JP2003091026A - Light deflecting device, image display device, image pick up device and optical switching device each using the light deflecting device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To deflect light in a structure having no necessity for a moving part for the light in a non-polarized state or the light synthesized from a plurality of linearly polarized light beams having different polarization directions. SOLUTION: An alignment film 2 is formed on the inner face of one of a pair of transparent substrates 3, and the space between the alignment film 2 and the other transparent substrate 3 is filled with a ferroelectric liquid crystal 1 composed of a chiral smectic C phase. A pair of electrodes 4 is disposed to direct the electric field vector to the direction almost perpendicular to the rotation axis of the liquid crystal of the optical device. When the light beam is to be deflected into three or more propagation directions, a plurality of electrodes 4 may be disposed corresponding to the desired directions, or interdigital electrodes may be disposed. The incident light is deflected according to the direction of the electric field generated by the electrode pair 4 and exits in an optical path of either first exiting light l1 or second exiting light l2 .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電気信号によって光
の方向を変える機能を有する光偏向デバイス、該光偏向
デバイスを用いた画像表示装置、撮像装置、及び光スイ
ッチング装置に関し、特に無偏光状態の光あるいは偏光
方向の異なる複数の直線偏光が合成されてなる光に対し
て利用可能な光偏向デバイスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical deflecting device having a function of changing the direction of light in response to an electric signal, an image display device, an image pickup device, and an optical switching device using the optical deflecting device, and particularly to a non-polarized state. The present invention relates to a light deflecting device that can be used for light or light that is a combination of a plurality of linearly polarized lights having different polarization directions.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光路を変える光偏向素子や光偏向デバイ
スは、外部信号により光の光路を偏向、すなわち入射光
に対して出射光が平行にシフトするか、ある角度を持っ
て回転するか、あるいはその両者を組合せて光路を切り
替えることが可能な素子またはデバイスのことである。
上記の説明において、平行シフトによる光偏向に対して
そのシフトの大きさを「シフト量」と呼び、回転による
光偏向に対してその回転量を「回転角」と呼ぶ。2. Description of the Related Art An optical deflecting element or an optical deflecting device for changing an optical path deflects the optical path of light by an external signal, that is, whether outgoing light is shifted in parallel to incident light, or is rotated at an angle. Alternatively, it means an element or device that can switch the optical path by combining both.
In the above description, the magnitude of the shift is called "shift amount" for the light deflection by the parallel shift, and the rotation amount is called "rotation angle" for the light deflection by the rotation.

【０００３】従来より、上記のごとくの光偏向素子とし
て、等方性の屈折率を有する透明高屈折率媒体に部分的
に屈折率の大きさや厚みが異なるような加工を施し、こ
れに光を透過させながら透明屈折率媒体を変位（回転、
揺動）させることで光の進行方向を変えるタイプのもの
と、光学結晶軸の異方性に基づく複屈折を利用したタイ
プのものとが提案されていた。Conventionally, as the light deflection element as described above, a transparent high refractive index medium having an isotropic refractive index is partially processed so that the magnitude and thickness of the refractive index are different, and light is applied to this. Displaces (rotates,
There have been proposed a type that changes the traveling direction of light by swinging) and a type that uses birefringence based on the anisotropy of the optical crystal axis.

【０００４】上記前者の透明屈折率媒体を変位させるタ
イプでは、例えば、特開平６−２０８３４５号公報の
「画像表示方法」に開示されている。上記公報のもの
は、面状の光情報制御素子に供給されるべき画像信号
を、Ｎ相（ただし、Ｎは１よりも大きな数）の標本化抽
出によってＮ系列の画像信号とし、そのＮ系列の画像信
号を記憶し、該Ｎ系列の画像信号における順次の１系列
ずつの画像信号に対応して、面状の光情報制御素子にお
ける２次元的な所定の配置態様の画素から射出された光
情報によって各１枚の画像を表示させる際に、前記した
Ｎ系列の画像信号における順次の１系列ずつの画像信号
と対応して表示される画像の空間的な位置を、面状の光
情報制御素子における画素ピッチの１／Ｎずつずれるよ
うにして、前記したＮ枚の画像により１枚の完成された
画像を表示させるようにしたものである。The former type of displacing the transparent refractive index medium is disclosed, for example, in "Image Display Method" of JP-A-6-208345. In the above publication, the image signal to be supplied to the planar light information control element is converted into an N-series image signal by sampling sampling of N phases (where N is a number larger than 1), and the N series Of the N-series image signals, and the light emitted from the pixels in the two-dimensional predetermined arrangement mode in the planar light information control element in correspondence with the sequential one-series image signals of the N-series image signals. When each one image is displayed by the information, the spatial position of the image displayed corresponding to the image signal of each of the above-mentioned N-series image signals is controlled by a planar optical information control. By shifting the pixel pitch by 1 / N in the element, one completed image is displayed by the above N images.

【０００５】上記特開平６−２０８３４５号公報の従来
技術では、角度の異なる面を持つガラスよりなる回転板
で光路をシフトする技術が開示されているが、回転のた
めの駆動系が大きくなったり、変位にともなう異音・振
動が発生する等の問題が生じる。In the prior art of Japanese Patent Laid-Open No. 6-208345, there is disclosed a technique of shifting an optical path by a rotating plate made of glass having surfaces with different angles, but a drive system for rotation becomes large. However, problems such as abnormal noise and vibration that accompany displacement occur.

【０００６】また、特開平７−１３４２７５号公報の
「投射型表示装置」においては、奇数フィールドと偶数
フィールドでスクリーン上の画素を２分の１ピッチだけ
シフトさせる手段と、ビデオメモリとを設け、入力映像
信号情報のビデオメモリへの書き込み速度よりも、ビデ
オメモリから情報を読みだして液晶パネルへ情報を書き
込む速度を速くし、投射表示された一方のフィールド情
報の画素がスクリーン上で停止している時間を１フィー
ルド期間中に十分とれるようにしたので、フィールド画
像対応の画素数を有する液晶パネルを用いてもフィール
ド間で画素の上下反転を生じることなくフレーム画像並
みの高解像度表示が実現することができる。Further, in the "projection type display device" of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-134275, a means for shifting pixels on the screen by a half pitch in an odd field and an even field and a video memory are provided. The speed of reading the information from the video memory and writing the information to the liquid crystal panel is made faster than the speed of writing the input video signal information to the video memory, and the pixel of one of the projected field information stops on the screen. Since a sufficient time can be taken during one field period, a high-resolution display equivalent to a frame image can be realized without causing vertical inversion of pixels between fields even if a liquid crystal panel having a number of pixels corresponding to field images is used. be able to.

【０００７】上記特開平７−１３４２７５号公報の従来
技術では、回転ミラーで偏向方向を異ならしめる技術、
あるいはレンズの振動によって光偏向せしめる技術が開
示されているが、上記特開平６−２０８３４５号公報と
同様、回転のための駆動系が大きくなったり、変位にと
もなう異音・振動が発生する等の問題が生じる。In the prior art disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-134275, a rotating mirror is used to change the deflection direction.
Alternatively, a technique of deflecting light by vibrating a lens is disclosed, but as in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-208345, the drive system for rotation becomes large, and abnormal noise and vibration are generated due to displacement. The problem arises.

【０００８】一方、上述の光学結晶軸の異方性に基づく
複屈折を利用したタイプの光偏向素子においては、ＫＨ
₂ＰＯ₄（ＫＤＰ）、ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄（ＡＤＰ）、ＬｉＮ
ｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅなど第１次電
気光学効果（ポッケルス効果）の大きな材料や、ＫＴ
Ｎ、ＳｒＴｉＯ₃、ＣＳ₂、ニトロベンゼン等第２次電気
光学効果の大きな材料を用いた電気光学デバイスや、ガ
ラス、シリカ、ＴｅＯ₂などの材料を用いた音響光学デ
バイスが知られている（例えば、青木昌治 編；「オプ
トエレクトロニックデバイス」、昭晃堂）。これらは一
般的に、十分大きな光偏向量を得るためには光路長を長
く取る必要があったり、また材料が高価であるため用途
が制限されていた。On the other hand, in the above-mentioned type of optical deflector utilizing birefringence based on the anisotropy of the optical crystal axis, KH
₂ PO ₄ (KDP), NH ₄ H ₂ PO ₄ (ADP), LiN
bO ₃ , LiTaO ₃ , GaAs, CdTe, and other materials having a large primary electro-optic effect (Pockels effect), and KT
Electro-optical devices using materials having a large secondary electro-optical effect such as N, SrTiO ₃ , CS ₂ and nitrobenzene, and acousto-optical devices using materials such as glass, silica, and TeO ₂ are known (for example, Edited by Shoji Aoki; “Optoelectronic Device”, Shokodo). In general, these are required to have a long optical path length in order to obtain a sufficiently large light deflection amount, and their materials are expensive, so that their applications are limited.

【０００９】一方で、液晶材料を用いた光偏向素子も提
案されている。例えば、特開平６−１８９４０号公報の
「光ビームシフタ」では、光空間スイッチの光の損失を
低減することを目的に、人工複屈折板からなる光ビーム
シフタが提供されている。ここでは２枚のくさび形の透
明基板を互いに逆向きに配置して、該透明基板間に液晶
層を挟んだ光ビームシフタ、及びマトリクス形偏向制御
素子の後面に前記光ビームシフタを接続した光ビームシ
フタが提供されている。また、２枚のくさび形の透明基
板を互いに逆向きに配置し、該透明基板間にマトリクス
駆動が可能で、入射光ビームを半セルシフトする液晶層
を挟んだ光ビームシフタを半セルずらして多段接続した
光ビームシフタが提供されている。しかしながら上記特
開平６−１８９４０号公報のものは、無偏光状態の光あ
るいは偏光方向の異なる複数の直線偏光が合成されてな
る光に対して適用することはできなかった。On the other hand, an optical deflection element using a liquid crystal material has also been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-18940, "Light Beam Shifter" provides a light beam shifter made of an artificial birefringent plate for the purpose of reducing the light loss of the optical space switch. Here, two wedge-shaped transparent substrates are arranged in opposite directions, a light beam shifter having a liquid crystal layer sandwiched between the transparent substrates, and a light beam shifter having the light beam shifter connected to the rear surface of a matrix type deflection control element are provided. It is provided. In addition, two wedge-shaped transparent substrates are arranged in opposite directions, matrix driving is possible between the transparent substrates, and light beam shifters sandwiching a liquid crystal layer that shifts the incident light beam by half a cell are shifted by half cells and are connected in multiple stages. A light beam shifter is provided. However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-18940 cannot be applied to light in a non-polarized state or light formed by combining a plurality of linearly polarized lights having different polarization directions.

【００１０】（ピクセルシフト関連）ピクセルシフト素
子は、少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数
の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、その画像
表示素子を照明する光源と、上記画像表示素子に表示し
た画像パターンを観察するための光学部材と、画像フィ
ールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎に上
記の画像表示素子と光学部材の間の光路を偏向する光偏
向手段とを有し、サブフィールド毎の光路の偏向に応じ
て表示位置がずれている状態の画像パターンを表示する
ことにより、画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍し
て表示する画像表示装置における光偏向手段のことであ
る。従って基本的には上述した光偏向素子を、ピクセル
シフトを行う光偏向手段として適用することが可能であ
る。ここではピクセルシフト素子として従来提案されて
いる技術を述べる。(Related to Pixel Shift) The pixel shift element is an image display element in which a plurality of pixels capable of controlling light according to at least image information are two-dimensionally arranged, a light source for illuminating the image display element, and the image display. An optical member for observing the image pattern displayed on the element, and a light deflector for deflecting the optical path between the image display element and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field are provided. However, by displaying the image pattern in which the display position is displaced according to the deflection of the optical path for each subfield, the optical deflection in the image display device for displaying by multiplying the apparent number of pixels of the image display element is displayed. It is a means. Therefore, basically, the above-mentioned light deflection element can be applied as a light deflection means for performing pixel shift. Here, the technology conventionally proposed as a pixel shift element will be described.

【００１１】例えば、特許第２９３９８２６号公報の
「投影表示装置」では、表示素子に表示された画像を投
写光学系によりスクリーン上に拡大投影する投影表示装
置において、前記表示素子から前記スクリーンに至る光
路の途中に透過光の偏光方向を旋回できる光学素子を少
なくとも１個以上と複屈折効果を有する透明素子を少な
くとも１個以上有してなる投影画像をシフトする手段
と、前記表示素子の開口率を実効的に低減させ、表示素
子の各画素の投影領域が前記スクリーン上で離散的に投
影される手段とを備えたことを特徴とする投影表示装置
が開示されている。For example, in the "projection display device" of Japanese Patent No. 2939826, in a projection display device for enlarging and projecting an image displayed on a display element onto a screen by a projection optical system, an optical path from the display element to the screen is provided. A means for shifting a projected image, which has at least one optical element capable of rotating the polarization direction of transmitted light and at least one transparent element having a birefringence effect, and an aperture ratio of the display element. And a means for effectively reducing the projection area of each pixel of the display element to be discretely projected on the screen.

【００１２】上記特許第２９３９８２６号においては、
偏光方向を旋回できる光学素子（旋光素子と呼ぶ）を少
なくとも１個以上と複屈折効果を有する透明素子（複屈
折素子と呼ぶ）を少なくとも１個以上を有してなる投影
画像シフト手段（ピクセルシフト手段）によりピクセル
シフトを行っている。In the above-mentioned Japanese Patent No. 2939826,
Projection image shift means (pixel shift) comprising at least one optical element capable of rotating the polarization direction (referred to as optical rotation element) and at least one transparent element having birefringence effect (referred to as birefringence element). The pixel shift is performed by means).

【００１３】また特開平６−３２４３２０号公報の「画
像表示装置、画像表示装置の解像度改善方法、撮像方
法、記録装置および再生装置」においては、ＬＣＤ等の
画像表示装置の画素数を増加させることなく、表示画像
の解像度を、見掛け上、向上させる。縦方向及び横方向
に配列された複数個の画素の各々が表示画素パターンに
応じて発光することにより画像が表示される画像表示装
置と観測者またはスクリーンとの間に、光路をフィール
ドごとに偏向する光学部材が配されている。また、フィ
ールド毎に前記光路の偏向に応じて表示位置がずれてい
る状態の表示画素パターンを画像表示装置に表示する。
すなわち屈折率が異なる部位が、画像情報のフィールド
ごとに、交互に、画像表示装置と観測者またはスクリー
ンとの間の光路中に現れるようにすることで、前記光路
の偏向が行われる。Further, in "Image display device, method for improving resolution of image display device, imaging method, recording device and reproducing device" of Japanese Patent Laid-Open No. 6-324320, the number of pixels of the image display device such as LCD is increased. Instead, the resolution of the displayed image is apparently improved. A plurality of pixels arranged in the vertical direction and the horizontal direction emit light in accordance with a display pixel pattern to display an image, and an optical path is deflected for each field between an image display device and an observer or a screen. An optical member is arranged. Further, the display pixel pattern in which the display position is displaced depending on the deflection of the optical path for each field is displayed on the image display device.
That is, the optical path is deflected by causing portions having different refractive indexes to alternately appear in the optical path between the image display device and the observer or screen for each field of image information.

【００１４】上記特開平６−３２４３２０号公報におい
ては、光路を変更する手段として、電気光学素子と複屈
折材料の組合わせ機構、レンズシフト機構、バリアング
ルプリズム、回転ミラー、及び回転ガラス等が記述され
ており、上記旋光素子と複屈折素子を組合せてなる方式
の他に、ボイスコイル、圧電素子等によりレンズ、反射
板、及び複屈折板等の光学素子を変位（平行移動、傾
斜）させ光路を切り替える方式が提案されている。しか
しながらこの方式においては、光学素子を駆動するため
に構成が複雑となりコストが高くなる。In the above-mentioned JP-A-6-324320, as a means for changing the optical path, a combination mechanism of an electro-optical element and a birefringent material, a lens shift mechanism, a vari-angle prism, a rotating mirror, a rotating glass and the like are described. In addition to the method in which the optical rotation element and the birefringence element are combined, the optical path such as the lens, the reflection plate, and the birefringence plate is displaced (translated or tilted) by a voice coil, a piezoelectric element, or the like. A method of switching between is proposed. However, in this method, since the optical element is driven, the structure becomes complicated and the cost becomes high.

【００１５】図１７は、特開２０００−１９３９２５号
公報に記載された光偏向器の作用を説明するための図で
ある。上記公報のものは、対物レンズとＣＣＤ（いずれ
も図示せず）の間に液晶光偏向器８０が配置されてい
る。この液晶光偏向器８０は、１／２波長板８１と、そ
れを挟んで配置された二つの液晶セル８０ａ，８０ｂで
構成されており、その液晶セル８０ａ，８０ｂは屈折性
を有していて、図示しない交流電源に接続されており、
印加電圧によって結晶軸方向を変え得るようになってい
る。また、ＣＣＤに形成された被写体像は、図示しない
信号処理回路を介してパソコンに表示される。そして撮
影時に手ブレが生じたときには、信号処理回路に設けら
れた図示しないブレ検出回路で検出し、印加電圧を変化
させることによって補正するようになっている。FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the optical deflector described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193925. In the above publication, the liquid crystal optical deflector 80 is arranged between the objective lens and the CCD (neither is shown). The liquid crystal light deflector 80 is composed of a half-wave plate 81 and two liquid crystal cells 80a and 80b arranged so as to sandwich the half wave plate 81, and the liquid crystal cells 80a and 80b have a refractive property. , Connected to an AC power supply (not shown),
The crystal axis direction can be changed by the applied voltage. The subject image formed on the CCD is displayed on the personal computer via a signal processing circuit (not shown). When camera shake occurs during shooting, it is detected by a camera shake detection circuit (not shown) provided in the signal processing circuit and is corrected by changing the applied voltage.

【００１６】上記特開２０００−１９３９２５号公報の
構成は、２つのツイストネマティック等よりなる液晶層
を直列に並べ、その層間にλ／２板を配置した構成で無
偏光の光を偏向させる技術を用いている。この構成では
光偏向素子を通過する光の光路長が偏向の有無によって
異なるため、受光面での光の状態（焦点ずれなど）が偏
向の有無で変化してしまうという不具合があった。すな
わち、図１７において破線で示してある通り、液晶分子
の位置を切り替えたときに、一方の光成分は直進する。
この場合、直進する光と偏向した光とにおいて光偏向デ
バイス内の光路長が異なる為、出射光の受光面での光の
状態が偏向の有無で変化してしまい、焦点ずれなどの問
題が生じるという不具合があった。The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193925 discloses a technique for deflecting unpolarized light by arranging two liquid crystal layers made of twisted nematic or the like in series and arranging a λ / 2 plate between the layers. I am using. In this configuration, since the optical path length of the light passing through the light deflector differs depending on whether or not the light is deflected, there is a problem that the state of the light on the light-receiving surface (such as defocus) changes depending on whether or not the light is deflected. That is, as indicated by the broken line in FIG. 17, one of the light components goes straight when the position of the liquid crystal molecule is switched.
In this case, since the light path length in the light deflecting device is different between the straight traveling light and the deflected light, the state of the light on the light receiving surface of the emitted light changes depending on whether or not the light is deflected, which causes a problem such as defocus. There was a problem.

【００１７】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の課題を
整理すると、従来のピクセルシフト素子においては、例
えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：テキ
サスインスツルメンツ社製）等の無偏光の光や、多板式
ＬＶ等の偏光方向の異なる複数の直線偏光が合成されて
なる光を偏向させるために必要なピクセルシフト素子構
成は、可動部、駆動系が大掛かりになったり、変位にと
もなう異音，振動の発生等の問題があった。また、液晶
等を用いた光偏向素子では、これら上記の問題を回避で
きるものの、直線偏光化する必要があり光利用効率が悪
化してしまっていた。すなわちＤＭＤや多板式ＬＶ等を
用いた画像表示装置の光利用効率を犠牲にすることにな
り、好ましい構成とはいえなかった。また光偏向の光路
長が偏向状態切替時に変化することにより、受光部ある
いは結像部での光の状態が異なってしまい、表示装置に
おいては画質劣化が生じ、また光スイッチにおいてはＳ
／Ｎ比の低下等を招いていた。When the above-mentioned problems of the prior art are sorted out, in the conventional pixel shift element, for example, non-polarized light such as DMD (digital micromirror device: manufactured by Texas Instruments Incorporated) or multi-plate type is used. The pixel shift element structure required for deflecting light composed of a plurality of linearly polarized lights having different polarization directions such as LV has a large moving part and a driving system, and abnormal noise and vibration due to displacement are generated. There was a problem such as. Further, in the light deflection element using liquid crystal or the like, although the above problems can be avoided, it is necessary to make the light linearly polarized, and the light utilization efficiency is deteriorated. That is, the light utilization efficiency of the image display device using the DMD, the multi-plate LV, or the like is sacrificed, which is not a preferable configuration. In addition, since the optical path length of the light deflection changes at the time of switching the deflection state, the state of light at the light receiving portion or the image forming portion becomes different, the image quality is deteriorated in the display device, and S in the optical switch.
This caused a decrease in the / N ratio and the like.

【００１８】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、無偏光状態の光あるいは偏光方向の異なる
複数の直線偏光が合成されてなる光に対して可動部を必
要としない構成で光偏向させることを可能にした光偏向
デバイスを提供することを目的とするもので、特に投影
型画像表示装置のピクセルシフト素子に本光偏向デバイ
スを利用する場合、ＤＭＤ等、微小反射板よりなる複数
の画素が二次元的に配列し、画像情報に従って微小反射
板の法線方向を切り替えることで画像表示することが可
能な画像表示素子を用いた投影型画像表示装置に組み込
み利用することが可能であり、ＤＭＤの持つ優れた光利
用効率及び光学系のコンパクト性を損なうことなく高精
細化が図れるようにした光偏向デバイスを提供するこ
と、及び複数の液晶等よりなるライトバルブが、偏光面
が直交するように配置されダイクロイックプリズム等で
合成する投影型表示装置において、合成光をピクセルシ
フトさせることを可能とした光偏向デバイスを提供する
ことを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a configuration in which a movable portion is not required for light in a non-polarized state or light in which a plurality of linearly polarized lights having different polarization directions are combined. An object of the present invention is to provide an optical deflecting device capable of deflecting light. Particularly when the present optical deflecting device is used as a pixel shift element of a projection type image display device, a microreflecting plate such as a DMD is used. Multiple pixels are arranged two-dimensionally, and it can be used by incorporating it in a projection-type image display device that uses an image display element that can display an image by switching the normal direction of the micro-reflector according to the image information. And to provide a light deflection device capable of achieving high definition without impairing the excellent light utilization efficiency of the DMD and the compactness of the optical system, and a plurality of liquid crystals. It is an object of the present invention to provide a light deflecting device capable of pixel-shifting combined light in a projection display device in which a light valve including the two is arranged so that their polarization planes are orthogonal to each other and combined by a dichroic prism or the like. Is.

【００１９】さらに本発明は、上記の光偏向デバイスを
用いることにより、高光利用効率であり、振動騒音の発
生がない小型のＤＭＤまたは多板式ＬＶよりなる高精細
画像表示装置を提供することを目的とするものである。It is another object of the present invention to provide a high-definition image display device comprising a small DMD or multi-plate LV which has high light utilization efficiency and does not generate vibration noise by using the above-mentioned light deflection device. It is what

【００２０】さらに本発明は、上記の光偏向デバイスを
用いることにより、光利用効率が高く、より鮮明な画像
を得ることができる撮像装置を提供することを目的とす
るものである。A further object of the present invention is to provide an image pickup apparatus which has a high light utilization efficiency and can obtain a clearer image by using the above-mentioned light deflection device.

【００２１】さらに本発明は、上記の光偏向デバイスを
用いることにより、無偏光の光を操作可能であって信頼
性の高いスイッチングを行うことができるスイッチング
装置を提供することを目的とするものである。A further object of the present invention is to provide a switching device capable of operating unpolarized light and performing highly reliable switching by using the above-mentioned light deflection device. is there.

【００２２】[0022]

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、入射
光が出射される位置を前記入射光路の光軸延長上から等
距離変位した複数の位置に切り替える第１の光偏向素子
と、該第１の光偏向素子からの出射光を入射して偏光面
を回転させて出射する旋光素子と、該旋光素子からの出
射光を入射して、その入射光が出射される位置を前記入
射光路の光軸延長上から等距離変位した複数の位置に切
り替える第２の光偏向素子とを備えたことを特徴とした
ものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a first light deflection element for switching a position where an incident light is emitted to a plurality of positions which are displaced by an equal distance from the extension of the optical axis of the incident optical path. , A first optical deflecting element, the optical rotation element which makes the polarization plane rotate and emits the light emitted from the first optical deflection element, and the light emitted from the optical rotation element which makes the incident light emerge from the front. The second optical deflection element is provided for switching to a plurality of positions displaced by an equal distance from the extension of the optical axis of the incident optical path.

【００２３】請求項２の発明は、入射光における所定の
偏向方向の直線偏光成分の進行方向を切り替えて第１ま
たは第２の光路のいずれかで出射せしめ、かつ前記所定
の偏光方向に直交する直線偏光成分の光路を切り替える
ことなく透過せしめて第３の光路で出射させる機能をそ
れぞれ有する第１及び第２の光偏向素子と、入射した直
線偏光成分の偏光面を回転させる旋光素子とを有し、光
に入射側から前記第１の光偏向素子、前記旋光素子、及
び前記第２の光偏向素子の順に配されてなる光偏向デバ
イスであって、前記第２の偏向素子は、前記第１の偏向
素子で第１と第３の光路、または第２と第３の光路に分
離した出射光を前記旋光素子による偏光面の回転によっ
てそれぞれ前記第１の光路、または第２の光路のいずれ
かに結合して出射させることを特徴としたものである。According to a second aspect of the present invention, the traveling direction of the linearly polarized light component of the incident light in a predetermined deflection direction is switched to be emitted in either the first or the second optical path, and is orthogonal to the predetermined polarization direction. It has first and second light deflecting elements each having a function of transmitting the linearly polarized light component without switching the optical path and emitting the light in the third optical path, and an optical rotator for rotating the plane of polarization of the incident linearly polarized light component. A light deflection device in which the first light deflection element, the optical rotation element, and the second light deflection element are arranged in this order from the light incident side, wherein the second deflection element is the first light deflection element. One of the first optical path and the second optical path is obtained by rotating the polarization plane of the outgoing light split into the first and third optical paths or the second and third optical paths by the one deflecting element. Combined with crab and emitted It is obtained by the characterized in that.

【００２４】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、該光偏向デバイスは、前記第１の光偏向素子からの
出射光が前記第１及び第３の光路で出射した場合に、前
記第１の光路で出射した直線偏光成分が前記旋光素子で
回転して前記所定の偏光方向の直交方向に一致すること
により前記第２の光偏向素子では光路が切り替わること
なく前記第１の光路を維持して出射し、かつ前記第３の
光路で出射した直線偏光成分が前記旋光素子で回転して
前記所定の偏光方向に一致することにより、前記第２の
偏光素子で光路が切り替えられて前記第１の光路に一致
した光路で出射することによって全ての直線偏光成分が
前記第１の光路で出射する機能と、前記第１の光偏向素
子からの出射光が前記第２及び第３の光路で出射した場
合に、前記第２の光路で出射した直線偏光成分が前記旋
光素子で回転して前記所定の偏光方向の直交方向に一致
することにより前記第２の光偏向素子では光路が切り替
わることなく前記第２の光路を維持して出射し、かつ前
記第３の光路で出射した直線偏光成分が前記旋光素子で
回転して前記所定の偏光方向に一致することにより、前
記第２の偏向素子で光路が切り替えられて前記第２の光
路に一致した光路で出射することによって全ての直線偏
光成分が前記第２の光路で出射する機能とを有し、前記
第１及び第２の光偏向素子の光路切り替え機能によって
該光偏向デバイスに入射した無偏光状態の光に対して、
入射光路の光軸延長線上から等距離変位した二つの位置
のいずれかに、出射光を時間的に切り替えながら偏向さ
せることを可能としたことを特徴としたものである。According to a third aspect of the invention, in the second aspect of the invention, the optical deflecting device is characterized in that when the emitted light from the first optical deflecting element is emitted through the first and third optical paths. Since the linearly polarized light component emitted in the first optical path is rotated by the optical rotator and coincides with the direction orthogonal to the predetermined polarization direction, the optical path is not switched in the second optical deflector and the first optical path is changed. The linearly polarized light component which is maintained and emitted and which is emitted in the third optical path is rotated by the optical rotatory element and coincides with the predetermined polarization direction, whereby the optical path is switched by the second polarizing element and The function of emitting all linearly polarized light components in the first optical path by emitting the light in an optical path that matches the first optical path, and the emission light from the first optical deflecting element in the second and third optical paths. When the light is emitted at The linearly polarized light component emitted in the optical path is rotated by the optical rotatory element and coincides with the direction orthogonal to the predetermined polarization direction, so that the second optical path is maintained in the second optical deflecting element without switching the optical path. When the linearly polarized light component that has been emitted and has been emitted in the third optical path is rotated by the optical rotatory element and coincides with the predetermined polarization direction, the optical path is switched by the second deflecting element and the second optical path is changed. All the linearly polarized light components are emitted in the second optical path by emitting the light in an optical path that coincides with the optical path, and the optical deflecting device is provided with the optical path switching function of the first and second optical deflecting elements. For the incident unpolarized light,
It is characterized in that the emitted light can be deflected while being temporally switched to either of two positions displaced equidistantly from the optical axis extension line of the incident optical path.

【００２５】請求項４の発明は、透明な１対の基板、該
基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラル
スメクチックＣ相よりなる液晶、及び液晶分子の配向方
向を２つ以上の状態の間で切り替えるための電界印加手
段をそれぞれ有する第１及び第２のＦＬＣ素子と、偏光
面を９０°回転させる旋光素子とを有する光偏向デバイ
スであって、前記第１のＦＬＣ素子及び前記第２のＦＬ
Ｃ素子が光の入射側から出射側に直列に配置され、該第
１と第２のＦＬＣ素子との間に前記旋光素子が設けられ
てなり、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦＬＣ素子
の液晶配向方向について、液晶分子層面の垂直方向から
該液晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦成分が
互いに略平行になるよう設定されてなることを特徴とし
たものである。According to a fourth aspect of the present invention, a pair of transparent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having homeotropic alignment filled between the substrates, and a liquid crystal molecule having two or more alignment directions are provided. An optical deflection device comprising: first and second FLC elements each having an electric field applying means for switching between them; and an optical rotation element for rotating a polarization plane by 90 °, wherein the first FLC element and the second FLC element are provided. FL
A C element is arranged in series from the light incident side to the light emitting side, the optical rotatory element is provided between the first and second FLC elements, and the first FLC element and the second FLC are provided. With respect to the liquid crystal alignment direction of the device, the cosine components of the liquid crystal alignment direction projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecule layer surface to the liquid crystal molecule layer surface are set to be substantially parallel to each other.

【００２６】請求項５の発明は、透明な１対の基板、該
基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラル
スメクチックＣ相よりなる液晶、及び液晶分子の配向方
向を２つ以上の状態の間で切り替えるための電界印加手
段をそれぞれ有する第１及び第２のＦＬＣ素子と、偏光
面を９０°回転させる旋光素子とを有する光偏向デバイ
スであって、前記第１のＦＬＣ素子及び前記第２のＦＬ
Ｃ素子が光の入射側から出射側に直列に配置され、該第
１と第２のＦＬＣ素子との間に前記旋光素子が設けられ
てなり、前記第１のＦＬＣ素子の電界印加手段による電
界の方向と、前記第２のＦＬＣ素子の電界印加手段によ
る電界の方向とが平行となるように設定されていること
を特徴としたものである。According to a fifth aspect of the present invention, a pair of transparent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having homeotropic alignment filled between the substrates, and a liquid crystal molecule having two or more alignment directions are provided. An optical deflection device comprising: first and second FLC elements each having an electric field applying means for switching between them; and an optical rotation element for rotating a polarization plane by 90 °, wherein the first FLC element and the second FLC element are provided. FL
The C element is arranged in series from the light incident side to the light emitting side, the optical rotatory element is provided between the first and second FLC elements, and the electric field generated by the electric field applying means of the first FLC element is used. And the direction of the electric field by the electric field applying means of the second FLC element are set to be parallel to each other.

【００２７】請求項６の発明は、透明な１対の基板、該
基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラル
スメクチックＣ相よりなる液晶、及び液晶分子の配向方
向を２つの状態の間で切り替えるための電界印加手段を
それぞれ有する第１ないし第４のＦＬＣ素子が、光の入
射側から出射側に直列に配置され、該第２のＦＬＣ素子
と該第３のＦＬＣ素子との間に偏光面を９０°回転させ
る旋光素子が設けられてなることを特徴としたものであ
る。According to a sixth aspect of the present invention, a pair of transparent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having homeotropic alignment filled between the substrates, and an alignment direction of liquid crystal molecules between two states. First to fourth FLC elements each having an electric field applying means for switching are arranged in series from the light incident side to the light emitting side, and polarization is provided between the second FLC element and the third FLC element. It is characterized in that an optical rotation element for rotating the surface by 90 ° is provided.

【００２８】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦＬＣ素子の液
晶配向方向について、液晶分子層面の垂直方向から該液
晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦成分が互い
に垂直になるよう設定され、前記第３のＦＬＣ素子と前
記第４のＦＬＣ素子の液晶配向方向について、液晶分子
層面の垂直方向から該液晶の分子層面に投影した該液晶
配向方向の余弦成分が互いに垂直になるよう設定され、
前記第１のＦＬＣ素子と前記第３のＦＬＣ素子の液晶配
向方向について、液晶分子層面の垂直方向から該液晶の
分子層面の垂直方向から該液晶の分子層面に投影した該
液晶配向方向の余弦成分が互いに垂直になるよう設定さ
れてなることを特徴としたものである。According to a seventh aspect of the invention, in the invention of the sixth aspect, the liquid crystal alignment directions of the first FLC element and the second FLC element are projected onto the liquid crystal molecule layer surface from a direction perpendicular to the liquid crystal molecule layer surface. The cosine components of the liquid crystal alignment direction are set to be perpendicular to each other, and the liquid crystal alignment directions of the third FLC element and the fourth FLC element are projected onto the molecular layer surface of the liquid crystal from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface. The cosine components of the liquid crystal alignment direction are set to be perpendicular to each other,
Regarding the liquid crystal alignment directions of the first FLC element and the third FLC element, the cosine component of the liquid crystal alignment direction projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface to the liquid crystal molecular layer surface from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface. Are set to be perpendicular to each other.

【００２９】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦＬＣ素子の電
界印加手段よる電界の方向が互いに垂直になるよう設定
され、前記第３のＦＬＣ素子と前記第４のＦＬＣ素子の
電界印加手段による電界の方向が互いに垂直になるよう
設定され、前記第１のＦＬＣ素子と前記第３のＦＬＣ素
子の電界印加手段による電界の方向が互いに垂直になる
よう設定されてなることを特徴としたものである。According to an eighth aspect of the invention, in the invention of the sixth aspect, the directions of the electric fields by the electric field applying means of the first FLC element and the second FLC element are set to be perpendicular to each other. Are set so that the electric field directions of the electric field applying means of the FLC element and the fourth FLC element are perpendicular to each other, and the electric field directions of the electric field applying means of the first FLC element and the third FLC element are set to be mutually perpendicular. It is characterized by being set to be vertical.

【００３０】請求項９の発明は、液晶分子層面の垂直方
向から該液晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦
成分がそれぞれ９０°ずつ異なる４つの配向状態を切り
替えるための電界印加手段をそれぞれ有する第１及び第
２のＦＬＣ素子と、偏光面を９０°回転させる旋光素子
とを有する光偏向デバイスであって、前記第１及び第２
のＦＬＣ素子が光の入射側から出射側に直列に配置さ
れ、該第１のＦＬＣ素子と第２のＦＬＣ素子の間に前記
旋光素子が設けられてなることを特徴としたものであ
る。According to a ninth aspect of the invention, electric field applying means for switching four alignment states in which the cosine components of the liquid crystal alignment direction projected on the liquid crystal molecule layer surface from the direction perpendicular to the liquid crystal molecule layer surface are different by 90 °, respectively. An optical deflection device comprising: a first and a second FLC element having the optical polarization element; and an optical rotatory element that rotates a polarization plane by 90 °.
Is arranged in series from the light incident side to the light emitting side, and the optical rotatory element is provided between the first FLC element and the second FLC element.

【００３１】請求項１０の発明は、電界の方向がそれぞ
れ９０°ずつ異なる４つの状態を切り替えるための電界
印加手段をそれぞれ有する第１及び第２のＦＬＣ素子
と、偏光面を９０°回転させる旋光素子とを有する光偏
向デバイスであって、前記第１及び第２のＦＬＣ素子が
光の入射側から出射側に直列に配置され、該第１のＦＬ
Ｃ素子と第２のＦＬＣ素子の間に前記旋光素子が設けら
れてなることを特徴としたものである。According to a tenth aspect of the present invention, first and second FLC elements respectively having electric field applying means for switching four states in which electric field directions differ by 90 ° are provided, and an optical rotation for rotating a polarization plane by 90 °. An optical deflection device having an element, wherein the first and second FLC elements are arranged in series from a light incident side to a light emitting side, and the first FLC is provided.
The optical rotatory element is provided between the C element and the second FLC element.

【００３２】請求項１１の発明は、請求項９または１０
の発明において、前記電界印加手段は、前記ＦＬＣ素子
の液晶層とこれをはさむ２枚の基板のそれぞれ界面付近
に、直交する方向に電界を印加することが可能なように
形成された２組の櫛歯状電極対と、該櫛上電極対によっ
て印加される電界の所定方向の光を選択する手段とを有
することを特徴としたものである。The invention of claim 11 is the invention of claim 9 or 10.
In the invention described above, the electric field applying means includes two sets of electric field applying means, which are formed near the interface between the liquid crystal layer of the FLC element and the two substrates sandwiching the liquid crystal layer so as to apply an electric field in directions orthogonal to each other. It is characterized by having a comb-teeth-shaped electrode pair and means for selecting light in a predetermined direction of an electric field applied by the comb-shaped electrode pair.

【００３３】請求項１２の発明は、請求項９または１０
の発明において、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦ
ＬＣ素子の液晶配向方向について、液晶分子層の垂直方
向から該液晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦
成分が互いに平行になるように設定され、該平行の関係
を保ちながら、それぞれ４つの配向状態を所定のタイミ
ングで順次切り替えることを特徴としたものである。The invention of claim 12 is the invention of claim 9 or 10.
Of the invention, the first FLC element and the second FLC element
Regarding the liquid crystal alignment direction of the LC element, the cosine components of the liquid crystal alignment direction projected from the vertical direction of the liquid crystal molecule layer onto the surface of the liquid crystal molecule layer are set to be parallel to each other. The feature is that the orientation state is sequentially switched at a predetermined timing.

【００３４】請求項１３の発明は、請求項９または１０
の発明において、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦ
ＬＣ素子の電界印加手段による電界の方向が互いに平行
になるよう設定され、該平行の関係を保ちながら、それ
ぞれ４つの電界の方向を所定のタイミングで順次切り替
えることを特徴としたものである。The invention of claim 13 is the same as claim 9 or 10.
Of the invention, the first FLC element and the second FLC element
It is characterized in that the electric field directions of the electric field applying means of the LC element are set to be parallel to each other, and the four electric field directions are sequentially switched at a predetermined timing while maintaining the parallel relationship.

【００３５】請求項１４の発明は、請求項１ないし１３
のいずれか１の発明において、前記旋光素子は、ツイス
トネマティック液晶を用いて構成されていることを特徴
としたものである。The invention of claim 14 is based on claims 1 to 13.
In any one of the inventions described above, the optical rotatory element is configured by using twisted nematic liquid crystal.

【００３６】請求項１５の発明は、微小反射板よりなる
複数の画素が二次元的に配列し、画像情報に従って該微
小反射板の反射方向を切り替えることで画像表示するこ
とが可能な画像表示素子と、該画像表示素子を照明する
光源と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観
察するための光学部材と、画像フィールドを時間的に分
割した複数のサブフィールド毎に前記画像表示素子と前
記光学部材との間の光路を偏向させる請求項１ないし１
０のいずれか１に記載の光偏向デバイスとを有し、サブ
フィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置がずれてい
る状態の画像パターンを表示することで前記画像表示素
子の見かけ上の画素数を増倍して表示可能としたことを
特徴としたものである。According to a fifteenth aspect of the present invention, an image display element capable of displaying an image by arranging a plurality of pixels each composed of a minute reflection plate two-dimensionally and switching the reflection direction of the minute reflection plate according to image information. A light source for illuminating the image display element, an optical member for observing an image pattern displayed on the image display element, the image display element and the image display element for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field. The optical path to and from the optical member is deflected.
The optical deflection device according to any one of 0 and displaying an image pattern in which the display position is displaced according to the deflection of the optical path for each subfield to display an apparent pixel of the image display element. The feature is that the number can be multiplied and displayed.

【００３７】請求項１６の発明は、画像情報に従って光
を制御可能な画素が二次元的に配列してなる複数の画像
表示素子と、各該画像表示素子を照明する光源と、各前
記画像表示素子からの出射光を合成する合成光学系と、
各前記画像表示素子に表示され前記合成光学系によって
合成された画像パターンを観察するための光学部材と、
画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィール
ド毎に前記合成光学系と前記光学部材との間の光路を偏
向する請求項１ないし１４のいずれか１に記載の光偏向
デバイスとを有し、サブフィールド毎の光路の偏向に応
じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示す
ることで各前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍
して表示可能としたことを特徴としたものである。According to a sixteenth aspect of the present invention, a plurality of image display elements in which pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source for illuminating each of the image display elements, and each of the image display elements are displayed. A combining optical system for combining the light emitted from the elements,
An optical member for observing the image pattern displayed on each of the image display elements and combined by the combining optical system,
The optical deflection device according to any one of claims 1 to 14, which deflects an optical path between the combining optical system and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing an image field. It is characterized in that it is possible to display by multiplying the apparent number of pixels of each image display element by displaying an image pattern in which the display position is displaced according to the deflection of the optical path for each subfield. It is a thing.

【００３８】請求項１７の発明は、撮影レンズと、請求
項１ないし１４のいずれか１に記載の光偏向デバイス
と、撮像素子とを有し、前記光偏向デバイスで偏向させ
た光を前記撮像素子に入射させることにより高解像度の
撮像を得ることができるようにしたことを特徴としたも
のである。According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided an image pickup lens, the light deflection device according to any one of the first to fourteenth aspects, and an image pickup element, and the light deflected by the light deflection device is picked up by the image pickup device. It is characterized in that a high-resolution image can be obtained by making it enter the device.

【００３９】請求項１８の発明は、請求項１ないし１４
のいずれか１に記載の光偏向デバイスを１または複数個
具備した光偏向ユニットを１または複数個有し、該光偏
向ユニットを複数個有する場合には、これら光偏向ユニ
ットを光路上で直列に配することにより、前記光偏向デ
バイスの光偏向作用で光スイッチングを可能としたこと
を特徴としたものである。The invention of claim 18 relates to claims 1 to 14.
1 has one or a plurality of light deflection units each including one or a plurality of the light deflection devices described above, and in the case of having a plurality of the light deflection units, these light deflection units are connected in series on an optical path. By arranging them, optical switching is enabled by the optical deflecting action of the optical deflecting device.

【００４０】[0040]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
された図面を参照して具体的に説明する。なお、実施の
形態を説明するための全図において、同様の機能を有す
る部分には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略
する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, the parts having the same functions are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【００４１】図１は、本発明の光偏向デバイスに用いら
れるＦＬＣ素子の構成及び作用を説明するための概略図
で、図中、１は強誘電液晶、２は配向膜、３は１対の透
明基板、４は電極対である。１対の透明基板３の少なく
とも片側にはその内面に配向膜２が形成されており、配
向膜２ともう一方の透明基板３との間にキラルスメクチ
ックＣ相よりなる強誘電液晶１が充填されている。この
ＦＬＣ素子には、光偏向方向に対応した電極対４が配置
される。電極対４は光学素子の液晶回転軸に対して略垂
直方向に電界ベクトルが向くように設置され、透明基板
３と一体化してもまた分離して設けても良い。また液晶
膜厚を規定するためのスペーサを電極として兼用するこ
とも可能である。また透明導電体をライン状にパタニン
グして液晶層近傍に設け、この透明導電体からの電界に
勾配を持たせるように構成してもよい。光偏向による光
の進行方向を３箇所以上振りたい場合は、電極対４をそ
の振りたい方向に対応させて複数設ければよく、また後
述するように櫛歯状電極を設けてもよい。入射光は、電
極対４により形成される電界の方向に従って偏向を受
け、図１に示す第１の出射光ｌ₁、もしくは第２の出射
光ｌ₂のいずれかの光路をとって出射する。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the structure and operation of an FLC element used in the optical deflection device of the present invention. In the figure, 1 is a ferroelectric liquid crystal, 2 is an alignment film, and 3 is a pair. The transparent substrate 4 is an electrode pair. An alignment film 2 is formed on the inner surface of at least one side of a pair of transparent substrates 3, and a ferroelectric liquid crystal 1 made of a chiral smectic C phase is filled between the alignment film 2 and the other transparent substrate 3. ing. In this FLC element, an electrode pair 4 corresponding to the light deflection direction is arranged. The electrode pair 4 is installed so that the electric field vector is oriented substantially perpendicular to the liquid crystal rotation axis of the optical element, and may be integrated with the transparent substrate 3 or may be provided separately. It is also possible to use a spacer for defining the liquid crystal film thickness also as an electrode. Further, a transparent conductor may be patterned in a line shape to be provided in the vicinity of the liquid crystal layer so that the electric field from the transparent conductor has a gradient. When it is desired to swing the light traveling direction due to the light deflection at three or more places, a plurality of electrode pairs 4 may be provided corresponding to the desired directions, and a comb-shaped electrode may be provided as described later. The incident light is deflected according to the direction of the electric field formed by the electrode pair 4, and is emitted through the optical path of either the first emitted light l ₁ or the second emitted light l _{2 shown} in FIG.

【００４２】スメクチック液晶は、液晶分子の長軸方向
が層状に配列してなる液晶分子である。また液晶分子層
面の法線方向（層法線方向）と液晶分子長軸方向が一致
している液晶をスメクチックＡ相、上記法線方向と一致
していない液晶をキラルスメクチックＣ相とよんでい
る。キラルスメクチックＣ相による強誘電液晶は、一般
的に外部電界が働かない状態において各液晶層毎に液晶
ダイレクタが螺旋的に回転しているいわゆる螺旋構造を
とり、キラルスメクチックＣ相の反強誘電性液晶は各層
毎に液晶ダイレクタが対向する方向をむく。これらキラ
ルスメクチックＣ相よりなる液晶は、不斉炭素を分子構
造に有しこれによって自発分極しているため、この自発
分極Ｐｓと外部電界Ｅにより定まる方向に液晶分子が最
配列することで光学特性が制御される。ここでは強誘電
性液晶を例にとり光学素子の説明を行うが、反強誘電性
液晶も同様に本発明に使用することができる。The smectic liquid crystal is a liquid crystal molecule in which the long axis direction of the liquid crystal molecule is arranged in a layer form. A liquid crystal in which the normal direction of the liquid crystal molecule layer surface (layer normal direction) matches the liquid crystal molecule long axis direction is called a smectic A phase, and a liquid crystal which does not match the above normal direction is called a chiral smectic C phase. Ferroelectric liquid crystals based on the chiral smectic C phase generally have a so-called spiral structure in which the liquid crystal director is spirally rotated in each liquid crystal layer in the state where an external electric field does not work, and the antiferroelectricity of the chiral smectic C phase. The liquid crystal is oriented in the direction in which the liquid crystal director faces each layer. The liquid crystal composed of the chiral smectic C phase has an asymmetric carbon in the molecular structure and is spontaneously polarized by the molecular structure. Therefore, the liquid crystal molecules are re-arranged in a direction determined by the spontaneous polarization Ps and the external electric field E, so that the optical characteristics Is controlled. Here, an optical element will be described by taking a ferroelectric liquid crystal as an example, but an antiferroelectric liquid crystal can be similarly used in the present invention.

【００４３】キラルスメクチックＣ相の強誘電液晶の構
造は、主鎖、スペーサ、骨格、結合部、キラル部などよ
りなる。主鎖構造としてはポリアクリレート、ポリメタ
クリレート、ポリシロキサン、ポリオキシエチレンなど
が利用可能である。スペーサは分子回転を担う骨格、結
合部、キラル部を主鎖と結合させるためのものであり、
適当な長さのメチレン鎖等が選ばれる。またカイラル部
とビフェニル構造など剛直な骨格とを結合する結合部に
は−ＣＯＯ−結合等が選ばれる。The structure of the ferroelectric liquid crystal of the chiral smectic C phase is composed of a main chain, a spacer, a skeleton, a bonding part, a chiral part and the like. As the main chain structure, polyacrylate, polymethacrylate, polysiloxane, polyoxyethylene, etc. can be used. The spacer is for connecting the skeleton responsible for molecular rotation, the bonding part, and the chiral part to the main chain,
A methylene chain or the like having an appropriate length is selected. In addition, a —COO— bond or the like is selected for the bonding portion that connects the chiral portion and the rigid skeleton such as the biphenyl structure.

【００４４】本発明に適用するＦＬＣ素子においては、
透明な一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向
をなすキラルスメクチック液晶に電界を作用させて光偏
向を行う素子が好適に適用できる。キラルスメクチック
Ｃ相の強誘電液晶は、配向膜の規制力により基板面に垂
直に分子螺旋回転の回転軸が向いて、いわゆるホメオト
ロピック配向をなしている。In the FLC element applied to the present invention,
An element for deflecting light by applying an electric field to a chiral smectic liquid crystal having homeotropic alignment filled between a pair of transparent substrates can be suitably applied. The ferroelectric liquid crystal of the chiral smectic C phase has a so-called homeotropic alignment in which the rotation axis of the molecular spiral rotation is oriented perpendicular to the substrate surface due to the regulating force of the alignment film.

【００４５】ホメオトロピック配向のための配向法とし
ては、従来より行われている方法を適用することができ
る。すなわち、（ｉ）ずり応力法、（ii）磁場配向法、
（iii）温度勾配法、（iv）ＳｉＯ斜法蒸着法、（v）光
配向法等があげられる（例えば、竹添、福田「強誘電性
液晶の構造と物性」コロナ社、ｐ２３５）。またキラル
スメクチックＣ相はスメクチックＡ相やネマティック液
晶に比較してきわめて高速な応答性を有しており、サブ
ｍｓでのスイッチングが可能である点が特徴である。特
に電界方向に対して液晶ダイレクタ方向が一義的に決定
されるため、スメクチックＡ相による液晶に比べてダイ
レクタ方向の制御が容易で扱いやすい。As the alignment method for homeotropic alignment, a conventionally used method can be applied. That is, (i) shear stress method, (ii) magnetic field orientation method,
Examples thereof include (iii) temperature gradient method, (iv) SiO oblique vapor deposition method, and (v) photo-alignment method (for example, Takezoe and Fukuda “Structure and Physical Properties of Ferroelectric Liquid Crystal”, Corona Co., p235). Further, the chiral smectic C phase has an extremely high-speed responsiveness as compared with the smectic A phase and nematic liquid crystal, and is characterized in that switching in sub ms is possible. In particular, since the liquid crystal director direction is uniquely determined with respect to the electric field direction, control of the director direction is easier and easier to handle than liquid crystal using a smectic A phase.

【００４６】以下上記のＦＬＣ素子の動作原理の一例に
ついて説明する。図２は、図１のＦＬＣ素子における液
晶の配向の状態を説明するための模式図で、図中、１１
は液晶分子を概念的に示すものである。図１では電界が
図の上下に印加されるように記載してあるが、図２では
紙面の奥行き方向に電界が発生する。また電界方向は光
の偏向方向に対応して切り替えることができる。図２に
おける電極対４は、透明基板と一体化してもよく、また
透明基板と分離して設けてもよい。入射光は直線偏光で
あり、偏光方向は図中上下の矢印に示す方向であって
（以後同様に偏光方向については上下あるいは左右の矢
印で入射光に重ねて示す）、その偏光方向に電界方向が
直交するように電極が設置される。また液晶膜厚を規定
するためのスペーサを電極として兼用することも可能で
ある。いずれの場合においても電極からの漏洩電界が光
学素子周辺の機器に悪影響を及ぼさないように電磁シー
ルドを設けるのが好ましい。An example of the operating principle of the above FLC element will be described below. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the alignment state of the liquid crystal in the FLC element of FIG.
Shows the concept of liquid crystal molecules. Although it is described that the electric field is applied to the upper and lower sides of the drawing in FIG. 1, the electric field is generated in the depth direction of the paper surface in FIG. The electric field direction can be switched according to the light deflection direction. The electrode pair 4 in FIG. 2 may be integrated with the transparent substrate or may be provided separately from the transparent substrate. The incident light is linearly polarized light, and the polarization direction is the direction shown by the up and down arrows in the figure (the same is also shown below by overlapping the incident light with the up and down or left and right arrows). The electrodes are installed so that It is also possible to use a spacer for defining the liquid crystal film thickness also as an electrode. In any case, it is preferable to provide an electromagnetic shield so that the electric field leaking from the electrodes does not adversely affect the equipment around the optical element.

【００４７】図３は、直交座標系を図２に示すようにと
ったときのＸＺ断面における液晶ダイレクタの状態を模
式的に示す図で、液晶ダイレクタに従う光路の切替を説
明するための図を図３（Ａ）に、液晶の二つの配向状態
を説明する図を図３（Ｂ）に示すものである。図３を含
む以下のＰＬＣ素子の実施例において、配向膜は図示を
省略する。液晶ダイレクタは、図３（Ｂ）に示すよう
に、電界方向によって第１の配向状態または第２の配向
状態のいずれかの状態をとって分布する。図３（Ａ）に
示すθは液晶回転軸に対する液晶ダイレクタの傾き角で
あり、以後単に傾き角と呼ぶ。FIG. 3 is a diagram schematically showing the state of the liquid crystal director in the XZ section when the orthogonal coordinate system is taken as shown in FIG. 2, and is a diagram for explaining the switching of the optical path according to the liquid crystal director. 3 (A) is a diagram for explaining two alignment states of liquid crystal in FIG. 3 (B). In the following examples of the PLC device including FIG. 3, the alignment film is not shown. As shown in FIG. 3B, the liquid crystal director is distributed in either the first alignment state or the second alignment state depending on the direction of the electric field. Θ shown in FIG. 3A is the tilt angle of the liquid crystal director with respect to the liquid crystal rotation axis, and will be simply referred to as tilt angle hereinafter.

【００４８】液晶の自発分極Ｐｓが正でありＹ軸正方向
（紙面上向き）に電界Ｅが加えられているものとする
と、液晶回転軸が透明基板３の垂直方向に一致している
ため液晶ダイレクタはＸＺ面内にある。液晶の長軸方向
の屈折率をｎｅ、短軸方向の屈折率をｎｏとすると、偏
光方向をＹ軸方向にもつ直線偏光を入射光として選び、
Ｘ軸正方向にその入射光が進むとき、光は液晶内で常光
として屈折率ｎｏを受け直進して図３（Ａ）のａ方向に
進む。すなわち光偏向は受けない。Assuming that the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal is positive and the electric field E is applied in the positive direction of the Y axis (upward on the paper surface), the liquid crystal rotation axis coincides with the vertical direction of the transparent substrate 3 and thus the liquid crystal director. Is in the XZ plane. If the refractive index of the liquid crystal in the major axis direction is ne and the refractive index in the minor axis direction is no, then linearly polarized light having a polarization direction in the Y axis direction is selected as the incident light,
When the incident light travels in the positive direction of the X axis, the light receives the refractive index no as ordinary light in the liquid crystal and travels straight to travel in the direction a in FIG. That is, the light is not deflected.

【００４９】一方、偏光方向がＺ軸方向である直線偏光
が入射するとき、入射方向の屈折率は液晶ダイレクタ方
向およびｎｏ、ｎｅ両者から求められる。より詳しくは
ｎｏ、ｎｅを主軸にもつ屈折率楕円体において楕円体中
心を通過する光の方向との関係から求められるが、ここ
では詳細は省略する。光はｎｏ、ｎｅ及びダイレクタ方
向θに対応した偏向を受け、液晶が第１の配向状態にあ
る場合は、図３（Ａ）におけるｂに示す方向にシフトす
る。On the other hand, when linearly polarized light whose polarization direction is the Z-axis direction is incident, the refractive index in the incident direction is obtained from the liquid crystal director direction and both no and ne. More specifically, it can be obtained from the relationship with the direction of the light passing through the center of the ellipsoid in the refractive index ellipsoid having no and ne as the principal axes, but the details are omitted here. The light is deflected corresponding to no, ne and the director direction θ, and when the liquid crystal is in the first alignment state, it shifts to the direction indicated by b in FIG. 3 (A).

【００５０】強誘電液晶１の厚み（ギャップ）をｄとす
るとき、シフト量Ｓは以下の式１であらわされる（例え
ば、「結晶光学」応用物理学会、光学懇話会編、ｐ１９
８）。 S=[(1/no)²-(1/ne)²]sin(2θ・d)/[2((1/ne)²sin²θ+(1/no)²cos²θ)] …式１ 電界方向を反転させた時、液晶ダイレクタは、図３にお
いてＸ軸を中心として第１の配向状態に対して線対称の
配置（第２の配向状態）を取り、このとき偏光方向がＺ
軸方向である直線偏光の進行方向は、図３（Ａ）におけ
るｂ′に示す位置となる。従って、入射直線偏光に対し
て電界方向を制御することでｂとｂ′の２位置を選択す
ることができ、これにより透明基板３と平行方向に距離
２Ｓ分の光偏向が可能となる。When the thickness (gap) of the ferroelectric liquid crystal 1 is d, the shift amount S is expressed by the following equation 1 (for example, "Crystal Optics", Applied Physics Society, Optical Society, p19).
8). S = [(1 / no) ^2- (1 / ne) ² ] sin (2θ ・ d) / [2 ((1 / ne) ² sin ² θ + (1 / no) ² cos ² θ)] ... 1 When the direction of the electric field is reversed, the liquid crystal director takes a line-symmetrical arrangement (second alignment state) with respect to the first alignment state with respect to the X axis in FIG.
The traveling direction of the linearly polarized light, which is the axial direction, is the position indicated by b ′ in FIG. Therefore, by controlling the direction of the electric field with respect to the incident linearly polarized light, two positions b and b'can be selected, and thus light can be deflected in the direction parallel to the transparent substrate 3 by a distance of 2S.

【００５１】図４は、液晶材料の代表的物性値（ｎｏ＝
１.６、ｎｅ＝１.８）に対して得られる光偏向量（光軸
シフト量）Ｓを計算した結果の一例を示すグラフであ
る。図４に示すように、液晶配向角（傾き角）θ＝４５
°付近のときに最も光偏向量が大きい。仮に液晶ダイレ
クタの傾き角が２２.５°のとき、２Ｓ＝５（μｍ）の
偏向量を得るためには、図４に示されるとおり液晶の厚
みを３２μｍ厚に設定すればよい。FIG. 4 shows typical physical property values (no =
6 is a graph showing an example of a result of calculating an optical deflection amount (optical axis shift amount) S obtained for 1.6, ne = 1.8). As shown in FIG. 4, the liquid crystal orientation angle (tilt angle) θ = 45
The amount of light deflection is greatest at around °. If the tilt angle of the liquid crystal director is 22.5 °, in order to obtain the deflection amount of 2S = 5 (μm), the thickness of the liquid crystal may be set to 32 μm as shown in FIG.

【００５２】ＦＬＣ素子は、上記のごとくの構成をとっ
た場合には、基本的にＺ方向に偏光方向を有する直線偏
光に対して機能する。そしてＹ方向に偏光方向を有する
直線偏光には作用せず（光偏向せず）、またこれらの偏
光成分が混在した光（無偏光、円偏光、楕円偏光を含
む）に対しては、光をＹ及びＺ方向にベクトル分解した
それぞれの成分においてＺ方向成分のみに作用すること
になる。従って従来のＦＬＣ素子においては、ある特定
方向の直線偏光に対して光偏向が可能であるものの、無
偏光の光、あるいは偏光方向の混在する光に対しては偏
光分離することなくそのまま光偏向させることはできな
かった。以下、実施例をもとに本発明について詳細に説
明する。The FLC element, when configured as described above, basically functions for linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction. It does not act on linearly polarized light having a polarization direction in the Y direction (does not deflect light), and it does not affect light that contains a mixture of these polarization components (including unpolarized light, circularly polarized light, and elliptically polarized light). In each of the components decomposed into vectors in the Y and Z directions, it acts only on the Z direction component. Therefore, although the conventional FLC element is capable of deflecting linearly polarized light in a certain specific direction, unpolarized light or light having mixed polarization directions is directly deflected without polarization separation. I couldn't do that. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

【００５３】（実施例１）図５及び図６は、請求項１な
いし３に対応する光偏向デバイスの構成及び動作を説明
するための図で、それぞれ印加電圧の極性を反転させた
場合の液晶分子の状態を模式的に示す図である。図５及
び図６において、１０ａは第１のＦＬＣ素子、１０ｂは
第２のＦＬＣ素子、５は旋光素子である。(Embodiment 1) FIGS. 5 and 6 are views for explaining the configuration and operation of an optical deflecting device corresponding to claims 1 to 3, and a liquid crystal in which the polarities of applied voltages are reversed. It is a figure which shows the state of a molecule typically. 5 and 6, 10a is a first FLC element, 10b is a second FLC element, and 5 is an optical rotatory element.

【００５４】本実施例の構成においては、光の入射側か
ら出射側に少なくとも２つのＦＬＣ素子（入射側から第
１のＦＬＣ素子１０ａ、第２のＦＬＣ素子１０ｂ）が配
置され、該第１と第２のＦＬＣ素子１０ａ、１０ｂの間
に、偏光面を９０°回転させる旋光素子５が設けられて
いる。本実施例には、上述した例えば図１に示すごとく
の構成のＦＬＣ素子を適用することができる。In the structure of the present embodiment, at least two FLC elements (first FLC element 10a and second FLC element 10b from the incident side) are arranged from the light incident side to the light emitting side. Between the second FLC elements 10a and 10b, the optical rotation element 5 for rotating the polarization plane by 90 ° is provided. The FLC element having the structure as shown in, for example, FIG. 1 described above can be applied to this embodiment.

【００５５】第１のＦＬＣ素子１０ａと第２のＦＬＣ素
子１０ｂの液晶配向方向は、それぞれの液晶分子層面の
垂直方向から該液晶分子層面に投影した液晶ダイレクタ
の余弦成分が互いに略平行になるように設定されてい
る。この場合、それぞれのＦＬＣ素子１０ａ、１０ｂの
電圧印加手段による電界方向が平行になるように設定さ
れているとも定義できる。以下同様の表現についても同
様の定義が可能である。すなわち、図５の場合は液晶分
子層がＹＺ面内にあって、液晶配向方向の上記余弦成分
はＺ軸正方向を向いている。The liquid crystal alignment directions of the first FLC element 10a and the second FLC element 10b are such that the cosine components of the liquid crystal directors projected onto the liquid crystal molecule layer surface from the direction perpendicular to the respective liquid crystal molecule layer surfaces are substantially parallel to each other. Is set to. In this case, it can be defined that the electric field directions of the voltage applying means of the FLC elements 10a and 10b are set to be parallel. The same definition can be applied to the similar expressions below. That is, in the case of FIG. 5, the liquid crystal molecule layer is in the YZ plane, and the cosine component of the liquid crystal alignment direction is oriented in the Z axis positive direction.

【００５６】図６は、図５に示す状態から印加電圧の極
性を反転させた場合の液晶分子の状態を示しているが、
図５の場合は、上記の液晶配向方向の上記余弦成分はＺ
軸負方向を向く。すなわち図５及び図６において、第１
及び第２のＦＬＣ素子１０ａ，１０ｂの液晶分子は、そ
の上記の余弦成分が平行関係を保ちながら時間的に配向
方向が切り替わるように構成されている。FIG. 6 shows the state of liquid crystal molecules when the polarity of the applied voltage is reversed from the state shown in FIG.
In the case of FIG. 5, the cosine component of the liquid crystal alignment direction is Z
Face the negative direction of the axis. That is, in FIG. 5 and FIG.
Also, the liquid crystal molecules of the second FLC elements 10a and 10b are configured such that the orientation direction is switched with time while maintaining the above-mentioned cosine component in a parallel relationship.

【００５７】旋光素子５としては、入射光の偏光面を９
０°回転させる機能を有するものであれば好適に用いる
ことができ、例えばツイストネマティック液晶、ファラ
デー回転子などが適用できる。またλ／２板（１／２波
長板）として市販されている雲母、水晶等の光学結晶を
使用することもできる。これらの中で特に可視光の波長
域において広く入射光を９０°回転させる為には、ツイ
ストネマティック液晶、雲母が好ましく、さらに透過率
が優れる点でツイストネマティック液晶が優れている
（請求項１４に対応）。The optical rotator 5 has a polarization plane of incident light of 9
Any material having a function of rotating by 0 ° can be preferably used, and for example, twisted nematic liquid crystal, Faraday rotator and the like can be applied. Further, an optical crystal such as mica or crystal that is commercially available as a λ / 2 plate (1/2 wavelength plate) can be used. Of these, twisted nematic liquid crystals and mica are preferable in order to rotate incident light by 90 ° widely in the visible light wavelength range, and twisted nematic liquid crystals are superior in terms of excellent transmittance (claim 14). Correspondence).

【００５８】図１４は、本発明に係わる上記旋光素子と
して好適なツイストネマティック（ＴＮ）液晶セルの構
成を示す概略図で、図中、５０はＴＮ液晶セル、５１は
ＴＮ液晶、５２は配向膜、５３は基板である。ＴＮ液晶
セルは周知のように、ラビンク方向を直交させて配した
配向膜５２による作用によって、セル内で９０度ねじれ
るようにネマティック液晶を配向させてなるもので、入
射光に対して旋光特性を有するものである。ツイストネ
マティック構造の旋光素子は広い波長域で高い透過率と
偏光面回転性能を有し、さらに安価である。FIG. 14 is a schematic diagram showing the structure of a twisted nematic (TN) liquid crystal cell suitable as the optical rotatory element according to the present invention. In the figure, 50 is a TN liquid crystal cell, 51 is a TN liquid crystal, and 52 is an alignment film. , 53 are substrates. As is well known, the TN liquid crystal cell is formed by orienting a nematic liquid crystal so that the nematic liquid crystal is twisted by 90 degrees in the cell by the action of an alignment film 52 arranged so that the Rabink directions are orthogonal to each other. I have. An optical rotator having a twisted nematic structure has high transmittance in a wide wavelength range and polarization plane rotation performance, and is inexpensive.

【００５９】また本発明においては、ツイストネマティ
ック液晶を旋光素子５として用いた場合、旋光素子５の
両側に配置されるＦＬＣ素子１０ａ，１０ｂの基板とツ
イストネマティック液晶の基板とを兼用し、多層構造の
一体素子を構成することも可能となる。これによって空
気層を介在させないようにすることができ、光利用効率
を向上させることができる。Further, in the present invention, when twisted nematic liquid crystal is used as the optical rotatory element 5, the substrates of the FLC elements 10a and 10b arranged on both sides of the optical rotatory element 5 and the substrate of the twisted nematic liquid crystal are used together, and a multi-layer structure is provided. It is also possible to configure the integrated element of. As a result, the air layer can be prevented from intervening, and the light utilization efficiency can be improved.

【００６０】図７は、図５及び図６に示す光偏向素子に
無偏光の光を入射させた時の光の進行方向を説明するた
めの図で、Ｙ軸正方向から見た状態を模式的に示す図で
ある。液晶分子１１については、図３（Ｂ）に示す第１
の配向状態が実線で示され、第２の配向状態が破線で示
されている。また本発明では無偏光あるいは偏光方向の
異なる複数の直線偏光が合成されてなる光を対象とした
発明ではあるが、これ以外の特定の偏光状態を持った光
であっても差し支えない。例えば円偏光、楕円偏光であ
っても良い。FIG. 7 is a diagram for explaining the traveling direction of light when unpolarized light is made incident on the light deflection element shown in FIGS. 5 and 6, and is a state viewed from the positive direction of the Y axis. FIG. Regarding the liquid crystal molecule 11, the first liquid crystal molecule shown in FIG.
The alignment state of is indicated by a solid line, and the second alignment state is indicated by a broken line. Further, although the present invention is directed to light that is unpolarized or is a composite of a plurality of linearly polarized lights having different polarization directions, light having a specific polarization state other than this may be used. For example, circularly polarized light or elliptically polarized light may be used.

【００６１】以下の説明では、便宜上無偏光の光をとり
あげる。図７において、第１のＦＬＣ素子１０ａの液晶
層１では、入射した無偏光のうち縦方向の偏光成分につ
いては偏向を受けて上方にシフトし、横方向の偏光成分
については偏向を受けることなく直進する。第１のＦＬ
Ｃ素子１０ａを出射した光は旋光素子５において９０°
の偏光面回転を受けて第２のＦＬＣ素子１０ｂに入射す
る。第１のＦＬＣ素子１０ａで偏向を受けた光は、旋光
素子５において縦偏光から横偏光に変換されているた
め、第２のＦＬＣ素子１０ｂでは偏向を受けずに直進す
る。In the following description, unpolarized light will be taken for convenience. In FIG. 7, in the liquid crystal layer 1 of the first FLC element 10a, of the incident unpolarized light, the vertical polarization component is deflected and shifted upward, and the horizontal polarization component is not deflected. Go straight. First FL
The light emitted from the C element 10a is 90 ° in the optical rotation element 5.
The light is rotated by the polarization plane and enters the second FLC element 10b. Since the light polarized by the first FLC element 10a has been converted from vertical polarization to horizontal polarization by the optical rotatory element 5, the second FLC element 10b goes straight without being polarized.

【００６２】逆に第１のＦＬＣ素子１０ａで偏向を受け
なかった横偏光は、旋光素子５で縦偏光となって第２の
ＦＬＣ素子１０ｂに入射するため、該第２のＦＬＣ素子
１０ｂで偏向し、図７に示す通り第１のＦＬＣ素子１０
ａで分離された二つの光成分は位置が重なった状態で出
射する。On the contrary, the laterally polarized light which has not been deflected by the first FLC element 10a becomes vertical polarized light by the optical rotatory element 5 and enters the second FLC element 10b, so that it is deflected by the second FLC element 10b. Then, as shown in FIG. 7, the first FLC element 10
The two light components separated by a are emitted in a state where their positions overlap.

【００６３】図７において、液晶分子１１が上記第２の
配向状態をとった時の液晶と光路が波線で示されている
が、これは第１の配向状態に対して光偏向によって時間
的に切り替わった出射位置を示すものである。このよう
な液晶の二つの配向状態に対応する２つの出射光の位置
は、入射光路の延長線（入射光の光軸の延長線）から略
等距離だけ変位した関係をなす。このように本構成にお
いて無偏光の入射光に対して入射光の光軸から略等距離
だけ変位した複数の位置に、時間的に切り替えながら出
射光を偏向させることが可能である。In FIG. 7, the liquid crystal and the optical path when the liquid crystal molecules 11 are in the second alignment state are shown by wavy lines. This is due to the light deflection with respect to the first alignment state in terms of time. It shows the switched emission position. The positions of the two emitted lights corresponding to the two alignment states of the liquid crystal are displaced by an approximately equal distance from the extension line of the incident light path (extension line of the optical axis of the incident light). As described above, in the present configuration, it is possible to deflect the outgoing light to a plurality of positions that are displaced from the optical axis of the incoming light by an approximately equal distance with respect to the unpolarized incoming light while temporally switching.

【００６４】本実施例によれば出射光の光路長がいずれ
の配向状態においてもほぼ等しく設定されるので、上述
した特開２０００−１９３９２５号公報に記載された光
偏向デバイスのようにデバイス内で光路長が異なること
による焦点ずれなどの不具合が発生することはない。ま
た光偏向のシフト量は、液晶層の厚みと屈折率が等しけ
れば、液晶分子が入射光の光軸から４５°傾いた場合に
最も大きくなるが、上記特開２０００−１９３９２５号
公報の技術では０°〜４５°の範囲で設定できていたの
に対して、本発明では−４５°〜＋４５°の範囲で振る
ことができる為、シフト量自体も大きくとることができ
る。According to the present embodiment, the optical path length of the emitted light is set to be substantially equal in any alignment state, so that in the device such as the optical deflection device described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193925. Problems such as defocusing due to different optical path lengths do not occur. Further, the shift amount of the light deflection becomes the largest when the liquid crystal molecules are tilted by 45 ° from the optical axis of the incident light, if the thickness and the refractive index of the liquid crystal layer are equal, but in the technique of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193925. While it can be set in the range of 0 ° to 45 °, in the present invention, since it can be swung in the range of −45 ° to + 45 °, the shift amount itself can be large.

【００６５】特に投影型画像表示装置のピクセルシフト
素子に本光偏向デバイスを利用する場合、ＤＭＤを用い
た投影型画像表示装置に組み込み利用することが可能で
あり、ＤＭＤの優れた光利用効率及び光学系のコンパク
ト性を損なうことなく高精細化を図ることができる。ま
た複数の液晶等よりなるライトバルブ（多板式ＬＶ）
が、偏光面が直交するように配置されダイクロイックプ
リズム等で合成する投影型表示装置において、合成光を
ピクセルシフトさせることが可能である。また本実施例
によれば、無偏光の光を光偏向させることができるよう
になる。In particular, when the present light deflection device is used for the pixel shift element of the projection type image display device, it can be incorporated in the projection type image display device using the DMD, and the excellent light utilization efficiency of the DMD and High definition can be achieved without impairing the compactness of the optical system. A light valve (multi-plate LV) consisting of multiple liquid crystals
However, in a projection display device in which polarization planes are arranged so as to be orthogonal to each other and the light is combined by a dichroic prism or the like, the combined light can be pixel-shifted. Further, according to the present embodiment, it becomes possible to deflect unpolarized light.

【００６６】（実施例２）図８は、請求項６ないし８に
対応する光偏向素子の構成例とその作用を説明するため
の図である。請求項６ないし８では、入射光を４方向に
偏向する為の光偏向デバイス構成を示している。本実施
例の光偏向デバイスは、光の入射側から出射側に４つの
ＦＬＣ素子（入射側から第１のＦＬＣ素子１０ａ、第２
のＦＬＣ素子１０ｂ、第３のＦＬＣ素子１０ｃ、第４の
ＦＬＣ素子１０ｄ）が直列に配置され、第２と第３のＦ
ＬＣ素子１０ｂ，１０ｃの間に偏光面を９０°回転させ
る旋光素子５が設けられている。(Embodiment 2) FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of an optical deflection element corresponding to claims 6 to 8 and its operation. Claims 6 to 8 show an optical deflecting device configuration for deflecting incident light in four directions. The optical deflecting device of the present embodiment has four FLC elements from the light incident side to the light emitting side (first FLC element 10a, second FLC element from the incident side).
Of the second FLC element 10b, the third FLC element 10c, and the fourth FLC element 10d) are arranged in series,
An optical rotation element 5 that rotates the polarization plane by 90 ° is provided between the LC elements 10b and 10c.

【００６７】それぞれのＦＬＣ素子の液晶の配向方向
は、（１）第１のＦＬＣ素子１０ａと第２のＦＬＣ素子
１０ｂの液晶配向方向について、それぞれの液晶配向方
向を液晶分子層の垂直方向から該液晶分子層に投影した
余弦成分が互いに略垂直、（２）第３のＦＬＣ素子と第
４のＦＬＣ素子の液晶配向方向について、上記の余弦成
分が互いに略垂直、（３）第１のＦＬＣ素子と第３のＦ
ＬＣ素子の液晶配向方向について、上記の余弦成分が互
いに略平行または略垂直、となるよう設定される。図８
においては、上記（３）において略平行に設定されてい
る構成を示している。The liquid crystal alignment directions of the respective FLC elements are (1) the liquid crystal alignment directions of the first FLC element 10a and the second FLC element 10b from the vertical direction of the liquid crystal molecular layer. The cosine components projected on the liquid crystal molecular layer are substantially perpendicular to each other, (2) the liquid crystal alignment directions of the third FLC element and the fourth FLC element are substantially perpendicular to each other, and (3) the first FLC element. And the third F
Regarding the liquid crystal alignment direction of the LC element, the above-mentioned cosine components are set to be substantially parallel or substantially perpendicular to each other. Figure 8
In the above, (3) shows the configuration set substantially parallel.

【００６８】図８において、光偏向素子に無偏光の光が
入射した場合の光進行状態をI〜VIに示している。ここ
では便宜上、光偏向素子に入射する直前の光線が状態I
で示すように９分割されたメッシュの中心に位置してい
るものとする。また各状態I〜VIにおいて９分割された
メッシュのうち網掛け表示部が光線の位置を示し、光の
出射側から入射側を観察しているものとする。入射光が
第１のＦＬＣ素子１０ａを通過した状態では、上記の通
り縦偏光成分のみ光偏向を受け、上方にシフトし横偏光
成分は直進する（状態II）。In FIGS. 8A and 8B, I to VI show the light traveling states when non-polarized light is incident on the light deflector. Here, for the sake of convenience, the light beam immediately before entering the light deflection element is in the state I.
It is assumed that the mesh is located at the center of the mesh divided into nine as shown by. In addition, in each of the states I to VI, the shaded display portion indicates the position of the light ray among the nine divided meshes, and the light incident side is observed from the light emitting side. In the state where the incident light has passed through the first FLC element 10a, only the vertically polarized component is optically deflected as described above, and the vertically polarized component is shifted upward and the horizontally polarized component goes straight (state II).

【００６９】第２のＦＬＣ素子１０ｂにおいては、縦偏
光は偏向を受けず横偏光のみ偏向するためこれを出射し
た光は状態IIIに示す位置関係となる。その後旋光素子
５において、縦及び横偏光成分はそれぞれ９０°回転
し、それぞれ横及び縦偏光に変換される（状態IV）、そ
の後第３及び第４のＦＬＣ素子１０ｃ，１０ｄを通過し
た後（状態Ｖの説明は省略）、状態VIに示す通り入射位
置に対して右上の位置に偏向した光が出射する。ここで
は出射光が右上に偏向した場合を示しているが、第１な
いし第４のＦＬＣ素子１０ａ〜１０ｄの液晶分子配向状
態の選び方によって、入射位置に対して右上、右下、左
上、及び左下の４つの出射位置の光偏向が選択的に得ら
れる。In the second FLC element 10b, the vertically polarized light is not deflected and only the horizontally polarized light is deflected. Therefore, the light emitted therefrom has the positional relationship shown in the state III. After that, in the optical rotatory element 5, the vertical and horizontal polarization components are respectively rotated by 90 ° and converted into horizontal and vertical polarizations (state IV), and after passing through the third and fourth FLC elements 10c and 10d (state) The description of V is omitted), and the light deflected to the upper right position with respect to the incident position is emitted as shown in state VI. Although the case where the emitted light is deflected to the upper right is shown here, the upper right, the lower right, the upper left, and the lower left with respect to the incident position are determined depending on how to select the liquid crystal molecule alignment states of the first to fourth FLC elements 10a to 10d. The light deflection of the four emission positions of is obtained selectively.

【００７０】上記のごとくに、出射光を４つの位置に光
偏向させるためには、例えば、図７に示す光偏向デバイ
スを２段に並べ、それぞれの光偏向デバイスの液晶配向
方向を直交させるように構成してもよいが、図８に示す
構成の場合、上記構成に比べ旋光素子数を削減でき、コ
ストメリットおよび光利用効率の点で優れる。また各Ｆ
ＬＣ素子の電極構造が、後述する図９で示す構成に比べ
て単純化することができる。As described above, in order to deflect the emitted light to four positions, for example, the optical deflection devices shown in FIG. 7 are arranged in two stages, and the liquid crystal alignment directions of the respective optical deflection devices are made orthogonal to each other. However, in the case of the configuration shown in FIG. 8, the number of optical rotatory elements can be reduced as compared with the above configuration, and the cost advantage and the light utilization efficiency are excellent. Also each F
The electrode structure of the LC element can be simplified as compared with the configuration shown in FIG. 9 described later.

【００７１】本実施例の光偏向デバイスは、前述のＤＭ
Ｄと多板式液晶ＬＶ等を用いた投影型画像表示装置に組
み込み利用するためのピクセルシフト素子に適した構造
を有するものである。またＤＭＤの優れた光利用効率や
コンパクト性を低下させることなく高精細化を図ること
ができる。またＤＭＤが２次元の格子状に画素配列した
構造をとるため、本構造によって１つのＤＭＤ画素の投
影光を４つの位置に時間的に切り替え表示することが可
能になり高精細化を図ることができる。The optical deflecting device of this embodiment is the same as the DM described above.
It has a structure suitable for a pixel shift element to be incorporated and used in a projection type image display device using D and a multi-plate liquid crystal LV or the like. Further, high definition can be achieved without deteriorating the excellent light utilization efficiency and compactness of the DMD. Moreover, since the DMD has a structure in which pixels are arranged in a two-dimensional lattice, the projection light of one DMD pixel can be temporally switched and displayed at four positions by this structure, and high definition can be achieved. it can.

【００７２】（実施例３）図９は、本発明による光偏向
デバイスの更に他の実施例について説明するための図
で、請求項９及び１０に対応する光偏向デバイスの構成
例を示すものである。本実施例では、入射光を４方向に
偏向する為の光偏向デバイス構成が提供される。本光偏
向デバイスでは、液晶分子の配向方向について液晶分子
層の垂直方向から該液晶分子層に投影した余弦成分を、
略９０°ずつ異なる４つの配向状態の間で切り替えるた
めの電界印加手段を有するＦＬＣ素子が、光の入射側か
ら出射側に２素子直列に配置され（入射側から第１のＦ
ＬＣ素子１０ｅ、第２のＦＬＣ素子１０ｆ）、該第１の
ＦＬＣ素子１０ｅと第２のＦＬＣ素子１０ｆとの間に偏
光面を９０°回転させる旋光素子５が設けられてなる。
図９に示すように、電界印加手段として縦方向と横方向
にそれぞれ対向電極対４ａ、４ｂが配置されている。こ
れらの電極により印加される電界方向は、第１のＦＬＣ
素子１０ｅと第２のＦＬＣ素子１０ｆの液晶配向方向に
ついて、それぞれの上記余弦成分が互いに略平行になる
よう設定される。(Embodiment 3) FIG. 9 is a view for explaining still another embodiment of the optical deflecting device according to the present invention, showing an example of the configuration of the optical deflecting device corresponding to claims 9 and 10. is there. In this embodiment, an optical deflecting device configuration for deflecting incident light in four directions is provided. In the present light deflecting device, the cosine component projected on the liquid crystal molecule layer from the direction perpendicular to the liquid crystal molecule layer with respect to the alignment direction of the liquid crystal molecules,
Two FLC elements having electric field applying means for switching between four orientation states different by about 90 ° are arranged in series from the light incident side to the light emitting side (from the incident side to the first F side).
The LC element 10e, the second FLC element 10f), and the optical rotation element 5 for rotating the polarization plane by 90 ° are provided between the first FLC element 10e and the second FLC element 10f.
As shown in FIG. 9, counter electrode pairs 4a and 4b are arranged in the vertical and horizontal directions as electric field applying means. The direction of the electric field applied by these electrodes depends on the first FLC.
The liquid crystal alignment directions of the element 10e and the second FLC element 10f are set so that the respective cosine components thereof are substantially parallel to each other.

【００７３】図９における液晶分子の配向方向と光の進
行方向に関する説明は、上述の図５における説明と共通
であるため、その繰り返しの説明は省略する。液晶分子
の配向状態を１つのＦＬＣ素子で４つの状態に設定する
ことで、上記構成において４方向の光偏向が可能とな
る。図９の構成では、図８に示す構成と比較してＦＬＣ
素子の数を半減でき、かつ図８と同様の機能を実現する
ことができるため、システムの小型化、低コスト化、及
び光損失の低減に効果がある。The description about the alignment direction of the liquid crystal molecules and the traveling direction of light in FIG. 9 is common to the description in FIG. 5 described above, and thus the repeated description thereof is omitted. By setting the alignment state of the liquid crystal molecules to four states with one FLC element, it is possible to deflect light in four directions in the above configuration. In the configuration of FIG. 9, FLC is compared with the configuration shown in FIG.
Since the number of elements can be halved and the same function as that in FIG. 8 can be realized, it is effective in downsizing the system, reducing the cost, and reducing the optical loss.

【００７４】請求項１２及び１３に記載の光偏向デバイ
スにおいて、第１のＦＬＣ素子１０ｅと第２のＦＬＣ素
子１０ｆの液晶配向方向について、液晶分子層面の垂直
方向から液晶分子層面に投影した液晶配向方向の余弦成
分が互いに平行になるよう設定され、該平行の関係を保
ちながら、それぞれ４つの配向状態を所定のタイミング
で順次切り替えるようにしている。この所定のタイミン
グの切り替え例について説明する。In the optical deflection device according to the twelfth and thirteenth aspects, with respect to the liquid crystal alignment directions of the first FLC element 10e and the second FLC element 10f, the liquid crystal alignment projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface to the liquid crystal molecular layer surface. The cosine components in the directions are set to be parallel to each other, and the four orientation states are sequentially switched at predetermined timing while maintaining the parallel relationship. An example of switching the predetermined timing will be described.

【００７５】図９において、Ｅ_1Hは、第１のＦＬＣ素子
１０eに印加する水平方向の電界のための電源、Ｅ_1Vは
第１のＦＬＣ素子１０ｅに印加する垂直方向の電界のた
めの電源、Ｅ_2Hは第２のＦＬＣ素子１０ｆに印加する水
平方向の電界のための電源、Ｅ_2Vは第２のＦＬＣ素子１
０ｆに印加する垂直方向の電界のための電源である。In FIG. 9, E _1H is a power supply for a horizontal electric field applied to the first FLC element 10e, E _1V is a power supply for a vertical electric field applied to the first FLC element 10e, E _2H is a power supply for a horizontal electric field applied to the second FLC element 10 f, and E _2V is the second FLC element 1
It is a power supply for the vertical electric field applied to 0f.

【００７６】図１０は、上述の図９の各電源番号に対応
させた電源印加のタイミングチャートの一例を示す図で
ある。図１０において、Ｃ₁は第１のＦＬＣ素子１０ｅ
の液晶配向方向について、液晶分子層面の垂直方向から
該液晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦成分を
示し、Ｃ₂は第２のＦＬＣ素子１０ｆの液晶配向方向に
ついて、液晶分子層面の垂直方向から該液晶分子層面に
投影した該液晶配向方向の余弦成分を示すものである。FIG. 10 is a diagram showing an example of a timing chart of power supply application corresponding to each power supply number in FIG. 9 described above. In FIG. 10, C ₁ is the first FLC element 10e
For the liquid crystal alignment direction, shows the liquid crystal alignment direction of the cosine component of the vertical direction is projected on the liquid crystal molecular layer surface of the liquid crystal molecular layer surface, C ₂ for the liquid crystal alignment direction of the second FLC device 10f, the vertical liquid crystal molecular layer surface The cosine component of the liquid crystal alignment direction projected from the direction to the liquid crystal molecular layer surface is shown.

【００７７】図１０（Ａ）は、電源に０、±Ｖの３値の
電圧レベルを用いることで、常に水平方向か垂直方向の
みの電界が印加されるようにしたもので、電圧値調整が
簡単となる。また図１０（Ｂ）は、電源に±Ｖの２値の
電圧レベルを用いることで、電界方向はこれらのベクト
ル合成した方向をむき、それにともなって液晶配向方向
も対応した向きを取るようにしたものであり、電圧レベ
ルが２値でよいため、安価な電源を用いることができ
る。In FIG. 10A, a three-value voltage level of 0 and ± V is used for the power supply so that an electric field is always applied only in the horizontal direction or the vertical direction. It will be easy. Further, in FIG. 10B, by using a binary voltage level of ± V for the power source, the electric field direction is oriented in the direction in which these vectors are combined, and the liquid crystal alignment direction is also set accordingly. Since the voltage level may be binary, an inexpensive power supply can be used.

【００７８】本実施例の構成によれば、少ない層構成で
無偏光の光を偏光させることができるため、光透過率の
低下が少なく、また特に画像表示装置のピクセルシフト
技術に用いる場合、層構成の低減が図れる為光利用効率
および解像度の低下が少ないという効果が得られる。According to the constitution of the present embodiment, unpolarized light can be polarized with a small number of layer constitutions, so that the reduction of the light transmittance is small, and particularly when it is used for the pixel shift technology of the image display device, Since the configuration can be reduced, the effect of reducing the light utilization efficiency and the resolution can be obtained.

【００７９】（実施例４）図１１は、本発明の光偏向デ
バイスの更に他の実施例を説明するための図で、請求項
１１に対応するＦＬＣ素子の構成例を示すものである。
図１１において、液晶１はホメオトロピック配向をなし
ている。図１の構成では、光路と重ならない位置に電極
対４を設け外部から電界を与えているのに対して、本構
成においては、電界発生用の電極を対向する基板の間に
設けていることに特徴がある。本構成においては、図１
１に示すとおり、液晶と２枚の基板の間に櫛歯状電極
４′がそれぞれ直交する方向に形成されており、縦電界
（図においてはＺ軸方向）及び横電界（図においてはＹ
軸方向）をそれぞれ電極対（例えば電極対（４ｃ−４
ｃ′），（４ｄ−４ｄ′））で発生させることができ
る。(Embodiment 4) FIG. 11 is a view for explaining still another embodiment of the optical deflecting device of the present invention, and shows a constitutional example of an FLC element corresponding to claim 11.
In FIG. 11, the liquid crystal 1 has homeotropic alignment. In the configuration of FIG. 1, the electrode pair 4 is provided at a position not overlapping the optical path to apply an electric field from the outside, whereas in the present configuration, an electrode for generating an electric field is provided between opposing substrates. Is characterized by. In this configuration, FIG.
As shown in FIG. 1, the comb-shaped electrodes 4 ′ are formed between the liquid crystal and the two substrates in directions orthogonal to each other, and a vertical electric field (Z-axis direction in the drawing) and a horizontal electric field (Y in the drawing) are formed.
Each of the electrode pairs (for example, the electrode pair (4c-4
c '), (4d-4d')).

【００８０】図９に示すＦＬＣ素子１０ｅ、１０ｆの液
晶分子は分子長軸がある方向（螺旋軸方向と呼ぶ）から
所定角（コーン角と呼ぶ）θだけ傾いた状態で配向す
る。螺旋軸を基板法線方向と平行に設定することで、無
電界の状態では分子長軸は液晶層の厚み方向にθを保ち
ながら螺旋軸の回りに回転してなる構造を有する。この
液晶層の層方向に電界を印加することで、液晶分子は回
転構造をほどき所定方向に配向する。すなわち（層界面
付近を除き）液晶分子は基板放線とθの角度を保ちなが
ら１方向に向きをそろえる（この液晶分子の液晶層との
上記方向余弦を方位角Φとする）。The liquid crystal molecules of the FLC elements 10e and 10f shown in FIG. 9 are aligned in a state where they are tilted by a predetermined angle (called a cone angle) θ from a certain direction (called a spiral axis direction) of the molecular long axis. By setting the spiral axis in parallel with the substrate normal direction, the molecular long axis rotates around the spiral axis while maintaining θ in the thickness direction of the liquid crystal layer in the absence of an electric field. By applying an electric field in the layer direction of this liquid crystal layer, the liquid crystal molecules are oriented in a predetermined direction by unwinding the rotating structure. That is, the liquid crystal molecules are aligned in one direction (except in the vicinity of the layer interface) while maintaining an angle of θ with the substrate radiation (the above-mentioned direction cosine of the liquid crystal molecule with the liquid crystal layer is defined as an azimuth angle Φ).

【００８１】上記４方向に偏向させるためのＦＬＣ素子
において方位角成分を略９０°ずつ異なる方向をとらせ
るためには、これに印加する電界も同様に９０°ずつ異
なる方向に設定できる必要がある。請求項９の発明によ
れば、液晶層両側の２つの界面にそれぞれ櫛歯状電極を
設け、それらを電極の長手方向が直交する向きに設定す
ることで、その電界方向を直交する方向に設定できる。
電界の発生は櫛歯状電極の隣り合う電極間に周期的に大
きさの異なる電圧を印加することで得られる。In order to make the azimuth angle components differ by about 90 ° in the FLC element for deflecting in the above four directions, it is necessary to set the electric field applied to the azimuth angle components also by 90 °. . According to the invention of claim 9, the comb-teeth-shaped electrodes are respectively provided on the two interfaces on both sides of the liquid crystal layer, and the electrodes are set so that the longitudinal directions of the electrodes are orthogonal to each other, thereby setting the electric field directions to be orthogonal to each other. it can.
Generation of an electric field can be obtained by periodically applying voltages having different magnitudes between adjacent electrodes of the comb-teeth-shaped electrode.

【００８２】本実施例の構成においては、上記のごとく
の上下の電極対の電界印加タイミングにより４方向（±
Ｙ、±Ｚ方向）の光偏向を可能としたことが特徴であ
る。この櫛歯状電極４′により発生する電界は、電極対
（４ｃ−４ｃ′），（４ｄ−４ｄ′）の位置関係で極性
が異なる。この場合液晶配向方向も電界方向により平均
的に異なる２方向に向くことになるため、例えば２方向
のうちの片側成分に相当する部分に遮光処理等施すのが
よい。In the structure of the present embodiment, four directions (±) are set depending on the electric field application timing of the upper and lower electrode pairs as described above.
The feature is that the light can be deflected in the Y and ± Z directions. The electric field generated by the comb-shaped electrode 4'has a different polarity depending on the positional relationship between the electrode pairs (4c-4c ') and (4d-4d'). In this case, the liquid crystal alignment direction is also averaged in two directions that differ depending on the direction of the electric field. Therefore, for example, a portion of the two directions corresponding to one side component should be light-shielded.

【００８３】図１、２、５及び１０に示す構成の場合は
Ｚ軸方向に外部電界が付与され、液晶ダイレクタの方向
が制御されるが、本実施例では、素子内部で電界制御が
可能であることに特徴がある。本実施例では電極間距離
が短くなるため必要電圧は極めて少なく、例えば外部電
極における電極間距離を２０ｍｍとし、本実施例におけ
る内部電極の電極間距離を０.２ｍｍとすれば外部電界
を付与する構成と同等の電界強度を得るのに１／１００
０の電圧を付与すればよい。そのため外部電界を形成す
るために必要となる高電圧電源が不要となりさらに小型
化に有利となる。また横電界が発生できる構造であれば
本構成以外のものであっても問題なく、櫛歯状電極４′
の空間的な配置に対して徐々に印加電圧を変化させるよ
うにしてもよい。In the case of the structures shown in FIGS. 1, 2, 5 and 10, an external electric field is applied in the Z-axis direction to control the direction of the liquid crystal director, but in this embodiment, electric field control is possible inside the element. There is a feature in that. In this embodiment, since the inter-electrode distance is short, the required voltage is extremely small. For example, if the inter-electrode distance in the external electrodes is 20 mm and the inter-electrode distance in the internal electrodes is 0.2 mm, an external electric field is applied. 1/100 to obtain the same electric field strength as the configuration
A voltage of 0 may be applied. Therefore, the high-voltage power supply required for forming the external electric field is not required, which is advantageous for further size reduction. Further, as long as a structure capable of generating a lateral electric field, there is no problem even if the structure other than this structure is used.
The applied voltage may be gradually changed with respect to the spatial arrangement.

【００８４】本実施例の構成によれば、液晶層両側の２
つの界面にそれぞれ櫛歯状電極を設け、それらを電極の
長手方向が直交する向きに設定することで、その電界方
向を直交する方向に設定できる。電界の発生は櫛歯状電
極の隣り合う電極間に周期的に大きさの異なる電圧を印
加することで得られる。According to the structure of this embodiment, the two liquid crystal layers on both sides are
By providing comb-shaped electrodes on each of the two interfaces and setting them in the directions in which the longitudinal directions of the electrodes are orthogonal to each other, the electric field directions thereof can be set to the orthogonal directions. Generation of an electric field can be obtained by periodically applying voltages having different magnitudes between adjacent electrodes of the comb-teeth-shaped electrode.

【００８５】（実施例５）図１２は、本発明の画像表示
装置の一例を示す概略図で、請求項１５に対応する構成
を示すものである。図１２において、２１はランプとリ
フレクタよりなる照明光源、２２は画像表示素子として
のＤＭＤ、２３は投射レンズ、２４はスクリーン、２５
は光偏向デバイス、２６は画像表示素子の表示制御ドラ
イブ部、２７は光偏向デバイス２５に対して画像表示素
子２２と同期を取りながら制御するためのコントローラ
である。(Embodiment 5) FIG. 12 is a schematic view showing an example of an image display device of the present invention, and shows a constitution corresponding to claim 15. In FIG. 12, 21 is an illumination light source including a lamp and a reflector, 22 is a DMD as an image display element, 23 is a projection lens, 24 is a screen, and 25
Is a light deflection device, 26 is a display control drive unit of the image display element, and 27 is a controller for controlling the light deflection device 25 in synchronization with the image display element 22.

【００８６】照明光源２１から放出された照明光はＤＭ
Ｄ２２を照明し、このＤＭＤ２２で空間光変調された照
明光を画像光として光偏向デバイス２５に入射させるこ
とにより、該画像光が画素の配列方向に任意の距離だけ
シフトされる。この光は投射レンズ２３で拡大されてス
クリーン２４に投射される。シフト量は画素の配列方向
に対して２倍の画像増倍を行うことから画素ピッチの１
／２に設定される。シフト量に応じてＤＭＤ２２を駆動
する画像信号をシフト量分だけ補正することで、見かけ
上高精細な画像を表示することができる。照明系として
はＤＭＤ２２に入射する光量の均一化のためフライアイ
レンズアレイ、レンチキュラーレンズアレイ等よりなる
インテグレータを配置することもでき、ＤＭＤ２２への
入射角度を最適化しながら省スペース化を図るための折
返しミラーを備えてもよい。またカラー化の為のカラー
ホイール等の色切替手段を設けてもよい。The illumination light emitted from the illumination light source 21 is DM
By illuminating the D22 and making the illumination light spatially modulated by the DMD 22 incident on the light deflection device 25 as image light, the image light is shifted by an arbitrary distance in the pixel arrangement direction. This light is magnified by the projection lens 23 and projected on the screen 24. The amount of shift is 1 pixel pitch because image multiplication is doubled in the pixel arrangement direction.
It is set to / 2. By correcting the image signal for driving the DMD 22 by the shift amount according to the shift amount, an apparently high-definition image can be displayed. As an illumination system, an integrator composed of a fly-eye lens array, a lenticular lens array, etc. can be arranged to make the amount of light incident on the DMD 22 uniform, and a turnback for space saving while optimizing the incident angle on the DMD 22. A mirror may be provided. Further, color switching means such as a color wheel for colorization may be provided.

【００８７】図１２の光学系では、ＤＭＤ２２から出射
する画像光が無偏光の状態であるため、従来の光偏向デ
バイスを用いることができなかったが、本発明の光偏向
デバイスを選んで使用することができる。照明光を偏光
変換して直線偏光化することで従来の光偏向デバイスを
用いることも可能ではあるが、偏光変換のための光学系
が大掛かりになることや、変換効率が現状では約８０％
と良好ではなく、偏光変換されなかった光の光量ロス
や、その成分が光偏向デバイスに入射した時のコントラ
スト劣化等が生じるため、好適に用いることはできな
い。本実施例の構成は、高光利用効率であり、振動騒音
の発生がない小型のＤＭＤよりなる高精細画像表示装置
を提供することができる。In the optical system of FIG. 12, since the image light emitted from the DMD 22 is in a non-polarized state, the conventional light deflecting device cannot be used, but the light deflecting device of the present invention is selected and used. be able to. Although it is possible to use a conventional light deflection device by converting the illumination light into polarized light and converting it into linearly polarized light, the optical system for polarization conversion becomes large and the conversion efficiency is currently about 80%.
It is not good, and the light amount loss of the light that has not been polarization-converted and the deterioration of the contrast when the component is incident on the light deflecting device occur, so that it cannot be suitably used. The configuration of the present embodiment can provide a high-definition image display device including a small DMD that has high light utilization efficiency and does not generate vibration noise.

【００８８】（実施例６）図１３は、本発明の画像表示
装置の更に他の実施例を説明するための概要図で、請求
項１６に対応する構成を示すものである。図１３におい
て、３１ａ，３１ｂ，３１ｃはＬＥＤランプを２次元ア
レイ状に配列した照明光源でありそれぞれ波長が異な
る。また同図において３２ａ、３２ｂ、３２ｃは拡散
板、３３ａ，３３ｂ，３３ｃはコンデンサレンズ、３４
ａ，３４ｂ，３４ｃは画像表示素子としての透過型液晶
パネル、３５は投射レンズ、３６はスクリーン、３７
ａ，３７ｂ，３７ｃは光源ドライブ部、３８ａ，３８
ｂ，３８ｃは透過型液晶パネルのドライブ部、３９は光
偏向デバイスよりなる光偏向手段、４０は光偏向手段の
ドライブ部、４１はダイクロイックプリズムよりなる光
合成手段である。(Embodiment 6) FIG. 13 is a schematic view for explaining still another embodiment of the image display device of the present invention, and shows a constitution corresponding to claim 16. In FIG. 13, 31a, 31b, and 31c are illumination light sources in which LED lamps are arranged in a two-dimensional array and have different wavelengths. In the figure, reference numerals 32a, 32b and 32c are diffusion plates, 33a, 33b and 33c are condenser lenses, and 34 is a condenser lens.
a, 34b, 34c are transmissive liquid crystal panels as image display elements, 35 is a projection lens, 36 is a screen, 37
a, 37b, 37c are light source drive units, 38a, 38
Reference numerals b and 38c are drive parts of the transmissive liquid crystal panel, 39 is a light deflecting means composed of a light deflecting device, 40 is a drive part of the light deflecting means, and 41 is a light combining means composed of a dichroic prism.

【００８９】光源ドライブ部３７ａ，３７ｂ，３７ｃで
制御されて照明光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃから放出さ
れた照明光は、拡散板３２ａ，３２ｂ，３２ｃにより均
一化された照明光となり、コンデンサレンズ３３ａ，３
３ｂ，３３ｃにより、液晶ドライブ部３８ａ，３８ｂ，
３８ｃで照明光源と同期して制御される液晶パネル３４
ａ，３４ｂ，３４ｃをクリティカル照明する。この液晶
パネル３４ａ，３４ｂ，３４ｃで空間光変調された照明
光は、画像光として光合成手段４１に入射する。液晶パ
ネル３４ａ，３４ｂ，３４ｃからの出射光に関して、予
め液晶パネル３４ａからの出射光が図中に示す座標系で
ＸＺ面に偏光面が設定され、他の二つの液晶パネル３４
ｂ，３４ｃからの出射光はＹＺ面に偏光面が設定され
る。従って合成された光は２方向の偏光面を持つことに
なる。この合成光は後段の光偏向手段３９に入射し光偏
向手段３９によって画像光が画素の配列方向に任意の距
離だけシフトされた後、投射レンズ３５で拡大されてス
クリーン３６に投射される。The illumination light emitted from the illumination light sources 31a, 31b, 31c under the control of the light source drive units 37a, 37b, 37c becomes uniform illumination light by the diffusion plates 32a, 32b, 32c, and the condenser lens 33a, Three
3b and 33c allow liquid crystal drive units 38a and 38b,
Liquid crystal panel 34 controlled in synchronization with the illumination light source at 38c
Critically illuminate a, 34b, and 34c. The illumination light spatially light-modulated by the liquid crystal panels 34a, 34b, 34c enters the light combining means 41 as image light. Regarding the light emitted from the liquid crystal panels 34a, 34b, 34c, the light emitted from the liquid crystal panel 34a has a polarization plane set in the XZ plane in the coordinate system shown in the figure in advance, and the other two liquid crystal panels 34
The light emitted from b and 34c has a polarization plane set to the YZ plane. Therefore, the combined light has two planes of polarization. This combined light is incident on the light deflecting means 39 in the subsequent stage, and the image light is shifted by an arbitrary distance in the pixel arrangement direction by the light deflecting means 39, then enlarged by the projection lens 35 and projected on the screen 36.

【００９０】従来の光偏向デバイスでは合成光は偏光面
を複数方向で持つために、良好に光偏向することはでき
なかったが、本発明の光偏向素子を用いることで良好な
ピクセルシフトがなされる。シフト量は画素ピッチの整
数分の１であることが好ましい。画素の配列方向に対し
て２倍の画像増倍を行う場合はシフト量を画素ピッチの
１／２にし、３倍の画素増倍を行う場合は画素ピッチの
１／３にする。いずれの場合も、シフト量に応じて液晶
パネルを駆動する画像信号をシフト量分だけ補正するこ
とで、見かけ上高精細な画像を表示することができる。
光偏向手段は前述の光偏向デバイスから選んで使用する
ことができる。本実施例によれば、高光利用効率であ
り、振動騒音の発生がない多板式ＬＶよりなる高精細画
像表示装置を提供できる。In the conventional light deflection device, the combined light has polarization planes in a plurality of directions, so that the light cannot be deflected satisfactorily. However, by using the light deflection element of the present invention, a good pixel shift is achieved. It The shift amount is preferably 1 / integer of the pixel pitch. The shift amount is set to 1/2 of the pixel pitch when performing image multiplication of 2 times in the pixel arrangement direction, and set to 1/3 of the pixel pitch when performing pixel multiplication of 3 times. In any case, by correcting the image signal for driving the liquid crystal panel according to the shift amount by the shift amount, it is possible to display an apparently high-definition image.
The light deflection means can be selected from the above-mentioned light deflection devices and used. According to this embodiment, it is possible to provide a high-definition image display device having a multi-plate LV that has high light utilization efficiency and does not generate vibration noise.

【００９１】（実施例７）図１５は、本発明による撮像
装置の一実施例として、ビデオカメラへの適用例につい
て説明するための図で、図中、６１は撮像レンズ、６２
は上記本発明による光偏向デバイスを使用した光偏向手
段、６３はＣＣＤ撮像素子、６４はフレームメモリ、６
５はＣＣＤ制御手段、６６は光偏向手段のドライブ部で
ある。光偏向デバイスの撮像装置への応用は、例えば特
開平８−２０１７５８等に開示されているが、本発明の
撮像装置によれば、使用する光は無偏光の状態の光でよ
いため光利用効率が高く、より鮮明な画像を得ることが
できることができる。(Embodiment 7) FIG. 15 is a diagram for explaining an application example to a video camera as an embodiment of the image pickup apparatus according to the present invention, in which 61 is an image pickup lens, and 62 is an image pickup lens.
Is a light deflection means using the light deflection device according to the present invention, 63 is a CCD image pickup device, 64 is a frame memory, 6
Reference numeral 5 is a CCD control unit, and 66 is a drive unit of the light deflection unit. The application of the light deflection device to the image pickup apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-201758, but according to the image pickup apparatus of the present invention, the light to be used may be light in a non-polarized state, so that the light utilization efficiency is high. It is possible to obtain a clearer image.

【００９２】（実施例８）図１６は、本発明による光ス
イッチング装置の一実施例を説明するための概略構成図
で、図中、７０は光スイッチング素子、７１〜７３は第
１ないし第３の光偏向ユニット、７１ａ〜７３ａは上記
本発明の光偏向デバイスを用いた光偏向手段、７４は受
光器である。図１６に示す構成は、図５に示す光偏向デ
バイスを複数個有する光偏向ユニット７１，７２，７３
を、３段直列に配置することで８ビットの光スイッチン
グが可能な光スイッチング装置を示している。本発明に
よるスイッチング素子によれば、無偏光の光を操作可能
であって信頼性の高いスイッチングを行うことができる
スイッチング装置を提供できる。(Embodiment 8) FIG. 16 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of an optical switching device according to the present invention. In the figure, 70 is an optical switching element and 71 to 73 are first to third. The optical deflecting units 71a to 73a are optical deflecting means using the optical deflecting device of the present invention, and 74 is a light receiver. The configuration shown in FIG. 16 has an optical deflection unit 71, 72, 73 having a plurality of optical deflection devices shown in FIG.
Shows an optical switching device capable of 8-bit optical switching by arranging in three stages in series. According to the switching element of the present invention, it is possible to provide a switching device capable of operating unpolarized light and performing highly reliable switching.

【００９３】[0093]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、特に無偏光状態の光あるいは偏光方向の異な
る複数の直線偏光が合成されてなる光に対して可動部を
必要としない構成で光偏向させることを可能にした光偏
向デバイスを提供することができる。特に投影型画像表
示装置のピクセルシフト素子に本光偏向デバイスを利用
する場合、ＤＭＤを用いた投影型画像表示装置に組み込
み利用することが可能であり、ＤＭＤの持つ優れた光利
用効率及び光学系のコンパクト性を損なうことなく高精
細化が図れる。また複数の液晶等よりなるライトバルブ
（多板式ＬＶと呼ぶ）が、偏光面が直交するように配置
されダイクロイックプリズム等で合成する投影型表示装
置において、合成光をピクセルシフトさせることが可能
である。As is apparent from the above description, according to the present invention, a movable portion is not particularly required for light in a non-polarized state or light in which a plurality of linearly polarized lights having different polarization directions are combined. It is possible to provide an optical deflection device capable of deflecting light with a configuration. In particular, when the present light deflection device is used as a pixel shift element of a projection type image display device, it can be incorporated into a projection type image display device using a DMD and used, and excellent light utilization efficiency and optical system of the DMD. High definition can be achieved without sacrificing compactness. Further, in a projection display device in which a light valve (referred to as a multi-plate LV) formed of a plurality of liquid crystals or the like is arranged so that the polarization planes are orthogonal to each other and combined by a dichroic prism or the like, the combined light can be pixel-shifted. .

【００９４】また本発明によれば、上記の光偏向デバイ
スを用いることにより、高光利用効率であり、振動騒音
の発生がない小型のＤＭＤまたは多板式ＬＶよりなる高
精細画像表示装置を提供することができる。Further, according to the present invention, by using the above-mentioned optical deflection device, it is possible to provide a high-definition image display device which is a small DMD or a multi-plate LV, which has high light utilization efficiency and does not generate vibration noise. You can

【００９５】さらに本発明によれば、上記の光偏向デバ
イスを用いることにより、光利用効率が高く、より鮮明
な画像を得ることができる撮像装置を提供できる。さら
に本発明によれば、上記の光偏向デバイスを用いること
により、無偏光の光を操作可能であって信頼性の高いス
イッチングを行うことができるスイッチング装置を提供
することができる。Further, according to the present invention, by using the above-mentioned light deflection device, it is possible to provide an image pickup apparatus having a high light utilization efficiency and capable of obtaining a clearer image. Further, according to the present invention, by using the above-mentioned light deflection device, it is possible to provide a switching device capable of operating unpolarized light and performing highly reliable switching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明の光偏向デバイスに用いられるＦＬＣ
素子の構成及び作用を説明するための概略図である。FIG. 1 is a FLC used in an optical deflection device of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the configuration and action of the element.

【図２】 図１のＦＬＣ素子における液晶の配向の状態
を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a state of alignment of liquid crystals in the FLC element of FIG.

【図３】 直交座標系を図２に示すようにとったときの
ＸＺ断面における液晶ダイレクタの状態を模式的に示す
図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a state of the liquid crystal director in the XZ section when the orthogonal coordinate system is taken as shown in FIG.

【図４】 液晶材料の代表的物性値に対して得られる光
偏向量Ｓを計算した結果の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of a result of calculating a light deflection amount S obtained with respect to a typical physical property value of a liquid crystal material.

【図５】 請求項１ないし３に対応する光偏向デバイス
の構成及び動作を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration and operation of an optical deflection device corresponding to claims 1 to 3.

【図６】 請求項１ないし３に対応する光偏向デバイス
の構成及び動作を説明するための他の図である。FIG. 6 is another diagram for explaining the configuration and operation of the optical deflection device corresponding to claims 1 to 3.

【図７】 図５及び図６に示す光偏向素子に無偏光の光
を入射させた時の光の進行方向を説明するための図であ
る。FIG. 7 is a diagram for explaining a traveling direction of light when unpolarized light is incident on the light deflection element shown in FIGS. 5 and 6;

【図８】 請求項６ないし８に対応する光偏向素子の構
成例とその作用を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of an optical deflection element corresponding to claims 6 to 8 and its operation.

【図９】 本発明による光偏向デバイスの更に他の実施
例について説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining yet another embodiment of the optical deflection device according to the present invention.

【図１０】 図９の各電源番号に対応させた電源印加の
タイミングチャートの一例を示す図である。10 is a diagram showing an example of a timing chart of power supply application corresponding to each power supply number in FIG.

【図１１】 本発明の光偏向デバイスの更に他の実施例
を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining yet another embodiment of the optical deflecting device of the present invention.

【図１２】 本発明の画像表示装置の一例を示す概略図
である。FIG. 12 is a schematic view showing an example of an image display device of the present invention.

【図１３】 本発明の画像表示装置の更に他の実施例を
説明するための概要図である。FIG. 13 is a schematic diagram for explaining still another embodiment of the image display device of the present invention.

【図１４】 本発明に係わる上記旋光素子として好適な
ツイストネマティック（ＴＮ）液晶セルの構成を示す概
略図である。FIG. 14 is a schematic view showing a configuration of a twisted nematic (TN) liquid crystal cell suitable as the optical rotatory element according to the present invention.

【図１５】 本発明による撮像装置の一実施例として、
ビデオカメラへの適用例について説明するための図であ
る。FIG. 15 shows an example of an image pickup apparatus according to the present invention.
It is a figure for explaining an example of application to a video camera.

【図１６】 本発明による光スイッチング装置の一実施
例を説明するための概略構成図である。FIG. 16 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of an optical switching device according to the present invention.

【図１７】 特開２０００−１９３９２５号公報に記載
された光偏向器の作用を説明するための図である。FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the optical deflector described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193925.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…強誘電液晶、２…配向膜、３…透明基板、４…電極
対、４′…櫛歯状電極、５…旋光素子、１０ａ〜１０ｆ
…ＦＬＣ素子、１１…液晶分子、２１…照明光源、２２
…ＤＭＤ、２３…投射レンズ、２４…スクリーン、２５
…光偏向デバイス、２６…表示制御ドライブ部、２７…
コントローラ、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…照明光源、３
２ａ、３２ｂ、３２ｃ…拡散板、３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ…コンデンサレンズ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…透過
型液晶パネル、３５…投射レンズ、３６…スクリーン、
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ…光源ドライブ部、３８ａ，３
８ｂ，３８ｃ…透過型液晶パネルのドライブ部、３９…
光偏向手段、４０…光偏向手段のドライブ部、４１…光
合成手段、５０…ＴＮ液晶セル、５１…ＴＮ液晶、５２
…配向膜、５３…基板、６１…撮像レンズ、６２…光偏
向手段、６３…ＣＣＤ撮像素子、６４…フレームメモ
リ、６５…ＣＣＤ制御手段、６６…光偏向手段のドライ
ブ部、７０…光スイッチング素子、７１〜７３…光偏向
ユニット、７１ａ〜７３ａ…光偏向手段、７４…受光
器、８０…液晶光偏向器、８０ａ，８０ｂ…液晶セル、
８１…１／２波長板。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ferroelectric liquid crystal, 2 ... Alignment film, 3 ... Transparent substrate, 4 ... Electrode pair, 4 '... Comb-shaped electrode, 5 ... Optical rotation element, 10a-10f
... FLC element, 11 ... liquid crystal molecule, 21 ... illumination light source, 22
... DMD, 23 ... Projection lens, 24 ... Screen, 25
... Optical deflection device, 26 ... Display control drive section, 27 ...
Controller, 31a, 31b, 31c ... Illumination light source, 3
2a, 32b, 32c ... Diffusion plate, 33a, 33b, 33
c ... Condenser lens, 34a, 34b, 34c ... Transmissive liquid crystal panel, 35 ... Projection lens, 36 ... Screen,
37a, 37b, 37c ... Light source drive unit, 38a, 3
8b, 38c ... Drive unit of transmissive liquid crystal panel, 39 ...
Light deflection means, 40 ... Drive section of light deflection means, 41 ... Photocombining means, 50 ... TN liquid crystal cell, 51 ... TN liquid crystal, 52
... Alignment film, 53 ... Substrate, 61 ... Imaging lens, 62 ... Optical deflecting means, 63 ... CCD imaging element, 64 ... Frame memory, 65 ... CCD control means, 66 ... Drive section of optical deflecting means, 70 ... Optical switching element , 71-73 ... Light deflection unit, 71a-73a ... Light deflection means, 74 ... Light receiver, 80 ... Liquid crystal light deflector, 80a, 80b ... Liquid crystal cell,
81 ... 1/2 wave plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/141 Ｇ０２Ｆ 1/141 ５Ｃ０５８ Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ Ｆ 21/14 21/14 Ｚ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｚ (72)発明者 杉本 浩之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 二村 恵朗 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 松木 ゆみ 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 小林 正典 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H088 EA45 HA15 HA18 JA10 JA17 2H092 GA14 GA18 PA02 PA06 PA11 QA13 2H093 NC42 ND60 NE04 NE06 NF17 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 2K002 AA07 AB06 AB07 AB08 BA06 CA14 EB07 HA04 5C058 BA35 EA01 EA02 EA11 EA27─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification code FI theme code (reference) G02F 1/141 G02F 1/141 5C058 G03B 21/00 G03B 21/00 EF 21/14 21/14 Z H04N 5/74 H04N 5/74 Z (72) Inventor Hiroyuki Sugimoto 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Within Ricoh Co., Ltd. (72) Inoue Meguro 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo In stock company Ricoh (72) Inventor Yumi Matsuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh stock company (72) Inori Masanori Kobayashi 1-3-6 Nakamagome, Tokyo Ota-ku Ricoh company F term (reference) 2H088 EA45 HA15 HA18 JA10 JA17 2H092 GA14 GA18 PA02 PA06 PA11 QA13 2H093 NC42 ND60 NE04 NE06 NF17 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 2K002 AA07 AB06 AB 07 AB08 BA06 CA14 EB07 HA04 5C058 BA35 EA01 EA02 EA11 EA27

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 入射光が出射される位置を前記入射光路
の光軸延長上から等距離変位した複数の位置に切り替え
る第１の光偏向素子と、該第１の光偏向素子からの出射
光を入射して偏光面を回転させて出射する旋光素子と、
該旋光素子からの出射光を入射して、その入射光が出射
される位置を前記入射光路の光軸延長上から等距離変位
した複数の位置に切り替える第２の光偏向素子とを備え
たことを特徴とする光偏向デバイス。1. A first optical deflecting element for switching a position at which incident light is emitted to a plurality of positions displaced equidistantly from the extension of the optical axis of the incident optical path, and an output from the first optical deflecting element. An optical rotator that receives incident light, rotates the plane of polarization, and emits it.
A second light deflection element for inputting light emitted from the optical rotator and switching a position where the incident light is emitted to a plurality of positions displaced equidistantly from the extension of the optical axis of the incident optical path. An optical deflection device characterized by the above. 【請求項２】 入射光における所定の偏向方向の直線偏
光成分の進行方向を切り替えて第１または第２の光路の
いずれかで出射せしめ、かつ前記所定の偏光方向に直交
する直線偏光成分の光路を切り替えることなく透過せし
めて第３の光路で出射させる機能をそれぞれ有する第１
及び第２の光偏向素子と、入射した直線偏光成分の偏光
面を回転させる旋光素子とを有し、光に入射側から前記
第１の光偏向素子、前記旋光素子、及び前記第２の光偏
向素子の順に配されてなる光偏向デバイスであって、前
記第２の偏向素子は、前記第１の偏向素子で第１と第３
の光路、または第２と第３の光路に分離した出射光を前
記旋光素子による偏光面の回転によってそれぞれ前記第
１の光路、または第２の光路のいずれかに結合して出射
させることを特徴とする光偏向デバイス。2. An optical path of a linearly polarized light component of incident light, which is switched in a traveling direction of a linearly polarized light component of a predetermined polarization direction to be emitted in either the first or second optical path and which is orthogonal to the predetermined polarization direction. First having a function of transmitting light without switching and emitting it in a third optical path
And a second optical deflector, and an optical rotator that rotates a plane of polarization of the incident linearly polarized light component. The first optical deflector, the optical rotator, and the second light from the incident side of light. An optical deflection device in which deflection elements are arranged in this order, wherein the second deflection element is the first deflection element and the first and third deflection elements.
Of the first optical path or the second optical path, and the emitted light separated into the second optical path and the second and third optical paths are respectively coupled to the first optical path or the second optical path to be emitted. And optical deflection device. 【請求項３】 請求項２に記載の光偏向デバイスにおい
て、該光偏向デバイスは、前記第１の光偏向素子からの
出射光が前記第１及び第３の光路で出射した場合に、前
記第１の光路で出射した直線偏光成分が前記旋光素子で
回転して前記所定の偏光方向の直交方向に一致すること
により前記第２の光偏向素子では光路が切り替わること
なく前記第１の光路を維持して出射し、かつ前記第３の
光路で出射した直線偏光成分が前記旋光素子で回転して
前記所定の偏光方向に一致することにより、前記第２の
偏光素子で光路が切り替えられて前記第１の光路に一致
した光路で出射することによって全ての直線偏光成分が
前記第１の光路で出射する機能と、前記第１の光偏向素
子からの出射光が前記第２及び第３の光路で出射した場
合に、前記第２の光路で出射した直線偏光成分が前記旋
光素子で回転して前記所定の偏光方向の直交方向に一致
することにより前記第２の光偏向素子では光路が切り替
わることなく前記第２の光路を維持して出射し、かつ前
記第３の光路で出射した直線偏光成分が前記旋光素子で
回転して前記所定の偏光方向に一致することにより、前
記第２の偏向素子で光路が切り替えられて前記第２の光
路に一致した光路で出射することによって全ての直線偏
光成分が前記第２の光路で出射する機能とを有し、前記
第１及び第２の光偏向素子の光路切り替え機能によって
該光偏向デバイスに入射した無偏光状態の光に対して、
入射光路の光軸延長線上から等距離変位した二つの位置
のいずれかに、出射光を時間的に切り替えながら偏向さ
せることを可能としたことを特徴とする光偏向デバイ
ス。3. The light deflection device according to claim 2, wherein the light deflection device is configured to output the first light deflection element when the light emitted from the first light deflection element is emitted through the first and third optical paths. The linearly polarized light component emitted in the first optical path is rotated by the optical rotator and coincides with the direction orthogonal to the predetermined polarization direction, so that the second optical deflector maintains the first optical path without switching the optical path. Then, the linearly polarized light component emitted in the third optical path and rotated in the third optical path is rotated by the optical rotatory element and coincides with the predetermined polarization direction, whereby the optical path is switched by the second polarizing element and The function that all linearly polarized light components are emitted in the first optical path by emitting the light in the optical path that coincides with the first optical path, and the light emitted from the first optical deflecting element is output in the second and third optical paths. When emitted, the second light The linearly polarized light component emitted in the optical path is rotated by the optical rotatory element and coincides with the direction orthogonal to the predetermined polarization direction, so that the second optical path is maintained in the second optical deflecting element without switching the optical path. When the linearly polarized light component that has been emitted and has been emitted in the third optical path is rotated by the optical rotatory element and coincides with the predetermined polarization direction, the optical path is switched by the second deflecting element and the second optical path is changed. All the linearly polarized light components are emitted in the second optical path by emitting the light in an optical path that coincides with the optical path, and the optical deflecting device is provided with the optical path switching function of the first and second optical deflecting elements. For the incident unpolarized light,
An optical deflection device characterized in that emitted light can be deflected while being temporally switched to one of two positions displaced equidistantly from the optical axis extension line of the incident optical path. 【請求項４】 透明な１対の基板、該基板間に充填され
たホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相
よりなる液晶、及び液晶分子の配向方向を２つ以上の状
態の間で切り替えるための電界印加手段をそれぞれ有す
る第１及び第２のＦＬＣ素子と、偏光面を９０°回転さ
せる旋光素子とを有する光偏向デバイスであって、前記
第１のＦＬＣ素子及び前記第２のＦＬＣ素子が光の入射
側から出射側に直列に配置され、該第１と第２のＦＬＣ
素子との間に前記旋光素子が設けられてなり、前記第１
のＦＬＣ素子と前記第２のＦＬＣ素子の液晶配向方向に
ついて、液晶分子層面の垂直方向から該液晶分子層面に
投影した該液晶配向方向の余弦成分が互いに略平行にな
るよう設定されてなることを特徴とする光偏向デバイ
ス。4. A pair of transparent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having homeotropic alignment filled between the substrates, and for switching the alignment direction of liquid crystal molecules between two or more states. An optical deflection device having first and second FLC elements each having an electric field applying means and an optical rotation element for rotating a polarization plane by 90 °, wherein the first FLC element and the second FLC element are optical Of the first and second FLCs arranged in series from the incident side to the emitting side of the
The optical rotation element is provided between the element and the first optical element.
The liquid crystal alignment directions of the FLC element and the second FLC element are set so that the cosine components of the liquid crystal alignment direction projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecule layer surface to the liquid crystal molecule layer surface are substantially parallel to each other. Characteristic light deflection device. 【請求項５】 透明な１対の基板、該基板間に充填され
たホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相
よりなる液晶、及び液晶分子の配向方向を２つ以上の状
態の間で切り替えるための電界印加手段をそれぞれ有す
る第１及び第２のＦＬＣ素子と、偏光面を９０°回転さ
せる旋光素子とを有する光偏向デバイスであって、前記
第１のＦＬＣ素子及び前記第２のＦＬＣ素子が光の入射
側から出射側に直列に配置され、該第１と第２のＦＬＣ
素子との間に前記旋光素子が設けられてなり、前記第１
のＦＬＣ素子の電界印加手段による電界の方向と、前記
第２のＦＬＣ素子の電界印加手段による電界の方向とが
平行となるように設定されていることを特徴とする光偏
向デバイス。5. A pair of transparent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having homeotropic alignment filled between the substrates, and for switching the alignment direction of liquid crystal molecules between two or more states. An optical deflection device having first and second FLC elements each having an electric field applying means and an optical rotation element for rotating a polarization plane by 90 °, wherein the first FLC element and the second FLC element are optical Of the first and second FLCs arranged in series from the incident side to the emitting side of the
The optical rotation element is provided between the element and the first optical element.
The optical deflection device is characterized in that the direction of the electric field by the electric field applying means of the FLC element and the direction of the electric field by the electric field applying means of the second FLC element are set to be parallel. 【請求項６】 透明な１対の基板、該基板間に充填され
たホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相
よりなる液晶、及び液晶分子の配向方向を２つの状態の
間で切り替えるための電界印加手段をそれぞれ有する第
１ないし第４のＦＬＣ素子が、光の入射側から出射側に
直列に配置され、該第２のＦＬＣ素子と該第３のＦＬＣ
素子との間に偏光面を９０°回転させる旋光素子が設け
られてなることを特徴とする光偏向デバイス。6. A pair of transparent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having homeotropic alignment filled between the substrates, and an electric field applied to switch the alignment direction of liquid crystal molecules between two states. First to fourth FLC elements each having means are arranged in series from the light incident side to the light emitting side, and the second FLC element and the third FLC element are arranged in series.
An optical deflection device comprising an optical rotation element for rotating a polarization plane by 90 ° between the element and the element. 【請求項７】 請求項６に記載の光偏向デバイスにおい
て、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦＬＣ素子の液
晶配向方向について、液晶分子層面の垂直方向から該液
晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦成分が互い
に垂直になるよう設定され、前記第３のＦＬＣ素子と前
記第４のＦＬＣ素子の液晶配向方向について、液晶分子
層面の垂直方向から該液晶の分子層面に投影した該液晶
配向方向の余弦成分が互いに垂直になるよう設定され、
前記第１のＦＬＣ素子と前記第３のＦＬＣ素子の液晶配
向方向について、液晶分子層面の垂直方向から該液晶の
分子層面の垂直方向から該液晶の分子層面に投影した該
液晶配向方向の余弦成分が互いに垂直になるよう設定さ
れてなることを特徴とする光偏向デバイス。7. The optical deflection device according to claim 6, wherein the liquid crystal alignment directions of the first FLC element and the second FLC element are projected onto the liquid crystal molecular layer surface from a direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface. The cosine components of the liquid crystal alignment direction are set to be perpendicular to each other, and the liquid crystal alignment directions of the third FLC element and the fourth FLC element are projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface to the molecular layer surface of the liquid crystal. The cosine components of the liquid crystal orientation are set to be perpendicular to each other,
Regarding the liquid crystal alignment directions of the first FLC element and the third FLC element, the cosine component of the liquid crystal alignment direction projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface to the liquid crystal molecular layer surface from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface. The optical deflection device is characterized in that the two are set to be perpendicular to each other. 【請求項８】 請求項６に記載の光偏向デバイスにおい
て、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦＬＣ素子の電
界印加手段よる電界の方向が互いに垂直になるよう設定
され、前記第３のＦＬＣ素子と前記第４のＦＬＣ素子の
電界印加手段による電界の方向が互いに垂直になるよう
設定され、前記第１のＦＬＣ素子と前記第３のＦＬＣ素
子の電界印加手段による電界の方向が互いに垂直になる
よう設定されてなることを特徴とする光偏向デバイス。8. The optical deflection device according to claim 6, wherein the directions of the electric fields by the electric field applying means of the first FLC element and the second FLC element are set to be perpendicular to each other, and The electric field directions of the electric field applying means of the FLC element and the fourth FLC element are set to be perpendicular to each other, and the electric field directions of the electric field applying means of the first FLC element and the third FLC element are perpendicular to each other. An optical deflection device, characterized in that 【請求項９】 液晶分子層面の垂直方向から該液晶分子
層面に投影した該液晶配向方向の余弦成分がそれぞれ９
０°ずつ異なる４つの配向状態を切り替えるための電界
印加手段をそれぞれ有する第１及び第２のＦＬＣ素子
と、偏光面を９０°回転させる旋光素子とを有する光偏
向デバイスであって、前記第１及び第２のＦＬＣ素子が
光の入射側から出射側に直列に配置され、該第１のＦＬ
Ｃ素子と第２のＦＬＣ素子の間に前記旋光素子が設けら
れてなることを特徴とする光偏向デバイス。9. The cosine component of the liquid crystal alignment direction projected from the direction perpendicular to the liquid crystal molecular layer surface to the liquid crystal molecular layer surface is 9 respectively.
An optical deflection device comprising: first and second FLC elements each having an electric field applying means for switching four orientation states different by 0 °; and an optical rotation element for rotating a polarization plane by 90 °. And a second FLC element arranged in series from the light incident side to the light emitting side,
An optical deflection device, wherein the optical rotation element is provided between a C element and a second FLC element. 【請求項１０】 電界の方向がそれぞれ９０°ずつ異な
る４つの状態を切り替えるための電界印加手段をそれぞ
れ有する第１及び第２のＦＬＣ素子と、偏光面を９０°
回転させる旋光素子とを有する光偏向デバイスであっ
て、前記第１及び第２のＦＬＣ素子が光の入射側から出
射側に直列に配置され、該第１のＦＬＣ素子と第２のＦ
ＬＣ素子の間に前記旋光素子が設けられてなることを特
徴とする光偏向デバイス。10. A first and a second FLC element respectively having electric field applying means for switching four states in which electric field directions differ by 90 °, and a polarization plane of 90 °.
An optical deflection device having a rotating optical element, wherein the first and second FLC elements are arranged in series from a light incident side to a light emitting side, and the first FLC element and the second FLC element are arranged in series.
An optical deflection device, wherein the optical rotation element is provided between LC elements. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載の光偏向デ
バイスにおいて、前記電界印加手段は、前記ＦＬＣ素子
の液晶層とこれをはさむ２枚の基板のそれぞれ界面付近
に、直交する方向に電界を印加することが可能なように
形成された２組の櫛歯状電極対と、該櫛上電極対によっ
て印加される電界の所定方向の光を選択する手段とを有
することを特徴とする光偏向デバイス。11. The optical deflection device according to claim 9, wherein the electric field applying means applies an electric field in a direction orthogonal to each other near the interface between the liquid crystal layer of the FLC element and two substrates sandwiching the liquid crystal layer. Optical deflection characterized by having two sets of comb-teeth-shaped electrode pairs formed so as to be able to be applied, and means for selecting light in a predetermined direction of an electric field applied by the pair of comb-shaped electrodes. device. 【請求項１２】 請求項９または１０に記載の光偏向デ
バイスにおいて、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦ
ＬＣ素子の液晶配向方向について、液晶分子層の垂直方
向から該液晶分子層面に投影した該液晶配向方向の余弦
成分が互いに平行になるように設定され、該平行の関係
を保ちながら、それぞれ４つの配向状態を所定のタイミ
ングで順次切り替えることを特徴とする光偏向デバイ
ス。12. The optical deflection device according to claim 9, wherein the first FLC element and the second FLC element are included.
Regarding the liquid crystal alignment direction of the LC element, the cosine components of the liquid crystal alignment direction projected from the vertical direction of the liquid crystal molecule layer onto the surface of the liquid crystal molecule layer are set to be parallel to each other. An optical deflection device characterized in that the orientation state is sequentially switched at a predetermined timing. 【請求項１３】 請求項９または１０に記載の光偏向デ
バイスにおいて、前記第１のＦＬＣ素子と前記第２のＦ
ＬＣ素子の電界印加手段による電界の方向が互いに平行
になるよう設定され、該平行の関係を保ちながら、それ
ぞれ４つの電界の方向を所定のタイミングで順次切り替
えることを特徴とする光偏向デバイス。13. The optical deflection device according to claim 9, wherein the first FLC element and the second FLC element are provided.
An optical deflecting device characterized in that the directions of electric fields by the electric field applying means of the LC element are set to be parallel to each other, and the directions of the four electric fields are sequentially switched at a predetermined timing while maintaining the parallel relationship. 【請求項１４】 請求項１ないし１３のいずれか１に記
載の光偏向デバイスにおいて、前記旋光素子は、ツイス
トネマティック液晶を用いて構成されていることを特徴
とする光偏向デバイス。14. The optical deflection device according to claim 1, wherein the optical rotation element is configured by using a twisted nematic liquid crystal. 【請求項１５】 微小反射板よりなる複数の画素が二次
元的に配列し、画像情報に従って該微小反射板の反射方
向を切り替えることで画像表示することが可能な画像表
示素子と、該画像表示素子を照明する光源と、前記画像
表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学
部材と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブ
フィールド毎に前記画像表示素子と前記光学部材との間
の光路を偏向させる請求項１ないし１０のいずれか１に
記載の光偏向デバイスとを有し、サブフィールド毎の光
路の偏向に応じて表示位置がずれている状態の画像パタ
ーンを表示することで前記画像表示素子の見かけ上の画
素数を増倍して表示可能としたことを特徴とする画像表
示装置。15. An image display element capable of displaying an image by arranging a plurality of pixels, each of which comprises a minute reflection plate, two-dimensionally, and switching the reflection direction of the minute reflection plate according to image information, and the image display. A light source for illuminating an element, an optical member for observing an image pattern displayed on the image display element, and a space between the image display element and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing an image field. The optical deflecting device according to any one of claims 1 to 10 for deflecting the optical path of, and displaying an image pattern in which the display position is displaced according to the deflection of the optical path for each subfield. An image display device, wherein the apparent number of pixels of the image display element is multiplied to enable display. 【請求項１６】 画像情報に従って光を制御可能な画素
が二次元的に配列してなる複数の画像表示素子と、各該
画像表示素子を照明する光源と、各前記画像表示素子か
らの出射光を合成する合成光学系と、各前記画像表示素
子に表示され前記合成光学系によって合成された画像パ
ターンを観察するための光学部材と、画像フィールドを
時間的に分割した複数のサブフィールド毎に前記合成光
学系と前記光学部材との間の光路を偏向する請求項１な
いし１４のいずれか１に記載の光偏向デバイスとを有
し、サブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置が
ずれている状態の画像パターンを表示することで各前記
画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示可能と
したことを特徴とする画像表示装置。16. A plurality of image display elements in which pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source for illuminating each of the image display elements, and light emitted from each of the image display elements. A synthesizing optical system, an optical member for observing an image pattern displayed on each of the image display elements and synthesized by the synthesizing optical system, and a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field. The optical deflection device according to any one of claims 1 to 14 for deflecting an optical path between a synthetic optical system and the optical member, wherein a display position is shifted according to the deflection of the optical path for each subfield. An image display device, wherein an apparent number of pixels of each of the image display elements can be multiplied and displayed by displaying an image pattern in a state of being displayed. 【請求項１７】 撮影レンズと、請求項１ないし１４の
いずれか１に記載の光偏向デバイスと、撮像素子とを有
し、前記光偏向デバイスで偏向させた光を前記撮像素子
に入射させることにより高解像度の撮像を得ることがで
きるようにしたことを特徴とする撮像装置。17. A photographing lens, the light deflection device according to claim 1, and an image pickup device, wherein light deflected by the light deflection device is incident on the image pickup device. An image pickup device characterized in that it is possible to obtain high-resolution image pickup. 【請求項１８】 請求項１ないし１４のいずれか１に記
載の光偏向デバイスを１または複数個具備した光偏向ユ
ニットを１または複数個有し、該光偏向ユニットを複数
個有する場合には、これら光偏向ユニットを光路上で直
列に配することにより、前記光偏向デバイスの光偏向作
用で光スイッチングを可能としたことを特徴とする光ス
イッチング装置。18. A light deflection unit comprising one or a plurality of the light deflection devices according to claim 1, and when having a plurality of the light deflection units, An optical switching device, characterized in that by arranging these optical deflection units in series on an optical path, optical switching is enabled by the optical deflection action of the optical deflection device.