電気光学素子及び走査型光学装置
【課題】大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能な電気光学素子及び走査型光学装置を提供すること。
【解決手段】内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子１３と、該光学素子１３の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極１１及び第２電極１２とを備え、第１電極１１及び第２電極１２のうち少なくとも一方の電極が透明電極であることを特徴とする。
【解決手段】内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子１３と、該光学素子１３の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極１１及び第２電極１２とを備え、第１電極１１及び第２電極１２のうち少なくとも一方の電極が透明電極であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学素子及び走査型光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の投射型画像表示装置では、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで、このような放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このようなレーザ光を用いた投射型画像表示装置としては、走査手段（スキャナ）を利用したレーザスキャン型の画像表示装置がある。そして、レーザスキャン型の画像表示装置に用いられる走査手段には、高速走査と大きな偏角との両立が要求されている。特に、ＶＧＡ（Video Graphics Array）やＸＧＡ（Extended Graphics Array），ＨＤＴＶ（High Definition Television）等のフォーマットを持つ映像信号の表示には数十ｋＨｚの走査速度でレーザ光を走査する必要がある。そこで、１５°〜３０°の偏角が見込めるという理由で、走査手段として共振型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナを用いた画像表示装置が一般的である。
【特許文献１】特開２００３−７５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＭＥＭＳスキャナには、以下のような課題が残されている。すなわち、１つ目の課題としては、ＭＥＭＳスキャナは共振スキャナであるため、正弦関数的な不等速な往復動作しかできない。２つ目の課題としては、ＭＥＭＳスキャナはＱ値が高いため、共振周波数を外れると実用的な偏角を得ることができない。これにより、ＭＥＭＳスキャナを含む系の共振周波数を正確に制御するか、あるいは系の共振周波数の変化に追従して駆動周波数を変化させる必要がある。前者は技術的難易度が高く、後者はＭＥＭＳスキャナの２軸目との同期を細かく取らなければならないという問題が生じる。
【０００４】
３つ目の課題としては、ＭＥＭＳスキャナは走査速度に限界があるため、ＤＣＩ（Digital Cinema Initiatives）仕様の４ｋ（４０９６×２１６０）等の解像度になると表示が難しい。ＭＥＭＳスキャン以外の走査手段としては、音響光学スキャナや電気光学スキャナが挙げられるが、これらのスキャナは従来、走査偏角がＭＥＭＳスキャナに比べて小さく、実用的な走査偏角を得ることができないという問題がある。
【０００５】
そこで、電気光学スキャナを用いて大きな偏角を得るために、図８（ａ）に示すように、素子１０１の電極間の寸法Ｎを長くすることが考えられる。しかしながら、電極間の寸法を長くすると、素子１０１の電極間の寸法Ｎが短い場合と同じ電界を生じさせるためには、より大きな電圧をかける必要がある。その結果、消費電力が大きくなり高コスト化を招いてしまう。そこで、図８（ｂ）に示すように、大きな偏角を得るために、光が進行する方向の素子１０２の寸法Ｍを長くしつつ、低電圧駆動を行うために電極間を短くすることが考えられる。しかしながら、この構成では、内部を進行し屈折率分布により下方に曲げられた光は、素子の寸法Ｍが長すぎると下方の電極１０５に当たってしまうため、素子１０２の内部を進行した光が素子１０２の射出端面から射出されないという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能な電気光学素子及び走査型光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の電気光学素子は、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子と、該光学素子の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極が透明電極であることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る電気光学素子では、第１電極及び第２電極に電圧を印加することにより光学素子に電界が生じる。この電界により、光学素子の屈折率分布が一方向に向かって連続的に増加あるいは減少する。このため、光学素子の内部に生じる電界と垂直な方向に進行するレーザ光は、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられる。このとき、第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極が透明電極であるため、光学素子の光射出端面から射出されず、第１電極あるいは第２電極に向かって曲げられたレーザ光は透明電極に入射する。なお、レーザ光が透明電極側に向かって曲がるように、光学素子に電界を生じさせる必要がある。そして、光学素子と透明電極との界面で屈折して、透明電極の射出側の端面より射出される。したがって、より大きな偏角を得るために、従来のように光学素子の電界の方向と垂直な方向の寸法を長くし、第１電極と第２電極との距離を短くしても、入射したレーザ光を射出させることができる。これにより、レーザ光が電極に当たらないように、光学素子の電界の方向の寸法を長くする必要がないため、第１電極及び第２電極に印加する電圧を低くすることができるので省電力化を図りつつ、効率良く光学素子に電界を発生させることができる。
【０００９】
また、本発明の電気光学素子は、前記透明電極の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る電気光学素子では、光学素子の内部を進行し透明電極に入射した光は、透明電極の内部を進行し透明電極の光射出端面から射出される。このとき、透明電極の光射出端面が、光学素子の光射出端面に対して傾斜していない場合、すなわち、光学素子の一方の面及び反対の面に垂直である場合に比べ、光学素子の光射出端面に対して傾斜している場合の方が、透明電極の光射出端面における光の出射角が大きくなる。すなわち、本発明のように透明電極の光射出端面を傾斜させることで、光射出端面から射出される光の偏角（走査角）をより大きくすることができる。
【００１１】
また、本発明の電気光学素子は、前記透明電極上に光透過性を有する光学部材が配置されていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る電気光学素子では、光学素子の内部を進行し透明電極に入射した光は、透明電極の内部を進行する。そして、透明電極の光射出端面から射出されず、透明電極上に設けられた光学部材に向かった光は、透明電極と光学部材との界面で屈折して、光学部材の射出側の端面より射出される。すなわち、光学部材を配置しない場合（空気）に比べ、透明電極と光学部材との界面に入射する光の臨界角が大きくなるため、この界面における光の全反射を抑えることが可能となる。したがって、光学部材を設けることにより、透明電極の光射出端面より射出されない光は、光学部材の射出側の端面より射出されるため、確実に電気光学素子より光を射出させることができる。また、光学部材を設けることにより、光学素子の電界が生じる方向の寸法を長くせずに、素子全体の電界方向の寸法を長くすることができるため、より大きな偏角を得ることが可能となる。このように、光学部材を用いて素子全体の電界方向の寸法を長くすることにより、光学素子を厚くする場合に比べてコストを抑えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学部材の屈折率が、前記透明電極の屈折率より高いことが好ましい。
本発明に係る電気光学素子では、光学部材の屈折率が透明電極の屈折率より高いため、透明電極の光学素子と対向する面と反対の面に設けられた光学部材に向かった光が透明電極と光学部材との界面において全反射するのを確実に防止することが可能となる。したがって、光学部材に向かった光は、確実に光学部材の内部を進行して、光学部材の射出側の端面より射出される。これにより、光学素子の内部に迷光が発生するのを抑えることができるため、レーザ光の走査を良好に行うことが可能な電気光学素子を提供することができる。
【００１４】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学部材の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることが好ましい。
本発明に係る電気光学素子では、透明電極の光射出端面を傾斜させた場合と同様の効果を得ることができる。さらに、光学部材の光射出端面を傾斜させた場合、透明電極を傾斜させる場合に比べ光射出端面に傾斜加工が施し易い。その結果、光学部材の光射出端面を短時間で精度良く所望の傾斜角度に傾斜させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学素子の光射出端面側に遮光部材が設けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る電気光学素子では、遮光部材を光学素子のレーザ光が入射する面と反対の面側に設けることにより、光学素子と透明電極との屈折率の違いにより生じるフレネル反射光が光学素子の光射出端面より射出されるのを防止することができる。さらには、光学素子と透明電極との界面や透明電極と光学部材との界面において光が全反射を起こしても、遮光部材により光が光学素子の光射出端面から射出されることはない。
【００１７】
また、電気光学素子が何らかの要因で故障した場合、電気光学素子には電圧が印加されていない状態、すなわち、電気光学素子に電界が生じていない状態となり、レーザ光の走査が停止する。このとき、遮光部材が光学素子のレーザ光が入射する面と反対の面に設けられているため、電気光学素子から射出された光が遮光部材によって遮られることになる。したがって、レーザ光が、装置外部のある部分（一点）を照射し続けることを防止することができる。
なお、電気光学素子の故障としては、電圧が印加され続ける故障と、電圧が印加されない故障とが考えられるが、電圧が印加されない故障の方が起こりやすいため、この場合を想定している。
【００１８】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学素子がＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3の組成を有することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る電気光学素子では、光学素子が、高い誘電率を有する誘電体材料であるＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3（タンタル酸ニオブ酸カリウム）の組成を有する結晶である（以下、ＫＴＮ結晶と称す）。ＫＴＮ結晶は、立方晶から正方晶さらに菱面体晶へと温度により結晶系を変える性質を有しており、立方晶においては、大きい２次の電気光学効果を有することが知られている。特に、立方晶から正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率が発散する現象が起こり、比誘電率の自乗に比例する２次の電気光学効果はきわめて大きい値となる。したがって、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3の組成を有する結晶は、他の結晶に比べて屈折率を変化させる際に必要になる印加電圧を低く抑えることが可能となる。これにより、省電力化を実現可能な電気光学素子を提供することが可能となる。
【００２０】
本発明の走査型光学装置は、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出した光を被投射面に向けて走査する走査手段とを備え、該走査手段が、上記の電気光学素子を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る走査型光学装置では、光源装置から射出した光は、走査手段により被投射面に向けて走査される。このとき、上述したように偏角の大きい電気光学素子を用いることにより、高解像度に対応可能な走査手段を用いた走査型光学装置となる。したがって、画質の劣化を生じさせることなく画像をより鮮明に被投射面に表示できる走査型光学装置を得ることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の走査型光学装置は、前記電気光学素子が、水平走査を行うことが好ましい。
【００２３】
本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子が水平走査を行い、垂直走査として例えば、安価なポリゴンミラー等を用いることにより、安価かつ高性能な走査型光学装置を実現することができる。
なお、ここで言う「水平走査」とは、２方向の走査のうち、高速側の走査であり、垂直走査とは低速側の走査である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係る電気光学素子及び走査型光学装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２５】
［第１実施形態］
電気光学素子１は、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって、内部を進行するレーザ光を走査するものである。具体的には、電気光学素子１は、図１に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、光学素子１３とを備えている。この第１電極１１及び第２電極１２は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物、屈折率：２．０）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電体により形成された透明電極である。
【００２６】
光学素子１３は、電気光学効果を有する誘電体結晶（電気光学結晶）であり、本実施形態ではＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3、屈折率：２．４）の組成を有する結晶材料で構成されている。また、光学素子１３は、光学素子１３の上面（一方の面）１３ａには第１電極１１が配置され、下面（反対の面）１３ｂには第２電極１２が配置されている。この第１電極１１及び第２電極１２には、電圧を印加する電源Ｅが接続されている。また、第１電極１１及び第２電極１２は、図１に示すように、光学素子１３内を進行するレーザ光Ｌの進行方向の寸法がほぼ同じである。これにより、第１電極１１と第２電極１２との間の光学素子１３に電界が生じるようになっている。例えば、第１電極１１に−２５０Ｖの電圧が印加され第２電極１２に０Ｖの電圧が印加されると、第２電極１２から第１電極１１に向かって（矢印Ａに示す方向）電界が生じ、第１電極１１に＋２５０Ｖの電圧が印加され第２電極１２に０Ｖの電圧が印加されると、第１電極１１から第２電極１２に向かって（矢印Ｃに示す方向）電界が生じるようになっている。
【００２７】
次に、電気光学素子から射出されるレーザ光の走査について説明する。
電源Ｅにより第１電極１１に印加される電圧の波形は、例えば、図２に示すように、鋸歯状の波形である。第１電極１１には、初期電圧値Ｓ１（例えば、−２５０Ｖ）から０Ｖまで徐々に印加電圧が下がる電圧パターンＶ１と０Ｖから最大電圧値Ｓ２（例えば、＋２５０Ｖ）まで徐々に印加電圧が上がる電圧パターンＶ２とが連続的に印加される。また、第１電極１１に印加される印加電圧が最大電圧値Ｓ２になると、初期電圧値Ｓ１が印加される。また、第１電極１１に印加される電圧が０Ｖのときの光学素子１３から射出されるレーザ光の光路をＯとする。すなわち、第１電極１１に印加する電圧を変化させることで、光学素子１３の入射端面１３ｃから入射し光射出端面１３ｄから射出される光は、光路Ｏを基準に上下方向にスキャン範囲（走査範囲）内を１次元方向に走査される。なお、第２電極１２に印加される電圧は０Ｖに固定されている。
【００２８】
初期電圧値−２５０Ｖを第１電極１１に印加すると、図３に示すように、光学素子１３の内部に生じる電界方向は矢印Ａとなり、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌは第１電極１１側に曲げられる。このレーザ光は、光学素子１３と第１電極１１との界面で屈折し、第１電極１１内に入射する。第１電極１１の内部を進行したレーザ光Ｌ１は第１電極１１の光射出端面１１ａより射出される。そして、第１電極１１に印加される印加電圧を図２の電圧パターンＶ１に示すように、徐々に下げて行く。これにより、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌ２は、スキャン範囲の中央に向かって照射し、徐々に小さな偏角で光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出される。その後、第１電極１１に印加される電圧が０Ｖとなると、光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出されたレーザ光Ｌ３は、光路Ｏ上を進行しスキャン範囲の中央部分を照射する。
【００２９】
次いで、第１電極１１に印加される印加電圧を図２の電圧パターンＶ２に示すように、徐々に上げて行く。これにより、光学素子１３の内部に生じる電界方向は矢印Ｃとなり、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌは第２電極１２側に曲げられる。そして、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌ４は、徐々に大きな偏角で光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出される。
その後、第１電極１１に最大電圧値＋２５０Ｖの電圧が印加されると、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌ５は、光学素子１３と第２電極１２との界面で屈折し、第２電極１２内に入射する。第２電極１２の内部を進行したレーザ光Ｌ５は第２電極１２の光射出端面１２ａより射出される。
【００３０】
本実施形態に係る電気光学素子１では、より大きな偏角を得るために光学素子１３の電界の方向Ａ，Ｃと垂直な方向の寸法を長くし、低電圧駆動を行うために第１電極１１と第２電極１２との距離を短くしても、第１，第２電極１１，１２が透明電極であるため、第１，第２電極１１，１２にレーザ光の射出が妨げられることはない。これにより、レーザ光が第１，第２電極１１，１２にかからないように、光学素子１３の電界方向Ａ，Ｃの寸法を長くする必要がないため、第１電極１１及び第２電極１２に印加する電圧の省電力化を図りつつ、効率良く光学素子１３に電界を発生させることができる。
つまり、本実施形態の電気光学素子１は、大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能である。
【００３１】
なお、光学素子１３及び透明電極の屈折率は一例である。また、本実施形態では、光学素子１３の屈折率が透明電極の屈折率より高いとしたが、第１電極１１及び第２電極１２の屈折率は、光学素子１３の屈折率より大きいことが好ましい。これにより、光学素子１３と第１電極１１，第２電極１２との界面においてレーザ光が全反射することを防止できる。したがって、光学素子１３の内部に迷光が発生するのを抑えることが可能となる。
また、本実施形態では、光学素子１３に入射したレーザ光を第１電極１１側及び第２電極１２側の両側に走査したが、片側の走査であっても良い。この走査の場合、電圧印加により屈折率が高くなる側の電極のみ透明電極で形成しても良い。また、片側の走査の場合、光学素子１３の入射端面１３ｃの第１電極１１側からレーザ光を入射させ、第１電極１１に電圧パターンＶ１あるいは電圧パターンＶ２のみ印加することにより、レーザ光の偏角をより大きくすることが可能となる。
【００３２】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る電気光学素子１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る電気光学素子２０では、光学ガラス材料からなる第１，第２ガラス板２１，２２を備える点において、第１実施形態と異なる。なお、本実施形態は、第１実施形態において第１，第２電極１１，１２の光射出端面１１ａ，１２ａよりレーザ光が射出されない場合に有効である。
【００３３】
第１ガラス板（光学部材）２１は、図４に示すように、第１電極１１の光学素子１３と対向する面１１ｂと反対の面１１ｃに接して設けられている。第２ガラス板（光学部材）２２は、第２電極１２の光学素子１３と対向する面１２ｂと反対の面１２ｃに接して設けられている。これら第１，第２ガラス板２１，２２は、光透過性を有する基材である。
【００３４】
これにより、第１実施形態と同様に第１電極１１に入射したレーザ光Ｌ１は、第１電極１１と第１ガラス板２１との界面において屈折し第１ガラス板２１内に入射する。第１ガラス板２１内を進行したレーザ光は、第１ガラス板２１の光射出端面２１ａから射出される。
同様に、第１電極１１に入射したレーザ光Ｌ５は、第２電極１２と第２ガラス板２２との界面において屈折し第２ガラス板２２内に入射する。第２ガラス板２２内を進行したレーザ光は、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される。
【００３５】
このとき、電気光学素子２０から射出されるレーザ光の射出角（偏角）θは、図４に示すように、レーザ光Ｌが光学素子１３に入射したときの入射部の屈折率をｎ１とする。また、レーザ光Ｌ４が光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出される場合の光学素子１３の射出部の屈折率をｎ２とし、レーザ光Ｌ５が第２電極１２を通過した後、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される場合の光学素子１３と第２電極１２との界面の光学素子の屈折率をｎ２とすると、
【００３６】
【数１】
【００３７】
で表される。
また、ｎ１は変動が小さいので固定値ｎとみなすと、［数１］はΔｎの関数とみなせる。さらに電気光学効果がカー効果であるなら、固定値ｎの変化は電界強度の自乗に比例する効果であるため、［数１］から射出角（偏角）θは電界強度に比例する効果であることが分る。仮にｎ＝２．４としΔｎ＝０．０１とおくと、θ≒１２．７度となる。電界強度は素子の厚みに反比例するため、光学素子１３の電界方向Ａ，Ｃの寸法が小さくなるほど、印加電圧に対する射出偏角が増す。したがって、光学素子１３を薄くすることで、光学素子１３をより低電圧で駆動させ、さらには大きな偏角を得ることが可能となる。
【００３８】
本実施形態に係る電気光学素子２０では、第１実施形態の電気光学素子１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の電気光学素子２０では、第１，第２電極１１，１２の光射出端面１１ａ，１２ａよりレーザ光が射出されない場合、光学素子１３の内部を進行するレーザ光は、第１，第２ガラス板２１，２２により光学素子１３の光射出端面１３ｄ側、すなわち、第１ガラス板２１の光射出端面２１ａ及び第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される。
したがって、レーザ光をより確実に光学素子１３の光射出端面１３ｄ側から射出させ、かつ、大きな偏角でレーザ光を走査することが可能な電気光学素子２０を提供することが可能となる。
また、第１実施形態では、透明電極を厚く形成するのは難しいが、本実施形態では第１，第２ガラス板２１，２２を用いるだけで良いので、簡易な構成により光学素子１８の光射出端面１８ｄ側からレーザ光を射出させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、光学素子１３に入射したレーザ光を第１電極１１側及び第２電極１２側の両側に走査したが、片側の走査であっても良い。この走査の場合、電圧印加により屈折率が高くなる側の電極のみ透明電極で形成し、この透明電極側にのみガラス板を配置しても良い。
また、第１ガラス板２１及び第２ガラス板２２の屈折率が、第１，第２電極１１，１２の屈折率より高いことが好ましい。この構成では、第１電極１１，第２電極１２と光学素子１３との界面においてレーザ光が全反射するのを防止することが可能となる。これにより、光学素子１３の内部において迷光が発生するのを抑えることができるため、レーザ光の走査を良好に行うことができる。
また、光学部材として光学ガラスからなるガラス板を用いたが、これに限るものではなく光透過性を有する部材であれば良い。光学部材としては、例えば光学素子１３と同様のＫＴＮ結晶から構成されていても良い。
【００４０】
［第２実施形態の変形例］
電気光学素子２５は、図５に示すように、光学素子１３に入射したレーザ光を第１電極１１側及び第２電極１２側の片側に走査する場合、光学素子１３の光射出端面１３ｄ側に遮光板（遮光部材）２６が設けられていても良い。この構成では、第２電極１２側にのみ第２ガラス板２２が設けられている。
また、遮光板２６は、光学素子１３の光射出端面１３ｄに接触して設けられている。この遮光板２６により、光学素子１３と第２電極１２との屈折率の違いにより界面においてフレネル反射が生じた場合、このフレネル反射光ＬＦが光学素子１３の光射出端面１３ｄより射出されるのを防止することができる。
なお、本変形例のように光学素子１３の光射出端面１３ｄに遮光板２６を設けた構成の場合、光学素子１３に入射したレーザ光は、第２電極１２の光射出端面１２ａ、あるいは、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される。
【００４１】
また、電気光学素子２５が何らかの要因で故障した場合、電気光学素子２５には電圧が印加されていない状態、すなわち、電気光学素子２５に電界が生じていない状態となり、レーザ光の走査が停止する。このとき、遮光板２６は、光学素子１３の光射出端面１３ｄ、すなわち、光学素子１３に電界が生じていなときのレーザ光が光学素子１３から射出される光路Ｏ上に設けられているため、電気光学素子２５から射出された光が遮光板２６によって遮られることになる。したがって、レーザ光が、装置外部のある部分（一点）を照射し続けることを防止することができる。
なお、本変形例では、遮光板２６を光学素子１３の光射出端面１３ｄに接触して設けたが、光射出端面１３ｄ側に間隔をあけて配置されていても良い。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図６を参照して説明する。
本実施形態に係る電気光学素子３０では、第１，第２ガラス板２１，２２の光射出端面２１ａ，２２ａが傾斜している点において、第２実施形態と異なる。
【００４３】
第１ガラス板２１の光射出端面２１ａは、図６に示すように、第１ガラス板２１の第１電極１１に対向する面２１ｂの反対の面２１ｃとθＡの角度、すなわち、光学素子１３の光射出端面１３ｄに対して傾斜している。傾斜角θＡは直角ではない角度であり、本実施形態では６８度となっている。また、光射出端面２１ａは、直方体状のガラス板を切削加工することにより形成されている。
なお、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａと、第２電極１２に対向する面２２ｂの反対の面２２ｃとのなす角は、第１ガラス板２１の光射出端面２１ａと同様に６８度となっている。
【００４４】
ここで、光射出端面２１ａ，２２ａはどちらも同様に傾斜しているため、光射出端面２２ａと、傾斜していない場合の光射出端面とを比較する。すなわち、図６に示すように、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａと面２２ｃとのなす角が垂直である場合（図６に示す破線）の出射角θ２より、本実施形態の光射出端面２２ａにおける出射角θ１の方が大きくなる。すなわち、本実施形態のように光射出端面２２ａを傾斜させた方が、光射出端面２２ａから射出された光の偏角は大きくなる。
【００４５】
本実施形態に係る電気光学素子３０では、第２実施形態の電気光学素子２０と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の電気光学素子３０では、光射出端面２２ａを面２２ｃに対して傾斜させることで、光射出端面２２ａから射出される光の偏角（走査角）をより大きくすることができる。
なお、第１実施形態の第１電極１１の光射出端面１１ａ及び第２電極１２の光射出端面１２ａが第１，第２ガラス板２１，２２と同様に傾斜していても良い。
さらに、傾斜は直面に限らず、曲面であっても良い。
【００４６】
［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図７を参照して説明する。
本実施形態では、上記第１実施形態の電気光学素子１を走査手段として備える画像表示装置（走査型画像表示装置）４０について説明する。
【００４７】
本実施形態に係る画像表示装置４０は、図７に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色光源装置（光源装置）４０Ｒと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置（光源装置）４０Ｇと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置（光源装置）４０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４１と、クロスダイクロイックプリズム４１から射出されたレーザ光をスクリーン４５の水平方向に走査する電気光学素子１と、電気光学素子１から射出されたレーザ光をスクリーン４５の垂直方向に走査するガルバノミラー４２と、ガルバノミラー４２から走査されたレーザ光が投影されるスクリーン（被投射面）４５とを備えている。
【００４８】
次に、以上の構成からなる本実施形態の画像表示装置４０を用いて、画像をスクリーン４５に投射する方法について説明する。
各光源装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから射出されたレーザ光は、クロスダイクロイックプリズム４１で合成され電気光学素子１に入射する。電気光学素子１に入射したレーザ光は、スクリーン４５の水平方向に走査され、ガルバノミラー４２により垂直方向に走査されてスクリーン４５に投影される。
【００４９】
本実施形態に係る画像表示装置４０では、走査手段として偏角の大きい電気光学素子１を用いているため、ＤＣＩ（Digital Cinema Initiatives）仕様の４ｋ等の解像度に対応可能となる。したがって、画質の劣化を生じさせることなく、画像をより鮮明にスクリーン４５に表示させることができる。
しかも、電気光学素子１からなる走査手段は、ＭＥＭＳスキャナより高速に走査することができるため、本実施形態のように、高速走査が必要とされる水平走査側に電気光学スキャナを用い、垂直走査側に走査自由度が高いガルバノミラー（動くことにより光を反射させる可動型の走査手段）４２を用いることにより、高性能な画像表示装置の実現が期待できる。なお、ガルバノミラー４２に代えて、可動型の走査手段の一つである安価なポリゴンミラーにより走査を行っても良い。すなわち、電気光学素子１の走査の精度が良いため、画像表示装置としては、ガルバノミラーほど精度の良いミラーを用いなくても、コストを抑えつつ高性能な画像表示を行うことが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態の画像表示装置４０において、第１実施形態の電気光学素子１を用いて説明したが、第２，第３実施形態（変形例を含む）の電気光学素子を用いることも可能である。
また、電気光学素子を用いた走査型光学装置として画像表示装置について説明したが、第１〜第３実施形態の電気光学素子をレーザプリンタ（走査型光学装置）に応用することも可能である。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態において、光学素子としてＫＴＮ結晶を例に挙げて説明したが、これに限ることはなく、屈折率が線形的に変化する素子であれば良い。例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等の電気光学効果を有する誘電体結晶であっても良いが、ＬｉＮｂＯ3等の組成を有する結晶は、ＫＴＮ結晶に比べて走査偏角が小さく、また、駆動電圧が高いため、ＫＴＮ結晶を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気光学素子を示す要部断面図である。
【図２】図１の電気光学素子の電極に印加する電圧の波形を示す図である。
【図３】図２の電圧波形を入力したときの光の走査を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電気光学素子を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電気光学素子の変形例を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電気光学素子を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る走査型光学装置を示す斜視図である。
【図８】従来の走査型光学装置に用いられる電気光学素子を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２０，２５，３０…電気光学素子、１１…第１電極、１２…第２電極、１３…光学素子、１１ａ…第１電極の光射出端面、１２ａ…第２電極の光射出端面、２１…第１ガラス板（光学部材）、２２…第２ガラス板（光学部材）、２１ａ…第１ガラス板の光射出端面（光学部材の光射出端面）、２１ｂ…第２ガラス板の光射出端面（光学部材の光射出端面）、２６…遮光板（遮光部材）、４０…画像表示装置（走査型光学装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学素子及び走査型光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の投射型画像表示装置では、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで、このような放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このようなレーザ光を用いた投射型画像表示装置としては、走査手段（スキャナ）を利用したレーザスキャン型の画像表示装置がある。そして、レーザスキャン型の画像表示装置に用いられる走査手段には、高速走査と大きな偏角との両立が要求されている。特に、ＶＧＡ（Video Graphics Array）やＸＧＡ（Extended Graphics Array），ＨＤＴＶ（High Definition Television）等のフォーマットを持つ映像信号の表示には数十ｋＨｚの走査速度でレーザ光を走査する必要がある。そこで、１５°〜３０°の偏角が見込めるという理由で、走査手段として共振型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナを用いた画像表示装置が一般的である。
【特許文献１】特開２００３−７５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＭＥＭＳスキャナには、以下のような課題が残されている。すなわち、１つ目の課題としては、ＭＥＭＳスキャナは共振スキャナであるため、正弦関数的な不等速な往復動作しかできない。２つ目の課題としては、ＭＥＭＳスキャナはＱ値が高いため、共振周波数を外れると実用的な偏角を得ることができない。これにより、ＭＥＭＳスキャナを含む系の共振周波数を正確に制御するか、あるいは系の共振周波数の変化に追従して駆動周波数を変化させる必要がある。前者は技術的難易度が高く、後者はＭＥＭＳスキャナの２軸目との同期を細かく取らなければならないという問題が生じる。
【０００４】
３つ目の課題としては、ＭＥＭＳスキャナは走査速度に限界があるため、ＤＣＩ（Digital Cinema Initiatives）仕様の４ｋ（４０９６×２１６０）等の解像度になると表示が難しい。ＭＥＭＳスキャン以外の走査手段としては、音響光学スキャナや電気光学スキャナが挙げられるが、これらのスキャナは従来、走査偏角がＭＥＭＳスキャナに比べて小さく、実用的な走査偏角を得ることができないという問題がある。
【０００５】
そこで、電気光学スキャナを用いて大きな偏角を得るために、図８（ａ）に示すように、素子１０１の電極間の寸法Ｎを長くすることが考えられる。しかしながら、電極間の寸法を長くすると、素子１０１の電極間の寸法Ｎが短い場合と同じ電界を生じさせるためには、より大きな電圧をかける必要がある。その結果、消費電力が大きくなり高コスト化を招いてしまう。そこで、図８（ｂ）に示すように、大きな偏角を得るために、光が進行する方向の素子１０２の寸法Ｍを長くしつつ、低電圧駆動を行うために電極間を短くすることが考えられる。しかしながら、この構成では、内部を進行し屈折率分布により下方に曲げられた光は、素子の寸法Ｍが長すぎると下方の電極１０５に当たってしまうため、素子１０２の内部を進行した光が素子１０２の射出端面から射出されないという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能な電気光学素子及び走査型光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の電気光学素子は、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子と、該光学素子の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極が透明電極であることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る電気光学素子では、第１電極及び第２電極に電圧を印加することにより光学素子に電界が生じる。この電界により、光学素子の屈折率分布が一方向に向かって連続的に増加あるいは減少する。このため、光学素子の内部に生じる電界と垂直な方向に進行するレーザ光は、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられる。このとき、第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極が透明電極であるため、光学素子の光射出端面から射出されず、第１電極あるいは第２電極に向かって曲げられたレーザ光は透明電極に入射する。なお、レーザ光が透明電極側に向かって曲がるように、光学素子に電界を生じさせる必要がある。そして、光学素子と透明電極との界面で屈折して、透明電極の射出側の端面より射出される。したがって、より大きな偏角を得るために、従来のように光学素子の電界の方向と垂直な方向の寸法を長くし、第１電極と第２電極との距離を短くしても、入射したレーザ光を射出させることができる。これにより、レーザ光が電極に当たらないように、光学素子の電界の方向の寸法を長くする必要がないため、第１電極及び第２電極に印加する電圧を低くすることができるので省電力化を図りつつ、効率良く光学素子に電界を発生させることができる。
【０００９】
また、本発明の電気光学素子は、前記透明電極の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る電気光学素子では、光学素子の内部を進行し透明電極に入射した光は、透明電極の内部を進行し透明電極の光射出端面から射出される。このとき、透明電極の光射出端面が、光学素子の光射出端面に対して傾斜していない場合、すなわち、光学素子の一方の面及び反対の面に垂直である場合に比べ、光学素子の光射出端面に対して傾斜している場合の方が、透明電極の光射出端面における光の出射角が大きくなる。すなわち、本発明のように透明電極の光射出端面を傾斜させることで、光射出端面から射出される光の偏角（走査角）をより大きくすることができる。
【００１１】
また、本発明の電気光学素子は、前記透明電極上に光透過性を有する光学部材が配置されていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る電気光学素子では、光学素子の内部を進行し透明電極に入射した光は、透明電極の内部を進行する。そして、透明電極の光射出端面から射出されず、透明電極上に設けられた光学部材に向かった光は、透明電極と光学部材との界面で屈折して、光学部材の射出側の端面より射出される。すなわち、光学部材を配置しない場合（空気）に比べ、透明電極と光学部材との界面に入射する光の臨界角が大きくなるため、この界面における光の全反射を抑えることが可能となる。したがって、光学部材を設けることにより、透明電極の光射出端面より射出されない光は、光学部材の射出側の端面より射出されるため、確実に電気光学素子より光を射出させることができる。また、光学部材を設けることにより、光学素子の電界が生じる方向の寸法を長くせずに、素子全体の電界方向の寸法を長くすることができるため、より大きな偏角を得ることが可能となる。このように、光学部材を用いて素子全体の電界方向の寸法を長くすることにより、光学素子を厚くする場合に比べてコストを抑えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学部材の屈折率が、前記透明電極の屈折率より高いことが好ましい。
本発明に係る電気光学素子では、光学部材の屈折率が透明電極の屈折率より高いため、透明電極の光学素子と対向する面と反対の面に設けられた光学部材に向かった光が透明電極と光学部材との界面において全反射するのを確実に防止することが可能となる。したがって、光学部材に向かった光は、確実に光学部材の内部を進行して、光学部材の射出側の端面より射出される。これにより、光学素子の内部に迷光が発生するのを抑えることができるため、レーザ光の走査を良好に行うことが可能な電気光学素子を提供することができる。
【００１４】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学部材の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることが好ましい。
本発明に係る電気光学素子では、透明電極の光射出端面を傾斜させた場合と同様の効果を得ることができる。さらに、光学部材の光射出端面を傾斜させた場合、透明電極を傾斜させる場合に比べ光射出端面に傾斜加工が施し易い。その結果、光学部材の光射出端面を短時間で精度良く所望の傾斜角度に傾斜させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学素子の光射出端面側に遮光部材が設けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る電気光学素子では、遮光部材を光学素子のレーザ光が入射する面と反対の面側に設けることにより、光学素子と透明電極との屈折率の違いにより生じるフレネル反射光が光学素子の光射出端面より射出されるのを防止することができる。さらには、光学素子と透明電極との界面や透明電極と光学部材との界面において光が全反射を起こしても、遮光部材により光が光学素子の光射出端面から射出されることはない。
【００１７】
また、電気光学素子が何らかの要因で故障した場合、電気光学素子には電圧が印加されていない状態、すなわち、電気光学素子に電界が生じていない状態となり、レーザ光の走査が停止する。このとき、遮光部材が光学素子のレーザ光が入射する面と反対の面に設けられているため、電気光学素子から射出された光が遮光部材によって遮られることになる。したがって、レーザ光が、装置外部のある部分（一点）を照射し続けることを防止することができる。
なお、電気光学素子の故障としては、電圧が印加され続ける故障と、電圧が印加されない故障とが考えられるが、電圧が印加されない故障の方が起こりやすいため、この場合を想定している。
【００１８】
また、本発明の電気光学素子は、前記光学素子がＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3の組成を有することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る電気光学素子では、光学素子が、高い誘電率を有する誘電体材料であるＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3（タンタル酸ニオブ酸カリウム）の組成を有する結晶である（以下、ＫＴＮ結晶と称す）。ＫＴＮ結晶は、立方晶から正方晶さらに菱面体晶へと温度により結晶系を変える性質を有しており、立方晶においては、大きい２次の電気光学効果を有することが知られている。特に、立方晶から正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率が発散する現象が起こり、比誘電率の自乗に比例する２次の電気光学効果はきわめて大きい値となる。したがって、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3の組成を有する結晶は、他の結晶に比べて屈折率を変化させる際に必要になる印加電圧を低く抑えることが可能となる。これにより、省電力化を実現可能な電気光学素子を提供することが可能となる。
【００２０】
本発明の走査型光学装置は、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出した光を被投射面に向けて走査する走査手段とを備え、該走査手段が、上記の電気光学素子を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る走査型光学装置では、光源装置から射出した光は、走査手段により被投射面に向けて走査される。このとき、上述したように偏角の大きい電気光学素子を用いることにより、高解像度に対応可能な走査手段を用いた走査型光学装置となる。したがって、画質の劣化を生じさせることなく画像をより鮮明に被投射面に表示できる走査型光学装置を得ることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の走査型光学装置は、前記電気光学素子が、水平走査を行うことが好ましい。
【００２３】
本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子が水平走査を行い、垂直走査として例えば、安価なポリゴンミラー等を用いることにより、安価かつ高性能な走査型光学装置を実現することができる。
なお、ここで言う「水平走査」とは、２方向の走査のうち、高速側の走査であり、垂直走査とは低速側の走査である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係る電気光学素子及び走査型光学装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２５】
［第１実施形態］
電気光学素子１は、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって、内部を進行するレーザ光を走査するものである。具体的には、電気光学素子１は、図１に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、光学素子１３とを備えている。この第１電極１１及び第２電極１２は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物、屈折率：２．０）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電体により形成された透明電極である。
【００２６】
光学素子１３は、電気光学効果を有する誘電体結晶（電気光学結晶）であり、本実施形態ではＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3、屈折率：２．４）の組成を有する結晶材料で構成されている。また、光学素子１３は、光学素子１３の上面（一方の面）１３ａには第１電極１１が配置され、下面（反対の面）１３ｂには第２電極１２が配置されている。この第１電極１１及び第２電極１２には、電圧を印加する電源Ｅが接続されている。また、第１電極１１及び第２電極１２は、図１に示すように、光学素子１３内を進行するレーザ光Ｌの進行方向の寸法がほぼ同じである。これにより、第１電極１１と第２電極１２との間の光学素子１３に電界が生じるようになっている。例えば、第１電極１１に−２５０Ｖの電圧が印加され第２電極１２に０Ｖの電圧が印加されると、第２電極１２から第１電極１１に向かって（矢印Ａに示す方向）電界が生じ、第１電極１１に＋２５０Ｖの電圧が印加され第２電極１２に０Ｖの電圧が印加されると、第１電極１１から第２電極１２に向かって（矢印Ｃに示す方向）電界が生じるようになっている。
【００２７】
次に、電気光学素子から射出されるレーザ光の走査について説明する。
電源Ｅにより第１電極１１に印加される電圧の波形は、例えば、図２に示すように、鋸歯状の波形である。第１電極１１には、初期電圧値Ｓ１（例えば、−２５０Ｖ）から０Ｖまで徐々に印加電圧が下がる電圧パターンＶ１と０Ｖから最大電圧値Ｓ２（例えば、＋２５０Ｖ）まで徐々に印加電圧が上がる電圧パターンＶ２とが連続的に印加される。また、第１電極１１に印加される印加電圧が最大電圧値Ｓ２になると、初期電圧値Ｓ１が印加される。また、第１電極１１に印加される電圧が０Ｖのときの光学素子１３から射出されるレーザ光の光路をＯとする。すなわち、第１電極１１に印加する電圧を変化させることで、光学素子１３の入射端面１３ｃから入射し光射出端面１３ｄから射出される光は、光路Ｏを基準に上下方向にスキャン範囲（走査範囲）内を１次元方向に走査される。なお、第２電極１２に印加される電圧は０Ｖに固定されている。
【００２８】
初期電圧値−２５０Ｖを第１電極１１に印加すると、図３に示すように、光学素子１３の内部に生じる電界方向は矢印Ａとなり、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌは第１電極１１側に曲げられる。このレーザ光は、光学素子１３と第１電極１１との界面で屈折し、第１電極１１内に入射する。第１電極１１の内部を進行したレーザ光Ｌ１は第１電極１１の光射出端面１１ａより射出される。そして、第１電極１１に印加される印加電圧を図２の電圧パターンＶ１に示すように、徐々に下げて行く。これにより、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌ２は、スキャン範囲の中央に向かって照射し、徐々に小さな偏角で光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出される。その後、第１電極１１に印加される電圧が０Ｖとなると、光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出されたレーザ光Ｌ３は、光路Ｏ上を進行しスキャン範囲の中央部分を照射する。
【００２９】
次いで、第１電極１１に印加される印加電圧を図２の電圧パターンＶ２に示すように、徐々に上げて行く。これにより、光学素子１３の内部に生じる電界方向は矢印Ｃとなり、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌは第２電極１２側に曲げられる。そして、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌ４は、徐々に大きな偏角で光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出される。
その後、第１電極１１に最大電圧値＋２５０Ｖの電圧が印加されると、光学素子１３の内部を進行するレーザ光Ｌ５は、光学素子１３と第２電極１２との界面で屈折し、第２電極１２内に入射する。第２電極１２の内部を進行したレーザ光Ｌ５は第２電極１２の光射出端面１２ａより射出される。
【００３０】
本実施形態に係る電気光学素子１では、より大きな偏角を得るために光学素子１３の電界の方向Ａ，Ｃと垂直な方向の寸法を長くし、低電圧駆動を行うために第１電極１１と第２電極１２との距離を短くしても、第１，第２電極１１，１２が透明電極であるため、第１，第２電極１１，１２にレーザ光の射出が妨げられることはない。これにより、レーザ光が第１，第２電極１１，１２にかからないように、光学素子１３の電界方向Ａ，Ｃの寸法を長くする必要がないため、第１電極１１及び第２電極１２に印加する電圧の省電力化を図りつつ、効率良く光学素子１３に電界を発生させることができる。
つまり、本実施形態の電気光学素子１は、大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能である。
【００３１】
なお、光学素子１３及び透明電極の屈折率は一例である。また、本実施形態では、光学素子１３の屈折率が透明電極の屈折率より高いとしたが、第１電極１１及び第２電極１２の屈折率は、光学素子１３の屈折率より大きいことが好ましい。これにより、光学素子１３と第１電極１１，第２電極１２との界面においてレーザ光が全反射することを防止できる。したがって、光学素子１３の内部に迷光が発生するのを抑えることが可能となる。
また、本実施形態では、光学素子１３に入射したレーザ光を第１電極１１側及び第２電極１２側の両側に走査したが、片側の走査であっても良い。この走査の場合、電圧印加により屈折率が高くなる側の電極のみ透明電極で形成しても良い。また、片側の走査の場合、光学素子１３の入射端面１３ｃの第１電極１１側からレーザ光を入射させ、第１電極１１に電圧パターンＶ１あるいは電圧パターンＶ２のみ印加することにより、レーザ光の偏角をより大きくすることが可能となる。
【００３２】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る電気光学素子１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る電気光学素子２０では、光学ガラス材料からなる第１，第２ガラス板２１，２２を備える点において、第１実施形態と異なる。なお、本実施形態は、第１実施形態において第１，第２電極１１，１２の光射出端面１１ａ，１２ａよりレーザ光が射出されない場合に有効である。
【００３３】
第１ガラス板（光学部材）２１は、図４に示すように、第１電極１１の光学素子１３と対向する面１１ｂと反対の面１１ｃに接して設けられている。第２ガラス板（光学部材）２２は、第２電極１２の光学素子１３と対向する面１２ｂと反対の面１２ｃに接して設けられている。これら第１，第２ガラス板２１，２２は、光透過性を有する基材である。
【００３４】
これにより、第１実施形態と同様に第１電極１１に入射したレーザ光Ｌ１は、第１電極１１と第１ガラス板２１との界面において屈折し第１ガラス板２１内に入射する。第１ガラス板２１内を進行したレーザ光は、第１ガラス板２１の光射出端面２１ａから射出される。
同様に、第１電極１１に入射したレーザ光Ｌ５は、第２電極１２と第２ガラス板２２との界面において屈折し第２ガラス板２２内に入射する。第２ガラス板２２内を進行したレーザ光は、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される。
【００３５】
このとき、電気光学素子２０から射出されるレーザ光の射出角（偏角）θは、図４に示すように、レーザ光Ｌが光学素子１３に入射したときの入射部の屈折率をｎ１とする。また、レーザ光Ｌ４が光学素子１３の光射出端面１３ｄから射出される場合の光学素子１３の射出部の屈折率をｎ２とし、レーザ光Ｌ５が第２電極１２を通過した後、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される場合の光学素子１３と第２電極１２との界面の光学素子の屈折率をｎ２とすると、
【００３６】
【数１】
【００３７】
で表される。
また、ｎ１は変動が小さいので固定値ｎとみなすと、［数１］はΔｎの関数とみなせる。さらに電気光学効果がカー効果であるなら、固定値ｎの変化は電界強度の自乗に比例する効果であるため、［数１］から射出角（偏角）θは電界強度に比例する効果であることが分る。仮にｎ＝２．４としΔｎ＝０．０１とおくと、θ≒１２．７度となる。電界強度は素子の厚みに反比例するため、光学素子１３の電界方向Ａ，Ｃの寸法が小さくなるほど、印加電圧に対する射出偏角が増す。したがって、光学素子１３を薄くすることで、光学素子１３をより低電圧で駆動させ、さらには大きな偏角を得ることが可能となる。
【００３８】
本実施形態に係る電気光学素子２０では、第１実施形態の電気光学素子１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の電気光学素子２０では、第１，第２電極１１，１２の光射出端面１１ａ，１２ａよりレーザ光が射出されない場合、光学素子１３の内部を進行するレーザ光は、第１，第２ガラス板２１，２２により光学素子１３の光射出端面１３ｄ側、すなわち、第１ガラス板２１の光射出端面２１ａ及び第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される。
したがって、レーザ光をより確実に光学素子１３の光射出端面１３ｄ側から射出させ、かつ、大きな偏角でレーザ光を走査することが可能な電気光学素子２０を提供することが可能となる。
また、第１実施形態では、透明電極を厚く形成するのは難しいが、本実施形態では第１，第２ガラス板２１，２２を用いるだけで良いので、簡易な構成により光学素子１８の光射出端面１８ｄ側からレーザ光を射出させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、光学素子１３に入射したレーザ光を第１電極１１側及び第２電極１２側の両側に走査したが、片側の走査であっても良い。この走査の場合、電圧印加により屈折率が高くなる側の電極のみ透明電極で形成し、この透明電極側にのみガラス板を配置しても良い。
また、第１ガラス板２１及び第２ガラス板２２の屈折率が、第１，第２電極１１，１２の屈折率より高いことが好ましい。この構成では、第１電極１１，第２電極１２と光学素子１３との界面においてレーザ光が全反射するのを防止することが可能となる。これにより、光学素子１３の内部において迷光が発生するのを抑えることができるため、レーザ光の走査を良好に行うことができる。
また、光学部材として光学ガラスからなるガラス板を用いたが、これに限るものではなく光透過性を有する部材であれば良い。光学部材としては、例えば光学素子１３と同様のＫＴＮ結晶から構成されていても良い。
【００４０】
［第２実施形態の変形例］
電気光学素子２５は、図５に示すように、光学素子１３に入射したレーザ光を第１電極１１側及び第２電極１２側の片側に走査する場合、光学素子１３の光射出端面１３ｄ側に遮光板（遮光部材）２６が設けられていても良い。この構成では、第２電極１２側にのみ第２ガラス板２２が設けられている。
また、遮光板２６は、光学素子１３の光射出端面１３ｄに接触して設けられている。この遮光板２６により、光学素子１３と第２電極１２との屈折率の違いにより界面においてフレネル反射が生じた場合、このフレネル反射光ＬＦが光学素子１３の光射出端面１３ｄより射出されるのを防止することができる。
なお、本変形例のように光学素子１３の光射出端面１３ｄに遮光板２６を設けた構成の場合、光学素子１３に入射したレーザ光は、第２電極１２の光射出端面１２ａ、あるいは、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａから射出される。
【００４１】
また、電気光学素子２５が何らかの要因で故障した場合、電気光学素子２５には電圧が印加されていない状態、すなわち、電気光学素子２５に電界が生じていない状態となり、レーザ光の走査が停止する。このとき、遮光板２６は、光学素子１３の光射出端面１３ｄ、すなわち、光学素子１３に電界が生じていなときのレーザ光が光学素子１３から射出される光路Ｏ上に設けられているため、電気光学素子２５から射出された光が遮光板２６によって遮られることになる。したがって、レーザ光が、装置外部のある部分（一点）を照射し続けることを防止することができる。
なお、本変形例では、遮光板２６を光学素子１３の光射出端面１３ｄに接触して設けたが、光射出端面１３ｄ側に間隔をあけて配置されていても良い。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図６を参照して説明する。
本実施形態に係る電気光学素子３０では、第１，第２ガラス板２１，２２の光射出端面２１ａ，２２ａが傾斜している点において、第２実施形態と異なる。
【００４３】
第１ガラス板２１の光射出端面２１ａは、図６に示すように、第１ガラス板２１の第１電極１１に対向する面２１ｂの反対の面２１ｃとθＡの角度、すなわち、光学素子１３の光射出端面１３ｄに対して傾斜している。傾斜角θＡは直角ではない角度であり、本実施形態では６８度となっている。また、光射出端面２１ａは、直方体状のガラス板を切削加工することにより形成されている。
なお、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａと、第２電極１２に対向する面２２ｂの反対の面２２ｃとのなす角は、第１ガラス板２１の光射出端面２１ａと同様に６８度となっている。
【００４４】
ここで、光射出端面２１ａ，２２ａはどちらも同様に傾斜しているため、光射出端面２２ａと、傾斜していない場合の光射出端面とを比較する。すなわち、図６に示すように、第２ガラス板２２の光射出端面２２ａと面２２ｃとのなす角が垂直である場合（図６に示す破線）の出射角θ２より、本実施形態の光射出端面２２ａにおける出射角θ１の方が大きくなる。すなわち、本実施形態のように光射出端面２２ａを傾斜させた方が、光射出端面２２ａから射出された光の偏角は大きくなる。
【００４５】
本実施形態に係る電気光学素子３０では、第２実施形態の電気光学素子２０と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の電気光学素子３０では、光射出端面２２ａを面２２ｃに対して傾斜させることで、光射出端面２２ａから射出される光の偏角（走査角）をより大きくすることができる。
なお、第１実施形態の第１電極１１の光射出端面１１ａ及び第２電極１２の光射出端面１２ａが第１，第２ガラス板２１，２２と同様に傾斜していても良い。
さらに、傾斜は直面に限らず、曲面であっても良い。
【００４６】
［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図７を参照して説明する。
本実施形態では、上記第１実施形態の電気光学素子１を走査手段として備える画像表示装置（走査型画像表示装置）４０について説明する。
【００４７】
本実施形態に係る画像表示装置４０は、図７に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色光源装置（光源装置）４０Ｒと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置（光源装置）４０Ｇと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置（光源装置）４０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４１と、クロスダイクロイックプリズム４１から射出されたレーザ光をスクリーン４５の水平方向に走査する電気光学素子１と、電気光学素子１から射出されたレーザ光をスクリーン４５の垂直方向に走査するガルバノミラー４２と、ガルバノミラー４２から走査されたレーザ光が投影されるスクリーン（被投射面）４５とを備えている。
【００４８】
次に、以上の構成からなる本実施形態の画像表示装置４０を用いて、画像をスクリーン４５に投射する方法について説明する。
各光源装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから射出されたレーザ光は、クロスダイクロイックプリズム４１で合成され電気光学素子１に入射する。電気光学素子１に入射したレーザ光は、スクリーン４５の水平方向に走査され、ガルバノミラー４２により垂直方向に走査されてスクリーン４５に投影される。
【００４９】
本実施形態に係る画像表示装置４０では、走査手段として偏角の大きい電気光学素子１を用いているため、ＤＣＩ（Digital Cinema Initiatives）仕様の４ｋ等の解像度に対応可能となる。したがって、画質の劣化を生じさせることなく、画像をより鮮明にスクリーン４５に表示させることができる。
しかも、電気光学素子１からなる走査手段は、ＭＥＭＳスキャナより高速に走査することができるため、本実施形態のように、高速走査が必要とされる水平走査側に電気光学スキャナを用い、垂直走査側に走査自由度が高いガルバノミラー（動くことにより光を反射させる可動型の走査手段）４２を用いることにより、高性能な画像表示装置の実現が期待できる。なお、ガルバノミラー４２に代えて、可動型の走査手段の一つである安価なポリゴンミラーにより走査を行っても良い。すなわち、電気光学素子１の走査の精度が良いため、画像表示装置としては、ガルバノミラーほど精度の良いミラーを用いなくても、コストを抑えつつ高性能な画像表示を行うことが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態の画像表示装置４０において、第１実施形態の電気光学素子１を用いて説明したが、第２，第３実施形態（変形例を含む）の電気光学素子を用いることも可能である。
また、電気光学素子を用いた走査型光学装置として画像表示装置について説明したが、第１〜第３実施形態の電気光学素子をレーザプリンタ（走査型光学装置）に応用することも可能である。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態において、光学素子としてＫＴＮ結晶を例に挙げて説明したが、これに限ることはなく、屈折率が線形的に変化する素子であれば良い。例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等の電気光学効果を有する誘電体結晶であっても良いが、ＬｉＮｂＯ3等の組成を有する結晶は、ＫＴＮ結晶に比べて走査偏角が小さく、また、駆動電圧が高いため、ＫＴＮ結晶を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気光学素子を示す要部断面図である。
【図２】図１の電気光学素子の電極に印加する電圧の波形を示す図である。
【図３】図２の電圧波形を入力したときの光の走査を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電気光学素子を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電気光学素子の変形例を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電気光学素子を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る走査型光学装置を示す斜視図である。
【図８】従来の走査型光学装置に用いられる電気光学素子を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２０，２５，３０…電気光学素子、１１…第１電極、１２…第２電極、１３…光学素子、１１ａ…第１電極の光射出端面、１２ａ…第２電極の光射出端面、２１…第１ガラス板（光学部材）、２２…第２ガラス板（光学部材）、２１ａ…第１ガラス板の光射出端面（光学部材の光射出端面）、２１ｂ…第２ガラス板の光射出端面（光学部材の光射出端面）、２６…遮光板（遮光部材）、４０…画像表示装置（走査型光学装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子と、
該光学素子の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極が透明電極であることを特徴とする電気光学素子。
【請求項２】
前記透明電極の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の電気光学素子。
【請求項３】
前記透明電極上に光透過性を有する光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気光学素子。
【請求項４】
前記光学部材の屈折率が、前記透明電極の屈折率より高いことを特徴とする請求項３に記載の電気光学素子。
【請求項５】
前記光学部材の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気光学素子。
【請求項６】
前記光学素子の光射出端面側に遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気光学素子。
【請求項７】
前記光学素子がＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3の組成を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電気光学素子。
【請求項８】
光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出した光を被投射面に向けて走査する走査手段とを備え、
該走査手段が、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電気光学素子を有することを特徴とする走査型光学装置。
【請求項９】
前記電気光学素子が、水平走査を行うことを特徴とする請求項８に記載の走査型光学装置。
【請求項１】
内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子と、
該光学素子の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極が透明電極であることを特徴とする電気光学素子。
【請求項２】
前記透明電極の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の電気光学素子。
【請求項３】
前記透明電極上に光透過性を有する光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気光学素子。
【請求項４】
前記光学部材の屈折率が、前記透明電極の屈折率より高いことを特徴とする請求項３に記載の電気光学素子。
【請求項５】
前記光学部材の光射出端面が、前記光学素子の光射出端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気光学素子。
【請求項６】
前記光学素子の光射出端面側に遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気光学素子。
【請求項７】
前記光学素子がＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ3の組成を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電気光学素子。
【請求項８】
光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出した光を被投射面に向けて走査する走査手段とを備え、
該走査手段が、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電気光学素子を有することを特徴とする走査型光学装置。
【請求項９】
前記電気光学素子が、水平走査を行うことを特徴とする請求項８に記載の走査型光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−７０４５１（Ｐ２００８−７０４５１Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４６７８０（Ｐ２００６−２４６７８０）
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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