JPH0695162A - 光変調素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電気信号で制御可能な微細液晶空間光変調素子
の実現。 【構成】液晶層厚み以下の微細構造電極を用い、隣接電
極を近接させて連結駆動する事により、駆動電極直下お
よび電極隙間直下にある配向された液晶分子層を、共に
空間的に微細に制御し、電気信号で制御可能な精密液晶
空間光変調素子を実現する。 【効果】液晶光変調素子のパタン位置精度が向上し、パ
タン形成誤差が少なくなり、かつ液晶変調素子の開口率
が向上して、電子制御可能な微細構造光回折格子が実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光波面の変調を行う空間
光変調素子に関し、さらに詳しくは微細電極液晶素子型
の空間光変調素子の構造と駆動に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光波面を時間的に固定して制御す
るには写真法による回折板や機械加工による回折格子あ
るいは光学レンズが広く用いられ、時間的に変化する制
御には音響光学素子やＰＬＺＴなどの透明圧電素子が用
いられて来た。光波面の時間固定的な制御には充分な時
間を掛けて作成された精密な固定の光波面変調素子が利
用出来るが、動画に対しては光波面変調素子のパタン更
新時間が数十ｍＳｅｃ以下と速い事が必要である。映画
のように事前に撮影しておいた多数のホログラムを機械
的に切り替えて動画に見せる事は出来るが、実際の動画
を撮影・再生する実時間画面更新に適した素子・技術
は、今の所存在しないと考えられてた。これに対して、
動く回折格子の検討が種々なされたが、満足のいくもの
はなかった。例えば、油膜上に電子ビ−ムでパタンを形
成しその膜厚を制御する光波面の位相変調素子は真空管
や排気系など大がかりになり、油膜の寿命も短く、使い
難い。スメクチック液晶をレ−ザビ−ムで走査するシス
テムでは、分解能数μｍまで可能であるが、熱的書き込
みであるために熱伝導や熱平衡に時間が掛かり、１画面
の描画に１秒程度を要し、速度が不十分である。

【０００３】液晶テレビやパソコンの表示用に開発が進
められた液晶ビデオ表示素子は動画対応であるため、応
答速度が２０ｍＳｅｃ〜５０ｍＳｅｃと小さい。応答速
度と画素密度から見ると表示用液晶素子は有力な素子で
あり、過去においても回折素子としての可能性の検討が
行われている。しかし液晶画素の実際上の寸法限界の見
積もりでは下限が数十μｍと見なされ、液晶層の厚みが
５μｍのＳＴＮ（ス−パ−ツイスト：捩じり角が例えば
１２０度〜２７０度の液晶素子）では画素電極幅と画素
電極隙間の最小寸法が各々５μｍ、即ち画素ピッチ１０
μｍ程度が限界であり、強誘電液晶素子でも４μｍ程度
であって、１００〜２５０（本／ｍｍ）の分解能であ
り、これ以上の高分解能の要求は液晶層の厚み限界から
見て無理と考えられていた。

【０００４】本発明においては、液晶層厚よりも微細な
画素および画素隙間を組み合わせて形成される微細合成
電界により、液晶分子群を場所の関数として精密に制御
し、形成すべき回折パタンの形状精度・位置精度を正確
に実現する方法を提示する。また、この素子構造を達成
するに必要な液晶セル構造・配向・材料、および本発明
の回折素子の特徴を生かした応用の例を示す。

【０００５】以下図面により前記従来の光波面変調素
子、および従来の液晶表示素子の構造を説明する。従
来、パソコンやワ−ドプロセッサ−に用いられていた液
晶表示素子の画素の大きさは、１個の画素を人の目で１
点として識別出来る事を前提に画素寸法を決定してい
た。従って人間の明視距離約２５ｃｍにおける識別可能
な画素寸法として液晶素子の画素の寸法は２５０μｍ〜
３５０μｍ、また画素の隙間は開口率を８０％以上確保
出来かつ製造歩留を高くするため、画素寸法の約１０％
すなわち２５〜３５μｍに設定された。ビデオ画像の再
生においては画素自体を識別する必要はなく、かえって
画素が目立たない方が見易いため、画素寸法１００μｍ
〜２００μｍの素子が用いられた。ビデオカメラの撮影
モニタ−に用いる液晶ビュ−ファインダ−や投影型表示
装置の液晶素子では光学的拡大が行われるため、画素寸
法３０μｍで画素隙間５〜８μｍのものが試作されてい
る。これらは分解能が数十本／１ｍｍであり、回折素子
に用いるには分解能不足である。しかも、画素寸法を小
さくすると画素の開口率は寸法比の２乗で小になる。従
来の設計思想に拠れば、液晶層の厚が５μｍの時開口率
を５０％以上確保するため画素電極幅・寸法を１８μｍ
・電極隙間を６μｍとすると分解能は約４０本／ｍｍと
なり、ホログラフィ−に使えるレベルすなわち数百本／
ｍｍ〜数千本／ｍｍには、はるかに及ばない。さらに電
極ピッチの縮小を行う場合には画素の開口率が急速に減
少し、数十本／ｍｍ以上の分解能は現実的ではないと考
えられ、さらなる高分解能の追及は諦められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、実時間で電子的に制御する光波面変調素子
のパタン形成を、液晶回折素子を用い高精度で実現する
事である。より具体的には、 ａ） 回折パタ−ンの空間周波数雑音成分を抑圧した精
密変調パタンの形成、および、液晶厚みの程度以下の微
小寸法領域の変調パタ−ンの形成。 ｂ） 回折パタ−ンの位置誤差を抑圧した精密なパタン
位置精度の実現。 ｃ） 微細回折パタン形成の場合の開口率の低下の回
避。 である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題解決のため、本
発明においては液晶層の厚みを薄くするだけでなく、微
細な回折パタン形成のための微細な電界分布の制御を行
う。このための電極構造および駆動方法を明らかにす
る。従来の液晶駆動の考え方では、液晶駆動の透明電極
の直下の液晶層を電気的に駆動しようとする。したがっ
て画素電極の寸法が画素寸法と等しいと認識されてお
り、電極と電極の横方向の隙間は、電気的に制御されな
い無駄領域、あるいは画素の開口率を下げる額縁領域と
して取り扱われた。このような観点に立つと、電極寸法
の減少は開口率の低下をもたらす事になり、これが画素
ピッチの下限を与える事になる。すなわち画素電極形成
の考え方は『画面表示装置』としてまず画素が認識出来
る大きさを持つ事から出発していた。この点から、画素
寸法に対して１０％以下であれば電極隙間が大きい程加
工が楽になる利点があるとされ、さらに、孤立画素を独
立に制御出来る事を条件に画素を設計しており、画素の
隙間の存在を無意識の前提条件として『制御放棄の領
域』＝『ＯＦＦ（電界＝０）の領域』＝『避けられぬ無
駄領域』として考えていた。また画素電極形成の場合の
電極隙間距離＝加工限界寸法＝数μｍと見なしていた。
上記『電極隙間寸法』は大型のパソコン用液晶表示装置
で〜２０μｍ、小型のＴＶ用液晶素子で５〜１５μｍ程
度である。その結果、液晶素子を表示装置以外に空間変
調素子として設計する場合のピッチの下限寸法は、液晶
層厚みと同程度の画素隙間＋同程度の電極寸法すなわち
１０μｍピッチ以上となり、さらにこの場合の開口率は
２５％以下になると考えられていた。従って１０μｍ以
下のさらに小型の液晶素子は開口率の低下から現実的で
ないと見なされていた。一方、ホログラムの再生を例と
して考察すると、再生画像の位置精度はホログラムの位
置精度に依存し、再生像の精密な位置設定が必要な場
合、ホログラムの回折パタン自体の位置精度が必要な事
になる。ホログラムの回折パタンの空間周波数は参照光
と物体光の交差角の正弦関数として減少する。従ってこ
の交差角度を小にする事で回折パタンのピッチは大きく
出来る。しかしこのピッチ寸法と回折パタンの位置寸法
精度は本質的に独立であり、許容される回折パタンの位
置誤差は回折パタンの空間周波数の半波長距離よりも状
況によっては遥かに微小の場合がある。ここで液晶素子
を用いてホログラムを形成し画像を再生する場合を考え
て見る。画素形成の観点からすると、物体光と参照光の
交差角を小さくして回折パタンのピッチを荒くする方が
楽になる。再生パタンの位置を正確に再生するには微細
な画素を必要とする。しかも液晶層の厚みよりも寸法の
小さい電極にしても隙間が一定のままでは開口率が低下
し、極端に光利用効率が低下する。物体の立体像を鮮明
に表示しようとすると回折パタンを精密に作成し、回折
素子の面積も十分な大きさにしなければならない。回折
パタンを精密に作成するには回折パタンのピッチよりも
回折パタン形成用の電極自体を微細にしてパタンを正確
に再現する必要がある。以上述べたごとく、鮮明な立体
画像を正確な位置に再生するためには、回折パタンのピ
ッチと独立に、パタンの精密な形状再生・精密な位置再
生が必要であり、そのためには画素のピッチと独立に液
晶層の厚み以下の微小寸法の微細画素が必要になる。上
記要求は一見実現不可能に見えるが、以下の実施により
実現可能となる。工夫の第一は、電極の隙間の直下の液
晶層の制御である。従来この領域は電極で制御する事を
放棄された領域であるが、これの駆動を可能にする事を
考える。駆動電極の寸法を小さくしていくと、電気力線
の周辺部へのはみ出し割合が増える。液晶層の厚みに比
較して電極寸法が小さい場合にこの効果は大きく利いて
来る。電極隙間寸法を最小限の一定値とした場合、電極
寸法の比率は同等以下の寸法まで縮小する事が出来る
が、この場合の隙間の占める割合は寸法比の２乗で利
き、電極面積よりも大きくなる。しかし、このような構
造にする事により、画素形成のための電極ピッチ寸法を
最小限に小さく出来る。

【０００８】

【作用】この微細画素電極群が液晶分子群を駆動する状
況において電極の形成する電界が周囲に及ぼす影響は重
ね合わせの原理を用いて考える事が出来、電極隙間の直
下の電界分布は、周囲の多数の電極の個々に形成する電
界のベクトル和によって制御される。このような状態で
画素の１個だけをＯＮ（点灯状態）、周囲の画素をＯＦ
Ｆ（消灯状態）としようとして駆動した場合、このＯＮ
にすべき画素は周囲のＯＦＦ電界に引っ張られてＯＦＦ
電界に埋没し、点灯状態にならない。しかし、これらの
電極を隣接して複数個連結してＯＮ動作させると、ＯＮ
電極群領域は電界が重ね合わされて点灯状態に出来る。
すなわち、液晶層厚みよりも微細な電極と電極隙間を備
えた電極群で形成される画素を複数個隣接連結駆動する
事によって、回折パタン形成の最小ピッチは液晶層厚の
限界を越えなくとも、そのパタンの形成位置およびパタ
ン形成を液晶層厚よりも細かな尺度で設定する事が可能
になる。微細電極が隣接して等しい電位にある場合に電
極隙間は両方の電界の重なりとなり電極隙間近傍の電極
下の等電位面同志を滑らかに接続するように接続等電位
面が形成される。液晶分子層は細分化された電極の連結
駆動効果により、画素電極群と隙間を含めた合成電界に
よって隙間なく駆動され、開口率の問題が解決される。
もう１つの効果は、コントラストを分解能に振り分ける
効果である。電極幅と隙間を微細化する事により、電極
カバ−面積の液晶面積に対する比率は減少するが、電極
隙間領域を含めた駆動のために電気力線は広がって液晶
駆動面積比率が向上し、その代わり電束密度すなわち電
界の強さが弱まる。電界強度を向上するには電極への印
加電圧を増加すれば良いが、電極の個々の電位に制御さ
れた合成電界の空間変調された値の比率は電圧増強で改
善されない。上記微細構造電極の電極電位を電極毎に交
互にＯＮ／ＯＦＦとなるように設定し、電極寸法を液晶
層厚みの１００倍以上の非常に大の段階（Ｗ段階とす
る）から同程度の段階（Ｍ段階とする）、さらに厚みの
１／１００の段階（Ｎ段階とする）まで変化させて見
る。Ｗ段階での電極中央直下の電界強度は、液晶層を挟
む電極に印加した電圧Ｖを液晶層の厚みｄで除した値
（Ｖ／ｄ）に略等しい。この場合の電界強度を相対値で
１とし、変調係数を１とする。ＯＮ画素の中央直下の電
界をＥｏｎ，ＯＦＦ画素の中央直下の電界をＥｏｆｆと
するとき隙間の中央直下の電界は０であり、液晶面積全
体での平均電界は（Ｅｏｎ＋０＋Ｅｏｆｆ＋０）／４に
なる。極端な微細画素であるＮの段階において、液晶駆
動電界は上記Ｗ段階で交互に配列されていたＥｏｎと、
隙間の電界０とＥｏｆｆの重なりの結果、空間的な電極
構造の影響はほとんど完全に消えてしまい、均一な（Ｅ
ｏｎ＋Ｅｏｆｆ）／４の値になっている。Ｍ段階では、
液晶層に対する電極構造の影響は充分に残っており、電
界の空間変調が行われている。但し、隣合った電極の影
響を受け、画素の周辺電界は互いに隣の電界に引っ張ら
れる。ＭとＮの中間の段階（ＭＮ段階とする）では、電
界は空間的な変調を受けるが、ＥｏｎとＥｏｆｆの引っ
張り合いの結果変調率が低下する。この変調率の低下は
液晶分子制御による変調素子のコントラストの低下を意
味する。ＭＮ段階で微細化された電極を複数連結してＭ
段階と同寸法の画素領域を作成してみる。Ｍ段階の状態
と同様な画素領域の空間配置とし、Ｍ段階の隙間電極領
域に相当する部分の電界分布はＭ段階と等しくなるよう
に微細画素各部の電界を設定する。このようにＭＮ段階
の微細画素構造をもちいて近似したＭ段階をＭ´段階と
する。Ｍ段階の電極構造で形成される電界の空間変調パ
タンＰｍは形成されるパタンの最小分解能が液晶層の厚
み程度であるが、Ｍ´段階で作成されたパタンＰｍ´は
実際に液晶層の厚みｄよりも小さいＭＮ段階の微細画素
の寸法で微細に形状・位置をトリミングする事が出来る
ので、Ｍ段階のパタンＰｍに分解能で優る。逆にＭ´段
階の合成画素は面積の約数十％の電極隙間を内在してい
るので、これらが実際の電極で埋め尽くされているＭ段
階の電界は弱められており、結局Ｐｍ´はＰｍパタンに
比較して分解能は高いもののコントラストが低下する、
しかし、コントラストよりも分解能を重視する用途には
適した構造であり、特に液晶素子で回折パタンを形成す
る場合には有効である。

【０００９】

【第１実施例】以下に実施例に基き本発明の詳細を説明
する。図１は本発明の第１実施例で微細電極構成の液晶
素子の構造図である。１２・１８は透明基板であって通
常はガラス、必要に応じてサファイヤ・水晶・プラスチ
ックの基板が用いられる。１４・１６は透明基板の表面
に形成された透明電極であって酸化チタン・酸化錫・酸
化インジュウムあるいはその混合物が用いられる。１１
は液晶層厚、１３は電極巾、１５は電極隙間であり、基
板間隔をＨ、電極幅をＷ、隣接電極との隙間距離をＳと
すると、 Ｗ≦Ｈ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１．１ Ｗ≦Ｓ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１．２ となっている。Ｗを微細にする事すなわちＷ＜＜Ｈで液
晶素子の形成するパタンの位置精度を非常に微細に設定
出来るようになる。Ｗ≦Ｓとする事で、電極隙間に対し
て電極からの電気力線のはみ出しを利用した、電極隙間
領域の液晶層の制御が可能になる。通常の液晶素子構造
では電極隙間が広いため、隙間部分の電界が弱くなり液
晶層は駆動されずに放置される。条件１．１と１．２を
両立させる事により電極隙間の電界を隣り合った電極直
下の電界となめらかに連結出来る。上記１．１を導入す
る最大の目的は、回折素子のパタン位置精度の達成であ
る。図２、図３はパタン位置精度向上の効果を説明する
ための図であって、２１は透明絶縁体で構成される上基
板、２９は下基板、２３・２８は上記基板表面に形成さ
れる透明電極、２４・２６は図２における等電位面の断
面、３４・３６は図３における等電位面の断面である。
図２と図３は同一液晶素子を示しており、相違点は電極
の印加電圧パタンである。ＯＮ電位の位置が横方向に１
電極分だけシフトしており、当然ながら等電位線が同じ
く１電極分だけシフトしている。すなわち、電界パタン
の分解能は液晶層の厚みが限界を与えるが、パタンの位
置精度自体は液晶層厚みとは独立に微細電極のピッチで
定められ、これは液晶層厚みよりも微細に設定出来る。

【第２実施例】図４は上記条件１．１と条件１．２を連
立させる場合の微細画素群における横電界効果を説明す
るための図である。図４は同一の液晶層厚で電極寸法と
電極隙間を変化させており、その場合の電界分布の様相
を示す。図４の（Ａ）の状態において、４２・４３は従
来寸法の画素電極部、４１は電極部４２のＯＮの場合の
画素形状である。電極直下の部分４２の電界は、場所に
よらず一定均一で、周辺部のみ僅かに弱くなっている。
４５は同一液晶厚み同一印加電圧の条件で電極隙間を保
存したまま電極寸法を縮めた場合（Ｂ）の電極部形状で
あって、４４は電極部４５がＯＮの場合の画素形状、４
６は画素隙間である。隙間を一定にしたまま電極寸法を
詰めたため、電極直下の面積の全体面積に対する割合す
なわち開口率は条件（Ａ）から条件（Ｂ）にする事によ
り大幅に減少する。さらに極部形状４２に対して画素４
１の形状は周辺部の電界が弱まるためにＯＮの範囲は電
極よりも小さくなる。条件（Ｂ）における電極部形状４
５に対する画素４４の面積減少の比率は、条件（Ａ）に
おける電極部形状４２に対する画素４１の面積減少の比
率よりも大きい。

【第３実施例】図１１は微細画素電極と隙間の構造で、
画素の連結駆動の場合の電界分布を示す。図１１におい
て、１１０１・１１０９は上及び下側の電極基板で、１
１０２は共通タイミング電極、１１０３・１１０４・１
１０５・１１０６・１１０７・１１０８・１１０９・１
１１０・１１１１・１１１２は、下基板の表面に形成さ
れたセグメント電極である。大きい寸法のセグメント電
極１１０３・１１０４と対向電極１１０２との間には、
それぞれＯＦＦ電圧・ＯＮ電圧が印加され、残りの電極
１１０５・１１０６・１１０７にはＯＮ電圧、１１０８
・１１０６・にはＯＦＦ電圧が印加されている。等電位
線の様子から明らかなように、隣接微細画素電極の電位
が等しい場合にはその隙間の電界が滑らかに連結され
る。

【第４実施例】図５は画素の寸法と形成されるパタンの
位置精度、および空間雑音成分を説明するための図であ
る。図５において、５１１・５１２は荒い画素電極、５
２１・５２２は荒い画素で本来形成されるべきパタンで
ある。５３１・５３２は微細電極を示し、５４１・５４
２は微細画素電極で形成されるべきパタンを示す。空間
雑音成分は、形成されるべきパタンと色付けされた画素
部分との差異がこれに相当する。画素の微細化により空
間雑音成分が減少するが、同時にパタンの位置が画素電
極のピッチで自在に設定出来る事が判る。荒い画素５１
１・５１２のピッチは形成すべきパタンの幅および間隔
と同程度であるが、これではなめらかなパタン５２１・
５２２の再現が困難である。微細画素５３１・５３２の
場合、同様なパタン５４１・５４２の再現が可能であ
り、画素電極微細化が高精度なホログラム回折パタンの
再現などに有効な事が判る。

【第５実施例】図９は埋め込み電極に２端子スイッチン
グ素子を組み合わせた構造、図１０は図９の配線構造を
示す図である。図９において、９１は上基板、９９は下
基板、９６は上側電極、９４は下側電極、９８は金属埋
め込み配線、９７はスイッチング素子を兼用した電極と
配線の接続構造である。基坂９１・９９は透明硝子基板
で、電極９６は透明電極、９８はアルミニウムやタンタ
ル等の金属配線である。埋め込み金属配線の形成のため
にはガラス基坂を沸酸ＨＦを用いてエッチングし、金属
薄膜形成後その表面に酸化被膜あるいは有機薄膜による
薄い絶縁被膜を形成する。その上を絶縁物質で覆って基
板表面の平坦化を行い、絶縁物質にコンタクト穴を開
け、透明電極に薄い絶縁被膜を介して接続している。図
１０において、１０６は埋め込み金属線であり、１０４
は絶縁被膜・１０８は平坦化のための充填用絶縁物質、
１０２は透明電極である。電極１０２は金属でも透明電
極でも可能である。充填物質１０８は特に微細構造液晶
素子の基板平坦化に必要である。絶縁膜１０４は酸化タ
ンタルや酸化アルミニウムや有機膜が使用できる。金属
電極１０６と、絶縁膜１０４と、電極１０８とでＭＩＭ
（金属／絶縁物／金属）構造を形成し、２端子スイッチ
ング素子として機能する。すなわちしきい電圧電圧以下
では電流を流さず、それを越えると電流を急に流す。こ
の作用により駆動のクロスト−クを抑圧出来る。パッシ
ブの埋め込み電極構造は、電極１０２と絶縁薄膜１０４
とコンタクトホ−ルを除いた構造である。アクティブス
イッチング型構造よりも単純でより微細な構造に向く。

【第６実施例】図６は本液晶光変調素子を電子制御のリ
アルタイム回折素子として用い、レ−ザ光の進行方向の
制御と集光作用を行わせた実施例を示す。ホログラフィ
ックスキャナとして、回転円盤にホログラムを焼き付
け、円盤を回転することによりレ−ザ光を走査する方式
があったが、この円盤の回転を液晶ホログラムパタンの
電子制御によるパタン変形移動で、機械的可動部なしの
光走査が可能になる。理論上は１枚の変調素子で機能を
果たすが、複数枚数組み合わせる事で光の偏向角度を広
くし、光利用効率を向上する事が出来る。図６に置い
て、６２はレ−ザ光源、６４・６６は光ビ−ムを拡大平
行にするレンズを含む光学系、６８・６９は本発明の光
変調素子、６３・６４は液晶光変調素子の駆動信号源お
よび駆動回路を含む制御回路、６１は光の収束点であ
る。レ−ザ６２はガスレ−ザでも半導体レ−ザでも良い
が、半導体レ−ザが体積が小さく有効である。液晶光変
調素子６８・６９は制御回路６３・６４の信号により電
子的に制御され、レ−ザ光は向きと集光がんされる。光
の収束点に感熱紙や感熱リボンと紙を配置し、２次元的
に光を走査し集光制御すれば光感熱プリンタになる。同
様にして光の収束点６１に光記録媒体を配置すれば、光
ディスクメモリや光カ−ドへの完全固体化の書き込み読
みだし機構になる。従来構造の様にレンズ６６と変調素
子６８の間にビ−ムスプリッタを置いて戻り光を検出す
れば光記録媒体読取りが出来る。いずれの場合も従来回
転鏡や振動鏡で機械的に走査してきた機構を機械可動部
なしの完全固体化或いは部分固体化が達成され、システ
ムの体積・重量・応答速度の点で従来に比較して優れた
ものになる。液晶光変調素子は液晶素子による光の位相
変調・強度変調・偏向面の回転変調の種々の側面・ある
いはこれらの組み合わせを利用出来る。

【第７実施例】図７は図６に用いる光変調素子のパタン
位置移動を説明するためのものである。図７において、
７５・７６は液晶光変調素子、７３・７４は液晶素子で
形成された回折パタン例、７５・７６はマスキングパタ
ン、７１・７２は入射光である。図６のレンズ６６から
出た入射光７１は回折パタン７３で回折され、さらにそ
の回折光が素子７６の入射光７２となり、パタン７４で
回折集光され６１に至る。

【第８実施例】図１２は本発明の液晶素子を用いた立体
テレビのシステム構成例を示している。１２１０はレ−
ザ光源、１２４０はビ−ムスプリッタ−、１２４２・１
２４４・１２４６は鏡、１２１２・１２１３・１２１４
は撮像装置、１２１６は信号合成装置１２１８は伝送
路、１２２０は本発明による光変調装置、１２２２はレ
−ザ光源１２２４は液晶素子による空間フィルタ−であ
る。レ−ザ光源から出た光はビ−ムスプリッタ１２４０
で分割された後物体に照射され、一方では鏡１２４２・
１２４４・１２４６で反射されて参照光となって撮像装
置１２１２・１２１３・１２１４の内部の素子に導かれ
る。複数のホログラムが撮像素子の上に形成されるが、
その結果を複合化する。必要に応じて空間フィルタ−を
用いて余計な迷光をカットする。これも液晶を用いる事
で電子制御が可能になり、使用状況に応じた柔軟な対応
が可能になる。複数の撮像素子の使用は、立体視の視野
角拡大にもカラー情報採集にも有効であり、図面では１
個しか示していないが、再生用の光変調素子も複数並列
使用して再生画像の視野角改善や色彩付与に有効利用で
きる。図８は立体撮像における精細度向上のためのマル
チ撮像素子の画素対応を示し８１０はビ−ムスプリッ
タ、８１２は撮像素子で画素Ａの組、８１４は撮像素子
で、画素Ｂの組からなる画面を採集し、８１６は両者Ａ
・Ｂを組み合わせた画像である。ビ−ムスプリッタで分
けた画像から僅かに異なる画素位置の画像８１２と、８
１４を安価な撮像素子で採集し、画像デ−タの重ね合わ
せからより高精細度の画像８１６を合成して画像の再生
に利用する。

【発明の効果】

（１）本発明の効果は第１に電極を微細化する事により
高い開口率を実現したことである。図４の条件（Ｃ）
は、条件（Ｂ）の電極寸法をさらに小にしたもので、電
極の食われがほぼ１００％になるほどにし、かつ微細画
素電極の隙間を詰めた構造である。電気力線は横方向に
膨らみ、その分だけ電極直下の電界が弱くなっているが
電極隙間の部分の電界は周囲の電界のベクトル和になっ
ているので、周囲すべての電極が『ＯＮ』の場合は隙間
の部分の電界も『ＯＮ』に近接し、周囲すべての電極が
『ＯＦＦ』の場合は隙間の部分の電界も『ＯＦＦ』に近
接する。すなわち、電極の隙間部分は寸法が大きい場合
に電界強度＝０であったものが、隙間距離を縮める事に
より電界を印加出来るようになる。電気力線の膨らみで
弱くなった電界も、印加電圧を増強する事で補強出来
る。その結果電極の食われで１００％近く食われていた
電極直下の液晶をＯＮにする事が出来、さらに印加電圧
を上乗せして増強する事により画素を膨らませて連結
し、電極隙間の液晶を駆動出来るようになる。その結
果、微細画素液晶素子の致命的欠点と目されていた開口
率低下の問題は開口率向上の方向で解決出来る。これは
本来不必要と考えられた液晶層厚よりも微細な画素の複
数連結駆動の効果である。 （２）本発明の第２の重要な効果として、図４の画素形
成電極条件（Ｃ）において、駆動条件として隣接する複
数の画素群を連結して駆動する事の可能性を示したこと
である。微細画素１個を個別駆動しても駆動の効果は少
ししか発揮されない。が図４に示したごとくの微細画素
を連結することにより４８にしめす隙間領域を含めて、
周囲の電極群全体がＯＦＦとなる効果を与えることがで
きた。この領域の液晶層は結果として連続したＯＦＦ領
域を形成している。またこれとは逆に電極４９はＯＮで
あり、近傍の隙間４８を含めて連結したＯＮ領域画素４
７を形成する事もできた。 （３）第３に液晶光変調素子を実現するには、画素の微
細化と変調率の向上が必要であったが、電極の幅を極端
に狭くした埋め込み配線型の構造をとることにより、画
素の微細化の具体的な方法と構造が提供できるようにな
った。このとき導電性を確保するため金属線を用いる構
造も意味がある。この場合、金属線は光を通さないか
ら、液晶層の変調は専ら電極隙間の電界を利用して行え
る。このような構造は、強誘電性液晶を用いた場合に特
に有効である。なんとなれば、強い自発分極を持つ液晶
素子になるから、分子の方向切り替えに際しては大電流
を流す必要があるからである。液晶光変調素子を実現す
るには微細画素を多数マトリクス配置して駆動する必要
があるが、ス−パ−ツイスト（ＳＴＮ）構造や強誘電性
液晶素子（ＦＬＣ）を利用した高性能の空間光変調素子
が提供できるようになったことも特筆すべき効果といえ
る。なぜなら強誘電性液晶素子は、液晶層厚みを１．５
μｍ以下で駆動でき、画素微細化の有力な候補であり、
また、コントラストの向上を考えるとアクティブスイッ
チング素子との組み合わせで画素を選択駆動する構造も
有効となるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す説明図で、液晶素子の構
成図である。

【図２】本発明の実施例を示す説明図で、電界分布図で
ある。

【図３】本発明の実施例を示す説明図で、電界分布図で
ある。

【図４】本発明の実施例を示す説明図で、横電界効果を
示す図である。

【図５】本発明の実施例を示す説明図で、微細画素の位
置精度と図形誤差を示す。

【図６】本発明の実施例を示す説明図で、液晶光走査機
構の実施例を示す。

【図７】本発明の実施例を示す説明図で、複数連係使用
液晶光回折素子のパタンを示す。

【図８】本発明の実施例を示す説明図で、凹凸電極構造
を示す。

【図９】本発明の実施例を示す説明図で、アクテイブ液
晶素子電極基板の構造を示す。

【図１０】本発明の実施例を示す説明図で、アクテイブ
液晶素子電極基板の断面を示す。

【図１１】本発明の実施例を示す説明図で、電界分布図
である。

【図１２】本発明の実施例を示す説明図で、撮像伝送再
生システムを示す。

【符号の説明】

１２上電極基板 １４上電極 １６下電極 １８下電極基板

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縞目状に配置された微細電極群を備え対
   向配置された一対の透明基板と、これらに挟持された液
   晶層からなり、該微細電極は隣接電極を複数個連結して
   電圧を印加し、該複数隣接微小電極に囲まれた電極隙間
   領域は該連結印加畤の横電界で電極直下領域と同時に駆
   動する事により、連続した空間変調パタンを形成する事
   を特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】 該微細電極の幅は該液晶層の厚みよりも
   小としたことを特徴とする請求項１に記載の光電変調素
   子。
3. 【請求項３】 微細電極は短冊状透明電極であり、透明
   絶縁基板上に形成され、該基板に挟持された液晶層はマ
   トリクス配置の複数の画素に区画され、該液晶層の厚み
   よりも短い電極幅および電極間隙により、該隣接画素を
   複数連結駆動して空間変調パタンを形成する事を特徴と
   する請求項１に記載の光変調素子。
4. 【請求項４】 微細電極は線状金属電極であり、透明絶
   縁基板表面に形成され、該基板に挟持された液晶層はマ
   トリクス配置の複数の画素に区画され、該電極の幅およ
   び隙間は該液晶層の厚みよりも小であり、該液晶層を挟
   持する電極により形成される画素を複数連結駆動する事
   により空間変調パタンを形成する構造の請求項１に記載
   の光変調素子。
5. 【請求項５】 微細電極は線状電極であり、該電極は透
   明絶縁基板表面に線状電極の中心軸高さを周期的に波状
   に場所の関数として変化させて形成され、該基板に挟持
   された液晶層はマトリクス配置の複数の画素に区画さ
   れ、該電極の幅および隙間は該液晶層の厚みよりも小で
   あり、該液晶層を挟持する電極により形成される画素を
   複数連結駆動する事により空間変調パタンを形成する構
   造の請求項１に記載の光変調素子。
6. 【請求項６】 微細電極に挟持された液晶層は基板に対
   して一定配向させた捩じれネマティック構造を備えた事
   を特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
7. 【請求項７】 微細電極に挟持された液晶は強誘電体液
   晶であり、該液晶を基板に対して一定配向させた構造を
   備えた事を特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
8. 【請求項８】 微細電極に挟持された液晶は強誘電体液
   晶であり、該液晶を基板に対して一定配向させ、液晶層
   厚みより微細な電極および電極隙間群により液晶層内部
   に３次元的に制御される電界を利用して強誘電液晶層の
   分子配向状態制御を行う事を特徴とする請求項１に記載
   の光変調素子。
9. 【請求項９】 該液晶は反強誘電体液晶であり、微細電
   極に挟持された液晶は反強誘電体液晶であり、該液晶を
   基板に対して一定配向させ、液晶層厚みより微細な電極
   および電極隙間群により液晶層内部に３次元的に制御さ
   れる電界を利用して該反誘電液晶層の分子配向状態制御
   を行う事を特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
10. 【請求項１０】 該液晶素子は各微細電極毎にスイッチ
    ング素子を設けたアクティブアドレッシング型液晶素子
    であり、基板に埋め込まれた金属配線と絶縁体薄膜を介
    して微細電極に接続される２端子スイッチング素子構造
    である事を特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
11. 【請求項１１】 微細電極が形成された透明絶縁基板と
    これらに挟持された液晶層とからなり、該液晶層はマト
    リクス配置の複数の画素に区画され、該電極の幅および
    隙間は該液晶層の厚みよりも短く、該液晶層を挟持する
    電極により形成される画素を複数連結駆動する光変調素
    子を、複数枚重ね合わせ、該複数個の光変調素子を相等
    しい電気信号で駆動する構造を特徴とする請求項１に記
    載の光変調素子。
12. 【請求項１２】 微細電極が形成された透明絶縁基板と
    これらに挟持された液晶層とからなり、該液晶層はマト
    リクス配置の複数の画素に区画され、該電極の幅は該液
    晶層の厚みよりも短く、該液晶層を挟持する電極により
    形成される画素を複数連結駆動する光変調素子を、複数
    枚重ね、互いに異なる電気信号で駆動する事により光波
    面の空間変調パタンを３次元的に形成する構造を特徴と
    する請求項１に記載の光変調素子。