層から出射角θ2をもっ
て出射することとなる。そして、上記式（ｂ）及び
（ｄ）において、ｎ1＝ｎ2、かつ、ｎL1≠ｎL2より、
θ0≠θ2となる。したがって、本第１発明の液晶光偏
向素子は、電界無印加状態で、液晶層にθ0の入射角で
入射した入射光を、Δθ（（θ2−θ0）の絶対値）の
偏向角をもって偏向させる機能を有する。NL2 = (ne −no ) sin θ1 + n0 (c) Further, the refraction angle (emission angle) θ2 at the second interface (2) is the refractive index of the other transparent substrate 2. If n2 is used, it is calculated by the following equation (d) according to Snell's law. nL2 sin θ1 = n2 sin θ2 (d) As described above, in the state in which no electric field is applied, light obliquely incident on the liquid crystal layer at the incident angle θ0 is emitted from the liquid crystal layer at the emission angle θ2. . Then, in the above equations (b) and (d), from n1 = n2 and nL1 ≠ nL2 ,
θ0 ≠ θ2 . Therefore, in the liquid crystal light deflecting element of the first invention, the incident light incident on the liquid crystal layer at the incident angle of θ0 in the state in which the electric field is not applied has a deflection angle of Δθ (the absolute value of (θ2 −θ0 )). Has the function of deflecting.
【００１７】液晶層の厚さが厚くなって、該液晶層が旋
光性を示すようになると、入射光の偏光面の回転によ
り、第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率：ｎ
L2が上記（ｃ）式に従わなくなり、したがってこの作用
原理にも従わなくなって偏向機能が失われる。 （Ｂ）液晶層の液晶分子の配向方向が多少変化する程度
に電界を印加した状態では、一方の透明基板１に平行に
配向していた液晶分子が徐々に立ち上がる。このとき、
第１界面（１）での液晶分子が透明基板１の表面、つま
り第１界面（１）の法線に対して角度αで傾いたとする
と、第１界面（１）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL1
は、次式（ｅ）で計算される。When the liquid crystal layer becomes thicker and exhibits optical rotatory power, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules at the second interface (2) due to rotation of the plane of polarization of incident light: n
L2 does not follow the above equation (c), and therefore does not follow this action principle, and the deflection function is lost. (B) When an electric field is applied to such an extent that the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is slightly changed, the liquid crystal molecules oriented parallel to the one transparent substrate 1 gradually rise. At this time,
If the liquid crystal molecules at the first interface (1) are inclined at an angle α with respect to the surface of the transparent substrate 1, that is, the normal to the first interface (1), the apparent liquid crystal molecules at the first interface (1) are Refractive index nL1
Is calculated by the following equation (e).
【００１８】 ｎL1＝（ｎe−ｎo）ｓｉｎα＋ｎ0 …（ｅ） また、第１界面（１）での屈折角θ1は、スネルの法則
に従って、上記式（ｂ）で計算される。次に、他方の透
明基板２側の液晶分子は、電界無印加時と配向状態が変
化しないので、上記第２界面（２）での液晶分子の見掛
けの屈折率ｎL2、及び第２界面（２）での屈折角θ
2は、上記（Ａ）電界無印加状態の場合と同様に、それ
ぞれ上記式（ｃ）及び（ｄ）で計算される。NL1 = (ne −no ) sin α + n0 (e) Further, the refraction angle θ1 at the first interface (1) is calculated by the above equation (b) according to Snell's law. Next, since the alignment state of the liquid crystal molecules on the other transparent substrate 2 side does not change when no electric field is applied, the apparent refractive index nL2 of the liquid crystal molecules at the second interface (2) and the second interface ( Refraction angle θ in 2)
2 is calculated by the above equations (c) and (d), respectively, as in the case of (A) no electric field is applied.
【００１９】したがって、上記（Ａ）電界無印加状態と
同様に、液晶層に入射角θ0をもって斜め入射した光
は、液晶層から出射角θ2をもって出射することとな
る。そして、上記式（ｂ）及び（ｄ）において、ｎ1＝
ｎ2、かつ、ｎL1≠ｎL2より、θ0≠θ2となる。した
がって、この場合もΔθ（（θ2−θ0）の絶対値）の
偏向角をもって偏向される。ただし、上記（Ａ）電界無
印加状態と比較して、偏向角Δθは小さくなる。Therefore, the above (A) no electric field is applied.
Similarly, the incident angle θ on the liquid crystal layer0Incident at an angle
Is the emission angle θ from the liquid crystal layer.2Be emitted with
It Then, in the above formulas (b) and (d), n1=
n2, And nL1≠ nL2Than θ0≠ θ2Becomes did
Therefore, in this case as well, Δθ ((θ2−θ0) Absolute value of)
It is deflected with a deflection angle. However, above (A) no electric field
The deflection angle Δθ becomes smaller than that in the applied state.
【００２０】（Ｃ）液晶層の液晶分子の配向が完全に変
化しきるまで十分に電界を印加した状態では、液晶層内
の液晶分子は全て透明基板１、２に対して垂直に立つの
で、第１界面（１）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL1
と、第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL2
は、 ｎL1＝ｎL2＝（ｎe−ｎo）ｓｉｎθ1＋ｎ0 となり、等しくなる。このため、上記式（ｂ）及び
（ｄ）より、θ0＝θ2となり、偏向しなくなる。(C) When a sufficient electric field is applied until the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is completely changed, all the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer stand vertically with respect to the transparent substrates 1 and 2. Apparent refractive index nL1 of liquid crystal molecules at one interface (1)
And the apparent refractive index nL2 of the liquid crystal molecules at the second interface (2)
Becomes nL1 = nL2 = (ne −no ) sin θ1 + n0 and are equal. Therefore, according to the above equations (b) and (d), θ0 = θ2 and the deflection is stopped.
【００２１】本第２発明の液晶光偏向素子に、上記第１
発明の場合と同様に、一方の透明基板１側から、該一方
の透明基板１側の液晶分子の長軸方向に偏向した光が斜
め入射し、該一方の透明基板１と液晶層との第１界面
（１）の法線に対して入射角θ0をもって入射したとき
の作用について、（Ａ）電界無印加状態、（Ｂ）液晶層
の液晶分子の配向方向が多少変化する程度に電界を印加
した状態、（Ｃ）上記液晶分子の配向が完全に変化しき
るまで十分に電界を印加した状態に分けて以下説明す
る。なお、誘電異方性が正の液晶を用いるとともに、上
記他方の透明基板２側の液晶分子は該基板２表面に対し
て平行に配向され、かつ、上記一方の透明基板１側の液
晶分子の配向方向と垂直な方向に配向されている場合を
想定する。また、一対の透明基板１、２の屈折率は同じ
と想定する。In the liquid crystal light deflecting element of the second invention, the first
As in the case of the invention, from one transparent substrate 1 side,
The light deflected in the long axis direction of the liquid crystal molecules on the transparent substrate 1 side of
The first interface between the one transparent substrate 1 and the liquid crystal layer.
Incident angle θ with respect to the normal of (1)0When incident
(A) no electric field applied, (B) liquid crystal layer
The electric field is applied to the extent that the alignment direction of the liquid crystal molecules of the
(C) The orientation of the liquid crystal molecules has completely changed.
The following explanation will be divided into the states in which an electric field is sufficiently applied until
It It should be noted that while using a liquid crystal with a positive dielectric anisotropy,
The liquid crystal molecules on the other transparent substrate 2 side are
Liquid oriented parallel to each other and on the side of the one transparent substrate 1
If the crystal molecules are oriented in the direction perpendicular to
Suppose. The pair of transparent substrates 1 and 2 have the same refractive index.
Assume
【００２２】（Ａ）電界無印加状態では、一方の透明基
板１側で液晶分子が該基板１表面に対して平行な方向に
配向され、他方の透明基板２側で液晶分子が該基板２表
面に対して平行な方向で、かつ、該一方の透明基板１側
の液晶分子の配向方向と垂直な方向に配向されている。
入射光は一方の透明基板１と液晶層との第１界面（１）
での液晶分子の長軸方向に偏光した光だから、第１界面
（１）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL1は、異常光に
対する屈折率ｎeとなる。すなわち、 ｎL1＝ｎe …（ａ） となる。(A) When no electric field is applied, the liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel to the surface of the substrate 1 on the side of one transparent substrate 1, and the liquid crystal molecules are aligned on the surface of the substrate 2 on the side of the other transparent substrate 2. The liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel to, and perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal molecules on the one transparent substrate 1 side.
Incident light is the first interface (1) between one transparent substrate 1 and the liquid crystal layer.
Since the light is polarized in the long axis direction of the liquid crystal molecule at, the apparent refractive index nL1 of the liquid crystal molecule at the first interface (1) becomes the refractive index ne for extraordinary light. That is, nL1 = ne (a)
【００２３】また、第１界面（１）の法線に対して入射
角θ0をもって入射した光は、第１界面（１）において
スネルの法則に従って、第１界面（１）の法線に対して
屈折角θ1をもって屈折する。このため、第１界面
（１）での屈折角θ1は、一方の透明基板１の屈折率を
ｎ1とすると、スネルの法則に従って、次式（ｂ）で計
算される。Light incident at an incident angle θ0 with respect to the normal line of the first interface (1) follows Snell's law at the first interface (1) and follows the normal line of the first interface (1). Refraction with a refraction angle θ1 . Therefore, the refraction angle θ1 at the first interface (1) is calculated by the following equation (b) according to Snell's law, where n1 is the refractive index of the transparent substrate 1.
【００２４】 ｎ1ｓｉｎθ0＝ｎL1ｓｉｎθ1 …（ｂ） 次に、液晶層内を伝播した光は、液晶層と他方の透明基
板２との第２界面（２）に第２界面（２）の法線に対し
て入射角θ1をもって入射し、該第２界面（２）で第２
界面（２）の法線に対して屈折角θ2をもって屈折す
る。この第２界面（２）における液晶分子は基板２の表
面、つまり第２界面（２）に対して平行な方向に配向さ
れているが、上記第１界面（１）での液晶分子の配向方
向と垂直な方向に配向されている。このため、第２界面
（２）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL2は、常光に対
する屈折率ｎoとなる。すなわち、 ｎL2＝ｎo …（ｃ’） となる。N1 sin θ0 = nL1 sin θ1 (b) Next, the light propagating through the liquid crystal layer has a second interface (2) at the second interface (2) between the liquid crystal layer and the other transparent substrate 2. ) Is incident at an incident angle θ1 with respect to the normal, and the second interface (2)
Refraction occurs at a refraction angle θ2 with respect to the normal line of the interface (2). The liquid crystal molecules at the second interface (2) are aligned in a direction parallel to the surface of the substrate 2, that is, the second interface (2), but the alignment direction of the liquid crystal molecules at the first interface (1). It is oriented in a direction perpendicular to. Therefore, the refractive index nL2 of apparent liquid crystal molecules at the second interface (2) is a refractive index no for ordinary light. In other words, then L2 = n o ... (c ').
【００２５】また、第２界面（２）での屈折角（出射
角）θ2は、他方の透明基板２の屈折率をｎ2とする
と、スネルの法則に従って、次式（ｄ）で計算される。 ｎL2ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2 …（ｄ） このように、電界無印加状態で、液晶層に入射角θ0を
もって斜め入射した光は、液晶層から出射角θ2をもっ
て出射することとなる。そして、上記式（ｂ）及び
（ｄ）において、ｎ1＝ｎ2、かつ、ｎL1≠ｎL2より、
θ0≠θ2となる。したがって、本第２発明の液晶光偏
向素子は、電界無印加状態で、液晶層にθ0の入射角で
入射した入射光を、Δθ（（θ2−θ0）の絶対値）の
偏向角をもって偏向させる機能を有する。The refraction angle (emission angle) θ2 at the second interface (2) is calculated by the following equation (d) according to Snell's law, where n2 is the refractive index of the other transparent substrate 2. It nL2 sin θ1 = n2 sin θ2 (d) As described above, in the state in which no electric field is applied, light obliquely incident on the liquid crystal layer at the incident angle θ0 is emitted from the liquid crystal layer at the emission angle θ2. . Then, in the above equations (b) and (d), from n1 = n2 and nL1 ≠ nL2 ,
θ0 ≠ θ2 . Therefore, in the liquid crystal light deflecting element of the second aspect of the present invention, the incident light incident on the liquid crystal layer at the incident angle of θ0 in the state in which no electric field is applied is determined by the deflection angle of Δθ (the absolute value of (θ2 −θ0 )). Has the function of deflecting.
【００２６】なお、液晶層の厚さが厚くなって、該液晶
層が旋光性を示すようになると、入射光の偏光面の回転
により、第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折
率：ｎL2が第１界面（１）での液晶分子の見掛けの屈折
率：ｎL1と同じになり、したがってこの作用原理にも従
わなくなって偏向機能が失われる。 （Ｂ）液晶層の液晶分子の配向方向が多少変化する程度
に電界を印加した状態では、一方の透明基板１に平行に
配向していた液晶分子が徐々に立ち上がる。このとき、
第１界面（１）での液晶分子が透明基板１の表面、つま
り第１界面（１）の法線に対して角度αで傾いたとする
と、第１界面（１）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL1
は、次式（ｅ）で計算される。The thickness of the liquid crystal layer becomes thicker,
When the layer becomes optically active, the plane of polarization of the incident light rotates.
Causes the apparent refraction of liquid crystal molecules at the second interface (2).
Rate: nL2Is the apparent refraction of liquid crystal molecules at the first interface (1)
Rate: nL1The same as the
And the deflection function is lost. (B) To the extent that the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer changes to some extent
When an electric field is applied to the
The oriented liquid crystal molecules gradually rise. At this time,
The liquid crystal molecules at the first interface (1) are the surface of the transparent substrate 1,
Suppose that it is tilted at an angle α with respect to the normal line of the first interface (1)
And the apparent refractive index n of the liquid crystal molecules at the first interface (1)L1
Is calculated by the following equation (e).
【００２７】 ｎL1＝（ｎe−ｎo）ｓｉｎα＋ｎ0 …（ｅ） また、第１界面（１）での屈折角θ1は、スネルの法則
に従って、上記式（ｂ）で計算される。次に、他方の透
明基板２側の液晶分子は、電界無印加時と配向状態が変
化しないので、上記第２界面（２）での液晶分子の見掛
けの屈折率ｎL2、及び第２界面（２）での屈折角θ
2は、上記（Ａ）電界無印加状態の場合と同様に、それ
ぞれ上記式（ｃ）及び（ｄ）で計算される。NL1 = (ne −no ) sin α + n0 (e) Further, the refraction angle θ1 at the first interface (1) is calculated by the above equation (b) according to Snell's law. Next, since the alignment state of the liquid crystal molecules on the other transparent substrate 2 side does not change when no electric field is applied, the apparent refractive index nL2 of the liquid crystal molecules at the second interface (2) and the second interface ( Refraction angle θ in 2)
2 is calculated by the above equations (c) and (d), respectively, as in the case of (A) no electric field is applied.
【００２８】したがって、上記（Ａ）電界無印加状態と
同様に、液晶層に入射角θ0をもって斜め入射した光
は、液晶層から出射角θ2をもって出射することとな
る。そして、上記式（ｂ）及び（ｄ）において、ｎ1＝
ｎ2、かつ、ｎL1≠ｎL2より、θ0≠θ2となる。した
がって、この場合もΔθ（（θ2−θ0）の絶対値）の
偏向角をもって偏向される。ただし、上記上記（Ａ）電
界無印加状態と比較して、偏向角Δθは小さくなる。Therefore, the above (A) no electric field is applied.
Similarly, the incident angle θ on the liquid crystal layer0Incident at an angle
Is the emission angle θ from the liquid crystal layer.2Be emitted with
It Then, in the above formulas (b) and (d), n1=
n2, And nL1≠ nL2Than θ0≠ θ2Becomes did
Therefore, in this case as well, Δθ ((θ2−θ0) Absolute value of)
It is deflected with a deflection angle. However, the above (A)
The deflection angle Δθ becomes smaller than that in the field-free state.
【００２９】（Ｃ）上記液晶分子の配向が完全に変化し
きるまで十分に電界を印加した状態では、液晶層内の液
晶分子は全て透明基板１、２に対して垂直に立つので、
第１界面（１）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL1と、
第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率ｎL2は、 ｎL1＝ｎL2＝ｎo となり、等しくなる。このため、上記式（ｂ）及び
（ｄ）より、θ0＝θ2となり、偏向しなくなる。(C) When a sufficient electric field is applied until the orientation of the liquid crystal molecules is completely changed, all the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer stand vertically with respect to the transparent substrates 1 and 2.
The apparent refractive index nL1 of the liquid crystal molecules at the first interface (1),
Refractive index nL2 of apparent liquid crystal molecules at the second interface (2)is, n L1 = n L2 = n o becomes equal. Therefore, according to the above equations (b) and (d), θ0 = θ2 and the deflection is stopped.
【００３０】[0030]
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。な
お、実施例１〜３は本第１発明に係る実施例であり、実
施例４〜６は本第２発明に係る実施例である。 （実施例１）図１、図２に示す本実施例１の液晶光偏向
素子は、対向配設された一対の平板ガラス基板１、２
と、両基板１、２の間に挟持された液晶層３と、平板ガ
ラス基板１の表面に対して角度θで入射光を入射させる
入射手段４とから主に構成されている。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. Note that Examples 1 to 3 are examples according to the first invention, and Examples 4 to 6 are examples according to the second invention. (Embodiment 1) The liquid crystal light deflecting element of the present embodiment 1 shown in FIGS. 1 and 2 is composed of a pair of flat glass substrates 1 and 2 facing each other.
And a liquid crystal layer 3 sandwiched between the substrates 1 and 2, and an incident means 4 for making incident light incident on the surface of the flat glass substrate 1 at an angle θ.
【００３１】平板ガラス基板１、２はともにソーダライ
ムガラスから形成されている。この平板ガラス１の屈折
率：ｎ1、及び平板ガラス２の屈折率：ｎ2は、ｎ1＝
ｎ2＝１．５２０である。両基板１、２の互いに対向す
る内表面には、それぞれＩＴＯ膜（１００Ω／□、膜厚
３００Å）よりなる透明導電膜５、６が形成されてい
る。この透明導電膜５、６には、それぞれリード線（図
示せず）が接続されて用いられる。そして、平板ガラス
基板１の表面に形成された透明導電膜５の表面には、さ
らにポリイミド（「ＳＰ９１０」東レ（株）製）からな
り厚さ約１０００Åの平行配向処理膜（図示せず）が形
成されている。また平板ガラス基板２の表面に形成され
た透明導電膜６の表面には、さらにポリイミド（「ＲＮ
７２２」日産化学（株）製）からなり厚さ約１０００Å
の垂直配向処理膜（図示せず）が形成されている。な
お、平板ガラス基板１側に形成された平行配向処理膜
は、図１の紙面と垂直方向に配向処理されている。Both flat glass substrates 1 and 2 are made of soda lime glass. The refractive index of this flat glass 1 is n1 , and the refractive index of the flat glass2 is n2 , n1 =
n2 = 1.520. Transparent conductive films 5 and 6 made of ITO films (100 Ω / □, film thickness 300 Å) are formed on inner surfaces of the substrates 1 and 2 facing each other. Lead wires (not shown) are connected to the transparent conductive films 5 and 6 for use. Then, on the surface of the transparent conductive film 5 formed on the surface of the flat glass substrate 1, there is further provided a parallel alignment treatment film (not shown) made of polyimide (“SP910” manufactured by Toray Industries, Inc.) and having a thickness of about 1000 Å. Has been formed. On the surface of the transparent conductive film 6 formed on the surface of the flat glass substrate 2, polyimide (“RN
722 ”made by Nissan Kagaku Co., Ltd., with a thickness of approximately 1000Å
Vertical alignment treatment film (not shown) is formed. The parallel alignment treatment film formed on the flat glass substrate 1 side has been subjected to the alignment treatment in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
【００３２】平板ガラス基板１、２間のギャップは０．
５μｍに設定され、したがって液晶層３の厚さｄは０．
５μｍに設定されている。なお、このときの入射光の波
長λに対する液晶層３の厚さの比：ｄ／λは、ｄ／λ＝
０．７９である。両基板１、２の周縁部はエポキシ系接
着剤よりなるシール剤７で封止され、両基板１、２の間
には密閉空間が形成されている。そして密閉空間内に
は、誘電異方性が正のネマティック液晶が封入されて、
液晶層３を形成している。なお、この液晶分子の異常光
に対する屈折率：ｎeは、ｎe＝１．８２１であり、液
晶分子の常光に対する屈折率：ｎoは、ｎo＝１．５３
０である。The gap between the flat glass substrates 1 and 2 is 0.
The thickness d of the liquid crystal layer 3 is set to 0.
It is set to 5 μm. The ratio of the thickness of the liquid crystal layer 3 to the wavelength λ of the incident light at this time: d / λ is d / λ =
It is 0.79. The peripheral edges of the two substrates 1 and 2 are sealed with a sealant 7 made of an epoxy adhesive, and a hermetically sealed space is formed between the two substrates 1 and 2. And a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy is enclosed in the enclosed space,
The liquid crystal layer 3 is formed. The refractive index of this liquid crystal molecule with respect to extraordinary light: ne is ne = 1.821, and the refractive index of the liquid crystal molecule with respect to ordinary light: no is no = 1.53.
It is 0.
【００３３】入射手段４は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波
長：λ＝６３２ｎｍ）を発振するレーザ発振器４１と、
偏光板４２とから構成されている。この偏光板４２の偏
光方向は、平板ガラス基板１側に形成された平行配向処
理膜の配向方向（図１の紙面と垂直方向）と同一であ
り、したがって平板ガラス基板１側の液晶分子の長軸方
向と同一方向とされている。この入射手段４は、偏光板
４２を通過した入射光が、一方の平板ガラス基板１に、
該基板１の表面に対して入射角θの角度で斜め入射する
ようにセットされている。The incident means 4 is a laser oscillator 41 that oscillates He—Ne laser light (wavelength: λ = 632 nm),
And a polarizing plate 42. The polarization direction of the polarizing plate 42 is the same as the alignment direction of the parallel alignment treatment film formed on the flat glass substrate 1 side (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1), and therefore the length of the liquid crystal molecules on the flat glass substrate 1 side is long. It is the same as the axial direction. In this incident means 4, the incident light that has passed through the polarizing plate 42 is applied to one of the flat glass substrates 1.
It is set so as to be obliquely incident on the surface of the substrate 1 at an incident angle θ.
【００３４】本実施例の液晶光偏向素子は、上記したよ
うに液晶層３の厚さｄが０．５μｍとされ、入射光の波
長λに対する液晶層３の厚さｔの比：ｄ／λが０．７９
とされているので、該液晶層３は旋光性を示さない。ま
た、液晶層３の液晶分子の配向状態が、上記したように
一方の平板ガラス基板１側で平行配向とされ、他方の平
板ガラス基板２側で垂直配向とされている。したがっ
て、本実施例の液晶偏向素子においては、液晶層への電
界の印加状態を変化させることにより、液晶層の液晶分
子の配向状態を変化させ、これにより、前述の作用原理
に従って該偏向素子に斜め入射した入射手段４からの入
射光を偏向させたり、またその偏向角を零から所定の角
度まで変化させたりすることができる。In the liquid crystal light deflecting element of this embodiment, the thickness d of the liquid crystal layer 3 is 0.5 μm as described above, and the ratio of the thickness t of the liquid crystal layer 3 to the wavelength λ of the incident light is d / λ. Is 0.79
Therefore, the liquid crystal layer 3 does not exhibit optical activity. In addition, the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 is parallel alignment on one flat glass substrate 1 side and vertical alignment on the other flat glass substrate 2 side as described above. Therefore, in the liquid crystal deflecting element of the present embodiment, by changing the applied state of the electric field to the liquid crystal layer, the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer is changed, whereby the deflecting element is changed in accordance with the above-mentioned principle of operation. It is possible to deflect the incident light from the incidence means 4 which is obliquely incident, and to change the deflection angle from zero to a predetermined angle.
【００３５】具体的には、入射手段４からの入射光が一
方の平板ガラス基板１の表面に入射角θで入射し、この
入射光が平板ガラス基板１と液晶層３との第１界面
（１）に入射角θ0＝４０°で入射した場合について、
偏向角を計算する。一対の透明導電膜５、６に電圧を印
加していない状態では、前述した本第１発明の作用原理
における（Ａ）電圧無印加状態に相当するので、第１界
面（１）での液晶分子の見掛けの屈折率は前記式（ａ）
より、 ｎL1＝ｎe＝１．８２１ となる。また、この第１界面（１）での屈折角θ1は、
前記式（ｂ）より、 ｎ1ｓｉｎθ0＝ｎL1ｓｉｎθ1 １．５２０ｓｉｎ４０°＝１．８２１ｓｉｎθ1 となり、これより、 θ1＝３２．４５ となる。また、液晶層３と他方の平板ガラス基板２との
第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率は、前記
式（ｃ）より、 ｎL2＝（ｎe−ｎo）ｓｉｎθ1＋ｎo ＝（１．８２１−１．５３０）ｓｉｎθ1＋１．５３０ となり、これより、 ｎL2＝１．６８６ となる。また、この第２界面（２）での屈折率θ2は、
前記式（ｄ）より、 ｎL2ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2 １．６８６ｓｉｎ３２．４５°＝１．５２０ｓｉｎθ2 となり、これより、 θ2＝３６．５２ とな。したがって、液晶層３に入射角θ0＝４０°で入
射した入射光は、液晶層３を出射角θ2＝３６．５２°
で出射することとなり、液晶層３における偏向角Δθ
は、 Δθ＝（θ0−θ2の絶対値）＝３．４８° となる。そして、他方の平板ガラス基板２からは、さら
にスネルの法則にしたがって屈折しつつ出射角θ’で出
射することとなる。Specifically, the incident light from the incident means 4 is incident on the surface of one flat glass substrate 1 at an incident angle θ, and this incident light is incident on the first interface between the flat glass substrate 1 and the liquid crystal layer 3 ( In the case of incident on 1) at an incident angle θ0 = 40 °,
Calculate the deflection angle. The state where no voltage is applied to the pair of transparent conductive films 5 and 6 corresponds to (A) no voltage applied state in the operation principle of the present first invention described above, and therefore liquid crystal molecules at the first interface (1). The apparent refractive index of
Therefore, nL1 = ne = 1.821. The refraction angle θ1 at the first interface (1) is
From the above formula (b), n1 sin θ0 = nL1 sin θ1 1.520 sin 40 ° = 1.821 sin θ1 and , from this, θ1 = 32.45. Further, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules at the second interface (2) between the liquid crystal layer 3 and the other flat glass substrate 2 is nL2 = (ne −no ) sin θ1 according to the equation (c). + No = (1.821-1.530) sin θ1 +1.530, and from this, nL2 = 1.686. The refractive index θ2 at the second interface (2) is
Formula from(d), n L2 sinθ 1 = n 2 sinθ 2 1.686sin32.45 ° = 1.520sinθ 2 next, from this, it and θ2 = 36.52. Therefore, the incident light that enters the liquid crystal layer 3 at the incident angle θ0 = 40 ° exits the liquid crystal layer 3 at the incident angle θ2 = 36.52 °.
And the deflection angle Δθ in the liquid crystal layer 3 is emitted.
Is Δθ = (absolute value of θ0 −θ2 ) = 3.48 °. Then, the light is emitted from the other flat glass substrate 2 at an emission angle θ ′ while being further refracted according to Snell's law.
【００３６】次に、透明導電膜５、６に十分な電圧を印
加した場合は、液晶層３の液晶分子が全て平板ガラス基
板１、２間で、該基板１、２の表面に対して垂直に配向
するので、第１界面での液晶分子の見掛けの屈折率と第
２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率とは同じと
なり、液晶層３により屈折角変化は生じないので、 θ0＝θ2＝４０° となり、偏向角Δθ＝０°となる。Next, when a sufficient voltage is applied to the transparent conductive films 5 and 6, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 are all between the flat glass substrates 1 and 2 and perpendicular to the surfaces of the substrates 1 and 2. Since the liquid crystal molecules are oriented in the same direction, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules at the first interface becomes the same as the apparent refractive index of the liquid crystal molecules at the second interface (2), and the liquid crystal layer 3 does not change the refractive angle. θ0 = θ2 = 40 °, and the deflection angle Δθ = 0 °.
【００３７】したがって、本実施例の液晶光偏向素子
は、電圧のＯＮ／ＯＦＦの切り換えにより、液晶層３で
３．４８度偏向させることができ、実際にはこれに各平
板ガラス基板１、２と空気層との界面での屈折を加味し
た偏向角で偏向させることが可能となる。 （実施例２）図３、図４に示す本実施例２の液晶光偏向
素子は、実施例１の平板ガラス基板１、２の代わりに、
それぞれ一つの斜辺をもつプリズム基板１１、２１を用
いたもので、他の構成は実施例１のものと同じである。Therefore, the liquid crystal light deflection element of this embodiment can be deflected by the liquid crystal layer 3 by 3.48 degrees by switching the voltage ON / OFF. It becomes possible to deflect at a deflection angle that takes into consideration the refraction at the interface between the air layer and the air layer. (Embodiment 2) The liquid crystal light deflecting element of the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4 is replaced by the flat glass substrates 1 and 2 of the first embodiment.
The prism substrates 11 and 21 each having one hypotenuse are used, and other configurations are the same as those of the first embodiment.
【００３８】このプリズム基板１１、２１の各斜辺は互
いに平行とされている。また、入射手段４は、入射手段
４からの入射光が、一方のプリズム基板１１の斜辺に対
して垂直に入射するよに、セットされている。この液晶
光偏向素子では、電圧無印加状態で、液晶層３の作用に
より、他方のプリズム基板２１から出射する出射光は、
プリズム基板２１の斜辺に対して垂直からθ’度ずれて
出射する。The hypotenuses of the prism substrates 11 and 21 are parallel to each other. Further, the incident means 4 is set so that the incident light from the incident means 4 enters perpendicularly to the hypotenuse of one prism substrate 11. In this liquid crystal light deflection element, the emitted light emitted from the other prism substrate 21 by the action of the liquid crystal layer 3 in the state where no voltage is applied,
The prism substrate 21 is emitted with a deviation of θ ′ degrees from the vertical with respect to the hypotenuse.
【００３９】一方、十分な電圧を印加した場合、他方の
プリズム基板２１から出射する出射光は、プリズム基板
２１の斜辺に対して垂直に出射する。したがって、本実
施例２の液晶光偏向素子は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに切り
換えにより、θ’度の偏向角で偏向させることが可能と
なる。 （実施例３）図５に示す本実施例３の液晶光偏向素子
は、一対の透明基板を複数の斜辺をもつプリズム基板１
２、２２としたものである。そして、一方側の透明導電
膜５はプリズム基板１２の各々の斜辺１２ａ、１２ｂ、
１２ｃに対して１個ずつ区切られて透明導電膜５ａ、５
ｂ、５ｃとされ、それぞれ別の電圧を印加できるように
されている。また、入射手段４は、入射手段４からの入
射光が、一方のプリズム基板１２の各斜辺に対して、そ
れぞれ垂直に入射するように３個セットされている。On the other hand, when a sufficient voltage is applied, the outgoing light emitted from the other prism substrate 21 is emitted perpendicularly to the hypotenuse of the prism substrate 21. Therefore, the liquid crystal light deflecting element of the second embodiment can be deflected at the deflection angle of θ ′ degree by switching the voltage ON / OFF. (Embodiment 3) A liquid crystal light deflecting element of Embodiment 3 shown in FIG. 5 is a prism substrate 1 having a pair of transparent substrates and a plurality of oblique sides.
2, 22. Then, the transparent conductive film 5 on one side is provided with the oblique sides 12a, 12b of the prism substrate 12,
The transparent conductive films 5a and 5 are separated by one for 12c.
b and 5c so that different voltages can be applied respectively. Further, the three incident means 4 are set so that the incident light from the incident means 4 is vertically incident on each hypotenuse of one prism substrate 12.
【００４０】本実施例３の液晶光偏向素子は、例えば透
明導電膜５ａには電圧を印加せずに、透明導電膜５ｂに
は液晶層３の液晶分子の配向状態が少しだけ変化するよ
うに電圧を印加し、透明導電膜５ｃには液晶層３の液晶
分子が全て垂直に立つように十分な電圧を印加すること
により、各斜辺に入射した入射光の偏向角を斜辺毎に変
えることができる。この場合、斜辺１２ａに入射した入
射光は、液晶層３の作用により、プリズム基板２１の斜
辺に対して垂直からθ’度ずれて出射する。また、斜辺
１２ｂに入射した入射光も、液晶層３の作用によりプリ
ズム基板２１の斜辺に対して垂直からθ’度ずれて出射
するが、そのずれ量は斜辺１２ａの場合よりも小さい。
また斜辺１２ｃに入射した入射光は、プリズム基板２１
の斜辺に対して垂直に出射する。In the liquid crystal light deflection element of the third embodiment, for example, no voltage is applied to the transparent conductive film 5a, and the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 is slightly changed in the transparent conductive film 5b. By applying a voltage to the transparent conductive film 5c so that all liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 stand vertically, the deflection angle of the incident light incident on each hypotenuse can be changed for each hypotenuse. it can. In this case, the incident light incident on the hypotenuse 12a is emitted with a deviation of θ ′ degrees from the perpendicular to the hypotenuse of the prism substrate 21 due to the action of the liquid crystal layer 3. Further, the incident light that has entered the hypotenuse 12b is also deviated from the hypotenuse of the prism substrate 21 by θ ′ degrees from the vertical due to the action of the liquid crystal layer 3, but the amount of deviation is smaller than that of the hypotenuse 12a.
In addition, the incident light that has entered the hypotenuse 12c receives the prism substrate 21.
The light is emitted perpendicularly to the hypotenuse.
【００４１】なお、上記実施例１〜３においては、誘電
異方性が正の液晶を用いる例について示したが、誘電異
方性が負の液晶を用いることもできる。 （実施例４）図６及び図７に示す本実施例４の液晶光偏
向素子は、前記実施例１の液晶光偏向素子において、他
方の平板ガラス基板２側の垂直配向処理膜を平行配向処
理膜とすること以外は、前記実施例１と同様の構成を有
する。この他方の平板ガラス基板２側に形成された平行
配向処理膜（図示せず）の配向方向は、一方の平板ガラ
ス基板１側に形成された平行配向処理膜の配向方向に対
して垂直とされている。In the above-mentioned Examples 1 to 3, an example using a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy was shown, but a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy can also be used. (Embodiment 4) In the liquid crystal light deflecting element of the present embodiment 4 shown in FIGS. 6 and 7, in the liquid crystal light deflecting element of the embodiment 1, the vertical alignment treatment film on the other flat glass substrate 2 side is subjected to parallel alignment treatment. The structure is the same as that of the first embodiment except that the film is used. The alignment direction of the parallel alignment treatment film (not shown) formed on the other flat glass substrate 2 side is perpendicular to the alignment direction of the parallel alignment treatment film formed on one flat glass substrate 1 side. ing.
【００４２】本実施例の液晶光偏向素子においても、液
晶層３への電界の印加状態を変化させることにより、液
晶層３の液晶分子の配向状態を変化させ、これにより、
前述の作用原理に従って該液晶光偏向素子に斜め入射し
た入射手段４からの入射光を偏向させたり、またその偏
向角を零から所定の角度まで変化させたりすることがで
きる。Also in the liquid crystal light deflecting element of this embodiment, by changing the applied state of the electric field to the liquid crystal layer 3, the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 is changed.
According to the above-mentioned principle of operation, the incident light from the incident means 4 obliquely incident on the liquid crystal light deflection element can be deflected, and the deflection angle thereof can be changed from zero to a predetermined angle.
【００４３】具体的には、入射手段４からの入射光が一
方の平板ガラス基板１の表面に入射角θで入射し、この
入射光が平板ガラス基板１と液晶層３との第１界面
（１）に入射角θ0＝４０°で入射した場合について、
偏向角を計算する。一対の透明導電膜５、６に電圧を印
加していない状態では、前述した本第２発明の作用原理
における（Ａ）電圧無印加状態に相当するので、第１界
面（１）での液晶分子の見掛けの屈折率は前記式（ａ）
より、 ｎL1＝ｎe＝１．８２１ となる。また、この第１界面（１）での屈折角θ1は、
前記式（ｂ）より、 ｎ1ｓｉｎθ0＝ｎL1ｓｉｎθ1 １．５２０ｓｉｎ４０°＝１．８２１ｓｉｎθ1 となり、これより、 θ1＝３２．４５ となる。また、液晶層３と他方の平板ガラス基板２との
第２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率は、前記
式（ｃ’）より、 ｎL2＝ｎo＝１．５３０ となる。また、この第２界面（２）での屈折率θ2は、
前記式（ｄ）より、 ｎL2ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2 １．５３０ｓｉｎ３２．４５°＝１．５２０ｓｉｎθ2 となり、これより、 θ2＝３２．６９ とな。したがって、液晶層３に入射角θ0＝４０°で入
射した入射光は、液晶層３を出射角θ2＝３２．６９°
で出射することとなり、液晶層３における偏向角Δθ
は、 Δθ＝（θ0−θ2の絶対値）＝７．３１° となる。そして、他方の平板ガラス基板２からは、さら
にスネルの法則にしたがって屈折しつつ出射角θ’で出
射することとなる。Specifically, the incident light from the incident means 4 is incident on the surface of one flat glass substrate 1 at an incident angle θ, and the incident light is at the first interface between the flat glass substrate 1 and the liquid crystal layer 3 ( In the case of incident on 1) at an incident angle θ0 = 40 °,
Calculate the deflection angle. The state where no voltage is applied to the pair of transparent conductive films 5 and 6 corresponds to (A) no voltage applied state in the operation principle of the second invention described above, and therefore liquid crystal molecules at the first interface (1). The apparent refractive index of
Therefore, nL1 = ne = 1.821. The refraction angle θ1 at the first interface (1) is
From the above formula (b), n1 sin θ0 = nL1 sin θ1 1.520 sin 40 ° = 1.821 sin θ1 and , from this, θ1 = 32.45. Further, the apparent refractive index of liquid crystal molecules at the second interface (2) between the liquid crystal layer 3 and the other flat glass substrate 2 is nL2 = no = 1.530 from the above formula (c ′). . The refractive index θ2 at the second interface (2) is
From the above equation (d), nL2 sin θ1 = n2 sin θ2 1.530 sin 32.45 ° = 1.520 sin θ2 and , from this, θ2 = 32.69. Therefore, the incident light incident on the liquid crystal layer 3 at the incident angle θ0 = 40 °, exits the liquid crystal layer 3 at the incident angle θ2 = 32.69 °.
And the deflection angle Δθ in the liquid crystal layer 3 is emitted.
Is Δθ = (absolute value of θ0 −θ2 ) = 7.31 °. Then, the light is emitted from the other flat glass substrate 2 at an emission angle θ ′ while being further refracted according to Snell's law.
【００４４】次に、透明導電膜５、６に十分な電圧を印
加した場合は、液晶層３の液晶分子が全て平板ガラス基
板１、２間で、該基板１、２の表面に対して垂直に配向
するので、第１界面での液晶分子の見掛けの屈折率と第
２界面（２）での液晶分子の見掛けの屈折率とは同じと
なり、液晶層３による屈折角変化は生じないので、 θ0＝θ2＝４０° となり、偏向角Δθ＝０°となる。Next, when a sufficient voltage is applied to the transparent conductive films 5 and 6, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 are all between the flat glass substrates 1 and 2 and perpendicular to the surfaces of the substrates 1 and 2. Since the liquid crystal molecules are oriented in the same direction, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules at the first interface and the apparent refractive index of the liquid crystal molecules at the second interface (2) are the same, and the change in the refraction angle due to the liquid crystal layer 3 does not occur. θ0 = θ2 = 40 °, and the deflection angle Δθ = 0 °.
【００４５】したがって、本実施例の液晶光偏向素子
は、電圧のＯＮ／ＯＦＦの切り換えにより、液晶層３で
７．３１度偏向させることができ、実際にはこれに各平
板ガラス基板１、２と空気層との界面での屈折を加味し
た偏向角で偏向させることが可能となる。 （旋光性の評価）上記実施例４の液晶光偏向素子につい
て、液晶層３の厚さｄと旋光性との関係を調べた。これ
は、本実施例４の液晶光偏向素子の出射光側にも入射手
段４の偏光板４２と同一方向の偏光方向をもつ偏光板を
配置し、この出射光側の偏光板を通過した出射光の明る
さをホトマルにより測定して行った。液晶光偏向素子の
出射側に配置した偏光板の偏光方向を入射側の偏光板４
２と同一方向にしたので、液晶層３に旋光性があれば、
電圧ＯＮ時に暗くなる。このため、電圧ＯＮ時の明るさ
（透過率）をｔONとし、電圧ＯＦＦ時の明るさ（透過
率）をｔOFFとし、これらより計算した透過率（％）Ｔ
（Ｔ＝ｔON／ｔOFF）が、液晶層３の厚さｄを種々変更
することによりどのように変化するかを調べた。その結
果を図８に示す。なお、図８の横軸は、入射光の波長：
λ（＝６３２ｎｍ）に対する液晶層３の厚さ：ｄの比、
つまりｄ／λとした。Therefore, the liquid crystal light deflecting element of this embodiment can deflect the liquid crystal layer 3 by 7.31 degrees by switching the voltage ON / OFF. It becomes possible to deflect at a deflection angle that takes into consideration the refraction at the interface between the air layer and the air layer. (Evaluation of Optical Rotation) With respect to the liquid crystal light deflecting element of Example 4, the relationship between the thickness d of the liquid crystal layer 3 and the optical rotatory power was examined. This is because a polarizing plate having the same polarization direction as the polarizing plate 42 of the incident means 4 is arranged also on the outgoing light side of the liquid crystal light deflecting element of the fourth embodiment, and the outgoing light passing through the outgoing light side polarizing plate is arranged. The brightness of the emitted light was measured by Photomar. The polarization direction of the polarizing plate disposed on the exit side of the liquid crystal light deflector is the polarizing plate 4 on the incident side.
Since the direction is the same as that of 2, if the liquid crystal layer 3 has optical rotatory power,
It becomes dark when the voltage is turned on. Therefore, the brightness (transmittance) when the voltage is ON is tON , the brightness (transmittance) when the voltage is OFF is tOFF, and the transmittance (%) T calculated from them is
It was investigated how (T = tON / tOFF ) changes by variously changing the thickness d of the liquid crystal layer 3. The result is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 8 indicates the wavelength of incident light:
Ratio of thickness: d of liquid crystal layer 3 to λ (= 632 nm),
That is, d / λ.
【００４６】この結果から、液晶層３の厚さｄ（液晶層
３の厚さ）／（波長）の値が１．０以下、好ましくは
０．８以下であれば、液晶層３が旋光性を示さないこと
がわかる。 （実施例５）図９及び図１０に示す本実施例５の液晶光
偏向素子は、前記実施例２の液晶光偏向素子において、
他方のプリズム基板２１側の垂直配向処理膜を平行配向
処理膜とすること以外は、前記実施例２と同様の構成を
有する。このプリズム基板２１側に形成された平行配向
処理膜（図示せず）の配向方向は、一方のプリズム基板
１１側に形成された平行配向処理膜の配向方向に対して
垂直とされている。From these results, if the value of the thickness d (thickness of the liquid crystal layer 3) / (wavelength) of the liquid crystal layer 3 is 1.0 or less, preferably 0.8 or less, the liquid crystal layer 3 has optical rotatory power. It turns out that is not shown. (Embodiment 5) The liquid crystal light deflecting element of the fifth embodiment shown in FIGS. 9 and 10 is the same as the liquid crystal light deflecting element of the second embodiment.
The structure is the same as that of the second embodiment except that the vertical alignment treatment film on the other prism substrate 21 side is a parallel alignment treatment film. The alignment direction of the parallel alignment treatment film (not shown) formed on the prism substrate 21 side is perpendicular to the alignment direction of the parallel alignment treatment film formed on one prism substrate 11 side.
【００４７】この液晶光偏向素子においても、電圧無印
加状態で、液晶層３の作用により、他方のプリズム基板
２１から出射する出射光は、プリズム基板２１の斜辺に
対して垂直からθ’度ずれて出射する。一方、十分な電
圧を印加した場合、他方のプリズム基板２１から出射す
る出射光は、プリズム基板２１の斜辺に対して垂直に出
射する。Also in this liquid crystal light deflecting element, the output light emitted from the other prism substrate 21 by the action of the liquid crystal layer 3 is deviated from the vertical side by θ ′ degrees with respect to the hypotenuse of the prism substrate 21 in the state where no voltage is applied. And emit. On the other hand, when a sufficient voltage is applied, the emitted light emitted from the other prism substrate 21 is emitted perpendicularly to the hypotenuse of the prism substrate 21.
【００４８】したがって、本実施例２の液晶光偏向素子
は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに切り換えにより、θ’度の偏
向角で偏向させることが可能となる。 （実施例６）図１１に示す本実施例５の液晶光偏向素子
は、前記実施例３の液晶光偏向素子において、他方のプ
リズム基板２２側の垂直配向処理膜を平行配向処理膜と
すること以外は、前記実施例３と同様の構成を有する。
このプリズム基板２２側に形成された平行配向処理膜
（図示せず）の配向方向は、一方のプリズム基板１２側
に形成された平行配向処理膜の配向方向に対して垂直と
されている。Therefore, the liquid crystal light deflecting element of the second embodiment can be deflected at a deflection angle of θ'degrees by switching the voltage ON / OFF. (Embodiment 6) In the liquid crystal light deflecting element of the present embodiment 5 shown in FIG. 11, in the liquid crystal light deflecting element of the embodiment 3, the vertical alignment treatment film on the other prism substrate 22 side is a parallel alignment treatment film. Except for this, the configuration is similar to that of the third embodiment.
The alignment direction of the parallel alignment treatment film (not shown) formed on the prism substrate 22 side is perpendicular to the alignment direction of the parallel alignment treatment film formed on one prism substrate 12 side.
【００４９】本実施例６の液晶光偏向素子においても、
例えば透明導電膜５ａには電圧を印加せずに、透明導電
膜５ｂには液晶層３の液晶分子の配向状態が少しだけ変
化するように電圧を印加し、透明導電膜５ｃには液晶層
３の液晶分子が全て垂直に立つように十分な電圧を印加
することにより、各斜辺に入射した入射光の偏向角を斜
辺毎に変えることができる。この場合、斜辺１２ａに入
射した入射光は、液晶層３の作用により、プリズム基板
２１の斜辺に対して垂直からθ’度ずれて出射する。ま
た、斜辺１２ｂに入射した入射光も、液晶層３の作用に
よりプリズム基板２１の斜辺に対して垂直からθ’度ず
れて出射するが、そのずれ量は斜辺１２ａの場合よりも
小さい。また斜辺１２ｃに入射した入射光は、プリズム
基板２１の斜辺に対して垂直に出射する。Also in the liquid crystal light deflection element of the sixth embodiment,
For example, no voltage is applied to the transparent conductive film 5a, a voltage is applied to the transparent conductive film 5b so that the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 is slightly changed, and a voltage is applied to the transparent conductive film 5c. By applying a sufficient voltage so that all the liquid crystal molecules stand vertically, the deflection angle of the incident light incident on each hypotenuse can be changed for each hypotenuse. In this case, the incident light incident on the hypotenuse 12a is emitted with a deviation of θ ′ degrees from the perpendicular to the hypotenuse of the prism substrate 21 due to the action of the liquid crystal layer 3. Further, the incident light that has entered the hypotenuse 12b is also deviated from the hypotenuse of the prism substrate 21 by θ ′ degrees from the vertical due to the action of the liquid crystal layer 3, but the amount of deviation is smaller than that of the hypotenuse 12a. The incident light that has entered the hypotenuse 12c is emitted perpendicularly to the hypotenuse of the prism substrate 21.
【００５０】なお、前述の実施例１〜６では、液晶層３
に電界を印加することにより、偏向機能を変化させる例
について示したが、磁界の印加によっても同様に偏向機
能を変化させることが可能である。In the above-mentioned Examples 1 to 6, the liquid crystal layer 3 was used.
Although an example in which the deflection function is changed by applying an electric field to is shown, the deflection function can be similarly changed by applying a magnetic field.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上詳述したように、本第１発明及び第
２発明の液晶光偏向素子は、液晶層が均一厚さとされて
いるため、電界又は磁界の印加による液晶分子の配向状
態を均一に制御することができ、入射光の散乱の問題を
解消することが可能である。そして、電界又は磁界の無
印加状態で、液晶層に斜め入射した入射光を所定の角度
で確実に偏向させることができ、また電界又は磁界の印
加量を制御することにより、液晶層の液晶分子の配向状
態を確実に制御して上記偏向角を変えたり、偏向機能を
無くしたりすることができるので、電界又は磁界の制御
により、偏向機能を確実に制御することが可能である。As described above in detail, in the liquid crystal light deflecting elements of the first and second inventions, since the liquid crystal layer has a uniform thickness, the alignment state of liquid crystal molecules due to the application of an electric field or a magnetic field is prevented. It can be controlled uniformly and the problem of scattering of incident light can be solved. Then, the incident light obliquely incident on the liquid crystal layer can be surely deflected at a predetermined angle in the absence of an electric field or magnetic field applied, and by controlling the applied amount of the electric field or magnetic field, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer can be controlled. Since it is possible to change the deflection angle or eliminate the deflection function by reliably controlling the orientation state of, the deflection function can be surely controlled by controlling the electric field or the magnetic field.
【図１】実施例１の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＦＦ
の状態を示す断面図である。FIG. 1 relates to a liquid crystal light deflecting element of Example 1, and a voltage is turned off.
It is a cross-sectional view showing the state of.
【図２】実施例１の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＮの
状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a voltage is ON according to the liquid crystal light deflecting element of Example 1.
【図３】実施例２の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＦＦ
の状態を示す断面図である。FIG. 3 relates to the liquid crystal light deflection element of Example 2 and turns off the voltage.
It is a cross-sectional view showing the state of.
【図４】実施例２の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＮの
状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a voltage is ON according to the liquid crystal light deflection element of Example 2.
【図５】実施例３の液晶光偏向素子の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a liquid crystal light deflection element of Example 3.
【図６】実施例４の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＦＦ
の状態を示す断面図である。FIG. 6 relates to the liquid crystal light deflection element of Example 4, and turns off the voltage.
It is a cross-sectional view showing the state of.
【図７】実施例４の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＮの
状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a voltage is ON according to the liquid crystal light deflecting element of Example 4.
【図８】実施例４の液晶光偏向素子について、液晶層の
厚さと旋光性との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the thickness of the liquid crystal layer and the optical rotatory power of the liquid crystal light deflection element of Example 4.
【図９】実施例５の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＦＦ
の状態を示す断面図である。FIG. 9 relates to the liquid crystal light deflecting element of Example 5, and turns off the voltage.
It is a cross-sectional view showing the state of.
【図１０】実施例５の液晶光偏向素子に係り、電圧ＯＮ
の状態を示す断面図である。FIG. 10 relates to the liquid crystal light deflecting element of Example 5, and turns on the voltage.
It is a cross-sectional view showing the state of.
【図１１】実施例６の液晶光偏向素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a liquid crystal light deflection element of Example 6.
【図１２】本発明の液晶光偏向素子に係る液晶層の偏向
機能を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a deflection function of a liquid crystal layer according to a liquid crystal light deflection element of the present invention.
【図１３】従来の液晶光偏向素子に係る断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional liquid crystal light deflection element.
【図１４】他の従来の液晶光偏向素子に係る斜視図であ
る。FIG. 14 is a perspective view of another conventional liquid crystal light deflection element.
１、２は平板ガラス基板、１１、１２、２１、２２はプ
リズム基板、３は液晶層、４は入射手段、５、５ａ、５
ｂ、５ｃ、６は透明導電膜である。1, 2 are flat glass substrates, 11, 12, 21 and 22 are prism substrates, 3 is a liquid crystal layer, 4 is incident means 5, 5a, 5
Reference numerals b, 5c and 6 are transparent conductive films.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP264993AJPH06208142A (en) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Liquid crystal light deflection element |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP264993AJPH06208142A (en) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Liquid crystal light deflection element |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208142Atrue JPH06208142A (en) | 1994-07-26 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP264993APendingJPH06208142A (en) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Liquid crystal light deflection element |
| Country | Link |
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