JP3059979B2 - Phase modulation method and apparatus - Google Patents
Phase modulation method and apparatusInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光の位相を変調させ
る変調方法及び装置に関するものである。この位相変調
方法及び装置は、光学的情報処理装置、電子的ホログラ
フィ、光コンピュータ中の光結合素子等に利用すること
ができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for modulating the phase of light. The phase modulation method and apparatus can be used for an optical information processing apparatus, electronic holography, an optical coupling element in an optical computer, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学的情報処理や電子的ホログラフィや
光コンピュータ中の光結合素子等においては、光を位相
変調する必要がある。光の位相変調をするための技術の
一つとして液晶分子の長軸方向が９０゜ねじれているツ
イステド・ネマチック型液晶パネルを使用することが知
られている。光の位相変調をする場合は液晶パネルの画
素の大きさは小さいほうが望ましい。現在市販されてい
る液晶パネルにおける画素数は４００×４８０程度であ
り、一個の画素の大きさは５０μｍ程度である。このよ
うな超細密の画素を持つ画素においては液晶の厚みが小
さなものとなり、例えば厚みが５μｍより小さくなる。
一方、液晶パネルの位相変調量は「複屈折率×液晶層の
厚さ」で代表されるので、液晶層の厚みが小さいことは
位相変調能も小さいものになり、大きな位相変調量を得
ることができない。2. Description of the Related Art In optical information processing, electronic holography, and optical coupling devices in optical computers, it is necessary to modulate the phase of light. As one of techniques for performing phase modulation of light, it is known to use a twisted nematic liquid crystal panel in which the major axis direction of liquid crystal molecules is twisted by 90 °. When performing phase modulation of light, it is desirable that the size of the pixel of the liquid crystal panel be small. The number of pixels in currently marketed liquid crystal panels is about 400 × 480, and the size of one pixel is about 50 μm. In a pixel having such an ultra-fine pixel, the thickness of the liquid crystal is small, for example, less than 5 μm.
On the other hand, the amount of phase modulation of a liquid crystal panel is represented by "birefringence x thickness of liquid crystal layer", so a small thickness of the liquid crystal layer results in a small phase modulation capability, and a large amount of phase modulation can be obtained. Can not.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このようなことから薄
い液晶パネルを使用して位相変調能を得るために位相変
調すべき光を液晶パネルに２回透過させることが考えら
れている。従来の液晶パネルに光を２回通す技術として
従来考えられているものは、液晶層の裏面に鏡を張り付
け、位相変調すべき光を液晶パネルの一方から入射して
液晶パネルを透過させ、液晶パネルの裏面で鏡に反射さ
せて再び液晶パネルを透過させる方法である。しかし、
実際には光が状態を変化させながら液晶層を通過するの
で光は液晶層を２回通るにも係わらず位相変調量は２倍
にならないということがその後明らかになった。In view of the above, it has been considered to transmit light to be phase-modulated twice through the liquid crystal panel in order to obtain phase modulation using a thin liquid crystal panel. Conventionally, as a technique of passing light through a liquid crystal panel twice, a mirror is attached to the back surface of a liquid crystal layer, and light to be phase-modulated is incident from one side of the liquid crystal panel and transmitted through the liquid crystal panel. This is a method in which the light is reflected by a mirror on the back surface of the panel and transmitted through the liquid crystal panel again. But,
Since the light actually passes through the liquid crystal layer while changing its state, it was later revealed that the amount of phase modulation does not double even though the light passes through the liquid crystal layer twice.
【０００４】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、小さい厚みの液晶層を２回通すことに
よって位相変調量を確実に２倍にすることができる位相
変調方法及び装置を提供することを目的とするものであ
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a phase modulation method and apparatus capable of reliably doubling the amount of phase modulation by passing a liquid crystal layer having a small thickness twice. It is intended to provide.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の位相変調方法は、位相変調すべき光を第一の偏
向板を通して液晶分子の長軸方向が９０゜ねじれている
ツイステド・ネマチック型液晶パネルの一方の面から入
射して透過させて他方の面から第二の偏向板を通して出
射させ、その出射光を反射させて同じ光路を通して他方
の面から入射して透過させることを特徴としている。ま
た、この発明の位相変調装置は、液晶分子の長軸方向が
９０゜ねじれているツイステド・ネマチック型液晶パネ
ルと、位相変調すべき光を第一の偏向板を通して液晶パ
ネルの一方の面に入射させる光入射装置と、液晶パネル
の他方の面から出射し第二の偏向板を通過した光を反射
して同し光路を通して前記他方の面に入射させる光反射
装置とを備えることを特徴としている。In response to this object, a phase modulation method according to the present invention provides a light to be phase-modulated by a first polarization.
The long axis direction of the liquid crystal molecules is twisted by 90 ° through the facing plate, the light is incident from one surface of the twisted nematic type liquid crystal panel, is transmitted therethrough, and is emitted from the other surface through the second deflecting plate , The emitted light is reflected, incident on the other surface through the same optical path, and transmitted. Further, the phase modulation device of the present invention includes a twisted nematic type liquid crystal panel in which the major axis direction of liquid crystal molecules is twisted by 90 °, and light to be phase-modulated incident on one surface of the liquid crystal panel through the first deflecting plate. And a light reflecting device for reflecting light emitted from the other surface of the liquid crystal panel and passing through the second deflecting plate and incident on the other surface through the same optical path. I have.
【０００６】[0006]
【作用】位相変調すべき光は液晶パネルの一方の面から
入射して液晶パネルを透過し、他方の面から出射する。
出射した光は反射装置で反射されて同じ光路を通って他
方の面の出射点から入射する。他方の面から入射した光
は液晶層を通って一方の面から出射する。この出射した
光は２倍の位相変調量を受けている。反射装置は他方の
面からの出射光を正しく同じ光路を通して再び液晶層の
出射点に入射する働きをする。The light to be phase-modulated enters from one surface of the liquid crystal panel, passes through the liquid crystal panel, and exits from the other surface.
The emitted light is reflected by the reflecting device, passes through the same optical path, and enters from the emission point on the other surface. Light incident from the other surface passes through the liquid crystal layer and exits from one surface. The emitted light has received twice the amount of phase modulation. The reflecting device functions to re-emit the light emitted from the other surface to the emission point of the liquid crystal layer again through the same optical path.
【０００７】[0007]
【実施例】以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面
について説明する。図１及び図２において、１は位相変
調装置である。位相変調装置１は液晶パネル２と、液晶
パネル２の一方の面３側に位置する光入射装置４と、液
晶パネル２の他方の面５側に配置された光反射装置６と
を備えている。光入射装置４はレーザ光源７、対物レン
ズ８、ピンホール１１、レンズ１２を備えており、ハー
フミラー１３を介して液晶パネル２の一方の面３側に配
置されている。光反射装置６はレンズ１４、空間フィル
タ１５、レンズ１６及びミラー１７を備えていて、レン
ズ１４と液晶パネル２とはレンズ１４の焦点距離ｆだけ
離れて位置し、また、空間フィルタ１５はレンズ１４の
焦点距離ｆに位置する。レンズ１６と空間フィルタ１５
とはレンズ１６の焦点距離ｆ′だけ離れて位置し、ミラ
ー１７はレンズ１６の焦点距離ｆ′に位置する。液晶パ
ネル２の一方の面３に対向して、偏光板１８が配置され
ており、また、液晶パネル２の他方の面５に対向して偏
光板２１が配置されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings showing one embodiment. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a phase modulation device. The phase modulation device 1 includes a liquid crystal panel 2, a light incident device 4 located on one surface 3 side of the liquid crystal panel 2, and a light reflection device 6 arranged on the other surface 5 side of the liquid crystal panel 2. . The light incidence device 4 includes a laser light source 7, an objective lens 8, a pinhole 11, and a lens 12, and is disposed on one surface 3 of the liquid crystal panel 2 via a half mirror 13. The light reflecting device 6 includes a lens 14, a spatial filter 15, a lens 16 and a mirror 17, the lens 14 and the liquid crystal panel 2 are located apart from each other by a focal length f of the lens 14, and the spatial filter 15 is Is located at a focal length f. Lens 16 and spatial filter 15
Is located away from the focal length f 'of the lens 16, and the mirror 17 is located at the focal length f' of the lens 16. A polarizing plate 18 is arranged facing one surface 3 of the liquid crystal panel 2, and a polarizing plate 21 is arranged facing the other surface 5 of the liquid crystal panel 2.
【０００８】このように構成された位相変調装置１にお
ける位相変調作用は次のとおりである。レーザ光源７か
ら発した位相変調を受けるべき光２２は、対物レンズ
８、ピンホール１１、及びレンズ１２によって平行光に
され、ハーフミラーで反射されて液晶パネル２の一方の
面３に入射される。この時入射光は偏光板１８によって
偏光される。液晶パネル２に入射した光は液晶パネル２
を透過し、位相変調を受けて他方の面５から出射する。
この時出射光は偏光板２１によって偏光を受ける。偏光
板２１で偏光された光はレンズ１４、ピンホール１５、
レンズ１６でフィルタリングされてミラー１７で反射さ
れてミラー１７への入射光と同じ経路を逆にたどって液
晶パネル２に入射する。この反射装置６は液晶パネルか
らの出射光を正確に同じ光路を逆にたどって液晶パネル
上の同じ位置に光を入射させるように調整されている。
他方の面５から液晶パネル内に入射された光は再び液晶
パネルで位相変調を受け、偏光板１８を通りハーフミラ
ー１３を透過して取り出される。液晶パネル２を前後か
ら２回透過した光は次の式に示すように、１回透過の場
合に比べて位相変調量が２倍になる。すなわち、液晶パ
ネルのジョーンズ行列Ｊは、次式の数１で与えられる。[0008] The phase modulation operation of the phase modulation device 1 configured as described above is as follows. The light 22 to be subjected to phase modulation emitted from the laser light source 7 is made parallel by the objective lens 8, the pinhole 11, and the lens 12, reflected by a half mirror, and made incident on one surface 3 of the liquid crystal panel 2. . At this time, the incident light is polarized by the polarizing plate 18. The light incident on the liquid crystal panel 2 is
, And undergoes phase modulation and exits from the other surface 5.
At this time, the emitted light is polarized by the polarizing plate 21. The light polarized by the polarizing plate 21 passes through the lens 14, the pinhole 15,
The light is filtered by the lens 16, reflected by the mirror 17, and reversely follows the same path as the light incident on the mirror 17 to enter the liquid crystal panel 2. The reflecting device 6 is adjusted so that the light emitted from the liquid crystal panel follows exactly the same optical path in reverse, and the light enters the same position on the liquid crystal panel.
Light that has entered the liquid crystal panel from the other surface 5 is again phase-modulated by the liquid crystal panel, passes through the polarizing plate 18, passes through the half mirror 13, and is extracted. The light transmitted through the liquid crystal panel 2 twice from the front and back has a phase modulation amount twice as large as that of the light transmitted once, as shown in the following equation. That is, the Jones matrix J of the liquid crystal panel is given by the following equation (1).
【０００９】[0009]
【数１】 (Equation 1)
【００１０】ここで、 ｃ：吸収・表面反射による損失 ｄ：液晶層厚さ λ：波長 ｎe ：異常光線屈折率 ｎo ：常光線屈折率 θ：液晶分子倒れ角 である。Here, c: loss due to absorption and surface reflection d: liquid crystal layer thickness λ: wavelength ne: extraordinary ray refractive index no: ordinary ray refractive index θ: liquid crystal molecule tilt angle
【００１１】偏光子のジョーンズ行列Ｐは次式の数２の
ようになる。The Jones matrix P of the polarizer is expressed by the following equation (2).
【００１２】[0012]
【数２】 (Equation 2)
【００１３】入力光のジョーンズベクトルを次式数３、The Jones vector of the input light is expressed by the following equation (3).
【数３】 出力光のジョーンズベクトルを次式数４(Equation 3) The Jones vector of the output light is
【数４】 (Equation 4)
【００１４】としたときの液晶パネルによる位相変調量
をジョーンズベクトルによって計算すると、以下のよう
になる。 ・片道光路の場合（次式数５）Calculating the amount of phase modulation by the liquid crystal panel using the Jones vector as follows:・ In the case of a one-way optical path (following equation 5)
【００１５】[0015]
【数５】 (Equation 5)
【００１６】である。この時の位相変調量は定数部分を
除くと、δである。## EQU1 ## At this time, the phase modulation amount is δ excluding the constant part.
【００１７】・往復光路の場合 分子のダイレクターが９０°ツイストした液晶パネルに
おいては、逆向きに透過する光に対するパネルのジョー
ンズ行列が元の行列の転置逆行列になるため、往復光路
における光波の位相変調量のジョーンズベクトルによる
計算は、以下のようになる（次式数６）。In the case of a reciprocating optical path In a liquid crystal panel in which the director of molecules is twisted by 90 °, the Jones matrix of the panel for light transmitted in the opposite direction is the transposed inverse matrix of the original matrix, so that the light wave in the reciprocating optical path is The calculation of the amount of phase modulation by the Jones vector is as follows (formula 6).
【００１８】[0018]
【数６】 (Equation 6)
【００１９】このときの位相変調量は２δであり、片道
光路の場合の２倍になっている。よって２倍の位相変調
が可能となる。At this time, the amount of phase modulation is 2δ, which is twice that in the case of a one-way optical path. Therefore, double phase modulation is possible.
【００２０】（実験例）前記の計算による位相変調量を
実測によって確認するために第１の偏光板を２８゜、第
２の偏光板の角度を７５゜とし、光を液晶パネルに一回
通した場合と前後から２回通した場合とを実測して比較
した。その結果は図３に示す通りであって、液晶パネル
を２回通した場合の位相変調量は、１回だけ透過した場
合の２倍であって実測値が理論値とよく一致しているこ
とがわかる。(Experimental Example) In order to confirm the amount of phase modulation by the above calculation by actual measurement, the first polarizing plate was set at 28 °, the angle of the second polarizing plate was set at 75 °, and light was transmitted once through the liquid crystal panel. Actually measured and compared two times from before and after. The results are as shown in FIG. 3. The amount of phase modulation when the liquid crystal panel is passed twice is twice as large as that when the light is transmitted only once, and the measured value agrees well with the theoretical value. I understand.
【００２１】次に、偏光板の角度と位相差との関係を調
べるために偏光板１８の角度を一定３０゜とし、偏光板
２１の角度を変えた場合の位相差についてそれぞれ実測
と計算機シュミレーションによって確認した。その結
果、図４に示すように、偏光板２１の角度が３０゜であ
る場合には偏光板２１の角度がほぼ７０゜〜９０°であ
るとき、位相変調能がπラジアンより大きくなることが
確認された。Next, in order to examine the relationship between the angle of the polarizing plate and the phase difference, the angle of the polarizing plate 18 was fixed at 30 °, and the phase difference when the angle of the polarizing plate 21 was changed was measured and measured by computer simulation. confirmed. As a result, as shown in FIG. 4, when the angle of the polarizing plate 21 is 30 ° and the angle of the polarizing plate 21 is approximately 70 ° to 90 °, the phase modulation capability may be larger than π radian. confirmed.
【００２２】[0022]
【発明の効果】このように、この発明では位相変調すべ
き光を液晶層を２回通すことによって、１回通しの場合
に比べて位相変調量を確実に２倍にすることができ、し
たがって小さい厚みの液晶パネルを使用しても大きい位
相変調量を得ることができる位相変調方法を得ることが
できる。As described above, according to the present invention, by passing the light to be phase-modulated twice through the liquid crystal layer, the amount of phase modulation can be reliably doubled as compared with the case of passing the light once. A phase modulation method that can obtain a large amount of phase modulation even when a liquid crystal panel having a small thickness is used can be obtained.
【図１】位相変調量調節装置の構成説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a phase modulation amount adjusting device.
【図２】位相変調装置の光学系の模式図。FIG. 2 is a schematic diagram of an optical system of the phase modulation device.
【図３】入力ビデオ信号に対する位相変調量。FIG. 3 shows a phase modulation amount for an input video signal.
【図４】位相変調量とアナライザーの角度との関係を示
すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of phase modulation and the angle of an analyzer.
１ 位相変調装置 ２ 液晶パネル ３ 一方の面 ４ 光入射装置 ５ 他方の面 ６ 光反射装置 ７ レーザ光源 ８ 対物レンズ １１ ピンホール １２ レンズ １３ ハーフミラー １４ レンズ １５ 空間フィルタ １６ レンズ １７ ミラー １８ 偏光板 ２１ 偏光板 ２２ 光 Reference Signs List 1 phase modulation device 2 liquid crystal panel 3 one surface 4 light incidence device 5 other surface 6 light reflection device 7 laser light source 8 objective lens 11 pinhole 12 lens 13 half mirror 14 lens 15 spatial filter 16 lens 17 mirror 18 polarizing plate 21 Polarizer 22 light
Claims (2)
液晶分子の長軸方向が９０゜ねじれているツイステド・
ネマチック型液晶パネルの一方の面から入射して透過さ
せて他方の面から第二の偏向板を通して出射させ、その
出射光を反射させて同じ光路を通して前記他方の面から
入射して透過させることを特徴とする位相変調方法。1. A light beam to be phase-modulated is passed through a first polarizing plate. A long axis direction of liquid crystal molecules is twisted by 90 °.
The nematic type liquid crystal panel is made to enter and transmit from one surface and emit from the other surface through the second deflecting plate , reflect the emitted light, and enter and transmit from the other surface through the same optical path. Characteristic phase modulation method.
ツイステド・ネマチック型液晶パネルと、位相変調すべ
き光を第一の偏向板を通して前記液晶パネルの一方の面
に入射させる光入射装置と、前記液晶パネルの他方の面
から出射し第二の偏向板を通過した光を反射して同し光
路を通して前記他方の面に入射させる光反射装置とを備
えることを特徴とする位相変調装置。2. A twisted nematic liquid crystal panel in which the major axis direction of liquid crystal molecules is twisted by 90.degree., And a light incidence device for causing light to be phase-modulated to enter one surface of the liquid crystal panel through a first deflecting plate. And a light reflection device that reflects light emitted from the other surface of the liquid crystal panel and passed through the second deflecting plate to be incident on the other surface through the same optical path. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6087987A JP3059979B2 (en) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Phase modulation method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6087987A JP3059979B2 (en) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Phase modulation method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270744A JPH07270744A (en) | 1995-10-20 |
| JP3059979B2 true JP3059979B2 (en) | 2000-07-04 |
Family
ID=13930173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6087987A Expired - Lifetime JP3059979B2 (en) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Phase modulation method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059979B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH079560B2 (en) * | 1988-07-08 | 1995-02-01 | 工業技術院長 | Matched filtering method |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6087987A patent/JP3059979B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07270744A (en) | 1995-10-20 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |