JP7458437B2

JP7458437B2 - 光学素子、可変焦点素子及びヘッドマウントディスプレイ

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Publication number: JP7458437B2
Application number: JP2022065194A
Authority: JP
Inventors: 大輔南; 大明淺木; 潔箕浦
Original assignee: Sharp Display Technology Corp
Current assignee: Sharp Display Technology Corp
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2042-04-11
Also published as: JP2023082644A

Description

以下の開示は、光学素子、上記光学素子を備える可変焦点素子、及び、上記可変焦点素子を備えるヘッドマウントディスプレイに関するものである。

近年ヘッドマウントディスプレイ向けなどに、パンチャラトナムベリー（ＰＢ：ＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍＢｅｒｒｙ）レンズと、可変１／２波長板（ｓＨＷＰ：ＳｗｉｔｃｈａｂｌｅＨａｌｆＷａｖｅＰｌａｔｅ）等の光学素子とを組み合わせた可変焦点光学システムが提案されている。ｓＨＷＰとは左右の円偏光の偏光状態を切り替え可能なデバイスであり、液晶により実現される。

可変焦点光学システムに関する技術として、例えば、特許文献１には、導波管と広帯域適応レンズアセンブリとを備え、前記導波管は、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導するように構成され、更に、前記誘導された光を前記出力表面を通して外部結合するようにさらに構成され、前記広帯域適応レンズアセンブリは、それを通して、前記導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成されるディスプレイデバイスが開示されている。

特許文献２には、ｓＨＷＰと複数の液晶レンズとを備える可変焦点ブロックが開示されている。

特許文献３には、初期偏光配向の直線偏光を変換する色消し偏光スイッチであって、前記初期偏光配向に関し第１の配向軸を有する第１の液晶（ＬＣ）セルと、前記第１の配向軸に関し第２の配向軸を有する第２のＬＣセルと、を備える、色消し偏光スイッチが開示されている。

特許文献４には、第１の積層複屈折層および第２の積層複屈折層であって、それぞれのローカル光軸が、該第１の層および第２の層のそれぞれの厚さにわたってそれぞれのねじれ角で回転されており、該第１の層と第２の層との間の界面に沿って整列されている、第１の積層複屈折層および第２の積層複屈折層を備える、光学素子が開示されている。

特表２０２１－５０１３６１号公報米国特許第１０３７９４１９号明細書特表２００９－５２４１０６号公報特表２０１４－５２８５９７号公報

上記特許文献１～４では、左右の円偏光の偏光状態を変換する偏光変調と、左右の円偏光の偏光状態を変換しない偏光非変調とを広帯域で切り替え、かつ、薄型化が可能なデバイス構造の実現が困難という課題がある。

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替え可能であり、かつ、薄型化が可能な光学素子、上記光学素子を備える可変焦点素子、及び、上記可変焦点素子を備えるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とするものである。

（１）本発明の一実施形態は、第一基板、液晶層、及び、第二基板を備える液晶セルと、
１／４波長フィルムと、を備え、上記液晶層は、上記第一基板と上記第二基板との間でツイスト配向する液晶分子を含有し、上記液晶セルは、上記第一基板及び上記第二基板の少なくとも一方に、上記液晶層への電圧印加用の電極を有し、上記電極は、上記第一基板側の上記液晶分子が第一の配向方向に配列する第一状態と、上記第一基板側の上記液晶分子が、平面視において上記第一の配向方向に対して直交する第二の配向方向に配列する第二状態と、を上記液晶層への電圧印加により切り替え可能に配置されており、上記第一状態と上記第二状態との切り替えは、上記液晶セルに入射する光の偏光状態を制御するものであり、上記液晶セルに円偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記円偏光が第一の直線偏光に変換され、上記第二状態では、上記円偏光が、平面視において上記第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光に変換され、上記液晶セルに直線偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記直線偏光が第一の円偏光に変換され、上記第二状態では、上記直線偏光が、上記第一の円偏光の回転方向と逆方向に回転する第二の円偏光に変換される、光学素子。

（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記液晶セルは、更に、上記第一基板と上記液晶層との間に配置された、第一の弱アンカリングの水平配向膜と、上記液晶層と上記第二基板との間に配置された、第二の弱アンカリングの水平配向膜と、を有し、上記電極は、上記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極を有し、上記第二基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、平面視において、上記第一の櫛歯電極の延伸方向は、上記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して斜めに設けられる、光学素子。

（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記液晶セルは、更に、上記第一基板と上記液晶層との間に配置された、弱アンカリングの水平配向膜と、上記液晶層と上記第二基板との間に配置された垂直配向膜と、を有し、上記電極は、上記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極、及び、絶縁層を介して上記第一の櫛歯電極に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、平面視において、上記第一の櫛歯電極の延伸方向は、上記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して直交する、光学素子。

（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記電極は、上記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極、及び、第一の絶縁層を介して上記第一の櫛歯電極に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、上記第二基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第三の櫛歯電極、及び、第二の絶縁層を介して上記第三の櫛歯電極に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第四の櫛歯電極を有し、平面視において、上記第一の櫛歯電極の延伸方向は、上記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して直交し、上記第三の櫛歯電極の延伸方向は、上記第四の櫛歯電極の延伸方向に対して直交し、上記第一の櫛歯電極の延伸方向は、上記第三の櫛歯電極の延伸方向に対して斜めに設けられる、光学素子。

（５）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記液晶セルは、更に、上記第一基板と上記液晶層との間に配置された、２方向に配向安定方向を有する双安定配向膜を有し、上記電極は、上記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極を有し、上記第二基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、平面視において、上記第一の櫛歯電極の延伸方向は、上記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して斜めに設けられる、光学素子。

（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記液晶セルは、更に、上記第一基板と上記液晶層との間に配置された、第一の垂直配向膜と、上記液晶層と上記第二基板との間に配置された、第二の垂直配向膜と、を有し、上記電極は、上記第一基板において、面状の第一電極、及び、第一の絶縁層を介して上記第一電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第二電極を有し、上記第二基板において、面状の第三電極、及び、第二の絶縁層を介して上記第三電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第四電極を有し、平面視において、上記第二電極に設けられた上記スリット部の延伸方向は、上記第四電極に設けられた上記スリット部の延伸方向に対して斜めに配置される、光学素子。

（７）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）又は上記（６）の構成に加え、上記液晶層の屈折率異方性Δｎは、０．１２以下である、光学素子。

（８）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）又は上記（７）の構成に加え、上記１／４波長フィルムは、第一の１／４波長フィルムであり、更に、上記第一の１／４波長フィルムの上記液晶セルとは反対側に第二の１／４波長フィルムを備える、光学素子。

（９）また、本発明のある実施形態は、上記（８）の構成に加え、上記第一の１／４波長フィルムは、逆波長分散特性を有する、光学素子。

（１０）また、本発明のある実施形態は、上記（８）又は上記（９）の構成に加え、上記第一の１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、０．７倍以上、１倍以下である、光学素子。

（１１）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）又は上記（１０）の構成に加え、上記第一の１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、１倍以上、１．３倍以下である、光学素子。

（１２）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）、上記（１０）又は上記（１１）の構成に加え、上記第一の１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、３０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下である、光学素子。

（１３）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）又は上記（１２）の構成に加え、上記第二の１／４波長フィルムは、フラット波長分散特性を有する、光学素子。

（１４）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）、上記（１２）又は上記（１３）の構成に加え、上記第二の１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、１１０ｎｍ以上、１７５ｎｍ以下である、光学素子。

（１５）また、本発明の他の実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）、上記（７）、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）、上記（１２）、上記（１３）又は上記（１４）に記載の光学素子と、パンチャラトナムベリーレンズと、を備える、可変焦点素子。

（１６）また、本発明のある実施形態は、上記（１５）の構成に加え、上記パンチャラトナムベリーレンズは、上記光学素子内に配置される、可変焦点素子。

（１７）また、本発明の他の実施形態は、上記（１５）又は上記（１６）に記載の可変焦点素子を備える、ヘッドマウントディスプレイ。

（１８）また、本発明の他の実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記液晶セルは、更に、上記第一基板と上記液晶層との間に配置された第一の垂直配向膜と、上記液晶層と上記第二基板との間に配置された第二の垂直配向膜と、を有し、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含有し、上記第一の垂直配向膜及び上記第二の垂直配向膜の少なくとも一方は、電圧無印加状態における上記液晶分子のチルト方向を制御する、光学素子。

（１９）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）の構成に加え、上記電極は、上記第一基板及び上記第二基板の少なくとも一方において、面状の電極、及び、絶縁層を介して上記面状の電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた電極を有する、光学素子。

（２０）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）又は上記（１９）の構成に加え、上記スリット部が設けられた電極のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下である、光学素子。

（２１）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）、上記（１９）又は上記（２０）の構成に加え、上記第一の垂直配向膜及び上記第二の垂直配向膜の少なくとも一方は、弱アンカリングの垂直配向膜である、光学素子。

（２２）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）、上記（１９）、上記（２０）又は上記（２１）の構成に加え、上記液晶層の波長５５０ｎｍにおける電圧印加状態でのリタデーションΔｎｄは、１８０ｎｍ以上、２８０ｎｍ以下である、光学素子。

（２３）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）、上記（１９）、上記（２０）、上記（２１）又は上記（２２）の構成に加え、上記液晶層の屈折率異方性Δｎは、０．１２以下である、光学素子。

（２４）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）、上記（１９）、上記（２０）、上記（２１）、上記（２２）又は上記（２３）の構成に加え、上記光学素子に入射する光は、円偏光である、光学素子。

（２５）また、本発明の他の実施形態は、上記（１８）、上記（１９）、上記（２０）、上記（２１）、上記（２２）、上記（２３）又は上記（２４）に記載の光学素子と、パンチャラトナムベリーレンズと、を備える、可変焦点素子。

（２６）また、本発明のある実施形態は、上記（２５）の構成に加え、上記パンチャラトナムベリーレンズは、上記光学素子内に配置される、可変焦点素子。

（２７）また、本発明の他の実施形態は、上記（２５）又は上記（２６）に記載の可変焦点素子を備える、ヘッドマウントディスプレイ。

本発明によれば、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替え可能であり、かつ、薄型化が可能な光学素子、上記光学素子を備える可変焦点素子、及び、上記可変焦点素子を備えるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

実施形態１に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。実施形態１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における偏光状態について説明する模式図である。実施形態１に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。実施形態１に係る光学素子の、第一状態における各層のストークスプロットを示す図である。比較形態１に係る光学素子の断面模式図である。比較形態２に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１、比較形態１及び比較形態２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散の一例を示すグラフである。実施形態２に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。実施形態２に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。実施形態２に係る光学素子に印加される電界の方向を示す平面模式図である。実施形態２に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。実施形態３に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。実施形態３に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態４に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。実施形態５に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。実施形態５に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。実施形態５に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。実施形態５に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態６に係る光学素子の断面模式図である。実施形態６に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。実施形態６に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。実施形態７に係る可変焦点素子の断面模式図である。実施形態７に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの断面模式図の一例である。実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の断面模式図である。実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の拡大断面模式図である。実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの配向パターンを示した平面模式図である。実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の詳細な構成を説明する断面模式図である。実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の、Ｆ－２．５のモードにおける偏光状態について説明する図である。実施形態８に係るヘッドマウントディスプレイの断面模式図である。実施形態８に係るヘッドマウントディスプレイの外観の一例を示す斜視模式図である。実施例１に係る光学素子に印加する電圧について説明するグラフである。実施例１に係る光学素子が備える液晶層のリタデーションに対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える液晶層のリタデーションに対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える液晶層のツイスト角に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える液晶層のツイスト角に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。比較例１に係る光学素子の断面模式図である。比較例２に係る光学素子の断面模式図である。実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１、実施例２及び比較例１に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１、実施例２及び比較例１に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例４－１に係る光学素子が備える双安定配向膜の配向方向について説明する図である。実施例４－２に係る光学素子が備える双安定配向膜の配向方向について説明する図である。実施例５に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例１、実施例２、実施例５、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１、実施例２、実施例５、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１、実施例２、実施例５、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１、実施例２、実施例５、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例７に係る可変焦点素子が備える光学素子の軸方位を示す図である。実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第一の配向処理について説明する模式図である。実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第二の配向処理について説明する模式図である。実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第三の配向処理について説明する模式図である。実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第四の配向処理について説明する模式図である。実施形態９に係る光学素子の断面模式図である。実施形態９に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。実施形態９に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態９に係る光学素子の、第一状態における各層のストークスプロットを示す図である。実施形態９に係る光学素子の、第一状態における偏光状態について説明する模式図である。実施形態１０に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１０に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。実施形態１０に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態１１に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１１に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。実施形態１１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態１２に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１２に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。実施形態１２に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の断面模式図である。実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の拡大断面模式図である。実施形態１３の変形例に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の詳細な構成を説明する断面模式図である。実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の、Ｆ－２．５のモードにおける偏光状態について説明する図である。実施例８に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例８に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。比較例３に係る光学素子の断面模式図である。比較例４に係る光学素子の断面模式図である。実施例８、比較例３及び比較例４に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例８、比較例３及び比較例４に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例９に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例９に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例８、実施例９及び比較例３に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例８、実施例９及び比較例３に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１０に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例１０に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例８～実施例１０及び比較例３に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例８～実施例１０及び比較例３に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例１１に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例１１に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例１２に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。実施例１２に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。比較例３の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。比較例３の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例９の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例９の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例１２の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例１２の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例１３の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例１３の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。

（用語の定義）
本明細書中、方位とは、対象となる方向を光学素子の出射側の基板面上に射影したときの方向を意味し、基準となる方位との間のなす角度（方位角）で表現される。ここで、基準となる方位（０°）は、上記第一状態における上記第一基板側の液晶分子の配向方向を光学素子の出射側の基板面上に射影したときの方向に設定される。すなわち、第一状態における第一基板側の液晶分子の配向方向の方位角が０°に設定される。方位角は、基準となる方位から反時計回りを正の角度、基準となる方位から時計回りを負の角度とする。反時計回り及び時計回りは、いずれも、光学素子を出射側から見たときの回転方向を表す。また、方位角は、光学素子を出射側から平面視した状態で測定された値を表す。

本明細書中、２つの直線（軸、方向及び方位を含む）が互いに直交するとは、光学素子を出射側から平面視した状態で直交することを意味する。また、２つの直線の一方の直線が他方の直線に対して斜めに設けられるとは、光学素子を出射側から平面視した状態で一方の直線が他方の直線に対して斜めに設けられることを意味する。また、２つの直線のなす角度とは、光学素子を出射側から平面視した状態における一方の直線と他方の直線とのなす角度を意味する。

本明細書中、２つの直線（軸、方向及び方位を含む）が直交するとは、両者のなす角度が９０°±３°であることを意味し、好ましくは９０°±１°、より好ましくは９０°±０．５°、特に好ましくは９０°（完全に直交）であることを意味する。２つの直線が平行であるとは、両者のなす角度が０°±３°であることを意味し、好ましくは０°±１°、より好ましくは０°±０．５°、特に好ましくは０°（完全に平行）であることを意味する。

本明細書中、面内方向のリタデーション（面内位相差）Ｒｐは、Ｒｐ＝（ｎｓ－ｎｆ）ｄで定義される。また、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、Ｒｔｈ＝（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）ｄで定義される。ｎｓはｎｘ、ｎｙのうち大きい方を、ｎｆは小さい方を指す。また、ｎｘ及びｎｙは、複屈折層（位相差フィルムと液晶層を含む）の面内方向の主屈折率を示し、ｎｚは、面外方向、すなわち、複屈折層の面に対して垂直方向の主屈折率を示し、ｄは、複屈折層の厚みを示す。

なお、本明細書中で主屈折率、位相差等の光学パラメータの測定波長は、特に断りのない限り５５０ｎｍとする。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光学素子の断面模式図である。図２は、実施形態１に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。図３は、実施形態１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。図４は、実施形態１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における偏光状態について説明する模式図である。図５は、実施形態１に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。

図１～図５に示すように、本実施形態の光学素子１０は、第一基板１００、液晶層３００、及び、第二基板２００を備える液晶セル１１と、上記１／４波長フィルムとしての第一の１／４波長フィルム１２とを備え、液晶層３００は、第一基板１００と第二基板２００との間でツイスト配向する液晶分子３１０を含有する。液晶セル１１は、第一基板１００及び第二基板２００の少なくとも一方に、液晶層３００への電圧印加用の電極１１Ｅを有する。電極１１Ｅは、第一基板１００側の液晶分子３１１が第一の配向方向３１１Ａに配列する第一状態と、第一基板１００側の液晶分子３１１が、平面視において第一の配向方向３１１Ａに対して直交する第二の配向方向３１１Ｂに配列する第二状態と、を液晶層３００への電圧印加により切り替え可能に配置されている。上記第一状態と上記第二状態との切り替えは、液晶セル１１に入射する光の偏光状態を制御するものであり、液晶セル１１に円偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記円偏光が第一の直線偏光に変換され、上記第二状態では、上記円偏光が、平面視において上記第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光に変換され、液晶セル１１に直線偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記直線偏光が第一の円偏光に変換され、上記第二状態では、上記直線偏光が、上記第一の円偏光の回転方向と逆方向に回転する第二の円偏光に変換される。このような態様とすることにより、光学素子１０の厚さを抑えつつ、光学素子１０に入射した円偏光を変調させずに出射する状態と、光学素子１０に入射した円偏光を変調させて出射する状態とを、広帯域でスイッチングすることが可能となる。すなわち、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替え可能であり、かつ、薄型化が可能な光学素子１０を実現することができる。

上記第一状態において、第一基板１００側の液晶分子３１１は第一の配向方向３１１Ａに配列し、上記第二状態において、第一基板１００側の液晶分子３１１は、平面視において第一の配向方向３１１Ａに対して直交する第二の配向方向３１１Ｂに配列する。ここで、第一基板側の液晶分子の配向方向とは、第一基板近傍において水平配向している液晶分子の配向方向である。より具体的には、第一基板の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第一基板側の液晶分子の配向方向とは、液晶層の第一基板側の界面に位置する液晶分子の配向方向をいう。第一基板の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、液晶層の第一基板側の界面に位置する液晶分子は垂直配向しているため、第一基板側の液晶分子の配向方向とは、第一基板側の界面より液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある液晶分子の配向方向をいう。

同様に、第二基板側の液晶分子の配向方向とは、第二基板近傍において水平配向している液晶分子の配向方向である。より具体的には、第二基板の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第二基板側の液晶分子の配向方向とは、液晶層の第二基板側の界面に位置する液晶分子の配向方向をいう。第二基板の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、液晶層の第二基板側の界面に位置する液晶分子は垂直配向しているため、第二基板側の液晶分子の配向方向とは、第二基板側の界面より液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある液晶分子の配向方向をいう。

ここで、第一基板側の液晶分子の配向方向及び第二基板側の液晶分子の配向方向は、Ａｘｏｓｃａｎ（オプトサイエンス社製）で液晶セルを測定し、出力されるミューラーマトリックスから測定することができる。具体的には、ポジ型の液晶分子が充填されている場合は電圧無印加時、ネガ型の液晶分子が充填されている場合は電圧印加時（例えば５Ｖ）で測定する。また、Ａｘｏｓｃａｎ内で液晶のセル厚やツイスト角をフィッティングするソフトによっても、第一基板側の液晶分子の配向方向及び第二基板側の液晶分子の配向方向を求めることができる。

上記第一状態と上記第二状態との切り替えは、液晶セル１１に入射する光の偏光状態を制御するものである。液晶セル１１に円偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記円偏光が第一の直線偏光に変換され、上記第二状態では、上記円偏光が、平面視において上記第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光に変換される。液晶セル１１に直線偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記直線偏光が第一の円偏光に変換され、上記第二状態では、上記直線偏光が、上記第一の円偏光の回転方向と逆方向に回転する第二の円偏光に変換される。

ここで、液晶セル１１に円偏光が入射した場合、第一状態では、当該円偏光が概ね第一の直線偏光に変換されていればよい。例えば、第一状態では、波長５５０ｎｍ付近（具体的には波長５３０ｎｍ以上、５７０ｎｍ）において第一の直線偏光であり、その他の波長において楕円偏光となっていてもよい。また、第二状態では、当該円偏光が概ね第二の直線偏光に変換されていればよい。例えば、第二状態では、波長５５０ｎｍ付近（具体的には波長５３０ｎｍ以上、５７０ｎｍ）において第二の直線偏光であり、その他の波長において楕円偏光となっていてもよい。

また、液晶セル１１に直線偏光が入射した場合、第一状態では、当該直線偏光が概ね第一の円偏光に変換されていればよい。例えば、第一状態では、波長５５０ｎｍ付近（具体的には波長５３０ｎｍ以上、５７０ｎｍ）において第一の円偏光であり、その他の波長において楕円偏光となっていてもよい。また、第二状態では、当該直線偏光が概ね第二の円偏光に変換されていればよい。例えば、第二状態では、波長５５０ｎｍ付近（具体的には波長５３０ｎｍ以上、５７０ｎｍ）において第二の円偏光であり、その他の波長において楕円偏光となっていてもよい。

本実施形態では、液晶セル１１に円偏光が入射した場合について説明するが、液晶セル１１に直線偏光が入射した場合についても同様の効果が得られる。

液晶セル１１は、第一基板１００と液晶層３００と第二基板２００とを順に備える。光学素子１０では、第一基板１００及び第二基板２００の少なくとも一方の基板において、ｉｎ－ｐｌａｎｅ方向に２つの方向の電界を生じさせることにより、第一状態と第二状態とをスイッチングすることを可能にしている。

例えば、第一基板１００と液晶層３００との間、及び、第二基板２００と液晶層３００との間の少なくとも一方に、配向規制力を限りなく０に近づけた弱アンカリングの配向膜を配置することにより、第一状態と第二状態とをスイッチングすることができる。具体的には、スライド膜と呼ばれる液晶分子の配向を保持する配向膜を用いることや、方位角０°及び方位角９０°の２方向に配向規制力を有する配向膜を用いることが挙げられる。以下に詳細を説明する。

図１に示すように、本実施形態の光学素子１０は、更に、第一の１／４波長フィルム１２の液晶セル１１とは反対側に第二の１／４波長フィルム１３を備えることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。以下では、光学素子１０が、入射側から出射側に向かって順に、液晶セル１１、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を備える態様について説明する。

図２に示すように、液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された、第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された、第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１と、を有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極１２０を有し、第二基板２００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極２２０を有する。平面視において、第一の櫛歯電極１２０の延伸方向１２０Ａは、第二の櫛歯電極２２０の延伸方向２２０Ａに対して斜めに設けられる。

このような態様とすることにより、第一の櫛歯電極１２０を電圧無印加状態に、第二の櫛歯電極２２０を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。更に、第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光とは偏光状態が異なる円偏光（例えば、左円偏光）に広帯域で変換される。このように、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現される。

また、第一の櫛歯電極１２０を電圧印加状態に、第二の櫛歯電極２２０を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。更に、第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光と偏光状態が同じである円偏光（例えば、右円偏光）のまま広帯域で出射される。このように、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。

なお、本実施形態では、入射側から出射側に向かって順に、液晶セル１１と第一の１／４波長フィルム１２と第二の１／４波長フィルム１３とを備える態様について説明するが、これらの積層順は逆になっていてもよく、具体的には、入射側から出射側に向かって順に、第二の１／４波長フィルム１３と第一の１／４波長フィルム１２と液晶セル１１とを備えていてもよい。この場合も、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現され、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。なお、積層順が逆になる場合には、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａと第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａとは適宜調整される。

液晶層３００は、第一基板１００と第二基板２００との間でツイスト配向する液晶分子３１０を含有する。第一状態及び第二状態のそれぞれにおいて、液晶分子３１０は、第一基板１００側から第二基板２００側にかけて捩れ配向している。

液晶分子３１０の捩れ配向は、例えば、液晶材料にカイラル剤を添加することにより実現することができる。カイラル剤としては特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。カイラル剤としては、例えば、Ｓ－８１１（メルク社製）等を用いることができる。

平面視において、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向（第一の配向方向）３１１Ａと、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａとのなす角度は、５７°以上、８２°以下であることが好ましく、６３°以上、７５°以下であることがより好ましく、６６°以上、７２°以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。以下では、平面視において、第一基板側の液晶分子の配向方向と、第二基板側の液晶分子の配向方向とのなす角度を、ツイスト角ともいう。

平面視において、第二状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向（第二の配向方向）３１１Ｂと、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂとのなす角度は、５７°以上、８２°以下であることが好ましく、６３°以上、７５°以下であることがより好ましく、６６°以上、７２°以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。第一状態におけるツイスト角と第二状態におけるツイスト角とは同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。

平面視において、延伸方向１２０Ａと延伸方向２２０Ａとのなす角度α（ただし、αは０°を超え、９０°未満の実数）、及び、液晶層３００に含まれる液晶分子３１０のツイスト角Ａは、第一状態及び第二状態において、下記（式ＡＸ１）を満たすことが好ましく、下記（式ＡＸ２）を満たすことがより好ましく、下記（式ＡＸ３）を満たすことが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。
８５°－Ａ≦α≦９５°－Ａ（式ＡＸ１）
８８°－Ａ≦α≦９２°－Ａ（式ＡＸ２）
α＝９０°－Ａ（式ＡＸ３）

ツイスト角Ａは、６０°以上、８０°以下であることが好ましく、６４°以上、７６°以下であることがより好ましく、６８°以上、７２°以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

延伸方向１２０Ａの方位角が０°であり、延伸方向２２０Ａの方位角が１６０°（すなわち、平面視において、延伸方向１２０Ａと延伸方向２２０Ａとのなす角度αが２０°）であり、液晶分子３１０のツイスト角Ａが７０°であり、かつ、液晶層３００がポジ型の液晶分子３１０を含有する場合、図３～図５に示すように、第一の櫛歯電極１２０が電圧無印加状態であり、第二の櫛歯電極２２０が電圧印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一の櫛歯電極１２０が電圧印加状態であり、第二の櫛歯電極２２０が電圧無印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

なお、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合は、第一の櫛歯電極１２０が電圧印加状態であり、第二の櫛歯電極２２０が電圧無印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一の櫛歯電極１２０が電圧無印加状態であり、第二の櫛歯電極２２０が電圧印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

図６は、実施形態１に係る光学素子の、第一状態における各層のストークスプロットを示す図である。図６は、第一状態における各層を透過してくときの偏光状態（各層の役割）を示している。実施形態１に係る光学素子１０の偏光変調の原理を、図６のポアンカレ球を用いて詳細に説明する。

図６の（１）に示すように、右円偏光（Ｓ３＝＋１）が液晶セル１１に入射する。

７０°捩れの液晶セル１１を通過後、一度、図６の（２）のプロットの偏光状態に変換される。各プロットの点は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの波長違いのプロットを表している。波長５５０ｎｍ付近は直線偏光（ポアンカレ球上でいう赤道上）だが、それ以外の波長はポアンカレ球の北半球にプロットされ、楕円偏光になっている。

その後、第一の１／４波長フィルム１２（具体的には、逆波長分散の１／４波長フィルム）を通過し、図６の（３）のプロットとなる。

更に、第二の１／４波長フィルム１３（具体的には、フラット波長分散の１／４波長フィルム）を通過すると、図６の（４）のプロットに示すように、ほぼ全波長が左円偏光（ポアンカレ球上での南極位置）となって出射される。すなわち、右円偏光から左円偏光への変調がなされたことが分かる。

第二状態（非変調時）も同様に、７０°捩れの液晶セル１１を通過後一度直線偏光になる。ただし、液晶セル１１の配向全体を９０°回転させているため、第一状態（変調時）とは約９０°角度の異なった直線偏光となっている。そして、その後、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過後に全波長が右円偏光になる。すなわち、右円偏光を右円偏光として出射でき、非変調となる。

このように、第一状態と第二状態とは、７０°ツイストという液晶分子３１０の配向は同じであり、系全体が９０°異なる関係にある。本実施形態の光学素子１０を用いると、第一状態及び第二状態の２つの状態を可逆的にスイッチングすることができ、偏光非変調時も偏光変調時も広帯域な薄型の可変１／２波長板（ｓＨＷＰ：ＳｗｉｔｃｈａｂｌｅＨａｌｆＷａｖｅＰｌａｔｅ）素子を実現することができる。

ここで、ｓＨＷＰを液晶層１層で実現しようとすると、図７に示すような、９０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ１を備える液晶セル１１Ｒ１を用いた、比較形態１の光学素子１０Ｒ１の構成が考えられる。より具体的には、比較形態１の光学素子１０Ｒ１は、遅相軸の方位角が７５°である１／４波長フィルム１４Ｒと、遅相軸の方位角が１５°である１／２波長フィルム１５Ｒと、液晶セル１１Ｒ１と、遅相軸の方位角が－７５°である１／２波長フィルム１６Ｒと、遅相軸の方位角が－１５°である１／４波長フィルム１７Ｒと、を順に備える。図７は、比較形態１に係る光学素子の断面模式図である。

また、ｓＨＷＰを液晶層２層で実現しようとすると、図８に示すような、７０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ２と、－７０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ３とが積層された比較形態２の光学素子１０Ｒ２の構成が考えられる。図８は、比較形態２に係る光学素子の断面模式図である。

図９は、実施形態１、比較形態１及び比較形態２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散の一例を示すグラフである。図９は、右円偏光（ストークスパラメータＳ３＝＋１）を入射したときの、出射光の偏光状態の波長依存を表す。Ｓ３＝－１に近いほど左円偏光に変換されたことを示す。広波長にわたって－１に近い方が、変調時が広帯域といえる。

比較形態１の光学素子１０Ｒ１は、設計は容易であるが、９０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ１の波長分散等の影響により、図９に示すように広帯域化が困難である。また、比較形態２の光学素子１０Ｒ２では広帯域化は可能であるが、薄型化が困難である。また、偏光変調時（右円偏光を左円偏光に変換する際）は広帯域であるが、縦電界で駆動するため、偏光非変調時（右円偏光をそのまま右円偏光で出射する際）は、電圧印加時に液晶分子全てが垂直配向にはならず、残留リタデーションの影響を受けて広帯域とはならない。一方、本実施形態の光学素子１０では、広帯域で左右の円偏光をスイッチングすることができる。

上記特許文献１では、偏光変調特性が一切開示されていない。特許文献１には単層のＴＮ液晶層の構成が開示されているが、当該構成では偏光変調時（特許文献１における非アクティブ時、電圧ＯＦＦ時）において、特定の波長でしか適切に偏光変換されず、広帯域での偏光変換を実現することはできない。また、特許文献１には複数の液晶層を積層した構成が開示されているが、光学素子の製造が複雑化し、厚くなるという課題がある。

より具体的には、特許文献１で開示されている単層の構成では、偏光変調時において、液晶分子は９０°ツイスト配向し、偏光非変調時において、液晶分子は縦電界が印加されて垂直配向する。偏光変調時は液晶分子が９０°ツイスト配向するため、波長依存があり、偏光変調を広帯域で実現することができない。仮に、液晶分子のツイスト角度や液晶層のセル厚等を調整して広帯域で偏光変調を実現できたとしても、偏光非変調時には基板付近の液晶分子による残留リタデーションの影響を受けて広帯域で偏光非変調を実現することはできない。すなわち、広帯域での偏光変調と偏光非変調とを両立することはできない。

一方、本実施形態の光学素子１０は、偏光変調時も偏光非変調時も液晶分子３１０が７０°ツイスト状態を維持し、かつ、それら２つの状態は系全体を９０°回転させたこと以外は同様に駆動する。その結果、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で実現することができる。

上記特許文献２では、ｓＨＷＰとパンチャラトナムベリー（ＰＢ：ＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍＢｅｒｒｙ）レンズとのセットを複数セット（例えば、６セット）組み合わせて、焦点深度にチューナビリティが付与された可変焦点素子が開示されている。そのため、ｓＨＷＰが厚くなると、当該可変焦点素子全体が厚くなるという課題がある。上記比較形態２のような２層の液晶層（７０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ２及び－７０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ３）でｓＨＷＰを実現する構成では、６セットで１２層もの液晶層が必要であり、可変焦点素子を薄型化することは困難である。そのため、ｓＨＷＰである光学素子は、薄型であり、広帯域で偏光変調及び偏光非変調を実現できることが求められている。

第一基板１００は、第一の支持基板１１０と第一の櫛歯電極１２０とを備える。第二基板２００は、第二の支持基板２１０と第二の櫛歯電極２２０とを備える。

第一の支持基板１１０及び第二の支持基板２１０としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の絶縁基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラスが挙げられる。ブラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン等のプラスチックが挙げられる。

第一の櫛歯電極１２０は、櫛歯電極である第一の画素電極と櫛歯電極である第一の共通電極とを有する。第二の櫛歯電極２２０は、櫛歯電極である第二の画素電極と櫛歯電極である第二の共通電極とを有する。第一の画素電極及び第二の画素電極を、以下では単に画素電極ともいい、第一の共通電極及び第二の共通電極を、以下では単に共通電極ともいう。画素電極及び共通電極は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等の透明導電材料、又は、それらの合金を、スパッタリング法等により単層又は複数層で成膜して形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行うことで形成することができる。

第一の櫛歯電極１２０のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一基板１００側の液晶分子３１１を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。同様に、第二の櫛歯電極２２０のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第二基板２００側の液晶分子３１２を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。ここで、櫛歯電極は、線状電極部とスリット部とが交互に繰り返して配置される構造を有し、櫛歯電極のピッチは、一組の線状電極部及びスリット部の幅の合計を意味する。

本明細書では、一対の共通電極と画素電極との間に閾値以上の電圧が印加された電圧印加状態を、単に「電圧印加状態」又は「電圧印加時」とも言い、一対の共通電極と画素電極との間に電圧が印加されていない（閾値未満の電圧が印加されている場合も含む）電圧無印加状態を、単に「電圧無印加状態」又は「電圧無印加時」とも言う。

液晶層３００は、液晶材料を含んでおり、液晶層３００に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶材料中の液晶分子３１０の配向状態を変化させることにより、液晶層３００を通過する光の偏光状態を変化させることができる。

液晶分子３１０は、下記式（Ｌ）で定義される誘電率異方性（Δε）が正の値を有するポジ型の液晶分子であってもよく、負の値を有するネガ型の液晶分子であってもよいが、本実施形態ではポジ型の液晶分子を例に挙げて説明する。なお、液晶分子の長軸方向が遅相軸の方向となる。また、液晶分子は、電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）で、ホモジニアス配向するものであり、電圧無印加状態における液晶分子の長軸の方向は、液晶分子の初期配向の方向ともいう。
Δε＝（液晶分子の長軸方向の誘電率）－（液晶分子の短軸方向の誘電率）（Ｌ）

液晶層３００の、波長５５０ｎｍにおける電圧無印加状態でのリタデーションΔｎｄは、１８０ｎｍ以上、２８０ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であることがより好ましく、２２０ｎｍ以上、２４０ｎｍ以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

液晶層３００の屈折率異方性Δｎは、０．１２以下であることが好ましく、０．１以下であることがより好ましい。このような態様とすることにより、液晶層３００自身の波長分散を小さくすることが可能となり、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

液晶層３００の厚さｄは、２μｍ以上、４．２μｍ以下であることが好ましい。

第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１及び第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１について説明する。弱アンカリングの配向膜とは、液晶分子に対する配向規制力が弱い配向膜をいう。本実施形態における弱アンカリングの配向膜では、単純なアンカリングエネルギー（弾性）よりも、粘弾性が重要因子となる。弱アンカリングの配向膜は、例えば、潤滑界面であってもよい。本明細書において、潤滑界面とは、潤滑界面誘導領域によって誘導される界面である。潤滑界面誘導領域とは、液晶相よりも低秩序な領域をいう。

潤滑界面誘導領域は、潤滑界面誘導液体領域であってもよい。潤滑界面誘導液体領域とは、潤滑界面誘導領域のうち、液体相である領域をいう。潤滑界面誘導領域としては、潤滑界面誘導液体領域（液体相）に限らず、ゲル層を形成している領域、オーダーパラメーター（配向秩序度）が低い領域、透明点が低下している領域、一部無秩序領域を含む秩序領域、運動性が高い領域を含む領域などであってもよい。

潤滑界面誘導領域は、潤滑界面誘導剤を含むことが好ましい。潤滑界面誘導領域は、潤滑界面誘導剤のみを含むものであってもよく、潤滑界面誘導剤及び液晶成分を含むものであってもよい。また、潤滑界面誘導剤は、液晶層３００中に含まれていてもよく、液晶層３００とは別に導入されてもよく、あらかじめ支持基板に含まれていてもよく、あらかじめ化学修飾させて、支持基板と結合していてもよい。

上記潤滑界面誘導剤は、極性基を有する化合物、重合性化合物、高分子化合物又はイオン液体であることが好ましい。上記高分子化合物は、鎖長の異なる２種又は３種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも１種を有することが好ましい。

液晶層３００及び上記潤滑界面誘導剤が相分離構造を発現して、液晶層３００が液晶相を形成し、潤滑界面誘導剤が潤滑界面誘導領域において液体相を形成していることが好ましい。潤滑界面誘導剤が潤滑界面誘導領域において液晶相より低秩序なゲル層を形成していてもよい。

弱アンカリングの配向膜は、例えば、液晶層３００と上記潤滑界面誘導領域との界面に設けられるスリッパリー界面であることが好ましい。

第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１及び第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１は、スリッパリー界面（スリッパリー膜）であることが好ましい。例えば、液晶層３００中にドデシルアクリレートを混合した材料により、液晶層３００と第一基板１００との間、及び、液晶層３００と第二基板２００との間に、ドデシルアクリレートの液体相（等方相）が潤滑界面誘導領域を形成し、液晶層３００と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー膜を形成する。

このような界面を有することで、電場によって液晶分子の配向方向を任意の方向に向け、その状態を維持することができる。スリッパリー膜の中でも、このような配向をメモリーする膜をスライド膜と呼ぶことがある。一度ある方向に配向されたあと、別の方向の電場を加えれば、液晶分子の配向方向を別の方向に向けることができる。すなわち、電場によって複数の安定状態を作り出すことができる。本実施形態では、第一状態と第二状態とを作り出すことができる。上記に例示した材料以外にも、特開２００６－０８４５３６号公報や、国際公開第２０１７／０３４０２３号などに記載の材料も用いることができる。

弱アンカリングの配向膜は、例えば、方位角アンカリングエネルギーが、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２未満である配向膜であってもよい。方位角アンカリングエネルギーは、例えば、トルクバランス法、ネールウオール法、電場応答閾値からの算出、回転磁場からの算出等、各種公知の方法で算出することができる。なお、本明細書に記載された方位角アンカリングエネルギーは、電場応答閾値からの算出法を用いて算出されたものである。弱アンカリングの配向膜の方位角アンカリングエネルギーの下限値は特に限定されないが、弱アンカリングの配向膜の方位角アンカリングエネルギーは、例えば、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上である。

第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１の方位角アンカリングエネルギーは、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２未満であることが好ましく、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－５Ｊ／ｍ^２以下であることがより好ましく、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－６Ｊ／ｍ^２以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１の方位角アンカリングエネルギーは、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２未満であることが好ましく、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－５Ｊ／ｍ^２以下であることがより好ましく、１×１０^－１０Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－６Ｊ／ｍ^２以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

弱アンカリングの配向膜は配向処理を行うことにより形成される他、配向処理を行わなくとも形成することができる。具体的には、弱アンカリングの配向膜は、ラビング配向膜であってもよいし、光配向膜であってもよいし、配向処理が施されていない未処理の配向膜であってもよい。

ラビング配向膜は、例えば、ラビング配向膜用ポリマーを含む配向膜材料を基板上に成膜し、レーヨンや綿等からなる布を巻いたローラを、回転数及びローラと基板との距離を一定に保った状態で回転させ、ラビング配向膜用ポリマーを含む膜の表面を所定の方向に擦る（ラビング法）ことにより得られる。ラビング処理の条件を変更することにより、配向膜の方位角アンカリングエネルギーを調整し、弱アンカリングの配向膜を形成することができる。

ラビング配向膜用ポリマーとしては、例えば、ポリイミド等が挙げられる。ラビング配向膜に含まれるラビング配向膜用ポリマーは、一種であっても、二種以上であってもよい。

光配向膜は、例えば、光官能基を有する光配向性ポリマーを含む配向膜材料を基板上に成膜し、偏光紫外線を照射して光配向性ポリマーを含む膜の表面に異方性を発生させる（光配向法）ことにより得られる。光配向処理の条件や材料構造を変更することにより、配向膜の方位角アンカリングエネルギーを調整し、弱アンカリングの配向膜を形成することができる。

上記光配向性ポリマーとしては、例えば、シクロブタン基、アゾベンゼン基、カルコン基、シンナメート基、クマリン基、スチルベン基、フェノールエステル基及びフェニルベンゾエート基から選択される少なくとも一種の光官能基を有する光配向性ポリマー等が挙げられる。光配向膜に含まれる光配向性ポリマーは、一種であっても、二種以上であってもよい。光配向性ポリマーが有する光官能基は、ポリマーの主鎖に存在してもよいし、ポリマーの側鎖に存在してもよいし、ポリマーの主鎖及び側鎖の両方に存在してもよい。

上記光配向性ポリマーの光反応の型も特に限定されないが、光分解型ポリマー、光転位型ポリマー（好ましくは光フリース転位型ポリマー）、光異性化型ポリマー、光二量化型ポリマー及び光架橋型ポリマーを好適な例として挙げることができる。これらは何れかを単独で用いることもでき、二種以上を併用することもできる。なかでも、配向安定性の観点からは、２５４ｎｍ付近を反応波長（主感度波長）とする光分解型ポリマー、及び、２５４ｎｍ付近を反応波長（主感度波長）とする光転位型ポリマーが特に好ましい。側鎖に光官能基を有する光異性化型ポリマー及び光二量化型ポリマーもまた好ましい。

上記光配向性ポリマーの主鎖構造は特に限定されないが、ポリアミック酸構造、ポリイミド構造、ポリ（メタ）アクリル酸構造及びポリシロキサン構造、ポリエチレン構造、ポリスチレン構造、ポリビニル構造を好適な例として挙げることができる。

未処理の配向膜は、例えば、基板上に配向膜ポリマーを含む配向膜材料を成膜することにより得られる。上記配向膜ポリマーとしては、例えば、ポリイミド、ポリへキシルメタクリレート等が挙げられる。未処理の配向膜に含まれる配向膜ポリマーは、一種であっても、二種以上であってもよい。

また、未処理の配向膜に含まれる上記配向膜ポリマーとしては、ポリイミド及びポリへキシルメタクリレート以外に、国際公開２０１７／０３４０２３号に記載されているポリマーも挙げられ、なかでもポリエチレングリコール、ポリプロポレングリコール等のポリアルキレンオキサイドが好ましい。

水平配向膜は、電圧無印加時に、液晶層中の液晶分子を当該水平配向膜の表面に対して水平方向に配向させる機能を有する。ここで、液晶分子が水平配向膜の表面に対して水平方向に配向するとは、液晶分子のプレチルト角が、水平配向膜の表面に対して０°以上、５°以下であることを意味し、好ましくは０°以上、２°以下、より好ましくは０°以上、１°以下であることを意味する。液晶分子のプレチルト角は、液晶層への電圧無印加時に、液晶分子の長軸が配向膜の主面に対して傾斜する角度を意味する。

本明細書では、第一基板１００と液晶層３００との間に設けられる配向膜を第一の配向膜４１０ともいい、第二基板２００と液晶層３００との間に設けられる配向膜を第二の配向膜４２０ともいう。

１／４波長フィルム（具体的には、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３）は、少なくとも波長５５０ｎｍの光に対して、２０ｎｍ以上、２４０ｎｍ以下の面内位相差を付与するものであればよい。

１／４波長フィルムの材料としては、例えば、光重合性液晶材料等が挙げられる。光重合性液晶材料の構造としては、例えば、液晶分子の骨格の末端に、アクリレート基、メタクリレート基等の光重合性基を有する構造が挙げられる。

１／４波長フィルムは、例えば、下記の方法によって形成可能である。まず、光重合性液晶材料を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）等の有機溶媒に溶かす。次に、得られた溶液を、基材（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）の表面上に塗布し、溶液の塗膜を形成する。その後、この溶液の塗膜に対して、仮焼成、光照射（例えば、紫外線照射）、及び、本焼成を順に行うことによって、１／４波長フィルムが形成される。

また、上記光重合性液晶材料にカイラル剤を添加し、７０°捩れた状態でポリマー化した液晶ポリマーを１／４波長フィルムとして用いてもよい。

１／４波長フィルムとしては、例えば、延伸処理された高分子フィルムも使用可能である。高分子フィルムの材料としては、例えば、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ノルボルネン、トリアセチルセルロース、ジアチルセルロース等が挙げられる。

第一の１／４波長フィルム１２は、逆波長分散特性を有することが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。ここで、本明細書中、「位相差フィルムの波長分散性」とは、位相差フィルムが付与する位相差の絶対値と入射光の波長との相関関係を指す。可視光域において、入射光の波長が変化しても位相差フィルムが付与する位相差の絶対値が変化しない性質を「フラット波長分散特性」という。また、可視光域において、入射光の波長が大きくなるにつれて位相差フィルムが付与する位相差の絶対値が小さくなる性質を「正波長分散特性」といい、可視光域において、入射光の波長が大きくなるにつれて位相差フィルムが付与する位相差の絶対値が大きくなる性質を「逆波長分散特性」という。

第一の１／４波長フィルム１２の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、０．７倍以上、１倍以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一の１／４波長フィルム１２の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、１倍以上、１．３倍以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一の１／４波長フィルム１２の波長５５０ｎｍの面内位相差は、３０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側から遠い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本実施形態では第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は、４８°以上、６６°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第二の１／４波長フィルム１３は、フラット波長分散特性を有することが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第二の１／４波長フィルム１３の波長５５０ｎｍの面内位相差は、１１０ｎｍ以上、１７５ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側に近い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本実施形態では第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は、３°以上、２２°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａと、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａとのなす角度は、４０°以上、５０°以下であることが好ましく、４２°以上、４８°以下であることがより好ましく、４４°以上、４６°以下であることが更に好ましく、４５°であることが特に好ましい。

液晶層３００がポジ型の液晶分子３１０を含有する本実施形態では、平面視において、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａは、第一の櫛歯電極１２０の延伸方向１２０Ａに一致する。そのため、第一状態での第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、例えば、図５に示すように、延伸方向１２０Ａの方位角は０°に、延伸方向２２０Ａの方位角は１６０°に、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角は５７．２°に、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角は１２．２°に設定することができる。

光学素子１０に入射する光は、円偏光であることが好ましい。このような態様とすることにより、円偏光の偏光状態をスイッチング可能な光学素子１０を実現することができる。

（実施形態２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１０は、実施形態２に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。図１１は、実施形態２に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。図１２は、実施形態２に係る光学素子に印加される電界の方向を示す平面模式図である。図１３は、実施形態２に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。

本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、図１０及び図１１に示すように、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された、弱アンカリングの水平配向膜４１２と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された垂直配向膜４２２と、を有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極１２１、及び、絶縁層１４０を介して第一の櫛歯電極１２１に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極１２２を有する。平面視において、第一の櫛歯電極１２１の延伸方向１２１Ａは、第二の櫛歯電極１２２の延伸方向１２２Ａに対して直交する。

このような態様とすることにより、図１２及び図１３に示すように、第一の櫛歯電極１２１を電圧無印加状態に、第二の櫛歯電極１２２を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。更に、第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光とは偏光状態が異なる円偏光（例えば、左円偏光）に広帯域で変換される。このように、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現される。

また、第一の櫛歯電極１２１を電圧印加状態に、第二の櫛歯電極１２２を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。更に、第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光と偏光状態が同じである円偏光（例えば、右円偏光）のまま広帯域で出射される。このように、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。

図１０に示すように、本実施形態の液晶セル１１は、捩れＨＡＮ（ＨｙｂｒｉｄＡｌｉｇｎｅｄＮｅｍａｔｉｃ）セルであり、入射側から出射側に向かって順に、第一基板１００、スリッパリー膜である弱アンカリングの水平配向膜４１２、カイラル剤入りの液晶層３００、垂直配向膜４２２、及び、第二基板２００を備えている。液晶層３００に含まれる液晶分子３１０は、ネガ型の液晶分子であっても、ポジ型の液晶分子であってもよいが、実施形態では、液晶層３００にポジ型の液晶分子３１０が含まれる場合を例に挙げて説明する。

図１１に示すように、第一基板１００は、第一の支持基板１１０と、第二の櫛歯電極１２２と、絶縁層１４０と、第一の櫛歯電極１２１と、を順に備える。第二基板２００は、第二の支持基板２１０を備える。

絶縁層１４０は、第一の櫛歯電極１２１と第二の櫛歯電極１２２とを絶縁する機能を有する。絶縁層１４０としては、無機絶縁膜、有機絶縁膜、又は、上記有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層体を用いることができる。無機絶縁膜としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の無機膜（比誘電率ε＝５～７）や、それらの積層膜を用いることができる。有機絶縁膜としては、例えば、感光性アクリル樹脂等の比誘電率の小さい有機膜（比誘電率ε＝２～５）や、それらの積層膜を用いることができる。有機絶縁膜としては、より具体的には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂等の有機膜や、それらの積層体を用いることができる。

第一の櫛歯電極１２１は、櫛歯電極である第一の画素電極と櫛歯電極である第一の共通電極とを有する。第二の櫛歯電極１２２は、櫛歯電極である第二の画素電極と櫛歯電極である第二の共通電極とを有する。

第一の櫛歯電極１２１のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一基板１００側の液晶分子３１１を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。同様に、第二の櫛歯電極１２２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一基板１００側の液晶分子３１１を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。

図１２に示すように、第二の櫛歯電極１２２に電圧が印加され、第一の櫛歯電極１２１に電圧が印加されない場合、第一の電界方向１２０Ｅ１に電界が発生し（第一状態）、第二の櫛歯電極１２２に電圧が印加されず、第一の櫛歯電極１２１に電圧が印加される場合、第二の電界方向１２０Ｅ２に電界が発生する（第二状態）。このように、実施形態２の光学素子１０は、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向の方位角を電界で９０°回転させることができるものである。

垂直配向膜４２２は、電圧無印加時に、液晶層中の液晶分子を当該垂直配向膜の表面に対して垂直方向に配向させる機能を有する。ここで、液晶分子が垂直配向膜の表面に対して垂直方向に配向するとは、液晶分子のプレチルト角が、垂直配向膜の表面に対して８６°以上、９０°以下であることを意味し、好ましくは８７°以上、８９°以下、より好ましくは８７．５°以上、８９°以下であることを意味する。

垂直配向膜４２２は、強アンカリングの垂直配向膜であることが好ましい。強アンカリングの配向膜とは、液晶分子に対する配向規制力が強い配向膜をいい、例えば、方位角アンカリングエネルギーが、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２以上である配向膜をいう。強アンカリングの配向膜の方位角アンカリングエネルギーの上限値は特に限定されないが、強アンカリングの配向膜の方位角アンカリングエネルギーは、例えば、１×１０^－１Ｊ／ｍ^２以下である。

垂直配向膜４２２の方位角アンカリングエネルギーは、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－１Ｊ／ｍ^２以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

弱アンカリングの水平配向膜４１２は、スリッパリー膜であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

上記実施形態１では両側の配向膜が弱アンカリングであるため、配向乱れ及び応答速度について改善の余地がある。片側を垂直配向（ＨＡＮ構造）とした本実施形態では、片側は垂直配向膜４２２の強アンカリングのため、配向が安定しやすくなり、信頼性に優れた光学素子１０とすることができる。ＨＡＮ構造の場合は、弱アンカリングの水平配向膜４１２の方位角アンカリングエネルギーだけでなく、極角アンカリングエネルギーも重要である。ＨＡＮ配向のため、弱アンカリングの水平配向膜４１２の極角アンカリングエネルギーが小さいと、第二基板２００側の強アンカリングの配向膜（垂直配向膜４２２）の影響を受け、理想的なＨＡＮ配向から崩れやすくなる。

そのため、弱アンカリングの水平配向膜４１２の極角アンカリングエネルギーは、１×１０^－５Ｊ／ｍ^２以上であることが好ましく、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２以上であることがより好ましく、１×１０^－３Ｊ／ｍ^２以上であることが更に好ましい。弱アンカリングの水平配向膜４１２の極角アンカリングエネルギーの上限値は特に限定されず、弱アンカリングの水平配向膜４１２の極角アンカリングエネルギーは、例えば、１×１０^－１Ｊ／ｍ^２以下である。極角アンカリングエネルギーは、方位角アンカリングエネルギーと同様の方法により測定することができる。また、配向膜の極角アンカリングエネルギーは、方位角アンカリングエネルギーと同様の方法により調整することができる。

弱アンカリングの水平配向膜４１２の極角アンカリングエネルギーは、１×１０^－５Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－１Ｊ／ｍ^２以下であることが好ましく、１×１０^－４Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－１Ｊ／ｍ^２以下であることがより好ましく、１×１０^－３Ｊ／ｍ^２以上、１×１０^－１Ｊ／ｍ^２以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、理想的なＨＡＮ配向が得られ易くなる。

液晶層３００がポジ型の液晶分子３１０を含有する本実施形態では、平面視において、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａは、第一の櫛歯電極１２１の延伸方向１２１Ａに一致する。そのため、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、例えば、図１３に示すように、延伸方向１２１Ａの方位角は０°に、延伸方向１２２Ａの方位角は９０°に、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角は４°に、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角は４９°に設定することができる。

（実施形態３）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～２と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１４は、実施形態３に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。図１５は、実施形態３に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。

本実施形態の光学素子１０が備える電極１１Ｅは、図１４及び図１５に示すように、第一基板１００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極１２１、及び、第一の絶縁層１４１を介して第一の櫛歯電極１２１に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極１２２を有し、第二基板２００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第三の櫛歯電極２２１、及び、第二の絶縁層２４１を介して第三の櫛歯電極２２１に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第四の櫛歯電極２２２を有する。平面視において、第一の櫛歯電極１２１の延伸方向１２１Ａは、第二の櫛歯電極１２２の延伸方向１２２Ａに対して直交し、第三の櫛歯電極２２１の延伸方向２２１Ａは、第四の櫛歯電極２２２の延伸方向２２２Ａに対して直交し、第一の櫛歯電極１２１の延伸方向１２１Ａは、第三の櫛歯電極２２１の延伸方向２２１Ａに対して斜めに設けられる。

このような態様とすることにより、図１５に示すように、第一の櫛歯電極１２１を電圧無印加状態に、第二の櫛歯電極１２２を電圧印加状態に、第三の櫛歯電極２２１を電圧印加状態に、第四の櫛歯電極２２２を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。更に、第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光とは偏光状態が異なる円偏光（例えば、左円偏光）に広帯域で変換される。このように、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現される。

また、第一の櫛歯電極１２１を電圧印加状態に、第二の櫛歯電極１２２を電圧無印加状態に、第三の櫛歯電極２２１を電圧無印加状態に、第四の櫛歯電極２２２を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。更に、第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光と偏光状態が同じである円偏光（例えば、右円偏光）のまま広帯域で出射される。このように、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。

このように、本実施形態の光学素子１０では、第一基板１００及び第二基板２００の両基板に電圧を印加し、その後電圧を下げることで第一状態及び第二状態を実現することができる。第一状態と第二状態とでは、どちらの基板も電界の方向が９０°異なる。本実施形態では、第一基板１００と第二基板２００の両方の配向を電圧で規定できるため、応答速度を高めることができる。

図１４に示すように、第一基板１００は、第一の支持基板１１０と、第二の櫛歯電極１２２と、第一の絶縁層１４１と、第一の櫛歯電極１２１と、を順に備える。第二基板２００は、第二の支持基板２１０と、第三の櫛歯電極２２１と、第二の絶縁層２４１と、第四の櫛歯電極２２２と、を順に備える。

第一の絶縁層１４１は、第一の櫛歯電極１２１と第二の櫛歯電極１２２とを絶縁する機能を有する。第二の絶縁層２４１は、第三の櫛歯電極２２１と第四の櫛歯電極２２２とを絶縁する機能を有する。第一の絶縁層１４１及び第二の絶縁層２４１としては、絶縁層１４０と同様のものを用いることができる。

第一の櫛歯電極１２１は、櫛歯電極である第一の画素電極と櫛歯電極である第一の共通電極とを有する。第二の櫛歯電極１２２は、櫛歯電極である第二の画素電極と櫛歯電極である第二の共通電極とを有する。第三の櫛歯電極２２１は、櫛歯電極である第三の画素電極と櫛歯電極である第三の共通電極とを有する。第四の櫛歯電極２２２は、櫛歯電極である第四の画素電極と櫛歯電極である第四の共通電極とを有する。

第三の櫛歯電極２２１のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第二基板２００側の液晶分子３１２を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。同様に、第四の櫛歯電極２２２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第二基板２００側の液晶分子３１２を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。

平面視において、延伸方向１２１Ａと延伸方向２２１Ａとのなす角度β（ただし、βは０°を超え、９０°未満の実数）、及び、液晶層３００に含まれる液晶分子３１０のツイスト角Ｂは、第一状態及び第二状態において、下記（式ＢＸ１）を満たすことが好ましく、下記（式ＢＸ２）を満たすことがより好ましく、下記（式ＢＸ３）を満たすことが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。
８５°－Ｂ≦β≦９５°－Ｂ（式ＢＸ１）
８８°－Ｂ≦β≦９２°－Ｂ（式ＢＸ２）
β＝９０°－Ｂ（式ＢＸ３）

ツイスト角Ｂは、６０°以上、８０°以下であることが好ましく、６４°以上、７６°以下であることがより好ましく、６８°以上、７２°以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

延伸方向１２１Ａの方位角が０°であり、延伸方向２２１Ａの方位角を１６０°（すなわち、平面視において、延伸方向１２１Ａと延伸方向２２１Ａとのなす角度βが２０°）であり、液晶分子３１０のツイスト角Ｂが７０°であり、かつ、液晶層３００がポジ型の液晶分子３１０を含有する場合、図１５に示すように、第一の櫛歯電極１２１が電圧無印加状態であり、第二の櫛歯電極２２０が電圧印加状態であり、第三の櫛歯電極２２１が電圧印加状態であり、第四の櫛歯電極２２２が電圧無印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一の櫛歯電極１２０が電圧印加状態であり、第二の櫛歯電極２２０が電圧無印加状態であり、第三の櫛歯電極２２１が電圧無印加状態であり、第四の櫛歯電極２２２が電圧印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

なお、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合は、第一の櫛歯電極１２１が電圧印加状態であり、第二の櫛歯電極１２２が電圧無印加状態であり、第三の櫛歯電極２２１が電圧無印加状態であり、第四の櫛歯電極２２２が電圧印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一の櫛歯電極１２１が電圧無印加状態であり、第二の櫛歯電極１２２が電圧印加状態であり、第三の櫛歯電極２２１が電圧印加状態であり、第四の櫛歯電極２２２が電圧無印加状態である場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

液晶層３００がポジ型の液晶分子３１０を含有する本実施形態では、平面視において、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａは、第一の櫛歯電極１２１に設けられた櫛歯電極の延伸方向１２１Ａに一致する。そのため、第一状態での第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、例えば、延伸方向１２１Ａの方位角は０°に、延伸方向１２２Ａ及び延伸方向２２２Ａの方位角は９０°に、延伸方向２２１Ａの方位角は１６０°に、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角は５７．２°に、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角は１２．２°に設定することができる。

上記実施形態１及び実施形態２と同様に、本実施形態の光学素子１０は、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された第一の弱アンカリングの水平配向膜と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された第二の弱アンカリングの水平配向膜と、を有することが好ましい。このような態様とすることにより、水平配向は維持したまま界面付近の液晶分子も均一に一様配向させることができる。

（実施形態４）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～３と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１に代えて双安定配向膜を用いることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１６は、実施形態４に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、図１６に示すように、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された、２方向に配向安定方向を有する双安定配向膜４１３を有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極１２０を有し、第二基板２００において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極２２０を有する。平面視において、第一の櫛歯電極１２０の延伸方向１２０Ａは、第二の櫛歯電極２２０の延伸方向２２０Ａに対して斜めに設けられる。

双安定配向膜４１３は、２方向（第一の方向４１３Ａ及び第二の方向４１３Ｂ）に配向安定方向を有する配向膜である。平面視において、第一の方向４１３Ａ及び第二の方向４１３Ｂの方位は互いに直交し、かつ、第一の方向４１３Ａは、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａと平行であることが好ましい。第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角は、第一状態では０°であり、第二状態では９０°であるため、平面視において、第一の方向４１３Ａ及び第二の方向４１３Ｂの方位が互いに直交し、かつ、第一の方向４１３Ａが、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａと平行であることにより、第一状態及び第二状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向を双安定配向膜４１３によりエネルギー的に安定化することが可能となる。その結果、電圧のみで液晶分子３１０の配向方向を規定している実施形態１よりも、配向安定性に優れた光学素子１０を実現することができる。

双安定配向膜４１３は、光照射によって、または、凹凸基板とラビング処理によって形成することができる。

光照射を利用する場合、例えば、光官能波長が互いに異なる２つのポリマーを混合した材料を用いて双安定配向膜４１３を形成することができる。光官能波長が互いに異なる２つのポリマーを混合した溶液を基板上に塗布した後、例えば、ある波長の偏光紫外線を照射後、それとは別の波長と方向の偏光紫外線を照射することで、一つ目の方向と二つ目の方向の２方向に配向安定方向を持つ双安定配向膜４１３を形成することができる。

凹凸基板とラビング処理を利用する場合、例えば、基板にポリマーで特定の方向に溝を有する構造物を形成し、その溝方向とは異なる方向にラビング処理を実施する。液晶分子は、溝方向に並ぼうとする力と、ラビング方向に並ぼうとする力の２つが存在し、２方向に配向安定方向を持つ双安定配向膜４１３を形成することができる。

本実施形態の光学素子１０は、第二基板２００と液晶層３００との間に第二の配向膜４２０を備えてもよい。第二の配向膜４２０は、例えば、弱アンカリングの水平配向膜４２３である。弱アンカリングの水平配向膜４２３は、スリッパリー膜であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第二の配向膜４２０は、例えば、垂直配向膜であってもよい。当該垂直配向膜としては、垂直配向膜４２２と同様のものを用いることができる。

（実施形態５）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～４と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１７は、実施形態５に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。図１８は、実施形態５に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。図１９は、実施形態５に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。基板の界面付近の液晶分子の配向は垂直であり方位の規定ができないため、図１９では、液晶分子の配向方位を電極方向で規定する。

図１７～図１９に示すように、本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された、第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された、第二の垂直配向膜４２４と、を有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、面状の第一電極１３１、及び、第一の絶縁層１４１を介して第一電極１３１に重畳し、かつ、スリット部１３２Ｓが設けられた第二電極１３２を有し、第二基板２００において、面状の第三電極２３１、及び、第二の絶縁層２４１を介して第三電極２３１に重畳し、かつ、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２を有する。平面視において、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａは、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａに対して斜めに配置される。

このような態様とすることにより、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。更に、第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光とは偏光状態が異なる円偏光（例えば、左円偏光）に広帯域で変換される。このように、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現される。

また、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。更に、第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光と偏光状態が同じである円偏光（例えば、右円偏光）のまま広帯域で出射される。このように、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。

なお、第一電極１３１及び第二電極１３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。第三電極２３１及び第四電極２３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。図１８では、第一基板１００及び第二基板２００共に、液晶層３００側に向かって順に、面状の電極及びスリット部が設けられた電極を備えるが、面状の電極とスリット部が設けられた電極との配置はこれに限定されず、液晶層３００側に向かって順に、スリット部が設けられた電極及び面状の電極を備えていてもよい。

平面視において、延伸方向１３２Ａと延伸方向２３２Ａとのなす角度γ（ただし、γは０°を超え、９０°未満の実数）、及び、液晶層３００に含まれる液晶分子３１０のツイスト角Ｃは、第一状態及び第二状態において、下記（式ＣＸ１）を満たすことが好ましく、下記（式ＣＸ２）を満たすことがより好ましく、下記（式ＣＸ３）を満たすことが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。
８５°－Ｃ≦γ≦９５°－Ｃ（式ＣＸ１）
８８°－Ｃ≦γ≦９２°－Ｃ（式ＣＸ２）
γ＝９０°－Ｃ（式ＣＸ３）

ツイスト角Ｃは、６０°以上、８０°以下であることが好ましく、６４°以上、７６°以下であることがより好ましく、６８°以上、７２°以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

延伸方向１３２Ａの方位角が０°であり、延伸方向２３２Ａの方位角が１６０°（すなわち、平面視において、延伸方向１３２Ａと延伸方向２３２Ａとのなす角度γが２０°）であり、液晶分子３１０のツイスト角Ｃが７０°であり、かつ、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合に、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

なお、液晶層３００がポジ型の液晶分子３１０を含有する場合は、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

第一基板１００は、第一の支持基板１１０と、面状の第一電極１３１と、第一の絶縁層１４１と、第二電極１３２と、を順に有する。第二基板２００は、第二の支持基板２１０と、面状の第三電極２３１と、第二の絶縁層２４１と、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２と、を順に有する。

スリット部１３２Ｓが設けられた第二電極１３２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一基板１００側の液晶分子３１１を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。また、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第二基板２００側の液晶分子３１２を効率的に回転させることが可能となり、均一な捩れ配向を得やすくなる。ここで、スリット部が設けられた電極は、線状電極部とスリット部とが交互に繰り返して配置される構造を有し、スリット部が設けられた電極のピッチは、一組の線状電極部及びスリット部の幅の合計を意味する。

液晶分子３１０は、ネガ型の液晶分子であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一基板１００及び第二基板２００間で大きな縦電圧を印加することにより、ネガ型の液晶分子３１０を倒して水平配向化させることができる。第一状態及び第二状態において、第一電極１３１と第三電極２３１との間の電圧差は、１Ｖ以上であることが好ましく、３Ｖ以上であることがより好ましく、５Ｖ以上であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１と第三電極２３１との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１と第三電極２３１との間の電圧差は、例えば、２０Ｖ以下である。第一電極１３１と第三電極２３１との間の電圧差は、１Ｖ以上、２０Ｖ以下であることが好ましく、３Ｖ以上、２０Ｖ以下であることがより好ましく、５Ｖ以上、２０Ｖ以下であることが更に好ましい。

更に、第一電極１３１及び第二電極１３２間、及び、第三電極２３１及び第四電極２３２間のそれぞれにおいて、画素電極及び共通電極間に弱い電圧を印加して液晶分子３１０の面内配向方位を制御することができる。液晶分子３１０がネガ型の液晶分子である場合、面内ではスリット部１３２Ｓ、２３２Ｓの延伸方向（電界とは直交する方向）に液晶分子３１０は配向する。このとき、強い横電界を印加すると、カイラルの力による液晶の配向捩れを妨害するので、横電界は弱いことが好ましい。

例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、３Ｖ以下であることが好ましく、１Ｖ以下であることがより好ましく、０．５Ｖ以下であることが更に好ましい。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電位差は３Ｖ以下であることが好ましく、１Ｖ以下であることがより好ましく、０．５Ｖ以下であることが更に好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましく、０．０５Ｖ以上、１Ｖ以下であることがより好ましい。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電位差は０．０１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましく、０．０５Ｖ以上、１Ｖ以下であることがより好ましい。

第一の垂直配向膜４１４及び第二の垂直配向膜４２４はとしては、垂直配向膜４２２と同様のものを用いることができる。本実施形態の光学素子１０では、両基板側に垂直配向膜が配置されているため、水平配向膜が配置される場合よりも、生産性に優れた光学素子１０を実現することができる。

第一の垂直配向膜４１４及び第二の垂直配向膜４２４は、液晶分子に対して微小なチルト角を付与するものであってもよい。具体的には、第一の垂直配向膜４１４及び第二の垂直配向膜４２４は、液晶分子３１０に対して８５°以上、９０°以下のプレチルト角を付与するものであってもよい。

図２０は、実施形態５に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。図２０に示すように、また、第一基板１００及び第二基板２００の極めて近傍では、液晶分子３１０は垂直配向しているが、液晶層３００内では、水平配向の略７０°の捩れ配向が実現されている。

液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する本実施形態では、平面視において、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａは、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａに一致する。そのため、第一状態での第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、例えば、延伸方向１３２Ａの方位角は０°に、延伸方向２３２Ａの方位角は１６０°に、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角は５７．２°に、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角は１２．２°に設定することができる。

本実施形態の光学素子１０についても、他の実施形態と同様に、液晶層３００のリタデーションΔｎｄやツイスト角の設計により、適宜変調特性及び非変調特性をチューニングすることができる。

（実施形態６）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～５と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第二の１／４波長フィルム１３を備えないことを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図２１は、実施形態６に係る光学素子の断面模式図である。図２２は、実施形態６に係る光学素子が備える液晶セルの斜視模式図である。図２３は、実施形態６に係る光学素子の軸方位の一例を示す図である。

図２１～図２３に示すように、本実施形態の光学素子１０は、実施形態１と同様の液晶セル１１と、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムとを備えている。このような態様によっても、光学素子１０の厚さを抑えつつ、光学素子１０に入射した円偏光を変調させずに出射する状態と、光学素子１０に入射した円偏光を変調させて出射する状態とを、広帯域でスイッチングすることが可能となる。すなわち、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替え可能であり、かつ、薄型化が可能な光学素子１０を実現することができる。

本実施形態のように、液晶セル１１の出射側に第一の１／４波長フィルム１２が配置される場合、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角は、３°以上、２２°以下であることが好ましい。また、液晶セル１１の入射側に第一の１／４波長フィルム１２が配置される場合、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角は、４８°以上、６７°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

ここまで、液晶分子がポジ型の液晶分子、又は、ネガ型の液晶分子である場合について説明したが、液晶分子として二周波駆動液晶を用いてもよい。二周波駆動液晶とは、低周波でΔεが正のポジ型の液晶分子の、高周波でΔεが負のネガ型の液晶分子の挙動をとる液晶分子である。二周波液晶を使うと、上下基板（第一基板１００及び第二基板２００）のそれぞれに角度の異なる櫛歯電極を設けなくても、一つの櫛歯電極に対して、低周波駆動をすれば、電極延伸方向に垂直な方向に液晶分子が配向し、高周波駆動をすれば電極延伸方向に液晶分子が配向するため、電極構成を簡易にすることができる。

（実施形態７）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～６と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、上記実施形態１～６の光学素子（ｓＨＷＰ）を備える可変焦点素子について説明する。図２４は、実施形態７に係る可変焦点素子の断面模式図である。図２４に示す本実施形態の可変焦点素子３０は、光学素子１０とパンチャラトナムベリー（ＰＢ：ＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍＢｅｒｒｙ）レンズ２０とを備える。

上述の通り、実施形態１～６の光学素子１０は、円偏光の変調ができる。また、ＰＢレンズ２０は、右円偏光と左円偏光とで焦点距離が異なるため、光学素子１０とＰＢレンズ２０とを組み合わせることにより、可変焦点素子３０を実現することができる。

ＰＢレンズ２０は、円偏光を集光及び発散させる機能を有する。ＰＢレンズ２０は、例えば、国際公開第２０１９／１８９８１８号に記載の方法で作製することができる。

図２５は、実施形態７に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの断面模式図の一例である。ＰＢレンズ２０は、図２５に示すように、光学異方性層３２０Ａを備える。ＰＢレンズ２０は、一例として、円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、図２５では、入射光を左円偏光としている。

図２５に示す部分において、光学異方性層３２０Ａは、図２５中左側から３つの領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を有し、各領域で１周期の長さΛが異なっている。具体的には、１周期の長さΛは、領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の順に短くなっている。また、領域Ｒ１及びＲ２は、光学軸が光学異方性層の厚さ方向で捩れて回転した構造（以下、捩れ構造ともいう）を有している。領域Ｒ１の厚さ方向の捩れ角は、領域Ｒ２の厚さ方向の捩れ角よりも小さい。なお、領域Ｒ０は捩れ構造を有していない領域である（すなわち、捩れ角が０°である）。なお、捩れ角は、厚さ方向全体での捩れ角とする。

光学素子１０において、左円偏光ＬＣ１が光学異方性層３２０Ａの面内の領域Ｒ１に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に、すなわち、液晶分子３２０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している一方向に所定角度、屈折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ２が光学異方性層３２０Ａの面内の領域Ｒ２に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、屈折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ０が光学異方性層３２０Ａの面内の領域Ｒ０に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、屈折されて透過する。

ここで、光学異方性層３２０Ａによる屈折の角度は、領域Ｒ１の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ１よりも、領域Ｒ２の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ２が短いため、図２５に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ｒ２の透過光の角度θ_Ｒ２の方が領域Ｒ１の透過光の角度θ_Ｒ１よりも大きくなる。また、領域Ｒ１の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ１よりも、領域Ｒ０の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ０が長いため、図２５に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ｒ０の透過光の角度θ_Ｒ０の方が領域Ｒ１の透過光の角度θ_Ｒ１よりも小さくなる。

ここで、面内で液晶分子の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する光学異方性層による光の回折では、回折角度が大きくなると回折効率が低下する、すなわち回折光の強度が弱くなるという問題がある。そのため、光学異方性層を、液晶分子の光学軸の向きが面内で１８０°回転する１周期の長さが異なる領域を有する構成とした場合には、光の入射位置によって回折角度が異なるため、面内の入射位置によって回折光の光量に差が生じる。すなわち、面内の入射位置によって、透過、回折した光が暗くなる領域が生じる。

これに対して、本実施形態のＰＢレンズ２０は、光学異方性層が厚さ方向で捩れて回転する領域を有しており、厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる領域を有する。図２５に示す例では、光学異方性層３２０Ａの領域Ｒ２の厚さ方向の捩れ角φ_Ｒ２は領域Ｒ１の厚さ方向の捩れ角φ_Ｒ１よりも大きい。また、領域Ｒ０は厚さ方向の捩れ構造を有していない。これにより、屈折された光の回折効率の低下を抑制することができる。

図２５に示す例では、回折角度が領域Ｒ０よりも大きい領域Ｒ１及びＲ２に捩れ構造を付与することで、領域Ｒ１、Ｒ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。また、領域Ｒ１よりも回折角度が大きい領域Ｒ２の捩れ構造の捩れ角を、領域Ｒ１よりも大きくすることで、領域Ｒ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。これによって、面内の入射位置によって、透過した光の光量が均一になるようにすることができる。

このように、本実施形態のＰＢレンズ２０では、光学異方性層による屈折が大きい面内の領域では、入射光は厚さ方向の捩れ角が大きい層内を透過し、屈折される。これに対して、光学異方性層による屈折が小さい面内の領域は、入射光は厚さ方向の捩れ角が小さい層内を透過して屈折される。すなわち、ＰＢレンズ２０では、光学異方性層による屈折の大きさに応じて、面内における厚さ方向の捩れ角を設定することで、入射光に対する透過光を明るくすることができる。そのため、ＰＢレンズ２０によれば、面内における透過光量の屈折角度依存性を小さくすることができる。

光学異方性層３２０Ａの面内における屈折の光の角度は、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど大きい。また、光学異方性層３２０Ａの面内における厚さ方向の捩れ角は、液晶配向パターンにおいて矢印Ｘ方向に沿って光軸の向きが１８０°回転する１周期Λの短い領域の方が１周期Λの大きい領域よりも、大きい領域を有する。ＰＢレンズ２０では、一例として、図２５にも示すように、光学異方性層３２０Ａの領域Ｒ２における液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ２が、領域Ｒ１における液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ１よりも短く、厚さ方向に捩れ角φ_Ｒ２は大きい。すなわち、光入射側の光学異方性層３２０Ａの領域Ｒ２方が、大きく光を屈折させる。

したがって、対象とする液晶配向パターンの１周期Λに対して、面内における厚さ方向の捩れ角φを設定することで、好適に、面内の異なる領域において異なる角度に屈折した透過光を明るくすることができる。

ＰＢレンズ２０においては、前述のように、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど屈折の角度が大きいため、液晶配向パターンの１周期Λが短い領域ほど厚さ方向の捩れ角を大きくすることで透過光を明るくすることを可能にしている。そのため、ＰＢレンズ２０においては、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向の捩れ角の大きさの順列が異なる領域を有することが好ましい。

以上より、ＰＢレンズ２０は、液晶分子３２０を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層３２０Ａを備え、光学異方性層３２０Ａは、上記液晶分子由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、上記光学軸が光学異方性層３２０Ａの厚さ方向で捩れて回転する領域を有しており、厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる領域を有することが好ましい。

ＰＢレンズ２０は、液晶分子３２０由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さが異なる領域を有することが好ましい。

光学異方性層３２０Ａは、上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さが異なる複数の領域が、上記１周期の長さの順に配列しており、かつ、上記厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる複数の領域が、上記厚さ方向の捩れ角の大きさの順に配列しており、上記１周期の長さの順列の方向と上記厚さ方向の捩れ角の大きさの順列の方向とが異なる領域を有することが好ましい。

光学異方性層３２０Ａは、上記厚さ方向の捩れ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有することが好ましい。

光学異方性層３２０Ａは、上記液晶配向パターンにおける上記液晶分子３２０由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する上記一方向に向かって、上記液晶配向パターンの上記１周期が、漸次、短くなることが好ましい。

光学異方性層３２０Ａの上記液晶配向パターンは、上記液晶分子３２０由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する上記一方向を、内側から外側に向かう同心円状のパターンであることが好ましい。

図２５に示すＰＢレンズ２０は、捩れ角が面内で変化するＰＢレンズであり、回折角が大きい場合においても回折効率が高い素子であるが、ＰＢレンズ２０は、捩れ角が面内で変化しないＰＢレンズであってもよい。具体的には、ＰＢレンズ２０は、厚み方向の捩れがない、又は、面内で一定の捩れ角であるＰＢレンズであってもよく、例えば、特表２００８－５３２０８５号公報に記載の偏光回折格子を用いることができる。

ＰＢレンズ２０は、光学異方性層３２０Ａを、複数層、備えたＰＢレンズであって、光学異方性層３２０Ａの厚さ方向で捩れ角の向きが互いに異なる光学異方性層３２０Ａを有することが好ましい。

ＰＢレンズ２０は、光学異方性層３２０Ａを、複数層、備えたＰＢレンズであって、光学異方性層３２０Ａの厚さ方向で捩れ角の大きさが互いに異なる光学異方性層３２０Ａを有することが好ましい。

ＰＢレンズ２０は、光学異方性層３２０Ａを、複数層、備えたＰＢレンズであって、光学異方性層３２０Ａは、上記液晶分子３２０由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有することが好ましい。

上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さは、５０μｍ以下であることが好ましい。

可変焦点素子３０は、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を１組備える２値の可変焦点素子３０Ａであってもよく、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を２組以上備える多段階の可変焦点素子３０Ｂであってもよい。このように、光学素子１０とＰＢレンズ２０とのセットを複数枚組み合わせることにより、多段階のチューナビリティが付与された可変焦点素子３０Ｂを実現することができる。

可変焦点素子３０は、例えば、国際公開第２０１９／１８９８１８号に記載の方法で作製したＰＢレンズ２０を、光学素子１０に貼り付けることにより作製することができる。

（実施形態７の変形例１）
本変形例では、上記実施形態７におけるＰＢレンズ２０が光学素子１０内に配置され、インセル化された可変焦点素子３０について説明する。図２６は、実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の断面模式図である。図２７は、実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の拡大断面模式図である。

本変形例の可変焦点素子３０は、図２６に示すように、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を２組以上備える多段階の可変焦点素子３０Ｂである。

本変形例の可変焦点素子３０が備えるＰＢレンズ２０は、図２７に示すように、光学素子１０内に配置される。このようにＰＢレンズ２０をインセル化することにより、ＰＢレンズ２０を外付けする必要がないため、製造コストを大きく下げることができる。また、可変焦点素子３０の厚みを抑えることが可能になる。なお、図２６では、便宜上、光学素子１０とＰＢレンズ２０とを別々に図示している。

本変形例の可変焦点素子３０は、より具体的には、入射側から出射側に向かって順に、第二の１／４波長フィルム１３と、第一の１／４波長フィルム１２と、第一基板１００と、液晶層３００と、ＰＢレンズ２０と、第二基板２００と、を備える。可変焦点素子３０は、第一基板１００と液晶層３００との間に第一の配向膜４１０を備えていてもよい。また、可変焦点素子３０は、第二基板２００と液晶層３００との間に第二の配向膜４２０を備えていてもよい。

ここで、上記実施形態１～７のように、液晶セル１１の出射側に第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３が配置される場合、第一状態では、光学素子１０へと入射した円偏光（例えば右円偏光）は、まず、液晶セル１１に入射して第一の直線偏光に変換され、当該第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３へ入射して円偏光（例えば左円偏光）に変換される。また、第二状態では、光学素子１０へと入射した円偏光（例えば右円偏光）は、まず、液晶セル１１に入射して第二の直線偏光に変換され、当該第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３へ入射して円偏光（例えば右円偏光）に変換される。

一方、本変形例のように、液晶セル１１の入射側に第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３が配置される場合、第一状態では、光学素子１０へと入射した円偏光（例えば右円偏光）は、まず、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３へ入射して直線偏光に変換され、当該直線偏光は、液晶セル１１へ入射して第一の円偏光（例えば左円偏光）に変換される。また、第二状態では、光学素子１０へと入射した円偏光（例えば右円偏光）は、まず、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３へ入射して直線偏光に変換され、当該直線偏光は、液晶セル１１へ入射して第二の円偏光（例えば右円偏光）に変換される。

第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側に近い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本変形例では第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は、３°以上、２２°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側から遠い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本変形例では第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は、４８°以上、６６°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

インセル化されたＰＢレンズ２０（ＰＢレンズ層）は、言い換えると、遅相軸方向が面内で回転するようにパターニングされたインセル位相差層である。

ＰＢレンズのインセル化は、例えば、以下のようにして行うことができる。第二基板２００に、下記一般式（ＰＢ－１）で表されるポリマーを含むインセルＰＢレンズ形成用の光感光性材料を塗布し、ＰＢレンズ形成用膜を成膜した後、当該ＰＢレンズ形成用膜に対して配向処理を行うことによりＰＢレンズ２０のインセル化を行うことができる。

（上記式中、Ｖはスペーサ基を表し、Ｗは光官能基を有する二価の有機基を表し、Ｒ^５は一価の基を表し、ｐは１以上の整数を表す。）

上記一般式（ＰＢ－１）におけるＶは、スペーサ基を表す。Ｖは、－（ＣＨ_２）_ｎ－（ただし、ｎは２以上の整数）で表される炭素数が２以上のアルキレン基を有することが好ましい。このような態様とすることにより、良好な位相差を発現させることができる。上記アルキレン基は、直鎖状であることが好ましい。

上記一般式（ＰＢ－１）におけるＷは、光官能基を有する二価の有機基を表す。光官能基を有する二価の有機基としては、光二量化、光異性化、光フリース転位、光分解等の反応が生じる光官能基（光反応部位）を含有する二価の有機基が挙げられる。光二量化及び光異性化が可能な光官能基としては、例えば、シンナメート基、カルコン基、クマリン基、スチルベン基等が挙げられる。光異性化が可能な光官能基としては、例えば、アゾベンゼン基等が挙げられる。光フリース転位が可能な光官能基としては、例えば、フェノールエステル基等が挙げられる。光分解が可能な光官能基としては、例えば、シクロブタン環等が挙げられる。

上記一般式（ＰＢ－１）におけるＲ^５は、一価の基を表す。Ｒ^５は、水素原子又は１価の炭化水素基であることが好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。

ＰＢレンズ形成用膜に対する配向処理は、複数の配向処理により行われ、上記複数の配向処理で照射される偏光の方向は、互いに異なる。ＰＢレンズ形成用膜に対する配向処理は、例えば、方位角０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第一の配向処理と、方位角４５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第二の配向処理と、方位角９０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第三の配向処理と、方位角１３５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第四の配向処理と、を備える。

図２８は、実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの配向パターンを示した平面模式図である。図２８に示すように、ＰＢレンズ２０の配向パターンは、例えば、中心部から外周に行くに従い、配向方向が連続的に回転している。また、平面視において、半径Ｒの位置の液晶分子３１０の配向方向はすべて同じである。言い換えると、中心からの距離に応じて所定の角度分布を有している。配向パターンの周期Ｐ_１と回折角度θは、Ｐ_１＝２×λ／ｓｉｎθで表され、配向パターンの周期が短いほどより大きく光を回折させることができる。したがって焦点を結ぶレンズ効果を得たい場合には、光学素子の中心ほどピッチは広く（回折角度は小さく）、外周に行くほどピッチを短く（回折角度を大きく）することで実現される。

後述する、ディオプトリＤの異なるＰＢレンズ２０は、この配向パターン周期の設計をかえることで、作製することができる。また、配向パターンについては、国際公開第２０２０／１８６１２３号、特表２００８－５３２０８５号等に基づいて設定することもできる。

本実施形態では、配向処理を４回の露光で行う場合について説明したが、露光分割回数が増えるほど回折効率のよい可変焦点素子３０を得ることができる。光配向装置を応用したマルチ光配向処理による作製は、既存の液晶工場との相性がよく、高い生産性で製造することができる。本実施形態ではマルチ光配向処理によるＰＢレンズ２０の作製について説明したが、光干渉法やレーザー直接描画など既存の手法によって配向パターンを作製してもよい。

インセル化されたＰＢレンズ２０（ＰＢレンズ層）の位相差は、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下であることがより好ましく、λ／２（すなわち、２７５ｎｍ）であることが特に好ましい。回折効率は下記（式１）で表されるため、Δｎｄ＝λ／２の場合に、最大値をとる。

本変形例の可変焦点素子３０、すなわち、光学素子１０と、光学素子１０にインセル化されたＰＢレンズ２０との積層体を複数組み合わせた多段階の可変焦点素子３０は、例えば、以下のような特性を有する。

図２９は、実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の詳細な構成を説明する断面模式図である。図２９に示すように、可変焦点素子３０は、入射側から出射側に向かって順に、光学素子１０と、第一のＰＢレンズ２０Ａ１と、光学素子１０と、第一のＰＢレンズ２０Ａ１と、光学素子１０と、第二のＰＢレンズ２０Ａ２と、光学素子１０と、第二のＰＢレンズ２０Ａ２と、光学素子１０と、第三のＰＢレンズ２０Ａ３と、光学素子１０と、第三のＰＢレンズ２０Ａ３と、を備えている。

第一のＰＢレンズ２０Ａ１は、ディオプトリＤ＝±０．２５であり、第二のＰＢレンズ２０Ａ２は、ディオプトリＤ＝±０．５、第三のＰＢレンズ２０Ａ３は、ディオプトリＤ＝±１のレンズ特性を有する。右円偏光が入射した場合は＋（集光）し、左円偏光が入射した場合は－（発散）する特性をもつ。

下記表１は、実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子３０の、各モードにおける光学素子１０及びＰＢレンズ２０Ａ１、２０Ａ２及び２０Ａ３の状態について説明する表である。

上記表１を用いて、Ｆ０のモードを説明する。このモードでは、すべての光学素子１０が第二状態（非変調）としてある。右円偏光が入射すると、最初の光学素子１０で変調されずそのまま最初の第一のＰＢレンズ２０Ａ１に入射する。ここで０．２５Ｄの集光を受ける。その際出射光は左円偏光になる。ここで、ＰＢレンズ２０を通過しても円偏光の向きが変わるのは、ＰＢレンズ２０の特性である。光学素子１０は非変調のため、左円偏光のまま２つ目の光学素子１０を通過する。２つの目の第一のＰＢレンズ２０Ａ１では、－０．２５Ｄの発散が生じる。結果として入射側からの最初の４枚（光学素子１０、第一のＰＢレンズ２０Ａ１、光学素子１０及び第一のＰＢレンズ２０Ａ１）では、入射光がそのまま通過することになる。以降同様に第二のＰＢレンズ２０Ａ２及びＰＢレンズ２０Ａ３も通過し、出射光としても、入射光のまま、０Ｄでそのまま出射される。

上記表１を用いて、Ｆ１のモードを説明する。このモードでは、入射側から４番目の光学素子１０だけ、第一状態としてある。この状態では、最初の第二のＰＢレンズ２０Ａ２を通過後は、Ｆ０のモードと同様、左円偏光で０．５Ｄが付与された状態にある。続いて第一状態となった光学素子で右円偏光に変換される。続いて２番目の第二のＰＢレンズ２０Ａ２で、＋０．５Ｄが付与され、合計１Ｄが付与された左円偏光となって出射する。その後は、そのまま１Ｄの左円偏光のまま出射する。２番目の第二のＰＢレンズ２０Ａ２通過後に左円偏光となっているため、第三のＰＢレンズ２０Ａ３での符号がＦ０の時とは逆になる。

上記表１及び図３０を用いて、Ｆ－２．５のモードを説明する。図３０は、実施形態７の変形例１に係る可変焦点素子の、Ｆ－２．５のモードにおける偏光状態について説明する図である。表１及び図３０に示すように、Ｆ－２．５のモードでは、入射側からの最初の４枚（光学素子１０、第一のＰＢレンズ２０Ａ１、光学素子１０及び第一のＰＢレンズ２０Ａ１）で－０．５Ｄが付与された右円偏光になり、出射側の最後の４枚（光学素子１０、第三のＰＢレンズ２０Ａ３、光学素子１０及び第三のＰＢレンズ２０Ａ３）で－２Ｄが付与され、合計－２．５Ｄの右円偏光として出射される。

その他、同様の原理で、どの光学素子１０を変調状態の第一状態とするかに応じて、多段階の焦点距離を実現できる。本変形例では抜粋して３つの条件だけを示している。

上記実施形態７及び上記実施形態７の変形例１では、フィルム状（インセルポリマー状）のＰＢレンズを備えた態様について述べたが、ＰＢレンズ自体を液晶層で形成してもよい。本変形例では、液晶層で形成されたＰＢレンズについて説明する。

上記実施形態７及び上記実施形態７の変形例１のように、ポリマー状になったＰＢレンズは、それ自体は電圧で可変できないことからパッシブＰＢレンズと呼ばれる。一方、流動性のある液晶層で形成されたＰＢレンズは電圧で駆動できることからアクティブＰＢレンズと呼ばれる。

アクティブＰＢレンズは、以下の手順で作製することができる。まず、一対の基板のうち、片側の基板の配向膜にＰＢレンズパターンの配向処理を行う。もう片側の基板の配向膜は、弱アンカリング配向膜（スリッパリー界面）とする。なおどちらの基板にも透明電極が設けられている。この１対の基板を、液晶層を挟持して貼り合わせると、配向処理を施したパターンにそって液晶分子が配向し、液晶層もＰＢレンズパターンの配向をとる。これによりアクティブＰＢレンズが実現できる。より好ましくは、その後、ＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒｓｕｓｔａｉｎｅｄａｌｉｇｎｍｅｎｔ）処理を施し、液晶分子の界面の配向を安定化させることで、より配向安定性と信頼性の高いアクティブＰＢレンズとすることができる。

アクティブＰＢレンズは、電圧ＯＦＦ状態では、ＰＢレンズパターンを有しているため、入射偏光状態に応じて、集光または発散する。電圧ＯＮ状態では、液晶分子が垂直配向となるため、集光も発散もせずそのまま透過する。

実施形態７のようなｓＨＷＰとパッシブＰＢレンズとを組み合わせた可変焦点素子では、集光・発散の２値切り替えであるのに対し、本変形例のようなｓＨＷＰとアクティブＰＢレンズとを組み合わせた可変焦点素子では、集光・発散・透過と３値の切り替えをすることができる。その結果、より滑らかな焦点制御ができる。あるいは、同じ段階数の焦点距離を実現するための、電圧駆動素子の積層数を少なくすることができる。

（実施形態８）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～７及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、可変焦点素子３０を備えるヘッドマウントディスプレイについて説明する。図３１は、実施形態８に係るヘッドマウントディスプレイの断面模式図である。図３２は、実施形態８に係るヘッドマウントディスプレイの外観の一例を示す斜視模式図である。

図３１及び図３２に示すように、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、画像を表示する表示パネル１Ｐと、位相差板４０と、可変焦点素子３０と、を備える。ヘッドマウントディスプレイ１を用いることにより、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示パネル１Ｐから出射された光は、位相差板４０を経て円偏光となり、それが可変焦点素子３０を通過し、ユーザＵに視覚される。

（実施形態９）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～８及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成が異なることを除いて、実施形態５と実質的に同じである。

図６４は、実施形態９に係る光学素子の断面模式図である。図６５は、実施形態９に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。図６６は、実施形態９に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。基板の界面付近の液晶分子の配向は垂直であり方位の規定ができないため、図６６では、液晶分子の配向方位を電極方向で規定する。

なお、上記実施形態１～７、実施形態７の変形例１、実施形態８、及び、本実施形態では、基準となる方位（０°）は、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａを光学素子１０の出射側の基板面上に射影したときの方向に設定され、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａは、光学素子１０を出射側から見たときの、液晶セル１１の画面の水平右方向に一致する。

図６４～図６６に示す本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された第二の垂直配向膜４２４と、を有する。液晶層３００は、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０を含有する。第一の垂直配向膜４１４及び第二の垂直配向膜４２４の少なくとも一方は、電圧無印加状態における液晶分子３１０のチルト方向を制御する。

電極１１Ｅは、第一基板１００及び第二基板２００の少なくとも一方において、面状の電極、及び、絶縁層を介して上記面状の電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた電極を有することが好ましい。面状の電極と、絶縁層を介して上記面状の電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた電極とから構成される一対の電極を、ＦＦＳ電極ともいう。

より具体的には、図６４～図６６に示す本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された第二の垂直配向膜４２４と、を有する。液晶層３００は、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０を含有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、面状の第一電極１３１、及び、第一の絶縁層１４１を介して第一電極１３１に重畳し、かつ、スリット部１３２Ｓが設けられた第二電極１３２を有し、第二基板２００において、ベタ状電極２４０を有する。平面視において、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａは、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘと直交する。

このような態様とすることにより、図６６に示すように、第一電極１３１と第二電極１３２との間に閾値未満の電圧を印加し、かつ、第一電極１３１及び第二電極１３２の少なくとも一方とベタ状電極２４０との間に閾値以上の電圧を印加した際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。

また、図６６に示すように、第一電極１３１と第二電極１３２との間に閾値以上の電圧を印加し、かつ、第一電極１３１及び第二電極１３２の少なくとも一方とベタ状電極２４０との間に閾値以上の電圧を印加した際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。

なお、第一電極１３１及び第二電極１３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。図６５では、第一基板１００は、液晶層３００側に向かって順に面状の電極及びスリット部が設けられた電極を備えるが、面状の電極とスリット部が設けられた電極との配置はこれに限定されず、液晶層３００側に向かって順に、スリット部が設けられた電極及び面状の電極を備えていてもよい。

本実施形態では、第一基板１００側及び第二基板２００側の配向膜を垂直配向膜とする。また、少なくとも一方の基板（本実施形態では第一基板１００）にＦＦＳ電極を設け、当該ＦＦＳ電極を設けた基板に対向する対向基板（本実施形態では第二基板２００）とＦＦＳ基板との電圧によって液晶分子３１０を駆動させる。液晶分子３１０にはネガ型の液晶分子３１０を用い、カイラル剤を添加することで液晶分子３１０が７０°ほどねじれながら配向するように調整する。この時、配向膜に与えるチルトの方向やＦＦＳ電極を構成する画素電極及び共通電極間に加える電圧を調整することにより、系全体の配向を９０°回転させた第一状態の配向と第二状態の配向とを実現する。

本明細書においてチルト方向とは、電圧無印加状態における液晶分子の配向方向の方位であり、チルト方位ともいう。また、チルト角とは、上記プレチルト角と同様である。また、チルトを有するとは、チルト角が８９．９°未満（より具体的には、０°以上、８９．９°未満）であることを意味し、チルトを有さないとは、チルト角が８９．９°以上（より具体的には、８９．９°以上、９０°以下）であることを意味する。

第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の少なくとも一方は、チルトを有することが好ましい。例えば、第一基板１００側の液晶分子３１１がチルトを有する場合、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位と、ＦＦＳ電極の延伸方向の方位とは直交することが好ましい。より具体的には、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位と、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位とは直交することが好ましい。この時、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位は略０°（例えば、－１０°以上、＋１０°以下）であることが望ましく、第二基板２００側の液晶分子３１２はチルトを有さないことが好ましい。

また、第二基板２００側の液晶分子３１２がチルト有する場合、第二基板２００側の液晶分子３１２のチルト方位は略７０°（例えば、６０°以上、８０°以下）であることが望ましく、第一基板１００側の液晶分子３１１はチルトを有さないことが好ましい。

また、第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の両者がチルトを有していてもよい。

延伸方向１３２Ａの方位角が９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘが０°であり、液晶分子３１０のツイスト角が７０°であり、かつ、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合、図６４～図６６に示すように、第一電極１３１と第二電極１３２との間に閾値未満の電圧を印加し、かつ、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間に閾値以上の電圧を印加した場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１と第二電極１３２との間に閾値以上の電圧を印加し、かつ、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間に閾値以上の電圧を印加した場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

液晶層３００の波長５５０ｎｍにおける電圧無印加状態でのリタデーションΔｎｄは、１８０ｎｍ以上、２８０ｎｍ以下であることが好ましい。液晶層３００の屈折率異方性Δｎは、０．１２以下であることが好ましく、０．１以下であることがより好ましい。

本実施形態では、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側から遠い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本実施形態では第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は、５８°以上、７８°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

本実施形態では、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側に近い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本実施形態では第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は、１３°以上、３３°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

本実施形態では、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角を、５８°以上、７８°以下に設定し、かつ、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角を１３°以上、３３°以下に設定することにより、第一状態において、上記第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）とは偏光状態が異なる円偏光（例えば、左円偏光）に広帯域で変換される。このように、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現される。また、上記第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光と偏光状態が同じである円偏光（例えば、右円偏光）のまま広帯域で出射される。このように、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。

図６７は、実施形態９に係る光学素子の、第一状態における各層のストークスプロットを示す図である。図６８は、実施形態９に係る光学素子の、第一状態における偏光状態について説明する模式図である。図６７は、第一状態における各層を透過してくときの偏光状態（各層の役割）を示している。実施形態９に係る光学素子１０の偏光変調の原理を、図６７のポアンカレ球及び図６８を用いて詳細に説明する。

図６７の（１）に示すように、右円偏光（Ｓ３＝＋１）が液晶セル１１に入射する。

７０°捩れの液晶セル１１を通過後、一度、図６７の（２）のプロットの偏光状態に変換される。各プロットの点は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの波長違いのプロットを表している。波長５５０ｎｍ付近は直線偏光（ポアンカレ球上でいう赤道上）だが、それ以外の波長はポアンカレ球の北半球にプロットされ、楕円偏光になっている。

その後、第一の１／４波長フィルム１２（具体的には、逆波長分散の１／４波長フィルム）を通過し、図６７の（３）のプロットとなる。

更に、第二の１／４波長フィルム１３（具体的には、フラット波長分散の１／４波長フィルム）を通過すると、図６７の（４）のプロットに示すように、ほぼ全波長が左円偏光（ポアンカレ球上での南極位置）となって出射される。すなわち、図６８に示すように、右円偏光から左円偏光への変調がなされたことが分かる。

第二の１／４波長フィルム１３（具体的には、フラット波長分散の１／４波長フィルム）は、例えば、ポジティブＡプレート、又は、ネガティブＡプレートである。第二の１／４波長フィルム１３（具体的には、フラット波長分散の１／４波長フィルム）は、ネガティブＡプレートであることが好ましい。このような態様とすることにより、非変調時の視野角特性を向上させることができる。

スリット部１３２Ｓが設けられた第二電極１３２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このようにピッチを小さくすることにより、より均一に液晶分子３１０の配向が変化し、変調特性を優れたものとすることができる。

ベタ状電極２４０とは、少なくとも平面視において絵素の光学的開口部と重畳する領域に、スリットや開口が設けられていない電極をいう。ベタ状電極２４０は、画素電極及び共通電極は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等の透明導電材料、又は、それらの合金を、スパッタリング法等により単層又は複数層で成膜して形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行うことで形成することができる。

本実施形態の液晶分子３１０はネガ型の液晶分子３１０である。このような態様とすることにより、第一基板１００及び第二基板２００間で大きな縦電圧を印加することにより、ネガ型の液晶分子３１０を倒して水平配向化させることができる。第一状態及び第二状態において、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差は、１Ｖ以上であることが好ましく、３Ｖ以上であることがより好ましく、４Ｖ以上であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差は、例えば、７Ｖ以下である。第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差は、１Ｖ以上、７Ｖ以下であることが好ましく、３Ｖ以上、７Ｖ以下であることがより好ましく、４Ｖ以上、７Ｖ以下であることが更に好ましい。

更に、第一電極１３１及び第二電極１３２間において、画素電極及び共通電極間に弱い電圧を印加して液晶分子３１０の面内配向方位を制御することができる。液晶分子３１０がネガ型の液晶分子である場合、面内ではスリット部１３２Ｓの延伸方向（電界とは直交する方向）に液晶分子３１０は配向する。このとき、強い横電界を印加すると、カイラルの力による液晶の配向捩れを妨害するので、横電界は弱いことが好ましい。

第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差が７Ｖ以下である場合、例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．６Ｖ以下であることが好ましい。また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電位差は２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．６Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、０．６Ｖ以下であることが好ましい。また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電位差は０．６Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。

第一の垂直配向膜４１４及び第二の垂直配向膜４２４としては、実施形態５と同様のものを用いることができる。本実施形態では、両基板側に垂直配向膜が配置されているため、水平配向膜が配置される場合よりも、生産性に優れた光学素子１０を実現することができる。

第一の垂直配向膜４１４及び第二の垂直配向膜４２４の少なくとも一方は、弱アンカリングの垂直配向膜であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域かつ低電圧で切り替えることができる。ここで、上記弱アンカリングの垂直配向膜は、極角及び方位角の少なくとも一方において弱アンカリングであればよい。

（実施形態９の変形例）
上記実施形態９において、第一状態及び第二状態において、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差は、８Ｖ以上であることも好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差は、例えば、２０Ｖ以下である。第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差は、８Ｖ以上、２０Ｖ以下であることが好ましい。

第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間の電圧差が８Ｖ以上である場合、例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電位差は３Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、１．１Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電位差は１．１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましい。

本変形例のように電圧を印加することにより、界面近傍の液晶分子３１０まで倒れるため、視野角の広いｓＨＷＰを実現することができる。この際、適宜、セル厚やねじれピッチ、位相差フィルムの角度を変更することができる。

（実施形態１０）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～９及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成、及び、電極に印加される好ましい電圧が異なることを除いて、実施形態９と実質的に同じである。

図６９は、実施形態１０に係る光学素子の断面模式図である。図７０は、実施形態１０に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。図７１は、実施形態１０に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。基板の界面付近の液晶分子の配向は垂直であり方位の規定ができないため、図７１では、液晶分子の配向方位を電極方向で規定する。

なお、本実施形態では、基準となる方位（０°）は、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａを光学素子１０の出射側の基板面上に射影したときの方向に設定され、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａは、光学素子１０を出射側から見たときの、液晶セル１１の画面の水平右方向に一致する。

図６９～図７１に示す本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された第二の垂直配向膜４２４と、を有する。液晶層３００は、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０を含有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、面状の第一電極１３１、及び、第一の絶縁層１４１を介して第一電極１３１に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第二電極１３２を有し、第二基板２００において、面状の第三電極２３１、及び、第二の絶縁層２４１を介して第三電極２３１に重畳し、かつ、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２を有する。平面視において、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａは、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａに対して斜めに配置され、かつ、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘと平行であり、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａは、電圧無印加状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｘと平行である。

このような態様とすることにより、図７１に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。

また、図７１に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。

なお、第一電極１３１及び第二電極１３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。第三電極２３１及び第四電極２３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。図７０では、第一基板１００及び第二基板２００共に、液晶層３００側に向かって順に、面状の電極及びスリット部が設けられた電極を備えるが、面状の電極とスリット部が設けられた電極との配置はこれに限定されず、液晶層３００側に向かって順に、スリット部が設けられた電極及び面状の電極を備えていてもよい。

第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の少なくとも一方は、チルトを有することが好ましい。例えば、第一基板１００側の液晶分子３１１がチルトを有する場合、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位と、第一基板１００側のＦＦＳ電極の延伸方向の方位とは平行であることが好ましい。より具体的には、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位と、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位とは平行であることが好ましい。この時、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位は略０°（例えば、－１０°以上、＋１０°以下）であることが望ましく、第二基板２００側の液晶分子３１２はチルトを有さないことが好ましい。

また、第二基板２００側の液晶分子３１２がチルトを有する場合、第二基板２００側の液晶分子３１２のチルト方位と、第二基板２００側のＦＦＳ電極の延伸方向の方位とは平行であることが好ましい。より具体的には、電圧無印加状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｘの方位と、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａの方位とは平行であることが好ましい。この時、第二基板２００側の液晶分子３１２のチルト方位は略１６０°（例えば、１５０°以上、１７０°以下）であることが望ましく、第一基板１００側の液晶分子３１１はチルトを有さないことが好ましい。

平面視において、延伸方向１３２Ａと延伸方向２３２Ａとのなす角度γ（ただし、γは０°を超え、９０°未満の実数）、及び、液晶層３００に含まれる液晶分子３１０のツイスト角Ｃは、第一状態及び第二状態において、上記（式ＣＸ１）を満たすことが好ましく、上記（式ＣＸ２）を満たすことがより好ましく、上記（式ＣＸ３）を満たすことが更に好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

延伸方向１３２Ａの方位角が０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘが０°であり、延伸方向２３２Ａの方位角が１６０°であり、電圧無印加状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｘが１６０°であり、液晶分子３１０のツイスト角が７０°であり、かつ、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合、図６９～図７１に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

スリット部１３２Ｓが設けられた第二電極１３２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このようにピッチを小さくすることにより、より均一に液晶分子３１０の配向が変化し、変調特性を優れたものとすることができる。また、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より均一に液晶分子３１０の配向が変化し、変調特性を優れたものとすることができる。

本実施形態の液晶分子３１０はネガ型の液晶分子３１０である。このような態様とすることにより、第一基板１００及び第二基板２００間で大きな縦電圧を印加することにより、ネガ型の液晶分子３１０を倒して水平配向化させることができる。第一状態及び第二状態において、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、１Ｖ以上であることが好ましく、３Ｖ以上であることがより好ましく、４Ｖ以上であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、７Ｖ以下である。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、１Ｖ以上、７Ｖ以下であることが好ましく、３Ｖ以上、７Ｖ以下であることがより好ましく、４Ｖ以上、７Ｖ以下であることが更に好ましい。

第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差が７Ｖ以下である場合、例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．６Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．７Ｖ以上である。また、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．７Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、０．６Ｖ以下であることが好ましい。

また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．６Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．７Ｖ以上である。

第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、０．６Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．７Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。

（実施形態１０の変形例）
上記実施形態１０において、第一状態及び第二状態において、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、８Ｖ以上であることも好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、２０Ｖ以下である。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、８Ｖ以上、２０Ｖ以下であることが好ましい。

第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差が８Ｖ以上である場合、例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、３Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、１．１Ｖ以上である。また、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、１．１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。

また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、３Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、１．１Ｖ以上である。

第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、１．１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましい。

（実施形態１１）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～１０及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ及び第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの好ましい方位角、並びに、電極に印加される好ましい電圧が異なることを除いて、実施形態９と実質的に同じである。

図７２は、実施形態１１に係る光学素子の断面模式図である。図７３は、実施形態１１に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。図７４は、実施形態１１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。基板の界面付近の液晶分子の配向は垂直であり方位の規定ができないため、図７４では、液晶分子の配向方位を電極方向で規定する。

図７２～図７４に示す本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された第二の垂直配向膜４２４と、を有する。液晶層３００は、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０を含有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、面状の第一電極１３１、及び、第一の絶縁層１４１を介して第一電極１３１に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第二電極１３２を有し、第二基板２００において、面状の第三電極２３１、及び、第二の絶縁層２４１を介して第三電極２３１に重畳し、かつ、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２を有する。平面視において、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘは、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａと第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａとの間に配置され、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａと直交し、かつ、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａに対して斜めに配置される。

このような態様とすることにより、図７４に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。

また、図７４に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。

なお、第一電極１３１及び第二電極１３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。第三電極２３１及び第四電極２３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。図７３では、第一基板１００及び第二基板２００共に、液晶層３００側に向かって順に、面状の電極及びスリット部が設けられた電極を備えるが、面状の電極とスリット部が設けられた電極との配置はこれに限定されず、液晶層３００側に向かって順に、スリット部が設けられた電極及び面状の電極を備えていてもよい。

第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の少なくとも一方は、チルトを有することが好ましい。例えば、第一基板１００側の液晶分子３１１がチルトを有する場合、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位と、第一基板１００側のＦＦＳ電極の延伸方向の方位とは直交することが好ましい。より具体的には、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位と、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位とは直交することが好ましい。この時、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位は略－４５°（例えば、－５５°以上、－３５°以下）であることが望ましく、第二基板２００側の液晶分子３１２はチルトを有さないことが好ましい。また、第二基板２００側の液晶分子３１２がチルトを有し、第一基板１００側の液晶分子３１１はチルトを有さなくてもよい。また、第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の両者がチルトを有していてもよい。

平面視において、配向方向３１１Ｘと延伸方向２３２Ａとのなす角度δ（ただし、δは０°を超え、９０°未満の実数）、及び、液晶層３００に含まれる液晶分子３１０のツイスト角Ｄ１は、第一状態及び第二状態において、下記（式ＤＸ１）を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。
８０°－Ｄ１≦δ≦１００°－Ｄ１（式ＤＸ１）

ツイスト角Ｄ１は、６０°以上、８０°以下であることが好ましく、６４°以上、７６°以下であることがより好ましく、６８°以上、７２°以下であることが更に好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

延伸方向１３２Ａの方位角が９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘが０°であり、延伸方向２３２Ａの方位角が１６０°であり、液晶分子３１０のツイスト角が７０°であり、かつ、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合、図７２～図７４に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側から遠い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本実施形態では第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は、５８°以上、７８°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側に近い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本実施形態では第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は、１３°以上、３３°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

本実施形態では、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とし、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａの方位角を５８°以上、７８°以下に設定し、かつ、第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角を、１３°以上、３３°以下に設定することにより、第一状態において、上記第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）とは偏光状態が異なる円偏光（例えば、左円偏光）に広帯域で変換される。このように、第一状態では、光学素子１０に入射した円偏光が偏光状態の異なる円偏光に変換されて（例えば、右円偏光が左円偏光に変換されて）出射される偏光変調が広帯域で実現される。また、上記第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３を通過することにより、液晶セル１１へ入射した円偏光と偏光状態が同じである円偏光（例えば、右円偏光）のまま広帯域で出射される。このように、第二状態では、光学素子１０に入射した円偏光が同じ偏光状態のまま（例えば、右円偏光のまま）出射される偏光非変調が広帯域で実現される。

（実施形態１１の変形例）
上記実施形態１１において、第一状態及び第二状態において、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、８Ｖ以上であることも好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、２０Ｖ以下である。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、８Ｖ以上、２０Ｖ以下であることが好ましい。

（実施形態１２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～１１及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、液晶セル１１の構成、及び、電極に印加される好ましい電圧が異なることを除いて、実施形態９と実質的に同じである。

図７５は、実施形態１２に係る光学素子の断面模式図である。図７６は、実施形態１２に係る光学素子が備える液晶セルの断面模式図である。図７７は、実施形態１２に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。基板の界面付近の液晶分子の配向は垂直であり方位の規定ができないため、図７７では、液晶分子の配向方位を電極方向で規定する。

図７５～図７７に示す本実施形態の光学素子１０が備える液晶セル１１は、更に、第一基板１００と液晶層３００との間に配置された第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と第二基板２００との間に配置された第二の垂直配向膜４２４と、を有する。液晶層３００は、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０を含有する。電極１１Ｅは、第一基板１００において、面状の第一電極１３１、及び、第一の絶縁層１４１を介して第一電極１３１に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第二電極１３２を有し、第二基板２００において、面状の第三電極２３１、及び、第二の絶縁層２４１を介して第三電極２３１に重畳し、かつ、スリット部２３２Ｓが設けられた第四電極２３２を有する。平面視において、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘは、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａと第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａとの間に配置され、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａと直交し、かつ、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａに対して斜めに配置される。

このような態様とすることにより、図７７に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過後に第一の直線偏光となる。すなわち、第一状態を実現することができる。

また、図７７に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした際に、液晶セル１１へ入射した円偏光（例えば、右円偏光）は液晶セル１１通過に、平面視において第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光となる。すなわち、第二状態を実現することができる。

なお、第一電極１３１及び第二電極１３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。第三電極２３１及び第四電極２３２の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。図７７では、第一基板１００及び第二基板２００共に、液晶層３００側に向かって順に、面状の電極及びスリット部が設けられた電極を備えるが、面状の電極とスリット部が設けられた電極との配置はこれに限定されず、液晶層３００側に向かって順に、スリット部が設けられた電極及び面状の電極を備えていてもよい。

第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の少なくとも一方は、チルトを有することが好ましい。例えば、第一基板１００側の液晶分子３１１がチルトを有する場合、本実施形態では、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位と、第一基板１００側のＦＦＳ電極の延伸方向の方位とは直交することが好ましく、両者のなす角度が９０°であることがより好ましい。より具体的には、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位と、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位とは直交することが好ましく、両者のなす角度が９０°であることがより好ましい。この時、第一基板１００側の液晶分子３１１のチルト方位は略０°（例えば、－１０°以上、＋１０°以下）が望ましく、第二基板２００側の液晶分子３１２はチルトを有さないことが好ましい。また、第二基板２００側の液晶分子３１２はチルトを有し、第一基板１００側の液晶分子３１１はチルトを有さなくてもよい。また、第一基板１００側の液晶分子３１１及び第二基板２００側の液晶分子３１２の両者がチルトを有していてもよい。

平面視において、配向方向３１１Ｘと延伸方向２３２Ａとのなす角度δ（ただし、δは０°を超え、９０°未満の実数）、及び、液晶層３００に含まれる液晶分子３１０のツイスト角Ｄ１は、第一状態及び第二状態において、上記（式ＤＸ１）を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、効果的に、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替えることができる。

延伸方向１３２Ａの方位角が９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘが０°であり、延伸方向２３２Ａの方位角が１６０°であり、液晶分子３１０のツイスト角が７０°であり、かつ、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合、図７５～図７７に示すように、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧無印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧無印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１及び第二電極１３２間を電圧印加状態に、第三電極２３１及び第四電極２３２間を電圧印加状態にした場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差が７Ｖ以下である場合、例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．６Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．６Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、０．６Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、０．６Ｖ以下であることが好ましい。

また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．７Ｖ以上である。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．７Ｖ以上である。

第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．７Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．７Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。

（実施形態１２の変形例）
上記実施形態１２において、第一状態及び第二状態において、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、８Ｖ以上であることも好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に液晶分子３１０を水平配向させることができる。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差の上限は特に限定されないが、第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、２０Ｖ以下である。第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差は、８Ｖ以上、２０Ｖ以下であることが好ましい。

第一電極１３１及び第二電極１３２と第三電極２３１及び第四電極２３２との間の電圧差が８Ｖ以上である場合、例えば、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。また、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、０．０１Ｖ以上である。

第一状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。第一状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、０．０１Ｖ以上、２Ｖ以下であることが好ましい。

また、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、３Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、３Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、例えば、１．１Ｖ以上である。また、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差の下限値は特に限定されないが、第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、例えば、１．１Ｖ以上である。

第二状態における第一電極１３１と第二電極１３２との間の電圧差は、１．１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましい。第二状態における第三電極２３１と第四電極２３２との間の電圧差は、１．１Ｖ以上、３Ｖ以下であることが好ましい。

（実施形態１３）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～１２及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、上記実施形態９～１２及びその変形例の光学素子（ｓＨＷＰ）を備える可変焦点素子について説明する。

上記実施形態７と同様に、上記実施形態９～１２及びその変形例の光学素子（ｓＨＷＰ）も、ＰＢレンズ２０と組み合わせることにより、可変焦点素子３０を構成することができる。

（実施形態１３の変形例）
上記実施形態７の変形例１と同様に、本変形例では、上記実施形態１３におけるＰＢレンズ２０が光学素子１０内に配置され、インセル化された可変焦点素子３０について説明する。本変形例では、上記実施形態７の変形例１と重複する内容については説明を省略する。

図７８は、実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の断面模式図である。図７９は、実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の拡大断面模式図である。図８０は、実施形態１３の変形例に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。基板の界面付近の液晶分子の配向は垂直であり方位の規定ができないため、図８０では、液晶分子の配向方位を電極方向で規定する。

本変形例の可変焦点素子３０は、図７８に示すように、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を２組以上備える多段階の可変焦点素子３０Ｂである。

本変形例の可変焦点素子３０が備えるＰＢレンズ２０は、図７９に示すように、光学素子１０内に配置される。このようにＰＢレンズ２０をインセル化することにより、ＰＢレンズ２０を外付けする必要がないため、製造コストを大きく下げることができる。また、可変焦点素子３０の厚みを抑えることが可能になる。なお、図７８では、便宜上、光学素子１０とＰＢレンズ２０とを別々に図示している。

本変形例の可変焦点素子３０は、より具体的には、入射側から出射側に向かって順に、第二の１／４波長フィルム１３と、第一の１／４波長フィルム１２と、第一基板１００と、液晶層３００と、ＰＢレンズ２０と、第二基板２００と、を備える。可変焦点素子３０は、第一基板１００と液晶層３００との間に第一の垂直配向膜４１４を備えていてもよい。また、可変焦点素子３０は、第二基板２００と液晶層３００との間に第二の垂直配向膜４２４を備えていてもよい。

ここで、上記実施形態９～１２及びその変形例のように、液晶セル１１の出射側に第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３が配置される場合、第一状態では、光学素子１０へと入射した円偏光（例えば右円偏光）は、まず、液晶セル１１に入射して第一の直線偏光に変換され、当該第一の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３へ入射して円偏光（例えば左円偏光）に変換される。また、第二状態では、光学素子１０へと入射した円偏光（例えば右円偏光）は、まず、液晶セル１１に入射して第二の直線偏光に変換され、当該第二の直線偏光は、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３へ入射して円偏光（例えば右円偏光）に変換される。

本変形例では、光学素子１０として上記実施形態９の光学素子を用いる場合を例に挙げて説明する。延伸方向１３２Ａの方位角が９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘが０°であり、液晶分子３１０のツイスト角が７０°であり、かつ、液晶層３００がネガ型の液晶分子３１０を含有する場合、図７８～図８０に示すように、第一電極１３１と第二電極１３２との間に閾値未満の電圧を印加し、かつ、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間に閾値以上の電圧を印加した場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角が０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角が７０°である第一状態を実現することができる。また、第一電極１３１と第二電極１３２との間に閾値以上の電圧を印加し、かつ、第一電極１３１及び第二電極１３２とベタ状電極２４０との間に閾値以上の電圧を印加した場合に、第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角が９０°であり、第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角が１６０°である第二状態を実現することができる。

図８０に示すように、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側に近い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本変形例では第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は、－２°以上、１８°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

図８０に示すように、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角を０°とするとき、第一の１／４波長フィルム１２及び第二の１／４波長フィルム１３のうち光線の出射側から遠い側の１／４波長フィルムの遅相軸（本変形例では第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は、３８°以上、５８°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

図８１は、実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の詳細な構成を説明する断面模式図である。図８１に示すように、可変焦点素子３０は、入射側から出射側に向かって順に、光学素子１０と、第一のＰＢレンズ２０Ａ１と、光学素子１０と、第一のＰＢレンズ２０Ａ１と、光学素子１０と、第二のＰＢレンズ２０Ａ２と、光学素子１０と、第二のＰＢレンズ２０Ａ２と、光学素子１０と、第三のＰＢレンズ２０Ａ３と、光学素子１０と、第三のＰＢレンズ２０Ａ３と、を備えている。

下記表２は、実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子３０の、各モードにおける光学素子１０及びＰＢレンズ２０Ａ１、２０Ａ２及び２０Ａ３の状態について説明する表である。

上記表２を用いて、Ｆ０のモードを説明する。このモードでは、すべての光学素子１０が第二状態（非変調）としてある。右円偏光が入射すると、最初の光学素子１０で変調されずそのまま最初の第一のＰＢレンズ２０Ａ１に入射する。ここで０．２５Ｄの集光を受ける。その際出射光は左円偏光になる。ここで、ＰＢレンズ２０を通過しても円偏光の向きが変わるのは、ＰＢレンズ２０の特性である。光学素子１０は非変調のため、左円偏光のまま２つ目の光学素子１０を通過する。２つの目の第一のＰＢレンズ２０Ａ１では、－０．２５Ｄの発散が生じる。結果として入射側からの最初の４枚（光学素子１０、第一のＰＢレンズ２０Ａ１、光学素子１０及び第一のＰＢレンズ２０Ａ１）では、入射光がそのまま通過することになる。以降同様に第二のＰＢレンズ２０Ａ２及びＰＢレンズ２０Ａ３も通過し、出射光としても、入射光のまま、０Ｄでそのまま出射される。

上記表２を用いて、Ｆ１のモードを説明する。このモードでは、入射側から４番目の光学素子１０だけ、第一状態としてある。この状態では、最初の第二のＰＢレンズ２０Ａ２を通過後は、Ｆ０のモードと同様、左円偏光で０．５Ｄが付与された状態にある。続いて第一状態となった光学素子で右円偏光に変換される。続いて２番目の第二のＰＢレンズ２０Ａ２で、＋０．５Ｄが付与され、合計１Ｄが付与された左円偏光となって出射する。その後は、そのまま１Ｄの左円偏光のまま出射する。２番目の第二のＰＢレンズ２０Ａ２通過後に左円偏光となっているため、第三のＰＢレンズ２０Ａ３での符号がＦ０の時とは逆になる。

上記表２及び図８２を用いて、Ｆ－２．５のモードを説明する。図８２は、実施形態１３の変形例に係る可変焦点素子の、Ｆ－２．５のモードにおける偏光状態について説明する図である。表２及び図８２に示すように、Ｆ－２．５のモードでは、入射側からの最初の４枚（光学素子１０、第一のＰＢレンズ２０Ａ１、光学素子１０及び第一のＰＢレンズ２０Ａ１）で－０．５Ｄが付与された右円偏光になり、出射側の最後の４枚（光学素子１０、第三のＰＢレンズ２０Ａ３、光学素子１０及び第三のＰＢレンズ２０Ａ３）で－２Ｄが付与され、合計－２．５Ｄの右円偏光として出射される。

上記実施形態１３及び本変形例では、フィルム状（インセルポリマー状）のＰＢレンズを備えた態様について述べたが、上記実施形態７の変形例１のように、ＰＢレンズ自体を液晶層で形成してもよい。

（実施形態１４）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１～１３及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、上記実施形態１３及びその変形例の可変焦点素子３０を備えるヘッドマウントディスプレイについて説明する。

上記実施形態８と同様に、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、画像を表示する表示パネル１Ｐと、位相差板４０と、可変焦点素子３０と、を備える。ヘッドマウントディスプレイ１を用いることにより、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示パネル１Ｐから出射された光は、位相差板４０を経て円偏光となり、それが可変焦点素子３０を通過し、ユーザＵに視覚される。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

（実施例１）
上記実施形態１と同様の構成を有する実施例１の光学素子１０を作製した。実施例１の光学素子１０は、入射側から出射側に向かって順に、液晶セル１１と、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムと、第二の１／４波長フィルム１３としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムと、を備えていた。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は５７．２°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は１２．２であった。実施例１の光学素子１０を具体的には次のように作製した。

第一の櫛歯電極１２０を備える第一基板１００と第二の櫛歯電極２２０を備える第二基板２００とを用意した。第一基板１００の電極方向（第一の櫛歯電極１２０の延伸方向１２０Ａ）と、第二基板２００の電極方向（第二の櫛歯電極２２０の延伸方向２２０Ａ）とは、貼り合わせた際に、図５に示す角度の関係になるように形成した。また、第二基板２００には、高さ３．６μｍのフォトスペーサを配置した。

次いで、第一の櫛歯電極１２０を備える第一基板１００及び第二の櫛歯電極２２０を備える第二基板２００の両者にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を製膜した。続いて、第二基板２００にシール材を描画し、第一基板１００と第二基板２００とを、液晶材料を挟み込んで貼り合わせて液晶セル１１を作製した。

ここで、上記液晶材料としては、誘電異方性が正のポジ型の液晶分子液晶（Δｎ＝０．０６６）に、ドデシルアクリレート（Ｃ１２Ａ）を５ｗｔ％とカイラル剤Ｓ－８１１とを混合した混合物を用いた。なお、カイラル剤は、液晶セルでの上下基板間のツイスト角が７０°となるように濃度設定した。

この液晶セル１１を等方相状態に加熱した後、第一基板１００に電圧を印加しながら室温に降温し、第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１と第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１とを備える、一様水平配向の液晶セル１１を得た。さらに上記で得られた液晶セル１１に逆波長分散の１／４波長フィルム（第一の１／４波長フィルム１２）と、フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１３）とを貼り付け、実施例１の光学素子（ｓＨＷＰ素子）１０を得た。

図３３は、実施例１に係る光学素子に印加する電圧について説明するグラフである。図３３に示すように、実施例１の光学素子１０に対して、第二基板２００に電圧を印加すると、図３及び図４に示すように、第二基板２００側の横電界により、第二基板２００側の液晶分子３１２が７０°方向に配向した。その後、第二基板２００の電圧を弱めると（ゼロではない）、第二基板２００側の液晶分子３１２は電界方向に沿って７０°方向に並んだまま、第一基板１００側の液晶分子３１１は、液晶材料に添加されたカイラルのねじり力によってスライドし、０°方向に配向した。これが第一状態であった。なお、この後、電圧を切っても、この第一状態の配向状態が維持された。

上記とは逆の要領で、第一基板１００に電圧を印加し、その後弱めると、図３及び図４に示すように、第一基板１００側の液晶分子３１１は９０°方向（方位角９０°）を向き、第二基板２００側の液晶分子３１２はカイラルの力によって１６０°方向（方位角１６０°）を向いた状態が得られた。これが第二状態であった。このように、実施例１の光学素子１０は、第一基板１００への電圧印加、又は、第二基板２００への電圧印加によって、第二状態と第一状態とをスイッチングすることができた。

図５に示すように、第一状態と第二状態とは、第一基板１００側の液晶分子３１１と第二基板２００側の液晶分子３１２との間で７０°捩れていることは同じであったが、系全体が９０°回転した関係にあった。

好適な液晶セルの設計を検討するために、実施例１の光学素子１０についてシンテック社製ＬＣＤ－ＭＡＳＴＥＲ１Ｄを用いて光学計算を行った。以下では、シミュレーションにより得られた結果より、４５０ｎｍ～６３０ｎｍで９０％以上の変調（非変調時も含め）を実現することができる範囲を、好ましい範囲と判断した。また、以下で示すグラフでは、簡略化のため、４５０ｎｍと６３０ｎｍの波長のみ図示した。

まず、液晶層３００の波長５５０ｎｍにおける電圧無印加状態でのリタデーションΔｎｄの好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える液晶層３００の、電圧無印加状態におけるリタデーションに対する、非変調時及び変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図３４は、実施例１に係る光学素子が備える液晶層のリタデーションに対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図３５は、実施例１に係る光学素子が備える液晶層のリタデーションに対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。

図３４及び図３５に示すように、液晶層３００の波長５５０ｎｍにおける電圧無印加状態でのリタデーションΔｎｄは、１８０ｎｍ以上、２８０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

液晶層３００のツイスト角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える液晶層３００のツイスト角に対する、非変調時及び変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図３６は、実施例１に係る光学素子が備える液晶層のツイスト角に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図３７は、実施例１に係る光学素子が備える液晶層のツイスト角に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図３６及び図３７に示すように、第一状態及び第二状態のいずれにおいても、液晶層３００のツイスト角は、５７°以上、８２°以下が好適であることが分かった。

逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時及び変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図３８は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図３９は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図３８及び図３９に示すように、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、４８°以上、６６°以下が好適であることが分かった。

逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時及び変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図４０は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４１は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４０及び。図４１に示すように、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差は、３０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時及び変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図４２は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４３は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４２及び図４３に示すように、第二の１／４波長フィルム１３としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、３°以上、２２°以下が好適であることが分かった。

フラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時及び変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図４４は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４５は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時におけるストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４４及び図４５に示すように、第二の１／４波長フィルム１３としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差は、１１０ｎｍ以上、１７５ｎｍ以下であることが好適であることが分かった。

（比較例１）
図４６は、比較例１に係る光学素子の断面模式図である。図４６示す比較例１の光学素子１０Ｒ１を作製した。比較例１の光学素子１０Ｒ１は、上記比較形態１の光学素子に対応する光学素子であった。比較例１の光学素子１０Ｒ１は、入射側から出射側に向かって順に、遅相軸の方位角が７５°である１／４波長フィルム１４Ｒ、遅相軸の方位角が１５°である１／２波長フィルム１５Ｒ、９０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ１を備える液晶セル１１Ｒ１、遅相軸の方位角が－７５°である１／２波長フィルム１６Ｒ、及び、遅相軸の方位角が－１５°である１／４波長フィルム１７Ｒを備えていた。

（比較例２）
図４７は、比較例２に係る光学素子の断面模式図である。図４７に示す比較例２の光学素子１０Ｒ２を作製した。比較例２の光学素子１０Ｒ２は、上記比較形態２の光学素子に対応する光学素子であった。比較例２の光学素子１０Ｒ２は、入射側から出射側に向かって順に、７０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ２と、－７０°捩れのＴＮ液晶層３００Ｒ３とを積層した構造を有していた。

（実施例１、比較例１及び比較例２の評価）
実施例１、比較例１及び比較例２の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図４８及び図４９に示す。図４８は、実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図４９は、実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。

図４８に示すように、実施例１の変調時（第一状態の時）は、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かった。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。

また、図４９に示すように、実施例１の非変調時（第二状態の時）には、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かった。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

一方、比較例１（ＴＮ１層）の場合には、非変調時は極めて優れた特性を有するが、変調時は大きな波長依存があり、ごく狭い範囲しか適切に変調されていないことが分かった。また、比較例２（ＴＮ２層）の場合には、比較例１よりは広帯域変調に改善するが、非変調時は逆に悪化することが分かった。

（実施例２）
上記実施形態２と同様の構成を有する実施例２の光学素子１０を作製した。具体的には、液晶セル１１の構成が異なることを除いて、実施例１と同様にして実施例２の光学素子１０を作製した。実施例２の光学素子１０は、具体的には次のように作製した。

第一基板１００として、２つの異なった方向に横電界を印加できる基板を用意した。より具体的には、第一の櫛歯電極１２１及び第二の櫛歯電極１２２を備える第一基板１００を用意した。第一の櫛歯電極１２１の延伸方向１２１Ａは、第二の櫛歯電極１２２の延伸方向１２２Ａに対して直交するよう配置した。第一基板１００には、高さ７．６μｍのフォトスペーサを配置した。

第一基板１００上にＰＨＭＡ（ポリヘキシルメタクリレート）を成膜し、弱アンカリングの水平配向膜４１２を形成した。第二基板２００上に、垂直配向膜４２２を製膜した。続いて、第二基板２００にシール材を描画し、第一基板１００と第二基板２００とを、液晶材料を挟み込んで貼り合わせて液晶セル１１を作製した。

ここで、上記液晶材料としては、誘電異方性が正のポジ型液晶（Δｎ＝０．０６６）にカイラル剤Ｓ－８１１を混合した混合物を用いた。なお、カイラル剤は、液晶セルでの上下基板間のツイスト角が１０６°となるように濃度設定した。

この液晶セル１１を等方相状態に加熱した後、第一基板１００の上記第一の電界方向に電圧を印加しながら室温に降温し、一様水平配向の液晶セル１１を得た。更に、上記で得られた液晶セル１１に、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムと、第二の１／４波長フィルム１３としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムとを、軸方位が図１３に示される方位となるように貼り付け、実施例２の光学素子（ｓＨＷＰ素子）１０を得た。第一の電界方向に電圧を印加すると第一状態（変調状態）が得られ、第二の電界方向に電圧を印加すると第二状態（非変調状態）が得られた。

（実施例１、実施例２及び比較例１の評価）
実施例１、実施例２及び比較例１の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図５０及び図５１に示す。図５０は、実施例１、実施例２及び比較例１に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図５１は、実施例１、実施例２及び比較例１に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。

図５０に示すように、実施例２の変調時（第一状態の時）は実施例１と同様に、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。

また、図５１に示すように、実施例２の非変調時（第二状態の時）には実施例１と同様に、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

（実施例３）
上記実施形態３に対応する実施例３の光学素子１０を作製した。具体的には、第一の櫛歯電極１２１及び第二の櫛歯電極１２２を備える第一基板１００と、第三の櫛歯電極２２１及び第四の櫛歯電極２２２を備える第二基板２００と、を用いること以外は、実施例１と同様にして実施例３の光学素子１０を作製した。

実施例３の光学素子は、変調時（第一状態の時）において、実施例１と同様に、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。非変調時（第二状態の時）には、実施例１と同様に、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

実施例３の光学素子１０は、第一基板１００及び第二基板２００の両基板にオン電圧をかけ、その後電圧を下げることで、２状態を作ることができた。実施例３では、第一基板１００と第二基板２００の両方の配向を電圧で規定できるため、応答速度を高めることができた。

（実施例４－１及び実施例４－２）
上記実施形態４に対応する実施例４－１及び実施例４－２の光学素子１０を作製した。具体的には、第一基板１００と液晶層３００との間に設けられた第一の配向膜４１０、及び、第二基板２００と液晶層３００との間に設けられた第二の配向膜４２０の構成が異なること以外は、実施例１と同様にして実施例４－１及び実施例４－２の光学素子１０を作製した。図５２は、実施例４－１に係る光学素子が備える双安定配向膜の配向方向について説明する図である。図５３は、実施例４－２に係る光学素子が備える双安定配向膜の配向方向について説明する図である。実施例４－１及び実施例４－２の光学素子１０は、第二基板２００側に、第二の配向膜４２０として弱アンカリングの水平配向膜（スリッパリー膜ともいう）４２３を備え、第一基板１００側に、第一の配向膜４１０として双安定配向膜４１３を備えていた。

実施例４－１及び実施例４－２の光学素子１０が備える弱アンカリングの水平配向膜（スリッパリー膜）４２３としてＰＥＧ膜を用いた。ＰＥＧ膜は以下の手順で形成した。メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート５ｗｔ％、ポリエチレングリコールジアクリレート５ｗｔ％、Ｉｒｇａｃｕｒｅ２９５９（０．１ｗｔ％）、シクロペンタノン（８９．９ｗｔ％）を調合した。これを第二基板２００上に塗布し、２５４ｎｍの紫外線を２Ｊ／ｃｍ^２照射し、その後１３０℃で９０分焼成処理を行った。これにより、弱アンカリングの水平配向膜４２３が得られた。

実施例４－１の光学素子１０が備える双安定配向膜４１３には、光配向によるものを用いた。具体的には、図５２に示すように、光官能波長が互いに異なる２つのポリマー（第一の光配向ポリマー及び第二の光配向ポリマー）を混合した材料を用いて双安定配向膜４１３を形成した。光官能波長が互いに異なる２つのポリマーを混合した溶液を基板上に塗布した後、特定の波長の偏光紫外線を照射後、それとは別の波長と方向の偏光紫外線を照射することで、第一の光配向ポリマーにより配向が規制される第一の方向４１３Ａと、第二の光配向ポリマーにより配向が規制される第二の方向４１３Ｂの２方向に配向安定方向を持つ双安定配向膜４１３を形成した。

実施例４－２の光学素子１０が備える双安定配向膜４１３には、凹凸基板とラビング処理によるものを用いた。具体的には、図５３に示すように、第一基板１００にポリマーで特定の方向（第一の方向４１３Ａ）に溝を有する構造物を形成し、その溝方向とは異なる方向（第二の方向４１３Ｂ）にラビング処理を実施した。液晶分子３１０は、溝方向に並ぼうとする力と、ラビング方向に並ぼうとする力の２つが存在し、２方向に配向安定方向を持つ双安定配向膜４１３を形成することができた。

実施例４－１及び４－２の光学素子は、変調時（第一状態の時）において、実施例１と同様に、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。非変調時（第二状態の時）には、実施例１と同様に、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

（実施例５）
上記実施形態５に対応する実施例５の光学素子１０を作製した。具体的には、液晶セル１１の構成が異なること以外は、実施例１と同様にして実施例５の光学素子１０を作製した。実施例５の光学素子１０が備える液晶セル１１は、第一電極１３１及び第二電極１３２を有する第一基板１００と、第一の垂直配向膜４１４と、液晶分子３１０を含有する液晶層３００と、第二の垂直配向膜４２４と、第三電極２３１及び第四電極２３２を有する第二基板２００と、を順に備えていた。図１９に示すように、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位角は０°であり、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａの方位角は１６０°であった。

図５４は、実施例５に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。図５４に示すように、実施例５の光学素子１０において、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に＋／－１Ｖを、画素電極に－／＋１Ｖを印加し、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２の両者に＋／－５Ｖを印加することにより、第一状態を実現することができた。また、実施例５の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に＋／－１Ｖを、画素電極に－／＋１Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２の両者に＋／－５Ｖを印加することにより、第二状態を実現することができた。

図５５は、実施例１、実施例２、実施例５、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図５６は、実施例１、実施例２、実施例５、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例５の光学素子１０について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図５５及び図５６に示す。

実施例５でも、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍにわたって、｜Ｓ３｜＞０．９が得られており、良好な特性が得られた。すなわち、図５５に示すように、実施例５の変調時（第一状態の時）は、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かった。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、図５６に示すように、実施例５の非変調時（第二状態の時）には、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かった。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

本実施例でも、他の実施例同様、液晶層のΔｎｄやツイスト角の設計によって、適宜変調特性・非変調特性をチューニングすることができる。

（実施例６）
上記実施形態６と同様の構成を有する実施例６の光学素子１０を作製した。具体的には、実施例６の光学素子１０は、入射側から出射側に向かって順に、液晶セル１１と、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムとを備えていた。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は１２．２°であり、第一の櫛歯電極１２０の延伸方向１２０Ａの方位角は０°であり、第二の櫛歯電極２２０の延伸方向２２０Ａの方位角は２２０°であった。実施例６の光学素子１０を具体的には次のように作製した。

第一の櫛歯電極１２０を備える第一基板１００と、第二の櫛歯電極２２０を備える第二基板２００とを用意した。第一基板１００の電極方向（第一の櫛歯電極１２０の延伸方向１２０Ａ）と、第二基板２００の電極方向（第二の櫛歯電極２２０の延伸方向２２０Ａ）は、貼り合わせた際に、図２３に示す角度の関係になるように形成した。また、第二基板２００には、高さ３．４μｍのスペーサを配置した。

次いで、第一基板１００及び第二基板２００の両者にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を製膜した。続いて、第二基板２００にシール材を描画し、第一基板１００と第二基板２００とを、液晶材料を挟み込んで貼り合わせて液晶セル１１を作製した。

ここで、上記液晶材料としては、誘電異方性が正のポジ型の液晶分子（Δｎ＝０．０６６）に、ドデシルアクリレート（Ｃ１２Ａ）を５ｗｔ％とカイラル剤Ｓ－８１１とを混合した混合物を用いた。なお、カイラル剤は、液晶セルでの上下基板間のツイスト角が６４°となるように濃度設定した。

この液晶セル１１を等方相状態に加熱した後、第一基板１００に電圧を印加しながら室温に降温し、第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１と第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１とを備える、一様水平配向の液晶セル１１を得た。さらに上記で得られた液晶セル１１に逆波長分散の１／４波長フィルム（第一の１／４波長フィルム１２）を貼り付け、実施例６の光学素子（ｓＨＷＰ素子）１０を得た。

図５７は、実施例１、実施例２、実施例５、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図５８は、実施例１、実施例２、実施例５、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例６の光学素子１０について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図５７及び図５８に示す。

実施例６でも、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍにわたって、｜Ｓ３｜＞０．９が得られており、良好な特性が得られた。すなわち、図５７に示すように、実施例５の変調時（第一状態の時）は、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かった。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、図５８に示すように、実施例５の非変調時（第二状態の時）には、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かった。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

（実施例７）
図５９は、実施例７に係る可変焦点素子が備える光学素子の軸方位を示す図である。上記実施形態７の変形例１に対応する実施例７の可変焦点素子３０を作製した。実施例７の可変焦点素子３０は、入射側から出射側に向かって順に、第二の１／４波長フィルム１３としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムと、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムと、第一基板１００と、第一の配向膜４１０と、液晶層３００と、第二の配向膜４２０と、ＰＢレンズ２０と、第二基板２００と、を備えていた。液晶セル１１を構成する第一基板１００、第一の配向膜４１０（具体的には、第一の弱アンカリングの水平配向膜４１１）、液晶層３００、第二の配向膜４２０（具体的には、第二の弱アンカリングの水平配向膜４２１）及び第二基板２００は、実施例１と同様の構成を有していた。

図５９に示すように、逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は１２．２°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は５７．２°であった。また、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角は０°であり、第二状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角は９０°であった。第一状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角は７０°であり、第二状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角は１６０°であった。

実施例７の可変焦点素子３０は、具体的には次のようにして作製した。第二基板２００に、上記一般式（ＰＢ－１）で表されるポリマーを含むインセルＰＢレンズ形成用の光感光性材料を塗布し、ＰＢレンズ形成用膜を成膜した。

図６０は、実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第一の配向処理について説明する模式図である。図６１は、実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第二の配向処理について説明する模式図である。図６２は、実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第三の配向処理について説明する模式図である。図６３は、実施例７に係る可変焦点素子の製造工程における第四の配向処理について説明する模式図である。

次に、第二基板２００上に設けられたＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行った。具体的には、図６０に示すように、第一のフォトマスク５１０を用いて方位角０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜６００に配向処理を行った。続いて、図６１に示すように、第二のフォトマスク５２０を用いて、方位角４５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜６００に配向処理を行った。続いて、図６２に示すように、第三のフォトマスク５３０を用いて、方位角９０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜６００に配向処理を行った。最後に、図６３に示すように、第四のフォトマスク５４０を用いて、方位角１３５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜６００に配向処理を行った。その後、アニール処理を行い、ＰＢレンズ２０を第二基板２００上に形成することができた。

当該第二基板２００及びＰＢレンズ２０の積層体を用いて、実施例１と同様にして液晶セル１１を作製した。水平配向の液晶セル１１を得た後、第一の１／４波長フィルム１２として逆波長分散の１／４波長フィルムを貼付し、第二の１／４波長フィルム１３としてフラット波長分散の１／４波長フィルムを貼付し、実施例７の可変焦点素子３０を得た。

ここで、本実施例では、入射光がＰＢレンズ２０よりも先に第二の１／４波長フィルム１３、第一の１／４波長フィルム１２及び液晶層３００へ入射して右円偏光及び左円偏光をスイッチングし、当該偏光状態に応じてＰＢレンズ２０で集光又は発散を行うため、第二の１／４波長フィルム１３及び第一の１／４波長フィルム１２は液晶層３００よりも入射側に配置した。そのため、第二の１／４波長フィルム１３及び第一の１／４波長フィルム１２の配置及び軸方位は、実施例１とは異なっていた。

実施例７の可変焦点素子３０は、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替え可能であり、かつ、薄型化が可能であった。

（実施例８）
上記実施形態９と同様の構成を有する実施例８の光学素子１０を作製した。具体的には、液晶セル１１の構成、逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角、及び、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角が異なること以外は、実施例５と同様にして実施例８の光学素子１０を作製した。

図６６に示すように、実施例８の光学素子１０が備える液晶セル１１は、第一電極１３１及び第二電極１３２を有する第一基板１００（ＦＦＳ基板）と、弱アンカリングの第一の垂直配向膜４１４と、液晶分子３１０を含有する液晶層３００と、第二の垂直配向膜４２４と、ベタ状電極２４０を有する第二基板２００と、を順に備えていた。液晶層３００は、カイラル剤を含有するネガ型の液晶分子３１０を含み、屈折率異方性Δｎは０．１０４であった。液晶層３００のカイラルピッチは１１μｍであり、液晶層３００の厚さ（セル厚）ｄは２．７５μｍであった。

第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位角は９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位角は０°であった。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は６８．７°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は２３．７°であった。フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１３）はポジティブＡプレートであった。

図８３は、実施例８に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。図８４は、実施例８に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。図８３に示すように、実施例８の光学素子１０において、第二基板２００側のベタ状電極２４０に＋／－５Ｖを、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－０．４Ｖを印加することにより第一状態を実現することができた。また、図８４に示すように、実施例８の光学素子１０において、第二基板２００側のベタ状電極２４０に＋／－５Ｖを、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１Ｖを印加することにより第二状態を実現することができた。

本実施例では、大きな縦電界をかけることで、ネガ型の液晶分子３１０を倒し、水平配向化させ、かつ、第一電極１３１と第二電極１３２（ＦＦＳ基板の共通電極－画素電極）間に弱い電圧をかけて液晶分子３１０の面内配向方向を決めた。液晶層３００に含まれる液晶分子３１０はネガ型の液晶分子３１０であるため、面内ではスリット延伸方向（電界方向とは直交する方向）に液晶分子３１０は配向した。この時強い横電界をかけるとカイラルの力による液晶分子３１０の配向ねじれを妨害するので、横方向の電圧は弱い電圧であるところもポイントである。垂直配向膜を用いているため、基板極近傍は垂直配向であるが、液晶層３００のバルク内で水平配向の略７０度ねじれを実現させることができた。ここでのねじれ角は液晶分子３１０のチルト角が４５°以内の回転角を示す。

（比較例３）
図８５は、比較例３に係る光学素子の断面模式図である。図８５示す比較例３の光学素子１０Ｒ１を作製した。

（比較例４）
図８６は、比較例４に係る光学素子の断面模式図である。図８６示す比較例４の光学素子１０Ｒ１を作製した。

図８７は、実施例８、比較例３及び比較例４に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図８８は、実施例８、比較例３及び比較例４に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例８、比較例３及び比較例４の光学素子について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図８７及び図８８に示す。

図８７に示すように、実施例８の変調時（第一状態）では、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、図８８に示すように、非変調時（第二状態）では、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

一方、比較例３（ＴＮ液晶層１層）の場合には、非変調時は極めて優れた特性を有するが、変調時は大きな波長依存があり、ごく狭い範囲しか適切に変調されていないことが分かった。比較例４（ＴＮ液晶層２層）の場合には、比較例１よりは広帯域変調に改善するが、非変調時は逆に悪化することが分かった。

（実施例９）
上記実施形態１０と同様の構成を有する実施例９の光学素子１０を作製した。具体的には、液晶セル１１の構成が異なること以外は、実施例８と同様にして実施例９の光学素子１０を作製した。

図７１に示すように、実施例９の光学素子１０が備える液晶セル１１は、第一電極１３１及び第二電極１３２を有する第一基板１００（ＦＦＳ基板）と、第一の垂直配向膜４１４と、液晶分子３１０を含有する液晶層３００と、第二の垂直配向膜４２４と、第三電極２３１及び第四電極２３２を有する第二基板２００（ＦＦＳ基板）と、を順に備えていた。液晶層３００は、カイラル剤を含有するネガ型の液晶分子３１０を含み、屈折率異方性Δｎは０．１０４であった。液晶層３００のカイラルピッチは１１μｍであり、液晶層３００の厚さ（セル厚）ｄは３μｍであった。

第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位角は０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位角は０°であり、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａの方位角は１６０°であり、電圧無印加状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角は１６０°であった。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は６８．７°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は２３．７°であった。フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１３）はポジティブＡプレートであった。また、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角は０°であり、第二状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角は９０°であった。第一状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角は７０°であり、第二状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角は１６０°であった。

図８９は、実施例９に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。図９０は、実施例９に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。図８９に示すように、実施例９の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に＋／－５．４Ｖを、画素電極に＋／－５Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１Ｖを印加することにより第一状態を実現することができた。また、図９０に示すように、実施例９の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に＋／－５．４Ｖを、画素電極に＋／－５Ｖを印加することにより第二状態を実現することができた。

図９１は、実施例８、実施例９及び比較例３に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図９２は、実施例８、実施例９及び比較例３に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例８、実施例９及び比較例３の光学素子について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図９１及び図９２に示す。

図９１に示すように、実施例８と同様に、実施例９においても、変調時（第一状態）では、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、図９２に示すように、実施例８と同様に、実施例９においても、非変調時（第二状態）では、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

また、実施例９は両側に強アンカリングの垂直配向膜を用いたため、実施例８に対して応答速度や信頼性、量産性に優位であった。ただ、駆動には少し大きな電圧が必要なため、実施例８と比較すると光学特性は少し劣った。しかし、比較例３と比較すると、変調時において優れた特性を有することが分かった。

（実施例１０）
上記実施形態１１と同様の構成を有する実施例９の光学素子１０を作製した。具体的には、液晶セル１１の構成、並びに、第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ及び第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａが異なること以外は、実施例８と同様にして実施例１０の光学素子１０を作製した。

図７４に示すように、実施例１０の光学素子１０が備える液晶セル１１は、第一電極１３１及び第二電極１３２を有する第一基板１００（ＦＦＳ基板）と、第一の垂直配向膜４１４と、液晶分子３１０を含有する液晶層３００と、第二の垂直配向膜４２４と、第三電極２３１及び第四電極２３２を有する第二基板２００（ＦＦＳ基板）と、を順に備えていた。液晶層３００は、カイラル剤を含有するネガ型の液晶分子３１０を含み、屈折率異方性Δｎは０．１０４であった。液晶層３００のカイラルピッチは１１μｍであり、液晶層３００の厚さ（セル厚）ｄは３μｍであった。

第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位角は４５°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位角は－４５°であり、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａの方位角は－６５°であった。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は６８．７°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は２３．７°であった。フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１３）はポジティブＡプレートであった。

図９３は、実施例１０に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。図９４は、実施例１０に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。図９３に示すように、実施例１０の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に＋／－５．４Ｖを、画素電極に＋／－５Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１Ｖを印加することにより第一状態を実現することができた。また、図９４に示すように、実施例１０の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に＋／－５．４Ｖを、画素電極に＋／－５Ｖを印加することにより第二状態を実現することができた。

図９５は、実施例８～実施例１０及び比較例３に係る光学素子の、変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。図９６は、実施例８～実施例１０及び比較例３に係る光学素子の、非変調時におけるストークスパラメータＳ３の波長分散を示すグラフである。実施例８～実施例１０、比較例３及び比較例４の光学素子について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３の波長分散を図９５及び図９６に示す。

図９５に示すように、実施例８及び実施例９と同様に、実施例１０においても、変調時（第一状態）では、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、図９６に示すように、実施例８及び実施例９と同様に、実施例１０においても、非変調時（第二状態）では、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近いことが分かる。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。すなわち、実施例８及び実施例９と同様に、実施例１０においても、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

（実施例１１）
上記実施形態１２と同様の構成を有する実施例９の光学素子１０を作製した。具体的には、液晶セル１１の構成が異なること以外は、実施例８と同様にして実施例１１の光学素子１０を作製した。

図７７に示すように、実施例１１の光学素子１０が備える液晶セル１１は、第一電極１３１及び第二電極１３２を有する第一基板１００（ＦＦＳ基板）と、第一の垂直配向膜４１４と、液晶分子３１０を含有する液晶層３００と、第二の垂直配向膜４２４と、第三電極２３１及び第四電極２３２を有する第二基板２００（ＦＦＳ基板）と、を順に備えていた。液晶層３００は、カイラル剤を含有するネガ型の液晶分子３１０を含み、屈折率異方性Δｎは０．１０４であった。液晶層３００のカイラルピッチは１１μｍであり、液晶層３００の厚さ（セル厚）ｄは３μｍであった。

第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位角は９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位角は０°であり、第四電極２３２に設けられたスリット部２３２Ｓの延伸方向２３２Ａの方位角は１６０°であった。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は６８．７°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は２３．７°であった。フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１３）はポジティブＡプレートであった。

図９７は、実施例１１に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。図９８は、実施例１１に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。図９７に示すように、実施例１１の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に＋／－５．４Ｖを、画素電極に＋／－５Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－０．４Ｖを印加することにより第一状態を実現することができた。また、図９８に示すように、実施例１１の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に＋／－６Ｖを、画素電極に＋／－５Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１Ｖを印加することにより第二状態を実現することができた。

本実施例の液晶セル１１は、実施例１０の液晶セルと同様の構成を有するが、実施例１０とは電圧のかけ方が異なっていた。本実施例でも、実施例１０と同様の性能が得られた。具体的には、実施例１０と同様に、実施例１１においても、変調時（第一状態）では、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近かった。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、実施例１０と同様に、実施例１１においても、非変調時（第二状態）では、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近かった。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

（実施例１２）
上記実施例９の光学素子１０と同様の構成を有する光学素子１０に対して、実施例９よりも高電圧を印加した。具体的には、上記実施形態１０の変形例１に対応する電圧を印加した。

図９９は、実施例１２に係る光学素子の、第一状態における印加電圧について説明するグラフである。図１００は、実施例１２に係る光学素子の、第二状態における印加電圧について説明するグラフである。図９９に示すように、実施例１２の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に＋／－１１Ｖを、画素電極に＋／－１０Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１．１Ｖを印加することにより第一状態を実現することができた。また、図１００に示すように、実施例１２の光学素子１０において、第二基板２００側の第三電極２３１及び第四電極２３２のうち共通電極に０Ｖを、画素電極に＋／－１．１Ｖを印加し、第一基板１００側の第一電極１３１及び第二電極１３２のうち共通電極に＋／－１１Ｖを、画素電極に＋／－１０Ｖを印加することにより第二状態を実現することができた。

本実施例の液晶セル１１は、実施例９の液晶セルと同様の構成を有するが、実施例９とは電圧のかけ方が異なっていた。本実施例でも、実施例９と同様の性能が得られた。具体的には、実施例９と同様に、実施例１２においても、変調時（第一状態）では、出射光が広い波長帯にわたって、Ｓ３＝－１に近かった。すなわち、Ｓ３＝＋１から、Ｓ３＝－１に（言い換えると右円偏光から左円偏光に）変調することができた。また、実施例９と同様に、実施例１２においても、非変調時（第二状態）では、出射光が幅広い波長帯にわたって、Ｓ３＝＋１に近かった。すなわち、Ｓ３＝＋１をＳ３＝＋１で（言い換えると右円偏光をそのまま右円偏光で）非変調状態のまま出射することができた。

（実施例９、実施例１２及び比較例３の視野角特性の評価）
実施例９、実施例１２及び比較例３の光学素子について、視野角特性をシミュレーションにより評価した。結果を図１０１～図１０６に示す。図１０１は、比較例３の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。図１０２は、比較例３の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。図１０３は、実施例９の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。図１０４は、実施例９の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。図１０５は、実施例１２の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。図１０６は、実施例１２の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。

図１０１～図１０６の非変調におけるグラフでは濃い領域が広いほど特性が良く、変調におけるグラフでは薄い領域が広いほど特性が良い。図１０１～図１０６に示すように、実施例９及び実施例１２では、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲において、非変調及び変調共に視野角が良いことが分かった。また、実施例１２は実施例９に比べて、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で非変調、変調共に視野角がより広いことが分かった。

（実施例１３）
フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１３）をネガティブＡプレートに変更したこと以外は、実施例１２と同様の構成を有する実施例１３の光学素子１０について、実施例１２と同様に電圧を印加した。

（実施例１２及び実施例１３の視野角特性の評価）
実施例１２及び実施例１３の光学素子について、視野角特性をシミュレーションにより評価した。結果を図１０５～図１０８に示す。図１０７は、実施例１３の光学素子の非変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。図１０８は、実施例１３の光学素子の変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。

図１０５～図１０８の非変調におけるグラフでは濃い領域が広いほど特性が良く、変調におけるグラフでは薄い領域が広いほど特性が良い。図１０５～図１０８に示すように、実施例１２及び実施例１３では、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲において、非変調及び変調共に視野角が良いことが分かった。また、実施例１３は実施例１２に比べて、非変調時の特性が良化していた。

（実施例１４）
上記実施形態１３の変形例に対応する実施例１４の可変焦点素子３０を作製した。実施例１４の可変焦点素子３０は、入射側から出射側に向かって順に、第二の１／４波長フィルム１３としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムと、第一の１／４波長フィルム１２としての逆波長分散の１／４波長フィルムと、第一基板１００と、弱アンカリングの第一の垂直配向膜４１４と、液晶層３００と、第二の垂直配向膜４２４と、ＰＢレンズ２０と、第二基板２００と、を備えていた。液晶セル１１を構成する第一基板１００、弱アンカリングの第一の垂直配向膜４１４、液晶層３００、第二の垂直配向膜４２４及び第二基板２００は、軸方位を除いて、実施例８と同様の構成を有していた。ＰＢレンズ２０のインセル化は、実施例７と同様に行った。

図８０に示すように、第二電極１３２に設けられたスリット部１３２Ｓの延伸方向１３２Ａの方位角は９０°であり、電圧無印加状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｘの方位角は０°であった。逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第一の１／４波長フィルム１２の遅相軸１２Ａ）の方位角は８．１°であり、フラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸（第二の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａ）の方位角は５３．１°であった。また、第一状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ａの方位角は０°であり、第二状態における第一基板１００側の液晶分子３１１の配向方向３１１Ｂの方位角は９０°であった。第一状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ａの方位角は７０°であり、第二状態における第二基板２００側の液晶分子３１２の配向方向３１２Ｂの方位角は１６０°であった。

実施例１４の可変焦点素子３０は、偏光変調及び偏光非変調を広帯域で切り替え可能であり、かつ、薄型化が可能であった。

１：ヘッドマウントディスプレイ
１Ｐ：表示パネル
１０、１０Ｒ１、１０Ｒ２：光学素子
１１、１１Ｒ１：液晶セル
１１Ｅ：電極
１２、１３、１４Ｒ、１７Ｒ：１／４波長フィルム
１２Ａ、１３Ａ：遅相軸
１５Ｒ、１６Ｒ：１／２波長フィルム
２０、２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ａ３：パンチャラトナムベリー（ＰＢ）レンズ
３０、３０Ａ、３０Ｂ：可変焦点素子
４０：位相差板
１００：第一基板
１１０、２１０：支持基板
１２０、１２１、１２２、２２０：櫛歯電極
１２０Ａ、１２１Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、２２０Ａ、２２１Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ：延伸方向
１２０Ｅ１、１２０Ｅ２：電界方向
１３１：第一電極
１３２：第二電極
２３１：第三電極
２３２：第四電極
２４０：ベタ状電極
１３２Ｓ、２３２Ｓ：スリット部
１４０、１４１、２４１：絶縁層
２００：第二基板
３００：液晶層
３００Ｒ１、３００Ｒ２、３００Ｒ３：ＴＮ液晶層
３１０、３１１、３１２、３２０：液晶分子
３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｘ、３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｘ：配向方向
３２０Ａ：光学異方性層
４１０、４２０：配向膜
４１１、４１２、４２１、４２３：弱アンカリングの水平配向膜
４１３：双安定配向膜
４１４、４２２、４２４：垂直配向膜
５１０、５２０、５３０、５４０：フォトマスク
６００：ＰＢレンズ形成用膜
ＬＣ０、ＬＣ１、ＬＣ２：左円偏光
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２：領域

Claims

第一基板、液晶層、及び、第二基板を備える液晶セルと、
１／４波長フィルムと、を備え、
前記液晶層は、前記第一基板と前記第二基板との間でツイスト配向する液晶分子を含有し、
前記液晶セルは、前記第一基板及び前記第二基板の少なくとも一方に、前記液晶層への電圧印加用の電極を有し、
前記電極は、前記第一基板側の前記液晶分子が第一の配向方向に配列する第一状態と、前記第一基板側の前記液晶分子が、平面視において前記第一の配向方向に対して直交する第二の配向方向に配列する第二状態と、を前記液晶層への電圧印加により切り替え可能に配置されており、
前記第一状態と前記第二状態との切り替えは、前記液晶セルに入射する光の偏光状態を制御するものであり、前記液晶セルに円偏光が入射した場合、前記第一状態では、前記円偏光が第一の直線偏光に変換され、前記第二状態では、前記円偏光が、平面視において前記第一の直線偏光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する第二の直線偏光に変換され、
前記液晶セルに直線偏光が入射した場合、前記第一状態では、前記直線偏光が第一の円偏光に変換され、前記第二状態では、前記直線偏光が、前記第一の円偏光の回転方向と逆方向に回転する第二の円偏光に変換されることを特徴とする光学素子。
前記液晶セルは、更に、前記第一基板と前記液晶層との間に配置された、第一の弱アンカリングの水平配向膜と、前記液晶層と前記第二基板との間に配置された、第二の弱アンカリングの水平配向膜と、を有し、
前記電極は、前記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極を有し、前記第二基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、
平面視において、前記第一の櫛歯電極の延伸方向は、前記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して斜めに設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記液晶セルは、更に、前記第一基板と前記液晶層との間に配置された、弱アンカリングの水平配向膜と、前記液晶層と前記第二基板との間に配置された垂直配向膜と、を有し、
前記電極は、前記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極、及び、絶縁層を介して前記第一の櫛歯電極に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、
平面視において、前記第一の櫛歯電極の延伸方向は、前記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して直交することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記電極は、前記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極、及び、第一の絶縁層を介して前記第一の櫛歯電極に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、前記第二基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第三の櫛歯電極、及び、第二の絶縁層を介して前記第三の櫛歯電極に重畳し、かつ、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第四の櫛歯電極を有し、
平面視において、
前記第一の櫛歯電極の延伸方向は、前記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して直交し、
前記第三の櫛歯電極の延伸方向は、前記第四の櫛歯電極の延伸方向に対して直交し、
前記第一の櫛歯電極の延伸方向は、前記第三の櫛歯電極の延伸方向に対して斜めに設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記液晶セルは、更に、前記第一基板と前記液晶層との間に配置された、２方向に配向安定方向を有する双安定配向膜を有し、
前記電極は、前記第一基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第一の櫛歯電極を有し、前記第二基板において、櫛歯状の画素電極と共通電極とが互いの櫛歯が嵌合し合うように設けられた第二の櫛歯電極を有し、
平面視において、前記第一の櫛歯電極の延伸方向は、前記第二の櫛歯電極の延伸方向に対して斜めに設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記液晶セルは、更に、前記第一基板と前記液晶層との間に配置された、第一の垂直配向膜と、前記液晶層と前記第二基板との間に配置された、第二の垂直配向膜と、を有し、
前記電極は、前記第一基板において、面状の第一電極、及び、第一の絶縁層を介して前記第一電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第二電極を有し、前記第二基板において、面状の第三電極、及び、第二の絶縁層を介して前記第三電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた第四電極を有し、
平面視において、前記第二電極に設けられた前記スリット部の延伸方向は、前記第四電極に設けられた前記スリット部の延伸方向に対して斜めに配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記液晶層の屈折率異方性Δｎは、０．１２以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムは、第一の１／４波長フィルムであり、
更に、前記第一の１／４波長フィルムの前記液晶セルとは反対側に第二の１／４波長フィルムを備えることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の光学素子。
前記第一の１／４波長フィルムは、逆波長分散特性を有することを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記第一の１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、０．７倍以上、１倍以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記第一の１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、１倍以上、１．３倍以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記第一の１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、３０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記第二の１／４波長フィルムは、フラット波長分散特性を有することを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記第二の１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、１１０ｎｍ以上、１７５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
請求項１～６のいずれかに記載の光学素子と、パンチャラトナムベリーレンズと、を備えることを特徴とする可変焦点素子。
前記パンチャラトナムベリーレンズは、前記光学素子内に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の可変焦点素子。
請求項１５に記載の可変焦点素子を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
前記液晶セルは、更に、前記第一基板と前記液晶層との間に配置された第一の垂直配向膜と、前記液晶層と前記第二基板との間に配置された第二の垂直配向膜と、を有し、
前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含有し、
前記第一の垂直配向膜及び前記第二の垂直配向膜の少なくとも一方は、電圧無印加状態における前記液晶分子のチルト方向を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記電極は、前記第一基板及び前記第二基板の少なくとも一方において、面状の電極、及び、絶縁層を介して前記面状の電極に重畳し、かつ、スリット部が設けられた電極を有することを特徴とする請求項１８に記載の光学素子。
前記スリット部が設けられた電極のピッチは、１μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１９に記載の光学素子。
前記第一の垂直配向膜及び前記第二の垂直配向膜の少なくとも一方は、弱アンカリングの垂直配向膜であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光学素子。
前記液晶層の波長５５０ｎｍにおける電圧印加状態でのリタデーションΔｎｄは、１８０ｎｍ以上、２８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光学素子。
前記液晶層の屈折率異方性Δｎは、０．１２以下であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光学素子。
前記光学素子に入射する光は、円偏光であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光学素子。
請求項１８又は１９に記載の光学素子と、パンチャラトナムベリーレンズと、を備えることを特徴とする可変焦点素子。
前記パンチャラトナムベリーレンズは、前記光学素子内に配置されることを特徴とする請求項２５に記載の可変焦点素子。
請求項２５に記載の可変焦点素子を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
前記液晶分子として二周波駆動液晶が用いられている、請求項１～６のいずれかに記載の光学素子。