JP2001264821A - 偏光制御装置 - Google Patents
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- G02F1/1393—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力消費を大きく減少させ得るとともに、応
答時間が１０ｍｓのオーダーの範囲の偏光制御装置を提
供すること。 【解決手段】 レンズ系によって導かれた入射光は、受
光した光をほぼ平行な光線にするように働く。平行にさ
れた光は、液晶セル１０内の液晶材料２２を通過して導
かれ、フォーカシングレンズによって光ファイバにフォ
ーカシングされる。液晶セル１０内の電極１４および１
６に加えられる電圧は、液晶材料２２を介して導かれる
電界を発生させ、液晶分子に電気的な双極子を誘導して
液晶材料２２の配列を変化させる。すなわち、液晶材料
の配列の変化により、液晶材料２２を通過する光の偏光
状態を変化させる。電極１４および１６間の電界は、液
晶分子の屈折率楕円の最初の配列に平行な小さなベクト
ル成分を備えており、電極１４および電極１６間の電界
が増加する際に、液晶分子に対する回転の向きが決定す
る。
答時間が１０ｍｓのオーダーの範囲の偏光制御装置を提
供すること。 【解決手段】 レンズ系によって導かれた入射光は、受
光した光をほぼ平行な光線にするように働く。平行にさ
れた光は、液晶セル１０内の液晶材料２２を通過して導
かれ、フォーカシングレンズによって光ファイバにフォ
ーカシングされる。液晶セル１０内の電極１４および１
６に加えられる電圧は、液晶材料２２を介して導かれる
電界を発生させ、液晶分子に電気的な双極子を誘導して
液晶材料２２の配列を変化させる。すなわち、液晶材料
の配列の変化により、液晶材料２２を通過する光の偏光
状態を変化させる。電極１４および１６間の電界は、液
晶分子の屈折率楕円の最初の配列に平行な小さなベクト
ル成分を備えており、電極１４および電極１６間の電界
が増加する際に、液晶分子に対する回転の向きが決定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おける光の特性を制御する装置に係り、特に、光通信シ
ステムにおける光の偏光状態を制御する装置に関する。
おける光の特性を制御する装置に係り、特に、光通信シ
ステムにおける光の偏光状態を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光の偏光状態を制御する装置は、光学的
な試験および測定機器とともに光ファイバ通信システム
に応用されている。光の偏光状態を制御する装置の大部
分は、光ファイバ又は他の光学部材を手動で回転させる
ことにより作動させられ、あるいは、固体デバイスにお
ける電極光学効果（electrode-optic effect）を用いて
作動させられる。一般に、それらの偏光制御装置は、任
意の偏光状態の入力を所望の偏光状態に出力に変換でき
るものである。しかし、機械式の偏光制御装置の応答時
間は、１０００ｍｓのオーダーと遅く、サイズが大きく
（一般に数１０ｃｍ3）、光学部材に必要とされる動作
を供給するモータを駆動させるために１００ｍＶ以上の
電力を消費する。
な試験および測定機器とともに光ファイバ通信システム
に応用されている。光の偏光状態を制御する装置の大部
分は、光ファイバ又は他の光学部材を手動で回転させる
ことにより作動させられ、あるいは、固体デバイスにお
ける電極光学効果（electrode-optic effect）を用いて
作動させられる。一般に、それらの偏光制御装置は、任
意の偏光状態の入力を所望の偏光状態に出力に変換でき
るものである。しかし、機械式の偏光制御装置の応答時
間は、１０００ｍｓのオーダーと遅く、サイズが大きく
（一般に数１０ｃｍ3）、光学部材に必要とされる動作
を供給するモータを駆動させるために１００ｍＶ以上の
電力を消費する。
【０００３】光の偏光状態を制御するその他の方法は、
液晶ベースの偏光コントローラを用いることである。こ
のようなコントローラは、任意の偏光状態の入力から限
定された範囲の偏光状態の出力への変換を可能にする。
例えば、このような偏光制御装置の一つが、コロラド
州，フレデリックのメドウラーク・コーポレイション
（Meadowlark Corporation, Frederick, Colorado）に
よって製造されており、偏光制御装置を形成するために
可変リターダンスを備えた固定された配列において一連
の液晶波長板を用いるものである。このメドウラーク社
製の装置は、液晶デバイスの境界面に直交する変調電界
を用いる。
液晶ベースの偏光コントローラを用いることである。こ
のようなコントローラは、任意の偏光状態の入力から限
定された範囲の偏光状態の出力への変換を可能にする。
例えば、このような偏光制御装置の一つが、コロラド
州，フレデリックのメドウラーク・コーポレイション
（Meadowlark Corporation, Frederick, Colorado）に
よって製造されており、偏光制御装置を形成するために
可変リターダンスを備えた固定された配列において一連
の液晶波長板を用いるものである。このメドウラーク社
製の装置は、液晶デバイスの境界面に直交する変調電界
を用いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メドウ
ラーク型の装置には、任意の偏光状態の入力を所望の偏
光状態の出力に変換することができないという問題があ
る。さらに、このタイプの装置は、長い応答時間を必要
とする上に、比較的大きな電力を消費してしまう。
ラーク型の装置には、任意の偏光状態の入力を所望の偏
光状態の出力に変換することができないという問題があ
る。さらに、このタイプの装置は、長い応答時間を必要
とする上に、比較的大きな電力を消費してしまう。
【０００５】本発明は、上記従来の事情にかんがみてな
されたものであり、従来の偏光制御装置における電力消
費を大きく減少させ得るとともに、応答時間を１０ｍｓ
のオーダーの範囲にすることを目的とする。
されたものであり、従来の偏光制御装置における電力消
費を大きく減少させ得るとともに、応答時間を１０ｍｓ
のオーダーの範囲にすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】簡単に言えば、本発明の
一つの実施例において、偏光制御装置は、光学的異方性
を備えるとともにニュートラルな電界状態においてほぼ
ホメオトロピック配列である分子を備えた液晶材料を含
む液晶デバイスと、ニュートラルな電界状態における前
記液晶材料の配列からそれらの分子の配向を変化させる
ために電界をかける複数の電極と、前記電極に電圧を加
えるための回路と、前記液晶材料を通過して光を導くた
めの光学系とを有している。
一つの実施例において、偏光制御装置は、光学的異方性
を備えるとともにニュートラルな電界状態においてほぼ
ホメオトロピック配列である分子を備えた液晶材料を含
む液晶デバイスと、ニュートラルな電界状態における前
記液晶材料の配列からそれらの分子の配向を変化させる
ために電界をかける複数の電極と、前記電極に電圧を加
えるための回路と、前記液晶材料を通過して光を導くた
めの光学系とを有している。
【０００７】本発明のその他の態様において、液晶デバ
イスが、２枚の平行な整列板を備え、その間に液晶材料
を配置しており、および、電極が、導かれる光の一方の
側において整列板の一方に隣接して配置される少なくと
も一方の電極と、導かれる光の他方の側において整列板
の他方に隣接して配置される少なくとも他方の電極とを
備え、整列板にほぼ平行な電界を発生させるように励起
されるが、前記整列板に直交する電界成分を備えている
ようにされる。
イスが、２枚の平行な整列板を備え、その間に液晶材料
を配置しており、および、電極が、導かれる光の一方の
側において整列板の一方に隣接して配置される少なくと
も一方の電極と、導かれる光の他方の側において整列板
の他方に隣接して配置される少なくとも他方の電極とを
備え、整列板にほぼ平行な電界を発生させるように励起
されるが、前記整列板に直交する電界成分を備えている
ようにされる。
【０００８】本発明のさらにその他の態様において、偏
光検出器が、液晶材料を透過する光を受光するとともに
液晶材料から受けた光の偏光に基づいた信号を生成する
ように配置されるように設けられ、そして、偏光に基づ
いた信号を受信し、制御信号を生成し、電極に電圧を加
えるための回路に該制御信号を供給して前記電極の電圧
特性を制御するフィードバック回路が設けられている。
光検出器が、液晶材料を透過する光を受光するとともに
液晶材料から受けた光の偏光に基づいた信号を生成する
ように配置されるように設けられ、そして、偏光に基づ
いた信号を受信し、制御信号を生成し、電極に電圧を加
えるための回路に該制御信号を供給して前記電極の電圧
特性を制御するフィードバック回路が設けられている。
【０００９】本発明のその他の実施例は、ニュートラル
状態にあるときにホメオトロピックに配列された分子を
備えた液晶材料を含む液晶デバイスを設けるステップ
と、前記液晶デバイスに電界を発生させるステップと、
前記液晶材料を介して光を導くステップとを備える偏光
を制御するための偏光制御方法である。
状態にあるときにホメオトロピックに配列された分子を
備えた液晶材料を含む液晶デバイスを設けるステップ
と、前記液晶デバイスに電界を発生させるステップと、
前記液晶材料を介して光を導くステップとを備える偏光
を制御するための偏光制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、液晶セルをベースとし
た偏光制御装置に関するものである。本発明の制御装置
は、低電力消費で、実質上任意の偏光状態の入力を実質
上任意の偏光状態の出力に変換することができるもので
ある。好適には、応答時間は１０ｍｓの範囲であり、電
力消費は１ｍＷ以下である。さらに、本発明の実施形態
の大きさ及びコストは、その他の解決方法のそれに比し
て非常に小さく、コストが低い。
た偏光制御装置に関するものである。本発明の制御装置
は、低電力消費で、実質上任意の偏光状態の入力を実質
上任意の偏光状態の出力に変換することができるもので
ある。好適には、応答時間は１０ｍｓの範囲であり、電
力消費は１ｍＷ以下である。さらに、本発明の実施形態
の大きさ及びコストは、その他の解決方法のそれに比し
て非常に小さく、コストが低い。
【００１１】図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に
係る液晶セル１０を示す構成図である。同図において、
開示されている実施形態は、カバーガラス１１および１
２と、線および回路１７によって適切な電圧で接続され
ている電極１４および１６と、整列層１８および２０
と、液晶材料２２とを備えて構成されている。好適に
は、カバーガラス１１および１２は、装置の均一なセル
ギャップ（cell gap）を提供するように平行である。所
定のギャップにおいて、加えられる電界により液晶の異
方性の配列を制御する。カバーガラス１１および１２間
のギャップは、充分な量の位相シフトを生じるように充
分に厚くなければならない。例えば、このギャップは、
１〜１０ミクロンの範囲である。しかしながら、好まし
い厚さ／ギャップは、液晶に用いられている液晶材料２
２の光学異方性に基づいて決定する。液晶材料２２は、
単軸複屈折性（uniaxially birefringent）であること
が好ましい。液晶材料２２の屈折率は、楕円体（ellips
oid）として説明される。液晶材料２２は、カバーガラ
ス境界に対して当初は直交している液晶配列の同様な整
列を可能にする液晶位相を備えたネマチック位相液晶材
料およびその他の液晶を含む種々の材料によって構成す
ることができる。正の誘電体異方性（positive dielect
ric anisotropy）を提供するこのような液晶材料は、Ｍ
ｅｒｃｋ ＺＬＩ−４７９２およびＭＬＣ１３３００−
０００という製造名で、ニュージャージー州，ホワイト
ハウス・ステーションのメルク（Merck, Whitehouse St
ation, NewJersey）によって製造されている。
係る液晶セル１０を示す構成図である。同図において、
開示されている実施形態は、カバーガラス１１および１
２と、線および回路１７によって適切な電圧で接続され
ている電極１４および１６と、整列層１８および２０
と、液晶材料２２とを備えて構成されている。好適に
は、カバーガラス１１および１２は、装置の均一なセル
ギャップ（cell gap）を提供するように平行である。所
定のギャップにおいて、加えられる電界により液晶の異
方性の配列を制御する。カバーガラス１１および１２間
のギャップは、充分な量の位相シフトを生じるように充
分に厚くなければならない。例えば、このギャップは、
１〜１０ミクロンの範囲である。しかしながら、好まし
い厚さ／ギャップは、液晶に用いられている液晶材料２
２の光学異方性に基づいて決定する。液晶材料２２は、
単軸複屈折性（uniaxially birefringent）であること
が好ましい。液晶材料２２の屈折率は、楕円体（ellips
oid）として説明される。液晶材料２２は、カバーガラ
ス境界に対して当初は直交している液晶配列の同様な整
列を可能にする液晶位相を備えたネマチック位相液晶材
料およびその他の液晶を含む種々の材料によって構成す
ることができる。正の誘電体異方性（positive dielect
ric anisotropy）を提供するこのような液晶材料は、Ｍ
ｅｒｃｋ ＺＬＩ−４７９２およびＭＬＣ１３３００−
０００という製造名で、ニュージャージー州，ホワイト
ハウス・ステーションのメルク（Merck, Whitehouse St
ation, NewJersey）によって製造されている。
【００１２】電極１４および１６は、好適には、導電性
を備えた適切な材料によりガラスカバー１１および１２
上の選択された領域をコーティングすることによって形
成される。図面にはコーティングが示されていないが、
説明を容易にするために、電極を分離した部材として示
していることに注意すべきである。なお、ガラスカバー
板１１および１２の表面に形成されている電極１４およ
び１６は、以下で説明される方向に液晶材料２２を通過
するように電界を加える。
を備えた適切な材料によりガラスカバー１１および１２
上の選択された領域をコーティングすることによって形
成される。図面にはコーティングが示されていないが、
説明を容易にするために、電極を分離した部材として示
していることに注意すべきである。なお、ガラスカバー
板１１および１２の表面に形成されている電極１４およ
び１６は、以下で説明される方向に液晶材料２２を通過
するように電界を加える。
【００１３】整列層１８および２０は、整列層１８およ
び２０の間の液晶分子を特定の方向に整列させるように
誘導する。整列層は、電界が加えられていないときに、
液晶材料２２における楕円の長軸の配列がガラスカバー
板１１および１２に対して直交するように選択されてい
る。整列層１８および２０を実現するために用いられる
材料は、用いられる液晶材料２２に依存して決定する。
上述したように、整列層１８および２０は特定の方向へ
の整列を行うために表面に接触する液晶分子を優先的
（preferentially）に付勢する。本発明においては、こ
の特定の方向は、液晶分子の長軸が整列層１８および２
０の面にほぼ直交するようなホメオトロピック配列であ
る。例えば、これに限定されるものではないが、それら
の整列層１８および２０に適した材料は、デュポン，イ
ーエム，ニッサンケミカル（DuPont、EM、Nissan Chemi
cal）等の多くの企業から入手可能なポリイミドとする
ことができる。このような材料の特定のサンプルは、テ
キサス州，ヒューストンのニッサンケミカル・アメリカ
・コーポレーション（Nissan Chemical America Corpor
ation）から入手可能なＳＥ７５１１ＬおよびＳＥ２５
１１Ｌである。好適には、整列層は、カバーガラス１１
および１２並びに電極１４および１６に付着（deposi
t）させることができる。本発明にとって好ましい基本
的なホメオトロピック配列は、液晶材料２２とカバーガ
ラスに付着したポリイミド整列層１８および２０の分子
との間の相互作用により実現される。光は、矢印２４の
方向に液晶材料２２を通過するように導かれる。
び２０の間の液晶分子を特定の方向に整列させるように
誘導する。整列層は、電界が加えられていないときに、
液晶材料２２における楕円の長軸の配列がガラスカバー
板１１および１２に対して直交するように選択されてい
る。整列層１８および２０を実現するために用いられる
材料は、用いられる液晶材料２２に依存して決定する。
上述したように、整列層１８および２０は特定の方向へ
の整列を行うために表面に接触する液晶分子を優先的
（preferentially）に付勢する。本発明においては、こ
の特定の方向は、液晶分子の長軸が整列層１８および２
０の面にほぼ直交するようなホメオトロピック配列であ
る。例えば、これに限定されるものではないが、それら
の整列層１８および２０に適した材料は、デュポン，イ
ーエム，ニッサンケミカル（DuPont、EM、Nissan Chemi
cal）等の多くの企業から入手可能なポリイミドとする
ことができる。このような材料の特定のサンプルは、テ
キサス州，ヒューストンのニッサンケミカル・アメリカ
・コーポレーション（Nissan Chemical America Corpor
ation）から入手可能なＳＥ７５１１ＬおよびＳＥ２５
１１Ｌである。好適には、整列層は、カバーガラス１１
および１２並びに電極１４および１６に付着（deposi
t）させることができる。本発明にとって好ましい基本
的なホメオトロピック配列は、液晶材料２２とカバーガ
ラスに付着したポリイミド整列層１８および２０の分子
との間の相互作用により実現される。光は、矢印２４の
方向に液晶材料２２を通過するように導かれる。
【００１４】図１は、本発明の一実施形態に係る偏光制
御装置を示す概略図である。入射光は、レンズ系３２に
導かれる。この入射光は、種々の伝播媒体を経由してレ
ンズ系に導かれる。例えば、これに限定されるものでは
ないが、入射光は、光ファイバ３０を介して導くことが
できる。図１（ａ）に示す実施形態において、レンズ系
３２はコリメーティングレンズ３２であって、受光した
光をほぼ平行な光線３４にするように働く。平行にされ
た光３４は、液晶セル１０内の液晶材料２２を通過して
導かれ、フォーカシングレンズ３６によって光ファイバ
３８にフォーカシングされる。液晶セル１０内の電極１
４および１６に加えられる電圧は、液晶材料２２を介し
て導かれる電界（図２（ｂ）に示されている）を発生さ
せ、液晶分子に電気的な双極子を誘導して液晶材料２２
の配列を変化させる。言い換えれば、液晶材料の配列に
おけるこの変化は、液晶材料２２を通過する光の偏光状
態を変化させることになる。好適には、液晶材料２２
は、液晶材料の配列を迅速に変化できる液晶セル１０に
用いられる。液晶材料の配列の滑らかで迅速な変化が、
液晶材料の加熱によって達成されることに注目すべきで
ある。しかし、要求される温度変化は選択された液晶材
料に依存するものであり、最も高い温度でもネマチック
等方性位相転移には及ばないことに注目すべきである。
ネマチック位相は、液相と固相との間の液***相の一つ
であり、材料の選択に依存する。
御装置を示す概略図である。入射光は、レンズ系３２に
導かれる。この入射光は、種々の伝播媒体を経由してレ
ンズ系に導かれる。例えば、これに限定されるものでは
ないが、入射光は、光ファイバ３０を介して導くことが
できる。図１（ａ）に示す実施形態において、レンズ系
３２はコリメーティングレンズ３２であって、受光した
光をほぼ平行な光線３４にするように働く。平行にされ
た光３４は、液晶セル１０内の液晶材料２２を通過して
導かれ、フォーカシングレンズ３６によって光ファイバ
３８にフォーカシングされる。液晶セル１０内の電極１
４および１６に加えられる電圧は、液晶材料２２を介し
て導かれる電界（図２（ｂ）に示されている）を発生さ
せ、液晶分子に電気的な双極子を誘導して液晶材料２２
の配列を変化させる。言い換えれば、液晶材料の配列に
おけるこの変化は、液晶材料２２を通過する光の偏光状
態を変化させることになる。好適には、液晶材料２２
は、液晶材料の配列を迅速に変化できる液晶セル１０に
用いられる。液晶材料の配列の滑らかで迅速な変化が、
液晶材料の加熱によって達成されることに注目すべきで
ある。しかし、要求される温度変化は選択された液晶材
料に依存するものであり、最も高い温度でもネマチック
等方性位相転移には及ばないことに注目すべきである。
ネマチック位相は、液相と固相との間の液***相の一つ
であり、材料の選択に依存する。
【００１５】ある種の整列層１８および２０は、液晶材
料２２の配列が変化を開始する前に、しきい値電圧を電
極１４および１６に加える必要があることを忘れてはな
らない。一般的に、電極１４および１６に加えられる電
界が大きくなればなるほど、得られる配列の変化が大き
くなる。用語「ニュートラルな電界状態」は、液晶分子
のホメオトロピック配列を実現するために必要な場を意
味している。ほとんどの場合、このニュートラルな電界
状態は、０ボルトの電界である。
料２２の配列が変化を開始する前に、しきい値電圧を電
極１４および１６に加える必要があることを忘れてはな
らない。一般的に、電極１４および１６に加えられる電
界が大きくなればなるほど、得られる配列の変化が大き
くなる。用語「ニュートラルな電界状態」は、液晶分子
のホメオトロピック配列を実現するために必要な場を意
味している。ほとんどの場合、このニュートラルな電界
状態は、０ボルトの電界である。
【００１６】図２（ｂ）は、電極１４および１６に電圧
を加えられ、それにより液晶材料２２に電界を加えられ
た液晶セル１０を示す構成断面図である。この電界は、
液晶分子の屈折率楕円（the refractive index ellips
e）の最初の配列（最初の配列は、カバーガラス１１お
よび１２の面にほぼ直交する）に平行な小さなベクトル
成分を備えており、電極１４および電極１６間の電界が
増加する際に、液晶分子に対する回転の向きが決定す
る。本発明は、特定のタイプの電圧に限定されるもので
はなく、従って、直流電圧および交流電圧の両方が加え
ることができるが、ＡＣ電圧またはその他の対称波形を
持つ電圧が加えて、電荷が液晶材料２２内で移動するこ
とがないようにすることが好ましい。加えられる電界が
液晶分子の屈折率楕円の最初の配列に平行で小さなベク
トル成分を備えていない場合に、次にＡＣ電圧が与えら
れたときに液晶分子の回転の好ましい方向が存在しない
ので、ドメイン境界が材料２２に設定されて偏光制御の
性能に劣化が生じることに注意すべきである。液晶分子
の屈折率楕円の最初の配列に平行な電界成分を提供する
ために、少なくとも一対の電極を有する電極構造が用い
られ、該電極構造は、カバーガラス１１の表面に配置さ
れた一対の電極における一方の電極１４と、カバーガラ
ス１１上の電極１４の位置に対してカバーガラス１２の
他端の位置においてカバーガラス１２の表面に配置され
た一対の電極における他方の電極１６とを備えており、
電極１４および１６は、図２（ａ）および図２（ｂ）に
示すように液晶材料２２を通過して伝播される光線２４
の両側にまたがって存在する。この非対称性は、整列層
あるいは整列板１８および２０の表面に直交する電界の
小さな成分を与える。電極１４および１６によって発生
した電界の方向とｘ軸との間の角度Φは、図２（ｂ）に
示すように、説明の目的もあって非常に誇張されてい
る。最も好ましい構成において、ｙ方向における液晶セ
ル１０の大きさは、カバーガラス１１および１２間のｘ
方向の大きさよりも遥かに大きく、液晶分子屈折率楕円
の最初のほぼ平行な（ｘ軸に平行な）配列に対して平行
な電界の成分は、この最初の配列に直交する電界成分に
対して小さい。
を加えられ、それにより液晶材料２２に電界を加えられ
た液晶セル１０を示す構成断面図である。この電界は、
液晶分子の屈折率楕円（the refractive index ellips
e）の最初の配列（最初の配列は、カバーガラス１１お
よび１２の面にほぼ直交する）に平行な小さなベクトル
成分を備えており、電極１４および電極１６間の電界が
増加する際に、液晶分子に対する回転の向きが決定す
る。本発明は、特定のタイプの電圧に限定されるもので
はなく、従って、直流電圧および交流電圧の両方が加え
ることができるが、ＡＣ電圧またはその他の対称波形を
持つ電圧が加えて、電荷が液晶材料２２内で移動するこ
とがないようにすることが好ましい。加えられる電界が
液晶分子の屈折率楕円の最初の配列に平行で小さなベク
トル成分を備えていない場合に、次にＡＣ電圧が与えら
れたときに液晶分子の回転の好ましい方向が存在しない
ので、ドメイン境界が材料２２に設定されて偏光制御の
性能に劣化が生じることに注意すべきである。液晶分子
の屈折率楕円の最初の配列に平行な電界成分を提供する
ために、少なくとも一対の電極を有する電極構造が用い
られ、該電極構造は、カバーガラス１１の表面に配置さ
れた一対の電極における一方の電極１４と、カバーガラ
ス１１上の電極１４の位置に対してカバーガラス１２の
他端の位置においてカバーガラス１２の表面に配置され
た一対の電極における他方の電極１６とを備えており、
電極１４および１６は、図２（ａ）および図２（ｂ）に
示すように液晶材料２２を通過して伝播される光線２４
の両側にまたがって存在する。この非対称性は、整列層
あるいは整列板１８および２０の表面に直交する電界の
小さな成分を与える。電極１４および１６によって発生
した電界の方向とｘ軸との間の角度Φは、図２（ｂ）に
示すように、説明の目的もあって非常に誇張されてい
る。最も好ましい構成において、ｙ方向における液晶セ
ル１０の大きさは、カバーガラス１１および１２間のｘ
方向の大きさよりも遥かに大きく、液晶分子屈折率楕円
の最初のほぼ平行な（ｘ軸に平行な）配列に対して平行
な電界の成分は、この最初の配列に直交する電界成分に
対して小さい。
【００１７】セル電極１４および１６は、液晶セル１０
を通過する光線２４の光路が重なり合うことを回避する
形状であることが好ましいことに注目すべきである。適
切な形状を備えた電極１４および１６は、光学的な損失
および反射を最小限にする。電極１４および１６の配置
および形状は、与えられた領域における電界の均一性を
制御する。従って、様々な異なる電極対の配置および形
状は、この電界の均一性の必要なレベルを実現させるた
めに使用できることになる。例えば、必要な電界の均一
性は、液晶材料の特定の領域について０．１％である。
液晶材料２２を通過する光を導くために用いられる光学
系３２は、ほぼ均一な電界の領域のみを通過する光を導
くように最適化されていればよい。
を通過する光線２４の光路が重なり合うことを回避する
形状であることが好ましいことに注目すべきである。適
切な形状を備えた電極１４および１６は、光学的な損失
および反射を最小限にする。電極１４および１６の配置
および形状は、与えられた領域における電界の均一性を
制御する。従って、様々な異なる電極対の配置および形
状は、この電界の均一性の必要なレベルを実現させるた
めに使用できることになる。例えば、必要な電界の均一
性は、液晶材料の特定の領域について０．１％である。
液晶材料２２を通過する光を導くために用いられる光学
系３２は、ほぼ均一な電界の領域のみを通過する光を導
くように最適化されていればよい。
【００１８】好適には、ＡＣ電界は、液晶材料が電界の
ＲＭＳ値にのみ応答するのに十分な高さの周波数により
液晶セル１０を駆動するように加えられる。ＡＣ電圧に
対する好ましい周波数範囲は、１ｋＨｚ−１０ｋＨｚで
ある。しかし、ＡＣ電圧に対する実際の周波数は、選択
された液晶材料に対応して定められる。
ＲＭＳ値にのみ応答するのに十分な高さの周波数により
液晶セル１０を駆動するように加えられる。ＡＣ電圧に
対する好ましい周波数範囲は、１ｋＨｚ−１０ｋＨｚで
ある。しかし、ＡＣ電圧に対する実際の周波数は、選択
された液晶材料に対応して定められる。
【００１９】図３は、電極１４および１６の一実施例を
示す構成図である。この実施例において、電圧Ｖ１およ
びＶ２がスポーク状の電極１４ａおよび電極１４ｂに加
えられ、それらの電極はカバーガラス１１に対して直交
して配置されている。同様に、電圧−Ｖ１および−Ｖ２
がスポーク状の電極１６ａおよび１６ｂにそれぞれ加え
られ、それらの電極はカバーガラス１２に対して直交し
て配置されており、電極１４ａおよび電極１４ｂに対し
てそれぞれ電極対の他方端を形成している。このような
電極の構成は、液晶分子における最初の屈折率楕円に関
して傾斜した電界を生じさせる。この液晶分子の方向
は、電界によって変化させられる。好適には、液晶材料
２２は電界のＲＭＳ値に対応しているので、電圧振幅の
比Ｖ２／Ｖ１は、液晶分子の方位配列（azimuthal orie
ntation）を決定し、これに対して、絶対電圧値は、液
晶分子の最初の直交配列からの傾きを決定する。液晶分
子の複屈折および液晶セル１０に対するセルギャップと
ともに傾きの角度は、セルを通過する光線３４において
強制される位相のずれを決定する。
示す構成図である。この実施例において、電圧Ｖ１およ
びＶ２がスポーク状の電極１４ａおよび電極１４ｂに加
えられ、それらの電極はカバーガラス１１に対して直交
して配置されている。同様に、電圧−Ｖ１および−Ｖ２
がスポーク状の電極１６ａおよび１６ｂにそれぞれ加え
られ、それらの電極はカバーガラス１２に対して直交し
て配置されており、電極１４ａおよび電極１４ｂに対し
てそれぞれ電極対の他方端を形成している。このような
電極の構成は、液晶分子における最初の屈折率楕円に関
して傾斜した電界を生じさせる。この液晶分子の方向
は、電界によって変化させられる。好適には、液晶材料
２２は電界のＲＭＳ値に対応しているので、電圧振幅の
比Ｖ２／Ｖ１は、液晶分子の方位配列（azimuthal orie
ntation）を決定し、これに対して、絶対電圧値は、液
晶分子の最初の直交配列からの傾きを決定する。液晶分
子の複屈折および液晶セル１０に対するセルギャップと
ともに傾きの角度は、セルを通過する光線３４において
強制される位相のずれを決定する。
【００２０】上記のように、電極対の数は、光線２４が
液晶デバイスを通過する位置における電界の均一性を増
加させるために、図示されている数よりも増やすことが
できる。図３には、説明の便宜上、１４ａ−１４ｂおよ
び１６ａ−１６ｂの２組の電極対のみが示されている。
液晶デバイスを通過する位置における電界の均一性を増
加させるために、図示されている数よりも増やすことが
できる。図３には、説明の便宜上、１４ａ−１４ｂおよ
び１６ａ−１６ｂの２組の電極対のみが示されている。
【００２１】例えば、０°〜１８０°の方位軸を取るこ
とができる本発明による光学的な複屈折材料は、やは
り、０°〜１８０°の間の位相ずれを生じさせることが
でき、任意の偏光状態の入力を所望の偏光状態の出力に
変換する。
とができる本発明による光学的な複屈折材料は、やは
り、０°〜１８０°の間の位相ずれを生じさせることが
でき、任意の偏光状態の入力を所望の偏光状態の出力に
変換する。
【００２２】図１（ｂ）および図（ｃ）は、液晶偏光制
御装置に用いられるレンズ系のその他の実施可能な実施
例を示す構成図である。このレンズ系は、光線が液晶材
料２２を通過して導かれる際に光線の形状を制御して、
電界の領域の均一性に適合させる。図１（ｂ）におい
て、２個のレンズの代わりに単一レンズ４０のみを用い
て、光ファイバ３０から放射された光を第２の光ファイ
バ３８にフォーカシングし、その際、液晶セル１０は、
レンズ４０と光ファイバ３８との間の光路内に、そして
レンズ４０よりも光ファイバ３８に接近して配置されて
いる。レンズ４０によって液晶セル１０上に導かれる光
線の領域は、液晶セルの配置に対応して図１（ａ）に示
される平行化された光線による領域よりも小さくなるよ
うに制御される。
御装置に用いられるレンズ系のその他の実施可能な実施
例を示す構成図である。このレンズ系は、光線が液晶材
料２２を通過して導かれる際に光線の形状を制御して、
電界の領域の均一性に適合させる。図１（ｂ）におい
て、２個のレンズの代わりに単一レンズ４０のみを用い
て、光ファイバ３０から放射された光を第２の光ファイ
バ３８にフォーカシングし、その際、液晶セル１０は、
レンズ４０と光ファイバ３８との間の光路内に、そして
レンズ４０よりも光ファイバ３８に接近して配置されて
いる。レンズ４０によって液晶セル１０上に導かれる光
線の領域は、液晶セルの配置に対応して図１（ａ）に示
される平行化された光線による領域よりも小さくなるよ
うに制御される。
【００２３】図１（ｃ）において、レンズ構成は、液晶
セル１０上の非常に小さな領域に光線をフォーカシング
するために液晶セル１０に対して使用される。この構成
において、光はフォーカシングレンズ５０によって液晶
セル１０の非常に小さな領域にフォーカシングされ、液
晶セル１０を通過した光は、レンズ５２により受光され
て光ファイバ３８にフォーカシングされる。図１（ｂ）
および図（ｃ）に示されている構成は、均一な電界を小
さな領域に発生させなければならないために、より小さ
な液晶セルおよび／またはより簡単な電極構造を可能に
するために好都合である。
セル１０上の非常に小さな領域に光線をフォーカシング
するために液晶セル１０に対して使用される。この構成
において、光はフォーカシングレンズ５０によって液晶
セル１０の非常に小さな領域にフォーカシングされ、液
晶セル１０を通過した光は、レンズ５２により受光され
て光ファイバ３８にフォーカシングされる。図１（ｂ）
および図（ｃ）に示されている構成は、均一な電界を小
さな領域に発生させなければならないために、より小さ
な液晶セルおよび／またはより簡単な電極構造を可能に
するために好都合である。
【００２４】図４は、本発明のその他の実施例を示す構
成図である。この実施例において、偏光制御は、液晶材
料６２を充填された中空の光ファイバ６０を用いるとと
もに電界を加えるように配置された複数の電極を用いる
ことにより行われる。図５、図６および図７は、４対の
電極の使用を示している。第１の電極対６４ａ−６４ｂ
は、第１の方向８０に電界を発生させ、これは、図６に
おいて電極６４ａ−６４ｂ間の電界線によって示されて
いる。図示されているものに直交する電界は、図７に示
すように電極６８ａと電極６８ｂとの間に加えられる。
第２の電極対７０ａおよび７０ｂは、方向８０に対して
別の方向に電界を発生させるように適宜設置される。さ
らに、電極対６６ａおよび６６ｂは、電極対６８ａおよ
び６８ｂによって加えられる電界とは異なる方向に電界
を発生させるように配置されている。
成図である。この実施例において、偏光制御は、液晶材
料６２を充填された中空の光ファイバ６０を用いるとと
もに電界を加えるように配置された複数の電極を用いる
ことにより行われる。図５、図６および図７は、４対の
電極の使用を示している。第１の電極対６４ａ−６４ｂ
は、第１の方向８０に電界を発生させ、これは、図６に
おいて電極６４ａ−６４ｂ間の電界線によって示されて
いる。図示されているものに直交する電界は、図７に示
すように電極６８ａと電極６８ｂとの間に加えられる。
第２の電極対７０ａおよび７０ｂは、方向８０に対して
別の方向に電界を発生させるように適宜設置される。さ
らに、電極対６６ａおよび６６ｂは、電極対６８ａおよ
び６８ｂによって加えられる電界とは異なる方向に電界
を発生させるように配置されている。
【００２５】液晶材料６２の屈折率楕円の長軸は、最初
は、光ファイバ６０の方向に平行するように整列させら
れている。電圧は、光ファイバの方向に直交する基本的
なベクトル成分と、前述したような理由で光ファイバの
方向に平行な小さなベクトル成分とを持つ電界を発生さ
せるように電極に印加される。この光ファイバベースの
偏光制御装置の動作は、前述した動作と同じである。こ
のような光ファイバ偏光制御構造の利点は、システムの
小型化および省部品化である。
は、光ファイバ６０の方向に平行するように整列させら
れている。電圧は、光ファイバの方向に直交する基本的
なベクトル成分と、前述したような理由で光ファイバの
方向に平行な小さなベクトル成分とを持つ電界を発生さ
せるように電極に印加される。この光ファイバベースの
偏光制御装置の動作は、前述した動作と同じである。こ
のような光ファイバ偏光制御構造の利点は、システムの
小型化および省部品化である。
【００２６】図８は、フィードバックを行う偏光制御シ
ステムを示すブロック図である。説明を簡略化するため
に、本発明の特徴と直接関係しない構成要素については
省略している。図示されている構成要素は、液晶セル１
０、偏光状態検出器９０およびフィードバックドライバ
制御回路９６である。動作に際して、第１の偏光状態で
ある光９２は、前述したように液晶セル１０の電極対を
横切って必要な電界を作用させる適当な電気的なドライ
バを含む液晶セル１０を備える偏光制御モジュールに入
射する。偏光制御システムは、光９２の偏光状態を第２
の偏光状態９４に変換する。この光９４は、偏光状態検
出器９０により検出され、この偏光状態検出器９０は、
電極に加えられる電圧を制御するための制御信号を生成
させるために、フィードバックドライバ制御回路９６に
該検出された偏光状態を示す電気的なフィードバック信
号を供給する。なお、偏光状態検出器９０は、種々の異
なる構成を備えることができる。例えば、偏光状態検出
器９０は、光を実質上伝播するが、偏光状態を検出する
ために光の一部分を使用するためのビームスプリッタを
備えることができる。偏光状態検出器の一つのタイプ
は、カリフォルニア州，パロアルトにあるヒューレット
・パッカード社（Hewlett Packard）によって製造され
ている。１つの実施例において、この偏光状態検出器９
０は、第２の偏光状態を特徴付ける少なくとも３つの電
気信号（ストークスのパラメータに比例してベクトルを
定めている）を発生させる。第２の偏光状態におけるス
トークスのパラメータに比例する電気信号は、フィード
バックドライバ制御回路９６に供給され、所望の偏光状
態を表わすベクトルとストークスのパラメータに比例す
る電気信号とが比較される。この比較によって生じた差
異は、液晶セル１０における種々の電極対に対して印加
される電圧の比および大きさを制御するために用いら
れ、所望の偏光状態を実現する。
ステムを示すブロック図である。説明を簡略化するため
に、本発明の特徴と直接関係しない構成要素については
省略している。図示されている構成要素は、液晶セル１
０、偏光状態検出器９０およびフィードバックドライバ
制御回路９６である。動作に際して、第１の偏光状態で
ある光９２は、前述したように液晶セル１０の電極対を
横切って必要な電界を作用させる適当な電気的なドライ
バを含む液晶セル１０を備える偏光制御モジュールに入
射する。偏光制御システムは、光９２の偏光状態を第２
の偏光状態９４に変換する。この光９４は、偏光状態検
出器９０により検出され、この偏光状態検出器９０は、
電極に加えられる電圧を制御するための制御信号を生成
させるために、フィードバックドライバ制御回路９６に
該検出された偏光状態を示す電気的なフィードバック信
号を供給する。なお、偏光状態検出器９０は、種々の異
なる構成を備えることができる。例えば、偏光状態検出
器９０は、光を実質上伝播するが、偏光状態を検出する
ために光の一部分を使用するためのビームスプリッタを
備えることができる。偏光状態検出器の一つのタイプ
は、カリフォルニア州，パロアルトにあるヒューレット
・パッカード社（Hewlett Packard）によって製造され
ている。１つの実施例において、この偏光状態検出器９
０は、第２の偏光状態を特徴付ける少なくとも３つの電
気信号（ストークスのパラメータに比例してベクトルを
定めている）を発生させる。第２の偏光状態におけるス
トークスのパラメータに比例する電気信号は、フィード
バックドライバ制御回路９６に供給され、所望の偏光状
態を表わすベクトルとストークスのパラメータに比例す
る電気信号とが比較される。この比較によって生じた差
異は、液晶セル１０における種々の電極対に対して印加
される電圧の比および大きさを制御するために用いら
れ、所望の偏光状態を実現する。
【００２７】従って、任意の偏光状態の入力を所望の偏
光状態の出力に変換可能なシステムの種々の実施例およ
び方法が示された。本発明のそれぞれの実施例によれ
ば、従来の装置における電力消費を大きく減少させ得る
とともに応答時間を１０ｍｓのオーダーの範囲にするこ
とができる。
光状態の出力に変換可能なシステムの種々の実施例およ
び方法が示された。本発明のそれぞれの実施例によれ
ば、従来の装置における電力消費を大きく減少させ得る
とともに応答時間を１０ｍｓのオーダーの範囲にするこ
とができる。
【００２８】以下に、可変の位相ずれ（phase shift）
を備えた単一向き付け可能な波長板（orientable wavep
late）を用いて二つの任意の偏光状態間における変換を
可能にする１つの解決アルゴリズムを示す。完全な偏光
状態を、図９に示されるようなポアンカレ空間の表面上
の点によって特定することができる。ベクトルｓは、物
理的な空間（ｚは光の伝播方向である）内の偏光ベクト
ルａ＝（ａx，ａyｅiδ）の振幅および位相に関係する
ポアンカレ球における成分（ｓi，ｓj，ｓk）を備えて
いる。その適切な関係は、 ｓi＝ａ2 x−ａ2 y ｓj＝２ａxａyｃｏｓδ ｓk＝２ａxａyｓｉｎδ である。
を備えた単一向き付け可能な波長板（orientable wavep
late）を用いて二つの任意の偏光状態間における変換を
可能にする１つの解決アルゴリズムを示す。完全な偏光
状態を、図９に示されるようなポアンカレ空間の表面上
の点によって特定することができる。ベクトルｓは、物
理的な空間（ｚは光の伝播方向である）内の偏光ベクト
ルａ＝（ａx，ａyｅiδ）の振幅および位相に関係する
ポアンカレ球における成分（ｓi，ｓj，ｓk）を備えて
いる。その適切な関係は、 ｓi＝ａ2 x−ａ2 y ｓj＝２ａxａyｃｏｓδ ｓk＝２ａxａyｓｉｎδ である。
【００２９】ａおよびｓの両方は、正規化されたベクト
ルであり、ａxおよびａyは、正の数である。偏光のｘ成
分およびｙ成分の相対的な位相は、位相δによって決定
され、ａの全体的な位相は、システムの偏光状態を表現
するためには必要ではない。
ルであり、ａxおよびａyは、正の数である。偏光のｘ成
分およびｙ成分の相対的な位相は、位相δによって決定
され、ａの全体的な位相は、システムの偏光状態を表現
するためには必要ではない。
【００３０】ｘ軸に関して角度θで配置された（ｘ，
ｙ）面においてその遅軸（slow axis）を備えるととも
に前記遅軸に平行に偏光させられる光と前記遅軸に直交
に偏光させられる光との間の相対的な位相ずれΦを生じ
させる複屈折板が、ｉ軸に関して２θの角度で配置され
た（ｉ，ｊ）面における軸回りにΦの回転によって、ポ
アンカレ球での偏光状態を変換する。これは、ポアンカ
レ球における偏光状態の変換の特に単純な例である。
ｙ）面においてその遅軸（slow axis）を備えるととも
に前記遅軸に平行に偏光させられる光と前記遅軸に直交
に偏光させられる光との間の相対的な位相ずれΦを生じ
させる複屈折板が、ｉ軸に関して２θの角度で配置され
た（ｉ，ｊ）面における軸回りにΦの回転によって、ポ
アンカレ球での偏光状態を変換する。これは、ポアンカ
レ球における偏光状態の変換の特に単純な例である。
【００３１】２つの偏光状態において、常に、一方の状
態を他方の状態に変換する単一の複屈折板変換を得るこ
とができる。球のラチチュード（latitude）におけるい
かなる二つの点も、そのラチチュードが基準としている
極の回りに回転することによって変換可能である。その
ラチチュードは、極に直交する面の球の面との交差によ
って定められる。問題は、（ｉ，ｊ）面に位置するとと
もに接続されるべき二つの状態を示すポアンカレ球上の
二つの点を含むこの極に直交する面を備えている「極」
（すなわち、径方向のベクトル）にある。その半径の方
向は、適切な変換のために必要な複屈折板の遅軸の配置
を定め、および、二つの点（この半径によって定められ
る「極」を基準として）の経度方向（longitudinal）の
角度的な分離（angular separation）が必要な板の遅延
を定める。
態を他方の状態に変換する単一の複屈折板変換を得るこ
とができる。球のラチチュード（latitude）におけるい
かなる二つの点も、そのラチチュードが基準としている
極の回りに回転することによって変換可能である。その
ラチチュードは、極に直交する面の球の面との交差によ
って定められる。問題は、（ｉ，ｊ）面に位置するとと
もに接続されるべき二つの状態を示すポアンカレ球上の
二つの点を含むこの極に直交する面を備えている「極」
（すなわち、径方向のベクトル）にある。その半径の方
向は、適切な変換のために必要な複屈折板の遅軸の配置
を定め、および、二つの点（この半径によって定められ
る「極」を基準として）の経度方向（longitudinal）の
角度的な分離（angular separation）が必要な板の遅延
を定める。
【００３２】ポアンカレ球上の二つの点によって示され
る二つの偏光状態は、ｓ1＝（ｓ1i，ｓ1j，ｓ1k）およ
びｓ2＝（ｓ2i，ｓ2j，ｓ2k）である。Δｓ＝ｓ1−ｓ2
は、点（ｓ1i，ｓ1j，ｓ1k）および（ｓ2i，ｓ2j，
ｓ2k）を含むすべての表面に対して平行である。必要な
極に対応するベクトルは、ｐ＝（ｐi，ｐj，ｐk）であ
る。ｐが（ｉ，ｊ）面に位置しているという要求は、ｐ
k＝０を意味している。ｐがｓ1およびｓ2によって定め
られる点を含む面に直交すべきであるときは、やはりΔ
ｓに対して直交すべきである。この直交条件ｐ・Δｓ＝
０＝ｐi（ｓ2i−ｓ1 i）＋ｐj（ｓ2j−ｓ1j）が、θをｘ
軸に関して必要な複屈折板における遅軸の角度としたと
き、下記に示す数１を生じさせることにより解決され
る。
る二つの偏光状態は、ｓ1＝（ｓ1i，ｓ1j，ｓ1k）およ
びｓ2＝（ｓ2i，ｓ2j，ｓ2k）である。Δｓ＝ｓ1−ｓ2
は、点（ｓ1i，ｓ1j，ｓ1k）および（ｓ2i，ｓ2j，
ｓ2k）を含むすべての表面に対して平行である。必要な
極に対応するベクトルは、ｐ＝（ｐi，ｐj，ｐk）であ
る。ｐが（ｉ，ｊ）面に位置しているという要求は、ｐ
k＝０を意味している。ｐがｓ1およびｓ2によって定め
られる点を含む面に直交すべきであるときは、やはりΔ
ｓに対して直交すべきである。この直交条件ｐ・Δｓ＝
０＝ｐi（ｓ2i−ｓ1 i）＋ｐj（ｓ2j−ｓ1j）が、θをｘ
軸に関して必要な複屈折板における遅軸の角度としたと
き、下記に示す数１を生じさせることにより解決され
る。
【００３３】
【数１】
【００３４】ベクトルｐおよびベクトル−ｐは、直交条
件を満たし、従って、潜在的なあいまいさがあることに
注意すべきである。選択の一つによって遅延角度０＜Φ
＜≦πを導けるが、この点においてどのような選択がさ
れるべきかを決めることはできない。従って、このあい
まいさは、ｐj＞０を求めることによって一時的に解決
される。必要な遅延角度が＞πのときは、極の方向の選
択は逆になる。さらに、ｐが正規化されることが必要で
ある。
件を満たし、従って、潜在的なあいまいさがあることに
注意すべきである。選択の一つによって遅延角度０＜Φ
＜≦πを導けるが、この点においてどのような選択がさ
れるべきかを決めることはできない。従って、このあい
まいさは、ｐj＞０を求めることによって一時的に解決
される。必要な遅延角度が＞πのときは、極の方向の選
択は逆になる。さらに、ｐが正規化されることが必要で
ある。
【００３５】必要な遅延を見出すためには、角度は、
（ｓ1i，ｓ1j，ｓ1k）を通過するベクトルｍ1⊥ｐおよ
び（ｓ2i，ｓ2j，ｓ2k）を通過するベクトルｍ2⊥ｐの
間に定められる。図１０を検討すると、適切なベクトル
は、α＝１、２としたとき、ｍα＝ｓα−（ｓα・ｐ）
ｐであることが明らかである。
（ｓ1i，ｓ1j，ｓ1k）を通過するベクトルｍ1⊥ｐおよ
び（ｓ2i，ｓ2j，ｓ2k）を通過するベクトルｍ2⊥ｐの
間に定められる。図１０を検討すると、適切なベクトル
は、α＝１、２としたとき、ｍα＝ｓα−（ｓα・ｐ）
ｐであることが明らかである。
【００３６】Φが必要な角度であるとすると、ｍ1・ｍ2
＝ｍ1ｍ2ｃｏｓΦ12である（数２として、以下にΦ12を
示す）。従って、ｓ1をｓ2に変換するために必要な波長
板の位相ずれは、知られていない。
＝ｍ1ｍ2ｃｏｓΦ12である（数２として、以下にΦ12を
示す）。従って、ｓ1をｓ2に変換するために必要な波長
板の位相ずれは、知られていない。
【００３７】
【数２】
【００３８】この点において、配列の最初の選択が適切
であったかどうかが決定される。これを行うために（ｓ
1×ｓ2）・ｐを考慮する。この量が＞０であるときは、
正しい選択が行われ、＜０のときは、回転方向は、−ｐ
となるように選択されねばならない。ポアンカレ空間に
おけるこの配列の変更は、θ＋π／２の角度において波
長板の遅軸を配列することに対応する。
であったかどうかが決定される。これを行うために（ｓ
1×ｓ2）・ｐを考慮する。この量が＞０であるときは、
正しい選択が行われ、＜０のときは、回転方向は、−ｐ
となるように選択されねばならない。ポアンカレ空間に
おけるこの配列の変更は、θ＋π／２の角度において波
長板の遅軸を配列することに対応する。
【００３９】本発明による好ましい実施例の以上の説明
は、図示と説明のために行われたものである。本発明を
開示されたものに精緻に限定する意図はなく、従って、
修正や変更は、以上の説明に照らして容易に行ない得る
ものであり、本発明の実施から得られるものである。実
施例は、本発明の原理を説明するために選ばれて記述さ
れたものであり、当該技術に通常の知識を備えたもので
あれば、特定の意図のもとに種々の実施の形態において
および種々の修正を加えることによって本発明を利用す
ることは実務上の問題であろう。本発明の技術的な範囲
は、記述されている特許請求の範囲の記載により定めら
れるものである。
は、図示と説明のために行われたものである。本発明を
開示されたものに精緻に限定する意図はなく、従って、
修正や変更は、以上の説明に照らして容易に行ない得る
ものであり、本発明の実施から得られるものである。実
施例は、本発明の原理を説明するために選ばれて記述さ
れたものであり、当該技術に通常の知識を備えたもので
あれば、特定の意図のもとに種々の実施の形態において
および種々の修正を加えることによって本発明を利用す
ることは実務上の問題であろう。本発明の技術的な範囲
は、記述されている特許請求の範囲の記載により定めら
れるものである。
【００４０】以下に、本発明の実施の形態を要約する。 １．偏光制御装置において、光学的異方性を備えるとと
もにニュートラルな電界状態でほぼホメオトロピック配
列である分子を備えた液晶材料を含む液晶デバイスと、
ニュートラルな電界状態における前記液晶材料の配列か
らそれらの分子の配向を変化させるために電界を加える
電極と、前記電極に電圧を印加するための回路と、前記
液晶材料を通過して光を導く光学系と、を備える偏光制
御装置。
もにニュートラルな電界状態でほぼホメオトロピック配
列である分子を備えた液晶材料を含む液晶デバイスと、
ニュートラルな電界状態における前記液晶材料の配列か
らそれらの分子の配向を変化させるために電界を加える
電極と、前記電極に電圧を印加するための回路と、前記
液晶材料を通過して光を導く光学系と、を備える偏光制
御装置。
【００４１】２．前記電極が、前記導かれる光と重なり
合うことをほとんど回避するような形状にされていると
ともに前記導かれる光の両側に配置されている少なくと
も一対の電極を備える上記１に記載の偏光制御装置。
合うことをほとんど回避するような形状にされていると
ともに前記導かれる光の両側に配置されている少なくと
も一対の電極を備える上記１に記載の偏光制御装置。
【００４２】３．前記電極が、前記導かれる光の両側に
配置されている少なくとも一対のスポーク電極を備える
上記１に記載の偏光制御装置。
配置されている少なくとも一対のスポーク電極を備える
上記１に記載の偏光制御装置。
【００４３】４．前記液晶デバイスが、前記分子を整列
させる整列板を備え、前記整列板にほぼ平行な前記電極
が電界を発生させるが、前記整列板に直交する電界成分
を備える上記１に記載の偏光制御装置。
させる整列板を備え、前記整列板にほぼ平行な前記電極
が電界を発生させるが、前記整列板に直交する電界成分
を備える上記１に記載の偏光制御装置。
【００４４】５．前記液晶デバイスが、間に前記液晶デ
バイスを配置した２枚の平行な整列板を備え、前記電極
が、前記導かれる光の一方の側において前記整列板の一
方に隣接して配置される少なくとも一方の電極と、前記
導かれる光の他方の側において前記整列板の他方に隣接
して配置される少なくとも他方の電極とを有し、前記整
列板にほぼ平行な電界を発生するが、前記整列板に直交
する電界成分を備える上記１に記載の偏光制御装置。
バイスを配置した２枚の平行な整列板を備え、前記電極
が、前記導かれる光の一方の側において前記整列板の一
方に隣接して配置される少なくとも一方の電極と、前記
導かれる光の他方の側において前記整列板の他方に隣接
して配置される少なくとも他方の電極とを有し、前記整
列板にほぼ平行な電界を発生するが、前記整列板に直交
する電界成分を備える上記１に記載の偏光制御装置。
【００４５】６．前記電極が、複数対の電極を備え、そ
れらの電極対が、前記導かれる光の両側の周囲および両
側に異なる配列で配置されている上記５に記載の偏光制
御装置。
れらの電極対が、前記導かれる光の両側の周囲および両
側に異なる配列で配置されている上記５に記載の偏光制
御装置。
【００４６】７．前記光学系が、光ファイバである上記
１に記載の偏光制御装置。
１に記載の偏光制御装置。
【００４７】８．前記電極が、ニュートラルな電界状態
における前記液晶材料の前記ホメオトロピックに配列さ
れた分子のホメオトロピック配列に平行にするように前
記電界のベクトル成分を生じさせるように配置されてい
る上記１に記載の偏光制御装置。
における前記液晶材料の前記ホメオトロピックに配列さ
れた分子のホメオトロピック配列に平行にするように前
記電界のベクトル成分を生じさせるように配置されてい
る上記１に記載の偏光制御装置。
【００４８】９．前記電極に電圧を加えるための回路
が、前記液晶材料が前記電圧のＲＭＳ値のみに応答する
ような周波数で前記電極に電圧を加える上記１に記載の
偏光制御装置。
が、前記液晶材料が前記電圧のＲＭＳ値のみに応答する
ような周波数で前記電極に電圧を加える上記１に記載の
偏光制御装置。
【００４９】１０．前記光学系が、光ファイバと、前記
光ファイバから前記液晶材料に光を導くレンズと、を備
える上記１に記載の偏光制御装置。
光ファイバから前記液晶材料に光を導くレンズと、を備
える上記１に記載の偏光制御装置。
【００５０】１１．前記レンズが、前記光ファイバから
の光を平行光に形成するように設計され、平行にされた
光を前記液晶材料に導く上記１０に記載の偏光制御装
置。
の光を平行光に形成するように設計され、平行にされた
光を前記液晶材料に導く上記１０に記載の偏光制御装
置。
【００５１】１２．前記レンズが、前記光ファイバから
前記液晶材料に光をフォーカシングするように設計され
ている上記１０に記載の偏光制御装置。
前記液晶材料に光をフォーカシングするように設計され
ている上記１０に記載の偏光制御装置。
【００５２】１３．前記レンズが、前記液晶材料上の所
定の領域に前記光をフォーカシングするように設計され
ている上記１０に記載の偏光制御装置。
定の領域に前記光をフォーカシングするように設計され
ている上記１０に記載の偏光制御装置。
【００５３】１４．前記液晶材料を透過した光を受けて
前記液晶材料から受けた前記光の偏光に依存したベクト
ル信号を発生させるように配置されている偏光検出器
と、前記ベクトル信号を受信し、制御信号を生成し、前
記電極に電圧を加える前記回路に前記制御信号を供給し
て、これに従って前記電極の電圧特性を制御するように
したフィードバック回路と、をさらに設ける上記１に記
載の偏光制御装置。
前記液晶材料から受けた前記光の偏光に依存したベクト
ル信号を発生させるように配置されている偏光検出器
と、前記ベクトル信号を受信し、制御信号を生成し、前
記電極に電圧を加える前記回路に前記制御信号を供給し
て、これに従って前記電極の電圧特性を制御するように
したフィードバック回路と、をさらに設ける上記１に記
載の偏光制御装置。
【００５４】１５．前記電極が、少なくとも２対の電極
を備え、前記フィードバック回路が、前記対の電極に加
えられる電圧の割合を制御する上記１４に記載の偏光制
御装置。
を備え、前記フィードバック回路が、前記対の電極に加
えられる電圧の割合を制御する上記１４に記載の偏光制
御装置。
【００５５】１６．前記レンズが、前記光を平行な光に
せず、または、前記光を前記液晶材料上にフォーカシン
グしない上記１０に記載の偏光制御装置。
せず、または、前記光を前記液晶材料上にフォーカシン
グしない上記１０に記載の偏光制御装置。
【００５６】１７．前記液晶デバイスが、中空コアの光
ファイバを備え、前記液晶材料が、前記中空コアの光フ
ァイバの中空内部に配置されている上記１に記載の偏光
制御装置。
ファイバを備え、前記液晶材料が、前記中空コアの光フ
ァイバの中空内部に配置されている上記１に記載の偏光
制御装置。
【００５７】１８．前記電極が、前記中空コアの光ファ
イバの両側に配置された前記対の電極内に配置されてい
る上記１７に記載の偏光制御装置。
イバの両側に配置された前記対の電極内に配置されてい
る上記１７に記載の偏光制御装置。
【００５８】１９．前記液晶材料を加熱するヒータをさ
らに設ける上記１に記載の偏光制御装置。
らに設ける上記１に記載の偏光制御装置。
【００５９】２０．ニュートラル状態にあるときにホメ
オトロピックに配列された分子を有する液晶材料を備え
る液晶デバイスを設けるステップと、前記液晶デバイス
に電界を発生させるステップと、前記液晶材料を通過し
て光を導くステップと、を備える偏光を制御するための
偏光制御方法。
オトロピックに配列された分子を有する液晶材料を備え
る液晶デバイスを設けるステップと、前記液晶デバイス
に電界を発生させるステップと、前記液晶材料を通過し
て光を導くステップと、を備える偏光を制御するための
偏光制御方法。
【００６０】２１．前記電界を発生させるステップが、
前記液晶デバイス内の整列板にほぼ平行な電界を発生さ
せるが、前記整列板に直交する電界成分を有する上記２
０に記載の偏光制御方法。
前記液晶デバイス内の整列板にほぼ平行な電界を発生さ
せるが、前記整列板に直交する電界成分を有する上記２
０に記載の偏光制御方法。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来の偏光制御装置における電力消費を大き
く減少させ得るとともに、応答時間を１０ｍｓのオーダ
ーの範囲にすることができる。
によれば、従来の偏光制御装置における電力消費を大き
く減少させ得るとともに、応答時間を１０ｍｓのオーダ
ーの範囲にすることができる。
【図１】（ａ）は、本発明の一つの実施例を示す構成図
であり、（ｂ）は、液晶デバイスに関連するレンズの異
なる構成を示す構成図であり、（ｃ）は、液晶デバイス
の一つの領域に光をフォーカシングするためのレンズを
備えた液晶デバイスを示す構成図である。
であり、（ｂ）は、液晶デバイスに関連するレンズの異
なる構成を示す構成図であり、（ｃ）は、液晶デバイス
の一つの領域に光をフォーカシングするためのレンズを
備えた液晶デバイスを示す構成図である。
【図２】（ａ）は、「オフ」状態にある液晶デバイスの
構成断面図である。（ｂ）は、「オン」状態にある液晶
デバイスの構成断面図である。
構成断面図である。（ｂ）は、「オン」状態にある液晶
デバイスの構成断面図である。
【図３】本発明を実施するのに用いることができる電極
の構造を示す構成図である。
の構造を示す構成図である。
【図４】液晶材料を充填された中空コア光ファイバの断
面における偏光制御システムを示す構成図である。
面における偏光制御システムを示す構成図である。
【図５】電界が「オフ」状態にある光ファイバシステム
の構成を示す側面図である。
の構成を示す側面図である。
【図６】電界が「オン」状態にある光ファイバシステム
の構成を示す側面図である。
の構成を示す側面図である。
【図７】図５および図６に示される光ファイバの実施例
におけるその他の場面の構成図である。
におけるその他の場面の構成図である。
【図８】フィードバックを行う偏光制御システムを示す
構成図である。
構成図である。
【図９】ポアンカレ球の構成図である。
【図１０】アルゴリズム概略を示す図である。
１０ 液晶セル １１，１２ カバーガラス １４，１６ 電極 １７ 回路 １８，２０ 整列層 ２２ 液晶材料 ２４，３４ 光線 ３０，３８ 光ファイバ ３２ コリメーティングレンズ ３６ フォーカシングレンズ ６０ 光ファイバ ６４，６６，６８，７０ 電極
フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ゴンジャン・フー アメリカ合衆国 カリフォルニア州，サ ン・ホセ，スペーノ・ドライブ 3484 (72)発明者 ピーター・アール・ロブリッシュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州，サ ン・フランシスコ，ページ・ストリート 971 (72)発明者 アンドレアス・ウェーバー アメリカ合衆国 カリフォルニア州，レッ ドウッド・シティ，バージニア・アベニュ ー 1487
Claims (1)
- 【請求項１】偏光制御装置において、光学的異方性を備
えるとともにニュートラルな電界状態でほぼホメオトロ
ピック配列である分子を備えた液晶材料を含む液晶デバ
イスと、ニュートラルな電界状態における前記液晶材料
の配列からそれらの分子の配向を変化させるために電界
を加える電極と、前記電極に電圧を印加するための回路
と、前記液晶材料を通過して光を導く光学系と、を備え
ることを特徴とする偏光制御装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/502362 | 2000-02-29 | ||
| US09/502,362 US6686984B1 (en) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | Polarization control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264821A true JP2001264821A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=23997462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001043573A Pending JP2001264821A (ja) | 2000-02-29 | 2001-02-20 | 偏光制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6686984B1 (ja) |
| EP (1) | EP1130453A3 (ja) |
| JP (1) | JP2001264821A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005024678A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Asahi Glass Co Ltd | 偏波制御素子 |
| JP2005189529A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波制御素子およびその駆動方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US20030214713A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-11-20 | Edward Collett | Method and device to calculate and display the transformation of optical polarization states |
| FR2841003B1 (fr) * | 2002-06-14 | 2004-09-24 | Thales Sa | Systeme de controle de polarisation sans butee dans une liaison optique |
| US7974510B2 (en) * | 2003-05-29 | 2011-07-05 | Agilent Technologies, Inc. | Optical waveguide having a core with a polarization-independent, spatially reconfigurable refractive index |
| CN100389340C (zh) * | 2006-04-14 | 2008-05-21 | 北京高光科技有限公司 | 可定量调节光偏振态的装置及其方法 |
| US10684489B2 (en) * | 2009-06-23 | 2020-06-16 | Seereal Technologies S.A. | Light modulation device for a display for representing two- and/or three-dimensional image content |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8621438D0 (en) * | 1986-09-05 | 1986-10-15 | Secr Defence | Electro-optic device |
| GB8703795D0 (en) * | 1987-02-18 | 1987-03-25 | Gen Electric Co Plc | Polarisation controller |
| US5111321A (en) * | 1990-10-16 | 1992-05-05 | Bell Communications Research, Inc. | Dual-polarization liquid-crystal etalon filter |
| GB2255193B (en) | 1991-04-24 | 1994-10-12 | Marconi Gec Ltd | Optical device |
| US5361320A (en) * | 1993-02-19 | 1994-11-01 | University Of Colorado Foundation | Liquid crystal fiber waveguide |
| US5532854A (en) * | 1994-01-25 | 1996-07-02 | Fergason; James L. | Folded variable birefringerence zeroth order hybrid aligned liquid crystal apparatus |
| US5859728A (en) | 1994-10-24 | 1999-01-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for improved spatial light modulation |
| US6154591A (en) * | 1998-04-20 | 2000-11-28 | British Telecommunications Public Limited Company | Tunable optical device |
| JP4364332B2 (ja) * | 1998-06-23 | 2009-11-18 | シャープ株式会社 | 液晶表示装置 |
| US6404537B1 (en) * | 2000-03-06 | 2002-06-11 | Corning Applied Technologies Corporation | Polarization transformer |
| US6373614B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-04-16 | Cambridge Research Instrumentation Inc. | High performance polarization controller and polarization sensor |
-
2000
- 2000-02-29 US US09/502,362 patent/US6686984B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-10-27 EP EP00123546A patent/EP1130453A3/en not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-02-20 JP JP2001043573A patent/JP2001264821A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2005189529A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波制御素子およびその駆動方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6686984B1 (en) | 2004-02-03 |
| EP1130453A3 (en) | 2003-03-19 |
| EP1130453A2 (en) | 2001-09-05 |
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